用于光学窗口和元件的抗反射涂层制造技术

本发明专利技术涉及透射可见光的光学元件所用的中性色抗反射涂层，所述涂层具有３层或４层结构，其中包括至少两种选自下列的涂层材料：（ａ）涂层材料Ａ，其折射率在１．３５－１．５范围；（ｂ）涂层材料Ｂ，其折射率在１．９－２．４范围；以及（ｃ）涂层材料Ｃ，其折射率在１．６－１．８范围，其中所述涂层被置于透射可见光的基板的第一面或第二面之上，或者两个面上。本发明专利技术还涉及具有上述涂层的光学元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用在像透镜和窗口这样的光学元件上的抗反射涂层。特别是，本专利技术涉及可应用于数字微镜器件(“DMD”)的窗口的抗反射涂层，这种数字微镜器件包含用在数字投影系统中的数字光处理微镜(“DLP”)。
技术介绍
使用数字光处理方法的图像投影通常需要使用多个或阵列式的镜子或微镜(参照图1)将光聚焦到屏幕上。如图1所示，该阵列包含多个可以倾斜成选定角度的微镜。目前一些使用这些微镜和阵列的示例是背投电视、商用和电影院用的正投设备以及招牌显示(marquee display)。图2是得州仪器生产的典型的数字微镜器件(“DMD”)的图片，其中多个微镜被装入密封壳100中，该密封壳100具有窗口102以便让到达/自这些微镜的光通过。图3是包含多个或阵列式微镜的典型DMD器件10的主要元件的示意图。在图3中未示出的是包住图2所示器件的外壳。该DMD的主要元件是微镜阵列12、铬孔14(涂成灰色的矩形)以及覆在该孔和微镜阵列之上的窗口16。当该DMD被用在例如投影系统中时，来自光源20的入射光22(实线圆锥之内)以一定角度聚焦，例如，该角度介于从覆在微镜阵列上的平面窗口16的垂线方向起10到30度(10°到30°)的范围。入射光22穿过窗口16，撞击该阵列的微镜，并且被各个微镜反射。该阵列中的每个微镜都能够按制造商所确定的选定角度倾斜。当阵列中的微镜倾斜成使得它处于“导通(on)”位置时，光按箭头30所指沿垂直于窗口平面的方向(在点/虚线圆锥内)朝着检测器40反射。当阵列中的微镜倾斜成使得它处于“截止(off)”位置时，光穿过窗口16沿箭头32所指方向(在虚线圆锥内)偏离检测器40反射。无论是在“导通”位置还是在“截止”位置，光都穿过窗口16。“导通”位置和“截止”位置的强度(“I”)之比定义为“对比率”(“CR”)，即CR＝I导通/I截止。如图3所示，用f/3.0光锥来照亮DMD。如图所示，入射照明用白光来自100瓦的钨灯(或其它能够产生白光的灯)，且与窗口16的垂线成26°角。检测器40收集f/3.0光锥处的光，并且如图所示居中在DMD上方，垂直于窗口16。该DMD工作在I导通和I截止两种状态。在“导通”状态，来自DLP窗口16后面的“导通”状态下的微镜的反射光向着检测器的垂直传输构成了I导通的主要部分。在“截止”状态，来自窗口16的以10°-30°的入射角的剩余反射构成了I截止的主要部分。因为Ioff是很小的值并且抗反射涂层(“ARC”)的剩余反射对I截止有很大的贡献，所以设计ARC使得I截止达到最小便显得很重要。特别是，人们需要设计出一种ARC，它在很宽的波长范围中对选定的入射光入射角呈现最低的反射率同时偏振依赖性也最低。在上述示例中，人们希望设计出一种在480-640nm范围中对26°入射角呈现最低的反射率同时偏振依赖性也最低的ARC。使I截止反射最小化例如可以提高对比率。尽管用于DMD窗口的防反射涂层是已知的，但是至今很少有人努力针对角度操作来优化窗口16的涂层。例如，具有四分之一波长厚度的30和层式涂层是已知的。考虑到抗反射涂层在使I截止最小化的过程中的关键性，对于DMD和使用DMD的系统的未来发展而言，优化抗反射涂层的开发是很重要的。因此，本专利技术描述了用于使I截止最小化的优化抗反射涂层。
技术实现思路
