CN109283601A - 折射率渐变复合薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种折射率渐变复合薄膜及其制备方法。该折射率渐变复合薄膜包括折射率渐变层，折射率渐变层包括基体以及设置于基体中的至少一种折射率材料，折射率渐变层具有相互隔离的第一表面和第二表面，折射率渐变层由第一表面指向第二表面的方向为折射率渐变方向，且沿折射率渐变方向折射率材料的含量比例呈平滑递增或者平滑递减。相比于现有技术中分别将具有固定折射率的多层折射率材料层层叠以形成阶梯式折射率渐变的复合薄膜而言，本申请中的折射率渐变复合薄膜够实现更为均匀的折射率渐变分布，进而能够使折射率渐变复合薄膜具有理想光学折射效果和物理效果。

Description

折射率渐变复合薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种折射率渐变复合薄膜及其制备方法。

背景技术

在光学、电磁、电子等器件或模组中，物理特性渐变的材料是一种非常理想的材料。作为一个最常用的例子，在具有防反射或增透功能的光学器件中，理想的折射率渐变的透明材料制备出的薄膜产品具有全波长(可视光范围内)反射率最低、无色差、物理强度好等其他材料无法替代的优点。

然而，目前上述理想的折射率渐变材料及其光学器件的制备非常困难，至今为止，尚未见到相关报道。而作为简易或替代方式，物性渐变范围极窄(或渐变极不均匀)的材料开发和利用压印或蚀刻成型方式完成材料面积渐变来达到物性渐变效果的方法(例如：蛾眼)为众多杂志、专利所报道。上述材料的渐变范围极窄或极不均匀的材料，在设计器件时，很难达到理想的效果；而利用材料面积渐变来达到折射率渐变效果的方法，则因为其最外层为不尖锐突起，且表面积小，物理强度不够，耐擦伤性极差，后续加工困难而无法进行大规模的生产和普及。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种折射率渐变复合薄膜及其制备方法，以解决现有技术中利用折射材料分布面积实现折射率渐变导致的光学器件光学折射效果和物理效果不理想的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种折射率渐变复合薄膜，包括折射率渐变层，折射率渐变层包括基体以及设置于基体中的至少一种折射率材料，折射率渐变层具有相互隔离的第一表面和第二表面，折射率渐变层由第一表面指向第二表面的方向为折射率渐变方向，且沿折射率渐变方向折射率材料的含量比例呈平滑递增或者平滑递减。

进一步地，沿折射率渐变方向折射率材料的含量比例呈线性递增或者线性递减；或沿折射率渐变方向折射率材料的含量比例呈光滑曲线递增或者光滑曲线递减；优选的，沿折射率渐变方向折射率材料的含量比例呈S型曲线递增、S型曲线递减、J型曲线递增或J型曲线递减。

进一步地，折射率渐变层包括至少两种折射率材料，且沿折射率渐变方向各折射率材料的含量比例呈平滑递增或者平滑递减。

进一步地，折射率渐变层包括第一折射率材料和第二折射率材料，第一折射率材料和第二折射率材料的折射率不同，且沿折射率渐变方向第一折射率材料的含量比例递增，第二折射率材料的含量比例递减。

进一步地，折射率渐变层包括沿折射率渐变方向依次层叠设置的x层折射率渐变层，且第m层的折射率渐变层中的折射率材料的最大折射率小于第m-1层的折射率渐变层中的折射率材料的最小折射率，m小于等于x，其中，x和m均为自然数。

进一步地，折射率渐变层包括第一折射率渐变层和第二折射率渐变层，第一折射率渐变层和第二折射率渐变层均包括第一折射率材料和第二折射率材料，且沿折射率渐变方向第一折射率材料的含量比例递增，第二折射率材料的含量比例递减。

进一步地，以其中任意一种折射率材料的粒径大小为标准，沿折射率递减方向将各折射率渐变层划分为x个子折射率层，各子折射率层的折射率不同，优选不同于作为标准的折射率材料中的任意一种设置在相邻的两个子折射率层中。

进一步地，各折射率渐变层的厚度为10nm～50μm，优选为50nm～10μm。

进一步地，各折射率材料独立地选自气溶胶、硅胶、亚克力、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、金属、金属氟化物、金属氧化物和金属硫化物，优选折射率材料的折射率为1.1～3.5。

