DE4117258A1 - Optisch wirkende schicht fuer substrate, die insbesondere eine hohe antireflexwirkung aufweist - Google Patents

Optisch wirkende schicht fuer substrate, die insbesondere eine hohe antireflexwirkung aufweist

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Description

Die Erfindung betrifft eine optisch wirkende Schicht für Substrate, die insbesondere eine hohe Antireflexwirkung aufweist, nach Hauptpatent . . . . . (Patentanmeldung P 39 41 795.6).
Es gibt eine breite Palette von Schichtsystemen für Substrate, insbesondere für Glas, die bestimmte optische Funktionen erfüllen. Die vorliegende Erfindung betrifft die Gattung der Antireflexschichten, beziehungsweise Antireflexschichtsysteme.
Durch die deutsche Offenlegungsschrift 36 29 996 ist ein Vorsatzaggregat für die Katodenstrahlröhre von Monitoren, Fernsehapparaten und dergleichen, bestehend aus einer Glasscheibe, insbesondere einer Grauglasscheibe, einer vorderseitigen Antireflexionsausrüstung und einer rückseitigen Absorptionsbeschichtung, wobei die Absorptionsbeschichtung Metallatome aufweist, bekannt geworden.
In dieser deutschen Offenlegungsschrift wird vorgeschlagen, daß die Absorptionsbeschichtung einschichtig aus Chrom, einer Chrom/Nickel-Legierung oder Siliciden aufgebaut und antistatisch eingerichtet und geerdet, sowie mit einer Dicke versehen ist, welche die Lichttransmission gegenüber der unbeschichteten Glasscheibe um etwa ein Drittel absenkt.
In der US-Patentschrift Nr. 38 54 796 wird weiterhin eine Beschichtung vorgeschlagen, die zur Reduzierung der Reflexion dienen soll. Die Beschichtung soll für ein Substrat angewendet werden, das eine Mehrzahl von Schichten aufweist. In der Reihenfolge beginnend beim Substrat ist in der US-Patentschrift folgende Anordnung beschrieben: drei Gruppen von wenigstens zwei Lambda/4-Schichten, die aufeinanderfolgenden Schichten der ersten Gruppe haben einen Brechungsindex, der unterhalb des Brechungsindexes des Substrats liegt. Die Schichten der zweiten Gruppe haben einen sich vergrößernden Brechungsindex und die Schichten der dritten Gruppe haben einen Brechungsindex unterhalb des Brechungsindexes des Substrats. Weitere Einzelheiten sind der genannten US-Schrift zu entnehmen.
Zum Stand der Technik gehört weiterhin die US-Patentschrift 37 61 160. Dort werden eine Breitbandantireflexionsbeschichtung und Substrate, die damit beschichtet sind, vorgeschlagen. Sie weisen wenigstens vier Schichten für Glas mit hohem Index und wenigstens sechs Schichten für Glas mit niedrigem Index auf. Weitere Einzelheiten sind der genannten US-Schrift zu entnehmen.
Weiterhin wird in der US-Patentschrift 36 95 910 ein Verfahren zur Anbringung einer Antireflexbeschichtung auf einem Substrat beschrieben. Diese Beschichtung besteht aus mehreren Einzelschichten. Das Verfahren für die Aufbringung der Antireflexionsschichten erfolgt unter Vakuum, und zwar unter Verwendung von Elektronenstrahlen. Weitere Einzelheiten sind der genannten US-Patentschrift zu entnehmen.
Weiterhin gehört zum Stand der Technik die US-Patentschrift 38 29 197, die einen Antireflexionsbelag, der als Mehrschichtsystem ausgebildet ist, beschreibt. Dieser Belag soll auf einem stark brechenden Substrat angebracht werden. Das Schichtsystem besteht aus fünf einzelnen Schichten, die gegenseitig angepaßt sind, und zwar in Hinsicht auf ihren Brechungsindex und in Hinsicht auf ihre optische Dicke. Durch diese Anpassung soll eine günstige Antireflexionskurve mit einem breiten, flachen, mittleren Teil erreicht werden. Weitere Einzelheiten dieses Vorschlags sind der genannten US-Patentschrift zu entnehmen.
