Finetech Japan 2012特別報導系列一

刊登日期:2012/4/12
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林顯光、邱國創、林國權、陳品誠、陳世明、曾寶貞寄自東京

4月的日本,很美;金黃的連翹、淡粉的吉野,還有那各色山茶,把個東京妝點得五彩繽紛。第22屆Finetech Japan就在這春光爛漫、滿天飛櫻的時節,熱鬧地在有明國際展覽中心揭開序幕。自4月11日起一連三天,來自全球40個國家,910家參展廠商(含Film Tech Japan、PLASTIC JAPAN和Photonix 2012),將為顯示業界帶來一場科技與商談的交流盛宴而同步登場的第三屆Film Tech Japan、第一屆PLASTIC JAPAN和Photonix 2012等,也將帶給相關業界最新商品展示與研發成果。由於展會內容豐富,主辦單位精心規劃的數十場技術研討會又場場精彩,因此,今年材料世界網/工業材料雜誌特別邀請來自工研院內各領域的材料專家,分別依其專業,提供展場參觀心得或研討會內容精摘,以第一手新鮮資訊分享國人。關心觸控面板、OLED最新發展;想了解高功能膜技術趨勢及今年首次豋場的Plastic Japan提供了哪些內容與商機的朋友,請鎖定材料世界網電子報Finetech Japan特別系列報導。

 
圖一、Finetech Japan 與Plastic Japan、Film Tech Japan、Photonix 2012同步在東京Big Sight登場


圖二、Finetech Japan 2012開幕剪綵 冠蓋雲集

展場直擊
堂堂邁入第22屆的Finetech Japan係在顯示器剛萌芽之際即開始舉辦的大型顯示器國際展,目前已發展成FPD產業界全球規模最大的展會。今年的展場最吸引參觀者目光的應屬觸控與OLED的相關攤位。由於智慧型手機的迅速普及,推動了相關產業與技術的蓬勃發展,在2012展會上,每一家與OLED顯示器或觸控面板相關的攤位都擠滿了人潮,從現場熱絡的氣氛可以感受到這股技術風潮。

 
圖三、Finetech Japan展場擠滿參觀人潮

德國Heraeus公司在觸控面板材料領域最有名的應當屬商品名Clevios系列的導電高分子PEDOT:PSS(分子式請見下圖),今年Finetech展覽中,除了展出以PET為基材的PEDOT:PSS透明導電膜外,並成功展出以此透明導電膜製作的投射式電容多點觸控面板,所用的PEDOT:PSS商品型號為Clevios FE-T,成膜形式為狹縫式塗佈(Slot Die Coating),導電度為約250 Ω/□,該導電膜是由Kodak塗佈,並由Heraeus進行圖案化製作,圖案化的阻劑是採用網印式油墨(以DPM為溶劑),未被阻劑包覆部份,是以氧化溶液的方式將PEDOT去活化,以稀氨水溶液將阻劑剝除透明導體製作完成後,再由Kodak組裝完成多點投射式電容觸控面板。雖然觸控面板並未直接貼附在LCD上,但已可成功以外接的方式操控LCD,顯示PEDOT在觸控面板的應用又向前邁進一大步。


圖四、PEDOT:PSS的分子結構 (Heraeus公司)

日本Threebond公司在本次Finetech展中展出一系列有關黏著劑的新產品:
1) 以生質高分子為原料的單液型彈性黏著劑,此生質高分子是以蓖麻油衍生物製得,所以是一種低碳排放且對環境友善的高分子。此黏著劑型號為Threebond 1539,能夠以60℃烘烤約1分鐘達到硬化的要求,此黏著劑硬化前,在10℃以下儲存安定性可達半年。硬化後抗拉強度(Tensile Strength)達2.6 MPa,伸長量(Enlongation)可達80%,對金屬或塑膠基材都有很好的接著能力。不過此黏著劑製作成黑色(如下圖中黑色試片),不知是否有黃變的問題。

 
圖五、蓖麻油衍生物的分子結構 (Threebond公司)

 
圖六、由生質高分子製作的試片 (Threebond公司)

