DE2927856C2

DE2927856C2 - Mehrschichten-Antireflexbelag

Info

Publication number: DE2927856C2
Application number: DE2927856A
Authority: DE
Inventors: Tokujiro Hachiouji Tokyo Kozawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1978-07-11
Filing date: 1979-07-10
Publication date: 1983-06-01
Also published as: GB2025654B; SU1258323A3; JPS5522704A; GB2025654A; DE2927856A1; US4260222A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrschichten-Antireflexbelag. Während ein Mehrschichten-Antireflexbelag zur »Entspiegelung« in optischen Systemen es dient, dienen bei Wärmeschutzgläsern die Beläge der Verspiegelung um beispielsweise die Wärmestrahlung durch Reflexion daran zu hindern, in ein Gebäude einzudringen. Aus der DE-OS 15 96 722 ist ein infrarotreflektierendes Glas bekannt, das gekennzeichnet ist durch einen auf der Oberfläche des Glases befindlichen, aus Metalloxid bestehenden und mindestens ein Metall aus der Gruppe Gold oder Platin enthaltenden Oxidfilm, dessen Brechungsindex größer als der von Glas ist, wobei als Metalloxid TiO₂, Ta₂O₅, WO₃, ZrO₂, ThO₂, SnO₂ und Nb₂O₅ erwähnt sind. Das Metalloxid, in welches das metallische Gold und Platin eingebracht werden sollen, soll nicht das starke Infrarotreflexionsvermögen von Gold und Platin beeinflussen, andererseits aber einen gut haftenden Belag gewährleisten.

Bei Antireflex-Mehrschichtenbelägen, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, besteht die Schwierigkeit, jeweils einen nichtreflektierenden Belag durch Aufdampfen so herzustellen, daß er die berechneten optischen Eigenschaften besitzt, da es schwierig ist, jede Schicht durch Aufdampfen so herzustellen, daß sie die berechnete Dicke und den berechneten Brechungsindex besitzt was für die Auslöschung durch Interferenz wesentlich ist Insbesondere, wenn ein vakuumaufgedampfter Belag Zirkoniumoxid (ZrO₂) enthält ist diese Schwierigkeit besonders gegeben, da ZrO₂ den Brechungsindex des Belages ungleichmäßig in der Richtung der Filmdicke macht was von der Temperatur abhängt wenn die Belagdicke ansteigt Mit'anderen Worten wird der Brechungsindex des Belages ungleichmäßig, wenn die Basistemperatur ansteigt Um einen vakuumaufgedampften Belag mit hoher Festigkeit unter Verwendung von beispielsweise Magnesiumfluorid (MgF₂) herzustellen, ist es andererseits nötig, das Aufdampfen mit hoher Basistemperatur durchzuführen, da es unmöglich ist, einen harten Belag bei einer Basistemperatur von unter 25°C herzustellen. Wenn ein Mehrschichten-Antireflexbelag unter Verwendung von MgF₂ und ZrO₂ in den betreffenden Schichten bei einer für die Vakuumaufdampfung von MgF₂ geeigneten Basistemperatur gebildet wird, ist es unmöglich, einen Belag von ZrO₂ zu bilden, der den gewünschten gleich-näßigen Brechungsindex in Richtung der Dicke besitzt; dadurch weichen die optischen Eigenschaften der entstandenen Mehrschichtenvergütung von den theoretischen Werten stark ab. Weiter muß man eine Basistemperatur unter 220° C wählen, um eine ZrOrSchicht zu erzielen, die einen gleichmäßigen Brechungsindex in Richtung der Dicke hat der nahezu gleich dem theoretischen Ausgangswert ist Wenn MgF₂ bei solch niedriger Basistemperatur im Vakuum aufgedampft wird, ist jedoch die Festigkeit der MgF₂-Schicht beträchtlich verringert

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrschichten-Antireflexbelag anzugeben, bei dem jede Schicht einen gleichmäßigen Brechungsindex sowie hohe Festigkeit besitzt und keine Temperaturabhängigkeit aufweist

