DE4341162A1 - Farbige Schichten - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von farbigen Schichten auf Substraten und die mit dem
Verfahren hergestellen Schichten sowie deren Verwen
dung.
Die dekorative farbige Gestaltung und Modifizierung
von Oberflächen durch das Aufbringen von Filmen,
Schichten od. dgl. hat eine große wirtschaftliche Be
deutung. Die aufgebrachten Filme müssen dabei neben
der gewünschten Farbgebung noch weitere funktionelle
Anforderungen wie Korrosionsschutz, Verschleißfestig
keit, Beständigkeit gegenüber chemischen Stoffen und
anderen Umwelteinflüssen sowie gute Isolations- oder
auch Leitfähigkeitseigenschaften besitzen.
Eine Vielzahl von Oberflächen wird heute mit konven
tionellen Farben, Lacken, Pulvern oder auch auf gal
vanische Weise dekorativ veredelt.
In den letzten Jahren gewannen neue Oberflächen-Ver
edelungsverfahren auf der Basis der Dünnschichttech
nologie zunehmend an Bedeutung.
Es ist bekannt, daß die Karbide, Nitride und Carboni
tride von einigen Übergangsmetallen wie Titan, Chrom,
Zirkon usw. aufgrund ihrer elektronischen Struktur
derartige optische Eigenschaften aufweisen, wie sie
für eine dekorative Oberflächenveredelung erforder
lich sind. Durch die Legierung z. B. mit Aluminium
bzw. eine Dotierung mit Sauerstoff oder Kohlenstoff
läßt sich die Farbpalette erweitern. Diese Materia
lien sind abriebbeständig und chemisch resistent und
können darüber hinaus eine gewisse Schutzfunktion des
Substrates übernehmen. Die Abscheidung dieser Verbin
dungen erfolgt vorwiegend durch reaktive Hochlei
stungs-Kathodenzerstäubung (Sputtern).
Der entscheidende Nachteil dieser Schichtlegierungen
besteht jedoch in der geringen Variationsbreite der
erreichbaren Farbeindrücke. So lassen sich mit diesen
Schichtsystemen bisher noch keine blauen oder grünen
Farbtöne erzeugen.
Der zweite prinzipielle Weg zur Erzeugung von Farben
basiert auf der gezielten Ausnutzung von Interferenz
erscheinungen. Hierfür werden im sichtbaren Spektral
bereich vorwiegend transparente Schichten eingesetzt.
Bei der Abscheidung von derartigen Einfach-, Mehr
fachschichten oder Gradientenschichten lassen sich
prinzipiell alle Farbtöne realisieren. Ein Schicht
aufbau, wie er für Interferenzfilter typisch ist
(z. B. Metall/dielektrische Schicht/Metall), läßt sich
ebenfalls zur Farbgebung einsetzen.
Diese Systeme weisen aber, da es sich nicht um Eigen
farben bzw. Körperfarben handelt, eine Reihe ent
scheidender Nachteile auf. Einerseits ist die Farb
entstehung dabei empfindlich abhängig von den spezi
fischen optischen Eigenschaften des jeweiligen Sub
strates. Zum anderen weisen die Interferenzfarben
eine extreme Schichtdickenabhängigkeit auf. Für die
Realisierung einer homogenen Farbgestaltung, d. h.
einer gleichmäßigen Schichtdickenverteilung über die
gesamten Oberflächen des Substrates, ist mitunter ein
hoher beschichtungstechnischer Aufwand notwendig
(z. B. Substratbewegung etc. bei Verwendung punktför
miger Verdampferquellen). Außerdem führen lokale Ma
terialabnutzungen zu unerwünschten Farbänderungen an
den exponierten Stellen.
Ein weiterer Weg zur Erzeugung von Farbschichten be
steht in dem Aufdampfen von organischen Farbstoffen
im Vakuum. Derartige Farbstoff-Aufdampfschichten sind
insbesondere für die Nutzung von Solarenergie (Solar
zellen, photoelektrische Eigenschaften) und für opti
sche Aufzeichnungssysteme (optische Eigenschaften)
sowie Gassensoren von Interesse. So beschreibt H.
