專利名稱：利用電介質(zhì)與金屬層對(duì)的加強(qiáng)型濾光片的制作方法
利用電介質(zhì)與金屬層對(duì)的加強(qiáng)型濾光片技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明大體涉及提供光學(xué)裝置，更具體地說，涉及提供一種具有目標(biāo)光學(xué)性能以 及高度抗損壞性的成本效益濾光片。
背景技術(shù)：
使用薄膜來控制窗戶在不同頻率范圍的光下的反射和透射水平在本領(lǐng)域是眾所 周知的技術(shù)。對(duì)于車窗以及很多建筑物和住宅的窗戶而言，通過控制在可見光的波長范圍 GOOnm至700nm)內(nèi)的透射率和反射率可減少眩光。對(duì)于相同的窗戶應(yīng)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(fù)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(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。該陽光控制裝置包括在柔性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 (PET)基板上的Fabry-Perot干涉濾光片和灰色金屬層，所述陽光控制裝置稍后可用粘合 劑附于窗戶上。Fabry-Perot干涉濾光片通過優(yōu)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(fù)荷。
除了與通過窗戶提供陽光控制相關(guān)的光學(xué)考慮之外，還必須顧及結(jié)構(gòu)上的考慮。 對(duì)于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性而言，降低光學(xué)裝置在制造、安裝或長期使用過程中的裂化敏感性是一個(gè) 重要目標(biāo)。降低其它方式的“腐蝕”至少也同樣重要。通常會(huì)增加硬化層來提供保護(hù)，正如 上文參照的Woodard等人的專利的描述。但是，硬化層不能防止制造過程中出現(xiàn)的腐蝕，而 且對(duì)于抵抗光學(xué)裝置邊緣導(dǎo)致的腐蝕而言，其成效有限。發(fā)明內(nèi)容
通過以下方法可增強(qiáng)濾光片的“腐蝕性能”，即提供一種較厚的鋅基薄膜作為其后 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(zhì)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(duì)這樣的電介質(zhì)層與金屬層層對(duì)。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(yōu)選實(shí)施方案中，銀基薄膜含有金，以便提 供進(jìn)一步的腐蝕抗性。
在一實(shí)施方案中，不同對(duì)的鋅基薄膜的厚度是不均等的。相對(duì)于這種不均等性，優(yōu) 選實(shí)施方案是為鄰接基板的對(duì)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(duì)電介質(zhì)層與金屬層層對(duì)的濾光片中，第一鋅基薄膜的厚度可以是15nm，而其后形 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(jìn)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后形成的金屬層的種子層。然 而，經(jīng)已確定這種功能在對(duì)最接近基板的層對(duì)很重要的同時(shí)，對(duì)于較遠(yuǎn)的電介質(zhì)層與金屬 層層對(duì)而言，該重要性更大。鋅基薄膜的鋅含量至少為50%，且優(yōu)選大于80%。在最優(yōu)選 的實(shí)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(shí)，最小值優(yōu)選為 20nm，而在最優(yōu)選的實(shí)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?？梢詾R鍍鋅基薄膜，但應(yīng)允許氧化，以使薄膜為電介質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，在至少一片鋅基 薄膜的整個(gè)厚度中，該材料是不一致的。例如，濺鍍的鋅基薄膜開始時(shí)為aiSn，然后轉(zhuǎn)變?yōu)?ZnAI，再恢復(fù)為SiSn。在轉(zhuǎn)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(jì)算，以提供額外的腐蝕性能優(yōu)點(diǎn)。
正如前述，金屬層為優(yōu)選包含金的銀基薄膜，以便提高抗腐蝕性。正如不同層對(duì)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(duì)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(xiàn)的應(yīng)用中，可將較大百分比的金加 入最后的銀基薄膜中。另一方面，有可能在某些窗戶應(yīng)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(duì)是最靠近基板的層對(duì)。在該些應(yīng)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(yōu)選的實(shí)施方案中，透明的電介質(zhì)薄膜是銦基的，例如氧化銦(InOx)。電介質(zhì)層 的該起始薄膜對(duì)先形成的層提供保護(hù)，尤其是在下面的層為銀基薄膜層其中之一層時(shí)。通 過用高含量氫流形成銦基薄膜，可保護(hù)下面的銀基薄膜使其免于被氧化且制程會(huì)更穩(wěn)定。 該薄膜的折射率在1. 1至2. 5范圍內(nèi)，但優(yōu)選的折射率是在1. 3至2. 1的范圍內(nèi)。優(yōu)選的 材料為In2O3，但透明電介質(zhì)薄膜可基于可選擇的氧化金屬，例如錫，鈦，鋯，鉭，鈮或鉿。
仍參照優(yōu)選的實(shí)施方案，濾光片可設(shè)計(jì)成用于窗戶應(yīng)用，例如，車輛、住宅或建筑 物的窗。層對(duì)是按順序形成的，以提供具有交替型電介質(zhì)層與金屬層模式的Fabry-Perot 濾光片。


