CN102498420A - 混合干涉涂层、灯及方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了具有通过物理汽相沉积过程提供的区域以及通过化学汽相沉积过程提供的区域的光干涉多层涂层。本文还公开了制造此类涂层以及包括透光外壳的灯的方法，透光外壳的表面的至少一部分提供有上述光干涉多层涂层。这类涂层在用于灯时可有利地为这类灯提供改进的能量效率。

Description

混合干涉涂层、灯及方法
技术领域
一般来说，本发明涉及光学多层涂层。具体来说，本文的一些实施例涉及具有通过物理汽相沉积过程提供的区域以及通过化学汽相沉积过程提供的区域的光学多层涂层。
背景技术
光干涉涂层(有时又称作薄膜光学涂层或滤光器)包括不同折射指数的两种或更多材料的交替层。某些这类涂层或膜已用于选择性地反射或透射来自例如紫外线辐射、可见光辐射和红外线辐射的电磁辐射谱的多种部分的光辐射。例如，光干涉涂层在灯行业通常用于涂敷反射镜和灯外壳。其中光干涉涂层是有用的一种应用是通过在透射由光源所发射的电磁谱的可见光的同时把由灯丝或电弧所发射的红外能量反射朝向灯丝或电弧，来提高灯的照明效率或功效。这减少了光源保持其操作温度所必需的电能量。
光干涉涂层一般包括两种不同类型的交替层，一个具有低折射指数，而另一个具有高折射指数。通过这两种具有不同折射指数的材料，能够设计能够沉积在灯外壳表面上的光干涉涂层。在一些情况下，涂层或滤光器透射从光源所发射的可见光谱区域的光(一般从约380至约780nm波长)，同时它反射红外光(一般从约780至约2500nm)。返回的红外光在灯操作期间加热光源，并且因此有涂层灯的流明输出显著大于无涂层灯的流明输出。
随着针对白炽灯和卤素灯的潜在能源规范的出现，开发和推行节能产品变得越来越重要。有鉴于此，已开发了改进的光干涉多层涂层及其制造方法，它们表现出增强的增益和能量效率。在一些先前的著作中，采用了低压化学汽相沉积(CVD)过程来制备用于灯的光干涉涂层(例如，见共同拥有的美国专利5,412,274)。在一些其它的先前著作中，有利地采用了物理汽相沉积(PVD)过程，如磁控管溅射过程。
还需要新的和改进的方法来开发和推行节能产品。
发明内容
本发明的一个实施例针对包含光干涉多层涂层的产品，该涂层具有通过物理汽相沉积过程形成的第一区域以及通过化学汽相沉积过程形成的第二区域。第一区域包括第一多个交替第一层和第二层，第一层具有较低的折射指数，而第二层具有比第一层更高的折射指数；并且第二区域包含第二多个交替第三层和第四层，第三层具有较低的折射指数，而第四层具有比第三层更高的折射指数。
本发明的另外的实施例针对一种灯，它包括具有表面的透光外壳以及光源，该外壳至少部分包围光源。为透光外壳的表面的至少一部分提供光干涉多层涂层，该涂层具有通过物理汽相沉积过程形成的第一区域以及通过化学汽相沉积过程形成的第二区域。第一区域包括第一多个交替第一层和第二层，第一层具有较低的折射指数，而第二层具有比第一层更高的折射指数；并且第二区域包含第二多个交替第三层和第四层，第三层具有较低的折射指数，而第四层具有比第三层更高的折射指数。
通过以下详细描述，将会更好地意识到本发明的其它特征和优点。
附图说明
现在参照附图更详细地描述本发明的实施例。
图1是根据本发明的实施例具有底部PVD区域和顶部CVD区域的产品的示意图。
图2是根据本发明的实施例具有底部CVD区域和顶部PVD区域的产品的示意图。
图3是根据本发明的实施例的图1的产品底部多层的示意描绘。
图4是根据本发明的实施例的图1的产品顶部多层的示意描绘。
图5是根据本发明的实施例的示范灯的示意描绘。
具体实施方式
根据实施例，本文公开了新型涂层和制作方法，对于形成较厚(例如，大于10微米)的光干涉涂层具有增加的效率。这些方法通常可利用CVD过程和PVD过程两者。根据本公开的实施例，可采用每个涂敷过程的有利方面，最小化每个过程有问题的方面。
如上所述，本发明的一个实施例针对包含光干涉多层涂层的产品，该涂层具有通过物理汽相沉积过程形成的第一区域以及通过化学汽相沉积过程形成的第二区域。第一区域包括第一多个交替第一层和第二层，第一层具有较低的折射指数，而第二层具有比第一层更高的折射指数；并且第二区域包含第二多个交替第三层和第四层，第三层具有较低的折射指数，而第四层具有比第三层更高的折射指数。通常，第一多个层中的交替第一层和第二层可在光谱上至少互相邻近，并还可互相物理邻近。此外，通常第二多个层中的交替第三层和第四层在光谱上至少互相邻近；这些层还可互相物理邻近。
