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篇1

關鍵詞:單色儀;光學薄膜;透過率

中圖分類號:TB43文獻標識碼:A

Discussion onTesting Method of Optical Thin Film's Transmissivity by Monochromator

WEI Nan1,ZHANG Fang-hui1,LI Zhi-feng2

(1.College of Electronic and Information,Shanxi University of Science and Technology, Xi'an 710021,China,;2.Shanxi Keda Electric Company Ltd.,xianyang)

Abstract: Optical thin film is not used in the field of optical element,but also the important constituent part used for luminesence in series of display,such as LCD､OLED.Based on the principles of monochromator ,expound the method of testing transmissivity parameter of optical thin films.Propose solutions after analyze the problems in test which based on three ways that the spectroscopic effects､light intensity and monochromaticity. This study has a certain of practical significance to the application of optical thin films.

Keywords: monochromator;optical thin film;transmissivity

引 言

對光學薄膜如反射膜､減反射膜､偏振膜､干涉濾光片等的研究一直以來都受到科學技術工作者的重視｡光學薄膜技術中通過理論研究､實驗分析,尋找新材料,通過改進薄膜制備工藝,獲得高品質器件｡

在光學器件領域,光學透鏡中的減反射膜可以減少十倍以上的光通量損失,激光器中用高反射比的反射鏡成倍提高輸出功率,硅光電池中利用光學薄膜提高效率和穩定性｡在顯示器領域,已日漸成熟的LCD顯示､新興的OLED顯示器等,都離不開對光學薄膜的應用,如彩色濾色片､透明導電薄膜､增量膜､電子傳輸層等等｡背光系統是LCD中提供充足強度､均勻亮度光源的重要組件,而光學膜的成本就接近整個背光系統的一半｡光從背光源傳輸到面板表面過程中,經過導光板､擴散層､增量膜､偏光片､濾色膜､取向層等每一層都伴有部分的光損失,而真正到達人眼的光強只占背光源初始光強的百分之幾左右｡在以往的基礎上人們也一直在探索新的應用型光學薄膜,如目前ZnO､Alq等新型薄膜的研究和制備｡從薄膜特性入手尤其是透過率參數的改善,來提高薄膜品質特性變得尤為重要｡光學薄膜可以玻璃､陶瓷､光學塑料､光學晶體､金屬等作為依附體,其中仍以玻璃基板表面鍍光學薄膜的應用為多｡

1 測試原理

鍍膜物質的不同因其分子結構的差異,對不同波長的光的吸收､反射程度也不同,從而影響薄膜的透過率｡由于薄膜的透過率隨光波長的變化而變化,照明系統A發出的復色光(常用可見光､紫外光)經過光學薄膜進入分光系統B,借助B中光柵的分光作用篩選出不同波長單色光,經接收系統C由光電倍增管轉換為光強信號顯示出來,通過未放光學薄膜前的初始光強和放置光學薄膜后的透過光強間的相對關系,可描繪出所鍍光學薄膜的透過率曲線,反應薄膜的透過率情況(如圖1所示)｡

2 測試系統

光學系統中分光單元包括三類:一類是棱鏡光譜儀,現已少用;另一類是衍射光柵分光,目前廣泛應用;第三類是頻率調制的傅里葉變換光譜儀｡本文為第二類光柵分光系統｡

2.1 照明系統

調節鎢燈､透鏡中心的水平,并調節各部分間距使光學薄膜正好落在透鏡的焦平面上(如圖2所示)｡圖中:a､光源:選用鎢燈,提供可見光范圍波長的光; b､凸透鏡:將入射光線會聚到光學薄膜表面; c､光學薄膜板:鍍有光學膜層的玻璃基板｡

2.2 分光系統

光學薄膜F置于分光系統入射狹縫S1處,會聚光①透過光學薄膜進入狹縫S1,S1位于離軸拋物鏡M1的焦面上,從而使入射光經M1反射后變為平行光射向光柵G｡經光柵色散后,形成不同波長的平行單色光束并以不同的衍射角度出射,照射到反射鏡M2分別會聚成像,恰好會聚到出射狹縫S2的單色光②從狹縫S2射出,會聚到其它位置或沒有照射到反射鏡M2上的單色光則被分光系統內壁擋住,不會出射｡光柵G安裝在轉臺R上,按某一方向緩慢旋轉R就會將不同波長的單色光依次聚焦到出射狹縫S2上,這樣相應波長的光就會依次射出狹縫S2(如圖3所示)｡

