电子薄膜的分类应用角度高分子材料小课堂：光学功能薄膜介绍|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

高分子材料小课堂：光学功能薄膜介绍

▶光学功能薄膜材料介绍：

光学功能薄膜是指具有特定光学等物理机械特性，并适用于专业用途的柔性高分子薄膜时料。这里叙述的光学功能性薄膜，主要是指应用于平板显示（flatpanel display，FPD)器件。即包括液晶显示（liquid crystal display，LCD) ，等离子显示(pla***adisplay panel，PDP) ，触摸屏(touch screen) ，电子书等电子信息显示器件中所必须应用的光学高分子薄漠。

▶光学功能薄膜材料特点：

光学薄膜的特点是：表面光滑，膜层之间的界面呈几何分割；膜层的折射率在界面上可以发生跃变，但在膜层内是连续的；可以是透明介质，也可以是吸收介质；可以是法向均匀的，也可以是法向不均匀的。实际应用的薄膜要比理想薄膜复杂得多。这是因为：制备时，薄膜的光学性质和物理性质偏离大块材料，其表面和界面是粗糙的，从而导致光束的漫散射；膜层之间的相互渗透形成扩散界面；由于膜层的生长、结构、应力等原因，形成了薄膜的各向异性；膜层具有复杂的时间效应。

▶光学功能薄膜材料分类：

光学薄膜按应用分为反射膜、增透膜、滤光膜、光学保护膜、偏振膜、分光膜和位相膜。常用的是前4种。

光学反射膜用以增加镜面反射率，常用来制造反光、折光和共振腔器件。

光学增透膜沉积在光学元件表面，用以减少表面反射，增加光学系统透射，又称减反射膜。

光学滤光膜用来进行光谱或其他光性分割，其种类多，结构复杂。光

学保护膜沉积在金属或其他软性易侵蚀材料或薄膜表面，用以增加其强度或稳定性，改进光学性质。最常见的是金属镜面的保护膜。

▶光学功能薄膜相关产品标准：

GB/T 5507-2018 光学功能薄膜液晶显示背光模组用上扩散膜

GB/T 33376-2016 光学功能薄膜术语及其定义

GB/T 37384-2019 光学功能薄膜用三醋酸纤维素

HG/T 5675-2020 光学功能薄膜自修复硬化膜

HG/T 5854-2021 光学功能薄膜涂布型反射膜

HG/T 5855-2021 光学功能薄膜三醋酸纤维素(TAC)防眩光薄膜

HG/T 5856-2021 光学功能薄膜防污硬化膜

HG/T 5657-2019 光学功能薄膜覆保护膜棱镜增亮膜

HG/T 5880-2021 光学功能薄膜热弯成型保护膜

HG/T 6203-2023 光学功能薄膜低取向角聚酯薄膜

HG/T 6205-2023 光学功能薄膜抗激光窃听透明薄膜

▶光学功能薄膜相关测试标准：

GB/T 25255-2010 光学功能薄膜聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜拉伸性能测定方法

GB/T 25256-2010 光学功能薄膜离型膜 180°剥离力和残余黏着率测试方法

GB/T 25257-2010 光学功能薄膜翘曲度测定方法

GB/T 27582-2011 光学功能薄膜等离子电视用电磁波屏蔽膜屏蔽效能测定方法

GB/T 27583-2011 光学功能薄膜反射眩光性能测试方法

GB/T 27584-2011 光学功能薄膜聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜受热后尺寸变化测定方法

GB/T 33051-2016 光学功能薄膜表面硬化薄膜硬化层厚度测定方法

GB/T 33396-2016 光学功能薄膜三醋酸纤维素酯(TAC)膜卤素含量测定方法

GB/T 33397-2016 光学功能薄膜三醋酸纤维素酯(TAC)膜相延迟测定方法

GB/T 33399-2016 光学功能薄膜聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜厚度测定方法

