專利名稱：改善了光學(xué)性能和電性能的功能薄膜的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種功能薄膜，更具體地說(shuō)，涉及一種有可調(diào)光學(xué)性能和電性能的功能薄膜。
2.相關(guān)技術(shù)說(shuō)明一種既能使外部光線的反射度減少到最低限度又有電導(dǎo)性的功能薄膜有多種多樣的用途，包括遮陽(yáng)鏡、外部光線屏蔽玻璃、紫外線防護(hù)和隔絕材料或電磁屏蔽材料。
作為功能薄膜的一個(gè)例子，也可以列舉在彩色顯示器件例如彩色陰極射線管的無(wú)機(jī)發(fā)光材料(phosphor)層之間形成的、用于吸收外部光線和從毗鄰無(wú)機(jī)發(fā)光材料層圖案散射出來(lái)的光線的一種黑色基材。如果一個(gè)顯示器件的屏幕的外部光線反射度提高，則可見(jiàn)影像就變得模糊。由于外部光線主要是在該屏幕的黑色基材上反射的，因而，通過(guò)提高該顯示器件各象素周圍的黑色基材的吸收度來(lái)改善亮度和反差的嘗試一直在不斷進(jìn)行。因此，用鉻制作了一種有由鉻層和氧化鉻層組成的層壓薄膜結(jié)構(gòu)的黑色基材。為了進(jìn)一步提高該黑色基材的吸收性，可以向該氧化鉻層中添加碳。
美國(guó)專利No.5,976,639公開(kāi)了一種利用由過(guò)渡層和金屬層組成的層壓薄膜在顯示板的內(nèi)表面上形成液晶顯示器黑色基材的方法。按照此專利，該層壓薄膜有一個(gè)過(guò)渡層，其中，一種構(gòu)成元素例如Cr、W、Ta、Ti、Fe、Ni或Mo的含量在外部光線的入射方向上每100最多增加約0.5％～約20％。該過(guò)渡層可以進(jìn)一步包括一種構(gòu)成元素例如氧、氮或碳。該金屬元素理想地是鉻。該過(guò)渡層配置在一個(gè)低金屬層與一個(gè)高金屬層之間。高金屬層的金屬元素含量在50％～100％(重量)的范圍內(nèi)，而低金屬層的金屬元素含量在10％～50％(重量)的范圍內(nèi)。從黑色基材的功能的觀點(diǎn)來(lái)看，該低金屬層不是基本構(gòu)成。
該黑色基材是用一種反應(yīng)性濺射方法制造的，其中，把一個(gè)金屬(鉻)靶置于一個(gè)真空室內(nèi)的一個(gè)磁控陰極上，向該室內(nèi)導(dǎo)入第一種氣體用于磁控管放電，并向該室內(nèi)導(dǎo)入第二種氣體，即能與濺射金屬元素反應(yīng)的反應(yīng)性氣體(氧氣或氮?dú)?。濺射是在這樣一種氛圍中執(zhí)行的，其中，該反應(yīng)性氣體的分壓在一種透明基材的移動(dòng)方向上逐漸降低。
然而，在美國(guó)專利No.5,976,639中描述的黑色基材及其制備方法中，使用了對(duì)環(huán)境有害的材料例如鉻，而且沉積應(yīng)當(dāng)在反應(yīng)性氛圍中執(zhí)行。此外，在該層壓薄膜的過(guò)渡層和金屬層的形成期間，每一層的組成和厚度都必須嚴(yán)格控制，即制造工藝是復(fù)雜的。
發(fā)明概要為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是通過(guò)使用除鉻外的無(wú)毒金屬與一種介電材料的混合物提供一種有優(yōu)異機(jī)械性能、光學(xué)性能和電性能的功能薄膜。
為了達(dá)到上述目的，提供的是一種包含一個(gè)過(guò)渡層的功能薄膜，該過(guò)渡層包含有隨薄膜厚度漸變的含量梯度的第一成分和第二成分，該第一成分是從SiOx(x＞1)、MgF2、CaF2、Al2O3、SnO2、In2O3和ITO組成的一組中選擇的至少一種介電材料，而第二成分是從鐵(Fe)、鈷(Co)、鈦(Ti)、釩(V)、鋁(Al)、銀(Ag)、硅(Si)、鍺(Ge)、釔(Y)、鋅(Zn)、鋯(Zr)、鎢(W)和鉭(Ta)組成的一組中選擇的至少一種材料。
