塗布技術應用產業市場概況

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塗布技術應用產業市場概況

塗布技術應用產業相當廣泛，範圍涵蓋工業、民生、電子與光電等數十種產業，如下圖。

塗布技術應用於平麵顯示器

光學膜市場

從產品結構來看，液晶顯示器可以分成麵板與背光模塊兩大部分（如下圖）。其中，麵板內包含有偏光板、抗反射膜(AR) 、抗眩膜(AG) 、硬膜(HC) 、位相差板、廣視角膜等光學膜；背光模塊內則包括有反射膜、棱鏡片、增亮膜、擴散膜等光學膜。這些光學膜在屏幕的亮度、均勻度、對比、視角上都扮演著重要的角色，它們的製作方式有濕式塗布、濺鍍以及雙軸延伸等技術，其中又以濕式塗布技術涵蓋範圍最廣。

圖：液晶顯示器概略構造圖

1.麵板之光學膜－偏光膜、抗反射膜(AR/LR) 、抗眩膜(AG) 及補償膜

應用於液晶顯示器的偏光膜之製作可分為延伸法及塗布法。雖然目前商品化的偏光膜是以延伸法為主，然而塗布法因具有製程快速、低成本、可大麵積連續塗布等優點，是極具發展潛力的新興技術。塗布法是由Optiva 公司於1993 年所發表，其製作方法是將一種液向性(Lyotropic)液晶藉由塗布的方式使分子產生均勻配列於基板上。塗布時之剪切力可以控製分子在溶液中的配列，也因此控製了最後染料分子軸向及膜的光學異方性的方向，如下圖。待溶劑揮發後，此二色性染料分子堆迭在一起，成為具有單方向吸光的偏光膜。塗布法若能克服現階段偏亮度不足及耐候性等問題，其市場後勢將大有可為。

圖：塗布型偏光板製作流程圖

為了加強屏幕的顯示質量，通常會在上層偏光板的表麵附加各種具有光學特性之塗層。最常見的就是抗反射膜(AR/LR)及抗眩膜(AG) 。

一般LCD 會有4% 左右的反射，反射的光線將會影響人眼觀看影像的質量，減少反射則可提高顯示器的對比與彩色鮮明度，以提高影像清晰度。好的抗反射膜必須是低反射率、高穿透率，若無抗反射膜就會造成迷光、眩光、鬼影等缺點。抗反射膜的原理是利用入射波通過塗層及塗層界麵會有穿透及反射的特性，若控製塗層厚度，會讓反射波形成破壞性幹涉，而使反射率為零之抗反射效果。抗反射膜的製作方法有二：

1) 、真空蒸鍍：利用高、低折射率不同物質交互推迭而成。多層鍍膜材料有TiO2 、SiO2 、MgF2 、Nb2O5 、Ta2O5和ZrO 等。其優點為：膜厚精密度高、材料特性（如硬度、折射率）可被有效地利用、可以得到較低的反射率（大約0.5% 以下）。
製造廠商台灣有冠華、精碟、世崇；美國有VIRATEC 、OCLI；日本有OIKA 、ASAHI 、TOPPAN 。

2) 、濕式塗布：將不同高低折射率的材料塗布在基材上，再將溶劑蒸發後即可。
其優點為：單層或多層塗布、成本低、良率高、成卷式(Roll to Roll)製程生產快速、大麵積化、材料選擇性高、光硬化、避免基材於熱處理中變質；唯其反射率一般在1~2% ，經多層塗布後亦可進一步降低其反射率。
製造廠商有力特、遠紡、長興、台虹、日東電工、日產化學、大日本印刷、住友、日本油脂、Fuji Photo Film 和旭硝子。反射率在0.5% 以下的抗反射膜俗稱為AR ，而反射率在1~2% 的俗稱為LR 。

抗眩膜(AG)是在屏幕上貼一張含有奈米粒子或微米粒子薄膜，來造成光線均勻分散，避免光線被過度集中，以降低眩光之現象。其粒子添加的多寡與粒徑大小是決定眩亮度好壞的主要因素。抗眩膜製作方法有：
1) 、機械加工：先在基材上塗布一層硬膜(HC)塗料，再以噴砂方式使之表麵粗化。
2) 、塗布光擴散粒子：先在基材進行表麵處理或化學處理，以增加塗膜與基材間的黏著性，再將兩層或多層不同折射率粒子(TiO2 、Al2O3 、In2O3 、SnO2 、Sb2O3、ZrO2 、MgF2 、SiO2)與樹脂(顆粒大小1~5um 折射率1.57~2.0）均勻塗布於基材表麵，提高抗眩效果（其中加入金屬粒ZnO 、ITO 可抗靜電）。
3) 、壓合轉移法：先在基材塗布一層硬膜塗料，再用合適的Matte Substrate 與之對貼，待塗層硬化後，剝離Matte Substrate 即可得到表麵粗化的抗眩膜。

