一种防眩光的宽角度宽波长减散射膜制造技术

本发明专利技术公开了一种防眩光的宽角度宽波长减散射膜，包括基底以及设置在基底上的介质多层膜。基底为硬质玻璃，其镀膜表面上制有粗糙的微结构。多层减散射膜由宽角度导纳匹配层和宽波长导纳扩展层组成，其中宽角度导纳匹配层由次高折射率Ta

【技术实现步骤摘要】
一种防眩光的宽角度宽波长减散射膜
本专利技术涉及一种防眩光的宽角度宽波长减散射膜，可有效消除强光背景下显示面板的眩光，提高显示面板的图像对比度和清晰度，
属于薄膜光学范畴。
技术介绍
手机、相机、电脑以及各种车载、机载的平显系统和导航仪器等常常会在诸如太阳光等强光背景下使用，此时观察人眼必然会被刺眼的强光所困扰，这种眩目刺眼的背景干扰强光常称为眩光(Glare)。眩光的危害性很大，轻则降低显示信息的对比度和清晰度，重则根本无法看清显示的内容；更为甚者，刺眼的强光使人的眼睛疲惫不堪，甚至使人的眼睛受到伤害。正因为这样，目前国内外具有风向标引领作用的苹果和华为等公司率先试图把防眩技术引入手机、电脑等显示面板，这是一项颇具前瞻性的显示面板的革新！眩光的产生机理并不复杂，其根本的原因就是显示面板表面对背景干扰强光的强烈反射、漫反射和散射引起的，特别是反射光，它被认为是最刺眼的眩光。基于这种认识，目前直接提出对显示面板进行表面处理，使面板表面形成凹凸不平的粗糙微结构，从而使背景的强干扰光产生散射而非直接反射进入观察人眼，起到缓释眩光的效果；然后再利用基于光学薄膜的干涉效应使面板表面的反射或散射降低到1％以下，从而使反射或散射引起的眩光大大降低，产生满意的防眩效果，这种薄膜常称减反射膜或减散射膜。不幸的是，防眩技术的引入必然会带来一个减反射膜或减散射膜宽角度宽波长的难题。虽然现今的各种光学、光电和激光仪器中，减反射膜已无处不在！但这些减反射膜都是通过系统优化设计的，通常都能限制光线在空气中的入射角足够小，比如说20°或30°以内。显然，这在防眩光系统中是行不通的，因为背景的干扰强光是随机地来自四面八方，虽说空气中入射角大于80°的掠入射情况几乎不太可能，但在空气中入射角从0°直到70°，甚至直到80°却是自然的情况，这就是防眩光的宽角度要求。这个宽角度要求进而又会引起宽波长的困难，现有的小入射角减反射膜要实现可见光300nm的宽波长减反射原则上已没有困难，但对0°～70°的宽角度情况，波长宽度就只能达到几nm到几十nm，甚至很难达到100nm。显然，这在防眩光系统中是远远不够的，因为背景的干扰强光是可见光，即使除去可见光两端对人眼刺激比较小的那些波长，剩下的波长区域450nm～650nm也尚有200nm的宽度，这就是防眩光的宽波长要求。本专利技术的主要目的就是要实现防眩显示面板宽角度宽波长的减反射膜或减散射膜，在具有表面微结构的硬质光学玻璃基底上，通过在微结构表面上设置由二种薄膜组成的宽角度导纳匹配层和由四种薄膜组成的宽波长导纳扩展层，最终实现宽角度宽波长的减反射膜或减散射膜。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种防眩光的宽角度宽波长减散射膜(即防眩光的宽角度宽波长减反射膜或减散射膜)，以有效地抑制强光背景下显示面板的眩光，提高显示面板的图像对比度和清晰度，这对强光背景下使用的显示系统具有重要的实用意义。本专利技术的构思如下。本专利技术主要分二步来实施，第一步在硬质光学玻璃表面构建凹凸不平的粗糙微结构，将背景干扰强光的反射变成散射，也就是说，把强烈的定向反射眩光转化为分散的散射眩光，从而缓解刺眼的眩目强光；第二步在玻璃基底的粗糙微结构表面上制作宽角度宽波长的减反射膜或减散射膜，基本达到抑制反射或散射眩光之目的。这里，首先需要指出的是，若能合理选择微结构的参数，则背景干扰强光就可在微结构表面产生完全的散射，而不再含有反射光或漫反射光，这意味着微结构已将入射光完全转变为散射光，此时减反射膜的功能实际上已完全演变成减散射膜，故本专利技术下面称这种微结构表面上的减反射膜为减散射膜。具体的构思描述如下。第一，构建粗糙的微结构表面。在硬质光学玻璃表面采用光学冷加工的粗磨法构建表面粗糙的微结构。微结构的尺寸大小，主要取决于金刚砂的尺寸，这就是说，通过调节金刚砂的粗细可以方便地获得不同尺寸的微结构。微结构的平均直径和平均深度可以借助于表面轮廓仪等设备测量得到，得到的微结构参数可以用来分析微结构的散射特性。描述表面散射常有两个非常重要的微结构参数：表面均方根粗糙度σ和相关长度σ表示粗糙表面在垂直方向上偏离平均平面(或平均高度)的不规则程度，它在很大程度上表征粗糙表面的散射大小。σ越大，表面的起伏越大，则散射越大；反之，σ越小，表面越光滑，则散射越小。相关长度表示粗糙表面在水平方向上不规则峰的平均间距，它不仅与散射大小有关，而且决定了散射光的角度分布。当时，越大，表示表面不规则峰越疏，散射光主要集中在反射光附近，产生漫反射；随着逐渐变小，表示不规则峰起伏变密，散射光会分布于较大的立体角内，产生完全散射。对于单个粗糙微结构表面，若其特征可以用统计参数均方根粗糙度σ和相关长度表示，则当光线垂直入射到粗糙表面上时，借助于标量理论，可从克希霍夫衍射积分推导得到反射散射光SR为：其中R0是该表面为理想光学表面时的反射率。据式(1)可知：粗糙表面的散射与均方根粗糙度σ、相关长度和波长λ的关系均为平方因子；σ和增大，散射增加，而波长λ增大，散射减小；相同的σ和值，σ对散射的贡献要比大；在可见光区，亚微米级的σ和就可使反射基本上转化为散射，考虑到在微结构表面上设计宽角度宽波长的减散射膜必具较多的膜层数和较厚的膜层厚度，为既确保稳定的完全散射，又确保在粗糙表面上获得优质的连续多层膜，适当增大微结构参数是有利的，故本专利技术选择微米级或忽米级的微结构参数：微结构的平均直径取9～15微米，由图1，即得到相关长度微米；微结构的平均深度取3～5微米，由图1，若用正弦曲线近似模拟粗糙表面，则对应的均方根粗糙度为σ＝1.1～1.77微米。对于丝米级或接近丝米级的微结构，由于相关长度太大而易产生漫反射，故本专利技术不予采用。上述单个微结构表面若镀上多层减散射膜后则变成多界面，多界面散射的分析要比单表面复杂得多。根据各膜层界面之间粗糙度的相关性，可以有三种不同的计算模型：非相关、部分相关和完全相关。本专利技术将通过选择合理的微结构参数、选择尽可能少的层数和尽可能薄的膜厚、以及选择强离子辅助和高基底温度工艺，使薄膜生长时不产生额外的粗糙度，使之尽可能地符合完全相关的表面粗糙度模型，即每层膜的表面将完全拓扑复制基底微结构的粗糙度(如图2所示)，这样多界面散射就可近似地用单表面散射来表征。第二，设计宽角度宽波长减散射膜。从式(1)可以理解，减反射和减散射实际上是非常相似的，对光滑理想光学表面是减反射，对粗糙表面是减散射，或者对漫反射的情况是同时需要减反射和减散射。进而还可以理解，虽然式(1)是在垂直入射情况下推导出来的，但不难参考已有的大入射角的反射公式，把垂直入射的散射推广到大入射角的散射。欲设计宽角度宽波长减散射膜，首先必须搞清当入射角增大时将会发生什么。简单地说，对一个折射率为n和物理厚度为d的介质，入射角增大时主要发生二个问题：1).膜层或基底介质的折射率n对不同振动方向的光会产生分离，因此需用修正导纳η来表示其折射率，其中ηs表示垂直振动的s偏振光的修正导纳，ηp表示平行振动的p偏振光的修正导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防眩光的宽角度宽波长减散射膜，包括基底以及设置在所述基底上的介质多层膜，其特征在于，所述的基底为硬质光学玻璃，所述的介质多层膜由依次设置在所述基底上的宽角度导纳匹配层和宽波长导纳扩展层组成，所述的宽角度导纳匹配层和宽波长导纳扩展层共同构成防眩光的宽角度宽波长减散射膜；/n所述的硬质光学玻璃的介质多层膜镀膜表面上制有粗糙的微结构；/n所述的介质多层膜采用高折射率的二氧化钛TiO

