TWI425252B

TWI425252B - 反射膜及其製成方法

Info

Publication number: TWI425252B
Application number: TW097110885A
Authority: TW
Inventors: Po Kai Chiu; Wen Hao Cho; Hung Pin Chen; Han Chang Pan; Chien Nan Hsiao; Jyh Shin Chen
Original assignee: Nat Applied Res Laboratories
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2014-02-01
Also published as: US20090246553A1; TW200941044A

Description

反射膜及其製成方法

本案係指一種反射膜和其製造方法，特別是指一種多層反射膜和其製造方法。

反射膜的形成方式有很多，包括物理及化學沈積方式，其中真空蒸鍍法因鍍膜速度快且製作多層膜較為便利等優點，目前仍為主要的光學鍍膜方法。蒸鍍是在真空狀況下，加熱蒸鍍源達到熔化或蒸發溫度，使欲蒸鍍材料蒸發，以沉積並附著在基板表面上的一種鍍膜技術。製鍍反射膜的蒸鍍材料目前以銀或鋁金屬為主，雖然該些金屬具良好的反射率，但是他們所形成的金屬反射層普遍存在與基板間附著力不佳的問題，往往出現附著力不好甚至脫膜與裂膜的現象。目前已知在金屬反射層及基板間加鍍一層鉻或氧化鋁層將有助於金屬反射層的附著力改善。另外，在蒸鍍過程中或蒸鍍結束後加熱也有助於使薄膜與基板間形成良好的鍵結而不至於剝落，然而加熱雖可使附著力提昇，但是反射膜的反射率卻會因此下降。

職是之故，發明人鑑於習知技術之缺失，乃經悉心試驗與研究並一本鍥而不捨之精神，終發明出一新穎反射膜和其製造方法，此發明將可解決上述製備反射膜之缺點，以下為本發明之簡要說明。

