TW201902683A - 具有奈米積層以提高耐用性的光學塗層 - Google Patents

Abstract

本發明是關於一種光學塗層，如抗反射塗層（ARC）或光學裝置的有色塗層，特別適用於移動裝置。該ARC是由低折射率層和高折射率層交替疊積形成。多數層中的至少一層，優選為頂層，是由奈米積層構成。該奈米積層是奈米層交替疊積形成的結構，每個奈米層是由折射率接近於所取代的層的材料製成。也可使每個層都由奈米積層所構成，使得一個低折射率層是由低折射率的奈米層形成的奈米積層構成，而高折射率層則是由高折射率的奈米層形成的奈米積層構成。每個奈米層的厚度為2-10奈米。

Description

具有奈米積層以提高耐用性的光學塗層

本發明基本上是關於光學塗層，例如抗反射塗層的技術領域，並且涉及這種光學塗層的製造技術。

抗反射塗層（anti-reflective coating – ARC）可使用於許多用途，例如鏡片、平板玻璃（例如汽車擋風玻璃）、平板顯示器和觸控螢幕等。在這些應用中，通常對ARC的要求包括對可見波長範圍的光線提供高效率的抗反射性能、高透明度，並須具備耐用性。當然，這些性能需要以商業上可接受的成本來實現。

一般而言，用於在基底上形成ARC的方法主要有兩種，就是濕式製程與乾式製程。乾式方法是指使用沉積或濺射方法，形成多層以高折射率薄層和低折射率薄層交替層積所形成的材料層。乾式方法可以在層間界面處提供優異的附著力，並且對層的厚度可以進行高度精確的控制，但是需要相對較高的生產成本。濕式方法是指使用濕溶液塗布基底，之後乾燥溶劑。這種方法同樣可以形成低折射率薄層和高折射率薄層的交替層積，但需要重複上述過程。與乾式方法相比，濕式方法在層界面處提供相對較弱的粘附力。

在例如美國專利第9,482,789號，第8,358,467號，第6,532,112號和第5,106,671號中已經公開用於形成ARC的濕式和乾式方法的實例。

常規ARC的一個技術難題在於，大部分用來以高產率、低成本產生ARC的的方法，都不能用來產生足夠耐刮擦或耐磨的塗層，以供使用在長時間使用或在惡劣環境中使用的裝置。諸如手機之類的移動設備，就是傳統ARC塗層無法提供應用的一種實例。原因是ARC的任何損傷都會使屏幕發出的光線產生強烈折射，從而在設備中顯示出非常明顯的缺陷。這種高度可見的缺陷足以抵銷AR塗層所能提供的抗反射效益。

因此，在本技術領域需要提供一種改進的ARC，使其可用於例如平板顯示器和觸控螢幕上。

以下對本發明的簡述，目的在於對本發明之數種面向和技術特徵作出基本的說明。發明的簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍。其唯一目的是以簡明的方式呈現本發明的數種概念，作為以下詳細說明的前言。

本發明所公開的實施例提供了一種改進的光學塗層結構，而具有改進的光學和機械性能，特別是高耐久性和耐刮擦性。本發明所公開的實施例所提供的製造方法只需利用商業上可以接受的成本，就可以在大批量製造中實施。

在本發明所公開的實施例中，光學塗層，例如ARC，是使用多數的超晶格薄膜（也稱為奈米積層）形成，每片超晶格薄膜具有不同折射率交替疊積的多數奈米層，以產生改進的ARC結構。每片超晶格薄膜由至少兩片nm級層組成（即形成一組雙層），各層具有交替的組成及/或結晶相，但具有匹配的折射率。多片超晶格薄膜以有效折射率交替的方式堆疊。所形成的超晶格薄膜的有效折射率則是由構成該雙層的兩層奈米層的折射率平均值，經由奈米層的厚度加權的結果。在本發明公開的實施例中，每層奈米層的厚度不超過30奈米，更典型的厚度在2-10nm的範圍內。在本發明一些實施例中，整個ARC結構是由奈米層製成。在替代實施例中則是形成標準ARC層，其中一層（通常為最後一層）光學層是由多層奈米層製成，以形成堅硬的頂層。

根據本發明一般性的面向，本發明提供一種光學塗層，該光學塗層包括：多數低折射率層，各具有第一折射率；多數高折射率層，各高折射率層具有比該第一折射率高的第二折射率；其中，該低折射率層和該高折射率層以交疊方式交替配置，以形成堆疊；其中選自該低折射率層和該高折射率層中的至少一個層包括奈米層積層，該奈米層積層由兩種不同材料形成的交替奈米層所構成。

