CN109932773B

CN109932773B - 一种可见光截止膜、其制备方法和应用

Info

Publication number: CN109932773B
Application number: CN201711378600.1A
Authority: CN
Inventors: 于甄; 张国臻; 夏振
Original assignee: Zhangjiagang Kangdexin Optronics Material Co Ltd
Current assignee: Zhangjiagang Kangdexin Optronics Material Co Ltd
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: CN109932773A

Abstract

本发明提供了一种可见光截止膜、其制备方法和应用。该可见光截止膜包括：基材层；吸收膜系，包括一个或多个吸收单元，吸收单元设置在基材层的一个或两个相对的表面上，各吸收单元包括高折射率材料层和与之接触设置的匹配材料层，高折射率材料层的折射率为3～5.5，高折射率材料层与匹配材料层在接触界面形成结构水层。由于本申请的高折射率材料层的折射率为3～5.5，对紫外光和可见光具有很好的吸收性；且将其和匹配材料层进行配合并在二者的接触界面形成结构水层，结构水层的折射率与水相似约为1.3，因此能够和高折射率材料层对可见光形成薄膜干涉，进而对紫外光和可见光形成理想的截止效果，并且使得红外光的理想透过性。

Description

一种可见光截止膜、其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及光学膜，具体而言，涉及一种可见光截止膜、其制备方法和应用。

背景技术

科技的发展对材料的要求越来越高，一种新材料的问世对社会的影响将非常巨大。考虑到新材料的获得一般都不太容易，而且其价格不菲，由此，研究附着在基体表面的薄膜材料就很有意义。薄膜材料可以看成表面材料，一般都非常薄，因此，薄膜材料的制备及其表征方法与材料表面研究有着非常密切的联系。薄膜材料不仅具有优越的力学、热学等性能，而且还具有光电、压电、磁性等特定功能，并且成本较低，所以广泛应用于生产和生活中。

功能薄膜材料是广泛应用于国民经济、军事工业等领域的基础材料，具有重要的应用和基础研究价值，主要有光学薄膜、电极薄膜、磁性薄膜等。其中，光学薄膜主要用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器，如反射膜、增透膜、滤光膜、光学保护膜、偏振膜、分光膜和位相膜等，因此研究成本较低的薄膜基材对功能薄膜材料领域具有重要意义。

现有的薄膜基材常用的有BOPP(双向拉伸聚丙烯薄膜)、TOPP(双向拉伸雾面聚丙烯薄膜)、POPP(双向拉伸聚丙烯珠光薄膜)、SOPP(双向拉伸热封聚丙烯薄膜，也称热封OPP膜、YOPP(双向拉伸镭射压花聚丙烯薄膜)、MOPP(双向拉伸镀铝聚丙烯薄膜)、PET(双向拉伸聚酯薄膜)，上述基材的薄膜性质单一，不具备对可见光截止，红外光可透过的性能。

目前，通过在基材上多层膜，利用干涉原理实现对可见光截止的可见光截止膜对可见光的截止效果较差，一般可见光的反射率不超过70％，导致其截止效果不能达到要求，进而限制了其应用范围。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可见光截止膜、其制备方法和应用，以解决现有技术中的可见光截止膜对可见光的截止效果差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种可见光截止膜，包括：基材层；吸收膜系，包括一个或多个吸收单元，吸收单元设置在基材层的一个或两个相对的表面上，各吸收单元包括高折射率材料层和与之接触设置的匹配材料层，高折射率材料层的折射率为3～5.5，高折射率材料层与匹配材料层在接触界面形成结构水层。

进一步地，上述高折射率材料层为α-氢化非晶硅层，匹配材料层为氧化物层，氧化物层为金属氧化物层或非金属氧化物层，α-氢化非晶硅层对波长范围380～780nm的折射率变化小于等于0.8；优选的，匹配材料层的折射率为1.0～2.7。

进一步地，上述α-氢化非晶硅层的表面硅氢键和氧化物层结合形成结构水层。

进一步地，上述各结构水层的物理厚度为0.1～2nm。

进一步地，上述吸收膜系中共形成1～10层结构水层。

进一步地，上述α-氢化非晶硅层中的氢原子的摩尔百分含量为5～25％，优选氧化物层选自SiO₂层、Ti₃O₅层、Al₂O₃层、SiO层、TiO₂层、Ti₂O₃层、Ta₂O₅层、HfO₂层、MgO层、ZrO₂层、CeO₂层、CaO层、Y₂O₃层、ZnO层、Nb₂O₅层中的任意一种或多种形成的复合层。

进一步地，上述高折射率材料层的物理厚度为1～1000nm，优选为1～500nm，更优选为1～200nm；匹配材料层的物理厚度为1～1000nm，优选为1～500nm，更优选为1～200nm。

