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HyTAC一甲子基本功 工研院用紮實馬步站上國際舞台
文／羅弘旭
武俠小說中真正的高手、飛花落葉皆可傷人，金庸更是如此形容：「不滯於物，草木竹石，均可為劍。」只是，要反璞歸真到這樣的境界，需要長時間的基本功。工研院的研發團隊，就是靠合計六十年的蹲馬步紮根，在材料化工領域，以HyTAC膜超越百年大廠Konica和Fuji Film，更一舉奪下R&D 100 Awards。
武俠小說中，動輒以「一甲子功力」來形容功力深厚的絕世高人，這一甲子六十年時光代表什麼意義？可以讓垂髫小兒變成白髮老人，也可以讓世家豪門平地一聲雷興起到到眼看他樓塌，更可以讓一項你我家中可能都有的文具用品，搖身一變成為iPhone手機中的關鍵材料。
在工研院，就有這樣的團隊，這一群資歷加起來超過60年研發人員，當其他人練習著凌厲劍招與虎虎生風拳法時候，他們依然持續的扎著馬步，練習最平淡無奇的基本功，只鑽研一項你我都用過的產品----環氧樹脂，也就是俗稱的白膠，在今年的R&D 100 Awards獎項中，奪下材料科學大獎，讓工研院能在R&D 100 Awards，與Intel、3M、NASA並列，成為舞台上的大贏家。
環氧樹脂其實是一種熱固體型樹脂，當主劑與硬化劑，以一定比例適當混合，經交聯硬化後，則形成三度空間之網狀結構，因而賦予產品有特殊的物理性、機械性及耐化學品性等，過去一般被用在複合材料上，例如國內第一把複合材料的網球拍、捷安特複合材料的腳踏車架，都是以工研院研發的環氧樹脂為基礎開發出來。
國際大廠把持全部市場 偏光膜需要自主技術
但是2002年，這個團隊卻面臨境外高手上門踢館，一個是日本富士（Fuji Film），一個是柯尼卡（Konica）這兩位東瀛高手。沒錯，後者就是『他傻瓜、你聰明』，前者則是『十種表情，百樣心情』，兩家都是從事相機軟片研發超過百年的高手。
但可別以為當時工研院是想進軍已經呈現頹勢的相機軟片市場，當時Konica和Fuji Film早已經把底片的材料「三醋酸纖維素膜」(TAC膜)，運用在液晶螢幕的材料上，在具有偏光功能的「聚乙烯醇膜」(PVA膜)的兩邊黏貼具良好透光吸水的TAC膜，就成為液晶螢幕關鍵材料「偏光板」。
九年前，正是台灣兩兆雙星產業正要起飛之際，當時的面板五虎開始大力投入TFT LCD的生產，但TFT LCD六成以上的成本來自材料，許多關鍵性材料更是把持在日系廠商手中。例如每一片TFT LCD就需要兩片偏光板，而偏光板的TAC膜，九成以上的市場都把持在Konica和Fuji Film手中，即使另一家底片大廠柯達都難以介入。
主導這項產品研究的工研院材化所組長李宗銘回憶起當年的情況，無奈的說：「其實三醋酸纖維素膜的材料和製程我們都很清楚，就是棉花，把棉花中的三醋酸纖維素粒子溶到溶劑，塗到滾筒上再把溶劑溶解掉，把膜撕下來就是成品了。」
只是對手已經發展百年，台灣如果用同樣材料、同樣設備，在後面追趕，就永遠落後對手。而且Konica和Fuji Film也很謹慎，「為了防堵對手加入，從技術到原材料，都不肯出售，台灣想要掌握關鍵技術，根本無從追起。」李宗銘苦笑著解釋。
所以當時工研院為了協助台灣TFT LCD產業自主研發，研究的出發點就是要尋找更具有競爭力的替代材料。
