高折射率和低折射率涂层材料 | China

介绍

折射率（RI或n）对于光波导和眼科装置等光学应用非常重要。基于其独特的折射率特性和良好的光学透明度，聚合物材料还可用作太阳能电池、显示器和隐形眼镜的抗反射涂层。^1,2 出于对于机械强度、环境稳定性和易于加工的需求，聚合材料具有成为传统无机光学膜优良替代品的潜力。³ 相比于无机材料，它还具有重量轻、对振动压力不敏感以及成本低等优点。

图1. 具有保护性和RI控制聚合物覆盖膜图像的显示器（例如LCD）示意图

用于LCD显示器的抗反射涂层是使用聚合物RI控制技术的一个应用举例（图1）。PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）或TAC（三乙酰纤维素）膜通常用于保护现代多层LCD叠层的外层。PET和TAC是廉价的强聚合物，具有比空气（n = 1）大的折射率（n〜1.7）。投射到?n〜0.7突变界面上的大部分光束都会被反射。对于LCD而言，这会导致显示器表面反射大量的环境光，导致显示图像的眩光和失败。为了解决这个问题，可以将具有逐渐变化RI的光管理膜叠层用于LCD表面。该叠层由具有逐渐降低折射率的多个层组成，从与PET/TAC表面相邻的高折射率层到与空气接触的低折射率层。通过让显示器表面的折射率与空气的折射率相匹配，使得表面反射减少，从来实现更高的有效图像对比度和减少环境反射所带来的影响。

锆和铪丙烯酸酯单体

光管理叠层的折射率工程依靠使用不同的添加剂来对聚合物膜的折射率进行调整（提高或降低）。可提高折射率的添加剂包括金属氧化物纳米颗粒和含有高原子数（与碳原子数相比）的单体/聚合物。 Sigma-Aldrich最新推出的的锆和铪丙烯酸酯单体（表1）特别适用于控制丙烯酸酯膜的折射率，例如通常用于制作LCD显示器保护膜的氨基甲酸酯丙烯酸酯。这些具有固化丙烯酸酯膜的产品具有紫外稳定性，并具有：

• 极佳的光透明度（>95%）
• 良好的硬度和抗划痕特性（>2H铅笔硬度）
• 通过功能性单体的选择对折射率进行调节（图2）

Aldrich技术宣传册AL-238描述了采用锆和铪丙烯酸酯产品的示例实验流程。

表1. 多功能性锆和铪丙烯酸酯单体
 

货号	产品名称	结构	包装规格	加入购物车
686239	丙烯酸锆		25 gm
686247	锆羧乙基丙烯酸酯，60％在正丙醇中		100 gm
686220	铪羧乙基丙烯酸酯，60％在1-丁醇中		25 gm
686204	锆溴代降冰片烷内酯羧酸酯三丙烯酸酯(PRM30）		25 gm

图2. 完全固化丙烯酸酯膜的物理属性

高折射率和低折射率聚合物

除了多功能性的锆和铪丙烯酸酯，Sigma-Aldrich还提供一系列基于芳香族和溴化芳香族单体的高折射率聚合物（表2）以及基于氟化单体的低折射率材料（表3）。相关单体也可被提供并可以用于合成具有定制折射率的聚合物。用于图案加工或多层装置制造的紫外/热交联聚合物也被列举了出来。 这些表格按折射率顺序列出了相关产品，可用作光子学研究的材料选择工具。

表2. 高折射率材料
 

Name	n4	Tg (°C)4	Homopolymer	Photo Crosslinkable Polymer	Monomer
聚（甲基丙烯酸五溴苯酯）	1.710	—	592064	591831, 591610	592439
聚（五溴苯基丙烯酸酯）	—	155	591521	591505, 591408	592552
聚（五溴苄基甲基丙烯酸酯）	1.710	—	640301	640298	640336
聚（五溴苄基丙烯酸酯）	1.670	180	640328	—	640263
聚（2,4,6-三溴苯基甲基丙烯酸酯）	1.660	—	640247	640255	640239
聚(乙烯基苯基硫酸酯)	1.657	113	640212	640220	—
聚（甲基丙烯酸1-萘基酯）	1.641	205	640190	640204	—
聚（2-乙烯基噻吩）	1.638	—	640182	—	—
聚（2,6-二氯苯乙烯）	1.625	167	639974	640174	D74509
聚（N-乙烯酞亚胺）	1.620	201	639982	—	349542
聚（2-氯苯乙烯）	1.610	103	640018	—	160679
聚（五氯苯基甲基丙烯酸酯）	1.608	—	640034	—	—

表3. 低折射率材料
 

名称	n4,5	Tg (°C)4,5	均聚合物	光交联聚合物	单体
聚（丙烯酸1,1,1,3,3,3-六氟异丙酯）	1.375	-23	630152	—	367656
聚（2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基丙烯酸酯）	1.377	-30	630179	—	443751
聚（2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基甲基丙烯酸酯）	1.383	65	591971	592102, 592099	444006
聚（2,2,3,3,3-五氟丙基丙烯酸酯）	1.389	-26	630136	—	470961
聚（1,1,1,3,3,3-六氟异丙基甲基丙烯酸酯）	1.390	56	591327	591548, 591432	367664
聚（2,2,3,4,4,4-六氟丁基丙烯酸酯）	1.394	-22	630160	—	474452
聚（2,2,3,4,4,4-六氟丁基甲基丙烯酸酯）	—	—	591645	591874, 591769	371971
聚（甲基丙烯酸2,2,3,3,3-五氟丙酯）	1.395	70	592080	590894, 591106	474193
聚（2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯）	1.411	-10	630098	—	297720
聚（丙烯酸2,2,3,3-四氟丙酯）	1.415	-22	630144	—	371920
聚（甲基丙烯酸2,2,3,3-四氟丙酯）	1.417	68	591637	591211, 590991	371998
聚（2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯）	1.418	69	591963	591750, 591866	373761

参考文献

1. Beercroft, L. L.; Ober, C. K. J.M.S.-Pure Appl. Chem. 1997, A34(4), 573.
2. Nalwa, H. S., Ed. Polymer Optic Fibers, American Scientific Publishers, 2003. (Product No. Z552151)
3. Prasad, P.; Williams, D. Introduction to Nonlinear Optical Effects in Molecules & Polymers, John Wiley & Sons, 1991.
4. Brandrup, J. et al. Polymer Handbook, 4th ed.; John Wiley & Sons, 1999. (Product No. Z412473)
5. Gaynor, J. et al. J. Appl. Polym. Sci. 1993, 50, 1645.