DE102015114877B4 - Scratch-resistant anti-reflective coating and mobile electronic device - Google Patents
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Abstract
Scheibenförmiges Element (1) mit- einem im sichtbaren Spektralbereich transparenten scheibenförmigen Substrat (3) und- einer auf dem Substrat (1) abgeschiedenen Antireflexbeschichtung (5), wobei die Antireflexbeschichtung (5)- vier aufeinanderfolgende Lagen (51, 52, 53, 54) umfasst, wobei aneinander angrenzende Lagen sich jeweils in ihrem Brechungsindex unterscheiden, derart, dass der Brechungsindex von Lage zu Lage abwechselnd ansteigt und abnimmt und sich Lagen (52, 54) mit niedrigerem Brechungsindex mit Lagen (51, 53) mit höherem Brechungsindex abwechseln, und wobei- die unterste (51) der vier Lagen (51, 52, 53, 54) eine Lage mit höherem Brechungsindex ist und einen höheren Brechungsindex aufweist, als die benachbarte zweitunterste Lage (52),- wobei die vier Lagen (51, 52, 53, 54) mindestens drei verschiedene Brechungsindices aufweisen, derart, dass der Brechungsindex der untersten, dem Substrat (3) nächsten Lage (51) mit höherem Brechungsindex niedriger ist, als der Brechungsindex der weiteren Lage (53) mit höherem Brechungsindex, wobei der Brechungsindex der untersten Lage (51) mit höherem Brechungsindex zwischen 1,665 und 1,795 liegt und wobei die unterste Lage (51) mit höherem Brechungsindex aus einem sauerstoffhaltigen Material gebildet wird, wodurch dieses scheibenförmige Element (1) insbesondere eine geringe Farbortänderung bei Schichtdickenschwankung zeigt.Disk-shaped element (1) with a disk-shaped substrate (3) which is transparent in the visible spectral range and an anti-reflective coating (5) deposited on the substrate (1), the anti-reflective coating (5) - four successive layers (51, 52, 53, 54 ), wherein adjoining layers differ in their refractive index, such that the refractive index increases and decreases alternately from layer to layer and layers (52, 54) with a lower refractive index alternate with layers (51, 53) with a higher refractive index, and wherein - the lowest (51) of the four layers (51, 52, 53, 54) is a layer with a higher refractive index and has a higher refractive index than the adjacent second lowest layer (52), - wherein the four layers (51, 52 , 53, 54) have at least three different refractive indices, such that the refractive index of the lowest layer (51) closest to the substrate (3) with a higher refractive index is lower than the refractive index the further layer (53) with a higher refractive index, wherein the refractive index of the lowest layer (51) with a higher refractive index is between 1.665 and 1.795 and wherein the lowest layer (51) with a higher refractive index is formed from an oxygen-containing material, whereby this disc-shaped element ( 1) shows in particular a slight change in the color location with fluctuations in layer thickness.
Description
Die Erfindung betrifft allgemein optische Interferenzbeschichtungen. Insbesondere betrifft die Erfindung Entspiegelungs-, beziehungsweise Antireflexbeschichtungen mit hoher Kratzbeständigkeit.The invention relates generally to optical interference coatings. In particular, the invention relates to anti-reflective or anti-reflective coatings with high scratch resistance.
Chemisch vorgespannte Gläser für Anzeigen mobiler elektronischer Geräte, wie Smartphones oder Tablet-PCs sind bekannt. In der Regel werden für diese Anzeigen Alumosilikatgläser als Deckgläser eingesetzt. Diese Alumosilikatgläser weisen typischerweise einen Brechungsindex von größer als 1,5 bei einer Wellenlänge von 550nm auf.Chemically toughened glasses for displays of mobile electronic devices such as smartphones or tablet PCs are known. As a rule, aluminosilicate glasses are used as cover glasses for these displays. These aluminosilicate glasses typically have a refractive index greater than 1.5 at a wavelength of 550 nm.
