科学技术小组活动
■光学薄膜和涂层技术的重要性
从精密和光学设备、显示设备到日常生活中的光学薄膜应用；比如眼镜，数码相机，各种家用电器，或者钞票上的防伪技术，都可以称为光学薄膜技术应用的延伸。没有光学薄膜技术作为发展的基础，现代光电、通信或激光技术的发展速度就不会进步，这也说明了光学薄膜技术研发的重要性。
一般来说，在使用多层膜时，我们必须根据设计者的需要，对各种类型的光学膜采用高低折射率膜堆叠技术进行设计，以达到事先预期和事后评估的光学特性。例如:抗反射镜、高反射镜、分光镜、截止滤光片、带通滤光片、带阻滤光片等。今天，随着计算机分析软件和硬件的发展，不仅光学薄膜的设计变得更加方便，而且光学薄膜技术的研究和发展也会更快。
就目前的设计端而言，如果考虑合理的特性范围，制作光学薄膜的门槛已经降低了很多，技术难点很少出现。通常情况下，只要在合理的要求范围内，设计者发布合适的光学多层膜结构并不困难。然而光学薄膜最重要的关键问题在于薄膜镀膜技术的提高？这关系到如何精确控制每层薄膜的厚度和折射率，以获得预期的光学和机械性能，甚至在量产和降低成本的过程中。此外，薄膜材料的发展(包括材料测试、化学纯度、材料创新和材料类型)、先进镀膜技术的发展(包括真空镀膜机和监控技术)以及薄膜的测量和分析(薄膜设计和厚度误差分析技巧)是光学薄膜工程要面临的首要课题。
但在光学薄膜技术的应用中，由于技术本身就概括为应用范围广，不容易以某一产品或单一产品为载体并加以区分；因此，在光学薄膜产品技术中，最终的应用是在许多光学元件上。如果我们探索光学元件的相关应用市场，我们可以看到主要的附加值和相关性。
■光学薄膜技术在显示行业的应用
对显示屏尺寸、图像质量和辐射量的要求越来越严格。过去的显示器尺寸也从14寸，20寸，29寸，32寸，甚至更大，也从CRT屏幕发展到LCD屏幕或投影屏幕。因为40寸以上CRT显示器100公斤以上，厚度35寸以上；所以在一般的CRT显示器生产工艺中，40寸以上是技术瓶颈。目前打破尺寸瓶颈的技术是利用投影技术，通过光学技术放大显示器的尺寸，使其机身厚度变薄，体积变轻。
▲对于投影机行业来说，需要快速满足光源进步、更高亮度、对比度、更小尺寸、更轻重量等要求。(罗清月摄)
揭开投影显示技术中重要的光学关键部件，如光学引擎、光阀、偏振转换器等开发技术，对投影显示技术中的图像质量有着关键的影响。比如光学引擎中的偏振分束棱镜，是光学引擎中不可或缺的光学元件，要求其可见光波在420？只有在680nm范围内(约30°的入射角内)，P偏振光和S偏振光才能大幅度分离，并能保持P偏振光透过率Tp > 90%和消光比TP/TS > 500。这是因为消光比越高，TP透过率越高，图像对比度越好，色彩一致性越高，光能利用率也越高。
光学引擎中使用了大量的偏振、分光和滤波元件，需要通过光学薄膜和镀膜技术来实现。然而，这些元件的涂层技术要求很高，这导致生产难度增加。总的来说，目前投影仪技术比较发达，包括LCD、DLP(MEMS)和LCOS。成像技术分为透射式LCD、反射式DLP和LCOS。在投影仪系统中，有必要使用新开发的光学薄膜滤光片技术来实现最佳的图像质量。
对于投影机行业来说，为了满足光源技术的要求，更高的亮度、对比度、更小的尺寸和更轻的重量，其中使用的各种光学元件都必须有相应的解决方案。为了满足需求，传统的整数叠层设计不能再用于光学薄膜技术，必要时也应广泛使用非整数叠层设计。但对于非整数膜堆技术，除了设计上的先天困难，在实际镀制上也相当困难。另一方面，环境测试的要求更加严格，过滤材料的选择也要更加谨慎，在基材的选择上也要考虑整个过滤器的受力行为……等等，这些都是前期设计之初必须要考虑的。
■光学薄膜技术对纳米技术也有帮助。
随着科学技术的发展，纳米材料和技术越来越受到人们的重视。主要原因是纳米材料的广泛应用和未来的考虑。一方面，现有的理论基础并没有涵盖纳米材料的完整发展；另一方面，来自物理、化学、生物医学等领域的冲击和融合提供了极其有力的帮助。其中，物理方面侧重于纳米制造、材料检测技术和原子操控；在化学上，提供了以小博大、自下而上的组装方法和各种化学方法合成纳米材料；生物领域主要为生物制造工程提供仿生概念和纳米材料合成技术。
