一种在塑料膜上制作多层光学膜的方法与流程

本发明涉及多层光学膜的技术领域，尤其涉及一种在塑料薄膜上制作多层光学膜的方法。

背景技术：

光学塑料薄膜光学塑料以其性能优异、质量轻、容易加工成型、不腐蚀及价格低廉等特点，越来越广泛地应用于日常生活、工业及科研等领域。而为了进一步提高光学塑料的机械性能和光学性能，光学塑料的镀膜倍受人们的重视，在现有的镀膜技术中，以真空镀膜技术的应用上最为广泛。薄膜对光学塑料基底的附着力直接影响薄膜的各种性能，不同性能的光学薄膜被应用在包括汽车隔热膜、建筑窗膜、液晶平板显示增亮膜等诸多领域。

目前国内高端的产品大多数是以磁控溅射金属膜为主，多层膜系结构的金属膜，例如铝、银，具有很好的隔热和导电效果，但是金属膜存在易氧化，屏蔽ETC，GPS信号，反光高问题难以解决。

技术实现要素：

本发明提供了一种在塑料薄膜上制作多层光学膜的方法，利用光学干涉原理在塑料薄膜上交替溅射两种不同折射率的材料来制作多层光学膜，从而解决了现有技术面临的金属膜存在易氧化，屏蔽ETC、GPS信号，反光高问题。

一种在塑料薄膜上制作多层光学膜的方法，包括如下步骤：

将磁控溅射镀膜机的腔体抽至真空，通入氩气，将透明塑料薄膜卷放于磁控溅射镀膜机的转动辊上，通过控制转动辊进行转动，在透明塑料薄膜表面进行磁控溅射沉积镀膜，其中靶材包括靶材A和靶材B，形成ABAB或BABA交替叠加结构的多层光学膜，靶材A为高折射率靶材，靶材B为低折射率靶材。

优选地，靶材A为二氧化硅、氟化镁或氟化钙中的一种，靶材B为二氧化钛、五氧化三钛、二氧化锆、氧化铈或氧化锌中的一种。

优选地，靶材A为二氧化硅，靶材B为二氧化钛或五氧化三钛中的一种。

优选地，靶材B为二氧化钛。

优选地，腔体的真空度≤4.5×10^-7Torr，通入氩气后的真空度为4.5×10^-3～6.5×10^-3Torr。

优选地，腔体的真空度≤3.5×10^-7Torr，通入氩气后的真空度为5.5×10^-3Torr。

优选地，磁控溅射镀膜机设有1号靶机、2号靶机、3号靶机；1号靶机和3号靶机上设为靶材A，2号靶机上设为靶材B，或者，1号靶机和3号靶机上设为靶材B，2号靶机上设为靶材A。

优选地，转动辊正向转动时，同时开启1号靶机、2号靶机和3号靶机；转动辊反向转动时，同时开启1号靶机和2号靶机，关闭3号靶机；通过转动辊多次重复正反转动对塑料薄膜进行叠加溅射沉积镀膜获得多层光学膜。

优选地，磁控溅射镀膜机靶电流为2.5-8.1A。

优选地，磁控溅射镀膜机靶电流为4.6A。

本发明中透明塑料薄膜为柔性材料，优选地，透明塑料薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)中的一种。

一种多层光学薄膜，在透明塑料薄膜上进行磁控溅射沉积镀膜，以在其表面形成ABAB或BABA交替叠加结构的多层光学膜，其中A为高折射率靶材，B为低折射率靶材。

优选地，A为二氧化硅、氟化镁或氟化钙中的一种,B为二氧化钛、五氧化三钛、二氧化锆、氧化铈或氧化锌中的一种。

优选地，A为二氧化硅，B为二氧化钛或五氧化三钛中的一种；更优选B为二氧化钛。

优选地，透明塑料薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯或聚丙烯中的一种。

本发明中磁控溅射镀膜机利用光学监控系统实时在线监测光学膜的光通量变化确定单层溅射膜厚，通过调节转动辊的转速、溅射功率、Ar气流量、基底与靶材的间距调节单层膜厚。

本发明中可根据实际的光学特征需要选择单层膜的厚度和叠加次数，目标反射波长与靶材单层膜厚度满足以下公式：

λ_反射＝2(n_奇数d_奇数+n_偶数d_偶数)

其中n_奇数为奇数层靶材的折射率，n_偶数为偶数层靶材的折射率。d_奇数为奇数层靶材单层厚度，d_偶数为偶数层靶材单层厚度；叠加次数越多，光学膜的反射率越高。

参见图1所示的光学膜厚度与层数的关系，利用线性梯度变化的膜厚结构可以获得较宽的反射带宽光谱，随着层数的增加，厚度需满足如下公式：

d_奇数＝d_奇数⁰+αm

d_偶数＝d_偶数⁰+βm

其中d_奇数⁰是满足反射目标中心波长的奇数层初始厚度，d_偶数⁰是满足反射目标中心波长的偶数层初始厚度，α为奇数层的斜率，β为偶数层的斜率，m为层数。

参见图2所示的线性梯度多层膜反射带宽光谱原理示意图，具有线性梯度变化的多层膜结构，可以将一束自然光中的λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的波段进行选择性反射。光谱中心波长及带宽可以通过奇数层、偶数层的初始厚度和线性梯度斜率进行调控。