进一步地，上述基材层为硅层、玻璃层、PET层、COP层、COC层、CPI层、PMMA层、PEN层、PC层或TAC层，优选可见光截止膜的物理厚度小于500μm；优选小于400μm；更优选小于300μm；再优选小于200μm；进一步优选小于100μm；再进一步优选小于50μm；或者优选可见光截止膜的物理厚度在50～250μm之间。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述任一种的可见光截止膜的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，在基材层设置高折射率材料层；步骤S2，在高折射率材料层上设置匹配材料层；以及可选的重复一次或多次步骤S3，在匹配材料层上设置高折射率材料层，在高折射率材料层上设置匹配材料层。

进一步地，上述高折射率材料层为α-氢化非晶硅层，匹配材料层为氧化物层，氧化物层为金属氧化物层或非金属氧化物层，采用化学气相沉积法、电子束物理气相沉积法、激光化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法或真空磁控溅射法设置α-氢化非晶硅层和金属氧化物层或非金属氧化物层。

进一步地，上述采用等离子体增强化学气相沉积法制备α-氢化非晶硅层的过程包括：以SiH₄、H₂为前驱气体在100～300℃的衬底表面温度下以及10～15MHz的射频频率下形成等离子态并反应形成α-氢化非晶硅层。

进一步地，上述采用真空磁控溅射法制备α-氢化非晶硅层的过程包括：选用硅作为靶材，以氩气、H₂为工作气体，在0.01～100*10^-5Pa的真空度下，以射频溅射功率在100～400W范围内，调整衬底表面温度在25～300℃的范围内，在0.1～10Pa的工作气压进行溅射镀膜获得α-氢化非晶硅层。

进一步地，上述氧化物层为氧化硅层时，采用等离子体增强化学气相沉积法制备氧化硅层的过程包括：以SiH₄、O₂为前驱气体在100～300℃的衬底表面温度下在10～15MHz的射频频率下形成等离子态并反应形成氧化硅层。

进一步地，上述采用真空磁控溅射法制备氧化物层的过程包括：选用金属和/或非金属作为靶材，以氩气、O₂为工作气体，在0.01～100*10^-5Pa的真空度下，以射频溅射功率在100～400W范围内，调整衬底温度在25～300℃的范围内，在0.1～10Pa的工作气压进行溅射镀膜获得氧化物层；金属为Al、Ti、Ta、Hf、Mg、Zr、Ce、Ca、Y、Zn、Nb中的任意一种或多种，非金属为Si。

根据本发明的另一方面，提供了一种滤光片，包括可见光截止膜，该可见光截止膜为上述任一种的可见光截止膜。

根据本发明的另一方面，提供了一种虹膜识别传感设备，包括可见光截止膜，该可见光截止膜为上述任一种的可见光截止膜。

根据本发明的另一方面，提供了一种摄像装置，包括可见光截止膜，该可见光截止膜为上述任一种的可见光截止膜。

应用本发明的技术方案，由于本申请的高折射率材料层的折射率为3～5.5，对紫外光和可见光具有很好的吸收性；且将其和匹配材料层进行配合并在二者的接触界面形成结构水层，结构水层的折射率与水相似约为1.3，因此能够和高折射率材料层对可见光形成薄膜干涉，进而对紫外光和可见光形成理想的截止效果，并且使得红外光的理想透过性，能够满足多种红外光透射设备的需要，并实现良好的视觉效果。

附图说明

构成本申请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示出了根据本发明的一种实施例的可见光截止膜的示意图；

图2示出了根据本发明的另一种实施例的可见光截止膜的示意图；

图3示出了根据本发明实施例1的采用Lambda 950紫外可见分光光度计测试可见光截止膜的得到的谱图；

图4示出了根据本发明实施例2的采用高性能紫外/可见/红外分光光度计Lambda1050测试可见光截止膜的得到的谱图；

图5示出了根据本发明实施例3的采用全波长透光率仪测试可见光截止膜的得到的谱图；

图6示出了根据本发明实施例4的采用全波长透光率仪测试可见光截止膜的得到的谱图；

图7示出了根据本发明实施例5的采用全波长透光率仪测试可见光截止膜的得到的谱图；

图8示出了根据本发明实施例6的采用红外透过率测试仪测试可见光截止膜的得到的谱图；

图9示出了根据本发明实施例7的采用红外透过率测试仪测试可见光截止膜的得到的谱图；

图10示出了根据本发明实施例8的采用红外透过率测试仪测试可见光截止膜的得到的谱图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、基材层；20、吸收单元；21、高折射率材料层；22、匹配材料层；23、结构水层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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。