一般来说，第一层和第三层可称为“低指数”层，并可在550nm处具有从约1.35至约1.7的折射指数。通常，这些低指数层可包括从陶瓷材料、耐火材料、硅、金属或准金属氧化物、金属或准金属氮化物、金属或准金属氟化物等中独立选择的材料。金属氟化物可包括MgF2之类的化合物。通常，这些低指数层可包括氧化硅，例如玻璃或石英或其它形式的非晶硅或结晶硅。最常采用的低指数材料是一种或多种形式的SiO2，因为它的低折射指数、低成本及有利的热属性。第一层材料可以与第三层材料相同，或第一层材料可以与第三层材料不同。
一般来说，第二层和第四层可称为“高指数”材料，并可在550nm处具有从约1.7至约2.8的折射指数。通常，此类高指数材料可包含折射指数高于第一层和第三层的任何材料。许多耐火材料适合用作高指数材料。通常，此类高指数材料可从包含Ti、Zr、Hf、Nb、W、Mo、In及Ta等的组中选择的一种或多种金属的一种或多种氧化物(或混合氧化物)中独立选择。第二层材料可以与第四层材料相同，或第二层材料可以与第四层材料不同。第二层和第四层的组成可包括(例如)：(1)两种或更多此类金属氧化物的物理混合物；或(2)可包括混合金属氧化物和另一种金属氧化物的物理混合物；或(3)除其它可能性外可包括组中至少两种金属的混合金属氧化物。可能的具体示例可包括NbTaX氧化物，其中X从由Hf、Al和Zr组成的组中选取；或NbTiY氧化物，其中Y从由Ta、Hf、Al和Zr组成的组中选取；或TiAlZ氧化物，其中Z从由Ta、Hf和Zr组成的组中选取。然后，一般来说，第二层和第四层可包括在此之前通常在光干涉多层涂层中用作高折射指数材料的任何材料，以及其它高折射指数材料。
根据本发明的实施例，第一区域通过物理汽相沉积过程(PVD)形成，而第二区域通过化学汽相沉积过程(CVD)形成。涂层中还可存在其它区域，通过这些方法中的任一种或其它方法形成。一般来说，采用的PVD过程可从包含以下的组中选择：热蒸发；RF蒸发；电子束蒸发；反应蒸发；DC溅射；RF溅射；微波溅射；磁控管溅射；微波增强DC磁控管溅射；电弧等离子体沉积；反应溅射；激光消融及它们的组合等。采用的CVD过程通常可从包含以下的组中选择：大气压力CVD；低压CVD；高真空CVD；超高真空CVD；气溶胶辅助CVD；直接液体注入CVD；微波等离子体辅助CVD；等离子体增强CVD；远程等离子体增强CVD；原子层CVD；热丝CVD；有机金属CVD；混合物理化学汽相沉积；快速热CVD；汽相外延及它们的组合等。
众所周知，在典型的化学汽相沉积过程中，衬底暴露于一个或多个挥发性或气体状前体(通常是分子前体)，前体在衬底表面上反应和/或分解以产生所需的沉积。有多种不同类型的CVD过程，可通过其操作压力、汽相特征、能量输入类型的特征或其它特征进行分类。本文所使用的术语“CVD”过程的范围包括所有以下内容。例如，一些CVD过程包括：大气压力CVD；低压CVD(LPCVD)(其中在负压下通常发生化学汽相沉积)；以及高真空或超高真空CVD(其通常在低于约10-6Pa的压力下进行)。在其它形式的CVD中，前体并非严格处于气体状态：气溶胶辅助CVD采用前体作为液态气体气溶胶，而直接液体注入CVD(DLICVD)使用注入和传输到衬底的液态前体。
一些CVD方法使用能量部件进行辅助，例如微波等离子体辅助CVD(MPCVD)、等离子体增强(或等离子体辅助)CVD(PECVD)以及远程等离子体增强CVD(RPECVD)。其它类型的CVD可包括原子层CVD(ALCVD)、热丝CVD(HWCVD)、有机金属CVD(MOCVD)、混合物理化学汽相沉积(HPCVD)、快速热CVD(RTCVD)、汽相外延(VPE)等。这些相应类型的CVD并非总是相互排斥的；因此，也可以考虑采用一种以上的前述CVD过程的组合。例如，本领域技术人员可清楚理解，等离子体辅助CVD可包含远程等离子体增强CVD。类似地，本领域技术人员易于理解，采用有机金属前体的热丝CVD过程也可以视作MOCVD过程。
在LPCVD用于沉积多层涂层的情况下，通常可采用如美国专利No.5,143,445中提出的过程。另外，共同拥有的美国专利5,412,274中所示的任何条件和前体可能适用于本公开。例如在美国专利No.4,949,005、5,143,445、5,569,970、6,441,541和6,710,520中描述了其它示范化学汽相沉积和低压化学汽相沉积过程。所有这些提到的专利其相关部分通过引用结合于此。