本發明所公開的實施例包括一種用於形成光學塗層的方法，該方法包括：提供透明基板；通過交替形成具有第一折射率的第一折射率層和具有第二折射率的第二折射率層，多次在該基板上形成多數透明層；其中該形成多數透明層的步驟包括通過以下步驟形成至少一層：將該透明基板放置在濺射室中；啟動該濺射室以形成至少一組雙層，該雙層具有由兩種不同材料製成的兩個奈米層，該奈米層中的每一個具有2-10奈米的厚度，該奈米層中的每一個是通過濺射來自靶材的材料形成，且同時將氧或氮離子注入到形成在基板上的奈米層上。該方法可以進一步包括在形成多個透明層之前直接在基板上形成晶種層的步驟。該方法還可以包括在該多數透明層上形成類金剛石塗層的步驟。該方法還可以包括在該類金剛石塗層上形成矽層，在該矽層上形成矽氧化物層，並在該矽氧化物層上形成抗指紋層的步驟。該方法還可以包括選擇該不同材料，各具有折射率n1和n2，使得n1和n2滿足關係式（n1-n2）/（n1 + n2）≤0.07的步驟。該方法還可以包括形成多數透明層，以保持下式所示的關係；（nf-ns）/（nf + ns）≥0.10，其中nf表示該雙層的有效折射率，且ns表示該第一折射率或該第二折射率中的一者。

以下參照附圖說明本發明的光學塗層及製作方法的數種實施例。不同的實施例或其組合可以提供在不同的應用中或實現不同的優點。根據所要實現的結果，可以將本說明書所公開的不同技術特徵全部或部分利用，也可以單獨使用或與其他技術特徵結合使用，從而在需求與限制之間，求得平衡的優點。因此，參考不同的實施例可能會突顯特定的優點，但本發明並不限於所公開的實施例。也就是說，本說明書公開的技術特徵並不限於應用在所描述的實施例，而是可以與其他技術特徵「組合和配合」，並結合在其他實施例中。

本發明所公開的實施例包括一種方法，用於形成具有奈米積層結構的光學塗層。在本發明的說明書中，所稱的奈米積層是指不同組成的奈米材料層交替疊積形成的積層，每個奈米層具有不超過30nm的厚度。在本發明的不同實施方案中，在每個奈米層的厚度薄到2-10nm時，可顯現有益的效果。該奈米積層結構的耐腐蝕性、耐磨損性、耐刮擦性和硬度，都遠高於單一薄層，也高於厚度大於30nm的薄層疊積形成的堆疊。

根據本發明所公開的實施例，該ARC層可以形成在各種晶體或非晶體的基底上，例如玻璃（包括經處理的玻璃，如Gorilla Glass®），藍寶石和塑料。然而，在本發明公開的實施例中，在形成該積層時，是將基板保持在不高於300℃的溫度下。

圖1A顯示美國專利第6,532,112號所公開的ARC結構，而圖1B-1D則顯示根據本發明實施例的改進的ARC結構。如現有技術所公開的技術，圖1A所示的ARC層是由具有不同折射率的氧化物材料層交替疊積組成。據此，在圖1A的例子中，層2和4是由折射率為1.45-1.50的SiO₂ 製成，而層3和5則是由折射率為2.1-2.3的NbO製成。該積層是由對520nm波長的折射率為1.9-2.1的ITO層所覆蓋。

本發明所公開的實施例是將上述的ARC層中的至少一層，以一層超晶格薄膜取代，以增強該ARC結構的性能。該超晶格薄膜是以交替疊積的奈米材料層形成，而該奈米材料的折射率與該被取代層的材料層的折射率相近。圖1B顯示本發明一種實施方式，其中該ITO覆蓋層1被以多數奈米層1’作奈米層積形成的超晶格薄膜取代。文獻記載該ITO層的折射率為1.9-2.1。因此，在這個實例中，該多數奈米層就選擇成具有相近的折射率。根據本發明一個實施例，ITO層1是由SiN奈米層和AlN奈米層總共10層，以交替疊積形成的材料層取代，每個奈米層具有2.5nm的厚度，總厚度為25nm。該SiN對520nm波長表現2.05的折射率。該AlN對520nm波長表現2.15的折射率。該奈米層壓層1'可提供增強的機械性能，使得該ARC結構更耐用，並且如下所示，具有2.10的有效折射率，與所代替的ITO的有效折射率相實質相同。