2) 觸控面板異方性導電膠方面,Threebond推出兩個新產品- 3373G 及3371,前者粒徑仍維持30 µm,但貼合後導電度的穩定性大幅提升;後者則將粒徑降至15 µm,更適合fine pitch的接腳連接。
3) 薄膜式OCA (Optical Clear Adhesives),產品型號為1630,厚度為30 µm,折射率為1.51,透光度達99%,霧度達1 %以下。
4) 液態保護膠,屬於溶劑型,高分子成份是機密,並未揭露,僅說以室溫放置10分鐘後,即可硬化。實際塗佈產品透明性很好,但抗撕性略為不足。此膠材用於觸控面板表面或貼完零件的PCB保護之用,提供元件抗濕氣的能力。
5) 兩液型彈性黏著劑,壓克力系,強調低材料成本及硬化時低能源消耗。

今年在Finetech Japan展場看到一個超過100吋的LED電視,是由SiliconSign公司展出,據云LED係由國內億光公司製作,每個畫素是由紅綠藍(RGB)三個Chip封裝而成,每個LED光源直接焊接在FR-4的電路板上,由於沒有留邊,所以可以一片一片拼接起來,每一小片環氧樹脂銅張積層板(FR4)基板是黏接在金屬(可能是鋁)架上,金屬架上留下兩個Driver IC的插槽,總厚度約2~3 cm。LED光點的pitch為3.9 mm,2米外看,畫質解析遠較一般LED顯示器為優,但可能因為LED具有垂直指向性,視角僅約140。。由展示機的畫面仍可清楚看到拼接的接縫,這是未來需要再改進的地方。


 圖七、SiliconSign LED電視規格

與Finetech Japan 2012同時舉辦的第一屆高性能塑膠展,展現出有別於其他橡塑膠大展的新風貌。以往的橡塑膠大展在進入會場時映入眼簾的大多是加工設備商的參展攤位,內容大多是螺桿、射出機台、押出機台等,真正材料的部份往往只占一小區塊。但是,此次由日本Reed Exhibitions公司主辦的第一屆高性能塑膠展則是真的以材料為主,且都是知名的廠商參展,例如:SABIC、Dow Chemical、三井化學、三菱化學、Arkema、Toray、TOYOBO等。

在展出品項中,因為是針對”高性能”,所以材料都是以往少見的特殊工程塑膠,展場中常見的基材塑料包括PEEK、PPS、PA66、PEN、特殊熱塑性彈性體等。材料講究機能性,產品特性針對導電、導熱、增韌、增強、抗菌、高硬度、防刮等特殊需求進行研發。而應用方面則是以汽車工業與醫療最為廣泛。而賦予材料功能性最常見的就是添加劑與奈米科技,故這類廠商也是此次參展重點。

因為講究”高性能”,故這場Plsatic Japan展不同於以往橡塑膠展,在現場鮮少見到生質材料與回收材料,因為這兩類材料的物性性能本就較差,也是此次展覽中另外一個有趣的現象。


圖八、Victrex公司展出的PEEK高性能工程塑膠材料


圖九、KOLON PLASTICS公司展示出PET/PEN無毒/環境友善/耐化性佳之高透明工程塑膠

 
圖十、KOLON PLASTICS公司展示出應用於汽車工業的高性能熱塑性彈性體TPEE

 
圖十一、KOLON PLASTICS公司展示出應用於汽車零件的PPS工程塑膠

 
圖十二、UBE INDUSTRIES公司展出的PA材料比較,純PA材料導熱性差(左邊顯示109度),PA材料加入碳材後有效將熱導出(右邊溫度顯示72度)

三菱樹脂株式會社研發出一款可應用在觸控面板、有機發光體元件、光電模組元件和電子紙等應用之聚合物薄膜基材,但其是何種材料卻神祕不肯透露。其特性如下:
抗熱性:220oC或更高
熱膨脹係數: <20ppm/oC
熱收縮:<0.1% (220oC, 10min)
透光度: >90%
折射率: 1.48
厚度:30-50 μm
另外,該公司也研發出一款超高水氣阻隔之透明薄膜”X-BARRIER”,其水蒸氣滲透率僅10-4g/m2.day,可應用在工業、醫藥及醫療品等之包裝/封裝材材。研發出三款膜材可製作可撓性太陽光電模組,其中以VIEW-BARRIER-FDK膜來取代傳統之前板玻璃,以PROCELLIER-F2000膜來取代傳統之EVA封裝膜,在VIEW-BARRIER-FDK膜片中,由透明之耐候膜層/超高阻氣膜層/接著促進層等三層結構所組成之水蒸氣滲透率僅10-4g/m2.day。


