DE2443718C3 - Verfahren zum Auftragen eines Antireflexionsfilms auf die Oberfläche eines optischen Körpers - Google Patents
Verfahren zum Auftragen eines Antireflexionsfilms auf die Oberfläche eines optischen KörpersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines Antireflexionsfilms aus mehreren Schichten mit
abwechselnd niedrigen und hohen Brechungsindizes auf die Oberfläche eines optischen Körpers oder Substrats,
wodurch ein fester und haltbarer Antireflexionsfilm erhalten wird.
Es ist bekannt, auf einem durchsichtigen optischen Material oder Körper (im folgenden der Kürze halber
als »Substrat« bezeichnet) durch Aufdampfen im Vakuum einen Antireflexionsfilm auszubilden. So wurde
beispielsweise bereits eine entsprechende Substratoberfläche im Vakuum mit einem einzelnen MgF2-FiIm ah
Antireflexionsfilm bedamoft. Sofern nicht die Substratoberfläche
gründlich gesäubert und zur vollständigen Entfernung von Feuchtigkeitsspuren und organischen
Verunreinigungen von der Oberfläche im Vakuum auf eine Temperatur von 150 bis 350° C erhitzt worden ist,
lassen sich nach den üblichen Vakuumbedampfungsverfahren
jedoch keine akzeptablen Antireflexionsfilme ausbilden. Sofern nach den üblichen Vakuumbedampfungsverfahren
wider Erwarten ein akzeptabler Antireflexionsfilm gebildet wird, ist dieser jedoch nicht gut
haltbar. Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren besteht darin, daß das Substrat auf Temperaturen von
höher als 150° C erhitzt werden muß. Bei solchen
Temperaturen kommt es in der Regel zu einer Materialänderung. Im Falle, daß ein Kunstharzsubstrat
oder ein polarisierendes Substrat aus Glasschichten mit e-iiiem dazwischenliegenden hochmolekularen Film
nach den bekannten Vakuumbedampfungsverfahren beschichtet werden soll, kommt es insbesondere zu
einer physikalischen Verformung und zu eine; Beeinträchtigung der Lichtdurchlässigkeit.
Ferner ist aus der GB-PS H 06 066 ein optischer Gegenstand und ein Verfahren zu seiner Herstellung
bekannt, bei dem auf ein Substrat allerdings vier Schichten aufgebracht werden, deren äußere Schicht
SiO oder SiO2 ist. Gegebenenfalls ist hierbei noch eine
fünfte äußere Schutzschicht vorgesehen, die z. B. aus Al2Oj oder SiO2 besteht. Diese Schichten sind ferner
als Schichten mit verhältnismäßig niederen Brechungsindizes
mit Schichten mit verhältnismäßig hohen Brechungsindizes auf dem Substrat kombiniert, so daß
eine vergleichsweise komplexe Schichtstruktur mit besonderen optischen Eigenschaften vorliegt.
Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum einfachen Auftragen eines vergleichsweise
einfachen, festen und dauerhaften bzw. haltbaren Antireflexionsfilms auf einem Glas- oder Kunstharzsubstrat
bei Temperaturen unterhalb 120° C anzugeben, bei
dessen Durchführung die Lichtdurchlässigkeit, das Ausgangsmaterial und die Gesta't des Substrats nicht
beeinträchtigt werden.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Auftragen eines Antireflexionsfilms
aus mehreren Schichten mit abwechselnd niedrigen und hohen Brechungsindizes auf die Oberfläche eines
optischen Körpers oder Substrats, das sich dadurch auszeichnet, daß man die Oberfläche des optischen
Körpers in einer ersten Stufe mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 150 nm/min mit einem Siliziumoxid(SiO)film
einer Dicke von λ/2 (Wellenlänge λ = 500 bis 550 nm) vakuumbedampft, wobei sich der optische Körper in
einer Vakuumkammer mit einem Vakuum von 5 bis 10-'' bis 8 χ 10-"Torr befindet und auf einer Temperatur von
20 bis 120n C gehalten wird, und daß man den gebildeten
SiO-FiIm in einer zweiten Stufe mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 40 nm/min mit einem Siliziumdioxid(SiO2)film
einer Dicke von λ/4 (λ = 500 bi 5 550 nm) vakuumbedampft, wobei entsprechende Temperaturen
wie in der ersten Stufe eingehalten werden und das Vakuum auf 2 χ 10~4 bis 7 χ 10~5 Torr geändert wird,
oder daß man die Oberfläche des optischen Körpers in einer ersten Stufe mit einer Geschwindigkeit von 15 bis
40 nm/min mit einem Siliziumdioxid(SiO2)iilm einer
Dicke von (2.1/4)λ (Wellenlänge λ = 500 bis 550 nm)
vakuumbedampft, wobei sich der optische Körper in einer Vakuumkammer mit einem Vakuum von 2 χ 10 -■'·
bis 7 χ 10"5 Torr befindet und auf einer Temperatur von
^O bis 12O0C gehalten wird, daß man den gebildeten
.Siliziiimdioxid(SiO2)film in einer zweiten Stufe mit einer
Geschwindigkeit von 50 bis 150 nm/min mit einem
Siliziumoxid(SiO)film einer Dicke von (0,27/4μ (λ = 500
bis 550 nm) vakuumbedampft, wobei entsprechende Temperaturen wie in der ersten Stufe eingehalten
werden und das Vakuum auf 5χ 10-5 bis 8 χ ]0~b Torr ϊ
geändert wird, und daß man den in der zweiten Stufe gebildeten Siliziumoxid(SiO)film in einer dritten Stufe
mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 40 nm/min mit einem Siliziumdioxid(SiO2)film einer Dicke von (2,1/4 )λ
(λ=500 bis 550 nm) vakuumbedampft, wobei entspre- in
chende Temperaturen eingehalten werden und das Vakuum auf2x 10-4bis7x 10"5 Torr geändert wird.
Es /zeigte sich nämlich, daß sich Siliziumoxid im Vakuum selbst bei niedriger Temperatur^ 00° C) auf der
Oberfläche eines Substrats, insbesondere eines nicht auf hohe Temperaturen erhitzbaren Kunstharzsubstrats,
abscheiden läßt und dabei einen festen und gleichmäßigen Film bildet, und daß ferner im Falle, daß die
Vakuurnbedampfung unter bestimmten Bedingungen durchgeführt wird, S1O2 einen stabilen Film mit in
geringem Brechungsindex und SiO einen stabilen Film mit großem Brechungsindex bildet.
Folglich erhält man ohne weiteres einen haltbaren Antireflexionsfilm durch Vakuumbedampfen einer Substratoberfläche
mit SiOr und SiO-Filmen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert Im einzelnen zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt (in vergrößertem Maßstab)
eines erfindungsgemäß aufgetragenen, zweischichtigen Antireflexionsfilms, «1
Fig. 2 einen Querschnitt (in vergrößertem Maßstab) eines erfindungsgemäß aufgetragenen dreischichtigen
Antireflexionsfilms und
Fig.3 eine vergleichsweise graphische Darstellung
der Einflüsse eines erfindungsgemäß aufgetragenen Antireflexionsfilms und eines in üblicher bekannter
Weise aufgetragenen Antireflexionsfilms.
Bei der Herstellung des in Fig. 1 dargestellten, erfindungsgemäß beschichteten optischen Körpers wird
ein in einer Vakuumkammer, in der ein hohes Vakuum in von 5xlO-? bis 8xlO~6 Torr herrscht, befindliches
Substrat 1 bis zu einer Temperatur von 20 bis 12O0C erwärmt bzw. erhitzt und die Oberfläche des Substrats 1
mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 150 nm/min mit Siliziumoxid (SiO) bis zu einer Dicke von (1/4) oder
(1/2)λ (Wellenlänge λ = 500 bis 550 nm) vakuumbedampft, wobei ein dünner Für*; 2 mit großem
Brechungsindex (W= 1,52 bis 1,80) erhalten wird.
