TWI425244B - 抗反射膜及其製成方法 - Google Patents

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Han Chang Pan
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Nat Applied Res Laboratories
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Description

抗反射膜及其製成方法
本案係指一種抗反射膜和其製造方法，特別是指一種可以減少鍍膜時間和材料成本的抗反射膜和其製造方法。
因為目前光學元件的普遍應用，使抗反射膜的需求越來越大，以減低光學元件的反射率並增強光線穿透光學元件的穿透率。抗反射膜的形成方式有很多，包括物理及化學沈積方式，目前大多數的光學鍍膜是以物理氣相沈積中的蒸鍍來達成。蒸鍍是在真空狀況下，加熱蒸鍍源達到熔化或蒸發溫度，使欲蒸鍍材料蒸發，以沉積並附著在基板表面上的一種鍍膜技術。在蒸鍍過程中，通常基板也須要適當加熱，使得蒸鍍原子具有足夠的能量，可以在基板表面自由移動，如此才能形成均勻的薄膜，故基板溫度對蒸鍍薄膜的性質會有很重要的影響。一般若是玻璃基板會加熱至300℃以上，如此可使薄膜與基板間形成良好的鍵結而不致剝落。
習用的抗反射膜通常以真空蒸鍍法形成兩種以上具不同折射率之薄膜於一透明基板上。且通常需要三層以上之薄膜重疊於基板上，方可利用多重膜間的干涉，把反射光減至最少。真空蒸鍍法雖然具有速度快且製作多層膜較為便利的優點，但是因為真空蒸鍍製程中工作溫度的考量，一些不耐熱基材並不適用於本方法。以塑膠基材鍍膜為例，以往塑膠基材的鍍膜因溫度的承受度不高，製程產品多以一層或兩層的抗反射膜為主，但是層數太少所能達到的抗反射效果相當有限。若欲製鍍多層膜於塑膠基材上，往往出現附著力不好甚至脫膜與裂膜的現象。
職是之故，發明人鑑於習知技術之缺失，乃經悉心試驗與研究並一本鍥而不捨之精神，終發明出一新穎抗反射膜和其製造方法，此發明將可解決上述製備抗反射膜之缺點，以下為本發明之簡要說明。
本案所提供之抗反射膜及其製造方法不但具高度抗反射效果，且可縮短鍍膜時間並節省鍍膜材料。更重要的是，藉由本發明的概念，本發明的抗反射膜不受限於製程的工作溫度，能應用的領域更寬廣。
本案之目的之一為提供一種抗反射膜，其包含具有一基材折射率的一基材；一第一透明層，其設置於該基材上且具有一第一折射率；以及一第二透明層，其設置於該第一透明層上且具有一第二折射率。其中，該第一折射率大於該基材折射率和該第二折射率，且該第一透明層的厚度介於1nm－40nm之間。
根據上述構想，更包含：一第三透明層，其設置於該第二透明層上且具有一第三折射率；以及一第四透明層，其設置於該第三透明層上且具有一第四折射率，其中該第三折射率大於該第二折射率和該第四折射率且該第三透明層的厚度介於1nm－40nm之間。
根據上述構想，其中該第三透明層的材料包含一金屬氧化物。
根據上述構想，其中該金屬氧化物係選自氧化銦、二氧化鈦、氧化鎳、氧化鉻、氧化鎘、氧化鎵銦、五氧化鈮、氧化銦錫、二氧化錫、及其任意組合至少其中之一。
根據上述構想，其中該第四折射率小於該基材折射率。
根據上述構想，更包含一塗布層，設置於任意兩層之間。
根據上述構想，更包含一黏著層，設置於任意兩層之間。
根據上述構想，其中該第三及該第四透明層係以一蒸鍍方法製成。
根據上述構想，其中該第一透明層的材料包含一金屬氧化物。
根據上述構想，其中該金屬氧化物係選自氧化銦、二氧化鈦、氧化鎳、氧化鉻、氧化鎘、氧化鎵銦、五氧化鈮、氧化銦錫、二氧化錫、及其任意組合至少其中之一。
根據上述構想，其中該第二折射率小於該基材折射率。
根據上述構想，其中該第一及該第二透明層係以一蒸鍍方法製成。
根據上述構想，更包含一黏著層，設置於任意兩層之間。