Zum Stand der Technik gehört weiterhin die schweizerische Patentschrift 2 23 344. Diese Schrift befaßt sich mit einem Überzug zur Verminderung der Oberflächenreflexion. Der Überzug besteht aus mindestens drei Schichten mit verschiedenen Brechzahlen. Die Verminderung der Oberflächenreflexion soll nach dieser Schrift durch eine bestimmte Auswahl der Brechzahlen der einzelnen Schichten erzielt werden.
Aus dem zitierten Stand der Technik geht eindrucksvoll hervor, welche Anstrengungen unternommen wurden, um eine befriedigende Antireflexwirkung zu erzielen. Insbesondere sind der Aufwand an Schichtsystemen mit zahlreichen Einzelschichten und der Aufwand an Materialien bei den Gegenständen des Standes der Technik bemerkenswert hoch.
Dies führt notwendigerweise zu verhältnismäßig aufwendigen und daher kostspieligen Herstellungsverfahren. Außerdem muß in vielen Fällen relativ teures Material verwendet werden. Ebenfalls ist die Aufbringung der Materialien in vielen Fällen kompliziert und kostenintensiv.
Der Erfindung liegen folgende Aufgaben zugrunde: Die Nachteile des Standes der Technik sollen behoben werden.
Es sollen gute Voraussetzungen für die wirtschaftliche Herstellung einer Antireflexbeschichtung für transparente Substrate geschaffen werden.
Transparente Substrate werden in einer Vielzahl moderner Einrichtungen und Geräte benötigt. Die Hersteller dieser Einrichtungen und Geräte stellen hohe Anforderungen in Hinsicht auf die optischen und sonstigen Eigenschaften der Beschichtung dieser Substrate.
Die Erfindung soll diese hohen Anforderungen insbesondere in Hinsicht auf die Entspiegelung, die Kontrasterhöhung und die Erhöhung der Antistatikwirkung erfüllen.
Weiterhin sollen Voraussetzungen dafür geschaffen werden, daß nur eine Schicht benötigt wird, um eine gute Antireflexwirkung zu erzielen.
Die Erfindung macht sich weiterhin zur Aufgabe, Voraussetzungen für den Einsatz eines preisgünstigen Materials zu schaffen.
Mit der Erfindung soll ein Konzept vorgeschlagen werden, bei dem DC-reaktiv mit Magnetron vom Metalltarget gesputtert werden kann.
Die Anwendung nur einer Schicht, der Einsatz eines preisgünstigen Targetmaterials und die Möglichkeit, DC-reaktiv mit Magnetron vom Metalltarget zu sputtern, führen zu einer äußerst wirtschaftlichen Herstellung der erfindungsgemäßen Antireflexbeschichtung.
Die gestellten Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der vom Betrachter abgewandten Substratseite (Rückseite) eine Rückseitenschicht, die überstöchiometrisches TiNx mit x gleich 1 oder größer als 1 aufweist, angeordnet ist.
Besonders günstige Resultate werden dadurch erreicht, daß auf der vom Betrachter abgewandten Substratseite (Rückseite) eine Rückseitenschicht, die überstöchiometrisches TiNx mit x im Bereich von 1 bis 1,16 aufweist, angeordnet ist.
Für ein Substrat, das einen Brechungsindex n im Bereich von 1,5 bis 1,65 aufweist, wird vorgeschlagen, daß auf der vom Betrachter abgewandten Substratseite (Rückseite) eine Rückseitenschicht, die überstöchiometrisches TiNx mit x gleich 1 oder größer als 1, insbesondere x im Bereich von 1 bis 1,16, aufweist, angeordnet ist.
Insbesondere für ein Substrat, das aus Glas mit einem Brechungsindex n im Bereich von 1,5 bis 1,65 besteht, ist vorgesehen, daß auf der vom Betrachter abgewandten Substratseite (Rückseite) eine Rückseitenschicht, die überstöchiometrisches TiNx mit x gleich 1 oder größer als 1, insbesondere x im Bereich von 1 bis 1,16, aufweist, angeordnet ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung, der Aufgabenstellung und der erzielten Vorteile sind der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung zu entnehmen.
Diese Ausführungsbeispiele werden anhand von vier Figuren erläutert.
Die Fig. 1 zeigt ein Substrat ohne Beschichtung.
Die Fig. 2 zeigt ein Substrat mit Beschichtung.
Die Fig. 3 und 4 zeigen Transmissions- beziehungsweise Reflexions-Kurven in Prozent über Wellenlängen in nm.
