[发明专利]吸光层状结构体

说明书

技术领域

本发明涉及一种对于观察者呈现不透明的吸光层状结构体，所述吸光层状结构体包含：面对观察者的正面子层，所述正面子层由其中嵌有第一平均浓度的粒子的介电金属氧化物基质制成，所述粒子由导电材料制成；以及背对观察者的背面子层，所述背面子层由基质和嵌入其中的第二平均浓度的粒子制成，所述基质由所述金属氧化物制成，所述粒子由所述导电材料制成，所述第二平均浓度比所述第一平均浓度高。

背景技术

吸光层应用于阴极射线管或例如液晶显示器的其它高分辨率显示器的玻璃表面上。吸光结构也被称为“黑色矩阵”。它减少环境光反射，并且通过将不同颜色的毗邻半透明区域相互分离或通过覆盖有源矩阵显示器（active matrix display）的薄膜晶体管并且因此减少光学相互作用或对比降低性反射来提高对比度。

在最简单的情况下，黑色矩阵结构由石墨或石墨化碳组成。然而，随着生产的高分辨率显示器越来越大型化，黑色矩阵层所面临的要求正在增加。现代的层状结构体要么含有印刷的有机吸收剂（printed organ absorber），要么由基于Cr、CrNx和CrOy的类金属陶瓷层系统组成。热-太阳能吸收器（thermo-solar absorber）也需要黑色层。在这个申请中也使用所谓的金属陶瓷。这些物质由其中嵌有导电（通常是金属）粒子的介电或不导电基质组成，所述粒子使进入层中的光散射。

一种广泛的黑色矩阵层状结构体由亚化学计量的氧化铬（CrO_x）基质和嵌入其中的铬（Cr）粒子组成。这种类型的层状结构体，在下文中为简洁起见也可以称为“CrO_x/Cr”或“CrO_x+Cr”，从US5,976,639A可获知。这种已知的层由三个子层组成。在玻璃衬底上施加具有低铬分数的下子层、具有高铬分数的上层以及介于下层和上层之间的具有递增的铬分数的中间层。金属铬粒子使来自玻璃衬底的入射光散射并且主要在层状结构体的上子层将所述入射光驱散。

然而，铬是有毒的，尤其在生产过程中需要的蚀刻工艺中更是如此。根据US6,387,576B2，无铬的吸光黑色矩阵层避免了这个缺点。所述矩阵层由含有至少一种其它金属的介电材料SiO作为基质组成，所述金属为铁、钴、钒或钛。SiO含量沿着光射到显示器上的入射方向而减少，而金属含量则增加。为了满足光学要求，这样生产的渐变层必须具有至少200nm的层厚度，并且它们在工业制造过程中难以沉积。

生产吸光性黑色矩阵结构涉及例如PVD技术（物理气相沉积，在下文中也称为“溅射”）。在溅射中，通过使用高能量离子（通常是惰性气体离子）轰击并且转移到气相的方式来从固体主体（所谓的溅射标靶）移除原子或化合物。气相中的原子或分子通过冷凝而最终沉积在溅射标靶附近的衬底上，从而形成一个层。在直流电压溅射或DC溅射（直流溅射）中，在被布置为阴极的标靶和阳极（通常是设备的外壳）之间施加直流电压。于是，惰性气体离子的碰撞电离作用在抽空的气体空间中形成低压等离子体，所述低压等离子体的带正电的组分作为持续粒子流通过所施加的直流电压向标靶方向加速并且在碰撞作用下从标靶敲出粒子，所述粒子则向衬底方向移动并且在衬底上沉积形成一个层。

DC溅射只能在导电标靶材料的情况下使用，否则标靶会由于带电粒子的持续流动而带电并且会因此抵消直流电压场。另一方面，溅射方法尤其适合于以经济的方式生产尤其高质量的层，因此使用这种技术是令人满意的。

吸光层系统也用于阳光的热应用中。在这种情况下，层状结构体典型地包含金属陶瓷层和位于下方的作为选择性反射器的金属最终层。嵌入金属陶瓷层中的导电或金属粒子典型地具有5-30nm的直径。

所述层叠堆在太阳光光谱范围（约350nm到1,500nm）内显示高吸光率，而它们在红外光谱范围内的吸光率较低。电镀技术和PVD技术是其工业制造中常见的。

所述层叠堆的实例包括Ni/NiO+Al和TiNx/TiO₂+Cu。关于最新概述，参见“肯尼迪，化学工程师：-中温到高温太阳能选择性吸收材料的回顾；NREL技术报告（2002年七月）（Kennedy,C.E.:-Review of Mid-to High-Temperature Solar Selective Absorber Materials;NREL Technical Report(July2002)）”。

作为选择性反射器的金属最终层显示最佳吸收性能。然而，由于它的电导率高，因此它对在它下方延伸的高频电子电路的信号线起强烈衰减作用，并且因此不适合用于高频技术领域中或也需要在层系统中快速转换信号的任何场合。