专利名称：一种复合层增透膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合层增透膜，更具体地说，涉及一种适用于带宽较宽的光源的
复合层增透膜及其制备方法。
背景技术：
增透膜的原理是利用光的相干性，在基材上蒸镀一层折射率小于基材的低折射率层，且该低折射率层的厚度为1/4波长膜层。为了实现更好的消反效果，一般采用双层介质膜构成增透膜。 请参阅图l，为现有的增透膜的结构示意图。首先，在基材100上设置了高折射率层102。随后设置低折射率层101。其中，每一层均为对应折射率材料的l/4波长膜层。然而，由于上述增透膜仅对一个波长的单色光(如激光)具有很好的消反射特性，所以这种增透膜的消反射带宽较窄。若要求覆盖较宽的光谱带，则一般选择中间的某个波长值的1/4波长膜层，这样对于高频和低频两端波段的消反射不明显，反射率偏高。例如， 一些相机镜片的增透膜都是镀波长550nm的1/4膜层，对绿光附近波长具有很好的透射率，但是对红光和紫光的透射率就比较低，从而影响相片的色彩质量。带宽越宽，两端波段的反射率越高，不能实现全波段的消反射。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有增透膜的所透射的波长带宽有限的缺陷，提供一种适用于带宽较宽的光源的复合层增透膜及其制备方法。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种复合层增透膜，设置在一基材上，该增透膜包括由两种不同折射率材料单体膜层交替叠加构成；紧贴所述基材的单体膜层为高折射率单体膜层；叠加在最上层的单体膜层为低折射率单体膜层；所述单体膜层厚度不等，且所述高折射率单体膜层和低折射率单体膜层数量相同。 在本发明所述的复合层增透膜中，所述高折射率单体膜层的厚度为diH=入乂(4nH);所述低折射率单体膜层的厚度为(^= A乂(4rO ;
其中，<formula>formula see original document page 3</formula> n。 nH分别为低折射率单体膜层材质的折射率和高折射率单体膜层材质的折射率； A^和入_分别为可见光范围的最小波长和最大波长； i为自然数；N为可见光波长范围的均等份。 在本发明所述的复合层增透膜中，所述高折射率单体膜层材质为一氧化硅、三氧化二铝和铈氟化物中的任一种。 在本发明所述的复合层增透膜中，所述低折射率单体膜层材质为氟化镁、氟化钙、铝氟化物和氟化铅中的任一种。
本发明还提供了一种复合层增透膜的制备方法，包括以下步骤 S01、在基材表面设置以高折射率为材质的高折射率单体膜层； S02、在所述高折射率单体膜层表面设置以低折射率为材质的低折射率单体膜
层； S03、多次重复步骤SOl、 S02，制得复合层增透膜。 在本发明所述的制备方法中，所述高折射率单体膜层的厚度为(^= Ai/(4nH);所述低折射率单体膜层的厚度为(^=入i/(4nj ;且对应同一 入i的低折射率单体膜层紧贴
设置在高折射率单体膜层上方；
其中，入，=入min+ (i-1/2)(入隨_入min) /N ; n。 分别为低折射率单体膜层材质的折射率和高折射率单体膜层材质的折射率； A min和A max分别为可见光范围的最小波长和最大波长；
i为自然数；N为可见光波长范围的均等份。 在本发明所述的制备方法中，所述高折射率单体膜层材质为一氧化硅、三氧化二铝和铈氟化物中的任一种。 在本发明所述的制备方法中，所述低折射率单体膜层材质为氟化镁、氟化钙、铝氟化物和氟化铅中的任一种。 实施本发明的复合层增透膜及其制备方法，具有以下有益效果本发明制得的增透膜结构简单，且可以对宽波带的光源具有明显的消反射效果，且所有光都可以通过设计膜层厚度达到很高的透视率，包括宽波长范围(如白光)和单色光(如激光)。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中
图1是现有的增透膜的结构示意图； 图2是本发明优选实施例中复合层增透膜的结构示意图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。 本发明的设计思路假定被反射光的带宽为[Amin， AmJ，如可见光为[380nm，780nm]，将整个带宽平均分成N份，每份的带宽为(入隨-入min) /N，第i份(i = 1 ， 2， 3…)的
中心波长为^=入min+(i — 1/2)(入max—入min)/N，入i的1/4各高、低折射率膜层厚度d化=
入i/ (4化)，diH = A i/ (4nH)，其中n。nH分别为低折射率材质的折射率和高折射率材质的折射率。按照这一原理，在基材上设计不同的高折射率材质构成的单体膜层和低折射率材质构成的单体膜层交替叠加，如此循环的复合增透膜。 请参阅图2，为本发明优选实施例中复合层增透膜的结构示意图。本发明的复合层增透膜通过设置多层膜层来对不同范围的波长进行消反射。每层镀膜厚度将采用以下方法设计。
