全光线透过率与雾度的区别——如何判断光学树脂的透明度

基础知识

全光线透过率与雾度的区别——如何判断光学树脂的透明度

透明材料的产品目录中通常会并列标注“全光线透过率”和“雾度”两个数值。二者都是表示透明度的指标,但含义并不相同。即使透过率相同,雾度值不同也会让外观呈现完全不同的效果。本文将从规格、测定、数值到设计层面的解读,梳理这两项指标的区别。

📌 三行速览摘要

全光线透过率是通过的光量,雾度是其中被散射成分所占的比例

两者的规格分别独立规定:全光线透过率依据JIS K 7361-1:1997,雾度依据JIS K 7136:2000

未达到100%的部分来自表面反射、吸收与散射。未标明板厚的数值不具备比较意义

什么是光透过率?全光线透过率与雾度的区别

光透过率:表示“光能通过多少”的总称

光透过率是表示入射光中有多少通过的比例的总称。眼镜和汽车贴膜领域使用“可见光透过率”,树脂物性表中则使用“全光线透过率”。

全光线透过率是通过光的总量

全光线透过率是指垂直入射样品的光中,透过光的总量占入射光的比例,定义为平行透过光与扩散透过光之和(JIS K 7361-1:1997)。

雾度是发白浑浊的程度

雾度将透过透明介质后图像发白浑浊的程度加以量化,也称为浑浊度。

按定义,雾度以扩散透过率除以全光线透过率所得值的百分比表示。扩散透过光是指相对入射光前进方向偏转0.044rad(2.5度)以上、向前方散射的光(JIS K 7136:2000)。

四项指标的关系

全光线透过率——平行透过光与扩散透过光之和

平行光线透过率——仅平行透过光

扩散透过率——仅扩散透过光

雾度——扩散透过率在全光线透过率中所占的比例(%)

因此,即使全光线透过率同为90%,雾度为0.3%与3%时的外观也会有很大差异。前者呈现清晰的透过图像,后者则呈现发白浑浊的透过图像。

全光线透过率与雾度的测定方法与规格

两者依据不同规格测定

即使使用同一台仪器测定,其依据的规格也不相同。

指标JIS对应ISO适用范围
全光线透过率JIS K 7361-1:1997依据ISO 13468-1:1996透明且近乎无色。厚度10mm以下。含荧光物质的材料不在适用范围内
雾度JIS K 7136:2000依据ISO 14782:1999透明且近乎无色。雾度值40%以下

出处:JIS K 7361-1:1997、JIS K 7136:2000

JIS K 7105曾对两项指标进行统一规定,但该规格已废止,现行做法是将二者作为独立规格分别运用(日本电色工业)。ISO方面也经过修订,现行版本为ISO 13468-1:2019及ISO 14782:2021。在确定规格时,须连同年份一并引用。

用积分球与雾度计测定

要捕捉散射光,需将试样紧贴内壁为白色的球体(积分球)。光在球体内壁经多次反射后被积分,再导入受光元件,因此不会遗漏散射光(岛津制作所)。

测定仪器称为雾度计,可一次性测定全部四项指标。试样宜为直径50~60mm的圆形,且至少测定3片(JIS K 7361-1:1997)。

比较测定值时的三点注意事项

统一板厚——厚度越大,吸收与散射越强,因此未标明板厚的数值无法比较

统一规格——已废止的JIS K 7105与现行规格之间存在数值差异

留意仪器间差异——现行规格通过“补偿孔径”修正了积分球效率的变化(日本电色工业)

主要材料的全光线透过率与雾度

主要材料一览表

表中仅列出已确认板厚与测试规格的官方数值。

材料(产品示例)全光线透过率雾度折射率nd板厚测试规格
PMMA93%0.3%1.493mmJIS K7361-1、JIS K7136
PC薄膜90.3%1.5850.25mmISO 13468-1
PC片材90%以上低于1.0%2.0mmISO 13468-1、ISO 14782
COP92%1.535~1.536未标明未标明
PS1.590~1.600
玻璃(浮法平板玻璃)约1.52
特殊PC(Iupizeta® EP)1.616~1.671

出处:三菱化学Acrypet、帝人 Panlite光学级、日本瑞翁ZEONEX与ZEONOR、三菱工程塑料Iupilon与Novarex物性数据、平板玻璃的一般性质、Iupizeta® EP产品信息

