近年來，台灣也投入龐大的相關研究能量，而無論是國際研究單位、工研院或國內外產業界陸續可看到相當成功的軟性電子的技術與產品，宣告軟性電子的世代即將來臨。在軟性電子的應用方面，以光電元件及顯示器為最具商業魅力的產品區塊，但目前在量產製程上仍有許多挑戰待克服。以基板為例，傳統顯示器常用的玻璃基板有耐衝擊性低、可撓曲性小，以及高重量與高厚度等缺點。因此，以聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)或其他光學塑膠材料作為可撓式顯示元件之基材，已是未來發展的必然趨勢，但由於塑膠基板本身阻水/氧的能力較差，做為顯示器的基板有水/氧氣滲透等問題，例如容易造成內部顯示材料的劣壞，使元件之發光亮度衰退或降低電子紙之壽命等。因此，除了改善塑膠材料本身結構以降低滲氣特性外，於塑膠基板上鍍上阻水/氧氣阻障層也是解決水/氧滲透問題常用的方法。目前該相關技術的開發仍以美國與日本較為成熟，台灣產學界對於該技術的開發也已紛紛投入。

軟性基板阻水/氧特性
軟性基板包括金屬薄基板與塑膠基板，因本身特性具備各自的優缺點。可撓曲金屬薄基板具備極佳的水/氧阻障(Water Vapor/Oxygen Barrier)能力、低成本、耐高溫、機械性質佳等優勢；然而，金屬基板亦因其不具透明性、均質性差、厚度高與表面粗糙度偏高等問題而限制應用範圍。光學塑膠材料因具備透明特性、容易加工，應用在顯示器與軟性發光元件的需求非常可觀，是目前非常熱門的研究主題。

一般做為軟性水/氧阻障層材料以無機材料較佳，如金屬氧化物SiO₂、Al₂O₃或金屬氮化物Si3N4等較常被採用。當然也有廠商(Vitex Systems)利用有機搭配無機疊層結構製作水/氧阻障層複合薄膜結構，其中有機層則是扮演提升整體多層膜可撓性的角色，如此搭配下可得到相當優異的效果，唯獨製程較為繁瑣。

若將具有水/氧阻障層的軟性材料應用擴大至其他領域，可發現其應用略分為三大類：(1)電子材料上的應用：即包含之前所敘述的光電相關元件，當然還是以顯示器與電子紙的應用最受矚目；(2)包裝材料：最貼近生活的產品則為食物保鮮等應用，其門檻雖不高但市場需求大，仍然是具有開發價值的產品。例如2007 年Mitsubishi Plastics即推出於PET 基板上蒸鍍SiO_x製作透明阻水/氧薄膜的產品Techbarrier AX，加上有機物保護塗佈處理以免於印刷與層壓時水/氧阻障能力降低，其宣稱水/氧阻障效能比以往高出約兩倍(WVTR ~0.15 g/m²• day、OTR ~0.3 cc/m²• day)，可使用於微波穿透產品包裝及取代鋁箔紙；(3)醫療材料應用：包括醫療器材、醫療藥品、眼藥水、隱形眼鏡、導尿管等生醫材料。

對於水/氧阻障層於同一種應用領域當中，依照阻障能力亦可分為不同等級的材料開發規格分布，可由圖四的金字塔分布圖來瞭解。一般而言，依照產品的需求與規格條件，即可界定所需具備的水/氧阻障層材料。比如有機發光二極體OLED 元件當中之高分子有機發光層材料與高活性電極材料如Ca、Mg 等具有高度反應性，一旦與超微量水/氧氣接觸即發生反應而造成衰退，因此需嚴苛的高阻水/氧能力(WVTR~10^-6 g/m²• day、OTR ~10^-6cc/m²• day)。而軟性電子紙及主動式射頻標籤等應用領域不如此敏感，則是落在WVTR ~10^-2 g/m²• day、OTR ~10^-2 cc/m²• day 的區間。

圖四、不同應用之水/氧阻障層材料開發之規格分布

國際發展近況
1. 美國3M
3M 自1980 年即開始研究水/氧阻障層特性，並從事相關材料開發的工作，相關應用產品遍布廣泛（食品包裝至OLED 應用皆有涉獵）。該製備水/氧阻障層的方式是以真空濺鍍(Sputtering)金屬氧化物方式進行沉積塗佈，而且以多層沉積的疊加方式，以阻礙水/氧氣穿透薄膜，而得到高水/氧阻障的效能(WVTR~10^-6g/m²• day)。甚至該塗佈方式已經搭配Roll to Roll (R2R)連續式製程，可以達到大面積與大量生產的目的（如製作高阻水氣膠帶等產品），如圖五所示。而阻障層塗佈次數對於阻障效能與光學穿透率皆有影響。該製程所帶來的產品效能提升與可大量生產的能力，極具應用價值，非常值得注意。

圖五、以R2R 連續式製程製備多疊層之高水/氧阻障層材料

4. 日本DuPont Teijin
採用自行開發且性質較PET更好的PEN(Polyethylene Naphthalate) Teonex® Q65A塑膠基板，也以應用於OLED 的阻水/氧規格作為薄膜材料開發的目標。以聚偏二氯乙烯(Polyvinylidene Chloride)高分子或是氧化鋁單/雙面塗佈於基板做為阻障層材料，皆已成為商用產品，如產品MC2的封裝薄膜材料即具備WVTR ~0.6 g/m²• day、OTR~0.15 cc/m²• day的效能。除了以濺鍍法製備水/氧阻障層材料外，DuPont 並利用原子層沉積法製備氧化鋁薄膜於高分子基板，其WVTR 可達~10-3 g/m²• day。若再以快速的沉積氧化矽於氧化鋁薄膜上，該雙層結構可將WVTR 提升至~10^-4g/m²• day，而若以堆疊兩組雙層氧化鋁/氧化矽結構，則可得到最佳的水氣阻障能力(~5×10^-5g/m²• day)。

台灣投入阻水/氧膜研發工作的研究單位與企業尚少，除工研院以外，產業界如台虹科技於2008年提出的業界科專計畫『連續式類紙式液晶顯示器技術開發』，即針對連續式塑膠基板材料之阻水/氧層特性提升的技術進行研發等工作。據估計該計畫完成後，應可提升國內奈米級鍍膜技術及液晶式電子紙顯示器等上游材料的自行開發與生產等能力，促進國內上中下游廠商的整合，廠商預計其產值可超過3億美元。其他相關具高研發能量之廠商例如台灣凸版也逐漸投入該項技術之開發工作……詳細全文請見原文

作者：余王傑、洪昭南/國立成功大學
          郭有斌/台灣凸版國際彩光股份有限公司
★本文節錄自「工業材料雜誌275期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8168