DE4236637C2 - Oberflächenreflektierspiegel mit einer Unterschicht aus Siliciumdioxid - Google Patents
Oberflächenreflektierspiegel mit einer Unterschicht aus SiliciumdioxidInfo
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Description
Diese Anmeldung beruht auf und beansprucht Prioritäten
von den japanischen Patentanmeldungen Nrn. Hei. 3-
349304, eingereicht 31. Oktober 1991 und Hei. 4-110831,
eingereicht 03. April 1992, deren Offenbarungen hiermit
als Referenz eingeschlossen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen
Oberflächenreflektierspiegel mit einem
oberflächenreflektierenden Multischichtfilm, der in
optischen Erzeugnissen wie Kameras, Teleskopen und
Mikroskopen verwendet wird.
In einem Oberflächenreflektierspiegel, der in optischen
Erzeugnissen wie etwa Kameras, Teleskopen und
Mikroskopen verwendet wird, wird am häufigsten Aluminium
als Reflektiermaterial verwendet. Ausreichende
Widerstandsfähigkeit gegenüber Kratzern,
Befeuchtungsbeständigkeit usw. können jedoch nicht
einfach erhalten werden, indem man eine reflektierende
Aluminiumschicht auf einem Träger bildet.
Herkömmlicherweise wurde dieses Problem gelöst, indem
man eine Schutzschicht aus einem Siliziumoxid,
Magnesiumflourid usw. bildete.
Silber, das eine hohe Reflektivität über den sichtbaren
Bereich bis hin zum nahen Infrarotbereich hat, wird
gewöhnlich als Reflektiermaterial für einen
Oberflächenreflektierspiegel von hoher Reflektivität,
der in optischen Erzeugnissen verwendet wird,
eingesetzt. Ein Einzelschichtfilm aus Silber ist jedoch
bezüglich der Filmhaftfestigkeit, Beständigkeit
gegenüber Befeuchtung, Beständigkeit gegenüber
Sulfidbildung usw. nachteilig. Um diese Charakteristika
zu verbessern, wird ein Multischichtfilm durch den
Silber-Einzelschichtfilm, eine Unterschicht und
Schutzschichten gebildet.
Die Dauerbeständigkeit dieser Art von
Oberflächenreflektierspiegel von hoher Reflektivität
wird durch einen beschleunigten Test auf
Befeuchtungsbeständigkeit bei 40 bis 60°C ausgewertet.
Als der obige Oberflächenreflektierspiegel von hoher
Reflektivität einem Test auf die
Befeuchtungsbeständigkeit bei 60°C und 90% relativer
Luftfeuchtigkeit 24 Stunden unterworfen wurde, war es
manchmal der Fall, daß die Filmlaminate vom Träger
abblätterten, wodurch punktartige Defekte erzeugt
wurden. Es wird vermutet, daß die punktartigen Defekte
durch die thermische Ausdehnung oder das Anschwellen
durch Dämpfung des Harzes verursacht werden.
Obwohl die punktartigen Defekte allmählich verschwinden,
wenn der Reflektierspiegel wieder in eine
Normalatmosphäre zurückgebracht wird, werden sie die
Filmhaftfestigkeit verschlechtern, wodurch die
Haltbarkeit des reflektierenden Films 2c erniedrigt
wird.
In den vergangenen Jahren sind aufgrund der Entwicklung von
Ultrahochpräzisions-formbearbeitenden Werkzeugen und den Ver
besserungen der Spritzgußtechnik Harze zu einer Verwendung als
optische Teile gekommen. Insbesondere sind technische Kunst
stoffe wie etwa ein Polycarbonatharz und ein Polyacetalharz
hervorragend in Beständigkeit und können bei hoher Temperatur
verwendet werden. Jedoch sind selbst mit den technischen
Kunststoffen die Probleme, die von dem Auftreten punktartiger
Defekte herrühren, noch nicht gelöst worden.
Aus der GB 22 41 709 A ist ein Oberflächenreflektierspiegel
bekannt, bei dem auf einem Harzträger der Reihe nach eine haft
vermittelnde Oxidschicht, eine weitere haftvermittelnde Sul
fidschicht, eine Reflexionsschicht aus Silber und eine Schutz
schicht aufgebracht sind. Dabei werden als Sulfide Zink- oder
Antimonsulfid verwendet, wobei bei Verwendung von Zinksulfid
Aluminiumoxid, Nioboxid, Kobaltoxid oder Titanoxid als haftver
mittelnde Oxidschicht dienen. Aus der GB 22 41 709 A geht wei
terhin hervor, als haftvermittelnde Sulfidschicht zwischen ei
nem Harzträger und einer reflektierenden Silberschicht eine
Chromsulfidschicht einzusetzen sowie Oxidschichten aus Silizi
umdioxid als Schutzschichten über der reflektierenden Silber
schicht zu verwenden.
