1.前言

利用光学膜片（filter）提升产品的光学特性的种类非常的繁多，诸如LCD/CRT投影电视、录放影机、CRT、CCD数位相机、CD/MD/VCD/DVD光学读取头（pick up head）、液晶显示器（LCD:Liquid Crystal Display）、等离子电视（plasma TV）、场发射显示器（FED:Field Emitting Display）、冷光板EL、光学镜片等等。其中又以平面显示LCD为了提高亮度、均匀性、色度、视角，必需使用多达5～6种以上各种高单价的光学膜片。 

传统的光学膜片是在真空状态下利用阻抗加热蒸镀法在玻璃基板表面长膜；不过最近高精度多层光学膜片大多改用溅镀制程制作（sputtring process）。在玻璃基板表面长膜的技术，由于膜层品质受到高度肯定，因此长久以来它的制作成本一直没有受到质疑。随着反应性溅镀技术及与真空状态下涂布树高分子脂膜片（plastic film）与长膜技术（简称为Roll to Roll技术）的进步，高精度多膜层塑胶材质之光学薄膜逐渐成为市场主流，并且还有取代玻璃材质之光学膜片的趋势。其中又以“Roll to Roll”长膜技术比以往批量制程（batch process）具有低成本、高产能、高精度、高稳定性等优点，因此它的未来发展备受相关业者重视。 

由于高挠曲性塑胶材质光学膜片的问世，加上制作技术与加工设备的进步，使得上述各种光学产品不再受限于光学膜片的外形，同时不论是成本面抑或体积、重量与制程也因此获得大幅的精简。

2. Roll to Roll长膜设备

图1是传统的卷筒式长膜设备构造。由图可知波浪状加工素材从供料卷筒送出，经过加工部进行长膜加工后再由回收卷筒卷取。加工素材通行方式可分为连续式与断续式两种，断续式又称为步进卷筒式（step roll）。这种方式有其作业上的限制，例如欲在加工部将素材冲孔时，必需借助特殊设备使素材的传递暂时停止并同时进行精密定位，等冲孔加工后才能继续往前通行（图2）。广义而言不论是连续传递通行或是断续通行，包含素材在加工部位进行镀膜或长膜的加工技术在内，都可称为“Roll to Roll技术”。

图3是涂布式Roll to Roll成膜设备的结构。由供料卷筒连续送出的波浪状素材在加工部位均匀的涂布液态成膜剂，一般所谓的成膜剂是由固态透明化学原料溶解于溶剂内所制成的。涂布后的素材通过干燥炉加热使溶剂完全挥发、干燥后就形成一定膜厚的光学膜片。涂布式Roll to Roll成膜设备的素材传送速度与产能都相当快，例如磁带用涂布设备的传送速度往往超过数百m/min以上。基于提高产能与作业性等需求，通常Roll to Roll长膜机都设有卷筒自动更换设备与素材自动接合设备，如此一来卷筒或素材不必停止动作亦可进行素材更换、接合作业。

波浪状素材可在真空状态下进行成膜的设备称为“Roll to Roll真空成膜机”，换句话说素材的传送、成膜、回卷等作业都在真空环境内完成。实际上设备内的成膜制作方式可又分为蒸镀、溅镀、化学积沉（CVD）等数种，图4是Roll to Roll真空成膜机的构造图。如图所示真空炉内分成蒸发源室与波浪状素材卷筒室两大部份。如此设计主要目的是要降低波浪状素材所夹带的外部气体对成蒸发源室的影响。由于卷筒所卷绕的素材膜片长度相当的长，因此膜片夹带的外部气体相对地非常多，有鉴于此Roll to Roll真空成膜机的真空排气能力比一般设备高出许多，加上塑胶膜片含有大量的水气，因此除了真空度之外，成膜机对水气的排除能力也是技术指标之一。此外由于塑胶膜片种类的差异，往往造成成膜剂与膜片的密着性欠佳等问题，不过如果膜片事先利用等离子（prasma）作撞击处理（bombard）就可以有效改善上述障碍。塑胶膜片的Roll to Roll真空成膜机通常是以卷为批量单位，基于产能需求在不破坏机台的真空度的前提下，可直接在大气环境下更换卷筒的成膜机研发作业也因而展开，可预期的是如何在大气环境下将卷筒装入高真空度的炉内又不会破坏机台的真空度，机构上会变的极端复杂昂贵。