較好的是，該漸變含量梯度是這樣分布的，以致折射率在外部光線的入射方向上隨薄膜的厚度逐漸增大或減少。
此外，該漸變含量梯度較好是這樣分布的，以致光吸收效率在外部光線的入射方向上隨薄膜的厚度逐漸增大。
該漸變含量梯度較好是這樣分布的，以致該電導(dǎo)率是通過(guò)使第二成分的含量隨薄膜厚度改變而逐漸提高或降低的。
較好的是，該漸變含量梯度是這樣分布的，以致在外部光線的入射方向上，第一成分的含量隨薄膜厚度逐漸減少，而第二成分的含量隨薄膜厚度逐漸增大。
按照本發(fā)明，該薄膜較好沉積在一種基材上，該基材的折射率與該薄膜接觸該基材的一面的折射率之差小于或等于0.5。
按照本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，該功能薄膜可以進(jìn)一步包含一個(gè)從SiOx(x＞1)、MgF2、CaF2、Al2O3、SnO2、In2O3和ITO組成的一組中選擇的至少一種介電材料形成的介電層。其形成位置沒(méi)有特別限制，但較好沉積在該基材與該過(guò)渡層之間，從而能接觸該基材。在此，該介電層與該基材的折射率之差較好小于或等于0.5。
替而代之，按照本發(fā)明的功能薄膜可以進(jìn)一步包含一個(gè)導(dǎo)電層，該層包含從鐵(Fe)、鈷(Co)、鈦(Ti)、釩(V)、鋁(Al)、銀(Ag)、硅(Si)、鍺(Ge)、釔(Y)、鋅(Zn)、鋯(Zr)、鎢(W)和鉭(Ta)組成的一組中選擇的至少一種金屬元素。該導(dǎo)電層的形成位置沒(méi)有特別限制，但從改善該薄膜的阻抗特性的觀點(diǎn)來(lái)看，在該功能薄膜用于需要電導(dǎo)率特性的領(lǐng)域以及第二成分是硅且Si含量隨薄膜厚度增大的情況下，該導(dǎo)電層較好在該薄膜接觸該基材的那一面的反面上形成。
按照本發(fā)明的又另一個(gè)實(shí)施方案，如果該功能薄膜進(jìn)一步包括一個(gè)介電層，則可以進(jìn)一步提供一個(gè)包含從鐵(Fe)、鈷(Co)、鈦(Ti)、釩(V)、鋁(Al)、銀(Ag)、硅(Si)、鍺(Ge)、釔(Y)、鋅(Zn)、鋯(Zr)、鎢(W)和鉭(Ta)組成的一組中選擇的至少一種金屬元素的導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層是在該過(guò)渡層接觸該介電層的那一面的反面上形成的。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明通過(guò)參照附圖詳細(xì)地描述其較好實(shí)施方案，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見(jiàn)，其中

圖1是一幅示意圖，說(shuō)明按照本發(fā)明的一種功能薄膜的結(jié)構(gòu)；圖2是按照本發(fā)明的一種功能薄膜的原理說(shuō)明圖；圖3是按照本發(fā)明一種實(shí)施方案的一種功能薄膜的第一成分(SiO2)和第二成分(Al)的分布變化說(shuō)明圖；和圖4是按照本發(fā)明另一種實(shí)施方案的一種功能薄膜的第一成分(SiO2)和第二成分(Co)的分布變化說(shuō)明圖。
