CH721955A2

CH721955A2 - Substrat mit harter Antireflexbeschichtung

Info

Publication number: CH721955A2
Application number: CH000723/2024A
Authority: CH
Inventors: Hahn Andreas; Ashish Lepcha Dr; Henn Christian
Original assignee: Schott Ag
Priority date: 2024-07-04
Filing date: 2024-07-04
Publication date: 2026-01-15

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein mit einer Antireflexbeschichtung beschichtetes, vorzugsweise transparentes Substrat, ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten Substrats, sowie dessen Verwendung. Insbesondere betrifft die Erfindung beschichtete Substrate, welche mit Antireflexbeschichtungen mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen Verkratzen oder anderweitige Abnutzungen beschichtet sind.

Description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein mit einer Antireflexbeschichtung beschichtetes, vorzugsweise transparentes Substrat, ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten Substrats, sowie dessen Verwendung. Insbesondere betrifft die Erfindung beschichtete Substrate, welche mit Antireflexbeschichtungen mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen Verkratzen oder anderweitige Abnutzungen beschichtet sind.

Hintergrund der Erfindung

[0002] Interferenzoptische Beschichtungen werden heutzutage vielfach als entspiegelnde Beschichtung, d.h. als Antireflex- bzw. Antireflexions- bzw. AR-Beschichtungen dafür eingesetzt, die Transmission transparenter Substrate, wie etwa von Sichtscheiben oder Filtern zu verbessern oder andererseits störende Reflexe am Substrat abzuschwächen. Je nach Verwendungszweck des Substrats kann die Antireflexbeschichtung allerdings hohen Abnutzungsbelastungen unterliegen. Kratzer und andere Beschädigungen führen jedoch durch Lichtstreuung zu Trübungen, vermindern durch Veränderung der Beschichtung deren Antireflex-Wirkung und wirken daher dem Zweck einer Antireflexbeschichtung gerade entgegen.

[0003] Die oberste Lage des Schichtstapels der Antireflexbeschichtung wird aus einer niedrigbrechenden Lage, in der Regel aus Siliziumoxidschicht SiO<2>gebildet. Nachteilig ist hier, dass die niedrigbrechende Siliziumoxidschicht verglichen mit den üblichen hochbrechenden Materialien sehr weich ist. Gerade die oberste Lage kann sich daher schnell abnutzen. Ist die oberste Lage abgetragen, so bildet eine hochbrechende Lage die Oberfläche. Dies führt zu einer Umkehrung des Entspiegelungs-Effekts und die Lage wirkt nun eher wie ein dielektrischer Spiegel.

[0004] Es besteht daher Bedarf an einer Antireflexbeschichtung mit einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Verkratzen und Abrieb. Die EP 2 492 251 B1 beschreibt die Herstellung von anti-reflektierenden Schichtsystemen für u.a. die Uhrenglasindustrie. Neben der Antireflex-Wirkung wird hier die Härte des AR-Systems dadurch verbessert, dass als hochbrechende Schicht eine Hartstoffschicht aus Si<3>N<4>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 gewöhnlichen 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 gewöhnliche optische Vergütungen.

[0005] 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 enthalten.

[0006] Der genannte Stand der Technik beschreibt Schichtsysteme, welche aus harten, hochbrechenden Schichten und niedrigbrechendem SiO<2>bestehen. Da aufgrund des antireflektierenden Systems das SiO<2>in jedem Fall die Abschlussschicht bilden muss, SiO<2>aber keine Hartstoffschicht darstellt, bildet die letzte Schicht zum abrasiven Medium immer die Schwachstelle des Systems aus.

[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Abriebfestigkeit von Entspiegelungsschichten weiter zu verbessern, insbesondere eine Antireflexionsbeschichtung bereit zu stellen, deren Abschlussschicht eine erhöhte Kratzbeständigkeit im Vergleich zu den bislang verwendeten Abschlussschichten aus SiO<2>aufweist und gleichzeitig keine oder nur eine geringe Veränderung der Brechzahl im sichtbaren Spektralbereich zeigt. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Schichtsystem bereit zu stellen, welches die Reflexion des Substrats reduziert.

[0008] Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0009] Insbesondere betrifft die Erfindung ein beschichtetes Substrat, welches auf zumindest einer Seite eine mehrlagige Antireflexsbeschichtung aufweist, welche aus Lagen mit verschiedenen Brechungsindizes aufgebaut ist, wobei sich Lagen mit höherem Brechungsindex und Lagen mit niedrigerem Brechungsindex abwechseln und wobei zumindest eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex aus einer Zusammensetzung X besteht, die Siliziumoxid und Zirkoniumoxid enthält, wobei der Anteil Zirkonium an der metallischen und halbleitenden Komponente in der Zusammensetzung X 0,2 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.-% beträgt.

[0010] Eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex, welche aus einer Zusammensetzung X besteht, die Siliziumoxid und Zirkoniumoxid enthält und wobei der Anteil Zirkonium an der metallischen und halbleitenden Komponente in der Zusammensetzung X 0,2 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.-% beträgt, wird im Folgenden auch eine Zr:SiO<x>-Lage bzw. -Schicht bezeichnet.

[0011] Grundsätzlich bekannt, dass reines ZrO<2>eine gute mechanische Beständigkeit aufweist. Nachteilig an der Verwendung von ZrO<2>in Beschichtungslösungen ist jedoch, dass ZrO<2>eine sehr hohe Brechzahl von > 2,2 besitzt und daher nicht als niedrigbrechende Lage in einer AR-Beschichtung verwendet werden kann. Im Stand der Technik wird dieses Material daher nur als hochbrechende Lage in optischen Schichtsystemen eingesetzt.

[0012] Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch Zugabe von nur sehr wenig Zirkonium im Herstellungsprozess einer Beschichtung aus SiO<2>, beispielsweise bei einem Sputterprozess durch Co-Sputtern von Si und Zr oder durch ein SiZr-Legierungstarget, sich die mechanischen Eigenschaften der erzeugten Beschichtung sehr stark verändern, wohingegen die optischen Eigenschaften der Beschichtung nahezu unverändert bleiben. So kann durch geschickte Wahl des Anteils an Zirkonium in der Beschichtung der Brechungsindex so eingestellt werden, dass die Zr:SiO<x>-Schicht als niedrigbrechende Lage und/oder als Abschlussschicht in einem AR-System verwendet werden kann.

