WO2008104389A2 - Layer system for wipe-resistant reflectors - Google Patents

Layer system for wipe-resistant reflectors Download PDF

Info

Publication number
WO2008104389A2
WO2008104389A2 PCT/EP2008/001573 EP2008001573W WO2008104389A2 WO 2008104389 A2 WO2008104389 A2 WO 2008104389A2 EP 2008001573 W EP2008001573 W EP 2008001573W WO 2008104389 A2 WO2008104389 A2 WO 2008104389A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
thickness
metal layer
layer structure
reflectance
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/001573
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2008104389A3 (en
Inventor
Torsten Schmauder
Original Assignee
Leybold Optics Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leybold Optics Gmbh filed Critical Leybold Optics Gmbh
Publication of WO2008104389A2 publication Critical patent/WO2008104389A2/en
Publication of WO2008104389A3 publication Critical patent/WO2008104389A3/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00596Mirrors
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/18Coatings for keeping optical surfaces clean, e.g. hydrophobic or photo-catalytic films
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00865Applying coatings; tinting; colouring
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • C23C16/401Oxides containing silicon
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/14Protective coatings, e.g. hard coatings
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/08Mirrors
    • G02B5/0808Mirrors having a single reflecting layer

Definitions

  • the invention relates to a layer system and a method for producing a layer system according to the features of the preambles of the independent claims.
  • luminaires use, in addition to the actual light source (lamp), one or more reflective surfaces (reflectors) for influencing the light path and thus the illumination effect and distribution.
  • reflectors usually consist of a plastic molding whose surface receives the reflector function by metallization.
  • the reflectors described are exposed to mechanical stresses during manufacture - for example, during the item transport and the installation of the lamp - or during the entire life of the lamp - for example, for cleaning - exposed.
  • the highest possible reflection of the light is usually aimed for, at least in the wavelength range in which the luminaire is to be used as the light source - typically in the visible range of about 400 nm to about 800 nm for humans.
  • Plastic surfaces as well as the coatings usually produced by vacuum metallization are extremely scratch sensitive mechanically. In order to avoid premature destruction of the component - often even during the assembly of the luminaire - an additional mechanical protective coating is required. So far, this is usually made by painting.
  • Coatings of indoor downlight reflectors with a transparent hard topcoat are known.
  • a vacuum metallization by a reflective layer is made of a metal on which in turn by means of a dipping or spraying a final protective coating is applied, which protects the reflective layer against mechanical stress, such as wiping.
  • a vacuum metallization by a reflective layer is made of a metal on which in turn by means of a dipping or spraying a final protective coating is applied, which protects the reflective layer against mechanical stress, such as wiping.
  • this method there is an increased capital expenditure due to the separate process steps of vacuum coating and painting, each of which makes a vacuum coating chamber and a dipping or spraying system necessary. Since in the painting process quality losses due to dust and droplet formation lead to an increased reject rate, the costs increase further. Furthermore, not infrequently low durability of the coatings are observed.
  • a reflective coating is provided with a plasma-deposited protective layer.
  • a hard covering layer is produced on a reflective metal layer produced by means of vacuum metallization by means of a plasma polymerization method.
  • a mechanical protective layer can be produced, for example, by plasma decomposition (PECVD) of organosilicon compounds with oxygen.
  • PECVD plasma decomposition
  • organosilicon compound for example, hexamethyldisiloxane (HMDSO) or tetramethyldisiloxane (TMDSO) are used.
  • oxygen O 2
  • ozone O 3
  • nitrogen oxide N 2 O
  • a description of the production of hard coatings by means of PECVD of siloxanes is given, for example, by the documents DE 3 413 019 A1 and EP 007 48 259 B1.
  • siloxane-based hard layers as protective layers against mechanical stress, in particular abrasion
  • chemical protective layers in particular corrosion protection layers, by PECVD of organosilicon compounds without the addition of oxygen.
  • anticorrosion layers are used, for example, to protect the reflective aluminum layers on reflectors for vehicle lights and described, for example, in DE 2 537 416 A1.
  • siloxane anticorrosive coatings are similar in their properties to a silicone rubber: they are soft, elastic, chemically very resistant. In the context of the present invention, such layers are referred to below as siloxane anticorrosive coatings
  • the layers obtained by PECVD from oxygen-added siloxanes are more like glass. They are transparent, hard and brittle. In the following, these layers are referred to as siloxane hard layers.
  • a thin HMDSO cover layer with thicknesses of 50 to 100 nm is supported by a thick hard base layer under the metal layer and, when manufactured, terminates the deposition of the HMDSO cover layer at a thickness at which the formation of interference colors just starts.
  • the invention is based on the object to provide a layer system for smudge-proof optical reflectors and a method for producing such a layer system, which has a hard top layer with a sufficient abrasion resistance and at the same time has a relation to the protected metal layer as unadulterated optical impression.
  • the layer thickness of the upper layer structure is selected so that a spectral reflectance has a predetermined for the particular application maximum.
  • the invention is based on the recognition that with increasing layer thickness of the upper layer structure and in particular the cover layer undesirable effects, such as Increasing color falsification by wavelength-dependent interference with a varying degree of reflection on the respective spectrum occurs and the reflectance decreases, but that decrease in the range of a certain thickness of the cover layer, these effects and a relation to the unprotected metal layer largely neutral color impression of the reflection occurs. If the layer thickness of the upper layer structure is further increased beyond the said range, a sharp drop in the degree of reflection is obtained, in particular at short wavelengths, and thus an increased color distortion of the reflected light. With an even further increase in the layer thickness, reflected light with a largely neutral color impression is obtained again. Surprisingly, it is possible to achieve a very low color distortion by selecting the layer thickness of the upper layer structure such that a mean spectral reflectance assumes a maximum R ma ⁇ .
  • the average of the measured reflectance formed with a suitable weighting function over a predetermined wavelength range of the reflected radiation is defined, for applications in the visible spectrum preferably in the range of 360nm to 830nm, but at least the range of 400nm to 700nm includes.
  • the averaging is performed with a weighting function dependent on the specific application. For example, in the simplest case an arithmetic mean can be used, although other functions are useful.
  • the specific method of spectral mean value formation of the reflectance is adapted to the respective specific task of the reflector layer with respect to the wavelength range and the relative weighting of the wavelengths contained therein in which the reflector is to operate.
  • One known method is the determination of the color coordinates L * , a * and b * :
  • the L * a * b * color system is the standard system for psychophysical color stimulus specification developed by the CIE Commission (Commission Internationale de l'Eclairage, Publication CIE no. 15.2, Colorimetry, 2nd Ed., Central Bureau of the CIE, Vienna, 1986), as described, for example, in ASTM Designation 308-01 (Standard Practice for Computing the Colors of Objects by Using the CIE System, November 2001).
  • the color impression L * a * b * is determined with one of the CIE standard illuminants, preferably D65 and a 2 ° or 10 ° observer.
  • a colorimeter from X -Rite Inc. (4300 44 th Street SE, Grand Rapids, MI, 49512 USA) model SP60 can be used.
  • the reflectance depends on the viewing and incident angle of the reflected radiation, it is preferred to determine the reflectance in the direction of a typical viewing position of the reflector and for a typical angle of incidence of the incident radiation.
  • the layer thickness of the upper layer structure is selected such that
  • the spectral average R me tai formed analogously to R s is formed with the same weighting function and over the same wavelength range as R 5 .
  • the reflectance of the unprotected metal layer, which is determined analogously to R s, is determined under the same conditions and with the same measuring method as the reflectance dependent on the layer thickness of the upper layer structure.
  • the L * a * b * color system is the standard system for psychophysical color-stimulus specification developed by the CIE Commission (Commission Internationale de l'Eclairage, Publication CIE No. 15.2, Colorimetry, 2nd ed., Central Bureau of the CIE, Vienna, 1986), as described, for example, in ASTM Designation 308-01 (Standard Practice for Computing the Colors of Objects by Using the CIE System, November 2001).
  • the color impression L * a * b * is determined with one of the CIE standard illuminants, preferably D65 and a 2 ° or 10 ° observer.
  • a colorimeter from X-Rite Inc. (4300 44 * Street SE, Grand Rapids, MI, 49512 USA) model SP60 can be used.
  • a layer thickness of the upper layer structure is chosen such that a spectral mean R s of a reflectance dependent on the layer thickness of the upper layer structure has a value> R meta -1/3 ⁇ R, an optical reflector is obtained whose reflected light is largely unadulterated is and at the same time has a high resistance to wiping and scratching.
  • a layer thickness of the upper layer structure is selected for which the spectral mean R 5 of a reflectance dependent on the layer thickness of the upper layer structure has a value> R me tai - c ⁇ R with c in a range of 1/10 to Y * ,
  • the global parameters R meta ⁇ and ⁇ R are suitable to determine the layer thickness of the upper layer structure so that a largely color neutral impression of the layer system is realized.
  • the color impression is compared with the color impression of the unprotected metal layer as a function of the layer thickness of the upper layer structure.
  • the L * a * b * color system is based on the characteristics of human perception and is better suited for characterizing the color impression of optical reflectors than, for example, an arithmetic mean of the reflectance.
  • L * is a measure of the brightness, a * for the red-green and b * for the yellow-blue value of the color impression.
  • De layer thickness of the upper layer structure is in a range between 110nm and 200nm. A thickness of 130 nm to 150 nm is preferred, in particular for siloxane-based hard coatings.
  • the layer thickness of the cover layer is preferably in a range between 110 nm and 190 nm, so that a high abrasion resistance of the layer system can be achieved.
  • the invention can be applied to different reflectors.
  • a car headlight reflector which is the primary reflector, is designed for the best reflection of the specific radiation of the light source used, whereby the averaging weights the relatively short-wave (blue) halogen or xenon radiation more strongly than relatively long-wave radiation.
