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四、 材料異質性對濕氣擴散的影響
針對二維異質性材料，探討其材料異質性與濕氣擴散的關係。
相關結果如下。
4-1 濕氣擴散模擬
暫態濕氣擴散統御方程式其型態與暫態熱傳導相似。相關文獻
提出可以使用類比熱傳導的方式求解濕氣擴散問題，如此可使濕
氣擴散問題能夠同熱傳導問題般的使用任何有限元素軟體方便求
解。此類比的方法，除了已經成功的模擬均質材料系統的濕氣擴
散[53]，最近幾年更應用在多材料系統，探討電子構裝元件因吸濕
所引起的破壞[54,55]。在研究中也使用類比熱傳導的方式模擬混入
粒子填充物之異質性膠體的濕氣擴散。
為了使用類比方法，引入潮濕度（wetness；W）的觀念
sat
W C,1W 0
C
= ≥ ≥ (4-1)
其中sat C 為材料可吸收的最大濕氣濃度；W介於0 與1 之間，W=0
代表其材料未受濕氣影響，W=1則代表其材料已經達到濕氣完全
飽和狀態。使用類比熱傳導方式求解濕氣擴散問題的相關對應參
數設定，如表4-1[56]。

4-2 異質性封裝接合膠層
大部分的光學顯示器結構，如有機電激發光顯示器（organic
light emitting display；OLED）、液晶顯示器（Liquid crystal display；
LCD）等，其面板邊緣處皆使用膠體封合，如圖4-1 所示。其封裝
接合膠體不只能用以接合上下兩基板，同時也能保護內部發光元
件阻絕外界環境的干擾。由於內部發光元件對於水氧氣是非常敏
感的，因此如何提高封合膠層阻絕水氧氣的能力，是延長光學顯
示器發光壽命的關鍵。除了膠體材料的選擇外，最常見的方式則
是加入粒子填充物於膠體中，藉以延緩水氧氣的入侵路徑。所以，
對異質性膠體吸濕相關特性的研究在此更顯的相當重要。這一部
份將以使用在光學顯示器封裝接合的異質性膠體為例，探討其粒
子堆積比與膠體吸濕的關係以及對濕氣擴散特性的影響。
考慮平面應變分析，簡化光學顯示器結構。如圖4-2，只考慮
包括異質性封合膠層與上下基板的二維簡單模型，其膠層長寬比
為10：1，分別為500μm和50μm，且混入的半徑為2.5 μm粒子填
充物。考慮膠體完美的與上下基板接合，且粒子完美的嵌入膠體，
同時粒子填充物非常均勻的隨機分佈在膠體中。典型的異質性封
合膠體粒子堆積比為45%。假設在濕度環境85 oC/85%RH 的影響
下，濕氣隨著時間慢慢向面板內部擴散。封合膠層材料吸濕的相
關特性如表4-2。

4-2-1 暫態濕傳分析
使用有限元素-複合濕元素整合計算模型，複合濕元素取代所
有的粒子相關區域，且彼此間不允許重疊。由於只需要計算其中
一個複合濕元素的濕容量矩陣和濕傳導矩陣，即可套用全部的複
合濕元素。因此可以減少其自由度、運算記憶體與模擬執行時間。
在濕度環境85 oC/85%RH 的影響下，與其接觸的膠體外表面
潮濕度到達最大（W=1），亦即有最大的濕氣濃度（飽和濕氣濃
度），隨著時間濕氣慢慢向面板內部擴散。圖4-3 為10、50、100
和150 小時下的暫態濕度分佈圖。可以發現，時間經過150 小時
之後，其膠體已經接近濕氣飽和。圖4-4，觀察基板與膠體介面的
濕度變化，發現其濕度的變化在200 小時候已經非常小了，這是
因為膠體達到濕氣飽和，所以再吸收水氣的能力已經非常有限。
4-2-2 粒子填充物的影響
此外，將繼續探討粒子堆積比分別為5%、10%、15%、20%、
25%、30%、35%、40%和45%時，其與異質性封合膠體吸濕的
關係。
在有限元素-複合濕元素整合計算模型中，使用複合濕元素取
代每一個粒子填充物與其外圍區域的位置。同時，使每一個複合
濕元素的中間相次區域材料特性與膠體相同，如此可以視為粒子
填充物完美的置入膠體中；且可控制所有異質性無限元內部內含
物次區域的大小，使其符合所考慮的粒子堆積比，而不需再重新

建構另一整合計算模型。
從圖4-5 發現，在相同時間下，在基板與異質性膠體介面處，
當粒子堆積比增加時，到達膠體末端的濕氣量會有減少的趨勢。
這是因為隨機分佈的粒子填充物會阻礙濕氣擴散的路徑，其粒子
堆積比越大越明顯。
評估膠體到達濕氣全飽和（膠體內潮濕度變動小於1%）所需
的時間，發現粒子堆積比越大，所需的時間越長。相較於粒子堆
積比為5%，當異質性膠體其粒子堆積比為45%時，到達濕氣全
飽和的時間可以延長兩倍更多，如圖4-6。

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