專利名稱：混合干涉涂層、燈及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本發(fā)明涉及光學(xué)多層涂層。具體來說，本文的一些實施例涉及具有通過物理汽相沉積過程提供的區(qū)域以及通過化學(xué)汽相沉積過程提供的區(qū)域的光學(xué)多層涂層。
背景技術(shù)：
光干涉涂層(有時又稱作薄膜光學(xué)涂層或濾光器)包括不同折射指數(shù)的兩種或更多材料的交替層。某些這類涂層或膜已用于選擇性地反射或透射來自例如紫外線輻射、可見光輻射和紅外線輻射的電磁輻射譜的多種部分的光輻射。例如，光干涉涂層在燈行業(yè)通常用于涂敷反射鏡和燈外殼。其中光干涉涂層是有用的一種應(yīng)用是通過在透射由光源所發(fā)射的電磁譜的可見光的同時把由燈絲或電弧所發(fā)射的紅外能量反射朝向燈絲或電弧，來提高燈的照明效率或功效。這減少了光源保持其操作溫度所必需的電能量。光干涉涂層一般包括兩種不同類型的交替層，一個具有低折射指數(shù)，而另一個具有高折射指數(shù)。通過這兩種具有不同折射指數(shù)的材料，能夠設(shè)計能夠沉積在燈外殼表面上的光干涉涂層。在一些情況下，涂層或濾光器透射從光源所發(fā)射的可見光譜區(qū)域的光(一般從約380至約780nm波長)，同時它反射紅外光(一般從約780至約2500nm)。返回的紅外光在燈操作期間加熱光源，并且因此有涂層燈的流明輸出顯著大于無涂層燈的流明輸出ο隨著針對白熾燈和鹵素?zé)舻臐撛谀茉匆?guī)范的出現(xiàn)，開發(fā)和推行節(jié)能產(chǎn)品變得越來越重要。有鑒于此，已開發(fā)了改進的光干涉多層涂層及其制造方法，它們表現(xiàn)出增強的增益和能量效率。在一些先前的著作中，采用了低壓化學(xué)汽相沉積(CVD)過程來制備用于燈的光干涉涂層(例如，見共同擁有的美國專利5，412，274)。在一些其它的先前著作中，有利地采用了物理汽相沉積(PVD)過程，如磁控管濺射過程。還需要新的和改進的方法來開發(fā)和推行節(jié)能產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例針對包含光干涉多層涂層的產(chǎn)品，該涂層具有通過物理汽相沉積過程形成的第一區(qū)域以及通過化學(xué)汽相沉積過程形成的第二區(qū)域。第一區(qū)域包括第一多個交替第一層和第二層，第一層具有較低的折射指數(shù)，而第二層具有比第一層更高的折射指數(shù)；并且第二區(qū)域包含第二多個交替第三層和第四層，第三層具有較低的折射指數(shù)，而第四層具有比第三層更高的折射指數(shù)。本發(fā)明的另外的實施例針對一種燈，它包括具有表面的透光外殼以及光源，該外殼至少部分包圍光源。為透光外殼的表面的至少一部分提供光干涉多層涂層，該涂層具有通過物理汽相沉積過程形成的第一區(qū)域以及通過化學(xué)汽相沉積過程形成的第二區(qū)域。第一區(qū)域包括第一多個交替第一層和第二層，第一層具有較低的折射指數(shù)，而第二層具有比第一層更高的折射指數(shù)；并且第二區(qū)域包含第二多個交替第三層和第四層，第三層具有較低的折射指數(shù)，而第四層具有比第三層更高的折射指數(shù)。
通過以下詳細(xì)描述，將會更好地意識到本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。


現(xiàn)在參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例具有底部PVD區(qū)域和頂部CVD區(qū)域的產(chǎn)品的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例具有底部CVD區(qū)域和頂部PVD區(qū)域的產(chǎn)品的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1的產(chǎn)品底部多層的示意描繪。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1的產(chǎn)品頂部多層的示意描繪。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示范燈的示意描繪。