NAMICS Corporation過去使用MOD製程高溫燒結的銀膠為Amine類化合物,其反應溫度大於300℃,其結構式如下圖所示。

 

但新材料技術的導入,降低了添加物的含量,並使製程溫度降低至200 ℃以下。

圖十三、導電金屬粒子大小為30-50nm
 

圖十四、MOD製程銀膠印刷於樹脂基板上

技術研討會現場
今年的Finetech 主辦單位邀請到川西剛等技術專家精心規劃了數十場的專門技術研討會,來自海內外的與會者穿梭在會議棟的各樓層之間,擠爆各會議室。以下將提供兩場第一天的精彩演講內容。
1. 次世代OLED展望及新應用發展
在次世代OLED展望及新應用發展SESSION中,首先登場的是三菱電機(Mitsubishi Electric Corp.)的寺崎 信夫先生,主要介紹利用OLED面板開發的創新大尺寸顯示器應用。三菱電機公司從1980年開始第一代CRT到第二代FMCRT(Flat Matrix CRT),再到第三代LED技術,利用拼接的方法完成多種大型顯示看板,並累積了許多信號處理及Pixel Pattern設計的豐富經驗。於2006年開始,針對OLED面板設計多種大型顯示器應用,其著眼點在於OLED面板具有薄型、輕量,並具有高對比高畫質等優異的特性。目前已製作成圓筒型螢幕、球型螢幕(日本科學未來館)等大型顯示器,並期許未來OLED結合照明之功能,以”Display-Lighting”的方式呈現,可大幅促進人類之生活。


 圖十五、Pixel Pattern設計概念

第二位講者山形大學(Yamagata University)的時任 靜士先生介紹了Flexible OLED 最新的研究開發動向,重點在講述其全塗佈型OTFT背板材料技術。絕緣層材料(Gate Insulator)係以Fluoro-Polymer(氟系高分子)為主,理由除耐壓夠高且不含OH基外,在低表面能的表現亦是其考量之重點,可提升OTFT之Mobility表現。另外,在電極材料則導入RT-Sintering 奈米銀油墨之技術,利用自己熱分解反應於100℃左右可達19.3Ω/□,利用以上之材料及PEN基材,可將製程溫度控制在150℃以下,完成所有背板之製作。


圖十六、全塗佈型OTFT背板材料

 

圖十七、RT-Sintering 奈米銀油墨

最後一位講者則為凸版印刷(TOPPAN Printing CO., LTD.)的北爪 榮一先生介紹塗佈型OLED最新動向。在考量可實現RGB圖案化製程後,塗佈型方法僅剩下Ink Jet Printing、Nozzle Printing及Relief Printing三種,在高精細及高產率的需求下最後TOPPAN係選擇了以Relief Printing作為其OLED Display之發展重點。

