CN1135405C - 高反射镜 - Google Patents

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Abstract

一个高反射镜，具有包括依次位于基体上的TiOx层、Ag层、Al2O3层、和TiO2层，或依次位于基体上的SiOx层、Cr层、Ag层、Al2O3层、和TiO2层(1≤x≤2)的层结构。SiOy保护层可形成在顶TiO2层上(1≤y≤2)。该高反射镜具有高的反射率和良好的耐用性，并因层数减少而能降低制作成本。

Description

高反射镜
本发明涉及利用金属膜特有性能的高反射镜。更具体地说，本发明涉及包括最少膜数量并具有良好的粘结性和抗腐蚀性的可进行大批量制作且适用于诸如照相机、复印机或打印机等精密光学装置的高反射镜。
JP 2-109003A公开了一种反射镜，该反射镜包括：基体，形成在基体上的金属氧化物中间层，叠置在中间层上的金属反射膜，如果需要，还设有覆盖在金属反射层上的保护膜。如果保护膜被制成反射性增加的结构，则必需以长时间和低生产率为代价涂覆不小于六层的具有低折射率的材料和具有高折射率的材料。另外，耐久性实验和其它实验已经证明，这种反射增加结构能够减小反射率、它的一些层因多层膜的缠绕复合内应力而可能剥离和悬浮、从而降低该薄膜的性能。
此外，从所形成膜的耐久性和稳定性来看，用二氧化硅或氟化镁制作这种低折射率材料的化合物时也会产生问题。
同时，JP 11-64612A公开了在基层与Ag层之间插入SiO2层所制作的反射镜。JP 52-40348A公开了在塑料基体与金属膜之间插入SiO层所制作的反射镜。但是，Ag层与SiO2层的粘结、Ag层与SiO层的粘结不是很好，且长期恒温恒湿实验证明：当具有大内应力的反射增加层叠置在Ag层上时，它会剥离和悬浮或出现开裂。
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种高反射镜以解决已有技术中存在的问题，该高反射镜具有高的反射率和良好的抗腐蚀性、以及对玻璃基体和塑料基体的良好粘结性，在制作该高反射镜时可减小总的薄数量，以改进生产率。
为实现上述目的，本发明提供一种高反射镜，该反射镜包括：
基体；
形成在所述基体上的TiOx层，其中1≤x≤2；
形成在TiOx层上的Ag层；
形成在Ag层上的Al2O3层；和
形成在Al2O3层上的TiO2层。
根据本发明另一方面提供的高反射镜包括：
基体；
形成在所述基体上的SiOx层，其中1≤x≤2；
形成在SiOx层上的Cr层；
形成在Cr层上的Ag层；
形成在Ag层上的Al2O3层；和
形成在Al2O3层上的TiO2层。
图1是本发明高反射镜第一实施方案的剖视图。
图2是本发明高反射镜第二实施方案的剖视图。
图3是在实例1观看到的反射率频谱特性曲线。
图4是在对比实例1中制成的高反射镜的剖视图。
图5是本发明高反射镜第三实施方案的剖视图。
图6是本发明高反射镜第四实施例的剖视图。
图7是在实例3观看到的反射率频谱特性曲线。
图8是在对比实例2中制成的高反射镜的剖视图。
下面结合附图更详细地说明本发明的优选实施方案。
图1是本发明高反射镜第一实施方案的剖视图。参看图1，基体10由通常用于光学元件的材料制成，它可以是玻璃基体、或是诸如聚碳酸酯基体或是丙烯酸类树脂基体的(塑料)树脂基体。
TiOx层11利用TiO2或TiO作为原料制作、并覆盖在基体10上。注意这里1≤x≤2。在膜形成过程中可引入或不引入氧。底涂层用于改善相对随后形成在其上的Ag层的层的粘结性，同时也改善制成的高反射镜的抗腐蚀性。底涂层具有的充分膜厚度是λ/4(λ：设计主波长)，由于这一膜厚度在实际中不会导致在短波范围内减小反射率的问题，虽然这个问题一直是令人忧虑问题。
