CN115343787A - Ar膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及镀膜技术领域，公开了一种AR膜及其制备方法和应用。该AR膜包括依次层叠的Al2O3层、第一Nb2O5层、第一SiO2层、第二Nb2O5层、第二SiO2层、ZrO2层。本发明提供的AR膜摩擦前后的透过率变化值较小，表明本发明提供的AR膜具有优异的耐摩擦性能。同时，本发明提供的AR膜百格测试重复3次撕3M胶带后膜层无脱落或仅有小面积脱落，表明本发明提供的AR膜与基材之间具有较强的附着力。
Description
技术领域
本发明涉及镀膜技术领域，具体地，涉及一种AR膜及其制备方法和应用。
背景技术
AR抗反射增透膜，是一种表面光学镀层，其通过提高玻璃(屏幕)透光率，降低玻璃(屏幕)反射率达到增透目的，主要利用光的干涉原理，使膜的前表面与后表面反射的光发生干涉来实现。
目前，能够作为膜层材料比较多，一般采用真空蒸发镀的方法或磁控溅射镀的方法将高低折射率的材料交叉堆叠得到膜层。
因AR膜具有抗反射以及增透性能，人们常把它应用于显示器件保护屏如LCD电视、PDP电视、手提电脑、台式电脑显示屏高档仪表面板、触摸屏、相框玻璃，车载盖板等提高透射率降低反射率的产品上。
目前，随着市场对于AR产品的需求量激增，对AR产品的要求也越来越高，在供应的过程中，AR膜也反馈出不同的问题。虽然膜层材料的选择比较多，然而，目前市场AR膜层的结构设计比较单一，还存在AR膜易从基材上部分脱落，触控屏短期使用出现刮痕等现象，大大影响了客户的使用体验。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有AR膜易从基材上部分脱落，触控屏等产品短期使用出现刮痕的缺陷，在保证高透过率的前提下，提供一种与基材之间具有较高的附着力以及耐摩擦性能良好的AR膜。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种AR膜，该AR膜包括依次层叠的Al2O3层、第一Nb2O5层、第一SiO2层、第二Nb2O5层、第二SiO2层、ZrO2层；
所述Al2O3层的厚度为8-12nm，所述第一Nb2O5层的厚度为8-12nm，所述第一SiO2层的厚度为30-35nm，所述第二Nb2O5层的厚度为108-115nm，所述第二SiO2层的厚度为63-70nm，所述ZrO2层的厚度为7-10nm；
所述Al2O3层的厚度大于所述ZrO2层的厚度。
优选情况下，所述Al2O3层的厚度与所述ZrO2层的厚度之间的差值大于0且小于2nm。
优选地，所述透明膜的透过率为94-95.5％。
本发明的第二方面提供一种制备前述第一方面中所述的AR膜的方法，该方法包括：
(1)将待镀膜的基材进行预处理，得到预处理基材；
(2)将所述预处理基材进行镀AR膜处理。
优选地，在步骤(1)中，所述预处理包括：将所述待镀膜的基材依次进行加热处理和离子源轰击处理。
根据一种优选的实施方式，在步骤(1)中，所述加热处理的条件至少满足：温度为180-220℃，时间为4-6min，真空度≤3.0×10-3Pa。
根据另一种优选的实施方式，在步骤(1)中，所述离子源轰击处理的条件至少满足：离子源电压为1400-1600V，时间为4-6min，保护气氛流量为450-550mL/min。
优选地，在步骤(2)中，所述AR膜采用磁控溅射进行镀制，且所述AR膜的镀制方法包括：在所述预处理基材表面依次沉积Al2O3层、第一Nb2O5层、第一SiO2层、第二Nb2O5层、第二SiO2层和ZrO2层。
优选情况下，在步骤(2)中，所述磁控溅射的条件至少满足：真空度≤1.5×10-3Pa，氩气流量为160-200mL/min，氧气流量为50-140mL/min，溅射功率为12-14kw。
本发明的第三方面提供一种前述第一方面中所述的AR膜在光学器件中的应用。
本发明采用Al2O3材料制得致密的Al2O3层作为AR膜与基材直接接触的膜层，使得AR膜能够与基材很好的结合，从而增强AR膜层与基材之间的附着力；同时采用ZrO2材料作为AR膜的最外一层，以提升AR膜的耐摩擦性能；并且通过调整AR膜中各层的厚度，使得AR膜能够保证高的透过率。
附图说明