Böttcher et al. in Z. Chem. 29 1989, Heft 10, S. 368
ff. die photochemische Anwendung von Farbstoff-Auf
dampfschichten (FSAS). Darin wird die reproduzierbare
Herstellung von FSAS mit Hilfe der modernen Vakuum
technik beschrieben. Diese Literaturstelle beschreibt
allerdings nicht die dekorative farbige Gestaltung
und Modifizierung von Oberfläche mit Hilfe dieser
Schichten, sondern beschäftigt sich lediglich mit den
optischen Eigenschaften der aufgedampften Farbstoff
schichten. Diese Farbstoffschichten sind als solche
für eine derartige Modifizierung und Gestaltung von
Oberflächen nicht geeignet.
Die DE-AS 17 71 370 beschreibt ein Verfahren zur Her
stellung von in der Durchsicht homogenen farbigen
dünnen Schichten durch Hochvakuumaufdampfung auf ei
nen durchsichtigen Träger unter Verwendung einer op
tisch absorbierenden und einer optisch nicht absor
bierenden Komponente. Die Erfindung ist dadurch ge
kennzeichnet, daß eine bestimmte Mischung von SiO2
und B2O3 auf einem transparenten Substrat (Glas) auf
gebracht wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß
es ausschließlich auf Gläser anwendbar und auf spe
zielle optische Eigenschaften ausgelegt ist. Mit die
sem Verfahren können keine Schichten hergestellt wer
den, die korrosionsbeständig und/oder verschleißbe
ständig und beständig gegenüber chemischen Stoffen
sind.
Die DE 12 66 607 offenbart ein Verfahren zur Herstel
lung lichtabsorbierender, farbiger, durchsichtiger
Schichten. Bei diesem Verfahren wird durch gleichzei
tiges Aufdampfen mehrerer dieser schichtbildenden
Stoffe auf einen Träger durch Aufdampfen aus getrenn
ten Tiegeln eine farbige Schicht hergestellt. Dabei
wird ein organischer verdampfbarer Farbstoff in ein
Dielektrikum eingelagert. In eigenen Experimenten zur
Einlagerung des Farbstoffes in eine anorganische Ma
trix (Composit) hat sich jedoch gezeigt, daß sehr
deutliche Farbverschiebungen gegenüber der aufge
dampften Farbstoffschicht auftreten. Gleichzeitig hat
sich gezeigt, daß die Schichten, die mit diesem Ver
fahren hergestellt wurden, noch unzureichende mecha
nische Eigenschaften aufweisen.
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, farbige Schichten auf Substraten zu erzeu
gen, wobei die farbige Schicht annähernd die Farbe
der reinen Farbstoffaufdampfschicht aufweisen soll.
Weiterhin ist gefordert, daß die farbige Schicht kor
rosionsbeständig und verschleißfest sein muß.
Die Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst. In den Ansprüchen 2 bis 9
sind Weiterbildungen bezüglich des Verfahrens angege
ben. Die farbigen Schichten selbst sind durch die
Merkmale des Patentanspruches 10 gekennzeichnet. Die
Verwendung der Farbstoffschicht ist in den Ansprüchen
11 und 12 gekennzeichnet.
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß, wenn
das Verfahren zum Aufbringen der farbigen Schichten
so gesteuert wird, daß in Aufwachsrichtung gesehen
Schichten entstehen, die Bereiche erhöhter Farbstoff
konzentration und Bereiche mit erniedrigter Farb
stoffkonzentration aufweisen, farbige Schichten er
halten werden können, die nicht nur verschleißfest,
sondern z. B. bei Phthalocyanin auch die Farbe der
reinen Farbstoffaufdampfschicht aufweisen. Erfin
dungsgemäß werden dazu mindestens eine FS-a und eine
FS-r Teilschicht abgeschieden. Welche Schicht zuerst
abgeschieden wird, spielt dabei keine Rolle. Bevor
zugt wird nun so vorgegangen, daß auf einem Substrat
2 bis 100 Teilschichten, ganz besonders bevorzugt 5
bis 50 Teilschichten, abgeschieden werden, wobei die
Farbstoffkonzentration in den einzelnen Schichten
jeweils von farbstoffreich zu farbstoffarm wechselt.
