CH713317B1 - Substrate coated with an anti-reflective coating system with hard material coating and a process for its production. - Google Patents

Substrate coated with an anti-reflective coating system with hard material coating and a process for its production. Download PDF

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CH713317B1
CH713317B1 CH01515/17A CH15152017A CH713317B1 CH 713317 B1 CH713317 B1 CH 713317B1 CH 01515/17 A CH01515/17 A CH 01515/17A CH 15152017 A CH15152017 A CH 15152017A CH 713317 B1 CH713317 B1 CH 713317B1
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Apitz Dirk
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein mit einem Anti-Reflex-Beschichtungssystem beschichtetes anorganisches, transparentes Substrat. Dieses umfasst eine Hartstoffbeschichtung, welche als eine amorphe, transparente Schicht umfassend Aluminium, Silizium, Stickstoff und Sauerstoff ausgebildet ist. Der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an oxidischem Aluminium ist größer als der an nitridischem Silizium, der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an oxidischem Aluminium ist grösser als der an nitridischem Aluminium und der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an oxidischem Aluminium ist grösser als der an oxidischem Silizium, wobei der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Stickstoff größer als der an Sauerstoff ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen beschichteten Substrats.The invention relates to an inorganic, transparent substrate coated with an anti-reflective coating system. This comprises a hard material coating, which is designed as an amorphous, transparent layer comprising aluminum, silicon, nitrogen and oxygen. The mole fraction of the hard material layer of oxidic aluminum is greater than that of nitridic silicon, the mole fraction of the hard material layer of oxidic aluminum is greater than that of nitridic aluminum and the mole fraction of the hard material layer of oxidic aluminum is greater than that of oxidic silicon, the mole fraction of the hard material layer of nitrogen is greater than that of oxygen. The invention also relates to a method for producing such a coated substrate.

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

[0001] Die Erfindung betrifft allgemein ein mit einem Anti-Reflex-Beschichtungssystem beschichtetes anorganisches, transparentes Substrat, welches eine amorphe Hartstoffbeschichtung umfasst. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hartstoffbeschichtung auf dem anorganischen, transparenten Substrat, bevorzugt als Teil eines Anti-Reflex-Beschichtungssystems. The invention relates generally to an inorganic, transparent substrate coated with an anti-reflective coating system which comprises an amorphous hard material coating. Another aspect of the invention relates to a method for producing a hard material coating on the inorganic, transparent substrate, preferably as part of an anti-reflective coating system.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

[0002] Beschichtungssysteme, welche Anti-Reflexions-Eigenschaften aufweisen, sind heute Stand der Technik und werden vielfältig eingesetzt, beispielsweise im Bereich der Bilderverglasung, bei optischen Komponenten, beispielsweise Linsen für Kameras und in vielen weiteren Feldern. Allerdings sind solche Anti-Reflex-Beschichtungen keiner starken mechanischen Belastung ausgesetzt. Coating systems that have anti-reflection properties are state of the art today and are used in a variety of ways, for example in the field of picture glazing, for optical components, for example lenses for cameras, and in many other fields. However, such anti-reflective coatings are not exposed to any strong mechanical stress.

[0003] Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2011 012 160 A1 beschreibt Antireflexbeschichtungen, bei welchen die Härte des Schichtsystems, also dessen Beständigkeit gegenüber mechanischer Beanspruchung, dadurch verbessert wird, dass die Beschichtungen neben Silizium auch einen gewissen Anteil von Aluminium umfassen. So wird als hochbrechende Schicht eine Hartstoffschicht aus Si3N4, bei welchem Aluminium beigemischt ist, verwendet. The German patent application DE 10 2011 012 160 A1 describes anti-reflective coatings in which the hardness of the layer system, i.e. its resistance to mechanical stress, is improved by the fact that the coatings also include a certain proportion of aluminum in addition to silicon. A hard material layer made of Si3N4 with added aluminum is used as the high-index layer.

[0004] Die deutsche Patentschrift DE 10 2008 054 139 beschreibt Kratzschutzschichten aus Siliziumoxinitrid, welche allerdings nicht Bestandteil eines Anti-Reflex-Schichtsystems sind. Dies liegt auch an dem relativ niedrigen Brechungsindex dieser Schichten, welcher lediglich zwischen 1,9 und 1,6 beträgt. The German patent DE 10 2008 054 139 describes scratch protection layers made of silicon oxynitride, which, however, are not part of an anti-reflective layer system. This is also due to the relatively low refractive index of these layers, which is only between 1.9 and 1.6.

[0005] Auch andere Materialien sind dem Fachmann allgemein als Kratzschutz- oder Hartstoffschichten bekannt, beispielsweise Al2O3oder Y-stabilisiertes Zirkoniumoxid oder auch mit Kohlenstoff dotiertes Siliziumnitrid. Allerdings sind diese Materialien in der Regel für die Integration in ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem nur wenig geeignet, was insbesondere an deren ungünstigen Eigenschaften, beispielsweise einer zu hohen thermischen Dehnung und/oder nicht ausreichenden optischen Eigenschaften, beispielsweise einer zu hohen Absorption und/oder einem nicht geeigneten Brechungsindex, liegt. Other materials are also generally known to those skilled in the art as scratch protection or hard material layers, for example Al2O3 or Y-stabilized zirconium oxide or silicon nitride doped with carbon. However, these materials are generally only unsuitable for integration in an anti-reflective coating system, which is particularly due to their unfavorable properties, for example too high thermal expansion and / or insufficient optical properties, for example too high absorption and / or an unsuitable refractive index.

[0006] Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2014 104 798 A1 beschreibt harte Anti-Reflex-Beschichtungen und ein Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung. Die Hartstoffbeschichtung umfasst kristallines Aluminiumnitrid mit einer hexagonalen Kristallstruktur, bei welchem es zu einer Vorzugsorientierung der Kristalle kommt. Die Hartstoffbeschichtung umfasst weiterhin noch amorphes Si3N4und liegt somit als Nanocomposite vor. Der Mittelwert der Kristallitgröße beträgt ca. 20 nm. Die Hartstoffschicht kann darüber hinaus mit weiteren Stoffen, beispielsweise Bor, Zirkon oder Titan oder Mischungen hiervon dotiert sein, wobei der Aluminium-Gehalt in der Hartstoffschicht stets mehr als 50 Gew.-% betragen muss und bevorzugt mehr als 70 Gew.-% beträgt, da nur so die Ausbildung einer kristallinen Phase sichergestellt ist. Die Verunreinigung der Hartstoffbeschichtung mit Sauerstoff sollte bei unterhalb von 10 Mol-% liegen. Bevorzugt sollte Sauerstoff zu nicht mehr als 2 Mol-% vorhanden sein. Bei höheren Sauerstoffgehalten besteht die Gefahr, dass die Vorzugsrichtung der Kristallite in der Beschichtung, welche letztlich die Ursache für die gute Kratzbeständigkeit der Beschichtung sind, nicht mehr gewährleistet ist. Auch führt ein erhöhter Sauerstoffgehalt zu einer Erniedrigung der Brechzahl der Hartstoffschicht, was hinsichtlich der Performance des Antireflexsystems ungünstig ist. Darüber hinaus bringt der sehr geringe Gehalt von Sauerstoff in den Hartstoffschichten den Nachteil mit sich, dass bei der Herstellung eines Beschichtungssystems, welches eine solche Hartstoffbeschichtung umfasst, zwischen den nitridischen Prozessen zur Abscheidung der Hartstoffschicht und den oxidischen Beschichtungen zur Abscheidung der niedrigbrechenden Schicht aufweisende Spülungen der Reaktivgasleitungen notwendig sind. Dies erhöht die Prozesszeiten signifikant und führt somit zu erhöhten Kosten. The German patent application DE 10 2014 104 798 A1 describes hard anti-reflective coatings and a method for their production and their use. The hard material coating comprises crystalline aluminum nitride with a hexagonal crystal structure, in which there is a preferred orientation of the crystals. The hard material coating also includes amorphous Si3N4 and is therefore present as a nanocomposite. The mean value of the crystallite size is approx. 20 nm. The hard material layer can also be doped with other substances, for example boron, zirconium or titanium or mixtures thereof, the aluminum content in the hard material layer always having to be more than 50% by weight and is preferably more than 70% by weight, since this is the only way to ensure the formation of a crystalline phase. The contamination of the hard material coating with oxygen should be below 10 mol%. Preferably, no more than 2 mol% of oxygen should be present. At higher oxygen contents there is the risk that the preferred direction of the crystallites in the coating, which are ultimately the cause of the good scratch resistance of the coating, is no longer guaranteed. An increased oxygen content also leads to a lowering of the refractive index of the hard material layer, which is unfavorable with regard to the performance of the anti-reflective system. In addition, the very low content of oxygen in the hard material layers has the disadvantage that in the production of a coating system that includes such a hard material coating, rinsing between the nitridic processes for the deposition of the hard material layer and the oxidic coatings for the deposition of the low refractive index layer is required Reactive gas lines are necessary. This increases the process times significantly and thus leads to increased costs.

[0007] Folglich besteht also Bedarf an Substraten umfassend Anti-Reflex-Beschichtungen, welche Hartstoffschichten mit ausgezeichneter Kratzbeständigkeit umfassen und sich kostengünstig herstellen lassen. There is consequently a need for substrates comprising anti-reflective coatings which include hard material layers with excellent scratch resistance and which can be produced inexpensively.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

[0008] Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines mit einem Anti-Reflex-Beschichtungssystem beschichteten anorganischen, transparenten Substrats, umfassend eine Hartstoffbeschichtung, welches die Schwächen des Standes der Technik, insbesondere hinsichtlich der Kratzbeständigkeit und den Herstellungsbedingungen, vermindert. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Substrats. The object of the invention is to provide an inorganic, transparent substrate coated with an anti-reflective coating system, comprising a hard material coating which reduces the weaknesses of the prior art, in particular with regard to scratch resistance and manufacturing conditions. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing such a substrate.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

[0009] Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. The object is achieved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments can be found in the dependent claims.

