專利名稱：改進(jìn)的防反射復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及顯示光學(xué)特性的改進(jìn)的防反射復(fù)合結(jié)構(gòu)，更具體地涉及用于顯示應(yīng)用中的表現(xiàn)有防反射特性的這樣的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近幾年來(lái)，防反射復(fù)合材料越來(lái)越多的被廣泛使用。防反射復(fù)合材料最通常是被用于窗戶、鏡子和包括電視屏與計(jì)算機(jī)監(jiān)視屏等各種顯示應(yīng)用中，以將反射的“眩光”減至最小。
最普通的是在特定波長(zhǎng)下具有為四分之一波長(zhǎng)光學(xué)厚度的那種類型的復(fù)合材料。此類型復(fù)合材料能夠在整個(gè)可見(jiàn)光范圍將表面反射減少到小于1％。
典型的防反射復(fù)合材料是由透光基材和一層或多層的防反射的面層組成的。通常將透明的硬涂層淀積于基材與防反射層之間，而賦予復(fù)合材料以機(jī)械耐用性與物理強(qiáng)度。每層中所用的材料與每層厚度是這樣選擇的，以致使最大量的光穿過(guò)復(fù)合材料，而使被復(fù)合材料所反射的光達(dá)到最小量。
迄今已經(jīng)知道許多類型的防反射復(fù)合材料，其大多數(shù)是由成對(duì)的高或低反射指數(shù)材料組成的。本技術(shù)領(lǐng)域中的最早的專利之一，即，美國(guó)專利№2478385，介紹在玻璃基材上的中/高/低反射指數(shù)材料的三層結(jié)構(gòu)。
涉及防反射涂層的另一個(gè)早期的專利是美國(guó)專利№3432225，其中公開一種將使用二種不同的材料，即ZrO2和MgF2的四層防反射涂層體系相組合的方法。就此方法來(lái)說(shuō)，其基本問(wèn)題是MgF2的固有柔軟度，這種固有柔軟度限制了此方法在許多應(yīng)用方面的使用。
另一種多層防反射涂層被公開在美國(guó)專利№3565509中，其中為了簡(jiǎn)化生產(chǎn)，而將三層體系減少到使用二種材料的二層結(jié)構(gòu)。
最常用的防反射涂層是四層結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)能由二種防反射涂料而不是如某些早期專利中所指出的三由到四種的不同材料來(lái)制成。為了在廣范圍的光譜內(nèi)獲得最好的性質(zhì)，對(duì)每層的厚度進(jìn)行優(yōu)化。
大部份的防反射復(fù)合材料使用高指數(shù)電介質(zhì)防反射層作為結(jié)構(gòu)的一部分。在電磁屏蔽與靜電放電控制成為主要關(guān)心問(wèn)題的應(yīng)用中，導(dǎo)電的高指數(shù)氧化物例如氧化銦或氧化錫被摻入到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中。美國(guó)專利№4422721涉及使用導(dǎo)電涂層作為防反射設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的一部分。
美國(guó)專利№5170291公開一種四層防反射復(fù)合材料，其中DC反應(yīng)性濺涂法被建議為優(yōu)選的淀積方法。美國(guó)專利№5579162公開一種多層防反射復(fù)合材料，它采用DC反應(yīng)性濺涂法作為熱敏基材上的優(yōu)選淀積方法。
就防反射復(fù)合材料而言，存在幾個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題在于需要專門的方法將防反射涂層淀積到聚合物基材上。
第二個(gè)問(wèn)題是，就淀積防反射復(fù)合材料的各層而建議的大部分生產(chǎn)工藝是可能的，但是只有極少數(shù)是實(shí)際可行的。這點(diǎn)尤為重要，因?yàn)檫€沒(méi)有在連續(xù)輥涂(網(wǎng)紋涂裝)機(jī)中淀積防反射涂層的有資料記載的方法。
現(xiàn)知防反射復(fù)合材料的第三個(gè)問(wèn)題是，制造效率一般很低以及低的淀積率，這是制造防反射復(fù)合材料先前所固有存在的。
現(xiàn)知防反射復(fù)合材料的第四個(gè)問(wèn)題是很難將防反射涂層粘附到聚合物、特別是用硬涂層覆蓋的聚合物基材上。
因此，需要有能克服現(xiàn)有技術(shù)中存在問(wèn)題的改進(jìn)的防反射復(fù)合材料。
概述本發(fā)明解決了這些問(wèn)題。本發(fā)明提供一種具有甚高的可見(jiàn)光透射率與對(duì)400nm-800nm波長(zhǎng)的可忽略的可見(jiàn)光反射率的防反射復(fù)合材料。這樣的涂層可適用于任何要求低的光反射率和要求電磁屏蔽的表面。本發(fā)明所提供的防反射復(fù)合材料可用于各種顯示應(yīng)用中。
