DE102017104161A1

DE102017104161A1 - Process for producing a reflection-reducing coating

Info

Publication number: DE102017104161A1
Application number: DE102017104161.3A
Authority: DE
Inventors: Ulrike Schulz; Peter Munzert; Friedrich Rickelt; Heiko Knopf
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-08-30

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer reflexionsmindernden Beschichtung auf einem Substrat (1) angegeben, umfassend die Verfahrensschritte:
- Aufbringen einer fluorhaltigen Polymerschicht (2) auf das Substrat (1), wobei die fluorhaltige Polymerschicht (2) eine geringere Brechzahl als das Substrat (1) und eine Dicke zwischen 300 nm und 1000 nm aufweist,
- Erzeugung einer Nanostruktur (6) in der fluorhaltigen Polymerschicht (2) mit einem Plasmaätzprozess, wobei mittels des Plasmaätzprozesses ein nanostrukturierter Bereich (2b) an der Oberfläche der fluorhaltigen Polymerschicht (2) erzeugt wird, der eine Dicke von mindestens 100 nm aufweist, und wobei zwischen dem Substrat (1) und dem nanostrukturierten Bereich (2b) ein unstrukturierter Bereich (2a) der fluorhaltigen Polymerschicht (2) verbleibt, der eine Dicke von mindestens 50 nm aufweist.

The invention relates to a method for producing a reflection-reducing coating on a substrate (1), comprising the method steps:
- Applying a fluorine-containing polymer layer (2) on the substrate (1), wherein the fluorine-containing polymer layer (2) has a lower refractive index than the substrate (1) and a thickness between 300 nm and 1000 nm,
- Producing a nanostructure (6) in the fluorine-containing polymer layer (2) with a plasma etching, wherein by means of the plasma etching a nanostructured region (2b) on the surface of the fluorine-containing polymer layer (2) is produced, which has a thickness of at least 100 nm, and wherein between the substrate (1) and the nanostructured region (2b) an unstructured region (2a) of the fluorine-containing polymer layer (2) remains which has a thickness of at least 50 nm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer reflexionsmindernden Beschichtung.The invention relates to a method for producing a reflection-reducing coating.

Zur Entspiegelung von Oberflächen, insbesondere von optischen Elementen oder Displays, werden üblicherweise reflexionsmindernde Interferenzschichtsysteme verwendet, die mehrere alternierende Schichten aus hochbrechenden und niedrigbrechenden Materialien enthalten. Als Material mit einem besonders niedrigen Brechungsindex im sichtbaren Spektralbereich wird derzeit MgF₂ mit n = 1,38 eingesetzt. Die Entspiegelungswirkung herkömmlicher dielektrischer Schichtsysteme könnte verbessert werden, wenn Materialien mit geringerem Brechungsindex zur Verfügung stehen würden.For anti-reflection of surfaces, in particular of optical elements or displays, reflection-reducing interference layer systems are usually used, which contain a plurality of alternating layers of high-refractive and low-refractive materials. As a material with a particularly low refractive index in the visible spectral range MgF ₂ is currently used with n = 1.38. The antireflective effect of conventional dielectric layer systems could be improved if lower refractive index materials were available.

Eine alternative Möglichkeit zur Verminderung der Reflexion eines optischen Elements ist aus der Patentschrift DE 10241708 B4 bekannt. Bei diesem Verfahren wird an der Oberfläche eines Kunststoffsubstrats mittels eines Plasmaätzprozesses eine Nanostruktur erzeugt, durch die die Reflexion des Kunststoffsubstrats vermindert wird. Die Entspiegelung eines optischen Elements durch die Erzeugung einer Nanostruktur an dessen Oberfläche hat den Vorteil, dass eine geringe Reflexion über einen weiten Einfallswinkelbereich erzielt wird.An alternative possibility for reducing the reflection of an optical element is known from the patent specification DE 10241708 B4 known. In this method, a nanostructure is produced on the surface of a plastic substrate by means of a plasma etching process, by means of which the reflection of the plastic substrate is reduced. The antireflection of an optical element by the creation of a nanostructure on its surface has the advantage that a low reflection is achieved over a wide angle of incidence range.

Aus den Druckschriften EP 2143818 A1 , US 5888591 A und US 5773098 A ist die Herstellung von fluorhaltigen Polymerschichten durch Plasmapolymerisation bekannt.From the pamphlets EP 2143818 A1 . US 5888591 A and US 5773098 A the production of fluorine-containing polymer layers by plasma polymerization is known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer reflexionsmindernden Beschichtung anzugeben, das mit vergleichsweise geringem Aufwand die Herstellung einer reflexionsmindernden Beschichtung ermöglicht, die sich durch eine geringe Reflexion über einen weiten Wellenlängen- und Einfallswinkelbereich auszeichnet, und wobei die reflexionsmindernde Wirkung möglichst wenig polarisationsabhängig ist.The invention has for its object to provide a method for producing a reflection-reducing coating that allows the production of a reflection-reducing coating with relatively little effort, which is characterized by a low reflection over a wide wavelength and incident angle range, and the reflection-reducing effect as little as possible is polarization dependent.

Diese Aufgabe wird durch eine reflexionsmindernde Beschichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a reflection-reducing coating according to the independent claim. Advantageous embodiments and modifications of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei dem Verfahren zur Herstellung der reflexionsmindernden Beschichtung wird eine fluorhaltige Polymerschicht auf ein Substrat aufgebracht. Das Substrat kann zum Beispiel ein Glas, einen Kunststoff oder ein Halbleitermaterial aufweisen. Insbesondere kann das Substrat ein optisches Element sein, bei dem die Reflexion der Oberfläche vermindert werden soll.In the method for producing the reflection-reducing coating, a fluorine-containing polymer layer is applied to a substrate. The substrate may comprise, for example, a glass, a plastic or a semiconductor material. In particular, the substrate may be an optical element in which the reflection of the surface is to be reduced.

Die fluorhaltige Polymerschicht ist vorteilhaft überwiegend aus den Atomen C und F gebildet, sie kann aber auch weitere Atome wie H, O oder N mit einem Anteil von vorzugsweise weniger als 10 % enthalten. Fluorhaltige Polymere zeichnen sich insbesondere durch eine vergleichsweise geringe Brechzahl aus. Weiterhin zeichnen sich fluorhaltige Polymere, die insbesondere C-F-Bindungen enthalten, durch eine sehr gute chemische Beständigkeit und Klimabeständigkeit aus. Fluorhaltige Polymere weisen ein geringes Dipolmoment auf und haben eine wasser- und ölabweisende Wirkung sowie eine geringe Oberflächenspannung. Weitere vorteilhafte Eigenschaften von fluorhaltigen Polymeren, die insbesondere auf den starken C-F-Bindungen, der geringen Polarisierbarkeit und der hohen Elektronegativität beruhen, sind schmutzabweisende und elektrisch isolierende Eigenschaften sowie die Eignung als Gasbarriere.The fluorine-containing polymer layer is advantageously formed predominantly of the atoms C and F, but it may also contain other atoms such as H, O or N in a proportion of preferably less than 10%. Fluorine-containing polymers are characterized in particular by a comparatively low refractive index. Furthermore, fluorine-containing polymers, which contain in particular C-F bonds, are characterized by a very good chemical resistance and climatic resistance. Fluorine-containing polymers have a low dipole moment and have a water and oil repellency and a low surface tension. Further advantageous properties of fluorine-containing polymers, which are based in particular on the strong C-F bonds, the low polarizability and the high electronegativity, are dirt-repellent and electrically insulating properties and the suitability as a gas barrier.

Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird eine fluorhaltige Polymerschicht verwendet, die eine geringere Brechzahl als das Substrat aufweist. Auf diese Weise wird an der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der fluorhaltigen Polymerschicht vorteilhaft eine erste Stufe im Brechzahlprofil der reflexionsmindernden Beschichtung erzeugt, an der die Brechzahl ausgehend vom Substrat abnimmt. Die fluorhaltige Polymerschicht weist nach dem Aufbringen vorzugsweise eine Dicke zwischen 300 nm und 1000 nm auf.In the method described here, a fluorine-containing polymer layer is used, which has a lower refractive index than the substrate. In this way, a first step in the refractive index profile of the reflection-reducing coating is advantageously produced at the interface between the substrate and the fluorine-containing polymer layer, at which point the refractive index decreases starting from the substrate. The fluorine-containing polymer layer preferably has a thickness between 300 nm and 1000 nm after application.

Die fluorhaltige Polymerschicht wird bei dem Verfahren mittels eines Plasmaätzprozesses nanostrukturiert. Die Erzeugung einer Nanostruktur mittels eines Plasmaätzprozesses ist an sich aus der Patentschrift DE 10241708 B4 bekannt, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bei dem Plasmaätzprozess wird ein Teil der fluorhaltigen Polymerschicht abgetragen und an der Oberfläche der fluorhaltigen Polymerschicht ein nanostrukturierter Bereich erzeugt. Der nanostrukturierte Bereich zeichnet sich insbesondere durch Lufteinschlüsse in Form von Vertiefungen und/oder Poren aus. In dem nanostrukturierten Bereich ist deshalb die effektive Brechzahl der fluorhaltigen Polymerschicht noch geringer als in der homogenen fluorhaltigen Polymerschicht vor der Strukturierung. Unter der „effektiven Brechzahl“ ist hier und im folgenden die über die Schicht gemittelte Brechzahl zu verstehen, die aufgrund der Lufteinschlüsse in Form von Poren und/oder Vertiefungen geringer ist als die Brechzahl des unstrukturierten Materials der fluorhaltigen Polymerschicht.The fluorine-containing polymer layer is nanostructured in the process by means of a plasma etching process. The production of a nanostructure by means of a plasma etching process is known per se from the patent DE 10241708 B4 the disclosure of which is hereby incorporated by reference. In the plasma etching process, a part of the fluorine-containing polymer layer is removed and a nanostructured region is produced on the surface of the fluorine-containing polymer layer. The nanostructured area is characterized in particular by air pockets in the form of depressions and / or pores. In the nanostructured region, therefore, the effective refractive index of the fluorine-containing polymer layer is even lower than in the homogeneous fluorine-containing polymer layer before structuring. The "effective refractive index" is to be understood here and below as the refractive index averaged over the layer, which is lower than the refractive index of the unstructured material of the fluorine-containing polymer layer due to the air inclusions in the form of pores and / or depressions.

Das Plasmaätzverfahren wird derart ausgeführt, dass zwischen dem Substrat und dem nanostrukturierten Bereich ein unstrukturierter Bereich der fluorhaltigen Polymerschicht verbleibt. Dies kann insbesondere durch eine geeignete Einstellung der Ätzdauer erreicht werden. Auf diese Weise wird an der Grenze zwischen dem unstrukturierten Bereich und dem nanostrukturierten Bereich der fluorhaltigen Polymerschicht vorteilhaft eine zweite Stufe im Brechzahlprofil der reflexionsmindernden Beschichtung erzeugt, an der die Brechzahl ausgehend vom Substrat abnimmt.The plasma etching process is carried out such that an unstructured region of the fluorine-containing polymer layer remains between the substrate and the nanostructured region. This can be done in particular by a suitable setting of Etching time can be achieved. In this way, at the boundary between the unstructured region and the nanostructured region of the fluorine-containing polymer layer, a second step in the refractive index profile of the reflection-reducing coating is advantageously produced, at which the refractive index decreases starting from the substrate.

Um eine besonders gute reflexionsmindernde Wirkung der auf diese Weise hergestellten reflexionsmindernden Beschichtung zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn der unstrukturierte Bereich der fluorhaltigen Polymerschicht eine Dicke von mindestens 50 nm und der nanostrukturierte Bereich der fluorhaltigen Polymerschicht eine Dicke von mindestens 100 nm aufweist.In order to achieve a particularly good reflection-reducing effect of the reflection-reducing coating produced in this way, it is advantageous if the unstructured region of the fluorine-containing polymer layer has a thickness of at least 50 nm and the nanostructured region of the fluorine-containing polymer layer has a thickness of at least 100 nm.

Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist das Substrat eine Brechzahl n_S zwischen 1,46 und 1,60 auf. Die angegebene Brechzahl bezieht sich hier und im Folgenden jeweils auf die Wellenlänge 500 nm. Mögliche Substratmaterialien sind zum Beispiel Quarzglas mit n_S = 1,46, PMMA mit n_S = 1,49, BK7-Glas mit n_S = 1,52, B270-Glas mit n_S = 1,53, Zeonex mit n_S = 1,53, Polyamid Trogamid mit n_S = 1,53 oder Polycarbonat n_S = 1,60. Neben den hier beispielhaft genannten Materialien kann die reflexionsmindernde Beschichtung auch für andere Substratmaterialien verwendet werden.In accordance with at least one embodiment, the substrate has a refractive index n _{S of} between 1.46 and 1.60. The stated refractive index here and below refers to the wavelength 500 nm in each case. Possible substrate materials are, for example, quartz glass with n _S = 1.46, PMMA with n _S = 1.49, BK7 glass with n _S = 1.52, B270 glass with n _S = 1.53, Zeonex with n _S = 1.53, polyamide trogamide with n _S = 1.53 or polycarbonate n _S = 1.60. In addition to the materials exemplified here, the reflection-reducing coating can also be used for other substrate materials.

Die fluorhaltige Polymerschicht weist eine geringere Brechzahl n₂ auf, vorzugsweise eine Brechzahl n₂ zwischen 1,37 und 1,42. Dies gilt für das homogene Material der fluorhaltigen Polymerschicht, d.h. für die fluorhaltige Polymerschicht unmittelbar nach dem Aufbringen und für den unstrukturierten Bereich der fluorhaltigen Polymerschicht, der nach dem Plasmaätzprozess zwischen dem Substrat und dem nanostrukturierten Bereich verbleibt.The fluorine-containing polymer layer has a lower refractive index n ₂ , preferably a refractive index n ₂ between 1.37 and 1.42. This applies to the homogeneous material of the fluorine-containing polymer layer, ie for the fluorine-containing polymer layer immediately after application and for the unstructured region of the fluorine-containing polymer layer which remains between the substrate and the nanostructured region after the plasma etching process.