Hierauf wird das Vakuum in der Vakuumkammer, in der das Substrat 1 bei einer Temperatur von 20 bis -,n
120° C gehalten wird, auf .bis zu 2 χ 10-4bis7x 10-5Torr
gesenkt und der dünne Film 2 mit einer Geschwindigkeit von 15 bis M) nm/min bis zu einer Dicke von λ/4 (λ = 500
bis 550 nm) mit Siliziumdioxid (SiO2) vakuumbedampft, wobei ein dünner Film 3 mit einem kleinen Brechungsindex
(nd= 1,46) erhalten wird. Insgesamt wird hierbei ein
aus dünnen Filmen 2 und 3 auf der Oberfläche des Substrats 1 bestehender Antireflexionsfilm ausgebildet.
Es sei darauf hingewiesen, daß weder der dünne Film 2 noch der dünne Film 3 alleine als Antireflexionsfilm zu μ
wirken vermag, lediglich die aufeinanderliegenden dünnen Filme 2 und 3 mit verschiedenen Brechungsindizes
können einen wirksamen Antireflexionsfilm bilden.
Bei der Herstellung des in Fig. 2 dargestellten, erfindungsgemäß beschichteten optischen Körpers wird
ein in einer Vakuumkammer, in der ein hohes Vakuum von 2xlO-4 bis 7xlO~5 Torr herrscht, befindliches
Substrat 1 bis zu einer Temperatur von 20 bis 120°C
erwärmt bzw. erhitzt und bei dieser Temperatur gehalten und die Oberfläche des Substrats I mit einer
Geschwindigkeit von 15 bis 40 nm/min bis zu einer Dicke vor. (2,14/4)A (A = 500 bis 550 nm) mit Siliziumdioxid
(SiO2) vakuumbedampft, wobei ein dünner Film 2' mit kleinem Brechungsindex fm/= 1,46) gebildet wird.
Hierauf wird das Vakuum in der Vakuumkammer, in der das Substrat 1 bei einer Temperatur von 20 bis 120°C
gehalten wird, auf bis zu 5xl0"5 bis 8x10-* Torr
erhöht und der dünne Film 2' mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 150 nm/min bis zu einer Dicke von (0,27/4)λ
(λ = 500 bis 550 nm) mit Siliziumoxid (SiO) vakuumbedampft, wobei ein dünner Film 3' mit großem
Brechungsindex fnt/= 1,52 bis 1,80) gebildet wird.
Schließlich wild unter denselben Bedampfungsbedingungen, wie sie auch bei der Ausbildung des dünnen
Films 2' eingehalten wurden, im Vakuum auf dem dünnen Film 3' Siliziumdioxid (S1O2) bis zu einer Dicke
von (2,1/4)λ (λ = 500 bis 550 nm) abgelagert, wobei ein dünner Fiirp 4 mit kleinem Brechungsindex f/κ/= 1,46)
gebildet wird. Auf diese Weise erhält man einen wirksamen Antififlexionsfilm.
Wie bereits ausgeführt, erfolgt die Vakuumbedampfung,
während das Substrat bei niedrigen Temperaturen gehalten wird. Hierbei kommt es zu keinerlei Änderung
in der Lichtdurchlässigkeit, des Materials und der Form oder Gestalt des Substrats. Da darüber hinaus sowohl
SiO als auch SiO2 auf der Substratoberfläche feste und
haltbare dünne Filme ausbilden, läßt sich durch Wahl einer geeigneten Kombination von dünnen SiO- und
SiOi-Filmen ein fester und haltbarer Antireflexionsfilm
beliebiger (gewünschter) Eigenschafter, ausbilden.
Die folgenden Beispiele (und Vergleichsbeispiele) sollen die Erfindung näher veranschaulichen.
