高透玻璃鍍膜

高透玻璃鍍膜第一頁，共三十頁，2022年，8月28日GlassTransmittanceAbsorptionReflectanceR+A+T=1T=1-R-A無法改變玻璃本身的吸收率，只能通過降低玻璃兩面的反射率，提升透射率，即所謂“減反增透”——Antireflection。玻璃有2個反射面。一次反射二次反射光在玻璃中的傳播IncidentLight第二頁，共三十頁，2022年，8月28日AR膜GlassReflectionIncidentLightARAR膜工作原理：光是電磁波，是能量，通過匹配AR膜的折射率、厚度，使光波在AR膜中產(chǎn)生多光束干涉——上表面相消干涉，下表面相長干涉。相消干涉：光程差=n.λ，n為整數(shù)。相長干涉：光程差=n.(λ/2)，n為整數(shù)。相對于AR膜的厚度，玻璃的厚度可以看作無窮大，但AR膜的透射率≠AR玻璃的透射率，玻璃有2個反射面，玻璃本身還有吸收。第三頁，共三十頁，2022年，8月28日AR膜與AR玻璃第四頁，共三十頁，2022年，8月28日AR膜的作用GlassLightSourceBackgroundLight增亮：增加有用光(LightSource)的出射。增加對比度：減少干擾光(BackgroundLight)的反射。第五頁，共三十頁，2022年，8月28日單面三層AR膜GlassITOTiO2SiO212nm，導電膜，有吸收；膜厚不可調(diào)10nm，光學介質(zhì)膜，無吸收；膜厚可調(diào)1000nm，光學介質(zhì)膜，無吸收；膜厚可調(diào)三層膜中，ITO(n=2)厚度一定，只能靠調(diào)節(jié)SiO2(n=1.4)和TiO2(n=2.4)厚度獲得增透效果，但前提是保證SiO2和TiO2的折射率和極低的吸收率，MF需調(diào)整到過氧狀態(tài)。第六頁，共三十頁，2022年，8月28日單面三層AR膜第七頁，共三十頁，2022年，8月28日復(fù)折射率折射率n和消光系數(shù)k都是波長的函數(shù)。對透明介質(zhì)，n隨波長λ的增加而減小，k反映了介質(zhì)對光波的吸收。ITOWavelength300350400450500550600650700750800IndexN2.3752.2922.1822.12.062.052.042.032.022.0151.914IndexK0.2470.0820.0450.0210.0160.0140.0120.0110.01050.01050.01SiO2Wavelength300350400450500550600650700750800IndexN1.4781.4721.4671.4631.4591.4551.4521.451.4461.4431.44IndexK00000000000TiO2Wavelength300350400450500550600650700750800IndexN2.62.572.522.4692.4222.3852.3512.3372.3272.3222.312IndexK00000000000Nb2O5Wavelength383.2400.1421.3446476.4512.1557.4612.2682.2773.1900IndexN2.57572.52122.47812.43622.40192.36672.34172.31482.2932.27382.25IndexK00000000000第八頁，共三十頁，2022年，8月28日模擬&實驗?zāi)ず瘢篏|TiO2|SiO2|ITO——G|92|1100|79模擬軟件為TFCalc，模擬值與實測值的差異是由于模擬所用的薄膜的n、k值與實際值不同。因為T+R+A=1，當A不大時，T和R的光譜近似呈鏡像分布，所以下面僅分析T光譜。第九頁，共三十頁，2022年，8月28日T光譜曲線和顏色三層AR膜T光譜曲線兩端低，中間高，顏色表現(xiàn)為：透射色為綠色和黃色的混合色；反射色為藍色和紅色的混合色。T光譜曲線越平緩，顏色越淡。第十頁，共三十頁，2022年，8月28日顏色坐標

顏色是一種直觀的心理感受，通過顏色來檢驗?zāi)訉嶋H上是間接檢驗?zāi)拥腡、R光譜和膜厚的均勻性。通過顏色匹配函數(shù)，可將T、R光譜轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的透射色坐標和反射色坐標。

常用的色坐標系有CIE1931XYZ和CIE1978L*a*b*。不同色坐標系之間可以相互轉(zhuǎn)換。

第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日CIE1931XYZ每種顏色對應(yīng)的(x,y)即為其色坐標。馬蹄鐵線是光譜軌跡。

