用于显示应用的液体光学透明粘合剂的最新进展

Dr. D. Lu, Dr. J. Wang, R. Zhang, Dr. C. Li, J. Yuan, Dr. J. Lin1, A. Litke2, M. Levandoski2, P. Malanaphy2, J. Serenson2

汉高公司，中国上海
1汉高公司，美国马萨诸塞州南伊斯顿
2汉高公司，美国康乃狄克州洛基山
Email:Daniel.lu@cn.henkel.com

 摘要

液体光学透明粘合剂（LOCA）用于在显示部件如盖板玻璃（cover lens）、触控传感器和LCD模块中连接各个组件，还用于贴合TFT-LCD偏光片中的薄膜基板。本文将对用于触摸屏和LCD部件的最新LOCA技术进行全面的概述，包括材料、应用过程和性能。还将介绍TFT-LCD偏光片技术的最近发展趋势，以及汉高公司的具有超低粘度和优异性能、应用于下一代偏光板的新LOCA产品。

1. 用于显示应用的LOCA

1.1简介

对于带有触控功能的显示器，在LCD和盖板玻璃之间包括一个触控传感器（主要带ITO图案的玻璃）。触控传感器技术主要包括电容式和电阻式触摸[1]。传统的电容式触摸屏由使用光学透明粘合带（OCA带）连接的两层ITO层组成，LCD通常与盖板玻璃或触控传感器通过在边缘使用双面胶带连接，在其中留出空隙。由于表面的光反射，该空隙的存在将影响显示的对比度。使用折射率（RI）匹配的粘合剂填充该空隙将大大降低光反射，增强对比度，改善最终用户的观看体验。OCA有很多缺点和局限性：难以返工，要求模切（以适应不同的显示尺寸），在不平表面的填隙效果差等。液体透明粘结剂（LOCA）正在成为一个非常有吸引力的解决方案，以解决下一代显示应用。它可以克服OCA所有的上述缺点，并为加工和性能提供额外好处。

1.2 LOCA技术

光固化LOCA

汉高LOCA基于光固化丙烯酸酯或有机硅化学。基于丙烯酸酯的LOCA（如乐泰3195、3196和3195LV）提供快速紫外或LED固化，以及优异的光学性能，包括高透光率>99％、低雾度（<1％）、可靠性测试前后低变黄（b*<1）。传统的可靠性测试包括高温/高湿度老化、热老化、冷老化、热循环/冲击、所需的RI（1.47-1.52）以及对各种基板的良好附着力。由于其极低的硬度和弹性模量，3196和3195LV可以大大提高显示模块的耐冲击性，而不在LCD中引入斑点（mura）。3195LV具有较低的粘度，从而可以提高循环时间，特别是中大尺寸面板。

阴影固化LOCA

紫外光固化粘合剂具有内在缺点，即需要直接暴露于光源以引发固化。曾经尝试过几种方法来规避这个问题。这些方法有二次加热、湿气固化以及添加填料（称为UV镜），所述填料反射紫外线并通过树脂“反弹”紫外线能量 [2]。

在显示器中，有很多的阴影区域，包括盖板玻璃上油墨下面的区域，或ITO基板上柔性印刷电路（FPC）下面的区域等。

汉高已经开发了两种技术来应对这一挑战。第一个是UV热双固化丙烯酸酯化学，其可以通过暴露于紫外线光或热而固化。可视区域内的粘合剂经紫外/可见光而固化，阴影下的粘合剂通过加热（一般为80℃下1-2个小时）而固化。例如，汉高的双固化LOCA乐泰3192可以经总能量为3000mJ/cm2的UVA而固化，也可以在阴影区域下，在80℃下1小时而完全固化。汉高现在还可以提供60℃加热固化的UV热解决方案。

应对阴影固化的第二个方法是紫外光-潮气技术。汉高公司的专利有机硅技术可以提供可视区域内的紫外光固化和阴影区域内的潮气固化[3,4]。与紫外光-热技术相比，这种技术的优点包括室温固化（无需加热）、常温下贮存、超低的固化收缩率（<1％）以及较高的耐温性。由于其在恶劣老化条件下的出色光学特性，该产品是用于汽车、军事和航空航天应用的显示设备的明智选择。

与真空部件的相容性

使用LOCA装配显示模块的过程有两种类型：室温和真空。在真空装配中，粘接过程中所用LOCA将暴露于高真空下。如果粘合剂在真空下重量损失较大，将需要更长的时间以达到所需的真空度，且由于某些成分的损失，将难以控制最终的粘合剂粘合层和粘接性能一致性。因此，在真空装配过程中保持尽可能低的重量损失是非常重要的。汉高的LOCA产品设计具有低重量损失。图1显示了乐泰3195在三种真空水平下与两种其他市售LOCA产品的重量损失比较。

 
图1.乐泰3195与其他市售产品的重量损失比较
重量损失（%）
乐泰3195

2. 偏光片贴合粘合剂

偏光片是构成各TFT-LCD设备的部件。偏光片是一个调节透光度的多层光学薄膜。一个TFT-LCD面板在LCD模块的每一侧包含偏光片。一般情况下，碘掺杂的聚乙烯醇（PVA）薄膜是整个叠层中唯一的功能膜，且夹在两个常由TAC（三醋酸纤维素）制成的保护膜（图2）之间。目前，水基（WB）粘合剂用于贴合两个TAC膜之间的PVA。由于TAC膜具有优良的水渗透性，TAC与PVA之间的粘合剂中的水可以在干燥过程中通过TAC膜而蒸发。

 
图2.偏光片叠层示意图
保护膜
保护层（TAC）
偏光片（PVA）
保护层（TAC）
PSA
释放膜

最近，偏光片制造商一直在努力从TAC膜中探索一些新的高性能光学薄膜，如COP（环烯烃聚合物），以及低成本膜，如PMMA和PET膜。并非所有这些膜是与现有的WB粘合剂相容的，因此，偏光片制造商正在为该应用寻找UV固化粘合剂。与WB粘合剂相比，UV粘合剂可以提供许多优点，包括固化速度快，节能（消除水基粘合剂干燥所需的热量），以及由于UV粘合剂的内在良好耐水性而具有更好的可靠性。

汉高已经为偏光片贴合应用开发了一系列超低粘度LOCA，基于三种不同的化学：环氧树脂、丙烯酸酯和有机硅。所有这些开发的产品，可以完全由UV光而固化，具有良好的各种基板上的粘合强度、良好的耐水性以及高可靠性。下表显示了这些粘合剂的典型特性。由于这些粘合剂的粘度非常接近现有的WB粘合剂，因而对现有生产线的影响非常小。唯一需要的变化可能是用UV或LED烤箱（用于固化UV粘合剂）取代现有的热烘干炉。

3.结论

与OCA带相比，LOCA具有诸多优点，正在成为一个非常有吸引力的用于装配显示模块的解决方案。汉高提供了许多独特的技术，且拥有适用于显示模块装配和LCD偏光片贴合的广泛LOCA产品组合。

4.参考文献

1. http://www.ocularlcd.com/library/papers/pcap_touch_technology.pdf

2. G. W. Ruler，“填料提高UV粘合剂的阴影固化”，《粘合剂与密封胶工业》，2001年4月1日

3. 美国专利US5516812，“具有改善的表面粘性的UV-潮气双固化有机硅保形涂层组合物”，汉高乐泰公司，1996年

4. 美国专利US6627672，“具有改善的固化深度的UV/潮气双固化有机硅封装化合物”，汉高乐泰公司，2003年