[发明专利]碱金属扩散阻挡层

说明书

本发明一般说来涉及在玻璃基体上涂层的技术，更进一步地说涉及防止碱金属，如钠，从玻璃中扩散到涂层中的技术。

Porter的美国专利5165972涉及用来防止碱金属离子由玻璃表面迁移的阻挡涂层，它是通过在一种气态电子供给化合物的存在下，在600℃以上使一种硅烷气体热解而在玻璃表面上沉积形成的，由此使玻璃中的氧与硅结合，从而在该玻璃表面上形成厚度不超过50nm的透明阻挡层，以防止碱金属离子迁移到对碱金属离子敏感的外涂层中，例如在涂覆导电性或红外反射涂层的玻璃中，以及在液晶显示器中。

Mizuhashi等人的欧洲专利说明书0071865(公开号)要求保护一种玻璃体，它由含有碱金属的玻璃基体和在其表面上形成的氧化硅层组成，该氧化硅层用于防止碱金属离子从玻璃基体扩散，其特征在于所述的氧化硅层含有0.01—25％摩尔与硅结合的氢。

一种有效的碱金阻挡层必须是稳定的，而且即使在高温下，如在1100°F(593℃)温度下，对碱金属扩散仍然保持密不可透。从光学来说，该阻挡层在可见光范围内必须具有较高的透光性，以不影响外涂层的光学性能。在外涂层是导电性的应用中，该阻挡层优选地应是不导电的。如果外涂层要进行局部蚀刻，例如为了产生一种电路，该阻挡层必须在蚀刻剂(通常是氢氟酸)中是稳定的。如果该阻挡层的析射率尽可能接近地与基体的折射率相匹配，就像对钠—钙—硅玻璃基体采用二氧化硅阻挡层一样，则就可以施加较厚的阻挡层以获得更大的效果，而可见光透过率不会有很大损失或者不会有其它不希望有的光学影响。

本发明认识到人们希望能采用除二氧化硅以外的材料作为碱金属，如钠，的扩散阻挡层。尽管现有技术建议这种阻挡层的折射率应该尽可能靠近地与基体的折射率相匹配(因此对玻璃基体选择二氧化硅)，但是，根据本发明，可以产生非常薄的金属氧化物，如氧化锆和氧化钛层作为钠的有效扩散阻挡层，同时还不会损坏涂层玻璃的光学性能。

本发明的氧化锆和氧化钛阻挡层可以很容易地利用磁控溅射法而沉积，尽管它们也可以通过其它技术，如热解法或溶胶—凝胶法，进行沉积。虽然本发明的扩散阻挡层的折射率明显高于典型的玻璃基体的折射率，但是由于它们非常薄，它们不会对外涂层的光学性能产生不良影响。另外，它们对外涂层的其它性能，如导电性，也不会产生不良影响。

已经发现本发明的阻挡层在极薄厚度下是有效的。现有技术指出二氧化硅阻挡层的厚度不超过50nm(500)，而本发明的金属氧化物阻挡层在厚度低于120，特别是在20—90的范围内完全有效，而且在30—60的厚度下最有效。在该厚度下，涂覆本发明的阻挡层的玻璃基体的可见光透过率基本上与未涂覆的玻璃基体的可见光透过率相同，通常仅变化约1％。

图1表示与未涂覆的玻璃相比，厚度为45、90、135和180(例1—4)的氧化钛阻挡层在降低碱金属迁移方面的效果。

图2表示与未涂覆的玻璃相比，厚度为30、60、90和120(例5—8)的氧化锆阻挡层的效果。

图3表示与未涂覆的玻璃相比厚度为30、60、90和120的锌/锡氧化物(对比例9—12)作为阻挡层的对比效果。

图4比较了厚度分别45，30和30的作为阻挡层的氧化钛、氧化锆和锌/锡氧化物的效果(例1，5和9)。

图5比较了厚度分别为90、60和60的作为阻挡层的氧化钛、氧化锆和锌/锡氧化物的效果(例2、6和10)。

图6表示氧化钛、氧化锆和锌/锡氧化物阻挡层的效果与阻挡层厚度的函数关系。

在本发明的方法及制品中采用由浮法工艺制成的常规钠钙硅组合物的玻璃基体。用金属氧化物阻挡层涂覆该玻璃样品。本发明的阻挡层是金属氧化物，该金属氧化物除了即使在高温下对碱金属扩散也是密不可透的以外，它们还是透光的、化学惰性的、和电绝缘的。优选的金属氧化物包括氧化锆和氧化钛，它们在酸中是相对难溶的。本发明的金属氧化物阻挡层优选地是通过在氧化气氛中磁控溅射金属靶而沉积的。

该阻挡层的厚度必须足以在如涂层玻璃在制备及使用过程中所要经历的高温下使碱金属迁移降至最低。举例来说，如果在阻挡层上的涂层是用于液晶显示器的导电性涂层，则LCD元件在熔块封接过程中要经受高达1100°F(593℃)的温度。本发明优选的氧化锆和氧化钛阻挡层在低到20—120的厚度下也是有效的，而在厚度为30—60的范围内时则效果最佳。由于人们认为阻挡层的效果是随厚度的增加而增加的，例如就像锌/锡氧化物那样，因此该最佳厚度范围是出人意料的。