CN105866976A - 防紫外线镜片结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防紫外线镜片结构及其制备方法，镜片本体的后表面上沉积有一层后表面加硬防刮层，后表面加硬防刮层上沉积有后表面减反射膜层，后表面减反射膜层上沉积有一层后表面超防水膜层，后表面超防水膜层上沉积有一层后表面金属氧化膜层，后表面金属氧化膜层上沉积有一层防污防腐油的后表面氟化物膜层；后表面减反射膜层为多层透明薄膜组合而成，调整各层膜的厚度以及制备工艺，可以实现后表面减反射膜层具有透过和吸收紫外线作用，从而使得镜片具有高透过率、防油污、防水和防紫外线的作用；该制备方法能有效保障各层膜的沉积质量，极大地提高镜片的合格率，使镜片的两面都具有优异的防油污、防水和防紫外线的功效，并具有很好的光滑性。
Description
技术领域
本发明涉及一种防紫外线镜片结构，特别涉及一种防紫外线镜片结构及其制备方法。
背景技术
佩带眼镜的目的一般是为了改善视力，所以最好的状态是带了眼镜像没戴眼镜一样，一样的看物清晰，从光学理论而言，为了提高镜片的透光度，我们对镜片进行镀膜处理，使其透光率从90%提高到98%以上。为了达到这种效果，需要根据光学原理，在镜片上镀膜，目的是为了减少反射光的损失，尽可能的提高入射光的比例，尤其是可见光，对于450纳米到730纳米的光波尽可能提高透过率，增加清晰度。实际生产过程中，为了精细调整光线的透过率，有些厂家会在镜片的表面镀上多层减反膜，以期达到一种综合的平衡，尽可能的让透射光接近100%的透过树脂镜片的硬度较低，所以一般都要进行加硬处理；并且树脂镜片的透过率不高，比如CR39的透过率是92%，所以非镀膜镜片影响了我们对所看见物体的判断。一般的树脂镜片进行减反射镀膜处理时，常用的是低折射率材料SiO2和高折射率材料ZrO2的搭配得到透过率达98%的镜片，详细为：Topcoat/（SiO2/ZrO2/SiO2/ZrO2/SiO2）/HC/Lens。但这样的搭配不能抗油或者不能很好的清除手指印；当Topcoat 层是Super Hydrophobic 时，镜片的表面非常滑，水接触角可达到115º，磨片装配时容易引起跑轴，跑偏等报废。中国专利（公开号CN 103105632 A）公开了一种真空镀膜方法得到的超防水保护膜，详细设计为P1/P2/Super Hydrophobic /（SiO2/ZrO2/SiO2/ZrO2/SiO2）/HC/Lens，这样的设计减少因镜片太滑带来的磨片装配时的报废，以及解决了抗油抗污问题，但是这样的搭配只考虑了镜片在可见光的透过率，而没有考虑紫外线是否有影响。
因此，现在需要进一步在镜片前表面设计了对紫外光的反射，同时利用材料本身吸收紫外线；并且在镜片后表面需要让紫外光能很高的透过加吸收。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有的不足，提供一种具有防紫外线、防油污、高透过率的防紫外线镜片结构。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，所述镜片本体的后表面上沉积有一层后表面加硬防刮层，所述后表面加硬防刮层上沉积有后表面减反射膜层，所述后表面减反射膜层上沉积有一层后表面超防水膜层，所述后表面超防水膜层上沉积有一层后表面金属氧化膜层，所述后表面金属氧化膜层上沉积有一层防污防腐油的后表面氟化物膜层；所述后表面减反射膜层为多层透明薄膜组合而成，且具有透过和吸收紫外线的作用；所述后表面金属氧化膜层为弱碱性金属氧化物。采用上述技术方案，通过在镜片本体的后表面上依次镀上后表面加硬防刮层、后表面减反射膜层、后表面超防水膜层、后表面金属氧化膜层和后表面氟化物膜层，采用边缘遮挡夹具，可以使得各层薄膜在沉积过程中不会沉积到镜片本体的边缘上；调整各层膜的厚度以及制备工艺，制得具有合适折射率的薄膜，可以实现后表面减反射膜层具有透过和吸收紫外线作用，从而使得镜片在保证了防油污、防水和高透过率的同时具有防紫外线的作用。各层薄膜在沉积过程中可以采用均匀地边走边沉积，原子沿着镜片本体从左向右均匀的吸附，从而可以获得均匀的优质薄膜层。
