CN112888971A

CN112888971A - 具有抗反射涂层的透明覆盖物

Info

Publication number: CN112888971A
Application number: CN201980068976.3A
Authority: CN
Inventors: 斯蒂芬·S·威尔逊
Original assignee: Ruisiling Optics Co ltd
Current assignee: Ruisiling Optics Co ltd
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2019-10-03
Publication date: 2021-06-01
Anticipated expiration: 2039-10-03
Also published as: EP3867671A4; AU2019362215A1; CA3237634A1; CA3116126A1; CA3116126C; EP3867671A1; JP2022512737A; CN112888971B; US11585962B2; WO2020081250A1; US20200124768A1; US20230152493A1

Abstract

一种能固定至基底的透明覆盖物包括：两个以上的透镜的堆叠；置于两个以上的透镜中的每对相邻透镜之间的粘合剂层；在堆叠中的第一最外透镜上的第一抗反射涂层；以及在堆叠中的与第一最外透镜相反的第二最外透镜上的第二抗反射涂层。第一抗反射涂层具有第一设计波长范围，并且第二抗反射涂层具有与第一设计波长范围不同的第二设计波长范围。

Description

具有抗反射涂层的透明覆盖物

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年10月19日提交的美国临时申请No.62/748,154和于2019年9月26日提交的美国申请No.16/584,648的优先权，这些美国申请的内容通过引用明确并入本文。

声明：联邦资助的研究/开发

不适用。

技术领域

本公开总体涉及用于窗户、眼镜或者显示屏的透明覆盖物，并且更具体地涉及具有彼此堆叠并且通过粘合剂粘合在一起的多个透镜的透明覆盖物。

背景技术

在各种情况下，将透明覆盖物固定至一些基底上是有利的。可以将透明窗户膜覆盖至建筑物或者载具的窗户以用于着色(例如，用于隐私)、隔热、阻挡紫外线(UV)辐射或者用于装饰。可以用堆叠的透明透镜覆盖防护眼镜(例如，用于越野车和医疗程序等的护目镜、眼镜和面罩)以便在眼镜变脏并且妨碍佩戴者视线时易于撕掉。可以用保护透镜覆盖移动电话、个人计算机、ATM和自动售货终端等的显示屏以用于防止对下层屏幕的损坏或者用于防侧视(block side viewing)(例如，用于公共场所的隐私和安全)。当使用这种覆盖物时，可以实施抗反射涂层以便减少不需要的反射，不需要的反射在提供有可以反射入射光的多个界面的多层覆盖物中可能特别成问题。然而，典型的抗反射涂层可能无法充分减少整个可见光谱(约390nm至700nm)上的反射。当光入射在透明覆盖物上时，取决于抗反射涂层的设计波长范围可能会导致明显的蓝光反射(约450nm)或者红光反射(约700nm)。

发明内容

本公开考虑了用于克服上述伴随现有技术的缺点的各种***、方法和装置。本公开的实施例的一个方面是能固定至基底的透明覆盖物。透明覆盖物包括：两个以上的透镜的堆叠(stack)；置于两个以上的透镜中的每对相邻透镜之间的粘合剂层；在堆叠中的第一最外透镜上的第一抗反射涂层；以及在堆叠中的与第一最外透镜相反的第二最外透镜上的第二抗反射涂层。第一抗反射涂层具有第一设计波长范围，并且第二抗反射涂层具有与第一设计波长范围不同的第二设计波长范围。

第一设计波长范围可以以约550nm为中心，并且第二设计波长范围可以以约450nm为中心。

第一抗反射涂层和第二抗反射涂层可以具有不同的厚度。第一抗反射涂层可以包括厚度为约100nm的氟化镁(MgF₂)膜，并且第二抗反射涂层可以包括厚度为约82nm的氟化镁(MgF₂)膜。