Ag层12形成在所述的TiOx层11的底涂层上。尽管Ag层12可用普通的电阻加热处理形成，但电子束(EB)蒸镀技术能够明显缩短形成该膜所需的时间。该层的适宜膜厚度在100与300nm之间。
而后，Al2O3层13形成在Ag层12上。Al2O3层13是第三层，它与形成在其上的第四层的TiO2层14作为保护层，并且是增加反射结构的低折射率介质层。
众所周知，Al2O3层是一个致密的膜，所以它能形成充分的抵抗潮湿和划伤的稳定膜层。诸如真空蒸镀或溅射的普通成膜技术可用于形成Al2O3层13。
如以上所指出的，TiO2层14形成在Al2O3层13上，作为增加反射结构的高反射率介质层。由于TiO2层可以在不加热基体的室温下显示出高反射率，所以利用在Al2O3层上涂敷TiO2层的两涂层结构可实现满意的反射增加效果。利用这种结构可制成显示极高反射率的高反射镜，以便充分利用Ag层12的高反射特性。
图2是本发明高反射镜第二实施例的剖视图。在图2中与图1相同的部件使用相同的标号，并且不再进行说明。如图2所示，如果需要，可在TiO2层14上再形成SiOy(1≤y≤2)层15。SiOy层15最好具有小的膜厚度，以便不影响高反射镜的光谱特性。将SiOy层15形成为顶层可进一步改善已制成的反射镜的耐用性。
第一和第二实施例具有的膜层总数分别只有4和5层那么少。所以这种高反射镜能以高的生产率进行生产。因此，本发明可以提供耐用的高反射镜，该反射镜具有高反射率和相对于根本不能被加热的树脂基体而言具有良好的粘结性，并且该反射镜适于充分开发高反射金属膜的特性。作为特定的实例，本发明提供耐用的高反射Ag反射镜，该反射镜在可见波长范围内具有97％或大的高反射率。
(实例1)
在这个实例中，具有图1所示结构的高反射镜用下述方式制作。在通过吹氮对聚碳酸酯基体10清洗之后，把基体10放入真空蒸镀系统，并将系统内的压力抽至1×10-4Pa。而后，通过反应气体引入管线将氧气引入系统以将内部压力调整到1×10-2Pa，并在这一压力下用电子枪加热TiO2、以使TiOx层(这个实例中的TiO2)11形成为125nm的厚度。之后，通过电子束加热Ag使Ag层12形成为150nm厚度的膜。接着，再通过引入氧气将内部压力调整为1×10-2Pa，在这个压力下借助电子枪使Al2O3沉积为λ1/4的厚度(λ1：设计主波长)，以产生Al2O3层13。而后，在相同压力下借助电子枪、以与Al2O3层13相同的方式沉积TiO2达λ2/4(λ2：设计主波长)厚，形成TiO2层14。在上述形成底涂层的所有操作中，Ag膜和反射增加膜可在不加热基体的情况下连续地进行制作。虽然在上述说明中，为了区分相应膜的形成步骤，设计主波长表示为λ1和λ2，但它们通常彼此相等。
图3表示本实例中制成的高反射镜反射率的光谱特性。从图3可知，在400与700nm之间的波长内反射率确实大于97％。在图3中，水平轴表示波长(nm)，垂直轴表示反射率(％)。
(实例2)
具有图2所示结构的高反射镜用以下所述的方式制作。按照实例1的处理方式，将TiOx层(这个实例中的TiO2)11、Ag层12、Al2O3层13、和TiO2层14依次涂敷在聚碳酸酯基体10上。而后，在TiO2层14上形成10nm膜厚的SiOy层15。
(对比实例1)
具有图4所示结构的高反射镜用以下所述的方式制作。首先，按实例1的方式在聚碳酸酯基体20上形成TiOx层(这个实例中的TiO2)21和Ag层22。而后，用电子枪沉积λ1/4厚度的SiO2以产生SiO2层23，之后，按实例1的方式形成TiO2层24。
实例1和实例2的样品在经过常温常湿条件下的耐久性测试后的反射率方面、以及在带测试中所观察到的粘结效果方面都获得了很高的评价。此外，它们均未出现诸如云纹、膜开裂和/或膜剥离等问题。
另一方面，对比实例1的Ag层22和SiO2层23在耐久性测试后进行的粘结效果测试中易于相互分离，这证明在粘结效果方面有缺陷。下面的表1总结出常温常湿测试的结果。