本发明进一步改进在于，所述后表面减反射膜层依次为第一二氧化硅层、第一氧化锆层、第二二氧化硅层、第二氧化锆层、第三二氧化硅层。在镜片的后表面采用的搭配为Lens/HC /（SiO2/ZrO2/SiO2/ZrO2/SiO2）/Super Hydrophobic/P2 /P1，其中SiO2的折射率为1.45，ZrO2的折射率为2.176，通过多层的SiO2膜和ZrO2膜，同时调整各层透明膜的参数及制备工艺条件，使得后表面减反射膜具有很好的透过和吸收紫外线的作用，同时保证了其高的可见光透过率。
本发明进一步改进在于，所述第一二氧化硅层的厚度为30~50nm，所述第一氧化锆层的厚度为40~60nm，所述第二二氧化硅层50~60nm，所述第二氧化锆层40~50nm，所述第三二氧化硅层为50~60nm。
作为本发明的优选方案，所述第一二氧化硅层的厚度为35~45nm，所述第一氧化锆层的厚度为45~55nm，所述第二二氧化硅层50~55nm，所述第二氧化锆层45~50nm，所述第三二氧化硅层为55~60nm。
本发明进一步改进在于，所述后表面加硬防刮层的厚度为350~450nm；所述后表面减反射膜层的厚度为280~320nm；所述后表面超防水膜层的厚度为5~10nm；所述后表面金属氧化膜层的厚度为10~20nm；所述后表面氟化物膜层的厚度为5~10nm。
本发明进一步改进在于，所述镜片本体的前表面沉积有一层前表面加硬防刮层，所述前表面加硬防刮层上沉积有前表面减反射膜层，所述前表面减反射膜层上沉积有一层前表面超防水膜层，所述前表面超防水膜层上沉积有一层前表面金属氧化膜层，所述前表面金属氧化膜层上沉积有一层防污防腐油的前表面氟化物膜层；所述后表面减反射膜层为多层透明薄膜组合而成，且具有反射和吸收紫外线的作用。通过在镜片本体的前表面上依次镀上前表面加硬防刮层、前表面减反射膜层、前表面超防水膜层、前表面金属氧化膜层和前表面氟化物膜层，使得前表面在保证了高的可见光透过率和防油污防水的同时具有反射和吸收紫外线的作用，从而进一步更好地起到防紫外线的作用，实现了双面防紫外线的作用。
本发明进一步改进在于，所述前表面加硬防刮层、前表面减反射膜层、前表面超防水膜层、前表面金属氧化膜层、后表面氟化物膜层、后表面加硬防刮层、后表面减反射膜层、后表面超防水膜层、后表面金属氧化膜层和后表面氟化物膜层均采用物理气相沉积法。采用物理气相沉积法在一定的真空度下沉积各层薄膜，可以得到高质量的薄膜，同时使得各层薄膜在镜片本体上有着很好地附著力，同时所有的薄膜层均是一次性在真空环境下沉积得到的，可以使各层薄膜的附著力更好，更稳定同时防止了制作过程中的污染。
本发明还要解决的一个问题是，提供一种防紫外线镜片结构的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，包括以下步骤：
（1）镜片本体的化学清洗：①为了去除镜片本体表面的有机物，先用双氧水和浓硫酸的混合溶液（体积比为3：1）的浸泡超声20~30min后用去离子水清洗；②把镜片本体先后放入丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水中超声25~35min，以提高镜片本体表面活性，从而增加薄膜与镜片本体材料的结合力；③清洗结束后将镜片本体置于烘箱干燥，干燥后固定在基片台上，然后将基片台旋紧在真空腔室的转盘上。
