OCA光学透明胶已经在显示行业有十多年的应用历史了,它提供了消费电子产品一个光学和机械的粘接,粘接盖板玻璃,触控玻璃和液晶屏。而的应用是粘接一个柔性可折叠的OLED显示屏.OLED软屏(曲面屏,非折叠屏)用的OCA要求有足够的粘性来抵御屏幕的回弹而造成的气泡。而针对OLED可折叠屏,在折叠过程中,OCA不能因自身变形导致其他功能层的变形.OCA也保持对触控感应材料的兼容,如金属网格,纳米银,碳纳米管,石墨烯等。
1.工艺对OCA的性能要求。
OCA光学透明胶或者液体光学胶被应用到消费电子,工艺和汽车电子已经超过15个年头了,OCA可以显著增加显示屏的显示效果和机械强度,早在2006年,使用OCA的是LG的Prada手机。而初运用于OLED屏(硬屏)和LCD屏,对OCA的应用要求是一样的,但是随着OLED屏幕的形式多样化, 有了新的挑战,如曲面屏,折叠屏等。
OCA是丙烯酸基材的产品,光学折射率是1.47-1.48之间,和PET,偏光片等材料非常接近,这个特性可以减少界面之间,由于折射率差异造成的4%左右的光反射,可增强显示屏显示的对比度和亮度。
在做温湿度可靠性测试的时候,由于胶会吸收水汽,所以有可能影响胶的光学性能,产品会出些白雾状,当回到正常环境后,这些白雾会消失,当然这种情况可以从胶的配方上做抗白雾改善。抗UV的要求出现在车载以及一些高要求的消费电子产品中,一个常见的不良就是UV照射后材料发黄,那么材料厂商就要考虑改善黄变的要求。OLED用的圆偏光片可以减少UV光的穿透,但是“去偏光”技术的慢慢发展,OCA就需要阻隔UV光的功能,以此来保护OLED器件。
同时OCA需要和作为触控感应层的材料兼容,如ITO氧化铟锡等,因为OCA作为压敏胶会包含一些丙烯酸以此来得到高的粘性,所以OCA需要不含酸。各种可能的触摸屏结构会在下一章讲。OCA也在一定应用下,要求介电常数,在一定频率下(100 kHz),低介电常数low (Dk < 3) 或高介电常数 (Dk > 9),以此来优化触控信号的稳定。
2.OLED用OCA的关键要求
当OLED生产中,用高分子类基材,如PI聚酰亚胺, 显示屏就可以得到折叠弯曲的效果。现在很多不同生产商都推出了动态可折叠的产品,如柔宇柔派,三星Galaxy Fold ,华为Mate X ,除了这些产品,LG在2019年宣布发布了合拢在小于30cm轴上的柔性电视R9,尽管这类电视不具有触控功能,但是仍然需要OCA用来光学粘接保护功能层。
初的OLED显示屏,OCA粘接是盖板和密封玻璃, 也就是硬屏,这时候的OCA和LCD用的没什么区别,但是随着OELD屏的弯曲,2.5D,甚至折叠,OCA的要求就变化了。下图列出了几种结构。
不管什么结构,OLED模组需要一层盖板视窗,一个触控感应和圆偏光层,这些必须用胶膜或者水胶贴合起来,以得到更好的对比度,更高的亮度以及可靠的机械强度。盖板视窗通常用玻璃,但是一些应用也可以用PC,PET以及透明PI, 视窗油墨的厚度10-60um,这个油墨是为了遮蔽触控线路的一些非透明的导线。
触控感应层是包含ITO或者纳米银,金属网格的功能层。在圆偏光片可以做在触控层上层,这样的隐藏触控的线路,如果用GF2,就是GFF结构的话,OCA需要粘接那两个分开的触控感应层,两个感应层分别为发散层和感应层,也会用Tx和Rx表示。当然这两层也可以做在同一面,只是那样设计的话,灵敏性和性降低。
