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次世代顯示器塑膠/可撓式顯示器之機會與挑戰作者：葉惠娟在攜帶式顯示器產品輕、薄、低耗電等需求趨勢下，具備質輕、薄、可撓曲及捲狀製造等特點的塑膠LCD成 為最受矚目的次世代顯示器產品。本文從基板材質、製造技術及產業發展現況為讀者介紹塑膠顯示器之機會與 挑戰。This article briefly reviews the market potential and technology challenges faced in developing plastic displays.前言擋不住的趨勢在六月份專欄因應攜帶式產品之顯示器面板發展趨勢中，我們曾經從行動電話手機及PDA這兩種未來最 看好的攜帶式IA產品來分析顯示器面板的發展趨勢。綜合行動電話手機及PDA產品的趨勢，面板廠商努力的研發 方向，無非是低耗電、高畫質、降低面板重量及降低生產成本等幾個方向。而另一方面，大尺寸、壁掛式的平 面顯示器電視，也一直是塑造21世紀數位家庭遠景中最不可或缺的要素之一。從前面的這些敘述讀者可以得知 ：無論是因應行動資訊時代的攜帶型產品，或者滿足數位家庭的壁掛式電視，具備重量輕、易攜帶甚至可撓 (Flexible) 的顯示器，將是下一世代最令人矚目的新產品，而世界知名顯示器大廠Sharp，正式將塑膠顯示 器納入其生產體系，並已有行動電話手機產品的上市，更對塑膠顯示器具有特殊的意義。因應這一趨勢，工研院電子所平面顯示器研發團隊早已將塑膠/可撓式顯示器當作下一階段的研發目標，而 經濟部資訊工業發展推動小組於7月23日在台北舉行的研討會中，也特地邀請FlexICs這家公司，以次世代顯 示器塑膠基板顯示器為題，分析此一顯示器的機會與挑戰，究竟塑膠/可撓式顯示器的利基何在？其技術的 困難度為何？需要哪些產業基礎 (Infracstructure) 的配合？潛在的應用市場又在哪裡？都值得上中下游廠商 及研發單位仔細的探討。塑膠基板與玻璃基板雖然面板厚度、重量縮減與面板技術無直接的關係，對於攜帶式產品而言，其重要性也不及耗電量，但在 輕薄化的趨勢下，傳統的玻璃基板已經快要達到其厚度及重量的極限，尤其是大尺寸面板；而且在基板厚度持 續縮小下，玻璃基板在後續的清洗、搬運過程中會因基板強度不足而造成破裂等問題，加上在玻璃基板尺寸越 來越大之後，第五代生產製程將因為耗資過大而變得不可能，在市場的拉力及技術的推力之下，以塑膠基板為 基準的顯示器因為可以捲狀生產(Roll-to-Roll)，較具生產的經濟性，加上塑膠顯示器在設計時較具彈性以及 可以搭配不同的新興顯示器技術如OLED、PLED、EL、Flex LCD等，都使得塑膠基顯示器或可撓式顯示器備受矚 目。以Sharp推出的塑膠STN-LCD面板為例 (如表一)，在相同畫面、畫質下，面板重量可減輕1/4以上，且比較 不易因為掉落而損壞。表二詳細比較目前LCD顯示器所使用的塑膠基板和玻璃基板。玻璃基板是目前的主流，雖然玻璃基板具備的優點 很多，但也有厚重、易脆等缺點。而質輕、可彎曲、耐衝擊的塑膠基板，在使用類似半導體的a-Si製程時，會 遇到基板耐熱、遇熱伸縮及不純的離子汙染等課題。表一塑膠LCD與傳統STN-LCD之比較 FSTN-LCD Plastic LCD 厚度/mm 模組 1.95 1.35 1.35 0.95 基板 0.7 0.4 0.4 0.2 重量/g 模組 4.6 3.7 2.1 1.6 基板 4.3 3.4 1.8 1.3 對比 8:1 8:1 應答時間/ms 250 250 操作溫度範圍/C -20+70 -20+70 存放溫度範圍/C -30+80 -30+80 耐衝擊力(相對) 1 10 資料來源：Sharp，2000/10表二商品化塑膠基板與玻璃基板之比較塑膠/可撓式顯示器之發展現況塑膠基板並非直接以塑膠取代玻璃而已，在日本，定義塑膠基板如 (如圖一) 是採用的基材有板狀 (Sheet) 的壓克力PMMA材料及薄膜狀(Film) 的PES (polyethersulfone)、PAR (polyarylate) 及PC (polycarbonate) 等透明材質，為防止氣體、水份進入液晶盒中產生氣泡、破壞顯示品質，需在基板表面塗佈 透明的阻隔層 (gas barrier)；在強化硬度方面，則需在阻隔層上塗佈環氧樹脂硬化層(hard coat) 以保護塑 膠基材，通常面板廠商所購得的塑膠基板已經濺鍍上ITO導電層。