CN1639081A - 带有有耐磨耗性能的抗反射涂层的透明基底 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及透明的基底，特别是玻璃基底(10)，在其一个面上具有至少一个功能元件(20)，在相反的面上具有抗反射涂层，其特征在于，该基底包括耐磨耗抗划伤涂层，所述涂层是通过将具有大小交替的折光指数介电层薄层叠层制造的抗反射涂层(11)形成的。

Description

带有有耐磨耗性能的抗反射涂层的透明基底
本发明涉及透明的基底，特别涉及玻璃，它们都具有有耐磨耗性能的抗反射涂层。本发明还涉及其作为复合玻璃或用于显像屏幕，比如等离子体屏幕的滤光片。
在透明基底上涂布抗反射涂层的目的是降低光线的反射，从而增大其光线透射率。因此，如此涂布的基底看起来增加了其透射光/反射光的比例，这样就改善了放置在其后面物体的可视程度。当研究如何得到最大的抗反射效果时发现，在此基底的两个面上涂布此类涂层是优选的。
可以将其用于许多应用中，比如用来保护被放在观察者后面的光线照射的画，或者用来构成商店橱窗或制造商店橱窗的一部分，以使得更好地识别出放在橱窗中的物品，甚至当与外面的光照相比里面的光照是很弱的时候。
可以按照不同的标准来测量或评估抗反射涂层的性能。当然，首先是光学的标准。可以认为一个“好”的抗反射涂层应该能将标准无色玻璃基底的反射光线降低到给定值，比如2％，甚至于1％或更小。
层叠的涂层经常被用来制造建筑物或汽车的复合玻璃。这就涉及到涂布在基底上的薄的干涉涂层，一般是具有高折光指数和低折光指数的层交替放置。
由国际专利申请WO 01/37,006中，知道了满足良好的光学质量标准的层叠抗反射涂层，另外还具有在很宽的入射角范围内，在相对于垂直线从50°～70°的倾斜范围内都保持此质量的优点。对于风挡玻璃和商店柜台的玻璃，此类涂层是特别适合的。
作为其它的抗反射涂层，已知一种抗反射塑料薄膜，相反它被用于各种类型的显示屏幕，比如等离子体屏幕。这种薄膜一般作为显示屏幕滤光片的透明窗相组合。
等离子体显示屏包括封闭在两片玻璃之间的等离子气体和放置在屏幕的后玻璃片内表面上的荧光物质。当显示屏工作时，等离子气体颗粒和荧光物质之间的相互作用引起位于800～1,000nm近红外区的电磁波辐射，其传播主要是通过显示屏的前表面，可能是很麻烦的干扰源，特别是对于位于附近的由红外线控制的设备，比如使用遥控的设备。
另外，象各种电子设备一样，等离子体显示屏具有寻址系统(驱动器)，它能够对不应该受到其干扰的其他装置，比如微型计算机、手提电话等产生寄生辐射。
为了消除，和为最小地减少这样的辐射传播，一种解决的办法在于，对着显示屏的前表面放置一个同时是透明的并镀有金属的窗子，以保证对电磁波的屏蔽。因此，这样的屏蔽可以包括一层或几层金属，特别是银，和/或一道或几道金属网格。通过层叠至少两层银制的金属层就有利地保证了此屏蔽，此金属层可以直接涂布在构成窗口并与显示屏相对的玻璃基底上，也可以涂布在与显示屏相对的基底上粘接的粘接膜上。一般说来，此粘接膜具有降低反射的作用(对来自显示屏的光辐射)，通过降低反射光线以改善屏幕亮度。它还起着防止银的导体层受到化学腐蚀的作用。
窗口的基底可以由淬火的玻璃，或者未淬火的玻璃制造。
在基底的外表面，即和显示屏相对，面对观察者的面上，还可以设计粘接膜，在淬火的玻璃破碎时保留住玻璃的碎片，另外也具有使观察者舒服的降低反射的功能。最后在基底上涂布此薄膜是因为它不能够耐受为了放置功能元件，比如层合金属层可使基底所承受的各种处理。当然，有时尽管非常小心，须有此薄膜的表面还是会在处理步骤中被对基底进行的各种操作，或者被操作本身所划伤，这对表面质量和基底本身的牢固程度都是有害的。此时此基底将不能再使用，并将作废。
