CH294395A - Blendschutzbelag an lichtdurchlässigem Träger und Verfahren zur Herstellung desselben. - Google Patents

Description

      Blendschutzbelag    an     lichtdurchlässigem    Träger und Verfahren     zur    Herstellung desselben.    Vorliegende     Erfindung    bezieht sieh auf  einen     Blendsehutzbelag    an     liehtdurehlässigem          Träger,    welcher sieh insbesondere für     Son-          nenschut7brillen,    Brillen für Schweisser, aber  auch als Sonnenschutzscheiben für Fahr  zeuge und dergleichen     eignet.    Ebenso     ist    es  möglich,

   derart ausgebildete Träger in Feld  steclier und Fernrohre einzubauen oder eine  der Linsen derartiger Instrumente mit  Schichten dieser Art zu versehen.  



  Es ist bereits bekannt, dünne, zur Licht  teilung dienende Schichten auf einem Träger  aufzubringen, die bei günstiger     Schichtstärke     infolge ihres gegenüber der Brechzahl des  Trägers erhöhten Brechungsindexes erhöh  tes Reflexionsvermögen ergeben. Günstige  Schichtstärken entsprechen dabei dem Quo  tienten, in dessen Zähler die der grössten  Augenempfindlichkeit entsprechende Wellen  länge, etwa 5500     AE,    und in dessen Nenner  das Vierfache der Brechzahl des     Dielektri-          kums    steht. Diese dünnen Schichten können  partiell absorbierend sein, wodurch die ge  stellten Bedingungen mehr oder weniger zu  erfüllen sind.  



  Vorliegende     Erfindung    beruht auf der  Erkenntnis, dass es     Blendsehutzbeläge    gibt,  die in dünner     Sehieht    bereits solche     Absorp-          tionswirkungen    in     bezu-    auf das sichtbare  Licht. besitzen, dass das mit ihrer Hilfe zu  schützende Auge vor dem Einfall     sehädlieher     Strahlen in einem verhältnismässig hohen  Ausmass geschützt werden kann.

   Dieser       Blendsehutzbelag    kennzeichnet. sich erfin-         du?igsgemäss    dadurch, dass er eine Schicht  aus einem mechanisch und chemisch wider  standsfähigen, das Licht.     dämpfenden    Fest  stoff     aufweist,    der aus der Verbindung eines       lletalles    mit mindestens einem Gas der zwei  ten Reihe des periodischen     Systems    der Ele  mente mit einem Atomgewicht zwischen 14  und 19 besteht.  



  Unter mechanischer Widerstandsfähigkeit  ist dabei die Eigenschaft der     Kratzfestigkeit     verstanden, weil derartige dünne Schichten  auf Augengläsern Anwendung finden, die  verstauben oder beschlagen. Da Niederschläge  dieser Art im allgemeinen durch Reiben mit  einem Tuch oder Wildleder entfernt werden,  ist eine Beständigkeit der dünnen Schicht  gegen     diese    Beanspruchungen, kurz mit  Kratzfestigkeit bezeichnet, nötig, so dass damit  der Begriff der mechanischen Widerstands  fähigkeit gegeben ist.

   Die gleichen Gläser  unterliegen dem Zutritt von     Feuchtigkeit    und       Atmosphärilien.    Daher muss eine chemische  Widerstandsfähigkeit vorhanden sein, die im  stande ist, die     Unversehrbarkeit    und ,die Ver  wendungsfähigkeit der Schicht auch diesen       Beanspriehungen    gegenüber zu gewährleisten.  



  Untersuchungen haben ergeben, dass z. B.       wasserunlöslielie        Metalloxyde    die erforder  lichen     Eigenschaften    aufweisen. So hat bei  spielsweise     Siliziummonoxi-d    die Fähigkeit.,  das kurzwellige Licht. abzuschneiden. Es be  seitigt also den ultravioletten Teil des Lich  tes quantitativ, während anderseits der lang  wellige Teil des sichtbaren     Spektrums    ge-      dämpft durchgelassen wird.     Siliziummonoxyd     ist. hart. und kratzfest und chemisch gegen  Feuchtigkeit und     At.mosphärilien    beständig.

    Während das     Siliziummonoxy    d zu einer gel  ben Tönung des Trägers führt, eignen sieh  Eisenoxyde zur stärkeren Braunfärbung des       Blendschutzglases.    Die Absorptionskurven der  Eisenoxyde sind jedoch verhältnismässig flach.  



