近年来新型产品市场日益激烈,技术研发步伐不断加快,创新性产品随之涌现。在此背景下,传统小幅度修改与试错法(Trial&Error)已经跟不上市场需求变化的脚步。
项目立项开发的过程中,经常需要提高产品的性能或者对出现的问题进行分析,而影响性能的不确定因素很多,如果一一确认需要花费极高的成本和大量的时间。所以在这种情况下,我们可以灵活使用“模拟”的方法来验证各种条件下可能出现的问题。但是,我们的模拟工作不是通过对各要素进行复杂的组合来制作完美的模拟软件来进行,而是首先明确模拟的目的、理解可能出现的特殊现象,这样在进行模拟工作时,可以避免不必要的成本及时间浪费。
光学薄膜设计,一般采用界面光反射理论模拟办法,以验证各种情景下会出现的现象。须满足下列前提条件:
涂布面的反射率
基材和涂膜表面和界面平坦
涂膜内折射率均匀
无折射率的波长依赖性
无光吸收和光散射
基于上述前提条件,使用的界面光反射理论如下。
如果在基材上面有n层的涂膜,则使用如下公式。
那么如何将界面光反射理论应用到光学膜设计中?具体实例如下:使用TAC基材(折射率1.50),基材上面涂布硬化层(厚度3微米,折射率1.52),怎么满足最低反射率1%以下?
第一办法是在硬化层上面涂布一层(厚度100纳米,折射率1.35),计算结果如下。
第二办法是在硬化层上面涂布两层(厚度100纳米,折射率1.60;厚度100纳米,折射率1.40),计算结果如下。
也可以根据从计算得到的反射光谱计算视灵敏度反射率或者反射色调(L*、a*、b*、Y等)。
该结果是在前面确定的前提条件下计算的,但实际上具有波长依赖性(根据光的波长,折射率不同)等。因此,需要对小部分进行修改。但是,比起从一开始就试错进行,开发时间会缩短。
在开发初期过程中,为了确定产品设计和材料选择的方向性,我们使用了界面光反射的理论模拟方法,解决了AR层或LR层产品结构、涂膜的折射率、涂布厚度等问题。以下是公司光学膜产品系列,主要应用于车载防爆膜产品。
备注:以上数据为代表值,非保证值。
单纯依赖经验对现有已知材料进行调整,通过部分结构修改适应市场应用需求,需要花费大量时间和精力。显然,这种模拟反射率的办法是更科学进行光学薄膜设计的最佳工具之一。
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原文始发于微信公众号(新纶新材):界面光反射理论在光学膜设计分析中的应用