（2）设备真空的获得：启动机械泵，打开旁抽阀Ⅱ，对真空腔室抽真空；当真空度达到1~8Pa时，关闭旁抽阀Ⅱ，打开旁抽阀Ⅰ，并启动分子泵，打开闸板阀，采用分子泵对真空腔室进一步抽真空；当分子泵加速后稳定运行直至真空度达到1~5×10-3Pa。
（3）离子束清洗：氩气等离子体清洗；打开氩气阀，通入氩气，对镜片本体进行离子束清洗，清洗时间为3~8 min；清洗完成后关闭氩气阀；
（4）后表面膜的制备：打开加热器，设置加热温度为150~200℃；当镀膜机内真空度达到1~3×10-7 Pa时启动电子束枪，调节束流和调整电子束的位置，使其位于靶材中间，然后依次在镜片本体上镀上一层后表面加硬防刮层和后表面减反射膜层后进行氩氧等离子体刻蚀，刻蚀时间为1~2 min；在后表面减反射膜层上镀一层后表面超防水膜层并进行氩氧等离子体刻蚀，刻蚀时间为2~4 min；在后表面超防水膜层上镀一层后表面金属氧化膜层，再在后表面金属氧化膜层上镀一层后表面氟化物膜层并进行氩氧等离子体刻蚀，刻蚀时间为2~4 min；
（5）前表面膜的制备：依次沉积镜片本体前表面加硬防刮层、前表面减反射膜层、前表面超防水膜层、前表面金属氧化膜层以及前表面氟化物膜层；
（6）解除真空：关闭分子泵，开启进气阀，通入空气；取出镜片；
（7）镜片后处理：将步骤（6）取出的镜片放入马弗炉进行退火处理，退火温度为100~150℃，退火时间为30min，得到防紫外线镜片。
在制备过程中可以采用多个放置不同靶材的真空腔室相接，镜片本体依次以各种均匀的速度走过各个真空腔室则沉积完成所有的薄膜层，均匀的移动速度可以获得均匀的薄膜，同时这样有利于提高薄膜沉积质量，避免不同材料的污染，只是其中减反射膜层可以是在同一个真空腔室中沉积，通过采用双靶真空设备，旋转镜片本体来实现；后处理的温度，时间和气氛均可以影响薄膜的透过率以及对紫外线的反射和吸收。
作为本发明的优选方案，所述前表面氧化物膜层和所述后表面氧化物膜层均为氧化镁膜层或氧化铋膜层。在超防水膜层与防油污的氟化物膜层之间沉积一层弱碱性金属氧化物膜层，有利于超防水膜层与防油污的氟化物膜层的附著，提高镜片覆膜的均匀性。
作为本发明的优选方案，所述前表面氟化物膜层和后表面氟化物膜层均为氟化镁膜层或氟化钠膜层或氟化钙膜层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供一种防紫外线镜片结构以及其制备方法，该结构使得前表面在保证了高的可见光透过率和防油污防水的同时具有反射和吸收紫外线的作用，实现了双面防紫外线的作用；该制备方法能有效保障各层膜的沉积质量，极大地提高镜片的合格率，使镜片的两面都具有优异的防油污、防水和防紫外线的功效，并具有很好的光滑性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明的实施例1防紫外线镜片结构的结构示意图；
图2是本发明的实施例2防紫外线镜片结构的结构示意图；
图3是本发明的防紫外线镜片结构的前表面设计的理论透过率示意图；
图4是本发明的防紫外线镜片结构的后表面设计的理论透过率示意图；
其中：1-前表面氟化物膜层；2-前表面金属氧化膜层；3- 前表面超防水膜层；4-前表面减反射膜层；5-前表面加硬层；6-镜片本体；7-后表面加硬层；8-后表面减反射膜层；9-后表面超防水膜层；10-后表面金属氧化膜层；11-后表面氟化物膜层。
具体实施方式