圖1為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中在基板上的迭層的側(cè)視圖。
圖2為加入本發(fā)明的過濾裝置的側(cè)視圖。
圖3為形成圖1的濾光片的步驟順序圖。
具體實(shí)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于25 和100微米之間的PET?；灞硨?duì)迭層的那一面(圖1中未示)可以包括粘合層和釋放條。 該釋放條易于從粘合劑上除掉，使粘合層能夠用于將基板與想要過濾的部件結(jié)合。例如，可 將過濾裝置附于窗戶上。在另一實(shí)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(yīng)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(yōu)選實(shí)施方案，其中在交替模式的電介質(zhì)與金屬迭層中有三對(duì)層對(duì) 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，然后濺射一層薄鈦上覆層，隨后對(duì)此上覆層進(jìn)行退火和 氧化?？梢姷?，通過將金屬退火，該層的片電阻可減小至O.Sohms/square?？山邮艿你y合 金包括AgAu和AgPd。但是，優(yōu)選的材料為AgAu，是因?yàn)榻鸷繉?duì)不同類型的腐蝕起阻礙作 用。層中銀的含量應(yīng)至少占50%，優(yōu)選為至少85%?；氐皆搩?yōu)選實(shí)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(zhì)層均為雙薄膜層，其包括透明電介質(zhì)薄膜MJ6或觀以及鋅基薄膜 30，32或34。透明電介質(zhì)薄膜可由氧化銦形成。從圖1可見，第四電介質(zhì)層由第四透明電介質(zhì)薄膜36和第四鋅基薄膜38形成。在此實(shí)施方案中，交替模式的三對(duì)層對(duì)可以考慮以 第一金屬層(銀基薄膜30)而非第一電介質(zhì)層作為開始。
每一電介質(zhì)層的第一薄膜MJ6和28均優(yōu)選為LOx，最優(yōu)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(duì)于上面的電介質(zhì)層特別有用，因?yàn)?下面的銀基薄膜18，20和22受到保護(hù)不被氧化。此外，在濺鍍過程中形成銦基薄膜是穩(wěn)定 的。然而，經(jīng)已確定，如果電介質(zhì)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(zhì)層的鋅基薄膜30，32和34用于促進(jìn)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(yōu)選鋅含量至少為80%，但必須經(jīng)氧化，以確保該薄膜為電介質(zhì)。圖1所示 的最優(yōu)選實(shí)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，然后為ZnAI，再回到aiSn)。當(dāng)使用 濺射技術(shù)來提供不同的薄膜(如優(yōu)選實(shí)施方案中的薄膜)時(shí)，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(jìn)銀基薄膜18，20和22的成核及外延生長。由于濺射的氧化鋅 的厚度增加了，晶粒度也會(huì)增加。這可能導(dǎo)致鋅基氧化薄膜從非晶形薄膜變化成重要的晶 體化薄膜，取決于其厚度。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)，并小于電介質(zhì)層的總厚度(因?yàn)殡娊橘|(zhì)層還包括透明電介質(zhì)薄膜24， 26和28)。該最小厚度15nm導(dǎo)致更晶體化的薄膜并為其后濺射的銀基薄膜提供更好的種 子層，因?yàn)榻缑娓皬?qiáng)壯”，更加能抵抗分離和腐蝕。優(yōu)選鋅基薄膜的厚度小于40nm。在最 優(yōu)實(shí)施方案中，鋅基薄膜的厚度大于25nm，但小于40nm。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，鋅基薄膜30，32和34的厚度是不一致的。經(jīng)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(yuǎn)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。
不一致性也適用于銀基層18，20和22中金的含量。金含量可基于不同的考慮、主 要為成本和抗腐蝕性而定。在多數(shù)的應(yīng)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(yīng)用中，頂部的銀基薄膜22的金含量大于下面的薄膜18和20的金 含量。這是包括配合金含量的應(yīng)用的優(yōu)選實(shí)施方案。然而在一些應(yīng)用中，最受關(guān)注的腐蝕 源是在制造濾光片過程中所經(jīng)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(duì)于該些最受關(guān)注的腐蝕源是從濾光片的邊緣開始“攻擊”的應(yīng)用而 言，該備選實(shí)方案也會(huì)是理想的。
圖2所示為利用本發(fā)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用于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(zhǔn)備好要附著到窗戶上為止。復(fù)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制成的薄板，例如PET。作為選擇，該基板可以是窗戶，以致于不同的層都直接形成在該窗戶上。
在步驟M，形成電介質(zhì)層的第一薄膜。在優(yōu)選實(shí)施方案中，使用濺射技術(shù)來形成氧 化銦層。在沉積了第一薄膜后，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(zhì)層。該鋅基薄膜中鋅的含量至少為80%。在優(yōu)選實(shí)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，然后將其氧化。