另外，放置在防护窗外表面上的薄膜将要与显示屏相结合，对保护窗重复进行清洗最终将损坏此降低反射的膜，这会造成降低反射性能的损失，引起视觉不适的模糊感，这时就应该更换薄膜。
因此，本发明的目的是提供一种基底，特别是用于显示屏用的滤光片(filtres)，它包括在一个表面上的至少一个功能元件和在其相反的面上的抗反射涂层，使得保证在其制造方法的出口处此基底不具有划痕类的缺陷，而且此抗反射涂层是耐用和耐磨耗的。
按照本发明，此基底，特别是玻璃基底包括在其一个表面上的至少一个金属元素类的功能元件和在其相反的表面上的抗反射涂层，该基底的特征在于，此基底包括抗划伤的耐磨耗涂层，所述涂层由从折光指数高低交替的介电材料的层叠薄层形成的抗反射涂层构成。
本发明还涉及在其至少一个面上包括抗反射涂层透明基底，特别是涉及玻璃基底，其特征在于，该基底包括具有至少3H的耐受性，而且耐磨耗使得可引起的基底的雾度(flou)低于1.5％的抗划伤涂层，所述涂层由从折光指数高低交替的介电材料的层叠薄层形成的抗反射涂层构成。
按照一个特征，在放置功能元件之前，将由层叠形成的抗反射涂层置于基底上。
因此，如所希望的，首先涂布抗反射叠层的基底有效地具有抗反射功能，并能够为了在其表面中之一上放置功能元件而对基底进行处理，没有使相反的表面损坏的危险，因为后一个表面已经涂布了由抗反射叠层构成的抗划伤层。
按照一个特征，该叠层是基于Si3N4或SnO2和SiO2层的。实际上已经证实，此类组合层特别耐磨耗，并可用于比较大的表面，即大大超过10cm2的表面。
此叠层优选包括：
—第一层(c1)，具有高折光指数，其折光指数n1为1.8～2.2，其几何厚度e1为5～50nm；
—第二层(c2)具有低折光指数，其折光指数n2为1.35～1.65，其几何厚度e2为5～50nm；
—第三层(c3)具有高折光指数，其折光指数n3为1.8～2.2，其几何厚度e3为70～120nm；
—第四层(c4)具有低折光指数，其折光指数n1为1.35～1.65，其几何厚度e4为至少80nm。
如此，本发明人就有了非显而易见的想法，即对至今一直使用没有任何抗划伤性能的塑料薄膜作为抗反射涂层，而且已经是很大尺寸的基底，比如复合玻璃(vitrages)或显示屏的滤光片，使用抗反射叠层作为抗划伤和耐磨耗涂层。
因此，本发明还涉及一种复合玻璃或滤光片，其特征在于，它由在其一个表面上有抗反射叠层，而在另一表面上有由金属元素构成的功能元件的基底组成，为的是屏蔽电磁波。该应用特别用于制造比如等离子体屏的显示屏的滤光片。
例如，金属元素由至少一层金属导体层组成，更好是由包括至少两层银层的薄层叠层组成。金属导体层有利地是基于银的层，构成具有如下顺序的叠层的一部分：Si3N4/ZnO/Ag/Ti/Si3N4/ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si3N4。
在一个实施方案中，功能元件可以由具有格栅状的金属丝网构成，或者是由基于银的薄层叠层和具有格栅状金属丝网的组合构成。
功能元件可以直接放置在基底上，或者放置在固定在基底上的塑料薄膜上，还可以层合在两层塑料薄膜之间，其中一个固定在基底上，而另一个固定在其他基底上。
对于显示屏，功能元件优选与抗反射涂层相组合，该抗反射涂层可以是抗反射叠层，也可以是抗反射粘接膜。
最后，在显示屏的应用中，优选使用未淬火的玻璃基底，因为如此能够以很大的面积制造带有一种或多组功能元件和抗反射叠层的基底，并很容易将其切割为显示屏所用的尺寸，而各种装备好的玻璃则没有破碎的危险。
参照附图并阅读下面的说明，本发明的的其他优点和特征则是显而易见的：
—图1是与等离子体显示屏相组合的按照本发明的滤光片的断面示意图；
