TWI553165B - 無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法及其製得之色彩化基板 - Google Patents

Description

無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法及其製得之色彩化基板

本發明係關於一種陽極氧化鋁之表面色彩化方法。

陽極氧化鋁(anodic aluminum oxide,AAO)是一種具有六邊形(hexagon)孔洞陣列結構的氧化鋁，其常被應用在奈米線的合成、奈米製造及量子點之製作等。一般而言，陽極氧化鋁處理是指透過電化學的方法，在鋁或鋁合金的表面形成一層緻密氧化鋁膜(AAO film)，即形成陽極氧化鋁基板。而陽極氧化鋁基板可達到防止其內部之鋁或鋁合金的氧化，以提高鋁合金的耐腐蝕性、耐磨性、表面硬度及美觀性。綜合前述優點，陽極氧化鋁基板被廣泛應用於電器產品的殼體。另外，為了增加殼體的美觀性，有色彩的陽極氧化鋁結構(structural color of AAO)在近年來更是備受到矚目。

目前有色彩的陽極氧化鋁結構的製程，是將較厚或高純度鋁基材(鋁或鋁合金)進行長時間的二次、或更多次的陽極氧化處理，以產生規則的奈米孔洞。並透過另外填入染劑，而染劑可填充陽極氧化鋁的奈米孔洞，藉此達到色彩化之目的。除此之外，由於有色彩的陽極氧化鋁結構的製程需進行長時間的陽極氧化處理與放熱反應現象，故操作溫度及環境必須是在為低溫(0~10℃)的酸性溶液中，以防止過大的焦耳熱破壞奈米結構。因此，目前有色彩的陽極氧化鋁結構的製程所需耗費的成本高、且耗費的時間亦長。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種無染劑一次性陽 極氧化鋁表面色彩化方法以及以無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法製作的基板，係透過特定的電化學參數的條件，使其無需使用染劑並得僅利用一次陽極氧化處理即可生成具有色彩之陽極氧化鋁基板。

為達上述目的，依據本發明之一種無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法，包含以下步驟：提供一含鋁基板；於室溫下將含鋁基板進行一一次性陽極氧化處理，一次性陽極氧化處理包括對含鋁基板施加一脈衝訊號，持續一第一時間，使含鋁基板表面生成一多孔隙氧化鋁層，該脈衝訊號包含有一正電壓以及一負電壓；以及於多孔隙氧化鋁層表面鍍上一金屬層。其中，多孔隙氧化鋁層具有一干涉波長，將該干涉波長與第一時間進行一線性回歸，所獲得之直線斜率的絕對值係介於1.8~38.5之間，且該斜率的絕對值係與該正電壓之電壓值呈正相關。

在一實施例中，正電壓之電壓值為20至60伏特，當正電壓之電壓值為20伏特，干涉波長與第一時間之直線斜率的絕對值為2.0±0.5；當正電壓之電壓值為30伏特時，干涉波長與第一時間之直線斜率的絕對值為3.5±0.5；當正電壓之電壓值為40伏特時，干涉波長與第一時間之直線斜率的絕對值為6.4±0.5；當正電壓之電壓值為50伏特，干涉波長與第一時間之直線斜率的絕對值為16.8±0.5，當正電壓之電壓值為60伏特，干涉波長與第一時間之直線斜率的絕對值為36.9±0.5。

在一實施例中，在該多孔隙氧化鋁層表面鍍上一金屬層之步驟前，進一步將具有多孔隙氧化鋁層的含鋁基板浸置於一蝕刻液中，進行一擴孔處理，持續一第二時間，將干涉波長與該第二時間進行一線性回歸，所獲得之直線斜率的絕對值係介於1.5~8.0之間，且斜率的絕對值係與該正電壓之電壓值呈負相關。

在一實施例中，當正電壓之電壓值為20伏特，干涉波長與第二時間之直線斜率的絕對值為7.3±0.5；當正電壓之電壓值為30伏特，干涉波長與第二時間之直線斜率的絕對值為3.4±0.5；當正電壓之電壓值為40伏特，干涉波長與第二時間之直線斜率的絕對值為2.6±0.5。

在一實施例中，於將具有多孔隙氧化鋁層的含鋁基板浸置於蝕刻液前，進一步於多孔隙氧化鋁層部分之表面設置一保護層，且於擴孔 處理後，移除保護層，並將具有多孔隙氧化鋁層的含鋁基板浸置於蝕刻液中再進行一次擴孔處理。

