折射率匹配层的制作方法

本发明涉及用于在光学应用和显示应用中减少干涉条纹的系统和方法，更具体地说，涉及将折射率匹配系统合并在折射率不匹配的层和/或基底之间。

背景技术：

1、高折射率的眼科镜片具有高折射力和较低的厚度，是一种很有吸引力的选择。然而，常使用的低折射率背面硬涂层会在镜片上产生干涉条纹，严重有损镜片美观。

2、普通眼科镜片是由较软的易产生刮痕的高分子材料制成的。因此，为使其表面足够的坚韧，镜片必须涂上防刮痕涂层。这种“硬涂层”通常由聚氨酯涂料、硅氧烷聚合物或氧化纳米颗粒(如二氧化硅，si02)的胶体分散体组成。这类涂层常通过由浸渍法沉积，并覆盖在镜片两侧而形成。涂层的厚度通常在1-5微米之间，以达到预期的耐磨性，并具有高附着力和抗裂性。在这个厚度范围内，硬涂层会对镜片的美观度产生影响，尤其当硬涂层与镜片材料的折射率并不密切匹配时，这样的影响更明显。交界面反射率由公式a给出：

3、

4、其中no为入射介质(通常为空气)的折射率，n1为形成该交界面的另一表面的折射率。以高折射率镜片(n1＝1.70)和入射空气介质(no＝1)为例，计算出该交界面的反射率为6.72％。这是针对单个交界面而言；因此，镜片的全反射(率)是13.4％。这说明了减反射涂层对降低这一数值和增加光透射率的重要性。最常见的硬涂层的折射率为1.5，，与折射率1.70的镜片相差甚远。硬涂层的反射率低于镜片表面的反射率。虽然硬涂层的较低反射率最初看起来是有益的，但硬涂层和镜片之间的交界面也会产生反射，这也必须加以考虑。下表1示出了不同交界面的反射率。

5、表1

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7、

8、虽然折射率1.7(镜片)和折射率1.5(硬涂层)之间的交界面的反射率远小于其他反射率，但这对镜片的反射光谱有显著影响。由于光是一种波，来自不同交界面的反射根据光的波长相消地或相长地结合。例如，图1中，直线是折射率1.67的镜片的表面反射率，该镜片具有折射率匹配的硬涂层。振荡线是折射率1.67的镜片的表面反射率，该镜片具有折射率为1.5厚度为4微米的与其不匹配的硬涂层。从图中可以看出，影响非常大——反射率从超过6％到几乎低到2％不等。这些振荡导致镜片表面着色的增多。由于典型的硬涂层是由浸渍法沉积而成的，所以它们并不完全均匀，这意味着反射光谱会随镜片表面发生变化。这进而产生了类似在肥皂泡上观察到的条纹的干涉效应，并极大地降低了镜片的美观和性能。

9、上述例子证明了对任何给定镜片材料使用折射率匹配的硬涂层的优点。但是，这些优点受到一些限制。首先，没有完全能与所有商用镜片材料折射率匹配的硬涂层。有一种趋势是增加镜片折射率以更好地服务于需要高屈光力但镜片外观更薄更具吸引力的镜片的人群。然而，新镜片材料的开发通常发生在相近折射率的硬涂层的开发之前。因此，通常来说，市场上出现新的镜片材料时，还没有能与该镜片材料折射率紧密相配的硬涂层。

10、第二种限制涉及将镜片毛坯加工成成品镜片的过程。当将半成品镜片按照患者特定处方进行制配时，镜片的后表面被磨掉并被抛光成特定的曲线形状以产生所需的光学折射能力。而将镜片后表面磨掉的同时也磨掉了工厂镀在镜片上的硬涂层。大多数实验室是通过旋涂和紫外线固化的方式给镜片施加新的或替换的背面硬涂层。可用的紫外线固化、旋涂的硬涂层主要基于硅氧烷类化学物，其使得涂层折射率被限制在约1.5。因此，对高折射率镜片来说，上述效果发生在镜片的后表面上。因为高折射率材料相对于普通镜片材料(例如cr39)具有更高的屈光力，所以高折射率镜片材料通常用于具有高矫正力的处方。然而，屈光力增加的同时镜片厚度减小，许多眼镜佩戴者觉得这很有吸引力。但不幸的是，由于硬涂层和镜片之间折射率不匹配，这种镜片厚度的减小通常伴随着镜片外观的劣化。

