TWI250553B - Substrate with a Fabry-Perot filter and method to apply said filter on the said substrate - Google Patents

Description

1250553 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種具有法布立-拍若（Fabry-Perot)濾波器之 基板，該法布立-拍若濾波器施加在該基板上且由至少三個 層所構成，其中該濾波器之具有互相面對之反射表面的第一 和第二反射層是藉由具有厚度d的一種間隙而互相隔開且 該濾波器包含一種位於該間隙中之可透光的中間層。 【先前技術】 上述形式的法布立-拍若濾波器亦稱爲法布立-拍若層，其 例如蒸鍍在一種裝飾箔上。依據EP 0 87 8 8 99，該濾波器之 層系統是由金屬反射基層所構成，其上施加一種層厚度介於 50和2000 nm之間的透明的SiO中間層。該層系統的終端 形成一種部份透明的金屬反射層，其厚度介於0.2和6 0 nm 之間。利用上述各層可製成一種令人感興趣的彩色形式，但 其若使用目前可用的技術時則只能以高的製造上的費用來 達成。 一般的真空塗層設備只能處於下述的情況中，即，其在基 板的工藝過程中只能分別施加一種由固定材料所構成的 層。若一塗層由多個層所構成，則需要多種工藝過程，這樣 會使每一工藝過程中該設備都須重新裝料且抽成真空。所需 的時間和相對應的人員費用會使生產性下降而使生產成本 提高。 吾人可考慮在一真空塗層設備中安裝多個塗層站，其中該 基板連續地設有不同的層。但此種方式通常不可行，此乃因 1250553 這需要巨大的額外投資成本。 【發明內容】 本發明的目的是提供一種成爲基板塗層的法布立-拍若濾 波器以解決上述問題，其具有一種與目前已爲人所知的塗層 相類似的彩色效應，其中須形成該濾波器，使其能以一般的 生產設備來製造。 本發明另又涉及一種解決另一問題的方法，藉此方法使上 述之塗層在一設備中只以一蒸鍍站即可施加在該基板上。 上述第一個問題以下述方式來解決：各反射層由相同的基 材所構成且中間層由具有另一種材料之基材之化合物所構 成。 就像以鋁作爲基材且以氧作爲另一種材料時所作的硏究 一樣，上述之層構造已顯示：所形成的濾波器所具備的彩色 效應類似於依據上述先前技術所製成的法布立-拍若濾波器 的彩色效應。但上述之層構造可較先前技術簡單很多地以較 簡單的手段而施加在基板上。塗層設備的蒸鍍設備只需製備 一種基材，其中藉由蒸鍍而形成二個反射層。爲了形成該中 間層，另一種材料須供應至金屬蒸氣中，使該材料可與該基 材沈積在第一反射層上。 基材通常是指一種金屬且另一種材料是氧，氧可經由相對 應的導管而導入至已抽成真空的蒸鍍室中。因此所需的系統 和進行方式都是習知的。藉由氧的導入而產生一種所謂反應 性塗層，此乃因氧之一部份在化學上可與金屬原子或離子或 分子相結合成金屬蒸氣，氧之另一部份則與金屬原子或分子 1250553 或離子沈積在基板上且在該處達成一種與金屬的結合作 用。但此種反應不會完整地持續著，因此會產生塗層’其未 必具有已加入的反應成份之化學計量上的分佈。 特別簡單的是可將鋁作爲基材來處理，使中間層由具有構 造式Al2〇3之氧化鋁所構成。 亦可使用氮以取代氧，使形成一種金屬-氮-化合物以作爲 中間層，或形成氮化鋁，當該金屬是鋁時。 在數種情況中，例如，特別是當基板是一種箔或封裝用的 箔時，則該濾波器材料整體上應可透過光線。這以下述方式 來達成：緊鄰基板之第一反射層是可透光的且位於外部的第 二反射層只透過一部份光線。這是藉由各別之層之適當的厚 度來達成，其適當之値就第一反射層而言是介於50和2〇〇 nm之間，且第二反射層是介於1和2〇 nm之間，其中該中 間層依據該濾波器所期望的特性而具有50和2000 nm之間 的厚度。 爲了解決上述之第二個問題，本發明提供一種安裝濾波器 的方法，其包含以下各步驟： -製備一種真空塗層設備’其具有一材料供應裝置和一在 可抽成真空的真空室中的蒸鍍裝置。 -以基材供應至該蒸鍍裝置， -封閉該真空室且在該真空室中產生一種真空。 -排除該基材之蒸氣，使基材在基板上沈積成第一層。 -使基材蒸發且同時導入另一材料至真空室中，使設有第 一層的基《與一®由該基材和該另一材料所構_中間層 1250553 起反應。 -排除該基材之蒸氣，使基材在該中間層上沈積成第二反 射層。 -打開該塗層室且取出該設有濾波器的基板。 