PL210014B1

PL210014B1 - Lustro pierwszopowierzchniowe i zastosowanie lustra pierwszopowierzchniowego

Info

Publication number: PL210014B1
Application number: PL371025A
Authority: PL
Inventors: Scott V. Thomsen; Michael Andreasen
Original assignee: Guardian Industries
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2011-11-30
Also published as: CA2469479A1; CA2469479C; WO2003081297A3; US20030179454A1; US6783253B2; AU2003220378A8; WO2003081297A2; AU2003220378A1; ES2402345T3; PL371025A1; EP1490715A2; EP1490715B1

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy lustra obejmującego osadzoną na nim powłokę zawierającą węgiel diamentopodobny DLC oraz zastosowania tego rodzaju lustra używanego w kontekście aparatury do telewizji projekcyjnej PTV.

W stanie techniki znane są lustra przeznaczone do rozmaitych zastosowań . Publikacje patentowe US 5923464, US 4309075 ujawniają lustra bez powłok ochronnych. Bez jakiejkolwiek ochrony, powłoka może szybko stracić swój współczynnik odbicia i może ulegać zniszczeniom na skutek czynników fizycznych i chemicznych. Opis patentowy nr US 4272588 ujawnia lustro z pokryciem na bazie tlenku metalu, które ma chronić przed chemicznym zniszczeniem lustra, takim jak utlenianie. Opis ten nie ujawnia powłoki, która mogłaby chronić lustro przed zniszczeniem fizycznym, dodatkowo do innych typów zniszczeń. Tak więc, takie lustra nadal ulegają uszkodzeniu i dlatego istnieje wciąż zapotrzebowanie na pierwszopowierzchniowe lustro, które mniej ulegałoby zadrapaniom lub innym uszkodzeniom warstwy odbijającej lub jakiejkolwiek warstwy ponad warstwą odbijającą. Lustra znane są także z wykorzystywania ich w aparatach do telewizji projekcyjnej i innych w ł a ś ciwych zastosowaniach. Można wymienić publikacje patentowe US 6275272, US 5669681 i US 5896236, gdzie ujawniono lustra stosowane w kontekście telewizji projekcyjnej, ale żadne z tych luster nie jest chronione przez warstwę ochronną.

Jednym z typów luster jest lustro drugopowierzchniowe (spotykane w większości przypadków), podczas gdy zwierciadłem innego typu jest lustro pierwszopowierzchniowe, rzadziej spotykane. Lustra drugopowierzchniowe typowo obejmują podłoże szklane z powłoką odbijającą znajdującą się na ich powierzchni tylnej to znaczy nie na powierzchni przedniej, która jest pierwszą osiąganą przez padające światło.

Padające światło przechodzi przez podłoże szklane, a potem zostaje odbite przez powłokę. Tak więc, w przypadku luster drugopowierzchniowych, odbite światło przechodzi przez podłoże szklane dwukrotnie. Jeden raz, zanim zostanie odbite i powtórnie, gdy już zostanie odbite na swej drodze do obserwatora. W pewnych przypadkach, dwukrotne przechodzenie przez podłoże szklane może powodować zamącenie w ukierunkowanym odbiciu i powstawanie niedoskonałych odbić. Lustra takie, jak lustra łazienkowe, lustra sypialniane i lustra stosowane w budownictwie są, typowo, lustrami drugopowierzchniowymi, tak, że podłoże szklane może być wykorzystane do ochrony powłoki odbijającej znajdującej się na jego tylnej powierzchni. W tych przypadkach, w których pożądane są odbicia dokładniejsze, często stosowane są lustra pierwszopowierzchniowe. W lustrach pierwszopowierzchniowych, powłoka odbijająca znajduje się na przedniej powierzchni podłoża szklanego, tak, że padające światło zostaje odbite przez powłokę jeszcze zanim przejdzie przez podłoże szklane. Ponieważ w przypadku luster pierwszopowierzchniowych ś wiatło, które ma zostać odbite, nie ma przechodzić przez podłoże szklane (w przeciwieństwie do luster drugopowierzchniowych), lustra pierwszopowierzchniowe wykazują, na ogół, współczynnik odbicia wyższy niż lustra drugopowierzchniowe i nie dają obrazu podwójnie odbitego. Przykłady luster pierwszopowierzchniowych ujawniono w wyżej omówionej publikacji patentowej US 5923464 oraz publikacji US 4780372, gdzie ujawniono lustro z powłoką ochronną z azotku krzemu. Taka powłoka ochronna jest takż e przeznaczona do ochrony lustra przed uszkodzeniem chemicznym, ale niekoniecznie uszkodzeniem fizycznym, takim jak zadrapanie. W tym opisie patentowym wyjaśniono, że warstwa ochronna z azotku krzemu może być jedynie stosowana do ochrony materiałów, które mogą wytrzymywać konieczne temperatury osadzania ponad 300°C. Dlatego też w stanie techniki istnieje nadal zapotrzebowanie na powłokę ochronną, która mogłaby być stosowana w znacząco niskich temperaturach.

Wiele powłok odbijających znajdujących się na lustrach pierwszopowierzchniowych zawiera warstwę dielektryczną lub warstwy dielektryczne znajdujące się na podłożu szklanym, nad warstwą odbijającą na przykład Al lub Ag. Niestety, w przypadku, gdy w lustrze pierwszopowierzchniowym pokrywająca warstwa dielektryczna zostanie zadrapana lub uszkodzona, skutkuje to oddziaływaniem na współczynnik odbicia w niepożądany sposób, ponieważ światło musi dwukrotnie przejść przez zadrapaną lub uszkodzoną warstwę zanim dotrze do obserwatora (nie dzieje się tak w przypadku luster drugopowierzchniowych, w których warstwa odbijająca chroniona jest przez szkło). Typowo, warstwy dielektryczne stosowane w tym odniesieniu nie są bardzo trwałe, łatwo ulegają zadrapaniu lub uszkodzeniu w inny sposób, doprowadzającemu do zaistnienia problemów dotyczących odbicia. Tak więc, można stwierdzić, że lustra pierwszopowierzchniowe są bardzo wrażliwe na zadrapanie lub innego rodzaju uszkodzenie warstwy lub warstw dielektrycznych pokrywających warstwę odbijającą.

