CN1804695B - 光学膜 - Google Patents
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Abstract
一种光学膜,能够容易地获得需要的光学性能,并能够提高耐久性。在玻璃基板12的内主表面12上形成金属膜32。在金属膜32的内主表面32a上作为岛状物分散地形成多个第一岛状结构33。在基板12的内主表面12a上作为岛状物分散地形成多个第二岛状结构31。多个第一岛状结构33和多个第二岛状结构31这两组岛状结构中的至少一组由对该金属膜32的金属具有不同标准电极电位的金属氧化物和金属构成的组中选出的至少一种制成。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学膜,具体而言,涉及这样一种光学膜,它适合用于表面涂有金属薄膜,用于反射型液晶显示装置或者反射/透射结合型液晶显示装置的反光基板。
背景技术
目前,液晶显示装置已经得到广泛应用,特别是对于小尺寸到中尺寸的装置来说更是如此,这是因为液晶显示装置的以下特性:与传统的CRT显示器相比可以将这种装置做得更薄、更紧凑,这种显示器可以在低电压下工作,能够减小电力消耗因而节省能量。而且,液晶显示装置,特别是利用外界入射光作为显示光源的反射型液晶显示装置,由例如液晶层和反光基板构成,反光基板具有涂敷银合金这种金属薄膜的光学膜。不需要常规的背光,因此这种反射型液晶显示装置可以做得轻而薄,广泛用作液晶显示装置。
近几年来,从进一步提高可见度的观点来看,对于这种液晶显示装置,还需要减小反光基板的吸光性,并提高在氧化空气这种恶劣环境下的耐久性。已经进行了各种研究来实现这些目的。
例如,对于由三层氧化薄膜和两层银薄膜交替地形成于玻璃基板主表面构成的光学膜来说,通过让这两层银薄膜具有稳定的晶体取向,可以提高这些银薄膜在高温和高湿条件下的稳定性(例如,参见日本公开专利公报No.2000-056127)。
此外,另一种光学膜由透明基板上形成的银基金属制成的热反射金属膜以及该热反射金属膜上形成,由硅、硼和铝构成的组中选出的至少一种金属的氮化物制作的透明氮化物膜构成,该热反射金属膜的氧化则借助于该透明氮化物膜来加以抑制(例如,参见日本公开专利公报No.H06-345491)。
此外,另一种光学膜由形成于透明基板主表面上的氧化铟锡(以后称做“ITO”)制成的透明高折射率层,形成于该透明高折射率层上的金属薄膜,以及形成于该金属薄膜上、由ITO制成的另一透明高折射率层构成,该金属薄膜的外界环境耐久性则借助于ITO制成的该相邻透明高折射率层来加以提高(例如,参见日本公开专利公报No.H09-272172)。
然而,在这些光学膜中,尤其是对于具有通过其结晶性而稳定的金属薄膜的光学膜来说,仍然存在一个问题,这就是在氧化空气中,氧化还原电位对物性值的影响大,金属薄膜的耐久性因此而下降。此外,对于具有金属氮化物制成的透明氮化物膜或者ITO制成的透明高折射率层的光学膜来说,由于光学膜的整体厚度增大,很难获得所需要的光学性能,此外还有一个问题,这就是由于该透明氮化物膜或者由ITO制成的透明高折射率层存在微小针孔,该金属薄膜会暴露在空气中,因此该金属薄膜的耐久性会下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学膜,它能够很容易地获得所需要的光学性能,并能够提高耐久性。
为了实现上述的目的,在本发明的一个方面中,提供一种形成于基板主表面上的光学膜,该光学膜包括形成于基板主表面上的金属膜,以及作为岛状物分散地形成于该金属膜主表面上的多个第一岛状结构和作为岛状物分散地形成于该基板主表面上的多个第二岛状结构这两组岛状结构中的至少一组,其中该多个第一岛状结构和该多个第二岛状结构这两组岛状结构中的所述至少一组由从对该金属膜的金属具有不同标准电极电位的金属和金属氧化物构成的组中选出的至少一种制成。
