劉峻佑、張景雅 / 工研院材化所
依循國際趨勢所訂定的碳足跡制度與永續材料發展共識，綠色材料逐漸成為各產品開發必須投入與替代的材料，方能夠符合淨零減碳的未來目標。顯示屏幕作為資訊傳遞媒介與互動裝置，廣泛運用於各類場域，如：戶外看板、電視牆、車載顯示系統及消費類顯示屏。其中在車載部分的材料規格著重於可靠度、尺寸變異性小、優異耐候性及輕量化與一體化之訴求，在新世代產品規格趨勢下，低碳、低能耗成型及零件整合成為新的產品技術目標。
【內文精選】
前 言
以主流的LCD顯示器元件為例，有液晶面板、背光模組與驅動元件等，需要有背板、框架材料來支撐顯示模組，提供穩固的結構功能來整合所有的發光與電子元件，使之成為完整的產品外貌。綜合上述所有產品種類，顯示器框架與背板材料的選用範疇多元，大型屏幕多採用不銹鋼、碳鋼板、鋁合金等材質，配合塑料件進行產品組裝與零件整合，在未來下世代產品開發的潮流下，減碳與材料永續的概念將成為各家企業投入的目標，積極推動綠色產品。
顯示器框體型式
各家顯示元件依功能特色而有不同的布局，需要對應相異的幾何背板與背框樣式。平面式LCD顯示屏幕的元件厚度大，部分結合框架與背板構成高深寬比的框體空間，以利容納顯示屏幕(見圖四)，材質多數採用金屬材料並運用沖壓製程製作，各零件組裝利用鎖附方式結合，關鍵功能區塊會搭配不乾膠、緩衝邊條、機械卡榫來穩固機殼結構。戶外型顯示屏幕需要高功率的輝度表現，方能夠提高觀賞能見度，因此基礎的顯示元件之外，須搭載高功率電源供應器與鋁製為主的框體材質，於重量、散熱與成本限制之下，鋁合金是最佳的首選之一，在完善的皮膜與防蝕處理之下，於戶外使用十年內不至於產生腐蝕現象，重量方面控制在可人為組裝的面板模組尺寸下(500 mm × 500 mm)，方便於戶外大型展演中使用(圖五)。車載顯示屏幕在車內鑲嵌位置與電控元件的限制之下，產品樣式需要進一步整合來融入於車內設計之中，使得一體化的框體結構顯得特別重要，以鋁合金框體材料為例，若要符合流線造型、曲線輪廓外觀，則需要多款沖壓模具設計與鈑金加工工藝的配合，外加切口焊接的立體化部件、最後打磨及防蝕塗層處理，才能作為3D曲面屏幕的背框結構鑲嵌於車體內。
圖五、戶外拼接式顯示屏幕
材料碳排比較
纖維複合材料具有優異的比強度、一體化成型、寬廣物性調控及產品幾何多元等特點，廣泛運用於各種產業。材料組合可分類成熱塑性與熱固性纖維複材：前者多數採用玻璃纖維與常用塑膠搭配而成，Nylon/PC/PBT/PP均有廣大的市場需求，結合切股玻纖纖維進行造粒，利用高溫熔融射出至封閉模具，便可完成一體化成型的殼材產品，唯獨塑料物性在耐熱性、尺寸安定性稍差，但在成型速度上具有量產優勢；熱固性塑料多採用不飽和樹脂或乙烯基樹脂為主，補強纖維採用纖維毯或短纖混煉方式組合之(見圖七)，可製作出捲料片材的Sheet Molding Compression (SMC)或灌注型Bulk Molding Compression (BMC)素材，產品製作運用公母模的作法，將預成型料以定量疊放，依據產品幾何的複雜程度，預先調整素材在模具內的纖維與樹脂流動程度，得以塑造高深寬比的結構樣式。
圖七、SMC與BMC素材製作方式
玻纖強化的塑料複材之碳排值約莫在9 kg CO2e/kg，主要玻璃纖維碳排值占了大宗(8.1 kg CO2e/kg，ICE提供)；高性能PA-GF中的PA也有5~7 kg CO2e/kg的碳排貢獻；PBT或新興的Polyketone (PK)樹脂落在2.8 kg CO2e/kg，由於其物性表現優異，是值得關注的材料選項。此外，根據Axion Polymers資料顯示，若進一步以循環經濟概念採用回收塑料，有望降低70%的原生料碳排值，熱塑性材料在二次回用具有較佳的碳排優勢。熱固性材料源自於石化來源的不飽和樹脂或乙烯基樹脂，其碳排值落在4~5 kg CO2e/kg，加上SMC/BMC製程溫度較低，具有較佳的節能效益，尺寸變異相對小，同時材料的變化性寬廣，可依照需求的特性規格進行配方調配，如導熱特性、EMI、電絕緣、低收縮，甚至於材料成本均有顯著的調整空間。以不飽和樹脂為例，採用生質系統的樹脂原料，加總製程耗廢溶劑、聚合、生質原生料之後，可從4.6 kg CO2e/kg降到2.4 kg CO2e/kg，使得整體GFRP製品碳排可達到4.11 kg CO2e/kg左右，具有十足的減碳效益---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》448期，更多資料請見下方附檔。