DE60017232T2 - Schichten auf Basis von Nioboxid für optische Dünnfilmbeschichtungen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Schichten auf Basis von Nioboxid für optische Dünnfilmbeschichtungen und Verfahren zu deren Herstellung Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Optische Dünnschicht-Beschichtungen können zum Verändern optischer Eigenschaften eines Substrates verwendet werden. Beispielsweise kann die Reflexion von Licht, welche an der Grenzfläche zweier verschiedener Materialien auftritt, durch Applizieren einer optischen Dünnschicht-Beschichtung auf einer Oberfläche an einer solchen Grenzfläche geändert werden. Zusätzlich kann die Licht-Transmission durch eine absorbierende optische Beschichtung reduziert werden, oder die Transmission/Absorption spezieller Wellenlängen kann verstärkt werden.
  • Es ist oft wünschenswert, den Prozentanteil sichtbaren Lichtes, welcher an einer Grenzfläche reflektiert wird, zu reduzieren, und die Transmissivität sichtbaren Lichtes zu erhöhen, wodurch eine mit der Reflexion sichtbaren Lichtes einhergehende Blendung reduziert wird. Optische Antireflex-Dünnschicht-Beschichtungen für solche Zwecke haben vielfältige Anwendungen, inklusive beispielsweise Fenster, Linsen, Bild-Rahmen und visuelle Anzeige-Vorrichtungen wie Computer-Bildschirme, Fernseh-Bildschirme, Taschenrechner und Uhren-Sichtflächen.
  • Im Allgemeinen tritt die Reflexion von Licht an der Grenzfläche zweier Materialien auf, welche verschiedene Brechungsindizes aufweisen, beispielsweise Glas und Luft. Luft hat einen Brechungsindex von ungefähr 1,00 und Glas hat im Allgemeinen einen Brechungsindex von ungefähr 1,51, so dass bei Einfall von Licht, welches vorher durch Luft verlaufen ist, auf eine Glas-Fläche ein Teil des Lichtes gebrochen (gebogen) wird, und mit einem vom Einfallswinkel abweichenden Winkel durch das Glas verläuft, und ein Teil des Lichtes reflektiert wird. Um die von einer Glas-Oberfläche reflektierte Licht-Menge zu minimieren, wäre es theoretisch ideal das Glas mit einem Material zu beschichten, welches einen Brechungsindex aufweist, welcher die Quadratwurzel von 1,51 ist, welches der Brechungsindex von Glas ist. Es gibt allerdings sehr wenige widerstandsfähige Materialien, welche einen solchen speziellen Brechungsindex (d.h. 1,2288) aufweisen.
  • Um das durch das Fehlen widerstandsfähiger Materialien mit dem benötigten Brechungsindex erzeugte Problem zu bewältigen, wurden Dünnschicht-Beschichtungen mit Mehrschicht-Anordnungen entwickelt. Bisherige Mehrschicht-Antireflexions-Beschichtungen enthielten zwei, drei, vier oder mehr Schichten. Durch Verwenden von Mehrschicht-Beschichtungen mit Schichten, welche einen hohen, mittleren und niedrigen Brechungsindex in verschiedenen Kombinationen und Reihenfolgen aufweisen, waren herkömmliche Beschichtungs-Systeme in der Lage, die Reflexion sichtbaren Lichtes an Luft/Substrat-Grenzflächen auf vernachlässigbare Prozentanteile zu reduzieren. Allerdings erhöht jede Schicht eines Mehrschicht-Beschichtungs-Systems die Gesamtkosten des Beschichtungs-Systems.
  • Es gibt viele verschiedene Beispiele von bislang verwendeten Mehrschicht-Beschichtungs-Systemen. Antireflex-Beschichtungen mit zwei, drei und vier Schichten sind beispielsweise bei H. A. Macleod, "Thin Film Optical Filters", Adam Hilger, Ltd., Bristol, 1985 bekannt und beschrieben. Die Beschichtungen sind derart ausgelegt, dass sie spezielle Brechungsindizes für verschiedene Anwendungen bereitstellen, um benötigte optische Eigenschaften zur Verfügung zu stellen. Brechungsindizes sind Material-Konstanten. Der Brechungsindex eines Materials, die Mengen eines Materials, die Kombinationen von Materialien und Schichtdicken beeinflussen allesamt die optischen Eigenschaften des resultierenden Systems. Ein herkömmlicher Weise verwendetes solches System ist eine "Drei-Schicht-Niedrig" Mehrschicht-Beschichtung, bei welcher das Substrat mit einer Schicht mit mittlerem Brechungsindex ("M-Schicht") beschichtet ist, wobei die M-Schicht einen Brechungsindex ("n") von 1,60 bis 1,90 aufweist, die M-Schicht mit einer Schicht mit hohem Brechungsindex ("H-Schicht") beschichtet ist, wobei die H-Schicht ein n größer als 1,90 aufweist, und die H-Schicht mit einer Schicht mit niedrigem Brechungsindex ("L-Schicht") beschichtet ist, wobei die L-Schicht ein n kleiner 1,60 aufweist (wodurch insgesamt eine M/H/L-Struktur bereitgestellt wird). Andere Anordnungen enthalten Zweilagen-Beschichtungen, welche im Allgemeinen eine M/L-Anordnung aufweisen, welche eine innere M-Schicht und eine äußere L-Schicht enthalten. Solche Anordnungen sind beispielsweise in Laseroptik-Anwendungen nützlich. Es sind außerdem Vier-Lagen-Systeme bekannt, welche im Allgemeinen einen H/L/H/L-Aufbau aufweisen, und eine innere H-Schicht, beschichtet mit einer L-Schicht, gefolgt von einer weiteren H-Schicht und L-Schicht enthalten. Solche Beschichtungen werden typischerweise für technische Anwendungen verwendet, welche einer etwas größeren Lichtmenge den Durchtritt durch die Beschichtung ermöglichen müssen, als bei einer Standard-Anwendung.
  • Materialien, welche derzeit in optischen Dünnschicht-Beschichtungen als Schichten verwendet werden und einen hohen Brechungsindex aufweisen enthalten Titan-Oxid, Hafnium-Oxid und andere Übergangs-Metall-Oxide. Um allerdings widerstandsfähige Beschichtungs-Schichten aus diesen Hoch-Brechungsindex-Materialien herzustellen, ist es häufig notwendig, teure Techniken wie Vakuum-Aufdampfen oder Sputtern zu verwenden. Die Kosten der in solchen Anwendungs-Prozessen verwendeten Ausrüstung sind häufig zu unwirtschaftlich zum Herstellen solcher Beschichtungen.
