图1 离子辅助镀膜示意图
1、离子辅助电子束蒸发的真空镀膜技术
应用该技术主要是改变镀膜过程中的膜结构,增强了膜层与基板的结合力,即膜层的牢固度的性能。
它的原理如图1所示,玻璃基片置于真空室中,抽真空至一定的真空度(从8*10﹣2帕制成开始到变为7*10﹣4帕)充入氩气、氧气等特种高纯气体,平衡到要求的真空度下点燃离子源,用电子束加热蒸发被镀材料,使之汽化,汽化后的材料分子、原子沉积于基片上,利用沉积原子和轰击离子之间一系列的物理化学作用,采用了高温蒸发镀膜状态下在基板上合成薄膜,使沉积粒子获得较大能量,以此改变成膜结构达到成膜的强附着力,使得镀膜成形产品具有表面硬度达5H。满足军用显示屏恶劣环境下使用。
2、射频离子源技术
用射频离子源技术可以实现并获得较好的物理和化学性能的功能膜层,使膜层均匀致密、韧性好、光谱特性稳定、温漂小等成膜优点,射频离子源的工作原理如图2所示,气体通过一个专门设计的气体均匀绝缘器进入石英放电室,13.56MHz的射频功率通过LC构成的人工传输线,感应进入放电室,通过产生旋涡的周向电场离化工作气体,一般采用三栅离子光学系统,离子光学系统中存在许多小孔,屏栅作为放电室的阳极,可以吸收放电电子,构成放电回路。屏极上又存在多个小孔,屏极小孔处由于有电场,在放电等离子体边界就会形成等离子双鞘层。离子通过该弯月面鞘层发射电子,经过离子光学系统的聚焦,加速形成离子束,该离子束也必须通过中和器进行强迫中和,中和器除了中和作用外,也能提供低电压离子源的点火起弧,使ITO材料雾化,并通过270°-400°高温蒸汽蒸发将ITO材料牢固的吸附于玻璃表面成膜,使得成膜产品镀膜表面均匀性良好,尤其是对于军用显示屏其宽温屏所要求的加热均匀特性起到非常好的效果。
图2 射频离子源示意图
3、导电层材料的优化技术
导电层是指玻璃表面经过镀ITO膜而形成的一层具有导电性能的膜层。目前,为了使玻璃和显示模组能同时满足透过率和导电性的最好办法是镀ITO(氧化铟锡)薄膜。ITO薄膜的电学和光学性能除了与形成的结构密切相关以外,还与ITO材料自身的纯度、配比直接相关,公司经过长期试验及验证,已经掌握了相关工艺参数,并申请了相关知识产权保护。
ITO薄膜形成机理如下:在In2O3里掺入Sn后,Sn元素可以代替In2O3晶格中的In元素而以SnO2的形式存在。由于In2O3中的In元素是三价的,形成SnO2结构时贡献了一个电子到导带上,同时在一定的缺氧状态下产生氧空穴,形成1020至25525px-3的载流子浓度和10至750px2/vs的迁移单。公司通过自有技术研制的材料配比通过真空镀膜使得成膜产品达到了军用显示屏的需求即一片玻璃实现了军用显示屏所需的四效合一功能:高效屏蔽&高透光性&极低反射率&加热。
4、 ITO薄膜制成工艺参数的优化技术
公司在对ITO膜制备的研究中发现,ITO薄膜的光学与电学性能取决于镀膜时的工艺参数,包括蒸汽分子压强、基体温度、电子束流、离子束照射时间和强度等。
蒸镀ITO薄膜属于物理气相沉积,在气相生长系统中,过饱和蒸汽是一个亚稳态相,系统中的晶膜是一个稳定相的吉布斯自由能,比稳定性相高,造成了亚稳态相转变成稳定相,气态分子沉积成膜。由气体分子运动学理论和热力学原理可知,ITO薄膜生长的驱动力,取决于蒸汽分子的分压强P,P越大,驱动力越大,沉积到基体表面的分子数量越多。在适宜的组份配比下,适当的基体温度,控制电子束流和氧分压,在离子束的照射下,在一个最佳的范围内,控制生长过程中的蒸汽压,使表面层内具有一定活性的悬挂键数量与单位时间内碰撞到基底上的分子数量平衡。公司经过长期试验分析总结了稳定的生产ITO膜的工艺参数,并形成公司的工艺规范,可以在基体玻璃上稳定制备出满足光电要求的结构牢固、致密性能稳定良好的ITO薄膜,突破了对于镀膜层膜技术中关于军用显示所需的一对互为牵制的矛盾指标:屏蔽效能指标与极低反射率,使得奥科飞公司成膜的产品具有比肩国际水平的实力。
5、 匹配层材料仿真测算技术
添加匹配层可以大幅降低玻璃表面反射率,防止眩光,提高阳光下可读性提高显示玻璃透过率指标。采用匹配层材料选择可以通过仿真测算,首先选择优化好的参数镀ITO薄膜,然后用高精度椭偏仪测量产生ITO膜的光学常数n和k,再通过计算机模拟计算出匹配层的折射率和厚度,根据产品在应用中的指标要求,结合材料本身反射率、折射率等仿真模拟,在设备上不断进行试验反复优化膜系设计,最终通过公司独有优化技术选择匹配层材料,显示模组的综合反射率指标可以达到国内领先水平。
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