DE102010006133A1

DE102010006133A1 - Antireflexschichtsystem und Verfahren zu dessen Herstellung

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Publication number: DE102010006133A1
Application number: DE102010006133A
Authority: DE
Inventors: Ulrike Dr. 07751 Schulz; Christiane 07743 Präfke; Norbert Prof. Dr. 07745 Kaiser
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-01-30
Also published as: DE102010006133B4

Abstract

Es wird ein Antireflexschichtsystem (4) angegeben, mit mindestens einer UV-absorbierenden Schicht (1), die ein organisches Material enthält, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge zwischen 350 nm und 420 nm aufweist, mindestens einer Schicht (5) mit einem hohen Brechungsindex nH > 1,8, und mindestens einer Schicht (6) mit einem niedrigen Brechungsindex nL ≤ 1,6.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antireflexschichtsystem, das insbesondere zur Entspiegelung und zum UV-Schutz von Kunststoffsubstraten wie beispielsweise Polycarbonat geeignet ist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Im Fahrzeugbau, in der Architektur, in der Optik oder in der Medizintechnik werden transparente Kunststoffe eingesetzt, die über lange Zeiten UV-Strahlung, insbesondere durch Sonnenlicht, ausgesetzt sind.
Ein häufig verwendeter transparenter Kunststoff ist beispielsweise Polycarbonat, das auch unter der Bezeichnung Bisphenol-A-polycarbonat oder unter der Abkürzung PC bekannt ist.
Eine Bestrahlung von Kunststoffen mit UV-Licht, insbesondere mit Sonnenlicht, kann chemische Modifizierungen im Volumen des Kunststoffs bewirken, die zu einer unerwünschten Vergilbung und zu Abbauvorgängen an der Oberfläche führen kann. Beispielsweise hat sich herausgestellt, dass auf Polycarbonat aufgebrachte optische Schichten, die insbesondere zur Entspiegelung der Kunststoffoberfläche dienen können, durch UV-Bestrahlung ihre Haftung verlieren können. Die unerwünschten Effekte treten insbesondere bei einer Bestrahlung von Polycarbonat mit UV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 350 nm und 400 nm auf.
Aus der Druckschrift US 6,455,442 B1 sind UV-absorbierende Schutzschichten auf der Basis von Hydroxyphenyl-s-triazinen bekannt, beispielsweise das UV-Absorbermaterial 2-(4,6-Diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-5-hexyloxy-phenol, das auch unter dem Handelsnamen Tinuvin^® 1577 bekannt ist. Derartige organische UV-Absorber absorbieren UV-Licht bis zu einer Wellenlänge von etwa 380 nm.
Aus der Druckschrift U. Schulz, K. Lau, N. Kaiser, "Antireflection Coating With UV-Protective Properties For Polycarbonate", Applied Optics 47, C83-C87 (2008), sind Interferenzschichtsysteme zum Schutz von Polycarbonat vor UV-Strahlung bekannt, die UV-Licht auch im Bereich von 380 nm bis 400 nm blockieren können, da sie in diesem Spektralbereich eine hohe Reflexion aufweisen. Allerdings sind diese Schichtsysteme sehr komplex aufgebaut und bestehen typischerweise aus mindestens 15 Einzelschichten. Es hat sich herausgestellt, dass das anorganische Oxid ZnO eine ausreichend hohe Absorption im kritischen Spektralbereich von 350 nm bis 400 nm aufweist, wobei die Absorptionskante allerdings nicht sehr scharf ist, sodass auch noch im sichtbaren Bereich Absorption auftritt und die Probe gelb färben kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antireflexschichtsystem und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, das sich durch eine verbesserte Beständigkeit gegen durch UV-Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, ausgelöste Vergilbung und Schichtablösung auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch ein Antireflexschichtsystem und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Antireflexschichtsystem mindestens eine UV-absorbierende Schicht, die ein organisches Material enthält, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge zwischen 350 nm und 420 nm aufweist, mindestens eine Schicht mit einem hohen Brechungsindex n_H > 1,8, und mindestens eine Schicht mit einem niedrigen Brechungsindex n_L ≤ 1,6. Unter dem Brechungsindex einer Schicht wird im Rahmen dieser Anmeldung der Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 550 nm verstanden.