实施例一：如图1所示，该防紫外线镜片结构为Lens/HC/（SiO2/ZrO2/SiO2/ZrO2/SiO2）/Super Hydrophobic/P2 /P1；其中Lens为镜片本体6；HC为后表面加硬层7；SiO2/ZrO2/SiO2/ZrO2/SiO2为后表面减反射膜层8；Super Hydrophobic为后表面超防水膜层9；P2为后表面金属氧化膜层10；P1为后表面氟化物膜层11。
实施例二：如图2所示，该防紫外线镜片结构为P3/P4/Super Hydrophobic /（SiO2/ZrO2/SiO2/ZrO2/SiO2）2/HC2/Lens/HC1/（SiO2/ZrO2/SiO2/ZrO2/SiO2）1/Super Hydrophobic/P2 /P1；其中P3为前表面氟化物膜层1；P4为前表面弱碱性金属氧化物膜层2，Super Hydrophobic为前表面超防水膜层3，（SiO2/ZrO2/SiO2/ZrO2/SiO2）2为前表面减反射膜层4，HC2为前表面加硬层5，Lens为镜片本体6；HC1为后表面加硬层7；（SiO2/ZrO2/SiO2/ZrO2/SiO2）1为后表面减反射膜层8；Super Hydrophobic为后表面超防水膜层9；P2为后表面金属氧化膜层10；P1为后表面氟化物膜层11。
实施例3：实施例1的制备方法，包括如下步骤：
（1）镜片本体的化学清洗：①为了去除镜片本体表面的有机物，先用双氧水和浓硫酸的混合溶液（体积比为3：1）的浸泡超声20min后用去离子水清洗；②把镜片本体先后放入丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水中超声25min，以提高镜片本体表面活性，从而增加薄膜与镜片本体材料的结合力；③清洗结束后将镜片本体置于烘箱干燥，干燥后固定在基片台上，然后将基片台旋紧在真空腔室的转盘上。
（2）设备真空的获得：启动机械泵，打开旁抽阀Ⅱ，对真空腔室抽真空；当真空度达到6Pa时，关闭旁抽阀Ⅱ，打开旁抽阀Ⅰ，并启动分子泵，打开闸板阀，采用分子泵对真空腔室进一步抽真空；当分子泵加速后稳定运行直至真空度达到3×10-3Pa。
（3）离子束清洗：氩气等离子体清洗；打开氩气阀，通入氩气，对镜片本体进行离子束清洗，清洗时间为5min；清洗完成后关闭氩气阀；
（4）后表面膜的制备：打开加热器，设置加热温度为150℃；当镀膜机内真空度达到2×10-7 Pa时启动电子束枪，调节束流和调整电子束的位置，使其位于靶材中间，然后依次在镜片本体上镀上一层后表面加硬防刮层和后表面减反射膜层后进行氩氧等离子体刻蚀，刻蚀时间为2min；在后表面减反射膜层上镀一层后表面超防水膜层并进行氩氧等离子体刻蚀，刻蚀时间为3min；在后表面超防水膜层上镀一层后表面金属氧化膜层，再在后表面金属氧化膜层上镀一层后表面氟化物膜层并进行氩氧等离子体刻蚀，刻蚀时间为3min；
（5）解除真空：关闭分子泵，开启进气阀，通入空气；取出镜片；
（6）镜片后处理：将步骤（5）取出的镜片放入马弗炉进行退火处理，退火温度为100℃，退火时间为30min，得到防紫外线镜片。
测试结果为：前表面紫外透过率低于1%。
实施例4：实施例2的制备方法，包括如下步骤：
（1）镜片本体的化学清洗：①为了去除镜片本体表面的有机物，先用双氧水和浓硫酸的混合溶液（体积比为3：1）的浸泡超声30min后用去离子水清洗；②把镜片本体先后放入丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水中超声35min，以提高镜片本体表面活性，从而增加薄膜与镜片本体材料的结合力；③清洗结束后将镜片本体置于烘箱干燥，干燥后固定在基片台上，然后将基片台旋紧在真空腔室的转盘上。
