[发明专利]一种高导热性和低应变的光学多层膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于超高亮度投影机的高导热性和低应变的光学多层膜。

背景技术

一种超高亮度的数字投影机采用7kW的氙灯作为光源，亮度能达到25000流明以上，目前最高亮度已达到31000流明，这是迄今全球最高亮度的数字投影机，主要用于大型电影院、大型智能化指挥所、大型会场等各种场合，这种大型数字投影机目前最突出的技术问题就是投影机中光学多层膜器件因吸收大量光能量而导致器件温度过高，进而器件表面因光学多层膜的应力(主要为热应力和内应力)而导致应变，甚至导致器件破裂的问题，毫无疑义，过热问题已成为制约极高亮度投影机像质和寿命的最大瓶颈，因为器件表面应变将会产生像差而使投影图像质量显著降低，器件热致破裂将使投影机完全不能工作。

在投影机诸多器件中，光学多层膜器件是过热、应变和破裂最为突出的器件之一，尤其是靠近光源的光学多层膜器件是热量最高因而也是最容易损坏的器件，这是因为薄膜经过大块材料蒸发变成薄膜后，吸收系数会增加5～6个数量级，对一些常用的薄膜材料，典型的吸收(消光)系数会从大块材料的10^-10～10^-11上升至薄膜的10^-4～10^-6，因此，在高光能场合应用的光学多层膜，吸收引起的器件温度升高和器件表面应变甚至器件破裂是一个急待解决的难题。

氧化物薄膜是迄今应用最广、性能最好的光学薄膜，其中二氧化钛(TiO₂)薄膜由于其折射率在可见光区最高(达2.35)，而二氧化硅(SiO₂)薄膜的折射率最低(为1.45)，因而常用TiO₂薄膜和SiO₂薄膜构成光学多层膜以产生强烈的干涉效应，遗憾的是这两种薄膜的导热性都不好，因而当用这两种薄膜构成光学多层膜并用于高光能场合时，由于光学多层膜导热性不好而造成器件急剧升温、表面应变和破裂。

发明内容

本发明的目的是提供一种高导热性和低应变的光学多层膜。

本发明的构思是：利用三氧化二铝(Al₂O₃)薄膜来改善光学多层膜器件的导热性，降低光学多层膜使用时的温度。然而，Al₂O₃薄膜和TiO₂薄膜都是属于张应力，因而用Al₂O₃薄膜和TiO₂薄膜构成的光学多层膜具有很高的结累张应力，最终导致光学多层膜表面很大的应变(应变正比于应力)；其次，Al₂O₃薄膜的折射率为1.58，在氧化物薄膜中，虽然Al₂O₃薄膜的折射率较低，仅次于SiO₂薄膜，但用Al₂O₃薄膜和TiO₂薄膜构成的光学多层膜干涉效应已大为降低，因而或者造成光学多层膜层数和厚度大大增加，或者造成光学多层膜的设计性能显著变差。但是，由于Al₂O₃薄膜和SiO₂薄膜的熔点、蒸发温度、蒸发状态和密度都比较接近(见表1)，特别是蒸发温度，若两种混合材料相差很大，就会在蒸发时因分馏蒸发而产生折射率变化，所以这些性能为Al₂O₃薄膜和SiO₂薄膜构成本发明的混合薄膜创造了基本条件。

表1