Die mindestens eine UV-absorbierende Schicht, die ein organisches Material enthält, und die mindestens zwei Schichten mit hohem und niedrigem Brechungsindex bilden zusammen ein als Antireflexschichtsystem fungierendes Interferenzschichtsystem aus. Interferenzschichtsysteme aus anorganischen Schichten mit abwechselndem hohem und niedrigem Brechungsindex sowie die Optimierung der Schichtdicken der einzelnen Schichten zur Erzielung einer möglichst geringen Reflexion in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich sind dem Fachmann an sich bekannt. Das hierin beschriebene Antireflexschichtsystem unterscheidet sich von herkömmlichen als Antireflexschichtsystem fungierenden Interferenzschichtsystemen insbesondere dadurch, dass mindestens eine oder vorzugsweise mindestens zwei UV-absorbierende Schichten, die organische Materialien enthalten, in das Antireflexschichtsystem integriert sind. Auf diese Weise wird nicht nur eine Verminderung der Reflexion in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich, sondern gleichzeitig ein Schutz des Substrats des Schichtsystems vor UV-Strahlung erzielt. Der Schutz des Substrats vor UV-Strahlung vermindert eine mögliche Vergilbung des Substrats, die insbesondere bei einem Kunststoffsubstrat aus beispielsweise Polycarbonat (PC) bei Bestrahlung mit Sonnenlicht auftreten könnte.
Vorzugsweise enthält das Antireflexschichtsystem eine erste Schicht, die ein erstes UV-absorbierendes organisches Material enthält, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₁ aufweist, und eine der ersten Schicht nachfolgende zweite Schicht, die ein zweites UV-absorbierendes organisches Material enthält, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₂ aufweist, wobei λ₁ > λ₂ ist.
Die Absorptionskante des ersten organischen Materials liegt also bei einer größeren Wellenlänge als die Absorptionskante des zweiten organischen Materials, das in Wachstumsrichtung des Schichtsystems oberhalb des ersten organischen Materials angeordnet ist.
Die der ersten Schicht in Wachstumsrichtung des Schichtsystems nachfolgende zweite Schicht, die eine Absorptionskante bei einer kürzeren Wellenlänge als die erste Schicht aufweist, schützt die erste Schicht vorteilhaft vor einem Teil der auftreffenden UV-Strahlung. Es hat sich herausgestellt, dass die erste Schicht in diesem Fall ein UV-absorbierendes organisches Material enthalten kann, das an sich keine ausreichende Beständigkeit gegen UV-Strahlung aufweist und somit als Einzelschicht zum UV-Schutz eines transparenten Substrats ungeeignet wäre, weil es beispielsweise vergilben würde.
Als das erste UV-absorbierende organische Material der ersten Schicht wird vorzugsweise ein Material verwendet, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₁ zwischen 380 nm und 420 nm aufweist. Vorzugsweise liegt die Absorptionskante des ersten UV-absorbierenden organischen Materials bei einer Wellenlänge von 390 nm oder mehr, besonders bevorzugt sogar bei einer Wellenlänge von 395 nm oder mehr.
Das zweite UV-absorbierende organische Material weist vorzugsweise eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₂ auf, die zwischen 370 nm und 390 nm liegt.
Als die Absorptionskante des ersten oder zweiten organischen Materials wird im Rahmen der Anmeldung im Zweifelsfall die größte Wellenlänge aus dem Bereich von 300 nm bis 450 nm verstanden, bei der die Transmission für UV-Strahlung im Fall einer 400 nm dicken Einzelschicht des organischen Materials nicht mehr als 20% beträgt.
Die Wellenlänge λ₁ der Absorptionskante des ersten Materials ist vorteilhaft um mindestens 10 nm größer als die Absorptionskante λ₂ des zweiten Materials. Bevorzugt liegt die Absorptionskante des ersten Materials mindestens 15 nm, besonders bevorzugt mindestens 20 nm über der Absorptionskante des zweiten Materials. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Absorptionskante des Antireflexschichtsystems deutlich oberhalb der Absorptionskante einer Einzelschicht aus dem zweiten Material liegt, wodurch sich insbesondere die Langzeitbeständigkeit des Schichtsystems gegenüber Sonnenlicht verbessert.