表1
           常温常湿测试
  粘结(带测试)   云纹？   开裂？   剥离？
实例1   好   无   无   无
实例2   好   无   无   无
对比实例1   差   无   无   无
实例3   好   无   无   无
实例4   好   无   无   无
对比实例2   差   无   无   有
图5是本发明高反射镜第三实施例的剖视图。参看图5，基体30由通常用于光学元件的材料制成，它可以是玻璃基体、或是诸如聚碳酸酯基体的(塑料)树脂基体、或是丙烯酸树脂基体。
SiOx层31利用如SiO的原料通过在成膜处理过程中引入氧气而在基体30上制作，并涂敷在基体30上。而后，在其上形成薄Cr层32。形成这些底涂层以改善与随后形成在其上的Ag层33的粘结性、并改善制成的高反射镜的抗腐蚀性。底涂层的SiOx层31应具有λ/2的膜厚度(λ：设计主波长)。Cr层32用于加强对Ag层33的粘结，且Cr层32具有1～50nm的充分的膜厚度，因为这种膜厚度不会产生令人忧虑的在短波范围内反射率减小的问题。
Ag层33形成在底涂层的SiOx层31和Cr层32之上。虽然可用普通的电阻加热处理形成Ag层33，但使用电子束(EB)蒸镀技术能明显减少形成薄膜所需的时间。该层的膜厚度应在100与300nm之间。
Al2O3层34形成在Ag层33之上。Al2O3层34与形成在其上的TiO2层35构成保护层，并用作反射率增加结构的低折射率介质层。
如众所周知的，由于Al2O3层34是一个致密的膜，所以它可构成高抗湿和抗擦伤的牢固的膜层。诸如真空蒸镀或溅射的普通成膜技术可用于形成Al2O3层34。
TiO2层35作为反射增加结构的高折射率介质层而形成在Al2O3层34上。由于TiO2层在不加热基体的室温下可显示高折射率，所以利用在Al2O3层34上涂敷TiO2层35的双层结构可得到反射增加效果。以这种方式，可制成具有很高反射率的高反射镜、以便充分发挥Ag层33的高反射特性。
图6是本发明高反射镜第四实施例的剖视图。在图6中，与图5相同的部件使用相同的标号，并且不再进行说明。如图6所示，如果需要，可在TiO2层35上形成SiOy层36。SiOy层36的优选膜厚是1～10nm，以便不影响高反射镜的光谱特性。作为顶层的SiOy层36可改善制成的反射镜的耐用性。
第三和第四实施例分别具有5和6层这么少的总膜层数。所以，这种高反射镜能以高的生产率进行制作。因此，本发明能提供耐用的高反射镜，该反射镜具有高反射率，对于根本不能加热的树脂基体具有良好的粘结性，并能充分地利用高反射金属膜的特性。作为具体实例，本发明可提供耐用的高反射的Ag反射镜，该反射镜在可见光波长范围具有97％或更大的高反射率。
(实例3)
在这个实例中，具有与图5所示结构相同结构的高反射镜用下述方式制成。在通过吹氮对聚碳酸酯基体30清洗之后，把基体30放入真空蒸镀系统，并将系统内的压力抽至1×10-3Pa。而后，通过反应气体引入管线将氧气引入系统以将内部压力调整到1.06×10-2Pa，并在这一压力下用电阻加热SiOx，以使SiOx层31形成λ1/2的光学厚度(λ1：设计主波长)。而后，通过电子束加热使Cr层32形成为20nm的膜厚度。之后，通过电子束加热Ag而使Ag层33形成为150nm厚度的膜。接着，再通过引入氧气将内部压力调整为1×10-2Pa，在这个压力下借助电子枪使Al2O3沉积为λ2/4的厚度(λ2：设计主波长)，以产生Al2O3层34。而后，在相同压力下借助电子枪，以与Al2O3层34相同的方式将TiO2沉积为λ3/4的厚度(λ3：设计主波长)而产生TiO2层35。在上述形成底涂层的所有操作中，Ag膜和反射增加膜可在不加热基体的情况下连续地进行制作。虽然在上述说明中，为了区分相应膜的形成步骤，将设计主波长表示为λ1、λ2和λ3，但它们通常彼此相等。
