擴增實境 (AR) 和虛擬實境 (VR) 技術的快速發展對光學元件提出了前所未有的要求。這些先進系統的核心在於一個關鍵元件:精密玻璃晶片。隨著設備變得更薄、更輕、更具沉浸感,支撐它們的玻璃基板的規格要求也變得越來越嚴格。
對於光學系統設計師和製造商而言,理解這些技術細節不僅關乎材料採購,更關乎下一代空間運算的實現。在 ZHHIMG,我們致力於彌合原料科學與光學性能之間的鴻溝。以下是您在為 AR/VR 應用選擇玻璃晶圓時需要了解的關鍵規格。
基材和折射率
玻璃材料的選擇決定了最終裝置的光路和外形尺寸。
- 高折射率玻璃(n > 1.8):對於基於波導的擴增實境顯示器,光需要高效耦合並透過全內反射進行引導。高折射率玻璃可以實現更小、更輕的光學引擎和更寬的視野角(FOV)。
- 熔融石英:是紫外線雷射加工和對熱穩定性要求極高的應用的理想選擇。其低熱膨脹係數確保即使在高功率照射下,光學性能也能保持一致。
- 熱匹配:在晶圓級光學元件中,玻璃基板通常需要與矽感測器或顯示器鍵合。選擇熱膨脹係數與矽(約 2.6 × 10⁻⁶/K)相匹配的玻璃成分至關重要,這可以防止在溫度循環過程中出現翹曲或分層。
尺寸公差和表面質量
在晶圓級光學領域,精度是以微米和奈米來衡量的。標準的商用玻璃規格在這裡根本不適用。
- 直徑和厚度:常見規格包括 200 毫米和 300 毫米晶圓,厚度範圍從 0.3 毫米到 5 毫米。
- 厚度公差:我們保持嚴格的公差,通常為±5µm,以確保晶圓的均勻性。
- 總厚度變化 (TTV):TTV <5µm 對於保持聚焦和防止堆疊光學組件中的光學像差至關重要。
- 平整度:為防止影像失真,彎曲和變形必須分別控制在<20µm和<5µm以內。
表面光潔度和粗糙度
玻璃的表面品質直接影響光的透射和散射。
- 粗糙度 (Ra):對於高性能 AR/VR 光學元件,我們實現了 Ra < 1nm 的表面粗糙度值。這種近乎原子級的平滑度最大限度地減少了光散射和霧霾,從而確保了高對比度和清晰度。
- 表面品質:我們遵循 MIL-PRF-13830B 標準,通常供應的玻璃刮痕/凹坑強度等級達到 40-20 或更高。在光刻或雷射光學等對缺陷要求極高的應用中,即使是表面以下的損傷也必須透過先進的拋光技術消除。
先進加工和塗層
原始玻璃只是開始。晶圓的功能取決於其加工製程。
- 雙面拋光 (DSP):對於需要雙面光學清晰度的應用至關重要,例如雷射雷達系統的分光鏡或蓋玻片。
- 抗反射(AR)塗層:為了最大限度地提高透光率(通常>98%),會沉積精密抗反射塗層。分光光度法用於驗證塗層在可見光譜(400-700nm)或特定雷射波長(例如,用於3D感測的940nm)下的性能。
- 雷射切割和成型:對於客製化幾何形狀或非圓形光學元件,雷射切割可提供乾淨的邊緣,並將微裂紋降至最低,從而減少了對大量邊緣研磨的需求。
AR/VR眼鏡類型比較
| 範圍 | 高折射率玻璃 | 熔融石英 | 硼砂/鹼金屬鋁矽酸鹽 |
|---|---|---|---|
| 折射率(nd) | > 1.80 | 約 1.46 | 約 1.52 |
| 熱膨脹 | 緩和 | 超低 | 低的 |
| 主要應用 | 波導合路器 | 紫外光學元件/面罩 | 蓋玻片/感應器 |
| 主要優勢 | 小型化 | 熱穩定性 | 成本/耐用性 |
計量與品質保證
為確保達到這些規格要求,需要採用最先進的計量技術。我們利用乾涉測量法繪製整個晶圓表面的平整度和厚度-厚度-體積變化(TTV)圖。為了驗證塗層性能,我們使用分光光度計測量不同入射角(AOI)下的透射率和反射率。
無論您是為智慧型手機開發 3D 感測模組,還是為 AR 眼鏡開發複雜的繞射波導,基板的品質都決定了系統性能的極限。
與 ZHHIMG 合作
在ZHHIMG,我們專注於製造滿足光學產業嚴苛要求的精密玻璃晶圓。從材質選擇到最終鍍膜,我們提供端到端的解決方案,協助您突破AR和VR領域的極限。
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發佈時間:2026年4月7日
