一種具有高透過(guò)率的減反射鍍膜光學(xué)蓋板及制備方法

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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號(hào)灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國(guó)科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

摘要

本論文針對(duì)光學(xué)設(shè)備對(duì)高透光性能的需求，研究一種具有高透過(guò)率的減反射鍍膜光學(xué)蓋板及其制備方法。通過(guò)優(yōu)化鍍膜材料配方、**鍍膜工藝，實(shí)現(xiàn)光學(xué)蓋板在寬光譜范圍內(nèi)的低反射與高透光性能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該光學(xué)蓋板在可見(jiàn)光及近紅外波段平均反射率低于 1%，平均透過(guò)率超過(guò) 98%，顯著提升光學(xué)設(shè)備的成像質(zhì)量與光線利用率，為光學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的技術(shù)方案與應(yīng)用思路。

關(guān)鍵詞：高透過(guò)率；減反射鍍膜；光學(xué)蓋板；制備方法；寬光譜

一、引言

在光學(xué)儀器、顯示設(shè)備、光電探測(cè)等領(lǐng)域，光學(xué)蓋板作為光線傳輸?shù)闹匾考?，其光學(xué)性能直接影響設(shè)備整體表現(xiàn)。傳統(tǒng)光學(xué)蓋板因表面反射導(dǎo)致光線損失，降低設(shè)備的成像清晰度、探測(cè)靈敏度與顯示亮度。隨著 5G、AR/VR、智能車(chē)載顯示等新興技術(shù)的發(fā)展，對(duì)光學(xué)蓋板高透過(guò)率、低反射率的需求愈發(fā)迫切。研發(fā)一種具有高透過(guò)率的減反射鍍膜光學(xué)蓋板，對(duì)提升光學(xué)設(shè)備性能、推動(dòng)光學(xué)產(chǎn)業(yè)升級(jí)具有重要意義。

二、高透過(guò)率減反射鍍膜光學(xué)蓋板的設(shè)計(jì)原理

2.1 光學(xué)干涉減反射原理

高透過(guò)率減反射鍍膜光學(xué)蓋板基于光學(xué)干涉原理實(shí)現(xiàn)減反射效果。當(dāng)光線從空氣入射到光學(xué)蓋板表面時(shí)，因空氣與蓋板材料折射率差異產(chǎn)生反射。通過(guò)在蓋板表面鍍制多層具有不同折射率與厚度的薄膜，每層薄膜的上下表面反射光會(huì)產(chǎn)生光程差。當(dāng)光程差滿足特定條件（如半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍）時(shí)，反射光相位差達(dá)到 180°，相互干涉抵消，從而減少反射光強(qiáng)度，增加光線透過(guò)率。通過(guò)**設(shè)計(jì)膜系結(jié)構(gòu)，可在特定光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效減反射。

2.2 膜系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)寬光譜高透過(guò)率，需對(duì)膜系結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。采用多層膜結(jié)構(gòu)，結(jié)合高折射率材料（如 TiO?、Ta?O?）與低折射率材料（如 SiO?）交替沉積。利用光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)軟件，通過(guò)理論計(jì)算與模擬，調(diào)整各膜層的材料、厚度及層數(shù)，使膜系在可見(jiàn)光（400 - 760nm）及近紅外（760 - 1100nm）波段滿足干涉相消條件，同時(shí)兼顧膜層的機(jī)械強(qiáng)度與化學(xué)穩(wěn)定性。

三、鍍膜材料的選擇與特性

3.1 高折射率材料

選用二氧化鈦（TiO?）與五氧化二鉭（Ta?O?）作為高折射率材料。TiO?在可見(jiàn)光與近紅外波段具有較高折射率（n ≈ 2.3 - 2.5），化學(xué)穩(wěn)定性好，且成本較低。Ta?O?折射率更高（n ≈ 2.1 - 2.2），且具有優(yōu)異的硬度與耐磨性，適用于對(duì)膜層機(jī)械性能要求高的場(chǎng)景。兩種材料搭配使用，可優(yōu)化膜系折射率梯度，提升減反射效果 。

3.2 低折射率材料

采用二氧化硅（SiO?）作為低折射率材料，其折射率較低（n ≈ 1.45），透光性好，在寬光譜范圍內(nèi)吸收損耗低。SiO?化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，與高折射率材料兼容性強(qiáng)，是制備減反射膜的理想選擇。通過(guò)調(diào)整 SiO?膜層厚度與沉積工藝，可**控制膜系的光學(xué)性能。

3.3 功能添加劑

在鍍膜材料中添加微量功能性添加劑，如納米級(jí)氧化鋁（Al?O?）顆粒。Al?O?可增強(qiáng)膜層的硬度與抗刮擦性能，同時(shí)改善膜層的致密性，減少因環(huán)境因素導(dǎo)致的膜層老化與性能衰減，延長(zhǎng)光學(xué)蓋板的使用壽命。