發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提供一種包含一個(gè)過(guò)渡層的功能薄膜，其中，第一成分和第二成分有隨該薄膜厚度漸變的含量梯度。第一成分是從SiOx(x＞1)、MgF2、CaF2、Al2O3、SnO2、In2O3和ITO組成的一組中選擇的至少一種介電材料，而第二成分是從鐵(Fe)、鈷(Co)、鈦(Ti)、釩(V)、鋁(Al)、銀(Ag)、硅(Si)、鍺(Ge)、釔(Y)、鋅(Zn)、鋯(Zr)、鎢(W)和鉭(Ta)組成的一組中選擇的至少一種材料。第一成分和第二成分的相對(duì)含量是通過(guò)調(diào)節(jié)第一成分和第二成分在一種基材上沉積的速度而隨該薄膜的厚度逐漸變化的，從而提供就折射率、消光系數(shù)和電導(dǎo)率而言有梯度的薄膜。
如圖1中所示，涂布在基材10上的薄膜20的反射度是一般用式(1)代表的反射系數(shù)(r)的絕對(duì)值平方r=Ns-NfNs+Nf=(ns-nf)+i(ks-kf)(ns-nf)+i(ks+kf)---(1)]]>式中Ns和Nf分別表示基材和薄膜的復(fù)合折射率，ns和nf分別表示基材和薄膜的折射率，而ks和kf分別表示基材和薄膜的消光系數(shù)。
為了降低該薄膜的反射度，更好的是該基材與該薄膜之間的折射率差異較小。換言之，若該基材與該薄膜的折射率變得相等，則反射就不會(huì)發(fā)生。
通過(guò)逐漸改變(增加或減少)該薄膜厚度增大方向上的折射率，就能得到一種其中只有吸收發(fā)生而無(wú)反射發(fā)生的薄膜。
根據(jù)上述原理，本發(fā)明的發(fā)明者設(shè)計(jì)了圖2中所示的一種功能薄膜。第一種材料，即一種其折射率非常類似于一種基材的折射率的介電材料，涂布在一個(gè)與該基材鄰接的部分上。在此，假設(shè)該基材的折射率和消光系數(shù)是以上說(shuō)明的ns和ks，而第一種材料的折射率和消光系數(shù)是n1和k1。由于該基材與第一種材料之間的折射率差異微不足道，因而，根據(jù)式(1)所代表的原理，光線的反射幾乎可以避免。
然后，在第一種材料上沉積一種實(shí)質(zhì)上具有與第一種材料相同折射率的第二種材料(折射率n2；消光系數(shù)k2)，因而，根據(jù)與如上所述相同的原理，降低了光線的反射率。根據(jù)與如上所述相同的原理，可以連續(xù)地沉積一種折射率為n3且消光系數(shù)為k3的第三種材料、一種折射率為n4且消光系數(shù)為k4的第四種材料、一種折射率為n5且消光系數(shù)為k5的第五種材料等等。
可以創(chuàng)造折射率梯度，使得該折射率逐漸增大或減少。為了降低外部光線的反射度和提高光線吸收效率，沉積較好以消光系數(shù)能在外部光線的入射方向上增大這樣一種方式執(zhí)行。通過(guò)讓該消光系數(shù)隨薄膜的厚度逐漸增大，就能使通過(guò)該薄膜的光線數(shù)量逐漸減少，直至當(dāng)厚度達(dá)到預(yù)定水平時(shí)沒(méi)有光線透射。
此外，通過(guò)使第二成分的含量隨其厚度改變，也能使該薄膜的電導(dǎo)率逐漸改變，從而使該薄膜的利用效率最大化。換言之，如果金屬元素的含量在從接觸該基材的一面到反面的方向上隨該薄膜的厚度增大而使電導(dǎo)率逐漸增大，則使外部光線的反射度最小化，從而實(shí)現(xiàn)一種有高電導(dǎo)率的光學(xué)結(jié)構(gòu)。這樣一種結(jié)構(gòu)當(dāng)應(yīng)用到顯示器件的電磁屏蔽材料或黑色基材時(shí)能有效地防止電荷積累。
較好使用透明的SiOx(x＞1)、MgF2、CaF2、Al2O3、SnO2、In2O3和ITO作為按照本發(fā)明的功能薄膜中的介電材料，因?yàn)榫桶ㄕ凵渎试趦?nèi)的各種性能而言它們類似于一般玻璃基材。
此外，較好也使用Fe、Co、Ti、V、Al、Ag、Si、Ge、Y、Zn、Zr、W和Ta作為第二成分，因?yàn)槠涔馕招蔾值高。尤其Al和Ag是更好的，因?yàn)槠潆妼?dǎo)率高。
