2016 FINETECH JAPAN /高功能材料展 Live報導系列三

 

刊登日期:2016/4/11
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林顯光、趙志強、盧俊安、游勝閔、莊凱翔、蕭暐翰、謝葆如、劉怡君、林正軒、劉嘉倫、曾寶貞

展場再巡禮 焦點介紹
Filmtech加入Finetech展會今年已經邁入第七年。第一屆開展時,所有功能性薄膜的應用都是以顯示器為中心進行開發,各種顯示器裡裡外外的光學薄膜、顯示器薄膜材料與相關光機能性薄膜,例如保護膜等為展示重點。繼之則以觸控為主題,而今年(2016)的焦點則以智慧化機能性薄膜為各家廠商開發的重點。智慧窗戶已經是大家知道的一項與窗戶結合的產品,不過目前要把家裡的窗戶改裝其實不容易。Toppan這次展出的智慧窗薄膜,就是希望能低價普及化,超薄化(0.12mm)膽固醇技術塗佈的設計可以跟隔熱紙一樣自己帶回家貼,用耐候型PET(UV CUT PET)作為基材,長期使用不會有劣化的問題,預計今年年中推出販售模組化產品(圖一)。


圖一 TOPPAN凸版印刷推出超薄智慧窗薄膜

日榮化工推出Halshikkul居家多功能薄膜,有兩種基材;白色PET與不織布,可重複貼附,在塗佈基材層(漆嗆層)加入各種添加劑,包括消臭、抗菌、二氧化碳吸附、甲醛吸附與吸濕(防霧)等,可以進行各種形狀的裁切,成為功能與外觀兼具的薄膜材料。除了結合生活應用外,薄膜材料也正準備在接下來的可折與可捲顯示器基材層上發揮功能,此項應用必須具備高耐溫、透明無色、與阻氣阻水鍍層相容性佳、高尺寸安定性與低吸濕性等特性(圖二)。


圖二 日榮化工Halshikkul居家多功能薄膜(除臭、殺菌、去甲醛等)

SUMITOMO BAKELITE 這次端出的則是高耐熱SUMIRESIN EXCEL無色透明膠材漆與薄膜成型品(圖三),全光線穿透率89%,霧度小於1,耐溫達340-420℃,機械強度則要彎彎看才知道(現場禁止TOUCH)。三菱瓦斯也把耐高溫薄膜材料Neopulim做成薄膜在現場展示,厚度50μm、耐溫達397℃,YI有到1.5,不過CTE為58ppm,快跟玻璃一樣了。另外還有許多家參展商都製成成品展出,由開發品轉成試製品,價格可能還是最大變數,唯此類材料將成為未來日本顯示器廠商的重要戰略物資(幾乎不外賣)。


圖三 SUMITOMO BAKELITE 展示高耐熱SUMIRESIN EXCEL無色透明膠材

DNP大日本印刷公司展出超薄押出型導光板,0.36mm,8 inch的尺寸,以傳統射出成型技術是難以達成規格,DNP公司以薄板押出技術一次性的製作出具菱鏡結構的0.36mm薄型導光板,其生產效率優於射出成型加工,如圖四。現場展示品中,因導光板為菱鏡的導光結構,故設計成逆菱鏡的背光系統,此系統將光源作更有效的回收利用,故可以較低的功率,即可與一般背光模組達成一樣的亮度,在厚度的差異上,也有薄化240μm的優勢(圖五)。


圖四  DNP之0.36mm押出型微結構導光板


圖五  背光模組功率比較 :(左)一般模組;(右)DNP逆菱鏡模組

韓國廠商N&b仍在持續發展奈米銀線透明導電膜技術,其合成之奈米銀線長度為5-30微米,直徑約20-45nm,主要分散的溶劑有水、異丙醇、乙醇或乙二醇,依據類似合成條件可調整不同的奈米銀線溶液產品,而在差異較大的條件下,可調控線徑至180nm,均可由狹縫式塗布製作透明導電薄膜(圖六)。


圖六 N&b現場展示之透明導電薄膜捲材及其特性

日本東洋紡(TOYOBO)開發一款含有雙面Hard Coating的新PET,其表面平整性與尺寸安定性表現極佳,主要是其Hard Coating配方裡面大幅減少了Oligomer形式的分子,使其幾乎沒有因為受熱而造成張縮形變,並且擁有超高的表面平整性,其印刷性與後端製程應用範圍大幅增加(圖七)。


