TWI797836B - 光學多層膜防畏光鏡片及其用途 - Google Patents

光學多層膜防畏光鏡片及其用途 Download PDF

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Abstract

本發明主要提出一種光學多層膜防畏光鏡片，可用於作為一光學元件從而應用在減輕或防止偏頭痛和畏光，其包括：一透光基板、形成在該透光基板之上的一第一光學膜、以及形成在該第一光學膜之上的N層高折射率膜和N層低折射率膜。依據本發明之設計，該N層高折射率膜之中的第一層係位於該第一光學膜之上，且N層所述高折射率膜和N層所述低折射率膜係交互堆疊，使得任兩層所述低折射率膜之間夾置有一層所述高折射率膜。實驗數據顯示，透過調整該第一光學膜、所述高折射率膜及/或所述低折射率膜的膜厚，可使本發明之光學多層膜防畏光鏡片的中心波長為480 nm或620 nm，或使本發明之光學多層膜防畏光鏡片具有480 nm與620 nm之雙中心波長。

Description

光學多層膜防畏光鏡片及其用途
本發明係關於陷波濾光片(notch filter)的技術領域，尤指一種光學多層膜防畏光鏡片及其用途。
畏光是一種眼睛對光線不耐的症狀，當光照射到眼睛的時候會產生不適或是疼痛，病人會透過瞇眼去迴避光線。畏光的表面字義為“害怕光”，然而，在醫學上，畏光係泛指疼痛的光敏感性，這可能一種神經系統疾病，也可能與偏頭痛、創傷性腦損傷(TBI)、腦震盪後綜合徵、癲癇、纖維肌痛等疾病有關。
已知，自然光分成可見光與不可見光，其中紅外線和紫外線屬於不可見光，紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫光則屬於可見光。研究資料指出，適度的藍光可以提振精神以及給人愉悅感。然而，過多的藍光卻反而會造成光害、干擾生理時鐘、傷害眼睛，嚴重者會引發光視網膜炎(Photoretinitis)。值得說明的是，文獻一指出，在視網膜後部還有其他固有的光敏視網膜神經節細胞(ipRGC)，其中，黑視蛋白為一種ipRGC，其會被400奈米至500奈米範圍內的特定波長的光所激活。於此，文獻一為Noseda R,Kainz V,Jakubowski M,et al., “A neural mechanism for exacerbation of headache by light”,Nature Neuroscience 13(2),2010。
黑視蛋白的功能之一是在高亮度情況下透過色彩校正來幫助視力。根據文獻一的揭示內容，發現光對偏頭痛的加劇可能涉及桿狀和錐狀細胞對ipRGC的外在光激活，以及對於黑視蛋白的內在光激活。此外，文獻二指出，偏頭痛患者對螢光燈、顯示器和氣體燈等非白熾燈特別敏感。於此，文獻二為Katz,et al.,“Diagnosis,pathophysiology,and treatment of photophobia”,Surv Ophthalmol.61(4),2016。根據文獻二的揭示內容，染色眼鏡片FL-41可以減少光線對於偏頭痛的影響。圖1為FL-41鏡片之透射率對可見光波長關係圖。然而，值得一提的是，FL-41染色眼鏡片只是減少偏頭痛的一種方法，因為並非所有畏光症的人都有偏頭痛，且也並非所有偏頭痛患者都有畏光問題。
換句話說，文獻一與文獻二係證實了光學元件在減輕或防止偏頭痛和畏光方面具有一定的前景。有鑑於此，本案之發明人係極力加以研究發明，而終於研發完成本發明之一種光學多層膜防畏光鏡片及其用途。
本發明之主要目的在於提供一種光學多層膜防畏光鏡片，可用於作為一光學元件從而應用在減輕或防止偏頭痛和畏光。