按照本發(fā)明，該薄膜是沉積在一種基材上的，該基材的折射率與該薄膜接觸該基材的一面的折射率之差小于或等于0.5。如果大于0.5，則與該基材尤其玻璃基材相比，該薄膜的反射度就會(huì)不理想地增大。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，該功能薄膜可以進(jìn)一步包括一個(gè)由第一成分即一種介電材料形成的介電層。在此，該介電層較好介于該基材與該過(guò)渡層之間，從而使它能接觸該基材。
按照本發(fā)明，該介電層與該基材之間的折射率之差較好小于或等于0.5。如果大于0.5，則與該基材尤其玻璃基材相比，該薄膜的反射率就會(huì)不理想地增大。
按照本發(fā)明的又另一個(gè)方面，該功能薄膜可以進(jìn)一步包括一個(gè)由從Fe、Co、Ti、V、Al、Ag、Ge、Y、Zn、Zr、W和Ta組成的一組中選擇的至少一種金屬成分組成的導(dǎo)電層。該導(dǎo)電層的形成位置沒(méi)有特別限定，但從改善該薄膜的阻抗特性來(lái)看，在該功能薄膜用于需要電導(dǎo)率特征的領(lǐng)域以及第二成分是硅且Si含量隨該薄膜厚度增加的情況下，該導(dǎo)電層較好在該薄膜接觸該基材的那一面的反面上形成。
如果按照本發(fā)明的功能薄膜包括一個(gè)介電層，則鑒于該薄膜的低阻抗特征，該導(dǎo)電層較好在該過(guò)渡層接觸該介電層的那一面的反面上形成。
按照本發(fā)明的功能薄膜是用一般的薄膜形成方法例如濺射、真空沉積、PVD、CVD等制造的。
在一種較好實(shí)施方案中，例如在濺射的情況下，作為一種介電材料的第一成分可以進(jìn)行RF磁控管濺射，而含有金屬元素的第二成分可以進(jìn)行RF或DC濺射。濺射裝置較好包括一個(gè)配備抽吸系統(tǒng)的真空室、一個(gè)置于該真空室內(nèi)的磁控管陰極、一個(gè)配置在該磁控管陰極上的靶例如第一或第二成分、一個(gè)磁控管放電用氬氣入口系統(tǒng)。
換言之，先把RF電源加到有一種介電材料的第一成分上，啟動(dòng)該第一成分在一種基材上的沉積，逐漸增大加給含有金屬元素的第二成分的DC或RF電源，同時(shí)逐漸減少加給第一成分的RF電源，從而在該基材上形成一種有該第一成分和第二成分的相對(duì)含量梯度的功能薄膜。
該功能薄膜可以沉積得使第一成分和第二成分的相對(duì)組成呈線性變化，但本發(fā)明不限于此。替而代之，沉積可以如此執(zhí)行，以致第一成分和第二成分的相對(duì)組成有階式梯度、換言之，在線性地增大或減少加給各自靶子的RF或DC電源的情況下，如圖3中所示，可以創(chuàng)造出線性含量梯度。替而代之，如圖4中所示，通過(guò)給一個(gè)靶子逐漸施用預(yù)定的RF或DC電源，可以得到一種有階式梯度的功能薄膜。
如以上所述，在執(zhí)行了第一成分和第二成分的濺射從而制造了按照本發(fā)明的功能薄膜之后，就可以執(zhí)行按照該功能薄膜的用途所需要的后續(xù)工藝。例如，如果有意制造一種顯示器件的黑色基材，則可以通過(guò)一種光刻法工藝進(jìn)一步執(zhí)行一個(gè)該功能薄膜的圖案化步驟。
現(xiàn)在，本發(fā)明將通過(guò)以下實(shí)施例詳細(xì)加以描述，但不限于此。
實(shí)施例1用一臺(tái)濺射裝置，把作為靶子的二氧化硅(SiO2)和銀(Ag)置于一個(gè)磁控管陰極上，同時(shí)把基礎(chǔ)壓力保持在5×10-6乇或以下。對(duì)SiO2進(jìn)行RF磁控管濺射，而對(duì)Ag進(jìn)行DC磁控管濺射。注入氬氣，并將真空度保持在3.0毫乇。然后，給SiO2靶和Ag靶加上電源，從而同時(shí)沉積SiO2和Ag。為了提供SiO2和Ag的含量梯度，逐漸減少加給SiO2的電源功率而逐漸增大加給Ag的電源功率。當(dāng)SiO2-Ag薄膜的厚度達(dá)到2000～2500時(shí)，斷開(kāi)加給該SiO2的電源，而只讓Ag沉積到1000的厚度。
