DK160253B - Fremgangsmaade til overtraekning af et transparent substrat med et optisk flerlags-filter - Google Patents

Description

DK 160253 B

i

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til overtrækning af et transparent substrat med et optisk flerlags-filter, som mindst omfatter ét sølvlag og et uden på dette anordnet antireflektionslag af tinoxid, 5 hvorved antireflektionslaget er opnået ved hjælp af en magnetronkatodeforstøvning ved et forud givet oxygenpartialtryk og en forud givet forstøvningsrate.

Sølvlaget eller sølvlågene kan påføres på forskellig 10 måde, men i praksis sker det fortrinsvis ved hjælp af en magnetronkatodeforstøver. Antireflektionslaget påføres fortrinsvis ved hjælp af en reaktiv magnetron-katodefor-støvning. Fremgangsmåden gennemføres fortrinsvis, men ikke nødvendigvis, i gennemløb under anvendelse af gen-15 nemløbssluseanlæg. Substratet kan være en glasskive eller en kunststofplade.

Tynde sølvlag udmærker sig ved høj lysgennemtrængelighed i forbindelse med høj reflektion for infrarøde stråler og 20 har af den grund opnået forskellige anvendelser, f.eks.

til at forbedre varmedæmpningen af vinduesruder. Disse selektive egenskaber af sølvlag kan forbedres yderligere, når der på den side af sølvlaget, der vender bort fra substratet, anbringes et for det synlige område afpasset 25 antireflektionslag af et dielektrisk materiale med et brydningsindeks over 1,7.

Ifølge yderligere udførelsesformer for sådanne filtre kan der mellem det transparente substrat og sølvlaget findes 30 endnu et dielektrisk lag, der tjener som vedhæftnings-middel og ved udformning som et lag med en tykkelse på en fjerdedel bølgelængde medfører en antireflektionseffekt.

Det ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen opnåede filter 35 kan mellem substratet og sølvlaget yderligere omfatte et eller flere andre metaloxidlag. Antireflektionslaget kan også være forsynet med et eller flere yderligere afdæk-

DK 160253 B

2 ningsspejlingslag. Endvidere kan der også mellem det transparente substrat og sølvlåget samt mellem metaloxidlagene og sølvlaget være anbragt metallag eller metallegeringslag, f.eks. af chrom, nikkel, titan eller chrom-5 nikkel-legeringer, for at forbedre vedhængningsevnen. Til dette formål er det som bekendt tilstrækkeligt med meget tynde lag på kun nogle få atomlags tykkelse, se DE-OS 21 44 242.

10 Ved magnetron-forstøvning, jvf. US patent nr. 4 013 532, drejer det sig om en vakuummetode, der udmærker sig ved høje overtrækningshastigheder. Denne metode gør det muligt på særlig økonomisk måde at fremsille de i sammenligning med sølvlaget forholdsvis tykke antireflek-15 tionslag. Til fremstilling af antireflektionslag, især når det drejer sig om et tinoxidlag, anvendes den reaktive magnetron-forstøvningsmetode. I en gasatmosfære, der indeholder oxygen forstøves metal- eller metallegerings-elektroder, hvorved der ved den reaktive proces på sub-20 stratet dannes et metaloxid- eller et metalblandingsoxid, der fungerer som dielektrisk antireflektionslag.

I det efterfølgende vil der af hensyn til den terminologiske forenkling ved dannelse af antireflektionslaget 25 blive anvendt nogle forkortelser, som skal defineres nærmere. Således benyttes udtrykket E-partialtryk for oxygenpartialtrykket ved dannelse af antireflektionslaget og E-forstøvningsraten for forstøvningsrate ved dannelse af antireflektionslaget.

30

Ved gennemførelse af den kendte fremgangsåde har det vist sig, at der ved påføring af antireflektionslaget på sølvlåget i en reaktiv oxygenholdig plasma sker en forringelse af sølvlågets infrarøde reflektionsegenskaber.

35 Således synker den infrarøde reflektion af sølvlaget fra en begyndelsesværdi på 90 % før påføringen af tinoxidla-get til en værdi mellem 10 % og 40 %. Det er ganske vist 3

DK 160253 B

muligt at kompensere for tabet af infrarød reflektion i det mindste delvis derved, at sølvlaget forud påføres i en noget større tykkelse. Denne foranstaltning medfører dog et tab af gennemskinnelighed i det sigtbare spektral-5 område, hvilket også forringer virkningen af et sådant filter. Årsagen til disse forandringer af sølvlaget ved påføringen af antireflektionslaget er ikke kendt.

