DE102018104186B4

DE102018104186B4 - Reflexionsmindernde Beschichtung und Verfahren zur Herstellung einer reflexionsmindernden Beschichtung

Info

Publication number: DE102018104186B4
Application number: DE102018104186.1A
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: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2019-11-28
Anticipated expiration: 2038-02-24
Also published as: DE102018104186A1

Abstract

Reflexionsmindernde Beschichtung, umfassend eine auf einem Substrat (1) angeordnete Schichtenfolge (3), die abwechselnde erste Schichten (A) mit einem Brechungsindex nund zweite Schichten (B) mit einem Brechungsindex naufweist, wobei die Schichtenfolge (3) einen Schichtstapel (2) aufweist, der mindestens drei Schichtpaare der ersten Schichten (A) und zweiten Schichten (B) enthält, wobei- die ersten Schichten (A) in dem Schichtstapel (2) jeweils die gleiche Dicke daufweisen,- die zweiten Schichten (B) eine in dem Schichtstapel (2) variierende Dicke daufweisen und- die ersten Schichten (A) in dem Schichtstapel (2) jeweils dicker als die zweiten Schichten (B) sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine reflexionsmindernde Beschichtung, die insbesondere zur Reflexionsminderung von optischen Bauteilen aus Kunststoff oder anderen temperaturempfindlichen und mechanisch empfindlichen weichen Materialien vorgesehen ist, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Reflexionsmindernde Beschichtungen für optische Elemente, die während ihres Einsatzes mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, müssen sich insbesondere durch eine hohe Abriebbeständigkeit auszeichnen. Insbesondere Folien aus zum Beispiel Polyethylenterephtalat (PET) oder Polyethylen (PE), die auf Displays oder Anzeigen zur Abdeckung dienen, müssen kratzfest entspiegelt werden. Extrem hohe Anforderungen werden auch an Kratzschutzschichten auf Brillengläsern gestellt. Zu diesem Zweck wird in der Regel eine mehrere Mikrometer dicke Hartschicht auf das Brillenglas aufgebracht. Ein Anwendungsbedarf für kratzfeste Schichten besteht aktuell insbesondere im Nahen Infrarotbereich, wo beispielsweise Fenster aus Kunststoff für LIDAR-Systeme für Fahrzeuge benötigt werden. Der Spektralbereich liegt hier bei meist zwischen 800 nm und 1000 nm bei zum Teil hohen Lichteinfallswinkelbereichen bis 45°. Andere leicht zerkratzende Oberflächen können auch bestimmte Gläser, Halbleitermaterialien (z.B. ZnSe) und anorganisch-organische Hybridmaterialien sein.
Präzisionsoptische Bauteile aus thermoplastischen Polymeren wie PMMA, Polycarbonat und Zeonex, an die Forderungen bezüglich der Abriebfestigkeit gestellt werden, die Kunststoffoberflächen mit einer typischen Antireflexbeschichtung nicht erfüllen, können nasschemisch oder durch Aufdampfen mit einer Hartschicht versehen und anschließend mit einer reflexionsmindernden Beschichtung versehen werden. Das nasschemische Aufbringen einer Hartschicht, zum Beispiel durch Lackieren, erfordert aber einen zusätzlichen Prozessschritt und ist deshalb teuer. Außerdem ist ein Lackierprozess für Präzisionsoptiken mit sehr unregelmäßig geformter oder stark gekrümmter Oberfläche sowie für sehr kleine Teile ungeeignet. Eine unterhalb der reflexionsmindernden Beschichtung angeordnete Hartschicht kann außerdem eine zusätzliche Variation der Reflexion des gesamten Schichtsystems verursachen, da die Brechzahl des Substratmaterials sich in der Regel von der Brechzahl der Hartschicht unterscheidet. Es kann weiterhin das Risiko bestehen, dass das Aufdampfen einer breitbandigen Antireflexbeschichtung für den sichtbaren Spektralbereich zu einer unzulässigen Erwärmung der Kunststoffoberfläche führt.
Eine reflexionsmindernde Beschichtung, die sich durch eine hohe Abriebfestigkeit auszeichnet, ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 100 34 158 C2 bekannt. Die darin beschriebene reflexionsmindernde Beschichtung weist abwechselnde erste Schichten und zweite Schichten mit verschiedenen Brechungsindizes auf. Innerhalb des reflexionsmindernden Schichtsystems variieren die Schichtdicken aller Schichten.
