淺談有機硅材料在觸摸屏中的應用

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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淺談有機硅材料在觸摸屏中的應用

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：介紹了有機硅材料的特性和優勢，及其在觸摸屏行業中的導熱、貼合及特殊保護等方面的應用和發展趨勢。

關鍵詞：觸摸屏，有機硅，全貼合，熱界面材料，藍光阻隔

有機硅材料是以硅氧鍵(-Si-O-Si-)結構為骨架組成的聚硅氧烷，具有耐候性好、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優異特性[1]，被廣泛應用在觸摸顯示屏生產制造過程中。隨著觸摸顯示屏向柔性、曲面和大尺寸等方面發展，新型有機硅材料的開發與應用也隨著增加。

傳統的觸摸顯示屏從結構上看，可以把屏幕大致分成3個部分，從上到下分別是保護玻璃、觸摸屏和LCD 顯示屏[2]。有機硅材料可以根據每一層使用要求的不同而進行相應的性能改進，為觸摸顯示屏產品提供最佳的解決方案。

1屏幕保護有機硅材料

屏幕保護有機硅材料是一種具有活性硅烷基團和氟改性有機基團組合而成的涂料[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。通過摻雜納米二氧化硅于有機硅保護涂層中[4]，還能提高材料成膜后的硬度和耐磨抗擦傷性能，目前市售產品可以在來回摩擦3000次(條件為：負重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硅涂料中[3]，其中納米二氧化鈦光催化產生極強的自由基可制作成蓋板材料使用的防污染殺菌保護涂層。

2邊框粘接用有機硅材料

低溶劑單組份濕氣固化的有機硅熱熔膠主要應用于觸摸屏的邊框粘接，可以幫助設計師實現觸摸屏結構設計時的防水和窄邊框理念及制造目標。

有機硅熱熔膠是一種反應性材料[5]，在受熱施膠時，可以液體膠涂布的方式實現寬度不超過0.5mm的極薄膠線，瞬時獲得初始粘接強度，在室溫下快速冷卻固化，加速產品組裝效率。有機硅熱熔膠完全固化后具有極佳的粘接力，無需底涂即可與常見塑料和金屬基材實現粘結。

與反應型聚氨酯類熱熔膠(PUR)相比[6]，有機硅熱熔膠不僅可以在膠體中添加含有紫外光標記物，方便對成品進行自動紫外光檢驗，還具有操作時間長、24h內可返工重涂、耐高溫、無毒無味和揮發成分含量低等優點。有機硅熱熔膠完全固化后，即具有出色的耐化學、防水、防塵性能，提高了電子產品的可靠性。

在設計和組裝其它創新理念的智能設備時，有機硅熱熔膠與雙面膠帶(OCA)相比，具有窄邊框貼合、初始粘接強度高和固化后粘結力強等優勢，并且在對1億部0.8mm窄邊框智能手機玻璃蓋板進行邊框粘結測試中發現，有機硅熱熔膠能將總體成本降低至20%。

3屏幕貼合用有機硅材料

有機硅液體光學透明水膠能將面板與觸摸屏以無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，從而達到低反射顯示的效果[7]。

有機硅液體光學透明水膠生產工藝簡單，生產的過程環保無毒，可以分為低溫熱固性和紫外固化兩種固化方式，其中低溫熱固型，不僅無需使用特殊的分裝、運輸和固化設備，還解決了黑邊區光照問題，簡化了裝配工藝，可以通過烘道的方式實現連續化的生產，有利于降低成本；有機硅材料可以在極寬的范圍調整產品粘度，并根據粘度的不同選擇相應的施工工藝，能很好地解決生產過程中的溢膠和氣泡問題[8]。

觸摸屏使用有機硅液體光學透明水膠全貼合之后，屏幕再也不會進灰了；觸控模塊與面板緊密結合還能有效降低顯示面板噪聲對觸控訊號所造成的干擾；全貼合模塊與整機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的裝配問題。固化之后的有機硅光學膠耐候性極好[9]，即使是長期受光照射也不會發黃而且固化后體積收縮率低于0.2%，解決了丙烯酸酯類光學透明膠水存在高溫易黃變和尺寸收縮率較大的問題。經測試，使用有機硅液體透明水膠貼合的屏幕在鋼珠跌落測試中沖擊強度為丙烯酸酯類的3倍，屏幕彎曲強度為丙烯酸酯類的2倍，有助于實現更薄和更加耐摔的機身。