本案所提供之反射膜及其製造方法不但具高度反射效果，且金屬反射層與基板間的附著力可大幅提昇。

本案之目的之一為提供一種以蒸鍍法製成之反射膜，其包含：一基板；一中間層，其設置於該基板上且其主要成分為一結晶化的過渡金屬；以及一金屬層，其設置於該中間層上。

根據上述構想，更包含：一保護層，其設置於該金屬層上以避免該金屬層氧化。

根據上述構想，其中該保護層包含一金屬氧化物、矽氧化物、金屬氮化物以及矽氮化物至少其中之一。

根據上述構想，其中該過渡金屬是一鉻金屬。

根據上述構想，其中該金屬層的材料是選自銦、錫、鋁、金、鉑、鋅、銀、銅、鈦、鉛、金鈹、金鍺、鎳、鉛錫及金鋅等金屬至少其中之一。

本案之另一目的為提供一種製造反射膜的方法，其步驟包含：提供一基板；蒸鍍一過渡金屬於該基板上，以形成一結晶化的過渡金屬層；以及蒸鍍一金屬層於該過渡金屬層上。

根據上述構想，其步驟更包含：結晶該過渡金屬。

根據上述構想，其步驟更包含：形成一保護層於該金屬層上，以避免該金屬層氧化。

根據上述構想，更包含以下步驟：形成一黏著層於任意兩層之間。

根據上述構想，其中該等蒸鍍步驟包含一離子源輔助步驟。

根據上述構想，其中該等蒸鍍步驟包含一加熱步驟。

根據上述構想，其中該過渡金屬較佳是選自一鉻金屬。

本案得藉由下列詳細說明，俾得更深入之了解：

本發明將藉由下述之較佳實施例及其配合之圖示，做進一步之詳細說明。

請參閱第三圖，其為本發明第一實施例之反射膜的側視圖。本發明之反射膜1包括一基板10、一中間層11及一第一金屬層12，其中該中間層11設置於該基板10上且其主要成分為一結晶化的過渡金屬，而該第一金屬層12設置於該中間層11上並具有與該結晶化的過渡金屬不同的一第一金屬。在一實施例中，該中間層11為一結晶化的鉻緩衝薄膜。在另一實施例中，該第一金屬層12為一銀反射薄膜。所述基板10之材料沒有特別限制，本發明實施例係以例如：布料、纖維、紙捲、PVC薄片、高分子薄片等可撓性基板為代表說明。該第一金屬層12在紫外區常用的金屬材料是鋁(Al)；在可見光區常用鋁和銀(Ag)；在紅外區常用金(Au)、銀和銅(Cu)，其他視不同需求亦可使用銦(In)、錫(Sn)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鉛(Pb)、金鈹(AuBe)、金鍺(AuGe)、鎳(Ni)、鉛錫(PbSn)或金鋅(AuZn)等金屬。鉻緩衝薄膜11可大幅提昇銀反射薄膜12和基板10間的附著力，特別是晶質化的鉻緩衝薄膜11效果更為顯著。其中，鉻金屬替換成其他過渡金屬亦可達到此目的。

請參閱第四圖，其為本發明第二實施例之反射膜的側視圖。本實施例之反射膜2是於第一實施例的銀反射薄膜12上覆蓋一第二金屬層21，其設置於該第一金屬層12上並具有與該結晶化的過渡金屬和該第一金屬不同的一第二金屬。在一實施例中，該反射膜2更包含一保護層22，其設置於該第二金屬層21上以避免該第一金屬層12與該第二金屬層21氧化。在一實施例中，該第二金屬層21與該保護層22分別為二氧化矽保護層和二氧化鈦保護層。由於鋁、銀、銅等金屬材料在空氣中很容易氧化而降低反射率，故在銀反射薄膜12表面覆蓋保護層除了保護該銀反射薄膜12免除外力刮傷外，亦可防止該銀反射薄膜12氧化，藉此提高整個反射膜2的強度和反射率。保護層的材料可使用金屬氧化物、矽氧化物、金屬氮化物或矽氮化物等，其中較常使用者為一氧化矽、氟化鎂、二氧化矽、三氧化二鋁及二氧化鈦等材料。鋁反射薄膜在可見光譜區使用時，通常以一氧化矽或三氧化二鋁製成保護層，而銀反射薄膜12除了可使用上述材料製成之保護層，亦可鍍鈾和塗漆保護。

請參閱第五圖，其為本發明第二實施例之反射膜的製成方法之示意圖。本實施例係以蒸鍍法沈積層狀結構鉻、銀、二氧化鈦及二氧化矽於塑膠基板上為例說明。本實施例中的基板10係經由圖中的加工設備3以自動化連續生產製造反射膜2。所述製造方法包含以下步驟。

製備加工設備3以用於自動化連續生產該反射膜2。

放置待加工的基板10：將基板10以繞捲方式整捲架設於於真空腔體30內部的基板載放輪311。

預清潔處理：請參閱第五圖，將基板10放置於基板載放輪311後，開啟真空幫浦從真空抽氣管路322抽氣，等待真空腔體30之真空度到達背景壓力值8×10^-6 以下，先行由進氣管路323通入氧氣至工作壓力為2.4×10^-4 後，即可準備進行預清潔處理。在基板10進入預清潔區域330前先調整基板10的前進速度，同時對鉻藥材101與銀藥材102進行加熱熔藥。基板10進入預清潔區域330後開啟離子源301進行基板之預清潔處理(如第六圖所示)，預清潔處理將會提高基板10表面之附著性，有利於後面蒸鍍步驟的進行。

形成鍍膜：請參閱第四圖及第五圖，基板10經預清潔處理後，以導輪312傳送至第一蒸鍍區331。在第一蒸鍍區331中使用第一加熱源501對鉻藥材101進行加熱，蒸發出鉻成膜粒子，並沉積於通過第一蒸鍍區331中的基板10表面，以20/s的製鍍速率形成厚度達光譜穿透率0~40%的一鉻薄膜。完成第一層之鉻薄膜後，再傳送基板10進入第二蒸鍍區332，使用第二加熱源502對銀藥材102進行加熱，蒸發出銀成膜粒子，並沉積於通過第二蒸鍍區332中的基板10表面，形成厚度達50至300奈米的一銀薄膜。完成第二層之銀薄膜製鍍，再傳送基板10進入第三蒸鍍區333，使用第三加熱源503對SiO₂ 藥材103進行加熱，先在無通入工作氣體之條件下製鍍30~50奈米厚之SiO₂ 薄膜，再通入氧氣至2.4×10^-4 Torr，以第一離子源302輔以助鍍，製鍍SiO₂ 薄膜21厚度達68奈米。完成第三層之SiO₂ 薄膜21後，再傳送基板10進入第四蒸鍍區334，使用第四加熱源504對TiO₂ 藥材104進行加熱，並以第二離子源303輔以助鍍，製鍍厚度達47奈米的一TiO₂ 薄膜。完成四層薄膜的製鍍後，便完成反射膜2之製作，最後再由基板捲收輪313將製成的反射膜1、2收納。若欲製鍍雙面的薄膜在基板10之兩各表面，可另外將基板10反向繞捲，再依前述蒸鍍製程進行蒸鍍，以製得一雙面反射膜。