在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明為一種包括(a)透光的基材；(b)被淀積在基材上的硬涂層；(c)被淀積在硬涂層上的第一透明氧化物層；和(d)被淀積在第一透明氧化物層上的第二透明氧化物層的防反射復(fù)合材料。最好，透明氧化物層是通過(guò)包括中頻AC濺涂或?qū)ΨQ/不對(duì)稱的偶極DC濺涂的脈沖磁控管濺涂而被淀積的。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方案中，具有平均厚度為約2埃到約100埃的薄碳層被淀積在硬涂層與基材之間。在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方案中，具有平均厚度為約2埃到約100埃的薄碳層被淀積在最外的透明氧化物層與低表面能層之間。
在本發(fā)明的更完善的實(shí)施方案中，所說(shuō)的復(fù)合材料包括至少為一對(duì)被淀積在硬涂層面上的氧化物層。每一對(duì)氧化物層包括(i)被淀積在硬涂層上的第一透明氧化物層，第一透明氧化物層的反射指數(shù)在約1.65到約2.65之間并具有平均厚度為約100埃到約3200埃；和(ii)被淀積在第一透明氧化物層上的第二透明氧化物層，第二透明氧化物層的反射指數(shù)在約1.2到約1.85之間并具有平均厚度為約100埃到約3200埃。
在緊接著就要介紹的上面具有至少一對(duì)的氧化物層的復(fù)合材料的優(yōu)選實(shí)施方案中，一透明氧化物層是三元氧化物層。
在具有至少一對(duì)的氧化物層的復(fù)合材料的優(yōu)選實(shí)施方案中，一層具有厚度在約400埃到約1000埃之間的氧化鋁或氧化鋯層被淀積在硬涂層與氧化物層對(duì)之間。具有反射指數(shù)為約1.50到約2.20的其它氧化物能取代上述的物件。
在具有至少一對(duì)的氧化物層的復(fù)合材料的再一種的優(yōu)選實(shí)施方案中，在最外的一對(duì)中的第二透明氧化物層的反射指數(shù)在約1.2與約1.85之間并具有40達(dá)因/厘米2或以下的低表面能。
在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，低表面能層是以真空淀積的有機(jī)/無(wú)機(jī)混合物。
透明層可以通過(guò)真空或非真空方法或通過(guò)它們二者的結(jié)合方法被淀積。
硬涂層可以是具有反射指數(shù)在約1.4到約2之間并具有平均厚度在約0.5與約10微米之間的“通常的”有機(jī)硬涂層，最好它是通過(guò)濕化學(xué)法被淀積的。硬涂層還可以是具有反射指數(shù)在約1.5與約2之間并具有平均厚度在約0.5與約10微米之間的無(wú)機(jī)材料或有機(jī)/無(wú)機(jī)材料，最好它們是通過(guò)真空方法被淀積的。
附圖參照下面的說(shuō)明書、權(quán)利要求書與附圖，本發(fā)明的特征、特性與優(yōu)點(diǎn)會(huì)更好地被理解，這些附圖是

圖1A是具有本發(fā)明特征的防反射復(fù)合材料的示意圖；圖1B是顯示如圖1A中所示的防反射復(fù)合材料的防反射性能的曲線圖2A是具有本發(fā)明特征的第二種防反射復(fù)合材料的示意圖；圖2B是顯示如圖2A中所示的防反射復(fù)合材料的防反射性能的曲線圖；圖3A是具有本發(fā)明特征的第三種防反射復(fù)合材料的示意圖；圖3B是顯示如圖3A中所示的防反射復(fù)合材料的防反射性能的曲線圖；圖4A是具有本發(fā)明特征的第四種防反射復(fù)合材料的示意圖；圖4B是顯示如圖4A中所示的防反射復(fù)合材料的防反射性能的曲線圖；和圖5是可在本發(fā)明中使用濺涂機(jī)的示意圖。
發(fā)明說(shuō)明下面的討論詳細(xì)地介紹了本發(fā)明的一種實(shí)施方案及其若干種變異。然而，不應(yīng)對(duì)本發(fā)明限制到如這些具體的實(shí)施方案。技術(shù)熟練的實(shí)施者還會(huì)考慮許多其他的實(shí)施方案。
本發(fā)明為一種改進(jìn)的防反射復(fù)合材料。在本發(fā)明的所有實(shí)施方案中，所說(shuō)的復(fù)合材料包括基材和被淀積在基材上的一種或多種的防反射層。
基材是透光的?；哪軌蚴莿傂圆牧?，諸如玻璃或硬質(zhì)聚碳酸酯。最好，基材是能夠以成卷的形式被提供的柔軟材料，諸如軟聚合物材料。通常，這樣的材料是軟質(zhì)聚碳酸酯、對(duì)苯二甲酸乙二酯(“PET”)和其他具有卓越的光學(xué)特性與成卷性的軟質(zhì)聚合物材料。
