CN109023280A - 一种磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法，包括有以下步骤：S1，光学膜系设计；S2，遮挡板的设计，根据软件模拟的光学薄膜结构的厚度变化来设计遮挡板的形状；S3，真空镀膜；S4，颜色及光学性能检验，对真空镀膜后的产品进行颜色LAB值及可见光反射率曲线、可见光透过率曲线检测，测试结果合格，则可以进行量产准备；测试结果不合格，则返回步骤S1中。使用该方法制备的渐变颜色膜过渡区颜色渐变自然，产品颜色易调节，能根据用户要求制备不同色彩和视觉效果的渐变颜色膜。相比于电子束蒸发镀膜，磁控溅射机镀制的膜层结构致密，折射率稳定，膜层光学性能更稳定，因而颜色稳定性更好。

Description

一种磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法
技术领域
本发明属于真空镀膜技术领域，特别涉及一种应用于手机、平板电脑、智能手表等电子产品的盖板和背盖的磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法。
背景技术
随着第五代移动通讯技术(5G)的来临，越来越多的手机厂商采用玻璃取代金属作为手机的后盖。玻璃一般为无色透明，用作手机盖板常需丝印油墨来为其着色。但只丝印油墨，颜色光泽度较差，也没有金属后盖的金属质感。随着市场需求的多元化，玻璃盖板不仅起到保护作用，其美化装饰的功能也日益凸显。为增加手机玻璃盖板的美感，玻璃盖板生产厂家通过光学薄膜技术在透明玻璃或膜片上镀制各种高、低折射率介质堆叠膜层，或部分金属膜层以显示不同颜色，例如蓝色，银色，金色等。在玻璃盖板背面丝印黑色油墨，人眼所看到的颜色主要由镀制薄膜的反射色所决定；在玻璃盖板背面丝印其他颜色油墨，人眼所看到的颜色主要由镀制薄膜的反射色、及其油墨的透过色所决定。
当光线垂直入射且薄膜等效折射率小于玻璃基底折射率时，薄膜表面反射光与薄膜及玻璃界面的反射光发生干涉作用，当镀制薄膜的光学厚度为某一波长的1/4的奇数倍时，两束反射光振幅相同，方向相反，因而出现干涉相消现象，反射光不呈现该波段颜色；当薄膜的光学厚度为某一波长的1/4的偶数倍时，出现干涉相增现象，反射光该波段颜色最强。当光线垂直入射且薄膜等效折射率大于玻璃基底折射率时，会出现相反的现象，即当薄膜的光学厚度为某一波长的1/4的奇数倍时，出现干涉相增现象，反射光该波段颜色最强；当薄膜的光学厚度为某一波长的1/4的偶数倍时，出现干涉相消现象，反射光不呈现该波段颜色。当光学膜系设计中加入高消光系数膜层时，其光学吸收和反射性能会发生相应变化，调整金属薄膜的厚度，将对颜色饱和度、亮度产生相应变化。
对于磁控溅射来说，如图6所示，靶材溅射出来的原子或原子团的分布服从克努增余弦定律，即靶材正中心位置分布最多，越往两边，分布越少，即离靶材中心位置越近，膜厚越大，离靶材中心位置越远，膜厚越小。靶基距越大，这种影响越小，靶基距越小，这种影响越大。
随着手机越来越往个性化、时尚化方向发展，各大手机厂商都想在玻璃盖板颜色上寻求突破，从而引领行业潮流。在手机后玻璃盖板上实现颜色的渐变就是一个突破点，即沿手机盖板的一端的位置到另一端的位置呈现不同的颜色或同一颜色不同的饱和度效果，可以沿长度方向渐变，也可以沿宽度方向或其他方向渐变。要实现颜色或饱和度的渐变，就需要在工件不同位置沉积不同厚度的介质膜或金属膜。而目前主流的蒸发镀膜技术由于自身的缺陷，无法精确且稳定在工件不同位置沉积不同厚度的膜层，因而无法稳定镀制渐变颜色膜，所以电子束蒸发镀膜技术也就无法将渐变色这一创新点转化为实际生产。因此，本领域亟需一种能够制备出渐变颜色膜过渡区颜色渐变自然，产品颜色易调节，能根据用户要求制备不同色彩和视觉效果的渐变颜色膜的制备方法。
在专利申请号为CN201711211768.3的专利申请中，公开了一种颜色渐变玻璃，包括玻璃本体，所述玻璃本体的上表面自中心向外周部分布有至少两种显示不同颜色的膜系，还公开了颜色渐变玻璃的制作方法，包括对玻璃本体的上表面的第一区域进行遮挡并沉积具有第一类颜色的膜系；对所述玻璃本体的上表面的第二区域进行遮挡并沉积具有第二类颜色的膜系，所述第二区域与所述第一区域相对于所述玻璃本体的中心对称。
但是，上述公开的渐变色的制备要分别对第一区域和第二区域分开遮挡，还需要中心对称，渐变颜色形式比较少，制作不方便。
发明内容
为解决上述问题，本发明的首要目的在于提供一种磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法，使用该方法制备的渐变颜色膜过渡区颜色渐变自然，产品颜色易调节，能根据用户要求制备不同色彩和视觉效果的渐变颜色膜。相比于电子束蒸发镀膜，磁控溅射机镀制的膜层结构致密，折射率稳定，膜层光学性能更稳定，因而颜色稳定性更好。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法，包括有以下步骤：
S1，光学膜系设计，通过光学膜系设计软件建立模拟的光学薄膜结构；
S2，遮挡板的设计，所述遮挡板设置在靶材与工件之间，根据软件模拟的光学薄膜结构的厚度变化来设计遮挡板的形状；
S3，真空镀膜，通过磁控溅射机溅射靶材在工件上形成光学薄膜结构；
S4，颜色及光学性能检验，对真空镀膜后的产品进行颜色LAB值及可见光反射率曲线、可见光透过率曲线检测，测试结果合格，则可以进行量产准备；测试结果不合格，则返回步骤S1中；
步骤S1包括有以下步骤：