在一實施例中，含鋁基板為一純鋁材質之基板、一鋁合金基板、或一鍍有一鋁層之基板。

在一實施例中，鋁層之厚度為10nm至1000nm。

在一實施例中，金屬層係以反射率大於70%的金屬材質所構成，且金屬層之厚度介於5nm至25nm。

此外，本發明亦提供一種無染劑一次性陽極氧化鋁處理之表面色彩化基板，表面色彩化基板包含有一含鋁基板以及一多孔隙氧化鋁層。多孔隙氧化鋁層形成於含鋁基材之一表面，多孔隙氧化鋁層具有5nm至1000nm的厚度，其中多孔隙氧化鋁層係經由下列步驟所形成：於室溫下將含鋁基板進行一一次性陽極氧化處理，一次性陽極氧化處理包括對含鋁基板施加一脈衝訊號，持續一第一時間，脈衝訊號包含有一正電壓以及一負電壓；以及於多孔隙氧化鋁層表面鍍上一金屬層。其中，多孔隙氧化鋁層具有一干涉波長，將干涉波長與第一時間進行一線性回歸，所獲得之直線斜率的絕對值係介於1.8~38.5之間，且斜率的絕對值係與正電壓之電壓值呈正相關。

此外，本發明亦提供另一種無染劑一次性陽極氧化鋁處理之表面色彩化基板，表面色彩化基板包含有一含鋁基板以及一多孔隙氧化鋁層。多孔隙氧化鋁層形成於含鋁基材之一表面，多孔隙氧化鋁層的厚度為5nm至1000nm，其中多孔隙氧化鋁層係經由下列步驟所形成：於室溫下將含鋁基板進行一一次性陽極氧化處理，一次性陽極氧化處理包括對含鋁基板施加一脈衝訊號，持續一第一時間，該脈衝訊號包含有一正電壓以及一負電壓；將具有多孔隙氧化鋁層的含鋁基板浸置於一蝕刻液中，進行一擴孔處理，持續一第二時間；以及於多孔隙氧化鋁層表面鍍上一金屬層。其中多孔隙氧化鋁層具有一干涉波長，將干涉波長與第二時間進行一線性回歸，所獲得之直線斜率的絕對值係介於1.5~8.0之間，且該斜率的絕對值係與該正電壓之電壓值呈負相關。

承上所述，本發明之無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方 法以及以無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法製作的基板，並無需使用染劑並得僅利用一次陽極氧化處理，即可生成具有色彩之陽極氧化鋁基板，且透過特定的電化學參數的條件，即可控制其陽極氧化鋁基板所生成之顏色，故相較於現有需使用兩次以上陽極氧化處理或額外化學染劑方能調色的陽極氧化鋁基板的製造技術，其可縮短製程時間和降低製程中對於環境的污染程度；且本發明所提供之無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法亦可於室溫環境下操作，無須額外設置低溫控制器，故可降低製程中所耗費的能源以及成本。

1‧‧‧色彩化基板

10‧‧‧含鋁基板

11‧‧‧多孔隙氧化鋁層

111‧‧‧上介面

112‧‧‧下介面

12‧‧‧金屬層

t1‧‧‧第一時間

S10、S20、S21、S30‧‧‧步驟

V+‧‧‧正電壓

V-‧‧‧負電壓

圖1A為本發明一實施例之一種無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法的步驟流程圖。

圖1B為本發明一實施例之另一種無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法的步驟流程圖。

圖2為依據圖1A及圖1B之種無染劑一次性陽極氧化鋁表面彩色化方法所製得之色彩化基板的示意圖。

圖3為一實施例之一種無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法中所使用的脈衝訊號示意圖。

圖4為實驗例一所得之各色彩化基板之示意圖。

圖5A為實驗例二所得之以不同正電壓及陽極氧化處理時間所製出的基板表面所呈現之不同色彩之變化結果圖。

圖5B為實驗例二所得之以不同正電壓及擴孔處理時間所製出的基板表面所呈現之不同色彩之變化結果圖。

圖6A為圖5A所示之各實驗例二所得之不同正電壓所處理之色彩化基板之多孔隙氧化鋁層之干涉波長與不同陽極氧化時間進行線性回歸分析之結果圖。

圖6B為圖5B所示之各實驗例二所得之不同正電壓所處理之色彩化基板之多孔隙氧化鋁層之干涉波長與不同擴孔處理時間進行線性回歸分析之結果圖。

圖7實驗例三所得之具有雙色區域的色彩化基板之示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法及該方法所製成之表面彩色化基板，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

圖1A為本發明一實施例之一種無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法的步驟流程圖，圖1B為本發明一實施例之另一種無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法的步驟流程圖。本實施例之無染劑一次性陽極氧化鋁表面彩色化方法，係指本方法無須額外使用染劑，且僅需執行一次的陽極氧化處理，即可達到使陽極氧化鋁的表面具有色彩的方法，而以下實施例係以陽極氧化鋁表面彩色化方法簡稱之。

