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Ultraviolett-Filter
Es ist bekannt, als Lichtfilter lichtabsorbierende Substanzen zu verwenden, die in dünner Schicht auf Trägerunterlagen, insbesondere aus Glas, durch Vakuumverdampfung oder Kathodenzerstäubung aufgebracht werden. Die Möglichkeit, auf diesem Wege für ein vorgegebenes Wellenlängengebiet ein brauchbares Absorptionsfilter zu erhalten, hängt davon ab, ob zur Verdampfung oder Kathodenzerstäubung geeignete
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reich möglichst stark, in den übrigen Bereichen dagegen möglichst wenig absorbieren. Für das ultraviolette Spektralgebiet ist es bekannt, auf Unterlagen aufgebrachte UV-absorbierende SiliciumSchichten zu verwenden, deren Dicke gerade so gewählt ist, dass das sichtbare Licht noch hinreichend hindurchgelassen wird.
Man ist hiebei zu einem Kompromiss gezwungen, weil die Absorptionskurve des Siliciums nicht so steil verläuft, dass man grosse Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich mit starker Absorption im Ultraviolettbereich in wünschenswertem Ausmass in ein und demselben Filter vereinigen könnte. Als Folge der selektiven Absorption des Siliciums im sichtbaren Bereich ergibt sich eine unerwünschte Gelbfärbung des Filters. Dieselben Mängel zeigen auch andere für UV-Absorptionsfilter bisher verwendete Schichtsubstanzen, z. B. das Kondensat, das man erhält, wenn man ein Gemisch von Quarz und metallischem Silicium verdampft und die entstehenden Dämpfe auf Glasunterlagen niederschlägt.
Die Erfindung betrifft UV-Filter, welche ohne nennenswerten Farbstich hergestellt werden können, und die das ultraviolette Licht unterhalb 360 mir schon mit dünnen Schichten weitgehend absorbieren. Erfindungsgemässe Filterschichten lassen sich fast durchwegs leicht aufdampfen, sind hart und abriebfest und gegen Witterungseinflüsse beständig. Sie brauchen nicht durch eine Schutzschicht oder ein Deckglas gegen mechanische Beanspruchungen geschützt zu werden.
Bei dem UV-Filter nach der Erfindung ist auf einer Trägerunterlage eine harte und haftfeste dünne Schicht angeordnet, die Cer oder eine CerVerbindung als Bestandteil aufweist.
Das UV-Filter nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht (ausser dem oben erwähnten Cer oder einer Cer- V el1bindung) wenigstens ein weiteres metallisches Element frei oder als Oxyd gebunden enthält. Solche Filterschichten ergeben bei guter Durchlässigkeit im Sichtbaren überraschend gute UV-Absorptionseigenschaften und die andern oben genannten Vorteile. Nachstehend werden an Hand von Beispielen einige erfindungsgemässe Filter beschrieben und gleichzeitig nützliche Hinweise für d- ren Herstellung gegeben.
Um ein gutes UV-Filter zu erhalten, kann man aus einem kleinen beheizbaren Tiegel in einer Vakuumverdampfungsanlage ein pulverförmiges gepresstes Gemisch, bestehend aus CeO2 und Si02 in einem molekularen Mengenverhältnis von un-
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soll man darauf achten, dass die SiOg-und CeOg- Pulver zu einem innigen Gemisch vermengt, in das Verdampfungsschiffchen gebracht werden. Auf diese Weise erhält man gleichmässige Schichten. Sie absorbieren bei einer ungefähren opti-
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( : bezogengebiet praktisch vollkommen und lassen gleich- zeitig das sichtbare Gebiet von 400-800mut praktisch ohne nennenswerte Absorption hin- durch. Ein Farbstich ist nicht zu bemerken.
Es wird vermutet, dass, wenn bei der Aufdampfung der Filterschichten von den in diesem Beispiel genannten Ausgangssubstanzen ausgegangen wird, sich als Schichtkondensate Verbindungen (Cersi- likate ?)'bilden, welche die eigentlich wirksamen Träger der UV-Absorption sind.
Weitere Untersuchungen haben aber interessanterweise gezeigt, dass'es nicht notwendig ist, gerade Ce02 zu verwenden. Man kann andere Cerverbindungen oder auch bloss metallisches Cer zusätzlich mit wenigstens einem weiteren freien oder als Oxyd gebundenen metallischen Element
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als Schichtsubstanzen benützen. Als solche zusätz- liche Schichtsubstanzen eignen sich insbesondere
Silicium und dessen Verbindungen sehr gut. Aber auch andere Metalle, insbesondere der zweiten bis sechsten Haupt- oder Nebengruppe des perio- dischen Systems, wie Mg, Ca, Zn, Cd, Al, In,
Ti, Zr, Sn, Pb und Bi bzw. deren Oxyde ergeben gute Resultate.
