CN117192659A - 一种改善光致变色片变色性能的膜层 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种改善光致变色片变色性能的膜层，所述膜层设置在变色镜片的表面；所述膜层包括由变色镜片表面向外依次堆叠的多层结构，所述多层结构的第一层至第五层依次为第一低折射率硅材料层、第一高折射率锆钛材料混合层、第二低折射率硅材料层、第一高折射率钛材料层以及第三低折射率硅材料层；设定第i层的光学厚度为δi，物理膜厚为di；所述第一高折射率锆钛材料混合层的材料为ZrO2与TiO2的混合物或ZrO2与Ti3O5的混合物，该层的光学厚度0.1641+1.6946＜δ2＜0.27+2.3246，物理膜厚d2为12+111nm＜d2＜19.74+152.27nm。该膜层在350～420nm波域有较强的透过率，且在可见光波段保持原有的色系，紫外线透过率增强，使变色层能够吸收更多的紫外线，从而有效地启动镜片变色层的变色性能，且变色性能增强。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜片技术领域，特别涉及一种改善光致变色片变色性能的膜层。
背景技术
光致变色镜片，也有人称为“感光镜片”。根据光色互变可逆反应原理，镜片在光线和紫外线照射下可迅速变暗，阻挡强光并吸收紫外线，对可见光呈中性吸收；回到暗处，能快速恢复无色透明状态，保证镜片的透光度。所以变色镜片适合于室内室外同时使用，防止阳光、紫外光、眩光对眼睛的伤害。
市场上传统的光学薄膜对360nm～380nm的近紫外波段有较高的反射，能够反射大部分紫外光线(传统的太阳眼镜镀膜一般不考虑可见光之外区域的光通过)。从而在需要360nm～380nm阀值启动的光致变色片上镀传统的光学薄膜，就会有较大的光损耗，会造成光致变色镜片无法吸收更多的紫外线，从而导至变色镜片的变色性能下降，甚至无法有效启动变色功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善光致变色片变色性能的膜层，该膜系在350～420nm波域有较强的透过率，且在可见光波段保持原有的色系。
为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种改善光致变色片变色性能的膜层，所述膜层设置在变色镜片的表面；
所述膜层包括由变色镜片表面向外依次堆叠的多层结构，所述多层结构的第一层至第五层依次为第一低折射率硅材料层、第一高折射率锆钛材料混合层、第二低折射率硅材料层、第一高折射率钛材料层以及第三低折射率硅材料层；
设定第i层的光学厚度为δi，物理膜厚为di；所述第一高折射率锆钛材料混合层的材料为ZrO2与TiO2的混合物或ZrO2与Ti3O5的混合物，该层的光学厚度δ2为0.1641+1.6946＜δ2＜0.27+2.3246，物理膜厚d2为12+111nm＜d2＜19.74+152.27nm；
还包括第六层，所述第六层为具有防水、防油性能的保护层。
进一步，所述第一低折射率硅材料层的材料为SiO，该层的光学厚度δ1为0.0698＜δ1＜0.0708，物理膜厚d1为6.0nm＜d1＜6.086nm。
进一步，所述第二低折射率硅材料层的材料为SiO2，该层的光学厚度δ3为1.0＜δ3＜1.44，物理膜厚d3为96nm＜d3＜137.39nm。
进一步，所述第一高折射率钛材料层的材料为TiO2或Ti3O5，该层的光学厚度δ4为0.3＜δ4＜0.6，物理膜厚d4为19.59nm＜d4＜39.12nm。
进一步，所述第三低折射率硅材料层的材料为SiO2，该层的光学厚度δ5为1.8549＜δ5＜2.260，物理膜厚d5为176.89nm＜d5＜215.5nm。
进一步，所述保护层物理膜厚d6为3.0nm＜d6＜7.0nm。
采用上述方案后，本发明的有益效果在于：该膜层包括由靠近变色镜片表面向远离镜片表面依次堆叠的具有不同厚度的第一低折射率硅材料层、第一高折射率锆钛材料混合层、第二低折射率硅材料层、第一高折射率钛材料层以及第三低折射率硅材料层，其中，第一高折射率锆钛材料混合层的材料为ZrO2与TiO2的混合物或ZrO2与Ti3O5的混合物，该层的光学厚度0.1641+1.6946＜δ2＜0.27+2.3246，物理膜厚d2为12+111nm＜d2＜19.74+152.27nm，该混合层的设计使得膜系对360～380nm波长的反射率几乎为0，且该膜层在350～420nm波域有较强的透过率，并在可见光波段保持原有的色系，紫外线透过率增强，使变色层能够吸收更多的紫外线，从而有效地启动镜片变色层的变色性能。
