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淺談有機矽材料在觸摸屏中的應用
有機矽材料是以矽氧鍵( -Si-O-Si-) 結構爲骨架組成(chéng)的聚矽氧烷,具有耐候性好(hǎo)、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優異特性 被廣泛應用在觸摸顯示屏生産制造過(guò)程中。随著(zhe)觸摸顯示屏向(xiàng)柔性、曲面(miàn)和大尺寸等方面(miàn)發(fā)展,新型有機矽材料的開(kāi)發(fā)與應用也随著(zhe)增加。
傳統的觸摸顯示屏從結構上看,可以把屏幕大緻分成(chéng) 3 個部分,從上到下分别是保護玻璃、觸摸屏和 LCD 顯示屏 。有機矽材料可以根據每一層使用要求的不同而進(jìn)行相應的性能(néng)改進(jìn),爲觸摸顯示屏産品提供最佳的解決方案。
1屏幕保護有機矽材料
屏幕保護有機矽材料是一種(zhǒng)具有活性矽烷基,團和氟改性有機基團組合而成(chéng)的塗料 塗覆于屏幕後(hòu),形成(chéng) 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,又具有矽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(néng),減少指紋及各種(zhǒng)污漬附著(zhe),提高擦拭清潔的能(néng)力。通過(guò)摻雜納米二氧化矽于有機矽保護塗層中 還(hái)能(néng)提高材料成(chéng)膜後(hòu)的硬度和耐磨抗擦傷性能(néng),目前市售産品可以在來回摩擦 3000 次( 條件爲: 負重 1kg,0000 #鋼絲絨,接觸面(miàn)積 20mm × 20mm) 後(hòu),表面(miàn)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,钛于有機矽塗料中 其中納米二氧化钛光催化産生極強的自由基可制作成(chéng)蓋闆材料使用的防污染殺菌保護塗層。
2邊框粘接用有機矽材料
低溶劑單組份濕氣固化的有機矽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(shí)的防水和窄邊框理念及制造目标。
有機矽熱熔膠是一種(zhǒng)反應性材料 在受熱施膠時(shí),可以液體膠塗布的方式實現寬度不超過(guò)0. 5mm 的極薄膠線,瞬時(shí)獲得初始粘接強度,在室溫下快速冷卻固化,加速産品組裝效率。有機矽熱熔膠完全固化後(hòu)具有極佳的粘接力,無需底塗即可 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,有機矽熱熔膠不僅可以在膠體中添加含有紫外光标記物,方便對(duì)成(chéng)品進(jìn)行自動紫外光檢驗,還(hái)具有操作時(shí)間長(cháng)、24h 内可返工重塗、耐高溫、無毒無味和揮發(fā)成(chéng)分含量低等優點。有機矽熱熔膠完全固化後(hòu),即具有出色的耐化學(xué)、防水、防塵性能(néng),提高了電子産品的可靠性。
在設計和組裝其它創新理念的智能(néng)設備時(shí),有機矽熱熔膠與雙面(miàn)膠帶( OCA) 相比,具有窄邊框貼合、初始粘接強度高和固化後(hòu)粘結力強等優勢,并且在對(duì) 1 億部 0. 8mm 窄邊框智能(néng)手機玻璃蓋闆進(jìn)行邊框粘結測試中發(fā)現,有機矽熱熔膠能(néng)將(jiāng)總體成(chéng)本降低至 20% 。
3屏幕貼合用有機矽材料