11、将减反射(ar)涂层应用于这种镜片上会使上述问题变得更糟。反射光谱中的振荡振幅尽管减小了，但仍存在于反射光谱中。然而，该振荡振幅幅度类似于ar涂层的反射率的振幅。这会导致减反射涂层的颜色失真。由于硬涂层的厚度会随着镜片表面而变化，因此镜片表面上的颜色失真变化使得其非常明显。该效果在图2a和2b中示出，并比较了两种镜片的反射光谱图，其中一种镜片具有一减反射涂层和一折射率匹配的硬涂层(图2a)，另一种镜片具有一减反射涂层和一折射率不匹配的硬涂层，例如，镀有一折射率为1.5硬涂层的折射率为1.67的镜片(图2b)。图2a和2b中的若干直线代表了没有添加硬涂层或减反射涂层的镜片的表面反射率。

12、第三个限制涉及对折射率匹配的硬涂层在光致变色镜片上的用途。包含一个或多个光致变色染料的光致变色镜片，通常置于镜片顶部的一层中，或在嵌入镜片内部的叠层中，或分散在粒状(块状)镜片材料中。当光致变色染料暴露于特定波长的光带时，染料在清晰的的高透光状态和暗淡的少透光状态之间可逆转换。在眼科镜片中，该功能使得镜片在室外阳光下使用时变暗，在室内使用时变得清晰或更清晰。使得染料变色的光的波长通常在300至400nm之间。当该光致变色功能与高折射率硬涂层结合时，就产生了潜在的问题。

13、例如，为了获得高折射率，市售的硬涂层含有掺杂剂，例如tio2或硫代氨基甲酸酯。这两种材料都能吸收紫外线，并减少紫外线照射从而成为在光致变色透镜上或其内部使用的光致变色染料。该效果在图3中示出，图3比较了两种市售硬涂层的透射光谱，它们分别是hc-a，折射率接近1.50(即低折射率)和hc-b，折射率接近1.67(高折射率)。hc-b在300nm到380nm波长范围的透射减少将降低紫外线光致变色材料的性能。因此，为了保持优良性能，必须使用更像hc-a的涂层。然而，这将导致如上所述相同的颜色变化和外观劣化的问题。

14、鉴于上述情况，有必要在该领域的利用可用的、商业上常见的低折射率硬涂层，与高折射率的镜片和其他光学基底一同使用，同时使通常在高折射率光学基底和硬涂层折射率不匹配情况下出现的不良光学效应(例如，干涉条纹)降到最低。

技术实现思路

1、本发明通过提供一种具有减少的干涉条纹的眼镜镜片来实现这些目标，该眼镜镜片包括具有第一折射率的基镜片基底；设置在基镜片基底表面上的折射率匹配系统；以及设置在该折射率匹配系统表面上的涂层，该涂层具有第二折射率并与所述第一折射率相差0.08或更大。

2、在本发明的某些实施例中，基镜片基底包括高折射率镜片材料；该基镜片基底包括一功能性薄膜叠层；所述基镜片基底具有光致变色特性；所述折射率匹配系统设在基镜片基底的前表面和/或后表面上；该折射率匹配系统包括一系列的材料层，其中紧邻的材料层具有与彼此明显不同的折射率；该折射率匹配系统包括一系列不同折射率相互交替排布的聚氨酯层。上文提到的涂层为一种紫外固化硬涂层；第一折射率(镜片基底)等于或大于1.60，第二折射率(涂层)约为1.50；该眼镜镜片进一步包括设置在涂层上的减反射系统；该镜片在可见光光谱范围内具有单表面峰间反射率变化，其变化幅度等于或小于2％、等于或小于1％、或小于0.5％；所述折射率匹配系统包括多层系统和该多层系统的组合。

3、本发明还通过提供一种能改善光学器件的光学特性的系统来实现这些目标，该系统包括具有第一折射率的第一材料层；具有与第一折射率不同的第二折射率的第二材料层；以及置于第一材料层和第二材料层之间的折射率匹配系统，该折射率匹配系统可以减弱光学器件的入射光的总反射率。

4、在本发明的某些实施例中，该光学器件是一镜片，该光学器件在可见光谱范围内具有等于或小于2％、等于或小于1％、等于或小于0.5％的单一表面峰间反射率变化，该折射率匹配系统包括一系列的材料层及该材料层的组合，其中紧邻的材料层的折射率彼此不同。

5、本发明提供一种减少在光学制品中观察到干涉条纹的方法，在一定程度上进一步实现了这些目标。该方法包括：获得具有第一折射率的基镜片基底；在具有多个折射率彼此不同的材料层的基镜片基底的表面上形成折射率匹配系统；和将涂层应用在折射率匹配系统的表面上，该系统具有第二折射率，与第一折射率相差0.08或更大。

6、在本发明的某些实施例中：获得具有第一折射率的基镜片基底包括获得一眼镜镜片；在基镜片基底的表面上形成折射率匹配系统，基镜片基底具有多个折射率彼此各不同的材料层且能形成一系列材料层，其中紧邻的材料层具有与彼此不同的折射率；及上述步骤的组合。