郭育如、陳東森、蘇俊瑋／工研院材化所
行動智慧生活可即時呈現豐富的資訊，其顯示器設計以輕、薄、可撓曲為目標，因此專家學者也不斷精進相關重點技術。而為了達到更好的顯示品質，須整合各種功能性材料，其中，透明薄膜材料之相位差特性為顯示技術之一大影響因子。本文將針對各種開發中與市售之低相位薄膜材料進行介紹。
【內文精選】
AMOLED市場發展
隨著AMOLED技術崛起、應用擴大、產能增加、產值持續成長，AMOLED市場收入將從2018年的265億美元增長到2019年的287億美元，預估到2023年將超過520億美元（圖三）。最大宗的應用產品為智慧型手機裝置，其產能預計將從2019年的1,580萬平方米增長到2023年的3,000萬平方米。大尺寸電視產能預計將從2019年的670萬平方米增長到2023年的2,000萬平方米。在2023年AMOLED總產能將超過5,000萬平方米，相比2019年的2,500萬平方米成長了一倍以上（圖四），除了韓國三星集團和LG集團外，其主要成長來自於中國面板廠大幅擴產，顯示中國大陸對於AMOLED面板技術發展的野心，因此相關的零組件、材料、膜層亦有一片發展空間。
圖三、AMOLED應用市場發展預測
位相差原理及定義
高分子薄膜因為本身的分子結構排列與外在成膜製程的因素，會具有光學的異向性。光學異相性是指在介質不同方向上的光學性質是不同的，光在進入不同介質時會折射成兩道光束，遵守折射定律的那束光稱為尋常光（o光），沒有遵守折射定律的那束折射光稱為非常光（e光），此現象即為雙折射之現象。尋常光與非常光的折射率分別用no 及ne 區別，光學的雙折射Δn定義為非常光與尋常光的折射率差，即Δn = ne − no（圖五）。具雙折射特性之薄膜會讓光通過時造成相位差(Phase Difference, Retardation)，影響光的路徑與特性，這樣的特性視高分子材料的應用需要而會有不同的需求。因此，為了不同的應用，調控高分子薄膜相位差的大小，使用具有適當相位差特性之薄膜，將有助於提高面板之顯示品質。
一般芳香族聚醯亞胺(Polyimide; PI)因其具有較多剛硬的苯環結構，在其塗佈製成膜後，其薄膜平面方向與薄膜厚度方向上之密度不同，在光線通過時的速度也會因而不同，造成薄膜平面方向與薄膜厚度方向上光學折射率的差異，使得PI薄膜具有光學異向的特性。Ikeda藉由X-ray繞射方法，獲得PMDA-ODA結構的PI薄膜之平面方向與薄膜厚度方向的繞射圖譜。發現在薄膜平面方向的繞射在相關長度為15Å左右出現了較強的繞射峰；而在薄膜厚度方向的繞射，則在相關長度為5Å左右出現非晶型的彌散峰（圖六）。這樣的結果說明了PI分子鏈在薄膜平面方向具有較規則的排列，而在垂直薄膜平面上沒有明顯的規則排列，表現出PI結構的異向性。
工研院材料與化工研究所開發低相位差材料聚醯亞胺(PI)
聚醯亞胺因其本身具有較多苯環結構，在其塗佈製成膜後，薄膜具有光學異向性，使得相位差特性產生。工研院材料與化工研究所經由分子結構設計等，可修改穿透光的偏振狀態，能有效消除雙折射引起之彩虹紋（圖十三），減少顯示方面的干擾，成功開發出低相位差聚醯亞胺，並以R2R塗佈技術生產成捲材（圖十四）。此項技術與傳統聚醯亞胺薄膜相比，相位差更低（R0 與Rth 分別為小於1 nm以及20 nm），與一般低相位差薄膜相比，耐熱性更高(Td ≧400˚C; Tg ≧250˚C)、光學與製程整合性更佳（表三），可整合多項功能於此薄膜上，達到薄型化、輕量化。且此薄膜進行彎折測試…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十三、雙折射引起彩虹紋示意圖
★本文節錄自《工業材料雜誌》401期，更多資料請見下方附檔。