更具體而言，本實施例在蒸鍍製程中所採用的監控系統為光學監控系統與業界常用之石英監控器，以對其各膜層之蒸鍍速率及薄膜厚度進行監控；所採用的坩鍋為直徑40mm之鉻金屬靶材及銀金屬靶材。工作溫度為室溫25℃。本實施例的蒸鍍參數條件如第一表所示。

請參閱第一圖及第七圖，其分別為習用反射膜與本發明之第一實施例反射膜之X-ray繞射圖。習知方法製出的反射膜包含基材、鉻薄膜和銀薄膜，其鉻薄膜呈非晶質狀態(如第一圖所示)，而本發明第一實施例之反射膜其鉻薄膜明顯具有晶質特性(如第七圖所示)。上述製造方法是利用鍍膜速度加快以使鉻薄膜具有結晶特性，另外，在蒸鍍過程或蒸鍍結束後加熱亦有助於鉻薄膜產生結晶，但是此方法較易使反射膜的反射率下降。此外在蒸鍍過程中輔以離子源蒸鍍亦有助於晶質化產生，但是此方法需額外的離子源設備，成本較高。

依據ASTM D3359測試法進行上述二種反射膜之附著力測試，習用反射膜的附著力屬於等級0B，其判斷標準為切口邊緣大片剝落/或者一些方格部分或全部剝落，其面積大於劃格區的65%(如第二圖所示)。而本發明反射膜的附著力等級為5B，其判斷標準為切口的邊緣完全光滑，格子邊緣沒有任何剝落(如第八圖所示)。由此可見，由本發明之方法製成的反射膜較為牢固，晶質化之緩衝層可使銀反射鏡之附著力大幅度的由0B增加到5B，此發明可以增加銀反射鏡之耐用性並克服其使用環境的限制，更有助於促進國內反射鏡元件製造能力的提升。

本發明之方法可以大幅度的降低製程溫度(可降至100℃以下)，使本發明之反射膜可應用的範圍更廣泛，尤其是應用在不耐高溫之可撓性基板。而且，本發明透過減少加熱與退溫的時間可大量縮短製程時間並提高生產效率，使本發明可滿足大面積之連續式生產及產業量產之需求。依本發明所提出製造反射膜之方法，現存的鍍膜廠商不需額外添購價格昂貴之設備，依現有之設備即可做出本發明之反射膜，對於成本來說無須額外的負擔，即可製鍍出較為耐用之反射膜。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非據此即拘限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效結構變化者，均同理包含於本發明之範圍內，合予陳明。

1、2‧‧‧反射膜

10‧‧‧基板

11‧‧‧中間層

12‧‧‧第一金屬層

21‧‧‧第二金屬層

22‧‧‧保護層

101‧‧‧鉻藥材

102‧‧‧銀藥材

103‧‧‧SiO₂ 藥材

104‧‧‧TiO₂ 藥材

3‧‧‧加工設備

30‧‧‧真空腔體

301‧‧‧離子源

302‧‧‧第一離子源

303‧‧‧第二離子源

311‧‧‧基板載放輪

312‧‧‧導輪

313‧‧‧基板捲收輪

322‧‧‧真空抽氣管路

323‧‧‧進氣管路

330‧‧‧預清潔區域

331‧‧‧第一蒸鍍區

332‧‧‧第二蒸鍍區

333‧‧‧第三蒸鍍區

334‧‧‧第四蒸鍍區

501‧‧‧第一加熱源

502‧‧‧第二加熱源

503‧‧‧第三加熱源

504‧‧‧第四加熱源

第一圖：習用反射膜之X-ray繞射圖；第二圖：習用反射膜之附著力測試示意圖；第三圖：本發明第一實施例之反射膜的側視圖；第四圖：本發明第二實施例之反射膜的側視圖；第五圖：本發明第二實施例之反射膜製成方法之示意圖；第六圖：本發明之反射膜製成方法之預清潔處理示意圖；第七圖：本發明之第一實施例反射膜之X-ray繞射圖；以及第八圖：本發明之第一實施例反射膜之附著力測試示意圖。

