专利名称：用于气态气相沉积的薄膜暗盒的制作方法
用于气态气相沉积的薄膜暗盒相关申请的交叉引用本文公开的主题公开于下列共同未决的专利申请中并受下列共同未决的专利申请的权利要求书的保护，所述这些专利均与本文同时提出申请且转让给本发明的专利权受让人用于气态气相沉积的加载的薄膜暗盒(CL-4818)；气态气相沉积的薄膜暗盒的制造方法(CL-4819)；用于气态气相沉积的设备(CL-4821)；用于加载气态气相沉积的薄膜暗盒的设备和方法(CL-4820)；和用于卸载气态气相沉积的薄膜暗盒的设备和方法(CL-4822)。
背景技术：
发明领域本发明涉及在气态气相沉积工艺期间用于支撑薄膜基质的薄膜暗盒，用于制造所述暗盒的方法，采用气态气相沉积工艺将一种或多种材料沉积在基质上的设备， 以及用于加载和卸载所述暗盒的设备和方法。现有技术说明为了制造普及型薄膜光伏模组，需要超阻挡膜(大约10至200米或更长)以及约350-1650mm宽的工业长卷。合意的超阻挡膜应当能够将水蒸气和/或氧气进入薄膜光伏模组的光伏层的速率限制为小于5X 10_4g-H20/m2-天的水蒸气传输速率。水蒸气或氧的进入是有害的，因为它往往快速毁坏模组的光伏层。当前，采用辊到辊工艺来制造水蒸气传输速率仅低至10_3g-H20/m2-天的涂布薄膜 (例如用于可食的快餐产品的袋)是可能的。尝试使用可利用的辊到辊技术来制造用于有机发光二极管(OLED’ s)的超阻挡膜的工业长卷被证明是不成功的，远远达不到起到超阻挡效果的薄膜所需的阈值(5X 10_4g-H20/m2-天单位)。在前面这些辊对辊制造用于OLED’ s的涂布超阻挡膜的尝试中，利用化学或气态气相沉积例如被称作原子层沉积的方法将一种材料沉积到薄膜基质的表面上。在以前的辊对辊制造尝试期间，所述工艺辊接触贴靠基质的整个表面，在基质上产生表面刮痕。此外， 基质在它从一个辊被引导到另一个辊时经受明显的弯曲，在整个沉积的阻挡涂层产生附加的裂纹。此类刮痕、磨损、折皱或裂纹破坏任何沉积的阻挡涂层阻止水分或氧气侵入的能力。在化学批处理显影期间能够支撑各种长度的卤化银薄膜(一般宽度介于35至 IOOmm之间)的胶片暗盒在摄影技术中是已知的。此类暗盒一般以螺旋方式支撑待显影的胶片。在成螺旋形缠绕的暗盒中，进行处理的胶片被沿边保持在暗盒的螺旋槽中，而胶片的表面不被接触。此类现有技术胶片暗盒的代表是由Hewes Photographic Equipment Manufactures (Bedfordshire, England)所f胃售白勺金属0音i禾口由 Paterson Photographic Limited(ffest Midlands, England)所销售的塑料暗盒。然而，在测量供宽度大于IOOmrn的薄膜使用的或是金属线(不锈钢)或是通常所用的塑料螺旋型暗盒方面存在着困难。尽管这些卤化银暗盒的高脊节距比轮辐间的间距(约2. 5-6. 5% )对于允许摄影处理液渗入各圈螺旋卷绕的胶卷间的空间是理想的，但是这样一种高节距与轮辐间的间距比对于加工超阻挡膜的工业卷是很低效的。仅仅一小段薄膜能够以这样一种高的节距与轮辐间的间距比承载在暗盒上。加工宽于IOOmm的金属线暗盒和低温塑料暗盒已经被证明是困难的，因为在卷绕 /焊接金属线或者注塑塑料暗盒上的流线上的小变化引起端板的扭曲。这些结构扭曲将使薄膜难以加载。所述薄膜将也具有掉出螺旋槽的倾向。尽管金属线暗盒可采取气相沉积的较粗糙的加工状态，但是当它从室温膨胀到加工温度时，尤其是对于小于约6mm的脊节距来说，它们对称的脊几何形状(纵横比1 1) 未宽到足以保持薄膜。塑料暗盒在气相沉积的较粗糙的加工条件下扭曲，这些条件均大大超过塑料的热变形温度。此外，一些塑料暗盒的自螺纹特征随着薄膜基质沿着暗盒的柔软塑料脊滑动而产生碎屑。因此，根据前述，据信提供在气相沉积处理期间能够沿边支撑螺旋卷绕的薄膜基质的工业长卷是有利的，以在处理期间最小化薄膜表面的刮痕以及在加载和卸载期间最小化薄膜或涂层的折皱或开裂的危险，从而能够制造工业长度超阻挡膜。