Es ist weiterhin bekannt und üblich, Deckgläser für optische Anzeigen chemisch vorzuspannen. Durch das chemische Vorspannen, bei dem Na-Ionen des Glases gegen Kaliumionen aus einem Salzbad ausgetauscht werden, reichert sich das Kalium in einer oberflächennahen Zone von mehreren Mikrometern an. Der Kaliumgehalt liegt dabei im Bereich bis zu wenigen Massenprozenten. Durch das chemische Vorspannen wird eine Erhöhung der Biegefestigkeit sowie der Kratzfestigkeit erzielt. Trotzdem ist nach kurzer Gebrauchszeit eines typischen Produktes eine Schädigung der Oberfläche in Form von Kratzern zu erkennen. Das chemische Vorspannen verhindert zwar das leichte Zerbrechen des Glases bei Biegebelastung, da die Druckvorspannung eine Ausbreitung eines Risses, hervorgerufen beispielsweise durch einen Kratzer verhindert oder verzögert - eine Vermeidung von Kratzern ist jedoch nicht gegeben.It is also known and customary to chemically toughen cover glasses for optical displays. Due to the chemical tempering, in which the Na ions of the glass are exchanged for potassium ions from a salt bath, the potassium accumulates in a zone of several micrometers near the surface. The potassium content is in the range up to a few percent by mass. The chemical toughening increases the flexural strength and the scratch resistance. Nevertheless, after a short period of use of a typical product, damage to the surface in the form of scratches can be seen. Chemical toughening prevents the glass from breaking easily when it is subjected to bending, as the compressive toughening prevents or delays the propagation of a crack, for example caused by a scratch - but scratches cannot be avoided.
Eine Antifingerprintbeschichtung (AFP), die entweder oleophob oder hydrophob oder amphiphob ist, kann auf das Glas appliziert werden, so dass Fingerabrücke nicht entstehen oder sich zumindest sehr leicht abreinigen lassen. Heutige Produkte verfügen typischerweise über eine nicht dauerhaft beständige AFP, so dass der Effekt der leichten Reinigbarkeit oder der reduzierten Fingerabdruckauffälligkeit nach wenigen Monaten nicht mehr gegeben ist. Die AFP ist im Allgemeinen eine teilweise organische Schicht, die sehr dünn aufgetragen ist, so dass sie optisch nicht aktiv ist. Die Reflexion des Produktes ist daher in erster Linie durch die Glasoberfläche gegeben. An der Oberseite des Glases werden daher etwa 4 Prozent des Lichtes bei senkrechtem Einfall reflektiert, was insbesondere bei heller Beleuchtung, wie beispielsweise Sonnenschein, störend ist und die Lesbarkeit des Inhalts des Displays einschränkt.An anti-fingerprint coating (AFP), which is either oleophobic or hydrophobic or amphiphobic, can be applied to the glass so that fingerprints do not arise or can at least be cleaned off very easily. Today's products typically have an AFP that is not permanently resistant, so that the effect of easy cleanability or reduced fingerprint conspicuity is no longer given after a few months. The AFP is generally a partially organic layer that is applied very thinly so that it is not optically active. The reflection of the product is therefore primarily given by the glass surface. At the top of the glass, about 4 percent of the light is reflected at a perpendicular incidence, which is particularly annoying in bright lighting, such as sunshine, and restricts the readability of the content of the display.
Antireflexbeschichtungen zur Entspiegelung von Glasoberflächen sind bekannt. Sie bestehen je nach Ausführungsform aus mehreren Schichten, die einseitig oder beidseitig auf das Glassubstrat aufgebracht werden. Je nach Einsatzgebiet des Produktes ist eine mechanisch stabile, das heißt Schädigungsresistente oder kratzfeste Ausführung des Antireflexsystems wünschenswert.Anti-reflective coatings for anti-reflective coating of glass surfaces are known. Depending on the embodiment, they consist of several layers that are applied to one or both sides of the glass substrate. Depending on the field of application of the product, a mechanically stable, i.e. damage-resistant or scratch-resistant design of the anti-reflective system is desirable.
Die Druckschrift
Die Druckschrift
The pamphlet
Das allgemeine Ziel einer optischen Antireflexbeschichtung ist es in erster Linie, die Reflexion des sichtbaren Teils des elektromagnetischen Spektrums gleichmäßig zu unterdrücken, so dass es möglichst zu keiner Farbauffälligkeit durch eine ungleichmäßige Restreflexion kommt. Ein Beispiel für eine solche farbneutrale, kratzbeständige Antireflexbeschichtung ist in der
Im Laufe des Handy-Cover Herstellungsprozesses können die genannten Gläser mit einem Dekordruck auf der dem Nutzer abgewandten Seite, der sogenannten Rückseite des Covers versehen werden, der typischerweise schwarz oder weiß ist. Oft wird der Firmenname des Herstellers oder der Produktname in silberfarbenem Schriftzug aufgedruckt. In the course of the cell phone cover manufacturing process, said glasses can be provided with a decorative print on the side facing away from the user, the so-called back of the cover, which is typically black or white. Often the company name of the manufacturer or the product name is printed in silver-colored lettering.