S11，基础膜系设计，根据工件的渐变颜色及饱和度的需求，进行工件某一端点位置的基础膜系设计，并得到该位置所需的光学薄膜结构的各膜层的厚度值；
S12，渐变区域不同位置膜系设计，根据工件的渐变颜色及饱和度的需求，推算不同渐变区域的光学薄膜结构的各膜层的厚度值，不同渐变区域之间设置有间距，通过推算方法得到整个工件的渐变膜系设计反射率或透过率光谱图；其中，推算方法为现有技术。
步骤S2包括有以下步骤：
S21，遮挡靶材的确认，根据步骤S1中的光学膜系设计的结果，确认哪些膜层的厚度在渐变区域是变化的，则在此膜层的靶材与工件之间，沿着溅射靶材的竖直方向设置一组遮挡板，如果哪些膜层在整个渐变区域膜层厚度保持不变，则该膜层不需要设置相应的遮挡板；遮挡板设置在1种或者1种以上的靶材与工件之间；
S22，遮挡板形状的确认与调整，首先通过磁控溅射机自带的膜层厚度与遮挡板长度的关系曲线，固定各膜层内厚度最大的膜层位置的遮挡板长度，然后通过步骤S1中的光学膜系设计的结果，计算出其中厚度最小的膜层位置的厚度，与其中厚度最大的膜层位置的厚度比较，计算两位置的膜层厚度差，通过磁控溅射设备自带的膜层厚度与遮挡板长度的关系曲线，找出膜层厚度最小处的遮挡长度，沿着遮挡板最长与最短的连线做递增或递减变化，或者维持不变。
在本发明中，所述工件可以是手机、平板电脑、智能手表等电子产品的盖板和背盖；所述光学膜系设计软件包括有TFCalc光学薄膜膜系设计软件、Macleod麦克劳德光学薄膜设计分析软件。根据用户需要的渐变颜色膜不同色彩和视觉效果，可以通过光学膜系设计软件建立不同的模拟的光学薄膜结构，通过光学膜系设计软件推算渐变区域从工件一端位置到另一端位置的光学薄膜结构的各膜层的厚度变化，根据软件模拟的光学薄膜结构的厚度来设计遮挡板的形状，最后则可以制成用户所需的渐变颜色膜的光学薄膜结构。
渐变颜色是通过改变渐变区域不同位置的光学性能(如透过、吸收或反射)来实现的，通过改变遮挡板的形状进而改变制成的渐变区域不同位置的光学薄膜结构的厚度变化，从而改变渐变区域不同位置的光学性能，从而实现不同色彩和视觉效果的渐变颜色膜。
通过改变遮挡板的形状与位置，可以实现不同的渐变效果，通过光学薄膜结构配合各种颜色的油墨或者膜片，可以为手机等3C产品提供各种颜色的渐变效果，满足市场多样化的需求，而且通过上述该方法制备的渐变颜色膜过渡区颜色渐变自然，产品颜色易调节，能根据用户要求制备不同色彩和视觉效果的渐变颜色膜。相比于电子束蒸发镀膜，磁控溅射机镀制的膜层结构致密，折射率稳定，膜层光学性能更稳定，因而颜色稳定性更好。
进一步地，步骤S2中，设计遮挡板的形状的同时确定好遮挡板与靶材和工件之间的距离，根据步骤S1中的光学膜系设计的各膜层厚度的设计结果，确定遮挡板与靶材以及工件之间的距离。在本发明中，主要通过改变遮挡板的形状来实现制备不同色彩和视觉效果的渐变颜色膜，也可以通过改变遮挡板与靶材以及工件之间的距离来辅助形成各膜层的不同厚度，从而影响渐变效果。
进一步地，磁控溅射机制成的光学薄膜结构建立在工件上，所述光学薄膜结构包括有打底层、高折射率薄膜层、低折射率薄膜层、高消光系数薄膜层、保护层，所述打底层设置在工件上，所述高折射率薄膜层、低折射率薄膜层依次设置在所述打底层上，所述高消光系数薄膜层设置在所述低折射率薄膜层或高折射率膜层上，所述保护层设置在高消光系数薄膜层上；步骤S3中，所述磁控溅射机通过溅射靶材分别在工件上制成底层、高折射率薄膜层、低折射率薄膜层、高消光系数薄膜层、保护层。在本发明中，遮挡板可以设置在靠近靶材的位置，也可以设置在靠近工件的位置，通过改变遮挡板的形状与位置，可以改变磁控溅射机通过溅射靶材制成的高折射率薄膜层、低折射率薄膜层、高消光系数薄膜层的厚度，可以使相应的膜层在不同的位置厚度递增，也可以使相应的膜层在不同的位置厚度递减，也可以使相应的膜层的厚度保持不变，通过控制上述不同膜层的不同位置的厚度，就可以实现不同的颜色的渐变效果，满足市场多样化的需求；所述打底层的设置提高了工件与光学薄膜结构间的结合力，防止光学薄膜结构从工件上脱落；保护层的设置是为了保护高消光系数层不易被破坏。
进一步地，所述打底层为铬、镍、硅、氧化硅、氧化铝中的一种或多种；所述打底层厚度为0.1-50nm；
所述高折射率膜层为氧化钛、氧化铌、氧化锆、氧化铬、氮化硅、氧化钽中的一种或多种，所述高折射率膜层的厚度变化通过遮挡板的形状以及遮挡板与靶材和工件之间的距离控制；
所述低折射率膜层为氧化硅、氧化铝中的一种，所述低折射率膜层的厚度变化通过遮挡板的形状以及遮挡板与靶材和工件之间的距离控制；
所述高消光系数膜层为铟、铬、硅、碳化铬中的一种或多种，高消光系数膜层厚度为0.01-100nm；所述高消光系数膜层的厚度变化通过遮挡板的形状以及遮挡板与磁控溅射靶材和工件之间的距离控制；
所述保护层为氧化硅、氧化铝、氧化铌、氧化钛中的一种或多种，保护层厚度为10-100nm；
所述高折射率膜层和低折射率膜层可重复堆叠为复数层，构成(HL)^n膜系结构或(HL)^nH膜系结构，H代表高折射率膜层，L代表低折射率膜层，n为重复次数，n的取值范围为1-10；
所述工件的材质为玻璃、蓝宝石、塑料、不锈钢中的一种。
在本发明中，通过上述材质的设置使该光学薄膜结构的稳定性更好，形成的渐变颜色膜更加耐用持久，可以改变磁控溅射机通过溅射靶材制成的高折射率薄膜层、低折射率薄膜层、高消光系数薄膜层的厚度，可以使相应的膜层在不同的位置厚度递增，也可以使相应的膜层在不同的位置厚度递减，也可以使相应的膜层的厚度保持不变，通过控制上述不同膜层的不同位置的厚度，就可以实现不同的颜色的渐变效果，满足市场多样化的需求。
进一步地，步骤S3中，包括有以下步骤：
S31，工件清洗后固定在工件架上；
