滤光片及其制备方法、指纹识别模组及电子设备 |
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| 申请号 | CN201910165758.3 | 申请日 | 2019-03-05 | 公开(公告)号 | CN109655954B | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 浙江水晶光电科技股份有限公司; | 发明人 | 陆张武; 王迎; 徐征驰; 李恭剑; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种滤光片及其制备方法、指纹识别模组及 电子 设备，涉及光学 薄膜 技术领域，该滤光片包括透明基底以及分别设置在透明基底两侧的第一长波通膜系和第二长波通膜系；第一长波通膜系的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^10，过渡带中心 波长 为700‑900nm；第二长波通膜系的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^14，过渡带中心波长为780‑900nm；其中，H对应高折射率膜层，L对应低折射率膜层。该滤光片在830‑950nm谱段具有高透过率，同时在300‑750nm谱段宽截止，大大改进了该谱段滤光片的 通带 及截止带的特性，从而能够满足指纹 传感器 模组的使用要求。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种滤光片，其特征在于，包括透明基底以及分别设置在所述透明基底两侧的第一长波通膜系和第二长波通膜系； |
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| 说明书全文 | 滤光片及其制备方法、指纹识别模组及电子设备技术领域背景技术[0003] (1)在830‑950nm谱段具有高透过率； [0005] (3)在低温(‑40℃)、高温(+85℃)、高湿(90％)及冷热循环变化的环境长时间放置后仍然可以使用； [0006] (4)基底厚度小(<0.3mm)，以满足模组整体结构的微型化要求； [0007] (5)在轻微外力反复摩擦(压力<5N)下，膜层无损伤； [0008] (6)在酒精乙醚混合液(酒精:乙醚＝1：2)轻微反复擦拭下，膜层无损伤； 发明内容[0011] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种滤光片及其制备方法、指纹识别模组及电子设备，以实现滤光片在830‑950nm谱段具有高透过率，同时在300‑750nm谱段宽截止。 [0012] 第一方面，本发明实施例提供了一种滤光片，包括透明基底以及分别设置在所述透明基底两侧的第一长波通膜系和第二长波通膜系； [0013] 所述第一长波通膜系和所述第二长波通膜系均包括交替叠加的高折射率膜层和低折射率膜层；所述第一长波通膜系的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^10，所述第一长波通膜系的过渡带中心波长为700‑900nm；所述第二长波通膜系的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^14，所述第二长波通膜系的过渡带中心波长为780‑900nm；其中，H对应所述高折射率膜层，L对应所述低折射率膜层。 [0017] 结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述透明基底的平行度小于30″。 [0018] 第二方面，本发明实施例还提供一种滤光片的制备方法，包括： [0019] 在透明基底的两侧分别形成第一长波通膜系和第二长波通膜系，得到滤光片； [0020] 其中，所述第一长波通膜系和所述第二长波通膜系均包括交替叠加的高折射率膜层和低折射率膜层；所述第一长波通膜系的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^10，所述第一长波通膜系的过渡带中心波长为700‑900nm；所述第二长波通膜系的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^14，所述第二长波通膜系的过渡带中心波长为780‑900nm；其中，H对应所述高折射率膜层，L对应所述低折射率膜层。 [0021] 结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述高折射率膜层包括氢化硅膜层，所述低折射率膜层包括氧化硅膜层； [0022] 所述在透明基底的两侧分别形成第一长波通膜系和第二长波通膜系，包括： [0023] 通过磁控溅射工艺和硅靶，在所述透明基底的一侧逐层交替沉积所述第一长波通膜系中的氢化硅膜层和氧化硅膜层，以及在所述透明基底的另一侧逐层交替沉积所述第二长波通膜系中的氢化硅膜层和氧化硅膜层。 [0024] 结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述氢化硅膜层的溅射速度为0.1‑1.0nm/s，所述氧化硅膜层的溅射速度为0.5‑1.5nm/s。 [0025] 第三方面，本发明实施例还提供一种指纹识别模组，包括如上述第一方面所述的滤光片。 [0026] 第四方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括如上述第三方面所述的指纹识别模组。 [0027] 本发明实施例带来了以下有益效果： [0028] 本发明实施例中，滤光片包括透明基底以及分别设置在透明基底两侧的第一长波通膜系和第二长波通膜系；第一长波通膜系和第二长波通膜系均包括交替叠加的高折射率膜层和低折射率膜层；第一长波通膜系的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^10，第一长波通膜系的过渡带中心波长为700‑900nm；第二长波通膜系的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^14，第二长波通膜系的过渡带中心波长为780‑900nm；其中，H对应高折射率膜层，L对应低折射率膜层。该滤光片在830‑950nm谱段具有高透过率，同时在300‑750nm谱段宽截止，大大改进了该谱段滤光片的通带及截止带的特性，从而能够满足指纹传感器模组的使用要求。 [0030] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。 附图说明[0031] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0032] 图1为本发明实施例提供的一种滤光片的结构示意图； [0033] 图2为本发明实施例提供的一种第一长波通膜系的理论透射光谱图； [0034] 图3为本发明实施例提供的一种第二长波通膜系的理论透射光谱图； [0035] 图4为本发明实施例提供的一种滤光片的透射光谱图； [0036] 图5为本发明实施例提供的一种滤光片的制备方法的流程示意图。 [0037] 图标： [0038] 100‑透明基底；200‑第一长波通膜系；300‑第二长波通膜系；401‑高折射率膜层；402‑低折射率膜层。 具体实施方式[0039] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0040] 目前现有的滤光片仅能做到在830‑950nm谱段具有高透过率，不能同时做到在300‑750nm谱段具有抑制光信号的作用，无法满足在指纹传感器模组中的使用要求。基于此，本发明实施例提供的一种滤光片及其制备方法、指纹识别模组及电子设备，可以实现滤光片在830‑950nm谱段具有高透过率，同时在300‑750nm谱段宽截止。 [0041] 为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种滤光片进行详细介绍。 [0042] 实施例一： [0043] 本发明实施例提供了一种滤光片，该滤光片为830‑950nm透过近红外滤光片。图1为本发明实施例提供的一种滤光片的结构示意图，如图1所示，该滤光片包括透明基底100以及分别设置在透明基底100两侧的第一长波通膜系200和第二长波通膜系300；第一长波通膜系200和第二长波通膜系300均包括交替叠加的高折射率膜层401和低折射率膜层402；第一长波通膜系200的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^10，第一长波通膜系200的过渡带中心波长为700‑900nm；第二长波通膜系300的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^14，第二长波通膜系300的过渡带中心波长为780‑900nm；其中，H对应高折射率膜层401，L对应低折射率膜层402。 [0044] 可选地，透明基底100的材质包括玻璃、石英、蓝宝石或硅酸盐光学玻璃。例如，透明基底100为玻璃基底。 [0045] 进一步可选地，透明基底100的平行度小于30″。 [0046] 进一步可选地，透明基底100的尺寸为：长77mm、宽77mm、厚0.21mm。 [0047] 可选地，高折射率膜层401的材质包括氢化硅或氮化硅。例如，高折射率膜层401为氢化硅膜层。 [0048] 可选地，低折射率膜层402的材质包括氧化硅。 [0049] 可选地，第一长波通膜系200的中心波长为785nm，第二长波通膜系300的中心波长为820nm。 [0051] 本发明实施例中，滤光片包括透明基底以及分别设置在透明基底两侧的第一长波通膜系和第二长波通膜系；第一长波通膜系和第二长波通膜系均包括交替叠加的高折射率膜层和低折射率膜层；第一长波通膜系的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^10，第一长波通膜系的过渡带中心波长为700‑900nm；第二长波通膜系的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^14，第二长波通膜系的过渡带中心波长为780‑900nm；其中，H对应高折射率膜层，L对应低折射率膜层。该滤光片在830‑950nm谱段具有高透过率，同时在300‑750nm谱段宽截止，大大改进了该谱段滤光片的通带及截止带的特性，从而能够满足指纹传感器模组的使用要求。 [0052] 在一些可能的实施例中，上述滤光片包括玻璃基底、玻璃基底一侧的第一长波通膜系和玻璃基底另一侧的第二长波通膜系；玻璃基底长77mm、宽77mm、厚0.21mm，玻璃基底的平行度＜30″。 [0053] 具体地，第一长波通膜系包括交替叠加的氢化硅(SiH)膜层和氧化硅(SiO2)膜层，膜系结构为(0.5HL0.5H)^10，过渡带中心波长为785nm，其中，H对应氢化硅层，0.5H表示氢化硅层的厚度为0.5个基本厚度，L对应氧化硅层，L表示氧化硅层的厚度为1个基本厚度，10为基本膜堆(0.5HL0.5H)的周期数。 [0054] 第二长波通膜系包括交替叠加的氢化硅(SiH)膜层和氧化硅(SiO2)膜层，膜系结构为(0.5HL0.5H)^14，过渡带中心波长为820nm，其中，H对应氢化硅层，0.5H表示氢化硅层的厚度为0.5个基本厚度，L对应氧化硅层，表示氧化硅层的厚度为1个基本厚度，14为基本膜堆(0.5HL0.5H)的周期数。1个H或者1个L对应的基本厚度代表该膜层在参考波长处具有1/4光学厚度。其中，第一长波通膜系的参考波长可以为600nm，第二长波通膜系的参考波长可以为630nm。 [0055] 采用Macleod软件对上述第一长波通膜系的结构进行优化，过渡带中心波长为785nm，得到的第一长波通膜系的各膜层参数如下表1所示；其中层数为1的膜层沉积在玻璃基底上，为第一长波通膜系的最内层；层数为22的膜层为第一长波通膜系的最外层。 [0056] 表1 [0057] [0058] [0059] 采用Macleod软件对表1中数据进行分析可得第一长波通膜系的理论透射光谱，如图2所示，结果表明第一长波通膜系在300‑730nm谱段宽截止，在800‑950nm谱段具有高透过率。 [0060] 采用Macleod软件对第二长波通膜系的结构进行优化，过渡带中心波长为820nm，得到的长波通膜系的各膜层参数如下表2所示；其中层数为1的膜层沉积在玻璃基底上，为第二长波通膜系的最内层；层数为30的膜层为第二长波通膜系的最外层。 [0061] 表2 [0062] 层数 膜层材料 膜层材料折射率 膜层物理厚度/nm1 SiH 3.44 22.36 2 SiO2 1.46 82.98 3 SiH 3.44 46.99 4 SiO2 1.46 93.46 5 SiH 3.44 40.59 6 SiO2 1.46 97.28 7 SiH 3.44 46.08 8 SiO2 1.46 99.47 9 SiH 3.44 42.42 10 SiO2 1.46 98.17 11 SiH 3.44 47.48 12 SiO2 1.46 94.96 13 SiH 3.44 44.32 14 SiO2 1.46 99.52 15 SiH 3.44 46.17 16 SiO2 1.46 99.35 