TWI464055B - 薄膜之製造方法 - Google Patents

Description

薄膜之製造方法

本發明是有關於一種薄膜之製造方法，且特別是有關於一種在基材表面塗覆薄膜之方法。

隨著可攜式電子裝置的普及，為了維持其外觀，對於這類可攜式電子裝置之外層表面的保護要求也日益提高。目前，為了保護這些電子裝置的外層表面，通常會在電子裝置的外層表面上塗佈一層薄膜，例如抗汙薄膜。舉例而言，現在相當流行之觸控式電子裝置的觸控螢幕表面通常均設有一層抗汙薄膜，以使螢幕表面在歷經使用者的多次碰觸摩擦後，仍保有良好的顯示品質與操作敏感度。

一般而言，這類表面上所覆蓋的薄膜大都具有良好之抗汙性、可防止指紋沾黏、觸感平滑、可防水排油與透明等特性。此外，這類薄膜對其所覆蓋之裝置的外層表面需具有高附著力，以延長薄膜之使用壽命。

目前，於待處理基材之表面塗佈薄膜之方式主要有四種。第一種方式係真空蒸鍍方式，其係在真空環境下，於基材之下方加熱薄膜塗料，使薄膜塗料氣化而上升附著在基材之下表面上，進而在基材之下表面上形成一層薄膜。此種方式之優點為可單面塗佈，避免塗料的浪費。然而，此種塗佈方式需對蒸鍍反應室抽真空，因此設備造價昂貴、製程時間增加，產能不佳。

第二種方式係浸潤塗佈(dipping coating)方式，其係將待處理基材浸入薄膜塗料溶液中，再將待處理基材自薄膜塗料溶液中取出，藉此使薄膜塗料塗覆在待處理基材之表面上。然而，此種塗佈方式之缺點係會對待處理基材進行多面塗佈，造成塗料的浪費。

第三種方式為噴霧式塗佈(spray coating)方式，其係以噴霧裝置直接朝待處理基材之表面噴射，而將薄膜塗料噴塗在待處理基材之表面上，藉以在待處理基材之表面上形成一層薄膜。然而，噴霧裝置所噴出之塗料大都在尚未氣化前便已接觸到待處理基材之表面，因而噴霧裝置所噴出之霧滴會滴在基材之待塗佈之表面上。如此一來，將導致所形成之薄膜的均勻性不佳。

第四種方式為刷塗(brush coating)法，其係以刷子直接將薄膜塗料塗設在待處理基材之表面上。然而，這樣的塗佈方式常會在相鄰之二塗刷區域之間上產生重覆塗佈的現象，導致所形成之薄膜不均勻。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種薄膜之製造方法，其可有效、均勻且緻密地將薄膜塗料塗佈在待處理基材之表面上。

本發明之另一態樣是在提供一種薄膜之製造方法，其可根據基材之待塗佈表面的尺寸來調整薄膜塗料的使用量，因此可大幅減少薄膜塗料的浪費。

根據本發明之上述目的，提出一種薄膜之製造方法，其包含下列步驟。提供一基材。對此基材之表面進行活化處理，以在基材之此表面上形成複數個官能基。形成一液膜覆蓋在基材之表面上。導入一薄膜塗料溶液於液膜之表面。其中，薄膜塗料溶液包含複數個薄膜塗料分子，且每一薄膜塗料分子與液膜反應後包含第一端與第二端，第一端溶於液膜之表面。揮發液膜，以使第一端下降至基材之表面。使前述之第一端分別與官能基鍵結，以在基材之表面上形成薄膜。