Antireflexsysteme bestehen in der Regel aus mehr als einer Schicht, insbesondere dann, wenn über einen großen Teil des visuellen Spektrums gleichmäßig entspiegelt werden soll und nicht nur bei einer bestimmten Wellenlänge. Zwei aufeinander folgende Schichten haben unterschiedliche Brechungsindizes. Es wechseln sich Schichten mit hohem und niedrigen Brechungsindex ab. Die wellenlängenabhängige Reflektionskurve ist das Ergebnis des Zusammenwirkens der einzelnen Reflektionen an den Grenzflächen. Eine gleichmäßige, farbneutrale Reflektion ist das Ergebnis einer exakt aufeinander abgestimmten Abfolge von optischen Schichtdicken, d.h. dem Produkt aus Brechungsindex und Schichtdicke. Die Änderung einer oder mehrerer Schichtdicken verändert die Reflektionsbedingungen und damit auch das Reflektionsergebnis, insbesondere auch den Farbort der Reflektion.Antireflection systems usually consist of more than one layer, especially when anti-reflective coating is to be applied evenly over a large part of the visual spectrum and not just at a certain wavelength. Two consecutive layers have different indices of refraction. It layers with high and low refractive index alternate. The wavelength-dependent reflection curve is the result of the interaction of the individual reflections at the interfaces. A uniform, color-neutral reflection is the result of an exactly coordinated sequence of optical layer thicknesses, ie the product of the refractive index and layer thickness. The change of one or more layer thicknesses changes the reflection conditions and thus also the reflection result, in particular also the color location of the reflection.
Prozesstechnisch bedingte Schichtdickenschwankungen, wie sie beispielsweise an unterschiedlichen Positionen innerhalb eines Probenhalters (engl.: Carrier) oder bei Schwankungen von Produktionslos zu Produktionslos auftreten, können daher zu einer starken Farbortänderung führen. Je nach Stärke der Schichtdickenschwankung kommt es zu stark auffälligen Farbortvariationen, die die Produktionsausbeute herabsetzen.Process-related fluctuations in layer thickness, such as those that occur, for example, at different positions within a sample holder (carrier) or with fluctuations from production lot to production lot, can therefore lead to a strong change in the color locus. Depending on the strength of the layer thickness fluctuations, there are very noticeable variations in the color location, which reduce the production yield.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antireflexsystem bereitzustellen, das eine gute Adhäsion an das Glassubstrat hat, eine hohe Kratzfestigkeit besitzt, eine gute Basis für eine Antifingerprintbeschichtung darstellt und insbesondere bei typischen prozessbedingten Schichtdickenschwankungen eine nur geringe Änderung des Farbortes aufweist. Die Erfindung betrifft speziell ein transparentes Element mit einer Antireflexbeschichtung mit vier Lagen. Diese Antireflexbeschichtung ist gemäß der oben genannten Aufgabe so ausgebildet, dass der Farbort von reflektiertem Licht eine verminderte Abhängigkeit von Schichtdickenschwankungen aufweist.The invention is therefore based on the object of providing an anti-reflective system that has good adhesion to the glass substrate, has high scratch resistance, represents a good basis for an anti-fingerprint coating and, in particular with typical process-related fluctuations in layer thickness, has only a slight change in the color location. The invention specifically relates to a transparent element having a four-layer anti-reflective coating. According to the above-mentioned object, this anti-reflective coating is designed in such a way that the color location of reflected light has a reduced dependence on fluctuations in layer thickness.
Das antireflektierend wirkende Interferenz-Schichtsystem gemäß der Erfindung umfasst eine Abfolge alternierend hoch- und niedrigbrechender Schichten. Von Lage zu Lage fortschreitend wird der Brechungsindex mithin abwechselnd höher und niedriger. Das Schichtsystem umfasst dabei mindestens vier Lagen. Eine hohe Kratzbeständigkeit wird erzielt, indem ein transparentes Hartstoff-Material für mindestens eine hochbrechende Schicht verwendet wird.The anti-reflective interference layer system according to the invention comprises a sequence of alternating high and low index layers. Progressing from layer to layer, the refractive index is therefore alternately higher and lower. The layer system comprises at least four layers. A high level of scratch resistance is achieved by using a transparent hard material for at least one high-index layer.
