一種窗膜

《一種窗膜》是張家港康得新光電材料有限公司於2014年1月28日申請的專利，該專利的申請號為2014100420120，公布號為CN103770393A，公布日為2014年5月7日，發明人是於甄、胡坤、劉玉婷，該專利屬窗膜領域。

《一種窗膜》包括襯底，位於襯底一側的減反結構，位於襯底另一側的光學雙面膠層，所述減反結構包括兩個諧振腔，所述每個諧振腔包括位於上下外側的兩層介質層、位於中間的導電金屬層和分別夾在導電金屬層與兩層介質層之間的兩層抗氧化金屬層，其中所述抗氧化金屬層為鋅或鈦。該窗膜組合兩個五層結構成雙諧振腔，實現了優異的光學性能，並且可以選擇柔性基材，通過卷對卷磁控濺射的方法，實現大規模、大面積生產。

2017年5月，《一種窗膜》獲得第十屆江蘇省專利項目獎優秀獎。

（概述圖為《一種窗膜》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種窗膜
• 公布號：CN103770393A
• 公布日：2014年5月7日
• 申請號：2014100420120
• 申請日：2014年1月28日
• 申請人：張家港康得新光電材料有限公司
• 地址：江蘇省蘇州市張家港環保新材料產業園晨港路北側、港華路西側
• 發明人：於甄、胡坤、劉玉婷
• 分類號：B32B9/04（2006.01）I、B32B15/04（2006.01）I、B32B33/00（2006.01）I
• 代理機構：北京集佳智慧財產權代理有限公司
• 類別：發明專利
• 代理人：唐靈、常亮

專利背景

汽車窗膜是一種多層的功能化聚酯複合薄膜材料，它具有改變原有玻璃性能的作用，包括改變玻璃色調、調整透光性、阻隔熱量輻射、防止紫外透過、防爆等。真正意義上的窗膜是從20世紀的96年左右進入中國市場的，當時的窗膜已經經歷了塗料、茶紙、深層染色、夾層、熱蒸發階段。截至2014年1月，市場上的汽車窗膜已經發展到磁控濺射階段。

2014年1月前的窗膜產品種類繁多，如常州山由帝杉防護材料製造有限公司發明設計的隔熱窗膜，由多層複合為一體，包括抗刮耐磨層/柔性基材/隔熱丙烯酸膠黏劑層/阻隔紫外光層/阻隔紫外光丙烯酸膠黏劑層/離型膜，它的透光率可以達到71%（申請號：201110125866.1）。又如武漢羿陽科技有限公司設計的一種隔熱陶瓷窗膜，它是由壓敏膠、離型膜、陶瓷膜、熱塑性聚合物薄膜多層複合而成，成本低廉且可見光透過率為75%（申請號：201220730172）。美國的CP菲林公司設計的外窗膜，其結構為保護性硬塗層/內塗層/聚酯膜/金屬化膜層/粘合層，但是其透過率最大已經達到85%（申請號：200980102102.1）。上海滬正納米科技有限公司所設計的高性能透明玻璃隔熱塗料用於高性能窗膜，它首先製備藍色WO_x、ATO和ITO混合分散的透明混合漿料，再用透明聚氨酯樹脂混合攪拌過濾獲得，可見光透過率達到了75%（申請號：201110367312.2）。上海交通大學的一個課題組提出了電介質層/金屬層/電介質層三層結構，它具有優秀的透過性，然而，由於金屬層很容易被氧化，使用壽命不高，在實際生產和使用中還存在很大問題（專利申請號：03116461.7）。

2014年1月前市場上的窗膜產品普遍存在的問題是可見光透過率低，導致視野模糊，車窗清晰度不佳，鏡面反射現象嚴重，製備工藝複雜，因此尋找新材料，設計製備出一種高透過性、工藝簡單、成本低的新型窗膜是窗膜行業發展的主要趨勢。