更具競爭力的材料，說得簡單，但何其苛刻，既要有經濟上的競爭力，又要不循著對手的老路走，最好製程還要更簡易，套用武俠小說中的說法，就是得創出一門比九陽功威力更大、還得速成，最好不限資質誰都能學的新內功。
試遍天下材料 回歸最基礎的基本功夫
要取代用於偏光板上的三醋酸纖維素膜，替代品得要具有透明的光學特性，還要有一定耐熱性。但最大要克服的難題，是吸水的問題，具有偏光功能的聚乙烯醇膜本身含有碘的成份，因此會滲水，如果外面兩層包膜無法讓水排出或者吸附，最後就會凸出成氣泡狀，影響密合度。
過去十多年，許多研究單位希望用一般塑膠膜取代三醋酸纖維素膜，例如PET膜就是大家發想的方向之一，但是PET膜在光學特性和耐熱性上都符合，可是就是不吸水，水無法滲透出去。
除了PET，也有單位試過 PC聚碳酸酯（Polycarbonate）或者聚甲基丙烯酸甲酯這種壓克力樹脂（hylmethacrylate，簡稱PMMA），但都還是回到老問題，每一種材料都無法兼顧透明度、耐熱度和吸水性。
帶著一定得為台灣產業開路的精神，工研院回過頭來，從被認為不可能的材料裡面找機會，這項曾經被德國人嗤之以鼻認定絕對不可能的產品，是文具店都有賣的環氧樹脂，也就是白膠。
早在民國七十年代，工研院就開始研究環氧樹脂技術，其實就是把環氧樹脂加上硬化劑形成網狀結構，這種複合材料可以作為結構用，曾經被視為台灣自製戰機的主要材料之一，後來更廣泛利用在民間產業，包括第一把行銷海外的碳纖維複合網球拍，還有巨大捷安特的複合車架，甚至到後來的高爾夫球桿，背後都有工研院技術的影子。
由於環氧樹脂的特性就是比較硬，工研院後來甚至想過「可不可以把環氧樹脂作得和玻璃一樣」，所以後來奈米計畫就是以這為目標來推動，最後也順利做出和玻璃透光度一樣、剛性也不輸玻璃的產品。
雖然環氧樹脂玻璃後來困於耐熱度的問題，沒能百分之百成功，但卻意外讓研發團隊發現環氧樹脂在光學特性上的一個優勢：「光進入的時候折射率是一樣的！！」
失敗的經驗 成為日後滋養的元素
這個發現成為研發團隊心中的「Data Bank」，等著被啟用的一天，直到前瞻計畫決定開發偏光膜的替代材料來臨的那天。
計畫的開始，來自當時擔任材化所所長的工研院副院長劉仲明，他看到環氧樹脂這項光學特性，比起傳統三醋酸纖維素膜(TAC)更優秀，有機會挑戰三醋酸纖維素膜，於是給了團隊計畫目標，也是最高難度的挑戰。
原本環氧樹脂就具有硬化的特質，過去也都用於增加結構強度之用，現在卻要反過來軟化、輕薄，等於是完全不同的方向，不僅在於技術的難度，更挑戰開發團隊既有的思考觀點。研究團隊坦承：「要挑戰跟過去研究相反的可能性，相當痛苦。」
但熱固性的環氧樹脂比起其他高分子材料，先天上就有優勢，常溫狀態下是液體的環氧樹脂，只要加熱形成所需形狀就好，比較不會形成結晶和霧狀。
拉成膜狀，既要讓他軟，還要讓他能夠成為滾筒狀，最後，將雙層塗佈改為單層塗佈，解決了塗佈性與離型性互斥的問題；也獲得在不鏽鋼帶製膜機上產出成捲HyTAC膜的重大技術成果。
到此，環氧樹脂成為技術上可行的產品，研發過程其實很單調，例如二氧化矽要不要加？要加多少？微包軟化劑份量要多少？哪一種硬化劑添加進去才不會讓HyTAC在光線下變黃。