GB/T 35923-2018 光学功能薄膜三醋酸纤维素酯(TAC)膜增塑剂含量测定方法

GB/T 42674-2023 光学功能薄膜微结构厚度测试方法

GB/T 42921-2023 光学功能薄膜聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜保护膜黏着力测定方法

HG/T 4608-2014 光学功能薄膜颜色的测量方法

HG/T 4951-2016 光学功能薄膜对比度测量方法

HG/T 5657-2019 光学功能薄膜覆保护膜棱镜增亮膜

HG/T 5659-2019 光学功能薄膜黄变的测量方法

HG/T 6204-2023 光学聚酯薄膜表面低聚物的测试方法

▶光学功能薄膜材料表证：

实验室配置

实验室配置了TD-GCMS、DSC、TGA、TMA、FT-IR、UV-VIS、氙灯/紫外/碳弧/金属卤素等老化箱、环境温湿度箱、水蒸气透过、氧气透过率、力学试验机等多精密检测设备。可以满足不同类型的光学功能薄膜材料表征。

光学薄膜的应用领域及分类

光学薄膜是利用薄膜对光的作用而工作的一种功能薄膜，光学薄膜在改变光强方面可以实现分光透射、分光反射、分光吸收以及光的减反、增反、分束、高通、低通、窄带滤波等功能。光学薄膜的种类有很多，这些薄膜赋予光学元件各种使用性能，在实现光学仪器的功能和影响光学仪器的质量方面起着重要的或者决定性的作用。

传统的光学薄膜是现代光学仪器和各种光学器件的重要组成部分，通过在各种光学材料的表面镀制一层或多层薄膜，利用光的干涉效应来改变透射光或反射光的光强、偏振状态和相位变化。薄膜可以被镀制在光学玻璃、塑料、光纤、晶体等各种材料表面上。它的厚度可从几个nm到几十、上百个μm。光学薄膜可以得到很好的牢固性、光学稳定性，成本又比较低，几乎不增加材料的体积和重量，因此是改变系统光学参数的首选方法，甚至可以说没有光学薄膜就没有现代的光学仪器和各种光学器件。在两百多年的发展过程中，光学薄膜形成了一套完整的光学理论—薄膜光学。光学薄膜已广泛应用于各种光学器件(如激光谐振腔、干涉滤波片、光学镜头等)，不仅如此它在光电领域中的重要作用亦逐渐为人们所认识。

1、分光膜

把一束光分为两部分的器件称为分光镜。分光镜的工作部分一般是一个镀过膜的平面，它在一定的波长范围内具有特定的反射率和透射率。通常这个平面是倾斜的，因此入射光和反射光便分离开来。分光镜的预定反射率和透射率值随其用途不同而相异。

　对于不同的分光镜往往有不同的透射率和反射率比T/R，即分光比。

最常用的是中性分光镜，T/R=50/50，它把一束光分成光谱成分相同的两束光。因为它在某波长区域内对各波长具有相同的透射率和反射率比，因而反射光和透射光不带有颜色，呈中性。

常用的中性分光镜有两种结构：一种是在透明的平板基片上镀上分光膜，另一种是把膜层镀在两个直角棱镜上，再膜面对膜面地胶合成立方体。常用的有金属分光镜和介质分光镜两类。金属膜分光镜分光的光谱宽度较宽，缺点是吸收损失较大，分光效率较低，介质分光镜的特点是分光效率高，偏振效应明显，分光特性色散明显。

介质膜分光镜与金属膜分光镜相比，因为介质膜的吸收小到可以忽略的程度，所以分光效率高，这是介质分光镜的优点，但是介质膜的特性对波长较敏感，给中性分光带来困难。同时，一般介质膜分光镜的偏振效应较大，这也是它的不足之处。

