[发明专利]碱金属扩散阻挡层

说明书

本申请是James J.Finley和F.HowardGillery于1994年10月4日提交系列号08/330148的美国专利申请部分继续申请。

本发明涉及一种阻挡层，更进一步地涉及用来阻止碱金属离子，如钠离子从玻璃基体扩散到介质，如一种涂层，如一种导电涂层中的阻挡层。

玻璃中的碱金属离子，如钠离子特别在升高的温度会从玻璃表面迁移到覆盖玻璃的介质中。举例来说，在类似于美国专利5165972中所说的那种液晶显示(“LCD”)装置中，在玻璃基体表面中钠离子会迁移到液晶材料中，从而使该液晶材料受损。在电色谱显示器中，钠离子会迁移到覆盖玻璃基体表面的涂层中和/或迁移到电解质中，从而使涂层和/或电解质受损。在LCD装置和/或电子色谱装置的制造过程中，玻璃基体要加热到高达1100华氏度(593℃)的温度以密封该装置，在此加热过程中，钠离子的迁移将会加快。

除非受到阻碍，否则钠离子会迁移到覆盖玻璃基体表面的介质，如导电涂层，电解质和/或液晶材料中，从而使介质受损。

应当相信，碱金属离子的迁移，例如钠离子的迁移还会使在国际专利申请WO95/11751中所说的那种光催化组合物受损。一般说来，这些组合物包括氧化钛或氧化锌颗粒，这些颗粒通过硅氧烷粘结剂相互并且与玻璃基体保持在一起。该表面在施加光时可起一种杀菌剂的作用。

用来防止或使碱金属离子迁移减至最小的方法是在介质和玻璃基体之间提供一种阻挡层。

Porter的美国专利5165972公开了一种用于阻止碱金属离子从玻璃表面迁移的阻挡层。该阻挡层是通过存在一种气态施电子化合物下于600℃以上的温度在玻璃表面上热解硅烷气体而沉积形成的。玻璃中的氧与硅在玻璃表面上形成厚度不到50纳米的透明阻挡层，从而防止碱金属离子迁移到对碱金属离子敏感的上层涂层中。虽然Porter的’972专利技术是可以接受的，但是它存在缺点。举例来说，热解氧化需要较高的能量输入，特别是当需要将玻璃板在涂覆之前加热时，从而使该方法成本昂贵。

Kinugawa的美国专利4238276公开了一种阻挡层，它包括包括氧化硅、氧化钛、氧化铝、氧化锆、氧化镁和氧化镍。Kinugawa公开了厚度为1000埃的氧化硅阻挡层。虽然Kinugawa所述阻挡层可以接受，但是它存在缺点。更具体地说通过任何一种技术来沉积1000埃厚度的氧化硅层均要比通过相同工艺沉积厚度小于1000埃的氧化硅层更加费钱。此外，Kinugawa公开的那种薄的氧化硅层不能起有效阻挡层的作用。

Mizuhashi等人的欧洲专利说明书0071865 B公开了一种玻璃体，该玻璃体上具有一种含有碱金属的玻璃基体和在其表面上形成的氧化硅层，用来防止碱金属离子由该玻璃基体扩散。该氧化硅层具有0.01-25摩尔％与硅结合的氢。虽然Mizuhashi等人公开的技术看来象是防止碱金属离子迁移，但是它存在一些缺陷。更进一步说，该阻挡涂层会捕捉在产品，如LCD装置的制造和使用中选出的氢。正象人们可以明白的那样，优选地是该涂层不能随意地将氢气释放到介质中，从而使该介质受损。此外在该涂层中化学结合的氢会影响该涂层的光学和力学性能。

正象人们所明白的那样，最好能提供一种薄的阻挡层，它可以比较经济地涂覆，而且没有现有技术的缺点/局限性。

本发明认识到使用薄型材料作为碱金属离子，如钠离子的扩散阻挡层的要求。虽然现有技术建议这种扩散阻抗层的折射率应该尽可能地密切匹配基体的折射率，所以对玻璃基体选择二氧化硅，但是根据本发明，可以制造非常薄的金属氧化物层作为钠离子有效的扩散阻挡层，同时并不降低涂覆玻璃的光学性能，所说的金属氧化物例如氧化锆、氧化钛和氧化锌/氧化锡。

本发明一般涉及玻璃基体表面上具有并与之隔开的一种介质制品，该介质例如导电涂层，光谱装置的电解质和/或液晶显示器的液态材料。通过在玻璃基体上进行磁控溅射可以沉积一种阻挡层，如氧化锆、氧化钛或氧化锌/氧化锡，从而在该介质和玻璃基体之间提供一种阻挡层。该阻挡层或膜是无定型的，并且具有等于或大于90％该膜的金属氧化物的晶体密度。尽管氧化锆、氧化钛和氧化锌/氧化锡具有明显高于一般玻璃基体的折射率，但是由于它们非常薄，它们对该涂覆玻璃基体的光学性能没有不利的影响。

具有该阻挡层的玻璃基体可以用作一种光谱装置和/或光催化装置的液晶显示电池的部件。

虽然本发明沉积的氧化锌/氧化锡可以有效地作为碱金属网络离子阻挡层，但是它比氧化钛和氧化锆更容易溶于腐蚀液中。

本发明还涉及制造该制品的方法。