17 SiH 3.44 42.19 18 SiO2 1.46 97.21 19 SiH 3.44 51.29 20 SiO2 1.46 90.23 21 SiH 3.44 43.31 22 SiO2 1.46 95.03 23 SiH 3.44 48.85 24 SiO2 1.46 100.83 25 SiH 3.44 38.55 26 SiO2 1.46 82.78 27 SiH 3.44 55.25 28 SiO2 1.46 100.8 29 SiH 3.44 11.79 30 SiO2 1.46 30.2 [0063] 采用Macleod软件对表2中数据进行分析可得第二长波通膜系的理论透射光谱，如图3所示，结果表明第二长波通膜系在300‑785nm谱段宽截止，在850‑1000nm谱段具有高透过率。 [0064] 通过实验可以测得与表1和表2对应的滤光片的透射光谱，如图4所示，结果表明该滤光片在300‑785nm谱段宽截止，在830‑1000nm谱段具有高透过率。 [0065] 本发明实施例提供了一种830‑950nm透过近红外滤光片，该滤光片能够达到优良技术指标：在830‑950nm谱段具有≥90％的高透过率，同时在300‑750nm谱段宽截止，截止区域内平均透过率＜0.001％，可大大改进该谱段滤光片的通带及截止带的特性，从而满足指纹传感器模组的使用要求。 [0066] 本发明实施例提供的滤光片采用高折射率的氢化硅膜层和低折射率的氧化硅膜层交替叠加，膜层数较少，膜层厚度能够满足在超薄基底(长77mm×宽77mm×厚0.21mm)两个表面上的镀制要求，该滤光片还可以满足低温(‑40℃)、高温(+85℃)、高湿(90％)环境下工作等使用要求。 [0067] 实施例二： [0069] 在透明基底的两侧分别形成第一长波通膜系和第二长波通膜系，得到滤光片； [0070] 其中，第一长波通膜系和第二长波通膜系均包括交替叠加的高折射率膜层和低折射率膜层；第一长波通膜系的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^10，第一长波通膜系的过渡带中心波长为700‑900nm；第二长波通膜系的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^14，第二长波通膜系的过渡带中心波长为780‑900nm；其中，H对应高折射率膜层，L对应低折射率膜层。 [0071] 本发明实施例中，在透明基底的两侧分别形成第一长波通膜系和第二长波通膜系；其中，第一长波通膜系和第二长波通膜系均包括交替叠加的高折射率膜层和低折射率膜层；第一长波通膜系的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^10，第一长波通膜系的过渡带中心波长为700‑900nm；第二长波通膜系的膜系结构包括(0.5HL0.5H)^14，第二长波通膜系的过渡带中心波长为780‑900nm；其中，H对应高折射率膜层，L对应低折射率膜层。应用该方法得到的滤光片在830‑950nm谱段具有高透过率，同时在300‑750nm谱段宽截止，大大改进了该谱段滤光片的通带及截止带的特性，从而能够满足指纹传感器模组的使用要求。 [0072] 在一些可能的实施例中，上述高折射率膜层包括氢化硅膜层，低折射率膜层包括氧化硅膜层；在透明基底的两侧分别形成第一长波通膜系和第二长波通膜系，包括：通过磁控溅射工艺和硅靶，在透明基底的一侧逐层交替沉积第一长波通膜系中的氢化硅膜层和氧化硅膜层，直至完成第一长波通膜系的沉积；在透明基底的另一侧逐层交替沉积第二长波通膜系中的氢化硅膜层和氧化硅膜层，直至完成第二长波通膜系的沉积。 [0073] 具体地，采用磁控溅射方法，靶材采用高纯度的硅靶，靶材功率可以为5‑12kw，靶材的工作气体为氩气，氩气的气体流量为50‑300sccm；射频氧化源的工作气体为氩气、氢气和氧气，其中氢化硅氩气流量为50‑500sccm，氢气流量为30‑150sccm；氧化硅的氩气流量为50‑300sccm，氧气流量为100‑350sccm。采用高纯度的硅靶来形成氢化硅膜层和氧化硅膜层，成膜质量更好。 [0074] 可选地，氢化硅膜层的溅射速度为0.1‑1.0nm/s，氧化硅膜层的溅射速度为0.5‑1.5nm/s。例如，氢化硅膜层的溅射速度为0.45nm/s，氧化硅膜层的溅射速度为0.85nm/s。 [0075] 为了便于理解，本实施例还提供了一种制备上述滤光片的详细流程。