  In Betracht kommen allgemein Oxyde von  Elementen der Gruppen     Ib,        II,        III,    IV, V,       VI,        VII    und     VIII    des periodischen Systems,  wobei die Metalle Kupfer; Beryllium, Magne  sium,     Calcium,    Zink, Cadmium;

   Aluminium,       Scandium,    Y     ttrium,    seltene Erden,     Aktinium,     Gallium,     Indium,        Thallium;    das bereits \ge  rannte Silizium sowie Titan,     Zirkonium,        Haf-          nium,        Thorium,    Germanium, Zinn, Blei;

   Va  nadium,     _Niob,        Tantal,        Protaktinium,    Anti  mon,     Wismuth;    Chrom,     Molybdän,    Wolfram,  Uran, Selen,     Tellur;    Mangan,     Technetium,          Rhenium;    Eisen, Kobalt, Nickel,     Rhutenium,          Rhodium,    Palladium, Osmium, Iridium, Pla  tin in Betracht kommen.

   Als vorzugsweise in  Betracht. kommende Oxyde sind zu nennen       SiO,        SiO2,        Ge0,        Ge02,        Zr0,        ZrO2,        TiO,        TiO..,          A)203    sowie Oxyde der seltenen Erden. Auch  Mischungen aus Oxyden können sich in Ein  zelfällen     bewähren.     



  Neben den Oxyden können auch wasser  unlösliche     lletallnitride    in Betracht kommen,  wobei die     lIetallbildner    vorzugsweise durch  Elemente der     Gruppen        11I,    IV,     VI    und     VIII     des periodischen Systems gegeben sind, also  durch     Scandium,        Yttrium,    seltene Erden,     Ak-          tinium,    Gallium,     Indium,        Thallium;

      Silizium,  Titan,     Zirkonium,        Hafnium,        Thorium,    Germa  nium, Zinn, Blei; Chrom,     Molybdän,    Wolf  ram, Uran; Eisen, Kobalt, Nickel,     Ruthenium,          Rhodium,    Palladium, Osmium, Iridium, Pla  tin.     Nitride    können auch in Mischung     zier     Verwendung kommen.  



  Als vorzugsweise in Betracht: kommend  sind zu nennen     Fe2N,        Fe4N2    und     Fe4N.     Schliesslich können noch die     Fluoride    der  Metalle der Gruppen     II,        III    und IV des  periodischen Systems verwendet werden, das  heisst,     Fluoride    der Metalle Beryllium, Magne  sium,     Calcium,        Strontiiun,        Barium,    Zink,    Cadmium;

       Aluminium,        Scandium,        Yttrium,          ,seltene    Erden,     Aktinium,    Gallium,     Indium,          Thallium;        Hafnium,        Thorium,    Germanium,  Blei; Chrom.

   Es besteht ohne weiteres auch  die     lIögliehkeit,        Miseluingen    aus mehreren       Fluoriden        zur    Anwendung     zu    bringen oder       Gemische    aus Oxyden,     Nitriden    und/oder     Fluo-          riden    zu verwenden. Unter den Feststoffen,  die aus     Verbindungen    eines     lIetalles    mit. zwei  Gasen bestehen, sind die     iletalloxydfluoride     als vorzugsweise in Betracht kommend zu be  nennen.  



  Die Auswahl der zur Herstellung der  dünnen Schichten benutzten Stoffe hat dabei  stets so zu erfolgen, dass die herzustellende  dünne Schicht eine hohe Widerstandsfähig  keit gegen mechanische und chemische An  griffe     aufweist.     



  Das     Herstellungsverfahren    kennzeichnet  sich. dadurch, dass auf einen Trägerkörper  mindestens eine dünne Schicht aus einem  mechanisch oder chemisch widerstandsfähigen,  das Licht. dämpfenden Feststoff aufgebracht  wird, der als Verbindung wenigstens eines       Metalles    mit einem Gas der zweiten Reihe des  periodischen Systems der Elemente     mit    einem  Atomgewicht zwischen     1-1    und 19 erzeugt       wiwd.        Das,        RAufbringen    der einzelnen     Teil-          schichten    kann durch Aufdampfen im Hoch  vakuum,

       durch        Kathodenzerstäubung    oder  mit Hilfe eines     Sehleuderv        erfahrens    auf phy  sikalischem Wege erreicht werden. Auch        ureh    Anwendung chemischer Verfahren  lassen sieh dünne Schichten dieser Art     her-          ,:tellen,    beispielsweise durch Oxydation oder  Reduktion.  



  Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbei  spiel der Erfindung am Beispiel eines sche  matisch verdeutlichten Brillenglases wieder.  



       Fig.    1 gibt einen Schnitt durch dieses  Brillenglas wieder, während       Fig.    ? den Verlauf der Reflexion in Ab  hängigkeit von der Wellenlänge des einfallen  den Lichtes veranschaulicht.  



       Fig.    3 zeigt die entsprechende     Dureh-          1        ässigkeitskurve.     



  Von einem guten Schutzglas für das  menschliche Auge, beispielsweise einem Son-           nenbrillenglas,    verlangt man auf Grund der  modernen Forschung, dass es das kurzwellige  Licht, insbesondere mit einer     Wellenlänge     von weniger     als    3200     AE,    und das     Spektral-          gebiet    mit     Wellenlängen    von 7600 bis  <B>13000</B>     AE    möglichst vollständig absorbiert  oder reflektiert, da durch solche Lichtstrah  len das Auge stark geschädigt werden kann,  wobei insbesondere das langwellige Licht  Dauerschäden des Auges verursacht.

   Das  langwellige Ultrarot mit.     Wellenlängen    von  über<B>13000</B>     AE    schädigt das Auge höchstens  in seinen äussern Zonen, so dass gegen solche  Strahlen keine besonderen Vorsichtsmassnah  men nötig sind. Das     sichtbare        Spektralgebiet     von 4200 bis 7600<B>AU</B> Wellenlänge soll das  Schutzglas möglichst ohne wesentliche Ver  änderung des physiologischen     Farbeindruckes          hindurchlassen,    gegebenenfalls unter Dämp  fung einer zu starken Lichteinstrahlung.  



  Zum     Schutze    des menschlichen     Auges     dienende dünne Schichten sollen diese For  derungen in einem verhältnismässig weitge  henden     Ausmass    erfüllen, indem der ultra  violette Teil des Lichtes quantitativ beseitigt  und der langwellige Teil des sichtbaren Spek  trums gedämpft wird. Um die     genannten     Forderungen vollständig zu erfüllen, sind  weitere Massnahmen erforderlich, die im all  gemeinen nicht verwirklicht werden müssen,  die aber im Rahmen des Ausführungsbeispiels  veranschaulicht sind, um zu zeigen, wie die  gestellte     technische    Aufgabe vollständig ge  löst werden kann.  



  Die Teilschicht 1, die zu diesem Zwecke  auf einem Brillenglas 2 unter     Zwisehensehal-          tung    noch zu erörternder     Teilsehiehten    auf  gebracht ist, besteht     aus    einem der eingangs  genannten Stoffe, beispielsweise aus     Silizium-          monoxyd.    Es handelt. sich daher um eine  dünne, kratzfeste und gegen chemische Ein  flüsse der Atmosphäre unempfindliche  Schicht, die gleichzeitig die Fähigkeit. besitzt,  als     Schutzschicht.    der noch     zu    erläuternden,  weiteren Teilschichten zu dienen.

   Die Stärke  der Schicht aus     Siliziummonoxy    d richtet sich  nach den jeweils zu erfüllenden Aufgaben.  Stellt man ihre Dicke auf den Quotienten    ein, in dessen Zähler die Wellenlänge von  5500     AE    und in dessen Nenner das Doppelte  der Brechzahl des     Dielektrikums    steht, so  bleibt die     Interferenzbedingung    für die  weiteren     Teilschichten    so, wie wenn die  Schiebt 1 überhaupt nicht vorhanden wäre.  Die Wellenlänge von 5500     AE        entspricht     der maximalen Augenempfindlichkeit im  sichtbaren Spektrum.

   Das bedeutet, dass das       Maximum    der Durchlässigkeit für sichtbares  Licht mit der maximalen Augenempfindlich  keit in günstigster Weise     zusammenfällt.     



  Die an der Oberfläche der Schicht 1 re  flektierte Strahlung hat im allgemeinen nur  eine kleine Amplitude     111,    so dass sie nicht.  störend wirkt. Ausserdem kann man den Auf  bau ,der dünnen Schicht 1 durch entspre  chende Dimensionierung ihrer Dicke so vor  nehmen, dass in Verbindung mit den von  den weiteren Teilschichten reflektierten Am  plituden völlige Reflexionsfreiheit. für die  genannte Wellenlänge eintritt, während in  den Nachbargebieten fast volle Reflexionsfrei  heit erreicht wird. Der zu erzielende optische       Effekt    kann mit Hilfe der Schicht. 1 noch  verstärkt werden, indem durch sie die Inter  ferenz neben der maximalen Durchlässigkeit  zusätzlich so beeinflusst wird, dass eine noch  stärkere Schutzwirkung eintritt.  