发明概述在一个方面，本发明涉及在气态气相沉积工艺期间用于支撑一段薄膜基质的暗盒。所述暗盒包括具有安装在其上的第一端板和第二端板的中心转轴。每个端板均包括从其辐射多个以角度隔开的轮辐的中心毂。所述轮辐具有内表面，其位于方向基本上垂直于转轴轴线的基准平面上。轮辐的内表面是面对设置的并间隔开基准表面间所限定的预定轮辐间的间距。每个端板均具有安装到其上轮辐内表面上的螺旋脊。每个螺旋脊均具有预定数目的均勻间隔的圈和与其相关联的预定节距。螺旋脊相邻圈之间的空间限定出能够接纳薄膜边缘的在每个端板上的螺旋槽。每个脊均具有在包含转轴轴线的径向平面上的横截面构型。横截面构型具有大致线性的主要边缘。每个脊均表现出预定的宽度尺寸、预定的平均厚度尺寸和至少2 1的宽度与厚度纵横比。在一个实施方案中，脊的横截面构型是大致矩形的并还可包括在其自由端处的扰流器。在一个可供选择的实施方案中，每个脊的横截面构型均是大致楔形的。轮辐间的间距为至少三百毫米(300mm)并且也大于在气相沉积温度下薄膜基质所表现出的宽度尺寸。脊在每个端板上的宽度尺寸均介于轮辐间的间距的约0. 5%至约 2. 0%之间。在其它方面，本发明涉及加载有预定长度的薄膜基质的暗盒以及涉及具有其内部接纳了负载暗盒的插件的气相沉积设备。在其它方面，本发明涉及用于加载薄膜暗盒的设备和方法以及涉及用于卸载薄膜暗盒并且立刻将它层压至保护性覆盖片的设备和方法。附图简述通过下列发明详述并结合作为本专利申请一部分的附图，将会更全面地理解本发明，其中
图1是利用采用根据本发明的薄膜暗盒的气态流体气相沉积工艺涂布薄膜基质的设备的程式化图解插图2是用于图1的气相沉积设备的任选扩散板的正视图；图3是沿着图1和4的剖面线3-3截取的截面图，其示出了在暴露于气态流体期间用于支撑一段薄膜基质的根据本发明的薄膜暗盒；图4是沿着图3中的视线4-4截取的正视图；图5是沿着图4中的剖线5-5截取的截面图，其示出了被所述暗盒所接纳的薄膜基质的边缘并且也示出了当薄膜基质被暗盒支撑时蒸气流流过扩散板并流进薄膜基质的相邻圈之间所限定的流动通道中；图6是大致类似于图5的截面图，其示出了在气相沉积工艺期间以及当将最终的基质从所述暗盒移除时被所述暗盒所接纳的薄膜基质的边缘之间的相对位置；图7A和7B是示出了薄膜暗盒的脊的备选横截面构型的截面图；图8A和8B是示出了用于制造暗盒的端板和包括两个端板的暗盒的根据本发明的方法的步骤的图解视图；图9A、9B和9C是示出了用于加载薄膜暗盒的根据本发明的设备的图解视图；并且图10是示出了用于卸载薄膜暗盒并立刻将它层压到保护性覆盖片的根据本发明的设备的图解视图。发明详述在下列发明详述中，类似的附图标号是指所有附图中类似的元件。图1是利用采用气态流体气相沉积工艺的用一种或多种材料涂布预定的连续长度的薄膜基质F的根据本发明的插件(一般用参考字符10来指示)的程式化图解插图。卷筒形式的薄膜基质F在附图中被表示成被也根据本发明的暗盒100支撑在插件10内部。插件10在气态气相沉积设备内部是有用的，用于加工工业长度的超阻挡薄膜， 艮口，具有小于5X 10、420/πι2-天水蒸气传输速率的薄膜。超阻挡薄膜自身用来保护光伏模组的辐射聚集表面。为制造这样一种超阻挡薄膜，采用诸如原子层沉积之类的方法将透明材料(例如，氧化铝Al2O3)沉积在聚合物膜基质的两个表面上。将氧化铝Al2O3原子层沉积在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上的气态沉积温度处于约80至120摄氏度的范围内。工业薄膜基质卷F(也就是说，能够被用于制造光伏模组的工业规模方法)应当具有大约十至二百米或更长(10至200m)的最小长度。优选地，所述薄膜F的厚度处于约 0. 002英寸至约0. 010英寸(约0. 05至约0. 25毫米)的范围内，并且更优选地大约0. 005 英寸(0. 13毫米)。