  • Decorative parts have hitherto often been electroplated in the prior art, for example by means of chromium plating, in order to achieve a hard coating. Since the galvanic coating, in particular the Chromgalvanik requires larger amounts of toxic substances, the application of this method is associated with a high cost of process safety and disposal and should therefore be avoided in principle.
  • a bezel should reflect the defined, decorative color of the metal layer, so erfindungsgernäß a color difference ⁇ E * ⁇ 2 is achieved.
  • a ceiling light for the distribution of pleasant-looking white light will be optimized for the best possible reflection with a spectral averaging according to the sensitivity of the human eye.
  • the layer system according to the invention it is possible to use thicker upper protective layers than before, since the usual color distortions and reflection losses can be avoided with the layer system according to the invention. Since the abrasion resistance of the layer system increases with the thickness of the cover layer, it is possible according to the invention to provide optical reflectors with high wipe and scratch resistance and at the same time high optical quality.
  • a base layer is provided on the side of the metal layer facing the substrate, which increases the adhesion of the metal layer to the substrate or the mechanical stability of the layer system.
  • the base layer can be a plasma-deposited layer, based on at least one silicon-organic compound.
  • the base layer may be a lacquer layer.
  • a hard base layer is used, which prevents mechanical breakdown of the layers arranged above it and makes it possible to further increase the abrasion resistance, if an increase in the thickness of the cover layer is to be avoided, since otherwise the optical impression of the reflector would deteriorate.
  • At least one upper intermediate layer is arranged between the cover layer and the metal layer.
  • this upper intermediate layer has an oxygen protection function for the metal layer.
  • At least one additional lower intermediate layer can be arranged between the base layer and the metal layer, in particular with an oxygen protection function for the metal layer.
  • the lower and / or upper intermediate layer preferably has a layer thickness between 10 nm and 20 nm.
  • a layer thickness between 10 nm and 20 nm.
  • the silicon-organic compound is preferably HMDSO or TMDSO, which are broken up by means of a plasma and deposited as a layer or layer constituents.
  • oxygen and / or nitrogen is incorporated in the layer, which is supplied as a reactive component during production.
  • the reactive component is supplied at a flow rate ratio of 1: 0.5 to 1: 20 of HMDSO or TMDSO to the reactive component, as is known per se.
  • a metal layer which comprises at least one member of the group formed from aluminum, copper, silver, gold, titanium, magnesium, iron, steel, chromium or the alloys formed from them, since these form highly reflective metallic layers .
  • the metal layer preferably has a thickness between 20 and 150 nm.
  • Figure 1 is a schematic representation of a layer system according to the invention
  • Figure 2 is an illustration of a layer thickness-dependent reflectance
  • FIG. 3 shows a measured reflectance of a substrate with a layer system plotted against the wavelength of the reflected light for different layer thicknesses
  • FIG. 1 schematically shows the construction of a layer system according to the invention comprising a substrate 10, a metal layer 20, a cover layer 30, an upper intermediate layer 40, a lower base layer 50 and a lower intermediate layer 60.
  • the substrate is preferably a plastic substrate, for example Polycarbonate or a metal substrate for an optical reflector.
  • the metal layer 20 may be aluminum, copper, silver, gold, titanium, magnesium, iron, steel, chromium, or an alloy formed therefrom deposited by a sputtering process, a physical or chemical vaporization process, or an ion beam process.
  • the cover layer 30 is a plasma-deposited hard layer based on at least one silicon-organic compound and having a high abrasion resistance.
  • the base layer 50 is a plasma-supported deposited silicon-organic compound or a lacquer layer. Preferably, these are hard layers.
  • the upper intermediate layer 40 and the lower intermediate view 60 are preferably deposited plasma-based and are based on an organosilicon compound.
  • As the silicon-organic compound, HMDSO or TMDSO is preferably selected.
  • FIG. 2 shows the typical layer thickness dependency of a mean reflectance R for a layer system with a layer structure comprising a cover layer and optionally an intermediate layer.
  • the degree of reflection initially decreases with increasing layer thickness, starting from the value of an unprotected metal layer, and reaches a minimum R min in order subsequently to assume a first maximum and later further maxima. With increasing layer thickness, the value of the maxima decreases while the value decreases the minimum lying between the maxima increases.
  • the value of the layer thickness of the layer structure is chosen such that the mean reflectance R> R meta i is 1/3 ⁇ R.
  • Particularly preferred is a layer system with a layer thickness which leads to an average reflectance in the region of the first or second maximum. In the representation of FIG. 3, there are layer thicknesses in the range of S 1 and S 2 .
  • an optical reflector is introduced into a vacuum chamber of a coating installation, for example a PylonMet 1 V system of the Applicant, in which there are glow electrodes for feeding in electromagnetic energy and magnetron sputtering cathodes with aluminum targets.
  • the reflector is placed opposite the targets, with the surface to be coated facing the targets.
  • the plasma-assisted deposition of the layers takes place by means of two plate electrodes, which are connected to a 40 kHz generator with a maximum power of 5 kW.
  • the vacuum chamber is evacuated to a pressure of 3 x 10 "2 mbar.
  • Argon gas is introduced into the vacuum chamber sccm about 800, wherein by means of electromagnetic energy having a power of 5 kW and a frequency of 40 kHz for approximately 30 seconds, a plasma
  • the substrate is cleaned by the plasma and activated for better adhesion of the subsequent layer.
  • a 350 nm thick hard layer by means of electromagnetic energy by an electromagnetic excitation of 40 kHz with a power of 4.5 kW and gas flows of 150 sccm HMDSO and 750 sccm of oxygen at a process pressure of about 4 x 10 "2 mbar at a process time of Applied 240 seconds.
  • Plasma CVD of an intermediate layer At a process pressure of 4 x 10 '2 mbar, HMDSO is introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 100 sccm and a plasma is ignited by means of electromagnetic energy with a power of 4.5 kW and a frequency of 40 kHz for about 20 seconds , wherein an intermediate layer is deposited on the substrate of about 5 to 10 nm layer thickness.
  • the vacuum chamber is evacuated to a base pressure of less than 10 5 mbar and then carried out at an argon flow of 540 sccm at 3 x 10 "3 mbar process pressure and 70 kW sputtering the application of a reflective aluminum layer with a layer thickness of about 80 nm at a Process duration of 15 s.
  • a plasma wherein an intermediate layer is deposited on the substrate of about 5 to 10 nm layer thickness.
  • HMDSO at a flow rate of 150 sccm and oxygen at a flow rate of 600 sccm of a 40 kHz excitation with 4 kW plasma power are introduced into the vacuum chamber.
  • a duration of this step of 90 seconds the deposition of a 160 nm thick protective layer takes place. Shorter or longer process times lead to a thinner or thicker protective layer.
  • the coated substrate After aeration of the chamber, the coated substrate can be removed.
  • FIG. 3 shows the spectral reflectance of a layer system applied to a polycarbonate plate of about 3 mm thickness, plotted for different layer thicknesses of an upper layer structure comprising a hard outer layer and an intermediate layer in a wavelength range between 400 nm and 700 nm.
  • the measurements were carried out with an SP-X spectral photometer from X-Rite for a D65 illuminator and a 2 ° observer.
  • the metal layer consisted of magnetron-sputtered aluminum with a layer thickness of 100 nm.
  • the layer system was produced by the method described above with an upper intermediate layer of 10 nm.
  • the reflectance of the unprotected metal layer that is to say a layer system with a thickness of the covering layer of 0 is highest over the entire wavelength range considered.
  • a cover layer with a layer thickness of 40 nm a drop in the reflectance at short wavelengths is observed.
  • a further increase in the layer thickness of the cover layer a reduction in the degree of reflection toward longer wavelengths is observed.
  • a layer thickness of 160 nm a higher degree of reflection can be seen in a medium wavelength range between 450 and 600 nm.
  • a layer thickness of 180 nm there is again a sharp drop in the degree of reflection towards shorter wavelengths.
  • Table 1 shows the numerical values corresponding to FIG. 3 for the CIE L * a * b * color impression, ⁇ E * and the mean reflectance in% relative to the intensity of the incident radiation.
  • an assessment of the subjective color impression is added in a column "Remarks.”
  • the layer system with a layer thickness of 160 nm has a maximum reflectance and a ⁇ E * ⁇ 1.4 .. It can be seen that, with a cover layer of 180 nm, a relative high brightness L * occurs, but has a yellowish color impression.

Abstract

In the layer system for wipe-resistant optical reflectors on a substrate, comprising an optically reflective material layer and a transparent upper layer structure disposed on the side of the metal layer opposite the substrate, wherein the layer structure comprises a cover layer made of a hard layer deposited based on a plasma method, the hard layer being based on at least one silicone-organic compound and optionally having at least one intermediate layer, it is provided that the layer thickness of the upper layer structure is selected such that a spectral mean reflection level Rs dependent on the layer thickness of the upper layer structure has a maximum Rmax, that a spectral mean value Rs of a reflection level dependent on the layer thickness of the upper layer structure has a value of > Rmetal - 1/3 ΔR, wherein Rmetal is a spectral mean value Rmetal, determined in an analog fashion to Rs, of a reflection level of the unprotected metal layer determined in an analog fashion to Rs and wherein ΔR = Rmetal - Rmin is true, and Rmin refers to the minimum of the reflection level dependent on the layer thickness of the upper layer structure, or is a color difference ΔE* = root[(L*s - L*m)**2 + (a*s - a*m) **2 + (b*s - b*m)**2] < 2.0 between a color impression Fs = (L*s, a*s, b*s) dependent on the layer thickness of the upper layer structure and the color impression of the unprotected metal layer Fm = (L*m, a*m, b*m). The invention further relates to a method for producing such a layer system.

Description

Beschreibung description
Schichtsystem für wischfeste ReflektorenLayer system for smudge-proof reflectors
Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem und ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems nach den Merkmalen der Oberbegriffe der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a layer system and a method for producing a layer system according to the features of the preambles of the independent claims.
