專利名稱：一種高反膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高反膜，更具體地說(shuō)，涉及一種適用于帶寬較寬的光源的高反膜及其制備方法。

背景技術(shù)：
增反膜的原理是利用光的相干性，在基底上蒸鍍一層折射率大于基底的高折射率層，且該高折射率層的厚度為1/4波長(zhǎng)膜層。為了實(shí)現(xiàn)更好的增反效果，一般采用多層介質(zhì)膜構(gòu)成高反膜。
請(qǐng)參閱圖1，為現(xiàn)有的高反膜的結(jié)構(gòu)示意圖。首先，在基底100上設(shè)置了第一高折射率層102-1。隨后依次交替設(shè)置第二低折射率層101-2、第二高折射率層102-2、第三低折射率層101-3……至第N低折射率層101-N和第N高折射率層。其中，每一層均為對(duì)應(yīng)折射率材料的1/4波長(zhǎng)膜層。且最上面一層為高折射率膜層，總膜層數(shù)為奇數(shù)。
然而，由于上述高反膜的每個(gè)膜層都僅對(duì)一個(gè)波長(zhǎng)的單色光(如激光)具有很好的高反射特性，所以這種高反膜的反射帶寬較窄。若要求覆蓋較寬的光譜帶，則一般選擇中間的某個(gè)波長(zhǎng)值的1/4波長(zhǎng)膜層，這樣對(duì)于高頻和低頻兩端波段的光反射率則不高，甚至很低。帶寬越寬，兩端波段的反射率則越低。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有高反膜所反射的波長(zhǎng)帶寬有限的缺陷，提供一種適用于帶寬較寬的光源的高反膜及其制備方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種高反膜，包括與基底結(jié)合的第一高折射率層，以及設(shè)置于所述第一高折射率層上的厚度不等的多層折射率復(fù)合層，所述折射率復(fù)合層包括高折射率層和低折射率層，且每個(gè)折射率復(fù)合層中低折射率層位于高折射率層下方。
在本發(fā)明所述的高反膜中，每個(gè)折射率復(fù)合層中高折射率層的厚度為diH＝λi/(4nH)；所述低折射率層的厚度為diL＝λi/(4nL)；其中， λi＝λmin+(i-1/2)(λmax-λmin)/N； nL、nH分別為低折射率層材質(zhì)的折射率和高折射率層材質(zhì)的折射率； λmin和λmax分別為可見(jiàn)光范圍的最小波長(zhǎng)和最大波長(zhǎng)； N為可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍的均等份數(shù)，i＝1、2、3……N。
在本發(fā)明所述的高反膜中，所述第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層從下至上依次設(shè)置在所述第一高折射率層上。
在本發(fā)明所述的高反膜中，所述第一高折射率層、以及第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層中的高折射率層從以下一組材料中進(jìn)行選擇二氧化鈰、氧化鎂、硫化鋅、OH-5(TIO2+ZrO2)、二氧化鎬、鍺化鋅、氧化鉿、氧化鉭和五氧化三鈦。
在本發(fā)明所述的高反膜中，所述第一低折射率層、以及第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層中的低折射率層從以下一組材料中進(jìn)行選擇二氧化硅和氟化鋇。
本發(fā)明還提供了一種高反膜的制備方法，包括以下步驟 S1、將高反膜需要反射的光線的帶寬平均分為N份，其中N為不小于2的正整數(shù)，則按照波長(zhǎng)從小到大分別為第一波長(zhǎng)段至第N波長(zhǎng)段； S2、獲取所述第一波長(zhǎng)段至第N波長(zhǎng)段中每份波長(zhǎng)段的中心波長(zhǎng)； S3、在高反膜最下方設(shè)置對(duì)應(yīng)第一波長(zhǎng)段中心波長(zhǎng)的第一高折射率層以與基底結(jié)合； S4、在所述第一高折射率層上設(shè)置第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層，其中所述第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層中每個(gè)都包括該折射率復(fù)合層對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)段中心波長(zhǎng)的高折射率層和低折射率層，且其中每個(gè)折射率復(fù)合層中低折射率層設(shè)置于高折射率層下方。