S32，抽真空，将磁控溅射机的机腔内抽真空至9.0×10-3-1.0×10-3Pa；
S33，离子源清洗，在所述真空条件下对工件进行离子源清洗，所使用的离子源为阳极层离子源；
S34，镀制打底层，通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，打底层为氧化硅或者氧化铝时，还需通入反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的打底层厚度后，停止镀膜；
S35，交替镀制n个高折射率层与n个低折射率层；首先镀制高折射率层，通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的高折射率层厚度后，停止镀膜，然后镀制低折射率层，通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的低折射率层厚度后，停止镀膜；继续镀制下一个高折射率层，镀制方式与上一个高折射率层的相同；镀制完成后，继续镀制下一个低折射率层，镀制方式与上一个低折射率层的相同；以此类推，直至镀制完成n个高折射率层与n个低折射率层，停止镀膜；
S36，镀制高消光系数层；通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的高消光系数层厚度后，停止镀膜；
S37镀制保护层；通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的保护层厚度后，停止镀膜；
S38，所有膜层镀制完成后，使磁控溅射机的机腔内放气破真空，并取出镀膜完成的工件。
在本发明中，采用的磁控溅射机的型号为SWOS-2000H，主要原理为中频反应磁控溅射，通过上述镀膜设置，使镀制后的膜层结构致密，折射率稳定，膜层光学性能更稳定，因而颜色稳定性更好。
进一步地，步骤S4中，所述颜色LAB值及可见光反射率曲线、可见光透过率曲线采用分光光度计检测，从工件的一端至另一端每隔1-2cm取一个点进行检测。在本发明中，颜色LAB值中的L*是明度，所谓明度就是色彩的明暗、深浅程度，规定范围为0～100，0为最暗，100为最亮。a*是由绿到红得色彩变化，范围-128～128，纯绿为-128，纯红为正128。b*是由蓝到黄得色彩变化，范围-128～128，纯蓝为-128，纯黄为正128；通过上述设置，使测试的结果更加精准。
进一步地，所述靶材包括有高折射率靶材、低折射率靶材，高消光系数靶材，所述遮挡板可置于高折射率靶材、低折射率靶材，高消光系数靶材中的一种、两种或三种靶材与工件之间。在本发明中，通过遮挡板不同位置与不同形状的设置，可以实现不同的颜色渐变的效果，能够满足用户多样化的需求。
进一步地，步骤S12中，不同渐变区域之间设置的间距为1-2cm。
进一步地，所述磁控溅射机腔体的溅射气体为高纯氩气；所述磁控溅射机腔体的反应气体为高纯氧气，高纯氮气，高纯乙炔中的一种。在本发明中，通过上述设置，能够更好的制成用户所需的渐变颜色膜。
本发明的有益效果在于：相比于现有技术，在本发明中，通过改变遮挡板的形状与位置，可以实现不同的渐变效果，通过光学薄膜结构配合各种颜色的油墨或者膜片，可以为手机等3C产品提供各种颜色的渐变效果，满足市场多样化的需求，而且通过上述该方法制备的渐变颜色膜过渡区颜色渐变自然，产品颜色易调节，能根据用户要求制备不同色彩和视觉效果的渐变颜色膜。
附图说明
图1是本发明磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法的制备流程图。
图2是本发明磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法的光学薄膜结构的结构示意图。
图3是本发明磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法的靶材、工件以及遮挡板之间的位置布置正视图。
图4是本发明磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法的靶材、工件以及遮挡板之间的位置布置侧视图。
图5是本发明磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法的靶材、工件以及遮挡板之间的位置布置俯视图。
图6是不同靶基距下工件上的膜层厚度随距离靶材中心位置的分布图。
图7是本发明磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法的一组遮挡板的实施例1示意图。
图8是本发明磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法的一组遮挡板的实施例2示意图。
图9是本发明磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法的一组遮挡板的实施例3示意图。
图10是本发明磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法的实施例1的工件的蓝绿到蓝紫渐变1-1到1-9位置可见光反射率曲线图。
图11是本发明磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法的实施例2的工件不同饱和度蓝色渐变1-1到1-9位置可见光透过率曲线图。