依據本發明之一實施例，上述每一第一端包含一親水基，且每一第二端包含一疏水基。

依據本發明之另一實施例，上述進行活化處理之步驟包含利用電漿。

依據本發明之又一實施例，上述進行活化處理之步驟包含利用化學藥劑。

依據本發明之再一實施例，上述液膜包含一溶液，且此溶液包含水、酒精類、酮類、極性分子液體或其混合。

依據本發明之再一實施例，上述溶液更包含一非極性液體分子添加劑。

依據本發明之再一實施例，上述形成液膜之步驟係利用浸潤法、噴塗法、噴霧法、蒸氣法或毛刷塗布法。

依據本發明之再一實施例，上述導入薄膜塗料溶液之步驟係利用液滴法、液滴接近法、噴塗法、蒸氣法或噴霧法。

依據本發明之再一實施例，上述薄膜塗料分子包含複數個抗汙膜塗料分子，且每一抗汙膜塗料分子包含具有矽-烷(Si-R)官能基之氟碳化合物，矽-烷官能基與水反應生成矽-羥(Si-OH)官能基。

依據本發明之再一實施例，上述之薄膜塗料溶液更包含溶劑，且此溶劑包含氟化物成分、醇類、醇類化合物、酮類、酮類化合物、醚類或醚類化合物。

依據本發明之再一實施例，上述之薄膜塗料分子包含氟碳矽烴類化合物、全氟碳矽烴類化合物、氟碳矽烷烴類化合物、全氟矽烷烴類化合物、全氟矽烷烴醚類化合物、含氯基全氟矽烷烴醚類化合物、或含氯基全氟矽烷烴醚類化合物。

依據本發明之再一實施例，上述使液膜揮發之步驟包含進行一加熱處理，以加速液膜之揮發速率。

依據本發明之再一實施例，上述使第一端分別與官能基鍵結之步驟包含進行一靜置處理。

依據本發明之再一實施例，上述使第一端分別與官能基鍵結之步驟包含進行一烘烤處理。

依據本發明之再一實施例，上述之官能基包含複數個氫氧官能基、複數個氮氫官能基、含氫管能基、及/或複數個空懸鍵。

請參照第1圖與第2A圖至第2D圖，其中第1圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種薄膜之製造方法的流程圖，第2A圖至第2D圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種薄膜之製造方法的製程剖面圖。本實施方式之薄膜的塗佈方法可例如應用在抗汙薄膜、或自我排列單分子層薄膜(SAM)的製作上。

如第1圖與第2A圖所示，在本實施方式之薄膜之製造方法100中，可先如步驟102所述，提供基材200。基材200可例如為保護玻璃、塑膠基材、強化玻璃或金屬基材。

接著，如步驟104所述，利用例如電漿對基材200之表面202進行清潔與活化處理，藉以在基材200之表面202上形成數個官能基204。在一例子中，可利用氮氣、氬氣、氧氣或空氣等工作氣體，來產生電漿。經電漿處理後，基材200之表面202上所產生之官能基204係可與後續導入之薄膜塗料分子208形成鍵結之官能基。在一些實施例中，官能基204可包含氫氧官能基、氮氫官能基、含氫管能基及/或空懸鍵。

在一實施例中，可利用大氣電漿或低壓電漿來對基材200之表面202進行活化處理。其中，大氣電漿可例如為常壓噴射電漿(plasma jet或plasma torch)或寬幅常壓電漿(dielectric barrier discharge；DBD或atmospheric glow discharge)等。而低壓電漿則可例如為真空電漿。

在另一實施例中，可利用化學藥劑來對基材200之表面202進行活化處理。其中，化學藥劑包含介面活性劑、酸液或鹼液等，或者包含有機溶劑、或其混合液等。

基材200之表面202經活化處理後，如步驟106所述，形成液膜206覆蓋在基材200之表面202上。在一些實施例中，可利用浸潤法、噴塗法、噴霧法、蒸氣法或毛刷塗布法，來覆蓋一層液膜206於基材200之表面202上。因此，液膜206也同時覆蓋住基材200之表面202上的官能基204。液膜206包含溶液。在一實施例中，此溶液選用與水可互溶的液體。在一些例子中，此溶液可例如包含水、酒精類、酮類、極性分子液體或其混合。在另一些實施例中，此溶液更可選擇性包含非極性液體分子添加劑。

