一种高透射可见光并高反射防近红外的镜片结构的制作方法

1.本实用新型涉及镜片技术领域，特别是涉及一种高透射可见光并高反射防近红外的镜片结构。


背景技术：

2.近红外(nir)线是波长大于红色光波波长的一定范围的电磁辐射，近红外(nir)线作为一种高能热辐射，会促使物体快速地升温，特别是对眼睛的伤害更为严重。近红外线对人眼的伤害往往被人所忽视，短波红外线波长780nm～2000nm近红外线部分透入组织最深，穿透深度可达10mm，能直接作用到皮肤的血管、淋巴管、神经末梢及其他皮下组织，大剂量红外线多次照射皮肤时，可产生褐色大理石样的色素沉着，这与热作用加强了血管壁基底细胞层中黑色素细胞的色素形成有关。特别的是，近红外线会被眼睛内的虹膜和晶体吸收，从而导致对眼睛造成伤害，视力下降，由于眼球含有较多的液体，对近红外线吸收较强，因而近红外线直接照射眼睛时可引起白内障，白内障的产生与短波红外线的作用有关。
3.目前各行各业内生产的防近红外线的镜片或抗近红外线的阻隔膜，生产方式如下：
4.1、以浸涂方式生成吸收型防红外线膜层，浸涂方式采用有机化合物近红外吸收剂进行阻断近红外线，及同时采用树脂基体进行粘接其他组分形成膜层的功能等等的混合共同作用；浸涂方式首先对镜片基材涂布树脂底涂层，预烘干后进行有机化合物近红外吸收剂防红外线涂层涂布，经过烘干再进行加硬层涂布后用120度加热烘干120分钟固化，或用紫外线或电子束将涂层固化，生产出最终所需要的吸收型抗红外线的均匀膜厚的薄膜膜层，这样作业工序繁琐且生产效率不高；
5.2、或以物理气相沉积法进行真空蒸镀、磁控溅射、离子束溅射等镀膜方式生产出抗红外线的均匀膜厚的薄膜膜层；
6.3、或以化学气相沉积法等进行沉积金属微粒、无机化合物、金属离子等等，生产出最终所需要的抗红外线的均匀膜厚的薄膜膜层；
7.4、另，有的类似防护镜片利用在镜片材料进行注塑射出之前加入抗红外因子的色母/色粉以特定比例进行混合射出注塑制成的抗红外光镜片。
8.现有进行生产的防近红外线的镜片或抗近红外线的阻隔膜的生产技术缺点如下：
9.1、以浸涂方式生产防红外线膜层的缺点：生产工序繁琐、流程化学参数众多不易精确管控，各种涂布方式及涂布参数牵涉各种关键参数例如涂料粘度、涂布精度、涂布速率等等，易受地区性、气候性影响且生产效率不高，各种涂布方式都完全无法使用f-p法布里-珀罗技术共振腔进行入射光在间隔层中干涉相消/干涉相长透射设计。
10.2、以物理气相沉积法生产防红外线膜层的缺点：传统真空蒸镀形成的薄膜为吸收型抗红外线的均匀膜厚的薄膜膜层，无法实现可见光透视率达90％以上，同时高反射99％以上近红外至2500nm波长波段；另，磁控溅射的沉积速率低及沉积时间偏长且工作气压偏高，比较无法掌控使用f-p法布里-珀罗技术共振腔进行入射光在间隔层中干涉相消/干涉
相长透射设计参数；而，离子束溅射的靶面积太小，沉积速率低且沉积时间也偏长，且，设备过于复杂及运行成本偏高，也是比较无法完全掌控f-p法布里-珀罗技术共振腔进行入射光在间隔层中干涉相消/干涉相长透射设计参数。
11.3、以化学气相沉积法生产防红外线膜层的缺点：形成的薄膜为吸收型抗红外线的均匀膜厚的薄膜膜层，在受到红外线光波照射时，只是产生共振吸收(吸收光和发射光的基本单元是谐振子，每种谐振子都有它的固有频率，当外来电磁波的和谐振子的固有频率相同时，谐振子会对外来的辐射产生很强的吸收，这种吸收称为共振吸收)，根本性无法使用f-p法布里-珀罗技术共振腔进行入射光在间隔层中干涉相消/干涉相长透射设计。
12.4、现有的类似防护镜片利用在注塑射出镜片材料前加入抗红外因子色母/色粉进行混合注塑制成的抗红外光镜片，其使用的材料色母气味重，影响佩戴者舒适度；且镜片材料不具备导热和散热效果，影响佩戴者舒适度；且生产该产品时色母最优工作温度为230摄氏度到250摄氏度，在最优工作温度下色母的抗红外因子成活率90％以上，由于需要进行注塑，而注塑的工作温度通常在260-280摄氏度或以上，会导致色母碳化，很容易造成抗红外因子失效，形成黑点，不良率高达20％左右。