Aus der GB 22 41 709 A ist weiterhin ein Oberflächenreflek
tierspiegel bekannt, bei dem auf einem Harzträger der Reihe
nach eine Schicht aus Siliziumdioxid, eine Reflexionsschicht
aus Aluminium und eine Schutzschicht aufgebracht sind. Die
Schutzschicht kann dabei aus mehreren übereinander angeordne
ten dielektrischen Schichten bestehen, die wenigstens eine
Aluminiumoxidschicht und wenigstens eine aus bspw. aus Silizi
umdioxid, Titanoxid, Tantaloxid oder Zirkonoxid bestehende
Schicht umfassen, wobei sich bei einem Aufbau aus mehreren
Schichten die Aluminiumoxidschichten jeweils mit den Schichten
aus den anderen genannten Materialien abwechseln sollen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Oberflächen
reflektierspiegel mit hoher Reflektivität zur Verfügung zu
stellen, der hervorragende Filmhaftfestigkeit, Beständigkeit
gegenüber Korrosion, Dauerbeständigkeit und optische Charakte
ristika zeigt, indem das Auftreten von punktartigen Defekten
verhindert wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Oberflächenre
flektierspiegel zur Verfügung zu stellen, bei welchem keine
punktartigen Defekte zwischen einem Harzträger und einer Re
flektierfilmstruktur selbst in einer Atmosphäre mit hoher Tem
peratur und hoher Luftfeuchtigkeit auftreten.
Erfindungsgemäß umfaßt ein Oberflächenreflektierspiegel:
einen Harzträger;
eine erste Unterschicht, hergestellt aus Siliziumdioxid und gebildet auf dem Harzträger;
eine zweite Unterschicht, hergestellt aus Chromsulfid und gebildet auf der ersten Unterschicht;
eine Reflektierschicht, die aus Silber hergestellt ist und auf der zweiten Unterschicht gebildet wird; und
eine Schutzschicht, die auf der Reflektierschicht gebildet wird.
einen Harzträger;
eine erste Unterschicht, hergestellt aus Siliziumdioxid und gebildet auf dem Harzträger;
eine zweite Unterschicht, hergestellt aus Chromsulfid und gebildet auf der ersten Unterschicht;
eine Reflektierschicht, die aus Silber hergestellt ist und auf der zweiten Unterschicht gebildet wird; und
eine Schutzschicht, die auf der Reflektierschicht gebildet wird.
Durch Ausbildung der ersten Unterschicht aus
Siliziumdioxid mit einer inneren Druckspannung zwischen
dem Harzträger und den Oberflächenreflektierfilmen kann
eine Zugspannung, die durch die
Oberflächenreflektierfilme auf den Harzträger unter
Bedingungen von hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit
ausgeübt wird, kompensiert werden, so daß die
punktartigen Defekte verhindert werden können.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfaßt ein
Oberflächenreflektierspiegel:
einen Harzträger;
eine Unterschicht, hergestellt aus Siliziumdioxid und gebildet auf dem Harzträger;
eine Reflektierschicht, hergestellt aus Aluminium und gebildet auf der Unterschicht;
eine erste Schutzschicht, hergestellt aus Siliziumdioxid und gebildet auf der Reflektierschicht;
eine zweite Schutzschicht, hergestellt aus mindestens einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Titanoxid, Tantaloxid und Zirkoniumoxid, und auf der ersten Schutzschicht gebildet wird; und
eine dritte Schutzschicht, hergestellt aus Aluminiumoxid und gebildet auf der zweiten Schutzschicht.
einen Harzträger;
eine Unterschicht, hergestellt aus Siliziumdioxid und gebildet auf dem Harzträger;
eine Reflektierschicht, hergestellt aus Aluminium und gebildet auf der Unterschicht;
eine erste Schutzschicht, hergestellt aus Siliziumdioxid und gebildet auf der Reflektierschicht;
eine zweite Schutzschicht, hergestellt aus mindestens einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Titanoxid, Tantaloxid und Zirkoniumoxid, und auf der ersten Schutzschicht gebildet wird; und
eine dritte Schutzschicht, hergestellt aus Aluminiumoxid und gebildet auf der zweiten Schutzschicht.
Unter dem zweiten Aspekt der Erfindung wird
Siliziumdioxid als Material für die Unterschicht
eingesetzt. Die Siliziumdioxidunterschicht übt eine
Druckspannung auf den Harzträger aus, und ihre Dicke
kann verändert werden, ohne daß sich daraus Auswirkungen
auf die optischen Charakteristika des
Oberflächenreflektierspiegels ergeben. Indem man die
Dicke der Unterschicht ohne die Notwendigkeit, die
optischen Charakteristika in Betracht ziehen zu müssen,
frei anpaßt, kann eine Zugspannung, die durch die
gesamte Reflektierfilmstruktur auf den Träger ausgeübt
wird, reduziert werden oder zu einer Druckspannung
verändert werden. Als Ergebnis kann ein
Oberflächenreflektierspiegel zur Verfügung gestellt
werden, welcher kaum verbogen wird und in welchem keine
punktartigen Defekte zwischen dem Harzträger und der
Reflektierfilmstruktur auftreten, und zwar aufgrund
eines reduzierten Einflusses der Ausdehnung des Trägers
sogar in einer Atmosphäre von hoher Temperatur und hoher
Feuchtigkeit.
