WO2018158464A1 - Antireflex-beschichtung mit stabiler reflektivität und farbe unter winkel und unter abrasion - Google Patents

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WO2018158464A1
WO2018158464A1 PCT/EP2018/055334 EP2018055334W WO2018158464A1 WO 2018158464 A1 WO2018158464 A1 WO 2018158464A1 EP 2018055334 W EP2018055334 W EP 2018055334W WO 2018158464 A1 WO2018158464 A1 WO 2018158464A1
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Dirk Apitz
Christian Henn
Ulf Brauneck
Sébastien BOURQUIN
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Schott Ag
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    • G02B1/14—Protective coatings, e.g. hard coatings

Definitions

  • Antireflecting layer systems are state of the art today and are used in a variety of ways. Fields of application include image glazing, optical components such as lenses e.g. for cameras. These applications are not exposed to heavy mechanical stress.
  • EP 2 492 251 B1 describes the production of anti-reflective
  • Hard material layer of Si3N4 is introduced with an admixture of aluminum. Since watches and in particular so-called loupes for the date display, which are glued to the glass, are often mechanically stressed by scratching, the use of conventional anti-reflective layer systems is not useful, since they can be completely removed due to mechanical stress and the reflection of the substrate material is formed.
  • the hard AR system based on the development according to EP 2 492 251 B1 provides an antireflection system which is mechanically much more durable than conventional optical coatings.
  • Abrasion resistance of the layer system and thus cause only a small change in the layer thicknesses.
  • Described glass-ceramic substrates which are coated with carbon-doped silicon nitride.
  • WO 2009/010180 A1 and DE 10 2008 054 139 A1 describe aluminum-doped SiN or SiON layers having scratch-resistant action as individual layers.
  • DE 10 2016 125 689 A1 and DE 10 2014 104 798 A1 describe AR systems with a modified composition of the high-index layer, wherein the layers according to DE 10 2016 125 689 A1 are amorphous, while the layers according to FIG
  • a disadvantage of known antireflection coatings is that, inter alia, the color of the residual reflection under oblique light incidence angle, the color of the residual reflection after abrasion and the color of the residual reflection after abrasion at an angle, as well as the reflectivity after abrasion under angle not considered. It would generally be desirable if a change in reflectivity after abrasion can be reduced.
  • the aim of the invention is therefore to provide a mechanically resistant antireflective system, which has a comparable mechanical resistance as the prior art to antireflection systems with hard material layers and optical properties (average reflectivity, photopic reflectivity, color of the residual reflection) both optimized both before and after abrasion, both under normal angle of incidence and at various other angles and so z.
  • the abrasion can be done with an abrasion test, z. B. the modified Bayer test, based on ASTM F735-11, but preferably with 2 kg of corundum sand and 8000 cycles are tested. This modified Bayer test is also in the above-mentioned writings
  • the average layer thickness can be reduced by the Bayer test from 100 nm to 80 nm. There are many Scratches on, but if the reflection spectrum is measured over a large area (eg on an area of 5x5 mm 2 ), one can assign the abraded coating a macroscopic resulting reflectivity or a macroscopic resulting residual reflection color, which corresponds to the visual impression.
  • the invention is based on the idea of comparing or selecting layer sequences in the design of the layer system such that the smallest possible change in optical parameters with respect to the color of the residual reflection, its angular dependence and above all the intensity of the residual reflection is present when the layer thickness of the uppermost layer of the layer system is changed.
  • a transparent element comprising a transparent substrate and on this substrate a multilayer antireflection coating comprising at least four layers, high refractive index layers alternating with lower refractive index layers, and the higher refractive index layers typically have a greater hardness than the lower refractive index layers, and wherein the uppermost layer of the multilayer antireflective coating is a lower refractive index layer, and wherein the layers are selected for thickness with given refractive indices such that when the layer thickness is reduced top layer by 10% or 10 nm, depending on which of these cases gives the lower remaining layer thickness, so that the layer thickness after reduction in the first mentioned case is still 0.9 times the original layer thickness, at least one of the following features applies:
  • higher refractive index and “lower refractive index” are to be understood as a comparison relative to each other. As a layer with a higher refractive index is thus understood a layer whose refractive index is higher than a layer with lower
  • the standard light source D65 was used as the light source according to ISO standard 3664, a radiation distribution with a color temperature of 6504 Kelvin.
  • the layers of the antireflective coating are given.
  • Refractive indices are selected in terms of their thickness so that the color of the residual reflection at 30 ° incidence angle at 10% reduced layer thickness of the color below 30 °
  • Refractive indices selected in terms of their thickness so that the color of the residual reflection at 45 ° angle of incidence at 10% reduced layer thickness of the color below 45 °
  • the layer system can also be further tuned to the effect that the transparent element has at least one of the following features, preferably also several, in particular also all features:
  • the photopic reflectivity at 0 ° angle of incidence is less than 1, 5%
  • the maximum of the reflectivity in the wavelength range between 450 nm and 700 nm is less than 1, 5% at 0 ° incidence angle
  • the absolute value of the difference of the photopic reflectivity at 30 ° incidence angle to the photopic reflectivity at 0 ° incidence angle is less than 0.5%, preferably less than 0.3%, more preferably less than 0.1%,
  • the absolute value of the difference of the photopic reflectivity at an angle of incidence of 45 ° to the photopic reflectivity at an angle of incidence of 0 ° is less than 0.5%, preferably less than 0.3%, particularly preferably less than 0.1%,
  • the average reflectivity, averaged in the wavelength range between 450 nm and 700 nm at 0 ° angle of incidence, is less than 1.5%
  • the absolute value of the difference of the average reflectivities at angles of incidence of 30 ° and angles of incidence averaged in the wavelength range between 450 nm and 700 nm is less than 0.5%, preferably less than 0.3%, more preferably less than 0.1%,
  • the absolute value of the difference between the average reflectivities at 45 ° incidence and at 0 ° incidence, averaged over the wavelength range between 450 nm and 700 nm, is less than 0,5%
  • the absolute value of the difference between the maxima of the reflectivities in the wavelength range between 450 nm and 700 nm at 30 ° incidence and at 0 ° incidence is less than 0.5%, preferably less than 0.3%, more preferably less than 0.1%,
  • the absolute value of the difference between the maxima of the reflectivities in the wavelength range between 450 nm and 700 nm at 45 ° incidence and at 0 ° incidence is less than 0.5%, preferably less than 0.3%, more preferably less than 0.1%
  • average reflectivity is the average value of reflectivity in the
  • the coating can even fulfill at least one of the following features:
  • the photopic reflectivity at 0 ° angle of incidence is less than 1%, preferably less than 0.8%,
  • the absolute value of the difference of the photopic reflectivity at 30 ° incidence angle to the photopic reflectivity at 0 ° incidence angle is less than 0.1%
  • Wavelength range between 450 nm and 700 nm at 0 ° angle of incidence is less than 0.1%
  • the absolute value of the difference of the photopic reflectivity at an angle of incidence of 45 ° to the photopic reflectivity below 0 ° incidence angle is less than 0.2%
  • Wavelength range between 450 nm and 700 nm at 45 ° incidence angle
  • the average reflectivity, averaged in the range between 450 nm and 700 nm at 0 ° angle of incidence, is less than 1.0%.
  • z. B reflectivity spectrum, photopic (integrated) reflectivity, residual reflection color, etc.
  • targets can be defined for different angles and weighted in their importance or prioritization.
  • Such targets can with values z. For example, as links such as “less than” or “as close as possible”. Colors are defined as "as close as possible to" the desired color location, reflectivities as "less than” a desired boundary.
  • deviations can then be penalized and with these penalizations the layer thicknesses of the design can be optimized in such a way that the smallest possible penalization is achieved. With weights, deviations of different parameters can enter into the penalization with different degrees of intensity. So z. B. the
  • the weights are adjusted in the process so that desired results of the coating characteristics are achieved.
  • at least two, preferably a plurality of designs are defined which are identical in all layer thicknesses and layer materials and differ only in the layer thickness of the last layer. Is z.
  • a coating of 5 layers with two alternating materials, where d1, d2, ... are the layer thicknesses and the L and H, the two materials (low and high refractive index) could be a coating design (B1) now describe as follows :
  • [L] denotes a layer with a low refractive index
  • [H] a layer with a high refractive index
  • d1 - d5 are the respective layer thicknesses of these layers.
  • the method now comprises defining the targets described above for each of these designs and adjusting all the designs simultaneously (simultaneously) by changing the layer thicknesses d1, d2, ... the designs are still only the same
  • the targets for the different coating designs may differ and be weighted differently. So z. For example, the residual reflection color or the reflectivity for the design, where the last layer is reduced in thickness by 40 nm, will be weighted less important than for the design in which the last layer is not reduced in thickness.
  • Residual reflection paint with reduction of the thickness of the last layer keep more constant and another solution the more photopic reflectivity.
  • the process according to the invention for producing a transparent element can be summarized as follows: for at least one pair of antireflective coatings comprising at least four layers, high refractive index layers (51, 53) alternate with lower refractive index layers (50, 52, 54), the layers (51, 53 ) with higher
  • the two antireflection coatings differ only in the layer thickness of the top layer, so that the layer thickness is reduced in an antireflection coating by at least a factor of 0.9 compared to the layer thickness of the other antireflection coating, and wherein checked whether at least one of the conditions is fulfilled for both antireflection coatings:
  • a larger number of designs can be brought into the simultaneous fitting process, eg., four designs wherein the second is reduced by 10% in the final layer thickness as just described, a third, with 20% layer thickness reduction, and a fourth with 30% layer thickness reduction.
  • search can also be continued if a suitable pair of antireflection coatings has already been found, either in order to fulfill further conditions already mentioned above, or also to find the best possible layer system.
  • a plurality of pairs can be checked for the above-mentioned conditions (namely, the difference of the color of the residual reflection at 0 ° angle of incidence and / or the difference of the photopic reflectivity at 0 ° angle of incidence) and among the examined pairs the layer system for the Deposition are selected in which the smallest difference of the color of the residual reflection below 0 °
  • Light incident angle and / or the smallest difference of the photopic reflectivity is below 0 ° light incidence angle and then this layer system is deposited.
  • an antireflective layer system from a particular pair of antireflective coatings can be made as to whether other conditions exist, namely, in particular, the features already listed above.
  • the antireflection coating (5) is selected so that
  • the invention is suitable for inorganic substrates.
  • a preferred one is
  • Substrate is sapphire.
  • This substrate is particularly high quality, hard and transparent, so that here the advantages of the invention, namely to provide a high-quality, hard and abrasion-resistant insensitive anti-reflective coating system come especially to advantage.
  • Silicon nitride (Si3N4), aluminum nitride (AIN), aluminum oxide (Al2O3) as well as oxynitrides (Al w Si x NyOz) and mixtures of the mentioned materials are particularly suitable for the layers with a high refractive index. These materials not only have a high refractive index, but also a high hardness.
  • nitrides in particular aluminum nitride and silicon nitride may be mentioned as suitable layer materials. The materials may be doped, or may not be in pure form.
  • aluminum nitride with a silicon content eg between 0.05 and 0.25
  • silicon with a proportion of aluminum eg between 0.05 and 0.25, for example
  • All the above-mentioned features in terms of reflectivity and color location can also be met according to a further development of the invention if the layer thickness of the uppermost layer is further reduced to at most 0.8 times, more preferably at most 0.7 times, in particular preferably at most 0.6 times the undiminished layer thickness.
  • Fig. 1 shows two transparent elements with four-layer antireflection coatings.
  • Fig. 2 shows two transparent elements with antireflection coatings with five-layer antireflection coatings.
  • Fig. 3 shows diagrams of the color locus for various antireflective coatings with blue residual reflection.
  • Figure 5 shows a frequency distribution of the layer thickness of the lowest pair of layers for a number of antireflective coatings on a sapphire substrate.
  • FIG. 6 shows a corresponding frequency distribution for coatings on a borosilicate glass substrate.
  • Figure 7 shows a frequency distribution of the distance of the third uppermost interface from the surface for a number of antireflective coatings on a sapphire substrate.
  • FIG. 8 shows a corresponding frequency distribution for coatings on a borosilicate glass substrate.
  • Figure 9 shows a frequency distribution of the difference in layer thicknesses of the topmost pair of layers and the second topmost pair of layers for a number of antireflective coatings on a sapphire substrate.
  • FIG. 10 shows a corresponding frequency distribution for coatings on a borosilicate glass substrate.
  • FIGS. 11 to 14 show diagrams in which the layer thicknesses of the uppermost layers are plotted for different types of antireflection coatings according to the invention.
  • FIGS. 15 to 18 show diagrams in which the layer thicknesses of the lowest high-index layers are plotted for different types of antireflection coatings according to the invention.
  • Fig. 1 shows two partial images (a) and (b).
  • the partial image (a) shows an example of a transparent element 1 according to the invention.
  • the transparent element 1 comprises a transparent, in particular inorganic, substrate 3, for example made of glass.
  • a multilayer antireflection coating 5 is deposited on the substrate 3, deposited.
  • This has at least four layers 51, 52, 53, 54.
  • the layers 51, 53 are high-refractive and the layers 52, 54 have a low refractive index, so that the layers 51, 53 have a higher refractive index than the layers 52, 54.
  • the layer materials are characterized by different hatchings. As can be seen from the illustration, layers with a higher refractive index 51, 53 alternate with layers 52, 54 with a lower refractive index.
  • Refractive index causes, which have a greater hardness than the low-refractive index layers.
  • the layer 54 forms the uppermost layer 60 of the antireflection coating and is a low-refractive layer. As a result, this layer 60 can be removed more easily by abrasion.
  • the transparent element 1 shown in partial image (b) now differs from the element 1 according to partial image (a) only in that in the antireflection coating 6 the
  • Layer thickness of the top layer 60 is reduced by an amount Ad. Such a situation can occur if the antireflection coating 5 according to the invention according to partial image (a) is removed by abrasion over time.
  • the layer thicknesses of the layers 51-54 can now be selected according to the invention so that given refractive indices of
  • the antireflection coating 5 can be designed such that, with the layer thickness of the uppermost layer 60 unchanged, all or most (many, preferably most, most preferably almost all, most preferably all) have the following properties:
  • a predefined color e.g in the CIE color space
  • the photopic reflectivity of the antireflection coating 5 (weighted with the sensitivity curve of the human eye) at 0 ° angle of incidence is less than 1.5% (eg also less than 2%, preferably less than 1.5%, especially preferably less than 1.0%, very particularly preferably less than 0.8%).
  • the photopic reflectivity of the antireflection coating 5 at 30 ° incidence angle differs from the value below 0 ° angle of incidence by less than 0.2%, more preferably by less than 0.1%.
  • the photopic reflectivity of the antireflection coating 5 at 45 ° angle of incidence differs from the value below 0 ° angle of incidence by less than 0.2%, more preferably by less than 0.1%.
  • the average reflectivity of the antireflection coating 5 (averaged in the range between, for example, 450 nm and 700 nm) at 0 ° incidence angle is less than 1.5%, preferably less than 1.25%, more preferably less than 1 , 0%.
  • Angle of incidence differs from the value below 0 ° angle of incidence by less than 0.5%, preferably by less than 0.2%, more preferably by less than 0.1%.
  • the average reflectivity of the antireflection coating 5 at 45 ° incidence angle differs from the value below 0 ° angle of incidence by less than 0.5%, preferably by less than 0.2%, more preferably by less than 0.1%.
  • the absolute reflectivity (maximum in the range between, for example, 450 nm and 700 nm) at 0 ° incidence angle is less than 2%, preferably less than 1.5%, more preferably less than 1.0%.
  • the absolute reflectivity at 30 ° angle of incidence differs from the value below 0 ° angle of incidence by less than 0.5%, preferably by less than 0.2%, more preferably by less than 0.1%.
  • the absolute reflectivity at 45 ° angle of incidence differs from the value below 0 ° angle of incidence by less than 0.5, preferably by less than 0.2%, more preferably by less than 0.1%.
