楊 慧，2 賈云玲 鞠 晶

(1.北京大學，北京 100871；2.首都醫(yī)科大學，北京100069)

圖1 側光型白色反射膜結構示意圖

目前液晶顯示器向輕薄化、低能耗的方向發(fā)展，人們試圖將側光型背光源用于較大的液晶顯示器。但是側光型背光源有亮度不均的弱點。表面帶有凸起的白色反射膜可起到改善液晶背光源亮度不均的作用[1-3]。該薄膜為高分子聚合材料，具有三層結構，如圖1所示。該材料底層為聚丙烯酸樹脂，中間層為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)發(fā)泡基材，表層的樹脂層表面為包含有球狀粒子涂布層，球狀粒子可為尼龍樹脂等有機球狀粒子或二氧化硅等無機顆粒。球狀粒子形成凸起的高度要求在15～60μm之間[1、2]。該材料結構特點為：質地較軟，中間基材有孔隙，表層均勻分布著形態(tài)多樣、大小不一、高度不等的凸起。

反射膜表面凸起的高度是改善光源亮度不均問題的關鍵所在[1-3]，測定凸起的高度是評價該膜性能的重要指標，是界定專利產品的重要表征，也是專利訴訟糾紛的重要參考和評判依據。目前國內沒有相關測定標準，尚且沿襲日本的測定方法[1，2]。該方法使用日本MICROTOME研究所(株)制造的旋轉式切片機對樣品橫斷面垂直切片，用體視顯微鏡配合判斷凸起顆粒的高度。旋轉式切片機是在20世紀二十年代開始應用于制備半薄切片樣品的設備[3]，該設備沒有聯機體式顯微鏡，最薄切片厚度為1μm[4]。目前的超薄切片技術和儀器水平已經遠遠超過了專利標準制定時的水平。例如，LEICA超薄切片機具有4個不同方向LED光源和10～64倍可調節(jié)的體視鏡，切片可精確到納米級別[5]。目前超薄切片技術已被廣泛應用于生物領域、材料領域超薄切片樣品制備[6、7]，可以實現在切片過程中對樣品進行實時觀察。因此，應用新設備和新技術對這種薄膜材料表面凸起進行定點切割可以做到更加準確和可控，對反射膜的表面凸起高度和薄膜厚度進行表征，指導樣品改進生產工藝等具有重要的意義。

1 日本專利實驗方法

在反射膜樣品上隨機選擇5處(2mm ×2mm范圍)進行觀察，選擇該范圍內最高的突起。用日本MICROTOME研究所(株)制造的旋轉式切片機對測試樣品進行定點切割，切刀傾斜角度為3度，并沿與薄膜平面垂直的方向進行切割，切割過程中借助顯微鏡觀察以判斷是否切到凸起最高點。切割完成后，用TOPCON公司制造的掃描電子顯微鏡ABT-32觀察和拍攝截面照片。測量5個凸部的最大高度H，以及5個樣品凹部的最小高度h，分別作差(H-h)，該差值的平均值即是該樣品在一個面上凸起的最大高度[1，2]。測量方法示意圖見圖2。

圖2 薄膜樣品最高凸起與最凹部位的測量方法示意圖

2 改進方法

根據材料特性和制樣要求，參考日本專利方法，本實驗室采用LEICAEM UC6超薄切片機進行樣品制備。

2.1 樣品準備

樣品由金杜律師事務所提供。依據專利要求，隨機選取10個不同位置，將測試樣品用鋒利的刀片或剪刀剪裁成“凸”字型，示意圖如圖3所示。寬大的基底便于樣品夾穩(wěn)定夾持，形狀呈梯形使樣品在切割過程中不易發(fā)生變形[8]。在前端隨機選取2mm×2mm區(qū)域，用極細Marker筆標出范圍。

圖3 用于制備的樣品示意圖

2.2 突起觀察及確定樣品最高凸起位置

依據專利要求，隨機選擇樣品在LEICA EM UC6超薄切片機體視顯微鏡下放大10倍觀察樣品表面(水平位)，目測比較凸起尺寸大小，重點關注區(qū)域內尺寸較大的幾個凸起。將樣品夾順時針轉動90度，于垂直位觀察凸起高度，找到一個或幾個感興趣的凸起(如圖4所示)。將垂直位樣品夾逆時針旋轉3度，在放大64倍的體視鏡下觀察感興趣的凸起，經多角度反復比較最終確定一個最高凸起。用極細Marker筆對最高凸起進行標記。

圖4 在光學顯微鏡下觀察樣品表面凸起

2.3 對樣品進行定點切割

切片刀使用LEICA EMKMR2 制刀機制作的玻璃刀，刀座間歇角設置為3度。將樣品含有凸起的平面調整至垂直于刀的位置。調整樣品即將要切割的橫截面與和刀的角度，使二者完全垂直，橫截面上、下兩條邊與刀鋒平行。調整好樣品和刀的位置后開始定點切割，根據標記好的目的凸起位置和刀的相對距離設定切割模式和速度，例如：凸起的位置距離可以切割到的位置較遠，可以選擇自動修塊模式，切割速度設置為100mm/s，步長設置為500nm。邊修塊邊觀察，注意Marker筆標記的目的凸起的位置，當切割位置鄰近凸起時，停止修塊，調整切割速度和步長，分別設置為3mm/s，200nm，繼續(xù)切割，密切觀察目的凸起是否被切到，需要同時觀察樣品水平位，垂直位和傾斜角度凸起的形態(tài)、大小、和高度變化，直至在64倍體視顯微下觀察到樣品凸起的最高點為止。

