專利名稱：反射紫外線及紅外線的光學(xué)涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反射紫外線及紅外線的涂層，且更具體地涉及一種由多層具有不同折射率的材料形成，可透射可見(jiàn)光，同時(shí)有效地遮蔽紫外線及紅外線的多層結(jié)構(gòu)。尤其是，本發(fā)明涉及具有該多層結(jié)構(gòu)的窗結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
通常，波長(zhǎng)范圍在10～400nm的紫外線可以造成人體的皮膚老化、眼睛疲勞或白內(nèi)障，以及物品的脫色，而波長(zhǎng)范圍為700nm以上的紅外線可產(chǎn)生熱而使周圍溫度上升。尤其對(duì)于窗占大部分面積的車輛或建筑物來(lái)說(shuō)，紫外線會(huì)對(duì)人體及室內(nèi)物品造成傷害。在夏天，由于紅外線而引起的溫度上升使空調(diào)使用費(fèi)增加。
為了遮蔽紫外線或紅外線，將有色塑料薄片或金屬涂層材料用于窗。但由于這種有色塑料薄片或金屬涂層既遮蔽可見(jiàn)光也遮蔽紫外線及紅外線，因此尤其在行車時(shí)，會(huì)造成難以確保駕駛視野或者難以觀察前方情況。上述有色塑料薄片或金屬涂層還會(huì)造成建筑物內(nèi)采光不足。
遮蔽人們開(kāi)發(fā)了如韓國(guó)專利公報(bào)1988-10930A公開(kāi)的用于遮蔽紅外線的多層結(jié)構(gòu)以遮蔽太陽(yáng)光中紅外線，但是該結(jié)構(gòu)只能遮蔽有限波長(zhǎng)范圍在900～1200nm的紅外線。改結(jié)構(gòu)既不能遮蔽超過(guò)1200nm的紅外線，也不能同時(shí)遮蔽紫外線和紅外線。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的之一是提供一種可有效遮蔽紫外線和紅外線并可透射可見(jiàn)光的多層結(jié)構(gòu)，以及由這種結(jié)構(gòu)所制成的窗結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種由具有不同折射率和不同厚度的材料形成的多層結(jié)構(gòu)以有效地遮蔽紫外線及紅外線，以及由這種結(jié)構(gòu)所制成的窗結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種可遮蔽紫外線及紅外線的物品，例如汽車用安全玻璃。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，如本文中具體和寬泛地描述，用于遮蔽紫外線及紅外線的多層結(jié)構(gòu)包括2或3層的Ag、2或3層的氧化銦錫(ITO)和2層～4層的電介質(zhì)氧化物層。至少兩層Ag被設(shè)置鄰接于氧化銦錫層作為向上層或向下層。各電介質(zhì)層由選自SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、Y2O3和Ta2O5的材料制成。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案，用于遮蔽紫外線及紅外線的窗結(jié)構(gòu)包括玻璃或塑料材料；2或3層的Ag、2或3層的氧化銦錫層(ITO)和2層～4層的電介質(zhì)氧化物層。其中至少兩層Ag被設(shè)置鄰接于氧化銦錫層作為向上層或向下層。
根據(jù)本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)通過(guò)在玻璃或例如丙烯(acryl)基塑料的基板上層疊具有不同折射率的多層涂層材料而制成。該結(jié)構(gòu)的各個(gè)層可以通過(guò)如物理氣相沉積法(PVD)或化學(xué)氣相沉積法(CVD)的氣相沉積法被沉積。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)采用了多級(jí)反射，該反射在由不同于其它材料的涂層材料制備的各個(gè)薄層中發(fā)生，以有選擇地反射或透射具有特定波長(zhǎng)范圍的光。各個(gè)涂層材料應(yīng)根據(jù)各自的折射率和光學(xué)性能來(lái)選擇，并應(yīng)考慮到對(duì)于預(yù)期波長(zhǎng)范圍的多級(jí)反射的產(chǎn)生，從而確定各層的沉積厚度。
本發(fā)明采用銀(Ag)、氧化銦錫(ITO)和電介質(zhì)氧化物作為涂層材料。
銀(Ag)對(duì)可見(jiàn)光具有良好的透射性并對(duì)紅外線范圍具有良好的反射性能。Ag層的厚度優(yōu)選為5nm～15nm的范圍。
氧化銦錫(ITO)為銦和錫的氧化物，其In2O3和SnO2的比例范圍為85∶15～95∶4。不管沉積厚度如何，ITO對(duì)可見(jiàn)光具有良好的80％以上的光學(xué)透過(guò)性。
