DE2350231C3

DE2350231C3 - Antireflexbelag

Info

Publication number: DE2350231C3
Application number: DE19732350231
Authority: DE
Inventors: Susumu Tokio Itch; Osamu Yokohama Kanagawa Kamiya
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1972-10-06
Filing date: 1973-10-05
Publication date: 1978-03-30
Also published as: FR2208855A1; JPS4959650A; DE2350231A1; JPS5724521B2; DE2350231B2; FR2208855B1

Description

welcher ein erfindungsgemäßer Antireflexbelag einem herkömmlichen dreischichtigen Antireflexbelag gegenübergestellt ist.

Bevorzugte Bereiche für die Brechungsindizes der einzelnen Schichten sind im Patentanspruch 3 wiedergegeben. Man erkennt hieraus, daß der erfindungsgemäße Antireflexbelag für transparente Substrate mit über weite Bcveiche variierenden Brechungsindizes verwendbar ist.

Die Zeichnung dient der weiteren Erläuterung der Erfindung. Darin zeigt

F i g. 1 ein Diagramm des Reflexionsgrades von einem erfindungsgemäßen Antireflexbelag im Vergleich zu einem bekannten Dreischichten-Antireflexbelag,

F i g. 2 die Ersetzung einer auf einem Substrat angebrachten inhomogenen Schicht durch eine pseudoinhomogene Schicht aus drei Unterschichten,

F i g. 3 ein Beispiel des erfindungsgemäßen AntireSexbeiages im Vergleich zu dein entsprechenden jo dreischichtigen Antireflexbelag, bei dem die erste und zweite Schicht eine inhomogene Verteilung des Brechungsindex aufweisen,

F i g. 4 eine Gegenüberstellung des Reflexionsvennögens von dem erfindungsgemäßen, in F i g. 3 dargestellten Antireflexbelag und der entsprechenden Grundkonstruktion mit zwei inhomogenen Schichten,

F i g. 5 und 6 Diagramme zur Erläuterung der Dickenänderung der sieben Unterschichten mit der Änderung des Substrat-Brechungsindex für die beiden im folgenden mit A und B bezeichneten Bauarten des erfindungsgemäßen Antireflexbelages.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, bei einem Antireflexbelag mit inhomogenen Schichten diese inhomogenen Schichten in Annäherung durch eine pseudo-inhomogene Schicht zu ersetzen, die aus drei Unterschichten besteht, wobei die Dicken der beiden Unterschichten, welche die mittlere Unterschicht umgeben, unterschielich sind.

F i g. 2 zeigt, wie eine inhomogene Grundschicht mit sich kontinuierlich änderndem Brechungsindex, der entsprechend den fest ausgezogenen Linien mit zunehmendem Abstand vom Substrat zur Luft allmählich abnimmt, durch eine pseudo-inhomogene Schicht aus drei Unterschichten ersetzt wird. Die dem Substrat benachbarte Unterschicht weist eine größere Dicke auf als die der Luft zugekehrte Unterschicht. Die Unterschichten sind jeweils strichliert dargestellt. Mit na ist der Brechungsindex des Substrats bezeichnet. W₀ bezeichnet den Brechungsindex von Luft, «/3 einen hohen Brechungsindex von einem Belagmaterial für eine Unterschicht und m einen niedrigen Brechungsindex von einem Belagmaterial für eine Unterschicht.

F i g. 3 zeigt ein Beispiel des erfindungsgemäßen Antireflexbelages, bei dem die Grundkonstruktion eine erste und zweite Schicht mit inhomogenem Brechungsindex aufweist. Diese beiden Schichten werden, wie in F i g. 2 erläutert, jeweils durch drei Unterschichten ersetzt.

Entsprechend der strichlierten Darstellung von F i g. 3 ist die erste Grundschicht des Dreischichten-Antireflexbelages durch drei zu der mittleren Schicht asymmetrische Unterschichten ersetzt, wobei die mittlere Unterschicht m^;t einem hohen Brechungsindex sandwichartig zwischen den beiden äußeren Unterschichten mit niedrigem Brechungsindex angeordnet ist. Die zweite Grundschicht wird von einer asymmetrischen Anordnung ans drei Unterschichten ersetzt, wobei die mittlere Unterschicht mit einem niedrigen Brechungsindex sandwichartig zwischen den beiden äußeren Unterschichten angeordnet ist, welche einen hohen Brechungsindex aufweisen. Bei dem Antireflexbelag der Grundkonstruktion weist die oberste und dritte Schicht einen niedrigen Brechungsindex auf sowie eine optische Dicke von einem Viertel der Konstruktionswellenlänge. Diese Schicht wird ohne Abwandlung als oberste Unterschicht verwendet.

