塑料基板之真空鍍膜技術(shù)及其應(yīng)用

塑料基板之真空鍍膜技術(shù)及其應(yīng)用塑料基板之真空鍍膜技術(shù)及其應(yīng)用在塑料基板具輕、薄、耐沖擊及可撓曲的優(yōu)勢下，取代玻璃基板應(yīng)用于各種光學(xué)鍍膜及導(dǎo)電膜制鍍是未來進(jìn)展之趨勢。但塑料基板上在鍍膜上也患病到一些瓶頸待抑制，如薄膜附著性、低溫鍍膜所造成膜質(zhì)不佳等問題。本文旨將針對(duì)在塑料基板上制鍍各種薄膜之技術(shù)，包含光學(xué)級(jí)塑料基板選擇、鍍膜前處理及外表改質(zhì)、各種鍍膜制程及其應(yīng)用的近況做一簡潔介紹。MoreattentionsarebeinggiventopPlasticbaseddeviceshavereceivedincreasingattentionbecauseofowingtotheirpotentialpropertiessuchaslightweight,thin,flexibleandhighimpactresistanceontheapplicationsofintegratedcircuits(IC)andflatpaneldisplays.NowadaystheCurrentdemandsontheflexibledevicesaremorerobust,high-thermalenduringthatcouldbesuitableappropriateforvariouskindofvacuumcoatingprocesses.Thispaperwillillustratearticledescribestheapplicationsofvacuumcoatingtechnologyonaplasticsubstrate.ThatExactlyhowtoselectamoderatelyplasticsubstrateforthevacuumcoatingpurpose,pre-treatmentofplasticsubstrateandvariousofcoatingprocessareisalsodiscussedinthispaper.一、前言將來塑料基板取代玻璃基板成為次世代顯示器材料是可期的。由于塑料基板擁有較玻璃基板之輕、薄、前塑料基板鍍膜在光電產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用有：(一)透亮導(dǎo)電薄膜(TransparentCon-ductiveFilm)：(LCDpanel)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、電子書(e-book)等，可增加產(chǎn)品的競爭力。除了更輕更薄外，可撓曲的基板優(yōu)點(diǎn)更是將來被光電產(chǎn)業(yè)應(yīng)用所吸引的主因。(二)抗反射防靜電薄膜(Anti-reflection/Anti-static)：抗反射膜能增加比照、降低反射并增加穿透率，同時(shí)經(jīng)由膜層的設(shè)計(jì)，尚能有抗靜電、耐污、防紫外線照耀破壞的功能。以往將抗反射膜鍍于玻璃上的需求已明顯降低，取而代之的是在鍍于塑料基材如偏光板、lightguide等，以增加產(chǎn)品的功能性。(三)外表硬化膜(hardcoating)：HardCoating也是塑料基板鍍膜的應(yīng)用之一，對(duì)于外表硬度缺乏的塑料基材而言，鍍上hardcoating，如類鉆石膜(DiamondLikeCarbon)等，能大幅增加塑料基材外表的硬度，增加產(chǎn)品的使用壽命。產(chǎn)品的應(yīng)用如：觸控面板、偏光板、各式塑料型顯示器等。(四)光儲(chǔ)存：如CD-R、DVD-R等在polycarbonate(PC)基板上制鍍反射層。(五)其它：其它塑料基板鍍膜之產(chǎn)品應(yīng)用方面尚有如，在PI(Polyimide)膜上鍍上Cu薄膜以作為制鍍銅箔的導(dǎo)電FPC(FlexiblePrintCircuit)的制程之基板材料。另外如switchingglazing圖一、opticalfilter以及降低水氧氣滲透所制鍍的阻絕層等，均是能利用塑料基板以鍍膜方式增加其功能性所進(jìn)展出來的用途。