CN101276005A - 新型抗反射导电膜 - Google Patents
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Abstract
新型抗反射导电膜，有三种不同的具体结构，包含有高折射率层(H)、低折射率层(L)、和透明导电膜(T)、或/和中折射率层(M)；各层膜按照L/H/S/H/L/T型、或(L/H)2/S/(H/L)2/T型、或L/M/H/S/H/M/L/T型的规律排列，形成多层复合膜。本发明之新型抗反射导电膜的各膜层的厚度较小，可以简化生产工艺，适合连续批量的生产，特别是适合于生产大面积的抗反射导电膜。本发明可以广泛用做光学玻璃或透明塑料基材料上的抗反射导电膜，在液晶显示、阴极射线管、建筑玻璃、触摸屏面板、屏幕滤波器等得到广泛的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种附着在透明材料上的抗反射导电膜，特别是用于液晶显示、阴极射线管、建筑玻璃、触摸屏面板、屏幕滤波器等附着在光学玻璃以及透明塑料基材上的抗反射导电膜。
背景技术
当阴极射线管或液晶显示器这类显示装置在室外较明亮的公共场所使用时，外界光线对显示屏幕具有非常大的干扰，尤其一些液晶显示屏(LCD)，人眼几乎不能正常分辨显示色彩色度和对比度，使这类显示器不能正常的发挥显示效果，如手机的液晶显示屏在阳光下几乎不能看到显示的内容。
解决此问题可以采用以下两种方法，其一是减少显示器件光经过的各个部件对光的损失率(包括材料本身的吸收和无法再利用的各个界面对光线的反射部分)；其二是减少外界光线在各个界面上的反射，以增强自液晶显示发出的光进入人眼的比例。在各个界面上增加减反射膜是解决此问题的一种有效方法，其原理是利用多层具有不同折射率及不同厚度的膜层，按照一定的排列规律组成复合膜，形成光的干涉，从而消除反射。
传统的光学抗反射薄膜大量的使用在镜头表面、镜片表面、光学元件表面、液晶显示器件、阴极射线管、建筑玻璃和触摸屏的塑料或者玻璃基板上，用于消除塑料或者玻璃基板的表面反射。光学抗反射膜是利用光的干涉原理，单层抗反射膜是让膜层上下界面反射的两束相干光线产生1/2的光程差(即光学厚度为1/4参考波长)时，光线发生相消干涉，反射光相互消除，从而降低表面反射。抗反射多层膜通常采用高折射率材料(H)和低折射率材料(L)，如TiO2和SiO2，形成对光线相互干涉的膜层结构，对不同的波长产生干涉相消，从而降低塑料或玻璃基板对不同波长的反射。一般而言，对于普通的光学塑料和玻璃基板，基板在550nm处折射率为1.52时，基板与空气的一个接触面将产生4％-4.5％的反射，两个接触面将产生8％-9％的反射。而使用抗反射膜后，可使表面的反射降低到1％以下。
按照这种原理，现有技术中已经公开了多种抗反射导电膜，比较有代表性的是：
美国专利No.5986796和No.5825255公开了一种抗反射的膜层结构，其中实例采用1/4参考波长的光学厚度设计，使膜层达到抗反射的效果。但是此发明最外层使用了在550nm的波长时，折射率为1.38的MgF2作为低折射率材料，因此最外层材料本身不导电，不能同时满足抗反射和导电的性能要求。
美国专利No.4921760中公布了一种采用CeO2、Al2O3、ZrO2、SiO2、TiO2、Ta2O5等氧化物作为材料设计，在公布的实例中最外层材料为SiO2，在550nm处的折射率为1.46，膜层的总厚度为358.0nm。同样最外层材料本身不导电，不能同时满足抗反射和导电的性能要求。