通过调控多层膜的膜系结构可以调整光学膜的光谱特性，获得反射或透射特定带宽的光学效果，例如可以选择性地反射红外和紫外波段透射可见光波段达到既透明又隔热隔紫外线的效果。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明采用透明塑料薄膜为基材，利用磁控溅射技术，以不同折射率材料为靶材，该方法制作的多层光学膜具有高折射率靶材层和低折射率层交替叠加的结构，可以达到选择性反射或透射不同波段光的光学效果，反光弱，另外塑料薄膜属于柔性材料，采用转动辊式溅射不仅使靶材在多层光学膜表面溅射更加均匀，而且有利于大面积化、规模化生产，减少占用面积，节约资源；二氧化硅、氟化镁、氟化钙性质稳定不易氧化，可大大提升产品使用寿命，并对电磁信号没有屏蔽作用，可以拓宽光学膜的使用范围；通过调控多层膜的膜系结构可以调整光学膜的光谱特性，获得较宽的反射带宽光谱，可应用于汽车贴膜、建筑窗膜、房屋装修、光学显示器诸多领域；例如用作汽车窗膜可以选择性地反射红外和紫外波段透射可见光波段达到既透明又隔热隔紫外线的效果。

附图说明

图1光学膜厚度与层数的函数关系，

图2线性梯度多层膜反射带宽光谱原理示意图，

图3磁控溅射系统结构示意图，

图4反红外线紫外线多层光学膜的光学特征图，

图5带宽反射多层光学膜的光学特征图。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5所示，图1光学膜厚度与层数的函数关系，图2线性梯度多层膜反射带宽光谱原理示意图，图3磁控溅射系统结构示意图，图4反红外线紫外线多层光学膜的光学特征图，图5带宽反射多层光学膜的光学特征图。

实施例1

一种在塑料薄膜上制作多层光学膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将磁控溅射镀膜机的腔体抽至真空，通入氩气，将透明塑料薄膜卷放于磁控溅射镀膜机的转动辊上，通过控制转动辊进行转动，在透明塑料薄膜表面进行磁控溅射沉积镀膜，其中靶材包括靶材A和靶材B，形成ABAB或BABA交替叠加结构的多层光学膜，靶材A为高折射率靶材，靶材B为低折射率靶材。

实施例2

将磁控溅射镀膜机的腔体抽至真空，通入氩气，将透明塑料薄膜卷放于磁控溅射镀膜机的转动辊上，通过控制转动辊进行转动，在透明塑料薄膜表面进行磁控溅射沉积镀膜，其中靶材包括靶材A和靶材B，形成ABAB或BABA交替叠加结构的多层光学膜，靶材A为二氧化硅，靶材B为二氧化钛。

实施例3

将磁控溅射镀膜机的腔体抽至真空，通入氩气，将透明塑料薄膜卷放于磁控溅射镀膜机的转动辊上，通过控制转动辊进行转动，在透明塑料薄膜表面进行磁控溅射沉积镀膜，其中靶材包括靶材A和靶材B，形成ABAB或BABA交替叠加结构的多层光学膜，靶材A为氟化镁，靶材B为五氧化三钛。

实施例4

一种在塑料薄膜上制作多层光学膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将磁控溅射镀膜机的腔体抽至真空，通入氩气，将透明塑料薄膜卷放于磁控溅射镀膜机的转动辊上，通过控制转动辊进行转动，在透明塑料薄膜表面进行磁控溅射沉积镀膜，其中靶材包括靶材A和靶材B，形成ABAB或BABA交替叠加结构的多层光学膜，靶材A为氟化钙，靶材B为二氧化锆。

实施例5

一种在塑料薄膜上制作多层光学膜的方法，包括如下步骤：

将磁控溅射镀膜机的腔体抽至真空度为4.5×10^-7Torr后，向溅射室中通入氩气使工作真空度为4.5×10^-3Torr，真空室连续抽气，调整靶电流为2.5A；将聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料薄膜卷放于转动辊中，开启1号靶机、2号靶机、3号靶机，1号和3号靶机上的靶材选用氧化铈，2号靶机上的靶材选用氟化钙；启动转动辊，使转动辊正向转动，对塑料薄膜进行磁控溅射沉积镀膜；待所有基材塑料薄膜卷正向放完后，开启1号靶机和2号靶机，关闭3号靶机，同时将转动辊反向转动，重复对塑料薄膜进行磁控溅射沉积镀膜，形成CeO₂/CaF₂交替叠加的结构。