PL 210 014 B1

W publikacji patentowej US 6068379 ujawniono lusterko dentystyczne wyposaż one w warstwę ochronną złożoną z węgla diamentopodobnego DLC. Niestety, DLC typu zastosowanego w publikacji patentowej US 6068379 jest niedogodny, ponieważ (a) aby mógł być użyty wymaga ogrzewania do 1111°C (2000°F), co przyczynia się do uszkodzenia podkładowych warstw wielu typów, oraz (b) nie jest dostatecznie gęsty, a to oznacza potrzebę naniesienia bardzo grubej powłoki, co z kolei przyczynia się do otrzymania niepożądanej żółto-brązowej barwy, która jest wyraźnie niepożądana i może szkodliwie wpływać na właściwości odbiciowe. DLC tego typu przejawia także skłonność do raczej łatwego rozwarstwiania. Tak więc, zarówno sposób nanoszenia DLC tego typu, jak i sam typ DLC, są niepożądane. Ponadto, w publikacji patentowej US 6068379 objaśniono lustro drugopowierzchniowe, nie wykazujące problemów związanych z omówionymi powyżej lustrami pierwszopowierzchniowymi. Na podstawie powyższego tekstu staje się oczywiste, że w tej dziedzinie techniki istnieje zapotrzebowanie na lustro pierwszopowierzchniowe, mniej wrażliwe na zadrapanie lub inne uszkodzenie warstwy lub warstw dielektrycznych pokrywających warstwę odbijającą. Będzie także oczywiste, że w tej dziedzinie techniki istnieje zapotrzebowanie na powłokę ochronną, którą można by nanosić w racjonalnie niskiej temperaturze, i/lub która nie wprowadzałaby znaczniejszej barwy żółtej i/lub brązowej do lustra (niewielka ilość barwy żółtej i/lub brązowej jest dopuszczalna, ale duża jej ilość jest niepożądana).

Celem wynalazku jest zaspokojenie potrzeby na lustro obejmujące znajdującą się na nim powłokę złożoną z węgla diamentopodobnego DLC. Takie lustro można byłoby wykorzystywać w aparaturze do telewizji projekcyjnej, powielaczach, skanerach, czytnikach kodu kreskowego, rzutnikach do przezroczy i/lub w jakichkolwiek innych właściwych zastosowaniach. Innym celem wynalazku jest zaspokojenie potrzeby na warstwę lub warstwy ochronne, które zawierają DLC nad powłoką odbijającą lustra pierwszopowierzchniowego, przy czym DLC miałoby tak wysoką gęstość, że mogłoby być naniesione przy raczej niewielkiej grubości tak, że nie wprowadza do lustra znaczniejszej zmiany barwy. Innym celem wynalazku jest zaspokojenie zapotrzebowania na warstwę lub warstwy ochronne zawierające DLC nad warstwą lub warstwami odbijającymi lustra pierwszopowierzchniowego, przy czym DLC mogłoby być naniesione w raczej niskiej temperaturze tak, że warstwa lub warstwy znajdujące się pod nim nie zostałyby w znaczniejszym stopniu uszkodzone w trakcie nanoszenia DLC.

Innym celem wynalazku jest zaspokojenie zapotrzebowania na lustro pierwszopowierzchniowe z warstwą ochronną zawierają c ą DLC, w przypadku którego współ czynnik zał amania ś wiatł a „n i/lub grubość DLC są ustawione w oparciu o wartość współczynników innych warstw lustra, w celu uzyskania dobrych właściwości dotyczących odbicia i/lub optycznych lustra. Przedmiotem wynalazku jest zatem lustro pierwszopowierzchniowe, charakteryzujące się tym, że obejmuje:

- podłoż e, na którym osadzona jest pow łoka zawierająca co najmniej warstwę odbijającą, pierwszą warstwę dielektryczną i drugą warstwę dielektryczną oraz warstwę złożoną z węgla diamentopodobnego DLC, przy czym:

- warstwa odbijająca znajduje się między podłożem a warstwą dielektryczną, a warstwa złożona z DLC znajduje się nad warstwą odbijają c ą i warstwami dielektrycznymi,

- pierwsza warstwa dielektryczna wykazuje wartość współczynnika załamania ś wiatła „n większą od wartości współczynnika załamania światła „n wykazywanej przez warstwę odbijającą i mniejszą od wartości współczynnika załamania światła „n wykazywanej przez drugą warstwę dielektryczną, a warstwa złożona z DLC wykazuje wartość współczynnika załamania światła „n nie większą od wartości współczynnika załamania światła „n drugiej warstwy dielektrycznej oraz ₃

- warstwa złoż ona z DLC wykazuje gęstość ś rednią wynoszącą co najmniej 2,4 g/cm³ i co najmniej 40% wiązań węgiel-węgiel w warstwie złożonej z DLC są to wiązania węgiel-węgiel typu sp³, przy czym warstwa złożona z DLC wykazuje twardość średnią wynoszącą co najmniej 10 GPa, a jej grubość mieści się w zakresie od 1 do 100 nm.