在基材為柔軟材料情況下，通常對(duì)基材施加透明的硬涂層以使其增加物理強(qiáng)度與機(jī)械耐久性。硬涂層還可具有某些光學(xué)特性，這些光學(xué)特性在構(gòu)成整個(gè)防反射復(fù)合材料時(shí)能被利用。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，硬涂層是具有厚度在約0.5到約10微米之間和具有反射指數(shù)在約1.2到約2之間的“整塊硬涂料”層。通常，為了當(dāng)被真空淀積時(shí)減少脫氣性，這樣的整塊硬涂層選自與真空相容的材料。被用來(lái)生產(chǎn)這樣的整塊硬涂料層的合適材料是(i)聚氨酯，(ii)可聚合的長(zhǎng)鏈丙烯酸類和甲氧基硅氧烷，和(iii)硅酸鹽、緊密交聯(lián)的丙烯酸聚合物、溶劑流鑄的環(huán)氧化物以及它們的混合物。
在本發(fā)明中有用的整塊硬涂層是具有反射指數(shù)在約1.5與約2之間的無(wú)機(jī)硬涂層。這樣的硬涂層可以是由Al2O3和/或SiO2組成的。另外，整塊硬涂料層還可以是由具有反射指數(shù)在約1.5到約2之間、優(yōu)選是通過(guò)真空淀積法而被淀積的有機(jī)/無(wú)機(jī)材料組成的。
一層或多層的防反射層被淀積在硬涂層上。這樣的防反射層的厚度與反射指數(shù)是這樣選擇的，以致使與基材和硬涂層相結(jié)合的防反射層形成顯示防反射性的復(fù)合材料。
最好，薄的碳層被淀積在硬涂層與防反射層之間。碳層的厚度為約2埃與約100埃。碳層在硬涂層與防反射層之間起粘合促進(jìn)層的作用，特別是當(dāng)防反射層是通過(guò)濺涂而被淀積的情況下。現(xiàn)還發(fā)現(xiàn)，所說(shuō)的碳層能使從硬涂層涂敷的基材向外排氣的表面最小。碳層的性質(zhì)及其淀積方法被充分介紹于美國(guó)專利№4802967、4865711和4913762中(全都頒發(fā)給Wilfred Kittler)，此處全文引用以作參考。
在無(wú)這樣碳層的情況下，其他的方法諸如化學(xué)處理、電暈放電、輝光放電或淀積底氧化物(底漆)層被用來(lái)設(shè)法在硬涂層涂敷的基材與防反射層之間提供合適的粘合力。然而，所有這些現(xiàn)有技術(shù)的嘗試只能提供不充分的粘合力，且是十分費(fèi)錢的或具有與它們相關(guān)的其他生產(chǎn)上的問(wèn)題。
在本發(fā)明中，碳薄層被淀積在硬涂層的表面上，且最好是通過(guò)濺涂淀積。
碳層特別有用于促進(jìn)硬涂層對(duì)具有低表面能或臨界表面張力的其他材料的粘合。
還發(fā)現(xiàn)碳層能使硬涂層的外排氣最小，這是在使用硬涂料加工中的主要問(wèn)題。通過(guò)使外排氣最小，在淀積防反射涂層期間，使用薄碳層的本發(fā)明的復(fù)合材料是明顯地更穩(wěn)定與更均勻。
碳層還被用作插在基材與硬涂層之間和低表面能層與最外的透明氧化物層之間的粘合促進(jìn)層。例如，能夠提供包括柔軟基材(通常為PET)、淀積在柔軟基材上的整塊硬涂層、和淀積在硬涂層上的氧化物層的防反射復(fù)合材料，其中薄碳層被插入在基材與硬涂層之間、硬涂層與氧化物層之間和/或氧化物層與表面能小于40達(dá)因/厘米2的低表面能層之間。
防反射層能夠通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中熟知的真空淀積法來(lái)淀積。其例子是蒸發(fā)、濺涂、PECVD，等等。在典型的實(shí)施方案中，防反射層是通過(guò)單陰極或多陰極濺涂法來(lái)淀積的。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，防反射層是通過(guò)雙陰極濺涂法被淀積的。雙陰極濺涂法使用使用中頻AC正弦波脈沖電源。雙陰極裝置使用二個(gè)并排放置的磁控管陰極。雙陰極裝置大大減輕了傳統(tǒng)DC磁控管濺涂法的問(wèn)題，包括電弧控制與固有的陽(yáng)極問(wèn)題。
在反應(yīng)性DC濺涂中出現(xiàn)固有的陽(yáng)極問(wèn)題，是由于加工室、陽(yáng)極、和更大部分的靶成為被無(wú)規(guī)生長(zhǎng)的絕緣層覆蓋所致的。絕緣層對(duì)陽(yáng)極和屏蔽的覆蓋導(dǎo)致變化的與困難的加工條件。在氧化物濺涂期間產(chǎn)生許多“微電弧”而在被淀積層中造成缺陷。為了避免這種飛弧的發(fā)生，一些人已使用RF濺涂法，但是由于它的低淀積率與配套網(wǎng)絡(luò)要求方面的困難之故，RF濺涂法在工業(yè)方面的應(yīng)用是受到很大限制。