进一步地，各折射率材料的密度相互独立地分布在0.1～15g/cm³之间，优选在0.5～10g/cm³之间。

根据本发明的另一方面，提供了一种折射率渐变复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1，采用包括基体材料和至少一种折射率材料的原料形成折射率涂层；S2，对折射率涂层进行渐变处理，形成折射率渐变层，折射率渐变层包括基体以及分散于基体中的折射率材料，折射率渐变层具有相互隔离的第一表面和第二表面，折射率渐变层由第一表面指向第二表面的方向为折射率渐变方向，且沿折射率渐变方向各折射率材料的含量比例呈平滑递增或者平滑递减。

进一步地，步骤S1包括：采用包括基体材料和至少两种折射率材料的原料在折射率渐变方向上形成依次层叠设置的N层折射率涂层，且第M层的折射率涂层中的折射率材料的最大折射率小于第M-1层的折射率涂层中的折射率材料的最小折射率，M小于等于N，其中，N和M均为自然数，且N大于1，优选N为2～200，更优选为5～50；步骤S2包括：使各折射率涂层形成对应的各折射率渐变层。

进一步地，在步骤S2之后，制备方法还包括重复N’次步骤S1至步骤S2的步骤，且第M’次中步骤S1中的折射率涂层中的折射率材料的最大折射率小于第M’-1次中折射率涂层中的折射率材料的最小折射率，得到折射率渐变复合薄膜，其中，N’和M’均为自然数，且N’大于1，优选N’为2～50，更优选为2～10。

进一步地，各折射率材料独立地选自气溶胶、硅胶、亚克力、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、金属、金属氟化物、金属氧化物和金属硫化物，优选折射率材料的折射率为1.1～3.5。

进一步地，各折射率材料的密度相互独立地分布在0.1～15g/cm³之间，优选在0.5～10g/cm³之间。

进一步地，在步骤S2中，对折射率涂层进行重力沉降，以使折射率不同的折射率材料以折射率递增或折射率递减的趋势沿由第一表面指向第二表面的方向分布。

进一步地，在步骤S2中，对折射率涂层施加电场或磁场，以使折射率不同的折射率材料以折射率递增或折射率递减的趋势沿由第一表面指向第二表面的方向分布。

进一步地，步骤S2中，对折射率涂层采用乳化分散法，以使折射率不同的折射率材料以折射率递增或折射率递减的趋势沿由第一表面指向第二表面的方向分布。

进一步地，各折射率渐变层的厚度为10nm～50μm，优选为50nm～10μm。

应用本发明的技术方案，提供了一种折射率渐变复合薄膜，该折射率渐变复合薄膜包括一体成型的折射率渐变的折射率渐变层，由于该折射率渐变层具有相互隔离的第一表面和第二表面，且所述折射率渐变层由第一表面指向第二表面的方向为折射率递减方向，从而使本申请中的折射率渐变复合薄膜，相比于现有技术中分别将具有固定折射率的多层折射率材料层层叠以形成阶梯式折射率渐变的复合薄膜而言，够实现更为均匀的折射率渐变分布，进而能够使折射率渐变复合薄膜具有理想光学折射效果和物理效果。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施方式所提供的一种折射率渐变复合薄膜的折射率随厚度变化的坐标示意图；

图2示出了本发明实施方式所提供的一种折射率渐变复合薄膜中沿折射率渐变方向折射率材料的含量比例呈线性递增的坐标示意图；

图3示出了本发明实施方式所提供的一种折射率渐变复合薄膜中沿折射率渐变方向折射率材料的含量比例呈S型递增的坐标示意图；

图4示出了本发明实施方式所提供的一种折射率渐变复合薄膜中沿折射率渐变方向折射率材料的含量比例呈J型递增的坐标示意图；以及

图5示出了本发明实施方式所提供的折射率渐变复合薄膜的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中利用材料面积渐变来达到折射率渐变效果的方法，其最外层为不尖锐突起，且表面积小，物理强度不够，耐擦伤性极差，后续加工困难而无法进行大规模的生产和普及。本申请的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种折射率渐变复合薄膜，包括折射率渐变层，折射率渐变层包括基体以及设置于基体中的至少一种折射率材料，折射率渐变层具有相互隔离的第一表面和第二表面，折射率渐变层由第一表面指向第二表面的方向为折射率渐变方向，且沿折射率渐变方向折射率材料的含量比例呈平滑递增或者平滑递减。

本发明的上述折射率渐变复合薄膜中由于折射率渐变层包括基体以及设置于基体中的至少一种折射率材料，折射率渐变层具有相互隔离的第一表面和第二表面，折射率渐变层由第一表面指向第二表面的方向为折射率渐变方向，且沿折射率渐变方向折射率材料的含量比例呈平滑递增或者平滑递减，从而使本申请中的折射率渐变复合薄膜，相比于现有技术中分别将具有固定折射率的多层折射率材料层层叠以形成阶梯式折射率渐变的复合薄膜而言，可实现更为均匀的折射率渐变分布，进而能够使折射率渐变复合薄膜具有理想光学折射效果和物理效果。平滑递增或者平滑递减是指在折射率材料层的厚度方向上，折射率材料的含量比例以尽可能接近的数据连续地渐变以达到折射率的平滑渐变效果。