電介質(zhì)氧化物優(yōu)選自SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、Y2O3和Ta2O5，并且根據(jù)各折射率確定其厚度。
圖1為透過(guò)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的光學(xué)涂層的入射光波長(zhǎng)-入射光透射百分比的曲線圖；圖2為透過(guò)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的光學(xué)涂層的入射光波長(zhǎng)-入射光透射百分比的曲線圖；圖3為透過(guò)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的光學(xué)涂層的入射光波長(zhǎng)-入射光透射百分比的曲線圖；
圖4為透過(guò)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例4的光學(xué)涂層的入射光波長(zhǎng)-入射光透射百分比的曲線圖；圖5為透過(guò)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的光學(xué)涂層的入射光波長(zhǎng)-入射光透射百分比的曲線圖；圖6為透過(guò)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例6的光學(xué)涂層的入射光波長(zhǎng)-入射光透射百分比的曲線圖；和圖7為具有本發(fā)明多層結(jié)構(gòu)的汽車窗的橫剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行更為詳細(xì)的說(shuō)明。
實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的遮蔽紫外線及紅外線的多層結(jié)構(gòu)具有7層，其使用如Ag、ITO、SiO2和TiO2的4種涂層材料。
按照在基板上的順序，涂層材料的排列、折射率及厚度列于下表1。
表1序號(hào)材料折射率(基準(zhǔn)波長(zhǎng)510nm) 層厚度(nm)7 TiO22.3486728.816 Ag 0.051 14.385 ITO 2.058 84.634 Ag 0.051 8.073 TiO22.34867126.062 ITO 2.058 38.14
1 SiO21.4618 162.79基板玻璃 1.52077如表1所示，多層結(jié)構(gòu)可采用4種涂層材料形成7層結(jié)構(gòu)。特別是，第5層ITO層被夾在第4層Ag層和第6層Ag層之間。
多層結(jié)構(gòu)中紫外線和紅外線的遮蔽效果在表示入射光透射百分比-入射光波長(zhǎng)的圖1中顯示。遮蔽多層結(jié)構(gòu)透過(guò)約1.77％200nm波長(zhǎng)的光，和約8％300nm波長(zhǎng)的光以遮蔽紫外光，同時(shí)其可透過(guò)85％以上的可見(jiàn)光。另外，在800nm波長(zhǎng)該結(jié)構(gòu)的透射率為約31％且在1000nm波長(zhǎng)透射率降到8％以下，從而在整個(gè)紅外線區(qū)域內(nèi)可有效遮蔽紅外線。
實(shí)施例2根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的遮蔽紫外線及紅外線的多層結(jié)構(gòu)具有7層，其使用如Ag、ITO和Y2O3的3種涂層材料。
按照在基板上的順序，涂層材料的排列、折射率及厚度列于下表2。
表2序號(hào)材料折射率(基準(zhǔn)波長(zhǎng)510nm) 層厚度(nm)7 Y2O31.795814.086 ITO 2.058 36.145 Ag 0.051 12.824 ITO 2.058 71.913 Ag 0.051 9.392 Y2O31.7958185.56
1 Ag 0.0515.79基板玻璃 1.52077如表2所示，多層結(jié)構(gòu)可采用3種涂層材料形成7層結(jié)構(gòu)，特別是，第3層和第5層的Ag層與第4層和第6層的ITO相互交替設(shè)置。
多層結(jié)構(gòu)中紫外線和紅外線遮蔽效果在表示入射光透射百分比-入射光波長(zhǎng)的圖2中顯示。遮蔽多層結(jié)構(gòu)透過(guò)約3.5％200nm波長(zhǎng)的光，和約9.5％300nm波長(zhǎng)的光以遮蔽紫外光，同時(shí)透過(guò)85％以上的可見(jiàn)光。另外，在800nm波長(zhǎng)該結(jié)構(gòu)的透射率為約32％，且在1000nm波長(zhǎng)透射率被降到4％以下，從而在整個(gè)紅外線區(qū)域可有效遮蔽紅外線。
實(shí)施例3根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的遮蔽紫外線及紅外線多層結(jié)構(gòu)為7層結(jié)構(gòu)，其使用了如Ag、ITO和ZrO2的3種涂層材料。
