具有防蓝光功能的材料及应用该材料的保护膜的制作方法

本发明涉及一种光学材料，尤其涉及一种具有防蓝光功能的材料及应用该材料的保护膜。

背景技术：

蓝光是自然光线的重要组成部分，蓝光危害指的是由波长介于400到500nm的辐射光照射后，引起的光化学作用导致的视网膜损伤。伴随着消费者“蓝光防护”意识的觉醒，蓝光防护已得到广大消费者的关注。目前市场上的显示屏或者照明系统往往采用白光led实现,其最常用的方式是用氮化镓发蓝光加yag荧光粉的方式实现的。蓝光led的辐射光谱强度主要集中于400-500mm范围，尤其是在低能蓝光波段具有很强的辐射强度。由于波长越短,能量则越强，因而短波长蓝光的能量比绿黄红光强得多,因此其对人眼的伤害也就大得多。根据相关研究显示，暴露在波长为425nm左右的蓝光中会加快光氧化反应，引发眼底视网膜启动光氧化机制，该过程是导致视网膜色素上皮细胞中线粒体dna的损伤是视网膜黄斑部病变(amd)发病的主要机制；而蓝光同时也是人体生物钟的调节器，有明确证据表明，蓝光是刺激大脑释放褪黑素的重要因素，而褪黑素是人体调节生物钟的重要指标，故蓝光(主要是460nm波段)对人体起着不可或缺的作用。因此，防蓝光应该在不破坏色平衡的条件下，尽可能的减少有害蓝光(415nm-455nm),而最大限度的保证有益蓝光(455nm以上波段)的透过率。

根据调查可以得知蓝光阻隔滤光片对青少年有帮助，并且可以作为一种应对措施，阻隔led屏幕发出的高剂量蓝光光线，减少现代照明对夜间生理系统的负面影响。因此需要对该类设备做一定的防护工作，减小蓝光对人体的伤害。

在蓝光防治上，国内外主要从两条技术路线入手，一种是采用着色方式，通过在防蓝光膜层中添加黑色精、黄色精、偶氮类永固黄染料、偶氮类永固橙染料等吸收剂，能过滤大部分高能短波蓝光。但这种方法对400nm到500nm波段甚至全波段都有较强吸收，采用此法制造的防蓝光保护膜，影响佩戴者的色彩灵敏度，发生色彩偏差，适用性比较低，同时长期使用，会引发视力色差变化，引发其他视觉困扰；在公布号为cn104476874b的专利文件中，表述了利用着色的方法制备得到防蓝光保护膜。可以看出该方法所添加的吸收剂的剂量不易控制，亦不利于批量生产。

另一种市面上最常见的防蓝光产品采取反射式的技术路线，即采用光学镀膜方式，通过膜间干涉原理实现短波高反，制备具有蓝光波段415nm-455nm高反射率，470nm-760nm高透过率的多层介质薄膜来实现。从而实现对波长处于400nm-480nm处的蓝光的部分阻隔的功能。蓝色光最高辐射波长400nm-450nm反射率达到50％，波长460nm-480nm反射率达到40％左右。对于这种通过反射式来阻隔蓝光的方法，虽然可以阻隔显示屏蓝光波段的透过率，但忽略了外界环境光的影响。最常见的外界环境光为日光，由于膜层具有蓝光波段高反的结构，因此对环境光中的蓝光成分反射十分强烈。更为重要的是外表面过亮的蓝紫光反射也会对周围人群产生眩光等不舒适的二次蓝光伤害。在公布号为cn205374778u的专利文件中，表述了利用反射方式制备防蓝光膜层的方法。可以看出该方法制备的防蓝光薄膜，反射眩光问题严重不具有可行性。

可以看出，上述反射和吸收两种方法有利有弊，并非最优。

技术实现要素：

本发明提供了具有防蓝光功能的材料及应用该材料的保护膜，其克服了背景技术中具有防蓝光功能的方法所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：

具有防蓝光功能的材料，包含有高折射率材料和低折射率材料，该高折射率材料包含cr2o3，该低折射率材料包含sio2，mgf2，hfo2，tmf3，tin，thf4，tbf3，y2o3，tan，smf3，scf3，prf3，ndf3，na3alf6，mgo，laf3，luf3，al2o3,y2o3，baf2，caf2，lif，hof3，hff4，geo2，yf3，ybf3，cef3，gdf3，a2o，gd2o3，euf3，bi2o3，alon,ato，ndf3，wo3中的至少一种。

