TWI766688B - 光學多層膜及其用途 - Google Patents

Abstract

一種光學多層膜，包括基材、第一耦合層、導電層以及第二耦合層。第一耦合層設置於基材上。導電層設置於第一耦合層上。第二耦合層設置於導電層上。第一耦合層位於基材與導電層之間。

Description

光學多層膜及其用途

本發明是有關於一種光學多層膜，且特別是有關於一種可抗反射、加熱除霧以及加熱除霜的光學多層膜。

因應車輛自動駕駛的功能興起，車身周圍的偵測鏡頭與光達系統的需求增加，藉以提高距離偵測與物體辨識等能力，故偵測鏡頭需要非常良好的高光學特性。然而，當車輛於極端氣候時，例如下雪、濃霧、大雨等天氣時，偵測鏡頭則可能會因為結霜或露珠凝結而失去對物體能精確辨識的功能。

本發明提供一種光學多層膜，同時具有可抗反射、加熱除霧以及加熱除霜的效果。

本發明的光學多層膜包括基材、第一耦合層、導電層以及第二耦合層。第一耦合層設置於基材上。導電層設置於第一耦合層上。第二耦合層設置於導電層上。第一耦合層位於基材與導電層之間。

在本發明的一實施例中，上述的基材具有第一表面以及與第一表面相對的第二表面。上述的光學多層膜更包括抗反射膜，設置於基材的第一表面上。第一耦合層、導電層以及第二耦合層設置於基材的第二表面上。

在本發明的一實施例中，上述的導電層的片電阻值為10 Ω/□至250 Ω/□。

在本發明的一實施例中，上述的導電層的片電阻值為10 Ω/□至30 Ω/□。

在本發明的一實施例中，上述的導電層的厚度大於50奈米且小於等於400奈米。

在本發明的一實施例中，上述的光學多層膜在波長為400奈米至700奈米時的反射率為0.1%至5%。

在本發明的一實施例中，上述的光學多層膜在波長為400奈米至700奈米時的反射率為0.1%至1%。

在本發明的一實施例中，上述的基材的形式為非平面。

在本發明的一實施例中，上述的基材的第一表面為凸面，且第二表面為凹面。

在本發明的一實施例中，上述的導電層的材料為透明導電材料。

在本發明的光學多層膜的用途，其可用於抗反射、加熱除霧以及加熱除霜。

基於上述，在本發明的實施例的光學多層膜中，藉由將第一耦合層設置於基材與導電層之間，並將導電層設置於第一耦合層與第二耦合層之間，可提升本實施例的光學多層膜的光學規格，並使光學多層膜具有抗反射的效果。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1繪示為本發明第一實施例的光學多層膜的剖面示意圖。圖2為本發明第一實施例的光學多層膜的製作方法的流程圖。圖3繪示為真空鍍膜設備的上視示意圖。

請參照圖1，本實施例的光學多層膜100包括基材110、抗反射膜120、第一耦合層130、導電層140以及第二耦合層150。其中，基材110具有第一表面111以及與第一表面111相對的第二表面112。基材110可包括玻璃或透明有機材料，但不以此為限。舉例來說，玻璃可包括高度透明玻璃B270，透明有機材料可包括聚甲基丙烯酸甲脂(polymethyl methacrylate，PMMA)或其他合適的透明有機材料。此外，在本實施例中，基材110的形式可例如是平面，但不以此為限。在一些實施例中，基材110的形式也可以為非平面，如圖4所示。

抗反射膜120設置於基材110的第一表面111上。抗反射膜120包括至少一第一介電材料層121與至少一第二介電材料層122。第一介電材料層121與第二介電材料層122可互相推疊成多層結構，且該多層結構的層數可視需要而調整。第一介電材料層121的材料可例如是高折射率材料，第二介電材料層122的材料可例如是低折射率材料，但不以此為限。因此，在本實施例中，抗反射膜120可以是由高折射率材料與低折射率材料互相推疊而成的多層結構，藉此可降低光學多層膜100的反射率。在本實施例中，高折射率材料可包括二氧化鈦(TiO ₂)、五氧化二鉭(Ta ₂O ₅)、五氧化二鈮(Nb ₂O ₅)、氮化鋁(AlN)或氮氧化鋁(AlON)，低折射率材料可包括氟化鎂(MgF ₂)、二氧化矽(SiO ₂)或三氧化二鋁(Al ₂O ₃)，但不以此為限。