透明覆盖物可以对于390nm与700nm之间的所有波长显示出低于10％的正入射反射率。

附图说明

通过参考以下描述和图示以更好地理解本文所公开的各种实施例的这些和其他的特征和优点，其中相同的附图标记始终表示相同的部件，并且其中：

图1是根据本公开的实施例的透明覆盖物的示意性侧视图；

图2是图1所示的透明覆盖物的最外表面的近视图；

图3是对于包括具有抗反射(AR)涂层的200型(gauge)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)透镜的透明覆盖物的作为波长的函数的正入射反射率的图示；

图4是对于包括在最外透镜上具有相同的设计波长范围的AR涂层的三层200型PET透镜的堆叠的透明覆盖物的作为波长的函数的正入射反射率的图示；

图5是对于图4的透明覆盖物的作为波长的函数的正入射反射率的图示，其中示出了使用具有以550nm为中心的设计波长范围的AR涂层和使用具有以450nm为中心的设计波长范围的AR涂层之间的比较；并且

图6是对于包括在最外透镜上具有不同的设计波长范围的AR涂层的三层200型PET透镜的透明覆盖物的作为波长的函数的正入射反射率的图示。

具体实施方式

本公开涵盖具有抗反射(AR)涂层的透明覆盖物的各种实施例。下面结合附图所述的详细描述旨在作为对若干当前预期的实施例的描述，而不是旨在表示可以开发或者利用所公开的发明的唯一形式。说明书结合所示的实施例阐述了功能和特征。然而，应当理解的是，相同或者等效的功能可以通过同样旨在涵盖在本公开的范围内的不同实施例来实现。还应当理解的是，诸如第一和第二等关系术语仅用于将一个实体与另一个实体区分开，而不必按这些实体之间的顺序要求或者暗示任何实际的这种关系。

图1是根据本公开的实施例的透明覆盖物100的示意性侧视图。透明覆盖物100根据特定目的可以固定至诸如窗户(用于着色、隔热、阻挡紫外线(UV)辐射、装饰等)、防护眼镜(例如，易于撕掉)或者显示屏(例如，用于防划伤、防侧视等)等基底。透明覆盖物100可以包括：两个以上的透镜110a、110b(统称为透镜110)的堆叠；置于堆叠中的每对相邻透镜110之间的粘合剂层120；以及堆叠中的最外透镜110上的AR涂层130a、130b。在图1的示例中，示出了两个透镜110。然而，由于透镜110的数量取决于特定应用，所以还可以考虑三个以上的透镜110的堆叠。如全部内容通过引用明确并入本文的美国专利No.6,536,045中所述，透明覆盖物100可以通过例如在围绕透明覆盖物100的周部的选定区域中的粘合剂固定至基底。用于将透明覆盖物100固定至基底的粘合剂可以与堆叠中的每对相邻透镜110之间布置的粘合剂层120的粘合剂相同或者不同(例如，更强)。例如，在不将整个透明覆盖物100从基底移除而撕下单个透镜110的情况下可以使用更强的粘合剂(用于固定至基底)。透明覆盖物100可以替代地通过其它方式固定，例如使用如全部内容通过引用明确并入本文的美国专利No.8,693,102中所述的赛车头盔的张力杆(tension post)。

透镜110可以是透明聚酯并且可以由以DuPont公司拥有的注册商标Mylar(诸如由通常称为PET的透明聚合物聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的一种类型的Mylar)出售的塑料膜片制造。透镜110和粘合剂层120可以具有1.40和1.52之间的折射率。每个透镜110的厚度可以在0.5mil和7mil(1mil是0.001″)之间，例如为2mil。即使在将粘合剂层120的粘合材料涂布至厚度为2mil的透镜110后，由于粘合剂层120仅具有标称厚度(nominal thickness)，所以厚度为2mil的透镜110的厚度仍然可以是2mil。术语“润湿”可以用于描述层叠透镜110之间的关系。当通过层叠透镜110观看时，层叠透镜110可以看起来像一个单片塑料膜。

