光学镀膜的种类以及应用

光学镀膜在我们的生活中无处不在，从精密光学设备、显示器设备到日常生活中的光学薄膜应用；比方说，平时戴的眼镜、数码相机、各式家电用品，或者是钞票上的防伪技术，皆能被称之为光学薄膜技术应用之延伸。倘若没有光学薄膜技术作为发展基础，近代光电、通讯或是镭射技术将无法有所进展，这也显示出光学薄膜技术研究发展的重要性。

光学薄膜系指在光学元件或独立基板上，制镀上或涂布一层或多层介电质膜或金属膜或这两类膜的组合，以改变光波之传递特性，包括光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位改变。故经由适当设计可以调变不同波段元件表面之穿透率及反射率，亦可以使不同偏振平面的光具有不同的特性。

一般来说，光学薄膜的生产方式主要分为干法和湿法的生产工艺。所谓的干式就是没有液体出现在整个加工过程中，例如真空蒸镀是在一真空环境中，以电能加热固体原物料，经升华成气体后附着在一个固体基材的表面上，完成涂布加工。日常生活中所看到装饰用的金色、银色或具金属质感的包装膜，就是以干式涂布方式制造的产品。但是在实际量产的考虑下，干式涂布运用的范围小于湿式涂布。湿式涂布一般的做法是把具有各种功能的成分混合成液态涂料，以不同的加工方式涂布在基材上，然后使液态涂料干燥固化做成产品。在本文中仅讨论湿式涂布技术的光学薄膜产业。

 光学薄膜根据其用途分类、特性与应用可分为：反射膜、增透膜/减反射膜、滤光片、偏光片/偏光膜、补偿膜/相位差板、配向膜、扩散膜/片、增亮膜/棱镜片/聚光片、遮光膜/黑白胶等。相关衍生的种类有光学级保护膜、窗膜等。

光学加工中最常见的几种镀膜：

1、反射膜

  反射膜一般可分为两类，一类是金属反射膜，一类是全电介质反射膜。此外，还有将两者结合的金属电介质反射膜，功能是增加光学表面的反射率。

  一般金属都具有较大的消光系数。当光束由空气入射到金属表面时，进入金属内的光振幅迅速衰减，使得进入金属内部的光能相应减少，而反射光能增加。消光系数越大，光振幅衰减越迅速，进入金属内部的光能越少，反射率越高。人们总是选择消光系数较大，光学性质较稳定的金属作为金属膜材料。在紫外区常用的金属薄材料是铝，在可见光区常用铝和银，在红外区常用金、银和铜，此外，铬和铂也常作一些特种薄膜的膜料。由于铝、银、铜等材料在空气中很容易氧化而降低性能，所以必须用电介质膜加以保护。常用的保护膜材料有一氧化硅、氟化镁、二氧化硅、三氧化二铝等。

  金属反射膜的优点是制备工艺简单，工作的波长范围宽；缺点是光损大，反射率不可能很高。为了使金属反射膜的反射率进一步提高，可以在膜的外侧加镀几层一定厚度的电介质层，组成金属电介质反射膜。需要指出的是，金属电介质射膜增加了某一波长（或者某一波区）的反射率，却破坏了金属膜中性反射的特点。

  全电介质反射膜是建立在多光束干涉基础上的。与增透膜相反，在光学表面上镀一层折射率高于基体材料的薄膜，就可以增加光学表面的反射率。最简单的多层反射是由高、低折射率的二种材料交替蒸镀而成的,每层膜的光学厚度为某一波长的四分一。在这种条件下，参加叠加的各界面上的反射光矢量，振动方向相同。合成振幅随着薄膜层数的增加而增加。

  铝箔反射膜Dike铝箔隔热卷材，又称阻隔膜、隔热膜、隔热箔、拔热膜、反射膜等。由铝箔贴面+聚乙烯薄膜+纤维编织物+金属涂膜通过热熔胶层压而成，铝箔卷材具有隔热保温、防水、防潮等功能。铝箔隔热卷材的日照吸收率（太阳辐射吸收系数）极低(0.07)，具有卓越的隔热保温性能，可以反射掉93%以上的辐射热，被广泛应用于建筑屋面与外墙隔热保温。

    相对应的是一种防反射膜，主要功效是提高光线的衍射，使人们能够长时间的观看文字和图形。这就需要表面平滑反射少的防反射薄膜。

  2、增透膜/减反射膜

  减反射膜又称增透膜，它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。

  减反射膜是以光的波动性和干涉现象为基础的。二个振幅相同，波长相同的光波叠加，那么光波的振幅增强；如果二个光波原由相同，波程相差，如果这二个光波叠加，那么互相抵消了。减反射膜就是利用了这个原理，在镜片的表面镀上减反射膜(AR-coating），使得膜层前后表面产生的反射光互相干扰，从而抵消了反射光，达到减反射的效果。最简单的增透膜是单层膜。一般情况下，采用单层增透膜很难达到理想的增透效果,为了在单波长实现零反射,或在较宽的光谱区达到好的增透效果，往往采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。

  减反射膜的实际应用非常广泛，最常见的是镜片及太阳能电池-通过制备减反射膜来提高光伏组件的功率瓦值。目前晶体硅光伏电池使用的减反射膜材料是氮化硅，采用等离子增强化学气相淀积技术，使氨气和硅烷离子化，沉积在硅片的表面，具有较高的折射率，能起到较好的减反射效果。早期的光伏电池采用二氧化硅和二氧化钛膜作为减反射层。