圖1C顯示本發明另一種實施例，其中層2是由奈米積層結構2'所取代。文獻記載該層2對520nm波長表現1.45-1.50的折射率。因此，在這個實例中，該奈米層是選用具有相似的折射率的材料。在本實施例中，該奈米積層結構2'是由SiO奈米層和Al₂ O₃ 奈米層共16層交替疊積而構成，每層厚度為2.5nm，總共40nm。文獻記載SiO層對520nm波長表現出1.46的折射率，而文獻也記載Al₂ O₃ 奈米層對520nm波長則表現出1.77的折射率。然而，如果使用如本發明所推薦的方式，即使用濺射技術形成上述薄膜，則該 SiO具有1.48-1.50的折射率，而Al₂ O₃ 的折射率為1.65-1.67，結果產生的有效折射率為1.57（參見以下的計算）。

雖然圖1B和1C的實施例中都顯示其材料層中僅有一層被該奈米積層取代，但是根據本發明所公開的實施例，可以使用材料折射率相近的奈米積層取代的材料層，層數並無任何限制。實際上，在本發明一些實施例中，所有的材料層都可以奈米積層取代，如圖1D的實例所示。

在圖1D的實例中，該ITO覆蓋層1是由奈米積層1'取代，而該奈米積層1'則是由SiN奈米層和AlN奈米層總共10層交替疊積構成，每層具有2.5nm的厚度，總厚度共25nm。層2也由奈米積層2'取代，該奈米積層2'是由SiO奈米層和Al₂ O₃ 奈米層共16層交替疊積形成，每層厚度為2.5nm，總厚度共40nm。層3也由奈米積層3'取代，該奈米積層3'是由SiN奈米層和AlN奈米層共20層交替疊積形成，每層具有3nm的厚度，總厚度共60nm。層4則由奈米積層4'取代，該奈米層4'是以SiO奈米層和Al₂ O₃ 奈米層共10層交替疊積形成，每層厚度為2.5nm，總厚度共25nm。層5也由奈米積層5'取代，該奈米積層5'是由SiN奈米層和AlN奈米層共6層交替疊積形成，每層具有3nm的厚度，總厚度共18nm。

必須仔細選擇用來形成該奈米積層的每層的材料。為了提供光學塗層的功用，所使用的低AR層奈米積層堆疊的折射率應盡可能低，且高AR層奈米積層堆疊的折射率應盡可能高。然而，折射率並不是唯一重要的屬性。如果要形成堅固的奈米層積層堆疊，單一奈米層的硬度、剪切模量和應力也很重要。其中的高折射率奈米層可以由以下（化學計量和非化學計量）光學膜的組合製成：ZrO、Y-ZrO、AlN、SiN、ZrN、TiO、CrO、CrN、CrTiO和CrTiN。該低折射率奈米層則可以由以下光學膜的組合製成：SiO、AlO、SiON、SiAlO。

應該理解的是，在上述說明中所稱的低折射率和高折射率，並非指其定量測量，而是指用來區分交替疊積的各層之間的折射率相對值。ARC中重要的不是折射率的具體值，而是低折射率層具有比高折射率足夠低的折射率值，以產生所需的光學效果。

同時，重要的是奈米層的折射率是為達成奈米層在光學堆疊中的目的而​​匹配。對於高折射率奈米層和低折射率奈米層中的每一層而言，組成兩個交替的奈米層的材料如果折射率越接近，其光學性能越好。實際上，如果奈米積層內的兩個奈米層的折射率相等，則由於在光學界面處反射的光量與（n1-n2）/（n1 + n2）成比例，所以不存在光學劣化。對於相同奈米層積層內的奈米層，（n1-n2）/（n1 + n2）的值較理想應該小於0.07，且在高折射率奈米層堆疊和低折射率奈米層堆疊之間，（n1-n2）/（n1 + n2）的值應大於0.1。

再回到圖1D的實例。該高折射率奈米積層（例如層1'、3'和5'）中各層的折射率差值為：（n1-n2）/（n1 + n2）=（2.15-2.05）/（2.15 + 2.05）= 0.02。該低折射率奈米積層中各層的折射率差值為：（n1-n2）/（n1 + n2）=（1.77-1.46）/（1.77 + 1.46）= 0.09，低折射率奈米積層中的折射率差值大於0.07的要求值。因此，如本發明所述，使用濺射方法形成各材料層是有利的做法。使用濺射方法後所獲得的折射率差值成為：（n1-n2）/（n1 + n2）=（1.67-1.48）/（1.67 + 1.48）= 0.06，落入所要求的0.07範圍內。計算高折射率奈米積層與低折射率奈米積層之間的折射率差值時，須考慮兩種積層的厚度比。奈米積層1'的有效折射率為：[（t1 * n1）+（t2 * n2）] /（t1 + t2），其中t =厚度。因此即為：[（2.5 * 2.05）+（2.5 * 2.15）] / 5 = 2.10。奈米積層2'的有效折射率則為：[（2.5 * 1.48）+（2.5 * 1.67）] /5=1.57。因此，這兩層之間的折射率差值是：（n1-n2）/（n1 + n2）=（2.10-1.57）/（2.10 + 1.57）= 0.14。