請先參考圖1A所示，本實施例之陽極氧化鋁表面彩色化方法，其包括以下步驟：提供一含鋁基板(步驟S10)；於室溫下將含鋁基板進行一一次性陽極氧化處理，一次性陽極氧化處理包括對含鋁基板施加一脈衝訊號，持續一第一時間，使含鋁基板表面生成一多孔隙氧化鋁層，脈衝訊號包含有一正電壓以及一負電壓(步驟S20)；於多孔隙氧化鋁層表面鍍上一金屬層(步驟S30)。

圖2為依據圖1A及圖1B所示之陽極氧化鋁表面彩色化方法的示意圖，請同時參考圖1A及圖2所示。在步驟S10中，提供一含鋁基板10，亦即提供含有鋁材質的基板，故本實施例之含鋁基板10可以為純鋁材質之基板、鋁合金基板、或鍍有鋁層之基板。其中，鍍有鋁層之基板是指將含鋁材質以電鍍、蒸鍍或濺鍍等方式均勻的形成在基板的一表面，並且此鋁層之厚度可為10奈米(nm)至1000奈米(nm)。在本實施例中，是利用濺鍍的方式將鋁材質鍍在基板的表面，且是使用磁控濺鍍系統(magnetron sputtering system)將鋁材質沈積在基板的表面。其中，基板可例如但不限於玻璃、塑膠、金屬、或矽基材等，並可使用99%至99.999%的鋁靶作為靶材進行濺鍍，進而使矽基材的表面沈積形成鋁薄膜，以形成本實施例之含鋁基板10。具體而言，本實施例所使用的基板為矽基材，而靶材為95%至99.99%的鋁靶，並在濺鍍功率50W，基準壓力(base pressure) 為2×10^-6torr下，通入氣體時則維持1.7×10^-3torr的工作壓力(working pressure)。較佳的，靶材與基板的距離為100mm，且沉積時間為30分鐘，使矽基材的表面沈積形成鋁薄膜並形成含鋁基板10。在其他實施例中，濺鍍功率可介於20W至150W之間，基準壓力可介於1×10^-6torr至9×10^-6torr之間，工作壓力則可介於1×10^-3torr至9×10^-2torr之間，且靶材與基板的距離可介於50mm至200mm之間，沉積時間則可介於10~120分鐘之間，本發明不以此為限。

在步驟S20中，於室溫下將含鋁基板10進行一一次性陽極氧化處理。如先前技術所述，陽極氧化鋁處理是指透過電化學的方法，在鋁或鋁合金的表面鍍上一層緻密氧化鋁，而本實施例之一次性陽極氧化處理即是指一次性的陽極氧化處理，換言之，本實施例僅需執行一次的陽極氧化處理，即可調控出所欲顯示的顏色。而陽極氧化處理的步驟包括對含鋁基板10施加一脈衝訊號，持續一第一時間(t1，單位為秒)，使含鋁基板10的表面生成一多孔隙氧化鋁層11。請同時參考圖3，為本實施例中所使用之脈衝訊號示意圖，脈衝訊號包含有正電壓V+以及負電壓V-，正電壓V+之電壓值介於20至60伏特之間，負電壓V-之電壓值為-2伏特。如圖3所示，本實驗例係以之脈衝訊號型態係以「方波」進行說明，但亦可以其他形式的脈衝訊號替代，例如正弦波、三角形波、或鋸齒波。而本實施例中「第一時間t1」則指整個脈衝訊號的處理時間。

在本實施例中，是使用三極式的電化學恆電位儀進行陽極氧化處理，其中三個電極分別以鉑網作為輔助電極、鋁試片作為工作電極，Ag/AgCl作為參考電極，並使用0.3M草酸(Oxalic acid)溶液作為電解液。接著，將含鋁基板10置於電解液中，並施予正電壓及負電壓的脈衝訊號，其中正電壓及負電壓之脈衝訊號的週期為2秒，亦即，以正電壓V+的脈衝訊號處理1秒後，再以負電壓V-的脈衝訊號處理1秒。如此以正電壓V+及負電壓V-之脈衝訊號交替處理一段時間(即第一時間t1秒)後，含鋁基板10上即可形成多個規則排列的奈米孔洞，即形成多孔隙氧化鋁層11。

而在進行步驟S20的一次性陽極氧化處理時，係於室溫中進行。本實施例中，「室溫」係指於處理過程中，無需額外搭配溫度控制器 將電解液降溫或維持於低溫環境(例如先前技術的攝氏0度至10度)，於一般室內溫度(例如攝氏15度至35度)中即可完成此步驟之操作，而產生穩定的奈米孔洞，不致發生因電化學環境溫度過高的焦爾熱而產生的奈米孔洞破壞的現象(此現象極易導致陽極氧化處理的失敗)。