  • the layer thickness of the antireflection coating 5 according to the invention 5 is reduced by 10%, preferably by 20%, more preferably by 30%, most preferably by 40%, or even by 50%, so that an antireflection coating 6 is obtained, as example Sectionchan (b) of Fig. 1, the following features may be present individually or in combination: m) The color of the residual reflection of the anti-reflection coating 6 with reduced
  • Layer thickness of the layer 60 at 45 ° angle of incidence differs from the color of the
  • the antireflection coating 5 consists of a total of four layers, with the lowermost layer 51 being a high-index layer.
  • Such a layer system is favorable if the refractive index of the substrate is significantly lower than that
  • Fig. 2 also with a partial image (a) with undiminished layer thickness of the top layer 60 and a partial image (b) with a similar anti-reflection coating 6, but in which the uppermost layer 60 in thickness to at most the 0th 9 times the layer thickness d of the top layer 60 shown in partial image (a) is reduced.
  • FIG. 2 is based on the fact that a substrate 3 is coated with an antireflection coating 5 according to the invention, wherein the substrate 3 has a refractive index above 1.65 and the antireflection coating 5 a sequence of at least five alternating layers of lower and higher refractive index, wherein the lowermost layer 50 is a layer of lower refractive index.
  • the substrate 3 of this embodiment is a sapphire.
  • the transparent element may then be, for example, a watch glass or a magnifier for a watch glass, as used to increase the date display.
  • substrate material in addition to sapphire, soda lime glass, borofloate glass, aluminosilicate glass, lithium aluminosilicate glass, glass ceramic, and optical glass, for example glass with the trade names NBK7, D263 or B270 can also be used.
  • the coating 5 can generally be characterized as follows: Case a) The layer thicknesses are:
  • Thickness d3 of the third layer 52 10 nm - 200 nm
  • Thickness d4 of the fourth layer 53 100 nm - 200 nm
  • Thickness d5 of the fifth and uppermost layer 54 70 nm - 120 nm
  • Thickness d1 of the first layer on the substrate 3 5 nm - 60 nm
  • Thickness d2 of the second layer 51 30 nm - 200 nm
  • Thickness d3 of the third layer 52 10 nm - 200 nm
  • Thickness d4 of the fourth layer 53 150 nm - 300 nm
  • Thickness d5 of the fifth and uppermost layer 54 70 nm - 120 nm.
  • the first case typically gives an antireflective coating with blue or colorless residual reflection
  • the second case generally gives a violet residual reflection.
  • the two designs differ with respect to the layer thickness ranges of the second and fourth layers.
  • Layer thickness d4 of the fourth layer with a maximum deviation of ⁇ 15%, preferably at most ⁇ 10%, more preferably at most ⁇ 5%. Antireflection coatings with these features prove to be particularly favorable with regard to the stability of the color locus of the residual reflection and the reflectivity with abrasion of the uppermost layer 54, 60.
  • FIG. 3 shows as an exemplary embodiment of the invention four diagrams of the color loci of the residual reflection at different antireflection coatings.
  • the coatings are in the form of five-layer antireflection coatings 5.
  • the substrate 3 is a sapphire disk.
  • the diagrams of the partial images (a) to (d) are each three points drawn, which indicate the color of the residual reflection at 0 °, 20 ° and 40 ° light incidence angle. The values of all diagrams are calculated.
  • Partial image (a) shows the x and y values of the color of the residual reflection with undiminished layer thickness of the uppermost layer 60.
  • sub-image (b) the layer thickness of the uppermost layer 60 is reduced by 10%, the layer thickness of the uppermost layer is still the 0.9 times the layer of the example from partial image (a).
  • sub-image (c) the layer thickness of the uppermost layer 60 is reduced by 20% and in the case of sub-image (c) by 30%.
  • Residual reflection at 0 ° angle of incidence with reduced layer thickness is different from the color below 0 ° light incidence angle with undiminished layer thickness of the uppermost layer 54, 60 in the CIE xyz-
  • the photopic reflectivities (percentages) in the layer system in accordance with partial image (a) are 1, 37 at 0 °, 0.935 at 20 ° and 1, 148 at 40 °.
  • the photopic reflectivities are 0.996 at 0 °, 0.985 at 20 ° and 1.15 at 40 °.
  • the changes in the photopic reflectivities are:
  • Abrasion undergoes a thinning of the top layer 60.
  • Abrasion reduction of the uppermost layer is similar to another
  • Reduction by 0 nm refers to the color values at 0 ° light incidence angle.
  • the change of the color value ⁇ of 0.009 at 30 ° light incidence angle is the difference to the value x at 0 ° and also undiminished layer thickness.
  • the changes ⁇ , ä with reduced layer thickness and light incidence angles of 15 °, 30 °, 45 ° (last three lines of the table) refer to the color values at the same angle, but undiminished layer thickness.
  • the change .DELTA. ⁇ of 0.038 in the last line of the table is accordingly the absolute value of the difference of the color values x below 45.degree. Light incidence with undiminished and reduced by 10 nm layer thickness.
  • FIG. 4 shows a further example according to the invention on the basis of diagrams of the calculated color values of the residual reflection.
  • the color of the residual reflection was determined for reflection at light incidence angles of 0 °, 20 °, 40 ° and 60 °.
  • Sub-picture (a) again shows the color values at undiminished layer thickness and the sub-images the color values at 20% and 50% reduced layer thickness of the top layer 60.
  • none of the sub-images (b) and (c) deviates one of the color values from the color value according to partial image (a) by more than 0.05, which in view of the significant reduction of the top layer 60 to half the layer thickness
  • the layer thickness of the uppermost layer reduced by 20%, the reflectivity at light incidence angles of 0 °, 20 ° and 40 ° is 1, 063, 1, 076 and 1, 480.
  • the thickness of the uppermost layer halved the reflectivity at light incidence angles of 0 °, 20 ° and 40 ° is 3.321, 3.403 and 4.100.
  • the individual layers are given by: lowest layer 50 (lower refractive index): 35 nm,
  • the changes of the color values ⁇ and Ay for the angles 15 °, 30 ° and 45 ° with a reduction by 0 nm, ie with undiminished layer thickness refer to the color values at 0 ° light incidence angle as in the previous table.
  • the change of the color value Ay of 0.049 at 45 ° light incidence angle is the difference to the value y at 0 and also undiminished layer thickness.
  • Layer thickness and angles of incidence of 15 °, 30 °, 45 ° refer to the color values at the same angle, but undiminished layer thickness, as in the previous table.
  • the comparative example with respect to the photopic reflectivity before the abrasion test is slightly better than the coating according to the invention.
  • the coating according to the invention changes, after abrasive action, the color of the residual reflection and the reflectivity considerably less than the comparative example.
  • the invention is further not limited to four- or five-layer coatings, as exemplified by FIGS. 2 and 3. It can also be provided more layers. But is generally preferred that the antireflection coating 5 has at most twelve, more preferably at most ten layers to the
  • Examples 1 and 2 each meet only one of the two criteria of a slight color change under abrasion and change in photopic reflectivity, whereas Examples 3 to 6 meet both criteria, namely, that, first, the color of the residual reflection at 0 ° angle of incidence at a reduced layer thickness of the color below 0 ° light incidence angle with undiminished layer thickness of the uppermost
  • Examples 1 to 5 are antireflective coatings on a sapphire
  • Example 6 is a coating on a borosilicate glass sold under the trade name Borofloat.
  • the layer thicknesses of the individual layers of the antireflection coatings are as follows (in the sequence from the lowest layer to the uppermost layer):
  • Example 1 35 nm, 35 nm, 23 nm, 78 nm, 86 nm.
  • Example 2 6.7 nm, 129 nm, 183 nm, 34 nm, 101 nm.
  • Example 3 20.5 nm, 32 nm, 25.6 nm, 133 nm, 79 nm.
  • Example 4 15.4 nm, 34 nm, 25 nm, 144 nm, 83 nm.
  • Example 5 38 nm, 13.9 nm, 105 nm, 18 nm, 26 nm, 100 nm, 80 nm.
  • Example 6 142 nm, 38 nm, 32 nm, 29 nm, 104 nm, 79 nm.
  • the transparent substrate of these examples is a substrate having a refractive index in the range of 1.7 to 1.8, for example, a sapphire substrate and an alumina substrate, respectively.
  • the lowest layer is in each case a layer with a low refractive index.
  • the low-refractive layers include, without limitation, the
  • multilayer antireflective Coatings 5 can be realized with specific sequences of layer thicknesses.
  • 81 different antireflection coatings according to the invention were considered on a substrate with a refractive index between 1.7 and 1.8, specifically on a sapphire substrate.
  • the amount of antireflective coatings includes both five and seven layer systems.
  • FIG. 5 shows the frequency distribution of the combined layer thicknesses of the two lowest layers, ie the low-refractive-index layer applied to the substrate, and the subsequent high-refractive-index layer. In those shown in Fig. 1
  • Examples would be layers 51 and 52.
  • the abscissa shows the layer thicknesses of the lowest pair divided into classes, the ordinate their frequency.
  • the layer thicknesses that are present range from about 10 nm to 360 nm.
  • the layer thickness ranges (a) and (b) are approximately from 80 nm to 130 nm (range (a)) and from 240 nm to 280 nm (range (b)), except.
  • the examples are antireflective coatings on sapphire substrates.
  • Fig. 6 shows a corresponding distribution for antireflection coatings on a
  • Borosilicate glass substrate The substrate has a refractive index of 1.47 at 550 nm. Again, there is a corresponding recessed area "(a ')" of the layer thickness for the lowest pair of layers, within which there are no antireflection coatings with good optical properties Invariance against abrasion of the uppermost layer, which ranges from 65 nm to 120 nm.
  • the distance can be in a wide range between 70 nm and 500 nm. However, ranges between 95 nm and 126 nm (range (c)) and between 374 nm and 480 nm (range (d)) are excluded.
  • FIG. 8 shows a corresponding distribution for antireflection coatings according to the invention on borosilicate glass.
  • areas (c) and (d) are shown corresponding areas (c '), (d').
  • the area (c ') is between 100 nm and 120 nm and thus similar to the area (c).
  • the layer thickness range of 100 nm to 120 nm is excluded for the distance of the third uppermost interface, substantially independent of the refractive index of the substrate.
  • the other region (d ') is shifted from the region (d) to lower thicknesses.
  • the factor of the displacement when considering a thickness interval that is slightly narrower than the total recessed area, can be very well approximated by a factor (n / n (Al 2 O 3)) 2 .
  • n denotes the refractive index of the substrate used
  • FIG. 9 shows yet another typical criterion of antireflection coatings according to the invention.
  • the frequency distribution of the difference of the layer thicknesses of the uppermost pair of layers and the second uppermost pair of layers is shown, in other words the distribution of the term [(uppermost layer + second uppermost layer) - (third uppermost layer + fourth uppermost layer)].
  • the difference can therefore be in a wide range between -350 nm and +320 nm, with ranges from -250 nm to -150 nm (range (e)), from -50 nm to +10 nm (range (f)) and from +230 nm to +270 nm (range (g)) are excluded.
  • Layer thicknesses of the uppermost pair and the second highest pair a range of +230 nm to +270 nm is excluded.
  • Example 7 8.8 nm, 30 nm, 7.1 nm, 116 nm, 87 nm.
  • Example 8 13.5 nm, 12.6 nm, 13.5 nm, 30 nm, 25 nm, 153 nm, 92 nm.
  • FIGS. 6, 8 and 10 show two further examples with the following layer thicknesses (likewise in the sequence from the lowest layer to the uppermost layer, respectively):
  • Example 9 155 nm, 30 nm, 30 nm, 122 nm
  • Example 10 25 nm, 15 nm, 147 nm, 13.5 nm, 10 nm, 77 nm.
  • a transparent element 1 comprising a transparent substrate 3 and on this substrate 1, a multilayer antireflection coating 5, which comprises at least four, in particular at least five layers High refractive index layers 51, 53 alternate with lower refractive index layers 50, 52, 54, and the higher refractive index layers 51, 53 preferably have greater hardness than the lower refractive index layers 50, 52, 54, and the uppermost one Layer 60 of the multilayer antireflection coating 5 is a layer with a lower refractive index, and wherein for the layer thicknesses of the layers 51-54 at least one of the following features applies:
  • the lowest pair of layers has a layer thickness in the range of 10 nm to 360 nm, with layer thicknesses in the range of 80 nm to 120 nm being excluded,
  • the distance of the third uppermost interface to the surface is between 70 nm and 500 nm, whereby at least one of the ranges between 100 nm and 120 nm and between 380 nm ⁇ (n / n (Al 2 O 3)) 2 to 470 nm ⁇ (n / n (Al203)) 2 , where n is the refractive index of the substrate and n (Al203) is a refractive index of 1.76,
  • the difference of the layer thicknesses of the uppermost pair of layers and the second uppermost pair of layers is in a range between -350 nm and +320 nm, excluding a range of +230 nm to +270 nm.
  • a substrate with a refractive index in the range of 1.7 to 1.8 in particular of a sapphire substrate, in a further development the difference between the layer thicknesses of the uppermost pair of layers and the second uppermost pair of
  • the features of the layer thickness ranges apply in particular at a wavelength of
  • FIGS. 11 to 14 show four diagrams in which the layer thicknesses of the uppermost layers for four different types of antireflection coatings according to the invention are applied side by side. On the ordinate, the layer thickness is plotted in nanometers. The abscissa is a continuous index, which numbers the different layer systems.
  • Fig. 11 shows the layer thickness of the uppermost layer for various five-layer antireflection coatings on sapphire.
  • FIG. 12 shows the layer thicknesses for antireflective coatings according to the invention on sapphire with seven layers.
  • FIG. 13 shows the layer thicknesses of the uppermost layer of four-layer antireflection coatings
  • FIG. 14 shows the layer thicknesses of the uppermost layer for six-ply layers
  • the layer thickness of the uppermost layer lies in a narrow range between 60 nm and 130 nm, as can be seen from a single example in the four-layer antireflection coatings on borosilicate glass with a significantly smaller layer thickness, FIG. from.
  • the thickness range is obviously substantially independent of the type of substrate or the number of layers of the antireflective coating. According to a development of the invention, it is therefore provided that the uppermost layer of the antireflection coating has the abovementioned layer thickness in the range from 60 nm to 130 nm.
  • FIGS. 15 to 18 show diagrams in which the layer thicknesses of the lowest high-index layer are plotted for different types of antireflection coatings according to the invention.
  • the representation of the values corresponds to FIGS. 11 to 14.
  • the lowermost high-indexing layer may be the lowermost or else the second lowermost layer of the antireflection coating 5.
  • the lowermost layer is a lower refractive index layer, and hence the second lowermost layer is the lowermost high refractive index layer.
  • the lowermost layer of the antireflective coating is preferably also the lowermost, high refractive index layer.
  • FIG. 15 shows the layer thicknesses of the lowermost layer with a high refractive index of various embodiments of five-layer antireflection coatings 5 on a sapphire substrate.
  • Fig. 16 shows corresponding examples of seven-layer antireflection coatings 5 on a sapphire substrate.
  • FIG. 17 and FIG. 18 show the layer thicknesses of the lowest high-index layer for four-layer (FIG. 17) and six-layer (FIG. 18) antireflection coatings on borosilicate glass as a substrate. Similar to the histogram of FIG. 5, there are areas which are favorable for the inventive invariance with respect to abrasion and areas in which no examples of coatings according to the invention are found.
  • a layer thickness range between 50 nm and 100 nm and a layer thickness range between 180 nm and 220 nm are excluded. Accordingly, the invention provides in a further development that the lowermost layer with a high refractive index has a layer thickness between 4 nm and 350 nm, wherein a layer thickness in the range between 180 nm and 220 nm and / or in the range between 180 nm and 220 nm is excluded.