在本發(fā)明所述的制備方法中，在所述步驟S4中，從下至上依次在所述第一高折射率層上設(shè)置所述第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層；每個(gè)折射率復(fù)合層中所述高折射率層的厚度為diH＝λi/(4nH)；所述低折射率層的厚度為diL＝λi/(4nL)；其中， λi＝λmin+(i-1/2)(λmax-λmin)/N； nL、nH分別為低折射率層材質(zhì)的折射率和高折射率層材質(zhì)的折射率； λmin和λmax分別為可見(jiàn)光范圍的最小波長(zhǎng)和最大波長(zhǎng)； N為可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍的均等份數(shù)，i＝1、2、3……N。
在所述步驟S4中，所述第一高折射率層、以及第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層中的高折射率層從以下一組材料中進(jìn)行選擇二氧化鈰、氧化鎂、硫化鋅、OH-5(TIO2+ZrO2)、二氧化鎬、鍺化鋅、氧化鉿、氧化鉭和五氧化三鈦；所述第一低折射率層、以及第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層中的低折射率層從以下一組材料中進(jìn)行選擇二氧化硅和氟化鋇。
實(shí)施本發(fā)明的高反膜及其制備方法，具有以下有益效果本發(fā)明制得的高反膜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且可以對(duì)寬波帶的光源具有很高的反射率，且所有光都可以通過(guò)設(shè)計(jì)膜層厚度達(dá)到很高的反射率，包括寬波長(zhǎng)范圍(如白光)和單色光(如激光)。



下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中 圖1是現(xiàn)有的多層高反膜的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中高反膜的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本文中所述的“A膜層對(duì)應(yīng)于B波長(zhǎng)”，是指該A膜層的厚度dA＝λB/(4n)，其中n為該A膜層所選用材料的折射率，λB為B波長(zhǎng)的值。本文中所述的“C折射率復(fù)合層對(duì)應(yīng)于D波長(zhǎng)”，是指該C折射率復(fù)合層中高折射率層厚度dCH＝λD/(4nH)，低折射率層厚度為dCL＝λD/(4nL)，其中λD為D波長(zhǎng)的值，nH為該C折射率復(fù)合層的高折射率層選用的鍍層材料的折射率，nL為該C折射率復(fù)合層的低折射率層選用的鍍層材料的折射率。
請(qǐng)參閱圖2，為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中高反膜的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的高反膜結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)類似，但是每層厚度不再一律為某個(gè)波長(zhǎng)的1/4波層，每層鍍膜厚度將采用以下方法設(shè)計(jì)。本發(fā)明提供的制備高反膜的方法包括以下步驟 首先，在步驟S1中，將高反膜需要反射的光線的帶寬平均分為N份，其中N為不小于2的正整數(shù)，則按照波長(zhǎng)從小到大分別為第一波長(zhǎng)段至第N波長(zhǎng)段。假定被反射光的帶寬為[λmin，λmax]，如可見(jiàn)光為[380nm，780nm]。將整個(gè)帶寬平均分成N份，每份的帶寬為(λmax-λmin)/N。
隨后在步驟S2中，獲取所述第一波長(zhǎng)段至第N波長(zhǎng)段中每份波長(zhǎng)段的中心波長(zhǎng)。例如，第i份(i＝1，2，3…N)的中心波長(zhǎng)為λi＝λmin+(i-1/2)(λmax-λmin)/N。
隨后在步驟S3中，在高反膜最下方設(shè)置對(duì)應(yīng)第一波長(zhǎng)段中心波長(zhǎng)的第一高折射率層以與基底結(jié)合。如圖2中第一高折射率層202-1，其對(duì)應(yīng)第一波長(zhǎng)段的中心波長(zhǎng)λ1＝λmin+(1-1/2)(λmax-λmin)/N。因此，第一高折射率層202-1的厚度為diH＝λi/(4nH)，其中，nH為該高折射率層選用的鍍層材料的折射率。在本發(fā)明中，高折射率層選用高折射率材料制成，且高折射率材料是指折射率大于基底即玻璃折射率的材料，越大越好，一般選擇折射率大于2的材料。高折射率材料包括但不限于以下材料二氧化鈰(CeO2)、氧化鎂(MgO)、硫化鋅(ZnS)、OH-5(TIO2+ZrO2)、二氧化鎬(ZrO2)、鍺化鋅(ZnGe)、氧化鉿(HfO2)、氧化鉭(Ta2O5)、五氧化三鈦(Ti3O5)。
