AR技术近年快速扩张，消费电子、工业培训、医疗等领域都在推着它往前走，对高折射率光学元件的需求越来越迫切，折射率越高，器件越紧凑，视场角越大，沉浸感越强。金属氧化物（ZrO₂、TiO₂、Nb₂O₅等）折射率高、透光好、耐老化，是这类元件的首选材料，但传统制备手段拖了后腿：气相沉积成本高、耗时长，设备投入大；溶胶-凝胶法要高温烘烤，跟不少基板合不来，膜面还容易粗糙开裂，带出雾度和散射。Phosio开发的UV固化金属氧化物前驱体技术，折射率在n=1.30到2.35之间可调，涂层原子级平整，100°C低温就能加工，绕开了高温和不兼容的老问题。本文展示的是用这套技术制备光学光栅的初步成果。费曼仪器（Flexfilm）全光谱椭偏仪可以非接触对薄膜的厚度与折射率的高精度表征，广泛应用于薄膜材料、半导体和表面科学等领域。

实验方法

折射率靠调配方来控制：组合物比例、试剂浓度、溶剂选型和反应条件都是可调变量，配合实验设计方法把透明度和雾度优化到位。材料不含纳米颗粒，粘度最低1.5 cP，旋涂起来很顺畅。

基板先做等离子清洗，在硅片上3000 rpm旋涂30秒，365 nm波长UV固化（约5 J/cm²），再进烘箱5到15分钟完成固化。

膜厚和折射率用光谱椭偏仪测量，建模分析时模型含薄SiO₂层。透过率用光谱仪测试。雾度在520 nm处以总积分散射法测定，配积分球，可反向校验椭偏模型的反射和透过率数据。SEM图像在双束电子显微镜上采集，镜筒内探测器、浸没模式、15 kV，样品不镀膜直接观察。

实验结果

这批UV反应性前驱体的固化机制是UV照射下金属-配体键断裂，直接生成高折射率薄膜。调配方参数就能改变折射率，PhosioLux®系列目前覆盖n=1.30到2.35。膜层全无机，表面平整、雾度低，热稳定性和机械稳定性都不错。跟溶胶-凝胶法最大的区别在于：低温UV固化就能长出均匀致密的金属氧化物或金属氧化物氢氧化物层，不用高温烧。

高折射率薄膜经250°C烘烤后的色散曲线示例

结果显示550 nm处折射率约2.30。膜很耐用，但厚度卡在300 nm以内。250°C做到这个折射率水平，市面上还没有同类技术能比。不过对OLED这类应用来说，2.30偏高了，所以团队又开发了一个100°C超低温固化的版本。

沉积薄膜经UV固化及100°C烘烤后的色散曲线

结果显示550 nm处折射率约2.16，可见光区消光系数k始终为零，基本不吸光。

折射率为2.25的光栅在硅基板上的截面SEM图像

折射率2.25、沉积在硅片上。周期结构清晰、均匀，侧壁光滑，缺陷很少，对PhosioLux®薄膜往AR波导和衍射器件方向推进来说，这是一个实质性的实物验证。

厚度约100 nm、折射率n=2.30的薄膜在高折射率玻璃上的光学透过率

透过率结果显示：约100 nm厚、折射率2.3的膜涂在康宁高折射率玻璃（n=2.0）上，可见光透过率超90%，有些波长接近100%，跟椭偏仪测出的低吸收结果吻合。部分波段透过率下降，是因为涂层折射率比基板高，产生反射和滤光效应。

这套金属氧化物油墨配方有几个特点：UV固化、无纳米颗粒、粘度极低，100°C低温就能烤出高折射率薄膜。折射率在1.30到2.35之间可以精细调节，膜层不吸光、透光好，无机成分让它在耐热和耐化学腐蚀方面表现不错。光栅做出来了，算是走出了第一步。AR/VR器件、OLED以及先进光学市场，都是薄膜可以发力的方向。

费曼仪器（Flexfilm）全光谱椭偏仪

技术支持：180-1566-6117

费曼仪器（Flexfilm）全光谱椭偏仪拥有高灵敏度探测单元和光谱椭偏仪分析软件，专门用于测量和分析光伏领域中单层或多层纳米薄膜的层构参数（如厚度）和物理参数（如折射率n、消光系数k）

n 先进的旋转补偿器测量技术：无测量死角问题。

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原文参考：《Innovative Fabrication of High-Refractive-Index Components for Augmented Reality Using UV-Curable Metal Oxide Precursors》