Opfindelsen har til opgave at forbedre fremgangsmåden af 10 den i krav l's indledning angivne art på en sådan måde, at forringelsen af de infrarøde reflektionsegenskaber af sølvlaget ikke finder sted, og især ikke når der ved påføring af antireflektionslaget arbejdes med en reaktiv magnetron-katodeforstøvning.

15

Dette problem løses ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen ved, at der på sølvlaget ved en magnetron-katodeforstøvning først påføres et i forhold til antireflektionslaget tyndere metaloxid-beskyttelseslag, hvilket sker ved et i 20 forhold til E-partialtrykket reduceret oxygenpartiltryk (S-partialtryk) over for beskyttelseslaget og ved en i forhold til E-forstøvningsraten reduceret beskyttelseslag-forstøvningsrate (S-forstøvningsrate), og at antireflektionslaget dernæst påføres beskyttelseslaget.

25

Ifølge en foretrukken udførelsesform for opfindelsen bliver beskyttelseslaget af metaloxid påført ved hjælp af en reaktiv magnetron-katodeforstøvning. Metaloxid-beskyttelseslaget kan påføres ved hjælp af elektroder af et af 30 stofferne tin, indium, med tin doteret indium, bly, zink, titan eller tantal, og laget består af henholdsvis tinoxid, indiumoxid, med tinoxix doteret indiumoxid, blyoxid, zinkoxid, titanoxid og tantaloxid. Ifølge en anden udførelsesform for opfindelsen opnås metaloxid-beskyt-35 telseslaget ved en magnetron-katodeforstøvning ved hjælp af metaloxid-elektroder, fortrinsvis af et af stofferne tinoxid, indiumoxid, med tinoxid doteret indiumoxid, bly-

DK 160253 B

4 oxid, zinkoxid, titanoxid eller tantaloxid.

Ved den omhandlede fremgangsmåde arbejdes med antireflektionslag af en sådan tykkelse, som er sædvanlig ved over-5 trækning af substrater med optiske filtre af den beskrevne opbygning. Tykkelsen af beskyttelseslaget og S-par-tialtrykket samt S-forstøvningsraten er variabel inden for et stort område. Som en rettesnor kan angives, at beskyttelseslaget bør påføres ved et S-partialtryk og en βίο forstøvningsrate, som med en faktor på mindst 0,5 er mindre end E-partialtrykket og E-forstøvningsraten. Fortrinsvis bliver der på sølvlaget med en tykkelse på mellem 50 Å og 300 Å forstøvet et beskyttelseslag med en tykkelse mellem 20 Å og 100 Å, og på dette beskyttelses-15 lag pådampes antireflektionslaget af tinoxid i en tykkelse mellem 250 Å og 600 Å. I denne sammenhæng er en fore-trukken udførelsesform for opfindelsen ejendommelig ved, at beskyttelseslaget påføres med et S-partialtryk mindre -4 end eller lig med 3 . 10 mbar samt med en S-forstøv- 20 ningsrate på mindre end eller lig med 8 Å/sek, medens an tireflektionslaget påføres med et E-partialtryk på større -4 end eller lig med 7 . 10 mbar ved en E-forstøvningsrate større end eller lig med 20 Å/sek, fortrinsvis 35 Å til 40 Å/sek.

25

Opfindelsen er baseret på den erkendelse, at man ved påføring af antireflektionslaget på i og for sig kendt måde, især ved hjælp af den reaktive plasma ved den reaktive magnetron-katodeforstøvning, kan indskydes atomare 30 dele i de øverste lag af sølvlaget, som bevirker de ovenfor beskrevne forstyrrende overfladeforandringer. Det har således ifølge opfindelsen overraskende vist sig, at en beskadigelse af sølvlaget kan forhindres fuldstændig. Beskyttelseslaget forhindrer en beskadigelse af sølvlaget 35 ved påføring af antireflektionslaget. Det gælder overraskende også, når man både ved påføring af beskyttelseslaget og ved påføring af antireflektionslaget arbejder 5

DK 160253 B

med reaktiv magnetron-katodeforstøvning. Det har vist sig, at allerede lagtykkelser på 20 Å er tilstrækkelige til opnåelse af en beskyttelsesvirkning for beskyttelseslaget .

