淺談?dòng)袡C(jī)硅材料在觸摸屏中的應(yīng)用

張利利，侯　毅，郭　輝

(深圳市新綸科技股份有限公司，廣東深圳 518107)

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淺談?dòng)袡C(jī)硅材料在觸摸屏中的應(yīng)用

張利利，侯毅，郭輝

(深圳市新綸科技股份有限公司，廣東深圳 518107)

摘要：介紹了有機(jī)硅材料的特性和優(yōu)勢(shì)，及其在觸摸屏行業(yè)中的導(dǎo)熱、貼合及特殊保護(hù)等方面的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：觸摸屏，有機(jī)硅，全貼合，熱界面材料，藍(lán)光阻隔

有機(jī)硅材料是以硅氧鍵(-Si-O-Si-)結(jié)構(gòu)為骨架組成的聚硅氧烷，具有耐候性好、憎水、耐腐蝕、無(wú)毒無(wú)味以及生理惰性等優(yōu)異特性[1]，被廣泛應(yīng)用在觸摸顯示屏生產(chǎn)制造過(guò)程中。隨著觸摸顯示屏向柔性、曲面和大尺寸等方面發(fā)展，新型有機(jī)硅材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用也隨著增加。

傳統(tǒng)的觸摸顯示屏從結(jié)構(gòu)上看，可以把屏幕大致分成3個(gè)部分，從上到下分別是保護(hù)玻璃、觸摸屏和LCD 顯示屏[2]。有機(jī)硅材料可以根據(jù)每一層使用要求的不同而進(jìn)行相應(yīng)的性能改進(jìn)，為觸摸顯示屏產(chǎn)品提供最佳的解決方案。

1屏幕保護(hù)有機(jī)硅材料

屏幕保護(hù)有機(jī)硅材料是一種具有活性硅烷基團(tuán)和氟改性有機(jī)基團(tuán)組合而成的涂料[3]，涂覆于屏幕后，形成10nm～20nm厚度的透明膜層，既具有含氟聚合物疏油和低摩擦系數(shù)的特性，又具有硅氧烷的疏水和耐候特性，可以使得膜層的水接觸角大于115°，油酸接觸角大于74°，讓屏幕保護(hù)膜層具有出色的防污、拒水和拒油性能，減少指紋及各種污漬附著，提高擦拭清潔的能力。通過(guò)摻雜納米二氧化硅于有機(jī)硅保護(hù)涂層中[4]，還能提高材料成膜后的硬度和耐磨抗擦傷性能，目前市售產(chǎn)品可以在來(lái)回摩擦3000次(條件為：負(fù)重1kg，0000#鋼絲絨，接觸面積20mm×20mm)后，表面水接觸角仍然大于108°。另外，使用物理共混的方式添加納米二氧化鈦于有機(jī)硅涂料中[3]，其中納米二氧化鈦光催化產(chǎn)生極強(qiáng)的自由基可制作成蓋板材料使用的防污染殺菌保護(hù)涂層。

2邊框粘接用有機(jī)硅材料

低溶劑單組份濕氣固化的有機(jī)硅熱熔膠主要應(yīng)用于觸摸屏的邊框粘接，可以幫助設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)觸摸屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的防水和窄邊框理念及制造目標(biāo)。

有機(jī)硅熱熔膠是一種反應(yīng)性材料[5]，在受熱施膠時(shí)，可以液體膠涂布的方式實(shí)現(xiàn)寬度不超過(guò)0.5mm的極薄膠線，瞬時(shí)獲得初始粘接強(qiáng)度，在室溫下快速冷卻固化，加速產(chǎn)品組裝效率。有機(jī)硅熱熔膠完全固化后具有極佳的粘接力，無(wú)需底涂即可與常見(jiàn)塑料和金屬基材實(shí)現(xiàn)粘結(jié)。

與反應(yīng)型聚氨酯類(lèi)熱熔膠(PUR)相比[6]，有機(jī)硅熱熔膠不僅可以在膠體中添加含有紫外光標(biāo)記物，方便對(duì)成品進(jìn)行自動(dòng)紫外光檢驗(yàn)，還具有操作時(shí)間長(zhǎng)、24h內(nèi)可返工重涂、耐高溫、無(wú)毒無(wú)味和揮發(fā)成分含量低等優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)硅熱熔膠完全固化后，即具有出色的耐化學(xué)、防水、防塵性能，提高了電子產(chǎn)品的可靠性。

在設(shè)計(jì)和組裝其它創(chuàng)新理念的智能設(shè)備時(shí)，有機(jī)硅熱熔膠與雙面膠帶(OCA)相比，具有窄邊框貼合、初始粘接強(qiáng)度高和固化后粘結(jié)力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，并且在對(duì)1億部0.8mm窄邊框智能手機(jī)玻璃蓋板進(jìn)行邊框粘結(jié)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，有機(jī)硅熱熔膠能將總體成本降低至20%。

