CN101904232A - 屏蔽电磁波的透明塑料薄膜和制造这种塑料薄膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于屏蔽电磁波的透明塑料薄膜，包括：透明的薄膜衬底和层系统，该系统具有至少一个银层，本发明还涉及一种用于制造这种塑料薄膜的方法，其中将银层置入在两个铌氧化物层之间。

Description

屏蔽电磁波的透明塑料薄膜和制造这种塑料薄膜的方法

技术领域

本发明涉及一种适合于屏蔽电磁波的透明塑料薄膜，和一种方法，借助于该方法可以制造这种透明塑料薄膜。

背景技术

来自现代化科技领域、例如移动无线电、卫星电视、微波技术或雷达技术的设备和装置是电磁场的源。不仅是其它的电气设备而且生态系统(人、动物和植物)都遇到该电磁场，由此，他们的功能性或生活质量都可能受到不利的影响。

已知的是，可以在经受电磁辐射影响方面对电气设备进行保护，反过来，使从电气设备出发的电磁干扰辐射被抑制。

因此，现有技术公开了各种不同的用于屏蔽电磁波的装置，借助于这些装置或者是可以减少电磁场的辐射或者是可以降低由另外的装置所产生的电磁场的影响。

针对电磁场的保护基本上基于两个物理学原理。一方面可能的是，借助于介电材料来吸收电磁场。另一方面但也存在着这种可能性，即借助于导电的材料来反射电磁波。

进一步扩展的是利用导电层为壳体部件涂层的方法学，该导电层由导电性非常良好的金属(例如铜或铝)制成。另一种方法学在于应用包含具有导电能力的组成部分的复合材料。因此例如已知了涂层有导电材料的薄膜(DE 199 11 304 A1)。如果将这样涂层的薄膜例如施布在电力驱动的设备的壳体上，那么作用于该设备的电磁波可以被屏蔽并且因此维持了该设备的功能效率。

许多现代化的设备需要透明的部件，以便确保光电子学方面的功能。通常将这样一种透明的部件构造为显示元件或屏幕，其用作信息接口。对于这种应用情况来说，不可应用上述的进一步扩展的用于电磁屏蔽的方法，这是因为它们不是透明的。

一个可能的备选方案在于，透明的部件涂层有透明的且导电的层，例如是铟-锡-氧化物。然而这种层经常对于电磁辐射具有并不足够的屏蔽。其原因在于，相对于上述的金属，这种透明层的特定的导电性明显更差。由铟-锡-氧化物制成的最好的层达到1×10^-4Ohmcm的特定的电阻，而对于铜的该值为大约1.7×10^-6Ohmcm以及对于铝的该值为大约2.6×10^-6Ohmcm。透明的氧化物的特定的电阻也大出许多。如果要涂层的部件由塑料制成而不是由玻璃制成，那么这种区别还会更大。在这种情况下，由于在涂层过程期间的向上限定的温度，而在应用铟-锡-氧化物的情况下达到仅仅大约5×10^-4Ohmcm。

所谓的IMI(绝缘体-金属-绝缘体)-层系统在特定电阻方面提供了改进。在这种层系统中，电磁屏蔽几乎仅仅由置入在两个绝缘体层之间的薄的金属层所引起。大多将银或银合金应用为金属，在一些情况下也应用金。

来自IMI-层系统的绝缘体层可以由不同的材料制成。进一步扩展的是铟氧化物，掺杂有10％的锡氧化物(也称为ITO)。也已知了应用如锡氧化物、锌氧化物或钛氧化物等材料。当应用IMI-层系统时困难之一在于该层系统的受限制的光谱透射范围。通常人们尝试使各个层的层厚度和层性能彼此协调，从而达到在可见的光谱范围中、也就是说在380nm到780nm之间的光线的波长范围中的高透射。在PET薄膜上的ITO-银-ITO结构的典型的IMI-层系统当光线波长为550nm时达到了超过80％的透射(包括薄膜在内的总透射)。在此，对于ITO-层的层厚度的典型值处于30nm到40nm之间。然而，在可见的光谱范围的边缘处的透射值大大下降。例如，上述的典型的层系统ITO-银-ITO当光线波长为400nm时显示为仅仅还有60％的透射。

这种层系统的另一缺点在于，即银随着时间流逝扩散到相邻的层中或甚至在薄膜衬底中，由此，层系统的透明性以及进而其功能性都受到不利影响。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是，提出一种透明塑料薄膜，包括层系统以用于屏蔽电磁波，本发明还提出了一种用于制造这种塑料薄膜的方法，利用该塑料薄膜和该方法克服了现有技术的缺点。尤其是，塑料薄膜应该具有在总的可见光谱范围中长时间稳定的高的透明性，以及层系统应该具有在薄膜衬底上的高的附着强度。