[0010] Das mit einem Anti-Reflex-Beschichtungssystem beschichtete anorganische, transparente Substrat der vorliegenden Erfindung umfasst eine Hartstoffbeschichtung. Diese Hartstoffbeschichtung ist als eine amorphe, transparente Schicht umfassend Aluminium, Silizium, Stickstoff und Sauerstoff ausgebildet, wobei der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Aluminium größer ist als der an Silizium und der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Stickstoff größer ist als der an Sauerstoff. The inorganic, transparent substrate coated with an anti-reflective coating system of the present invention comprises a hard material coating. This hard material coating is designed as an amorphous, transparent layer comprising aluminum, silicon, nitrogen and oxygen, the mole fraction of the hard material layer of aluminum being greater than that of silicon and the mole fraction of the hard material layer of nitrogen being greater than that of oxygen.

[0011] Als Anti-Reflex-Beschichtungssystem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Beschichtungssystem verstanden, welches die Reflexion insbesondere im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, also im Bereich von 380 nm bis 780 nm, bevorzugt im Bereich zwischen 450 nm und 650 nm, eines Substrats mindert, so dass störende Spiegelungen vermieden werden und Objekte, welche vom Betrachter aus gesehen hinter dem Substrat angeordnet sind, besser sichtbar sind. Solche Anti-Reflex-Beschichtungssysteme sind dem Fachmann bekannt und umfassen je nach Anforderung und verwendetem Substrat eine unterschiedliche Abfolge von hochbrechenden und niedrigbrechenden Schichten. As an anti-reflective coating system is understood in the context of the present invention, a coating system which the reflection in particular in the visible range of the electromagnetic spectrum, that is in the range from 380 nm to 780 nm, preferably in the range between 450 nm and 650 nm, of a substrate, so that disruptive reflections are avoided and objects which are arranged behind the substrate as seen from the viewer are more visible. Such anti-reflective coating systems are known to the person skilled in the art and, depending on the requirements and the substrate used, comprise a different sequence of high-index and low-index layers.

[0012] Als Schicht wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Lage eines Materials bezeichnet, welche auf eine Unterlage aufgebracht wird, insbesondere in Form einer sogenannten Dünnschicht, mit einer Dicke von weniger als 1 µm. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe der Schicht und der Beschichtung weitgehend synonym zur Bezeichnung einer solchen Lage eines Materials verwendet. In the context of the present invention, a layer of a material is referred to as a layer which is applied to a substrate, in particular in the form of a so-called thin layer, with a thickness of less than 1 μm. In the context of the present invention, the terms layer and coating are used largely synonymously to denote such a layer of a material.

[0013] Bevorzugt beträgt der Sauerstoffgehalt in der Hartstoffschicht mehr als 2 Mol-%, bevorzugt mehr als 5 Mol-% und besonders bevorzugt mehr als 10 Mol%, wobei ein Sauerstoffgehalt von 17 Mol-% nicht überschritten wird. The oxygen content in the hard material layer is preferably more than 2 mol%, preferably more than 5 mol% and particularly preferably more than 10 mol%, with an oxygen content of 17 mol% not being exceeded.

[0014] So hat sich gezeigt, dass bei einer solchen Zusammensetzung der Hartstoffschicht zwar die Kristallinität und entsprechend auch eine Vorzugsausrichtung von Kristalliten von AIN nicht mehr gegeben sind. Sofern der Sauerstoffgehalt jedoch in den genannten Grenzen bleibt, kommt es überraschenderweise dennoch zu einer guten Härte und Kratzfestigkeit der Beschichtung, welche beispielsweise gegenüber anderen amorph ausgebildeten Hartstoffschichten, wie sie beispielsweise in der DE 10 2011 012 160 A1 beschrieben sind, verbessert sind. It has been shown that with such a composition of the hard material layer, the crystallinity and, accordingly, also a preferred orientation of crystallites of AlN are no longer given. If the oxygen content remains within the stated limits, however, the coating surprisingly still has good hardness and scratch resistance, which are improved, for example, compared to other amorphous hard material layers, as described, for example, in DE 10 2011 012 160 A1.

[0015] Die Zusammensetzung der Hartstoffschicht kann dabei gemessen werden mit Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls. Zwar ist mittels eines solchen Verfahrens keine genaue quantitative Bestimmung der Beschichtungszusammensetzung möglich, allerdings gibt dieses Verfahren eine Aussage über die in der Schicht vorhandenen Bestandteile sowie ihr Verhältnis zueinander. Die Analyse der abgetragenen Schicht- bzw. Oberflächenbestandteile erfolgt in der Regel mittels eines Massenspektrometers. Die Schicht- bzw. Oberflächenbestandteile werden hier mittels des Verhältnisses Ladung zu Masse bestimmt, wobei die Masse bei Kenntnis der qualitativen Oberflächen- bzw. Schichtbestandteile bestimmten Teilchen bzw. Ionen zugeordnet werden kann. The composition of the hard material layer can be measured with secondary ion mass spectrometry (SIMS) and layer removal by means of a cesium ion beam. It is true that an exact quantitative determination of the coating composition is not possible by means of such a method, but this method provides information about the components present in the layer and their relationship to one another. The analysis of the removed layer or surface components is usually carried out using a mass spectrometer. The layer or surface components are determined here by means of the charge to mass ratio, with the mass being able to be assigned to certain particles or ions if the qualitative surface or layer components are known.

[0016] Für das hier betrachtete Schichtsystem mit einer Hartstoffschicht umfassend Stickstoff, Sauerstoff, Aluminium und Silizium kommen dabei insbesondere folgende Teilchen in Betracht: AIO mit einer molaren Masse von etwa 42,98 g/mol AIN mit einer molaren Masse von etwa 40,988 g/mol SiO2mit einer molaren Masse von etwa 60,083 g/mol SiN mit einer molaren Masse von etwa 42,092 g/mol For the layer system considered here with a hard material layer comprising nitrogen, oxygen, aluminum and silicon, the following particles in particular come into consideration: AlO with a molar mass of about 42.98 g / mol AlN with a molar mass of about 40.988 g / mol SiO2 with a molar mass of about 60.083 g / mol SiN with a molar mass of about 42.092 g / mol

[0017] Die molaren Massen wurden hierbei mit dem mittleren Atomgewicht der entsprechenden Elemente berechnet, sodass leichte Abweichungen von dem oben angegeben Wert möglich sind, welche jedoch dem Fachmann geläufig sind und die Bestimmung der Teilchen anhand ihrer Masse nicht behindern. The molar masses were calculated here with the average atomic weight of the corresponding elements, so that slight deviations from the value given above are possible, which, however, are familiar to the person skilled in the art and do not hinder the determination of the particles on the basis of their mass.

[0018] Die Teilchen liegen während des Materialabtrags ionisiert vor. Da die Ladung aber die Masse des Teilchens nicht beeinflusst, bleibt die Ladung der Teilchen im Folgenden für die Betrachtung der Intensität unberücksichtigt. In der Darstellung der Intensitätsprofile wurden alle Teilchen unabhängig davon, ob die Ladung positiv oder negativ war, als negative Teilchen betrachtet und entsprechend aufgetragen. Die Höhe des Signals bleibt von dieser Umkehr der Polarität unberührt. The particles are ionized during the material removal. However, since the charge does not affect the mass of the particle, the charge of the particle is not taken into account in the following when considering the intensity. In the representation of the intensity profiles, all particles were regarded as negative particles and plotted accordingly, regardless of whether the charge was positive or negative. The level of the signal remains unaffected by this reversal of polarity.

[0019] Die Hartstoffbeschichtung ist gemäss einer Ausführungsform der Erfindung charakterisiert durch ein Time-of-Flight Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionen-Massenspektrometrie (im Folgenden auch „ToF-SIMS“ genannt) und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, bei welchem das höchste Intensitätsniveau dasjenige des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AIO, ist. According to one embodiment of the invention, the hard material coating is characterized by a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry (hereinafter also referred to as "ToF-SIMS") and layer removal by means of a cesium ion beam, in which the The highest intensity level is that of the particle with a molar mass of about 42.98 g / mol, AlO.

[0020] Besonders bevorzugt wird als Sekundärionen-Massenspektroskopie das oben genannte „ToF-SIMS“-Verfahren (ToF-SIMS=„Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry“) verwendet. Bei diesem Verfahren werden die Massen der Sekundärionen bestimmt, die durch Beschuss der Oberfläche mit einem lonenstrahl herausgelöst werden. Das Intensitäts-Sputterzeitprofil wird erstellt, indem die Intensitäten der detektierten Sekundärionen fortlaufend aufgezeichnet werden, während die untersuchte Probe mit dem Strahl der Primärionen, vorzugsweise Cäsium-Ionen, beschossen und dadurch sukzessive die Oberfläche abgetragen wird. The above-mentioned “ToF-SIMS” method (ToF-SIMS = “Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry”) is particularly preferably used as the secondary ion mass spectrometry. In this process, the masses of the secondary ions are determined, which are released by bombarding the surface with an ion beam. The intensity-sputtering time profile is created in that the intensities of the detected secondary ions are continuously recorded while the examined sample is bombarded with the beam of primary ions, preferably cesium ions, and the surface is thereby successively removed.

