DE966008C - Absorption color filter - Google Patents

Description

Absorptionsfarbfilter Es ist bekannt, farbige Absorptionslichtfilter dadurch herzustellen, daß man einem geeigneten Glassatz Kadmium- und Zinkverbindungen und Verbindungen des 'Schwefels, Selens oder Tellurs zusetzt. Es bildet sich hierbei Kadmium- oder Zinksulfid, -selenid oder -tellurid in kolloidaler Form, und man erhält Filter mit sehr steiler Absorptions= kante. Bei dem Versuch, die Farbstoffkonzentration zu erhöhen, um Filter gleicher Wirksamkeit, jedoch geringerer Dicke zu erhalten, ergibt sich aber eine Grenze von etwa 5 %, oberhalb deren keine klaren Schmelzen mehr zu erhalten sind.Color absorption filters It is known, color absorption light filters by adding cadmium and zinc compounds to a suitable glassware and adding compounds of sulfur, selenium or tellurium. It forms here Cadmium or zinc sulfide, selenide or telluride in colloidal form, and one obtains Filter with a very steep absorption edge. When trying to adjust the dye concentration to increase in order to obtain filters of the same effectiveness but less thickness, However, there is a limit of about 5%, above which no clear melts more are available.

Nach der Erfindung kann man Absorptionsfilter äußerst geringer Dicke (von höchstens einigen hundertstel Millimetern) herstellen, indem man die als undurchsichtige Malerfarben bekannten, nichtoxydischen Kadmium- oder Zinkchalkogenide, d. h. die Sulfide, Selenide oder Telluride des Kadmiums oder Zinks, einzeln oder gemischt, auf einen Träger aufbringt, und zwar z. B. indem man sie in bekannter Weise im Hochvakuum oder bei geringen Drucken in geeigneter Gasatmosphäre auf den Träger aufdampft. Bei nicht zu hoher Verdampfungsgeschwindigkeit entstehen völlig klare, äußerst intensiv gefärbte Schichten, wenn die Chalkogenide frei von metallischen Pesten sind. Der zu verdampfende Stoff befindet sich zweckmäßig in einem elektrisch geheizten Öfchen bekannter Art. Es ist beim Verdampfen darauf zu achten, daß keine örtlichen Überhitzungen des Stoffes eintreten, durch die er sich in 'Metall und Chalkogen zersetzen könnte. Es würde sich dann kolloides Metall in die Schichten einlagern und eine Mißfärbung der aufgedampften Schicht bewirken.According to the invention, absorption filters of extremely small thickness can be obtained (no more than a few hundredths of a millimeter) by calling them opaque Known non-oxidic cadmium or zinc chalcogenides for paints, d. H. the Sulphides, selenides or tellurides of cadmium or zinc, singly or mixed, applies to a carrier, namely z. B. by placing them in a known manner in a high vacuum or vapor-deposited onto the carrier at low pressures in a suitable gas atmosphere. If the evaporation rate is not too high, completely clear, extremely intense results are produced colored layers if the chalcogenides are free of metallic pests. Of the The substance to be evaporated is conveniently located in an electrically heated oven known type. Care must be taken when vaporizing that no local overheating of Substance enter through which it turns into 'metal and chalcogen could decompose. Colloidal metal would then be deposited in the layers and cause discoloration of the vapor deposited layer.

Wie bekannt, lassen Metalle sich dadurch in Metallverbindungen überführen, daß man sie erhitzt- und einem Gase aussetzt, in dem der Stoff enthalten ist, mit dem sich das betreffende Metall verbinden soll. Ein ähnliches Verfahren kann man anwenden, um die Schichten, die außerordentlich empfindlich gegen geringste Spuren von Zersetzungsprodukten sind, von solchen zu befreien. hian behandelt hierzu die Schichten nachträglich bei einer Erwärmung bis ungefähr zu 35o°, vorteilhaft zwischen 250 und 300°, in einem angreifenden Gasstrom, der mit den Zersetzungsprodukten. chemisch reagiert und sie dabei entweder verflüchtigt oder in Verbindungen von nicht störender Färbung umwandelt.As is known, metals can be converted into metal compounds by heating them and exposing them to a gas which contains the substance with which the metal in question is to combine. A similar procedure can be used to free the layers which are extremely sensitive to the slightest traces of decomposition products. For this purpose, hian subsequently treats the layers with a heating of up to approximately 35o °, advantageously between 250 and 300 °, in an attacking gas stream containing the decomposition products. chemically reacts and either volatilizes them or converts them into compounds with a non-disruptive color.