連接馬蹄鐵底部結(jié)束的線叫作無光譜的“紫色線”。從圖中還能看出混色和補色關(guān)系。第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日CIE1976L*a*b*L*表示心理明度；a*,b*

為心理色度明度差ΔL*,色差Δa*,Δb*或ΔC*,ΔH*總色差第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日TiO2對T光譜的影響

三層膜中TiO2層的厚度為9-16nm。TiO2層的厚度越厚，T光譜曲線會變窄，即中間高，兩邊低，決定了最高透過率。雖然TiO2層的厚度變化也會引起峰值波長偏移(厚，峰右移；反之，左移)，但由于膜厚遠較SiO2層薄，影響不大。101——G|100|1050|80102——G|120|1050|80102——G|140|1050|80第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日TiO2對顏色的影響反射L*a*b*Yxy101g26.3511.45-20.294.870.25340.2153102g25.0714.87-18.844.440.26870.2151103e25.2715.17-17.824.50.27460.2191透射色——TiO2變厚，峰值右移，綠增黃減。TiO2膜厚較薄，變化范圍小，對峰值移動的影響也小，所以對透射色的影響較小。反射色——TiO2變厚，使紅增藍減。長波(紅色)和短波(藍色)的透過率都降低，但對長波的透過率影響更大，引入的黃色平衡部分藍色的影響，引入紅色的影響較明顯。透射L*a*b*Yxy101g97.85-2.173.8194.530.3140.3244102g97.84-2.593.4994.510.31280.3241103e97.76-2.613.3594.310.31260.3238第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日SiO2對T光譜的影響

三層膜中SiO2層的厚度為100nm左右，比其余兩層厚的多，因此其厚度決定了峰值波長位置，越厚峰值波長右移，反之左移。201——G|120|950|80202——G|120|1050|80203——G|120|1150|80第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日SiO2對反射色的影響透射L*a*b*Yxy201a97.28-1.4-0.3693.130.30760.3164202b97.68-1.931.2794.110.30980.3196203b97.1-2.1692.690.3180.3285反射L*a*b*Yxy201a28.625.894.665.690.35150.3274202b26.110.15-6.344.780.31420.2721203b27.9311.65-27.195.430.22820.1945透射色——SiO2變厚，峰值右移，綠增黃增，黃色增長更快，顏色變深。反射色——SiO2變厚，使紅增藍增，藍色增長更快，顏色變深。第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日膜厚均勻性透射L*a*b*Yxy201a97.28-1.4-0.3693.130.30760.3164201e97.62-1.911.0893.960.30950.3193反射L*a*b*Yxy201a28.625.894.665.690.35150.3274201e26.389.69-4.984.880.31930.2788膜厚均勻性表現(xiàn)在T光譜曲線的重合度和色坐標的差值。最直觀的體現(xiàn)在玻璃顏色的差異性——色差。第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日光澤度——GlossGlossRange60°SemiGloss10to7060°HighGloss>7020°LowGloss<1085°測光澤度實際上是測鏡面反射，黑色玻璃標準樣的鏡面反射定為100GU(GlossUnit)，被測樣品的鏡面反射與其相比即得對應(yīng)Gloss。既然是測反射，就有相應(yīng)的角度規(guī)定。Gloss越高，表觀越好，表面越光滑。第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日反射霧度——Haze反射霧度(Haze)——偏離鏡面反射光束0.9度以外的漫反射光。對HighGloss表面，只計2.7度以內(nèi)的漫反射光。第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日透射霧度、清晰度透射霧度(Haze)——偏離入射光束2.5度以上的散射光。清晰度(Clarity)——偏離入射光束2.5度以內(nèi)的散射光。TotalTransmittance=IncidentLight-Absorption-Reflection=DirectlyTransmittance+DiffuseTransmittanceDiffuseTransmittance=WideAngleScattering+NarrowAngleScattering第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日實際生產(chǎn)調(diào)試過程

此后主要講解實際調(diào)試過程中的一些調(diào)試過程及方法，主要通過一下四方面的調(diào)試做簡單的過程講解，以此拋磚引玉。一、透過率調(diào)試二、顏色調(diào)試三、顏色均勻性調(diào)試四、面阻調(diào)試第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日透過率的調(diào)試過程1，通過計算機模擬膜厚看模擬膜系透過率，然后按照膜厚做產(chǎn)品這個過程主要分兩部分：通過模擬來調(diào)試樣片和通過樣片校正模擬值