用于将透镜110层叠在一起的粘合剂层120可以由透明光学低粘性(optical lowtack)材料制成，并且可以包括水基丙烯酸光学透明粘合剂或者油基透明粘合剂。透镜110利用所布置的粘合剂层120被层叠或者以其它方式粘合在一起后，即使粘合剂层120在图1中示为不同的层，但也可以忽略每个粘合剂层120的厚度。

图2是图1所示的透明覆盖物100的最外表面的近视图。在图2的上部，示出了涂覆有第一AR涂层130a的第一最外透镜110a。在图2的示例中，第一AR涂层130a是以相消干涉原理操作的薄膜AR涂层。入射至透明覆盖物100上的光线i(例如，阳光)首先穿过外部环境(例如，空气)与第一AR涂层130a之间的第一界面132a，并且随后穿过第一AR涂层130a与第一最外透镜110a之间的第二界面134a。光i的一部分在界面132a处被反射产生反射光线r₁并在界面134a处被产生反射光线r₂。通过适当选择第一AR涂层130a的材料和厚度，对于被称为设计波长范围的给定波长范围(给定波长范围可以以被称为设计波长的给定波长为中心(即，给定波长在给定波长范围中居中))，在界面134a处产生的反射光线r₂可以与在界面132a处产生的反射光线r₁相位相差180°。因此所得的反射光线r₁、r₂可以彼此相消干涉(即，波峰抵消波谷)，使得透明覆盖物100对于落在设计波长范围内的波长表现出光反射减少。

AR涂层130a可以是氟化镁(MgF₂)的单个薄膜，氟化镁是由于其适合用于许多透明材料的相对较低的折射率(n_D≈1.37，n_D是指夫琅禾费(Fraunhofer)“D”线处的折射率)而用于单层干涉AR涂层的常用材料。然而，可以使用任何已知的AR涂层材料和结构，包括多层干涉结构。可以选择第一AR涂层130a的厚度以针对期望设计波长范围来优化反射的减少。例如，在第一AR涂层130a是单层干涉AR涂层的情况下，第一AR涂层130a的厚度可以是所谓的四分之一波长厚度，例如，厚度d₁＝((n_空气/n_涂层)λ₁)/4，其中设计波长范围以λ₁为中心，n_空气是外部介质的折射率(例如，空气为1.00)，并且n_涂层是第一AR涂层130a的折射率(例如，MgF₂为1.37)。当光i以90°入射至透明覆盖物100时，光从界面132a行进穿过第一AR涂层130a到界面132b并且再次返回(界面132a)的附加路径长度2d₁使得对于设计波长λ₁，反射光线r₁相对于反射光线r₂提前半个周期(即，相位相差180°)。这导致r₁和r₂之间的相消干涉，从而导致对于设计波长λ₁的反射率降低。对于非正入射，由于光在第一AR涂层130a内以成角度的路径行进，所以非正入射的效果可能并不明显。

在图2的下部，示出第二最外透镜110b涂覆有第二AR涂层130b。第二AR涂层130b可以类似地为以相消干涉原理操作的薄膜AR涂层。当光i到达第二AR涂层130b时，光i首先穿过第二最外透镜110b和第二AR涂层130b之间的第三界面134b，并且随后穿过第二AR涂层130b和外部环境(例如，空气)之间的第四界面132b。光i的一部分在界面134b处被反射产生反射光线r₃并在界面132b处被反射产生反射光线r₄。与第一AR涂层130a的情况类似，通过适当选择第二AR涂层130b的材料和厚度，对于给定设计波长范围，在界面132b处产生的反射光线r₄与在界面134b处产生的反射光线r₃可以相位相差180°。因此所得的反射光线r₃、r₄可以彼此相消干涉，使得透明覆盖物100对于落在设计波长范围内的波长表现出光反射减少。

