微米級高分子粒子在顯示照明之開發與應用

 

刊登日期:2014/12/5
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高分子微粒子由於可輕易變化其粒子的形狀和粒徑大小,粒子的表面性質更可藉由各種不同的改質方法而有多種機能化的應用。例如,調控其折射率、電氣特性、分散性、流動性、彈性、反射性等,使高分子粒子早已成為基礎材料,應用於塗料、塑膠加工、OA產品、化妝品中(圖一)。近年來,隨著全球高效率顯示照明市場的快速成長,產品種類也更加多元化、高可靠度以及低成本化,使得粒徑均一( Monodisperse )且特性表現優異的高分子微粒子在顯示照明產業的重要性日益突顯。

交聯型 PMMA 壓克力微粒子合成技術
聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA )是甲基丙烯酸甲酯( MMA )聚合物。製備 PMMA 高分子粒子可大略分為三種,分別是乳化聚合( Emulsion Polymerization )、分散聚合( Dispersion Polymerization )與懸浮聚合( Suspension Polymerization ),根據聚合技術的不同,合成出的高分子粒子粒徑亦不同。

乳化聚合、分散聚合與懸浮聚合在粒徑區分上,乳化聚合合成粒徑最小,分散聚合次之,懸浮聚合粒徑最大。乳化聚合、分散聚合技術合成粒徑均勻,懸浮聚合較無法形成均勻粒徑塑膠微粒。然而,欲得到粒徑均勻且高交聯( Crosslinking )微米級塑膠粒子,勢必用到種子溶脹聚合( Seed Swelling Polymerization )技術。種子溶脹聚合如圖二所示,技術上先以乳化或分散聚合方式合成粒徑均勻種子粒子,接著以溶脹方式將單體、交聯劑、起始劑等導入種子粒子內部,再升高溫度進行交聯聚合反應。傳統種子溶脹合成之高分子微粒,體積最多增加5倍。


圖二、以種子溶脹方法合成交聯型均一粒徑塑膠粒子

交聯核心微米級 PMMA 粒子顯示照明產業概況
產業概況部分,本文分別就異方性導電膠膜(ACF)及光學調控用高折射率粒子進行說明。

1.異方性導電膠膜導電塑膠粒子精準核心 PMMA 粒子
LCD驅動IC與基板上細微線路的導通接合,主要是藉由異方性導電膠來達成。ACF材料組成除了可熱硬化的樹脂系統外,另須添加以表面鎳/金鍍層處理之粒徑均一交聯型 PMMA 微粒子。這樣的 PMMA 微粒子不僅要具有高精準粒徑均一性(粒徑:5μm,d90/d10 = 1.33)、高導電性( <0.001Ω-cm ),在構裝高溫接合製程中,高分子微粒子還要可以變形成橢球形以增加導通接觸面積。這就需要藉由調控粒子交聯以達到彈性回復率大於 40%和耐熱性高於 270˚C之要求。

ACF的全球使用量超過 10億米,市場產值近 250億新台幣,其中微粒子的用量在 6~10噸,單價在NT$ 1,300~3,000/g,市場產值也達到100億新台幣的規模。台灣是顯示器製造大國,ACF使用量約佔總量的 65%,且擁有多家 ACF本土製造廠,但由於此種高值化 PMMA 粒子的聚合精準度要求,更需要建置完整的下游應用驗證資料,導致此產品完全依賴國外供應商,造成國內相關產品競爭力遠遠落後。

交聯型PMMA壓克力微粒子技術開發現況
圖三是光學級微粒子精準合成與分篩計畫執行成果,本計畫主要進行微米級交聯型光學粒子合成技術佈建以及微米粒子精準量測與特性資料庫建置。均一粒徑光學粒子合成技術,乃透過工研院材化所建置之精準(共)聚合技術技術平台,建立粒徑 1~20 μm、高交聯型、單分布、高耐熱特性(耐熱溫度>300˚C)的 PMMA 壓克力微粒子合成技術;粒子精準量測與特性資料庫,包含單顆導電微粒子接觸電阻(Ω) 與機械特性(壓縮變位%,Breaking Displacement)、回復率% ( Recovery Factor
……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。


圖四、材化所合成之交聯型PMMA壓克力微粒子SEM放大圖。(a)放大5,000倍SEM圖;(b)放大1,000倍SEM圖,本批次合成粒子平均粒徑:3.0 μm;Cv(%): 5.2;D90/D10 = 1.09;Cv(%) =(粒徑標準偏差/平均粒徑)× 100

作者:陳意君、高宥榛、陳禹玎/工研院材化所
★完整內容請見下方檔案。


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