目前抗眩膜製造廠商有力特、長興、台虹、永光、岱棱、世崇、日東電工、DNP 和Lintec 。

補償膜是因自背光源射出的光線穿過下偏極板及LCD 麵板時，受到液晶的折射異方向性影響，會使某一角度的線性偏光產生橢圓偏光，造成透過上偏光板時部份原本應被遮掉的光線露出來，這些漏光的現象會導致顯示器在該角度的對比降低，也就是產生視角不足的現象。為了改善這個情況，可針對不同形式的麵板（如STN 、TFT），將偏光板與適合的光學補償膜結合來達到效果。製作方式上，目前最為廣泛的是塗布法及延伸法。製作時，液晶的選擇與塗布方式的不同可以製造出不同性質的位相差光學補償膜。

綜合而言，由於下遊麵板廠除了超廣視角之需求外，也需要薄型化、大型化、高精細、降低反射與眩光、高輝度等功能需求，以提高麵板附加價值，因此麵板光學膜產業強化技術整合發展十分重要。下圖為麵板光學膜產業結構圖。

圖：麵板光學膜產業結構圖

2.背光模塊之光學膜－增亮膜、擴散膜

平麵顯示器之背光模塊中，光學膜片占有絕對重要的角色。以背光模塊材料成本結構來看， 3M 增亮膜(BEF ，或稱棱鏡片， Prism Sheet)所占成本最高（約占11.8%），與擴散膜／板（約占11.4%）、反射膜（約占5.5%）三者合計所占總成本接近28.7% 。不過這些光學膜片的主要商機卻都掌握在外商手中，背光模塊廠很難從這些材料領域去進行Cost Down 。此外，由於LCD 光源的損失率相當高，為提升麵板的光利用率，且使光線分布均勻，光學膜技術的精進是必然的趨勢。

(1)增亮膜(BEF)

增亮膜（含棱鏡片、DBEF 、CBEF）是置於背光模塊與下偏光板之間，藉由光的折射與反射增加導光板的光源效益，使背光模塊的輝度提升60~160% 。目前棱鏡片的市場幾乎為3M 所獨占，市占率高達93% ，三菱市占率約6% 。市場接近獨占的結果就是售價較高，跌價不易。在LCD-TV 時代，由於強調亮度的表現，對增亮膜的需求有增無減，因此增亮膜仍占背光模塊11.8% 的成本，在節省成本上有其困難。

此外3M 根據其在BEF 上的優勢，將其他光學膜的功能整合進來，如具有偏光膜功能的DBEF ，或是具有偏光膜及擴散膜功能的DBEF-D 等。因此增亮膜未來可能發展趨勢將會如下。

考慮價格因素：采用擴散反射式亮度增強膜，估計未來亮度可由原1.2 倍增加至1.4 倍左右。
考慮質量因素：采用多層膜回複反射式亮度增強膜，未來應有增亮1.75 倍的機會。若CBEF 在技術上取得突破，未來有機會挑戰1.8 倍的亮度增強能力。

(2)擴散膜

擴散膜的功能為提供液晶顯示器一個均勻的麵光源，一般傳統的擴散膜主要是在擴散膜基材中，加入一顆顆的化學顆粒作為散射粒子，而現有之擴散膜其微粒子分散在樹脂層間，所以光線在經過擴散層時，會不斷於2 個折射率相異的介質中穿過，故光線就會發生許多折射、反射與散射的現象，因此便造成了光學擴散的效果。

近來，也有新興的擴散膜製作方式采取以全像技術，經由曝光顯影等化學程序，粗化擴散膜基材表麵，以散射模糊導光板上的墨點或線條。因此種擴散膜對光的散射方式為隨意散亂方式，所以此膜對一固定距離觀測者而言，將浪費部分光源，使光源無法有效利用，加上其化學製程較費時，所需生產成本相對也較高，因此，當前擴散膜製作方式，仍以傳統加入化學顆粒方式為主。

一般LCD 通常需要2 片擴散膜（1 片上擴散膜， 1 片下擴散膜）。上擴散膜的部分由於靠近觀察者視線，質量要求高，台灣廠商目前自製之擴散膜隻能做到下擴散膜部份。因為上下擴散膜要求的光學特性不同，上擴散膜對瑕疵容忍度低，所以上擴散膜價格顯著高於下擴散膜。

目前，全球擴散膜母卷製造廠商以日本為主，主要集中於日商惠和(Keiwa) 、Tsujiden 及Kimoto 等業者；南韓方麵主要投入者為SKC ，以供應韓係廠商為主，台灣在擴散膜母卷生產比重很小，但每年約有新台幣10~20 億的市場規模。全球擴散膜生產廠商分布如下圖所示。