具體實施例方式根據(jù)實施例，本文公開了新型涂層和制作方法，對于形成較厚(例如，大于10微米)的光干涉涂層具有增加的效率。這些方法通常可利用CVD過程和PVD過程兩者。根據(jù)本公開的實施例，可采用每個涂敷過程的有利方面，最小化每個過程有問題的方面。如上所述，本發(fā)明的一個實施例針對包含光干涉多層涂層的產(chǎn)品，該涂層具有通過物理汽相沉積過程形成的第一區(qū)域以及通過化學(xué)汽相沉積過程形成的第二區(qū)域。第一區(qū)域包括第一多個交替第一層和第二層，第一層具有較低的折射指數(shù)，而第二層具有比第一層更高的折射指數(shù)；并且第二區(qū)域包含第二多個交替第三層和第四層，第三層具有較低的折射指數(shù)，而第四層具有比第三層更高的折射指數(shù)。通常，第一多個層中的交替第一層和第二層可在光譜上至少互相鄰近，并還可互相物理鄰近。此外，通常第二多個層中的交替第三層和第四層在光譜上至少互相鄰近；這些層還可互相物理鄰近。一般來說，第一層和第三層可稱為“低指數(shù)”層，并可在550nm處具有從約1. 35至約1. 7的折射指數(shù)。通常，這些低指數(shù)層可包括從陶瓷材料、耐火材料、硅、金屬或準(zhǔn)金屬氧化物、金屬或準(zhǔn)金屬氮化物、金屬或準(zhǔn)金屬氟化物等中獨立選擇的材料。金屬氟化物可包括 MgF2之類的化合物。通常，這些低指數(shù)層可包括氧化硅，例如玻璃或石英或其它形式的非晶硅或結(jié)晶硅。最常采用的低指數(shù)材料是一種或多種形式的SiO2,因為它的低折射指數(shù)、低成本及有利的熱屬性。第一層材料可以與第三層材料相同，或第一層材料可以與第三層材料不同。一般來說，第二層和第四層可稱為“高指數(shù)”材料，并可在550nm處具有從約1. 7至約2. 8的折射指數(shù)。通常，此類高指數(shù)材料可包含折射指數(shù)高于第一層和第三層的任何材料。許多耐火材料適合用作高指數(shù)材料。通常，此類高指數(shù)材料可從包含Ti、Zr、Hf、Nb、W、 Mo、化及Ta等的組中選擇的一種或多種金屬的一種或多種氧化物(或混合氧化物)中獨立選擇。第二層材料可以與第四層材料相同，或第二層材料可以與第四層材料不同。第二層和第四層的組成可包括(例如)(1)兩種或更多此類金屬氧化物的物理混合物；或(2) 可包括混合金屬氧化物和另一種金屬氧化物的物理混合物；或( 除其它可能性外可包括組中至少兩種金屬的混合金屬氧化物。可能的具體示例可包括NbTaX氧化物，其中X從由 Hf、Al和rLr組成的組中選?。换騈bTiY氧化物，其中Y從由I~a、Hf、Al和rLr組成的組中選取；或TiAlZ氧化物，其中Z從由Ta、Hf和^ 組成的組中選取。然后，一般來說，第二層和第四層可包括在此之前通常在光干涉多層涂層中用作高折射指數(shù)材料的任何材料，以及其它高折射指數(shù)材料。根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一區(qū)域通過物理汽相沉積過程(PVD)形成，而第二區(qū)域通過化學(xué)汽相沉積過程(CVD)形成。涂層中還可存在其它區(qū)域，通過這些方法中的任一種或其它方法形成。一般來說，采用的PVD過程可從包含以下的組中選擇熱蒸發(fā)；RF蒸發(fā)； 電子束蒸發(fā)；反應(yīng)蒸發(fā)；DC濺射；RF濺射；微波濺射；磁控管濺射；微波增強DC磁控管濺射；電弧等離子體沉積；反應(yīng)濺射；激光消融及它們的組合等。采用的CVD過程通常可從包含以下的組中選擇大氣壓力CVD ；低壓CVD ；高真空CVD ；超高真空CVD ；氣溶膠輔助CVD ； 直接液體注入CVD ；微波等離子體輔助CVD ；等離子體增強CVD ；遠程等離子體增強CVD ；原子層CVD ；熱絲CVD ；有機金屬CVD ；混合物理化學(xué)汽相沉積；快速熱CVD ；汽相外延及它們的組合等。眾所周知，在典型的化學(xué)汽相沉積過程中，襯底暴露于一個或多個揮發(fā)性或氣體狀前體(通常是分子前體)，前體在襯底表面上反應(yīng)和/或分解以產(chǎn)生所需的沉積。有多種不同類型的CVD過程，可通過其操作壓力、汽相特征、能量輸入類型的特征或其它特征進行分類。本文所使用的術(shù)語“CVD”過程的范圍包括所有以下內(nèi)容。例如，一些CVD過程包括 大氣壓力CVD ；低壓CVD(LPCVD)(其中在負(fù)壓下通常發(fā)生化學(xué)汽相沉積)；以及高真空或超高真空CVD (其通常在低于約10-6 的壓力下進行)。在其它形式的CVD中，前體并非嚴(yán)格處于氣體狀態(tài)氣溶膠輔助CVD采用前體作為液態(tài)氣體氣溶膠，而直接液體注入CVD (DLICVD) 使用注入和傳輸?shù)揭r底的液態(tài)前體。