本领域技术人员一般会理解，在典型的物理汽相沉积(PVD)过程中，材料通过物理过程被汽化并且之后在衬底上冷凝以形成沉积。有时，汽化的材料会经历反应，例如氧化(与氧气发生反应)。通常，通过物理方式将要沉积的材料转化成蒸汽，将蒸汽从其来源传输到衬底并在衬底上冷凝蒸汽的步骤，在衬底上进行沉积。一般来说，在PVD过程中，为了沉积，汽化的材料(通常是原子形式，例如金属原子)本身不会分解。这是与CVD的典型区分因素，在CVD中，形成沉积之前前体(通常是分子构成的)必须分解或反应。PVD过程通常以形成蒸汽所需的能量输入类型为特征。如本文中所使用，PVD过程可包括热蒸发、RF蒸发、电子束蒸发、反应蒸发、DC溅射、RF溅射、微波溅射、磁控管溅射、微波增强DC磁控管溅射、电弧等离子体沉积、反应溅射、激光消融等。
这些相应类型的PVD并非总是相互排斥的；因此，也可以考虑采用一种以上的前述PVD过程的组合。例如，可以理解，“磁控管溅射”可包含DC磁控管溅射和RF磁控管溅射两者。类似地，可以理解，“DC磁控管溅射”可包含“微波增强DC磁控管溅射”。但是，无论是否描述了具有重叠范围的备选方法，本领域技术人员可清楚理解方法的性质。
在RF磁控管溅射用于沉积多层涂层的情况下，可适当地采用美国专利No.6,494,997中所示的过程，其相关部分通过引用结合于此。磁控管溅射是指使用高能量惰性气体等离子体轰击靶。溅射的原子在冷玻璃或石英壳体上冷凝。可使用DC(直流)、脉冲DC(40-400KHz)或RF(射频，13.65MHz)过程。
根据实施例，具有上述第一区域和第二区域的产品可进一步包括由交替较低折射指数层和较高折射指数层组成的至少一个补充多层区域。当此类补充区域(如有)物理邻近第一区域时，此类补充区域可通过CVD沉积。当此类补充区域(如有)物理邻近第二区域时，此类补充区域可通过PVD沉积。
根据实施例，该产品可进一步包括至少一个衬底。在一些实施例中，第一区域比第二区域更接近至少一个衬底。在一些其它实施例中，第二区域比第一区域更接近至少一个衬底。
图1到图4显示了实施例的示意图。图1所示的产品10包括衬底11、通过PVD沉积的第一区域12以及通过CVD沉积的第二区域13。在此示图中区域描绘为物理邻近，但本发明并不限于这些附图中所示的方式。图2所示的备选布置的产品20包括衬底21、作为底层的第二(即，CVD)区域22以及作为顶层的第一(即，PVD)区域23。图3和4更详细地示出产品10的区域。在图3中，第一区域由分别具有低折射指数和高折射指数的交替层121、122、123、124组成。在图4中，产品10的第二区域显示为由分别具有低折射指数和高折射指数的交替层131、132、133、134组成。虽然显示每个区域只有四层，但本发明并不限于这些实施例。
在本发明的一些实施例中，该产品包括在第一多个交替第一层和第二层之间具有第一平均界面粗糙度的第一区域；并且该产品包括在第二多个交替第三层和第四层之间具有第二平均界面粗糙度的第二区域；其中第一平均界面粗糙度大于第二平均界面粗糙度。一般来说，一个区域中的任何两个邻近层(例如，第一层和第二层)之间不具有完美的原子级平滑界面。通常各层之间存在可检测的某种界面粗糙度。界面粗糙度可通过本领域技术人员已知的任何方法进行测量，此类方法包括TEM、HRTEM、STM、SEM等。“界面粗糙度”(有时也称为“面间粗糙度”)一般以长度单位(例如nm或埃)来测量。本文所使用的术语“界面粗糙度”一般是指定界面的均方根(rms)粗糙度。
如上所述，第一区域有时可表征为“第一平均界面粗糙度”，它通常是从第一部分的所有(或基本所有)层取得的rms界面粗糙度的平均数。一般来说，第一区域中的基本所有层之间的界面粗糙度会被量化并求平均。同样，“第二平均界面粗糙度”通常是从第二部分的所有(或基本所有)层取得的rms界面粗糙度的平均数。在具有通过PVD方法沉积的第一部分以及通过CVD方法沉积的第二部分的混合涂层的情况下，各相应部分可具有不同的平均界面粗糙度。在典型的实施例中，第一平均界面粗糙度比第二平均界面粗糙度大至少约10％。在其它实施例中，第一平均界面粗糙度比第二平均界面粗糙度大至少约20％(例如，至少约50％)。在某些实施例中，第一平均界面粗糙度可大于约10nm，更具体地说，大于约20nm。在某些实施例中，第二平均界面粗糙度可小于约10nm，更具体地说，小于约5nm。
