光学滤片的锌基薄膜处理方法

专利名称：光学滤片的锌基薄膜处理方法
技术领域：
本发明一般地涉及提供光学装置，更具体地说，涉及提供具有目标光学性能及
低方块电阻(sheet resistance)的成本效益光学滤片。
背景技术：
滤片的目标光学性能的选择是非常重要的，取决于预期的应用。例如，Hood 等人的美国专利号5，071，206 (已转让予本专利文件的受让人)，其描述了一种滤 片装置，其可用于汽车、住房及写字楼的窗户。Hood等人的专利陈述了提供颜色 校正、热反射性能及红外反射性能的多涂层。经比较，希望的等离子显示屏(PDP) 的涂层性能可能有点不同。公布的Lairson等人的美国专利申请号2006/0055308 (也转让给了本专利文件的受让人)，描述了在PDP的光学滤片设计中考虑的因素。 确定的因素有颜色传送的中立角度，反射光的级别，随观察者入射角改变的颜 色转换，以及红外线和电机辐射的传输电平。可惜的是，无论是涂覆窗户还是涂 覆PDP的光学滤片的设计，都要权衡不同的因素。因此，针对一个想要的性能更 改滤片以提高条件，可能会与维持其它性能的目标级别相冲突。
图1所示为提供给等离子显示屏的滤片的一个可能的层装置，其包括模块或单 独的玻璃片IO。首先在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基片14上形成标准具滤片 12，然后通过粘合层16将所述基片固定在玻璃片上。因为等离子显示会产生红外 辐射和电磁干扰(EMI)，必须按规定对它们进行控制，将滤片层12设计成减少来 自显示器的红外线和EMI。立基于多层银层上的标准具滤片用于屏蔽红外波长及 电磁波。相邻银层之间的干扰会在可视区域内引起共振传输，同时提供需要的屏 蔽。上述Hood等人的专利描述了适合的层序列。
图1还包括抗反射(AR)迭层18，将其最初地形成在第二PET基片20上。在本 领域中，抗反射迭层是公知技术。第二粘合层22使该PET基片20固定在图l所
示的其它组成部分上。
当PDP滤片12减少来自显示器的红外传输及EMI时，该滤片还必须在容貌上可接受，而且能够在图像显示方面具有良好的保真度。因此，该滤片在光谱可视 区域内的透视率应较高，而且相应地应为无色，从而不改变等离子显示器的显色 性。此外， 一般期望显示器的反射率应较低，而且反射的颜色为浅蓝色至略带红 色。
可以以多种方式来表达颜色。上面引述的Hood等人的专利，以CIELa*b*1976 彩色坐标系，具体地说，以ASTM 308-85方法来表达颜色。利用这种方法，藉由 接近0的&*和b+值来显示特性。 一般来说，消费者希望计算机显示器显现的颜 色为中性的或些微带蓝色。对于图2所示的LWbH坐标系，这通常会产生期望值， 即，反射的3* (即，RW)位于-2至大约10的范围内，反射的W (即，RW)位 于-40至大约2的范围内。该期望值在图中以虚线23示出。
巨大信息显示器的用户们一般期望当视角改变时，反射的颜色的变化最小。当 近距离观看显示器时，任何变色将会转移，在这里，显示器的颜色显现出横跨表 面的变化。因为等离子显示屏本身较大，由于成像需要大量的像素以及巨大的像 素尺寸，减少颜色随视角移动的需要因此提高了。具体地说，如果"红-绿"颜色 组分，Ra*，大致上随角度发生变化，将会令人不愉快。当显示器在正入射位具有 较大反射的负数值他*(即，深蓝反射色)时，沿其它轴线的变化，Rb*， 一般很少 出问题。
如之前提到的，有关PDP滤片设计的不同因素会有冲突。在窗用滤片的设计上 存在这种情况。通常，对反射的颜色与EM放映能力的比对进行控制。典型的银标 准具滤片主要通过反射线束对屏蔽红外线线起作用。红外辐射的波长相当接近红 色，因此难于有效地控制同时在光谱的红色区域(即，620-700mm)内获得低反射。 该问题对于等离子显示器尤其明显，需要屏蔽820nm和880nm点位的Xe发射，同 时在光谱红色区域内保持高透射率。