Der nanostrukturierte Bereich der fluorhaltigen Polymerschicht weist vorzugsweise eine effektive Brechzahl n_2b im Bereich zwischen 1,08 und 1,30 auf. Es ist weiterhin möglich, das mittels des Plasmaätzprozesses ein Brechzahlgradient in dem nanostrukturierten Bereich erzeugt wird, wobei die effektive Brechzahl in dem nanostrukturierten Bereich mit zunehmendem Abstand vom Substrat abnimmt. Dies kann insbesondere darauf beruhen, dass an der Oberfläche des nanostrukturierten Bereichs eine besonders große Anzahl von Poren und/oder Vertiefungen vorliegt, so dass die Dichte der fluorhaltigen Polymerschicht an der Oberfläche besonders gering ist. Mit zunehmender Tiefe nehmen die Dichte der fluorhaltigen Polymerschicht und somit auch die effektive Brechzahl zu. Der so mittels des Plasmaätzprozesses erzeugte Brechzahlgradient verstärkt die reflexionsmindernde Wirkung.The nanostructured region of the fluorine-containing polymer layer preferably has an effective refractive index n _2b in the range between 1.08 and 1.30. It is also possible that a refractive index gradient is generated in the nanostructured region by means of the plasma etching process, wherein the effective refractive index in the nanostructured region decreases with increasing distance from the substrate. This may in particular be based on the fact that a particularly large number of pores and / or depressions are present on the surface of the nanostructured area, so that the density of the fluorine-containing polymer layer on the surface is particularly low. With increasing depth, the density of the fluorine-containing polymer layer and thus also the effective refractive index increase. The refractive index gradient thus produced by the plasma etching process enhances the reflection-reducing effect.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der unstrukturierte Bereich eine Dicke zwischen 50 nm und 150 nm aufweist. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn der nanostrukturierte Bereich eine Dicke im Bereich zwischen 100 nm und 200 nm aufweist. Vorzugsweise ist der nanostrukturierte Bereich dicker als der unstrukturierte Bereich, d.h. nach der Durchführung des Plasmaätzprozesses weisen mehr als 50 % der Schichtdicke der fluorhaltigen Polymerschicht Lufteinschlüsse in Form von Poren und Vertiefungen auf.It is particularly advantageous if the unstructured region has a thickness between 50 nm and 150 nm. In addition, it is advantageous if the nanostructured region has a thickness in the range between 100 nm and 200 nm. Preferably, the nanostructured area is thicker than the unstructured area, i. After carrying out the plasma etching process, more than 50% of the layer thickness of the fluorine-containing polymer layer has air pockets in the form of pores and depressions.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung grenzt die fluorhaltige Polymerschicht direkt an das Substrat an. In diesem Fall sind zwischen dem Substrat und der fluorhaltigen Polymerschicht insbesondere keine weiteren Schichten angeordnet. Der Herstellungsaufwand für die reflexionsmindernde Beschichtung ist in diesem Fall vorteilhaft gering. Insbesondere muss zur Herstellung der mindestens zwei Brechzahlstufen zwischen dem Substrat und dem unstrukturierten Bereich sowie zwischen dem unstrukturierten Bereich und der nanostrukturierten Schicht nur ein einziger Beschichtungsprozess ausgeführt werden.In a preferred embodiment, the fluorine-containing polymer layer directly adjoins the substrate. In this case, in particular no further layers are arranged between the substrate and the fluorine-containing polymer layer. The production cost of the reflection-reducing coating is advantageously low in this case. In particular, only a single coating process has to be carried out to produce the at least two refractive index stages between the substrate and the unstructured region and between the unstructured region and the nanostructured layer.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die fluorhaltige Polymerschicht durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren aufgebracht. Das Aufbringen der fluorhaltigen Polymerschicht kann beispielsweise durch konventionelles Aufdampfen, ionengestütztes Aufdampfen, Sputtern oder ein CVD-Verfahren erfolgen. Weiterhin kann die Herstellung der fluorhaltigen Polymerschicht auch mittels Plasmapolymerisation erfolgen. Bei der Plasmapolymerisation werden dampfförmige organische Vorläuferverbindungen (Precursor) in einer Vakuum-Prozesskammer durch ein Plasma zunächst aktiviert. Durch die Aktivierung entstehen ionisierte Moleküle und es bilden sich bereits in der Gasphase erste Molekülfragmente in Form von Clustern oder Ketten. Die anschließende Kondensation dieser Fragmente auf der Substratoberfläche bewirkt dann unter Einwirkung von Substrattemperatur, Elektronen- und/oder Ionenbeschuss die Polymerisation und somit die Bildung einer geschlossenen Schicht. Auf diese Weise hergestellte Polymere werden auch als Plasmapolymere bezeichnet.In a preferred embodiment of the method, the fluorine-containing polymer layer is applied by a vacuum coating method. The application of the fluorine-containing polymer layer can be carried out, for example, by conventional vapor deposition, ion-assisted vapor deposition, sputtering or a CVD process. Furthermore, the preparation of the fluorine-containing polymer layer can also be effected by means of plasma polymerization. In the plasma polymerization, vaporous organic precursor compounds (precursors) are first activated by a plasma in a vacuum process chamber. Activation generates ionized molecules and already in the gas phase, first molecular fragments are formed in the form of clusters or chains. The subsequent condensation of these fragments on the substrate surface then causes the polymerization and thus the formation of a closed layer under the influence of substrate temperature, electron and / or ion bombardment. Polymers produced in this way are also referred to as plasma polymers.

Da auch der nachfolgende Plasmaätzprozess, mit dem die fluorhaltige Polymerschicht strukturiert wird, ein Vakuumprozess ist, kann im Fall der Herstellung der fluorhaltigen Polymerschicht mit einem Vakuumbeschichtungsverfahren vorteilhaft die gesamte reflexionsmindernde Beschichtung in einem Vakuumprozess hergestellt werden. Alternativ ist es auch möglich, die fluorhaltige Polymerschicht durch ein nasschemisches Verfahren aufzubringen und anschließend durch den Plasmaätzprozess zu strukturieren.Also, since the subsequent plasma etching process with which the fluorine-containing polymer layer is patterned is a vacuum process, in the case of producing the fluorine-containing polymer layer by a vacuum deposition method, the entire reflection-reducing coating can be advantageously produced in a vacuum process. Alternatively, it is also possible to apply the fluorine-containing polymer layer by a wet-chemical method and then to structure it by the plasma etching process.

