光学镀膜材料发展与技术创新

光学镀膜材料发展与技术创新
南阳恺瑞特光电新材料有限公司(黄艺波)

摘  要：当前折射率系统化、高稳定的光学镀膜材料是应用光学发展的迫切需求。南阳恺瑞特光学镀膜材料从单一的产品扇环形二氧化锆到多品种镀膜材料的发展，见证了镀膜材料生产技术已由早期简单的物理研究，转变为涉及物理学、无机化学、有机化学、物理化学、材料学、薄膜光学等多门学科的综合研究技术。现阶段已经成功研发出低成本、高品质、覆盖高中低折射率的系统化光学镀膜材料。主要代表产品有：高折射率-，CHZO(二氧化锆)、CH1A(锆钛合金)、CH4A(钛酸镧)、CHTO(五氧化二钽)；中折射率，CM2A(铝酸镧)；低折射率，CL5A(硅铝混合物)等。
关键词: 光学镀膜材料；技术创新；多学科综合技术；薄膜；

当前, 应用光学发展迅速, 大规模、连续化镀膜生产已经得到广泛应用, 数码光学、显示器等的发展对光学薄膜有大量需求。特别是用于可见波段的各种滤光片, 全球一年的需求量远远超过十亿片。而且, 随着规模化的不断发展, 薄膜成本越来越受到重视。制约光学薄膜元件的成本主要有两个因素: 镀膜材料和薄膜良品率。因此, 既要不断发展低成本镀膜材料制备技术, 又要同时提高镀膜过程稳定性即提高良品率。光学薄膜膜系都是通过交替沉积高、中、低折射率薄膜来实现特定光学功能。由此实现光学镀膜材料折射率的系统化，已成为光学镀膜材料生产厂商深入发展的关键因素。
目前,以德国默克公司和日本OPTRON公司为代表的光学镀膜材料生产厂商已经实现镀膜材料折射率的系统化，并且走在同行业的前列，其所生产的镀膜材料价格一直居高不下，制约着国内低成本应用光学产品的大力发展。
南阳恺瑞特光电新材料有限公司生产的光学镀膜材料通过近五年的深入技术创新，如今已经初步实现镀膜材料折射率的系统化工作。本文通过对折射率的系统化工作的阐述，探讨南阳恺瑞特镀膜材料的发展和技术创新。
1 　早期扇环形CHZO(二氧化锆)的研发
    扇环形CHZO(二氧化锆)产品制作核心是利用高纯度二氧化锆材料经过物理成型、烧结转变，只需得到完整无缺的产品既可以。
2 　高折射率镀膜材料CH1A(锆钛合金)的研发
   CH1A(锆钛合金)实际上是德国默克公司，早期研发的一种高折射率镀膜材料H1,南阳恺瑞特光电新材料有限公司主要通过技术“跟随创新”，研发的低成本、更稳定的高折射率镀膜材料之一。
2.1 CH1A(锆钛合金)研发涉及的光学薄膜机理
CH1A(锆钛合金)搭配三氧化二铝和氟化镁可以组合镀制成优良的宽带增透薄膜，克服了二氧化锆高温镀膜折射率不稳定和透过波动严重的现象；针对传统的单层蓝膜，大大提高了光的透过性能，增强了膜的牢固性等。常见膜系搭配为：(ZnO2/TiO2+Al2O3+MgF2)。
2.2 CH1A(锆钛合金)研发涉及的无机化学
锆钛合金膜料实际是一种单项材料——钛酸锆，是由高纯二氧化锆和二氧化钛两相在催化剂和特定工艺条件下通过固相化合反应得到一种无机硅酸盐材料。
2.3 CH1A(锆钛合金)研发涉及的物理学
    在保证精确的无机化学合成的前提条件下，经过物理成型、烧结转变，得到完整无缺的产品。
3 　中折射率镀膜材料CM2A(铝酸镧)的研发
中折射率镀膜材料CM2A(铝酸镧)是南阳恺瑞特为配合现有高折射率镀膜材料而开发的折射率系统化材料之一。
3.1 CM2A(铝酸镧)研发涉及的光学薄膜机理
CM2A(铝酸镧)的应用包括偏光片、增透膜、分光片等。
3.1.1应用实例一
CM2A(铝酸镧)十分合适和氟化镁一起在接合的玻璃镜上组成分光偏振片。在折射率为1.52的玻璃棱镜上，当入射角为45度时，P的反射几乎消失了，此膜层特别适合于LCD投影系统中。
膜层设计：1.52-(HL)10H-1.52(21层) L:MgF2,n=1.38  H: 铝酸镧,n=1.7，入射角为45度，设计波长为500nm，S在500nm时的反射为99.94%，P为0.005%.P在整个波段的反射小于0.01%(如图1)。
3.1.2应用实例二
CM2A(铝酸镧)也十分适合在高折射率(n=1.625)的玻璃上镀宽带增透膜，最简单的设计是三层膜，基片反射曲线（如图2所示），在415到660nm的波段上反射小于0.5%。(n=1.625)-1.7(λ/4)-2.1(λ/2)-1.38(λ/4)-1(λ0=510nm)
3.2 CM2A(铝酸镧)膜料研发涉及的化学知识
CM2A(铝酸镧)是一种单项镀膜材料——LaAlO3，是由高纯三氧化二镧和三氧化二铝两相在特定催化剂和工艺条件下通过室温的有机和无机自然化合反应、高温固相化合反应得到的一种无机硅酸盐材料。
3.3 CM2A(铝酸镧)膜料研发涉及的物理学
    在保证精确的化学合成的前提条件下，由无定形粉状材料经过物理成型、烧结转变等过程得到的单项、钙钛矿型结构的散粒产品。
3.4 CM2A(铝酸镧)膜料研发涉及的物理化学知识
CM2A(铝酸镧)膜料制作过程涉及到AlO1.5-LaO1.5三元素的三相物理化学变化过程（如图3）；合成反应过程中涉及到室温常压、真空高温条件下的摩尔焓变和化学活化能的转变。
图3
4 　结　论
技术创新是把一种新产品、新工艺或者新的服务引入市场，实现它的商业价值的过程。这种创新大体上说又有三种类型：第一种类型称为“跟随创新”，第二类叫“集成创新”，还有一种就是“原始创新”。
南阳恺瑞特镀膜材料项目组通过折射率膜料系列化的研发过程实现技术创新上的“跟随创新”，成功开发出低成本、高品质的扇环形CHZO(二氧化锆)和CH1A(锆钛合金)、CH4A(钛酸镧)散粒膜料等产品。同时也实现了CM2A(铝酸镧)膜料、CL5A(硅铝混合物)膜料的技术上的“集成创新”。
膜料项目在今后要取得更加辉煌的成绩还有待更进一步的技术创新。

参考文献:
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（2）王星明, 黄松涛, 储茂友, 段华英, 张碧田. 　几种新颖的光
学镀膜材料[J ] . 光学仪器, 2004 , 26 (2) : 218.
（3）段华英 , 王星明, 张碧田 , 孙　静 , 储茂友 , 付　勇 , 王建波, 李智超   高折射率镀膜材料LaTiO3  TF12512；A ；0258 - 7076(2008) 03 - 0392 – 03

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