[0013] Der Brechungsindex einer Zr:SiO<x>-Lage wird umso höher, je höher der Anteil Zirkonium in der Beschichtung gewählt wird. Überraschenderweise wurde aber festgestellt, dass sich ab einem Schwellwert für den Gehalt an Zirkonium in der Zr:SiO<x>-Lage die mechanische Beständigkeit gegenüber Kratzern in der Beschichtung bei weiter steigendem Zirkonium-Gehalt in der Beschichtung wieder verschlechtert. Somit ist es überraschenderweise möglich, eine Zr:SiO<x>-Lage mit optimaler mechanischer Beständigkeit und gleichzeitig ausreichend niedrigem Brechungsindex herzustellen. Dies zeigt darüber hinaus auch einen positiven Effekt auf die Beschichtungskosten, da es sich bei Zr um ein relativ teures Material handelt und die Sputterrate von stark SiO<x>haltigen Lagen höher liegt als die von stark ZrO<x>haltigen Lagen.

[0014] Dabei kann die Zusammensetzung X der Lage mit niedrigerem Brechungsindex neben Zirkoniumoxid und Siliziumoxid weitere Komponenten enthalten. Sind beispielhaft nur Silizium und Zirkonium als metallische und halbleitende Komponenten in der Zusammensetzung der Lage enthalten, ist der vorstehend genannte Anteil an Zirkonium in der Zusammensetzung X gleichbedeutend mit der Forderung:

wobei Zr der Gehalt an Zirkonium in Gew.-% in der Lage ist und wobei Si der Gehalt an Silizium in Gew.-% in der Lage ist. Für den Fall, dass nach einer Ausführungsform weitere metallische und halbleitende Komponenten in der Zusammensetzung X der Zr:SiO<x>-Lage enthalten sind, wäre der Nenner der obigen Relationen entsprechend zu ergänzen.

[0015] Grundsätzlich können dabei in der Zr:SiO<x>-Lage neben Siliziumoxid und Zirkoniumoxid noch weitere Komponenten enthalten sein, beispielsweise Aluminium, Bor, Titan, Nickel, Zinn, Gallium, Yttrium, Hafnium, Chrom, und Kohlenstoff. Diese können insbesondere bei Herstellung der Zr:SiO<x>-Lage durch einen Sputterprozess gezielt durch Dotierung im Targetmaterial oder durch Verunreinigungen im Targetmaterial in die Zr:SiO<x>-Lage eingebracht werden. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die Zr:SiO<x>-Lage zumindest zu 80 Gew.-%, insbesondere zu 90 Gew.-%, oder sogar zu 95 Gew.-% oder 99 Gew.-% aus Siliziumoxid und Zirkoniumoxid besteht.

[0016] Die Schichtdicke einer Zr:SiO<x>-Lage kann im Bereich von 10 und 300 nm, bevorzugt zwischen 10 und 200 nm, besonders bevorzugt zwischen 50 und 150 nm liegen.

Antireflexionsbeschichtung

[0017] Die AR-Beschichtung ist als eine interferenzoptische Beschichtung mit mehreren dielektrischen Lagen aufgebaut. Unter einer dielektrischen Lage wird im Sinne der Erfindung insbesondere eine niedrig- oder hochbrechende Lage bzw. niedriger oder höherbrechende Lage verstanden, die zu einer entspiegelnden Wirkung der AR-Beschichtung beiträgt. Das Schichtsystem der AR-Beschichtung weist alternierend niedrigbrechende und hochbrechende Lagen auf.

[0018] Die niedrigbrechenden Lagen weisen in einer Ausführungsform einen Brechungsindex im Bereich von 1,3 bis 1,6, insbesondere im Bereich von 1,45 bis 1,5 bei einer Wellenlänge von 550 nm auf. Hierdurch kann eine hohe Entspiegelungswirkung erzielt werden.

[0019] Die hochbrechende Lage weist in einer Ausführungsform einen Brechwert im Bereich von 1,8 bis 2,3, bevorzugt im Bereich von 1,95 bis 2,1 bei einer Wellenlänge von 550nm auf.

[0020] Die hochbrechenden Lagen weisen in einer Ausführungsform Schichtdicken von 100 bis 500 nm, bevorzugt 100 bis 300 nm, besonders bevorzugt 100 bis 200 nm auf, die niedrigbrechenden Lagen weisen in einer Ausführungsform Schichtdicken von 60 bis 200 nm, bevorzugt 60 bis 100 nm auf.

[0021] Die oberste dielektrische Lage bzw. die Abschlusslage bzw. die Abschlussschicht ist eine niedrigbrechende Lage bzw. Schicht. Unter der obersten Lage wird dabei diejenige Lage verstanden, die den größten Abstand zum Substrat aufweist.

[0022] Entsprechend ist die erste bzw. unterste Lage der AR-Beschichtung die dem Substrat nächste Lage und in einer Ausführungsform unmittelbar auf dem Substrat angeordnet. Der Brechungsindex der untersten Lage ist abhängig vom Brechungsindex des Substrats. Weist das Substrat einen Brechungsindex auf, der höher als der Brechungsindex der niedrigbrechenden Lagen der AR-Beschichtung ist, ist eine niedrigbrechende Lage als erste Lage der AR-Beschichtung vorteilhaft. Weist das Substrat einen Brechungsindex auf, der gleich oder niedriger als der Brechungsindex der niedrigbrechenden Lage der AR-Beschichtung ist, ist eine höherbrechende Lage als erste Lage der AR-Beschichtung vorteilhaft.

[0023] Bei einem Substrat mit niedrigerem Brechungsindex umfasst die AR-Beschichtung vorzugsweise mindestens vier Lagen, beispielsweise vier oder sechs Lagen, um einerseits eine gute Kratzschutz-Wirkung und andererseits eine gute Entspiegelung zu erzielen (Fg. 1b bzw. Fig. 1d). So ist es günstig, wenn die Antireflexbeschichtung zumindest zwei Lagen mit höherem Brechungsindex und zumindest zwei Lagen mit niedrigerem Brechungsindex aufweist, wobei als erste Lage eine höherebrechende Lage und als Abschlussschicht eine niedrigbrechende Lage verwendet werden (Fig. 1b). Beispielsweise können die einzelnen Lagen folgende Schichtdickenbereiche aufweisen: für die unterste bzw. erste Lage 5 bis 40 nm, für die darauffolgende bzw. zweite Lage 10 bis 40 nm, für die darauffolgende Lage bzw. dritte Lage, welche gemäß dieser Variante die zweitoberste Lage des Schichtstapels und damit die oberste hochbrechende Lage des Schichtstapels bildet, 100 bis 200 nm, vorzugsweise mehr als 120 nm, und für die oberste bzw. vierte Lage 40 bis 120 nm, bevorzugt 60 bis 100 nm.

[0024] Das vorstehend erläuterte Schichtdesign, wie es beispielhaft in Fig. 1b gezeigt ist, eignet sich besonders gut für Glas- und Glaskeramik-Substrate.