一些CVD方法使用能量部件進行輔助，例如微波等離子體輔助CVD(MPCVD)、等離子體增強(或等離子體輔助)CVD (PECVD)以及遠程等離子體增強CVD (RPECVD)。其它類型的CVD可包括原子層CVD (ALCVD)、熱絲CVD (HWCVD)、有機金屬CVD (MOCVD)、混合物理化學(xué)汽相沉積(HPCVD)、快速熱CVD (RTCVD)、汽相外延(VPE)等。這些相應(yīng)類型的CVD并非總是相互排斥的；因此，也可以考慮采用一種以上的前述CVD過程的組合。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員可清楚理解，等離子體輔助CVD可包含遠程等離子體增強CVD。類似地，本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解，采用有機金屬前體的熱絲CVD過程也可以視作MOCVD過程。在LPCVD用于沉積多層涂層的情況下，通?？刹捎萌缑绹鴮＠鸑o. 5，143，445中提出的過程。另外，共同擁有的美國專利5，412，274中所示的任何條件和前體可能適用于本公開。例如在美國專利 No. 4，949，005,5, 143，445,5, 569，970,6, 441，541 和 6，710，520 中描述了其它示范化學(xué)汽相沉積和低壓化學(xué)汽相沉積過程。所有這些提到的專利其相關(guān)部分通過引用結(jié)合于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員一般會理解，在典型的物理汽相沉積(PVD)過程中，材料通過物理過程被汽化并且之后在襯底上冷凝以形成沉積。有時，汽化的材料會經(jīng)歷反應(yīng)，例如氧化 (與氧氣發(fā)生反應(yīng))。通常，通過物理方式將要沉積的材料轉(zhuǎn)化成蒸汽，將蒸汽從其來源傳輸?shù)揭r底并在襯底上冷凝蒸汽的步驟，在襯底上進行沉積。一般來說，在PVD過程中，為了沉積，汽化的材料(通常是原子形式，例如金屬原子)本身不會分解。這是與CVD的典型區(qū)分因素，在CVD中，形成沉積之前前體(通常是分子構(gòu)成的)必須分解或反應(yīng)。PVD過程通常以形成蒸汽所需的能量輸入類型為特征。如本文中所使用，PVD過程可包括熱蒸發(fā)、RF蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、反應(yīng)蒸發(fā)、DC濺射、RF濺射、微波濺射、磁控管濺射、微波增強DC磁控管濺射、電弧等離子體沉積、反應(yīng)濺射、激光消融等。
這些相應(yīng)類型的PVD并非總是相互排斥的；因此，也可以考慮采用一種以上的前述PVD過程的組合。例如，可以理解，“磁控管濺射”可包含DC磁控管濺射和RF磁控管濺射兩者。類似地，可以理解，“DC磁控管濺射”可包含“微波增強DC磁控管濺射”。但是，無論是否描述了具有重疊范圍的備選方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可清楚理解方法的性質(zhì)。在RF磁控管濺射用于沉積多層涂層的情況下，可適當(dāng)?shù)夭捎妹绹鴮＠?No. 6，494，997中所示的過程，其相關(guān)部分通過引用結(jié)合于此。磁控管濺射是指使用高能量惰性氣體等離子體轟擊靶。濺射的原子在冷玻璃或石英殼體上冷凝?？墒褂肈C (直流)、脈沖 DC (40-400KHz)或 RF (射頻，13. 65MHz)過程。根據(jù)實施例，具有上述第一區(qū)域和第二區(qū)域的產(chǎn)品可進一步包括由交替較低折射指數(shù)層和較高折射指數(shù)層組成的至少一個補充多層區(qū)域。當(dāng)此類補充區(qū)域(如有)物理鄰近第一區(qū)域時，此類補充區(qū)域可通過CVD沉積。當(dāng)此類補充區(qū)域(如有)物理鄰近第二區(qū)域時，此類補充區(qū)域可通過PVD沉積。根據(jù)實施例，該產(chǎn)品可進一步包括至少一個襯底。在一些實施例中，第一區(qū)域比第二區(qū)域更接近至少一個襯底。在一些其它實施例中，第二區(qū)域比第一區(qū)域更接近至少一個襯底。圖1到圖4顯示了實施例的示意圖。圖1所示的產(chǎn)品10包括襯底11、通過PVD沉積的第一區(qū)域12以及通過CVD沉積的第二區(qū)域13。在此示圖中區(qū)域描繪為物理鄰近，但本發(fā)明并不限于這些附圖中所示的方式。圖2所示的備選布置的產(chǎn)品20包括襯底21、作為底層的第二(即，CVD)區(qū)域22以及作為頂層的第一(即，PVD)區(qū)域23。