CH664023A5

CH664023A5 - METHOD FOR PRODUCING OPTICAL ELEMENTS WITH INTERFERENCE LAYERS.

Info

Publication number: CH664023A5
Application number: CH6806/83A
Authority: CH
Inventors: Reinhard Born; Werner Herbert; Hans-Georg Lotz; Norbert Rueckert
Original assignee: Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg
Priority date: 1983-01-28
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1988-01-29
Also published as: GB2134282B; IT1173122B; IT8419294A0; FR2540254A1; GB2134282A; FR2540254B1; GB8402075D0; DE3302827C2; DE3302827A1; NL8400091A

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von optischen Elementen, insbesondere von Filtern, mit Interferenzschichten aus abwechselnd niedrig- und hochbrechenden dielektrischen Schichten auf organischen und anorganischen Substraten. The invention relates to a method for producing optical elements, in particular filters, with interference layers made of alternately low and high refractive index dielectric layers on organic and inorganic substrates.

Die Herstellung von Interferenzschichten ist seit langem bekannt. Die einzelnen Schichtdicken liegen dabei je nach Anforderung an das Endprodukt zwischen 7J4 und X/B der sogenannten Bezugswellenlänge, für die die Berechnung des Systems durchgeführt wurde. Endprodukte sind beispielsweise optische Elemente aus der Gruppe subtraktive und additive Farbtrennungsfilter, Kaltlichtspiegel, Wärmereflexionsfilter, Farbtemperaturumwandlungsfilter, Farbtempe-raturumwandlungsreflektor, dielektrische Schmalbandfilter, Strahlenteiler. Als Substratmaterialien dienen dabei durchsichtige oder durchscheinende Materialien aus der Gruppe Glas, Saphir und Kunststoff sowie Metalle. Als Kunststoff kommt bevorzugt ein Material in Frage, das als CR 39 bekannt ist. The production of interference layers has been known for a long time. Depending on the requirements of the end product, the individual layer thicknesses are between 7J4 and X / B of the so-called reference wavelength for which the system was calculated. End products are, for example, optical elements from the group of subtractive and additive color separation filters, cold light mirrors, heat reflection filters, color temperature conversion filters, color temperature conversion reflectors, dielectric narrowband filters, beam splitters. Transparent or translucent materials from the group consisting of glass, sapphire and plastic and metals serve as substrate materials. A material known as CR 39 is preferably used as the plastic.

Derartige optische Elemente müssen bestimmten Anforderungen genügen, und zwar im Hinblick auf ihre optischen Eigenschaften wie Absorptionsfreiheit, Stabilität der Kantenlage etc., und im Hinblick auf ihre mechanisch-chemischen Eigenschaften wie Abriebfestigkeit, Haftfestigkeit, Kochfestigkeit, Temperaturbeständigkeit sowie Beständigkeit gegenüber Säuren etc. Such optical elements must meet certain requirements, namely with regard to their optical properties such as freedom from absorption, stability of the edge position etc., and with regard to their mechanical and mechanical properties such as abrasion resistance, adhesive strength, resistance to boiling, temperature resistance and resistance to acids etc.

Die Anforderungen im Hinblick auf die vorstehend genannten Eigenschaften sind im Laufe der Zeit ständig gestiegen, so dass man von der Benutzung «weicher» Substanzen wie ZnS, Kryolith etc., die sich thermisch verdampfen lassen, Abstand genommen hat und den Weg hin zu «harten», oxidischen Schichten wieTiC>2 und SÌO2 etc. fand, zu deren Verdampfung man Elektronenstrahlkanonen benutzt. The requirements with regard to the above-mentioned properties have risen steadily over time, so that the use of "soft" substances such as ZnS, cryolite etc., which can be thermally vaporized, has been abandoned and the path to "hard" », Oxide layers such as TiC> 2 and SÌO2 etc. were found, for the evaporation of which electron beam guns are used.

Die bisher für Interferenzschichtsysteme verwendeten The previously used for interference layer systems