Viele Leuchten verwenden neben der eigentlichen Lichtquelle(Lampe) ein oder mehrere reflektierende Oberflächen (Reflektoren) zur Beeinflussung des Lichtweges und damit der Beleuchtungswirkung und -Verteilung. Viele solche Reflektoren bestehen heute aus einem Kunststoff-Formteil, dessen Oberfläche die Reflektorfunktion durch Metallisierung erhält. In einigen Anwendungsgebieten sind die beschriebenen Reflektoren mechanischen Beanspruchungen während der Herstellung - beispielsweise beim Einzelteiltransport und der Montage der Leuchte - oder aber während der gesamten Lebensdauer der Leuchte - beispielsweise zur Reinigung - ausgesetzt.Many luminaires use, in addition to the actual light source (lamp), one or more reflective surfaces (reflectors) for influencing the light path and thus the illumination effect and distribution. Many such reflectors today consist of a plastic molding whose surface receives the reflector function by metallization. In some applications, the reflectors described are exposed to mechanical stresses during manufacture - for example, during the item transport and the installation of the lamp - or during the entire life of the lamp - for example, for cleaning - exposed.
Naturgemäß wird für die Reflektoren gewöhnlich höchstmögliche Reflexion des Lichtes zumindest in dem Wellenlängenbereich angestrebt, in dem die Leuchte als Lichtquelle verwendet werden soll - typischerweise im für den Menschen sichtbaren Bereich von ca. 400 nm bis ca. 800 nm.Naturally, for the reflectors, the highest possible reflection of the light is usually aimed for, at least in the wavelength range in which the luminaire is to be used as the light source - typically in the visible range of about 400 nm to about 800 nm for humans.
Kunststoffoberflächen sowie die gewöhnlich durch Vakuummetallisierung hergestellten Beschichtungen sind mechanisch äußerst kratzempfindiich. Um eine frühzeitige Zerstörung des Bauteils - oft schon während der Montage der Leuchte - zu vermeiden, ist eine zusätzliche mechanische Schutzbeschichtung erforderlich. Bisher wird diese gewöhnlich durch Lackieren hergestellt.Plastic surfaces as well as the coatings usually produced by vacuum metallization are extremely scratch sensitive mechanically. In order to avoid premature destruction of the component - often even during the assembly of the luminaire - an additional mechanical protective coating is required. So far, this is usually made by painting.
Beschichtungen von Indoor-Downlight-Reflektoren mit einer transparenten harten Deckschicht sind bekannt. Wie beispielsweise in der DE 196 34 334 C1 beschrieben ist, gibt es für die Herstellung von Reflektionsbeschichtungen mit einer optischen Reflektionsschicht und einer abschließenden Schutzschicht unterschiedliche relevante Verfahren. Gemäß einem ersten Verfahren erfolgt eine Vakuummetallisierung durch die eine Reflektionsschicht aus einem Metall aufgebaut wird, auf der wiederum mittels eines Tauch- oder Spritzverfahrens ein abschließender Schutzlack aufgebracht wird, der die Reflektionsschicht gegen mechanische Beanspruchung, wie Wischen schützt. Bei diesem Verfahren besteht ein erhöhter Investitionsaufwand durch die von einander getrennten Verfahrensschritte der Vakuumbeschichtung und der Lackierung, die jeweils eine Vakuumbeschichtungskammer und eine Tauch- oder Spritzanlage notwendig machen. Da im Lackierprozess Qualitätseinbußen aufgrund von Staub- und Tropfenbildung zu einer erhöhten Ausschussrate führen, erhöhen sich die Kosten weiter. Ferner werden nicht selten geringe Haltbarkeiten der Lacke beobachtet.Coatings of indoor downlight reflectors with a transparent hard topcoat are known. As described for example in DE 196 34 334 C1, there are different relevant methods for the production of reflection coatings with an optical reflection layer and a final protective layer. According to a first method, a vacuum metallization by a reflective layer is made of a metal on which in turn by means of a dipping or spraying a final protective coating is applied, which protects the reflective layer against mechanical stress, such as wiping. In this method, there is an increased capital expenditure due to the separate process steps of vacuum coating and painting, each of which makes a vacuum coating chamber and a dipping or spraying system necessary. Since in the painting process quality losses due to dust and droplet formation lead to an increased reject rate, the costs increase further. Furthermore, not infrequently low durability of the coatings are observed.
Bei einem zweiten Verfahren wird eine Reflektionsbeschichtung mit einer plasmagestützt abgeschiedenen Schutzschicht versehen. Auf einer mittels Vakuummetallisierung hergestellten reflektierenden Metallschicht wird dabei mittels eines Verfahrens der Plasmapolymerisation eine harte Deckschicht hergestellt.In a second method, a reflective coating is provided with a plasma-deposited protective layer. In this case, a hard covering layer is produced on a reflective metal layer produced by means of vacuum metallization by means of a plasma polymerization method.
Eine mechanische Schutzschicht kann beispielsweise durch Plasmaumsetzung (PECVD) von siliziumorganischen Verbindungen mit Sauerstoff hergestellt werden. Als siliziumorganische Verbindung werden beispielsweise Hexamethyldisiloxan (HMDSO) oder Tetramethyldisiloxan(TMDSO) verwendet. Als Sauerstoffquelle kann neben Sauerstoff (O2) auch Ozon (O3), Stickstoffoxid (N2O) oder andere sauerstoffspendende Stoffe verwendet werden. Eine Beschreibung der Herstellung von Hartschichten mittels PECVD von Siloxanen geben beispielsweise die Dokumente DE 3 413 019 A1 und EP 007 48 259 B1.A mechanical protective layer can be produced, for example, by plasma decomposition (PECVD) of organosilicon compounds with oxygen. As the organosilicon compound, for example, hexamethyldisiloxane (HMDSO) or tetramethyldisiloxane (TMDSO) are used. In addition to oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), nitrogen oxide (N 2 O) or other oxygen-donating substances can also be used as the oxygen source. A description of the production of hard coatings by means of PECVD of siloxanes is given, for example, by the documents DE 3 413 019 A1 and EP 007 48 259 B1.
Die Herstellung von siloxanbasierten Hartschichten als Schutzschichten gegen mechanische Belastung, insbesondere Abrieb, ist zu unterscheiden von der Herstellung von chemischen Schutzschichten, insbesondere Korrosionsschutzschichten, durch PECVD von siliziumorganischen Verbindungen ohne Zugabe von Sauerstoff. Derartige Korrosionsschutzschichten werden beispielsweise zum Schutz der reflektierenden Aluminiumschichten auf Reflektoren für Fahrzeugleuchten verwendet und beispielsweise in DE 2 537 416 A1 beschrieben.The production of siloxane-based hard layers as protective layers against mechanical stress, in particular abrasion, is to be distinguished from the production of chemical protective layers, in particular corrosion protection layers, by PECVD of organosilicon compounds without the addition of oxygen. Such anticorrosion layers are used, for example, to protect the reflective aluminum layers on reflectors for vehicle lights and described, for example, in DE 2 537 416 A1.
Die durch PECVD von Siloxanen ohne Sauerstoffzusatz erhaltenen Schichten ähneln in ihren Eigenschaften einem Silikongummi: Sie sind weich, elastisch, chemisch sehr beständig. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden derartige Schichten im Folgenden als Siloxan- Korrosionsschutzschichten bezeichnetThe layers obtained by PECVD of siloxanes without added oxygen are similar in their properties to a silicone rubber: they are soft, elastic, chemically very resistant. In the context of the present invention, such layers are referred to below as siloxane anticorrosive coatings
Hingegen ähneln die durch PECVD von Siloxanen mit Sauerstoffzugabe erhaltenen Schichten ähneln eher Glas. Sie sind transparent, hart und spröde. Im Folgenden werden diese Schichten als Siloxan-Hartschichten bezeichnet.By contrast, the layers obtained by PECVD from oxygen-added siloxanes are more like glass. They are transparent, hard and brittle. In the following, these layers are referred to as siloxane hard layers.
Bekannt ist ferner, etwa durch Gradientenschichten mit einem stufigen oder stufenlosen Übergang von elastischer Grund- zu kratzfester Deckschicht eine vorteilhafte Anpassung der Hartschicht an das ebenfalls vergleichsweise weiche Kunststoffsubstrat zu erreichen. Beispielhaft ist hierfür die erwähnte DE 3413019 A1. Ein wichtiger Aspekt der Gestaltung eines Schichtsystems für mechanisch geschützte Metall- Reflektorschichten auf Kunststoffsubstraten ist die Schichtabfolge. Ein guter Schutz wird erreicht durch Aufbringen der Hartschicht auf die Metallschicht auf der substratabgewandten Seite der Metallschicht. Nachteilig ist dabei jedoch, dass die Schutzschicht vom zu reflektierenden Licht durchlaufen werden muss, so dass es zu einem Verlust an Reflexionsgrad kommt, etwa durch Absorption in der Hartschicht oder durch Interferenzen. Diese Verluste sind zudem oft wellenlängenabhängig und führen zu unerwünschten Farbeffekten.It is also known, for example, to achieve an advantageous adaptation of the hard layer to the likewise comparatively soft plastic substrate, for example by means of gradient layers with a stepped or stepless transition from an elastic base layer to a scratch-resistant cover layer. An example of this is the mentioned DE 3413019 A1. An important aspect of the design of a layer system for mechanically protected metal reflector layers on plastic substrates is the layer sequence. Good protection is achieved by applying the hard layer to the metal layer on the side of the metal layer facing away from the substrate. The disadvantage here, however, that the protective layer must be traversed by the light to be reflected, so that there is a loss of reflectance, such as by absorption in the hard layer or by interference. These losses are also often wavelength-dependent and lead to undesirable color effects.
