由於軟性顯示器具有輕量化、攜帶方便、可捲曲、耐衝擊與可連續生產等優點，儼然成為下一世代顯示器的發展重點，當然其中還有許多關鍵材料有待我們努力開發，如能有效阻隔軟性顯示器的水氣滲透，便能有效提升顯示器的使用壽命與顯示品質。藉由有機材料的韌性，再結合無機奈米粉體進行有機/無機混成材料技術的開發，製成一具低溫快速反應、可製程圖案化的薄膜式保護層材料，是目前致力開發的方向，而未來則期望能應用在各種不同的軟性顯示器開發上，例如熱寫入平面顯示器用薄膜保護層材料。
圖一、惠普與亞利桑那州立大學的軟性顯示器中心(Flexible Display Center)開發的軟性電子顯示產品
阻氣層材料技術文獻探討
2006 年DuPont 公司的美國專利，Rameshchandra M. Gohil 利用UV 硬化的阻水氣材料，其樣品組成為(1)25~55 wt.% 非高分子的有機黏著劑，例如Melamine 、Formaldehyde 及其衍生物，之後與硼酸進行螯合作用，目的是因其與硼酸螯合的產物具有疏水性；(2)水溶性有機黏著劑，例如Polyamide；(3)10~70% 的無機黏土，如MMT。研究中阻水效果最好的樣品，作者設計為多層結構，第一層為Polyvinylidene Chloride 塗佈在厚25μm的PET 基材上，第二層為配製5% MMT、4% Cymel® 385（有機黏著劑商品）、0.5% 硼酸、0.5% Mannitol之混合物，塗佈後在室溫下乾燥成膜，再將上述薄膜夾在兩片Mylar® 50M34N 中間，在120℃下烘烤 5 分鐘，形成PVDC/PET/Clay Slurry/PET/PVDC 積層樣品。其阻水氣特性(WVTR)為0.55g/m2•day（測試條件：40℃/100% R.H.），阻氧氣特性(OTR)為0.0027 cm3/m2•day（測試條件：23℃/80% R.H.）。但單獨的Mylar® 50M34N 樣品經由120℃烘烤 5 分鐘後，其WVTR 為0.50 g/m2•day，OTR 為0.20 cm3/m2•day 。
Vitex Systems 公司開發出應用於軟性顯示器的薄膜阻氣層材料，該保護層稱為Barix，總厚度僅為3μm。該阻氣層可直接應用在OLED 顯示器上，而不再需要使用機械封裝元件即可阻絕水氣和氧氣，如圖三與圖四所示。其製備過程先將有機壓克力層材料濺鍍到基板上，再利用UV 照射進行硬化，此薄膜層材料的厚度約100~1,000 nm ，之後再濺鍍一層無機氧化鋁材料於其上，此層的厚度約10~40 nm ，如此交錯互相沈積堆疊後即完成產品，此製程使用Roller Coater 。有機層主要是增加無機層間的附著力、吸收應力，以及增加表面平坦化；無機層主要是隔絕水氣與氧氣。若搭配Vitex Systems 公司自行研發的塑膠基材（Flexible Glass，材料為聚對苯二甲酸乙二酯(Poly(Ethylene Terephthalate); PET)或聚萘二甲酸乙二酯(Poly(Ethylene Naphthalate); PEN），其阻水氣規格可達到10-6 g/m2•day，與玻璃基板規格相似，可符合OLED 顯示器的阻氣需求……詳細全文請見原文
圖四、Barix 的SEM 圖
由以上專利分析可知，許多的研究機構正致力於軟性顯示器用的阻氣保護層材料的開發研究。一般而言，利用濺鍍製程方式可將大量的無機物沈積於薄膜上，可得到較低的WVTR 值(10-5~10-6g/m2•day)；若為一般塗佈製程，使用有機/ 無機混成材料，其WVTR 值則是10-1 g/m2•day 。保護層材料的阻氣特性與製程方式應依據應用產品的不同而選擇適當的材料配方。
阻氣保護層材料
1. 阻氣保護層材料製程方法
軟性顯示器的主要結構分為：(1)基板；(2)中間顯示介質；(3)封裝層。而軟性基板大致可分為塑膠基板、薄玻璃基板、不銹鋼金屬薄基板三種。中間顯示介質材料可選擇液晶、有機發光二極體(OLED)、電泳(EPD)等……詳細全文請見原文
2. 阻氣保護層材料種類
保護層材料可分為有機材料、無機材料、有機/ 無機混成材料三種。有機材料可選擇聚丙烯腈(Polyacrylonitrile; PAN)、聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol; PVA)、乙烯醋酸乙烯共聚物(Ethyl Vinyl Alcohol; EVA)，或是環烯烴共聚合物類(Cyclic Olefincopolymer;COC)等。對無機材料（如SiOx 、SiNx 、AlxOy)而言，通常使用濺鍍、電漿沈積或化學氣相沈積等製程製備高緻密性無機薄膜，達到阻水氣效果。有機/無機混成材料則是可以保有高分子材料本身的韌性，再藉由無機粉體的添加，以提升材料的阻氣效果……詳細全文請見原文
作者：陳凱琪、陳文彬/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌273期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8025