图12是本发明磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法的实施例2的工件不同饱和度蓝色渐变1-1到1-9位置可见光反射率曲线图。
图13是本发明磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法的实施例3的工件不同饱和度蓝绿色到黄绿色渐变1-1到1-9位置可见光反射率曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-13所示，一种磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法，包括有以下步骤：
S1，光学膜系设计，通过光学膜系设计软件建立模拟的光学薄膜结构；
S2，遮挡板1的设计，遮挡板1设置在靶材2与工件3之间，根据软件模拟的光学薄膜结构的厚度变化来设计遮挡板1的形状；
S3，真空镀膜，通过磁控溅射机溅射靶材2在工件3上形成光学薄膜结构；；
S4，颜色及光学性能检验，对真空镀膜后的产品进行颜色LAB值及可见光反射率曲线、可见光透过率曲线检测，测试结果合格，则可以进行量产准备；测试结果不合格，则返回步骤S1中；
步骤S1包括有以下步骤：
S11，基础膜系设计，根据用户对工件3渐变颜色及饱和度的需求，进行工件某一端点位置的基础膜系设计，具体端点如图3-4中位置1-1或者1-9，并得到该位置所需的光学薄膜结构的各膜层的厚度值；
S12，渐变区域不同位置膜系设计，根据用户对工件3渐变颜色及饱和度的需求，推算不同渐变区域的光学薄膜结构的各膜层的厚度值，不同渐变区域之间设置有间距，通过推算方法得到整个工件3的渐变膜系设计反射率或透过率光谱图。在本发明中，根据用户对工件3渐变颜色及饱和度的需求，通过光学膜系设计软件推算渐变区域从如图3-4中位置1-1到位置1-9的光学薄膜结构的各膜层的厚度值，从而对遮挡板1进行形状与位置的调整，从而实现用户所需的不同的颜色的渐变效果。
步骤S2包括有以下步骤：
S21，遮挡靶材2的确认，根据步骤S1中的光学膜系设计的结果，确认哪些膜层的厚度在渐变区域是变化的，则在此膜层的靶材2与工件3之间，沿着溅射靶材2的竖直方向设置一组遮挡板1，如果哪些膜层在整个渐变区域膜层厚度保持不变，则该膜层不需要设置相应的遮挡板1；遮挡板1设置在1种或者1种以上的靶材2与工件3之间；
S22，遮挡板1形状的确认与调整，首先通过磁控溅射机自带的膜层厚度与遮挡板1长度的关系曲线，固定各膜层内厚度最大的膜层位置的遮挡板1长度，然后通过步骤S1中的光学膜系设计的结果，计算出其中厚度最小的膜层位置的厚度，与其中厚度最大的膜层位置的厚度比较，计算两位置的膜层厚度差，通过磁控溅射设备自带的膜层厚度与遮挡板1长度的关系曲线，找出膜层厚度最小处的遮挡长度，沿着遮挡板1最长与最短的连线做递增或递减变化，或者维持不变。图7-9为三组不同大小形状的遮挡板1，由此引申出的调节基板不同位置膜层厚度的挡板都在本专利的保护范围内。
在本发明中，所述光学膜系设计软件包括有TFCalc光学薄膜膜系设计软件、Macleod麦克劳德光学薄膜设计分析软件。
根据用户需要的渐变颜色膜不同色彩和视觉效果，可以通过光学膜系设计软件建立不同的模拟的光学薄膜结构，通过光学膜系设计软件推算渐变区域从工件3一端位置到另一端位置的光学薄膜结构的各膜层的厚度值。根据软件模拟的光学薄膜结构的厚度来设计遮挡板1的形状以及遮挡板1与靶材2和工件3之间的距离，最后则可以制成用户所需的渐变颜色膜的光学薄膜结构。
渐变颜色是通过改变渐变区域不同位置的光学性能(如透过、吸收或反射)来实现的，通过改变遮挡板1的形状进而改变制成的渐变区域不同位置的光学薄膜结构的厚度，从而改变渐变区域不同位置的光学性能，从而实现不同色彩和视觉效果的渐变颜色膜。
通过改变遮挡板1的形状与位置，可以实现不同的渐变效果，通过光学薄膜结构配合各种颜色的油墨或者膜片，可以为手机等3C产品提供各种颜色的渐变效果，满足市场多样化的需求，而且通过上述该方法制备的渐变颜色膜过渡区颜色渐变自然，产品颜色易调节，能根据用户要求制备不同色彩和视觉效果的渐变颜色膜。相比于电子束蒸发镀膜，磁控溅射机镀制的膜层结构致密，折射率稳定，膜层光学性能更稳定，因而颜色稳定性更好。
在本实施例中，步骤S2中，设计遮挡板1的形状的同时确定好遮挡板1与靶材2和工件3之间的距离，根据步骤S1中的光学膜系设计的各膜层厚度的设计结果，确定遮挡板1与靶材2以及工件3之间的距离。在本发明中，主要通过改变遮挡板1的形状来实现制备不同色彩和视觉效果的渐变颜色膜，也可以通过改变遮挡板1与靶材2以及工件3之间的距离来辅助形成不同各膜层的厚度，从而影响渐变效果。
在本实施例中，磁控溅射机制成的光学薄膜结构建立在工件3上，光学薄膜结构包括有打底层、高折射率薄膜层、低折射率薄膜层、高消光系数薄膜层、保护层，打底层设置在工件3上，高折射率薄膜层、低折射率薄膜层依次设置在打底层上，高消光系数薄膜层设置在低折射率薄膜层或高折射率膜层上，保护层设置在高消光系数薄膜层上；步骤S3中，磁控溅射机通过溅射靶材2分别在工件3上制成底层、高折射率薄膜层、低折射率薄膜层、高消光系数薄膜层、保护层。
在本发明中，当光学膜系设计中加入高消光系数膜层时，其光学吸收和反射性能会发生相应变化，调整金属薄膜的厚度，将对颜色饱和度、亮度产生相应变化；要实现颜色或饱和度的渐变，就需要在工件3不同位置沉积不同厚度的介质膜或金属膜；所述遮挡板1的形状和位置可以根据所需要渐变颜色膜进行调整，可以使薄膜厚度从一端的位置到另一端的位置递增，递减、维持不变或其他变化趋势。遮挡板1可以设置在靠近靶材2的位置，也可以设置在靠近工件3的位置.
