วัสดุสำหรับการเคลือบดัชนีหักเหสูงและต่ำ

บทนำ

ดัชนีหักเห (RI o RN) มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานโฟโตนิกส์เช่นท่อนำคลื่นแสงและอุปกรณ์จักษุ ขึ้นอยู่กับลักษณะดัชนีหักเหที่เป็นเอกลักษณ์และความคมชัดของแสงที่ดีวัสดุพอลิเมอร์ยังใช้เป็นสารเคลือบป้องกัน แสงสะท้อนสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์จอแสดงผลและคอนแทคเลนส์^1,2 ด้วยความต้องการความแข็งแรงเชิงกลความมั่นคงด้านสิ่งแวดล้อมและความสะดวกในการประมวลผลวัสดุที่ใช้พอลิเมอร์มีศักยภาพที่จะเป็นทางเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับฟิล์มออปติคอลอนินทรีย์แบบดั้งเดิม³ ข้อดีอื่นๆกว่าคู่อนินทรีย์ของพวกเขารวมถึงน้ำหนักเบาไม่ไวต่อความเครียดจากการสั่นสะเทือนและต้นทุนต่ำ 

รูปที่ 1 วงจรของจอแสดงผล (เช่น LCD) ที่มีภาพฟิล์มหุ้มชั้นนอกโพลีเมอร์ป้องกันและ RI-CONTROL

การเคลือบป้องกันแสงสะท้อนสำหรับจอแสดงผล LCD เป็นตัวอย่างหนึ่งของการประยุกต์ใช้งานที่ใช้เทคโนโลยีการควบคุม RIแบบพอลิเมอร์ (รูปที่ 1) ฟิล์ม PET (polyethylene terephthalate) หรือ TAC (triacetyl cellulose) มักใช้เพื่อป้องกันชั้นด้านนอกของชั้น LCD หลายชั้นที่ทันสมัย PET และ TAC เป็นโพลิเมอร์ที่มีราคาไม่แพงที่มี  ขนาดใหญ่กว่า 1.7 ~ 1 มากกว่าอากาศ (n = 1) ส่วนใหญ่ของเหตุการณ์ลำแสงบนอินเตอร์เฟซฉับพลันกับ ? n ~ 0.7 จะเด้งออก (สะท้อน) จากอินเตอร์เฟซ สำหรับ LCD จะทำให้เกิดแสงรอบข้างสะท้อนจากพื้นผิวจอแสดงผลเป็นสัดส่วนมากทำให้เกิดแสงจ้าและทำให้ภาพที่แสดงออกมาชัดเจน ในการแก้ปัญหานี้สามารถใช้ฟิล์มการจัดการแสงที่มี RI ที่ค่อยๆแตกต่างกันกับพื้นผิว LCD ได้ กองซ้อนประกอบด้วยหลายชั้นโดยค่อยๆลด RI จากสูงที่อยู่ติดกับพื้นผิว PET/TAC ไปยังอากาศหันหน้าต่ำ ด้วยการปรับดัชนีหักเหของพื้นผิวจอแสดงผลให้ตรงกับอากาศการสะท้อนของพื้นผิวจะลดลงทำให้ได้ความเปรียบต่างของภาพที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและลดการชะล้างลงจากการสะท้อนของแสงรอบข้าง

เซอร์โคเนียมและฮาฟเนียมอะคริเลตโมโนเมอร์

วิศวกรรม RI ของสแต็คการจัดการแสงขึ้นอยู่กับความพร้อมของสารเติมแต่งในการปรับ (เพิ่มหรือลด) RI ของฟิล์มโพลิเมอร์ สารเติมแต่ง RI ที่เป็นไปได้รวมถึง อนุภาคนาโนเมตาออกไซด์ ซาน ดีโมโนเมอร์/พอลิเมอร์ ที่มีอะตอมที่มีปริมาณอะตอมสูง (เมื่อเทียบกับคาร์บอน) โมโนเมอร์อะคริเลตอะคริเลตที่ใช้เซอร์โคเนียมและแฮฟเนียมที่เพิ่งวางจำหน่ายในแคตตาล็อกของเรา (ตารางที่ 1) เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการควบคุม RI ของฟิล์มอะคริเลตเช่นอะคริเลตยูรีเทนที่ใช้กันทั่วไปในการสร้างฟิล์มป้องกันจอแสดงผล LCD ฟิล์มอะคริเลตที่ผ่านการบ่มซึ่งรวมผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีความเสถียรต่อรังสียูวีและรวม:

• ความคมชัดของแสงที่ยอดเยี่ยม (> 95%)
• ความแข็งที่ดีและทนต่อรอยขีดข่วน (> ความแข็งของดินสอ 2 ชม.)
• > การปรับแต่ง RI โดยการเลือกโหลดโมโนเมอร์ที่ใช้งานได้ (รูปที่ 2)

รูปที่ 2 คุณสมบัติทางกายภาพของฟิล์มอะคริเลตที่ผ่านการบ่มอย่างเต็มที่

โพลิเมอร์ RI สูงและต่ำ

นอกจากเซอร์โคเนียมโพลิเมอร์และแฮฟเนียมอะคริเลตแล้วเรายังมีโพลิเมอร์ RI สูงหลากหลายชนิดตามโมโนเมอร์อะโรมาติกและโบรมีน (ตารางที่ 2) รวมถึงวัสดุ RI ต่ำตามโมโนเมอร์ที่มีส่วนผสม ของฟลูออไรด์ (ตารางที่ 3) นอกจากนี้ยังมีโมโนเมอร์ที่เกี่ยวข้องและสามารถใช้ในการสังเคราะห์โพลิเมอร์ที่สามารถปรับแต่งดัชนีหักเหได้ นอกจากนี้ยังมีโพลิเมอร์ UV/thermal crossbinkable สำหรับการสร้างรูปแบบหรือการผลิตอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน ตารางแสดงรายการผลิตภัณฑ์ที่เรียงลำดับตามดัชนีหักเหและสามารถใช้เป็นเครื่องมือเลือกวัสดุสำหรับการวิจัยโฟโตนิกส์ของคุณ

1. Oth JFM. 1971. Conformational mobility and fast bond shift in the annulenes. 25(3):573-622. https://doi.org/10.1351/pac197125030573

2. Nalwa H. 2004. Polymer Optical Fibers. American Scientific Publishers.

3. Prasad PN, Williams DJ. 1991. Introduction to Nonlinear Optical Effects in Molecules and Polymers. New York: John Wiley & Sons.

4. Brandrup J, Immergut EH, Grulke EA. 2003. Polymer Handbook. 4. New York: John Wiley & Sons.

5. Gaynor J, Schueneman G, Schuman P, Harmon JP. 1993. Effects of fluorinated substituents on the refractive index and optical radiation resistance of methacrylates. J. Appl. Polym. Sci.. 50(9):1645-1653. https://doi.org/10.1002/app.1993.070500919