一实施例之中：该高折射率材料为cr2o3。

一实施例之中：该低折射率材料包含sio2。

一实施例之中：该高折射率材料设为高折射率膜层，该低折射率材料设为低折射率膜层，该高折射率膜层和低折射率膜层层合设置。

一实施例之中：设多层高折射率膜层和多层低折射率膜层，多层高折射率膜层和多层低折射率膜层交替层合设置。

一实施例之中：该高折射率材料的折射率为2.0～2.8，该低折射率材料的折射率为1.3～1.7。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：

具有防蓝光功能的材料，包含有高折射率材料和低折射率材料，该高折射率材料的折射率为2.0～2.8，该低折射率材料的折射率为1.3～1.7。

一实施例之中：该高折射率材料设为高折射率膜层，该低折射率材料设为低折射率膜层。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之三是：

具有防蓝光功能的材料，包含有高折射率材料和低折射率材料，该高折射率材料设为高折射率膜层，该低折射率材料设为低折射率膜层，该高折射率膜层和低折射率膜层配合在紫外波段全防止；在单面阻隔中：

在380nm-450nm波段的rave<1.5％,tave<75％，阻隔率>25％；

在450nm-500nm波段的rave<0.6％,tave<86％,阻隔率>14％；

在500nm-780nm波段的,rave<1.2％,tave>92％,阻隔率<8％。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之四是：

具有防蓝光功能的材料，包含有高折射率材料和低折射率材料，该高折射率材料设为高折射率膜层，该低折射率材料设为低折射率膜层，该高折射率膜层和低折射率膜层配合在紫外波段全防止；在单面阻隔中：

在380nm-450nm波段的rave<2％,tave<85％，阻隔率>15％；

在450nm-500nm波段的rave<1％,tave<91％,阻隔率>9％；

在500nm-780nm波段的,rave<2％,tave>94％,阻隔率<6％。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之五是：

应用上述的具有防蓝光功能的材料的保护膜，包括基底，该基底上设有由高折射率材料制成的高折射率膜层和由低折射率材料制成的低折射率膜层，该高折射率膜层和低折射率膜层层合设置。

一实施例之中：该基底选择聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、三醋酸纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料、聚酰亚胺、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯醋酸乙烯共聚物或聚氨酯弹性体,聚四氟乙烯,氟代乙基丙烯,聚二氟乙烯中的至少一种。

一实施例之中：若在最外层加镀低折射率材料mgf2层，则由中折射率材料与高折射率材料参与膜系设计。

一实施例之中：该基底的正背面都层设有上述的高折射率膜层和低折射率膜层。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

本技术方案的材料在不破坏色平衡的条件下，减少有害蓝光(415nm-455nm),且保证有益蓝光(455nm以上波段)以及剩余可见光波段的透过率，同时降低整个可见光波段的剩余反射，以实现良好蓝光阻隔率，低剩余反射率(无眩光)，高透光性(可见光波段)，无色差及舒适度的目的，能有效缓解视觉疲劳，保护视网膜，提升视觉的清晰度和真实性。运用宽带ar膜系设计的基本理论，结合材料消光系数，利用cr2o3材料独特吸收性能，设计出具有不同蓝光阻隔能力的宽带ar膜堆。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1-1为实施例一的结构设计图；

图1-2为实施例一防蓝光保护膜的波长-透射率曲线；

图1-3为实施例一防蓝光保护膜的波长-反射率曲线；

图1-4为实施例一防蓝光保护膜的波长-吸收率曲线；

图1-5为实施例一防蓝光保护膜的透射及剩余反射色品图；

图1-6为实施例一cr2o3薄膜的光学常数曲线；

图1-7为实施例一sio2薄膜的光学常数曲线；

图2-1为实施例二膜层结构示意图；

图2-2为实施例二防蓝光保护膜的波长-反射率曲线；

图2-3为实施例二防蓝光保护膜的波长-吸收率曲线；

图2-4为实施例二防蓝光保护膜的透射及剩余反射色品图；

图2-5为实施例二cr2o3薄膜的光学常数曲线；

图2-6为实施例二sio2薄膜的光学常数曲线。

图3-1为实施例三防蓝光保护膜的波长-透射率曲线；

图3-2为实施例三防蓝光保护膜的波长-反射率曲线；

图3-3为实施例三防蓝光保护膜的波长-吸收率曲线；

图3-4为实施例三防蓝光保护膜的透射及剩余反射色品图；

图3-5为实施例三cr2o3薄膜的光学常数曲线；

图3-6为实施例三sio2薄膜的光学常数曲线；

图3-7为实施例三未镀膜pc的光学常数曲线。

图4-1为实施例四的结构设计图；

图4-2为实施例四防蓝光保护膜的波长-透射率曲线；

图4-3为实施例四防蓝光保护膜的波长-反射率曲线；

图4-4为实施例四防蓝光保护膜的波长-吸收率曲线；

图4-5为实施例四防蓝光保护膜的透射及剩余反射色品图；

图4-6为实施例四cr2o3薄膜的光学常数曲线；

图4-7为实施例四sio2薄膜的光学常数曲线。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本发明的实施例。