2、增透膜（也叫减反射膜，或者AR膜）

假定光线垂直入射在表面上，这时表面的反射光强度与入射光的强度比值(反射率)只决定于相邻介质的折射率的比值。

　　折射率为1.52的冕牌玻璃每个表面的反射约为4.2%左右．折射率较高的火石玻璃则表面反射更为显著。这种表面反射造成了两个严重的后果：光能量损失使象的亮度降低；表面反射光经过多次反射或漫射，有一部分成为杂散光，最后也到达象平面使象的衬度降低图象质量，特别是电视、电影摄影镜头等复杂系统都包含了很多个与空气相邻的表面，如不镀上增透膜其性能就会大大降低。

　　应用于可见光谱区的光学仪器非常多，就其产量来说占据了减反射膜的绝大部分，几乎在所有的光学器件上都要进行减反处理。

3、干涉截止滤光膜

要求某一波长范围的光束高透射，而偏离这一波长的光束骤然变化为高反射(或称抑制)的干涉截止滤光片有着广泛的应用。我们把抑制短波区、透射长波区的滤光片称为长波通道滤光片。相反，抑制长波区、透射短波区的截止滤光片就称为短波通滤光片。

　　大多数情况下，是希望截止于某一特定波长，或者长于该波长的所有光线。通常的办法是使干涉滤光片同吸收滤光片相组合。它既可以用作截止长波的短波通滤光片，也可以用作截止短波的长波通滤光片。只要改变监控膜层厚度的波长，截止限的位置可以随意移动。

4、反射膜

反射膜是用于把入射光能量大部分或几乎全部反射的光学元件。在有些光学系统中，要求光学元件具有较高的反射本领，例如，激光器的反射镜要求对某种频率的单色光的反射率在90％以上。为了增强反射能量，常在玻璃表面镀一层高反射率的透明薄膜，利用其上下表面反射光的光程差满足干涉相长的条件，使反射光增强。

　　金属膜有很高的反射率，吸收率也较高，而介质膜的不但反射率可以较高，还有较小的吸收率。

　　铝是唯一从紫外到红外(0.2～30μm)具有很高反射率的材料。大约在波长0.85μm处反射率出现一极小值，其值为86%。铝膜对基板的附着力比较强、机械强度和化学稳定性也比较好，所以广泛用作反射膜。新沉积的铝膜暴露于常温大气后，表面立即形成一层非晶的高透明的Al2O3膜，短时间内氧化物迅速生长到15～20.，然后缓慢生长，一个月后达到50左右。对缓慢蒸发的铝膜，氧化物的厚度可以达到90.以上。氧化物的存在使铝膜的反射率下降，特别是波长小于200nm的区域，为此要用MgF2膜作保护层。在可见光区，通常用SiO作为初始材料，蒸发得到硅的氧化物薄膜作为Al膜的保护膜。最佳的制备铝膜的条件：高纯铝(99.99%)；高真空中快速蒸发(50～100nm/s)；基板温度低于50℃。

　　在可见光及红外波段内，银膜的反射率是所有已知材料中最高的。在可见光区和红外区，反射率分别达到95%和99%左右。但是，银膜的附着力差，机械强度和化学稳定性差，所以主要用于短期使用的零件。银膜在紫外区的反射率很低，在波长400nm开始下降，到320nm附近降到4%左右。当银膜暴露于空气中时反射率会逐渐降低，主要原因是表面形成的氧化银(AgO、Ag2O3)和硫化银，因此要在银膜上镀保护膜。最佳的制备工艺与铝的相似，即高真空、快速蒸发、低的基板温度

　　降低薄膜反射率的一个重要因素是散射。造成散射损耗的原因是多种多样的，薄膜的成核和生长机理引起膜层微观结构的不均匀，从而会产生散射，借助于电子显微镜观察多层膜断面的微观结构，其呈现非常明显的柱状，膜层内部充满空隙，而面变得凹凸不平。此外，基片表面的粗糙度及其缺陷，还有蒸发源喷溅的粒子、膜层中的微尘、裂纹和针孔等因素相互交叉构成复杂的散射模型。总的来说我们可以把散射归结为二类，即体积散射和表面散射。

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