Das Antireflexschichtsystem ist vorzugsweise auf ein transparentes Substrat, insbesondere auf ein Kunststoffsubstrat, aufgebracht. Besonders gut geeignet ist das Schichtsystem zur Entspiegelung und gleichzeitigem UV-Schutz von Kunststoffsubstraten aus Polycarbonat. Das Antireflexschichtsystem zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Beständigkeit gegen Vergilbung und Schichtablösung aus.
Die erste Schicht enthält vorzugsweise N,N'-Di(naphth-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine (α-NPD), Tetra-N-phenylbenzidine (TPB), N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'diphenylbenzidine (TPD), 1,3-Bis-(4-(4-diphenylamino)-phenyl-1,3,4-oxidiazol-2-yl)-benzene, 4,4',4''(Tris(N,N-diphenyl-amino)-triphenylamin oder 4-(2,2-Bisphenyl-ethen-1-yl)-triphenylamin.
Diese Materialien weisen organische Moleküle auf, die UV-Licht im Spektralbereich von 350 nm bis 400 nm noch wirksamer absorbieren als typischerweise zum UV-Schutz von transparenten Kunststoffen wie Polycarbonat verwendete Materialien. Bei diesen Materialien würde jedoch im Fall einer Einzelschicht auf einem transparenten Substrat eine langsame Degradation, insbesondere eine Vergilbung, auftreten. Deshalb würde man diese Materialien an sich nicht zum UV-Schutz von transparenten Substraten aus Polycarbonat, insbesondere optischen Elementen, einsetzen.
Die zweite Schicht enthält vorzugsweise ein 2-Hydroxybenzophenon, einen Zimtsäureester, ein Benzylidenemalonat, ein Oxalanilid, ein 2-Hydroxyphenylbenzotriazol oder ein Hydroxyphenyltriazin. Insbesondere kann die zweite Schicht 2,2'-Methylenebis(6-(2H-benzotriazol-2-yl)-4-1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenol (Tinuvin^® 360) oder 2-(4,6-Diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-5-hexyloxy-phenol (Tinuvin^® 1577) enthalten.
Bei einer Ausführungsform bestehen die erste Schicht aus dem ersten organischen Material und/oder die zweite Schicht aus dem zweiten organischen Material, das heißt die erste Schicht und/oder die zweite Schicht sind ausschließlich aus dem ersten bzw. zweiten organischen Material gebildet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das in der ersten Schicht enthaltene erste organische Material und/oder das in der zweiten Schicht enthaltene zweite organische Material in ein anorganisches Material eingebettet. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei der Herstellung der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht das erste bzw. das zweite organische Material gleichzeitig mit einem anorganischen Material durch einen Vakuumverdampfungsprozess abgeschieden werden. Bei dem anorganischen Einbettungsmaterial kann es sich insbesondere um ein Siliziumoxid wie SiO₂ oder um ein Metalloxid wie beispielsweise Al₂O₃, Ta₂O₅ oder CeO₂ handeln. Alternativ ist als Einbettungsmaterial auch ein Plasmapolymer geeignet, wie beispielsweise SiO_xR, das aus einem Monomer wie beispielsweise Hexamethyldisiloxan oder Tetraoxisilan hergestellt werden kann.
Die mindestens eine Schicht mit hohem Brechungsindex n_H > 1,8 ist vorzugsweise eine anorganische Schicht. Weiterhin ist auch die mindestens eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex n_L ≤ 1,6 bevorzugt eine anorganische Schicht. Besonders bevorzugt sind sowohl die mindestens eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex als auch die mindestens eine Schicht mit hohem Brechungsindex anorganische Schichten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine in dem Antireflexschichtsystem enthaltene anorganische Schicht mit hohem Brechungsindex eine Titanoxidschicht, insbesondere eine TiO₂-Schicht. TiO₂ weist beispielsweise bei einer Wellenlänge von 550 nm einen Brechungsindex n = 2,3 auf. Dieses Material hat den Vorteil, dass es UV-Licht zumindest teilweise auch bei Wellenlängen von weniger als 350 nm blockieren kann. Die vorzugsweise in dem Schichtsystem enthaltene mindestens eine Titanoxidschicht ist vorteilhaft oberhalb der mindestens einen organischen UV-absorbierenden Schicht angeordnet. In diesem Fall wird die mindestens eine organische Schicht von der Titanoxidschicht vor UV-Strahlung geschützt und somit einer Degradation der organischen Schicht vorgebeugt.