Um eine für die Praxis ausreichende abriebschützende Wirkung einer Plasma- CVD (PCVD)- Schicht zu gewährleisten ist eine gewisse Schichtdicke erforderlich, wobei bei dickeren Schichten Farbverfälschungen des reflektierten Lichtes auftreten. In der DE 196 34 334 C1 ist zur Erhöhung der mechanischen Stabilität von dünnen HMDSO-Schichten vorgeschlagen worden, einen möglichst großen Teil der vor Abrieb schützenden Schicht unter die reflektierende Metallschicht zu legen und nur einen geringen Teil als harte Deckschicht auf die reflektierende Metallschicht aufzubringen. Daher wird gemäß der DE 196 34 334 C1 eine dünne HMDSO -Deckschicht mit Dicken von 50 bis 100 nm von einer dicken harten Grundschicht unter der Metallschicht unterstützt und bei Herstellung die Abscheidung der HMDSO- Deckschicht bei einer Dicke beendet, bei der die Bildung von Interferenzfarben gerade beginnt.In order to ensure an adequate abrasion-protective effect of a plasma CVD (PCVD) layer in practice, a certain layer thickness is required, with thicker layers causing color distortions of the reflected light. In DE 196 34 334 C1, in order to increase the mechanical stability of thin HMDSO layers, it has been proposed to place as much of the abrasion-protective layer as possible under the reflective metal layer and to apply only a small portion as a hard covering layer to the reflective metal layer. Therefore, according to DE 196 34 334 C1, a thin HMDSO cover layer with thicknesses of 50 to 100 nm is supported by a thick hard base layer under the metal layer and, when manufactured, terminates the deposition of the HMDSO cover layer at a thickness at which the formation of interference colors just starts.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Schichtsystem für wischfeste optische Reflektoren sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Schichtsystems zu schaffen, welches eine harte Deckschicht mit einer ausreichenden Abriebfestigkeit aufweist und gleichzeitig einen gegenüber der zu schützenden Metallschicht möglichst unverfälschten optischen Eindruck aufweist.The invention is based on the object to provide a layer system for smudge-proof optical reflectors and a method for producing such a layer system, which has a hard top layer with a sufficient abrasion resistance and at the same time has a relation to the protected metal layer as unadulterated optical impression.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.The object is achieved with the features of the independent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Schichtsystem für wischfeste optische Reflektoren auf einem Substrat, umfassend eine optisch reflektierende Metallschicht und einen auf der dem Substrat entgegen gesetzten Seite der Metallschicht angeordneten transparenten oberen Schichtaufbau mit einer Deckschicht aus einer plasmagestützt abgeschiedenen harten Schicht, die auf zumindest einer silizium-organischen Verbindung basiert und optional mit zumindest einer Zwischenschicht, ist die Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus so gewählt, dass ein spektraler Reflexionsgrad ein für den jeweiligen Anwendungsfall vorgegebenes Maximum aufweist.In the inventive layer system for smear-resistant optical reflectors on a substrate, comprising an optically reflective metal layer and on the substrate opposite side of the metal layer arranged transparent upper layer structure with a cover layer of a plasma-deposited hard layer deposited on at least one silicon-organic compound based and optionally with at least one intermediate layer, the layer thickness of the upper layer structure is selected so that a spectral reflectance has a predetermined for the particular application maximum.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass mit wachsender Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus und insbesondere der Deckschicht unerwünschte Effekte, wie eine zunehmende Farbverfälschung durch wellenlängenabhängige Interferenz mit einem variierenden Reflexionsgrad über das jeweilige Spektrum auftritt und der Reflexionsgrad abnimmt, dass jedoch im Bereich einer bestimmten Dicke der Deckschicht diese Effekte abnehmen und ein gegenüber der ungeschützten Metallschicht weitgehend neutraler Farbeindruck der Reflektion auftritt. Bei einer weiteren Erhöhung der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus über den besagten Bereich hinausgehend, erhält man einen scharfen Abfall des Reflexionsgrades insbesondere bei kurzen Wellenlängen und damit eine erhöhte Farbverfälschung des reflektierten Lichts. Bei einer noch weiteren Erhöhung der Schichtdicke erhält man erneut reflektiertes Licht mit einem weitgehend neutralen Farbeindruck. Überraschenderweise ist es möglich, eine sehr geringe Farbverfälschung dadurch zu erreichen, dass die Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus derart gewählt wird, dass ein mittlerer spektraler Reflexionsgrad ein Maximum Rmaχ annimmt.The invention is based on the recognition that with increasing layer thickness of the upper layer structure and in particular the cover layer undesirable effects, such as Increasing color falsification by wavelength-dependent interference with a varying degree of reflection on the respective spectrum occurs and the reflectance decreases, but that decrease in the range of a certain thickness of the cover layer, these effects and a relation to the unprotected metal layer largely neutral color impression of the reflection occurs. If the layer thickness of the upper layer structure is further increased beyond the said range, a sharp drop in the degree of reflection is obtained, in particular at short wavelengths, and thus an increased color distortion of the reflected light. With an even further increase in the layer thickness, reflected light with a largely neutral color impression is obtained again. Surprisingly, it is possible to achieve a very low color distortion by selecting the layer thickness of the upper layer structure such that a mean spectral reflectance assumes a maximum R ma χ.
Die erwähnte Forderung nach höchstmöglicher Reflexion des erzeugten Reflektors ist oft kombiniert mit der Forderung, keine unerwünschten Farbeindrücke durch spektral ungleichmäßige Absorption oder Interferenz zuzulassen. Diese Forderungskombination erfordert ein der jeweiligen Anwendung angepasstes Qualifikationskriterium zur Beurteilung der Eignung eines gegebenen Schichtsystems, wobei erfindungsgemäß als Kriterium ein spektraler Mittelwert des Reflexionsgrads R5 verwendet wird.The mentioned demand for the highest possible reflection of the generated reflector is often combined with the requirement to admit no undesired color impressions by spectrally uneven absorption or interference. This combination of requirements requires a qualification criterion adapted to the particular application for assessing the suitability of a given layer system, wherein a spectral mean value of the reflectance R 5 is used as a criterion according to the invention.
Als spektraler Mittelwert des Reflexionsgrades R, wird der Mittelwert des gemessenen Reflexionsgrades, gebildet mit einer geeigneten Gewichtungsfunktion über einen vorgegebenen Wellenlängenbereich der reflektierten Strahlung definiert, der für Anwendungen im sichtbaren Spektrum vorzugsweise den Bereich von 360nm bis 830nm, mindestens jedoch den Bereich von 400nm bis 700nm umfasst. Die Mittelwertbildung wird mit einer von dem konkreten Anwendungsfall abhängigen Gewichtungsfunktion vorgenommen. Beispielsweise kann im einfachsten Fall ein arithmetischer Mittelwert verwendet werden, obwohl auch andere Funktionen sinnvoll sind.As the spectral mean of the reflectance R, the average of the measured reflectance formed with a suitable weighting function over a predetermined wavelength range of the reflected radiation is defined, for applications in the visible spectrum preferably in the range of 360nm to 830nm, but at least the range of 400nm to 700nm includes. The averaging is performed with a weighting function dependent on the specific application. For example, in the simplest case an arithmetic mean can be used, although other functions are useful.
Das konkrete Verfahren der spektralen Mittelwertbildung des Reflexionsgrades wird der jeweiligen konkreten Aufgabe der Reflektorschicht angepasst bezüglich des Wellenlängenbereichs und der relativen Gewichtung der darin enthaltenen Wellenlängen, in dem der Reflektor arbeiten soll. Ein bekanntes Verfahren ist die Bestimmung der Farbkoordinaten L*, a* und b*:The specific method of spectral mean value formation of the reflectance is adapted to the respective specific task of the reflector layer with respect to the wavelength range and the relative weighting of the wavelengths contained therein in which the reflector is to operate. One known method is the determination of the color coordinates L * , a * and b * :
Als L* a* b*-Farbsystem wird das von CIE - Kommission entwickelte Standardsystem zur psychophysikalischen Farbstimulusspezifizierung bezeichnet (Commission Internationale de l'Eclairage, Publication CIE No. 15.2, Colorimetry, 2nd ed., Central Bureau of the CIE, Vienna, 1986), wie es beispielsweise in der ASTM Designation 308 -01 (Standard Practice for Computing the Colors of Objects by Using the CIE System, November 2001 ) beschrieben ist.The L * a * b * color system is the standard system for psychophysical color stimulus specification developed by the CIE Commission (Commission Internationale de l'Eclairage, Publication CIE no. 15.2, Colorimetry, 2nd Ed., Central Bureau of the CIE, Vienna, 1986), as described, for example, in ASTM Designation 308-01 (Standard Practice for Computing the Colors of Objects by Using the CIE System, November 2001).
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Farbeindruck L* a* b* mit einem der CIE Standard lluminanten, vorzugsweise D65 und einem 2° oder 10° Beobachter ermittelt. Für die Messungen des spektralen Reflexionsgrades kann beispielsweise ein Farbmessgerät der Firma X -Rite Inc. (4300 44th Street SE, Grand Rapids, Ml, 49512 USA) Modell SP60 eingesetzt werden.In the present invention, the color impression L * a * b * is determined with one of the CIE standard illuminants, preferably D65 and a 2 ° or 10 ° observer. For the measurements of the spectral reflectance, for example, a colorimeter from X -Rite Inc. (4300 44 th Street SE, Grand Rapids, MI, 49512 USA) model SP60 can be used.