預計隨著各廠商對全貼合設備技術的投入、材料成本的降低、各種技術路徑的發展和全貼合良率的提升，2017年全貼合觸摸屏的占有率將達到 57%，未來市場空間很大。

4熱界面有機硅材料

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，產品在能夠提供高功能高效率的同時，其中各個元件的工作功耗和工作溫度也急劇增大，溫度過高將對電子元器件的可靠性產生有害的影響，會縮短電子元件的使用壽命。為了保證電子元器件能夠長時間穩定的運行，必須阻止工作溫度的不斷升高，因此及時有效地散熱就成為目前迫切需要解決的問題。

有機硅材料是最早廣泛的熱界面材料之一，按照材料形態的差異，分為導熱硅脂、導熱粘接膠、導熱墊片和導熱彈性體四類。其中導熱硅脂主要應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熱功率高的單一模塊的散熱；導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行夾持以降低熱界面接觸熱阻。導熱有機硅粘接膠主要用于解決小面積器件散熱問題，可以有效固定于芯片等表面，簡化裝配的過程。有機硅導熱彈性體是一款應用面最廣熱界面材料，對于器件的適用面積幾乎沒有限制，能夠非常方便地按尺寸進行切割，適合于在接觸壓力相對較低的情況下進行表面接觸，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，同時還能對電子設備起到阻尼減振等作用。

近年來，還出現了一種新型的有機硅熱界面材料——導熱泥[10]，其物理形態是半固態，類似橡皮泥，其特點主要有三方面：一是突破了導熱硅脂涂覆厚度的限制，即使涂得很厚也不會發生流動或者滲漏；二是突破了導熱墊的壓縮率極限，其壓縮率幾乎可以接近 100%；三是可以輕易實現返工修復的要求。既可以在大面積高功率器件上用作導熱墊片的下一代材料，讓導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藍光阻隔有機硅材料

觸摸顯示屏的白光效果一般是采用藍色LED激發黃色熒光粉的模式，因此這種白光中的藍色光譜就擁有一個波峰，從而產生了藍光傷眼的問題，即穿透力比較強的藍光會引起視網膜色素上皮的萎縮，從而導致光敏感細胞的死亡，給眼睛帶來極大的傷害[11]。

軟件濾藍光是最初的護眼實現手段，需要用戶手動開啟屏蔽藍光的功能并設定屏蔽藍光功能的級別，容易出現偏色的情況。2014年開始有顯示器廠商推出了硬件濾藍光的功能，通過顯示玻璃鍍膜處理的方式將白光背光中的藍光波長從444nm優化為460nm，移除了90%傷害眼睛的短波藍光。這一方法解決了傳統顯示器護眼功能開啟后色彩偏暖的問題，但是鍍膜的過程復雜，成本較高，目前尚沒有得到廣泛的推廣使用。

通過對顯示屏背光源中的有機硅封裝材料或者全貼合中的有機硅液體透明水膠進行改性，加入特定結構的功能助劑[12]，可以制備出新型的具備藍光阻隔功能的有機硅LED封裝材料或者有機硅液體透明水膠。其中有機硅LED封裝材料直接在背光源的封裝工序就可以通過對芯片發出光譜進行優化而實現藍光阻隔。有機硅液體透明水膠則是貼合于觸摸屏之后，通過吸收波長為380nm～450nm的藍光，并且將其進行能量轉換，以熱能或無害的較長波長把能量放出，并迅速地使被藍光激發的自由基回到穩定的基態，從而達到對背光源發出的藍光實現選擇性屏蔽的作用。這兩種方法均無需增加工序，簡單易行，是目前最具性價比和發展潛力的藍光阻隔實現方式。

6結語與展望

我國是全球觸摸屏顯示器的主要生產地，但是與觸摸屏顯示屏生產相配套的中高端關鍵材料卻主要依靠進口，國內觸摸屏企業在材料上付出高成本，卻難以得到國外巨頭企業的量身定制方案及技術保障服務，隨著國內觸摸屏產業的發展，競爭的重點也將從制造成本逐漸向設備和材料等基礎領域延伸，而這些都需要以材料的國產化來支撐。

中國已經成為世界上有機硅單體生產中心，有機硅上游原材料的廣泛易得。有機硅材料以其獨特而優異的性能和在觸摸屏行業的應用前景引起人們的關注。具有不同功能性官能團和新穎結構的有機硅基材的不斷涌現，成本的不斷降低和綜合性能的不斷提高，其應用領域將不斷擴展。隨著研究的深入，有機硅材料有望在柔性液晶面板、曲面液晶面板、OLED和電子紙等新技術領域發揮更重要的作用。

參考文獻

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[12] 施克煒.一種藍光阻隔光學擴散結構及背光源器件：中國，104570173 A[P]. 2015-04-29.

中圖分類號：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