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一文帶你了解光學(xué)膜的發(fā)展史!

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點(diǎn)擊次數(shù):1170 更新時(shí)間:2021年04月13日11:03:18 打印此頁(yè) 關(guān)閉

光學(xué)膜發(fā)展到今日,技術(shù)相對(duì)成熟,種類豐富,包括偏光片、擴(kuò)散膜、導(dǎo)光板、背板膜、鋰電隔膜、窗膜、水處理膜、膠黏膜等。那么這些薄膜的發(fā)明者究竟是誰(shuí)?發(fā)明之初是怎樣設(shè)計(jì)的?它們的誕生背后又有怎樣的故事?今天我們就一起來(lái)了解一下最初始的功能薄膜


偏光片


目前最通用的偏光膜是蘭特在1938年所發(fā)明的H片,其制法如下:首先把透明塑料板(通常用PVA)浸漬在I2/KI的水溶液中,使碘離子擴(kuò)散滲入內(nèi)層的PVA,微熱后拉伸,PVA板變長(zhǎng)的同時(shí)也變得又窄又薄。


PVA分子本來(lái)是任意角度無(wú)規(guī)則性分布的,受力拉伸后就逐漸一致地偏轉(zhuǎn)于作用力的方向,附著在PVA上的碘離子也跟隨著有方向性,形成了碘離子的長(zhǎng)鏈。因?yàn)榈怆x子有很好的起偏性,它可以吸收平行于其排列方向的光束電場(chǎng)分量,只讓垂直方向的光束電場(chǎng)分量通過(guò),制成具有偏光作用的偏光膜。

 

一文帶你了解光學(xué)膜的發(fā)展史!


而實(shí)際應(yīng)用于光電行業(yè)的偏光片產(chǎn)業(yè)最早萌芽于日本,1999年5月,我國(guó)臺(tái)灣省第一家偏光片廠商力特光電投產(chǎn),標(biāo)志著日本廠商獨(dú)占偏光片市場(chǎng)的時(shí)代結(jié)束,但力特的技術(shù)依然來(lái)源于日本廠商的技術(shù)授權(quán)。而韓國(guó)則于2000 年初開始進(jìn)軍TFT用偏光板市場(chǎng),首家廠商LG化學(xué)于2000年3月量產(chǎn),年產(chǎn)能125萬(wàn)片。


我國(guó)偏光片項(xiàng)目始于1994年,該年,深紡集團(tuán)公司決定上馬偏光片項(xiàng)目,由美國(guó)ADS公司提供生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)并參股,成立了盛波公司。但由于美方技術(shù)人員對(duì)技術(shù)掌握不夠,經(jīng)兩年多調(diào)試未生產(chǎn)出一張合格產(chǎn)品。1997年美方撤股退出合作。此后經(jīng)過(guò)盛波科研人員的努力,在1998年底公司終于成功開發(fā)出合格產(chǎn)品。

 

目前,老牌的偏光片生產(chǎn)廠商如日東電工已經(jīng)開始轉(zhuǎn)型不再開出新的產(chǎn)能,LG化學(xué)和住友化學(xué)也放慢了擴(kuò)張步伐。韓國(guó)ACE和日本三立子因?yàn)橘Y金問(wèn)題,新線項(xiàng)目也處于停滯?,F(xiàn)在日系原料廠認(rèn)為最有發(fā)展前景的還是大陸市場(chǎng)及本土的偏光片廠。

 

擴(kuò)散膜


擴(kuò)散膜具有擴(kuò)散光線的作用,即光線在其表面會(huì)發(fā)生散射,將光線柔和均勻的散播出來(lái);多數(shù)擴(kuò)散膜的基本結(jié)構(gòu)是在透明基材上如PET兩面涂光學(xué)散光顆粒。擴(kuò)散膜起源于日本,最早由Keiwa、Kimoto、Tsujiden等日本廠商所掌控,Keiwa在1990年首次推出擴(kuò)散膜產(chǎn)品。在同期Tsujiden與Kimoto也推出了類似擴(kuò)散膜產(chǎn)品。