通过改变遮挡板1的形状与位置，可以改变磁控溅射机通过溅射靶材2制成的高折射率薄膜层、低折射率薄膜层、高消光系数薄膜层的厚度，可以使相应的膜层在不同的位置厚度递增，也可以使相应的膜层在不同的位置厚度递减，也可以使相应的膜层的厚度保持不变，通过控制上述不同膜层的不同位置的厚度，就可以实现不同的颜色的渐变效果，满足市场多样化的需求；打底层的设置提高了工件3与光学薄膜结构间的结合力；防止光学薄膜结构从工件3上脱落；保护层的设置是为了保护高消光系数层不易被破坏。
在本实施例中，打底层为铬、镍、硅、氧化硅、氧化铝中的一种或多种；打底层厚度为0.1-50nm；
高折射率膜层为氧化钛、氧化铌、氧化锆、氧化铬、氮化硅、氧化钽中的一种或多种，高折射率膜层的厚度变化通过遮挡板1的形状以及遮挡板1与靶材2和工件3之间的距离控制；
低折射率膜层为氧化硅、氧化铝中的一种，低折射率膜层的厚度变化通过遮挡板1的形状以及遮挡板1与靶材2和工件3之间的距离控制；
高消光系数膜层为铟、铬、硅、碳化铬中的一种或多种，高消光系数膜层厚度为0.01-100nm；所述高消光系数膜层的厚度变化通过遮挡板的形状以及遮挡板与磁控溅射靶材和工件3之间的距离控制；
保护层为氧化硅、氧化铝、氧化铌、氧化钛中的一种或多种，保护层厚度为10-100nm；
高折射率膜层和低折射率膜层可重复堆叠为复数层，构成(HL)^n膜系结构或(HL)^nH膜系结构，，H代表高折射率膜层，L代表低折射率膜层，n为重复次数，n的取值范围为1-10；
工件3的材质为玻璃、蓝宝石、塑料、不锈钢中的一种。
在本发明中，通过上述材质的设置使该光学薄膜结构的稳定性更好，形成的渐变颜色膜更加耐用持久，可以改变磁控溅射机通过溅射靶材2制成的高折射率薄膜层、低折射率薄膜层、高消光系数薄膜层的厚度，可以使相应的膜层在不同的位置厚度递增，也可以使相应的膜层在不同的位置厚度递减，也可以使相应的膜层的厚度保持不变，通过控制上述不同膜层的不同位置的厚度，就可以实现不同的颜色的渐变效果，满足市场多样化的需求。
对于磁控溅射来说，靶材2溅射出来的原子或原子团的分布服从克努增余弦定律，即靶材2正中心位置分布最多，越往两边，分布越少，如图6所示。离靶材2中心位置越近，膜厚越大，离靶材2中心位置越远，膜厚越小。靶基距越大，这种影响越小，靶基距越小，这种影响越大。如果在溅射靶材2与工件3之间，沿着磁控溅射靶的竖直方向，即轴线方向，设置一组遮挡板1(如图3-5所示)，调节遮挡板1的长度，将可以调节工件3上从1-1到1-9不同位置的薄膜厚度，从而实现从1-1到1-9不同位置的颜色调节。
在本实施例中，步骤S3中，包括有以下步骤：
S31，工件3清洗后固定在工件架4上；
S32，抽真空，将磁控溅射机的机腔内抽真空至9.0×10-3-1.0×10-3Pa；
S33，离子源清洗，在真空条件下对工件3进行离子源清洗，所使用的离子源为阳极层离子源；
S34，镀制打底层，通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，打底层为氧化硅或者氧化铝时，还需通入反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材2功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的打底层厚度后，停止镀膜；
S35，交替镀制n个高折射率层与n个低折射率层；首先镀制高折射率层，通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材2功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的高折射率层厚度后，停止镀膜，然后镀制低折射率层，通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材2功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的低折射率层厚度后，停止镀膜；继续镀制下一个高折射率层，镀制方式与上一个高折射率层的相同；镀制完成后，继续镀制下一个低折射率层，镀制方式与上一个低折射率层的相同；以此类推，直至镀制完成n个高折射率层与n个低折射率层，停止镀膜；
S36，镀制高消光系数层；通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材2功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的高消光系数层厚度后，停止镀膜；
S37镀制保护层；通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材2功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的保护层厚度后，停止镀膜；
S38，所有膜层镀制完成后，使磁控溅射机的机腔内放气破真空，并取出镀膜完成的工件3。