控制光谱的红色区域内的反射更为困难，需要PDP滤片12中的低方块电阻。 已有人作出尝试去平衡极大化红色传输及极小化方块电阻的目标。Okamura等人 的美国专利号6, 102，530描述了一种等离子显示用的光学滤片，该滤片具有小于 3 ohms/square的方块电阻。通常，小于1. 5 ohms/square的方块电阻须满足『联 邦通信委员会』(FCC)B类标准，即使是对于具有高亮度功效的PDP组。小于1.4 ohms/square的方块电阻是较佳的。具有0. 1至0. 2 ohms/square的方块电阻的 铜线网PDP EMI滤片常用于提供B类兼容性。
对于较低方块电阻的要求增加了标准具EMI滤片的颜色问题。因导电层变厚，滤片的发射带宽变窄，导致红色反射增加以及发射的色带宽降低。
在不同的视角位显示红色反射的标准具滤片与消费者通常期望的产品外观的 趋势之间发生冲突。这由汽车挡风玻璃的设计可知，令人不愉快的"紫色"外貌 是由来自某些挡风玻璃的烟云的反射造成的。这种讨厌的反射限制了用于这种滤 片的导电层的厚度。
图2示出为PDP设计的四层银涂层的困难。绘图24显示了与由正入射至60度 视角有密切关系的颜色。该四层银涂层可具有可接受的方块电阻，而且银的总厚 度可为45nm，以在正入射位提供可接受的色貌。然而，如图所示，当在60度角 位观看涂层时，反射光为深红色，1^*大约为30。另外，会有跟随入射角的较大 颜色转换，这对近距离观看较大的屏幕会造成横跨屏幕的外观色差。因此，尽管 该涂层适合于一些B类EMI应用，但这种涂层在美观方面被认为不可接受。
上文引用Lairson等人的参考文献描述了比现有技术具有很多优点的滤片装 置。该滤片装置包括至少5层金属层，诸如银或银合金层，各金属层由介电层隔 开。可以是5层金属层和六层介电层。引文陈述了介电层可以是铟氧化物或者是 铟氧化物和钛氧化物的组合。
接近于提供光学滤片装置的现有技术显示出在对希望的性能达到目标水平方 面的持续进步，并寻求更大的进步。希望可以达到这种进步，同时减低成本。

发明内容
根据本发明的一个实施方案，通过在基片上形成迭层来提供光学滤片，使得该 迭层包括金属层和介电层，以及由一片以上的锌基薄膜限定的至少一层介电层。 在该实施方案中，锌基薄膜具有不同百分比的锌，且该百分比的选择基于不同的 因素。在本发明的另一实施方案中，在透明基片上由许多层形成的光学滤片，当 中至少一层具有锌基薄膜，有意地使锌的百分比小于100%而大于80%。本文中， 将术语"层"定义为一片或多片显出希望的性能(诸如达到特别的折射率)的薄 膜。将金属和介电层"交替式样"中的"介电层"在本文中限定为具有大于1.0 折射率的层。至于锌基薄膜，用锌基材料可获得的最高可能折射率是较佳的折射 率。
用锌基薄膜形成介电层，相比铟基介电层的模式大大减低了成本。另外，形成 为层的不同锌基薄膜中的锌的百分比设计取得了性能优点。根据第一个实施方案 形成的介电层或层，有一个出乎意料的结果，即相比上面引述的方式，与视角有密切关系的色变率较小。另一个出乎意料的结果是，方块电阻降低了。例如，达 到了 1.25 ohms/square的方块电阻。在介电薄膜的构成中，基于包括过程稳定性 等因素选择第一沉积的锌基薄膜的锌的百分比。该层的较佳范围为25%至75%，但 更佳的是大约50%(加或减5%)。在随后形成的锌基薄膜中的锌的百分比的选择基 于以下因素包括建立随后形成的金属层的种子层的目标性能。有意使该锌的第 二百分比大于第一百分比。第二百分比的范围为80%至100%，较佳为大约90%。
