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光學鍍膜/物理蒸鍍簡介

物理蒸鍍及光學鍍膜

想要改變透明無色的玻璃,來達到要求的光譜或顏色,還能維持甚至提高穿透率,而且需不褪色、不剝落,作法就是在玻璃上鍍上一層薄膜。

單層薄膜厚度一般在數十至數千埃(埃=10-7mm),由於要將一般塊狀材料,製作成如此薄的型態,必須使用特殊的方法。目前光學薄膜製作以物理蒸鍍法為主, 物理蒸鍍法是指在真空環境下,利用物理方法將材料蒸發到基材表面的過程。物理蒸鍍法有許多種,包括:

電子束蒸鍍: 利用電子束加熱材料,使其蒸發。
離子束蒸鍍: 利用離子束加熱材料,使其蒸發。
濺射蒸鍍: 利用高能粒子撞擊靶材,使靶材的材料原子濺射到基材表面。
熱蒸鍍: 利用加熱器加熱材料,使其蒸發。

薄膜材料蒸發由固態轉化為氣態或離子態。氣態或離子態之材料,由蒸發源穿越空間,抵達玻璃表面。材料抵達玻璃表面後,將沈積而逐漸形成薄膜。
想要使製作出來的薄膜,能擁有高純度,因此鍍膜製程是在高真空環境下完成。

光學鍍膜的實際作業流程簡化如下:基材以超音波洗淨機洗淨,洗淨後排上夾具,送入鍍膜機,開始加熱及抽真空。達到高真空後,開始鍍膜。

鍍膜時,使用電子槍或電阻式加熱,將鍍膜藥材變成離子態,由於鍍膜機處於高真空狀態,離子鍍膜材料可以順利到達基材。
通常,多層膜與高折射材料和低折射材料匹配。
常見的高折射材料如氧化鈦(TiO2、Ti3O5)或氧化鉭(Ta2O5),
低折射材料如氧化矽(SiO2)或氟化鎂(MgF2),有時也有中折射材料如氧化鋁(Al2O3)或氧化鋯(ZrO2)。
鍍膜時間根據層數和程序的不同而不同,從幾十分鐘到幾個小時不等。鍍膜完成後,待溫度冷卻後取出。鍍膜玻璃統稱為光學干涉濾光片,具有干涉光和過濾某些波長的功能。
根據濾光片的特性可細分為AR, IR Cut或Hot Mirror、紅外穿透/冷鏡(IR Pass)、UV Cut、Band Pass、Long Pass、Short Pass等等。

物理蒸鍍法優點:

可沉積多種材料,包括金屬、合金、陶瓷、半導體等。
可控制沉積層的厚度、成分和結構。
可沉積大面積的材料。
可以沉積高質量的薄膜,具有優良的性能。
可以沉積薄膜的厚度非常精確。

物理蒸鍍法的應用:

電子工業: 用於製造電子元件,例如半導體器件、顯示器、太陽能電池等。
光學工業: 用於製造光學元件,例如透鏡、鏡片、反射鏡等。
醫療工業: 用於製造醫療器械,例如人工關節、心臟瓣膜、牙科植入物等。
消費品工業: 用於製造消費品,例如眼鏡、鏡片、太陽鏡、珠寶、手錶、家電等。
航空航天工業: 用於製造航空航天器的結構件和部件。

物理蒸鍍鍍膜機示意圖

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