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0431-81702023
光学工程
光学薄膜在照明领域的应用分析
 

光学薄膜在照明领域的应用分析

随着光学薄膜技术的迅速发展,薄膜产品的应用价值越来越高,应用面也越来越广泛,现重点介绍光学薄膜在照明领域中的应用及前景分析。目前,通过薄膜工作者的不懈努力,多种特性的光学薄膜已成功应用于照明产品,并在高效率、低成本的产业化生产方面走在世界前列。

  重点应用之一:冷光膜

  照明领域现在使用非常广泛的是石英卤素灯,它具有体积小、发光效率高、光衰小、寿命长、显色指数高的优点,特别是采用光学薄膜技术制成的定向冷反射卤钨灯,由于其光源发出的红外光被透射,而可见光被定向反射的优势,得到了越来越广泛的应用,无论是工业照明(放映灯、投影灯、医用灯、背投影电视光源等),商业照明(商场、饭店、珠宝、服装等),还是家庭照明(装饰装潢),市场前景光明。

  其中的核心技术就是在冷反射杯的镀膜技术得到了空前的成功应用,使得镀有反射可见、透射红外的冷光杯具有明显的先进性,用仅有国际价格十分之一的国产改装设备,采用具有中国特色的镀膜技术和工艺,使得冷光杯具有极大的优势,性价比居世界前列,世界上几乎所有照明巨头的冷光杯()都从中国采购,中国的年出口量在3亿元以上。

  1、冷光膜的原理和研究

  冷光膜的设计原理是要求能够尽可能高的反射可见光,而透射红外光,镀在弧形反光碗上,使反射的光亮很高,而红外幅射热则大大减少,从而降低了光束的温度。用这种技术制作的照明射灯就称为冷光灯。

  冷光膜实际上是一种长波通的宽带反射膜,要有一定的可见区反射带宽和长波良好的通带,可用高反射膜与光谱分光膜的设计原理作为解决方案。

  为了得到在可见区较宽的反射带,可用两个方法解决:

  11设计不同中心波长的高反射膜系,并把它们的高反射带连起来,以得到宽的高反射带。单个反射带的宽度用下式而定:

  波数宽度为:

  Ag2~sin(HLnH+L)(1)

  波长宽度为:

  A2—2Ag2(2)

  其中,H——高折射率材料折射率;nL——低折射率材料折射率

  12设计膜层厚度按几何级数或按算术级数递变的膜系,其设计的目的是构成一个中心波长不断变化的膜系,以得到宽带高反射膜。

  为了得到红外区高的透射率,可采用合适的红外透明膜料以及通带匹配层技术来达到。

  需要指出的是,反射带的宽度的定位,对于冷光灯的综合光谱、色温、照度、光通量都有重要影响,必须根据需要进行特别设计和控制。

  2、膜的结构及特性评定

  镀制冷光膜的反光碗由于选择的镀膜材料不同,其特性及应用范围也不同。

  21软膜

  镀膜材料为ZnS—MgF:组合。其特点为制作方便,工艺成熟;缺点牢固度、耐水性、耐温性、持久性较差,如使用离子辅助镀膜技术可改善其特性。常用于使用要求较低的场合,应用于使用寿命1000h以下的冷光射灯。

  22半硬膜

  镀膜材料为ZnS—SiO组合。这对材料的组合非常有价值,有些文献报道一氧化硅和硫化锌由于应力不匹配,容易膜裂,故不宜作为高低折射率材料搭配。而现在的研究证明,由于采取必要而独特的工艺制备技术,所以此类膜层非常牢固,耐水性、耐温性也很理想,其膜层可经受沸水蒸煮,由此膜料制作在冷光射灯,使用寿命在2000h以上。

  它已作为冷光膜的优选膜料,同理也可重点推荐用于其它镀膜制品。

  23硬膜

  镀膜材料为TiO:一SiO:组合。此组合的膜层各项性能指标良好,可用于使用条件很苛刻的冷光膜产品,如电影放映机反光碗,使用寿命4000h等级的冷光射灯领域,缺点是对设备的要求高,制作工艺复杂,制作成本较高。

  重点应用二:反红外透可见薄膜

  卤钨灯珠发出的光效当然是越高越好,但是有限度的,光效与寿命在一定的条件下是成反比的。在灯珠工艺和技术参数稳定的情况下,采用在灯珠玻璃四周镀上反红外透可见薄膜,把灯丝发出的红外光再次反射到灯丝上,提高灯丝的温度,达到提升发光效率的目的,光学薄膜质量高时,可提高光效30%,因镀的透可见特性膜,因而对透射光无影响。这种技术正在被广泛应用,卤钨灯既提高了光效,又节省了能源,另外,还可用镀钛、不锈钢作为照明产品的金、银色装饰膜,用巧妙设计镀高色温膜等。

  工艺制作与产业化生产的关键要素

  对于光学薄膜工作者来说,制作出合格的薄膜产品并不困难。但要采取各种工艺手段,编制科学的工艺制作规程,把科技成果转换成生产力,低成本地进行大规模的产业化生产,其难度是不亚于攻克尖端镀膜项目的技术难关,碰到的难题是非常严峻的,需重视的有:

  1、专用设备的研制和维护

  镀制合格的照明产品对设备的要求有其特殊性,由于冷光杯的镀膜面是曲面碗形,而灯珠的镀膜面是四周圆面,均匀性问题就显得特别重要,所以为了保证工艺的正确贯彻,需要对镀膜设备进行专门订制和重点改造,使之符合镀照明产品的技术要求和产业化制造要求。现在的镀膜设备均是根据实际自己制造或改造的。由于企业采用24h不间断的产业化生产,故必须制定科学的计划和措施来维护和保养设备。

  2、完备的制作工艺

  除了正确的设计,完备的制作工艺至关重要,这包括冷光杯、灯珠、盖片的自动化清洗(专门设计的清洗机)、设备的清洗、镀制薄膜、老化处理的各个参数的确定、掌握、控制,特别是大量镀膜人员的培养,保证工艺技术的稳定性和重复性,才能使照明用多层膜产品具有实用性和经济性。

  结论

  光学薄膜在照明领域的应用是非常成功的。随着不断地探索研究和开发应用,推行新工艺、新技术,照明用薄膜产品必将成为我国镀膜产业的强项,继续向优质、低成本的方向作出不懈的努力。


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