在本发明的上述折射率渐变复合薄膜中，平滑递增或者平滑递减是指以折射率渐变层的折射率n和厚度h建立坐标轴，上述厚度h即由折射率渐变层的第一表面指向第二表面的垂直距离，当厚度的刻度为纳米数量级(如刻度区间为1nm)时，折射率n与厚度h的关系在上述坐标轴中近似为一条直线或曲线，而不是分散的点，如图1所示，这是由于折射率渐变层中由第一表面指向第二表面的方向上以0.1nm甚至0.01nm递进各点处的折射率都是不同的，且沿第一表面指向第二表面的方向各点处折射率材料的折射率递增或递减。

在本发明的上述折射率渐变复合薄膜中，通过控制折射率渐变层中沿上述折射率渐变方向折射率材料的含量比例，以实现折射率渐变复合薄膜的渐变，在一种优选的实施方式中，沿折射率渐变方向折射率材料的含量比例呈线性递增或者线性递减，例如，以折射率渐变层中一种折射率材料的含量比例R和厚度h建立坐标轴，上述含量比例R随厚度h的变化关系可以如图2所示；在另一种优选的实施方式中，或沿折射率渐变方向折射率材料的含量比例呈S型曲线递增、S型曲线递减、J型曲线递增或J型曲线递减，例如，以折射率渐变层中一种折射率材料的含量比例R和厚度h建立坐标轴，当上述含量比例R随厚度h的变化呈S型曲线递增，上述含量比例R随厚度h的变化关系可以如图3所示，当上述含量比例R随厚度h的变化呈J型曲线递增，上述含量比例R随厚度h的变化关系可以如图4所示。

为了使折射率渐变层中沿折射率渐变方向折射率材料的含量比例能够呈S型曲线递增、S型曲线递减、J型曲线递增或J型曲线递减，在一种实施方式中，可以通过使折射率材料具有多种不同的粒径，并通过控制不同粒径的折射率材料用量比，使折射率材料的粒径大小在折射率渐变方向上呈S型曲线递增、S型曲线递减、J型曲线递增或J型曲线递减，从而实现了折射率材料的含量比例在折射率渐变方向上的S型曲线递增、S型曲线递减、J型曲线递增或J型曲线递减。

在本发明的上述折射率渐变复合薄膜中，为了更为有效地实现折射率渐变层的折射率渐变，优选地，折射率渐变层包括至少两种折射率材料，且沿折射率渐变方向各折射率材料的含量比例呈平滑递增或者平滑递减。

在一种优选的实施方式中，折射率渐变层包括第一折射率材料和第二折射率材料，第一折射率材料和第二折射率材料的折射率不同，且沿折射率渐变方向第一折射率材料的含量比例递增，第二折射率材料的含量比例递减。

在本发明的上述折射率渐变复合薄膜中，折射率渐变层还可以包括沿折射率渐变方向依次层叠设置的x层折射率渐变层，且第m层的折射率渐变层中的折射率材料的最大折射率小于第m-1层的折射率渐变层中的折射率材料的最小折射率，m小于等于x，其中，x和m均为自然数。

在一种优选的实施方式中，折射率渐变层包括第一折射率渐变层和第二折射率渐变层，第一折射率渐变层和第二折射率渐变层均包括第一折射率材料和第二折射率材料，且沿折射率渐变方向第一折射率材料的含量比例递增，第二折射率材料的含量比例递减。

在本发明的上述折射率渐变复合薄膜中，优选地，折射率渐变层包括至少两种折射率材料，以其中任意一种折射率材料的粒径大小为标准，沿折射率递减方向将折射率涂层划分为x个子折射率层，各子折射率层的折射率不同；更为优选地，不同于作为标准的折射率材料中的任意一种设置在相邻的两个子折射率层中。上述多个子折射率层可以理解将一层折射率渐变层以一种折射率材料的粒径大小为标准，分隔而成的多个顺序层叠的子区域，通过以一种折射率材料的粒径大小为标准对一层折射率渐变层进行分割，使各层子区域的厚度非常小，从而通过使各子折射率层的折射率不同，使该折射率渐变层的折射率渐变分布更为均匀。

