光學透明膠及其在消費電子設備中的應用

楊 青

（3M中國有限公司北京技術分公司，北京 100176）

光學透明膠及其在消費電子設備中的應用

楊 青

（3M中國有限公司北京技術分公司，北京 100176）

介紹了一種光學透明級壓敏膠（optically clear adhesive—OCA）的光學性能、材料兼容性、耐老化性能，以及光學透明膠在消費電子設備中的應用，主要用于觸摸屏模組粘接以及觸摸屏和顯示屏粘接，起到固定和提高對比度的作用。

光學透明膠；觸摸屏；對比度增強

光學透明膠具有優(yōu)異的光學性能，良好的粘接性能，以及持久的耐老化性能，被廣泛應用于智能手機、平板電腦、觸控顯示器和電子閱讀器等消費電子設備，以增強用戶的視覺、設備的美感和外觀，同時粘合觸控傳感器。

1 光學透明膠的特性

1.1 優(yōu)異的光學性能

光學透明膠在可見光波長范圍內透光率超過99%，霧度低于0.5%，保證了其在應用中的高透光性和清晰度。

除透光率高以外，3M光學透明膠的折射系數(shù)約為1.48，非常接近玻璃（nA≈1.50）、PMMA（nA≈1.49）等被粘接材料的折射率[1]。減少了由于空氣折射率（nA≈1.0）和被粘接材料差異較大而產(chǎn)生的反射損失，提高了圖像對比度。

1.2 良好的ITO兼容性

光學透明膠用于觸摸屏傳感器粘接，常直接接觸ITO涂層，若光學膠的酸性高，二者之間會發(fā)生反應，傳感器的電阻變大，導致觸摸屏靈敏度降低，甚至無法工作。3M開發(fā)了無酸配方的光學透明膠，提供了良好的ITO兼容性，可以用于直接和裸露的ITO層粘接并保證良好的穩(wěn)定性。

不同類型的光學透明膠對觸摸屏ITO電阻值的影響差異很大。經(jīng)過長時間老化測試后，當電阻值變化大于裸露ITO自身電阻值變化時，則表明光學透明膠和ITO涂層的兼容性差，不適合用于直接粘接ITO涂層的材料。

1.3 極佳的抗氣泡性能

實際應用中，光學透明膠粘接的透明材料主要是玻璃、PMMA、PC和PET等。其中PMMA，PC材料在使用過程中易釋放出小分子，會引起粘接面出現(xiàn)大量的氣泡，影響外觀和粘接效果。對于這種釋氣性材料的粘接，需要使用抗氣泡性能的光學透明膠。表1是2種3M光學透明膠的抗氣泡性能測試結果，經(jīng)過3 d高溫高濕或高溫老化測試后，粘接結構中沒有發(fā)現(xiàn)氣泡缺陷，證明這2種光學透明膠具有良好的抗氣泡性。

表1 光學透明膠抗氣泡性測試Tab.1 Out-gassing test results of different OCAs

1.4 優(yōu)異的抗老化性能

3M光學透明膠具有優(yōu)異的抗老化性能，在應用環(huán)境的極限條件下，如高低溫、高濕度、高低溫循環(huán)、強紫外光照射等，光學透明膠可以保持長期穩(wěn)定的性能。由表2可見，不同條件的老化測試后，光學透明膠的透光率未發(fā)生任何變化，且光學透明膠的b*值變化微小，說明其保持了很好的透明性，未發(fā)生黃變。老化測試后未出現(xiàn)氣泡和分層現(xiàn)象，也說明，光學透明膠保持了良好的粘接性能。

表2 光學透明膠老化性測試結果Tab.2 Environmental reliability test results of OCA

2 光學透明膠的應用

光學透明膠目前主要應用于消費電子設備顯示模組，分為觸摸屏結構粘接和觸摸屏與顯示屏模組的粘接2大類，以起到固定和提高對比度的作用。

2.1 觸摸屏結構粘接

電容式觸摸屏是目前消費電子設備中最常用的觸摸屏，根據(jù)傳感器的材質不同，分為玻璃基材和薄膜基材2種類型。

2.1.1 薄膜基材電容觸摸屏結構粘接

圖1是薄膜基材電容觸摸屏的結構及光學透明膠的應用。用于粘接蓋板的光學透明膠，通常選用較軟的光學透明膠，其對油墨斷差的填充性較好。2層觸控薄膜之間的粘接則可以選用硬度適中且較薄的光學膠，通常需要ITO兼容性光學膠，有的也需要低介電常數(shù)光學膠。

2.1.2 玻璃基材電容觸摸屏結構粘接

圖2是G/G和OGS兩種玻璃基材電容觸摸屏的結構以及光學膠的應用。相對于薄膜基材，玻璃基材的電容觸摸屏透光性更好。但是剛度大，不能彎曲，所以蓋板和玻璃基材傳感器之間的光學透明膠貼合難度較大。通常選用較厚的光學透明膠（厚度0.1 mm以上），和真空貼合工藝，還要進行除泡處理。

