镀膜色差的产生原因及控制方法

广东旗滨节能玻璃有限公司 廖善顺

1 引 言
目前国内Low- E 锁膜玻璃技术已趋于成熟，具有更好节能效果的双银及三银Low- E 锁膜玻璃被开发出来， 传统的单银Low- E 锁膜玻璃正逐步被双银及三银Low- E 锁膜玻璃所替换。但是双银及三银Low- E 锁膜玻璃因膜层数较多 、厚度较大 ，各膜层之间的干涉影响较大，即当观察者偏离法线角度观察锁膜玻璃时，随着偏离角度增大，锁膜玻璃会呈现不同的颜色。而在生产调试过程中， 与法线观察角小千 30° 时的颜色保存一致， 但侧面大角度60° 观察时却有可能出现颜色与上批次不一致的现象。另外， 因双银及三银 Low- E 锁膜玻璃膜层数较多， 各膜层之间可以进行调试的组合方法较多，往往会导致最终透过锁膜玻璃的颜色存在差异，而客户对美观度的要求越来越严格等，这些现象往往会使客户在使用过程中存在不满并引起投诉事件。
在Low- E 锁膜玻璃生产过程中，影响产品质矗
的因素很多，如耐刷洗性、耐氧化性、颜色一致性 等三其中颜色一致性问题，是生产准备过程中和生 产过程中最值得关注的， 因为不但要保证本批产品之间无色差，还要保证本批产品 与前批产品（一个月甚至一年前 ）尤色差，这就需要操作人员对生产工艺参数做适当调整， 以 弥补工艺状态不同造成的影响，如不同时期靶材溅射率不同引起膜层厚度不 同带来的影响。而随着 Low- E 锁膜玻璃品种的多样化，要调整锁膜玻璃的颜 色，首先要确定膜系的分

类及其结构，然后根据各层膜厚度 对成品颜色、透过率的影响，微调各靶溅射功率，使成品与标准样 之间的色差控制在有效范围内。下面对Low- E 锁膜玻璃生产过程中的色差控制方法进行简单的分析。

2磁控溅射踱膜的工艺原理
在本地1o-3Pa- lo-4Pa 的真空室内，充 人少晶工艺气体，当极间电压很小时，只有少最离子和电子 存在，当真空室内阴极（靶材）和阳极间电压增加 时，带电粒子在电场的作用下加速运动，能戳增加， 与电极或中性气体原子相碰撞，产生更多的带电粒 子，形成等离子体，此时带电粒子在电场的作用下， 高速轰击阴极靶材， 击出阴极靶材粒子沉积在玻璃表面形成薄膜，从而达到锁膜的目的。

3踱膜玻璃改变颜色的原理
物体的颜色取决千物体对各种波长光线的吸 收、反射和透过能力。物体的颜 色取决千对照明光线的选择性吸收，即光线照射到物体上时，被吸收的入射光中，若各种波长的色光被吸收是等最的， 则只是呈现出本身的明暗程度变化； 若被反射或透射的光线发生选择性变化，对不同波长成分的入射光有选择性的吸收，就呈深浅不同的颜色，造成物体视觉的有色性。物体对照明光线具有选择性吸收的特性，即光线照射到有色物体上时，入射光中被吸收的各种波长的色光是不等晕的，有的波长被吸

收得多，有的波长被吸收得少 。臼光照射到有 色物体上，其反射或透射的光线与入射光线相比，不仅亮度有所减弱，光谱成分也改变了，因而呈现出各种不同的颜色。对可见光选择吸收是物体呈现颜色的主要原因。

4国际 CIE LAB 色空间颜色表征
为了使各种颜色能按照 一定的次序排列并容纳在一个空间内，可将三维坐标轴与颜色的三个独立参数对应起来，使每一个颜色都有一个对应的空间位置， 反过来讲，在空间中的任何一点都代表了一

种特定的颜色，这个空间被称作颜色空间（颜色空 间是三维的，作为颜色空间三维坐标的三个独立参 数： L 、正b*; 其中L 表征颜色的明暗程度，旷 表征红绿程度，旷值越大，表示红色越明显，旷越小，表示绿色越明显 ，b * 表征黄蓝程度，b* 值越大， 表示黄色越明显， W 值越小， 表示蓝色越明显 。这三个参数形成的三维空间可以整体上描述不同的色彩 ， 国际照明委员会将色彩的三属性： 色相、明度和饱和度与L、正厅融入三维空间， 建立了CIELAB的系统性色空间，用空间数据表征的方式来实现颜色 的数据化，如图1 所示。

图1 CIE LAB 的系统性色空间示意图

5低辐射踱膜玻璃的色差产生原因
Low- E 锁膜玻璃节能性体现在玻璃表面锁有一层纳米级厚度的银膜， 由于银膜对自然界的远红外光有很强的反射，因此能极大地减少玻璃对热量的透过能力， 从而降低了玻璃的辐射 率。为了保护银层不被空气中的氧气氧化， 在 Low- E 膜层的设计过程中， 一般根据银层数量的不同，保护层和相应介质层的数蜇也会发生改变，目前市场上根据银层数显的不同将 Low- E 膜分为单银、双银和三银Low- E。Low- E 玻璃的颜色体现本质上就是Low- E 膜层的厚度、纯度和 均匀度的体现。目前市场上常见的 Low- E 玻璃存在色差的原因有以下几点。
5.1玻璃原片方面
如果玻璃原片本身存在色差， 一定会导致踱