[0025] Bei einem Substrat mit höherem Brechungsindex wird AR-Beschichtung von zumindest zwei niedrigbrechenden Lagen und zumindest einer hochbrechenden Lage gebildet. Die hochbrechende Lage ist in dieser Ausführungsform zwischen den beiden niedrigbrechenden Lagen angeordnet. Für eine bessere Entspiegelungswirkung besteht eine AR-Beschichtung auf einem Substrat mit höherem Brechungsindex vorzugsweise aus mindestens fünf (Fig. 1a), sieben (Fig. 1c) oder neun Lagen. Es können auch weitere Lagen hinzugefügt werden, jedoch steigen mit weiteren Lagen die Kosten für der AR-Beschichtung.

[0026] Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Substrat eine gekrümmte, insbesondere eine linsenförmige Oberfläche aufweisen, welche mit einer AR-Beschichtung beschichtet ist.

Zusammensetzung der Lagen mit niedrigerem Berechungindex

[0027] Die AR-Beschichtung enthält mindestens zwei, meist jedoch drei oder mehrere niedrigbrechende Lagen bzw. Lagen mit niedrigerem Brechungsindex. Sofern zwei oder mehrere Lagen mit niedrigerem Brechungsindex vorliegen, können diese Lagen die gleiche Zusammensetzung oder unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen.

[0028] Mindestens eine Lage mit niedrigerem Brechungindex ist eine Zr:SiO<x>-Lage, vorzugsweise wird eine Zr:SiO<x>-Lage zumindest als oberste Lage bzw. Abschlussschicht verwendet. Zr:SiO<x>-Lagen können jedoch auch für eine oder mehrere weitere niedrigbrechenden Lagen oder auch für alle niedrigbrechenden Lagen der AR-Beschichtung verwendet werden.

[0029] Es können neben mindestens einer Zr:SiO<x>-Lage jedoch auch eine oder mehrere niedrigbrechenden Lagen mit anderer Zusammensetzung vorliegen. Gemäß einer Ausführungsform bestehen solche niedrigbrechenden Lagen aus SiO<2>oder dotiertem SiO<2>. Bei dem dotierten SiO<2>handelt es sich insbesondere um ein mit einem oder mehreren Oxiden, Nitriden, Carbiden und/oder Carbonitriden ausgewählt aus der Gruppe der Elemente Aluminium, Bor, Titan, Chrom oder Kohlenstoff dotiertem SiO<2>. Alternativ oder zusätzlich kann die niedrigbrechende Lage Stickstoff enthalten.

[0030] Gemäß einer Ausführungform handelt es sich bei dem dotierten SiO<2>um ein aluminiumdotiertes SiO<2>d.h. SiAlO<x>mit Siliziumgehalten im Bereich von 1 bis 99 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 85 bis 95 Gew.-%.

[0031] Auch die Beimischung von Aluminium, beziehungsweise Aluminiumoxid verleihen den weichen Siliziumoxid-Lagen eine höhere Beständigkeit gegen Verkratzen und Abrieb. Die Aluminiumdotierung sollte vorzugsweise nicht mehr als 20 Mol-Prozent des Silizium-Gehaltes betragen. Mit anderen Worten wird bevorzugt, dass das Verhältnis der Stoffmengen von Aluminium zu Silizium höchstens 0,2 beträgt. Dementsprechend gilt dann für die Stoffmengen n(Si) und n(Al) von Silizium, beziehungsweise Aluminium: n(Al)/(n(Si)+n(Al)) = x, mit x im Bereich von 0,05 bis 0,2

[0032] Wird der Aluminium-Gehalt zu groß, so ergibt sich schließlich aufgrund des steigenden Brechungsindex der niedrigbrechenden Lagen eine Abnahme der Entspiegelungs-Wirkung.

Zusammensetzung der Lagen mit höherem Berechungindex

[0033] Die AR-Beschichtung enthält mindestens eine, meist jedoch zwei oder mehrere hochbrechende Lagen bzw. Lagen mit höherem Brechungsindex. Sofern zwei oder mehrere Lagen mit höherem Brechungsindex vorliegen, können diese Lagen die gleiche Zusammensetzung oder unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen.

[0034] Die hochbrechenden Lagen können ein Oxid, Silizid, Carbid oder Nitrid oder Mischformen daraus einer oder mehrerer metallischen und halbleitenden Komponenten wie beispielsweise Silizium, Bor, Zirkon, Titan, Nickel, Chrom, Zinn, Hafnium, Gallium und/oder Yttrium enthalten. Beispiele sind Si<3>N<4>, SnO<2>, AIN, AlN:SiN, welche mit weiteren metallischen und/oder halbleitenden Komponenten dotiert sein können.

[0035] Gemäß einer Ausführungsform kann es sich bei der hochbrechenden Lage um Siliziumnitrid Si<3>N<4>handeln. Neben Siliziumnitrid kann die Lage zumindest einen weiteren Bestandteil aufweisen, beispielsweise ein oder mehrere weitere Nitride, Carbide und/oder Carbonitride enthalten. Bevorzugt handelt es sich bei den Nitriden, Carbiden oder Carbonitriden um die entsprechenden Verbindungen der Elemente Silizium, Bor, Zirkon, Titan, Nickel, Chrom und/oder Kohlenstoff. Entsprechende Mischschichten werden auch als dotierte Si<3>N<4>-Lagen bezeichnet. Die zusätzlich zum Si<3>N<4>enthaltenen Verbindungen werden als Dopant bezeichnet, wobei der Gehalt an Dopant bis zu 50 Gew.-% betragen kann. Hierbei werden unter dotierten Lagen im Sinne der Erfindung auch Lagen, die einen Gehalt von bis zu 50 Gew.-% an Dopant enthalten, verstanden.

[0036] Als hochbrechenden Lage kann auch eine hochbrechende Hartstoffschicht verwendet werden, bei welcher es sich um eine reine Aluminiumnitridschicht handeln kann. Alternativ kann eine solche Hartstoffschicht kann neben Aluminiumnitrid AIN weitere Bestandteile, beispielsweise ein oder mehrere weitere Nitride, Carbide und/oder Carbonitride enthalten. Bevorzugt handelt es sich bei den Nitriden, Carbiden oder Carbonitriden um die entsprechenden Verbindungen der Elemente Silizium, Bor, Zirkon, Titan, Nickel, Chrom und/oder Kohlenstoff. Entsprechende Mischschichten werden auch als dotierte AlN-Lagen bezeichnet. Die zusätzlich zum AIN enthaltenen Verbindungen werden als Dopant bezeichnet, wobei der Gehalt an Dopant bis zu 50 Gew.-% betragen kann. Hierbei werden unter dotierten Lagen im Sinne der Erfindung auch Lagen, die einen Gehalt von bis zu 50 Gew.-% an Dopant enthalten, verstanden.