  Besonders grosse Vorteile ergeben sieh,  wenn die     Teilsehieht    1 mit metallischen Teil  schichten 3, 4 und 5 sowie mit     zwei        dazwi-          ehen    angeordneten Teilschichten 6 und 7  aus     Dielektriken    vereinigt     ist.    Die metallisch  reflektierenden Teilschichten können aus  Chrom,     Zirkon,    Titan,     Vanadium,        1Vlolybdän     bestehen. Für den Aufbau der     dielektrisehen     Teilschichten 6 und 7 kommen dieselben  Stoffe in. Betracht, aus denen die Teilschicht  1 besteht.

   Ein von der Luftseite einfallender  Lichtstrahl wird dadurch an den     metallischen          Teilschichten    5, 4 und 3 reflektiert. Bezeich  net man die Amplituden der reflektierten  Strahlen mit.     .15,        -711    und     r13,    so können  durch entsprechende     Einstellung    der Dicke der  Teilschichten 6 und 7 die Phasen der austre  tenden,     reflektiezlen    Strahlen so verschoben  sein, dass sich die drei reflektierten Strahlen      infolge Interferenz für eine mittlere, im durch  zulassenden     Spektralbereich    liegende     Wellen-          länge    aufheben.

   Das ist möglich, sobald sich  das     Vekturdiagramm,    das den Amplituden  entspricht, schliesst, was     dureb        Veränderung     mindestens eines Phasenwinkels und minde  stens einer Amplitude ohne weiteres erreicht  werden kann. Mit der so beschriebenen An  ordnun- der     Teilsehieliten    gewinnt man mehr  Freiheitsgrade, als zur Erzielung einer Re  flexionsverminderung in einer Richtung er  forderlich ist, so dass bei     geeigneter    Wahl  und     Dimensionierung    der     Teilsehiehten    für  beide Richtungen der     Sehaehse    Reflexions  freiheit für eine bestimmte Wellenlänge er  reicht werden kann.

   Es werden sieh dann  die in     Fig.    1 mit     A5,        A,,    und     Aa        bezeieh-          neten,    reflektierten Strahlen einer     Lichtein-          fallsriehtung    mit den reflektierten Strahlen  der andern     Liehteinfallsrichtung,    die mit       -1;;',        Al'    und _1a' bezeichnet sind, aufheben.  



       Fig.    ?     zeigt,    wie die Reflexion in     Ab-          hängigkeit    von der     Wellenlänge    des einfallen  den Lichtes verläuft. Man erkennt, dass die  Reflexion im sichtbaren Gebiet.

   auf einen  verschwindend     geringen    Wert     zurückgeführt     worden ist, so dass das gesamte Spektrum  nahezu unverändert, das heisst, unter voller       Erhaltung    des Farbeneindruckes, durch den  so     geschützten,    aus Glas bestehenden     Träger          \?        hindurehtritt.    Durch die Teilschicht 1 er  folgt lediglich eine mehr oder weniger stark  einzustellende Dämpfung einer zu starken       Liellteinstrahlung.        Dagegen    treten in den an  das sichtbare Spektrum angrenzenden,

       seliäd-          liehen    Gebieten weit höhere Reflexionen auf,  so dass das Auge in     Verbindung    mit der Ab  sorption     weitgehend    vor dem Einfall schädi  gender Strahlen geschützt: ist.. Beginnend in  den     Wellenlängengebieten    von etwa     .1000    und       f000        ÄE    erreicht die Reflexion ihr     Maximum          lnit    rund 36     ofo    .des     eingestr        ahlten    Lichtes.

   Die  beschriebenen Gläser sind also zum Schutze  des menschlichen Auges     geit        geeignet.    Durch       geeignete        Dimensionierung    und durch Stoff  auswahl     lässt    sich eine     vollständige    Undurch  lässigkeit der Gläser im Gebiete der kurz  welligen Strahlen unterhalb von etwa     4000AE            erreichen.    Das Gleiche     er;Ibt    sieh aus der  Durchlässigkeitskurve der     Fig.    3.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Blendsehutzbela- an lielitdurchlässigein Träger, dadurch -el@enuzeieliliet, dass er eine Schicht aus einem mechanisch und chemisch widerstandsfähigen, Glas Licht dämpfenden Feststoff aufweist, der aus der Verbindung eines Metalles mit mindestens einem Gas der zweiten Reihe des periodischen Systems der Elemente mit. einem Atomgewicht zwischen 1-1 und 19 besteht.