[0021] Die betrachteten Teilchen sind hierbei diejenigen Teilchen, welche typischerweise bei der ToF-SIMS-Untersuchung von Oxiden und Nitriden untersucht werden. Sofern also auf das höchste Intensitätsniveau eines Teilchens abgestellt wird, werden hierzu jeweils die entsprechenden nitridischen und/oder oxidischen Teilchen betrachtet. Insbesondere werden die oxidischen Teilchen AIO und SiO2sowie die nitridischen Teilchen AIN und SiN betrachtet und untereinander hinsichtlich ihrer Intensitätsniveaus verglichen. The particles under consideration are those particles which are typically examined in the ToF-SIMS examination of oxides and nitrides. If the focus is therefore on the highest intensity level of a particle, the corresponding nitridic and / or oxidic particles are considered for this. In particular, the oxidic particles AIO and SiO2 as well as the nitridic particles AIN and SiN are considered and compared with one another with regard to their intensity levels.

[0022] Gemäss einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffschicht charakterisiert durch ein Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, bei welchem das zweithöchste Intensitätsniveau dasjenige des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,092 g/mol, SiN, ist. According to yet another embodiment of the invention, the hard material layer is characterized by a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam, in which the second highest intensity level is that of the particle with the molar mass of is about 42.092 g / mol, SiN.

[0023] Gemäss einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffschicht charakterisiert durch ein Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, bei welchem das dritthöchste Intensitätsniveau dasjenige des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 40,998 g/mol, AIN, ist. According to yet another embodiment of the invention, the hard material layer is characterized by a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam, in which the third highest intensity level is that of the particle with the molar mass of is about 40.998 g / mol, AlN.

[0024] Die Intensitätsniveaus der einzelnen Bestandteile können zueinander in Beziehung gesetzt werden, indem beispielsweise jeweils die absoluten Intensitäten jeweils auf dasjenige Teilchen mit der höchsten Intensität bezogen werden. The intensity levels of the individual components can be related to one another by, for example, referring the absolute intensities in each case to the particle with the highest intensity.

[0025] Auf diese Weise ist es möglich, Beschichtungszusammensetzungen weiter zu charakterisieren und Beschichtungen verschiedener Zusammensetzung voneinander abzugrenzen. In this way it is possible to further characterize coating compositions and to differentiate coatings of different compositions from one another.

[0026] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffbeschichtung daher gekennzeichnet durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AIO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,092 g/mol, SiN, zwischen 1,6 und 2,8, bevorzugt zwischen 1,9 und 2,4, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls. According to a further embodiment of the invention, the hard material coating is therefore characterized by a ratio of the mean intensities of the particle with the molar mass of about 42.98 g / mol, AlO, to that of the particle with the molar mass of about 42.092 g / mol, SiN, between 1.6 and 2.8, preferably between 1.9 and 2.4, the mean intensities each being determined in a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium Ion beam.

[0027] Gemäss einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffschicht gekennzeichnet durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AIO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 40,998 g/mol, AIN, zwischen 2 bis 4, bevorzugt zwischen 2,5 und 3,6, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsiumlonenstrahls. According to yet another embodiment of the invention, the hard material layer is characterized by a ratio of the mean intensities of the particle with the molar mass of about 42.98 g / mol, AlO, to that of the particle with the molar mass of about 40.998 g / mol, AlN, between 2 to 4, preferably between 2.5 and 3.6, the mean intensities each being determined in a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam.

[0028] Gemäss einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffschicht gekennzeichnet durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AIO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 60,083 g/mol, SiO2, zwischen 110 bis 250, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsiumlonenstrahls. According to yet another embodiment of the invention, the hard material layer is characterized by a ratio of the mean intensities of the particle with the molar mass of about 42.98 g / mol, AlO, to that of the particle with the molar mass of about 60.083 g / mol, SiO2, between 110 and 250, the mean intensities being determined in each case in a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam.

[0029] Dem gegenüber werden in den Schichten des Standes der Technik, welche signifikant weniger Sauerstoff umfassen als die Schichten gemäss Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deutlich andere Verhältnisse der mittleren Intensitäten erhalten. Die folgende Tabelle stellt Werte, welche für ein Vergleichsbeispiel sowie einem Ausführungsbeispiel gemäss der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, einander gegenüber. M(42,98 g/mol) / 2,1 0,16 M(42,092 g/mol) M(42,98 g/mol) / 3,2 0,26 M(40,988 g/mol) M(42,98 g/mol) / 146 1370 M(60,083 g/mol) In contrast, in the layers of the prior art which comprise significantly less oxygen than the layers according to embodiments of the present invention, significantly different ratios of the mean intensities are obtained. The following table compares values which were obtained for a comparative example and an exemplary embodiment according to the present invention. M (42.98 g / mol) / 2.1 0.16 M (42.092 g / mol) M (42.98 g / mol) / 3.2 0.26 M (40.988 g / mol) M (42, 98 g / mol) / 146 1370 M (60.083 g / mol)

[0030] Die Intensitätsverhältnisse in der Hartstoffschicht gemäss dem Stand der Technik und der Hartstoffschicht gemäss einer Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich somit deutlich voneinander. The intensity ratios in the hard material layer according to the prior art and the hard material layer according to one embodiment of the invention thus differ significantly from one another.

[0031] Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Hartstoffschicht des Ausführungsbeispiels gemäss einer Ausführungsform der Erfindung alle drei Merkmale hinsichtlich der Intensitätsverhältnisse gleichzeitig erfüllt. In particular, it should be pointed out that the hard material layer of the embodiment according to an embodiment of the invention fulfills all three features with regard to the intensity relationships at the same time.

[0032] Diese Intensitätsverhältnisse geben zwar nicht die genauen quantitativen Zusammensetzungen der betrachteten Schichten an, sind jedoch ein Maß dafür, zwischen welchen Elementen sich innerhalb der Schichten Bindungen ausbilden. Der direkte Vergleich ergibt somit, dass im oben betrachteten Ausführungsbeispiel im Gegensatz zum Vergleichsbeispiel der Anteil an AIO-Teilchen im Vergleich zu SiN und AIN zugenommen, im Vergleich zu SiO2dagegen abgenommen hat. Die betrachteten Verhältnisse belegen somit, dass in den Schichten des Ausführungsbeispiels gemäss einer Ausführungsform der Erfindung der Sauerstoffanteil im Vergleich zur betrachteten Schicht des Standes der Technik deutlich erhöht ist. Although these intensity ratios do not indicate the exact quantitative compositions of the layers under consideration, they are a measure of the elements between which bonds are formed within the layers. The direct comparison thus shows that in the exemplary embodiment considered above, in contrast to the comparative example, the proportion of AlO particles increased compared to SiN and AlN, but decreased compared to SiO2. The conditions under consideration thus show that in the layers of the exemplary embodiment according to one embodiment of the invention the proportion of oxygen is significantly increased compared to the layer of the prior art under consideration.

[0033] Überraschenderweise führt diese deutliche Erhöhung des Sauerstoffgehalts zu einer Erhöhung der Kratzfestigkeit im Vergleich zu den bekannten amorphen Schichten des Standes der Technik. Dies ist umso erstaunlicher, als die gute Kratzschutzwirkung der Schichten des Standes der Technik darauf zurückgeführt werden kann, dass diese nanokristallines AIN mit einer Vorzugsausrichtung der Kristallite umfassen. Ein solcher Schichtaufbau stellt sich aber nur dann ein, wenn der Sauerstoffgehalt der Schichten möglichst gering ist und bevorzugt weniger als 2 Mol-% beträgt. Surprisingly, this significant increase in the oxygen content leads to an increase in the scratch resistance compared to the known amorphous layers of the prior art. This is all the more astonishing as the good scratch protection effect of the layers of the prior art can be attributed to the fact that they comprise nanocrystalline AlN with a preferred orientation of the crystallites. Such a layer structure only occurs when the oxygen content of the layers is as low as possible and is preferably less than 2 mol%.

[0034] Besonders bevorzugt umfasst die niedrigbrechende Schicht als Beschichtungsmaterial SiO2, beispielsweise Aluminium-dotiertes SiO2, wobei der Anteil an Aluminium bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Massen von Silizium und Aluminium, betragen kann. The low refractive index layer particularly preferably comprises SiO2, for example aluminum-doped SiO2, as the coating material, the proportion of aluminum being up to 10% by weight, based on the sum of the masses of silicon and aluminum.

[0035] Die niedrigbrechende Schicht umfasst dabei vorzugsweise SiO2als Hauptbestandteil, kann aber auch mit weiteren Bestandteilen dotiert sein, beispielsweise mit Bor, Zirkon Titan oder Mischungen hieraus. The low refractive index layer preferably comprises SiO2 as the main component, but can also be doped with further components, for example with boron, zirconium, titanium or mixtures thereof.

[0036] Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung liegt der Brechungsindex der niedrigbrechenden Schicht bei einer Wellenlänge von 550 nm im Bereich von 1,3 bis 1,6, bevorzugt 1,45 bis 1,5. According to one embodiment of the invention, the refractive index of the low refractive index layer is in the range from 1.3 to 1.6, preferably 1.45 to 1.5, at a wavelength of 550 nm.

[0037] Gemäss einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt der Brechungsindex der Hartstoffschicht bei einer Wellenlänge von 550 nm im Bereich von 1,8 bis 2,3, bevorzugt 1,95 bis 2,1. According to yet another embodiment of the invention, the refractive index of the hard material layer at a wavelength of 550 nm is in the range from 1.8 to 2.3, preferably 1.95 to 2.1.

