CN103926642A - 红外截止滤光膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外截止滤光膜，包括柔性透明基材及位于柔性透明基材内面的若干层光学薄膜，所述光学薄膜包括依次沉积的第一层光学薄膜、第二层光学薄膜、第三层光学薄膜、第四层光学薄膜及第五层光学薄膜，所述第一层光学薄膜和第五层光学薄膜为无氧型电介质薄膜，可见光折射率范围为2.0～2.3；所述第三层光学薄膜为无氧型电介质薄膜，可见光折射率范围为2.0～2.1；所述第二层光学薄膜和第四层光学薄膜为金属薄膜，可见光折射率范围为0.01～0.02。本发明的红外截止滤光膜具有可见光高透、宽带红外截止效果。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种红外截止滤光膜，主要应用于建筑窗膜以及汽车窗膜领域中。
背景技术
Silver简称Ag，是元素银的英文名称。纯银是一种美丽的银白色金属，它具有很好的延展性，其导电性和传热性在所有的金属中都是最高的，银在自然界中以单质存在。纳米结构银是一种厚度仅10～40nm的纳米岛状导体材料，因为其中的纳米岛状间隙对可见光有较高的透过性，而对红外光有较高的阻隔性，因此，它是阻热窗膜较常用的一种透明材料，并运用于各类防辐射产品中。
在实际运用中，纳米结构银薄膜制备工艺为采用物理真空方法将Ag沉积在基材（玻璃或PET）表面制备成薄膜，使用高折射率纳米厚度膜层与之相干涉，从而达到可见光区域内增透、红外波段截止的效果。而所用的基材中，因为PET薄膜具有柔软、易切割、易卷绕、价廉等特点，所以近些年在市场应用方面，贴PET膜的Low-E玻璃有替代单纯大面积Low-E玻璃的趋势。
参图1所示为现有技术中以PET为基材的窗膜结构图，由PET1及其表面的硬化涂层2，以及Nb2O5层3和Ag层4构成，其中Nb2O5层的作用为提高Ag层的透过率。
然而现有技术具有以下缺点：
1、Ag薄膜对红外波段的反射率可以达到99%，而Ag的表面易被氧化，氧化后的Ag表面对红外波段的反射率仅为80%左右。为了保证Ag膜对红外波段的高反射率，需要在银表面加保护膜；
2、氧化类薄膜需要插入粘接膜，所以材料结构中的多个极薄金属粘结膜层使材料结构变得复杂。
因此，现有技术中的纳米结构银薄膜红外截止率低、膜层复杂、制备成本高。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新的红外截止滤光膜。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有可见光高透、宽带红外截止效果的红外截止滤光膜。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种红外截止滤光膜，包括柔性透明基材及位于柔性透明基材内面的若干层光学薄膜，所述光学薄膜包括依次沉积的第一层光学薄膜、第二层光学薄膜、第三层光学薄膜、第四层光学薄膜及第五层光学薄膜，所述第一层光学薄膜和第五层光学薄膜为无氧型电介质薄膜，可见光折射率范围为2.0～2.3；所述第三层光学薄膜为无氧型电介质薄膜，可见光折射率范围为2.0～2.1；所述第二层光学薄膜和第四层光学薄膜为金属薄膜，可见光折射率范围为0.01～0.02，所述第一层光学薄膜、第二层光学薄膜、第三层光学薄膜组成谐振腔，所述第三层光学薄膜、第四层光学薄膜、第五层光学薄膜组成谐振腔。
作为本发明的进一步改进，所述柔性透明基材的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯，第一层光学薄膜、第三层光学薄膜和第五层光学薄膜的材质为SiAlN或TiOx，第二层光学薄膜和第四层光学薄膜的材质为Ag或Au。
作为本发明的进一步改进，所述第一层光学薄膜和/或第五层光学薄膜的材质还包括AlOX。
作为本发明的进一步改进，所述第一层光学薄膜、第五层光学薄膜的厚度范围为30～45nm，第二层光学薄膜、第四层光学薄膜的厚度范围为10～20nm，第三层光学薄膜的厚度范围为60～112.5nm。
作为本发明的进一步改进，所述第三层光学薄膜的厚度为第一层光学薄膜或第五层光学薄膜的厚度的2～2.5倍。
作为本发明的进一步改进，所述柔性透明基材位于第一层光学薄膜和/或第五层光学薄膜的外侧。
