吳衛(wèi)鋒 ，張豐剛，付 鵬，唐 響

（1.池州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，安徽 池州 247000；2.池州市正彩電子科技有限公司，安徽 池州 247000；3.池州市光學(xué)真空鍍膜工程技術(shù)中心，安徽 池州 247000）

自從手機(jī)出現(xiàn)以來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，人機(jī)交互的方式在不斷改變更新，促進(jìn)了觸摸屏技術(shù)的快速發(fā)展。因其具有操作簡(jiǎn)單、易于交流、反應(yīng)速度敏捷、物理按鍵減少等優(yōu)點(diǎn)而深受用戶的喜愛(ài)與追捧。其特點(diǎn)是只需在屏幕上點(diǎn)擊文字或圖標(biāo)就可以進(jìn)行相應(yīng)的操作，便于用戶的快捷使用。追溯觸摸屏發(fā)展歷史，世界上第一塊觸摸傳感器于1971年在美國(guó)誕生[1-2]，標(biāo)志著觸摸屏?xí)r代的到來(lái)。三年后電阻觸摸屏也被設(shè)計(jì)出來(lái)[3]。1982年，首款面向消費(fèi)市場(chǎng)的觸摸屏[4]問(wèn)世。后來(lái)經(jīng)過(guò)科技發(fā)展，基于表面電容觸屏的技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)，它具有準(zhǔn)確、耐用等優(yōu)點(diǎn)，2007年3月韓國(guó)的LG公司推出基于電容觸屏的普拉達(dá)手機(jī)，同年6月美國(guó)的蘋(píng)果公司推出了iphone手機(jī)，將透明透射式電容觸摸屏推到觸摸屏的最前沿[6-7]。

目前，市場(chǎng)上觸摸屏的種類(lèi)繁多，早期應(yīng)用于手機(jī)和儀器儀表上的是電阻觸摸屏[8-9]，后來(lái)出現(xiàn)了電容式觸摸屏，其優(yōu)點(diǎn)是定位觸摸準(zhǔn)確，但這種觸摸屏的反光嚴(yán)重。

普通電容式觸摸屏由于在強(qiáng)光下具有較高的反射率，表面容易殘留手指紋或油污，甚至?xí)绊懯种赣|摸的定位，因此，提高觸摸屏的透射效率是現(xiàn)實(shí)所需，也是用戶的殷切期望。研究人員利用光學(xué)薄膜技術(shù)，給觸摸屏鍍上一種透光的表面光學(xué)薄膜（稱(chēng)為增透膜），其目的是減少反射量增加透射率。常見(jiàn)的單層增透膜是由一透光的表膜薄層MgF2構(gòu)成，其折射率為1.38，膜厚要符合光的干涉原理，一般為90nm左右，通過(guò)真空蒸鍍的方法，可以實(shí)現(xiàn)在高溫玻璃基材上鍍上MgF2薄膜。普通的光學(xué)玻璃，在800g負(fù)載下其表面硬度可達(dá)到7H，即便是質(zhì)量較差的玻璃，其表面硬度也有6H，而常規(guī)的鏡頭表面增透膜較薄，增透膜硬度較差，成膜后的鏡頭表面硬度低于原玻璃硬度，使用過(guò)程中極易造成鏡頭表面的劃傷，嚴(yán)重影響手機(jī)的成像功能。

如果想得到更低的反射率，具有更高的硬度，則可以采用組合膜層來(lái)實(shí)現(xiàn)，借助池州市光學(xué)真空鍍膜工程技術(shù)中心平臺(tái)與池州市正彩電子科技有限公司合作，組織科研人員科技攻關(guān)，采用真空蒸鍍的方法，提出一種新的多層鍍膜結(jié)構(gòu)，在玻璃基材上實(shí)現(xiàn)了高硬度、高增透的抗指紋膜層。課題組采用控制變量法，對(duì)影響膜層物理性能的重要參量（如硬度、膜層結(jié)合度、透光率等）進(jìn)行了多次檢測(cè)，得到了令人振奮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，具有推廣價(jià)值。

1 高硬度抗指紋增透膜的生產(chǎn)工藝

1.1 鋼化膜抗指紋技術(shù)

抗指紋是Anti-fingerprint的中文翻譯，可取英文的縮寫(xiě)AF，AF技術(shù)是研究人員通過(guò)模仿蓮葉自潔的功能，將其應(yīng)用于表面納米結(jié)構(gòu)的技術(shù)上，開(kāi)發(fā)出了具有自潔、抗污特性的納米涂料，AF抗指紋涂層工藝就由此原理產(chǎn)生。在玻璃外表面涂制一層納米氟化物材料，將玻璃表面張力降至最低，使得顆粒物灰塵與玻璃表面接觸面積減少90%，使其具有較強(qiáng)的抗油污、抗指紋和疏水的能力，這樣觸摸屏玻璃面板就能保持著光潔明亮的界面。