順便一提，雖然在圖1B-1D的實例中，相同奈米積層內的所有奈米層都具有相同的厚度，但這種設計並非任何技術限制。例如，如果使AlN奈米層比SiN奈米層更厚，就可以提高層1'的有效折射率。例如，AlN奈米層可以設定為6nm，SiN奈米層設定為3nm，在這種情況下，有效折射率將成為：[（3 * 2.05）+（6 * 2.15）] / 9 = 2.12。與此類似，如果要降低層2'的有效折射率，則可設定成：[（5.5 * 1.46）+（2.0 * 1.67）] / 7.5=1.52。

從以上的說明內容可以得知，每個奈米積層包括多數奈米層，並由兩種折射率接近的不同材料所構成的奈米層，交替堆疊形成。因此可以稱為由「雙層」形成的積層，其中每組雙層都是兩個奈米層的疊層，兩個奈米層是由不同材料製成，但具有相近的折射率。在這種情況下，所謂的折射率相近是指一個奈米積層中的每組雙層中的一層，其折射率的值與該雙層中的另一奈米層的折射率值的差值，小於該層與不同奈米積層內的各奈米層的折射率的差值。也就是說，構成低折射率奈米層積層中的雙層的兩種材料，其間的折射率差值，小於該兩種材料與構成高折射率奈米層積層的任何雙層的材料的折射率的差值。

通常，為了改善塗層的耐腐蝕性、耐磨損性、耐刮擦性與硬度，該雙層可由厚度各為2-10nm的奈米層製成。該雙層用於形成折射率交替變化的多數奈米積層組成的結構，以便產生所需的光學效應。在本發明一些實施例中，也會形成反射塗層。反射塗層可以形成在例如移動裝置的背面上。在這種應用中，該光學疊堆是設計成可反射期望的顏色，使得移動裝置顯現為彩色。該反射塗層設計成半波長（1 / 2λ）疊層。反之，也可以將抗反射塗層形成在移動裝置的顯示器側，以消除或減少來自屏幕的反射光量。抗反射塗層可設計成四分之一波長（1/4波長）堆疊。所說的波長是指需要由堆疊反射的波長。因此，如果要產生可以有效反射寬頻譜波長的ARC，可使該多數奈米積層形成為具有不同的厚度。

在本發明公開的實施例中，各奈米層可由金屬氧化物、氮化物或氮氧化物製成。適用的例子包括：Y_s Z、Al_x O_y 、AlN、Si_x N_y 、AlSiO和SiON。在本發明一些實施例中，可以首先沉積粘附層或種子層，且該粘附層或種子層的材料可以是諸如ITO、Sn_x O_y 和WO_x 。而且，在優選實施例中，可以使用離子束輔助沉積方法（IBAD）形成各該層。如採用這種製法，可由待沉積的金屬製成靶材料，且將氧或氮在沉積期間以離子注入。因此，濺射工藝是以金屬模式（也稱為元模式「Metamode」）進行。製程中，靶材通常由氬離子以金屬形式（非氧化形式）濺射，以在基板上形成非常薄的膜（通常〜1nm），再通過用O₂ 或N₂ 離子束撞擊沉積的金屬而轉化為氧化物或氮化物。例如，用於濺射的靶材可以由純矽或鋁製成，而離子束包括含氬或不含氬的O₂ 或N₂ ，以形成SiO、SiN、AlO等材料層。同時，在本發明優選實施例中，該離子電流原子到達率小於0.5，離子的勢能不高於600eV。

在本發明一些實施例中，也可以通過合金化材料來改變任何層的折射率。例如，可以使用MgO來合成諸如ZrOx的高折射率材料或諸如AlOx的低折射率材料。合金化可以通過加入約8-10％的MgO來完成，這種做法會降低該層的結晶溫度。在本發明其他實施例中，則可以使用約10-12％的鉻與鈦作合金化，以提高韌性。銳鈦礦（Anatase）是二氧化鈦的三種礦物形式之一，具有高達2.4的折射率，但硬度較低，因此是合金化的良好候選材料。鈦本身也可以用作合金劑，以改變折射率。鉭也是適用的合金劑，可以用來改變高折射率材料的性能。硼則是另一種適用的合金劑，可以用來改變低折射率材料的性能。