该多个第一岛状结构和该多个第二岛状结构这两组岛状结构中的所述至少一组的平均间距优选不小于400nm。
该平均间距更优选在400nm到900nm的范围。
该多个第一岛状结构和该多个第二岛状结构这两组岛状结构中的所述至少一组的等效圆平均直径与平均间距的百分比更优选为10%到90%。
该多个第一岛状结构和该多个第二岛状结构这两组岛状结构中的所述至少一组的平均高度优选为2.0nm到7.0nm。
优选的是,该金属膜由从具有正的标准电极电位的金属构成的组中选出的至少一种制成,而该多个第一岛状结构和该多个第二岛状结构这两组岛状结构中的所述至少一组由从具有负的标准电极电位的金属和金属氧化物构成的组中选出的至少一种制成。
该金属膜更优选由银,铬和铝构成的组中选出的至少一种制成。
该多个第一岛状结构和该多个第二岛状结构这两组岛状结构中的所述至少一组更优选包括氧化铟锡。
该基板优选由玻璃制成。
优选将光学膜用于从反射型液晶显示装置和反射/透射结合型液晶显示装置中选择出来的装置的反光基板。
根据本发明,存在作为岛状物分散地形成于所述金属膜主表面上的多个第一岛状结构和/或作为岛状物分散地形成于所述基板主表面上的多个第二岛状结构这两组岛状结构中的至少一组,其中该第一和/或第二岛状结构由对该金属膜的金属具有不同标准电极电位的金属和金属氧化物构成的组中选出的至少一种制成。结果,该光学膜可以做薄,由此能够提高该膜的设计自由度和光学性能,因此能够容易地获得需要的光学性能。此外,在该第一和/或第二岛状结构与该金属膜之间产生具有不同相位的自由电子等离子体振荡,第一和/或第二岛状结构的氧化反应的氧化还原电位变化以及该金属膜的氧化反应的氧化还原电位变化基本停止在平衡的状态,从而能够防止该金属膜被侵蚀,因此能够提高该光学膜的耐久性。
通过下面结合附图的详细描述,将会更加明了本发明的上述和其它目的、特征及优点。
附图说明
图1是一个示意性剖面图,它示出具有本发明一个实施例中的光学膜的反射型液晶显示装置的结构;
图2A和2B示出图1中出现的反射型液晶基板;
具体而言:
图2A是一个部分切除的透视图;以及
图2B是一个剖面图;
图3是能够用于解释在玻璃基板主表面或金属膜上形成的岛状结构的等效圆的视图;
图4是示出制造图2A和2B所示反射型液晶基板的方法的流程图;以及
图5A到5D是能够用于解释制造图2A和2B中反射型液晶基板的方法的步骤视图。
具体实施方式
本发明人进行了刻苦的研究来实现上述目的,并由此发现,在光学膜形成于基板主表面上的情况下,如果该光学膜包括形成于该基板主表面上的金属膜,以及作为岛状物分散地形成于该金属膜主表面上的多个第一岛状结构和/或作为岛状物分散地形成于该基板主表面上的多个第二岛状结构,其中该多个第一岛状结构和/或该多个第二岛状结构由包括对该金属膜的金属具有不同标准电极电位的金属和金属氧化物构成的组中选出的至少一种制成,则该光学膜可以做薄,由此能够提高该膜的设计自由度和光学性能,从而能够容易地获得需要的光学性能。此外,在该第一和/或第二岛状结构与该金属膜之间产生具有不同相位的自由电子等离子体振荡,第一和/或第二岛状结构氧化反应的氧化还原电位变化以及金属膜氧化反应的氧化还原电位变化基本停止于平衡状态,由此能够防止该金属膜被侵蚀,并因此能够提高该光学膜的耐久性。而且,本发明人还发现如果该第一和/或第二岛状结构的平均间距不小于400nm,优选为400nm到900nm的范围内,则该平均间距大约等于或大于该岛状结构中自由电子等离子体振荡的波长(400nm),借此能够更好地防止该金属膜被侵蚀。而且,本发明人还发现如果该金属膜由从具有正的标准电极电位的金属构成的组中选出的至少一种制成,而该第一和/或第二岛状结构由从具有负的标准电极电位的金属和金属氧化物构成的组中选出的至少一种制成,则当该岛状结构被氧化时产生的自由电子等离子体振荡,以及当该金属膜被氧化时产生的自由电子等离子体振荡彼此抵消,由此该岛状结构的氧化还原电位变化和该金属膜的氧化还原电位变化分别停止,因此能够进一步提高该金属膜的耐久性。