如本申请背景技术所分析的，现有技术的可见光截止膜对可见光的截止效果较差，为了解决该问题，本申请提供了一种可见光截止膜、其制备方法和应用。

在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种可见光截止膜，如图1至2所示，该可见光截止膜包括基材层10和吸收膜系，该吸收膜系包括一个或多个吸收单元20，吸收单元20设置在基材层10的一个或两个相对的表面上，各吸收单元20包括高折射率材料层21和与之接触设置的匹配材料层22，高折射率材料层的折射率为3～5.5，高折射率材料层21与匹配材料层22在接触界面形成结构水层23。

由于本申请的高折射率材料层21的折射率为3～5.5，对紫外光和可见光具有很好的吸收性；且将其和匹配材料层22进行配合并在二者的接触界面形成结构水层23，结构水层23的折射率与水相似约为1.3，因此能够和高折射率材料层对可见光形成薄膜干涉，进而对紫外光和可见光形成理想的截止效果，并且使得红外光的理想透过性，能够满足多种红外光透射设备的需要，并实现良好的视觉效果。

在本申请一种实施例中，上述高折射率材料层21为α-氢化非晶硅层，匹配材料层22为氧化物层，该氧化物层为金属氧化物层或非金属氧化物层，α-氢化非晶硅层对波长范围380～780nm的折射率变化小于等于0.8，优选匹配材料层22的折射率为1.0～2.7。

α-氢化非晶膜对紫外光和可见光具有突出的吸收效果，而对红外光具有理想的透过效果，同时通过控制α-氢化非晶硅层对波长范围380～780nm的折射率变化小于等于0.8，使得α-氢化非晶膜对可见光的吸收效果更为稳定；进一步地，由于形成的结构水层的折射率和金属或非金属氧化物层的折射率相差较小，因此使得α-氢化非晶硅层和金属或非金属氧化物层之间形成的高低折射结构之间的薄膜干涉得到更为稳定的发挥，进而实现了对可见光更为稳定的截止。经过测试，本申请的可见光截止膜对380～780nm波长范围可见光透射率的平均值小于20％，且在800～1400nm波长范围的红外光透射率的平均值大于等于80％，即基本实现对可见光的全反射截止，进而实现了红外光的理想透过性。

本发明人经长期研究认为，可能的机理在于：α-氢化非晶硅层是在通过溅射、蒸发镀膜或者PECVD成膜后，在氢化非晶硅层表面出现微结构中的微孔，微孔内具有悬键；当氢化非晶硅的悬键要求比较低，悬键密度控制在10¹⁸cm^-3以下时，Si-H键的组态以SiH为主，当将氢化非晶硅层和氧化物层接触设置时，氢化的微孔与后续工艺形成氧化物层中的氧原子成键或吸附，稳定了微孔的结构，使其在紫外和可见光区域具有更稳定的吸收性能。

优选上述氢化非晶硅层的表面硅氢键和氧化物层结合形成结构水层(即

结构层，其中的M为氧化物层的正价元素)。α-氢化非晶硅层的表面具有一定粗糙度，表面具有很多微孔，微孔内存在较多的硅氢键，导致表面的氢原子比较活泼，容易从膜层中逸出，进而导致氢含量不同、厚度不同的α-氢化非晶硅层对可见光的吸收效果会有所不同，为了避免氢原子逸出导致的上述可见光吸收效果的变化，在α-氢化非晶规膜的表面设置氧化物层之后，氧化物层中的氧原子能够俘获氢化非晶硅层表面的氢原子，从而使氢原子稳定并形成结合水“H₂O”结构，避免了由于氢原子逸出导致的上述问题。

为了保证各结构水层

作用的充分发挥，优选上述各结构水层的物理厚度为0.1～2nm。

为了进一步提高本申请的可见光截止膜对可见光的截止效果，优选上述吸收膜系中共形成1～10层结构水层23，通过设置多层结构水层23，各结构水层23的作用相互叠加，因此进一步增强了可见光的吸收效果，以达到90％以上的截止率。

另外，α-氢化非晶硅层的折射率与膜层表面中的微孔、Si和H的含量密切相关，为了尽可能提高α-氢化非晶硅层的光学导纳，优选上述α-氢化非晶硅层中的氢原子的摩尔百分含量为5～25％。形成上述匹配材料层22的折射率材料可以从现有技术中进行选择，优选上述氧化物层选自SiO₂层、Ti₃O₅层、Al₂O₃层、SiO层、TiO₂层、Ti₂O₃层、Ta₂O₅层、HfO₂层、MgO层、ZrO₂层、CeO₂层、CaO层、Y₂O₃层、ZnO层、Nb₂O₅层中的任意一种或多种形成的复合层。