回顾光学薄膜技术的发展历程，过去的光学薄膜技术已经进入了成熟阶段，并得到了广泛的应用。也有专家提出，五年后，以“硅”为主要材料的微米级电子电路技术将可能面临发展的终结。然而，由于近年来制造技术的进步，纳米尺度的光学薄膜的特性逐渐被业界所讨论。这是因为一旦光子元件想要在更小、更快、更低能量的线路上与电子电路相呼应，对光子的操控在空间、速度和能量上必须比现在小上百倍。因此，纳米光子波导可能成为取代部分硅和其他半导体材料的最佳材料，它可以有效地开发出传输速度和密度高达50？100次以上；另外，节能效益50？100次通信和操作装置。因此，在纳米尺寸的推动下，光学薄膜技术的研究将成为一个非常重要的关键因素。
目前，可以用集成光学技术制造的光学元件大多是电光、声光调制器、分光器、分路器/解复用器等。如果要实现全光学或多组分集成光学元件，就少不了“纳米光学薄膜元件”。其中，最受关注的是，结合薄膜技术和光刻技术形成的光子晶体具有周期性的介质分布结构特征，从而提高分辨率，制作更小的特征尺寸，以便在相同的单位面积上有更多的晶体管，密度更高。
一般来说，光子晶体根据光子带的方向特性可以分为两类，即信号传输是单向和全向的；单向光子带只能抑制光波在某个传播方向的传播特性，而全向光子带可以抑制所有传播方向的光模传播特性。因此，光可以被结构设计反射，导致零能量穿透。除了光子晶体，当光学薄膜在金属薄膜上制作纳米级周期孔时，当入射光的波长大于孔的周期时，入射的零级光具有异常高的透过率，不会发生衍射现象。这类光学元件主要是利用金属的表面等离子体特性产生完全不同于传统光学理论的特性，这将不同于光子晶体特性下的一种新型态和表面等离子体元件。
以上两种不同类型的器件，无论是光子晶体还是表面等离子体器件，都需要进行纳米级别的精密光刻、刻蚀技术和光学薄膜技术。因此，如果以光学薄膜技术为主要发展基础，再加上光刻工艺技术和薄膜特性分析技术，最终目标可以是在纳米尺度上全面了解光学薄膜的分析特性和组成结构，从而提供纳米光学薄膜技术在集成光学领域的发展和应用。
▲中央大学建立的电影技术中心展示了多项电影产品的应用技术。贴膜应用随处可见，各种贴膜都有其作用。(罗清月摄)
■不是主要明星行业，但重要性不容忽视。
可以说“光学薄膜技术并不是什么高明的技术”。然而，……是台湾省工业发展中不可缺少的一部分，它不仅影响产品的质量，也影响其效率。光学薄膜技术给人的感觉是“透”和“薄”，但里面的知识不是单靠文字可以概括的。虽然光学薄膜的应用大多属于绿叶技术，但只是辅助作用。而光学薄膜技术一旦问世，不仅会使产品的功能更加明显，还会提升其附加值。
就像普通眼镜一样，光学镀膜技术的应用可以降低眼镜的反射率，使其具有更高的穿透力，而防紫外线镜片、防红外线镜片也是光学镀膜技术的应用。在光通信、显示、照明、节能等方面。也可以应用光学薄膜技术。比如前沿技术基础的研究和应用，需要更小更精致的元器件，让产品更轻更短。换句话说，只要应用在光学元件上，就可以用光学膜来提升其品质和工艺，让产品更加完美，与生活息息相关。
虽然光学薄膜的技术和理论有着悠久的历史，但随着相关科技环境的快速改善和成长，如何创新光学薄膜技术将是从事光学薄膜技术的人仍然需要追求的目标。目前台湾省厂商重点在贴牌技术和塑封厂商以下几个阶段，但在光学质量和可靠性方面，必须继续提高。至于OEM水平以上的光学镀膜技术，比如虽然有厂商投入研发，但是量产还是很难实现。因此，一旦台湾省厂商能够尽快投入巨资开发新的光学薄膜技术，将有助于在整体光学元件市场中获得重要的先机，建立完整的光学产业结构基础。
参考资料:
李正中的薄膜光学和镀膜技术，中央大学薄膜技术研究中心，J. Mort和F. Jansen的薄膜沉积薄膜和薄膜工艺。
▲李正中博士说，目前各种光电设备和光学仪器都与光学薄膜技术有关；例子包括光纤通信、生物芯片、光学显示器、卫星、空间遥测系统、半导体激光器、微机电系统、光学信息存储和各种光学元件。(罗清月摄)