圖七 Toyobo最新開發之低尺寸變化PET以其印刷線路情形

Fujifilm可有效地將Metal Mesh(線寬5微米)塗佈於3D立體的軟性基材上,形成透明導電薄膜,同時不會破壞其結構,維持良好的電性,並且可雙面塗佈,可應用於車用或生活上穿戴式電子產品(圖八)。


圖八 Fujifilm開發之3D透明導電膜樣品與展品

本次Ceramic 展會最大特色之一為相關陶瓷產業應用之上游原材料參展廠商相當踴躍。做為日本陶瓷粉體供應大廠的堺化學除其傳統高純度鈦酸鋇粉體開發主軸開始切入小於50nm外,並投入許多先進應用,包含可做為氨氣及醋酸降解材料之Zn4Al2(OH)12CO3.H2O片狀粉體、高均一尺度及高分散性螢光粉體、奈米氧化鋯分散液及多種形貌之奈米氧化鋅粉體等。而日本化學工業則主力投入草酸法粉體供應,除提供多種尺度與結晶型態之鈦酸鋇粉體外,更投入負熱膨脹係數之Zr2(WO4)(PO4)2粉體之供應與無鉛壓電材料KNbO3、NaNbO3及LiNbO3等粉體材料之供應。

由本次展會可以看出陶瓷產業現行發展重心,氧化鋁及氧化鋁相關材料與應用可視為近年來之陶瓷發展主軸。Nishimura Porcelain推出相關氧化鋁應用新產品,包含高吸附性多孔高純度氧化鋁及堇青石陶瓷材料、熱傳導達41W/mK之高散熱氧化鋁陶瓷、應用於UV LED之高反射氧化鋁陶瓷與穿透率達83.66之高穿透氧化鋁陶瓷。法國陶瓷原料廠Alteo則提供結構陶瓷與耐火材料應用之全系列熔融態氧化鋁粉體。另外,SAINT-GOBAIN則推出單一尺度50nm之NanoSoft Alumina Slurry高純度氧化鋁研磨漿料,有效達到Cu金屬Ra=3.5A,Ta金屬0.4A及氧化物Ra=0.7A之CMP研磨優異特性。日本輕金屬則推出純度達99.9%以上之片狀氫氧化鋁粉體,並成功去除Fe, Si, Ca等不純物,目前此材料做為鋰電池隔離膜之絕緣阻絕層應用,大幅提升鋰電池之安全性,並有效改善過去以氧化鋁做為隔離膜塗層時對於膜層之破壞性。

在氮化物陶瓷材料展示中,有多家廠商展示用於IGBT功率模組的直接覆銅DBC陶瓷基板,圖九為KCC所製備之DBC氧化鋁基板與氮化鋁基版,目前最大常見的尺寸為5.5x7.5 inch,熱傳導率>170W/mk(For AlN),基板強度為370 MPa(For 96% Al2O3)。圖十為NGK所發表之DBC基板,陶瓷基板部分導入了ZTA(10%ZrO2- Al2O3)及Si3N4等材料,ZTA的導入可使DBC基板強度達700MPa,是一般氧化鋁基板的2倍,並可減薄基板的厚度使散熱表現更好。Si3N4則是兼具強度與散熱性,更重要的是熱膨脹係數與IGBT晶片接近,可以避免熱膨脹係數使矽晶片變形。Toshiba與Shimadzu 則共同發表DBC氮化矽基板,利用Shimadzu特有的高溫加壓製程技術,以及Toshiba 的材料配方設計,改善Si3N4基板Si元素配位不穩定致使強度下降之問題。


圖九 直接覆銅DBC氧化鋁基板與氮化鋁基版(Photo by KCC Corporation)


圖十 直接覆銅DBC基板, Substrate: ZTA, Si3N4 (Photo by NGK Corporation)

另外,日本碳化物工業株式會社也發表了業界最新的厚膜印刷式石英震盪器基板,並達到目前業界單顆最小1.6x1.2mm尺寸,並以厚膜印刷製造方式相對於過去的HTCC製程可以有較低的製造成本,每一版數量可達928 pcs,基板厚度可以縮小至0.1mm。

因應5G通訊應用需求,宇部興產株式會社改善相關氧化鋁特性為基礎製作高頻應用之濾波器系統,並預計於2017年推出相關5G應用通訊模組。而希鉑電子則展出相關毫米波頻段應用之低溫共燒陶瓷通訊模組,相關應用頻段從20GHz-60GHz(圖十一)。 