在本发明中，采用的磁控溅射机的型号为SWOS-2000H，主要原理为中频反应磁控溅射，通过上述镀膜设置，使镀制后的膜层结构致密，折射率稳定，膜层光学性能更稳定，因而颜色稳定性更好。
在本实施例中，步骤S4中，颜色LAB值及可见光反射率曲线、可见光透过率曲线采用分光光度计检测，从工件3的一端至另一端每隔1-2cm取一个点进行检测。在本发明中，颜色LAB值中的L*是明度，所谓明度就是色彩的明暗、深浅程度，规定范围为0～100，0为最暗，100为最亮。a*是由绿到红得色彩变化，范围-128～128，纯绿为-128，纯红为正128。b*是由蓝到黄得色彩变化，范围-128～128，纯蓝为-128，纯黄为正128；通过上述设置，使测试的结果更加精准。
在本实施例中，靶材2包括有高折射率靶材、低折射率靶材，高消光系数靶材，遮挡板1可置于高折射率靶材、低折射率靶材，高消光系数靶材中的一种、两种或三种靶材与工件3之间。在本发明中，通过遮挡板1不同位置与不同形状的设置，可以实现不同的颜色渐变的效果，能够满足用户多样化的需求。
在本实施例中，步骤S12中，不同渐变区域之间设置的间距为1-2cm。
在本实施例中，磁控溅射机腔体的溅射气体为高纯氩气；磁控溅射机腔体的反应气体为高纯氧气，高纯氮气，高纯乙炔中的一种，工件3的材质为玻璃、塑料、膜片、不锈钢中的一种。在本发明中，通过上述设置，能够更好的制成用户所需的渐变颜色膜。
本发明的有益效果在于：相比于现有技术，在本发明中，通过改变遮挡板1的形状与位置，可以实现不同的渐变效果，通过光学薄膜结构配合各种颜色的油墨或者膜片，可以为手机等3C产品提供各种颜色的渐变效果，满足市场多样化的需求，而且通过上述该方法制备的渐变颜色膜过渡区颜色渐变自然，产品颜色易调节，能根据用户要求制备不同色彩和视觉效果的渐变颜色膜。相比于电子束蒸发镀膜，磁控溅射机镀制的膜层结构致密，折射率稳定，膜层光学性能更稳定，因而颜色稳定性更好。
下面将结合具体实施例对磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法进行具体说明。
实施例1
本实施例中所使用的溅射机为SWOS-2000H大型磁控溅射机。
首先，将清洗干净的玻璃盖板，即工件3，置于溅射机工件架4上，其中，高折射率靶材，低折射率靶材与工件3、以及遮挡板1的放置示意图如图3-5所示，遮挡板1与高折射率靶材及低折射率靶材之间的距离均为2cm，遮挡板1与工件3之间的距离为13cm。2组遮挡板1形状均采用图7所示的形状，分别置于高折射率靶材和低折射率靶材与工件3之间。关门抽气至5.0×10-3Pa，镀膜前用阳极层离子源对工件3进行离子清洗10分钟。
阳极层离子清洗结束后，开始镀膜，首先在工件3上镀制打底层，其次镀制第一高折射率膜层，然后镀制第一低折射率膜层，然后镀制第二高折射率膜层，最后镀制第二低折射率膜层。其中，打底层为二氧化硅膜层，第一高折射率膜层与第二高折射率膜层为氧化铌膜层，第一低折射率膜层与第二低折射率膜层为二氧化硅膜层，打底层的厚度为10nm，第一高折射率膜层的厚度为52nm，第二高折射率膜层的厚度为49nm，第一低折射率膜层的厚度为34nm，第二低折射率膜层的厚度为5nm。
其中，镀氧化铌膜层通入溅射机腔体的氩气流量为500sccm，通入反应气体氧气流量为700sccm；镀二氧化硅通入的氩气流量为300sccm，通入反应气体氧气流量为500sccm。
镀膜结束后，真空室放气，取出镀好的工件3，用分光光度计测量如图3-4所示1-9至1-9的9个位置可见光反射曲线和L*，a*，b*值。图10为实施例1所测量的反射率曲线。
表1为1-9至1-9的9个位置的L*，a*，b*值
位置 L＊ a＊ b＊
1-1 64.4 -11.3 -18.8
1-2 62.5 -10.9 -21.5
1-3 60.4 -10.3 -24.2
1-4 58.2 -9.3 -26.9
1-5 55.8 -7.9 -29.7
1-6 53.3 -6.1 -32.5
1-7 50.6 -3.6 -35.3
1-8 47.7 -0.45 -38
1-9 44.9 3.32 -40.4
从图10和表1中可以看出，从位置1-1到位置1-9，反射曲线逐渐向短波移动，L*值逐渐变小，a*值逐渐增大，b*值逐渐减小，说明从位置1-1到位置1-9，颜色从蓝绿色逐渐转变为蓝紫色。因此，使用本发明的磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法所制备的渐变颜色膜，能够实现从蓝绿色逐渐转变为蓝紫色的效果。
实施例2
首先，将清洗干净的玻璃盖板，即工件3，置于溅射机工件架4上，其中，高消光系数靶材与玻璃基底间放置如图7所示的遮挡板1，遮挡板1与高消光系数靶材之间的距离为4cm，遮挡板1与工件3之间的距离为11cm，其他靶材2与工件3之间均无遮挡板1。遮挡板1形状均采用图7所示的形状，关门抽气至5.0×10-3Pa，镀膜前用阳极层离子源对工件3进行离子清洗10分钟。