Fig. 1 ist ein Querschnitt, der einen
Oberflächenreflektierspiegel von hoher Reflektivität
gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
Fig. 2 und 3 sind Querschnittsansichten, die eine
Zugspannung und eine Druckspannung beim
Oberflächenreflektierspiegel der ersten Ausführungsform
erläutern;
Fig. 4 ist eine Seitenansicht, die einen
Oberflächenreflektierspiegel zeigt;
Fig. 5 ist eine Seitenansicht, die einen
Oberflächenreflektierspiegel gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist eine Seitenansicht, die einen
Oberflächenreflektierspiegel unter Normalbedingungen
zeigt;
Fig. 7 ist eine Seitenansicht, die zeigt, wie ein
Oberflächenreflektierspiegel in einer Atmosphäre von
hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit verbogen wird;
Fig. 8 ist eine Seitenansicht, die eine Zugspannung in
einem Oberflächenreflektierspiegel erläutert;
Fig. 9 ist eine Seitenansicht, die eine Druckspannung in
einem Oberflächenreflektierspiegel erläutert; und
Fig. 10 ist eine Seitenansicht, die einen
Oberflächenreflektierspiegel der Referenzbeispiele 3 bis
5 zeigt.
Bei der Untersuchung der Ursachen der punktartigen
Defekte hat der vorliegende Erfinder das folgende
Phänomen aufgefunden:
Wenn z. B. ein Oberflächenreflektierspiegel 33 mit einem
Harzträger 31 und einer Reflektierfilmstruktur 32, die
darauf gebildet ist (siehe Fig. 6), in eine Atmosphäre
von hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit gebracht
wird, dehnt sich die Reflektierfilmstruktur 32 nur
leicht aus, im Gegensatz zu der großen Wärmeausdehnung
oder Feuchtigkeitsausdehnung des Harzträgers 31. Daher,
wie in Fig. 7 gezeigt, verbiegt sich der
Oberflächenreflektierspiegel 33, wodurch er eine konkave
Form hin zur Seite der Reflektierfilmstruktur 32
annimmt. Dieses Verbiegen aufgrund der Ausdehnung des
Trägers 31 ist die Hauptursache der punktartigen
Defekte.
Wenn dazu eine Schichteinheit 35 von reflektierenden
Filmen, Schutzfilmen oder ähnlichem auf dem Harzträger
31 gebildet wird, verbleibt eine Zugspannung oder
Druckspannung in der Filmeinheit 35, wie in Fig. 8 und 9
gezeigt.
Die verbleibende Zugspannung tendiert dazu, den
Oberflächenreflektierspiegel 33 so zu verbiegen, daß er
eine konkave Form hin zur Seite der Filmeinheit 35
annimmt, wie in Fig. 8 gezeigt. Andererseits tendiert
die verbleibende Druckspannung dazu, den
Oberflächenreflektierspiegel 33 so zu verbiegen, daß er
eine konkave Form hin zur Seite des Trägers 31 annimmt,
wie in Fig. 9 gezeigt.
Messungen einer Oberflächenformveränderung vor und nach
der Bildung einer Filmeinheit auf dem Träger ergaben,
daß im Fall des Oberflächenreflektierspiegels 21, wie in
Fig. 4 gezeigt, unter den Filmen 23 bis 27, die auf dem
Harzträger 22 gebildet werden, die Zugspannung in der
aus Chromoxid hergestellten Unterschicht 23, der aus
Aluminium hergestellten Reflektierschicht 24, der aus
Titanoxid, Tantaloxid oder Zirkoniumoxid hergestellten
zweiten Schutzschicht 26 und der aus Aluminiumoxid
hergestellten dritten Schutzschicht 27 verbleibt,
während die Druckspannung in der ersten Schutzschicht,
die aus Siliziumdioxid hergestellt ist, verbleibt.
D. h., daß beim Oberflächenreflektierspiegel 21 die
gesamte Reflektierfilmstruktur die Zugspannung auf den
Harzträger 22 ausübt. Wenn daher der
Oberflächenreflektierspiegel 21 in eine Atmosphäre von
hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit gebracht wird,
wird er leicht so verbogen, daß er eine konkave Form hin
zur Seite der Reflektierfilmstruktur aufgrund der
thermischen Ausdehnung oder Feuchtigkeitsausdehnung des
Trägers 22 annimmt.
Fig. 1 zeigt schematisch einen
Oberflächenreflektierspiegel von hoher Reflektivität mit
einer Schichtstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
Der Oberflächenreflektierspiegel der ersten
Ausführungsform hat sieben Schichten, wovon jede durch
Vakuumverdampfen, Sputtern oder ähnliches gebildet wird.
Wie in Fig. 1 gezeigt, werden nacheinander eine
Siliziumdioxid-erste Unterschicht 2a, eine Chromsulfid
zweite Unterschicht 3a, eine Silber-Reflektierschicht
4a, eine Chromsulfid-erste Schutzschicht 5a, eine
Siliziumdioxid-zweite Schutzschicht 6a, eine
Aluminiumoxid-dritte Schutzschicht 7a und eine
Siliziumdioxid-vierte Schutzschicht 8a auf einem Träger
1a gebildet.
Der Träger 1a wird aus einem Harzmaterial ohne
irgendwelche speziellen Beschränkungen dafür
hergestellt. Das Harzmaterial kann ein Polycarbonatharz,
Polyacetalharz, Acrylharz, Polystyrolharz, Polyimidharz,
Polyethylenterephthalatharz,
Polybutylenterephthalatharz, ABS-Harz oder ähnliches
sein.