目前除了Sharp的塑膠顯示器面板已經正式上市之外，其他塑膠顯示器面板都仍在研發當中，如表三所示， Sharp量產的塑膠顯示器面板為被動式的LCD面板，而主動式的塑膠LCD產品如Sharp的MIN LCD及a-Si TFT LCD、 Lucent、e-ink 的有機TFT LCD等都仍在研發階段，進度較快的FlexIC複晶矽TFT LCD及OLED面板，則據稱已經 有Prototype (原型)；Dai Nippon所發展的塑膠OLED雖然仍為被動驅動式，但所使用的製程和其他公司所採用 的微顯影技術不同，係採用印刷的方法。由於塑膠基板面臨耐熱性等問題，因此以應用於STN LCD為主，同時，此一耐熱性問題也會造成生產過程中 遇高溫使基板產生不平整、生產良率低，在基板尺寸增大時問題更嚴重，因此，目前的應用也仍以小尺寸為主 ，並且在彩色化及產品壽命方面，仍有待努力。由圖二Sharp之塑膠LCD產品及技術發展規劃來看，雖然塑膠LCD 可由原有的STN LCD生產線加購機台而改因應生產，但在生產成本方面仍較目前STN LCD高出兩倍以上，所以， 塑膠LCD之產品技術及生產成本仍有許多發展與改進的空間。圖一塑膠LCD結構表三 塑膠顯示器面板之發展現況 每一基板所需的曝光顯影步驟 驅動方式 顯示技術 現狀 公司或機構 品質及困難度漸增 1(x2) 被動 塑膠 LCD 量產 Sharp 3 主動 塑膠 MIN LCD R&D Stuttgart Univ., Sharp 4-6 主動 塑膠 a-Si TFT LCD R&D Sharp 4-8 主動 Poly-Si TFT LCD & OLED Prototype FlexICs 4-6(?) 主動 Organic TFT LCD R&D Lucent, E-Ink 印刷 被動 塑膠 OLED R&D Dai Nippon 資料來源：FlexICs， 平面顯示器市場與技術趨勢研討會，經濟部資推小組，2001/7圖二 Sharp 塑膠LCD生產技術進展塑膠/可撓式顯示器之技術議題如前所述，塑膠顯示器並非只是將玻璃基板換成塑膠基板或薄膜，而需要同時考量到材料、製程及系統整 合等技術議題，以目前塑膠基板應用於STN LCD製程上，所需要克服的技術瓶頸就有下列幾點：(一)耐熱性由於塑膠在高溫下會有劣化、軟化等現象，因此製程無法在高溫下進行，一般LCD製程中ITO蒸鍍、配向膜 熟化、框膠硬化等三個步驟均需在高溫下進行，除開發新塑膠基材，提高其耐熱溫度外，塑膠LCD之製程也是現 在研發的重點。ITO (Indium Tin Oxide) 透明電極在玻璃基板上以200以上的高溫生長，但是塑膠基材承受 不了這麼高的溫度，因為在這樣的高溫下，它會變形分解，一般塑膠可承受的溫度很難高於200。在基板生長 ITO薄膜時，較高的基板溫度將造成較低的阻抗，而較低的阻抗則會有較好的顯示能力。如何控制製程條件並選 擇適合之塑膠基材及透明電極材料來形成低阻值之ITO薄膜而不使基材變形，將成為未來材料研究的重點。目前 ITO成膜技術常用之方法以DC sputtering method和low temperature vacuum deposition為目前較常用於塑膠 基板之技術。傳統配向膜的形成，是以聚醯胺酸經由250350燒結形成聚亞醯胺 (polyimide) 後再經過絨布摩擦而得 ，此法在塑膠基板製程上不適合，塑膠基板無法承受如此高的燒結溫度；然而若燒結溫度不足會影響顯示器的 光學性質，如顯示對比，因此需於配合製程上修正或尋找更適切的材料取代。