In schematischer Darstellung ist in Fig. 1 ein aus Glas bestehendes Substrat 1 dargestellt. Die Vorderseite trägt die Bezugsziffer 2, die Rückseite trägt die Bezugsziffer 9. Mit Vorderseite ist die dem Betrachter zugewandte Seite gemeint. Mit Rückseite ist die vom Betrachter abgewandte Seite gemeint. Der Pfeil 3 bezeichnet die Blickrichtung des Betrachters.
Mit 4 ist das einfallende Licht bezeichnet. 5 stellt das an der Vorderseite reflektierte Licht (Rg1 = Reflexion am Glas) dar. Mit 6 ist das an der Rückseite reflektierte Licht (Rg2 = Reflexion am Glas) bezeichnet.
Die Reflexionen am Glas und zwar an der Vorderseite und an der Rückseite betragen normalerweise je ca. 4,2%.
Bei einem Glassubstrat, wie es in Fig. 1 gezeigt wird, beträgt daher die Gesamtreflexion:
Rgesamt = Rg1 + Rg2 = ca. 8,4%.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Substrat 1 aus Glas besteht, das einen Brechungsindex von n = 1,52 aufweist. Die Dicke des Glassubstrats beträgt 2 mm.
Auf der Rückseite 9 des Glassubstrats ist eine TiNx-Schicht 8 angebracht. Diese Schicht kann eine Dicke von 40 bis 200 Angström aufweisen. Besonders bewährt hat sich eine Dicke von 60 bis 70 Angström.
Bei der Reflexionsmessung an einem Beispiel, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, hat sich ergeben, daß die Reflexion 7 an der Rückseite 9 des Substrats, die die TiNx-Schicht 8 aufweist, um 90% reduziert wird.
Mit anderen Worten: Das an der Rückseite 9 des Glassubstrats nach Fig. 2 reflektierte Licht (Rs) beträgt lediglich 10% des an der Rückseite 9 des Glassubstrats der Fig. 1 reflektierten Lichts.
Damit ergibt sich eine Gesamtreflexion bei dem System nach Fig. 2 von
Rgesamt = Rg1 + Rs = ca. 4,6%.
Im Gegensatz dazu, siehe oben, beträgt bei dem unbeschichteten Substrat nach Fig. 1:
Rgesamt = Rg1 + Rg2 = ca. 8,4%.
Damit löst dieses Ausführungsbeispiel die gestellte Aufgabe, Erzielung einer hohen Antireflexwirkung, in eindrucksvoller Weise. Als Substrat können außer Mineralglas, Floatglas auch Plexiglas, durchsichtige Kunststoffschichten, Folien usw. eingesetzt werden.
Es folgt die Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele, bei denen die Reflexion und die Transmission im sichtbaren Wellenbereich des Lichts gemessen wurden. Die Meßergebnisse sind grafisch anhand von Kurven in den Fig. 3 und 4 dargestellt.
Erstes Beispiel
- Substrat: Glas (1), Dicke 2 mm, Brechungskoeffizient n = 1,52
- Schicht (8) Material: TiNx, Dicke 120 Angström Brechungskoeffizient n = 1,85 (Real-) und k = 1,18 (Imaginärteil).
Für dieses Beispiel wurden die Gesamtreflexion und die Transmission in Prozent gemessen, und zwar für einen Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm.
Nachfolgend werden die Meßergebnisse für die Gesamtreflexion und die Transmission in einer Tabelle bestimmten Wellenlängen gegenübergestellt:
Die Meßergebnisse werden, wie dargelegt, als Kurven in Fig. 3 grafisch dargestellt. Auf der Abszisse 10 des Koordinatensystems in Fig. 3 sind die Wellenlängen in nm eingetragen. Auf der linken Ordinate 11 des Koordinatensystems sind die Prozentwerte für die Gesamtreflexion eingetragen. Auf der rechten Ordinate 12 des Koordinatensystems sind die Prozentwerte für die Transmission eingetragen.
Aus den Kurven ist deutlich erkennbar, daß die Gesamtreflexionskurve 14 im Kernwellenlängenbereich des sichtbaren Lichts außerordentlich niedrig ist. Sie liegt zwischen 4 und 5%. Im Bereich zwischen 580 und 620 nm unterschreitet die Reflexionskurve sogar die 4%-Grenze. Damit ist die gewünschte hohe Antireflexwirkung in deutlicher Weise erzielt worden. Im gleichen Kernwellenlängenbereich hat die Transmissionskurve 13 relativ hohe Werte.