Da der Reflexionsgrad vom Betrachtungs- und Einfallswinkel der reflektierten Strahlung abhängt, wird bevorzugt der Reflexionsgrad in Richtung einer typischen Betrachtungsposition des Reflektors und für einen typischen Einfallswinkel der einfallenden Strahlung bestimmt.Since the reflectance depends on the viewing and incident angle of the reflected radiation, it is preferred to determine the reflectance in the direction of a typical viewing position of the reflector and for a typical angle of incidence of the incident radiation.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus so gewählt, dassAccording to a further aspect of the invention, the layer thickness of the upper layer structure is selected such that
ein spektraler Mittelwert Rs eines von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängigen Reflexionsgrads einen Wert > Rmetai - 1/3 ΔR aufweist, wobei Rmetai ein analog wie Rs gebildeter spektraler Mittelwerts Rmetai eines analog wie Rs bestimmten Reflexionsgrads der ungeschützten Metallschicht und ΔR = Rmetai - Rmin ist und Rmjn das Minimum des von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängigen Reflexionsgrads Rs bezeichnet odera spectral average value R s of a dependent on the layer thickness of the upper layer structure reflectance a value> R meta i - having 1/3 .DELTA.R, wherein R me t a i a same way as R s educated spectral average value R me tai an analog as R s specific Reflectance of the unprotected metal layer and ΔR = R meta i - R m i n and R m j n denotes the minimum of the layer thickness of the upper layer structure dependent reflectance R s or
zwischen einem von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängigen Farbeindruck Fs = (L* s, a* s, b*s) und dem Farbeindruck der ungeschützten Metallschicht Fm = (L* m, a* m, b*m) ein Farbabstand ΔE* = Wurzel[(L* s - L* m)**2 + (a* s - a* m) **2 + (b* s - b* m)**2] < 2,0 besteht.between one of the layer thickness of the upper layer structure dependent color impression F s = (L * s , a * s , b * s ) and the color impression of the unprotected metal layer F m = (L * m , a * m , b * m ) a color difference ΔE * = root [(L * s -L * m ) ** 2 + (a * s -a * m ) ** 2 + (b * s -b * m ) ** 2] <2.0.
Der analog wie Rs gebildete spektrale Mittelwert Rmetai wird mit der gleichen Gewichtungsfunktion und über den gleichen Wellenlängenbereich wie R5 gebildet. Der analog wie Rs bestimmte Reflexionsgrad der ungeschützten Metallschicht wird unter den gleichen Bedingungen und mit dem gleichen Messverfahren wie der von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängige Reflexionsgrad bestimmt.The spectral average R me tai formed analogously to R s is formed with the same weighting function and over the same wavelength range as R 5 . The reflectance of the unprotected metal layer, which is determined analogously to R s, is determined under the same conditions and with the same measuring method as the reflectance dependent on the layer thickness of the upper layer structure.
Als L* a* b*-Farbsystem wird das von CIE - Kommission entwickelte Standardsystern zur psychophysikalischen Farbstimulusspezifizierung bezeichnet (Commission Internationale de l'Eclairage, Publication CIE No. 15.2, Colorimetry, 2nd ed., Central Bureau of the CIE, Vienna, 1986), wie es beispielsweise in der ASTM Designation 308 -01 (Standard Practice for Computing the Colors of Objects by Using the CIE System, November 2001 ) beschrieben ist.The L * a * b * color system is the standard system for psychophysical color-stimulus specification developed by the CIE Commission (Commission Internationale de l'Eclairage, Publication CIE No. 15.2, Colorimetry, 2nd ed., Central Bureau of the CIE, Vienna, 1986), as described, for example, in ASTM Designation 308-01 (Standard Practice for Computing the Colors of Objects by Using the CIE System, November 2001).
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Farbeindruck L* a* b* mit einem der CIE Standard lluminanten, vorzugsweise D65 und einem 2° oder 10° Beobachter ermittelt. Für die Messungen des spektralen Reflexionsgrades kann beispielsweise ein Farbmessgerät der Firma X -Rite Inc. (4300 44* Street SE, Grand Rapids, Ml, 49512 USA) Modell SP60 eingesetzt werden.In the present invention, the color impression L * a * b * is determined with one of the CIE standard illuminants, preferably D65 and a 2 ° or 10 ° observer. For the measurements of the spectral reflectance, for example, a colorimeter from X-Rite Inc. (4300 44 * Street SE, Grand Rapids, MI, 49512 USA) model SP60 can be used.
Wenn erfindungsgemäß eine Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus derart gewählt wird, dass ein spektraler Mittelwert Rs eines von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängigen Reflexionsgrades einen Wert > Rmetaι - 1/3 ΔR aufweist, erhält man einen optischen Reflektor, dessen reflektiertes Licht weitgehend unverfälscht ist und der gleichzeitig eine hohe Wisch- und Kratzfestigkeit aufweist. Hierbei ist Rmetai ein analog wie Rs gebildeter spektraler Mittelwert eines analog wie Rs bestimmten Reflexionsgrades der ungeschützten Metallschicht und ΔR = Rmetai - Rmin. wobei Rmin das Minimum des von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängigen Reflexionsgrades Rs.bezeichnet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus gewählt, für die der spektrale Mittelwert R5 eines von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängigen Reflexionsgrades einen Wert > Rmetai - c ΔR mit c in einem Bereich von 1/10 bis Y* aufweist.If, according to the invention, a layer thickness of the upper layer structure is chosen such that a spectral mean R s of a reflectance dependent on the layer thickness of the upper layer structure has a value> R meta -1/3 ΔR, an optical reflector is obtained whose reflected light is largely unadulterated is and at the same time has a high resistance to wiping and scratching. Here, R is a meta i analogous to R s educated spectral average value of an analog as R s specific reflectance of the metal layer and unprotected .DELTA.R = Rmetai - Rmin. wherein R min denotes the minimum of the layer thickness of the upper layer structure dependent reflectance R s . In a preferred embodiment, a layer thickness of the upper layer structure is selected for which the spectral mean R 5 of a reflectance dependent on the layer thickness of the upper layer structure has a value> R me tai - c ΔR with c in a range of 1/10 to Y * ,
Überraschender Weise sind die globalen Parameter Rmetaι und ΔR geeignet, die Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus so zu bestimmen, dass ein weitgehend farbneutraler Eindruck des Schichtsystems realisiert wird.Surprisingly, the global parameters R meta ι and ΔR are suitable to determine the layer thickness of the upper layer structure so that a largely color neutral impression of the layer system is realized.
Alternativ wird vorgeschlagen zur Charakterisierung des reflektierten Lichts das L* a* b*- Farbsystem einzusetzen und die Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus so zu wählen, dass zwischen einem von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängigen Farbeindruck Fs = (L* s, a* s, b*s) und einem Farbeindruck der ungeschützten Metallschicht Fm = (L* m, a*m, b*m) ein Farbabstand ΔE* von kleiner als 2,0 besteht.Alternatively, it is proposed to use the L * a * b * color system to characterize the reflected light and to select the layer thickness of the upper layer structure such that between a color impression dependent on the layer thickness of the upper layer structure F s = (L * s , a * s , b * s ) and a color impression of the unprotected metal layer F m = (L * m , a * m , b * m ) is a color difference ΔE * of less than 2.0.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird der Farbeindruck in Abhängigkeit der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus mit dem Farbeindruck der ungeschützten Metallschicht verglichen. Das L* a* b*-Farbsystem basiert auf den Eigenschaften der menschlichen Wahrnehmung und ist für die Charakterisierung des Farbeindrucks optischer Reflektoren besser geeignet als beispielsweise ein arithmetischer Mittelwert des Reflexionsgrades. L* ist ein Maß für die Helligkeit, a* für den Rot-Grün- und b* für den Gelb-Blau-Wert des Farbeindrucks. De Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus liegt in einem Bereich zwischen 110nm und 200nm. Bevorzugt ist eine Dicke von 130nm bis 150nm, insbesondere für Siloxan basierte Hartschichten.According to this aspect of the invention, the color impression is compared with the color impression of the unprotected metal layer as a function of the layer thickness of the upper layer structure. The L * a * b * color system is based on the characteristics of human perception and is better suited for characterizing the color impression of optical reflectors than, for example, an arithmetic mean of the reflectance. L * is a measure of the brightness, a * for the red-green and b * for the yellow-blue value of the color impression. De layer thickness of the upper layer structure is in a range between 110nm and 200nm. A thickness of 130 nm to 150 nm is preferred, in particular for siloxane-based hard coatings.
Die Schichtdicke der Deckschicht liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 110nm und 190nm, womit eine hohe Abriebfestigkeit des Schichtsystems erreicht werden kann.The layer thickness of the cover layer is preferably in a range between 110 nm and 190 nm, so that a high abrasion resistance of the layer system can be achieved.
Die Erfindung kann bei unterschiedlichen Reflektoren angewendet werden.The invention can be applied to different reflectors.
Ein Autoscheinwerferreflektor, bei dem es sich um den Primärreflektor handelt, wird auf beste Reflexion der spezifischen Strahlung des eingesetzten Leuchtmittels ausgelegt, wobei die Mittelwertbildung die meist relativ kurzwellige (bläuliche) Halogen- oder Xenonstrahlung stärker als relativ langwellige Strahlung gewichtet.A car headlight reflector, which is the primary reflector, is designed for the best reflection of the specific radiation of the light source used, whereby the averaging weights the relatively short-wave (blue) halogen or xenon radiation more strongly than relatively long-wave radiation.
Zierteile (Bezel) werden im Stand der Technik bisher häufig galvanisch beispielsweise verchromt, um eine harte Beschichtung zu erreichen. Da die galvanische Beschichtung, insbesondere die Chromgalvanik größere Mengen giftiger Stoffe erfordert, ist die Anwendung dieses Verfahrens mit einem hohen Aufwand für die Prozesssicherheit und Entsorgung verbunden und sollte daher grundsätzlich vermieden werden.Decorative parts (bezels) have hitherto often been electroplated in the prior art, for example by means of chromium plating, in order to achieve a hard coating. Since the galvanic coating, in particular the Chromgalvanik requires larger amounts of toxic substances, the application of this method is associated with a high cost of process safety and disposal and should therefore be avoided in principle.