作为本发明的进一步改进，所述柔性透明基材的厚度范围为0.023～0.125mm。
作为本发明的进一步改进，所述光学薄膜的导纳Yo、柔性透明基材的导纳YSub、入射波的导纳Yf满足：Yf 2＝Yo×Ysub。
本发明具有以下有益效果：
1、Ag薄膜不是直接沉积于PET表面，而是沉积于具有一定厚度无氧型电介质的光学薄膜表面，因此，所制备出的透明材料结构中的Ag薄膜抗氧化性好，其面阻抗一致，提高了材料环测的稳定性；
2、材料Ag与SiAlN无氧材料间不需要粘结层，本红外截止滤光膜具有优异的电极特性，可做为电致变色窗膜的基材；
3、相对传统的薄膜结构，本发明中材料结构具有提高透过率的功能，且由于设计结构简单，大批量生产后可实现材料很高的性价比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明中记载的一些实施例，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。
图1为现有技术中以PET为基材的窗膜结构示意图；
图2为本发明红外截止滤光膜的结构示意图；
图3为本发明第一实施例中红外截止滤光膜的透射率/反射率曲线图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
参图1所示为现有技术中以PET为基材的窗膜结构图，由PET及其表面的硬化涂层，以及Nb2O5层和Ag层构成，其中Nb2O5层的作用为提高Ag层的透过率。由于氧化类薄膜需要插入粘接膜，所以结构中的多个极薄金属粘结膜使材料结构变得复杂。采用Roll-to-Roll磁控溅射技术对这种结构的膜进行制备时，如此多的膜层结构也使得制备成本较高。
参图2所示，本发明的红外截止滤光膜，包括柔性透明基材10及位于柔性透明基材10内面的若干层光学薄膜，光学薄膜包括依次沉积的第一层光学薄11、第二层光学薄膜12、第三层光学薄膜13、第四层光学薄膜14及第五层光学薄膜15，各光学薄膜采用Roll-to-Roll（卷对卷式）磁控溅射技术连续制备，其中：
柔性透明基材10的材质可为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），其可以为双层PET夹心，也可以为单层PET完成镀膜再涂敷UV树脂保护PET可以经过单面或双面HC硬化和防眩等处理；
第一层光学薄膜11和第五层光学薄膜15为无氧型电介质薄膜，可见光折射率范围为2.0～2.3，优选地，材质可为氮化硅铝（SiAlN），由硅铝靶经过溅射氮化反应沉积而成；
第三层光学薄膜13为无氧型电介质薄膜，可见光折射率范围为2.0～2.1，优选地，材质可为氮化硅铝（SiAlN），由多晶硅靶材经过溅射氮化反应沉积而成，且第三层光学薄膜13的厚度为第一层光学薄膜11或第五层光学薄膜15的2～2.5倍；
第二层光学薄膜12和第四层光学薄膜14为金属薄膜，可见光折射率范围为0.01～0.02，优选地，材质为Ag。
进一步地，第一层光学薄膜、第三层光学薄膜和第五层光学薄膜的材质也可以为TiOx，第二层光学薄膜和第四层光学薄膜的材质也可以为金属Au。
优选地，当第一层光学薄膜11或第五层光学薄膜15作为第一层光学薄膜时，其材质可为SiAlN与AlOX的混合态，用铝作为靶材在欠氧条件下经过反应溅射工艺制成，目的是更好的起到柔性透明基材10与高折射材料之间粘结作用。
第一层光学薄膜11、第二层光学薄膜12、第三层光学薄膜13组成谐振腔，第三层光学薄膜13、第四层光学薄膜14、第五层光学薄膜15组成谐振腔。
本发明的红外截止滤光膜为双谐振腔膜系，通过对各层光学薄膜谐振腔的优化设计，该透明材料可见光范围透射率（VLT）＞80%，而红外透过率＜5%。
优化后各薄膜层的厚度为：
柔性透明基材10的厚度范围为0.023～0.125mm
第一层光学薄膜11、第五层光学薄膜15的厚度范围为30～45nm；
第二层光学薄膜12、第四层光学薄膜14的厚度范围为10～20nm；
第三层光学薄膜13的厚度范围为60～112.5nm。
第一层光学薄膜11、第三层光学薄膜13、第五层光学薄膜15为高折射率电介质薄膜，与柔性透明基材10组成谐振腔，符合四分之一波长干涉增透条件，改变厚度可调整色调。由四分之一波长规律可知：若光学薄膜的导纳为Yo，柔性透明基材的导纳为YSub，入射波的导纳为Yf，则它的反射率为；