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反射膜


反射膜,是通過(guò)特殊的工藝來(lái)增加薄膜特殊性能的膜材料,一般是一種以透明薄膜為原料,通過(guò)特殊的鍍膜工藝來(lái)增加薄膜材料光學(xué)表面的反射率的特殊薄膜材料。反射膜可分為三大類:金屬反射膜、全電介質(zhì)反射膜和金屬電介質(zhì)反射膜。應(yīng)用于光學(xué)器件的反光材料研究已有上百年的歷史,但其起源卻難以追溯。如今反射膜技術(shù)已經(jīng)比較完善。到目前為止,最好的反射膜是由數(shù)百層增反薄膜組成的多層膜反射片,和普通反射片95%左右的反射率相比,其對(duì)幾乎所有可見光波長(zhǎng)都具有99%~100%的反射率。

 

這樣的反射片在循環(huán)增亮系統(tǒng)中非常有用,因?yàn)樗梢詼p少循環(huán)光每次在反射時(shí)的損失。雖然在反射率上相差不多,但是在加載棱鏡膜或者反射偏振片之后,得到的增益變化都在10%以上。


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導(dǎo)光板


導(dǎo)光板(light guide plate)是利用光學(xué)級(jí)的亞克力/PC板材,然后用具有極高反射率且不吸光的高科技材料,在光學(xué)級(jí)的亞克力板材底面用UV網(wǎng)版印刷技術(shù)印上導(dǎo)光點(diǎn)。

 

LCD導(dǎo)光板照明技術(shù)最早是由日本明拓公司于1986年發(fā)明的,稱為EDGE LIGHT,是目前筆記本電腦液晶顯示屏背光照明的主流方法。它的工作原理是利用PMMA透明導(dǎo)光板將由冷陰極熒光管(線光源)發(fā)出的純色白光,從透明板端面導(dǎo)入并擴(kuò)散到整個(gè)板面,當(dāng)光照射到導(dǎo)光板背面印刷的白色反光點(diǎn)時(shí)發(fā)生漫反射,從與光源入射面垂直的板面(工作面)射出。導(dǎo)光板照明通過(guò)巧妙運(yùn)用光在透明板界面上全反射的原理,將端面射入的光偏轉(zhuǎn)90°,從正面射出,從而起到照明的作用。

 

這種照明方式表面亮度高且照明系統(tǒng)體積小巧,對(duì)光的利用效率較高因而電力消耗較低,在筆記本電腦及數(shù)碼像機(jī)等需要使用大面積LCD的產(chǎn)品方面獲得了廣泛的應(yīng)用。


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增亮膜BEF


20多年前的一個(gè)冬天,一位3M的研究人員在加拿大魁北克的一個(gè)地下室里做實(shí)驗(yàn)。因?yàn)槲挥诒卑肭虻母呔暥?,冬天太?yáng)整天低懸在地平線上方,所以他發(fā)明了一種帶棱鏡的玻璃導(dǎo)管。斜射的陽(yáng)光射入管道一端后,會(huì)沿著導(dǎo)管壁傳播,整個(gè)管子像個(gè)燈管通體發(fā)亮,使地下室明亮許多。


之后,3M公司采用薄膜技術(shù)生產(chǎn)了這種光導(dǎo)管,但多年來(lái),這種棱鏡導(dǎo)管的應(yīng)用一直局限于建筑照明或裝飾,年銷量很小。20世紀(jì)90年代,隨著筆記本電腦的普及,液晶顯示技術(shù)開始迅速發(fā)展。由于液晶顯示器獨(dú)特的特性和結(jié)構(gòu),光的利用率非常低。如何增加液晶顯示的亮度一直是困擾科研人員的難題。


偶然的一個(gè)奇思妙想讓3M的科學(xué)家嘗試著剪開這種棱鏡導(dǎo)管,平鋪在LCD背光源上。令人意想不到的事情發(fā)生了,由于棱鏡的聚光作用,這個(gè)新穎的嘗試方法讓液晶顯示屏正向的亮度大為提高。之前,3M的科學(xué)家曾經(jīng)受到蝴蝶翅膀由于鱗片物理結(jié)構(gòu)對(duì)光線的折射、反射產(chǎn)生不同斑點(diǎn)想象的啟發(fā),利用高分子工業(yè)上最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬控制系統(tǒng),成功地發(fā)明了3M?多層光學(xué)膜(Multilayer Optical Film )技術(shù),通過(guò)改變薄膜的結(jié)構(gòu)來(lái)控制光的出射。