Es zeigt sich, dass die schichtdickenabhängige Farbortschwankung bei einer vierlagigen Antireflexbeschichtung durch die Verwendung von mehr als zwei Materialien erreicht werden kann. Dabei sollte die erste, auf dem Substrat aufgebrachte hochbrechende Schicht einen Brechungsindex nm haben der zwischen dem Brechungsindex der weiteren hochbrechenden Schicht nh und dem Brechungsindex der niedrigbrechenden Schicht nn liegt.It turns out that the layer thickness-dependent color locus fluctuation can be achieved with a four-layer anti-reflective coating by using more than two materials. The first high-index layer applied to the substrate should have a refractive index n m which is between the refractive index of the further high-index layer n h and the refractive index of the low-index layer n n .
Demgemäß sieht die Erfindung ein scheibenförmiges Element mit
- - einem im sichtbaren Spektralbereich transparenten scheibenförmigen Substrat und
- - einer auf dem Substrat abgeschiedenen Antireflexbeschichtung vor, wobei die Antireflexbeschichtung
- - vier aufeinanderfolgende Lagen umfasst, bei welcher aneinander angrenzende Lagen sich jeweils in ihrem Brechungsindex unterscheiden, derart, dass der Brechungsindex von Lage zu Lage abwechselnd ansteigt und abnimmt und sich Lagen mit niedrigerem Brechungsindex mit Lagen mit höherem Brechungsindex abwechseln.
- a disk-shaped substrate that is transparent in the visible spectral range and
- an anti-reflective coating deposited on the substrate, the anti-reflective coating
- - comprises four successive layers in which adjoining layers differ in their refractive index in such a way that the refractive index increases and decreases alternately from layer to layer and layers with a lower refractive index alternate with layers with a higher refractive index.
Die unterste der vier Lagen ist eine Lage mit höherem Brechungsindex und weist demzufolge einen höheren Brechungsindex auf, als die benachbarte zweitunterste Lage.The lowest of the four layers is a layer with a higher refractive index and consequently has a higher refractive index than the neighboring second lowest layer.
Die vier Lagen weisen nun mindestens drei verschiedene Brechungsindices auf, derart, dass der Brechungsindex der untersten, dem Substrat nächsten Lage mit höherem Brechungsindex niedriger ist, als der Brechungsindex der weiteren Lage mit höherem Brechungsindex, wobei der Brechungsindex der untersten Lage mit höherem Brechungsindex zwischen 1,665 und 1,795 liegt. Dabei wird die unterste Lage mit höherem Brechungsindex aus einem sauerstoffhaltigen Material gebildet. Durch diese Merkmale zeigt das scheibenförmige Element insbesondere eine geringe Farbortänderung bei Schichtdickenschwankung.The four layers now have at least three different refractive indices, such that the refractive index of the lowest layer with a higher refractive index closest to the substrate is lower than the refractive index of the further layer with a higher refractive index, the refractive index of the lowest layer with a higher refractive index between 1.665 and 1.795. The lowest layer with a higher refractive index is formed from an oxygen-containing material. As a result of these features, the disc-shaped element shows, in particular, a slight change in the color locus with fluctuations in layer thickness.
Die unterste, dem Substrat nächste Lage der Antireflexbeschichtung ist vorzugsweise eine Oxinitrid-Lage oder auch eine Oxid-Lage. Oxinitrid-Lagen mit Silizium oder Aluminium oder mit einer Mischung aus beiden Materialien sind besonders geeignet, da diese Materialien sehr transparent und gleichzeitig hart sind, wobei der Brechungsindex über den Sauerstoffgehalt beim Beschichtungsprozess gut eingestellt und angepasst werden kann. Allgemein können auch mehrere Komponenten für die Zusammensetzung der Lage verwendet werden. So ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die unterste Lage mindestens drei verschiedene Komponenten in oxinitridischer oder oxidischer Form enthält, die zu mehr als 1 Atomprozent zur Gesamtzusammensetzung beitragen.The lowest layer of the anti-reflective coating closest to the substrate is preferably an oxynitride layer or an oxide layer. Oxynitride layers with silicon or aluminum or with a mixture of both materials are particularly suitable because these materials are very transparent and at the same time hard, whereby the refractive index can be set and adapted well via the oxygen content during the coating process. In general, several components can also be used for the composition of the layer. According to one embodiment of the invention, it is provided that the bottom layer contains at least three different components in oxynitridic or oxidic form, which contribute more than 1 atomic percent to the total composition.
