液態(tài)光學(xué)透明膠的制備及特性研究

趙迎波，何利軍，李守平，史偉同

（北京海斯迪克新材料有限公司，北京 100041）

液態(tài)光學(xué)透明膠的制備及特性研究

趙迎波，何利軍，李守平，史偉同

（北京海斯迪克新材料有限公司，北京 100041）

介紹了液態(tài)透明膠在觸摸屏中的應(yīng)用。它主要用于電容式觸摸屏中觸控模組與顯示模組的貼合，起到填充、固定、提高對比度等作用。制備了一種液態(tài)光學(xué)透明膠（Liquid Optical Clear Adhesive-LOCA），重點研究了其光學(xué)性能、固化性能和耐老化性能；結(jié)果表明,所制備的液態(tài)透明膠在3 000 mJ/cm2的固化能量下可以完全固化，黏度適用于各種貼合工藝；其透光率在99%以上，黃變指數(shù)和霧度小于0．2%，且具有優(yōu)異的抗老化性能。

觸摸屏；液態(tài)光學(xué)透明膠；光學(xué)性能；抗老化性能

1 前言

近年來，觸摸屏在手機、電腦等高檔電子產(chǎn)品上的應(yīng)用越來越廣泛[1～3]。在觸摸屏中將各層透明材料貼合起來，降低光線的散射損失，提高顯示的亮度和對比度的粘接材料即為光學(xué)透明膠。相對于早期的OCA膠帶（Optical Clear Adhesive），液態(tài)光學(xué)透明膠（LOCA）成本較低，膠層厚度靈活可控，更適用于不規(guī)則表面和中大尺寸屏幕的貼合。液態(tài)光學(xué)透明膠要求具有優(yōu)異的光學(xué)性能（透光率至少大于95%，霧度和黃變指數(shù)均小于0.8）、合適的固化性能（當(dāng)前固化方式以UV光固化為主）、良好的粘接性能（對于玻璃和偏光片均要有足夠的附著力）以及持久的耐老化性能。液態(tài)光學(xué)透明膠作為觸摸屏中面貼合的主要材料在觸摸屏產(chǎn)業(yè)中起著至關(guān)重要的作用。

北京海斯迪克新材料有限公司開發(fā)了不同系列的液態(tài)光學(xué)透明膠產(chǎn)品，滿足了市場上各種不同的需求。

2 實驗部分

2.1 原料及儀器設(shè)備

光固化預(yù)聚物，北京海斯迪克新材料有限公司；活性稀釋劑，臺灣長興化學(xué)材料有限公司；光引發(fā)劑，北京英力科技發(fā)展有限公司；抗氧劑，BASF。以上原材料均為工業(yè)級，無需經(jīng)過進一步凈化處理。

2 L雙行星動力混合機，廣州紅云機械廠；RWUVA TD201-30hs型UV固化爐，潤沃機電；FTIR-8400S型傅立葉變換紅外光譜儀，日本島津公司；C o l o r Q u e s t X E型分光光度計，美國Hunterlab；Brookfield DV-Ⅱ+Pro型黏度計，美國Brookfield公司；3369型萬能材料試驗機，美國INSRON公司。

2.2 實驗方法

整個生產(chǎn)過程需在無塵車間或無塵實驗室進行。

將一定比例的光固化預(yù)聚物和活性稀釋劑加入到反應(yīng)釜中，在50 ℃攪拌分散，轉(zhuǎn)速為30 r/min，分散速度為600 r/min。分散30 min后加入光引發(fā)劑和抗氧劑在50 ℃攪拌分散，轉(zhuǎn)速為30 r/min，分散速度為600 r/min。分散1 h后抽真空脫泡30 min，濾網(wǎng)過濾后即可制備出液態(tài)光學(xué)透明膠。

2.3 性能測試

1）黏度

采用錐板黏度計測試黏度，從常溫20 ℃開始，每增加10 ℃取1個黏度值，測試液態(tài)光學(xué)透明膠的黏溫曲線。

2）FTIR-ATR

采用配有衰減全反射配件的8400S型紅外光譜儀對固化前后的LOCA進行FTIR—ATR測試。ATR的晶體采用鍺化鋅（ZnGe），掃描范圍4 000～500 cm-1，光譜的分辨率是4 cm-1。液態(tài)光學(xué)透明膠的固化性能主要是通過1 640 cm-1波數(shù)處C=C鍵含量的變化來考查。