如前所诉,大部分OCA都有抗白雾功能,也许一些场合,对水蒸气的抵抗,要求会更高,特别是将来窄边框和去偏光片化。可穿戴设备会遇到更高的耐水和耐化学容易要求。比如类似应用的lens bonding胶带,需要阻隔化学液体,水汽等,幸运的话,它们不需要光学透明,而OCA不一样,在保持透明情况下,抵抗油脂,汗液,酒精,酸,清洁剂等等,都是一些亲水或者疏水的物质。
通常终端贴合厂针对不同贴合位置选择不同OCA,偏光片上的OCA是自带的。除了满足技术要求,小于25um的胶和偏光片有好的粘性以外,价格低是一个重要因素。由于偏光片吸收大量的UV光,OCA不大可能是UV后固化的形式。将来圆偏光减少厚度,这部分粘接的OCA需要扮演更重要的角色来保护这个偏光片。
2.2 弯折和曲面屏的粘接要求
TFT, TFE和触控层在弯折中容易受损,尽管的纳米银或金属网格比ITO更具柔性,尽管OLED厂商持续在改善产品可靠性,公开的资料显示,核心器件在弯折中依然很脆弱,在PI上的TFT,0.2%的形变,或者TFE上,0.3%的弯曲,SiO2 层就很容易破碎。
当OLED曲面屏在生产过程中,只要求弯一次,盖板可以用玻璃,玻璃具有很好的耐刮性,更好的保护显示屏耐受冲击,玻璃的模量远远高于塑料基材。粘接曲面屏的OCA就需要高的粘性来保持塑料基材,如TFT等在弯曲状态,如果粘性不够,它们会回弹产生气泡。
针对弯曲屏,3M推荐的是(CEF) 30xx 和31xx, xx 代表英制的mil数,表1记录了一个重要的参数,剥离力。其中CEF30xx是 UV 后固化的产品,测试剥离力前,需要用1J/cm2 UVA 的光照一下。
备注:180°剥离, (N/cm),粘接玻璃。参考ASTM D3330的方法,1cm宽的测试条,305 mm/min的剥离速度,2.0 mil的PET基材,静置在23度/50% 相对湿度的环境。
2.3折叠屏的粘接要求
折叠屏用OCA需要很低的模量或者能调整显示屏各功能层在弯折时的位置。在4mm或者更小的轴上,可折叠几万次,OCA需要把那些功能层整合为一个整体,并且维持柔性。当设备弯折时,胶需要有的形变,避免流动而改变厚度,打开折叠后,不允许有折痕等现象,胶必须帮助屏幕快速恢复平整,后,所有的这些性能在不同的操作温度下,依然保持稳定。这可能需要胶有一个很低的Tg,低于的操作温度,如果操作温度是?20°C, 那么Tg < ?30°C是一个起码的要求。
可折叠OCA的要求和静态应用的普通的OCA粘弹性要求截然不同,软的低模量的胶会牺牲一部分粘性,实际上,可折叠OCA仍要维持少1 N/cm的粘性。表面的清洁是贴合厂需要做的,如果改善粘接表面,用plasma,或者底涂剂也可以增强表面能。
当一个柔性屏折叠数千次后,可折叠OCA应该也要在来回弯折时,保持的偏移或迟滞。在应用端的测试,包括应力,压缩比,剪切力,流变,一些机械的夹具可以模拟这个过程,在会在后面的第四章中介绍。
2.4 OLED屏将来对OCA的要求
OLED设计新的趋势要求更多更灵活的弯折,新的OCA也要满足那些要求。在下一个十年,生产商计划推行更窄的折叠,绕卷,多轴折叠以及更长的使用寿命。由于折叠半径减少到小于3mm,剪切应力就要求从300% 到大致到500 或700% ,甚至更多。更多的轴会增加整体剪切力的分配,每个轴都有自己的应力分配系统。一个绕卷的屏可以看做许多轴在一定半径上的折叠。绕卷的产品会比如今一轴的产品做的更大,但是这个剪切的要求会更加严格。胶大幅的蠕动,会在绕卷的后,拉长很多毫米, 这会导致外观不良以及产生更多的应力。薄的产品利于折叠,所以整合各层功能膜,使膜的数量变少也是一个趋势,有可能把偏光片或者彩色滤光膜整合在包裹玻璃上。另外为了使盖板能承受更大的冲击,OCA也扮演越来越重要的角色。