锌基薄膜可以是锌锡合金(ZnSn)，但也可选择其它材料。可以溅铍沉积锌和锡。 在溅镀沉锡实施方案中，术语"百分比"在本文定义为目标材料的成份。为确保 该层为介电层，结构应能氧化。因此，在ZnSn实施方案中，形成Zn0和Sn02。但 是，每层介电层的一或两片锌基薄膜可以替换成ZnSn。例如，第一沉积的锌基薄 膜可以是ZnSn，是由于其在过程中的稳定性，而第二锌基薄膜可以是锌/铝，是 由于其作为银和银合金的种子层的优越性。
作为进一步的提高，介电层可由最初的铟基(诸如In02)薄膜形成。可以利用这 种最初的薄膜来保护预先形成的金属层。通过用高含量氢流形成铟基薄膜，从而 保护下面的银层免于被氧化，并使过程稳定。
因此，本发明的第一实施方案中，各介电层是由两片或两片以上的薄膜形成的 "混合层"，所述薄膜具有基于混合介电层内的薄膜位置选择的化学性质。在本 发明的第二实施方案中，重要的薄膜是锌基薄膜(诸如ZnSn)，锌的百分比范围为
80%至100%。这样一种薄膜特别适用于银的种子层，而方块电阻对于最终的产品 尤为重要。


图1是可应用本发明的滤片装置的侧视图。
图2是与依照现有技术具有四银层迭层的视角有密切关系的颜色绘图。
图3是根据本发明的一个可能实施方案形成的连续层的侧视图。
图4是图3的部分层的侧视图，图中示出一层多片薄膜介电层和一层金属层。
图5是为在图3所示的基片上提供连续层的过程的一个可能实施方案的表示图。
具体实施例方式
参见图3，将交替式样的层形成在柔韧性聚合基片100上。聚合基片可以是具
7有25至100微米厚度的PET。该基片与交替式样相对的侧面(图中未示)可包括粘 合层和释放条。释放条易于从粘合剂去除，以使用粘合层将基片及其各层结合成 想要的滤片组件。例如，可将滤片装置粘贴到等离子显示屏上或窗户上。在另一 实施方案中，直接在需要的滤片组件上形成交替式样。例如，可能需要将屏幕经 过溅镀室，以沉积形成层的材料。
图3所示为较佳实施方案，其中有五层介电层101， 102， 103， 104， 105以及 四层金属层106， 107， 108， 109。在该较佳实施方案中，金属层为银或银合金层。 银合金层可通过以下步骤形成首先溅镀银，然后溅镀薄钛帽层，该薄钛帽层随 后经历退火及氧化。可见，通过将金属层退火，该层的方块电阻可减小至0.8 ohms/square。可接受的银合金包括AgAu和AgPd。特别是在涂覆玻璃时，得知 Pd的百分比额外小。
每一介电层101， 102， 103， 104， 105均为"杂层"。在图示的实施方案中， 第一介电层由三片薄膜110， 112， 114形成。如图4所示，该第一介电层还与其 金属层106结合。同样地，第二，第三，第四和第五介电层102， 103， 104， 105 它们每一层均由三片薄膜116， 118， 120形成。这些薄膜及层未用刻度示出。金 属层106， 107， 108， 109的厚度可在5nm至15nm的范围内，但可考虑其它可能 性。形成介电层的三片薄膜的总厚度可在50nm至100nm的范围内，当然可能有供 选方案。
介电层IOI， 102， 103， 104和105由不同的氧化薄膜110， 112， 114， 116， 118和120形成，以致于不同部分的介电层可设计成用于达到不同的性能。最靠 近基片100的薄膜为InOx，它由高氢含量流形成，用于保护下面的层。这对上面 的介电层102， 103， 104和105特别有用，因为可防止下面的银层106， 107， 108 和109被氧化。此外，铟基层在溅镀沉积过程中可稳定形成。在一较佳实施方案 中，溅镀各层及薄膜。但是，也可在没有InOx的情况下沉积第一介电层101以减 低成本，而且较佳是用锌基合金而非InOx来进行沉积，因为没有提出要求对下面 银层进行保护。为银层的最佳成核条件应选择薄膜114(作为三片薄膜120的第一 片)。