Sharp於1997年研製一系列可溶的 聚亞醯胺 (polyimide)、vinylidene chloride/vinyl chloride copolymer和alkyd menlamine polymer等可用 於低溫配向膜之材料，其具有很好的配向能力；另一個解決的方式是使用光配向材料與製程，此類材料經偏光 照射後會產生排列異向性，因此具有配向效果，如此便不需使用高溫製程。傳統框膠需在高溫下熱烤數小時硬化，因此必須使用低溫硬化框膠材料，或者使用熱硬化膠與UV膠混合， 製程上先以UV光照射使其部分硬化，然後再加熱硬化，如此可降低硬化溫度與時間，更進一步則希望有UV框膠 開發成功，只需照射UV光而不需加熱硬化，既可免去高溫加熱亦可縮短製程時間。(二)液晶盒間隙 (cell gap) 控制LCD間隙必須控制在46m間，依據不同設計而有不同間隙，一般是用灑佈機將spacer均勻分佈於基板上來 控制。塑膠基板於定向摩擦步驟容易產生靜電，此問題造成撒spacer分佈不均，會呈現部份聚集及顏色斑點的 現象，而一般所採用之離子化空氣技術，仍無法完全消除靜電所造成spacer分佈不規則的問題。此外塑膠基材 本身也容易受外力或熱膨脹因素影響而變形，以上這些因素均無法維持一均勻間距離的液晶盒，因此，有下列 三方法來固定液晶盒之間距：(1) 將spacer改質，在spacer外圍塗覆一層熱塑性樹脂固定於塑膠基材上，其大 小小於0.3m，散佈密度為100200 partical/mm2可得到精確的cell gap，且可降低顏色斑點等問題。(2) 藉 由UV光罩(photomask) 及微影蝕刻技術，使光敏感樹脂如photosensitive polyimide、photosensitive acryl resin成為具有柱狀之基材取代spacer。(3) 3M利用polyolefin膜在170，500psi的壓力下，以熱壓印刷方式 使成葉脈凹槽，再依序完成組裝程序：(三)面板切割面板切割必須於上基板或下基板預留空間作電路的layout，因此上下基板切割後大小並不一致，玻璃面板 切割是先以鑽石刀畫割後再裂開，塑膠基材不似玻璃脆，此法無法用於切割塑膠基板上，因此需另尋它法予以 解決。除了上述製程上的技術瓶頸外，為因應未來彩色化的需求，STN LCD塑膠基板技術開發動向如下：(1) 利用低阻 抗化來改善色階顯示；(2) 利用精密塗佈技術、積層技術等複合式技術來改善基板表面平滑性的課題；(3) 為 了朝大量生產，塗佈等生產工程之簡化及以高速成膜改善生產效率，以及彩色濾光片之低價化都是必要的課題 。目前Sharp及DNP 即達成協議，進行彩色濾光片新材料與技術的開發。採用共聚合PC材料以提昇耐熱性、濕熱 下之尺吋安定性也是因應大畫面化、高解析度化需求開發的重點。而在主動式塑膠顯示器的開發上，近幾年來在材料、製程技術上也有顯著的進展，介紹如下：(一)材料塑膠基板雖然具有質輕、可彎曲、耐衝擊、可進行捲狀LCD連續製程等優點，但是以塑膠基板取代傳統的玻 璃基板，仍有許多技術瓶頸待突破；根據塑膠基板產品、LCD製程加工及塑膠基板製造的特性，適用於LCD塑膠 基板的材料應具備高透光度 ( 80 %)、耐製程化學性、低吸水率(越低越好)、高Tg、低熱膨脹係數 (Coefficient of Thermal Expansion, CTE) 等性質。其中耐熱溫度是當前最重要的考量。表四為目前常見的 塑膠材料之最高耐熱溫度及特性。以目前的製程來說，由於塑膠材料的CTE都偏高，因此耐熱溫度至少需要200 以上，但FlexIC號稱該公司所發展出來的超低溫製程，製程最高溫度只有100，所採用的的是PET/PEN基板 。