美国专利No.5091244和5407733采用了TiN、NbN、SnO2、SiO2、Al2O3和Nb2O5等氧化物和氮化物设计，公布的膜层结构为4层，总厚度为161.0nm，最外层材料为SiO2，在550nm波长处的折射率为1.46，只能将可见光的反射光强度降低到50％。同样最外层材料本身不导电，不能同时满足抗反射和导电的性能要求。
美国专利No.5728456和5783049公开了一种在塑料薄膜上采用溅射法沉积抗反射薄膜。膜层材料采用了ITO、SiO2和氟化物，膜层为6层结构，总厚度为363.0nm，最外层为低折射率材料SiO2，在550nm波长处的折射率为1.46。同样最外层材料本身不导电，不能同时满足抗反射和导电的性能要求。
中国专利公开号为CN1665753，公布了一种包含减反射涂层的透明基材。这种透明基材至少有一层包含了由薄膜构成叠层的防眩涂层，在基板的垂直方向，叠层材料依次包含：第一膜层具有折射指数介于1.8-2.2并且其几何厚度介于5-50nm，第二膜层具有折射指数介于1.35-1.65，并且几何厚度介于5-50nm，第三膜层具有光折射指数介于1.8-2.2，并且几何厚度介于40-150nm，第四膜层具有光折射指数介于1.35-1.65，并且几何厚度介于40-150nm。同样最外层材料本身不导电，不能同时满足抗反射和导电的性能要求。
中国专利公开号为CN1280676A，公布了一种多层导电抗反射涂层。其发明包括了以涂布在柔性基材上的具有预定光学性能的多层无机抗反射涂层。该涂层为五种材料层组成的一叠层，其中第三层(由外到里起数)是由导电材料最好是铟-氧化锡构成的虚层，该导电材料具有约25-2000Ω/sq的可调薄膜电阻，因而不影响涂层的光学性能。但是同样最外层材料本身不导电，在工艺上还需要加上刻蚀的工艺，因此增加了工艺的不稳定性，良品率降低。
美国专利No.6586101，公开了一种抗反射光学多层膜，具有五层结构，且由离基板最远的层开始算起第一层、第二层、第三层、第四层和第五层。此多层薄膜材料包含材料为ITO的第一层、材料为SiO2的第二层、材料为NbO的第三层、材料材SiO2的第四层和材料为NbO的第五层。此发明可以解决透明和导电的结合，但是使用的膜层结构复杂，尤其是高折射率层的厚度太厚不适于大面积、批量连续生产的要求。
中国专利公开号CN1389346A，公布了一种抗反射光学多层膜，膜层具有五层结构，并且由离基板最远的层开始计算起为第一层、第二层、第三等、第四层和第五层。此多层膜包含材料为ITO的第一层、材料为SiO2的第二层、材料为NbO的第三层、材料为SiO2的第四层和材料为NbO的第五层。公布了的膜层结构如下：
此膜层结构可以实现较高的透射率，在可见光波长为460nm-600nm时，反射率可以低于0.1％。但是由于各个波长段的光线对于人类眼睛的刺激程度不同，对眼睛起作用的光线在波长为530nm-570nm，其它波段的光线对眼睛的刺激以离550nm越远越弱，对人眼的光强贡献也越远越弱，可见光对人类眼睛的刺激函数见图8。因此在对膜层的优化设计时，可以充分利用这种特征简化膜层结构和降低膜层厚度。美国专利No.6586101和中国专利公开号CN1389346A中高折射率层的厚度最高为30nm-100nm，由于高折射率材料在蒸发镀膜和溅射镀膜的工艺中较难实现高沉积速率镀膜，膜层较厚将增加工艺的难度，同时增加设备和材料成本。
中国专利公开号为CN1447133A，公开了一种具有透明导电表面层的抗反射涂布层。此发明的膜层具有四层结构，由离基板最远的层开始算起为第一层、第二层、第三层和第四层。其中该膜层结构的第一层为透明导电表面，该导电层有良好的导电性和抗划伤性，使用了ITO、SiO2、NbO和NbSiO作为镀膜材料。公开的膜层结构为：
该膜层结构也可以达到较高的透射率，可见光波长为460nm-600nm范围时，反射率可以低于0.1％。同样高折射率层的厚度较厚，增加了靶材和真空室的数量，实现连续生产的工艺较复杂，工艺不稳定。