Die Verwendung von Oxinitriden erleichtert die Herstellung eines mehrlagigen Antireflex-Schichtsystems dahingehend, dass auch für die weitere Hartstoff-Lage mit höherem Brechungsindex Siliziumoxinitrid oder Aluminiumnitrid, Aluminiumoxinitrid oder ein Nitrid oder Oxinitrid aus einem Gemisch von Aluminium und Silizium verwendet werden kann. Da deren Brechungsindex höher sein soll, ist dementsprechend auch der Sauerstoff-Gehalt niedriger. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass beide Lagen mit höherem Brechungsindex Siliziumoxinitrid-Lagen oder Aluminiumoxinitrid-Lagen oder ein Gemisch aus Silizium- und Aluminiumoxinitrid sind, wobei die unterste Lage mit höherem Brechungsindex einen höheren Sauerstoff-Gehalt aufweist, als die weitere Lage mit höherem Brechungsindex.The use of oxynitrides facilitates the production of a multi-layer anti-reflective layer system in that silicon oxynitride or aluminum nitride, aluminum oxynitride or a nitride or oxynitride made from a mixture of aluminum and silicon can also be used for the further hard material layer with a higher refractive index. Since their refractive index should be higher, the oxygen content is correspondingly lower. According to one embodiment of the invention, it is therefore provided that both layers with a higher refractive index are silicon oxynitride layers or aluminum oxynitride layers or a mixture of silicon and aluminum oxynitride, the lowest layer with a higher refractive index having a higher oxygen content than the further layer with a higher refractive index.
Soll ein rein oxidisches Schichtsystem über einen Sputterprozess hergestellt werden, so kann nur Sauerstoff als Reaktivgas verwendet werden. Eine Mischung des Reakivgases scheidet aus. Trotzdem ist es möglich ein erfindungsgemäßes Antireflex-Schichtsystem herzustellen, indem ein Legierungstarget verwendet wird, das aus mindestens zwei Materialien besteht derart, dass das Oxid des einen Materials hochbrechend ist und das Oxid des anderen Materials niedrigbrechend ist. Durch geschickte Wahl der Zusammensetzung des Legierungstargets kann nun ein Mischoxid über den Sputterprozess in sauerstoffhaltiger Prozessatmosphäre hergestellt werden, das der oben genannten Anforderungen hinsichtlich eines höheren Brechungsindex, der jedoch niedriger als der Brechungsindex der weiteren hochbrechenden Schicht ist, genügt. Als Beispiel ohne Beschränkung auf weitere Möglichkeiten sei hier ein Target aus Silizium mit einer Beimischung von Zirkonium genannt oder ein Target aus Aluminium mit einer Beimischung von Zirkonium.If a purely oxidic layer system is to be produced via a sputtering process, only oxygen can be used as reactive gas. A mixture of the reactive gas is eliminated. Nevertheless, it is possible to produce an anti-reflective layer system according to the invention by using an alloy target which consists of at least two materials in such a way that the oxide of one material is high-index and the oxide of the other material is low-index. By cleverly choosing the composition of the alloy target, a mixed oxide can now be produced via the sputtering process in an oxygen-containing process atmosphere, which meets the above-mentioned requirements with regard to a higher refractive index, but which is lower than the refractive index of the further high-refraction layer. A target made of silicon with an admixture of zirconium or a target made of aluminum with an admixture of zirconium may be mentioned here as an example without limitation to further possibilities.
Wie oben bereits gesagt, können auch mehr als zwei Komponenten am Aufbau der untersten Lage beteiligt sein. Im Speziellen können mindestens drei verschiedene Komponenten in oxinitridischer oder oxidischer Form enthalten sein, die zu mehr als 1 Atomprozent zur Gesamtzusammensetzung beitragen. Beispielsweise kann also neben Si und Al eine weitere Komponente mit ein oder mehr Atomprozent vorhanden und in oxidischer oder oxinitridischer Form eingebunden sein.As already said above, more than two components can be involved in the construction of the lowest layer. In particular, at least three different components can be contained in oxynitridic or oxidic form, which contribute more than 1 atomic percent to the total composition. For example, in addition to Si and Al, another component with one or more atomic percent can be present and incorporated in oxidic or oxynitridic form.
Die Sequenz der vier Lagen der Antireflexbeschichtung wird besonders bevorzugt direkt auf das Substrat aufgebracht. Demgemäß grenzt die Substratoberfläche direkt an die Sequenz der vier Lagen der Antireflexbeschichtung an.The sequence of the four layers of the antireflective coating is particularly preferably applied directly to the substrate. Accordingly, the substrate surface directly adjoins the sequence of the four layers of the anti-reflective coating.