  • Andere Techniken, mittels welcher Schichten von optischen Dünnschicht-Beschichtungen auf Substrate appliziert worden sind, enthalten die Verwendung von Sol-Gel-Technologie. Eine herkömmliche Sol-Gel-Technologie enthält das Applizieren einer Lösung auf ein Substrat, sowie anschließendes Konvertieren eines in der Lösung enthaltenen Oxid-Vorläufers in ein Oxid auf der Oberfläche des Substrates. Dieses Verfahren beinhaltet im Allgemeinen das Entfernen von Wasser mittels einer Wärme-Behandlung. Eine alternative und in jüngerer Zeit angenommene Technik der Sol-Gel-Chemie beinhaltet das Applizieren einer Kolloidal-Suspension (Sol) eines chemisch konvertierten Oxids auf ein Substrat, sowie das anschließende Verdampfen des Suspensions-Mediums bei Raum-Temperatur. Aufgrund der Schwierigkeiten, welchen man bei der Präparation adäquater kolloidaler Suspensionen begegnen kann, wird üblicherweise das erste Verfahren bevorzugt.
  • Die Verwendung von Sol-Gel-Chemie beim Applizieren von optischen Dünnschicht-Beschichtungen ist aufgrund der mit Vakuum-Aufdampf-Ausrüstung einhergehenden unerschwinglichen Kapital-Kosten wünschenswert. Leider bieten allerdings herkömmliche Sol-Gel-Verfahren wenig Wahlmöglichkeiten von Hoch-Brechungsindex-Beschichtungs-Materialien.
  • Für Elektrochromie-Anwendungen wurde Niob-Oxid vorgeschlagen, es wurde aber bislang nicht verwendet um eine Hoch-Brechungsindex-Schicht in optischen Dünnschicht-Beschichtungen herzustellen, außer durch teures Sputtern und Chemisches-Dampfphase-Deponier-Techniken. Sol-Gel-Techniken, welche Niob-Alkoxid-Vorläufer (wie Niob-Pentaethoxid, Nb(OCH2CH3) 5 ) und Niob-Chloroalkoxid-Vorläufer (wie NbCl(OCH2OCH3)4) aufweisen, wurden zur Herstellung von Elektrochromie-Beschichtungen verwendet. Elektrochromie-Beschichtungen weisen eine reversible Farb-Änderung bei abwechselnd anodischer und kathodischer Polarisation auf. Diese Beschichtungen sind üblicherweise durch Aufschleudern beschichtet ("spin coated"), und weisen im Allgemeinen deutliche Dicken (5–10 μm) auf. Elektrochromie-Materialien sind normalerweise nicht sehr dicht, und sind bevorzugter Weise amorph, um einen offenen Rahmen zur schnellen Ionen-Diffusion bereitzustellen. Elektrochromie-Beschichtungen sind im Allgemeinen derart ausgelegt, dass sie bruchfrei sind, werden aber nicht mit Homogenität oder der Absorption/Transmission von Licht in Verbindung gebracht.
  • Niob-Chlorid und Tetraalkoxsilan-Vorläufer wurden in Kombination in einem molaren Verhältnis von 90:10 Silizium zu Niob als ein L-Schicht-Material verwendet. Solche Vorgänger-Mischungen haben Materialien mit Brechungsindizes im Bereich von ungefähr 1,55 im Mittel erzeugt. Es ist allgemein gut bekannt und erwartet, dass Kombinationen von zwei Materialien mit sich unterscheidenden Brechungsindizes eine Material-Mischung erzeugen werden, welche einen Brechungsindex aufweist, welcher linear und direkt zum molaren Verhältnis der zwei Komponenten proportional ist. Wenn man beispielsweise variierende Mengen von Silizium-Dioxid und Titan-Dioxid (TiO2) kombinieren möchte, und den Brechungsindex der Material-Mischung als eine Funktion des molaren Verhältnisses von TiO2 messen würde, würde eine lineare Beziehung beobachtet werden. Da allerdings herausgefunden wurde, dass Vorläufer-Mischungen von Silizium und Niob instabil sind, wenn Niob 10 Mol-% überschreitet, waren diese Materialien nicht sehr interessant. Vorläufer mit mehr als 10 Mol-% Niob tendieren dazu, ein schnelles Gelieren zu erfahren, wodurch sie für die meissten Sol-Gel-Verfahren ineffektiv werden.
  • Während Sol-Gel-Präparationen allgemein ein populäres Forschungs-Objekt im Bereich der optischen Dünnschicht-Beschichtungen geworden sind, ist von Sol-Gel-Niob-Oxid-Materialien nicht bekannt, dass sie hohe Brechungsindizes hätten.
  • Wenn ein Sol-Gel-Verfahren zum Beschichten eines Substrates verwendet wird, benötigt die aufgebrachte Beschichtung im Allgemeinen ein abschließendes Wärme-Ausheilen, um die Beschichtung in das gewünschte Oxid zu konvertieren. Eine in Sol-Gel-Anwendungen verwendete herkömmliche Ausheil-Temperatur beträgt ungefähr 400°C. Es gibt viele Materialien, welche Schmelzpunkte oder Zersetzungs-Punkte unterhalb von 400°C aufweisen, inklusive beispielsweise bestimmte Plastik-Materialien oder andere Polymer-Harze. Daher können optische Dünnschicht-Beschichtungen bei Verwendung herkömmlicher Sol-Gel-Verfahren nicht auf einer großen Klasse von Materialien (d.h. solchen mit Schmelzpunkten unterhalb von 400°C) beschichtet werden. Derzeit werden wärmeempfindliche Materialien mittels Vakuum-Deposition beschichtet.
  • Es existiert daher ein Bedarf in der Technik für ein widerstandsfähiges Material zur Verwendung als eine einen hohen Brechungsindex aufweisende Schicht in einer optischen Dünnschicht-Beschichtung, welche in einer verhältnismäßig kostengünstigen Weise hergestellt werden kann. Darüber hinaus sind kostengünstige Materialien zur Verwendung als einen mittleren Brechungsindex aufweisende Schichten ebenfalls wünschenswert. Schließlich werden Materialien benötigt, welche dazu geeignet sind, einen hohen Brechungsindex auf Wärme-sensitiven Materialien bereitzustellen.