5

Ved udførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen ved et gennemløbssluseanlæg går man hensigtsmæssigt således frem, at katoden for påføring af beskyttelseslaget er anbragt mellem sølvkatoden og den eller de katoder for 10 antireflektionslaget, hvorved de substrater, som skal overtrækkes, passerer efter hinanden forbi disse på-sprøjtningsstationer. Opfindelsen er ikke begrænset til udøvelse i forbindelse med gennemløbsmetoden. Således kan beskyttelseslaget og antireflektionslaget påføres efter 15 hinanden med den samme katode, idet påføringsparametrene efter påføringen af beskyttelseslaget skal ændres efter de krav, der gælder for antireflektionslaget. Ved fremstilling af beskyttelseslaget benyttes i almindelighed elektroder af det pågældende metal eller metallegering 20 til forstøvning. Der kan dog også anvendes oxid-elek troder. Derved er forstøvningsraten ganske vist ringere end ved metalelektroder, men de for beskyttelseslaget nødvendige rater på få Ångstrøm pr. sekund kan uden videre opnås derved.

25

Anvendelsen af oxidholdige elektroder har den fordel, at det for dannelsen af et oxidlag uden forstyrrende restabsorption for det synlige lys nødvendige oxygentryk i reaktionskammeret er lavere end ved benyttelse af metal-30 liske elektroder. Derved opnås en større sikkerhedsmargen til det maximalt tilladelige oxygentryk for at forhindre en beskadigelse af sølvlaget.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen skal i det efterfølgen-35 de illustreres nærmere ved hjælp af nogle udførelseseksempler.

DK 160253 B

6 EKSEMPEL I, sammenligningseksempel I et vakuumovertræksanlæg, som var udrustet med katoder for magnetron-katodeforstøvning, blev der indført en fly- 5 deglasplade af en tykkelse på 4 mm, format 200 cm x 100 _2 cm. Substratoverfladen blev ved et tryk på 4 . 10 mbar underkastet en glimrensning. I tilslutning hertil blev trykket nedsat til den for gennemførelse af overtrækningen nødvendige værdi. Overtrækningen skete på den måde, 10 at glaspladen blev bevæget forbi den lineære katode med målene 125 cm x 23 cm med en konstant hastighed. Til overtrækningen benyttedes tre elektroder, der var udstyret med elektroplader af henholdsvis sølv, tin og en indiumtinlegering med sammensætningen 90 % In/10 % Sn.

15

De i det efterfølgende nævnte lag blev påført i den angivne rækkefølge: - et tinoxidlag på 330 Å ved reaktiv forstøvning af tin, 20 - et med tinoxid doteret indiumlag af en tykkelse på 40 Å ved reaktiv forstøvning af legeringen 90 % indium/10 % tin, 25 (disse to lag udgør tilsammen et mellem glasbæreren og sølvlaget anordnet første antireflektionslag, der også fungerer som vedhæftningslag), - et sølvlag med en tykkelse på 80 Å ved forstøvning af 30 sølv i en argon-atmosfære.

På sølvlaget blev derefter påført et tinoxidlag med en tykkelse på 400 Å ved reaktiv forstøvning af tin-elektro-depladen. Forstøvningsraten udgjorde 35 Å/sek. Forstøv-35 ningen blev udført i en Ar/^/O^-atmosfære, hvorved E-partialtrykket udgjorde 1,4 . 10 mbar.

DK 160253 B

7

En efterfølgende måling af infrarødreflektionen af den overtrukne plade ved bestråling fra luftsiden af overtrækket gav ved en bølgelængde på 8 um en reflektion på 12 %. Gennemskinneligheden for pladen ved 5500 Å udgjorde 5 51 %.

EKSEMPEL II

På samme måde som angivet i eksempel I blev der på en 10 flydeglasplade først påført et tinoxidlag på 330 Å, der efter et med tinoxid doteret indiumoxidlag på 40 Å og et sølvlag på 80 Å. Derefter blev ved reaktiv forstøvning med en tinelektrode påført et Sn02~lag på 30 Å tykkelse.

Forstøvningen skete med en S-forstøvningsrate på 3 Å/sek -4 15 i en Ar/N2/02~atmosfære ved et S-partialtryk på 1 . 10 mbar.

I tilslutning hertil fulgte en overtrækning med endnu et tinoxidlag på 360 Å tykkelse ved en E-forstøvningsrate på 20 35 Å/sek i en Ar/N2/02~atmosfære ved et E-partialtryk på 1,4 . 10-3 mbar.