图1是本发明提供的一种优选的实施方式中的AR膜的结构图；
图2是本发明提供的对比例1中的AR膜的结构图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如前所述，本发明的第一方面提供了一种AR膜，该AR膜包括依次层叠的Al2O3层、第一Nb2O5层、第一SiO2层、第二Nb2O5层、第二SiO2层、ZrO2层；
所述Al2O3层的厚度为8-12nm，所述第一Nb2O5层的厚度为8-12nm，所述第一SiO2层的厚度为30-35nm，所述第二Nb2O5层的厚度为108-115nm，所述第二SiO2层的厚度为63-70nm，所述ZrO2层的厚度为7-10nm；
所述Al2O3层的厚度大于所述ZrO2层的厚度。
优选情况下，所述Al2O3层的厚度与所述ZrO2层的厚度之间的差值大于0且小于2nm。本发明的发明人发现，该优选情况下获得的AR膜具有更高的透过率以及耐摩擦性能。
优选地，所述透明膜的透过率为94-95.5％。
如前所述，本发明的第二方面提供了一种制备前述第一方面中所述的AR膜的方法，该方法包括：
(1)将待镀膜的基材进行预处理，得到预处理基材；
(2)将所述预处理基材进行镀AR膜处理。
优选地，所述待镀膜的基材为玻璃基材。
优选地，在步骤(1)中，该方法还包括：进行所述预处理之前，先将所述待镀膜的基材进行清洗。
本发明对所述清洗的具体操作没有特别的要求，可以采用本领域已知的方法进行，示例性地，本发明采用清洗机对所述待镀膜的基材进行清洗。
优选地，在步骤(1)中，所述预处理包括：将所述待镀膜的基材依次进行加热处理和离子源轰击处理。
根据一种优选的实施方式，在步骤(1)中，所述加热处理的条件至少满足：温度为180-220℃，时间为4-6min，真空度≤3.0×10-3Pa。本发明的发明人发现，该优选情况下，能够保证AR膜成膜工艺的稳定性，使得制备得到的AR膜具有更好的质量。
根据另一种优选的实施方式，在步骤(1)中，所述离子源轰击处理的条件至少满足：离子源电压为1400-1600V，时间为4-6min，保护气氛流量为450-550mL/min。本发明的发明人还发现，该优选情况下，制备得到的AR膜与基材之间的附着力更高。
优选地，在步骤(2)中，所述AR膜采用磁控溅射进行镀制，且所述AR膜的镀制方法包括：在所述预处理基材表面依次沉积Al2O3层、第一Nb2O5层、第一SiO2层、第二Nb2O5层、第二SiO2层和ZrO2层。
优选情况下，在步骤(2)中，所述磁控溅射的条件至少满足：真空度≤1.5×10-3Pa，氩气流量为160-200mL/min，氧气流量为50-140mL/min，溅射功率为12-14kw。
本发明对所述磁控溅射的具体工艺没有特别的要求，可以采用本领域已知的工艺进行，示例性地，本发明采用孪生靶中频溅射工艺。
具体地，在步骤(2)中，所述磁控溅射的具体操作包括：在真空度≤1.5×10-3Pa且氩气流量为160-200mL/min，氧气流量为50-140mL/min的条件下，以12-14kw的功率分别对铝靶、铌靶、硅靶、锆靶进行轰击溅射，将铝原子、铌原子、硅原子、锆原子分别与氧气反应生成三氧化二铝、五氧化二铌、二氧化硅、二氧化锆，并按照Al2O3层、第一Nb2O5层、第一SiO2层、第二Nb2O5层、第二SiO2层和ZrO2层的顺序依次沉积在所述预处理基材上。
根据一种特别优选的实施方式，在步骤(2)中，在所述磁控溅射过程中，所述氩气与所述氧气的流量比为1-4：1。
如前所述，本发明的第三方面提供了一种前述第一方面中所述的AR膜在光学器件中的应用。
以下将通过实例对本发明进行详细描述。
以下实例中，在没有特别说明的情况下，所采用的原料和设备均为商购。
实施例1
(1)将清洗干净的基材放置在镀膜治具上，并置于真空室1中，在温度为200℃下进行抽真空处理直至真空度为3×10-3Pa；接着采用宏大镀膜机(型号为HD-SCK1600)对基材进行离子源轰击处理，得到预处理基材；
其中，离子源轰击处理的条件为：氩气流量为500mL/min，离子源电压为1500V，轰击时间为5min；
(2)将前述得到的预处理基材置于真空室2中采用磁控溅射方法在预处理基材表面依次沉积Al2O3层、第一Nb2O5层、第一SiO2层、第二Nb2O5层、第二SiO2层和ZrO2层，得到AR膜M1；
