DE102018109337A1 - Method for producing a TCO layer and article with a TCO coating - Google Patents
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Abstract
Eine transparente, elektrisch leitfähige Oxid-Beschichtung (TCO-Beschichtung), insbesondere Indiumzinnoxid-Beschichtung (ITO-Beschichtung), wird folgendermaßen auf ein Substrat, beispielsweise einen Gegenstand aus Metall oder Glas, aufgebracht:
- Ein flächiges, transparentes, flexibles oder starres Trägerobjekt (4) wird bereitgestellt,
- auf das Trägerobjekt (4) wird im PVD-Verfahren eine metallische Absorptionsschicht (5), insbesondere Zinnschicht, sowie eine TCO-Schicht (6) aufgebracht,
- das Trägerobjekt (4) wird auf einem Substrat (7) platziert,
- Material der TCO-Schicht (6) wird durch Laserbestrahlung vom Trägerobjekt (4) auf das Substrat (7) transferiert.
A transparent, electrically conductive oxide coating (TCO coating), in particular indium tin oxide coating (ITO coating), is applied to a substrate, for example a metal or glass article, as follows:
A flat, transparent, flexible or rigid carrier object (4) is provided,
- On the support object (4), a metallic absorption layer (5), in particular tin layer, and a TCO layer (6) is applied in the PVD method,
the carrier object (4) is placed on a substrate (7),
- Material of the TCO layer (6) is transferred by laser irradiation from the carrier object (4) on the substrate (7).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer TCO-Schicht, das heißt einer transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht, insbesondere einer Indiumzinnoxid-Schicht (ITO-Schicht), auf einem Substrat. Ferner betrifft die Erfindung einen Gegenstand mit einer TCO-Beschichtung, insbesondere einer ITO-Beschichtung.The invention relates to a method for producing a TCO layer, that is to say a transparent, electrically conductive layer, in particular an indium tin oxide layer (ITO layer), on a substrate. Furthermore, the invention relates to an article with a TCO coating, in particular an ITO coating.
Ein Verfahren zur Herstellung einer optisch streuenden TCO-Schicht auf einem Substrat ist beispielsweise aus der
Als TCO (Transparent Conductive Oxides)-Schichten werden elektrisch leitfähige Beschichtungen mit einer geringen Absorption von elektromagnetischen Wellen im Bereich des sichtbaren Lichts bezeichnet. Beispiele für transparente leitfähige Oxide sind Indiumzinnoxid (ITO, Indium Tin Oxide), Flourzinnoxid (FTO), Aluminiumzinkoxid (AZO) und Antimonzinnoxid (ATO).Transparent Conductive Oxide (TCO) layers are electrically conductive coatings with low absorption of visible light electromagnetic waves. Examples of transparent conductive oxides are Indium Tin Oxide (ITO), Floortine Oxide (FTO), Aluminum Zinc Oxide (AZO) and Antimony Tin Oxide (ATO).
Ein Verfahren zum Herstellen einer ITO-Schicht ist zum Beispiel in der
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer ITO-Schicht ist aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik erweiterte Möglichkeiten der Erzeugung von TCO-Schichten, insbesondere ITO-Schichten, anzugeben.The invention is based on the object, compared to the prior art extended possibilities of generating TCO layers, in particular ITO layers specify.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einer TCO-Schicht, insbesondere ITO-Schicht, gemäß Anspruch 1. Mit diesem Verfahren ist ein Gegenstand nach Anspruch 9 herstellbar. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Gegenstand erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Beschichtungsverfahren und umgekehrt.This object is achieved by a method for coating a substrate with a TCO layer, in particular ITO layer, according to
Das Beschichtungsverfahren umfasst folgende Schritte:
- - Ein flächiges, transparentes Trägerobjekt wird bereitgestellt,
- - auf das Trägerobjekt wird im PVD-Verfahren eine metallische Absorptionsschicht sowie eine Schicht aus transparentem, elektrisch leitfähigem Material, das heißt eine TCO-Schicht, insbesondere Indiumzinnoxid-Schicht, aufgebracht,
- - das Trägerobjekt wird auf einem Substrat, das heißt zu beschichtendem Gegenstand, platziert,
- - das transparente, elektrisch leitfähige Material, insbesondere Indiumzinnoxid, wird durch Laserbestrahlung vom Trägerobjekt auf das Substrat transferiert.
- A flat, transparent carrier object is provided,
- a metallic absorption layer and a layer of transparent, electrically conductive material, ie a TCO layer, in particular indium tin oxide layer, are applied to the carrier object in the PVD method,
- the carrier object is placed on a substrate, that is to be coated,
- - The transparent, electrically conductive material, in particular indium tin oxide, is transferred by laser irradiation from the carrier object to the substrate.