  • anti-reflection coatings 5 according to the invention explained above with reference to the examples of FIGS. 5 to 18 can be used for the method for producing a transparent element 1, or in the design of a suitable one
  • At least one of the antireflection coatings 5, 6, for which at least one of the parameters color of the residual reflection at 0 ° light incidence angle and photopic reflectivity at 0 ° incidence angle is calculated, is selected such that at least one of the following conditions are met:
  • the lowest pair of layers has a layer thickness in the range of 10 nm to 360 nm, wherein layer thicknesses in the range of 80 nm to 120 nm and 225 nm to 280 nm
  • the distance of the third upper interface to the surface is between 70 nm and 500 nm, wherein at least one of the ranges between 100 nm and 120 nm and between 380 nm ⁇
  • n is the refractive index of the substrate and n (Al 2 3) is a refractive index of 1.76,
  • the difference of the layer thicknesses of the uppermost pair of layers and the second uppermost pair of layers is in a range between -350 nm and +320 nm, excluding a range of +230 nm to +270 nm
  • the topmost layer of the antireflection coating has a layer thickness in the range from 60 nm to 130 nm, -
  • the lowest layer with a high refractive index has a layer thickness between 4 nm and 350 nm, with a layer thickness in the range between 180 nm and 220 nm and in the range between 180 nm and 220 nm is concisenomnen.
  • the invention can be used wherever special requirements are placed on the mechanical properties of antireflection coatings.
  • the invention can also be used in the field of architecture, consumer electronics and optical components.
  • the invention is particularly suitable for coverslips of smartphones, notebooks, LCD displays.
  • an antireflection coating can be applied to both sides of a disc-shaped substrate.
  • the antireflection coatings can then also have different colors of the residual reflection, for example according to the examples of FIGS. 3 and 4.

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Abstract

Ziel der Erfindung ist es, ein mechanisch beständiges Antireflex-System bereit zu stellen. Dazu ist ein transparentes Element (1) vorgesehen, umfassend ein transparentes Substrat (3) und auf diesem Substrat (1) eine mehrlagige Antireflex-Beschichtung (5), welche zumindest vier Lagen umfasst, wobei sich Lagen mit hohem Brechungsindex (51, 53) mit Lagen (50, 52, 54) mit niedrigerem Brechungsindex abwechseln, und wobei die Lagen (51, 53) mit höherem Brechungsindex eine größere Härte als die Lagen (50, 52, 54) mit niedrigerem Brechungsindex aufweisen, und wobei die oberste Lage (60) der mehrlagigen Antireflex-Beschichtung (5) eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex ist, und wobei die Lagen (51–54) bei gegebenen Brechungsindizes hinsichtlich ihrer Dicke so ausgewählt sind, dass bei einer Reduktion der Schichtdicke der obersten Lage (60) um 10% oder um 10 Nanometer, je nachdem welcher dieser beiden Fälle die geringere verbleibende Schichtdicke ergibt, zumindest eines der folgenden Merkmale gilt: - die Farbe der Restreflexion unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke unterscheidet sich von der Farbe unter 0° Lichteinfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke der obersten Lage (54) im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δx=0.05, Δy=0.05, bevorzugt nicht mehr als Δx=0.03, Δy=0.03, besonders bevorzugt nicht mehr als Δx=0.02, Δy=0.02, - die photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke unterscheidet sich von der photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke um nicht mehr als ΔR_ph=1.5%.

Description

Antireflex-Beschichtung mit stabiler Reflektivität und Farbe unter Winkel und unter Abrasion
Beschreibung
Antireflektierende Schichtsysteme sind heute Stand der Technik und werden vielfältig eingesetzt. Anwendungsgebiete sind unter anderem Bilderverglasung, optische Komponenten, wie Linsen z.B. für Kameras. Diese Anwendungen sind keiner starken mechanischen Belastung ausgesetzt.
Die EP 2 492 251 B1 beschreibt die Herstellung von anti-reflektierenden
Schichtsystemen für u.a. die Uhrenglasindustrie. Neben der Antireflex-Wirkung wird hierbei noch die Härte des AR Systems dadurch verbessert, dass als hochbrechende Schicht eine
Hartstoffschicht aus Si3N4 mit einer Beimischung von Aluminium eingebracht wird. Da Uhren und insbesondere sog. Lupen für die Datumsanzeige, welche auf das Uhrenglas aufgeklebt werden, häufig mechanisch durch Verkratzen belastet werden, ist der Einsatz von herkömmlichen anti- reflektierenden Schichtsystemen nicht sinnvoll, da diese aufgrund der mechanischen Belastung komplett entfernt werden können und die Reflexion des Substratmaterials entsteht. Das harte AR System auf Basis der Entwicklung gemäß der EP 2 492 251 B1 liefert ein Antireflex-System, welches mechanisch deutlich beständiger ist als herkömmliche optische Vergütungen.
Da im Bereich der Uhrenindustrie häufig Saphir als Uhrenglas verwendet wird, Antireflex- Beschichtungen aber im Allgemeinen deutlich weicher sind als Saphir, wäre es wünschenswert, die Antireflex-Wirkung trotz mechanischer Belastung möglichst gut erhalten zu können, d.h. dass die Restreflexion auch nach mechanischer Belastung möglichst gering bleibt. Dies wird gemäß der EP 2 492 251 B1 durch die Hartstoffschichten gelöst, welche eine hohe
Abrasionsbeständigkeit des Schichtsystems und damit auch eine nur geringe Änderung der Schichtdicken bewirken.
Unter den Hartstoffschichten spielen traditionell Zweistoffsysteme die Hauptrolle. Hier sind vor allem die Oxide und Nitride von Cr, Si, Ti und Zr zu nennen. Diese werden vornehmlich in der Beschichtung von Werkzeugen eingesetzt, müssen also für diese Anwendung nicht transparent sein. Bekannte transparente Hartstoffschichten sind z.B. AI203, wie in der DE 20106167 beschrieben, und Yttrium stabilisiertes Zr02. In der EP 1 453 770 B1 werden
Glaskeramiksubstrate beschrieben, die mit Kohlenstoff-dotiertem Siliziumnitrid beschichtet sind.
In der WO 2009/010180 A1 und DE 10 2008 054 139 A1 werden aluminiumdotierte SiN bzw. SiON-Schichten mit Kratzschutzwirkung als Einzelschichten beschrieben.
Die DE 10 2016 125 689 A1 und DE 10 2014 104 798 A1 beschreiben AR-Systeme mit veränderter Zusammensetzung der hochbrechenden Schicht, wobei die Schichten gemäß der DE 10 2016 125 689 A1 amorph sind, während die Schichten gemäß der
DE 10 2014 104 798 A1 Nano-Kristallite enthält. Nachteilig an bekannten Antireflex- Beschichtungen ist, dass sich unter anderem die Farbe der Restreflektion unter schrägem Lichteinfall Winkel, die Farbe der Restreflektion nach Abrasion und die Farbe der Restreflektion nach Abrasion unter Winkel, sowie die Reflektivitat nach Abrasion unter Winkel nicht in Betracht zieht. Es wäre dabei generell wünschenswerden, wenn eine Änderung der Reflektivitat nach Abrasion reduziert werden kann.
Ziel der Erfindung ist es daher, ein mechanisch beständiges Antireflex-System bereit zu stellen, welches eine vergleichbare mechanische Resistenz wie der Stand der Technik zu Antireflex-Systemen mit Hartstoffschichten aufweist und darüber optische Eigenschaften (durchschnittliche Reflektivitat, photopische Reflektivitat, Farbe der Restreflektion) sowohl vor als auch nach Abrasion, sowohl unter normalem Einfallswinkel als auch unter verschiedenen anderen Winkeln optimiert und so z. B. unangenehme Farbeffekte auf Fasen (unter Winkel) und Veränderung von Farbeffekten und Reflektivität durch Abrasion reduziert.
Die Abrasion kann dabei mit einem Abrasionstest, z. B. dem modifizierten Bayer-Test, angelehnt an ASTM F735-11 , vorzugsweise aber mit 2 kg Korundsand und 8000 Zyklen getestet werden. Dieser modifizierte Bayer-Test ist auch in den oben genannten Schriften
DE 10 2016 125 689 A1 und DE 10 2014 104 798 A1 beschrieben, deren Offenbarung diesbezüglich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Durch einen solchen Test werden von der obersten (letzten) Schicht der Antireflexbeschichtung
typischerweise mehr als zehn Nanometer Material entfernt. Diese Menge an Material entspricht bei den typischen Schichtdicken auch mehr als zehn Prozent der Schichtdicke. Versuche haben gezeigt, dass der modifizierte Bayertest angewandt auf in der EP 1 453 770 B1 ,
DE 10 2014 104 798 A1 und DE 10 2016 125 689 A1 beschriebenen Beschichtungen eine solche Materialentfernung an der obersten Schicht bewirkt. So kann beispielsweise die durchschnittliche Schichtdicke durch den Bayertest von 100 nm auf 80 nm reduziert werden. Dabei treten viele Kratzer auf, aber wenn das Reflexionsspektrum großflächig (z. B. auf einer Fläche von 5x5 mm2) gemessen wird, kann man der abradierten Beschichtung eine makroskopische resultierende Reflektivität oder eine makroskopische resultierende Restreflektionsfarbe zuordnen, die dem visuellen Eindruck entspricht.
Um die Änderung der Restreflexion möglichst unempfindlich gegenüber Abrasion liegt der Erfindung die Idee zugrunde, bei der Auslegung des Schichtsystems Schichtabfolgen miteinander dahingehend zu vergleichen oder auszuwählen, dass eine möglichst geringe Änderung optischer Parameter hinsichtlich Farbe der Restreflexion, deren Winkelabhängigkeit und vor allem der Intensität der Restreflexion vorliegt, wenn die Schichtdicke der obersten Lage des Schichtsystems geändert wird.
Dazu wird gemäß der Erfindung ein transparentes Element bereitgestellt, umfassend ein transparentes Substrat und auf diesem Substrat eine mehrlagige Antireflex-Beschichtung, welche zumindest vier Lagen umfasst, wobei sich Lagen mit hohem Brechungsindex mit Lagen mit niedrigerem Brechungsindex abwechseln, und wobei die Lagen mit höherem Brechungsindex typischerweise eine größere Härte als die Lagen mit niedrigerem Brechungsindex aufweisen, und wobei die oberste Lage der mehrlagigen Antireflex-Beschichtung eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex ist, und wobei die Lagen bei gegebenen Brechungsindizes hinsichtlich ihrer Dicke so ausgewählt sind, dass bei einer Reduktion der Schichtdicke der obersten Lage um 10% oder 10 nm, je nachdem welcher dieser Fälle die geringere verbleibende Schichtdicke ergibt, so dass die Schichtdicke nach der Reduktion im ersten genannten Fall noch das 0,9-Fache der ursprünglichen Schichtdicke beträgt, zumindest eine der folgenden Merkmale gilt:
- die Farbe der Restreflexion unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke unterscheidet sich von der Farbe unter 0° Lichteinfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke der obersten Lage (54) im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0.05, Ay=0.05,
- die photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke unterscheidet sich von der photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke um nicht mehr als AR_ph=1.5%.
Der Unterschied ist dabei betragsmäßig zu verstehen.
Die Begriffe„höherer Brechungsindex" und„niedrigerer Brechungsindex" sind dabei als Vergleich relativ zueinander zu verstehen. Als Lage mit höherem Brechungsindex ist also eine Lage verstanden, deren Brechungsindex höher ist, als eine Lage mit niedrigerem
Brechungsindex, ohne dass damit die absoluten Werte der Brechungsindizes beziffert sind. Als photopische Reflektivitat wird die integrierte Reflektivitat bezeichnet, nachdem diese mit der Sensitivitätskurve des menschlichen Auges bei ausreichender Helligkeit (Tagsehen) gewichtet wurde. Für die hierin gemachten Angaben wurde als Lichtquelle nach ISO-Norm 3664 die Normlichtart D65 zugrunde gelegt, eine Strahlungsverteilung mit einer Farbtemperatur von 6504 Kelvin.
Der Fall einer Reduktion der Schichtdicke um 10 Nanometer ergibt sich bei Schichtdicken der obersten Lage von kleiner als 100 Nanometern.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Antireflex-Beschichtung auch so ausgelegt werden, dass die Farbe der Restreflexion unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke sich von der Farbe unter 0° Lichteinfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke der obersten Lage im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0.03, Δν=0.03, bevorzugt nicht mehr als Δχ=0.02, Δν=0.02 unterscheidet.
Weiterhin können die beiden oben genannten Merkmale Δχ=0.05, Δν=0.05 und/oder eine Änderung der photopischen Reflektivitat um höchstens AR_ph=1.5% gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch bei deutlich größerer Reduktion der Schichtdicke der obersten Lage, nämlich 20%, oder 30%, oder sogar 40% erzielt werden.
Vorzugsweise sind die Lagen der Antireflex-Beschichtung bei gegebenen
Brechungsindizes hinsichtlich ihrer Dicke so ausgewählt, dass die Farbe der Restreflexion unter 30° Einfallswinkel sich bei um 10% verminderter Schichtdicke von der Farbe unter 30°
Einfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0,05, Ay=0,05 unterscheidet.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Schichtsystem weiterhin so ausgelegt, dass nach der Reduktion der Schichtdicke der obersten Lage auf das 0,9-fache die photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke um nicht mehr als AR_ph=1 %, besonders bevorzugt um nicht mehr als AR_ph=0.5%, ganz besonders bevorzugt um nicht mehr als AR_ph=0.25% abweicht.
Gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung sind die Lagen bei gegebenen
Brechungsindizes hinsichtlich ihrer Dicke so ausgewählt, dass die Farbe der Restreflexion unter 45° Einfallswinkel sich bei um 10% verminderter Schichtdicke von der Farbe unter 45°
Einfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0,05, Ay=0,05, bevorzugt Δχ=0.03, Ay=0.03, besonders bevorzugt Δχ=0.02, Ay=0.02 unterscheidet. Das Schichtsystem kann zusätzlich auch weiter dahingehend abgestimmt werden, dass das transparente Element zumindest eines der folgenden Merkmale, vorzugsweise auch mehrere, insbesondere auch alle Merkmale aufweist:
- die Farbe der Restreflexion an der Antireflex-Beschichtung (5) unter 30° Einfallswinkel unterscheidet sich von der Farbe unter 0° Einfallswinkel im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0.02, Ay=0.02,
- die Farbe der Restreflexion unter 45° Einfallswinkel unterscheidet sich von der Farbe unter 0° Einfallswinkel um nicht mehr als Δχ=0.05, Ay=0.05,
- die photopische Reflektivitat unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 1 ,5%,
- das Maximum der Reflektivitat im Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm , ist unter 0° Einfallswinkel kleiner als 1 ,5%,
- der Absolutbetrag der Differenz der photopischen Reflektivitat unter 30° Einfallswinkel zur photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 0,5%, bevorzugt kleiner als 0.3% besonders bevorzugt kleiner als 0.1 %,
- der Absolutbetrag der Differenz der photopischen Reflektivität unter 45° Einfallswinkel zur photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 0,5%, bevorzugt kleiner als 0.3% besonders bevorzugt kleiner als 0.1 %,
- die durchschnittliche Reflektivität, gemittelt im Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 1 ,5%,
- der Absolutbetrag der Differenz der durchschnittlichen Reflektivitäten unter 30° Einfallswinkel und unter 0° Einfallswinkel, gemittelt im Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm, beträgt weniger als 0,5%, bevorzugt weniger als 0.3% besonders bevorzugt weniger als 0.1 %,
- der Absolutbetrag der Differenz der durchschnittlichen Reflektivitäten unter 45° Einfallswinkel und unter 0° Einfallswinkel, gemittelt im Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm, beträgt weniger als 0,5%
- der Absolutbetrag der Differenz der Maxima der Reflektivitäten im Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm unter 30° Einfallswinkel und unter 0° Einfallswinkel beträgt weniger als 0,5%, bevorzugt weniger als 0.3% besonders bevorzugt weniger als 0.1 %,
- der Absolutbetrag der Differenz der Maxima der Reflektivitäten im Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm unter 45° Einfallswinkel und unter 0° Einfallswinkel beträgt weniger als 0,5%, bevorzugt weniger als 0.3% besonders bevorzugt weniger als 0.1 %, .Als durchschnittliche Reflektivität wird hier der Durchschnittswert der Reflektivität im
Wellenlängenbereich von 450 bis 700 nm bezeichnet.