發明內容

專利目的

《一種窗膜》的目的在於提供一種新窗膜，該窗膜不僅具有良好的光透過性能，製作工藝簡單，成本低。

技術方案

《一種窗膜》包括襯底，位於襯底一側的減反結構，位於襯底另一側的光學雙面膠層，所述減反結構包括兩個諧振腔，所述每個諧振腔包括位於上下外側的兩層介質層、位於中間的導電金屬層和分別夾在導電金屬層與兩層介質層之間的兩層抗氧化金屬層，其中所述抗氧化金屬層為鋅或鈦。

優選的，所述單個諧振腔中兩層介質層的總光學厚度為1個光學單位，且該兩層介質層的光學厚度以中間的導電金屬層為鏡像對稱。

優選的，所述導電金屬層的厚度小於10納米，抗氧化金屬層的厚度在1-10納米之間，且該兩層抗氧化金屬層以中間的導電金屬層為鏡像對稱。

優選的，所述兩層介質層的折射率分別大於2。

優選的，所述導電金屬層為金或銀。

優選的，所述介質層的材質為TiO_x、NbO_x、ZrO_x、ZnO_x、CeO_x、TaO_x、ZnSe或ZnS中的一種。

優選的，所述襯底為柔性透明材質。

優選的，所述保護層為光學膠。

改善效果

1、《一種窗膜》的窗膜在可見光範圍內的單面反射率低於5%，反射率曲線是W型，具有優秀的可見光減反射性能。

2、該發明的窗膜可以通過卷繞式磁控濺射的方法進行製備，可以大量生產，使大面積產業化成為可能。

3、通過加入了抗氧化金屬層，對傳統的三明治結構透明導電膜進行最佳化設計，對防止導電金屬層被氧化，提高使用壽命起到重要的作用。

附圖說明

圖1為《一種窗膜》的5層減反結構示意圖。

圖2為中間金屬層的厚度從6-10納米變化的光學減反膜的反射曲線族。

圖3是該發明的窗膜的結構示意圖。

圖4是該發明設計的雙諧振腔窗膜結構示意圖

圖5是限定具體光學參數得到的光學性能測試曲線圖。

權利要求

1.《一種窗膜》其特徵在於：包括襯底，位於襯底一側的減反結構，位於襯底另一側的光學雙面膠層，所述減反結構包括兩個諧振腔，所述每個諧振腔包括位於上下外側的兩層介質層、位於中間的導電金屬層和分別夾在導電金屬層與兩層介質層之間的兩層抗氧化金屬層組成，所述導電金屬層的厚度小於10納米，抗氧化金屬層的厚度在1-10納米之間，且該兩層抗氧化金屬層以中間的導電金屬層為鏡像對稱其中所述抗氧化金屬層為鋅，所述單個諧振腔中兩層介質層的總光學厚度為1個光學單位，該1個光學單位為λ/4，λ為入射光的波長，且該兩層介質層的光學厚度以中間的導電金屬層為鏡像對稱，每層介質層的折射率均大於2。

2.如權利要求1所述的窗膜，其特徵在於：所述導電金屬層為金或銀。

3.如權利要求1所述的窗膜，其特徵在於：所述介質層的材質為TiO_x、NbO_x、ZrO_x、ZnO_x、CeO_x、TaO_x、ZnSe或ZnS中的一種。

4.如權利要求1所述的窗膜，其特徵在於：所述襯底為柔性透明材質。

實施方式

正如專利背景中所述，2014年1月前已有的汽車窗膜，普遍存在的問題是可見光透過率低，導致視野模糊，車窗清晰度不佳，鏡面反射現象嚴重，同時由於窗膜需要滿足耐磨性好、透光性高等要求，使得膜系內部的結構複雜，往往需要混很多種材料，導致製備工藝複雜，成本高。

因此，《一種窗膜》提出了一種新型高透型窗膜。該窗膜採用由多層介質和多層金屬互動層疊而成的雙諧振腔減反結構，膜系總厚度不超過200個納米，在汽車窗膜領域遠遠薄於2014年1月前已有的窗膜。由於該發明的多層膜系減反結構採用層疊結構，配合柔性基底，可使用卷繞式磁控濺射工藝一次成型，大大降低了製作工藝的複雜性，適合大規模、大面積生產，從而降低生產成本。再通過覆膜方法在基材另一面塗覆雙面膠，使用簡單方便。

