新世代顯示器保護膜 「軟硬兼施」耐撞耐磨

10 / 12 . 2021
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手機大廠三星在2019年世界通訊大會MWC發表了第一支可撓式的摺疊手機Galaxy Fold,被摺疊的顯示器不僅沒有壞,摺疊的接縫也顯示也很順暢,沒有明顯的摺痕,讓世人為之驚艷,開啟智慧、透明、可撓的軟性顯示器新時代序幕。

不只是手機或電腦,包括汽車的中控台、顯示螢幕到百貨公司的廣告牆,具備可撓特性的透明顯示器應用需求正在蓬勃發展。然而,顯示器受限於本身材料的狀況,應用的範圍可能就會受到限制,經濟部技術處投入科技專案資源開發新材料,讓顯示器應用再進化,促進面板產業與材料廠加速進入下世代應用。

經濟部技術處針對Micro-LED/Mini-LED應用,支持工研院開發新世代顯示器耐用衝擊保護膜(Windows Film),這塊保護膜就像一片普通的薄塑膠片,遇到衝擊時不僅可以吸收外力、保護底層的LED晶粒,碰到低溫環境還能遇冷不起霧,同時又具有玻璃一般的透明可視感,可望加速普及智慧生活的場域應用。

工研院材料與化工研究所陳世明副組長說,新世代顯示器耐用衝擊保護膜主要有三種不同的材料結構而成,就像是「三明治」,第一層是表層抗霧防刮硬化膜層材料(Hard Coating,HC[1])可以防止遇到低溫時產生霧霜;中間層是高剛性耐撓曲透明捲材,既可以像玻璃一樣堅硬,卻同時保有塑膠可彎曲的特性;底層是高阻尼的透明吸震材料,能夠承受135g/35cm落球測試衝擊(相當於半顆水梨從3罐鋁裝可樂高度落下),可以保護最底下的Mini-LED或是OLED發光體,藉由高阻尼與高剛性兩種不同特性的材料,以一軟一硬的結合達到應力支撐和分散效果。

而這兩層材料的研發,也是研發團隊最燒腦的部份。陳世明表示,中間層的高剛性透明捲材,要考慮如何「把硬變軟」,讓塑膠沒有凹痕,不影響顯示螢幕的觀看,還要抗刮耐磨,是個困難的工程。而底下高阻尼材料,一般都是不透明居多,具有透明特性並用於顯示器的材料很少,這個透明吸震材料主要是利用兩種以上的高分子聚合物結構成互穿網(IPN),利用不同分子特性互補,在溫差大的環境中仍可以保持吸收能量的效能,效果會比一般用的矽膠片好,可以滿足高效能LTPS TFT面板製程的需求。

材料是工業之母,很多前瞻材料的開發都是現在科技的基石,經濟部技術處所支持的新世代顯示器耐用衝擊保護膜就是最好例子。根據市調統計,全球軟性顯示器市場在2017年規模為36.76億美元,在2023年預計會達到219.56億美元,年複合成長率超過3成,隨著未來智慧場域裝置朝互動、接觸式情境應用為主,如何讓透明顯示模組能夠防刮、耐磨、耐衝擊,提升整體顯示器之環境耐受性與操作可靠度,對於車載、穿戴、戶外等應用來說相當重要。材化所經理蘇俊瑋說,工研院在材料技術的配方高達上百種,可以協助廠商快速導入新製程,更可依據廠商需求進行調整客製,讓廠商找到最適合的新材料,縮短開發時間並提升產品技術與品質,讓新材料加速促進現代設備的優化與新應用。

[1] Hard Coating(防刮硬化膜層),簡稱HC,是一種增強被鍍材質硬度的薄膜,以形成防刮效果。