本發(fā)明屬于光學(xué)薄膜，具體涉及一種高硬度、耐刮擦增透膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、增透膜(anti-reflective?coating，簡(jiǎn)稱(chēng)arc或減反射膜)是一種通過(guò)特殊的光學(xué)涂層，減少或防止光線(xiàn)反射，從而提高透光性能的薄膜材料。它通常鍍?cè)诠鈱W(xué)元件表面，如透鏡、鏡片、濾光片等，以減少光在界面處的反射損失，提高光學(xué)系統(tǒng)的效率。增透膜的工作原理基于光的干涉現(xiàn)象。當(dāng)光線(xiàn)通過(guò)兩種介質(zhì)(如空氣和玻璃)的交界面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射和透射。增透膜通過(guò)控制薄膜的厚度和折射率，使反射光之間發(fā)生相互抵消的干涉效應(yīng)，從而減少反射光的強(qiáng)度，增加透射光的量。

2、增透膜在多個(gè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，主要包括以下幾個(gè)方面：光學(xué)儀器，例如相機(jī)鏡頭：減少鏡頭表面的反射，提高透光率，使得拍攝的照片更加明亮、清晰，色彩更加飽滿(mǎn)；顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡：減少鏡片表面的反射，使觀(guān)測(cè)到的圖像更加明亮和清晰。平板顯示器(lcd、led)：降低反射光的干擾，提高畫(huà)面的清晰度和亮度，改善視覺(jué)體驗(yàn)。太陽(yáng)能領(lǐng)域：太陽(yáng)能電池板：通過(guò)減少光的反射，提高太陽(yáng)能電池板的光吸收效率。軍事與航空航天：紅外光學(xué)系統(tǒng)：在紅外探測(cè)器窗口、紅外成像系統(tǒng)等中，增透膜可以顯著提高系統(tǒng)的光學(xué)性能。消費(fèi)電子：智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備：用于攝像頭和顯示屏，提升成像質(zhì)量和顯示效果。

3、專(zhuān)利cn110148637a公開(kāi)了一種太陽(yáng)能電池減反射膜結(jié)構(gòu)，涉及太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域。該減反射膜結(jié)構(gòu)包括依次形成在太陽(yáng)能電池的硅基底上的第一膜層和第二膜層，第一膜層為氮化硅層，第二膜層為碳氧化硅層，第一膜層的厚度在50nm至70nm的范圍內(nèi)，第二膜層的厚度在10nm至30nm的范圍內(nèi)。本發(fā)明采用由氮化硅層和碳氧化硅層構(gòu)成的雙層減反射介質(zhì)膜，通過(guò)優(yōu)化膜層厚度，可以降低太陽(yáng)能電池對(duì)波長(zhǎng)500nm以下入射光的反射以及提升在800nm以上長(zhǎng)波段的光譜響應(yīng)，從而提高了電池效率。

4、專(zhuān)利cn106094387a公開(kāi)了一種液晶透鏡，包括：上基板、下基板、設(shè)置于所述上基板和所述下基板之間的液晶層和隔墊物，所述隔墊物表面依次涂覆有第一減反射膜和第二減反射膜，所述液晶層的折射率為n0，所述第一減反射膜折射率為n2，厚度為d2，所述第二減反射膜折射率為n1，厚度為d1，所述隔墊物的折射率為n3，則有：且n1d1＝n2d2＝λ/6，其中，λ為光線(xiàn)波長(zhǎng)。本發(fā)明的液晶透鏡和3d顯示器能夠減小隔墊物上的反射光線(xiàn)強(qiáng)度，增大畫(huà)面對(duì)比度，增強(qiáng)顯示效果。

5、專(zhuān)利cn119247527a公開(kāi)了一種減反射膜、光學(xué)傳導(dǎo)組件、攝像模組及電子設(shè)備。減反射膜具有入光側(cè)和出光側(cè)，所述減反射膜包括在所述入光側(cè)指向所述出光側(cè)的方向上依次層疊設(shè)置的第一混合物膜層、金屬膜層、第二混合物膜層以及無(wú)機(jī)化合物膜層，所述第一混合物膜層和所述第二混合物膜層的材質(zhì)包括氧化鋁-氧化鐠混合氧化物。上述減反射膜，通過(guò)對(duì)各膜層的材質(zhì)和排布的設(shè)計(jì)，使得各膜層能夠相互配合，有效提升減反射膜的透過(guò)率，降低減反射膜的反射率，并有利于拓寬減反射膜的光譜帶寬。