在本发明的一些实施例中，第一区域的第一和/或第二层可表征为包括具有基本柱状或针状结构的金属氧化物颗粒。在又一些实施例中，第一区域的第一和/或第二层可进一步表征为包括金属氧化物颗粒，其中在这些颗粒的至少一些之间存在空隙。这些中的任一个或两个有时可以是通过PVD方法沉积的金属氧化物的特征。但是，在特定条件下，尤其是在超过约500℃的温度下沉积时，作为替代第一区域有时可能是基本非晶的。
根据一些实施例，提供一种包含光干涉多层涂层的产品，其中涂层具有从约0.2至约30微米的总几何厚度，甚至有时更厚。涂层的“总几何厚度”包括第一区域和第二区域，但不包括衬底。在其它实施例中，涂层的总几何厚度可大于约10微米。总几何厚度的其它范围可包括从约2至约22微米，或从约8至约15微米。这些范围的端点可独立组合以形成新的范围，例如从约2至约15微米。对于光干涉多层涂层配置为充当反射红外线辐射并透射可见光辐射的带通滤光器的应用，较厚的总涂层可导致更高的效率。
通常，第一区域可包括从涂层总几何厚度的约2％至约98％的几何厚度。在一些实施例中，第一区域包括从涂层总几何厚度的约50％至约90％的几何厚度，而第二区域包括从涂层总几何厚度的约10％至约50％的几何厚度。在一些配置中，第一区域可包括从约0.1至约20微米的几何厚度(例如，大于约4微米)，或更窄，从约1至约15微米。在一些配置中，第二区域可包括从约0.1至约10微米的几何厚度，或更窄，从约1至约7微米。
根据本发明的实施例，涂层在每个区域中可独立具有从4至250的总层数。可具体考虑这之间的所有整数值。区域中的层总数不是特别关键的。更狭义来说，区域中的层总数可以是从30至150层之间的任何整数。在一些情况下，通过CVD沉积的区域可具有46层，而通过PVD沉积的区域可具有60层。在本公开的一些实施例中，所述第一层、第二层、第三层和第四层中的每一个各具有从约20nm至约500nm或有时从10nm至约200nm的平均厚度。
根据某些实施例，光干涉多层涂层配置为充当“热镜”，即，基本透射从光源所发射的可见光谱区域的光(一般从约380至约780nm波长)，同时基本反射红外光(一般从约780至约2500nm)的涂层。在这类实施例中，光干涉多层涂层可具有大于约60％(更优选地大于约80％)的可见光的平均透射率，并且在电磁谱的红外线区具有至少约30％(并且更通常地大于约70％)的平均反射率。
根据本公开的实施例，提供一种用于制造具有上述光干涉多层涂层的产品的方法。此方法包括提供衬底，并以任何顺序沉积第一区域和第二区域。第一区域通过物理汽相沉积进行沉积以形成多个交替第一层和第二层，第一层具有较低的折射指数，而所述第二层具有比第一层更高的折射指数。第二区域通过化学汽相沉积过程进行沉积以形成多个交替第三层和第四层，第三层具有较低的折射指数，而第四层具有比第三层更高的折射指数。第一区域和第二区域中的任一个邻近衬底。该方法还包括第一区域和第二区域中间的一个区域或补充区域，或衬底与第一区域或第二区域之间的一个或多个补充区域。在第一区域和第二区域的沉积后，一般可采用退火步骤，在从约300℃至约500℃(例如，约400℃)的温度下进行从约12小时到约60小时(例如，约48小时)的时间周期。在一些实施例中，衬底可包括灯外壳。此灯外壳可由任何透明或半透明材料制作，例如石英或玻璃等。衬底的形状无具体限制，但可包括例如圆柱形或椭圆形等形状。
根据本发明的实施例的涂层通常在产品中的衬底上采用，能够用于其中希望或者通常使用光干涉涂层的大量应用的任一个。这些应用包括例如照明应用(例如，灯)、光波导、反射镜、装饰材料、安全印刷等等。在一些实施例中，涂层用于选择性地反射电磁谱的一部分，同时透射电磁谱的另一部分。例如，涂层能够用作“冷镜”或“热镜”。“冷镜”是一种滤光器，它反射可见光，同时准许较长波长红外能量通过滤光器。“热镜”是一种滤光器，它反射红外线辐射，同时准许较短波长可见光通过滤光器。本文中的热镜的一个非限制性应用是将红外线热量返回到灯的灯丝，以便提高灯效率。
根据本发明的实施例，还提供包括本公开的光干涉多层涂层的灯。这类灯一般包括具有表面的透光外壳以及光源，其中外壳至少部分包围光源。透光外壳表面的至少一部分提供有光干涉多层涂层。一般已知，这类透光外壳可由在可观程度是透光的并且能够耐受较热温度(例如，约800℃甚至以上)的任何材料来组成；例如，它可由石英、陶瓷或玻璃等等组成。光源可以是白炽源(例如，通过灯丝的电阻加热来提供光的源)；和/或它可以是电弧放电源，例如高强度放电(HID)源；和/或它可以是另一种类型的光源。