（2）设备真空的获得：启动机械泵，打开旁抽阀Ⅱ，对真空腔室抽真空；当真空度达到5Pa时，关闭旁抽阀Ⅱ，打开旁抽阀Ⅰ，并启动分子泵，打开闸板阀，采用分子泵对真空腔室进一步抽真空；当分子泵加速后稳定运行直至真空度达到5×10-3Pa。
（3）离子束清洗：氩气等离子体清洗；打开氩气阀，通入氩气，对镜片本体进行离子束清洗，清洗时间为5min；清洗完成后关闭氩气阀；
（4）后表面膜的制备：打开加热器，设置加热温度为200℃；当镀膜机内真空度达到2×10-7 Pa时启动电子束枪，调节束流和调整电子束的位置，使其位于靶材中间，然后依次在镜片本体上镀上一层后表面加硬防刮层和后表面减反射膜层后进行氩氧等离子体刻蚀，刻蚀时间为2 min；在后表面减反射膜层上镀一层后表面超防水膜层并进行氩氧等离子体刻蚀，刻蚀时间为3min；在后表面超防水膜层上镀一层后表面金属氧化膜层，再在后表面金属氧化膜层上镀一层后表面氟化物膜层并进行氩氧等离子体刻蚀，刻蚀时间为4 min；
（5）前表面膜的制备：依次沉积镜片本体前表面加硬防刮层、前表面减反射膜层、前表面超防水膜层、前表面金属氧化膜层以及前表面氟化物膜层；
（6）解除真空：关闭分子泵，开启进气阀，通入空气；取出镜片；
（7）镜片后处理：将步骤（6）取出的镜片放入马弗炉进行退火处理，退火温度为150℃，退火时间为30min，得到防紫外线镜片。
测试结果为：后表面减反射层的透过率为96%。
在制备过程中还可以采用流水线制备模式，采用多个放置不同靶材的真空腔室相接，镜片本体依次以各种均匀的速度走过各个真空腔室则沉积完成所有的薄膜层，均匀的移动速度可以获得均匀的薄膜，同时这样有利于提高薄膜沉积质量，避免不同材料的污染，只是其中减反射膜层可以是在同一个真空腔室中沉积，通过采用双靶真空设备，旋转镜片本体来实现，这样有利于节约成本，适用于广泛推广。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (10)
1.一种防紫外线镜片结构，包括镜片本体，其特征在于，所述镜片本体的后表面上沉积有一层后表面加硬防刮层，所述后表面加硬防刮层上沉积有后表面减反射膜层，所述后表面减反射膜层上沉积有一层后表面超防水膜层，所述后表面超防水膜层上沉积有一层后表面金属氧化膜层，所述后表面金属氧化膜层上沉积有一层防污防腐油的后表面氟化物膜层；所述后表面减反射膜层为多层透明薄膜组合而成，且具有透过和吸收紫外线的作用；所述后表面金属氧化膜层为弱碱性金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的防紫外线镜片结构，其特征在于，所述后表面减反射膜层依次为第一二氧化硅层、第一氧化锆层、第二二氧化硅层、第二氧化锆层、第三二氧化硅层。
3.根据权利要求2所述的防紫外线镜片结构，其特征在于，所述第一二氧化硅层的厚度为30~50nm，所述第一氧化锆层的厚度为40~60nm，所述第二二氧化硅层50~60nm，所述第二氧化锆层40~50nm，所述第三二氧化硅层为50~60nm。
4.根据权利要求3所述的防紫外线镜片结构，其特征在于，所述第一二氧化硅层的厚度为35~45nm，所述第一氧化锆层的厚度为45~55nm，所述第二二氧化硅层50~55nm，所述第二氧化锆层45~50nm，所述第三二氧化硅层为55~60nm。