當含鋁基板10經過上述步驟S20處理後所產生的多孔隙氧化鋁層11，會具有一第一干涉波長。而本實施例所稱之多孔隙氧化鋁層11具有第一干涉波長，是指當以光束照射至多孔隙氧化鋁層11時，由於多孔隙氧化鋁層11具有穩定排列的奈米孔洞，故光束會被多孔隙氧化鋁層11的上介面111與下介面112分別反射，被反射的光束因相互干涉而形成新的光波，此現象即稱為干涉。而新的光波具有其波長，本實施例將其稱為干涉波長。換言之，多孔隙氧化鋁層11具有第一干涉波長是指當光束照射至多孔隙氧化鋁層11時，可形成干涉波長，而其即為因干涉現象所產生新的光波的波長。

而在各個不同的正電壓V+處理的情況下，將前述之第一干涉波長與第一時間進行線性回歸分析，其所獲得之線性回歸直線函數的斜率的絕對值係介於1.8~38.5之間，且該斜率的絕對值係與正電壓V+之電壓值呈正相關，亦即前述斜率的絕對值隨正電壓V+之電壓值增加而增加。舉例而言，當步驟S20中的正電壓V+之電壓值為20伏特時，第一干涉波長與第一時間t1經線性回歸分析所得直線函數的斜率的絕對值為2.0±0.5；而當正電壓V+之電壓值為30伏特時，則第一干涉波長與第一時間t1(單位為秒)經線性回歸分析所得直線函數的斜率的絕對值為3.5±0.5；而當正電壓V+之電壓值為40伏特時，第一干涉波長與第一時間t1經線性回歸分析所得直線函數的斜率的絕對值為6.4±0.5；而當正電壓V+之電壓值為50伏特時，第一干涉波長與第一時間t1經線性回歸分析所得直線函數的斜率的絕對值為16.8±0.5；而當正電壓V+之電壓值為60伏特時，第一干涉波長與第一時間t1經線性回歸分析所得直線函數的斜率的絕對值為36.9±0.5。詳細之各正電壓與第一時間經線性回歸分析結果及所得到之線性回歸直線函數，將於後附實驗例進一步說明。

而若是為使多孔隙氧化鋁層的表面呈現出色彩，亦即使陽極 氧化鋁的表面色彩化，則本實施例之第一干涉波長可介於可見光的波長範圍之間，即380~780nm之間。詳細而言，本實施例可透過不同電壓調控陽極氧化處理的時間，即調控前述之第一時間，進而控制多孔隙氧化鋁層所能產生的干涉波長。

舉例而言，以一般人可觀察到的可見光波長400nm(紫色)為例說明，本實施例可藉由將400nm(第一干涉波長)經由前述線性回歸分析所得之直線函數，回推算出所需的第一時間t1(秒)；因此，操作者即得以據此設定步驟S20中進行一次性陽極氧化處理的第一時間t1(秒)，藉以製出呈現紫色的表面色彩化基板1。

此外，請參考圖1B，為了進一步調整最後表面色彩化基板1所顯示的色彩，可於「在多孔隙氧化鋁層表面鍍上一金屬層」的步驟(即步驟S31)之前，先進行一擴孔處理(步驟S21)，即將經過步驟S20處理後的含鋁基板10(已具有多孔隙氧化鋁層11)浸置於一蝕刻液中，並持續一第二時間(單位為分鐘)。需說明的是，圖1B所示之步驟S31與圖1A所示之步驟S30，皆為「在多孔隙氧化鋁層表面鍍上一金屬層」的處理步驟，而圖1B所示之方法更包括擴孔處理的步驟(步驟S21)，故步驟S31係對第二干涉波長與第二時間進行線性回歸分析。

具體而言，如圖1B所示，經過步驟S21的擴孔處理後，多孔隙氧化鋁層11會具有一第二干涉波長，同樣的，將第二干涉波長與第二時間(單位為分鐘)進行另一線性回歸分析，所獲得之線性迴歸直線函數的斜率的絕對值係介於1.5~8.0之間，且此一斜率的絕對值與正電壓V+的電壓值呈負相關，亦即前述斜率的絕對值係隨步驟S20中的正電壓V+的電壓值增加而減少。舉例而言，當正電壓V+之電壓值為20伏特時，則第二干涉波長與第二時間(分鐘)經線性回歸分析所得直線函數的斜率的絕對值為7.3±0.5，正電壓V+之電壓值為30伏特時，則第二干涉波長與第二時間(分鐘)經線性回歸分析所得直線函數的斜率的絕對值為3.4±0.5；當正電壓V+之電壓值為40伏特時，第二干涉波長與第二時間(分鐘)經線性回歸分析所得直線函數的斜率的絕對值為2.6±0.5。