Ein Bezel soll die definierte, dekorative Farbe der Metallschicht wiedergeben, also wird erfindungsgernäß ein Farbabstand ΔE*< 2 erreicht.A bezel should reflect the defined, decorative color of the metal layer, so erfindungsgernäß a color difference ΔE * <2 is achieved.
Eine Deckenleuchte für die Verteillung von angenehm wirkendem weißen Licht wird für eine bestmögliche Reflexion mit einer spektralen Mittelung entsprechend der Empfindlichkeit des menschlichen Auges optimiert werden.A ceiling light for the distribution of pleasant-looking white light will be optimized for the best possible reflection with a spectral averaging according to the sensitivity of the human eye.
Erfindungsgemäß ist es möglich, dickere obere Schutzschichten einzusetzen als bisher, da die üblichen Farbverfälschungen und Reflektionseinbußen mit dem erfindungsgemäßen Schichtsystem vermieden werden können. Da die Abriebfestigkeit des Schichtsystems mit der Dicke der Deckschicht wächst, lassen sich erfindungsgemäß optische Reflektoren mit hoher Wisch- und Kratzfestigkeit und gleichzeitig hoher optischer Qualität zur Verfügung stellen.According to the invention it is possible to use thicker upper protective layers than before, since the usual color distortions and reflection losses can be avoided with the layer system according to the invention. Since the abrasion resistance of the layer system increases with the thickness of the cover layer, it is possible according to the invention to provide optical reflectors with high wipe and scratch resistance and at the same time high optical quality.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass auf der dem Substrat zugewandten Seite der Metallschicht eine Grundschicht vorgesehen ist, die die Haftung der Metallschicht an dem Substrat oder die mechanische Stabilität des Schichtsystems erhöht. Die Grundschicht kann eine plasmagestützt abgeschiedene Schicht sein, in die auf zumindest einer silizium-organischen Verbindung basiert. Ferner kann die Grundschicht eine Lackschicht sein. Bevorzugt wird eine harte Grundschicht eingesetzt, die ein mechanisches Durchbrechen der über ihr angeordneten Schichten verhindert und es ermöglicht, die Abriebfestigkeit weiter zu erhöhen, wenn eine Erhöhung der Dicke der Deckschicht vermieden werden soll, da andernfalls der optische Eindruck des Reflektors sich verschlechtern würde.In an advantageous development of the invention, it is provided that a base layer is provided on the side of the metal layer facing the substrate, which increases the adhesion of the metal layer to the substrate or the mechanical stability of the layer system. The base layer can be a plasma-deposited layer, based on at least one silicon-organic compound. Furthermore, the base layer may be a lacquer layer. Preferably, a hard base layer is used, which prevents mechanical breakdown of the layers arranged above it and makes it possible to further increase the abrasion resistance, if an increase in the thickness of the cover layer is to be avoided, since otherwise the optical impression of the reflector would deteriorate.
In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Deckschicht und der Metallschicht mindestens eine obere Zwischenschicht angeordnet. Vorzugsweise weist diese obere Zwischenschicht eine Sauerstoffschutz-Funktion für die Metallschicht auf.In a further development of the invention, at least one upper intermediate layer is arranged between the cover layer and the metal layer. Preferably, this upper intermediate layer has an oxygen protection function for the metal layer.
Ferner kann zwischen der Grundschicht und der Metallschicht mindestens eine zusätzliche untere Zwischenschicht angeordnet sein, insbesondere mit einer Sauerstoffschutzfunktion für die Metallschicht.Furthermore, at least one additional lower intermediate layer can be arranged between the base layer and the metal layer, in particular with an oxygen protection function for the metal layer.
Die untere und/oder obere Zwischenschicht hat vorzugsweise eine Schichtdicke zwischen 10nm und 20nm. Zweckmäßig ist hier der Einsatz der weiter oben als Siloxan- Korrossionsschutzschicht bezeichneten, bekannten SchutzschichtenThe lower and / or upper intermediate layer preferably has a layer thickness between 10 nm and 20 nm. Appropriately, here is the use of the above-referred to as Siloxan Korrossionsschutzschicht, known protective coatings
Bei der silizium-organischen Verbindung handelt es sich vorzugsweise um HMDSO oder TMDSO, die mittels eines Plasmas aufgebrochen werden und als Schicht oder Schichtbestandteile abgeschieden werden. Bei der Herstellung der harten plasmagestützt abgeschiedenen Schicht wird Sauerstoff und/oder Stickstoff in die Schicht eingelagert, die als Reaktivkomponente bei der Herstellung zugeführt werden. Vorzugsweise wird die Reaktivkomponente in einem Flussratenverhältnis von 1 : 0,5 bis 1 :20 von HMDSO oder TMDSO zur Reaktivkomponente zugeführt, wie an sich bekannt ist.The silicon-organic compound is preferably HMDSO or TMDSO, which are broken up by means of a plasma and deposited as a layer or layer constituents. In the production of the hard plasma-deposited layer, oxygen and / or nitrogen is incorporated in the layer, which is supplied as a reactive component during production. Preferably, the reactive component is supplied at a flow rate ratio of 1: 0.5 to 1: 20 of HMDSO or TMDSO to the reactive component, as is known per se.
Für optische Reflektoren besonders geeignet erweist sich eine Metallschicht, die wenigstens ein Mitglied der aus Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Titan, Magnesium, Eisen, Stahl, Chrom gebildeten Gruppe oder der aus ihnen gebildeten Legierungen umfasst, da diese hoch reflektierende metallische Schichten bilden. Die Metallschicht weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 20 und 150 nm auf. Das erfindungsgemäße Schichtsystem kann effektiv kostengünstig und in hoher Qualität unter Verwendung von mittel- bis niederfrequenter elektromagnetischer Anregung, beispielsweise mit einer Frequenz von 40 kHz in einer konventionellen Ein-Kammer-Beschichtungsanlage hergestellt werden. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen.Particularly suitable for optical reflectors is a metal layer which comprises at least one member of the group formed from aluminum, copper, silver, gold, titanium, magnesium, iron, steel, chromium or the alloys formed from them, since these form highly reflective metallic layers , The metal layer preferably has a thickness between 20 and 150 nm. The layer system according to the invention can be effectively produced inexpensively and in high quality using medium- to low-frequency electromagnetic excitation, for example with a frequency of 40 kHz in a conventional single-chamber coating system. Other aspects and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to drawings independently of their summary in the claims.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen SchichtsystemsFigure 1 is a schematic representation of a layer system according to the invention
Figur 2 eine Veranschaulichung eines schichtdickenabhängigen ReflexionsgradesFigure 2 is an illustration of a layer thickness-dependent reflectance
Figur 3 ein gemessener Reflexionsgrad eines Substrats mit einem Schichtsystem aufgetragen über der Wellenlänge des reflektierten Lichts für verschiedene SchichtdickenFIG. 3 shows a measured reflectance of a substrate with a layer system plotted against the wavelength of the reflected light for different layer thicknesses
Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Schichtsystems mit einem Substrat 10, einer Metallschicht 20, einer Deckschicht 30, einer oberen Zwischenschicht 40, einer unteren Grundschicht 50 und einer unteren Zwischenschicht 60. Bei dem Substrat handelt es sich vorzugsweise um ein Kunststoffsubstrat, beispielsweise aus Polycarbonat oder um ein Metallsubstrat für einen optischen Reflektor. Bei der Metallschicht 20 kann es sich um Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Titan, Magnesium, Eisen, Stahl, Chrom oder einer aus ihnen gebildeten Legierung handeln, die durch ein Sputterverfahren, ein physikalisches oder chemisches Verdampfungsverfahren oder ein lonenstrahlverfahren aufgebracht wurde. Die Deckschicht 30 ist eine plasmagestützt abgeschiedene harte Schicht, die auf zumindest einer silizium-organischen Verbindung basiert und die eine hohe Abriebfestigkeit hat. Die Grundschicht 50 ist eine plasmagestützt abgeschiedene silicium-organische Verbindung oder eine Lackschicht. Vorzugsweise handelt es sich dabei um harte Schichten. Die obere Zwischenschicht 40 und die untere Zwischensicht 60 sind vorzugsweise plasmagestützt abgeschieden und basieren auf einer silicium-organische Verbindung. Als silizium-organische Verbindung wird vorzugsweise HMDSO oder TMDSO gewählt.1 schematically shows the construction of a layer system according to the invention comprising a substrate 10, a metal layer 20, a cover layer 30, an upper intermediate layer 40, a lower base layer 50 and a lower intermediate layer 60. The substrate is preferably a plastic substrate, for example Polycarbonate or a metal substrate for an optical reflector. The metal layer 20 may be aluminum, copper, silver, gold, titanium, magnesium, iron, steel, chromium, or an alloy formed therefrom deposited by a sputtering process, a physical or chemical vaporization process, or an ion beam process. The cover layer 30 is a plasma-deposited hard layer based on at least one silicon-organic compound and having a high abrasion resistance. The base layer 50 is a plasma-supported deposited silicon-organic compound or a lacquer layer. Preferably, these are hard layers. The upper intermediate layer 40 and the lower intermediate view 60 are preferably deposited plasma-based and are based on an organosilicon compound. As the silicon-organic compound, HMDSO or TMDSO is preferably selected.
