專利名稱：全彩多波段疊像片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是有關(guān)于一種全彩多波段疊像片，尤其是用于抬頭顯器，具有全彩顯示功能的多波段疊像片。
背景技術(shù)：
抬頭顯示器的目的在于可使駕駛?cè)嗽诓倏v車輛或飛機(jī)時(shí)，不須低頭去俯看儀表板，可直接由抬頭顯示器將儀表板的相關(guān)資料和外界的景物一起重疊呈現(xiàn)在駕駛?cè)说难矍?，用以減輕駕駛?cè)说呢?fù)擔(dān)，提供駕駛更寬廣的視野，以增加行車的安全性。在戰(zhàn)斗機(jī)的操控上，可提升飛行員的武器瞄準(zhǔn)能力，進(jìn)而達(dá)到人機(jī)合一的境界。在圖1所描述的為抬頭顯示器的應(yīng)用原理及方式，利用預(yù)設(shè)的顯示單元1將儀表板或瞄準(zhǔn)系統(tǒng)2投影至涂布疊像片3的基板上，以產(chǎn)生虛擬顯示器4，呈現(xiàn)中儀表板或瞄準(zhǔn)系統(tǒng)2的投影像。
然而在抬頭顯示器的制作上，為達(dá)到全彩顯示的功能，疊像片多以光學(xué)多層鍍膜的方式制作。在公知技術(shù)中，有下列幾項(xiàng)光學(xué)多層薄膜設(shè)計(jì)的專利和論文(1)在中國臺灣專利第338111號，提出一抬頭顯示器的全彩疊像鏡，是用高低折射率膜堆法所設(shè)計(jì)，是臺灣極少數(shù)全彩疊像鏡的專利之一，其優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)簡易并鍍制時(shí)間很短，但缺點(diǎn)是卻有大約30％的光損失。(2)在美國專利第4,545,646號，由Huge Aircraft Company所擁有，所描述的技術(shù)是利用漸變折射率技術(shù)所制作的濾光片，但所得的結(jié)果卻在所要的峰值外有很大的波紋(ripple)，使得濾光片的整體平均穿透大大降低。(3)在美國專利第5,181,143號，由Rockwell InternationalCorporation所擁有，所描述的技術(shù)是先找出光學(xué)薄膜的折射率(refractiveindex)對光學(xué)厚度(optical thickness)圖，然后把超過設(shè)定范圍的折射率參數(shù)剪短(clipping)，再經(jīng)由增加薄膜的物理厚度，把因剪短而損失的光學(xué)密度(optical density)補(bǔ)回，減少了折射率參數(shù)的需求，同時(shí)也減化了鍍制時(shí)的復(fù)雜性。(4)在英國專利第2265726號，由GEC-Marconi limited擁有，所提出的技術(shù)是用漸變折射率方法所設(shè)計(jì)，可設(shè)計(jì)出有兩個(gè)或三個(gè)峰值的濾光片，用在抬頭顯示器上的全彩濾光片。(5)臺灣中央大學(xué)光電所也有數(shù)篇針對在光學(xué)薄膜的鍍制上作研究，如公元1994年何坤榮的碩士論文“以傅立葉轉(zhuǎn)換作為光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)”和公元2002年唐謙仁的碩士論文“漸變折射率光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)與制鍍”。
以上的專利和論文，在光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)和制作的領(lǐng)域里，雖然漸變折射率光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)無論在膜層厚度上和入射角度變化對應(yīng)波長的改變都要比一般傳統(tǒng)的高低折射率膜堆法所做出來的設(shè)計(jì)要少很多；同時(shí)在制作時(shí)所容許的誤差也比用高低折射率膜堆法的設(shè)計(jì)能有更大的制作誤差。但卻因漸變折射率光學(xué)薄膜所需要的鍍膜的軟、硬件設(shè)備，如精確的氣體流量控制系統(tǒng)和膜厚監(jiān)控系統(tǒng)等，有非常高的技術(shù)門檻。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種全彩多波段疊像片，該疊像片具有新的膜層結(jié)構(gòu)，可以現(xiàn)有普及的鍍膜機(jī)臺，不需使用特殊的膜厚監(jiān)控系統(tǒng)，可設(shè)計(jì)和制造出兩個(gè)以上的截止波段濾光片，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)可隨意選擇所要截止波段的波長作不同顏色的濾光片。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出的全彩多波段疊像片，以數(shù)字化方式改變折射率的參數(shù)，在基材上以交錯(cuò)方式鍍制復(fù)數(shù)層不同折射率的膜層，產(chǎn)生多折射率介電層，形成一多波段疊像片，該疊像片擁有復(fù)數(shù)的窄波長反射帶，可以反射相對應(yīng)顯示器所發(fā)出的波長。