第一耦合層130設置於基材110的第二表面112上。第一耦合層130與抗反射膜120分別位於基材110的相對兩側。第一耦合層130位於基材110與導電層140之間。第一耦合層130包括至少一第一介電材料層131與至少一第二介電材料層132。第一介電材料層131與第二介電材料層132可互相推疊成多層結構，且該多層結構的層數可視需要而調整。其中，第一介電材料層131與第二介電材料層132的材料可以相同或相似於抗反射膜120中的第一介電材料層121與第二介電材料層132的材料，故於此不再贅述。具體來說，第一耦合層130可以為多層結構(圖1示意地繪示為3層，但不以此為限)，例如是三明治結構。其中，三明治結構中的最上層與最下層皆為第一介電材料層131，且中間層為第二介電材料層132。因此，在本實施例中，第一耦合層130可以是由高折射率材料與低折射率材料互相推疊而成的多層結構，藉此可降低光學多層膜100的反射率。

導電層140設置於基材110的第二表面112上且設置於第一耦合層130上。導電層140與基材110分別位於第一耦合層130的相對兩側。導電層140設置於第一耦合層130與第二耦合層150之間。在本實施例中，由於導電層140的片電阻值可例如是10 Ω/□(ohm/square)至250 Ω/□，且導電層140的厚度T1可例如是大於50奈米(nm)且小於等於400奈米(即50 nm＜T≦400 nm)，因而使得導電層140可透過外加的低電壓(例如3V至10V，但不以此為限)而具有導電與加熱的功能，進而使得本實施例的光學多層膜100可具有加熱除霧與加熱除霜的效果。

詳細來說，當片電阻值大於250 Ω/□和/或導電層140的厚度T1小於50奈米時，會要功率較強的電源方能提供足夠的電流來發熱，因而會有耗能過大的問題。當片電阻值小於10 Ω/□時，會造成導電層140的厚度T1過厚，因而會造成穿透率明顯下降，甚至會影響抗反射的效果。當導電層140的厚度T1大於400奈米時，會造成穿透率明顯下降，並影響抗反射的效果。此外，在一些實施例中，導電層140的片電阻值也可以為10 Ω/□至100 Ω/□。在一些實施例中，導電層140的片電阻值也可以為10 Ω/□至30 Ω/□，以使含有導電層140的光學多層膜100可具有較佳地加熱除霧與加熱除霜的效果。在一些實施例中，導電層140的厚度T1也可以大於100奈米且小於等於300奈米(即100 nm＜T≦300nm)。此外，導電層140的設置也可使光學多層膜100具有抗電磁干擾的效果。

此外，在本實施例中，導電層140的材料可包括透明導電材料(transparent conducting oxide，TCO)，但不以此為限。舉例來說，透明導電材料可例如是氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)或其他合適的透明導電材料。藉此，可使導電層140除了有導電能力之外，也可具有較佳光學特性，例如是抗反射與可透光的特性。

第二耦合層150設置於基材110的第二表面112上且設置於導電層140上。第二耦合層150與第一耦合層130分別位於導電層140的相對兩側。第二耦合層150包括至少一第一介電材料層151與至少一第二介電材料層152。第一介電材料層151與第二介電材料層152可互相推疊成多層結構，且該多層結構的層數可視需要而調整。其中，第一介電材料層151與第二介電材料層152的材料可以相同或相似於抗反射膜120中的第一介電材料層121與第二介電材料層132的材料，故於此不再贅述。因此，在本實施例中，第二耦合層150可以是由高折射率材料與低折射率材料互相推疊而成的多層結構，藉此可降低光學多層膜100的反射率。