[0037] In einer Ausführungsform enthält eine solche hochbrechende Lage neben Aluminiumnitrid Bornitrid, d.h. die Lage ist mit Bornitrid dotiert. Durch das enthaltene Bornitrid wird der Reibwert der Lage reduziert, was insbesondere zu einer höheren Resistenz der Lage gegenüber Polierprozessen führt. Dies ist sowohl in Hinblick auf die Beständigkeit eines entsprechend beschichteten Substrates bei der Verwendung durch den Endverbraucher wie auch in Hinblick auf mögliche Verfahrensschritte bei der Weiterverarbeitung des beschichteten Substrates vorteilhaft.

[0038] Als hochbrechenden Lagen können gemäß einer weiteren Ausführungsform ferner mit Silizium dotierte Aluminiumnitridbeschichtungen (AIN:SiN) verwendet werden, wobei der Gehalt an AIN vorzugsweise 75 Gew.-% und/oder der Gehalt an SiN vorzugsweise 25 Gew.-% beträgt. Durch dieses AlN:SiN-Materialsystem können einzelne Eigenschaften wie z.B. die Haftung, die Härte, die Rauigkeit, der Reibwert und/oder die thermische Beständigkeit der AR-Beschichtung beeinflusst werden.

[0039] Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält die hochbrechende Lage kristallines Aluminiumnitrid mit einer hexagonalen Kristallstruktur mit einer vorwiegenden (001)-Vorzugsrichtung. Der Anteil an AIN in der Hartstoffschicht ist hier vorzugsweise größer als 50 Gew.-%. Es kann eine besonders kratzfeste und gegen Verschleiß- und Polierbelastungen resistente AR-Beschichtung erhalten werden, wenn das AIN der Hartstoffschicht kristallin oder zumindest weitgehend kristallin ist und eine hexagonale Kristallstruktur aufweist. Insbesondere weist die AIN-Lage einen Kristallisationsgrad von zumindest 50% auf. Um die hochbrechende Lage gemeinsam mit niedrigbrechenden Lagen in einem interferenzoptischen System einzusetzen, muss auch eine kristalline hochbrechende Lage eine ausreichende Transparenz aufweisen. Eine hohe Transparenz einer kristallinen hochbrechenden Lage kann insbesondere durch die geringe Größe der einzelnen Kristallite in der Lage erzielt werden. So werden durch die geringe Größe beispielsweise Streueffekte vermieden. In einer Ausführungsform beträgt die mittlere Kristallgröße höchstens 20 nm, bevorzugt höchstens 15 nm und besonders bevorzugt 5 bis 15 nm. Ein weiterer Vorteil der geringen Kristallgröße besteht in der höheren mechanischen Beständigkeit der die Kristallite enthaltenden Lage. So weisen größere Kristallite häufig einen Versatz in ihrer Kristallstruktur auf, was sich nachteilig auf die mechanische Beständigkeit auswirkt. AIN-Kristallite in der Hartstoffschicht weisen eine hexagonale Kristallstruktur mit einer vorwiegenden Vorzugsrichtung in (001)-Richtung, d.h. parallel zur Substratoberfläche auf. Bei einer Kristallstruktur mit Vorzugsrichtung wird eine der Symmetrierichtungen der Kristallstruktur von den Kristalliten bevorzugt eingenommen. Im Sinne der Erfindung wird unter einer AIN-Kristallstruktur mit einer Vorzugsrichtung in (001)-Richtung insbesondere eine Kristallstruktur verstanden, die bei einer röntgendiffraktometrischen Messung im entsprechenden XRD-Spektrum im Bereich zwischen 34° und 37° eine maximale Reflexion zeigt (Messung unter streifenden Einfall: GlXRD). Die Reflexion in diesem Bereich kann dabei einer AIN-Kristallstruktur mit einer (001)-Vorzugsrichtung zugeordnet werden.

Eigenschaften des erfindungsgemäßen beschichteten Substrats

[0040] Das erfindungsgemäße beschichtete Substrat zeigt eine gute anti-Reflex-Wirkung bei einer gleichzeitigen hohen mechanischen Beständigkeit und Verschleißfestigkeit.

[0041] Die hohe mechanische Beständigkeit lässt sich beispielsweise daran erkennen, dass sich die Restreflexion bei einer Wellenlänge von 750 nm nach einer mechanischen Belastung gemäß des sogenannten Bayertestes auf höchstens 35% bezogen auf die Reflexion des unbeschichteten Substrats, bevorzugt um höchstens 25% verändert oder dass die Restreflexion des beschichteten Substrates bei einer Wellenlänge von 750 nm nach dem Bayertest kleiner als 5%, bevorzugt kleiner als 3% und besonders bevorzugt kleiner als 2,5% ist. Interferenzoptische Beschichtungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, zeigen dagegen eine Veränderung von ca. 50% bezogen auf das unbeschichtete Substrat.

[0042] Beim Bayertest wird dabei ein beschichtetes Substrat einem Durchmesser von 30 mm mit 90 g Sand beladen und dieser in 13500 Oszillationen über das Substrat für einen Zeitraum von ca. 1 Stunde lang geführt.

[0043] Ein weiteres Maß für die hohe mechanische Beständigkeit eines erfindungsgemäß beschichteten Substrates ist die Trübung der AR-Beschichtung nach dem Bayertest, welche gemäß ASTM D 1003, D1044 bestimmt wird. Vorzugsweise weist das beschichtete Substrat nach dem Bayertest eine Trübung auf, die maximal 5% oder sogar nur um maximal 3% höher ist als die Trübung des beschichteten Substrates vor dem Bayertest.

[0044] Die Kratzfestigkeit einer AR-Beschichtung hängt neben der Härte auch davon ab, wie gut die Haftung zwischen den einzelnen Lagen bzw. Schichten bzw. Teilschichten untereinander ist und wie gut die AR-Beschichtung auf dem Substrat haftet. Zeigen die einzelnen Lagen der AR-Beschichtung und/oder das Substrat zudem unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, so kann dies zum Aufbau von Spannungen in der AR-Beschichtung und zu einem Abplatzen der AR-Beschichtung führen.

