浅谈有机硅材料在触摸屏中的应用

张利利，侯　毅，郭　辉

(深圳市新纶科技股份有限公司，广东深圳 518107)



浅谈有机硅材料在触摸屏中的应用

张利利，侯毅，郭辉

(深圳市新纶科技股份有限公司，广东深圳 518107)

摘要：介绍了有机硅材料的特性和优势，及其在触摸屏行业中的导热、贴合及特殊保护等方面的应用和发展趋势。

关键词：触摸屏，有机硅，全贴合，热界面材料，蓝光阻隔

有机硅材料是以硅氧键(-Si-O-Si-)结构为骨架组成的聚硅氧烷，具有耐候性好、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性[1]，被广泛应用在触摸显示屏生产制造过程中。随着触摸显示屏向柔性、曲面和大尺寸等方面发展，新型有机硅材料的开发与应用也随着增加。

传统的触摸显示屏从结构上看，可以把屏幕大致分成3个部分，从上到下分别是保护玻璃、触摸屏和LCD 显示屏[2]。有机硅材料可以根据每一层使用要求的不同而进行相应的性能改进，为触摸显示屏产品提供最佳的解决方案。

1屏幕保护有机硅材料

屏幕保护有机硅材料是一种具有活性硅烷基团和氟改性有机基团组合而成的涂料[3]，涂覆于屏幕后，形成10nm～20nm厚度的透明膜层，既具有含氟聚合物疏油和低摩擦系数的特性，又具有硅氧烷的疏水和耐候特性，可以使得膜层的水接触角大于115°，油酸接触角大于74°，让屏幕保护膜层具有出色的防污、拒水和拒油性能，减少指纹及各种污渍附着，提高擦拭清洁的能力。通过掺杂纳米二氧化硅于有机硅保护涂层中[4]，还能提高材料成膜后的硬度和耐磨抗擦伤性能，目前市售产品可以在来回摩擦3000次(条件为：负重1kg，0000#钢丝绒，接触面积20mm×20mm)后，表面水接触角仍然大于108°。另外，使用物理共混的方式添加纳米二氧化钛于有机硅涂料中[3]，其中纳米二氧化钛光催化产生极强的自由基可制作成盖板材料使用的防污染杀菌保护涂层。

2边框粘接用有机硅材料

低溶剂单组份湿气固化的有机硅热熔胶主要应用于触摸屏的边框粘接，可以帮助设计师实现触摸屏结构设计时的防水和窄边框理念及制造目标。

有机硅热熔胶是一种反应性材料[5]，在受热施胶时，可以液体胶涂布的方式实现宽度不超过0.5mm的极薄胶线，瞬时获得初始粘接强度，在室温下快速冷却固化，加速产品组装效率。有机硅热熔胶完全固化后具有极佳的粘接力，无需底涂即可与常见塑料和金属基材实现粘结。

与反应型聚氨酯类热熔胶(PUR)相比[6]，有机硅热熔胶不仅可以在胶体中添加含有紫外光标记物，方便对成品进行自动紫外光检验，还具有操作时间长、24h内可返工重涂、耐高温、无毒无味和挥发成分含量低等优点。有机硅热熔胶完全固化后，即具有出色的耐化学、防水、防尘性能，提高了电子产品的可靠性。

在设计和组装其它创新理念的智能设备时，有机硅热熔胶与双面胶带(OCA)相比，具有窄边框贴合、初始粘接强度高和固化后粘结力强等优势，并且在对1亿部0.8mm窄边框智能手机玻璃盖板进行边框粘结测试中发现，有机硅热熔胶能将总体成本降低至20%。

3屏幕贴合用有机硅材料

有机硅液体光学透明水胶能将面板与触摸屏以无缝隙的全贴合方式完全粘贴在一起，避免了屏幕间的空气，这有助于减少显示面板和玻璃之间的反光、色散、散射引起的光线损失和干扰，从而达到低反射显示的效果[7]。

有机硅液体光学透明水胶生产工艺简单，生产的过程环保无毒，可以分为低温热固性和紫外固化两种固化方式，其中低温热固型，不仅无需使用特殊的分装、运输和固化设备，还解决了黑边区光照问题，简化了装配工艺，可以通过烘道的方式实现连续化的生产，有利于降低成本；有机硅材料可以在极宽的范围调整产品粘度，并根据粘度的不同选择相应的施工工艺，能很好地解决生产过程中的溢胶和气泡问题[8]。

触摸屏使用有机硅液体光学透明水胶全贴合之后，屏幕再也不会进灰了；触控模块与面板紧密结合还能有效降低显示面板噪声对触控讯号所造成的干扰；全贴合模块与整机的装配可以直接采取卡扣或者锁螺丝的方式固定，减少了贴合偏差带来的装配问题。固化之后的有机硅光学胶耐候性极好[9]，即使是长期受光照射也不会发黄而且固化后体积收缩率低于0.2%，解决了丙烯酸酯类光学透明胶水存在高温易黄变和尺寸收缩率较大的问题。经测试，使用有机硅液体透明水胶贴合的屏幕在钢珠跌落测试中冲击强度为丙烯酸酯类的3倍，屏幕弯曲强度为丙烯酸酯类的2倍，有助于实现更薄和更加耐摔的机身。

预计随着各厂商对全贴合设备技术的投入、材料成本的降低、各种技术路径的发展和全贴合良率的提升，2017年全贴合触摸屏的占有率将达到 57%，未来市场空间很大。

4热界面有机硅材料

随着触摸屏模组中电子元器件的集成程度和组装密度的不断提高，产品在能够提供高功能高效率的同时，其中各个元件的工作功耗和工作温度也急剧增大，温度过高将对电子元器件的可靠性产生有害的影响，会缩短电子元件的使用寿命。为了保证电子元器件能够长时间稳定的运行，必须阻止工作温度的不断升高，因此及时有效地散热就成为目前迫切需要解决的问题。