Bei dem flächigen Trägerobjekt kann es sich entweder um ein starres oder um ein flexibles Objekt handeln. Das im PVD (Physical Vapor Deposition)-Verfahren, das heißt durch physikalische Gasphasenabscheidung, beschichtete Trägerobjekt wird auch als Donorobjekt bezeichnet. Zum Thema PVD-Verfahren wird beispielhaft auf das Dokument
Bei der Absorptionsschicht, welche zunächst auf das Trägerobjekt aufgebracht wird, handelt es sich vorzugsweise um eine Zinnschicht. Die Dicke der Absorptionsschicht beträgt in bevorzugter Ausgestaltung mindestens 10 nm und maximal 250 nm beispielsweise ca. 125 nm.The absorption layer, which is first applied to the carrier object, is preferably a tin layer. The thickness of the absorption layer is in a preferred embodiment at least 10 nm and at most 250 nm, for example, about 125 nm.
Die TCO-Schicht, insbesondere ITO-Schicht, welche im PVD-Verfahren auf die Absorptionsschicht, insbesondere Zinnschicht, aufgebracht wird, weist vorzugsweise eine Dicke von mindestens 150 nm und maximal 1 µm, beispielsweise eine Dicke von 300 nm, auf.The TCO layer, in particular ITO layer, which is applied in the PVD method to the absorption layer, in particular tin layer, preferably has a thickness of at least 150 nm and at most 1 .mu.m, for example, a thickness of 300 nm.
Um das elektrisch leitfähige transparente Oxid vom Donorobjekt auf das zu beschichtende Substrat zu übertragen, wird die beschichtete Seite des Trägerobjektes auf das Substrat aufgelegt, so dass die TCO-Schicht die Substratoberfläche möglichst flächig kontaktiert. Bei der anschließenden Laserbestrahlung durchdringt der Laserstrahl das Trägerobjekt nahezu unbeeinflusst, bis er auf die Absorptionsschicht, insbesondere Zinnschicht, trifft. Die Energie der Laserstrahlung wird nahezu vollständig in der Absorptionsschicht aufgenommen. Als Laser ist besonders ein Infrarotlaser, beispielsweise Nd-YAG-Laser, geeignet. Durch die Laserbestrahlung verdampft das Absorptionsmaterial, sodass die TCO-Schicht, insbesondere ITO-Schicht, vom Trägerobjekt abgelöst und auf das Substrat übertragen wird.In order to transfer the electrically conductive transparent oxide from the donor object to the substrate to be coated, the coated side of the carrier object is placed on the substrate, so that the TCO layer contacts the substrate surface as extensively as possible. In the subsequent laser irradiation, the laser beam penetrates the support object almost unaffected until it strikes the absorption layer, in particular the tin layer. The energy of the laser radiation is almost completely absorbed in the absorption layer. Particularly suitable lasers are an infrared laser, for example Nd-YAG lasers. As a result of the laser irradiation, the absorption material evaporates, so that the TCO layer, in particular the ITO layer, is detached from the carrier object and transferred to the substrate.
Es hat sich gezeigt, dass auf diese Art wahlweise eine transparente oder metallisch reflektierende Schicht mit rauer Oberfläche erzeugbar ist, welche sehr haftfest mit der Oberfläche des Substrats verbunden ist. Die Verfahrensparameter sind dabei derart einstellbar, dass wahlweise eine transparente oder eine reflektierende Beschichtung entsteht.It has been shown that in this way either a transparent or metallically reflecting layer with a rough surface can be produced, which adheres very firmly to the surface of the substrate connected is. The process parameters are adjustable so that either a transparent or a reflective coating is formed.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die auf das Substrat übertragene TCO-Schicht derart rau ist, dass sie stark ausgeprägte hydrophobe Eigenschaften hat. Befinden sich Wassertropfen auf der beschichteten Substratoberfläche, so kommt es zu keiner oder nur einer minimalen Benetzung der Oberfläche. Die Tropfen weisen sehr hohe Kontaktwinkel von deutlich über 90 Grad auf, was eine Abweisung von der Oberfläche bedeutet. Dieser Effekt ist prinzipiell als Lotus-Effekt bekannt. Hinsichtlich dieses Effekts wird beispielhaft auf die
Der TCO-beschichtete Gegenstand zeichnet sich nicht nur durch hydrophobe Eigenschaften der Beschichtung aus, sondern auch durch eine hohe Abriebbeständigkeit und Haftfestigkeit. Die TCO-Beschichtung kann beispielsweise auf Brillengläser oder Fensterscheiben aufgebracht werden. Aufgrund der Transparenz sowie der geringen Dicke der TCO-Schicht, insbesondere ITO-Schicht, tritt keine störende Eigenabsorption auf. Sofern reflektierende Eigenschaften der Schicht gewünscht sind, kann zusammen mit der TCO-Schicht eine metallische Schicht übertragen werden. Auch in diesem Fall zeichnet sich die Schicht durch eine hohe Langzeitbeständigkeit und hydrophobe Eigenschaften aus.The TCO-coated article is not only characterized by hydrophobic properties of the coating, but also by a high abrasion resistance and adhesion. The TCO coating can be applied, for example, to spectacle lenses or window panes. Due to the transparency and the small thickness of the TCO layer, in particular ITO layer, no disturbing intrinsic absorption occurs. If reflective properties of the layer are desired, a metallic layer can be transferred together with the TCO layer. Also in this case, the layer is characterized by a high long-term stability and hydrophobic properties.