通常，在采用灯丝的情况下，它由一般采取盘绕形式的耐火金属、如钨等等组成，这是众所周知的。要赋能灯，通常提供至少一个电气元件，它布置在外壳中并且连接到贯穿外壳的供电导体(或电导线)。通常，外壳包含填充气体。优选的填充气体包括选择用于提高灯寿命、质量和/或性能的任何气体或气体混合物。一些填充气体可包括可离子化填充气体，例如至少一种稀有气体(例如，氪或氙)和/或可汽化卤素物质，例如烷基卤化合物(例如，甲基溴)。经常可采用含卤素气体。还预期许多其它填充成分，例如可包括金属卤化物、水银及其组合的那些成分。
根据本公开的灯可在灯外壳的内表面或外表面上具有光干涉多层涂层。备选地，灯可在灯外壳的内表面和外表面上均具有光干涉多层涂层。
现在参照图5，这里所示的是根据本发明的实施例的示范灯的示意描绘。不是预计进行限制，并且也不是按比例绘制的视图。在这个说明性实施例中，灯30包括气密玻璃状透光石英外壳31，其外表面涂敷有多层光干涉涂层34。外壳31包围盘绕钨灯丝32，它能够由内电导线32、33来赋能。内电导线32、33焊接到箔35、36，并且外电导线37、38焊接到箔的相对端。在外壳31的内部39中设置了包括卤素或卤素化合物的可离子化填充物。
上述光干涉涂层在用作灯上的涂层时可有利地为这种灯、如卤素灯提供改进的能量效率。这种提高在LPW(流明瓦)的增值方面会是显著的。当表达为百分比时，LPW的增加称作“增益”。根据本发明的实施例，与未涂层灯相比，卤素灯在涂敷有光干涉膜时可呈现从约20％至约150％、更优选地大于约33％以及甚至更优选地从约100％至约150％的增益。这类比较通常对赋能到相同热灯丝温度、例如在通常操作的温度下的相同灯来执行。此外，上述光干涉膜甚至在暴露于高达约800℃或者甚至更高的温度之后也呈现高结构和光学完整性。此外，涂敷有根据本发明的实施例的光干涉涂层的灯可呈现改进的一致性和性能稳定性，并且具有改进的外观(平滑和清晰涂层表面)。
本公开的“混合”涂层可克服使用单独通过CVD或PVD沉积的涂层中的某些缺陷。通常，CVD过程在可以沉积的涂层厚度方面会受到限制。厚CVD涂层中通常会产生应力。主要由于这些应力产生问题，通常限制涂层的最大厚度为低于约5至6微米。PVD过程一般能够产生更厚的涂层(例如，灯上约15至16微米的光干涉多层涂层)而不会出现应力关联的问题。但是，在涂层达到这样的厚度时，有时难以控制界面粗糙度和表面粗糙度。此外，作为视线过程，PVD过程可能需要较复杂的机械操纵以应用到衬底(例如，灯)。相应地，其批次生产率较低并且与CVD过程相比成本较高。
相比之下，本“混合”涂层可提供单独通过CVD或PVD沉积的涂层无法轻易获得的所需涂层特性。例如，在某些情况下可能需要采用具有至少约10微米的几何厚度的光干涉多层涂层以实现用于卤素灯的高(例如＞100％)“增益”。但是，由于应力关联的问题，申请人发现单独使用CVD过程无法产生这样厚的涂层。虽然PVD可沉积厚涂层，但在涂层达到高厚度时通常难以控制粗糙度。通过将涂层(例如)分为两个区域，通过CVD沉积的区域可轻松实现平滑界面，而剩余区域可通过PVD过程沉积，与通过PVD制作整个涂层相比，对界面粗糙度具有更大的控制。相对于单独通过PVD制作的涂层，混合涂层还可实现成本效益。此外，PVD涂层中的压应力可抵消CVD部分的张应力，使涂层更不易破裂或剥离。在CVD沉积区域邻近衬底但沉积到没有PVD覆层则会剥离或破裂的厚度时，这可能特别有利。
为了促进进一步理解本发明，提供如下示例。这些示例是说明性的，而不应当被解释为对要求保护的本发明的范围的任何限制。
示例
示例1.
两个DEQ灯的外壳表面经由LPCVD过程涂敷了光干涉多层涂层，并分别表示为灯A和B。灯A涂敷了交替硅石和氧化钽的46层堆叠，而灯B涂敷了交替硅石和氧化铌钽的46层堆叠。所有通过LPCVD沉积的堆叠具有约4微米的几何厚度。每一个灯A和B进一步通过溅射涂敷第二光干涉多层堆叠。每种情形中的第二光干涉多层堆叠由36层按照热镜设计的交替硅石和Nb-Ti-Al氧化物层组成。对于硅石层的溅射沉积，阴极功率设定为3kW，氩气流量为80sccm(每分钟标准立方厘米数)，而O2压力为2.5x 10-5torr(0.0033Pa)。对于Nb-Ti-Al氧化物层的溅射沉积，阴极功率设定为4kW，氩气流量为80sccm(每分钟标准立方厘米数)，而O2压力为3.2x 10-4torr(0.043Pa)。所有通过溅射沉积的堆叠具有约4微米的几何厚度。然后，每个灯上组合的混合涂层在400℃下退火48小时。
示例2.
