柔性显示用 CPI薄膜的透光率调控机制及耐弯折性能优化研究
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
摘要
柔性显示（折叠屏、可穿戴设备）对 CPI 薄膜提出 “双高” 要求：透光率≥90%（可见光波段）、耐弯折次数≥10 万次（弯折半径 1-3mm）。本文从分子设计、制备工艺、表面改性三个维度，解析 CPI 透光率调控机制，同时通过链段柔性优化与微观结构设计提升耐弯折性能。结果表明：采用脂环族二胺（HPMDA）替代芳香族单体，结合 100nm 级 SiO₂抗反射涂层，CPI 薄膜透光率达 93.2%（450-650nm）；引入硅氧烷柔性链段（含量 8wt%）后，薄膜在弯折半径 1mm、10 万次折叠后，透光率保留率 88%，无明显裂纹。该优化方案满足柔性显示商用化需求，为折叠屏基材升级提供技术路径。
1 引言
当折叠屏手机实现“360° 翻折”、智能手环贴肤弯曲时，作为屏幕 “柔性骨架” 的 CPI 薄膜，正面临两大核心挑战：传统 CPI 因分子链共轭结构导致透光率不足 85%，显示画面偏黄；同时刚性链段占比过高，弯折 1 万次后易出现裂纹，无法满足终端设备 “3 年使用寿命” 要求。因此，破解 “透光率 - 耐弯折性” 的协同优化难题，成为柔性显示基材研发的关键 —— 既要让光线 “无损耗” 穿过薄膜，又要让薄膜在反复弯折中 “不变形、不开裂”。
2 CPI 薄膜的透光率调控机制
2.1 分子设计：减少光吸收与散射
CPI 的透光率损耗主要源于分子链共轭结构（芳香环堆叠导致光吸收）与分子聚集态不均（产生光散射）。通过 “脂环族单体替代” 策略：用六氢邻苯二甲酸二酐（HPMDA）替代传统均苯四甲酸二酐（PMDA），减少分子链中 π-π 共轭体系，使薄膜泛黄指数（YI）从 15 降至 3.2；同时引入含氟侧链（-CF₃），降低分子间作用力，避免分子团聚形成的 “光散射中心”，透光率从 84% 提升至 89%。
2.2 制备工艺：抑制膜面缺陷
流延工艺中的“膜厚不均” 与 “气泡残留” 会显著降低透光率。采用 “精密狭缝挤出 + 真空脱泡” 工艺：控制膜厚偏差≤2%（目标厚度 25μm），避免因厚度波动导致的局部光折射差异；真空度维持在 - 0.095MPa，气泡去除率达 99.5%，消除气泡造成的 “光斑缺陷”，使透光率进一步提升 1.5%-2%。
2.3 表面改性：降低光反射
可见光在 CPI-air 界面的反射损耗约 5%，通过磁控溅射制备 SiO₂/TiO₂双层抗反射涂层（总厚度 80nm）：利用两种材料的折射率差异（SiO₂≈1.46，TiO₂≈2.35），抵消界面反射光，使表面反射率从 5.2% 降至 1.2%，*终薄膜透光率达 93.2%（450-650nm 波段），接近玻璃基板（95%）。
3 CPI 薄膜的耐弯折性能优化
3.1 分子链柔性调控：引入 “弹性链段”
在 CPI 分子链中嵌入硅氧烷链段（如双端氨基聚二甲基硅氧烷，PDMS），利用 Si-O 键的柔性特征提升链段运动性。实验表明：PDMS 含量 8wt% 时，薄膜断裂伸长率从 30% 增至 65%，弯折过程中分子链可通过 “弹性形变” 释放应力，避免刚性断裂；当 PDMS 含量超过 12% 时，分子间作用力过弱，导致拉伸强度从 120MPa 降至 85MPa（低于显示基材要求的 100MPa），因此需控制柔性链段含量在 5%-10%。
3.2 微观结构设计：抑制晶界应力集中
传统 CPI 因结晶度较高（10%-15%），晶界处易产生应力集中，弯折时优先开裂。通过 “梯度降温固化” 工艺（从 200℃以 5℃/min 降至 80℃），使结晶度控制在 4%-6%，形成 “无定形为主、低结晶为辅” 的微观结构：无定形区域提供柔性，低结晶区域保障力学强度，薄膜在弯折半径 1mm、10 万次折叠后，仅出现轻微形变（形变率≤1%），无裂纹产生。
3.3 界面增强：提升膜层附着力
柔性显示中 CPI 需与触控层、OLED 层贴合，界面剥离会导致弯折时 “分层失效”。通过等离子体处理（Ar/O₂混合气体，功率 100W）在 CPI 表面引入羟基（-OH），使与压敏胶的剥离强度从 0.8N/mm 提升至 1.8N/mm，弯折 10 万次后界面无分层，避免因界面失效导致的显示 “黑屏”。
4 柔性显示应用适配性分析
以折叠屏手机（弯折半径 1.5mm，日均弯折 50 次）为测试场景，优化后 CPI 薄膜表现如下：
1.显示适配性：93.2% 的透光率可精准还原 OLED 屏幕的色彩（色域覆盖率≥98% NTSC），YI=3.2 避免画面偏黄，满足**显示需求；