实施例一

一种具有防蓝光功能的宽带ar保护膜，它包括基底3，该基底3上设有由高折射率材料制成的高折射率膜层和由低折射率材料制成的低折射率膜层。图1-1为实施例一防蓝光膜的结构示意图，图中膜层仅为层数示意图，不代表膜层实际厚度。

实施例一的基底采用pc镜片(聚碳酸酯)，它具有优良的抗冲击力，折射率高，比重轻且100％防紫外线的优点。当然，根据需要，基底也可以采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、三醋酸纤维素(tac)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚碳酸酯/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料(pc/pmma)、聚酰亚胺(pi)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚乙烯醇缩丁醛(pvb)、乙烯醋酸乙烯共聚物(eva)或聚氨酯弹性体(tpu),聚四氟乙烯(ptfe),氟代乙基丙烯(fep),聚二氟乙烯(pvdf)等光学塑料基底中的一种。

所述pc镜片上设有低折射率材料sio2层，所述低折射率材料sio2层上设有高折射率材料cr2o3层，如此高低折射率材料膜层交替设置，单面共设五层。此防蓝光膜自基底正面始依次为第一层低折射率膜层101、第二层高折射率膜层102、第三层低折射率膜层103、第四层高折射率膜层104、第五层低折射率膜层105。基底采用双面对称结构。防蓝光膜自基底背面起依次为第一层低折射率膜层201、第二层高折射率膜层202、第三层低折射率膜层203、第四层高折射率膜层204、第五层低折射率膜层205，最好，正面、背面的相应膜层厚度相同。当然，低折射率膜层和高折射率膜层的层数可根据需要加减设置。本发明采用对称膜层设计，大大简化了工艺生产难度，且从不同面都可以得到很好的蓝光阻隔效果，解决了眩光及蓝光二次伤害的问题。

所述低折射率材料sio2层的折射率为1.3～1.7。

所述高折射率材料cr2o3层的折射率为2.0～2.8。

其中：低折射率膜层的总厚度大于高折射率膜层的总厚度，低折射率膜层的总厚度如为300-350nm，高折射率膜层的总厚度如为10-30nm。基体单侧的最内一膜层和最外一膜层都为低折射率膜层，最好，最内一膜层和最外一膜层的厚度都大于位于该两膜层之间的各膜层的厚度，进一步的，最好最内一膜层的厚度大于最外一膜层的厚度；具体如：第一层低折射率膜层101>第五层低折射率膜层105>第三层低折射率膜层>第四层高折射率膜层104>第二层高折射率膜层102。

其中，低折射率材料sio2膜层和高折射率材料cr2o3膜层可以采用电子束蒸发+离子束辅助沉积的方法镀制而成，pc基板最好保持较低的温度，故可适当控制高能离子的能量。对于采用电子束蒸发沉积，实验过程直接蒸发cr2o3材料，拟合得到的cr2o3光学常数进行膜系设计。对于采用溅射沉积，可以通过直流反应溅射，直接溅射金属cr靶，通入氧气反应溅射生成cr2o3，软件拟合得到光学常数进行膜系设计。

请见图1-2至图1-7所示，本实施例所述的具有防蓝光功能的宽带ar保护膜效果如下：所述防蓝光膜可部分阻隔380nm-480nm波段透过率，提高可见光范围内的透过率，并减少全波段的剩余反射。在紫外波段全防止；制备单面阻隔率为13％，双面阻隔率为23％的防蓝光膜系设计。单面阻隔效果：

在380nm-450nm波段的rave<2％,tave<85％，阻隔率>15％；

在450nm-500nm波段的rave<1％,tave<91％,阻隔率>9％；

在500nm-780nm波段的,rave<2％,tave>94％,阻隔率<6％。

图1-4中l1-l5所示为防蓝光保护膜各个薄层的波长-吸收率曲线，其中l1、l3、l5为sio2，可以看到薄层具有较低的吸收率。l2、l4为cr2o3，由于具有较高的消光系数因此薄层具有较高吸收率，同时短波的吸收较长波波段更为明显。

