光学透明胶及其在消费电子设备中的应用

杨 青

（3M中国有限公司北京技术分公司，北京 100176）

光学透明胶及其在消费电子设备中的应用

杨 青

（3M中国有限公司北京技术分公司，北京 100176）

介绍了一种光学透明级压敏胶（optically clear adhesive—OCA）的光学性能、材料兼容性、耐老化性能，以及光学透明胶在消费电子设备中的应用，主要用于触摸屏模组粘接以及触摸屏和显示屏粘接，起到固定和提高对比度的作用。

光学透明胶；触摸屏；对比度增强

光学透明胶具有优异的光学性能，良好的粘接性能，以及持久的耐老化性能，被广泛应用于智能手机、平板电脑、触控显示器和电子阅读器等消费电子设备，以增强用户的视觉、设备的美感和外观，同时粘合触控传感器。

1 光学透明胶的特性

1.1 优异的光学性能

光学透明胶在可见光波长范围内透光率超过99%，雾度低于0.5%，保证了其在应用中的高透光性和清晰度。

除透光率高以外，3M光学透明胶的折射系数约为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]。减少了由于空气折射率（nA≈1.0）和被粘接材料差异较大而产生的反射损失，提高了图像对比度。

1.2 良好的ITO兼容性

光学透明胶用于触摸屏传感器粘接，常直接接触ITO涂层，若光学胶的酸性高，二者之间会发生反应，传感器的电阻变大，导致触摸屏灵敏度降低，甚至无法工作。3M开发了无酸配方的光学透明胶，提供了良好的ITO兼容性，可以用于直接和裸露的ITO层粘接并保证良好的稳定性。

不同类型的光学透明胶对触摸屏ITO电阻值的影响差异很大。经过长时间老化测试后，当电阻值变化大于裸露ITO自身电阻值变化时，则表明光学透明胶和ITO涂层的兼容性差，不适合用于直接粘接ITO涂层的材料。

1.3 极佳的抗气泡性能

实际应用中，光学透明胶粘接的透明材料主要是玻璃、PMMA、PC和PET等。其中PMMA，PC材料在使用过程中易释放出小分子，会引起粘接面出现大量的气泡，影响外观和粘接效果。对于这种释气性材料的粘接，需要使用抗气泡性能的光学透明胶。表1是2种3M光学透明胶的抗气泡性能测试结果，经过3 d高温高湿或高温老化测试后，粘接结构中没有发现气泡缺陷，证明这2种光学透明胶具有良好的抗气泡性。

表1 光学透明胶抗气泡性测试Tab.1 Out-gassing test results of different OCAs

1.4 优异的抗老化性能

3M光学透明胶具有优异的抗老化性能，在应用环境的极限条件下，如高低温、高湿度、高低温循环、强紫外光照射等，光学透明胶可以保持长期稳定的性能。由表2可见，不同条件的老化测试后，光学透明胶的透光率未发生任何变化，且光学透明胶的b*值变化微小，说明其保持了很好的透明性，未发生黄变。老化测试后未出现气泡和分层现象，也说明，光学透明胶保持了良好的粘接性能。

表2 光学透明胶老化性测试结果Tab.2 Environmental reliability test results of OCA

2 光学透明胶的应用

光学透明胶目前主要应用于消费电子设备显示模组，分为触摸屏结构粘接和触摸屏与显示屏模组的粘接2大类，以起到固定和提高对比度的作用。

2.1 触摸屏结构粘接

电容式触摸屏是目前消费电子设备中最常用的触摸屏，根据传感器的材质不同，分为玻璃基材和薄膜基材2种类型。

2.1.1 薄膜基材电容触摸屏结构粘接

图1是薄膜基材电容触摸屏的结构及光学透明胶的应用。用于粘接盖板的光学透明胶，通常选用较软的光学透明胶，其对油墨断差的填充性较好。2层触控薄膜之间的粘接则可以选用硬度适中且较薄的光学胶，通常需要ITO兼容性光学胶，有的也需要低介电常数光学胶。

