DE2751221C2

DE2751221C2 - Verfahren zur Aufbringung eines reflexionsvermindernden Belages auf Unterlagen aus organischem Material

Info

Publication number: DE2751221C2
Application number: DE2751221A
Authority: DE
Inventors: Karl Vaduz Hohenegger; Ludwig Dr. Kaminski; Elmar Dr. Ritter
Original assignee: Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden De GmbH
Current assignee: Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden De GmbH
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-11-16
Publication date: 1983-03-10
Also published as: NL169521B; FR2375343B1; FR2375343A1; IT1088925B; US4172156A; NL7700743A; DE2751221A1; NL169521C; CH625054A5; ATA829477A; GB1538826A; AT351284B

Description

a) Chrom in einer Sauerstoffatmosphäre unter einem Druck zwischen 5,33 · ΙΟ-⁵ bis 10,66 · 10-⁵mbar mit einer Geschwindigkeit von 0,01 bis 0,05 nm pro Sekunde und einer Dicke von 1 bis 10 nm aufgedampft wird;

b) darauffolgend SiO₂ mittels einer Elektronenstrahlverdampfungsquelle bei einem Druck von weniger als 6,66 · !0~⁵ mbar gemessen mit einem an einem Seitenstutzen der Aufdampfkammer angebrachten Ionisationsmanometer, mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 1,5 nm pro Sekunde und einer Dicke von 50 bis 150 nm aufgedampft wird;

c) darauffolgend der Belag in einer Sauerstoffatmosphäre bei einem Druck von 0,13 bis 0,013 mbar bei einer Gümmspannung von weniger als 3000VoIt 1 bis 10 Minuten lang nachgeglimmt wird.

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Es besteht das Problem, auf Unterlagen aus Kunststoff, z.B. auf Brillengläsern, reflexionsvermindernde Beläge aufzubringen, die genügend hart und haftfest sind und Witterungs- und chemischen Einflössen /μ widerstehen vermögen. Insbesondere war bisher eine hinreichende Beständigkeit gegenüber Salzwasser, wie sie z. B. bei Brillengläsern oft verlangt wird, schwer zu erreichen. Umfangreiche Laborversuche haben gezeigt, daß für Glas übliche, reflexionsvermindemde Beläge, wenn sie auf Kunststoff aufgebracht werden, keine genügende Beständigkeit aufweisen.

Es ist seit langem (z. B. aus CH-PS 2 20 789) bekannt, bei der Aufdampfung von reflexionsvermindernden Belägen auf Unterlagen eine sehr dünne Oxidschicht, so daß sie optisch nicht wirksam wird, als Haftschicht zwischen Unterlage und reflexionsvermindernder Schicht anzubringen. Jedoch konnte bisher auf Kunststoffen auch damit kaum eine befriedigende Haftung erzielt werden. Später wurde dann (z.B. in FR-AS 22 86 206) vorgeschlagen, eine erhöhte Haftfestigkeit so für Siliziumoxidschichten direkt auf Kunststoffunterlagen durch Aufdampfen mittels Elektronenstrahls zu erreichen. Ferner ist (US-PS 39 53 652) bekanntgeworden, auf Linsen aus einem bestimmten Kunststoff, wie er auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, Glasschichten (u. a. auch Quarzschichten) direkt aufzudampfen, wobei relativ hohe Bedampfungsgeschwindigkeiten von 04 Mikrometer unter gleichzeitigem Abpumpen des Restgases in der Bedampfungskammer mit Pumpleistungen von mindestens 1000, eo besser 10 000 Liter pro Sekunde erforderlich erschienen.

Mit solchen Glasschichten (bzw. Quarzschichten) allein kann jedoch auf den üblichen Kunststoffunterlagen aus optischen Gründen keine Reflexionsverminderung erzielt werden; für Einfachschicht-Reflexionsverminderungen wären Schichtstoffe mit einem niedrigeren Brechwert als die Unterlage nötig. Wohl aber können reflexjonsvermindernde Beläge berechnet wer* den, bei denen die erste direkt an die Kunststofrunterlage angrenzende Schicht einen höheren Brechwert als diese besitzt und die darauffolgende an Luft grenzende zweite Schich i τ, B, aus SiO₂ bestehen kwn,