图7表示这个实例中高反射镜反射率的频谱特性。如图7所示可知，反射率在400和700nm范围内大于97％。在图7中，水平轴表示波长，垂直轴表示反射率(％)。
(实例4)
具有如图6所示结构的高反射镜以下述方式制成。按照实施例3的方法依次将SiOx层31、Cr层32、Ag层33、Al2O3层34、和TiO2层35涂敷在聚碳酸酯基体30上。而后，在TiO2层35上形成10nm的SiOy层36。
(对比实例2)
具有如图8所示结构的高反射镜以下述方式制成。首先，按照实例3的方法将SiOx层41、Ag层43、Al2O3层44、和TiO2层45涂敷在聚碳酸酯基体40上。于是，制成四层的高反射镜。
实例3和实例4的样品在经过常温常湿条件下的耐久性测试后的反射率方面、以及在带测试中所观察到的粘结效果方面都获得了很高的评价。此外，它们均未出现诸如云纹、膜开裂和/或膜剥离等问题。
另一方面，对比实例2的Ag层43和SiOx层41在耐久性测试后进行的粘结效果测试中明显地悬浮或剥离和易于相互分离，这证明在粘结效果方面有缺陷。上面的表1总结出了这些样品的常温常湿测试的结果。
如上所述，本发明的高反射镜具有高的反射率和良好的耐用性，且能以低成本制作，并且由于明显减少了膜层总数而改进了生产效率。

Claims (19)

1.一种高反射镜，包括：
基体；
TiOx层，形成在所述基体上，其中1≤x≤2；
Ag层，形成在所述TiOx层上；
Al2O3层，形成在所述Ag层上；
TiO2层，形成在所述Al2O3层上。
2.如权利要求1的高反射镜，进一步还包括：
形成在TiO2层上的SiOy层，其中1≤y≤2。
3.如权利要求2的高反射镜，其中，所述SiOy层膜厚度是1～10nm。
4.如权利要求1所述的高反射镜，其中所述的光反射率在可见波长范围内不小于97％。
5.如权利要求1所述的高反射镜，其中不用加热所述基体即可形成所述的TiOx层、Ag层、Al2O3层、和TiO2层。
6.如权利要求1所述的高反射镜，其中所述TiOx层的膜厚度为λ/4，其中的λ表示设计主波长。
7.如权利要求1所述的高反射镜，其中所述Ag层的厚度为100～300nm。
8.如权利要求1所述的高反射镜，其中所述Al2O3层的膜厚度为λ/4，其中的λ表示设计主波长。
9.如权利要求1所述的高反射镜，其中，所述TiO2层的膜厚度为λ/4，其中的λ表示设计主波长。
10.一种高反射镜，包括：
基体；
SiOx层，形成在所述基体上，其中1≤x≤2；
Cr层，形成在SiOx层上；
Ag层，形成在所述Cr层上；
Al2O3层，形成在所述Ag层上；
TiO2层，形成在所述Al2O3层上。
11.如权利要求10所述的高反射镜，还包括：
形成在TiO2层上的SiOy层，其中1≤y≤2。
12.如权利要求11所述的高反射镜，其中所述SiOy层膜厚度为1～10nm。
13.如权利要求10所述的高反射镜，其中所述的光反射率在可见波长范围内不小于97％。
14.如权利要求10所述的高反射镜，其中不用加热所述基体即可形成所述的SiOx层、Cr层、Ag层、Al2O3层、和TiO2层。
15.如权利要求10所述的高反射镜，其中所述SiOx层的膜厚度为λ/2，其中的λ表示设计主波长。
16.如权利要求10所述的高反射镜，其中所述Cr层的膜厚度为1～50nm。
17.如权利要求10所述的高反射镜，其中所述Ag层的厚度是100～300nm。
18.如权利要求10所述的高反射镜，其中所述Al2O3层的膜厚度为λ/4，其中的λ表示设计主波长。
19.如权利要求10所述的高反射镜，其中所述TiO2层的膜厚度为λ/4，其中的λ表示设计主波长。
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