Schichtmaterialien waren im allgemeinen Oxide des Titans als hochbrechende Schicht und Oxide des Silizium als niedrigbrechende Schicht. Der Aufdampfvorgang wurde üblicherweise bei < 1,3 x 10_2Pa und bei einer Substrattemperatur zwischen 200 und 350°C begonnen. Die Zeitdauer für das Erreichen des genannten Drucks sowie einer Temperatur oberhalb 250°C konnte dabei bis zu 90 Minuten betragen. Typische Verdampfungsraten lagen dabei für SÌO2 bei etwa 15 Â/sec und für TÌO2 bei etwa 3 À/sec ( 10 Â = 1 nm). Die Aufdampfzeit für die Herstellung von 15 Schichten für eine Bezugswellenlänge von fa = 400 nm konnte infolgedessen durchaus bis zu 50 Minuten betragen. Hinzu kam wegen der hocherhitzten Substrate eine beträchtliche Abkühlzeit, die gleichfalls bis zu 150 Minuten betragen konnte. Für wärmeempfindliche Subtrate wie beispielsweise Kunststoffe schied das bekannte Schichtsystem ohnehin aus. Die Kochfestigkeit entsprach bei ebenen Substratoberflächen DIN 58 196 Teil C 60 und bei stark gewölbten Substraten DIN58 196Teil2C 15. Bei stark gekrümmten Substraten wird nach einer Behandlung gemäss DIN 58 196 Teil 2 C 15 überhaupt keine Haftfestigkeit mehr nach MILC 675C erreicht. Layer materials were generally oxides of titanium as the high-index layer and oxides of silicon as the low-index layer. The evaporation process was usually started at <1.3 x 10_2Pa and at a substrate temperature between 200 and 350 ° C. The time required to reach the stated pressure and a temperature above 250 ° C could be up to 90 minutes. Typical evaporation rates were about 15 Â / sec for SÌO2 and about 3 À / sec for TÌO2 (10 Â = 1 nm). The evaporation time for the production of 15 layers for a reference wavelength of fa = 400 nm could consequently be up to 50 minutes. In addition, due to the highly heated substrates, there was a considerable cooling time, which could also be up to 150 minutes. In any case, the known layer system was ruled out for heat-sensitive substrates such as plastics. The cooking strength corresponded to DIN 58 196 Part C 60 on flat substrate surfaces and DIN58 196 Part C 15 in the case of strongly curved substrates. In the case of strongly curved substrates, adhesion to MILC 675C was no longer achieved after treatment in accordance with DIN 58 196 Part 2 C 15.

«C60» bzw. «C15» in den Kochfestigkeitsangaben nach DIN 58 196 Teil 2 bedeuten, dass die Beschichtung sich während einer Kochdauer von 60 Minuten bzw. 15 Minuten nicht von selbst abgelöst hat. So widerstanden dieTi02/Si02-Schichten auf ebenen Substraten dem Kochtest etwa 20 Stunden, auf stark gewölbten Substraten (Halbkugelflächen) jedoch nur etwa 15 Minuten. Dies bedeutet jedoch noch nicht, dass die betreffende Schicht auch dem Haftfestigkeitstest nach MIL C 675 C Widerstand geleistet hat. “C60” or “C15” in the cooking strength data according to DIN 58 196 Part 2 mean that the coating did not peel off automatically during a cooking time of 60 minutes or 15 minutes. The Ti02 / Si02 layers withstood the cooking test on flat substrates for about 20 hours, but only about 15 minutes on strongly curved substrates (hemispherical surfaces). However, this does not mean that the layer in question has also passed the MIL C 675 C adhesive strength test.

Insbesondere zeigt gerade der zuletzt geschilderte Haftfestigkeitstest, dass das bekannte Schichtsystem auf stark gekrümmten Substraten, wie sie insbesondere bei optischen Linsen, Kaltlichtspiegeln etc. vorkommen, nach einer Kochdauer von nur 15 Minuten überhaupt keine Haftfestigkeit mehr besass. In particular, the last-mentioned adhesive strength test shows that the known layer system on strongly curved substrates, as occurs in particular with optical lenses, cold light mirrors, etc., no longer had any adhesive strength after a cooking time of only 15 minutes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das wirtschaftlicher durchzuführen ist, kochbeständige und haftfeste Schichten auch bei stark gekrümmter Substratoberfläche ermöglicht, und das auch zur Beschichtung von Kunststoffen geeignet ist. The invention is therefore based on the object of specifying a method of the type described at the outset, which can be carried out more economically, enables cook-resistant and adhesive layers even with a strongly curved substrate surface, and which is also suitable for coating plastics.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäss dadurch, dass als erste Schicht auf das Substrat AI2O3 als niedrigbrechende Schicht aufgebracht wird, worauf in abwechselnder Reihenfolge weitere Schichten aus ZnS und AI2O3 aufgebracht werden, und dass als letzte Schicht eine solche aus AI2O3 aufgebracht wird. In the method described at the outset, the object is achieved according to the invention in that the first layer is applied to the substrate AI2O3 as a low-refractive index layer, whereupon additional layers of ZnS and AI2O3 are applied in an alternating sequence, and that the last layer is one made of AI2O3 is applied.