Bei einer Variante des Verfahrens wird vor der Erzeugung der Nanostruktur in der fluorhaltigen Polymerschicht eine dünne Schicht auf die fluorhaltige Polymerschicht aufgebracht. Die dünne Schicht kann beispielsweise eine Oxidschicht, eine Nitridschicht oder eine Fluoridschicht sein. Insbesondere kann die dünne Schicht Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Titanoxid, Tantalpentoxid oder Magnesiumfluorid enthalten. Die dünne Schicht weist vorteilhaft eine Dicke von nur 2 nm oder weniger auf. Das Aufbringen dieser dünnen Schicht vor der Durchführung des Plasmaätzprozesses hat den Vorteil, dass die dünne Schicht als Initialschicht für den Plasmaätzprozess wirkt und somit das Erzeugen einer Nanostruktur auch in Materialien ermöglicht, bei denen dies ohne die vorherige Aufbringung der dünnen Schicht nur schwer oder gar nicht möglich wäre. In one variant of the method, a thin layer is applied to the fluorine-containing polymer layer prior to the formation of the nanostructure in the fluorine-containing polymer layer. The thin layer may be, for example, an oxide layer, a nitride layer or a fluoride layer. In particular, the thin layer may contain silicon oxide, silicon nitride, titanium oxide, tantalum pentoxide or magnesium fluoride. The thin layer advantageously has a thickness of only 2 nm or less. The application of this thin layer before performing the plasma etching process has the advantage that the thin layer acts as an initial layer for the plasma etching process and thus enables the creation of a nanostructure in materials in which this is difficult or impossible without the previous application of the thin layer it is possible.

Um die nanostrukturierte Schicht vor Umgebungseinflüssen, insbesondere einer mechanischen Beschädigung, zu schützen, wird die nanostrukturierte Schicht vorzugsweise mit einer Schutzschicht versehen. Bei der Schutzschicht kann es sich beispielsweise um eine SiO2-Schicht handeln. Vorzugsweise weist die Schutzschicht eine Dicke von 30 nm oder weniger auf, beispielsweise etwa 20 nm.In order to protect the nanostructured layer from environmental influences, in particular mechanical damage, the nanostructured layer is preferably provided with a protective layer. The protective layer may be, for example, an SiO 2 layer. Preferably, the protective layer has a thickness of 30 nm or less, for example, about 20 nm.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die fluorhaltige Polymerschicht eine Teflonschicht, insbesondere eine PTFE-Schicht (Polytetrafluorethylen), oder eine teflonartige Schicht. Die fluorhaltige Polymerschicht weist vorzugsweise einen Fluorgehalt zwischen 20 und 60 Atomprozent auf. Weiterhin kann die fluorhaltige Polymerschicht zwischen 40 Atomprozent und 80 Atomprozent Kohlenstoff sowie bis zu 20 Atomprozent weitere Atome (z.B. H) aufweisen. Das Material der fluorhaltigen Polymerschicht kann eine Summenformel C_xF_yA_z mit 0,40 ≤ x ≤ 0,80, 0,20 ≤ y ≤ 0,60 sowie z ≤ 0,20 mit x + y + z ≤ 1 aufweisen, wobei C für Kohlenstoff, F für Fluor und A für beliebige weitere Atome stehen.According to a preferred embodiment, the fluorine-containing polymer layer is a Teflon layer, in particular a PTFE layer (polytetrafluoroethylene), or a Teflon-like layer. The fluorine-containing polymer layer preferably has a fluorine content between 20 and 60 atomic percent. Furthermore, the fluorine-containing polymer layer can have between 40 atomic percent and 80 atomic percent carbon and up to 20 atomic percent further atoms (eg H). The material of the fluorine-containing polymer layer may have a molecular formula C _x F _y A _z with 0.40 ≦ x ≦ 0.80, 0.20 ≦ y ≦ 0.60 and z ≦ 0.20 with x + y + z ≦ 1, where C is carbon, F is fluorine and A is any other atoms.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 4 näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments in conjunction with FIGS. 1 to 4.

Es zeigen:

1A bis 1E ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung einer reflexionsmindernden Beschichtung anhand von schematisch dargestellten Zwischenschritten,
2 eine grafische Darstellung der Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ für die Einfallswinkel 0° und 45° bei einem Ausführungsbeispiel der mit dem Verfahren hergestellten reflexionsmindernden Beschichtung,
3 eine grafische Darstellung der Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ für den Einfallswinkel 0° bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der mit dem Verfahren hergestellten reflexionsmindernden Beschichtung, und
4 eine grafische Darstellung der Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ für die Einfallswinkel 0°, 45° und 60° bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der mit dem Verfahren hergestellten reflexionsmindernden Beschichtung.

Show it:

1A to 1E An embodiment of the method for producing a reflection-reducing coating based on schematically illustrated intermediate steps,
2 a graphical representation of the reflection R as a function of the wavelength λ for the angles of incidence 0 ° and 45 ° in an embodiment of the reflection-reducing coating produced by the method,
3 a graphical representation of the reflection R as a function of the wavelength λ for the incident angle 0 ° in another embodiment of the reflection-reducing coating produced by the method, and
4 a graphical representation of the reflection R as a function of the wavelength λ for the angles of incidence 0 °, 45 ° and 60 ° in another embodiment of the reflection-reducing coating produced by the method.

Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.Identical or equivalent components are each provided with the same reference numerals in the figures. The components shown and the size ratios of the components with each other are not to be considered as true to scale.

Wie in 1A dargestellt, wird bei einem ersten Zwischenschritt des Verfahrens eine fluorhaltige Polymerschicht 2 auf ein Substrat 1 aufgebracht. Das Substrat 1 kann ein ebenes oder gekrümmtes Substrat sein. Bei dem Substrat 1 kann es sich insbesondere um ein optisches Element handeln, dessen Oberfläche durch Aufbringen der reflexionsmindernden Beschichtung entspiegelt werden soll. Beispielsweise kann das Substrat 1 eine Linse wie zum Beispiel ein Brillenglas oder die Oberfläche eines Displays sein. Das Substrat 1 kann insbesondere ein Substrat aus Glas, Quarzglas oder Kunststoff sein. Das Substrat 1 kann beispielsweise einen Brechungsindex zwischen n_S = 1,46 und 1,60 aufweisen.As in 1A is shown, in a first intermediate step of the method, a fluorine-containing polymer layer 2 on a substrate 1 applied. The substrate 1 may be a plane or curved substrate. At the substrate 1 it may in particular be an optical element whose surface is to be anti-reflective by applying the reflection-reducing coating. For example, the substrate 1 a lens such as a spectacle lens or the surface of a display. The substrate 1 may in particular be a substrate made of glass, quartz glass or plastic. The substrate 1 For example, it may have a refractive index between n _S = 1.46 and 1.60.