In Weiterbildung dieser Ausführungsform kann die Beschichtung sogar zumindest eine der folgenden Merkmale erfüllen:
- die photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 1 %, vorzugsweise kleiner als 0,8%,
- der Absolutbetrag der Differenz der photopischen Reflektivität unter 30° Einfallswinkel zur photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 0,1 %,
- der Absolutbetrag der Differenz der durchschnittlichen Reflektivität im Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm unter 30° Einfallswinkel zur durchschnittlichen Reflektivität im
Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 0,1 %,
- der Absolutbetrag der Differenz der photopischen Reflektivität unter 45° Einfallswinkel zur photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 0,2%,
- der Absolutbetrag der Differenz der durchschnittlichen Reflektivität im
Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm unter 45° Einfallswinkel zur
durchschnittlichen Reflektivität im Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm unter 0° Einfallswinkel ist absolut kleiner als 0,2%,
- die durchschnittliche Reflektivität, gemittelt im Bereich zwischen 450 nm und 700 nm unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 1 ,0%.
Für das Anpassen des Designs können sogenannte Targets definiert werden. Dies sind
Spezifikationen von z. B. Reflektivitätsspektrum, photopischer (integrerter) Reflektivität, Restreflektionsfarbe etc. Diese Targets können für verschiedene Winkel definiert und in ihrer Bedeutung bzw. Priorisierung gewichtet werden. Solche Targets können mit Werten z. B. als Verknüpfungen wie„kleiner als" oder„so nah wie möglich bei" festgelegt werden. Farben werden als„so nah wie möglich bei" dem gewünschten Farbort festgelegt, Reflektivitaten als„kleiner als" eine gewünschte Grenze. Weiterhin können dann Abweichungen penalisiert und mit diesen Penalisierungen die Schichtdicken des Designs derart optimiert werden, dass eine möglichst minimale Penalisierug erreicht wird. Mit Wichtungen können Abweichungen verschiedener Parameter unterschiedlich stark in die Penalisierung eingehen. So kann z. B. die
Restreflektionsfarbe oder die Reflektivität unter 45° weniger wichtig gewichtet sein als unter 0°. Die Wichtungen werden bei dem Prozess derart angepasst, so dass gewünschte Ergebnisse der Beschichtungscharakteristika erreicht werden. Insbesondere werden mindestens zwei, vorzugsweise mehrere Designs definiert, die in allen Schichtdicken und Schichtmaterialien identisch sind und sich ausschließlich in der Schichtdicke der letzten Schicht unterscheiden. Besteht z. B. eine Beschichtung aus 5 Schichten mit zwei sich abwechselnden Materialien, wobei d1 , d2, ... die Schichtdicken sind und die L und H die beiden Materialien (mit niedrigem und mit hohem Brechungsindex) könnte man ein Beschichtungsdesign (B1) nun folgendermaßen beschreiben:
B1 : d1 [L] d2[H] d3[L] d4[H] d5[L].
Dabei bezeichnet [L] eine Lage mit niedrigem Brechungsindex, [H] eine Lage mit hohem Brechungsindex, d1 - d5 sind die jeweiligen Schichtdicken dieser Lagen.
Weitere Designs mit veränderter Dicke der letzten Schicht ließen sich nun z. B.
folgendermaßen beschreiben
B2: d1 [L] d2[H] d3[L] d4[H] (d5-20nm)[L] oder
B3: d1 [L] d2[H] d3[L] d4[H] (d5-40nm)[L].
Insbesondere kann auch eine Bedingung d5*0,9[L] mit unveränderten Schichtdicken d1 bis d4 entsprechend der allgemeinsten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher sich die Schichtdicke der obersten Lage um 10% unterscheidet, eingeführt werden.
Das Verfahren umfasst nun, dass man die oben beschriebenen Targets für jedes dieser Designs definiert und alle Designs gleichzeitig (simultan) anpasst, indem durch Änderung der Schichtdicken d1 , d2, ... sich die Designs nach wie vor nur um die gleichen
Schichtdickendifferenzen unterscheiden. Dabei können sich die Targets für die unterschiedlichen Beschichtungsdesigns unterscheiden und unterschiedlich gewichtet sein. So kann z. B. die Restreflektionsfarbe oder die Reflektivitat für das Design, bei dem die letzte Schicht in ihrer Dicke um 40 nm reduziert ist, weniger wichtig gewichtet sein als für das Design, bei dem die letzte Schicht in ihrer Dicke nicht reduziert ist.
Ein automatisches Anpassverfahren welches diesem Vorgehen unterzogen wird, generiert in der Regel mehrere verschiedenen Lösungen, die unterschiedlich optimal oder bzgl. verschiedener Parameter unterschiedlich optimal ist. So kann z. B. eine Lösung die
Restreflexionsfarbe unter Reduktion der Dicke der letzten Schicht konstanter halten und eine andere Lösung die eher photopische Reflektivität.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines transparenten Elements kann wie folgt zusammengefasst werden: - es wird für mindestens ein Paar von Antireflex-Beschichtungen, welche zumindest vier Lagen umfassen, wobei sich Lagen mit hohem Brechungsindex (51 , 53) mit Lagen (50, 52, 54) mit niedrigerem Brechungsindex abwechseln, wobei die Lagen (51 , 53) mit höherem
Brechungsindex eine größere Härte als die Lagen (50, 52, 54) mit niedrigerem Brechungsindex aufweisen, und wobei die oberste Lage (54) der mehrlagigen Antireflex-Beschichtung (5) eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex ist, unter Berücksichtigung des Brechungsindex des Substrats zumindest einer der Parameter
- Farbe der Restreflexion unter 0° Lichteinfallswinkel und
- photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel
berechnet, wobei sich die beiden Antireflex-Beschichtungen nur hinsichtlich der Schichtdicke der obersten Lage unterscheiden, so dass die Schichtdicke bei einer Antireflex-Beschichtung um mindestens einen Faktor 0,9 gegenüber der Schichtdicke der anderen Antireflex-Beschichtung reduziert ist, und wobei überprüft wird, ob für beide Antireflex-Beschichtungen zumindest eine der Bedingungen erfüllt ist:
- die Farbe der Restreflexion unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke unterscheidet sich von der Farbe unter 0° Lichteinfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke der obersten Lage im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0.05, Δν=0.05,
- die photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke unterscheidet sich von der photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke um nicht mehr als AR_ph=1.5%, und wobei für mindestens ein weiteres Paar die Parameter der Farbe der Restreflexion und der photopischen Reflektivität berechnet und zumindest eine der Bedingungen überprüft wird, wenn für das erste Paar die Bedingung nicht erfüllt wird, und wobei eine Schichtabfolge mit dickerer oberster Lage aus einem Paar von Antireflex-Beschichtungen ausgewählt wird, welches zumindest eine der Bedingungen erfüllt, und wobei eine Antireflex- Beschichtung mit dieser ausgewählten Schichtabfolge auf einem Substrat abgeschieden wird.
Statt nur einem Paar kann auch eine größere Zahl an Designs in den simultanen Anpassprozess gebracht werden, z. B. vier Designs wobei das zweite in der letzten Schichtdicke, wie eben beschrieben, um 10% reduziert ist, ein drittes, mit 20% Schichtdickenreduktion und ein viertes mit 30% Schichtdickenreduktion.
Wird eine der Bedingungen nicht erfüllt, wird erfindungsgemäß jedenfalls unter den gefundenen Lösungen weitergesucht. Des Weiteren ist es typischerweise notwendig, die Wichtungen und Werte der Targets zu optimieren, so dass das Anpassen der Designs Lösungen generiert, die die gewünschten Bedingungen erfüllt oder so gut wie möglich erfüllt. Diese Suche unter kann insbesondere auch weitergeführt werden, wenn bereits ein geeignetes Paar von Antireflex-Beschichtungen gefunden ist, entweder, um weitere Bedingungen, die bereits oben genannt sind, zu erfüllen, oder auch um ein möglichst optimales Schichtsystem zu finden.
Allgemein kann jedenfalls bei einer Vielzahl von Paaren eine Überprüfung hinsichtlich der oben genannten Bedingungen erfolgen (nämlich des Unterschieds der Farbe der Restreflexion unter 0° Einfallswinkel und/oder des Unterschieds der photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel) und unter den untersuchten Paaren das Schichtsystem für die Abscheidung ausgewählt werden, bei welchem der kleinsten Unterschied der der Farbe der Restreflexion unter 0°
Lichteinfallswinkel und/oder der kleinste Unterschied der photopischen Reflektivität unter 0° Lichteinfallswinkel vorliegt und dann dieses Schichtsystem abgeschieden wird.
Die Auswahl eines Antireflex-Schichtsystems aus einem bestimmten Paar von Antireflex- Beschichtungen kann dahingehend erfolgen, ob weitere Bedingungen vorliegen, nämlich insbesondere die oben bereits aufgelisteten Merkmale. So ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Antireflex-Beschichtung (5) so ausgewählt wird, dass
- sich die Farbe der Restreflexion der beiden Antireflex-Beschichtungen (5, 6) eines Paars im CIE xyz-Farbsystem unter 30° Einfallswinkel um nicht mehr als Δχ=0,05, Ay=0,05 unterscheidet, oder
- sich die Farbe der Restreflexion der beiden Antireflex-Beschichtungen (5, 6) eines Paars im CIE xyz-Farbsystem unter 45° Einfallswinkel um nicht mehr als Δχ=0,05, Ay=0,05 unterscheidet.
Insbesondere ist die Erfindung für anorganische Substrate geeignet. Ein bevorzugtes
Substrat ist Saphir. Dieses Substrat ist besonders hochwertig, hart und transparent, so dass hier die Vorteile der Erfindung, nämlich ein hochwertiges, hartes und gegenüber Abrasion sehr unempfindliches Antireflex-Schichtsystem bereitzustellen, besonders zur Geltung kommen.
Besonders geeignet für die Lagen mit hohem Brechungsindex sind Siliziumnitrid (Si3N4), Aluminiumnitrid (AIN), Aluminiumoxid (AI2O3), sowie Oxinitride (AlwSixNyOz) und Mischungen der genannten Materialien. Diese Materialien weisen nicht nur einen hohen Brechungsindex auf, sondern auch eine große Härte. Unter den Nitriden sind insbesondere Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid als geeignete Schichtmaterialien zu nennen. Die Materialien können dotiert sein, beziehungsweise müssen nicht in reiner Form vorliegen. So kann Aluminiumnitrid mit einem Anteil Silizium (z.B. zwischen 0,05 und 0,25) oder umgekehrt Silizium mit einem Anteil Aluminium (wiederum z.B. zwischen 0,05 und 0,25) als Material für die höherbrechenden Lagen eingesetzt werden. Alle oben genannten Merkmale hinsichtlich Reflektivität und Farbort können gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung auch erfüllt werden, wenn die Schichtdicke der obersten Lage noch weiter reduziert wird, auf höchstens das 0,8-fache, besonders bevorzugt höchstens das 0,7- fache, insbesondere bevorzugt höchstens noch das 0,6-fache der unverminderten Schichtdicke.
Kurzbeschreibunq der Figuren:
Fig. 1 zeigt zwei transparente Elemente mit vierlagigen Antireflex-Beschichtungen.
Fig. 2 zeigt zwei transparente Elemente mit Antireflex-Beschichtungen mit fünflagigen Antireflex-Beschichtungen.
Fig. 3 zeigt Diagramme des Farborts für verschiedene Antireflex-Beschichtungen mit blauer Restreflexion.
Fig. 4 zeigt Diagramme des Farborts für verschiedene Antireflex-Beschichtungen mit neutraler, beziehungsweise farbloser Restreflexion,
Fig. 5 zeigt eine Häufigkeitsverteilung der Schichtdicke des untersten Paars von Lagen für eine Anzahl von Antireflex-Beschichtungen auf einem Saphir-Substrat.
In Fig. 6 ist eine entsprechende Häufigkeitsverteilung für Beschichtungen auf einem Borosilikatglas-Substrat dargestellt.
Fig. 7 zeigt eine Häufigkeitsverteilung des Abstands der drittobersten Grenzfläche von der Oberfläche für eine Anzahl von Antireflex-Beschichtungen auf einem Saphir-Substrat.
In Fig. 8 ist eine entsprechende Häufigkeitsverteilung für Beschichtungen auf einem Borosilikatglas-Substrat dargestellt.
Fig. 9 zeigt eine Häufigkeitsverteilung der Differenz der Schichtdicken des obersten Paars von Lagen und des zweitobersten Paars von Lagen für eine Anzahl von Antireflex- Beschichtungen auf einem Saphir-Substrat.
In Fig. 10 ist eine entsprechende Häufigkeitsverteilung für Beschichtungen auf einem Borosilikatglas-Substrat dargestellt.
Die Fig. 11 bis Fig. 14 zeigen Diagramme, in denen die Schichtdicken der obersten Lagen für verschiedene Typen von erfindungsgemäßen Antireflex-Beschichtungen aufgetragen sind. Die Fig. 15 bis Fig. 18 zeigen Diagramme, in denen die Schichtdicken der untersten hochbrechenden Lagen für verschiedene Typen von erfindungsgemäßen Antireflex- Beschichtungen aufgetragen sind.
Fig. 1 zeigt zwei Teilbilder (a) und (b). Dabei zeigt das Teilbild (a) ein Beispiel eines erfindungsgemäßen transparenten Elements 1 . Das transparente Element 1 umfasst ein transparentes, insbesondere anorganisches Substrat 3, beispielsweise aus Glas. Auf dem Substrat 3 ist eine mehrlagige Antireflex-Beschichtung 5 abgeschieden. Diese weist mindestens vier Lagen 51 , 52, 53, 54 auf. Dabei sind die Lagen 51 , 53 hochbrechend und die Lagen 52, 54 niedrigbrechend, so dass die Lagen 51 , 53 einen höheren Brechungsindex als die Lagen 52, 54 aufweisen. Die Schichtmaterialien sind durch verschiedene Schraffuren gekennzeichnet. Wie anhand der Darstellung ersichtlich, wechseln sich Lagen mit höherem Brechungsindex 51 , 53 mit Lagen 52, 54 mit niedrigerem Brechungsindex ab. Eine große Härte und Widerstandsfähigkeit der Antireflex-Beschichtung 5 wird insbesondere durch die Lagen 51 , 53 mit höherem
Brechungsindex bewirkt, die eine größere Härte als die niedrigbrechenden Lagen aufweisen.
Die Lage 54 bildet die oberste Lage 60 der Antireflex-Beschichtung und ist eine niedrigbrechende Schicht. Demzufolge kann diese Lage 60 leichter durch Abrasion abgetragen werden.
Das in Teilbild (b) gezeigte transparente Element 1 unterscheidet sich von dem Element 1 gemäß Teilbild (a) nun nur dahingehend, dass bei der Antireflex-Beschichtung 6 die
Schichtdicke der obersten Lage 60 um einen Betrag Ad verringert ist. Eine solche Situation kann eintreten, wenn die erfindungsgemäße Antireflex-Beschichtung 5 gemäß Teilbild (a) durch Abrasion im Lauf der Zeit abgetragen wird. Die Schichtdicken der Lagen 51 - 54 können nun erfindungsgemäß so ausgewählt werden, dass bei gegebenen Brechungsindizes der
Schichtmaterialien und des Substrats bei einer Abnahme der Schichtdicke gemäß der Änderung zwischen den beiden Teilbildern (a), (b) die Farbe der Restreflexion und/oder die Reflektivität der Oberlfäche nahezu unverändert bleibt. Im Speziellen kann die Farbe der Restreflexion unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke gemäß Teilbild (b) sich von der Farbe bei unverminderter Schichtdicke der obersten Lage 60 gemessen im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0.05, Ay=0.05 voneinander abweichen. Ein weiteres, alternatives oder insbesondere zusätzliches Kriterium ist die photopische Reflektivität unter verschiedenen Lichteinfallswinkeln. Dabei kann die photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke sich von der photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke um nicht mehr als AR_ph=1.5 % unterscheiden. Diese Kriterien sind bei einer Antireflex- Beschichtung 5 auch dann erfüllbar, wenn die Abnahme Ad der Schichtdicke d mindestens 0,1 *d, also mindestens 10% beträgt.