其中，沉积Al2O3层的条件为：氩气流量为200mL/min，氧气流量为50mL/min，铝靶功率为12kw，膜厚10nm；
沉积第一Nb2O5层的条件为：氩气流量为200mL/min，氧气流量为140mL/min，铌靶功率为14kw，膜厚10.68nm；
沉积第一SiO2层的条件为：氩气流量为160mL/min，氧气流量为140mL/min，硅靶功率为12kw，膜厚32.02nm；
沉积第二Nb2O5层的条件为：氩气流量为200mL/min，氧气流量为140mL/min，铌靶功率为14kw，膜厚110.61nm；
沉积第二SiO2层的条件为：氩气流量为160mL/min，氧气流量为140mL/min，硅靶功率为12kw，膜厚64.66nm；
沉积ZrO2层的条件为：氩气流量为200mL/min，氧气流量为50mL/min，锆靶功率为12kw，膜厚8nm。
图1是本发明提供的一种优选的实施方式中的AR膜的结构图。示例性地，图1中的基材可以表示AR膜M1中的基材，Al2O3层可以表示AR膜M1中的膜厚为10nm的Al2O3层，第一Nb2O5层可以表示AR膜M1中的膜厚为10.68nm的第一Nb2O5层，第一SiO2层可以表示AR膜M1中的膜厚为32.02nm的第一SiO2层，第二Nb2O5层可以表示AR膜M1中的膜厚为110.61nm的第二Nb2O5层，第二SiO2层可以表示AR膜M1中的膜厚为64.66nm的第二SiO2层，ZrO2层可以表示AR膜M1中的膜厚为8nm的ZrO2层。
实施例2
(1)与实施例1中的步骤(1)相同，得到预处理基材；
(2)与实施例1中的步骤(2)相似，所不同的是AR膜各层的厚度不同，具体地如下：
Al2O3层的膜厚9nm，第一Nb2O5层的膜厚11.53nm，第一SiO2层的膜厚34.18nm，第二Nb2O5层的膜厚113.72nm，第二SiO2层的膜厚68.26nm，ZrO2层的膜厚7.5nm；
得到AR膜M2。
实施例3
本实施例采用与实施例1相似的方法进行，所不同的是，在步骤(2)中，Al2O3层的膜厚11nm，其余条件均与实施例1相同，得到AR膜M3。
实施例4
本实施例采用与实施例1相似的方法进行，所不同的是，在步骤(1)中，加热处理的温度为240℃，其余条件均与实施例1相同，得到AR膜M4。
实施例5
本实施例采用与实施例1相似的方法进行，所不同的是，在步骤(1)中，离子源电压为1800V，其余条件均与实施例1相同，得到AR膜M5。
对比例1
本对比例采用与实施例1相似的方法进行，所不同的是，在步骤(2)中，膜层的结构不同，具体地如下：
不含有Al2O3层和ZrO2层，且
第一Nb2O5层的膜厚13.17nm，第一SiO2层的膜厚32.44nm，第二Nb2O5层的膜厚113.19nm，第二SiO2层的膜厚87.35nm；
其余条件均与实施例1相同，得到AR膜DM1。
图2是本发明提供的对比例1中的AR膜的结构图。图2中基材为AR膜DM1中的基材，第一Nb2O5层为AR膜DM1中的膜厚为13.17nm的第一Nb2O5层，第一SiO2层为AR膜DM1中的膜厚为32.44nm的第一SiO2层，第二Nb2O5层为AR膜DM1中的膜厚为113.19nm的第二Nb2O5层，第二SiO2层为AR膜DM1中的膜厚为87.35nm的第二SiO2层。
对比例2
本对比例采用与实施例1相似的方法进行，所不同的是，在步骤(2)中，膜层的结构不同，具体地如下：
Al2O3层的膜厚7nm，ZrO2层的膜厚11nm；
其余条件均与实施例1相同，得到AR膜DM2。
对比例3
本对比例采用与实施例1相似的方法进行，所不同的是，在步骤(2)中，膜层的结构不同，具体地，第一Nb2O5层的膜厚14.32nm，其余条件均与实施例1相同，得到AR膜DM3。
测试例
将实施例和对比例制备得到的AR膜进行以下性能测试，具体测试结果见表1。
(1)附着力测试(百格测试)：用百格测试刀在被测透明膜中镀有AR膜一面的表面划出100个1mm×1mm大小的格子；用3M610#胶纸贴在被测透明膜被刀划出的百格表面，并用橡皮擦用力擦拭胶带以排出空气，然后提起胶纸边缘，呈90°方向以1kg力向上迅速撕下胶纸，重复3次，检查测试表面剥落程度，膜层附着力判定如下：
5B-划线边缘光滑，在划线的边缘及交叉点处均无膜层脱落；