[0045] Die Resistenz einer Zr:SiO<x>-Lage als Abschlussschicht und somit auch des erfindungsgemäßen beschichteten Substrats gegenüber Abrieb ist weiterhin auch vom Verhältnis aus Härte und E-Modul der jeweiligen Lage abhängig. Bevorzugt weisen die hochbrechenden Lagen daher ein Verhältnis von Härte zu E-Modul von zumindest 0,08, bevorzugt 0,1, besonders bevorzugt größer als 0,1 auf. Dies kann durch die (001)-Vorzugsrichtung erreicht werden. Hinsichtlich ihrer Zusammensetzung vergleichbare Lagen mit abweichender Vorzugsrichtung zeigen vergleichsweise geringe Werte im Bereich von 0,06 bis 0,08.

[0046] Die erfindungsgemäße AR-Beschichtung weist zudem eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit auf.

[0047] Die Antireflexionsbeschichtung des beschichteten Substrats kann eine Martenshärte von 3,5 bis 7 GPa aufweisen Die Martenshärte kann dabei beispielsweise mit dem Martens-Härteprüfverfahren gemäß DIN EN ISO 14577 ermittelt werden.

[0048] In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Zr:SiO<x>-Lage ein Elastizitätsmodul (kurz: E-Modul) von weniger als 150 GPa aufweist, bevorzugt weniger als 100 GPa. Die Zr:SiO<x>-Lage ist also relativ gut verformbar. Dementsprechend beruht eine Vermeidung von Kratzern durch eine solche Zr:SiO<x>-Lage nicht nur darauf, dass durch eine hohe Härte der Beschichtung ein Eindringen von Partikeln in die Zr:SiO<x>-Lage unter unelastischer Verformung bzw. bereichsweiser Beschädigung der Beschichtung verhindert wird. Vielmehr kann ein Eindringen von Partikeln in die Zr:SiO<x>-Lage teilweise in Kauf genommen werden, da eine hierdurch verursachte Verformung der Beschichtung im Wesentlichen elastisch erfolgen kann und mithin reversibel ist und nicht zur Bildung von Kratzern führt.

[0049] Ein geringer Reibwert einer Beschichtung steht dabei üblicherweise in direktem Zusammenhang mit einer Rauheit der Oberfläche der Beschichtung. Eine geringe Rauheit der Oberfläche ist dabei wiederum vorteilhaft zur Vermeidung von Kratzern, da die Oberfläche nur eine geringe Angriffsfläche für Kräfte bietet, die parallel zur Oberfläche der Beschichtung wirken.

[0050] Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Oberfläche der Antireflexbeschichtung, beziehungsweise der obersten Lage der Antireflexbeschichtung also eine mittlere Rauheit und eine quadratische Rauheit auf, die bezogen auf eine Fläche von einem Quadratmikrometer jeweils weniger als 1,5 nm, vorzugsweise weniger als 1 nm beträgt.

[0051] Entspiegelungen mit einer Reduzierung der Reflektivität von mehr als 3% mit neutralem Farbeindruck erzielen. Die Reflektivität liegt im sichtbaren Spektralbereich weitgehend bei unter 1%.

Substrat

[0052] Als Substrate kommen transparente anorganische Werkstoffe, wie Gläser und transparente und opake Glaskeramiken, auch Saphir-Gläser, ggf. Ti-dotiertes synthetisches Quarzglas (Fused Silica) oder Kristalle für beispielsweise optische Zwecke, wie Calciumfluorid in Betracht. Weiterhin können auch optische Gläser und Filtergläser oder Kunststoffe für optische Zwecke als Substrate verwendet werden. Alternativ kann das Substrat auch aus einem Borosilikatglas, Alumosilikatglas, Kalk-Natron-Glas, oder Lithium-Aluminiumsilikat Glas bestehen, wobei es sich hierbei auch um chemisch oder thermisch vorgespannte Substrate handeln kann.

[0053] Auch Verbundmaterialien, insbesondere mit Gläsern, wie sie beispielsweise als Fahrzeugverglasungen verwendet werden, sind geeignet. Dabei kann der Verbund auch nach dem Beschichten mit der Antireflexionsbeschichtung erzeugt werden. Zur Herstellung eines solchen Verbundes werden beispielsweise zwei Glasscheiben mit einer PVB-Folie miteinander verbunden.

Verwendung

[0054] Das Schichtsystem der erfindungsgemäßen Antireflexbeschichtung ist überall dort vorteilhaft, wo antireflektierende Schichtsysteme mechanischer Belastung ausgesetzt werden. Mögliche Anwendungen sind der Einsatz bei Sichtscheiben im Fahrzeugbereich einschließlich von Luftfahrzeugen, Kochflächen oder ähnlichen Haushaltsgeräten aus Glas oder Glaskeramik, Anwendungen im Consumerelektronik-Bereich, wie Abdeckungen von elektronischen Anzeigen und Touchscreens, sowie auch für Uhrengläser, welche eine ebene oder leicht gekrümmte Oberfläche aufweisen können. Unter einem gekrümmten Uhrenglas kann auch eine auf beispielsweise der Datumsanzeige auf dem Uhrenglas aufgeklebte oder eingearbeitete Linse, beispielsweise mit einem Durchmesser von 7 mm und einer Pfeilhöhe, d.h. der Höhe der Linse von einer gedachten Planfläche am Rand der gekrümmten Fläche bis zum Scheitel der gekrümmten Fläche, von 0,4 mm verstanden werden. Bei solchen leicht gekrümmten Uhrgläsern kann ebenfalls die erfindungsgemäße Antireflexbeschichtung mit langlebigem Kratzschutz aufgetragen werden. Darüber hinaus ist auch eine AR-Beschichtung von Backofensichtscheiben, Bedienblenden, Arbeitsplatten, Schutzscheiben für den Bereich KFZ, Consumer Electronics, Mobilephones, Watches und Smartwatches denkbar.

Verfahren zur Herstellung

[0055] Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines solchen beschichteten Substrats

–

bei welchem auf zumindest einer Seite des Substrats eine mehrlagige Antireflexbeschichtung aufgebracht wird,

–

welche durch sukzessive Abscheidung aus Lagen mit verschiedenen Brechungsindizes aufgebaut wird, wobei sich Lagen mit höherem und Lagen mit niedrigerem Brechungsindex abwechseln,

–

wobei zumindest eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex aufgebracht wird, welche aus einer Zusammensetzung X besteht, die Siliziumoxid und Zirkonumoxid enthält, wobei der Anteil Zirkonium an der metallischen und halbleitenden Komponente in der Zusammensetzung X 0,2 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.-% beträgt.