本发明涉及多光束干涉原理，在宽带减反膜的基础上，对指定的有害蓝光波段进行不同程度的阻隔。阻隔率可以在10％-40％进行选择，同时通过膜层设计，制备具有全波段低剩余反射率的ar膜层。通过氧化物材料不同的光学常数特性，以及高折射率材料的消光系数进行材料的选择。根据lorentz振子模型分布规律，由于cr2o3在有害蓝光波段具有较为陡峭的消光系数线型，且较高的折射率，因此选用cr2o3作为高折射率材料，sio2作为低折射率材料使用。

利用多光束干涉效应进行宽带减反射膜系设计，膜层排布一般由高折射率材料和低折射率材料交替设置构成(也可以由高折射率材料、中折射率材料进行交替设计，在最外层加镀低折射率材料三种构成)。通过调整材料厚度，膜层数，来控制整个防蓝光膜在有害波段的吸收，实现有害蓝光波段(415nm-455nm)的衰减，和其他波段的调控，以达到目标值(有害蓝光波段的双面阻隔率可以是20％，30％，40％等)。

由此可见，本发明的具有防蓝光功能的宽带ar保护膜既实现对紫外线的全防止，降低了短波有害蓝光的透过率，有效的缓解了视觉疲劳，保护了视网膜，又保证了有益蓝光的高透过率，提升了视觉的清晰度和真实性。同时宽带ar膜系设计减少了全波段的剩余反射，具有明显的防眩光作用。

实施例二

一种具有防蓝光功能的宽带ar保护膜，它与实施例一不同之处在于：所述pc镜片上设有低折射率材料sio2层，所述低折射率材料sio2层上设有高折射率材料cr2o3层，如此高低折射率材料膜层交替设置，单面共需五层。此防蓝光膜自基底正面始依次为第一层低折射率膜层101、第二层高折射率膜层102、第三层低折射率膜层103、第四层高折射率膜层104、第五层低折射率膜层105。基底采用双面对称结构，防蓝光膜自基底背面起依次为第一层低折射率膜层201、第二层高折射率膜层202、第三层低折射率膜层203、第四层高折射率膜层204、第五层低折射率膜层205。

其中，所述低折射率材料sio2膜层总厚度如为300-360nm。所述高折射率材料cr2o3膜层总厚度如为35-55nm。

其中，低折射率材料sio2膜层和高折射率材料cr2o3膜层可以采用电子束蒸发的方法镀制而成，实验过程直接蒸发cr2o3材料，拟合得到的cr2o3光学常数进行膜系设计。

请见图2-1至图2-6所示，本实例所述的具有防蓝光功能的宽带ar保护膜效果如下：在紫外波段全防止；制备单面阻隔率为18％，双面阻隔率为31％的防蓝光膜系设计。单面阻隔效果：

在380nm-450nm波段的rave<1.5％,tave<75％，阻隔率>25％；

在450nm-500nm波段的rave<0.6％,tave<86％,阻隔率>14％；

在500nm-780nm波段的,rave<1.2％,tave>92％,阻隔率<8％。

图2-3中l1-l5所示为防蓝光保护膜各个薄层的波长-吸收率曲线，其中l1、l3、l5为sio2，可以看到薄层具有较低的吸收率。l2、l4为cr2o3，由于具有较高的消光系数因此薄层具有较高吸收率，同时短波的吸收较长波波段更为明显。

由此可见，本发明的具有防蓝光功能的宽带ar保护膜既实现对紫外线的全防止，降低了短波有害蓝光的透过率，有效的缓解了视觉疲劳，保护了视网膜，又保证了有益蓝光的高透过率，提升了视觉的清晰度和真实性。同时宽带ar膜系设计减少了全波段的剩余反射，具有明显的防眩光作用。

实施例三

一种具有防蓝光功能的宽带ar保护膜，它与实施例一不同之处在于：所述pc镜片上设有低折射率材料sio2层，所述低折射率材料sio2层上设有高折射率材料cr2o3层，如此高低折射率材料膜层交替设置，第五层为mgf2。此防蓝光膜自基底正面始依次为第一层低折射率膜层101、第二层高折射率膜层102、第三层低折射率膜层103、第四层高折射率膜层104、第五层mgf2层105。基底采用双面对称结构，防蓝光膜自基底背面起依次为第一层低折射率膜层201、第二层高折射率膜层202、第三层低折射率膜层203、第四层高折射率膜层204、第五层mgf2层205。