其中該基材可以為玻璃或塑膠。
其中的窄波長反射帶為三個(gè)，分別對應(yīng)波長630nm紅光、波長540nm綠光、波長450nm藍(lán)光。
其中該等復(fù)數(shù)窄波長反射帶，其反射率于波長630nm、540nm、450nm等位置均超過45％。
其中該等復(fù)數(shù)窄波長反射帶，其反射率均大于可見光范圍平均反射率25％以上。
其中該復(fù)數(shù)層不同折射率膜層，其中包含兩種或兩種以上不同折射率的膜層或是漸變折射率膜層。
其中該等復(fù)數(shù)層不同折射率膜層包含兩層以上的多層膜結(jié)構(gòu)。
其中每層薄膜的厚度介于0.3-3.6μm之間。
其中每層薄膜的折射率介于1.6-1.9之間。
其中該疊像片在可見光范圍的平均穿透率超過80％。
所述復(fù)數(shù)層不同折射率膜層，其中膜層成分可為Ta2O5、TiO2、MgF2、SiO2、SiN、SiNO或是上述材料的混合膜。
另外，在本實(shí)用新型中濾光片的制作方式，是采用至少兩種無吸收的氧化物材料，以改變氣體流量比或靶材的相對位置作為折射率參數(shù)的建立。鍍膜方法可使用工業(yè)界普遍使用的，如化學(xué)沉積、離子濺鍍、偏壓助鍍、電漿助鍍、離子助鍍、微波助鍍、離子束離子助鍍等。


圖1為抬頭顯示器示意圖。
圖2為本實(shí)用新型全彩多波段疊像片在45度時(shí)的穿透光譜圖。
圖3為本實(shí)用新型全彩多波段疊像片在45度時(shí)穿透光譜的CIE座標(biāo)圖。
圖4為本實(shí)用新型全彩多波段疊像片的折射率與厚度分布圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型以特殊的數(shù)字化處理作膜層設(shè)計(jì)的平臺，以數(shù)字化方式改變折射率的參數(shù)，在基材上以交錯(cuò)方式鍍制復(fù)數(shù)層的多折射率介電層，該基材可為玻璃或塑膠。請參考表1所示為每層薄膜的參數(shù)本實(shí)用新型所制成的全彩多波段疊像片，共鍍制了74層薄膜，由表1所顯示的數(shù)據(jù)，可知每層薄膜的厚度介于0.3-3.6骻之間，折射率介于1.6-1.9之間。因此本實(shí)用新型全彩多波段疊像片可達(dá)到在可見光范圍的平均穿透率超過80％。
UM040138表1多波段疊像片的結(jié)構(gòu)層數(shù)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10厚度1.4 0.3 3.6 0.3 0.9 0.5 0.7 0.7 0.5 0.9折射率 1.7 1.6 1.7 1.6 1.7 1.8 1.7 1.6 1.7 1.8層數(shù)11 12 13 14 15 16 17 1 8 19 20厚度0.3 1.2 0.9 0.4 0.6 0.5 0.5 0.7 0.5 0.7折射率 1.7 1.6 1.8 1.9 1.7 1.6 1.7 1.9 1.8 1.6層數(shù)21 22 23 24 25 26 27 28 29 30厚度0.7 0.5 1.2 0.7 1 1 1.2 1.4 0.4 0.3折射率 1.8 1.9 1.7 1.8 1.7 1.8 1.7 1.8 1.7 1.8層數(shù)31 32 33 34 35 36 37 38 39 40厚度1.2 0.5 0.4 0.3 0.3 0.9 1.2 0.9 0.3 0.3折射率 1.7 1.8 1.9 1.8 1.7 1.6 1.8 1.6 1.7 1.8層數(shù)41 42 43 44 45 46 47 48 49 50厚度0.4 0.5 1.2 0.3 0.4 1.4 0.3 0.9 1 1折射率 1.9 1.8 1.7 1.8 1.7 1.8 1.7 1.7 1.8 1.7層數(shù)51 52 53 54 55 56 57 58 59 60厚度0.7 1.2 0.5 0.7 0.7 0.5 0.7 0.5 0.5 0.6折射率 1.8 1.7 1.9 1.8 1.6 1.8 1.9 1.7 1.6 1.7層數(shù)61 62 63 64 65 66 67 68 69 70厚度0.4 1 1.2 0.3 0.9 0.5 0.7 0.7 0.5 0.9折射率 1.9 1.8 1.6 1.7 1.8 1.7 1.6 1.7 1.8 1.7層數(shù)71 72 73 74厚度0.3 3.6 0.3 1.4折射率 1.6 1.7 1.6 1.7本實(shí)用新型中濾光片的制作方式，是采用至少兩種無吸收均氧化物材料，以改變氣體流量比或靶材的相對位置作為折射率參數(shù)的建立；其中薄膜層的材料可為Ta2O5、TiO2、MgF2、SiO2、SiN、SiNO或是上述材料的混合膜。