  • EP-A-953550 offenbart eine optische Dünnschicht-Beschichtung, welche von einem Sol-Gel abgeleitetes Niob-Oxid umfasst, wobei die Schicht einen Brechungsindex von wenigstens 1,90 aufweist. Das Verfahren startet mit einem in Ethanol gelösten Niob-Chlorid wobei das Substrat durch Eintauchen beschichtet, und anschließend Wärme-behandelt wird.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Dünnschicht-Beschichtung auf einem Substrat, umfassend die Merkmale gemäß den Ansprüchen 1–5, sowie eine optische Dünnschicht-Beschichtung gemäß Anspruch 6 und ein beschichtetes Substrat gemäß den Ansprüchen 7 und 8.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG VERSCHIEDENER ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorhergehende Kurzfassung und die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung werden besser verstanden, wenn sie in Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen gelesen werden. Zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung sind in den Zeichnungen Ausführungsformen) gezeigt, welche derzeit bevorzugt sind. Es versteht sich allerdings, dass die Erfindung nicht auf die gezeigten speziellen Anordnungen, Instrumente oder die speziellen gezeigten Informationen beschränkt ist. In den Zeichnungen ist:
  • 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Brechungsindex und Molenbruch von Niob-Oxid in einem gemäß der vorliegenden Erfindung präparierten Material;
  • 2 eine graphische Darstellung der prozentualen Reflexion für Wellenlängen im Bereich von 425 nm bis 675 nm unter Verwendung des in Beispiel 4 präparierten beschichteten Substrates;
  • 3 ein vergrößerter Ausschnitt im Querschnitt eines Teils einer optischen M/H/L-Mehrschicht-Beschichtung;
  • 4 ein vergrößerter Ausschnitt im Querschnitt eines Teils einer optischen M/L-Zweischicht-Beschichtung;
  • 5 ein vergrößerter Ausschnitt im Querschnitt eines Teils einer optischen H/L/H/L-Mehrschicht-Beschichtung;
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es wurde überraschend herausgefunden, dass eine Schicht von auf Niob-Oxid basierendem Material, welche einen hohen Brechungsindex aufweist und zur Anwendung in einer optischen Dünnschicht-Beschichtung geeignet ist, unter Verwendung von Sol-Gel-Chemie bereitgestellt werden kann. Es wurde ferner überraschend herausgefunden, dass Behandlung bei niedriger Temperatur Schichten mit hohem Brechungsindex ergeben kann, was es ermöglicht, die Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung auf Wärmesensitive Substrate zu applizieren. Daher können optische Dünnschicht-Beschichtungen, welche Schichten mit hohem Brechungsindex aufweisen, unter Verwendung verhältnismäßig kostengünstiger Technologie hergestellt werden.
  • Von einem Sol-Gel abgeleitete Niob-Oxid umfassende Schichten können auf Substrate alleine oder in Verbindung mit anderen Schichten als Teil eines optischen Mehrschicht-Dünnschicht-Beschichtungs-Systems beschichtet werden. Das Niob-Oxid (beispielsweise Nb2O5) kann von einem Sol-Gel-Prozess abgeleitet werden, welcher eine Niob-Chlorid und Alkohol enthaltende Vorgänger-Mischung verwendet. Die von einem Sol-Gel abgeleitete Niob-Oxid-Schicht der vorliegenden Erfindung ist dazu geeignet, einen Brechungsindex von wenigstens ungefähr 1,90, und bevorzugt einen Brechungsindex von wenigstens ungefähr 1,95, und besonders bevorzugt einen Brechungsindex von wenigstens ungefähr 2,00 bereitzustellen, so dass sie zur Verwendung als eine Hoch-Brechungsindex-Schicht geeignet ist. Die Niob-Oxid-Schicht kann im Allgemeinen eine Dicke von ungefähr 35 Nanometer ("nm") bis ungefähr 300 nm aufweisen, allerdings kann die Dicke über einen weiten Bereich von Messungen variieren, um verschiedene optische Effekte zu erreichen, wie unten detaillierter beschrieben ist.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer von einem Sol-Gel abgeleiteten Niob-Oxid-Schicht auf einem Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung enthält zuerst ein Eintauchen des Substrates in eine Mischung, welche Niob-Chlorid (NbCl5) und einen Alkohol enthält.
  • Verwendbare Alkohole enthalten primäre Alkohole, wie Methanol, Ethanol, n-Propanol und n-Butanol, sekundäre Alkohole wie Isopropyl und sec-Butanol, und tertiäre Alkohole wie t-Butanol. Darüber hinaus können verschiedene Polyhydroxy-Alkohole verwendet werden, inklusive beispielsweise Ethylen-Glycol, Propylen-Glycol, 1,3-Propandiol und 1,2 Butandiol. Der bevorzugte Alkohol ist Ethanol aufgrund seiner direkten Verfügbarkeit. Der Mischung kann auch Wasser zugeführt werden. Typische Wasser-Konzentrationen betragen von ungefähr 2% bis ungefähr 15%. Anfangs kann Wasser in kleinen Mengen bereitgestellt werden, um zusätzliche reaktive (OH–)-Gruppen bereitzustellen, sowie zwecks Verdünnens. Wenn es zugeführt wird, ist es bevorzugt, deionisiertes Wasser zu verwenden, um jedwede Verunreinigungen zu begrenzen, und jedwede unerwünschte Interaktionen mit den Mischungs-Konstituenten zu minimieren, welche beispielsweise Ausfällungen verursachen können. Es ist bevorzugt, wasserfreies Ethanol zu verwenden, um Wasser in bekannten, kontrollierten Mengen zugeben zu können.
  • In der Mischung der vorliegenden Erfindung verwendetes Niob-Chlorid liegt vor dem Mischen mit Alkohol im Allgemeinen in Form von festem Niob-Pentachlorid vor. Festes Niob-Chlorid kann über viele heimische und internationale Distributoren und Hersteller gekauft werden, und kann mittels bekannter Synthese-Wege präpariert werden. Festes Niob-Chlorid ist Feuchtigkeits-sensitiv und sollte in einem trockenen Bereich gelagert werden. Ohne durch Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass Niob-Pentachlorid mit einem Alkohol gemäß der folgenden Reaktion reagiert, und dabei ein Niob-Chloralkyloxid und Salzsäure bildet: NbCl5 + ROH → NbCl5-x(OR)x + HCl
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sollte die Konzentration von Niob-Chlorid in der Reaktanden-Mischung von ungefähr 20 g/l bis ungefähr 100 g/l, bevorzugt von ungefähr 40 g/l bis ungefähr 70 g/l, und besonders bevorzugt von ungefähr 45 g/l bis ungefähr 55 g/l betragen. Diese Konzentrationen korrespondieren zu äquivalenten Konzentrationen von Niob-Oxid in der resultierenden Beschichtungs-Lösung von ungefähr 10 g/l bis ungefähr 50 g/l, bevorzugt von ungefähr 20 g/l bis ungefähr 35 g/l und weiter bevorzugt von ungefähr 22,5 g/l bis ungefähr 27,5 g/l.