阳极层离子清洗结束后，开始镀膜，首先在工件3上镀制打底层，其次镀制第一高折射率膜层，然后镀制第一低折射率膜层，然后镀制第二高折射率膜层，之后镀制第二低折射率膜层，接着镀制高消光系数薄膜层，最后镀制保护层。其中，打底层为氧化铝薄膜层，第一高折射率膜层与第二高折射率膜层为氧化铌薄膜层，第一低折射率膜层与第二低折射率膜层为二氧化硅薄膜层，高消光系数薄膜层为铟薄膜层，保护层为氧化硅薄膜层，打底层的厚度为5nm，第一高折射率膜层的厚度为44nm，第二高折射率膜层的厚度为46nm，第一低折射率膜层的厚度为84nm，第二低折射率膜层的厚度为5nm，高消光系数薄膜层的厚度为54nm，保护层的厚度为40nm。
其中，镀氧化铌膜层通入溅射机腔体的氩气流量为300sccm，通入反应气体氧气流量为400sccm；镀二氧化硅通入的氩气流量为400sccm，通入反应气体氧气流量为600sccm。
镀膜结束后，真空室放气，取出镀好的工件3，用分光光度计测量如图3-5所示1-9至1-9的9个位置可见光反射曲线和可见光透过率曲线。图11为测量的可见光反射率曲线，图12为测量的可见光透过率曲线。从图11和图12中可以看出，从位置1-1到位置1-9，反射率曲线逐渐降低，透过率曲线逐渐升高。说明从位置1-1到位置1-9，颜色从不透明蓝色过渡到半透明蓝色，最后变成透明蓝色。实施例2制备的是一种透过率渐变的蓝色。因此，使用本发明的磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法所制备的渐变颜色膜，能够实现从不透明蓝色过渡到半透明蓝色的透过率渐变的效果。
实施例3
首先，将清洗干净的玻璃盖板，即工件3，置于溅射机工件架4上，其中，在低折射率靶材与工件3间放置如图8所示的遮挡板1，遮挡板1与低折射率靶材之间的距离为5cm，遮挡板1与工件3之间的距离为10cm，其他靶材2与工件3之间均不设置遮挡板1。遮挡板1形状均采用图8所示的形状，关门抽气至5.0×10-3Pa，镀膜前用阳极层离子源对工件3进行离子清洗10分钟。
阳极层离子清洗结束后，开始镀膜，首先在工件3上镀制打底层，其次镀制第一高折射率膜层，然后镀制第一低折射率膜层，然后镀制第二高折射率膜层，最后镀制第二低折射率膜层。其中，打底层为氧化铝薄膜层，第一高折射率膜层与第二高折射率膜层为氧化钛薄膜层，第一低折射率膜层与第二低折射率膜层为二氧化硅薄膜层，打底层的厚度为8nm，第一高折射率膜层的厚度为118.9nm，第二高折射率膜层的厚度为32nm，第一低折射率膜层的厚度为20.3nm，第二低折射率膜层的厚度为10nm。
其中，镀氧化钛薄膜层通入溅射机腔体的氩气流量为400sccm，通入反应气体氧气流量为500sccm；镀二氧化硅通入的氩气流量为400sccm，通入反应气体氧气流量为600sccm。
镀膜结束后，真空室放气，取出镀好的工件3，用分光光度计测量如图3所示1-9至1-9的9个位置可见光反射曲线。图13为测量的可见光反射率曲线。从图13可以看出，从位置1-1到位置1-9，反射曲线逐渐向长波方向移动，说明从位置1-1到位置1-9，颜色从蓝绿色逐渐转变为黄绿色。因此，使用本发明的磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法所制备的渐变颜色膜，能够实现从蓝绿色逐渐转变为黄绿色的效果。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法，其特征在于包括有以下步骤：
S1，光学膜系设计，通过光学膜系设计软件建立模拟的光学薄膜结构；
S2，遮挡板的设计，所述遮挡板设置在靶材与工件之间，根据软件模拟的光学薄膜结构的厚度变化来设计遮挡板的形状；
S3，真空镀膜，通过磁控溅射机溅射靶材在工件上形成光学薄膜结构；
S4，颜色及光学性能检验，对真空镀膜后的产品进行颜色LAB值及可见光反射率曲线、可见光透过率曲线检测，测试结果合格，则可以进行量产准备；测试结果不合格，则返回步骤S1中；
步骤S1包括有以下步骤：
S11，基础膜系设计，根据工件的渐变颜色及饱和度的需求，进行工件某一端点位置的基础膜系设计，并得到该位置所需的光学薄膜结构的各膜层的厚度值；
S12，渐变区域不同位置膜系设计，根据工件的渐变颜色及饱和度的需求，推算不同渐变区域的光学薄膜结构的各膜层的厚度值，不同渐变区域之间设置有间距，通过推算方法得到整个工件的渐变膜系设计反射率或透过率光谱图；
步骤S2包括有以下步骤：
S21，遮挡靶材的确认，根据步骤S1中的光学膜系设计的结果，确认哪些膜层的厚度在渐变区域是变化的，则在此膜层的靶材与工件之间，沿着溅射靶材的竖直方向设置一组遮挡板，如果哪些膜层在整个渐变区域膜层厚度保持不变，则该膜层不需要设置相应的遮挡板；遮挡板设置在1种或者1种以上的靶材与工件之间；
S22，遮挡板形状的确认与调整，首先通过磁控溅射机自带的膜层厚度与遮挡板长度的关系曲线，固定各膜层内厚度最大的膜层位置的遮挡板长度，然后通过步骤S1中的光学膜系设计的结果，计算出其中厚度最小的膜层位置的厚度，与其中厚度最大的膜层位置的厚度比较，计算两位置的膜层厚度差，通过磁控溅射设备自带的膜层厚度与遮挡板长度的关系曲线，找出膜层厚度最小处的遮挡长度，沿着遮挡板最长与最短的连线做递增或递减变化，或者维持不变。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法，其特征在于步骤S2中，设计遮挡板的形状的同时确定好遮挡板与靶材和工件之间的距离，根据步骤S1中的光学膜系设计的各膜层厚度的设计结果，确定遮挡板与靶材以及工件之间的距离。