圖十一  (左)SIBCO 60GHz WLAN模組;(右) SIBOC 25GHz LMDS傳輸模組

至於陶瓷應用於能源上,NGK Insulators主力切入鈉硫電池系統,做為各種再生能源之儲存系統,鈉硫電池主要以Na摻雜Beta-Al2O3為管狀電解質,管中置入液態鈉金屬,管外使用以安定氧化鋯搭配高絕熱恆溫結構管,管與電解質間投入硫化物,於300度恆溫下達到高溫定性儲電效果。NGK Insulators為全球主要NAS生產、應用及系統建置廠商,至2015年五月底已達530MW之建置量(圖十二)。


圖十二  NGK Insulators之NAS電池

第一稀元素化學工業則投入相關固態燃料電池(SOFC)之材料開發,針對相關SOFC所需之上游材料ZrO2, Sc2O3, Y2O3, CeO2, Gd2O3等提出相關材料供應方案。其陶瓷電解質摻雜型釔安定氧化鋯於,10000C之導電度達0.31S/cm,較傳統8mol%釔安定氧化鋯系統提高約一倍(圖十三) 


圖十三  第一稀元素化學工業開發之SOFC單電池

整體而言,本屆高功能陶瓷展顯示日本陶瓷產業對於上游原材料之開發與投入較其他各國要來的深入,在相關陶瓷產業上取得上游原材料之技術優勢,進而導入相關先進應用時,較其他國家與競爭廠商更具有功能上提升之優勢。而對於陶瓷領域進入奈米化之相關研究,日本等先進廠商於相關材料基礎技術,如分散、檢測、製程設備等皆明顯優於其他國家,此點值得國內相關產業、研究機構或大學相關系所借鏡。

至於PET上之功能性鍍膜可說是百家爭鳴,中井工業於Roll to Roll濕式與乾式鍍膜技術均非常成熟,透過高端之鍍膜技術在金屬鍍膜、轉印膜上展出各式成熟產品,同時也強打鉛筆硬度9H之硬膜PET、PEN、PMMA、PC,並且均有AG結構之選擇,如圖十四。該公司也說明PET硬膜在攝氏120度仍可維持穩定,而PEN硬膜則可在攝氏160度維持穩定,均不會發生硬膜剝落或是變色情形;此外,該公司特別提供樣品可自行取回進行測試,實際進行彎折確實不會有硬膜破裂問題。在觸感方面,硬膜層較PET層滑順並且不易沾指紋,實際多次按壓後雖仍有些許指紋殘留,但是可輕易擦除也不會造成膜面擦傷,該薄膜同樣可以進行ITO鍍製以應用在各種光電元件上。


圖十四 中井工業展出量產之鉛筆硬度9H之各種鍍膜PET產品

MONA Film Technology透過在有機膜上鍍製各種功能性塗層,包括壓花方式製作具雷射雕刻光澤之圖案,再以真空包覆方式將複雜結構之工件或是模型進行包覆貼膜,可讓塑料帶上絢麗光亮之色澤,如圖十五,並且也能以相同方式將硬膜對模型進行包覆,藉此增加其表面硬度,透過磨耗鋼絲絨進行測試,可觀察到沒有保護之塑料件嚴重磨損,據了解該硬膜可有2H硬度。


圖十五 MONA Film Technology之功能性貼膜技術

類似於MONA Film Technology之技術,Kuraray則提供更大型器件之包覆貼膜技術,如圖十六,由於車業之輕量化要求,未來可能朝向聚合物車體發展,由於溫度之限制,該公司認為貼膜技術可以取代烤漆技術,並且提供精密的電腦演算調色技術,其結構是PET薄膜上鍍上調色完成之色漆,最表層加上硬膜,因此也具有抗刮能力。


圖十六 Kuraray之車體構件包膜技術

顯示器偏光片分為高偏光型的碘系偏光片與高耐久型的染料系偏光片,Polatechno針對車載或戶外等嚴苛環境需求展出的染料系偏光片,與碘系偏光片相比,具有耐高溫、高濕熱及耐Polyene化特性(圖十七 )。其厚度300μm,80oC/90%RH條件下,1,000hr偏光度仍可維持99%以上。而另一款針對反射式LCD開發的無色偏偏光片ACP系列,可顯現純白和自然黑色(圖十八)。


圖十七  Polatechno展示染料系偏光片與碘系偏光片比較
 

圖十八  Polatechno展示之無色偏偏光片ACP系列

KYODO公司展出奈米壓印設備及轉寫代工服務。奈米壓印設備包含桌上型熱壓機,最高溫可達600℃,壓印面積大約10 x10 cm2,還有該公司自行開發的TEX系列UV壓印機及捲對捲壓印設備。同時KYODO公司擁有特殊的Fine MOZTM模具離型層技術,可以壓印深寬比高達10的圖案(圖十九)。


