柔性顯示用 CPI薄膜的透光率調(diào)控機(jī)制及耐彎折性能優(yōu)化研究

需要增透減反技術(shù)可以聯(lián)系我們上海工廠18917106313

上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

摘要

柔性顯示（折疊屏、可穿戴設(shè)備）對 CPI 薄膜提出 “雙高” 要求：透光率≥90%（可見光波段）、耐彎折次數(shù)≥10 萬次（彎折半徑 1-3mm）。本文從分子設(shè)計(jì)、制備工藝、表面改性三個(gè)維度，解析 CPI 透光率調(diào)控機(jī)制，同時(shí)通過鏈段柔性優(yōu)化與微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提升耐彎折性能。結(jié)果表明：采用脂環(huán)族二胺（HPMDA）替代芳香族單體，結(jié)合 100nm 級 SiO?抗反射涂層，CPI 薄膜透光率達(dá) 93.2%（450-650nm）；引入硅氧烷柔性鏈段（含量 8wt%）后，薄膜在彎折半徑 1mm、10 萬次折疊后，透光率保留率 88%，無明顯裂紋。該優(yōu)化方案滿足柔性顯示商用化需求，為折疊屏基材升級提供技術(shù)路徑。

1 引言

當(dāng)折疊屏手機(jī)實(shí)現(xiàn)“360° 翻折”、智能手環(huán)貼膚彎曲時(shí)，作為屏幕 “柔性骨架” 的 CPI 薄膜，正面臨兩大核心挑戰(zhàn)：傳統(tǒng) CPI 因分子鏈共軛結(jié)構(gòu)導(dǎo)致透光率不足 85%，顯示畫面偏黃；同時(shí)剛性鏈段占比過高，彎折 1 萬次后易出現(xiàn)裂紋，無法滿足終端設(shè)備 “3 年使用壽命” 要求。因此，破解 “透光率 - 耐彎折性” 的協(xié)同優(yōu)化難題，成為柔性顯示基材研發(fā)的關(guān)鍵 —— 既要讓光線 “無損耗” 穿過薄膜，又要讓薄膜在反復(fù)彎折中 “不變形、不開裂”。

2 CPI 薄膜的透光率調(diào)控機(jī)制

2.1 分子設(shè)計(jì)：減少光吸收與散射

CPI 的透光率損耗主要源于分子鏈共軛結(jié)構(gòu)（芳香環(huán)堆疊導(dǎo)致光吸收）與分子聚集態(tài)不均（產(chǎn)生光散射）。通過 “脂環(huán)族單體替代” 策略：用六氫鄰苯二甲酸二酐（HPMDA）替代傳統(tǒng)均苯四甲酸二酐（PMDA），減少分子鏈中 π-π 共軛體系，使薄膜泛黃指數(shù)（YI）從 15 降至 3.2；同時(shí)引入含氟側(cè)鏈（-CF?），降低分子間作用力，避免分子團(tuán)聚形成的 “光散射中心”，透光率從 84% 提升至 89%。

2.2 制備工藝：抑制膜面缺陷

流延工藝中的“膜厚不均” 與 “氣泡殘留” 會(huì)顯著降低透光率。采用 “精密狹縫擠出 + 真空脫泡” 工藝：控制膜厚偏差≤2%（目標(biāo)厚度 25μm），避免因厚度波動(dòng)導(dǎo)致的局部光折射差異；真空度維持在 - 0.095MPa，氣泡去除率達(dá) 99.5%，消除氣泡造成的 “光斑缺陷”，使透光率進(jìn)一步提升 1.5%-2%。

2.3 表面改性：降低光反射

可見光在 CPI-air 界面的反射損耗約 5%，通過磁控濺射制備 SiO?/TiO?雙層抗反射涂層（總厚度 80nm）：利用兩種材料的折射率差異（SiO?≈1.46，TiO?≈2.35），抵消界面反射光，使表面反射率從 5.2% 降至 1.2%，*終薄膜透光率達(dá) 93.2%（450-650nm 波段），接近玻璃基板（95%）。