Bei der mindestens einen in dem Schichtsystem enthaltenen anorganischen Schicht mit niedrigem Brechungsindex handelt es sich vorzugsweise um eine Siliziumoxidschicht, insbesondere um eine SiO₂-Schicht. SiO₂ weist beispielsweise bei einer Wellenlänge von 550 nm einen Brechungsindex n = 1,45 auf. Die anorganische Schicht mit niedrigem Brechungsindex ist vorzugsweise oberhalb der organischen Schichten in dem Antireflexschichtsystem angeordnet. Beispielsweise kann die mindestens eine anorganische Schicht mit niedrigem Brechungsindex, insbesondere eine SiO₂-Schicht, die Deckschicht des Antireflexschichtsystems sein.
Vorzugsweise sind alle anorganischen Schichten des Antireflexschichtsystems oberhalb der mindestens einen organischen Schicht angeordnet. Die anorganischen Schichten können zusätzlich zu ihrer optischen Funktion als Schutzschichten, insbesondere zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen, für die eine oder mehreren organischen Schichten dienen.
Bei einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung des Antireflexschichtsystems wird die mindestens eine organische Schicht mit einem Vakuumbeschichtungsverfahren hergestellt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform, bei der das Antireflexschichtsystem eine erste Schicht aus einem ersten organischen Material und eine zweite Schicht aus einem zweiten organischen Material enthält, werden vorteilhaft sowohl die erste Schicht als auch die zweite Schicht mit einem Vakuumbeschichtungsverfahren hergestellt. Die erste Schicht und die zweite Schicht können dabei vorteilhaft in einer Vakuumbeschichtungsanlage hergestellt werden, mit der auch weitere Schichten, insbesondere die anorganischen Schichten, aufgebracht werden können.
Bei der Herstellung des Schichtsystems werden zusätzlich zu der ersten und zweiten Schicht vorzugsweise auch die anorganischen Schichten mittels eines Vakuumbeschichtungsverfahrens aufgebracht.
Vorteilhaft wird das gesamte Schichtsystem mittels Vakuumbeschichtungsverfahren hergestellt. Es ist möglich, dass dabei verschiedene Methoden der Vakuumverdampfung angewendet werden. Beispielsweise können die anorganischen Schichten mittels Elektronenstrahlverdampfung und die organischen Schichten durch Verdampfung aus einem Tiegel mittels Widerstandsheizung hergestellt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 8 näher erläutert.
Es zeigen:
1 bis 5 schematische Darstellungen von Querschnitten durch Antireflexschichtsysteme gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen,
6 eine grafische Darstellung der Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge für jeweils 400 nm dicke Einzelschichten der Materialien TiO₂, Tinuvin 360 und α-NPD sowie für ein Antireflexschichtsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1,
7 eine grafische Darstellung der Reflexion R der Antireflexschichtsysteme gemäß den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ, und
8 eine grafische Darstellung der Transmission T der Antireflexschichtsysteme gemäß den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ.
Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Größen der Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Das in 1 schematisch dargestellte Antireflexschichtsystem 4 enthält eine erste Schicht 1, die ein erstes UV-absorbierendes organisches Material enthält. Weiterhin enthält das Schichtsystem 4 eine der ersten Schicht 1 in Wachstumsrichtung des Schichtsystems 4 nachfolgende zweite Schicht 2, die ein zweites UV-absorbierendes organisches Material enthält.
Das Antireflexschichtsystem 4 enthält außerdem eine Schicht 5 mit einem hohen Brechungsindex n_H > 1,8 und eine Schicht 6 mit einem niedrigen Brechungsindex n_L ≤ 1,6. Die Schichten 5, 6 sind vorzugsweise anorganische Schichten. Insbesondere kann es sich bei der Schicht 5 mit hohem Brechungsindex um eine TiO₂-Schicht und bei der Schicht 6 mit niedrigem Brechungsindex um eine SiO₂-Schicht handeln.