虽然铟基薄膜IIO和116有其优点，但这类薄膜相当昂贵。因此，每一介电层 101, 102， 103， 104， 105的第二薄膜112和118是锌基的。在图示的实施方案 中，各层为ZnSn。图3和图4显示了锌的百分比为50%。这是较佳的实施方案， 但范围可以为25°/。至75%。选择百分比的目标因素包括成本及过程稳定性。第三薄膜114和120具有较高的锌含量(重量)。图3再次示出成为ZnSn的薄膜。然而， 选择薄膜的因素包括与铟基薄膜110和116相关的成本以及作为随后形成的金属 层106， 107， 108和109的种子层的质量。另外对于ZnSn来说，锌基薄膜可由锌 和铝形成，由于这样一种层将会提供银种子层。图中实施方案所示的锌的重量百 分比为90%， 但该百分比可在80%至稍小于100%的范围内变化。这也是ZnAl薄 膜的重量百分比。
形成图3的光学滤片的一个可能性方法将参照图5作出描述。然而，本领域的 普通技术人员应意识到在不脱离本发明精神的情况下的其它构形是可行的。例如， 可使用较少阴极。在图5中，通过顺时针方向及反时针方向转动一对滚子126和 128，可使柔韧性基片网100围绕鼓122和124移动。为了描述本发明，可将滚子 126认定为供应滚子。在图示的实施方案中，可以将图3的各种层101至120反 应性地和非反应性地溅镀到基片上。
在起始途径中，基片前行通过银沉积站132和钛沉积站134，这些站保持不活 动。铟站136因此提供第一薄膜材料到基片上。实践中，会在基片上形成主要层， 但该主要层对于本发明并不重要，也未显示在图3中。如前所述，在高氢流的环 境中沉积铟，旨在保护下面的银层。因此，在第一途径中，铟氧化膜的重要性比 第二途径中的要低。但是，第一介电层101可以包括图3中所示的全部三片薄膜。
图5示出五个不同的ZnSn站，这些站提供第一 ZnSn薄膜112的含量。这五个 站中每一个均提供薄膜部分直至完成整个薄膜。然后，两个站148和150协作形 成90/10 ZnSn薄膜114。如前所述以及图3和图4所示，这些薄膜每一片均被氧 化成低吸收层。
然后将滚子126和128交换，是为了第二途径将基片IOO放置在位。在第二途 径中，通过使站132活动来沉积银层106或银合金层(例如，AgAu或AgPd)。在沉 积第二介电层102之前，将薄钛层(小于2nm厚度)沉积在银层上。利用钛层来保 护银层免于被氧化。
以与第一介电层101同样的方式形成第二介电层102。然后再次交换滚子126 和128，运行第三途径，以提供第一银层107。重复该过程直至达到需要数量的介 电和金属层。
本发明的一个优点是，完成的产品在视角变化时，其色变率出乎意料的低。另 一个想不到的结果是低方块电阻。由五层介电层和四层银层组成的涂迭层的方块 电阻值达到1.25ohms/square，其中银的总厚度约为50體。此外，利用锌基层使成本降低，事实上，相比其它提供类似或低要求结果的光学滤片而言，本发明需 要的层较少。过程稳定且要求较低的制造循环时间。不需要对最终产品加入防腐 蚀涂层，而该类型的其它滤片装置则可能需要。
图3的滤片装置可使用图1的组分。当在柔韧性网上形成滤片装置时，可 按需要剪切该网，然后将之应用到玻璃或等离子显示屏上。
权利要求
1. 一种提供光学滤片的方法，其包括以下步骤在基片上形成迭层，使所述迭层包括金属层和介电层，包括通过以下步骤定义至少一层所述介电层；形成第一锌基薄膜，包括以下步骤基于包含形成锌基薄膜的过程稳定性在内的因素，在所述第一锌基薄膜内选择第一锌百分比；以及形成第二锌基薄膜，包括以下步骤；基于包含建立随后形成的所述金属层的种子层的目标性能在内的因素，在所述第二锌基薄膜内选择第二锌百分比，所述第二百分比须大于所述第一百分比。