隨后在步驟S4中，在所述第一高折射率層上設(shè)置第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層，其中所述第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層中每個(gè)都包括該折射率復(fù)合層對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)段中心波長(zhǎng)的高折射率層和低折射率層，且其中每個(gè)折射率復(fù)合層中低折射率層設(shè)置與高折射率層下方。第i折射率復(fù)合層對(duì)應(yīng)的高折射率層厚度為diH＝λi/(4nH)，低折射率層厚度為diL＝λi/(4nL)，其中nL、nH分別為各低折射率和高折射率鍍層所選用的材料的折射率。低折射率材料一般選擇接近基底即玻璃折射率的材料，如在折射率在1.4-1.5之間。低折射率材料包括但不限于以下材料二氧化硅(SiO2)和氟化鋇(BaF2)。
由此可知，本發(fā)明提供的高反膜，包括設(shè)置于高反膜最下層以與基底結(jié)合的第一高折射率層202-1，以及設(shè)置于所述第一高折射率層上的厚度不等的多層折射率復(fù)合層，所述折射率復(fù)合層包括高折射率層和低折射率層，且每個(gè)折射率復(fù)合層中低折射率層設(shè)置在高折射率層下方。其中，第一高折射率層202-1對(duì)應(yīng)第一波長(zhǎng)，所述多層折射率復(fù)合層包括第二折射率復(fù)合層200-2至第N折射率復(fù)合層200-N，其中N為不小于2的正整數(shù)，所述第二折射率復(fù)合層200-2至第N折射率復(fù)合層200-N中的高折射率層和低折射率層分別對(duì)應(yīng)第二波長(zhǎng)至第N波長(zhǎng)。例如，圖中第二折射率復(fù)合層200-2包括置于下方的第二低折射率層201-2以及置于上方的第二高折射率層202-2。其中，第二低折射率層201-2為所選用的低折射率材料的1/4第二波長(zhǎng)膜層，其厚度由公式d2L＝λ2/(4nL)獲得。同樣，第二高折射率層202-2為所選用的高折射率材料的1/4第二波長(zhǎng)膜層，其厚度由公式d2H＝λ2/(4nH)獲得。而第一波長(zhǎng)至第N波長(zhǎng)則分別對(duì)應(yīng)于將高反膜需要反射的光線的帶寬均分為N份獲得的第一波長(zhǎng)段至第N波長(zhǎng)段的中心波長(zhǎng)。
如圖2所示，第1步在基底200上(一般為玻璃)先鍍?chǔ)?的1/4高折射率層202-1。第2步在前一步鍍膜的基礎(chǔ)上，先鍍?chǔ)?的1/4低折射率層201-2，接著鍍?chǔ)?的1/4高折射率層202-2。第3步在前一步鍍膜的基礎(chǔ)上，先鍍?chǔ)?的1/4低折射率層，接著鍍?chǔ)?的1/4高折射率層……以此類推，第N-1步在前一步鍍膜的基礎(chǔ)上，先鍍?chǔ)薔-1的1/4低折射率層201-N-1，接著鍍?chǔ)薔-1的1/4高折射率層202-N-1。第N步在前一步鍍膜的基礎(chǔ)上，先鍍?chǔ)薔-1的1/4低折射率層201-N，接著鍍?chǔ)薔-1的1/4高折射率層202-N。鍍膜結(jié)束。這樣最上面一層為高折射率層，總膜層數(shù)為奇數(shù)。
在本發(fā)明中，所述第二折射率復(fù)合層200-2至第N折射率復(fù)合層200-N可以是從下至上依次設(shè)置在所述第一高折射率層202-1上。其鍍膜的步驟順序也可以調(diào)整，N取得越大，即膜層數(shù)越多，反射率越高。例如，先將第N折射率復(fù)合層200-N設(shè)置在第一高折射率層202-1上，隨后設(shè)置第N-1折射率復(fù)合層200-N-1，第N-2折射率復(fù)合層200-N-2……直至第二折射率復(fù)合層200-2。雖然鍍膜的順序與前述方法不同，但是也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)一段帶寬內(nèi)的光進(jìn)行反射的目的。
下面對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。設(shè)可見(jiàn)光帶寬為[380nm，780nm]，則將整個(gè)帶寬平均分成40份，每份的帶寬為(780-380)/40＝10nm，第i份(i＝1，2，3…40)的中心波長(zhǎng)為λi＝380+10(i-1/2)。高折射率材料可以選擇Ti3O5，折射率nH＝2.2；低折射率材料可以選擇SiO2，折射率nL＝1.47。λi的1/4各高、低折射率層厚度diL＝λi/(5.88)，diH＝λi/(8.8)。