接著，如同步驟108所述，提供薄膜塗料溶液，並將薄膜塗料溶液導入液膜206之表面。在一些實施例中，可利用液滴法、液滴接近法、噴塗法、蒸氣法或噴霧法，來將薄膜塗料溶液導入液膜206之表面。如第2A圖所示，薄膜塗料溶液包含許多薄膜塗料分子208與溶劑。薄膜塗料溶液之溶劑較佳可例如包含高揮發性液體、水、或高揮發性液體與水所混合而成之液體。在一較佳實施例中，高揮發性液體在常溫下之蒸氣壓比水的蒸氣壓大，且此高揮發性液體可包含醇類、醚類、烷類、酮類、苯類、含氟基醇類、含氟基醚類、含氟基烷類、含氟基酮類或含氟基苯類。

當這些薄膜塗料分子208導入液膜206之表面後，薄膜塗料分子208會與液膜206產生反應。與液膜206反應後之薄膜塗料分子208具有第一端210與第二端212。薄膜塗料分子208之第一端210可溶於液膜206之表面。在一實施例中，薄膜塗料分子208之第一端210包含親水基214，而薄膜塗料分子208之第二端212則包含疏水基(未繪示)。

在製造抗汙薄膜的實施例中，這些薄膜塗料分子208包含複數個抗汙膜塗料分子。而且，這些抗汙膜塗料分子包含氟碳化合物，且此氟碳化合物具有矽-烷(Si-R)官能基。此氟碳化合物之化學式例如為F---Si-R。在此實施例中，薄膜塗料溶液之溶劑可包含氟化物成分、醇類、醇類化合物、酮類、酮類化合物、醚類或醚類化合物，以均勻溶解抗汙膜塗料。在一些例子中，這些抗汙膜塗料分子包含氟碳矽烴類化合物、全氟碳矽烴類化合物、氟碳矽烷烴類化合物、全氟矽烷烴類化合物、全氟矽烷烴醚類化合物、含氯基全氟矽烷烴醚類化合物、或含氯基全氟矽烷烴醚類化合物。

薄膜塗料分子208之Si-R官能基可與空氣中或液膜206中之水反應反應，而生成矽-羥(Si-OH)官能基。舉例而言，氟碳化合物F---Si-R與水反應生成F---Si-OH。由於薄膜塗料分子208之第一端210的親水基214，例如OH基，與液膜206中的水等極性分子液體具有較佳之親合力，因此薄膜塗料分子208之第一端210漸漸溶於液膜206之表面。另一方面，薄膜塗料分子208之第二端212的疏水基與水等極性分子液體會互相排斥，因此薄膜塗料分子208無法完全溶解於液膜206中。如此一來，在液膜206之表面張力的支撐下，薄膜塗料分子208可浮在液膜206上。再加上，薄膜塗料分子208間之凡得瓦力的作用，這些薄膜塗料分子208可規則且緊密地排列在液膜206之表面上，如第2A圖所示。

完成薄膜塗料溶液的導入後，如第1圖之步驟110所述，使液膜206揮發，藉以使液膜206表面上之薄膜塗料分子208下降至基材200之表面202。揮發液膜206時，可藉由使液膜206自然揮發的方式。或者，在揮發液膜206時，同時進行加熱處理，藉以加速液膜206之揮發速率。

液膜206揮發後，薄膜塗料分子208會下降，而附著在基材200之表面202上。而且，薄膜塗料分子208之第一端210分別與基材200之表面202上的官能基204接合。接下來，如步驟112所述，使薄膜塗料分子208之第一端210分別與基材200之表面202上的官能基204鍵結。如此可在基材200之表面202上形成薄膜216。

在一些實施例中，使薄膜塗料分子208之第一端210分別與官能基204鍵結時，可藉由對基材200進行靜置處理或烘烤處理的方式，來使薄膜塗料分子208與基材200表面202上之官能基204產生縮合反應(Condensation Reaction)而脫水，藉此完成薄膜塗料分子208與基材200之間的鍵結。因此，所形成之薄膜216對基材200之表面202具有極強之附著力。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點為本發明之薄膜製造方法可有效、均勻且緻密地將薄膜塗料塗佈在待處理基材之表面上。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點為本發明之薄膜製造方法可根據基材之待塗佈表面的尺寸來調整薄膜塗料的使用量，因此可大幅減少薄膜塗料的浪費。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．方法