Die Dicke der ersten Unterschicht 2a, hergestellt aus
Siliziumdioxid, liegt vorzugsweise im Bereich von 25 bis
100 nm, und ist besonders bevorzugt im Bereich von 50
bis 75 nm. Die innere Spannung der ersten Unterschicht
2a ist eine Druckspannung.
Die erste Unterschicht 2a wird eingefügt, um den
Unterschied in der thermischen Ausdehnung oder einen
Unterschied in der Ausdehnung aufgrund von
Feuchtigkeitsabsorption zwischen dem Harzträger 1a und
den Oberflächenreflektierfilmen 3a bis 8a (unten
beschrieben) zu kompensieren. Da der
Wärmeausdehnungskoeffizient des Harzträgers 1a größer
ist als der der Oberflächenreflektierfilme 3a bis 8a,
tritt dann, wenn der Schichtkörper, bestehend aus dem
Harzträger 1a und den Oberflächenreflektierfilmen 3a bis
8a, erwärmt wird, eine Zugspannung in den
Oberflächenreflektierfilmen 3a bis 8a auf, und der
gesamte Schichtkörper wird verbogen, so daß er eine
konkave Form zur Seite der Oberflächenreflektierfilme 3a
bis 8a hin annimmt (siehe Fig. 2). Die Zugspannung, die
in den Oberflächenreflektierfilmen 3a bis 8a unter
Bedingungen von hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit
auftritt, wird durch die innere Druckspannung der ersten
Unterschicht 2a, die zwischen dem Harzträger 1a und den
Oberflächenreflektierfilmen 3a bis 8a eingefügt ist,
kompensiert, so daß ein Verbiegen des Schichtkörpers
verhindert werden kann.
Während die Zugspannung in den
Oberflächenreflektierfilmen 3a bis 8a den Harzträger 1a
in einer solchen Weise verbiegen will, daß er eine
konkave Form hin zur Seite der
oberflächenreflektierenden Filme 3a bis 8a annimmt
(siehe Fig. 2), will die Druckspannung in der
Unterschicht 2a den Harzträger 1a so verbiegen, daß er
eine konkave Form hin zur Seite des Harzträgers 1a
annimmt (siehe Fig. 3). Daher kann die Verbiegung des
Schichtkörpers aufgrund des Unterschieds in der
Wärmeausdehnung zwischen dem Harzträger 1a und den
oberflächenreflektierenden Filmen 3a bis 8a dadurch
verringert werden, daß man zwischen dem Harzträger 1a
und den Oberflächenreflektierfilmen 3a bis 8a die erste
Unterschicht aus Siliziumdioxid 2a einfügt, in welcher
die Druckspannung auftritt.
Da eine Siliziumdioxidschicht nicht oberhalb der zweiten
Unterschicht 3a eingefügt werden sollte, um hinreichende
Kratzerbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit,
Filmhaftfestigkeit und optische Charakteristika zu
erhalten, wird die erste Unterschicht 2a mit einer
notwendigen Dicke nur zwischen dem Harzträger 1a und der
zweiten Unterschicht 3a eingefügt. Mit dieser Struktur
kann ein Oberflächenreflektierspiegel mit hoher
Reflektivität erhalten werden, bei welchem keine
punktartigen Defekte auftreten, nicht einmal in einem
Beständigkeitstest gegenüber Befeuchtung, der bei 60°C
und 90% relativer Feuchte 24 Stunden lang durchgeführt
wird.
Die zweite Unterschicht 3a, die aus Chromsulfid
hergestellt ist, hat eine bevorzugte Dicke im Bereich
von 1 bis 35 nm und besonders bevorzugt im Bereich von 3
bis 11 nm. Aufgrund des Vorhandenseins der zweiten
Unterschicht 3a kann die reflektierende Schicht 4a
leicht in der gewünschten Dicke gebildet werden.
Die Silberreflektierschicht 4a, die auf der zweiten
Unterschicht 3a gebildet wird, hat eine bevorzugte Dicke
im Bereich von 50 bis 250 nm und besonders bevorzugt im
Bereich von 85 bis 215 nm. Eine Dicke von weniger als
50 nm ist nicht geeignet, da in einem solchen
Dickebereich ein Reflektierspiegel keine vollständige
Reflexion erzielt, d. h. er wirkt wie ein Halbspiegel.
Eine Dicke von mehr als 250 nm ist ebenfalls nicht
geeignet, da in solch einem Dickebereich die
Dauerbeständigkeit verschlechtert wird.
Die erste Schutzschicht 5a, die auf der
Silberreflektierschicht 4a gebildet wird, wird aus
Chromsulfid hergestellt, um Schwefelionen daran zu
hindern, in die Reflektierschicht 4a einzudringen. Die
erste Schutzschicht 5a hat eine bevorzugte Dicke im
Bereich von 1 bis 10 nm, besonders bevorzugt im Bereich
von 2 bis 5 nm. Eine Dicke von mehr als 10 nm ist nicht
geeignet, da in solch einem Dickebereich die
Lichtabsorption von Chromsulfid eine Abnahme der
Reflektivität über den gesamten sichtbaren Bereich
verursacht.
Die zweite Schutzschicht 6a, die auf der ersten
Schutzschicht 5a gebildet wird, wird aus Siliziumdioxid
hergestellt und dient in Kombination mit der dritten
Schutzschicht 7a (unten beschrieben) dazu, den Farbton
des oberflächenreflektierten Lichts einzustellen. Die
zweite Schutzschicht 6a hat eine bevorzugte Dicke im
Bereich von 50 bis 80 nm und besonders bevorzugt im
Bereich von 65 bis 75 nm.