技术实现要素：

13.本实用新型提供了一种高透射可见光并高反射防近红外的镜片结构。使用f-p法布里-珀罗技术共振腔进行入射光在间隔层中干涉相消/干涉相长透射设计短波通波峰再叠加耦合宽截止高反射近红外技术膜层的镜片，实现可见光透视率达90％以上，同时高反射99％以上近红外至2500nm波长波段。f-p技术由于共振腔的存在，在共振腔处发生电场局域，如果在共振腔处有非线性材料，材料的非线性效应会得到加强。如果共振腔为磁光材料，则材料的法拉第施转角增大，可以制备出很多功能性薄膜。采用f-p法布里-珀罗的共振谐振腔之干涉相消/干涉相长等技术进行高透射可见光及高反射近红外，所述高折射率膜料ta2o5在长波区段的折射率约3，亦是增透可见光膜料，完全符合文中的高反射近红外的高折射率膜料要求。
14.本实用新型提供了如下方案：
15.一种高透射可见光并高反射防近红外的镜片结构，包括：
16.镜片基片及多层镀膜膜层，多层所述镀膜膜层彼此叠放且形成于所述镜片基片的一侧；多层所述镀膜膜层用于对近红外线波段热辐射进行阻隔以便屏蔽近红外光；
17.多层所述镀膜膜层的第一层膜层为可见光高透射率膜层；
18.多层所述镀膜膜层的第二层膜层为近红外高反射率膜层；所述近红外高反射率膜层包括宽截止全反射近红外的周期性对称的第一膜堆、第二膜堆以及位于所述第一膜堆和所述第二膜堆之间的具有四分之一中心波长或其偶数倍光学厚度的耦合叠加层。
19.优选地：所述可见光高透射率膜层的膜系结构为sub{(l/2h l/2)
λ
12}air；
20.l表示中心波长四分之一光学膜厚的低折射率膜料二氧化硅镀膜膜层；
21.h表示中心波长四分之一光学膜厚的高折射率膜料五氧化二钽镀膜膜层。
22.优选地：所述第一膜堆的膜系结构为sub{1.2[h(lh)
λ
4]}air；
[0023]
l表示中心波长四分之一光学膜厚的低折射率膜料二氧化硅镀膜膜层；
[0024]
h表示中心波长四分之一光学膜厚的高折射率膜料五氧化二钽镀膜膜层。
[0025]
优选地：所述第二膜堆的膜系结构为sub{0.8[h(lh)
λ
4]}air；
[0026]
l表示中心波长四分之一光学膜厚的低折射率膜料二氧化硅镀膜膜层；
[0027]
h表示中心波长四分之一光学膜厚的高折射率膜料五氧化二钽镀膜膜层。
[0028]
优选地：所述耦合叠加层为四分之一中心波长或其偶数倍光学厚度的二氧化硅镀膜膜层。
[0029]
优选地：所述镜片基片为光学镜片基片或太阳镜镜片基片。
[0030]
优选地：所述镜片基片的材质为玻璃基材、聚碳酸酯基材、尼龙基材、聚甲基丙烯酸甲酯基材、亚克力基材、mr-8基材、mr-7基材、tac偏光片基材中的任意一种。
[0031]
根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
[0032]
通过本实用新型，可以实现一种高透射可见光并高反射防近红外的镜片结构，在一种实现方式下，该结构可以包括镜片基片及多层镀膜膜层，多层所述镀膜膜层彼此叠放且形成于所述镜片基片的一侧；多层所述镀膜膜层用于对近红外线波段热辐射进行阻隔以便屏蔽近红外光；多层所述镀膜膜层的第一层膜层为可见光高透射率膜层；多层所述镀膜膜层的第二层膜层为近红外高反射率膜层；所述近红外高反射率膜层包括宽截止全反射近红外的周期性对称的第一膜堆、第二膜堆以及位于所述第一膜堆和所述第二膜堆之间的具有四分之一中心波长或其偶数倍光学厚度的耦合叠加层。本申请提供的高透射可见光并高反射防近红外的镜片结构，具有抗红外光的功能，其对红外光的反射效果最高达到99％以上，防护效果优异；具有反射外界热量并散热的作用，有效阻止热量进一步传到人眼，起到隔热保护作用；生产成本较低，具有很高的市场推广价值。
[0033]
当然,实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]
