Finetech Japan 2013 Live系列報導三

刊登日期:2013/4/15
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林顯光、謝添壽、陳品誠、張德宜、何世湧、趙志強、劉子瑜、
曾寶貞寄自東京

最後一天的Finetech Japan展場依然湧入絡繹不絕的人潮,材料世界網編輯群亦三進三出展覽與研討會場,企圖把握最後機會,提供國內讀者最詳實的產品資訊與研發趨勢,以下是我們系列三的LIVE報導。

展場巡禮
日本Lantech發表最新OLED lighting 元件常溫表面改質貼合加工技術及室溫OLED元件封裝技術
日本Lantech公司為一專業的assembling設備製造商,本次在2013 Finetech Japan 展示會中,發表最新一代的OLED lighting元件貼合設備,此設備的特色就是能在常溫真空環境中,對OLED lighting的上下基板進行表面改質,然後進行貼合的加工技術。此技術被稱為RTB( Room Temperature Bonding ),其原理可追溯到1960年代,人造衛星的光滑表面為什麼會沾黏上宇宙塵埃的研究。這種固體對固體的貼合力是藉由固體表面的氧化物與吸附物質被移除後,在高真空環境中,使用Ar Fast Atom Beam(FAB)、Ion Beam或Plasma對固體表面做活化,當被活化表面的固體與固體接觸後,界面再融合就會發生,藉此兩固體表面能可達穩定化,可以大幅提昇其貼合力。其原理如圖一所示。


圖一、RTB技術原理

RTB技術可以在常溫真空環境下,對Glass to Glass基板或者Plastic to Plastic基板進行貼合封裝,此技術對耐熱性不佳的有機分子型的發光材料是一大利多。其製程是先對上基板進行Filling製程,然後在上下基板的界面上分別濺鍍上一層Si薄膜,然後在上下基板的Si薄膜界面層表面上,用Ion Beam進行表面活化(Surface Activation),最後將上板與下板進行貼合( Bonding)。

該公司在現場也展示出各種顏色的OLED Lighting元件,如圖二。RTB的低溫貼合封裝技術可以大幅提昇有機分子型元件的生產良率,據該公司表示,下一步要在OLED Dispaly元件進行RTB的嘗試。


圖二、OLED Lighting元件

另外,Lantech也發表了室溫OLED元件封裝技術,藉由預封裝基材表面(封裝蓋與下板)依序鍍上SiN膜層、Si膜層後,再以奈米Fe密著層進行表面活化(OLED材料蒸鍍區域需遮罩以避免傷害),接著將封裝蓋與下板在室溫完成接著。過去特別難接著成功的無機膜層,如Nitride與Oxide材料,利用此奈米Fe活化層技術皆可成功接著,目前成功應用於Si vs. Si、Si-SiO2 vs. SiO2-Si、Si-SiO2 vs. SiN、Si-Tempax、No alkali glass vs. No alkali glass、Sapphire vs. Si-SiO2、Sapphire vs. Sapphire、Sapphire vs. SiN、PEN vs. PEN、PEN vs. No alkali glass等(圖三)。圖四則為LAN Technical之OLED元件室溫接著結構圖,在圖四a中之封裝蓋上有製作導線之貫穿孔;而圖四b中之下板有以PI材料製作Dam。上述二種封裝結構皆以Filling材料保護OLED有機材料,由此可見Filling材料的需求在未來OLED封裝技術之重要性。


圖三、LAN Technical之PEN vs. PEN、PEN vs. Glass、Glass vs. Glass室溫接著技術


圖四、LAN Technical之OLED元件室溫接著結構圖 (a). 封裝蓋上有製作導線之貫穿孔;(b)中之下板有以PI材料製作Dam

DAICEL發表非反應型Thin-film OLED封裝材料
DAICEL發表非反應型Thin-film OLED封裝材料(圖五),其材料特性為(1)非反應型,固具有低Outgass、低體積收縮率;(2)低含水量與低WVTR;(3)在90℃壓合即有優秀的密著性。上述非反應型Thin-film OLED封裝材料有WES01-001與WES02-002二支,其WVTR @60℃/90%R.H.分別為14g/m2‧day及6g/m2‧day,Tg分別為33℃與65℃,二者的穿透度皆為92%,以及含水量(Karl Fischer Moisture @150℃)皆為50 ppm。