用于这样一种用途的薄膜基质F可具有处于至少三百毫米(300mm)至约一千六百五十毫米(1650mm)范围内的预定标称宽度尺寸W( S卩，室温下的宽度尺寸)。也应当理解，由于沉积过程期间热效应的缘故，基质F的宽度尺寸可生长大约0. 4至0. 6百分比。如图1和3图解所提出并且如本文将要开发的那样，暗盒100的结构特征被设置尺寸和布置使得当薄膜基质F被暗盒100沿边支撑时，薄膜F的螺旋缠绕卷的相邻圈T限定出气态蒸气能够通过其传播的敞开的(即没有障碍的)流体传导通道C。这样一个没有障碍的通道对于确保涂层被沉积在薄膜的两个表面上而不是间断被形成是非常重要的。同样重要的是在将所述薄膜从暗盒中加载和卸载时防止可引起折皱或裂纹在薄膜和/或涂层上发展的弯曲、表面磨蚀和/或其它力的强加。此类磨蚀、折皱或裂纹(甚至纳米尺寸的裂纹)可损害气相沉积工艺所沉积的超阻挡膜的保护效果。因此也选择了根据本发明的暗盒100的结构特征的尺寸和排列。如图1概略所示，供气态气相沉积设备使用的插件10包括具有处理流体入口 14 和处理流体出口 16的压力容器12。可供插件10使用的一种适用的原子层沉积设备是得自 Planar Systems Inc. (Hillsboro，Oregon)的被称作"Planar 400，，或"Planar 800，，的设备。分流导向器18连接到工艺流体入口 14。分流导向器18用来引导并均勻分配层流的气态流体朝向暗盒100的第一端板106-1，如流体箭头沈所指示的那样。分流导向器18 被接触贴靠端板106-1的外表面或位于其预定的近距离之内。合流导向器28可设置在插件10内部，与设置在暗盒100的另一端处的端板106_2 相邻。合流导向器观用来将源于端板106-2的蒸气传导到排气口 16，如流体箭头30所指示的那样。优选地，合流导向器28接触抵靠端板106-2的外表面或者位于其预定的近距离之内。在所示的实施方案中，分流导向器18包括任选的扩散板22，其从面部被接合抵靠端板106-1或在其近距离之内。扩散板22被显示于图2的正面图中并包括以螺旋构型布置的多个开口 22P。所述板可由具有类似于氧化铝的热膨胀系数的材料例如铝或钛制造。图3示出了完全在薄膜暗盒100的截面中的侧正视图。暗盒100包括第一端板 106-1和第二端板106-2安装到其上的中心转轴102。在所示的实施方案中，每个端板106-1、106-2均是大致圆形的构件，其包括中心毂106H，从其辐射多个以角度间隔的轮辐106S。轮辐102S的径向外端可由外轮辋106M连接。转轴102延伸穿过每个轮毂106H上的开口。一旦定位，轮毂106H就被便利地固定到转轴102上，例如通过粘合剂或扣件108。优选地，每个端板106-1、106-2沿着转轴102的位置均是调整性地可选择的。转轴102是细长的中空构件，具有其上的第一端部和第二端部102A、102B和延伸穿过其的基准轴线102R。尽管可采用能够经受加工温度的任何其它合适的刚性金属或聚合材料，但是转轴102优选地由铝或钛加工。转轴102的表面被沿着转轴长度延伸预定距离 102D的狭槽102S中断。狭槽102S平行于基准轴线102R。轮辋106M和轮辐106S中的每一个上均具有各自的外表面106 和106 以及各自的内表面1061 和106IS。轮辋106M的外表面106 充当分流导向器18和合流导向器 (如果提供)可接触抵靠其的便利表面。每个端板上轮辋和轮辐的内表面1061 和106IS均关于彼此相对设置。在所示的实施方案中，每个端板106-1、106-2的内表面1061 、10613均位于相应的基准平面112-1、 112-2上。每个端板106-1、106-2均具有安装到轮辐106S的至少内表面106IS上的螺旋脊 106R。轮辋106M的内表面106IM可根据具体情况从基准表面112-1、112-2偏移，只要轮辋的表面106IM不向内延伸超出脊106R的端部。基准平面112-1、112-2被定向为基本上垂直于转轴102的轴线102R。对于固定在转轴102上期望位置处的端板106-1、106_2，在面对的基准平面 112-1、112-2之间限定出预定的轴向轮辐间的间距114。一旦暗盒被构造成来表现端板间期望的预定轮辐间的间距114，轮毂和转轴应当被固定使得轮辐间的间距114在端板的周界周围改变不超过四分之一至三毫米(0. 25-3mm)。
