Защитный оптически-прозрачный электромагнитный экран
Полезная модель относится к области разработки средств защиты от побочного электромагнитного излучения (ЭМИ) и наводок индикаторных приборов различного назначения, в частности, к созданию защитных электромагнитных экранов, выполненных из стекла с напыленным электропроводным покрытием на основе оксида индия, которые могут найти применение в электронике и в других областях промышленности. Защитный оптически прозрачный электромагнитный экран для индикаторных устройств, в частности для мониторов, включает стекло, содержащее оптически прозрачное электропроводное покрытие на основе оксида индия, которое получено способом магнетронного распыления и осаждения на предварительно нагретую подложку в вакууме и выполнено толщиной 100-200 нм, с удельным электросопротивлением не более 10 Ом/см 2, с коэффициентом пропускания света в видимой части спектра более 80% и с коэффициентом ослабления побочных электромагнитных излучений не менее 40 дБ.
Полезная модель относится к области разработки средств защиты от побочного электромагнитного излучения (ЭМИ) и наводок индикаторных приборов различного назначения, в частности, к созданию защитных электромагнитных экранов, выполненных из стекла с напыленным электропроводным покрытием на основе оксида индия, которые могут найти применение в электронике и в других областях промышленности. Область применения изобретения определяется функциональными свойствами наносимой на стекло пленки, полученной методом вакуумного напыления, обладающей прозрачностью, электропроводностью, высокой механической прочностью и стойкостью к воздействию агрессивных сред.
Известно использование в этих целях оксидных покрытий, в частности пленок из оксида олова и оксида индия, прозрачных в видимом диапазоне спектра и отражающих инфракрасные лучи. Кроме того, указанные окислы с нарушенной стехиометрией при недостатке кислорода обладают электропроводностью, образуя на поверхности изделия электропроводящие, прозрачные покрытия.
Одним из основных применений стекла с нанесенной пленкой из In2O 3 является использование его в качестве электромагнитного экрана для индикаторных устройств, в частности компьютерных мониторов.
Любой монитор, в том числе и TFT (LCD) монитор имеет побочное электромагнитное излучение. Это излучение не только вредно с медицинской точки зрения для оператора, но может содержать информационные признаки, позволяющие дистанционно считывать информацию с монитора. Для защиты
от таких побочных излучений применяют специальные экраны и поглотители. Однако защитить лицевую часть монитора очень сложно, т.к. оператор должен видеть изображение на экране ярко, без искажения цвета и размеров. Использование металлических сеток дает муар, который не позволяет разглядеть на экране мелкие детали изображения, например мелкий шрифт. К тому же муар очень утомляет глаза оператора. Использование стекол с проводящим оптически прозрачным покрытием решает проблему экранирования ЭМИ для мониторов, индикаторных устройств. Пленочное покрытие на подобных стеклах должно обладать низким удельным сопротивлением, высокой прозрачностью, высоким коэффициентом ослабления побочных излучений и высокой прочностью сцепления с подложкой. Благодаря своим свойствам для этой цели часто используют покрытия, содержащие оксид индия.
Так, известны стекла с покрытием для изготовления дисплеев, содержащие в качестве покрытия оксид индия (JP 2001-270740 А1, опубл. 02.10.2001).
Покрытие, используемое в указанном патенте, снимает статическое напряжение с экрана монитора, но его электросопротивление достаточно велико и оно не решает проблему защиты от электромагнитного излучения (ЭМИ). Кроме того, при получении покрытия используется высокая температура термической обработки на уровне 550°С, что не позволяет применять упрочненное стекло. Таким образом, экран недостаточно защищен и от механических воздействий.
Создание полезной модели направлено на решение задачи по изготовлению изделия, в частности, защитного электромагнитного экрана из стекла, содержащего оптически прозрачное покрытие, обладающее высокой электропроводностью, высокой механической прочностью и стойкостью к воздействию агрессивных сред, пригодного для использования в электронике.
Техническим результатом от использования полезной модели является получение электромагнитного экрана с удельным электросопротивлением
покрытия на стеклянной подложке не более 10 Ом/см2, с коэффициентом пропускания света в видимой части спектра не менее 80% и с коэффициентом ослабления побочных электромагнитных излучений не менее 40 дБ.
Сущность полезной модели заключается в том, что заявленный защитный оптически прозрачный электромагнитный экран для индикаторных устройств, в частности для мониторов, включает стекло, содержащее оптически прозрачное электропроводное покрытие на основе оксида индия, полученное способом магнетронного распыления и осаждения на предварительно нагретую подложку вакууме и выполнено толщиной 100-200 нм, предпочтительно 150 нм, с удельным электросопротивлением не более 10 Ом/см2, с коэффициентом пропускания света в видимой части спектра более 80% и с коэффициентом ослабления побочных электромагнитных излучений не менее 40 дБ.
Защитный экран может быть выполнен с более низким удельным электросопротивлением величиной до 3 Ом/см2 и менее.
Защитный экран изготавливают с оптически прозрачным электропроводное покрытие на основе оксида индия, размещенным на внешней стороне экрана, что дополнительно повышает прочность и износостойкость экрана монитора, в частности от царапания.