圖五、DAICEL之反應型Thin-film OLED封裝材料

SAES發表幾種針對OLED需求之材料
SAES發表幾種針對OLED需求之材料(圖六),DryPast為塗佈型OLED、電子元件用Getter;ZeoGlue為高阻氣性框膠材料;ZetaFill為用於Dam或薄膜型OLED結構之吸濕乾燥填充材;AlkaMax為能夠穩定控制電子傳遞層或CGL層用共蒸鍍鹼金屬材料。


圖六、SAES之DryPast、ZeoGlue、ZetaFill、及AlkaMax等
OLED用材料

其他廠家發表之OLED相關材料與技術
LINTEC展出OLED Barrier Adhesive (MS4000),其OLED封裝結構如圖七所示,此膠材的WVTR值具有優於一般型PSA膠(約300-1000g/m2day)100倍以上的阻水氣能力。一般型PSA膠在60℃/90%R.H. 環境中100小時後,其封裝的鈣金屬因吸水而變成無色;而以MS4000封裝的鈣金屬再經過672小時後,依然有優異的阻水氣能力。LINTEC可依照客戶需求提供感壓型膠材 (MS4000-PSA),或是熱壓合型膠材 (MS4000-heat seal),上述二者的材料特性分別為膜厚20μm及50μm、封裝壓合溫度20-30℃及80-120℃、WVTR 4g/m2‧day及1 g/m2‧day、Peel Strength 皆為10N/25mm、穿透度皆為91%、霧度1.0及0.9、b*皆為0.3。OLED Thin-film的封裝方式在本屆FINETECH逐漸被重視,各家膠材廠陸續提出相關技術能力。另外,LINTEC也發表高透光性Barrier膜(MS1000、MS2000),材料結構如圖八所示,圖中Barrier Adhesive為上述之MS4000材料,而MS1000與MS2000的WVTR分別為10-3g/m2‧day及10-5g/m2‧day,至於MS1000的穿透度為90%、霧度0.5、a*為-0.5、b*為1.0。


圖七、以MS4000 Barrier Adhesive封裝之OLED結構


圖八、LINTEC之高透光性Barrier膜(MS1000、MS2000)結構圖

ALTECO發表一款光硬化型框膠AY-4570,此膠材具有低水氣滲透率(7g/m2‧day @60℃/95%R.H.),且低Outgass,固硬化過程中不會損害OLED有機材料,藉由第一階段的紫外光與第二階段的熱硬化,可促使環氧樹脂框膠完全反應,達到保護OLED元件的功效,相關材料特性如圖九所示。


圖九、ALTECO之AY-4570光硬化型框膠材料特性

V-TECHNOLOGY發表新式以雷射製作Fine Hybrid Mask (FHM)技術用於OLED蒸鍍,由於傳統金屬Mask是利用濕式蝕刻方式製作Patterning,因此僅適合用在28吋以下的OLED TV製作,如果在手機面板,解析度僅能達到290ppi;而FHM技術是以金屬為框架撐住PI膜,並利用雷射方式在PI膜上製作Patterning,因此適合用在60吋以下的OLED TV製作,如果在手機面板,解析度能達到500ppi,圖十為FHM結構示意圖,其中①為將屬框架位置;②PI Patterned by Laser;③為Sub-pixel。


圖十、V-TECHNOLOGY之FHM結構示意圖

三井化學展出一款Transparent Ultra High Barrier Films,此阻氣膜之WVTR為10-4g/m2‧day,穿透率為90% (420-800nm),霧度0.3,b*為0.7,此阻氣膜試製之OLED元件如圖十一所示。目前高透明性的阻氣膜層技術之WVTR已經逐漸可以達到10-4g/m2day (三井化學)~10-5g/m2‧day (ALTECO),距離玻璃等級的10-5-10-6g/m2‧day WVTR應該指日可待了。


圖十一、三井化學之Transparent Ultra High Barrier Films與OLED元件試製圖

玻璃技術大突破 創新產品有看頭
日本的光學加工技術向來令人讚嘆,許多精密光學元件不斷的推陳出新。例如,超薄玻璃即在今年的展會蔚為話題。原本認為,超薄化的玻璃材料將是玻璃廠商的罩門,以致許多研發軟性技術的廠商轉而朝有機的高功能性塑膠光學薄膜發展。不過,有機薄膜即使耐溫可超過250℃以上,仍有許多條件無法取代玻璃材質,例如CTE表面特性與耐候性等。這次在會場見識到光學玻璃的技術突破,不禁讓人有驚豔的感覺。

