CN115685406A - 应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片及其镀膜工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片及其镀膜工艺，通过改进镀膜材料结构和镀膜工艺来满足镜片对膜层在反射时起到分光以及低吸收的作用。本发明为应用波长范围为380~780nm的应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片及其镀膜工艺，分光膜镀膜片具有低吸收，一定范围内的反射与要求范围内的透过，且制备成本较低，可靠性好，针对波长448‑657nm的光的反射率在9%‑15%之间，透光率≥82%，吸收率≤4%。

Description

应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片及其镀膜工艺

技术领域

本发明涉及AR眼镜领域，尤其涉及一种应用波长范围为380~780nm的应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片及其镀膜工艺。

背景技术

光波导技术因其轻薄外型和光线高透过率被认为是最佳的消费级AR眼镜的光学方案。光波导技术可分为阵列光波导和衍射光波导两种。阵列光波导又名几何光波导。衍射光波导主要利用具有周期结构的衍射光学器件实现光线在波导中的耦入和耦出。阵列光波导通过阵列反射镜堆叠实现图像的输出和动眼框的扩大。

而波导镜片中通常采用半透半反膜层来实现图像的输出。目前我们在分光膜设计时多采用如下的两种方式：（1）介电质膜：这样的产品设计有着吸收小的优点，但是会存在膜层较厚，应力大，成本高的问题；（2）Cr/Al/Ti+介电质膜的组合膜系:这样的膜系产品设计膜层薄，膜应力相对较小的优点，但是还是会存在吸收大的问题，从而导致产品反射光不足引起产品整体的亮度异常的情况。

偏振阵列波导技术的波导镜片中通常采用有多个等间距平行放置且有一定分光比的半透半反膜层来实现图像的输出和出瞳扩展,该半透半反膜层具有角度选择性,且阵列排布。由于波导可以具有多个半透半反面,每一个半透半反面形成一个出瞳,因此可以在基板厚度很薄的情况下,进行出瞳的扩展,实现大视场和大眼动范围显示。在经过多次反射后,便能将出射的光“调整”得比较均匀。因此，低吸收的分光膜镀膜片逐渐成为偏振阵列式波导片的首选。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明设计了一种应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片及其镀膜工艺，通过改进镀膜材料结构和镀膜工艺来满足镜片对膜层在反射时起到分光以及低吸收的作用。

本发明采用如下技术方案：

一种应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片，包括衬底基板，其特征是，所述分光膜镀膜片针对波长448-657nm的光的反射率在9%-15%之间，透光率≥82%，吸收率≤4%；所述衬底基板表面镀有功能膜，所述的功能膜包括多层层叠交错的介电质膜和金属膜，金属膜采用金属Ag层，介电质膜包括二氧化硅膜层、二氧化钛膜层、五氧化二钽膜层或五氧化二铌膜层中的一层或多层，与金属Ag层相邻层为五氧化二铌膜层，靠近所述衬底基板的最内层为所述介电质膜镀于所述衬底基板的内表面，远离所述衬底基板的最外层为二氧化硅介电质膜；介电质膜层的厚度为5-200nm；金属Ag层的膜厚为5-100nm。

作为优选，所述金属Ag层小于等于3层。

作为优选，所述衬底基板采用折射率为1.55-1.58的透明基板。

作为优选，所述透明基板为水晶基板、玻璃基板或蓝宝石基板。

作为优选，所述衬底基板的厚度为0.21mm-2.0mm。

一种应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片的镀膜工艺，其工艺步骤为：

S1、将衬底基板放置到蒸镀设备的镀膜腔内的镀膜治具上，并在70℃条件下对镀膜腔抽真空至5.0*10-4～1.0*10-3 Pa或更高的真空度；

S2、将介电质膜材料和金属Ag层的膜材料分别放入到相应的蒸发源中，相应蒸发源通过以1Å/s-10Å/s的速率的蒸发工艺将介电质膜源材料和金属膜源材料蒸镀到衬底基板上；并在衬底基板(1)上形成多层层叠交错的介电质膜(2)和金属膜，制得镀膜片成品，其中介电质膜源材料为二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、五氧化二铌中的一种或多种；金属膜源材料为银；

S3：将制得的分光膜镀膜片成品取出。

作为优选，所述步骤S2中，蒸发工艺的蒸发时间根据需要蒸镀膜层的厚度来确定。

一种应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片的镀膜工艺，其工艺步骤为：

X1、将金属靶材和介电质靶材安装在各自的靶台上；

X2、将衬底基板放置到溅射设备的基板转台上，并对溅射腔室抽真空至真空度达到5.0*10-4Pa～1.0*10-3Pa；

X3、对各靶材进行预溅射；

X4、依次打开所需溅射沉积靶材的靶电源，调整基板转台，在衬底基板上溅射沉积所需靶材，并在衬底基板上形成多层层叠交错的介电质膜和金属膜，制得镀膜片成品；其中，溅射介电质靶材时，需同时向溅射腔室内通入氧气和氩气，以使被激发的介电质靶材在溅射过程中彻底氧化；溅射金属靶材前，将溅射腔室内氧气抽空，以防止被激发的金属靶材在溅射过程中被氧化；