如下文将更详细描述的，第二AR涂层130b可以具有与第一AR涂层130a相同的结构和功能但具有与第一AR涂层130a不同的设计波长范围(例如，以不同的设计波长λ₂≠λ₁为中心的设计波长范围)。例如，第二AR涂层130b也可以类似地为厚度可以是所谓的四分之一波长厚度的单层干涉AR涂层，例如，厚度d₂＝((n_空气/n_涂层)λ₂)/4，其中设计波长范围以λ₂为中心，n_空气是外部介质的折射率(例如，空气为1.00)，n_涂层是第二AR涂层130b的折射率(例如，MgF₂为1.37)。通过这种方式，可以在不需要使用不同的AR涂层材料或者结构构造的情况下通过改变第二AR涂层130b的厚度来调节第二AR涂层130b的设计波长范围(相对于第一AR涂层130a的设计波长范围)。例如，在AR涂层130a和130b是由MgF₂(n_D≈1.37)制成的单层干涉AR涂层的情况下，AR涂层130a可以使用约100nm的厚度d₁来实现以550nm为中心的设计波长范围，并且AR涂层130b可以使用约82nm的厚度d₂来实现450nm为中心的设计波长范围，如下所示：

通过表达式1和表达式2所表示的上述示例中，两个AR涂层130a和130b是由MgF₂(n_D≈1.37)制成的单层干涉AR涂层。然而，可以考虑的是，只要第一AR涂层130a和第二AR涂层130b具有不同的设计波长范围，则第一AR涂层130a和第二AR涂层130b的材料和结构甚至操作原理都可以不同。

应当注意的是，稍微简化上述描述以便易于解释。例如，由于界面132a和134a是相对于入射光i从低折射率到高折射率的界面，因此反射光线r₁和r₂可以经历反射光线r₃和r₄未经历的附加180°相移。然而，由于反射光线r₁和反射光线r₂两者都经历相同的附加相移，因此附加相移不影响反射光线r₁和r₂之间的相消干涉。

图3是对于包括具有AR涂层的200型PET透镜的透明覆盖物的作为波长的函数的正入射反射率的图示。还示出了作为波长的函数的正入射透射率。在图3的示例中，AR涂层具有以约550nm处(即，绿光)为中心的设计波长范围。图3的透明覆盖物对于500nm和700nm之间的所有波长都表现出低于10％的正入射反射率。因为反射率对于短于500nm的波长更高(反射率在波长仍处于人类视觉范围(人类视觉范围为向下延伸至约390nm)内的情况下上升至超过20％)，所以图3的透明覆盖物产生可感知的蓝光反射或紫光反射。

图4是对于包括在最外透镜上具有AR涂层的三层200型PET透镜的堆叠的透明覆盖物的作为波长的函数的正入射反射率的图示。还示出了作为波长的函数的正入射透射率。图4的透明覆盖物可以具有图1和图2中所示的透明覆盖物100的结构并且在层110a和层110b之间具有第三层110，除此之外，AR涂层在图4的示例中具有彼此相同的设计波长范围(与图1的AR涂层130a、130b不同)。如图3的示例中那样，图4的AR涂层的设计波长范围以约550nm处(即，绿光)为中心。然而在这种情况下，反射率由于三个PET透镜之间的内反射而在低波长端稍差：反射率在波长仍处于人类视觉范围(人类视觉范围为向下延伸至约390nm)内的情况下上升至超过30％。尽管使用了两个AR涂层，但仍可观察到明显的蓝光反射或者紫光反射。

图5除了进一步描绘了如虚线所示的附加曲线之外与图4相同。虚线表示对于相同的透明覆盖物的作为波长的函数的正入射反射率，但是使用具有以450nm为中心的设计波长范围的AR涂层代替具有以550nm为中心的设计波长范围的AR涂层。可以看出，通过使用具有以450nm为中心的设计波长的AR涂层，整个反射率曲线可以向左偏移，因此改善了低波长的反射率。如图所示，反射率在波长上升至人类视觉范围之外的较低波长之前直到约390nm一直低于10％。虽然这可以大大减少或者消除可感知的蓝光反射或者紫光反射，但是以在较高波长处增加反射率(例如，反射率在约700nm处超过15％)作为代价，从而引入了使用图4的AR涂层不可感知的红光反射。因此在以约550nm为中心的AR涂层和以约450nm为中心的AR涂层之间的选择代表了不同颜色的不需要反射之间的折衷。

