到目前為止，可應用於軟性電子之高分子基板材料不一，因此國內外業者或研究學術單位無不投入大量心力，積極開發符合工業製程的高分子基材，因此低成本的Roll-to-Roll 製程與相對應之高分子基材，是符合成本效益的生產目標，也是未來之發展趨勢。
基材所需具備的重要特性
1. 穩定性
可撓性為軟性電子元件基材最主要的特性，亦即基材可以被彎曲，而不會發生脆裂或經彎折後喪失其原有的特性（包含表面或內埋之電路及元件特性）。以最理想的情況來說，基材要能夠被重複撓曲而不會降低其原有性質，但除了擁有撓曲特性外，也必須具有強韌特性，不易被拉伸延展，例如施以水平方向的應力，基材不易發生形變，但由於軟性高分子基材本身具延展之特性，所以此為困難點之一，此項要求之原因是目前高分子基材上通常會有無機材料層，雖然此無機材料層之厚度可達到被撓曲後仍維持其原有的特性之要求，但水平方向產生之應力有可能使無機薄層脆裂而喪失原有的特性，因此有研究團隊發展了高分子之導體或半導體材料與製程，期望能夠不使用無機材料改善此問題，這也是未來有機材料發展的趨勢之一，但仍需一段時日，有機導體或半導體材料方臻成熟。
所以除了需瞭解基材與其表面異質間受到外部應力所產生之差異特性外，基材內部本質之特性也是一項重點，例如熱穩定性，因基材最基本的要求就是能夠耐高溫而不發生任何形變或反應，亦即高分子基材的玻璃轉移溫度（或熔點）必須高於製程溫度。此外，因為基材經製程烘烤時會發生熱膨脹或收縮，所以高分子基材的熱膨脹係數(CTE)必須要低，若有機基材和無機層材料之CTE 差異甚大，將造成低CTE 的無機材料脆裂，或是造成形變及結構剝離現象，故熱穩定性為最主要的條件，因此如何使基材擁有熱穩定性及發展低溫製程為目前的研究課題。
2. 氣體滲透性
因可撓式液晶顯示器和有機發光二極體是發展軟性電子元件的主要驅動力，兩者的壽命對於氣體（水氣與氧氣）之滲透率息息相關，以往液晶顯示器對氣體阻絕能力並無太大的要求（水氣與氧氣穿透率必須<10-2g / m2•day；<10-2cc /m2•day•bar），但在發展有機發光二極體製程對環境的氧氣和水氣穿透率要求需非常低（水氣與氧氣穿透率必須<10-6g/m2 • day；<10-5cc/m2•day • bar），所以當高分子取代無機基材時，亦要求高分子基材需如無機基材有非常低之氣體滲透率，此為一項具困難性及挑戰性的技術問題，所以製作具有氣體阻絕特性佳的高分子材料是重要議題。在改善高分子材料之氣體阻絕特性方面，如John Fahlteich 在基材表面鍍上多層之金屬氧化層（圖四），以阻絕氧氣、水氣的滲入及紫外光線的照射，並列出各金屬氧化層的性質比較（圖五）。實驗結果顯示，鍍上ZTO 有很好的氣體阻絕特性（表一），其氧氣滲透值<5×10-2 cm3 / m2 • day •bar、阻水氣滲透值< 2×10-2g/m2•day，其值接近液晶顯示器之要求。其他如3.表面特性、4.光學性、5.成本等重要特性之詳細全文請見原文。
圖五、PTE膜材上鍍上各種氧化層之水氣滲透率比較
表一、各種氧化層的阻氧穿透速率比較
高分子基板材料及材化所發展現況
由於高分子材料便宜，所以將高分子導入電子材料元件中，可以降低成本。除此之外，由於高分子具有高柔韌性和重量輕，因此適合應用於Roll-to-Roll 製程。但目前單一高分子無法滿足所有製程所要求或低成本的特性，所以還是春秋戰國各有各之天下。以下為目前較常用的軟性基板材料與材化所所發展之基板材料介紹……詳細全文請見原文。
4. 混成材料(Epoxy/Silica & PI/Silica)
本節乃簡介材化所在有機無機奈米混成基材之研究現況，本技術結合了奈米混成材料結構設計模擬、無機有機奈米混成配方及光學級鋼帶式捲對捲濕式法連續塗佈設備與製程等技術，建立具高透明之奈米混成薄膜材料技術，包含Epoxy/Silica & PI/Silica 兩大類。除材料實體研製外，為縮短開發時程，故先投入分子模擬計算資源，以材料設計的觀念預測材料之性質，再以此基礎做後續之配方與製程之開發工作。
由於高分子奈米混成材料具有高阻氣性、低CTE 、高Tg 等特性，其作為顯示器等應用方面具有相當之潛力。然而要發揮其優異之材料性質，在奈米尺度下，良好的分散性是必要的條件。憑藉高分子奈米混成材料的技術研發有了新的突破，已可成功地將有機系與無機系進行混摻而使新材料之硬度、黏性、韌性、熱穩定性、抗氧化性等方面均具備良好的性質。
目前材化所已突破性地研發出新型Epoxy/Silica 光學膜材料技術，商標名“HyTAC” 。該膜具有高透明性、光等向性（超低光遲滯性）之有機/ 無機混成材料（圖十三），兼具熱尺寸安定性之特性，可應用在偏光子之保護膜等。另一例是已突破性地研發出新型無色透明之PI/Silica 光學膜材料技術，其中Silica之含量可添加至60 wt% ，仍能維持其可撓性，其CTE 可降至28 ppm/℃，Tg 可提升至400℃，楊氏模數可提升至4 Gpa，（圖十四），目前已應用在可撓式OLED 之基板等。
元件製作新製程及材化所發展現況
EPSON 在2005 年發表SUFTLA®(Surface-Free Technology by Laser Ablation/Annealing)製程（圖十五），其步驟如下：(1)首先將犧牲層先沉積在玻璃基板上，隨後薄膜電晶體製作在犧牲層上；(2)為保護TFT 結構層，表面覆蓋臨時性基材；(3)雷射光照射加熱，使犧牲層能脫離TFT 層；(4)TFT 層再轉置黏著於可撓曲塑膠基材上；(5)最後再將覆蓋於TFT 層上的臨時性基材移除即可。利用此方法可解決塑膠基材尺寸穩定性等問題。材化所所發展的製程較EPSON 之SUFTLA® 更為簡易，其步驟如下……詳細全文請見原文。
作者：陳世明、丁文彬/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌273期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8020