利用電介質與金屬層對的加強型濾光片的製作方法

2023-08-11 10:56:46 1

專利名稱：利用電介質與金屬層對的加強型濾光片的製作方法
利用電介質與金屬層對的加強型濾光片技術領域
本發明大體涉及提供光學裝置，更具體地說，涉及提供一種具有目標光學性能以 及高度抗損壞性的成本效益濾光片。
背景技術：
使用薄膜來控制窗戶在不同頻率範圍的光下的反射和透射水平在本領域是眾所 周知的技術。對於車窗以及很多建築物和住宅的窗戶而言，通過控制在可見光的波長範圍 GOOnm至700nm)內的透射率和反射率可減少眩光。對於相同的窗戶應用，通過部分地屏蔽 在太陽光譜的可見部分和/或近紅外部分(70nm至1200nm)的陽光透射，可以減小熱負荷。
在Woodard等人的美國專利US6，034，813中描述了一種提供陽光控制的薄膜序 列，該專利已轉讓給本發明的受讓人。該陽光控制裝置包括在柔性聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)基板上的Fabry-Perot幹涉濾光片和灰色金屬層，所述陽光控制裝置稍後可用粘合 劑附於窗戶上。Fabry-Perot幹涉濾光片通過優選地讓某些波長的光線通過以及使其它波 長的光反射而減小太陽能熱負荷。
除了與通過窗戶提供陽光控制相關的光學考慮之外，還必須顧及結構上的考慮。 對於結構穩定性而言，降低光學裝置在製造、安裝或長期使用過程中的裂化敏感性是一個 重要目標。降低其它方式的「腐蝕」至少也同樣重要。通常會增加硬化層來提供保護，正如 上文參照的Woodard等人的專利的描述。但是，硬化層不能防止製造過程中出現的腐蝕，而 且對於抵抗光學裝置邊緣導致的腐蝕而言，其成效有限。發明內容
通過以下方法可增強濾光片的「腐蝕性能」，即提供一種較厚的鋅基薄膜作為其後 形成的銀基薄膜的種子薄膜，其中該鋅基薄膜為雙膜電介質層的第二薄膜，而銀基薄膜為 金屬層。如此得到的濾光片包括至少兩對這樣的電介質層與金屬層層對。較厚的鋅基薄膜 的鋅含量至少為80 %，且厚度至少為15nm。在一優選實施方案中，銀基薄膜含有金，以便提 供進一步的腐蝕抗性。
在一實施方案中，不同對的鋅基薄膜的厚度是不均等的。相對於這種不均等性，優 選實施方案是為鄰接基板的對形成較薄的鋅基薄膜，其中濾光片形成在該基板上。例如，在 具有三對電介質層與金屬層層對的濾光片中，第一鋅基薄膜的厚度可以是15nm，而其後形 成的每一層鋅基薄膜的厚度可以是30nm(最大為40nm)。鋅基薄膜的功能是促進銀基薄膜 的生長。如果鋅基薄膜的鋅含量足夠高，則該薄膜可作為在其後形成的金屬層的種子層。然 而，經已確定這種功能在對最接近基板的層對很重要的同時，對於較遠的電介質層與金屬 層層對而言，該重要性更大。鋅基薄膜的鋅含量至少為50%，且優選大於80%。在最優選 的實施方案中，鋅含量約為90%。同樣，在鋅基層的最小厚度確定為15nm時，最小值優選為 20nm，而在最優選的實施方案中為25nm。
鋅基薄膜可以是鋅錫(ZnSn)氧化物，但也可選擇其它材料。鋅鋁可代替鋅錫。可以濺鍍鋅基薄膜，但應允許氧化，以使薄膜為電介質。在一些實施方案中，在至少一片鋅基 薄膜的整個厚度中，該材料是不一致的。例如，濺鍍的鋅基薄膜開始時為aiSn，然後轉變為 ZnAI，再恢復為SiSn。在轉變過程中，鋅的含量(例如，90% )可以保持不變。這種或其它 材料沿薄膜厚度的變化可以計算，以提供額外的腐蝕性能優點。
正如前述，金屬層為優選包含金的銀基薄膜，以便提高抗腐蝕性。正如不同層對中 的鋅基薄膜可具有不同的厚度那樣，金的百分比在不同層對中可以是不同的。在濾光片的 劣化(腐蝕)最有可能從與基板表面平行的主表面出現的應用中，可將較大百分比的金加 入最後的銀基薄膜中。另一方面，有可能在某些窗戶應用中，其中更重要的考慮是來自邊緣 的腐蝕，而最易受影響的層對是最靠近基板的層對。在該些應用中，使最靠近基板的銀基薄 膜中的金含量較高是有益的。