在本實施例中，藉由將第一耦合層130設置於基材110與導電層140之間，並將導電層140設置於第一耦合層130與第二耦合層150之間，可使導電層140不會直接接觸基材110，並可提升光學多層膜100的光學規格，例如可使本實施例的光學多層膜100在波長為400奈米至700奈米時的反射率可例如是0.1%至5%，並具有抗反射的效果。在一些實施例中，光學多層膜100在波長為400奈米至700奈米時的反射率也可以為0.1%至1%，以使光學多層膜100可具有較佳的抗反射的效果。

雖然本實施例的光學多層膜100的反射率(例如是0.1%至5%，或0.1%至1%)的波長範圍為400奈米至700奈米，但本發明並不對反射率的波長範圍加以限制。也就是說，在一些實施例中，所述波長範圍也可以視需要而調整。舉例來說，所述波長範圍也可以為380奈米至680奈米、420奈米至780奈米、或800奈米至1100奈米，但不以此為限。

雖然本實施例的光學多層膜100可包括抗反射膜120、第一耦合層130、導電層140以及第二耦合層150，但抗反射膜120是可以視需要才選擇配置的。也就是說，在一些實施例中，光學多層膜也可不需設置抗反射膜，如圖5A所示。

然後，請同時參照圖2與圖3，以下將舉例說明本實施例的光學多層膜100的製作方法及其製作過程中所使用的真空鍍膜設備200，但不以此為限。

首先，請先參照圖3，本實施例的真空鍍膜設備200可包括真空反應腔體210、濺鍍靶座220、薄膜反應源230、真空系統240、電漿電源(未繪示)以及設備控制料件(未繪示)。其中，真空反應腔體210為光學多層膜的製備處。濺鍍靶座220為薄膜材料的來源，可生成金屬膜221。薄膜反應源230為介電膜231的生成來源。真空系統240由各類真空幫浦組合而成，可用來製造真空。電漿電源的形式可為直流、中頻、射頻、高功率磁控脈衝等，可作為產生電漿的動力。設備控制料件可以為工業電腦、可程式控制器、無熔絲開關、電磁開關等組件。

接著，請同時參照圖1、圖2以及圖3，在本實施例的光學多層膜100的製作方法中，先利用真空鍍膜設備200中的真空系統240對真空反應腔體210抽真空。接著，形成抗反射膜120於基材110的第一表面111上。接著，形成第一耦合層130於基材110的第二表面112上。接著，形成導電層140於第一耦合層130上，以使第一耦合層130位於基材110與導電層140之間。然後，形成第二耦合層150於導電層140上。至此，已製作完成本實施例的光學多層膜100。

在本實施例中，形成抗反射膜120、第一耦合層130、導電層140以及第二耦合層150的原理為物理氣相沉積鍍膜(physical vapor deposition，PVD)，而採用的方式例如是濺鍍(sputtering)，並藉由電感耦合電漿源(inductively-coupled plasma，ICP)反應沉積之金屬來生成光學設計之高折射率材料與低折射率材料。

以下將列舉其他實施例以作為說明。在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖4繪示為本發明第二實施例的光學多層膜的剖面示意圖。請同時參照圖1與圖4，本實施例的光學多層膜100a與圖1中的光學多層膜100相似，惟二者主要差異之處在於：基材110a的形式。

具體來說，請參照圖4，在本實施例的光學多層膜100a中，基材110a的形式為非平面，例如是曲面，但不以此為限。其中，基材110a的第一表面111a可以為凸面，且第二表面112a可以為凹面，但不以此為限。在一些實施例中，基材110a的第一表面111a也可以為凹面，且第二表面112a也可以為凸面(未繪示)。換言之，本實施例的光學多層膜100a可應用於凸透鏡或凹透鏡的鏡頭、或應用於凸面鏡或凹面鏡的鏡面。

圖5A繪示為本發明第三實施例的光學多層膜的剖面示意圖。圖5B為圖5A的第三實施例的光學多層膜在不同波長時的反射率及穿透率。請同時參照圖1與圖5A，本實施例的光學多層膜100b與圖1中的光學多層膜100相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的光學多層膜100b沒有抗反射膜，且本實施例的光學多層膜100b的第一耦合層130b的層數與第二耦合層150b的層數不同於光學多層膜100。