圖十九  KYODO公司之Fine MOZTM模具離型層技術

EVG展出數款奈米壓印設備,展場有展示以EVG7200LA設備搭配其SmartNIL技術製作出GENII 370 x 470 mm2之壓印成品,大面積一次壓印的方式適用於大尺寸顯示器,其技術領先業界。EVG的R2R壓印設備(EVG750R2R)也是以UV壓印的方式進行

在耐水氧耐高溫量子點樹脂方面,韓國SolipTech公司展出一款採用韓國Ecoflux量子點材料調製的Siloxane Base 的樹脂配方,其成膜無須外貼阻氣膜保護,同時具備耐高溫(85oC,1,000hr)、高濕熱(85oC/85%RH,1,000hr)極佳的光安定性 (圖廿) 。


圖廿 韓國Solip Tech公司展出採用Ecoflux量子點材料調製的Siloxane Base 樹脂

住友化學主要著力於有機高分子材料,包括針對白光元件所開發的可印製的電子傳輸材料、紅色和綠色磷光高分子材料、藍色螢光高分子材料以及可交聯聚合型電洞傳輸材料,RGB元件效率分別為24、75、8~10 cd/A,元件壽命(T95@1,000nt)為紅光5,800小時、綠光9,700小時、藍光壽命比較差,只有300~700小時。所開發的高分子元件在電動傳輸層和發光層中間並不會有互溶的現象發生,塗佈的製程也可在N2或空氣中進行。另外,將原本一般RGB三色發光層都在同一層的元件,改成紅光在電動傳輸層中,只有藍色和綠色材料在發光層,藉此提升效率和壽命。目前白光元件效率最高為42 lm/W,壽命為7,400小時(T70@1,000nt),效率較低的元件(32 lm/W)壽命則為18,000小時。

Kateeva是一家研發OLED噴墨印刷設備的公司,總部設在矽谷,擁有被稱為「YieldJet」的大尺寸 OLED 面板量產技術。一般的OLED製作是利用蒸鍍將RGB畫素圖形處理,這種製程不利於量產OLED電視,Kateeva的YIELDjet平台相較於目前的真空蒸鍍技術,具有更快速、高材料使用率…等具備大幅降低單位生產成本的優勢。而且繼住友化學之後,在去年Kateeva也和杜邦顯示器(DuPont Displays)合作,將杜邦的溶劑式材料應用在噴墨技術上,結合雙方在製程與材料上的專業,能夠更快速的量產OLED裝置。

Gunze公司展出以金屬細線編織的織物,應用於柔軟織物的發光及導電應答(圖廿一)。所製作的織物具有柔軟性、透氣性及伸縮性,織物的阻抗値為約 5Ω/ m。


圖廿一 Gunze公司展出以導電織物製作的LED燈條

Gunze公司展出一種開發中的COC薄膜,具有很好的撓曲性(曲率半徑可達Φ2mm以下)及韌性(破壞延伸度5 %),此COC薄膜上下皆塗佈有Card Coat層,總厚度約為40 %,透光度達92.2%,Haze約0.6 %,熱收縮率約0.22 % (160℃, 60 min)。此薄膜可應用於Gas Barrier基材、可撓式顯示器基板或Touch Sensor基材等。

Seiko Advance公司展出一種應用於真空成形的UV Ink,其製作方法為將UV Ink塗佈於塑膠膜(PET、PC等)上,進行UV硬化(200 mJ/ cm2),進行真空熱壓成形。此UV Ink最大的特點是在UV硬化後,具有約300 %的延伸率,並具有很好的耐光性及耐熱性(500℃×20秒)。

V Technology公司展示一種用於OLED蒸鍍製程的Hybrid Mask,是由Polyimide及 Ni金屬兩種薄膜貼合而成,Ni是以電鑄法製得,貼覆其上的Polyimide是以雷射進行打洞,解析度達738 ppi,該公司宣稱利用此種結構,可製得Non-tension Mask,畫素的位置精度達到±2μm。

V Technology公司也提出一種用於OLED斷線修補,提升良率的方法,針對導線斷線的缺陷,在缺陷附近以雷射CVD在缺陷處產生金屬鎢的沉積,達到修補的功能。另一種是減少黑點增生,也是利用雷射高溫,將可能產生黑點的部份直接移除。