Während die Aufbringung einer Ah03-Schicht als Deckoder Schutzschicht - für sich genommen - bekannt ist, ist die darunterliegende Schichtkombination neu und zwar einschliesslich des Merkmals, dass als erste Schicht auf das Substrat eine Ah03-Schicht aufgebracht wird. Es hat sich dabei überraschend gezeigt, dass AI2O3 ganz offensichtlich ein vorzüglicher Haftvermittler ist, der auch bei extremer Schrägbe-dampfung seine Wirkung entfaltet, wie dies beispielsweise am Rande von halbkugelförmigen Glaskalotten der Fall ist. Die umgekehrte Reihenfolge, nämlich als erste Schicht ZnS aufzubringen, hat jedenfalls nicht zu der vorzüglichen Haftfestigkeit geführt, wie dies beim erfindungsgemässen Vorgehen erzielt wird. Die hohe Haft- und Kochfestigkeit wird ganz offensichtlich durch die erste Ak03-Schicht bewirkt, die als Haftvermittler fungiert und Dicken zwischen 10 nm und 300 nm haben kann, ohne dass sich nennenswerte Schwankungen in den Werten der Haftfestigkeit und Kochfestigkeit ergeben. Die übrigen mechanisch-chemischen Eigenschaften While the application of an Ah03 layer as a cover or protective layer is known per se, the layer combination underneath is new, including the feature that an Ah03 layer is applied to the substrate as the first layer. It has surprisingly been shown that AI2O3 is obviously an excellent adhesion promoter, which also exerts its effect with extreme oblique evaporation, as is the case, for example, on the edge of hemispherical glass domes. In any case, the reverse order, namely to apply ZnS as the first layer, did not lead to the excellent adhesive strength as is achieved in the procedure according to the invention. The high level of adhesive and cooking strength is obviously caused by the first Ak03 layer, which acts as an adhesion promoter and can have thicknesses between 10 nm and 300 nm, without significant fluctuations in the values of adhesive strength and cooking strength. The other mechanical-chemical properties

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

664 023 664 023

hängen im wesentlichen von der äusseren AkCh-Schicht ab, die eine Dicke bis zu mehreren Vielfachen der Bezugswellenlänge haben kann. depend essentially on the outer AkCh layer, which can be up to several times the thickness of the reference wavelength.

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich für die Herstellung von optischen Elementen, die bei Wellenlängen zwischen 0,39 |im und 6 Jim optisch wirksam sind. Für sich genommen ist es bekannt, dass ZnS für optische Elemente verwendet werden kann, die zwischen 0,39 (im (Beginn der Eigen-Absorption) und 14 (im optisch wirksam sind. AI2O3 kann zwischen 0,2 (im (Beginn der Eigen-Absorption) und 7 (im verwendet werden. Da AI2O3 jedoch zur Rissbildung neigt, ist der Bereich aus praktischen Gründen enger. Durch die Verwendung von «weichen» ZnS-Zwischenschichten wird nun überraschend die Rissbildungstendenz soweit verringert, dass der Bereich bis auf ca. 6 [im ausgedehnt werden, kann. The method according to the invention is suitable for the production of optical elements which are optically effective at wavelengths between 0.39 μm and 6 Jim. In itself, it is known that ZnS can be used for optical elements that are between 0.39 (im (start of self-absorption) and 14 (im optically effective. AI2O3 can be between 0.2 (im (start of self-absorption -Absorption) and 7 (im are used. However, since AI2O3 tends to crack, the range is narrower for practical reasons. The use of “soft” ZnS intermediate layers now surprisingly reduces the tendency to cracking so that the area is reduced to approx. 6 [can be expanded.

Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann der Druck zu Beginn des Aufdampfvorganges oberhalb 1,3 x 10-2 Pa liegen, beispielsweise im Bereich zwischen diesem Wert und 1,05 Pa. Ausserdem kann der Beschich-tungsvorgang mit kalten Substraten, d.h. solchen von Raumtemperatur, begonnen werden, so dass eine Vorheizzeit nicht erforderlich ist. Infolgedessen verringert sich die Zeit bis zum Aufdampfbeginn auf Werte unterhalb 30 Minuten ; dies ist ein Drittel des auf Seite 5, Zeile 7, zum Stande der Technik genannten Wertes, identische Daten der Aufdampfvorrichtung vorausgesetzt. Durch die ausserordentlich hohe mögliche Verdampfungsrate von ZnS, die typischerweise etwa 20 À/sec gegenüber etwa 3 Â/sec bei TÌO2 beträgt ( 10 Â = 1 nm) lässt sich die Aufdampfzeit für 15 Schichten auf Werte unterhalb etwa 15 Minuten reduzieren. Dies ist wiederum weniger als ein Drittel des auf Seite 5, Zeile 11, zum Stande derTechnik genannten Wertes. Infolge der ausserordentlich niedrigen Substrattemperatur ist auch eine Abkühlzeit entbehrlich. When carrying out the method according to the invention, the pressure at the start of the vapor deposition process can be above 1.3 × 10-2 Pa, for example in the range between this value and 1.05 Pa. In addition, the coating process with cold substrates, i.e. those from room temperature, so that a preheating time is not necessary. As a result, the time to start the vapor deposition is reduced to values below 30 minutes; this is a third of the value stated on page 5, line 7, for the prior art, provided identical data of the vapor deposition device. Due to the extremely high possible evaporation rate of ZnS, which is typically about 20 À / sec compared to about 3 Â / sec for TÌO2 (10 Â = 1 nm), the evaporation time for 15 layers can be reduced to values below about 15 minutes. Again, this is less than a third of the state-of-the-art value on page 5, line 11. As a result of the extraordinarily low substrate temperature, a cooling time is also unnecessary.