2. 如权利要求l的方法，其特征在于，定义所述至少一层介电层还包括以下步骤在形成所述第一和第二锌基层以及随后形成所述金属层之其中一层之前形成铟基薄膜，以使所述至少一层介电层包括连续的(a)所述铟基薄膜，(b)所述第一锌基薄膜以及(C)所述第二锌基薄膜。
3. 如权利要求2的方法，其特征在于，所述金属层包含银，所述铟基薄膜在富氢环境中形成为铟氧化物。
4. 如权利要求l的方法，其特征在于，在反应溅镀过程中将所述第一和第二锌基薄膜溅镀沉积为锌杨合金薄膜，以形成低吸收的锌杨合金氧化层。
5. 如权利要求1的方法，其特征在于，包括在25%至75%的选择范围内选择所述第一锌百分比，以及包括在80%至100。/。的选择范围内选择所述第二百分比。
6. 如权利要求l的方法，其特征在于，形成所述迭层包括提供交替式样的所述介电和金属层，使所述介电层之其中一层最靠近所述迭层内的所述基片。
7. 如权利要求6的方法，其特征在于，形成所述迭层包括提供五层所述介电层和四层所述金属层。
8. 如权利要求7的方法，其特征在于，所述金属层为银或银合金，并形成所述介电层，使每一所述介电层内均包括最近所述基片的铟氧化膜。
9. 如权利要求l的方法，其特征在于，所述方法还包括提供所述基片，作为用于等离子显示屏上的柔韧性透明件。
10. —种滤片装置，其包括透明基片；以及在所述基片上的迭层，所述迭层包括第一金属层；在所述金属层相对侧上的第一和第二介电层，所述第一介电层比所述第二介电层更靠近所述基片，每一所述介电层包括第一锌基薄膜，以及包含锌百分比大于所述第一锌基薄膜的第二锌基薄膜，使得与所述第一金属层的金属的种子薄膜密切相关，所述第二介电层包括位于所述第一金属层和所述第一锌基薄膜之间的铟基薄膜；以及为实现目标方块电阻的重复样式的另外的所述金属层及另外的所述介电层。
11. 如权利要求IO的滤片装置，其特征在于，所述第二锌基薄膜中的所述锌百分比的范围为80%至100%。
12. 如权利要求11的滤片装置，其特征在于，所述第一锌基薄膜中的锌百分比的范围为25%至75%。
13. 如权利要求11的滤片装置，其特征在于，所述第一和第二金属层为银或银合金，且所述第一和第二锌基层为锌饧合金层。
14. 如权利要求10的滤片装置，其特征在于，所述第一锌基薄膜包括位于所述基片和所述第一锌基薄膜之间的铟基薄膜。
15. 如权利要求10的滤片装置，其特征在于，所述基片被贴到等离子显示屏上。
16. 如权利要求10的滤片装置，其特征在于，所述滤片装置总共有四层所述金属层和五层所述介电层。
17. —种形成光学滤片的方法，其包括以下步骤-在透明基片上形成多层，以达到目标光学性能，包括溅镀沉积至少一层所述层以包含锌基薄膜，其中锌百分比须小于100%且大于80%;以及将所述基片贴到一等离子显示屏或车窗上。
18. 如权利要求17的方法，其特征在于，所述百分比约为90%。
19. 如权利要求17的方法，其特征在于，所述锌基薄膜为氧化锌饧合金。
20. 如权利要求17的方法，其特征在于，所述锌基薄膜为氧化ZnAl。
全文摘要
一种由包括金属层和介电层的迭层形成的光学滤片，带有至少一层由一片以上锌基薄膜定义的介电层。这些锌基薄膜含有不同百分比的锌。百分比的选择基于介电层中薄膜的位置而定。如果该锌基薄膜在形成金属层之前一刻其锌百分比的范围为80％至100％，则可获得出乎意料的低方块电阻。使锌基薄膜的百分比较接近于50％(25-75)，则可使过程稳定及降低制作成本。通过在邻接金属层的介电层内提供铟基薄膜来进一步提高过程的稳定性。
文档编号G02B5/20GK101467078SQ200680054989
公开日2009年6月24日 申请日期2006年9月14日 优先权日2006年4月14日
发明者C·H·斯托塞尔, L·博曼, R·蒂尔斯奇, T·伯梅 申请人:南壁技术股份有限公司