Korzystnie lustro pierwszopowierzchniowe obejmuje warstwę złożoną z DLC wykazującą gęstość średnią wynoszącą co najmniej 2,7 g/cm³, albo grubość warstwy złożonej z DLC mieści się w zakresie od 1 do 25 nm, albo grubość warstwy zł oż onej z DLC mieś ci się w zakresie od 1 do 10 nm, albo grubość warstwy złożonej z DLC mieści się w zakresie od 1 do 5 nm. Według korzystnego lustra pierwszopowierzchniowego według wynalazku warstwa odbijająca jest warstwą metaliczną i zawiera co najmniej jeden metal spośród Al i Ag, a przepuszczalność (transmitancja) światła warstwy odbijającej jest nie większa niż 1,5%.

Korzystnie pierwsza warstwa dielektryczna znajduje się między warstwą odbijającą a drugą warstwą dielektryczną, przy czym pierwsza warstwa dielektryczna wykazuje wartość współczynnika załamania światła „n mieszczącą się w zakresie od 1,3 do 1,9, druga warstwa dielektryczna wykazuje

PL 210 014 B1 wartość współczynnika załamania światła „n mieszczącą się w zakresie od 2,0 do 3,0, a podłożem jest szkło.

Pierwsza warstwa dielektryczna wykazuje wartość współczynnika załamania światła „n mieszczącą się w zakresie od 1,4 do 1,75, druga warstwa dielektryczna wykazuje wartość współczynnika załamania światła „n mieszczącą się w zakresie od 2,2 do 2,7 i warstwa złożona z DLC wykazuje wartość współczynnika załamania światła „n mieszczącą się w zakresie od 1,9 do 2,1.

Pierwsza warstwa dielektryczna złożona jest z tlenku krzemu, przy czym podłożem jest szkło, a druga warstwa dielektryczna zł o ż ona jest z tlenku tytanu.

Grubość pierwszej warstwy dielektrycznej mieści się w zakresie od 70 do 110 nm, grubość drugiej warstwy dielektrycznej mieści się w zakresie od 20 do 60 nm i grubość warstwy złożonej z DLC mieści się w zakresie od 1 do 25 nm. Lustro odbija co najmniej 80% światła padającego, a atomy i/lub wiązania węgiel-węgiel warstwy złożonej z DLC są subimplantowane do drugiej warstwy dielektrycznej. Kolejnym przedmiotem wynalazku jest zastosowanie lustra pierwszopowierzchniowego określonego powyżej, w aparaturze do telewizji projekcyjnej, do odbijania co najmniej czerwonych, niebieskich i zielonych części składowych widma źródła światła w kierunku soczewki tak, że obraz może być oglą dany przez obserwatora.

Korzystnie stosuje się warstwę złożoną z DLC mającą grubość mieszczącą się w zakresie od 1 do 10 nm oraz wykazującą twardość średnią wynoszącą co najmniej 20 GPa i gęstość średnią mieszczącą się w zakresie od 2,6 do 3,1 g/cm³, a atomy węgiel-węgiel warstwy złożonej z DLC są subimplantowane do warstwy dielektrycznej, zaś warstwa dielektryczna wykazuje wartość współczynnika załamania światła „n większą od wartości wykazywanej przez warstwę odbijającą i mniejszą od wartości wykazywanej przez warstwę złożoną z DLC. W pewnych przykładowych wykonaniach wynalazku, jeden lub większa ilość celów i/lub zapotrzebowań powyżej wyszczególnionych jest osiągnięta i/lub zaspokojona przez dostarczenie lustra pierwszopowierzchniowego obejmującego: podłoże szklane z osadzoną na nim powłoką, przy czym powłoka ta zawiera co najmniej warstwę odbijającą, pierwszą i drugą warstwę dielektryczną oraz warstwę złożoną z bezpostaciowego węgla diamentopodobnego (DLC), przy czym warstwa odbijająca znajduje się między podłożem szklanym a warstwą dielektryczną, a warstwa złożona z DLC znajduje się nad warstwą odbijającą i warstwami dielektrycznymi, przy czym pierwsza warstwa dielektryczna wykazuje wartość współczynnika załamania świata „n większą, od wartości współczynnika załamania światła „n wykazywanej przez warstwę odbijającą i mniejszą od wartości współczynnika światła „n wykazywanej przez drugą warstwę dielektryczną, a warstwa złożona z DLC wykazuje wartość współczynnika światła „n mniejszą od wartości współczynnika załamania światła „n wykazywanej przez drugą warstwę dielektryczną, przy czym warstwa złożona z DLC ma gęstość średnią wynoszącą co najmniej 2,4 g/cm³, a co najmniej 40% wiązań węgiel-węgiel w warstwie złożonej z DLC są to wiązania węgiel-węgiel typu sp³, przy czym warstwa złożona z DLC wykazuje twardość średnią wynoszącą co najmniej 10 GPa.

W innych przykł adowych wykonaniach wynalazku, jeden lub większa ilość celów i/lub zapotrzebowań powyżej wyszczególnionych może być osiągnięta i/lub zaspokojona przez dostarczenie lustra obejmującego: podłoże z osadzoną na nim powłoką, przy czym powłoka ta zawiera warstwę odbijającą, co najmniej pierwszą warstwę dielektryczną oraz warstwę złożoną z bezpostaciowego węgla diamentopodobnego DLC, znajdującą się nad warstwą odbijającą i pierwszą warstwą dielektryczną, przy czym warstwa złożona z DLC ma gęstość średnią wynoszącą co najmniej 2,4 g/cm³, a co najmniej 40% wiązań węgiel-węgiel w warstwie złożonej z DLC są to wiązania węgiel-węgiel typu sp³, przy czym grubość warstwy złożonej z DLC mieści się w zakresie od 1 do 100 nm.