Ein Substrat aus einem handelsüblichen, wärmehärtbaren Kunstharz, z. B. Diäthylengiykolbisallylcarbonat
der Formel
O
Il
CH2-CH2-O-C-O-CH2-CH=CH2
Il
CH2-CH2-O-C-O-CH2-CH=CH2
Vh2-CH2-O-C-O-CH2-CH = CH2
Il
ο
wurde in einer Vakuumkammer, in der ein hohes Vakuum von 2 χ 10 -5 Torr herrschte, auf eine Temperatur
von 8O0C erwärmt und bei dieser Temperatur gehalten und auf seiner Oberfläche mit einer Geschwindigkeit
von 130 nm/min mit Siliziumoxid (SiO) vakuumbedampft, wobei ein Film einer Dicke von λ/4
(Wellenlänge λ = 530ηπι) gebildet wurde. Hierauf
wurde in die Vakuumkammer eine geringe Menge Sauerstoff einströmen gelassen, um das Vakuum in der
Kammer auf 7 χ 1 η -5 Torr zu erniedrigen. Während das
Substrat bei einer Temperatur von 8O0C gehalten
wurde, wurde der SiO-Filffi mit einer Geschwindigkeit
von 30 nm/min mit Siliziumdioxid (SiO2) vaKiiumbedampft,
wobei ein (SiO2)-Film einer Dicke von λ/4
(Wellenlänge λ = 530 nm) gebildet wurde.
Der derart aufge'ragene Antireflexionsfilm zeigt den
durch die Kurve a von Fig. 3 wiedergegebenen Effekt. Kurve a zeigt, daß die Lichtdurchlässigkeit für eine
Wellenlänge von 530 nm sehr hoch, d. h. 99,5%. ist. Ferner geht aus F i g. 3 hervor, daß der durch die Kurve
a dargestellte Effekt weit besser ist als der durch die Kurve c wiedergegebene Effekt, der einem Antireflexionsfilm
zukommt, weicher in üblicher bekannter > Weise durch Vakuumbedampfen eines bei einer
Temperatur von l50bis350°C gehaltenen Substrats mit
einem dünnen MgFj-FiIm erhalten wurde.
Der in der geschilderten Weise durch Auftragen von SiO und SiOi erzeugte Antireflexionsfilm entspricht in in
seiner Härte einer Bleistifthärte von 6 bis 7 H. Diese Härte ist doppelt so groß wie die Härte des Substrats.
Der Antireflexionsfilm besitzt gegen Abrieb mit einem Radiergummi eine dreimal so große Härte wie das
Substrat. r,
Andererseits besitzt der in üblicher bekannter Weise
ausgebildete MgFi-Antireflexionsfilm eine schlechte
Haftung und eine sehr niedrige Oberflächenhärte. Diese dioxid (S1O2) vakuumbedampft, wobei auf der Substratoberfläche
ein Film einer Dicke von (2,1/4)λ (Wellenlänge A = 530nm) ausgebildet wurde. Hieiauf wurde das
Vakuum in der Vakuumkammer auf 2xlO~5 Torr
erhöht, während das Substrat bei einer Temperatur von 80° C gehalten und seine Oberfläche mit einer
Geschwindigkeit von 130 nm/min mit Siliziumoxid (SiO)
vakuumbedampft wurde. Hierbei wurde auf dem SiOrFiIm ein SiO-FiIm einer Dicke von (0,27/4)Λ
(λ = 530 nm) ausgebildet. Schließlich wurde das Vakuum in der Vakuumkammer auf 7 χ ΙΟ-' Torr erniedrigt,
während das Substrat bei einer Temperatur von 80"C gehalten und auf seiner Oberfläche mit einer Geschwindigkeit
von 30 nm/min mit Siliziumdioxid (S1O2) vakuumbedampft wurde. Hierbei wurde auf dem
SiO-FiIm ein SiO2-FiIm einer Dicke von (2,]/4)λ ausgebildet.
Dem auf das Substrat aufgetragenen dreischichtigen
MgF.j-Antireflexionsfilms beträgt weniger als ein _>m
Zehntel der Härte des erfindungsgemäß ausgebildeten Antireflexionsfilms.