综上所述，虽然现有技术实现了抗反射和导电膜的结合，但是在实际生产中还存在着成本高、工艺不稳定、成品率低等问题，为了解决上述现有技术未能解决的难题，需提供新的设计方案。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种新型抗反射导电膜，具有成本低、工艺稳定、成品率高的优点。
本发明的目的是这样实现的：
新型抗反射导电膜，所述抗反射导电膜附着在透明基材(S)上，所述抗反射导电膜是至少包含有高折射率层(H)、低折射率层(L)和透明导电膜(T)，所述高折射率层(H)指波长在530nm-570nm时，折射率指数在2.1-2.4的膜层材料，所述低折射率层(L)指波长在530nm-570nm时，折射率指数在1.4-1.5膜层材料，所述透明导电膜(T)指波长在530nm-570nm时，折射率指数在1.85-1.95具有弱吸收的膜层材料，而且所述抗反射导电膜的结构是以下三种膜结构中的一种：
第一种膜结构是：在透明基材(S)的两面由靠近透明基材(S)向外依次为高折射率层(H)，低折射率层(L)，其中一面的最外层为透明导电膜(T)；高折射率层(H)的厚度在5nm至30nm之间，低折射率层(L)的厚度在60nm至120nm之间，透明导电膜(T)的厚度在5nm至40nm之间，这种排列形式的膜结构记录为L/H/S/H/L/T型；
第二种膜结构是：在透明基材(S)的两面由靠近透明基材(S)向外依次为高折射率层(H)，低折射率层(L)，高折射率层(H)，低折射率层(L)，且在透明基材(S)的一面的最外层为透明导电膜(T)，这种排列形式的膜结构记录为(L/H)2/S/(H/L)2/T型；组成这种9层复合膜的各膜层的厚度具有以下特征：
第三种膜的排列结构中还包含中折射率层(M)，所述的中折射率层(M)是指波长在530nm-570nm时，折射率指数在1.6-1.7的膜层材料。第三种膜结构的特征在于：在透明基材(S)的两面由靠近透明基材(S)向外依次为高折射率层(H)，中折射率层(M)，低折射率层(L)，其中一面的最外层为透明导电膜(T)；高折射率层(H)的厚度在5nm至30nm之间，低折射率层(L)的厚度在60nm至120nm之间，中折射率层(M)的厚度在5nm至40nm之间，透明导电膜(T)的厚度在5nm至40nm之间，这种排列形式的膜结构记录为L/M/H/S/H/M/L/T型。
所述透明基材(S)为玻璃或光学塑料，特别是光学玻璃，或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或聚碳酸酯(PC)、或聚对苯二甲酸乙醇酯(PET)，在波长380nm-780nm范围内为透明，其折射率要求为1.40-1.70。
所述高折射率层(H)在波长380nm-780nm范围内透明无吸收，其材料是二氧化钛(TiO2)、或五氧化二钽(Ta2O5)、或五氧化二铌(Nb2O5)、或铌钽(NbTa)混合镀膜后形成的氧化物、或者钛铌(TiNb)混合后镀膜形成的氧化物。
所述低折射率层(L)在波长380nm-780nm范围内透明无吸收，其材料可以为氧化硅(SiO2)、硅铝(SiAl)混合后镀膜形成的氧化物。
所述中折射率层(M)其在波长380nm-780nm范围内透明无吸收，其材料为氧化铝(Al2O3)、或铌硅(NbSi)混合镀膜后形成的氧化物。
所述透明导电膜(T)是下列氧化物中的一种或者是它们之间的混合物，所述氧化物是指：氧化铟锡(ITO)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)、掺氟氧化锡(SnO2:F)、掺砷氧化锡(SnO2:Sb)、掺铝氧化锌(ZnO:Al)、氧化铟锌(In2O3:ZnO)、氧化锡锌(SnO2:ZnO)以及氧化铟镁(In2O3:MgO)。