Die fluorhaltige Polymerschicht 2 kann insbesondere Teflon oder ein teflonartiges Polymer sein. Beispielsweise weist die fluorhaltige Polymerschicht 2 PTFE mit einem Brechungsindex n₂ = 1,38 auf. Die fluorhaltige Polymerschicht 2 wird vorteilhaft mit einer Dicke zwischen 300 nm und 1000 nm aufgebracht. Dieser Dickenbereich ist vorteilhaft, um mit dem nachfolgenden Plasmaätzprozess einen ausreichend dicken nanostrukturierten Bereich zu erzeugen, wobei trotz eines daraus resultierenden Materialabtrags ein ausreichend dicker unstrukturierter Bereich unterhalb des strukturierten Bereichs verbleibt.The fluorine-containing polymer layer 2 may be in particular Teflon or a teflon-like polymer. For example, the fluorine-containing polymer layer 2 PTFE with a refractive index n ₂ = 1.38. The fluorine-containing polymer layer 2 is advantageously applied with a thickness between 300 nm and 1000 nm. This thickness range is advantageous in order to produce a sufficiently thick nanostructured area with the subsequent plasma etching process, with a sufficiently thick unstructured area remaining below the structured area despite a material removal resulting therefrom.

Die fluorhaltige Polymerschicht 2 wird vorzugsweise mit einem Vakuumbeschichtungsverfahren aufgebracht. Zum Beispiel kann zum Aufbringen der fluorhaltigen Polymerschicht 2 ein CVD-Verfahren oder Sputtern eingesetzt werden. Bevorzugt erfolgt die Herstellung der fluorhaltigen Polymerschicht 2 mittels eines Plasmapolymerisationsverfahrens. Alternativ ist es aber auch möglich, fluorhaltige Polymerschicht 2 mit einem nasschemischen Verfahren aufzubringen.The fluorine-containing polymer layer 2 is preferably applied by a vacuum coating method. For example, for applying the fluorine-containing polymer layer 2 a CVD method or sputtering can be used. Preferably, the preparation of the fluorine-containing polymer layer takes place 2 by a plasma polymerization process. Alternatively, it is also possible fluorine-containing polymer layer 2 apply by wet-chemical method.

Bei dem in 1B dargestellten optionalen Verfahrensschritt wird eine dünne Schicht 3 auf die fluorhaltige Polymerschicht 2 aufgebracht, die als Initialschicht für einen nachfolgenden Plasmaätzprozess dient. Die dünne Schicht 3 ist vorzugsweise eine Oxidschicht, eine Nitridschicht oder eine Fluoridschicht. Insbesondere ist eine dünne Schicht 3 aus Ta₂O₅, TiO₂, SiO₂, MgF₂ oder aus einem Siliziumnitrid geeignet.At the in 1B shown optional process step is a thin layer 3 on the fluorine-containing polymer layer 2 applied, which serves as an initial layer for a subsequent plasma etching. The thin layer 3 is preferably an oxide layer, a nitride layer or a fluoride layer. In particular, a thin layer 3 out Ta ₂ O ₅ , TiO ₂ , SiO ₂ , MgF ₂ or from a silicon nitride suitable.

Die dünne Schicht 3 weist bevorzugt eine Dicke von 2 nm oder weniger, besonders bevorzugt von 1,5 nm oder weniger auf. Bei der dünnen Schicht 3 handelt es sich vorzugsweise um eine inselförmige Schicht, das heißt um eine Schicht, deren Wachstum derart im Anfangsstadium unterbrochen wurde, dass die Schicht noch nicht zu einer kontinuierlichen Schicht zusammengewachsen ist. Die dünne Schicht 3 kann daher ungleichmäßig dick sein. Unter der Dicke der dünnen Schicht 3 wird deshalb eine über die dünne Schicht 3 gemittelte Dicke verstanden. Die mittlere Dicke der dünnen Schicht 3 kann beim Aufwachsen beispielsweise mit einem kalibrierten Schwingquarzmesssystem bestimmt werden, wobei die mittlere Schichtdicke aus der aufgebrachten Masse berechnet wird. Die mittlere Dicke der dünnen Schicht 3 entspricht der Dicke einer gleichmäßig dicken Schicht, die die gleiche Masse wie die tatsächlich aufgebrachte ungleichmäßig dicke Schicht aufweist. Das Aufbringen der dünnen Schicht 3 kann den nachfolgenden Plasmaätzprozess erleichtern, ist aber nicht zwingend notwendig.The thin layer 3 preferably has a thickness of 2 nm or less, more preferably 1.5 nm or less. At the thin layer 3 it is preferably an island-shaped layer, that is to say a layer whose growth has been interrupted in such an initial state that the layer has not yet grown together into a continuous layer. The thin layer 3 can therefore be unevenly thick. Under the thickness of the thin layer 3 therefore becomes one over the thin layer 3 average thickness understood. The average thickness of the thin layer 3 can be determined during growth, for example with a calibrated quartz crystal measuring system, wherein the average layer thickness is calculated from the applied mass. The average thickness of the thin layer 3 corresponds to the thickness of a uniformly thick layer having the same mass as the unevenly thick layer actually applied. The application of the thin layer 3 may facilitate the subsequent plasma etching process, but is not mandatory.

Nach dem optionalen Aufbringen der dünnen Schicht 3 wird, wie in 1C dargestellt, ein Plasmaätzprozess durchgeführt, um eine Nanostruktur in der fluorhaltigen Polymerschicht 2 zu erzeugen. Die Erzeugung der Nanostruktur erfolgt vorzugsweise durch Ionenbeschuss mittels einer Plasmaionenquelle 4. Insbesondere kann es sich bei dem Plasma 5 um ein Argonplasma handeln, dem Sauerstoff zugeführt wird. In dem Plasma 5 werden hochenergetische Ionen zum Substrat hin beschleunigt und erzeugen auf diese Weise die Nanostruktur. Eine geeignete Plasmaionenquelle 4 und zur Durchführung des Plasmaätzprozesses geeignete Betriebsparameter sind beispielsweise aus der Druckschrift DE 10241708 B4 bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Anstelle dieser im Stand der Technik beschriebenen Plasmaionenquelle, die typischerweise in Vakuumbedampfungsanlagen zur thermischen und/oder Elektronenstrahlverdampfung eingesetzt wird, kann der Plasmaätzprozess auch mit anderen Plasmaquellen durchgeführt werden. Zum Beispiel ist auch eine Hochfrequenz-Plasmaquelle geeignet, die als Ätzstation in einer Sputteranlage angeordnet sein kann.After the optional application of the thin layer 3 will, as in 1C shown a plasma etching process performed to a nanostructure in the fluorine-containing polymer layer 2 to create. The nanostructure is preferably generated by ion bombardment by means of a plasma ion source 4 , In particular, it may be in the plasma 5 to act an argon plasma, the oxygen is supplied. In the plasma 5 High-energy ions are accelerated toward the substrate, thus creating the nanostructure. A suitable plasma ion source 4 and for carrying out the plasma etching process suitable operating parameters are for example from the document DE 10241708 B4 are known and are therefore not explained in detail here. Instead of this plasma ion source described in the prior art, which is typically used in vacuum evaporation plants for thermal and / or electron beam evaporation, the plasma etching process can also be carried out with other plasma sources. For example, a high-frequency plasma source that can be arranged as an etching station in a sputtering system is also suitable.