[0038] Das anorganische transparente Substrat, auf welches gemäss der vorliegenden Erfindung ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem aufbringbar ist, kann als Glas, beispielsweise als ein Borosilikatglas, ein Aluminosilikatglas, ein Kalk-Natronglas, ein synthetisches Quarzglas, ein Lithium-Aluminosilikatglas oder ein optisches Glas ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass das Substrat kristallin ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Substrat einen Einkristall für optische Zwecke, einen Saphir, einen Korund oder Calciumfluorid umfassen. Auch ist es möglich, dass das Substrat als sogenanntes Saphirglas oder als eine Glaskeramik ausgebildet ist. The inorganic transparent substrate, on which an anti-reflective coating system can be applied according to the present invention, can be a glass, for example a borosilicate glass, an aluminosilicate glass, a soda lime glass, a synthetic quartz glass, a lithium aluminosilicate glass or a optical glass be formed. However, it is also possible for the substrate to be crystalline. For example, the substrate can comprise a single crystal for optical purposes, a sapphire, a corundum or calcium fluoride. It is also possible for the substrate to be designed as so-called sapphire glass or as a glass ceramic.

[0039] Als Saphirglas ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein kristallines, insbesondere ein einkristallines, Al2O3umfassendes, transparentes, bevorzugt farbloses Material bezeichnet. Es handelt sich dabei um eine insbesondere in der Uhrenindustrie geläufige Bezeichnung für das einkristalline, Al2O3umfassende, transparente Deckmaterial von Ziffernblättern. In the context of the present invention, a crystalline, in particular a monocrystalline, Al2O3-comprising, transparent, preferably colorless material is referred to as sapphire glass. It is a term used especially in the watch industry for the single-crystal, Al2O3-encompassing, transparent cover material of dials.

[0040] Ist das unbeschichtete Substrat als Glas ausgebildet, ist es bevorzugt ein chemisch oder thermisch vorgespanntes Glas. If the uncoated substrate is in the form of glass, it is preferably a chemically or thermally toughened glass.

[0041] Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Substrat einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α20-300im Bereich von 7*10<-6>bis 10*10<-6>K<-1>auf. According to a further preferred embodiment of the invention, the substrate has a coefficient of linear thermal expansion α20-300 in the range from 7 * 10 <-6> to 10 * 10 <-6> K <-1>.

[0042] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α20-300ist, sofern nicht anders angegeben, im Bereich von 20°C bis 300°C angegeben. Die Bezeichnungen α und α20-300werden im Rahmen dieser Erfindung, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, als Synonym verwendet. Beim angegebenen Wert handelt es sich um den nominalen mittleren thermischen Längenausdehnungskoeffizienten gemäss ISO 7991, welcher in statischer Messung bestimmt ist. In the context of the present invention, the linear thermal expansion coefficient α20-300 is given in the range from 20 ° C to 300 ° C, unless stated otherwise. The terms α and α20-300 are used as synonyms in the context of this invention, unless expressly stated otherwise. The specified value is the nominal mean thermal coefficient of linear expansion according to ISO 7991, which is determined in static measurements.

[0043] Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Hartstoffschicht Kohlenstoff. Es hat sich gezeigt, dass ein solcher Kohlenstoffgehalt besonders vorteilhaft für die Ausbildung einer harten, kratzbeständigen Schicht ist. Die Erfinder vermuten, dass dies auf die Bildung von geringsten Mengen harter und somit kratzfester Carbide, beispielsweise von SiC, in der Schicht zurückzuführen ist. Der Anteil an Kohlenstoff in einer Hartstoffschicht gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist beispielhaft sichtbar in einem Time-of-Flight-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsiumlonenstrahls, als Teilchen mit der molaren Masse von etwa 26,018 g/mol, CN. According to a further preferred embodiment of the invention, the hard material layer comprises carbon. It has been shown that such a carbon content is particularly advantageous for the formation of a hard, scratch-resistant layer. The inventors assume that this is due to the formation of very small amounts of hard and thus scratch-resistant carbides, for example SiC, in the layer. The proportion of carbon in a hard material layer according to one embodiment of the invention can be seen, for example, in a time-of-flight sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam, as particles with a molar mass of about 26.018 g / mol, CN.

[0044] Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffbeschichtung gekennzeichnet durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AIO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 26,018 g/mol, CN, zwischen 110 und 215, bevorzugt zwischen 140 und 175, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls. According to one embodiment of the invention, the hard material coating is characterized by a ratio of the mean intensities of the particle with the molar mass of about 42.98 g / mol, AlO, to that of the particle with the molar mass of about 26.018 g / mol, CN, between 110 and 215, preferably between 140 and 175, the mean intensities each being determined in a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam.

[0045] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das anorganische, transparente Substrat umfassend ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem einen Reflexionsgrad im Wellenlängenbereich von 450 nm bis 650 nm von höchstens 2% auf. According to a further embodiment of the invention, the inorganic, transparent substrate comprising an anti-reflective coating system has a reflectance in the wavelength range from 450 nm to 650 nm of at most 2%.

[0046] Das Substrat ist dabei gemäss Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, dass dieser geringe Reflexionsgrad nicht nur direkt nach der Beschichtung vorliegt, sondern auch nach einer mechanischen Belastung, wie sie beispielsweise in Prüfungen, welche in der Uhrenindustrie standradmäßig zu Anwendung kommen. Ein solcher Test ist beispielsweise der sogenannte Bayertest. According to embodiments of the present invention, the substrate is designed in such a way that this low degree of reflection is not only present immediately after the coating, but also after a mechanical load, as is the case, for example, in tests that are standardly used in the watch industry. Such a test is, for example, the so-called Bayer test.

[0047] Bei diesem Test wird mit genau spezifiziertem Sand unter vorgegebenen Bedingungen die Oberfläche des Prüfkörpers, beispielsweise hier eines mit einem Anti-Reflex-Beschichtungssystems versehenen Substrats, für eine vorbestimmte Zeit belastet und anschließend die Oberfläche des Prüfkörpers auf Schädigungen untersucht. Die genauen Bedingungen für solche Tests sind beispielsweise spezifiziert in der DIN 52348 sowie der ASTM F735-11. Hinsichtlich des hier betrachteten anorganischen, transparenten Substrats umfassend ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem gemäss Ausführungsformen der Erfindung wird dieser Test mit verschiedenen Sanden durchgeführt: Zum einen kommt neuer Aluminiumoxid umfassender Sand zum Einsatz, Weiterhin kommt bereits gealterter Aluminiumoxid umfassender Sand mit einem mittleren Alter zum Einsatz, Schließlich wird auch vorgeschädigter, Aluminiumoxid umfassender Sand verwendet.In this test, the surface of the test body, for example a substrate provided with an anti-reflective coating system, is loaded for a predetermined time with precisely specified sand under predetermined conditions and then the surface of the test body is examined for damage. The exact conditions for such tests are specified, for example, in DIN 52348 and ASTM F735-11. With regard to the inorganic, transparent substrate under consideration, comprising an anti-reflective coating system according to embodiments of the invention, this test is carried out with different types of sand: On the one hand, new sand containing aluminum oxide is used, Furthermore, already aged sand comprising aluminum oxide with an average age is used, Finally, previously damaged sand containing aluminum oxide is also used.

[0048] Um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu erhöhen wird, vorzugsweise vorkonditionierter Sand verwendet. In order to increase the reproducibility of the results, preconditioned sand is preferably used.

[0049] In der Regel werden Belastungstests mit 8000 Belastungszyklen durchgeführt. As a rule, stress tests with 8000 stress cycles are carried out.

[0050] Ein weiterer Test zur Spezifizierung der Härte der Schichten ist der sogenannte Sandrieseltest. Another test for specifying the hardness of the layers is the so-called sand trickle test.

[0051] Die genauen Bedingungen für solche Tests sind beispielsweise spezifiziert in der DIN 52348 sowie der ASTM F735-11. The exact conditions for such tests are specified, for example, in DIN 52348 and ASTM F735-11.

[0052] Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Anti-Reflex-Beschichtungssystem vier Schichten. According to one embodiment of the invention, the anti-reflective coating system comprises four layers.

[0053] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Anti-Reflex-Beschichtungssystem fünf Schichten. Diese Ausführungsform ist insbesondere bevorzugt, wenn das Substrat ein Material mit einem relativ hohen Brechungsindex umfasst. In diesem Fall die erste Schicht vorzugsweise eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex, beispielsweise Siliziumdioxid. According to a further embodiment of the invention, the anti-reflective coating system comprises five layers. This embodiment is particularly preferred when the substrate comprises a material with a relatively high refractive index. In this case the first layer is preferably a layer with a low refractive index, for example silicon dioxide.

[0054] Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hartstoffbeschichtung auf einem anorganischen, transparenten Substrat. Bevorzugt ist die Hartstoffbeschichtung als Teil eines Anti-Reflex-Beschichtungssystem ausgebildet, insbesondere bevorzugt als hochbrechende Schicht des Anti-Reflex-Beschichtungssystems. Die Hartstoffbeschichtung ist als amorphe, transparente Schicht umfassend Aluminium, Silizium, Stickstoff und Sauerstoff ausgebildet, wobei der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Stickstoff größer ist als der an Sauerstoff und der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Stickstoff größer ist als der an Sauerstoff. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Targets umfassend Aluminium und Silizium. Dabei ist der Stoffmengenanteil von Aluminium im Target größer als der Stoffmengenanteil von Silizium im Target. Einschleusen eines Substrats, bevorzugt eines anorganischen, transparenten Substrats, in einen Reaktor. Der Reaktor kann insbesondere eine Anlage zur physikalischen Abscheidung von Schichten umfassen und beispielsweise als eine Sputteranlage ausgebildet sein, beispielsweise als eine Sputteranlage für reaktives und/oder teilreaktives Magnetronsputtern. Evakuieren des Reaktors auf einen Enddruck von weniger als 5*10<-6>mbar. Bereitstellen eines Reaktivgases umfassend Stickstoff und Sauerstoff. Dabei ist der molare Gehalt des Reaktivgases an Stickstoff größer als der molare Gehalt an Sauerstoff. Abscheiden einer Hartstoffschicht durch reaktives Sputtern auf mindestens einer Oberfläche des Substrats.Another aspect of the present invention relates to a method for producing a hard material coating on an inorganic, transparent substrate. The hard material coating is preferably designed as part of an anti-reflective coating system, particularly preferably as a high-index layer of the anti-reflective coating system. The hard material coating is designed as an amorphous, transparent layer comprising aluminum, silicon, nitrogen and oxygen, the mole fraction of nitrogen in the hard material layer being greater than that of oxygen and the mole fraction of nitrogen in the hard material layer being greater than that of oxygen. The procedure consists of the following steps: Providing a target comprising aluminum and silicon. The mole fraction of aluminum in the target is greater than the mole fraction of silicon in the target. Introducing a substrate, preferably an inorganic, transparent substrate, into a reactor. The reactor can in particular comprise a system for the physical deposition of layers and can be designed, for example, as a sputtering system, for example as a sputtering system for reactive and / or partially reactive magnetron sputtering. Evacuate the reactor to a final pressure of less than 5 * 10 <-6> mbar. Providing a reactive gas comprising nitrogen and oxygen. The molar nitrogen content of the reactive gas is greater than the molar oxygen content. Deposition of a hard material layer by reactive sputtering on at least one surface of the substrate.