就像吾人可進行本方法中的各步驟一樣，一種只具有唯一 之蒸鍍裝置的真空塗層設備是用來在一種真空周期中進行 塗層。該設備必須只在一次中被抽成真空。只有當由三層所 構成的法布立-拍若濾波器完全構成之後，該塗層設備才又 打開且取出已塗層的基板。 如上所述，由於導入一種氣體（特別是氧）以作爲另一種材 料’則該材料供應裝置須由一種具有柳葉刀的氣體終端所構 成，藉此使氣體導入至蒸氣之區域中。 爲了對箔進行塗層，則該塗層設備須具有一種已冷卻的塗 層滾筒，箔可在該塗層滾筒上滾捲且因此由配置在蒸鍍-塗 層滾筒下方的蒸鍍裝置來對該箔進行塗層。此外，真空室具 有二個儲存滾筒，其中該箔首先由第一儲存滾筒展開且然後 捲在第二儲存滾筒上。爲了施加該中間層，該二個滾筒須互 換其功能。第一通道中已完成捲起功能的滾筒又使箔展開， 使第一滾筒又被裝滿。在第三通道中施加第二反射層，其中 該箔又由第一滾筒展開且捲在第二滾筒上。 由以上的述敘可知，習知之簡單的塗層設備基本上不須改 變’其只須配置及使用額外設置的導引滾筒以使箔供應至各 儲存滾筒，使該系統在一種方向中和另一方向中都可由該箔 所通過。 1250553 【實施方式】 以下將依據實施例來詳述本發明。 首先，請參考第1圖，其以橫切面方式顯示一基板2上之 法布立-拍若濾波器1。該法布立-拍若濾波器1由三層所構 成，即，由銘所構成的第一反射層4，厚度d之由氧化銘A12 〇 3 所構成的中間層5，其施加在第一反射層4上，以及一施加 在該中間層5上的第二反射層6，其同樣由鋁所構成。由圖 中可知，第一反射層4較第二反射層6厚很多。第一反射層 4因此不能透過光線，位於外部的第二反射層6可透過一部 份光線。 入射至濾波器1中的光7在反射層4，6之反射面8，9之 間來回反射，其中該光（其波長等於中間層5之厚度d)由於 干涉現象而一部份被吸收。因此出現第2圖中所示的光譜 10 ， 11 〇 在第2圖的X-軸上標示出一種介於400 nm和800 nm之間 的波長，Y軸上標示出該濾波器以百分比表示的反射率。一 種濾波器分別以該二種光譜1 0，1 1爲基準而設計，其中第 一反射層4具有100 nm之厚度且第二反射層6具有10 nm 之厚度。就光譜1〇(粗曲線）而言，該中間層之厚度是200 nm，使5 3 0 nm範圍中的波長被吸收很多，即，未被反射。 就中間層之厚度62.5 nm而言，另一光譜1 1(細曲線）中顯示 其在波長430 nm時具有一種反射最小値。 一種依據光譜1 0而製成的層因此在綠光區域中具有一種 已下降的反射性，因此形成一種鮮明的紫色反射。就另一光 1250553 譜1 1而a ’可得到一種黃綠色的彩色反射。 該塗層藉由一種塗層設備而施加在箔上，該塗層設備如圖 ^ 3所示。 該設備20由具有二部份之真空室21所構成，該真空室21 具有一個下真空室和一個上真空室22，22，，其中在該下真 空室22中配置一種蒸鍍裝置23，其例如可以是一種坩堝， 其容納該待蒸發的材料，該材料在坩堝中藉由此處未詳細顯 示的電子束而蒸發。蒸氣24撞擊一種箔25，該箔經由一已 冷卻的塗層滾筒26而展開，該塗層滾筒26位於該二個真空 室22, 22’之間的隔離壁27中的一開口中。另外有一柳葉刀 28位於該下真空室22中，藉由該柳葉刀28可使一種氣體（例 如，氧）經由一種外終端29而導入至蒸氣24中。第一儲存 滾筒30和第二儲存滾筒31位於該上真空室22,中。在第一 通道中使第一儲存滾筒30展開且該箔捲在第二儲存滾筒31 上。因此，該坩堝中蒸發用的材料，即，鋁，施加在該箔上。 層厚度於是主要由該箔的輸送速率來決定。第二通道中該捲 繞過程相反。箔25由第二儲存滾筒3 1展開且又返回至第一 儲存滾筒30。在第二通道中氧經由該柳葉刀28而導入至蒸 氣24中。因此，蒸氣仍可重疊著一種微波場。氧是與已蒸 發的金屬原子相結合且與金屬原子一起沈積在第一反射層4 上而成爲中間層5。氧與鋁有一部份在化學上結合成氧化 鋁，這只有當該二種材料沈積成層時才會發生。此種過程亦 稱爲反應式塗層。 在第三通道中該儲存滾筒30，31之輸送方向又相反且藉 -10- 1250553 由排出的金屬蒸氣來施加第二反射層。 【圖式簡單說明】 第1圖基板上一種法布立-拍若濾波器之典型構造。 第2圖該濾波器之反射特性相對於不同波長之關係圖，其 是以該中間層的厚度d作爲參數而繪成。 第3圖一種真空塗層設備的圖解。 主要元件之符號說明： 1 法布立-拍若濾波器 2 基板 4 第一反射層 5 中間層 6 第二反射層

