TW201350632A - 藍寶石製造裝置及鏡頭保護玻璃 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種藍寶石製造裝置，其包括一坩堝、一收容於該坩堝內的材料、一用於將該坩堝裏面的該材料加熱成一熔體的加熱裝置、一用於調整該坩堝內的溫度場的溫控裝置、一罩住該坩堝的保溫罩、一籽晶、一用於驅動該籽晶浸入該熔體後按一預定速度離開該熔體並旋轉以形成一晶體的驅動裝置、一用於加熱離開該坩堝後的該晶體以使該晶體平穩降溫到室溫的後加熱器、一密閉罩住該保溫罩的外罩及一用於抽空該外罩至真空狀態並導入該晶體形成所需的氣體的氣體調節系統。本發明還提供一種應用該晶體的鏡頭保護玻璃。
Description
本發明涉及藍寶石製造及應用技術，特別涉及一種藍寶石製造裝置及應用所製造的藍寶石的鏡頭保護玻璃。
藍寶石具有硬度高、耐磨等優點，因此可以用作鏡頭保護玻璃。然而，藍寶石一般通過泡生法(kyropoulos crystal growth)獲得，生長速率較低(生長85-100公斤需20天以上)，導致成本較高，從而間接推高鏡頭保護玻璃的成本。另外，藍寶石的透光率較低(<86%)，另外，影響鏡頭的進光量，從而劣化鏡頭的成像品質。
有鑒於此，有必要提供一種可降低成本的藍寶石製造裝置及採用所製造的藍寶石且可改善成像品質的鏡頭保護玻璃。
一種藍寶石製造裝置，其包括一坩堝、一三氧化二鋁材料、一加熱裝置、一溫控裝置、一保溫罩、一籽晶裝置、一驅動裝置、一後加熱器、一外罩及一氣體調節系統。該三氧化二鋁材料收容於該坩堝內。該加熱裝置包括繞設在該坩堝外的一線圈，並用於通過該線圈的電磁感應將該坩堝裏面的該三氧化二鋁材料加熱至一預定溫度，在該預定溫度下，該三氧化二鋁熔融為一熔體。該溫控裝置用於調整該坩堝內的溫度場以使該熔體上方的溫度低於該三氧化二鋁材料的熔點從而處於過冷狀態。該保溫罩罩住該坩堝，用於保持該坩堝內的溫度場。該籽晶裝置包括一藍寶石籽晶及一夾持該藍寶石籽晶的籽晶夾。該驅動裝置用於驅動該籽晶裝置以使該藍寶石籽晶浸入該熔體後按一預定速度離開該熔體並旋轉以形成一藍寶石晶體。該後加熱裝置用於加熱離開該坩堝後的該藍寶石晶體以使該藍寶石晶體平穩降溫到室溫。該外罩密閉罩住該保溫罩，並提供電磁防護。該氣體調節系統用於抽空該外罩至真空狀態，並導入該藍寶石晶體形成所需的氣體。
一鏡頭保護玻璃，其包括一基片及一形成於該基片上的抗反射膜。該基片通過切割該藍寶石晶體獲得。該抗反射膜包括多個依次交替重複堆疊於該基片上高折射率層及低折射率層，該抗反射膜膜系結構為(xHyL)n，5≦n≦8，1＜x＜2，1＜y＜2，n為正整數，其中，xH表示該高折射率層，其光學厚度為x/4倍中心波長，yL表示該低折射率層，其光學厚度為y/4倍中心波長，中心波長為工作波長的中間值，n為該高折射率層和該低折射率層重複堆疊的次數。
採用上述的藍寶石製造裝置製造該藍寶石晶體的速率可以是傳統泡生法的三倍以上。而該鏡頭保護玻璃的透射率可以達到99.5%。
請參閱圖1-3，本發明較佳實施方式的藍寶石製造裝置10，其包括一坩堝11、一三氧化二鋁材料12、一加熱裝置13、一溫控裝置14、一保溫罩15、一籽晶裝置16、一驅動裝置17、一後加熱器18、一外罩19及一氣體調節系統20。該三氧化二鋁材料12收容於該坩堝11內。該加熱裝置13包括繞設在該坩堝11外的一線圈131，並用於通過該線圈131的電磁感應將該坩堝11裏面的該三氧化二鋁材料12加熱至一預定溫度，在該預定溫度下，該三氧化二鋁熔融為一熔體12a。該溫控裝置14用於調整該坩堝11內的溫度場以使該熔體12a上方的溫度低於該三氧化二鋁材料12的熔點從而處於過冷狀態。該保溫罩15罩住該坩堝11，用於保持該坩堝11內的溫度場。該籽晶裝置16包括一藍寶石籽晶161及一夾持該藍寶石籽晶161的籽晶夾162。該驅動裝置17用於驅動該籽晶裝置16以使該藍寶石籽晶161浸入該熔體後按一預定速度離開該熔體12a並旋轉以形成一藍寶石晶體161a。該後加熱裝置13用於加熱離開該坩堝11後的該藍寶石晶體161a以使該藍寶石晶體161a平穩降溫到室溫。該外罩19密閉罩住該保溫罩15，並提供電磁防護。該氣體調節系統20用於抽空該外罩19至真空狀態，並導入該藍寶石晶體161a形成所需的氣體。
