CN104120398A - 消影玻璃中折射率匹配层的连续沉积方法 - Google Patents

Abstract

一种消影玻璃中折射率匹配层的连续沉积方法，包括(a)使用第一工作气体对靶材进行溅射，以使得所述靶材材料的原子沉积在基片上；并且(b)使用第二工作气体对所述靶材进行溅射，以使得所述靶材材料的原子沉积在所述基片上。本发明采用磁控溅射法在不换靶的情况下，仅通过改变通入的气体就可以实现折射率匹配层的制备，结构简单，制备方便，成本低，可以有效消除刻蚀阴影，有利于企业大规模生产。

Description

消影玻璃中折射率匹配层的连续沉积方法

技术领域

本发明涉及本发明涉及触摸屏制造技术领域，尤其涉及采用减反膜系涉及来消除ITO刻蚀阴影的电容式触摸屏中消影玻璃制备技术。

背景技术

透明导电膜电极(一般为ITO)为电容式触摸屏的主要部件，该电极位于显示区域，由ITO膜刻蚀而成。由于导电膜的折射率与触摸屏基板的折射率不同，如ITO膜折射率n一般为1.9-2.0(550nm附近)，玻璃基板的折射率约为1.5(550nm附近)，导致显示区内电极与电极缝隙之间的反射与透射率有较大区别，使电极与缝隙清晰可见，影响显示效果和外观，特别是在手机、平板电脑、笔记本等电子产品上，电极与缝隙的清晰可见会严重影响视觉效果，降低显示器品质。而且触摸屏尺寸越大，ITO电极膜层厚度和电极宽度越大，以上电极与缝隙的视觉差距越明显；而且在光线比较明亮的环境中特别是背后有窗户、灯光的环境中，屏幕会由于ITO电极的反射光太强而无法看清。

目前国内触摸屏制造厂商提供的消影ITO触摸屏，多是采用减少缝隙的方法来降低电极与缝隙之间的视觉差距，这种消影方法受光刻设备的限制一般适用于小尺寸的触摸屏，对于20英寸以上屏幕的触摸屏如采用微小缝隙的方法，设备投资与制造成本高、产品合格率低，而且这种方法消影的同时，会大幅度降低触摸屏透过率。

另外，通过在ITO电极和玻璃背板之间添加减反膜系，即折射率匹配层(IM层)，使得该匹配层在可见光区的反射率与镀制ITO膜后的反射率接近，到达消影目的。普发玻璃(深圳)有限公司、浙江大明玻璃有限公司、深圳市新济达光电科技有限公司、合肥乐凯科技产业有限公司等拥有相关专利技术，折射率匹配层大多采用高低折射率搭配的两层或多层膜系来实现，高折射率膜层材料选择与ITO折射率相近的材料，如TiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅等，低折射率材料选择与玻璃背板折射率接近的材料，如SiO₂、Al₂O₃等。实际生产过程中，尤其是采用磁控溅射法生产的，需要不同种类的靶来沉积相应的膜层，因此需要更多的阴极，生产成本高。

发明内容

针对折射率匹配层在实际生产过程中存在的上述缺陷，本发明旨在设计制备出一种仅需一种靶，一个阴极就能实现高低折射率搭配的折射率匹配层。

为了达成上述目的，本发明的提供了一种消影玻璃中折射率匹配层的连续沉积方法，包括(a)使用第一工作气体对靶材进行溅射，以使得所述靶材材料的原子沉积在基片上；并且(b)使用第二工作气体对所述靶材进行溅射，以使得所述靶材材料的原子沉积在所述基片上。

一些实施例中，所述第一工作气体为氮气，所述第二工作气体为氧气。

一些实施例中，所述第一工作气体为氮气和氩气，所述第二工作气体为氧气和氩气。

一些实施例中，所述靶材为硅。

一些实施例中，步骤(a)中，氩气流量20-30sccm，氮气流量4-12sccm，工作压强0.4-0.8Pa，溅射功率密度为5-7W/cm²，以在所述基片上沉积SiN_x膜层。