Защитный экран выполнен с возможностью прогрева монитора при эксплуатации в холодных климатических условиях. Ряд индикаторных устройств (ЖКИ например) не работают, либо имеют большую инерционность, при отрицательных температурах. Использование подогреваемого стекла, имеющего электропроводное покрытие, позволит решить эту проблему.
Полезная модель иллюстрируется фигурами 1 и 2 и примером.
На фиг.1 - показано размещение стекла с покрытием в качестве защитного экрана перед индикаторным прибором.
На фиг.2 - показано размещение стекла с покрытием в качестве защитного экрана перед монитором с TFT матрицей.
Пример.
Для изготовления защитного оптически прозрачного электромагнитного экран для мониторов, использовали полированное стекло с покрытием на основе 1пг0з размером 255×330×2,5 мм. Оптический коэффициент пропускания стекла был получен на уровне 85%.
Размещение стекла с покрытием в качестве защитного экрана перед монитором показано на фиг.1 и 2.
Малая толщина стекла 2,5 мм (мах) позволяет устанавливать его в штатные крепления TFT матрицы, (как показано на фиг 2).
Установлено, что оптимальным с точки зрения компромисса между прозрачностью и защитными экранирующими свойствами является пленочное покрытие на основе оксида индия с удельным сопротивлением от 2-3 Ом/см 2 до 10-12 Ом/см2. При этом сохраняется высокая прозрачность стекла более 80%, а коэффициент ослабления побочных излучений достигает 40 дБ и более. При этом получено удовлетворительное сопротивление перехода защитный экран (стекло с покрытием) - корпус.
Для нанесения покрытия использовалась вакуумная установка, которая включает вакуумную камеру объемом 24 м3 и два магнетронных распылителя с размером мишени 1300×100 мм. В камере расположены инфракрасные нагреватели, механизм перемещения распылителя, а также контрольно измерительная аппаратура. Мишень выполнена из сплава на основе индия, содержащего 95 мас.% индия и 5 мас.% олова. Магнетроны установлены с возможностью перемещения параллельно подложке. Система насосов обеспечивает откачку воздуха из камеры до давления (2÷4)×10-5 мм. Hg. В качестве рабочей среды при напылении покрытия применяется смесь газов 20% кислорода и 80% аргона особой чистоты. Давление рабочего газа устанавливается равным (1÷3)×10 -3 мм.рт.ст. На магнетрон подается напряжение 310-320 В устанавливается ток разряда 6,4-6,6 А (2,1 кВт). Включают перемещение магнетрона со скоростью 0,015 м/с, и производят напыление окислов индия и олова. Окислы появляются в процессе напыления из-за окисления кислородом рабочей атмосферы. Процесс контролируется по двум параметрам
- электрическому сопротивлению и по светопропусканию. Датчики измерителя сопротивления размещают на образце - свидетеле. Он размещается в непосредственной близости от подложки и проходит все стадии обработки, как и основная подложка. Критерий для завершения напыления переходного слоя - это его сопротивление на уровне 200÷600 Ом/см2, а светопропускание - 87%. Проводят термообработку при температуре от 200 до 250°С до создания переходного слоя. Критерием появления такого слоя является остановка изменения электрического сопротивления (
R=0). Переходный слой представляет собой поликристаллическую структуру и обеспечивает переход от аморфной структуры подложки к поликристаллической структуре токопроводящей пленки покрытия. На сформированный переходный слой наносится следующий слой покрытия толщиной 20-50 нм, что необходимо для роста кристаллической фазы в пленке при последующей термообработке. Причем количество циклов (напыление+термообработка) выбирается в зависимости от требуемых параметров электропроводности и светопропускания. Чем больше слоев в покрытии - тем лучше его проводимость, но меньше светопропускание, При термообработке основных слоев критерий готовности слоя тот же, что и при термообработке переходного слоя. Последовательное выполнение трех циклов «напыление+термообработка» позволяет обеспечить величину удельного электросопротивления покрытия 
=9 Ом/см при светопропускании 81%.
1. Защитный оптически прозрачный электромагнитный экран для индикаторных устройств, в частности для мониторов, состоящий из стекла и оптически прозрачного электропроводного покрытия на основе оксида индия, отличающийся тем, что покрытие получено магнетронным распылением и осаждением на нагретую подложку стекла и выполнено толщиной 100-200 нм, с удельным электросопротивлением не более 10 Ом/см2, с коэффициентом пропускания света в видимой части спектра более 80% и с коэффициентом ослабления побочных электромагнитных излучений не менее 40 дБ.
2. Защитный экран по п.1, отличающийся тем, что он содержит оптически прозрачное электропроводное покрытие на основе оксида индия толщиной 150 нм.
3. Защитный экран по п.1, отличающийся тем, что он содержит оптически прозрачное электропроводное покрытие на основе оксида индия с удельным электросопротивлением менее 3 Ом/см2.
4. Защитный экран по п.1, отличающийся тем, что он содержит оптически прозрачное электропроводное покрытие на основе оксида индия, размещенное на внешней стороне экрана.
5. Защитный экран по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью прогрева монитора при эксплуатации в холодных климатических условиях.