所述抗反射导电膜是采用批次生产或者连续式生产的蒸发镀膜或者溅射镀膜***制造的多层膜结构的复合膜。
本发明提供了三种新型抗反射导电膜，抗反射导电膜是包含有高折射率层(H)、低折射率层(L)、中折射率层(M)和透明导电膜(T)，高折射率层(H)在波长530nm-570nm时，折射率指数在2.1-2.4的具有最高折射率的材料TiO2，低折射率层(L)在波长530nm-570nm时，折射率指数在1.4-1.5的SiO2，所述透明导电膜(T)指波长在530nm-570nm时，折射率指数在1.85-1.95具有弱吸收的膜层材料。三种抗反射导电膜的结构为L/H/S/H/L/T型、(L/H)2/S/(H/L)2/T型和L/M/H/S/H/M/L/T型
本发明提供的三种结构高折射率材料的厚度较小，可以简化工艺，有利于实现连续批量的生产。同时由于大面积显示器、阴极射线管和触摸屏，不仅是一个光电器件，而且也是一个装饰件，所以对其外观色彩有要求，本发明针对人们认可的几种颜色进行膜层的优化，由所提出的三种结构可以实现人们比较认可的色彩范围。如：视觉上的色彩为蓝色、浅蓝色、红色和紫色等。
附图说明
图1是本发明之L/H/S/H/L/T型抗反射导电膜的结构示意图。
图2是本发明之(L/H)2/S/(H/L)2/T型抗反射导电膜的结构示意图。
图3是本发明之L/M/H/S/H/M/L/T型抗反射导电膜的结构示意图。
图4是可见光对人眼的刺激函数图。
上述图中，H为高折射率层，L为低折射率层，M为中折射率层，S为基板。
具体实施例
实施例1：本发明之L/H/S/H/L/T型抗反射导电膜
本发明之L/H/S/H/L/T型抗反射导电膜的具体膜层特点为：
高折射率层(H)选用TiO2，材料在530-570nm的折射率指数为2.1-2.4；
低折射率层(L)选用SiO2，材料在530-570nm的折射率指数为1.4-1.5；
基板材料(S)选用玻璃，在可见光范围内折射率指数为1.51-1.56；
透明导电膜(T)选用ITO，在可见光范围内折射率指数介于1.85-1.95；
各层的厚度设计如下：
参考图1，这种膜层反射颜色为浅蓝色，530nm-570nm波长处的反射率值可在原基板的反射率上降低8.5％的反射率。由于高折射率材料的厚度较小，这样的厚度和膜层结构可以减少真空连续镀膜机的腔体，并且工艺简单，更容易实现大批量连续生产。下面为生产此抗反射导电膜的基本工艺流程。
本发明的膜层采用连续磁控溅射或蒸发和批次溅射或蒸发进行生产，尤其是连续磁控溅射镀膜的方法。采用连续磁控溅射方法具体实例制造步骤为：
玻璃连续溅射镀膜工艺，需要经过玻璃切片，磨边，倒角，玻璃清洗、镀膜和检测等工序。镀膜按如下工艺方案实施：
(1)使用直流平面磁控溅射镀的方法溅射镀膜玻璃基板，溅射时所使用的靶材料为Ti靶，采用在真空室同时通入Ar和O2进行反应溅射镀膜，形成高折射率的TiO2膜层。基板玻璃距离靶材表面为60mm-120mm，并采用加热器保持该玻璃的基板温度为100℃-300℃，镀膜机腔体内的工作压力为0-10mTorr。
(2)使用交流反应平面磁控溅射的方法溅射镀膜玻璃基板，溅射时使用的靶材料为Si靶，采用真空室内同时通入Ar和O2进行反应溅射镀膜，形成低折射
率的SiO2膜层。基板玻璃距离靶材表面为60mm-120mm，并采用加热器保持该玻璃的基板温度为100℃-300℃，镀膜机腔体内的工作压力为0-10mTorr。