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這種多層膜由上百層納米級(jí)的膜組成,每一層的材料性質(zhì)都不同。通過(guò)膜層間的光學(xué)作用,最終達(dá)到反射光的功能。


由此,3M的科學(xué)家想到了將這兩個(gè)獨(dú)特的發(fā)現(xiàn)合二為一,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究開發(fā),3M結(jié)合微復(fù)制技術(shù)和薄膜技術(shù),進(jìn)一步優(yōu)化了棱鏡導(dǎo)管的聚光功能,從而使其增亮效果更加顯著,并將其命名為增亮膜BEF。

 

為了讓客戶更好地接受這一產(chǎn)品,3M的工程師購(gòu)買了兩臺(tái)當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上最好的筆記本電腦,將其中一臺(tái)加上兩片棱鏡方向相互垂直的增亮膜。在這層不起眼的薄膜的作用下,電腦屏幕亮度竟然比原來(lái)增加了一倍多!當(dāng)這兩臺(tái)電腦擺在它的制造商面前,他們很快就被說(shuō)服了。

 

從這一天起,增亮膜開始了它的神奇之旅,廣泛應(yīng)用于小至手機(jī)、PDA,大至電腦顯示器、液晶電視等各種液晶顯示產(chǎn)品中,而這些產(chǎn)品的制造商也不再被如何既省電又能使屏幕亮度增加這個(gè)難題困擾了。


聚酰亞胺膜


聚酰亞胺膜(PolyimideFilm)或許是世界上已知的性能最好的薄膜類絕緣材料,有著“黃金薄膜”的美譽(yù),包括均苯型聚酰亞胺薄膜和聯(lián)苯型聚酰亞胺薄膜兩類。前者為美國(guó)杜邦公司產(chǎn)品,商品名Kapton,由均苯四甲酸二酐與二苯醚二胺制得。后者由日本宇部興產(chǎn)公司生產(chǎn),商品名Upilex,由聯(lián)苯四甲酸二酐與二苯醚二胺(R型)或間苯二胺(S型)制得。


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光學(xué)鍍膜


光學(xué)鍍膜最早用在光學(xué)元件表面制備保護(hù)膜。隨后,1817年,F(xiàn)raunhofe在德國(guó)用濃硫酸或硝酸侵蝕玻璃,偶然第一次獲得減反射膜,1835年以前有人用化學(xué)濕選法淀積了銀鏡膜,它們是最先在世界上制備的光學(xué)薄膜。后來(lái),人們?cè)诨瘜W(xué)溶液和蒸氣中鍍制各種光學(xué)薄膜。

 

50年代,除大塊窗玻璃增透膜的一些應(yīng)用外,化學(xué)溶液鍍膜法逐步被真空鍍膜取代。真空蒸發(fā)和濺射這兩種真空物理鍍膜工藝,是迄今在工業(yè)撒謊能夠制備光學(xué)薄膜的兩種最主要的工藝。它們大規(guī)模地應(yīng)用,實(shí)際上是在1930年出現(xiàn)了油擴(kuò)散泵——機(jī)械泵抽氣系統(tǒng)之后。

 

1935年,有人研制出真空蒸發(fā)淀積的單層減反射膜。但它的最先應(yīng)用是1945年以后鍍制在眼鏡片上。1938年,美國(guó)和歐洲研制出雙層減反射膜,但到1949年才制造出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品...


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自50年代以來(lái),光學(xué)膜主要在鍍膜工藝和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面得到了迅速的發(fā)展。在鍍膜方面,一系列離子基新技術(shù)得到了研究和應(yīng)用。1953年,德國(guó)的Auwarter申請(qǐng)了用反應(yīng)蒸發(fā)鍍光學(xué)薄膜的專利,并提出用離子化的氣體增加化學(xué)反應(yīng)性的建議。


70年代以來(lái),人們研究并應(yīng)用了離子輔助淀積、反應(yīng)離子鍍和等離子化學(xué)氣相等一系列新技術(shù)。由于使用了帶能離子,它們能夠提供足夠的活化能,提高了表面的反應(yīng)速度。提高了吸附原子的遷移性,避免形成柱狀顯微結(jié)構(gòu),從而不同程度地改善了光學(xué)薄膜的性能,是光學(xué)薄膜制造工藝的研究和發(fā)展方向。

文章來(lái)源:模切之家

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