Dadurch wird offensichtlich erreicht, daß in den Be
reichen mit erhöhter Farbstoffkonzentration eine Ag
gregation der Farbstoffmoleküle eintritt, so daß die
Farbe des Farbstoffes bzw. die Farbstoffcharakteri
stika der reinen Farbstoffschicht nahezu erhalten
bleibt. Es hat sich dabei gezeigt, daß die Farbstoff
konzentration in den FS-reichen Teilschichten minde
stens 50 Vol.-% übersteigen muß. Bevorzugt ist es da
bei, wenn die Farbstoffkonzentration im Bereich zwi
schen 65 und 100 Vol.-% liegt. Dadurch wird eine noch
stärkere Aggregation der Farbstoffmoleküle erzielt,
so daß die eigentliche Farbe des Farbstoffes zum Tra
gen kommt. Andererseits müssen die farbstoffarmen
Teilschichten (FS-a) Farbstoffkonzentrationen aufwei
sen, die kleiner als 50 Vol.-% sind. Hierbei hat es
sich gezeigt, daß es vorteilhaft ist, wenn die Farb
stoffkonzentration kleiner als 30 Vol.-% ist, bevor
zugt im Bereich zwischen 20 bis 0 Vol.-%. Besonders
vorteilhaft ist es, daß durch diese erfindungsgemäßen
"Multilayer" nicht nur annähernd die Originalfarbe
des Farbstoffes erzielt werden kann, sondern daß ei
nerseits durch die farbstoffarmen Teilschichten
(FS-a) und andererseits durch die Schichtung selbst
die Stabilität und die mechanische Beanspruchbarkeit
der farbigen Schicht wesentlich gesteigert werden
kann. Die so präparierten Schichten weisen keine mit
tels Rasterelektronenmikroskop (REM) beobachtbaren
Ausscheidungen des Farbstoffes auf. Temperaturunter
suchungen an Luft zeigten, daß die auf diese Weise
hergestellten Schichten bis 350° stabil sind und kei
nerlei Farbänderungen auftraten. Es hat sich gezeigt,
daß dazu Schichtdicken der FS-r-Teilschichten von
mindestens 3 nm erforderlich sind, da ansonsten keine
ausreichend großen Aggregate gebildet werden können.
Die Schichtdicke der FS-r-Teilschicht kann bis zu 100
nm reichen, ohne die vorstehend beschriebenen Eigen
schaften zu verlieren. Bevorzugt ist es hierbei, wenn
die Schichtdicken der FS-r-Teilschichten im Bereich
von 3 nm bis 50 nm liegen. Die Schichtdicken der FS-
a-Teilschicht können hingegen in einem größeren Be
reich liegen. Die Schichtdicke kann je nach Anforde
rung 10 nm bis wenige µm, bevorzugt bis 1000 nm be
tragen. Die Anzahl der sich abwechselnden farbstoff
armen bzw. farbstoffreichen Teilschichten kann dabei
im Bereich von 2 bis 100 Schichten liegen. Die Erfin
dung schließt selbstverständlich auch Ausführungsfor
men mit ein, bei denen der Farbstoff in den einzelnen
Teilschichten (FS-r oder FS-a) verschieden ist.
Die Schichtdicke wie auch die Anzahl der Teilschich
ten wird je nach Einsatzgebiet der farbigen Schicht
ausgewählt. Ist eine hohe mechanische Beanspruchung
erforderlich, so werden mehrere Schichten aufgebracht
(5 bis 50 Schichten). Ist nur der Farbeffekt im Vor
dergrund, so ist eine Schichtanzahl ausreichend, die
im Bereich zwischen 2 und 10 liegt.
Der Kern der Erfindung ist demnach darin zu sehen,
daß durch eine entsprechend modulierte Konzentration
des Farbstoffes in Aufwachsrichtung annähernd der
Farbton des Farbstoffes in der farbigen Schicht er
halten wird und daß gleichzeitig eine Schicht ent
steht, die aufgrund des modulierten Aufbaues eine
hohe mechanische Beanspruchbarkeit aufweist.
