CN103487863A - 一种色温调节光学膜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种色温调节光学膜，色温调节光学膜包括透明介质，在透明介质的一面叠加调节膜，所述调节膜通过高折射率材料层和低折射率材料层相互间隔叠加构成，且与透明介质直接叠加的第一层为高折射率材料层；高折射率材料层和低折射率材料层的层数及厚度满足短波滤波器的计算公式F=（0.5LH0.5L)n，本发明还提供了该光学膜的制备方法。本发明通过真空镀膜技术在透明玻璃介质或者透明塑料介质表面沉积特定的有效膜堆，使得在特定光谱空间对透过光线做出适当的过滤，从而达到色温调节的目的，实现有针对性地调节色温，提高对光谱的有效利用率。
Description
技术领域
本发明涉及照明设备领域的光学膜，特别涉及一种适用于人造光源的色温调节光学膜。
背景技术
随着高亮度低能耗人造光源技术的飞速发展，大量的气体激发光源和LED光源越来越多地应用到日常生活中。此类人造光源不同于自然光源，其光谱由很强的特定性，在整个可见光的光谱范围内呈现非均匀的能力分布，导致此类光源的色温与自然光相差很大，其适用范围受到一定限制。
人们采用色温调节方法来调节此类光源的色温。现有的色温调节方式主要利用染色玻璃或其他染色介质来完成，这类色温调节方式主要利用染色介质对光谱的吸收特性，调节范围比较窄，且无针对性，对有效光谱利用率较低，光能损失大。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明目的是提供一种色温调节光学膜，对特定波长范围的光线起到增透或者过滤的作用，能够准确地调整色温，同时增加其透射率，节省能源。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种色温调节光学膜，包括透明介质，在透明介质的一面叠加调节膜，所述调节膜通过高折射率材料层和低折射率材料层相互间隔叠加构成，且与透明介质直接叠加的第一层为高折射率材料层；
所述高折射率材料层和低折射率材料层的层数及厚度满足短波滤波器的计算公式F=（0.5LH0.5L)n， L为低折射率材料的折射率，H为高折射率材料的折射率，n为高折射率材料和低折射率材料的各自层数；
所述低折射率材料的折射率小于1.6，所述高折射率材料的折射率大于1.9。
进一步的技术方案，透明介质在叠加调节膜的另一面叠加减反射膜。
进一步的技术方案，高折射率材料层为五氧化三钛层，所述的低折射率材料层为二氧化硅层，高折射率材料层与底折射率材料层各四层，其物理厚度从第一层起分别如下：
五氧化三钛：11.7.10纳米；二氧化硅：154.19纳米；
五氧化三钛：104.70纳米；二氧化硅：146.72纳米；
五氧化三钛：101.64纳米；二氧化硅：158.48纳米；
五氧化三钛：98.21纳米；二氧化硅：79.97纳米。
进一步的技术方案，高折射率材料层为二氧化钛、五氧化三钛、二氧化锆、五氧化二钽中的一种，所述的低折射率材料层为二氧化硅。
进一步的技术方案，减反射膜通过高折射率材料层和低折射率材料层相互间隔叠加构成，且与透明介质直接叠加的第一层为高折射率材料层；
所述高折射率材料层和低折射率材料层的厚度满足计算公式F=2HL，F为反射率，L为低折射率材料的折射率，H为高折射率材料的折射率；高折射率材料和低折射率材料的总层数为5-7。
进一步的技术方案，透明介质为玻璃。
进一步的技术方案，透明介质为塑料。
本发明还提供一种色温调节光学膜的制备方法，按照以下步骤：
1） 将F=（0.5LH0.5L)n计算得到的高折射率材料层和低折射率材料层的厚度通过针形法的TFCALC计算程序进行优化，从而确定具体的高折射率材料层和低折射率材料层的厚度；
