Дихроическое зеркало
DICHROIC MIRROR

Настоящее изобретение относится к дихроическим зеркалам, также известным как оптические фильтры. Изобретение может быть использована в быту, в автомобильных зеркалах заднего вида, в медиа индустрии, в частности это зеркало может быть установлено перед фото или видео передающими устройствами, в качестве передней панели зеркальных телевизоров.
Известны конструкции, содержащие систему, в которой сочетаются зеркало заднего вида с дисплеем, излучателем и/или электромагнитным сенсором, скрытым позади поверхности зеркала. В этих системах дисплей/излучатель или сенсор работают через зеркало, в то время как само зеркало отражает то, что ожидается от его функции, благодаря специфическому устройству покрытия, которое одновременно способно отражать значительный участок видимого спектра и может пропускать достаточное количество электромагнитных излучений, испускаемых дисплеем/излучателем и/или поглощенных сенсором.
Все эти системы, установленные на транспортных средствах, обычно имеют коэффициент отражения от 35 до 55% (обычно измеренный по SAE J964 или эквивалентной методике), и они часто монтируются с отражающим (-ими) слоем (-ями), расположенным (-и) на передней поверхности зеркала по отношению к положению наблюдателя. Такой вариант выполнения предполагает наличие максимума способности отражать и пропускать одновременно, что требует, чтобы оба работали в более или менее одинаковых участках электромагнитного спектра.
В некоторых случаях, конструкции системы, в которых отражающий слой расположен на передней поверхности, не являются предпочтительными, и, следовательно, существует потребность в дихроическом зеркале, содержащем многослойную структуру из интерференционных слоев на задней поверхности. При использовании. этой конструкции с задней стороны, коэффициенту отражения обычно придают большее значение, чем коэффициенту пропускания. Например, при использовании тонкого слоя хрома в качестве отражателя, известно, что могут быть получены следующие значения:
Таким образом, можно констатировать, что свет почти не проходит, когда отражение превышает 58-60%.
Было обнаружено, что использование многослойной структуры из интерференционных слоев и подходящего металлического отражателя на задней поверхности зеркала, может увеличивать как коэффициент пропускания, так и коэффициент отражения.
Из уровня техники известно дихроическое зеркало, раскрытое, например, в WO 2006045835 А1, 04.05.2006, в котором оно имеет переднюю поверхность и заднюю поверхность, с покрытием на задней поверхности из многослойной структуры.
Субстрат с покрытием имеет способность пропускать при длине волны 550 нм, по меньшей мере, 6%, и отражать более 45%.
Субстрат с покрытием может иметь синий оттенок в отраженном свете, но он может также давать нейтральный оттенок в отраженном свете. В этом случае колориметрические величины Хантера а* и b*, предпочтительно, составляют от -10 до+10, а чистота составляет, предпочтительно, менее 13%, более предпочтительно, менее 10%.
Эта система особенно интересна в призматических внутренних дневных/ночных зеркалах заднего вида. Отражатель должен быть позади стекла, чтобы разрешать высокий уровень "дневного" отражения. Передняя поверхность стекла сама по себе, с ее собственным показателем преломления, дает низкий уровень отражения, обычно называемый "ночным". Одновременно, согласно этому устройству пропускание сохраняют на достаточном уровне, чтобы позволить использование дисплея/излучателя и/или сенсорного устройства, помещенного позади зеркала. Это зеркало также может быть использовано в "саморегулирующихся", иногда называемых "электрохромными", автоматических дневных/ночных зеркалах заднего вида, где требуется как можно более высокое отражение зеркала, чтобы увеличить оптическую дальность видимости устройства. Такая система может быть нанесена на любой подходящий прозрачный субстрат (например, стекло или пластмассу) общеизвестными способами по уровню техники для такой конструкции, например, процессами погружения, пиролитического осаждения, такими как химическое нанесение из паров (ХНП), или физическое нанесение из паров (ФНП), или сочетанием любого из этих методов.
Другое интересное преимущество данных конструкций состоит в их длительном сроке службы, что позволяет производить обработку без ухудшения (механически -стойкость к царапанию) и иметь существенную самозащиту против коррозии (климатическая стабильность).
Раскрытые в упомянутом источнике информации дихроические зеркала заднего вида получали путем нанесения на заднюю сторону (сторону, противоположную наблюдателю) субстрата из натриево-кальциевого стекла многослойной структуры из различных слоев. Эти слои наносили методом усиленного магнитом вакуумного напыления. По этому общеизвестному методу стекло пропускают поочередно через камеры осаждения, где подходящие материалы бомбардируют в вакууме.
При изготовлении этого зеркала используют следующую последовательность нанесения слоев на стеклянную подложку в следующем порядке (в направлении от наблюдателя):
2
- первый слой - оксид титана (ТiO)
2
- второй слой - оксид кремния (SiO)
- третий слой - кремний (Si) или хром (Cr).
Эта структура показывает следующие оптические характеристики:
при длине волны 550 нм, коэффициент пропускания по меньшей мере 6%, предпочтительно 8% и коэффициент отражения 45%, предпочтительно более 50%.