[0055] Als teilreaktiv wird ein Sputterprozess hierbei bezeichnet, wenn während des Prozesses weniger Reaktivgas eingesetzt wird, als zur Erzielung einer stöchiometrischen Schicht notwendig ist. Die Stöchiometrie wird dann beispielsweise vollständig erst durch einen nachgelagerten Prozessschritt, z.B. einer separaten Sauerstoffquelle erzielt. A sputtering process is referred to as partially reactive if less reactive gas is used during the process than is necessary to achieve a stoichiometric layer. The stoichiometry is then, for example, only fully achieved through a downstream process step, e.g. a separate oxygen source.

[0056] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Prozessgas Argon. According to a further embodiment of the invention, the process gas comprises argon.

[0057] Gemäss einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der molare Gehalt des Reaktivgases an Stickstoff größer als das Doppelte des molaren Gehalts an Sauerstoff, bevorzugt größer als das Vierfache des molaren Gehalts an Sauerstoff. According to yet another embodiment of the invention, the molar nitrogen content of the reactive gas is greater than twice the molar oxygen content, preferably greater than four times the molar oxygen content.

Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings

[0058] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. In the following, the invention is explained in more detail by way of example with the aid of drawings.

[0059] Fig. 1 zeigt in schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellung ein transparentes, anorganisches Substrat 1, welches ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem 2 umfasst. Diese Anti-Reflex-Beschichtungssystem 2 umfasst eine Hartstoffbeschichtung umfassend Aluminium, Silizium, Stickstoff und Sauerstoff, wobei der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an Aluminium größer ist als der an Silizium und der Stoffmengenanteil in der Hartstoffschicht an Stickstoff größer ist als der an Sauerstoff. Diese wird auf einer Oberfläche des Substrats aufgebracht. Es ist aber allgemein, ohne Beschränkung auf das abgebildete Beispiel, auch möglich, dass ein Teil oder die gesamte Oberfläche des Substrats mit einem solchen Beschichtungssystem bedeckt ist oder dass beispielsweise zwei Seiten des Substrats, beispielsweise einander gegenüberliegende Seiten, mit einem solchen Anti-Reflex-Beschichtungssystem 2 beschichtet sind. 1 shows, in a schematic representation that is not true to scale, a transparent, inorganic substrate 1 which comprises an anti-reflective coating system 2. This anti-reflective coating system 2 comprises a hard material coating comprising aluminum, silicon, nitrogen and oxygen, the mole fraction of aluminum in the hard material layer being greater than that of silicon and the mole fraction of nitrogen in the hard material layer being greater than that of oxygen. This is applied to a surface of the substrate. In general, however, without being limited to the example shown, it is also possible that part or the entire surface of the substrate is covered with such a coating system or that, for example, two sides of the substrate, for example opposite sides, are covered with such an anti-reflective coating. Coating system 2 are coated.

[0060] Fig. 2 zeigt ein Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil. Auf der y-Achse ist in logarithmischer Auftragung die Intensität des Signals in normierten Einheiten, auf der x-Achse die Sputterzeit in Sekunden aufgetragen. Die Abtragung der mit Sekundärionenmassenspektrometrie untersuchten Probe erfolgt von der Oberfläche her, sodass die Bestandteile der zuletzt abgeschiedenen Schicht bei niedrigen Sputterzeiten detektiert werden und das Substratmaterial erst bei hohen Sputterzeiten abgetragen wird. Figure 2 shows a time-of-flight intensity sputter time profile. The intensity of the signal in standardized units is plotted logarithmically on the y-axis, and the sputtering time in seconds is plotted on the x-axis. The sample examined with secondary ion mass spectrometry is ablated from the surface so that the components of the layer deposited last are detected at low sputtering times and the substrate material is only removed at high sputtering times.

[0061] Die Einheiten sind hierbei in der Regel in der Form normiert, dass sie auf ein konstant angenommenes Signal, beispielsweise auf das Aluminium-Signal, sofern das Substrat Al2O3als Hauptbestandteil umfasst, wie ein Saphir-Substrat, bezogen sind. The units are here generally standardized in such a way that they are related to a signal assumed to be constant, for example to the aluminum signal, provided that the substrate comprises Al2O3 as a main component, such as a sapphire substrate.

[0062] Vorliegend ist in Fig. 2 ein Substrat, auf welchem ein Beschichtungssystem umfassend 5 Schichten abgeschieden wurde, untersucht worden. Die zuletzt abgeschiedene Schicht ist dabei als niedrigbrechende Schicht ausgebildet und umfasst als Hauptbestandteil SiO2. Dies zeigt sich auch im hier abgebildeten Sputterzeitprofil, bei welchem das als SiO2zu identifizierende Teilchen die höchsten Intensitäten aufweist. In the present case, in FIG. 2, a substrate on which a coating system comprising 5 layers has been deposited has been examined. The layer deposited last is designed as a low refractive index layer and comprises SiO2 as the main component. This is also shown in the sputter time profile shown here, in which the particle to be identified as SiO2 has the highest intensities.

[0063] Unter dieser Schicht ist eine hochbrechend ausgebildete Hartstoffschicht gemäss einer Ausführungsform der Erfindung aufgebracht. An der Grenzfläche zwischen der niedrigbrechenden Schicht und der hochbrechend ausgebildeten Hartstoffschicht kommt es zu einer Überhöhung des AlO-Signals. Es handelt sich hierbei um Grenzflächeneffekte, welche beispielsweise auf präparative Effekte bei der Probenherstellung oder auch bei der Abscheidung der Beschichtung zurückzuführen sein können. Diese Überhöhungen werden für die Betrachtung der Intensitätsniveaus der einzelnen Teilchen nicht berücksichtigt. Under this layer, a high-index hard material layer according to one embodiment of the invention is applied. At the interface between the low-refractive-index layer and the high-refractive-index hard material layer, there is an increase in the AlO signal. These are interface effects, which can be attributed, for example, to preparative effects during sample production or also during the deposition of the coating. These peaks are not taken into account when considering the intensity levels of the individual particles.

[0064] Es zeigt sich, dass in der hier untersuchten hochbrechend ausgebildeten Hartstoffschicht nach einer Ausführungsform der Erfindung das Signal des AIO-Teilchens das stärkste Signal ist, also das höchste Intensitätsniveau aufweist. Das Teilchen mit dem zweithöchsten Intensitätsniveau ist SiN, gefolgt von AIN als Teilchen mit dem dritthöchsten Intensitätsniveau. SiO2wird mit einer geringeren Intensität detektiert. It turns out that in the highly refractive hard material layer examined here, according to one embodiment of the invention, the signal of the AIO particle is the strongest signal, that is to say has the highest intensity level. The particle with the second highest intensity level is SiN, followed by AIN as the particle with the third highest intensity level. SiO2 is detected with a lower intensity.

[0065] Der Materialabtrag erfolgte hierbei mittels eines Cäsium-Ionenstrahls. The material was removed by means of a cesium ion beam.

[0066] Beachtlich ist außerdem, dass die Hartstoffschicht gemäss einer Ausführungsform der Erfindung, deren Intensitäts-Sputterzeitprofil in Fig. 2 abgebildet ist, einen Anteil von BO aufweist. It is also noteworthy that the hard material layer according to an embodiment of the invention, the intensity-sputtering time profile of which is shown in FIG. 2, has a proportion of BO.

[0067] Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Hartstoffbeschichtung gekennzeichnet durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AIO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,092 g/mol, SiN, zwischen 1,6 und 2,8, bevorzugt zwischen 1,9 und 2,4, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls. According to a particularly preferred embodiment, the hard material coating is characterized by a ratio of the mean intensities of the particle with the molar mass of about 42.98 g / mol, AlO, to that of the particle with the molar mass of about 42.092 g / mol, SiN, between 1.6 and 2.8, preferably between 1.9 and 2.4, the mean intensities each being determined in a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam .

[0068] Gemäss einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffschicht weiterhin gekennzeichnet durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AIO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 40,998 g/mol, AIN, zwischen 2 bis 4, bevorzugt zwischen 2,5 und 3,6, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls. According to yet another embodiment of the invention, the hard material layer is further characterized by a ratio of the mean intensities of the particle with the molar mass of about 42.98 g / mol, AlO, to that of the particle with the molar mass of about 40.998 g / mol, AlN, between 2 to 4, preferably between 2.5 and 3.6, the mean intensities each being determined in a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam.