所述低折射率材料sio2层的折射率为1.3～1.7。所述高折射率材料cr2o3层的折射率为2.0～2.8。所述mgf2层的折射率为1.38-1.42。

此防蓝光膜自基底始依次为高低交替的高折射率膜层和低折射率膜层，最外一层为mgf2层。mgf2层的厚度大于高折射率膜层、低折射率膜层的厚度。各膜层的厚度关系如：第五层宽带ar膜层(mgf2)>第二层低折射率膜层(sio2)>第三层高折射率膜层(cr2o3)>第一层高折射率膜层(cr2o3)>第四层低折射率膜层(sio2)。所述低折射率材料sio2膜层总厚度为55-75nm。所述高折射率材料cr2o3膜层总厚度为20-30nm。所述mgf2层的厚度为95-115nm。所述防蓝光膜可部分阻隔380nm-480nm波段透过率，提高可见光范围内的透过率，并减少全波段的剩余反射。与实施例一和实施例二相比，加镀mgf2膜层可以将减少剩余反射减少到1％以下。

所述防蓝光膜可部分阻隔380nm-480nm波段透过率，提高可见光范围内的透过率，并减少全波段的剩余反射。

其中，低折射率材料sio2膜层和高折射率材料cr2o3膜层通过磁控溅射的方法镀制在所述基板上。电子在电场的作用下加速下加速飞向基底的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶原子，靶原子沉积在基底表面成膜。

请见图3-1至图3-7所示，本实例所述的具有防蓝光功能的宽带ar保护膜效果如下：在紫外波段全防止；制备单面阻隔率为8％，双面阻隔率为14.82％的防蓝光膜系设计，所述效果为：

在380nm-450nm波段的rave<0.6％,tave<87％，阻隔率>13％；

在450nm-500nm波段的rave<0.9％,tave<96％,阻隔率>4％；

在500nm-780nm波段的,rave<1.0％,tave>97.5％,阻隔率<2.5％。

由此可见，本发明的具有防蓝光功能的宽带ar保护膜既实现对紫外线的全防止，降低了短波有害蓝光的透过率，有效的缓解了视觉疲劳，保护了视网膜，又保证了有益蓝光的高透过率，提升了视觉的清晰度和真实性。同时宽带ar膜系设计减少了全波段的剩余反射，具有明显的防眩光作用。

实施例四

一种具有防蓝光功能的宽带ar保护膜，它与实施例一不同之处在于：图4-1为本发明防蓝光膜的结构示意图。

所述pc镜片上设有低折射率材料sio2层，所述低折射率材料sio2层上设有高折射率材料cr2o3层，如此高低折射率材料膜层交替设置，单面共需七层。此防蓝光膜自基底正面始依次为第一层低折射率膜层101、第二层高折射率膜层102、第三层低折射率膜层103、第四层高折射率膜层104、第五层低折射率膜层105、第六层高折射率膜层106、第七层低折射率膜层107。基底采用双面对称结构，防蓝光膜自基底背面起依次为第一层低折射率膜层201、第二层高折射率膜层202、第三层低折射率膜层203、第四层高折射率膜层204、第五层低折射率膜层205、第六层高折射率膜层206、第七层低折射率膜层207。

其中，第一层低折射率膜层101、第二层高折射率膜层102、第三层低折射率膜层103、第四层高折射率膜层104、第五层低折射率膜层105、第六层高折射率膜层106、第七层低折射率膜层107，分别对应的膜层厚度为40-50nm、20-25nm、20-22nm、70-80nm、9-11nm、22-32nm、80-96nm。所述低折射率材料sio2膜层总厚度为160-180nm。所述高折射率材料cr2o3膜层总厚度为130-145nm。

所述防蓝光膜可部分阻隔380nm-480nm波段透过率，提高可见光范围内的透过率，并减少全波段的剩余反射。

所述防蓝光膜是通过磁控溅射的方法镀制在所述基板上。电子在电场的作用下加速下加速飞向基底的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶原子，靶原子沉积在基底表面成膜。

请见图4-2至图4-7所示，本实例所述的具有防蓝光功能的宽带ar保护膜效果如下：在紫外波段全防止；平均单面阻隔率为23％，双面阻隔率为37.4％。所述效果为：

在380nm-450nm波段的rave<0.6％,tave<70％，阻隔率>30％；

在450nm-500nm波段的rave<0.4％,tave<87％,阻隔率>13％；

在500nm-780nm波段的,rave<0.65％,tave>98.5％,阻隔率<1.5％。

由此可见，本发明的具有防蓝光功能的宽带ar保护膜既实现对紫外线的全防止，降低了短波有害蓝光的透过率，有效的缓解了视觉疲劳，保护了视网膜，又保证了有益蓝光的高透过率，提升了视觉的清晰度和真实性。同时宽带ar膜系设计减少了全波段的剩余反射，具有明显的防眩光作用。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。