阅读该表时的注意事项

各材料间的板厚与测试规格并不统一,因此严格意义上的横向比较并不成立。

“−”表示未能确认官方公布数值的项目。折射率的测定规格为JIS K 7142、ISO 489。

关于各类材料的比较,请参阅我们另一篇相关文章。

透过率无法达到100%的三个原因

表面反射:入射与出射两端必定有部分光被反射回去

光在折射率不同的界面处会有部分发生反射,这称为菲涅尔反射。即使材料不含浑浊或吸收成分,透过率也无法达到100%。折射率约1.5的玻璃,单面约反射4%,两面合计约反射8%(岛津制作所、平板玻璃的一般性质)。

一般而言,材料折射率越高,表面反射越强。未做镀膜处理时透过率的理论上限也会随折射率升高而降低,这并非源于材料本身的浑浊。

这种反射损耗可通过增透(AR)镀膜大幅降低(岛津制作所)。因此在光学设计中,应以镀膜后光学系统的透过率进行评估,而非仅看材料本身。

吸收:分子结构导致特定颜色被吸收

吸收是指因分子结构而导致特定波长的光被吸收的现象。当短波长一侧(蓝色区域)被选择性吸收时,透过光会略带黄色。

散射:光遇到光学性异物而发生散射

散射是指光入射到折射率不同的光学性异物上、导致前进方向发生改变的现象。其成因包括材料内部的异物、气泡、结晶颗粒,以及表面凹凸。即使不伴随吸收也会呈现发白浑浊,雾度正是测定这一散射成分的指标。

需要注意的是,ISO 14782中有一条注记:在磨损面或哑光面上,雾度的计算值会低于真实值。

光学设计实务中如何看待透过率

内部透过率与全光线透过率是不同的量

光学玻璃的产品目录数值以排除表面反射的“内部透过率”标注(HOYA)。而树脂的“全光线透过率”则包含表面反射。将二者并列比较并得出“玻璃更透明”的结论,不过是在比较定义不同的数值。比较材料本身的固有性质时应使用内部透过率,评估部件的实际透光量时则应使用全光线透过率。

透过率取决于整个光学系统,而非单片镜片

镜头由多片镜片叠加构成。每片镜片有两个表面,因此反射造成的损耗会随表面数量增加而累积。反射光会成为杂散光,也可能导致鬼影和眩光。

雾度会因成型和使用环境而恶化

即使材料本身雾度较低,成型为部件后也可能恶化。原因包括成型时树脂分解导致的银纹(银丝)、模具与脱模状态,以及耐热性不足导致的变形等。

关于相关指标,以下各篇文章有详细说明。

什么是热分解?什么是玻璃化转变温度 Tg?

仅凭透过率与雾度无法决定画质

透过率影响亮度,雾度则会降低对比度。除此之外,双折射也是影响画质的因素。双折射是指光线透过具有各向异性的物质时,因偏振方向不同而分裂为两条折射光的现象。除了造成图像模糊外,还会表现为重影或干涉条纹,但既不体现在透过率中,也不体现在雾度中。色彩模糊的程度还与阿贝数有关。

关于双折射与阿贝数,以下各篇文章也有说明。

什么是双折射?什么是阿贝数?

面向光学用途的特殊聚碳酸酯Iupizeta® EP

面向光学用途、追求透明性的特殊PC

三菱瓦斯化学的Iupizeta® EP是为光学用途开发的光学材料,主要由特殊聚碳酸酯树脂构成。其特长为高折射率、低双折射与高耐热性,官网还提及了高透明性与高加工性。通过200余种单体的组合,还可根据所需特性进行定制。

有关Iupizeta® EP的详细信息,请参阅以下内容。

Iupizeta® EPMGC产品信息

特长与预期用途

相对于普通PC 1.58的折射率,其折射率范围为1.616~1.671。阿贝数为19.2~25.8,玻璃化转变温度 Tg 为140~145℃。预期用途包括智能手机摄像头、AR/VR设备、车载摄像头、HUD(平视显示器)等。

需要说明的是,全光线透过率与雾度的实测值尚未公开。

关于相关指标,以下各页面有详细说明。

最新开发动态:高折射率Iupizeta® EP产品信息

总结

解读数值时的要点

全光线透过率表示光量,雾度表示光的散射程度。未达到100%的部分分别来自表面反射、吸收与散射。比较数值的前提是统一板厚与规格。在光学用途中,应以镀膜后光学系统的透过率作为判断依据。

关于Iupizeta® EP

Iupizeta® EP是三菱瓦斯化学面向光学用途的特殊聚碳酸酯树脂,具有折射率1.616~1.671、阿贝数 19.2~25.8、Tg 140~145℃等级的产品线。

如需详细的物性数据、样品提供或协助选型,欢迎通过官方网站的咨询表单随时与我们联系。

Iupizeta EP官方网站


本文中部分图片与文字使用了生成式AI辅助制作。

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