Das Schichtsystem des zweiten Beispiels ist wie folgt gekennzeichnet:
  • - Substrat: Glas, Dicke 2 mm, Brechungskoeffizient n = 1,52,
  • - Schicht (8) Material: TiNx, Dicke 70 Angström Brechungskoeffizient wie im ersten Beispiel.
Für dieses Schichtsystem wurden die Gesamtreflexion in Prozent und die Transmission in Prozent gemessen, und zwar für einen Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm.
Nachfolgend werden die Meßergebnisse für die Gesamtreflexion und die Transmission in einer Tabelle bestimmten Wellenlängen gegenübergestellt:
Die Meßergebnisse werden, wie dargelegt, als Kurven in Fig. 4 grafisch dargestellt. Die Abszisse und die Ordinaten tragen die im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Maßeinheiten.
Aus der Gesamtreflexionskurve 16 ist deutlich erkennbar, daß die Reflexion im Bereich zwischen 5 und 4% liegt. Ab 520 nm nähert sie sich der 4%-Linie. Damit ist die gewünschte hohe Antireflexwirkung auch durch dieses Beispiel in überzeugender Weise erzielt worden. Die Transmissionskurve 15 hat im Kernbereich des sichtbaren Lichts ihr Maximum.
Zu der Transmissionskurve 13 (Fig. 3) und zu der Transmissionskurve 15 (Fig. 4) ist grundsätzlich folgendes zu sagen: Geringe Transmissionswerte, z. B. bei einer Vorsatzscheibe können auf einfache Weise durch Verstärkung der Lichtquelle, z. B. durch Aufdrehen des Potentiometers bei einem LCD, kompensiert werden.
Die TiNx-Schicht der beiden letztgenannten Ausführungsbeispiele sind nach dem im folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt worden: Es wurde mit Magnetron gesputtert und zwar in reaktiver Gasatmosphäre.
Als Sputtermaterial wurde TiN und als Sputtergemisch wurde eine Mischung aus Ar und N2 benutzt.
Der Druck während des Sputtervorgangs betrug ca. 5× 10-3 mbar.
Als Targetmaterial wurde Ti benutzt.
Liste der Einzelteile
 1 Substrat, Glas
 2 Vorderseite
 3 Pfeil, Blickrichtung
 4 einfallendes Licht
 5 an der Vorderseite reflektiertes Licht
 6 an der Rückseite reflektiertes Licht (Fig. 1)
 7 an der Rückseite reflektiertes Licht (Fig. 2)
 8 Rückseitenschicht, TiNx-Schicht
 9 Rückseite
10 Abszisse
11 linke Ordinate
12 rechte Ordinate
13 Transmissionskurve
14 Reflexionskurve
15 Transmissionskurve
16 Reflexionskurve

Claims (4)

1. Optisch wirkende Schicht für Substrate, die insbesondere eine hohe Antireflexwirkung aufweist, nach Hauptpatent . . . . . . . . (Patentanmeldung P 39 41 795.6), dadurch gekennzeichnet, daß auf der vom Betrachter abgewandten Substratseite (Rückseite) (9) eine Rückseitenschicht (8), die überstöchiometrisches TiNx mit x gleich 1 oder größer als 1 aufweist, angeordnet ist.
2. Optisch wirkende Schicht für Substrate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der vom Betrachter abgewandten Substratseite (Rückseite) (9) eine Rückseitenschicht (8), die überstöchiometrisches TiNx mit x im Bereich von 1 bis 1,16 aufweist, angeordnet ist.
3. Optisch wirkende Schicht für ein Substrat, das einen Brechungsindex n im Bereich von 1,5 bis 1,65 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der vom Betrachter abgewandten Substratseite (Rückseite) (9) eine Rückseitenschicht (8), die überstöchiometrisches TiNx mit x gleich 1 oder größer als 1, insbesondere mit x im Bereich von 1 bis 1,16, aufweist, angeordnet ist.
4. Optisch wirkende Schicht für ein Substrat, das aus Glas mit einem Brechungsindex n im Bereich von 1,5 bis 1,65 besteht, dadurch gekennzeichnet, daß auf der vom Betrachter abgewandten Substratseite (Rückseite) (9) eine Rückseitenschicht (8), die überstöchiometrisches TiNx mit x gleich 1 oder größer als 1, insbesondere mit x im Bereich von 1 bis 1,16, aufweist, angeordnet ist.
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