抗反射导电膜(AR导电膜)
「AR导电膜」藉由在施加外部电压于膜堆上,可实现除雾、除霜的功能,并透过膜堆设计,使其具有抗反射效果,以此应用于车载镜头等高阶光学产品。
抗反射导电膜(AR导电膜)光谱
抗反射導電膜(AR導電膜)的膜層規格
抗反射能力
膜层性能
膜层规格
电阻值
备注:
抗反射导电膜(AR导电膜)的原理
当光线从空气进入未镀膜的玻璃基板时,每个介面大约会反射4%的光,这导致仅有92%的光穿透,镀制抗反射膜,可使光在薄膜上下边界处的相位相差180°,亦即反射光光束发生破坏性干涉,进而达到抗反射的效果(如图一所示),并同时具有良好的光穿透率[1]。
图一、抗反射膜示意图[1]
导电膜应用领域非常广泛,除了一般导电效果外,可作为加热膜、抗静电膜甚至是电磁屏蔽膜,但在显示器、智能玻璃或是镜头等光学领域,使用金属导电膜将影响光学规格,因此考虑价格与效果,透明导电膜(Transparent conductive oxide, TCO)是一种较好的选择。至于为何TCO会有「透明」与「导电」这两种特性呢?金属会导电的原因,是因为能带中的导带与价带重叠[2],因此电子可自由移动(如图二所示),即代表没有能隙,亦即无法透光;TCO的能隙大约为2~4.5eV,当在外部施加能量给透明导电膜,电子很容易从价带被激发到导带,而能隙的存在则代表材料大概率可透光,因此透明导电膜在可见光(VIS)与近红外(NIR)波段可透光,并具有一定的导电性[3]。
图二、能带结构简图[2]
TCO被定义为:在可见光波长范围(400~700nm)下,光穿透率在80%以上,电阻率要低于1×10-3Ω-cm左右[3]。 TCO的穿透率与导电性略成反比的关系,代表薄膜穿透率愈高导电性就会越差(如图三所示)[4,5],且TCO通常为高折射率材料,若镀制TCO于玻璃上,单介面将发生约9.6%的反射,因此TCO要应用在高阶光学产品是一大挑战。
图三、不同厚度之导电膜光谱与导电特性 (a)80nm, (b)150nm, (c)270nm, (d)350nm。 [5]
透过光学多层膜模拟与设计,利用不同材料进行堆叠,使反射光产生相消干涉,因此具有抗反射的同时,也兼具导电膜的效能,而大永开发之AR导电膜于波段内平均穿透率可达98%以上,外部通以10伏特电压,可在30秒内除雾,以及90秒内除去1mm厚冰霜的效果。
图四、大永真空使用不同基板镀制AR导电膜之加热效果。
抗反射导电膜(AR导电膜)的产品应用
AR导电膜优异的光学特性以及导电性,可作为透明加热器使用,快速且有效的加热户外监控镜头、汽机车或是交通工具中的玻璃和塑料部件(挡风玻璃或灯罩等元件),为其提供在恶劣环境中具有除雾和/或除冰功能,从而维持元件性能。
图五、AR导电膜应用(A)户外监控镜头[6]、(B)眼镜[7]、(C)车灯[8]、
(D)车用挡风玻璃[9]、(E)驾驶舱挡风玻璃[10]。
参考资料:
[1] 李正中。薄膜光学与镀膜技术(第九版)。 (2019)。艺轩出版社。
[2] 维基百科。价带。检自https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%83%B9%E5%B8%B6。
[3] 大永真空设备股份有限公司。 (2013)。透明导电薄膜特性及光电元件应用。检自https://zh-tw.dahyoung.com/show/show-573518.htm。
[4] MATERION。 Transparent Conductive Oxide Thin Films。检自https://materion.com/resource-center/technical-papers/thin-films。
[5] E.M. Mohammed et. al., Brazilian Journal of Physics, vol. 39, no. 4(2009)。检自https://www.scielo.br/j/bjp/a/n55Q95TBbVhxtRZhYfg6MXm/?lang=en#。
[6] https://www.grupports.it/costo-installazione-sistemi-videosorveglianza-wireless-bologna-sassuolo/。
[7] https://spy.com/articles/hacks/cleaning-hacks/best-anti-fog-spray-glasses-1202784370/。
[8] https://www.dpreview.com/forums/thread/4013959。
[9] https://www.misterspex.de/brillen-ratgeber/brille-beim-autofahren。
[10] https://medium.com/faa/crowdsourcing-weather-conditions-129d7231d54。