  • Das Niob-Chlorid (im Folgenden auch als "der Niob-Oxid-Vorläufer" bezeichnet) sowie die unten detailliert beschriebenen Silizium-Vorläufer und Aluminium-Vorläufer werden üblicherweise in verdünnter Form, beispielsweise mit 40 g/l, in der Mischung bereitgestellt. Es versteht sich, dass die Menge in der Mischung variiert werden kann, vorausgesetzt dass die Verdünnungs-Kriterien eingehalten werden. Diese Kriterien enthalten die Anwesenheit von genügend Vorgängerstoff, der notwendig ist zum Bereitstellen der gewünschten Menge Metall-Oxid in der endgültigen Beschichtung, sowie einer ausreichenden Verdünnung, um die Vorgänger-Moleküle getrennt zu halten bis die Lösung auf die Oberfläche appliziert wird, um eine verfrühte Reaktion in der Beschichtungs-Lösung zu verhindern. Die Beschichtungs- und Vernetzungs-Reaktionen finden bevorzugt auf der Substrat-Oberfläche nach dem Eintauchen statt, gleichzeitig mit dem Herausziehen des Substrates aus der Lösung, bei Einwirkung der Umgebungs-Atmosphäre und/oder während einer anschließenden Wärmebehandlung.
  • Mischungen gemäß der vorliegenden Erfindung können optional andere Ingredienzien, wie beispielsweise stabilisierende Substanzen enthalten. Die stabilisierenden Substanzen, beispielsweise Säuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure und Zitronensäure, oder Chelat-bildende Substanzen wie 2,4-Pentandion, Di-Aceton-Alkohol und Ethyl-Aceto-Acetat, werden in kleinen Mengen zugeführt, ausreichend zum Ausführen der Funktion eines Komplexierens um die Vorgänger-Moleküle herum, um die Vorgänger-Moleküle in Lösung zu stabilisieren. Wenn eine Säure verwendet wird, kann sie auch dahingehend wirken, dass sie während des Beschichtungs-Verfahrens auftretende Kondensations-Reaktionen katalysiert.
  • Es wurde überraschend herausgefunden, dass die Beschichtungs-Schicht auch eine oder mehrere zusätzliche Komponenten enthalten kann, welche aus Silizium-Dioxid und/oder Aluminium-Oxid ausgewählt sind, mit einem Molenbruch von bis zu 0,55, basierend auf den gesamten Molen des Niob-Oxids und der einen oder der mehreren, in der Beschichtungs-Schicht vorhandenen zusätzlichen Komponenten, ohne den Brechungsindex auf unterhalb von ungefähr 1,90 abzusenken. Die Erfinder haben überraschender Weise herausgefunden, dass Mischungen aus Niob-Chlorid und Tetraalkoxysilanen stabil sind und kein schnelles Gelieren erfahren, wenn die Konzentration von Tetraalkoxysilan äquivalent ist zu einem Silizium-Dioxid-Molenbruch in der Beschichtungs-Schicht von weniger als ungefähr 0,55. 1 erläutert die Wirkung eines Zuführens von zusätzlichen Komponenten zu der Mischung. Wie mit der durchgezogenen Linie in 1 gezeigt, würde angenommen werden, dass der Brechungsindex eines Materials, welches Niob-Oxid und Silizium-Dioxid enthält, linear anwächst, direkt proportional zu Erhöhungen des Molenbruches von vorhandenem Niob-Oxid. Allerdings haben die Erfinder überraschend herausgefunden, dass der Brechungsindex solcher Materialien wesentlich höher ist als erwartet, wie durch die Einzel-Punkt-Daten in 1 gezeigt ist. Die Kosten von Silizium-Vorgängern und Aluminium-Vorgängern sind wesentlich niedriger als von Niob-Vorgängern und anderen H-Schicht-Vorgängern. Daher kann eine Schicht einer optischen Dünnschicht-Beschichtung, welche einen Brechungsindex von mindestens ungefähr 1,90 aufweist, unter Einarbeitung signifikanter Mengen von Vorgängern präpariert werden, welche weniger teuer sind als Niob-Vorgänger.
  • Zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Silizium-Vorgänger beinhalten beispielsweise Tetraalkoxy-Silane wie Tetramethoxy-Silan, Tetraethoxy-Silan und Tetrapropoxy-Silan. Zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Aluminium-Vorgänger beinhalten beispielsweise Aluminium-Nitrat, Aluminium-Chlorid und Aluminium-Alk-Oxide wie Aluminium-Isopropoxid und Aluminium-sec-butoxid.
  • Schichten mit mittlerem Brechungsindex, welche Niob-Oxid-basierte Materialien beinhalten, können ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Im Gegensatz zu der festgestellten Instabilität von Niob/Silizium-Mischungen, in welchen für Niob-Oxid Konzentrationen von ungefähr 2 bis ungefähr 40 Mol-Prozent reichen, wurde auch herausgefunden, dass Dünnfilm-Schichten, welche Niob-Oxid, Silizium-Dioxid und Aluminium-Oxid umfassen, hergestellt werden können, welche Brechungsindizes von ungefähr 1,60 bis ungefähr 1,90 zeigen. Die Schichten mit mittlerem Brechungsindex können gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Sol-Gel-Techniken, wie hier beschrieben, unter Verwendung einer anderen Mischung erzeugt werden. Normalerweise instabile, schnell gelierende Mischungen aus Niob-Chlorid und Tetraalkoxysilanen, wobei der Molenbruch von Silan von ungefähr 0,6 bis ungefähr 0,95 beträgt, werden überraschenderweise durch Zufügen von Aluminium-Vorgängern stabilisiert. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Mischung, welche einen Niob-Oxid-Vorgänger, einen Silizium-Vorgänger, einen Aluminium-Vorgänger und einen Alkohol enthält, stabil, wenn die Vorgänger in den folgenden ungefähren Verhältnissen vorliegen. Mischungen zum Herstellen von Schichten mit Brechungsindizes von ungefähr 1,60 bis ungefähr 1,90 enthalten bevorzugt einen Niob-Oxid-Vorgänger, einen Silizium-Vorgänger und einen Aluminium-Vorgänger, so dass das molare Verhältnis von Niob zu Silizium von ungefähr 0,9:1 bis ungefähr 3,6:1 und das molare Verhältnis von Niob zu Aluminium von ungefähr 0,8:1 bis ungefähr 3,0:1 beträgt, und wobei stärker bevorzugt das molare Verhältnis von Niob zu Silizium von ungefähr 2,7:1 bis ungefähr 3,6:1 und das molare Verhältnis von Niob zu Aluminium von ungefähr 2,3:1 bis ungefähr 3,0:1 beträgt.
