电子显示屏幕用光学胶粘剂的研究进展
都雨鑫1 ,白永平1 ,孟令辉1 ,白 杨2
(1.哈尔滨工业大学化工与化学学院,黑龙江 哈尔滨 150001;2.无锡万亿星新材料科技有限公司,江苏 无锡 214100)
来源:中国胶粘剂
2024 年3月第 33卷第 3期
随着材料技术的迅速发展和屏幕显示的应用创新,3C电子产品的柔性折叠已成为现实。柔性电子领域是当下研究的热点,作为关键的未来技术,实现了各种新型应用,包括柔性显示器、穿戴设备、医用植入式电子设备等[33] 。折叠屏幕代表了当前可折叠材料乃至显示领域材料的最高应用水平,对组成材料提出了更高的要求。目前,柔性显示屏主要指柔性主动矩阵有机发光二极体(AMOLED)显示屏,它的内部是由复合堆叠的盖板、偏光片、触控、显示、背膜、横膜支撑层以及柔性光学压敏胶组成,光学压敏胶是其中最重要的部分之一。除了起到传统的粘接作用外,还通过释放设备变形时产生的拉伸和压缩应力来防止屏幕的断裂或分层,折叠屏幕组成和弯折应变示意图如图3所示。
柔性 OCA 在折叠屏幕中集成设备并形成多中性平面 (即无应力层),从而在折叠过程中保护设备的脆性薄膜。OCA 需要优异的蠕变回复和弛豫特性等来保持柔性。目前研究提高柔性的方式包括UV 固化、与大分子弹性体共混、控制交联密度等。BACK 等[34] 、KIM 等[35] 研究了 UV 光固化对丙烯酸酯光学压敏胶的蠕变回复和应力松弛等柔性参数的影响,证明了 UV 照射后压敏胶可以提高其回复性能,建议将紫外光固化作为优化压敏胶柔性的方法。KIM 等[36] 制备了由丙烯酸异辛酯(2-EHA)、丙烯酸异冰片酯(IBA)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸羟乙酯(2-HEA)单体组成的具有良好透光率的柔性丙烯酸酯压敏胶,通过 UV-LED装置在不同条件下进行紫外光固化,在385 mW/cm2紫外光强度和 8 s的照射时间下表现了最高的剪切应变(23 469%)和94%的蠕变回复率。
LEE 等[37]研 究 了 苯 乙 烯 - 异 戊 二 烯 - 苯 乙烯(SIS)弹性体对丙烯酸酯压敏胶粘接性能和回收率的影响。在交联体系中,SIS 弹性体能够在增加剪切应力和剪切应变的同时保持剥离强度和探针黏性,大大提高了回收率。但该压敏胶是不透明的,限制了在柔性显示器中的应用。在另一篇论文中[38] ,该课题组将丙烯酸酯压敏胶与丙烯酸弹性体(AE)进行共混,通过添加 AE 的含量来调节丙烯酸酯压敏胶的粘接性能和蠕变回复,证明了大分子量弹性体对调节光学压敏胶性能的可行性。
同时,LEE 等[39] 还探究了交联密度对丙烯酸酯压敏胶柔性的影响,随着固化剂含量的增大,压敏胶的剥离强度和黏性下降,但最大应力和相应应变增加,蠕变回复能力增强,证明了交联是控制其粘接强度和柔性性能的有效方法。但通过交联提高蠕变回复时,可能要牺牲一定的粘接强度。PARK等[40] 以 1,3-双(异氰甲基)环己烷为硬链段、聚乙二醇为软链段,合成了新型氨基甲酸酯基交联剂。与传统交联剂相比,该压敏胶能够显著提高蠕变回复性能,同时依旧可以保持较高的粘接强度。