(3)使用直流或直流脉冲磁控溅射的方法溅射镀膜玻璃基板，溅射时使用的材料为ITO靶，采用在真空室通入Ar进行溅射镀膜，形成ITO膜层。基板玻璃距离靶材表面为60mm-120mm，并采用加热器保持该玻璃的基板温度为100℃-300℃，镀膜机腔体内的工作压力为0-10mTorr。
(4)为实现连续溅射的工艺，需要同时布置多块靶材料，安布在不同的真空腔室，协调多靶同时工作稳定工艺。
实施例2：本发明之(L/H)2/S/(H/L)2/T型抗反射导电膜
本发明之(L/H)2/S/(H/L)2/T型抗反射导电膜具有9层结构，层数较多，但是这种结构可以实现多种颜色，从而可以根据需要调整到所需要的色彩，具体的膜层特点为：
高折射率层(H)选用TiO2，材料在530-570nm的折射率指数为2.1-2.4；
低折射率层(L)选用SiO2，材料在530-570nm的折射率指数为1.4-1.5；
基板材料(S)选用玻璃，在可见光范围内折射率指数为1.51-1.56；
透明导电膜(T)选用ITO，在可见光范围内折射率指数介于1.85-1.95；
各层的厚度设计如下：
参考图2，此膜层反射颜色为红色，530nm-570nm波长处的反射率值可在原基板的反射率上降低8.8％的反射率。由于高折射率材料的厚度较小，工艺较稳定，容易实现大批量连续生产。
当各层的厚度设计如下表时，此膜层反射颜色为浅蓝色，530-570nm波长处的反射率值可在原基板的反射率上降低8.8％的反射率。
抗反射导电膜的基本工艺流程与第一种膜层结构实例大致相同，都有玻璃切片，磨边，倒角，玻璃清洗、镀膜和检测等工序。不同点在于真空镀膜靶材料的布置和真空腔体的布置。
实施例3：本发明之L/M/H/S/H/M/L/T型抗反射导电膜
本发明之L/M/H/S/H/M/L/T型抗反射导电膜结构中多了一层中折射率层(M)，这种结构可以实现更加稳定的工艺，具体的膜层特点为：
高折射率层(H)选用TiO2，材料在530nm-570nm的折射率指数为2.1-2.4；
中折射率层(M)，材料在530nm-570nm时，折射率指数在1.6-1.7；
低折射率层(L)选用SiO2，材料在530-570nm的折射率指数为1.4-1.5；
基板材料(S)选用玻璃，在可见光范围内折射率指数为1.51-1.56；
透明导电膜(T)选用ITO，在可见光范围内折射率指数介于1.85-1.95；
各层的厚度设计如下
参考图3，此膜层反射颜色为蓝色，530nm-570nm波长处的反射率值可在原基板的反射率上降低8.6％的反射率。由于高折射率层和中折射率层的厚度较小，工艺较稳定，容易实现大批量连续生产。
本发明提供的三种膜结构可以在权利要求的厚度范围内进行具体调整，获得所需要的色彩和特定的抗反射要求。本发明的三种结构首先突破了现有技术由于膜层较厚，导致的镀膜设备庞大，工艺复杂的缺点，简化了膜层结构；其次，本
发明的膜层结构在考虑视觉抗反射的效果下，可以根据不同的需要调整抗反射膜的膜层结构获得不同色彩；再者，本发明使用的材料为通用膜层材料，工艺简单，容易实现大批量连续生产。
应该注意，本文中公开和说明的结构可以用其它效果相同的结构代替，同时本发明所介绍的实施例并非实现本发明的唯一结构。虽然本发明的优先实施例已在本文中予以介绍和说明，但本领域内的技术人员都清楚知道这些实施例不过是举例说明而已，本领域内的技术人员可以做出无数的变化、改进和代替，而不会脱离本发明，因此，应按照本发明所附的权利要求书的精神和范围来的限定本发明的保护范围。
Claims (7)