在優選的實施方案中，透明的電介質薄膜是銦基的，例如氧化銦(InOx)。電介質層 的該起始薄膜對先形成的層提供保護，尤其是在下面的層為銀基薄膜層其中之一層時。通 過用高含量氫流形成銦基薄膜，可保護下面的銀基薄膜使其免於被氧化且製程會更穩定。 該薄膜的折射率在1. 1至2. 5範圍內，但優選的折射率是在1. 3至2. 1的範圍內。優選的 材料為In2O3，但透明電介質薄膜可基於可選擇的氧化金屬，例如錫，鈦，鋯，鉭，鈮或鉿。
仍參照優選的實施方案，濾光片可設計成用於窗戶應用，例如，車輛、住宅或建築 物的窗。層對是按順序形成的，以提供具有交替型電介質層與金屬層模式的Fabry-Perot 濾光片。


圖1為本發明的優選實施方案中在基板上的迭層的側視圖。
圖2為加入本發明的過濾裝置的側視圖。
圖3為形成圖1的濾光片的步驟順序圖。
具體實施方式
參見圖1，交替模式的迭層形成在柔性基板10上。該柔性基板可以是厚度介於25 和100微米之間的PET。基板背對迭層的那一面(圖1中未示)可以包括粘合層和釋放條。 該釋放條易於從粘合劑上除掉，使粘合層能夠用於將基板與想要過濾的部件結合。例如，可 將過濾裝置附於窗戶上。在另一實施方案中，該迭層是直接形成在想要過濾的部件上。在 這樣的應用中，需要使窗板通過濺射室，以便沉積形成迭層的材料。
圖1所示為優選實施方案，其中在交替模式的電介質與金屬迭層中有三對層對 12，14和16。每一金屬層18，20和22均為單層的銀或銀合金薄膜。這些金屬層通過以下 方法可以形成首先濺射銀基薄膜，然後濺射一層薄鈦上覆層，隨後對此上覆層進行退火和 氧化。可見到，通過將金屬退火，該層的片電阻可減小至O.Sohms/square。可接受的銀合 金包括AgAu和AgPd。但是，優選的材料為AgAu，是因為金含量對不同類型的腐蝕起阻礙作 用。層中銀的含量應至少佔50%，優選為至少85%。回到該優選實施方案的描述，金屬層 含大約85%的銀和大約15%的金。
每一電介質層均為雙薄膜層，其包括透明電介質薄膜MJ6或觀以及鋅基薄膜 30，32或34。透明電介質薄膜可由氧化銦形成。從圖1可見，第四電介質層由第四透明電介質薄膜36和第四鋅基薄膜38形成。在此實施方案中，交替模式的三對層對可以考慮以 第一金屬層(銀基薄膜30)而非第一電介質層作為開始。
每一電介質層的第一薄膜MJ6和28均優選為LOx，最優選為1η203。通過用高 氫含量流濺射銦基薄膜，可防止下面的材料被氧化。這對於上面的電介質層特別有用，因為 下面的銀基薄膜18，20和22受到保護不被氧化。此外，在濺鍍過程中形成銦基薄膜是穩定 的。然而，經已確定，如果電介質層的該第一薄膜被錫基、鈦基、鋯基、鉭基、鈮基或鉿基取代 的話也可獲得該好處。
電介質層的鋅基薄膜30，32和34用於促進銀基薄膜18，20和22的生長。每一鋅 基薄膜的厚度至少為15nm。較厚的鋅基「種子」薄膜改善最終濾光片的「腐蝕」性能。這些 薄膜主要為鋅，優選鋅含量至少為80%，但必須經氧化，以確保該薄膜為電介質。圖1所示 的最優選實施方案中，薄膜含有90%鋅和10%錫。然而，如前所述，可以濺射一或多片鋅基 薄膜，以沿其厚度包括不同的材料(例如先為aiSn，然後為ZnAI，再回到aiSn)。當使用 濺射技術來提供不同的薄膜(如優選實施方案中的薄膜)時，百分比指的是濺射靶的含量， 所以所提及的「百分比」不涉及氧化。
在銀和具有高鋅含量的氧化鋅之間具有理想的晶格匹配(lattice match)。因此， 鋅基薄膜30，32和34可促進銀基薄膜18，20和22的成核及外延生長。由於濺射的氧化鋅 的厚度增加了，晶粒度也會增加。這可能導致鋅基氧化薄膜從非晶形薄膜變化成重要的晶 體化薄膜，取決於其厚度。如所述，每一鋅基薄膜30，32和34的厚度至少為15nm(較佳為 20nm,最佳為25nm)，並小於電介質層的總厚度(因為電介質層還包括透明電介質薄膜24， 26和28)。該最小厚度15nm導致更晶體化的薄膜並為其後濺射的銀基薄膜提供更好的種 子層，因為界面更「強壯」，更加能抵抗分離和腐蝕。優選鋅基薄膜的厚度小於40nm。在最 優實施方案中，鋅基薄膜的厚度大於25nm，但小於40nm。