Als angreifende Gase kommen z. B. Schwefelwasserstoff, Selenwasserstof, Chlorgas, Chlorschwefel und Brom einzeln oder gemischt und gegebenenfalls mit indifferenten Gasen verdünnt in Frage. Schwefelwasserstoff, Selenwasserstof und Chlorschwefel haben den besonderen Vorteil, freies Chalkogen zu verflüchtigen, so daß sich vor allem die stark störende Anwesenheit von freiem Tellur in den Schichten vermeiden läßt. Die Behandlungdauert bei a5o bis 300° nur wenige Minuten.As attacking gases come z. B. hydrogen sulfide, hydrogen selenium, Chlorine gas, sulfur chloride and bromine individually or mixed and optionally with indifferent ones Gases diluted in question. Hydrogen sulfide, hydrogen selenium and sulfur chloride have the particular advantage of volatilizing free chalcogen, so that before Above all, avoid the highly disturbing presence of free tellurium in the layers leaves. The treatment lasts only a few minutes at a5o to 300 °.

Die in der soeben geschilderten Weise behandelten Schichten lassen sich noch weiter verbessern, indem man sie in einem indifferenten Gasstrom, z. B. Stickstoff, einer höheren Temperatur aussetzt. Für Kadmiumsulfidschichten ist als indifferentes Gas auch Schwefelwasserstoff anzusehen. Kadmiumselenidschichten würden durch diesen angegriffen und allmählich in Kadmiumsulfid verwandelt werden. Durch diese Wärmebehandlung, die z. B. bei Kadmiums.elenid zweckmäßig bei 6oo° erfolgt, werden die Schichten in sich noch gleichförmiger, wodurch der Abfall der Durchlässigkeitskurve beträchtlich steiler wird. Je höher die angewendete Temperatur ist, um so rascher und deutlicher ist diese Verbesserung. Jedoch sind der Erhöhung dadurch Grenzen gesetzt, daß von einer gewissen Temperatur ab, bei Kadmiumselenid etwa 63o°, ein Trübwerden der Schichten durch Sammelkristallisation eintreten kann. Die am besten geeignete Temperatur für die verschiedenen Stoffe läßt sich leicht durch einen Vorversuch bestimmen.Leave the layers treated in the manner just described improve even further by placing them in an inert gas stream, e.g. B. Nitrogen, exposed to a higher temperature. For cadmium sulfide layers is as indifferent gas also to be regarded as hydrogen sulfide. Cadmium selenide layers would attacked by this and gradually transformed into cadmium sulfide. By this heat treatment, the z. B. with Kadmiums.elenid is expediently carried out at 6oo °, the layers in themselves become even more uniform, thereby decreasing the permeability curve becomes considerably steeper. The higher the temperature used, the faster and this improvement is more evident. However, there are limits to this increase Assume that from a certain temperature, in the case of cadmium selenide about 63o ° The layers can become cloudy due to collective crystallization. The best suitable temperature for the various substances can easily be determined by a preliminary experiment determine.

Eine an den neuen, in der beschriebenen Weise hergestellten Filtern auftretende störende, ausgeprägte Bandenstruktur, die durch Interferenzerscheinungen hervorgerufen wird, läßt sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beseitigen, indem man die Schicht auf einer Seite oder besser auf beiden Seiten mit einer der bekannten Refllexionsverminderungsschichten versieht, deren Dicke, wie ebenfalls bekannt, ein Viertel der maßgebenden -Wellenlänge oder ein ungerades Vielfaches davon ist und deren Brechungszahl ungefähr das geometrische Mittel der Brechungszahlen der benachbarten Mittel ist. Die maßgebende @-\'ellenlänge ist dabei diejenige, bei der die Absorptionskurve hoch.. ansteigt.One of the new filters manufactured in the manner described Occurring disturbing, pronounced band structure caused by interference phenomena is caused, can be eliminated according to a further feature of the invention, by having the layer on one side or better on both sides with one of the known reflection reducing layers, the thickness of which, as well known, a quarter of the decisive -wavelength or an odd multiple of which and whose refractive index is approximately the geometric mean of the refractive indices of neighboring funds is. The decisive @ - \ 'ellen length is the one where the absorption curve rises high ...

Bei einer Brechungszahl von Kadmiumsulfid von 2,3 und einer Unterlage aus Tafelglas von der Brechungszahl 1,5 ist für die zwischen dem Glas und der Filterschicht anzubringende Schicht eine Brechungszahl von 1,9 und für die außen anzubringende Schicht eine Brechungszahl von 1,5 zu wählen.With a refractive index of cadmium sulfide of 2.3 and a base Made of sheet glass with a refractive index of 1.5 is used for between the glass and the filter layer The layer to be applied has a refractive index of 1.9 and the layer to be applied outside Layer to choose a refractive index of 1.5.