有機矽液體光學(xué)透明水膠能(néng)將(jiāng)面(miàn)闆與觸摸屏以無縫隙的全貼合方式完全粘貼在一起(qǐ),避免了屏幕間的空氣,這(zhè)有助于減少顯示面(miàn)闆和玻璃之間的反光、色散、散射引起(qǐ)的光線損失和幹擾,從而達到低反射顯示的效果。
有機矽液體光學(xué)透明水膠生産工藝簡單,生産的過(guò)程環保無毒,可以分爲低溫熱固性和紫外固化兩(liǎng)種(zhǒng)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(hái)解決了黑邊區光照問題,簡化了裝配工藝,可以通過(guò)烘道(dào)的方式實現連續化的生産,有利于降低成(chéng)本; 有機矽材料可以在極寬的範圍調整産品粘度,并根據粘度的不同選擇相應的施工工藝,能(néng)很好(hǎo)地解決生産過(guò)程中的溢膠和氣泡問題。
觸摸屏使用有機矽液體光學(xué)透明水膠全貼合之後(hòu),屏幕再也不會(huì)進(jìn)灰了; 觸控模塊與面(miàn)闆緊密結合還(hái)能(néng)有效降低顯示面(miàn)闆噪聲對(duì)觸控訊号所造成(chéng)的幹擾; 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。固化之後(hòu)的有機矽光學(xué)膠耐候性極,好(hǎo) 即使是長(cháng)期受光照射也不會(huì)發(fā)黃而且固化後(hòu)體積收縮率低于 0. 2% ,解決了丙烯酸酯類光學(xué)透明膠水存在高溫易黃變和尺寸收縮率較大的問題。經(jīng)測試,使用有機矽液體透明水膠貼合的屏幕在鋼珠跌落測試中沖擊強度爲丙烯酸酯類的 3 倍,屏幕彎曲強度爲丙烯酸酯類的 2 倍,有助于實現更薄和更加耐摔的機身。
預計随著(zhe)各廠商對(duì)全貼合設備技術的投入、材料成(chéng)本的降低、各種(zhǒng)技術路徑的發(fā)展和全貼合良率的提升,2017 年全貼合觸摸屏的占有率將(jiāng)達到57% ,未來市場空間很大。
4熱界面(miàn)有機矽材料
随著(zhe)觸摸屏模組中電子元器件的集成(chéng)程度和組裝密度的不斷提高,産品在能(néng)夠提供高功能(néng)高效率的同時(shí),其中各個元件的工作功耗和工作溫度也急劇增大,溫度過(guò)高將(jiāng)對(duì)電子元器件的可靠性産生有害的影響,會(huì)縮短電子元件的使用壽命。爲了保證電子元器件能(néng)夠長(cháng)時(shí)間穩定的運行,必須阻止工作溫度的不斷升高,因此及時(shí)有效地散熱就(jiù)成(chéng)爲目前迫切需要解決的問題。
有機矽材料是最早廣泛的熱界面(miàn)材料之一,按照材料形态的差異,分爲導熱矽脂、導熱粘接膠、導熱墊片和導熱彈性體四類。其中導熱矽脂主要應用于大面(miàn)積器件如中央處理器( CPU) 、圖形處理器 ( GPU) 和遊戲控制芯片等發(fā)熱功率高的單一模塊的散熱; 導熱墊片主要用于非共面(miàn)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(miàn)接觸熱阻。
導熱有機矽粘接膠主要用于解決小面(miàn)積器件散熱問題,可以有效固定于芯片等表面(miàn),簡化裝配的過(guò)程。有機矽導熱彈性體是一款應用面(miàn)最廣熱界面(miàn)材料,對(duì)于器件的适用面(miàn)積幾乎沒(méi)有限制,能(néng)夠非常方便地按尺寸進(jìn)行切割,适合于在接觸壓力相對(duì)較低的情況下進(jìn)行表面(miàn)接觸,可充分填滿電子組件表面(miàn)與安裝件表面(miàn)間的間隙,形成(chéng)高效的熱交換通道(dào),同時(shí)還(hái)能(néng)對(duì)電子設備起(qǐ)到阻尼減振等作用。