為達成前述本發明之主要目的，所述光學多層膜防畏光鏡片的一實施例於是被提出，其包括： 一透光基板；一第一光學膜，形成在該透光基板的一上表面之上；以及形成在該第一光學膜之上的N層高折射率膜和N層低折射率膜，且N為至少為2的正整數；其中，該N層高折射率膜之中的第一層係位於該第一光學膜之上，且N層所述高折射率膜和N層所述低折射率膜係交互堆疊，使得任兩層所述低折射率膜之間夾置有一層所述高折射率膜；其中，該第一光學膜和所述低折射率膜皆由選自於由SiO2或MgF2所組成群組之中的一低折射率材料所製成；其中，所述高折射率膜係由選自於由Ta2O5、TiO2或Nb2O5所組成群組之中的一高折射率材料所製成。
在可行的實施例中，可以在該透光基板的一下表面之上同步形成有該第一光學膜以及形成在該第一光學膜之上的N層高折射率膜和N層低折射率膜。
在一實施例中，該透光基板的製造材料係選自於由玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)、聚醚碸樹脂(Poly(ether sulfones),PES)、聚氨酯(Polyurethane,PU)材質、和聚醯亞胺(Polyimide,PI)所組成群組之中的任一者。
在一可行實施例中，透過調整該第一光學膜、所述高折射率膜及/或所述低折射率膜的膜厚，所述光學多層膜防畏光鏡片的中心波長為480nm或620nm。
在另一可行實施例中，透過調整該第一光學膜、所述高折射率膜及/或所述低折射率膜的膜厚，所述光學多層膜防畏光鏡片具有480nm與620nm之雙中心波長。
在一實施例中，第N層所述低折射率膜位於第N層所述高折射率膜之上，且為所述光學多層膜防畏光鏡片的一最高層膜。並且，所述高折射率膜和所述低折射率膜之間具有一第一膜厚比，所述高折射率膜和第N層所述低折射率膜之間具有一第二膜厚比，該第一膜厚比係介於1：1至1：1.5之間，且該第二膜厚比係介於1：2至1：3之間。
並且，本發明同時提出所述之光學多層膜防畏光鏡片的用途，其係用於一眼鏡鏡片、一掛式鏡片、一螢幕保護貼片、一平面式燈具保護貼片、以及一非平面式燈具保護蓋件之製造。
1:光學多層膜防畏光鏡片
10:透光基板
11:第一光學膜
1L1、1L2、1LN:低折射率膜
1H1、1H2、1HN:高折射率膜
S1:樣品一
S2:樣品二
圖1為FL-41鏡片之透射率對可見光波長關係圖；圖2為本發明之一種光學多層膜防畏光鏡片的示意性立體結構圖；圖3為本發明之光學多層膜防畏光鏡片的樣品一的實際影像圖；圖4為本發明之光學多層膜防畏光鏡片的樣品二的實際影像圖； 圖5為是本發明之光學多層膜防畏光鏡片1的樣品一的透射光譜圖；圖6為本發明之光學多層膜防畏光鏡片1的樣品二的透射光譜圖；圖7為本發明之光學多層膜防畏光鏡片1的樣品三的透射光譜圖；圖8為一掛式鏡片和一眼鏡的立體圖；圖9為一螢幕保護貼片和一智慧型手機的立體圖；圖10為一螢幕保護貼片和一筆記型電腦的立體圖；圖11為一螢幕保護貼片和一顯示器的立體圖；以及圖12為一平面式燈具保護貼片和一平面發光式之燈具的立體圖。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種光學多層膜防畏光鏡片及其用途，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。
第一實施例
請參閱圖2，其顯示本發明之一種光學多層膜防畏光鏡片的示意性立體結構圖。如圖2所示，本發明提出一種光學多層膜防畏光鏡片1，其可用於作為一光學元件從而應用在減輕或防止偏頭痛和畏光，其包括：一透光基板10、形成在該透光基板10之上的一第一光學膜11、以及形成在該第一光學膜11之上的N層高折射率膜(1H1~1HN)和N層低折射率膜(1L1~1LN)。依據本發明之設計，第一層所述高折射率膜1H1係位於該第一光學膜11之上，且N層所述高折射率膜(1H1~1HN)和N層所述低折射率膜(1L1~1LN)係交互堆疊，使得 任兩層所述低折射率膜(1L1~1LN)之間夾置有一層所述高折射率膜(1H2~1HN)。