3 CPI 薄膜的耐彎折性能優(yōu)化

3.1 分子鏈柔性調(diào)控：引入 “彈性鏈段”

在 CPI 分子鏈中嵌入硅氧烷鏈段（如雙端氨基聚二甲基硅氧烷，PDMS），利用 Si-O 鍵的柔性特征提升鏈段運(yùn)動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)表明：PDMS 含量 8wt% 時(shí)，薄膜斷裂伸長率從 30% 增至 65%，彎折過程中分子鏈可通過 “彈性形變” 釋放應(yīng)力，避免剛性斷裂；當(dāng) PDMS 含量超過 12% 時(shí)，分子間作用力過弱，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度從 120MPa 降至 85MPa（低于顯示基材要求的 100MPa），因此需控制柔性鏈段含量在 5%-10%。

3.2 微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：抑制晶界應(yīng)力集中

傳統(tǒng) CPI 因結(jié)晶度較高（10%-15%），晶界處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，彎折時(shí)優(yōu)先開裂。通過 “梯度降溫固化” 工藝（從 200℃以 5℃/min 降至 80℃），使結(jié)晶度控制在 4%-6%，形成 “無定形為主、低結(jié)晶為輔” 的微觀結(jié)構(gòu)：無定形區(qū)域提供柔性，低結(jié)晶區(qū)域保障力學(xué)強(qiáng)度，薄膜在彎折半徑 1mm、10 萬次折疊后，僅出現(xiàn)輕微形變（形變率≤1%），無裂紋產(chǎn)生。

3.3 界面增強(qiáng)：提升膜層附著力

柔性顯示中 CPI 需與觸控層、OLED 層貼合，界面剝離會(huì)導(dǎo)致彎折時(shí) “分層失效”。通過等離子體處理（Ar/O?混合氣體，功率 100W）在 CPI 表面引入羥基（-OH），使與壓敏膠的剝離強(qiáng)度從 0.8N/mm 提升至 1.8N/mm，彎折 10 萬次后界面無分層，避免因界面失效導(dǎo)致的顯示 “黑屏”。

4 柔性顯示應(yīng)用適配性分析

以折疊屏手機(jī)（彎折半徑 1.5mm，日均彎折 50 次）為測試場景，優(yōu)化后 CPI 薄膜表現(xiàn)如下：

1.顯示適配性：93.2% 的透光率可精準(zhǔn)還原 OLED 屏幕的色彩（色域覆蓋率≥98% NTSC），YI=3.2 避免畫面偏黃，滿足**顯示需求；

2.耐用性適配性：10 萬次彎折后透光率保留 88%，拉伸強(qiáng)度保留 90%，使用壽命可達(dá) 3 年以上（日均 50 次彎折，3 年約 5.5 萬次）；

3.工藝適配性：薄膜平整度（翹曲度≤0.5mm/m）、耐溫性（Tg≥280℃，可耐受 OLED 封裝工藝的 250℃高溫）均符合量產(chǎn)要求。

5 結(jié)論

1.分子設(shè)計(jì)（脂環(huán)族單體 + 含氟側(cè)鏈）、工藝優(yōu)化（真空脫泡）、表面抗反射涂層協(xié)同作用，可使 CPI 透光率達(dá) 93.2%；

2.8wt% 硅氧烷柔性鏈段 + 低結(jié)晶度（4%-6%）設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn) 10 萬次彎折（半徑 1mm）無裂紋，滿足柔性顯示耐用性需求；

3.優(yōu)化后的 CPI 薄膜在顯示效果、耐用性、工藝兼容性上均適配商用折疊屏，未來可通過復(fù)合**、防指紋功能，進(jìn)一步拓展應(yīng)用場景。

問答環(huán)節(jié)

