专利名称：用于紫外固化的透明隔热纳米多层膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于纳米光学薄膜材料技术领域的纳米多层功能膜，特别是一种用于紫外固化隔热的透明多层膜。
背景技术：
紫外固化作为一种重要的工序在印刷业和液晶显示制造行业中广泛应用。紫外固化即利用UV(Ultra Violet即紫外线)照射能量使游离基聚合型丙烯酸酯类涂料固化成膜的上光工艺。紫外线固化具有快速固化和低温固化的特点，有助于提高产品质量，保持颜色一致，缩短印刷时间，防止大气污染，减少火灾危险和改善作业环境。解决了溶剂型上光涂料因温度、湿度变化造成的粘连。紫外固化灯一般常用汞灯和金属卤化物灯，工业生产用紫外灯属于长波长紫外灯(350nm～450nm)，主峰是365nm。但是在实际的使用过程中由于紫外灯光源等问题会产生大量的热量，如紫外线高压汞灯将60％的总功率转变为红外辐射，灯管表面温度可升到700-800□。来自于UV灯管的红外辐射是产生过热的根本原因，温度过高是影响固化过程的重要限制因素之一。为了避免材质过热，紫外光固化装置中采用高功率灯和多灯系统，一般要采取多种措施来冷却灯管、反射灯罩以及基材。现常用办法有两种，其一、风冷却，这种方法是现今应用最多的方法，成本较低，但风冷容易造成飘移；其二、水冷却，在灯管外加装水套，该方法效果好，但成本较高，还可能发生水的泄漏。
经检索发现美国专利U.S.Pat.No.4,563,589，该专利在处理紫外固化冷却中采用风冷，透紫外窗采用的是无镀膜的石英玻璃盘。
如果在透紫外窗玻璃与紫外光源相近的一侧加镀多层功能膜，实现透紫外而反射红外热量，这样就实现了再次冷却。如液晶紫外固化炉虽然有风冷系统，但有时紫外固化炉的温度可高达80℃，这样极易导致液晶的保护贴片因高温加热而发生粘连。为此针对液晶显示的紫外固化炉的隔热问题设计制备了透紫外的隔热纳米多层膜。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提供一种用于紫外固化的透明隔热纳米多层膜，使其既能保证优良的紫外透过率，同时把紫外固化炉的有害热量反射隔离，镀在透紫外石英玻璃上，置于紫外光源与待固化件之间用于紫外固化炉的隔热。可以作为水冷或风冷的补充，也可单独使用，以克服紫外固化过程中因温升而造成的固化质量问题，保证固化产品质量的稳定性。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明多层膜采用DM(dielectric/metal/dielectric)三明治结构，电介质与金属层交替，两层电介质中间是金属层，金属为金属银，金属银层厚度为14～18nm，电介质材料为TiO2，层厚25～36nm。利用金属膜的诱导透射定理来实现消反增透。各层材料的选择主要围绕紫外透过及高的红外反射进行。本发明在保证优良的热反射效果的同时要对使用波长范围(350～450nm)内的紫外光有优异的透过率，将进金属基复合多层膜的设计和应用拓展到了紫外区。由于紫外波段能量较高，大多数光学材料对其有一定的吸收作用，因此在紫外波段寻求高的透射率的膜层匹配不同于传统意义上以可见光为增透对象的透明热镜。传统隔热膜对紫外波段是截止的，不透明的。
金属材料的介电常数为复数，其实部反映了金属对光的色散。要想使金属的介电常数在很宽波段适用，要在考虑其自由电子的同时考虑其原子核周围束缚电子对介电函数的贡献，尤其是在可见及紫外波段。Ag膜的本征吸收限在310nm，而紫外固化使用的紫外波段λ＞310nm，这就保证了Ag膜在该波段的的高反射低吸收性，为整个膜层在近紫外实现消反增透提供了可能。而其优良的红外反射性能在传统的透明隔热薄膜中早有应用。除了Ag，在长波紫外波段吸收较小的常用金属薄膜材料还有Al，Al的紫外反射最好，但Al膜的红外反射特别是1000～2000nm波段较差。所以，本发明综合考虑其紫外及红外性质，选择Ag作为核心金属层。
适合于透紫外的DM的电介质材料必须具备如下两个条件a)在使用紫外波段透明；b)在该波段有较高的折射率。常用的紫外高折射电介质材料是ZrO2，其透明区为(300～1200nm)，TiO2的透明区(350～1200nm)。ZrO2膜料的折射率不稳定。多数商用紫外固化系统的紫外峰值在365nm处，所以从透紫外的角度TiO2可以满足要求。TiO2禁带较宽，其本征吸收限在350nm处，所以长波长的近紫外不足以激发其电子产生带间跃迁。在365nm特征波长处有nD＝2.43的高折射率。这就为实现在紫外区进行诱导透射提供了可能。而且采用真空蒸镀TiO2与Ag膜有较好的界面结合，所以确定电介质膜料使用TiO2。