Auf der Antireflexbeschichtung kann gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung eine fluororganische Schicht aufgebracht sein. Insbesondere kann eine solche Schicht auch als Monolage fluororganischer Moleküle ausgebildet sein, bevorzugt mit einer Schichtdicke von 1 nm bis 20 nm, besonders bevorzugt mit einer Schichtdicke von 1 nm bis 10 nm. Bei der fluororganischen Schicht kann es sich beispielsweise um eine oleophobe Beschichtung handelnAccording to a particularly preferred development of the invention, an organofluorine layer can be applied to the antireflective coating. In particular, such a layer can also be designed as a monolayer of organofluorine molecules, preferably with a layer thickness of 1 nm to 20 nm, particularly preferably with a layer thickness of 1 nm to 10 nm. The organofluorine layer can be, for example, an oleophobic coating
Es hat sich gezeigt, dass ein Schichtsystem, bei dem auf eine Antireflexionsbeschichtung mit einer dicken, oberen Hartstoffschicht, insbesondere mit der größten Schichtdicke der Antireflexionsbeschichtung, noch eine zusätzliche fluororganische Schicht hinzugefügt ist, nicht nur wirksam ist, Fingerabdruckauffälligkeiten zu reduzieren oder sich leicht reinigen zu lassen, sondern dass das derart beschichtete, chemisch vorgespannte Glassubstrat und damit das erfindungsgemäße Element insbesondere die Vermeidung von Kratzern unterstützt.It has been shown that a layer system in which an additional fluorinated organic layer is added to an anti-reflective coating with a thick, upper hard material layer, in particular with the greatest layer thickness of the anti-reflective coating, is not only effective in reducing abnormalities in fingerprints or in making it easy to clean but that the chemically toughened glass substrate coated in this way, and thus the element according to the invention, in particular supports the avoidance of scratches.
Dies wird darauf zurückgeführt, dass die zusätzliche fluororganische Schicht vermutlich den Reibwert der Oberfläche so reduziert, dass eine Schädigung der Oberfläche geringer ausfällt.This is attributed to the fact that the additional fluorine-organic layer presumably reduces the coefficient of friction of the surface in such a way that damage to the surface is less.
Um die Antireflexbeschichtung gemäß der Erfindung abzuscheiden, wird vorzugsweise Sputtern, insbesondere reaktives Sputtern eingesetzt.In order to deposit the anti-reflective coating according to the invention, sputtering, in particular reactive sputtering, is preferably used.
Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand der Figuren und anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Schichten.The invention is explained in more detail below with reference to the figures and with reference to exemplary embodiments. In the figures, the same reference symbols denote the same or similar layers.
Es zeigen:
-
1 ein Substrat mit einer vierlagigen Antireflexbeschichtung, -
2 eine Variante der in1 gezeigten Ausführungsform, -
3 eine Weiterbildung der Erfindung mit einer lichtabsorbierenden Rückseitenbeschichtung, -
4 Farbortänderungen an verschiedenen Elementen abhängig vom Aufbau der Antireflexbeschichtung und dem Vorhandensein oder Fehlen einer lichtabsorbierenden Rückseitenbeschichtung, -
5 Farbortänderungen an Antireflexschichtsystemen mit SiO2/TiO2-Lagen.
-
1 a substrate with a four-layer anti-reflective coating, -
2 a variant of the in1 embodiment shown, -
3 a further development of the invention with a light-absorbing back coating, -
4th Changes in color location on various elements depending on the structure of the anti-reflective coating and the presence or absence of a light-absorbing rear-side coating, -
5 Changes in color location on anti-reflective coating systems with SiO 2 / TiO 2 layers.
Die Antireflexbeschichtung
Die unterste der vier Lagen
Ohne Beschränkung auf das spezielle Ausführungsbeispiel der
Die vier Lagen
Die Bezeichnungen „niedrigerer Brechungsindex“ und „höherer Brechungsindex“ gelten relativ zu den angrenzenden Lagen. Eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex grenzt folglich an eine Lage (wenn die niedrigbrechende Lage das Schichtsystem abschließt) oder an zwei Lagen (wenn die niedrigbrechende Lage an beiden Grenzflächen an weitere Lagen des Schichtsystems angrenzt) mit höherem Brechungsindex an.The terms “lower refractive index” and “higher refractive index” apply relative to the adjacent layers. A layer with a lower refractive index consequently adjoins a layer (if the low-refractive-index layer completes the layer system) or two layers (if the low-refractive-index layer adjoins other layers of the layer system at both interfaces) with a higher refractive index.
