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超薄涂布技术简介

发布时间:2016-03-12  阅读:3306次
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 光电产业的蓬勃发展,各种光学薄膜陆续被开发出来。就涂布而言,这些光学薄膜产品的特点包括:
  • 均匀度要求很高;

  • 涂料黏度很低:涂料黏度可能<10cps;

  • 厚度超薄:以抗反射膜为例,对单层涂布,当nd=λ/4 时,可得破坏性干涉,也就是反射率为0 ,其中n为涂层折射率,一般都在1~2 之间, d 为涂层厚度,λ为入射波波长, 介于400~700nm ,以此计算,涂层干膜厚度都小于0.2μm,可预期湿膜厚度可能低至1μm 。


因而要生产此类产品,就必须开发超薄涂布技术。图一是各种可能的超薄涂布技术。在成卷基材超薄涂布的各种可能方法中,将依续介绍微凹版印刷式涂布、张力基材挤压式涂布、毛细管式涂布、水相表面展开式涂布等几种方法;在非连续基材超薄涂布的各种可能方法中,旋转涂布法(Spin Coating)为大家所熟知,挤压式涂布法(Extrusion Coating)应用在LCD 光阻涂布,在此不多做说明,此一部分仅介绍液面弯曲式涂布。以下即针对这些涂布方法加以说明。

 


图一:各种可能的超薄涂布技术

微凹版印刷式涂布(Micro-Gravure Coating)

微凹版印刷式涂布是日本Yasui Seiki公司的专利技术,其结构如图二(a),与传统凹版印刷式涂布(图二(b))相较,异同如下。


图二:(a)微凹版印刷式涂布装置示意图
(b)传统凹版印刷式涂布装置示意图

1. 相同点

传统凹版印刷式涂布和微凹版印刷式涂布都是将雕刻轮(Engrave Roll)表面凹槽(Cell)内部份涂液转移至基材表面,常用凹槽形状有金字塔形(Pyramidal)、四面体形(Quadrangular)、三角形(Tri-Helical)等三种(如图三)。使用时,依涂膜厚度需求选择适当的凹槽体积(Cell Volume)及网目(Mesh)数。


图三:三种雕刻轮表面凹槽形状

2. 相异点

 

(1)背胶轮之有无

传统凹版印刷式涂布有一轮径与雕刻轮相同之橡胶轮作为背胶轮,基材从雕刻轮及背胶轮之间通过,基材在此接触(Nip)点易因机械或水力(Hydraulic)之应力问题造成基材皱折(如图四)而影响涂布品质,且基材愈薄,此一现象愈明显。微凹版印刷式涂布无背胶轮,自然也无接触点,当然就不会发生上述之应力问题。


图四:传统凹版印刷式涂布基材在接触点容易因应力问题产生皱折

(2)雕刻轮直径大小

传统凹版印刷式涂布之雕刻轮直径约125~250mm ,微凹版印刷式涂布之雕刻轮直径则在20~50mm 之间。传统凹版印刷式涂布由于轮径大,基材与雕刻轮的接触面积也较大(如图五),涂布时也就比较容易出现问题。基材与雕刻轮接触面积大小还存在另一问题,就是涂液会在接触点前、后形成乱流旋涡液珠(Turbulent re-Circulation
Bead) (如图六),容易造成涂布不稳定,且轮径愈大,接触面积愈大,此一情形愈严重。微凹版印刷式涂布无背胶轮,自然较不会发生此一问题。


图五:基材与凹版印刷雕刻轮及微凹版印刷雕刻轮接触面积比较


图六:传统凹版印刷式涂布涂液易在接触点前、后形成乱流旋涡液珠,容易造成涂布不稳定

(3)刮刀不同

传统凹版印刷式涂布及微凹版印刷式涂布在涂布时,雕刻轮都会部分浸入涂液槽(Pan)中,雕刻轮转动将涂液带上,为了计量,会用刮刀将表面涂液刮下,但二者刮刀使用方式却是不同。传统凹版印刷式涂布的刮刀几乎对准雕刻轮圆心,但微凹版印刷式涂布则是使用薄而有弹性的刮刀,与雕刻轮表面成切线状态,这会使刮刀所受压力变得很轻,在此情形下,传统凹版印刷式涂布的刮刀及雕刻轮的磨耗,也就较微凹版印刷式涂布大得多。

(4)膜厚调整性

一般在进行凹版印刷式涂布时,会依据湿膜厚度选择适当的凹槽形状及网目数,但传统凹版印刷式涂布之雕刻轮与基材的速度一样,湿膜厚度主要与凹槽体积有关,涂布时,约凹槽体积一定比率的涂液会转移到基材上,一旦厚度非产品要求,只能调整涂液的黏度、固含量或更换不同网目数的雕刻轮,但雕刻轮因轮径大又很重,所以不管是调整涂液性质或更换雕刻轮,对传统凹版印刷式涂布都是一件麻烦的事。

对微凹版印刷式涂布而言,雕刻轮的线速度却不一定要与基材的速度相同。涂膜厚度除了受凹槽体积影响外,也与雕刻轮及基材的速比有关(如图七),速比在0.6 以下,由于涂液供给量不足,并不能进行涂布,速比超过0.6 即可进行涂布,速比在1 至1.5 之间,可得到平滑稳定的涂膜,涂膜厚度与速比存在线性关系,速比在1.5 至2 之间,涂膜厚度随速度增加而增加,当速比超过2 ,涂膜厚度将减少且变得不稳定。虽然凹槽体积仍是影响膜厚的主要因子,但速比在1 至1.5之间,涂膜厚度与速比存在线性关系,因而在此区间内,可不更换不同凹槽体积及网目数的雕刻轮或改变涂液黏度及固含量,而靠调整速比来增减10% 的涂膜厚度。这样的特点大大的提高了微凹版印刷式涂布的操作弹性。综合上述,将二者之比较整理如表一。

图七:微凹版印刷式涂布涂布厚度与速比关系

表一:微凹版印刷式涂布与凹版印刷式涂布之比较

微凹版印刷式涂布具轮径小、涂膜厚度可用速比微调的特性,使其操作变得简便而有弹性,黏度适用范围1~5000cps ,涂布速度<90m/min ,涂膜厚度1~80m ,颇为适合进行超薄涂布。


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