Verfahrensmäßig wird dabei so vorgegangen, daß beim
simultanen Abscheidungsprozeß (z. B. aus zwei ver
schiedenen Verdampfungsquellen) die Abscheiderate
einer Quelle periodisch moduliert wird. Diese peri
odische Modulation ist z. B. durch eine zeitliche Ver
änderung der Heizleistung sowie geeigneter Shutterbe
wegungen direkt über den thermischen Verdampfer
quellen realisierbar. Welche der Verdampferquellen
dabei moduliert wird, ist dabei von untergeordneter
Bedeutung. Die Zeitdauer der Modulation wird dabei in
Abhängigkeit von der gewünschten Dicke der Teil
schichten bestimmt.
Nach der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 6
ist es zusätzlich vorteilhaft, wenn die farbige
Schicht auf der Außenseite mit einer Schutzschicht
versehen ist. Damit werden die Eigenschaften der
Schicht, wie Verschleißfestigkeit oder auch chemische
Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen, nochmals
deutlich erhöht. Günstigerweise besteht die Schicht
aus demselben Material wie das Dielektrikum, z. B. aus
Al2O3. Dies bringt verfahrenstechnische Vorteile mit
sich.
Die Erfindung schließt jedoch auch Varianten mit ein,
bei denen die Schutzschicht aus einem anderen Materi
al als das Dielektrikum besteht.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 5)
sieht vor, auf dem Substrat eine Haftschicht aufzu
bringen. Diese Haftschicht kann als Vermittler zwi
schen der farbigen Schicht und dem Substrat dienen,
wenn das Substrat nicht geeignet ist, eine farbige
Schicht aufzunehmen. Als Haftschichten können einer
seits Reflektionsschichten wie Metalle sowie dielek
trische Matrixmaterialien fungieren, andererseits ist
eine Vorbehandlung des Substrats durch einen Teil
chenbeschuß vorteilhaft.
Eine weiter bevorzugte Ausführungsform (Anspruch 7)
sieht vor, daß zwischen den einzelnen Teilschichten
halbdurchlässige Metall- oder Metall-Legierungs
schichten aufgebracht werden. Dadurch können speziel
le Farbeffekte erzeugt werden.
Als derartige Schichten können hierbei alle Schichten
mit einem Reflektionsvermögen von mindestens R < 20%
im sichtbaren Spektralbereich eingesetzt werden.
Aus stofflicher Sicht ist die Erfindung auf nahezu
beliebige Substrate hinsichtlich des Materials, der
Geometrie und der Oberflächenbeschaffenheit anwend
bar. Beispiele für Substrate sind Glas, Metall, Kera
mik oder Kunststoffe. Besonders bevorzugt ist beim
erfindungsgemäßen Verfahren die Verwendung von Kunst
stoff-Substraten wie z. B. Folien, da die Beschichtung
bei niedrigen Temperaturen (< 523 K) durchgeführt
werden kann. Hinsichtlich der Geometrie bestehen le
diglich Einschränkungen in bezug auf die Verfahrens
technik, d. h. die Größe der Vakuumanlage.
Die Palette der einsetzbaren Farbstoffe erstreckt
sich dabei auf alle verdampfbaren bzw. sublimierbaren
organischen Farbstoffe. Hierzu gehören insbesondere
aromatische oder heterocyclisch organische Farbstoffe
(z. B. Phthalocyanine, Perinone, Chinacridone, Rhoda
minfarbstoffe, Merocyanine, Perylenfarbstoffe, An
thrachinone).
Als Dielektrika können z. B. Metalloxide eingesetzt
werden wie:
SiO2, TiO2, ZrO2, Ta2O3, WO3, Al2O3, (Metalloxide);
Oxinitride/Nitride wie z. B. AlN oder SiN;
hydrogenierte Materialien;
Fluoride (z. B. MgF2 oder NaF),
oder Mischungen davon.
SiO2, TiO2, ZrO2, Ta2O3, WO3, Al2O3, (Metalloxide);
Oxinitride/Nitride wie z. B. AlN oder SiN;
hydrogenierte Materialien;
Fluoride (z. B. MgF2 oder NaF),
oder Mischungen davon.
Die optischen Eigenschaften des Dielektrikums können
dabei an die Eigenschaften der verwendeten Farbstoffe
angepaßt werden.
