CN116203662B - 一种窄带高反膜及增强现实镜片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种窄带高反膜及增强现实镜片，窄带高反膜，包括沿着厚度方向交错地排列并层叠设置的n+1个三氧化二铝膜层和n个二氧化钛膜层；增强现实镜片包括光学镜片和设置于所述光学镜片上的上述窄带高反膜。本发明的窄带高反膜具有在特定可见光波长下具有高反射率、而其他可见光波长下具有高透过率的特性，通过将衍射光波导出射光栅处部分被传输到非人眼方向的光线反射回光栅，具有改善AR镜片的显示效率、减少光波导过程中非人眼方向的光传播损失的优点，本发明的增强现实镜片，其解决了现有AR镜片显示亮度低、光利用率低、且部分光线朝向人眼反方向出射导致外部能够看见AR眼镜显示内容的问题，具有提高镜片的显示效率、同时保护隐私优点。
Description
技术领域
本发明涉及光学***的技术领域，尤其是涉及一种窄带高反膜及增强现实镜片。
背景技术
光学***通常由用于增强现实（AR）和虚拟现实（VR）近眼显示器（NED）的微型显示器和成像光学***组成。微型显示器可以像micro-OLED或micro-LED面板一样主动提供图像，也可以通过在液晶显示器（包括透射型LCD和反射型LCOS）、数字微镜器件（DMD）和激光上间接照明来间接提供图像，还有基于微机电***（MEMS）技术的激光光束扫描仪（LBS）。与VR NED相似，微型显示器的显示像素被成像到一定距离并形成虚拟图像以投射到人眼。与VR NED不同，AR NED需要“透视”功能，以便眼睛能够同时查看现实世界，而成像***无法阻挡正视图，因此需要一个或几个附加的光学元件来形成“光学组合器”。光学组合器通过反射虚拟图像，同时将外部光传输到人眼，将虚拟内容叠加在真实场景的顶部，以使它们相互补充和“增强”。
波导是目前最佳的增强现实眼镜方案。波导方案又分为几何波导方案、衍射光波导方案（浮雕光栅波导方案和体全息波导方案）。几何波导方案中一般包括锯齿结构波导和偏振薄膜阵列反射镜波导（简称偏振阵列波导），其中，主流的偏振阵列波导是使用阵列的部分透射部分反射薄膜镜来达到虚拟信息的显示的目的，偏振阵列波导方案具有轻薄、眼动范围大且色彩均匀的优势。浮雕光栅波导方案可以用纳米压印工艺进行大批量生产，引起了AR光学模组生产商的极大兴趣，它具有大视场和大眼动范围的优势，但是也会带来视场均匀性和色彩均匀性的挑战，同时，相关的微纳加工工艺也是巨大的挑战。体全息波导方案在色彩均匀性（无彩虹效应）和实现单片全彩波导上均有优势，但是目前在大规模量产和大视场上受到了限制。
授权公告号为CN106371210B的中国专利公开了 一种基于透明成像玻璃的增强现实眼镜，包括镜片、镜框，所述镜片安装在所述镜框内，所述镜片由至少一层透明镜片层和至少一层纳米粒子薄膜层层叠设置而成，所述纳米粒子薄膜层内均匀分布着纳米粒子，所述纳米粒子由质量比1：（0.1~9）的二氧化钛纳米粒子与无机盐纳米粒子组成，所述镜框顶部设有可安装微型投影仪的支架，所述支架底端与所述镜框顶部固定连接，所述支架顶端固定连接着微型投影仪，所述微型投影仪通过数据线与控制手柄键盘相连。
上述AR眼镜由于需要将微型显示器的光扩大到一定面积，以满足进入人眼的光线有足够的覆盖范围，这导致了光源能量的分散，即经过扩大后的光线单点亮度较低。此外，对于使用衍射光波导方案的VR眼镜来说，由于微型显示器发出的光在耦出光栅处会产生朝向人眼反方向的光线，二氧化钛纳米粒子薄膜层不能很好地对这部分光进行反射，导致这部分光无法被人眼获取与接收，进而使得光的传播效率较低（25%左右）。为满足增强现实显示***对环境光可见的要求，现有较为常见的技术方案是，相对于耦入耦出光栅，在镜片的另一侧涂覆膜系，该膜系对可见光具有增强透过的效果，因此在进行显示器光波导的同时，实现对环境光的高透过特性，但是该技术方案并未对非人眼方向的光线进行再收集和再利用，对提升增强现实光学***的显示效率没有帮助。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种窄带高反膜，其具有在特定可见光波长（485nm、550nm、620nm）下具有高反射率、而其他可见光波长下具有高透过率的特性，通过将衍射光波导出射光栅处部分被传输到非人眼方向的光线反射回光栅，具有改善AR镜片的显示效率、减少光波导过程中非人眼方向的光传播损失的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种增强现实镜片，其解决了现有AR镜片显示亮度低、光利用率低、且部分光线朝向人眼反方向出射导致外部能够看见AR眼镜显示内容的问题，具有提高镜片的显示效率、同时保护隐私优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种窄带高反膜，包括沿着厚度方向交错地排列并层叠设置的n+1个三氧化二铝膜层和n个二氧化钛膜层，n为整数。
进一步地，所述窄带高反膜包括沿着厚度方向交错地排列并层叠设置的n+1个三氧化二铝膜层和n个二氧化钛膜层，n=50~150。