6、專(zhuān)利cn114774847a公開(kāi)了一種大尺寸紅外光學(xué)元件低應(yīng)力保護(hù)增透膜系的制備方法，包括以下步驟：1)大尺寸紅外光學(xué)元件無(wú)損清洗；2)采用離子輔助電子束蒸發(fā)工藝在清洗后的大尺寸紅外光學(xué)元件表面依次鍍制光學(xué)過(guò)渡層及應(yīng)力匹配層，形成張應(yīng)力層，張應(yīng)力層厚度不低于400nm，應(yīng)力值不低于200mpa；3)通過(guò)rf-pecvd法在步驟2)所得張應(yīng)力層上制備類(lèi)金剛石薄膜作為壓應(yīng)力層，厚度不高于700nm，壓應(yīng)力不高于350mpa，即得大尺寸紅外光學(xué)元件低應(yīng)力薄膜。所得薄膜應(yīng)力低，滿(mǎn)足大尺寸紅外光學(xué)元件低應(yīng)力保護(hù)增透膜系的工藝需求，解決大尺寸紅外光學(xué)元件成膜應(yīng)力高的膜層脫落問(wèn)題，有效提升了大尺寸紅外光學(xué)元件的惡劣環(huán)境下的適應(yīng)性及可靠性。

7、隨著電子設(shè)備應(yīng)用的發(fā)展和普及，對(duì)光學(xué)薄膜的性能也提出了更高的要求，在滿(mǎn)足光學(xué)性能之外，也需要兼顧薄膜的硬度、耐刮擦等力學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和需求，本發(fā)明的目的之一在于提供一種高硬度、耐刮擦增透膜及其制備方法，制備得到的增透膜具有優(yōu)異的透光性、較低的折射率，并且硬度和耐刮擦性能也得到顯著提升，可大大提高電子設(shè)備的使用壽命。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為：一種高硬度、耐刮擦增透膜，包括基體、金屬鋁過(guò)渡層、ta2o5/內(nèi)dlc/aloxny交替層、外dlc層；其中交替層數(shù)為10～20，其中金屬鋁過(guò)渡層厚度為100～120nm、ta2o5層厚度為40～50nm、aloxny層厚度為50～60nm、內(nèi)dlc層厚度為20～30nm、外dlc層厚度為80～90nm。

3、進(jìn)一步地，所述基體為玻璃、石英或者聚合物。

4、進(jìn)一步地，所述增透膜在2～16μm范圍內(nèi)平均透光率大于98.6％、折射率為1.37～1.41、納米硬度為35～45gpa。

5、一種高硬度、耐刮擦增透膜的制備方法，包括以下步驟：

6、(1)基體預(yù)處理：將基體依次經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇、去離子水超聲清洗、干燥備用；

7、(2)將基體固定在多功能離子鍍膜設(shè)備的安裝架上，將鋁靶材、石墨靶材、鉭靶材固定在靶材位；

8、(3)輝光清洗：對(duì)反應(yīng)腔抽真空至10-4pa并將反應(yīng)腔加熱至400～450℃，將氬氣體通入反應(yīng)腔，控制流量、打開(kāi)基體偏壓電源，開(kāi)啟離子源，對(duì)基體輝光清洗；

9、(4)開(kāi)啟鋁靶材直流電源，控制氬氣流量、設(shè)置基體偏壓，在基體表面沉積金屬鋁過(guò)渡層，沉積結(jié)束后關(guān)閉鋁靶材直流電源；

10、(5)關(guān)閉基體偏壓電源、鋁靶材直流電源，通入氧氣，控制氬氣、氧氣流量，開(kāi)啟鉭靶材射頻電源，在金屬鋁過(guò)渡層上沉積ta2o5層；

11、(6)關(guān)閉鉭靶材射頻電源、停止通入氧氣、控制氬氣流量、打開(kāi)基體偏壓電源，開(kāi)啟石墨靶材高功率脈沖磁控濺射電源，在ta2o5層上沉積內(nèi)dlc層；

12、(7)關(guān)閉石墨靶材高功率脈沖磁控濺射電源，通入氧氣、氮?dú)?，控制氧氣、氮?dú)?、氬氣流量，開(kāi)啟鋁靶材直流電源，設(shè)置基體偏壓，在內(nèi)dlc層表面沉積aloxny層，沉積結(jié)束后關(guān)閉鋁靶材直流電源；