Mittels des Plasmaätzprozesses wird, wie in 1D dargestellt, eine Nanostruktur 6 an der Oberfläche der fluorhaltigen Polymerschicht 2 ausgebildet. Die Nanostruktur 6 erstreckt sich vorteilhaft nicht vollständig durch die fluorhaltige Polymerschicht 2. Vielmehr werden die Parameter des Plasmaätzprozesses, insbesondere die Ätzdauer, so gewählt, dass ein Bereich 2b an der Oberfläche der fluorhaltigen Polymerschicht 2 strukturiert wird und darunter ein unstrukturierter Bereich 2a verbleibt. Vorzugsweise ist der unstrukturierte Bereich 2a zwischen 50 nm und 150 nm dick. Der strukturierte Bereich 2b ist vorzugsweise etwa 100 nm bis 200 nm dick. Weil bei dem Plasmaätzprozess ein Teil der fluorhaltigen Polymerschicht 2 abgetragen wird, ist die Gesamtdicke des strukturierten Bereichs 2a und des unstrukturierten Bereichs 2b nach der Durchführung des Plasmaätzprozesses typischerweise kleiner als die Dicke der fluorhaltigen Polymerschicht 2 nach dem Aufbringen. Um nach der Durchführung des Plasmaätzprozesses vorteilhafte Dicken für die Bereiche 2a, 2b zu erzielen, wird die fluorhaltige Polymerschicht 2 vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 300 nm und 1000 nm aufgebracht. Die Gesamtdicke der fluorhaltigen Polymerschicht 2 nach dem Plasmaätzprozess, d.h. die Summe aus den Dicken des strukturierten Bereichs 2a und des unstrukturierten Bereichs 2b, beträgt vorzugsweise mindestens 200 nm.By means of the plasma etching process, as in 1D represented, a nanostructure 6 on the surface of the fluorine-containing polymer layer 2 educated. The nanostructure 6 advantageously does not extend completely through the fluorine-containing polymer layer 2 , Rather, the parameters of the plasma etching process, in particular the etch time, are chosen such that an area 2 B on the surface of the fluorine-containing polymer layer 2 is structured and including an unstructured area 2a remains. Preferably, the unstructured area 2a between 50 nm and 150 nm thick. The structured area 2 B is preferably about 100 nm to 200 nm thick. Because in the plasma etching process, a part of the fluorine-containing polymer layer 2 is plotted, is the total thickness of the structured area 2a and the unstructured area 2 B typically less than the thickness of the fluorine-containing polymer layer after performing the plasma etching process 2 after application. To after the implementation of the plasma etching process advantageous thicknesses for the areas 2a . 2 B to achieve the fluorine-containing polymer layer 2 preferably applied with a thickness between 300 nm and 1000 nm. The total thickness of the fluorine-containing polymer layer 2 after the plasma etching process, ie the sum of the thicknesses of the structured region 2a and the unstructured area 2 B , is preferably at least 200 nm.

Mit dem beschriebenen Verfahren kann vorteilhaft auf vergleichsweise einfache Weise, insbesondere in einem vollständig vakuumtechnischen Verfahren mit nur einem einzigen Beschichtungsprozess, ein mehrstufiges Brechzahlprofil erzeugt werden. Beispielsweise beträgt die Brechzahl n_S des Substrats 1 zwischen 1,46 und 1,60, die Brechzahl n_2a des unstrukturierten Bereichs 2b zwischen 1,37 und 1,43 und die effektive Brechzahl n_2b des strukturierten Bereichs 2b zwischen 1,08 und 1,30. Die Herstellung des strukturierten Bereichs 2b mittels des Plasmaätzprozesses hat den Vorteil, dass in dem strukturierten Bereich 2b keine schräg zur Schichtebene verlaufende Vorzugsrichtung entsteht, wie dies beispielsweise bei der Herstellung von porösen Schichten durch schräges Aufdampfen der Fall sein kann. Eine solche Vorzugsrichtung würde die Polarisationsabhängigkeit der Reflexion verstärken. Die mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellte reflexionsmindernde Beschichtung zeichnet sich deshalb gegenüber schräg aufgedampften Schichten insbesondere durch eine verminderte Polarisationsabhängigkeit aus.With the described method, a multi-stage refractive index profile can advantageously be produced in a comparatively simple manner, in particular in a completely vacuum-technical method with only a single coating process. For example, the refractive index is n _{S of} the substrate 1 between 1.46 and 1.60, the refractive index n _{2a of} the unstructured area 2 B between 1.37 and 1.43 and the effective refractive index n _{2b of} the structured region 2 B between 1.08 and 1.30. The production of the structured area 2 B By means of the plasma etching process has the advantage that in the structured area 2 B no preferential direction extending obliquely to the layer plane arises, as may be the case, for example, in the production of porous layers by oblique vapor deposition. Such a preferred direction would enhance the polarization dependence of the reflection. The reflection-reducing coating produced by the method described here is therefore distinguished from obliquely vapor-deposited layers in particular by a reduced polarization dependence.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird, wie in 1E dargestellt, nach der Erzeugung der Nanostruktur 6 eine transparente Schutzschicht 7 auf die Nanostruktur 6 aufgebracht. Durch die transparente Schutzschicht 7 wird die Nanostruktur 6 vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor einer mechanischen Beschädigung geschützt. Insbesondere wird dadurch die Gefahr vermindert, dass die Nanostruktur 6 bei einer Reinigung eines optischen Elements mit der reflexionsmindernden Beschichtung beschädigt wird.In a preferred embodiment, as in 1E shown after the generation of the nanostructure 6 a transparent protective layer 7 on the nanostructure 6 applied. Through the transparent protective layer 7 becomes the nanostructure 6 Protected against external influences, in particular against mechanical damage. In particular, this reduces the risk that the nanostructure 6 is damaged in a cleaning of an optical element with the reflection-reducing coating.

Durch die transparente Schutzschicht 7 wird die reflexionsmindernde Wirkung der reflexionsmindernden Beschichtung nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt, wenn die Schichtdicke 50 nm, besonders bevorzugt 30 nm, nicht übersteigt. Bevorzugt weist die transparente Schutzschicht 8 daher eine Dicke zwischen einschließlich 10 nm und einschließlich 30 nm auf.Through the transparent protective layer 7 the reflection-reducing effect of the reflection-reducing coating is not or only insignificantly impaired if the layer thickness is 50 nm, particularly preferably 30 nm. The transparent protective layer 8 therefore preferably has a thickness of between 10 nm and 30 nm inclusive.