本案之目的之一為提供另一種抗反射膜，其包含具有一基材折射率的一基材；一第一無機層，設置於該基材上，其具有不等於該基材折射率的一第一折射率，且其厚度介於1nm－40nm之間；以及一第二無機層，設置於該第一無機層上，其具有不等於該第一折射率的一第二折射率。
本案之另一目的為提供一種抗反射膜的製成方法，其步驟包含：提供一基材，其具有一基材折射率；形成具有一第一折射率的一第一透明層於該基材上；以及形成具有一第二折射率的一第二透明層於該第一透明層上，其中，該第一折射率大於該基材折射率和該第二折射率，且該第一透明層的厚度介於1nm－40nm之間。
根據上述構想，其步驟更包含：形成具有一第三折射率的一第三透明層於該第二透明層上；以及形成具有一第四折射率的一第四透明層於該第三透明層上，其中該第三折射率大於該第二折射率和該第四折射率且該第三透明層的厚度介於1nm－40nm之間。
根據上述構想，更包含以下步驟：形成一塗布層於任意兩層之間。根據上述構想，更包含以下步驟：形成一黏著層於任意兩層之間。
根據上述構想，其中形成該第三透明層及該第四透明層的方法包含一塗佈法、一物理氣相沉積法及一化學氣相沉積法其中之一。
根據上述構想，其中該第三透明層的材料包含一金屬氧化物。
根據上述構想，其中該金屬氧化物係選自氧化銦、二氧化鈦、氧化鎳、氧化鉻、氧化鎘、氧化鎵銦、五氧化鈮、氧化銦錫、二氧化錫、及其任意組合至少其中之一。
根據上述構想，其中該第四折射率小於該基材折射率。
根據上述構想，更包含以下步驟：形成一塗布層於任意兩層之間。
根據上述構想，更包含以下步驟：形成一黏著層於任意兩層之間。
根據上述構想，其中形成該第一透明層及該第二透明層的方法包含一塗佈法、一物理氣相沉積法及一化學氣相沉積法其中之一。
根據上述構想，其中該第一透明層的材料包含一金屬氧化物。
根據上述構想，其中該金屬氧化物係選自氧化銦、二氧化鈦、氧化鎳、氧化鉻、氧化鎘、氧化鎵銦、五氧化鈮、氧化銦錫、二氧化錫、及其任意組合至少其中之一。
根據上述構想，其中該第二折射率小於該基材折射率。
本案得藉由下列詳細說明，俾得更深入之了解：
本發明將藉由下述之較佳實施例及其配合之圖示，做進一步之詳細說明。
請參閱第一圖及第二圖，其分別為本發明之第一及第二實施例製成之抗反射膜側視圖。本發明之抗反射膜1、2包括一基材10及數層透明薄膜。所述基材10之材料沒有特別限制，本發明實施例係以例如：布料、纖維、紙捲、PVC薄片、高分子薄片等軟性基材為代表說明。數層透明薄膜通常由低折射率和高折射率材質交替形成於基材10上。與基材10直接接觸的薄膜通常選用折射率大於基版10的高折射率材質，本實施例中選用二氧化鈦(TiO2 )薄膜11，其亦可使用氧化銦、氧化鎳、氧化鉻、氧化鎘、氧化鎵銦、五氧化鈮、氧化銦錫、二氧化錫、等高折射率材質。於二氧化鈦薄膜11上方的薄膜較佳是折射率小於該二氧化鈦薄膜11，本實施例選用二氧化矽(SiO2 )薄膜12。通常透明薄膜的層數越多，所能達到的抗反射效果越顯著，故如第一實施例的抗反射膜1可以再加鍍兩層交替的TiO2 薄膜11及SiO2 薄膜12，以達到更好的抗反射效果(如第二圖所示)。
本發明的一大特點是採用超薄的TiO2 薄膜11。一般單層的透明薄膜厚度約莫介於50－100奈米，而本發明的TiO2 薄膜厚度僅1－40奈米，較佳是介於10－35奈米。
請參閱第三圖，其為本發明第二實施例之抗反射膜製成方法之示意圖。本實施例係以離子源輔助蒸鍍法沈積層狀結構TiO2 /SiO2 於塑膠基材上為例說明。本實施例中的基材10係經由圖中的加工設備3以自動化連續生產製造抗反射膜2。所述製造方法包含以下步驟。
製備加工設備3以用於自動化連續生產該抗反射膜2。
放置待加工的基材10：將基材10以繞捲方式整捲架設於於真空腔體30內部的基材載放輪311。