本发明在上述研究结果的基础上完成。
现在将参照示出本发明一个优选实施例的图来描述本发明。
图1是本发明一个实施例中具有光学膜的反射型液晶显示装置结构的剖面示意图。
如图1所示,反射型液晶显示装置10包括能够透射光的一对玻璃基板11和12,形成于玻璃基板12内主表面上和散射入射光13并将该光反射为反射光14的光学膜30,填充在该光学膜30和该玻璃基板11之间且控制光透射的液晶层17。如图1所示,作为反射型液晶装置10的组成元件,该玻璃基板12和该光学膜30一起组成反射型液晶基板20。现在利用图2A和2B来详细描述该反射型液晶基板20和光学膜30。
图2A和2B示出图1中出现的反射型液晶基板20;具体地说,图2A是一个部分切除的透视图,而图2B是一个剖面图。
如图2A所示,例如,该反射型液晶基板20厚度是0.55mm,并且包括玻璃基板12,以及形成于该玻璃基板12内主表面上的光学膜30。
而且,如图2B所示,该光学膜30具有作为岛状物分散地形成于玻璃基板12内主表面12a上的多个岛状结构(在下文中称作“第二岛状结构”)31,形成于第二岛状结构31和玻璃基板12内主表面12a上的金属膜32,作为岛状物分散地形成于与玻璃基板12接触的主表面32b相对侧的金属膜32主表面(在下文中称作“内主表面”)32a上的多个岛状结构(在下文中称作“第一岛状结构”)33。
该金属膜32由从具有正标准电极电位的金属构成的组中选出的至少一种制成,优选由银、铬、铝构成的组中选出的至少一种制成,在这个实施例中它是银。
第一岛状结构33和第二岛状结构31这两组岛状结构中的每一组都由金属和金属氧化物构成的组中选出的至少一种制成,其中金属和金属氧化物中的每一种对于金属膜32的金属都具有不同的标准电极电位,并优选具有负的标准电极电位,在这个实施例中它是ITO。结果,当第二岛状结构31和33被氧化时产生的自由电子等离子体振荡以及该金属膜32被氧化时产生的自由电子等离子体振荡彼此抵消,由此第二岛状结构31和33的氧化还原电位变化和金属膜32的氧化还原电位变化分别停止,并因此能够进一步提高该金属膜32的耐久性。
第二岛状结构31和33的平均间距不小于400nm,优选在400nm到900nm的范围内。结果,所述平均间距大约等于或者大于第二岛状结构31和33中自由电子等离子体振荡的波长(400nm),借此能够更好地防止该金属膜32被侵蚀。
而且,第二岛状结构31和33的等效圆平均直径与平均间距的百分比在10%到90%的范围内。结果,能够更可靠地防止该金属膜32被侵蚀。
在这里,岛状结构的等效圆是这样的圆,它的半径等于岛状结构接触玻璃基板12或金属膜32内主表面的区域跨越的最大距离,如图3所示。该等效圆平均直径是玻璃基板12或金属膜32上至少10个随机选出岛状结构等效圆的直径平均值。
而且,该岛状结构的平均间距是玻璃基板12或金属膜32上至少10个随机选出的岛状结构中,一个岛状结构等效圆的中心与最接近那个岛状结构的岛状结构等效圆的中心之间的距离(岛状结构之间的距离)的平均值。
金属膜32的厚度在10nm到500nm的范围内,例如,25nm,第二岛状结构31的平均高度在2.0nm到7.0nm的范围内,第一岛状结构33的平均高度在2.0到7.0nm的范围内。结果,能够更可靠地防止该金属膜32被侵蚀。第二岛状结构31和33中每一个的平均高度更优选在3.0nm至5.0nm的范围内。结果,能够更可靠地防止该金属膜32被侵蚀。