Die dritte Schutzschicht 7a, die auf der zweiten
Schutzschicht 6a gebildet wird, besteht aus
Aluminiumoxid, um das Durchdringen von Feuchtigkeit, die
von der Oberfläche her eindringt, zu verhindern und den
Farbton des oberflächenreflektierten Lichts
einzustellen. Die dritte Schutzschicht 7a hat eine
bevorzugte Dicke im Bereich von 20 bis 60 nm und
besonders bevorzugt im Bereich von 30 bis 50 nm.
Die vierte Schutzschicht 8a, die auf der dritten
Schutzschicht 7a gebildet wird, ist aus Siliziumdioxid
hergestellt, um die Beständigkeit gegenüber Kratzern
usw. zu verstärken. Die vierte Schutzschicht 8a hat eine
bevorzugte Dicke im Bereich von 7 bis 23 nm und
besonders bevorzugt im Bereich von 7 bis 15 nm. Wenn die
Dicke kleiner ist als 7 nm, wird keine hinreichende
Beständigkeit gegenüber Kratzern usw. erhalten. Wenn die
Dicke größer ist als 23 nm, wird der Farbton des
reflektierten Lichts verschlechtert.
Um einen Oberflächenreflektierspiegel von hoher
Reflektivität mit der Struktur von Fig. 1 herzustellen,
wurde eine erste Unterschicht 2a aus Siliziumdioxid auf
einem Träger 1a aus einem 2 mm dicken Polycarbonatharz
durch Vakuumverdampfen in sechs verschiedenen Dicken von
0, 25, 50, 75, 100 und 125 nm hergestellt. Dann wurden
die folgenden Schichten der Reihe nach darauf gebildet:
eine Chromsulfidzweite Unterschicht 3a von 7 nm Dicke,
eine Silberreflektierschicht von 100 nm Dicke, eine
Chromsulfid-erste Schutzschicht von 3 nm Dicke, eine
Siliziumdioxid-zweite Schutzschicht 6a von 75 nm Dicke,
eine Aluminiumoxid-dritte Schutzschicht 7a von 38 nm
Dicke und eine Siliziumdioxid-vierte Schutzschicht 8a
von 12 nm Dicke.
Die obigen Proben des Oberflächenreflektierspiegels mit
hoher Reflektivität wurden in einen Thermostaten bei
40°C und 95% relativer Feuchte gestellt, und einem Test
auf Abblättern unterworfen, wofür ein Klebeband alle
24 Stunden abgezogen wurde, bis 216 Stunden verstrichen
waren. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden für alle
Proben in jedem Abblättertest erhalten.
Die obigen Proben wurden 100 mm oberhalb der Oberfläche
einer Lösung von 10 Gew.-% (NH4)2S angebracht. Nachdem 4
Stunden verstrichen waren, wurden Veränderungen des
Oberflächenzustands und der Reflektivität der Proben bei
einer Wellenlänge von 400 nm überprüft. Keine
Veränderung wurde im Oberflächenzustand vor und nach dem
Test gefunden. Auch die Veränderung der Reflektivität
bei 400 nm war 0%.
Ferner ergab ein Farbtontest, daß die Proben einen
ungefähr neutralen Reflexionsfarbton haben.
Nachdem die Proben 24 Stunden in einem Thermostaten bei
60°C und 95% relativer Feuchte aufbewahrt wurden, wurde
der Oberflächenzustand der Proben beobachtet. Die
Ergebnisse waren wie in Tabelle 1 gezeigt.
Dicke der ersten Unterschicht | Oberflächenzustand (Zahl der punktartigen Defekte) |
0 nm | viele |
25 nm | wenige |
50 nm | keine |
75 nm | keine |
100 nm | wenige |
125 nm | viele |
Aus den Ergebnisse von Tabelle 1 kann ersehen werden,
daß keine punktartigen Defekte auftreten, wenn die Dicke
der Siliziumdioxid-ersten Unterschicht 2a im Bereich von
50 bis 75 nm liegt, und in solch einem Fall hat der
erfindungsgemäße Oberflächenreflektierspiegel mit hoher
Reflektivität als optisches Harz-Teil eine hervorragende
Befeuchtungsbeständigkeit.
Obwohl in der ersten Ausführungsform die vier
Schutzschichten 5a bis 8a auf der reflektierenden
Schicht 4a gebildet werden, ist die Anzahl der
Schutzschichten und ihre Struktur nicht auf diese der
ersten Ausführungsform beschränkt.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der ersten
Ausführungsform der Oberflächenreflektierspiegel von
hoher Reflektivität als ein optisches Harz-Teil erhalten
werden, in welchem keine Defekte selbst unter solch
extremen Bedingungen wie beim Test auf
Befeuchtungsbeständigkeit bei 60°C, 95% relativer
Feuchte und 24 Stunden, indem man die
Siliziumdioxidunterschicht zwischen dem Harzträger und
den Oberflächenreflektierfilmen einfügt.