2）镀料的气化：在真空条件下，高压电子束流对镀料加热，使其蒸发，大量的原子、分子气化并离开液体镀料或离开固体镀料表面；
3）镀料原子、分子或离子的迁移：引入高度纯氧，使气化源供出的原子、分子或离子经过碰撞后，产生化学反应；
4）镀料原子、分子或离子沉积：镀料原子、分子积在基体表面形成薄膜，同时用高能粒子轰击生长中的薄膜；
5）确定厚度：利用石英晶体膜厚控制仪监视蒸镀的速率，从而控制镀料的气化，确定膜的厚度。
本发明中的色温调节膜通过在透明介质表面沉积特定的有效膜堆，使得针对性地在特定光谱空间对透过光线做出适当的过滤，从而达到色温调节的目的，实现有针对性地调节色温，提高对光谱的有效利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图；
图2是氙气灯在近紫外到近红外区间的光谱；
图3是本发明的初始光谱曲线；
图4是发明的优化光谱曲线。
其中：1、减反射膜，2、玻璃，3、五氧化三钛，4、二氧化硅；
五氧化三钛和二氧化硅相互间隔构成色温调节膜。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据图1所示，本发明是一种色温调节光学膜，包括玻璃，在玻璃的一面叠加调节膜，所述调节膜为五氧化三钛和二氧化硅相互间隔构成，且与玻璃连接的第一层为五氧化三钛，五氧化三钛和二氧化硅的层数及厚度满足短波滤波器计算公式 F=（0.5LH0.5L)n，F为过滤的波长，L为低折射率材料的折射率，H为高折射率材料的折射率，n为高折射率材料和低折射率材料的各自层数；
在玻璃的另一面叠加减反射膜，减反射膜通过高折射率材料层和低折射率材料层相互间隔叠加构成，且与玻璃直接叠加的第一层为高折射率材料层；高折射率材料层和低折射率材料层的厚度满足计算公式F=2HL，F为反射率，L为低折射率材料的折射率，H为高折射率材料的折射率；高折射率材料和低折射率材料的总层数为5-7。
实施例以调节氙气灯光源的色温为例。图2可以看到氙气灯光谱在接近500nm波长附近有一个很强烈的能量峰值，其产生与氙气电离激发光谱有关。因而其光谱中包含很强烈的蓝色光，使得整体色温偏高，一般为6500K～10000K。
根据短波滤波器计算公式F=（0.5LH0.5L)n，n取4，得出图3的初始光谱曲线。此时，该短波滤波器在在可见光（400nm-700nm）区间有较好的透过能力，在近紫外（350nm以下）和近红外（800nm-1100nm）有很好的滤波能力。接下来对氙气灯的短波能量进行适当的滤除，并保证其余可见光的高透过率。利用Tfcalc软件的区域目标优化能力对波形进行拟合，以480nm为中心，设定其透过率为80%左右，其余可见光区域透过率设定为100%，优化后曲线如图4。此时，本发明滤除了氙气灯光源中的部分蓝光能量，且将可见光区域的透射率提升到接近100%。根据计算得出，从第一层起，五氧化三钛和二氧化硅的物理厚度如下：
五氧化三钛：11.7.10纳米；二氧化硅：154.19纳米；
五氧化三钛：104.70纳米；二氧化硅：146.72纳米；
五氧化三钛：101.64纳米；二氧化硅：158.48纳米；
五氧化三钛：98.21纳米；二氧化硅：79.97纳米。
一般玻璃的单面反射率约4.2%，为了进一步降低光源的损耗，玻璃的另一面减反射膜，使平均反射率低于0.2%，提高了整体的透射率。
本发明还提供了所述色温调节光学膜的制备方法，
1） 将根据F=（0.5LH0.5L)n计算得到的高折射率材料层和低折射率材料层的厚度通过针形法的TFCALC计算程序进行优化，从而确定具体的高折射率材料层和低折射率材料层的厚度；
