Pimestamis- ja peegeldusvastased kihid

Pimestamis- ja peegeldusvastased kihid on õhukesed materjalikihid, mida kasutatakse mitmesugustes tehnoloogiates valguse peegeldumise vähendamiseks.

Pimestamisvastane ekraan
Pimestamisvastane ekraan (inglise Anti-Glare screen) on ekraan, mille eesmärgiks on vähendada valguse peegeldumist ekraanilt. Ekraanile langev valgus vähendab pildi kontrasti, värve ja teravust ekraanil. Seetõttu ei näe päikese käes ilma Anti-Glare ekraanita ekraanilt peaaegu midagi. Ekraanilt peegeldunud valgus väsitab ka silmi. Tänapäeval on anti-glare ekraanid väga levinud, sest firmad on hakanud seda lisama LCD-ekraanidele.

Valguse interferentsinähtust ära kasutades leiutati esimesed peegeldumisvastased kihid aastal 1935. Nende kihtide leiutaja oli Alexander Smakule, kes töötas Carl Zeissi optikafirmas. Kuni Teise maailmasõja alguseni olid peegeldusvastased kihid Saksamaa sõjandussaladused. Katharine Burr Blodgett ja Irving Langmuir lõid esimese orgaanilistest ainetest koosneva peegeldamisvastase katte 1930. aastate lõpul.

Pimestamisvastase ekraani liike
Pimestamisvastaseid ekraane on kahte liiki.
 Kõige tavalisem on töötlemata matt ekraan, mis hajutab sellele langevat valgust. Valguse langemisel mattekraanile väheneb pildi kontrastsus ja teravus, mida tingib suures hulgas valguse neeldumine. Seega lahendab mattekraan küll valguse ebameeldiva peegeldumise kasutaja silma, kuid halvendab pildikvaliteeti.
 Teist liiki pimestamisvastastel ekraanidel on mattpinnale lisatud keemiline kiht, mille eesmärk on vähendada valguse neeldumist.

Kasutamine
Anti-glare ei ole kasutusel ainult arvutiekraanidel, vaid ka telefoniekraanidel, prillidel, teleritel, fotoaparaatidel ja seda on võimalik paigaldada isegi akendele. Kõikidel juhtudel on pimestamisvastase kihi eesmärk valguse peegeldust eemaldada.

Kui Anti-Glare ekraani pole tootmisprotsessis lisatud, siis on võimalik teleri ja arvuti ekraanidele lisada pimestusvastane film. Pimestamisvastane film on tehtud läbipaistvast materjalist, mida on võimalik paigaldada ekraani peale. Pimestamisvastane film tehakse erinevatest materjalidest, kõige tavalisemalt peenikesest plastist, aga on ka võimalik teha vedelkristallist. Kasutatakse ka muid materjale, millest igaühel on omad plussid ja miinused. Toodete kvaliteet võrdub materjali kvaliteediga, mida kehvem materjal, seda kehvem toode.

Pimestusvastane lint

Pimestusvastane lint koosneb kihtidest, millel igaühel on oma valguse murdumisnäitaja. Kihtide paksused on määratud nii, et valguse tagasi peegeldumisel valguse interferentsi teel lained üksteist tühistaksid. Selleläbi vaataja seisukohalt tundubki, et film ei peegelda tagasi. Täpsema lainepikkuse, mille peegeldamist tahetakse vältida, peab täpselt määrama. Täpse töö ja mitmete kihtide abil on võimalik päris suurt lainepikkuse vahemikku saavutada. Tavaliselt pakutakse infravalguse, nähtava valguse või UV-valguse jaoks.

Pimestusvahene kiht prillidel on tänapäeval väga levinud. Pimestusvastane kiht on lisatud optilisele klaasile, et vähendada peegeldust. See aitab parandada süsteemi efektiivsust. Valgus, mis muidu peegelduks, pääseb klaasist läbi. Kompleksses süsteemis (näiteks teleskoobis) parandab peegelduste vähendamine ka kontrastsust.

Oftalmiline kasutamine

Suurel osal prillidel, mis tänapäeval müügil on, on peegeldusvastane kaitse. Tänu peegeldusvastasele kaitsele ei teki peegeldustest tulenevat pimestust. Näiteks pimedas autoga sõitmisel ei pimesta vastutuleva auto tuled nii palju kui tavalise prilliklaasiga.

Peegeldusvastaseid oftalmilisi prilliläätsi ei tohi ajada segi polariseeritud läätsedega. Polariseeritud läätsed vähendavad (neelamise teel) valgushulka, mis peegeldub pindadelt nagu vesi, liiv ja sõiduteed. Termin "peegeldusvastane" viitab sellele, et vähendatakse läätse sisest peegeldumist, mitte mingilt allikalt tulevat peegeldust. Paljudel peegeldusvastastel läätsedel on ka lisakihid, mis tõrjuvad vett ja õli, mistõttu on neid tunduvalt kergem puhastada.

