高透玻璃镀膜

1、高透玻璃镀膜GlassTransmittanceAbsorptionReflectanceR+A+T=1T=1-R-A无法改变玻璃本身的吸收率，只能通过降低玻璃两面的反射率，提升透射率，即所谓“减反增透”Antireflection。玻璃有2个反射面。一次反射二次反射光在玻璃中的传播Incident LightAR膜GlassReflectionIncident LightARAR膜工作原理：光是电磁波，是能量，通过匹配AR膜的折射率、厚度，使光波在AR膜中产生多光束干涉上表面相消干涉，下表面相长干涉。相消干涉：光程差=n.，n为整数。相长干涉：光程差=n.(/2)，n为整数。相对于AR膜的厚

2、度，玻璃的厚度可以看作无穷大，但AR膜的透射率AR玻璃的透射率，玻璃有2个反射面，玻璃本身还有吸收。AR膜与AR玻璃AR膜的作用GlassLight SourceBackground Light增亮：增加有用光(Light Source)的出射。增加对比度：减少干扰光(Background Light)的反射。单面三层AR膜GlassITOTiO2SiO212nm，导电膜，有吸收；膜厚不可调10nm，光学介质膜，无吸收；膜厚可调1000nm，光学介质膜，无吸收；膜厚可调三层膜中，ITO(n=2)厚度一定，只能靠调节SiO2(n=1.4)和TiO2(n=2.4)厚度获得增透效果，但前提是保证Si

3、O2和TiO2的折射率和极低的吸收率，MF需调整到过氧状态。单面三层AR膜复折射率n=n-ik折射率n和消光系数k都是波长的函数。对透明介质，n随波长的增加而减小，k反映了介质对光波的吸收。ITOWavelength300350400450500550600650700750800Index N2.3752.2922.1822.12.062.052.042.032.022.0151.914Index K0.2470.0820.0450.0210.0160.0140.0120.0110.01050.01050.01SiO2Wavelength300350400450500550600650700

4、750800Index N1.4781.4721.4671.4631.4591.4551.4521.451.4461.4431.44Index K00000000000TiO2Wavelength300350400450500550600650700750800Index N2.62.572.522.4692.4222.3852.3512.3372.3272.3222.312Index K00000000000Nb2O5Wavelength383.2400.1421.3446476.4512.1557.4612.2682.2773.1900Index N2.57572.52122.47812.

5、43622.40192.36672.34172.31482.2932.27382.25Index K00000000000模拟&实验膜厚：G|TiO2|SiO2|ITOG|92|1100|79 模拟软件为TFCalc，模拟值与实测值的差异是由于模拟所用的薄膜的n、k值与实际值不同。因为T+R+A=1，当A不大时，T和R的光谱近似呈镜像分布，所以下面仅分析T光谱。T光谱曲线和颜色三层AR膜T光谱曲线两端低，中间高，颜色表现为：透射色为绿色和黄色的混合色；反射色为蓝色和红色的混合色。T光谱曲线越平缓，颜色越淡。颜色坐标 颜色是一种直观的心理感受，通过颜色来检验膜层实际上是间接检验膜层的T、

6、R光谱和膜厚的均匀性。通过颜色匹配函数，可将T、R光谱转换成相应的透射色坐标和反射色坐标。 常用的色坐标系有CIE 1931 XYZ和CIE 1978 L*a*b*。不同色坐标系之间可以相互转换。 CIE 1931 XYZ每种颜色对应的(x,y)即为其色坐标。马蹄铁线是光谱轨迹。连接马蹄铁底部结束的线叫作无光谱的“紫色线” 。从图中还能看出混色和补色关系。CIE 1976 L*a*b*L*表示心理明度； a*, b* 为心理色度 明度差L*,色差a*, b* 或C*, H* 总色差()()()222*ELabD=D+D+DTiO2对T光谱的影响 三层膜中TiO2层的厚度为9-16nm。TiO2

7、层的厚度越厚，T光谱曲线会变窄，即中间高，两边低，决定了最高透过率。虽然TiO2层的厚度变化也会引起峰值波长偏移(厚，峰右移；反之，左移)，但由于膜厚远较SiO2层薄，影响不大。 101G|100|1050|80102G|120|1050|80102G|140|1050|80 TiO2对颜色的影响反射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变厚，峰值右移，绿增黄减。 TiO2膜厚较薄，变化范