一些实施例中，步骤(b)中，氩气流量20-30sccm，氧气流量3-8sccm，工作压强0.4-0.8Pa，溅射功率密度为5-7W/cm²，以在所述基片上沉积SiO₂膜层。

一些实施例中，步骤(a)沉积出的SiN_x膜层，膜层厚度5-15nm，折射率在光波550nm处为2.1-2.3。

一些实施例中，步骤(b)沉积出SiO₂膜层，膜层厚度30-80nm，折射率在光波550nm处为1.4-1.5。

一些实施例中，在步骤(a)和步骤(b)之前，分别使用氩气进行预溅射，以去除所述靶材表面的杂质。

一些实施例中，所述溅射为射频或中频磁控溅射法。

本发明采用磁控溅射法在不换靶的情况下，仅通过改变通入的气体就可以实现折射率匹配层的制备，结构简单，制备方便，成本低，可以有效消除刻蚀阴影，有利于企业大规模生产。

以下结合附图，通过示例说明本发明主旨的描述，以清楚本发明的其他方面和优点。

附图说明

结合附图，通过下文的详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为根据本发明实施例的消影玻璃中折射率匹配层的连续沉积方法的流程图；

图2示出了SiN_x薄膜光学常数(360-800nm)；

图3示出了SiO₂薄膜光学常数(360-800nm)；

图4示出了ITO薄膜光学常数(360-800nm)；

图5示出了100-120Ω方阻消影玻璃刻蚀前后的反射光谱；及

图6示出了80-100Ω方阻消影玻璃刻蚀前后的反射光谱。

具体实施方式

参见本发明具体实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。

现参考附图详细说明根据本发明实施例的消影玻璃中折射率匹配层的连续沉积方法。

氮化硅具有良好的光学性能，折射率比较高，符合化学计量比的氮化硅折射率在2.2附近，且折射率受薄膜成分结构的影响。常见的制备方法包括APCVD、PECVD、PVD等。在磁控溅射法制备过程中，可以通过氩氮的比例来调控氮化硅薄膜的折射率。因此可以采用氮化硅最为高折射率材料，与常用的低折射率氧化硅材料相搭配作为IM层，通过溅射Si靶，改变充入的气体种类即可制备IM层。

本发明以低铁玻璃作为基片的例子进行描述，并且以硅作为靶材的例子，进行描述。然而，应理解，本发明不限于此，而是可使用任何合适的基片和靶材。

如图1所示，步骤S101中，进行第一次预溅射。将低铁玻璃基片放在磁控溅射设备的基片架上，后将纯度4-5N的Si靶安装好后，靶基距7-9cm，抽本底真空至8.0×10^-4Pa以上，充入高纯氩气(Ar)，预溅射10min以上，清除Si靶表面氧化物及其他杂质。

在进行第一次预溅射之前，可对玻璃基片进行清洗。将低铁玻璃在丙酮和酒精中各超声清洗15min后，用去离子水超声10min，最后氮气吹干。

步骤S102中，以第一工作气体对基片进行溅射。预溅射之后，充入高纯氮气(N)，氩气流量20-30sccm，氮气流量4-12sccm，工作压强0.4-0.8Pa，溅射功率密度为5-7W/cm²，打开挡板在玻璃基片上沉积氮化硅(SiN_x)薄膜层，膜厚控制在5-15nm，折射率在波长为550nm处为2.1-2.3，完成氮化硅(SiN_x)薄膜的制备。本实施例中，以氮气和氩气作为第一工作气体。然而，本发明不限于于此，可以氮气作为第一工作气体，或者以其他任何合适的气体或气体组合作为第一工作气体。

步骤S103中，对基片进行第二次预溅射。完成氮化硅(SiN_x)薄膜层制备后，关闭挡板，停止溅射，关闭氩气和氮气源，再次抽真空，使本底真空重新恢复8.0×10^-4Pa以上，抽掉多余的N₂。充入高纯氩气，调节工作压强，再次预溅射Si靶5min以上，清除Si靶表面氮化物。