Die erste organische Schicht 1, die zweite organische Schicht 2, die anorganische Schicht 5 mit hohem Brechungsindex und die anorganische Schicht 6 mit niedrigem Brechungsindex bilden ein als Antireflexschichtsystem 4 fungierendes Interferenzschichtsystem aus. Durch das Antireflexschichtsystem 4 wird die Reflexion eines Substrats 3 in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich, insbesondere im sichtbaren Spektralbereich oder einem Teilbereich davon, vermindert.
Die Schichtdicken der organischen Schichten 1, 2 und der anorganischen Schichten 5, 6 sind bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel derart optimiert, dass das Antireflexschichtsystem eine möglichst geringe Reflexion im Wellenlängenbereich von 420 nm bis 670 nm aufweist. In 1 geben die Zahlenwerte vor den Schichtmaterialien die optische Dicke der Schichten in Viertelwellenlängen bei λ = 550 nm an.
Das Antireflexschichtsystem 4 unterscheidet sich von herkömmlichen als Antireflexschichtsystem fungierenden Interferenzschichtsystemen insbesondere dadurch, dass die UV-absorbierenden organische Schichten 1, 2 in das Antireflexschichtsystem 4 integriert sind. Auf diese Weise wird nicht nur eine Verminderung der Reflexion in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich, sondern gleichzeitig ein Schutz des Substrats 3 vor UV-Strahlung erzielt. Der Schutz des Substrats 3 vor UV-Strahlung vermindert eine mögliche Vergilbung des Substrats 3, die insbesondere bei Bestrahlung mit Sonnenlicht auftreten könnte. Bei dem Substrat 3 des Antireflexschichtsystems handelt es sich bevorzugt um ein transparentes Kunststoffsubstrat, das insbesondere Polycarbonat (PC) aufweisen kann.
Die erste Schicht 1 enthält ein erstes UV-absorbierendes organisches Material, das vorzugsweise eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₁ zwischen 380 nm und 420 nm aufweist. Die der ersten Schicht 1 nachfolgende zweite Schicht 2 enthält ein zweites UV-absorbierendes organisches Material, das bevorzugt eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₂ zwischen 370 nm und 390 nm aufweist, wobei λ₁ > λ₂ ist. Vorteilhaft ist λ₁ mindestens 10 nm, vorzugsweise mindestens 15 nm und besonders bevorzugt mindestens 20 nm größer als λ₂.
Die zweite Schicht 2 zeichnet sich vorteilhaft durch eine hohe Langzeitbeständigkeit gegenüber UV-Strahlung aus, insbesondere gegenüber der Bestrahlung mit Sonnenlicht. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die zweite Schicht 2 eine Schicht aus 2,2'-Methylenebis(6-(2H-benzotriazol-2-yl)-4-1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenol (Tinuvin^® 360). Tinuvin^® 360 weist bei λ = 550 nm einen Brechungsindex von 1,7 auf.
Alternativ kann die zweite Schicht zum Beispiel ein 2-Hydroxybenzophenon, einen Zimtsäureester, ein Benzylidenemalonat, ein Oxalanilid, ein 2-Hydroxyphenylbenzotriazol oder ein Hydroxyphenyltriazin, insbesondere 2-(4,6-Diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-5-hexyloxy-phenol (Tinuvin^® 1577) enthalten.
Durch die in Wachstumsrichtung des Schichtsystems oberhalb der ersten Schicht 1 angeordnete zweite Schicht 2 wird die erste Schicht 1 vorteilhaft vor einem Teil der auftreffenden UV-Strahlung abgeschirmt. Für die erste Schicht 1 kann daher vorteilhaft ein UV-absorbierendes organisches Material verwendet werden, das als Einzelschicht nicht zum UV-Schutz eines transparenten Substrats 3 wie zum Beispiel Polycarbonat geeignet wäre, da es unter langfristiger UV-Bestrahlung vergilben würde. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die erste Schicht 1 eine Schicht aus N,N'-Di(naphth-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine (α-NPD). Das Material α-NPD weist bei λ = 550 nm einen Brechungsindex von 1,8 auf.