互穿聚合物网络(IPN)在压敏胶中也得到了广泛应用。FANG 等[41] 制备了一种丙烯酸酯、聚氨酯IPN光学压敏胶,IPN中长链丙烯酸酯赋予良好的拉伸性、黏附性和应力松弛,而短链聚氨酯则提供增强的柔性及高弹性。该压敏胶蠕变回复表现高于单一丙烯酸酯压敏胶,具有低的玻璃化转变温度,室温下储能模量为20~30 kPa。BACK等[42] 开发了一种由线性丙烯酸聚合物链的交联网络结构组成的半 IPN 丙烯酸酯压敏胶,表现出比其他压敏胶更好的减震性能,在最大紫外线照射强度下,ΔF 达到31.2%。
为了研究不同单体对丙烯酸酯压敏胶性能的改变情况,LEE 等[1] 制备了由 AA、2-EHA 和添加了二氧化硅颗粒的柔性 OCA,在 AA 含量为 10% 时表现最好的蠕变回复、润湿和黏附性,并具有显著的耐金属腐蚀和高光学清晰度。在另一篇论文中[43] ,丙烯酸甲酯(MA)和HEA的掺入使压敏胶的蠕变回复得到增强,变得更有弹性,相关研究证明了合成的紫外线固化压敏胶用于折叠屏幕的可能性。
SEOK 等[44] 合成了由氨基甲酸酯和硅烷基团组成的新型硅烷丙烯酸酯,包括氨基甲酸酯-硅烷丙烯酸酯和氨基甲酸酯-硅烷线性丙烯酸酯,并评价了它们对丙烯酸酯压敏胶的表面性能、黏附性和流变行为的影响。另一篇研究中,SEOK等[45] 合成了含有乙二醇链的新型硅烷丙烯酸酯,合成的硅烷丙烯酸酯在添加质量分数为1%时就可以提高压敏胶的内聚力和粘接性能,同时由于乙二醇链诱导的自由体积增加也影响了丙烯酸压敏胶的玻璃化转变温度和柔韧性。
工作温度下的机械性能和可靠性是其实际应用的关键因素。JO 等[46] 通过化学气相沉积法合成了一种由 2-EHA 和 2-HEA 组成的柔性压敏胶,其储能模量在−35~85 ℃均低于 1 MPa,折叠试验表现良好,并在暴晒7天后剪切强度无明显下降,具有良好的稳定性和机械可靠性。
智能手机屏幕面板的技术进步诞生了无偏振层的屏幕设计工艺。对于折叠屏幕手机,去除偏振层可以提升屏幕亮度、大量减少功耗并降低屏幕弯折半径。无偏振层的屏幕需要具有紫外线阻隔能力的压敏胶来发挥偏光片的作用,通过吸收紫外线来防止反射和保护面板,这使得用于这种屏幕的压敏胶不能使用常规的UV固化方法来制备。常规面板和新型面板的结构组成如图4所示。
BACK 等[47] 制备了一种可以通过可见光照射固化的新型丙烯酸酯 OCA,主要聚合单体为丙烯酸丁酯和丙烯酸羟丁酯,由光引发剂 4DP-IPN、4CzIPN、4-p,p-DCDP-IPN 等和胺类还原剂 DMAEA、DMBA、TEA等相互作用,发生光诱导电子转移的可见光驱动聚合并使得引发剂发生催化循环,延长引发寿命。同时表现出较高的耐氧性能和透光耐黄变性能,有效解决了紫外线阻隔OCA的可见光固化问题。该 OCA基本符合商业可折叠屏幕用光学胶的性能要求,具有广泛的应用前景。
用于柔性电子显示屏幕的光学压敏胶将向着无溶剂污染的 UV 光固化方向发展,优化固化工艺将带来产品性能的提升和生产成本的下降。压敏胶本身在保持胶粘剂基础的粘接强度和良好光学性能的同时,需要进一步增强蠕变回复、应力松弛等特性,要具有更优异的韧性和高低温下稳定的力学性能,满足更加极端的环境和更长时间使用的耐久性考验,并适应屏幕技术进步对于材料更多的功能性要求。
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