光學鍍膜原理是什麼?一篇完整了解光學鍍膜相關知識!

光學鍍膜是什麼?相關原理介紹!
光學鍍膜為精密光學的常見加工程序,本身構成由多層的薄膜為主,性能(包含高反射、分光、濾光、抗反射等)受薄膜層、各層厚度與膜層介面折射率差影響,原理為在光學系統中建立出干涉效應,讓光波傳導如反射、透射、散射和吸收等特性產生變化,廣泛應用於光學元件的表面,如鏡片、手機及相機鏡頭、濾光片、光學儀器、晶圓等。光學鍍膜常見技術
光學鍍膜的成膜方式有非常多種,並大致可以分為液態與氣態成膜,而這些技術又個別廣泛應用於不同材料上,在表面形成多層介電質膜、金屬膜或兩者組成的膜堆,以滿足特定光波段的需求、提高精準度、靈敏度和解析度。以下將介紹常見的鍍膜技術和其特色,幫助您選擇合適的鍍膜方式。電漿濺鍍
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電漿濺鍍涵蓋進階電漿濺鍍與磁控濺鍍等多種技術,它們共同的概念是透過產生電漿來進行薄膜製程。光學鍍膜製成方式為在充入氬氣的低真空環境中施加高電壓,以產生輝光放電形成電漿,再藉由電漿中正離子撞擊成的原子或原子團,來形成沉積薄膜,而電漿濺鍍的優勢在於其薄膜附著性較好,因為衝撞到基板的力道比較大。
離子束濺鍍(IBSD)
離子束濺鍍是在高真空環境下,利用高能量的電場,來幫助離子束的撞擊變強、速度加快,一般會透過800V到1500V的離子束撞擊薄膜材料(即靶材),讓濺鍍的離子接觸到光學表面時可以製成緊密的光學鍍膜,因此優勢為可重複性及精準度高。
離子束助鍍(IAD)
離子束助鍍有利用大質量大動能之離子助鍍、電子中和避免放電損傷、成膜在高真空中保持高純度,以及可獨立操作離子的電壓、電流、轟擊角度及擴散角等優點。此光學鍍膜方式對蒸發原子或分子增能方法有非常多種,包含UV光照射、加熱、離子披覆、雷射照射、及電漿離子助鍍等。
在過往如果遇到鍍膜周圍氣壓太高,膜裡可能因包裹雜氣,加上離子帶電可能造成放電擊傷,而影響到膜面品質,因此近幾年才使用離子束助鍍技術,另置電漿產生腔,並將基板上的鍍膜保持在高真空中,然後引出離子並與電子中和,作為膜的轟擊助鍍,以維持鍍膜表面樣態良好。
蒸發沉積
在蒸發沉積過程中,靶材會因加熱或電子束撞擊而蒸發,形成蒸氣後在光學基材表面凝結,以創造高強度、高密度的光學塗層。而蒸發時需要控制好加熱、真空壓力、基材定位和旋轉操作,才可以得到符合需求的光學鍍膜厚度與均勻的塗層。
蒸發塗層的特性相對溫和,容易形成鬆散或多孔的塗層,這可能受到吸水性的影響,導致塗層的折射率失準,進而降低性能,所以為了要強化蒸發塗層的特性,可以使用離子束輔助沉積技術,將離子束引導至基材表面,才能夠增加靶材在表面上的附著力。
原子層沉積
原子層沉積與蒸發沉積技術的不同處在於,原子層沉積不需要將靶材固體蒸發,而是直接以氣體來進行光學鍍膜製造。ALD製程同樣在高溫下進行,並藉著前驅物氣體和基材表面的化學反應,在基材表面一層一層附著非常薄的原子或分子薄膜,因此能利於控制各層的厚度和設計,廣泛應用在微奈米程和各種微電子元件製造,可以提供高度精確的薄膜厚度,但缺點是沉積速度較慢。
次波長結構表面
次波長結構表面技術和傳統的光學鍍膜塗層製成方法最大的不同,是通過改變基材表面的結構來製作,次波長結構表面上的圖案,可以是藉由光微影技術製作而成的規律圖案,或是利用電漿蝕刻製作的隨機圖案。
常見光學鍍膜材料
光學鍍膜本身常以多層膜構成,使用的材料也相當多元,通常會利用低折射率(如氧化矽或氟化鎂)及高折射率(如氧化鈦系或氧化鉭)材料搭配製造而成。高折射率材料除了擁有高折射率的優勢,化學特性也比較穩定,且不溶於水、疏水性佳、附著力強、電傳導力低,經常用在半導體元件、潑油性薄膜等領域中;低折射率材料具有良好的附著性、耐刮性和耐酸鹼性,同時結構也非常穩定,不太會跟其他材料產生反應和變質,而光學鍍膜技術透過選擇不同材料和製程,能夠製造出各種具有特殊光學性質的薄膜。光學鍍膜的應用領域有哪些?
民生用品應用
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光學鍍膜廣泛應用於各種民生用品中,例如:眼鏡、手機、相機、監視設備、車用裝飾色鍍膜、車用抬頭顯示器、車載用面板、工控設備、穿戴裝置、家電和照明設備等,不僅可以提高產品性能,還能為日常生活帶來便利和舒適。其中,眼鏡鏡片經過抗反射鍍膜處理後,能降低反射和眩光,提高視覺清晰度;智能手機和平板電腦鍍上抗指紋和抗反射膜,可以減少指紋和提高可視性;相機鏡頭使用光學鍍膜,以增強透光率和影像清晰度,而在家用電器方面,光學鍍膜能加強顯示屏和照明效果。