示例1的方法用于提供在石英外壳外部具有46L(层)通过LPCVD沉积为4.5微米厚度的交替硅石/NbTa氧化物的底部涂层的DEQ卤素灯。对于顶部涂层，通过PVD(溅射)将60L交替硅石/NbTiAl氧化物沉积到4.5微米。令人惊讶的是，即使总涂层接近10微米，透射谱显示几乎无雾度(haze)。此外，出人意料地发现PVD层在底部涂层上提供了保护效果，而CVD提供的涂层则发现，无论其厚度如何，在灯操作时都不会剥落。最后，相对于没有PVD层的相同CVD涂层，计算的LPW增益为约10％。
本文所使用的近似语言可应用于修改可改变的任何定量表示，而没有引起它所涉及的基本功能的变化。相应地，在一些情况下，通过例如“约”和“基本”等术语所修改的值可以并不局限于指定的精确值。与量结合使用的修饰词“约”包含规定的值，并且具有上下文所规定的含义(例如，包括与特定量的测量关联的误差程度)。“可选”或“可选地”表示随后描述的事件或环境可能发生或者可能不发生，或者随后标识的材料可能存在或者可能不存在，并且描述包括其中事件或环境发生或者其中材料存在的情况以及其中事件或环境没有发生或者材料不存在的情况。单数形式的“一”和“该”包括复数指示物，除非上下文另加明确规定。本文公开的所有范围均包含列举的端点并且是可独立组合的。
本文所使用的词语“适于”、“配置成”等等指的是其大小、布置或制造方式用于形成特定结构或者实现特定结果的元件。虽然结合仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应该易于理解的是，本发明并不局限于所公开的实施例。更确切地，本发明可修改以结合上文未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的改变、变更、替换或等效布置。另外，虽然描述了本发明的多种实施例，但是要理解的是，本发明的方面可仅包括上述实施例中的一些。相应地，本发明并不受前述描述的限制，而是仅由所附权利要求范围来限制。

Claims (20)

1.一种包括光干涉多层涂层的产品，所述涂层包括：
包括第一多个交替第一层和第二层的第一区域，所述第一层具有较低折射指数，而所述第二层具有比所述第一层更高的折射指数；以及
包括第二多个交替第三层和第四层的第二区域，所述第三层具有较低折射指数，而所述第四层具有比所述第三层更高的折射指数；
其中，所述第一区域通过物理汽相沉积过程形成，而所述第二区域通过化学汽相沉积过程形成。
2.如权利要求1所述的产品，其中，所述PVD过程从由下列项组成的组中选取：热蒸发；RF蒸发；电子束蒸发；反应蒸发；DC溅射；RF溅射；微波溅射；磁控管溅射；微波增强DC磁控管溅射；电弧等离子体沉积；反应溅射；激光消融及它们的组合。
3.如权利要求1所述的产品，其中，所述CVD过程从由下列项组成的组中选取：大气压力CVD；低压CVD；高真空CVD；超高真空CVD；气溶胶辅助CVD；直接液体注入CVD；微波等离子体辅助CVD；等离子体增强CVD；远程等离子体增强CVD；原子层CVD；热丝CVD；有机金属CVD；混合物理化学汽相沉积；快速热CVD；汽相外延及它们的组合。
4.如权利要求1所述的产品，
其中，所述第一区域在所述第一多个交替第一层和第二层中具有第一平均界面粗糙度，而所述第二区域在所述第二多个交替第三层和第四层中具有第二平均界面粗糙度，以及
其中，所述第一平均界面粗糙度大于所述第二平均界面粗糙度。
5.如权利要求4所述的产品，其中，所述第一平均界面粗糙度比所述第二平均界面粗糙度大至少约10％。
6.如权利要求1所述的产品，其中，所述第一层和所述第三层包括从陶瓷材料、耐火材料、金属或准金属氧化物、金属或准金属氟化物、以及金属或准金属氮化物中独立选择的材料。
7.如权利要求1所述的产品，其中，所述第二层和所述第四层包括从Ti、Zr、Hf、Nb、W、Mo、In及Ta中选择的一种或多种金属的一种或多种氧化物或混合氧化物中独立选择的材料。
8.如权利要求1所述的产品，其中，所述第一区域包括从所述涂层总几何厚度的约50％至约90％的几何厚度，而所述第二区域包括从所述涂层总几何厚度的约10％至约50％的几何厚度。
9.如权利要求1所述的产品，其中，所述涂层在可见光中具有大于60％的平均透射率，并且在电磁谱的红外区具有至少约30％的平均反射率。
10.一种灯，包括：
具有表面的透光外壳；以及光源，所述外壳至少部分包围所述光源；
其中，所述透光外壳的所述表面的至少一部分提供有包括下列项的光干涉多层涂层，
(a)包括第一多个交替第一层和第二层的第一区域，所述第一层具有较低折射指数，而所述第二层具有比所述第一层更高的折射指数；以及
(b)包括第二多个交替第三层和第四层的第二区域，所述第三层具有较低折射指数，而所述第四层具有比所述第三层更高的折射指数；