本专利技术涉及用于数字投影过程中所使用的数字微镜器件的窗口上的抗反射涂层。本专利技术的抗反射涂层可以用在DMD窗口的任一面上或用在其两个面上；最好用于其两个面上。一方面，本专利技术涉及用于数字投影过程中所使用的数字微镜器件的玻璃和玻璃陶瓷窗口的3层抗反射涂层，其中该过程利用以0°-50°范围，优选10°-30°，更优选20°-30°范围的角度入射到该窗口的光。这种3层涂层，包括玻璃或玻璃陶瓷一起被指定为A/B/C/玻璃，其中A是其折射率n介于1.35-1.5范围的低折射率涂层材料；B是其折射率n介于1.9-2.4范围的高折射率涂层材料；而C是其折射率n介于1.6-1.8范围的中等折射率涂层材料。当该涂层施用于玻璃的两面时，这种涂覆的窗口可以被称为A/B/C/玻璃/C/B/A窗口。另一方面，本专利技术涉及用于数字投影过程中所使用的数字微镜器件的玻璃窗口的4层抗反射涂层，其中该过程利用以20°-30°范围的角度入射到该窗口的光。这种4层涂层，包括玻璃一起被指定为A/B/C/B/玻璃，其中A是其折射率n介于1.35-1.5范围的低折射率涂层材料；B是其折射率n介于1.9-2.4范围的高折射率涂层材料；而C是其折射率n介于1.6-1.8范围的中等折射率涂层材料。将该涂层施用于玻璃的两面时，这种涂覆的窗口可以被称为A/B/C/B/玻璃/B/C/B/A窗口。在涉及4层涂层的另一方面，这些涂层，包括玻璃一起可以具有如下顺序当在玻璃的面上涂覆时，该顺序是A/B/A/B/玻璃；而当玻璃的两面都进行涂覆时，该顺序是A/B/A/B/玻璃/B/A/B/A。又一方面，本专利技术包括低折射率涂层材料A，这种材料选自MgF2(n＝1.38)、SiO2(n＝1.46)以及本领域已知的折射率介于1.5-1.6范围的其它涂层材料；高折射率涂层材料B，这种材料选自Ta2O2(n＝2.0-2.2)、TiO2(n＝2.1-2.3)、TiO2:Pr(n＝2.0-2.3)、ZrO2(n＝1.9-2.2)、Nb2O3(n＝2.0-2.2)以及本领域已知的折射率介于1.9-2.3范围的其它涂层材料；以及中等折射率涂层材料C，这种材料选自Al2O3(n＝1.62-1.68)、Y2O3(n＝1.7-1.9)以及本领域已知的折射率介于1.6-1.8范围的其它涂层材料。附图说明图1示出了本领域已知的数字微镜器件中所包含的微镜阵列。图2是商用数字微镜器件(包含多个可倾斜的微镜)的外观图，除诸多其它特征外示出了器件的外壳和窗口。图3A是数字微镜器件的示意性侧视图，示出了器件的选定特征以及光线是如何入射到微镜阵列并被反射的。图3B示出了图3A的窗口16，它具有3层涂层。图3C是数字微镜器件包括外壳一起的示意性侧视图，示出了该器件的各种元件以及它们的相互关系。图4示出了根据本专利技术的离子束辅助的电子束沉积的3层抗反射涂层的性能。图5示出了3层抗反射涂层对26°的入射光的反射率。图6示出了3层涂层的反射率的角度依赖性，这些角度在0°-60°的范围内以10°递增。图7A示出了4层涂层的反射率的角度依赖性，这些角度在0°-60°的范围内以10°递增。图7B示出了使用TaO2的优选4层涂层在12°和30°处的反射率。图8是示出了人眼对各种光波长的敏感度(光视效率)的颜色图。图9示出了通过电子束沉积法沉积在玻璃基板上的MgF2、SiO2、Al2O3、Ta2O5和HfO2涂层的材料色散。图10示出了针对11个抗反射涂层沉积实验在入射角为30°时的反射率曲线。专利技术详述本专利技术的涂层可以用在任何玻璃或玻璃陶瓷基板上，或者可以用在透射可见光范围的电磁辐射的材料上，可见光范围即约400-700nm波长范围中的全部或部分。然而，各种参考书籍将可见光范围列为380nm-780nm。本专利技术可应用于无论是定义在380-780nm还是400-700nm的可见光范围。在本文中，术语“玻璃”是指透射可见光波长范围的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于透射可见光范围的光的光学元件的中性色抗反射涂层，所述涂层具有３层或４层结构，包含至少两种选自下列的涂层材料：（ａ）涂层材料Ａ，其折射率在１．３５－１．５范围；（ｂ）涂层材料Ｂ，其折射率在１．９－２．４范围；以及（ｃ）涂层材料Ｃ，其折射率在１．６－１．８范围，其中，所述涂层置于透射可见光范围的光的基板的第一面或第二面上，或者两个面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MD哈雷斯，CM李，MX乌扬，LG曼，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]