高端手機(jī)背板就不僅需要具備防污性、抗指紋，而且還需要具備防刮傷、耐磨性等產(chǎn)品特性，這可進(jìn)一步提升產(chǎn)品的科技感與使用手感。其主要原因是該工藝降低了指紋的附著力，減少表面上污跡殘留的同時(shí)具有易清潔的特性。

1.2 鋼化膜AF的生產(chǎn)工藝

鋼化膜AF的生產(chǎn)工藝主要有以下三種：

（1）真空蒸鍍：應(yīng)用真空電子束鍍膜機(jī)在近似真空的環(huán)境中，通過(guò)加熱蒸發(fā)的方式把鍍膜材料氣化，氣化后的鍍膜材料粒子在基材表面凝聚成光學(xué)薄膜。

（2）噴涂電鍍：利用高壓將抗指紋氟化物藥水均勻噴涂在基材表面形成薄膜。

（3）真空濺鍍：多用于金屬表面的鍍膜，利用輝光放電將氬氣離子撞擊，與反應(yīng)性氣體反應(yīng)并沉積在金屬表面形成薄膜。

1.3 AF處理工藝流程

課題小組采用真空蒸鍍的工藝對(duì)鋼化玻璃基材進(jìn)行多層鍍膜，其工藝流程如圖1所示。其工藝步驟也可以具體解釋為以下四步：

圖1 AF處理工藝流程

（1）清潔過(guò)程：采用弱堿性清洗劑或少量溶劑去除待鍍光學(xué)玻璃基材表面油分、水分等污染，使用離子源轟擊清洗待鍍光學(xué)玻璃表面，離子束不僅能有效地清洗待鍍光學(xué)玻璃表面，還能消除表面靜電，有效改善鍍膜與待鍍光學(xué)玻璃表面的結(jié)合。

（2）鍍膜過(guò)程：依次向光學(xué)玻璃表面鍍制第一層SiO2、第二層Al2O3、第三層ZrO2、第四層SiO2，在鍍制的過(guò)程中不停地用離子源轟擊待鍍面，鍍制完成即可得到需求的增透膜；其第一層SiO2的厚度在15～20nm之間；第二層Al2O3的厚度在110～150nm之間；第三層ZrO2的厚度在100～135nm之間；第四層SiO2的厚度在80～95nm之間。

（3）烘烤過(guò)程：噴涂后取出，放入烤箱，根據(jù)產(chǎn)品材質(zhì)不同調(diào)整烘烤時(shí)間與溫度。

（4）檢測(cè)包裝過(guò)程：產(chǎn)品清潔后，成品包裝。

鍍膜過(guò)程中，設(shè)備的腔室內(nèi)溫度保持在130～150℃，采用高溫環(huán)境中進(jìn)行鍍膜，有效地降低了水分的存在，確保更高、更純的成膜環(huán)境，對(duì)增加膜層硬度及附著力有利，但是該溫度不宜過(guò)高，過(guò)高時(shí)易造成印刷油墨的龜裂，過(guò)低時(shí)膜層硬度及附著力的提高不明顯。

為了進(jìn)一步提高增透膜的膜層硬度，課題小組采用真空蒸鍍的方式在增透膜的上面蒸鍍一層有機(jī)氟化物材料。該氟化物材料不僅具有防水、防油、防指紋的作用，還能間接地提高增透膜的抗刮傷能力。

2 高硬度AF增透膜的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)

2.1 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)主要設(shè)備

針對(duì)生產(chǎn)出來(lái)的高硬度AF增透膜，需要檢測(cè)其物理性能，高硬度增透膜的生產(chǎn)工藝及實(shí)驗(yàn)測(cè)試用到的儀器主要有：日本新科隆SLD-1100D型真空電子束鍍膜機(jī)；美國(guó)INFICON IC/5石英晶體控膜監(jiān)測(cè)儀；BEVS 1301鉛筆硬度計(jì)；723PCS型分光光度計(jì)。