X5、将制得的分光膜镀膜片成品取出。

作为优选，步骤X3中，介电质靶材在功率5-10kw，电压370～510V下，以1.5nm/s-4nm/s的速率进行溅射，溅射时长根据需要溅射膜层的厚度来确定；金属靶材在功率1-5kw，电压500～600V下，以20nm/s-30nm/s的速率进行溅射，溅射时长根据需要溅射膜层的厚度来确定。

作为优选，介质靶材预溅射的时长2～10mim；金属靶材预溅射的时长0～60s。

本发明的有益效果是：本发明设计一种应用波长范围为380~780nm的应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片及其镀膜工艺，分光膜镀膜片具有低吸收，一定范围内的反射与要求范围内的透过，且制备成本较低，可靠性好，针对波长448-657nm的光的反射率在9%-15%之间，透光率≥82%，吸收率≤4%。

附图说明

图1是本发明镀膜片的一种结构示意图；

图2是本发明镀膜片的反射光谱曲线图；

图3是本发明镀膜片的透过光谱曲线图；

图4是本发明镀膜片的吸收光谱曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例：如图1所示，一种应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片，包括衬底基板，其特征是，所述分光膜镀膜片针对波长448-657nm的光的反射率在9%-15%之间，透光率≥82%，吸收率≤4%；所述衬底基板表面镀有功能膜，所述的功能膜包括多层层叠交错的介电质膜和金属膜，金属膜采用金属Ag层，介电质膜包括二氧化硅膜层、二氧化钛膜层、五氧化二钽膜层或五氧化二铌膜层中的一层或多层，与金属Ag层相邻层为五氧化二铌膜层，靠近所述衬底基板的最内层为所述介电质膜镀于所述衬底基板的内表面，远离所述衬底基板的最外层为二氧化硅介电质膜；介电质膜层的厚度为5-200nm；金属Ag层的膜厚为5-100nm。

金属Ag层小于等于3层。

衬底基板采用折射率为1.56的透明基板。

透明基板为水晶基板、玻璃基板或蓝宝石基板。

衬底基板的厚度为0.21mm-2.0mm。

一种应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片的镀膜工艺，其工艺步骤为：

S1、将衬底基板放置到蒸镀设备的镀膜腔内的镀膜治具上，并在70℃条件下对镀膜腔抽真空至5.0*10-4～1.0*10-3 Pa或更高的真空度；

S2、将介电质膜材料和金属Ag层的膜材料分别放入到相应的蒸发源中，相应蒸发源通过以1Å/s-10Å/s的速率的蒸发工艺将介电质膜源材料和金属膜源材料蒸镀到衬底基板上；并在衬底基板(1)上形成多层层叠交错的介电质膜(2)和金属膜，制得镀膜片成品，其中介电质膜源材料为二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、五氧化二铌中的一种或多种；金属膜源材料为银；

S3：将制得的分光膜镀膜片成品取出。

步骤S2中，蒸发工艺的蒸发时间根据需要蒸镀膜层的厚度来确定。

一种应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片的镀膜工艺，其工艺步骤为：

X1、将金属靶材和介电质靶材安装在各自的靶台上；

X2、将衬底基板放置到溅射设备的基板转台上，并对溅射腔室抽真空至真空度达到5.0*10-4Pa～1.0*10-3Pa；

X3、对各靶材进行预溅射；

X4、依次打开所需溅射沉积靶材的靶电源，调整基板转台，在衬底基板上溅射沉积所需靶材，并在衬底基板上形成多层层叠交错的介电质膜和金属膜，制得镀膜片成品；其中，溅射介电质靶材时，需同时向溅射腔室内通入氧气和氩气，以使被激发的介电质靶材在溅射过程中彻底氧化；溅射金属靶材前，将溅射腔室内氧气抽空，以防止被激发的金属靶材在溅射过程中被氧化；

X5、将制得的分光膜镀膜片成品取出。

步骤X3中，介电质靶材在功率5-10kw，电压370～510V下，以1.5nm/s-4nm/s的速率进行溅射，溅射时长根据需要溅射膜层的厚度来确定；金属靶材在功率1-5kw，电压500～600V下，以20nm/s-30nm/s的速率进行溅射，溅射时长根据需要溅射膜层的厚度来确定。

