一种低反射率镜片镀膜及其制备方法与流程

本发明涉及玻璃镀膜，具体涉及一种低反射率镜片镀膜及其制备方法。

背景技术：

1、玻璃作为镜片最常用的基材，凭借稳定的物化性能、优异的透光性与可加工性，成为各类近视镜片、太阳镜片、光学仪器镜片的首选基材，但未经镀膜改性处理的普通玻璃表面，对可见光的平均反射率可达约8%，不仅会降低镜片整体的透光率，导致成像清晰度下降，还会产生反射眩光，干扰使用者视线，大幅降低使用体验，因此需要在玻璃表面制备低反射镀膜来改善其光学性能。行业内普遍采用在镜片基底表面镀制减反膜来降低镜片表面反射率。目前市面主流光学减反射膜系，大多针对400-700nm可见光波段进行针对性优化设计，满足人眼视觉及常规可见光成像设备的使用需求。但随着智能光学设备的迭代升级，安防监控、智能终端等设备普遍集成红外传感与补光成像模块，行业主流采用850nm、940nm近红外led作为补光光源，实现昼夜全天候成像、人体感应、测距识别等功能。传统单一可见光减反射膜系存在明显的波段适配缺陷，其光学性能仅在可见光区间表现优异，在700-1000nm近红外工作波段无法保持稳定的减反效果，波段反射率会急剧攀升至1%~3%。较高的红外反射率会造成镜片表面光线反射损耗严重，不仅降低红外光线的入射利用率，还会引发镜头眩光、杂光、雾影等成像问题，直接导致车辆用安防镜头夜间成像模糊、画面发白、细节缺失，大幅降低夜间监测与识别精度。

2、中国专利cn118688882a公开了低反射率镜片及其制备方法，其中低反射率镜片包括基板以及依次设置于所述基板上的第一涂布层、第二涂布层和第三涂布层，此专利制备得到的低反射率镜片的反射率在400-750nm波段内小于0.1%，但适用范围不包括850nm、940nm近红外区域。中国专利cn103698901b公开了一种一点五六折射率低反射率膜层树脂镜片及其镀膜方法，其中一点五六折射率低反射率膜层树脂镜片包括树脂镜片、真空膜和加硬膜，真空膜系为9层结构的减反增透膜，包括：第一层低折射率膜，第二层高折射率膜，第三层低折射率膜，第四层高折射率膜，第五层低折射率膜，第六层高折射率膜，第七层低折射率膜，第八层低折射率膜，第九层为氟化物；此发明公开提到的真空镀膜工艺，里面包括热膨胀系数差异大的有机硅加硬膜与真空膜系中的多层膜，经冷热循环后存在膜层龟裂、成片脱落的问题，其使用寿命有待进一步提高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低反射率镜片镀膜及其制备方法，用于解决现有技术中制备镜片所用的真空镀膜工艺难以同时兼顾可见光与近红外区域的低反射要求，且使用寿命需要进一步提高的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种低反射率镜片镀膜，自镜片基体表面向外依次包括7层膜结构，其中第一层为sio2，厚度为15~30nm；第二层为ti3o5，厚度为10~25nm；第三层为sio2，厚度为30~55nm；第四层为ti3o5，厚度为40~70nm；第五层为sio2，厚度为20~40nm；第六层为ti3o5，厚度为8~18nm；第七层为mgf2，厚度为85~130nm；

3、其中，低反射率镜片镀膜在400~1000nm波段平均反射率≤0.09%，在850nm±50nm范围内反射率≤0.1%。

4、一种低反射率镜片镀膜的制备方法，用于制备低反射率镜片镀膜，所述制备方法包括：

5、s1：将镜片基体装入镀膜机夹具，抽真空，加热，原位低能等离子体表面活化，离子束清洗，得到预处理的镜片；

6、s2：在预处理的镜片基体表面按照自镜片基体表面向外的顺序，依次沉积制备第1层至第7层，形成增透膜系；

7、s3：沉积所有膜层，后处理，得到低反射率镜片镀膜；

8、其中，所述增透膜系自镜片基体表面向外依次为：第1层sio2层；第2层ti3o5层；第3层sio2层；第4层ti3o5层；第5层sio2层；第6层ti3o5层；第7层mgf2层；

9、其中，s1中，镜片基体为玻璃；

10、其中，s1中，抽真空后的真空度≤2.0×10-3pa；

11、其中，第3层sio2层、第5层sio2层均采用第1层sio2层的制备步骤，均在ti3o5层制备完成并完成层间处理后才开始沉积制备；第4层ti3o5层、第6层ti3o5层均采用第2层ti3o5层的制备步骤，均在sio2层制备完成并完成层间处理后才开始沉积制备。