Dies wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale erreicht

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

Fig.1 eine schematische Schnittansicht eines zweischichtigen Antireflexbelages nach der Erfindung,

Fig.2 eine schematische Schnittansicht eines dreischichtigen Antireflexbelages nach der Erfindung,

Fig.3 Kurven, die die optische Charakteristik des zweischichtigen Antireflexbelages nach der Erfindung veranschaulichen,

Fig.4 Kuryen, die die optischen Eigenschaften eines üblichen Zweischiehten-Antireflexbelages veranschaulichen,

F i g. 5 eine Kurve, die die optischen Eigenschaften auf der Basis der theoretisch errechneten Werte für den nichtreflektierenden Zweischichtenbelag veranschaulichen,

F i g. 6 Kurven, die die optischen Eigenschaften des dreischichtigen Antireflex-Belages nach der vorliegenden Erfindung veranschaulichen,

F i g, 7 Kurven, die die optischen Eigenschaften eines üblichen Dreischichten-Antireflexbelages veranschaulichen,

Fig,8 Kurven, die die optischen Eigenschaften eines dreischichtigen Antireflexbelages auf der Basis der theoretisch berechneten Werte veranschaulichen und

Fig.9 eine schematische Sehnittansicht des Aufbaus eines zweischichtigen Antireflex-Belages, der eine Äquivalentschicht (ein Mehrschichtenaufbau mit homogenen Schichten, die einen Brechungsindex besitzen, der äquivalent dem Brechungsindex eines homogenen oder inhomogenen Belages ist) ais erste Schicht nach der Erfindung enthält

Die Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Antireflexbelag, in dem anstelle von ZrO₂ ein Mischungsmaterial (Ta₂O₅ + ZrO₂) aus Ta₂O₅ (Brechungsindex 2,13) und ZrO₂ (Brechungsindex 136 bis 1,98) in zumindest einer Schicht der Mehrschichtenstruktur verwendet wird. Die Schicht aus Ta₂O₅ + ZrO₂ sollte vorzugsweise Ta₂O₅ und ZrO₂ in einem Verhältnis von 1:19 bis I : 3, z. B. 5 bis 25 Gew.-% an Ta₂O₅ enthalten. Was das Mischungsverhältnis zwischen Ta₂O₅ und ZrO₂ betrifft, so hat ein Gehalt an Ta₂O₅ von unter 5% praktisch keinen Effekt bezüglich der Verhinderung eines ungleichmäßigen Brechungsindex im entstehenden Belag, wenn z. B. die Basistemperatur erhöht wird. Mit anderen Worten, ein Belag aus Ta₂O₅ + ZrO₂ entspricht im wesentlichen einem nur aus ZrO₂ bestehenden Belag, wenn der Gehalt an Ta₂O₅ kleiner als 5% ist. Wenn der Gehalt an Ta₂O₅ andererseits 25% überschreitet, ist es ziemlich schwierig, einen Belag durch Vakuumaufdampfen zu erzielen und durch die Schicht aus Ta₂O₅ + ZrO₂ wird Licht absorbiert.

Von den Mehrschichten-Antireflexbelägen, die entsprechend der Erfindung Ta₂O₅ + ZrO₂ verwenden, werden zunächst die optischen Eigenschaften des in F i g. 1 gezeigten zweischichtigen Belags mit denen eines üblichen zweischichtigen Antireflex-Belages verglichen.