具体地，n为50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120、121、122、123、124、125、126、127、128、129、130、131、132、133、134、135、136、137、138、139、140、141、142、143、144、145、146、147、148、149或150。
更进一步地，所述窄带高反膜的总厚度为20.0~30.0μm，其中，这些三氧化二铝膜层的单层厚度为2.0~2650.0nm、层积厚度为15.0~25.0μm，这些二氧化钛膜层的单层厚度为1.0~250.0nm、层积厚度为4.0~6.0μm。
具体地，这些三氧化二铝膜层的单层厚度为2.5、3.9、9.8、13.7、16.8、21.6、22.7、23.8、25.7、26.7、30.3、32.8、34.9、38.6、42.7、42.8、48.0、49.6、49.8、53.7、55.5、56.6、57.6、58.6、58.9、59.7、67.1、68.3、68.7、69.7、71.7、75.4、76.1、76.9、80.3、83.3、88.7、91.9、100.9、102.5、102.8、107.3、111.5、153.6、155.5、165.8、169.6、172.0、176.1、180.5、183.1、184.4、191.6、192.9、194.5、207.6、208.2、208.4、209.1、219.8、224.9、244.6、274.3、277.6、284.8、287.8、290.8、297.8、325.6、332.9、333.1、336.3、339.6、344.4、354.3、383.9、386.3、406.4、412.6、437.9、442.8、447.4、469.1、475.5、532.2、562.2、581.8、600.3、606.1、708.8、722.7、1150.8、和/或2631.5nm。
具体地，这些二氧化钛膜层的单层厚度为1.9、2.0、2.1、2.4、2.6、2.8、2.8、3.0、3.4、3.8、4.3、4.3、4.4、4.7、4.8、5.1、5.2、5.4、5.5、6.3、6.4、7.0、7.2、7.6、7.7、7.8、8.3、9.0、9.2、9.3、9.4、9.9、10.3、10.6、11.0、11.0、11.1、11.8、12.0、12.1、12.1、12.4、13.3、13.4、13.5、14.0、14.2、14.4、14.4、14.5、14.7、15.0、16.0、16.9、17.7、19.5、20.1、20.6、20.9、21.8、21.9、22.0、23.1、24.5、24.5、24.9、25.3、26.2、27.0、27.3、28.2、29.7、42.1、42.7、52.1、60.9、65.9、86.2、86.5、103.0、108.0、116.6、116.9、121.3、122.1、125.8、126.2、128.5、135.2、141.5、222.5、和/或246.3nm。
进一步地，所述三氧化二铝膜层以三甲基铝作为铝前驱体、氩气作为载气、水作为氧源并经原子沉积法制成。
更进一步地，所述三氧化二铝膜层的原子沉积法制备过程包括，先通入三甲基铝，三甲基铝结合光学镜片或二氧化钛膜层表面的羟基自由基、并化学吸附于光学镜片或二氧化钛膜层表面，同时生成三甲基铝半产物和甲烷气体，再通入氩气吹扫甲烷气体，然后通入水提供羟基基团，并与吸附的三甲基铝半产物表面的甲基基团反应，生成三氧化二铝和甲烷气体，接着通入氩气吹扫剩余的甲烷气体、水、和/或三甲基铝半产物，最后按照上述步骤循环多次，直至得到预定单层厚度的三氧化二铝膜层。其中，标定一个吸附循环为0.1nm，根据模拟参数，设定吸附循环，如第一层模拟数据为2631.5nm，则吸脱附循环数设置为26315次。
最进一步地，在所述三氧化二铝膜层的原子沉积法制备过程中，控制三甲基铝流量为150~200sccm，氩气流量为100~150sccm，水流量为100~150sccm，气压为12~20mtorr，温度为100~150℃。
进一步地，所述二氧化钛膜层以四氯化钛作为钛前驱体、氩气作为载气、水作为氧源、并经离子束蒸镀、射频溅射镀膜或原子沉积法制成。
更进一步地，所述二氧化钛膜层的原子沉积法制备过程包括，先通入四氯化钛，四氯化钛结合三氧化二铝膜层表面的羟基自由基、并化学吸附于三氧化二铝膜层表面，同时生成四氯化钛半产物和氯化氢气体，再通入氩气吹扫氯化氢气体，然后通入水提供羟基基团，并与吸附的四氯化钛半产物表面的甲基基团反应，生成二氧化钛和氯化氢气体，接着通入氩气吹扫剩余的氯化氢气体、水、和/或四氯化钛半产物，最后按照上述步骤循环多次，直至得到预定单层厚度的二氧化钛膜层。其中，标定一个吸附循环为0.1nm，根据模拟参数，设定吸附循环，如第一层模拟数据为2.1nm，则吸脱附循环数设置为21次。
最进一步地，在所述二氧化钛膜层的原子沉积法制备过程中，控制四氯化钛流量为120~150sccm，氩气流量为150~200sccm，水流量为100~150sccm，气压为12~20mtorr，温度为100~150℃。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种增强现实镜片，包括光学镜片和设置于所述光学镜片上的上述窄带高反膜。
