Uporaba naparjenih kovin za polprepustna zrcala za avtomobilsko smerno svetilko
The Use of Evaporated Metals for Semitransparent Mirrors for Automotive Direction indicator Lamp
M. Tasevski *, Saturnus-Avtooprema, Letališka 17, Ljubljana K. Požun, Inštitut za elektroniko in vakuumsko tehniko, Ljubljana A. Demšar, Iskra Elektrooptika, Ljubljana
Namen dela je bil, raziskati uporabo polprepustnih naparjenih plasti za smerno avtomobilsko svetilko. S tem bi se izognili nezaželeni dvojni barvni kombinaciji rumene in bele svetilke in bi ostala samo ena barva. Meritve so pokazale, da je najugodnejše rezultate glede prepustnosti in odbojnosti dosegla zelo tanka plast aluminija. Vendar sama Al plast ni dovoj obstojna in je potrebna še zaščitna plast, kipa povzroči dodatne svetlobne izgube in sta mogoče enako uporabni plasti NiCr in jekla, ki sta bolj obstojni, vendar imata nekoliko nižjo vrednost sečišča T in R. Velikosti teh zelo tankih plasti je težko meriti in je treba primerjati meritve kremenove tehtnice, dveh profilimetrov in meritve prepustnosti in odbojnosti. Optimalna debelina za Al je bila 12 nm, pri T in R 37.5%.
Ključne besede: naparjene plasti Al, Cr, NiCr, optično polprepustni filtri, meritve debeline, prepustnosti in odbojnosti
The purpose ofthis work was to investigate the use of semitrasparent thin films for automobile direction indicator lamp. With this we would avoid undesirable double colour combination of yellow and white and only one colour would remain. The measurements showed that maximum results of transmissivity and reflectivity were attained by very thin film of aluminium. However Al film alone is not enough resistant, therefore another protective layer which cause additional light losses is needed. Maybe equal employable would be thin films of Cr and steel which have lower point of intersection ofR and T. The thicknesses of the se very thin layers are very hard to meas-ure, so it is necessary to compare the measurements of quartz microbalance, two different profilometers and the measurements of transmission and reflection. The optimum thicknessfor Al is 12 nm at T and R 37.5%.
Key words: evaporated thin films of Al, Cr, NiCr and steel, optical semitransparentfilter s, measurements of thickness, transmissivity and reflectivity
1 Uvod
Smoter raziskave je bil, da smerna svetilka na zunanji pogled izgleda belo (svetlo), ko pa gori smerna žarnica pa sveti rumeno. Pri novejših avtomobilih gre za tendenco, daje celotna integrirana zadnja in/ali sprednja svetilka v beli barvi. Za zakritje rumene barve se danes največ uporablja tako imenovana dimljena plastika, ki je mešanica bele rn črne plastike. Druga možnost je uporaba optične
mrežice, ki delno skrije rumeno barvo. Tretja možnost je opisana v tem članku. Z naparevanjem tanke, kovinske polprepustne plasti je možno doseči, da se del svetlobe odbije v svetli barvi, del svetlobe pa se prepusti, ko sveti rumena žarnica.
Za naparevanje smo izbrali jeklo, krom in aluminij. Jeklo za enak namen uporablja Hella (nemško podjetje, ki izdeluje svetlobno opremo za vozila), krom je priporočen v
* sedanji naslov: Ministrstvo za znanost in tehnologijo, Urad za varstvo industrijske lastnine, Ljubljana
članku 1 in aluminij v2. V literaturi3 so naslednji podatki za odbojnost za različne kovine: Al 88 %; jeklo 57 %; Ag 93 %; Cr 65 % m Cu 72 % . Ta način še ni v splošni uporabi; delno zaradi relativno drage izdelave in natančnega določevanja debeline pri naparevanju in delno zaradi dvomljive varnosti v cestnem prometu. Če sonce posije na naparjeno polprepustno zrcalo, je odbojnost 50 %, če pa je pokritje samo plastika, je odbojnost le 8 %. V prvem primeru bi bilo možno, da bi bila odbita sončna svetloba močnejša kot svetloba iz smerne svetilke.