Um die reflexionsmindernde Wirkung der Nanostruktur 6 nicht wesentlich zu beeinträchtigen, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die transparente Schutzschicht 7 eine geringe Brechzahl aufweist. Bevorzugt ist die transparente Schutzschicht 6 eine SiO2-Schicht oder Al2O3-Schicht.To the reflection-reducing effect of the nanostructure 6 not significantly affect, it is also advantageous if the transparent protective layer 7 has a low refractive index. The transparent protective layer is preferred 6 an SiO 2 layer or Al 2 O 3 layer.

In 2 ist die berechnete Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ bei einem Ausführungsbeispiel der reflexionsmindernden Beschichtung für die Einfallswinkel 0° (Lichteinfall senkrecht zur Schichtebene) und 45° dargestellt. Bei dem der Berechnung zugrunde liegenden Ausführungsbeispiel ist das Substrat ein Glassubstrat (Typ B270) mit einer Brechzahl n_S = 1,53. Auf dem Glassubstrat befindet sich eine mit dem zuvor beschrieben Verfahren hergestellte nanostrukturierte fluorhaltige Polymerschicht, bei der der unstrukturierte Bereich eine Dicke von 110 nm mit einer Brechzahl n_2a = 1,38 und der strukturierte Bereich 2b eine Dicke von 120 nm mit einer effektiven Brechzahl n_2b = 1,20 aufweist.In 2 is the calculated reflection R as a function of the wavelength λ in one embodiment of the reflection-reducing coating for the incident angle 0 ° (incidence of light perpendicular to the layer plane) and 45 °. In the embodiment on which the calculation is based, the substrate is a glass substrate (type B270) with a refractive index n _S = 1.53. On the glass substrate is a nanostructured fluorine-containing polymer layer prepared by the method described above, in which the unstructured area has a thickness of 110 nm with a refractive index n _2a = 1.38 and the patterned area 2 B has a thickness of 120 nm with an effective refractive index n _2b = 1.20.

Die Herstellung der reflexionsmindernden Beschichtung erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß den Schritten in den Figuren 1A bis 1E, wobei eine teflonartige fluorhaltige Polymerschicht 2 durch Plasmapolymerisation hergestellt wird. Geeignete Prozessparameter und damit herstellbare fluorhaltige Polymere sind aus den in der Einleitung zitierten Druckschriften EP 2143818 A1 , US 5888591 A und US 5773098 A bekannt, deren Inhalt diesbezüglich durch Rückbezug aufgenommen wird.The preparation of the reflection-reducing coating is carried out in this embodiment according to the steps in Figures 1A to 1E, wherein a teflon-like fluorine-containing polymer layer 2 produced by plasma polymerization. Suitable process parameters and thus obtainable fluorine-containing polymers are from the references cited in the introduction EP 2143818 A1 . US 5888591 A and US 5773098 A known, the content of which is included in this regard by reference.

Nach einer Prozesszeit von 3 Minuten wird beispielsweise eine Schichtdicke von 400 nm erreicht. Danach wird bei einem Druck von vorzugsweise weniger als 2 * 10^-5 mbar eine nur etwa 1 nm dünne Schicht 3 aus Ta₂O₅ aufgedampft. Anschließend wird die Nanostruktur 6 in einem Ätzvorgang mittels einer Plasmaionenquelle erzeugt. Zur Erzeugung des Plasmas werden Argon mit einer Flussrate von beispielsweise 13 sccm und Sauerstoff mit einer Flussrate von beispielsweise 30 sccm in die Plasmaionenquelle eingelassen. Die Plasmaionenquelle wird mit einer BIAS-Spannung, die ein Maß für die Energie der auf die Oberfläche treffenden Ionen ist, von 120 V bei einem Entladestrom von 50 A betrieben. Ein strukturierter Bereich 2a mit einer Dicke von etwa 120 nm und einer effektiven Brechzahl von etwa 1,20 wird nach einer Ätzzeit von 250 Sekunden erreicht. Abschließend kann die Nanostruktur 6 mit einer etwa 20 nm dicken Schutzschicht 7 aus SiO2 mittels Elektronenstrahlverdampfung überschichtet werden.After a process time of 3 minutes, for example, a layer thickness of 400 nm is achieved. Thereafter, at a pressure of preferably less than 2 * 10 ^-5 mbar is only about 1 nm thin layer 3 evaporated from Ta ₂ O ₅ . Subsequently, the nanostructure becomes 6 generated in an etching process by means of a plasma ion source. To generate the plasma, argon at a flow rate of, for example, 13 sccm and oxygen at a flow rate of, for example, 30 sccm are introduced into the plasma ion source. The plasma ion source is operated with a bias voltage, which is a measure of the energy of the ions hitting the surface, of 120V at a discharge current of 50A. A structured region 2a with a thickness of about 120 nm and an effective refractive index of about 1.20 is achieved after an etching time of 250 seconds. Finally, the nanostructure can 6 with an approximately 20 nm thick protective layer 7 be coated from SiO 2 by electron beam evaporation.

2 verdeutlicht, dass mit der auf diese Weise hergestellten reflexionsmindernden Beschichtung im Wellenlängenbereich von etwa 400 nm bis etwa 800 nm sowohl bei 0° Einfallswinkel als auch bei 45° Einfallswinkel eine besonderes geringe Restreflexion erzielt wird. Die mittlere Reflexion R beträgt im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm gemittelt für die Einfallswinkel 0° und 45° nur 0,36%. 2 illustrates that with the reflection-reducing coating produced in this way in the wavelength range of about 400 nm to about 800 nm both at 0 ° incidence and at 45 ° angle of incidence, a particularly low residual reflection is achieved. The mean reflection R is averaged in the wavelength range from 400 nm to 800 nm for the angles of incidence 0 ° and 45 ° only 0.36%.

3 zeigt die berechnete Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der reflexionsmindernden Beschichtung für den Einfallswinkel 0°. Das Schichtsystem entspricht hinsichtlich des Aufbaus und dem Herstellungsverfahren der 2, wobei aber der unstrukturierte Bereich 2a und der strukturierte Bereich 2b andere Dicken als bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel aufweisen. Bei dem Beispiel der 3 weist der unstrukturierte Bereich 2a eine Dicke von 100 nm mit einer Brechzahl n_2a = 1,38 auf. Der strukturierte Bereich 2b weist eine Dicke von 220 nm auf und ist somit wesentlich dicker als bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel. 3 shows the calculated reflection R as a function of the wavelength λ in another embodiment of the reflection-reducing coating for the angle of incidence 0 °. The layer system corresponds with respect to the structure and the manufacturing process of 2 , but the unstructured area 2a and the structured area 2 B have different thicknesses than in the previous embodiment. In the example of 3 indicates the unstructured area 2a a thickness of 100 nm with a refractive index n _2a = 1.38. The structured area 2 B has a thickness of 220 nm and is thus substantially thicker than in the previous embodiment.