圖3和4更詳細(xì)地示出產(chǎn)品10的區(qū)域。在圖3中，第一區(qū)域由分別具有低折射指數(shù)和高折射指數(shù)的交替層 121、122、123、124組成。在圖4中，產(chǎn)品10的第二區(qū)域顯示為由分別具有低折射指數(shù)和高折射指數(shù)的交替層131、132、133、134組成。雖然顯示每個區(qū)域只有四層，但本發(fā)明并不限于這些實施例。在本發(fā)明的一些實施例中，該產(chǎn)品包括在第一多個交替第一層和第二層之間具有第一平均界面粗糙度的第一區(qū)域；并且該產(chǎn)品包括在第二多個交替第三層和第四層之間具有第二平均界面粗糙度的第二區(qū)域；其中第一平均界面粗糙度大于第二平均界面粗糙度。 一般來說，一個區(qū)域中的任何兩個鄰近層(例如，第一層和第二層)之間不具有完美的原子級平滑界面。通常各層之間存在可檢測的某種界面粗糙度。界面粗糙度可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方法進行測量，此類方法包括TEM、HRTEM、STM、SEM等。“界面粗糙度”(有時也稱為“面間粗糙度”)一般以長度單位(例如nm或埃)來測量。本文所使用的術(shù)語“界面粗糙度”一般是指定界面的均方根(rms)粗糙度。如上所述，第一區(qū)域有時可表征為“第一平均界面粗糙度”，它通常是從第一部分的所有(或基本所有)層取得的rms界面粗糙度的平均數(shù)。一般來說，第一區(qū)域中的基本所有層之間的界面粗糙度會被量化并求平均。同樣，“第二平均界面粗糙度”通常是從第二部分的所有(或基本所有)層取得的rms界面粗糙度的平均數(shù)。在具有通過PVD方法沉積的第一部分以及通過CVD方法沉積的第二部分的混合涂層的情況下，各相應(yīng)部分可具有不同的平均界面粗糙度。在典型的實施例中，第一平均界面粗糙度比第二平均界面粗糙度大至少約10%。在其它實施例中，第一平均界面粗糙度比第二平均界面粗糙度大至少約20% (例如，至少約50% )。在某些實施例中，第一平均界面粗糙度可大于約lOnm，更具體地說，大于約20nm。在某些實施例中，第二平均界面粗糙度可小于約lOnm，更具體地說，小于約 5nm0在本發(fā)明的一些實施例中，第一區(qū)域的第一和/或第二層可表征為包括具有基本柱狀或針狀結(jié)構(gòu)的金屬氧化物顆粒。在又一些實施例中，第一區(qū)域的第一和/或第二層可進一步表征為包括金屬氧化物顆粒，其中在這些顆粒的至少一些之間存在空隙。這些中的任一個或兩個有時可以是通過PVD方法沉積的金屬氧化物的特征。但是，在特定條件下，尤其是在超過約500°C的溫度下沉積時，作為替代第一區(qū)域有時可能是基本非晶的。根據(jù)一些實施例，提供一種包含光干涉多層涂層的產(chǎn)品，其中涂層具有從約0.2 至約30微米的總幾何厚度，甚至有時更厚。涂層的“總幾何厚度”包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，但不包括襯底。在其它實施例中，涂層的總幾何厚度可大于約10微米?？値缀魏穸鹊钠渌秶砂◤募s2至約22微米，或從約8至約15微米。這些范圍的端點可獨立組合以形成新的范圍，例如從約2至約15微米。對于光干涉多層涂層配置為充當(dāng)反射紅外線輻射并透射可見光輻射的帶通濾光器的應(yīng)用，較厚的總涂層可導(dǎo)致更高的效率。通常，第一區(qū)域可包括從涂層總幾何厚度的約2%至約98%的幾何厚度。在一些實施例中，第一區(qū)域包括從涂層總幾何厚度的約50 %至約90 %的幾何厚度，而第二區(qū)域包括從涂層總幾何厚度的約10%至約50%的幾何厚度。在一些配置中，第一區(qū)域可包括從約 0. 1至約20微米的幾何厚度(例如，大于約4微米)，或更窄，從約1至約15微米。在一些配置中，第二區(qū)域可包括從約0. 1至約10微米的幾何厚度，或更窄，從約1至約7微米。根據(jù)本發(fā)明的實施例，涂層在每個區(qū)域中可獨立具有從4至250的總層數(shù)。可具體考慮這之間的所有整數(shù)值。區(qū)域中的層總數(shù)不是特別關(guān)鍵的。更狹義來說，區(qū)域中的層總數(shù)可以是從30至150層之間的任何整數(shù)。在一些情況下，通過CVD沉積的區(qū)域可具有46 層，而通過PVD沉積的區(qū)域可具有60層。在本公開的一些實施例中，所述第一層、第二層、 第三層和第四層中的每一個各具有從約20nm至約500nm或有時從IOnm至約200nm的平均厚度。