德國SCHOTT與日本旭硝子都推出極薄的光學玻璃,根據廠商表示,這種玻璃目前在台灣也已經可以提供,旭硝子玻璃(膜)最薄厚度可以達到5μm(圖十二),可以任意捲曲,可以用在Roll to Roll電子與顯示器製程上。據云利用此製程的顯示器產品將在下一季推出。旭硝子同時推出零膨脹係數的光學玻璃(圖十三),這對超精密元件或是製程絕對是一大福音。光學設計可以不用再考慮膨脹補償或熱效性所產生的功能性偏差,東西做的小不代表整個產品做不大,超高解析顯示器就是這個趨勢。接下來奈米技術就會出現在顯示器上了。岡本光學加工所就在現場展出這個啟示;100nm的光柵竟然展出1000cm x 500cm的超大玻璃光柵成品(圖十四)。從圖中可以看到後面日光燈管的分色,大型化光柵技術意味著具經濟效益,商業化之應用應該已經不遠,未來的顯示器技術可能都要靠光學系統來達成了。


圖十二、旭硝子展出薄度驚人的光學玻璃(5~50μm)。
不要懷疑,薄薄那一片真的是玻璃!


圖十三、旭硝子展出zero膨脹係數玻璃基板


圖十四、岡本光學加工所展出超大型玻璃光柵1000x500cm

常常有人問,透明顯示器該用在哪裡? JNM Display秀出了商業化的廣告功能,箱中的瓶子實物與顯示器的內容進行互動,的確非常具有真實的感覺(圖十五)。下次如果放入珠寶、鑽石或名錶,絕對會讓您有更多掏錢的理由。


圖十五、 JNM Display這樣用透明顯示器

印刷式電子領域 各類墨料展風騷
這回在展覽會場,展示出的印刷式電子相關材料和技術,包括了針對不同印刷方式(如網印和ink-jet printing)以及不同應用和材料所需的墨料和漿料。JNC公司研發的印刷式材料較偏向以非導電性的功能性材料為主,像是作為蝕刻擋層的UV固化型噴印墨料,運用2000mJ/cm2以下的UV光照射後可作為蝕刻製程中的擋層,適用於以FeCl3、CuCl2或是HF作為蝕刻液的製程。另外還有剛性基材或是可撓性基材上的絕緣層墨料,應用在觸控面板上的透明絕緣層噴印墨料,應用於光導片上點狀圖案成型的UV固化型噴印墨料,加熱溫度和UV光固化照射強度隨著噴印墨料所使用的基板不同而有不同規格,但基本上,配合軟性基板的墨料成型溫度都較低,約在120~150度之間,時間也較短。

在導電印刷材料部分,主要包括了 Bridgestone KBG公司的石墨印刷材和日本奈米粒子印刷墨料製造商協會(JNIMA)所發表的銀、銅和ITO奈米粒子作為基本材料的噴印墨料和漿料。藉由奈米粒子的固含量和成份調控,可運用在太陽能電池、觸控面板等應用上。KBG公司以石墨材料取代銀膠中約5~10%的銀粉末,可以改善普通銀膠的附著性、傳導性和可印刷性,並減少貴重金屬銀所花的製程成本。另外,該公司也開發出網印製程所使用的石墨墨料,如圖十六。


圖十六、 KGB之石墨墨料特性

研討會內容重點精摘
Yano教授介紹透明及低熱膨脹的可撓式奈米複合基板材料
本次Finetech研討會針對高性能顯示器在光學膜的應用趨勢方面有數場精彩的演講。京都大學的Yano教授針對可撓式顯示器的基材提出了非常有趣且前瞻的做法;其嘗試使用天然的纖維,包含纖維素及甲殼素為原料,製作低線膨脹係數的透明基材。2008年時,曾使用wood pulp為原料,進行醋酸化反應合成奈米纖維素,與三醋酸纖維素(TAC,用於偏光膜)不同之處在於TAC的每條纖維素都進行醋酸化反應,故可達到完全溶解於溶劑的性質,但奈米纖維素的醋酸化反應僅在奈米纖維素的表面進行,故不能溶於一般溶劑,但因為其直徑僅為光波長之1/10,故經過含浸UV硬化樹脂後,因折射率相近,可以變成透明的纖維素薄膜。另外,因為奈米纖維素的分子仍處在高度結晶排列的形態,故可以維持很低的尺寸安定性,其線膨脹係數可達到3~7 ppm/K,已幾乎與玻璃相近。此奈米纖維薄膜已成功製作成可撓式OLED元件,如圖十七所示,元件結構為Wood Cellulose nanocpmposite/ 樹脂平坦層/ SiON barrier film/ Anode/ Organic layer/ Cathode/ Passivation film。


