簡介觸控面板之抗污易潔塗層

刊登日期:2014/8/26
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自進入21世紀,智慧型手持裝置在全球廣泛流行,儼然形成一蓬勃發展且蘊含無限商機的新興產業。目前已在市面上熱銷的相關消費性電子產品諸如:智慧型手機(Smartphone)、平板電腦(Tablet Computer)與電子書閱讀器(E-reader)等。其中關鍵零組件之一為觸控式面板(Touch Panel)。
 
雖然市面上也存在如觸控筆之類的產品,但消費者在使用上通常直接利用手指觸碰面板以進行控制。此過程中手指難免在面板上留下髒污,這個問題可透過開發抗污(Anti-smudge; AS,或另稱抗指紋,Antifingerprint; AFP)塗層改善,甚至避免。依據2012年Future Markets, Inc.所提出之《全球抗指紋、抗菌、抗污、易潔及自潔淨奈米塗層市場報告》指出,抗指紋塗層在2017年的市場規模預估可望達到1.18億美元,其中約70%用於消費性電子產品,包含觸控式面板,如圖一所示。
 

圖一、抗指紋塗層之市場規模展望
 
面板表面抗污技術之簡介
當人們長時間使用觸控式面板後,污漬便無可避免地沉積在面板表面。這些污漬主要是由皮屑、蛋白質、尿素、皮脂質等人體分泌或遺留之有機化合物及無機鹽類所組成的汗漬,以指紋的形態殘留。然而,當吾人試圖擦拭除去這些在面板表面的污漬時,很容易因為污漬混合了外界塵土中的高硬度二氧化矽粒子而刮傷螢幕。為維護觸控面板螢幕之美觀及使用壽命,同時欲符合觸控式面板之平價化趨勢,開發出有效、可靠以及低成本之抗污漬表面技術實為當務之急。目前業界所採用之抗污技術可以大略歸納成「表面生化處理」、「表面微結構處理」,以及「表面化學處理」三大類,茲簡介如下。 
1. 表面生化處理
依據南韓樂金(LG)化學公司向臺灣(TW 201129701A)及歐洲(EP 20100817457)提出之專利申請公報中所述:該發明於表面形成包含脂類水解酵素之多孔結構,當手指觸碰面板留下污漬後,脂類水解酵素即將污漬中所含之皮脂分解,同時使污染物吸附至孔洞中,而達到將可觀測到的污漬從表面移除之目的,藉此減少指紋於顯示裝置表面所形成的污漬。
 
然而考量到污染物的成分非常複雜,不僅有皮脂,更有其他有機化合物、無機鹽類、以至於外界塵土微粒,能被脂類水解酵素分解的成份有限;同時皮脂被分解後之產物於常溫下多為非揮發性(脂肪酸及甘油),若不施加外力,僅能被吸附至孔洞而隱沒,難以逸散至面板以外;加上酵素有其活性及反應環境(如溫度、pH值)等限制,可預見使用時間久後效果應會急遽下降等諸多不利因素。故該抗污概念至今尚少見於實際觸控面板產品中。
 
2. 表面化學處理
目前觸控面板保護外蓋(Cover Lens)的主流材料為玻璃(主要為二氧化矽),是以二氧化矽的表面化學,對於觸控面板的化學處理具有無庸置疑的關鍵地位。從表面能量的角度來看,假設外蓋的臨界表面張力為γc,污漬的臨界表面張力為 γ,當 γc ≥ γ 時,污漬容易附著在外蓋上;反之,當 γc < γ 時,污漬則無法附著。水的 γ值為 72 mN/m,而其他有機污漬的 γ值介於 20~40 mN/m 間。因此,理想上需將玻璃表面利用化學修飾處理成 γc值小於 20 mN/m以避免污漬附著。
 
一般來說,氟碳化合物修飾過的表面具有較低的臨界表面張力,例如表面由三氟甲基(-CF3)基團緊密排列的 γc 值為 6 mN/m,而由二氟亞甲基(-CF2- )基團緊密排列的 γc值為18 mN/m。同時為了保持面板的光學特性,鍍膜的厚度也不宜太厚,綜合以上特點,烷基矽烷自組裝單分子層(Alkylsilane Self-assembled Monolayer,如圖四)的相關學術研究經常被應用於此:可將烷基含氟矽烷分成頭基(Head Group)和尾基(Tail Group)兩個部份來看,其中尾基為含氟的烷鏈,反應後暴露在表面外側以達到降低表面能量的功效,而頭基經過水解後生成矽醇(Silanol)官能基,並在表面內側與玻璃的羥基縮合而形成聚矽氧(Polysiloxane)。由於矽氧鍵結非常強,可預期經此化學方法處理之表面鍍膜相當穩定……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。
 

圖四、聚矽氧單分子層之示意圖
 
作者:郭致賢/工研院材化所
本文節錄自「工業材料雜誌332期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=17014

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