圖2A-2C顯示根據本發明一種實施例，用於形成光學塗層的方法流程圖。在圖2A中，於製程開始時先處理基板200的表面，例如使用電漿或離子轟擊基板200的表面。電漿或離子轟擊可以包括使用氬及/或氫物種。在圖2B中，將種子層205形成在基板200的表面上，以設定晶體生長的圖形及/或改善粘附性。種子層205可以是諸如ITO、SnxOy和WOx之類的材料，並且可以使用離子束輔助沉積方法來形成。在圖2C所示的步驟中將奈米積層的各層210形成在該種子層205上。

現請參照圖3A。圖中顯示一種光學塗層，在該示例中是ARC。該光學塗層部分是由多數標準材料層構成，且部分是由多數的奈米積層構成。在該圖3A的實例中，該基板300可以是玻璃，例如行動電話或其他移動裝置的前側玻璃或觸控螢幕。當應用到顯示器的玻璃上時，該ARC可以延長電池的使用壽命，並可在明亮的光線下提高顯示器的可視性。但是，如果塗層遭到刮傷，將會在設備上造成不美觀的區域。這種外觀上的損傷會非常明顯，因此使得這種薄膜無法使用在容易磨損及使用頻繁的應用上。此外，現有技術下的光學積層在使用時會對薄膜產生非常高的應力。如果發生設備掉落或者玻璃表面受到撞擊，就可能會使破損的程度提高。破損是移動設備製造商在保固回修上的主要原因。具有高度破損風險的薄膜絕對是製造商所不希望採用的材料。對此，本發明提供圖3A所示的的實施例，以提高塗層的耐久性，從而使該積層材料可以適用於顯示裝置。

圖3A的塗層包括多數的高折射率層和低折射率層交替疊積形成的結構。其中，第一層是常規的高折射率薄層305，厚度為10nm。該層以及所有其餘的高折射率層（高n層）是由折射率為2.02的Si₃ N₄ 製成。第二層310是常規的低折射率層（低n層），厚度40nm，在本實施例中是由SiO₂ 製成，折射率為1.48。在第二層310上面依序是30nm厚的高n層315，25nm厚的低n層320，100nm厚的高n層325，10nm厚的低n層330和50nm厚的高n層335。所有高n層都是由Si₃ N₄ 製成，且所有低n層均由SiO₂ 製成。傳統上，最上面一層應該是低n層，例如100nm厚的SiO₂ 層。然而，在圖3A的實施例中，該最上層是由包含10組雙層形成的奈米積層，每組雙層由5nm厚的SiO₂ 奈米層和5nm厚的他種材料奈米層組成，該他種材料的折射率與SiO₂ 的折射率的差值小於該他種材料的折射率與Si₃ N₄ 的折射率的差值。在本實施例中，該他種材料為Al₂ O₃ ，如果是以濺射方法形成，則其折射率為1.67。在這種情形下，該頂層340的有效折射率為：[（5 * 1.48）+（5 * 1.67）] / 10 = 1.57，比較接近SiO₂ 的低折射率，而較不接近Si₃ N₄ 的高折射率。

因此，總體而言，圖3A的實施例提供一種光學塗層，該光學塗層包括：多數具有第一折射率的第一層；多數具有不同於第一折射率的第二折射率的第二層；其中該多數第一層和該多數第二層以交疊方式交替形成在基板上，並以該多數第二層中的一層為最終層；以及形成在該最終層上的頂層，該頂層包括具有多組雙層的奈米積層，每組雙層包括兩個奈米層，分別由不同材料製成，使得該頂層的有效折射率的值較接近該第一折射率，且較不接近該第二折射率。此外，選擇該兩個奈米層各自的材料以滿足下式：（n1-n2）/（n1 + n2）≤0.07，其中n1和n2是該兩種不同材料各自的折射率。較好還使該頂層所形成的有效折射率n_eff 滿足下式：| (n_eff - n_s ) / (n_eff + n_s ) | ≥ 0.10| ≥0.10，其中ns是該第二折射率。

圖3B顯示本發明學塗層的另一種實施例，用來取代圖3A的結構。圖3B的實施例提供增強的耐久性，且也能夠改善該低折射率層的有效折射率。具體而言，在圖3B的實施例中，所有高n層都是標準層，而所有低n層都是奈米積層。層311由4組雙層組成，每組雙層具有5nm厚的SiO₂ 奈米層和5nm厚的Al₂ O₃ 奈米層，總厚度為40nm。層321則由例如在3層5nm厚的Al₂ O₃ 奈米層之間插置2層5nm厚的SiO₂ 奈米層的結構形成，厚度總共25nm。層331則是一組雙層，包括5nm厚的SiO₂ 奈米層和5nm厚的Al₂ O₃ 奈米層，總共10nm。層340則由10組雙層構成，每組雙層具有5nm厚的SiO₂ 奈米層和5nm厚的Al₂ O₃ 奈米層，總共100nm。因此，在使用標準ARC層時，高n的值應為2.02，低n的值應為1.48。但在圖3B的實施例中，高n的值仍然為2.02，但低n的質變成1.57。