[0069] Gemäss einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffschicht auch gekennzeichnet ist durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AlO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 60,083 g/mol, SiO2, zwischen 110 bis 250, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsiumlonenstrahls. According to yet another embodiment of the invention, the hard material layer is also characterized by a ratio of the mean intensities of the particle with the molar mass of about 42.98 g / mol, AlO, to that of the particle with the molar mass of about 60.083 g / mol, SiO2, between 110 to 250, the mean intensities being determined in each case in a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam.

[0070] Insbesondere können alle drei vorgenannten Verhältnisse auch gleichzeitig an einer Hartschicht gemäss einer Ausführungsform der Erfindung vorliegen. Es ist aber auch möglich, dass lediglich eines dieser Verhältnisse realisiert ist. In particular, all three of the aforementioned relationships can also be present simultaneously on a hard layer according to an embodiment of the invention. But it is also possible that only one of these relationships is implemented.

[0071] Die Schichtdicke der einzelnen Schichten des Anti-Reflex-Beschichtungssystems betrugen im hier betrachteten Beispiel, vom Substrat ausgehend, für die erste (niedrigbrechende) Schicht ca. 10 nm, für die zweite, hochbrechende Schicht (Hartstoffschicht) ca. 30 nm, für die dritte, wiederum niedrigbrechende Schicht ca. 14 nm, für die vierte Schicht etwa 132 und die fünfte Schicht ca. 88 nm. Es ist dem Fachmann jedoch ersichtlich, dass solche Schichtdicken lediglich beispielhaft sind und sich aus den Anforderungen an die optischen Eigenschaften ergeben. Es sind daher Abweichungen von den hier genannten Werten möglich. The layer thickness of the individual layers of the anti-reflective coating system was in the example considered here, starting from the substrate, for the first (low refractive index) layer approx. 10 nm, for the second, high refractive index layer (hard material layer) approx. 30 nm, for the third, again low-refractive-index layer approx. 14 nm, for the fourth layer approx. 132 and the fifth layer approx. 88 nm. However, it is evident to the person skilled in the art that such layer thicknesses are only exemplary and result from the requirements placed on the optical properties . Deviations from the values given here are therefore possible.

[0072] In Fig. 3 ist im Vergleich dazu eine Darstellung eines anorganischen transparenten Substrats umfassend eine Anti-Reflex-Beschichtung gemäss des Standes der Technik abgebildet. Auf der y-Achse ist wiederum in logarithmischer Skala die Intensität des Signals in normierten Einheiten aufgetragen, auf der x-Achse die Sputterzeit in Sekunden. Wiederum ist somit die oberste Schicht des Anti-Reflex-Beschichtungssystems bei geringen Sputterzeiten zu finden, während bei hohen Sputterzeiten die Teilchen, welche beim Abtrag des Substrats entstehen, bei hohen Sputterzeiten ab ca. 720 sec aufgetragen sind. Die Intensitätskurve für AIO zeigt Oszillationen, welche möglicherweise prozesstechnisch aus dem Sputterprozess resultieren, aber auch messtechnische Ursachen haben könnten. In comparison, FIG. 3 shows a representation of an inorganic transparent substrate comprising an anti-reflective coating according to the prior art. The intensity of the signal is again plotted in standardized units on the y-axis on a logarithmic scale, and the sputtering time in seconds is plotted on the x-axis. Again, the top layer of the anti-reflective coating system can be found with short sputtering times, while with long sputtering times the particles that arise when the substrate is ablated are applied with high sputtering times from approx. 720 seconds. The intensity curve for AIO shows oscillations that may result from the sputtering process in terms of process technology, but could also have measurement-related causes.

[0073] Die Hartstoffschicht, welche bei Sputterzeiten ab ca. 280 sec vorliegt, zeigt als intensivstes Signal das des Teilchens SiN, sodann das von AIN und erst an dritter Stelle das von AIO. Die Intensität des SiO2-Signals ist ganz besonders gering. Im Vergleich zu Hartstoffschichten gemäss Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich hierbei folgende Unterschiede: Das höchste Intensitätsniveau im Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil ist nunmehr nicht das von AIO, sondern von SiN, Das zweithöchste Intensitätsniveau ist das von AIN, nicht von SiN, Das dritthöchste Intensitätsniveau ist das von AIO, nicht das von AIN.The hard material layer, which is present at sputtering times from approx. 280 sec, shows that of the SiN particle as the most intense signal, then that of AIN and only in third place that of AIO. The intensity of the SiO2 signal is particularly low. In comparison to hard material layers according to embodiments of the present invention, the following differences result: The highest intensity level in the time-of-flight intensity sputter time profile is now not that of AIO, but of SiN, The second highest intensity level is that of AIN, not SiN, The third highest intensity level is that of AIO, not that of AIN.

[0074] Weiterhin haben sich die Intensitätsverhältnisse geändert. Beispielsweise beträgt das Verhältnis von AIO zu SiN ca. 0,16, das von AlO zu AIN ca. 0,26 und das von AIO zu SiO2ca. 1370. Berechnet wurden diese Verhältnisse jeweils bezogen auf das mittlere Intensitätsniveau der Sputterzeitprofile. Furthermore, the intensity ratios have changed. For example, the ratio of AlO to SiN is approx. 0.16, that of AlO to AlN approx. 0.26 and that of AlO to SiO2 approx. 1370. These ratios were calculated based on the mean intensity level of the sputtering time profiles.

[0075] Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofils für ein Substrat gemäss einer Ausführungsform der Erfindung. Wiederum ist auf der y-Achse die Intensität in normierten Einheiten aufgetragen, auf der x-Achse die Sputterzeit in Sekunden. Betrachtet wird hierbei neben den Intensitäten für AIO und SiO2auch die Intensität des Signals CN. Es zeigt sich, dass die Hartstoffschicht gemäss einer Ausführungsform der Erfindung über einen Kohlenstoffanteil verfügt, welcher hier in Form des Teilchens CN nachgewiesen werden kann. Dieser geringe, jedoch signifikante Anteil von Kohlenstoff in der Hartstoffschicht trägt zu einer Verbesserung der Kratzfestigkeit bei, beispielsweise durch die Bildung von SiC-Verbindungen. Der Anteil an Kohlenstoff in einer Hartstoffschicht gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist also beispielhaft sichtbar in einem Time-of-Flight-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, als Teilchen mit der molaren Masse von etwa 26,018 g/mol, CN. 4 shows an illustration of a time-of-flight intensity sputtering time profile for a substrate according to an embodiment of the invention. Again, the intensity is plotted in standardized units on the y-axis, and the sputtering time in seconds on the x-axis. In addition to the intensities for AIO and SiO2, the intensity of the signal CN is also considered. It turns out that the hard material layer according to one embodiment of the invention has a carbon content, which can be detected here in the form of the particle CN. This small but significant proportion of carbon in the hard material layer contributes to an improvement in the scratch resistance, for example through the formation of SiC compounds. The proportion of carbon in a hard material layer according to one embodiment of the invention is thus visible, for example, in a time-of-flight sputter time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam, as particles with a molar mass of about 26.018 g / mol, CN.

[0076] Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist die Hartstoffbeschichtung gekennzeichnet durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AIO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 26,018 g/mol, CN, zwischen 110 und 215, bevorzugt zwischen 140 und 175, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsiumlonenstrahls. According to one embodiment of the invention, the hard material coating is characterized by a ratio of the mean intensities of the particle with the molar mass of about 42.98 g / mol, AlO, to that of the particle with the molar mass of about 26.018 g / mol, CN, between 110 and 215, preferably between 140 and 175, the mean intensities each being determined in a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam.

[0077] Fig. 5 zeigt ein XRD-Diagramm. Auf der y-Achse ist die Zählrate des Signals aufgetragen, auf der x-Achse der 2-Theta-Winkel. Deutlich erkennbar ist hier der kristalline Reflex, welcher bei einer Hartstoffbeschichtung als Teile eines Anti-Reflex-Beschichtungssystems für ein transparentes Substrat des Standes Technik erhalten wird. Es handelt sich dabei um einen Reflex der kristallinen AIN-Phase. Demgegenüber gestellt werden zwei Röntgendiagramme für eine Hartstoffschicht gemäss einer Ausführungsform der Erfindung. Diese zeigen keinerlei kristallinen Reflex, und zwar weder im hier betrachteten Spektrum noch bei anderen Winkeln. Sie liegen somit röntgenamorph vor. Fig. 5 shows an XRD diagram. The counting rate of the signal is plotted on the y-axis and the 2-theta angle on the x-axis. The crystalline reflex is clearly recognizable here, which is obtained with a hard material coating as part of an anti-reflex coating system for a transparent substrate of the prior art. It is a reflection of the crystalline AlN phase. This contrasts with two X-ray diagrams for a hard material layer according to an embodiment of the invention. These do not show any crystalline reflex, neither in the spectrum considered here nor at other angles. They are therefore X-ray amorphous.

[0078] Fig. 6 zeigt einen Vergleich von Reflexionsspektren unterschiedlicher Anti-Reflex-Beschichtungssysteme vor und nach einem Belastungstest. Auf der y-Achse ist die Reflexion in %, auf der x-Achse die Wellenlänge in nm aufgetragen. Als Vergleich ist auch die Reflexionskurve 3 eines unbeschichteten Saphir-Substrats mit aufgeführt. 6 shows a comparison of reflection spectra of different anti-reflective coating systems before and after a stress test. The reflection in% is plotted on the y-axis and the wavelength in nm is plotted on the x-axis. The reflection curve 3 of an uncoated sapphire substrate is also listed as a comparison.

[0079] Reflexionskurve 4 zeigt die Reflexion eines Anti-Reflex-Beschichtungssystems auf einem Saphir-Substrat gemäss dem Stand der Technik vor Belastungstest, Reflexionskurve 5 die Reflexion desselben Substrats nach Test. Deutlich erkennbar ist die Verschlechterung, d.h. Erhöhung der Reflexion, welche auf die zumindest partielle Zerstörung und den Abtrag des Beschichtungssystems zurückzuführen ist. Reflection curve 4 shows the reflection of an anti-reflective coating system on a sapphire substrate according to the prior art before the stress test, and reflection curve 5 shows the reflection of the same substrate after the test. The deterioration, i.e. increase in reflection, which can be attributed to the at least partial destruction and removal of the coating system, is clearly recognizable.