为了避免上述折衷并且消除更宽的波长范围上的反射，图1和图2所示的透明覆盖物100使用了两个具有不同设计波长范围的不同的AR涂层130a和130b。例如，图5中比较的两个AR涂层可以组合在单个透明覆盖物100中，其中一个AR涂层在堆叠的第一最外透镜110a上(例如，图1和图2中的顶部透镜110a)，而另一个AR涂层在堆叠的第二最外透镜110b上(例如，图1和图2中的底部透镜110b)。因此，透明覆盖物100可以具有以约550nm为中心的第一设计波长范围的第一AR涂层130a和以约450nm为中心的第二设计波长范围的第二AR涂层130b。通过这种方式，可以同时防止低于500nm的低波长和高于600nm的高波长的反射。

图6示出了所得的作为波长的函数的反射率。使用包括在最外透镜上具有AR涂层的三层200型PET透镜的相同透明覆盖物，但是AR涂层分别具有以约550nm为中心和以约450nm为中心的设计波长范围。可以看出，图6的透明覆盖物对于390nm和700nm之间的所有波长都表现出低于10％的正入射反射率。

AR涂层130a、130b的设计波长范围不一定要以550nm和450nm为中心，而可以对于特定应用以任何适合的设计波长为中心。例如，如果问题不在于红光反射而在于紫外线反射，则设计波长范围可以进一步偏移至例如分别以450nm和300nm为中心的更低波长。还可以考虑非重叠的设计波长范围，诸如在期望减少红光和蓝/紫光的反射但允许绿光的反射的情况下，这可以通过使用例如分别以750nm和250nm为中心的设计波长范围来实现。通过这种方式对具有不同设计波长范围的两个AR涂层130a、130b的效果进行结合，可以使用相对便宜的AR涂层(诸如由MgF₂制成的单层干涉涂层)来消除在宽波长范围上的反射。

在以上示例中，假定透明覆盖物100的外部环境为具有折射率为约1.00的空气。然而，还可以考虑外部环境可以不是空气。例如，在用于水下建筑物或者水下载具的窗户的透明覆盖物100的情况下，外部环境可以是具有较高折射率的水。在一些情况下，外部环境甚至可以是具有比空气更低的折射率的真空。因此，可以对AR涂层130a、130b进行以上选择，其中n_空气通常指外部介质的折射率。

在以上示例中，将透明覆盖物100描述为固定至某些基底。然而，还可以考虑透明覆盖物100本身在没有下层基底的情况下使用，例如，将透明覆盖物100的周部固定至围绕壁或者衣服，诸如美国专利申请公开No.2018/0029337的图6C的相关描述，该美国专利的全部内容通过引用明确并入本文。

贯穿本公开的词语“透明”被广泛使用以涵盖可以透过观看的任何材料。词语“透明”并不旨在排除半透明、模糊、磨砂、有色或着色的材料。

可以根据诸如旋涂、浸涂或者真空沉积的已知方法来实施贯穿本公开描述的AR涂层130a、130b。

通过示例而非限制的方式来给出以上描述。根据以上公开，本领域的技术人员可以设计出符合本文公开的发明的范围和要旨内的变化。此外，可以单独使用本文所公开的实施例的各种特征，或者本文所公开的实施例的各种特征可以彼此不同的组合，并且本文所公开的实施例的各种特征不旨在限于本文所描述的具体组合。因此，权利要求的范围不局限于所示出的实施例。

