中心議題：

• 光學高分子材料簡述
• 光學高分子材料性能表征

背投屏幕是背投顯示的終端
，在很大程度上影響整個光學顯示係統的性能。背投屏幕分為背投軟質屏幕、背投散射屏幕和背投光學屏幕。背投軟質屏幕具備廉價
、運輸安裝方便等優點，但是亮度均勻性比較差
、嚴重的“亮斑效應”
、光能利用率低、可視角度小等。分辨率低和對比度低。散射屏幕視角大、增益低、“亮斑效應”明顯。采用不同的工藝製造。

有(you)些(xie)采(cai)用(yong)在(zai)壓(ya)克(ke)力(li)板(ban)材(cai)表(biao)麵(mian)進(jin)行(xing)霧(wu)化(hua)處(chu)理(li)，增(zeng)加(jia)散(san)射(she)。有(you)些(xie)應(ying)用(yong)消(xiao)眩(xuan)光(guang)玻(bo)璃(li)模(mo)具(ju)複(fu)製(zhi)表(biao)麵(mian)結(jie)構(gou)，基(ji)材(cai)內(nei)添(tian)加(jia)光(guang)擴(kuo)散(san)劑(ji)及(ji)調(tiao)色(se)劑(ji)製(zhi)造(zao)。有(you)些(xie)為(wei)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)直(zhi)接(jie)在(zai)透(tou)明(ming)塑(su)料(liao)板(ban)材(cai)表(biao)麵(mian)粘(zhan)貼(tie)背(bei)投(tou)軟(ruan)質(zhi)屏(ping)幕(mu)製(zhi)造(zao)。現(xian)在(zai)應(ying)用(yong)最(zui)廣(guang)泛(fan)的(de)就(jiu)是(shi)微(wei)結(jie)構(gou)光(guang)學(xue)型(xing)背(bei)投(tou)影(ying)屏(ping)幕(mu)。光(guang)學(xue)型(xing)背(bei)投(tou)影(ying)屏(ping)幕(mu)指(zhi)的(de)是(shi)利(li)用(yong)微(wei)細(xi)光(guang)學(xue)結(jie)構(gou)來(lai)完(wan)成(cheng)光(guang)能(neng)分(fen)布(bu)
、實現屏幕功能的這一類屏幕。主要有FL型（Fresnellens-lenticularlenses）、FD型(Frensnellens-Diffusioncover)、FLD型（Fresnellens-Lenticularlenses-Diffusioncover）

、BS型(Fresnellens-Lenticularlenses-Blackstrips)。

微(wei)光(guang)學(xue)結(jie)構(gou)複(fu)製(zhi)主(zhu)要(yao)采(cai)用(yong)模(mo)壓(ya)或(huo)鑄(zhu)造(zao)等(deng)複(fu)製(zhi)技(ji)術(shu)。鑄(zhu)塑(su)又(you)稱(cheng)澆(jiao)鑄(zhu)
，它(ta)是(shi)參(can)照(zhao)金(jin)屬(shu)澆(jiao)鑄(zhu)方(fang)法(fa)發(fa)展(zhan)而(er)來(lai)的(de)。該(gai)成(cheng)型(xing)方(fang)法(fa)是(shi)將(jiang)已(yi)準(zhun)備(bei)好(hao)的(de)澆(jiao)鑄(zhu)原(yuan)料(liao)（通常是單體，或經初步聚合或縮聚的漿狀聚合物與單體的溶液等）zhuruyidingdemojuzhong，shiqifashengjuhefanyingerguhua，congerdedaoyumojuxingqiangxiangsidezhijian。zhezhongfangfayechengweijingtaizhusufa。jingtaizhusujishukeyonglaijiangdianzhuniemojubanshangdeweiguangxuetuxingzhuanyidaosuliaobiaomian。zhusufadedaodezhijianwuzhenyan，wuneiliyingbian，wufenziquxiang。