根據(jù)某些實施例，光干涉多層涂層配置為充當(dāng)“熱鏡”，即，基本透射從光源所發(fā)射的可見光譜區(qū)域的光(一般從約380至約780nm波長)，同時基本反射紅外光(一般從約 780至約2500nm)的涂層。在這類實施例中，光干涉多層涂層可具有大于約60% (更優(yōu)選地大于約80%)的可見光的平均透射率，并且在電磁譜的紅外線區(qū)具有至少約30% (并且更通常地大于約70% )的平均反射率。根據(jù)本公開的實施例，提供一種用于制造具有上述光干涉多層涂層的產(chǎn)品的方法。此方法包括提供襯底，并以任何順序沉積第一區(qū)域和第二區(qū)域。第一區(qū)域通過物理汽相沉積進行沉積以形成多個交替第一層和第二層，第一層具有較低的折射指數(shù)，而所述第二層具有比第一層更高的折射指數(shù)。第二區(qū)域通過化學(xué)汽相沉積過程進行沉積以形成多個交替第三層和第四層，第三層具有較低的折射指數(shù)，而第四層具有比第三層更高的折射指數(shù)。 第一區(qū)域和第二區(qū)域中的任一個鄰近襯底。該方法還包括第一區(qū)域和第二區(qū)域中間的一個區(qū)域或補充區(qū)域，或襯底與第一區(qū)域或第二區(qū)域之間的一個或多個補充區(qū)域。在第一區(qū)域和第二區(qū)域的沉積后，一般可采用退火步驟，在從約300°C至約500°C (例如，約400°C)的溫度下進行從約12小時到約60小時(例如，約48小時)的時間周期。在一些實施例中， 襯底可包括燈外殼。此燈外殼可由任何透明或半透明材料制作，例如石英或玻璃等。襯底的形狀無具體限制，但可包括例如圓柱形或橢圓形等形狀。根據(jù)本發(fā)明的實施例的涂層通常在產(chǎn)品中的襯底上采用，能夠用于其中希望或者通常使用光干涉涂層的大量應(yīng)用的任一個。這些應(yīng)用包括例如照明應(yīng)用(例如，燈)、光波導(dǎo)、反射鏡、裝飾材料、安全印刷等等。在一些實施例中，涂層用于選擇性地反射電磁譜的一部分，同時透射電磁譜的另一部分。例如，涂層能夠用作“冷鏡”或“熱鏡”。“冷鏡”是一種濾光器，它反射可見光，同時準(zhǔn)許較長波長紅外能量通過濾光器?！盁徵R”是一種濾光器，它反射紅外線輻射，同時準(zhǔn)許較短波長可見光通過濾光器。本文中的熱鏡的一個非限制性應(yīng)用是將紅外線熱量返回到燈的燈絲，以便提高燈效率。根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供包括本公開的光干涉多層涂層的燈。這類燈一般包括具有表面的透光外殼以及光源，其中外殼至少部分包圍光源。透光外殼表面的至少一部分提供有光干涉多層涂層。一般已知，這類透光外殼可由在可觀程度是透光的并且能夠耐受較熱溫度(例如，約800°C甚至以上)的任何材料來組成；例如，它可由石英、陶瓷或玻璃等等組成。光源可以是白熾源(例如，通過燈絲的電阻加熱來提供光的源)；和/或它可以是電弧放電源，例如高強度放電(HID)源；和/或它可以是另一種類型的光源。通常，在采用燈絲的情況下，它由一般采取盤繞形式的耐火金屬、如鎢等等組成， 這是眾所周知的。要賦能燈，通常提供至少一個電氣元件，它布置在外殼中并且連接到貫穿外殼的供電導(dǎo)體(或電導(dǎo)線)。通常，外殼包含填充氣體。優(yōu)選的填充氣體包括選擇用于提高燈壽命、質(zhì)量和/或性能的任何氣體或氣體混合物。一些填充氣體可包括可離子化填充氣體，例如至少一種稀有氣體(例如，氪或氙)和/或可汽化鹵素物質(zhì)，例如烷基鹵化合物 (例如，甲基溴)。經(jīng)?？刹捎煤u素氣體。還預(yù)期許多其它填充成分，例如可包括金屬鹵化物、水銀及其組合的那些成分。根據(jù)本公開的燈可在燈外殼的內(nèi)表面或外表面上具有光干涉多層涂層。備選地， 燈可在燈外殼的內(nèi)表面和外表面上均具有光干涉多層涂層?，F(xiàn)在參照圖5，這里所示的是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示范燈的示意描繪。不是預(yù)計進行限制，并且也不是按比例繪制的視圖。在這個說明性實施例中，燈30包括氣密玻璃狀透光石英外殼31，其外表面涂敷有多層光干涉涂層34。外殼31包圍盤繞鎢燈絲32，它能夠由內(nèi)電導(dǎo)線32、33來賦能。內(nèi)電導(dǎo)線32、33焊接到箔35、36，并且外電導(dǎo)線37、38焊接到箔的相對端。在外殼31的內(nèi)部39中設(shè)置了包括鹵素或鹵素化合物的可離子化填充物。