3屏幕貼合用有機(jī)硅材料

有機(jī)硅液體光學(xué)透明水膠能將面板與觸摸屏以無(wú)縫隙的全貼合方式完全粘貼在一起，避免了屏幕間的空氣，這有助于減少顯示面板和玻璃之間的反光、色散、散射引起的光線損失和干擾，從而達(dá)到低反射顯示的效果[7]。

有機(jī)硅液體光學(xué)透明水膠生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)的過(guò)程環(huán)保無(wú)毒，可以分為低溫?zé)峁绦院妥贤夤袒瘍煞N固化方式，其中低溫?zé)峁绦停粌H無(wú)需使用特殊的分裝、運(yùn)輸和固化設(shè)備，還解決了黑邊區(qū)光照問(wèn)題，簡(jiǎn)化了裝配工藝，可以通過(guò)烘道的方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)化的生產(chǎn)，有利于降低成本；有機(jī)硅材料可以在極寬的范圍調(diào)整產(chǎn)品粘度，并根據(jù)粘度的不同選擇相應(yīng)的施工工藝，能很好地解決生產(chǎn)過(guò)程中的溢膠和氣泡問(wèn)題[8]。

觸摸屏使用有機(jī)硅液體光學(xué)透明水膠全貼合之后，屏幕再也不會(huì)進(jìn)灰了；觸控模塊與面板緊密結(jié)合還能有效降低顯示面板噪聲對(duì)觸控訊號(hào)所造成的干擾；全貼合模塊與整機(jī)的裝配可以直接采取卡扣或者鎖螺絲的方式固定，減少了貼合偏差帶來(lái)的裝配問(wèn)題。固化之后的有機(jī)硅光學(xué)膠耐候性極好[9]，即使是長(zhǎng)期受光照射也不會(huì)發(fā)黃而且固化后體積收縮率低于0.2%，解決了丙烯酸酯類(lèi)光學(xué)透明膠水存在高溫易黃變和尺寸收縮率較大的問(wèn)題。經(jīng)測(cè)試，使用有機(jī)硅液體透明水膠貼合的屏幕在鋼珠跌落測(cè)試中沖擊強(qiáng)度為丙烯酸酯類(lèi)的3倍，屏幕彎曲強(qiáng)度為丙烯酸酯類(lèi)的2倍，有助于實(shí)現(xiàn)更薄和更加耐摔的機(jī)身。

預(yù)計(jì)隨著各廠商對(duì)全貼合設(shè)備技術(shù)的投入、材料成本的降低、各種技術(shù)路徑的發(fā)展和全貼合良率的提升，2017年全貼合觸摸屏的占有率將達(dá)到 57%，未來(lái)市場(chǎng)空間很大。

4熱界面有機(jī)硅材料

隨著觸摸屏模組中電子元器件的集成程度和組裝密度的不斷提高，產(chǎn)品在能夠提供高功能高效率的同時(shí)，其中各個(gè)元件的工作功耗和工作溫度也急劇增大，溫度過(guò)高將對(duì)電子元器件的可靠性產(chǎn)生有害的影響，會(huì)縮短電子元件的使用壽命。為了保證電子元器件能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的運(yùn)行，必須阻止工作溫度的不斷升高，因此及時(shí)有效地散熱就成為目前迫切需要解決的問(wèn)題。

有機(jī)硅材料是最早廣泛的熱界面材料之一，按照材料形態(tài)的差異，分為導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱粘接膠、導(dǎo)熱墊片和導(dǎo)熱彈性體四類(lèi)。其中導(dǎo)熱硅脂主要應(yīng)用于大面積器件如中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)和游戲控制芯片等發(fā)熱功率高的單一模塊的散熱；導(dǎo)熱墊片主要用于非共面多模塊的散熱，一般需要使用外力進(jìn)行夾持以降低熱界面接觸熱阻。導(dǎo)熱有機(jī)硅粘接膠主要用于解決小面積器件散熱問(wèn)題，可以有效固定于芯片等表面，簡(jiǎn)化裝配的過(guò)程。有機(jī)硅導(dǎo)熱彈性體是一款應(yīng)用面最廣熱界面材料，對(duì)于器件的適用面積幾乎沒(méi)有限制，能夠非常方便地按尺寸進(jìn)行切割，適合于在接觸壓力相對(duì)較低的情況下進(jìn)行表面接觸，可充分填滿電子組件表面與安裝件表面間的間隙，形成高效的熱交換通道，同時(shí)還能對(duì)電子設(shè)備起到阻尼減振等作用。

近年來(lái)，還出現(xiàn)了一種新型的有機(jī)硅熱界面材料——導(dǎo)熱泥[10]，其物理形態(tài)是半固態(tài)，類(lèi)似橡皮泥，其特點(diǎn)主要有三方面：一是突破了導(dǎo)熱硅脂涂覆厚度的限制，即使涂得很厚也不會(huì)發(fā)生流動(dòng)或者滲漏；二是突破了導(dǎo)熱墊的壓縮率極限，其壓縮率幾乎可以接近 100%；三是可以輕易實(shí)現(xiàn)返工修復(fù)的要求。既可以在大面積高功率器件上用作導(dǎo)熱墊片的下一代材料，讓導(dǎo)熱墊片徹底告別壓縮率的瓶頸，也可以在中等面積器件上發(fā)揮平面散熱器的作用，是一款多才多藝的新型散熱材料。