5.根据权利要求4所述的防紫外线镜片结构，其特征在于，所述后表面加硬防刮层的厚度为350~450nm；所述后表面减反射膜层的厚度为280~320nm；所述后表面超防水膜层的厚度为5~10nm；所述后表面金属氧化膜层的厚度为10~20nm；所述后表面氟化物膜层的厚度为5~10nm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的防紫外线镜片结构，其特征在于，所述镜片本体的前表面沉积有一层前表面加硬防刮层，所述前表面加硬防刮层上沉积有前表面减反射膜层，所述前表面减反射膜层上沉积有一层前表面超防水膜层，所述前表面超防水膜层上沉积有一层前表面金属氧化膜层，所述前表面金属氧化膜层上沉积有一层防污防腐油的前表面氟化物膜层；所述后表面减反射膜层为多层透明薄膜组合而成，且具有反射和吸收紫外线的作用。
7.根据权利要求6所述的防紫外线镜片结构，其特征在于，所述前表面加硬防刮层、前表面减反射膜层、前表面超防水膜层、前表面金属氧化膜层、后表面氟化物膜层、后表面加硬防刮层、后表面减反射膜层、后表面超防水膜层、后表面金属氧化膜层和后表面氟化物膜层均采用物理气相沉积法。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的防紫外线镜片结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）镜片本体的化学清洗：①为了去除镜片本体表面的有机物，先用双氧水和浓硫酸的混合溶液体积比为3：1的浸泡超声20~30min后用去离子水清洗；②把镜片本体先后放入丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水中超声25~35min，以提高镜片本体表面活性，从而增加薄膜与镜片本体材料的结合力；③清洗结束后将镜片本体置于烘箱干燥，干燥后固定在基片台上，然后将基片台旋紧在真空腔室的转盘上；
（2）设备真空的获得：启动机械泵，打开旁抽阀Ⅱ，对真空腔室抽真空；当真空度达到1~8Pa时，关闭旁抽阀Ⅱ，打开旁抽阀Ⅰ，并启动分子泵，打开闸板阀，采用分子泵对真空腔室进一步抽真空；当分子泵加速后稳定运行直至真空度达到1~5×10-3Pa；
（3）离子束清洗：氩气等离子体清洗；打开氩气阀，通入氩气，对镜片本体进行离子束清洗，清洗时间为3~8 min；清洗完成后关闭氩气阀；
（4）后表面膜的制备：打开加热器，设置加热温度为150~200℃；当镀膜机内真空度达到1~3×10-7 Pa时启动电子束枪，调节束流和调整电子束的位置，使其位于靶材中间，然后依次在镜片本体上镀上一层后表面加硬防刮层和后表面减反射膜层后进行氩氧等离子体刻蚀，刻蚀时间为1~2 min；在后表面减反射膜层上镀一层后表面超防水膜层并进行氩氧等离子体刻蚀，刻蚀时间为2~4 min；在后表面超防水膜层上镀一层后表面金属氧化膜层，再在后表面金属氧化膜层上镀一层后表面氟化物膜层并进行氩氧等离子体刻蚀，刻蚀时间为2~4 min；
（5）前表面膜的制备：依次沉积镜片本体前表面加硬防刮层、前表面减反射膜层、前表面超防水膜层、前表面金属氧化膜层以及前表面氟化物膜层；
（6）解除真空：关闭分子泵，开启进气阀，通入空气；取出镜片；
（7）镜片后处理：将步骤（6）取出的镜片放入马弗炉进行退火处理，退火温度为100~150℃，退火时间为30min，得到防紫外线镜片。
9.根据权利要求8所述的防紫外线镜片结构的制备方法，其特征在于，所述前表面氧化物膜层和所述后表面氧化物膜层均为氧化镁膜层或氧化铋膜层。
10.根据权利要求9所述的防紫外线镜片结构的制备方法，其特征在于，所述前表面氟化物膜层和后表面氟化物膜层均为氟化镁膜层或氟化钠膜层或氟化钙膜层。
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