CN101806927B

CN101806927B - 一种高反膜及其制备方法

Info

Publication number: CN101806927B
Application number: CN2010101158940A
Authority: CN
Inventors: 周明杰; 罗英达
Original assignee: Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd; Shenzhen Oceans King Lighting Engineering Co Ltd
Current assignee: Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd; Shenzhen Oceans King Lighting Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2030-02-25
Also published as: CN101806927A

Abstract

本发明涉及一种高反膜，包括与基底结合的第一高折射率层，以及设置于所述第一高折射率层上的厚度不等的多层折射率复合层，所述折射率复合层包括高折射率层和低折射率层，且每个折射率复合层中低折射率层位于高折射率层下方。本发明制得的高反膜结构简单，且可以对宽波带的光源具有很高的反射率，且可以通过设计膜层厚度来实现对所有光线的高反射率，如宽波长范围(如白光)和单色光(如激光)。

Description

一种高反膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高反膜，更具体地说，涉及一种适用于带宽较宽的光源的高反膜及其制备方法。

背景技术

增反膜的原理是利用光的相干性，在基底上蒸镀一层折射率大于基底的高折射率层，且该高折射率层的厚度为1/4波长膜层。为了实现更好的增反效果，一般采用多层介质膜构成高反膜。

请参阅图1，为现有的高反膜的结构示意图。首先，在基底100上设置了第一高折射率层102-1。随后依次交替设置第二低折射率层101-2、第二高折射率层102-2、第三低折射率层101-3……至第N低折射率层101-N和第N高折射率层。其中，每一层均为对应折射率材料的1/4波长膜层。且最上面一层为高折射率膜层，总膜层数为奇数。

然而，由于上述高反膜的每个膜层都仅对一个波长的单色光(如激光)具有很好的高反射特性，所以这种高反膜的反射带宽较窄。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光反射率则不高，甚至很低。带宽越宽，两端波段的反射率则越低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有高反膜所反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高反膜及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种高反膜，包括与基底结合的第一高折射率层，以及设置于所述第一高折射率层上的厚度不等的多层折射率复合层，所述折射率复合层包括高折射率层和低折射率层，且每个折射率复合层中低折射率层位于高折射率层下方。

在本发明所述的高反膜中，每个折射率复合层中高折射率层的厚度为d_iH＝λ_i/(4n_H)；所述低折射率层的厚度为d_iL＝λ_i/(4n_L)；其中，

λ_i＝λ_min+(i-1/2)(λ_max-λ_min)/N；

n_L、n_H分别为低折射率层材质的折射率和高折射率层材质的折射率；

λ_min和λ_max分别为可见光范围的最小波长和最大波长；

N为可见光波长范围的均等份数，i＝1、2、3……N。

在本发明所述的高反膜中，所述第二折射率复合层至第N折射率复合层从下至上依次设置在所述第一高折射率层上。

在本发明所述的高反膜中，所述第一高折射率层、以及第二折射率复合层至第N折射率复合层中的高折射率层从以下一组材料中进行选择：二氧化铈、氧化镁、硫化锌、OH-5(TIO₂+ZrO₂)、二氧化镐、锗化锌、氧化铪、氧化钽和五氧化三钛。

在本发明所述的高反膜中，所述第一低折射率层、以及第二折射率复合层至第N折射率复合层中的低折射率层从以下一组材料中进行选择：二氧化硅和氟化钡。

本发明还提供了一种高反膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、将高反膜需要反射的光线的带宽平均分为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；

S2、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；

S3、在高反膜最下方设置对应第一波长段中心波长的第一高折射率层以与基底结合；

S4、在所述第一高折射率层上设置第二折射率复合层至第N折射率复合层，其中所述第二折射率复合层至第N折射率复合层中每个都包括该折射率复合层对应的波长段中心波长的高折射率层和低折射率层，且其中每个折射率复合层中低折射率层设置于高折射率层下方。

在本发明所述的制备方法中，在所述步骤S4中，从下至上依次在所述第一高折射率层上设置所述第二折射率复合层至第N折射率复合层；每个折射率复合层中所述高折射率层的厚度为d_iH＝λ_i/(4n_H)；所述低折射率层的厚度为d_iL＝λ_i/(4n_L)；其中，