W jeszcze innych przykładowych wykonaniach wynalazku, jeden lub większa ilość celów i/lub zapotrzebowań powyżej wyszczególnionych może być osiągnięta i/lub zaspokojona przez zastosowanie lustra pierwszopowierzchniowego do aparatury do telewizji projekcyjnej przeznaczonej do odbijania co najmniej czerwonej, niebieskiej i zielonej części składowych światła ze źródła skierowanego w kierunku soczewki tak, ż e obraz moż e być oglą dany przez obserwatora, przy czym lustro pierwszopowierzchniowe obejmuje podłoże szklane z osadzoną na nim powłoką, przy czym powłoka ta zawiera warstwę odbijającą, co najmniej jedną warstwę dielektryczną oraz warstwę złożoną z bezpostaciowego węgla diamentopodobnego DLC, przy czym warstwa odbijająca znajduje się między podłożem szklanym i warstwą dielektryczną, a warstwa złożona z DLC znajduje się nad warstwą odbijającą i warstwą dielektryczną, przy czym warstwa złożona z DLC ma gęstość średnią wynoszącą co najmniej 2,4 g/cm³, twardość średnią wynoszącą co najmniej 10 GPa i grubość mieszczącą się w zakresie od 1 do 100 nm.

PL 210 014 B1

Fig. 1 stanowi widok przekroju poprzecznego lustra pierwszopowierzchniowego według przykładowego sposobu wykonania wynalazku.

Fig. 2 stanowi schematyczny diagram przykładowego aparatu do telewizji projekcyjnej PTV z zastosowaniem lustra z fig. 1 według przykładowego sposobu wykonania wynalazku.

Wynalazek dotyczy lustra, które może być stosowane w kontekście aparatury do telewizji projekcyjnej, powielaczy, skanerów, czytników kodu kreskowego, rzutników do przezroczy i/lub w jakichkolwiek innych właściwych zastosowaniach. W niektórych sposobach wykonania wynalazku, lustro jest lustrem pierwszopowierzchniowym, obejmującym osadzoną na nim powłokę wielowarstwową. Korzystnie, powłoka wielowarstwowa zawiera co najmniej jedną warstwę odbijającą (na przykład Al, Ag i/lub im podobne), które mogą być pokryte co najmniej jedną warstwą lub warstwami dielektrycznymi oraz warstwą złożoną z węgla diamentopodobnego DLC. DLC to typ węgla o wysokiej gęstości (to znaczy o gęstości wynoszącej co najmniej 2,4 g/cm³, a jeszcze korzystniej wynoszącej co najmniej 2,7 g/cm³) tak, że można go nanosić przy raczej mniejszej grubości, dzięki czemu nie wprowadza do lustra znaczniejszej zmiany barwy. DLC może także być węglem takiego typu, że można go nanosić raczej w niskiej temperaturze podłoża, na które jest nanoszony (to znaczy w temperaturze niższej od 350°C, korzystniej w temperaturze niższej od 200°C i najkorzystniej w temperaturze niższej od 100°C), tak, że warstwa lub warstwy znajdujące się pod nim nie zostają w znaczniejszym stopniu uszkodzone w trakcie nanoszenia DLC. W pewnych przypadkach, DLC można nanieść/osadzić metodą wiązki jonowej. W pewnych przykładowych sposobach wykonania wynalazku, warstwa lub warstwy z DLC stanowią warstwy osadzone metodą wią zki jonowej w taki sposób, że co najmniej częściowo zostają subimplantowane do warstwy dielektrycznej, pomiędzy DLC a warstwę dielektryczną, w celu polepszenia właściwości adhezyjnych, a przez to trwałości lustra.

Fig. 1 stanowi widok przekroju poprzecznego lustra 10 pierwszopowierzchniowego według przykładowego wykonania wynalazku. IL oznacza światło padające, RL oznacza światło odbite, a O oznacza obserwatora.

Lustro 10 obejmuje podłoże szklane 1, na którym osadzona jest powłoka wielowarstwowa zawierająca warstwę odbijającą 3, pierwszą warstwę dielektryczną 5, drugą warstwę dielektryczną 7 oraz co najmniej jedną warstwę lub warstwy ochronne 9, to znaczy warstwę lub warstwy złożone z DLC, lub zawierające DLC. Podłoże może być utworzone z tworzywa sztucznego albo, w niektórych przypadkach, z metalu. Warstwa odbijająca 3, zapewnia zasadnicze odbicie, podczas gdy warstwy dielektryczne 5 i 7 oraz warstwa z DLC 9 współpracują ze sobą, dla wzmożenia odbicia i nastrojenia profilu widmowego do pożądanego zakresu długości fal. Ewentualnie, na podłożu, pod warstwą odbijającą 3, może znajdować się inna warstwa lub warstwy dielektryczne (nie pokazane), takie jak warstwy złożone z tlenku cyny i/lub tlenku krzemu, naniesione tak, aby znajdowały się między podłożem 1 a warstwą odbijającą 3, celu stymulowania adhezji warstwy odbijającej 3 do podłoża. Zgodnie z innym alternatywnym sposobem wykonania wynalazku, nad warstwą odbijającą 3 między warstwą 3 a warstwą dielektryczną 5 może znajdować się dodatkowa warstwa lub warstwy dielektryczne, (nie pokazane). Zgodnie z innymi sposobami wykonania wynalazku, na przykład, na wierzchu warstw 3 - 7 może być ułożona inna warstwa złożona z tlenku krzemu (na przykład SiO₂) i inna warstwa złożona z tlenku tytanu (na przykład TiO2), w takim uszeregowaniu w pewnych sposobach wykonania wynalazku, że zamiast dwu warstw pokazanych na fig. 1 obecne są cztery warstwy dielektryczne. W jeszcze innym wykonaniu wynalazku, warstwy 3 - 7 pokazane na fig. 1 można zastąpić następującymi warstwami, od podłoża szklanego 1 do warstwy zewnętrznej:

szkło/NiCrNx/Ag/NiCrNx/SiNx/SiO2/TiO2/DLC

W takich wykonaniach, w szczególności w rozmaitych sposobach wykonania według wynalazku, składniki poszczególnych warstw (na przykład tlenek krzemu, azotek krzemu, tlenek tytanu itd.) mogą być, albo mogą nie być stechiometryczne. W jeszcze innych sposobach wykonania wynalazku, można wyeliminować warstwę 2 i/lub warstwę 5 pokazaną na fig. 1.