[0056] Eine oder mehrere Lagen der AR-Beschichtung können durch Sputtern auf die Oberfläche des Substrats hergestellt werden. In der Regel werden für Sputtern Targets bereitgestellt, welche mindestens eine metallische oder halbleitende Kompontente umfassen. Es können dabei nur aus einer metallischen oder halbleitenden Komponente bestehenden Targets als auch Komposit- bzw. Legierungstargets verwendet werden. Weiterhin kann beim Sputtern nur ein einziges Target verwendet werden, oder es werden zwei oder mehrere Targets verwendet, einem sogenannten Co-Sputterprozess.

[0057] Auch eine Zr:SiO<x>-Lage kann beispielsweise durch Sputtern auf die Oberfläche des Substrats 101 aufgebracht werden. Dabei kann beispielsweise ein Co-Sputtern von Silizium und Zirkonium unter der Zugabe von Sauerstoff als Reaktivgas zur Erzeugung einer Zr:SiO<x>-Lage vorgesehen sein. Der Anteil an Zr in der Lage kann durch Einstellung der Sputterleistung eingestellt werden. Je höher die Sputterleistung gewählt wird, umso größer ist der Anteil an gesputtertem Zr und damit der Anteil an Zr in der gesputterten Lage. Die Sputterleistung kann gemäß dieser Ausführungsform mindestens 0,2 kW oder mindestens 0,5 kW und/oder höchstens 2 kW oder höchstens 1,5 kW betragen.

[0058] Ferner ist es auch möglich, eine solche Lage durch Verwendung eines SiZr-Legierungstargets bzw. SiZr-Komposittargets im Sputterprozess unter der Zugabe von Sauerstoff als Reaktivgas herzustellen, wobei die Zusammensetzungsverhältnisse des Sputtertargets bevorzugt der Zusammensetzung der zu erzeugenden Lage hinsichtlich der Anteile an Zirkonium und Silizium entsprechen.

[0059] Analog können auch die weiteren Lagen mit niedrigerem Brechungsindex bzw. die Lagen mit höherem Brechungsindex aufgetragen werden.

[0060] Ein Target kann je nach Zusammenstellung der herzustellenden Lage eines oder mehrere der Elemente ausgewählt aus Aluminium, Silizium, Bor, Zirkon, Titan, Nickel, Chrom, Yttrium, Hafnium oder Kohlenstoff enthalten.

[0061] Zur Beschichtung können neben dem zuvor genannten Sputterverfahren auch weitere physikalische und chemische Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise Ionenstrahlsputtern, Aufdampfen oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD) verwendet werden.

[0062] Sofern als weitere Lagen mit niedrigerem Brechungsindex SiO<2>und als Lage mit höherem Brechungsindex Si<3>N<4>vorgesehen ist, ist reaktives Sputtern vorteilhaft, da in diesem Fall sowohl das Siliziumoxid der niedrigbrechenden Lagen als auch das Siliziumnitrid für die hochbrechenden Lagen mit dem gleichen Target hergestellt werden können. Die Umschaltung auf die verschiedenen Schichtmaterialien kann einfach durch Änderung der Prozessparameter, insbesondere der Zusammensetzung des Prozessgases erfolgen.

Figuren

[0063] Im Folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch Ausführungsformen mit AR-Beschichtungen beschichteter Substrate.

Figur 2 zeigt die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften dreier erfindungsgemäßer beschichteter Substrate (Beispiele 1, 2 und 3) relativ zur SiO<2>-Referenz (Vgl.-Bsp. 1).

Figur 3 zeigt mit einem Lichtmikroskop aufgenommene Abtragsbilder der beschichteten Substrate gemäß Beispiel 2 (Fig. 3b), einer SiO<2>-Referenz (Vgl.-Bsp. 1, Fig. 3a) und Vgl.-Bsp. 2 (Fig. 3c). Während auf Fig. 3b nur leichte oberflächliche Schäden an der Lage zu erkennen sind, zeigt die SiO2-Referenzprobe in Figur 3a deutliche Schädigungen und Schichtabträge.

Figur 4 zeigt Detailaufnahmen von Kratztests für die SiO<2>-Referenz (Vgl.-Bsp. 1, Fig. 4b), eine Zr:SiO<x>-Beschichtung (Bsp. 2, Fig. 4a) und eine Zr:SiO<x>-Beschichtung mit hohem Zr-Gehalt (Vgl.-Bsp. 2, Fig. 5c).

Figur 5 zeigt den Verlauf des Brechungsindex der AR-Beschichtung aus Beispiel 2.

[0064] Im Folgenden werden einander ähnliche oder identische Merkmale mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

[0065] Die Figur 1 zeigt schematische Darstellungen von Schnittansichten beispielhafter beschichteter Artikel 100, wobei die beschichteten Artikel 100, jeweils ein Substrat 101 und eine AR-Beschichtung 102 aufweisen. Die AR-Beschichtung 102 umfasst abwechselt niedrigbrechende Lagen 103, 103', 103" und hochbrechende Lagen 104, 104', 104". Die Abschlussschicht 105 ist Teil der AR-Beschichtung und ist ebenfalls eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex. Mindestens eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex 103, 103', 103", 105 ist eine niedrigbrechende Zr:SiO<x>-enthaltende Lage, vorzugsweise ist mindestens die Abschlussschicht 105 eine niedrigbrechende Zr:SiO<x>-enthaltende Lage.

[0066] In den Figur 1a bis 1d sind vier unterschiedliche Varianten von beschichteten Artikeln 100 gezeigt.

[0067] In den Varianten der Figuren 1a und 1c weist das Substrat 101 einen Brechungsindex auf, welcher höher als der Brechungsindex der Lagen mit niedrigerem Brechungsindex 103, 103', 103", 105 der AR-Beschichtung 102 ist. Daher besteht die unterste, dem Substrat nächste Lage aus einer Lage mit niedrigerem Brechungsindex. Im Wechsel folgen auf diese unterste Lage mit niedrigerem Brechungsindex 103 abwechselnd jeweils Lagen mit höherem Brechungsindex 104, 104', 104" und Lagen mit niedrigerem Brechungsindex 103' und ggf. 103", bis eine fünf- bzw. siebenschichtige AR-Beschichtung gebildet ist, bei welchem die Abschlusschicht 105 mit niedrigerem Brechungsindex die oberste Lage bildet.

[0068] In den Varianten der Figuren 1b und 1d weist das Substrat 101 einen Brechungsindex auf, welcher gleich oder niedriger als der Brechungsindex der Lagen mit niedrigerem Brechungsindex 103, 103', 103'', 105 der AR-Beschichtung 102 ist. Daher besteht die unterste, dem Substrat nächste Lage aus einer Lage mit hohem Brechungsindex 104. Im Wechsel folgen auf diese unterste Lage mit hohem Brechungsindex 104 abwechselnd jeweils Lagen mit niedrigerem Brechungsindex 103, 103' und Lagen mit höherem Brechungsindex 104' und ggf. 104'', bis eine vier- bzw. sechsschichtige AR-Beschichtung gebildet ist, bei welchem die Abschlusschicht 105 mit niedrigerem Brechungsindex die oberste Lage bildet.

