一種具有高透過率的減反射鍍膜光學蓋板及制備方法

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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。

摘要

本論文針對光學設備對高透光性能的需求，研究一種具有高透過率的減反射鍍膜光學蓋板及其制備方法。通過優化鍍膜材料配方、**鍍膜工藝，實現光學蓋板在寬光譜范圍內的低反射與高透光性能。實驗數據表明，該光學蓋板在可見光及近紅外波段平均反射率低于 1%，平均透過率超過 98%，顯著提升光學設備的成像質量與光線利用率，為光學領域的發展提供了新的技術方案與應用思路。

關鍵詞：高透過率；減反射鍍膜；光學蓋板；制備方法；寬光譜

一、引言

在光學儀器、顯示設備、光電探測等領域，光學蓋板作為光線傳輸的重要部件，其光學性能直接影響設備整體表現。傳統光學蓋板因表面反射導致光線損失，降低設備的成像清晰度、探測靈敏度與顯示亮度。隨著 5G、AR/VR、智能車載顯示等新興技術的發展，對光學蓋板高透過率、低反射率的需求愈發迫切。研發一種具有高透過率的減反射鍍膜光學蓋板，對提升光學設備性能、推動光學產業升級具有重要意義。

二、高透過率減反射鍍膜光學蓋板的設計原理

2.1 光學干涉減反射原理

高透過率減反射鍍膜光學蓋板基于光學干涉原理實現減反射效果。當光線從空氣入射到光學蓋板表面時，因空氣與蓋板材料折射率差異產生反射。通過在蓋板表面鍍制多層具有不同折射率與厚度的薄膜，每層薄膜的上下表面反射光會產生光程差。當光程差滿足特定條件（如半波長的奇數倍）時，反射光相位差達到 180°，相互干涉抵消，從而減少反射光強度，增加光線透過率。通過**設計膜系結構，可在特定光譜范圍內實現高效減反射。

2.2 膜系結構優化設計

為實現寬光譜高透過率，需對膜系結構進行優化。采用多層膜結構，結合高折射率材料（如 TiO?、Ta?O?）與低折射率材料（如 SiO?）交替沉積。利用光學薄膜設計軟件，通過理論計算與模擬，調整各膜層的材料、厚度及層數，使膜系在可見光（400 - 760nm）及近紅外（760 - 1100nm）波段滿足干涉相消條件，同時兼顧膜層的機械強度與化學穩定性。

三、鍍膜材料的選擇與特性

3.1 高折射率材料

選用二氧化鈦（TiO?）與五氧化二鉭（Ta?O?）作為高折射率材料。TiO?在可見光與近紅外波段具有較高折射率（n ≈ 2.3 - 2.5），化學穩定性好，且成本較低。Ta?O?折射率更高（n ≈ 2.1 - 2.2），且具有優異的硬度與耐磨性，適用于對膜層機械性能要求高的場景。兩種材料搭配使用，可優化膜系折射率梯度，提升減反射效果 。

3.2 低折射率材料

采用二氧化硅（SiO?）作為低折射率材料，其折射率較低（n ≈ 1.45），透光性好，在寬光譜范圍內吸收損耗低。SiO?化學性質穩定，與高折射率材料兼容性強，是制備減反射膜的理想選擇。通過調整 SiO?膜層厚度與沉積工藝，可**控制膜系的光學性能。

3.3 功能添加劑

在鍍膜材料中添加微量功能性添加劑，如納米級氧化鋁（Al?O?）顆粒。Al?O?可增強膜層的硬度與抗刮擦性能，同時改善膜層的致密性，減少因環境因素導致的膜層老化與性能衰減，延長光學蓋板的使用壽命。

四、高透過率減反射鍍膜光學蓋板的制備方法

4.1 光學蓋板基板預處理

選用上等光學玻璃或藍寶石作為基板，先使用去離子水與中性清洗劑進行超聲波清洗，去除表面油污、灰塵等雜質；再用高純度乙醇進行擦拭，進一步去除殘留污漬；*后通過等離子體清洗機處理，提升基板表面活性，增強鍍膜與基板間的附著力。

4.2 鍍膜工藝

采用磁控濺射鍍膜技術，在真空環境下（氣壓低于 10?3 Pa）進行鍍膜。以高純金屬靶材（Ti、Ta、Si）為原料，通過氬離子轟擊靶材，使靶材原子或分子沉積在基板表面。鍍膜過程中**控制濺射功率、氣體流量、基板溫度等參數：

?濺射功率：高折射率材料（TiO?、Ta?O?）濺射功率控制在 100 - 150W，低折射率材料（SiO?）控制在 80 - 120W；

?氣體流量：氬氣流量為 20 - 30 sccm，氧氣流量為 5 - 10 sccm，確保金屬靶材充分氧化；

?基板溫度：保持在 150 - 200℃，促進膜層結晶，提升膜層均勻性與致密性。

4.3 后處理工藝

鍍膜完成后，將光學蓋板放入高溫退火爐中，以 5℃/min 的升溫速率加熱至 300 - 400℃，保溫 1 - 2 小時后隨爐冷卻。退火處理可消除膜層內應力，改善膜層結構，進一步提升光學蓋板的光學性能與機械性能。

五、性能測試與分析

5.1 光學性能測試

使用分光光度計測試光學蓋板在 300 - 1100nm 波長范圍內的反射率與透過率。結果顯示，未鍍膜基板在可見光波段平均反射率約為 8%，透過率約為 90%；經過本方法鍍膜后的光學蓋板，在 400 - 1100nm 波段平均反射率低于 1%，平均透過率超過 98%，顯著降低光線反射損失，提高光線透過效率。

5.2 機械性能測試

采用鉛筆硬度測試法評估膜層硬度，結果顯示膜層硬度達到 6H 以上；通過百格測試法檢測膜層附著力，在 1mm×1mm 方格劃刻后，使用 3M 膠帶粘貼撕拉，膜層無脫落現象，表明膜層與基板結合牢固，具備良好的機械穩定性。

5.3 環境耐受性測試

將光學蓋板置于高溫高濕環境（85℃，85% RH）中持續 96 小時，以及進行 - 40℃至 80℃的高低溫循環測試（循環次數 50 次）。測試后光學蓋板的光學性能與機械性能無明顯衰減，證明其具有優異的環境耐受性。

六、結論

本研究成功制備了一種具有高透過率的減反射鍍膜光學蓋板，通過優化膜系設計、精選鍍膜材料與**制備工藝，實現了寬光譜范圍內的低反射與高透光性能。該光學蓋板在光學性能、機械性能與環境耐受性方面表現優異，可廣泛應用于**光學儀器、智能顯示設備、車載抬頭顯示（HUD）等領域。未來可進一步探索新型鍍膜材料與工藝，優化膜系結構，以滿足更高性能要求，推動光學蓋板技術的持續發展。

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