在本发明的上述折射率渐变复合薄膜中，可以通过形成具有多层折射率渐变层的折射率渐变复合薄膜，以扩大折射率渐变复合薄膜的折射率渐变范围。优选地，折射率渐变层包括沿折射率渐变方向依次层叠设置的x层折射率渐变层，且第m层的折射率渐变层中的折射率材料的最大折射率小于第m-1层的折射率渐变层中的折射率材料的最小折射率，m小于等于x，其中，x和m均为自然数。为了保证各层折射率渐变层具有较宽折射率渐变范围的同时在多层叠加后不会具有较大的厚度，更为优选地，各折射率渐变层的厚度为10nm～50μm，更优选为50nm～10μm。

为了实现折射率渐变层中折射率材料的渐变分布，优选地，上述折射率材料独立地选自气溶胶、硅胶、亚克力、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、金属、金属氟化物、金属氧化物和金属硫化物等不同折射率材料；更为优选地，上述折射率材料的折射率在1.1～3.5之间。但并不局限于上述优选的材料种类，本领域技术人员可以根据实际需求对折射率材料的种类进行合理选取。

在本发明的上述折射率渐变复合薄膜中，优选地，各折射率材料的密度相互独立地分布在0.1～15g/cm³之间，更为优选地，各折射率材料的密度相互独立地分布在0.5～10g/cm³之间。此时，可以根据折射率材料所具有的密度特性，将具有多种折射率的折射率材料混合并涂布得到折射率材料涂层，然后进行重力沉降，以使折射率不同的折射率材料以折射率递减的趋势沿由第一表面指向第二表面的方向分布，从而得到上述折射率渐变层。

根据本发明的另一方面，还提供了一种折射率渐变复合薄膜的制备方法，如图5所示，包括以下步骤：S1，采用包括基体材料和至少一种折射率材料的原料形成折射率涂层；S2，对折射率涂层进行渐变处理，形成折射率渐变层，折射率渐变层包括基体以及分散于基体中的折射率材料，折射率渐变层具有相互隔离的第一表面和第二表面，折射率渐变层由第一表面指向第二表面的方向为折射率渐变方向，且沿折射率渐变方向各折射率材料的含量比例呈平滑递增或者平滑递减。

本发明的上述制备方法中由于先采用包括折射率不同的至少两种折射率材料的原料形成折射率涂层，然后再对折射率涂层进行渐变处理，形成折射率渐变层，折射率渐变层具有相互隔离的第一表面和第二表面，折射率渐变层由第一表面指向第二表面的方向为折射率渐变方向，且沿折射率渐变方向各折射率材料的含量比例呈平滑递增或者平滑递减，从而根据折射率材料的各种物理性质，调整各层折射率涂层中原料的组分和含量，即能够得到折射率渐变复合薄膜，相比于现有技术中利用折射材料分布面积实现折射率渐变而导致的光学器件光学折射效果和物理效果不理想，上述方法不仅工艺简单，而且能够得到具有理想光学折射效果和物理效果的折射率渐变复合薄膜。

下面将更详细地描述根据本发明提供的折射率渐变复合薄膜的制备方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。

首先，执行步骤S1：采用折射率不同的至少两种折射率材料的原料形成折射率涂层。优选地，上述折射率材料的折射率为1.1～3.5，可以使最终形成的折射率渐变复合薄膜能够具有较宽的折射率渐变范围。

在完成步骤S1之后，执行步骤S2：对折射率涂层进行渐变处理，形成折射率渐变层，折射率渐变层具有相互隔离的第一表面和第二表面，折射率渐变层由第一表面指向第二表面的方向为折射率渐变方向，且沿折射率渐变方向各折射率材料的含量比例呈平滑递增或者平滑递减。根据所需的折射率渐变复合薄膜的折射率渐变范围，选取具有特定物理特性折射率材料，并根据折射率材料所具有的物理特定，采用对应的工艺方法使折射率涂层中折射率不同的折射率材料以折射率递减或折射率递减的趋势沿由第一表面指向第二表面的方向分布，从而形成满足所需折射率渐变范围的折射率渐变层。

为了实现折射率渐变层中折射率材料的渐变分布，优选地，上述折射率材料独立地选自气溶胶、硅胶、亚克力、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、金属、金属氟化物、金属氧化物和金属硫化物等不同折射率材料；更为优选地，上述折射率材料的折射率在1.1～3.5之间。但并不局限于上述优选的材料种类，本领域技术人员可以根据实际需求对折射率材料的种类进行合理选取。

在一种优选的实施方式中，各折射率材料的密度相互独立地分布在0.1～15g/cm³之间，更为优选地，各折射率材料的密度相互独立地分布在0.5～10g/cm³之间。此时在上述步骤S2中，可以根据折射率材料所具有的密度特性，对折射率涂层进行重力沉降，以使折射率不同的折射率材料以折射率递增或折射率递减的趋势沿由第一表面指向第二表面的方向分布。