102．．．步驟

104．．．步驟

106．．．步驟

108．．．步驟

110．．．步驟

112．．．步驟

200．．．基材

202．．．表面

204．．．官能基

206．．．液膜

208．．．薄膜塗料分子

210．．．第一端

212．．．第二端

214．．．親水基

216．．．薄膜

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種薄膜之製造方法之流程圖。

第2A圖至第2D圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種薄膜之製造方法之製程剖面圖。

100．．．方法

102．．．步驟

104．．．步驟

106．．．步驟

108．．．步驟

110．．．步驟

112．．．步驟

Claims (15)

1. 一種薄膜之製造方法，包含：提供一基材；對該基材之一表面進行一活化處理，以在該基材之該表面上形成複數個官能基；形成一液膜覆蓋在該基材之該表面上；導入一薄膜塗料溶液於該液膜之一表面，其中該薄膜塗料溶液包含複數個薄膜塗料分子，且每一該些薄膜塗料分子與該液膜反應後包含一第一端與一第二端，該些第一端溶於該液膜之該表面；揮發該液膜，以使該些第一端下降至該基材之該表面；以及使該些第一端分別與該些官能基鍵結，以在該基材之該表面上形成該薄膜。
2. 如請求項1所述之薄膜之製造方法，其中每一該些第一端包含一親水基，且每一該些第二端包含一疏水基。
3. 如請求項1所述之薄膜之製造方法，其中進行該活化處理之步驟包含利用一電漿。
4. 如請求項1所述之薄膜之製造方法，其中進行該活化處理之步驟包含利用一化學藥劑。
5. 如請求項1所述之薄膜之製造方法，其中該液膜包含一溶液，且該溶液包含水、酒精類、酮類、極性分子液體或其混合。
6. 如請求項5所述之薄膜之製造方法，其中該溶液更包含一非極性液體分子添加劑。
7. 如請求項1所述之薄膜之製造方法，其中形成該液膜之步驟係利用一浸潤法、一噴塗法、一噴霧法、一蒸氣法或一毛刷塗布法。
8. 如請求項1所述之薄膜之製造方法，其中導入該薄膜塗料溶液之步驟係利用一液滴法、一液滴接近法、一噴塗法、一蒸氣法或一噴霧法。
9. 如請求項1所述之薄膜之製造方法，其中該些薄膜塗料分子包含複數個抗汙膜塗料分子，且每一該些抗汙膜塗料分子包含具有一矽-烷(Si-R)官能基之一氟碳化合物，該矽-烷官能基與水反應生成一矽-羥(Si-OH)官能基。
10. 如請求項9所述之薄膜之製造方法，其中該薄膜塗料溶液更包含一溶劑，且該溶劑包含氟化物成分、醇類、醇類化合物、酮類、酮類化合物、醚類、醚類化合物。
11. 如請求項9所述之薄膜之製造方法，其中該些薄膜塗料分子包含氟碳矽烴類化合物、全氟碳矽烴類化合物、氟碳矽烷烴類化合物、全氟矽烷烴類化合物、全氟矽烷烴醚類化合物、含氯基全氟矽烷烴醚類化合物、或含氯基全氟矽烷烴醚類化合物。
12. 如請求項1所述之薄膜之製造方法，其中使該液膜揮發之步驟包含進行一加熱處理，以加速該液膜之揮發速率。
13. 如請求項1所述之薄膜之製造方法，其中使該些第一端分別與該些官能基鍵結之步驟包含進行一靜置處理。
14. 如請求項1所述之薄膜之製造方法，其中使該些第一端分別與該些官能基鍵結之步驟包含進行一烘烤處理。
15. 如請求項1所述之薄膜之製造方法，其中該些官能基包含複數個氫氧官能基、複數個氮氫官能基、含氫管能基、及/或複數個空懸鍵。