2.4 噴金

為了增加樣品的導電性，對制備完成的樣品橫斷面(可以觀察到凸起最高點的面)進行噴金，所用離子濺射儀為日本電子JEOL Smartcoater, 工作電壓220kV, 濺射時間30s，金涂層厚度約為5nm。

2.5 掃描電鏡觀察和測量

對10個不同位置樣品制備完成后，在日本電子JEOL IT300掃描電鏡下進行觀察、拍照和測量。觀察和拍攝過程中使用二次電子探頭，工作電壓為10kV，測量結果如圖5所示。在掃描電鏡下觀察時發(fā)現，樣品橫截面三層結構完整，無形變，可以清楚地觀察到最高凸起縱切面。發(fā)現部分樣品在切割過程中凸起內的顆粒有脫落現象，突起內可以觀察到殘留的印記，有時可以在橫斷面上看到脫落的顆粒物。由于該樣品的凸起是一個較大區(qū)間，如15～60μm之間，故顆粒脫落對最高凸起測量的影響不大，而且根據對圖像測量和觀察可以確定，顆粒脫落后，該凸起基本仍是視野內最高處。對凸起進行最大高度H及最小高度h進行測量，分別作差、求平均值，即得到該樣品在一個面上凸起的最大高度為36.83μm。該平均值符合專利要求。測量值及結果見表1。

圖5 凸起高度測量A.掃描電鏡觀察可見樣品結構完整，根據專利要求對樣品凸起最高處和最凹處進行測量；B.凸起內的球狀微粒在切割過程中脫落，在顆粒脫落的情況下，該凸起仍是視野中最高的部位。

表1 凸起高度測量結果

3 注意事項

(1)樣品準備過程中注意操作輕柔，避免樣品產生折痕、擠壓變形或損傷突起等問題發(fā)生。

(2)反射膜最高的凸起的判斷需要提高體視顯微鏡放大倍數，結合傾轉90度和小角度傾斜后充分觀察確定。顯微鏡下，俯視觀察凸起表面可以清晰觀察到2mm× 2mm區(qū)域中所有凸起，可以通過目測判斷尺寸最大的突起，可為找到最高凸起提供幫助，但是難以確定尺寸最大的凸起就是最高的凸起。如圖4所示，凸起形狀不一，有的凸起可能有拉伸變形，有的凸起尺寸相似，均難以通過水平像凸起面積判斷其高度。超薄切片機配合高倍體視顯微鏡可以對樣品進行5個維度的平移和傾轉，通過精準觀察可獲得凸起尺寸和高度兩個的信息，這種方法對凸起最高點的判斷更為準確。

(3)切割時確保樣品所要觀測橫截面與刀峰垂直，即垂直于橫截面方向切割。否則將導致樣品切面各層厚度產生誤差，影響樣品最高值和最低值測量。使用LEICAEM UC6 超薄切片機，在背光燈下利用體式顯微鏡對刀，比較容易做到使樣品橫截面與刀峰完全垂直。

(4)定點切割過程中注意觀察。當切到接近最高凸起時，要注意密切觀察，甚至每切一刀都要在水平、垂直和傾斜3個角度充分觀察，以免切過最高點。

4 結論

旋轉式切片機是一種多年前用于制備半薄切片的設備。在制備反射膜這類樣品時主要存在兩方面缺點。缺點一是切片精度不夠。旋轉式切片機的精度約1μm，在確定凸起最高點時誤差較大。而LEICA EM UC6切片的精度可達1nm，在精度上提高1000倍，有著旋轉式切片機不可比擬的優(yōu)勢。缺點二是旋轉式切片機沒有配備體視顯微鏡，不能在切割過程中對樣品進行實時觀察，操作者需借用顯微鏡觀察樣品凸起，鄰近目標物時需要將樣品從切片機上取下來用顯微鏡觀察，確定是否到達最高點，觀察后再將樣品重新固定到切片機上。此種方法操作不便，并且在樣品反復被取下和固定過程中造成位置和角度的變化，導致定點切割的誤差。LEICAEM UC6超薄切片機配備體視鏡，可以很好避免上述問題的發(fā)生。因此，本改進方法是一種符合側光型背光源用白色反射膜專利要求的，操作更為簡便，結果更為準確的新方法。綜上所述，超薄切片技術是一種極具優(yōu)勢的制樣技術，然而在大多實驗室中卻只被應用于常規(guī)TEM超薄切片制備，在實際工作中應注意開發(fā)和拓展超薄切片技術的使用范圍，例如可嘗試在某些掃描電鏡樣品制備、定點切割樣品制備及原子力顯微鏡(AFM)樣品制備等過程中應用以最大程度開發(fā)儀器的使用潛能。