具体地，光学镜片的含义是需要镀膜的衍射光波导镜片，其材质非限定地例如可为二氧化硅玻璃、或者结合有三氧化二铝的二氧化硅玻璃。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.本发明的窄带高反膜在特定可见光波长（485nm、550nm、620nm）下具有高反射率，而在其他可见光波长下具有高透过率，能提高光波导传播的效率；
2.本发明的窄带高反膜，使得镜片一侧在微型显示屏的中心波长处呈现高反射率的特性，将衍射光波导出射光栅处部分被传输到非人眼方向的光线反射回光栅，增加光波导的显示效率，可明显改善增强现实头戴式设备的显示效率，减少光波导过程中非人眼方向的损失；
3.本发明的窄带高反膜具有较好的附着力、抵抗化学品腐蚀性能、耐磨损性能、抗紫外线性能、抗静电性能、防眩光性能、防雾性能、以及力学性能，适用于多种光学***内元件的镀膜；
4.本发明的增强现实镜片通过在耦出区域设置窄带高反膜，窄带高反膜仅对微型显示器特定波长可见光具有高反射率的效果，而在其他波段可见光均具有高透过率的作用，以提高镜片的显示效率和显示亮度，光利用率高达95%以上，同时保护隐私。
附图说明
图1是本发明实施例3的三氧化二铝膜层、二氧化钛膜层和窄带高反膜的n、k值示意图。
图2是本发明实施例3的窄带高反膜的反射率光谱图。
图3是本发明实施例4的增强现实镜片结构示意图。
图4是本发明实施例5的增强现实镜片结构示意图。
图5是本发明对比例7的增强现实镜片结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例1：为本发明公开的一种窄带高反膜，包括沿着厚度方向交错地排列并层叠设置的n+1个三氧化二铝膜层（Al2O3-ALD）和n个二氧化钛膜层（TiO2-01），n为92。
具体的，窄带高反膜的总厚度为25.2μm，其中，这些三氧化二铝膜层的单层厚度为2.47~2631.48nm、层积厚度为21.65μm，这些二氧化钛膜层的单层厚度为1.89~246.29nm、层积厚度为3.38μm。其中，窄带高反膜各层的折射率实部、消光系数、光学厚度、物理厚度（nm）如表1所示。
表1
| 层数 | 膜层材料 | 光学厚度 | 物理厚度 | 层数 | 膜层材料 | 光学厚度 | 物理厚度 |
| 1 | Al2O3-ALD | 7.72152726 | 2631.5 | 93 | Al2O3-ALD | 0.24441288 | 83.3 |
| 2 | TiO2-01 | 0.00841438 | 2.1 | 94 | TiO2-01 | 0.02058205 | 5.2 |
| 3 | Al2O3-ALD | 1.21053937 | 412.6 | 95 | Al2O3-ALD | 0.23562898 | 80.3 |
| 4 | TiO2-01 | 0.02014066 | 5.1 | 96 | TiO2-01 | 0.16820698 | 42.7 |
| 5 | Al2O3-ALD | 2.12063447 | 722.7 | 97 | Al2O3-ALD | 0.12518061 | 42.7 |
| 6 | TiO2-01 | 0.03027227 | 7.7 | 98 | TiO2-01 | 0.10733763 | 27.3 |
| 7 | Al2O3-ALD | 0.54116603 | 184.4 | 99 | Al2O3-ALD | 0.95553644 | 325.6 |
| 8 | TiO2-01 | 0.01479014 | 3.8 | 100 | TiO2-01 | 0.05903495 | 15.0 |
| 9 | Al2O3-ALD | 1.70702574 | 581.8 | 101 | Al2O3-ALD | 1.12650681 | 383.9 |
| 10 | TiO2-01 | 0.01113168 | 2.8 | 102 | TiO2-01 | 0.03252575 | 8.3 |
| 11 | Al2O3-ALD | 3.37667259 | 1150.8 | 103 | Al2O3-ALD | 0.26976434 | 91.9 |
| 12 | TiO2-01 | 0.01696299 | 4.3 | 104 | TiO2-01 | 0.009597 | 2.4 |
| 13 | Al2O3-ALD | 0.5660477 | 192.9 | 105 | Al2O3-ALD | 0.61353416 | 209.1 |
| 14 | TiO2-01 | 0.01109443 | 2.8 | 106 | TiO2-01 | 0.08108729 | 20.6 |
| 15 | Al2O3-ALD | 1.64979255 | 562.2 | 107 | Al2O3-ALD | 0.87373068 | 297.8 |
| 16 | TiO2-01 | 0.02119545 | 5.4 | 108 | TiO2-01 | 0.01683398 | 4.3 |
| 17 | Al2O3-ALD | 1.77842913 | 606.1 | 109 | Al2O3-ALD | 0.85341441 | 290.8 |
| 18 | TiO2-01 | 0.01191807 | 3.0 | 110 | TiO2-01 | 0.04337658 | 11.0 |