  • Eintauchen des Substrates kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Die spezielle Art, in welcher das Substrat eingetaucht wird, ist in keiner Weise kritisch für die vorliegende Erfindung. Eintauchen kann mittels automatisierter oder manueller Mittel bewerkstelligt werden. Verständlicher Weise kann bezüglich der vorliegenden Erfindung Eintauchen sowohl ein "volles" Eintauchen des Substrates in die Mischung, als auch das teilweise Eintauchen des Substrates in die Mischung bedeuten. Das Substrat wird dann aus der Mischung herausgezogen, wodurch das Substrat mit einer Beschichtung der Mischung versehen wird. Die Dauer des Eintauchens ist nicht kritisch und kann variieren. Die Beschichtung verbleibt auf beiden Seiten der Oberfläche des Substrates. Aufgrund Verdampfens des Alkohols beginnt die Schicht auszudünnen. Alternativ können Aufschleuder-Beschichtungs-Verfahren verwendet werden. Wenn das Verdampfen auftritt, bildet sich eine Puffer-Zone von Alkohol-Dampf oberhalb der näher bei der Eintauch-Lösung liegenden Oberfläche der Beschichtungs-Schicht. Wenn sich das Substrat von der Eintauch-Lösung weg bewegt, nimmt der Dampf-Puffer ab, wodurch die Beschichtungs-Lösung atmosphärischer Feuchtigkeit ausgesetzt wird, und sich die Reaktions-Rate erhöht.
  • Säure kann die Reaktion weiter katalysieren. Wenn die Säure-Konzentration sich durch das Verdampfen von Alkohol erhöht, wird der pH beginnen zu fallen. Die chemischen Reaktionen sind komplex, und ihre Mechanismen sind nicht vollständig verstanden. Allerdings wird angenommen, dass die Gesamt-Reaktions-Rate durch Verändern (d.h. Erhöhen) von Konzentrationen von reaktiven Komponenten, dem Verdampfen von Alkohol und der Wasser-Konzentration-Erhöhung katalysiert wird, wie oben beschrieben. Die Reaktionen treten in der Zone auf, welche sich longitudinal entlang der Substrat-Oberfläche erstreckt, wenn der Alkohol wenigstens teilweise verdampft ist.
  • Das Substrat wird bevorzugt mit einer Rate von ungefähr 2 mm/s bis ungefähr 20 mm/s aus der Mischung gezogen. Stärker bevorzugt wird das Substrat mit einer Rate von ungefähr 6 mm/s bis ungefähr 12 mm/s aus der Mischung gezogen. Es ist bekannt, dass die Herauszieh-Rate die Beschichtungs-Dicke beeinflusst, wie in H.Schroeder, "Oxide Layers Deposited from Organic Solutions", Physics of Thin Films, Vol. 5, S. 87–141 (1969) beschrieben ist, (im Folgenden als "Schroeder" bezeichnet), dessen gesamter Inhalte hier voll-umfänglich als Referenz aufgenommen wird. Während die Geschwindigkeit, mit welcher das Substrat herausgezogen wird, nicht absolut kritisch ist, sind die oben diskutierten Bereiche im Allgemeinen bevorzugt. Es versteht sich allerdings, das gemäß der Erfindung irgendeine Rate verwendet werden könnte, um falls gewünscht die resultierende Dicke zu variieren. Wie in Schroeder diskutiert, kann auch der Winkel, unter welchem das Substrat herausgezogen wird, einen Einfluss auf die Beschichtungs-Dicke und Beschichtungs-Einheitlichkeit haben. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Substrat aus der Lösung derart herausgezogen wird, dass die longitudinale Achse des Substrates ungefähr einen 90°-Winkel mit der Oberfläche der Mischung bildet. Während dieser Herauszieh-Winkel bevorzugt ist, um gleichmäßige Beschichtungen an beiden Seiten des Substrates bereitzustellen, kann verständlicher Weise die vorliegende Erfindung unter Verwendung irgend eines Herauszieh-Winkels ausgeführt werden.
  • Sobald das Substrat aus der Mischung herausgezogen worden ist, kann es zwischenzeitlichen Wärme-Behandlungen, zusätzlichen Beschichtungs- Prozessen oder abschließenden Ausheil-Wärme-Behandlungen unterworfen werden. Die Begriffe "Wärme-Behandlung" und "Wärme-Behandeln" sind so verstanden, dass sie entweder unmittelbare Erwärmungs-Schritte oder abschließende Ausheil-Erwärmungs-Schritte oder beide enthalten, soweit nicht spezifiziert.
  • Zwischenzeitliche Wärme-Behandlung beinhaltet Erwärmen eines Substrates auf eine Temperatur von ungefähr 75°C bis ungefähr 200°C für einen Zeitraum von bis zu ungefähr einer Stunde, besonders bevorzugt von ungefähr 5 bis ungefähr 10 Minuten, um überschüssiges Fluid zu entfernen. Fluide, welche innerhalb der auf dem Substrat vorhandenen Beschichtung enthalten sein können, können beispielsweise Wasser, Alkohol(e) und Säure(n) enthalten. Abschließende Ausheil-Behandlung beinhaltet Erwärmen eines Substrates auf eine Temperatur von bis zu ungefähr 450°C. Abschließende Ausheil-Erwärm-Zeiten ("Halte-Zeiten") können von Null bis ungefähr vierundzwanzig Stunden reichen, wobei eine bevorzugte Haltezeit von ungefähr 0,5 bis ungefähr 2,0 Stunden reicht.
  • In Bezug auf Temperatur-sensitive Substrate wird eine Wärme-Behandlung notwendiger Weise durch den Schmelzpunkt des Substrat-Materials begrenzt. Temperatur-sensitive Substrate umfassen Materialien, 'welche Schmelzpunkt-Temperaturen von ungefähr gleich oder kleiner als 450°C aufweisen. Wärme-Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Erwärmen des Substrates mit geringeren Temperaturen als 450°C, und so tief wie 75°C, bevorzugt von ungefähr 90°C bis ungefähr 110°C über einen Zeitraum von ungefähr einer Stunde oder weniger enthalten, ohne die Fähigkeit der Beschichtungs-Schicht, einen hohen Brechungsindex aufzuweisen, wesentlich zu reduzieren. Eine Wärme-Behandlung kann auch Wärme-Behandlungen bei Temperaturen von weniger als ungefähr 200°C, oder weniger als 150°C enthalten, ist aber nicht effektiv unterhalb einer Temperatur von ungefähr 75°C. Die Schichten für optische Dünnschicht-Beschichtungen, welche von einem Sol-Gel abgeleitetes Niob-Oxid enthalten, können bei diesen niedrigen Temperaturen behandelt bzw. ausgeheilt werden. Wärme-Behandlung mit reduzierten Temperaturen (d.h. Temperaturen unterhalb von 450°C) können für weniger als eine Stunde durchgeführt werden, wie etwa für Zeiträume von weniger als einer halben Stunde, oder sogar für Zeiträume von weniger als 10 Minuten, ohne die Fähigkeit des Materials, einen hohen oder mittleren Brechungsindex aufzuweisen, wesentlich zu beeinflussen.