在上述优选的实施方式中，同一层的折射率涂层中具有两种或两种以上的不同密度和折射率的材料组份因为发生重力沉降，使密度较大且折射率较大的材料组份在在同一层内底部分布较多，而密度小且折射率较小的材料组份在同一层顶部分布较多，从而形成了同一层内从顶部到底部折射率由小变大的一个均匀渐变结构。

在另一种优选的实施方式中，可以通过折射率材料所具有的在附加电场或磁场作用下移动的特性，以实现折射率渐变层中上述折射率材料的渐变分布。此时，在步骤S2中，可以对折射率涂层施加电场或磁场，以使折射率不同的折射率材料以折射率递增或折射率递减的趋势由第一表面指向第二表面的方向分布。具体地，根据不同的折射率材料对折射率涂层施加其所需强度的电场或磁场，以使部分折射率材料向折射率涂层的表面移动，从而形成了同一层内从顶部到底部折射率渐变的一个均匀渐变结构。

在另一种优选的实施方式中，还可以通过在原料中添加表面活性剂以形成折射率涂层，并将折射率涂层形成折射率渐变层，以实现折射率渐变层中上述折射率材料的渐变分布。此时，原料还包括表面活性剂，在步骤S2中，对折射率涂层采用乳化分散法，以使折射率不同的折射率材料以折射率递增或折射率递减的趋势由第一表面指向第二表面的方向分布。具体地，控制原料中表面活性剂的含量，并通过对折射率涂层进行乳化分散，利用乳化液滴分散梯度，以使表面活性剂带部分折射率材料向折射率涂层的表面移动，从而形成了同一层内从顶部到底部折射率渐变的一个均匀渐变结构。

可以通过形成具有多层折射率渐变层的折射率渐变复合薄膜，以扩大折射率渐变复合薄膜的折射率渐变范围。在上述由多层折射率渐变层形成的折射率渐变复合薄膜中，为了在保证各层折射率渐变层具有较宽折射率渐变范围的同时在多层叠加后不会具有较大的厚度，优选地，各折射率渐变层的厚度为10nm～50μm，更优选为50nm～10μm。

为了形成具有多层折射率渐变层的折射率渐变复合薄膜，在一种优选的实施方式，可以先形成多层折射率涂层，然后再将多层折射率涂层形成具有多层折射率渐变层的折射率渐变复合薄膜。此时，步骤S1包括：采用包括基体材料和至少两种折射率材料的原料在折射率渐变方向上形成依次层叠设置的N层折射率涂层，且第M层的折射率涂层中的折射率材料的最大折射率小于第M-1层的折射率涂层中的折射率材料的最小折射率，M小于等于N，其中，N和M均为自然数，且N大于1，优选N为2～200，更优选为5～50；步骤S2包括：使各折射率涂层形成对应的各折射率渐变层。

在另一种优选的实施方式中，在步骤S2之后，制备方法还包括重复N’次步骤S1至步骤S2的步骤，且第M’次中步骤S1中的折射率涂层中的折射率材料的最大折射率小于第M’-1次中折射率涂层中的折射率材料的最小折射率，得到折射率渐变复合薄膜，其中，N’和M’均为自然数，且N’大于1，优选N’为2～50，更优选为2～10。

在上述优选的实施方式中，可以在步骤S1中形成单层折射率涂层，并在步骤S2中形成单层折射率渐变层。此时，通过先形成单层折射率涂层，并将单层折射率涂层形成折射率渐变的折射率渐变层，然后再在折射率渐变层上形成单层折射率涂层，并将单层折射率涂层形成折射率渐变层，重复多次后形成具有多层折射率渐变层的折射率渐变复合薄膜。

在上述优选的实施方式中，还可以在步骤S1中形成多层折射率涂层，并在步骤S2中将上述多层折射率涂层形成具有多层折射率渐变层的折射率渐变复合薄膜。此时，通过先形成多层折射率涂层，并将各层折射率涂层形成折射率渐变的折射率渐变层，然后再在多层折射率渐变层上形成多层折射率涂层，并将各层折射率涂层形成折射率渐变层，重复多次后形成具有多层折射率渐变层的折射率渐变复合薄膜。

下面将结合实施例进一步说明本发明提供的折射率渐变复合薄膜的制备方法。

实施例1

本实施例提供的折射率渐变层的制备方法的步骤包括：

S1，采用包括第一折射率材料和第二折射率材料形成折射率涂层，其中，第一折射率材料为丙烯酸树脂DPHA，其折射率为1.48～1.50，密度为1.08～1.20g/cm³，第二折射率材料为氧化锆粉体，其折射率为2.16～2.18，密度为5.83～5.86g/cm³；