Die Druckschrift DE 103 54 091 A1 beschreibt ein optisches System zur Verringerung der Reflexion optischer transparenter Substrate, das Schichten mit kleinerer und höherer Brechzahl aufweist. Die Schichten bilden mindestens zwei Schichtstapel aus, die jeweils eine Schicht mit der höheren Brechzahl zwischen zwei Schichten mit der kleineren Brechzahl aufweisen, wobei sich eine äquivalente Brechzahl der Schichtstapel vom Substrat aus verkleinert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte reflexionsmindernde Beschichtung anzugeben, die sich insbesondere durch eine hohe mechanische Beständigkeit bei verminderten Herstellungsaufwand auszeichnet. Weiterhin soll ein geeignetes Verfahren zur Herstellung der reflexionsmindernden Beschichtung angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch eine reflexionsmindernde Beschichtung und durch ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die reflexionsmindernde Beschichtung eine auf einem Substrat angeordnete Schichtenfolge, die abwechselnde erste Schichten mit einem Brechungsindex n₁ und zweite Schichten mit einem Brechungsindex n₂ aufweist. Die Schichtenfolge ist mit anderen Worten ein alternierendes Wechselschichtsystem. Die Schichtenfolge kann insbesondere ausschließlich aus den ersten und zweiten Schichten bestehen, das heißt sie weist keine weiteren Schichten außer den ersten Schichten und den zweiten Schichten auf.
Die Schichtenfolge weist einen Schichtstapel auf, der mindestens drei Schichtpaare der ersten Schichten und zweiten Schichten enthält, wobei die ersten Schichten in dem Schichtstapel jeweils die gleiche Dicke d_A aufweisen und wobei die zweiten Schichten eine in dem Schichtstapel variierende Dicke d_B aufweisen. In dem Schichtstapel sind die ersten Schichten jeweils dicker als die zweiten Schichten, insbesondere wesentlich dicker als die zweiten Schichten. Der Schichtstapel, der Bestandteil der gesamten Schichtenfolge ist, zeichnet sich somit dadurch aus, dass er abwechselnde erste Schichten und zweite Schichten aufweist, wobei die ersten Schichten jeweils gleich dick sind und die zweiten Schichten unterschiedlich dick sind.
Dadurch, dass alle ersten Schichten in dem Schichtstapel jeweils die gleiche Dicke d_A aufweisen, wird vorteilhaft eine kontinuierliche gleichbleibende Prozessführung bei der Herstellung der ersten Schichten ermöglicht. Insbesondere können alle ersten Schichten in dem Schichtstapel mit den gleichen Beschichtungsparametern hergestellt werden. Beispielsweise kann bei einer Bandbeschichtung oder einem anderen Inline-Prozess das zu beschichtende Substrat mehrfach in eine Beschichtungskammer geführt und dort gehalten werden, ohne dass Parameter geändert werden müssen. In einer zweiten Beschichtungskammer kann das zweite Material, aus dem die zweiten Schichten gebildet sind, mit von Schicht zu Schicht variierender, aber kleinerer Dicke als bei den ersten Schichten, abgeschieden werden.
Es ist möglich, dass die ersten Schichten ein aus der Flüssigphase hergestellter Film sind. In diesem Fall können die ersten Schichten beispielsweise durch Drucken aufgebracht werden. Weiterhin ist es möglich, dass die ersten Schichten jeweils eine Folie sind, die mit dem Material der zweiten Schichten fortlaufend beschichtet werden und dann zur Herstellung der Schichtenfolge durch Pressen miteinander verbunden werden. In diesem Fall wird beispielsweise jedes Schichtpaar aus einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht durch eine mit dem Material der zweiten Schichten beschichtete Folie aus dem Material der ersten Schichten gebildet. Die Materialien der ersten Schichten und/oder der zweiten Schichten können so ausgewählt werden, dass die reflexionsmindernde Beschichtung flexibel ist und somit vorteilhaft gebogen werden kann, ohne dass sich Defekte ausbilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Substrat der reflexionsmindernden Beschichtung ein Kunststoffsubstrat. Das Substrat kann insbesondere ein thermoplastisches Polymer wie zum Beispiel PMMA, Polycarbonat oder Zeonex aufweisen. Das Substrat kann beispielsweise auch eine Folie sein, zum Beispiel eine Folie aus Polyethylenterephtalat (PET) oder Polyethylen (PE). Das Substrat kann ebenfalls ein sehr weicher flexibler Kunststoff wie Silikon, silokonartig wie Polydimethylsiloxan (PDMS), Polyurethan, Epoxid oder Acrylat sein. Das Substrat kann insbesondere ein optisches Element sein, beispielsweise ein Brillenglas oder eine Displayabdeckung. Die hierin beschriebene reflexionsmindernde Beschichtung