有机硅材料是最早广泛的热界面材料之一，按照材料形态的差异，分为导热硅脂、导热粘接胶、导热垫片和导热弹性体四类。其中导热硅脂主要应用于大面积器件如中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)和游戏控制芯片等发热功率高的单一模块的散热；导热垫片主要用于非共面多模块的散热，一般需要使用外力进行夹持以降低热界面接触热阻。导热有机硅粘接胶主要用于解决小面积器件散热问题，可以有效固定于芯片等表面，简化装配的过程。有机硅导热弹性体是一款应用面最广热界面材料，对于器件的适用面积几乎没有限制，能够非常方便地按尺寸进行切割，适合于在接触压力相对较低的情况下进行表面接触，可充分填满电子组件表面与安装件表面间的间隙，形成高效的热交换通道，同时还能对电子设备起到阻尼减振等作用。

近年来，还出现了一种新型的有机硅热界面材料——导热泥[10]，其物理形态是半固态，类似橡皮泥，其特点主要有三方面：一是突破了导热硅脂涂覆厚度的限制，即使涂得很厚也不会发生流动或者渗漏；二是突破了导热垫的压缩率极限，其压缩率几乎可以接近 100%；三是可以轻易实现返工修复的要求。既可以在大面积高功率器件上用作导热垫片的下一代材料，让导热垫片彻底告别压缩率的瓶颈，也可以在中等面积器件上发挥平面散热器的作用，是一款多才多艺的新型散热材料。

5蓝光阻隔有机硅材料

触摸显示屏的白光效果一般是采用蓝色LED激发黄色荧光粉的模式，因此这种白光中的蓝色光谱就拥有一个波峰，从而产生了蓝光伤眼的问题，即穿透力比较强的蓝光会引起视网膜色素上皮的萎缩，从而导致光敏感细胞的死亡，给眼睛带来极大的伤害[11]。

软件滤蓝光是最初的护眼实现手段，需要用户手动开启屏蔽蓝光的功能并设定屏蔽蓝光功能的级别，容易出现偏色的情况。2014年开始有显示器厂商推出了硬件滤蓝光的功能，通过显示玻璃镀膜处理的方式将白光背光中的蓝光波长从444nm优化为460nm，移除了90%伤害眼睛的短波蓝光。这一方法解决了传统显示器护眼功能开启后色彩偏暖的问题，但是镀膜的过程复杂，成本较高，目前尚没有得到广泛的推广使用。

通过对显示屏背光源中的有机硅封装材料或者全贴合中的有机硅液体透明水胶进行改性，加入特定结构的功能助剂[12]，可以制备出新型的具备蓝光阻隔功能的有机硅LED封装材料或者有机硅液体透明水胶。其中有机硅LED封装材料直接在背光源的封装工序就可以通过对芯片发出光谱进行优化而实现蓝光阻隔。有机硅液体透明水胶则是贴合于触摸屏之后，通过吸收波长为380nm～450nm的蓝光，并且将其进行能量转换，以热能或无害的较长波长把能量放出，并迅速地使被蓝光激发的自由基回到稳定的基态，从而达到对背光源发出的蓝光实现选择性屏蔽的作用。这两种方法均无需增加工序，简单易行，是目前最具性价比和发展潜力的蓝光阻隔实现方式。

6结语与展望

我国是全球触摸屏显示器的主要生产地，但是与触摸屏显示屏生产相配套的中高端关键材料却主要依靠进口，国内触摸屏企业在材料上付出高成本，却难以得到国外巨头企业的量身定制方案及技术保障服务，随着国内触摸屏产业的发展，竞争的重点也将从制造成本逐渐向设备和材料等基础领域延伸，而这些都需要以材料的国产化来支撑。

中国已经成为世界上有机硅单体生产中心，有机硅上游原材料的广泛易得。有机硅材料以其独特而优异的性能和在触摸屏行业的应用前景引起人们的关注。具有不同功能性官能团和新颖结构的有机硅基材的不断涌现，成本的不断降低和综合性能的不断提高，其应用领域将不断扩展。随着研究的深入，有机硅材料有望在柔性液晶面板、曲面液晶面板、OLED和电子纸等新技术领域发挥更重要的作用。

参考文献

[1] 黄文润.液体硅橡胶[M].四川：四川科学技术出版社，2009：1-18.

[2] 沈璐，吴昆，沈敏敏，等.触控屏制程防护材料技术进展[J].广州化学，2015，40(2)：65-70.

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[4] 刘长利，吴文健，满亚辉. 光固化有机硅纳米SiO2杂化材料的制备和表征[J].材料科学与工程学报，2006，24(6)：808-810.

[5] Lori ENSZER，Ken RUBIS.有机硅热熔密封胶[J].粘接，2006，26(5)：20.

[6] 任小军，张强，温旭东. 有机硅密封胶在汽车车灯上的应用[J].材料应用，2013，8：53-54.

[7] 吴添德，余雷，铁斌. 实现LCD阳光下可视性的光学设计及实施工艺[J].液晶与显示，2013，28(1)：28-31.

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[9] 张丽娅，吴军，薛涛，等.高粘性光学用有机硅凝胶的制备与性能研究[C]∥第十七届中国有机硅学术交流会论文集. 2014：271-276.

[10] 祝渊.高性能柔性散热材料设计、制备及应用[D].北京：清华大学材料系，2011.

[11] 胡文玉.护眼灯具的研究[D].上海：复旦大学信息科学与工程学院，2014.

[12] 施克炜.一种蓝光阻隔光学扩散结构及背光源器件：中国，104570173 A[P]. 2015-04-29.

中图分类号：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