過(guò)去一直用于低端、一次性、非成像消費(fèi)類應(yīng)用的塑料光學(xué)元件(或稱聚合物/有機(jī)光學(xué)元件),已經(jīng)在性能和耐用性方面獲得了大幅提升,并且正在進(jìn)入非傳統(tǒng)工業(yè)、汽車和醫(yī)藥等行業(yè)。這些新的應(yīng)用不僅對(duì)塑料光學(xué)元件本身提出了挑戰(zhàn),而且也對(duì)附著其上的光學(xué)鍍膜提出了挑戰(zhàn)。業(yè)界的一位鍍膜專家曾指出:“如果沒(méi)有光學(xué)鍍膜,幾乎所有的現(xiàn)代光學(xué)應(yīng)用或系統(tǒng)都將失敗。”
目前,業(yè)界正在開(kāi)發(fā)并商用適用于數(shù)碼相機(jī)、條形碼掃描器、光纖傳感器與通信網(wǎng)絡(luò)以及生物計(jì)量安全系統(tǒng)等領(lǐng)域的光學(xué)鍍膜。隨著市場(chǎng)對(duì)低成本、高性能的塑料光學(xué)元件的青睞與日俱增,一些新的鍍膜技術(shù)已經(jīng)涌現(xiàn)出來(lái)以滿足新的應(yīng)用需求。
為何選擇塑料光學(xué)元件?
與玻璃光學(xué)元件相比,塑料光學(xué)元件的重量要輕2~5倍,這使得它們更加適用于夜視頭盔、現(xiàn)場(chǎng)便攜式成像應(yīng)用以及重復(fù)使用或一次性醫(yī)療器械(如腹腔鏡)等領(lǐng)域。此外,由于塑料光學(xué)元件可以根據(jù)安裝需要模塑成型,因此能大幅減少裝配步驟,降低制造成本。
塑料光學(xué)元件可用于大部分可見(jiàn)光應(yīng)用中。對(duì)于其他近紫外和近紅外應(yīng)用,丙烯酸(卓越的透明度)、聚碳酸酯(最佳的沖擊強(qiáng)度)和環(huán)烯烴(高耐熱性和耐用性,較低的水吸收)等常用材料的傳輸波長(zhǎng)范圍為380~100nm)。在塑料光學(xué)元件表面增加鍍膜,是為了提升其傳輸或反射性能,增加耐用性。
厚層鍍膜(厚度通常約1μm或更厚)主要起到保護(hù)層的作用,同時(shí)也能為隨后的薄層鍍膜改善附著性和牢固性。薄層鍍膜包括二氧化硅(SiO2)、氧化鉭、氧化鈦、氧化鋁、氧化鈮以及鉿氧化物(SiO2、Ta2O5、TiO2、Al2O3、Nb3O5和HfO2);典型的金屬鏡面鍍膜有鋁(Al)、銀(Ag)和金(Au)。氟化物或氮化物則很少用于鍍膜,因?yàn)橐@得好的鍍膜質(zhì)量,需要較高的熱量,這與塑料元件鍍膜所需要的低熱量沉積條件不符。
然而,盡管塑料光學(xué)元件具有諸多優(yōu)點(diǎn),它們的使用也會(huì)帶來(lái)一些新的挑戰(zhàn)。“一些適用于玻璃光學(xué)元件的鍍膜設(shè)計(jì),可能并不適用于塑料光學(xué)元件,因?yàn)樗芰瞎鈱W(xué)元件具有較高的熱膨脹系數(shù)。為了消除附著性和開(kāi)裂問(wèn)題。
鍍膜的塑料光學(xué)元件的另一個(gè)常見(jiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域是眼鏡。“目前,眼鏡片上的防反射(AR)鍍膜已經(jīng)非常普遍,超過(guò)95%的眼鏡都使用塑料鏡片,而為鏡片鍍膜確實(shí)是一個(gè)技術(shù)奇跡,它代表了20年來(lái)鍍膜技術(shù)的進(jìn)步。”“除了光學(xué)和美觀要求外,物理耐用性為鏡片鍍膜帶來(lái)了特殊的挑戰(zhàn)。首先,眼鏡片通常是由眾多的基體材料制造而成,這些材料通常包括二甘醇烯丙基碳酸酯、聚碳酸酯等。這些基體材料材具有吸水性(這將導(dǎo)致鍍膜會(huì)受到來(lái)自基體材料方面的水蒸汽的損傷)和較高的熱膨脹系數(shù),因此會(huì)導(dǎo)致鍍膜不牢固或受損。”Ellefsen補(bǔ)充說(shuō),“另外,人們經(jīng)常會(huì)用含有化學(xué)物品的液體清洗鏡片,用粗糙的紙巾或手帕擦拭鏡片,冬季還要忍耐室內(nèi)外較大的溫差,偶爾還會(huì)不小心正面朝下從桌子上滑落到地上……因此,對(duì)鏡片的耐油性的要求可見(jiàn)一斑。”
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