Erwähnt sei, daß es bekannt ist, daß die meisten Oxidschschten sich beim gewöhnlichen thermischen Verdampfen teilweise zersetzen, so daß meist absorbierende, nicht voll oxidierte Schichten mit anderem Brechwert erhalten werden, als dem abgesättigten Oxid entspricht, und daß diese Wirkungen weitgehend vermieden werden können durch Verdampfung mittels Elektronenstrahls oder durch Verdampfen in einer oxidierenden Restgasatmosphäre,

Probleme bei der Herstellung besonders von zweischichtigen reflexionsvermindernden Belägen auf Kunststoffen ergeben sich (außer hinsichtlich des Haftens der ersten Schicht direkt auf der Unterlage) trotzdem, vor allem bezüglich der für vÄe industrielle Anwendung wichtigen Reproduzierbarkeit, denn schon geringste Schwankungen des Oxidationsgrades und damit des Absorptionsvermögens und des Brechwertes der Schichten haben starke Schwankungen im Aussehen der Schichten zur Folge. Besonders zweischichtige Beläge reagieren auf solche Schwankungen besonders empfindlich, weil hier Amplituden und Phasen von mehreren von den Grenzflächen der beiden Schichten reflektierten Wellenzüge sehr genau aufeinander abgestimmt werden müssen und diese sowohl von der Absorption der Schichten als auch von ihrem Brechwert abhängen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches widerstandsfähige refiexionsvermindernde Beläge auf Unterlagen aus organischem Material, vorzugsweise auf Brillengläsern aus Kunststoff, durch Aufdampfen im Vakuum zuverlässig in gleichbleibender Qualität herzustellen gestattet

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß

a) Chrom in einer Sauerstoffatmosphäre unter einem Druck zwischen 5,33 · 10~⁵ bis 10,66 · 10-⁵mbar mit einer Geschwindigkeit von 0,01 bis 0,05 nm pro Sekunde und einer Dicke von 1 bis 10 nm aufgedampft wird;

b) darauffolgend SiO? mittels einer Elektronenstrahlverdampfungsquelle bei einem Druck von weniger als 6,66 · 10~^s mbar, gemessen mit einem an einem Seitenstutzen der Aufdampfkammer angebrachten Ionisationsmanometer, mit eit,er Geschwindigkeit von 04 bis 14 nm pro Sekunde und einer Dicke von 50 bis 150 nm aufgedampft wird;

c) darauffolgend der Belag in einer Sauerstoffatmosphäre bei einem Druck von 0,13 bis 0,013 mbar bei einer Glimmspannung von weniger als 3000 Volt 1 bis zu 10 Minuten lang nachgeglimmt wird.

Auf diese Weise erhält man überraschenderweise Beläge, deren Haftfestigkeit auf Kunststoffen außerordentlich hoch ist, und die auch nach starker Klimawechselbeanspruchung keine Abblätterungserseheinungen oder sonstige Zerstörungen aufweisen.

Beachtlich ist dabei, daß die Bedainpfungsgeschwindigkeit bei der Aufbringung der Chromoxidschicht mehr als hundertmal und bei der Aufdampfung der S1O2-Schicht immerhin etwa lOmal kleiner zu wählen ist, als im bekannten Stand der Technik gemäß US-PS

39 53 652 ffirdieAufdaropfungeuf Kunststoffunterlagen u, a, empfohlen wurde. Auch ist zu bemerken, daß zwar eine GlirnmentladungsbehandJung von reaktiv aufgedampften Schichten (ζ,Β, in DE-OS 2262377) auch schon früher empfohlen worden war, es aber sehr überraschend ist, daß bei Oxidschichten, die mittels Elektronenstrahl aufgedampft wurden, eine Nachbehandlung durch Glimmen in bezug auf die optische Qualität dieser Schichten noch etwas bringt, obwohl derart aufgedampfte SiOz-Schichten erfahrungsgemäß praktisch schon vollständig durchoxidiert sind. Andererseits erscheint es aber zwingend, den Schritt b), also das Niederschlagen der SiO2-Schicht auf die vorher aufgebrachte Chromoxidschicht mittels Elektronenstrahlverdampfung durchzuführen (und nicht etwa is durch gewöhnliches thermisches Aufdampfen in einer oxidierenden Restgasatmosphäre mit evtL Nachoxidation durch Glimmen). Es spielen hier offenbar noch nicht völlig durchschaute Wechselwirkungen zwischen den Schichten und den einzelnen Verfahrensschritten untereinander eine wichtige Rolle, wenn der hohe Grad der Beständigkell und der Reproduzierbarkeit eines reflexionsvermindernden Zweifachschichtbelages auf einer Kunststoffunterlage erreicht werden soll, der von der Erfindung angestrebt wird. .

