軟性可折疊零相位差光學薄膜

 

刊登日期:2019/5/5
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顯示技術不斷推進,具有更高的解析度、更好的對比度、亮度、刷新率和色彩準確度,尤其是在智慧型手機的應用上。具備充足光學特性的透明高分子膜材在高品質的顯示上扮演著重要的角色。在智慧手機螢幕上的觸控模組通常包含多種功能性材料,如各種透明薄膜材料、透明導電膜層。其中,透明薄膜材料需具備足夠的光學特性以顯示高品質的影像。
 
本文將從以下大綱,針對各種開發中與市售零相位差與相位差薄膜材料進行介紹。
‧前言
‧透明光學薄膜材料
 1. PET
 2. PI
 3. COP
 4. PC
‧市售零相位差與相位差薄膜材料
 1. Zeon
 2. Teijin
 3. 其他
‧工研院材化所開發零相位差材料HPVDF
 
【內文精選】
在蘋果(Apple)與三星(Samsung)大力推行之下,相較於傳統薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD),具有更高對比以及更簡化面板結構的主動矩陣有機發光二極體(AMOLED)技術廣受注意。一般來說,AMOLED面板需要TFT-OLED之發光模組,並與透明之觸控模組搭配使用,為了使發光模組順利出光,同時避免環境光對於解析度的影響,在觸控模組上層需要各種功能性薄膜、相位差(Phase Difference, Retardation)薄膜或塗層來搭配使用。
 
觸控模組除最外層之保護玻璃(Cover Lens)或薄膜(Window Film),還需整合薄膜感測器(Film Sensor),以及相位差薄膜等材料。光在進入薄膜材料時,由於介質的改變會造成折射之現象,如薄膜材料具有結構之異向性,光的折射會有兩束,通常稱遵守折射定律的折射光為尋常光,不遵守折射定律之光為非常光,此現象即為雙折射之現象。具雙折射特性之薄膜會讓光通過時造成相位差(圖二),影響光的路徑與特性。
 
市售零相位差與相位差薄膜材料
光學薄膜除了需要高穿透度,光穿透薄膜時之相位差變化亦為重要因子。此性質之重要參考數據為R0與Rth(Retardation;平面內相位差值(R0);平面外相位差值(Rth)),通常零相位差之R0小於10 nm,而λ/2、λ/4膜分別約在270 nm以及140 nm左右(此數據會因為機台之光源而有所不同)。此類薄膜材料現階段主要仰賴進口,主要為日本的兩大廠商,Zeon(日本瑞翁株式會社)以及Teijin(帝人株式會社)。
 
2. Teijin
Teijin為國際上出產PC相關材料的重要廠商,包含PC之酯粒、薄膜以及板材,可應用於面板、車用與航太零件。在其研發能量的積極投入下,藉由單體配方之調控,開發了具有高光學特性之光各向同性(零相位差)PC薄膜PURE-ACE®(ピュアエース®)。隨後亦推出其衍生產品,藉由單軸或雙軸延伸,調控其配向性,開發具相位補償功能之PURE-ACE®WR,此材料同時具有高於200˚C之耐熱性。PURE-ACE®以及PURE-ACE®WR皆具有低霧度的特性(Haze≦0.3%)以及高光學穿透度(Total Light Transmittance; TT≧90%)(表三)。傳統上,如需使用PC薄膜達到抗環境光的效果,除偏光片,尚需多層膜搭配使用來達到λ/4的效果。而PURE-ACE®WR本身即有λ/4之特性,此光學膜的開發有助於簡化膜層結構,將PURE-ACE®WR與偏光片搭配使用,即可達到抗環境光的效果。另外,除了零相位差與具λ/4特性之相位差膜,亦有R0約為560 nm之相位差膜(圖四)。
 
圖四、PURE-ACE®WR與OLED示意圖
圖四、PURE-ACE®WR與OLED示意圖
 
此材料亦展現出良好的環境安定性,將PURE-ACE®分別置於85˚C、60˚C及90%相對濕度、負40˚C等三種環境中進行1,000小時的環測,並量測環測後的相位差、尺寸以及霧度變化,結果顯示在三種環境測試後,相位差變化在正負4.0 nm以內,尺寸變化量約正負0.3%以內,而霧度變化量約在1.6%以內。展現出良好的耐熱、耐濕以及耐寒的特性(表四)。
 
工研院材化所開發零相位差材料HPVDF
PVDF為結晶性高分子,由於其結晶性,傳統的PVDF薄膜為霧面半透明的狀態,霧度(Haze)大於10%且透光度不佳,穿透率小於75% (TT%@550 nm)。工研院材化所導入奈米結晶控制技術,成功開發出高透明度的HPVDF薄膜,藉由添加自行開發的奈米無機粒子分散液,調控PVDF的結晶尺寸。從偏光顯微鏡(POM)觀察,原本結晶尺寸為Micro-crystal,縮小至Nano-crystal(圖九)。
 
圖九、傳統Pure PVDF與工研院材化所開發的HPVDF膜材比較及POM
圖九、傳統Pure PVDF與工研院材化所開發的HPVDF膜材比較及POM
 
材化所開發的HPVDF薄膜可應用於不同塗佈技術生產(Sheet-to-Sheet & Roll-to-Roll),如圖十二,R2R捲材仍維持高透明度。另一方面,HPVDF已完成R2R電極驗證,可整合ITO R2R製程到模組,ITO電阻為150 Ω …以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:吳信忠、潘恩郁/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」389期,更多資料請見下方附檔。

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