具體來說，請先參照圖5A，本實施例的光學多層膜100b包括基材110、第一耦合層130b、導電層140以及第二耦合層150b，且不包括抗反射膜。第一耦合層130b、導電層140以及第二耦合層150b依序設置於基材110的第二表面112上。第一耦合層130b位於基材110與導電層140之間。在本實施例中，第一耦合層130b例如是包括4層的第一介電材料層131和4層的第二介電材料層132，且第二介電材料層132與第一介電材料層131依序堆疊於基材110上。第二耦合層150b例如是包括1層的第一介電材料層151和1層的第二介電材料層152，且第一介電材料層151與第二介電材料層152依序堆疊於導電層140上。

在本實施例中，基材110的材料例如是玻璃，第一介電材料層131與第一介電材料層151的材料例如是氮化鋁，第二介電材料層132與第二介電材料層152的材料例如是二氧化矽，導電層140的材料例如是氧化銦錫，但不以此為限。此外，在本實施例中，第一耦合層130b的厚度T2例如是約580奈米至590奈米，導電層140的厚度T1例如是約250奈米，且第二耦合層150b的厚度T3例如是約170奈米至175奈米，但不以此為限。在本實施例中，導電層140的片電阻值例如是約25 Ω/□，但不以此為限。

接著，根據圖5B中測量光學多層膜100b在不同波長時的反射率及穿透率的結果可知，在波長為420奈米至700奈米時，光學多層膜100b的反射率的變化不大且大致上為0.1%至0.5%。在波長為500奈米至700奈米時，光學多層膜100b的穿透率的變化不大且大致上為97.5%至98.5%。

圖6A繪示為對照實施例的光學多層膜的剖面示意圖。圖6B為圖6A的對照實施例的光學多層膜在不同波長時的反射率及穿透率。請同時參照圖5A與圖6A，本對照實施例的光學多層膜100c與圖5A中的光學多層膜100b相似，惟二者主要差異之處在於：本對照實施例的光學多層膜100c沒有第一耦合層，且本對照實施例的光學多層膜100c的第二耦合層150c的層數不同於光學多層膜100b。

具體來說，請先參照圖6A，本對照實施例的光學多層膜100c包括基材110、導電層140以及第二耦合層150c，且不包括第一耦合層。導電層140以及第二耦合層150c依序設置於基材110的第二表面112上。導電層140可直接接觸基材110，且導電層140與基材110之間沒有其他的膜層。在本對照實施例中，第二耦合層150c例如是包括3層的第一介電材料層151和4層的第二介電材料層152，且第二介電材料層152與第一介電材料層151依序堆疊於導電層140上。

在本對照實施例中，基材110的材料例如是玻璃，第一介電材料層151的材料例如是氮化鋁，第二介電材料層152的材料例如是二氧化矽，導電層140的材料例如是氧化銦錫，但不以此為限。此外，在本對照實施例中，導電層140的厚度T1例如是約250奈米，且第二耦合層150c的厚度T3例如是約360奈米至370奈米，但不以此為限。

接著，根據圖6B中測量光學多層膜100c在不同波長時的反射率及穿透率的結果可知，在波長為420奈米至700奈米時，光學多層膜100b的反射率的變化大且大致上為0.1%至2%。在波長為500奈米至700奈米時，光學多層膜100c的穿透率的變化大且大致上為95.5%至99%。

因此，根據圖5A與圖6A的結構以及圖5B與圖6B的測量結果可知，相較於沒有第一耦合層的光學多層膜100c，光學多層膜100b具有設置在導電層140與基材110之間的第一耦合層130b，因而使得光學多層膜100b的反射率較小且較穩定，並使得光學多層膜100b的穿透率較穩定。此外，當光從一具有特定折射率的介質傳播進入另一不同折射率的介質時，在兩個不同介質間的介面會發生反射，如圖6A所示，在光學多層膜100c的基材110和導電層140之間的介面會有反射發生。然而，不同於圖6A的光學多層膜100c的結構設計，圖5A的光學多層膜100b可透過第一耦合層130b的設置來降低不同介質間的介面的反射現象，進而達到抗反射效果。