圖：全球擴散膜生產廠商分布

由於背光模塊占TFT LCD 成本比重高，為因應成本壓力，背光模塊廠無不積極尋求低成本的新光學膜片替代方案，以維持獲利。如在液晶電視(LCD TV)部分，業界以BEF 上下各加1 片擴散膜的設計，取代DBEF 加2 片下擴散膜的做法。以價格比較，透過新式做法，可讓背光模塊節省較多材料成本。在監視器(LCD Monitor)部分，之前是采取價格昂貴之BEF ，與上下各1 片擴散膜之設計方式，但為了Cost Down ，部份業者改以3 片下擴散膜取代。在筆記本電腦(NB)部份，則有以VCut導光板加1 片BEF 及上擴散膜，取代2 片BEF 與上下各1 片擴散膜的設計。雖然采用新式設計， NB 用擴散膜使用數量由2 片減少為1 片，此新型機種台灣廠商導入的使用率約20% ，因此對NB 用擴散膜出貨量而言，影響有限。

以擴散膜取代BEF 的做法，雖然可讓成本降低，但如輝度等產品效能卻不能與原有設計相比。因此目前的背光模塊廠已投入相關產品設計，使用新式複合功能光學膜替代，將可帶動擴散膜大幅成長，為擴散膜業者帶來龐大商機。

塗布技術應用於軟板基板市場

近年來，信息電子產品為因應行動化、高功能及輕薄短小化的需求，在設計製造上大量采用軟板零件，帶動軟板需求的暢旺，甚至出現供不應求的現象。

軟板基材（以下簡稱FCCL）主要分為3 Layer（三層有膠軟性銅箔基板）及較高階的2 Layer（二層無膠軟性銅箔基板）二大類，目前市場仍以3L 為主流。就技術而言， 3 Layer 軟板基板之製作以塗布技術為主，主要用於一般軟板。2 Layer FCCL 的製造方法則有塗布法、濺鍍法及壓合法三種，其中塗布法是產品中比重最高者。2 Layer FCCL 主要應用於高階高密度連接基板，以手機為大宗。

3Layer 與2 Layer 詳細的比較如下表所示。

下表則為2Layer FCCL（塗布法、濺鍍法、壓合法）製程方式、優缺點及應用之比較。

塗布技術應用於電池市場

1.燃料電池

在地球暖化問題日益嚴重的今日，屬於幹淨無汙染的燃料電池科技發展十分受到先進國家的重視。燃料電池的應用包括分布式發電係統（小型家用及工業用汽電共生係統）、運輸工具（燃料電池車）、可攜式電源等市場，在發電過程中隻會產生熱和水，不會排放廢氣。燃料電池雖然為新興產業，但未來隨著傳統石化燃料短缺，消費者環保需求提升及燃料電池技術不斷進步等因素刺激下，燃料電池產業進入市場起飛將拭目可待。

塗布技術在燃料電池中主要是用來製作關鍵的陰陽電極。根據美國DOE 報告顯示，未來質子交換膜燃料電池組量產後，零件成本比重依序為：觸媒層(50%) 、電解質(20%) 、雙極板(15%) 、氣體擴散層(5%) 、氣密封片(5%) 、其他(5%) 。其中觸媒層(Catalyst Layer; CL) 是由奈米(nm)級的金屬微粒（如Pt 、Ru 等）組成，並以塗布法施布於具良好導電性之碳黑載體(Support)上，形成陰極及陽極。觸媒層主要功能是作為燃料電池電化學反應的催化劑。由此可知，塗布技術平台在燃料電池上扮演著舉足輕重的角色。

2.二次鋰電池

可攜式產品所使用的二次電池，最早是采用鎳鎘材料，直到Sony 提高鎳氫電池的密度及鋰離子電池的出現，增長了可攜式產品的使用時間，才大量推動其產品市場。隨後由於鋰離子電池的特性能力不斷地被強化，及成本大幅度降低，使得現階段大多數可攜式產品都是使用鋰離子二次電池。塗布技術亦是用於製造鋰電池中的正負電極。

鋰電池材料可分為負極材料、正極材料、電解質、隔離膜等，如下圖所示。其中負極材料是將碳材與接合劑之混合物，以有機溶劑做成糊狀塗布在銅箔基板上，加以幹燥而成。正極材料是將LiCoO2 、LiMn2O4 、LiNiO2 塗布在鋁箔基板上加以幹燥而成。其中LiMn2O4 有較佳安全性，為了兼顧高電容量，以鋰鎳錳氧化物較適合為正極材料。上述四種最關鍵材料約占全球鋰電池材料市場規模比重七成左右，總體比重如下圖。

圖：全球鋰電池材料成本結構

發布時間:2015/4/24

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