步骤S104中，以第二工作气体对基片进行溅射。预溅射之后，充入高纯氧气，氩气流量20-30sccm，氧气流量3-8sccm，工作压强0.4-0.8Pa，溅射功率密度为5-7W/cm²，打开挡板，继续在玻璃基片上沉积二氧化硅(SiO₂)薄膜层，膜厚控制在30-80nm，折射率在波长为550nm处为1.4-1.5，至此，完成消影玻璃中的折射率匹配层(IM层)的连续沉积。本实施例中，以氧气和氩气作为第二工作气体。然而，本发明不限于于此，可以氧气作为第二工作气体，或者以其他任何合适的气体或气体组合作为第二工作气体，只要其不同于第一工作气体。

现参考图2～6详细说明根据本发明实施例的沉积方法的实例。

实施例1：

采用射频磁控溅射设备，将清洗好的低铁玻璃基片放在磁控溅射设备的基片架上，后将纯度5N的Si靶安装好后，靶基距7cm，抽本底真空至7.0×10^-4Pa，充入高纯Ar气，预溅射10min，清除Si靶表面氧化物及其他杂质。预溅射之后，充入高纯氮气，氩气流量30sccm，氮气流量10sccm，工作压强0.5Pa，溅射功率密度为6W/cm²，打开挡板在玻璃基片上沉积氮化硅(SiN_x)薄膜层，沉积膜厚7nm，完成氮化硅(SiN_x)薄膜的制备。

将制得的氮化硅(SiN_x)薄膜采用椭圆偏振测量法结合Drude模型、洛伦兹振子模型(Lorentz oscillator)等拟合得到其360-800nm波段光学常数，如图2所示，波长550nm处薄膜折射率为2.20。

完成氮化硅(SiN_x)薄膜层制备后，关闭挡板，停止溅射，停止通气，再次抽真空，使本底真空重新恢复7.0×10^-4Pa，抽掉多余的N₂，充入高纯Ar气，调节工作压强，再次预溅射Si靶5min，清除Si靶表面氮化物。预溅射之后，充入高纯氧气，氩气流量30sccm，氧气流量4sccm，工作压强0.5Pa，溅射功率密度为6W/cm²，打开挡板，继续在玻璃基片上沉积二氧化硅(SiO₂)薄膜层，膜厚65nm，完成消影玻璃中的折射率匹配层(IM层)的连续沉积。

图3是以上工艺参数下制备的二氧化硅(SiO₂)薄膜拟合到的360-800nm波段光学常数，波长550nm处薄膜折射率为1.46。

将该案例下制备的折射率匹配层(IM层)上后续沉积18nm厚ITO薄膜，方阻100-120Ω，制得消影玻璃，ITO膜在360-800nm波段光学常数如图4所示，550nm处折射率为1.92。

将制得的消影玻璃在刻蚀前后分别进行光学性能表征，采用紫外-可见光分度计测量其在可见光范围内的反射率，比较结果如图5所示。刻蚀前后平均反射率分别为5.29％和4.98％，相差0.31％，小于0.5％，符合消影玻璃的要求。

实施例2：

采用射频磁控溅射设备，将清洗好的低铁玻璃基片放在磁控溅射设备的基片架上，后将纯度5N的Si靶安装好后，靶基距7cm，抽本底真空至7.0×10^-4Pa，充入高纯Ar气，预溅射10min，清除Si靶表面氧化物及其他杂质。预溅射之后，充入高纯氮气，氩气流量30sccm，氮气流量10sccm，工作压强0.5Pa，溅射功率密度为6W/cm²，打开挡板在玻璃基片上沉积氮化硅(SiN_x)薄膜层，沉积膜厚12nm，完成氮化硅(SiN_x)薄膜的制备。