2）镀料的气化：在真空条件下，高压电子束流对镀料加热，使其蒸发，大量的原子、分子气化并离开液体镀料或离开固体镀料表面；
3）镀料原子、分子或离子的迁移：引入高度纯氧，使气化源供出的原子、分子或离子经过碰撞后，产生化学反应；
4）镀料原子、分子或离子沉积：镀料原子、分子积在基体表面形成薄膜，同时用高能粒子轰击生长中的薄膜；
5）确定厚度：利用石英晶体膜厚控制仪监视蒸镀的速率，从而控制镀料的气化，确定膜的厚度。
制备过程中导入高纯氧气可以防止氧化物材料脱氧，以避免脱氧后对可见光的吸收；用高能粒子轰击生长的薄膜，解决了传统蒸发镀膜的过程中薄膜附着力偏低，耐磨损差，光学稳定性不佳，温漂较大的技术问题。同时，采用石英晶体膜厚监控仪来控制薄膜的附着厚度，提高产品的质量稳定性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种色温调节光学膜，其特征在于：包括透明介质，在透明介质的一面叠加调节膜，所述调节膜通过高折射率材料层和低折射率材料层相互间隔叠加构成，且与透明介质直接叠加的第一层为高折射率材料层；
所述高折射率材料层和低折射率材料层的层数及厚度满足短波滤波器的计算公式F=（0.5LH0.5L)n， L为低折射率材料的折射率，H为高折射率材料的折射率，n为高折射率材料和低折射率材料的各自层数；
所述低折射率材料的折射率小于1.6，所述高折射率材料的折射率大于1.9。
2.根据权利要求1所述的色温调节光学膜，其特征在于：所述的透明介质在叠加调节膜的另一面叠加减反射膜。
3.根据权利要求1或2所述的色温调节光学膜，其特征在于：所述的高折射率材料层为五氧化三钛层，所述的低折射率材料层为二氧化硅层，高折射率材料层与底折射率材料层各四层，其物理厚度从第一层起分别如下：
五氧化三钛：11.7.10纳米；二氧化硅：154.19纳米；
五氧化三钛：104.70纳米；二氧化硅：146.72纳米；
五氧化三钛：101.64纳米；二氧化硅：158.48纳米；
五氧化三钛：98.21纳米；二氧化硅：79.97纳米。
4.根据权利要求1或2所述的色温调节光学膜，其特征在于：所述的高折射率材料层为二氧化钛、五氧化三钛、二氧化锆、五氧化二钽中的一种，所述的低折射率材料层为二氧化硅。
5.根据权利要求2所述的色温调节光学膜，其特征在于：所述的减反射膜通过高折射率材料层和低折射率材料层相互间隔叠加构成，且与透明介质直接叠加的第一层为高折射率材料层；所述高折射率材料层和低折射率材料层的厚度满足计算公式F=2HL，F为反射率，L为低折射率材料的折射率，H为高折射率材料的折射率；高折射率材料和低折射率材料的总层数为5-7。
6.根据权利要求5所述的色温调节光学膜，其特征在于：所述的透明介质为玻璃。
7.根据权利要求5所述的色温调节光学膜，其特征在于：所述的透明介质为塑料。
8.一种色温调节光学膜的制备方法，其特征在于：按照以下步骤进行：
1）确定设计厚度：将符合权利要求1-7任一所述的色温调节光学膜的高折射率材料层和低折射率材料层的厚度通过针形法的TFCALC计算程序进行优化，从而确定具体的高折射率材料层和低折射率材料层的厚度；
2）镀料的气化：在真空条件下，高压电子束流对镀料加热，使其蒸发，大量的原子、分子气化并离开液体镀料或离开固体镀料表面；
3）镀料原子、分子或离子的迁移：引入高度纯氧，使气化源供出的原子、分子或离子经过碰撞后，产生化学反应；
4）镀料原子、分子或离子沉积：镀料原子、分子积在基体表面形成薄膜，同时用高能粒子轰击生长中的薄膜；
5）确定厚度：利用石英晶体膜厚控制仪监视蒸镀的速率，从而控制镀料的气化，确定膜的厚度。
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