液晶顯示器中關鍵材料之純化技術簡介

目前應用於TFT-LCD 的配向膜材料大都屬於聚亞醯胺(Polyimide; PI)，在製程上是將PI 配向液塗佈於玻璃基板後加熱聚合而成。

和液晶材料相同， PI 配向液 ... 首頁 文章瀏覽 關鍵材料－液晶與PI配向液物質在液晶態下，不僅具有液體的流動性，各分子間也可如固體般的晶格排列，因此使其具備雙折射率(Birefringence;Δn)與介電異方性(DielectricConstant;Δε)特殊的光電性質，而各液晶單體也因為分子結構的差異而呈現出不同的光電性質。

其中，雙折射率使液晶具有旋光性，雖可讓光穿透，但能改變光的方向，而利用此種對光的選擇功能，便如同對光做一個開關；介電異方性則驅使液晶對外加電場產生反應，也就是可利用外加電場以誘使液晶產生偏轉。

綜言之，藉由液晶流體的特性，使其可均勻地分布在兩片玻璃基板間，再利用ITO提供外加電場使液晶產生偏轉，因此當偏極光通過液晶時便可產生偏轉，以達到顯示的目的。

目前應用於TFT-LCD的配向膜材料大都屬於聚亞醯胺(Polyimide;PI)，在製程上是將PI配向液塗佈於玻璃基板後加熱聚合而成。

和液晶材料相同，PI配向液也分為VA、TN和IPS等種類，只是PI配向液的組成更為複雜，主要包含主體高分子、添加劑和溶劑三個部分。

其中，主體高分子由聚醯胺酸高分子(PolyamicAacid;PAA)與其脫水後的PI組成，其分子量分布一般約為10,000~150,000a.m.u.左右。

在應用方面，因為PI配向液須搭配不同液晶產品，PAA及PI的結構與比例會因產品需求而有所不同，但若以總量而言，此兩種成分約占PI配向液5~7%(w/w)的固含量；添加劑部分則視產品需求而使用，為了增加與玻璃基板的附著力，部分PI配向液產品會添加少量約0.1%(w/w)的矽烷類(Silane)化合物；在PI配向液中，溶劑所占比例最高，這些溶劑的主要作用一方面用來溶解PAA與PI，另外則是用來調配PI配向液的黏度以搭配不同的製程使用，然而受限於可以將PI高分子完全溶解的溶劑不多，現階段PI配向液產品使用的溶劑大部分以N-甲基吡咯酮、丁基甘醇與γ-丁內酯三種為主。

圖三、常見液晶分子(a)正型液晶；(b)負型液晶 市場趨勢隨著全球TFT-LCD的使用量逐年攀升，身為TFT-LCD主要生產國之一的台灣，每年用量約為200噸的液晶和500噸的PI配向液。

雖然這兩個關鍵材料的合成、製造方式並不困難，但是由於相關的單體專利和配方專利大都掌握在國外大廠手中，除了必須仰賴進口之外，其要價更是不菲，依成分或作用型態不同，市場上每克液晶售價約在100~900元不等，每克PI配向液售價也約在10~50元之間，合計起來台灣每年在這兩項特化材料的進口金額將近500億元。

液晶純化技術由於須去除的污染物為水分和離子不純物，最直接的方式便是採用吸附法，吸附劑可選用無機鹽類，包括矽膠、氧化鋁、氧化鈦、沸石和分子篩等，例如日本信越化學在早期即提出以有機溶劑將液晶溶解後，再添加無機鹽類吸附劑，並施以加熱攪拌3~5小時以去除不純物。

雖然此法確實可將液晶中的水分去除至一定規格，但由於使用大量溶劑，相對地可能會導入更多的離子不純物污染，且在去除溶劑過程可能會造成液晶成分改變。

因此，工研院將吸附劑在使用前先經過純化以提升吸附效能，且液晶不需先以溶劑溶解，將處理過之吸附劑以一定比例直接加入液晶中進行攪拌純化30分鐘，即可達到良好的純化效果。

圖五、液晶注入製程(a)真空虹吸法；(b)滴下式液晶注入法 PI配向液純化技術至於在PI配向液中占大部分的溶劑已是相當成熟的化學品，純度方面也不需擔心，真正的問題核心仍在於離子不純物方面。

由於PI配向膜會直接與液晶接觸以協助配向，當PI配向液中存在離子不純物，經過配向製程後成為固體的PI配向膜，在邏輯上推斷，殘留於PI配向膜的離子不純物最終可能會有部分溶解到液晶中，對液晶的偏轉造成影響……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文 作者：呂健瑋、洪煥毅/工研院材化所★ 本文節錄自「工業材料雜誌312期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10762 加入會員 分享 轉寄 聯絡我們 延伸閱讀 熱門閱讀 台灣高階PCB技術發展趨勢 邁向全固態鋰電池：固態電解質之傳輸動力學 車用顯示面板發展趨勢 磷酸鋰鐵(LiFePO4)4680電池，昇陽已經準備好了 3D封裝：低溫燒結銅接合技術 相關廠商 金屬3D列印服務平台 名揚翻譯有限公司 大東樹脂化學股份有限公司 台灣大金先端化學股份有限公司 專家現場 更多