Die Erfindung eignet sich besonders zur Oberflächen
gestaltung in der Architektur, beim Design und bei
Kunstartikeln. Sie ist weiterhin geeignet in der Be
leuchtungsindustrie, d. h. für selektive Reflektoren,
Filtergläser oder zum Beschichten von Lampen. Weitere
Anwendungsmöglichkeiten bestehen bei Haushaltsgerä
ten, Spielwaren, Baumschmuck oder auch in der Automo
bilindustrie. Allgemein ist die Erfindung bei allen
hochwertigen Konsumgütern wie Schmuck, Ringe, Uhren,
Uhrenbänder oder Silberwaren einsetzbar.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausfüh
rungsbeispieles und der Fig. 1 und 2 näher erläu
tert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Schicht
aufbaues, bestehend aus einem Substrat und
mehreren FS-r und FS-a-Schichten; und
Fig. 2 die Absorptionsspektren von CuPc-Schichten,
CuPc-SiOx-Compositschichten und entspre
chende Multilayer;
Fig. 3 die Absorptionsspektren von CuPc-Schichten,
des CuPc-Al2O3-Composits und entsprechende
Multilayer.
Die Abscheidung der Schichten erfolgte in einer kon
ventionellen Hochvakuumanlage mit einem Restgasdruck
von 6·10-4 Pa. Als Substrate wurde Glas (Brechungsin
dex n=1,5) mit den Abmessungen 50×50 mm2 verwendet.
In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau des Schichtsy
stems schematisch wiedergegeben.
Die farbigen Schichten wurden durch einen simultanen
Verdampfungsprozeß eines organischen Farbstoffes und
einer anorganischen Matrix hergestellt. Die dielek
trische Matrix (Al2O3, SiO2) wurde dabei mittels Elek
tronenstrahl-Verdampfung (e-gun evaporation) aufge
bracht. Als Verdampfungsmaterial fand Al2O3 bzw.
SiO2 in Tablettenform oder als Granulat Verwendung.
Zur Verbesserung der Oxidation dieser Schichten kann
zusätzlich Sauerstoff (Partialdruck von 5·10-2 Pa) in
den Rezipienten eingelassen werden. Der organische,
in Pulverform vorliegende Farbstoff (Cu-Phthalocya
nin, Hostaperm-Blau; P.B.15) wurde aus einer speziel
len thermischen Verdampferquelle (konventioneller
Molybdäntiegel mit Deckel) aufgedampft. Über den Ver
dampferquellen sind zusätzlich Shutter angebracht, um
vor dem Verdampfungsprozeß konstante Arbeitsbedingun
gen einzustellen und außerdem eine alternierende Be
schichtung zu realisieren.
Die Präparation des gesamten Schichtsystems wurde in
einem einzigen Vakuumzyklus vorgenommen.
Ein Verdampfer-Substrat-Abstand von 50 cm war ausrei
chend, um einerseits eine gute Vermischung der ver
dampften Materialien schon in der Gasphase zu erhal
ten und andererseits die parasitäre Erwärmung des
Subtrates zu minimieren. Die unbeheizten Substrate
wiesen nach der Verdampfung eine Temperatur von weni
ger als 523 K auf.
Die Schichtmodulation läßt sich so realisieren, daß
während der Beschichtung das Verhältnis der Aufdampf
raten und somit der Konzentration der unterschiedli
chen Materialien zueinander periodisch verändert wur
de. Dies läßt sich technisch einerseits durch eine
Modulation der Heizleistung jeweils eines der beiden
thermischen Verdampfer erreichen. Die Regelung wird
von einem speziellen, frei programmierbaren Steuerge
rät übernommen, mit welchen sämtliche Verdampfer und
Shutter separat steuerbar sind. Welcher der Verdamp
ferquellen dabei moduliert wird, spielt eine unterge
ordnete Rolle. Jedoch hat sich in den Experimenten
gezeigt, daß die Heizleistungsveränderung der Ver
dampferquelle für die dielektrischen Materialien
(e-gun) v.a. wegen der geringeren Trägheit und der
temperaturunempfindlicheren Ausgangsstoffe vorteil
hafter ist. Im einfachsten Fall ist die Modulation
durch ein Ab- und Einschalten eines Verdampfers mög
lich. Die Installation mehrerer Sensorheads ist dabei
erforderlich, um die Depositionsraten der einzelnen
Verdampfermaterialien, deren Konzentrationsverhält
nisse sowie die entsprechenden Schichtdicken vorzuge
ben und zu monitorieren.