藉由針對不同區域的調整其受到擴孔處理的時間，本實施例 之表面色彩化方法亦可將含鋁基板10處理成具有兩種不同顏色的區塊。亦即，在進行步驟S21中把具有多孔隙氧化鋁層11的含鋁基板10浸置於蝕刻液之前，進一步於對多孔隙氧化鋁層11部分之表面設置一保護層後，再浸置於蝕刻液中。且於含鋁基板經過步驟S21的擴孔處理(處理時間為a分鐘)後，移除保護層。之後，把已經過一次擴孔處理的具有多孔隙氧化鋁層11的含鋁基板10再浸置於蝕刻液中，再進行一次擴孔處理(處理時間為b分鐘)。如此一來，原本受到保護層覆蓋的多孔隙氧化鋁層11的表面區域，真正被擴孔處理的時間僅有b分鐘；而未受到保護層覆蓋的多孔隙氧化鋁層11表面的其他區域，被擴孔處理的時間即是a分鐘加上b分鐘。因此，受到保護層覆蓋的多孔隙氧化鋁層11的表面區域與未受到保護層覆蓋的多孔隙氧化鋁層11表面的其他區域實際受到擴孔處理的時間不同，兩個區域的多孔隙氧化鋁層11會具有不同的第二干涉波長，故最後將會呈現出不同的顏色。

此外，前段步驟所使用的保護層可為定義特定圖案的保護材料，例如光阻(正光阻或負光阻均可)、或膠帶或、網版印刷油墨等，並可搭配光罩的設計及黃光微影製程以形成使用者所需的特定圖案。

請再同時參考圖1A、圖1B與圖2。接著，進行步驟S30，在經過前述步驟處理後的含鋁基板10的多孔隙氧化鋁層11表面鍍上一金屬層12。而金屬層12係以反射率大於70%的金屬材質所構成，例如鉑(Pt)、鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、銅(Cu)，或是前述金屬所構成的合金。並且金屬層12之厚度介於5至25nm。

此外，本發明亦提供一第二實施例，為一種無染劑一次性陽極氧化鋁處理之表面色彩化基板1，如圖2所示。表面色彩化基板1包含有含鋁基板10、多孔隙氧化鋁層11以及金屬層12。多孔隙氧化鋁層11形成於含鋁基材10之一表面，且多孔隙氧化鋁層11的厚度可介於5nm至1000nm之間，較佳的，可介於5nm至500nm之間。其中多孔隙氧化鋁層11形成於含鋁基板10上的步驟，係經由第一實施例中所提供的步驟S10、步驟S20以及步驟S30處理後所製得，且各步驟中適用之處理條件參數(正電壓V+、負電壓V-、第一時間t1、第二時間)、多孔隙氧化鋁層11之細部 物理參數(第一干涉波長、第二干涉波長)以及各參數之間的關係(線性回歸直線函數的斜率變化)亦與第一實施例中說明的相同，故在此不再贅述。

此外，本發明亦提供一第三實施例，為一種無染劑一次性陽極氧化鋁處理之表面色彩化基板1，亦同於圖2所示。表面色彩化基板1包含有含鋁基板10、多孔隙氧化鋁層11以及金屬層12。多孔隙氧化鋁層11形成於含鋁基材10之一表面，且多孔隙氧化鋁層11的厚度為於5~500奈米(nm)之間。其中多孔隙氧化鋁層11形成於含鋁基板10上的步驟，係經由第一實施例中所提供的步驟S10、步驟S20、步驟S21以及步驟S30處理後所製得，且各步驟中適用之處理條件參數(正電壓V+、負電壓、第一時間t1、第二時間)、多孔隙氧化鋁層11之細部物理參數(第一干涉波長、第二干涉波長)以及各參數之間的關係(各線性回歸直線函數的斜率)亦與第一實施例中說明的相同，故在此不再贅述。

綜上所述，本發明之無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法以及以無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法製作的基板，並無需使用染劑並得僅利用一次陽極氧化處理，即可生成具有色彩之色彩化基板，且透過特定的電化學參數的條件，即可控制其陽極氧化鋁基板所生成之顏色，故相較於現有需使用兩次以上陽極氧化處理或額外化學染劑方能調色的陽極氧化鋁基板的製造技術，其可縮短製程時間和降低製程中對於環境的污染程度；且本發明所提供之無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法亦可於室溫環境下操作，無須額外設置低溫控制器，故可降低製程中所耗費的能源以及成本。惟，如果為了要進一步增色或調色，本發明所屬領域具有通常知識者自可將依照本發明下述實施例所示之陽極氧化鋁表面彩色化方法所製作出之彩色化基板，繼續進行其他塗色、染色、或其他相應之後處理，本發明並未排除上述之方法。