上述光干涉涂層在用作燈上的涂層時可有利地為這種燈、如鹵素?zé)籼峁└倪M的能量效率。這種提高在LPW(流明瓦)的增值方面會是顯著的。當(dāng)表達為百分比時，LPW的增加稱作“增益”。根據(jù)本發(fā)明的實施例，與未涂層燈相比，鹵素?zé)粼谕糠笥泄飧缮婺r可呈現(xiàn)從約20%至約150%、更優(yōu)選地大于約33%以及甚至更優(yōu)選地從約100%至約150%的增益。這類比較通常對賦能到相同熱燈絲溫度、例如在通常操作的溫度下的相同燈來執(zhí)行。 此外，上述光干涉膜甚至在暴露于高達約80(TC或者甚至更高的溫度之后也呈現(xiàn)高結(jié)構(gòu)和光學(xué)完整性。此外，涂敷有根據(jù)本發(fā)明的實施例的光干涉涂層的燈可呈現(xiàn)改進的一致性和性能穩(wěn)定性，并且具有改進的外觀(平滑和清晰涂層表面)。本公開的“混合”涂層可克服使用單獨通過CVD或PVD沉積的涂層中的某些缺陷。 通常，CVD過程在可以沉積的涂層厚度方面會受到限制。厚CVD涂層中通常會產(chǎn)生應(yīng)力。主要由于這些應(yīng)力產(chǎn)生問題，通常限制涂層的最大厚度為低于約5至6微米。PVD過程一般能夠產(chǎn)生更厚的涂層(例如，燈上約15至16微米的光干涉多層涂層)而不會出現(xiàn)應(yīng)力關(guān)聯(lián)的問題。但是，在涂層達到這樣的厚度時，有時難以控制界面粗糙度和表面粗糙度。此外， 作為視線過程，PVD過程可能需要較復(fù)雜的機械操縱以應(yīng)用到襯底(例如，燈)。相應(yīng)地，其批次生產(chǎn)率較低并且與CVD過程相比成本較高。相比之下，本“混合”涂層可提供單獨通過CVD或PVD沉積的涂層無法輕易獲得的所需涂層特性。例如，在某些情況下可能需要采用具有至少約10微米的幾何厚度的光干涉多層涂層以實現(xiàn)用于鹵素?zé)舻母?例如> 100%) “增益”。但是，由于應(yīng)力關(guān)聯(lián)的問題，申請人發(fā)現(xiàn)單獨使用CVD過程無法產(chǎn)生這樣厚的涂層。雖然PVD可沉積厚涂層，但在涂層達到高厚度時通常難以控制粗糙度。通過將涂層(例如)分為兩個區(qū)域，通過CVD沉積的區(qū)域可輕松實現(xiàn)平滑界面，而剩余區(qū)域可通過PVD過程沉積，與通過PVD制作整個涂層相比， 對界面粗糙度具有更大的控制。相對于單獨通過PVD制作的涂層，混合涂層還可實現(xiàn)成本效益。此外，PVD涂層中的壓應(yīng)力可抵消CVD部分的張應(yīng)力，使涂層更不易破裂或剝離。在 CVD沉積區(qū)域鄰近襯底但沉積到?jīng)]有PVD覆層則會剝離或破裂的厚度時，這可能特別有利。為了促進進一步理解本發(fā)明，提供如下示例。這些示例是說明性的，而不應(yīng)當(dāng)被解釋為對要求保護的本發(fā)明的范圍的任何限制。示例示例 1.兩個DEQ燈的外殼表面經(jīng)由LPCVD過程涂敷了光干涉多層涂層，并分別表示為燈A 和B。燈A涂敷了交替硅石和氧化鉭的46層堆疊，而燈B涂敷了交替硅石和氧化鈮鉭的46 層堆疊。所有通過LPCVD沉積的堆疊具有約4微米的幾何厚度。每一個燈A和B進一步通過濺射涂敷第二光干涉多層堆疊。每種情形中的第二光干涉多層堆疊由36層按照熱鏡設(shè)計的交替硅石和Nb-Ti-Al氧化物層組成。對于硅石層的濺射沉積，陰極功率設(shè)定為3kW，氬氣流量為80sccm (每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米數(shù))，而O2壓力為2. 5x l(T5torr (0. 0033Pa)。對于 Nb-Ti-Al氧化物層的濺射沉積，陰極功率設(shè)定為4kW，氬氣流量為SOsccm(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米數(shù))，而O2壓力為3. IO^torr (0. 043Pa) 0所有通過濺射沉積的堆疊具有約4微米的幾何厚度。然后，每個燈上組合的混合涂層在400°C下退火48小時。示例 2.示例1的方法用于提供在石英外殼外部具有46L (層)通過LPCVD沉積為4. 5微米厚度的交替硅石/NbTa氧化物的底部涂層的DEQ鹵素?zé)?。對于頂部涂層，通過PVD(濺射)將60L交替硅石/NbTiAl氧化物沉積到4. 5微米。令人驚訝的是，即使總涂層接近10 微米，透射譜顯示幾乎無霧度(haze)。此外，出人意料地發(fā)現(xiàn)PVD層在底部涂層上提供了保護效果，而CVD提供的涂層則發(fā)現(xiàn)，無論其厚度如何，在燈操作時都不會剝落。