在雙陰極濺涂裝置中，二個(gè)磁控管源被連接到偶極脈沖發(fā)生器，以致使每個(gè)陰極交替地起磁控管放電的陰極與陽(yáng)極的作用。與DC濺涂相反，被供入到反應(yīng)放電過(guò)程中的電能是具有頻率為20-100khz的脈沖形式，它妨礙絕緣區(qū)的放電并防止靶飛弧。雙陰極濺涂法提供了涂料的創(chuàng)新的濺涂淀積，換句話說(shuō)使用DC濺涂法是不能大規(guī)模地進(jìn)行。
雙陰極磁控管濺涂法提供以下的勝過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的DC濺涂法和其他現(xiàn)有技術(shù)的涂布法，例如DC和RF法的優(yōu)點(diǎn)；(1)淀積率高于相當(dāng)?shù)腄C和RF型濺涂法；(2)在長(zhǎng)的操作期間增加加工的穩(wěn)定性；(3)大大減少由于飛弧引起的層缺陷；和(4)能容易地達(dá)到低于2％的交叉網(wǎng)涂的均勻性。
雙陰極濺涂法是優(yōu)選的，特別對(duì)生產(chǎn)包括多防反射涂層的導(dǎo)電和不導(dǎo)電的防反射復(fù)合材料。
在當(dāng)防反射層材料是高絕緣的(例如，介電的)材料時(shí)，雙陰極濺涂法尤被優(yōu)選。在DC反應(yīng)性濺涂淀積高絕緣材料時(shí)的飛弧是由磁控管陰極上絕緣層的電擊穿過(guò)程而引發(fā)的。這是因?yàn)榈矸e設(shè)備包括構(gòu)成環(huán)狀的磁埸，而所說(shuō)的磁埸限制了朝向“跑道”區(qū)的靶的濺涂侵蝕之故。在該區(qū)域中，濺涂率高于由反向?yàn)R涂而引起的生長(zhǎng)。然而，在離跑道更遠(yuǎn)的地方生長(zhǎng)率超過(guò)靶侵蝕率，因此靶的這些部分將被絕緣層所覆蓋。此覆蓋會(huì)引起各種類型的飛弧。由于這些飛弧之故，在涂層中出現(xiàn)缺陷并且也很難控制此過(guò)程。
上述有關(guān)DC濺涂的問(wèn)題在原則上可以通過(guò)使用RF法來(lái)解決。然而，RF濺涂不能提供高的淀積率。RF濺涂通常還伴之以高的基材熱負(fù)荷與高的顆粒能。因此，RF濺涂是不適合于大面積基材的涂覆和熱敏性柔軟薄膜基材的。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，淀積防反射涂層的方法是對(duì)稱/不對(duì)稱的偶極脈沖DC濺涂法。不對(duì)稱的偶極脈沖DC濺涂被優(yōu)選用作單陰極濺涂，因?yàn)樗蟠鬁p少了與反應(yīng)性DC濺涂法有關(guān)的靶中毒問(wèn)題。在反應(yīng)性DC濺涂法中，存在一種將絕緣層聚積在靶表面(“靶中毒”)的傾向。當(dāng)絕緣物被淀積在靶表面上時(shí)，形成電容器。靶起一導(dǎo)體的作用，等離子體起另一導(dǎo)體的作用和絕緣薄膜形成為電容器的電介質(zhì)。然后因?yàn)镈C電流不能流過(guò)電容器之故而發(fā)生問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題是，由于沒(méi)有電流，沒(méi)有來(lái)自靶的此區(qū)域的濺涂。電流是離子流，因此，如果沒(méi)有氬離子沖擊該區(qū)域的話，那么就不會(huì)有靶原子被釋放，并因此不可能發(fā)生濺涂。第二個(gè)問(wèn)題是，所形成的電容器不可能具有足夠的介電性以耐受一直充電到應(yīng)用電壓的程度。如若不然的話，絕緣擊穿將會(huì)引起荷電載體的突然放電，迫使局部的電流密度增加而進(jìn)入到表面放電區(qū)，這將導(dǎo)致飛弧。此種飛弧在絕緣薄膜中形成缺陷。
另一方面，不對(duì)稱的偶極脈沖DC濺涂允許設(shè)定首先使靶上的絕緣體以高于基材的濺涂產(chǎn)率被濺涂的條件。此“優(yōu)先的濺涂”有效地減少了靶的中毒。優(yōu)先的濺涂是通過(guò)向正常的DC波形加上反向電壓偏壓脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果典型的濺涂是在-400伏操作的話，極性很快地被反向到約+100伏，引起電容器在暴露于等離子體中時(shí)的表面上被充電到反相(-100伏)。一俟反向脈沖結(jié)束與電壓恢復(fù)到濺涂模式(-400伏)，電容器的等離子體一側(cè)即被充電到-100伏。當(dāng)靶達(dá)到-100伏時(shí)，等離子上的有效電壓為-500伏。于是，氬離子被靜電引力吸到絕緣體并以特別大的能量(-500伏)沖擊之，這首先濺涂離靶的絕緣體，減少了靶中毒與飛弧。
不對(duì)稱的偶極脈沖DC濺涂法取決于脈沖的頻率，因?yàn)槊}沖必須頻繁地發(fā)生到足以防止在電容器上電荷積聚到超過(guò)擊穿電壓的程度。典型的加工頻率為在約80khz與約150khz之間。反向偏壓不能太高，因?yàn)檫@有可能從充電電容器變?yōu)闉R涂屏蔽物與室壁。一般所用的電壓為約+75到約+150伏。
