一、引言

工業(yè)全貼合觸摸屏在戶外作業(yè)、工業(yè)控制等場景中，需同時(shí)滿足高透光率（≥90%）與耐磨性能（莫氏硬度≥7H）的雙重需求。傳統(tǒng)表面處理技術(shù)難以兼顧光學(xué)性能與機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)致屏幕在強(qiáng)光下可視性差或易產(chǎn)生劃痕。本文從材料選擇、工藝優(yōu)化、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新三個(gè)維度，解析實(shí)現(xiàn)高透光與耐磨平衡的技術(shù)路徑。

二、材料選擇：光學(xué)與力學(xué)性能協(xié)同

（一）蓋板玻璃材料

化學(xué)強(qiáng)化玻璃

原理：通過鉀鈉離子交換工藝，在玻璃表面形成10μm厚的壓應(yīng)力層（深度>400MPa），莫氏硬度達(dá)7H。

案例：某工程機(jī)械觸摸屏采用化學(xué)強(qiáng)化玻璃，在500g壓力下通過莫氏6級(jí)硬物刮擦測試，劃痕深度<5μm。

柔性基板材料

原理：采用聚酰亞胺（PI）基板替代傳統(tǒng)玻璃，熱膨脹系數(shù)（CTE）僅為玻璃的1/5，在-40℃至85℃溫差下形變量<0.05mm。

案例：某極地科考設(shè)備使用PI基板觸摸屏，在-50℃低溫下觸控響應(yīng)時(shí)間<80ms，避免因熱應(yīng)力導(dǎo)致的觸控層剝離。

（二）鍍膜材料

類金剛石碳（DLC）涂層

原理：通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）制備，厚度2-5μm，硬度達(dá)9H，摩擦系數(shù)<0.1。

案例：某礦山破碎車間觸摸屏應(yīng)用DLC涂層，在2000次鋼絲絨摩擦（載荷500g）后無可見劃痕，MTBF（平均無故障時(shí)間）達(dá)80000小時(shí)。

氧化鋁（Al?O?）涂層

原理：通過磁控濺射沉積，硬度僅次于金剛石，耐化學(xué)腐蝕性能優(yōu)異。

案例：某化工企業(yè)觸摸屏采用Al?O?涂層，在pH 2-12的酸堿溶液中浸泡24小時(shí)后，透光率變化<3%。

三、工藝優(yōu)化：光學(xué)與耐磨性能的精準(zhǔn)調(diào)控

（一）鍍膜工藝

多層復(fù)合鍍膜

原理：交替沉積高折射率（如TiO?）與低折射率（如SiO?）材料，形成漸變折射率結(jié)構(gòu)，兼顧抗反射與耐磨性。

案例：某智能交通終端采用五層復(fù)合鍍膜，反射率從8%降至0.3%，同時(shí)硬度達(dá)8H。

納米壓印技術(shù)

原理：在玻璃表面壓印亞波長錐形結(jié)構(gòu)（周期<200nm），實(shí)現(xiàn)蛾眼仿生抗反射效果，同時(shí)增強(qiáng)表面硬度。

案例：某農(nóng)業(yè)無人機(jī)屏幕應(yīng)用納米壓印技術(shù)，強(qiáng)光下對(duì)比度從8:1提升至25:1，抗劃傷性能提升3倍。

（二）全貼合工藝

OCA光學(xué)膠貼合

原理：使用透光率>99%的OCA膠填充屏幕間隙，消除空氣層，提升透光率并減少光畸變。

案例：某醫(yī)療設(shè)備觸摸屏采用OCA全貼合，透光率從88%提升至92%，觸控精度達(dá)0.1mm。

LOCA水膠貼合

原理：通過液態(tài)光學(xué)膠填充曲面或復(fù)雜結(jié)構(gòu)，適應(yīng)高油墨厚度或不平整表面，提升貼合強(qiáng)度。

案例：某車載中控屏采用LOCA貼合，在-40℃至85℃溫差下無氣泡產(chǎn)生，抗沖擊強(qiáng)度達(dá)9H。

四、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新：功能與性能的深度融合

（一）懸浮式觸控層設(shè)計(jì)

原理：在觸控傳感器與蓋板玻璃之間保留0.3mm空氣層，通過形變吸收沖擊能量，避免硬接觸導(dǎo)致的裂紋擴(kuò)展。

案例：某露天礦山觸摸屏采用懸浮式設(shè)計(jì)，在砂礫沖擊（速度10m/s）下無功能失效，維護(hù)成本降低60%。

（二）自修復(fù)涂層技術(shù)

原理：在涂層中添加微膠囊化修復(fù)劑，當(dāng)表面出現(xiàn)微裂紋時(shí)，膠囊破裂釋放修復(fù)劑填補(bǔ)裂縫，恢復(fù)防護(hù)性能。

案例：某智能工廠觸摸屏應(yīng)用自修復(fù)涂層，在200次劃痕測試后，透光率恢復(fù)至初始值的95%。

五、技術(shù)選型與成本平衡

（一）應(yīng)用場景匹配

（二）成本控制策略

分級(jí)應(yīng)用：核心顯示區(qū)采用高端技術(shù)，非關(guān)鍵區(qū)簡化方案。

國產(chǎn)化替代：采用國產(chǎn)DLC鍍膜設(shè)備（成本降低40%）與OCA膠（成本降低30%）。

模塊化設(shè)計(jì)：涂層與基板分離，便于后期升級(jí)。

六、未來技術(shù)趨勢

仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：模仿荷葉表面微納結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)超疏水（接觸角>160°）和自清潔功能。

智能涂層技術(shù)：開發(fā)溫敏變色涂層，實(shí)時(shí)顯示屏幕溫度狀態(tài)；嵌入壓電傳感器監(jiān)測表面應(yīng)力分布。

能量收集涂層：利用溫差發(fā)電片（TEG）將環(huán)境溫差轉(zhuǎn)化為電能，為加熱膜或傳感器供電。

七、結(jié)論

實(shí)現(xiàn)工業(yè)全貼合觸摸屏高透光率與耐磨性能的平衡，需通過材料創(chuàng)新（如化學(xué)強(qiáng)化玻璃、DLC涂層）、工藝優(yōu)化（如多層復(fù)合鍍膜、OCA全貼合）與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新（如懸浮式觸控層、自修復(fù)涂層）的協(xié)同作用。企業(yè)應(yīng)根據(jù)應(yīng)用場景與成本預(yù)算，選擇差異化技術(shù)組合。未來，隨著仿生結(jié)構(gòu)、智能涂層等技術(shù)的成熟，工業(yè)觸摸屏將向更高性能、更低維護(hù)成本方向演進(jìn)，為工業(yè)數(shù)字化提供更可靠的視覺交互解決方案。

審核編輯 黃宇