其中，所述第一区域通过化学汽相沉积过程形成，而所述第二区域通过物理汽相沉积过程形成。
11.如权利要求10所述的灯，其中，所述光干涉多层涂层在所述外壳的内表面或外表面中之一或两者上提供。
12.如权利要求10所述的灯，其中，所述光源包括灯丝，并且其中，与赋能到相同热灯丝温度但没有所述涂层的同一个灯相比，所述灯在赋能到所述热灯丝温度时呈现从约20％至约150％的LPW增益。
13.如权利要求10所述的灯，还包括至少一个电气元件，其布置在所述外壳中并且连接到贯穿所述外壳的供电导体。
14.如权利要求10所述的灯，其中，所述光源包括灯丝或电弧的一个或多个。
15.如权利要求10所述的灯，其中，所述外壳包围选择用于提升灯寿命、质量和/或性能的填充气体。
16.如权利要求10所述的灯，
其中，所述第一区域在所述第一多个交替第一层和第二层中具有第一平均界面粗糙度，而所述第二区域在所述第二多个交替第三层和第四层中具有第二平均界面粗糙度，以及
其中，所述第一平均界面粗糙度大于所述第二平均界面粗糙度。
17.如权利要求10所述的灯，其中，所述涂层在可见光中具有大于60％的平均透射率，并且在电磁谱的红外区具有至少约30％的平均反射率。
18.一种用于制造具有光干涉多层涂层的产品的方法，所述方法包括：
提供衬底；
通过物理汽相沉积过程沉积包括第一多个交替第一层和第二层的第一区域，所述第一层具有较低折射指数，而所述第二层具有比所述第一层更高的折射指数；
通过化学汽相沉积过程沉积包括第二多个交替第三层和第四层的第二区域，所述第三层具有较低折射指数，而所述第四层具有比所述第三层更高的折射指数；
其中，所述第一区域和第二区域中的一个邻近所述衬底。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述PVD过程从由下列项组成的组中选取：热蒸发；RF蒸发；电子束蒸发；反应蒸发；DC溅射；RF溅射；微波溅射；磁控管溅射；微波增强DC磁控管溅射；电弧等离子体沉积；反应溅射；激光消融及它们的组合。
20.如权利要求18所述的方法，其中，所述CVD过程从由下列项组成的组中选取：大气压力CVD；低压CVD；高真空CVD；超高真空CVD；气溶胶辅助CVD；直接液体注入CVD；微波等离子体辅助CVD；等离子体增强CVD；远程等离子体增强CVD；原子层CVD；热丝CVD；有机金属CVD；混合物理化学汽相沉积；快速热CVD；汽相外延及它们的组合。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2596389A4 (en) * 2010-07-20 2014-03-26 Deposition Sciences Inc POWERFUL COATINGS AND METHOD THEREFOR
US9236545B2 (en) 2013-11-18 2016-01-12 Ge Lighting Solutions Llc Hybrid metallization on plastic for a light emitting diode (LED) lighting system
US9501393B2 (en) * 2014-01-27 2016-11-22 Western Digital Technologies, Inc. Data storage system garbage collection based on at least one attribute
US10283342B2 (en) * 2015-12-06 2019-05-07 Kla-Tencor Corporation Laser sustained plasma light source with graded absorption features

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1139099C (zh) * 1997-07-30 2004-02-18 松下电器产业株式会社 卤素灯及其制造方法
JP2005242052A (ja) * 2004-02-27 2005-09-08 Kyocera Kinseki Corp 光学多層膜を成膜した光学部品
JP2008221732A (ja) * 2007-03-15 2008-09-25 Kiyoshi Chiba 積層体

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3853970D1 (de) 1987-07-22 1995-07-20 Philips Patentverwaltung Optisches Interferenzfilter.