S2，对折射率涂层进行重力沉降，折射率涂层具有相互隔离的第一表面和第二表面，使折射率涂层中折射率不同的折射率材料以折射率递减的趋势沿由第一表面指向第二表面的方向分布，形成折射率渐变的折射率渐变层。

实施例2

本实施例提供的折射率渐变层的制备方法的步骤包括：

S1，采用包括第一折射率材料和第二折射率材料形成折射率涂层，其中，第一折射率材料为DPHA，其折射率为1.48～1.50，密度为1.08～1.20g/cm³，第二折射率材料为中空二氧化硅，其折射率为1.10～1.28，密度为1.5～2.0g/cm³；

S2，对折射率涂层进行重力沉降，折射率涂层具有相互隔离的第一表面和第二表面，使折射率涂层中折射率不同的折射率材料以折射率递减的趋势沿由第一表面指向第二表面的方向分布，形成折射率渐变的折射率渐变层。

实施例3

本实施例提供的折射率渐变层的制备方法的步骤包括：

S1，采用包括第一折射率材料和第二折射率材料形成折射率涂层，其中，第一折射率材料为DPHA，其折射率为1.48～1.50，第二折射率材料为高岭土纳米颗粒，其折射率为1.62；

S2，对折射率涂层施加电场，折射率涂层具有相互隔离的第一表面和第二表面，使折射率涂层中折射率不同的折射率材料以折射率递减的趋势沿由第一表面指向第二表面的方向分布，形成折射率渐变的折射率渐变层。

实施例4

本实施例提供的折射率渐变层的制备方法的步骤包括：

S1，采用包括第一折射率材料和第二折射率材料形成折射率涂层，其中，第一折射率材料为DPHA，其折射率为1.48～1.50，第二折射率材料为四氧化三铁纳米颗粒，其折射率为2.39～2.44；

S2，对折射率涂层施加磁场，折射率涂层具有相互隔离的第一表面和第二表面，使折射率涂层中折射率不同的折射率材料以折射率递减的趋势沿由第一表面指向第二表面的方向分布，形成折射率渐变的折射率渐变层。

实施例5

本实施例提供的折射率渐变复合薄膜的制备方法的步骤包括：

步骤S1’，顺序层叠设置5层折射率涂层，且第M层的折射率涂层中的折射率材料的最大折射率小于第M-1层的折射率涂层中的折射率材料的最小折射率，M小于等于5，其中，M均为自然数；

步骤S2’，使各折射率涂层形成对应的各折射率渐变层，

其中，折射率渐变层采用实施例2中的折射率渐变层的制备方法制备而成。

实施例6

本实施例提供的折射率渐变复合薄膜的制备方法的步骤包括：

步骤S1’，顺序层叠设置1层折射率涂层；

步骤S2’，使折射率涂层形成对应的各折射率渐变层；

重复200次步骤S1’至步骤S2’的步骤，且第M’次中步骤S1中的折射率涂层中的折射率材料的最大折射率小于第M’-1次中折射率涂层中的折射率材料的最小折射率，得到折射率渐变复合薄膜，M’均为自然数，

其中，折射率渐变层采用实施例2中的折射率渐变层的制备方法制备而成。上述实施例中，折射率渐变复合薄膜还包括基材，基材优选为100微米的PET，成膜后，形成干膜的总厚度优选为8μm。

实施例7

本实施例提供的折射率渐变复合薄膜的制备方法的步骤包括：

步骤S1’，顺序层叠设置2层折射率涂层，且第M层的折射率涂层中的折射率材料的最大折射率小于第M-1层的折射率涂层中的折射率材料的最小折射率，M小于等于2，其中，M均为自然数；

步骤S2’，使折射率涂层形成对应的各折射率渐变层；

重复100次步骤S1’至步骤S2’的步骤，且第M’次中步骤S1中的折射率涂层中的折射率材料的最大折射率小于第M’-1次中折射率涂层中的折射率材料的最小折射率，得到折射率渐变复合薄膜，M’均为自然数，

其中，折射率渐变层采用实施例3中的折射率渐变层的制备方法制备而成。

实施例8

本实施例提供的折射率渐变复合薄膜的制备方法与实施例7的区别在于：

在步骤S1’中，顺序层叠设置5层折射率涂层，且重复40次步骤S1’至步骤S2’的步骤，其中，折射率渐变层采用实施例4中的折射率渐变层的制备方法制备而成。

实施例9

本实施例提供的折射率渐变复合薄膜的制备方法与实施例7的区别在于：

在步骤S1’中，在第一方向上形成依次层叠设置的50层折射率涂层，且重复4次步骤S1’至步骤S2’的步骤，其中，折射率渐变层采用实施例2中的折射率渐变层的制备方法制备而成。