图1是本实用新型实施例提供的一种高透射可见光并高反射防近红外的镜片结构的结构示意图；
[0036]
图2是本实用新型实施例提供的近红外反射率检测结果的曲线图。
[0037]
图中：镜片基片1、可见光高透射率膜层2、第一膜堆3、耦合叠加层4、第二膜堆5。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0039]
实施例
[0040]
参见图1，为本实用新型实施例提供的一种高透射可见光并高反射防近红外的镜片结构，如图1所示，该结构包括镜片基片1及多层镀膜膜层，多层所述镀膜膜层彼此叠放且
形成于所述镜片基片1的一侧；多层所述镀膜膜层用于对近红外线波段热辐射进行阻隔以便屏蔽近红外光；
[0041]
多层所述镀膜膜层的第一层膜层为可见光高透射率膜层2；所述可见光高透射率膜层2的膜系结构为sub{(l/2h l/2)
λ
12}air；
[0042]
l表示中心波长四分之一光学膜厚的低折射率膜料二氧化硅镀膜膜层；
[0043]
h表示中心波长四分之一光学膜厚的高折射率膜料五氧化二钽镀膜膜层。
[0044]
多层所述镀膜膜层的第二层膜层为近红外高反射率膜层；所述近红外高反射率膜层包括宽截止全反射近红外的周期性对称的第一膜堆3、第二膜堆5以及位于所述第一膜堆3和所述第二膜堆5之间的具有四分之一中心波长或其偶数倍光学厚度的耦合叠加层4。
[0045]
所述第一膜堆的膜系结构为sub{1.2[h(lh)
λ
4]}air；
[0046]
l表示中心波长四分之一光学膜厚的低折射率膜料二氧化硅镀膜膜层；
[0047]
h表示中心波长四分之一光学膜厚的高折射率膜料五氧化二钽镀膜膜层。
[0048]
所述第二膜堆的膜系结构为sub{0.8[h(lh)
λ
4]}air；
[0049]
l表示中心波长四分之一光学膜厚的低折射率膜料二氧化硅镀膜膜层；
[0050]
h表示中心波长四分之一光学膜厚的高折射率膜料五氧化二钽镀膜膜层。
[0051]
所述耦合叠加层为四分之一中心波长或其偶数倍光学厚度的二氧化硅镀膜膜层。
[0052]
进一步的，各层镀膜膜层及耦合叠加层均采用电子束蒸发镀膜加以离子束辅助沉积方式直接或间接逐一镀制于所述镜片基片上。所述镜片基片为光学镜片基片或太阳镜镜片基片。所述镜片基片的材质为玻璃基材、聚碳酸酯基材、尼龙基材、聚甲基丙烯酸甲酯基材、亚克力基材、mr-8基材、mr-7基材、tac偏光片基材中的任意一种。
[0053]
本申请提供的高透射可见光并高反射防近红外的镜片结构，使用f-p法布里-珀罗技术共振腔进行入射光在间隔层中干涉相消/干涉相长透射设计短波通波峰再叠加耦合宽截止高反射近红外技术膜层的镜片，实现可见光透视率达90％以上，同时高反射99％以上近红外至2500nm波长波段。
[0054]
f-p技术由于共振腔的存在，在共振腔处发生电场局域，如果在共振腔处有非线性材料，材料的非线性效应会得到加强。如果共振腔为磁光材料，则材料的法拉第施转角增大，可以制备出很多功能性薄膜。
[0055]
本申请提供结构创新研发在镜片上实现了以法布里-珀罗f-p技术共振谐振腔镀膜技术，率先采用以短波通滤光片共振相消/共振相长主膜系为可见光高透射率的周期性对称膜系，特别再叠加另两膜堆(腔)为宽截止全反射近红外的周期性对称膜系，两膜堆(腔)之间加入一层耦合叠加层四分之一中心波长膜厚l层。在制备薄膜时，对于薄膜材料的透明度、膜料的吸收、机械牢固度、化学稳定性以及薄膜应力等方面进行了各种因素综合考量与选择。
[0056]
采用的硬件技术是电子束蒸发镀膜加以离子束辅助沉积(ibad)，优点是所制备的薄膜附着牢固、结构致密、环境稳定性好，完全满足相关的环境试验要求，技术原理为导入周期性对称膜系的短波通滤光片共振腔干涉相消/干涉相长技术再特别叠加宽截止全反射近红外滤光共振腔高反射技术，根据等效折射率原理，以周期性对称膜系周期数为基础，创造性地压缩了透射区内波纹幅度的变化差异，对膜系的光学厚度进行了优化，完全满足了光谱特性设计要求。