Specjaliści w tej dziedzinie techniki zdadzą sobie sprawę z tego, że termin „między stosowany w niniejszym opisie nie oznacza tego, że warstwa znajdująca się miedzy dwiema innymi warstwami kontaktuje się z tymi innymi warstwami [a więc, oznacza to, że warstwa A może znajdować się „między warstwami B i C nawet wtedy, gdy nie kontaktuje się z warstwą/warstwami B i/lub C, ponieważ między warstwami B a C mogą znajdować się także inna warstwa lub warstwy]. W różnych sposobach wykonania wynalazku, grubość podłoża szklanego może mieścić się w zakresie od 1 do 10 mm, przy czym może mieć ono jakąkolwiek stosowną barwę (na przykład, może być szare, nie zawierające domieszki innej barwy, zielone, niebieskie itd.). W niektórych sposobach wykonania, grubość podłoża szklanego 1

PL 210 014 B1 (wykonanego, na przykład, ze szkła typu szkła sodowo-wapniowo-kwarcowego) mieści się w zakresie od 1 do 5 mm, najkorzystniej wynosi 3 mm. W przypadku, gdy podłożem jest szkło, wtedy wartość współczynnika załamania światła „n mieści się w zakresie od 1,48 do 1,53, najkorzystniej wynosi 1,51, przy czym wszystkie współczynniki „n w niniejszym opisie wyznaczono dla światła o długości fali 550 nm.

W pewnych sposobach wykonania wynalazku, warstwa odbijająca 3 może być złożona z Al, Ag lub jakiegokolwiek innego stosownego materiału odbijającego, lub je zawierać. Warstwa odbijająca 3 odbija większość padającego światła zanim dosięgnie ono podłoża szklanego 1 i kieruje je od podłoża szklanego 1 w kierunku obserwatora, tak że lustro takie określa się jako lustro pierwszopowierzchniowe. W pewnych sposobach wykonania, warstwa odbijająca 3 wykazuje wartość współczynnika załamania światła „n mieszczącą się w zakresie od 0,05 do 1,5, korzystniej w zakresie od 0,05 do 1,0. W przypadku, gdy warstwa 3 złożona jest z Al, współczynnik załamania światła „n warstwy 3 może wynosić 0,8, ale w przypadku, gdy warstwa 3 złożona jest z Ag, może on też być tak niski, jak 0,1. W pewnych przykładowych sposobach wykonania według wynalazku, warstwa metaliczna 3 złożona z Al może zostać napylona na podłoże 1 przy użyciu obrotowej tarczy z katodą z Al C-MAG (ewentualnie z domieszkami) i/lub zasadniczo czystej tarczy Al (>= 99,5% Al) (na przykład, przy użyciu tarcz 2 C-MAG, z przepływem gazowego Ar, przy mocy 6 kW/C-MAG i pod ciśnieniem 3 mtorów), aczkolwiek w różnych przypadkach, dla osadzenia warstwy 3 można posłużyć się innymi sposobami. W sposobach polegających na napylaniu, tarcza lub tarcze stosowane do napylania warstwy Al 3 mogą, w niektórych przypadkach, zawierać inne materiały (na przykład od 0 do 5% Si dla dopomożenia związania się Al z podłożem 1 i/lub z warstwą 5). W pewnych sposobach wykonania wynalazku, warstwa odbijająca 3 wykazuje wartość współczynnika odbicia (według pomiaru przeprowadzonego w spektrofotometrze Perkin Elmer Lambda 900 lub równoważnym) wynoszącą co najmniej 75% w zakresie 500 nm, korzystniej co najmniej 80%, jeszcze korzystniej co najmniej 85%, a w niektórych przypadkach co najmniej 90%. Ponadto, w pewnych sposobach wykonania według wynalazku, warstwa odbijająca 3 jest całkowicie nieprzezroczysta, ponieważ może ona wykazywać niewielką przepuszczalność czyli transmitancję w wyżej wspomnianym przedziale długości fali, w zakresie od 0,1 do 5%, korzystniej w zakresie od 0,5 do 1,5%. W pewnych sposobach wykonania według wynalazku grubość warstwy odbijającej 3 może mieścić się w zakresie od 20 do 150 nm, korzystniej w zakresie od 40 do 90 nm, a jeszcze korzystniej w zakresie od 50 do 80 nm, a przykładowo, w przypadku warstwy 3 złożonej z Al, może ona wynosić 65 nm.