Allgemein kann die Antireflex-Beschichtung 5 so ausgelegt werden, dass diese bei unverminderter Schichtdicke der obersten Lage 60 gleichzeitig alle oder die meisten (viele, bevorzugt die meisten, besonders bevorzugt fast alle, ganz besonders bevorzugt alle) folgende Eigenschaften hat:
a) Die Antireflex-Beschichtung 5 hat unter 0° Einfallswinkel eine Restreflexion einer (z. B. im CIE Farbraum) vordefinierten Farbe, z. B. blau (z. B. x=0.20 +/- 0.05, y=0.20 +/- 0.05) oder farbneutral (z. B. x=0.30 +/- 0.05, y=0.32 +/- 0.05).
b) Die Farbe der Restreflexion der Antireflex-Beschichtung 5 unter 30° Einfallswinkel unterscheidet sich von der Farbe unter 0° Einfallswinkel um nicht mehr als z. B. Δχ=0.02, Δν=0.02).
c) Die Farbe der Restreflexion der Antireflex-Beschichtung 5 unter 45° Einfallswinkel unterscheidet sich von der Farbe unter 0° Einfallswinkel um nicht mehr als z. B. Δχ=0.05,
Δν=0.05).
d) Die photopische Reflektivität der Antireflex-Beschichtung 5 (gewichtet mit der Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges) unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 1 ,5% (z. B. auch kleiner als 2 %, bevorzugt kleiner als 1 ,5%, besonders bevorzugt kleiner als 1 ,0%, ganz besonders bevorzugt kleiner als 0.8%).
e) Die photopische Reflektivität der Antireflex-Beschichtung 5 unter 30° Einfallswinkel unterscheidet sich von dem Wert unter 0° Einfallswinkel um weniger als 0.2%, besonders bevorzugt um weniger als 0.1 %.
f) Die photopische Reflektivität der Antireflex-Beschichtung 5 unter 45° Einfallswinkel unterscheidet sich von dem Wert unter 0° Einfallswinkel um weniger als 0.2%, besonders bevorzugt um weniger als 0.1 %.
g) Die durchschnittliche Reflektivität der Antireflex-Beschichtung 5 (gemittelt im Bereich zwischen z. B. 450 nm und 700 nm) unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 1 ,5%, bevorzugt kleiner als 1 ,25%, besonders bevorzugt kleiner als 1 ,0%.
h) Die durchschnittliche Reflektivität der Antireflex-Beschichtung 5 unter 30°
Einfallswinkel unterscheidet sich von dem Wert unter 0° Einfallswinkel um weniger als 0,5%, bevorzugt um weniger als 0,2%, besonders bevorzugt um weniger als 0,1 %. i) Die durchschnittliche Reflektivität der Antireflex-Beschichtung 5 unter 45° Einfallswinkel unterscheidet sich von dem Wert unter 0° Einfallswinkel um weniger als weniger als 0.5 %, bevorzugt um weniger als 0,2%, besonders bevorzugt um weniger als 0,1 %.
j) Die absolute Reflektivität (Maximum im Bereich zwischen z. B. 450 nm und 700 nm) ist unter 0° Einfallswinkel kleiner als 2 %, bevorzugt kleiner als 1 ,5%, besonders bevorzugt kleiner als 1 ,0%.
k) die absolute Reflektivität unter 30° Einfallswinkel unterscheidet sich von dem Wert unter 0° Einfallswinkel um weniger als 0,5 %, bevorzugt um weniger als 0,2%, besonders bevorzugt um weniger als 0,1 %.
I) die absolute Reflektivität unter 45° Einfallswinkel unterscheidet sich von dem Wert unter 0° Einfallswinkel um weniger als 0,5, bevorzugt um weniger als 0,2%, besonders bevorzugt um weniger als 0,1 %.
Wird die Schichtdicke der erfindungsgemäßen Antireflex-Beschichtung 5 um 10%, bevorzugt um 20%, besonders bevorzugt um 30%, ganz besonders bevorzugt um 40%, oder sogar um 50% reduziert, so dass eine Antireflexbeschichtung 6 erhalten wird, wie sie beispielhaft Teilbild (b) der Fig. 1 zeigt, können folgende Merkmale einzeln oder in Kombination vorliegen: m) Die Farbe der Restreflexion der Antireflex-Beschichtung 6 mit verminderter
Schichtdicke der Lage 60 unter 0° Einfallswinkel unterscheidet sich von der Farbe der Antireflex- Beschichtung 5 mit unverminderter Schichtdicke der Lage 60 unter 0° Einfallswinkel um nicht mehr als Δχ=0,05, Δν=0,05, bevorzugt um nicht mehr als Δχ=0,03, Δν=0,03, besonders bevorzugt um nicht mehr als Δχ=0,02, Δν=0,02, ganz besonders bevorzugt um nicht mehr als Δχ=0,01 , Δν=0,01.
n) Die Farbe der Restreflexion unter 30° Einfallswinkel der Antireflex-Beschichtung 6 mit verminderter Schichtdicke der Lage 60 unterscheidet sich von der Farbe der Antireflex- Beschichtung 5 mit unverminderter Schichtdicke der Lage 60 unter 30° Einfallswinkel um nicht mehr als Δχ=0.05, Δν=0.05, bevorzugt um nicht mehr als Δχ=0,03, Δν=0,03, besonders bevorzugt um nicht mehr als Δχ=0,02, Δν=0,02, ganz besonders bevorzugt um nicht mehr als Δχ=0,01 , Δν=0,01.
o) Die Farbe der Restreflexion der Antireflex-Beschichtung 6 mit verminderter
Schichtdicke der Lage 60 unter 45° Einfallswinkel unterscheidet sich von der Farbe der
Antireflex-Beschichtung 5 mit unverminderter Schichtdicke der Lage 60 unter 45° Einfallswinkel um nicht mehr als Δχ=0,05, Δν=0,05, bevorzugt um nicht mehr als Δχ=0,03, Δν=0,03, besonders bevorzugt um nicht mehr als Δχ=0,02, Δν=0,02, ganz besonders bevorzugt um nicht mehr als Δχ=0.01 , Δν=0.01.
p) Die photopische Reflektivität der Antireflex-Beschichtung 6 mit verminderter
Schichtdicke der Lage 60 unter 0° Einfallswinkel unterscheidet sich von der Farbe der Antireflex- Beschichtung 5 mit unverminderter Schichtdicke der Lage 60 unter 0° Einfallswinkel um nicht mehr als AR_ph=1 ,5%, bevorzugt um nicht mehr als AR_ph=1 %, besonders bevorzugt um nicht mehr als AR_ph=0,5%, ganz besonders bevorzugt um nicht mehr als AR_ph=0,25%.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel besteht die Antireflex-Beschichtung 5 aus insgesamt vier Lagen, wobei die unterste Lage 51 eine hochbrechende Lage ist. Ein solches Schichtsystem ist günstig, wenn der Brechungsindex des Substrates deutlich niedriger ist als der
Brechungsindex der höherbrechenden Lagen. Im Falle eines Substrats mit einem
Brechungsindex größer als 1 ,65 ist es hingegen vorteilhaft, in Kontakt mit dem Substrat eine niedriger brechende Lage vorzusehen. Ein solches Beispiel zeigt Fig. 2, ebenfalls mit einem Teilbild (a) mit unverminderter Schichtdicke der obersten Lage 60 und einem Teilbild (b) mit einer gleichartigen Antireflex-Beschichtung 6, bei der aber die oberste Lage 60 in ihrer Dicke auf höchstens das 0,9-fache der Schichtdicke d der in Teilbild (a) gezeigten obersten Lage 60 reduziert ist.
Allgemein basiert die Ausführungsform der Fig. 2 also darauf, dass ein Substrat 3 mit einer Antireflex-Beschichtung 5 gemäß der Erfindung beschichtet ist, wobei das Substrat 3 einen Brechungsindex über 1 ,65 aufweist und die Antireflex-Beschichtung 5 eine Folge von mindestens fünf einander abwechselnden Lagen mit niedrigerem und höherem Brechungsindex aufweist, wobei die unterste Lage 50 eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex ist.
Vorzugsweise ist das Substrat 3 dieser Ausführungsform ein Saphir. Das transparente Element kann dann beispielsweise ein Uhrglas oder eine Lupe für ein Uhrglas, wie sie verwendet wird, um die Datumsanzeige zu vergrößern. Als Substratmaterial kann neben Saphir auch Kalk- Natron-Glas, Borofloat-Glas, Aluminosilikatglas, Lithium-Aluminosilikatglas, Glaskeramik, und optisches Glas, beispielsweise Glas mit den Handelsnamen NBK7, D263 oder B270 verwendet werden.
Bei einer fünfschichtigen Antireflex-Beschichtung auf einem hochbrechenden Substrat, wie sie als Beispiel in Fig. 5 gezeigt ist, kann gemäß zweier Ausführungsformen der Erfindung hinsichtlich der Schichtdicken der einzelnen Lagen die Beschichtung 5 allgemein wie folgt charakterisiert werden: Fall a) Die Schichtdicken betragen:
Dicke d1 der ersten Schicht auf dem Substrat 3, also der untersten Schicht 50: 5 nm - 60 nm, Dicke d2 der zweiten Schicht 51 : 5 nm - 50 nm,
Dicke d3 der dritten Schicht 52: 10 nm - 200 nm,
Dicke d4 der vierten Schicht 53: 100 nm - 200 nm,
Dicke d5 der fünften und obersten Schicht 54: 70 nm - 120 nm,
Fall b) Die Schichtdicken betragen:
Dicke d1 der ersten Schicht auf dem Substrat 3: 5 nm - 60 nm,
Dicke d2 der zweiten Schicht 51 : 30 nm - 200 nm,
Dicke d3 der dritten Schicht 52: 10 nm - 200 nm,
Dicke d4 der vierten Schicht 53: 150 nm - 300 nm,
Dicke d5 der fünften und obersten Schicht 54: 70 nm - 120 nm.
Der erste Fall ergibt typischerweise eine Antireflex-Beschichtung mit blauer oder farbneutraler Restreflexion, der zweite Fall ergibt im Allgemeinen eine violette Restreflexion. Die beiden Designs weichen hinsichtlich der Schichtdickenbereiche der zweiten und vierten Schicht voneinander ab.
In beiden Fällen kann für die Schichtdicken d1 , d2, d3, d4, d5 folgende Beziehung gelten: D = 85nm + 1 *d1 + 1.1*d2 - 0.9*d3 + 0.0138*(d3-60nm)2. Dabei gibt D den Wert der
Schichtdicke d4 der vierten Schicht mit einer Abweichung von maximal ±15%, vorzugsweise maximal ±10%, besonders bevorzugt maximal ±5% an. Antireflex-Beschichtungen mit diesen Merkmalen erweisen sich als besonders günstig hinsichtlich der Stabilität des Farborts der Restreflexion und der Reflektivität unter Abrasion der obersten Lage 54, 60.
Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung vier Diagramme der Farborte der Restreflexion an verschiedenen Antireflexbeschichtungen. Die Beschichtungen sind wie bei dem Beispiel der Fig. 2 als fünflagige Antireflex-Beschichtungen 5 ausgebildet. Als Substrat 3 dient eine Saphirscheibe. In den Diagrammen der Teilbilder (a) bis (d) sind jeweils drei Punkte eingezeichnet, welche die Farbe der Restreflexion unter 0°, 20° und 40° Lichteinfallswinkel kennzeichnen. Die Werte aller Diagramme sind berechnet.
Teilbild (a) zeigt die x- und y-Werte der Farbe der Restreflexion bei unverminderter Schichtdicke der obersten Lage 60. Bei Teilbild (b) ist die Schichtdicke der obersten Lage 60 um 10% reduziert, die Schichtdicke der obersten Schicht beträgt also noch das 0,9-fache der Schicht des Beispiels aus Teilbild (a). Bei Teilbild (c) ist die Schichtdicke der obersten Lage 60 um 20% und bei Teilbild (c) um 30% reduziert.
Ein Vergleich der Farborte zwischen den Teilbildern (a), (b) zeigt, dass die Farbe der
Restreflexion unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke sich von der Farbe unter 0° Lichteinfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke der obersten Lage 54, 60 im CIE xyz-
Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0.05, Ay=0.05 unterscheidet. Dies gilt überdies für alle Punkte, also auch für Einfallswinkel von 20° und 40°. Erst bei einer Reduktion der Schichtdicke um 30% gemäß Teilbild (d) findet sich ein einzelner Punkt, der bei einem x-Wert von größer als 0,25 liegt und damit eine Abweichung von etwas mehr als 0,05 aufweist.
Die photopischen Reflektivitäten (Angaben in Prozent) betragen beim Schichtsystem gemäß Teilbild (a) 1 ,37 bei 0°, 0,935 bei 20° und 1 ,148 bei 40°. Bei Teilbild (b) sind die photopischen Reflektivitäten 0,996 bei 0°, 0,985 bei 20° und 1 ,15 bei 40°. Die Änderungen der photopischen Reflektivitäten betragen:
AR_ph (0°) = 1 ,37 - 0,996 = 0,374%;
AR_ph (20°) = 0,935 - 0,985 = -0,05%;
AR_ph (40°) = 1 ,148 - 1 ,15 = -0,002%.
Mithin sind alle Unterschiede wie erfindungsgemäß vorgesehen betragsmäßig deutlich kleiner als 1 ,5%, insbesondere sogar kleiner als 0,5%.
Damit sind die Änderungen hinsichtlich der photopischen Reflektivität und Farbe der Restreflexion nur sehr klein, wenn eine Antireflex-Beschichtung gemäß Teilbild (a) durch
Abrasion eine Ausdünnung der obersten Lage 60 erfährt.
Die Schichtdicken der Antireflex-Beschichtung gemäß Teilbild (a), also vor einer
Reduktion der obersten Lage durch Abrasion sind ähnlich zu einem weiteren
Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel betragen die Schichtdicken im
Einzelnen:
unterste Lage 50 (niedrigerer Brechungsindex): 55 nm,
darauffolgende Lage 51 (höherer Brechungsindex): 17 nm,
darauffolgende Lage 52 (niedrigerer Brechungsindex): 80 nm,
darauffolgende Lage 53 (höherer Brechungsindex): 125 nm,
oberste Lage 54, bzw. 60 (niedrigerer Brechungsindex): 80 nm. Die nachfolgende Tabelle listet für das vorstehend genannte Schichtsystem die berechneten Werte zum CIE Farbort (x,y) unter verschiedenen Lichteinfallswinkeln vor und nach einer Reduktion der Schichtdicke der obersten Lage 54, 60 um 10 nm auf:
Figure imgf000019_0001
Die Änderungen der Farbwerte Δχ und Ay für die Winkel 15°, 30° und 45° bei einer
Reduktion um 0 nm, also bei unverminderter Schichtdicke beziehen sich auf die Farbwerte bei 0° Lichteinfallswinkel. Als Beispiel ist also die Änderung des Farbwerts Δχ von 0,009 bei 30° Lichteinfallswinkel die Differenz zum Wert x bei 0° und ebenfalls unverminderter Schichtdicke. Die Änderungen Δχ, ä bei verminderter Schichtdicke und Lichteinfallswinkeln von 15°, 30°, 45° (letzte drei Zeilen der Tabelle) beziehen sich auf die Farbwerte bei gleichem Winkel, aber unverminderter Schichtdicke. Die Änderung Δχ von 0,038 in der letzten Zeile der Tabelle ist demgemäß der Absolutbetrag der Differenz der Farbwerte x unter 45° Lichteinfall bei unverminderter und um 10 nm verringerter Schichtdicke.
Fig. 4 zeigt anhand von Diagrammen der berechneten Farbwerte der Restreflexion ein weiteres erfindungsgemäßes Beispiel. Die Farbe der Restreflexion wurde für Reflexion unter Lichteinfallswinkeln von 0°, 20°, 40° und 60° bestimmt. Teilbild (a) zeigt wieder die Farbwerte bei unverminderter Schichtdicke und die Teilbilder die Farbwerte bei um 20% und um 50% reduzierter Schichtdicke der obersten Lage 60. Hier weicht bei keiner der Teilbilder (b) und (c) einer der Farbwerte von dem Farbwert gemäß Teilbild (a) um mehr als 0,05 ab, was angesichts der deutlichen Reduzierung der obersten Lage 60 bis auf die Hälfte der Schichtdicke
bemerkenswert ist.