1-,
F.in entsprechendes Substrat, wie es auch bei Beispiel
1 verwendet wurde, wurde in einer Vakuumkammer, in der ein Vakuum von 7x10 s Torr herrschte, auf eine
Temperatur von 80' C erhitzt und auf seiner Oberfläche mit einer Geschwindigkeit von 30 nm/min mit Silizium- (n
Fig. 3 wiedergegebener Effekt zu. Aus Fig. 3 geht hervor, daß der durch die Kurve b dargestellte Effekt
weit besser ist als der durch die Kurve c wiedergegebene Effekt. Die Kurve c wurde mit einem Antireflexionsfilm
erhalten, der in üblicher bekannter Weise durch Aufdampfen eines dünnen MgF2-Films im Vakuum auf
die Oberfläche eines auf einer Temperatur von 150 bis 350 C gehaltenen Substrats gebildet wurde. Die Härte
des .-.rhaltenen dreischichtigen Antireflexionsfilms ist
gut und entspricht der Härte des gemäß Beispiel 1 hergestellten Antireflexionsfilms.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zum Auftragen eines Antireflexionsfilms
aus mehreren Schichten mit abwechselnd niedrigen und hohen Brechungsindizes auf die
Oberfläche eines optischen Körpers oder Substrats, dadurch gekennzeichnet, daß man die
Oberfläche des optischen Körpers in einer ersten Stufe mit einer Geschwindigkeit von 50 bis ι ο
150 nm/min mit einem Siliziumoxid(SiO)film einer
Dicke von λ/2 (Wellenlänge λ=500 bis 550 nm)
vakuumbedampft, wobei sich der optische Körper in einer Vakuumkammer mit einem Vakuum von
5 χ ΙΟ-5 bis 8xlO~6 Torr befindet und auf einer
Temperatur von 20 bis 1200C gehalten wird, und daß
man den gebildeten SiO-FiIm in einer zweiten Stufe mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 40 nm/min mit
einem Siliziumdioxid(SiO2)film einer Dicke von λ/4
(λ = 500 bis 550 nm) vakuumbedampft, wobei entsprechende Temperaturen wie in der ersten Stufe
eingehalten werden und das Vakuum auf 2 χ 10—* bis
7 χ ΙΟ-5Torr geändert wird.
2. Verfahren zum Auftragen eines Antireflexionsfilms aus mehreren Schichten mit abwechselnd
niedrigen und hohen Brechungsindizes auf die Oberfläche eines optischen Körpers oder Substrats,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche des optischen Körpers in einer ersten Stufe mit einer
Geschwindigkeit von 15 bis 40 nm/min mit einem Siliziumdioxid(Si02)film einer Dicke von (2,1/4)λ
(Wellenlänge ' -500 bis 550 nm) vakuumbedampft, wobei sich der optische ΚοηνΓ in einer Vakuumkammer
mit einem Vakuum von 2 χ 10-4bis7x ΙΟ-5
Torr befindet und auf einer Temperatur von 20 bis j5
120° C gehalten wird, daß man den gebildeten
Siliziumdioxid(SiO2)film in einer zweiten Stufe mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 150 nm/min mit
einem Siliziumoxid(SiO)film einer Dicke von (0,27/4)λ (λ=500 bis 550 nm) vakuumbedampft,
wobei entsprechende Temperaturen wie in der ersten Stufe eingehalten werden und das Vakuum
auf 5 χ 10~5bis8x 10-6 Torr geändert wird, und daß
man den in der zweiten Stufe gebildeten Siliziumoxid(SiO)film
in einer dritten Stufe mit einer 4">
Geschwindigkeit von 15 bis 40 nm/min mit einem Siiiziumdioxid(SiO2)film einer Dicke von (2,1 /4)λ
(λ = 500 bis 550 nm) vakuumbedampft, wobei entsprechende Temperaturen eingehalten werden und
das Vakuum auf 2 χ ΙΟ-4 bis 7 χ Ι0~5 Torr geändert -,n
wird.
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