In Fig. 1 ist auf einem Basisglas G ein Belag aus Ta₂O₅ + ZrO₂ mit einer Dicke von λ/2 als erste Schicht /?i aufgedampft; darauf ist ein Belag aus MgF₂ mit einer Dicke von λ/4 als zweite Schicht A₂ vakuumaufgedampft. Die optischen Eigenschaften des Antireflexbelages mit diesem Aufbau sind in F i g. 3 veranschaulicht. In dieser Figur zeigen die Kurven a, b und c die optischen Eigenschaften nichtreflektierender Beläge, die bei Basistemperaturen von 260°C, 300⁰C und 330⁰C hergestellt sind. Fig.4 zeigt die optischen Eigenschaften eines üblichen zweischichtigen Antireflexbelages, der denselben Aufbau, wie in F i g. 1 gezeigt, besitzt und bei dem auf ein Basisglas G ein Belag aus ZrO₂ mit einer Dicke von λ/2 als erste Schicht R\ und ein Belag aus MgF₂ mit einer Dicke von λ/4 als zweite Schicht R₂ aufgebracht sind. In F i g. 4 veranschaulichen die Kurven a, öund c die optischen Eigenschaften von Mehrschichten-Antireflexbelägen bei Basistemperaturen von 260° C. 300° C bzw. 330° C.

Wie ein Vergleich der in F i g, 3 gezeigten Kurven mit denen von F i g, 4 zeigt, sind die Antireflexionsbeläge, die erfindungsgemäß Schichten aus Ta₂O₅ + ZrO₃ verwenden, bezüglich der optischen Eigenschaften bedeutend besser als die üblichen Antireflexbeläge, die Schichten aus ZrO₂ enthalten, F i g, 5 zeigt die rechnerischen Werte für einen nichtreflektierenden Belag, der die gleiche Zusammensetzung wie der obenerwähnte erfindungsgemäße Belag und der übliche Belag besitzt

ίο Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die optischen Eigenschaften der zweischichtigen Antireflexionsbeläge nach der Erfindung sehr nahe an die rechnerisch ermittelten Werte herankommen. Dabei hat natürlich die Schicht aus MgF₂ im zweischichtigen Amireflexbelag nach der Erfindung hohe Festigkeit, da sie bei einer Basistemperatur von mehr als 250⁰C hergestellt ist.

Es werden nun die optischen Eigenschaften von dreischichtigen Antireflexbelägen nach der Erfindung mit denen üblicher Beläge verglichen. Auf ein Basisglas G, das aus weißem Glas (/Jd= 1,5230) besteht, ist ein Belag aus CeF₃ mit einer Dicke von λΜ aIs erste Schicht Ru ein Beiag aus Ta₂O₅ + ZrO₂ mit einer Dicke von λ/2 als zweite Schicht A₂ und ein Belag aus MgF₂ mit einer Dicke von λ/4 als dritte Schicht A₃ aufgebracht F i g. 6 veranschaulicht die optischen Eigenschaften dieses erfindung'.gemäßen Antireflexbelages. Die Kurven a, b, c und d in Fig.6 veranschaulichen die optischen Eigenschaften von mehrschichtigen Antireflexbelägen, die bei Basistemperaturen von 140⁰C, 200⁰C, 260⁰C bzw. 320⁰C hergestellt sind. Fig. 7 veranschaulicht die optischen Eigenschaften üblicher dreischichtiger Antireflexbeläge auf weißem Glas als Basisglas G mit einem Belag aus CeF₃ in einer Dicke von λ/4 als erster Schicht Ru einem Belag aus ZrO₂ mit einer Dicke von λ/2 als zweite Schicht R₂ und einem Belag aus MgF₂ mit einer Dicke von λ/4 als dritter Schicht Rj. Die Kurven a, b, c und d in F i g. 7 zeigen die optischen Eigenschaften der nichtreflektierenden Mehrschichtenbeläge, die bei Basistemperaturen von 140°C, 200⁰C, 260⁰C und 320°C hergestellt sind. Wenn man die in Fig.6 gezeigten Daten mit denen von F i g. 7 vergleicht, ergibt sich klar, daß üie dreischichtigen Antireflexbeläge nach der Erfindung optische Eigenschaften besitzen, die bedeutend besser sind als die von üblichen dreischichtigen Antireflexbelägen. Fig.8 veranschaulicht die rechnerisch ermittelten optischen Charakteristiken für einen dreischichtigen Antireflexbelag, der den gleichen Aufbau wie die obenerwähnten dreischichtigen Antireflexbeläge besitzt. Wie ersichtlich, sind die optischen Eigenschaften des dreischichtigen Antireflexbelages nach der Erfindung, wie sie in Fig.6 veranschaulicht sind, außerordentlich ähnlich den in Fi g. 8 gezeigten. In der vorstehenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel 1 erwähnt, das einen Belag aus Ta₂O₅ + ZrO₂ als erste Schicht in Kontakt mit dem Basisglas verwendet und als Ausführungsbeispiel 2 ein Beispiel, bei dem als erste Schicht eine λ/4-Schicht, als zweite Schicht eine λ/2-Schicht und als dritte Schicht eine λ/4-Schicht verwendet, wobei Ta₂O₅ + ZrO₂ für die zweite Schicht verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern auch auf mehrschichtige Antireflexbelag", mit guten Eigenschaften anwendbar, wenn Celäge aus Ta₂O₅ + ZrO₂ in verschiedenen Schichten verwendet werden. Beispielsweise sind mehrschichtige Antireflexbeläge mit guten optischen Eigenschaften erreichbar, wenn ein Belag aus Ta₂O₅ + ZrO₂ als erste Schicht in einem zweiten Zweischichtenbelas verwendet wird, bei