3）光學(xué)性能、老化性能

將液態(tài)光學(xué)透明膠在UV爐中完全固化并制成標樣，采用分光光度計對固化物進行透光率、霧度和黃變指數(shù)的測試。

以老化實驗前后光學(xué)性能的變化來表征液態(tài)光學(xué)透明膠的耐久性。采用同樣的方法對老化后的液態(tài)光學(xué)透明膠固化物進行透光率、霧度和黃變指數(shù)的測試，并與老化實驗前進行對比。

3 結(jié)果與討論

3.1 液態(tài)光學(xué)透明膠的施膠工藝性

LOCA在觸摸屏中采用面貼合的方式，主要工藝是：先在貼合面點出固定圖案的膠線，然后將2個貼合面壓合，在貼合面自身重力或借助于外力作用下使膠液流平，最后進行紫外光固化（見圖1）。流平工藝包括常溫自然流平和通過加熱通道快速流平，這就需要膠液的黏度適中。如果膠液的黏度過大，則不利于在貼合面的流平；如果黏度過低，流動性太好，又會出現(xiàn)貼合困難、溢膠等問題。

圖1 LOCA的施膠工藝示意圖Fig.1 Diagram of fitting process of LOCA

圖2是LOCA黏度隨溫度的變化曲線。從圖2可以看出，黏度可以從20 ℃的3 800 mPa·s降低到60 ℃的700 mPa·s。在此黏度范圍內(nèi)，液態(tài)光學(xué)透明膠既可在常溫下依靠外部施加的壓力流平，也可將貼合后的面板放入加熱通道中，升溫使膠液黏度降低從而可以自然流平。因此該LOCA膠適用不同的貼合工藝。

圖2 液態(tài)光學(xué)透明膠的黏溫曲線Fig.2 Viscosity - temperature curve of LOCA

3.2 UV固化能量對液態(tài)光學(xué)透明膠固化性能的影響

圖3是采用不同UV固化能量固化后的LOCA的FTIR-ATR譜圖。采用FTIR-ATR可以表征出活性稀釋劑和光固化低聚物的固化反應(yīng)，這是由于活性稀釋劑和光固化預(yù)聚物中的C=C鍵能夠參與光固化中的交聯(lián)反應(yīng)，從而使譜圖上的C=C鍵特征峰發(fā)生變化。從圖3可以看出，隨著UV固化能量的增加，在1 640 cm-1處的C=C鍵的峰強度逐漸降低。這是因為固化能量的增加會激發(fā)更多的光引發(fā)劑產(chǎn)生自由基，引發(fā)更多的預(yù)聚物和活性稀釋劑中的C=C鍵發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)[4]。固化能量達到3 000 mJ/cm2時，在1 640 cm-1處的C=C鍵已經(jīng)基本消失。隨著反應(yīng)的進行，預(yù)聚物和活性稀釋劑不斷交聯(lián)固化形成大分子，分子鏈段逐漸被固定在某一區(qū)域，光引發(fā)劑的活性自由基與C=C接觸的幾率降低，反應(yīng)逐漸停止，完成固化。綜合考慮，3 000 mJ/cm2的固化能量是比較合適的。

圖3 不同固化能量下LOCA膠的FTIR-ATR譜圖Fig.3 FTIR-ATR spectra of LOCA under different curing energy

3.3 LOCA的光學(xué)性能

LOCA應(yīng)具有極高的透光率、極低的黃變指數(shù)和霧度值。透光率表示顯示設(shè)備等的透過光的效率，它直接影響到觸摸屏的視覺效果。霧度表示透明或半透明材料的內(nèi)部或表面由于光漫射造成的云霧狀或混濁的外觀。霧度直接影響到顯示圖像的清晰度。黃變指數(shù)在三維色彩空間的黃-藍色軸中表示發(fā)黃的程度。3者是LOCA最重要的3個參數(shù)。

從樂泰等國外公司的產(chǎn)品來看，液態(tài)光學(xué)透明膠在可見光波長范圍內(nèi)的透光率一般都超過了98%，并且霧度和黃變指數(shù)均小于0.8%。