1. 行業(yè)研發(fā)視角：研發(fā)中如何平衡 “透光率提升” 與 “力學(xué)性能（耐彎折 / 拉伸強(qiáng)度）”？

答：核心是“分子設(shè)計(jì)與微觀結(jié)構(gòu)的協(xié)同調(diào)控”。比如提升透光率時(shí)，若單純增加脂環(huán)族單體比例，雖能減少共軛吸收，但會(huì)降低分子間作用力，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度下降；此時(shí)需同步引入 “剛性 - 柔性復(fù)合鏈段”：用 8wt% PDMS（柔性）搭配 HPMDA（脂環(huán)族剛性），既保留脂環(huán)族的低泛黃優(yōu)勢，又通過 PDMS 的彈性鏈段釋放彎折應(yīng)力，同時(shí)控制結(jié)晶度在 4%-6%（避免晶界應(yīng)力），*終實(shí)現(xiàn) “透光率 93.2%+ 拉伸強(qiáng)度 110MPa+10 萬次耐彎折” 的平衡性能。此外，可通過正交實(shí)驗(yàn)篩選單體比例（如 HPMDA:PMDA=8:2），避免單一變量對性能的過度影響。

2. 應(yīng)用研究視角：CPI 薄膜在折疊屏量產(chǎn)中，如何解決 “膜面劃傷” 與 “熱收縮” 問題？

答：量產(chǎn)中兩大痛點(diǎn)需針對性優(yōu)化：①膜面劃傷：CPI 表面硬度較低（鉛筆硬度 2H），易在裁切、貼合過程中劃傷，可通過 “離線涂布硬化層（如 UV 固化亞克力，厚度 5μm）” 將表面硬度提升至 4H，同時(shí)控制硬化層折射率與 CPI 匹配（1.52-1.55），避免透光率下降；②熱收縮：CPI 在 OLED 封裝高溫（250℃）下易產(chǎn)生 1%-2% 的熱收縮，導(dǎo)致屏幕 “褶皺”，需在制備中加入 “熱穩(wěn)定劑（如磷酸酯類）”，并通過 “預(yù)拉伸定型” 工藝（200℃下拉伸 3%），使熱收縮率降至 0.3% 以下，滿足量產(chǎn)精度要求。

3. 客戶視角：終端廠商選擇 CPI 薄膜時(shí)，除了透光率和耐彎折，還需關(guān)注哪些 “隱性指標(biāo)”？

答：終端廠商更關(guān)注“商用落地可行性”，核心隱性指標(biāo)有三：①成本可控性：改性 CPI（含抗反射涂層 + 硬化層）的成本若高于傳統(tǒng) CPI 30% 以上，會(huì)推高整機(jī)價(jià)格，目前優(yōu)化工藝可將成本增幅控制在 15%-20%（如用國產(chǎn) HPMDA 替代進(jìn)口，降低原料成本）；②耐環(huán)境穩(wěn)定性：手機(jī)需耐受“高溫高濕（60℃/90% RH）”“低溫（-20℃）”，優(yōu)化后的 CPI 在 60℃/90% RH 環(huán)境下放置 1000h，透光率僅下降 1.2%，低溫彎折無脆裂；③貼合兼容性：需與現(xiàn)有觸控膠、OLED 封裝膠兼容，避免出現(xiàn) “氣泡”“脫層”，通過等離子體處理提升表面張力（≥45mN/m），確保貼合良率≥98%。

結(jié)尾

當(dāng)我們反復(fù)折疊手機(jī)屏幕刷視頻、用柔性手環(huán)記錄運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，那層薄至 25μm 的 CPI 薄膜，正用 93.2% 的透光率還原畫面里的每一抹色彩，用 10 萬次的耐彎折性扛住日常使用的 “折騰”—— 它不像屏幕那樣顯眼，卻是柔性顯示 “折疊自由” 的隱形守護(hù)者。未來隨著折疊屏從 “內(nèi)折” 走向 “外折”、從 “手機(jī)” 走向 “柔性筆記本”，CPI 薄膜還會(huì)向著 “更?。?/span>20μm 以下）、更硬（5H 硬度）、更便宜” 進(jìn)化，但不變的是：它始終以 “性能適配” 為核心，讓先進(jìn)的顯示技術(shù)，*終落地成普通人手中 “好用、耐用” 的產(chǎn)品。

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