dem die erste Schicht eine Dicke von λ/4 und die /weife Schicht eine Dicke von A/4 besitzt oder bei Verwendung eines Belages aus TajO, + /rO* als /weite Schicht in einem dreischichtigen Belag, der aus einer ersten Schicht mit einer Dicke von V₄ A. einer zweiten Schicht mit einer Dicke von A/2 und einer dritten Schicht mil einer Dicke von A/4 besteht. Weiterhin können die obenerwähnten dreischichtigen Beläge eine erste Schicht mit A/4, eine zweite Schicht mit A/2 und eine dritte Schicht mit A/4 oder eine erste Schicht mit V₄ A, eine zweite Schicht mit A/2 und eine dritte Schicht mit A/4 Dicke aufweisen, wobei es möglich ist. die erste Schicht durch Aufbringen dünner Beläge mit hohem Brechungsindex abwechelnd mit Belägen, die niedrigen Brechungsindex haben, so aufzubringen, daß sie äquivalent ist zu der ersten Schicht, die den gewünschten mittleren Brechungsindex (Schichtdicke A/4) besitzt, wobei ein Belag aus Ta₂Os + ZrO; mit einer Dicke von A/2 als zweite Schicht verwendet wird. Weiter kann ein Zweischichtenbeiag durch Verwendung einer Schichi id äquivalent der ersten Schicht R\ mit einer Dicke von A/2, wie in F i g. 9 gezeigt, durch Aufdampfen eines sehr dünnen Belages R₁' aus MgF2 oder AI₂Oj und eines relativ dicken Belages R\" aus Ta₂Os + ZrO₂ in Kombination mit einem Belag aus MgFi oder ähnlichem Material mit einer Dicke A/4 hergestellt werden. In diesem Fall ist es möglich, einen Mehrschichten-Antireflexbelag mit optischen Eigenschaften zu erhalten, die sehr nahe denen der theoretischen Werte sind, da die spektrale Reflexionscharakteristik lies mehrschichtigen Antireflex-Belages noch besser korrigiert werden kann durch Verwendung eines dünnen Belages R\' aus MgF-) oder ähnlichem Material in der Äquivalentschicht. wenn deren andere, relativ dicke Schicht Ri" so ausgebildet wird, daß sie durch Verwendung von Ta₂O₅ + ZrO > gleichförmigen Brechungsindex besitzt.