重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)，對(dui)於(yu)非(fei)晶(jing)態(tai)塑(su)料(liao)來(lai)說(shuo)

，靜(jing)態(tai)鑄(zhu)塑(su)得(de)到(dao)的(de)製(zhi)件(jian)相(xiang)對(dui)於(yu)其(qi)它(ta)工(gong)藝(yi)一(yi)般(ban)具(ju)有(you)更(geng)高(gao)的(de)透(tou)光(guang)率(lv)
，表(biao)現(xian)出(chu)優(you)越(yue)的(de)光(guang)學(xue)性(xing)質(zhi)。背(bei)投(tou)光(guang)學(xue)屏(ping)幕(mu)屬(shu)於(yu)大(da)尺(chi)寸(cun)微(wei)光(guang)學(xue)元(yuan)件(jian)，由(you)於(yu)體(ti)積(ji)較(jiao)大(da)用(yong)模(mo)壓(ya)工(gong)藝(yi)生(sheng)產(chan)存(cun)在(zai)加(jia)工(gong)設(she)備(bei)複(fu)雜(za)、成本高、合格率低的缺點，主要用澆鑄工藝來生產。

高分子材料應用於光學領域最早由ArthurKingston開始
，他於1934年取得了注射成型塑料透鏡的專利，並將其用在了照相機中。1937年，R．F．Hunter公司製造出了全塑料透鏡的照相機。在二戰期間光學高分子材料被廣泛用來製作望遠鏡、瞄準鏡、放大鏡及照相機上的透鏡。由於受材料的品種少、質量差

、加工工藝落後等條件的限製
，戰後在光學領域中的應用曾一度下降。60niandaihou
，suizhehechengjishudefazhan，guangxuegaofenzidepinzhongbuduanzengjia
，jiagonggongyiyededaolegaishan，tongshichuxianlebiaomiangaixingjishu，zhexieyinsucuchengleguangxuegaofenzidexunsufazhan，bingxingchengledulideguangxuegaofenzishichang。

與傳統無機光學材料相比

，盡管光學高分子材料的耐熱性
、耐候性、耐磨性、耐溶劑性、抗吸濕性及光學均一性（雙折射、光學畸變）較差，折射率、色散範圍較窄，熱膨脹係數較大，但是聚合物光學材料具有密度小、耐衝擊、成本低、加工成型容易等優點
，近年來得到了廣泛的應用。常用光學高分子材料有烯丙基二甘醇二碳酸酯等幾種熱固性樹脂和聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯
、聚碳酸酯、聚4-甲基戊烯-1
、苯乙烯-丙烯腈共聚物等熱塑性光學樹脂。表1-1列出了一些常用光學高分子材料的特性。[page]


由於傳統光學塑料的性能無法滿足人們對高性能光學元器件的要求
，因此近年來又開發了一些新型光學塑料。如KT-153螺烷樹脂，日本東海光學公司研製的這種螺烷樹脂是一種含螺烷核的化合物；

OZ-1000樹脂
，具有特殊脂環基結構的甲基丙烯酸酯類的均聚物或共聚物的；

TS-26樹脂
，這種樹脂是由苯乙烯
、甲基丙烯酸乙酯和三溴苯乙烯作為共聚單體
，鑄塑時形成三維交聯結構；APO樹shu脂zhi，是shi日ri本ben三san井jing石shi油you工gong業ye公gong司si新xin開kai發fa的de一yi種zhong光guang盤pan基ji板ban材cai料liao，是shi由you乙yi烯xi與yu雙shuang環huan鏈lian烯xi及ji三san環huan鏈lian烯xi等deng環huan狀zhuang烯xi烴ting共gong聚ju合he成cheng的de非fei晶jing態tai聚ju烯xi烴ting共gong聚ju物wu；MR係列樹脂，是日本三井東亞公司於20世紀80年代後期研製出的新型光學樹脂，它是由帶有芳環的異氰酸酯與多硫醇化合物通過聚加成反應得到的一類硫代氨基甲酸酯樹脂。