相對于棱鏡,光柵的分光能力更強,且出射光波長與光柵衍射角有著簡單的對應關系｡選用刻線密度為1,200條/mm的反射式平面衍射光柵,在光柵方程d(sinφ+sinθ)=kλ,(k=0,±1,±2.....)中:d為光柵常數,即連續刻槽間的距離;φ為入射角,即入射光和光柵法線的夾角;θ為衍射角,即衍射光和光柵法線的夾角;k為光譜線級數｡復色光垂直照射光柵上,光柵方程變為dsinθ=kλ,k不為零時,不同波長λ的光對應不同的衍射角θ,不同波長的光便被分解開了｡

2.3 接收系統

由出射狹縫S2出射的單色光經接收系統轉換為電信號,并以相對數值的形式顯示出來｡顯示與調節面板C一方面給光電倍增管B提供一個可調的負高壓(一般選擇-500V左右),另一方面顯示出射光強的強弱(如圖4所示)｡

出射光照射到光電倍增管(圖5)的光電陰極K上,由于光電效應,光電陰極K被激發而逸出光電子,光電子在極間負高壓的作用下被逐級加速飛向陽極A,在加速的過程中光電子以高速度轟擊倍增極D1~D5,使倍增極產生二次電子發射,電子數目逐級大量增加,最終到達陽極的電子形成很大的陽極電流｡倍增極的倍增因子通常為常數,因此當光信號變化時,陰極發射的電子的數目也隨之變化,即形成的陽極電流隨著光信號的變化而變化,由此來反映經光學薄膜的不同波長出射光光強的變化｡

2.4 測試常見問題及分析

(1) 分光效果:為使光柵起到較好的分光效果,入射光應剛好照射滿整個離軸拋物鏡的鏡面,因此可以通過調節凸透鏡和入射狹縫的距離控制入射光張角的大小,調節照明系統時先定凸透鏡位置再定光源位置,盡量滿足d/l=D/f,其中d和l分別為透鏡狹縫間距和凸透鏡高度,D/f是離軸拋物鏡的相對孔徑比｡

(2)光強:由于光學薄膜常依附于玻璃基板上,因此在測試中可采用相對測量原理和多點測試平均法減小玻璃基板帶來的誤差｡若將光線通過光學薄膜玻璃時的顯示讀數記為T1,取一塊和所測的光學薄膜玻璃相同規格的無薄膜覆蓋的玻璃基板,將通過基板時的讀數記為T2,則光學薄膜的透光率可表示為T=T1/T2,其中T1､T2是在測試片上選取不同點所讀數值的平均值｡

(3)單色性:分光系統借助于出射狹縫篩選出進入光電倍增管的各波長的單色光,因此對與狹縫縫寬的選擇為:一方面使縫寬盡可能窄,使相鄰兩波長的光盡可能分開;另一方面,縫的寬窄要保證有一定大小的顯示讀數,一般選擇縫寬約0.015 mm左右｡同時要求測試在暗室中進行｡

3 結 語

光學薄膜可應用于各種反射和投射光學元件,對光學薄膜的研究不僅能改善顯示器的性能,也是實現液晶顯示器中功能薄膜設計開發所必須的手段,可以說,如果沒有這些光學薄膜液晶顯示器的可視品質將無從談起｡光學薄膜透過率參數的測試是薄膜技術領域一個主要的方面｡

參考文獻

[1] 廖延彪. 光學原理與應用[M].北京:電子工業出版社,2006:202~010.

[2] 武興建,吳金宏.光電倍增管原理､特性與應用[J].國外電子元器件,2001(8):13~17.

[3] 平面光柵單色儀使用說明[Z].

[4] 趙濤,劉勃然,李林.有色光學玻璃光譜吸收特性的測量[J].大學物理實驗,2006,19(4):7~10.