二、光電產(chǎn)業(yè)所需之塑料基板特性基板在整個(gè)光電產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中所占的本錢比例雖不高，但卻影響整體產(chǎn)品性能甚巨。因此，選擇與產(chǎn)品匹寸較不易受外力影響而轉(zhuǎn)變、較平坦的外表、較低的水氧氣透過率等等，固然價(jià)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目前常應(yīng)用于觸控式屏幕中透亮導(dǎo)電膜ITOfilm、EL(EmittingLight)以及可撓曲式面板的應(yīng)用。PC則常應(yīng)用于光儲(chǔ)存媒介產(chǎn)品，以上兩種皆是價(jià)格較低廉的塑料基材適合用于大量且價(jià)格低廉的產(chǎn)品。PESTg值，能用于較高溫Sharp1999PESplasticLCD面板，其重量與玻璃基板比較24%。ARTON與COC均有較高的穿透率(>92%)及較高的耐熱溫度(Tg170℃以)lightguide等。在臺(tái)灣廠商以價(jià)格取向的競爭策略下，唯有待其經(jīng)濟(jì)規(guī)模開出訪價(jià)格降低，方能符合其它產(chǎn)品的生產(chǎn)效益。另外日鐵(NipponSteelChemical)開發(fā)出以Acrylic及Epoxy為base的塑料基板，其Tg400℃，但價(jià)格仍是一道高門坎。三、塑料基材鍍膜之前處理與外表改質(zhì)塑料基材在大氣下較玻璃基板易吸附水氣，因此在鍍膜過程中會(huì)因真空環(huán)境及受熱的關(guān)系而有釋氣(outgas)的現(xiàn)象。釋氣會(huì)造成鍍膜時(shí)成膜氣氛的不穩(wěn)定，使得鍍膜制程參數(shù)不易掌握。為了將釋氣的影響減至最低，在鍍膜前要先將塑料基材內(nèi)所含的氣體大局部釋放出來，圖二為卷式塑料基材釋氣設(shè)備經(jīng)過往后鍍膜制程或其它加熱程序時(shí)尺寸不易產(chǎn)生變化。著性、增加基材外表的硬度、或是形成一降低水氧氣滲透的阻絕層等。常見的處理方式有紫外光臭氧處理(UV-Ozonetreatment)、電漿法(plasmatreatment)、電暈法(coronadischarge)、離子束轟擊(IonBeamBombardment)等。紫外光臭氧處理其主要功能除了清潔基材外表的污染物質(zhì)外，尚能利用于OLEDITO透亮導(dǎo)電膜外表之功函數(shù)，對(duì)于組件的發(fā)光效率及亮度有顯著的影響。業(yè)界目前尚有進(jìn)展出ExcimerUV光照耀法(圖三，其優(yōu)點(diǎn)為所發(fā)出之紫外光的波長范圍窄，屬于單一短波長型態(tài)(monochromatic)可于大ExcimerUV光燈管壽命有限(約900~1,500小時(shí))，需考慮汰換本錢。PlasmaTreatment其優(yōu)點(diǎn)為可連續(xù)性大面積處理且效果佳，利用膜設(shè)備之兼容性。CoronaDischarge優(yōu)點(diǎn)為方法簡潔，亦可于大氣下進(jìn)展處理，本錢較低，但處理效果不佳，僅對(duì)一些特別塑料基材如FPC有明顯的清潔效果，且制程參數(shù)掌握不易，易對(duì)原基材本身造成損害。四、鍍膜制程介紹塑料鍍膜設(shè)備依機(jī)械工作設(shè)計(jì)原理可分為批量式(BatchType)(圖四、連續(xù)式(In-linePiecebyPieceType)(圖五、卷取式(RolltoRollType)(圖六。傳統(tǒng)Batchtype及piece-by-piecetype之鍍膜制程以廣為文獻(xiàn)所介紹，本文現(xiàn)僅就RolltoRollCoater1930年第一臺(tái)商業(yè)用RolltoRollCoater被開發(fā)以來，各家廠商投入人力、物力相繼開發(fā)出各式各樣機(jī)型及用途的RollerCoater，RollerCoater相較于其它鍍膜機(jī)臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)在于可用于可撓曲式基材的鍍膜，并可利用outgas不易掌握需經(jīng)由前處理來使outgasRollerCoater設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一。