按照在基板上的順序，涂層材料的排列、折射率及厚度列于下表3。
表3號(hào)碼材料折射率(基準(zhǔn)波長(zhǎng)510nm)層厚度(nm)7 ZrO22.06576 9.586 ITO 2.05829.575 Ag 0.05113.074 ITO 2.05876.343 Ag 0.05110.052 ZrO22.06576 63.841 Ag 0.0515.6
基板玻璃 1.52077如表3所示，多層結(jié)構(gòu)可采用3種涂層材料形成為7層結(jié)構(gòu)，特別是，第3層和第5層的Ag層與第4層和第6層的ITO層相互交替設(shè)置。
多層結(jié)構(gòu)中紫外線及紅外線遮蔽效果在表示入射光透射百分比-入射光波長(zhǎng)的圖3中顯示。遮蔽多層結(jié)構(gòu)透射約3.2％200nm波長(zhǎng)的光，和約9.7％300nm波長(zhǎng)的光以遮蔽紫外光，同時(shí)其透射85％以上的可見(jiàn)光。另外，在800nm波長(zhǎng)該結(jié)構(gòu)的透射率為約32.5％，且在1000nm波長(zhǎng)透射率被降低到小于9％，從而在整個(gè)紅外線區(qū)域可有效遮蔽紅外線。
實(shí)施例4根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例4遮蔽紫外線及紅外線的多層結(jié)構(gòu)為8層結(jié)構(gòu)，其采用如Ag、ITO、SiO2和Ta2O5的4種涂層材料。
按照在基板上的順序，涂層材料的排列、折射率及厚度列于下表4。
表4序號(hào)材料 折射率(基準(zhǔn)波長(zhǎng)510nm)層厚度(nm)8 Ta2O52.14455 357 Ag 0.05113.386 ITO 2.05879.895 Ag 0.05111.064 Ta2O52.14455 72.43 Ag 0.05110.76
2 ITO2.058 34.181 SiO21.4618 103.67基板玻璃 1.52077如表4所示，多層結(jié)構(gòu)可采用4種涂層材料形成為8層結(jié)構(gòu)，特別是，在第2層ITO層上設(shè)置第三層Ag層，和第6層ITO層被夾在第5層Ag層和第7層Ag層之間。
多層結(jié)構(gòu)中紫外線和紅外線遮蔽效果在表示入射光透射百分比-入射光波長(zhǎng)的圖4中顯示。遮蔽多層結(jié)構(gòu)透射約0.08％200nm波長(zhǎng)的光和約6.8％300nm波長(zhǎng)的光以遮蔽紫外光，同時(shí)其透射85％以上的可見(jiàn)光。另外，在800nm波長(zhǎng)該結(jié)構(gòu)的透射率為約29％，且在1000nm波長(zhǎng)透射率被降低到小于2％，從而在整個(gè)紅外線區(qū)域可有效遮蔽紅外線。
實(shí)施例5根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的遮蔽紫外線及紅外線多層結(jié)構(gòu)為9層結(jié)構(gòu)，其采用了如Ag、ITO、SiO2和Al2O3的4種涂層材料。
按照在基板上的順序，涂層材料的排列、折射率及厚度列于下表5。
表5序號(hào)材料折射率(基準(zhǔn)波長(zhǎng)510nm) 層厚度(nm)9 SiO21.4618 3.588 ITO 2.058 36.917 Al2O31.6726 56 Ag 0.051 15.28
5 ITO2.058 78.884 Al2O31.6726 53 Ag 0.051 12.422 ITO2.058 40.641 SiO21.4618 78.7基板玻璃 1.52077如表5所示，多層結(jié)構(gòu)可采用4種涂層材料形成為9層結(jié)構(gòu)，特別是，第3層及第6層Ag層分別設(shè)置于第2層及第5層ITO層上。
多層結(jié)構(gòu)中紫外線及紅外線遮蔽效果在表示入射光透射百分比-入射光波長(zhǎng)的圖5中顯示。遮蔽多層結(jié)構(gòu)透射約5％300nm波長(zhǎng)的光以遮蔽紫外線，同時(shí)透射85％以上的可見(jiàn)光。另外，在800nm波長(zhǎng)該結(jié)構(gòu)的透射率為約24％，且在1000nm波長(zhǎng)透射率被降到4.2％以下，從而在整個(gè)紅外線區(qū)域可有效遮蔽紅外線。
實(shí)施例6根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例6遮蔽紫外線及紅外線的多層結(jié)構(gòu)為10層結(jié)構(gòu)，其采用了如Ag、ITO、SiO2和Al2O3的4種涂層材料。
按照在基板上的順序，涂層材料的排列、折射率及厚度列于下表6。
表6序號(hào)材料折射率(基本波長(zhǎng)510nm) 層厚度(nm)10 Al2O31.6726 16.219 ITO 2.058 12.578 Al2O31.6726 23.76