ist insbesondere dazu geeignet, derartige optische Elemente kratzfest zu entspiegeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Schichtenfolge zwischen dem Substrat und dem Schichtstapel nicht mehr als zwei Schichtpaare der ersten und zweiten Schichten auf, in denen die Dicke der ersten Schichten ungleich der Dicke der ersten Schichten in dem Schichtstapel ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Schichtenfolge an einer dem Substrat abgewandten Seite nicht mehr als zwei Schichtpaare der ersten und zweiten Schicht umfasst, in denen die Dicke der ersten Schichten ungleich der Dicke der ersten Schichten in dem Schichtstapel ist. Anders ausgedrückt muss der Schichtstapel nicht notwendigerweise alle ersten Schichten und zweiten Schichten der Schichtenfolge umfassen, vielmehr können die ersten ein oder zwei Schichtpaare an der dem Substrat zugewandten Seite der Schichtenfolge und die letzten ein oder zwei Schichtpaare an der dem Substrat abgewandten Seite der Schichtenfolge nicht Bestandteil des Schichtstapels sein. In diesen Schichtpaaren muss die Regel, dass alle ersten Schichten gleich dick sind, nicht notwendigerweise erfüllt sein, vielmehr können die Schichtdicken der ersten Schichten in diesen ersten ein oder zwei Schichtpaaren oder letzten ein oder zwei Schichtpaaren der Schichtenfolge von dieser Regel abweichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt eine Gesamtdicke der Schichtenfolge mindestens 800 nm, beispielsweise zwischen einschließlich 800 nm und einschließlich 50 µm, bevorzugt zwischen einschließlich 800 nm und einschließlich 7 µm. Bei einer Gesamtdicke der Schichtenfolge in diesem Bereich wird durch die Schichtenfolge ein guter mechanischer Schutz für das Substrat, insbesondere eine hohe Kratzbeständigkeit, erzielt. Insbesondere kann die Schichtenfolge einen besseren mechanischen Schutz bei gleichzeitig hoher Flexibilität ausbilden, als herkömmliche Antireflexbeschichtungen, die zusätzlich zu einer Hartschicht aufgebracht werden. Bevorzugt weisen die ersten Schichten ein Material mit geringem Elastizitätsmodul kleiner als 50 GPa, bevorzugt kleiner als 15 GPa auf. Die hierin beschriebene reflexionsmindernde Beschichtung ist deshalb insbesondere für vergleichsweise kratzempfindliche biegsame Kunststoffsubstrate geeignet.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung beträgt ein Anteil der ersten Schichten an der Gesamtdicke mindestens 75%. Weiter bevorzugt kann der Anteil der ersten Schichten mindestens 80%, mindestens 85%, mindestens 90% oder sogar mindestens 95% der Gesamtdicke der Schichtenfolge betragen. Wenn die Schichten aus dem ersten Material einen derart hohen Anteil an der Gesamtdicke der Schichtenfolge aufweisen, ist es insbesondere möglich, eine sehr geringe Restreflexion in einem vorgegebenen Spektralbereich zu erzielen, wobei außerhalb dieses vorgegebenen Spektralbereichs eine vergleichsweise hohe Reflexion erzielt wird. Die reflexionsmindernde Beschichtung hat in diesem Fall insbesondere eine Bandpass-Eigenschaft. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, im sichtbaren Spektralbereich eine sehr geringe Reflexion und somit hohe Transmission zu erzielen, während gleichzeitig UV-Licht und/oder Licht im nahen Infrarotbereich geblockt wird.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weisen die ersten Schichten einen Brechungsindex 1,37 ≤ n₁ ≤ 1,6 auf. Die zweiten Schichten weisen bevorzugt einen Brechungsindex 1,8 ≤ n₂ ≤ 2,6 auf. In diesem Fall sind die ersten Schichten aus einem niedrigbrechenden Material und die zweiten Schichten aus einem hochbrechenden Material gebildet. Insbesondere ist n₁ < n₂. Bei einer alternativen Ausgestaltung ist es aber auch möglich, dass die ersten Schichten einen Brechungsindex 1,8 ≤ n₁ ≤ 2,6 aufweisen und die zweiten Schichten einen Brechungsindex 1,37 ≤ n₂ ≤ 1,6 aufweisen. In dieser Ausführungsform sind die ersten Schichten aus einem hochbrechenden Material und die zweiten Schichten aus einem niedrigbrechenden Material gebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die ersten Schichten in dem Schichtstapel jeweils eine optische Dicke n₁ * d_A von mindestens 300 nm auf. Weiterhin weisen die zweiten Schichten in dem Schichtstapel vorteilhaft jeweils eine optische Dicke n₂ * d_B von weniger als 200 nm, bevorzugt von weniger als 100 nm und besonders bevorzugt von weniger als 50 nm auf. Bevorzugt sind sowohl die physikalische als auch die optische Dicke der ersten Schichten jeweils größer als die physikalische Dicke und die optische Dicke der zweiten Schichten.