Ein anderer Weg zur Herstellung der modulierten
Schichten ist durch ein definiertes Öffnen und
Schließen der über den Quellen angebrachten Shutter
in vorgegebenen Zeitintervallen möglich. Die Steue
rung erfolgt analog zu oben.
Für die optische Charakterisierung der Proben wurden
Farbmessungen nach der CIELAB-Norm (Normlichtart C,
2°) durchgeführt. Hierbei bedeuten
a* Rot-Grün-Wert,
b* Gelb-Blau-Wert und
L* Helligkeit.
a* Rot-Grün-Wert,
b* Gelb-Blau-Wert und
L* Helligkeit.
Aus Tabelle 1 ist aus der Rubrik CuPc-Al2O3 zu ent
nehmen, daß sich die Farbwerte der CuPc-Al2O3-Compo
sitschichten sehr deutlich von denen der reinen Farb
stoffschichten unterscheiden. Die CuPc-Al2O3-Compo
sitschichten besitzen eine leicht grün-gelbe Färbung,
während die CuPc-Farbstoffschichten einen blau-grünen
Farbton aufweisen. Bei der modulierten Präparation
von CuPc-Al2O3-Multilayern zeigt sich jedoch, daß die
Farbe des CuPc nahezu erhalten bleibt.
In Fig. 2 sind die Transmissionsspektren von ver
schiedenen CuPc-SiOx-Compositschichten, CuPc-SiOx-
Multilayern und reinen CuPc-Schichten gegenüber
gestellt. Es lassen sich v.a. bei FS-armen Schichten
(siehe Composit 1 : 3) deutliche Änderungen der Lage
(langwellige Verschiebung) sowie der Breite der Ab
sorptionsbande (Q-Bande) beobachten, was eine drasti
sche Farbänderung von blau-grün nach grün hervorruft.
Außerdem geht aus Fig. 2 hervor, daß der spektrale
Transmissionsverlauf und damit die Farbwerte der rei
nen Farbstoffschicht und der Multilayerschicht nahezu
gleich sind. Die entsprechenden Farbwerte - bestimmt
nach CIELAB-System - sind in Tabelle 1 zusammenge
faßt.
Zusätzliche Untersuchungen an Multilayer-Schichtsy
stemen sowie an verschieden dicken Farbstoffschichten
bestätigen, daß im CuPc-SiOx-System
- a) diese Erscheinung durch einen "Farbstoff-Size- Effekt" hervorgerufen wird und
- b) die Beeinflussung des Absorptionsverhaltens durch die (chemische) Wechselwirkung zwischen den Farbstoffmolekülen und dem Matrixmaterial sowie durch Interferenzeffekte an den dünnen Schichten eine untergeordnete Rolle spielen.
Dieses Verhalten läßt sich so verstehen, daß bei ei
ner Konzentration des Farbstoffes von kleiner 50% im
Composit die Farbstoffmoleküle nahezu isoliert vor
liegen bzw. sich nur wenige kleinere Aggregate aus
bilden. Es dominieren die Absorptionseigenschaften
des Monomers. Dieses Verhalten geht aus der spektra
len Verschiebung der Absorptionsbanden bei den Compo
sitschichten mit dem Konzentrationsverhältnis FS : Di
elektrikum von 1 : 3 hervor (siehe Fig. 2). Eine Erhö
hung des Farbstoffanteils führt zu einem Anwachsen
der Farbstoffaggregatgröße im Composit und somit zu
einem deutlichen Excitonensplitting analog der reinen
Farbstoffschicht (siehe Excitonenmodell von Kasha).
Bei einem CuPc-SiOx-Volumenverhältnis von 3 : 1 im Com
posit konnte diese These darüber hinaus durch die
Beobachtung von Entmischungserscheinungen im Composit
mittels REM bestätigt werden (ähnlich einer übersät
tigten Lösung).