  • Die bei Niedrig-Temperatur behandelten, von einem Sol-Gel abgeleiteten Niob-Oxid-Schichten weisen hohe Brechungsindizes und eine hohe Widerstandsfähigkeit auf. Dies ist sehr vorteilhaft, da Substrate, welche Temperatur-sensitiv sind, wie beispielsweise Acrylharzderivate, Polyalkylene, Polycarbonate und Polystyrene, mit solchen Materialien beschichtet werden können. Ferner reduziert die Fähigkeit, bei einer niedrigen Temperatur auszuheilen, die zum Herstellen von Beschichtungen notwendige Energie noch weiter, wodurch Verfahrens-Kosten reduziert werden.
  • Sowohl Schichten mit hohem Brechungsindex als auch Schichten mit mittlerem Brechungsindex, welche gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, können in die gleiche oder eine andere optische Mehrschicht-Dünnschicht-Beschichtung eingearbeitet werden. Ein Typ von optischer Dünnschicht-Beschichtung, in welcher die Schichten mit hohem Brechungsindex der vorliegenden Erfindung eingearbeitet werden können, ist das Drei-Schichten-Niedrig- oder – M/H/L-System. Andere Arten von optischen Mehrschicht-Dünnschicht-Beschichtungen, in welche die Schichten mit hohem Brechungsindex der vorliegenden Erfindung eingearbeitet werden können, sind beispielsweise das System vom H/L/H/L-Typ und die Zwei-Lagen-Systeme. Es versteht sich, basierend auf dieser Offenbarung, dass weniger Lagen, oder sogar mehr Lagen für verschiedene Anwendungen bereitgestellt werden können.
  • Wie in 3 gezeigt, hat ein M/H/L-Mehrschicht-Beschichtungs-Aufbau eine Innen-Lage 14, eine Mittel-Lage 16 und eine Außen-Lage 18. Die Innen-Lage 14 weist in einer ausbehandelten bzw. ausgeheilten Beschichtung ein Mittleres-Brechungsindex-Niveau von ungefähr 1,60 bis ungefähr 1,90, bevorzugt von ungefähr 1,68 bis ungefähr 1,82 auf, und sie wird bevorzugt mit einer Dicke von λ/4 appliziert, gemessen in einer Richtung quer durch die Antireflex-Schicht. Wenn die Beschichtung Breitband-Antireflex-Eigenschaften aufweisen soll, beträgt λ typischerweise 550 nm. Allerdings sind andere Werte von λ möglich, wenn andere optische Antireflex-Eigenschaften gewünscht sind. Die Mittel-Schicht 16 befindet sich auf der Innen-Schicht 14, wie in 3 gezeigt. Die Mittel-Schicht weist nach dem Ausheilen bevorzugter Weise ein Material mit einem hohen Brechungsindex von wenigstens ungefähr 1,90 und eine bevorzugte Dicke von 2 × λ/4 auf, d.h. λ/2. Die Außen-Schicht 18 auf der Mittel-Schicht 16 ist, wie in 5 gezeigt, bevorzugter Weise ein Material mit einem niedrigen Brechungsindex von ungefähr 1,60 oder weniger nach dem Ausheilen, wie beispielsweise Silizium-Dioxid, und ist an der "Luft-Seite" der Beschichtung angeordnet. Die Außen-Schicht des Drei-Schichten-Niedrig-Aufbaus weist bevorzugter Weise eine Dicke von λ/4 auf. Wenn die bevorzugten Dicken der Schichten λ/4, λ/2 beziehungsweise λ/4 ist, wird ein Fachmann verstehen, dass Dicken variiert werden können, um optische Eigenschaften für verschiedene Beschichtungs-Anwendungen zu modifizieren oder anzupassen . Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein Antireflexions-beschichtetes Substrat, welches ein mit der Mehrschicht-Antireflexions-Beschichtung 10 beschichtetes Substrat 12 beinhaltet, wie hierin beschrieben, wobei die Innen-Schicht 14 oder die Mittel-Schicht 16, oder beide, gemäß der vorliegenden Erfindung von einem Sol-Gel abgeleitetes Niob-Oxid beinhalten.
  • Wie in 4 gezeigt, weist ein M/L-Mehrfachschicht-Beschichtungs-Aufbau 20 zwei Schichten auf, eine Innen-Schicht 22, welche gemäß der vorliegenden Erfindung einen mittleren Brechungsindex aufweist, und eine Außen-Schicht 24, welche einen niedrigen Brechungsindex aufweist, eine L-Schicht. Die Außen-Schicht 24 wird bevorzugt auf der Innenschicht unter Verwendung der gleichen Sol-Gel-Chemie und Beschichtungs-Techniken wie oben beschrieben ausgebildet, aber mit anderen Materialien, wie beispielsweise typischen L-Schicht-Materialien, Vorgänger-Lösungen, welche vollständig aus Silizium-Vorgängern bestehen. Die Außenschicht 24 kann irgendeines der gleichen, Materialien enthalten, welche oben mit Bezug auf die Außenschicht 18 der Mehrfachschicht-Antireflex-Beschichtung 10 angegebenen wurden. Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein Antireflex-beschichtetes Substrat, welches ein mit der Mehrfachschicht-Antireflex-Beschichtung 20 beschichtetes Substrat 12' beinhaltet, wie hierin beschrieben, wobei die Innenschicht 22 gemäß der vorliegenden Erfindung ein von einem Sol-Gel abgeleitetes Niob-Oxid-basiertes Material umfasst.