在满足对可见光较好吸收效果的基础上，为了进一步节约成本，控制可见光截止膜的厚度，优选上述高折射率材料层21的物理厚度为1～1000nm，优选为1～500nm，更优选为1～200nm；α-氢化非晶硅层的厚度越小，其中的微孔越难产生，其折射率越大。匹配材料层22的物理厚度为1～1000nm，优选为1～500nm，更优选为1～200nm。

用于本申请的基材层10的材料可以从现有技术中制作可见光截止膜的基材中常用材料中进行选择，优选上述基材层10为硅层、玻璃层、PET层、COP层、COC层、CPI层、PMMA层、PEN层、PC层或TAC层，优选可见光截止膜的物理厚度小于500μm；优选小于400μm；更优选小于300μm；再优选小于200μm；进一步优选小于100μm；再进一步优选小于50μm；或者优选可见光截止膜的物理厚度在50～250μm之间。

在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种上述任一种可见光截止膜的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，在基材层10设置高折射率材料层21；步骤S2，在高折射率材料层21上设置匹配材料层22；以及可选的重复一次或多次步骤S3，在匹配材料层22上设置高折射率材料层21，在高折射率材料层21上设置匹配材料层22。

优选上述高折射率材料层21为α-氢化非晶硅层，匹配材料层22为氧化物层，氧化物层为金属氧化物层或非金属氧化物层，本申请的α-氢化非晶硅层和氧化物层均可采用现有技术中常用的方法来制作。为了使二者接触能够形成稳定的

结构，优选地，采用化学气相沉积法(CVD)、电子束物理气相沉积法(EBPVD)、激光化学气相沉积(LCVD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)或真空磁控溅射法设置α-氢化非晶硅层和氧化物层。采用上述方法形成的α-氢化非晶硅层和氧化物层的膜层均一度较好且接触面具有较好的活性，进而能够形成较为稳定的

结构。

在本申请一种优选的实施例中，采用真空磁控溅射法设置α-氢化非晶硅层的过程包括：以硅作为靶材，在通入氩气和氢气的真空室内形成α-氢化非晶硅层；采用真空磁控溅射法设置氧化物层的过程包括：以金属和/或非金属作为靶材，在通入氩气和氧气的真空室内形成氧化物层，金属为Al、Ti、Ta、Hf、Mg、Zr、Ce、Ca、Y、Zn、Nb中的任意一种或多种，非金属为Si，从而提高了在接触面形成

结构的效率，因此可以通过较少层数的氢化非晶硅层和氧化物层即可实现理想的可见光截止效率。

一种实施例中，上述采用等离子体增强化学气相沉积法制备α-氢化非晶硅层的过程包括：以SiH₄、H₂为前驱气体在100～300℃的衬底表面温度下以及10～15MHz的射频频率下形成等离子态并反应形成α-氢化非晶硅层。

另一种实施例中，采用真空磁控溅射法制备α-氢化非晶硅层的过程包括：选用硅作为靶材，以氩气、H₂为工作气体，在0.01～100*10^-5Pa的真空度下，以射频溅射功率在100～400W范围内，调整衬底表面温度在25～300℃的范围内，在0.1～10Pa的工作气压进行溅射镀膜获得α-氢化非晶硅层。

在上述实施例中，形成α-氢化非晶硅层的过程中可以通过调整工作气压和氢气所占比例来控制所形成的α-氢化非晶硅层中H的含量，上述工作气压以及氢气占比的调整都可以通过现有技术来实现，在此不再赘述。

另外，一种实施例中氧化物层为氧化硅层时，采用等离子体增强化学气相沉积法制备氧化硅层的过程包括：以SiH₄、O₂为前驱气体在100～300℃的衬底表面温度下在10～15MHz的射频频率下形成等离子态并反应形成氧化硅层。

进一步地，另一种实施例中，采用真空磁控溅射法制备氧化物层的过程包括：选用金属和/或非金属作为靶材，以氩气、O₂为工作气体，在0.01～100*10^-5Pa的真空度下，以射频溅射功率在100～400W范围内，调整衬底温度在25～300℃的范围内，在0.1～10Pa的工作气压进行溅射镀膜获得氧化物层；金属为Al、Ti、Ta、Hf、Mg、Zr、Ce、Ca、Y、Zn、Nb中的任意一种或多种，非金属为Si。

本申请的可见光截止膜具有理想的可见光截止效果，因此其可以应用至多种设备中，优选地将其应用至滤光片、虹膜识别传感设备或摄像装置中，比如本申请还提供了一种滤光片，包括可见光截止膜，该可见光截止膜为上述任一种的可见光截止膜；本申请还提供了一种虹膜识别传感设备，包括可见光截止膜，该可见光截止膜为上述任一种的可见光截止膜。本申请还提供了一种摄像装置，包括可见光截止膜，该可见光截止膜为上述任一种的可见光截止膜。