在本發明的一些實施方案中，鋅基薄膜30，32和34的厚度是不一致的。經已確定， 與基板10相鄰的鋅基薄膜30的厚度相比離基板較遠的薄膜32和34的厚度而言，其所扮 演的角色較不重要。第四鋅基薄膜38也是這樣的。第一鋅基薄膜30的厚度可以是25nm， 而其它薄膜的厚度則為30nm。
不一致性也適用於銀基層18，20和22中金的含量。金含量可基於不同的考慮、主 要為成本和抗腐蝕性而定。在多數的應用中，濾光片的完整性是從上面受到攻擊，如圖1中 的定向所示。在這樣的應用中，頂部的銀基薄膜22的金含量大於下面的薄膜18和20的金 含量。這是包括配合金含量的應用的優選實施方案。然而在一些應用中，最受關注的腐蝕 源是在製造濾光片過程中所經歷的那種。如果是這樣的話，所形成的第一銀基薄膜18的金 含量較高是有益的。對於該些最受關注的腐蝕源是從濾光片的邊緣開始「攻擊」的應用而 言，該備選實方案也會是理想的。
圖2所示為利用本發明的更完整的組件圖。迭層40表示在圖1所示的基板10上 濺射層。貼裝膠42用於將組件粘貼到想要濾光的窗戶上。防黏膜44保持與貼裝膠接觸， 直到組件已準備好要附著到窗戶上為止。複合粘合劑46將具有硬化層50的第二 PET基板 48固定到組件的其它部件上。
圖3示出形成圖1和2的濾光片的步驟順序。起初，在步驟52提供基板。該基板 可以是由柔性透明材料製成的薄板，例如PET。作為選擇，該基板可以是窗戶，以致於不同的層都直接形成在該窗戶上。
在步驟M，形成電介質層的第一薄膜。在優選實施方案中，使用濺射技術來形成氧 化銦層。在沉積了第一薄膜後，在步驟56形成鋅基薄膜。該薄膜的厚度至少為15nm，且與 第一薄膜組合以限定電介質層。該鋅基薄膜中鋅的含量至少為80%。在優選實施方案中， 用濺射靶來沉積薄膜，該濺射靶含有約90%鋅和10%錫。作為選擇，可形成鋅鋁，然後將其氧化。
鋅基薄膜為步驟58中形成的銀基薄膜提供種子層。該銀基薄膜包括在建立 Fabry-Perot濾光片中的金屬層。該薄膜至少含50%銀，優選至少85%銀。如果將金加入 該金屬層將增加抗腐蝕性。
在判定步驟60中，應確定是否需要包括另外的電介質層與金屬層對。本發明的濾 光片包括至少兩對層對，以致於判定結果為肯定。因此，繼續進行下一步驟64，在此步驟， 應確定是否須為第二層對提供薄膜修整。也就是說，應判定第二層對中的三片薄膜是否應 與第一層對中的相同或不同。如前所述，第一層對的鋅基薄膜可薄於其後層對的可比較薄 膜。前面還描述了可以修整銀基薄膜中的金含量。根據步驟60和步驟64的確定，重複步 驟M，56和58中三片薄膜的順序。
當第二次進行形成薄膜的步驟M，56和58完成後，會再次遇到判定步驟60。如果 兩對電介質層與金屬層層對已足夠的話，將在步驟62結束工序。然而，優選實施方案是包 括三對層對，因此又去到判定步驟64和選擇步驟66，並形成三片另外的薄膜。當第三對層 對形成後，將在步驟62結束工序。但是，可選擇性地包括圖1的薄膜36和38，步驟66中的 參數選擇包括在回到步驟M後刪除銀基層。
雖然在圖3的步驟順序中沒有示出，可在之後將濾光片附於窗戶上，儘管通常還 包括其它部件，例如圖2的硬化層50。
權利要求