转轴102的外直径应当径向地等于端板106-1、106_2的轮毂106H的外直径，以便轮毂和转轴在端板之间呈现径向均勻的表面。为此，在所示实施方案中的转轴102具有在面对的基准平面112-1、112-2之间设置在转轴102上的套管110。套管100具有与轮毂 106H的外径相同的外径。套管110提供了与转轴102上的狭槽102S对准的狭槽。如前所述，每个端板106-1、106-2均具有安装到轮辐106S的至少内表面106IS上的螺旋脊106R。脊的一部分也可被安装到轮辋106M的内表面106Im。每个端板106-1、106-2 上的螺旋脊106R均具有预定数目的均勻隔开的圈，所述圈具有预定的节距尺寸116。节距尺寸116在相对于转轴102的轴线102R的径向上在端板上的给定角位置进行测量。例如， 节距尺寸116可在螺旋脊的相邻圈的中心之间获取。在螺旋脊106R的相邻圈之间的敞开间距118限定出每个端板106_1、106_2上的连续的螺旋槽106G。所述槽106G具有第一外端106F和第二内端106N(图4)。端板上的螺旋槽106G被布置使得每个相应的槽的第一端部和第二端部106F、106N均轴向对齐。每个脊106R均具有在包含转轴轴线的径向平面上的横截面构型。一般而言，脊 106R的横截面构型表现出大致线性的主要边缘，如图5、7A、7B可能最佳所示。每个端板上的脊106R均具有预定的宽度尺寸106W和预定的平均厚度尺寸106T。宽度尺寸106W从其上安装了脊106R的轮辐106S的内表面106IS (即，从基准平面112-1、112-2)到脊的自由端进行测量并且在平行于转轴轴线的方向上获得。预定的最小厚度尺寸106T在相对于转轴 102的轴线的径向上进行测量。平均厚度尺寸是在横跨脊的宽度的预定若干点处获得的厚度尺寸的平均值。根据本发明，所述脊具有至少2 1的宽度与平均厚度纵横比。在图3至6中所示的本发明的实施方案中，每个脊106R均具有大致矩形的横截面构型。对于大致矩形的，它是指脊的横截面构型的主要边缘沿着基本上整个宽度基本上相互平行并且脊的厚度尺寸106T在脊的基本上整个宽度上是大体上均勻的。如果需要，脊的自由端可具有倒圆边缘。图7A中显示了具有大致矩形横截面的脊的一个改进实施方案。这样一种改进的脊包括设置在其自由端的扰流器106P。本文详细地讨论了扰流器106P的作用。根据本发明的脊也可被构造成表现出大致楔形的横截面构型106D。与图7B相关显示和讨论了脊的这样一种可供选择构型的实施方案。如上所述，根据本发明，暗盒100的各种结构特征被设置尺寸和布置以表现出在下列范围内的尺寸。轮辐间的间距114与被暗盒所支撑的薄膜基质的标称宽度尺寸至少一样大。因此，一般而言，根据本发明的暗盒具有至少约三百毫米(300mm)的轮辐间的间距114。此外，轮辐间的间距114也大于薄膜基质F在气态沉积温度下所表现出的宽度尺寸，这样当基质F被接纳在暗盒中时，在基质F的边缘和轮辐的内表面之间限定出净距离 106C(图 3)。每个端板上的脊106R的宽度尺寸106W也是重要的。如下面的表1所示，根据本发明，宽度尺寸106W应当处于轮辐间的间距的约0. 5%至约2. 0%的范围内。
权利要求