最后，相對于沒有PVD層的相同CVD涂層，計算的LPW增益為約10%。本文所使用的近似語言可應(yīng)用于修改可改變的任何定量表示，而沒有引起它所涉及的基本功能的變化。相應(yīng)地，在一些情況下，通過例如“約”和“基本”等術(shù)語所修改的值可以并不局限于指定的精確值。與量結(jié)合使用的修飾詞“約”包含規(guī)定的值，并且具有上下文所規(guī)定的含義(例如，包括與特定量的測量關(guān)聯(lián)的誤差程度)?！翱蛇x”或“可選地”表示隨后描述的事件或環(huán)境可能發(fā)生或者可能不發(fā)生，或者隨后標(biāo)識的材料可能存在或者可能不存在，并且描述包括其中事件或環(huán)境發(fā)生或者其中材料存在的情況以及其中事件或環(huán)境沒有發(fā)生或者材料不存在的情況。單數(shù)形式的“一”和“該”包括復(fù)數(shù)指示物，除非上下文另加明確規(guī)定。本文公開的所有范圍均包含列舉的端點并且是可獨立組合的。
本文所使用的詞語“適于”、“配置成”等等指的是其大小、布置或制造方式用于形成特定結(jié)構(gòu)或者實現(xiàn)特定結(jié)果的元件。雖然結(jié)合僅有限數(shù)量的實施例詳細(xì)描述了本發(fā)明， 但是應(yīng)該易于理解的是，本發(fā)明并不局限于所公開的實施例。更確切地，本發(fā)明可修改以結(jié)合上文未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相稱的任何數(shù)量的改變、變更、替換或等效布置。另外，雖然描述了本發(fā)明的多種實施例，但是要理解的是，本發(fā)明的方面可僅包括上述實施例中的一些。相應(yīng)地，本發(fā)明并不受前述描述的限制，而是僅由所附權(quán)利要求范圍來限制。
權(quán)利要求
1.一種包括光干涉多層涂層的產(chǎn)品，所述涂層包括包括第一多個交替第一層和第二層的第一區(qū)域，所述第一層具有較低折射指數(shù)，而所述第二層具有比所述第一層更高的折射指數(shù)；以及包括第二多個交替第三層和第四層的第二區(qū)域，所述第三層具有較低折射指數(shù)，而所述第四層具有比所述第三層更高的折射指數(shù)；其中，所述第一區(qū)域通過物理汽相沉積過程形成，而所述第二區(qū)域通過化學(xué)汽相沉積過程形成。
2.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中，所述PVD過程從由下列項組成的組中選取熱蒸發(fā)；RF蒸發(fā)；電子束蒸發(fā)；反應(yīng)蒸發(fā)；DC濺射；RF濺射；微波濺射；磁控管濺射；微波增強DC 磁控管濺射；電弧等離子體沉積；反應(yīng)濺射；激光消融及它們的組合。
3.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中，所述CVD過程從由下列項組成的組中選取大氣壓力CVD ；低壓CVD ；高真空CVD ；超高真空CVD ；氣溶膠輔助CVD ；直接液體注入CVD ；微波等離子體輔助CVD ；等離子體增強CVD ；遠程等離子體增強CVD ；原子層CVD ；熱絲CVD ；有機金屬 CVD ；混合物理化學(xué)汽相沉積；快速熱CVD ；汽相外延及它們的組合。
4.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中，所述第一區(qū)域在所述第一多個交替第一層和第二層中具有第一平均界面粗糙度，而所述第二區(qū)域在所述第二多個交替第三層和第四層中具有第二平均界面粗糙度，以及其中，所述第一平均界面粗糙度大于所述第二平均界面粗糙度。
5.如權(quán)利要求4所述的產(chǎn)品，其中，所述第一平均界面粗糙度比所述第二平均界面粗糙度大至少約10%。
6.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中，所述第一層和所述第三層包括從陶瓷材料、耐火材料、金屬或準(zhǔn)金屬氧化物、金屬或準(zhǔn)金屬氟化物、以及金屬或準(zhǔn)金屬氮化物中獨立選擇的材料。
7.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中，所述第二層和所述第四層包括從Ti、Zr、Hf、Nb、W、 Mo、In及Ta中選擇的一種或多種金屬的一種或多種氧化物或混合氧化物中獨立選擇的材料。