 
圖十八、RGB圖案化製程可行方案
 

圖十九、三種可行之塗佈法性能比較

2. 下世代氧化物半導體TFT的最新技術
這場研討會主要探討三個主題:(一)氧化物半導體TFT的現狀與未來展望,(二)高機能氧化物半導體TFT在AM-OLED面板之發展技術,(三)IGZO氧化物半導體膜層量產技術發表,分別簡介如下。
(1) 氧化物半導體TFT的現狀與未來展望
演講人為Ukai Display Device Institute的Yasuhiro Ukai代表。講者一開始就開玩笑地說:氧化物半導體TFT在AM-OLED面板產品發表上市需要投保較高的產品保險,因為有回收產品的風險。報告內容主要針對目前的技術內容及未來性做一闡述,首先介紹氧化物半導體TFT的材料結構與應用性如下:
1. 材料上分成結晶與非結晶性氧化物半導體TFT,而結晶性氧化物半導體TFT的電子遷移率較高,可達到30~50cm2V-1s-1。
2. TFT 元件結構以Self-aligned Top-gate為主
3. S/D 材料則以 W, Al, Cu
4. 未來應用有感測器透明半導體元件等
接著說明目前世界上發展氧化物半導體TFT的公司近況、技術優勢與未來發展方向。他提出以現在的TFT製程在鍍製薄膜時腔體的污染不可避免對良率是一大挑戰,而此問題在第三單元也對應提出不同的TFT製程SOLUTION,而在材料發展上,則認為需要開發P型CMOS結構氧化物半導體TFT,將可在特性上大幅提升,而薄膜製程方面,溶液塗佈法將會是未來趨勢,因為在未來軟性基板的應用上,成本及卷對卷製程技術將會領導整個軟性電子的製程發展。最後的結埨整理如下
A. Self-aligned top gate TFT structure can realize the large-sized and ultra-high definition TFT-LCD and AMO-LED
B. Reduction of the number of mask is important from the standpoint of yield and productivity on investment.
C. The built-in circuit to the display for mobile devices is necessary in order to reduce power consumption CMOS circuit technology
D. Sputtering process is impossible to be cleaned in situ. As a result, the yield of process and equipment utilization is key issue
E. On the other hand, the solution process, there are many advantages from the viewpoint of effective utilization of resources can be film deposition in the atmosphere
 
(2) 高機能氧化物半導體TFT在AM-OLED面板發展技術
主講人是Sony group的Narihiro Morosawa經理。他主要談Self-aligned Oxide TFT,內容有Al reaction method for source/drain, characteristics of Self-aligned Oxide TFT,polycrystalline oxide TFT。
首先介紹SONY 在AM-OLED的技術發展歷史並提出 Features of OLED Displays 須符合幾點:
a. High contrast
 Complete black
 Realistic color re-creation even in the dark image
b. Ultra-thin/light
 ‘paper-like’
c. High speed
 Adaptable motion picture
d. Requirements for TFT to drive OLED Display
 Mobility
 Mask number
 Reliability
 Plate size
 Uniformity
 Capacitance

演講主要說明如何在Self-aligned top gate TFT structure上解決電極與保護層(止水止氣),其利用濺鍍鋁層使其與氧化才有好的接觸阻抗,再利用氧化反應使其表面形成氧化鋁薄膜達到保護與電極的設計,此設計使氧化物半導體具有stable to thermal anneal and high electrical reliability。
結論整理如下:
1. Self-aligned Oxide TFT by Al reaction method
 Can be fabricated by 4 mask count
 Has short channel length and small parasitic capacitance
 Has good characteristics and reliabilities
 Can demonstrate uniform brightness AM-OLED

2. Poly-IGO TFT
 Has high mobility more than 20 cm2/VS
 Has wide process window due to tolerance for wet etchant
 Has uniform TFT characteristics

(3) IGZO氧化物半導體膜層量產技術
主講人為千葉超材料研究所的倉田敬臣室長。此場演講主要包含三個部分;首先提出一新的ULVAC Solution for IGZO Process 有別於原先TFT的製程設計概念,第二部分則提出靶材Target與Sputtering的問題,即提出AC Sputtering 解決Target Crack and Nodule提高其靶材利用率與均勻性,第三部分則以不同世代的製程來驗證此ULVAC Solution的結果。
第三部分實驗的驗證部分:
1. Stability of IGZO process (generation 4)
 Deposition rate
 TFT characteristic

 

2. Uniformity of IGZO TFTs (generation 8)
 Good TFT characteristics
 High deposition rate

3. High deposition rate for productivity (generation 8)
4. Stability of IGZO Target
 Concentration
 Density
 Resistivity

這場匯聚新技術、新製品的國際顯示盛會正在東京熱烈展開,更多精彩而深入的內容敬請鎖定材料世界網後續的相關報導。
以上是材料世界網/工業材料雜誌編輯群(林顯光、邱國創、林國權、陳品誠、陳世明、曾寶貞),來自Finetech Japan 2012現場的Live報導。
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