軟性電子產品及透明PI材料發展趨勢

 

刊登日期:2021/5/5
  • 字級

林志成/工研院材化所
 
隨著折疊手機陸續問世,加上物聯網、智慧醫療、智慧製造等新應用驅動下,軟性電子產品越來越受到重視,更柔軟、可撓曲形狀的軟性電子產品需求開始浮現。而要成為軟性電子產品,內部元件包括顯示器、電路板等,也都必須具備軟性特質。本文針對目前軟性電子產品及軟性基板材料的發展進行相關說明與介紹。
 
【內文精選】
前 言
軟性電子(Flexible Electronics)因為具有「輕、薄、短、小、軟及可撓曲」等特性,應用產業多元,除了將帶來更人性化、行動化與個人化的便利新科技外,同時也將大幅改變21世紀人類的生活型態。舉凡書籍、標籤、海報、佈告欄等,都可應用類紙式(Paper-like)的軟性顯示器,做成可彎曲式的螢幕並搭配可攜式產品使用,未來不論學生或上班族,即使有再多的資料或報告,只要薄薄一張電子紙就可輕鬆上路。軟性電子產品對行動裝置的意義,不僅少了一片承載的玻璃,重量更輕,耗電量也更低,而且還可以彎曲與折疊,不論攜帶或使用都更為方便。當顯示器不限於平面後,應用層面也更為寬廣,如手錶、衣服等隨身物品,目前有許多產品也已經置入顯示器,如圖二所示。
 
軟性顯示器
2020年OLED顯示器仍是以玻璃為主體(非軟性),但折疊式產品已經開始萌芽上市,如圖四所示,IDTechEx預估會有將近5萬米平方的需求量(約占0.5%),加上可彎曲式的顯示器推估將會有約280萬米平方的需求量(約占27.5%),整體軟性顯示器占有率約為28%;估計於2030年時,折疊式及可彎曲式產品將會個別成長至670萬米平方(約占11.6%)及減少至1,300萬米平方(約占23.6%),整體軟性顯示器占有率約為35.2%,足見整體軟性顯示器需求將有成長上升的趨勢。軟性顯示器未來將會充斥在每個人的生活中,電影情節中所上演的科幻劇情一一浮現,套句廣告台詞,Nothing Is Impossible,日後會出現怎樣的產品相信也是見怪不怪了。
 
圖四、OLED顯示器市場預估
圖四、OLED顯示器市場預估
 
軟性基板探討
要發展軟性電子產品,第一步關鍵就是需要將傳統玻璃基板以其他軟性基板取代。傳統玻璃基板製程只能以批次方式產出,軟性基板與超薄玻璃可以用捲對捲製程方式生產,大幅提升量產速度。如同前面所介紹的部分,市面上已有一些可彎曲、可折疊、可捲曲的產品問世,新型態的顯示器將是未來主流趨勢,如圖十二所示。目前為止,並沒有真正完美的軟性基板材料。有些耐熱性好但卻無法彎折且易碎裂,有些吸水率低卻表面不平整,有些光學特性佳卻尺寸安定性不足。因此必須因應不同需求來選擇不同的軟性基板。
 
圖十二、軟性電子產業
圖十二、軟性電子產業
 
目前受軟性塑膠基板(Plastic Substrate)本身的耐熱性、尺寸安定性與耐化學藥品性不足所限制,故日、韓、歐、美等顯示器發展先進的國家,無不積極投入研發一能符合軟性電子產品用之軟性基板材料。如表一,目前市面上常看到的軟性基板,包括有金屬薄膜基板、超薄玻璃基板、塑膠基板。軟性基板相對於傳統玻璃基板具有更輕、更薄的特性,對於手持裝置減輕、減薄與減重有所幫助。相較於超薄玻璃易碎及不易彎曲等問題,塑膠基板具備良好撓曲特性、高透光度且可承受重擊,如圖十四所示,可大幅應用於軟性電子產品。但較為不足的是,一般塑膠基板之耐高溫(Tg)特性較不足,導致可製程溫度較低,如果後段製程需高溫烘烤條件,則會有使用上的問題產生,例如基板產生形變或黃化狀況。
 
一般來說,PET的玻璃轉化溫度(Tg) < 100˚C、PEN <180˚C、PC < 200˚C、PES < 230˚C、PI約300˚C。由於PI為塑膠基板中耐熱性及剛性最佳的材料,因此許多國際大廠紛紛投入資源開發無色PI。如表二,韓國大廠Kolon所開發的透明PI具備…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》413期,更多資料請見下方附檔。

分享