光学领域基础技术光学薄膜制程技术与应用.doc

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1、光学领域基础技术　光学薄膜制程技术与应用 2006-10-19长久以来，「光学薄膜製程技术」一直是光学领域中不可忽略重要基础技术，而且品质要求也越来越高，加上这五年来在资讯显示及光通讯科技快速发展之下，不论是在显示设备中分、合色元件，又或是在光通讯主、被动元件开发製程上，薄膜製程技术都是不可忽略重要技术。而在显示器技术、光通讯技术、生医光电技术…等，在全方位薄膜技术有其决定性的影响。本文专访国立中央大学光电科学研究所暨薄膜中心主任李正中博士，以多年来在光学显示器相关镀膜、各种类光学薄膜之光学特性及非光学特性研究经验与其发展技术，一同探讨光学薄膜製

2、程技术是如何成为產业中，各个產业应用的最佳绿叶技术，求得理论及实务并重。光学薄膜与镀膜技术的重要性　从精密及光学设备、显示器设备到日常生活中的光学薄膜应用；比方说，平时戴的眼镜、数位相机、各式家电用品，或者是钞票上的防偽技术，皆能被称之为光学薄膜技术应用之延伸。倘若没有光学薄膜技术作为发展基础，近代光电、通讯或是雷射技术发展速度，将无法有所进展，这也显示出光学薄膜技术研究发展重要性。一般来说，要使用多层薄膜时，必须根据设计者需求，藉用高低折射率薄膜堆叠技术，做为各类型光学薄膜设计之用，才能达到事先预期后评估的光学特性。比方说：抗反射镜、高反射镜、

3、分光镜、截止滤光镜、带通滤光镜、带止滤光镜等；而在电脑分析软、硬体发展健全的今日，不仅使光学薄膜在设计上变得更为便捷，且光学薄膜技术研究发展也将更为快速。就目前设计端而言，若以合理特性范围来考量，光学薄膜製作门槛已经降低不少，技术困难点也很少出现，通常只要在合理要求范围之内，设计者不难发出适用的光学多层膜结构。不过，光学薄膜最主要关键问题，在於薄膜镀膜工艺技术的改善？这关係到要如何精準地掌控每一层薄膜厚度与折射率，才能获得预期光学性质和机械特性，甚至在製程量產化及成本降低都有其助益。另外，包括：薄膜材料开发（包括：材料测试、化学纯度、材料创新、材

4、料型式）、先进镀膜技术开发（包括：真空镀膜机、监控技术）及薄膜的量测分析（膜层设计、厚度误差分析技巧）等，都是光学薄膜工程上所要面对到的首要课题。不过，在光学薄膜技术应用上，由於技术本身被归纳为广泛应用性质，不容易以某一或单一產品作为载具并加以区分；因此，在光学薄膜產品技术，最终应用则是在眾多光学元件上，若以光学元件各个相关应用市场来探究，更可看出主要附加价值与相关性。光学薄膜技术在显示器產业中的应用对於显示器画面尺寸及影像品质及辐射量多寡的要求日渐严苛，过去显示器尺寸也从14吋、20吋、29吋、32吋，甚至更大尺寸，也从CRT萤幕发展到LCD萤

5、幕或投影萤幕。因为超过40吋CRT显示器动輒超过100公斤、厚度也超过35吋；因此，在一般CRT显示器生產过程中，40吋以上就是一个技术瓶颈。目前要打破尺寸瓶颈技术，就是利用投影技术来达成，藉用光学技术放大显示器尺寸，使其机身厚度变薄，体积变得更为轻盈。▲对於投影机產业而言，必须快速对应到灯源进步程度，以及更高亮度、对比度、体积更小、重量更轻…等要求。揭开投影机显示技术中重要光学关键零组件，就像是光学引擎、光阀、偏光转换器等开发技术，对投影显示技术中的影像品质有著关键性影响。举例来说，在光学引擎的偏振分光稜镜便是光学引擎中，不可或缺的光学元件，其

6、可见光波要求在420∼680nm范围（入射角范围约30°之内），才能大幅度地分开p偏振光及s偏振光，并维持p偏振光穿透率Tp＞90％以上及消光比达到Tp/Ts＞500以上，这是因为消光比越高及Tp穿透率也就越高，影像对比度才会更好，色彩一致性越高，获得较高的光能利用率。在光学引擎中要用到大量偏振、分光及滤光元件，这些都需要仰赖光学薄膜、镀膜技术来实现，不过这些元件镀膜技术要求层级很高，导致生產困难度加大。一般来说，目前发展投影机技术，包括：LCD、DLP（MEMS）、LCOS数种发展技术。影像成形技术，则分为穿透式LCD及反射式DLP

7、、LCOS，而在投影机系统中，便需要运用光学薄膜滤光片新的开发技术，藉以达到最佳影像品质。对於投影机產业而言，为了因应灯源技术，以及更高亮度、对比度、体积更小、重量更轻等要求，对於其中所使用的各式光学元件都必须有相对应解决之道。而为了达到需求，这对光学薄膜技术来说，已不能单纯使用传统的整数膜堆设计来完成，非整数膜堆设计必要时也要能被大量採用。不过，对非整数膜堆技术而言，除了先天上设计的困难性之外，在实际的製镀上也有相当的困难性。另一方面，对於环境测试要求更为严格，在滤光片材料选用则应更为审慎，基板选择上也要考虑到整体滤光片应力行为…等等，这都在先

8、前设计之初就必须被纳入考量。光学薄膜技术也在奈米技术上有其助力奈米材料及技术因应科技发展速度，不断受到重视，归究其主要原因在於奈米材料应