产业研究 | PIF聚酰亚胺薄膜：在柔性电子器件中，为什么要求低热膨胀系数和高透光性？

聚酰亚胺因其优异的耐热性、尺寸稳定性、柔韧性等性能，在柔性器件中应用越来越广泛。在柔性显示或器件用聚酰亚胺技术方面，本周有6篇新公开专利，包括低CTE、高透光性、高Tg、高拉伸模量、提高膜透射率、耐弯折性等方向的研究。

本文分两个部分：一、简要介绍了低CTE的原因，实现聚酰亚胺薄膜（PIF）低CTE的方法。二、显示用PIF要求高透光性的原因及常用方法的缺点。

聚酰亚胺是指分子链含有酰亚胺环的一类高分子材料，具有高力学性能、耐高低温、阻燃、耐辐照等优异性能。其产品包括薄膜、纤维、树脂、泡沫、复合材料等，广泛应用于国防军工、微电子、车辆、化工等领域。其中，薄膜材料作为聚酰亚胺最早的商品之一，应用于绝缘领域，主要产品有杜邦的Kapton，宇部兴产的Upilex，钟渊的Apical等。随着科学技术的发展，电子产品逐渐向小型化、轻便化、可折叠方向发展，对柔性基板材料的耐热性、尺寸稳定性、柔韧性提出了更高的要求，聚酰亚胺由于其优异的综合性能，成为柔性基板领域最有潜力的应用材料。

一、柔性器件中，为何要求PIF具有低热膨胀系（CTE）？

低热膨胀系数：在柔性器件中，聚酰亚胺要与铜、硅片等材料结合在一起，如果两种材料的热膨胀系数各不相同，在受到冷热作用后，就会发生翘曲、开裂。铜的热膨胀系数是18ppm/℃，硅片在10ppm/℃以下，而普通聚酰亚胺薄膜的热膨胀系数为40～60ppm/℃，因此降低热膨胀系数是聚酰亚胺薄膜需要解决的问题之一。

当前降低PIF热膨胀系数的方法有哪些呢？

方法一：PIF制备过程采用牵伸工艺，使分子链沿牵伸方向取向，从而降低薄膜的热膨胀系数。

方法二：分子结构设计，在聚酰亚胺分子结构中引入刚性棒状结构、氢键结构、交联结构等，可以减少分子空间阻碍，使分子链堆积更加紧密，自由体积更小。

方法三：填料改性，在聚酰亚胺薄膜中添加CTE值低的填料可以降低体系的热膨胀系数，填料种类包括SiO2、蒙脱土、石墨烯、陶瓷材料等。

二、柔性显示中，为何要求PIF具有高透光性？

高透光性：随着OLED显示技术的快速发展，聚合物膜已取代硬质玻璃逐渐成为OLED器件中的基板。目前，OLED的出光方式主要有三种，包括顶发射、底发射和双面发射，其中对于底发射型(bottom‑emitting)的OLED器件，其基板必须为无色透明聚合物膜保证光线从阳极的TFT阵列基板侧出射，因此，确保基板的良好光学透明性至关重要。

提高PIF光学透明性常用的方法有哪些？

方法一：引入脂环结构；

方法二：引入大位阻效应侧基；

方法三：引入柔性连接基团。但是上述方法制备的PIF虽然光学透过率得到改善，但是会导致玻璃化温度偏低(低于350℃)，热膨胀系数CTE值偏高(比如高于30ppm K‑1)，不适合热加工，基板强度较弱，在高温加工时由于PI与无机或金属层之间的CTE值不匹配而产生碎裂、卷曲或剥离，此外，高温时PI衬底热分解产生的挥发物质会污染OLED器件，从而影响使用寿命。

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