Fig. 4 zeigt beispielsweise einen
Oberflächenreflektierspiegel mit einer fünfschichtigen
Reflektierfilmstruktur. Wie in der Figur gezeigt, wird
ein Oberflächenreflektierspiegel 21 gebildet, indem man
auf einem Harzträger 22 nachfolgend
übereinanderschichtet: eine Chromoxidunterschicht 23,
eine reflektierende Aluminiumschicht 24, eine erste
Schutzschicht 25 aus Siliziumdioxid, eine zweite
Schutzschicht aus Titandioxid 26 und eine dritte
Schutzschicht aus Aluminiumoxid 27.
Bei dieser Filmstruktur wird die Haftung der
reflektierenden Aluminiumschicht 24 an den Harzträger 22
verbessert, so daß die Filmstruktur im Klebebandtest
nicht abblättert.
Sogar der obige Oberflächenreflektierspiegel 21 hat
jedoch das folgende Problem: wenn der
Oberflächenreflektierspiegel 21 in eine Atmosphäre von
hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit bei 60°C und 90%
relativer Feuchte während eines langen Zeitraums
eingebracht wird, treten punktartige Defekte (lokales
Abblättern der Filmstruktur vom Harzträger 22) aufgrund
der thermischen Ausdehnung oder Befeuchtungsausdehnung
des Harzes auf. Obwohl die punktartigen Defekte
allmählich verschwinden, wenn der
Oberflächenreflektierspiegel 21 wieder in eine
Normalatmosphäre gebracht wird, können sie die
Haftfestigkeit der Reflektierfilmstruktur an den
Harzträger 22 verschlechtern.
Fig. 5 ist eine Seitenansicht, die einen
Oberflächenreflektierspiegel gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung zeigt. Wie in der Figur
gezeigt, wird ein Oberflächenreflektierspiegel 101
gebildet, indem man nacheinander auf einem Harzträger
102 eine Unterschicht 103, eine Reflektierschicht 104,
eine erste Schutzschicht 105, eine zweite Schutzschicht
106 und eine dritte Schutzschicht 107 ausbildet.
Der Träger 102 des Oberflächenreflektierspiegels 101
besteht aus einem Harzmaterial ohne besondere
Beschränkungen. Das Harzmaterial kann ein
Polycarbonatharz, Polyacetalharz, Acrylharz,
Polystyrolharz, Polyimidharz,
Polyethylenterephthalatharz,
Polybutylenterephthalatharz, ABS-Harz oder ähnliches
sein.
Die Unterschicht 103, die aus Siliziumdioxid hergestellt
ist, dient nicht nur dazu, die Haftfestigkeit der
Reflektierschicht 104 an den Harzträger 102 zu
verbessern, sondern auch dazu, durch die Druckspannung,
die auftritt, wenn die Unterschicht 13 gebildet wird,
die Wirkung der Wärmeausdehnung oder
Feuchtigkeitsausdehnung des Harzträgers 102 zu
verringern. Die Dicke der Unterschicht 103 wird
geeigneterweise bestimmt in Übereinstimmung mit einer
Biegekraft auf den Oberflächenreflektierspiegel 101, die
vom Wärmeausdehnungskoeffizienten und Feuchtigkeits-
Ausdehnungskoeffizienten des gewählten Harzträgers 102
herrührt, der Zugspannung, die durch die
Reflektierschicht 104 und die Schutzschichten 105 bis
107 auf den Träger 102 ausgeübt wird, und anderen
Faktoren. Die Dicke der Unterschicht 103 liegt
gewöhnlich im Bereich von 50 bis 350 nm und bevorzugt im
Bereich von 50 bis 300 nm.
Die Reflektierschicht 104 besteht aus Aluminium und hat
normalerweise eine Dicke im Bereich von 50 bis 250 nm
und vorzugsweise im Bereich von 100 bis 200 nm. Eine
Dicke von weniger als 50 nm ist nicht geeignet, weil in
solch einem Fall der Oberflächenreflektierspiegel 101
wie ein Halbspiegel wirkt.
Die erste Schutzschicht 105 besteht aus Siliziumdioxid
und dient als Schicht mit niedrigem Brechungsindex zur
Verstärkung der Reflexion im sichtbaren Bereich. Die
Dicke der ersten Schutzschicht 105 liegt gewöhnlich im
Bereich von 42 bis 133 nm und vorzugsweise im Bereich
von 70 bis 105 nm.
Die zweite Schutzschicht 106 besteht aus mindestens
einem Material ausgewählt aus Titanoxid, Tantaloxid und
Zirkoniumoxid und dient als Material mit hohem
Brechungsindex zur Verstärkung der Reflexion im
sichtbaren Bereich. Die Dicke der zweiten Schutzschicht
106 liegt gewöhnlich im Bereich von 24 bis 89 nm und
vorzugsweise von 45 bis 70 nm.
Die dritte Schutzschicht 107 besteht aus Aluminiumoxid
und dient dazu, die zweite Schutzschicht 106 zu
schützen, welche in Dauerbeständigkeit unzureichend ist.
Die Dicke des dritten Schutzfilms liegt gewöhnlich im
Bereich von 10 bis 110 nm und vorzugsweise von 10 bis
80 nm. Wenn die Dicke kleiner als 10 nm ist, wird keine
hinreichende Dauerbeständigkeit erhalten. Wenn die Dicke
110 nm übersteigt, reduziert die dritte Schutzschicht
107 den Reflexionsverstärkungseffekt, der durch die
Kombination der ersten und zweiten Schutzschicht 105 und
106 erreicht wird.