W pewnych sposobach wykonania według wynalazku, pierwsza warstwa dielektryczna 5 może być złożona z tlenku krzemu (na przykład w przybliżeniu stechiometrycznego tlenku krzemu SiO₂ lub jakiegokolwiek innego stosownego niestechiometrycznego tlenku krzemu), albo może go zawierać. Taki tlenek krzemu może zostać napylony na podłoże 1 nad warstwą 3 przy użyciu tarcz Si, na przykład z zastosowaniem tarcz 6 Si C-MAG, ciśnienia 3 mtorów, mocy 12 kW/C-MAG i z rozprowadzaniem gazu stanowiącego mieszaninę około 70% tlenu i 30% argonu. W pewnych wykonaniach według wynalazku, pierwsza warstwa dielektryczna 5 wykazuje wartość współczynnika załamania światła „n wyższą niż wartość wykazywana przez warstwę 3 i korzystnie mieści się w zakresie od 1,2 do 2,2, korzystniej w zakresie od 1,3 do 1,9, a jeszcze korzystniej od 1,4 do 1,75. I tak, na przykład, w pewnych sposobach wykonania według wynalazku, w przypadku pierwszej dielektrycznej warstwy 5, można posłużyć się tlenkiem krzemu wykazującym wartość współczynnika załamania światła wynoszącą 1,45. W pewnych sposobach wykonania według wynalazku, grubość pierwszej dielektrycznej warstwy 5 może mieścić się w zakresie od 10 do 200 nm, korzystniej w zakresie od 50 do 150 nm, jeszcze korzystniej w zakresie od 70 do 110 nm, a przykładowo, w przypadku warstwy złożonej z tlenku krzemu, może ona wynosić 90 nm. W pewnych sposobach wykonania według wynalazku, druga warstwa dielektryczna 7 może być złożona z tlenku tytanu (na przykład w przybliżeniu stechiometrycznego tlenku tytanu TiO₂ lub jakiegokolwiek innego stosownego niestechiometrycznego tlenku tytanu), albo może go zawierać. Taki tlenek tytanu może zostać napylony na podłoże nad warstwami 3 i 5 przy użyciu tarcz Ti, na przykład z zastosowaniem tarcz 6 Ti C-MAG, ciśnienia 3,0 mtorów, mocy 42 kW/tarczę C-MAG i z przepływem gazu stanowiącego mieszaninę 60% tlenu i 40% argonu. W pewnych wykonaniach według wynalazku, druga warstwa dielektryczna 7 wykazuje wartość współczynnika załamania światła „n wyższą niż wartość wykazywana przez warstwę 3 i/lub 5 i korzystnie mieści się w zakresie od 2,0 do 3,0, korzystniej w zakresie od 2,2 do 2,7, a jeszcze korzystniej od 2,3 do 2,5. I tak, na przykład, w pewnych sposobach wykonania według wynalazku, w przypadku drugiej dielektrycznej warstwy 7, można posłużyć się tlenkiem tytanu wykazującym wartość współczynnika załamania światła wynoszącą 2,4. Można także użyć innych stosownych dielektryków o współczynniku załamania światła

PL 210 014 B1 mieszczącym się w tym zakresie. W pewnych sposobach wykonania według wynalazku, grubość drugiej dielektrycznej warstwy 7 może mieścić się w zakresie od 10 do 150 nm, korzystniej w zakresie od 20 do 80 nm, jeszcze korzystniej w zakresie od 20 do 60 nm, a przykładowo warstwa złożona z tlenku tytanu może mieć grubość wynoszącą 40 nm. Specjaliści w tej dziedzinie techniki wezmą pod uwagę to, że obie warstwy, 5 i 7 (oraz warstwa 9) są zasadniczo przezroczyste dla światła tak, że umożliwiają światłu osiągnięcie warstwy odbijającej 3 zanim zostanie ono przez nią odbite; a w pewnym sposobie wykonania według wynalazku, każda z warstw, od 3 do 7, może być naniesiona na podłoże przez napylenie.

W pewnych sposobach wykonania według wynalazku, grubość warstwy lub warstw ochronnych 9 złożonych z DLC, lub zawierających DLC może mieścić się w zakresie od 1 do 100 nm, korzystniej w zakresie od 1 do 25 nm, jeszcze korzystniej w zakresie od 1 do 10 nm i najkorzystniej w zakresie od 1 do 5 nm, a przykładowo warstwa z DLC 9, może mieć grubość wynoszącą 2 nm. Warstwa z DLC może być osadzona metodą stosującą wiązkę jonową w taki sposób, że wykazywać ona będzie wartość współczynnika załamania światła „n mieszczącą się w zakresie od 1,6 do 2,2, korzystniej w zakresie od 1,9 do 2,1, i najkorzystniej w zakresie od 1,95 do 2,05 tak, że w pewnych sposobach wykonania wynalazku będzie ona funkcjonować zarówno jako warstwa ochronna i jako warstwa przeciwodblaskowa. W pewnych sposobach wykonania według wynalazku, warstwa 9 może być złożona z DLC specjalnego typu, takiego jak wysoce tetrahedralny węgiel bezpostaciowy (ta-C), lub go zawierać. Ponadto, pod tym względem, DLC warstwy 9 może zostać osadzony metodą stosującą wiązkę jonową, sposobem wykorzystującym wysoką energię jonów (na przykład, od 500 do 3000 eV/atom C) i właściwy przepływ gazu (na przykład, gazowego węglowodoru, takiego jak acetylen), dzięki czemu utworzona tak warstwa z DLC 9 może zostać osadzona w niskiej temperaturze, a jej gęstość średnia jest wysoka: wynosi co najmniej 2,7 g/cm³, korzystniej co najmniej 2,7 g/cm³, (na przykład, w pewnych przypadkach, ma gęstość średnią mieszczącą się w zakresie od 2,6 do 3,1 g/cm³). Dodatkowo, użyta tu metoda osadzania stosująca wiązkę jonową umożliwia uzyskanie DLC (na przykład ta-C) charakteryzującego się tym, że co najmniej 40% wiązań węgiel-węgiel w nim zawartych są to wiązania typu sp³, korzystniej co najmniej 50% jest typu sp³, jeszcze korzystniej co najmniej 60% jest typu sp³(w przeciwieństwie do typu sp²). I tak, w pewnych sposobach wykonania wynalazku, DLC warstwy 9 zawiera więcej wiązań węgiel-węgiel typu sp³ niż bardziej grafitowych wiązań węgiel-węgiel typu sp². W pewnych sposobach wykonania wynalazku, warstwa ochronna 9 wykazuje twardość średnią wynoszącą co najmniej 10 GPa, korzystniej co najmniej 20 GPa i, w pewnych sposobach wykonania według wynalazku, najkorzystniej wynoszącą co najmniej 30 GPa.