Varasemad peegeldusvastased kihid

Kõige varasema peegeldusvastase kihi leiutas 1886 lord Rayleigh. Tolleaegne optiline klaas tuhmus ajaga, sest keemilised protsessid toimusid kokkupuutes keskkonnaga (nt õhuga). Rayleigh katsetas vana tuhmunud klaasitükiga ja üllatuseks leidis, et vana klaas lasi läbi rohkem valgust kui uued ja puhtad klaasi tükikesed. Tuhmumine asendab õhu-klaas üleminekukihi kahe ülemineku kihiga: õhk-tuhmunud pind üleminekukiht ja tuhmunud pind-klaas üleminekukiht. Tuhmunud pinna murdumisnäitaja on õhu ja klaasi murdumisnäitajate vahel. See ühtlustab kahe pinna kokkupuudet. Tulemuseks on kaks peegeldust (õhk-tuhm pind ja tuhm pind-klaas) kokku väiksem kui lihtsalt õhk-klaas peegeldus. Lühidalt öeldes: Peenike film klaasi pinna peal vähendab peegeldusi.

Ühekihiline häiretevastane kiht

Kõige tavalisem häire pimedusvastane kiht koosneb ühe neljandiku laine kihist mille läbipaistva materjali murdumisnäitaja on ruut juur substraadi murdumisnäitajast. See tähendab et teoreetselt peaks tõkestama peegelduse lainepikkuse keskel ja vähendama peegelduse lainepikkusetes mis on keskmise punkti ümbruses.

Mitmekihiline häiretevastane kiht
Kasutusele võtta vaheldumisi muutuvaid kihte väikese murdumisnäitajaga nägu ränidioksiid ja suure murdumisnäitajaga materjal on võimalik saavutada peegelduse madalust kuni 0,1% üksikul lainepikkusel. On võimalik teha katseid, mis annavad väga vähe peegeldust üle suure pinna, aga need kalduvad väga komplekse ja kalli skaala poole.

Valguse neelamine
On olemas lisakategooria peegeldamisvastaseid katteid, mille nimeks on absorbing ARC. Need katted on kasulikud olukordades, kus suur valguse läbilaskevõime ei ole tähtis või soovitatav, aga väike tagasipeegeldamine on vajalik. On võimalik väike tagasipeegeldamise koos paari kihiga, ja tihti on võimalik toota odavamalt, ja suurema skaala peal kui standardsed mitte neelavaid pimestusvastase kihte. Absorbing ARC tihti võtab kasutusele imelikud optilised omadused ühend kilede toodetud atomisatsioonsadestamisega (sputter deposition). Titaani nitriit ja niobium nitriit on kasutatud absorbing ARCil tootmisel. Need ained on abiks kui rakendusel on vaja kontrasti parandamiseks või toonklaasi asendajaks.

Koi silm

Koi silmal on väga imelikud omadused. Koi silma pind on katetud naturaalse nanostruktuurse filmiga mis eemaldab peegeldusi. See aitab koil näha pimedas ilma peegeldustega mis annavad tema asukoha ära kiskjatele. Struktuur koosneb kuusnurkse mustri muhkudega. Iga muhk on umbes 200 nm kõrge ja nende vahed on 300 nm keskustes. Seda liiki peegeldumisvastane katte töötab seepärast et muhud on väiksemad kui lainepikkus nähtaval valgusel, see tähendab et valgus näeb pinda nägu pidev murdumisnäitaja õhu ja keskkonna vahel, mis vähendab peegeldust tõhusalt kõrvaldades õhu-objektiiv liidese. Praktiline peegeldusvastane film on tehtud inimeste poolt, kasutades selle saavutamiseks on vorm bioloogiline mimikri.

Teooria

Seal on kahte erinevat sorti optilise efektide tekitajaid katte pärast, tihti nimetatud "thick film" ja "thin film" efektid. "Thick film’s," paksu filmi efektid tekkivad seepärast et erinevus murdumisnäitaja katte kihtide vahel. Kõige kergemalt öeldud, õhu, katte, ja klaasi vahel. Paksu filmi katte ei sõltu pasksuses, nii kaua kui paksus on paksem kui valguse lainepikkus. "Thin film’s," peenikese filmi efektid tekkivad kui katte paksus on umbes sama kui neljandik valguse lainepikkuseset. Selles olukorras ühtlase valgusehallika peegeldused saab lisada hävitataval viisil, mistõttu peegeldused vähenevad eraldi mehhanismi abil. Lisaks on sõltuvalt filmi paksuses ja valguse lainepikkuse, peenikese filmi katted sõltuvad mis kraadi alt valgus lööb kattetud pinda.

Peegeldus

Kui valguskiir liigub ühest keskkonnast teise, mingi osa valgusest on peegeldatud pinnast kahe keskkonna vahele. Seda saab vaadelda näiteks kui vaatad läbi akna. Kus peegeldus on ees ja tagapool akna pinnal näha. Peegelduse tugevus sõltub murdumisnäitajatega kahe meedia, samuti nurk pinna valguskiirega. Täpse väärtuse saab arvutada Fresneli valemiga. Kui valgus tutvub häirivust normaalses esinevuses, valguse intensiivsus on peegeldatud on kajastatud peegelduse koefitsiendiga R.