2	Izdelava vzorcev
Za vzorce smo uporabili okrogle ploščice s premerom 5 0 mm debeline 2 m 3 mm iz rumenega polikarbonatnega termo-plasta lexan in objektivna stekelca z debelino 1 mm. Vzorce smo naparili s kromom, jeklom, NiCr in aluminijem na Inštitutu za elektroniko in vakuumsko tehniko. Kovine so bile naparjene iz ladj ice, debelino pa smo merili z kremenovo mikrotehnico. Dodatno smo merili debelino s profilome-trom.
3	Meritve debeline
Meritve debeline so zelo pomembne, tako pri ponovljivosti naparevanja, kot pri meritvah prepustnosti in odbojnosti, kjer je edini parameter, na katerega se opiramo. Sama meritev s kremenovo tehtnico ni dovoj zanesljiva, ker je postavljena nekoliko stran od vzorcev v vakuumski komori. Vzorcem smo pomerili debelino tudi po naparevanju s profilometrom in sicer tako, da smo merili stopnico na robu ali pa smo naredili razo na sredini vzorca. Meritve na plastiki z dodatno primerjavo rezultatov prepustnosti in odbojnosti so komaj uporabne. Plastika je preveč hrapava in mehka, zato se igla ugrezne v vzorec. Prav tako se med naparevanjem zaradi toplote in zaradi napetosti med podlago in tanko plastjo ukrivi. Ekstremen primer lahko vidimo na sliki 1.
Zato smo kasneje vzorce pripravili v parih in sicer na plastiki in na steklu. Meritve na steklu so se izkazale dosti bolje. Meritve s profilometrom smo izvajali z dvema inštrumentoma, in sicer na IEVT in na inštrumentu Tencor na CEO. Meritve na obeh inštrumentih so dokaj usklajene, kar je razvidno na slikah 2 in 3 Večje so razlike med serijami, kjer naj bi ena serija imela dejansko večjo debelino ali pa je drugače napaijena. Za določitev najverjetnejše debeline je treba uskladiti meritve kremenove tehtnice, obeh profilometrov in meritve prepustnosti in odbojnosti.
debelina (nm)
Slika 2: Primerjava meritev debelin na obeh profilometrih; parameter je odbojnost. Figure 2:The comparison of thickness measurements on both profilometers; the parameter is reflection.
0c'05 Cfe.27 IDI	300
S^jlSHOSZI
L - SdO cm R - 520 n«
- 14'J
•c- 445.ru» ilfc t40.na Ra 50 n*
Hči* 12 lOCOui
L 500 0u* R 540 0u»
4u »j jj.ri
0.2
0 0
-0 2
-0 4
II

-0.6
Rr«a 0 e050 SCflM h£NU 1
u* \/yj*k 10000 .2
80 5 25 scari t-20i«c DIR—> STYLUS 20*g
0 lOOOo« LEUEL
Slika t: Meritev debeline tanke plasti Cr s profilometrom na CEO. Nominalna debelina, merjena s kremenovo tehtnico, je bila 30 nm in s
profilometrom 140 nm
Figure 1. The thickness measurement of Cr thin film on profilometer on CEO. The nominal thickness measured with quartz microbalance
was 30 nm and with profilometer 140 nm.
(T
' 250.............
500

750.........
TENCOfc IHSTRUMEMT
debelina (nm)
Slika 3: Primerjava meritev debelin na obeh profilometrih na istem vzorcu in med dvema serijama Parameter je prepustnost. Figure 3: The comparison of thickness measurements on both profilometers and with two series. Parameter is T.
4 Meritve odbojnosti in prepustnosti
Odbojnost in prepustnost smo merili na LMT merilniku v svetlobnem laboratoriju Saturnusa Avtoopreme. Merili smo integralno T in R z uporabo Ulbrichtove krogle, ki dodatno pobere difiizijsko komponento odbite in prepuščene svetlobe.