Однако упомянутые дихроические зеркала в известном источнике информации сложны в технологии изготовления, поскольку в них используются три слоя покрытия, один из которых состоит из металла, а два других - из разных оксидов металлов. Кроме того, оптические характеристики этих зеркал недостаточно хороши, поскольку в дихроических зеркалах большое значение играет процентное соотношение величин отражения и пропускания светового потока. Оптимально для таких зеркал высокий коэффициент отражения при высоком коэффициенте пропускания светового потока.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является дихроическое зеркало, раскрытое например в WO 2000026701 А1, 11.05.2000 или в US 6292302 В1, 18.09.2001, в которых используется многослойная структура, включающая накладываемый на стеклянную пластину первый слой, состоящий из оксида металла и далее второй слой, состоящий из окисляющегося металла или полуметалла и защитное покрытие толщины и состава, достаточного для существенного предотвращения проникания кислорода при последующей термической обработки. При этом получены следующие характеристики полученного дихроического зеркала: коэффициент пропускания по крайней мере 24% в диапазоне волны 550-650 нм, коэффициент отражения по крайней мере 45%.
Однако технологический процесс изготовления этого зеркала достаточно трудоемок, поскольку помимо использования камеры магнетронного напыления необходимо использовать термическую обработку полученного изделия и, кроме того, оптические характеристики этого зеркала недостаточно хорошие, поскольку при неплохом коэффициенте пропускания имеется недостаточно высокий коэффициент отражения.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, с достижением соответствующего технического результата, является упрощение технологии изготовления дихроического зеркала, а также улучшение его оптических характеристик.
Поставленная задача решается следующим образом.
Дихроическое зеркало включает стеклянную пластину, имеющую переднюю поверхность и заднюю поверхность, с покрытием своей задней поверхности структурой слоев, включающих металл и оксид металла, при этом слои расположены последовательно в следующем порядке, начиная от поверхности стеклянной пластины: первый слой, состоящий из металла, на который наложен второй слой, состоящий из оксида металла.
Следующие признаки характеризуют заявленное изобретение в частных случаях, в конкретных формах его выполнения.
- в качестве металла использован алюминий или кремний или никель или хром или ниобий;
- в качестве оксида металла использован оксид титана или оксид цинка или оксид ниобия или оксид олова или оксид висмута;
- наиболее предпочтительно в качестве металла использован алюминий;
- наиболее предпочтительно в качестве оксида металла использован оксид титана;
- дихроическое зеркало имеет следующие оптические характеристики: при длине волны 550 нм коэффициент пропускания 16%-20%, и коэффициент отражения 60%-65%;
- оптическая толщина первого слоя составляет от 85 до 240 нм, предпочтительно составляет от 100 до 225 нм.;
- оптическая толщина второго слоя составляет от 150 до 250 нм, предпочтительно от 180 до 200 нм.;
- дихроическое зеркало имеет нейтральный оттенок в отраженном свете;
- цвет в отражении дает чистоту менее 13%, предпочтительно менее 10%.
- поверх всех упомянутых слоев расположено защитное покрытие из полимерной пленки или пленки с другой стеклянной пластиной, образуя с зеркалом систему триплекс.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для решения поставленной задачи.
На фиг. 1 представлены графики, отображающие спектральные характеристики заявленного дихроического зеркала, на котором изображено следующее:
А - поглощение солнечной энергии в (%) в зависимости от длины волны в (нм);
R1 - отражение света со стороны напыления зеркала в (%) в зависимости от длины волны в (нм);
R2 - отражение света с наружной стороны зеркала в (%) в зависимости от длины волны в (нм);
Т - пропускание солнечной энергии в (%) в зависимости от длины волны в (нм).
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.
Для изготовления заявленного зеркала используется стекло преимущественно не ниже марки M1 или О/W, толщиной 2-6 мм.
Процесс изготовления заявленного зеркала заключается в следующем.
Вначале на одну из поверхностей стекла напыляют металл, например алюминий, в вакуумной камере магнетронного напыления при остаточном давлении 3÷6×10-3 Ра.
2
После напыления поверхности стекла слоем алюминия нужного светопропускания, он просветляется, т.е. на него наносится слой оксида металла, например титана ТiO, с зачислением примерно 30%. Производят это в вакуумной камере магнетронного напыления.
При просветлении оксидом титана, меняется стехиометрия алюминия, в результате чего он обретает твердость и увеличивается его отражение.
Например, алюминий, имея светопропускание 12% просветляется на 5%, в результате чего отражение увеличивается на 12% и в итоге у алюминия коэффициент отражения становится равным 17%.
Оксидом титана, имеющим длину волны около 150 ман. имеется возможность варьирования цветом зеркального покрытия, и сделать его например более теплым, холодным или нейтральным.
Процесс напыления контролируется специальными приборами.
В результате, в соответствии с указанным в независимом пункте формулы изобретения составом покрытий и последовательности их напыления, заявленное дихроическое зеркало обладает хорошими оптическими характеристиками, заключающимися в достаточно высоком проценте светоотражения при хорошем проценте светопропускания.
Кроме перечисленных выше преимуществ и технических результатов, заявленное дихроическое зеркало имеет еще один технический результат, заключающийся в достаточно эффективном экранировании электромагнитного излучения.
Это особенно важно при использовании заявленного зеркала в медиа индустрии, в частности при расположении его перед экраном телевизионных приемников или дисплеем мониторов компьютеров, в качестве передней панели зеркальных телевизоров.
Во всех вариантах выполнения заявленного зеркала на самой задней его стороне по периферии могут находиться покрытия из следующих материалов: краска/эмаль/полимерная светонепропускаемая пленка или дополнительно поверх всех упомянутых слоев может быть расположено защитное покрытие из полимерной пленки или пленки с другой стеклянной пластиной, образуя с зеркалом систему триплекс.
Заявленное изобретение является промышленно применимым, поскольку для его реализации не требуются материалы и технологии не известные из уровня техники на сегодняшний день.