[0057]
本申请镀膜膜层结构膜系设计如下：
[0058]
1、可见光高透射率膜层：sub{(l/2h l/2)
λ
12}air
[0059]
膜层周期数为12，满足设计的透射区波段的透射率大于90％。
[0060]
2、近红外高反射率膜层：sub{1.2[h(lh)
λ
4]}l{0.8[h(lh)
λ
4]}air
[0061]
如图2所示，原理为a曲线及b曲线两个略微重叠的λ/4多层膜的近红外高反射带在叠加时会形成重叠区存在一个约在波长1600nm处极小值透射的c曲线，然而改善方式为特别在a曲线及b曲线两个高反射膜堆之间在叠加时中间加入一层l层之后，最终形成一个完美地全高反射、高阻隔、高截止近红外波段。
[0062]
图2中，a曲线和b曲线是测得的两个λ/4多层近红外高反射膜的反射率，c曲线表示由a曲线及b曲线这两个多层膜叠加合成的膜系的实测近红外反射率，d曲线表示在a曲线及b曲线这两个多层膜之间又加入一层λ/4中心波长的l层之后得到的最终最优的近红外高反射率。
[0063]
最终完整膜系为可见光高透射率膜系叠加耦合近红外高反射率膜系形成的高透射可见光同时具有高阻隔近红外的一种高透射可见光并高反射防近红外的完整镜片膜层，此处所述的叠加耦合层为一层四分之一光学中心波长膜厚l层。
[0064]
可见光高透射率同时近红外高反射率的最终整体膜系为：
[0065]
sub{(l/2h l/2)
λ
12l{1.2[h(lh)
λ
4]}l{0.8[h(lh)
λ
4]}air
[0066]
l表示中心波长四分之一光学膜厚的低折射率膜料(sio2)二氧化硅镀膜膜层
[0067]
h表示中心波长四分之一光学膜厚的高折射率膜料(ta2o5)五氧化二钽镀膜膜层。
[0068]
使用f-p法布里-珀罗技术共振腔进行入射光在间隔层中干涉相消/干涉相长透射设计短波通波峰再叠加耦合宽截止高反射近红外技术的镜片总膜层结构。
[0069]
该结构的生产制程参数如下：
[0070]
1、基片与蒸发物距离50cm～80cm，基片长晶温度为40℃～60℃，充氧量10～120sccm，束流密度20ma～300ma,工作时真空度为1
×
10^(-3)pa～8
×
10^(-3)pa；镀膜前离子轰击1～5分钟，低折射率膜料sio2二氧化硅的沉积速率0.8nm/s～3.0nm/s，电子枪功率保持在40％～60％；高折射率膜料ta2o5五氧化二钽的沉积速率0.5nm/s～2.0nm/s，电子枪功率保持在60％～80％；电子枪阳极电压100v～130v，阳极电流3a～10a；阴极电压20v～50v，阴极电流12a～20a；停镀后在降温半小时之后充气真空室取出镜片。
[0071]
本申请首创研发出一款一种高透射可见光并高反射防近红外的镜片，在近红外线波段区域由于f-p法布里-珀罗技术共振腔技术而几乎产生全反射，对近红外线波段热辐射的阻隔作用起到了屏蔽近红外光的作用，形成非常良好导热及散热的结果，几乎全阻隔近红外区光波到2500nm波段；本专利为首创开发出特别针对近红外线区域高反射率、可见光区域高透视率的一款镜片。
[0072]
总之，本申请提供的高透射可见光并高反射防近红外的镜片结构，具有抗红外光的功能，其对近红外光区光波到2500nm波段的反射效果达到99％以上，防护效果优异；具有反射外界热量并散热的作用，有效阻止热量进一步传到人眼，起到隔热保护作用；生产成本较低，具有很高的市场推广价值。
[0073]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存
在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0074]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。