通過模擬來調(diào)試樣片：利用光學膜層設(shè)計軟件TFCalc模擬三層膜（TiO2+SiO2+ITO）在各層膜的折射率和實際相差不大，而透過率達到94%以上各層膜的膜厚要求是多少。這個過程主要是了解高透膜系的各種膜厚變化時，如ITO、TiO2膜厚不變，SiO2變化時，其透過率如何變化，顏色如何變化。這樣在實際調(diào)試時對此膜系已有總體的了解，減少調(diào)試時間。

通過樣片來校正模擬值前面已講到，通過模擬得到的透過率曲線和實際測量的曲線有差別，原因在于模擬曲線的材料折射率及消光系數(shù)K值與實際做的膜層材料的折射率及消光系數(shù)K值存在差別，所以其透過率曲線必然存在差別，為了更實際的了解實際的樣片在各波段的折射率及消光系數(shù)K值，并盡可能的做到用TFCalc模擬出來的曲線就是實際調(diào)試樣片的結(jié)果，因此在調(diào)試樣片的同時，分別做TiO2、SiO2、ITO單層膜樣片，通過分光儀測量其透過率曲線，再測量樣片的膜厚，可得到單層膜在實際測量膜厚的條件下，可見光區(qū)各點的透過率值，通過材料折射率計算軟件MACLEOD計算實際曲線各波段的折射率，再將這些值修正到TFCalc中去，這樣就完成了樣片校正模擬的過程。這個過程一次的效果并不能完全達到校正的理想效果，因為工藝控制也與此有一定聯(lián)系。這個過程在層數(shù)多的光學膜層制備時，是必不可少的一個過程，在我們高透產(chǎn)品中，膜層少，為大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。因此這個過程相對調(diào)試比重并不大。第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日透過率的調(diào)試過程2，試驗過渡態(tài)SiO2和過氧態(tài)SiO2透過率差別，結(jié)論為透過率上達到理想要求高透產(chǎn)品最初考慮將SiO2的沉積定位在過氧態(tài)進行，因為考慮到沉積時SiO2的氧氣充分，對于降低SiO2折射率、并生成穩(wěn)定的膜層有一定好處。但同時對于實際的大批量生產(chǎn)卻又并不劃算，因為SiO2在過氧狀態(tài)下的沉積速率很低，要達到膜系設(shè)計要求的1000埃的厚度，必須走速在0.4m/min-0.45m/min、且SiO2的功率要求開到25kw以上，這樣極低的走速，對于批量生產(chǎn)并不適合。為此，將工藝控制狀態(tài)重新定位在過渡態(tài)，也就是現(xiàn)在的工作狀態(tài)。這樣，走速也提高到0.6m/min-0.7m/min、靶功率也降到12kw以下，同時為了保證SiO2的工作狀態(tài)的穩(wěn)定，以沉積出穩(wěn)定的SiO2膜層，采用壓電陶瓷閥來控制其工作狀態(tài)（壓電閥主要通過每0.1秒監(jiān)測一次靶電壓與設(shè)定電壓的差值來改變氧氣進氣量從而達到穩(wěn)定靶狀態(tài)的目的）。通過一段時間的摸索及試驗對比，發(fā)現(xiàn)在透過率控制上，透過率的峰值變化兩者差別并不明顯，對比數(shù)據(jù)如下：過渡態(tài)試驗數(shù)據(jù)過氧態(tài)試驗數(shù)據(jù)第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日透過率的調(diào)試過程3，看透過率曲線來調(diào)試高透產(chǎn)品初期對于高透樣片的調(diào)試，采用的是計算機模擬后，得到樣片的三層膜的厚度，再通過分開實際調(diào)試各單層膜的膜厚所需功率、走速，再連續(xù)調(diào)試高透樣片。這種方法由于存在以下幾個缺點：調(diào)試樣片時間長、測量膜厚誤差在所難免（TiO2與ITO都很薄）、改變功率濺射速率會有所改變。而由于高透樣片各膜層膜厚的變化，表現(xiàn)在透過率曲線、反射光顏色a*、b*值以及透過率峰值上各有特點，因此改用看透過率曲線及峰值來直接調(diào)節(jié)高透樣片，而不依耐于膜厚去調(diào)試樣片。具體規(guī)律如下：