—图2说明不同抗反射涂层的比较图；
—图3分别显示出两个涂层的影像，一种是薄膜类的，另一种是叠层类的；
—图4显示出与等离子体显示屏组合的按照本发明的滤光片的一个实施方案的断面图。
首先要明确指出，为了便于阅读，对于本发明元件的不同尺寸，特别是厚度的相对比例并非如图中所示。
图1说明用来组装在等离子体E前面的面上的透明窗1。此窗构成屏蔽电磁波保护和抗反射保护的滤光片。
透明窗1由单一的基底，比如一片玻璃10构成，一方面，在其面对着显示屏的内表面上涂布具有屏蔽电磁波性能的由金属叠层形成的第一功能元件20和由覆盖着叠层20的抗反射内涂层构成的第二功能元件21，另一方面，在面对着可能的观察者的显示屏相反的外表面上涂布抗反射叠层11，它不仅构成抗反射涂层，而且还构成抗划伤和耐磨耗涂层。
基底10是由厚度3～6mm的，比如4mm的Planilux型无色透明硅-钠-钙玻璃(verre silico-sodo-calcique)形成的。此产品已由Saint-GobainGlass公司商品化。
作为例子，金属叠层20由至少两层Ag型的导电功能层构成。这些金属层插在保护的薄层叠层之间，其顺序优选按照如下的次序：
玻璃/Si3N4/ZnO/Ag/Ti/Si3N4/ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si3N4
Ti层构成银的金属保护层，特别避免银被氧化。
在靠近玻璃的Si3N4层和ZnO层之间可以插入TiO2层，使得“清洗掉(laver)”基底反射的颜色。
各个叠层都是通过已知的阴极粉末化技术涂布在对着显示屏的基底的内表面上的。在各种情况下，这些层直接涂布在玻璃基底上，而不是象在先有技术那样往往涂布在塑料薄膜上，因为正如我们在后面的实施例3中的结构将要看到的，这些金属层的薄膜载体会产生更大的雾度。
最靠近基底涂布在由Ag制造的第一金属层，其厚度e1基本上等于由Ag制造的第二金属层的厚度e2，其厚度比e1/e2等于0.8～1.1，优选0.9～1。因此，透光率是很适当的，高于67％。金属层的总厚度e1+e2为27～30nm。为了获得红外线更好地向屏幕反射，即使红外线尽可能少地穿过基底，优选金属层的总厚度为28～29.5nm，对于800nm的波长，所述线的透射率不超过13％。
下面的表格给出了叠层的不同薄层的厚度值的例子，此时厚度e1+e2等于14nm：
    玻璃 厚度(nm)
    Si3N4     20
    TiO2     5
    ZnO     10
    Ag     14
    Ti     1.5
    Si3N4     73
    ZnO     10
    Ag     14
    Ti     1.5
    ZnO     10
    Si3N4     22.5
当然，为了进行电磁屏蔽的其他金属元件的方案也是可以考虑的，比如金属格栅或者格栅与层的组合。如此可以参考国际专利申请WO01/81,262。另外，电磁屏蔽的功能元件20被直接放置在玻璃上，但在一个实施方案中，它可以放置在固定在窗内表面上的粘接塑料薄膜上，还可以层合在通过粘接固定在两片基底，比如基底10和对着屏幕的玻璃基底10a上的塑料中间层I之间，此基底10具有内涂层21(图4)。
按照第一个实施模式，覆盖着叠层20的抗反射内涂层21可以是通常的抗反射塑料膜21a或叠层11型的叠层21b。
与可以是比较脆的薄膜相比，11型叠层21b能够很方便地使银叠层20避免被腐蚀，因为它受到了二氧化硅和氮化硅的覆盖。