Z naraščajočo debelino prepustnost pada in odbojnost narašča, kar je prikazano na slikah 4-9. Steklo ima nekaj večjo prepustnost, kar izboljša rezultate in je razvidno iz slik 7 in 8
Na sliki 6 sta prikazani prepustnost in odbojnost na aluminiju, ki je bil naparjen pod kotom 70° v argonovi atmosferi. Taka plast je bolj porozna (4) in upali smo, da
Slika 4. Prepustnost in odbojnost kroma (na plastiki) Figure 4. Transmission and reflection of Cr on plastic.
Slika 5. Prepustnost in odbojnost jekla (na plastiki) Figure 5. Transmission and reflection of steel on plastic.
debelina (nm)
Slika 6. Prepustnost in odbojnost Al, kije bil naparjen pod kotom
70°
Figure 6. Transmission and reflection of Al, vvhich vvas evaporated under the angle of 70.
je optično bolj prepustna. Plast je videti nekako zatemnjena in ima sečišče T in R nižje (30 %) kot navaden aluminij, vendar na isti ravni kot Cr in jeklo (tabela 1).
Iz tabele 1 je razvidno, daje najboljši naparjen aluminij na steklu. Pomerili smo tudi T in R na polietilenski folij i, na katero je naparjen Al z dodatkom Si. T = 18 % in R = 58 %. Če se odlepi poliestrska folija, kije tudi na drugi strani za zaščito, je polprepustno folijo možno nalepiti na želeno
Slika 9. Prepustnost m odbojnost NiCr (na steklu) Figure 9. Trasmission and reflection of NiCr on glass.
Slika 7. Prepustnost in odbojnost aluminija na plastiki Figure 7. Transmission and reflection of Al on plastic.
2c	5-:
debelina (nm)
10
debelina (nm)
0	IC	20
debelina (nm)
Slika 8. Prepustnost in refleksija aluminija na steklu Figure 8. Transmission and reflection of Al on glass.
podlago. Tako folijo je mogoče kupiti v tujini. Struktura je naslednja: poliester, lepilo, polietilen, alumtnij+silicij, poliester.
Barvne koordinate se z naparevanjem malo spremenijo, vendar ne kritično5; v istem članku pa smo opisali adhezijo in trajnostne teste.
5 Sklep
Pokazali smo, kako je pomembna točna določitev debeline.
Tabela 1: Najugodnejše debeline glede na maksimalno T in R za različne tanke plasti kovin in različne podlage
podlaga	kovina	opt. T in R (%)	debelina (nm)
plastika	jeklo	29	10
plastika	Cr	31	33,5
plastika	Al	34	13,5
steklo	Al	37.5	12
steklo	Al (70%)	30	14
steklo	NiCr	31	14
V območju 10 nm se bistveno spremeni odbojnost in prepustnost. Najboljši rezultat ima tanka naparjena plast aluminija. Za resno uporabo bi bila potrebna še zaščitna plast.
6 Literatura
1	D.Ridošič, P.Vretenar, S.Rističevič: Analiza uticaja debljinena optičkekarakteristike metalnih ogledala. 11 jugoslovanski vakuumski kongres, 1990, str. 236-242
2	L. Holland: Vacuum deposition of thin film, London, Chapman and Hali Ltd., 1956
3	N.I.Koškin, M G.Širkevič, Priročnik elementarne fizike,
1967, str. 203
4	P.Meakin: Ballistic deposition onto inclined surfaces, Physical Review A, 15 julij 1988, str. 994-1004
5	M.Tasevski, K.Požun: Researches on semitransparent mirrors on yellow plastic, Proceedmgs of 20th in-ternational conference on microelectronics, MIEL 92 and 28th symposium on devices and materials, SD 92, Sept.30-0kt.2, 1992, Portorož, str. 455-460