实施例10

本实施例提供的折射率渐变复合薄膜的制备方法与实施例7的区别在于：

在步骤S1’中，顺序层叠设置20层折射率涂层，且重复10次步骤S1’至步骤S2’的步骤，其中，折射率渐变层采用实施例1中的折射率渐变层的制备方法制备而成。

对比例1

本实施例提供的折射率渐变复合薄膜的制备方法包括以下步骤：

以阳极氧化与蚀刻交替进行的方式，在金属铝的表面上制备出具有边长为1微米、高为300nm的正四棱锥微结构的金属模具。在该金属膜具上涂布折射率为1.58的光学硬化树脂，进行干燥，除去其中的溶剂后，用PET进行贴合，贴合过程中注意不要产生气泡。之后，进行光硬化，反转模具，进行剥离，将转印到PET膜上的光硬化层与金属模具进行剥离，得到转印在PET表面的由光硬化树脂硬化层构成的折射率渐变复合薄膜(蛾眼)。

对上述实施例5～10和对比例1中的折射率渐变复合薄膜的折射率渐变范围进行测试，测试方法为：采用分光光度计进行光谱测试以及用#0000钢丝绒进行荷重200g，10次往复的耐刮擦测试。测试结果如下表所示：

从上述测试结果可看出，相比于对比例1中的折射率渐变复合薄膜，实施例5～10中的折射率渐变复合薄膜，在涂层总体折射率与基材存在很大差别，且膜厚为数微米时，三波长灯下，样品的干涉条纹极少或基本看不到，即该样品具有良好的抗干涉条纹性能，从而能够证明该涂层具有更宽的折射率渐变范围及均匀的渐变梯度。在使用低折射率材料时(实施例6，9)，与比较例1的样品一样，在可视光的范围内，具有很低的反射率。同时，各实施例中的样品耐刮擦性好，可用于实际量产。而对比例1中的折射率渐变复合薄膜，其最外层为不尖锐突起，且表面积小，物理强度不够，耐擦伤性极差，后续加工困难而无法进行大规模生产。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例，实现了如下技术效果：

1、折射率渐变层具有相互隔离的第一表面和第二表面，且所述折射率渐变层由第一表面指向第二表面的方向为折射率递减方向，从而使本申请中的折射率渐变复合薄膜，相比于现有技术中分别将具有固定折射率的多层折射率材料层层叠以形成阶梯式折射率渐变的复合薄膜而言，可实现更为均匀的折射率渐变分布，进而能够使折射率渐变复合薄膜具有理想光学折射效果和物理效果；

2、本申请中折射率渐变复合薄膜的制备方法能够根据折射率材料的各种物理性质，调整各层折射率涂层中原料的组分和含量，从而得到折射率渐变复合薄膜，相比于现有技术中利用折射材料分布面积实现折射率渐变而导致的光学器件光学折射效果和物理效果不理想，上述方法不仅工艺简单，而且能够得到具有理想光学折射效果和物理效果的折射率渐变复合薄膜。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种折射率渐变复合薄膜，其特征在于，包括折射率渐变层，所述折射率渐变层包括基体以及设置于所述基体中的至少一种折射率材料，所述折射率渐变层具有相互隔离的第一表面和第二表面，所述折射率渐变层由第一表面指向第二表面的方向为折射率渐变方向，且沿所述折射率渐变方向所述折射率材料的含量比例呈平滑递增或者平滑递减。

2.根据权利要求1所述的折射率渐变复合薄膜，其特征在于，

沿所述折射率渐变方向所述折射率材料的含量比例呈线性递增或者线性递减；或

沿所述折射率渐变方向所述折射率材料的含量比例呈光滑曲线递增或者光滑曲线递减；优选的，沿所述折射率渐变方向所述折射率材料的含量比例呈S型曲线递增、S型曲线递减、J型曲线递增或J型曲线递减。

3.根据权利要求1或2所述的折射率渐变复合薄膜，其特征在于，所述折射率渐变层包括至少两种折射率材料，且沿所述折射率渐变方向各所述折射率材料的含量比例呈平滑递增或者平滑递减。

4.根据权利要求3所述的折射率渐变复合薄膜，其特征在于，所述折射率渐变层包括第一折射率材料和第二折射率材料，所述第一折射率材料和所述第二折射率材料的折射率不同，且沿所述折射率渐变方向所述第一折射率材料的含量比例递增，所述第二折射率材料的含量比例递减。