Bei Kadmiumselenid mit einer Brechungszahl von 3,5 sind die entsprechenden Zahlen 2, 3 und i,,;. In der Zeichnung ist an einem Beispiel die Wirkung der verschiedenen Verfahrensgänge nach der Erfindung auf eine Kadmiumsulfidschicht veranschaulicht: Die Kurve a zeigt die Durchlässigkeit einer Schicht voll 0,93 Dicke in Abhängigkeit von der Wellenlänge, die durch Aufdampfen von Kadmiumsulfid hergestellt ist. Die Durchlässigkeit beträgt infolge von Absorptions- und Reflexionsv erius.ten maximal nur etwa 6o%. Setzt man die Schicht bei einer Temperatur . voll 300° einem Strom von Schwefelwasserstoff aus, so erhält man die Kurve b, bei der die Durchlässigkeit bis auf go % gestiegen ist; im durchgelassenen Spektralgebiet liegen im wesentlichen nur noch Reflexionsverluste vor. Versieht man schließlich die Filterschicht auf jeder Seite mit einer reflexionsvermindernden Schicht, so ergibt sich -die Kurve c; die Bandenstruktur ist ver-,schwtmden.und eine Durchlässigkeit von fast ioo% erreicht.For cadmium selenide with a refractive index of 3.5, the corresponding numbers are 2, 3 and i ,,;. The drawing shows an example of the effect of the various process steps according to the invention on a cadmium sulfide layer: Curve a shows the permeability of a layer with a thickness of 0.93 as a function of the wavelength, which is produced by vapor deposition of cadmium sulfide. Due to the absorption and reflection radius, the maximum permeability is only about 6o%. Put the layer at a temperature. full 300 ° from a stream of hydrogen sulfide, curve b is obtained, in which the permeability has risen to go%; in the transmitted spectral region there are essentially only reflection losses. Finally, if the filter layer is provided with a reflection-reducing layer on each side, then the result is curve c; the band structure has disappeared, and a permeability of almost 100% has been achieved.

Bei einer erfindungsgetnäß hergestellten Kadmiumsulfidschic'ht liegt der steile Anstieg der Durchlässigkeit, wie die Zeichnung zeigt, etwa bei 5 i o mlt ; bei Kadmiumselenid würde er etwa bei 630 m[., bei Kadmiumtellurid etwa bei i,5 lt liegen. Die zweckmäßige Dicke der Filterschicht beträgt etwa o,5 bis 4 lt. Die Absorption der neuen Filter entspricht der in der Masse gefärbter Glasfilter von etwa o,5 bis 4. mm Dicke.In the case of a cadmium sulfide layer produced according to the invention, the steep increase in permeability, as the drawing shows, is around 5 10 mlt; for cadmium selenide it would be about 630 m [., for cadmium telluride about 1.5 liters. The appropriate thickness of the filter layer is about 0.5 to 4 liters. The absorption of the new filters corresponds to that of glass filters that are colored in the mass and are about 0.5 to 4. mm thick.

Wie sich gezeigt hat, entsprechen beim Aufdampfen einer Mischung von Kadmiumsulfid und Kadmiumselenid die optischen Absorptionseigenschaften nicht denen einer Mischung, bei der praktisch nur der bei längeren Wellen absorbierende Bestandteil, d. h. im angegebenen Fall das Kadmiumselenid, die Absorption bestimmen würde. sondern es findet bei Erhöhung des Gehaltes an Selenid eine kontinuierliche Verschiebung der Absorptionskante nach längeren Wellen hin statt. Es muß sich also um eine lückenlose Mischkristallreihe handeln. Dasselbe gilt für Mischungen aus Kadmiumselenid und Kadmiumtellurid sowie für solche aus Kadmiumsulfid und Kadmiumtellurid.As has been shown, correspond to a mixture of during vapor deposition Cadmium sulfide and cadmium selenide do not have the optical absorption properties a mixture in which practically only the component that absorbs longer waves, d. H. in the given case the cadmium selenide which would determine the absorption. but there is a continuous shift as the selenide content increases the absorption edge instead of longer waves. So it must be a complete one Act mixed crystal row. The same applies to mixtures of cadmium selenide and Cadmium telluride and for those made from cadmium sulfide and cadmium telluride.

