CN1942744A - 具有法布里－珀罗滤波器的基底和将滤波器涂覆在基底上的方法 - Google Patents

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Abstract

用作为薄涂层涂覆在薄膜上，例如包装薄膜上的法布里－珀罗滤波器可以实现有趣的色彩效果。本发明提出了一种涂层的层构造，其中滤波器的两个反射层由铝制成，而在反射层之间的中间层由铝氧化物制成。一种这样的涂层的光学性能类似于以前已知涂层的性能，在以前的涂层中使用了二氧化硅化合物作为中间层。但按照本发明的层状构造还具有以下优点：滤波器可以在一道工序中在一种只有一个蒸发装置的真空涂层设备里进行涂覆。

Description

具有法布里-珀罗滤波器的基底和将滤波器涂覆在基底上的方法
本发明涉及一种在其上面涂覆由至少三个薄层组成的法布里-珀罗滤波器的基底，其中滤波器的第一和第二反射层以相互面对的反射表面相互间隔一个厚度为d的间隙，并在该间隙里包围一个透光的中间层。
这种法布里-珀罗滤波器也称为法布里-珀罗层，其例如被气相喷镀在装饰性薄膜上。按照EP 0 878 899，过滤器的涂层系统包括一个金属的反射基底层，在该底层上涂覆了一层透明的SiO中间层，层厚在50和2,000nm之间。涂层系统的终端构成一个部分透过的金属反射层，其厚度在0.2和60nm之间。用这样的涂层虽然可以实现有趣的色彩方案。但是采用当前所使用的技术的话其制造费用较高。
通常的真空涂层设备也就是说只能够在基底通过时每次只是涂覆一种确定材料的一个涂层。若涂层由至多个薄层组成，那就需要多次通过，这造成了：每次通过时设备都必须进行重新涂层和抽真空。为此所需的时间和相应的人工费用就降低了生产效率，提高了生产成本。
虽然可以考虑在一个真空涂层设备中设有多个涂层站，其中基底逐步地涂上不同的涂层。但这种方法一般不可行，因为这样带来了相当大的额外的投资成本。
因此本发明要解决的问题是提出一种法布里-珀罗滤波器作为基底的涂层，它具有与以前已知的涂层类似的色彩效果，其中过滤器的设计应使它能够用通用的生产设备来实现。
本发明还要解决的问题是提出一种方法，用该方法可以使一种这样的涂层在一种只有一个气相喷镀站的设备里就能涂覆在基底上。
首先提出的问题如下得以解决：反射层由同一种基本材料制成，而中间层则由这种基本材料与另一种材料的化合物制成。
一种这样的涂层构造，正如用铝作为基本材料和氧作为另一种材料进行试验所展示的那样，已经指明：所形成的滤波器如同按照上面所列举的现有技术所述的法布里-珀罗涂层那样具有类似的色彩效果。但它们可以简单得多地并且用更简单的机构涂覆在基底上。涂层设备的气相喷镀装置只需要配置一种基本材料，其中通过材料的气相喷镀形成这两个反射层。为了形成中间层将另一种材料输入给金属蒸气，从而使它与基本材料一起沉积在第一反射层上。
对基本材料来说通常是指一种金属，而其它材料是指氧，它可以通过相应的输入管路引入到抽真空的蒸发室里。为此所需的系统和方法都是已知的。通过氧气的输入产生一层所谓的反应涂层，因为氧气一部分与金属原子或离子或者说分子在金属蒸气云里化合反应，一部分与其一起沉积在基底上，并且在那里才开始与金属进行化合。但反应并没有完全进行，因此产生了根据希望的涂层，它们不一定具有所参与反应物的按化学计算的分配。
铝可以特别简单地作为基本材料加以处理，因此中间层由一种分子结构式为Al2O3的铝氧化物制成。
也可以应用氮来替代氧，这样中间层就是一种金属-氮化合物或者说铝的氮化物，此时金属是铝。
在一些情况下，例如尤其是当基底是薄膜或者包装薄膜时，滤波器材料则应该整体上不透光的。这如下来实现：连接于基底的第一反射层是不透光的，而外面的第二反射层是半透光的。这通过相应涂层的对应厚度来达到。此处属考虑之列的值对于第一反射层来说在50和200nm之间，而对于第二反射层则在1和20nm之间，其中中间层根据所希望的滤波器性能厚度在50和2,000nm之间。
为了解决第二个问题，本发明提出一种用于涂覆滤波器的方法，它有以下步骤：
-提供准备一种在可以抽真空的真空室里具有一个蒸发装置的真空涂层设备和一个材料输入装置，
-给蒸发装置装入基本材料，
-关闭真空室并在其中产生真空，
-只是使基本材料蒸发，使它沉积到基底上形成第一涂层，
-基本材料蒸发，同时在真空室里加入另外的材料，从而使已有第一涂层的基底与一个由基本材料和另一种材料所制成的中间层起反应地进行气相喷镀，