產品添加物其實就哪幾樣，但配方比例調整起來卻可能超過千種，如果不是這團隊超過六十年的經驗把各種數據都紀錄在自己的Data Bank當中，光是重新作實驗，花去的時間就不只六年。
最終成品出爐之後，換來的是斐然的成績。HyTAC膜不僅沒有三醋酸纖維素膜雙折射的光學問題要解決，更重要的是，大幅度降低建廠成本和對環境的破壞。
創造更具競爭力 更環保的HyTAC膜
要生產傳統TAC膜，製程會用到二氯甲烷，二氯甲烷在工業上常被用作去漆劑、金屬去脂、黏著劑、滅火器成分、穀物燻蒸殺蟲劑、合成纖維及底片製造之溶劑。是一種無色可揮發性液體，聞起來似乙醚或氯仿氣味。但卻是種有害事業廢棄物，人體不論由吸入、口服或皮膚接觸都會中毒。急性接觸可導致黏膜、呼吸道剌激、頭痛，較高濃度可抑制中樞神經糸統及導致呼吸衰竭。皮膚接觸可致刺激感或灼傷，若濃度超過50,000ppm可致對生命產生立即危險，心臟血管系統吸入過量會因為心絞痛、心肌梗塞致死。
為了避免公安意外，一座TAC膜生產工廠，造價起碼五十億元，光是二氯甲烷的廢棄處理，就要花十億到二十億，攤提到生產成本中，增加了無形的成本。但是工研院的HyTAC膜，不需要使用二氯甲烷溶劑，既減少了廢氣回收設備成本，也符合環保趨勢，只要以一般膠帶廠的生產規格就可以處理，投資可能在五億到十億，僅僅是對手的二成，從製程、設備、投資、原料都有優勢。
除了製造成本更有優勢，HyTAC膜優異的光學特性，也讓產品本身更有競爭力，以現在最夯的iPhone手機來說，都已經採用液晶水平面轉的IPS面板，這種新類型面板看起來更美觀，解析度也更高，但表面不能有偏光，所以對偏光板的品質要求更高，HyTAC膜不需要額外處理，就能直接應用在IPS面板上。
從生產成本、製程、技術、效能都達到當初設定的目標，HyTAC膜除了獲得R&D 100 Awards 榮耀，更獲得國內廠商認可，獲得工研院技術移轉給的達輝光電表示，HyTAC新型偏光板保護膜除了在整體表現上較為平均，而且還具有較好的穩定性，包括耐濕、耐熱、耐紫外光等優點，不像傳統材料必須使用添加劑或其他化學方法來補強，因此也較為適合用在環境條件較嚴苛或高性能要求的使用狀況。
回歸基本功 成為勝利方程式
回首過去這七年的開發歷程，研發團隊心中仍是有說不出的感慨，材料這個領域，不比其他科技，可能在短期之內就可以看到成效，材料光是一個工程師的養成，就需要五年以上時間的實做才能夠入門，這過程當中需要長期的支持，連賣TAC技術給達輝光電的德國顧問，聽到工研院拿環氧樹脂當材料來開發偏光膜，都大呼：「不可能！」，但最後看到工研院的技術分析，終於服氣承認：「工研院的確作到了。」
李宗銘透露當年的糗事，在開發塑膠玻璃時候，曾經很高興的拿著成品交給當時擔任所長的劉仲明副院長，結果這成品卻在成果報告中，一個不小心就被折斷，讓在場的長官都很尷尬，但副院長回所內之後，並沒因此勃然大怒，只是勉勵同仁作更多改善，「就是這樣的管理方式，讓研發團隊遇到困難時候可以堅持著繼續撐過去。」
在武俠小說中，主角總是有著天生的光環，跌下山崖就會遇到絕世高人傳授秘技，隨便吃個什麼野生果實就是百年才能成熟的天材地寶。但在現實社會中，這種機遇不可能總是讓你遇到，HyTAC膜的研發團隊，終於還是在最入門的基本功夫中，累積深厚的功力，終於一舉打敗來自海外的對手，維繫了自家門派的尊嚴。