多层减反射膜专利技术综述

杨絮

【摘 要】光学薄膜是现代光学的重要分支，在人们生活中越来越重要，而减反射膜是光学薄膜中应用范围最广的光学镀层之一，从太阳能的硅电池到摄像机的镜头、从橱窗到仪表防护板，减反射膜都起到了重要作用。近年来，减反射膜在激光器等透明材料上的应用标志着光学减反射的研究取得了巨大的进步，因此减反射膜具有广阔的应用前景。

【关键词】减反射；增透；折射率；溶胶-凝胶

中图分类号： TB383.2 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）23-0110-002

【Abstract】Optical film is an important branch of modern optics， which is more and more important in people's life. Antireflective film is one of the most widely used optical coatings in optical film. From solar cell to solar lens， To the instrument protection board， anti-reflective film has played an important role. In recent years， the application of antireflective film on transparent materials such as lasers has made great progress in the study of optical antireflection， so the antireflective film has a wide application prospect.

【Key words】Reduced reflection；Penetration；Refractive index；Sol-gel

0 前言

减反射膜，又称增透膜，其是根据光透过介质发生折射和反射从而减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学元件表面的反射光，增加这些元件的透光率，减少或消除系统的杂散光。减反射膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜，因此，科研工作者对减反射膜进行了大量研究，致力于设计新膜系，改进淀积工艺，使之用最少的层数，最简单、最稳定的工艺，获得尽可能高的成品率，达到最理想的效果。减反射膜包括单层减反射膜和多层减反射膜。单层减反射膜是镀在光学零件光学表面上的一层折射率较低的薄膜。如果膜层的光学厚度是某一波长的四分之一，相邻两束光的光程差恰好为π，即振动方向相反，叠加的结果使光学表面对该波长的反射光减少。适当选择膜层折射率，这时光学表面的反射光可以完全消除。然而，采用单层增透膜的减反射能力受到材料折射率的限制，因此其很难达到理想的增透效果，为了在单波长实现零反射，或在较宽的光谱区达到好的增透效果，往往采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜，即多层减反射膜[1]。

多层膜系的结构参数决定了其反射率R。一般而言，入射光的光谱分布是已知的，因此可通过调整膜系的层数和各层膜的光学厚度来得到最小的反射率。通常固定薄膜材料的折射率值，仅把薄膜的厚度作为设计参数，通过软件进行数值分析和优化设计，得出各层膜的优化厚度。相对于单层减反射膜，多层减反射膜可在多个波长附近有较理想的减反射效果，且拓宽了材料的选择范围。

多层膜系一般包括双层膜系或三层膜系。其中双层膜系结构相当于镀制低折射率薄膜L层以前，在基底上先镀制一层折射率较高的H层，让这层高折射率的膜层和玻璃基底组成一个新的基底，这个新基底的折射率将大于玻璃的折射率，从而增强了第一层膜的增透效果；而三层膜系是由中折射率层（M层）、高折射率层（H层）和低折射率层（L层）组成。

本文以国内外公布的涉及多层减反射膜的相关专利为研究对象，从多个方面进行统计分析。旨在阐明国内外多层减反射膜技术的发展、研究的现状、特征及趋势，希望为相关企业跟踪国内外优势企业的技术情况提供帮助，促使他们增强专利意识，及早筹划专利布局，掌握核心竞争力，以期能在多层减反射膜领域中占据主导地位；并且提升我国相关科研水平，为推动我国的多层减反射膜技术发展提供参考。

1 专利申请状况

1.1 申请趋势

通过对各年度多层减反射膜专利申请的申请量以及国内外申请量对比的分析，可以得出，在1994年之前，在多层减反射膜领域的专利申请处于起步阶段，申请量比较少，说明当时多层减反射膜主要处于理论研究阶段。在1994年到1998年之间，对多层减反射膜研究逐渐成熟，向应用靠拢，申请量逐步增加。尤其是1998年之后，关于多层减反射膜的申请进入了平稳期，文献量较大，这也反映了从1998年开始，商家在多层减反射膜应用上的成熟和消费者对多层减反射膜的热衷。但在2004年到2008年期间，多层减反射膜的专利申请出现下降趋势，说明在该项技术以达到成熟，在此期间技术并未出现突破性进展。而从2008年以后，多层减反射膜的申请量又再一次增加，国内从2006年开始出现了大量的多层减反射膜的专利申请，从而导致多层减反射膜的申请量在处于低迷期以后又再一次增加，但通过对国内的多层减反射膜专利申请进行分析，我们发现，虽然我国的申请量逐步增加，但我国在这一领域的技术发展与欧美日等国的相比仍然具有一定差距。