2014年1月前具有較高透過性的多層膜結構一般為金屬氧化物/金屬層/金屬氧化物這種所謂的三明治結構，就如專利申請號為03116461.7的專利中所體現的，然而，這種結構主要的劣勢為：金屬層Ag很容易被金屬氧化物中的氧原子和外界環境中的氧原子所氧化。為了解決這個問題，選用一層與氧較容易發生反應的抗氧化金屬層，將該抗氧化金屬層引入到三明治結構中，可以使金屬氧化物中的氧原子與該抗氧化金屬層反應，形成緻密的氧化膜，對最內層的導電金屬層起到極佳的保護作用。而所形成的金屬鍵也為提高金屬氧化物與抗氧化金屬層的附著力起到重要的作用。選用Zn和Ti這兩種金屬作為抗氧化金屬層，這是由於Zn和Ti的較為活潑，很容易氧化生成緻密的氧化膜，而氧化膜的性能非常穩定，不易被氧化，化學性能也很穩定，可以有效地保護最內層的金屬Ag層。

該發明以傳統介質層/金屬層/介質層三明治結構為基礎，通過引入一層抗氧化金屬層，提出了一種五層減反結構的透明導電膜，該減反結構由介質層-抗氧化金屬層-導電金屬層-抗氧化金屬層-介質層組成，再將2個五層減反結構疊加，形成雙諧振腔窗膜結構，將它用於汽車窗膜前檔，與2014年1月前已有的窗膜相比，該發明具有可見光透過率高，易於大面積產業化生產等優勢。

參見圖1，顯示的為五層減反結構的示意圖，該減反結構包括位於上下外側的兩層介質層111和115、位於中間的導電金屬層113和分別夾在導電金屬層與兩層介質層之間的兩層抗氧化金屬層112和114。其中導電金屬層113的厚度小於10納米，其材料考慮到電學性能，優選為金或銀。抗氧化金屬層112和114一方面可以“抓住”介質層111和115中的氧離子，使介質層呈欠氧狀態，進而形成所謂的隧穿效應提高導電性，一方面可以防止導電金屬層被外界及氧化物介質層的氧化而失效，同時在導電金屬層因厚度過小出現間隙時進行填充，從而增加導電性能。它的厚度在1-10納米之間，優選為鋅或鈦。考慮到介質膜的厚度對光線減反效果的影響，取兩層介質膜111和115的總光學厚度為1個光學單位。在該發明中，為了有效降低五層結構的總體厚度，取折射率超過2的高折射率介質材料作為該兩層介質層111和115的材料。比如TiO_x、NbO_x、ZrO_x、ZnO_x、CeO_x、TaO_x、ZnSe、ZnS等。這樣一來，在滿足兩層介質層的總光學厚度為λ/4（即一個光學單位）的情況下，每層介質層的物理厚度可以儘可能的低。以TiO₂為例，其折射率n=2.32，當入射光的波長為550納米時，根據光學厚度的計算公式nd=λ/4可知（其中n為介質層的折射率，d為介質層的物理厚度，λ/4為一個光學單位），單層介質層的厚度約為27納米，此時該減反結構的總體厚度可以控制在70納米左右，遠遠低於2014年1月前已有的其他減反膜的厚度。需要指出的是，對於兩層介質層111、115和兩層抗氧化金屬層112、114，可以分別選用相同的材料，也可以是不同的材料，但是兩層介質層的光學厚度，和兩層抗氧化金屬層的物理厚度都以中間的導電金屬層為鏡像對稱。

再參見圖2，圖2為中間導電金屬層的厚度從6-10納米變化的光學減反膜的反射曲線族，其中曲線1表示中間金屬層的厚度為6納米，曲線2表示中間金屬層的厚度為7納米，曲線3表示中間金屬層的厚度為8納米，曲線4表示中間金屬層的厚度為9納米，曲線5表示中間金屬層的厚度為10納米。從圖中可以看出，絕大多數情況下，該發明的減反結構在整個可見光波段都呈現較低的反射特性。其中當金屬層的厚度在6納米時，效果最好，表現出W型反射率曲線。