5.根据权利要求1所述的折射率渐变复合薄膜，其特征在于，所述折射率渐变层包括沿所述折射率渐变方向依次层叠设置的x层所述折射率渐变层，且第m层的所述折射率渐变层中的折射率材料的最大折射率小于第m-1层的所述折射率渐变层中的所述折射率材料的最小折射率，所述m小于等于所述x，其中，所述x和所述m均为自然数。

6.根据权利要求5所述的折射率渐变复合薄膜，其特征在于，所述折射率渐变层包括第一折射率渐变层和第二折射率渐变层，所述第一折射率渐变层和所述第二折射率渐变层均包括第一折射率材料和第二折射率材料，且沿所述折射率渐变方向所述第一折射率材料的含量比例递增，所述第二折射率材料的含量比例递减。

7.根据权利要求3所述的折射率渐变复合薄膜，其特征在于，以其中任意一种所述折射率材料的粒径大小为标准，沿所述折射率递减方向将各所述折射率渐变层划分为x个子折射率层，各所述子折射率层的折射率不同，优选不同于作为标准的所述折射率材料中的任意一种设置在相邻的两个子折射率层中。

8.根据权利要求5所述的折射率渐变复合薄膜，其特征在于，各所述折射率渐变层的厚度为10nm～50μm，优选为50nm～10μm。

9.根据权利要求3所述的折射率渐变复合薄膜，其特征在于，各所述折射率材料独立地选自气溶胶、硅胶、亚克力、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、金属、金属氟化物、金属氧化物和金属硫化物，优选所述折射率材料的折射率为1.1～3.5。

10.根据权利要求3所述的折射率渐变复合薄膜，其特征在于，各所述折射率材料的密度相互独立地分布在0.1～15g/cm³之间，优选在0.5～10g/cm³之间。

11.一种折射率渐变复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，采用包括基体材料和至少一种折射率材料的原料形成折射率涂层；

S2，对所述折射率涂层进行渐变处理，形成折射率渐变层，所述折射率渐变层包括基体以及分散于所述基体中的所述折射率材料，所述折射率渐变层具有相互隔离的第一表面和第二表面，所述折射率渐变层由所述第一表面指向所述第二表面的方向为折射率渐变方向，且沿所述折射率渐变方向各所述折射率材料的含量比例呈平滑递增或者平滑递减。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，

所述步骤S1包括：采用包括所述基体材料和至少两种所述折射率材料的原料在所述折射率渐变方向上形成依次层叠设置的N层所述折射率涂层，且第M层的所述折射率涂层中的折射率材料的最大折射率小于第M-1层的所述折射率涂层中的所述折射率材料的最小折射率，所述M小于等于所述N，其中，所述N和所述M均为自然数，且所述N大于1，优选所述N为2～200，更优选为5～50；

所述步骤S2包括：使各所述折射率涂层形成对应的各所述折射率渐变层。

13.根据权利要求11或12所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2之后，所述制备方法还包括重复N’次所述步骤S1至所述步骤S2的步骤，且第M’次中所述步骤S1中的所述折射率涂层中的折射率材料的最大折射率小于第M’-1次中所述折射率涂层中的所述折射率材料的最小折射率，得到所述折射率渐变复合薄膜，其中，所述N’和所述M’均为自然数，且所述N’大于1，优选所述N’为2～50，更优选为2～10。

14.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，各所述折射率材料独立地选自气溶胶、硅胶、亚克力、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、金属、金属氟化物、金属氧化物和金属硫化物，优选所述折射率材料的折射率为1.1～3.5。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的制备方法，其特征在于，各所述折射率材料的密度相互独立地分布在0.1～15g/cm³之间，优选在0.5～10g/cm³之间。

16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对所述折射率涂层进行重力沉降，以使折射率不同的所述折射率材料以折射率递增或折射率递减的趋势沿由所述第一表面指向所述第二表面的方向分布。

17.根据权利要求11至14中任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对所述折射率涂层施加电场或磁场，以使折射率不同的所述折射率材料以折射率递增或折射率递减的趋势沿由所述第一表面指向所述第二表面的方向分布。

18.根据权利要求11至14中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，对所述折射率涂层采用乳化分散法，以使折射率不同的所述折射率材料以折射率递增或折射率递减的趋势沿由所述第一表面指向所述第二表面的方向分布。

19.根据权利要求12或13所述的制备方法，其特征在于，各所述折射率渐变层的厚度为10nm～50μm，优选为50nm～10μm。