2.2 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程

采用鋼化玻璃基材，在負(fù)重800g未鍍膜處理時(shí)，測(cè)得玻璃表面硬度為7H，在420～680nm的平均透光率為91.2%。選擇鍍膜腔室的溫度為130～150℃，在離子源輔助的情況下，采用離子源轟擊處理的方法，對(duì)鋼化玻璃進(jìn)行多層鍍膜處理，其中第一層（SiO2）、第二層（Al2O3）、第三層（ZrO2）、第四層（SiO2）采用控制變量法，通過(guò)厚度、溫度、AF膜，離子源輔助等因素的變化來(lái)檢測(cè)光學(xué)薄膜的膜層硬度和透光率，最外層鍍上25nm的氟化物AF膜層，分別用BEVS-1301型鉛筆硬度計(jì)和723PCS型分光光度計(jì)（上海欣茂）測(cè)量鍍膜后玻璃板表面的硬度和透光率。

2.3 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

確定在腔內(nèi)溫度一定的情況下，經(jīng)過(guò)離子源輔助，在沒(méi)有鍍AF膜的膜層厚度對(duì)其硬度的影響，每種類(lèi)型測(cè)5次，求其硬度平均值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 膜層厚度對(duì)膜硬度的影響

經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)求出同等條件下測(cè)量數(shù)的平均值，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：鋼化玻璃基材經(jīng)過(guò)多層鍍膜，每層膜的厚度不同，經(jīng)過(guò)離子源輔助，鍍膜后的基材硬度由7H增加到8H，與每層膜的厚度無(wú)關(guān)。

保持膜層厚度不變，分別用離子源輔助和離子源沖擊處理，每種類(lèi)型測(cè)5次，求出膜層硬度的平均值，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。從測(cè)得的數(shù)據(jù)中可以知道沒(méi)有離子源輔助，鍍膜后的基材硬度沒(méi)有增加；有離子源輔助，但沒(méi)有沖擊處理，所鍍的膜層硬度反而降低。各膜層的結(jié)合強(qiáng)度不高，甚至出現(xiàn)針孔狀脫落現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至出現(xiàn)膜層間接觸面積20%以上的脫落和膜層變色等不良影響。

表2 離子源輔助和轟擊處理對(duì)膜層硬度和結(jié)合度的影響

◎：膜層無(wú)脫落無(wú)變色；▲：膜層輕微脫落（面積小于20%），輕微變色；

Ⅹ：膜層完全脫落（面積大于20%），變色嚴(yán)重。

再通過(guò)23PCS型分光光度計(jì)（上海欣茂）測(cè)量鍍膜后玻璃板表面的透光率，控制溫度不變，改變膜層間的厚度，隨膜層厚度的增加，透光率有所降低，但整體透光率較高。

高硬度增透膜上加鍍25nm氟化物AF膜，控制腔室內(nèi)的溫度不變，各膜層厚度不變，每種類(lèi)型測(cè)5次，其透光率的平均值如表4所示。比較表3和表4中的數(shù)據(jù)可知，在加鍍了AF膜后，膜層的透光率略微下降，但仍具有較高的透光性。

表3 膜層厚度對(duì)透光率的影響

表4 加鍍AF膜后的膜層透光率

在高硬度增透膜上加鍍25nm氟化物AF膜，控制腔室內(nèi)的溫度在所鍍材料氣化溫度130～150℃之間變化，各膜層厚度不變，每種類(lèi)型測(cè)5次，其膜層硬度的平均值如表5所示。比較表5和表1中的數(shù)據(jù)可知，在加鍍了AF膜后，膜層的硬度也達(dá)到8H，可見(jiàn)，有無(wú)加鍍AF膜，對(duì)加鍍了4層增透膜后的硬度基本沒(méi)有影響。

表5 加鍍AF膜后的膜層硬度

3 結(jié)語(yǔ)

高硬度AF增透膜具有以下性能特點(diǎn)：（1）減少指紋及各種污漬附著，提高擦拭清潔能力；（2）優(yōu)異的防水防污效果；（3）化學(xué)鍵合，耐久性強(qiáng)；（4）有效防止表面劃傷；（5）形成極薄納米級(jí)的透明且高硬度的薄膜，極低的表面張力（11～12mN/m）；（6）產(chǎn)品無(wú)毒、不含氯和溴、無(wú)閃點(diǎn)、安全性高。

目前高硬度抗指紋增透膜的多層蒸鍍技術(shù)正逐步運(yùn)用在智能手機(jī)觸摸屏、平板電腦、車(chē)載觸摸屏上，以上性能對(duì)手機(jī)觸摸屏進(jìn)行AF抗指紋多層鍍膜處理，可以做到一定程度的防塵、防水，這在一定程度上保護(hù)了電子產(chǎn)品主體運(yùn)行的安全性，延長(zhǎng)使用壽命。其它具有觸摸屏的電子設(shè)備也將加大對(duì)高硬度抗指紋膜技術(shù)的運(yùn)用，此項(xiàng)技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值。