发布时间 : 星期一 文章塑料基板之真空镀膜技术及其应用更新完毕开始阅读62c027ec0975f46527d3e153
塑料镀膜设备依机械工作设计原理可分为批量式 (Batch Type) (图四)、连续式 (In-line Piece by Piece Type) (图五)、卷取式 (Roll to Roll Type) (图六)。传统Batch type及piece-by-piece type之镀膜制程以广为文献所介绍，本文现仅就Roll to Roll Coater做一简介如后。自从1930年第一台商业用Roll to Roll Coater被开发以来，各家厂商投入人力、物力相继开发出各式各样机型及用途的Roller Coater，Roller Coater相较于其它镀膜机台的优点在于可用于可挠曲式基材的镀膜，并可利用较少的人力达成大量的生产，并由于所需所占厂房面积较小，故在生产成本与土地成本上均较其它镀膜设备占优势。其缺点为outgas不易控制需经由前处理来使outgas情形减低，不易控制镀膜时施于塑料基材的拉力使其形变减少，镀膜室与镀膜室之间由于不是完全密闭的，故如何将镀膜室之间气氛干扰的情形降至最低也是Roller Coater设计的重点之一。Roller Coater的cathode选择可以从planner cathode到rotary cathode皆含括在内，其弹性是可见的。Rotary cathode的特色在于靶材利用率较planner cathode高靶材被离子轰击时所产生之温度较低，故可提高溅镀功率，以加速镀膜速率，并可使用较高的功率来溅镀较硬的靶材，但cathode与magnetron的设计不当可能导致丧失了上述优点。目前常见的Roller Coater产品有ITO film、Hard Coating film、水氧气阻绝层、Anti-Reflection film等等，兹就以上几种产品做简单介绍。
(一) ITO film：
2002年全球ITO film产量达到5百万米平方，其中日本占60%，北美占了15%。应用方面以触控式面板使用最多占了45%，另35%做为其它产品的电极，15%做为抗静电的防护膜。ITO film通常使用75μm~200μm的PET做为基材，根据不同的用途而镀上不同阻值的ITO，(表二)为不同阻值的ITO film在各应用产品领域的分布。ITO film根据用途有不同的基材选择，在Triacetate Cellulose (TAC) 上镀ITO可做为显示器用之抗静电膜，在PC或是PES上镀ITO可做为塑料型液晶显示器用之电极等等。对于大部分的塑料基板而言，制程的温度必须低于180℃，甚至100℃以下，而ITO透明导电膜为了满足低温或室温下成膜又不影响其特性的要求下，不管是在镀膜制程技术或是材料特性均有改善的空间。未来可期的领域为ITO在OLED的应用，此种ITO透明导电膜不仅要求阻值的均匀性，为了防止ITO膜尖端放电效应而造成组件的短路及漏电，应用于OLED之ITO透明导电膜更要求其表面粗糙度至少应小于2nm。目前ITO film主要制造商有日本的Nitto Denko、Oike、Gunze、Teijin以及北美的 Courtaulds Performance Film (C.P. Films)、3M (Dynapro series)、Southwall等等。
(二) Anti-Reflection (AR) Film：
在玻璃基板上制镀抗反射膜是一成熟的技术，以往皆常见于护目镜及平面CRT的产品上，但由于TFT-LCD的兴起并有逐渐取代传统电视及CRT显示器的趋势，故在玻璃基板上制镀抗反射膜便逐渐失去市场，取而代之的则是Anti-Reflection Film，即在塑料基板上制镀抗反射膜。AR film常见于PET、TAC或是直接镀于偏光片上(如图七)。除了要求降低反射外，由于AR film通常在产品的最外一层，直接接触到外在环境，故防污 (Anti-Smudge or Anti-Fouling) 及抗紫外线照射 (SWOM) 也会在产品的要求之内。通常以AR film依各厂家标准制定，通常反射率要求在0.5%以下且其颜色也有一定的规格。Anti-Smudge防污处理则要求表面接触角 (Surface Contact Angle) 要大于110°，目前Anti-Smudge均以spin
coating的湿制程为主，其均匀性是制程的重点。SWOM则要求经过300小时紫外光照射下，其反射率及各项信赖性测试均能通过检验标准为准，通常利用靶材的特性，经由膜层的设计来达成抗紫外线的目的。目前制造厂商均以日本居多，如Sony等，国内则尚未有量产化的商品发表。(图八)为抗反射膜贴附于LCD上所呈现的效果。
(三) Hard Coating：
Hard Coating的功能不只是提高耐膜耗性及耐刮性而已，好的Hard Coating尚能改善薄膜与基材附着性、提高穿透率及做为水氧气阻绝层使用。塑料基材上的Hard Coating常以Acrylic为base的有机材料利用湿式涂布的方式，涂上数μm的材料厚度以强化其表面硬度可达3H以上。目前也有德国厂商提出以PVD (Physical Vapor Deposition) 制程在塑料基板上镀上总厚度1μm至6μm之SiO2与Al2O3，其效果可达4H，但由于厚度要到达μm级才会有比较显著的效果，故成膜速率与成本问题是必须详加衡量的重点(2)。
(四) Gas Barrier：
塑料基板因阻隔水氧气的能力差，因此会降低一些如OLED及塑料型显示器内部组件的稳定性及寿命。故Gas Barrier也是发展重点。美国Vitex Systems公司开发出应用于塑料基板的多层结构水气阻绝层 (BarixTM)，BarixTM是利用Roller Coater，在塑料基板上镀上多层无机材料并能保留原基材穿透率及可挠曲的性质。此外，Vitex Systems并开发出平坦度极高 (< 1nm RMS) 的塑料基板 (Flexible GlassTM)，利用此基板与BarixTM相结合 (见图九、图十)，可得到表面粗糙度<1nm、OTR<10-3cc/m2/day、WVTR<10-3g/cm2/day、穿透率80%以上等不错的结果，并与UDC合作开发Flexible OLED，已有相当的成效呈现在世人面前。
五、结论
塑料基板可以让设计者任意塑造外型或曲折成任意形状，因此可以设计在许多折迭式或曲面的穿戴式或便携式产品如数字眼镜，汽车后视镜，甚至是人们身上穿的衣服等等。目前有许多公司投入大量人力物力研发以塑料基材为主的可挠式显示器技术。但目前塑料基材的选择有限，均仰赖后续的加工来补强塑料基材先天的不足，而后续的制程技术也有捉襟见穷的感觉。除了对于更耐热的塑料基材开发外，较低温的制程技术也是刻不容缓的。相信在各公司及相关研究单位的努力下，受惠的将会是全球消费大众。