Ein Oberflächenreflektierspiegel 101, wie in Fig. 5
gezeigt, wurde hergestellt, indem die folgenden
Schichten auf einem Polycarbonatharzträger 102 von 2 mm
Dicke durch Vakuumverdampfung gebildet wurden: eine
Siliziumdioxidunterschicht 103 mit einer Dicke von 50 nm
(Beispiel 2), 200 nm (Beispiel 3) oder 350 nm (Beispiel
4), eine Aluminiumreflektierschicht 104 von 100 nm
Dicke, eine Siliziumdioxid-erste Schutzschicht 105 von
52 nm Dicke, eine Titanoxid-zweite Schutzschicht 106 von
33 nm Dicke und eine Aluminiumoxid-dritte Schutzschicht
107 von 45 nm Dicke.
Ein Oberflächenreflektierspiegel 101, wie in Fig. 5
gezeigt, wurde hergestellt, indem die folgenden
Schichten auf einem Polycarbonatharzträger 102 von 2 mm
Dicke durch Vakuumverdampfung gebildet wurden: eine
Siliziumdioxidunterschicht 103 mit einer Dicke von 50 nm
(Beispiel 5), 200 nm (Beispiel 6) oder 350 nm (Beispiel
7), eine Aluminiumreflektierschicht 104 von 100 nm
Dicke, eine Siliziumdioxid-erste Schutzschicht 105 von
52 nm Dicke, eine Tantaloxid-zweite Schutzschicht 106
von 36 nm Dicke und eine Aluminiumoxid-dritte
Schutzschicht 107 von 45 nm Dicke.
Ein Oberflächenreflektierspiegel 101, wie in Fig. 5
gezeigt, wurde hergestellt, indem die folgenden
Schichten auf einem Polycarbonatharzträger 102 von 2 mm
Dicke durch Vakuumverdampfung gebildet wurden: eine
Siliziumdioxidunterschicht 103 mit einer Dicke von 50 nm
(Beispiel 8), 200 nm (Beispiel 9) oder 350 nm (Beispiel
10), eine Aluminiumreflektierschicht 104 von 100 nm
Dicke, eine Siliziumdioxid-erste Schutzschicht 105 von
52 nm Dicke, eine Zirkoniumoxid-zweite Schutzschicht 106
von 40 nm Dicke und eine Aluminiumoxid-dritte
Schutzschicht 107 von 45 nm Dicke.
Ein Oberflächenreflektierspiegel wurde hergestellt,
indem die folgenden Schichten auf einen
Polycarbonatträger von 2 mm Dicke durch
Vakuumverdampfung gebildet wurden: eine
Aluminiumreflektierschicht von 100 mm Dicke, eine
Siliziumdioxid erste Schutzschicht von 52 nm Dicke, eine
Titanoxid-zweite Schutzschicht von 33 nm Dicke und eine
Aluminiumoxid-dritte Schutzschicht 16 von 45 nm Dicke.
Ein Oberflächenreflektierspiegel 21, wie in Fig. 4
gezeigt, wurde hergestellt, indem die folgenden
Schichten auf einem Polycarbonatträger 22 von 2 mm Dicke
durch Vakuumverdampfung gebildet wurden: eine
Chromoxidunterschicht 23 von 15 nm Dicke, eine
Aluminiumreflektierschicht 24 von 100 nm Dicke, eine
Siliziumdioxid-erste Schutzschicht 25 von 52 nm Dicke,
eine Titanoxid-zweite Schutzschicht 26 von 33 nm Dicke
und eine Aluminiumoxid-dritte Schutzschicht 27 von 45 nm
Dicke.
Ein Oberflächenreflektierspiegel 41, wie in Fig. 10
gezeigt, wurde hergestellt, indem die folgenden
Schichten auf einem Polycarbonatträger 42 von 2 mm Dicke
durch Vakuumverdampfung gebildet wurden: eine
Siliziumdioxidunterschicht 43 von 200 nm Dicke, eine
Aluminiumreflektierschicht 44 von 100 nm Dicke, eine
Siliziumdioxid-erste Schutzschicht 45 von 95 nm Dicke
und eine 65 nm dicke zweite Schutzschicht 46 aus
Titanoxid (Referenzbeispiel 3), Tantaloxid
(Referenzbeispiel 4) oder Zirkoniumoxid
(Referenzbeispiel 5).
Die Proben der Beispiele 2 bis 10 und Referenzbeispiele
1 bis 5 wurden den folgenden Tests unterworfen.
Die Oberfläche einer Probe eines
Oberflächenreflektierspiegels wurde 20 mal einem immer
wiederkehrenden Abreiben mit einem Druck von ungefähr
0,5 kg/cm3 unter Verwendung eines
Linsenreinigungspapiers, das in ein Lösungsmittelgemisch
von Ether und Methanol eingetaucht worden war,
unterworfen und wurde auf das Auffinden von
Unregelmäßigkeiten, wie Kratzern, hin beobachtet.
Ein Zellophanband wurde auf eine Probe eines
Oberflächenreflektierspiegels geklebt und dann davon
kräftig abgezogen. Die Probenoberfläche wurde auf das
Auffinden von Unregelmäßigkeiten, wie Abblättern, hin
beobachtet.
