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塑料基板之真空镀膜技术及其应用
在塑料基板具轻、薄、耐冲击及可挠曲的优势下，取代玻璃基板应用于各种光学镀膜及导电膜制镀是未来发展之趋势。但塑料基板上在镀膜上也遭遇到一些瓶颈待克服，如薄膜附着性、低温镀膜所造成膜质不佳等问题。本文旨将针对在塑料基板上制镀各种薄膜之技术，包含光学级塑料基板选择、镀膜前处理及表面改质、各种镀膜制程及其应用的近况做一简单介绍。
More attentions are being given to pPlastic based devices have received increasing attention because of owing to their potential properties such as lightweight, thin, flexible and high impact resistance on the applications of integrated circuits (IC) and flat panel displays. Nowadays the Current demands on the flexible devices are more robust, high-thermal enduring that could be suitable appropriate for various kind of vacuum coating processes. This paper will illustratearticle describes the applications of vacuum coating technology on a plastic substrate. ThatExactly how to select a moderately plastic substrate for the vacuum coating purpose, pre-treatment of plastic substrate and various of coating process are is also discussed in this paper.
一、前言
未来塑料基板取代玻璃基板成为次世代显示器材料是可期的。因为塑料基板拥有较玻璃基板之轻、薄、耐冲击、可卷曲等优势，可应用于许多可携式及穿戴式显示装置，以提高使用寿命并增加使用范围。目前塑料基板镀膜在光电产业的应用有：
(一) 透明导电薄膜 (Transparent Con-ductive Film)：
利用塑料基材的特性，镀上透明导电膜作为电极，应用于触控式面板屏幕、液晶显示面板 (LCD panel)、有机发光二极管 (OLED)、电子书(e-book) 等，可增加产品的竞争力。除了更轻更薄外，可挠曲的基板优点更是未来被光电产业应用所吸引的主因。
(二) 抗反射防静电薄膜 (Anti-reflection/ Anti-static)：
抗反射膜能增加对比、降低反射并增加穿透率，同时经由膜层的设计，尚能有抗静电、耐污、防紫外线照射破坏的功能。以往将抗反射膜镀于玻璃上的需求已明显降低，取而代之的是在镀于塑料基材如偏光板、lightguide等，以增加产品的功能性。
(三) 表面硬化膜 (hard coating)：
Hard Coating也是塑料基板镀膜的应用之一，对于表面硬度不足的塑料基材而言，镀上hard coating，如类钻石膜 (Diamond Like Carbon)等，能大幅增加塑料基材表面的硬度，增加产品的使用寿命。产品的应用如：触控面板、偏光板、各式塑料型显示器等。
(四) 光储存：
如CD-R、DVD-R等在polycarbonate (PC) 基板上制镀反射层。
(五) 其它：
其它塑料基板镀膜之产品应用方面尚有如，在PI (Polyimide) 膜上镀上Cu薄膜以作为制镀铜箔的导电电极，此为FPC (Flexible Print Circuit) 的制程之基板材料。另外如switching glazing (图一)、
optical filter以及降低水氧气渗透所制镀的阻绝层等，均是能利用塑料基板以镀膜方式增加其功能性所发展出来的用途。
二、光电产业所需之塑料基板特性
基板在整个光电产业应用中所占的成本比例虽不高，但却影响整体产品性能甚巨。因此，选择与产品匹配度最高的塑料基板是各厂家要跨进塑料基板镀膜首要面临的课题，基本上塑料基材的选择其中有几个大方向是不变的，光电、显示器产业应用需考量较高的穿透率、其它如坚固不易碎的物理性质、基材尺寸较不易受外力影响而改变、较平坦的表面、较低的水氧气透过率等等，当然价格也是主要考量的因素。
(表一)是目前常用的塑料基材材料特性表。其中O-PET目前常应用于触控式屏幕中透明导电膜ITO film、EL (Emitting Light) 以及可挠曲式面板的应用。PC则常应用于光储存媒介产品，以上两种皆是价格较低廉的塑料基材适合用于大量且价格低廉的产品。PES由于有着较高的Tg值，能用于较高温的制程，目前Sharp公司已于1999年开发出以PES为基材之plastic LCD面板，其重量与玻璃基板比较下，约减少了24%。ARTON与COC均有较高的穿透率 (>92%) 及较高的耐热温度 (Tg可高于170℃以上)，是蛮适合发展的材料，惟其价格昂贵，目前仅见于高单价的产品如光通讯和光储存用件、lightguide等。在台湾厂商以价格取向的竞争策略下，唯有待其经济规模开出使价格降低，方能符合其它产品的生产效益。另外新日铁 (Nippon Steel Chemical) 开发出以Acrylic及Epoxy为base的塑料基板，其Tg值可达400℃，但价格仍是一道高门坎。
三、塑料基材镀膜之前处理与表面改质
塑料基材在大气下较玻璃基板易吸附水气，因此在镀膜过程中会因真空环境及受热的关系而有释气 (outgas) 的现象。释气会造成镀膜时成膜气氛的不稳定，使得镀膜制程参数不易控制。为了将释气的影响减至最低，在镀膜前要先将塑料基材内所含的气体大部分释放出来，(图二)为卷式塑料基材释气设备。其利用温度与湿度的控制，将基材所吸附的气体释放出来，且有安定塑料基材尺寸的功能，使基材再经过往后镀膜制程或其它加热程序时尺寸不易产生变化。
塑料基材表面改质的目的在于清洁基材表面、增加基材尺寸的安定性、强化镀膜时基材与薄膜之间的附着性、增加基材表面的硬度、或是形成一降低水氧气渗透的阻绝层等。常见的处理方式有紫外光臭氧处理 (UV-Ozone treatment)、电浆法 (plasma treatment)、电晕法 (corona discharge)、离子束轰击 (Ion Beam Bombardment)等。
紫外光臭氧处理其主要功能除了清洁基材表面的污染物质外，尚能利用于OLED制程中提升ITO透明导
电膜表面之功函数，对于组件的发光效率及亮度有显著的影响。业界目前尚有发展出Excimer UV光照射法 (图三)，其优点为所发出之紫外光的波长范围窄，属于单一短波长型态(monochromatic) 可于大气下进行连续性处理，不产生高温且处理效果佳，设备简单，其缺点是Excimer UV光灯管寿命有限 (约900~1,500小时)，需考虑汰换成本。Plasma Treatment其优点为可连续性大面积处理且效果佳，利用通入气体的不同可做不同的表面处理，缺点是须于真空下进行，且设备成本昂贵，且须考虑到与现有镀膜设备之兼容性。Corona Discharge优点为方法简单，亦可于大气下进行处理，成本较低，但处理效果不佳，仅对一些特殊塑料基材如FPC有明显的清洁效果，且制程参数控制不易，易对原基材本身造成伤害。
四、镀膜制程介绍