以下就發明人經努力試驗所得出之各種實驗結果加以說明。

實驗例一：色彩化基板的製備

首先，利用磁控濺鍍系統(magnetron sputtering system)沉積鋁薄膜於矽基材上。靶材為兩吋的鋁靶，鋁純度為99.99%，濺鍍功率設 定為50瓦(Watt)，基準壓力(base pressure)則為2×10^-6torr以下，通入氣體時則維持1.7×10^-3torr的工作壓力(working pressure)。靶材與基板的距離則為100釐米(mm)，沉積時間則為30分鐘。接著，在室溫中進行陽極氧化，其中室溫可以介於15~35℃之間，本實驗例係以25℃進行之。又，對基板所施加以下三種不同的脈衝電壓訊號：正電壓的電壓值分別為40V、50V、以及60V，負電壓的電壓值皆為-2V。三種不同的脈衝電壓訊號脈衝波週期為2秒(亦即施加1秒正電壓後跟隨施加1秒負電壓)。使用三極式的電化學恆電位儀(Jiehan 5000,Taiwan)，分別以鉑網為輔助電極、鋁試片為工作電極，Ag/AgCl為參考電極，電解液為0.3M草酸，而陽極氧化處理時間(對基板施加脈衝訊號的總時間)為45秒。接著，將陽極氧化處理完之基板浸泡在重量百分比為5%的磷酸溶液中於室溫下進行擴孔處理。擴孔時間分別設定為0分鐘、20分鐘、40分鐘、60分鐘。如此在基板上即形成有多孔隙氧化鋁層。最後，將擴孔處理完畢之基板表面鍍上鉑(Pt)層，電流設定為20毫安培(mA)，鍍層處理時間為2分鐘。

經過上述處理流程所製得之色彩化基板，其表面色彩之變化，如圖4所示。由圖中可知，當正電壓的電壓值為40V，而擴孔時間設定為0分鐘時，所製得的色彩化基板的表面色彩呈現淺藍色，而若增加擴孔時間(20分鐘至60分鐘)，則其表面色彩即會加深至深藍色，且由深藍色變化至深褐色及淺褐色。而當正電壓的電壓值為50V，而擴孔時間設定為0分鐘時，所製得的色彩化基板的表面色彩呈現為淺黃色，而若增加擴孔時間(20分鐘至60分鐘)，則其表面色彩即會變化至淺天藍色，且由淺天藍色變化至天藍色及淺紫褐色。當正電壓的電壓值為60V，而擴孔時間設定為0分鐘時，所製得的色彩化基板的表面色彩呈現橘紅色，而若增加擴孔時間(20分鐘至60分鐘)，則其表面色彩即會變化至草綠色，且由草綠色變化至藍綠色及紫色。

實驗例二：脈衝訊號之正電壓值與陽極氧化處理時間(第一時間)與擴孔時間(第二時間)之關係

本實驗例中使用鋁純度為99.99%的含鋁基板。將此一含鋁基板在室溫中(25℃)進行陽極氧化反應，並對基板所施加以下五種不同 的脈衝電壓訊號：正電壓的電壓值分別為20V、30V、40V、50V、60V，負值皆為-2V。而前述三種不同的脈衝電壓訊號脈衝波週期為2秒(亦即施加1秒正電壓後跟隨施加1秒負電壓)。使用三極式的電化學恆電位儀(Jiehan 5000,Taiwan)，分別以鉑網為輔助電極、鋁試片為工作電極，Ag/AgCl為參考電極，電解液為0.3M草酸。為觀察不同的正電壓與陽極氧化時間之間的關係，本實驗例中進行陽極氧化處理的時間為0~300秒。接著，將經過不同時間(0~300秒)陽極氧化處理之基板浸泡在重量百分比為5%的磷酸溶液，並於室溫中進行擴孔處理。最後，將擴孔處理完畢之基板表面鍍上鉑(Pt)層，電流設定為20毫安培(mA)，鍍層處理時間為2分鐘。於此步驟結束後，以不同正電壓及陽極氧化處理時間所製出的基板，表面所呈現之不同色彩之變化，如圖5A所示。需特別說明的是，圖5A顯示以正電壓20V、30V、40V處理之色彩變化情形，而以50V、60V處理之結果於後續一併顯示於圖6A。

另外，將經過300秒陽極氧化處理完畢之基板同樣浸泡在重量百分比為5%的磷酸溶液於室溫中進行擴孔處理。為觀察不同的正電壓與擴孔時間的關係，本實驗例中進一步將擴孔處理的時間分別設定為0分鐘、5分鐘、10分鐘，直至35分鐘。同樣的，再將擴孔處理完畢之基板表面鍍上鉑(Pt)層。此時，以不同正電壓及擴孔處理時間所製出的基板，表面所呈現之不同色彩之變化，如圖5B所示。