表四 各種塑膠材料之耐熱溫度及特性最高製程溫度 材料 特性 500 C+ Steel 透明、中度CTE、耐化學性中等、表面處理不易 275 C Polyimide(Kapton) 橘色、高CTE、耐化性佳、但價格高 250 C Polyetherketone(PEEK) 耐化性佳、但價格高 200 C Polyetherimide(PEI) 強度佳、脆性、霧狀/有色、但價格高 174 C Polyethersulphone(PES) 清澈、尺寸安定性佳、耐化性差、價格高 150 C Polyethylenenaphthalate(PEN) 清澈、中度CTE、耐化性佳、價格便宜 120 C Polyester (PET) 清澈、中度CTE、耐化性佳、價格最低 資料來源：平面顯示器市場與技術趨勢研討會，經濟部資推小組，2001/7(二)製程技術要在基板上製造主動式驅動電路，可以採用目前主流的a-Si TFT或是Poly-Si TFT、Continuous Grain Silicon (CGS)、有機TFT等方式，考量電路技術之電子移動速率及製程溫度來看，利用雷射退火 (Laser Annealed) 的Poly-Si技術式最佳的選擇。將Poly-Si作在塑膠基板上，可以結合Poly-Si應答速度快、解析度佳 、耗電量低、可整合驅動電路及塑膠基板輕薄、可撓及耐衝擊等優點，根據FlexIC的分析，Poly-Si TFT on Plastic Substrate的技術課題及可能的解決方法 (Measurements) 整理如表五。表五 Poly-Si TFT on Plastic Substrate 技術課題技術 課題 解決方案 基板 材料 製程溫度、CTE、耐化學性、氣體及濕氣、接著性、Deposition 溫度 耐高溫材料、退火 、厚膜塗佈、Low Stress Device Design、阻隔層特性、 表面張力的控制 、低溫製程 Si Deposition Deposition 溫度 LTPS、ULTPS 結晶 雷射退火 低mobility高起始電壓不均勻 Lateral growth Gate Insulator Deposition Deposition 技術氣體厚度信賴度 PECVD or Sputtering TEO sol gel 技術GI的均勻度低溫下品質佳的Deposition Si Deposition Deposition 溫度 LTPS、ULTPS 結晶 雷射退火 低mobility高起始電壓不均勻 Lateral growth Ion Doping Activation Low activation ratio Lase + 結晶 Handling Bending New handling 技術 Photolithography AlignmentExpansionBending Auto-registration Substrate mounting control Etching ExpansionChemical attack Etching 技術Substrate & barrier Roll-to-Roll 曝光設備精度控制Roll handling (發展 中) 資料來源：FlexIC，平面顯示器市場與技術趨勢研討會，經濟部資推小組，2001/7未來應用與市場展望雖然塑膠顯示器在技術上仍有許多突破及改善的空間，初期仍會以發展高品質的ITO之被動式STN LCD為主 ，接下來將會以小尺寸之Poly-Si 主動式顯示器為開發標的，而將驅動IC整合之Poly-Si塑膠顯示器則是中長期 的發展目標。由於看好塑膠顯示器相關技術、材料及設備之技術突破，及其特有的輕、薄、可撓及耐衝擊等特 性，市場上對於塑膠顯示器的期望，除了取代現有的攜帶型顯示器產品及資訊、視訊等市場外，恐怕更希望藉 由它獨特的優點，開創出顯示器的新領域，包括E-book、Room Window、White Board、Billboard、Walls Roads、電子新聞、電子廣告等。