Für die photopische Reflektivität wurden folgende Werte bestimmt: Bei Teilbild (a), unverminderter Schichtdicke liegt die Reflektivität bei Lichteinfallswinkeln von 0°, 20° und 40° bei 1 ,658, 1 ,536 und 1 ,590.
Bei Teilbild (b), Schichtdicke der obersten Lage um 20% reduziert, liegt die Reflektivität bei Lichteinfallswinkeln von 0°, 20° und 40° bei 1 ,063, 1 ,076 und 1 ,480.
Bei Teilbild (c), Schichtdicke der obersten Lage halbiert, liegt die Reflektivität bei Lichteinfallswinkeln von 0°, 20° und 40° bei 3,321 , 3,403 und 4,100.
Zwar nimmt die Reflektivität bei starker Abrasion zu, allerdings bleiben die
Farbänderungen nur sehr gering.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel mit Schichtdicken ähnlich zu denen der Antireflex-Beschichtung gemäß Fig. 4, Teilbild (a) sind die einzelnen Lagen gegeben durch: unterste Lage 50 (niedrigerer Brechungsindex): 35 nm,
darauffolgende Lage 51 (höherer Brechungsindex): 25 nm,
darauffolgende Lage 52 (niedrigerer Brechungsindex): 40 nm,
darauffolgende Lage 53 (höherer Brechungsindex): 135 nm,
oberste Lage 54, bzw. 60 (niedrigerer Brechungsindex): 100 nm.
Die nachfolgende Tabelle listet die berechneten Werte zum CIE Farbort (x,y) dieses Ausführungsbeispiels unter verschiedenen Lichteinfallswinkeln vor und nach einer Reduktion der Schichtdicke der obersten Lage 54, 60 um 10 nm auf:
Figure imgf000020_0001
Die Änderungen der Farbwerte Δχ und Ay für die Winkel 15°, 30° und 45° bei einer Reduktion um 0 nm, also bei unverminderter Schichtdicke beziehen sich wie bei der vorangegangenen Tabelle auf die Farbwerte bei 0° Lichteinfallswinkel. Als Beispiel ist also die Änderung des Farbwerts Ay von 0,049 bei 45° Lichteinfallswinkel die Differenz zum Wert y bei 0 und ebenfalls unverminderter Schichtdicke. Die Änderungen Δχ, Δν bei verminderter
Schichtdicke und Lichteinfallswinkeln von 15°, 30°, 45° (letzte drei Zeilen der Tabelle) beziehen sich wie bei der vorigen Tabelle auf die Farbwerte bei gleichem Winkel, aber unverminderter Schichtdicke.
In der nachfolgenden Tabelle ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung einem Vergleichsbeispiel gegenübergestellt. Die Beschichtungen wurden einem modifizierten Bayer-Test, wie er oben genannt wurde, unterzogen, wobei die Reflektivitat und der Farbort vor und nach dem Abrasionstest gemessen wurden.
Design 2
(erfindungsgemäß)
15.0 nm
30.0 nm
27.0 nm
136.0 nm
92.0 nm
134.2 nm
Figure imgf000021_0001
1.3% photopische Reflektivitat vor Abrasion
0.89% OK 1.02% OK unter 0° photopische Reflektivitat nach
2.60% nicht OK 1.89% OK Abrasionstest unter 0°
Figure imgf000021_0002
Figure imgf000021_0003
Wie anhand der Tabelle ersichtlich, ist das Vergleichsbeispiel hinsichtlich der photopischen Reflektivität vor dem Abrasionstest geringfügig besser als die erfindungsgemäße Beschichtung. Die erfindungsgemäße Beschichtung ändert aber nach abrasiver Einwirkung die Farbe der Restreflexion und die Reflektivität erheblich geringer, als das Vergleichsbeispiel.
Die Erfindung ist weiterhin nicht auf vier- oder fünflagige Beschichtungen, wie sie beispielhaft die Fig. 2 und Fig. 3 zeigen, beschränkt. Es können auch noch mehr Lagen vorgesehen werden. Bevorzugt wird aber ganz allgemein, dass die Antireflex-Beschichtung 5 höchstens zwölf, besonders bevorzugt höchstens zehn Lagen aufweist, um den
Fertigungsaufwand in Grenzen zu halten. Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele erläutert. Die nachstehende Tabelle listet für fünf Beispiele die optischen Eigenschaften vor und nach Abrasion der obersten Schicht und unter schrägem Lichteinfall auf. Die Beispiele 3 bis 5 sind nicht nur auf gegenüber Abrasion möglichst unempfindliche optische Eigenschaften unter senkrechtem Lichteinfall, sondern
zusätzlich auch unter schrägem Lichteinfall optimiert. Die Beispiele 1 und 2 erfüllen jeweils nur eines der beiden Kriterien einer unter Abrasion geringen Farbänderung und Änderung der photopischen Reflektivität, wohingegen die Beispiele 3 bis 6 beide Kriterien erfüllen, nämlich, dass erstens die Farbe der Restreflexion unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke sich von der Farbe unter 0° Lichteinfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke der obersten
Lage 54 im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0.05, Δν=0.05 und zweitens die
photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke sich von der photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke um nicht mehr als AR_ph=1.5% unterscheidet. Die Beispiele wurden auf einen Farbort der Restreflexion in der Nähe von x=0,331 , y=0,331 optimiert.
Tabellen: optische Eigenschaften vor und nach Abrasion
Beispiel 1 CIE Farbort (x,y)
EinfallsReduktion photopische
winkel oberste Reflektivität
[°] Schicht [nm] [%] X y Δ(χγ) Kommentar
0°, 100% Schicht
O 0 0,33 0,330 0,321 0,010 (neu) OK, R gering
15 0 0,35 0,368 0,322 0,038
starke
Farbabweichungen unter
30 0 0,53 0,428 0,307 0,100 Betrachtungswinkel
45 0 1,47 0,419 0,315 0,089
60 0 5,45 0,377 0,332 0,046
starke
Farbabweichungen
0 10 0,83 0,403 0,327 0,072 nach Abrieb
15 10 0,91 0,411 0,348 0,082
30 10 1,32 0,423 0,318 0,093
45 10 2,68 0,416 0,334 0,085
60 10 7,34 0,380 0,347 0,052
0 30 3,60 0,336 0,287 0,044
15 30 3,77 0,343 0,291 0,042 30 30 4,45 0,361 0,308 0,038
45 30 6,35 0,374 0,336 0,043
60 30 11,72 0,363 0,352 0,038
Beispiel 2
EinfallsSchicht- photopische
winkel Reduktion Reflektivität
[°] [nm] [%] X y Δ(χγ)
0°, 100% Schicht
0 0 0,33 0,334 0,321 0,010 (neu) OK
15 0 0,34 0,377 0,325 0,046
starke
Farbabweichungen unter
30 0 0,54 0,491 0,305 0,162 Betrachtungswinkel
45 0 1,92 0,517 0,333 0,186
60 0 7,61 0,458 0,365 0,131
starke
Farbabweichungen
0 10 0,91 0,412 0,419 0,120 nach Abrieb
15 10 0,97 0,436 0,405 0,128
30 10 1,40 0,446 0,383 0,126
45 10 3,45 0,494 0,374 0,169
60 10 10,27 0,504 0,374 0,178
0 30 3,77 0,329 0,321 0,010
15 30 3,91 0,345 0,325 0,015
starke
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
30 30 4,76 0,390 0,342 0,060 nach Abrieb
45 30 7,83 0,423 0,366 0,098
60 30 15,72 0,399 0,376 0,082
Beispiel 3
EinfallsSchicht- photopische
winkel Reduktion Reflektivität
[°] [nm] [%] X y Δ(χγ)
0°, 100% Schicht
0 0 0,80 0,331 0,331 0,000 (neu) OK
15 0 0,85 0,339 0,342 0,014
30 0 1,08 0,352 0,363 0,038
45 0 2,02 0,348 0,357 0,031 sehr geringe Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
60 0 5,85 0,330 0,337 0,006
sehr geringe Farbabweichungen
0 10 1,52 0,360 0,372 0,050 nach Abrieb
15 10 1,60 0,361 0,374 0,052
30 10 1,95 0,359 0,372 0,050
45 10 3,08 0,347 0,355 0,029
60 10 7,23 0,331 0,336 0,005
0 30 4,12 0,332 0,348 0,017
15 30 4,22 0,332 0,347 0,016
30 30 4,62 0,332 0,343 0,012
sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
45 30 5,93 0,330 0,335 0,004 nach Abrieb
60 30 10,38 0,326 0,329 0,008
Beispiel 4
EinfallsSchicht- photopische
winkel Reduktion Reflektivität
[°] [um] [%] X y Δ(χγ)
0°, 100% Schicht
0 0 0,75 0,314 0,336 0,018 (neu) OK
15 0 0,77 0,317 0,334 0,015
30 0 0,96 0,326 0,330 0,005
sehr geringe
Farbabweichungen unter
45 0 1,85 0,338 0,333 0,007 Betrachtungswinkel
60 0 5,67 0,341 0,338 0,012
sehr geringe Farbabweichungen
0 10 1,28 0,339 0,334 0,009 nach Abrieb
15 10 1,35 0,341 0,334 0,010
30 10 1,67 0,345 0,335 0,014
45 10 2,79 0,348 0,339 0,019
60 10 6,93 0,345 0,342 0,018
0 30 3,58 0,319 0,310 0,024
15 30 3,69 0,321 0,312 0,021
30 30 4,13 0,325 0,318 0,014 sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
45 30 5,48 0,329 0,326 0,008 nach Abrieb
60 30 9,95 0,330 0,332 0,003
Beispiel 5
EinfallsSchicht- photopische
winkel Reduktion Reflektivität
Π [nm] [%] X y A(xy)
0°, 100% Schicht
0 0 0,51 0,308 0,334 0,023 (neu) OK
sehr geringe
Farbabweichungen unter
15 0 0,54 0,311 0,331 0,020 Betrachtungswinkel sehr geringe
Farbabweichungen unter
30 0 0,70 0,314 0,326 0,018 Betrachtungswinkel sehr geringe
Farbabweichungen unter
45 0 1,47 0,318 0,331 0,013 Betrachtungswinkel sehr geringe
Farbabweichungen unter
60 0 4,95 0,318 0,328 0,013 Betrachtungswinkel sehr geringe Farbabweichungen
0 10 1,07 0,347 0,339 0,018 nach Abrieb
sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
15 10 1,14 0,344 0,336 0,014 nach Abrieb
sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
30 10 1,41 0,338 0,337 0,009 nach Abrieb
sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
45 10 2,36 0,332 0,336 0,005 nach Abrieb sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
60 10 6,21 0,327 0,328 0,005 nach Abrieb
sehr geringe Farbabweichungen
0 30 3,65 0,318 0,307 0,027 nach Abrieb
sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
15 30 3,73 0,319 0,311 0,023 nach Abrieb
sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
30 30 4,06 0,323 0,321 0,013 nach Abrieb
sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
45 30 5,18 0,328 0,326 0,008 nach Abrieb
sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
60 30 9,50 0,331 0,324 0,009 nach Abrieb
Beispiel 6
EinfallsSchicht- photopische
winkel Reduktion Reflektivität
[°] [nm] [%] X y Δ(χγ)
0°, 100% Schicht
0 0 0,48 0,329 0,329 0,003 (neu) OK
sehr geringe photopische Reflektivität; sehr geringe
Farbabweichungen unter
15 0 0,50 0,332 0,337 0,006 Betrachtungswinkel sehr geringe
Farbabweichungen unter
30 0 0,67 0,328 0,334 0,004 Betrachtungswinkel sehr geringe
Farbabweichungen unter
45 0 1,46 0,333 0,330 0,003 Betrachtungswinkel sehr geringe
Farbabweichungen unter
60 0 5,06 0,337 0,328 0,006 Betrachtungswinkel sehr geringe Farbabweichungen
0 10 1,15 0,354 0,355 0,033 nach Abrieb
sehr geringe photopische eflektivität; sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
15 10 1,22 0,349 0,350 0,026 nach Abrieb
sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
30 10 1,50 0,341 0,344 0,016 nach Abrieb
sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
45 10 2,53 0,346 0,342 0,019 nach Abrieb
sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
60 10 6,63 0,346 0,335 0,016 nach Abrieb
sehr geringe Farbabweichungen
0 30 3,97 0,312 0,311 0,028 nach Abrieb
sehr geringe photopische Reflektivität; sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
15 30 4,05 0,313 0,313 0,025 nach Abrieb
sehr geringe
Farbabweichungen unter
30 30 4,41 0,320 0,323 0,013 Betrachtungswinkel nach Abrieb
sehr geringe
Farbabweichungen unter
Betrachtungswinkel
45 30 5,71 0,336 0,336 0,007 nach Abrieb
60 30 10,45 0,344 0,336 0,014
. Die Beispiele 1 bis 5 sind Antireflex-Beschichtungen auf einem Saphir-,
beziehungsweise A Os-Substrat. Bei Beispiel 6 handelt es sich um eine Beschichtung auf einem Borosilikatglas, das unter dem Handelsnamen Borofloat vertrieben wird.
Die Schichtdicken der einzelnen Lagen der Antireflex-Beschichtungen sind wie folgt (in der Reihenfolge jeweils von der untersten Lage zur obersten Lage):
Beispiel 1 : 35 nm, 35 nm, 23 nm, 78 nm, 86 nm.
Beispiel 2: 6,7 nm, 129 nm, 183 nm, 34 nm, 101 nm.
Beispiel 3: 20,5 nm, 32 nm, 25,6 nm, 133 nm, 79 nm.
Beispiel 4: 15,4 nm, 34 nm, 25 nm, 144 nm, 83 nm.
Beispiel 5: 38 nm, 13,9 nm, 105 nm, 18 nm, 26 nm, 100 nm, 80 nm.
Beispiel 6: 142 nm, 38 nm, 32 nm, 29 nm, 104 nm, 79 nm.
Das transparente Substrat dieser Beispiele ist ein Substrat mit einem Brechungsindex im Bereich von 1 ,7 bis 1 ,8, beispielsweise ein Saphir-, beziehungsweise Aluminiumoxid-Substrat.
Die unterste Lage ist jeweils eine Lage mit niedrigem Brechungsindex. In den
Beschichtungen wechseln sich Lagen mit niedrigem Brechungsindex mit Lagen mit hohem
Brechungsindex jeweils ab. Vorzugsweise werden, auch ohne Beschränkung auf die
vorstehenden Ausführungsbeispielen zwei sich abwechselnde Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes verwendet, so dass der Brechungsindex von Lage zu Lage zwischen zwei
Werten alterniert.
Die niedrigbrechenden Schichten weisen ohne Beschränkung auf die
Ausführungsbeispiele gemäß einer Ausführungsform einen Brechwert bei einer Wellenlänge von 550 nm im Bereich von 1 ,3 bis 1 ,6, bevorzugt 1 ,45 bis 1 ,5 und die hochbrechenden Schichten einen Brechwert bei einer Wellenlänge von 550 nm im Bereich von 1 ,8 bis 2,3, bevorzugt 1 ,95 bis 2,1 auf.
Im Folgenden werden Merkmale der Schichtdicken erfindungsgemäßer Antireflex- Beschichtungen beschrieben. Es zeigt sich, dass sich erfindungsgemäße mehrlagige Antireflex- Beschichtungen 5 mit bestimmten Abfolgen von Schichtdicken realisieren lassen. Dazu wurden in den Beispielen der Fig. 5, Fig. 7 und Fig. 9 81 verschiedene erfindungsgemäße Antireflex- Beschichtungen auf einem Substrat mit einem Brechungsindex zwischen 1 ,7 und 1 ,8, speziell auf einem Saphirsubstrat betrachtet. Die Menge an Antireflex-Beschichtungen enthält sowohl Schichtsysteme mit fünf, als auch mit sieben Lagen.