因此，可以將本發明之光學多層膜防畏光鏡片1的結構視為基板10和一光學單元的堆疊結構，且該光學單元則為FL/(HL+LL)N之堆疊結構。其中，FL指的是該第一光學膜11，(HL)N指的是該N層高折射率膜(1H1~1HN)，且(LL)N指的是該N層低折射率膜(1L1~1LN)。在一實施例中，該第一光學膜11和所述低折射率膜(1L1~1LN)係利用一低折射率材料製成，例如：SiO2或MgF2。另一方面，所述高折射率膜(1H1~1HN)則是利用一高折射率材料製成，例如：Ta2O5、TiO2或Nb2O5。
實際製造本發明之光學多層膜防畏光鏡片1之時，該第一光學膜11、所述高折射率膜和所述低折射率膜係利用電子鎗蒸鍍系統及離子束輔助沉積系統製成。首先使用Essential Macleod光學薄膜設計軟體進行各層薄膜之設計，可選用Ta2O5、Nb2O5或TiO2作為所述高折射率膜(1H1~1HN)之製造材料，且可選用SiO2及MgF2作為所述低折射率膜(1L1~1LN)以及該第一光學膜11之製造材料。當設計完成後，將相關參數設定至雙電子槍蒸鍍系統與離子輔助沉積系統，這些參數包含膜厚監控系統的修正因子(Tooling Factor)、薄膜材料的色散等。
特別說明的是，如圖2所示，第N層所述低折射率膜1LN位於第N層所述高折射率膜1HN之上，且為所述光學多層膜防畏光鏡片1的一最高層膜。依據本發明之設計，所述高折射率膜和所述低折射 率膜之間具有一第一膜厚比，所述高折射率膜和第N層所述低折射率膜之間具有一第二膜厚比，該第一膜厚比係介於1：1至1：1.5之間，且該第二膜厚比係介於1：2至1：3之間。更詳細地說明，各層薄膜的膜厚約為1/4波長的整數倍。
應可理解，在不同的應用中，可選用硬質基板(Rigid substrate)或可撓基板(Flexible substrate)作為所述透光基板10。換句話說，該透光基板10的製造材料可以是玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)、聚醚碸樹脂(Poly(ether sulfones),PES)、聚氨酯(Polyurethane,PU)材質、或聚醯亞胺(Polyimide,PI)。
更詳細地說明，將相關參數設定至雙電子槍蒸鍍系統與離子輔助沉積系統之後，這些參數包含膜厚監控系統的修正因子(Tooling Factor)、薄膜材料的色散等，可採用光學監控之極值點法或強度偵測法實現所謂的光學膜厚監控。舉例而言，若增大N的數值(即，層數增加)，則必然會改變光學多層膜防畏光鏡片1的透射率以及阻止帶的寬度。因此，透過膜厚監控而產生修正因子，從而修正實際在鍍製濾光片時的膜厚，修正因子如下：
Figure 110142694-A0305-02-0009-4
於上式(1)中，T initial 為初始修正因子，d sample 為實際樣品上的膜厚，d QCM 為石英監控器所偵測的膜厚。光學厚度監控是利用極值點法及強度監控法來實現，而光學厚度是折射率與膜厚的乘積。因薄 膜折射率是波長的函數，若將折射率視為常數作為光學膜厚監控則會有所誤差。因此，利用上式(1)之公式計算，可以找出薄膜材料的色散關係後，設定適當的監控波長以精確地對應的薄膜折射率和膜厚。
實驗例一
在實驗例一中，請見下表(1)，係以SiO2作為低折射率材料，且以Ta2O5作為高折射率材料，製造本發明之光學多層膜防畏光鏡片1的樣品一。同時，請見下表(2)，係以SiO2作為低折射率材料，且以Ta2O5作為高折射率材料，製造本發明之光學多層膜防畏光鏡片1的樣品二。其中，N(即，層數)為4。並且，圖3顯示本發明之光學多層膜防畏光鏡片1的樣品一S1的實際影像圖，且圖4顯示本發明之光學多層膜防畏光鏡片1的樣品二S2的實際影像圖。
Figure 110142694-A0305-02-0010-1
Figure 110142694-A0305-02-0011-3