  • Wie in 5 gezeigt, weist ein H/L/H/L-Mehrschicht-Beschichtungs-Aufbau vier Schichten auf, das heißt: eine Innenschicht 28, welche einen hohen Brechungsindex aufweist, eine zweite Schicht 30, welche einen niedrigen Brechungsindex aufweist, eine dritte Schicht 32, welche einen hohen Brechungsindex aufweist, und eine Außenschicht 34, welche einen niedrigen Brechungsindex aufweist. Das zusammen mit solchen Schichten, bevorzugt für technische Anwendungen für erhöhte Lichtdurchlässigkeit zu verwendende Substrat 12", kann beispielsweise dasjenige sein, welche in H.K. Pulker, Coatings on Glas (Elsevier Publishing) 1984 beschrieben ist. Es versteht sich, dass basierend auf dieser Offenbarung die Innenschicht 28 und die dritte Schicht 32 die gleichen oder unterschiedliche Materialien umfassen können, vorausgesetzt, dass der Brechungsindex ein annehmbar hohes Niveau einnimmt. Die Schichten 30 und 34 sind bevorzugter Weise aus dem gleichen Material. Allerdings können, wie oben mit Bezug auf die Schichten 28 und 32 angegeben, die Außenschicht 34 und die zweite Schicht 30 verschiedene Materialien aufweisen, vorausgesetzt, dass sie beide einen annehmbar niedrigen Brechungsindex von bevorzugt ungefähr 1,54 oder weniger aufweisen. Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein Antireflex-beschichtetes Substrat, welches ein mit der Mehrschicht-Antireflex-Beschichtung 26, wie hierin beschrieben, beschichtetes Substrat 12" beinhaltet, wobei entweder die Innen-Schicht 28 und/oder die dritte Schicht 32 ein von einem Sol-Gel abgeleites Niob-Oxid enthält, wie oben beschrieben.
  • Die Erfindung wird nun basierend auf den folgenden, nicht-begrenzenden Beispielen beschrieben:
  • BEISPIEL 1
  • Eine Mischung zum Herstellen einer H-Schicht wurde präpariert durch Kombinieren von 61 Gramm von Niob-Pentachlorid und 94 ml von 100% Ethanol (wasserfreies denaturiertes Ethanol, SDA 2B-2) unter Rühren. Nachdem das Niob-Pentachlorid mit dem Ethanol reagiert hat, wurden zusätzliche 500 ml Ethanol und 25 ml deionisiertes Wasser zu der Mischung zugefügt. Die Mischung wurde dann mit zusätzlichem Ethanol auf ein Gesamt-Volumen von 1000 ml verdünnt. Diese Mischung wurde in Beispiel 4 verwendet, um eine Schicht mit einem Brechungsindex von 2,03 auf Soda-Kalk-Float-Glas zu bilden, und in Beispiel 5, um eine Schicht mit einem Brechungsindex von 1,96 auf Polykarbonat zu bilden.
  • BEISPIEL 2
  • Eine Mischung zum Präparieren einer M-Schicht wurde wie folgt hergestellt: 66 ml Ethanol, 25 ml Tetramethoxysilan, 22 ml deionisiertes Wasser und 2,6 ml Eisessig wurden unter konstantem Rühren bei Raum-Temperatur gemischt. Während des Rührens wurde solange jede Stunde die Viskosität gemessen, bis eine Viskosität von ungefähr 3,0 bis 3,2 Centistokes erreicht war, was grob das bevorzugte Ausmaß an Hydrolyse und Kondensation anzeigt. An diesem Punkt wurden der Mischung 0,66 ml 69%-iger Salpetersäure zugefügt, und die Mischung wurde mit zusätzlichem Ethanol auf 1000 ml verdünnt. Eine separate Lösung wurde präpariert durch: Auflösen von 74 Gramm Aluminium-Nitrat (Al(NO3) 3 · 9H2O) in 1000 ml Ethanol. Die zweite Lösung wurde dann zu der vorher präparierten Mischung zugefügt. Schließlich wurden 500 ml der resultierenden Mischung mit 500 ml der in Beispiel 1 präparierten H-Schicht-Mischung gemischt. Diese endgültige Mischung wurde in Beispiel 4 verwendet, um eine Schicht mit einem Brechungsindex von 1,74 auszubilden.
  • BEISPIEL 3
  • Eine Mischung zum Herstellen einer L-Schicht wurde präpariert durch Mischen von 160 ml Ethanol, 93 ml Tetraethoxysilan, 54 ml deionisiertem Wasser und 1 ml Salzsäure (37%) unter Umrühren bei Raumtemperatur. Während des Umrührens wurde solange jede Stunde die Viskosität gemessen, bis ein Wert von 3,0 bis 3,2 Centistokes erreicht war. Es wurde eine zweite Lösung präpariert durch Auflösen von 2 Gramm Aluminium-Nitrat (Al(NO3)3 · 9H2O) und/in 50 ml Ethanol. Diese Lösung wurde mit der Mischung, welche das Tetraethoxysilan enthält, gemischt. Die kombinierte Mischung wurde mit zusätzlichem Ethanol auf ein endgültiges Volumen von 1000 ml verdünnt. Diese Mischung wurde in Beispiel 4 verwendet, um eine Schicht mit einem Brechungsindex von 1,46 zu bilden.
  • BEISPIEL 4
  • Eine Drei-Schicht-Antireflex-Beschichtung wurde unter Verwendung der Niob/Silizium/Aluminium-M-Schicht-Mischung aus Beispiel 2, der Niob-H- Schicht-Mischung aus Beispiel 1 und der Silizium/Aluminium-L-Schicht-Mischung aus Beispiel 3 auf beide Seiten eines 2 mm dicken Stücks von Soda-Kalk-Float-Glas appliziert. Das gereinigte Stück Glas wurde zuerst in die M-Schicht-Mischung aus Beispiel 2 eingetaucht und vertikal mit einer Rate von 9 mm/s herausgezogen. Das Glas wurde anschließend für sechs Minuten bei ungefähr 170°C in einem Ofen getrocknet. Nachdem dem Glas ermöglicht wurde, sich auf Raumtemperatur abzukühlen, wurde es in die H-Schicht-Mischung aus Beispiel 1 eingetaucht, und aus der Mischung vertikal mit einer Rate von 15 mm/s herausgezogen. Das Glas wurde dann wiederum in einem Ofen für sechs Minuten bei ungefähr 170°C getrocknet. Dem Glas wurde ermöglicht, sich auf Raumtemperatur abzukühlen, und es wurde dann in die L-Schicht-Mischung eingetaucht und mit einer Rate von 8 mm/s vertikal herausgezogen. Das Glas wurde dann in einem Brennofen bei ungefähr 450°C für eine Stunde erhitzt. Die Reflexivität der beschichteten Glas-Probe wurde bei senkrechtem Einfall ("normal incidence") über einen Bereich von Wellenlängen von 425 bis 675 nm gemessen, und die mittlere prozentuale Reflexivität wurde zu 0,74% bestimmt. Die Reflexivität ist in 2 grafisch dargestellt.