預清潔處理：請參閱第三圖及第四圖，第四圖為本發明抗反射膜製成方法之預清潔處理示意圖。將基材10放置於基材載放輪311後，開啟真空幫浦從真空抽氣管路322抽氣，等待真空腔體30之真空度到達背景壓力值8×10－6 以下，先行由進氣管路323通入氧氣至工作壓力為2.4×10－4 後，即可準備進行預清潔處理。在基材10進入預清潔區域330前先調整基材10的前進速度，同時對TiO2 藥材101與SiO2 藥材102進行加熱熔藥。基材10進入預清潔區域330後開啟離子源301進行基材之預清潔處理(如第四圖所示)，預清潔處理將會提高基材10表面之附著性，有利於後面蒸鍍步驟的進行。
形成鍍膜：請參閱第三圖，基材10經預清潔處理後，以導輪312傳送至第一蒸鍍區331。在第一蒸鍍區331中使用第一加熱源501對TiO2 藥材101進行加熱，並以第一離子源302輔以助鍍，蒸發出TiO2 成膜粒子，並沉積於通過第一蒸鍍區331中的基材10表面，形成厚度達20奈米的一TiO2 薄膜。完成第一層之TiO2 薄膜後，再傳送基材10進入第二蒸鍍區332，使用第二加熱源502對SiO2 藥材102進行加熱，並以第二離子源303輔以助鍍，蒸發出SiO2 成膜粒子，並沉積於通過第二蒸鍍區332中的基材10表面，形成厚度達42奈米的一SiO2 薄膜。完成第二層之SiO2 薄膜，再傳送基材10進入第三蒸鍍區333，使用第三加熱源503對TiO2 藥材101進行加熱，並以第三離子源304輔以助鍍，形成厚度達33奈米的一TiO2 薄膜。完成第三層之TiO2 薄膜後，再傳送基材10進入第四蒸鍍區334，使用第四加熱源504對SiO2 藥材102進行加熱，並以第四離子源305輔以助鍍，製鍍厚度達110奈米的一SiO2 薄膜。完成四層薄膜的製鍍後，便完成抗反射膜2之製作，最後再由基材捲收輪313將製成的抗反射膜2收納。
更具體而言，本實施例在蒸鍍製程中所採用的監控系統為光學監控系統與業界常用之石英監控器，以對其各膜層之蒸鍍速率及薄膜厚度進行監控；所採用的坩鍋為直徑40mm TiO2 靶材及SiO2 靶材。工作氣體和反應氣體分別為高純度氬氣和高純度氧氣；工作溫度為室溫25℃。本實施例的蒸鍍參數條件如第一表所示。
請參閱第五圖，其為本發明之第二實施例抗反射膜之透光率譜線。實驗組使用本發明第二實施例之抗反射膜，對照組則用未經鍍膜的基材。如圖中所示，實驗組經製鍍單面抗反射膜後，其透光率有顯著的提升(可見光區約提昇8%)，由此可知若製鍍雙面抗反射膜則可得到穿透率大於99%之抗反射效果。若欲製鍍雙面的薄膜在基材之兩各表面，可另外將基材反向繞捲，再依前述蒸鍍製程進行蒸鍍，以製得一雙面抗反射膜。
請參閱第六圖，其為本發明之第三實施例抗反射膜之透光率譜線。第三實施例不同於第二實施例之處在於基板的材質，第二實施例採用塑膠基板，而第三實施例採用的是玻璃基板。第六圖中的實驗組係為第三實施例之抗反射膜，對照組則是未經鍍膜的玻璃基材。如圖中所示，實驗組經製鍍單面抗反射膜後，其透光率相較於對照組有顯著的提升，可達到94%以上之透光率，若製鍍雙面之抗反射膜將達到更有效之抗反射效果。
本發明提供一新穎製備抗反射膜之方法，利用超薄之二氧化鈦與二氧化矽進行光學薄膜堆疊，不但可節省材料成本，且可達到如下優異之處。本發明之方法可以大幅度的降低製程溫度(可降至100℃以下)，使本發明之抗反射膜可應用的範圍更廣泛，尤其是應用在不耐高溫之可撓性基板。而且，本發明透過減少加熱與退溫的時間可大量縮短製程時間並提高生產效率，使本發明可滿足大面積之連續式生產及產業量產之需求。本發明所採用超薄之二氧化鈦薄膜，完全不因其超薄厚度而使本發明之抗反射效果打折扣，在製鍍雙面的情況下，本發明之抗反射膜其抗反射效果甚至可達99%的穿透率。再者，依本發明所提出製造抗反射膜之方法，現存的鍍膜廠商不需額外添購價格昂貴之設備，依現有之設備即可做出本發明之抗反射膜，對於成本來說無須額外的負擔。
惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非據此即拘限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效結構變化者，均同理包含於本發明之範圍內，合予陳明。
1、2．．．抗反射膜
10．．．基材
101．．．二氧化鈦藥材
102．．．二氧化矽藥材
11．．．二氧化鈦薄膜
12．．．二氧化矽薄膜
3．．．加工設備
30．．．真空腔體
301．．．離子源
302．．．第一離子源
303．．．第二離子源
304．．．第三離子源
305．．．第四離子源
311．．．基材載放輪
312．．．導輪
313．．．基材捲收輪
322．．．真空抽氣管路
323．．．進氣管路
330．．．預清潔區域
331．．．第一蒸鍍區
332．．．第二蒸鍍區
333．．．第三蒸鍍區
334．．．第四蒸鍍區
501．．．第一加熱源
502．．．第二加熱源
503．．．第三加熱源
504．．．第四加熱源
第一圖：本發明之第一實施例製成之抗反射膜側視圖；第二圖：本發明之第二實施例製成之抗反射膜側視圖；第三圖：本發明第二實施例之抗反射膜製成方法之示意圖；第四圖：本發明之抗反射膜製成方法之預清潔處理示意圖；第五圖：本發明之第二實施例抗反射膜之透光率譜線；以及第六圖：本發明之第三實施例抗反射膜之透光率譜線。
2．．．抗反射膜
10．．．基材
11．．．二氧化鈦薄膜
12．．．二氧化矽薄膜

Claims (26)

  1. 一種抗反射膜，其包含：一基材，其具有一基材折射率；一第一透明層，其設置於該基材上且具有一第一折射率；一第二透明層，其設置於該第一透明層上且具有一第二折射率，其中，該第一折射率大於該基材折射率和該第二折射率，且該第一透明層的厚度介於1nm-40nm之間；一第三透明層，其設置於該第二透明層上且具有一第三折射率；以及一第四透明層，其設置於該第三透明層上且具有一第四折射率，其中該第三折射率大於該第二折射率和該第四折射率且該第三透明層的厚度介於1nm-40nm之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的抗反射膜，其中該第三透明層的材料包含一金屬氧化物。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的抗反射膜，其中該金屬氧化物係選自氧化銦、二氧化鈦、氧化鎳、氧化鉻、氧化鎘、氧化鎵銦、五氧化鈮、氧化銦錫、二氧化錫、及其任意組合至少其中之一。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的抗反射膜，其中該第四折射率小於該基材折射率。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的抗反射膜，更包含一塗布層，設置於任意兩層之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的抗反射膜，更包含一黏著層，設置於任意兩層之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的抗反射膜，其中該第三及該第四透明層係以一蒸鍍方法製成。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的抗反射膜，其中該第一透明層的材料包含一金屬氧化物。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的抗反射膜，其中該金屬氧化物係選自氧化銦、二氧化鈦、氧化鎳、氧化鉻、氧化鎘、氧化鎵銦、五氧化鈮、氧化銦錫、二氧化錫、及其任意組合至少其中之一。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的抗反射膜，其中該第二折射率小於該基材折射率。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的抗反射膜，其中該第一及該第二透明層係以一蒸鍍方法製成。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的抗反射膜，更包含一黏著層，設置於任意兩層之間。