λ_i＝λ_min+(i-1/2)(λ_max-λ_min)/N；

λ_min和λ_max分别为可见光范围的最小波长和最大波长；

N为可见光波长范围的均等份数，i＝1、2、3……N。

在所述步骤S4中，所述第一高折射率层、以及第二折射率复合层至第N折射率复合层中的高折射率层从以下一组材料中进行选择：二氧化铈、氧化镁、硫化锌、OH-5(TIO₂+ZrO₂)、二氧化镐、锗化锌、氧化铪、氧化钽和五氧化三钛；所述第一低折射率层、以及第二折射率复合层至第N折射率复合层中的低折射率层从以下一组材料中进行选择：二氧化硅和氟化钡。

实施本发明的高反膜及其制备方法，具有以下有益效果：本发明制得的高反膜结构简单，且可以对宽波带的光源具有很高的反射率，且所有光都可以通过设计膜层厚度达到很高的反射率，包括宽波长范围(如白光)和单色光(如激光)。

附图说明

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是现有的多层高反膜的结构示意图；

图2是本发明优选实施例中高反膜的结构示意图。

具体实施方式

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。

本文中所述的“A膜层对应于B波长”，是指该A膜层的厚度d_A＝λ_B/(4n)，其中n为该A膜层所选用材料的折射率，λ_B为B波长的值。本文中所述的“C折射率复合层对应于D波长”，是指该C折射率复合层中高折射率层厚度d_CH＝λ_D/(4n_H)，低折射率层厚度为d_CL＝λ_D/(4n_L)，其中λ_D为D波长的值，n_H为该C折射率复合层的高折射率层选用的镀层材料的折射率，n_L为该C折射率复合层的低折射率层选用的镀层材料的折射率。

请参阅图2，为本发明优选实施例中高反膜的结构示意图。本发明的高反膜结构与现有技术类似，但是每层厚度不再一律为某个波长的1/4波层，每层镀膜厚度将采用以下方法设计。本发明提供的制备高反膜的方法包括以下步骤：

首先，在步骤S1中，将高反膜需要反射的光线的带宽平均分为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。假定被反射光的带宽为[λ_min，λ_max]，如可见光为[380nm，780nm]。将整个带宽平均分成N份，每份的带宽为(λ_max-λ_min)/N。

随后在步骤S2中，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λ_i＝λ_min+(i-1/2)(λ_max-λ_min)/N。

随后在步骤S3中，在高反膜最下方设置对应第一波长段中心波长的第一高折射率层以与基底结合。如图2中第一高折射率层202-1，其对应第一波长段的中心波长λ₁＝λ_min+(1-1/2)(λ_max-λ_min)/N。因此，第一高折射率层202-1的厚度为d_iH＝λ_i/(4n_H)，其中，n_H为该高折射率层选用的镀层材料的折射率。在本发明中，高折射率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底即玻璃折射率的材料，越大越好，一般选择折射率大于2的材料。高折射率材料包括但不限于以下材料：二氧化铈(CeO₂)、氧化镁(MgO)、硫化锌(ZnS)、OH-5(TIO₂+ZrO₂)、二氧化镐(ZrO₂)、锗化锌(ZnGe)、氧化铪(HfO₂)、氧化钽(Ta₂O₅)、五氧化三钛(Ti₃O₅)。

随后在步骤S4中，在所述第一高折射率层上设置第二折射率复合层至第N折射率复合层，其中所述第二折射率复合层至第N折射率复合层中每个都包括该折射率复合层对应的波长段中心波长的高折射率层和低折射率层，且其中每个折射率复合层中低折射率层设置与高折射率层下方。第i折射率复合层对应的高折射率层厚度为d_iH＝λ_i/(4n_H)，低折射率层厚度为d_iL＝λ_i/(4n_L)，其中n_L、n_H分别为各低折射率和高折射率镀层所选用的材料的折射率。低折射率材料一般选择接近基底即玻璃折射率的材料，如在折射率在1.4-1.5之间。低折射率材料包括但不限于以下材料：二氧化硅(SiO₂)和氟化钡(BaF₂)。