篇2

曾經有人說“真正內功深厚，有分量的企業總是樸實無華的，而真正經得起歲月和風浪考驗的企業是不需要用大樓來證明的。”中光學一行讓記者再次深刻感悟到了其中的道理。

科持創造視覺盛宴

這是一個以光學元件加工為基礎，以光學薄膜技術為核心，并在積極向投影顯示產業鏈下游延伸的國家大型光電企業，四十余年來，它默默地躬身勞作于中國的豫西南，在河南南陽這塊充滿靈秀的文化熱土上潛心打造出了一個擁有眾多之“最”的“中光學”品牌。“全球微顯示投影系統光學元件綜合配套能力最強的企業，國內第一家實現光學引擎批量生產的本土企業，國內光學薄膜裝備水平與產業化水平最高的企業、國內光學薄膜規模化生產能力第一的企業……”一路走來，中光學始終專注、執著，且產品多數與“光”和“電”密切相關，光學引擎、投影機，光電軍品，現代光學元件、光學薄膜，光學輔材，中高檔光學設備……所有產品除民用外，其實還有很多都被裝備于我國的航天航空和軍用領域，只不過這方面的貢獻更少為外界所知而已。

全球金融危機開始蔓延以來，作為國家重點出口企業，且以光電產業為主要產品結構的中光學不可避免地受到了一定沖擊，但是企業由于善于利用自主知識產權優勢，同時又抓住和借助了國家擴大內需政策及國際產業轉移的機遇，因此得以很快通過科技創新和產業升級來促增長，保發展。目前，科技創新對企業的拉動效應已初步顯現。

COSTAR，這是中光學的英文名稱，意為“中國光學之星”。名如其實，今天的中光學的確已經并繼續用足夠說服力的業績踐行著其夢想――“為人類創造更加精彩的視覺世界”。事實上，它已經走得更遠，因為至今它帶給世界的已經不只是一道道透過玻璃的光亮，而更是一場場全世界都可以輕松享用的，視覺的盛宴。

知識產權強企富民

應該說，此番的金融風暴就像一塊試金石，它一方面快速且殘酷地檢驗出了一個企業的真正核心競爭力和含金量，另一方面也為擁有自主知識產權的企業帶來了發展的契機。作為無可爭議的高科技企業，中光學從誕生之日起就與科技研發。改良創新一脈相承。近年來，對知識產權工作的高度重視和開發更是使中光學如虎添翼，錦上添花。在中光學集團，總工程師是所有知識產權工作的總負責人，總工程師辦公室是集團知識產權工作的常設機構這樣一來，企業的科技創新、成果轉化及生產經營活動就能很容易地充分互通，進而無縫接駁。

為了準確選擇將來的技術研究與發展方向，也為了使企業獲取未雨綢繆的前瞻能力，進而在激烈的市場競爭中得到整體、長遠的發展，中光學適時推出了《508廠專利戰略研究報告》。這是一份緊跟國際同類研究發展趨勢并結合自身條件同時充分運用了專利及專利制度的特，且圍繞主導產品和核心技術所獲得的行業性專利戰略研究成果。它在研究掌握相關領域的技術發展現狀及趨勢，分析比對各國，各公司間的競爭態勢和技術市場分布的基礎上，最終確定了中光學自身的技術發展方向、目標以及專利保護，專利進攻、防御策略，既切實可行，又深具可持續發展思想，這在國內企業中尚不多見。

在重點研究專利戰略的同時，中光學還非常重視及時將擁有自主知識產權的產品，技術以標準的形式加以固化和推廣。因為國家行業技術標準的建立不僅可以在一定程度上阻擋外國同類產品進入我國市場，更有利于積極開發支持自己技術標準的專利技術。

由于知識產權工作的良性推進，近年來中光學所申請專利幾乎100％得到了實施，并且應當申請專利的都進行了申請。僅2005年至2009年上半年，公司專利申請量就達到153件(發明專利39件)，獲授權110件(發明專利11件)。除此之外，中光學還擁有注冊商標18個，且目前基本實現了無形資產的最大價值。

如今，通過不斷的技術創新新產品對企業的貢獻率正在逐年上升，2009年上半年僅新產品的銷售收入就占全部銷售收入的45.4％。

篇3

關鍵詞： 防護玻璃；表面處理；反射率；硬度

中圖分類號：TQ34 文獻標識碼：A

Display Protective Glass Surface Treatment Technology

WANG Bao-song, ZHANG Guo-sheng, XIE Qin

(Jinling machine factory of Jiangsu province, Nanjing Jiangsu 211100, China)

Abstract: Display protective glasses of a certain type instrument were technically processed by use of wet etching with acid solution and AR protective coating method. The reflectivity of surface was reduced to 2% below, the average transmittance of products was 86% in visible light, and the hardness of surface was enhanced to 7.0 GPa. The products' performance testing and trials expressed that, the protective glasses have good anti-glare, antireflective, scratch-resistant process and good behaviors.