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weisen die ersten Schichten ein Plasmapolymer auf. Die ersten Schichten können beispielsweise ein durch organische Moleküle modifiziertes Siliziumoxid aufweisen, welches durch Plasmapolymerisation mit oder ohne zusätzliche Verdampfung von SiO₂ hergestellt werden kann. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Temperaturanstieg des Substrats bei der Herstellung der ersten Schichten vergleichsweise gering ist und dass sehr hohe Abscheideraten im Bereich bis 1 µm/min erreichbar sind. Die zweiten Schichten können beispielsweise durch Aufdampfen hergestellt werden, wobei der Temperaturanstieg am Substrat aufgrund der vergleichsweise geringen Dicke der zweiten Schichten ebenfalls nur gering ist.
In einer weiteren Ausgestaltung bestehen die ersten Schichten aus einem teflonartigen Material, welches durch Verdampfen eines geeigneten Precursors (z.B. Teflon AF 1600, Chemours. Co.) erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die ersten Schichten jeweils durch eine Folie gebildet. Ein Schichtpaar aus einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht kann in diesem Fall insbesondere dadurch hergestellt werden, dass die Folie, welche die erste Schicht ausbildet, mit dem Material der zweiten Schicht beschichtet wird. Die Schichtenfolge kann dann dadurch hergestellt werden, dass mehrere auf diese Weise hergestellte Schichtpaare durch Pressen miteinander verbunden werden. Die reflexionsmindernde Beschichtung zeichnet sich bei dieser Ausgestaltung insbesondere durch eine hohe Flexibilität aus.
Das Substrat kann bei verschiedenen Ausführungsformen einen Kunststoff, ein anorganisch-organisches Hybridmaterial oder ein Halbleitermaterial aufweisen. Es ist insbesondere möglich, dass das Substrat einen Kunststoff aufweist, der durch ein Druckverfahren hergestellt werden kann.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung der reflexionsmindernden Beschichtung wird eine Schichtenfolge aus abwechselnden ersten Schichten mit einem Brechungsindex n₁ und zweiten Schichten mit einem Brechungsindex n₂ auf ein Substrat aufgebracht, wobei die Schichtenfolge einen Schichtenstapel aufweist, der mindestens drei Schichtpaare der ersten Schichten und zweiten Schichten enthält, wobei die ersten Schichten in dem Schichtstapel jeweils die gleiche Dicke d_A aufweisen, die zweiten Schichten eine in dem Schichtstapel variierende Dicke d_B aufweisen und die ersten Schichten jeweils dicker als die zweiten Schichten sind.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens werden die ersten Schichten durch Drucken hergestellt. Insbesondere können die ersten Schichten in diesem Fall aus mit Hilfe von 3D-Druckverfahren aufgebracht werden.
Die Herstellung der ersten Schichten mit dem hier genannten Verfahren wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass die ersten Schichten in dem Schichtenstapel eine vergleichsweise große Dicke aufweisen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus der Beschreibung der reflexionsmindernden Schichtenfolge und umgekehrt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 9 näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische grafische Darstellung des Verlaufs des Brechungsindex n in Abhängigkeit von der Schichtdicke d bei einem ersten Ausführungsbeispiel der reflexionsmindernden Beschichtung,
2 eine schematische grafische Darstellung des Verlaufs des Brechungsindex n in Abhängigkeit von der Schichtdicke d bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der reflexionsmindernden Schichtenfolge,
3 eine tabellarische Darstellung der Schichtenfolgen eines dritten, vierten, fünften und sechsten Ausführungsbeispiels der reflexionsmindernden Beschichtung,
4 eine grafische Darstellung der Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ bei dem dritten Ausführungsbeispiel,
5 eine grafische Darstellung der Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ bei dem vierten Ausführungsbeispiel,
6 eine grafische Darstellung der Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge X bei dem fünften Ausführungsbeispiel, und
7 eine grafische Darstellung der Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ bei dem sechsten Ausführungsbeispiel,
8 eine tabellarische Darstellung der Schichtenfolge eines siebten Ausführungsbeispiels der reflexionsmindernden Beschichtung und
9 eine grafische Darstellung der Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge A bei dem siebten Ausführungsbeispiel.

Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die in den Figuren dargestellten Elemente sowie die Größenverhältnisse der Elemente untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
In 1 ist das Brechzahlprofil eines ersten Ausführungsbeispiels der reflexionsmindernden Beschichtung dargestellt. Die reflexionsmindernde Beschichtung wird durch eine Schichtenfolge 3 gebildet, die auf ein Substrat 1 aufgebracht ist. Die Schichtenfolge 3 besteht aus abwechselnden ersten Schichten A, die ein erstes Material mit einem Brechungsindex n₁ aufweisen, und zweiten Schichten B, die ein zweites Material mit einem Brechungsindex n₂ aufweisen.
An einer vom Substrat 1 abgewandten Seite grenzt die Schichtenfolge an ein Umgebungsmedium 10, beispielsweise Luft, an.
Die ersten Schichten A weisen bei dem Ausführungsbeispiel ein niedrigbrechendes Material mit einem Brechungsindex 1,37 ≤ n₁ ≤ 1,6 auf. Die zweiten Schichten B weisen ein hochbrechendes Material mit einem Brechungsindex 1,8 ≤ n₂ ≤ 2,6 auf. Die Schichtenfolge 3 enthält einen Schichtstapel 2, der einen Teil der Schichtenfolge 3 ausbildet, wobei in dem Schichtstapel 2 alle ersten Schichten A die gleiche Dicke aufweisen. Im Gegensatz zu den ersten Schichten A variiert die Dicke der zweiten Schichten B in dem Schichtstapel 2. Die optische Dicke n₁ * d_A der ersten Schichten beträgt vorzugsweise mindestens 300 nm. Weiterhin beträgt die optische Dicke n₂ x d_B vorzugsweise nicht mehr als 200 nm, besonders bevorzugt nicht mehr als 100 nm oder sogar nicht mehr als 50 nm.
Es ist möglich, aber nicht zwingend notwendig, dass die Schichtenfolge 3 außerhalb des Schichtstapels 2, in dem alle ersten Schichten A die gleiche Dicke aufweisen, noch weitere erste Schichten A enthält. In diesem Fall sind nicht mehr als ein oder zwei Schichtpaare zwischen dem Substrat 1 und dem Schichtstapel 2 und nicht mehr als ein oder zwei Schichtpaare zwischen dem Schichtstapel 2 und dem Umgebungsmedium 10 an der vom Substrat 1 abgewandten Seite angeordnet. Somit weisen in der Schichtenfolge 2 alle ersten Schichten A, bei denen es sich nicht um die ersten ein oder zwei Schichten oder die letzten ein oder zwei Schichten in der Schichtenfolge 2 handelt, die gleiche Dicke auf.
Wenn die Dicke der ersten Schichten A in den ersten ein oder zwei Schichtpaaren oder den letzten ein oder zwei Schichtpaaren der Schichtenfolge 3 von der Dicke der ersten Schichten A in dem Schichtstapel 2 abweicht, so ist die Dicke dieser ersten Schichten A vorzugsweise kleiner als die Dicke der ersten Schichten in dem Schichtstapel 2.
Die Dicke d_A der ersten Schichten A ist jeweils größer als die Dicke d_B der zweiten Schichten B. Insbesondere ist die Dicke der ersten Schichten A wesentlich größer als die Dicke der zweiten Schichten B. Der Anteil der Dicke der ersten Schichten A an der Gesamtdicke der Schichtenfolge 3 beträgt mindestens 75%, bevorzugt mindestens 80%, mindestens 85%, mindestens 90% oder sogar mindestens 95%. Die Gesamtdicke der Schichtenfolge 3 beträgt vorzugsweise zwischen 800 nm und 5000 nm. Auf diese Weise wird eine gute Kratzbeständigkeit der reflexionsmindernden Beschichtung erzielt.
