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COC/COP既轻且透,AR/VR光学镜片优选
AR/VR/MR被公认为下一代计算平台。AR即增强现实,在真实的环境上实时叠加虚拟信息;VR即虚拟现实,模拟一个三维空间的虚拟世界,给人身临其境之感;MR包括增强现实和增强虚拟,在合并现实和虚拟的可视化环境可实时互动。




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AR/VR/MR头戴式显示器显示效果的实现,对提供视觉体验的光学透镜也提出了高要求,光学设计和材料选择缺一不可,以往出于透光率考虑,光学透镜多采用玻璃透镜来提高透光率,降低图像伪影,而在轻量化和小型化趋势下,光学塑料开始逐渐取代玻璃。光学透镜对塑料提出的要求有:透光率、折射率、阿贝数、双折射、耐热性、耐腐蚀及加工工艺等,对表面耐磨性、抗冲击强度也都有要求,COC/COP不失为一个好的选择。





一、COC/COP材料介绍



COP(环烯烃聚合物)和COC(环烯烃共聚物)是具有环状结构的非晶性透明高分子材料,具有非常优越的光学特性,同时在透明烯烃聚合物中拥有最高折射率及低双折射率(应力),可取代传统玻璃、PMMA和PC,满足小型/轻量的光学设计需求。

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图片来自中信证券


1. COC材料



COC是由降冰片烯或者降冰片烯衍生物与乙烯加成聚合生成的。主要为日本宝理、三井和JSR供应。

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宝理Topas COC 结构式


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COC非球面透镜 图源:广东明阳光学科技有限公司

COC性能特点:

1、COC具有与PMMA相匹敌的光学性能以及高于PC(聚碳酸酯)的耐热性;
2、耐磨性:耐磨性(跟分子量成正比)居塑料之冠,并超过某些金属(砂浆磨耗测试装置);
3、自润滑性:摩擦系数0.05~0.11,在水为润滑剂的情况下为PA6的1/2;在无润滑剂的情况下仅次于PTFE;
4、耐化学药品性:20℃~80℃能耐80多种溶剂,而且无任何反常现象;
5、冲击能吸收性:冲击能吸收值在所有塑料中,因而噪声阻尼性很好;
6、极低的饱和吸水率:0.01%,具有比PMMA和PC更加优良的尺寸稳定性
7、超低温使用:能在-80℃的环境下长期使用

三井APEL® COC材料的主要用途


2. COP材料



COP是由具有较大环张力的环烯烃单体通过开环异位聚合(ROMP)后,再对其中的不饱和双键进行氢化得到的一类聚合物,COP材料主要为日本瑞翁ZEONEX®。



COP自由曲面镜片 图源:广东明阳光学科技有限公司



COP性能特点:

1、可媲美玻璃的光学特性。ZEONEX 环烯烃聚合物 (COP) 的折射率为 1.53,阿贝数为 56,它结合了玻璃的光学特性和塑料的设计自由度。
2、低双折射率。
3、低吸湿性、高温环境稳定性。ZEONEX COP的吸水率 <0.01%, 明显低于聚碳酸酯 (PC) 和丙烯酸聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)。使用 ZEONEX 环烯烃聚合物 (COP) 制成的镜片尺寸稳定,并且在暴露于不同湿度环境后光学性能的变化很小。
4、蓝光和近红外激光能力。某些等级的 ZEONEX COP对长期暴露于蓝光和 NIR 波长具有良好的耐受性。
5、成型精度高。



二、材料供应商


1. 三井化学



www.mitsuichemicals.cn

三井化学株式会社成立于1997年,2003年10月,三井化学与住友化学两大综合化学公司宣布合并,成为全球第五大的化学公司。主要从事基本石化原料、合纤原料、基础化学品、合成树脂、化学品、功能性产品,精细化学品等业务。


APEL™ 是一种由三井化学利用齐格勒聚合技术开发的环烯烃共聚物 (COC),1995年开始生产,2021年表示将通过建立新工厂,将APEL的产能提高约 50%。未来的计划是通过捕捉汽车摄像头、头戴式显示器和医疗行业等应用的新需求来进一步发展 APEL 业务。

产能:6400吨。


2. 日本宝理



polyplastics-global.com

宝理塑料株式会社成立用户1964年,由塞拉尼斯和大赛璐合资成立,2020年,宝理成为大赛璐全资子公司,主要经营包括POM、PBT、PET、LCP、PPS、COC等聚合物及塑料的制造销售,总部位于日本,在中国上海、香港、台湾、南昌等地都设有分部。




2005年宝理塑料收购德国赫斯特集团的Topas业务进入COC业务,产品为TOPAS。TOPAS® COC是一种基于的茂金属催化剂技术的高品质和高纯度非晶性环状树脂。具有出色的水蒸汽阻隔性、耐化学性和安全性,从质量标准严格的医疗、药品、包装,到电子零部件,在广泛的领域发挥着作用。

产能:3万吨


3. 日本瑞翁



www.zeonex.com

ZEON CORPORATION 是生产特种弹性体、聚合物和特种化学品的世界领先企业、在亚洲、北美和欧洲运营全球工厂网络。ZEON Corporation 的综合销售额超过 31 亿美元,利用其在 C4 和 C5 化学方面的专业知识提供范围广泛的产品。





ZEON 于 1999 年将 ZEONEX ® COP商业化,ZEONEX® 是一种工程光学树脂,可提供出色的光学性能,包括高透明度、低双折射、低吸水率和良好的耐热性。ZEONEX® 非常适合光学元件,包括 F(theta) 镜头、数码和手机相机镜头/棱镜、AR/VR 镜头、军事和诊断成像光学元件。

产能:4.16万吨


4. 日本JSR



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www.jsr.co.jp

成立于1957年的日本JSR致力于合成橡胶、合成树脂等石化产业,并以石油化学为基础拓展至显示器、电子与光电材料产业领域。


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1997年JSR千叶工厂量产ARTON COC聚合物,作为新世代光学材料,ARTON在光学用途上非常广泛,例如:手机镜头镜片、数字相机镜头镜片、汽车用LED镜片、精密光学镜片、光学薄膜、导光板、前光板、特殊光片盘、DVD和CS光学读取镜片、塑料光钎等多用途领域,是一种可取代玻璃的高性能、高耐热和光学级工程材料。

产能:5000吨。


5. 中国阿科力



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www.chinaacryl.com

阿科力是目前国内唯一具备COP/COC生产原料光学级环烯烃降冰片烯量产5000吨的企业,核心技术为桥形降冰片烯的合成。无锡阿科力科技股份有限公司成立于1999年,自创建以来,开发了可用于卷材涂料用树脂、电子覆铜板用树脂、转移印刷用树脂、光学级聚合物材料用树脂、风力发电叶片专用树脂等诸多领域的高分子材料产品。



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