图5为本发明实施例提供的一种滤光片的制备方法的流程示意图，其中，透明基底为玻璃基底，高折射率膜层为氢化硅膜层，低折射率膜层为氧化硅膜层，并采用NSP‑1650V真空溅射镀膜机进行制备。如图5所示，该方法包括以下步骤： [0076] 步骤S502，将干净的玻璃基底装入清洁的低真空室中，并抽真空至5.0E‑0Pa以下。 [0077] 具体地，可以用吸尘器清除镀膜机副腔室真空室内的杂质，将经过超声清洗的干净的玻璃基底安装到镀膜夹具上并快速装入干净的低真空室，抽真空至5.0E‑0Pa以下。 [0078] 步骤S504，将玻璃基底搬入高真空室中，并抽真空至1.0E‑02Pa以下。 [0079] 具体地，可以将镀膜夹具交换到主腔室成膜室，真空抽至7.0E‑04Pa，开始成膜。 [0080] 步骤S506，用射频源发出的等离子体轰击玻璃基底表面。 [0081] 具体地，用射频源发出的等离子体轰击玻璃基底表面1‑5min，射频源功率可以为2‑5kw，射频源工作气体可以为Ar气，气体流量可以为200‑500sccm。例如，用射频源发出的等离子体轰击玻璃基底表面1min，射频源功率为2‑4kw，射频源工作气体为Ar气，气体流量为300‑500sccm。 [0082] 步骤S508，采用磁控溅射方法，在玻璃基底的一侧逐层交替沉积第一长波通膜系中的氢化硅膜层和氧化硅膜层，直至完成第一长波通膜系的沉积。 [0083] 具体地，氢化硅膜层的溅射速度可以为0.25‑0.6nm/s，氧化硅膜层的溅射速度可以为0.6‑1.0nm/s；靶材可以采用99.999％纯度的硅靶，靶材功率可以为6‑10kw，靶材的工作气体为氩气，氩气的气体流量可以为80‑150sccm；射频氧化源的工作气体为氩气、氢气和氧气，其中氢化硅氩气流量可以为300‑500sccm，氢气流量可以为30‑100sccm；氧化硅的氩气流量可以为100‑300sccm，氧气流量可以为200‑300sccm。 [0084] 步骤S510，在玻璃基底的另一侧逐层交替沉积第二长波通膜系中的氢化硅膜层和氧化硅膜层，直至完成第二长波通膜系的沉积。 [0085] 需要说明的是，步骤S508和步骤S510无先后执行顺序。步骤S510的具体过程可以参照步骤S508的具体过程，这里不再赘述。 [0086] 步骤S512，玻璃基底自然冷却至室温，得到830‑950nm透过近红外滤光片。 [0087] 对上述制备得到的滤光片进行如下性能测试： [0088] 采用Cary 7000通用型分光光度计，测得滤光片的透射光谱如图4所示，表明该滤光片在830‑950nm谱段具有高透过率，并且计算得到该滤光片在830‑900nm谱段内的平均透过率为99.15％，在300‑780nm谱段内的平均透过率为0.001％。 [0089] 实施例三： [0090] 本发明实施例还提供了一种指纹识别模组，该指纹识别模组包括如上述实施例一的滤光片。 [0091] 实施例四： [0092] 本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括如上述实施例三的指纹识别模组。 [0093] 上述电子设备可以但不限于为手机。 [0094] 本发明实施例提供的滤光片的制备方法、指纹识别模组及电子设备，与上述实施例提供的滤光片具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。 [0095] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的滤光片的制备方法、指纹识别模组及电子设备的具体工作过程，可以参考前述滤光片实施例中的对应过程，在此不再赘述。 [0096] 在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。 [0097] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。 [0098] 另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0099] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0100] 最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。 |
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