在實驗例一之中，擇高折射率材料Ta2O5和低折射率材料SiO2之修正因子分別為1.218與1.306。完成包含光學單元FL/(HL+LL)4之光學多層膜防畏光鏡片1的製作後，使用紫外/可見光光譜儀測量濾光片之穿透光譜特性，以檢視是否符合設計。圖5是本發明之光學多層膜防畏光鏡片1的樣品一的透射光譜圖，且圖6是本發明之光學多層膜防畏光鏡片1的樣品二的透射光譜圖。值得說明的是，樣品一的中心波長為480nm(即，藍光波長)，且樣品二的中心波長為620nm(即，紅光波長)。
如圖5所示，測量值之中心波長為478nm(滿足中心波長480±2nm)，穿透率在45%以下。並且，在穿透帶的平均穿透率為87%，符合設計規格。另一方面，測量值之中心波長與設計值之中心波長位置的差異約1nm。因此，實驗結果顯示，本發明之光學多層膜防 畏光鏡片1的確可以利用Essential Macleod光學薄膜設計軟體進行各層薄膜之設計。
如圖6所示，測量值之中心波長為618nm(滿足中心波長620±2nm)，穿透率在45%以下。並且，在穿透帶的平均穿透率為88%，符合設計規格。另一方面，測量值之中心波長與設計值之中心波長位置的差異約2nm。更詳細地觀察，然而在量測光譜中，中心波長的透射率較設計光譜透射率高約4%，這可能是因為膜層的折射率或膜厚有些許誤差，從透射帶的波紋可以看出有膜厚上的差異。因此，實驗結果顯示，本發明之光學多層膜防畏光鏡片1的確可以利用Essential Macleod光學薄膜設計軟體進行各層薄膜之設計。
實驗例二
在實驗例二中，同樣是利用Essential Macleod光學薄膜設計軟體進行各層薄膜之設計，同時，利用極值點法及強度監控法來實現光學厚度監控，且利用上式(1)來計算修正因子。圖7是本發明之光學多層膜防畏光鏡片1的樣品三的透射光譜圖。在實驗例二中，利係用在如圖2所示之光學多層膜防畏光鏡片1的在該透光基板10的下表面之上同步地形成有該第一光學膜11以及形成在該第一光學膜11之上的該N層高折射率膜1H1~1HN與該N層低折射率膜1L1~1LN，則可獲得樣品三。值得說明的是，樣品三具有480nm(即，藍光波長)與620nm(即，紅光波長)之雙中心波長。換句話說，可依表(1)之條件在透光基板10的上表面(或下表面)形成具有中心波長為480nm的 一光學單元(即，陷波濾光片)，並依表(2)之條件在透光基板10的下表面(或上表面)形成具有中心波長為620nm的另一陷波濾光片。
綜上所述，本發明提出一種光學多層膜防畏光鏡片1，其為一種陷波濾光片。依據實驗例一，樣品一為可阻擋480nm的可見光的陷波濾光片，且樣品二為可阻擋620nm的可見光的陷波濾光片。換句話說，樣品一可用於抗藍光鏡片之製造。另一方面，雖然樣品二可視為輔助鏡片，但在固有光敏視網膜神經節細胞(ipRGC)中發現的光色素黑視素是雙穩態的。黑視蛋白分子的這種特性可以解釋620nm濾光片有額外的功效。
依據文獻一可知，在視網膜後部還有其他固有的光敏視網膜神經節細胞(ipRGC)，其中，黑視蛋白為一種ipRGC，其會被400奈米至500奈米範圍內的特定波長的光所激活。另一方面，文獻二指出FL-41染色眼鏡片為減少偏頭痛的一種方法，依據前述說明，實驗例二之樣品三具有480nm與620nm之雙中心波長，因此，配戴樣品三的眼鏡片有可能作為減輕或防止畏光患者慢性偏頭痛的輔助手段。
應用例
圖8顯示一掛式鏡片和一眼鏡的立體圖。在可行的應用例中，如圖8所示，本發明之光學多層膜防畏光鏡片1係能夠以一掛式鏡片(clip-on lenses)的形式呈現，利於使用者直接將此掛式鏡片組合至 其當前使用的眼鏡之上。從而，配戴結合掛式鏡片之眼鏡有可能作為減輕或防止畏光患者慢性偏頭痛的輔助手段。
圖9顯示一螢幕保護貼片和一智慧型手機的立體圖。在可行的應用例中，如圖9所示，本發明之光學多層膜防畏光鏡片1係能夠以一螢幕保護貼片的形式呈現，利於使用者直接將此螢幕保護貼片組合至其當前使用的智慧型手機之上，從而有可能作為減輕或防止畏光患者慢性偏頭痛的輔助手段。