2‧‧‧反射膜

10‧‧‧基板

11‧‧‧中間層

12‧‧‧第一金屬層

21‧‧‧第二金屬層

22‧‧‧保護層

Claims

一種以蒸鍍法製成之反射膜，其包含：一基板；一中間層，其設置於該基板上且其主要成分為一結晶化的過渡金屬；一第一金屬層，其設置於該中間層上並具有與該結晶化的過渡金屬不同的一第一金屬；以及一第二金屬層，其設置於該第一金屬層上並具有與該結晶化的過渡金屬和該第一金屬不同的一第二金屬。
如申請專利範圍第1項所述的反射膜，更包含：一保護層，其設置於該第二金屬層上以避免該第一金屬層與該第二金屬層氧化。
如申請專利範圍第2項所述的反射膜，其中該保護層包含一金屬氧化物、矽氧化物、金屬氮化物以及矽氮化物至少其中之一。
如申請專利範圍第1項所述的反射膜，其中該過渡金屬是一鉻金屬。
如申請專利範圍第1項所述的反射膜，其中該第一金屬層的材料是選自銦、錫、鋁、金、鉑、鋅、銀、銅、鈦、鉛、金鈹、金鍺、鎳、鉛錫及金鋅等金屬至少其中之一。
一種製造反射膜的方法，其步驟包含：提供一基板；蒸鍍一過渡金屬於該基板上，以形成一結晶化的過渡金屬層；以及蒸鍍一第一金屬層於該過渡金屬層上，其中該第一金屬層具有與該結晶化的過渡金屬不同的一第一金屬；蒸鍍一第二金屬層於該第一金屬層上，其中該第二金屬層具有與該結晶化的過渡金屬和該第一金屬不同的一第二金屬。
如申請專利範圍第6項所述之製造反射膜的方法，其步驟更包含：結晶該過渡金屬。
如申請專利範圍第6項所述之製造反射膜的方法，其步驟更包含：形成一保護層於該第二金屬層上，以避免該第一金屬層與該第二金屬層氧化。
如申請專利範圍第8項所述之製造反射膜的方法，其中該保護層包含一金屬氧化物、矽氧化物、金屬氮化物以及矽氮化物至少其中之一。
如申請專利範圍第6項所述之製造反射膜的方法，更包含以下步驟：形成一黏著層於任意兩層之間。
如申請專利範圍第6項所述之製造反射膜的方法，其中該等蒸鍍步驟包含一離子源輔助步驟。
如申請專利範圍第6項所述之製造反射膜的方法，其中該等蒸鍍步驟包含一加熱步驟。
如申請專利範圍第6項所述之製造反射膜的方法，其中該過渡金屬較佳是選自一鉻金屬。
如申請專利範圍第6項所述之製造反射膜的方法，其中該第一金屬層的材料是選自銦、錫、鋁、金、鉑、鋅、銀、銅、鈦、鉛、金鈹、金鍺、鎳、鉛錫及金鋅等金屬至少其中之一。
一種以蒸鍍法製成之反射膜，由下列組件所組成：一基板；一中間層，其設置於該基板上且具有一結晶化的過渡金屬；以及一第一金屬層，其設置於該中間層上並具有與該結晶化的過渡金屬不同的一金屬。
一種以蒸鍍法製成之反射膜，由下列組件所組成：一基板；一中間層，其設置於該基板上且具有一結晶化的過渡金屬；一第一金屬層，其設置於該中間層上並具有與該結晶化的過渡金屬不同的一金屬；以及一保護層，其設置於該第一金屬層上，以避免該第一金屬層氧化。
如申請專利範圍第16項所述的反射膜，其中該保護層包含一金屬氧化物、矽氧化物、金屬氮化物以及矽氮化物至少其中之一。