-只是蒸发基本材料，从而使其沉积在中间层上形成第二反射层，
-打开涂层腔室并取出设有滤波器的基底。
如由这些方法步骤可见的那样，具有一个唯一的蒸发装置的真空涂层设备能够在一个抽真空循环里实现涂层。设备只须抽一次真空。只有在该由三个层所组成的法布里-珀罗滤波器完全构成之后，再打开涂层设备并取出已涂层的基底。
因为如上所述，作为其它材料输入了一种气体，尤其是氧气，因此材料输入装置由一个带尖针的气体接头组成，用该尖针将气体引入到蒸气云区域里。
涂层设备具有一个冷却的涂层辊用于给薄膜涂层，薄膜从该涂层辊上退绕并由布置在蒸发涂层辊下的蒸发装置进行涂层。此外真空室还有两个储备卷，其中薄膜首先从第一储备卷退绕并卷到第二储备卷上。为了对中间层进行涂覆这两个卷交换其功能。在第一步里卷起来的卷又被退绕，使第一卷又装满。在第三步中涂覆上第二反射层，其中薄膜又从第一卷退绕并卷到第二卷上。
如由说明可见，已知的简单的涂层设备无需作大的变动。而只是必须注意，使附带设置的用于输入薄膜至储备卷的导向辊这样布置和装入，使系统既可以在一个方向上、又可以在另一个方向上被薄膜经过。
因此以下根据一种实施例对本发明详加叙述。所示为：
图1：在一个基底上的一种法布里-珀罗滤波器的典型构造；
图2：滤波器的反射性能与不同波长的关系曲线，以及与中间层厚度d的关系；
图3：一个真空涂层设备的简图。
首先参见图1。该图示出了在一个基底2上的一个法布里-珀罗滤波器1的横截面。滤波器1由三层构成，也就是由铝制成的第一反射层4、一个涂在其上面的、由铝氧化物Al2O3制成的厚度为d的中间层5、以及一层涂在其上面的同样也由铝制成的第二反射层6。如从图中可以看出，第一反射层4明显比第二反射层6要厚。第一反射层4在此是不透光的，而外面的第二层6是半透光的。
进入滤波器1的光7在反射层4、6的反射面8、9之间来回反射，其中具有一种相当于中间层5的厚度d的波长的光由于干涉而被部分吸收。因此形成了图2曲线中所示的光谱10、11。
在曲线图的X-轴上为波长，在400和800nm之间，在Y轴上为滤波器的反射百分率。两个光谱10、11分别是一个滤波器的基础，其中第一反射层4的厚度为100nm，第二反射层6的厚度为10nm。对于光谱10(粗曲线)来说，中间层厚度为200nm，因此使530nm范围内的波长被强烈吸收，也就是说不反射。而对于中间层的厚度为62.5nm来说则形成另一个光谱11(细曲线)，其中波长430nm左右为反射最小值。
按照光谱10的一种涂层因此在绿色范围里反射减小，从而形成一种明显紫色的反射。对于另一个光谱11则产生一种黄绿色反射。
将涂层一起借助于一个涂覆设备涂在一个薄膜上，如在图3中所示。
设备20包括一个分成两部分的真空室21，即一个下部和一个上部真空室22、22’，其中在下部腔室22里设有一个蒸发装置23。此处例如可以是一个坩锅，该坩埚装有要蒸发的材料，这种材料在坩埚里借助于此处未详细示出的电子束枪(Elektronenkanonen)进行蒸发。蒸气24遇到薄膜25，该薄膜通过冷却的涂层辊26被退绕，该涂层辊26位于两个腔室22、22’之间的隔板27里的一个孔中。在下部真空室22里附带有一个尖针28，通过该尖针28经外接头29可以将气体，例如氧气引入蒸气云24里。在上部第二真空室22’里有一个第一储备卷30和一个第二储备卷31。第一步使第一储备卷30退绕并将薄膜卷绕到第二储备卷31上。在坩埚里蒸发的材料、例如铝在此就被涂覆到薄膜上。涂层厚度在此主要由薄膜的运输速度来确定。第二步使卷绕过程反过来。薄膜25从第二储备卷31退绕又绕回到第一储备卷30上。第二步时使氧气通过尖针28进入蒸气云24里。在此蒸气云24还可以重叠上一个微波区。氧气与蒸发的金属原子反应并与它们一起沉积到第一反射层4上作为中间层5。只有当两种材料沉积成涂层后，才部分地化合成铝氧化物。这个过程也称为反应涂层。
在第三步中又使储备卷30，31的运输方向反向，并通过只是蒸发金属来涂覆第二反射层。
                    附图标记列表
1  法布里-珀罗滤波器
2  基底
3
4  第一反射层
5  中间层
6  第二反射层
7  光
8，9    面
10，11  光谱
12-19
20  设备
21  真空室
22  下腔室
22’上腔室
23  蒸发装置
24  蒸气云
25  薄膜
26  涂层辊
27  隔板
28  尖针
29  外接头
30  第一储备卷
31  第二储备卷