由此可知，本发明提供的高反膜，包括设置于高反膜最下层以与基底结合的第一高折射率层202-1，以及设置于所述第一高折射率层上的厚度不等的多层折射率复合层，所述折射率复合层包括高折射率层和低折射率层，且每个折射率复合层中低折射率层设置在高折射率层下方。其中，第一高折射率层202-1对应第一波长，所述多层折射率复合层包括第二折射率复合层200-2至第N折射率复合层200-N，其中N为不小于2的正整数，所述第二折射率复合层200-2至第N折射率复合层200-N中的高折射率层和低折射率层分别对应第二波长至第N波长。例如，图中第二折射率复合层200-2包括置于下方的第二低折射率层201-2以及置于上方的第二高折射率层202-2。其中，第二低折射率层201-2为所选用的低折射率材料的1/4第二波长膜层，其厚度由公式d_2L＝λ₂/(4n_L)获得。同样，第二高折射率层202-2为所选用的高折射率材料的1/4第二波长膜层，其厚度由公式d_2H＝λ₂/(4n_H)获得。而第一波长至第N波长则分别对应于将高反膜需要反射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：在基底200上(一般为玻璃)先镀λ₁的1/4高折射率层202-1。第2步：在前一步镀膜的基础上，先镀λ₂的1/4低折射率层201-2，接着镀λ₂的1/4高折射率层202-2。第3步：在前一步镀膜的基础上，先镀λ₃的1/4低折射率层，接着镀λ₃的1/4高折射率层……以此类推，第N-1步：在前一步镀膜的基础上，先镀λ_N-1的1/4低折射率层201-N-1，接着镀λ_N-1的1/4高折射率层202-N-1。第N步：在前一步镀膜的基础上，先镀λ_N-1的1/4低折射率层201-N，接着镀λ_N-1的1/4高折射率层202-N。镀膜结束。这样最上面一层为高折射率层，总膜层数为奇数。

在本发明中，所述第二折射率复合层200-2至第N折射率复合层200-N可以是从下至上依次设置在所述第一高折射率层202-1上。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折射率复合层200-N设置在第一高折射率层202-1上，随后设置第N-1折射率复合层200-N-1，第N-2折射率复合层200-N-2……直至第二折射率复合层200-2。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反射的目的。

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λ_i＝380+10(i-1/2)。高折射率材料可以选择Ti₃O₅，折射率n_H＝2.2；低折射率材料可以选择SiO₂，折射率n_L＝1.47。λ_i的1/4各高、低折射率层厚度d_iL＝λ_i/(5.88)，d_iH＝λ_i/(8.8)。

第1步：在基底200上先镀λ₁＝385nm的1/4高折射率膜层Ti₃O₅(膜层厚度d_1H＝43.8nm)。第2步：在前一步镀膜的基础上，先镀λ₂＝395nm的1/4低折射率膜层SiO₂(膜层厚度d_2L＝67.2nm)，接着镀λ₂＝395nm的1/4高折射率膜层Ti₃O₅(膜层厚度d_2H＝44.9nm)。第3步：在前一步镀膜的基础上，先镀λ₃＝405nm的1/4低折射率膜层SiO₂(膜层厚度d_3L＝68.9nm)，接着镀λ₃＝405nm的1/4高折射率膜层Ti₃O₅(膜层厚度d_3H＝46.0nm)……以此类推，第40步：在前一步镀膜的基础上，先镀λ₄₀＝775nm的1/4低折射率膜层SiO₂(膜层厚度d_40L＝131.8nm)，接着镀λ₄₀＝775nm的1/4高折射率膜层Ti₃O₅(膜层厚度d_40H＝88.1nm)。

上述高反膜可以对宽波带的光源具有很高的反射率，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反射率，包括宽波长范围(如白光)和单色光(如激光)。本发明提供的高反膜结构简单，膜层材料为现有技术常用的，具有已获得性。将本发明的高反膜镀在玻璃窗上，可以让窗外的人完全看不见里面的景物，对光具有很好的单透性。将本发明的高反膜镀在反光杯上，可以具有99％以上的反射率。或者将本发明的高反膜镀在滤光片上，可以有效地滤过不需要的波段。