Da die Dichte des Materials der fluorhaltigen Polymerschicht in dem nanostrukturierten Bereich in Richtung der Oberfläche hin abnimmt, ist bei einem vergleichsweise dicken nanostrukturierten Bereich die Beschreibung der optischen Eigenschaften mit mindestens zwei verschieden effektiven Brechzahlen zweckmäßig. Im hier vorliegenden Fall kann der insgesamt 220 nm dicke nanostrukturierte Bereich 2b näherungsweise als aus zwei Teilbereichen zusammengesetzt betrachtet werden, wobei der untere erste Teilbereich etwa 100 nm dick ist und eine effektive Brechzahl n_2b,1 = 1,25 aufweist, und wobei der obere zweite Teilbereich etwa 120 nm dick ist und eine effektive Brechzahl n_2b,2 = 1,10 aufweist. 3 verdeutlicht, dass mit der auf diese Weise hergestellten reflexionsmindernden Beschichtung im Wellenlängenbereich von etwa 400 nm bis etwa 1400 bei 0° Einfallswinkel eine besonders geringe Restreflexion erzielt wird. Die mittlere Reflexion R beträgt im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1400 nm beim Einfallswinkel 0° nur 0,16%.Since the density of the material of the fluorine-containing polymer layer in the nanostructured area decreases in the direction of the surface, the description of the optical properties with at least two differently effective refractive indices is expedient for a comparatively thick nanostructured area. In the present case, the total of 220 nm thick nanostructured area 2 B approximately the lower first portion is about 100 nm thick and has an effective refractive index n _{2b, 1} = 1.25, and wherein the upper second portion is about 120 nm thick and an effective refractive index n _{2b , 2} = 1.10. 3 illustrates that with the reflection-reducing coating produced in this way in the wavelength range of about 400 nm to about 1400 at 0 ° angle of incidence, a particularly low residual reflection is achieved. The average reflection R is only 0.16% in the wavelength range from 400 nm to 1400 nm at the angle of incidence 0 °.

4 zeigt die berechnete Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der reflexionsmindernden Beschichtung für die Einfallswinkel 0°, 45° und 60°. Das Schichtsystem entspricht hinsichtlich des Aufbaus und dem Herstellungsverfahren dem der 2 und 3, wobei aber der unstrukturierte Bereich 2a und der strukturierte Bereich 2b wiederum andere Dicken als bei den vorherigen Ausführungsbeispielen aufweisen. Bei dem Beispiel der 5 weist der unstrukturierte Bereich 2a eine Dicke von 85 nm mit einer Brechzahl n_2a = 1,38 auf. Der strukturierte Bereich 2b weist eine Dicke von 221 nm auf und ist somit ähnlich dick wie bei dem Beispiel der 4. Entsprechend kann der insgesamt 221 nm dicke nanostrukturierte Bereich 2b näherungsweise als aus zwei Teilbereichen zusammengesetzt betrachtet werden, wobei der untere erste Teilbereich etwa 104 nm dick ist und eine effektive Brechzahl n_2b,1 = 1,25 aufweist, und wobei der obere zweite Teilbereich etwa 117 nm dick ist und eine effektive Brechzahl n_2b,2 = 1,10 aufweist. 4 shows the calculated reflection R as a function of the wavelength λ in yet another embodiment of the reflection-reducing coating for the angles of incidence 0 °, 45 ° and 60 °. The layer system corresponds with respect to the structure and the manufacturing process of the 2 and 3 , but the unstructured area 2a and the structured area 2 B again have different thicknesses than in the previous embodiments. In the example of 5 indicates the unstructured area 2a a thickness of 85 nm with a refractive index n _2a = 1.38. The structured area 2 B has a thickness of 221 nm and is thus similar in thickness as in the example of 4 , Accordingly, the total of 221 nm thick nanostructured area 2 B approximately the lower first portion is about 104 nm thick and has an effective refractive index n _{2b, 1} = 1.25, and wherein the upper second portion is about 117 nm thick and an effective refractive index n _{2b , 2} = 1.10.

4 verdeutlicht, dass mit der auf diese Weise hergestellten reflexionsmindernden Beschichtung im Wellenlängenbereich von etwa 400 nm bis etwa 800 bei 0° Einfallswinkel eine besonders geringe Restreflexion erzielt wird. Die mittlere Reflexion R beträgt im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm gemittelt über die Einfallswinkel 0°, 45° und 60° nur 0,45% wobei sie bei 60° 1,4% nicht überschreitet. 4 illustrates that with the reflection-reducing coating produced in this way in the wavelength range of about 400 nm to about 800 at 0 ° angle of incidence, a particularly low residual reflection is achieved. The mean reflection R is in the wavelength range of 400 nm to 800 nm averaged over the angles of incidence 0 °, 45 ° and 60 ° only 0.45%, wherein it does not exceed 1.4% at 60 °.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, which in particular includes any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Substratsubstratum
22: fluorhaltige Polymerschichtfluorine-containing polymer layer
2a2a: unstrukturierter Bereichunstructured area
2b2 B: strukturierter Bereichstructured area
33: dünne Schichtthin layer
44: PlasmaionenquellePlasma ion source
55: Plasmaplasma
66: Nanostrukturnanostructure
77: Schutzschichtprotective layer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10241708 B4 [0003, 0010, 0031]
EP 2143818 A1 [0004, 0038]
US 5888591 A [0004, 0038]
US 5773098 A [0004, 0038]

Claims

Method for producing a reflection-reducing coating on a substrate (1), comprising the method steps: - Applying a fluorine-containing polymer layer (2) on the substrate (1), wherein the fluorine-containing polymer layer (2) has a lower refractive index than the substrate (1) and a thickness between 300 nm and 1000 nm, - Producing a nanostructure (6) in the fluorine-containing polymer layer (2) with a plasma etching, wherein by means of the plasma etching a nanostructured region (2b) on the surface of the fluorine-containing polymer layer (2) is produced, which has a thickness of at least 100 nm, and wherein between the substrate (1) and the nanostructured region (2b) an unstructured region (2a) of the fluorine-containing polymer layer (2) remains which has a thickness of at least 50 nm.

Method according to Claim 1 wherein the substrate (1) has a refractive index n _S between 1.46 and 1.60.

Method according to one of the preceding claims, wherein the unstructured region (2a) has a refractive index n _2a between 1.37 and 1.42.

Method according to one of the preceding claims, wherein the nanostructured region (2b) has an effective refractive index n _2b between 1.08 and 1.30.

Method according to one of the preceding claims, wherein by means of the plasma etching a refractive index gradient in the nanostructured area (2b) is generated, so that the effective refractive index in the nanostructured area (2b) decreases with increasing distance from the substrate (1).

Method according to one of the preceding claims, wherein the unstructured region (2a) is between 50 nm and 150 nm thick.

Method according to one of the preceding claims, wherein the nanostructured area (2b) is between 100 nm and 200 nm thick.

Method according to one of the preceding claims, wherein the fluorine-containing polymer layer (2) directly adjacent to the substrate (1).

Method according to one of the preceding claims, wherein the fluorine-containing polymer layer (2) by a vacuum coating method on the substrate (1) is applied.

Method according to one of the preceding claims, wherein the fluorine-containing polymer layer (2) comprises Teflon or a Teflon-like polymer.