Damit steigt die Zahl der Chargen bei vergleichbarer Grösse der Aufdampfvorrichtung auf etwa den dreifachen Wert pro Zeiteinheit, so dass sich sehr viel niedrigere Herstellkosten ergeben. The number of batches thus rises to about three times the value per unit of time for a comparable size of the vapor deposition device, so that the manufacturing costs are much lower.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird dabei in besonders vorteilhafter Weise bei Substrattemperaturen zwischen 20°C und 180°C durchgeführt, wobei das Verfahren zweckmässigerweise am unteren Ende des Temperaturbereichs ausgeübt wird. Dies schafft - im Gegensatz zum Stand der Technik - die Möglichkeit, auch Kunststoffe zu bedampfen, beispielsweise den Werkstoff CR 39. The method according to the invention is carried out in a particularly advantageous manner at substrate temperatures between 20 ° C. and 180 ° C., the method advantageously being carried out at the lower end of the temperature range. In contrast to the state of the art, this creates the possibility of also steaming plastics, for example the material CR 39.

Durch die geringe Abpumpzeit wegen des schlechteren Vakuums, das Entfallen einer Aufheiz- und Abkühlzeit und durch die höheren Verdampfungsraten wird, wie bereits gesagt, eine wesentlich geringere Prozesszeit gegenüber der Herstellung der herkömmlichen oxidischen Schichten erzielt. The short pump-down time due to the poorer vacuum, the elimination of heating and cooling times and the higher evaporation rates, as already mentioned, result in a significantly shorter process time compared to the production of the conventional oxide layers.

Es ist zwar bereits bekannt, Interferenzschichten unter extremer Schrägbedampfung von Substratflächen herzustellen. Hierbei wurde als Schichtmaterial neben ZnS MgF2 oder Kryolith unter Streugas aufgedampft, wobei auch ZnS durch getrennte Verdampfung von Zn und S erzeugt werden konnte. Die damit hergestellten Interferenzschichtsysteme besitzen aber bei weitem nicht die mechanisch-chemischen und thermischen Eigenschaften wie die erfindungsgemäss hergestellten Schichten. Andererseits muss man bei der Herstellung von Schichtsystemen aus ausschliesslich «harten» oxidischen Schichtmaterialien feststellen, dass bei starker Schrägbedampfung die Haft- und Kochfestigkeit allmählich auf Null abfällt. It is already known to produce interference layers with extreme oblique vapor deposition on substrate surfaces. In addition to ZnS, MgF2 or cryolite was vapor-deposited under scattering gas, and ZnS could also be generated by separate evaporation of Zn and S. However, the interference layer systems produced in this way by far do not have the mechanical-chemical and thermal properties as the layers produced according to the invention. On the other hand, in the production of layer systems made exclusively from “hard” oxidic layer materials, it must be noted that the adhesive and cooking strength gradually drops to zero in the case of strong oblique vapor deposition.

Beim erfindungsgemässen Verfahren wurde die Kochfestigkeit sowohl auf ebenen Substraten als auch auf stark gekrümmten Substraten (beispielsweise auf halbkugelförmigen Substraten) nach DIN 58 196 Teil 2 C60 untersucht. In beiden Fällen fand auch nach 60 Stunden Dauerkochtest keinerlei Schichtablösung, keine Beeinträchtigung der Abriebfestigkeit und der Haftfestigkeit statt, jeweils bestimmt nach M1LC675 C. In the method according to the invention, the cooking strength was examined both on flat substrates and on strongly curved substrates (for example on hemispherical substrates) in accordance with DIN 58 196 part 2 C60. In both cases, even after 60 hours of continuous cooking test, there was no delamination, no impairment of the abrasion resistance and the adhesive strength, determined in each case according to M1LC675 C.

