奈米孔洞沸石技術在抗反射之應用

刊登日期:2014/6/27
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抗反射膜的原理是利用光線在不同介質中藉由控制塗層之折射率與厚度的相乘成積等於入射波長1/4λ奇數倍的效應,在光線進入抗反射膜再反射回來的同時形成破壞性干涉,互相抵銷而減少反射光的強度。在一般辦公室環境的條件下,桌上型顯示器反射光線強度達 50cd/m2,在此情況下使用者會感到相當不適,然而在加上抗反射膜之後,可將反射光線強度降至 1~5%以下而達到理想的視覺觀賞效果。

目前在市面上所使用的抗反射膜,依照抗反射的程度不同分為低反射膜(LR)、中反射膜(MR)及抗反射膜(Anti-reflection; AR)。一般而言,低反射膜可將反射光線降低至 2~3%以下,而抗反射膜則可降至 0.3~0.5%以下。抗反射膜的製法可分為乾式蒸鍍/濺鍍製程與濕式塗佈製程兩種。依其需求不同,將高低折射率的無機材料多層地均勻分佈於基材上。

目前低反射膜使用濕式塗佈的製程即可達成,價格較為便宜,而抗反射膜往往需要乾式製程及多層結構,費用昂貴許多,故僅使用於小尺寸高階的攜帶型顯示器上。不過隨著技術的演進需求,寬幅濕式製程的低抗反射光學膜超薄層塗佈,對於量產良率將是一大考驗。

奈米沸石製備技術

製作奈米沸石膜首先須配製鍍膜液,此方法以溶膠-凝膠法進行,當溶膠老化形成一定程度結晶性之奈米沸石後,再以 175˚C或 230˚C水熱反應使飽和晶核濃度之前驅溶膠轉化成結晶度更高之奈米沸石結晶。

本研究以粉末X射線繞射儀(XRD)測定其結晶狀態,由圖一之X射線繞射儀分析可發現,溶膠經過低溫烘箱老化,直接取出並進行水熱反應,老化24小時後已有高度的沸石結構特徵之粒子,且可以確定經過 175˚C水熱後,在 7.9度、8.8度及23度附近的繞射峰為MFI-type沸石結晶,由圖二之X射線繞射分析可發現,以175˚C水熱或以 230˚C水熱,皆可得到高度結晶之沸石粒子,圖三為經過175˚C水熱之穿透式電子顯微鏡照片。

另以熱重量分析儀分析(圖四),MFI沸石在300˚C以前的熱重損失為未被沸石孔道包覆之模板,而 300~500˚C的熱重損失為被包覆在沸石中的模板,此兩個樣品在500˚C以後已沒有任何熱重損失,表示 Si-OH基幾乎皆縮合去除。


圖一、溶膠經過烘箱老化24hr,直接取出之沸石前驅物與經過175˚C水熱 2hr反應之奈米結晶粉末X射線繞射分析結果

奈米沸石在抗反射膜之應用
沸石膜在玻璃基板上有較佳的附著性是因為在薄膜和基板之間形成化學鍵的緣故。關於奈米沸石溶膠之製備操作,老化的過程可以製備出較小的奈米粒子,且可利用高溫水熱使前驅溶膠轉化成奈米沸石結晶。
製作抗反射膜的鍍膜液濃度高時,會因膜厚薄不均而產生七彩炫光的現象,在低濃度時則較無此現象。

鍍膜後的處理,若經過管狀爐鍛燒或是使用蒸汽處理會增強膜與基材間的結合強度,其表面粗糙度小於10 nm,比較管狀爐鍛燒與經過蒸汽處理後對水的接觸角結果,經高溫水熱反應轉化成奈米結晶之沸石鍍膜的樣品皆屬於普通親水膜,而未經過水熱之沸石前驅物鍍膜的樣品在經過此兩種處理後幾乎都是親水膜,甚至超親水膜,但未經水熱之沸石前驅物鍍膜會成為超親水膜。圖六為奈米沸石鍍膜於玻璃基材之掃描式電子顯微鏡結果,鍍膜平均厚度為100 nm。圖七為未經水熱之沸石前驅物與經過高溫水熱使前驅溶膠轉化成奈米沸石結晶不同比例之抗反射膜反射特性……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。


圖七、未經水熱之沸石前驅物與經過高溫水熱使前驅溶膠轉化成奈米沸石結晶不同比例之抗反射特性

作者:王麗菁、陳世明/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌330期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=11891


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