雙陰極對(duì)稱/不對(duì)稱的偶極脈沖DC濺涂法使用具有周期的矩形波脈沖鏈的偶極脈沖電源。這為輸出電壓提供獨(dú)立控制正與負(fù)脈沖時(shí)間，并提供最大的操作性能。借助于隨意的可調(diào)整性與偶極脈沖DC的選擇性，dc+、dc-、單極+與單極-的控制作用是可能的。從而使有可能對(duì)材料諸如導(dǎo)體、半導(dǎo)體和非導(dǎo)體進(jìn)行等離子處理。
一般說(shuō)，就絕緣層而言可以使用脈沖DC濺涂以增加淀積率、大大消除飛弧和在低溫下獲得高質(zhì)量的薄膜。與正弦(AC)濺涂不同，偶極脈沖DC(矩形波形)達(dá)到獨(dú)立控制“開與關(guān)”的時(shí)間，以調(diào)整等離子體密度與避免飛弧之間的平衡。正與負(fù)脈沖寬度在從幾微秒到高達(dá)約1.5秒的相當(dāng)大范圍內(nèi)是可調(diào)整的，并可改變脈沖之間的關(guān)閉時(shí)間。頻率可被改變。
使用中頻AC脈沖電源的雙陰極濺涂法和對(duì)稱/不對(duì)稱偶極DC濺涂工藝易于適合能在連續(xù)長(zhǎng)度的基材上淀積防反射層的大面積輥涂機(jī)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，防反射層是由至少為一對(duì)被淀積在硬涂層頂面上的氧化物層形成的。每對(duì)氧化物層包括(i)被淀積在硬涂層上的第一透明氧化物層，此第一透明氧化物層具有反射指數(shù)為約1.65到約2.65之間和具有平均厚度為約100埃到約3200埃；和(ii)被淀積在第一透明氧化物層上的第二透明氧化物層，此第二透明氧化物層具有反射指數(shù)為約1.2到約1.85之間和具有平均厚度為約100埃到約3200埃。最好，第一透明氧化物層是導(dǎo)電涂層。
在一個(gè)最優(yōu)選的實(shí)施方案中，透明氧化物層之一是三元合金，例如InZnSnOx、InZnGaOx和InZnMgOx。
在另一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，具有厚度為約400埃到約1000埃的氧化鋁或氧化鋯層被插入在硬涂層與氧化物層對(duì)之間。此被插入層所選反射指數(shù)為約1.5到約2.20。
在本發(fā)明的所有的實(shí)施方案中，低表面能層，通常被稱為“防污層”，它能被淀積于反射層之上。一般說(shuō)，這樣的防污層具有約為40達(dá)因/厘米2或以下的低表面能。在本發(fā)明的極好的實(shí)施方案中，至少一對(duì)的氧化物層、在最外對(duì)層中的第二透明氧化物層，具有反射指數(shù)為約1.2到約1.85之間，和具有為約40達(dá)因/厘米2或以下的低表面能。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，通過(guò)在涂碳的硬涂層與一對(duì)透明的氧化物層之間插入一層氧化鋁或氧化鋯，能制造具有二層防反射層的復(fù)合材料，其性能與具有四層或更多層防反射層的現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)合材料一樣好。
圖1A和4A示明二種不同的防反射復(fù)合材料，它們包括被淀積在硬涂層上的四層防反射層。圖2A示明具有二層防反射層的防反射復(fù)合材料，和圖3A示明具有三層防反射層的防反射復(fù)合材料。
圖1B說(shuō)明例如圖1A中所示的防反射復(fù)合材料的防反射性?；臑镻ET并具有反射指數(shù)為1.65。硬涂層是被蒸氣淀積到基材上的無(wú)機(jī)Al2O3材料。硬涂層的反射指數(shù)為1.70和平均厚度為4微米。碳層具有平均厚度為5埃。碳層是通過(guò)真空淀積法淀積的。第一透明氧化物層是SiO2，其反射指數(shù)為1.46。第二透明氧化物層是Al2O3，其反射指數(shù)為1.70。第三透明氧化物層是ITO，其反射指數(shù)為2.0，而第四透明氧化物層是SiO2，其反射指數(shù)為1.46。每一透明氧化物層是通過(guò)由中頻AC正弦波濺涂與對(duì)稱/不對(duì)稱偶極脈沖CD濺涂組成的脈沖磁控管濺涂而被淀積的。低表面能層淀積在第四透明氧化物層的頂面上。低表面能層是氟聚合物材料，其反射指數(shù)為1.38，平均厚度為為20埃。低表面能層的表面能小于約40達(dá)因/厘米2。
圖2B示明如圖2A所示的具有二層結(jié)構(gòu)的二種防反射復(fù)合材料的防反射性。這二種結(jié)構(gòu)中，基材是PET并具有反射指數(shù)為1.65。硬涂層是被施加在基材上的UV固化的丙烯酸硬涂層。硬涂層的反射指數(shù)為1.63和平均厚度為6微米。碳層具有平均厚度為5埃。碳層是通過(guò)真空淀積法淀積的。第一透明氧化物層是ITO，具有反射指數(shù)為2.0。第二透明氧化物層是SiO2，具有反射指數(shù)為1.46。每一透明氧化物層是通過(guò)由中頻AC正弦波濺涂與對(duì)稱/不對(duì)稱偶極脈沖CD濺涂組成的脈沖磁控管濺涂而淀積的。低表面能層被淀積在第二透明氧化物層的頂面上。低表面能層是氟聚合物材料，具有反射指數(shù)為1.38，平均厚度為為20埃。低表面能層的表面能小于約40達(dá)因/厘米2。