实施例6

一种在塑料薄膜上制作多层光学膜的方法，包括如下步骤：

将磁控溅射镀膜机的腔体抽至真空度为3.5×10^-7Torr后，向溅射室中通入氩气使工作真空度为6.5×10^-3Torr，真空室连续抽气，调整靶电流为8.1A；将聚对萘二甲酸乙二醇酯塑料薄膜卷放于转动辊中，开启1号靶机、2号靶机、3号靶机，1号靶机和3号靶机上的靶材选用氧化锌，2号靶机上的靶材选用氟化钙；启动转动辊，使转动辊正向转动，对塑料薄膜进行磁控溅射沉积镀膜；待所有基材塑料薄膜卷正向放完后，开启1号靶机和2号靶机，关闭3号靶机，同时将转动辊反向转动，重复对塑料薄膜进行磁控溅射沉积镀膜；形成ZnO/CaF₂交替叠加的结构。

实施例7

参照图3，一种在塑料薄膜上制作多层光学膜的方法，包括如下步骤：

将磁控溅射镀膜机的腔体抽至真空度为2.0×10^-7Torr后，向溅射室中通入氩气使工作真空度为5.5×10^-3Torr，真空室连续抽气，调整靶电流为4.6A；将聚氯乙烯塑料薄膜卷放于转动辊中，开启1号靶机、2号靶机、3号靶机，1号靶机和3号靶机上的靶材选用二氧化硅，2号靶机上的靶材选用二氧化钛；利用光学监控系统实时在线监测光学膜的光通量变化，通过调节转动辊的转速、溅射功率、Ar气流量、基底与靶材的间距控制二氧化硅单层厚度为146.3nm、二氧化钛单层厚度为94.4nm；启动转动辊，使转动辊正向转动，对塑料薄膜进行磁控溅射沉积镀膜；待所有基材塑料薄膜卷正向放完后，开启1号靶机和2号靶机，关闭3号靶机，同时将转动辊反向转动，重复对塑料薄膜进行磁控溅射沉积镀膜；透明塑料薄膜通过转动辊重复地正向和反向转动在靶材溅射过程中循环走动4个周期，形成共20层SiO₂/TiO₂交替叠加的结构。

实施例7所得多层光学膜的光学特性如4所示，在750-960nm红外波段反射率超过95％，在310nm附近紫外光反射率达到80％以上，该光学膜可应用在汽车隔热隔紫外窗膜和建筑窗膜领域。

实施例8

参照图3，一种在塑料薄膜上制作多层光学膜的方法，包括如下步骤：

将磁控溅射镀膜机的腔体抽至真空度为3.0×10^-7Torr后，向溅射室中通入氩气使工作真空度为5.0×10^-3Torr，真空室连续抽气，调整靶电流为6.8A；将聚丙烯塑料薄膜卷放于转动辊中，开启1号靶机、2号靶机、3号靶机，1号靶机和3号靶机上的靶材选用二氧化硅，2号靶机上靶材选用二氧化钛；利用光学监控系统实时在线监测光学膜的光通量变化，通过调节转动辊的转速、溅射功率、Ar气流量、基底与靶材的间距控制二氧化硅单层厚度为76.7nm，二氧化钛单层厚度为46.4nm；启动转动辊，使转动辊正向转动，对塑料薄膜进行磁控溅射沉积镀膜；待所有基材塑料薄膜卷正向放完后，开启1号靶机和2号靶机，关闭3号靶机，同时将转动辊反向转动，重复对塑料薄膜进行磁控溅射沉积镀膜；透明塑料薄膜通过转动辊重复地正向和反向转动在靶材溅射过程中循环走动6个周期，形成共30层SiO₂/TiO₂交替叠加的结构。

实施例8所得多层光学膜的光谱特性如图5所示：在400-510nm带宽区间内的反射率超过95％，该光学膜可应用于办公装修领域。

实施例9

一种多层光学薄膜，在透明塑料薄膜上进行磁控溅射沉积镀膜，以在透明塑料薄膜表面形成ABAB交替叠加结构的多层光学膜，其中A为高折射率靶材，B为低折射率靶材。

实施例10

一种多层光学薄膜，在聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料薄膜上进行磁控溅射沉积镀膜，以在聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料薄膜表面形成二氧化硅/二氧化钛交替叠加结构的多层光学膜。

实施例11

一种多层光学薄膜，在聚对萘二甲酸乙二醇酯塑料薄膜上进行磁控溅射沉积镀膜，以在聚对萘二甲酸乙二醇酯塑料薄膜表面形成氟化镁/五氧化三钛交替叠加结构的多层光学膜。

实施例12

一种多层光学薄膜，在聚氯乙烯塑料薄膜上进行磁控溅射沉积镀膜，以在聚氯乙烯塑料薄膜表面形成氟化钙/二氧化锆交替叠加结构的多层光学膜。

实施例13

一种多层光学薄膜，在聚丙烯塑料薄膜上进行磁控溅射沉积镀膜，以在聚丙烯塑料薄膜表面形成氟化钙/氧化铈交替叠加结构的多层光学膜。

实施例14

一种多层光学薄膜，在聚丙烯塑料薄膜上进行磁控溅射沉积镀膜，以在聚丙烯塑料薄膜表面形成氟化钙/氧化锌交替叠加结构的多层光学膜。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。