4B-在划线的交叉点处有小片的膜层脱落，且脱落总面积小于5％；
3B-在划线的边缘及交叉点处有小片的膜层脱落，且脱落总面积在5-15％之间；
2B-在划线的边缘及交叉点处有成片的膜层脱落，且脱落总面积在15-35％之间；
1B-在划线的边缘及交叉点处有成片的膜层脱落，且脱落总面积在35-65％之间；
0B-在划线的边缘及交叉点处有成片的膜层脱落，且脱落总面积大于65％。
注：用指甲用力刮基片的边缘或棱角处，要求膜层不易成片脱落。
结果判定：附着力≥4B时为合格。
(2)耐摩擦性能测试：将待测透明膜置于耐摩擦试验机(型号为DZ-8103)上，在负重500g的条件下，采用标准测试橡皮擦#7017R以0.2m/s的速度来回摩擦3000次，测试透明膜摩擦前后的平均透过率，对膜层的耐摩擦性能进行定性分析。
其中，采用紫外分光光度计(型号为UV-3100PC)测试透明膜的透过率光谱(波长检测范围400-800nm)。
表1
通过表1的结果可以看出，本发明提供的AR膜负重500g，速度0.2m/s来回3000次摩擦前后的透过率变化值较小，表明本发明提供的透明膜具有优异的耐摩擦性能。同时，本发明提供的AR膜百格测试重复3次撕3M胶带膜层无脱落或仅有小面积脱落，表明本发明提供的透明膜中的AR膜与基材之间具有较强的附着力。
综上，本发明提供的AR膜解决了现有AR膜易从基材上部分脱落，触控屏等产品短期使用出现刮痕等问题，能够大大提升使用者的体验，满足目前行业更高的要求，具备较强的市场竞争力。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种AR膜，其特征在于，该AR膜包括依次层叠的Al2O3层、第一Nb2O5层、第一SiO2层、第二Nb2O5层、第二SiO2层、ZrO2层；
所述Al2O3层的厚度为8-12nm，所述第一Nb2O5层的厚度为8-12nm，所述第一SiO2层的厚度为30-35nm，所述第二Nb2O5层的厚度为108-115nm，所述第二SiO2层的厚度为63-70nm，所述ZrO2层的厚度为7-10nm；
所述Al2O3层的厚度大于所述ZrO2层的厚度。
2.根据权利要求1所述的AR膜，其特征在于，所述Al2O3层的厚度与所述ZrO2层的厚度之间的差值大于0且小于2nm。
3.根据权利要求1或2所述的AR膜，其特征在于，所述AR膜的透过率为94-95.5％。
4.一种制备权利要求1-3中任意一项所述的AR膜的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将待镀膜的基材进行预处理，得到预处理基材；
(2)将所述预处理基材进行镀AR膜处理。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述预处理包括：将所述待镀膜的基材依次进行加热处理和离子源轰击处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述加热处理的条件至少满足：温度为180-220℃，时间为4-6min，真空度≤3.0×10-3Pa。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述离子源轰击处理的条件至少满足：离子源电压为1400-1600V，时间为4-6min，保护气氛流量为450-550mL/min。
8.根据权利要求4-7中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述AR膜采用磁控溅射进行镀制，且所述AR膜的镀制方法包括：在所述预处理基材表面依次沉积Al2O3层、第一Nb2O5层、第一SiO2层、第二Nb2O5层、第二SiO2层和ZrO2层。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述磁控溅射的条件至少满足：真空度≤1.5×10-3Pa，氩气流量为160-200mL/min，氧气流量为50-140mL/min，溅射功率为12-14kw。
10.权利要求1-3中任意一项所述的AR膜在光学器件中的应用。
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