In Figur 2 ist die typische Schichtdickenabhängigkeit eines mittleren Reflektionsgrades R für ein Schichtsystem mit einem Schichtaufbau aus einer Deckschicht und optional einer Zwischenschicht dargestellt. Typischerweise nimmt der Reflektionsgrad mit wachsender Schichtdicke ausgehend von dem Wert einer ungeschützten Metallschicht zunächst ab und erreicht ein Minimum Rmιn um anschließend ein erstes Maximum und später weitere Maxima anzunehmen. Mit wachsender Schichtdicke nimmt der Wert der Maxima ab, während der Wert der zwischen den Maxima liegenden Minima zunimmt. Bei dem erfindungsgemäßen Schichtsystem ist der Wert der Schichtdicke des Schichtaufbaus derart gewählt, dass der mittlere Reflektionsgrad R > Rmetai - 1/3 ΔR ist. Besonders bevorzugt ist ein Schichtsystem mit einer Schichtdicke, die zu einem mittleren Reflektionsgrad im Bereich des ersten oder zweiten Maximums führt. In der Darstellung der Figur 3 sind es Schichtdicken im Bereich von S1 bzw. S2.FIG. 2 shows the typical layer thickness dependency of a mean reflectance R for a layer system with a layer structure comprising a cover layer and optionally an intermediate layer. Typically, the degree of reflection initially decreases with increasing layer thickness, starting from the value of an unprotected metal layer, and reaches a minimum R min in order subsequently to assume a first maximum and later further maxima. With increasing layer thickness, the value of the maxima decreases while the value decreases the minimum lying between the maxima increases. In the layer system according to the invention, the value of the layer thickness of the layer structure is chosen such that the mean reflectance R> R meta i is 1/3 ΔR. Particularly preferred is a layer system with a layer thickness which leads to an average reflectance in the region of the first or second maximum. In the representation of FIG. 3, there are layer thicknesses in the range of S 1 and S 2 .
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtsystems wird ein optischer Reflektor in eine Vakuumkammer einer Beschichtungsanlage, beispielsweise einer PylonMet 1 V-Anlage der Anmelderin eingebracht, in der sich Glimmelektroden zum Einspeisen elektromagnetischer Energie und Magnetron-Sputterkathoden mit Targets aus Aluminium befinden. Der Reflektor wird gegenüber den Targets angeordnet, wobei die zu beschichtende Oberfläche den Targets gegenüberliegt. Die plasmagestützte Abscheidung der Schichten erfolgt mittels zwei Plattenelektroden, die an einem 40 kHz Generator mit einer maximalen Leistung von 5 kW angeschlossen sind.To produce a layer system according to the invention, an optical reflector is introduced into a vacuum chamber of a coating installation, for example a PylonMet 1 V system of the Applicant, in which there are glow electrodes for feeding in electromagnetic energy and magnetron sputtering cathodes with aluminum targets. The reflector is placed opposite the targets, with the surface to be coated facing the targets. The plasma-assisted deposition of the layers takes place by means of two plate electrodes, which are connected to a 40 kHz generator with a maximum power of 5 kW.
Auf ein ca. 3mm starkes Polycarbonatsubstrat erfolgt die Aufbringung eines wischfesten Schichtsystem mit folgenden Prozessschritten.On a 3mm thick polycarbonate substrate, the application of a smudge-resistant layer system with the following process steps.
Plasmavorbehandlungplasma treatment
Die Vakuumkammer wird auf einen Druck von 3 x 10"2 mbar evakuiert. Argongas wird mit ca. 800 sccm in die Vakuumkammer eingeleitet, wobei mittels elektromagnetischer Energie mit einer Leistung von 5 kW und einer Frequenz von 40 kHz für ca. 30 Sekunden ein Plasma gezündet wird. Das Substrat wird durch das Plasma gereinigt und zur besseren Haftung der nachfolgenden Schicht aktiviert.The vacuum chamber is evacuated to a pressure of 3 x 10 "2 mbar. Argon gas is introduced into the vacuum chamber sccm about 800, wherein by means of electromagnetic energy having a power of 5 kW and a frequency of 40 kHz for approximately 30 seconds, a plasma The substrate is cleaned by the plasma and activated for better adhesion of the subsequent layer.
Plasma CVD einer harten GrundschichtPlasma CVD of a hard base layer
Eine 350 nm dicke harte Schicht mittels elektromagnetischer Energie bei einer elektromagnetischen Anregung von 40 kHz mit einer Leistung von 4,5 kW und Gasflüssen von 150 sccm HMDSO und 750 sccm Sauerstoff bei einem Prozessdruck von ca. 4 x 10"2 mBar bei einer Prozessdauer von 240 Sekunden aufgebracht.A 350 nm thick hard layer by means of electromagnetic energy by an electromagnetic excitation of 40 kHz with a power of 4.5 kW and gas flows of 150 sccm HMDSO and 750 sccm of oxygen at a process pressure of about 4 x 10 "2 mbar at a process time of Applied 240 seconds.
Plasma CVD einer Zwischenschicht Bei einem Prozessdruck von 4 x 10'2 mBar wird HMDSO mit einer Flussrate von 100 sccm in die Vakuumkammer eingeleitet und es wird mittels elektromagnetischer Energie mit einer Leistung von 4,5 kW und einer Frequenz von 40 kHz für ca. 20 Sekunden ein Plasma gezündet, wobei eine Zwischenschicht auf dem Substrat von ca. 5 bis 10 nm Schichtdicke abgeschieden wird.Plasma CVD of an intermediate layer At a process pressure of 4 x 10 '2 mbar, HMDSO is introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 100 sccm and a plasma is ignited by means of electromagnetic energy with a power of 4.5 kW and a frequency of 40 kHz for about 20 seconds , wherein an intermediate layer is deposited on the substrate of about 5 to 10 nm layer thickness.
Sputtem einer MetallschichtSpitting a metal layer
Die Vakuumkammer wird auf einen Basisdruck von weniger als 105 mBar evakuiert und es erfolgt anschließend bei einem Argonfluss von 540 sccm bei 3 x 10"3 mBar Prozessdruck und 70 kW Sputterleistung die Aufbringung einer reflektierenden Aluminiumschicht mit einer Schichtdicke von ca. 80 nm bei einer Prozessdauer von 15 s.The vacuum chamber is evacuated to a base pressure of less than 10 5 mbar and then carried out at an argon flow of 540 sccm at 3 x 10 "3 mbar process pressure and 70 kW sputtering the application of a reflective aluminum layer with a layer thickness of about 80 nm at a Process duration of 15 s.
Plasma CVD einer ZwischenschichtPlasma CVD of an intermediate layer
Bei einem Prozessdruck von 4 x 10~2 mBar wird HMDSOO mit einer Flussrate von 100 sccm in die Vakuumkammer eingeleitet und mittels elektromagnetischer Energie mit einer Leistung von 4,5 kW und einer Frequenz von 40 kHz für ca. 20 Sekunden ein Plasma gezündet, wobei eine Zwischenschicht auf dem Substrat von ca. 5 bis 10 nm Schichtdicke abgeschieden wird.At a process pressure of 4 x 10 -2 mbar HMDSOO sccm with a flow rate of 100 introduced into the vacuum chamber and ignited by means of electromagnetic energy with a power of 4.5 kW and a frequency of 40 kHz for approximately 20 seconds, a plasma, wherein an intermediate layer is deposited on the substrate of about 5 to 10 nm layer thickness.
Plasma CVD der DeckschichtPlasma CVD of the topcoat
In die Vakuumkammer werden HMDSO mit einer Flussrate von 150 sccm und Sauerstoff mit einer Flussrate von 600 sccm einer 40 kHz Anregung mit 4 kW Plasmaleistung eingeleitet. Bei einer Dauer dieses Schritts von 90 Sekunden erfolgt die Abscheidung einer 160 nm dicken Schutzschicht. Kürzere beziehungsweise längere Prozesszeiten führen zu einer dünneren beziehungsweise dickeren Schutzschicht.HMDSO at a flow rate of 150 sccm and oxygen at a flow rate of 600 sccm of a 40 kHz excitation with 4 kW plasma power are introduced into the vacuum chamber. With a duration of this step of 90 seconds, the deposition of a 160 nm thick protective layer takes place. Shorter or longer process times lead to a thinner or thicker protective layer.
Nach der Belüftung der Kammer kann das beschichtete Substrat entnommen werden.After aeration of the chamber, the coated substrate can be removed.
Das Reflektionsspektrum eines derartig behandelten Substrats ergab die Farbkoordinaten L* = 94,3, a* = -1 ,8 und b* = 1 ,5 bei einem mittleren Reflexionsgrad von 83 %, wobei eine arithmetische Mittelwertbildung bei einem Wellenlängenbereich von 400 - 700 nm erfolgte. Die Schicht bestand mehrere Klebeband-Abzüge bei einem Tesa 4124-Paketband an einem vorher angebrachten Gitterschπitt ohne Schichtablösungen sowie eine 30minütige Einwirkung von I prozentiger NaOH-Lösung ohne sichtbare Beschädigungen. In Figur 3 ist der spektrale Reflexionsgrad eines auf einer Polycarbonatplatte von ca. 3 mm Dicke aufgebrachten Schichtsystems aufgetragen für verschiedene Schichtdicken eines oberen Schichtaufbaus aus einer harten Deckschicht und einer Zwischenschicht in einem Wellenlängenbereich zwischen 400nm und 700nm dargestellt. Die Messungen wurden mit einem Spektral-Photometer SP60 der Firma X-Rite für einen D65 Illuminanten und einen 2°- Beobachter vorgenommen. Die Metallschicht bestand aus Magnetron - gesputtertem Aluminium mit einer Schichtdicke von 100 nm. Das Schichtsystem wurde nach dem vorangehend beschriebenen Verfahren hergestellt mit einer oberen Zwischenschicht von 10nm.The reflection spectrum of such a treated substrate gave the color coordinates L * = 94.3, a * = -1, 8 and b * = 1.5 at an average reflectance of 83%, with an arithmetic mean at a wavelength range of 400-700 nm took place. The coating consisted of several tape-pulls on a Tesa 4124 package tape attached to a previously attached grid without delamination and a 30 minute exposure to I percent NaOH solution with no visible damage. FIG. 3 shows the spectral reflectance of a layer system applied to a polycarbonate plate of about 3 mm thickness, plotted for different layer thicknesses of an upper layer structure comprising a hard outer layer and an intermediate layer in a wavelength range between 400 nm and 700 nm. The measurements were carried out with an SP-X spectral photometer from X-Rite for a D65 illuminator and a 2 ° observer. The metal layer consisted of magnetron-sputtered aluminum with a layer thickness of 100 nm. The layer system was produced by the method described above with an upper intermediate layer of 10 nm.