Fig. 3 zeigt die Transmissionsspektren von CuPc-
Al2O3-Compositschichten (Volumenverhältnis 1 : 1),
CuPc-Al2O3-Multilayern (Teilschichtdicke jeweils 20
nm) sowie reinen CuPc-Schichten (in allen Schichten
entspricht der absolute Farbstoffanteil der Dicke
einer CuPc-Schicht von 200 nm).
Bei einer coverdampften AL2O3-Matrix ist die "chemi
sche" Wechselwirkung demnach zwischen Farbstoff und
Matrix derart stark, daß die für die organische Farb
stoffschicht typischen Farbcharakteristika fast voll
ständig verlorengehen. In diesem System tritt eine
zusätzliche Absorption im kurzwelligen Bereich des
sichtbaren Spektrums auf. Diese überlagert sich mit
der deutlich schwächer auftretenden selektiven Ab
sorption des Farbstoffes und beeinflußt so den Farb
eindruck. Es entstehen grünlich-gelbe Farbtöne, die
vermutlich auf eine Fragmentierung des Farbstoffes
unter Einfluß des Al2O3 zurückführbar sind, wie u. a.
auch durch IR-Untersuchungen bestätigt wurde. Die
entsprechenden Farbwerte gehen aus Tabelle 1 hervor.
Durch die erfindungsgemäßen "Multilayer" wird jedoch
die Originalfarbe des Farbstoffes erzielt und gleich
zeitig eine hohe mechanische Beanspruchbarkeit er
reicht.
Claims (12)
1. Verfahren zur Herstellung von farbigen Schichten
im Vakuum durch gleichzeitiges Aufdampfen eines
im sichtbaren Spektralbereich absorptionsfreien
Materials wie z. B. Dielektrika wie Al2O3, SiOx
oder TiO2 und mindestens eines organisch ver
dampfbaren bzw. sublimierbaren Farbstoffes aus
getrennten Aufdampfquellen auf ein Substrat wie
Glas, Metall, Keramik, Kunststoffe oder derglei
chen,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch Änderung der Abscheiderate einer Auf
dampfquelle übereinander mindestens zwei Teil
schichten, eine farbstoffreiche Schicht mit ei
ner Farbstoffkonzentration größer 50 Vol.-%
(FS-r) mit einer Schichtdicke im Bereich von
3 nm bis 100 nm und einer farbstoffarmen Schicht
mit einer Farbstoffkonzentration kleiner
50 Vol.-% (FS-a) mit einer Schichtdicke im Be
reich von 10 nm bis wenige µm aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß 2 bis 100 Teil
schichten aufgebracht werden, wobei sich die
FS-r- und die FS-a-Schichten abwechseln.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Farbstoffkonzen
tration in der FS-r-Schicht im Bereich von
65 bis 100 Vol.-% liegt.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Farbstoffkonzen
tration in der FS-a-Schicht im Bereich von 0 bis
30 Vol.-% liegt.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat vor
der ersten Teilschicht eine Haftschicht aufge
bracht ist.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die der Außenseite
zugewandte Teilschicht mit einer Schutzschicht
überzogen ist.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Teil
schichten (FS-r und FS-a) eine Metall- oder
Metall-Legierungsschicht aufgebracht ist.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung der
Farbstoffe und des Dielektrikums durch thermi
sche Verdampfung erfolgt.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des
Substrates während des Aufdampfprozesses unter
halb 523 K liegt.
10. Farbige Schicht,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie nach mindestens einem der Verfahrensan
sprüche 1 bis 9 hergestellt worden ist.
11. Verwendung der farbigen Schichten nach Anspruch
10 als dekorative Schicht zur Gestaltung und Mo
difizierung von Oberflächen.
12. Verwendung der farbigen Schichten nach Anspruch
10 als Korrosionsschutzschicht und/oder zur Ver
besserung des abrasiven Verhaltens und/oder als
elektrische Isolation oder elektrisch leitfähige
Schichten.
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---|---|---|---|
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1993
- 1993-12-02 DE DE4341162A patent/DE4341162C2/de not_active Expired - Fee Related
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