Dadurch, dass die ersten Schichten A zumindest in dem Schichtstapel 2 jeweils die gleiche Dicke aufweisen, vereinfacht sich der Herstellungsaufwand der reflexionsmindernden Beschichtung. Insbesondere kann für alle ersten Schichten A in dem Schichtstapel 2 jeweils die gleiche Prozessführung angewandt werden. Die ersten Schichten A können beispielsweise durch Drucken aus der Flüssigphase, durch Plasmapolymerisation oder durch Aufdampfen hergestellt werden. Es ist auch möglich, dass die ersten Schichten A jeweils eine Folie sind, wobei ein Schichtpaar aus einer ersten Schicht A und einer zweiten Schicht B durch Beschichten der Folie aus dem Material der ersten Schicht mit dem Material der zweiten Schicht hergestellt wird. Die Schichtenfolge 3 kann dann durch Aufeinanderpressen einer Vielzahl von solchen Schichtpaaren hergestellt werden.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der reflexionsmindernden Beschichtung dargestellt, das eine auf ein Substrat 1 aufgebrachte Schichtenfolge 3 aus abwechselnden ersten Schichten A und zweiten Schichten B aufweist. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorherigen Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass die ersten Schichten A, welche in dem Schichtstapel 2 jeweils die gleiche Dicke aufweisen, als hochbrechende Schichten ausgeführt sind, während die zweiten Schichten B niedrigbrechende Schichten sind. Insbesondere weisen in diesem Beispiel die ersten Schichten A einen Brechungsindex 1,8 ≤ n₁ ≤ 2,6 und die zweiten Schichten B einen Brechungsindex 1,37 ≤ n₂ ≤ 1,6 auf. Wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel weisen nur die erste dem Substrat 1 nachfolgende erste Schicht A und die letzte erste Schicht A in der Schichtenfolge 3 eine Dicke auf, die von der Dicke der ersten Schichten A in dem Schichtstapel 2 abweicht.
In 3 sind die Daten der Schichtenfolgen eines dritten Ausführungsbeispiels (Ex. 3), eines vierten Ausführungsbeispiels (Ex. 4), eines fünften Ausführungsbeispiels (Ex. 5) und eines sechsten Ausführungsbeispiels (Ex. 6) der reflexionsmindernden Schichtenfolge tabellarisch dargestellt. Für jede Schicht mit der vom Substrat aufsteigenden Nummer (N.) aus dem Material (Mat.) A oder B sind die Dicke d und die optische Dicke n * d angegeben. Weiterhin enthält die Tabelle die Gesamtdicke ∑d aller ersten und zweiten Schichten sowie die Gesamtdicke ∑d_A der ersten Schichten der Ausführungsbeispiele.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel weist die Schichtenfolge insgesamt 21 abwechselnde erste Schichten A und zweite Schichten B auf, die auf einem Substrat aus Zeonex (n_s = 1,53) angeordnet sind. Das erste Material A ist bei dem dritten Ausführungsbeispiel SiO_xC_y, das zum Beispiel durch Plasmapolymerisation aus HMDSO hergestellt werden kann. Die ersten Schichten A weisen in diesem Fall eine Brechzahl n₁ = 1,5 auf. Bei den zweiten Schichten B handelt es sich um Schichten aus TiO₂, die eine Brechzahl n₂ = 2,3 aufweisen. Die physikalische Gesamtdicke des Schichtsystems beträgt 2502 nm, wobei der Anteil der ersten Schichten 2427 nm beträgt. Innerhalb eines Schichtstapels, der alle ersten Schichten A von der zweiten Schicht bis zur vorletzten neunzehnten Schicht umfasst, weisen alle ersten Schichten A die gleiche Dicke d_A = 233 nm auf.
Die Reflexion in Abhängigkeit von der Wellenlänge X des dritten Ausführungsbeispiels ist in 4 dargestellt. Die reflexionsmindernde Beschichtung ist für den sichtbaren Spektralbereich vorgesehen, wobei die Restreflexion im Spektralbereich von 420 nm bis 680 nm im Mittel kleiner als 0,4% ist.
Ein viertes Ausführungsbeispiel der reflexionsmindernden Beschichtung, für die die Schichtdicken in 3 aufgelistet sind, weist insgesamt 27 abwechselnde erste Schichten A und zweite Schichten B auf. Die Materialien der ersten Schichten A und der zweiten Schichten B entsprechen dem dritten Ausführungsbeispiel. Das Substrat bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist Polycarbonat mit einem Brechungsindex n_s = 1,58. Die physikalische Gesamtdicke des Schichtsystems beträgt 3391 nm, wobei der Anteil der ersten Schichten A insgesamt 3242 nm beträgt.