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(yōu)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(yīng)確定是否需要包括另外的電介質(zhì)層與金屬層對(duì)。本發(fā)明的濾 光片包括至少兩對(duì)層對(duì)，以致于判定結(jié)果為肯定。因此，繼續(xù)進(jìn)行下一步驟64，在此步驟， 應(yīng)確定是否須為第二層對(duì)提供薄膜修整。也就是說，應(yīng)判定第二層對(duì)中的三片薄膜是否應(yīng) 與第一層對(duì)中的相同或不同。如前所述，第一層對(duì)的鋅基薄膜可薄于其后層對(duì)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(jù)步驟60和步驟64的確定，重復(fù)步 驟M，56和58中三片薄膜的順序。
當(dāng)?shù)诙芜M(jìn)行形成薄膜的步驟M，56和58完成后，會(huì)再次遇到判定步驟60。如果 兩對(duì)電介質(zhì)層與金屬層層對(duì)已足夠的話，將在步驟62結(jié)束工序。然而，優(yōu)選實(shí)施方案是包 括三對(duì)層對(duì)，因此又去到判定步驟64和選擇步驟66，并形成三片另外的薄膜。當(dāng)?shù)谌龑?duì)層 對(duì)形成后，將在步驟62結(jié)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(shù)選擇包括在回到步驟M后刪除銀基層。
雖然在圖3的步驟順序中沒有示出，可在之后將濾光片附于窗戶上，盡管通常還 包括其它部件，例如圖2的硬化層50。
權(quán)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(zhì)層與金屬層層對(duì)，包括通過以下步驟限定每一所述層對(duì)形成透明電介質(zhì)薄膜作為所述電介質(zhì)層的第一薄膜，所述透明電介質(zhì)薄膜的折射率至 少為1.1 ；形成鋅基薄膜作為所述電介質(zhì)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(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成包括所述層對(duì)的迭層的步驟包括將與 所述基板鄰接的所述層對(duì)的所述鋅基薄膜形成得薄于離所述基板較遠(yuǎn)的每一所述層對(duì)的 所述鋅基薄膜。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，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(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，沉積所述合金的步驟包括基于與所述基板 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(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，使離所述基板最遠(yuǎn)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(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括基于促進(jìn)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(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述電介質(zhì)層與金屬層層對(duì)的所述透 明電介質(zhì)薄膜的步驟包括使用濺射技術(shù)來沉積銦基薄膜。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述鋅基薄膜的步驟提供的薄膜厚度 在15nm至40nm的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述迭層附于窗戶上。
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(zhì)層與金屬層層對(duì)，每一所述層對(duì)由以下部 件限定透明電介質(zhì)薄膜，所述透明電介質(zhì)薄膜作為所述電介質(zhì)層的第一薄膜，所述透明電介 質(zhì)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(zhì)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的范圍內(nèi)；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(quán)利要求10所述的過濾裝置，其特征在于，與所述基板鄰接的電介質(zhì)層與金屬 層層對(duì)的所述鋅基薄膜薄于其它每一層對(duì)的所述鋅基薄膜。
12.如權(quán)利要求11所述的過濾裝置，其特征在于，所述鋅基薄膜為鋅錫或鋅鋁，而所述 鋅含量約為90%。
13.如權(quán)利要求10所述的過濾裝置，其特征在于，每一所述透明電介質(zhì)層為氧化銦。
14.如權(quán)利要求10所述的過濾裝置，其特征在于，離所述基板最遠(yuǎn)的所述電介質(zhì)層與金屬層層對(duì)的所述銀金薄膜比其它每一層對(duì)的所述銀金薄膜具有較高的金含量。
15.如權(quán)利要求10所述的過濾裝置，其特征在于，所述基板附于窗戶上。
16.如權(quán)利要求10所述的過濾裝置，其特征在于，所述過濾裝置包括三對(duì)所述電介質(zhì)層與金屬層層對(duì)。
17.如權(quán)利要求10所述的過濾裝置，其特征在于，每一所述透明電介質(zhì)薄膜為h203。
全文摘要
當(dāng)較厚的鋅基薄膜(30，32和34)作用為在后形成的銀基薄膜(18，20和22)的種子層時(shí)，濾光片的“腐蝕”生能得以增強(qiáng)。濾光片內(nèi)包括至少兩對(duì)電介質(zhì)與金屬迭層對(duì)(12，14和16)，其中，鋅基薄膜為電介質(zhì)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(jìn)一步提高抗腐蝕性能，可將金加入銀基薄膜中。
文檔編號(hào)G02B1/10GK102037381SQ200880129487
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者A·沃爾, C·H·斯托塞爾, J·科扎克, L·博曼, M·科達(dá), R·T·凡波勒, R·蒂爾斯奇 申請(qǐng)人:南壁技術(shù)股份有限公司