[0080] Im Vergleich dazu sind die Reflexionskurven 6 und 7 aufgetragen, welche jeweils die Reflexion eines beschichteten Substrats gemäss einer Ausführungsform der Erfindung zeigen, wobei Reflexionskurve 6 die Reflexion vor mechanischer Belastung, Reflexionskurve 7 dagegen die Reflexionskurve nach mechanischer Belastung zeigen. In comparison, the reflection curves 6 and 7 are plotted, each showing the reflection of a coated substrate according to an embodiment of the invention, with reflection curve 6 showing the reflection before mechanical loading, and reflection curve 7 showing the reflection curve after mechanical loading.

[0081] Während die Reflexionskurven 4 und 6 für die beschichteten Substrate vor mechanischer Belastung im Wesentlichen gleich verlaufen und somit auch vergleichbar niedrige Reflexionswerte erhalten werden, zeigt sich, dass die Erhöhung der Reflexion nach erfolgter mechanischer Belastung für das Substrat, welches ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem umfassend eine Hartstoffschicht gemäss einer Ausführungsform der Erfindung umfasst, insbesondere um Bereich höherer Wellenlängen deutlich geringer ausfällt als bei dem Anti-Reflex-Beschichtungssystem nach dem Stand der Technik. While the reflection curves 4 and 6 for the coated substrates before mechanical loading are essentially the same and thus comparably low reflection values are also obtained, it can be seen that the increase in reflection after mechanical loading has occurred for the substrate, which is an anti-reflection - Coating system comprising a hard material layer according to one embodiment of the invention, in particular is significantly lower in the range of higher wavelengths than in the anti-reflective coating system according to the prior art.

[0082] Dies wird auch durch die lichtmikroskopischen Aufnahmen von mechanischen belasteten Substraten, welche in Fig. 7 dargestellt sind, belegt. This is also evidenced by the light microscope recordings of mechanically stressed substrates, which are shown in FIG. 7.

[0083] Die beiden oberen dargestellten Proben betreffen jeweils beschichtete Substrate umfassend Anti-Reflex-Beschichtungssysteme des Standes der Technik. Links sind die mechanisch belasteten Substrate in fünffacher Vergrößerung zu sehen, rechts in zwanzigfacher Vergrößerung. Die unterste Probe umfasst ein Anti-Reflex-Beschichtungssystem gemäss einer Ausführungsform der Erfindung. The two samples shown above each relate to coated substrates comprising anti-reflective coating systems of the prior art. The mechanically stressed substrates can be seen on the left in five-fold magnification, on the right in twenty-fold magnification. The lowermost sample comprises an anti-reflective coating system according to one embodiment of the invention.

[0084] Es ist deutlich sichtbar, dass die Schädigungen in dem Anti-Reflex-Beschichtungssystem gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weniger Beschädigungen aufweist (im Bild links erkennbar als dunkle Flecken, im Bild rechts dagegen als helle Flecken) als die Beschichtungen des Standes der Technik (Schädigungen jeweils als helle Stellen erkennbar). Die deutlich geringere Schädigung zeigt sich makroskopisch in einer trotz mechanischer Belastung noch guten Antireflex-Wirkung. It is clearly visible that the damage in the anti-reflective coating system according to one embodiment of the present invention has less damage (in the picture on the left as dark spots, in the picture on the right as light spots) than the coatings of the prior art Technique (damage can be seen as light areas). The significantly lower damage is shown macroscopically in an antireflective effect that is still good despite mechanical stress.

[0085] Messtechnisch kann diese Verbesserung in der mechanischen Stabilität sowohl durch Angabe der photopischen Reflektivität (welche mit der Empfindlichkeit des menschlichen Auges beim Tagsehen bzw. photopischen Sehen gewichtet wird), mit der mittleren Reflexion im sichtbaren Spektralbereich sowie über eine Veränderung des Farborts beschrieben werden. From a metrological point of view, this improvement in mechanical stability can be described both by specifying the photopic reflectivity (which is weighted with the sensitivity of the human eye during daytime or photopic viewing), with the mean reflection in the visible spectral range and via a change in the color locus .

[0086] Die photopische Reflektivität wird beim Anti-Reflex-Beschichtungssystems umfassend eine Hartstoffschicht gemäss einer Ausführungsform der Erfindung nach mechanischer Belastung lediglich um 0,2% höher, im Gegensatz zu 0,5% Erhöhung gemäss dem Stand der Technik. Die mittlere Reflexion verschlechtert sich bei der hier betrachteten Ausführungsform nach mechanischer Belastung ebenfalls lediglich um 0,2%, wiederum im Gegensatz zu 0,5% für die Systeme des Standes der Technik. In the anti-reflective coating system comprising a hard material layer according to one embodiment of the invention, the photopic reflectivity is only 0.2% higher after mechanical stress, in contrast to a 0.5% increase according to the prior art. In the embodiment considered here, the mean reflection also only deteriorates by 0.2% after mechanical loading, again in contrast to 0.5% for the systems of the prior art.

[0087] Die Farbortstabilität ist bei der hier betrachteten Ausführungsform der Erfindung noch besser: Hier kommt es im x,y,CIE-Farbraum zu keiner wesentlichen Farbortänderung mehr. Im Speziellen liegt nach einer Ausführungsform der Erfindung die Farbortänderung Δxy nach einem Bayer-Test mit 8000 Abrasionszyklen mit abgenutztem, im Speziellen mit durch mindestens 16000 zuvor durchgeführten Abrasionszyklen abgerundetem Al2O3-Sand im Bereich von 0 bis 0,1, vorzugsweise im Bereich von 0 bis 0,07, besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 0,05. Derartige Farbortänderungen Δxy sind visuell nicht oder allenfalls kaum wahrnehmbar. Die Größe der Farbortänderung Δxy bezeichnet den Abstand des Farborts vor dem Bayer Test zum Farbort nach dem Bayer-Test in der xy-Ebene des xy-CIE-Farbraums. The color locus stability is even better in the embodiment of the invention considered here: there is no longer any significant change in the color locus in the x, y, CIE color space. In particular, according to one embodiment of the invention, the color locus change Δxy after a Bayer test with 8000 abrasion cycles with worn Al2O3 sand rounded off by at least 16000 previous abrasion cycles is in the range from 0 to 0.1, preferably in the range from 0 to 0.07, particularly preferably in the range from 0 to 0.05. Such changes in the color location Δxy are visually imperceptible or at most barely perceptible. The size of the color location change Δxy denotes the distance between the color location before the Bayer test and the color location after the Bayer test in the xy plane of the xy CIE color space.

[0088] Wird frischer oder nur wenig abgenutzter Sand verwendet, zeigen sich etwas höhere Farbortverschiebungen, die aber immer noch deutlich geringer sind, als bei bekannten AR-Systemen. Die obige Angabe mit abgerundetem, zuvor länger verwendetem Sand (d.h. Sand nach mindestens 16000 Zyklen) wird aber bevorzugt, da das Ergebnis hier weniger vom Zustand des Abrasivmediums abhängt und dadurch leichter vergleichbar ist. If fresh or only slightly worn sand is used, there are somewhat higher color locus shifts, which, however, are still significantly lower than in known AR systems. The above information with rounded sand that was previously used for a long time (i.e. sand after at least 16,000 cycles) is preferred, as the result here depends less on the condition of the abrasive medium and is therefore easier to compare.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

[0089] 1 Substrat 2 Anti-Reflex-Beschichtungssystem 3 Reflexionskurve des unbeschichteten Substrats 4 Reflexionskurve des unbelasteten Anti-Reflex-Beschichtungssystems des Standes der Technik 5 Reflexionskurve des mechanisch beanspruchten Anti-Reflex-Beschichtungssystems des Standes der Technik 6 Reflexionskurve des unbelasteten Anti-Reflex-Beschichtungssystems gemäss einer Ausführungsform der Erfindung 7 Reflexionskurve des mechanisch beanspruchten Anti-Reflex-Beschichtungssystems gemäss einer Ausführungsform der Erfindung 1 substrate 2 anti-reflective coating system 3 reflection curve of the uncoated substrate 4 reflection curve of the unloaded anti-reflective coating system of the prior art 5 reflection curve of the mechanically stressed anti-reflective coating system of the prior art 6 reflection curve of the unloaded anti-reflective Coating system according to an embodiment of the invention 7 Reflection curve of the mechanically stressed anti-reflective coating system according to an embodiment of the invention

Claims (21)