Keywords: protective glasses; surface treatment; reflectivity; hardness

引 言

顯示器作為當今社會一種極為常見的數據和信息的顯示方式，在電腦、手機、儀器、儀表等多種設備上具有廣泛的應用。根據特殊使用環境的要求，一些儀器設備的顯示器往往不直接暴露于外界環境之下，而是在其外部增加一層防護玻璃。防護玻璃的作用主要是保護顯示器，防止損壞。針對室外使用情況而言，由于外界視場中光源的強光會在玻璃表面形成較強的反射，影響顯示圖像在人眼的視覺效果，因此保護玻璃需要具有防眩光、增加透射的作用。王承遇等對玻璃表面結構、表征、測試和處理等方面技術的發展情況進行了報道[1]，文獻[2]中指出防眩有三種途徑：表面刻蝕、噴涂小顆粒成膜和表面鍍膜。在多種防眩處理方法中，化學蝕刻因其方法簡單、操作容易、適合于大面積玻璃蝕刻和大規模生產特點而倍受關注[3]。

本文介紹了對某型儀表用顯示器防護玻璃的表面工藝處理的工作情況，采取酸溶液化學腐蝕的方法對防護玻璃表面進行處理以增加表面粗糙度，通過條件調節控制表面光澤度指標，使產品達到防眩作用亦不影響人眼視覺效果。后續采用硬質膜料在產品表面制備光學增透膜層，提高產品在可見光波段的透射率和表面硬度。本文制備的防護玻璃具有防眩、增透、抗劃傷的作用，達到了較好的使用效果。

1 防眩層的制備

1.1 工藝條件

經材料成分分析，防護玻璃基材是以SiO2為主體，包含Na、Ca、Mg、K等離子的非晶氧化物。文獻[4]中報道了在玻璃表面上采用化學腐蝕方法制備折射率連續變化的非均勻膜，該薄膜是折射率漸變的多微孔性結構，在寬光譜范圍內有低的反射率，是一種耐久力較好的減反射膜。羅春煉等通過溶液組分含量的調整，研究了提高防眩玻璃透光率的影響因素[5]。對于制備條件上的控制而言，則需要適宜的腐蝕處理條件（溫度、時間、反應物成分等因素），才能使玻璃獲得較高的透過率和霧度指標，以達到較好的防眩效果[2]。黃騰超等進行了應用于MOEMS器件的K9玻璃濕法刻蝕工藝的研究[6]。

本文對玻璃所進行的濕法刻蝕，是采用氫氟酸和硝酸為腐蝕液，通過調節酸液比例、溫度和時間參數，達到最佳腐蝕效果。腐蝕溶液是以1:1:2比例配比的氫氟酸、硝酸和水混合溶液，腐蝕溫度為40℃，刻蝕時間為18～20min。刻蝕效果的評價指標為表面光澤度，即代表了表面反射率的指標高低。本文經試驗制得的表面光澤度為50～51的保護玻璃，其性能符合產品性能要求的表面反射率小于2%的技術指標，達到對產品預定的刻蝕效果。

1.2 制備過程

按1:1:2的比例配比氫氟酸、硝酸和水的混合溶液，置于聚四氟乙烯容器瓶內。用水洗方法清洗玻璃表面，不需要腐蝕處理的一面用膠帶紙屏蔽起來，將玻璃樣片浸泡于混合液中，整體置于水浴恒溫箱內，設置水浴恒溫箱溫度至40℃，保持時間18～20min。反應結束后立即取出玻璃樣片，用蒸餾水清洗表面殘留混合液，去除屏蔽層，并烘干表面水分。采用表面光學測定儀測量玻璃處理表面的光學反射特性，以保證樣品質量。

