7-4 下世代軟性顯示器的神奇配方

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材化所平面顯示器透明基板研發成功,加上技術團隊建立了有機/無機、奈米級的混成材料技術,呈現工研院掌握未來世代在顯示器材料方面研究的重要成果。材化所技術團隊因此獲得工研院97年度「傑出研究獎」銀牌的榮譽。

材化所光電有機材料及應用研究組組長李宗銘博士指出,全世界對於軟性電子的需求,越來越龐大。大家對於軟性半導體及軟性顯示器,無不期望能儘快做到可摺疊,或者可彎曲、捲繞的境界,相對於目前的顯示器是用玻璃夾著液晶,做為顯示的介質,藉以顯示出影像、彩色畫面及文字等,但玻璃無法折疊彎曲捲繞,若想達到可繞化,很重要的關鍵就是可以彎曲捲繞的基板(substrate)。

李宗銘組長說:「玻璃很透明、很好,但是沒辦法彎曲。」「若想發展軟性顯示器,沒有軟性基板,那麼就沒辦法往下做了。」

秉著初生之犢不畏虎的精神,李宗銘組長回想當年材化所所長劉仲明要求技術團隊開發「取代玻璃」的透明基板時,他認為技術並不難,因此回答所長說,「三個月我們就可以做出來了」。李宗銘坦言,「我本來非常有信心三個月就能做出來的,結果我們團隊做了一年,還摸不著頭緒。」

困難之處在於,材料本身要有玻璃的透明度、耐熱性、尺寸安定性,但是卻不能像玻璃一樣地彎不起來。

李宗銘組長說:「因為像寶特瓶的塑膠模,他是很透明很軟的,但問題是一加熱就收縮起來,甚至融掉了,所以要維持柔軟度,又要把耐熱性與尺寸安定性提升,讓基板不會隨著溫度熱漲冷縮,才是最關鍵的工作。」

技術開發團隊將這個計畫取名「類玻璃」,意指類似玻璃的材料,李宗銘組長幽默地說。當技術開發碰上瓶頸時,我們都說這個「類」玻璃計畫,是讓我們又「累」、又想流「淚」的計畫。

有一天,材化所劉仲明所長告訴技術團隊,有關奈米材料的重要性,技術團隊因此開始在塑膠基材中加入奈米材料,可是新的難題又來了,如何將奈米材料維持一顆顆獨立都以奈米級的大小存在,是很困難的。李宗銘組長說:「兩顆或一堆奈米級的粒子粘在一起,就會降低透明度,透光性也因此大打折扣」。

對於如何走過枯燥又令人挫折的開發過程,李宗銘組長說:「做材料的人,好像跟做設計或系統端的人比較不一樣,材料人有點像修行者,要能忍受著住寂寞」,可能長期耕耘的很多東西,結果都不完全如願,「但是我們都在期待一個不期而遇的發現,在等待的過程中,還要有堅持與忍耐」。

在克服許多技術瓶頸與挑戰後,在透明性這一點,一直讓技術團隊處於撞牆期。多次以後,等待中的「不期而遇」終於像靈光一閃,出現了!

原來,技術團隊把奈米級的二氧化矽,加到塑膠的素質材料中,在添加的過程中,遇到粒子跟粒子聚在一起的問題,添加越多就越容易聚集在一起,影響了透明度。靈光一閃的技術團隊想:「為什麼我們不能把添加的動作,顛倒過來?」

想想看,本來要加百分之六十的粉到水裡面,那現在變成粉在下面,你只要加百分之十的水,就能達到有百分之九十的粉的狀態。是的!A+B並不等於B+A!

材化所開發出一項技術,先把奈米級的二氧化矽粉體變成液態,日後奈米級的顆粒會一顆顆連結起來,形成很好素質,無機的材料會有很好的相容性,同時維持很好的透明性。

觀念突破以後,技術團隊很快地發現,到30%還是非常的透明、柔軟,甚至目前已經做到60%,還是非常柔軟,而且物理特性,包括透光度、耐熱度、膨脹係數等,已慢慢接近玻璃。

來自系統應用端的合作,也給材化所的開發團隊很大的幫助。李宗銘組長表示,在開發過程中,與「顯示中心」合作,對材化所的影響很大。他說,「如果不是顯示中心提供來自系統端的參數,材料端可能就無法掌握真正的需求。」

與國際相比,材化所針對下世代軟性顯示器所開發出來的神奇配方,具備相當前瞻性。雖然目前材料特性還無法與玻璃一模一樣,但已可提供後端面板製作相當好的解決方案,對於協助國內面板業者,在掌握軟性面板的關鍵材料上,已做出相當深遠的貢獻。