  13. 一種抗反射膜，其包含：一基材，其具有一基材折射率；一第一透明層，設置於該基材上，其具有不等於該基材折射率的一第一折射率，且其厚度介於1nm-40nm之間；以及一第二透明層，設置於該第一無機層上，其具有不等於該第一折射率的一第二折射率；一第三透明層，其設置於該第二透明層上且具有 一第三折射率；以及一第四透明層，其設置於該第三透明層上且具有一第四折射率，其中該第三折射率大於該第二折射率和該第四折射率，且該第三透明層的厚度介於1nm-40nm之間。
  14. 一種製造抗反射膜的方法，其步驟包含：提供一基材，其具有一基材折射率；形成具有一第一折射率的一第一透明層於該基材上；形成具有一第二折射率的一第二透明層於該第一透明層上，其中，該第一折射率大於該基材折射率和該第二折射率，且該第一透明層的厚度介於1nm-40nm之間；形成具有一第三折射率的一第三透明層於該第二透明層上；以及形成具有一第四折射率的一第四透明層於該第三透明層上，其中該第三折射率大於該第二折射率和該第四折射率且該第三透明層的厚度介於1nm-40nm之間。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之製造抗反射膜的方法，更包含以下步驟：形成一塗布層於任意兩層之間。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之製造抗反射膜的方法，更包含以下步驟：形成一黏著層於任意兩層之間。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之製造抗反射膜的方法，其中形成該第三透明層及該第四透明層的方法包含一塗佈法、一物理氣相沉積法及一化學氣相沉積法其中之一。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之製造抗反射膜的方法，其中該第三透明層的材料包含一金屬氧化物。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之製造抗反射膜的方法，其中該金屬氧化物係選自氧化銦、二氧化鈦、氧化鎳、氧化鉻、氧化鎘、氧化鎵銦、五氧化鈮、氧化銦錫、二氧化錫、及其任意組合至少其中之一。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之製造抗反射膜的方法，其中該第四折射率小於該基材折射率。
  21. 如申請專利範圍第14項所述之製造抗反射膜的方法，更包含以下步驟：形成一塗布層於任意兩層之間。
  22. 如申請專利範圍第14項所述之製造抗反射膜的方法，更包含以下步驟：形成一黏著層於任意兩層之間。
  23. 如申請專利範圍第14項所述之製造抗反射膜的方法，其中形成該第一透明層及該第二透明層的方法包含一塗佈法、一物理氣相沉積法及一化學氣相沉積法其中之一。
  24. 如申請專利範圍第14項所述之製造抗反射膜的方法，其中該第一透明層的材料包含一金屬氧化物。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之製造抗反射膜的方法，，其中該金屬氧化物係選自氧化銦、二氧化鈦、氧化鎳、氧化鉻、氧化鎘、氧化鎵銦、五氧化鈮、氧 化銦錫、二氧化錫、及其任意組合至少其中之一。
  26. 如申請專利範圍第14項所述之製造抗反射膜的方法，其中該第二折射率小於該基材折射率。
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