| 19 | Al2O3-ALD | 0.99645999 | 339.6 | 111 | Al2O3-ALD | 0.64502088 | 219.8 |
| 20 | TiO2-01 | 0.02820597 | 7.2 | 112 | TiO2-01 | 0.03533737 | 9.0 |
| 21 | Al2O3-ALD | 0.61100387 | 208.2 | 113 | Al2O3-ALD | 0.98672609 | 336.3 |
| 22 | TiO2-01 | 0.02500677 | 6.4 | 114 | TiO2-01 | 0.05283314 | 13.4 |
| 23 | Al2O3-ALD | 1.01050018 | 344.4 | 115 | Al2O3-ALD | 0.30151179 | 102.8 |
| 24 | TiO2-01 | 0.01885559 | 4.8 | 116 | TiO2-01 | 0.05515592 | 14.0 |
| 25 | Al2O3-ALD | 1.39512827 | 475.5 | 117 | Al2O3-ALD | 0.56214325 | 191.6 |
| 26 | TiO2-01 | 0.01844431 | 4.7 | 118 | TiO2-01 | 0.09949782 | 25.3 |
| 27 | Al2O3-ALD | 0.04004077 | 13.7 | 119 | Al2O3-ALD | 0.1574878 | 53.7 |
| 28 | TiO2-01 | 0.02743293 | 7.0 | 120 | TiO2-01 | 0.08230189 | 20.9 |
| 29 | Al2O3-ALD | 0.22334662 | 76.1 | 121 | Al2O3-ALD | 1.76132396 | 600.3 |
| 30 | TiO2-01 | 0.03704518 | 9.4 | 122 | TiO2-01 | 0.04736196 | 12.0 |
| 31 | Al2O3-ALD | 0.61158806 | 208.4 | 123 | Al2O3-ALD | 0.21046892 | 71.7 |
| 32 | TiO2-01 | 0.03675466 | 9.3 | 124 | TiO2-01 | 0.06310659 | 16.0 |
| 33 | Al2O3-ALD | 1.03955564 | 354.3 | 125 | Al2O3-ALD | 0.51671088 | 176.1 |
| 34 | TiO2-01 | 0.02145086 | 5.5 | 126 | TiO2-01 | 0.0909404 | 23.1 |
| 35 | Al2O3-ALD | 0.97689002 | 332.9 | 127 | Al2O3-ALD | 1.29935235 | 442.8 |
| 36 | TiO2-01 | 0.04335628 | 11.0 | 128 | TiO2-01 | 0.04632158 | 11.8 |
| 37 | Al2O3-ALD | 1.31271615 | 447.4 | 129 | Al2O3-ALD | 0.57064467 | 194.5 |
| 38 | TiO2-01 | 0.04059916 | 10.3 | 130 | TiO2-01 | 0.50549495 | 128.5 |
| 39 | Al2O3-ALD | 0.97740057 | 333.1 | 131 | Al2O3-ALD | 0.04922832 | 16.8 |
| 40 | TiO2-01 | 0.03062065 | 7.8 | 132 | TiO2-01 | 0.25927058 | 65.9 |
| 41 | Al2O3-ALD | 0.60927699 | 207.6 | 133 | Al2O3-ALD | 0.00725199 | 2.5 |
| 42 | TiO2-01 | 0.05598577 | 14.2 | 134 | TiO2-01 | 0.34026188 | 86.5 |
| 43 | Al2O3-ALD | 0.65981686 | 224.9 | 135 | Al2O3-ALD | 0.10237804 | 34.9 |
| 44 | TiO2-01 | 0.02485699 | 6.3 | 136 | TiO2-01 | 0.45873835 | 116.6 |
| 45 | Al2O3-ALD | 0.20033573 | 68.3 | 137 | Al2O3-ALD | 0.52975436 | 180.5 |
| 46 | TiO2-01 | 0.06636834 | 16.9 | 138 | TiO2-01 | 0.53217443 | 135.2 |
| 47 | Al2O3-ALD | 0.80481849 | 274.3 | 139 | Al2O3-ALD | 0.02887811 | 9.8 |
| 48 | TiO2-01 | 0.0171489 | 4.4 | 140 | TiO2-01 | 0.9691893 | 246.3 |