第1步在基底200上先鍍?chǔ)?＝385nm的1/4高折射率膜層Ti3O5(膜層厚度d1H＝43.8nm)。第2步在前一步鍍膜的基礎(chǔ)上，先鍍?chǔ)?＝395nm的1/4低折射率膜層SiO2(膜層厚度d2L＝67.2nm)，接著鍍?chǔ)?＝395nm的1/4高折射率膜層Ti3O5(膜層厚度d2H＝44.9nm)。第3步在前一步鍍膜的基礎(chǔ)上，先鍍?chǔ)?＝405nm的1/4低折射率膜層SiO2(膜層厚度d3L＝68.9nm)，接著鍍?chǔ)?＝405nm的1/4高折射率膜層Ti3O5(膜層厚度d3H＝46.0nm)……以此類推，第40步在前一步鍍膜的基礎(chǔ)上，先鍍?chǔ)?0＝775nm的1/4低折射率膜層SiO2(膜層厚度d40L＝131.8nm)，接著鍍?chǔ)?0＝775nm的1/4高折射率膜層Ti3O5(膜層厚度d40H＝88.1nm)。
上述高反膜可以對(duì)寬波帶的光源具有很高的反射率，且能夠覆蓋整個(gè)帶寬。同時(shí)對(duì)于窄帶寬的光源也可以適用。對(duì)所有光都可以通過(guò)設(shè)計(jì)膜層厚度達(dá)到很高的反射率，包括寬波長(zhǎng)范圍(如白光)和單色光(如激光)。本發(fā)明提供的高反膜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，膜層材料為現(xiàn)有技術(shù)常用的，具有已獲得性。將本發(fā)明的高反膜鍍?cè)诓ＡТ吧希梢宰尨巴獾娜送耆床灰?jiàn)里面的景物，對(duì)光具有很好的單透性。將本發(fā)明的高反膜鍍?cè)诜垂獗?，可以具?9％以上的反射率?；蛘邔⒈景l(fā)明的高反膜鍍?cè)跒V光片上，可以有效地濾過(guò)不需要的波段。
本發(fā)明是根據(jù)特定實(shí)施例進(jìn)行描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白在不脫離本發(fā)明范圍時(shí)，可進(jìn)行各種變化和等同替換。此外，為適應(yīng)本發(fā)明技術(shù)的特定場(chǎng)合或材料，可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行諸多修改而不脫離其保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明并不限于在此公開(kāi)的特定實(shí)施例，而包括所有落入到權(quán)利要求保護(hù)范圍的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種高反膜，其特征在于，包括與基底結(jié)合的第一高折射率層，以及設(shè)置于所述第一高折射率層上的厚度不等的多層折射率復(fù)合層，所述折射率復(fù)合層包括高折射率層和低折射率層，且每個(gè)折射率復(fù)合層中低折射率層位于高折射率層下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反膜，其特征在于，每個(gè)折射率復(fù)合層中所述高折射率層的厚度為diH＝λi/(4nH)；所述低折射率層的厚度為diL＝λi/(4nL)；其中，
λi＝λmin+(i-1/2)(λmax-λmin)/N；
nL、nH分別為低折射率層材質(zhì)的折射率和高折射率層材質(zhì)的折射率；
λmin和λmax分別為可見(jiàn)光范圍的最小波長(zhǎng)和最大波長(zhǎng)；
N為可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍的均等份數(shù)，i＝1、2、3……N。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高反膜，其特征在于，所述第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層從下至上依次設(shè)置在所述第一高折射率層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的高反膜，其特征在于，所述第一高折射率層、以及第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層中的高折射率層從以下一組材料中進(jìn)行選擇二氧化鈰、氧化鎂、硫化鋅、OH-5(TIO2+ZrO2)、二氧化鎬、鍺化鋅、氧化鉿、氧化鉭和五氧化三鈦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的高反膜，其特征在于，所述第一低折射率層、以及第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層中的低折射率層從以下一組材料中進(jìn)行選擇二氧化硅和氟化鋇。