在这里,该岛状结构的平均高度是,玻璃基板12或金属膜32上任意选出的至少10个岛状结构中,玻璃基板12或金属膜32的内主表面到岛状结构最高点之间距离的平均值。
现在将描述制造反射型液晶基板20的一种方法。
图4是示出制造图2A和2B中示出的反射型液晶基板20的方法流程图,图5A到5D是用于说明制造反射型液晶基板20的方法步骤的视图。
如图4所示,首先通过切割0.55mm厚的玻璃板到预定尺寸来制备玻璃基板12,0.55mm厚的玻璃板已经利用浮法玻璃工艺制得(步骤S1)(图5A)。然后利用真空喷镀法在玻璃基板12的一个主表面上分散地形成第二岛状结构31(步骤S2)(图5B)。
具体而言,形成第二岛状结构31,使其等效圆平均直径为例如130nm,且其平均高度为例如3nm。而且,形成第二岛状结构31,使其平均间距为例如520nm,以及第二岛状结构31的等效圆平均直径与平均间距的百分比为例如25%。
下一步,利用真空喷镀的方法在上面已经形成有第二岛状结构31的玻璃基板12的主表面上形成厚度为25nm的金属膜32(步骤S3)(图5C),然后在金属膜32的内主表面上利用真空喷镀的方法分散地形成第一岛状结构33(步骤S4)(图5D)。
具体而言,形成第一岛状结构33,使其等效圆平均直径为例如130nm,且其平均高度为例如3nm。而且,形成第一岛状结构33,使其平均间距为例如520nm,且第一岛状结构33的等效圆平均直径与平均间距的百分比为例如25%。
根据这一个实施例,分散地形成于玻璃基板12内主表面12a上形成的金属膜32内主表面32a上的该第一岛状结构33,和分散地形成在与金属膜32接触的玻璃基板12内主表面12a上的该第二岛状结构31中每一种都是用与金属膜32的金属具有不同标准电极电位的金属或者金属氧化物制成。结果,该光学膜可以制得很薄,由此可以提高该膜的设计自由度和光学性能,因此能够容易地获得需要的光学性能。此外,在第一岛状结构33与金属膜32之间和第二岛状结构31与金属膜32之间产生具有不同相位的自由电子等离子体振荡,以及岛状结构31和33氧化反应的氧化还原电位变化和金属膜32氧化反应的氧化还原电位变化基本上停止在平衡状态,由此能够防止金属膜32被侵蚀,因此能够提高该光学膜的耐久性。而且,第一岛状结构33与金属膜32之间和第二岛状结构31与金属膜32之间产生的等离子体振荡之间的干涉可以防止金属膜32被侵蚀,因此即使在金属膜32上没有均匀形成组成第一岛状结构33的点而是缺少部分点,但是由于缺少那些点的区域周围形成有点,通过干涉作用仍能够防止金属膜32被侵蚀。
在这个实施例中,具有在玻璃基板12内主表面上形成的金属膜32的内主表面上分散地形成的第一岛状结构33,和在接触金属膜32的玻璃基板12的内主表面上分散地形成的第二岛状结构31。然而,本发明并不局限于此,而是可以换成只有在金属膜32的内主表面上分散地形成的第一岛状结构33和在接触金属膜32的玻璃基板12的主内表面上分散地形成的第二岛状结构31中的仅仅一个。在该光学膜30仅具有第一岛状结构33的情况下,能够防止的主要是金属膜32内主表面上的侵蚀,而在该光学膜30仅具有第二岛状结构31的情况下,能够防止的主要是接触玻璃基板12的金属膜32主表面上的侵蚀。上述情况的结果就是,能够将该光学膜做得更薄,而且能够更进一步地提高该光学膜的耐久性。
在本实施例中,将该光学膜30用于反射型液晶显示装置10中。然而,并不局限于此,而是该光学膜30还可以用于反射/透射结合型液晶装置中,当外界光量高时该装置利用所反射的外界光,当外界光量低时利用背光发出的光。
在本实施例中,该第一岛状结构33作为岛状物形成于金属膜32的内主表面上。然而,并不是局限于此,而是所述第一岛状结构33还可形成在具有与第一岛状结构33不同的标准电极电位的金属或金属氧化物制成的其它固体的表面上。结果,能够防止各种应用中使用的金属或金属氧化物制成的固体被侵蚀,由此能够容易地提高金属的耐久性。