Fig. 5 zeigt die Häufigkeitsverteilung der kombinierten Schichtdicken der beiden untersten Lagen, also der Lage mit niedrigem Brechungsindex, die auf dem Substrat aufgebracht ist, und die nachfolgende Lage mit hohem Brechungsindex. Bei den in Fig. 1 gezeigten
Beispielen wären dies die Lagen 51 und 52. Auf der Abszisse sind die in Klassen unterteilten Schichtdicken des untersten Paars, auf der Ordinate deren Häufigkeit aufgetragen. Wie anhand von Fig. 5 ersichtlich, reichen die vorkommenden Schichtdicken von etwa 10 nm bis 360 nm. Dabei sind aber die Schichtdickenbereiche (a) und (b), die etwa von 80nm bis 130 nm (Bereich (a)) und von 240 nm bis 280 nm reichen (Bereich (b)), ausgenommen. Die Beispiele sind Antireflex-Beschichtungen auf Saphir-Substraten.
Fig. 6 zeigt eine entsprechende Verteilung für Antireflex-Beschichtungen auf einem
Substrat mit niedrigem Brechungsindex zwischen 1 ,45 und 1 ,55, im Speziellen einem
Borosilikatglas-Substrat. Das Substrat hat einen Brechungsindex von 1 ,47 bei 550 nm. Auch hier zeigt sich ein entsprechender ausgenommener Bereich ,,(a')" der Schichtdicke für das unterste Paar von Lagen, innerhalb dem sich keine Antireflex-Beschichtungen mit guten optischen Eigenschaften hinsichtlich einer Invarianz gegen einer Abrasion der obersten Schicht findet. Dieser Bereich reicht hier von 65 nm bis 120 nm.
Kombiniert ergibt sich für die Bereiche (a) und (a') ein ausgenommener
Wellenlängenbereich von 80 nm bis 120 nm, der allenfalls wenig abhängig vom Brechungsindex des Substrats ist.
In Fig. 7 ist die Häufigkeitsverteilung des Abstands der drittobersten Grenzfläche zur
Oberfläche, also des Abstands der Grenze zwischen der drittobersten und viertobersten Lage (bei dem Beispiel der Fig. 1 wäre dies die Grenzfläche zwischen den Lagen 52 und 53) für Beschichtungen auf Saphir dargestellt. Wie ersichlich, kann der Abstand in einem weiten Bereich zwischen 70 nm und 500 nm liegen. Dabei sind aber Bereiche zwischen 95 nm und 126 nm (Bereich (c)) und zwischen 374 nm und 480 nm (Bereich (d)) ausgenommen.
Fig. 8 zeigt eine entsprechende Verteilung für erfindungsgemäße Antireflex- Beschichtungen auf Borosilikatglas. Auch hier zeigen sich zu den Bereichen (c) und (d) korrespondierende Bereiche (c'), (d'). Der Bereich (c') liegt zwischen 100 nm und 120 nm und damit ähnlich wie der Bereich (c). Demnach ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Schichtdickenbereich von 100 nm bis 120 nm für den Abstand der drittobersten Grenzfläche, im Wesentlichen unabhängig vom Brechungsindex des Substrats ausgenommen.
Der andere Bereich (d') ist gegenüber dem Bereich (d) zu niedrigeren Dicken verschoben. Der Faktor der Verschiebung kann, wenn ein Dickenintervall betrachtet wird, das etwas enger als der gesamte ausgesparte Bereich ist, sehr gut durch einen Faktor (n/n(Al203))2 angenähert werden. Dabei bezeichnet n den Brechungsindex des verwendeten Substrats und n(Al203) den Brechungsindex eines Saphirsubstrats, insbesondere n(Al203)=1 ,76. Damit ergibt sich ein ausgesparter Dickenbereich von 380 nm■ (n/n(Al203))2 bis 470 nm■ (n/n(Al203))2.
Fig. 9 zeigt noch ein weiteres typisches Kriterium erfindungsgemäßer Antireflex- Beschichtungen. Hier ist die Häufigkeitsverteilung der Differenz der Schichtdicken des obersten Paars von Lagen und des zweitobersten Paars von Lagen dargestellt, also mit anderen Worten die Verteilung des Terms [(oberste Lage + zweitoberste Lage) - (drittoberste Lage +viertoberste Lage)]. Die Differenz kann demnach in einem weiten Bereich zwischen -350 nm und +320 nm liegen, wobei Bereiche von -250 nm bis -150 nm (Bereich (e)), von -50 nm bis +10 nm (Bereich (f)) und von +230 nm bis +270 nm (Bereich (g)) ausgenommen sind.
Bei der in Fig. 10 gezeigten entsprechenden Verteilung der Differenz der Schichtdicken des obersten und zweitobersten Paars von Lagen zeigt sich ein fast deckungsgleicher ausgenommener Bereich (g'). Demgemäß ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass im Wesentlichen unabhängig vom Brechungsindex des Substrats bei der Differenz der
Schichtdicken des obersten Paars und des zweitobersten Paars ein Bereich von +230 nm bis +270 nm ausgenommen ist.
Zwei Beispiele der Schichtdicken von Antireflex-Beschichtungen aus der Menge der
Beschichtungen, von denen die Häufigkeitsverteilungen der Fig. 5, Fig. 7, Fig. 9 gewonnen wurden, sind (in der Reihenfolge jeweils von der untersten Lage zur obersten Lage):
Beispiel 7: 8,8 nm, 30 nm, 7,1 nm, 116 nm, 87 nm.
Beispiel 8: 13,5 nm, 12,6 nm, 13,5 nm, 30 nm, 25 nm, 153 nm, 92 nm.
In den Diagrammen der Fig. 6, Fig. 8 und Fig. 10 sind zwei weitere Beispiele mit folgenden Schichtdicken (ebenfalls in der Reihenfolge jeweils von der untersten Lage zur obersten Lage) gekennzeichnet:
Beispiel 9: 155 nm, 30 nm, 30 nm, 122 nm Beispiel 10: 25 nm, 15 nm, 147 nm, 13,5 nm, 10 nm, 77 nm.
Die Lagen der beiden Beispiele in den Häufigkeitsverteilungen der Fig. 5, 7, 9 sind mit „(7)", beziehungsweise„(8)" und die Lagen der Beispiele in den Fig. 6, 8, 10 mit„(9)", und„(10)" als gestrichelte Linien gekennzeichnet.
Ohne Beschränkung auf die speziellen Ausführungsbeispiele sieht die Erfindung damit gemäß einem Aspekt der Erfindung ein transparentes Element 1 vor, umfassend ein transparentes Substrat 3 und auf diesem Substrat 1 eine mehrlagige Antireflex-Beschichtung 5, welche zumindest vier, insbesondere zumindest fünf Lagen umfasst, wobei sich Lagen mit hohem Brechungsindex 51 , 53 mit Lagen 50, 52, 54 mit niedrigerem Brechungsindex abwechseln, und wobei die Lagen 51 , 53 mit höherem Brechungsindex vorzugsweise eine größere Härte als die Lagen 50, 52, 54 mit niedrigerem Brechungsindex aufweisen, und wobei die oberste Lage 60 der mehrlagigen Antireflex-Beschichtung 5 eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex ist, und wobei für die Schichtdicken der Lagen 51 - 54 zumindest eines der folgenden Merkmale gilt:
(i) das unterste Paar von Lagen weist eine Schichtdicke im Bereich von 10 nm bis 360 nm auf, wobei Schichtdicken im Bereich von 80nm bis 120 nm ausgenommen sind,
(ii) der Abstand der drittobersten Grenzfläche zur Oberfläche beträgt zwischen 70 nm und 500 nm, wobei zumindest einer der Bereiche zwischen 100 nm und 120 nm und zwischen 380 nm■ (n/n(Al203))2 bis 470 nm■ (n/n(Al203))2 ausgenommen ist, wobei n der Brechungsindex des Substrats und n(Al203) einen Brechungsindex von 1 ,76 bezeichnen,
(iii) die Differenz der Schichtdicken des obersten Paars von Lagen und des zweitobersten Paars von Lagen liegt in einem Bereich zwischen -350 nm und +320 nm, wobei ein Bereich von +230 nm bis +270 nm ausgenommen ist. Im Falle eines Substrats mit einem Brechungsindex im Bereich von 1 ,7 bis 1 ,8, insbesondere eines Saphirsubstrats können in Weiterbildung bei der Differenz der Schichtdicken des obersten Paars von Lagen und des zweitobersten Paars von
Lagen zusätzlich Bereiche von -250 nm bis -150 nm und von -50 nm bis +10 nm ausgenommen sein, entsprechend den Bereichen (e) und (f) in Fig. 9.
Die Merkmale der Schichtdickenbereiche gelten insbesondere bei einer Wellenlänge von
550 nm im Bereich von 1 ,3 bis 1 ,6, bevorzugt 1 ,45 bis 1 ,5 für die Lagen mit niedrigerem Brechungsindex und einem Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 550 nm im Bereich von
1 ,8 bis 2,3, bevorzugt 1 ,95 bis 2,1 für die Lagen mit höherem Brechungsindex. Anhand der folgenden Figuren werden weitere Merkmale erfindungsgemäßer Antireflex- Beschichtungen anhand der beiden Datensätze von Schichtdicken für Antireflex-Beschichtungen auf Saphir und Borosilikatglas beschrieben.
Die Fig. 11 bis Fig. 14 zeigen vier Diagramme, in denen die Schichtdicken der obersten Lagen für vier verschiedene Typen von erfindungsgemäßen Antireflex-Beschichtungen nebeneinander aufgetragen sind. Auf der Ordinate ist die Schichtdicke in Nanometern aufgetragen. Die Abzisse ist ein fortlaufender Index, welcher die verschiedenen Schichtsysteme durchnummeriert. Fig. 11 zeigt die Schichtdicke der obersten Lage für verschiedene fünflagige Antireflex-Beschichtungen auf Saphir. In Fig. 12 sind die Schichtdicken für erfindungsgemäße Antireflex-Beschichtungen auf Saphir mit sieben Lagen gezeigt.
Fig. 13 zeigt die Schichtdicken der obersten Lage von vierlagigen Antireflex- Beschichtungen und Fig. 14 die Schichtdicken der obersten Lage für sechslagige
Beschichtungen, beide auf Borosilikatglas als Substrat. Anhand der Fig. 11 bis 14 ist ersichtlich, dass die Schichtdicke der obersten Lage in einem engen Bereich zwischen 60 nm und 130 nm liegt, sieht man von einem einzelnen Beispiel bei den vierlagigen Antireflex-Beschichtungen auf Borosilikatglas mit deutlich geringerer Schichtdicke, Fig 13, ab. Der Dickenbereich ist offensichtlich im Wesentlichen unabhängig von der Art des Substrats oder der Anzahl der Lagen der Antireflex-Beschichtung. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die oberste Lage der Antireflex-Beschichtung die oben genannte Schichtdicke im Bereich von 60 nm bis 130 nm aufweist.
Die Fig. 15 bis Fig. 18 zeigen Diagramme, in denen die Schichtdicken der untersten hochbrechenden Lage für verschiedene Typen von erfindungsgemäßen Antireflex- Beschichtungen aufgetragen sind. Die Darstellung der Werte entspricht den Fig. 11 bis 14. Die unterste hochbrechende Lage kann die unterste oder auch die zweitunterste Lage der Antireflex- Beschichtung 5 sein. Vorzugsweise ist bei einem Substrat 3 mit hohem Brechungsindex die unterste Lage eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex und folglich die zweitunterste Lage die unterste Lage mit hohem Brechungsindex. Bei einem Substrat mit niedrigem Brechungsindex, wie etwa einem Borosilikatglas-Substrat ist die unterste Lage der Antireflex-Beschichtung vorzugsweise auch die unterste Lage mit hohem Brechungsindex. Fig. 15 zeigt die Schichtdicken der untersten Lage mit hohem Brechungsindex verschiedener Ausführungsbeispiele von fünflagigen Antireflex-Beschichtungen 5 auf einem Saphir-Substrat. Fig. 16 zeigt entsprechende Beispiele für siebenlagige Antireflex-Beschichtungen 5 auf einem Saphir-Substrat. Die Fig. 17 und 18 zeigen die Schichtdicken der untersten hochbrechenden Lage für vierlagige (Fig. 17) und sechslagige (Fig. 18) Antireflex-Beschichtungen auf Borosilikatglas als Substrat. Ähnlich wie bei dem Histogramm der Fig. 5 zeigen sich Bereiche, die günstig für die erfindungsgemäße Invarianz gegenüber Abrasion sind und Bereiche, in denen sich keine Beispiele für erfindungsgemäße Beschichtungen finden. Im Speziellen sind ein Schichtdickenbereich zwischen 50 nm und 100 nm und ein Schichtdickenbereich zwischen 180 nm und 220 nm ausgenommen. Demgemäß sieht die Erfindung in Weiterbildung vor, dass die unterste Lage mit hohem Brechungsindex eine Schichtdicke zwischen 4 nm und 350 nm aufweist, wobei eine Schichtdicke im Bereich zwischen 180 nm und 220 nm und/oder im Bereich zwischen 180 nm und 220 nm ausgenomnen ist.
Die vorstehend anhand der Beispiele der Fig. 5 bis 18 erläuterten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Antireflex-Beschichtungen 5 können für das Verfahren zur zur Herstellung eines transparenten Elements 1 , beziehungsweise beim Design eines geeigneten
Schichtsystems besonders vorteilhaft sein, da diese Ausführungsformen als Nebenbedingungen beim Erstellen des Designs die Möglichkeiten zur Auswahl der Schichtdicken herangezogen werden können. Dies reduziert die Anzahl der Möglichkeiten und damit auch den
Berechnungsaufwand erheblich. Demgemäß ist in Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, dass mindestens eine der Antireflex-Beschichtungen 5, 6, für welche zumindest einer der Parameter Farbe der Restreflexion unter 0° Lichteinfallswinkel und photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel berechnet wird, so ausgewählt wird, dass wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
- das unterste Paar von Lagen weist eine Schichtdicke im Bereich von 10 nm bis 360 nm auf, wobei Schichtdicken im Bereich von 80nm bis 120 nm und von 225 nm bis 280 nm
ausgenommen sind,
- der Abstand der drittobersten Grenzfläche zur Oberfläche beträgt zwischen 70 nm und 500 nm, wobei zumindest einer der Bereiche zwischen 100 nm und 120 nm und zwischen 380 nm■
(n/n(A 03))2 bis 470 nm■ (n/n(Al2Ü3))2 ausgenommen ist, wobei n der Brechungsindex des Substrats und n(Al2Ü3) einen Brechungsindex von 1 ,76 bezeichnen,
- die Differenz der Schichtdicken des obersten Paars von Lagen und des zweitobersten Paars von Lagen liegt in einem Bereich zwischen -350 nm und +320 nm, wobei ein Bereich von +230 nm bis +270 nm ausgenommen ist
- die oberste Lage der Antireflex-Beschichtung weist eine Schichtdicke im Bereich von 60 nm bis 130 nm auf, - die unterste Lage mit hohem Brechungsindex weist eine Schichtdicke zwischen 4 nm und 350 nm auf, wobei eine Schichtdicke im Bereich zwischen 180 nm und 220 nm und im Bereich zwischen 180 nm und 220 nm ausgenomnen ist.
Die Erfindung kann überall dort genutzt werden, wo spezielle Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften von Antireflex-Beschichtungen gestellt werden. Neben der Applikation als Uhrengläser oder Lupen für Uhrengläser lässt sich die Erfindung auch im Bereich Architektur, Consumerelektronik und für optische Komponenten einsetzen. Im Bereich der Consumer-Elektronik eignet sich die Erfindung besonders für Deckgläser von Smartphones, Notebooks, LCD Displays.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann im Rahmen des Gegenstands der Ansprüche vielfältig variiert werden. Dabei können verschiedene Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. So kann auf einem scheibenförmigen Substrat beidseitig eine Antireflex-Beschichtung aufgebracht werden. Die Antireflex- Beschichtungen können dann auch unterschiedliche Farben der Restreflexion aufweisen, etwa gemäß den Beispielen der Fig. 3 und Fig. 4.