R=((n-ns)/n0+ns))2
 
n0 ja ns on murdumisnäitajatega esimese ja teise media. R`I väärtus on võib-olla 0 kuni 1 ja on tavaliselt kirjeldatud protsentina. Täienduseks R on suundläbistustegur või läbistustegur, T. Kui neeldumine ja hajumine on tähelapanuta jäetud, siis väärtuse T on alati 1-R. Seega, kui lähitule valgustugevuse I intsidenti pinnal, tala intensiivsusega RI peegeldub ja valgusvihuks intensiivsus TI on edastatud arvesse keskkonnas. Lihtsustatud olukorras kui valgus liigub õhust kuskile tavalisse klaasi, väärtus R on 4% ühel peegeldusel. See tähendab et kõige rohkem võib valgust 96% päriselt klaasi sisse lasta, ja ülejäänud on peegeldatud pinnast. Valgus mis on peegeldanud on nimeks saanud "reflection loss," või peegelduse kaotus. Keerulises stsenaariumis kui on olemas mitmeid peegeldusi, naiteks kui valgus liigub läbi klaasi aga on peegeldatud tagasi mõlemast õhust klaasi ja teiselt poolt klaasi tagasi õhku. Kaotuse suurus on sama mõlemas olukorras. Valgus võib ka põrgata ühest pinnast teisse mitmeid kordi, mistõttu on osaliselt kajastatud ja osaliselt edastatud igal korral, kui ta seda teeb. Kõigil, kombineeritud peegelduse koefitsient on antud 2R/(1+R). Klaas õhus, see on umbes 7,7%.

Thin Film teooria lähemalt

Peenikene film on materjali kiht mille paksus on nanomeetrites. Kui valgus lööb filmi pinda ta on läbilastud või peegeldatud tagasi ülevale pinnale. Valgus mis on läbilastud jõuab allpoolse pinnale ja võib uuesti tagasi peegeldada või läbilasta. Fresneli valemid annavad väga hea arusaadavuse kui palju valgust läbilastakse või peegeldub igal liidesel. Alt ja ülevalt pinnalt peegeldatud valgused kindlalt häirivad üksteist. Konstruktiivse või destruktiivsete häired kahe valguse laine vahel sõltub erinevus nende faasides. See erinevus sõltub filmi kihi paksusest, filmi murdumisnäitaja ja filmi langemisnurga algsest lainest. Lisaks, kui faasinihe on 180 kraadi võib kehtestada peegelduse piiris sõltuvalt materjali murdumisnäitaja mis võib tekkida kummalgi poole piiril. See faasinihe tekib siis, kui murdumisnäitaja keskkonna milles valgus liigub läbi on väiksem kui refraktsioon mis materjali puutub. Valguse muster mis tuleneb käesoleva sekkumisega võib ilmuda kas hele ja tume lindina või varvilise lindina sõltuvalt langeva valguse allikast.

Rakendused

Peenikesi filme on võimalik kommertselt kasutada pimestamisvastastel kattetel, peeglit ja optikal filtritel. Neid on võimalik inseneerida et kontrollida valguse peegeldus või valguse läbilastud summat mingil pinnal antud lainepikkusel. Fabri-Perot' etalon kasutab ära võimalust peenikese filmi häirimisel et valida milliseid valguse lainepikkuseid on võimalik läbi lasta mingist seadest. Need filmid on loodud pinnakatmisprotsessidel kus materjal lisatakse substraadi kontrollitud viisil. Meetodid hõlmavad keemilise aurustamise-sadestamise ja erinevate füüsikalise aurustamise-sadestamise meetoditega. Peenikest filmi leidub ka looduses. Paljud loomadel on koe taga võrkkest, Tapetum lucidum, et aitaks valgust korjata. Peenikese filmi efektide häireid on ka võimalik näha naftaeostuses ja seebi mullides. Ellipsgeomeetria on tehnika, mida kasutatakse sageli peenikese filmi omaduse mõõtmisel. Tüüpilises ellips geomeetria eksperimentil polariseeritud valgus peegeldub filmi pinnalt ja mõõdetakse detektoriga. Keerulise heleduse suhe p on siis mõõdetud. Mudeli analüüs läheb läbi selle teabe. Kindlaksmääramisel kasutatakse filmi kihi paksuse ja murdumisnäitajat.

MacBook Pro pimestamisvastane ekraan

Appel'i MacBook Pro 15" ja 17" pakub vahelduseks läikivale ekraanile ka pimestamisvastast ekraani. See resolutsiooniga (1680×1050 pikslit) pimestamisvastane ekraan on lisavalik, mille valimisel tuleb lisaks maksta 150 USA dollarit.

Viited 

Materjaliteadus
Optika