近年來,還(hái)出現了一種(zhǒng)新型的有機矽熱界面(miàn)材料——導熱泥,其物理形态是半固态,類似橡皮 泥,其特點主要有三方面(miàn): 一是突破了導熱矽脂塗覆厚度的限制,即使塗得很厚也不會(huì)發(fā)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複的要求。既可以在大面(miàn)積高功率器件上用作導熱墊片的下一代材料,讓導熱墊片徹底告别壓縮率的瓶頸,也可以在中等面(miàn)積器件上發(fā)揮平面(miàn)散熱器的作用,是一款多才多藝的新型散熱材料。
5 藍光阻隔有機矽材料
觸摸顯示屏的白光效果一般是采用藍色 LED激發(fā)黃色熒光粉的模式,因此這(zhè)種(zhǒng)白光中的藍色光譜就(jiù)擁有一個波峰,從而産生了藍光傷眼的問題,即穿透力比較強的藍光會(huì)引起(qǐ)視網膜色素上皮的萎縮,從而導緻光敏感細胞的死亡,給眼睛帶來極大的傷害。
軟件濾藍光是最初的護眼實現手段,需要用戶手動開(kāi)啓屏蔽藍光的功能(néng)并設定屏蔽藍光功能(néng)的級别,容易出現偏色的情況。2014 年開(kāi)始有顯示器廠商推出了硬件濾藍光的功能(néng),通過(guò)顯示玻璃鍍膜處理的方式將(jiāng)白光背光中的藍光波長(cháng)從 444nm 優化爲 460nm,移除了 90% 傷害眼睛的短波藍光。這(zhè)一方法解決了傳統顯示器護眼功能(néng)開(kāi)啓後(hòu)色彩偏暖的問題,但是鍍膜的過(guò)程複雜,成(chéng)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矽封裝材料或者全貼合中的有機矽液體透明水膠進(jìn)行改性,加入,特定結構的功能(néng)助劑 可以制備出新型的具備藍光阻隔功能(néng)的有機矽 LED 封裝材料或者有機矽液體透明水膠。其中有機矽 LED 封裝材料直接在背光源的封裝工序就(jiù)可以通過(guò)對(duì)芯片發(fā)出光譜進(jìn)行優化而實現藍光阻隔。有機矽液體透明水膠則是貼合于觸摸屏之後(hòu),通過(guò)吸收波長(cháng)爲 380nm ~ 450nm 的藍光,并且將(jiāng)其進(jìn)行能(néng)量轉換,以熱能(néng)或無害的較長(cháng)波長(cháng)把能(néng)量放出,并迅速地使被藍光激發(fā)的自由基回到穩定的基态,從而達到對(duì)背光源發(fā)出的藍光實現選擇性屏蔽的作用。這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)方法均無需增加工序,簡單易行,是目前最具性價比和發(fā)展潛力的藍光阻隔實現方式。
6 結語與展望
我國(guó)是全球觸摸屏顯示器的主要生産地,但是與觸摸屏顯示屏生産相配套的中高端關鍵材料卻主要依靠進(jìn)口,國(guó)内觸摸屏企業在材料上付出高成(chéng)本,卻難以得到國(guó)外巨頭企業的量身定制方案及技術保障服務,随著(zhe)國(guó)内觸摸屏産業的發(fā)展,競争的重點也將(jiāng)從制造成(chéng)本逐漸向(xiàng)設備和材料等基礎領域延伸,而這(zhè)些都(dōu)需要以材料的國(guó)産化來支撐。
中國(guó)已經(jīng)成(chéng)爲世界上有機矽單體生産中心,有機矽上遊原材料的廣泛易得。有機矽材料以其獨特而優異的性能(néng)和在觸摸屏行業的應用前景引起(qǐ)人們的關注。具有不同功能(néng)性官能(néng)團和新穎結構的有機矽基材的不斷湧現,成(chéng)本的不斷降低和綜合性能(néng)的不斷提高,其應用領域將(jiāng)不斷擴展。随著(zhe)研究的深入,有機矽材料有望在柔性液晶面(miàn)闆、曲面(miàn)液晶面(miàn)闆、OLED 和電子紙等新技術領域發(fā)揮更重要的作用。