MH係(xi)列(lie)樹(shu)脂(zhi)，是(shi)日(ri)本(ben)合(he)成(cheng)橡(xiang)膠(jiao)公(gong)司(si)合(he)成(cheng)的(de)具(ju)有(you)多(duo)環(huan)官(guan)能(neng)基(ji)的(de)透(tou)明(ming)聚(ju)合(he)物(wu)
，可(ke)注(zhu)射(she)成(cheng)型(xing)，用(yong)於(yu)製(zhi)作(zuo)透(tou)鏡(jing)或(huo)其(qi)它(ta)光(guang)學(xue)元(yuan)件(jian)。還(hai)有(you)其(qi)它(ta)一(yi)些(xie)近(jin)年(nian)來(lai)研(yan)製(zhi)出(chu)來(lai)的(de)光(guang)學(xue)樹(shu)脂(zhi)，如(ru)德(de)國(guo)巴(ba)依(yi)爾(er)公(gong)司(si)研(yan)製(zhi)的(de)E818光學樹脂；1993年HOYA公司推出的EYAS樹脂；1997年HOYA公司推出目前已經商品化的折射率最高的眼睛片用樹脂材料等。

光學高分子材料種類繁多，應用也不盡相同，但一般都包含三大類技術指標：光學性能
、機械性能、熱學性能。

光學性能主要包括折射率和色散
、透過率、黃色指數及光學穩定性。

折zhe射she率lv和he色se散san是shi光guang學xue材cai料liao的de最zui基ji本ben性xing能neng。在zai透tou鏡jing設she計ji中zhong，為wei使shi透tou鏡jing超chao薄bo和he低di曲qu率lv必bi須xu尋xun求qiu高gao折zhe射she率lv的de光guang學xue材cai料liao，而er校xiao正zheng色se差cha要yao求qiu有you兩liang組zu阿e貝bei數shu不bu同tong的de材cai料liao，即ji冕mian牌pai係xi列lie(低色散，阿貝數>50)和火石係列(高色散，阿貝數<40)。guangxuebolidezheshelvhesesanyoujiaodadexuanzeyudi，erguangxuesuliaodexuanzefanweiqueshifenyouxian，youqishimianpaixilieguangxuesuliao。toumingsuliaozheshelvdecedingzuichangyongdefangfashizhesheyifa。ebeizhesheyishizuiguangfanyongyucedingzheshelvdezhesheyi。

透過率是表征樹脂透明程度的一個重要性能指標，一種樹脂的透過率越高，其透光性就越好。透過率的定義為：透過材料的光通量（T2）占入射到材料表麵上的光通量(T1)的百分率。任何一種透明材料的透光率都達不到100%，即使是透明性最好的光學玻璃的透光率一般也難以超過95%。

聚(ju)合(he)物(wu)光(guang)學(xue)材(cai)料(liao)在(zai)紫(zi)外(wai)和(he)可(ke)見(jian)光(guang)區(qu)的(de)透(tou)光(guang)性(xing)和(he)光(guang)學(xue)玻(bo)璃(li)相(xiang)近(jin)
，在(zai)近(jin)紅(hong)外(wai)以(yi)上(shang)區(qu)域(yu)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)的(de)出(chu)現(xian)碳(tan)氫(qing)振(zhen)動(dong)所(suo)引(yin)起(qi)的(de)吸(xi)收(shou)。通(tong)常(chang)，光(guang)學(xue)塑(su)料(liao)在(zai)可(ke)見(jian)光(guang)區(qu)透(tou)光(guang)率(lv)的(de)損(sun)失(shi)主(zhu)要(yao)由(you)以(yi)下(xia)三(san)個(ge)因(yin)素(su)造(zao)成(cheng)：光的反射；光的散射
；光的吸收。
[page]
huangsezhishushiwusetoumingcailiaozhilianghelaohuachengdudeyixiangxingnengzhibiao
，youfenguangguangdujidedushujisuanerde，miaoshuleshiyangcongwusetouminghuobaisedaohuangsedeyansebianhua。zheyishiyanzuichangyongyupingjiayizhongcailiaozaizhenshihuomoniderizhaoxiadeyansebianhua。erduiyutoumingsuliaocailiaolaishuo，youyuyuanliaochunduhuojiagongtiaojiandengyinsudeyingxiang
，kenengzishendaiyouyidingyanse。