12、优选地，所述第1层sio2层的制备包括以下步骤：

13、保持预处理的镜片温度为110~130℃，离子源通入流量比为2:1的氧气与氩气混合气体，其中氧气12 sccm、氩气6 sccm，离子源功率为340~360w；采用电子束蒸发sio2，沉积速率为0.2~0.4 nm/s，射频偏压70w全程开启，直至该层沉积结束。

14、优选地，所述第2层ti3o5层的制备包括以下步骤：

15、在待沉积ti3o5层的前一层sio2层沉积并完成层间处理后，将温度降至100~120℃，通入流量比为3:1的氧气与氩气混合气体，其中氧气15 sccm、氩气5 sccm，离子源功率为400w；采用电子束蒸发ti3o5，沉积速率为0.03~0.05 nm/s，全程开启100w射频偏压，沉积1~2.2nm时，将射频偏压降低至70w，蒸发速率提升至0.1~0.25 nm/s，离子源维持功率180w，同时工作气体切换为氧气与氩气等体积比混合气体，总流量20 sccm，继续沉积；当沉积至距ti3o5层目标厚度仅余5nm时，将离子源气体切换为氧气，流量15 sccm，直至ti3o5层沉积结束。

16、优选地，所述增透膜系中任意一层膜层的沉积制备完成后，开始下一层沉积制备前，还包括层间处理，具体为：

17、刚完成的膜层为ti3o5层，则维持镜片温度于100~120℃，开启离子源，设定功率为100w，通入流量为10~15 sccm的氩气，对刚完成的膜层进行2min轰击处理；

18、刚完成的膜层为sio2层，则维持镜片温度于110~130℃，开启离子源，设定功率为150~200w，通入流量为10~15 sccm的氧气，同时施加70w射频偏压，保持30~40s，即可。

19、优选地，所述第7层mgf2层的制备包括以下步骤：

20、步骤（1）第一次沉积：

21、设定离子源功率为230w，流量为10~12 sccm的氩气，mgf2蒸发速率0.3~0.4 nm/s，射频偏压关闭，第一次沉积厚度为4~6nm；

22、步骤（2）第二次沉积：

23、第二次沉积期间，设定离子源功率从230w缓慢降低至100w，期间蒸发速率为0.4～0.6 nm/s，且第二次沉积厚度为20~24nm；

24、步骤（3）第三次沉积：

25、将离子源功率设置为100w，蒸发速率为0.4～0.6 nm/s，第三次沉积厚度为61~100nm；

26、步骤（4）沉积结束后，关闭mgf2电子束挡板，保持离子源功率100w、氩流量为10~12sccm，轰击处理10~15min，关闭离子源；

27、其中，步骤（1）、步骤（2）、步骤（3）、步骤（4）中保持镜片温度为100~120℃，射频偏压保持关闭状态。

28、优选地，所述后处理步骤具体如下：

29、沉积全部膜层后，真空保持15min，充干燥氮气至常压，然后以2℃/min速率缓慢降温至50℃取出，即可。

30、优选地，原位低能等离子体表面活化条件为：采用射频电源，流量10~15 sccm的氧气，功率为150~200w，时间为60~180s。

31、优选地，离子束清洗具体为：采用射频离子源，ar流量10~20 sccm，功率300~500w，清洗时间3~5min。

32、一种低反射率镜片，包括所述的低反射率镜片镀膜。

33、一种低反射率玻璃，包括所述的低反射率镜片镀膜。

34、一种车辆用安防镜头，包括所述的低反射率镜片镀膜。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

36、1.本发明中采用低折射率材料sio2与高折射率材料ti3o5的交替组合，在400~1000nm宽波段范围内形成多光束干涉相消效应，第一层sio2（15~30nm）作为基体与膜系之间的过渡层，其厚度匹配ti3o5层的光学相位，减少基体界面的反射；第二层ti3o5（10~25nm）与第三层sio2（30~55nm）、第四层ti3o5（40~70nm）与第五层sio2（20~40nm）构成两组主干涉腔体，负责宽波段平均反射率的整体压制；第六层ti3o5（8~18nm）与第七层mgf2（85~130nm）构成表层相位匹配层，专门针对近红外波段实现反射率的深度抑制。各膜层分别承担不同波段的相位补偿作用，各层光学厚度共同决定整个膜系的干涉谱线，使得最终镀膜在400~1000nm波段的平均反射率≤0.09%，同时在850nm±50nm范围内反射率≤0.1%。