1：單層TiO2膜厚隨膜厚增加，透過率降低?？梢姽鈪^(qū)隨波長增大，透過率增高。

2：TiO2+SiO2：其透過率在420nm處最高，隨SiO2膜厚增加，其透過率曲線右移，即550nm處透過率隨SiO2膜厚增加透過率增加。樣片檢測數(shù)據(jù)中由這條規(guī)律一下就可看出TiO2+SiO2膜厚所處狀況。變化TiO2膜厚，其最高透過率會做移少許，趨向紅光區(qū)曲線變得更陡。

3：TiO2+SiO2+ITO：整體透過率曲線受SiO2影響最大，其膜厚增加，曲線右移幅度大，反射光顏色變化范圍大，在一定的SiO2膜厚下，有一個最佳TiO2膜厚與之搭配，可達到最高透過率。變化TiO2時，顏色變化幅度稍小，在紫紅色區(qū)浮動。b*值變化幅度大。第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日顏色調(diào)試顏色調(diào)試主要看反射率L*+、a*、b*值來調(diào)試，因為透過率顏色值相差太小，對實際顏色調(diào)試的把握難度較大。舉例來說明：當膜厚為TiO2（120埃）+SiO2（920埃）+ITO（130埃），其透射光b*值為12.48，反射光b*值為-6.1；當變化SiO2膜厚到990埃時，其透射光b*值為13.9,變化值為1.42，而反射光b*值為-13.1，變化值為7；調(diào)試出的顏色有：淺黃-淺紅-紫紅-深紫紅-藍色右圖中圈出的顏色區(qū)域即是實際調(diào)試出的顏色大體區(qū)域透過率在550nm處以上由低到高，即淺黃色透過率最低，藍色時透過率最高顏色與透過率曲線的關(guān)系第十頁講到T光譜曲線和顏色關(guān)系，右圖可以看到在藍光區(qū)透過率低（反射的藍光就多）而在黃，紅光區(qū)透過率高些（反射的紅光就少）表現(xiàn)的反射光綜合色即偏藍光，這是透過率曲線和顏色最直觀的簡潔的關(guān)系。第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日顏色均勻性調(diào)試主要通過修改屏蔽罩來實現(xiàn)

由于TiO2沉積狀態(tài)為過氧狀態(tài)，沉積速率很低，相對直接沉積金屬鈦，速率要低4-5倍，在實際工藝控制中，要沉積TiO2膜厚130埃單靶需開35kw，走0.4m/min，這樣的工作狀態(tài)，使得通過調(diào)節(jié)上中下氧氣的分配有些力不從心，因此在控制其膜厚均勻性上只能采取修改屏蔽罩為主，分配上中下氧氣比為輔的方式。通過看透過率曲線發(fā)現(xiàn)不均勻因素來自于TiO2膜厚高透樣片是由三層膜組成光學增透膜系，即簡單的折射率的高/低/高結(jié)構(gòu)，其中玻璃和TiO2實際可看成第一個高折射率結(jié)構(gòu)，為此TiO2膜厚要求不高，90-140埃均可；其膜太薄，玻璃+TiO2折射率會有所下降，這將直接影響整體膜系的最高透過率峰值，但也不能太厚，因為TiO2的折射率在越趨向紅光區(qū)折射率越低，這樣就使玻璃+TiO2整體折射率在趨向紅光區(qū)時折射率降低很快，在透過率上表現(xiàn)出的最直觀的就是透過率曲線在趨向紅光區(qū)變得很陡。表現(xiàn)在顏色上的效果就是紅色光透過率降低，人眼看反射光藍色成分增多，表現(xiàn)為紫紅色。因為TiO2的這些固有特性使得在透過率曲線上有其特點，因此在初期調(diào)試樣片時，顏色上的不均勻，通過測量樣片上下的透過率曲線，分析其曲線的特點即可判定是哪一層膜膜厚不均勻。具體可參照以下對比圖：第二十七頁，共三十頁，2022年，8月28日顏色均勻性調(diào)試