  • VERGLEICHS-BEISPIEL
  • Ein 3 mm dickes Stück Lexan®-Polycarbonat wurde mittels Eintauchen der Polycarbonat-Probe in eine Niob-H-Schicht-Mischung, wie sie in Beispiel 1 präpariert wurde, beschichtet. Die Beschichtung wurde dann für sechs Minuten bei 110°C Wärme-behandelt. Dies war die einzige Wärme-Behandlung, der das Polycarbonat unterworfen wurde. Es wurde eine Schicht widerstandsfähigen Materials mit einem Brechungsindex von 1,96 bei 566 nm erzeugt.
  • Tabelle I
    Figure 00190001
  • Aus den obigen Beispielen ist es evident, dass die optische Dünnschicht-Beschichtungen, welche eine Hoch-Brechungsindex-Schicht aufweisen, auf einem Substrat unter Verwendung verhältnismäßig kostengünstiger Sol-Gel-Verfahren zur Anwendung bereitgestellt werden können. Die Niob-Oxid umfassende Hoch-Brechungsindex-Schicht war einheitlich, widerstandsfähig und dicht. Sie wurde gemäß einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung appliziert, und benötigte keine teuren Anlagen-Ausrüstung, wie Sputter-Anlagen oder dergleichen. Wie in Beispiel 4 gezeigt, kann eine optische "Drei-Schichten-Niedrig"-Dünnschicht-Beschichtung auf einem Substrat unter Verwendung eines von einem Sol-Gel abgeleiteten Niob-Oxid-Materials als der Hoch-Brechungsindex-Schicht bereitgestellt werden. Wie in 2 gezeigt, bewegt sich der prozentuale Anteil von Licht des sichtbaren Spektrums, welches von dem gemäß Beispiel 4 beschichteten Substrat reflektiert wird, im Mittel ungefähr bei 0,74%. Solch ein niedriges Reflexions-Niveau ist wesentlich unterhalb des gewünschten Reflexions-Maximal-Ausmaßes, welches üblicherweise für Antireflex-Zwecke toleriert wird.
  • Das aus der Mischung von Beispiel 1 erhaltene Niob-Oxid-Material ergab eine Schicht, welche einen Brechungsindex von ungefähr 2,03 auf Soda-Kalk-Float-Glas aufwies. Vormals wurden die einzigen Niob-enthaltenden Schichten für optische Dünnschicht-Beschichtungen, welche solch hohe Brechungsindices erreichte, mittels teurer Anlagen, wie Sputtern, hergestellt.
  • Ferner kann, wie durch Beispiel 2 und 5 belegt, unter Verwendung von Mischungen aus Niob, Silizium und Aluminium gemäß der vorliegenden Erfindung ein mittlerer Brechungsindex bereitgestellt werden. Solch ein Ergebnis ist aufgrund der vormals Niob/Silizium-Lösungen mit Niob-Konzentrationen- oberhalb eines bestimmten Minimal-Niveaus zugeschriebenen Instabilität überraschend. Es wurde herausgefunden, dass das Zuführen von Aluminium-Vorgängern zu einer Lösung von Niob-Vorgängern und Silizium-Vorgängern einen stabilisierenden Effekt für die Gesamt-Lösung bereitstellen kann.
  • Von Fachleuten wird gewürdigt werden, dass an den oben beschriebenen Ausführungsformen Veränderungen vorgenommen werden könnten, ohne von deren breiten erfinderischen Konzept abzuweichen. Es versteht sich daher, dass diese Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern dazu vorgesehen ist, Modifikationen innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzudecken.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Herstellen einer optischen Dünnschicht-Beschichtung auf einem Substrat, umfassend: (a) Eintauchen des Substrates in eine Niob-Chlorid, eine Silizium-Vorstufe, eine Aluminium-Vorstufe und einen Alkohol umfassende Mischung, wobei das molare Verhältnis von Niob zu Silizium von ungefähr 0,9:1 bis ungefähr 3,6:1 reicht, und wobei das molare Verhältnis von Niob zu Aluminium von ungefähr 0,8:1 zu ungefähr 3,0:1 reicht; (b) Herausziehen des Substrates aus der Mischung, um das Substrat mit einer Beschichtung der Mischung zu versehen; und (c) Wärme-Behandeln des Substrates bei Temperaturen unterhalb von 450°C und so tief wie 75°C für einen Zeitraum von etwa einer Stunde oder weniger zum Ausbilden einer Schicht mit einem Brechungsindex von etwa 1 ,60 bis ungefähr 1,90.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Mischung Niob-Chlorid in einer Konzentration von ungefähr 20g/L bis ungefähr 35g/L umfasst.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 2mm/s bis ungefähr 20mm/s herausgezogen wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Wärme-Behandlungs-Schritt bei einer Temperatur von bis zu ungefähr 200°C ausgeführt wird.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Schicht eine Dicke von ungefähr 35 Nanometer bis ungefähr 300 Nanometer aufweist.
  6. Optische Dünnschicht-Beschichtung mit einer Schicht, welche ein von einem Sol-Gel abgeleitetes Oxid-System umfasst, wobei das von einem Sol-Gel abgeleitete Oxid-System Niob-Oxid, Silizium-Oxid und Aluminium-Oxid umfasst, wobei die Schicht einen Brechungsindex von ungefähr 1,60 bis ungefähr 1,90 aufweist, und wobei das Niob-Oxid in der Schicht mit einem molaren Anteil von ungefähr 0,22 bis ungefähr 0,53 vorhanden ist, wobei das Silizium-Oxid in der Schicht mit einem molaren Anteil von ungefähr 0,29 bis 0,49 vorhanden ist, und wobei das Aluminium-Oxid in der Schicht mit einem molaren Anteil von ungefähr ungefähr 0,17 bis ungefähr 0,29 vorhanden ist, wobei jeder molare Anteil auf den totalen Molen von Niob-Oxid, Silizium-Oxid und Aluminium-Oxid in der Schicht basiert.
  7. Beschichtetes Substrat mit einer optischen Dünnfilm-Beschichtung gemäß Anspruch 6, wobei das Substrat eine Schmelzpunkt-Temperatur oberhalb von oder gleich ungefähr 100°C aufweist.
  8. Ein beschichtetes Substrat gemäß Anspruch 7, wobei das Substrat eine Schmelzpunkt-Temperatur von gleich oder weniger als 450°C aufweist.
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