现在将描述本发明的实例。在这个实例中,利用只有金属膜32内主表面上以岛状物分散形成的第一岛状结构33的光学膜来进行实验。
首先,作为实例1,这样来制备样品:在玻璃基板12的一个主表面上形成由银制成的25nm厚的金属膜32,然后使用真空喷镀的方法在金属膜32上形成由ITO制成的第一岛状结构33,作为金属膜32上的涂层,使得该第一岛状结构33的平均间距为520nm。
其次,作为对比实例1,这样来制备样品:在玻璃基板12的一个主表面上形成由银制成的25nm厚的金属膜32,然后使用真空喷镀方法在金属膜32上形成10nm厚的ITO膜。此外,作为对比实例2,通过在玻璃基板12的一个主表面上形成仅有银制成的25nm厚的金属膜32来制备样品。
其次,将每个样品在室温下浸入到10%质量百分比的HCI水溶液中15分钟,确定该金属膜32是否被侵蚀。结果在表1中示出。
表1
金属膜 | 涂层 | 评价 | |
实例1 | 25nm | 岛状物中是ITO | O |
对比实例1 | 25nm | ITO膜 | x |
对比实例2 | 25nm | 无 | x |
在表1中,“O”表示金属膜32没有被侵蚀,而“X”表示金属膜32被侵蚀。
如表1所示,发现如果分散地形成在玻璃基板12主表面上形成的银金属膜32主表面上的第一岛状结构33由ITO制成,它具有与金属膜32的金属不同的标准电极电位,则该光学膜不仅可以制得薄,由此能够提高该膜的设计自由度和光学性能,此外还可能够提高该光学膜的耐久性。
其次,作为实例2,这样来制备样品:在玻璃基板12的一个主表面上形成由银制成的25nm厚的金属膜32,然后使用真空喷镀方法在金属膜32上形成由ITO制成的第一岛状结构33作为金属膜32上的涂层,使得该第一岛状结构33的平均间距为900nm。作为实例3,这样来制备样品:在玻璃基板12的一个主表面上形成由银制成的25nm厚的金属膜32,然后在金属膜32上形成由ITO制成的第一岛状结构33,使得该第一岛状结构33的平均间距为520nm。作为实例4,这样来制备样品:在玻璃基板12的一个主表面上形成由银制成的25nm厚的金属膜32,然后在金属膜32上形成由ITO制成的第一岛状结构33,使得该第一岛状结构33的平均间距为420nm。作为实例5,这样来制备样品:在玻璃基板12的一个主表面上形成由银制成的25nm厚的金属膜32,然后在金属膜32上形成由ITO制成的第一岛状结构33,使得该第一岛状结构33的平均间距为410nm。作为对比实例3,这样来制备样品:在玻璃基板12的一个主表面上形成由银制成的25nm厚的金属膜32,然后使用真空喷镀的方法在金属膜32上形成由ITO制成的第一岛状结构33作为金属膜32上的涂层,使得该第一岛状结构33的平均间距为400nm。
其次,对于每个样品,用电子扫描显微镜来观察其上具有第一岛状结构33的金属膜32的主表面,放大15,000到20,000倍的情况下进行显微照相,在金属膜32主表面的显微照片上画出对角线,选择对角线上的10个到20个第一岛状结构33用于测量,从所选择的岛状结构中确定等效圆平均直径与平均间距。在照片上的岛状结构很小,因此很难确定等效圆的情况下,首先测量岛状结构之间的距离,将由该距离测定的平均间距看作等效圆平均直径。
此外,用电子扫描显微镜来观察具有金属膜32和在玻璃基板12一个主表面上形成的第一岛状结构33的每个样品的剖面,选择10到20个所观察到的第一岛状结构33以用于测量,并根据所选岛状结构来测量平均高度。