圖10顯示一螢幕保護貼片和一筆記型電腦的立體圖，且圖11顯示一螢幕保護貼片和一顯示器的立體圖。在可行的應用例中，如圖10與圖11所示，本發明之光學多層膜防畏光鏡片1係能夠以一螢幕保護貼片的形式呈現，利於使用者直接將此螢幕保護貼片組合至其當前使用的顯示螢幕之上，從而有可能作為減輕或防止畏光患者慢性偏頭痛的輔助手段。
圖12顯示一平面式燈具保護貼片和一平面發光式之燈具的立體圖。在可行的應用例中，如圖12與圖11所示，本發明之光學多層膜防畏光鏡片1係能夠以一平面式燈具保護貼片的形式呈現，利於使用者直接將此平面式燈具保護貼片組合至其當前使用的平面發光式之燈具之上，從而有可能作為減輕或防止畏光患者慢性偏頭痛的輔助手段。當然，本發明之光學多層膜防畏光鏡片1係能夠以一非平面式燈具保護燈罩的形式呈現，利於使用者直接將此非平面式燈具保護燈罩組合至其當前使用的非平面發光式之燈具之上。
然而，必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
1:光學多層膜防畏光鏡片
10:透光基板
11:第一光學膜
1L1、1L2、1LN:低折射率膜
1H1、1H2、1HN:高折射率膜

Claims (9)

  1. 一種光學多層膜防畏光鏡片，包括：一透光基板；一第一光學膜，形成在該透光基板的一上表面之上；以及形成在該第一光學膜之上的N層高折射率膜和N層低折射率膜，且N為至少為2的正整數；其中，該N層高折射率膜之中的第一層係位於該第一光學膜之上，且N層所述高折射率膜和N層所述低折射率膜係交互堆疊，使得任兩層所述低折射率膜之間夾置有一層所述高折射率膜；其中，該第一光學膜和所述低折射率膜皆由選自於由SiO2和MgF2所組成群組之中的一低折射率材料所製成；其中，所述高折射率膜係由選自於由Ta2O5、TiO2和Nb2O5所組成群組之中的一高折射率材料所製成；其中，所述高折射率膜與第一層至第N-1層之各所述低折射率膜之間具有範圍介於1：1至1：1.5之間的一第一膜厚比，且所述高折射率膜和第N層所述低折射率膜之間具有範圍介於1：2至1：3之間的一第二膜厚比。
  2. 如請求項1所述之光學多層膜防畏光鏡片，其中，在該透光基板的一下表面之上亦形成有該第一光學膜以及形成在該第一光學膜之上的該N層高折射率膜與該N層低折射率膜。
  3. 如請求項1所述之光學多層膜防畏光鏡片，其中，該第一光學膜、所述高折射率膜和所述低折射率膜係利用電子鎗蒸鍍系統及離子束輔助沉積系統製成。
  4. 如請求項1所述之光學多層膜防畏光鏡片，其中，該透光基板係選自於由玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)、聚醚碸樹脂(Poly(ether sulfones),PES)、聚氨酯(Polyurethane,PU)材質、和聚醯亞胺(Polyimide,PI)所組成群組之中的任一材料所製成。
  5. 如請求項1所述之光學多層膜防畏光鏡片，其中，該透光基板為一硬質基板或一可撓基板。
  6. 如請求項1所述之光學多層膜防畏光鏡片，其中，透過調整該第一光學膜、所述高折射率膜及/或所述低折射率膜的膜厚，所述光學多層膜防畏光鏡片的中心波長為480nm或620nm。
  7. 如請求項1所述之光學多層膜防畏光鏡片，其中，透過調整該第一光學膜、所述高折射率膜及/或所述低折射率膜的膜厚，所述光學多層膜防畏光鏡片具有480nm與620nm之雙中心波長。
  8. 如請求項7所述之光學多層膜防畏光鏡片，其中，第N層所述低折射率膜位於第N層所述高折射率膜之上，且為所述光學多層膜防畏光鏡片的一最高層膜。
  9. 一種如請求項1至請求項8中任一項所述之光學多層膜防畏光鏡片的用途，其係用於一眼鏡鏡片、一掛式鏡片、一螢幕保護貼片、一平面式燈具保護貼片、以及一非平面式燈具保護燈罩之製造。
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