该技术问题通过具有根据权利要求1和16所述特征的内容来解决。本发明的其它的有利的设计方案由从属权利要求中得出。

根据本发明的用于屏蔽电磁波的透明塑料薄膜包括透明的薄膜衬底和层系统，该层系统具有至少一个银层，该塑料薄膜以及根据本发明的用于制造这样一种塑料薄膜的方法的特征在于，将银层置入两个铌氧化物层之间。根据本发明的含义，银层在此应理解为这样一种层，其银成分高于50％。银层因此既可以是纯粹的银层、具有掺杂成份的银层或者也可以是银合金。

当设定银层的厚度时需要注意两个对立的方面。对于高的透明性可能有利的是当银层尽可能薄时。因此，银层应该不厚于20nm。而相反地，对于银层的高的导电性和进而对于相对于电磁波的良好的屏蔽性能，有利的是厚的银层。因此，银层应该不薄于5nm。一方面针对于高的透明性和另一方面针对于良好的导电性之间的良好折衷方案在从8nm至15nm的层厚度范围中实现。

在总的层系统的透明性的方面也限制了铌氧化物层的层厚度。铌氧化物层因此不应该厚于50nm。当铌氧化物层在从40nm加/减10nm的层厚度范围中时，就实现了在透明性方面的突出的性能。

当银层被置入在两个铌氧化物层之间时可能会看到两个另外的优点。因此，铌氧化物层具有不仅相对于塑料薄膜而且也相对于银层的高的附着强度，由此获得了层系统的高的稳定性。此外，铌氧化物层防止了颗粒从银层扩散。由此可以确保层系统的长时间稳定的透明性。

在一个实施方式中，以亚化学计量方式在面向银层的侧上构造铌氧化物层。在铌氧化物层的这种亚化学计量的区域中的氧的缺乏限制了邻接于铌氧化物层的银颗粒的氧化。银颗粒的氧化会对银层的透明性和导电性都产生不利的影响并且可以由亚化学计量的铌氧化物层区域的构成所抑制。

铌氧化物层因此可以基于化学计量而构造为梯度层，从而使铌氧化物层在银层侧上以亚化学计量方式构造并且在另一侧以化学计量方式构造。从亚化学计量的区域朝向化学计量的区域的过渡部在此可以连续地或但也可以逐级地实现。备选地，铌氧化物层可以由两个分层组成，其中邻接于银层，亚化学计量的铌氧化物分层和与其连接的化学计量的铌氧化物层被沉积。铌氧化物层的化学计量的区域或化学计量的分层例如可以构造为Nb₂O₅。对于铌氧化物层的亚化学计量的区域或者对于亚化学计量的铌氧化物分层来说，直至5nm的层厚度是合适的。有利地，层厚度处于2nm至3nm的范围中。

对于银层和铌氧化物层的沉积来说合适的是溅射方法，这特别地是因为利用这种方法也可以将非常薄的亚化学计量的铌氧化物层区域或铌氧化物分层精确地以非常小的层厚度公差来沉积。因此在另一个实施方式中，铌氧化物层的亚化学计量的分层或亚化学计量的层区域的沉积通过以下方法来实现，即借助于磁控管，不反应地、也就是说无需向真空室中单独供氧地对陶瓷靶(Target)(例如亚化学计量的铌氧化物-靶，特别是具有Nb₂O_4，9的成分)进行溅射(zerstaeubt)。

附图说明

下面参照一个优选的实施例对本发明加以详细说明。图中示出：

图1示意性地示出了根据本发明的透明塑料薄膜；

图2以图表示出来自图1的根据本发明的透明塑料薄膜的透射光谱；

图3示意性地示出了备选的根据本发明的透明塑料薄膜。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了用于屏蔽电磁波的透明塑料薄膜11。在75μm厚的、由PET制成的薄膜衬底12上首先沉积了铌氧化物层13。铌氧化物层13由两个分层组成，一个分层是邻接于薄膜衬底12的、30nm厚的、由Nb₂O₅制成的化学计量的铌氧化物分层14，另一个是在其上沉积的、仅仅3nm厚的、由Nb₂O_x(X＜5)制成的亚化学计量的铌氧化物分层15。12nm厚的银层16位于铌氧化物层13上，另一个铌氧化物层17邻接于该银层。铌氧化物层17也具有仅仅3nm厚的、由Nb₂O_x(X＜5)制成的亚化学计量的铌氧化物分层18以及在其上沉积的、30nm厚的、由Nb₂O₅制成的化学计量的铌氧化物分层19。所有的层和分层都借助于磁控管-溅射方法来沉积。

塑料薄膜11的特征在于各个层和分层的高的附着强度并且特征还在于在可见的区域中的高的透明性。在图2中以图表在波长范围上示出了塑料薄膜11的透射。由图2中可看出，即塑料薄膜11的最大达到的透射明显处于80％之上。此外可看出，即在总的可见的光谱范围上，也就是说在380nm到780nm的波长范围中，可以维持高于70％的透射。用于比较：未涂层的PET-薄膜衬底12的透射为在可见的光谱范围之上的88％。