En måling af den infrarøde reflektion af den overtrukne plade fra luftsiden af laget gav ved λ = 8 um en reflek-25 tion på 92 %. Transmissionen udgjorde 84 % ved 5500 Å.

EKSEMPEL III

På samme måde som angivet i eksempel I blev der først 30 påført et tinoxidlag på 330 Å, et med tinoxid doteret indiumoxidlag på 40 Å og et sølvoxidlag på 80 Å. I tilslutning hertil påførtes ved reaktiv forstøvning med legeringen 90 % In/10 % Sn et med tinoxid doteret indiumoxidlag med en tykkelse på 30 Å. S-forstøvningsraten udgjorde 2 35 Å/sek, og S-partialtrykket i Ar/N2/02-atmosfære var på 8 . 10 3 mbar.

DK 160253 B

8 I tilslutning hertil udførtes overtrækningen med et tin-oxidlag af en tykkelse på 360 Å ved en E-forstøvningsrate på 35 Å/sek i en Ar/^atmosfære ved et E-partialtryk på 1,5 . 10 ^ mbar.

5

Den infrarøde reflektion af den overtrukne plade ved λ = 8 tun udgjorde 92 %, og transmissionen var 84,5 % ved 5500 Å.

10 Den på tegningen viste figur er et diagram over den spek-trale transmissionskurve og reflektionskurven på den overtrukne plade, sidstnævnte målt fra lagets luftside. Spektralkurven viser, at den overtrukne plade har gode filtreringsegenskaber. Medens der i området for høj 15 transmission i det synlige område med en lysgennemgang på 83 %, beregnet på lysfølsomheden for det menneskelige øje, er der i det tilsluttede nære infrarøde område en høj reflektion, som i det fjerne infrarøde område opnår reflektionsværdier på 92 %.

20 25 30 35

Claims (8)

1. Fremgangsmåde til overtrækning af et transparent sub-5 strat med et optisk flerlagsfilter, som mindst omfatter ét sølvlag og et uden på dette anordet antireflektionslag af tinoxid, hvorved antireflektionslaget er opnået ved hjælp af en magnetron-katodeforstøvning ved et forud givet oxygenpartialtryk (E-partialtryk) over for antire-10 flektionslaget og forud givet forstøvningsrate (E- f orstøvningsrate), kendetegnet ved, at der på sølvlaget ved en magnetron-katodeforstøvning først påføres et i forhold til antireflektionslaget tyndere metaloxid-beskyttelseslag, hvilket sker ved et i forhold til 15 E-partialtrykket reduceret oxygenpartialtryk (S-partial- tryk) over for beskyttelseslaget og ved en i forhold til E-forstøvningsraten reduceret beskyttelseslag-forstøvningsrate (S-forstøvningsrate), og at antireflektionslaget dernæst påføres beskyttelseslaget. 20

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at metaloxid-beskyttelseslaget påføres ved hjælp af en reaktiv magnetron-katodeforstøvning.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at metaloxid-beskyttelseslaget opnås ved hjælp af elektrodematerialer af et af stofferne tin, indium, med tin doteret indium, bly, zink, titan eller tantal.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at metaloxid-beskyttelseslaget opnås ved hjælp af metaloxid-elektrodematerialer, der fortrinsvis består af et af stofferne tinoxid, indiumoxid, med tinoxid doteret indiumoxid, blyoxid, zinkoxid, titanoxid eller tantal-35 oxid. DK 160253B

5. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-4, kendetegnet ved, at beskyttelseslaget påføres ved et S-partialtryk og en S-forstøvningsrate, som er mindre end E-partialtrykket og henholdsvis E-forstøvningsraten med 5 en faktor på mindst 0,5.

6. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-5, kendetegnet ved, at der på sølvlaget med en lagtykkelse mellem 50 Å og 300 Å påføres beskyttelseslaget i en 10 lagtykkelse mellem 20 Å og 100 Å, og at der på dette beskyttelseslag påføres antireflektionslaget i en tykkelse mellem 250 Å og 600 Å.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet 15 ved, at beskyttelseslaget påføres ved et S-partialtryk på -4 mindre end eller lig med 3 . 10 mbar og med en S-forstøvningsrate på mindre end eller lig med

8 Å/sek, at antireflektionslaget påføres ved et E-partialtryk større -4 end eller lig med 7 . 10 mbar med en E-forstøvnxngsrate 20 større end eller lig med 20 Å/sek, fortrinsvis 35 Å til 40 Å/sek. 25 30 35