作者：葉惠娟工研院電子所企劃與技術推廣組副組長(本文摘自化工資訊月刊第15卷第9期)有没有无毒或低毒能在室温条件下溶解PET的溶剂?三氟乙酸氯代烷烃和酚类,不含PE瓶盖及PP标签的使用过的PET瓶能溶于适当的溶剂，如苯甲酸，苯酚/四氯乙烷混合物（PTCE），OCP中，然后再用甲醇将纯化的高聚物沉淀出来。分离出的高聚物经固相缩聚可提高其分子量及使用价值。正是这些溶解/沉淀的PET碎片使PET生产过程中具有较大的表面积，从而增加了缩聚反应的进程。 对PET而言，三氟乙酸具有较好的溶解性（相对较高的溶解能力，质量浓度为11，高回收率99，较低的溶解温度70度），但他能引起PET的降解，使相对分子量由20300降到17000。零件採購車用觸控式顯示面板解決方案 .tw/ShowNews.aspx?zCatId=C14&zNotesDocId=7A64BDC509724BC1482571670035ECFD（羅清岳DigiT）2006/05/08隨著資訊及電子發展的速度使得觸控式顯示面板的應用越來越普遍，目前觸控式面板在全球已開始自成一項產業，作為一項先進的電腦輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的而且又適用於多媒體資訊查詢裝備，觸控面板具有堅固耐用、反應速度快、節省空間、易於交流等許多優點。但因應車上VCDDVD多媒體及衛星導航GPS的普及化，觸控式顯示面板應用在汽車上也愈來愈普遍了，可使駕駛者或乘客可使用這項技術，只要用手指輕輕地觸碰顯示面板上的圖符或文字就能實現對主機操作，從而使人、車、機三者交互輸出入系統，這種技術極大方便了那些不懂電腦操作的用戶，也賦予車用多媒體設備全新的面貌，也是極富吸引力的全新多媒體交互產品。本文專題介紹有關小尺寸觸碰式顯示面板的相關技術及應用解決方案，以供參考。為了操作上的方便，人們用觸控式面板來替代滑鼠或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其他物體觸摸安裝在顯示器前端的觸控面板，再根據手指觸摸的圖示或功能表位置來定位選擇資訊輸入，其主要架構是由觸摸檢測元件和觸摸面板控制器組成。觸摸檢測部件安裝在顯示器面板前面，用於檢測用戶觸摸位置，接受後送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸資訊，並將它轉換成觸點座標，再送給CPU，它同時能接收CPU發來的命令並加以執行。以目前市場觸控式面板來說，主要可分為五個基本類型；從技術原理來區別觸控式面板，可分為：壓力傳感技術觸控式面板、電阻技術觸控式面板、電容技術觸控式面板、紅外線技術觸控式面板、表面聲波技術觸控式面板。其中壓力傳感技術已退出市場；雖然紅外線技術的價格低廉，但外框容易損壞，而產生光干擾，在曲面時容易失真；電容式設計理論好，但影像失真的情況難以得到根本解決；電阻式的定位準確，但價格較高，面板也容易損壞；表面聲波觸摸屏解決了以往觸摸屏的各種缺陷，畫面較為清晰也具抗暴效果，適於各種場合，但主要缺點是面板一旦有水滴或粉塵會使面板反應變的遲鈍，甚至不工作。依目前觸控式面板的工作原理和傳輸資訊的介質，可將其分為：電阻式、紅外線式、電容感應式及表面聲波式，下表中可看出各類型觸控式面板的特性分析介紹。一般具有觸控式面板的資訊產品，大多數放置在公共場所或室內，以利使用者操作使用；不過，要將看起來似乎很脆弱的設備放置在車上，這其中的差別相當大，如何確保在操作過程或放置過程中不會出現問題，現將一些常見問題介紹一下：在與車上設備連接時可能出現的問題一般觸控式面板適用於串口訊號進行傳輸，從PS/2埠取信號，而TPS面板是從主機電源直接取電，這是電氣在必須考慮的重點；另外，在機構上也相當重要，因為觸控式面板是由特殊材料組成，本身容易損壞，在與車上設備整合時，可能是面板被壓得太緊或太鬆而產生問題。再來就是軟體問題，主要是指驅動程式的安裝，一台主機上不要安裝兩種或兩種以上的觸控式面板驅動程式，否則將導致無法使用。