[发明专利]用于温敏基底的防反射涂层

说明书

                     发明背景

概括地说，本发明涉及用于基底的多层防反射涂层，更具体地说，涉及由直流反应溅射沉积在温敏基底上的多层防反射涂层。

最简单的防反射涂层是折射率比其所沉积的基底低的透明材料的单层涂层。在波长约520纳米(nm)下，即约在可见光谱的中间值下，这样一层的光学厚度可以为约1/4波长。可见光谱波长为约420nm至约680nm。在某涂层的光学厚度是某波长的1/4的那个波长下，该单层涂层的反射值最小。在所有其他波长下，反射均比该最小值高，但是比未涂层基底的反射低。折射率为约1.52的未涂层玻璃表面反射约4.3％的垂直入射光。

多层防反射涂层是通过将两层或两层以上透明绝缘材料沉积在基底上制备的。至少一层的折射率比基底高。该层系统通常包含至少三层，并且设计成在可见光谱的所有波长下均减少反射。多层防反射涂层在可见光谱范围内可产生的反射值为0.25％以下。

大多数多层防反射涂层是由基本三层系统得到的。该系统的第一层即最外层的折射率比基底低，在波长约520nm下，其光学厚度为约1/4波长。第二层即中间层的折射率比基底高，在波长约520nm下，其光学厚度为约1/2波长，第三层，即沉积于基底的那层，折射率比基底大，但比第二层低。在波长约520nm下，第三层的光学厚度也是约1/4波长。该基本设计首先在Lockhart和King的论文“三层减反射涂层”中被叙述，美国光学学会会志(J.Opt.Soc.Am)第37卷，第689～694页(1947)。

基本三层系统的缺点是，为产生最佳性能，各个层的折射率必须具有特定数值。第三层的折射率的选择和控制是特别重要的。特定折射率数值的偏差不能用改变层厚补偿。

为克服这些缺点，对Lockhart和King系统进行了各种改进。例如：通过形成至少一层涂层由折射率分别比该层所需要的数值高和低的两种材料的混合物组成的涂层，改进了该层系统。一层或一层以上的折射率也通过使用具有与所需要层的光学厚度相同的总光学厚度的较薄层的组合来模拟，但是所包括的层的折射率有的比所需数值高，而有的比所需数值低。

其他改进方法包括将一层或一层以上的折射率作为厚度的函数来改变，即在厚度方向上使层的折射率不均匀。美国专利3,960,441叙述了这个方法。另一种改进是在基本三层系统和基底之间使用另一层。这另一层的光学厚度可为约1/2波长，即约为基本系统厚度的1/2，而其折射率比基底低。该改进方法公开在美国专利3,781,090中。

以上讨论的层系统一般采用热蒸发沉积。在热蒸发中，沉积各层所需要的时间仅为总生产时间的较小部分。生产时间可以由下述因素决定，如涂层室降压时间、将基底加热至加工温度所需要的时间以及涂层后冷却基底需要的时间。涂层层数、层厚和层材料对生产时间乃至成本都不能有大的影响。

直流反应溅射是工业上大面积涂层操作最经常使用的方法。例如：金属氧化物层是由在含有氧气氛中溅射适当的金属沉积的。在反应溅射工艺中，待涂层制品经过一系列串联真空室，每个室均有溅射源，即溅射阴极。这些室通过真空阀被彼此隔开。这种系统可称为串联系统或简称为玻璃涂层器。

沉积各层花费的时间主要决定于层数和材料的溅射速率。使用玻璃涂层器沉积多层防反射涂层可以大大降低其成本、扩大其应用范围。这类涂层可以应用于陈列的画框玻璃，也可用做建筑和汽车窗用玻璃的热控涂层。

在热蒸发工艺中使用的许多材料，特别是氟化物和硫化物，是不易溅射的。相反，通常使用于建筑玻璃溅射系统的少数材料如氧化锌(ZnO)，在热蒸发工艺中(如果曾被使用过)则是极易溅射的。不同材料的溅射速率可以以大于20的因数改变。所以材料的选择对沉积时间和制造成本能有很大影响。在多室串联溅射系统中，可以安排每室沉积一种具体材料。这样，能够沉积的层数是由室数决定的。所以为溅射沉积而设计的涂层应尽可能简单。假如可能，也应该以具有高溅射速率的材料制备。