郭育如、林程壹、陳東森、陳世明、蘇俊瑋／工研院材化所
透明顯示器及可摺式顯示器在不同場域應用時（如：智慧育樂、零售等開放式空間或個人使用之可撓式手機、平板及筆電等）會面臨使用者手指觸碰或撞擊之情境。因此，顯示面板除需具備防刮、耐磨外，還需一定程度之耐衝擊特性。為增加顯示器之耐衝擊特性，工研院材料與化工研究所開發了高剛性透明支撐及高阻尼透明吸能二種膜層材料技術，以作為顯示器在受衝擊時的保護之用。此兩項技術將分別於上下集文章中介紹，本篇首先聚焦市售、開發中以及工研院材化所開發的透明聚醯亞胺薄膜材料之發展現況與趨勢。
【內文精選】
前言
軟性顯示器、折疊式顯示器用之保護層，其作用為負責使顯示器面板避免受到外界污染、撞擊等傷害，且須具指紋辨識等功能，而發展中的折疊螢幕用保護層還須具備可撓性與耐久性。為了因應這些特性，須採用多層功能性膜層互相搭配，以滿足需求。保護層現主要採用透明聚醯亞胺(Colorless Polyimide; CPI)薄膜或超薄玻璃(Ultra Thin Glass)（圖一）。上述兩項材料各有優缺點：就量產面、抗衝擊性而言，透明聚醯亞胺薄膜較佳；然在表面硬度、觸感上難及超薄玻璃。
就目前觀察來看，聚醯亞胺薄膜或超薄玻璃各有優缺點。聚醯亞胺薄膜曲率半徑可達1 mm (1R)甚至更小、耐撞性較佳，但有不耐刮等問題；超薄玻璃硬度夠、可視性佳、觸感好，但彎曲半徑在2~3 mm水準並存在碎裂風險。有業者指出，往後超薄玻璃用於中小尺寸面板，聚醯亞胺薄膜則供應給大尺寸面板。市調公司IHS Markit也預測，2025年聚醯亞胺薄膜與超薄玻璃將平分折疊式智慧型手機用保護層市場。依出貨量觀察，2020年全球折疊式手機用聚醯亞胺薄膜將為24萬平方公尺，達到超薄玻璃5萬平方公尺的5倍；然2023年聚醯亞胺薄膜將達到60萬平方公尺相對高點，之後逐年減少，預估2025年雙方差距將縮減至1.3倍。
市售或開發中透明聚醯亞胺薄膜材料
各大綜合化學廠都看準折疊式顯示器未來前景，近年積極布局高階透明聚醯亞胺材料技術，開發透明聚醯亞胺薄膜產品。以下針對目前開發中的產品進行介紹。
1. Taiyo Holdings
Taiyo新推出的產品401（圖六），相較於以往的透明聚醯亞胺薄膜102系列，其在機械特性方面有更好的表現，硬度可達4H、楊氏模數為6.1 GPa、CTE為10 ppm/˚C，搭配Hardcoating其硬度更可達到9H。與一般柔韌材料相比，Taiyo聚醯亞胺薄膜光學穿透率較低(89.3%)，顏色稍黃(Yellow Index = 1.5)（表三），但尺寸安定性和防刮特性皆優於Silicone、PU及PC（圖七），且經過85˚C與85%相對濕度之環境下進行彎折疲勞測試，最耐彎曲變形（圖八），可耐彎折R = 2 mm @20萬次，目前相關透明聚醯亞胺材料已打入折疊式手機供應鏈。
圖七、Taiyo聚醯亞胺柔韌材料尺寸安定性、光學特性、機械特性比較
3. KOLON
針對顯示器用基板，由上至下，從Window Film到功能層甚至到TFT用基板（圖十一），KOLON皆有針對不同膜層所需的特性，對應開發出合適的透明聚醯亞胺材料。其推出的透明聚醯亞胺CPI™系列（圖十二）與一般光學薄膜比較如表五，兼顧軟及硬光學薄膜層的優點，達到高穿透度、良好的尺寸安定性、耐熱性、良好的機械特性、耐磨抗刮、高撓曲等特性。其中針對GRADE B材料來說（表六），整體機械特性有最好的表現，硬度可達2H、楊氏模數大於6.5 GPa、Strength大於300 MPa；熱特性之玻璃轉移溫度大於330˚C、尺寸變化量為11 ppm/˚C；光學穿透率為90%、顏色Yellow Index僅0.7，相當透明(Transparent)。
圖十一、KOLON透明聚醯亞胺CPI™薄膜在顯示器基板不同層的用途
工研院材化所開發透明高防護聚醯亞胺材料
工研院材化所經由特定單體合成出高分子透明聚醯亞胺，此薄膜（圖十五）之機械特性如楊氏模數大於5 GPa、表面鉛筆硬度經由廠商測試可達H，搭配各家不同廠商Hardcoating硬度可達4~7H；熱特性玻璃轉移溫度大於380˚C、尺寸變化量為小於25 ppm/˚C；光學總穿透率或波長550 nm之穿透率皆大於90%、顏色Yellow Index小於2.5；可通過R = 2 mm @20萬次測試…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》404期，更多資料請見下方附檔。