可折叠手机“难产”之殇：无色透明PI之硬涂层

柔性显示的发展瓶颈是什么？

是什么阻碍三星发布真正的可折叠智能手机？其实瓶颈不在于柔性显示器件本身，很大程度上在于柔性盖板。

柔性盖板必须同时具备可反复弯折，透明，超薄，及足够的硬度，要找到同时具备这些特性的材料并不容易。

常规的要求是——要能在10毫米涂直径的曲率下弯折超过20万次，当然这并不是硬性标准。

理论上，厚度小于100微米的玻璃是有可能满足这些特性的，但是对于弯折性能仍然缺乏足够的数据支撑。所以目前AMOLED厂商仍在不遗余力地寻找合适的盖板材料。

（弯折屏幕破裂——可折叠手机屏幕的一大挑战）

无色透明PI+硬涂层方案

厂商们筛查了PI，PMMA，PET，PU及其他一些有机高分子材料。这些材料都足够薄，可以被弯折，但是都缺乏足够硬度，所有厂商们还需要在这些材料上面做硬涂层来增加其表面硬度。

由于做硬涂层通常采用溅镀或蒸镀方式，需要经受比较高的制程温度，因此PI看起来是首选材料，它的耐高温性能最好。三星显示和LG显示都在积极发展无色透明PI+硬涂层的柔性盖板方案。

那么问题来了，众所周知，一般硬质涂层柔性程度不够，所以面板制造商正在考虑应用有机硅复合物等新型硬涂层材料。

KAIST 新材料工程系（NewMaterial Engineering Department）教授 Bae Byeong-soo 宣布，开发出可挠式硬镀膜技术，解决此难题。

Bae 表示，硅氧烷（Siloxane）聚合物的硬度类似玻璃，又像塑料一样有弹性。他们用向内对摺的显示器测试，发现新材质硬度达到 9H，可以弯折 20 万次以上。他说，此种材质也能用于向外对折的屏幕。

那么硅氧烷是什么？可做到可弯可直，还够硬。

硅氧烷的基本性能

硅氧烷的Si-O-Si键长较长、键角较大，容易旋转，其对侧链转动的位阻小，分子体积大而内聚能密度低，减少了空间位阻，使得侧基的自由旋转较为容易，具有玻璃化温度低、表面张力及表面能低、溶解参数低及介电常数低特性。聚硅氧烷树脂是半无机、半有机结构的高分子化合物，从而兼有有机聚合物和无机聚合物的特性。这些性能包括耐高低温、耐气候老化、电气绝缘、耐臭氧、憎水、难燃、生理惰性、耐油、耐溶剂、耐辐射。

硅氧烷的特有性能

（1）施工固体分＞90％，满足排放要求。

（2）在金属和水泥基材表面优良的韧性和附着。

（3）不采用异氰酸酯交联，消除对人体的毒害。

（4）纯硅氧烷不燃，即使有机改性其耐火等级以及有毒气体生成量都比普通涂料有明显改善。

（5）抗辐射性极佳，良好的耐化学介质性保证良好的核污染净化性能。

（6）耐紫外光、抗氧性、耐高温性和防腐性

不同硅树脂比较

硅氧烷的合成

杂化体系分类

无机类：少量的有机材料加入到大量的无机基质中，混合后简单的包埋于其中；有机类：含有无机颜填料的普通涂料，指无机材料以粘合的方式同有机组分牢固的结合在一起的涂料；IPN类：有机和无机聚合物网络结构各自单独形成，但又轻微粘结在一起，含有溶胶－凝胶固化体系；真正的杂化类：有机和无机体系以化学键连接形成分子杂化。

图1 四类杂化体系示意图

硅酸酯原料及合成

图2 硅酸酯原料结构

其中R表示甲基或者乙基，R1表示有机基团，可能为甲基、乙基、苯基、巯基、烯丙基、胺基、环氧基等。当有机基团为甲基时，可赋予聚硅氧烷树脂热稳定性、脱模性、憎水性、耐电弧性；为苯基时，赋予聚硅氧烷树脂氧化稳定性，在一定范围内可破坏高聚物的结晶性。反应以醇作为溶剂，加入少量水来控制反应进程。首先通过水解使烷氧基组分变成醇而生成溶胶，然后干燥涂覆的溶胶生成有微孔结构的凝胶涂层，最终经过高温固化形成一种高致密的陶瓷涂料。

图3 溶胶-凝胶反应示意图

采用此类技术可以制备出高性能的柔性陶瓷涂料。

应用

重防腐领域：硬度和柔韧性的平衡，耐紫外线、耐介质光学领域：相近的涂层折光率，高达7H的铅笔硬度。木器领域：降低基材表面能，减少水渗透，改善耐磨；同时具有改善尺寸稳定性、阻燃性，防止昆虫（白蚁）的攻击。兼具屏蔽和透明性的优势。抗菌领域：既硬又薄，透明性良好，在多种基材上的优异附着，可接枝具有破坏细菌生物膜的作用的季胺类化合物，耐清洗。添加剂领域：改善耐磨性；降低水的渗透性（含氟硅氧烷水阻隔性提高90％以上）；增加表面硬度；调整光学透明性。

来源：光链综合整合自网络

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