1.用于在气态气相沉积工艺期间支撑一段薄膜基质的暗盒，所述薄膜基质在气态沉积温度下具有预定的宽度尺寸，所述暗盒包括中心转轴，其具有穿过它的轴线；第一端板和第二端板，每个端板均被安装到所述转轴，每个端板均包括从其辐射多个以角度间隔的轮辐的中心毂，每个端板的轮辐均具有位于基准平面上的内表面，所述基准平面被定向成基本上垂直于所述转轴的轴线，所述端板的轮辐的内表面是面对设置的并且间隔开预定的轮辐间的间距， 每个端板均具有安装到其所述轮辐的内表面的螺旋脊， 每个螺旋脊均具有预定数目的均勻隔开的圈和与其相关联的预定节距， 在所述螺旋脊的相邻圈之间的空间限定出每个端板上的能够接纳薄膜边缘的螺旋槽， 每个螺旋槽均具有第一端部和第二端部，在一个端板中的螺旋槽面向另一个端板中的螺旋槽，每个相应的凹槽的第一端部和第二端部均被轴向对齐，每个脊均具有在包含所述转轴的轴线的径向平面中的横截面构型，所述横截面构型表现出大致线性的主要边缘，每个脊均具有从所述脊在平行于所述转轴的轴线的方向上被安装在其上的轮辐的内表面测量的预定宽度尺寸、相对于所述转轴的轴线在径向上测量的预定平均厚度尺寸和至少2 1的宽度与平均厚度纵横比，其中所述轮辐间的间距为至少三百毫米(300mm)并且大于在气态沉积温度下薄膜基质所表现出的宽度尺寸，并且所述脊在每个端板上的宽度尺寸均介于轮辐间的间距的约0. 5%至约2. 0%之间。
2.权利要求1的暗盒，其中所述螺旋脊具有预定的节距， 每个螺旋脊的所述节距均小于所述轮辐间的间距的约1. 2%。
3.权利要求2的暗盒，其中每个螺旋脊的所述节距均小于所述轮辐间的间距的约0. 5%。
4.权利要求2的暗盒，其中每个端板上的所述脊的厚度尺寸均小于所述节距的约百分之五十。
5.权利要求1的暗盒，其中每个螺旋脊之上均具有预定厚度的涂层，所述涂层厚度处于约100至约2000埃的范围内，所述涂层具有小于约五十微米(50微米)的预定表面粗糙度和大于30肖氏硬度D的硬度。
6.权利要求5的暗盒，其中所述涂层是氧化铝，并且其中所述涂层厚度处于约100至约 1000埃的范围内。
7.权利要求1的暗盒，其中设置在一个端板上的以角度相邻的轮辐之间的螺旋安装的脊的相邻圈之间的空间限定出用于气态流体的多个入口开口，并且在另一个端板上的以角度相邻的轮辐之间延伸的螺旋安装的脊的相邻圈之间的空间限定出用于气态流体的多个出口开口。
8.权利要求6的暗盒，其中所述一个端板之上具有限定的预定面积，并且其中所述入口开口的面积为所述一个端板的预定面积的至少百分之五十。
9.权利要求1的暗盒，其中所述转轴是具有在其内提供的轴向延伸的狭槽的中空构件，所述狭槽平行于所述转轴的轴线延伸。
10.权利要求1的暗盒，其中每个端板均由聚合材料制造，所述聚合材料足以经受采用水蒸气和三甲基铝(TMA)的气态气相沉积工艺并具有至少80摄氏度的最低加工温度。
11.权利要求1的暗盒，其中所述端板之间的轮辐间的间距改变不超过一至三毫米 (l-3mm) ο
12.权利要求1的暗盒，其中每个端板均具有外轮辋，所述轮毂和轮辋通过以角度间隔的轮辐彼此相连。
13.权利要求1的暗盒，其中每个脊的横截面构型均为大致矩形。
14.权利要求13的暗盒，其中每个脊均具有自由端，并且其中每个脊均具有在其所述自由端处的扰流器。
15.权利要求1的暗盒，其中每个脊的横截面构型均为大致楔形。
全文摘要
用于在气态气相沉积工艺期间支撑薄膜的暗盒包括具有第一端板和第二端板的中心转轴。每个端板上的脊均形成能够接纳薄膜的边缘的螺旋槽。每个脊均具有含有大致线性主要边缘的横截面构型、预定的宽度尺寸和预定的平均厚度尺寸以及至少2∶1的宽度与厚度纵横比。所述脊可为在自由端具有任选的扰流器的大致矩形或者大致楔形。端板之间的轮辐间的间距为至少三百毫米(300mm)并且也大于在气态沉积温度下薄膜基质的宽度尺寸。每个脊的宽度尺寸均介于所述轮辐间的间距的约0.5％至约2.0％之间。
文档编号B29C35/00GK102482776SQ201080038883
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月31日 优先权日2009年8月31日
发明者C·埃斯特拉达, K·H·施尔基图斯, P·F·卡西亚, R·D·基纳德, R·S·麦克利恩 申请人:纳幕尔杜邦公司