然而，除了在窗破碎的情况下，所有的玻璃碎片都将由其自己保持住外，用于功能元件21的薄膜的优点是，它对屏幕的对比度会产生作用。存在着透射率不同的不同类型的薄膜。因此，可以取得由Calsak公司商品化的光透射率80％的薄膜，或者透射率更低用于改善屏幕对比度的薄膜，比如由SouthWall公司商品化的光透射率70％的薄膜(参考的产品是ARA2-70)。
最后，按照本发明的抗反射叠层11是基于Si3N4或SnO2和SiO2的至少两层的叠层，由于它们硬度的性能，是特别合适的。这些层通常都是通过由活化磁场协助的阴极粉末化的方法涂布的，在氧化的气氛下，由Si或金属靶制造SiO2或金属氧化物层，在氮化气氛下，由Si或金属靶制造氮化物，而在氧化/氮化的混和气氛下，制造氮氧化物。Si靶中可以含有少量其他金属，特别是Zr、Al，以特别赋予其更大的导电性能。
优选的抗反射叠层如下：
玻璃/SnO2(或Si3N4)/SiO2/SnO2(或Si3N4)/SiO2
下面的表格汇总了每一层的折光指数ni和几何厚度ei(单位是nm)，c1层是对着玻璃的层：
    层(c1)     层(c2)     层(c3)     层(c4)
    ni     2.0     1.46     2.0     1.46
    ei     15nm     30nm     70nm     90nm
此实施例的目的是尽最大可能降低在60°入射角时玻璃(在观察者一侧)的反光值RL。
下面的表格汇总了按照本发明实施例(实施例1)的和按照两个比较构形的实施例(实施例2和实施例3)的在观察者一侧的光线反射和显示屏滤光片产品的光学雾度的结果。对于这些比较例，所有两个滤光片都是在基底的两侧具有作为功能元件21和抗反射涂层11的抗反射薄膜，只是在其中一种情况下，在玻璃上直接涂布Ag的叠层20(实施例2)，而在另一种情况下，是在塑料膜上涂布的(实施例3)。
实施例1：粘接抗反射膜21a/Ag叠层/玻璃/叠层11；
实施例2：粘接抗反射膜/Ag叠层/玻璃/粘接抗反射膜；
实施例3：粘接抗反射膜/在塑料膜上的Ag叠层/玻璃/粘接抗反射膜。
  实施例1   实施例2   实施例3
在观察者一侧的反射光(％)     3.3     5.3     2.7
在观察者一侧的雾度     0.3     0.6     1.3
本发明的实施例1显然能够被很好地接受，因为由叠层构成的抗反射涂层11具有减小在观察者一侧的窗子外表面上反射光的优点，同时使制造完了时产品的雾度较低。雾度(光散射)的降低改善了影像的品质和观察者的视觉质量，颜色特别更强。
按照本发明，抗反射叠层还构成抗划伤和耐磨耗涂层。下面一个对比的表格涉及到图2，将本发明的实施例(实施例1)和实施例2进行比较，此时分别涉及测试耐久性、还测试加速老化，和磨耗测试。
对于测试耐久性，涉及到在对窗口干燥加热500h以后和在潮湿加热120h以后，测量透光率TL和雾度的变化。
  在80℃下500h   在90％的60℃下120h
  ΔTL(％)   Δ雾度(％)   ΔTL(％)     Δ雾度(％)
实施例1   ＜0.2   ＜0.2   ＜0.3     ＜0.2
实施例2   ＜0.5   ＜0.4   ＜1     ＜0.2
在加速老化的测试中，两种产品具有同样的表现。
对于磨耗测试，使用已知的Taber AbraserCS10 F型砂轮，在实施例1的窗子和在实施例2的窗子上施加250g的负载，在按照公知的方式磨耗以后测量雾度的变化。
在图2的图中显示出，在按照Taber试验进行的耐磨耗性能方面，本发明的窗子优于先有技术的窗子。在500圈(tour)结束时，具有叠层的涂层实际上没有划伤，而带有塑料薄膜的涂层则完全剥落，这使得完全丧失了抗反射的性能，并导致很大的雾度。图3的放大80倍的显微镜照片显示出在测试后两种产品的外观，具有叠层的窗子更清洁。