實(shí)施例2按與實(shí)施例1中相同的方式制造一種功能薄膜，所不同的是用Al代替Ag作為第二成分。
實(shí)施例2制造的功能薄膜，如圖3中所示，是如此分布的，以致第一成分和第二成分的含量呈線性變化。
另一方面，將在稍后描述的、實(shí)施例6制造的一種功能薄膜顯示出如圖4中所示的、第一成分和第二成分有階式梯度的組成變化。
參照?qǐng)D3和圖4，在一種堿石灰基材上形成的功能薄膜中，第一成分(SiO2)的含量隨著從接觸該基材的那一面到反面的厚度即在外部光線的入射方向上逐漸減少，而金屬元素(Al或Co)的含量逐漸增大。
在按照本發(fā)明有以上所述組成分布的功能薄膜中，介電材料和金屬元素是如此緩慢沉積的，以致有成反比的含量梯度，因此，產(chǎn)生了就折射率、光吸收效率和電導(dǎo)率而言漸變的梯度，而不形成一種層壓結(jié)構(gòu)。
形成一種一般基材的SiO2的折射率，和在一個(gè)接觸該基材的區(qū)域上存在的一個(gè)純SiO2層的折射率，是完全相同的。因此，外部光線在該基材與該功能薄膜之間的界面上是不反射而是透射的。此外，隨著該功能薄膜的金屬元素增加，折射率和光吸收效率逐漸增大，因而，外部光線不是被反射而是幾乎被完全吸收。此外，隨著金屬元素含量逐漸增加，該功能薄膜的電導(dǎo)率也隨之逐漸增大，因而，最終會(huì)產(chǎn)生一個(gè)只由金屬元素組成的導(dǎo)電層。
實(shí)施例3按與實(shí)施例1中相同的方式制造一種功能薄膜，所不同的是用Co作為第二成分。
實(shí)施例4按與實(shí)施例1中相同的方式制造一種功能薄膜，所不同的是用MgF2作為第一成分。
實(shí)施例5按與實(shí)施例1中相同的方式制造一種功能薄膜，所不同的是用CaF2作為第一成分。
實(shí)施例6按與實(shí)施例1中相同的方式制造一種有如圖4中所示的階式梯度的功能薄膜，所不同的是用SiO2作為第一成分而用Co作為第二成分。
實(shí)施例1～6中制造的功能薄膜的電性能和光學(xué)性能，即表面電阻、反射度、光密度和厚度，進(jìn)行了評(píng)估并將評(píng)估結(jié)果綜合在表1中。
在表1中，反射度和光密度是用一臺(tái)紫外-可見(jiàn)光譜儀在550nm的波長(zhǎng)測(cè)定的，而表面電阻Rs是用一種4點(diǎn)探針?lè)y(cè)定的。
表1
從表1可知，按照實(shí)施例1～6的功能薄膜有良好的反射度、表面電阻和光密度，即該功能薄膜顯示出表面電阻為約200～約109mΩ/□、反射度為0.6或以下、光密度為4.0或以上。
在按照本發(fā)明的功能薄膜中，為了大大降低該薄膜的反射度，可以容易地調(diào)節(jié)該薄膜的折射率，使之實(shí)質(zhì)上與基材的折射率相同。此外，在逐漸改變?cè)摫∧さ恼凵渎实耐瑫r(shí)，最終能提供具有所希望電性能的薄膜，因而，該薄膜兼?zhèn)湟粋€(gè)光吸收層和一個(gè)導(dǎo)電層。因此，按照本發(fā)明的功能薄膜可以用于同時(shí)需要光學(xué)性能和電性能的各種各樣用途。