Alternativ könnte die erste Schicht 1 zum Beispiel Tetra-N-phenylbenzidine (TPB), N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'diphenylbenzidine (TPD), 1,3-Bis-(4-(4-diphenylamino)-phenyl-1,3,4-oxidiazol-2-yl)-benzene, 4,4',4''(Tris(N,N-diphenyl-amino)-triphenylamin oder 4-(2,2-Bisphenyl-ethen-1-yl)-triphenylamin enthalten.
Es hat sich vorteilhaft herausgestellt, dass eine Vergilbung der ersten Schicht durch die nachfolgende zweite Schicht vermindert wird, wobei die erste Schicht 1 vorteilhaft die Langzeitstabilität des gesamten Antireflexschichtsystems 4 verbessert. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass sich die Stabilität des Schichtsystems 4 gegenüber Schichtablösung durch die Kombination aus der ersten UV-absorbierenden Schicht 1 und der zweiten UV-absorbierenden Schicht 2 gegenüber einem Schichtsystem mit einer einzelnen UV-absorbierenden Schicht erheblich verbessern lässt.
Vorzugsweise wird das gesamte Schichtsystem 4 mittels Vakuumbeschichtungsverfahren auf das Substrat 3 aufgebracht. Es ist möglich, dass dabei verschiedene Vakuumbeschichtungsverfahren eingesetzt werden.
Beispielsweise kann das Schichtsystem 4 in einer Aufdampfanlage hergestellt werden, wobei die organische erste Schicht 1 und die organische zweite Schicht 2 durch Vakuumverdampfung mittels Widerstandsheizung aus einem Tiegel hergestellt werden. Die anorganischen Schichten 5, 6 werden beispielsweise mittels Elektronenstrahlverdampfung hergestellt. Während des Beschichtungsprozesses können die Schichtdicken der aufgebrachten Schichten beispielsweise mittels eines Schwingquarzes monitoriert werden.
Das gesamte Antireflexschichtsystem 4 kann vorteilhaft in einer einzigen Vakuumbeschichtungsanlage hergestellt werden. Das Substrat 3 muss also zur Herstellung des gesamten Antireflexschichtsystems 4 vorteilhaft nicht zwischen mehreren Beschichtungsanlagen transferiert werden, wodurch der Herstellungsaufwand für das Schichtsystem 4 vergleichsweise gering ist.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Antireflexschichtsystems 4 dargestellt, das auf einem Kunststoffsubstrat 3 aus Polycarbonat eine α-NPD-Schicht 1, eine TiO₂-Schicht 5 und eine SiO₂-Schicht 6 aufweist. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel geben die Zahlenwerte vor den Schichtmaterialien die optische Dicke der Schichten in Vielfachen von λ/4 bei λ = 550 nm an.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel enthält das Antireflexschichtsystem nur eine einzige organische Schicht 1. Der Herstellungsaufwand ist daher geringer als bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die α-NPD-Schicht 1 schützt das Substrat 3 aufgrund seiner vergleichsweise langwelligen Absorptionskante, die bei etwa 400 nm liegt, gut vor UV-Strahlung. Allerdings ist die organische Schicht 1 selbst im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel weniger gut gegen UV-Strahlung geschützt, da über ihr keine weitere UV-absorbierende organische Schicht angeordnet ist. Die UV-absorbierende organische Schicht 1 aus α-NPD wird von der darüber angeordneten TiO₂-Schicht 5 aber zumindest teilweise vor UV-Strahlung geschützt.
Es ist auch möglich, dass das Antireflexschichtsystem 4 mehr als zwei organische Schichten 1, 2 enthält. Solche Ausführungsbeispiele sind in den 3 und 4 dargestellt.
Das in 3 dargestellte Antireflexschichtsystem 4 enthält auf einem Substrat 3 aus Polycarbonat eine organische Schicht 2 aus Tinuvin 360, eine organische Schicht 1 aus α-NPD und nachfolgend eine weitere organische Schicht 2 aus Tinuvin 360.
Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Antireflexschichtsystems 4 enthält zusätzlich noch ein weiteres Schichtpaar aus einer α-NPD-Schicht 1 und einer Tinuvin 360-Schicht 2, also insgesamt fünf organische Schichten 1, 2. Den organischen Schichten 1, 2 folgen jeweils eine anorganische Schicht 5 mit hohem Brechungsindex, insbesondere eine TiO₂-Schicht, und eine anorganische Schicht 6 mit niedrigem Brechungsindex, insbesondere eine SiO₂-Schicht, nach. Wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen geben die Zahlenwerte vor den Schichtmaterialien die Schichtdicke der Schichten in Viertelwellenlängen an.