[0069] Vorzugsweise zumindest die Lage 105, ggf. auch weitere Lagen mit niedrigerem Brechungsindex 103, 103', 103'' sind dabei niedrigbrechende Zr:SiO<x>-enthaltende Lagen, d.h. sie bestehen aus einer Zusammensetzung X, wobei die Zusammensetzung X Siliziumoxid (SiO<2>) und Zirkoniumoxid (ZrO<2>) enthält, wobei der Anteil Zirkonium in der metallischen und halbleitenden Komponenten in der Zusammensetzung X 0,2 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.-% beträgt.

[0070] Eine solche niedrigbrechende Zr:SiO<x>-enthaltende Lage sowie auch die anderen Lagen der AR-Beschichtung können dabei beispielsweise durch Sputtern auf die Oberfläche des Substrats 101 aufgebracht werden. Dabei kann beispielsweise ein Co-Sputtern von Silizium und Zirkonium unter der Zugabe von Sauerstoff als Reaktivgas zur Erzeugung der niedrigbrechende Zr:SiO<x>-enthaltende Lage vorgesehen sein. Ferner ist es auch möglich, eine solche Lage durch Verwendung eines SiZr-Legierungstargets im Sputterprozess unter der Zugabe von Sauerstoff als Reaktivgas herzustellen, wobei die Zusammensetzungsverhältnisse des Sputtertargets bevorzugt der Zusammensetzung einer zu erzeugenden Lage entsprechen.

[0071] Wie zuvor bereits ausgeführt, kann es sich bei dem Substrat 101 insbesondere um ein optisches Glas, ein Filterglas oder um Saphir bzw. Saphirglas handeln.

[0072] Eine Abschlussschicht 105, welche als niedrigbrechende Zr:SiO<x>-enthaltende Lage ausgebildet ist, weist gegenüber einer üblichen SiO<2>-Abschlussschicht sehr gute mechanische Eigenschaften hinsichtlich einer Vermeidung von Kratzern auf, die aus der Dotierung der im Wesentlichen aus SiO<2>bestehenden Lage mit einem definierten Anteil ZrO<2>resultiert. Die Wirkung der Dotierung mit ZrO<2>wird dabei im Folgenden mit Bezug auf die Figur 2 erläutert.

[0073] Dabei zeigt die Figur 2 den Einflusses des Zirkonium-zu-Siliziumverhältnisses auf den Brechungsindex n und die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften (in %) bei einem beispielhaften beschichteten Substrat mit einer niedrigbrechenden Zr:SiO<x>-enthaltenden Lage als Abschlussschicht. Dabei ist auf der horizontalen Achse das Verhältnis Zirkonium zu Silizium in Gew.-%, bezogen auf die Metallbasis, aufgetragen, während auf der linken, vertikalen Achse die Verbesserung der mechanischem Eigenschaften in Prozent aufgetragen sind. Durch das Balkendiagramm werden dabei die jeweiligen Messwerte der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften angezeigt. Dabei bezeichnen die beiden Balken je Messpunkt jeweils Messwerte, die an unterschiedlichen Positionen der AR-Beschichtung ermittelt wurden. Zur Bestimmung der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wurde dabei ein Test ausgewählt, bei welchem Sand als Abrasivmedium eingesetzt wurde. Der angegebene Prozentsatz beschreibt dabei die Reduzierung der verkratzten Fläche eines beschichteten Substrats bei Durchführung des Kratztests im Vergleich mit einer üblichen Abschlussschicht bestehend aus SiO<2>(SiO<2>-Referenz).

[0074] Wie in der Figur 2 erkennbar ist, weisen alle drei erfindungsgemäßen Beispiele eine gegenüber der SiO<2>-Referenz eine verbesserte Kratzbeständigkeit auf. Allerdings wird bei einem Anteil von ca 3 Gew.-% ein Optimum der Kratzbeständigkeitsverbesserung erreicht, bei niedrigeren Anteilen, wie beispielsweise 2 Gew.-%, oder höheren Anteilen, wie beispielsweise 4 Gew.-%, fällt die Verbesserung der Kratzbeständigkeit geringer aus.

[0075] In der Figur 3 sind exemplarische Detailaufnahmen einer SiO<2>-Referenz (Figur 3a), einer erfindungsgemäßen Beschichtung gemäß Beispiel 3 (Figur 3b) und einer Beschichtung gemäß Vgl.-Bsp. 2 (Fig. 3c) nach Durchführung eines zuvor beschriebenen Kratztests dargestellt. Dabei wurde als Beschichtung des Substrats in der Figur 3b eine erfindungsgemäße Abschlussbeschichtung auf SiO<2>-Basis mit einem Zirkonium-Anteil von 3,0 Gew.-% und einem Silizium-Anteil von 97,0 Gew.-% bei einer Dicke der Lage von 91 nm verwendet, die mittels eines Sputterprozesses auf einer Seite des Substrats aufgebracht wurde. Wie im Vergleich der Figuren 3 a) und b) deutlich erkennbar ist, weist die Beschichtung trotz gleicher Testbedingungen eine deutlich geringere Zahl an Kratzern auf als die SiO<2>-Referenz der Figur 3a. Dabei ist insbesondere eine deutliche Reduzierung von Kratzern erkennbar, die sich nur über kurze Distanzen erstrecken. Die AR-Beschichtung gemäß Vergleichsbeispiel 2 mit höherem Zr-Gehalt (Figur 3c) weist eine deutlich höhere Anzahl an Kratzern als das erfindungsgemäße Beispiel 2 (Fig. 3b) auf.

[0076] Figur 4 zeigt Detailaufnahmen von Kratztests für die SiO<2>-Referenz (Vgl.-Bsp. 1, Fig. 4b), eine Zr:SiO<x>-Beschichtung gemäß erfindungsgemäßem Beispiel 2 (Fig. 4a). Es ist erkennbar, dass sich bei der SiO<2>-Referenz (Fig. 4b) große Teile der Beschichtung abgelöst haben, während bei dem erfindungsgemäßen beschichteten Substrat in Figur 4a nur geringfügige Schäden an der beschichteten Oberfläche entstanden sind, die die anti-reflektive Wirkung der AR-Beschichtung nicht beeinträchtigen.

