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)。

weiguangxuejiegoufuzhizhuyaocaiyongmoyahuozhuzaodengfuzhijishu。zhusuyouchengjiaozhu
，tashicanzhaojinshujiaozhufangfafazhanerlaide。gaichengxingfangfashijiangyizhunbeihaodejiaozhuyuanliao（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）注zhu入ru一yi定ding的de模mo具ju中zhong
，使shi其qi發fa生sheng聚ju合he反fan應ying而er固gu化hua，從cong而er得de到dao與yu模mo具ju型xing腔qiang相xiang似si的de製zhi件jian。這zhe種zhong方fang法fa也ye稱cheng為wei靜jing態tai鑄zhu塑su法fa。靜jing態tai鑄zhu塑su技ji術shu可ke用yong來lai將jiang電dian鑄zhu鎳nie模mo具ju板ban上shang的de微wei光guang學xue圖tu形xing轉zhuan移yi到dao塑su料liao表biao麵mian。鑄zhu塑su法fa得de到dao的de製zhi件jian無wu針zhen眼yan，無wu內nei力li應ying變bian，無wu分fen子zi取qu向xiang。

zhongyaodeshi，duiyufeijingtaisuliaolaishuo
，jingtaizhusudedaodezhijianxiangduiyuqitagongyiyibanjuyougenggaodetouguanglv
，biaoxianchuyouyuedeguangxuexingzhi。beitouguangxuepingmushuyudachicunweiguangxueyuanjian
，youyutijijiaodayongmoyagongyishengchancunzaijiagongshebeifuza
、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。60年(nian)代(dai)後(hou)，隨(sui)著(zhe)合(he)成(cheng)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，光(guang)學(xue)高(gao)分(fen)子(zi)的(de)品(pin)種(zhong)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)
，加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)也(ye)得(de)到(dao)了(le)改(gai)善(shan)
，同(tong)時(shi)出(chu)現(xian)了(le)表(biao)麵(mian)改(gai)性(xing)技(ji)術(shu)，這(zhe)些(xie)因(yin)素(su)促(cu)成(cheng)了(le)光(guang)學(xue)高(gao)分(fen)子(zi)的(de)迅(xun)速(su)發(fa)展(zhan)
，並(bing)形(xing)成(cheng)了(le)獨(du)立(li)的(de)光(guang)學(xue)高(gao)分(fen)子(zi)市(shi)場(chang)。

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deE818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)。光guang學xue玻bo璃li的de折zhe射she率lv和he色se散san有you較jiao大da的de選xuan擇ze餘yu地di，而er光guang學xue塑su料liao的de選xuan擇ze範fan圍wei卻que十shi分fen有you限xian，尤you其qi是shi冕mian牌pai係xi列lie光guang學xue塑su料liao。透tou明ming塑su料liao折zhe射she率lv的de測ce定ding最zui常chang用yong的de方fang法fa是shi折zhe射she儀yi法fa。阿e貝bei折zhe射she儀yi是shi最zui廣guang泛fan用yong於yu測ce定ding折zhe射she率lv的de折zhe射she儀yi。

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。
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黃huang色se指zhi數shu是shi無wu色se透tou明ming材cai料liao質zhi量liang和he老lao化hua程cheng度du的de一yi項xiang性xing能neng指zhi標biao
，由you分fen光guang光guang度du計ji的de讀du數shu計ji算suan而er得de，描miao述shu了le試shi樣yang從cong無wu色se透tou明ming或huo白bai色se到dao黃huang色se的de顏yan色se變bian化hua。這zhe一yi實shi驗yan最zui常chang用yong於yu評ping價jia一yi種zhong材cai料liao在zai真zhen實shi或huo模mo擬ni的de日ri照zhao下xia的de顏yan色se變bian化hua。而er對dui於yu透tou明ming塑su料liao材cai料liao來lai說shuo，由you於yu原yuan料liao純chun度du或huo加jia工gong條tiao件jian等deng因yin素su的de影ying響xiang，可ke能neng自zi身shen帶dai有you一yi定ding顏yan色se。

guangxueshuzhirutongduoshuyoujiwuzhiyiyangcunzaizhenaihouhenailaohuawenti，yincishuzhidejiegouhejiagonggongyiyijishiyonghuanjingduishuzhideguangxuexingnengyoujiaodadeyingxiang。zaiyidingshiyongqixiannei，guangxuecanshudewendingxingyouweiguanjian
，zhegezhibiaozhijiejuedingchanpindeshiyongxingneng。caiyongrengongjiasulaohuazhongdequanziwaixianlaohuadefangfajianceshuzhideguangxuewendingxing。quanziwaixianlaohuafazhuyaomoniyangguangzhongdeziwaixian．quanziwaixianqiangdubixiangyingtaiyangziwaiqiangdugaojibei。zhengshiduanboziwaixianduiyoujicailiaolaohuaqilezhuyaozuoyong，zheyanghuidadaditigaolelaohuajiasulv，yeshiquanziwailaohuadezuituchuyoudian。tongshikeyijinxingwendu、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、ruanhuawendudeng。youjibolizaibolitaixiashiyong，erchaoguozhegewendujiangbianweigaodantaihuonianliutai，cishijishishoudaojiaoxiaodeliyehuichanshengjiaodadexingbianerbunengbaochiqiwaixingchicun。bolihuazhuanbianwendushizaihengdingdejiaoxiaofuhexiacededewenduxingbianquxianshangfashengbolihuazhuanbianjiaozhaiwendufanweidezhongjianzhi。zaishijishiyongzhong，gaojuwuzongshichuyushoulideqingkuangxia，yincibushiyijingtaidebolihuawenduzuoweinairewendu，ershicelianggaojuwuzaiyidingwailixiadadaoyidingxingbianzhishidewenduzuoweinairewendu，changyongdeyoumadingnairewendu、維卡軟化溫度及熱變形溫度。

bolihuazhuanbianwendushijuhewucailiaodeyizhongpubianxianxiang，tashiyizhongjuhewucailiaoshiyongdeshangxianwendu
，yincibolihuazhuanbianwendushijuhewudeyigefeichangzhongyaodexingnengzhibiao。bolihuazhuanbiandeshizhishilianduanyundongsuiwendudejiangdibeidongjiehuosuiwendudeshenggaobeijifadejieguo。zaibolihuazhuanbianqianhoufenzideyundongmoshiyouhendadechayi。yinci
，dangjuhewufashengbolihuazhuanbianshi，qiwulihelixuexingnengbiranyoujijudebianhua。chuxingbianhemoliangwai

，juhewudebirerong、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、gaodantaidaonianliutaidelixuebianhua，zuihoujuhewuhuizaiwendudadaoyidingchengdufenjie
，congerpohuaijuhewu。juhewudefenjiewendujiushiqirewendingxingdezhongyaozhibiaozhiyi。reshizhongfa（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：juhewuzaiwendudezuoyongxia，suiwendudeshenggao，huifashengxiangyingdebianhua，rushuifenzhengfa，shiqujiejingshui，difenziyihuifawudeyichu，wuzhidefenjieheyanghuadeng。ruojiangwuzhidezhiliangbianhuahewendubianhuadexinxijiluxialai，jiukededaowuzhidezhiliangwendudeguanxiquxian
，jireshizhongquxian。yongreshizhongfakeqiudezhilianghezhiliangbianhuayuwendudeguanxi，qiuzhiliangbianhuasulvyuwendudeguanxi，zexujiangzhiliangduiwenduqiudao，jiweishangrezhongfa（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)。