膜玻璃产生色差。尤其是本底着色的浮法玻璃，不同批次生产的浮法玻璃由于原料和工艺条件的变化很容易导致颜色不一致从而产生色差。玻璃原片由千存放时间过长，表面发霉或与包装材料之 间发生反应，产生斑纹等缺陷，以及浮法玻璃在退火过程中表面沾上油或水等形成油迹或水迹，玻 璃原片在钢化处理时产生斑点、斑纹，这些缺陷锁膜后也会产生色差。由于浮法 玻璃原片的透射比较高， 其表面上的斑纹、水迹等质屈缺陷大多数情况下用肉眼看不出来，但玻璃锁上膜以后就能很 明显地表露出来。有的浮法 玻璃在生产过程中形成宽度相同的直线型线道，俗称暗道，锁膜前不易看出， 锁膜后却很明显。另外， 玻璃厚度不均，可见光透射比相差较大也会导致产生色差。因此，在

H 常生产中一定要做好玻璃原片的选购和质 量检验工作。
5.2阴极的 磁场分布
离线锁膜玻璃的生产是利用真空磁控溅射的工 作原理，利用磁场束缚电子的运动，使轰击靶材表 面的高能离子数量增加，从而达到快速锁膜的特点。因此，磁场分布是否均匀非常重要。由于目前市场上 旋转靶的主流溅射方式是交流旋转式靶溅射模式， 靶简内的磁钢在长时间的旋转过程中，密封性变差， 磁铁容易被靶材冷却水腐蚀，造成局部磁铁的退磁， 造成磁场分布不均 ，从 而导致膜层成膜不均的质量问题。再者，随 着靶材溅射时间的不断增加 ， 靶材部分区域的刻蚀深度也会不同，靶材表面不同区域 的溅射率也会发生改变，单个靶材的横向溅射均匀 度也发生了改变，因此，要根据靶材刻蚀深度和刻 蚀区面积的变化及时调整工艺参数，通过局部的供 气调节来调整整个横向区域的膜层均匀度。
5.3气体分布
真空磁控溅射锁膜是在一定压强的工作气体 中，一般为氯气环境中完成的 ，如果气体分布不均匀，就会产生不均匀的等离子体放电从而影响靶材 的溅射沉积速度，导致膜厚不均。同时， 在锁制化合物薄膜时，反应气体的比例也会影响膜层成膜质 晕。拿常规的氮化硅膜层的锁膜举例，工 艺气体采用的是氪气和氮气两种，若溅射时氯气过多，氮气 过少，会造成锁膜时氪离子轰击靶材后溅射出的硅 粒子无法与氮气发生充分的反应，形成稳定的氮化 硅膜层，膜层成分不纯，致密度变差也会影响到后 面膜层的成膜质 量，造成色差。若氢气过少， 氮气过多，又会造成锁膜时的溅射率偏弱 ， 不利于批量的工业生产。此外，稳定的工艺气体压力耍求设备 在运行过程中不能出现任何的局部漏气现象，这对 整个锁膜生产线的密封 性提出了极高的要求。一且发生局部漏气，会造成局部的气压发生改变，造成 溅射不均，引起 色差，若 漏气过多还会影响整个腔体内等离子体的激发，造成等离子体灭弧或阴极靶 材的损坏。因此， 设计使用合理的供气系统，制定

良好的供气比例， 保证腔体的绝对本地真空度，是避免色差的有效方法之一。
5.4靶材材质
不同材料的靶材、不同工艺生产的靶材、靶材密度及成份差别都将影响其溅射率。冶金方面的问题造成靶材中存在大量杂质且集中分布，会使靶材的纯度和密度不一致从而影响靶材的溅射率，造成膜层不均形成色差。
5.5磁控溅射放电的稳定性
磁控溅射放电的稳定性与阴极靶及其附件表面的清洁程度有关 。在玻璃锁膜过程中，有时会出现巾于阴极或其附件表面不清沽，造成稳定的异常辉光放电突然变为某处的弧光放电或短暂的“打火”‘ 导致正在锁膜的玻璃膜层不均。
在目前的Low- E 玻璃加工过程中，在线的分光式锁膜颜色检测设备正逐步被市场推广，在线检测 设备安装在锁膜生产线的下片区域， 通过检测膜层锁膜后的颜色均匀性能有效地监控锁膜的膜层成膜 均匀性和 成膜质量。利用三维的 CIELAB体系， 采用数据化的颜色表征模式来实现每片锁膜玻璃的在 线膜层成膜均匀度和膜层厚度的实时监控。在线式 分光检测设备能很好地检测锁膜后玻璃的玻面颜 色、膜面颜色、侧面颜色以及透过色、面电阻等光 学参数。通过横向的扫描 ， 能清晰地检测锁膜腔室的溅射均匀性，为锁膜的工艺改进和设备缺陷提供 了有效的监控手段。

6结语
色差控制是锁膜玻璃的质量控制中最重要的一环，只 有具备准确、实时的检测工具， 建立系统的质量控制规范，才能实现锁膜的成膜质 量可控性； 要不断通过批次的锁膜颜色数据采集，建立完善的锁膜颜色数据库，才能实现同一膜系锁膜后颜色的一致性； 同时，要根据原材料的改变（如基片、PVB 胶片、靶材材料等）对膜层的影响来建立系统的原材料使用质晕规范体系，不断完善踱膜产品的质量管理体系。