  3、滤光片

  滤光片是塑料或玻璃片再加入特种染料做成的，红色滤光片只能让红光通过，如此类推。玻璃片的折射率原本与空气差不多，所有色光都可以通过，所以是透明的，但是染了染料后，分子结构变化，折射率也发生变化，对某些色光的通过就有变化了。比如一束白光通过蓝色滤光片，射出的是一束蓝光，而绿光、红光极少，大多数被滤光片吸收了。

  滤光片产品主要按光谱波段、光谱特性、膜层材料、应用特点等方式分类。

  光谱波段：紫外滤光片、可见滤光片、红外滤光片；

  光谱特性：带通滤光片、截止滤光片、分光滤光片、中性密度滤光片、反射滤光片；

  膜层材料：软膜滤光片、硬膜滤光片。硬膜滤光片不仅指薄膜硬度方面,更重要的是它的激光损伤阈值,所以它广泛应用于激光系统当中。软膜滤光片则主要用于生化分析仪当中。

  带通型：选定波段的光通过，通带以外的光截止。

  短波通型(又叫低波通)：短于选定波长的光通过，长于该波长的光截止。比如红外截止滤光片，IBG-650。

  长波通型(又叫高波通)：长于选定波长的光通过，短于该波长的光截止比如红外透过滤光片，IPG-800。

  彩色滤光片是TFT-LCD背光模组的重要组成部分。

比较少用的几种膜系：

  4、偏光片

  偏光片（PolarizingFilm)的全称应该是偏振光片。液晶显示器的成像必须依靠偏振光。偏光片的主要作用就是使不具偏极性的自然光变成产生偏极化，转变成偏极光，加上液晶分子扭转特性，达到控制光线的通过与否，从而提高透光率和视角范围，形成防眩等功能。

  偏光片可广泛应用于现代的液晶显示产品:液晶电视、笔记本电脑、手机、PDA、电子词典、MP3、仪器仪表、投影仪等，也可用于时尚偏光眼镜。其中，LCD的应用是拉动偏光片产业发展的主要力量。

  5、补偿膜/相位差板

  补偿膜的补偿原理，是将各种显示模式下(TN/STN/TFT(VA/IPS/OCB))液晶在各视角产生的相位差做修正,简言之，即是让液晶分子的双折射性质得到对称性的补偿。若要从其功能目的来区分则可略为分单纯改变相位的相位差膜、色差补偿膜及视角扩大膜。补偿膜能降低液晶显示器暗态时的漏光量，并且在一定视角内能大幅提高影像之对比、色度与克服部分灰阶反转问题。

     6、配向膜

  配向膜是具有直条状刮痕的薄膜，作用是引导液晶分子的排列方向(图1.1）。在已蒸上透明导电膜（ITO）的玻璃基版上，用PI涂液和转轮（roller），在ITO膜上印出一条一条平行的沟槽，到时候液晶可依此沟槽的方向横躺於沟槽内，达到使液晶呈同一方向排列之目的。此具有一条一条方向的膜，即為配向膜。

  液晶之所以可应用于萤幕上，乃因其在平行分子方向与垂直分子方向之诱电率不同，因此可用电场驱动之，另一方面，由于液晶也具有视分子方向而变化之折射率（也就是具有双折射），可改变偏极光之偏极方向，最后更因液晶与配向膜之界面有很强之作用力（AnchoringStrength），在电场关闭后液晶就靠着弹性系数（恢复力）而恢复到原来之排列，由此可知没有配向膜之存在，液晶是无法工作的。但在液晶萤幕之应用上，其液晶分子与配向膜表面呈某一角度的倾斜(即预倾角，PretiltAngle)，如此才能达到均一配向的效果。

  配向膜涉及的涂布非卷式湿法涂布，方式有传统的定向刷磨法和现在的UV光配向法、电子浆配向和离子束配向。

  7、扩散膜

  扩散膜为TFT-LCD背光模块中之关键零组件,能够为液晶显示器提供一个均匀的面光源,一般传统的扩散膜主要是在扩散膜基材中,加入一颗颗的化学颗粒,作为散射粒子,而现有之扩散板其微粒子分散在树脂层间,所以光线在经过扩散层时,会不断于2个折射率相异的介质中穿过,故光线就会发生许多折射、反射与散射的现象,如此便造成了光学扩散的效果。详见第二章。

  8、增亮膜/棱镜片/聚光片

  增亮膜又叫棱镜片（PrismSheet）,常简称BEF（BrightnessEnhancementFilm），为TFT-LCD背光模块中之关键零组件，主要是借由光的折射与反射原理，利用棱镜片修正光的方向，使光线正面集中，并将视角外未被利用的光线可以回收与利用，同时提升整体辉度与均匀度，达到增亮的效果，又称聚光片。复合型光学膜，主要是将原本聚光片的功能与扩散功能加以整合，如此将可减少使用1片扩散片，有利於下游厂商简化背光设计、节省工序、降低成本，同时亮度效率还可提升。对於光学膜厂商来说，虽然复合型增亮膜会取代传统聚光片（增亮膜），但单价和利润都较佳。

  9、遮光膜/黑白胶

  黑白遮光胶|遮光膜主要应用于背光源上，起固定、遮光作用(遮掉边光和灯位的光)，也叫遮光片、黑白膜，简称黑白胶(可说是种双面胶带）。相对TFT-LCD所使用的背光源遮光要求较高，所以大部分的黑白胶都应用在TFT-LCD的背光源上面。除黑白胶外，还有黑黑胶（双面为黑色），主要作用仍然是固定，遮光；黑银胶（单面黑色，单面银色），除遮光外，银色面有反射作用。相对黑白胶是LCD市场的主流产品。黑面与白面的粘性对比，白面需要更大一些，因为白面与橡胶框相连接，而黑面与玻璃相连接，相对玻璃对胶的附着性，橡胶框更差一些，所以需要白面的粘性更大来保证整个模组的稳定性。