光学用薄膜市场分析和技术研究综述.pdf

光学薄膜调研报告 第一章光学薄膜介绍 1.光学薄膜的定义 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。 2.光学薄膜种类 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。 2.1 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。 2.2 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