Die Reflexion in Abhängigkeit von der Wellenlänge des vierten Ausführungsbeispiels ist in 5 dargestellt. Das vierte Ausführungsbeispiel ist als reflexionsmindernde Beschichtung für den sichtbaren Spektralbereich vorgesehen, wobei gleichzeitig eine hohe Reflexion im UV-Spektralbereich erreicht wird. Im Spektralbereich von 420 nm bis 680 nm beträgt die Restreflexion im Mittel weniger als 0,5%. Gleichzeitig wird im Spektralbereich von 380 nm bis 420 nm im Mittel eine Reflexion von mehr als 85% erzielt.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel der reflexionsmindernden Beschichtung, deren Schichtdicken ebenfalls in 3 aufgelistet sind, weist insgesamt dreizehn abwechselnde erste Schichten A und zweite Schichten B auf. Die Materialien der ersten Schichten und zweiten Schichten entsprechen dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel. Als Substrat dient bei dem fünften Ausführungsbeispiel PET mit einem Brechungsindex n_s = 1,65. Die physikalische Gesamtdicke des Schichtsystems beträgt 2430 nm, wobei der Anteil der ersten Schichten A 2390 nm beträgt.
Die Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge X des fünften Ausführungsbeispiels ist in 6 dargestellt. Das fünfte Ausführungsbeispiel ist als reflexionsmindernde Beschichtung vorgesehen, mit der in einem begrenzten Spektralbereich von 450 nm bis 600 nm eine besonders geringe Restreflexion erzielt werden soll. Die mittlere Reflexion im Wellenlängenbereich von 450 nm bis 600 nm beträgt bei dem fünften Ausführungsbeispiel im Mittel nur weniger als 0,2%.
Ein sechstes Ausführungsbeispiel der reflexionsmindernden Beschichtung, deren Schichtdicken ebenfalls in 3 aufgelistet sind, weist neun abwechselnde erste Schichten A und zweite Schichten B auf. Im Unterschied zu den drei vorherigen Ausführungsbeispielen ist bei dem sechsten Ausführungsbeispiel das Material der ersten Schichten A ein hochbrechendes Material und das Material der zweiten Schichten B ein niedrigbrechendes Material. Die ersten Schichten A bestehen aus HfO₂ mit n₁ = 2,05 und die zweiten Schichten B bestehen aus SiO₂ mit n₂ = 1,48. Die Gesamtdicke des Schichtsystems beträgt 1098 nm, wobei der Anteil der ersten Schichten A 873 nm beträgt.
Die Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge X des sechsten Ausführungsbeispiels ist in 7 dargestellt. Die reflexionsmindernde Beschichtung ist für den Wellenlängenbereich von 580 nm bis 730 nm vorgesehen, wobei die Restreflexion R in diesem Bereich im Mittel weniger als 0,2% beträgt. Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel weist die Schichtenfolge vorteilhaft einen besonders hohen Anteil des harten hochbrechenden Materials der ersten Schichten A (HfO₂) auf. Die reflexionsmindernde Beschichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel zeichnet sich daher insbesondere durch eine besonders gute Kratzfestigkeit aus.
Ein siebtes Ausführungsbeispiel der reflexionsmindernden Beschichtung, deren Daten in 8 aufgelistet sind, weist achtzehn abwechselnde erste Schichten A und zweite Schichten B auf. Die ersten Schichten A bestehen aus SiO₂ mit n₂ = 1,48 und die zweiten Schichten B bestehen aus TiO₂ mit n₂ = 2,23. Die Gesamtdicke des Schichtsystems beträgt 6367 nm, wobei der Anteil der ersten Schichten A 6108 nm beträgt.
Die Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge X des siebten Ausführungsbeispiels ist in 9 dargestellt. Die reflexionsmindernde Beschichtung ist für den Wellenlängenbereich von 830 nm bis 930 nm und einen Lichteinfallswinkelbereich von 0° (senkrechter Lichteinfall) bis 45° vorgesehen, wobei die Restreflexion R in diesem Bereich gemittelt über die Einfallswinkel 0°, 30° und 45° weniger als 0,5% beträgt. Bei dem siebten Ausführungsbeispiel weist die Schichtenfolge besonders dicke niedrigbrechende Schichten A (SiO₂) auf. Die reflexionsmindernde Beschichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel zeichnet sich durch eine hohe Reflexion außerhalb des adressierten Spektralbereiches mit steilen Kanten und aufgrund der Dicke von mehr als 6 µm durch eine besonders gute Kratzfestigkeit aus.