图3示出了用于屏蔽电磁波的透明塑料薄膜31的一个备选的实施方式。塑料薄膜31包括一个75μm厚的、由PET制成的薄膜衬底32和两个40nm厚的铌氧化物层33和37，在这两个铌氧化物层之间置入了12nm厚的银层36。铌氧化物层33和37如此构造为梯度层，使得该铌氧化物层在朝向银层36的侧上构造为亚化学计量的层Nb₂O_x(X＜5)和在背对银层36的侧上构造为化学计量的层Nb₂O₅。在此，化学计量梯度邻接于银层36在5nm的层厚度之内连续地从亚化学计量的成分改变到完全化学计量的成分。在此也借助于磁控管-溅射方法来对所有的层进行了沉积。

Claims (29)

1.一种用于屏蔽电磁波的透明塑料薄膜，包括：透明的薄膜衬底和层系统，所述层系统具有至少一个银层，其特征在于，将所述银层置入在两个铌氧化物层之间。

2.根据权利要求1所述的塑料薄膜，其特征在于，以亚化学计量方式在面向所述银层的侧上构造所述两个铌氧化物层。

3.根据权利要求1或2所述的塑料薄膜，其特征在于，以化学计量方式在背对所述银层的侧上构造所述两个铌氧化物层。

4.根据前述权利要求中任一项所述的塑料薄膜，其特征在于，所述两个铌氧化物层分别由两个分层组成，其中分别地，以亚化学计量方式构造分层的面向所述银层的侧，以及以化学计量方式构造背对所述银层的侧。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的塑料薄膜，其特征在于，铌氧化物层或铌氧化物分层的化学计量的区域构造为Nb₂O₅。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的塑料薄膜，其特征在于，所述两个铌氧化物层如此具有梯度，使得构造从亚化学计量的层区域向化学计量的层区域的过渡部。

7.根据权利要求6所述的塑料薄膜，其特征在于，连续构造所述过渡部。

8.根据权利要求6所述的塑料薄膜，其特征在于，逐级地构造所述过渡部。

9.根据前述权利要求中任一项所述的塑料薄膜，其特征在于，所述银层构造为具有5nm至20nm的厚度。

10.根据权利要求9所述的塑料薄膜，其特征在于，所述银层构造为具有8nm至15nm的厚度。

11.根据权利要求2至10中任一项所述的塑料薄膜，其特征在于，铌氧化物层的所述亚化学计量的区域或者以亚化学计量方式构造的铌氧化物分层构造为具有直至5nm的厚度。

12.根据权利要求11所述的塑料薄膜，其特征在于，铌氧化物层的所述亚化学计量的区域或者以亚化学计量方式构造的铌氧化物分层构造为具有2nm至3nm的厚度。

13.根据前述权利要求中任一项所述的塑料薄膜，其特征在于，所述两个铌氧化物层构造为具有直至50nm的厚度。

14.根据权利要求13所述的塑料薄膜，其特征在于，所述两个铌氧化物层构造为具有30nm至50nm的厚度。

15.根据前述权利要求中任一项所述的塑料薄膜，其特征在于，通过溅射来沉积所述银层和所述铌氧化物层。

16.一种用于制造适合于屏蔽电磁波的透明塑料薄膜的方法，所述塑料薄膜包括：透明的薄膜衬底和层系统，所述层系统具有至少一个银层，其特征在于，在两个铌氧化物层之间沉积所述银层。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，以亚化学计量方式在面向所述银层的侧上构造所述两个铌氧化物层。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，以化学计量方式在背对所述银层的侧上构造所述两个铌氧化物层。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其特征在于，所述两个铌氧化物层分别沉积在两个分层中，其中分别地，以亚化学计量方式构造分层的面向所述银层的侧，以及以化学计量方式构造背对所述银层的侧。

20.根据权利要求18或19中任一项所述的方法，其特征在于，铌氧化物层或铌氧化物分层的化学计量的区域构造为Nb₂O₅。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其特征在于，如此利用梯度来沉积所述两个铌氧化物层，使得构造从亚化学计量的层区域向化学计量的层区域的过渡部。

22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述银层构造为具有5nm至20nm的厚度。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述银层构造为具有8nm至15nm的厚度。

24.根据权利要求17至23中任一项所述的方法，其特征在于，铌氧化物层的所述亚化学计量的区域或者以亚化学计量方式构造的铌氧化物分层构造为具有直至5nm的厚度。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，铌氧化物层的所述亚化学计量的区域或者以亚化学计量方式构造的铌氧化物分层构造为具有2nm至3nm的厚度。

26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述两个铌氧化物层构造为具有直至50nm的厚度。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述两个铌氧化物层构造为具有30nm至50nm的厚度。

28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过溅射来沉积所述银层和所述铌氧化物层。

29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，为了沉积铌氧化物层的亚化学计量的层区域或者亚化学计量的分层，借助于磁控管无需供氧地对陶瓷靶进行溅射。

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