由圖2所示，為全彩多波段疊像片的穿透光譜，在45度入射時(shí)在可見光范圍會(huì)有三個(gè)下陷的凹痕，代表在此三個(gè)波長的光線在45度入射時(shí)，大部分將不會(huì)穿透而會(huì)有反射的效果。這三個(gè)波長分別為630nm、540nm、450nm。所對應(yīng)的是顯示器使用的紅、綠、藍(lán)三原色，而使用這三原色即可組合出全彩的影像。在此三個(gè)窄波長反射帶位置的反射率均超過45％，且該反射率大于可見光范圍平均反射率25％以上，以利影像的清晰與鮮明。
由圖3所示，為全彩多波段疊像片在45度時(shí)穿透光譜的CIE色度座標(biāo)圖，經(jīng)過計(jì)算得知此光譜的CIE座標(biāo)為X＝0.331與Y＝0.331，落在白色的區(qū)域，其意義為一可見光的全彩影像，在透過此片全彩疊像片時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生顏色的偏移導(dǎo)致影像顏色失真，依然與無此全彩疊像片時(shí)的影像顏色相同。
圖4表示此全彩多波段疊像片的結(jié)構(gòu)，橫軸為其以光學(xué)厚度為單位的厚度而縱軸為其對應(yīng)的折射率，采用四種不同折射率膜層所堆疊出來的疊像片比傳統(tǒng)僅以高低折射率所堆疊的疊像片有更好的光學(xué)特性。
這種全彩多波段疊像片的優(yōu)點(diǎn)為可見光穿透率高，使用者不會(huì)因?yàn)橐暰€透過抬頭顯示器系統(tǒng)而損失太多外界的光線，能讓使用此種疊像片的抬頭顯示器系統(tǒng)在夜間或其他光線不足的環(huán)境下，依然能夠保有良好的視野。而在白天使用時(shí)，由此全像片針對三個(gè)波長有高反射的特性，能讓抬頭顯示器的影像對比鮮明，以顯示全彩功能，能達(dá)到高亮度與省電的要求。
權(quán)利要求1.一種全彩多波段疊像片，其特征在于在基材上交錯(cuò)鍍制復(fù)數(shù)層不同折射率的膜層，產(chǎn)生多折射率介電層，形成一多波段疊像片，該疊像片擁有復(fù)數(shù)的窄波長反射帶。
2.如權(quán)利要求1所述的全彩多波段疊像片，其特征在于其中該基材為玻璃或塑膠。
3.如權(quán)利要求1所述的全彩多波段疊像片，其特征在于其中的窄波長反射帶為三個(gè)，分別對應(yīng)波長630nm紅光、波長540nm綠光、波長450nm藍(lán)光。
4.如權(quán)利要求3所述的全彩多波段疊像片，其特征在于其中該等復(fù)數(shù)窄波長反射帶，其反射率于波長630nm、540nm、450nm位置均超過45％。
5.如權(quán)利要求4所述的全彩多波段疊像片，其特征在于其中該等復(fù)數(shù)窄波長反射帶，其反射率均大于可見光范圍平均反射率25％以上。
6.如權(quán)利要求1所述的全彩多波段疊像片，其特征在于其中該復(fù)數(shù)層不同折射率膜層，其中包含兩種或兩種以上不同折射率的膜層或是漸變折射率膜層。
7.如權(quán)利要求6所述的全彩多波段疊像片，其特征在于其中該等復(fù)數(shù)層不同折射率膜層包含兩層以上的多層膜結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求6所述的全彩多波段疊像片，其特征在于其中每層薄膜的厚度介于0.3-3.6μm之間。
9.如權(quán)利要求6所述的全彩多波段疊像片，其特征在于其中每層薄膜的折射率介于1.6-1.9之間。
10.如權(quán)利要求6所述的全彩多波段疊像片，其特征在于其中該疊像片在可見光范圍的平均穿透率超過80％。
11.如權(quán)利要求1所述的全彩多波段疊像片，其特征在于所述復(fù)數(shù)層不同折射率膜層，其中膜層成分可為Ta2O5、TiO2、MgF2、SiO2、SiN、SiNO或是上述材料的混合膜。
專利摘要本實(shí)用新型為有關(guān)于一種全彩多波段疊像片，特別是指用于抬頭顯示器的多波段疊像片，其具有全彩顯示的功能。該多波段疊像片結(jié)構(gòu)是在基材以交錯(cuò)方式鍍制復(fù)數(shù)層的多折射率介電層，每一介電層具有不同的折射率，利用介電層的多層膜干涉原理，使之在可見光范圍具有數(shù)個(gè)波段的截止特性。本實(shí)用新型用于抬頭顯示器的疊像片時(shí)，具有高穿透率及全彩顯示功能。
文檔編號G02B1/10GK2694293SQ20042000389
公開日2005年4月20日 申請日期2004年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者蘇志宗, 劉卓偉, 游孟潔 申請人:連展科技(深圳)有限公司