Darüber hinaus ist es möglich, mehrschichtige Anlireflexbeläge mit hoher Festigkeit und guten optischen Eigenschaften unter Verwendung von Ta₂Os + ZrO₂ in Schichten verschiedenster Mehrschichtcnanordnungcn herzustellen. Wie sich aus dem Vorstehenden ei /ibt. ermöglicht es die vorliegende Erfindung, mehrschichtige Antireflexbeläge herzustellen, die frei von der Temperaturabhängigkeil bei der Bildung dünner Schichten durch Vakuumaufdampfungen sind, indem eine Mischung aus Ta₂Oi und ZrOi verwendet wird. Da es notwendig ist. eine hohe Basistemperatur zu nehmen, um einen festen Belag durch Aufdampfen von IvIgF₂ zu wänien, ist es wichtig, daß auch Beläge aus Ta₂Os + ZrO2 bei derartig hohen Basistemperaturen gut gebildet werden. Da Beläge aus Ta2O5 + ZrO₂ bei Aufdampfen mit so hoher Basistemperatur hohe Festigkeit besitzen, ist es möglich, jeder Schicht des mehrschichtigen Antireflexbelages hohe Festigkeit zu verleihen. Daher haben mehrschichtige Antireflexbeläge nach der vorliegenden Erfindung hohe Festigkeit und optische Eigenschaften, die nahe an die theorei.sch errechneten Werte herankommen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

U Mehrsohichten-Antireflexbelag, dadurch gekennzeichnet, daß dieser bei einem Aufbau aus zwei Schichten zumindest eine Schicht enthält, dje aus einer Mischung von Tantaloxid (Ta₂O₅) und Zirkoniumoxid (ZrO₂), die 5 bis 25 Gew.-% Tantaloxid (Ta₂O₅) enthält, hergestellt ist,
2. Mehrschichten-Antireflexbelag nach Anspruch 1, bei dem die erste Schicht eine Dicke von λ/2 und die zweite Schicht eine Dicke von λ/4 besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus der Mischung aus Tantaloxid (Ta₂Os) und Zirkoniumoxid (ZrO₂) besteht
3. Mehrschichten-Antireflexbelag nach Ansprach 1, bestehend aus zwei Schichten, wobei die erste Schicht, die eine Dicke von λ/2 besitzt, eine Äquivalentschicht ist, die aus einem sehr dünnen Belag und einem verhältnismäßig dicken Belag besteht, dadurch gekennzeichnet daß der verhältnismäßig dick* Belag in der ersten Schicht aus einer Mischung ausTantaloxid (Ta₂Os) und Zirkoniumoxid (ZrOj) gebildet ist
4. Mehrschichten-Antireflexbelag nach Anspruch 1 mit einer ersten λ/4 starken und einer zweiten λ/4 starken Schicht, dadurch gekennzeichnet daß die erste Schicht aus der Mischung aus Tantaloxid (Ta₂Os) und Zirkoniumoxid (ZrO₂) gebildet ist
5. Mehrschichten-Antireflexbelag nach Anspruch 1 mit einer ersten λ/4 starken Schicht und einer zweiten λ/2 starken Schicht sowie einer dritten λ/4 starken Schicht dadurch gekennzeichnet daß die zweite Schicht aus der Mischung Tantaloxid (Ta₂Os) und Zirkoniumoxid (ZrO₂) hergestellt ist
6. Mehrschichten-Antirefltxbelag nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die erste Schicht als eine Äquivalentschicht ausgebildet ist indem sie abwechselnd aus Belägen mit hohem und abwechselnd aus Belägen mit niedrigem Brechungsindex besteht derart, daß die äquivalent ist einer Schicht mit dem gewünschten mittleren Brechungsindex.
7. Mehrschichten-Antireflexbelag nach Anspruch 1 mit einer ersten Schicht in Stärke von 3 λ/4, einer zweiten Schicht in einer Stärke von λ/2 und einer dritten Schicht in Stärke von λ/4, dadurch gekennzeichnet daß die zweite Schicht aus der Mischung aus Tantaloxid (Ta₂Os) und Zirkoniumoxid (ZrO₂) hergestellt ist
8. Mehrschichten-Antireflexbelag nach An* spruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht als Äquivalentschicht ausgebildet ist indem sie abwechselnd aus Belägen mit hohem und abwechselnd aus Belägen mit niedrigem Brechungsindex besteht derart, daß sie äquivalent ist einer Schicht mit dem gewünschten mittleren Brechungsindex.