8、围小，对峰值移动的影响也小，所以对透射色的影响较小。反射色TiO2变厚，使红增蓝减。长波(红色)和短波(蓝色)的透过率都降低，但对长波的透过率影响更大，引入的黄色平衡部分蓝色的影响，引入红色的影响较明显。透射L*a*b*Yxy101g97.85-2.173.8194.530.3140.3244102g97.84-2.593.4994.510.31280.3241103e97.76-2.613.3594.310.31260.3238SiO2对T光谱的影响 三层膜中SiO2层的厚度为100nm左右，比其余两层厚的多，因此其厚度决定了峰值波长位置，越厚峰值波长右移，反之左移。 201G|120|95

9、0|80202G|120|1050|80203G|120|1150|80 SiO2对反射色的影响透射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变厚，峰值右移，绿增黄增，黄色增长更快，颜

10、色变深。反射色SiO2变厚，使红增蓝增，蓝色增长更快，颜色变深。膜厚均匀性透射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膜厚均匀性表现在T光谱曲线的重合度和色坐标的差值。最直观的体现在玻璃颜色的差异性色差。光泽度GlossGloss Range60Semi Gloss10 to 70 60High Gloss 70 20Low

11、 Gloss 10 85测光泽度实际上是测镜面反射，黑色玻璃标准样的镜面反射定为100GU(Gloss Unit)，被测样品的镜面反射与其相比即得对应Gloss。既然是测反射，就有相应的角度规定。Gloss越高，表观越好，表面越光滑。反射雾度Haze反射雾度(Haze)偏离镜面反射光束0.9度以外的漫反射光。对High Gloss表面，只计2.7度以内的漫反射光。透射雾度、清晰度透射雾度(Haze)偏离入射光束2.5度以上的散射光。清晰度(Clarity)偏离入射光束2.5度以内的散射光。Total Transmittance=Incident Light- Absorption- Refle

12、ction =Directly Transmittance+ Diffuse TransmittanceDiffuse Transmittance=Wide Angle Scattering+ Narrow Angle Scattering 实际生产调试过程v 此后主要讲解实际调试过程中的一些调试过程及方法，主要通过一下四方面的调试做简单的过程讲解，以此抛砖引玉。v 一、透过率调试v 二、颜色调试v 三、颜色均匀性调试v 四、面阻调试透过率的调试过程v1， 通过计算机模拟膜厚看模拟膜系透过率，然后按照膜厚做产品 这个过程主要分两部分：通过模拟来调试样片和通过样片校正模拟值 通过模拟来调试样片：

13、 利用光学膜层设计软件TFCalc模拟三层膜（TiO2+SiO2+ITO）在各层膜的折射率和实际相差不大，而透过率达到94%以上各层膜的膜厚要求是多少。这个过程主要是了解高透膜系的各种膜厚变化时，如ITO、TiO2膜厚不变，SiO2变化时，其透过率如何变化，颜色如何变化。这样在实际调试时对此膜系已有总体的了解，减少调试时间。 通过样片来校正模拟值 前面已讲到，通过模拟得到的透过率曲线和实际测量的曲线有差别，原因在于模拟曲线的材料折射率及消光系数K值与实际做的膜层材料的折射率及消光系数K值存在差别，所以其透过率曲线必然存在差别，为了更实际的了解实际的样片在各波段的折射率及消光系数K值，并尽可能的

14、做到用TFCalc模拟出来的曲线就是实际调试样片的结果，因此在调试样片的同时，分别做TiO2、SiO2、ITO单层膜样片，通过分光仪测量其透过率曲线，再测量样片的膜厚，可得到单层膜在实际测量膜厚的条件下，可见光区各点的透过率值，通过材料折射率计算软件MACLEOD计算实际曲线各波段的折射率，再将这些值修正到TFCalc中去，这样就完成了样片校正模拟的过程。这个过程一次的效果并不能完全达到校正的理想效果，因为工艺控制也与此有一定联系。v 这个过程在层数多的光学膜层制备时，是必不可少的一个过程，在我们高透产品中，膜层少，为大批量生产的产品。因此这个过程相对调试比重并不大。透过率的调试过程v2， 试