Claims

1.一种透明覆盖物，其能固定至基底，所述透明覆盖物包括：

两个以上的透镜的堆叠；

粘合剂层，其置于所述两个以上的透镜中的每对相邻透镜之间；

第一抗反射涂层，其在所述堆叠中的第一最外透镜上，所述第一抗反射涂层具有第一设计波长范围；以及

第二抗反射涂层，其在所述堆叠中的与所述第一最外透镜相反的第二最外透镜上，所述第二抗反射涂层具有与所述第一设计波长范围不同的第二设计波长范围。

2.根据权利要求1所述的透明覆盖物，其中，所述第一设计波长范围以约550nm为中心，并且所述第二设计波长范围以约450nm为中心。

3.根据权利要求1所述的透明覆盖物，其中，所述第一抗反射涂层和所述第二抗反射涂层具有不同的厚度。

4.根据权利要求3所述的透明覆盖物，其中，所述第一抗反射涂层包括厚度为约100nm的氟化镁(MgF₂)膜，并且所述第二抗反射涂层包括厚度为约82nm的氟化镁(MgF₂)膜。

5.根据权利要求1所述的透明覆盖物，其中，所述透明覆盖物对于390nm与700nm之间的所有波长表现出低于10％的正入射反射率。

6.根据权利要求1所述的透明覆盖物，其中，所述第一抗反射涂层和所述第二抗反射涂层是单层干涉涂层。

7.一种透明覆盖物，包括：

第一透镜；

第二透镜，其堆叠在所述第一透镜上；

粘合剂层，其置于所述第一透镜和所述第二透镜之间；

第一抗反射涂层，其在所述第一透镜上，所述第一抗反射涂层具有第一设计波长范围；以及

第二抗反射涂层，其在所述第二透镜上，所述第二抗反射涂层具有与所述第一设计波长范围不同的第二设计波长范围。

8.根据权利要求7所述的透明覆盖物，其中，所述第一设计波长范围以约550nm为中心，并且所述第二设计波长范围以约450nm为中心。

9.根据权利要求7所述的透明覆盖物，其中，所述第一抗反射涂层和所述第二抗反射涂层具有不同的厚度。

10.根据权利要求9所述的透明覆盖物，其中，所述第一抗反射涂层包括厚度为约100nm的氟化镁(MgF₂)膜，并且所述第二抗反射涂层包括厚度为约82nm的氟化镁(MgF₂)膜。

11.根据权利要求7所述的透明覆盖物，其中，所述透明覆盖物对于390nm与700nm之间的所有波长表现出低于10％的正入射反射率。

12.根据权利要求7所述的透明覆盖物，其中，所述第一抗反射涂层和所述第二抗反射涂层是单层干涉涂层。

13.一种方法，包括：

将两个以上的透镜堆叠成堆叠；

将粘合剂层置于所述两个以上的透镜中的每对相邻透镜之间；

将第一抗反射涂层涂布在所述堆叠中的第一最外透镜上，所述第一抗反射涂层具有第一设计波长范围；以及

将第二抗反射涂层涂布在所述堆叠中的与所述第一最外透镜相反的第二最外透镜上，所述第二抗反射涂层具有与所述第一设计波长范围不同的第二设计波长范围。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一设计波长范围以约550nm为中心，并且所述第二设计波长范围以约450nm为中心。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一抗反射涂层和所述第二抗反射涂层具有不同的厚度。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一抗反射涂层包括厚度为约100nm的氟化镁(MgF₂)膜，并且所述第二抗反射涂层包括厚度为约82nm的氟化镁(MgF₂)膜。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述透明覆盖物对于390nm与700nm之间的所有波长表现出低于10％的正入射反射率。

18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一抗反射涂层和所述第二抗反射涂层是单层干涉涂层。

19.根据权利要求13所述的方法，还包括将包括所述两个以上的透镜、所述粘合剂层、所述第一抗反射涂层和所述第二抗反射涂层的透明覆盖物固定至基底。

20.根据权利要求13所述的方法，还包括将包括所述两个以上的透镜、所述粘合剂层、所述第一抗反射涂层和所述第二抗反射涂层的透明覆盖物固定至围绕壁或衣服。