| 49 | Al2O3-ALD | 1.37638072 | 469.1 | 141 | Al2O3-ALD | 0.31476099 | 107.3 |
| 50 | TiO2-01 | 0.08565059 | 21.8 | 142 | TiO2-01 | 0.0074281 | 1.9 |
| 51 | Al2O3-ALD | 0.12570273 | 42.8 | 143 | Al2O3-ALD | 0.17294152 | 58.9 |
| 52 | TiO2-01 | 0.11685114 | 29.7 | 144 | TiO2-01 | 0.49662336 | 126.2 |
| 53 | Al2O3-ALD | 0.71770645 | 244.6 | 145 | Al2O3-ALD | 0.14625682 | 49.8 |
| 54 | TiO2-01 | 0.01319698 | 3.4 | 146 | TiO2-01 | 0.10621012 | 27.0 |
| 55 | Al2O3-ALD | 0.19694793 | 67.1 | 147 | Al2O3-ALD | 0.1690757 | 57.6 |
| 56 | TiO2-01 | 0.10294348 | 26.2 | 148 | TiO2-01 | 0.48028533 | 122.1 |
| 57 | Al2O3-ALD | 0.20451561 | 69.7 | 149 | Al2O3-ALD | 0.49777974 | 169.6 |
| 58 | TiO2-01 | 0.08651101 | 22.0 | 150 | TiO2-01 | 0.40512134 | 103.0 |
| 59 | Al2O3-ALD | 0.26027268 | 88.7 | 151 | Al2O3-ALD | 0.06996342 | 23.8 |
| 60 | TiO2-01 | 0.01022105 | 2.6 | 152 | TiO2-01 | 0.04777034 | 12.1 |
| 61 | Al2O3-ALD | 0.29603224 | 100.9 | 153 | Al2O3-ALD | 0.2256243 | 76.9 |
| 62 | TiO2-01 | 0.09657439 | 24.5 | 154 | TiO2-01 | 0.42496157 | 108.0 |
| 63 | Al2O3-ALD | 0.16621133 | 56.6 | 155 | Al2O3-ALD | 0.50461835 | 172.0 |
| 64 | TiO2-01 | 0.08613066 | 21.9 | 156 | TiO2-01 | 0.87567978 | 222.5 |
| 65 | Al2O3-ALD | 2.07980653 | 708.8 | 157 | Al2O3-ALD | 0.09622954 | 32.8 |
| 66 | TiO2-01 | 0.05215353 | 13.3 | 158 | TiO2-01 | 0.05673528 | 14.4 |
| 67 | Al2O3-ALD | 0.06333585 | 21.6 | 159 | Al2O3-ALD | 0.32728976 | 111.5 |
| 68 | TiO2-01 | 0.04166279 | 10.6 | 160 | TiO2-01 | 0.4599618 | 116.9 |
| 69 | Al2O3-ALD | 0.844464 | 287.8 | 161 | Al2O3-ALD | 0.14550229 | 49.6 |
| 70 | TiO2-01 | 0.04878269 | 12.4 | 162 | TiO2-01 | 0.09788525 | 24.9 |
| 71 | Al2O3-ALD | 1.5615636 | 532.2 | 163 | Al2O3-ALD | 0.06654586 | 22.7 |
| 72 | TiO2-01 | 0.07656513 | 19.5 | 164 | TiO2-01 | 0.33917578 | 86.2 |
| 73 | Al2O3-ALD | 0.0781929 | 26.7 | 165 | Al2O3-ALD | 0.17509824 | 59.7 |
| 74 | TiO2-01 | 0.20487002 | 52.1 | 166 | TiO2-01 | 0.03898932 | 9.9 |
| 75 | Al2O3-ALD | 0.07537927 | 25.7 | 167 | Al2O3-ALD | 0.22120524 | 75.4 |
| 76 | TiO2-01 | 0.1107862 | 28.2 | 168 | TiO2-01 | 0.47729502 | 121.3 |
| 77 | Al2O3-ALD | 0.81461734 | 277.6 | 169 | Al2O3-ALD | 0.11316422 | 38.6 |
| 78 | TiO2-01 | 0.04360717 | 11.1 | 170 | TiO2-01 | 0.49503263 | 125.8 |