15、验过渡态SiO2和过氧态SiO2透过率差别，结论为透过率上达到理想要求 高透产品最初考虑将SiO2的沉积定位在过氧态进行，因为考虑到沉积时SiO2的氧气 充分，对于降低SiO2折射率、并生成稳定的膜层有一定好处。但同时对于实际的大批量生产却又并不划算，因为SiO2在过氧状态下的沉积速率很低，要达到膜系设计要求的1000埃的厚度，必须走速在0.4m/min-0.45m/min、且SiO2的功率要求开到25kw以上，这样极低的走速，对于批量生产并不适合。为此，将工艺控制状态重新定位在过渡态，也就是现在的工作状态。这样，走速也提高到0.6m/min-0.7m/min、靶功率也降到12kw以下，同时为

16、了保证SiO2的工作状态的稳定，以沉积出稳定的SiO2膜层，采用压电陶瓷阀来控制其工作状态（压电阀主要通过每0.1秒监测一次靶电压与设定电压的差值来改变氧气进气量从而达到稳定靶状态的目的）。通过一段时间的摸索及试验对比，发现在透过率控制上，透过率的峰值变化两者差别并不明显，对比数据如下： 过渡态试验数据 过氧态试验数据透过率的调试过程v3， 看透过率曲线来调试高透产品 初期对于高透样片的调试，采用的是计算机模拟后，得到样片的三层膜的厚度，再通过分开实际调试各单层膜的膜厚所需功率、走速，再连续调试高透样片。这种方法由于存在以下几个缺点：调试样片时间长、测量膜厚误差在所难免（TiO2与ITO都很薄

17、）、改变功率溅射速率会有所改变。而由于高透样片各膜层膜厚的变化，表现在透过率曲线、反射光颜色a*、b*值以及透过率峰值上各有特点，因此改用看透过率曲线及峰值来直接调节高透样片，而不依耐于膜厚去调试样片。具体规律如下： 1：单层TiO2膜厚随膜厚增加，透过率降低。可见光区随波长增大，透过率增高。 2：TiO2+SiO2：其透过率在420nm处最高，随SiO2膜厚增加，其透过率曲线右移，即550nm处透过率随SiO2膜厚增加透过率增加。样片检测数据中由这条规律一下就可看出TiO2+SiO2膜厚所处状况。变化TiO2膜厚，其最高透过率会做移少许，趋向红光区曲线 变得更陡。 3： TiO2+SiO2+

18、ITO：整体透过率曲线受SiO2影响最大，其膜厚增加，曲线右移幅度大，反射光颜色变化范围大，在一定的SiO2膜厚下，有一个最佳TiO2膜厚与之搭配，可达到 最高透过率。变化TiO2时，颜色变化幅度稍小，在紫红色区浮动。b*值变化幅度大。颜色调试v颜色调试主要看反射率L*+、a*、b*值来调试，因为透过率颜色值相差太小，对实际颜色调试的把握难度较大。举例来说明： 当膜厚为TiO2（120埃）+SiO2（920埃）+ITO（130埃），其透射光b*值为12.48，反射光b*值为-6.1；当变化SiO2膜厚到990埃时，其透射光b*值为13.9,变化值为1.42，而反射光b*值为-13.1，变化值为

19、7；v调试出的颜色有：浅黄-浅红-紫红-深紫红-蓝色 右图中圈出的颜色区域即是实际调试出的颜色大体区域 透过率在550nm处以上由低到高，即浅黄色透过率最低，蓝色 时透过率最高v颜色与透过率曲线的关系 第十页讲到T光谱曲线和颜色 关系，右图可以看到在蓝光区透过 率低（反射的蓝光就多）而在黄， 红光区透过率高些（反射的红光就 少）表现的反射光综合色即偏蓝光， 这是透过率曲线和颜色最直观的简 洁的关系。颜色均匀性调试v主要通过修改屏蔽罩来实现 由于TiO2沉积状态为过氧状态，沉积速率很低，相对直接沉积金属钛，速率要低4-5倍，在实际工艺控制中，要沉积TiO2膜厚130埃单靶需开35kw，走0.4m/min，这样的工作状态，