一種替代性的設計是，為了維持該低折射率仍是接近SiO₂ 的折射率，該雙層可以由SiO₂ 和SiON組成。SiON是通過添加含氮氣體如N2O的氣流而形成。只要在製造過程中控制N2O的流量，就可以將SiON的折射率調整到1.46-1.56之間。因此，即使在高端，也能得到：（1.56-1.46）/（1.56 + 1.46）= 0.03，正好落入所需求的0.07範圍內。與此類似，該雙層也可以由SiO₂ 和SiAlO製成。SiAlO具有約1.50的折射率，所以得到（1.50 - 1.46）/（1.50 + 1.46）= 0.01的折射率，也落入所要求的0.07範圍之內。

因此，總體而言，圖3B的實施例提供一種光學塗層，該光學塗層包括：多數具有第一折射率n1的第一層；多數具有不同於該第一折射率的第二折射率n2的第二層；其中該多數第一層和該多數第二層以交疊方式交替形成在基板上；且其中該多數第二層中的每一個包括奈米積層，該奈米積層具有至少一組雙層，每組雙層包括具有第三折射率n3的第一奈米層和具有第四折射率n4的第二奈米層，使得每個奈米層積層的有效折射率（n_eff ）等於該第二折射率，即n_eff = n2。在這種情形下，該有效折射率滿足下式：|（ n_eff - n₁ ）/（ n_eff + n₁ ）| ≥ 0.10。該有效折射率是該多數奈米層的折射率的加權平均值，可以表示為：n_eff = [（t₃ * n₃ ）+（t₄ * n₄ ）] /（t₃ + t₄ ），其中t3和t4是各個奈米層的厚度。此外，選用該第一奈米層和第二奈米層的材料，以滿足下式：|（n₃ -n₄ ）/（n₃ +n₄ ）| ≤ 0.07。

圖3C中顯示本發明光學塗層的另一種實施例。在圖3C的實施例中，所有層都是奈米積層結構。其中的低n積層與參照圖2B的實施例相同，但高n積層則是也以奈米積層取代。在圖3C的實施例中，第一層306是一層5nm厚的 AlN奈米層和一層5nm厚的Si₃ N₄ 奈米層所形成的雙層。層316是含有3組雙層的奈米積層，每組雙層由一層5nm厚的AlN奈米層和一層5nm厚的Si₃ N₄ 奈米層所構成。層326是含有10組雙層的奈米積層，每組雙層由一層5nm 厚的AlN奈米層和一層5nm 厚的Si₃ N₄ 所構成。層336是含有5組雙層的奈米積層，每組雙層由一層5nm厚的AlN奈米層和一層5nm厚的Si₃ N₄ 奈米層所構成。因此，該高n積層的有效折射率為[（5 * 2.02）+（5 * 2.15）] / 10 = 2.085。

因此，總體而言，圖3C的實施例提供一種光學塗層，該光學塗層包括：多數具有第一折射率的第一層；多數具有不同於第一折射率的第二折射率的第二層；其中該多數第一層和該多數第二層以交疊方式交替形成在基板上；其中該多數第一層中的每一個包括第一奈米積層，該第一奈米積層具有至少一組雙層，每組雙層包括兩個奈米層，分別由不同材料製成，使得該第一奈米積層的有效折射率的值等於該第一折射率；且其中該多數第二層中的每一個包括第二奈米積層，該第二奈米積層具有至少一組雙層，每組雙層包括兩個奈米層，分別由不同材料製成，使得該第二奈米積層的有效折射率的值等於該第二折射率。

此外，總體而言，圖3C的實施例也提供一種光學塗層，該光學塗層包括：多數具有第一折射率的第一層；多數具有不同於第一折射率的第二折射率的第二層；其中該多數第一層和該多數第二層以交疊方式交替形成在基板上；其中該多數第一層中的每一個包括氧化物奈米積層，該氧化物奈米積層包含至少一組氧化物雙層，該氧化物雙層由第一氧化物奈米層以及與該第一氧化物奈米層不同材料的第二氧化物奈米層組成，使得該氧化物奈米積層的有效折射率等於該第一折射率；且其中該多數第二層中的每一個包括氮化物奈米積層，該氮化物奈米積層包含至少一組氮化物雙層，該氮化物雙層由第一氮化物奈米層以及與該第一氮化物奈米層不同材料的第二氮化物奈米層組成，使得該氮化物奈米積層的有效折射率等於該第二折射率。