以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。

实施例1

本实施例可见光截止膜的膜系结构为Air|1.376L1.795H|Sub|5.003H0.236L|Air，其中：Sub为基材层，Air为空气；H为α-氢化非晶硅层，折射率为4.306；L为二氧化硅层，折射率为1.470，可参考图1。

采用真空磁控溅射法制备上述可见光截止膜：

(1)在衬底上形成氢化非晶硅层

衬底在使用前经过严格清洗：在标准洗液(硫酸的高锰酸钾饱和溶液)中浸泡24h；然后，依次用甲苯、丙酮和乙醇分别超声清洗15min，其间用去离子水反复冲洗；最后，将清洗干净的衬底放在分析纯的乙醇中避光保存，待用。

利用TXZ500-2型射频磁控溅射镀膜机，分别以透明的环状聚烯烃和普通玻璃片作为衬底，以纯度为99.999％的Si靶，电阻率大于1000Ω·cm，溅射气体是纯度为99.9％的氩气，反应活性气体为99.9％的氢气，工作气体为Ar₂和H₂的混合气体，H₂所占比例为20％，在注入氩气和氢气的真空室内进行射频溅射作业，射频溅射功率为340W，本底真空抽至小于8.0×10^-5Pa，衬底温度为180℃，镀膜时间为90min。实验中，工作气压为0.3Pa，形成α-氢化非晶硅层。利用法国H ORIBA公司生产的M M-16椭圆偏振光谱仪采用反射法测量薄膜的厚度、折射率和消光系数。

(2)在氢化非晶硅层上形成氧化硅层

再以硅作为靶材，在通入氩气和氧气的真空室内于两侧氢化非晶硅层上均沉积二氧化硅层。形成二氧化硅层的过程中，射频溅射功率为350W，真空室的本底真空为8.0×10^- ⁵Pa，溅射时间为60min，工作气压为0.1Pa。利用法国H ORIBA 公司生产的M M-16椭圆偏振光谱仪采用反射法测量了可见光截止膜的厚度、折射率和消光系数。

得到的α-氢化非晶硅层中氢原子的摩尔百分含量约为10.23％，α-氢化非晶硅层和二氧化硅层接触部分形成

结构形成的结构水层(M为Si)且共形成两层结构水层，其中，结构水层的物理厚度约为0.64nm。

采用Lambda 950紫外可见分光光度计对上述可见光截止膜进行测试，测试结果见图3。根据图3可以看出，红外光透过的波长范围为800～1200nm，其中心波长为915nm，透过率大于90％，可见光基本完全被截止。

实施例2

采用PECVD法制备上述可见光截止膜：

(1)在衬底上形成氢化非晶硅层

采用高浓度氢气稀释的4％硅烷为等离子体化学气相沉积(PECVD)工艺的反应气源，当真空度达到1.0×10^-4Pa时，薄膜沉积在厚度为1.1mm的K9玻璃衬底上，射频电源频率为13.56MHz，反应时通入气体流量为20sccm。非晶硅薄膜在较低的气体压强(10Pa)和功率密度(30mW/cm²)下沉积，射频电极温度恒定在150℃，基板温度控制在200℃。测量使用的RM2000激光拉曼光谱仪对制得的氢化非晶硅层进行观察，利用SE850光谱式椭偏仪测量其厚度。

(2)在氢化非晶硅层上形成氧化硅层

采用氧气、硅烷混合气体为等离子体化学气相沉积(PECVD)工艺的反应气源，当真空度达到1.0×10^-4Pa时，薄膜沉积在厚度为1.1mm的K9玻璃衬底上，射频电源频率为13.56MHz，反应时通入气体流量为20sccm。非晶硅薄膜在较低的气体压强(10Pa)和功率密度(30mW/cm²)下沉积，射频电极温度恒定在150℃，基板温度控制在200℃。测量使用的RM2000激光拉曼光谱仪对制得的氢化非晶硅层进行观察，利用SE850光谱式椭偏仪测量其厚度。

得到的α-氢化非晶硅层中氢原子的摩尔百分含量约为12.35％，α-氢化非晶硅层和二氧化硅层接触部分形成

结构形成的结构水层(M为Si)，且共形成2层结构水层，其中，结构水层的物理厚度约为0.88nm。

采用高性能紫外/可见/红外分光光度计Lambda 1050对上述可见光截止膜进行测试，测试结果见图4。根据图4可以看出，红外光透过的波长范围为800～1200nm，其中心波长为930nm，透过率大于90％，可见光基本完全被截止。