   II. Verfahren zur Herstellung des Blend- sehutzbelages nach Patentanspruell I, dadurch gekennzeiehnet, dass auf einen Träger minde stens eine Teilscliieht aus einem mechanisch und chemisch widerstandsfälligen, das Licht dämpfenden Feststoff aufgebracht wird, der als Verbindung eines Metalles mit mindestens einem Gas der zweiten Reihe des periodischen Systems der Elemente mit.

   einem Atonigewieht zwischen 7.4 und 19 erzeugt wird. UNTER ANSPRCCHE 1. Blendselrutzbelag nach Patentanspruch 1, dadurch g-ekenuzeielniet, dass die Schicht aus einem wasserunlösliehen lletallotvd be steht.

   ?. Blenclsehutzbela#), naeb Patentansprueli I, dadurch lekenuzeielinet, dass die Schicht aus einem wasserunlöslichen Metallnitrid be steht. 3. Blendscliutzbela- nach Patentanspruch 1, dadurch -ekenuzeiehnet, class die Schicht aus einem wasserunlösliehen lietallfluorid be steht.

   4. Blendsehutzbelag naeli Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Kupferoxyd bestellt. . Blendsehutzbelag, nach Unteranspruch 1, dadurch -elzennzeielinet, class die Schicht aus einem Oxyd eines der Elemente Bercrl- liuni, lIa,nesium, Caleium besteht.

   6. Blendsehutzbelag nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Zink- oder Cadmiumoxyd besteht. 7. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht, aus einem Oxyd eines der Elemente Alumi nium, Scandium, Yttrium, seltene Erden, Ak- tinium besteht. B.

   Blendschutzbelag nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Oxyd eines der Elemente Silizium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Thorium besteht. 9. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Oxyd eines der Elemente Silizium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Thorium besteht.. 10. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Oxyd mindestens eines der Ele mente Germanium, Zinn, Blei besteht.

   11. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Oxyd eines der Elemente Vana- dium, Niob, Tantal, Protaktinium besteht. 12. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht. aus Antimon- oder Wismuthoxyd besteht. 13. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Oxyd eines der Elemente Chrom, 'llolybdän, Wolfram, Uran besteht.

   14. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Selen- oder Telluroxyd besteht. 15. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Oxyd eines der Elemente Mangan. Technetium, Rhenium besteht..

   16. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Oxyd eines der Elemente Eisen, Kobalt, Nickel; Ruthenium, Rhodium, Palla dium; Osmium, Iridium, Platin besteht. 17. Blendschutzbelag nach Unteranspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht. aus einem Nitrid eines der Elemente Scan- dium, Yttrium, seltene Erden, Aktinium be steht.

   18. Blendschutzbelag nach Unteranspruch \.?, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Nitrid eines der Elemente Sili- zium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Thorium besteht. 19. Blendschutzbelag nach Unteranspruch '?, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Nitrid mindestens eines der Ele mente Germanium, Zinn, Blei besteht.

   20. Blendschutzhelag nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Nitrid mindestens eines der Ele mente Chrom, Molybdän, Wolfram, Uran besteht. 21. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Selen- oder Tel.lurnitrid besteht..

   22. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Nitrid eines der Elemente Eisen, Kobalt, Nickel; Ruthenium, Rhodium, Palla dium; Osmium, Iridium, Platin besteht. 23. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Metallfluorid besteht.

   24. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus .einem Fluorid eines der Elemente Alu minium, Scandium, Yttrium, seltene Erden, Aktinium besteht.. 25. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Fluorid eines der Elemente Gal lium, Indium, Thallium besteht.

   26. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Fluorid eines der Elemente Sili zium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Thorium besteht. 27. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem Fluorid eines der Elemente Ger manium, Zinn, Blei besteht. 28. Blendschutzbelag nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht.

   aus einem Fluorid mindestens eines der Ele mente Chrom, Molybdän, Wolfram, LTran be steht. 29. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Teilschicht im. Hochvakuum aufgedampft wird. 30. Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Teilschicht durch Kathodenzerstäubung er zeugt. wird. 31. Verfahren nach Patentanspruch Il.

   ciadureh gekennzeichnet, dass mindestens eine Teilsehieht durch chemische Reaktion erzeugt, wird. 3?. Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeiehriet, dass mindestens eine Teilschielit durch therinisehe Zersetzung er zeugt wird.