下表為改變不同抗氧化金屬層的厚度，所設計的五層減反結構的反射率，以及的水煮半小時以後的附著力實驗結果。其中表一為金屬Zn，表二為金屬Ti。可以看出，在兩種抗氧化金屬層的厚度為1-10納米之間，反射率一直在4%以下，具有優秀的減反射性能，水煮半小時的耐候性測試附著力良好，具有很好的耐候性。難能可貴的是，相比於市場上的減反膜產品，膜繫結構簡單，厚度非常薄（僅在一個光學厚度左右），具有很大的產業化優勢。

表一.不同抗氧化金屬層厚度的減反結構的光學性能及耐候性測試結構（Zn）
抗氧化金屬層厚度（納米）	反射率R（%）	水煮實驗後的附著力測試（百格刀）
1	1.7	5B
2	2.5	5B
5	3.1	5B
10	3.3	5B

表二.不同抗氧化金屬層厚度的減反結構的光學性能及耐候性測試結構（Ti）
抗氧化金屬層厚度（納米）	反射率R（%）	水煮實驗後的附著力測試（百格刀）
1	1.8	5B
2	2.8	5B
5	3.3	5B
10	3.8	5B

下面，再以具體的實施方式對上述窗膜的結構做詳細介紹。

參見圖3，圖3是該發明的窗膜的結構示意圖。如圖所示，該窗膜包括襯底100，位於襯底100一側的減反結構110，位於襯底另一側的光學雙面膠層120。其中，襯底100為柔性透明材料，其材質為PET等聚合物材料。光學雙面膠層120的材質包括但不限於OCA（OpticallyClearAdhesive）等。

參見圖4，圖4是圖3中減反結構110的層狀示意圖。如圖所示，該減反結構包括兩個諧振腔11和12，每個諧振腔包括介質層-抗氧化金屬層-導電金屬層-抗氧化金屬層-介質層五層膜。具體的，介質層H優選折射率超過2的高折射率介質材料，比如TiO_x、NbO_x、ZrO_x、ZnO_x、CeO_x、TaO_x、ZnSe、ZnS等。抗氧化金屬層M’除了可以起到折射率匹配作用，還可以極大地提高抗氧化性，增加窗膜的使用壽命。中間的導電金屬膜M的厚度小於10納米，抗氧化金屬層的厚度在1-10納米之間。單個諧振腔中，所有高折射率介質層的總光學厚度至少為1個光學單位。這樣一來，整個窗膜的物理厚度可以控制在200納米以內，從而使得該發明的窗膜厚度具有相對2014年1月前已有其它窗膜更薄的優勢。

另外，由於該發明的窗膜的基材全部採用柔性材料，其製作方法可以使用卷繞式磁控濺射工藝，該工藝的優勢是通過一次性工藝中就能在襯底上沉積多層膜，因而具有製作簡單、成本低廉的優勢，同時也適合大面積、大規模的生產。

請再參見圖5，圖5是在圖4的結構上，限定具體光學參數得到的光學性能測試曲線圖。其中曲線1是該結構的透射曲線，曲線2是該結構的反射曲線。該模型的具體參數為總厚度小於200納米，結構為PET/HM′MM′H/HM′MM′H/air，其中H表示高折射率介質層NbO_x，M′為抗氧化金屬層Zn，M為導電金屬層Ag。可以看出，在400-760納米可見光波段，反射曲線是W型而並非通常的V型，平均透射率為89.4%，平均反射率為1.87%，表明該新型窗膜具有優秀的減反射效果。

綜上所述，該發明的新型窗膜，利用負折射率界面結構形成的三明治結構，在總體厚度遠遠小於2014年1月前已有的光學減反膜的情況下，實現優異的光學性能，再通過組合成諧振腔，選擇柔性基材，利用卷對卷磁控濺射的方法，實現大規模、大面積生產。

榮譽表彰

2017年5月，《一種窗膜》獲得第十屆江蘇省專利項目獎優秀獎。