具體的，該坩堝11採用鎢材料製成。一般的，該預定溫度為2050OC，而鎢材料的熔點高於該預定溫度，因此可以作為該坩堝11的材料。
一般的，藍寶石的主要化學成分為三氧化二鋁，因此，本實施方式中採用該三氧化二鋁材料12作為該藍寶石晶體161a的原料。具體的，該三氧化二鋁材料12為純三氧化二鋁。
該加熱裝置13可以對該坩堝11內不同部分作不同程度的加熱，例如通過對不同該線圈131的不同部分施加不同功率的電場，使得該熔體12a處於該預定溫度，而該熔體12a上方低於該預定溫度。
該溫控裝置14包括包括一高溫測量計141及一控制器142。該高溫測量計141用於測量該坩堝內的溫度場。該控制器142用於根據測得的控制器142控制該加熱裝置13使該加熱裝置13可以對該坩堝11內不同部分作不同程度的加熱，例如通過對不同該線圈131的不同部分施加不同功率的電場，使得該熔體12a處於該預定溫度，而該熔體12a上方低於該預定溫度。
該保溫罩15採用無輻射材料製成。
該籽晶夾桿162沿垂直於該熔體12a的液面的方向設置，該藍寶石籽晶161夾持於該籽晶夾桿162靠近該熔體12a的一端。藍寶石屬於剛玉族礦物，三方晶系，具有六方結構。該藍寶石籽晶161的結晶方向為a軸(11 0），c軸(0001)，m軸(10 0）。
該驅動裝置17可以設置與該外罩19內，如該外罩19的頂壁，並包括線性馬達(或氣缸)及旋轉馬達。如此，在該藍寶石籽晶161接觸該熔體12a，並且稍熔後，提拉並轉動該籽晶夾162，使熔體12a處於過冷狀態而結晶於該藍寶石籽晶161上，在不斷提拉和旋轉過程中，生長出圓柱狀的該藍寶石晶體161a。
該後加熱裝置13設置於該坩堝11外，可用高熔點氧化物如氧化鋁、陶瓷或多層金屬反射器如鉬片、鉑片等製成。該溫控裝置14也可控制該後加熱裝置13，以使該藍寶石晶體161a平穩降溫到室溫。
該外罩19可以開設有一氣體出口191及一氣體入口192。通常，該氣體出口191位於該外罩19的底部，而該氣體入口192位於該外罩19的頂部。當然，該氣體出口191及該氣體入口192的設置也可不限於本實施方式，視需求而定。
該氣體調節系統20包括一抽空裝置201及一氣體導入裝置202。
該抽空裝置201包括一機械泵2011、一渦輪泵2012及一第一導管系統2013。該第一導管系統2013通過該氣體出口191連通該外罩19與該機械泵2011及該渦輪泵2012，並設置有多個氣體閥門203，用於控制該機械泵2011與該渦輪泵2012與該外罩19連通與否。一般的，通過控制該多個氣體閥門203先連通該外罩19與該機械泵2011，讓該機械泵2011先將該外罩19抽空到一定程度的真空狀態。然後關閉該外罩19與該機械泵2011的連通，而連通該外罩19與該渦輪泵2012，進一步抽空該外罩19。最後，關閉該外罩19與該機械泵2011及該渦輪泵2012之間的連通，保持該外罩19的真空狀態。
該氣體導入裝置202包括多個氣體源2021及一第二導管系統2022。該多個氣體源2021用於提供該藍寶石晶體161a形成所需的氣體，例如氬氣(Ar)和氦氣(He)。該第二導管系統2022用於通過該氣體入口192連通該外罩19與該多個氣體源2021，並設置有多個氣體閥門203，用於控制該多個氣體源2021與該外罩19連通與否。該氣體導入裝置202還可以包括有設置在該第二導管系統2022上的流量控制計(mass flow control) 2023，用於控制所需氣體的流量。