Das Substrat
Es zeigt sich, dass eine gute Anbindung der ersten Hartstoffschicht an das Substrat erzielt werden kann, wenn es sich um eine oxidische Hartstoffschicht handelt (beispielsweise ZrO2 oder ein Zr-Si-Mischoxid, d.h. ein Gemisch aus ZrO2 und SiO2 oder ein Mischoxid mit ZrO2 und Al2O3) oder wenn es sich bei der ersten Hartstoffschicht um ein sauerstoffhaltiges Nitrid in Form eines Oxinitrides handelt. Geeignete Oxinitride sind beispielsweise Siliziumoxinitrid (SiOxNy) oder Aluminiumoxinitrid (AlOxNy) oder Silizium-Aluminium-Oxinitrid (Si AlOxNy) .It turns out that a good connection of the first hard material layer to the substrate can be achieved if it is an oxidic hard material layer (for example ZrO 2 or a Zr-Si mixed oxide, ie a mixture of ZrO 2 and SiO 2 or a mixed oxide with ZrO 2 and Al 2 O 3 ) or if the first hard material layer is an oxygen-containing nitride in the form of an oxynitride. Suitable oxynitrides are, for example, silicon oxynitride (SiO x N y ) or aluminum oxynitride (AlO x N y ) or silicon-aluminum oxynitride (Si AlO x N y ).
Diese genannten Materialien, ZrO2 bzw. ein Gemisch aus ZrO2 und SiO2 oder Al2O3) und Oxinitride von Silizium oder Aluminium oder einem Gemisch aus Aluminium und Silizium werden für die unterste Lage mit höherem Brechungsindex besonders bevorzugt. ZrO2 kann beispielsweise mit einer TiO2-Lage als weiterer, bzw. oberer Lage mit höherem Brechungsindex kombiniert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, für die untere Lage mit höherem Brechungsindex ein Titan enthaltendes Oxid, beispielsweise ein Mischoxid mit Titan und einem weiteren Element zu verwenden. Eine Möglichkeit ist ein Titan/Silizium-Mischoxid. Eine bevorzugte Variante eines erfindungsgemäßen Antireflex-Systems sieht die Verwendung einer ZrO2-Lage als oberste Lage mit höherem Brechungsindex vor in Kombination mit einem Mischoxid aus Zirkonium und Silizium oder Zirkonium und Aluminium oder Zirkonium und Silizium und Aluminium als unterer Lage
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist daher die unterste, dem Substrat
Jedenfalls sind die beiden Lagen
Dabei können beide Lagen
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung basiert dabei darauf, dass beide Lagen
Im Falle einer Oxinitridschicht zeigt sich, dass eine ausreichende Haftung der Schicht bereits bei einem niedrigen Sauerstoffanteil von etwa 5 - 10 Atomprozent im Vergleich zu Stickstoff erzielt werden kann. Mit anderen Worten liegt gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung der Gehalt von Sauerstoff zu Stickstoff in der untersten Lage
Allgemein, ohne Beschränkung auf die Ausführungsbeispiele kann in allen siliziumhaltigen Schichten neben Silizium auch Aluminium enthalten sein. Vorzugsweise ist in den oberen drei Lagen, also den Lagen
Für die unterste Lage
Die Kratzbeständigkeit der Antireflexbeschichtung kann weiter verbessert werden, indem auf eine erfindungsgemäße Antireflexbeschichtung
Die erhöhte Kratzbeständigkeit wird darauf zurückgeführt, dass die zusätzliche fluororganische Schicht vermutlich den Reibwert der Oberfläche so reduziert, dass eine Schädigung der Oberfläche geringer ausfällt.The increased scratch resistance is attributed to the fact that the additional organofluorine layer presumably reduces the coefficient of friction of the surface so that there is less damage to the surface.