7 Ag 0.051 12.296 ITO2.058 74.885 Ag 0.051 11.794 Al2O31.6726 111.823 Ag 0.051 10.652 ITO2.058 40.771 SiO21.4618 78.9基板玻璃 1.52077如表6所示，多層結(jié)構(gòu)采用4種涂層材料形成為10層結(jié)構(gòu)，特別是，在第2層ITO層上設(shè)置第3層Ag層，和第6層ITO層被夾在第5層Ag層和第7層Ag層之間。
多層結(jié)構(gòu)中紫外線及紅外線遮蔽效果在表示入射光透射百分比-入射光波長(zhǎng)的圖6中顯示。遮蔽多層結(jié)構(gòu)透射約4.7％300nm波長(zhǎng)的光以遮蔽紫外光，同時(shí)其透射85％以上的可見(jiàn)光。另外，在800nm波長(zhǎng)該結(jié)構(gòu)的透射率為約21％，且在1000nm波長(zhǎng)透射率被降到1.6％以下，從而在整個(gè)紅外線區(qū)域可有效遮蔽紅外線。
本發(fā)明提供了可以有效遮蔽紫外線及紅外線，同時(shí)可透射可見(jiàn)光的多層結(jié)構(gòu)。該多層結(jié)構(gòu)可適用于如汽車窗玻璃、建筑物或者博物館的展示品、等離子板(PDP)等各種應(yīng)用。具有這種多層結(jié)構(gòu)的窗玻璃可抑制周圍溫度上升，并可以保護(hù)皮膚和防止物品的脫色。
尤其是，在夏季日照下，該結(jié)構(gòu)可使汽車內(nèi)溫度降低30％以上從而節(jié)約燃料。另外，該多層結(jié)構(gòu)甚至可以被用于不能直接粘貼彩色薄膜的汽車前窗。
參考圖7，根據(jù)本發(fā)明的汽車安全玻璃100由玻璃或塑料材料的兩張透明平板10和夾設(shè)于該兩平板間的塑料薄膜30構(gòu)成。塑料薄膜30由塑化聚乙烯醇縮丁醛(PVB)制成，并且如果玻璃破碎，碎片將粘在該塑料薄膜上。
在平板10之一和塑料薄膜30之間設(shè)置本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)20以有效遮蔽射入車內(nèi)的紫外線及紅外線。因多層結(jié)構(gòu)20未露于外部，其很難被損壞。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下，對(duì)本發(fā)明的各種修改和變化均是可以的。
權(quán)利要求
1.一種形成在玻璃或塑料基板上用于遮蔽紫外線及紅外線的多層結(jié)構(gòu)，包括2或3層的Ag層；2或3層的氧化銦錫層(ITO)；和2層～4層的電介質(zhì)氧化物層；其中至少兩層Ag層被設(shè)置鄰接于氧化銦錫層作為向上層或向下層。
2.如權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征是，各電介質(zhì)氧化物層由選自SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、Y2O3和Ta2O5的材料制成。
3.如權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征是，多層結(jié)構(gòu)為7層形成于基板上厚度為162.79nm且折射率為1.462的SiO2第一層；形成于第一層上厚度為38.14nm且折射率為2.058的ITO第二層；形成于第二層上厚度為126.06nm且折射率為2.349的TiO2第三層；形成于第三層上厚度為8.07nm且折射率為0.051的Ag第四層；形成于第四層上厚度為84.63nm且折射率為2.058的ITO第五層；形成于第五層上厚度為14.38nm且折射率為0.051的Ag第六層；和形成于第六層上厚度為28.81nm且折射率為2.349的ITO第七層。
4.如權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征是，多層結(jié)構(gòu)為7層形成于基板上厚度為5.79nm且折射率為0.051的Ag第一層；形成于第一層上厚度為85.56nm且折射率為1.79581的Y2O3第二層；形成于第二層上厚度為9.39nm且折射率為0.051的Ag第三層；形成于第三層上厚度為71.91nm且折射率為2.058的ITO第四層；形成于第四層上厚度為12.82nm且折射率為0.051的Ag第五層；形成于第五層上厚度為36.14nm且折射率為2.058的ITO第六層；和形成于第六層上厚度為4.08nm且折射率為1.79581的Y2O3第七層。
5.如權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征是，多層結(jié)構(gòu)為7層形成于基板上厚度為5.6nm且折射率為0.051的Ag第一層；形成于第一層上厚度為63.84nm且折射率為2.06576的ZrO2第二層；形成于第二層上厚度為10.05nm且折射率為0.051的Ag第三層；形成于第三層上厚度為76.34nm且折射率為2.058的ITO第四層；形成于第四層上厚度為13.07nm且折射率為0.051的Ag第五層；形成于第五層上厚度為29.57nm且折射率為2.058的ITO第六層，和形成于第六層上厚度為9.58nm且折射率為2.06576的ZrO2第七層。