優選的，該藍寶石製造裝置10還包括一相機21及一剩餘氣體分析器(residual gas analyzer) 22。該相機21用於監控該藍寶石晶體161a的形成過程。而該剩餘氣體分析器22用於分析該外罩19內的氣體成分，從而使得該氣體導入裝置202可以導入所需的氣體。
請參閱圖4，本發明較佳實施方式的鏡頭保護玻璃30，其包括一基片31及一形成於該基片上的抗反射膜32。該基片31通過切割該藍寶石晶體161a獲得。該抗反射膜32包括多個依次交替重複堆疊於該基片上高折射率層321及低折射率層322，該抗反射膜膜系結構為(xHyL)n，5≦n≦8，1＜x＜2，1＜y＜2，n為正整數，其中，xH表示該高折射率層321，其光學厚度為x/4倍中心波長，yL表示該低折射率層，其光學厚度為y/4倍中心波長，中心波長為工作波長的中間值，n為該高折射率層和該低折射率層重複堆疊的次數。
與該基片31直接接觸的為該高折射率層321，因此，n=5, 7時，該高折射率層321置頂，而n=6, 8時，該低折射率層322置頂。
該高折射率層321可以採用二氧化鈦(TiO2)(折射率為2.705)，而該低折射率層322可以採用二氧化矽(SiO2)(折射率為1.499)。可以理解，該高折射率層321及該低折射率層322也可以採用其他折射率相當之材料。
採用上述的藍寶石製造裝置10製造該藍寶石晶體161a的速率可以是傳統泡生法的三倍以上。而該鏡頭保護玻璃30的透射率可以達到99.5%。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10．．．藍寶石製造裝置
11．．．坩堝
12．．．三氧化二鋁材料
12a．．．熔體
13．．．加熱裝置
131．．．線圈
14．．．溫控裝置
141．．．高溫測量計
142．．．控制器
15．．．保溫罩
16．．．籽晶裝置
161．．．藍寶石籽晶
161a．．．藍寶石晶體
162．．．籽晶夾
17．．．驅動裝置
18．．．後加熱器
19．．．外罩
191．．．氣體出口
192．．．氣體入口
20．．．氣體調節系統
201．．．抽空裝置
2011．．．機械泵
2012．．．渦輪泵
2013．．．第一導管系統
202．．．氣體導入裝置
2021．．．氣體源
2022．．．第二導管系統
2023．．．流量控制計
203．．．閥門
21．．．相機
22．．．剩餘氣體分析器
30．．．鏡頭保護玻璃
31．．．基片
32．．．抗反射膜
321．．．高折射率層
322．．．低折射率層
圖1為本發明較佳實施方式的藍寶石製造裝置的第一狀態的剖面示意圖。
圖2為本發明較佳實施方式的藍寶石製造裝置的第二狀態的剖面示意圖。
圖3為本發明較佳實施方式的藍寶石製造裝置的第三狀態的剖面示意圖。
圖4為本發明較佳實施方式的鏡頭保護玻璃的剖面示意圖。
10．．．藍寶石製造裝置
11．．．坩堝
12．．．三氧化二鋁材料
13．．．加熱裝置
131．．．線圈
14．．．溫控裝置
141．．．高溫測量計
142．．．控制器
15．．．保溫罩
16．．．籽晶裝置
161．．．藍寶石籽晶
162．．．籽晶夾
17．．．驅動裝置
18．．．後加熱器
19．．．外罩
191．．．氣體出口
192．．．氣體入口
20．．．氣體調節系統
201．．．抽空裝置
2011．．．機械泵
2012．．．渦輪泵
2013．．．第一導管系統
202．．．氣體導入裝置
2021．．．氣體源
2022．．．第二導管系統
2023．．．流量控制計
203．．．閥門
21．．．相機
22．．．剩餘氣體分析器
Claims (14)