Dies zeigt, dass die UV-Filterwirkung der er- findungsgemässen Schichten nicht etwa bloss auf einen Gehalt an Silicium zurückzuführen ist, denn die bekannten reinen Silicium- oder Silicium- oxydfilter sind trotz der höheren Konzentration an Silicium in der Schicht nicht so günstig.
Zweckmässigerweise wird auf Filterschichten, welche im Sichtbaren noch ein relativ hohes Re- flexionsvermögen aufweisen, noch eine weitere
Schicht mit niedrigerer Brechzahl, z. B. Si02 angeordnet und also eine Schichtkombination er- zeugt, welche als Reflexionsverminderung wirkt, so dass für das Sichtbare ein niedriges Reflexions- vermögen zustandekommt.
Sehr brauchbare Filter ergeben sich auch mit
CeO2 und CrO,. Dieses Gemisch gibt einerseits eine starke Absorption im UV, anderseits aber auch im Sichtbaren erhebliche Absorption, die je nach Zusammensetzung der Mischung wunsch- gemäss kleiner oder grösser gehalten werden kann.
So ergibt eine Zusammensetzung von einem Teil Ce02 und einem Teil Cr20S bei einer gesamten optischen Schichtdicke von A/2 bereits im Sichtbaren eine mittlere Absorption von 70/a. Während im allgemeinen zwar im Sichtbaren absorptionsfreie UV-Filter gewünscht sind, ergeben die letztgenannten Schichten die Möglichkeit, Brillengläser und ähnliche optische Geräte für subjektive Beobachtung mit im Sichtbaren absorbierenden Schutzbelägen auszustatten, die gute UVFilter sind.
Dasselbe kann auch mit an sich im Sichtbaren nicht absorbierenden UV-Filterschichten nach der Erfindung erreicht werden, wenn sie ausser den Schichtsubstanzen zur Erzielung der UV-Filterwir'kung noch weitere Substanzen mit lichtabsorbierender Wirkung im sichtbaren Bereich, beispielsweise Metalle wie Cu, Ag, V, Mn, Fe, Cr und Ni u. dgl. enthalten.
Oft hat es sich als zweckmässig erwiesen, die Schichten während des Aufbringens oder nachträglich zu erhitzen, um eine besonders steile Absorptionskante zu erzielen. Gelegentlich ist es auch vorteilhaft, die aufgedampften Schichten einer Temperaturbehandlung in Sauerstoff zu unterwerfen. Man erreicht dadurch noch grössere Haftfestigkeit und Abriebfestigkeit, insbesondere aber kann auf diese Weise oft auch die geringe sonst noch vorhandene Restabsorption im Sichtbaren oder eine manchmal störend hohe Reflexion der Filterschicht ohne Beeinträchtigung des UV- Absorptionsvermögens beseitigt bzw. herabgesetzt werden. Zu ähnlichen Ergebnissen führt auch das Aufdampfen der Ausgangssubstanzen in aktiven Gasen, vornehmlich in Sauerstoff bei Drücken
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ben ist).
Wenn die erfindungsgemässen UV-Filter serien- weise mit stets genau gleichen Eigenschaften her- gestellt werden sollen, ist es, wie bekannlich bei allen Fabrikationsverfahren der Technik dünner Schichten, notwendig, die Herstellungsbedingun- gen jeweils genau konstant zu halten. Bei der Herstellung durch Aufdampfen hat man es in der Hand, durch Änderungen der Verdampfungs- temperatur, des Druckes (bzw. der Restgasatmo- sphäre in der Aufdampfanlage), des Mischungs- verhältnisses der Schichtkomponenten und der Schichtdicke gewünschte Änderungen der Absorp- tion und Reflexion der Filterschicht herbeizufüh- ren.
Es lassen sich leicht erfindungsgemässe UV-Ab- sorptionsfilter erzielen, die bei einer Wellenlänge
0 von 3500 A eine Durchlässigkeit von höchstens
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weisen. Eine solche Steilheit der Absorptionskante wird durch Glasfilter nur mittels unbequem grosser Glasschichtdicken erreicht, weil bei einer Konzentration des absorbierenden Mittels, die einen gewissen Höchstwert überschreitet, keine klaren Glasschmelzen mehr zu erhalten sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. UV-Filter, bei welchem auf einer Trägerunterlage eine harte und haftfeste dünne Schicht angeordnet ist, die Cer oder eine Cerverbindung als Bestandteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht wenigstens ein weiteres metallisches Element frei oder als Oxyd gebunden enthält.