W pewnych przykładowych sposobach wykonania według wynalazku, warstwa z DLC 9 może stanowić jedną z warstw z DLC opisanych w którymkolwiek z amerykańskich publikacji patentowych nr US 6261693, US 6303225, US 6338901 lub US 6312808. Warstwa lub warstwy z DLC 9 mogą być osadzone metodą stosującą wiązkę jonową, jak to opisano w którakolwiek z amerykańskich publikacji patentowych nr US 6261693, US 6303225, US 6338901 lub US 6312808. W pewnych przykładowych przypadkach, DLC może być osadzony przy użyciu źródła wiązki jonowej z udziałem gazowego acetylenu przy potencjale mieszczącym się w zakresie od 1500 do 3000 V, pod ciśnieniem takim, jak 1 mtor.

Zastosowanie warstwy/warstw 9 złożonych z DLC o wysokiej gęstości, a także opisanych powyżej metod osadzania stosujących wiązkę jonową, umożliwia osadzenie warstwy/warstw 9 metodą stosującą wiązkę jonową na podłożu 1 nad warstwami od 3 do 7 w sposób bardzo gęsty, tak, że co najmniej pewne atomy C i/lub wiązania C-C warstwy 9 zostają subimplantowane do drugiej dielektrycznej warstwy 7. Ponadto, wysoka gęstość warstwy 9 umożliwia naniesienie tej warstwy przy małej grubości, mieszczącej się w zakresie powyżej omówionym i ciągle jeszcze odpornej na zarysowanie; ta niewielka grubość warstwy 9 umożliwia redukcję i/lub zapobieżenie wystąpienia niepożądanej barwy brązowej/żółtej, tak często związanej z powłokami z DLC. W rezultacie wysokiej gęstości oraz zajścia subimplantacji, warstwa 9 bardzo mocno przylega do warstwy 7 i zapewnia dobre właściwości, jeśli chodzi o odporność na zarysowanie, a również może być stosowana przy grubości nie wpływającej znacząco na właściwości optyczne lustra pierwszopowierzchniowego. Wysoka gęstość warstwy z DLC 9 umożliwia naniesienie jej jako warstwy raczej cienkiej, z zapewnieniem dobrych właściwości ochronnych (na przykład odporności na zarysowanie). Poza tym, metodę stosującą wiązkę jonową można nastawić tak, aby uzyskać dla warstwy 9 taką wartość współczynnika załamania światła „n, która pozwala na używanie tej warstwy w zastosowaniach przeciwodblaskowych.

W pewnych sposobach wykonania wynalazku, warstwa 9 może być złożona z DLC typu ta-C. Jednakże, w innych sposobach wykonania według wynalazku, warstwa 9 z DLC może zawierać także

PL 210 014 B1 inne pierwiastki. I tak, na przykład, w pewnych sposobach wykonania wynalazku, węgiel ta-C może być uwodorniony (ta-C:H) tak, że zawiera on od 0,5 do 20% H korzystniej od 0,5 do 10% H, a jeszcze korzystniej od 0,5 do 5% H. W pewnych sposobach wykonania wynalazku można użyć innych domieszek, takich jak B, Si i/lub im podobnych. Ewentualnie, można użyć więcej niż jednej warstwy 9 z DLC, a w jeszcze innym sposobie wykonania wynalazku nad warstwą z DLC 9 może znajdować się inna warstwa. Należy zauważyć, że omówione powyżej materiały wprowadzone są przykładowo i bez ograniczania zakresu wynalazku, chyba że sprecyzowano to wyraźnie w zastrzeżeniach patentowych załączonych do opisu.

Dzięki uszeregowaniu odpowiednich współczynników załamania światła „n warstw 3 - 9 w sposób omówiony powyżej, staje się możliwe uzyskanie zarówno odpornego na zarysowanie, a tym samym trwałego lustra pierwszopowierzchniowego, w przypadku którego trudno jest zarysować warstwę ochronną 9, jak i dobrych przeciwodblaskowych właściwości warstw 5 - 9, co umożliwia polepszenie efektywności optycznej lustra. Wprowadzenie warstwy ochronnej z DLC 9, która jest trwała i odporna na zarysowanie, a także wykazuje dobrą wartość współczynnika załamania światła, umożliwia uzyskanie kombinacji dobrej trwałości z dobrą efektywnością optyczną. W pewnych sposobach wykonania wynalazku, lustro pierwszopowierzchniowe może wykazywać odbicie światła wynoszące co najmniej 80%, korzystniej co najmniej 85% i jeszcze korzystniej co najmniej 95%.

Fig. 2 stanowi schematyczny diagram objaśniający lustro 10 z fig. 1 użyte w kontekście aparatury do telewizji projekcyjnej PTV.

Światło wysyłane jest w kierunku lustra 10 i zostaje odbite przez lustro 10, które z kolei kieruje światło ku soczewce 11 Fresnela, płyty 13 wzmacniającej kontrast i/lub płyty 12 ochronnej, po czym ostatecznie dochodzi do oka obserwatora O. PRT(3) 14 oznacza telewizyjną lampę projekcyjną (ang. Projection TV tubes) emitującą czerwone, niebieskie lub zielone części składowe widma światła, S oznacza głośniki, E oznacza elektronikę.

Polepszone cechy znamienne luster omówionych powyżej w niniejszym opisie umożliwiają uzyskanie udoskonalonej aparatury do PTV.