Die niedrige Substrattemperatur macht es dabei erstmalig möglich, alle optischen Elemente mit dünnen Schichten, die eine Absorption von noch ca. 1% erlauben, auch aus temperaturempfindlichen Kunststoffen herzustellen, und zwar mit Eigenschaften, wie man sie bisher nur von oxidischen Materialien kennt. Ausgenommen hiervon ist nur die Temperaturstabilität, die durch das Substrat Kunststoff eingeengt ist, sowie der Kochtest. The low substrate temperature makes it possible for the first time to manufacture all optical elements with thin layers, which still allow an absorption of approx. 1%, from temperature-sensitive plastics, with properties that have previously only been known from oxidic materials. The only exception is the temperature stability, which is restricted by the plastic substrate, as well as the boiling test.

Ein erfindungsgemäss hergestelltes Schichtsystem ist in Figur 1 näher erläutert, in der das aus Glas bestehende Substrat mit «S» bezeichnet ist. Die Schichten sind in der Reihenfolge ihres Aufbringens beziffert, wobei die Schicht Nr. «n» die oberste oder Deckschicht ist, die aus AI2O3 besteht. Die Schichten 1,3,..., n-2 und n bestehen dabei aus AI2O3, während die Schichten 2,4,..., n-1 aus ZnS bestehen. A layer system produced according to the invention is explained in more detail in FIG. 1, in which the substrate consisting of glass is designated by “S”. The layers are numbered in the order in which they were applied, with layer number “n” being the top or top layer, which consists of Al2O3. Layers 1,3, ..., n-2 and n consist of Al2O3, while layers 2,4, ..., n-1 consist of ZnS.

1. Beispiel «Gelbfilter auf Glas»: 1. "Yellow filter on glass" example:

Eine Aufdampfanlage des Typs 1100 Q (Hersteller: Firma Leybold-Heraeus GmbH in Hanau, Bundesrepublik Deutschland) wurde mit scheibenförmigen Substraten aus Glas bestückt und innerhalb von 6 Minuten auf einen Druck von 10 Pa abgepumpt. Anschliessend wurden die Substrate in bekannter Weise durch eine Glimmentladung gereinigt. Danach wurde die Anlage auf einen Druck von 5 x IO"3 Pa in weiteren 14 Minuten evakuiert, worauf als Streugas Sauerstoff bis zu einem Druck von 2 x 10~2 Pa eingelassen wurde. Daraufhin wurde AI2O3 mit einer Elektronenstrahlkanone für die Dauer von 2 Minuten entgast, bis der Druck stabil blieb. Im Anschluss daran wurde das AI2O3 als erste Schicht bzw. Haftvermittler mit einer Aufdampfrate von 13 Â/sec (10Ä = 1 nm) aufgedampft. Die Regelung der Rate und die Steuerung der Blenden (für die Abdeckung der Verdampfer) geschah dabei mittels der Schwingquarzmethode. Im Anschluss an die Ak03-Schicht wurde die erste ZnS-Schicht mit einer Aufdampfrate von 10 Â/sec (1 nm/sec) aufgedampft, während das AI2O3 durch geringe Energiezufuhr auf erhöhtem Temperaturniveau gehalten wurde. Nach dem Schliessen der Blende für den ZnS-Verdampfer (thermischer Verdampfer) wurde dieser ebenfalls durch geringe Energiezufuhr auf einem erhöhten Temperaturniveau gehalten, und die Elektronenstrahlkanone wurde erneut auf die Verdampfungsleistung hochgefahren. Durch abwechselnde Wiederholung dieser Beschichtungsverfahren wurden insgesamt 17 Einzelschichten der nachstehenden Beschaffenheit und Schichtdicke niedergeschlagen. A vapor deposition system of the type 1100 Q (manufacturer: Leybold-Heraeus GmbH in Hanau, Federal Republic of Germany) was equipped with disk-shaped substrates made of glass and pumped to a pressure of 10 Pa within 6 minutes. The substrates were then cleaned in a known manner by a glow discharge. The system was then evacuated to a pressure of 5 x IO "3 Pa in a further 14 minutes, whereupon oxygen was admitted as a scattering gas up to a pressure of 2 x 10 ~ 2 Pa. Then AI2O3 was used with an electron beam gun for a period of 2 minutes Degassed until the pressure remained stable, then the AI2O3 was applied as the first layer or adhesion promoter with a deposition rate of 13 Â / sec (10Ä = 1 nm). The regulation of the rate and the control of the orifices (for covering the After the Ak03 layer, the first ZnS layer was evaporated with a vapor deposition rate of 10 Â / sec (1 nm / sec), while the AI2O3 was kept at an elevated temperature level by low energy supply When the diaphragm for the ZnS evaporator (thermal evaporator) was closed, it was also kept at an elevated temperature level by low energy input, and the electron beam gun was opened again the evaporation power increased. By repeating these coating processes alternately, a total of 17 individual layers of the following properties and layer thickness were deposited.

