DE1913901B2 - Kaltlichtspiegel mit teilweise aus Silizium bestehenden Schichten, der einen Reflexionskoeffizienten von über 90 % aufweist - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kaltücntspiegel, wie sie insbesondere durch Aufdampfen von dünnen Schichten auf Unterlagen hergestellt und beispielsweise bei Kinoprojektoren zur Abtrennung der Wärmestrahlung \om sichtbaren Licht gebraucht werden.

Es ist bekannt, auf einer Glasunterlage zwecks Herstellung eines Kaltlichtspiegels abwechselnd hoch- und niedrigbrechende Schichten aufzubringen, deren Dicken und Brechungsindizes so gewählt werden können, daß in gewissen Spektralbereichen eine erhöhte, in anderen eine verminderte Reflexion resultiert. Mit solchen Wechselschichtsystemen kann man im Prinzip in dem gewünschten Spektralbereich ein sehr hohes Reflexionsvermögen erzielen, jedoch erfordert dies eine große Zahl von Einzelschichten, z.B. 25 oder mehr Schichten abwechselnd aus SiO., und TiO₂ für ein Reflexionsvermögen von über 90 ° 0. Da diese Schichten eine genau vorgeschriebene Dicke und eine möglichst geringe Absorption besitzen müssen, bedeutet die Herstellung derartiger hochreflektierender Wechselschichtsysteme nach dem bekannten Stand der Technik einen großen Aufwand. Zur Herstellung eines teilweise durchlässigen Spiegels wurde auch vorgeschlagen, auf einer Unterlage lediglich zwei Schichten aus einem hochbrechenden Material und dazwischen eine niedriger brechende Schicht anzuordnen. Dies erbringt zwar eine Einsparung an Schichten, ist aber mit dem Nachteil verbunden, daß damit nur ein geringeres Reflexionsvermögen erreichbar ist, welches außerdem noch stark von der Wellenlänge abhängt. Ein Kaltlichtspiegel aber sollte das sichtbare Licht möglichst gleichmäßig reflektieren, um Farbändcnmgen — man denke an Farbfilmprojektoren — zu vermeiden. Deswegen ist der erwähnte teildurchlässige Spiegel als Kaltlichtspiegel nicht verwendbar.

Es ist ferner ein Kaltlichtspiegel bekannt, mit einem für Wärmestrahien durchlässigen Träger und aufgedampften dünnen Oberflächenschichten, wobei die unterste, die eigentliche Reflexion bewirkende Schicht aus reinstem Silizium besteht, die von mehreren darauf aufgedampften Dielektrikumschichten aus abwecnselnd höher und niedriger brechenden Substanzen bedeckt ist. Dieser bekannte Kaltlichtspiegel weist z.B. auf der Siliziumschicht 4bis6 Schichten auf, die abwechselnd aus Siliziumoxid und Titandioxid oder Tantaloxid bestehen, wobei auf die Siliziumschicht vorzugsweise zunächst eine Schicht aus einem Siliziumoxid folgt. Dieser bekannte Vorschlag geht davon aus, daß reinstes Silizium von der Grenze des sichtbaren Spektrums an für Wärmestrahlen durchlässig ist und im Sichtbaren einen wesentlichen Teil der Strahlung reflektiert. Bei geeigneter Schichtdicke erreicht man eine Reflexion von etwa 62° 0 für das sichtbare Licht. Ein solcher Spiegel wäre sehr unwirtschaftlich; urn auf einen Reflexionskoeffizienten von über 90⁰O zu kommen, der erst einen wirtschaftlichen Nutzeffekt ergibt, könnte man daran denken, durch eine Reihe interferierender Schichten aui dci Oberfläche des Silinumspiegels die Reflexion auf den genannten Wert zu vergrößern. Jedoch selbst wenn beispielsweise 4 zusätzliche Schichten, die abwechselnd aus den Oxiden von Titan und Silizium bestehen, aufgedampft werden, erreicht man nur eine Reflexion von rund 75« 0, mit 6 Zusatzschichten von rund KO ° 0 in der Mitte des reflektierten Spektralbereiches. Die Erfahrung hat gezeigt, daß für einen nach dem bekannten Vorschlag aus einer Grundschicht von Silizium und Zusatzschichten hergestellten Kaltlichtspiegel wesentlich mehr Zusatzschichten erforderlich sind, will man eine saubere, farbstichfreie Trennung des durchzulassenden von dem zu reflektierenden Spektralbereich erzielen.

Erfindungsgemäß wird ein Schichtaufbau vorgeschlagen, welcher überraschenderweise eine Lösung dieses Problems mit wesentlich weniger Schichten ermöglicht. Es wurde gefunden, daß es vorteilhafter ist, nicht nur eine Siliziumschicht als spiegelnde Grundschicht zu verwenden, auf welche ein Mehrschichtsystern aus anderen abwechselnd hoch- und niederbrechenden Stoffen folgt, sondern mehrere Siliziumschichten als hochbrechende Teilschichten eines mehrschichtigen Interferenzsystems zu benutzen.