对于实例2,第一岛状结构33的等效圆平均直径为90nm,平均高度为2.0nm。对于实例3,第一岛状结构33的等效圆平均直径为130nm,平均高度为3.0nm。对于实例4,第一岛状结构33的等效圆平均直径为210nm,平均高度为5.0nm。对于实例5,第一岛状结构33的等效圆平均直径为290nm,平均高度为7.0nm。
其次,将每个样品在室温下浸入到10%质量百分比的HCl水溶液中15分钟,确定该金属膜32是否被侵蚀。结果在表2中示出。
表2(1/2)
平均间距(nm) | 等效圆平均直径(nm) | 等效圆平均直径与平均间距之比(%) | |
对比实例2 | 0 | 0 | 0 |
实例2 | 900 | 90 | 10 |
实例3 | 520 | 130 | 25 |
实例4 | 420 | 210 | 50 |
实例5 | 410 | 290 | 70 |
对比实例3 | 400 | 400 | 100 |
表2(2/2)
岛状结构的平均高度(nm) | 评价 | |
对比实例2 | 0.0 | X |
岛状结构的平均高度(nm) | 评价 | |
实例2 | 2.0 | O |
实例3 | 3.0 | O |
实例4 | 5.0 | O |
实例5 | 7.0 | O |
对比实例3 | 10 | X |
在表2中,“O”表示金属膜32没有被侵蚀,而“X”表示金属膜32被侵蚀。
如表2所示,发现如果第一岛状结构33的平均间距不小于400nm,优选在400nm到900nm的范围内,则由于该平均间距大约等于或者大于该第一岛状结构33中自由电子等离子体振荡的波长(400nm),因此能够更好地防止金属膜32被侵蚀。此外还发现如果第一岛状结构33等效圆平均直径与平均间距的百分比在10%到90%的范围内,则能够更可靠地防止金属膜32被侵蚀。更进一步发现如果第一岛状结构33的平均高度在2.0nm到7.0nm的范围内,则能够更可靠地防止金属膜32被侵蚀。
Claims (10)
1.一种形成于基板主表面上的光学膜,该光学膜包括:
形成于该基板的主表面上的金属膜;和
作为岛状物分散地形成于所述金属膜主表面上的多个第一岛状结构以及作为岛状物分散地形成于该基板主表面上的多个第二岛状结构这两组岛状结构中的至少一组;
其中所述多个第一岛状结构和多个第二岛状结构这两组岛状结构中的所述至少一组由对该金属膜的金属具有不同标准电极电位的金属和金属氧化物构成的组中选出的至少一种制成。
2.如权利要求1所述的光学膜,其中所述多个第一岛状结构和所述多个第二岛状结构这两组岛状结构中的所述至少一组的平均间距不小于400nm。
3.如权利要求2所述的光学膜,其中的所述平均间距在400nm到900nm的范围内。
4.如权利要求2所述的光学膜,其中所述多个第一岛状结构和所述多个第二岛状结构这两组岛状结构中的所述至少一组的等效圆平均直径与平均间距的百分比在10%到90%的范围内。
5.如权利要求1所述的光学膜,其中所述多个第一岛状结构和所述多个第二岛状结构这两组岛状结构中的所述至少一组的平均高度在2.0nm到7.0nm的范围内。
6.如权利要求1所述的光学膜,其中所述金属膜由具有正的标准电极电位的金属构成的组中选出的至少一种制成,而所述多个第一岛状结构和所述多个第二岛状结构这两组岛状结构中的所述至少一组由具有负的标准电极电位的金属和金属氧化物构成的组中选出的至少一种制成。
7.如权利要求6所述的光学膜,其中所述金属膜由银,铬和铝构成的组中选出的至少一种制成。
8.如权利要求7所述的光学膜,其中所述多个第一岛状结构和所述多个第二岛状结构这两组岛状结构中的所述至少一组包括氧化铟锡。
9.如权利要求1所述的光学膜,其中所述基板由玻璃制成。
10.如权利要求1所述的光学膜,用于从反射型液晶显示装置和反射/透射结合型液晶显示装置选出来的装置的反光基板。
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