3.根据权利要求2所述的磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法，其特征在于磁控溅射机制成的光学薄膜结构建立在工件上，所述光学薄膜结构包括有打底层、高折射率薄膜层、低折射率薄膜层、高消光系数薄膜层、保护层，所述打底层设置在工件上，所述高折射率薄膜层、低折射率薄膜层依次设置在所述打底层上，所述高消光系数薄膜层设置在所述低折射率薄膜层或高折射率膜层上，所述保护层设置在高消光系数薄膜层上；步骤S3中，所述磁控溅射机通过溅射靶材分别在工件上制成底层、高折射率薄膜层、低折射率薄膜层、高消光系数薄膜层、保护层。
4.根据权利要求3所述的磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法，其特征在于所述打底层为铬、镍、硅、氧化硅、氧化铝中的一种或多种；所述打底层厚度为0.1-50nm；
所述高折射率膜层为氧化钛、氧化铌、氧化锆、氧化铬、氮化硅、氧化钽中的一种或多种，所述高折射率膜层的厚度变化通过遮挡板的形状以及遮挡板与靶材和工件之间的距离控制；
所述低折射率膜层为氧化硅、氧化铝中的一种，所述低折射率膜层的厚度变化通过遮挡板的形状以及遮挡板与靶材和工件之间的距离控制；
所述高消光系数膜层为铟、铬、硅、碳化铬中的一种或多种，高消光系数膜层厚度为0.01-100nm；所述高消光系数膜层的厚度变化通过遮挡板的形状以及遮挡板与磁控溅射靶材和工件之间的距离控制；
所述保护层为氧化硅、氧化铝、氧化铌、氧化钛中的一种或多种，保护层厚度为10-100nm；
所述高折射率膜层和低折射率膜层可重复堆叠为复数层，构成(HL)^n膜系结构或(HL)^nH膜系结构，H代表高折射率膜层，L代表低折射率膜层，n为重复次数，n的取值范围为1-10；
所述工件的材质为玻璃、蓝宝石、塑料、不锈钢中的一种。
5.根据权利要求4所述的磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法，其特征在于步骤S3中，包括有以下步骤：
S31，工件清洗后固定在工件架上；
S32，抽真空，将磁控溅射机的机腔内抽真空至9.0×10-3-1.0×10-3Pa；
S33，离子源清洗，在所述真空条件下对工件进行离子源清洗，所使用的离子源为阳极层离子源；
S34，镀制打底层，通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，打底层为氧化硅或者氧化铝时，还需通入反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的打底层厚度后，停止镀膜；
S35，交替镀制n个高折射率层与n个低折射率层；首先镀制高折射率层，通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的高折射率层厚度后，停止镀膜，然后镀制低折射率层，通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的低折射率层厚度后，停止镀膜；继续镀制下一个高折射率层，镀制方式与上一个高折射率层的相同；镀制完成后，继续镀制下一个低折射率层，镀制方式与上一个低折射率层的相同；以此类推，直至镀制完成n个高折射率层与n个低折射率层，停止镀膜；
S36，镀制高消光系数层；通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的高消光系数层厚度后，停止镀膜；
S37镀制保护层；通入磁控溅射机腔体溅射气体流量为100-800sccm，反应气体流量为200-1000sccm，溅射靶材功率为5-30KW；镀制达到步骤1中设计的保护层厚度后，停止镀膜；
S38，所有膜层镀制完成后，使磁控溅射机的机腔内放气破真空，并取出镀膜完成的工件。
6.根据权利要求1所述的磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法，其特征在于步骤S4中，所述颜色LAB值及可见光反射率曲线、可见光透过率曲线采用分光光度计检测，从工件的一端至另一端每隔1-2cm取一个点进行检测。
7.根据权利要求1所述的磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法，其特征在于所述靶材包括有高折射率靶材、低折射率靶材，高消光系数靶材，所述遮挡板可置于高折射率靶材、低折射率靶材，高消光系数靶材中的一种、两种或三种靶材与工件之间。
8.根据权利要求5所述的磁控溅射机制备渐变颜色膜的方法，其特征在于所述磁控溅射机腔体的溅射气体为高纯氩气；所述磁控溅射机腔体的反应气体为高纯氧气，高纯氮气，高纯乙炔中的一种。
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