四、高透過(guò)率減反射鍍膜光學(xué)蓋板的制備方法

4.1 光學(xué)蓋板基板預(yù)處理

選用上等光學(xué)玻璃或藍(lán)寶石作為基板，先使用去離子水與中性清洗劑進(jìn)行超聲波清洗，去除表面油污、灰塵等雜質(zhì)；再用高純度乙醇進(jìn)行擦拭，進(jìn)一步去除殘留污漬；*后通過(guò)等離子體清洗機(jī)處理，提升基板表面活性，增強(qiáng)鍍膜與基板間的附著力。

4.2 鍍膜工藝

采用磁控濺射鍍膜技術(shù)，在真空環(huán)境下（氣壓低于 10?3 Pa）進(jìn)行鍍膜。以高純金屬靶材（Ti、Ta、Si）為原料，通過(guò)氬離子轟擊靶材，使靶材原子或分子沉積在基板表面。鍍膜過(guò)程中**控制濺射功率、氣體流量、基板溫度等參數(shù)：

?濺射功率：高折射率材料（TiO?、Ta?O?）濺射功率控制在 100 - 150W，低折射率材料（SiO?）控制在 80 - 120W；

?氣體流量：氬氣流量為 20 - 30 sccm，氧氣流量為 5 - 10 sccm，確保金屬靶材充分氧化；

?基板溫度：保持在 150 - 200℃，促進(jìn)膜層結(jié)晶，提升膜層均勻性與致密性。

4.3 后處理工藝

鍍膜完成后，將光學(xué)蓋板放入高溫退火爐中，以 5℃/min 的升溫速率加熱至 300 - 400℃，保溫 1 - 2 小時(shí)后隨爐冷卻。退火處理可消除膜層內(nèi)應(yīng)力，改善膜層結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升光學(xué)蓋板的光學(xué)性能與機(jī)械性能。

五、性能測(cè)試與分析

5.1 光學(xué)性能測(cè)試

使用分光光度計(jì)測(cè)試光學(xué)蓋板在 300 - 1100nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)的反射率與透過(guò)率。結(jié)果顯示，未鍍膜基板在可見(jiàn)光波段平均反射率約為 8%，透過(guò)率約為 90%；經(jīng)過(guò)本方法鍍膜后的光學(xué)蓋板，在 400 - 1100nm 波段平均反射率低于 1%，平均透過(guò)率超過(guò) 98%，顯著降低光線反射損失，提高光線透過(guò)效率。

5.2 機(jī)械性能測(cè)試

采用鉛筆硬度測(cè)試法評(píng)估膜層硬度，結(jié)果顯示膜層硬度達(dá)到 6H 以上；通過(guò)百格測(cè)試法檢測(cè)膜層附著力，在 1mm×1mm 方格劃刻后，使用 3M 膠帶粘貼撕拉，膜層無(wú)脫落現(xiàn)象，表明膜層與基板結(jié)合牢固，具備良好的機(jī)械穩(wěn)定性。

5.3 環(huán)境耐受性測(cè)試

將光學(xué)蓋板置于高溫高濕環(huán)境（85℃，85% RH）中持續(xù) 96 小時(shí)，以及進(jìn)行 - 40℃至 80℃的高低溫循環(huán)測(cè)試（循環(huán)次數(shù) 50 次）。測(cè)試后光學(xué)蓋板的光學(xué)性能與機(jī)械性能無(wú)明顯衰減，證明其具有優(yōu)異的環(huán)境耐受性。

六、結(jié)論

本研究成功制備了一種具有高透過(guò)率的減反射鍍膜光學(xué)蓋板，通過(guò)優(yōu)化膜系設(shè)計(jì)、精選鍍膜材料與**制備工藝，實(shí)現(xiàn)了寬光譜范圍內(nèi)的低反射與高透光性能。該光學(xué)蓋板在光學(xué)性能、機(jī)械性能與環(huán)境耐受性方面表現(xiàn)優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于**光學(xué)儀器、智能顯示設(shè)備、車(chē)載抬頭顯示（HUD）等領(lǐng)域。未來(lái)可進(jìn)一步探索新型鍍膜材料與工藝，優(yōu)化膜系結(jié)構(gòu)，以滿足更高性能要求，推動(dòng)光學(xué)蓋板技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

關(guān)于我們

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  卷柔減反射(AR)玻璃的特點(diǎn):高透,膜層無(wú)色,膜硬度高,抗老化性強(qiáng)(耐候性強(qiáng)于玻璃),玻璃長(zhǎng)期使用存放不發(fā)霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機(jī)玻璃、節(jié)能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護(hù)玻璃等多行業(yè)。
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