Eine Probe eines Oberflächenreflektierspiegels wurde in
einen Thermostaten bei 60°C und 90% relativer Feuchte
48 Stunden lang eingestellt und daraufhin beobachtet, ob
Unregelmäßigkeiten wie etwa ein Riß und ein punktartiger
Defekt gefunden werden können.
Die Ergebnisse der obigen Tests waren wie in Tabelle 2
gezeigt. Das Zeichen "o" in Tabelle 2 bedeutet, daß
keine Unregelmäßigkeit gefunden wurde.
Wie oben beschrieben, ist der
Oberflächenreflektierspiegel gemäß der zweiten
Ausführungsform vorteilhaft bezüglich seiner
Kratzerbeständigkeit, weil die dritte Schutzschicht als
oberste Schicht aus Aluminiumoxid besteht. Zusätzlich
können dadurch, daß die Unterschicht aus Siliziumdioxid
hergestellt ist, punktartige Defekte effektiv daran
gehindert werden, zwischen dem Harzträger und der
Filmstruktur aufzutreten, wenn der
Oberflächenreflektierspiegel in eine Atmosphäre von
hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit gebracht wird.
Daher kann ein Oberflächenreflektierspiegel hergestellt
werden, welcher in geeigneter Weise für Kameras,
Teleskope, Mikroskope, Laserdrucker, Strichcode-
Lesegeräte usw. verwendet werden kann.
Claims (5)
1. Oberflächenreflektierspiegel, umfassend:
einen Harzträger;
eine erste Unterschicht, hergestellt aus Siliziumdioxid und gebildet auf dem Harzträger;
eine zweite Unterschicht, hergestellt aus Chromsulfid und gebildet auf der ersten Unterschicht;
eine Reflektierschicht, hergestellt aus Silber und gebildet auf der zweiten Unterschicht; und
eine Schutzschicht, gebildet auf der Reflektierschicht.
einen Harzträger;
eine erste Unterschicht, hergestellt aus Siliziumdioxid und gebildet auf dem Harzträger;
eine zweite Unterschicht, hergestellt aus Chromsulfid und gebildet auf der ersten Unterschicht;
eine Reflektierschicht, hergestellt aus Silber und gebildet auf der zweiten Unterschicht; und
eine Schutzschicht, gebildet auf der Reflektierschicht.
2. Oberflächenreflektierspiegel nach Anspruch 1, worin
die Schutzschicht eine erste Schutzschicht,
hergestellt aus Chromsulfid und gebildet auf der
Reflektierschicht, eine zweite Schutzschicht,
hergestellt aus Siliziumdioxid und gebildet auf der
ersten Schutzschicht, eine dritte Schutzschicht,
hergestellt aus Aluminiumoxid und gebildet auf der
zweiten Schutzschicht, und eine vierte
Schutzschicht, hergestellt aus Siliziumdioxid und
gebildet auf der dritten Schutzschicht, umfaßt.
3. Oberflächenreflektierspiegel nach Anspruch 2, worin
die Dicken der ersten und zweiten Unterschicht im
Bereich von 25 bis 100 nm bzw. 1 bis 35 nm liegen,
die Dicke der Reflektierschicht im Bereich von 50
bis 250 nm liegt, und die jeweiligen Dicken der
ersten bis vierten Schutzschicht 1 bis 10 nm, 50 bis
80 nm, 20 bis 60 nm bzw. 7 bis 23 nm betragen.
4. Oberflächenreflektierspiegel, umfassend:
einen Harzträger;
eine Unterschicht, hergestellt aus Siliziumdioxid und gebildet auf dem Harzträger;
eine Reflektierschicht, hergestellt aus Aluminium und gebildet auf der Unterschicht;
eine erste Schutzschicht, hergestellt aus Siliziumdioxid und gebildet auf der Reflektierschicht;
eine zweite Schutzschicht, hergestellt aus mindestens einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Titanoxid, Tantaloxid und Zirkoniumoxid, und gebildet auf der ersten Schutzschicht; und
eine dritte Schutzschicht, hergestellt aus Aluminiumoxid und gebildet auf der zweiten Schutzschicht.
einen Harzträger;
eine Unterschicht, hergestellt aus Siliziumdioxid und gebildet auf dem Harzträger;
eine Reflektierschicht, hergestellt aus Aluminium und gebildet auf der Unterschicht;
eine erste Schutzschicht, hergestellt aus Siliziumdioxid und gebildet auf der Reflektierschicht;
eine zweite Schutzschicht, hergestellt aus mindestens einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Titanoxid, Tantaloxid und Zirkoniumoxid, und gebildet auf der ersten Schutzschicht; und
eine dritte Schutzschicht, hergestellt aus Aluminiumoxid und gebildet auf der zweiten Schutzschicht.
5. Oberflächenreflektierspiegel nach Anspruch 4, worin
die Dicke der Unterschicht im Bereich von 50 bis
350 nm liegt, die Dicke der Reflektierschicht im
Bereich von 50 bis 250 nm liegt, und die Dicken der
ersten bis dritten Schutzschicht 42 bis 133 nm, 24
bis 89 nm bzw. 10 bis 110 nm betragen.
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1995
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Patent Citations (1)
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Also Published As
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