In F i g. 4 ist der Reflexionsgrad des Antireflexbelages der Grundkonstruktion durch die fest ausgezogene Kurve dargestellt, während der Reflexionsgrad des erfindungsgemäßen Antireflexbelages von der strichlierten Kurve wiedergegeben wird. Auf der Ordinate ist der Reflexionsgrad in Prozent, auf der Abszisse die Wellenlänge in Millimikron aufgetragen. Bei diesem erfindungsgemäßen Antireflexbelag kann irgendein Material mit einem Brechungsindex in einem Bereich von 1,80 bis 2,60 für die * "dterschichten mit hohem Brechungsindex verwendet wert' ;n mit geringfügigen Dickenänderungen für die Unterschichten. Für die Unterschichten mit niedrigem Brechungsindex läßt sich irgendein Material mit einem Brechungsindex in einen; Bereich von 1,35 bis 1,80 verwenden, wobei diese Unterschichten geringfügige Dickenänderungen aufweisen können. Dies gilt nicht für die oberste Schicht (A/4). Als Material für die oberste Unterschicht läßt sich irgendein Material verwenden, das einen Brechungsindex aufweist, der zwischen 1,35 und 1,50 liegt. Zur Verminderung des Reflexionsgrades auf einen möglichst kleinen Wert ist eine größere Differenz in den Brechungsindizes der beiden verwendeten Materialien vorzunehmen.

Bei einer Verwendung von Materialien mit Brechungsind'zes, die in den oben festgelegten Bereichen liegen, zur Abscheidung auf einem Substrat, hängt die Dickenänderung von jeder Unterschicht vou dem Brechungsindex des für die Unterschicht verwendeten Materials ab. Für ein Substrat mit einem niedrigen Brechungsindex kann es jedoch ausreichen, wenn für die meisten Unterschichten die Änderung der Standarddicke in einem Bereich von ±0,15 χ Α/4 liegt.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Antireflexbelages ist in Abhängigkeit von den Standarddicken, mit denen die Unterschichten kombiniert werden, in zwei Bauarten möglich, die als M-Bauart« und ».B-Bauart« bezeichnet werden. Der Aufbau dieser Antireflexbeläge ist in den Patentansprüchen 1 und 2 beschrieben. Eine Gegenüberstellung liefert die folgende Tabelle I. Das Substrat weist hierbei einen. Brechungsindex von 1,52 auf. Die Dicken sind als optische Dicken angegeben, und zwar reduziert auf ein Viertel der Konstruktionswellenlänge λ als Einheit.

Tabelle I

Substrat

/«-Bauart ß-Bauart

Dicke Toleranz Dicke Toleranz

1. Unterschicht

2. Unterschicht

3. Unterschicht

4. Unterschicht

5. Unterschicht

6. Unterschicht

7. Unterschicht
Luft

0,04 ± 0,04
0,23 ± 0,15
0,37 ± 0,15
0,69 ± 0,15
0,22 ± 0,15
0,59 ± 0,15
1,00

0,04 ± 0,04
0,27 ± 0,15
0,35 ± 0,15
2,00 ± 0,15
0,08 ± 0,08
0,25 ± 0,15
1,00

Aus Tabelle I ist ersichtlich, daß die Dicke der ersten Unterschicht sehr dünn ist. Wenn sie ausreichend dünn ist, kann die erste Unterschicht auch weggelassen werden. In diesem Fall besteht der Antireflexbelag aus sechs Unterschichten, wobei die dem Substrat benachbarte Unterschicht aus einem Material mit hohem Brechungsindex gefertigt ist.

Die F i g. 5 und 6 erläutern die Abhängigkeit der Standarddicke von dem Brechungsindex des Substrates. Die TJffern bezeichnen die Unterschichten vom Substrat aus gezählt. Man sieht, daß im Falle der /!-Bauart mit der Zunahme des Brechungsindex η des Dicke der dritten und sechsten Unterschicht abnimm Im Falle der 5-Bauart nimmt dagegen die benötig Dicke der zweiten, fünften und sechsten Unterschic zu, während die benötigte Dicke der dritten Unte schicht abnimmt.