首先，将复合层增透膜需要透射的光线(通常为可见光)的带宽平均分为N份，其中N为不小于2的正整数，则按照波长从小到大分别为第一波长段至第N波长段。假定需要透射的光的带宽为"min， 、J，如可见光为[380nm，780nm]。将整个带宽平均分成N份，每份的带宽为(、ax_、in)/N。 随后，获取所述第一波长段至第N波长段中每份波长段的中心波长。例如，第i份
(i = 1，2，3...N)的中心波长为Ai=入min+(H/2)(入max-、in)/N。 随后制备复合层增透膜。本发明提供的复合层增透膜的制备方法具体包括以下步骤 在步骤SOI中，在基材表面设置以高折射率为材质的高折射率单体膜层。 在步骤S02中，在所述高折射率单体膜层表面设置以低折射率为材质的低折射率
单体膜层。 在步骤S03中，多次重复步骤SOl、 S02，制得复合层增透膜。 在上述制作过程中，高折射率单体膜层的厚度为(^= Ai/(4nH);低折射率单体膜层的厚度为(^= A乂(4rO ;且对应同一 ^厚度的低折射率单体膜层紧贴设置在高折射
率单体膜层上方；其中，Ai=入迈in+(i-l/2)(Amax-入min)/N，、in和入_分别为可见光范
围的最小波长和最大波长；i为自然数；N为可见光波长范围的均等份，即A ,为上述设计过程中获得的第i份(i = 1，2，3...N)的中心波长。n。 分别为低折射率单体膜层材质的折射率和高折射率单体膜层的折射率。 例如，第一高折射率单体膜层202-1，其对应第一波长段的中心波长、=入_+(1-1/2) (Amax-Amin)/N。高折射率单体膜层选用高折射率材料制成，且高折射率材料是指折射率大于基材即玻璃折射率的材料，越大越好，一般选择折射率介于1. 5-1. 8之间的材料。高折射率材料包括但不限于以下材料一氧化硅(SI0)、三氧化二铝(A1^0》、铈(Ce)氟化物。而第一低折射率单体膜层201-1，其同样对应第一波长段的中心波长A工=入min+ (1-1/2) ( A max- A min) /N。低折射率单体膜层选用低折射率材料制成，低折射率材料一般选择接近折射率1. 225的材料。目前普遍使用的低折射率材料Mg&折射为1. 38。本发明的低折射率材料包括但不限于以下材料氟化镁(MgF》、氟化钙(CaF》、铝氟化物(ALF3)、氟化铅(PbF2)。 由此可知，本发明提供的复合层增透膜，包括由两种不同折射率材料单体膜层交
替叠加构成，紧贴基材的单体膜层为高折射率单体膜层，叠加在最上层的单体膜层为低折射率单体膜层。其中，单体膜层厚度不等，且高折射率单体膜层和低折射率单体膜层数量相
同。高折射率单体膜层的厚度分别为(^= A乂(4nH);低折射率单体膜层的厚度为(^ =入i/(4nj ;且对应同一 入i的低折射率单体膜层紧贴设置在高折射率单体膜层上方。即N层高折射率单体膜层分别对应第一波长至第N波长，同样，N层低折射率单体膜层也分别对应第一波长至第N波长。例如图2中，第一低折射率单体膜层201-1为所选用的低折射率材料的1/4第一波长膜层，其厚度由公式(^= A乂(4化)获得。同样，第一高折射率单体膜层202-1为所选用的高折射率材料的1/4第一波长膜层，其厚度由公式d1H = A /(4n》获得。而第一波长至第N波长则分别等于将增透膜需要增透的光线的带宽均分为N份获得的第一波长段至第N波长段的中心波长。 如图2所示，第1步在基材200上( 一般为玻璃)先镀A工的1/4高折射率单体
5膜层202-1，接着镀A工的1/4低折射率单体膜层201-1。第2步在前一步镀膜的基础上， 先镀A 2的1/4高折射率单体膜层202-2，接着镀A 2的1/4低折射率单体膜层201-2。第 3步在前一步镀膜的基础上，先镀入3的1/4高折射率单体膜层，接着镀入3的1/4低折射 率单体膜层……以此类推，第N-1步在前一步镀膜的基础上，先镀AN—工的1/4高折射率单 体膜层202-N-l，接着镀J勺l/4低折射率单体膜层201-N-1。第N步在前一步镀膜 的基础上，先镀A N的1/4高折射率单体膜层202-N,接着镀A N的1/4低折射率单体膜层 201-N。镀膜结束。这样最上面一层为低折射率单体膜层，总膜层数为偶数。
在本发明的一些优选实施例中，可以按照对应波长A ,从小到大依次设置单体膜 层，如上所述。其镀膜的步骤顺序也可以调整，N取得越大，即膜层数越多，反射率越高。例 如，先将第N高折射率单体膜层202-N设置在基材200上，随后设置第N低折射率单体膜层 201-N,再设置第N-l高折射率单体膜层202-N-l,第N_l低折射率单体膜层201-N-l……直 至第一高折射率单体膜层202-1和第一低折射率单体膜层201-1。虽然镀膜的顺序与前述 方法不同，但是也能够实现对一段带宽内的光进行透射的目的。 下面对本发明的进一步实施例进行说明。设可见光带宽为[380nm，780nm]，则将 整个带宽平均分成40份，每份的带宽为(780-380)/40 = 10nm，第i份(i = 1，2，3…40) 的中心波长为A , = 380+10 (i-1/2)。高折射率材料可以选择八1203，折射率nH = 1. 65 ;低 折射率材料可以选择MgF2，折射率化二 1.38。 ^的1/4各高、低折射率层厚度(^=入乂 (5.52)，diH= A乂(6.6)。 第1步在基材200上先镀A工=385nm的1/4高折射率单体膜层A1203 (膜层厚度 d1H = 58. 3nm)，接着镀A工=385nm的1/4低折射率单体膜层MgF2 (膜层厚度d化=69. 7nm)。 第2步在前一步镀膜的基础上，先镀A 2 = 395nm的1/4高折射率单体膜层A1203 (膜层 厚度d2H = 59. 8nm)，接着镀A 2 = 395nm的1/4低折射率单体膜层MgF2 (膜层厚度da = 71. 6nm)。……以此类推，第40步在前一步镀膜的基础上，先镀A 4。 = 775nm的1/4高折 射率单体膜层A1203(膜层厚度d柳=117. 4nm)，接着镀A 4。 = 775nm的1/4低折射率单体 膜层MgF2 (膜层厚度d40L = 140. 4nm)。 上述复合层增透膜可以对宽波带的光源具有很明显的消反射作用，且能够覆盖整 个带宽。同时对于窄带宽的光源也可以适用。对所有光都可以通过设计膜层厚度达到很高 的透射率，包括宽波长范围(如白光)和单色光(如激光)。本发明提供的复合层增透膜结 构简单，膜层材料为现有技术常用的，具有已获得性。将本发明的增透膜镀在镜片上，可以 对全波段具有95%以上的透射率。 本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发 明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对 本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例， 而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。
权利要求
一种复合层增透膜，设置在一基材上，其特征在于，该增透膜包括由两种不同折射率材料单体膜层交替叠加构成；紧贴所述基材的单体膜层为高折射率单体膜层；叠加在最上层的单体膜层为低折射率单体膜层；所述单体膜层厚度不等，且所述高折射率单体膜层和低折射率单体膜层数量相同。
2. 根据权利要求1所述的复合层增透膜，其特征在于，所述高折射率单体膜层的厚度 为4=入i线);所述低折射率单体膜层的厚度为(1化=入乂(K);其中，入i二 、n+(i-l/2)(入max-入min)/N;n。 nH分别为低折射率单体膜层材质的折射率和高折射率单体膜层材质的折射率；入min和入_分别为可见光范围的最小波长和最大波长；i为自然数；N为可见光波长范围的均等份。
3. 根据权利要求1所述的复合层增透膜，其特征在于，所述高折射率单体膜层材质为 一氧化硅、三氧化二铝和铈氟化物中的任一种。
4. 根据权利要求1所述的复合层增透膜，其特征在于，所述低折射率单体膜层材质为 氟化镁、氟化钙、铝氟化物和氟化铅中的任一种。
5. —种复合层增透膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤501、 在基材表面设置以高折射率为材质的高折射率单体膜层；502、 在所述高折射率单体膜层表面设置以低折射率为材质的低折射率单体膜层；503、 多次重复步骤S01、S02，制得复合层增透膜。
6. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高折射率单体膜层的厚度为diH =入i线);所述低折射率单体膜层的厚度为(^=入乂(K);其中，入i二 、n+(i-l/2)(入max-入min)/N;n。 nH分别为低折射率单体膜层材质的折射率和高折射率单体膜层材质的折射率；入min和入_分别为可见光范围的最小波长和最大波长；i为自然数；N为可见光波长范围的均等份。
7. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高折射率单体膜层材质为一氧 化硅、三氧化二铝和铈氟化物中的任一种。
8. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述低折射率单体膜层材质为氟化 镁、氟化钙、铝氟化物和氟化铅中的任一种。
全文摘要
本发明涉及一种复合层增透膜，设置在一基材上，该增透膜包括由两种不同折射率材料单体膜层交替叠加构成；紧贴所述基材的单体膜层为高折射率单体膜层；叠加在最上层的单体膜层为低折射率单体膜层；所述单体膜层厚度不等，且所述高折射率单体膜层和低折射率单体膜层数量相同。本发明还相应提供了一种复合层增透膜的制备方法。本发明制得的复合层增透膜结构简单，且可以对宽波带的光源具有明显的消反射率效果，且所有光都可以通过设计膜层厚度达到很高的透射率，包括宽波长范围(如白光)和单色光(如激光)。
文档编号G02B1/11GK101793981SQ201010105358
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者周明杰, 罗英达 申请人:海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司