2 增透、保護膜層的制備

2.1 膜層設計

根據防護玻璃產品的特點要求，需要在表面制備增透、保護膜層以增加光學透射和提高表面硬度。根據雙層減反射膜設計原理，若限定鍍制在折射率為ng的基底材料上的外層折射率為n1、內層折射率為n2的兩層膜的厚度都是λ/4時，欲使波長λ0的反射光減至零，它們的折射率滿足如下關系[4]

基底玻璃材料的折射率為1.517，若外層膜選用折射率為1.38的MgF2膜料，經（1）式計算可得n2值為1.70，故內層選用折射率為1.66的Al2O3膜料。在雙層減反射膜的基礎上構建三層減反射膜，在此兩層膜中間插入半波長的ZrO2層，使得透射光譜平滑。在此基礎上，對三層膜系結構進行優化，將厚度做了細微調節，使得平均透光率進一步提高，最后膜系結構為G/0.083Al2O3 0.125ZrO2 0.095MgF2/Air。膜系結構中采用了硬度較高Al2O3膜料，有助于提高防護玻璃表面硬度。

2.2 制備方法

文中所采用的鍍膜設備為北京科學儀器有限公司生產的zzs-1100型光學真空鍍膜機，有分子泵、行星轉動裝置、清洗離子源、光學膜厚監控儀的電子槍加熱蒸發鍍膜設備。鍍膜前對防護玻璃表面使用乙醚溶液擦拭干凈，進腔后進行離子清洗以改善表面性質，后按照膜系結構進行薄膜制備。工藝參數如表1所示。

2.3 指標檢測

對膜層的光譜、附著力、摩擦等環境適應性進行了測試，膜層光譜測試曲線如圖1所示，膜層的在0.4～0.76μm可見光波段范圍內的平均透過率達到99%以上。經試驗檢測，膜層可通過GJB 2485-1995光學膜層通用規范[7] 對附著力、摩擦、溫度、濕熱、清擦性、耐溶性和水溶性的檢測項目，質量可靠。

3 表面處理效果評析

經過防眩層處理和薄膜鍍制的防護玻璃樣件制作完成后，對其進行了性能指標檢測。通過UV-3600紫外、可見、近紅外分光光度計對樣件可見光波段光譜進行測試，透射光譜曲線如圖2所示，平均透光率達到86%。采用顯微硬度計對玻璃樣片進行硬度測試，鍍膜后表面硬度達到7.0GPa，高于玻璃基底的表面硬度6.6GPa，提高了玻璃表面硬度和抗劃傷能力。將防護玻璃安裝于儀表顯示器上，對其實際使用效果進行測試。在顯示器通電狀態下，通過人眼觀察，顯示器表面呈現清晰的圖像畫面。在太陽光照射情況下觀察，顯示器圖像畫面依然清晰，反射太陽光較弱，對人眼沒有造成圖像不清晰或不適的感覺，整體使用效果良好。

4 結 論

本文對某型儀表用顯示器防護玻璃表面進行工藝處理，采用酸溶液濕法腐蝕處理獲得防眩層，后利用電子槍加熱蒸發鍍膜方法制備表面增透、保護膜層。防護玻璃經濕法腐蝕處理，表面反射率指標降低到2%以下，鍍制增透、保護膜層后，在可見光波段的平均透過率達到86%，表面硬度提高到7.0GPa。通過性能指標、環境試驗和產品試用的方法對產品工藝處理效果進行評析，結果表明，采用該工藝處理的防護玻璃具有較好的防眩、增透和抗劃傷的作用，使用效果良好。

參考文獻

[1] 王承遇，潘玉昆，盧 琪等. 玻璃表面工程的進展[J]. 玻璃與搪瓷，2003，31（5）：45-50.

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[3] 胡沛然，韓文爵，王海風等. Na2SiF6和ZnCl2對玻璃防眩光效果的影響研究[J]. 化工新型材料，2009，37（11）：84-95.

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[5] 羅春煉，韓文爵，王海風等. 提高防眩玻璃透過率的主要影響因素[J]. 化工新型材料，2008，36（12）：89-91.