Claims

Reflexionsmindernde Beschichtung, umfassend eine auf einem Substrat (1) angeordnete Schichtenfolge (3), die abwechselnde erste Schichten (A) mit einem Brechungsindex n₁ und zweite Schichten (B) mit einem Brechungsindex n₂ aufweist, wobei die Schichtenfolge (3) einen Schichtstapel (2) aufweist, der mindestens drei Schichtpaare der ersten Schichten (A) und zweiten Schichten (B) enthält, wobei - die ersten Schichten (A) in dem Schichtstapel (2) jeweils die gleiche Dicke d_A aufweisen, - die zweiten Schichten (B) eine in dem Schichtstapel (2) variierende Dicke d_B aufweisen und - die ersten Schichten (A) in dem Schichtstapel (2) jeweils dicker als die zweiten Schichten (B) sind.
Reflexionsmindernde Beschichtung nach Anspruch 1, wobei die Schichtenfolge (3) zwischen dem Substrat (1) und dem Schichtstapel (2) nicht mehr als zwei Schichtpaare der ersten Schichten (A) und zweiten Schichten (B) umfasst, in denen die Dicke der ersten Schichten (A) ungleich der Dicke der ersten Schichten (A) in dem Schichtstapel (2) ist.
Reflexionsmindernde Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtenfolge (3) an einer dem Substrat (1) abgewandten Seite nicht mehr als zwei Schichtpaare der ersten Schichten (A) und zweiten Schichten (B) umfasst, in denen die Dicke der ersten Schichten (A) ungleich der Dicke der ersten Schichten (A) in dem Schichtstapel (2) ist.
Reflexionsmindernde Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Gesamtdicke der Schichtenfolge (3) mindestens 800 nm beträgt.
Reflexionsmindernde Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Anteil der ersten Schichten (A) an der Gesamtdicke der Schichtenfolge (3) mindestens 75 % beträgt.
Reflexionsmindernde Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Schichten (A) einen Brechungsindex 1,37 ≤ n₁ ≤ 1,6 aufweisen und die zweiten Schichten (B) einen Brechungsindex 1,8 ≤ n₂ ≤ 2,6 aufweisen, oder wobei die ersten Schichten einen Brechungsindex 1,8 ≤ n₁ ≤ 2,6 aufweisen und die zweiten Schichten einen Brechungsindex 1,37 ≤ n₂ ≤ 1,6 aufweisen.
Reflexionsmindernde Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Schichten (A) in dem Schichtstapel jeweils eine optische Dicke n₁ * d_A von mindestens 300 nm aufweisen.
Reflexionsmindernde Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten Schichten in dem Schichtstapel jeweils eine optische Dicke n₂ * d_B von weniger als 200 nm aufweisen.
Reflexionsmindernde Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Schichten (A) ein Plasmapolymer aufweisen.
Reflexionsmindernde Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Schichten (A) durch eine Folie gebildet sind.
Reflexionsmindernde Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (1) einen Kunststoff, ein anorganisch-organisches Hybridmaterial oder ein Halbleitermaterial aufweist.
Reflexionsmindernde Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Schichten (A) einen Kunststoff aufweisen, der durch Drucken aufgebracht werden kann.
Verfahren zur Herstellung einer reflexionsmindernden Beschichtung, bei dem eine Schichtenfolge (3) aus abwechselnden ersten Schichten (A) mit einem Brechungsindex n₁ und zweiten Schichten (B) mit einem Brechungsindex n₂ auf ein Substrat (1) aufgebracht wird, wobei die Schichtenfolge (3) einen Schichtstapel (2) aufweist, der mindestens drei Schichtpaare der ersten Schichten (A) und zweiten Schichten (B) enthält, wobei - die ersten Schichten (A) in dem Schichtstapel (2) jeweils die gleiche Dicke d_A aufweisen, - die zweiten Schichten (B) eine in dem Schichtstapel (2) variierende Dicke d_B aufweisen und - die ersten Schichten (A) in dem Schichtstapel (2) jeweils dicker als die zweiten Schichten (B) sind.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die ersten Schichten (A) durch Drucken hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die ersten Schichten (A) jeweils eine Folie sind, die mit dem Material der zweiten Schichten (B) beschichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die ersten Schichten (A) durch Plasmapolymerisation hergestellt werden.