RollerCoater的cathode選擇可以從plannercathode到rotarycathodeRotarycathode的特色在于靶材利用率較plannercathode高靶材被離子轟擊時(shí)所產(chǎn)生之溫度較低，故可提高濺鍍功率，以加速鍍膜速率，并可使cathode與magnetron的設(shè)計(jì)不當(dāng)可能導(dǎo)致喪失了上述優(yōu)點(diǎn)。目前RollerCoater產(chǎn)品有ITOfilm、HardCoatingfilm、水氧氣阻絕層、Anti-Reflectionfilm等等，茲就以上幾種產(chǎn)品做簡潔介紹。(一)ITOfilm：2002年全球ITOfilm5百萬米平方，其中日本占60%15%。應(yīng)用方面以觸控式面45%35%15%ITOfilm通常使用75μm~200μm的PET做為基材，依據(jù)不同的用途而鍍上不同阻值的ITO，(表二為不同阻值的ITOfilm在ITOfilm依據(jù)用途有不同的基材選擇，在TriacetateCellulose(TAC)上鍍ITO可做為顯示器用之抗靜電膜，在PCPES上鍍ITO可做為塑料型液晶顯示器用之電極等等。對(duì)于大局部的塑料基板而言，制程的溫度必需低于180100ITO透亮導(dǎo)電膜為了滿足低ITO在OLEDITO透亮導(dǎo)電膜不僅要求阻值的均勻性，為了防止ITO膜尖端放電效應(yīng)而造成組件的短路及漏電，應(yīng)用于OLED之ITO透亮導(dǎo)電膜更要求其外表粗糙度至少應(yīng)小于2nm。目前ITOfilmNittoDenko、Oike、Gunze、Teijin以及北美的CourtauldsPerformanceFilm(C.P.Films)、3M(Dynaproseries)、Southwall等等。(二)Anti-Reflection(AR)Film：在玻璃基板上制鍍抗反射膜是一成熟的技術(shù)，以往皆常見于護(hù)目鏡及平面CRTTFT-LCD的興起并有漸漸取代傳統(tǒng)電視及CRTAnti-ReflectionFilmARfilm常見于PET、TAC或是直接鍍于偏光片上如圖七。除了要求降低反射外，由于ARfilm通常在產(chǎn)品的最外一層，直接接觸到外在環(huán)境，故防污(Anti-SmudgeorAnti-Fouling)及抗紫外線照耀(SWOM)也會(huì)在產(chǎn)品的要求之內(nèi)。通常以ARfilm0.5%Anti-Smudge防污處理則要求外表接觸角(SurfaceContactAngle)110°，目前Anti-Smudge均以spincoating的濕制程為主，其均勻性是制程的重點(diǎn)。SWOM300小時(shí)紫外光照耀下，其反射率及目前制造廠商均以日本居多，如Sony圖八為抗反射膜貼附于LCD上所呈現(xiàn)的效果。(三)HardCoating：HardCoating的功能不只是提高耐膜耗性及耐刮性而已，好的HardCoating尚能改善薄膜與基材附著性、提高穿透率及做為水氧氣阻絕層使用。塑料基材上的HardCoating常以Acrylic為base的有機(jī)材μm的材料厚度以強(qiáng)化其外表硬度可達(dá)3H以上。目前也有德國廠商提出以PVD(PhysicalVaporDeposition)制程在塑料基板上鍍上總厚度1μm6μm之SiO2與Al2O34Hμm級(jí)才會(huì)有比較顯著的效果，故成膜速率與本錢問題是必需詳加衡量的重點(diǎn)(2)。(四)GasBarrier：塑料基板因阻隔水氧氣的力量差，因此會(huì)降低一些如OLED及塑料型顯示器內(nèi)部組件的穩(wěn)定性及壽命。故GasBarrierVitexSystems公司開發(fā)出應(yīng)用于塑料基板的多層構(gòu)造水氣阻絕層(BarixTM)，BarixTM是利用RollerCoater，在塑料基板上鍍上多層無機(jī)材料并能保存原基材穿透率及Vit