2.1.2 玻璃基材电容触摸屏结构粘接

图2是G/G和OGS两种玻璃基材电容触摸屏的结构以及光学胶的应用。相对于薄膜基材，玻璃基材的电容触摸屏透光性更好。但是刚度大，不能弯曲，所以盖板和玻璃基材传感器之间的光学透明胶贴合难度较大。通常选用较厚的光学透明胶（厚度0.1 mm以上），和真空贴合工艺，还要进行除泡处理。

2.2 触摸屏和显示屏的粘接

光学透明胶的另一个主要应用是触摸屏模组和显示屏模组之间的粘接，也称全贴合。全贴合取代传统的边框粘接的方式，消除了触摸屏模组和显示屏模组之间的空气层，大大降低了由于折射率差异而产生眩光的缺陷。在图3的手机中，触摸屏和液晶屏的粘接，左半侧使用了传统的边框粘接，中间有空气层存在，右半侧选用了全贴合方式，其剖面结构如图4所示。可以看出，全贴合区域的图像更清晰，色彩更鲜艳。

图1 光学透明胶应用在不同类型薄膜基材电容触摸屏Fig.1 Application of OCA in different film sensor CTPs

图2 光学透明胶应用在不同类型玻璃基材电容触摸屏Fig.2 Applications of OCA in different glass sensor CTPs

图3 光学透明胶粘接和边框粘接的对比Fig.3 OCA gap filling structure vs frame bonding structure

图4 光学透明胶粘接和边框粘接的剖面结构Fig.4 Cross-section of OCA gag filling structure and frame bonding structure

对2种粘接方式的对比度进行了测试，在3种不同背景光亮度的环境中，测试结果见表3。可见背景光强越高，则光学透明胶对对比度的增强效果越明显，在强的背景光环境中，全贴合相对于边框粘接，其对比度提高了6倍左右，大大减少了眩光的产生，提高了显示清晰度，节省了电池损耗，解决了用户在户外强光下看不清屏幕的问题。

对于触摸屏模组结构粘接，全贴合应用对光学透明胶的性能要求有所不同。目前主要采用UV固化型光学透明胶, 其特点主要为：1）固化前，模量低胶体软，具有很好的填充性；2）固化后，胶体强度增加，可靠性增强；3）良好的显示模组兼容性，防水纹现象。

UV固化光学透明胶的施工工艺流程一般分4步：1）UV固化光学胶和触摸屏贴合（滚轮式软对硬贴合设备）；2）触摸屏和显示屏贴合（建议采用真空贴合设备,尽可能减少气泡夹杂）；3）除泡处理（高压除泡设备）；4）UV固化（除泡后，如检查合格，进行UV固化）。

表3 不同光照条件下空气间隙层区域与光学透明胶区域对比度数据Tab.3 Contrast results of areas of air-gap layer and OCA layer under different illumination conditions

全贴合的加工难度高，生产良率相对低，并且被粘接材料（触摸屏和显示屏）的成本高，所以全贴合的不良返工相当重要。目前全贴合的不良返工方式主要有2种：1）线切割，加热不良品（通常是加热平台加热,温度在80 ℃左右），光学胶在高温下会变软，内聚力降低，使用超细的金属线切割胶层，将触摸屏和显示屏分离。留在触摸屏或者显示屏表面的残胶可以用光学胶团粘接去除，最后用溶剂清洁表面。2）冷冻，通常是在零下70 ℃冷冻全贴合部件,胶在低温下会变脆从而失去粘性，再施加外力分离。残胶也是通过胶团和溶剂去除。这种方法通常适用于不带背光模组的显示屏全贴合返工。

UV固化光学胶在使用之前要避免长时间在日光下暴露，一般是贮存在遮光的铝箔袋子里。提前固化会改变光学胶的模量，从而使其填充性能降低，导致显示模组水纹现象。

随着消费电子设备的不断更新和触控显示技术的不断发展，光学透明胶产品的性能也将会进一步提高，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学透明胶会被开发并得到广泛的应用。

[1]罗晖,等.紫外光固化光学透明胶粘剂及其光学性能的研究[J].化学与粘合,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

杨青（1979-），女，硕士，资深技术服务工程师，从事高分子粘接材料的应用和研究。E-mail：tyang3@mmm.com。