1. 新型抗反射导电膜，其特征在于所述抗反射导电膜附着在透明基材(S)上，所述抗反射导电膜是至少包含有高折射率层(H)、低折射率层(L)和透明导电膜(T)，所述高折射率层(H)指波长在530nm-570nm时，折射率指数在2.1-2.4的膜层材料，所述低折射率层(L)指波长在530nm-570nm时，折射率指数在1.4-1.5膜层材料，所述透明导电膜(T)指波长在530nm-570nm时，折射率指数在1.85-1.95具有弱吸收的膜层材料，而且所述抗反射导电膜的结构是以下三种膜结构中的一种：
第一种膜结构的特征在于：在透明基材(S)的两面由靠近透明基材(S)向外依次为高折射率层(H)，低折射率层(L)，其中一面的最外层为透明导电膜(T)；高折射率层(H)的厚度在5nm至30nm之间，低折射率层(L)的厚度在60nm至120nm之间，透明导电膜(T)的厚度在5nm至40nm之间，这种排列形式的膜结构记录为L/H/S/H/L/T型；
第二种膜结构的特征在于：在透明基材(S)的两面由靠近透明基材(S)向外依次为高折射率层(H)，低折射率层(L)，高折射率层(H)，低折射率层(L)，且在透明基材(S)的一面的最外层为透明导电膜(T)，这种排列形式的膜结构记录为(L/H)2/S/(H/L)2/T型；组成这种9层复合膜的各膜层的厚度具有以下特征：
第三种膜的排列结构中还包含中折射率层(M)，所述的中折射率层(M)是指波长在530nm-570nm时，折射率指数在1.6-1.7的膜层材料。第三种膜结构的特征在于：在透明基材(S)的两面由靠近透明基材(S)向外依次为高折射率层(H)，中折射率层(M)，低折射率层(L)，其中一面的最外层为透明导电膜(T)；高折射率层(H)的厚度在5nm至30nm之间，低折射率层(L)的厚度在60nm至120nm之间，中折射率层(M)的厚度在5nm至40nm之间，透明导电膜(T)的厚度在5nm至40nm之间，这种排列形式的膜结构记录为L/M/H/S/H/M/L/T型。
2. 根据权利要求1所述抗反射导电膜，其特征在于所述透明基材(S)为玻璃或光学塑料，特别是光学玻璃，或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或聚碳酸酯(PC)、或聚对苯二甲酸乙醇酯(PET)，在波长380nm-780nm范围内为透明，其折射率要求为1.40-1.70。
3. 根据权利要求1所述抗反射导电膜，其特征在于所述高折射率层(H)在波长380nm-780nm范围内透明无吸收，其材料是二氧化钛(TiO2)、或五氧化二钽(Ta2O5)、或五氧化二铌(Nb2O5)、或铌钽(NbTa)混合镀膜后形成的氧化物、或者钛铌(TiNb)混合后镀膜形成的氧化物。
4. 根据权利要求1所述抗反射导电膜，其特征在于所述低折射率层(L)在波长380nm-780nm范围内透明无吸收，其材料可以为氧化硅(SiO2)、硅铝(SiAl)混合后镀膜形成的氧化物。
5. 根据权利要求1所述抗反射导电膜膜，其特征在于所述中折射率层(M)其在波长380nm-780nm范围内透明无吸收，其材料为氧化铝(Al2O3)、或铌硅(NbSi)混合镀膜后形成的氧化物。
6. 根据权利要求1所述抗反射导电膜，其特征在于透明导电膜(T)是下列氧化物中的一种或者是它们之间的混合物，所述氧化物是指：氧化铟锡(ITO)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)、掺氟氧化锡(SnO2:F)、掺砷氧化锡(SnO2:Sb)、掺铝氧化锌(ZnO:Al)、氧化铟锌(In2O3:ZnO)、氧化锡锌(SnO2:ZnO)以及氧化铟镁(In2O3:MgO)。
7. 根据权利要求1所述抗反射导电膜，其特征在于所述抗反射导电膜是采用批次生产或者连续式生产的蒸发镀膜或者溅射镀膜***制造的多层膜结构的复合膜。
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