Die per Laserbestrahlung auf das Substrat übertragene TCO-Schicht wirkt nicht nur auf Wasser, sondern auch auf andere flüssige Stoffe abweisend. Diese flüssigkeitsabweisenden Eigenschaften der Schicht, insbesondere ITO-Schicht, bleiben selbst bei mechanischer Beanspruchung der Beschichtung erhalten. Im Fall einer Anwendung bei Brillengläsern wirkt die Beschichtung dem Beschlagen entgegen.The TCO layer transferred to the substrate by laser irradiation not only acts on water but also repels other liquid substances. These liquid-repellent properties of the layer, in particular ITO layer, are retained even under mechanical stress on the coating. In the case of use in spectacle lenses, the coating counteracts misting.
Mit dem Beschichtungsverfahren können wahlweise strukturierte oder nicht strukturierte, das heißt vollflächige, Beschichtungen erzeugt werden. Eine strukturierte Beschichtung kann beispielsweise in Form von Leiterbahnen gestaltet sein. Ein durch eine solche Leiterbahn fließende elektrischer Strom heizt die Beschichtung auf, womit die hydrophoben, schmutzabweisenden Eigenschaften (easy-to-clean) und die Antibeschlagseigenschaften (antifog) verstärkt werden können.With the coating process, it is optionally possible to produce structured or non-structured, ie full-surface, coatings. A structured coating can be designed for example in the form of conductor tracks. An electric current flowing through such a track heats up the coating, whereby the hydrophobic, dirt-repellent properties (easy-to-clean) and antifogging properties (antifog) can be enhanced.
Auch transparente Behälter für Flüssigkeiten können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren derart mit einer TCO-Schicht beschichtet werden, dass die Beschichtung als elektrische Heizung nutzbar ist. Damit ist eine besonders großflächige, gleichmäßige Beheizung der Flüssigkeit sowie eine präzise Temperaturregelung möglich.Transparent containers for liquids can also be coated with a TCO layer using the method according to the invention such that the coating can be used as an electrical heater. This is a particularly large, uniform heating of the liquid and a precise temperature control possible.
Die TCO-Schicht kann beispielsweise auf Glas, Kunststoff, Keramik oder Metall aufgebracht werden. Im Fall einer Beschichtung von Glas sind besonders günstige Anti-Reflex-Eigenschaften erzielbar. Während bei einer herkömmlichen Glasoberfläche ein Teil des einfallenden Lichtes reflektiert wird, wird im Fall der TCO-Schicht einfallendes Licht diffus gestreut. Auf den transmittierten Teil des Lichts ist dies praktisch ohne Einfluss.The TCO layer can for example be applied to glass, plastic, ceramic or metal. In the case of a coating of glass, particularly favorable anti-reflex properties can be achieved. While part of the incident light is reflected in a conventional glass surface, in the case of the TCO layer, incident light is diffused diffusely. This is practically without influence on the transmitted part of the light.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teils schematisiert:
-
1 eine Vorrichtung zur Beschichtung eines Substrats mit einer transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (TCO-Schicht), -
2 und3 jeweils einen mit der Vorrichtung nach1 beschichteten Gegenstand.
-
1 a device for coating a substrate with a transparent electrically conductive layer (TCO layer), -
2 and3 one with the device after1 coated object.
Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele.Unless otherwise stated, the following explanations relate to all exemplary embodiments.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen
Der Laserstrahl
Als Trägerobjekt
Die Absorptionsschicht
Als Substrat
Das durch die Laserstrahlung
Sowohl in der Ausgestaltung nach
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Beschichtungssystemcoating system
- 22
- Beschriftungslasermarking lasers
- 33
- DonorobjektDonorobjekt
- 44
- Trägerobjektcarrier object
- 55
- Absorptionsschichtabsorbing layer
- 66
- TCO-SchichtTCO layer
- 77
- Substratsubstratum
- 88th
- Einlagerung warehousing
- LL
- Laserstrahlunglaser radiation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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