Die Erfindung betrifft demgemäß einen Kaltlichtspiegel, bei welchem auf einem wärmestrahlendurchlässigen Träger eine Siliz umschicht und darauffolgenef weitere abwechselnd hoch- und niedrigbrechende Wechselschichten von etwa /4 optischer Dicke der mittleren Wellenlänge A = 550 nm des sichtbaren Spektralbereiches aufgebracht sind, und ist dadurch gekennzeichnet, daß auf die Siliziumschicht folgend wenigstens eine von dieser durch eine niedriger brechende Schicht getrennte weitere Suiziumschicht aufgebracht ist.

Ein bewährtes Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt ein Kaltlichtspiegel dar, welcher 5 auf einem wärmestrahlendurchlässigen Träger aufgebrachte Schichten aufweist, wobei die unmittelbar an den Trager angrenzende Schicht aus Silizium, die folgende Schicht aus einem Siliziumoxid, vorzugsweise SiOo, und die dritte Schicht wiederum aus Silizium besteht, wobei die Dicke jeder der Schichten gleich A/4 der Wellenlänge A = 550 nm des sichtbaren Spcktralbereichos ist. Zur Erhöhung der Wirkung ist zusätzlich noch je eine Schicht von A/4 optischer Dicke aus SiO₂ und TiO₂ aufgebracht. Damit erreicht man eine Reflexion von über 9O°/o in der Mitte des rc-

flektierten Spektralbereiches, also wesentlich mehr, als in den obenerwähnten Beispielen nach dem bekannten Stand der Technik mit gleich viel oder sogar mehr Schichten erzielt wird. Die Haltbarkeit erfindungsgemäß aufgebauter Mehrschichtsysteinc ist hervorragend. Um diese zu prüfen, wird der vorerwähnte Kaltlichtspiegel in 3 ■». oiges Salzwasser gelegt. Dabei zeigte sich, daß nach 100 Stunden noch keinerlei Zerstörungserscheinungen feststellbar waren.

An Stelle von SiO_s kann für die niedrigbrechenden Schichten mit gleichem Erfolg auch Sl₁O₃ verwendet werden, eine Verbindung, die z.B. durch Aufdampfen von SiO in einer O₂-Atmosphäre erhalten wird. Ferner können als niederbrechende Schichtsübstanzen auch alle anderen bekannten, für niederbrerisende Schichten bewährten Stoffe wie z. B. Magnesiumfluorid treten. Mit Magnesiumfluorid konnte sogar bei sonst gleichem Aufbau des 5-Schichtsystems wie im vorerwähnten Beispiel eine, um etwa 2 bis 3 °,o höhere Reflexion erzielt werden. Die Haltbarkeit eines solchen Schichtsystems gegenüber Feuchtigkeit und mechanischem Abrieb war ebenfalls hervorraoend. Erfindungsgemäße Mehrschichtsysteme haben auch eine sehr gute Temperaturwechselbestandigkeit

ln^er Zeichnung sind zwei Beispiele eines KaItlichtspiegels nach der Erfindung schematisch darge-

^t"

u 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Hohlspiegel, auf dessen Innenseite gemäß oben beschnebenem Beispiel 5 Schichten in der Reihenfolge Sihzium,

xo S.liziumoxid, Silizium, Siliziumoxid, Titandioxid aufgebracht sind. 1 bezeichnet den wannestnihladurchfässigen Spiegelkörper, z.B. aus Glas, 2die S^ziumschichten, 3 die Siliziumoxidschichten und 4 die Titandioxidschicht. .

is Fig 2 zeigt als Stück eines ebenen Spiegels ein

ähnliches Schichtsystem, wobei 5 die Siliziumsch.ch-

ten, 6 die Magnesiumfluorid- und 7 eine Titandi-

oxidschicht bedeutet. .

Die Schichtdicken sind nicht maßstäblich gezeich-

*o net und betragen in beiden Beispielen je a/4-(optische Schichtdicke) der gewünschten Schwerpunktwellenlänge.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kaltlichtspiegel, bei welchem auf einem wärmestrahlendurchlässigen Träger eine Siliziumschicht und darauffolgend weitere abwechselnd hoch- und niedrigbrechende Wechselschichten von etwa/. 4 optischer Dicke der mittleren Wellenlänge λ = 550 nm des sichtbaren Spektralbereiches aufgebracht sind, dadurch gekenu-io zeichnet, daß auf die Siliziutnschicht (2, 5) folgend wenigstens eine von dieser durch eine liiedrigbrechende Schicht (3, 6) getrennte weitere Siliziumschicht (2, 5) aufgebracht ist.

2. Kaltlichtspiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Reihenfolge angegebenen Schichten aus Silizium (2), Siliziumoxid (3). Silizium (2), Siliziumoxid (3) und Titandioxid (4) bestehen.

^ Kaltlichtspiegel nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die in der angegebnen Reihenfolge auf dem Träger aufgebrachten Schichten aus Silizium (5). Magnesiumfluorid (6). Silizium (5). Magnesiumfluorid (6) und Titandioxid (7) bestehen.