将制得的氮化硅(SiN_x)薄膜采用椭圆偏振测量法结合Drude模型、洛伦兹振子模型(Lorentz oscillator)等拟合得到其360-800nm波段光学常数，如图2所示，波长550nm处薄膜折射率为2.20。

完成氮化硅(SiN_x)薄膜层制备后，关闭挡板，停止溅射，停止通气，再次抽真空，使本底真空重新恢复7.0×10^-4Pa，抽掉多余的N₂，充入高纯Ar气，调节工作压强，再次预溅射Si靶5min，清除Si靶表面氮化物。预溅射之后，充入高纯氧气，氩气流量30sccm，氧气流量4sccm，工作压强0.5Pa，溅射功率密度为6W/cm²，打开挡板，继续在玻璃基片上沉积二氧化硅(SiO₂)薄膜层，膜厚70nm，完成消影玻璃中的折射率匹配层(IM层)的连续沉积。

图3是以上工艺参数下制备的二氧化硅(SiO₂)薄膜拟合到的360-800nm波段光学常数，波长550nm处薄膜折射率为1.46。

将该案例下制备的折射率匹配层(IM层)上后续沉积24nm厚ITO薄膜，方阻80-100Ω，制得消影玻璃，ITO膜在360-800nm波段光学常数如图4所示，550nm处折射率为1.92。

将制得的消影玻璃在刻蚀前后分别进行光学性能表征，采用紫外-可见光分度计测量其在可见光范围内的反射率，比较结果如图6所示。刻蚀前后平均反射率分别为6.05％和5.72％，相差0.33％，小于0.5％，符合消影玻璃的要求。

所述的采用磁控溅射法连续沉积的折射率匹配层(IM层)适用于消影玻璃中，在后续沉积ITO透明导电膜后，使得刻蚀ITO膜后与未刻蚀ITO膜之前的反射率接近，达到消除刻蚀阴影的目的。

本发明采用磁控溅射法在不换靶的情况下，仅通过改变通入的气体就可以实现折射率匹配层的制备，结构简单，制备方便，成本低，可以有效消除刻蚀阴影，有利于企业大规模生产。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种消影玻璃中折射率匹配层的连续沉积方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)使用第一工作气体对靶材进行溅射，以使得所述靶材材料的原子沉积在基片上；并且

(b)使用第二工作气体对所述靶材进行溅射，以使得所述靶材材料的原子沉积在所述基片上。

2.根据权利要求1所述的沉积方法，其特征在于，所述第一工作气体为氮气，所述第二工作气体为氧气。

3.根据权利要求1所述的沉积方法，其特征在于，所述第一工作气体为氮气和氩气，所述第二工作气体为氧气和氩气。

4.根据权利要求3所述的沉积方法，其特征在于，所述靶材为硅。

5.根据权利要求4所述的沉积方法，其特征在于，步骤(a)中，氩气流量20-30sccm，氮气流量4-12sccm，工作压强0.4-0.8Pa，溅射功率密度为5-7W/cm²，以在所述基片上沉积SiN_x膜层。

6.根据权利要求4所述的沉积方法，其特征在于，步骤(b)中，氩气流量20-30sccm，氧气流量3-8sccm，工作压强0.4-0.8Pa，溅射功率密度为5-7W/cm²，以在所述基片上沉积SiO₂膜层。

7.根据权利要求5所述的沉积方法，其特征在于，步骤(a)沉积出的SiN_x膜层，膜层厚度5-15nm，折射率在光波550nm处为2.1-2.3。

8.根据权利要求5所述的沉积方法，其特征在于，步骤(b)沉积出SiO₂膜层，膜层厚度30-80nm，折射率在光波550nm处为1.4-1.5。

9.根据权利要求1所述的沉积方法，其特征在于，在步骤(a)和步骤(b)之前，分别使用氩气进行预溅射，以去除所述靶材表面的杂质。

10.根据权利要求1所述的沉积方法，其特征在于，所述溅射为射频或中频磁控溅射法。