37、2.本发明提供的低反射率镜片镀膜的制备方法中，采用等离子体表面活化及离子束清洗的组合预处理，等离子体活化使基体表面能提升，为后续膜层沉积提供了高表面活性的成核位点，而离子束清洗则确保了基体与第一层sio2之间的结合力，两者协同共同优化了基体预处理效果，既解决了单一处理方式存在的表面活性不足、结合力提升有限的问题，又为后续减反膜层的沉积构建了洁净均匀、活性充足的界面，使得后续沉积的各膜层结构更加均匀致密，有效减少了膜层缺陷与界面应力，不仅提升了膜层与基体以及各膜层间的结合稳定性。第1层sio2在pvd沉积过程中配合离子辅助沉积（iad）及射频偏压共同作用，提高氧原子的迁移率和反应活性，促进膜层致密化，并降低电子束蒸发过程中因sio2分解产生的氧空位缺陷，保证了膜层在短波区的光学透过率；第二层ti3o5层的制备采用分段沉积较单一段式沉积相比，每段沉积间完成应力释放和晶粒重排，膜层缺陷会降低，折射率的稳定性提升。针对每层sio2层的层间处理方式有利于填补sio2在电子束蒸发过程中因分解产生的氧空位缺陷，同时消除膜层内部应力；每层ti3o5层在100~120℃进行氩离子物理轰击，通过高能粒子的动量传递使膜层原子发生位移重排，消除ti3o5柱状晶间的微孔隙，同时引入适度张应力以平衡后续sio2层沉积时产生的压应力，且与沉积温度完全匹配，既避免了因额外升降温引入的热应力，又实现了sio2层与ti3o5层的两种膜层缺陷的针对性修复。针对最外层mgf2，本发明提出了阶梯式沉积结合离子轰击后处理的制备方法，以高离子源功率、低速率沉积4~6nm，利用高能离子辅助抑制mgf2在玻璃基体上的异质结晶倾向，提高初始成核密度，形成非晶过渡层；将离子源功率从230w缓慢降低至100w，沉积20~24nm，功率渐变避免了突变引起的应力跳跃，使膜层结构平滑过渡；以100w低功率沉积61~100nm主体层，低离子能量减少了膜层内部缺陷的引入，沉积结束后，保持100~120℃基体温度、100w离子源及氩气轰击10~15min，通过长时间低能量轰击实现膜层的二次致密化和封孔处理；因此使得mgf2膜层内部结晶度逐层渐变、应力平稳释放，较传统单一段式沉积相比进一步降低膜层内应力，而轰击后处理则彻底封闭了柱状晶间的针孔通道，使最外层mgf2具备优异的防潮抗腐蚀能力，确保了镀膜在湿热环境下的长期稳定性，延长使用寿命。其中，本发明在全部7层膜沉积完成后，采用真空保持15min、充干燥氮气至常压、以2℃/min速率缓慢降温至50℃后取出，其中真空保持阶段使膜层内残余气体及吸附水分子充分脱附，避免其在膜层内部形成散射中心；2℃/min的缓慢降温速率确保了sio2、ti3o5、mgf2三种热膨胀系数差异较大的材料在冷却过程中能够充分弛豫，不会因温度梯度产生热应力开裂；后处理针对整个膜系和基体的宏观应力问题，通过缓慢降温实现热应力弛豫，防止开裂和剥离，保障长期可靠性。同时，均匀稳定的内应力有利于各层膜折射率保持稳定，从而保障多层膜干涉效应的稳定性，使镜片在400~1000nm波段保持稳定的平均低反射率，避免因应力不均引起折射率偏移而导致局部反射色差或反射率不达标。

38、

39、3.本发明通过优化膜层结构设计，本发明的镀膜结构可同时满足可见光区域与近红外区域的低反射要求，减反增透效果覆盖波段更广，能有效减少不同场景下多余光线对视觉的干扰。采用本发明低反射率镜片镀膜的制备方法得到的低反射率镜片镀膜不仅具有更低的平均反射率和更优异的可见光-近红外宽波段减反增透效果，同时膜层结构稳定，工艺兼容性好，尤其适用于车载镜头、安防监控镜头等需要可见光-近红外宽波段低反射的应用场景；此外本发明的低反射率镜片镀膜的制备方法适配现有真空镀膜生产体系，工艺稳定性好、良率高，适合规模化工业生产，具备较高的应用价值。