其反射性被示明于圖2A中的二種防反射復(fù)合材料之間的唯一差別是硬涂層的反射指數(shù)與涂層的厚度。
圖3B示明如圖3A所示的具有三層結(jié)構(gòu)的和如圖1A所示的具有四層結(jié)構(gòu)的這二種防反射復(fù)合材料的防反射性。在三層結(jié)構(gòu)中，基材是PET并具有反射指數(shù)為1.65。硬涂層是被施加在基材上的UV固化的丙烯酸硬涂層。硬涂層的反射指數(shù)為1.50和平均厚度為6微米。碳層具有平均厚度為5埃并且是通過(guò)真空淀積法淀積的。第一透明氧化物層是Al2O3，具有反射指數(shù)為1.70。第二透明氧化物層是ITO，具有反射指數(shù)為2.0。第三透明氧化物層是SiO2，具有反射指數(shù)為1.46。低表面能層被淀積在第三透明氧化物層的頂面上。低表面能層是氟聚合物材料，具有反射指數(shù)為1.38，平均厚度為為20埃。低表面能層的表面能小于約40達(dá)因/厘米2。
其反射性示于圖3B中的四層結(jié)構(gòu)具有反射指數(shù)為1.65的PET基材。硬涂層是被施加在基材上的UV固化的丙烯酸硬涂層。硬涂層的反射指數(shù)為1.50和平均厚度為6微米。碳層具有平均厚度為5埃。碳層是通過(guò)真空淀積法淀積的。第一透明氧化物層是ITO，具有反射指數(shù)為2.0。第二透明氧化物層是SiO2，具有反射指數(shù)為1.46。第三透明氧化物層是ITO，具有反射指數(shù)為2.0，和第四透明氧化物層是SiO2，具有反射指數(shù)為1.46。每一透明氧化物層均是通過(guò)由中頻AC正弦波濺涂與對(duì)稱/不對(duì)稱偶極脈沖CD濺涂組成的脈沖磁控管濺涂而被淀積的。低表面能層是氟聚合物材料，具有反射指數(shù)為1.38，和平均厚度為為20埃。低表面能層的表面能為小于約40達(dá)因/厘米2。
圖4B示明如圖4A所示的防反射復(fù)合材料的防反射性。在此實(shí)施方案中，基材是PET并具有反射指數(shù)為1.65。硬涂層是被施加在基材上的UV固化的丙烯酸硬涂層。硬涂層的反射指數(shù)為1.50和平均厚度為6微米。碳層具有平均厚度為5埃并且是通過(guò)蒸氣淀積法淀積的。第一透明氧化物層均是ITO，具有反射指數(shù)為2.0。第二透明氧化物層是SiO2，具有反射指數(shù)為1.46。第三透明氧化物層是ITO，具有反射指數(shù)為2.0，和第四透明氧化物層是SiO2，具有反射指數(shù)為1.46。每一透明氧化物層均是通過(guò)由中頻AC正弦波濺涂與對(duì)稱/不對(duì)稱偶極脈沖CD濺涂組成的脈沖磁控管濺涂而被淀積的。低表面能層是氟聚合物材料，具有反射指數(shù)為1.38，和平均厚度為為20埃。低表面能層是通過(guò)濕化學(xué)和濺涂而被淀積的。低表面能層的表面能為小于約40達(dá)因/厘米2。
下面介紹具有本發(fā)明特征的防反射復(fù)合材料的制備。此實(shí)施例僅被用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明而不是被用來(lái)限制本發(fā)明范圍的。
實(shí)施例在如圖5中所示的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究與開發(fā)型的輥-輥濺涂機(jī)中生產(chǎn)四層防反射復(fù)合材料。陰極尺寸為15″×4.5″和鼓尺寸為16″。圖5顯示實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究與開發(fā)型濺涂機(jī)。真空涂布過(guò)程說(shuō)明基材175微米有硬涂層的PET的柔軟卷材。PET的反射指數(shù)為1.65，硬涂層的厚度為6微米和反射指數(shù)為1.50。