很显然当Yf 2＝Yo×Ysub时，反射率为零。由于光学薄膜的导纳Yo中间一层是Ag，其厚度范围为10～20nm，其结构是相当纳米银的四分之一波长层构成的膜系，其导纳图轨迹是两个导纳圆（两入射波导纳分别为Y1、Y2）介于入射介质和基材导纳右侧的实轴的焦点上，两层导纳必须满足为；
(Y1/Y2)2＝(Y0/Ysub)。
如在本发明的一具体实施例中，柔性透明基材10包括上下两层，采用Roll-to-Roll磁控溅射技术在柔性透明基材10上依次沉积第一层光学薄11、第二层光学薄膜12、第三层光学薄膜13、第四层光学薄膜14及第五层光学薄膜15，其中，各光学薄膜的厚度分别为：
第一层光学薄11（SiAlN）35nm；
第二层光学薄膜12（Ag）18nm；
第三层光学薄膜13（SiAlN）85nm；
第四层光学薄膜14（Ag）18nm；
第五层光学薄膜15（SiAlN）35nm。
参图3所示为本实施例中红外截止滤光膜去除外层柔性透明基材后的透射率/反射率曲线图，可以看出本实施例中可见光(380nm～780nm)的透射率（VLT）＞80%，而红外光(780nm～2500nm)的透过率＜5%。
上述实施例中的厚度仅为本发明中的一优选实施例中的厚度，在其他实施例中可以在上述范围内进行优化设计，在此不再进行进一步赘述。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、Ag薄膜不是直接沉积于PET表面，而是沉积于具有一定厚度无氧型电介质的光学薄膜表面，因此，所制备出的透明材料结构中的Ag薄膜抗氧化性好，其面阻抗一致，提高了材料环测的稳定性；
2、材料Ag与SiAlN无氧材料间不需要粘结层，本红外截止滤光膜具有优异的电极特性，可做为电致变色窗膜的基材；
3、相对传统的薄膜结构，本发明中材料结构具有提高透过率的功能，且由于设计结构简单，大批量生产后可实现材料很高的性价比。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种红外截止滤光膜，包括柔性透明基材及位于柔性透明基材内面的若干层光学薄膜，其特征在于，所述光学薄膜包括依次沉积的第一层光学薄膜、第二层光学薄膜、第三层光学薄膜、第四层光学薄膜及第五层光学薄膜，所述第一层光学薄膜和第五层光学薄膜为无氧型电介质薄膜，可见光折射率范围为2.0～2.3；所述第三层光学薄膜为无氧型电介质薄膜，可见光折射率范围为2.0～2.1；所述第二层光学薄膜和第四层光学薄膜为金属薄膜，可见光折射率范围为0.01～0.02，所述第一层光学薄膜、第二层光学薄膜、第三层光学薄膜组成谐振腔，所述第三层光学薄膜、第四层光学薄膜、第五层光学薄膜组成谐振腔。
2.根据权利要求1所述的红外截止滤光膜，其特征在于，所述柔性透明基材的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯，第一层光学薄膜、第三层光学薄膜和第五层光学薄膜的材质为SiAlN或TiOx，第二层光学薄膜和第四层光学薄膜的材质为Ag或Au。
3.根据权利要求2所述的红外截止滤光膜，其特征在于，所述第一层光学薄膜和/或第五层光学薄膜的材质还包括AlOX。
4.根据权利要求1所述的红外截止滤光膜，其特征在于，所述第一层光学薄膜、第五层光学薄膜的厚度范围为30～45nm，第二层光学薄膜、第四层光学薄膜的厚度范围为10～20nm，第三层光学薄膜的厚度范围为60～112.5nm。
5.根据权利要求4所述的红外截止滤光膜，其特征在于，所述第三层光学薄膜的厚度为第一层光学薄膜或第五层光学薄膜的厚度的2～2.5倍。
6.根据权利要求1所述的红外截止滤光膜，其特征在于，所述柔性透明基材位于第一层光学薄膜和/或第五层光学薄膜的外侧。
7.根据权利要求6所述的红外截止滤光膜，其特征在于，所述柔性透明基材的厚度范围为0.023～0.125mm。
8.根据权利要求1所述的红外截止滤光膜，其特征在于，所述光学薄膜的导纳Yo、柔性透明基材的导纳YSub、入射波的导纳Yf满足：Yf 2=Yo×Ysub。
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