該奈米層需要具備規制的材料特性（應力、硬度、化學計量）。為達成這個目的，反應濺射離子輔助沉積法是優選的製作方法。反應濺射允許化學計量膜快速沉積，且離子輔助方法則允許原子級的加熱，有助於規制沉積膜的應力，密度和硬度。另外，通過在形成奈米層期間控制濺射參數和氣體流動，可以調整所形成薄膜的折射率，使得在同一個奈米積層中，形成一組雙層的兩種奈米層之間，使（n₁ -n₂ ）/（n₁ +n₂ ）的結果小於0.07， 且在高折射率奈米積層與低折射率奈米積層之間，使其有效折射率的（n_1eff - n_2eff ）/（n_1eff + n_2eff ）的結果可大於0.1。

光學薄膜可能具有高摩擦係數。在這種情形下，雖然這種光學薄膜可能非常堅硬，但仍然可能因為重複的磨蝕接觸而遭到損壞。為了保護光學塗層免受磨損，可以塗布潤滑膜。圖3A-3C中標記為DLC的材料層即顯示該潤滑膜。在此類實例中，類金剛石塗層（DLC）膜是一種高度氫化的DLC，具有至少20％的氫含量。

此外，對於消費性顯示產品而言，指紋的附著會降低顯示器的視覺性能。這些產品的最外部表面應該具有抗污跡或抗指紋（AF）塗層。但通常用於抗指紋應用的碳氟化合物材料，卻很難粘附到DLC上。為了提高附著力，可在DLC和AF塗層之間使用雙層膜。先在DLC上沉積薄矽膜，以將DLC層與用於產生第二SiO₂ 層的氧隔絕。所形成的堆疊顯示在圖3D中，但是類似這些頂層，例如DLC、Si、SiO₂ 和AF等材料層，也可以在圖3A-3C中的任何實施例上形成。

應當理解的是，本說明書所描述的程序和技術並非必然與任何特定裝置相關，並且可以通過各種元件的任何合適的組合來實現。此外，可以根據本說明書的教導，使用各種類型的通用設備達成本發明。本發明已經根據具體的實施例描述如上，但說明內容無論如何都只是在說明，而不是用來限制本發明。本領域技術人員都可理解，許多不同的組合方式都可適用於實施本發明。

此外，只要閱讀本件專利說明書並實踐說明書所記載的發明，本發明的其他實施方式對於此行業人士即屬顯而易見，而能推知。所述的實施例中的各種面向及/或元件可以單獨使用，也可以任何組合方式使用。因此，本專利說明書及其實施例的說明，目的僅是示例，不得用以限制本發明之範圍。本發明的真實範圍應由以下的申請專利範圍所規範。

300‧‧‧基板

本發明的其他技術特徵和面向可由以下詳細說明，並參考所附圖式更形清楚。應該理解的是，詳細說明和附圖都是在提供由所附申請專利範圍所限定的本發明各種實施例的各種非限制性示例。

所附的圖式納入本專利說明書中，並成為其一部份，是用來例示本發明的實施例，並與本案的說明內容共同用來說明及展示本發明的原理。圖式的目的旨在以圖型方式例示本發明實施例的主要特徵。圖式並不是用來顯示實際上的範例的全部特徵，也不是用來表示其中各個元件之相對尺寸，或其比例。

圖1A顯示美國專利第6,532,112號所公開的現有技術ARC結構圖，而圖1B-1D則顯示根據本發明實施例的改良的ARC結構圖。

圖2A-2C顯示根據本發明一種實施例用於形成光學塗層的製作方法流程圖。

圖3A-3C顯示本發明光學塗層的其他數種實施例結構圖，而圖3D則顯示具有DLC和抗指紋層等的保護堆疊的實施例結構圖，圖中不同層間有中間保護粘合層。

Claims (20)