6.一種高反膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟
S1、將高反膜需要反射的光線的帶寬平均分為N份，其中N為不小于2的正整數(shù)，則按照波長(zhǎng)從小到大分別為第一波長(zhǎng)段至第N波長(zhǎng)段；
S2、獲取所述第一波長(zhǎng)段至第N波長(zhǎng)段中每份波長(zhǎng)段的中心波長(zhǎng)；
S3、在高反膜最下方設(shè)置對(duì)應(yīng)第一波長(zhǎng)段中心波長(zhǎng)的第一高折射率層以與基底結(jié)合；
S4、在所述第一高折射率層上設(shè)置第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層，其中所述第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層中每個(gè)都包括該折射率復(fù)合層對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)段中心波長(zhǎng)的高折射率層和低折射率層，且其中每個(gè)折射率復(fù)合層中低折射率層設(shè)置于高折射率層下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高反膜的制備方法，其特征在于，在所述步驟S4中，從下至上依次在所述第一高折射率層上設(shè)置所述第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高反膜的制備方法，其特征在于，在所述步驟S4中，每個(gè)折射率復(fù)合層中所述高折射率層的厚度為diH＝λi/(4nH)；所述低折射率層的厚度為diL＝λi/(4nL)；其中，
λi＝λmin+(i-1/2)(λmax-λmin)/N；
nL、nH分別為低折射率層材質(zhì)的折射率和高折射率層材質(zhì)的折射率；
λmin和λmax分別為可見(jiàn)光范圍的最小波長(zhǎng)和最大波長(zhǎng)；
N為可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍的均等份數(shù)，i＝1、2、3……N。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高反膜的制備方法，其特征在于，在所述步驟S4中，所述第一高折射率層、以及第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層中的高折射率層從以下一組材料中進(jìn)行選擇二氧化鈰、氧化鎂、硫化鋅、OH-5(TIO2+ZrO2)、二氧化鎬、鍺化鋅、氧化鉿、氧化鉭和五氧化三鈦。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高反膜的制備方法，其特征在于，在所述步驟S4中，所述第一低折射率層、以及第二折射率復(fù)合層至第N折射率復(fù)合層中的低折射率層從以下一組材料中進(jìn)行選擇二氧化硅和氟化鋇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高反膜，包括與基底結(jié)合的第一高折射率層，以及設(shè)置于所述第一高折射率層上的厚度不等的多層折射率復(fù)合層，所述折射率復(fù)合層包括高折射率層和低折射率層，且每個(gè)折射率復(fù)合層中低折射率層位于高折射率層下方。本發(fā)明制得的高反膜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且可以對(duì)寬波帶的光源具有很高的反射率，且可以通過(guò)設(shè)計(jì)膜層厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有光線的高反射率，如寬波長(zhǎng)范圍(如白光)和單色光(如激光)。
文檔編號(hào)B32B9/04GK101806927SQ20101011589
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月25日
發(fā)明者周明杰, 羅英達(dá) 申請(qǐng)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