光guang學xue樹shu脂zhi如ru同tong多duo數shu有you機ji物wu質zhi一yi樣yang存cun在zai著zhe耐nai候hou和he耐nai老lao化hua問wen題ti
，因yin此ci樹shu脂zhi的de結jie構gou和he加jia工gong工gong藝yi以yi及ji使shi用yong環huan境jing對dui樹shu脂zhi的de光guang學xue性xing能neng有you較jiao大da的de影ying響xiang。在zai一yi定ding使shi用yong期qi限xian內nei
，光guang學xue參can數shu的de穩wen定ding性xing尤you為wei關guan鍵jian，這zhe個ge指zhi標biao直zhi接jie決jue定ding產chan品pin的de使shi用yong性xing能neng。采cai用yong人ren工gong加jia速su老lao化hua中zhong的de全quan紫zi外wai線xian老lao化hua的de方fang法fa檢jian測ce樹shu脂zhi的de光guang學xue穩wen定ding性xing。全quan紫zi外wai線xian老lao化hua法fa主zhu要yao模mo擬ni陽yang光guang中zhong的de紫zi外wai線xian．全quan紫zi外wai線xian強qiang度du比bi相xiang應ying太tai陽yang紫zi外wai強qiang度du高gao幾ji倍bei。正zheng是shi短duan波bo紫zi外wai線xian對dui有you機ji材cai料liao老lao化hua起qi了le主zhu要yao作zuo用yong，這zhe樣yang會hui大da大da地di提ti高gao了le老lao化hua加jia速su率lv，也ye是shi全quan紫zi外wai老lao化hua的de最zui突tu出chu優you點dian。同tong時shi可ke以yi進jin行xing溫wen度du
、濕度
、雨淋等環境因素的模擬。這一老化方法其紫外強度等參數可以監控，試驗重複性好。

韌性(耐衝擊性能)和表麵硬度(耐磨性)是光學高分子材料的重要機械性能。

衝(chong)擊(ji)強(qiang)度(du)是(shi)衡(heng)量(liang)材(cai)料(liao)韌(ren)性(xing)的(de)一(yi)種(zhong)強(qiang)度(du)指(zhi)標(biao)。衝(chong)擊(ji)強(qiang)度(du)是(shi)使(shi)材(cai)料(liao)在(zai)衝(chong)擊(ji)力(li)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)折(zhe)斷(duan)
，通(tong)常(chang)把(ba)折(zhe)斷(duan)時(shi)截(jie)麵(mian)吸(xi)收(shou)的(de)能(neng)量(liang)定(ding)義(yi)為(wei)材(cai)料(liao)的(de)衝(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)。衝(chong)擊(ji)實(shi)驗(yan)主(zhu)要(yao)有(you)彎(wan)曲(qu)梁(liang)式(shi)（擺錘式）衝擊
、落錘式衝擊和高速拉伸試驗三類。

無定型聚合物的韌性主要與其分子結構有關。主鏈上酯鍵
、醚鍵

、碳-碳鍵可以自由旋轉，因而材料具有較好的韌性，如PC是光學塑料中抗衝擊性能最好的材料;帶有較大側基的聚合物(如PVC,PMMA,PS等)，因主鏈上可以自由旋轉的基團較少或旋轉時不對稱，因而韌性相對較差。

