[发明专利]含有二氧化铈的抗反射防紫外线多层涂层

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求保护2000年2月11日递交的美国临时申请第60/181，726号的权益。

技术领域

本发明涉及一种光学涂层领域，特别是涉及降低可见光反射并有紫外线阻隔性能的光学涂层改变光反射性能的光学领域。

背景技术

能用光学涂层改变基体的光学性质。例如，在两种不同材料的界面处产生光反射，此界面处一个表面涂覆的光学涂层可能改变该光反射。另外，通过吸收剂光学涂层能减少光透射，或能增强对特定波长的透光度/吸光度。

人们经常希望减少界面所反射的可见光的百分比，并增加可见光的透光度，从而减少与可见光反射相关的闪光。用于这种目的的抗反射光学涂层有许多应用，包括例如，窗户、透镜、画框和可见显示设备如计算机显示器、电视屏幕、计算器和钟面。

通常，在折射率不同的两种不同材料，例如玻璃和空气的界面处发生光的反射。空气的折射率n大约是1.00，而玻璃的折射率一般是1.51左右，因此，当先前在空气中穿行的光入射到玻璃表面上时，一些光被折射(弯曲)并且以不同于入射角的角度穿过玻璃，同时有些光被反射掉。理论上，为了使由玻璃表面反射的光的量最小，理想地应当用折射率为1.51的平方根的材料涂层该玻璃，这里1.51是玻璃的折射率。但是，几乎没有这样的耐用材料，具有这种特定的折射率(即1.2288)。

为了克服缺少这种所需折射率的耐用材料的问题，设计出了含多层的涂层涂层。以前的多层抗反射涂层已经包括二、三、四和更多层。通过以各种组合和顺序使用有高、中和低折射率的多层涂层，以前的涂层系统已经能够将可见光在空气/基体界面处的反射减少到可忽略的百分数。然而，多层涂层系统中的每一层均增加该涂层系统的总成本。

先前已经使用过的多层涂层系统有许多具体实例，例如H.A.Macleod在“涂层滤光器”(″Thin Film Optical Filters，″)AdamHilger，Ltd.，Bristol 1985中已经公开并描述了2、3和4层的抗反射涂层。这些涂层设计用于给不同的应用提供特定的折射率，以便获得所要求的光学性能。折射率是一种材料常数。材料的折射率、材料的量、不同材料的组合以及涂层厚度均影响所得系统的光学性质。此系统中常用的一种是“三层低”多层涂层，其中包括一个具有中等折射的涂层(“M-层”)涂覆到基体上，该M层的折射率(″n″)为1.60-1.90；一个涂覆到M层上的高折射率层(“H-层”)，该H层的n大于1.90，以及涂覆到该H层上的低折射率层(“L-层”)，该L层的n小于1.60，(因此总体上是M/H/L的结构)。其它设计包括一般是M/L设计的双层涂层，其包括内部的M层和外部的L层。这些设计在例如激光光学应用中很有用。另外，四层系统也是公知的，它一般具有H/L/H/L设计，包括内部的H层，它被L层涂覆，接着被另外的H层和L层涂覆。这些涂层一般用于需要提供更多的光线通过涂层的技术中，然后用于标准应用中。

目前在光学涂层中作为高折射率层使用的材料包括：二氧化钛、二氧化铪以及其它过渡金属氧化物。然而，为了制造这些高折射率材料的耐用涂层(镀层)，常常需要使用费用高昂的技术，例如真空蒸发或溅射。在这些应用过程中使用的设备，其花费经常使得这些涂层的制造方法在经济上不可行。

将光学涂层各层施加到基体上的其它应用技术包括，溶胶-凝胶技术。一种常见的溶胶-凝胶技术包括：向基体涂覆溶液，随后转化包含在该溶液中的氧化物前体，使其转化成基体表面上的氧化物。这种方法通常涉及经加热处理除去水。溶胶凝胶化学的一种替代的且更近期的适用技术包括，将化学转化的氧化物的胶态悬浮体(溶胶)施加到基体上，随后在室温下蒸发该悬浮介质。通常优选第一种方法，因为在制备适当的胶态悬浮体期间会遇到困难。

我们希望在涂覆光学涂层时，利用溶胶-凝胶化学，因为这避免了用真空沉积设备的相关开支。

当用溶胶-凝胶方法涂覆基体时，所沉积的涂料一般要求最后加热固化，以便将该涂料转变成所需的氧化物。在溶胶-凝胶应用中使用的常见固化温度为400℃左右。有许多材料熔点和分解点低于400℃，其包括，例如，某些塑料和其它聚合物树脂。因此，在一大类材料(即，熔点在400℃以下的那些材料)上不能用常规的溶胶凝胶法涂覆光学涂层。目前，只能通过真空沉积法涂覆热敏材料。