1. 1.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1 1

x X/4 für 450 nm x X / 4 for 450 nm

(Bezugswellenlän (Reference wavelength

2. 2nd

Schicht ZnS ZnS layer

0,45 x X/4 für 450 nm 0.45 x X / 4 for 450 nm

3. 3rd

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

0,9 0.9

x X/4 für 450 nm x X / 4 for 450 nm

4. 4th

Schicht ZnS ZnS layer

0,95 x X/4 für 450 nm 0.95 x X / 4 for 450 nm

5. 5.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1 1

x X/4 für 450 nm x X / 4 for 450 nm

6. 6.

Schicht ZnS ZnS layer

1 1

x X/4 für 450 nm x X / 4 for 450 nm

7. 7.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1 1

x X/4 für 450 nm x X / 4 for 450 nm

8. 8th.

Schicht ZnS ZnS layer

1 1

x X/4 für 450 nm x X / 4 for 450 nm

9. 9.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1 1

x X/4 für 450 nm x X / 4 for 450 nm

10. 10th

Schicht ZnS ZnS layer

I I.

x X/4 für 450 nm x X / 4 for 450 nm

11. 11.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1 1

x X/4 für 450 nm x X / 4 for 450 nm

12. 12.

Schicht ZnS ZnS layer

1 1

x X/4 für 450 nm x X / 4 for 450 nm

13. 13.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1 1

x X/4 für 450 nm x X / 4 for 450 nm

14. 14.

Schicht ZnS ZnS layer

1 1

x X/4 für 450 nm x X / 4 for 450 nm

15. 15.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

I I.

x 1/4 für 450 nm x 1/4 for 450 nm

16. 16.

Schicht ZnS ZnS layer

1 1

x X/4 für 450 nm s x X / 4 for 450 nm s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

664 023 664 023

4 4th

17. Schicht AhOî 2,1 x X/4 für 450 nm. 17th layer AhOî 2.1 x X / 4 for 450 nm.

Die Substrattemperatur stellt sich dabei im Mittel auf ca. 50°C ein. The average substrate temperature is about 50 ° C.

Während des gesamten Prozesses wurde der Druck konstant gehalten. Nach dem Aufdampfen der letzten ( 17.) Schicht wurden die Verdampfer ausgeschaltet und nach deren Abkühlen nach einer Minute wurde die Auflage geflutet. The pressure was kept constant throughout the process. After the evaporation of the last (17th) layer, the evaporators were switched off and after their cooling after one minute, the pad was flooded.

Es ergaben sich auf allen Substraten Interferenzschichten, die den weiter oben beschriebenen Tests hinsichtlich Abriebfestigkeit, Haftfestigkeit und Kochfestigkeit entsprachen. Zusätzlich ergab sich eine Absorption unterhalb 1%, eine Langzeitstabilität der Kantenlage (Steilabfall der Messkurve bei der Transmissionsmessung) von 10 nm vom Öffnen der Anlage bis zum Stillstand. There were interference layers on all substrates, which corresponded to the tests described above with regard to abrasion resistance, adhesive strength and boil resistance. In addition, there was an absorption below 1%, a long-term stability of the edge position (steep drop in the measurement curve in the transmission measurement) of 10 nm from opening the system to standstill.

2. Beispiel «Gelbfilter auf CR 39» : 2. Example "Yellow filter on CR 39":

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch mit dem einzigen Unterschied, dass anstelle der Glassubstrate solche aus dem Kunststoff CR 39 verwendet wurden. Die Kunststoffsubstrate heizten sich während der Dauer der Beschichtung von Raumtemperatur auf ca. 50°C auf. Das Endprodukt entsprach einwandfrei den gestellten optischen und mechanischen Anforderungen; lediglich der Kochtest wurde unterlassen. Insbesondere ergab sich eine ausgezeichnete Abrieb-und Haftfestigkeit nach MIL C 675 C. Example 1 was repeated, with the only difference that instead of the glass substrates, those made of CR 39 plastic were used. The plastic substrates heated up from room temperature to approx. 50 ° C during the coating process. The end product met the optical and mechanical requirements perfectly; only the cooking test was omitted. In particular, there was excellent abrasion and adhesive strength according to MIL C 675 C.

3. Beispiel «Kaltlichtspiegel auf Halbkugelfläche» : 3. Example "Cold light mirror on hemisphere":

Die Aufdampfanlage nach Beispiel 1 wurde mit Substraten für Kaltlichtspiegel aus Glas bestückt. Dabei handelte es sich um Halbkugeln mit einem Durchmesser von 32 bzw. 54 mm und einer zentralen Öffnung, wie sie beispielsweise für Projektorlampen verwendet werden. The vapor deposition system according to Example 1 was equipped with substrates for glass cold light mirrors. These were hemispheres with a diameter of 32 or 54 mm and a central opening, such as those used for projector lamps.