1.2 技术分布

双层膜系结构是在镀制低折射率薄膜L层以前，在基底上先镀制一层折射率较高的H层，让高折射率的膜层和玻璃基底组成一个新的基底，新基底的折射率将大于玻璃的折射率，从而增强第一层膜的增透效果[2]。双层减反射膜系是多层减反射膜领域最早的技术方案，从1964年开始，其已进入人们的视线之内。从1964年至1985年间，多层减反射膜领域的专利申请主要以双层减反射膜系为主，即高低折射率材料叠加而成；从1985年到1990年，申请人开始在双层减反射膜系中添加金屬层以提高膜层的性能，同时在该时间段内，专利申请主要以日本申请为主；1996年之前，多层减反射膜系领域处于起步阶段，因此其主要解决的技术问题主要是提高减反射膜层的性能。从1997年开始，专利申请大量增加，在双层减反射膜系结构方向，其膜层的数量逐步增加，同时出现了更多的材料选择，并且膜层由原来的单一材料初步向掺杂物质方向发展，另外，研究者同时致力于膜层的多功能性的研究，出现了在减反射膜的之外或在减反射膜层中添加其它层以使膜层具有更多的功能，同时，由于在2010年前国内的专利申请较少，而国外申请不仅涉及膜层的结构和制备方法，同时还包括一定的理论。直至2010年开始，国内申请大幅度增长，其申请由原来的理论基础逐步趋近于主要包括膜层结构和制备过程中的参数。endprint

2 多层减反射膜的制备工艺

2.1 溶胶-凝胶法

溶胶—凝胶法（Sol-gel，SG）是将易水解的无机物或金属醇盐在某种溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚的化学过程而形成稳定的透明溶胶体系，再經过干燥、烧结等后处理工序，最后制得所需的膜层。采用溶胶-凝胶工艺制备氧化物薄膜的方法很多，如浸渍提拉法（dipping）、旋覆法（spinning）、喷涂法（spraying）以及刷涂法（painting）等[3]。

优点：（a）溶胶—凝胶的容易设备简单低廉；（b）膜层具有较高的化学均匀性；（c）反应过程易于控制并可调控凝胶的微观结构；（d）该法制备材料掺杂的范围宽（包括掺杂的量和种类），化学计量准确且易于改性；（e）制备的材料组分均匀，产物的纯度高；（f）不需在真空条件和高温下即可进行并可在大面积基片上涂覆成膜。

缺点：（a）由于原料多为有机化合物，因此成本较高，并且对人体健康造成危害；（b）工艺过程时间较长；（c）薄层的厚度难以控制，另外薄膜的厚度均匀性也很难控制；（d）由于凝胶中液体量大，干燥时产生收缩从而导致半成品制品容易产生开裂；（e）制品中会残留细孔及HO-或C，后者易使制品带黑色。

2.2 化学气相沉积法

化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）是利用加热、等离子体激励或光辐射等方法，使一种或几种单质或化合物形成气态沉积在基体表面上，气态物质通过气相作用或化学反应，从而在基体上形成薄膜。气体分解方法通常采用热分解法、等离子分解法、激光分解法。

优点：（a）沉积成膜装置简单；（b）在常温或低温下即可进行，低压效果更好；（c）薄膜的厚度、纯度和电阻率等性能易于控制从而使其膜层具有高性能；（d）低放射性损害。

缺点：（a）沉积速率比物理气相沉积速率低；（b）沉积温度高从而使基体的材料受限；（c）反应物所产生的尾气对环境造成污染；（d）化学反应会腐蚀工艺设备；

3 总结

通过对多层减反射膜专利的分析可以发现国外在这一领域起步很早，国外大公司在这一领域已经进行了很多研究并获得专利权，而国内企业在这一领域起步较晚，并且在大量外国专利的现有技术基础上，国内企业在多层减反射膜领域将为突破传统的技术带来新的机遇，为全球多层减反射膜领域打开另一扇明亮的窗户。但是，由于我国无论从专利申请量还是参与的企业数量来看，与上述国家均存在较大的差距，这需要我国相关企业加大研发力度，尽快掌握相关重要技术和核心技术，从而为在多层减反射膜领域的技术竞争中掌握主动权而奠定基石。

【参考文献】

[1]王明利，龚辉，范正修.磁控溅射沉积宽带减反膜[J].科学通报，1997，13：1381-1383.

[2]王彦青，王秀峰，姜红涛，门永.硅太阳能电池减反射膜的研究进展[J].材料导报.2012，19.151-156.

[3]Bautista M C，Morales A.Silica antireflective films on glass produced by the sol-gel method[J].Solar Energy Materials & Solar Cells，2003，80：217-225.endprint