8.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中，所述第一區(qū)域包括從所述涂層總幾何厚度的約 50%至約90%的幾何厚度，而所述第二區(qū)域包括從所述涂層總幾何厚度的約10%至約 50%的幾何厚度。
9.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中，所述涂層在可見光中具有大于60%的平均透射率， 并且在電磁譜的紅外區(qū)具有至少約30%的平均反射率。
10.一種燈，包括具有表面的透光外殼；以及光源，所述外殼至少部分包圍所述光源；其中，所述透光外殼的所述表面的至少一部分提供有包括下列項的光干涉多層涂層，(a)包括第一多個交替第一層和第二層的第一區(qū)域，所述第一層具有較低折射指數(shù)，而所述第二層具有比所述第一層更高的折射指數(shù)；以及(b)包括第二多個交替第三層和第四層的第二區(qū)域，所述第三層具有較低折射指數(shù)，而所述第四層具有比所述第三層更高的折射指數(shù)；其中，所述第一區(qū)域通過化學(xué)汽相沉積過程形成，而所述第二區(qū)域通過物理汽相沉積過程形成。
11.如權(quán)利要求10所述的燈，其中，所述光干涉多層涂層在所述外殼的內(nèi)表面或外表面中之一或兩者上提供。
12.如權(quán)利要求10所述的燈，其中，所述光源包括燈絲，并且其中，與賦能到相同熱燈絲溫度但沒有所述涂層的同一個燈相比，所述燈在賦能到所述熱燈絲溫度時呈現(xiàn)從約20 % 至約150%的LPW增益。
13.如權(quán)利要求10所述的燈，還包括至少一個電氣元件，其布置在所述外殼中并且連接到貫穿所述外殼的供電導(dǎo)體。
14.如權(quán)利要求10所述的燈，其中，所述光源包括燈絲或電弧的一個或多個。
15.如權(quán)利要求10所述的燈，其中，所述外殼包圍選擇用于提升燈壽命、質(zhì)量和/或性能的填充氣體。
16.如權(quán)利要求10所述的燈，其中，所述第一區(qū)域在所述第一多個交替第一層和第二層中具有第一平均界面粗糙度，而所述第二區(qū)域在所述第二多個交替第三層和第四層中具有第二平均界面粗糙度，以及其中，所述第一平均界面粗糙度大于所述第二平均界面粗糙度。
17.如權(quán)利要求10所述的燈，其中，所述涂層在可見光中具有大于60%的平均透射率， 并且在電磁譜的紅外區(qū)具有至少約30%的平均反射率。
18.一種用于制造具有光干涉多層涂層的產(chǎn)品的方法，所述方法包括提供襯底；通過物理汽相沉積過程沉積包括第一多個交替第一層和第二層的第一區(qū)域，所述第一層具有較低折射指數(shù)，而所述第二層具有比所述第一層更高的折射指數(shù)；通過化學(xué)汽相沉積過程沉積包括第二多個交替第三層和第四層的第二區(qū)域，所述第三層具有較低折射指數(shù)，而所述第四層具有比所述第三層更高的折射指數(shù)；其中，所述第一區(qū)域和第二區(qū)域中的一個鄰近所述襯底。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述PVD過程從由下列項組成的組中選取熱蒸發(fā)；RF蒸發(fā)；電子束蒸發(fā)；反應(yīng)蒸發(fā)；DC濺射；RF濺射；微波濺射；磁控管濺射；微波增強DC 磁控管濺射；電弧等離子體沉積；反應(yīng)濺射；激光消融及它們的組合。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述CVD過程從由下列項組成的組中選取大氣壓力CVD ；低壓CVD ；高真空CVD ；超高真空CVD ；氣溶膠輔助CVD ；直接液體注入CVD ；微波等離子體輔助CVD ；等離子體增強CVD ；遠程等離子體增強CVD ；原子層CVD ；熱絲CVD ；有機金屬CVD ；混合物理化學(xué)汽相沉積；快速熱CVD ；汽相外延及它們的組合。
全文摘要
本文公開了具有通過物理汽相沉積過程提供的區(qū)域以及通過化學(xué)汽相沉積過程提供的區(qū)域的光干涉多層涂層。本文還公開了制造此類涂層以及包括透光外殼的燈的方法，透光外殼的表面的至少一部分提供有上述光干涉多層涂層。這類涂層在用于燈時可有利地為這類燈提供改進的能量效率。
文檔編號C23C28/04GK102498420SQ201080040620
公開日2012年6月13日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者J·李, R·S·伊斯雷爾, 趙天吉, 趙志博 申請人:通用電氣公司