| 79 | Al2O3-ALD | 0.48662534 | 165.8 | 171 | Al2O3-ALD | 0.45634043 | 155.5 |
| 80 | TiO2-01 | 0.05669499 | 14.4 | 172 | TiO2-01 | 0.55699361 | 141.5 |
| 81 | Al2O3-ALD | 1.19242542 | 406.4 | 173 | Al2O3-ALD | 0.08880682 | 30.3 |
| 82 | TiO2-01 | 0.00798161 | 2.0 | 174 | TiO2-01 | 0.06959037 | 17.7 |
| 83 | Al2O3-ALD | 0.83557493 | 284.8 | 175 | Al2O3-ALD | 0.45055179 | 153.6 |
| 84 | TiO2-01 | 0.04742137 | 12.1 | 176 | TiO2-01 | 0.03628537 | 9.2 |
| 85 | Al2O3-ALD | 1.28500285 | 437.9 | 177 | Al2O3-ALD | 0.17199787 | 58.6 |
| 86 | TiO2-01 | 0.07918511 | 20.1 | 178 | TiO2-01 | 0.05294343 | 13.5 |
| 87 | Al2O3-ALD | 0.53728984 | 183.1 | 179 | Al2O3-ALD | 0.30074221 | 102.5 |
| 88 | TiO2-01 | 0.03008226 | 7.6 | 180 | TiO2-01 | 0.05698614 | 14.5 |
| 89 | Al2O3-ALD | 1.13343236 | 386.3 | 181 | Al2O3-ALD | 0.1407905 | 48.0 |
| 90 | TiO2-01 | 0.0579666 | 14.7 | 182 | TiO2-01 | 0.23970799 | 60.9 |
| 91 | Al2O3-ALD | 0.20152837 | 68.7 | 183 | Al2O3-ALD | 0.01132524 | 3.9 |
| 92 | TiO2-01 | 0.09648276 | 24.5 | 184 | TiO2-01 | 0.16582356 | 42.1 |
| 185 | Al2O3-ALD | 0.16274625 | 55.5 |
实施例2：为本发明公开的一种窄带高反膜，与实施例1的不同之处在于，其制备方法包括，
S1第1次ALD沉积三氧化二铝膜层
在气压为16mtorr、温度为125℃的条件下，先通入三甲基铝，三甲基铝流量为175sccm，三甲基铝结合光学镜片表面的羟基自由基、并化学吸附于光学镜片表面，同时生成三甲基铝半产物和甲烷气体，再通入氩气吹扫甲烷气体，氩气流量为125sccm，然后通入水提供羟基基团，并与吸附的三甲基铝半产物表面的甲基基团反应，生成三氧化二铝和甲烷气体，水流量为125sccm，接着通入氩气吹扫剩余的甲烷气体、水、和/或三甲基铝半产物，氩气流量为125sccm，标定一个吸附循环为0.1nm，根据模拟参数，设定吸附循环，由于第一层模拟数据为2631.5nm，则吸脱附循环数设置为26315次，直至得到预定单层厚度的三氧化二铝膜层；
S2第1次ALD沉积二氧化钛膜层
在气压为16mtorr、温度为125℃的条件下，先通入四氯化钛，四氯化钛流量为135sccm，四氯化钛结合三氧化二铝膜层表面的羟基自由基、并化学吸附于三氧化二铝膜层表面，同时生成四氯化钛半产物和氯化氢气体，再通入氩气吹扫氯化氢气体，氩气流量为175sccm，然后通入水提供羟基基团，并与吸附的四氯化钛半产物表面的甲基基团反应，生成二氧化钛和氯化氢气体，水流量为125sccm，接着通入氩气吹扫剩余的氯化氢气体、水、和/或四氯化钛半产物，氩气流量为175sccm，标定一个吸附循环为0.1nm，根据模拟参数，设定吸附循环，由于第一层模拟数据为2.1nm，则吸脱附循环数设置为21次，直至得到预定单层厚度的二氧化钛膜层；
……
S184第92次ALD沉积二氧化钛膜层
在气压为16mtorr、温度为125℃的条件下，先通入四氯化钛，四氯化钛流量为135sccm，四氯化钛结合三氧化二铝膜层表面的羟基自由基、并化学吸附于三氧化二铝膜层表面，同时生成四氯化钛半产物和氯化氢气体，再通入氩气吹扫氯化氢气体，氩气流量为175sccm，然后通入水提供羟基基团，并与吸附的四氯化钛半产物表面的甲基基团反应，生成二氧化钛和氯化氢气体，水流量为125sccm，接着通入氩气吹扫剩余的氯化氢气体、水、和/或四氯化钛半产物，氩气流量为175sccm，标定一个吸附循环为0.1nm，根据模拟参数，设定吸附循环，由于第一层模拟数据为2.1nm，则吸脱附循环数设置为21次，直至得到预定单层厚度的二氧化钛膜层；
S185第93次ALD沉积三氧化二铝膜层