D/M/D多层膜的红外反射主要依靠核心金属层的厚度来控制，但金属层不能太厚，否则，会对紫外产生吸收，同时使介质诱导金属层在特征紫外波段产生最佳透射。传统的透明热镜往往是针对可见光的增透来进行设计的，从金属膜趋肤效应的角度考虑，其厚度的上限值d≤dcs=dsln{1+(kMnM)}2,]]>d为趋肤深度。以λ＝365nm按照ds=λ/4πkM]]>带入相关参数计算的ds值为18.9nm，dAg≤77.1nm。显然，这样的临界膜厚是不合理的。因此，在紫外波段实现消反增透，金属层的趋肤深度已经失去其原有的意义。本发明计算在借鉴传统设计计算方法的同时，综合考虑金属及电介质材料的紫外光学特性并结合试验分析，根据相关理论并以λ＝365nm为特征波长，然后通过计算机优选，确定各膜层的最佳厚度，最后通过试验作进一步的验证。确定14～18nm范围厚度的Ag层复合25～36nm的TiO2形成的多层膜有较好的透紫外反红外特性。电介质层厚度可以对称分布于银膜的两侧或者底层比顶层厚2～4nm。
本发明的透紫外隔热纳米多层膜采用真空蒸镀的方法制备，基片玻璃采用透紫外的石英玻璃。本发明的DMD纳米多层膜可作为紫外固化设备窗口材料，镀在紫外光源的玻璃窗口，实现紫外固化的二次冷却，将紫外光源发出的有害热量反射隔离。通过试验测试，本发明的多层膜的光学性能优异，紫外主峰的透射率达81％，384nm附近透射率达84％，红外反率在1600nm波段就超过了90％。
具体实施例方式
结合本发明的内容提供以下实施例来对本发明作进一步陈述实施例1纳米多层膜25nmTiO2/14nmAg/25nmTiO2/G
膜层设计利用诱导透射相关理论，以λ＝365nm为特征波长，并实测Ag及TiO2膜的光学常数，计算初选各膜层的厚度，并进行镀膜试验。然后根据试验反馈通过计算机优化具体确定膜层的最佳厚度。
其制备过程如下基底为石英晶体抛光切片35mm×20mm×1mm以及Si(111)片。采用化学和超声波清洗。基底温度为45℃。真空度背景真空1×10-2Pa，用离子束轰击基底15min后，再将真空抽至1×10-3Pa。原料及加热源Ag纯度为99.9％颗粒，钼舟电阻丝加热；TiO2纯度为99.9％颗粒，水冷坩埚电子枪加热。沉积速率为0.3nm/s。
厚度控制薄膜制备过程中膜厚由石英振荡膜厚监控仪实时监控，并用椭圆偏振仪精确测量其厚度。
该多透明隔热纳米多层膜的光学性能指标
实施例2纳米多层膜29nmTiO2/15nmAg/33nmTiO2/G，制备工艺同实施例1。该纳米多层膜的光学性能指标
实施例3纳米多层膜23nmTiO2/18nmAg/36nmTiO2/G，制备工艺同实施例1该纳米多层膜的光学性能指标
权利要求
1.一种用于紫外固化的透明隔热纳米多层膜，其特征在于，采用DMD三明治结构，电介质与金属层交替，两层电介质中间是金属层，金属为金属银，金属银层厚度为14～18nm，电介质材料为TiO2，层厚25～36nm。
2.根据权利要求1所述的用于紫外固化的透明隔热纳米多层膜，其特征是，电介质层厚度对称分布于银膜的两侧，或者底层比顶层厚2～4nm。
3.根据权利要求1所述的用于紫外固化的透明隔热纳米多层膜，其特征是，银膜的本征吸收限在310nm，紫外固化使用的紫外波段λ＞310nm，银膜在该波段具有高反射低吸收性。
4.根据权利要求1所述的用于紫外固化的透明隔热纳米多层膜，其特征是，TiO2禁带宽，其本征吸收限在350nm处，在365nm特征波长处有nD＝2.43的高折射率。
全文摘要
一种用于紫外固化的透明隔热纳米多层膜，用于纳米光学薄膜材料技术领域。本发明采用DMD结构，电介质与金属层交替，两层电介质中间是金属层，金属为金属银，金属银层厚度为14～18nm，电介质材料为TiO
文档编号C08F2/46GK1562603SQ20041001702
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月18日 优先权日2004年3月18日
发明者蔡珣, 王振国, 陈秋龙 申请人:上海交通大学