圖十七、 利用奈米纖維薄膜製作之可撓式OLED元件及其結構

相類似的技術也可以應用在甲殼素的改質。2010年Yano教授以螃蟹殼為例的改質方法如下,首先以鹽酸(7%, 24 hr)浸泡除去殼中的CaCO3,再以NaOH(4%, 12 hr)除去殼中的蛋白質,再以酒精移去殼中的顏料部份,如此就可得到一個透明的螃蟹殼,如圖十八所示。由於螃蟹殼中的甲殼素是片狀的(纖維素是細條狀的),故推測可能會有更好的機械性質,且移除碳酸鈣及蛋白質後的甲殼素是多孔性的,可以如同奈米纖維素的做法,磨成粉後重新製膜,並含浸UV硬化樹脂,預期也可得到透明的薄膜。


圖十八、令人驚訝經過改質的螃蟹殼

由於纖維素及甲殼素在自然界中均儲量豐富(例如地球上纖維素有10兆噸的含量),如此取之不盡的原料,實在應該善加開拓工業上的各種應用。

Zeon公司介紹COP功能性光學膜ZEONORFILM的應用
輕油裂解後C5的餾份中以戊二烯及環戊二烯應用最廣;前者為橡膠的原料,後者可做為高性能樹脂COP的原料。本次研討會Zeon公司發表了COP薄膜的各種光電材料應用,今年較為重要的新技術為製備COP薄膜的新技術。以往Zeon採用film casting的方式製膜,今年則提出以熱押出(Hot melt extrusion)的方式製膜(圖十九),COP樹脂粒以熱溶押出後,經過cast滾輪製成成捲光學透明薄膜,此法沒有使用溶劑,故環保性較佳,且製程較快速,生產線較短,也沒有因為使用溶劑需考量防爆的安全防護。


圖十九、Zeon公司新發表的熱押出方式製膜


此新型COP薄膜除了可以應用在LCD偏光膜中的相位延遲膜,也可用於OLED的λ/4薄膜。今年的另一個新應用是在奈米壓印,由於COP樹脂在高溫的流動性較一般樹脂好,在奈米壓印的模具中,可以流入各微細的結構中,達到較完美的結構轉移,圖廿是以Zeon公司的Zeonor film經由壓印所製的表面光學結構。


圖廿、Zeonor film經由壓印所製的表面光學結構

Soken公司發表最新光學感壓膠(PSA)的技術趨勢
Soken公司是光學膠的最重要生產廠商之一,本次研討會提出了在偏光膜及觸控面板PSA膠的最新技術課題及解決方案。

在偏光膜的應用方面,重要的課題是耐久性(無bubble, peeling及裂痕)、Mura(Light leakage)及重工性(Peeling on glass: ≦500g/ 25mm)。

如圖廿一,Soken公司為了解決TN型偏光膜收縮產生漏光的問題,嘗試採用了兩種軟性及硬性PSA膠,其中以硬性PSA膠的效果較佳。在VA及IPS Mode的偏光膜中,則採用光彈性調控的方式來解決漏光的問題(圖廿二)。


圖廿一、硬性PSA膠在TN型偏光膜的效果較佳


圖廿二、在VA及IPS Mode的偏光膜中,以光彈性調控的方式解決漏光的問題

在重工性方面則採用降低PSA的剝離力來達到重工的要求,至於降低剝離力的手法為調整樹脂配方降低其Tg,並改變架橋的官能基。在抗靜電性方面,經由Anti-static agent的選擇,可將PSA的表面阻抗降低到約3×1010Ω/□(圖廿三)。


圖廿三、Soken公司提出重工性的解決方案

在觸控面板OCA膠的技術課題方面,包含有抗白化性、bubble產生及ITO蝕刻性等。其中, Soken公司採用樹脂親油及親水性的調控方式解決抗白化性的問題。在抗bubble性方面,由於bubble的產生有四種因素;poor wetting performance、BM與cover lens的斷差、界面原先存在的氣泡在高溫製程達可視程度、基材中的out gas。其對應的解決方法為:降低Tg及Gel fraction降低、降低Tg及Gel fraction降低、MW上升及Gel fraction提高、MW上升及Gel fraction提高,四種解決方案看似矛盾,需要調整配方組成適當的Tg、Gel fraction及內聚力。至於ITO蝕刻性問題,由於OCA中若有成份會攻擊ITO導線,將使touch sensor導電性改變,甚至造成可視的蝕刻痕,Soken建議的解決方案為使用非腐蝕性的單體或使用抗腐蝕劑。