Wie die Anzahl der organischen Schichten 1, 2 ist auch die Anzahl der anorganischen Schichten 5, 6 in dem Antireflexschichtsystem 4 nicht auf zwei Schichten begrenzt. In 5 ist eine Ausführungsbeispiel eines Antireflexschichtsystems 4 dargestellt, das eine erste organische Schicht 1 aus α-NPD und nachfolgend eine zweite organische Schicht 2 aus Tinuvin 360 aufweist. Auf die organischen Schichten 1, 2 folgen drei Schichtpaare aus jeweils einer anorganischen Schicht 5 mit hohem Brechungsindex, insbesondere einer TiO₂-Schicht, und einer anorganischen Schicht 6 mit niedrigem Brechungsindex, insbesondere einer SiO₂-Schicht. Wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen geben die Zahlenwerte vor den Schichtmaterialien die Schichtdicke der Schichten in Viertelwellenlängen an. Mittels einer größeren Anzahl von Schichten in dem Antireflexschichtsystem kann beispielsweise eine geringere Restreflexion in einem vorgegebenen Spektralbereich erzielt werden und/oder der Spektralbereich, in dem die Reflexion vermindert wird, im Vergleich zu einem Antireflexschichtsystem mit einer geringeren Anzahl von Schichten vergrößert werden.
In 6 ist die Transmission T der in dem Ausführungsbeispiel der 1 verwendeten Materialien, die diese als 400 nm dicke Einzelschicht aufweisen, sowie die Transmission des in 1 dargestellten Antireflexschichtsystems 4 als Funktion der Wellenlänge λ im Bereich von 350 nm bis 500 nm dargestellt. Die erste Schicht 1 aus α-NPD (Kurve 9) weist eine Absorptionskante bei etwa 400 nm auf. Die zweite Schicht 2 aus Tinuvin 360 (Kurve 10) weist eine Absorptionskante bei etwa 380 nm auf. Durch die in dem Schichtsystem enthaltene erste Schicht 1 ist die Absorptionskante des gesamten Schichtsystems (Kurve 11) gegenüber einer Einzelschicht, die nur das zweite Material enthält (Kurve 10), zu einer größeren Wellenlänge hin verschoben. Insgesamt wird dadurch ein besserer UV-Schutz und insbesondere eine verbesserte Beständigkeit des Schichtsystems gegen Schichtablösung erzielt. Durch die ferner in dem Schichtsystem enthaltene TiO₂-Schicht (Kurve 12) wird insbesondere UV-Strahlung mit Wellenlängen von unter 350 nm blockiert, wodurch sich die Beständigkeit des Schichtsystems weiter verbessert.
In 7 ist die Reflexion R der Antireflexschichtsysteme 4 gemäß den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ darggestellt. Die Antireflexschichtsysteme der 1 (Kurve 21), 2 (Kurve 22), 3 (Kurve 23) und 4 (Kurve 24) sind hinsichtlich der Schichtdicken derart optimiert worden, dass sie im Wellenlängenbereich von 420 nm bis 670 nm eine möglichst geringe Restreflexion aufweisen. Das Antireflexschichtsystem der 5 (Kurve 25) wurde für eine geringe Restreflexion im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm optimiert.