- 一種藍寶石製造裝置，其包括一坩堝、一三氧化二鋁材料、一加熱裝置、一溫控裝置、一保溫罩、一籽晶裝置、一驅動裝置、一後加熱器、一外罩及一氣體調節系統；該三氧化二鋁材料收容於該坩堝內；該加熱裝置包括繞設在該坩堝外的一線圈，並用於通過該線圈的電磁感應將該坩堝裏面的該三氧化二鋁材料加熱至一預定溫度，在該預定溫度下，該三氧化二鋁熔融為一熔體；該溫控裝置用於調整該坩堝內的溫度場以使該熔體上方的溫度低於該三氧化二鋁材料的熔點從而處於過冷狀態；該保溫罩罩住該坩堝，用於保持該坩堝內的溫度場；該籽晶裝置包括一藍寶石籽晶及一夾持該藍寶石籽晶的籽晶夾；該驅動裝置用於驅動該籽晶裝置以使該藍寶石籽晶浸入該熔體後按一預定速度離開該熔體並旋轉以形成一藍寶石晶體；該後加熱裝置用於加熱離開該坩堝後的該藍寶石晶體以使該藍寶石晶體平穩降溫到室溫；該外罩密閉罩住該保溫罩，用於提供電磁防護；該氣體調節系統用於抽空該外罩至真空狀態，並導入該藍寶石晶體形成所需的氣體。
- 如申請專利範圍第1項所述的藍寶石製造裝置，其中，該坩堝採用鎢材料製成。
- 如申請專利範圍第1項所述的藍寶石製造裝置，其中，該加熱裝置用於通過對該線圈的不同部分施加不同功率的電場以對該坩堝不同部分作不同程度的加熱，使得該熔體處於該預定溫度，而該熔體上方低於該預定溫度。
- 如申請專利範圍第1項所述的藍寶石製造裝置，其中，該溫控裝置包括一高溫測量計及一控制器；該高溫測量計用於測量該坩堝內的溫度場；該控制器用於根據測得的溫度場控制該加熱裝置使該加熱裝置通過對該線圈的不同部分施加不同功率的電場對該坩堝內不同部分作不同程度的加熱使得該熔體處於該預定溫度，而該熔體上方低於該預定溫度。
- 如申請專利範圍第1項所述的藍寶石製造裝置，其中，該保溫罩採用無輻射材料製成。
- 如申請專利範圍第1項所述的藍寶石製造裝置，其中，該籽晶夾桿沿垂直於該熔體的液面的方向設置，該藍寶石籽晶夾持於該籽晶夾桿靠近該熔體的一端。
- 如申請專利範圍第1項所述的藍寶石製造裝置，其中，該溫控裝置還用於控制該後加熱裝置以使該藍寶石晶體平穩降溫到室溫。
- 如申請專利範圍第1項所述的藍寶石製造裝置，其中，該外罩開設有一氣體出口及一氣體入口，該氣體出口位於該外罩的底部，而該氣體入口位於該外罩的頂部；該氣體調節系統包括一抽空裝置及一氣體導入裝置；該抽空裝置包括一機械泵、一渦輪泵及一第一導管系統；該第一導管系統通過該氣體出口連通該外罩與該機械泵及該渦輪泵，並設置有多個氣體閥門，用於控制該機械泵與該渦輪泵與該外罩連通與否；該氣體導入裝置包括多個氣體源及一第二導管系統；該多個氣體源用於提供該藍寶石晶體形成所需的氣體，該第二導管系統用於通過該氣體入口連通該外罩與該多個氣體源，並設置有多個氣體閥門，用於控制該多個氣體源與該外罩連通與否。
- 如申請專利範圍第1項所述的藍寶石製造裝置，其中，該氣體導入裝置還括有設置在該第二導管系統上的流量控制計，用於控制所需氣體的流量。
- 如申請專利範圍第1項所述的藍寶石製造裝置，其中，該藍寶石製造裝置還包括一相機；該相機用於監控該藍寶石晶體的形成過程。
- 如申請專利範圍第1項所述的藍寶石製造裝置，其中，該藍寶石製造裝置還包括一剩餘氣體分析器；該剩餘氣體分析器用於分析該外罩內的氣體成分，從而使得該氣體調節系統導入所需的氣體。
- 一鏡頭保護玻璃，其包括一基片及一形成於該基片上的抗反射膜；該基片由一藍寶石晶體構成；該抗反射膜包括多個依次交替重複堆疊於該基片上高折射率層及低折射率層，該抗反射膜膜系結構為(xHyL)n，5≦n≦8，1＜x＜2，1＜y＜2，n為正整數，其中，xH表示該高折射率層，其光學厚度為x/4倍中心波長，yL表示該低折射率層，其光學厚度為y/4倍中心波長，中心波長為工作波長的中間值，n為該高折射率層和該低折射率層重複堆疊的次數。
- 如申請專利範圍第12項所述的鏡頭保護玻璃，其中，與該基片直接接觸的為該高折射率層，n=5, 7時，該高折射率層置頂，而n=6, 8時，該低折射率層置頂。
- 如申請專利範圍第12項所述的鏡頭保護玻璃，其中，該高折射率層採用二氧化鈦，而該低折射率層採用二氧化矽。
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