硬度是衡量材料表麵抵抗機械壓力的能力

，可定義為：材料對形變（特別是永久形變）
、壓痕或刻痕的抵抗能力。對於透明塑料材料
，特別是光學樹脂的硬度通常可以采用鉛筆硬度。

耐磨性與結構關係密切。交聯樹脂比未交聯樹脂耐磨性顯著提高，如用於製造眼鏡片的CR-39樹脂
、KT-153樹脂都是交聯樹脂。光學樹脂硬度較低、表麵易被擦傷這一缺點現在已經很容易克服，采用表麵增強技術(如塗覆耐磨材料
、真空鍍膜等)，可以使樹脂的表麵硬度和光學玻璃一樣優良。

高聚物的耐熱性主要是指聚合物受熱下的變形，高聚物的耐熱性主要指玻璃化溫度、軟ruan化hua溫wen度du等deng。有you機ji玻bo璃li在zai玻bo璃li態tai下xia使shi用yong
，而er超chao過guo這zhe個ge溫wen度du將jiang變bian為wei高gao彈dan態tai或huo黏nian流liu態tai，此ci時shi即ji使shi受shou到dao較jiao小xiao的de力li也ye會hui產chan生sheng較jiao大da的de形xing變bian而er不bu能neng保bao持chi其qi外wai形xing尺chi寸cun。玻bo璃li化hua轉zhuan變bian溫wen度du是shi在zai恒heng定ding的de較jiao小xiao負fu荷he下xia測ce得de的de溫wen度du形xing變bian曲qu線xian上shang發fa生sheng玻bo璃li化hua轉zhuan變bian較jiao窄zhai溫wen度du範fan圍wei的de中zhong間jian值zhi。在zai實shi際ji使shi用yong中zhong，高gao聚ju物wu總zong是shi處chu於yu受shou力li的de情qing況kuang下xia，因yin此ci不bu是shi以yi靜jing態tai的de玻bo璃li化hua溫wen度du作zuo為wei耐nai熱re溫wen度du
，而er是shi測ce量liang高gao聚ju物wu在zai一yi定ding外wai力li下xia達da到dao一yi定ding形xing變bian值zhi時shi的de溫wen度du作zuo為wei耐nai熱re溫wen度du，常chang用yong的de有you馬ma丁ding耐nai熱re溫wen度du、維卡軟化溫度及熱變形溫度。

玻bo璃li化hua轉zhuan變bian溫wen度du是shi聚ju合he物wu材cai料liao的de一yi種zhong普pu遍bian現xian象xiang，它ta是shi一yi種zhong聚ju合he物wu材cai料liao使shi用yong的de上shang限xian溫wen度du
，因yin此ci玻bo璃li化hua轉zhuan變bian溫wen度du是shi聚ju合he物wu的de一yi個ge非fei常chang重zhong要yao的de性xing能neng指zhi標biao。玻bo璃li化hua轉zhuan變bian的de實shi質zhi是shi鏈lian段duan運yun動dong隨sui溫wen度du的de降jiang低di被bei凍dong結jie或huo隨sui溫wen度du的de升sheng高gao被bei激ji發fa的de結jie果guo。在zai玻bo璃li化hua轉zhuan變bian前qian後hou分fen子zi的de運yun動dong模mo式shi有you很hen大da的de差cha異yi。因yin此ci，當dang聚ju合he物wu發fa生sheng玻bo璃li化hua轉zhuan變bian時shi，其qi物wu理li和he力li學xue性xing能neng必bi然ran有you急ji劇ju的de變bian化hua。除chu形xing變bian和he模mo量liang外wai，聚ju合he物wu的de比bi熱re容rong、比容積