Die Verfahrensparameter für das Evakuieren, die Reinigung durch Glimmentladung und für den Arbeitsdruck einschliesslich des Einlassens von Sauerstoff als Streugas stimmten ebenso wie die Aufdampfraten für die einzelnen Schichten mit denen in Beispiel 1 überein. Bei dem «erhöhten Temperaturniveau» handelte es sich um ein solches Temperaturniveau, von dem aus eine spontane Verdampfung eingeleitet werden konnte, ohne dass die betreffenden Substanzen jedoch einen für eine merkliche Verdampfung ausreichenden Dampfdruck entwickeln konnten. Durch abwechselnde Wiederholung der einzelnen Beschichtungsvorgänge wurden insgesamt 35 Einzelschichten der in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Beschaffenheit und Schichtdicken niedergeschlagen. The process parameters for the evacuation, the cleaning by glow discharge and for the working pressure, including the admission of oxygen as scattering gas, as well as the evaporation rates for the individual layers corresponded to those in Example 1. The “elevated temperature level” was such a temperature level from which spontaneous evaporation could be initiated without the substances in question being able to develop a vapor pressure sufficient for noticeable evaporation. By repeating the individual coating processes alternately, a total of 35 individual layers of the nature and layer thicknesses given in the table below were deposited.

Die Substrattemperatur stellte sich dabei im Mittel auf ca. 50°C ein. Während des gesamten Prozesses wurde der Druck konstant gehalten. Nach dem Aufdampfen der letzten (35.) Schicht wurden die Verdampfer ausgeschaltet und nach deren Abkühlen nach einer Minute wurde die Anlage geflutet. The average substrate temperature was about 50 ° C. The pressure was kept constant throughout the process. After the evaporation of the last (35th) layer, the evaporators were switched off and after they had cooled down after one minute, the system was flooded.

Es ergaben sich auf allen Substraten Interferenzschichten, die den weiter oben beschriebenen Tests hinsichtlich Abriebfestigkeit, Haftfestigkeit und Kochfestigkeit entsprachen. Dies galt auch und insbesondere für die Kaltlichtspiegel mit einem Durchmesser von 32 mm, die aufgrund des geringen Krümmungsradius im Hinblick auf die Kochfestigkeit ganz besonders kritisch sind. Zusätzlich ergaben sich eine Absorption unterhalb 1%, eine Langzeitstabilität der Kantenlage von 10 nm vom Öffnen der Anlage bis zum Stillstand. There were interference layers on all substrates, which corresponded to the tests described above with regard to abrasion resistance, adhesive strength and boil resistance. This was also and especially true for the cold light mirrors with a diameter of 32 mm, which are particularly critical due to the small radius of curvature with regard to the cooking strength. In addition, there was an absorption below 1%, a long-term stability of the edge position of 10 nm from opening the system to standstill.

1. Schicht AI2O3 2,27 x X/4 für 400 nm 1st layer AI2O3 2.27 x X / 4 for 400 nm

2. 2nd

Schicht ZnS ZnS layer

1,80 1.80

x x

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

3. 3rd

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,67 1.67

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

4. 4th

Schicht ZnS ZnS layer

1,21 1.21

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

5. 5.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,85 1.85

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

6. 6.

Schicht ZnS ZnS layer

1,63 1.63

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

7. 7.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,81 1.81

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

8. 8th.

Schicht ZnS ZnS layer

1,62 1.62

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

9. 9.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,60 1.60

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

10. 10th

Schicht ZnS ZnS layer

1,78 1.78

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

11. 11.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,65 1.65

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

12. 12.

Schicht ZnS ZnS layer

1,59 1.59

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

13. 13.

Schicht AI2Q3 Layer AI2Q3

1,44 1.44

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

14. 14.

Schicht ZnS ZnS layer

1,63 1.63

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

15. 15.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,52 1.52

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

16. 16.

Schicht ZnS ZnS layer

1,43 1.43

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

17. 17th

Schicht AI2Q3 Layer AI2Q3

1,40 1.40

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

18. 18th

Schicht ZnS ZnS layer

1,34 1.34

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

19. 19th

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,40 1.40

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

20. 20th

Schicht ZnS ZnS layer

1,32 1.32

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

21. 21st

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,40 1.40

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

22. 22.

Schicht ZnS ZnS layer

1,46 1.46

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

23. 23.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,28 1.28

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

24. 24th

Schicht ZnS ZnS layer

1,12 1.12

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

25. 25th

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,13 1.13

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

26. 26.