US4949005A (en) 1988-11-14 1990-08-14 General Electric Company Tantala-silica interference filters and lamps using same
CA2017471C (en) 1989-07-19 2000-10-24 Matthew Eric Krisl Optical interference coatings and lamps using same
US5143445A (en) 1989-10-10 1992-09-01 General Electric Company Glass reflectors lpcvd coated with optical interference film
US5250367A (en) 1990-09-17 1993-10-05 Kennametal Inc. Binder enriched CVD and PVD coated cutting tool
JP3091326B2 (ja) * 1992-08-25 2000-09-25 松下電工株式会社 成膜方法
US5422534A (en) 1992-11-18 1995-06-06 General Electric Company Tantala-silica interference filters and lamps using same
US5412274A (en) 1992-12-17 1995-05-02 General Electric Company Diffusely reflecting optical interference filters and articles including lamps reflectors and lenses
GB2284704B (en) 1993-12-10 1998-07-08 Gen Electric Patterned optical interference coatings for electric lamps
EP0691419A1 (en) * 1994-07-05 1996-01-10 General Electric Company A process and apparatus for forming multi-layer optical films
DE69529270T2 (de) 1994-08-22 2003-10-09 Koninkl Philips Electronics Nv Elektrische lampe beschichtet mit einem interferenzfilm
JP3425248B2 (ja) * 1994-12-27 2003-07-14 大日本印刷株式会社 多重真空処理方法、機能性フィルムの製造方法及び機能性フィルム
CA2167957A1 (en) 1995-01-27 1996-07-28 Hongwen Li Method of making a tantala/silica interference filter on a vitreous substrate and an electric lamp made thereby
US6049169A (en) 1998-04-08 2000-04-11 Philips Electronics North America Corp. Electric lamp having optical interference filter of alternating layers of SiO2 and Nb2 O5 --Ta2 O5
US6295164B1 (en) 1998-09-08 2001-09-25 Nikon Corporation Multi-layered mirror
US6186090B1 (en) * 1999-03-04 2001-02-13 Energy Conversion Devices, Inc. Apparatus for the simultaneous deposition by physical vapor deposition and chemical vapor deposition and method therefor
JP4337164B2 (ja) * 1999-03-17 2009-09-30 セイコーエプソン株式会社 光学製品及びその製造方法
JP3506949B2 (ja) * 1999-04-09 2004-03-15 松下電器産業株式会社 薄膜の製造方法、薄膜が形成された回転楕円体、及びこれを用いた電球と薄膜形成装置。
US6441541B1 (en) 1999-08-25 2002-08-27 General Electric Company Optical interference coatings and lamps using same
DE60045888D1 (de) 1999-09-30 2011-06-09 Koninkl Philips Electronics Nv Elektrische lampe
KR20010110712A (ko) 2000-02-03 2001-12-13 롤페스 요하네스 게라투스 알베르투스 전기 램프 및 간섭막
JP2002040239A (ja) * 2000-07-26 2002-02-06 Toshiba Lighting & Technology Corp 光干渉膜構成体およびハロゲン電球
US6494997B1 (en) 2000-08-18 2002-12-17 General Electric Company Radio frequency magnetron sputtering for lighting applications
US6710520B1 (en) 2000-08-24 2004-03-23 General Electric Company Stress relief mechanism for optical interference coatings
WO2002021572A1 (fr) 2000-09-07 2002-03-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Procede de production de film mince et ampoule electrique presentant un tel film mince
JP3751922B2 (ja) * 2001-08-28 2006-03-08 大日本印刷株式会社 反射防止フィルム、およびこれを用いたディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置
DE10159907B4 (de) 2001-12-06 2008-04-24 Interpane Entwicklungs- Und Beratungsgesellschaft Mbh & Co. Beschichtungsverfahren
CN1323045C (zh) 2002-09-14 2007-06-27 肖特股份公司 层系统
JP2004190082A (ja) * 2002-12-10 2004-07-08 Kobe Steel Ltd Ｐｖｄ・ｃｖｄ両用成膜装置及び当該装置を用いた成膜方法
TW200500311A (en) 2003-01-28 2005-01-01 Koninkl Philips Electronics Nv Transparent zirconium oxide-tantalum and/or tantalum oxide coating
TWI352071B (en) 2003-01-28 2011-11-11 Koninkl Philips Electronics Nv Transparent titanium oxide-aluminum and/or aluminu
US20040206306A1 (en) 2003-04-17 2004-10-21 Frank Lin Deposition station for forming a polysilicon film of low temperature processed polysilicon thin film transistor
JP2005036276A (ja) * 2003-07-18 2005-02-10 Kawasaki Heavy Ind Ltd 複合構造薄膜製造方法及び装置
EP1680275A4 (en) 2003-11-05 2008-01-23 Deposition Sciences Inc OPTICAL REVIEWS AND PROCESSES
WO2006027724A1 (en) 2004-09-06 2006-03-16 Koninklijke Philips Electronics N.V. Electric lamp and interference film
JP2006226733A (ja) * 2005-02-15 2006-08-31 Canon Inc 軟ｘ線多層膜反射鏡の形成方法
US20060226777A1 (en) 2005-04-07 2006-10-12 Cunningham David W Incandescent lamp incorporating extended high-reflectivity IR coating and lighting fixture incorporating such an incandescent lamp
WO2007010462A2 (en) 2005-07-20 2007-01-25 Koninklijke Philips Electronics N.V. High-refractive optical material and electric lamp with interference film
WO2008018871A1 (en) 2006-08-10 2008-02-14 Naum Robert G Optical reflecting thin-film coatings
WO2008078241A1 (en) 2006-12-20 2008-07-03 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh White light emitting electric lamp assembly
US7863818B2 (en) 2007-08-01 2011-01-04 General Electric Company Coil/foil-electrode assembly to sustain high operating temperature and reduce shaling

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1139099C (zh) * 1997-07-30 2004-02-18 松下电器产业株式会社 卤素灯及其制造方法
JP2005242052A (ja) * 2004-02-27 2005-09-08 Kyocera Kinseki Corp 光学多層膜を成膜した光学部品
JP2008221732A (ja) * 2007-03-15 2008-09-25 Kiyoshi Chiba 積層体

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