Asashi化學研究所發表一種具有伸縮性的銀 Paste(圖廿二),適用於穿戴式電子裝置。此銀Paste硬化後仍具有很好的柔軟性,延伸、折曲都不會造成剝離,阻抗値可達10-5 Ω・cm,主要應用於曲面上的導電線路。硬化溫度為100 ℃×30 min。


圖廿二 Asashi化學研究所發表之延伸後銀膠

專門技術演講 重點精摘
積水化學雖未參與今年的Finetech展出,但受邀於基調演講中演講。該公司致力於開發多層共押出薄膜,近期成功開發出一種汽車擋風玻璃用的中間膜,此功能膜可兼具防爆、隔熱、著色、與良好的HUD( Head up Display)投影效果。一般的汽車前擋風玻璃僅有PVB(Poly-Vinyl Butyral)薄膜夾層在其中,使其具有防爆功能;積水化學利用多層共押出技術,薄膜內設計有吸收太陽光源IR波段粒子達成隔熱的功能;樹脂部份可藉由染色配方技術,設定不同的薄膜顏色;更可使分散良好奈米的粒子共押成型在薄膜內側,提昇HUD投影顯示效果,如圖廿三。另外一個新穎設計,乃藉由一個改變厚度的多層共押出薄膜技術,改善原本均一厚度薄膜會造成HUD影像顯示重疊的問題,如圖廿四,此變厚度的多層共押出薄膜能清楚的顯示資訊,使汽車駕駛的安全性大幅提昇。

  
圖廿三 多層功能膜結構分析


圖廿四 變厚度共押出薄膜改善疊影效果

Synaptics公司在最後一天(4/9)的專門技術演講中,則介紹電容式指紋辨識目前的發展趨勢與差異。從市場預測資料中可得知,未來幾年內,低階的智慧手機也將導入指紋辨識系統,成為成長幅度最大的市場,2017年成長幅度將大於100%。而手機支付的市場,預測到2019年將提升至1兆800億美元。電容式指紋辨識元件主要分類為共同迴路電容(Mutual  Capacitance)與單獨迴路電容(Self Capacitance)。 Synaptics主攻於共同迴路電容系統,在製程、可靠度與成本等皆優於Apple陣營的單獨迴路電容辨識系統。

Reed明年將新增兩展會 精采可期
隨著材料角色的重要性日益提高,新功能材料展的規模年年持續擴大。Reed Exhibitions公司的土屋勝利事務局長與海外部大道雪部長在接受本刊專訪時表示,今年展會新增陶瓷專區,讓有機、無機、金屬等三大材料匯聚一堂,共吸引780家相關材料廠商參展,比去年成長230家。日本最近非常重視金屬與塑膠的接合,各種異質材料的黏合技術備受矚目。主辦單位因應此產業趨勢,將於明年新增接著/接合EXPO,預期明年的材料展將會吸引更多業內人士到場參觀,讓展會效益更為提高。另外,因應4K、8K的傳輸需求,明年將規劃第一屆影像傳輸EXPO,搭配明年Big Sight東館將新建完成的第7、8號館,屆時將可提供大家更舒適的看展空間與更豐富的展示內容。新主題的推出,預計將吸引1,550家廠商參展,有意參展的廠商歡迎提早預約。

另外,10月將於大阪登場的關西素材展今年規模亦比去年擴大,將有千家廠商在關西場展示最新產品與技術,歡迎大家屆時到大阪看展。

 
Reed Exhibitions公司土屋勝利事務局長(右)、大道雪海外部長(左)歡迎大家10月到大阪看展

2016年FINETECH JAPAN/高功能材料展已於4月8日圓滿閉幕。由工業材料雜誌/材料世界網提供的Live系列報導將於此暫告一段落,編輯群感謝大家三天來的關注。更多深入而完整的報導內容將在5月號的工業材料雜誌刊出,歡迎大家參閱。工業材料雜誌訂閱專線:03-5918205葉小姐或03-5915351張小姐。亦可上材料世界網掌握相關資訊。
材料世界網:www.materialsnet.com.tw 

以上內容是工業材料雜誌/材料世界網採訪團:林顯光、趙志強、盧俊安、游勝閔、莊凱翔、蕭暐翰、謝葆如、劉怡君、林正軒、劉嘉倫、曾寶貞在東京FINETECH JAPAN 2016現場的Live 報導。

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 2016 FINETECH JAPAN /高功能材料展 Live報導系列一
 2016 FINETECH JAPAN /高功能材料展 Live報導系列二 

★Live報導系列(三)檔案如下,歡迎免費下載。


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