以光譜儀(Hitachi U-4100)量測前述色彩化基板(可參考圖5A所示)的多孔隙鋁層的干涉波長，並將陽極氧化處理時間(第一時間)所得到的不同干涉波長(第一干涉波長)進行線性回歸分析，結果如圖6A所示。如圖6A所示，當正電壓之電壓值為20V時，所得到的線性回歸直線函數為：λ=2.06t+67.0 (式1)

其中，λ為多孔隙鋁層的干涉波長，單位為奈米(nm)，而t為陽極氧化處理時間，單位為秒。

同樣的，當正電壓之電壓值為30V、40V、50V及60V時，所得到的線性回歸直線函數分別為式2、式3、式4及式5： λ=3.53t+130.6 (式2)

λ=6.38t+118.4 (式3)

λ=16.85t-115.6 (式4)

λ=36.92t-125.2 (式5)

其中λ為多孔隙鋁層的干涉波長，單位為奈米(nm)，而t為陽極氧化處理時間，單位為秒。

以光譜儀(Hitachi U-4100)量測圖5B中各色彩化基板的多孔隙鋁層的干涉波長，並將第二干涉波長與第二時間(單位為分鐘)進行另一線性回歸分析，結果如圖6B所示，正電壓之電壓值為20V、30V及40V的條件下氧化300秒後進行擴孔處理，所得到的線性回歸直線函數分別為式6至式8：λ=-7.31t+687.4 (式6)

λ=-3.35t+576.5 (式7)

λ=-2.63t+700.2 (式8)

其中λ為多孔隙鋁層的干涉波長，單位為奈米(nm)，而式6至式8中的t為擴孔處理時間，單位為分鐘。

由上述結果可知，若要製出草綠色之色彩化基板(如圖5A及圖5B中所示)，可將前述第一實施例中步驟S20(一次性陽極氧化處理)的正電壓值設定為40V並將第一時間設定為300秒，或是將前述第一實施例中步驟S20(一次性陽極氧化處理)的正電壓值設定為30V並將第一時間設定為300秒，並進行15分鐘的步驟S21(擴孔處理)。

因此，若欲製出具有特定色彩之色彩化基板，即能就上述線性回歸分析所得出之直線函數，將所欲顯示色彩之波長(即多孔隙鋁層之干涉波長)回推計算出適當之正電壓值以及陽極氧化處理時間與擴孔處理時間。

實驗例三：具有雙色區域的色彩化基板製備

請同時參考圖7。將此含鋁基板在室溫中進行陽極氧化，對基板所施加以下正電壓為40V及負電壓為-2V的脈衝電壓訊號，脈衝電壓訊號脈衝波週期為2秒(亦即施加1秒正電壓後跟隨施加1秒負電壓)，陽 極氧化處理時間為200秒。使用三極式的電化學恆電位儀(Jiehan 5000,Taiwan)，分別以鉑網為輔助電極、鋁試片為工作電極，Ag/AgCl為參考電極，電解液為0.3M草酸。接著，將陽極氧化處理完畢後之基板，把光阻旋轉塗佈於基板部分之區域(為圖7中台灣圖案之區域)上，本實驗例係使用S1813正型光阻，轉速設定為二階段，第一階段為500rpm，進行15秒，第二階段則為3000rpm，進行32秒)，選定遮罩後使用325nm的UV燈(照射功率為15W)曝光150秒，顯影10秒。接著，將前述塗佈有光阻之基板進行第一次擴孔處理，時間設定為24分鐘，其餘擴孔處理參數與實驗例一相同。接著移除UV光阻後，再進行第二次擴孔處理，此時擴孔處理時間為8分鐘。最後，將擴孔處理完畢之基板表面鍍上鉑(Pt)層，電流設定為20毫安培(mA)，鍍層處理時間為2分鐘。

結果如圖7所示，原本塗佈有UV光阻之區域(圖7中台灣圖案之區域)僅接受一次8分鐘的擴孔處理，然未被UV光阻覆蓋之區域，其共接受兩次的擴孔處理，處理時間共為32分鐘(8分鐘+24分鐘)。因此，即於基板上呈現出兩種不同的顏色區域。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