6.如權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征是，多層結(jié)構(gòu)為8層形成于基板上厚度為103.67nm且折射率為1.4618的SiO2第一層；形成于第一層上厚度為34.18nm且折射率為2.058的ITO第二層；形成于第二層上厚度為10.76nm且折射率為0.051的Ag第三層；形成于第三層上厚度為72.4nm且折射率為2.14455的Ta2O5第四層；形成于第四層上厚度為11.06nm且折射率為0.051的Ag第五層；形成于第五層上厚度為79.89nm且折射率為2.058的ITO第六層；形成于第六層上厚度為13.38nm且折射率為0.051的Ag第七層；和形成于第七層上厚度為35nm且折射率為2.14455的Ta2O5第八層。
7.如權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征是，多層結(jié)構(gòu)為9層形成于基板上厚度為78.7nm且折射率為1.4618的SiO2第一層；形成于第一層上厚度為40.64nm且折射率為2.058的ITO第二層；形成于第二層上厚度為12.42nm且折射率為0.051的Ag第三層；形成于第三層上厚度為5nm且折射率為1.6726的Al2O3第四層；形成于第四層上厚度為78.88nm且折射率為2.058的ITO第五層；形成于第五層上厚度為15.28nm且折射率為0.051的Ag第六層；形成于第六層上厚度為5nm且折射率為1.6726的Al2O3第七層；形成于第七層上厚度為36.91nm且折射率為2.058的ITO第八層；和形成于第八層上厚度為3.58nm、折射率為1.4618的SiO2第九層。
8.如權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)，其特征是，多層結(jié)構(gòu)為10層形成于基板上厚度為78.9nm且折射率為1.4618的SiO2第一層；形成于第一層上厚度為40.77nm且折射率為2.058的ITO第二層；形成于第二層上厚度為10.65nm且折射率為0.051的Ag第三層；形成于第三層上厚度為111.82nm且折射率為1.6726的Al2O3第四層；形成于第四層上厚度為11.79nm且折射率為0.051的Ag第五層；形成于第五層上厚度為74.88nm且折射率為2.058的ITO第六層；形成于第六層上厚度為12.29nm且折射率為0.051的Ag第七層；形成于第七層上厚度為23.76nm且折射率為1.6726的Al2O3第八層；形成于第八層上厚度為12.57nm且折射率為2.058的ITO第九層；和形成于第九層上厚度為16.21nm且折射率為1.6726的Al2O3第十層。
9.將權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)用于玻璃或塑料基板表面的物品。
10.一種用于遮蔽紫外線及紅外線的窗結(jié)構(gòu)，包括玻璃或塑料材料的基板；2或3層的Ag層；2或3層的氧化銦錫層(ITO)；和2層～4層的電介質(zhì)氧化物層；其中至少兩層Ag層被設(shè)置鄰接于氧化銦錫層作為向上層或向下層。
11.如權(quán)利要求10窗結(jié)構(gòu)，其特征是，各個(gè)電介質(zhì)氧化物層由選自SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、Y2O3和Ta2O5的材料制成。
12.一種安全玻璃，包括由玻璃或塑料材料制成的兩張透明平板；粘著于二透明平板間，用于防止平板破碎的塑料薄膜；和設(shè)置于至少透明平板之一和塑料薄膜之間的遮蔽紫外線及紅外線的光學(xué)涂層，包括2或3層的Ag層；2或3層的氧化銦錫(ITO)層；和2層～4層的電介質(zhì)氧化物層，其中至少兩層Ag層被設(shè)置鄰接于氧化銦錫層作為向上層或向下層。
13.如權(quán)利要求12所述的安全玻璃，其特征是，各個(gè)電介質(zhì)氧化物層由選自SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、Y2O3、和Ta2O5的材料制成。
全文摘要
一種遮蔽紫外線及紅外線的多層結(jié)構(gòu)，包括2或3層Ag，2或3層氧化銦錫(ITO)和2層～4層的電介質(zhì)氧化物。至少兩層Ag被設(shè)置鄰接于氧化銦錫層作為向上層或向下層。各電介質(zhì)氧化物層可由選自SiO
文檔編號(hào)G02B5/28GK1744989SQ200380109406
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2003年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者鄭必?zé)?申請(qǐng)人:日真光學(xué)技術(shù)有限公司