在气压为16mtorr、温度为125℃的条件下，先通入三甲基铝，三甲基铝流量为175sccm，三甲基铝结合二氧化钛膜层表面的羟基自由基、并化学吸附于二氧化钛膜层表面，同时生成三甲基铝半产物和甲烷气体，再通入氩气吹扫甲烷气体，氩气流量为125sccm，然后通入水提供羟基基团，并与吸附的三甲基铝半产物表面的甲基基团反应，生成三氧化二铝和甲烷气体，水流量为125sccm，接着通入氩气吹扫剩余的甲烷气体、水、和/或三甲基铝半产物，氩气流量为125sccm，标定一个吸附循环为0.1nm，根据模拟参数，设定吸附循环，由于第一层模拟数据为2631.5nm，则吸脱附循环数设置为26315次，直至得到预定单层厚度的三氧化二铝膜层，得到窄带高反膜。
实施例3：为本发明公开的一种窄带高反膜，与实施例2的不同之处在于，对制得的窄带高反膜进行性能检测试验。
（1）将制得的窄带高反膜的三氧化二铝膜层和二氧化钛膜层作为测试组，测试沉积膜层通过椭偏仪测试获得的材料层的n、k值，与资料组（如下提供网址来源）的三氧化二铝和二氧化钛的n、k值进行比较，结果如图1所示。测试组和资料组的n、k值吻合，可以确认此方法沉积的薄膜为三氧化二铝和二氧化钛，匹配模拟材料参数。
TiO2光学常数资料来源：Refractive index of TiO2 （Titanium dioxide）-Jolivet-amorphous
Al2O3光学常数资料来源：Refractive index of Al2O3 （Aluminiumsesquioxide，Sapphire，Alumina）-Boidin
（2）在软件Macleod中，设定膜层材料为二氧化钛和三氧化二铝，并在软件中导入这两种材料的折射率，利用软件自带的插针优化，设计出具有如图2所示效果的膜系。经验证，制得的窄带高反膜在微型显示器特定可见光波长（485nm，550nm，620nm）处呈现高反射率特性，在其他可见光波长均为高透过率特性。
实施例4：参照图3，为本发明公开的一种增强现实镜片，包括一对光学镜片、设置于其中一个光学镜片靠近另一个光学镜片表面的耦入光栅和耦出光栅、以及设置于另一个光学镜片靠近耦出光栅表面的实施例2制得的窄带窄带高反膜。其中，对于耦出光栅是反射式光栅的情况，根据光栅方程可知，对应会出现与人眼方向相反的光线，且垂直于镜片。同时，由于镜片本身的透过性，还有一部分光线不经过衍射直接出射到外部。因此，在增强现实衍射光波导镜片的cover层涂覆设计的膜系，将有效回收这两部分的光线。
实施例5：参照图4，为本发明公开的一种增强现实镜片，包括光学镜片、设置于光学镜片一侧表面的耦入光栅和耦出光栅、以及设置于光学镜片另一侧表面的实施例2制得的窄带窄带高反膜，或者包括一对光学镜片、设置于其中一个光学镜片背离另一个光学镜片表面的耦入光栅和耦出光栅、以及设置于另一个光学镜片靠近耦出光栅表面的实施例2制得的窄带窄带高反膜。其中，对于耦出光栅是透射式光栅来说，也会有部分光线朝人眼反方向出射。这种情况下可以在cover上耦出光栅对应的位置镀膜，也可以在波导片耦出光栅的另一侧进行镀膜。
对比例1：为本发明公开的一种窄带高反膜，与实施例1的不同之处在于，不使用氧化铝膜，无法实现特定波长呈现高反射率，其他波长呈现高透射率，而是在可见光范围内反射率与透射率随波长震荡且高低互补。
对比例2：为本发明公开的一种窄带高反膜，与实施例1的不同之处在于，不使用氧化钛膜，其无法实现特定波长呈现高反射率，其他波长呈现高透射率，而是在可见光范围内反射率与透射率随波长震荡且高低互补。
对比例3：为本发明公开的一种窄带高反膜，与实施例1的不同之处在于，调整窄带高反膜的总厚度至19nm，会导致高反射率的波段带宽较大，无法实现对于特定波长的窄带高反效果，从而引起环境光强度减弱；膜材料厚度过大，如30nm，会导致制作困难，工艺上难以实现。
对比例4：为本发明公开的一种窄带高反膜，与实施例1的不同之处在于，调整窄带高反膜的总厚度至31nm，会导致制作困难，工艺上难以实现。
对比例5：为本发明公开的一种窄带高反膜，与实施例1的不同之处在于，包括沿着厚度方向层叠设置的n+1个三氧化二铝膜层和n个二氧化钛膜层，n为92。其中，层叠结构设置为2层三氧化二铝膜层、3层二氧化钛膜层、2层三氧化二铝膜层、……2层三氧化二铝膜层、3层二氧化钛膜层的方式。窄带高反膜会呈现特定波长高反射率的效果降低，即反射率减小、带宽变大；在其他波长透射率降低，且随波长具有不规则变化。
对比例6：为本发明公开的一种窄带高反膜，与实施例2的不同之处在于，在三氧化二铝膜层和二氧化钛膜层的ALD沉积步骤中，控制三甲基铝流量为140sccm，四氯化钛流量为110sccm，氩气流量为90sccm，水流量为160sccm，温度为90℃。其中，由于氩气流量低于载气下限，副产物脱附不及时，影响成膜速率或成膜终止，反之，若氩气流量过高造成浪费；前驱体TMA/ TiCl4流量小于或大于本发明的参数范围都会造成反应速率过慢或不反应，流量过大还会造成材料浪费；水流量小于或大于本发明参数范围都会造成反应速率过慢或不反应；制备过程中100℃为使用设备的最低温度，超过150℃会对待镀膜的衍射光波导镜片（光学镜片）产生不可逆的热损伤。
对比例7：参照图5，为本发明公开的一种增强现实镜片，与实施例4或5的不同之处在于，包括光学镜片、设置于光学镜片一侧表面的耦入光栅和耦出光栅、以及设置于光学镜片另一侧表面的增透膜。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种窄带高反膜，其特征在于：包括沿着厚度方向交错地排列并层叠设置的n+1个三氧化二铝膜层和n个二氧化钛膜层，n为整数；