第一道步驟輝光放電(等離子清洗)的加工條件氣體氬/氧50/50功率50瓦電壓900伏電流0.06安速度2.英尺/分鐘第二道步驟碳層的加工條件靶 碳(99.9999％)氣體氬100sccm功率1.5千瓦電壓562伏電流2.68安速度24英尺/分鐘總壓力2.56微米汞柱淀積方法DC濺涂第三道步驟第一透明氧化物層的加工條件靶 In/Sn 90/10氣體氬100sccm，氧34sccm功率2.5千瓦電壓369伏電流6.8安速度4.5英尺/分鐘總壓力2.54微米汞柱淀積方法不對(duì)稱偶極脈沖DC濺涂第四道步驟第二透明氧化物層的加工條件靶 硅(摻雜硼)氣體 氬68sccm，氧25sccm功率2.5千瓦電壓396伏電流6.3安速度2.6英尺/分鐘總壓力2.0微米汞柱淀積方法不對(duì)稱偶極脈沖DC濺涂第五道步驟第三透明氧化物層的加工條件靶 90/10錮/錫氣體氬100sccm，氧34sccm功率2.5千瓦電壓369伏電流6.8安速度1.63英尺/分鐘總壓力2.54微米汞柱淀積方法不對(duì)稱偶極脈沖DC濺涂第六道步驟第四透明氧化物層的加工條件靶 硅(摻雜硼)氣體氬68sccm，氧25sccm功率2.5千瓦電壓396伏電流6.3安速度0.68英尺/分鐘總壓力2.0微米汞柱淀積方法不對(duì)稱偶極脈沖DC濺涂在有硬涂層的PET真空淀積后，通過(guò)濕化學(xué)法將非常薄的表面能層(氟化合物)淀積在試樣上。
上述防反射復(fù)合材料的性質(zhì)總透射率大于92％在450與650nm之間的平均反射率0.45％粘合試驗(yàn)(橫切100×1.5平方毫米(cross cut 100 squares 1.5mm)，快速折斷5次)合格硬度試驗(yàn)(ASTM D 3363)合格(3H鉛筆)鋼棉磨擦(#0000鋼棉，磨擦60次，重量200克)合格(沒(méi)有可見(jiàn)的損壞)濕度試驗(yàn)(50℃，95％ RH，48小時(shí))通過(guò)反射率、粘合與酒精磨擦試驗(yàn)導(dǎo)電率低于250歐姆/平方低表面能層(防污染)小于40達(dá)因/厘米2所生產(chǎn)的試樣具有卓越的防反射性、非常經(jīng)久耐用，具有非常低的反射率和良好的透射性。這些試樣，當(dāng)被應(yīng)用到(電視機(jī)或計(jì)算機(jī)的)顯示屏?xí)r，通過(guò)降低屏上的眩光而大大地增加了亮度。
在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行如此描述之后，顯然，在不背離本發(fā)明的范圍與明晰含義的前提下，可以采用許多結(jié)構(gòu)上的變化與修改。
權(quán)利要求
1.一種防反射復(fù)合材料，包括(a)透光的基材；(b)淀積在基材上的硬涂層；(c)具有平均厚度為約2埃到約100埃之間的薄碳層；(d)淀積在薄碳層上的第一透明氧化物層；和(e)淀積在第一透明氧化物層上的第二透明氧化物層。
2.權(quán)利要求1的防反射復(fù)合材料，其中透明氧化物層是通過(guò)中頻A/C濺涂而淀積的。
3.權(quán)利要求1的防反射復(fù)合材料，其中透明氧化物層是通過(guò)對(duì)稱/不對(duì)稱偶極D/C濺涂而淀積的。
4.權(quán)利要求1的防反射復(fù)合材料，還包括表面能小于約40達(dá)因/厘米2的最外的透明的低表面能層。
5.權(quán)利要求4的防反射復(fù)合材料，其中低表面能層是真空淀積的有機(jī)/無(wú)機(jī)混合物。
6.權(quán)利要求4的防反射復(fù)合材料，其中低表面能層貼近于最外的透明氧化物層淀積，且其中平均厚度在約2埃到約100埃之間的薄碳層被淀積在低表面能層與最外的透明氧化物層之間。
7.權(quán)利要求1的防反射復(fù)合材料，其中第一透明氧化物層的反射指數(shù)在約1.65到約2.65之間，并其平均厚度在約100埃到約3200埃之間，其中第二透明氧化物層的反射指數(shù)在約1.2到約1.85之間，并其平均厚度在約100埃到約3200埃之間。
8.權(quán)利要求1的防反射復(fù)合材料，其中透明氧化物層之一是三元氧化物層。
9.權(quán)利要求1的防反射復(fù)合材料，其中中間氧化物層被置于薄碳層與第一透明氧化物層之間，該中間氧化物層的厚度在約400埃到約1000埃之間，并其反射指數(shù)在約1.5到約2.2之間。
10.權(quán)利要求1的防反射復(fù)合材料，其中選自氧化鋁與氧化鋯的金屬氧化物的中間氧化物層被淀積于薄碳層與第一透明氧化物層之間，該中間氧化物層的厚度在約400埃到約1000埃之間。
11.權(quán)利要求1的防反射復(fù)合材料，其中復(fù)合材料還包括淀積于離基材最遠(yuǎn)處的最外透明氧化物層，最外透明氧化物層的反射指數(shù)在約1.2與約1.85之間，并其表面能為小于約40達(dá)因/厘米2。
12.權(quán)利要求1的防反射復(fù)合材料，其中硬涂層是無(wú)機(jī)或有機(jī)/無(wú)機(jī)材料，其反射指數(shù)在約1.5到約2之間，并其平均厚度在約0.5微米到約10微米之間。
13.一種防反射復(fù)合材料，包括(a)透光的基材；(b)淀積在基材上的硬涂層；(c)淀積在薄碳層上的第一透明氧化物層；和(d)淀積在第一透明氧化物層上的第二透明氧化物層；其中透明氧化物層是通過(guò)中頻A/C濺涂淀積的。
14.一種防反射復(fù)合材料，包括(a)透光的基材；(b)淀積在基材上的硬涂層(c)淀積在薄碳層上的第一透明氧化物層；和(d)淀積在第一透明氧化物層上的第二透明氧化物層；其中透明氧化物層是通過(guò)對(duì)稱/不對(duì)稱的偶極D/C濺涂淀積的。