In 8 ist die Transmission T der Antireflexschichtsysteme 4 gemäß den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ darggestellt. Von links nach rechts sind die dicht beieinander liegenden Transmissionskurven der Antireflexschichtsysteme gemäß 5 (Kurve 35), 1 (Kurve 31), 4 (Kurve 34), 3 (Kurve 33) und 2 (Kurve 32) zu sehen. Die Antireflexschichtsysteme weisen jeweils Absorptionskanten auf, die zwischen etwa 380 nm und 400 nm liegen. Bei Wellenlängen unterhalb der Absorptionskanten weisen die Antireflexschichtsysteme jeweils nur eine sehr geringe Transmission auf und schützen somit das Substrat des Schichtsystems vor UV-Strahlung. Auf diese Weise wird eine hohe Langzeitbeständigkeit erzielt. Die hierin beschriebenen Antireflexschichtsysteme sind daher insbesondere dazu geeignet, sowohl eine Entspiegelung als auch einen UV-Schutz von UV-empfindlichen Substraten zu erzielen. Bei den UV-empfindlichen Substraten kann es sich insbesondere um transparente Kunststoffe wie beispielsweise Polycarbonat handeln.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6455442 B1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

U. Schulz, K. Lau, N. Kaiser, ”Antireflection Coating With UV-Protective Properties For Polycarbonate”, Applied Optics 47, C83-C87 (2008) [0006]

Claims

Antireflexschichtsystem, umfassend – mindestens eine UV-absorbierende Schicht (1), die ein organisches Material enthält, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge zwischen 350 nm und 420 nm aufweist, – mindestens eine Schicht (5) mit einem hohen Brechungsindex n_H > 1,8, und – mindestens eine Schicht (6) mit einem niedrigen Brechungsindex n_L ≤ 1,6.
Antireflexschichtsystem nach Anspruch 1, wobei das Schichtsystem (4) mehrere UV-absorbierende Schichten (1, 2) umfasst, die enthalten: – eine erste Schicht (1), die ein erstes UV-absorbierendes organisches Material enthält, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₁ aufweist, und – eine der ersten Schicht (1) nachfolgende zweite Schicht (2), die ein zweites UV-absorbierendes organisches Material enthält, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₂ aufweist, wobei λ₁ > λ₂ ist.
Antireflexschichtsystem nach Anspruch 2, wobei 380 nm ≤ λ₁ ≤ 420 nm ist.
Antireflexschichtsystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei 370 nm ≤ λ₂ ≤ 390 nm ist.
Antireflexschichtsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die erste Schicht (1) N,N'-Di(naphth-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine (α-NPD), Tetra-N-phenylbenzidine (TPB), N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'diphenylbenzidine (TPD), 1,3-Bis-(4-(4-diphenylamino)-phenyl-1,3,4-oxidiazol-2-yl)-benzene, 4,4',4''(Tris(N,N-diphenylamino)-triphenylamin oder 4-(2,2-Bisphenyl-ethen-1-yl)-triphenylamin enthält.
Antireflexschichtsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die zweite Schicht (2) ein 2-Hydroxybenzophenon, einen Zimtsäureester, ein Benzylidene-malonat, ein Oxalanilid, ein 2-Hydroxyphenylbenzotriazol oder ein Hydroxyphenyltriazin aufweist.
Antireflexschichtsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die zweite Schicht (2) 2,2'-Methylenebis(6-(2H-benzotriazol-2-yl)-4-1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenol (Tinuvin^® 360) oder 2-(4,6-Diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-5-hexyloxy-phenol (Tinuvin^® 1577) enthält.
Antireflexschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem (4) auf ein Kunststoffsubstrat (3) aufgebracht ist.
Antireflexschichtsystem nach Anspruch 8, wobei das Kunststoffsubstrat (3) Polycarbonat aufweist.
Antireflexschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Schicht (5) mit hohem Brechungsindex und/oder die mindestens eine Schicht (6) mit niedrigem Brechungsindex eine anorganische Schicht ist.
Antireflexschichtsystem nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine anorganische Schicht (5) mit hohem Brechungsindex Titanoxid aufweist.
Antireflexschichtsystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei die mindestens eine anorganische Schicht (6) mit niedrigem Brechungsindex Siliziumoxid aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Antireflexschichtsystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine organische Schicht (1) mit einem Vakuumbeschichtungsverfahren hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Antireflexschichtsystems nach Anspruch 13, bei dem das Antireflexschichtsystem (4) eine erste Schicht (1) aus einem ersten organischen Material und eine zweite Schicht (2) aus einem zweiten organischen Material enthält, wobei die erste Schicht (1) und die zweite Schicht (2) mit einem Vakuumbeschichtungsverfahren hergestellt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Antireflexschichtsystems nach Anspruch 13 oder 14, bei dem das gesamte Antireflexschichtsystem (4) mittels Vakuumbeschichtungsverfahren hergestellt wird.