附图说明
图1是本发明膜层层状结构示意图；
图2是本发明膜层层状结构与变色镜片结构示意图；
图3是常规的高折射率钛材料无混层膜层的光谱反射特性曲线图；
图4是本发明膜层光谱反射特性曲线图(一)；
图5是本发明膜层光谱反射特性曲线图(二)。
标号说明：
1、第一低折射率硅材料层；2、第一高折射率锆钛材料混合层；3、第二低折射率硅材料层；4、第一高折射率钛材料层；5、第三低折射率硅材料层；6、保护层；7、变色镜片；8、空气。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做详细的说明。
本发明提供一种改善光致变色片变色性能的膜层。光致变色镜片通常分为基片变色镜片和膜层变色镜片。其中，基片变色镜片是在镜片基片中添加了卤化银的化学物质，利用卤化银的离子反应，在强光刺激下分解为银与卤素，使镜片着色，光照变弱后，又结合成卤化银，颜色变浅。而膜层变色镜片则是在镜片镀膜工艺中进行了特殊处理。比如采用螺吡喃类化合物，在镜片表面进行高速旋涂，根据光线与紫外线的强弱，利用分子结构自身的反转开合实现通过或阻挡光线的效果。
镜片基材可采用PC、TAC、PA等作为原材料。其中，PC是聚碳酸酯,是热塑性材料,具有轻便、安全的特点；TAC是三醋酸纤维素，是热塑性塑料，透光率93％，密度1.23～1.34；PA具有抗冲击、抗变形的物理性。
新型膜层设置在变色镜片7的表面，使变色镜片7能够吸收更多的紫外线，而不影响变色镜片7的变色性能。
如图1所示，所述膜层包括由变色镜片7表面向外依次堆叠的多层结构，所述多层结构的第一层至第五层依次为第一低折射率硅材料层1、第一高折射率锆钛材料混合层2、第二低折射率硅材料层3、第一高折射率钛材料层4、第三低折射率硅材料层5以及第六层保护层6。
本案设定第i层的光学厚度为δi，物理膜厚为di。
所述第一低折射率硅材料层1的材料为SiO，该层的光学厚度δ1为0.0698＜δ1＜0.0708，物理膜厚d1为6.0nm＜d1＜6.086nm。
所述第一高折射率锆钛材料混合层2的材料为ZrO2与TiO2的混合物或ZrO2与Ti3O5的混合物，该层的光学厚度0.1641+1.6946＜δ2＜0.27+2.3246，物理膜厚d2为12+111nm＜d2＜19.74+152.27nm。
所述第二低折射率硅材料层3的材料为SiO2，该层的光学厚度δ3为1.0＜δ3＜1.44，物理膜厚d3为96nm＜d3＜137.39nm。
所述第一高折射率钛材料层4的材料为TiO2或Ti3O5，该层的光学厚度δ4为0.3＜δ4＜0.6，物理膜厚d4为19.59nm＜d4＜39.12nm。
所述第三低折射率硅材料层5的材料为SiO2，该层的光学厚度δ5为1.8549＜δ5＜2.260，物理膜厚d5为176.89nm＜d5＜215.5nm。
还包括第六层，所述第六层为具有防水、防油性能的保护层6，保护层6的物理膜厚d6为3.0nm＜d6＜7.0nm。
各层材料的数据如下表所示：
表1
上述材料中的五氧化三钛(Ti3O5)，是一种高折射率的光学材料具有电阻小、附着力强、不容易喷溅，成膜后光学表面光洁度佳的特点。
本案的膜系设计是通过以下方式生产的：
由Nidi＝1/4λ0(Qwot)
其中，Qwot(quarter-wave optical thickness)为每层材料的1/4光学厚度；Ni为第i层膜层材料的折射率，di为第i层膜层的物理膜厚，λ0为参考波长。
为保证能得到360nm～380nm波段有较好的光通过，就必需控制每一层材料的光学膜厚，实际上就是通过控制：光束透过空气8与保护层6、高折射率层与低折射率层、各层与变色镜片的交界处所形成的反射(A)与继续透射后在下一界面形成反射光透过膜层再次射入空气8中的光束(B)的相位差。
由于B比A多走了一段距离d,光学厚度是物理厚度乘以介质折射率即d*n，当d*n＝(1/4)λ的奇数倍时，B和A是相干光。四分之一光学厚度(Qwot)即(1/4)λ,λ为该光束的波长。