【技术特征摘要】
1.一种防眩光的宽角度宽波长减散射膜，包括基底以及设置在所述基底上的介质多层膜，其特征在于，所述的基底为硬质光学玻璃，所述的介质多层膜由依次设置在所述基底上的宽角度导纳匹配层和宽波长导纳扩展层组成，所述的宽角度导纳匹配层和宽波长导纳扩展层共同构成防眩光的宽角度宽波长减散射膜；
所述的硬质光学玻璃的介质多层膜镀膜表面上制有粗糙的微结构；
所述的介质多层膜采用高折射率的二氧化钛TiO2膜、次高折射率的五氧化二钽Ta2O5膜、中间折射率的三氧二铝Al2O3膜、低折射率的二氧化硅SiO2膜、低折射率的MgF2膜中的至少两种。


2.根据权利要求1所述的防眩光的宽角度宽波长减散射膜，其特征在于，所述的宽角度导纳匹配层由次高折射率的Ta2O5膜和中间折射率的Al2O3膜两种膜交替组成；
所述的宽波长导纳扩展层由高折射率的TiO2膜、次高折射率的Ta2O5膜、中间折射率的Al2O3膜和低折射率的SiO2膜四种膜共同组成或者由高折射率的TiO2膜、次高折射率的Ta2O5膜、中间折射率的Al2O3膜和低折射率的MgF2膜四种膜共同组成。


3.根据权利要求1所述的防眩光的宽角度宽波长减散射膜，其特征在于，所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾曼灵，金波，顾培夫，许娜，解云杰，
申请(专利权)人：杭州科汀光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33