Im folgenden so!! die Erfindung noch an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden.

Aus Polymeren von DiaethylglykoL-bis-AlIylkarbonat bestehende Kunststoffgläser wurden zuerst im Ultraschallbad gereinigt Nach Auspumpen einer üblichen Vakuumaufdampfanlage auf einen Druck unterhalb U · IO-⁵ Millibar wurde Sauerstoff in die Anlage eingeführt, bis daiui ein Druck von 8 ■ 10~⁵ Millibar erreicht war. Darauf wurde iChrom lit der angegebenen Geschwindigkeit verdampft, bis auf den Gläsern eine Schichtdicke von 3 nm eiteich⁵ war. Bei dem angegebenen Sauerstoffpartialdruck und bei Einhaltung einer Bedampfungsgeschwindigkeit von 0,02—0,03 nm pro Sekunde ergab sich für die angegebene Schichtdicke eine Absorption der durch reaktives Aufdampfen erhaltenen Chromoxidschicht von 0,5%.

Anschließend wurde die Anlage von neuem auf unterhalb 1,3 · 10~⁶ Millibar evakuiert und sodann mittels einer Elektronenkanone S1O2 verdampft und auf der Chromoxidschicht eine SiOi-Schicht als zweite Schicht niedergeschlagen. Die Bedampfung mit SiO₂ wurde so lange fortgesetzt, bis eine Schichtdicke erreicht war, die ein Minimum der Reflexion ergab, was durch laufende Messung der Reflexion eines Testglases, das gleichzeitig in der Bedampfungsanlage mitbedampft wurde, überprüft werden konnte.

Für die auf die beschriebene Weise hergestellten reflexionsvermindernden Beläge ergab sich eine Salzwasserbeständigkeit von 1000 Stunden, d,h, sie konnten 1000 Stunden in 4%igem Salzwasser liegen, ohne daß sich irgendwelche Zerstörungserscheinungen zeigten. Ferner wurde zur Prüfung der sogenannten Wechsfilklimabeständigkeit der folgende Test ausgeführt (der den genormten Abnahmebedingungen für besonders anspruchsvolle Anwendungen entspricht): Die beschichteten Gläser wurden in eine Klimakammer eingebracht, in der eine anfängliche Temperatur von 20⁰C und eine relative Feuchtigkeit von 45% herrschte. Dann wurden im Verlaufe von 2 Stunden die genannten Werte auf 70⁰C bzw. 95% relative Feuchtigkeit erhöht, und die Gläser nachfolgend 8 Stunden lang unter diesen Bedingungen gehalten. In den folgenden 14 Stunden wurde dann die Temperatur langsam wieder auf 20° und die relative Feuchtigkeit auf 45% abgesenkt. Der beschriebene Zyklus wurde dreimal wiederholt. Nach dem insgesamt 72 Stunden dauernden Test konnte an den Gläsern keinerlei Beschädigung des Belages festgestellt werden.

Manchmal ist ein höherer Absorptionsgrad der Schichten erwünscht, z.B. für (unter der Bezeichnung »Filtergläser« bekannte) Augenschutzgläser. Dies kann man durch zwei Maßnahmen erreichen; es kann die Dicke der Chromoxidschicht vergrößert werden oder es wird die reaktive Bsdampfung mit der Chromoxidschicht bei einer veränderten Einstellung der Sauerstoffatmosphäre vorgenommen.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die nachfolgende SiOrSchicht auf jeden Fall mittels Elektronenstrahlverdampfungsquelle aufgebracht werden muß, um die gewünschte hohe Schichtqualität zu erreichen. Die Verdampfung aus einer üblich thermischen Verdampfungsquelle würde zu Schichten führen, die weder optisch noch beständigkeitsmäßig den Anforderungen genügen. Schließlich ist auch der dritte angeführte Schritt, das Nachglimmen in einer Sauerstoffatmosphäre bei einem Druck von 0,13 bis 0,013 mbar erforderlich und kann erfahrungsgemäß nictn durch andere oxidierende Verfahrensschritte ersetzt werden.

Claims

Patentanspruch;

Verfahren zur Aufbringung eines reflexionsvermindernden Belages auf Unterlagen aus organischem Material, vorzugsweise auf Brillengläsern aus Kunststoff, durch Aufdampfen im Vakuum, dadurch gekennzeichnet, daß