另外，涉及到抗划伤性能所进行的测试表明，具有叠层结构的抗划伤性能大大优于具有薄膜的性能。对于薄膜，只有2～3H，而叠层则大于3H。我们知道，H是在表面涂层和有机基底领域中使用的分类，这涉及到用硬度2H或3H的铅笔芯进行划伤试验。
作为例子举出了与等离子体显示屏相结合的窗子，当然本发明可应用于应该在其一个面上任选地具有至少一个功能元件，而在其相反的面上具有抗划伤和耐磨耗涂层的各种类型的基底，它们任选具有构成抗反射的优点。

Claims (21)

1.透明基底，特别是玻璃基底(10)，包括在其一个面上的至少一个功能元件(20)和在相反的面上由具有由折光指数高低交替的介电材料层叠薄层形成的抗反射涂层(11)，其特征在于，钙抗反射涂层被用作抗划伤和耐磨耗涂层。
2.按照权利要求1的透明基底，其特征在于，该抗划伤和耐磨耗涂层由抗反射涂层(11)构成，其耐受性至少是3H，其耐磨耗性使得可引起的基底的雾度小于1.5％。
3.按照权利要求1的基底，其特征在于，由叠层形成的抗反射涂层在功能元件放置前被涂布在基底上。
4.按照权利要求1～3中之一的基底，其特征在于，该叠层是基于Si3N4或SnO2，和SiO2。
5.按照权利要求1～4中之一的基底，其特征在于，该叠层顺序包括：
—第一层(c1)具有高折光指数，其折光指数n1为1.8～2.2，其几何厚度e1为5～50nm；
—第二层(c2)具有低折光指数，其折光指数n2为1.35～1.65，其几何厚度e2为5～50nm；
—第三层(c3)具有高折光指数，其折光指数n3为1.8～2.2，其几何厚度e3为70～120nm；
—第四层(c4)具有低折光指数，其折光指数n1为1.35～1.65，其几何厚度e4为至少80nm。
6.按照权利要求5的基底，其特征在于，该叠层如下：Si3N4/SiO2/Si3N4/SiO2。
7.按照权利要求1的基底，其特征在于，该功能元件(20)是屏蔽电磁波的金属元件。
8.按照权利要求7的基底，其特征在于，该功能元件(20)由至少一层导电金属层组成。
9.按照权利要求7的基底，其特征在于，该功能元件(20)由包括至少两层Ag层的薄层叠层构成。
10.按照权利要求8的基底，其特征在于，该叠层具有如下的顺序：Si3N4/ZnO/Ag/Ti/Si3N4/ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si3N4。
11.按照权利要求7的基底，其特征在于，该功能元件(20)由具有格栅形状的金属丝网构成。
12.按照权利要求7的基底，其特征在于，该功能元件(20)由基于银的薄层叠层和具有格栅形状的金属丝网组合构成。
13.按照权利要求7的基底，其特征在于，该功能元件(20)被直接放置在基底(10)上。
14.按照权利要求7的基底，其特征在于，该功能元件(20)被放置在固定在基底(10)上的塑料薄膜上。
15.按照权利要求7的基底，其特征在于，该功能元件(20)被层合在两层塑料薄膜之间，其中一个固定在基底(10)上，另一个固定在另一片基底(10a)上。
16.按照权利要求7的基底，其特征在于，该功能元件(20)与由抗反射涂层形成的第二个功能元件(21)相组合。
17.按照权利要求16的基底，其特征在于，该第二个功能元件(21)是抗反射叠层(21a)。
18.按照权利要求16的基底，其特征在于，该第二个功能元件(21)是粘接抗反射膜(21a)。
19.按照前面各项权利要求中之一的基底，其特征在于，该基底是未淬火的玻璃。
20.按照前面各项权利要求中任何一项的基底在制造复合玻璃和显示屏滤光片中的应用。
21.按照权利要求20应用，用于等离子体显示屏。
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