实施例3

与实施例1的不同在于，形成α-氢化非晶硅层的过程中，氢气和氩气的混合气体中氢气的体积比为1％，射频溅射功率为350W，真空室的本底真空为8.0×10^-5Pa，工作气压为0.1Pa；镀膜时间为50min。形成二氧化硅层的过程中，氧气和氩气的混合气体中氧气的体积比为5％，射频溅射功率为350W，真空室的本底真空为8.0×10^-5Pa，工作气压为0.1Pa，镀膜时间为20min。在衬底两侧各四次交替进行α-氢化非晶硅层和二氧化硅层磁控溅射作业。

得到的α-氢化非晶硅层中氢原子的摩尔百分含量约为2.7％，α-氢化非晶硅层的整体物理厚度为800nm左右，二氧化硅层的整体物理厚度为300nm左右，

结构形成的结构水层(M为Si)的物理厚度为2nm左右，基材为250μm的COP层。

采用全波长透光率仪对上述可见光截止膜进行测试，测试结果见图5。根据图5可以看出，红外光透过的波长范围为800～1200nm，其中心波长为950nm，透过率大于90％，可见光基本完全被截止。

实施例4

与实施例1的不同在于，形成α-氢化非晶硅层的过程中，氢气和氩气的混合气体中氢气的体积比为5％，射频溅射功率为350W，真空室的本底真空为8.0×10^-5Pa，工作气压为1.5Pa，镀膜时间为50min。形成二氧化硅层的过程中，氧气和氩气的混合气体中氧气的体积比为5％，射频溅射功率为350W，真空室的本底真空为8.0×10^-5Pa，工作气压为1.5Pa，镀膜时间为30min。在衬底两侧各五次交替进行α-氢化非晶硅层和二氧化硅层磁控溅射作业。

得到的α-氢化非晶硅层中氢原子的摩尔百分含量约为20.89％，α-氢化非晶硅层的物理厚度为1000nm左右，二氧化硅层的厚度为450nm左右，

结构形成的结构水层(M为Si)的物理厚度为2nm左右，基材为350μm的石英玻璃层。

采用全波长透光率仪对上述可见光截止膜进行测试，测试结果见图6。根据图6可以看出，红外光透过的波长范围为800～1200nm，其中心波长为850和940nm，透过率大于90％，可见光基本完全被截止。

实施例5

本实施例可见光截止膜的膜系结构为：Air|3.584H1.376L2.162H|Sub|3.251H0.367L5.264H|Air，其中：Sub为基材层，Air为空气；H为氢化非晶硅层，折射率为4.306；L为二氧化硅层，折射率为1.470，可参考图2。

溅射过程中与实施例1不同之处在于，形成α-氢化非晶硅层的过程中，氢气和氩气的混合气体中氢气的体积比为8％，射频溅射功率为350W，真空室的本底真空为8.0×10^- ⁵Pa，工作气压为1.5Pa，镀膜时间为80min。形成二氧化硅层的过程中，氧气和氩气的混合气体中氧气的体积比为5％，射频溅射功率为350W，真空室的本底真空为8.0×10^-5Pa，工作气压为1.5Pa，镀膜时间为30min。两次交替进行α-氢化非晶硅层和二氧化硅层磁控溅射作业。

得到的α-氢化非晶硅层中氢原子的摩尔百分含量约为31.02％，α-氢化非晶硅层的物理厚度为200nm左右，二氧化硅层的厚度为100nm左右，

结构形成的结构水层的物理厚度为1nm左右，基材为50μm的PI层，M为Si。

采用全波长透光率仪对上述可见光截止膜进行测试，测试结果见图7。根据图7可以看出，红外光透过的波长范围为800～1200nm，可见光基本完全被截止。

实施例6

与实施例1的不同在于，形成α-氢化非晶硅层的过程中，氢气和氩气的混合气体中氢气的体积比为10％，射频溅射功率为350W，真空室的本底真空为8.0×10^-5Pa，工作气压为1.5Pa，镀膜时间为90min。形成二氧化硅层的过程中，氧气和氩气的混合气体中氧气的体积比为5％，射频溅射功率为350W，真空室的本底真空为8.0×10^-5Pa，工作气压为1.5Pa，镀膜时间为60min。在衬底两侧各两次交替进行α-氢化非晶硅层和二氧化硅层磁控溅射作业。

得到的α-氢化非晶硅层中氢原子的摩尔百分含量约为34.37％，各侧α-氢化非晶硅层的物理厚度为300nm左右，二氧化硅层的厚度为150nm左右，

结构形成的结构水层(M为Si)的物理厚度为0.8nm左右，基材为150μm的PI层。

采用红外透过率测试仪对上述可见光截止膜进行测试，测试结果见图8。根据图8可以看出，红外光透过的波长范围为800～1200nm，其中心波长为850nm，透过率大于90％，可见光基本完全被截止。