介质靶材预溅射的时长2～10mim；金属靶材预溅射的时长0～60s。

如图2所示，为本发明镀膜片的反射光谱曲线图，图中可见，本发明镀膜片在波长448-657nm段，入射角为48°、57°、66.5°的平均光，反射率在9%-15%之间。

如图3所示，为本发明镀膜片的透过光谱曲线图，图中可见，本发明镀膜片在波长448-657nm段，入射角为48°、57°、66.5°的平均光，透过率要在82%以上。

如图4所示，为本发明镀膜片的吸收光谱曲线图；图中可见，本发明镀膜片在波长448-657nm段，入射角为48°、57°、66.5°的平均光，吸收值要在4%以下。

可见本发明的分光膜镀膜片具有低吸收，一定范围内的反射与要求范围内的透过，且制备成本较低，可靠性好。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片，包括衬底基板，其特征是，所述分光膜镀膜片针对波长448-657nm的光的反射率在9%-15%之间，透光率≥82%，吸收率≤4%；所述衬底基板表面镀有功能膜，所述的功能膜包括多层层叠交错的介电质膜和金属膜，金属膜采用金属Ag层，介电质膜包括二氧化硅膜层、二氧化钛膜层、五氧化二钽膜层或五氧化二铌膜层中的一层或多层，与金属Ag层相邻层为五氧化二铌膜层，靠近所述衬底基板的最内层为所述介电质膜镀于所述衬底基板的内表面，远离所述衬底基板的最外层为二氧化硅介电质膜；介电质膜层的厚度为5-200nm；金属Ag层的膜厚为5-100nm。

2.根据权利要求1所述的应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片，其特征是，所述金属Ag层小于等于3层。

3.根据权利要求1所述的应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片，其特征是，所述衬底基板采用折射率为1.55-1.58的透明基板。

4.根据权利要求3所述的应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片，其特征是，所述透明基板为水晶基板、玻璃基板或蓝宝石基板。

5.根据权利要求1所述的应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片，其特征是，所述衬底基板的厚度为0.21mm-2.0mm。

6.一种权利要求1-5中任一项所述的应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片的镀膜工艺，其特征是，其工艺步骤为：

S1、将衬底基板放置到蒸镀设备的镀膜腔内的镀膜治具上，并在70℃条件下对镀膜腔抽真空至5.0*10-4～1.0*10-3 Pa或更高的真空度；

S2、将介电质膜材料和金属Ag层的膜材料分别放入到相应的蒸发源中，相应蒸发源通过以1Å/s-10Å/s的速率的蒸发工艺将介电质膜源材料和金属膜源材料蒸镀到衬底基板上；并在衬底基板(1)上形成多层层叠交错的介电质膜(2)和金属膜，制得镀膜片成品，其中介电质膜源材料为二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、五氧化二铌中的一种或多种；金属膜源材料为银；

S3：将制得的分光膜镀膜片成品取出。

7.根据权利要求6所述的应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片的镀膜工艺，其特征是，步骤S2中，蒸发工艺的蒸发时间根据需要蒸镀膜层的厚度来确定。

8.一种权利要求1-5中任一项所述的应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片的镀膜工艺，其特征是，其工艺步骤为：

X1、将金属靶材和介电质靶材安装在各自的靶台上；

X2、将衬底基板放置到溅射设备的基板转台上，并对溅射腔室抽真空至真空度达到5.0*10-4Pa～1.0*10-3Pa；

X3、对各靶材进行预溅射；

X4、依次打开所需溅射沉积靶材的靶电源，调整基板转台，在衬底基板上溅射沉积所需靶材，并在衬底基板上形成多层层叠交错的介电质膜和金属膜，制得镀膜片成品；其中，溅射介电质靶材时，需同时向溅射腔室内通入氧气和氩气，以使被激发的介电质靶材在溅射过程中彻底氧化；溅射金属靶材前，将溅射腔室内氧气抽空，以防止被激发的金属靶材在溅射过程中被氧化；

X5、将制得的分光膜镀膜片成品取出。

9.根据权利要求8所述的应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片的镀膜工艺，其特征是，步骤X3中，介电质靶材在功率5-10kw，电压370～510V下，以1.5nm/s-4nm/s的速率进行溅射，溅射时长根据需要溅射膜层的厚度来确定；金属靶材在功率1-5kw，电压500～600V下，以20nm/s-30nm/s的速率进行溅射，溅射时长根据需要溅射膜层的厚度来确定。

10.根据权利要求9所述的应用在偏振阵列式波导片的分光膜镀膜片的镀膜工艺，其特征是，介质靶材预溅射的时长2～10mim；金属靶材预溅射的时长0～60s。

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