15.一種防反射復(fù)合材料，包括(a)透光的基材；(b)淀積在基材上的硬涂層(c)淀積在硬涂層上的中間氧化物層，該中間氧化物層的反射指數(shù)在約1.5到約2.2之間；(d)淀積在中間氧化物層上的第一透明氧化物層；和(e)淀積在第一透明氧化物層上的第二透明氧化物層。
16.權(quán)利要求15的防反射復(fù)合材料，其中中間氧化物層選自氧化鋁與氧化鋯的中間氧化物。
17.一種防反射復(fù)合材料，包括(a)透光的基材；(b)淀積在基材上的硬涂層；(c)平均厚度在約2埃到約100埃之間的薄碳層；(d)淀積在薄碳層上的許多透明氧化物層對(duì)，每一透明氧化物層對(duì)包括(i)反射指數(shù)在約1.65到約2.65之間并其平均厚度為在約100埃到約3200埃之間的第一透明氧化物層；和(ii)反射指數(shù)在約1.2到約1.85之間并其平均厚度為在約100埃到約3200埃之間第二透明氧化物層。
18.權(quán)利要求17的防反射復(fù)合材料，其中透明氧化物層是通過(guò)中頻A/C濺涂淀積的。
19.權(quán)利要求17的防反射復(fù)合材料，其中透明氧化物層是通過(guò)對(duì)稱/不對(duì)稱的偶極D/C濺涂淀積的。
20.權(quán)利要求17的防反射復(fù)合材料，還包括其表面能小于約40達(dá)因/厘米2的最外的透明低表面能層。
21.權(quán)利要求20的防反射復(fù)合材料，其中低表面層是真空淀積的有機(jī)/無(wú)機(jī)混合物。
22.權(quán)利要求21的防反射復(fù)合材料，其中低表面層貼近于最外的透明氧化物層淀積，且其中平均厚度在約2埃到約100埃之間的薄碳層被淀積于低表面能層與最外的透明氧化物層之間。
23.權(quán)利要求17的防反射復(fù)合材料，其中透明氧化物層之一是三元氧化物層。
24.權(quán)利要求17的防反射復(fù)合材料，其中中間氧化物層淀積于薄碳層與第一透明氧化物層之間，該中間氧化物層的厚度在約400埃到約1000埃之間，其反射指數(shù)在約1.5到約2.2之間。
25.權(quán)利要求17的防反射復(fù)合材料，其中選自氧化鋁與氧化鋯的金屬氧化物的中間氧化物層淀積于薄碳層與第一透明氧化物層之間，該中間氧化物層的厚度在約400埃到約1000埃之間。
26.權(quán)利要求17的防反射復(fù)合材料，其中該復(fù)合材料還包括淀積于離基材最遠(yuǎn)處的最外透明氧化物層，最外透明氧化物層的反射指數(shù)在約1.2與約1.85之間，其表面能小于約40達(dá)因/厘米2。
27.權(quán)利要求17的防反射復(fù)合材料，其中硬涂層是反射指數(shù)在約1.5與約2之間并其平均厚度在約0.5微米到約10微米之間的無(wú)機(jī)或有機(jī)/無(wú)機(jī)材料。
28.權(quán)利要求1的防反射復(fù)合材料，其中另外的透明層是通過(guò)非真空方法淀積的。
29.權(quán)利要求17的防反射復(fù)合材料，其中透明層是通過(guò)真空或非真空方法或通過(guò)這二種方法的組合淀積的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在400—800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有非常好的可見(jiàn)光的透射率和可忽略的可見(jiàn)光反射率的防反射復(fù)合材料。本發(fā)明的復(fù)合材料包括(a)透光的基材;(b)淀積在基材上的硬涂層;(c)平均厚度在約2埃到約100埃之間的薄碳層;和(d)淀積在薄碳層上的許多透明的氧化物層對(duì)。每一透明的氧化物層對(duì)包括(i)具有反射指數(shù)在約1.65到約2.65之間和平均厚度在約100埃到約3200埃之間的第一透明氧化物;和(ii)具有反射指數(shù)在約1.2到約1.85之間和平均厚度在約100埃到約3200埃之間第二透明氧化物層。該復(fù)合材料還可以包括淀積于薄碳層與第一透明氧化物層之間的中間氧化物層。這樣的中間氧化物層的反射指數(shù)在約1.5到約2.2之間和其厚度在400埃到約1000埃之間。在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中,復(fù)合材料還包括表面能小于約40達(dá)因/厘米
文檔編號(hào)C03C17/34GK1271420SQ98809410
公開日2000年10月25日 申請(qǐng)日期1998年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月24日
發(fā)明者M·塞夫, H·梅馬里安 申請(qǐng)人:Cp菲林公司