Claims

Patentansprüche:
1 . Transparentes Element (1 ), umfassend ein transparentes Substrat (3) und auf diesem Substrat (1 ) eine mehrlagige Antireflex-Beschichtung (5), welche zumindest vier Lagen umfasst, wobei sich Lagen mit hohem Brechungsindex (51 , 53) mit Lagen (50, 52, 54) mit niedrigerem Brechungsindex abwechseln, und wobei die Lagen (51 , 53) mit höherem Brechungsindex eine größere Härte als die Lagen (50, 52, 54) mit niedrigerem
Brechungsindex aufweisen, und wobei die oberste Lage (60) der mehrlagigen Antireflex- Beschichtung (5) eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex ist, und wobei die Lagen (51 - 54) bei gegebenen Brechungsindizes hinsichtlich ihrer Dicke so ausgewählt sind, dass bei einer Reduktion der Schichtdicke der obersten Lage (60) um 10% oder um 10 Nanometer, je nachdem welcher dieser beiden Fälle die geringere verbleibende
Schichtdicke ergibt, zumindest eines der folgenden Merkmale gilt:
- die Farbe der Restreflexion unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke unterscheidet sich von der Farbe unter 0° Lichteinfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke der obersten Lage (54) im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0.05, Ay=0.05, bevorzugt nicht mehr als Δχ=0.03, Ay=0.03, besonders bevorzugt nicht mehr als Δχ=0.02, Ay=0.02,
- die photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke unterscheidet sich von der photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke um nicht mehr als AR_ph=1 .5%.
2. Transparentes Element (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Lagen (51 - 54) bei gegebenen Brechungsindizes hinsichtlich ihrer Dicke so ausgewählt sind, dass die Farbe der Restreflexion unter 30° Einfallswinkel sich bei um 10% verminderter Schichtdicke von der Farbe unter 30° Einfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0,05, Ay=0,05 unterscheidet.
3. Transparentes Element (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Lagen (51 - 54) bei gegebenen Brechungsindizes hinsichtlich ihrer Dicke so ausgewählt sind, dass die Farbe der Restreflexion unter 45° Einfallswinkel sich bei um 10% verminderter Schichtdicke von der Farbe unter 45° Einfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0,05, Ay=0,05 unterscheidet.
Transparentes Element (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen (51 - 54) bei gegebenen Brechungsindizes hinsichtlich ihrer Dicke so ausgewählt sind, dass bei einer Reduktion der Schichtdicke der obersten Lage (60) derart, dass die Schichtdicke nach der Reduktion noch das 0,9-Fache der ursprünglichen Schichtdicke, beträgt, die photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei unverminderter
Schichtdicke um nicht mehr als AR_ph=1 %, besonders bevorzugt um nicht mehr als AR_ph=0.5%, ganz besonders bevorzugt um nicht mehr als AR_ph=0.25% abweicht.
Transparentes Element (1 ) gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch zumindest eines der folgenden Merkmale:
- die Farbe der Restreflexion an der Antireflex-Beschichtung (5) unter 0° Einfallswinkel bei unvermindeter Schichtdicke unterscheidet sich von der Farbe unter 0° Einfallswinkel im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0.05, Ay=0.0 bei Reduktion der
Schichtdicke der obersten Lage um 20%, vorzugsweise 30%, besonders bevorzugt 40%,
- die photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei um 20%, vorzugsweise um 30%, besonders bevorzugt um 40% verminderter Schichtdicke unterscheidet sich von der photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke um nicht mehr als AR_ph=1 .5%,
- die Farbe der Restreflexion an der Antireflex-Beschichtung (5) unter 30° Einfallswinkel unterscheidet sich von der Farbe unter 0° Einfallswinkel im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0.02, Ay=0.02,
- die Farbe der Restreflexion unter 45° Einfallswinkel von der Farbe unter 0°
Einfallswinkel um nicht mehr als Δχ=0.05, Ay=0.05),
- die photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 1 ,5%,
- das Maximum der Reflektivität im Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm , ist unter 0° Einfallswinkel kleiner als 1 ,5%,
- der Absolutbetrag der Differenz der photopischen Reflektivität unter 30° Einfallswinkel zur photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 0,5%, bevorzugt kleiner als 0.3% besonders bevorzugt kleiner als 0.1 %,
- der Absolutbetrag der Differenz der photopischen Reflektivität unter 45° Einfallswinkel zur photopischen Reflektivitat unter 0° Einfallswinkel ist absolut kleiner als 0,5%, bevorzugt kleiner als 0.3% besonders bevorzugt kleiner als 0.1 %,
- die durchschnittliche Reflektivitat, gemittelt im Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 1 ,5%,
- der Absolutbetrag derDifferenz der durchschnittlichen Reflektivitaten unter 30° Einfallswinkel und unter 0° Einfallswinkel, gemittelt im Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm, beträgt absolut weniger als 0,5%, bevorzugt weniger als 0.3% besonders bevorzugt weniger als 0.1 %,
- der Absolutbetrag der Differenz der durchschnittlichen Reflektivitäten unter 45° Einfallswinkel und unter 0° Einfallswinkel, gemittelt im Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm, beträgt weniger als 0,5%, bevorzugt weniger als 0.3% besonders bevorzugt weniger als 0.1 %,
- der Absolutbetrag der Differenz der Maxima der Reflektivitäten im Wellenlängenbereich von 450 nm bis 700nm unter 30° Einfallswinkel und unter 0° Einfallswinkel beträgt weniger als 0,5%, bevorzugt weniger als 0.3% besonders bevorzugt weniger als 0.1 %,
- die Differenz der absoluten Reflektivitäten unter 45° Einfallswinkel und unter 0° Einfallswinkel beträgt absolut weniger als 0,5%, bevorzugt weniger als 0.3% besonders bevorzugt weniger als 0.1 %,.
Transparentes Element (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch zumindest eines der Merkmale:
- die photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 1 %, vorzugsweise kleiner als 0,8%,
- der Absolutbetrag der Differenz der durchschnittlichen Reflektivität im
Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm unter 30° Einfallswinkel zur durchschnittlichen Reflektivität im Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 0,1 %,
- die Differenz der photopischen Reflektivität oder der durchschnittlichen Reflektivität unter 45° Einfallswinkel zur photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel ist absolut kleiner als 0,2%,
- die durchschnittliche Reflektivität, gemittelt im Bereich zwischen 450 nm und 700 nm unter 0° Einfallswinkel ist kleiner als 1 ,0%.
Transparentes Element (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) ein Saphirsubstrat ist.
Transparentes Element (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) einen Brechungsindex über 1 ,65 aufweist und die Antireflex-Beschichtung (5) eine Folge von mindestens fünf einander abwechselnden Lagen (50 - 54) mit niedrigerem und höherem Brechungsindex aufweist, wobei die unterste Lage (50) eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex ist.
Transparentes Element gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schichtdicken d1 , d2, d3, d4, d5 der Lagen (50, 51 , 52, 53, 54) der Antireflex-Beschichtung (5) gemäß einem ersten Fall gilt:
- die Dicke d1 der ersten Schicht auf dem Substrat 3, also der untersten Schicht (50) beträgt 5 nm bis 60 nm,
- die Dicke d2 der zweiten Schicht (51) beträgt 5 nm - 50 nm,
- die Dicke d3 der dritten Schicht 52: 10 nm bis 200 nm,
- die Dicke d4 der vierten Schicht (53) beträgt 100 nm bis 200 nm,
- die Dicke d5 der fünften, obersten Schicht (54) beträgt 70 nm bis 120 nm, oder gemäß einem zweiten Fall gilt:
- die Dicke d1 der ersten Schicht auf dem Substrat 3, also der untersten Schicht (50) beträgt 5 nm bis 60 nm,
- die Dicke d2 der zweiten Schicht (51) beträgt 30 nm bis 200 nm,
- die Dicke d3 der dritten Schicht 52: 10 nm bis 200 nm,
- die Dicke d4 der vierten Schicht (53) beträgt 150 nm bis 300 nm,
- die Dicke d5 der fünften, obersten Schicht (54) beträgt 70 nm bis 120 nm, wobei in beiden Fällen für die Schichtdicken weiterhin gilt:
D = 85nm + 1.7*d1 + 1.1*d2 - 0.9*d3 + 0.0138*(d3-60nm)2, wobei D den Wert der Schichtdicke d4 der vierten Schicht (53) mit einer Abweichung von maximal ±15%, vorzugsweise maximal ±10%, besonders bevorzugt maximal ±5% angibt.
10. Transparentes Element (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch Lagen (51 , 53) mit hohem Brechungsindex aus zumindest einem der Materialien Aluminiumoxid (AI203), Nitrid oder Oxinitrid.
11. Transparentes Element (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Antireflex-Beschichtung (5) höchstens zwölf, bevorzugt höchstens zehn Lagen aufweist.
12. Transparentes Element (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei einer Wellenlänge von 550 nm die Lagen mit niedrigerem Brechungsindex einen
Brechungsindex im Bereich von 1 ,3 bis 1 ,6 und die Lagen mit hohem Brechungsindex einen Brechungsindex im Bereich von 1 ,8 bis 2,3 aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schichtdicken der Lagen 51 - 54 zumindest eines der folgenden Merkmale gilt:
(i) das unterste Paar von Lagen weist eine Schichtdicke im Bereich von 10 nm bis 360 nm auf, wobei Schichtdicken im Bereich von 80nm bis 120 nm und von 225 nm bis 280 nm ausgenommen sind,
(ii) der Abstand der drittobersten Grenzfläche zur Oberfläche beträgt zwischen 70 nm und 500 nm, wobei zumindest einer der Bereiche zwischen 100 nm und 120 nm und zwischen 380 nm■ (n/n(Al203))2 bis 470 nm■ (n/n(Al203))2 ausgenommen ist, wobei n der Brechungsindex des Substrats und n(Al203) einen Brechungsindex von 1 ,76 bezeichnen,
(iii) die Differenz der Schichtdicken des obersten Paars von Lagen und des
zweitobersten Paars von Lagen liegt in einem Bereich zwischen -350 nm und +320 nm, wobei ein Bereich von +230 nm bis +270 nm ausgenommen ist.
13. Transparentes Element (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die oberste Lage der Antireflex-Beschichtung eine Schichtdicke im Bereich von 60 nm bis 130 nm aufweist.
14. Transparentes Element (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die unterste Lage mit hohem Brechungsindex eine Schichtdicke zwischen 4 nm und 350 nm aufweist, wobei eine Schichtdicke im Bereich zwischen 180 nm und 220 nm und im Bereich zwischen 180 nm und 220 nm ausgenomnen ist.
15. Transparentes Element (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, ausgebildet als Uhrenglas oder Lupe eines Uhrenglases.
16. Verfahren zur Herstellung eines transparenten Elements (1) mit den Schritten:
- es wird für mindestens ein Paar von Antireflex-Beschichtungen (5, 6), welche zumindest vier Lagen umfassen, wobei sich Lagen mit hohem Brechungsindex (51 , 53) mit Lagen (50, 52, 54) mit niedrigerem Brechungsindex abwechseln, wobei die Lagen (51 , 53) mit höherem Brechungsindex eine größere Härte als die Lagen (50, 52, 54) mit niedrigerem Brechungsindex aufweisen, und wobei die oberste Lage (60) der mehrlagigen Antireflex- Beschichtung (5) eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex ist, unter Berücksichtigung des Brechungsindex des Substrats (3) zumindest einer der Parameter
- Farbe der Restreflexion unter 0° Lichteinfallswinkel und
- photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel
berechnet, wobei sich die beiden Antireflex-Beschichtungen nur hinsichtlich der
Schichtdicke der obersten Lage (60) unterscheiden, so dass die Schichtdicke bei einer Antireflex-Beschichtung (6) um mindestens einen Faktor 0,9 gegenüber der Schichtdicke der anderen Antireflex-Beschichtung (5) reduziert ist, und wobei überprüft wird, ob für beide Antireflex-Beschichtungen (5, 6) zumindest eine der Bedingungen erfüllt ist:
- die Farbe der Restreflexion unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke unterscheidet sich von der Farbe unter 0° Lichteinfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke der obersten Lage (60) im CIE xyz-Farbsystem um nicht mehr als Δχ=0.05, Δν=0.05,
- die photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei verminderter Schichtdicke der obersten Lage (60) unterscheidet sich von der photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel bei unverminderter Schichtdicke um nicht mehr als AR_ph=1.5%, und wobei für mindestens ein weiteres Paar die Parameter der Farbe der Restreflexion und der photopischen Reflektivität berechnet und erneut zumindest eine der Bedingungen überprüft wird, wenn für das erste Paar die Bedingung nicht erfüllt wird, und wobei eine Schichtabfolge mit dickerer oberster Lage (60) aus einem Paar von Antireflex- Beschichtungen ausgewählt wird, welches zumindest eine der Bedingungen erfüllt, und wobei eine Antireflex-Beschichtung (5) mit dieser ausgewählten Schichtabfolge auf einem Substrat (3) abgeschieden wird.
17. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass unter einer Vielzahl von Paaren eine Überprüfung hinsichtlich der Bedingungen des
Unterschieds der Farbe der Restreflexion unter 0° Einfallswinkel oder des Unterschieds der photopischen Reflektivität unter 0° Einfallswinkel erfolgt und unter den untersuchten Paaren das Schichtsystem für die Abscheidung ausgewählt wird, bei welchem der kleinsten Unterschied der Farbe der Restreflexion unter 0° Lichteinfallswinkel und/oder der kleinste Unterschied der photopischen Reflektivität unter 0° Lichteinfallswinkel vorliegt und dann dieses Schichtsystem abgeschieden wird.
18. Verfahren gemäß einem der zwei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antireflex-Beschichtung (5) so ausgewählt wird, dass
- sich die Farbe der Restreflexion der beiden Antireflex-Beschichtungen (5, 6) eines
Paars im CIE xyz-Farbsystem unter 30° Einfallswinkel um nicht mehr als Δχ=0,05, Ay=0,05 unterscheidet, oder
- sich die Farbe der Restreflexion der beiden Antireflex-Beschichtungen (5, 6) eines Paars im CIE xyz-Farbsystem unter 45° Einfallswinkel um nicht mehr als Δχ=0,05, Ay=0,05 unterscheidet.
19. Verfahren gemäß einem der drei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Antireflex-Beschichtungen (5, 6), für welche zumindest einer der Parameter Farbe der Restreflexion unter 0° Lichteinfallswinkel und photopische Reflektivität unter 0° Einfallswinkel berechnet wird, so ausgewählt wird, dass wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
- das unterste Paar von Lagen weist eine Schichtdicke im Bereich von 10 nm bis 360 nm auf, wobei Schichtdicken im Bereich von 80nm bis 120 nm und von 225 nm bis 280 nm ausgenommen sind,
- der Abstand der drittobersten Grenzfläche zur Oberfläche beträgt zwischen 70 nm und
500 nm, wobei zumindest einer der Bereiche zwischen 100 nm und 120 nm und zwischen 380 nm■ (n/n(Al203))2 bis 470 nm■ (n/n(Al203))2 ausgenommen ist, wobei n der Brechungsindex des Substrats und n(Al203) einen Brechungsindex von 1 ,76 bezeichnen,
- die Differenz der Schichtdicken des obersten Paars von Lagen und des zweitobersten Paars von Lagen liegt in einem Bereich zwischen -350 nm und +320 nm, wobei ein Bereich von +230 nm bis +270 nm ausgenommen ist
- die oberste Lage der Antireflex-Beschichtung weist eine Schichtdicke im Bereich von 60 nm bis 130 nm auf,
- die unterste Lage mit hohem Brechungsindex weist eine Schichtdicke zwischen 4 nm und 350 nm auf, wobei eine Schichtdicke im Bereich zwischen 180 nm und 220 nm und im Bereich zwischen 180 nm und 220 nm ausgenomnen ist.
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