Im folgenden ist eine Tabelle von speziellen Wert' der Brechungsindizes und Dicken jeder Unterschiel für sechs unterschiedliche Kombinationen dargestel In der Tabelle bedeuten Ng den Brechungsindex d ίο Glassubstrates, Nh den Brechungsindex der hoc brechenden Unterschicht, Nl den Brechungsindex di niedrigbrechenden Unterschicht mit Ausnahme
obersten Unterschicht, W₀ den Brechungsindex

Substrats die benötigte Dicke der zweiten, vierten und fünften Unterschicht zunimmt und daß die benötigte 15	Ng	1 Λ7	2 Nh	3 Nl	obersten von Luft	Unterschicht	3 Blatt Zeichnungen	sowie	N₀ dnn	Brechungsinde;
Tabelle If	1,52	1,38 0 5	2,20 32 34	1,38 50 38
	1,52	1,45 0 2	2,20 31 33	1,45 55 45	4 Nh	5 Nl	6 Nh	7 *Nl.*
Brechungsindex Dicke a\ Dicke B₁	1,70	1,38 0	2,20 35 39	1,38 37 27	2,20 98 240	1,38 32 9	2,20 82 29	1,38 140 120	1,00
Brechungsindex Dicke A₁ Dicke 5,			Hierzu	2,20 99 237	1,45 32 8	2,20 83 32	1,38 139 123	1,00
Brechungsindex Dicke A₃ Dicke B₁				2,20 100 243	1,38 34 13	2,20 74 38	1,38 113 122	1,00

Claims

Patentansprüche:

1. Antireflexbelag mit drei Grundschichten auf einem durchsichtigen Substrat, von denen zwei jeweils eine inhomogene Schicht bilden, deren Brechungsindex sich in Dickenrichtung ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Grundschichten aus insgesamt sieben homogenen Unterschichten bestehen, von denen die erste, zweite und dritte Unterschicht vom Substrat aus gerechnet die erste inhomogene Grundschicht, die vierte, fünfte und sechste Unterschicht die zweite inhomogene Grundschicht und die siebte Unterschicht die dritte Grundschicht bilden, wobei die ungeradzahligen Unterschichten vom Substrat aus gerechnet aus einem Material mit niedrigem Brechungsindex und die geradzahligen Unterschichten vom Substrat aus gerechnet aus einem Material mit hohem Brechungsindex bestehen und die optischeB Dicken der Unterschichten den folgenden Werten entsprechen:

1. Unterschicht = (0,04 ± 0,04) A/4

2. Unterschicht = (0,27 ± 0,15) λ/4

3. Unterschicht = (0,37 ± 0,15) λ/4

4. Unterschicht = (2,00 ± 0,15) λ/4

5. Unterschicht = (0,08 ±0,15) λ/4

6. Unterschicht = (0,25 ± 0,15) λ/4

7. Unterschicht = λ/4,

wobei A die Konstruktionswellenlänge beträgt.

2. Antireflexbelag mit drei Grundschichten auf einem durchsichtigen Substrat, von denen zwei eine inhomogene Schicöt bilden, deren Brechungsindex sich in Dickenricklung ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die drei G und schichten aus sieben homogenen Unterschichten bestehen, von denen die erste, zweite und dritte Unterschicht vom Substrat aus gerechnet die erste inhomogene Grundschicht, die vierte, fünfte und sechste Unterschicht die zweite inhomogene Grundschicht und die siebte Unterschicht die dritte Grundschicht bilden und daß die optische Dicke der vierten Unterschicht sich von der optischen Dicke der sechsten Unterschicht unterscheidet, wobei die ungeradzahligen Unterschichten vom Substrat aus gerechnet aus ein^m Material mit niedrigem Brechungsindex und die geradzahligen Unterschichten vom Substrat aus gerechnet aus einem Material mit hohem Brechungsindex bestehen und die optischen Dicken der Unterschichten den folgenden Werten entsprechen:

1. Unterschicht = (0,04 ± 0,04) A/4

2. Unterschicht = (0,23 ± 0,15) A/4

3. Unterschicht = (0,37 ± 0,15) A/4

4. Unterschicht = (0,69 ± 0,15) A/4

5. Unterschicht = (0,22 ± 0,15) A/4

6. Unterschicht = (0,59 ± 0,15) A/4

7. Unterschicht = A/4,

wobei A die Konstruktionswellenlänge ist.

3. Antireflexbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Materials, welches die erste, dritte und fünfte Unterschicht bildet, innerhalb eines Bereichs von 1,35 bis 1,80, daß der Brechungsindex des Materials, welches die zweite, vierte und sechste Unterschicht bildet, innerhalb eines Bereichs zwischen 1,80 und 2,60 und daß der Brechungsindex des Materials, welches die siebte Unterschicht bildet, innerhalb eines Bereichs von 1,35 bis 1,50 liegen.

Die Erfindung betrifft einen Antireflexbelag mit drei Grundschichten auf einem durchsichtigen Substrat, von denen zwei jeweils eine inhomogene Schicht bilden, deren Brechungsindex sich in Dickenrichtung ändert.

Aus »Applied Optics«, 1966, Bd. 5, Nr. 1, S. 29 bis 33, ist es bekannt, zur Vermeidung unei"wünschter Reflexionen an Oberflächen von Linsen, Prismen oder anderen durchsichtigen Substraten AntireSexbeläge zu

to verwenden, deren Brechungsindex sich inhomogen ändert. In der DE-OS 22 40 302 ist die Herstellung eines derartigen Antireflexbelages beschrieben, bei dem zwischen einem Giassubstrat und einem zweib^w. dreischichtigen herkömmlichen Antireflexbelag

is eine inhomogene Schicht eingebracht wird. Diese inhomogene Schicht wird dadurch erzeugt, daß ein Material mit hohem Brechungsindex und ein Material mit niedrigem Brechungsindex gleichzeitig aus zwei verschiedenen Gefäßen auf das Substrat aufgedampft

ao werden, wobei man die Menge der Dampfbildung aus den beiden Gefäßen so steuert, daß man ein sich kontinuierlich änderndes Mischungsverhältnis des Dampfes und damit einen sich kontinuierlich ändernden Brechungsindex in dem aufgedampften Film

as erhält.

Trotz der grundsätzlich guten Eignung dieser inhomogenen Schichten ist es bisher ic der Praxis nicht gelungen, auf diese Weise befriedigende Antireflexbeläge zu schaffen, da die Herstellung von derartigen inhomogenen Schichten sehr schwierig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antireflexbelag zu schaffen, der die Vorteile von inhomogenen Schichten aufweist, jedoch einfach und ausreichend genau herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Antireflexbelag mit drei Grundschichten auf einem durchsichtigen Substrat, von denen zwei jeweils eine inhomogene Schicht bilden, deren Brechungsinder sich ίο Dickenrichtung ändert, gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 2 gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, daß die beiden inhomogenen Grundschichten durch pseudo-inhomogene Schichten ersetzt werden, die jeweils aus drei Unterschichten bestehen, wobei diese Unterschichten aus wenigstens zwei Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex gefertigt sind, von denen die beiden Unterschichten, welche die mittlere Unterschicht sandwichartig umgeben, unterschiedlich dick sind. Hierdurch erreicht man die erwünschten Gradienten der Brechungsindexverteilung in den Grundschichten, ohne daß hierbei die Schwierigkeiten der Herstellung von inhomogenen Schichten auftreten.

In einem Artikel in der J.O.S.A.; V. 50, Nr. 8,1960.

S. 813 bis 815, ist zwar ein Verfahren zur Berechnung des Reflexionsvermögens von Vielschichtenfilmen angegeben. Dieses Verfahren erlaubt es, das Reflexionsvermögen in Abhängigkeit von der Anzahl der Schichten, deren Brechungsindizes und deren Dicken zu berechnen, falls diese Daten gegeben sind. Dieses Berechnungsverfahren ermöglicht es jedoch nicht, in umgekehrter Weise aus der Vorgabe eines erwünschten, d. h. möglichst kleinen Reflexionsvermögens die weiteren Daten zu berechnen, da die Vielfalt der Parameter hierbei zu groß ist.

Der erfindungsgemäße Antireflexbelag vermindert die Reflexionen an den Oberflächen von Substraten über einen ausgedehnten Spektralbereich auf einen niedrigen Wert, was aus F i g. 1 ersichtlicht ist, in