所述窄带高反膜的总厚度为20.0~30.0μm，其中，这些三氧化二铝膜层的单层厚度为2.0~2650.0nm、层积厚度为15.0~25.0μm，这些二氧化钛膜层的单层厚度为1.0~250.0nm、层积厚度为4.0~6.0μm；
所述窄带高反膜在485nm、550nm、620nm下具有高反射率，而在其他可见光波长下具有高透过率，光利用率高达95%以上。
2.根据权利要求1所述的一种窄带高反膜，其特征在于：包括沿着厚度方向交错地排列并层叠设置的n+1个三氧化二铝膜层和n个二氧化钛膜层，n=50~150。
3.根据权利要求1所述的一种窄带高反膜，其特征在于：这些三氧化二铝膜层的单层厚度为2.5、3.9、9.8、13.7、16.8、21.6、22.7、23.8、25.7、26.7、30.3、32.8、34.9、38.6、42.7、42.8、48.0、49.6、49.8、53.7、55.5、56.6、57.6、58.6、58.9、59.7、67.1、68.3、68.7、69.7、71.7、75.4、76.1、76.9、80.3、83.3、88.7、91.9、100.9、102.5、102.8、107.3、111.5、153.6、155.5、165.8、169.6、172.0、176.1、180.5、183.1、184.4、191.6、192.9、194.5、207.6、208.2、208.4、209.1、219.8、224.9、244.6、274.3、277.6、284.8、287.8、290.8、297.8、325.6、332.9、333.1、336.3、339.6、344.4、354.3、383.9、386.3、406.4、412.6、437.9、442.8、447.4、469.1、475.5、532.2、562.2、581.8、600.3、606.1、708.8、722.7、1150.8和/或2631.5nm；
这些二氧化钛膜层的单层厚度为1.9、2.0、2.1、2.4、2.6、2.8、2.8、3.0、3.4、3.8、4.3、4.3、4.4、4.7、4.8、5.1、5.2、5.4、5.5、6.3、6.4、7.0、7.2、7.6、7.7、7.8、8.3、9.0、9.2、9.3、9.4、9.9、10.3、10.6、11.0、11.0、11.1、11.8、12.0、12.1、12.1、12.4、13.3、13.4、13.5、14.0、14.2、14.4、14.4、14.5、14.7、15.0、16.0、16.9、17.7、19.5、20.1、20.6、20.9、21.8、21.9、22.0、23.1、24.5、24.5、24.9、25.3、26.2、27.0、27.3、28.2、29.7、42.1、42.7、52.1、60.9、65.9、86.2、86.5、103.0、108.0、116.6、116.9、121.3、122.1、125.8、126.2、128.5、135.2、141.5、222.5和/或246.3nm。
4.根据权利要求1所述的一种窄带高反膜，其特征在于：所述三氧化二铝膜层以三甲基铝作为铝前驱体、氩气作为载气、水作为氧源并经原子沉积法制成。
5.根据权利要求4所述的一种窄带高反膜，其特征在于：所述三氧化二铝膜层的原子沉积法制备过程包括，先通入三甲基铝，三甲基铝结合光学镜片或二氧化钛膜层表面的羟基自由基、并化学吸附于光学镜片或二氧化钛膜层表面，同时生成三甲基铝半产物和甲烷气体，再通入氩气吹扫甲烷气体，然后通入水提供羟基基团，并与吸附的三甲基铝半产物表面的甲基基团反应，生成三氧化二铝和甲烷气体，接着通入氩气吹扫剩余的甲烷气体、水、和/或三甲基铝半产物，最后按照上述步骤循环多次，直至得到预定单层厚度的三氧化二铝膜层。
6.根据权利要求5所述的一种窄带高反膜，其特征在于：在所述三氧化二铝膜层的原子沉积法制备过程中，控制三甲基铝流量为150~200sccm，氩气流量为100~150sccm，水流量为100~150sccm，气压为12~20mtorr，温度为100~150℃。
7.根据权利要求1所述的一种窄带高反膜，其特征在于：所述二氧化钛膜层以四氯化钛作为钛前驱体、氩气作为载气、水作为氧源、并经离子束蒸镀、射频溅射镀膜或原子沉积法制成。
8.根据权利要求7所述的一种窄带高反膜，其特征在于：所述二氧化钛膜层的原子沉积法制备过程包括，先通入四氯化钛，四氯化钛结合三氧化二铝膜层表面的羟基自由基、并化学吸附于三氧化二铝膜层表面，同时生成四氯化钛半产物和氯化氢气体，再通入氩气吹扫氯化氢气体，然后通入水提供羟基基团，并与吸附的四氯化钛半产物表面的甲基基团反应，生成二氧化钛和氯化氢气体，接着通入氩气吹扫剩余的氯化氢气体、水、和/或四氯化钛半产物，最后按照上述步骤循环多次，直至得到预定单层厚度的二氧化钛膜层。
9.根据权利要求8所述的一种窄带高反膜，其特征在于：在所述二氧化钛膜层的原子沉积法制备过程中，控制四氯化钛流量为120~150sccm，氩气流量为150~200sccm，水流量为100~150sccm，气压为12~20mtorr，温度为100~150℃。
10.一种增强现实镜片，其特征在于：包括光学镜片和设置于所述光学镜片上的根据权利要求1~9任一所述的窄带高反膜。
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