Schicht ZnS ZnS layer

1,14 1.14

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

27. 27th

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,14 1.14

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

28. 28

Schicht ZnS ZnS layer

1,08 1.08

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

29. 29.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,06 1.06

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

30. 30th

Schicht ZnS ZnS layer

0,91 0.91

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

31. 31

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,08 1.08

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

32. 32.

Schicht ZnS ZnS layer

1,26 1.26

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

33. 33.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,05 1.05

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

34. 34.

Schicht ZnS ZnS layer

0,55 0.55

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

35. 35.

Schicht AI2O3 Layer AI2O3

1,06 1.06

X X

X/4 für 400 X / 4 for 400

nm nm

4. Beispiel «Antireflexschichten»: 4. Example "anti-reflective coatings":

Die Aufdampfanlage nach Beispiel 1 wurde mit unterschiedlichen plattenförmigen Substraten mit den Abmessungen 50 mm x 2 mm aus folgenden Werkstoffen beschickt: The vapor deposition system according to Example 1 was loaded with different plate-shaped substrates with the dimensions 50 mm x 2 mm from the following materials:

Glas(BK7) Glass (BK7)

Polykarbonat («Makroion» von BAYER) Polycarbonate (“Makroion” from BAYER)

CR 39. CR 39.

Die Verfahrensparameter entsprachen dabei denen des Beispiels 1, jedoch mit der Ausnahme, dass kein Sauerstoff eingeleitet wurde und dass die Blendensteuerung durch Fotometer-Messung erfolgte. The process parameters corresponded to those of Example 1, but with the exception that no oxygen was introduced and that the aperture control was carried out by photometer measurement.

Es wurden insgesamt sieben Schichten gemäss der nachfolgenden Tabelle aufgedampft, wobei es als überraschend anzusehen war, dass, obwohl beide Komponenten Brechungsindices aufwiesen, die über dem des Substrats lagen, einwandfreie Entspiegelungsschichten erzeugt werden konnten, die auch noch vorzügliche mechanische und chemische Beständigkeit aufwiesen. A total of seven layers were evaporated according to the table below, it being surprising that, although both components had refractive indices that were higher than that of the substrate, perfect anti-reflective layers could be produced, which also had excellent mechanical and chemical resistance.

1. Schicht AI2Q3 1 x X/4 für 913 nm 1st layer AI2Q3 1 x X / 4 for 913 nm

2. Schicht ZnS 1 x X/4 für 127 nm 2nd layer ZnS 1 x X / 4 for 127 nm

3. Schicht AI2Q3 1 x X/4 für 556 nm 3rd layer AI2Q3 1 x X / 4 for 556 nm

4. Schicht ZnS 1 x X/4 für 264 nm 4th layer ZnS 1 x X / 4 for 264 nm

5. Schicht AI2O3 1 x X/4 für 242 nm 5th layer AI2O3 1 x X / 4 for 242 nm

6. Schicht ZnS 1 x X/4 für 619 nm 6th layer ZnS 1 x X / 4 for 619 nm

7. Schicht AI2O3 1 x X/4für616nm 7th layer AI2O3 1 x X / 4 for 616nm

Die Reflexionseigenschaften sind in Figur 2 grafisch dargestellt, wobei auf der Ordinate die Reflexionswerte in s The reflection properties are shown graphically in FIG. 2, with the reflection values in s on the ordinate

10 10th

IS IS

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 664023 5 664023

Prozent aufgetragen sind. Es handelt sich um eine gute die für Kunststoffsubstrate sogar als sehr gut zu Breitbandentspiegelung zwischen etwa 460 und 640 nm, bezeichnen ist. Percent are plotted. It is a good one that can even be described as very good for broadband anti-reflective coating between about 460 and 640 nm for plastic substrates.

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

664 023 PATENT CLAIMS

1.5 nm / sec and the ZnS is evaporated at a deposition rate between 1 and 3 nm / sec.

1. A process for the production of optical elements with interference layers of alternately low and high refractive index dielectric layers on an organic or inorganic substrate, characterized in that AI2O3 is applied as the first layer on the substrate as a low refractive index layer, followed by further ones in alternating order Layers of ZnS and AI2O3 are applied, and that the last layer is one made of AI2O3.

2. The method according to claim 1, characterized in that the first layer is applied at a substrate temperature of 20 to 180 ° C.

3. The method according to claim, characterized in that the coating is carried out by a vapor deposition process at pressures between 1.3 x 10_3 and 1.05 Pa.

4. The method according to claim 3, characterized in that the AI2O3 at a vapor deposition rate between 1 and

5. Application of the method according to claims 1 to 4 on the manufacture of filters.

6. Application according to claim 5 for the production of subtractive and additive color separation filters, cold light mirrors, heat reflection filters, color temperature conversion filters, color temperature conversion reflectors, dielectric narrow band filters, beam splitters in connection with glass, sapphire and plastic substrates.