Konica Minolta 介紹全磷光次世代OLED照明進展
在印刷式電子(Printed Electronics)的特別演講會上,Konica Minolta的OLED事業部長辻村隆俊發表對於次世代全磷光OLED照明發展進程的看法。辻村首先說明該公司已於2011年開始量產世界上第一款的全磷光OLED照明燈具,並以Symfos做為照明產品的商標名,當時產品規格可以做到效率為45 lm/W、壽命(LT50) 8,000 hrs,這兩年透過新材料開發及光取出技術的進展,可做到效率81 lm/W、壽命(LT50) 30,000 hrs (圖廿四),此規格已接近LED燈泡,極具競爭力。其中在藍色磷光材料的技術開發上有較大的突破,可比傳統藍光材料的壽命好上2~3 Order(圖廿五)。


圖廿四、 Konica Minolta OLED燈源最新進展


圖廿五、 新型藍光磷光發光材料

辻村部長指出,印刷式電子有兩項技術至為重要,一、電極技術大面積化:首重透明導電膜的低阻抗技術發展。由於OLED電極其阻抗要求在1-10 Ω/sq之間,適合的導電材料為金屬細線、ITO、導電聚合物,其阻抗值的大小影響了發光效率,經Konica實驗數據發現,當電極阻抗在1Ω/sq,發光效率100lpw時,其電極距離可達35cm,因此,電極可達大面積化且亮度均勻的狀態,如圖廿六。二、封裝材料的開發。目前OLED照明封裝結構主要可分為有機/無機多層結構、無機多層結構兩種。有機/無機多層結構係利用氧化鋁與聚合物交錯堆疊,以複雜的彎曲路徑來阻絕水氣的滲入,優點是應力可延展以避免破裂產生,缺點是熱穩定性較差。無機多層結構則是利用SiNy與SiOx交錯堆疊而成,優點是熱穩定佳,缺點則是撓曲性差。Konica認為,封裝阻隔層技術應當可同時適用於各種塑膠基板(PET、PEN、PC、COC、TAC、FRP ,etc),因而提出自行研究的製程方法,採R2R製程且同時快速塗布多層(10層以上)的封裝結構,再以大氣電漿將表面改質,可達到最佳阻絕水氣的狀態,如圖廿七。Konica採用新分子結構讓能帶獲得改善,再搭配自行研發的1Ω/sq透明導電材料與封裝技術,將發光效率提升至81lpw,而此發光效率已可媲美LED燈泡,且可生產大面積的面光源(150mmX150mm)。另外,Konica也認為要快速導入量產,其製程必須採用R2R,因為R2R製程可藉由調控基板的寬幅與塗布轉速來壓低成本。


圖廿六、電力效率與電極間距


圖廿七、高封裝阻隔層的方法

針對OLED R2R solution process講者也在最後作了簡單的介紹及最新進度報告,首先強調OLED要做為照明用途(年生產量1,000萬m2)必須依靠R2R Process的製造法才會具競爭力(低成本、快速),蒸鍍法即使是用10代線(3m幅寬、產速10m2/min)仍無法滿足其價格需求。透過Konica Minolta的實驗結果發現,塗佈型製程最大劣化的原因在EML用塗佈製程時最為顯著,他們透過XRD、SAXS及WAXD等分析法找出了塗佈型和蒸鍍型兩種製程分子排列差異的機制,透過改良新的Host材料,目前全塗佈製程OLED元件壽命和效率都已有大幅改善(圖廿八)。


圖廿八、 全塗佈製程OLED元件近況

Filmtech Japan、Plastic Japan十月大阪再登場
2013年的Finetech Japan顯示器大展已於今天(4/12)下午五點圓滿閉幕了。這場主辦單位估計將創造500億商機的年度大展,為相關業界帶來新的話題與機會。去年才新企畫的高功能膜與高性能塑膠展因為回響熱烈,今年10月2~4日將首度移師關西,在大阪INTEX展場加碼演出。有興趣的朋友,請儘早安排參展或看展行程。


圖廿九、Reed Exhibitions公司Finetech展會事務局田中岳志部長(左)、海外部大道雪處長(右)歡迎大家十月到大阪看展

由於時間與篇幅之限,更多相關技術走向與產品分析,將陸續在五月號的工業材料雜誌與後續的材料世界網中為大家做更詳盡的介紹,敬請期待。 

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