2.耐用性适配性：10 万次弯折后透光率保留 88%，拉伸强度保留 90%，使用寿命可达 3 年以上（日均 50 次弯折，3 年约 5.5 万次）；
3.工艺适配性：薄膜平整度（翘曲度≤0.5mm/m）、耐温性（Tg≥280℃，可耐受 OLED 封装工艺的 250℃高温）均符合量产要求。
5 结论
1.分子设计（脂环族单体 + 含氟侧链）、工艺优化（真空脱泡）、表面抗反射涂层协同作用，可使 CPI 透光率达 93.2%；
2.8wt% 硅氧烷柔性链段 + 低结晶度（4%-6%）设计，实现 10 万次弯折（半径 1mm）无裂纹，满足柔性显示耐用性需求；
3.优化后的 CPI 薄膜在显示效果、耐用性、工艺兼容性上均适配商用折叠屏，未来可通过复合**、防指纹功能，进一步拓展应用场景。
问答环节
1. 行业研发视角：研发中如何平衡 “透光率提升” 与 “力学性能（耐弯折 / 拉伸强度）”？
答：核心是“分子设计与微观结构的协同调控”。比如提升透光率时，若单纯增加脂环族单体比例，虽能减少共轭吸收，但会降低分子间作用力，导致拉伸强度下降；此时需同步引入 “刚性 - 柔性复合链段”：用 8wt% PDMS（柔性）搭配 HPMDA（脂环族刚性），既保留脂环族的低泛黄优势，又通过 PDMS 的弹性链段释放弯折应力，同时控制结晶度在 4%-6%（避免晶界应力），*终实现 “透光率 93.2%+ 拉伸强度 110MPa+10 万次耐弯折” 的平衡性能。此外，可通过正交实验筛选单体比例（如 HPMDA:PMDA=8:2），避免单一变量对性能的过度影响。
2. 应用研究视角：CPI 薄膜在折叠屏量产中，如何解决 “膜面划伤” 与 “热收缩” 问题？
答：量产中两大痛点需针对性优化：①膜面划伤：CPI 表面硬度较低（铅笔硬度 2H），易在裁切、贴合过程中划伤，可通过 “离线涂布硬化层（如 UV 固化亚克力，厚度 5μm）” 将表面硬度提升至 4H，同时控制硬化层折射率与 CPI 匹配（1.52-1.55），避免透光率下降；②热收缩：CPI 在 OLED 封装高温（250℃）下易产生 1%-2% 的热收缩，导致屏幕 “褶皱”，需在制备中加入 “热稳定剂（如磷酸酯类）”，并通过 “预拉伸定型” 工艺（200℃下拉伸 3%），使热收缩率降至 0.3% 以下，满足量产精度要求。
3. 客户视角：终端厂商选择 CPI 薄膜时，除了透光率和耐弯折，还需关注哪些 “隐性指标”？
答：终端厂商更关注“商用落地可行性”，核心隐性指标有三：①成本可控性：改性 CPI（含抗反射涂层 + 硬化层）的成本若高于传统 CPI 30% 以上，会推高整机价格，目前优化工艺可将成本增幅控制在 15%-20%（如用国产 HPMDA 替代进口，降低原料成本）；②耐环境稳定性：手机需耐受“高温高湿（60℃/90% RH）”“低温（-20℃）”，优化后的 CPI 在 60℃/90% RH 环境下放置 1000h，透光率仅下降 1.2%，低温弯折无脆裂；③贴合兼容性：需与现有触控胶、OLED 封装胶兼容，避免出现 “气泡”“脱层”，通过等离子体处理提升表面张力（≥45mN/m），确保贴合良率≥98%。
结尾
当我们反复折叠手机屏幕刷视频、用柔性手环记录运动数据时，那层薄至 25μm 的 CPI 薄膜，正用 93.2% 的透光率还原画面里的每一抹色彩，用 10 万次的耐弯折性扛住日常使用的 “折腾”—— 它不像屏幕那样显眼，却是柔性显示 “折叠自由” 的隐形守护者。未来随着折叠屏从 “内折” 走向 “外折”、从 “手机” 走向 “柔性笔记本”，CPI 薄膜还会向着 “更薄（20μm 以下）、更硬（5H 硬度）、更便宜” 进化，但不变的是：它始终以 “性能适配” 为核心，让先进的显示技术，*终落地成普通人手中 “好用、耐用” 的产品。
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
采用德国薄膜制备工艺，形成了一套具有严格工艺标准的闭环式流程技术制备体系，能够制备各种超高性能光学薄膜，包括红外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特种薄膜、紫外薄膜、x射线薄膜，应用领域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、医用激光器、光学科研，红外制导、面部识别、VR/AR应用,博物馆，低反射橱窗玻璃，画框，工业灯具照明，广告机，点餐机，电子白板，安防监控等。
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