但在市場上所看到的汽車用觸控式面板規格普遍介於-4085間，而車內溫度，最高真的只有85嗎？根據車廠實測數據顯示，夏季時車輛停放毫無遮蔭的艷陽下，車內儀表板上方熱點溫度甚至可高達105，這就是為什麼車內的錄音卡帶CD片、手機被烤得變形的原因了，所以車內溫度最高並非只有85。當車內從高達100降到室溫時，汽車音響與DVD都可以正常操作，但觸控式面板有可能會因此而導致不正常的情況發生。 富晶通科技此項產品的主要技術原理是利用氧化銦錫（ITO）導電玻璃及導電薄膜（ITO Film）為主要原材料，同時在上下部透明電極間設有點隔片（Dot Spacer），當手指、觸控筆或其他介質對上部電極施加壓力，將使上下部電極間接流通並產生電位差，進一步計算施壓介質的座標位置顯示於螢幕。富晶通觸控面板的應用範圍非常廣泛，包括：可攜式通訊、消費性電子及資訊產品，如：個人數位助理、掌上型電腦（Palm-Sized PC）、電子字典、手寫輸入裝置、資訊家電（Information Appliance）、新一代數位寬頻行動電話、股市資訊顯示器。交通運輸工具用途，如：大型車輛記錄器、GPS衛星導航系統、多媒體影音設備、車輛行駛資訊顯示器。工業用途，如：工廠自動化控制系統、遠端中央監控系統、工作站作業系統、管理資訊系統。公共資訊用途，包括：機場導覽系統、文物介紹系統、地政資訊查詢系統等。ELOELOTOUCH觸摸顯示幕玻璃板上覆有傳送接收X軸及Y軸方向電壓的感測器，觸控式面板控制器向傳輸感測器發送5兆赫的電氣信號，感測器隨後便在玻璃板表面，將該信號轉換為超聲波，而這些聲波通過一束反射體直接穿透過觸控面板的正面反射體收集聲波，並引導其通往接收感測器，然後感測器再將轉換成電氣信號，轉為觸控式面板表面的數位地圖。其產品主要特點，包括：耐久用抗刮玻璃表面，即便面板出現水滴附著或出現嚴重劃痕也能正常工作、穩定無漂移運作，觸控反應準確度高抗電子干擾、觸控反應速度快、智慧型觸控反應、有平面曲面及柱面觸控面板可供應及滿足客戶不同設計要求，另外，還能選用具有防眩效果的玻璃。萬達光電萬達光電在觸控面板方面設計能力及成熟的專業技術，創新開發出品質不錯，且具國產價格的觸控面板。除了擁有專業的觸控面板製程技術外，萬達光電的生產線也是最先進的；比方說，高性能觸控面板測試設備及全球知名的自動控制生產設備，並以嚴格的品管及更具效益的製程來生產高信賴度的觸控產品。萬達光電除了繼續在觸控面板領域保持領先外，將更持續不斷的在各種不同的科技領域上創新開發出品質和價位都能滿足客戶要求的產品。另外，其產品線相當豐富，包括：五線電阻式觸控面板、電容式觸控面板、五線電阻式控制器及四線電阻式控制器和電容式控制器。宇宙光電宇宙光電擁有亞洲地區唯一擁有先進的無膜電容式觸控技術（US專利）。無膜電容式觸控技術突破傳統製程，採純玻璃製程，全部製程直接在玻璃上完成。因此不僅具備硬度高、防水、防火、防塵、防刮、高透光度及高耐用度等特性，同時其耐用程度更達到一般四線電阻式觸控面板的50倍以上。同時，宇宙光電之無膜電容式觸控技術已通過台灣工業局自主性產品研發專案審核。無膜電容式觸控技術所生產的TC-7000/TS-7000產品可應用於Kiosks、Gaming、ATM、Military、Public Access、Medical & Aerospace等。另一方面，宇宙光電已研發出銀碳電路專利技術，取代以往迷宮式電路製程，大大縮減觸控面板邊框之寬度。隨著TFT-LCD的技術日益提昇，其顯示面板增大且邊框寬度縮短，而傳統迷宮式電路製程無法隨之縮短邊框，造成貼合組裝的障礙。銀碳電路技術可完全解決此問題，使觸控面板與TFT-LCD可完全密合。同時，銀碳電路專利技術可提高觸控面板的線性功能，使觸控功能更精確，銀碳電路專利技術亦可簡化觸控面板製程，降低製造成本良英科技良英車用觸控式面板在經過Thermal shock -40110測試100Cycle後，其準確率還能達到99以上（即線性誤差在1.0以