采用分光光度計對本文液態(tài)光學(xué)透明膠固化物進行透光率、霧度和黃變指數(shù)的測試，結(jié)果如圖4和表1。

圖4 LOCA在不同波長下的透光率Fig.4 Transmittance of LOCA at different wavelength

表1 LOCA的光學(xué)性能Tab.1 Transmittance of LOCA

從圖4和表1可以看出，所制備的LOCA固化物在可見光波長范圍內(nèi)（400～700 nm），透光率均大于98%，不同波長的光線均能很好的透過膠層，說明制備的液態(tài)光學(xué)透明膠具有很好的色彩保持力。平均透光率為99.6%，霧度為0.1%，黃變指數(shù)為0.2%，說明了該液態(tài)光學(xué)透明膠在觸摸屏上使用時，色彩的失真度很小，可保證使用過程中的高透光性和清晰度。

3.4 LOCA的老化性能

LOCA要求具有優(yōu)異的抗老化性能，在極限條件下的使用環(huán)境中，如高溫高濕環(huán)境，低溫環(huán)境甚至高低溫循環(huán)變化的環(huán)境等，可以保持長期穩(wěn)定的性能。

對LOCA固化物進行了老化試驗。測試條件包括80℃/500 h，60 ℃+90%RH/500 h，-40 ℃/500 h和-40～85 ℃的200次冷熱循環(huán)。以LOCA光學(xué)性能的變化為指標來表征其耐老化性能。結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，不同條件的老化測試后，所制備的LOCA相對于老化之前，變化極小，可見光波長范圍內(nèi)透光率均在96%以上，而平均透光率也不低于98.9%，說明制備的液態(tài)光學(xué)透明膠在經(jīng)歷了各種極限條件長時間的驗證后，依然具有很好的色彩保持力。霧度和黃變指數(shù)在經(jīng)歷老化試驗后，變化極?。ú淮笥?.7%），說明了光學(xué)透明膠可以滿足不同環(huán)境條件下長時間的使用，長期保持穩(wěn)定的性能。

表2 液態(tài)光學(xué)透明膠的老化性能Tab.2 Environmental reliability test results of LOCA

4 結(jié)論

（1）所制備的液態(tài)光學(xué)透明膠黏度適合不同的貼合工藝。常溫下黏度適中，可以依靠外力使膠液流平；加熱后黏度較低，膠液可以依靠面板重力流平，提高生產(chǎn)效率。

（2）在3 000 mJ/cm2的固化能量下，所制備的液態(tài)光學(xué)透明膠可以完全固化。

（3）該液態(tài)光學(xué)透明膠具有優(yōu)異的透光性能，極低的霧度和黃變指數(shù)，在400～700 nm的波長內(nèi)，平均透光率為99.6%，黃變指數(shù)為0.2%，霧度為0.1%，完全滿足觸摸屏的使用要求。

（4）不同條件的老化測試后，制備的光學(xué)透明膠透光率、霧度、黃變指數(shù)變化極小，可以滿足不同環(huán)境條件下長時間的使用，長期保持穩(wěn)定的性能。

[1]白石,王延峰,黃敏,等．LCD觸控感應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢[J]．液晶與顯示, 2010,25(4):572-575．

[2]Philipp H．不斷發(fā)展的觸摸屏技術(shù)[J]．世界電子元器件,2008(4):22-26．

[3]吳 非 ．觸 摸 屏 的 現(xiàn) 狀 及 發(fā) 展 趨 勢 [J]．價 值 工程,2011,30(16):168．

[4]Hyo-Sook Joo,Young-Jun Park,Hyun-Sung Do,et al．The curing performance of UV-curable semiinterpenetrating polymer nework structured acrylic pre ssure-sensi t iv e a dhes iv es[J]．J．Ad hesi on Sci．Technol．,2007,21(7):575-588．

Study on preparation and characteristics of LOCA

ZHAO Ying-bo,HE Li-jun,LI Shou-ping,SHI Wei-tong
(Beijing HYSTIC New Materials Co．,Ltd．,Beijing 100041,China)

The main application of liquid optical clear adhesive(LOCA) in the capacitive touch screen was introduced,including the laminating of touch panel with LCD module and playing the role of fixing, filling and contrast enhancement．The LOCA was preparaed and its optical property, curing property and environmental reliability were studied．Results show that the LOCA has completely cured under the energy of 3 000 mJ/cm2． The LOCA with a moderate viscosity can be used for various laminating process． The transmittance is over 99%, while the yellowing index and haze are less than 0．2． The LOCA also has a excellent environmental reliability．

touch screen panel;liquid optical clear adhesive;optical property;environmental reliability

TQ437+.6

A

1001-5922（2015）01-0053-03

2014-03-27

趙迎波（1988-），男，碩士研究生，主要從事電子膠粘劑研究。E-mail：zhaoyingbo@hystic.com。