1.一種提供濾光片的方法，所述方法包括以下步驟在基板上形成迭層以包括電介質層與金屬層層對，包括通過以下步驟限定每一所述層對形成透明電介質薄膜作為所述電介質層的第一薄膜，所述透明電介質薄膜的折射率至 少為1.1 ；形成鋅基薄膜作為所述電介質層的第二薄膜，所述鋅基薄膜的鋅含量至少為80%且厚 度至少為15nm;以及形成銀基薄膜作為所述金屬層，所述銀基薄膜與所述鋅基薄膜接觸。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，形成包括所述層對的迭層的步驟包括將與 所述基板鄰接的所述層對的所述鋅基薄膜形成得薄於離所述基板較遠的每一所述層對的 所述鋅基薄膜。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，形成所述銀基薄膜的步驟包括沉積銀和金 的合金，其中所述金的包含是為了要控制所述迭層的腐蝕。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，沉積所述合金的步驟包括基於與所述基板 的距離而在所述銀基薄膜之中有意地加入不同百分比的金。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，使離所述基板最遠的所述銀基薄膜形成得 比離所述基板最近的所述銀基薄膜具有較高百分比的金。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括基於促進所述銀基薄膜的 形成，選擇所述鋅基薄膜的所述厚度以及選擇所述鋅含量的百分比。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，形成所述電介質層與金屬層層對的所述透 明電介質薄膜的步驟包括使用濺射技術來沉積銦基薄膜。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，形成所述鋅基薄膜的步驟提供的薄膜厚度 在15nm至40nm的範圍內。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括將所述迭層附於窗戶上。
10.一種過濾裝置，所述過濾裝置包括透明基板；在所述基板上的迭層，所述迭層包括電介質層與金屬層層對，每一所述層對由以下部 件限定透明電介質薄膜，所述透明電介質薄膜作為所述電介質層的第一薄膜，所述透明電介 質層的折射率至少為1.1 ；鋅基薄膜，所述鋅基薄膜作為所述電介質層的第二薄膜，所述鋅基薄膜的鋅含量至少 為80%且厚度在15nm至40nm的範圍內；以及銀金薄膜，所述銀金薄膜作為所述金屬層，所述銀金薄膜與所述鋅基薄膜接觸。
11.如權利要求10所述的過濾裝置，其特徵在於，與所述基板鄰接的電介質層與金屬 層層對的所述鋅基薄膜薄於其它每一層對的所述鋅基薄膜。
12.如權利要求11所述的過濾裝置，其特徵在於，所述鋅基薄膜為鋅錫或鋅鋁，而所述 鋅含量約為90%。
13.如權利要求10所述的過濾裝置，其特徵在於，每一所述透明電介質層為氧化銦。
14.如權利要求10所述的過濾裝置，其特徵在於，離所述基板最遠的所述電介質層與金屬層層對的所述銀金薄膜比其它每一層對的所述銀金薄膜具有較高的金含量。
15.如權利要求10所述的過濾裝置，其特徵在於，所述基板附於窗戶上。
16.如權利要求10所述的過濾裝置，其特徵在於，所述過濾裝置包括三對所述電介質層與金屬層層對。
17.如權利要求10所述的過濾裝置，其特徵在於，每一所述透明電介質薄膜為h203。
全文摘要
當較厚的鋅基薄膜(30，32和34)作用為在後形成的銀基薄膜(18，20和22)的種子層時，濾光片的「腐蝕」生能得以增強。濾光片內包括至少兩對電介質與金屬迭層對(12，14和16)，其中，鋅基薄膜為電介質層的第二薄膜，而銀基薄膜為金屬層。鋅基薄膜的鋅含量至少為80％且厚度至少為15nm。為了進一步提高抗腐蝕性能，可將金加入銀基薄膜中。
文檔編號G02B1/10GK102037381SQ200880129487
公開日2011年4月27日 申請日期2008年8月20日 優先權日2008年3月26日
發明者A·沃爾, C·H·斯託塞爾, J·科扎克, L·博曼, M·科達, R·T·凡波勒, R·蒂爾斯奇 申請人:南壁技術股份有限公司