S10、S20、S30‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法，包含以下步驟：提供一含鋁基板；於室溫下將該含鋁基板進行一一次性陽極氧化處理，該一次性陽極氧化處理包括對該含鋁基板施加一脈衝訊號，持續一第一時間，使該含鋁基板表面生成一多孔隙氧化鋁層，該脈衝訊號包含有一正電壓以及一負電壓；以及於該多孔隙氧化鋁層表面鍍上一金屬層，其中該多孔隙氧化鋁層具有一干涉波長，將該干涉波長與該第一時間進行一線性回歸，所獲得之直線斜率的絕對值係介於1.8~38.5之間，且該斜率的絕對值係與該正電壓之電壓值呈正相關。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法，其中該正電壓之電壓值為20至60伏特，當該正電壓之電壓值為20伏特，該干涉波長與該第一時間之直線斜率的絕對值為2.0±0.5，當該正電壓之電壓值為30伏特，該干涉波長與該第一時間之直線斜率的絕對值為3.5±0.5，當該正電壓之電壓值為40伏特，該干涉波長與該第一時間之直線斜率的絕對值為6.4±0.5，當該正電壓之電壓值為50伏特，該干涉波長與該第一時間之直線斜率的絕對值為16.8±0.5，當該正電壓之電壓值為60伏特，該干涉波長與該第一時間之直線斜率的絕對值為36.9±0.5。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法，其中於該多孔隙氧化鋁層表面鍍上一金屬層之步驟前，進一步將該具有該多孔隙氧化鋁層的該含鋁基板浸置於一蝕刻液中，進行一擴孔處理，持續一第二時間，將該干涉波長與該第二時間進行一線性回歸，所獲得之直線斜率的絕對值係介於1.5~8.0之間，且該斜率的絕對值係與該正電壓之電壓值呈負相關。
4. 如申請專利範圍第3項所述之無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法，其中該當正電壓之電壓值為20伏特，該干涉波長與該第二時間之直線斜率的絕對值為7.3±0.5，當該正電壓之電壓值為30伏特，該干涉 波長與該第二時間之直線斜率的絕對值為3.4±0.5，當該正電壓之電壓值為40伏特，該干涉波長與該第二時間之直線斜率的絕對值為2.6±0.5。
5. 如申請專利範圍第3項所述之無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法，其中於將該具有該多孔隙氧化鋁層的該含鋁基板浸置於該蝕刻液前，進一步於該多孔隙氧化鋁層部分之表面設置一保護層，且於該擴孔處理後，移除該保護層，並將該具有該多孔隙氧化鋁層的該含鋁基板浸置於該蝕刻液中再進行一次擴孔處理。
6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法，其中該含鋁基板為一純鋁材質之基板、一鋁合金基板、或一鍍有一鋁層之基板。
7. 如申請專利範圍第6項所述之無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法，其中該鋁層之厚度為10nm至1000nm。
8. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之無染劑一次性陽極氧化鋁表面色彩化方法，其中該金屬層係以反射率大於70%的金屬材質所構成，且該金屬層之厚度介於5nm至25nm。
9. 一種無染劑一次性陽極氧化鋁處理之表面色彩化基板，包含有：一含鋁基板；以及一多孔隙氧化鋁層，形成於該含鋁基材之一表面，該多孔隙氧化鋁層具有5nm至1000nm的厚度，其中多孔隙氧化鋁層係經由下列步驟所形成：於室溫下將該含鋁基板進行一一次性陽極氧化處理，該一次性陽極氧化處理包括對該含鋁基板施加一脈衝訊號，持續一第一時間，該脈衝訊號包含有一正電壓以及一負電壓；以及於該多孔隙氧化鋁層表面鍍上一金屬層，其中該多孔隙氧化鋁層具有一干涉波長，將該干涉波長與該第一時間進行一線性回歸，所獲得之直線斜率的絕對值係介於1.8~38.5之間，且該斜率的絕對值係與該正電壓之電壓值呈正相關。
10. 一種無染劑一次性陽極氧化鋁處理之表面色彩化基板，包含有：一含鋁基板；以及 一多孔隙氧化鋁層，形成於該含鋁基材之一表面，該多孔隙氧化鋁層具有5nm至1000nm的厚度，其中多孔隙氧化鋁層係經由下列步驟所形成：於室溫下將該含鋁基板進行一一次性陽極氧化處理，該一次性陽極氧化處理包括對該含鋁基板施加一脈衝訊號，持續一第一時間，該脈衝訊號包含有一正電壓以及一負電壓；將該具有該多孔隙氧化鋁層的該含鋁基板浸置於一蝕刻液中，進行一擴孔處理，持續一第二時間；以及於該多孔隙氧化鋁層表面鍍上一金屬層，其中該多孔隙氧化鋁層具有一干涉波長，將該干涉波長與該第二時間進行一線性回歸，所獲得之直線斜率的絕對值係介於1.5~8.0之間，且該斜率的絕對值係與該正電壓之電壓值呈負相關。