、熱膨脹係數、折射率和介電常數等都表現出突變或不連續的變化。

因此，根據這些性質上的變化
，可以對聚合物的玻璃化轉變進行實驗測量。常用的測定聚合物玻璃化轉變的方法有靜態熱機械法TMA（如膨脹計法
、溫度形變曲線法等）、動態力學測量法DMA（如扭辮法和扭擺法等）
、熱力學方法（如示差掃描量熱法DSC或差熱分析法DTA）等。

玻璃化轉變溫度（Tg）可直接反映出聚合物耐熱性的高低
，Tg的高低與聚合物的分子結構有關。在聚合物材料中
，鏈的剛性越大，Tg越高
；使體係交聯也可提高耐熱性。

聚合物的熱穩定性是其實際應用中的一個重要性質。通常隨著溫度的升高
，聚合物都會發生從玻璃態
、高gao彈dan態tai到dao黏nian流liu態tai的de力li學xue變bian化hua，最zui後hou聚ju合he物wu會hui在zai溫wen度du達da到dao一yi定ding程cheng度du分fen解jie，從cong而er破po壞huai聚ju合he物wu。聚ju合he物wu的de分fen解jie溫wen度du就jiu是shi其qi熱re穩wen定ding性xing的de重zhong要yao指zhi標biao之zhi一yi。熱re失shi重zhong法fa（TG）是目前最常用的一種表征聚合物分解溫度的方法，即在程序升溫的環境中（空氣或氮氣氛圍），測試試樣的質量對溫度的依賴關係。

熱失重法的基本原理：聚(ju)合(he)物(wu)在(zai)溫(wen)度(du)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)，隨(sui)溫(wen)度(du)的(de)升(sheng)高(gao)，會(hui)發(fa)生(sheng)相(xiang)應(ying)的(de)變(bian)化(hua)
，如(ru)水(shui)分(fen)蒸(zheng)發(fa)，失(shi)去(qu)結(jie)晶(jing)水(shui)，低(di)分(fen)子(zi)易(yi)揮(hui)發(fa)物(wu)的(de)逸(yi)出(chu)，物(wu)質(zhi)的(de)分(fen)解(jie)和(he)氧(yang)化(hua)等(deng)。若(ruo)將(jiang)物(wu)質(zhi)的(de)質(zhi)量(liang)變(bian)化(hua)和(he)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)的(de)信(xin)息(xi)記(ji)錄(lu)下(xia)來(lai)，就(jiu)可(ke)得(de)到(dao)物(wu)質(zhi)的(de)質(zhi)量(liang)溫(wen)度(du)的(de)關(guan)係(xi)曲(qu)線(xian)，即(ji)熱(re)失(shi)重(zhong)曲(qu)線(xian)。用(yong)熱(re)失(shi)重(zhong)法(fa)可(ke)求(qiu)得(de)質(zhi)量(liang)和(he)質(zhi)量(liang)變(bian)化(hua)與(yu)溫(wen)度(du)的(de)關(guan)係(xi)
，求(qiu)質(zhi)量(liang)變(bian)化(hua)速(su)率(lv)與(yu)溫(wen)度(du)的(de)關(guan)係(xi)，則(ze)需(xu)將(jiang)質(zhi)量(liang)對(dui)溫(wen)度(du)求(qiu)導(dao)
，即(ji)微(wei)商(shang)熱(re)重(zhong)法(fa)（DTG），描述質量變化速率的曲線即為微商熱重曲線。

不同的應用要求光學高分子材料的其他特性要求，如耐化學品性能、電dian性xing能neng等deng等deng
，這zhe裏li就jiu不bu一yi一yi敘xu述shu。總zong之zhi，高gao分fen子zi材cai料liao正zheng在zai光guang學xue領ling域yu發fa揮hui著zhe越yue來lai越yue重zhong要yao的de作zuo用yong。同tong時shi由you於yu與yu國guo際ji水shui平ping的de較jiao大da差cha距ju，值zhi得de各ge位wei同tong仁ren共gong同tong努nu力li，提ti高gao基ji礎chu開kai發fa及ji應ying用yong的de水shui平ping。