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塑料光学元件镀膜逐渐满足高端应用需求

发布日期:2016-08-24 00:00 来源: 点击:

      过去一直用于低端、一次性、非成像消费类应用的塑料光学元件(或称聚合物/有机光学元件),光学糖果派对手机版已经在性能和耐用性方面获得了大幅提升,并且正在进入非传统工业、汽车和医药等行业。这些新的应用不仅对塑料光学元件本身提出了挑战,而且也对附着其上的光学镀膜提出了挑战。业界的一位镀膜专家曾指出:“如果没有光学镀膜,几乎所有的现代光学应用或系统都将失败。”


  目前,业界正在开发并商用适用于数码相机、条形码扫描器、光纤传感器与通信网络以及生物计量安全系统等领域的光学镀膜。随着市场对低成本、高性能的塑料光学元件的青睐与日俱增,一些新的镀膜技术已经涌现出来以满足新的应用需求。

  为何选择塑料光学元件?


  与玻璃光学元件相比,塑料光学元件的重量要轻2~5倍,这使得它们更加适用于夜视头盔、现场便携式成像应用以及重复使用或一次性医疗器械(如腹腔镜)等领域。此外,由于塑料光学元件可以根据安装需要模塑成型,因此能大幅减少装配步骤,降低制造成本。


  塑料光学元件可用于大部分可见光应用中。对于其他近紫外和近红外应用,丙烯酸(卓越的透明度)、聚碳酸酯(最佳的冲击强度)和环烯烃(高耐热性和耐用性,较低的水吸收)等常用材料的传输波长范围为380~100nm)。在塑料光学元件表面增加镀膜,是为了提升其传输或反射性能,增加耐用性。


  厚层镀膜(厚度通常约1μm或更厚)主要起到保护层的作用,同时也能为随后的薄层镀膜改善附着性和牢固性。薄层镀膜包括二氧化硅(SiO2)、氧化钽、氧化钛、氧化铝、氧化铌以及铪氧化物(SiO2、Ta2O5、TiO2、Al2O3、Nb3O5和HfO2);典型的金属镜面镀膜有铝(Al)、银(Ag)和金(Au)。氟化物或氮化物则很少用于镀膜,因为要获得好的镀膜质量,需要较高的热量,这与塑料元件镀膜所需要的低热量沉积条件不符。然而,尽管塑料光学元件具有诸多优点,它们的使用也会带来一些新的挑战。“一些适用于玻璃光学元件的镀膜设计,可能并不适用于塑料光学元件,因为塑料光学元件具有较高的热膨胀系数。为了消除附着性和开裂问题,OpticalDynamics提供了另一种替代方案:液体聚合物纳米复合材料镀膜。应用来自OpticalDynamics公司的一种称为NanoClear的镀膜系统,不需要真空室就能完成镀膜,并且具有类似于聚合物基材的热膨胀性能,从而能避免由于过热引起的开裂问题。

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图1:经过压痕后,塑料光学元件上的糖多派对APP下载显示出了脆性破坏(上图a)。作为一种替代方案,无需使用真空室的液体聚合物纳米复合材料镀膜,经过压痕后并没有出现破损(上图b)。该镀膜可用于反射膜或增透膜(下图)。


  应用

  当重量、成本和易于组装性是使用一个光学元件的主要考虑因素时,塑料光学元件通常是最佳选择。目前正在为一家财富500强公司定制一种用于扫描仪中的反射光学元件。“这个高精密元件实际上是一个阵列,该阵列由15个球形元件和15非球形元件组成,并沿着产品的长度分部。”G-SPlastic Optics公司新业务开发总监Will Beich表示,“每个光学元件的位置精度约为±30μm,形状公差在3μm以内。为了减少扫描仪中的杂散光,要对光学元件镀上增强的铝膜。”


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