Bei dem Ausführungsbeispiel der
Als Lagen
Beim Ausführungsbeispiel der
Als Ausgangspunkt zur Verdeutlichung der Erfindung dient als Beispiel ein Abdeckglas mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Antireflexbeschichtung mit der Schichtabfolge Glas/Si3N4/SiO2/Si3N4/SiO2. Dementsprechend wird auf einer Glasscheibe als Substrat
Ein optimaler Fall gleichmäßiger Reflektion liegt beispielsweise vor, wenn für das Substrat
In diesem Fall lässt sich ein Farbort gemäß CIE-Lab auf dem reinen Glas ohne Dekor, beziehungsweise ohne lichtabsorbierende Beschichtung
Weicht man in den Schichtdicken um + 1nm ab (16nm (Lage
Mit einem schwarzen Dekor, beziehungsweise im Bereich einer wie in
Die Farbwerte des optimalen Falls liegen hier bei:
- a = -0,2, b = 2,1 (Messwert
43 ); bei +1 nm Schichtdicke:- a = 1,7 und b = -0,7 (Messwert
44 ); bei -1 nm Schichtdicke a= -2,6 und b = 4,6 (Messwert45 ).
- a = 1,7 und b = -0,7 (Messwert
- a = -0.2, b = 2.1 (measured value
43 ); at +1 nm layer thickness:- a = 1.7 and b = -0.7 (measured value
44 ); at -1 nm layer thickness a = -2.6 and b = 4.6 (measured value45 ).
- a = 1.7 and b = -0.7 (measured value
Diese stärkere Schwankung und Abhängigkeit von der Schichtdicke ist auf den durch das Dekor ausgeblendeten Rückseitenreflex zurück zu führen. Im Falle des reinen Glases reflektiert dessen Rückseite etwa 4% (gleichmäßig über den Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes) und trägt damit etwa zehnmal so viel zum Gesamtreflex bei wie die entspiegelte Vorderseite (ca. 0,5%). Die durch die Schichtdickenschwankung hervorgerufenen Farbortvariationen werden durch die Rückseite „überstrahlt“ und sind weniger auffällig. Im Falle eines schwarzen Rückseitendekors wird der Rückseitenreflex nahezu unterdrückt. Somit wird der Farbort fast ausschließlich durch die Antireflexbeschichtung
Die Messwerte
Die erste Schicht der erfindungsgemäßen Antireflexbeschichtungen
Die Messwerte
Ein konkretes Beispiele für ein erfindungsgemäßes Antireflexsystem mit gegenüber dem Stand der Technik aufgebauten AR-Systemen geringerer Farbortschwankung bei Schichtdickenschwankung ist in folgender Tabelle aufgeführt:
Auch diese Antireflexbeschichtungen
Im vorliegenden Fall wurde für die unterste Lage
Ein mögliches Beispiel für den Aufbau eines erfindungsgemäßen AR-Systems aus den zuvor genannten Materialien SiOxNy, SiO2 und TiO2 ist exemplarisch in folgender Tabelle gegeben:
Es ergibt sich ein ähnliches Bild wie bei den Beispielen der
Gute Entspiegelungseigenschaften können auch noch erzielt werden, wenn die oben angegebenen Schichtdicken jeweils um 10% abweichen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung betragen daher die Schichtdicken für die unterste Lage
Anhand dieser Beispiele wird deutlich, dass es günstig ist, wenn ein gewisser Mindestunterschied der Brechungsindizes der beiden Lagen
Nach unten hin wird dieser Unterschied durch den Brechungsindex der Lagen mit niedrigerem Brechungsindex begrenzt. Je nach verwendeten Materialien im Aufbau des Antireflex-Systems sind hierbei für die unterste Lage
Der Brechungsindex der Schicht
Bei dem dargestellten Beispiel handelt es sich um ein mobiles Gerät in Form eines Tablet-PCs. In gleichem Maße geeignet ist die Erfindung auch für Mobiltelefone, insbesondere sogenannte Smart-Phones, mobile Navigationsgeräte und mobile Medienwiedergabegeräte, wie insbesondere Musik- und Videoabspielgeräte, sowie für Smartwatches.The example shown is a mobile device in the form of a tablet PC. The invention is equally suitable for mobile telephones, in particular so-called smart phones, mobile navigation devices and mobile media playback devices, such as in particular music and video playback devices, and for smartwatches.
Besondere mechanische Belastungen treten bei solchen Geräten insbesondere auch dann auf, wenn die Geräte mit einer Benutzerschnittstelle mit einem berührungsempfindlichen Bildschirm ausgestattet sind, so dass die Seite
Häufig soll das Abdeckglas der elektronischen Anzeige nicht vollständig transparent sein, sondern, wie auch anhand der
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele, wie sie in den Figuren dargestellt sind, beschränkt ist, sondern vielmehr vielfältig im Rahmen des Gegenstands der Patentansprüche variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. So kann für ein mobiles elektronisches Gerät
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