7 光 8，9 反 射 面 10，1 1 光 譜 20 設 備 2 1 真 空 室 22 下 真 空 室 22? 上 真 空 室 23 蒸 鍍 裝 置 24 蒸 氣 25 箔 26 塗 層 滾 筒 27 隔 離 壁 -11- 1250553 28 柳 葉 刀 29 外 終 端 30 第 一 儲 存 滾 筒 3 1 第 二 儲 存 滾 筒 d 厚 度

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Claims (1)

1250553 十、申請專利範圍： 1 · 一種具有法布立-拍若濾波器之基板，該法布立-拍若濾波 器施加在該基板上且由至少三層所構成，該濾波器之第一 和第二反射層以互相面對的反射表面藉由厚度d的間隙 而互相隔開且包含一種位於該間隙中的可透光的中間層 ，其特徵爲：各反射層（4，6)由相同的基材所構成且該中 間層（5)由該基材與另一材料之化合物所構成。 2 ·如申請專利範圍第1項之基板，其中該基材是一種金屬且 另一種材料是氧，使各反射層（4，6)是金屬層且由金屬化 合物所構成的中間層（5)是由化學計量-或非化學計量成份 所形成。 3 .如申請專利範圍第1項之基板，其中該金屬是鋁且該中間 層（5 )由氧化銘所構成。 4.如申請專利範圍第1項之基板，其中該基材是一種金屬且 另一種材料是氮，使各反射層（4，6)是金屬層且由金屬-氮化合物所構成的中間層（5)是由化學計量-或非化學計量 成份所形成。 5 .如申請專利範圍第4項之基板，其中該金屬是鋁且該中間 層（5)由氮化鋁所構成。 6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之基板，其中緊鄰該 基板（2)之第一反射層（4)是不可透光的且位於外部的第二 反射層（6)可透過一部份光線。 7. 如申請專利範圍第6項之基板，其中緊鄰該基板（2)之第 一反射層（4)之厚度介於10和200 nm之間’第二反射層（6) 1250553 之厚度介於1和20 nm之間，且中間層（5)之厚度依據該 濾波器（1)所期望的特性而介於5 0和2 0 〇 〇 n m之間。 8 . —種施加一濾波器於申請專利範圍第1至7項中任一項所 述之基板上所用之方法，其特徵爲以下各步驟： -製備一種真空塗層設備，其具有一材料供應裝置和一在 可抽成真空的真空室中的蒸鍍裝置； -以基材供應至該蒸鍍裝置； -封閉該真空室且在該真空室中產生一種真空； -排除該基材之蒸氣，使基材在基板上沈積成第一層； -使基材蒸發且同時導入另一材料至真空室中，使設有第 一層的基板與一種由該基材和該另一材料所構成的中間 層起反應以進行蒸鍍； -排除該基材之蒸氣，使基材在該中間層上沈積成第二反 射層； -打開該塗層室且取出該已塗層的基板。 9.如申請專利範圍第8項之方法，其中該材料供應裝置是一 種氣體終端。 1 〇.如申請專利範圍第8或9項之方法，其中該待塗層之基板 是一種箔（25)，其經由一種存在於該蒸鍍裝置上的塗層滾 筒（26)而展開。 i 1 .如申請專利範圍第1 0項之方法，其中該真空室具有二個 儲存滾筒，該箔交替地由一儲存滾筒（3〇，31)而展開且分 別捲在另一儲存滾筒（3 1，3 0)上以蒸鍍各別的層。