柔性顯示用 CPI薄膜的透光率調控機制及耐彎折性能優化研究

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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。

摘要

柔性顯示（折疊屏、可穿戴設備）對 CPI 薄膜提出 “雙高” 要求：透光率≥90%（可見光波段）、耐彎折次數≥10 萬次（彎折半徑 1-3mm）。本文從分子設計、制備工藝、表面改性三個維度，解析 CPI 透光率調控機制，同時通過鏈段柔性優化與微觀結構設計提升耐彎折性能。結果表明：采用脂環族二胺（HPMDA）替代芳香族單體，結合 100nm 級 SiO?抗反射涂層，CPI 薄膜透光率達 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路徑。

1 引言

當折疊屏手機實現“360° 翻折”、智能手環貼膚彎曲時，作為屏幕 “柔性骨架” 的 CPI 薄膜，正面臨兩大核心挑戰：傳統 CPI 因分子鏈共軛結構導致透光率不足 85%，顯示畫面偏黃；同時剛性鏈段占比過高，彎折 1 萬次后易出現裂紋，無法滿足終端設備 “3 年使用壽命” 要求。因此，破解 “透光率 - 耐彎折性” 的協同優化難題，成為柔性顯示基材研發的關鍵 —— 既要讓光線 “無損耗” 穿過薄膜，又要讓薄膜在反復彎折中 “不變形、不開裂”。

2 CPI 薄膜的透光率調控機制

2.1 分子設計：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構（芳香環堆疊導致光吸收）與分子聚集態不均（產生光散射）。通過 “脂環族單體替代” 策略：用六氫鄰苯二甲酸二酐（HPMDA）替代傳統均苯四甲酸二酐（PMDA），減少分子鏈中 π-π 共軛體系，使薄膜泛黃指數（YI）從 15 降至 3.2；同時引入含氟側鏈（-CF?），降低分子間作用力，避免分子團聚形成的 “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%（目標厚度 25μm），避免因厚度波動導致的局部光折射差異；真空度維持在 - 0.095MPa，氣泡去除率達 99.5%，消除氣泡造成的 “光斑缺陷”，使透光率進一步提升 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 93.2%（450-650nm 波段），接近玻璃基板（95%）。

3 CPI 薄膜的耐彎折性能優化

3.1 分子鏈柔性調控：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動性。實驗表明：PDMS 含量 8wt% 時，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” 釋放應力，避免剛性斷裂；當 PDMS 含量超過 12% 時，分子間作用力過弱，導致拉伸強度從 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 微觀結構設計：抑制晶界應力集中

傳統 CPI 因結晶度較高（10%-15%），晶界處易產生應力集中，彎折時優先開裂。通過 “梯度降溫固化” 工藝（從 200℃以 5℃/min 降至 80℃），使結晶度控制在 4%-6%，形成 “無定形為主、低結晶為輔” 的微觀結構：無定形區域提供柔性，低結晶區域保障力學強度，薄膜在彎折半徑 1mm、10 萬次折疊后，僅出現輕微形變（形變率≤1%），無裂紋產生。

3.3 界面增強：提升膜層附著力

柔性顯示中 CPI 需與觸控層、OLED 層貼合，界面剝離會導致彎折時 “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，避免因界面失效導致的顯示 “黑屏”。

4 柔性顯示應用適配性分析

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

1.顯示適配性：93.2% 的透光率可精準還原 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%，拉伸強度保留 90%，使用壽命可達 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）均符合量產要求。

5 結論

1.分子設計（脂環族單體 + 含氟側鏈）、工藝優化（真空脫泡）、表面抗反射涂層協同作用，可使 CPI 透光率達 93.2%；

2.8wt% 硅氧烷柔性鏈段 + 低結晶度（4%-6%）設計，實現 10 萬次彎折（半徑 1mm）無裂紋，滿足柔性顯示耐用性需求；

3.優化后的 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，未來可通過復合**、防指紋功能，進一步拓展應用場景。

問答環節

1. 行業研發視角：研發中如何平衡 “透光率提升” 與 “力學性能（耐彎折 / 拉伸強度）”？

答：核心是“分子設計與微觀結構的協同調控”。比如提升透光率時，若單純增加脂環族單體比例，雖能減少共軛吸收，但會降低分子間作用力，導致拉伸強度下降；此時需同步引入 “剛性 - 柔性復合鏈段”：用 8wt% PDMS（柔性）搭配 HPMDA（脂環族剛性），既保留脂環族的低泛黃優勢，又通過 PDMS 的彈性鏈段釋放彎折應力，同時控制結晶度在 4%-6%（避免晶界應力），*終實現 “透光率 93.2%+ 拉伸強度 110MPa+10 萬次耐彎折” 的平衡性能。此外，可通過正交實驗篩選單體比例（如 HPMDA:PMDA=8:2），避免單一變量對性能的過度影響。

2. 應用研究視角：CPI 薄膜在折疊屏量產中，如何解決 “膜面劃傷” 與 “熱收縮” 問題？

答：量產中兩大痛點需針對性優化：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℃）下易產生 1%-2% 的熱收縮，導致屏幕 “褶皺”，需在制備中加入 “熱穩定劑（如磷酸酯類）”，并通過 “預拉伸定型” 工藝（200℃下拉伸 3%），使熱收縮率降至 0.3% 以下，滿足量產精度要求。

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

答：終端廠商更關注“商用落地可行性”，核心隱性指標有三：①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 CPI 30% 以上，會推高整機價格，目前優化工藝可將成本增幅控制在 15%-20%（如用國產 HPMDA 替代進口，降低原料成本）；②耐環境穩定性：手機需耐受“高溫高濕（60℃/90% RH）”“低溫（-20℃）”，優化后的 CPI 在 60℃/90% RH 環境下放置 1000h，透光率僅下降 1.2%，低溫彎折無脆裂；③貼合兼容性：需與現有觸控膠、OLED 封裝膠兼容，避免出現 “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%。

結尾

當我們反復折疊手機屏幕刷視頻、用柔性手環記錄運動數據時，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” 的隱形守護者。未來隨著折疊屏從 “內折” 走向 “外折”、從 “手機” 走向 “柔性筆記本”，CPI 薄膜還會向著 “更薄（20μm 以下）、更硬（5H 硬度）、更便宜” 進化，但不變的是：它始終以 “性能適配” 為核心，讓先進的顯示技術，*終落地成普通人手中 “好用、耐用” 的產品。

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