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Cary 7000 全能型分光光度計測量光學(xué)材料不同入射角下的反射率
閱讀：3159 發(fā)布時間：2022-7-11前言：視覺顯示器小型化和節(jié)能化的趨勢帶來了設(shè)備移動性的提高，促使其在日常生活應(yīng)用中的快速普及。基于發(fā)光二極管 (LED) 和液晶顯示器 (LCD) 技術(shù)的光學(xué)顯示器在工業(yè)和家用領(lǐng)域均廣泛使用。掌上電腦 (PDA) 及筆記本電腦之類的便攜式計算機、便攜式數(shù)碼音樂播放器、LED/LCD 臺式電腦顯示器和 LED/LCD 電視等。在電子設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域，設(shè)備制造商競相追求更小的封裝尺寸（甚至僅為了減少數(shù)十微米的厚度），LED/LCD 因而變得越來越薄。
顯示器使用背光照明整個顯示區(qū)域，通過液晶控制進入觀眾眼睛的發(fā)射光的時間和顏色（圖 1）。背光通常采用平板或楔形的固態(tài)導(dǎo)光板。光源可以是冷陰極熒光 (CCFL) 燈，例如我們熟知的液晶電視，或基于 LED 的背光光源，例如常見的 LED 電視。正是由于背光對成像質(zhì)量的重要性，因而在稱謂上忽略了一個事實：兩種類型的電視都使用了LCD 技術(shù)控制圖像顯示。背光中使用的固態(tài)導(dǎo)光板通常由一種光透聚合材料通過注塑成型等工藝量產(chǎn)而成。使用反射片可提高固態(tài)導(dǎo)光板的光電效率。反射片置于導(dǎo)光板背面以更有效地利用逸出固態(tài)導(dǎo)光板背面或者光源的光（圖 1）。導(dǎo)光板中使用的背光反射片需要具有高反射率，才能進行高效的光傳輸。光在導(dǎo)光板中傳輸需要經(jīng)過多重（數(shù)十次）反射，大于 98% 的反射率是基本要求，如果每次反射過程損失超過 2%，可供利用的光便會迅速衰減殆盡。可以2采用多層光學(xué)鍍膜的方式生產(chǎn)高反射率薄膜反射片。薄膜由非金屬的多層聚合物材料組成，厚度通常小于 100 µm，能夠使表面具有光學(xué)活性。光學(xué)活性材料在透射或反射過程中會使光的偏振狀態(tài)發(fā)生改變。更為常見的是非光學(xué)活性材料，偏振作用通過抑制特定的偏振分量（如 S 或 P）來實現(xiàn)，而不是偏轉(zhuǎn)它。盡管光學(xué)活性和最終應(yīng)用通常不具有直接的因果聯(lián)系，但裝配前對反射片進行精確的光學(xué)表征 (QA/QC) 需要仔細(xì)考慮這些影響，以確保檢測器能夠記錄下正確的反射率和透射率 (R% 和 T%)。
實驗部分樣品測量的樣品約為 50 mm × 50 mm（長×寬），約為 100 µm厚（圖 2）。反射面由一個半透明薄膜保護，可以在測試之前輕松剝離。固定樣品時要充分考慮樣品的厚度和柔韌性，以確保面對入射光的表面平整。
使用 Cary 7000 UMS 進行測量前，以如下方式論證了樣品的光學(xué)活性：我們用 s 偏振可見白光以一定角度照射樣品，然后通過第二個偏光器肉眼觀察從樣品鏡面反射出的光束。將觀測的偏光鏡從 s 位（0 度）旋轉(zhuǎn)微小角度，便觀察到了最大強度的反射光束。入射 s 偏振光和目視觀測光的角偏置證實了樣品的光學(xué)活性或旋光性。實踐證明，使用分光光度法測量時，需要在檢測器前方安裝消偏器。
儀器• Agilent Cary 7000 全能型分光光度計，部件號 G6873AACary 7000 全能型分光光度計 (UMS) 是一款高度自動化的紫外-可見-近紅外分光光度計系統(tǒng)。UMS 可在不同角度下測量樣品的透射率和絕對反射率。線偏振光入射到樣品上可以測量透射率（檢測器在 ± 180 度位置），然后檢測器旋轉(zhuǎn)到反射光的位置來測量反射率，如圖 3 中所示。
消偏器放置在樣品之后、檢測器之前，用于校正樣品反射光的旋光。每次測量樣品前，都需要將檢測器前的消偏器和樣品前的起偏器包括在內(nèi)進行基線測量。對于同一種偏振態(tài)，使用 Cary 7000 UMS 測量不同角度下的 %R 時，只需采集一次基線。這種*的功能顯著提高了該系統(tǒng)的分析速度和樣品通量。
結(jié)果和討論我們在 300-1200 nm 的光譜范圍內(nèi)，分別以 70、60、45和 30 度入射角測量了反射率數(shù)據(jù)（圖 4）。樣品測試結(jié)果證實了它的設(shè)計初衷，在整個可見光譜區(qū)間 (400–800 nm)內(nèi)，反射率大于 98%R（圖 5）。多角度測量顯示，目標(biāo)區(qū)域 (400-800 nm) 里，樣品在較大角度范圍內(nèi)性能穩(wěn)定，而在此光譜范圍外 (>800 nm) 反射率具有角度相關(guān)性。此外，入射角大于 60 度時，在 600-700 nm 和 800-900 nm 區(qū)域內(nèi) %R 質(zhì)量也表現(xiàn)出一定程度的降低。不同角度下 %R 的光譜相關(guān)性表明，大入射角可能導(dǎo)致顏色變化。圖 6 證實了經(jīng)過樣品的光在進入檢測器之前消偏振的重要性。在這張圖中，測量了有無消偏器情況下的絕對反射率。不使用消偏器時，樣品的光學(xué)活性導(dǎo)致 %R 值虛高于100%。這是一個很直接的對比結(jié)果，消偏器用于校正光的旋光度并給出正確的數(shù)值。
結(jié)論Agilent Cary 7000 UMS 是測量光學(xué)顯示器所使用新一代材料光學(xué)性質(zhì)的有力工具。可以使用線性偏振入射光和檢測前反射光去偏振方法，精確測量經(jīng)過樣品上特定聚合物鍍膜后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的反射光。