通过膜系软件TFCalc条件设置设定，内设函数自动优化di值，实现波域360nm～380nm相消干涉，使得光谱特性能够满足产品的需求。
在变色镜片7表面镀上首层低折射率的一氧化硅，一氧化硅在蒸气冷凝时的歧化反应，使变色镜片7与第一高折射锆钛混合材料层更好的键合，能够保证后续光学膜堆的附着力，不易脱落。
第二层至第四层通过光学厚度和物理膜厚的合理设计，使得膜层在增大紫外线透过率的同时，能有效过滤掉光线中的红外光与蓝光，从而最大限度地排除有害光线的危害，有效预防眼部疾病的发生。
第六层6为保护层，可采用具有防水、防油性能的材料，例如SH-HT防水药(SuperHydrophobic Tablet)，防水药可以大大提高膜系的稳定性、耐刮擦性、机械性能和防水性能，使镜片很难沾附污渍、油污和灰尘，又极易清洗，减少了镜片的磨损，既保持了良好透光性，又延长了使用寿命。
本案在变色镜片镀膜工艺中引入了光学滤光片的窄带通设计思维，以变色镜片为基底，进行真空蒸镀。该工艺依次由低折射率硅材料为键合层，高折射率材料与低折射率材料交替沉积结晶形成薄膜光学层。薄膜层以隨机点阵状起始，进而生成岛状结构，进而连成片状结构，进而最终堆积成柱状结构的薄膜状态。这类镀膜工艺通过搭配各种折射率材料，有利于膜系设计中更便捷地消除杂光。
图3至5为光谱反射特性曲线图。其中，横坐标代表波长，纵坐标代表反射率。
如图3所示，在常规的高折射率钛材料无混层的设计中，膜层对360nm～380nm的紫外波段有较高的反射，因反射产生了损耗很难消除。而加入高折射率锆钛的混层设计后，如图4所示，膜系对360～380nm波长的反射率很低，几乎为0，很好地解决上述此问题。新设计的膜系通过光谱分析、镀膜材料折射率优化等技术手段，引入光通信设计中的窄带通的理论，设计360nm～380nm带通，可有效地启动镜片变色层的变色功能。
因此，如图5所示，由上述各层结构复合形成的新型膜层在350～420nm波域有较强的透过率，且在可见光波段保持原有的色系，紫外线透过率增强，使镜片的变色层能够吸收更多的紫外线，从而有效地启动镜片变色层的变色性能，且变色性能增强。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (6)
1.一种改善光致变色片变色性能的膜层，其特征在于：所述膜层设置在变色镜片的表面；
所述膜层包括由变色镜片表面向外依次堆叠的多层结构，所述多层结构的第一层至第五层依次为第一低折射率硅材料层、第一高折射率锆钛材料混合层、第二低折射率硅材料层、第一高折射率钛材料层以及第三低折射率硅材料层；
设定第i层的光学厚度为δi，物理膜厚为di；所述第一高折射率锆钛材料混合层的材料为ZrO2与TiO2的混合物或ZrO2与Ti3O5的混合物，该层的光学厚度δ2为0.1641+1.6946＜δ2＜0.27+2.3246，物理膜厚d2为12+111nm＜d2＜19.74+152.27nm；
还包括第六层，所述第六层为具有防水、防油性能的保护层。
2.如权利要求1所述一种改善光致变色片变色性能的膜层，其特征在于：所述第一低折射率硅材料层的材料为SiO，该层的光学厚度δ1为0.0698＜δ1＜0.0708，物理膜厚d1为6.0nm＜d1＜6.086nm。
3.如权利要求1所述一种改善光致变色片变色性能的膜层，其特征在于：所述第二低折射率硅材料层的材料为SiO2，该层的光学厚度δ3为1.0＜δ3＜1.44，物理膜厚d3为96nm＜d3＜137.39nm。
4.如权利要求1所述一种改善光致变色片变色性能的膜层，其特征在于：所述第一高折射率钛材料层的材料为TiO2或Ti3O5，该层的光学厚度δ4为0.3＜δ4＜0.6，物理膜厚d4为19.59nm＜d4＜39.12nm。
5.如权利要求1所述一种改善光致变色片变色性能的膜层，其特征在于：所述第三低折射率硅材料层的材料为SiO2，该层的光学厚度δ5为1.8549＜δ5＜2.260，物理膜厚d5为176.89nm＜d5＜215.5nm。
6.如权利要求1所述一种改善光致变色片变色性能的膜层，其特征在于：所述保护层物理膜厚d6为3.0＜d6＜7.0nm。
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