綜上所述，在本發明的實施例的光學多層膜中，藉由將第一耦合層130設置於基材110與導電層140之間，並將導電層140設置於第一耦合層130與第二耦合層150之間，可提升本實施例的光學多層膜100的光學規格，並使光學多層膜100具有抗反射的效果。此外，藉由使導電層140的片電阻值為10 Ω/□至250Ω/□，且導電層140的厚度T1大於50奈米且小於等於400奈米，可使導電層140具有導電與加熱的功能，並使本實施例的光學多層膜100具有加熱除霧與加熱除霜的效果。藉此，可使本實施例的光學多層膜的用途可同時具有可抗反射、加熱除霧以及加熱除霜的效果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、100a、100b、100c:光學多層膜

110、110a:基材

111、111a:第一表面

112、112a:第二表面

120:抗反射膜

121、131、151:第一介電材料層

122、132、152:第二介電材料層

130、130b:第一耦合層

140:導電層

150、150b、150c:第二耦合層

200:真空鍍膜設備

210:真空反應腔體

220:濺鍍靶座

221:金屬膜

230:薄膜反應源

231:介電膜

240:真空系統

T1、T2、T3:厚度

圖1繪示為本發明第一實施例的光學多層膜的剖面示意圖。 圖2為本發明第一實施例的光學多層膜的製作方法的流程圖。 圖3繪示為真空鍍膜設備的上視示意圖。 圖4繪示為本發明第二實施例的光學多層膜的剖面示意圖。 圖5A繪示為本發明第三實施例的光學多層膜的剖面示意圖。 圖5B為圖5A的第三實施例的光學多層膜在不同波長時的反射率及穿透率。 圖6A繪示為對照實施例的光學多層膜的剖面示意圖。 圖6B為圖6A的對照實施例的光學多層膜在不同波長時的反射率及穿透率。

100:光學多層膜

110:基材

111:第一表面

112:第二表面

120:抗反射膜

121、131、151:第一介電材料層

122、132、152:第二介電材料層

130:第一耦合層

140:導電層

150:第二耦合層

T1:厚度

Claims (11)

1. 一種光學多層膜，包括：一基材；一第一耦合層，設置於該基材上，包括：至少一第一介電材料層與至少一第二介電材料層，該第一介電材料層與該第二介電材料層互相推疊成多層結構，其中該第一介電材料層的材料包括二氧化鈦、五氧化二鉭、五氧化二鈮、氮化鋁或氮氧化鋁，且該該第二介電材料層的材料包括氟化鎂、二氧化矽或三氧化二鋁；一導電層，設置於該第一耦合層上；以及一第二耦合層，設置於該導電層上，其中該第一耦合層位於該基材與該導電層之間。
2. 如請求項1所述的光學多層膜，其中該基材具有一第一表面以及與該第一表面相對的一第二表面，且該光學多層膜更包括：一抗反射膜，設置於該基材的該第一表面上，其中該第一耦合層、該導電層以及該第二耦合層設置於該基材的該第二表面上。
3. 如請求項1所述的光學多層膜，其中該導電層的片電阻值為10Ω/□至250Ω/□。
4. 如請求項1所述的光學多層膜，其中該導電層的片電阻值為10Ω/□至30Ω/□。
5. 如請求項1所述的光學多層膜，其中該導電層的厚度大於50奈米且小於等於400奈米。
6. 如請求項1所述的光學多層膜，其中該光學多層膜在波長為400奈米至700奈米時的反射率為0.1%至5%。
7. 如請求項1所述的光學多層膜，其中該光學多層膜在波長為400奈米至700奈米時的反射率為0.1%至1%。
8. 如請求項1所述的光學多層膜，其中該基材的形式為非平面。
9. 如請求項8所述的光學多層膜，其中該基材具有一第一表面以及與該第一表面相對的一第二表面，該基材的該第一表面為凸面，且該第二表面為凹面。
10. 如請求項1所述的光學多層膜，其中該導電層的材料為透明導電材料。
11. 一種如請求項1所述的光學多層膜的用途，其係用於抗反射、加熱除霧以及加熱除霜。

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