5藍(lán)光阻隔有機(jī)硅材料

觸摸顯示屏的白光效果一般是采用藍(lán)色LED激發(fā)黃色熒光粉的模式，因此這種白光中的藍(lán)色光譜就擁有一個(gè)波峰，從而產(chǎn)生了藍(lán)光傷眼的問(wèn)題，即穿透力比較強(qiáng)的藍(lán)光會(huì)引起視網(wǎng)膜色素上皮的萎縮，從而導(dǎo)致光敏感細(xì)胞的死亡，給眼睛帶來(lái)極大的傷害[11]。

軟件濾藍(lán)光是最初的護(hù)眼實(shí)現(xiàn)手段，需要用戶手動(dòng)開(kāi)啟屏蔽藍(lán)光的功能并設(shè)定屏蔽藍(lán)光功能的級(jí)別，容易出現(xiàn)偏色的情況。2014年開(kāi)始有顯示器廠商推出了硬件濾藍(lán)光的功能，通過(guò)顯示玻璃鍍膜處理的方式將白光背光中的藍(lán)光波長(zhǎng)從444nm優(yōu)化為460nm，移除了90%傷害眼睛的短波藍(lán)光。這一方法解決了傳統(tǒng)顯示器護(hù)眼功能開(kāi)啟后色彩偏暖的問(wèn)題，但是鍍膜的過(guò)程復(fù)雜，成本較高，目前尚沒(méi)有得到廣泛的推廣使用。

通過(guò)對(duì)顯示屏背光源中的有機(jī)硅封裝材料或者全貼合中的有機(jī)硅液體透明水膠進(jìn)行改性，加入特定結(jié)構(gòu)的功能助劑[12]，可以制備出新型的具備藍(lán)光阻隔功能的有機(jī)硅LED封裝材料或者有機(jī)硅液體透明水膠。其中有機(jī)硅LED封裝材料直接在背光源的封裝工序就可以通過(guò)對(duì)芯片發(fā)出光譜進(jìn)行優(yōu)化而實(shí)現(xiàn)藍(lán)光阻隔。有機(jī)硅液體透明水膠則是貼合于觸摸屏之后，通過(guò)吸收波長(zhǎng)為380nm～450nm的藍(lán)光，并且將其進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，以熱能或無(wú)害的較長(zhǎng)波長(zhǎng)把能量放出，并迅速地使被藍(lán)光激發(fā)的自由基回到穩(wěn)定的基態(tài)，從而達(dá)到對(duì)背光源發(fā)出的藍(lán)光實(shí)現(xiàn)選擇性屏蔽的作用。這兩種方法均無(wú)需增加工序，簡(jiǎn)單易行，是目前最具性?xún)r(jià)比和發(fā)展?jié)摿Φ乃{(lán)光阻隔實(shí)現(xiàn)方式。

6結(jié)語(yǔ)與展望

我國(guó)是全球觸摸屏顯示器的主要生產(chǎn)地，但是與觸摸屏顯示屏生產(chǎn)相配套的中高端關(guān)鍵材料卻主要依靠進(jìn)口，國(guó)內(nèi)觸摸屏企業(yè)在材料上付出高成本，卻難以得到國(guó)外巨頭企業(yè)的量身定制方案及技術(shù)保障服務(wù)，隨著國(guó)內(nèi)觸摸屏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)也將從制造成本逐漸向設(shè)備和材料等基礎(chǔ)領(lǐng)域延伸，而這些都需要以材料的國(guó)產(chǎn)化來(lái)支撐。

中國(guó)已經(jīng)成為世界上有機(jī)硅單體生產(chǎn)中心，有機(jī)硅上游原材料的廣泛易得。有機(jī)硅材料以其獨(dú)特而優(yōu)異的性能和在觸摸屏行業(yè)的應(yīng)用前景引起人們的關(guān)注。具有不同功能性官能團(tuán)和新穎結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅基材的不斷涌現(xiàn)，成本的不斷降低和綜合性能的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)展。隨著研究的深入，有機(jī)硅材料有望在柔性液晶面板、曲面液晶面板、OLED和電子紙等新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用。

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中圖分類(lèi)號(hào)：TQ 436+.9

Applications of Organic Silicon Materials in Touch Panels

ZHANG Li-li，HOU Yi，GUO Hui

(Shenzhen Selen Science & Technology Co.Ltd，Shenzhen 518107，Guangdong，China)

Abstract：The properties and advantage of organic silicon materials were introduced，and their applications of thermal conductivity，bonding and surface protection in touch panels were reviewed.

Key words：touch panels，organic silicon materials，full lamination，thermal interface material，blue light blocking