Claims (11)

1.具有一个涂覆在其上面的、由至少三层组成的法布里-珀罗滤波器的基底，其中滤波器的第一和第二反射层以相互面对着的反射表面相互隔开一个厚度为d的间隙，并在该间隙里包围一个透光的中间层，其特征在于，所述反射层(4，6)由同一种基本材料制成，而中间层(5)由这种基本材料与另外一种材料的化合物制成。
2.按权利要求1所述的基底，其特征在于，所述基本材料是一种金属，而另外的材料是氧气，因此反射层(4，6)是金属涂层，而中间层(5)由一种金属氧化物以一种化学计算的或者非化学计算的组成方式构成。
3.按权利要求1所述的基底，其特征在于，所述金属是铝，因此中间层(5)由一种铝氧化物制成。
4.按权利要求1所述的基底，其特征在于，所述基本材料是一种金属，而另一种材料为氮气，因此反射层(4，6)是金属层，而中间层(5)则由一种金属-氮气化合物以一种化学计算的或非化学计算的组成方式构成。
5.按权利要求4所述的基底，其特征在于，所述金属为铝，中间层(5)因此由一种铝氮化物制成。
6.按上述权利要求之一所述的基底，其特征在于，连于基底(2)的第一反射层(4)是不透光的，而外面的第二反射层(6)则是部分透光的。
7.按权利要求6所述的基底，其特征在于，连接于基底(2)的第一反射层(4)厚度在10和200nm之间，第二反射层(6)厚度在1和20nm之间，中间层(5)则根据滤波器(1)所希望的的性能厚度在50和2000nm之间。
8.用于将滤波器涂覆到按权利要求1至7中之一所述的基底上的方法，其特征在于以下步骤：
-提供准备一种在可以抽真空的真空室里具有一个蒸发装置的真空涂层设备和一个材料输入装置；
-给蒸发装置装入基本材料；
-关闭真空室并在其中产生真空；
-只使基本材料蒸发，使它沉积到基底上形成第一涂层；
-基本材料蒸发，同时在真空室里加入另外的材料，从而使已有第一涂层的基底与一个由基本材料和另一种材料所制成的中间层起反应地被蒸发；
-只是蒸发基本材料，从而使其沉积在中间层上形成第二反射层；
-打开涂层腔室并取出涂层的基底。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，所述材料输入装置是指一种气体接头。
10.按权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所要待涂覆的基底是一种薄膜(25)，它通过一个位于蒸发装置上的涂层辊(26)退绕。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于，所述真空室具有两个储备卷，其中待气相喷镀各个涂层的薄膜交替地从一个储备卷(30，31)退绕，并卷绕到相应另外的储备卷(31，30)上。
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