13、(8)重復(fù)步驟(5)-(7)10～20次；

14、(9)停止通入氧氣、氮?dú)猓蜷_(kāi)基體偏壓電源，開(kāi)啟石墨靶材高功率脈沖磁控濺射電源，控制氬氣流量，在aloxny層上沉積外dlc層。

15、(10)關(guān)閉電源，停止通入氬氣，待降低至室溫打開(kāi)反應(yīng)腔，取出基體。

16、進(jìn)一步地，步驟(2)中靶材為高純靶材，純度大于99.9％。

17、進(jìn)一步地，步驟(3)中氬氣流量為90～100sccm、基體偏壓為-50～-60v、清洗時(shí)間為20～30min。

18、進(jìn)一步地，步驟(4)中氬氣流量為100～120sccm、基體偏壓為-100～-120v、鋁靶材電流為20～25a、電壓為300～350v、沉積時(shí)間為15～20min。

19、進(jìn)一步地，步驟(5)中氬氣流量為60～80sccm、氧氣流量為40～50sccm、鉭靶材電流為15～20a、電壓為200～250v、沉積時(shí)間為8～10min。

20、進(jìn)一步地，步驟(6)中石墨靶材電流為3～5a、電壓為500～600v、基體偏壓為-150～-200v、hipims脈沖功率為1～1.5kw、沉積時(shí)間為60～90min。

21、進(jìn)一步地，步驟(7)中氧氣流量為50～60sccm、氮?dú)饬髁繛?0～60sccm、氬氣流量為70～90sccm、基體偏壓為-100～-120v、鋁靶材電流為20～25a、電壓為300～350v、沉積時(shí)間為15～20min。

22、進(jìn)一步地，步驟(8)中石墨靶材電流為6～8a、電壓為500～600v、基體偏壓為-150～-200v、hipims脈沖功率為2～2.5kw、沉積時(shí)間為90～120min。

23、本發(fā)明采用高折射率膜層、低折射率膜層交替形成多層作為增透膜主體，利用兩者的折射率差異大的結(jié)構(gòu)可有效使增透膜在寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)都具有優(yōu)異的透光性。現(xiàn)有技術(shù)中也通常采用dlc涂層作為增透膜的結(jié)構(gòu)，但是其基本是作為增透膜的最外層結(jié)構(gòu)，基于dlc的性能，其也能夠很大程度上提高增透膜整體的硬度和耐刮擦性能。然而申請(qǐng)人在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，dlc層的厚度小使用壽命并未得到明顯提升、厚度大時(shí)會(huì)導(dǎo)致增透膜的透光率下降；為了透光率和硬度、耐刮擦之間的平衡，申請(qǐng)人嘗試對(duì)高折射率膜層/低折射率膜層交替結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在兩者界面之間制備小厚度的類(lèi)金剛石(dlc)層，最終以ta2o5/內(nèi)dlc/aloxny交替層結(jié)構(gòu)作為增透膜的主體，發(fā)現(xiàn)在保障了高透光性、較低的折射率的前提下，使得硬度和耐刮擦性能也得到顯著提升。

24、現(xiàn)對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

25、(1)本發(fā)明選擇高折射率ta2o5與低折射率aloxny形成的交替層作為增透膜主體結(jié)構(gòu)，能夠有效保障在寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)高透光性、較低的折射率的要求，可以很好的滿(mǎn)足電子元器件的需求。

26、(2)通過(guò)在高折射率ta2o5與低折射率aloxny之間插入厚度較小的內(nèi)dlc層，在不影響增透膜光學(xué)性能前提下，能夠顯著提高整體膜層的硬度和耐刮擦性能；而在最外層沉積中等厚度的dlc層，也在很大程度上提高硬度和耐刮擦性能。

27、(3)本發(fā)明制備的增透膜與基體之間也有著優(yōu)異的結(jié)合性能，增透膜不易脫落，也能夠有效延長(zhǎng)使用壽命。

28、(4)本發(fā)明采用多功能離子鍍膜設(shè)備，可以不用取出基體完成整個(gè)鍍膜過(guò)程，很大程度上提高了生產(chǎn)效率。

29、(5)本發(fā)明制備的增透膜能夠很好地應(yīng)用于光學(xué)儀器、顯示器組件、光伏太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。