实施例7

实施例1的不同在于，形成α-氢化非晶硅层的过程中，氢气和氩气的混合气体中氢气的体积比为13％，射频溅射功率为350W，真空室的本底真空为8.0×10^-5Pa，工作气压为1.5Pa，镀膜时间为70min。形成二氧化硅层的过程中，氧气和氩气的混合气体中氧气的体积比为5％，射频溅射功率为350W，真空室的本底真空为8.0×10^-5Pa，工作气压为1.5Pa，镀膜时间为60min。在衬底两侧各三次交替进行α-氢化非晶硅层和二氧化硅层磁控溅射作业。

得到的α-氢化非晶硅层中氢原子的摩尔百分含量约为35.44％，各侧α-氢化非晶硅层的物理厚度为560nm左右，二氧化硅层的厚度为350nm左右，

结构形成的结构水层(M为Si)的物理厚度为2nm左右，基材为150μm的COC层。

采用红外透过率测试仪对上述可见光截止膜进行测试，测试结果见图9。根据图9可以看出，红外光透过的波长范围为800～1200nm，其中心波长为945nm，透过率大于90％，可见光基本完全被截止。

实施例8

本实施例可见光截止膜的膜系结构为Air|1.326L2.705H|Sub|1.795H1.376L|Air，其中：Sub为基材层，Air为空气；H为α-氢化非晶硅层，折射率为4.306；L为氧化铝层，折射率为1.630，可参考图1。

采用真空磁控溅射法制备上述可见光截止膜：

利用真空磁控溅射装置，以环状聚烯烃作为基材层，以硅作为靶材，在注入氩气和氢气的真空室内，形成α-氢化非晶硅层；再以铝作为靶材，在通入氩气和氧气的真空室内于两侧氢化非晶硅层上均沉积氧化铝。其中，形成α-氢化非晶硅层的过程中，氢气和氩气的混合气体中氢气的体积比为5％，射频溅射功率为350W，真空室的本底真空为8.0×10^-5Pa，溅射时间为300min，工作气压为0.1Pa。形成氧化铝层的过程中，射频溅射功率为350W，真空室的本底真空为8.0×10^-5Pa，溅射时间为200min，工作气压为0.1Pa。

得到的α-氢化非晶硅层中氢原子的摩尔百分含量约为10％，α-氢化非晶硅层和氧化铝接触部分形成

结构形成的结构水层(M为Al)，且共形成两层结构水层，其中，结构水层的物理厚度为2nm左右，基材为150μm的COC层。

采用红外透过率测试仪对上述可见光截止膜进行测试，测试结果见图10。根据图10可以看出，红外光透过的波长范围为800～1200nm，其中心波长为942nm，透过率大于90％，可见光基本完全被截止；当入射角度由0°偏转到30°时，光谱会向紫外区域偏移，中心波长逐渐变化为912nm。

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：

本申请的高折射率材料层的折射率为3～5.5，对紫外光和可见光具有很好的吸收性；且将其和匹配材料层进行配合并在二者的接触界面形成结构水层，结构水层的折射率与水相似约为1.3，因此能够和高折射率材料层对可见光形成薄膜干涉，进而对紫外光和可见光形成理想的截止效果，并且使得红外光的理想透过性，能够满足多种红外光透射设备的需要，并实现良好的视觉效果。

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

1.一种可见光截止膜，其特征在于，包括：

基材层(10)；

吸收膜系，包括一个或多个吸收单元(20)，所述吸收单元(20)设置在所述基材层(10)的一个或两个相对的表面上，各所述吸收单元(20)包括高折射率材料层(21)和与之接触设置的匹配材料层(22)，所述高折射率材料层的折射率为3～5.5，所述高折射率材料层(21)与匹配材料层(22)在接触界面形成结构水层(23)，所述高折射率材料层(21)为α-氢化非晶硅层，所述匹配材料层(22)为氧化物层，所述氧化物层为金属氧化物层或非金属氧化物层，所述α-氢化非晶硅层对波长范围380～780nm的折射率变化小于等于0.8；所述匹配材料层(22)的折射率为1.0～2.7，所述α-氢化非晶硅层的表面硅氢键和所述氧化物层结合形成结构水层(23)。