Beispiele

[0077] Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse von erfindungsgemäßen AR-Beschichtungen und Vergleichsbeispielen, welche durch Co-Sputtern von einem Silizium- und einem Zirkonium-Target bei unterschiedlichen Kathodenleistungen hergestellt wurden, wobei die SputterLeistung auf das Silizium-Target konstant gehalten wurde und die Leistung auf das Zr-Target wie in Tabelle 1 gezeigt variiert wurde.

Tabelle 1

[0078] Substrat

Material

Saphir

N-BK7

Borofloat

Saphir

AR-Beschichtung

Material 1. Lage

SiO<2>

Si<3>N<4>

Zr:SiO<2>

SiO<2>

Material 2. Lage

Si<3>N<4>

SiO<2>

AlSiO<2>

Si<3>N<4>

Material 3. Lage

SiO<2>

Si<3>N<4>

Zr:SiO<2>

SiO<2>

Material 4. Lage

Si<3>N<4>

--

AlSiO<2>

Si<3>N<4>

Material 5. Lage

--

Si<3>N<4>

Zr:SiO<2>

Material 6. Lage

--

Si<3>N<4>

Abschlussschicht

Material

Zr:SiO<2>

SiO<2>

Zr:SiO<2>

Anteil Zr [Gew.-%]

2,0

3,0

4,0

3,0

3,5

4,5

-

15

Leistung Sputtern [kW]

0,5

0,75

1,0

0,75

0,8

1,0

-

3,0

Lagedicke [nm]

91

100

80

90

91

[0079] Alle erfindungsgemäßen Beispiele wiesen gegenüber den Vergleichsbeispielen eine deutlich verbesserte Kratzbeständigkeit auf.

Bezugszeichenliste

[0080] 100 Beschichtetes Substrat 101 Substrat 102 Antireflexionsbeschichtung (AR-Beschichtung) 103, 103', 103'' niedrigbrechende Lage 104, 104', 104'' hochbrechende Lage 105 Abschlussschicht

Claims

1. Beschichtetes Substrat (100), welches auf zumindest einer Seite eine mehrlagige Antireflexsbeschichtung (102) aufweist, welche aus Lagen mit verschiedenen Brechungsindizes aufgebaut ist, wobei sich Lagen mit höherem Brechungsindex (104) und Lagen mit niedrigerem Brechungsindex (103) abwechseln und wobei zumindest eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex aus einer Zusammensetzung X besteht, die Siliziumoxid und Zirkoniumoxid enthält, wobei der Anteil Zirkonium an der metallischen und halbleitenden Komponente in der Zusammensetzung X 0,2 bis 10 Gew.- %, bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.-% beträgt.

2. Beschichtetes Substrat nach Anspruch 1, wobei die Lage mit niedrigerem Brechungsindex, welche aus einer Zusammensetzung X besteht, die Siliziumdioxid und Zirkoniumoxid enthält, die oberste Lage (105) der mehrlagigen Antireflexbeschichtung ist.

3. Beschichtetes Substrat gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Antireflexbeschichtung (102) zumindest zwei Lagen mit höherem Brechungsindex (104) und zumindest zwei Lagen mit niedrigerem Brechungsindex (103) aufweist.

4. Beschichtetes Substrat gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Lagen mit niedrigerem Brechungsindex (103) einen Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 550 nm im Bereich von 1,3 bis 1,6, bevorzugt 1,45 bis 1,5 und/oder die Lagen mit höherem Brechungsindex (104) einen Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 550 nm im Bereich von 1,8 bis 2,3, bevorzugt 1,95 bis 2,1 aufweisen.

5. Beschichtetes Substrat gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei weitere Lagen mit niedrigerem Brechungindex (103) SiO<2>und/oder dotiertes SiO<2>, bevorzugt mit Al dotiertes SiO<2>, enthalten.

6. Beschichtetes Substrat gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Lagen mit höherem Brechungindex (104) ein Oxid, Silizid, Carbid oder Nitrid oder Mischformen daraus einer oder mehrerer metallischen und halbleitenden Komponenten umfassen, ausgewählt aus Aluminium, Silizium, Bor, Zirkon, Titan, Nickel, Zinn, Hafnium und Chrom, vorzugsweise Si<3>N<4>, AIN, AlN:SiN oder dotierte Varianten davon.

7. Beschichtetes Substrat gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens eine Lage mit höherem Brechungsindex (104) eine transparente Hartstoffschicht ist, welche kristallines Aluminiumnitrid mit einer hexagonalen Kristallstruktur mit einer vorwiegenden (001)-Vorzugsrichtung enthält.

8. Beschichtetes Substrat gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Antireflexionsbeschichtung (102) eine Schichtdicke im Bereich von insgesamt 200 bis 400 nm aufweist.

9. Beschichtetes Substrat gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat (101) eine gekrümmte, insbesondere eine linsenförmige Oberfläche aufweist, welche mit der Antireflexionsbeschichtung beschichtet ist.

10. Beschichtetes Substrat gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat (101) transparent ist.

11. Beschichtetes Substrat gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat (101) ein Glas, bevorzugt ein Saphirglas, ein Borosilikatglas, ein Aluminosilikatglas, ein Kalk-Natronglas, ein synthetisches Quarzglas, ein Lithiumaluminosilikatglas, ein optisches Glas, ein Kristall für optische Zwecke, ein Kunststoff für optische Zwecke oder eine Glaskeramik ist.

12. Beschichtetes Substrat gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat ein chemisch oder thermisch vorgespanntes Glas ist.

13. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Substrats gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem auf zumindest einer Seite des Substrats eine mehrlagige Antireflexbeschichtung aufgebracht wird, – welche durch sukzessive Abscheidung aus Lagen mit verschiedenen Brechungsindizes aufgebaut wird, wobei sich Lagen mit höherem und Lagen mit niedrigerem Brechungsindex abwechseln, – wobei die Lagen mit niedrigerem Brechungsindex aus Siliziumoxid mit einem Anteil von Aluminium aufgebaut werden, und – wobei zumindest eine Lage mit niedrigerem Brechungsindex aufgebracht wird, welche aus einer Zusammensetzung X besteht, die Siliziumoxid und Zirkoniumoxid enthält, wobei der Anteil Zirkonium an der metallischen und halbleitenden Komponente in der Zusammensetzung X 0,2 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.-% beträgt.

14. Verwendung eines beschichteten Substrates gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 als Uhrenglas, optisches Bauteil, als Headupdisplay oder Eyepiece für Augmented Reality, Kochfläche, Display oder Sichtscheibe im Fahrzeugbereich, Ofensichtscheibe, Glas- oder Glaskeramikbauteil in Haushaltsgeräten oder als Display beispielsweise für Smart Watches, Tablet-PCs oder Mobiltelefone, insbesondere als Touchdisplay.