Das Kadmium läßt sich ganz oder teilweise durch Zink ersetzen. Die Absorption der Zinkverbindungen ist gegenüber den analogen Verbindungen des Kadmiums nach kürzeren Wellen hin verschoben. Die Zinkverbindungen bilden ebenfalls lückenlose Mischkristallreihen untereinander und mit den Kadmiu.mchalkogeniden, so daß man durch geeignete Mischung die Möglichkeit hat, Filter herzustellen, deren Absorptionskante vom Ultraviolett (Zinksulfid) schrittweise bis zum Ultrarot von etw4 i,5 [ (Kadmiumtellurid) abgestuft ist.All or part of the cadmium can be replaced by zinc. the The absorption of zinc compounds is opposite to the analogous compounds of cadmium shifted towards shorter waves. The zinc compounds also form seamless Mixed crystal rows with one another and with the Kadmiu.mchalkogeniden, so that one has the possibility through a suitable mixture, To manufacture filters, their absorption edge gradually from ultraviolet (zinc sulfide) to ultraviolet is graded from about 1.5 [(cadmium telluride).

Da es leicht möglich ist, die erfindungsgemäßen Filterschichten auch auf gekrümmte Linsenflächen aufzudampfen, so kann man unter Umständen ein besonderes Filter vermeiden. Dies ist besonders wertvoll für Untersuchungen im ultraroten Licht, da die Ultrarotabsorption von Kadmium- oder Zinkchalkogenidschi.chten erst im fernen Ultrarot beginnt. Von besonderer Bedeutung ist hier die Verwendung von Kadmiumtellurid auf Platten oder Linsen aus Flußspat, Kochsalz u. dgl. Hierdurch eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten, da Gläser in diesem Gebiet völlig undurchlässig sind.Since it is easily possible, so do the filter layers according to the invention Vaporizing on curved lens surfaces can be a special one Avoid filters. This is particularly valuable for examinations in ultra-red light, since the ultrared absorption of cadmium or zinc chalcogenide is only in the distance Ultrared starts. The use of cadmium telluride is of particular importance here on plates or lentils made of fluorspar, table salt and the like new possibilities, since glasses are completely impermeable in this area.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Absorptionslichtfilter mit steilem Anstieg der spektralen Durchlässigkeitskurve, gekennzeichnet durch auf einen Träger aufgebrachte, höchstens wenige hundertstel Millimeter dicke Schichten aus von ihren metallischen Resten befreiten nichtoxvdischen Kadmium- oder Zinkchalkogeniden. PATENT CLAIMS: i. Absorption light filter with a steep increase in spectral transmittance curve, characterized by applied to a carrier, No more than a few hundredths of a millimeter thick layers of their metallic ones Residues freed non-oxidic cadmium or zinc chalcogenides. 2. Verfahren zur Herstellung eines Absorptionslichtfilters nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Träger beispielsweise mittels des an sich bekannten Hochvakuumaufdampf verfahrens nichtoxydische Kadmium- oder Zinkchalkogenidschichten aufgedampft und darauf die metallischen Reste von I,7,admium, Zink, Selen oder Tellur in einem angreifenden Gasstrom hei einer Erwärmung bis ungefähr zu 350° verflüchtigt oder in Verbindungen von nicht störender Färbung umgewandelt werden. 2. Procedure for Production of an absorption light filter according to claim i, characterized in that that on a carrier, for example by means of the known high vacuum vapor deposition process, non-oxidic cadmium or zinc chalcogenide layers are vapor-deposited and then the metallic residues of I, 7, admium, zinc, selenium or tellurium in an attacking one Gas flow volatilized with heating up to approximately 350 ° or in compounds be converted from non-disturbing coloring. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter anschließend in einem indifferenten Gasstrom einer Erwärmung bis ungefähr zu 6oo° ausgesetzt wird. q.. Absorptionslichtfilter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß - zur Aufhebung einer Bandenstruktur der Durchlässigkeitskurve - die genannte Schicht auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit einer Reflexionsverminderungsschicht versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. i 425 967; Journal of the optical society of America, April 1934, S. 99 bis 1o2, Februar 1939, S. 59 bis 66.3. The method according to claim 2, characterized in that the filter is then subjected to heating up to approximately 600 ° in an inert gas stream. q .. absorption light filter according to claim i, characterized in that - to cancel a band structure of the transmission curve - said layer is provided with a reflection-reducing layer on one side or on both sides. References considered: U.S. Patent No. i 425,967; Journal of the optical society of America, April 1934, pp. 99 to 1o2, February 1939, pp. 59 to 66.