1. 一種光學塗層，包括： 　　多數低折射率層，各具有第一折射率； 　　多數高折射率層，各具有高於該第一折射率的第二折射率； 　　其中，該低折射率層和該高折射率層以交疊方式交替配置，以形成堆疊；且 　　其中，選自該低折射率層和該高折射率層中的至少一個層包括奈米積層，該奈米積層由兩種不同材料形成的奈米層交替配置構成。
2. 如申請專利範圍第1項的光學塗層，其中，各該奈米層的厚度為2nm到10nm之間。
3. 如申請專利範圍第1項的光學塗層，其中， 　　於該至少一個層是選自該低折射率層時，該兩種不同材料的每一種是經選擇，以使其折射率較接近該第一折射率而較不接近該第二折射率；且 　　於該至少一個層是選自該高折射率層時，該兩種不同材料的每一種是經選擇，以使其折射率較接近該第二折射率而較不接近該第一折射率。
4. 如申請專利範圍第1項的光學塗層，其中， 　　於該至少一個層是選自該低折射率層時，該兩種不同材料的每一種是由一種氧化物材料製成；且 　　於該至少一個層是選自該高折射率層時，該兩種不同材料的每一種是由一種氮化物材料製成。
5. 如申請專利範圍第1項的光學塗層，其中，該多數低折射率層中的每一層與該高折射率層中的每一層都包括一個奈米積層材料層，該奈米積層材料層是以兩種不同材料的奈米層交替堆疊形成。
6. 如申請專利範圍第1項的光學塗層，其中， 　　該多數低折射率層中的每一層包括一個奈米積層材料層，該奈米積層材料層是以兩種不同材料的奈米層交替堆疊形成，該兩種不同材料的折射率值較接近該第一折射率，較不接近該第二折射率；且 　　該多數高折射率層中的每一層包括一個奈米積層材料層，該奈米積層材料層是以兩種不同材料的奈米層交替堆疊形成，該兩種不同材料的折射率值較接近該第二折射率，較不接近該第一折射率。
7. 如申請專利範圍第1項的光學塗層，其中，在該奈米積層材料層中，該兩種不同材料是選自滿足下式的材料：(n1-n2)/(n1+n2) ≤ 0.07，其中n1與n2為該兩種不同材料個別的折射率。
8. 如申請專利範圍第1項的光學塗層，其中， 　　該多數低折射率層中的每一層包括一個奈米積層材料層，該奈米積層材料層是以兩種不同材料的奈米層交替堆疊形成，該兩種不同材料的折射率分別為n1與n2，且n1與n2滿足下式：(n1-n2)/(n1+n2) ≤ 0.07；且 　　該多數高折射率層中的每一層包括一個奈米積層材料層，該奈米積層材料層是以兩種不同材料的奈米層交替堆疊形成，該兩種不同材料的折射率分別為ni與nj，且ni與nj滿足下式： (ni-j)/(ni+nj) ≤ 0.07。
9. 如申請專利範圍第8項的光學塗層，其中，該第一折射率為nf，該第二折射率為 ns，且nf與ns滿足下式：(nf-ns)/(nf+ns) ≥ 0.10。
10. 如申請專利範圍第1項的光學塗層，其中，該兩種不同的材料為下示材料中的兩種或兩種以上所製成：ZrO2、ZrN、AlN、Si3N4、TiO2、Nb2O5、Ta2O5、CrO2、WO3。
11. 如申請專利範圍第1項的光學塗層，其中，該兩種不同的材料為下示材料中的兩種或兩種以上所製成：SiO2、Al2O3、SiOxNy、SixAly。
12. 如申請專利範圍第1項的光學塗層，另包括類金剛石塗層（DLC），形成在該堆疊上。
13. 如申請專利範圍第12項的光學塗層，另包括： 　　矽層，形成在該DLC層上； 　　SiO2層，形成在該矽層上；及 　　防指紋（AF）層，形成在該SiO2層上。
14. 一種光學塗層，包括： 　　多數具有第一折射率的第一層； 　　多數具有不同於第一折射率的第二折射率的第二層； 　　其中該多數第一層和該多數第二層以交疊方式交替形成在基板上，並以該多數第二層中的一層為最終層；以及 　　形成在該最終層上的頂層，該頂層包括具有多組雙層的奈米積層，每組雙層包括兩個奈米層，分別由不同材料製成，使得該頂層的有效折射率的值較接近該第一折射率，且較不接近該第二折射率。
15. 如申請專利範圍第14項的光學塗層，其中，該兩種不同材料是選自滿足下式的材料：(n1-n2)/(n1+n2) ≤ 0.07，其中n1與 n2為該兩種不同材料個別的折射率。
16. 如申請專利範圍第15項的光學塗層，其中，該頂層的有效折射率neff滿足下式：|(neff–ns) / (neff+ns)| ≥ 0.10，其中ns為該最終層的折射率。
17. 如申請專利範圍第16項的光學塗層，其中，該不同的材料為下示材料中的兩種或兩種以上所製成：ZrO2、ZrN、AlN、Si3N4、TiO2、Nb2O5、Ta2O5、CrO2、WO3。
18. 如申請專利範圍第16項的光學塗層，其中，該不同的材料為下示材料中的兩種或兩種以上所製成：SiO2、Al2O3、SiOxNy、SixAlyOz。
19. 如申請專利範圍第16項的光學塗層，另包括類金剛石塗層（DLC），形成在該頂層上。
20. 如申請專利範圍第19項的光學塗層，另包括： 　　矽層，形成在該DLC層上； 　　SiO2層，形成在該矽層上；及 　　防指紋（AF）層，形成在該SiO2層上。