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图1 Roll-to-Roll加工机

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图2 导引式加工构

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图3 涂布式Roll to Roll成膜机

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图4 Roll-to-Roll真空蒸镀成膜机

3.新型多膜层长膜技术

以往多膜层光学膜片的长膜方法都是利用真空蒸着技术，一旦遇到光学系列或机构元件设计变更时，就必需连带改变、更换真空成膜机台内的基板托架（pallet），加上试料的设定（setting）、真空排气所耗费的无形成本更是难以估算。 

新型多膜层光学膜片长膜技术乃是利用上述Roll to Roll真空成膜机结合反应式溅镀技术，先在塑胶膜片上制作多膜层光学膜片，之后经过精密切割并配合光学用粘着膜片（sheet），将高挠曲性的塑胶膜片粘贴于包含玻璃在内的各种产品表面上（图5）。图6是光学filter的堆叠结构。

溅镀长膜的基材分别是PET（Polyethylene Terephthalate）、PC（Polycarbonate）等透明、高折射率之高分子聚合物（简称为plastic）。由图7可知压克力树脂为基材并具有硬膜之PET，不论是溅镀制程的耐热性抑或塑胶膜片光学特性例如穿透率、折射率都具有极优良的特质，因此被列为塑胶光学膜片的重要素材。

图8是根据上述技术所制作的新型光学filter的构造图，这种新型光学filter分别使用 为高折射率材料， 为低折射率材料，在570nm波长区域具有cut off特性（图9），这种filter经常被当作edge filter使用。edge filter的光学膜层结构是利用Software Spectra Co的TFCALC软体设计，它的诉求目标是提高短波长区域的穿透率，因此上述软体反复进行如表1所示的 计算。

照片1是多膜层塑胶膜片成膜机的内部结构图，该成膜机可在真空状态下将已成膜的膜片高速冷却、回卷、传送。成膜制程是由清洁塑胶素材膜片的RF处理区与两个成膜用 （dual）双AC（dual AC）溅镀区所构成。此外该设备还利用监控（monitor）溅镀制程时等离子发光的特性，达成反应性溅镀稳定化与高速化双重目的。实际的成膜制程操作步骤如下所示:

1. 先在塑胶膜片形成密接膜层。
2.利用反应性溅镀制程将 与 的靶材在塑胶膜片形成19层 与 膜层。
3.最后的20与21层的膜层则是根据光学监控结果进行成膜作业。 

图10是调整各膜层的成膜条件后所获得最佳化膜厚的量测结果，不过却发生各膜片的短波长区域的平均穿透率不均匀现象，造成这种现象的主要原因是最后的20与21膜层对该光学膜片具有决定性的影响，因此只要根据光学监控结果微调成膜条件就可解决穿透率不均匀问题。此外利用45度入射的P偏光作光学监控的光源时，无法符合高稳定性的要求，因此改用垂直入射光。结果发现不但可以抑制穿透率不均匀现象，还可以提高短波长区域的平均穿透率（图11）。该塑胶光学膜片实际应用于LCD背投式TV的光学系统，经过3000小时以上的连续强制测试，其光学特性未发生任何变化。换言之利用传统的真空蒸镀技术也可以制作低成本、高可靠度的塑胶光学膜片。

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图5 新型塑胶光学糢片制作流程

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图6 新型塑胶光学膜片堆叠结构

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图7 光学用塑胶膜片特性

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图8 新型塑胶光学膜片的结构

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图9 新型塑胶光学膜片的特性

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表1 新型塑胶光学膜片模拟条件

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照片1 塑胶光学膜片成膜机

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图10 塑胶光学膜片成膜结果

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图11 老化测试结果

4.结语

最近几年由于材料与加工科技急速的进步，轻巧多功能似乎已经成为理所当然的认知，而且这股潮流正快速的扩散至各领域，包含所有光学产品都不例外。塑胶材质光学膜片的应用也因此更加宽广与普遍。 

过去数年国内业界几乎把所有焦点投注在诸如LCD、投影机、等离子电视FED等平面显示器主体技术的建构，却忽略了周边元件的重要性与前瞻规划，其结果是每年必需向国外购买数量、种类众多、成本比重极高的高分子塑胶光学膜片，低利润与代工的梦饜再次成为我国高科技产业的无法摆脱的宿命，有鉴于此作者希望透能过本文的介绍唤起相关业者的省思与重视，早日建立我国的光学膜片产业。