Claims

1. Lustro pierwszopowierzchniowe, znamienne tym, że obejmuje:

- podłoże, (1) na którym osadzona jest powłoka zawierająca co najmniej warstwę (3) odbijającą, pierwszą warstwę (5) dielektryczną i drugą warstwę (7) dielektryczną, oraz warstwę (9) złożoną z węgla diamentopodobnego (DLC), przy czym:

- warstwa (3) odbijająca znajduje się między podłożem (1) a warstwą (5) dielektryczną, a warstwa (9) złożona z DLC znajduje się nad warstwą (3) odbijającą i warstwami (5, 7) dielektrycznymi,

- pierwsza warstwa (5) dielektryczna wykazuje wartość współczynnika załamania światła n₅większą od wartości współczynnika załamania światła n₃ wykazywanej przez warstwę (3) odbijającą i mniejszą od wartości współczynnika załamania światła n₇ wykazywanej przez drugą warstwę (7) dielektryczną, a warstwa (9) złożona z DLC wykazuje wartość współczynnika załamania światła n₉ nie większą od wartości współczynnika załamania światła n₇ drugiej warstwy (7) dielektrycznej, oraz

- warstwa (9) złożona z DLC wykazuje gęstość średnią wynoszącą co najmniej 2,4 g/cm³ i co najmniej 40% wiązań węgiel-węgiel w warstwie (9) złożonej z DLC są to wiązania węgiel-węgiel typu sp³, przy czym warstwa (9) złożona z DLC wykazuje twardość średnią wynoszącą co najmniej 10 GPa, a jej grubość mieści się w zakresie od 1 do 100 nm.

2. Lustro pierwszopowierzchniowe według zastrz. 1, znamienne tym, że warstwa (9) złożona z DLC wykazuje gęstość średnią wynoszącą co najmniej 2,7 g/cm³.

3. Lustro pierwszopowierzchniowe według zastrz. 1, znamienne tym, że grubość warstwy (9) złożonej z DLC mieści się w zakresie od 1 do 25 nm.

4. Lustro pierwszopowierzchniowe według zastrz. 1, znamienne tym, że grubość warstwy (9) złożonej z DLC mieści się w zakresie od 1 do 10 nm.

5. Lustro pierwszopowierzchniowe według zastrz. 1, znamienne tym, że grubość warstwy (9) złożonej z DLC mieści się w zakresie od 1 do 5 nm.

6. Lustro pierwszopowierzchniowe według zastrz. 1, znamienne tym, że warstwa (3) odbijająca stanowi warstwę metaliczną i zawiera co najmniej z jeden metal spośród Al i Ag.

PL 210 014 B1

7. Lustro pierwszopowierzchniowe według zastrz. 6, znamienne tym, że przepuszczalność czyli transmitancja światła warstwy (3) odbijającej jest nie większa niż 1,5%.

8. Lustro pierwszopowierzchniowe według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwsza warstwa (5) dielektryczna znajduje się między warstwą odbijającą (3) a drugą warstwą (7) dielektryczną, przy czym pierwsza warstwa (5) dielektryczna wykazuje wartość współczynnika załamania światła n₅ mieszczącą się w zakresie od 1,3 do 1,9, druga warstwa (7) dielektryczna wykazuje wartość współczynnika załamania światła n₇ mieszczącą się w zakresie od 2,0 do 3,0, a podłożem (1) jest szkło.

9. Lustro pierwszopowierzchniowe według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwsza warstwa (5) dielektryczna wykazuje wartość współczynnika załamania światła n5 mieszczącą się w zakresie A, od 1,4 do 1,75, druga warstwa (7) dielektryczna wykazuje wartość współczynnika załamania światła n₇mieszczącą się w zakresie od 2,2 do 2,7, i warstwa (9) złożona z DLC wykazuje wartość współczynnika załamania światła n9 mieszczącą się w zakresie od 1,9 do 2,1.

10. Lustro pierwszopowierzchniowe według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwsza warstwa (5) dielektryczna złożona jest z tlenku krzemu, przy czym podłożem (1) jest szkło.

11. Lustro pierwszopowierzchniowe według zastrz. 1, znamienne tym, że druga warstwa (7) dielektryczna złożona jest z tlenku tytanu.

12. Lustro pierwszopowierzchniowe według zastrz. 1, znamienne tym, że grubość pierwszej warstwy (5) dielektrycznej mieści się w zakresie od 70 do 110 nm, grubość drugiej warstwy (2) dielektrycznej mieści się w zakresie od 20 do 60 nm, i grubość warstwy (9) złożonej z DLC mieści się w zakresie od 1 do 25 nm.

13. Lustro pierwszopowierzchniowe według zastrz. 1, znamienne tym, że lustro odbija co najmniej 80% światła padającego, a atomy i/lub wiązania węgiel-węgiel warstwy (9) złożonej z DLC są subimplantowane do drugiej warstwy (7) dielektrycznej.

14. Zastosowanie lustra pierwszopowierzchniowego określonego w zastrzeżeniach 1-13, w aparaturze do telewizji projekcyjnej, do odbijania co najmniej czerwonych, niebieskich i zielonych części składowych widma źródła światła w kierunku soczewki tak, że obraz może być oglądany przez obserwatora.

15. Zastosowanie według zastrz. 14, w którym stosuje się warstwę, złożoną z DLC mającą grubość mieszczącą się w zakresie od 1 do 10 nm oraz wykazującą twardość średnią wynoszącą co najmniej 20 GPa i gęstość średnią mieszczącą się w zakresie od 2,6 do 3,1 g/cm³.

16. Zastosowanie według zastrz. 14, w którym atomy węgiel-węgiel warstwy złożonej z DLC są subimplantowane do warstwy dielektrycznej.

17. Zastosowanie według zastrz. 14, w którym warstwa dielektryczna wykazuje wartość współczynnika załamania światła n5 większą od wartości wykazywanej przez warstwę odbijającą i mniejszą od wartości wykazywanej przez warstwę złożoną z DLC.