2.根据权利要求1所述的可见光截止膜，其特征在于，各所述结构水层(23)的物理厚度为0.1～2nm。

3.根据权利要求1所述的可见光截止膜，其特征在于，所述吸收膜系中共形成1～10层所述结构水层(23)。

4.根据权利要求1所述的可见光截止膜，其特征在于，所述α-氢化非晶硅层中的氢原子的摩尔百分含量为5～25％。

5.根据权利要求4所述的可见光截止膜，其特征在于，所述氧化物层选自SiO₂层、Ti₃O₅层、Al₂O₃层、SiO层、TiO₂层、Ti₂O₃层、Ta₂O₅层、HfO₂层、MgO层、ZrO₂层、CeO₂层、CaO层、Y₂O₃层、ZnO层、Nb₂O₅层中的任意一种或多种形成的复合层。

6.根据权利要求1所述的可见光截止膜，其特征在于，所述高折射率材料层(21)的物理厚度为1～1000nm；所述匹配材料层(22)的物理厚度为1～1000nm。

7.根据权利要求6所述的可见光截止膜，其特征在于，所述高折射率材料层(21)的物理厚度为1～500nm。

8.根据权利要求7所述的可见光截止膜，其特征在于，所述高折射率材料层(21)的物理厚度为1～200nm。

9.根据权利要求6所述的可见光截止膜，其特征在于，所述匹配材料层(22)的物理厚度为1～500nm。

10.根据权利要求9所述的可见光截止膜，其特征在于，所述匹配材料层(22)的物理厚度为1～200nm。

11.根据权利要求1所述的可见光截止膜，其特征在于，所述基材层(10)为硅层、玻璃层、PET层、COP层、COC层、CPI层、PMMA层、PEN层、PC层或TAC层。

12.根据权利要求11所述的可见光截止膜，其特征在于，所述可见光截止膜的物理厚度小于500μm。

13.根据权利要求12所述的可见光截止膜，其特征在于，所述可见光截止膜的物理厚度小于400μm。

14.根据权利要求13所述的可见光截止膜，其特征在于，所述可见光截止膜的物理厚度小于300μm。

15.根据权利要求14所述的可见光截止膜，其特征在于，所述可见光截止膜的物理厚度小于200μm。

16.根据权利要求15所述的可见光截止膜，其特征在于，所述可见光截止膜的物理厚度小于100μm。

17.根据权利要求16所述的可见光截止膜，其特征在于，所述可见光截止膜的物理厚度小于50μm。

18.根据权利要求11所述的可见光截止膜，其特征在于，所述可见光截止膜的物理厚度在50～250μm之间。

19.权利要求1至18中任一项所述的可见光截止膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

步骤S1，在基材层(10)设置高折射率材料层(21)；

步骤S2，在所述高折射率材料层(21)上设置匹配材料层(22)；以及

可选的重复一次或多次步骤S3，在所述匹配材料层(22)上设置高折射率材料层(21)，在所述高折射率材料层(21)上设置匹配材料层(22)。

20.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，采用化学气相沉积法、电子束物理气相沉积法、激光化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法或真空磁控溅射法设置α-氢化非晶硅层和金属氧化物层或非金属氧化物层。

21.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，采用等离子体增强化学气相沉积法制备α-氢化非晶硅层的过程包括：

以SiH₄、H₂为前驱气体在100～300℃的衬底表面温度下以及10～15MHz的射频频率下形成等离子态并反应形成α-氢化非晶硅层。

22.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，采用真空磁控溅射法制备α-氢化非晶硅层的过程包括：

选用硅作为靶材，以氩气、H₂为工作气体，在0.01～100*10^-5Pa的真空度下，以射频溅射功率在100～400W范围内，调整衬底表面温度在25～300℃的范围内，在0.1～10Pa的工作气压进行溅射镀膜获得α-氢化非晶硅层。

23.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述氧化物层为氧化硅层时，采用等离子体增强化学气相沉积法制备氧化硅层的过程包括：

以SiH₄、O₂为前驱气体在100～300℃的衬底表面温度下在10～15MHz的射频频率下形成等离子态并反应形成氧化硅层。

24.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，采用真空磁控溅射法制备氧化物层的过程包括：

选用金属和/或非金属作为靶材，以氩气、O₂为工作气体，在0.01～100*10^-5Pa的真空度下，以射频溅射功率在100～400W范围内，调整衬底温度在25～300℃的范围内，在0.1～10Pa的工作气压进行溅射镀膜获得氧化物层；所述金属为Al、Ti、Ta、Hf、Mg、Zr、Ce、Ca、Y、Zn、Nb中的任意一种或多种，所述非金属为Si。

25.一种滤光片，包括可见光截止膜，其特征在于，所述可见光截止膜为权利要求1至18中任一项所述的可见光截止膜。

26.一种虹膜识别传感设备，包括可见光截止膜，其特征在于，所述可见光截止膜为权利要求1至18中任一项所述的可见光截止膜。

27.一种摄像装置，包括可见光截止膜，其特征在于，所述可见光截止膜为权利要求1至18中任一项所述的可见光截止膜。