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照其較好實(shí)施方案具體地顯示和描述，但業(yè)內(nèi)人士要理解的是，可以對(duì)其中的形式和細(xì)節(jié)做各種改變而不會(huì)背離所附權(quán)利要求書(shū)所界定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種包含一個(gè)過(guò)渡層的功能薄膜，該過(guò)渡層包含有隨該薄膜厚度漸變的含量梯度的第一成分和第二成分，第一成分是從SiOx(x＞1)、MgF2、CaF2、Al2O3、SnO2、In2O3和ITO組成的一組中選擇的至少一種介電材料，而第二成分是從鐵(Fe)、鈷(Co)、鈦(Ti)、釩(V)、鋁(Al)、銀(Ag)、硅(Si)、鍺(Ge)、釔(Y)、鋅(Zn)、鋯(Zr)、鎢(W)和鉭(Ta)組成的一組中選擇的至少一種材料。
2.按照權(quán)利要求1的功能薄膜，其中，漸變的含量梯度是如此分布的，以致折射率在外部光線的入射方向上隨該薄膜的厚度逐漸增大或減小。
3.按照權(quán)利要求1的功能薄膜，其中，漸變的含量梯度是如此分布的，以致光吸收效率在外部光線的入射方向上隨薄膜的厚度逐漸增大。
4.按照權(quán)利要求1的功能薄膜，其中，漸變的含量梯度是如此分布的，以致電導(dǎo)率是通過(guò)改變第二成分的含量而隨薄膜的厚度逐漸增大或減小的。
5.按照權(quán)利要求1的功能薄膜，其中，漸變的含量梯度是如此分布的，以致在外部光線的入射方向上，第一成分的含量隨薄膜的厚度逐漸減小，而第二成分的含量隨薄膜的厚度逐漸增大。
6.按照權(quán)利要求1的功能薄膜，其中，該薄膜沉積在一種基材上，該基材的折射率與該薄膜接觸該基材的一面的折射率之差小于或等于0.5。
7.按照權(quán)利要求1的功能薄膜，進(jìn)一步包含一個(gè)由從SiOx(x＞1)、MgF2、CaF2、Al2O3、SnO2、In2O3和ITO組成的一組中選擇的至少一種介電材料形成的介電層。
8.按照權(quán)利要求7的功能薄膜，其中，該介電層沉積在該基材與該過(guò)渡層之間，從而能接觸該基材。
9.按照權(quán)利要求8的功能薄膜，其中，該介電層與該基材之間的折射率之差小于或等于0.5。
10.按照權(quán)利要求1的功能薄膜，進(jìn)一步包含一個(gè)導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層包含從鐵(Fe)、鈷(Co)、鈦(Ti)、釩(V)、鋁(Al)、銀(Ag)、硅(Si)、鍺(Ge)、釔(Y)、鋅(Zn)、鋯(Zr)、鎢(W)和鉭(Ta)組成的一組中選擇的至少一種金屬元素。
11.按照權(quán)利要求10的功能薄膜，其中，該導(dǎo)電層是在該過(guò)渡層接觸該基材的那一面的反面上形成的。
12.按照權(quán)利要求8的功能薄膜，進(jìn)一步包含一個(gè)導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層包含從鐵(Fe)、鈷(Co)、鈦(Ti)、釩(V)、鋁(Al)、銀(Ag)、硅(Si)、鍺(Ge)、釔(Y)、鋅(Zn)、鋯(Zr)、鎢(W)和鉭(Ta)組成的一組中選擇的至少一種金屬元素，且該導(dǎo)電層是在該過(guò)渡層接觸該介電層的那一面的反面上形成的。
全文摘要
提供的是一種包含一個(gè)過(guò)渡層的功能薄膜,該過(guò)渡層包含有隨該薄膜厚度漸變的含量梯度的第一成分和第二成分,第一成分是從SiOx(x>1)、MgF
文檔編號(hào)C23C14/02GK1368650SQ0113791
公開(kāi)日2002年9月11日 申請(qǐng)日期2001年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月7日
發(fā)明者崔天基, 都永洛, 李準(zhǔn)培, 樸昌元 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社