1. mit einem Anti-Reflex-Beschichtungssystem beschichtetes anorganisches, transparentes Substrat, umfassend eine Hartstoffbeschichtung, welche als eine amorphe, transparente Schicht umfassend Aluminium, Silizium, Stickstoff und Sauerstoff ausgebildet ist, wobei – der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an oxidischem Aluminium größer ist als der an nitridischem Silizium, – der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an oxidischem Aluminium grösser ist als der an nitridischem Aluminium und – der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an oxidischem Aluminium grösser ist als der an oxidischem Silizium, wobei der Stoffmengenanteil an Stickstoff größer ist als der an Sauerstoff.1. An inorganic, transparent substrate coated with an anti-reflective coating system, comprising a hard material coating which is in the form of an amorphous, transparent layer comprising aluminum, silicon, nitrogen and oxygen, wherein - the molar proportion of oxidic aluminum in the hard material layer is greater than that of nitridic silicon, - The molar proportion of oxidic aluminum in the hard material layer is greater than that of nitridic aluminum and The mole fraction of oxidic aluminum in the hard material layer is greater than that of oxidic silicon, the mole fraction of nitrogen being greater than that of oxygen. 2. Substrat nach Anspruch 1, wobei der Sauerstoffgehalt in der Hartstoffschicht mehr als 2 Mol-% beträgt.2. The substrate according to claim 1, wherein the oxygen content in the hard material layer is more than 2 mol%. 3. Substrat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Hartstoffschicht charakterisiert ist durch ein Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, bei welchem das höchste Intensitätsniveau dasjenige des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AIO, ist.3. Substrate according to one of claims 1 or 2, wherein the hard material layer is characterized by a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam, in which the highest intensity level is that of the particle with the molar Mass of about 42.98 g / mol, AlO. 4. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Hartstoffschicht charakterisiert ist durch ein Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, bei welchem das zweithöchste Intensitätsniveau dasjenige des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,092 g/mol, SiN, ist.4. Substrate according to one of claims 1 to 3, wherein the hard material layer is characterized by a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam, in which the second highest intensity level is that of the particle with the molar Mass of about 42.092 g / mol, SiN. 5. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hartstoffschicht charakterisiert ist durch ein Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls, bei welchem das dritthöchste Intensitätsniveau dasjenige des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 40,998 g/mol, AIN, ist.5. Substrate according to one of claims 1 to 4, wherein the hard material layer is characterized by a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam, in which the third highest intensity level is that of the particle with the molar Mass of about 40.998 g / mol, AlN. 6. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hartstoffbeschichtung gekennzeichnet ist durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AIO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,092 g/mol, SiN, zwischen 1,6 und 2,8, bevorzugt zwischen 1,9 und 2,4, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.6. Substrate according to one of claims 1 to 5, wherein the hard material coating is characterized by a ratio of the mean intensities of the particle with the molar mass of about 42.98 g / mol, AlO, to that of the particle with the molar mass of about 42.092 g / mol, SiN, between 1.6 and 2.8, preferably between 1.9 and 2.4, the mean intensities each being determined in a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and by means of layer removal a cesium ion beam. 7. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Hartstoffschicht gekennzeichnet ist durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AIO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 40,998 g/mol, AIN, zwischen 2 bis 4, bevorzugt zwischen 2,5 und 3,6, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.7. Substrate according to one of claims 1 to 6, wherein the hard material layer is characterized by a ratio of the mean intensities of the particle with the molar mass of about 42.98 g / mol, AlO, to that of the particle with the molar mass of about 40.998 g / mol, AlN, between 2 to 4, preferably between 2.5 and 3.6, the mean intensities each being determined in a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam . 8. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Hartstoffschicht gekennzeichnet ist durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AIO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 60,083 g/mol, SiO2, zwischen 110 bis 250, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.8. Substrate according to one of claims 1 to 7, wherein the hard material layer is characterized by a ratio of the mean intensities of the particle with the molar mass of about 42.98 g / mol, AlO, to that of the particle with the molar mass of about 60.083 g / mol, SiO2, between 110 to 250, the mean intensities being determined in each case in a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam. 9. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Anti-Reflex-Beschichtungssystem als niedrigbrechendes Beschichtungsmaterial SiO2umfasst.9. Substrate according to one of Claims 1 to 8, the anti-reflective coating system comprising SiO2 as the low-refractive-index coating material. 10. Substrat nach Anspruch 9, wobei der Brechungsindex der niedrigbrechenden Schicht bei einer Wellenlänge von 550 nm im Bereich von 1,3 bis 1,6, bevorzugt 1,45 bis 1,5, liegt.10. The substrate according to claim 9, wherein the refractive index of the low-refractive-index layer at a wavelength of 550 nm is in the range from 1.3 to 1.6, preferably 1.45 to 1.5. 11. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Brechungsindex der Hartstoffschicht bei einer Wellenlänge von 550 nm im Bereich von 1,8 bis 2,3, bevorzugt 1,95 bis 2,1, liegt.11. Substrate according to one of claims 1 to 10, the refractive index of the hard material layer at a wavelength of 550 nm in the range from 1.8 to 2.3, preferably 1.95 to 2.1. 12. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Substrat als Glas, beispielsweise ein Borosilikatglas, ein Aluminosilikatglas, ein Kalk-Natronglas, ein synthetisches Quarzglas, ein Lithiumaluminosilikatglas oder ein optisches Glas, oder kristallin, beispielsweise umfassend einen Ein-Kristall für optische Zwecke, oder ein Saphir oder Korund oder als sogenanntes Saphirglas oder als eine Glaskeramik ausgebildet ist.12. Substrate according to one of claims 1 to 11, wherein the substrate as a glass, for example a borosilicate glass, an aluminosilicate glass, a soda-lime glass, a synthetic quartz glass, a lithium aluminosilicate glass or an optical glass, or crystalline, for example comprising a single crystal for optical purposes, or a sapphire or corundum or as so-called sapphire glass or as a glass ceramic. 13. Substrat nach Anspruch 12, wobei das Glas ein chemisch oder thermisch vorgespanntes Glas ist.13. The substrate of claim 12, wherein the glass is chemically or thermally toughened glass. 14. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Substrat einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α20-300im Bereich von 7*10<-6>bis 10*10<-6>K<-1>aufweist.14. Substrate according to one of claims 1 to 13, wherein the substrate has a linear thermal expansion coefficient α20-300 in the range from 7 * 10 <-6> to 10 * 10 <-6> K <-1>. 15. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Hartstoffschicht gekennzeichnet ist durch ein Verhältnis der mittleren Intensitäten des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 42,98 g/mol, AIO, zu der des Teilchens mit der molaren Masse von etwa 26,018 g/mol, CN, zwischen 110 und 215, bevorzugt zwischen 140 und 175, wobei die mittleren Intensitäten jeweils bestimmt sind in einem Time-of-Flight-Intensitäts-Sputterzeitprofil, bestimmt in Sekundärionenmassenspektrometrie und Schichtabtrag mittels eines Cäsium-Ionenstrahls.15. Substrate according to one of claims 1 to 14, wherein the hard material layer is characterized by a ratio of the mean intensities of the particle with the molar mass of about 42.98 g / mol, AlO, to that of the particle with the molar mass of about 26.018 g / mol, CN, between 110 and 215, preferably between 140 and 175, the mean intensities each being determined in a time-of-flight intensity sputtering time profile, determined in secondary ion mass spectrometry and layer removal by means of a cesium ion beam. 16. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend einen Reflexionsgrad von höchstens 2% im Wellenlängenbereich von 450 nm bis 650 nm.16. Substrate according to one of claims 1 to 15, having a reflectance of at most 2% in the wavelength range from 450 nm to 650 nm. 17. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Anti-Reflex-Beschichtungssystem vier Schichten umfasst.17. Substrate according to one of claims 1 to 16, wherein the anti-reflective coating system comprises four layers. 18. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Anti-Reflex-Beschichtungssystem fünf Schichten umfasst.18. Substrate according to one of claims 1 to 16, wherein the anti-reflective coating system comprises five layers. 19. Verfahren zur Herstellung eines mit einem Anti-Reflex-Beschichtungssystem beschichteten anorganischen, transparenten Substrats, wobei die Hartstoffbeschichtung als amorphe, transparente Schicht umfassend Aluminium, Silizium, Stickstoff und Sauerstoff ausgebildet ist und wobei der Stoffmengenanteil der Hartstoffschicht an oxidischem Aluminium grösser ist als an nitridischem Silizium, grösser ist als an nitridischem Aluminium und grösser ist als an oxidischem Silizium, wobei der Stoffmengenanteil an Stickstoff größer ist als der an Sauerstoff, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Targets umfassend Aluminium und Silizium, wobei der Stoffmengenanteil von Aluminium im Target größer ist als der Stoffmengenanteil von Silizium im Target, – Einschleusen eines Substrats in einen Reaktor, – Evakuieren des Reaktors auf einen Enddruck von weniger als 5*10<-6>mbar, – Bereitstellen eines Reaktivgases umfassend Stickstoff und Sauerstoff, wobei der molare Gehalt des Reaktivgases an Stickstoff größer ist als der molare Gehalt an Sauerstoff, – Abscheiden einer Hartstoffschicht durch reaktives Sputtern auf mindestens einer Oberfläche des Substrats.19. A method for producing an inorganic, transparent substrate coated with an anti-reflective coating system, wherein the hard material coating is designed as an amorphous, transparent layer comprising aluminum, silicon, nitrogen and oxygen and wherein the molar proportion of oxidic aluminum in the hard material layer is greater than that nitridic silicon, is greater than that of nitridic aluminum and is greater than that of oxidic silicon, the mole fraction of nitrogen being greater than that of oxygen, comprising the following steps: - Provision of a target comprising aluminum and silicon, the mole fraction of aluminum in the target being greater than the mole fraction of silicon in the target, - Feeding a substrate into a reactor, - Evacuation of the reactor to a final pressure of less than 5 * 10 <-6> mbar, - Provision of a reactive gas comprising nitrogen and oxygen, the molar content of nitrogen in the reactive gas being greater than the molar content of oxygen, - Deposition of a hard material layer by reactive sputtering on at least one surface of the substrate. 20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Reaktivgas als weitere Komponente Argon umfasst.20. The method according to claim 19, wherein the reactive gas comprises argon as a further component. 21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei der molare Gehalt des Reaktivgases an Stickstoff größer ist als das Doppelte des molaren Gehalts an Sauerstoff, bevorzugt größer als das Vierfache des molaren Gehalts an Sauerstoff.21. The method according to claim 19 or 20, wherein the molar content of nitrogen in the reactive gas is greater than twice the molar content of oxygen, preferably greater than four times the molar content of oxygen.
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