2.2 觸摸屏和顯示屏的粘接

光學透明膠的另一個主要應用是觸摸屏模組和顯示屏模組之間的粘接，也稱全貼合。全貼合取代傳統(tǒng)的邊框粘接的方式，消除了觸摸屏模組和顯示屏模組之間的空氣層，大大降低了由于折射率差異而產(chǎn)生眩光的缺陷。在圖3的手機中，觸摸屏和液晶屏的粘接，左半側使用了傳統(tǒng)的邊框粘接，中間有空氣層存在，右半側選用了全貼合方式，其剖面結構如圖4所示。可以看出，全貼合區(qū)域的圖像更清晰，色彩更鮮艷。

圖1 光學透明膠應用在不同類型薄膜基材電容觸摸屏Fig.1 Application of OCA in different film sensor CTPs

圖2 光學透明膠應用在不同類型玻璃基材電容觸摸屏Fig.2 Applications of OCA in different glass sensor CTPs

圖3 光學透明膠粘接和邊框粘接的對比Fig.3 OCA gap filling structure vs frame bonding structure

圖4 光學透明膠粘接和邊框粘接的剖面結構Fig.4 Cross-section of OCA gag filling structure and frame bonding structure

對2種粘接方式的對比度進行了測試，在3種不同背景光亮度的環(huán)境中，測試結果見表3。可見背景光強越高，則光學透明膠對對比度的增強效果越明顯，在強的背景光環(huán)境中，全貼合相對于邊框粘接，其對比度提高了6倍左右，大大減少了眩光的產(chǎn)生，提高了顯示清晰度，節(jié)省了電池損耗，解決了用戶在戶外強光下看不清屏幕的問題。

對于觸摸屏模組結構粘接，全貼合應用對光學透明膠的性能要求有所不同。目前主要采用UV固化型光學透明膠, 其特點主要為：1）固化前，模量低膠體軟，具有很好的填充性；2）固化后，膠體強度增加，可靠性增強；3）良好的顯示模組兼容性，防水紋現(xiàn)象。

UV固化光學透明膠的施工工藝流程一般分4步：1）UV固化光學膠和觸摸屏貼合（滾輪式軟對硬貼合設備）；2）觸摸屏和顯示屏貼合（建議采用真空貼合設備,盡可能減少氣泡夾雜）；3）除泡處理（高壓除泡設備）；4）UV固化（除泡后，如檢查合格，進行UV固化）。

表3 不同光照條件下空氣間隙層區(qū)域與光學透明膠區(qū)域對比度數(shù)據(jù)Tab.3 Contrast results of areas of air-gap layer and OCA layer under different illumination conditions

全貼合的加工難度高，生產(chǎn)良率相對低，并且被粘接材料（觸摸屏和顯示屏）的成本高，所以全貼合的不良返工相當重要。目前全貼合的不良返工方式主要有2種：1）線切割，加熱不良品（通常是加熱平臺加熱,溫度在80 ℃左右），光學膠在高溫下會變軟，內聚力降低，使用超細的金屬線切割膠層，將觸摸屏和顯示屏分離。留在觸摸屏或者顯示屏表面的殘膠可以用光學膠團粘接去除，最后用溶劑清潔表面。2）冷凍，通常是在零下70 ℃冷凍全貼合部件,膠在低溫下會變脆從而失去粘性，再施加外力分離。殘膠也是通過膠團和溶劑去除。這種方法通常適用于不帶背光模組的顯示屏全貼合返工。

UV固化光學膠在使用之前要避免長時間在日光下暴露，一般是貯存在遮光的鋁箔袋子里。提前固化會改變光學膠的模量，從而使其填充性能降低，導致顯示模組水紋現(xiàn)象。

隨著消費電子設備的不斷更新和觸控顯示技術的不斷發(fā)展，光學透明膠產(chǎn)品的性能也將會進一步提高，更高折射率、更低模量、更好的加工性能等具有更高性能的光學透明膠會被開發(fā)并得到廣泛的應用。

[1]羅暉,等.紫外光固化光學透明膠粘劑及其光學性能的研究[J].化學與粘合,2009, 31(6):14-16.

Optically clear adhesive and its application in consumer electronic products

YANG Qing
(3M North China Technical Center,Beijing 100176,China)

The optically clear pressure-sensitive-adhesives(OCA), especially its optical property, material compatibility and environmental reliability were introduced. The main application of OCAs in consumer electronic products was also introduced, including the touch screen panel (TSP) bonding and the bonding of TSP and LCD module for the functions of fixing and contrast enhancing.

optically clear adhesive (OCA), touch screen panel, contrast enhancement film (CEF)

TQ437+.6

A

1001-5922（2015）06-0087-03

2014-04-25

楊青（1979-），女，碩士，資深技術服務工程師，從事高分子粘接材料的應用和研究。E-mail：tyang3@mmm.com。