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。

Claims

1.一种高反膜，其特征在于，包括与基底结合的第一高折射率层，以及设置于所述第一高折射率层上的厚度不等的多层折射率复合层，所述折射率复合层包括高折射率层和低折射率层，且每个折射率复合层中低折射率层位于高折射率层下方；

其中，第二折射率复合层至第N折射率复合层从下至上依次设置在所述第一高折射率层上，且每个折射率复合层中所述高折射率层的厚度为d_iH=λ_i/(4n_H)；所述低折射率层的厚度为d_iL=λ_i/(4n_L)；其中，

λ_i=λ_min+（i-1/2）(λ_max-λ_min)/N；

λ_min和λ_max分别为可见光范围的最小波长和最大波长；

N为可见光波长范围的均等份数，i=1、2、3……N；λ_i为将高反膜需要反射的光线的带宽均分为N份获得的第一波长段至第N波长段中第i份（i=1,2,3…N）波长带宽范围内的中心波长；

所述N为40，可见光带宽为λ_min=380nm，λ_max=780nm，则第i份（i=1,2,3…40）的中心波长为λ_i=380+10（i-1/2）；所述高折射率材料为Ti₃O₅，折射率n_H=2.2；所述低折射率材料为SiO₂，折射率n_L=1.47；λ_i的1/4各高、低折射率层厚度为d_iL=λ_i/(5.88),d_iH=λ_i/(8.8)；

基底上依次设置的各高、低折射率层厚度具体为：d_1H=43.8nm；d_2L=67.2nm；d_2H=44.9nm；d_3L=68.9nm；d_3H=46.0nm；d_4L=70.6nm；d_4H=47.2nm；d_5L=72.3nm；d_5H=48.3nm；d_6L=74nm；d_6H=49.4nm；d_7L=75.7nm；d_7H=50.6nm；d_8L=77.4nm；d_8H=51.7nm；d_9L=79.1nm；d_9H=52.8nm；d_10L=80.8nm；d_10H=54nm；d_11L=82.5nm；d_11H=55.1nm；d_12L=84.2nm；d_12H=56.3nm；d_13L=85.9nm；d_13H=57.4nm；d_14L=87.6nm；d_14H=58.5nm；d_15L=89.3nm；d_15H=59.7nm；d_16L=91.0nm；d_16H=60.8nm；d_17L=92.7nm；d_17H=61.9nm；d_18L=94.4nm；d_18H=63.1nm；d_19L=96.1nm；d_19H=64.2nm；d_20L=97.8nm；d_20H=65.3nm；d_21L=99.5nm；d_21H=66.5nm；d_22L=101.2nm；d_22H=67.6nm；d_23L=102.9nm；d_23H=68.8nm；d_24L=104.6nm；d_24H=69.9nm；d_25L=106.3nm；d_25H=71.0nm；d_26L=108.0nm；d_26H=72.2nm；d_27L=109.7nm；d_27H=73.3nm；d_28L=111.4nm；d_28H=74.4nm；d_29L=113.1nm；d_29H=75.6nm；d_30L=114.8nm；d_30H=76.7nm；d_31L=116.5nm；d_31H=77.8nm；d_32L=118.2nm；d_32H=79.0nm；d_33L=119.9nm；d_33H=80.1nm；d_34L=121.6nm；d_34H=81.3nm；d_35L=123.3nm；d_35H=82.4nm；d_36L=125.0nm；d_36H=83.5nm；d_37L=126.7nm；d_37H=84.7nm；d_38L=128.4nm；d_38H=85.8nm；d_39L=130.1nm；d_39H=86.9nm；d_40L=131.8nm；d_40H=88.1nm。

2.一种高反膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S4、在所述第一高折射率层上从下至上依次设置第二折射率复合层至第N折射率复合层，其中所述第二折射率复合层至第N折射率复合层中每个都包括该折射率复合层对应的波长段中心波长的高折射率层和低折射率层，且其中每个折射率复合层中低折射率层设置于高折射率层下方；

且在所述步骤S4中，每个折射率复合层中所述高折射率层的厚度为d_iH=λ_i/(4n_H)；所述低折射率层的厚度为d_iL=λ_i/(4n_L)；其中，

λ_i=λ_min+（i-1/2）(λ_max-λ_min)/N；

λ_min和λ_max分别为可见光范围的最小波长和最大波长；