Aus der Figur 3 ist ersichtlich, dass über den gesamten betrachteten Wellenlängenbereich der Reflektionsgrad der ungeschützten Metallschicht, dass heißt einem Schichtsystem mit einer Dicke der Deckschicht von 0 am höchsten ist. Bereits bei einer Deckschicht mit einer Schichtdicke von 40 nm ist ein Einbruch des Reflektionsgrades bei kurzen Wellenlängen festzustellen. Bei einer weiteren Erhöhung der Schichtdicke der Deckschicht beobachtet man eine Verringerung des Reflektionsgrades zu größeren Wellenlängen hin. Bei einer Schichtdicke von 160 nm ist in einem mittleren Wellenlängenbereich zwischen 450 und 600 nm ein erhöhter Reflektionsgrad zu erkennen. Bei einer Schichtdicke von 180 nm findet sich wieder ein starker Abfall des Reflektionsgrads hin zu kürzeren Wellenlängen.It can be seen from FIG. 3 that the reflectance of the unprotected metal layer, that is to say a layer system with a thickness of the covering layer of 0, is highest over the entire wavelength range considered. Already with a cover layer with a layer thickness of 40 nm, a drop in the reflectance at short wavelengths is observed. With a further increase in the layer thickness of the cover layer, a reduction in the degree of reflection toward longer wavelengths is observed. With a layer thickness of 160 nm, a higher degree of reflection can be seen in a medium wavelength range between 450 and 600 nm. At a layer thickness of 180 nm, there is again a sharp drop in the degree of reflection towards shorter wavelengths.
In Tabelle 1 sind die der Figur 3 entsprechenden numerischen Werte für den CIE L* a* b* Farbeindruck, ΔE* sowie den mittlere Reflektionsgrad in % bezogen auf die Intensität der einfallenden Strahlung dargestellt. Ferner ist eine Einschätzung des subjektiven Farbeindrucks in einer Spalte „Bemerkungen" hinzugefügt. Das Schichtsystem mit einer Schichtdicke von 160 nm weist einen maximalen Reflektionsgrad und ein ΔE* < 1 ,4 auf. Erkennbar ist, dass bei einer Deckschicht von 180 nm zwar eine relativ hohe Helligkeit L* auftritt, die aber einen gelblichen Farbeindruck aufweist. Table 1 shows the numerical values corresponding to FIG. 3 for the CIE L * a * b * color impression, ΔE * and the mean reflectance in% relative to the intensity of the incident radiation. In addition, an assessment of the subjective color impression is added in a column "Remarks." The layer system with a layer thickness of 160 nm has a maximum reflectance and a ΔE * <1.4 .. It can be seen that, with a cover layer of 180 nm, a relative high brightness L * occurs, but has a yellowish color impression.

Claims

Patentansprüche claims
1. Schichtsystem für wischfeste optische Reflektoren auf einem Substrat, umfassend eine optisch reflektierende Metallschicht und einen auf der dem Substrat entgegen gesetzten Seite der Metallschicht angeordneten transparenten oberen Schichtaufbau mit einer Deckschicht aus einer plasmagestützt abgeschiedenen harten Schicht, die auf zumindest einer silizium-organischen Verbindung basiert und optional mit zumindest einer Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus so gewählt ist, dass1. A layer system for smear-proof optical reflectors on a substrate, comprising an optically reflective metal layer and on the substrate opposite side of the metal layer arranged transparent upper layer structure with a cover layer of a plasma-deposited hard layer based on at least one silicon-organic compound and optionally with at least one intermediate layer, characterized in that the layer thickness of the upper layer structure is selected such that
ein von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängiger spektraler mittlerer Reflexionsgrad R5 ein Maximum Rmax aufweist,a spectral average reflectance R 5 dependent on the layer thickness of the upper layer structure has a maximum R max ,
ein spektraler Mittelwert R5 eines von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängigen Reflexionsgrads einen Wert > Rmetai - 1/3 ΔR aufweist, wobei Rmetai ein analog wie R5 gebildeter spektraler Mittelwert Rmetai eines analog wie R5 bestimmten Reflexionsgrads der ungeschützten Metallschicht und ΔR = Rmetai - Rmm ist und Rmin das Minimum des von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängigen Reflexionsgrads bezeichnet odera spectral mean R 5 a is dependent on the layer thickness of the upper layer structure reflectance a value> R meta i - having 1/3 .DELTA.R, wherein R meta i a analogously as R 5 formed spectral mean R me tai an analogous R5 determined reflection degree of unprotected metal layer and ΔR = R me tai - R m m and R min denotes the minimum of the layer thickness of the upper layer structure dependent reflectance or
zwischen einem von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängigen Farbeindruck Fs = (L*s, a*s, b* s) und dem Farbeindruck der ungeschützten Metallschicht Fm = (L* m> a*m, b*m) ein Farbabstand ΔE* = Wurzel[(L* s - L*m)**2 + (a% - a* m) **2 + (b*s - b*m)**2] < 2,0 besteht.between one of the layer thickness of the upper layer structure dependent color impression F s = (L * s , a * s , b * s ) and the color impression of the unprotected metal layer F m = (L * m> a * m , b * m ) a color difference ΔE * = root [(L * s -L * m ) ** 2 + (a% -a * m ) ** 2 + (b * s -b * m ) ** 2] <2.0.
2. Schichtsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Substrat zugewandten Seite der Metallschicht zwischen Metallschicht und Substrat eine Grundschicht vorgesehen ist.2. Layer system according to claim 1, characterized in that on the side facing the substrate of the metal layer between the metal layer and the substrate, a base layer is provided.
3. Schichtsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundschicht eine plasmagestützt abgeschiedene, vorzugsweise harte Schicht ist, die auf zumindest einer silizium-organischen Verbindung basiert oder eine vorzugsweise harte Lackschicht ist.3. Layer system according to claim 2, characterized in that the base layer is a plasma-deposited deposited, preferably hard layer, which is based on at least one silicon-organic compound or a preferably hard lacquer layer.
4. Schichtsystem nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Deckschicht und der Metallschicht mindestens eine obere Zwischenschicht angeordnet ist. 4. Layer system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one upper intermediate layer is arranged between the cover layer and the metal layer.
5. Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Grundschicht und der Metallschicht mindestens eine zusätzliche untere Zwischenschicht angeordnet ist.5. Layer system according to one of the preceding claims 2 to 4, characterized in that between the base layer and the metal layer at least one additional lower intermediate layer is arranged.
6. Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine untere und/oder obere Zwischenschicht mit einer Sauerstoffschutz-Funktion für die Metallschicht vorgesehen ist.6. Layer system according to one of the preceding claims, characterized in that a lower and / or upper intermediate layer is provided with an oxygen protection function for the metal layer.
7. Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die silizium-organische Verbindung Hexamethyldisiloxan oder Tetramethyldisiloxan ist.7. Layer system according to one of the preceding claims, characterized in that the silicon-organic compound is hexamethyldisiloxane or tetramethyldisiloxane.
8. Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer der harten Schichten Sauerstoff und/oder Stickstoff eingelagert ist.8. Layer system according to one of the preceding claims, characterized in that in at least one of the hard layers oxygen and / or nitrogen is incorporated.
9. Schichtsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht wenigstens ein Mitglied der aus Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Titan, Magnesium, Eisen, Stahl, Chrom gebildeten Gruppe oder der aus ihnen gebildeten Legierungen umfasst.9. Layer system according to claim 8, characterized in that the metal layer comprises at least one member of the group of aluminum, copper, silver, gold, titanium, magnesium, iron, steel, chromium or the alloys formed from them.
10. Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus in einem Bereich zwischen 110nm und 200nm liegt.10. Layer system according to one of the preceding claims, characterized in that the layer thickness of the upper layer structure is in a range between 110nm and 200nm.
11. Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystem für wischfeste optische Reflektoren auf einem Substrat, wobei auf eine optisch reflektierende Metallschicht auf der dem Substrat entgegen gesetzten Seite der Metallschicht ein transparenter oberer Schichtaufbau mit einer Deckschicht aus einer plasmagestützt abgeschiedenen harten Schicht, die auf zumindest einer silizium-organischen Verbindung basiert und optional mit zumindest einer Zwischenschicht, aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus so gewählt wird, dass ein ein von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängiger spektraler mittlerer Reflexionsgrad Rs ein Maximum Rmaχ aufweist,11. A method for producing a layer system for smear-resistant optical reflectors on a substrate, wherein on an optically reflecting metal layer on the side opposite the substrate of the metal layer, a transparent upper layer structure with a cover layer of a plasma-deposited hard layer deposited on at least one silicon organic compound based and optionally with at least one intermediate layer, is applied, characterized in that the layer thickness of the upper layer structure is chosen so that a dependent on the layer thickness of the upper layer structure spectral mean reflectance R s has a maximum R ma χ,
dass ein spektraler Mittelwert Rs eines von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängigen Reflexionsgrad einen Wert > Rmetaι - 1/3 ΔR aufweist, wobei Rmetaι ein analog wie Rs gebildeter spektraler Mittelwert Rmetaι eines analog wie Rs bestimmten Reflexionsgrads der ungeschützten Metallschicht und ΔR = Rmetai - Rmin ist und Rmm das Minimum des von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängigen Reflexionsgrads bezeichnet odera spectral mean value R s of a reflectance which depends on the layer thickness of the upper layer structure has a value> R meta -1/3 ΔR, wherein R meta 1 denotes a spectral mean R meta 1 of an analogous to R s formed as R s Reflectance of the unprotected metal layer and ΔR = R meta i - R m i n and R m m denotes the minimum of the layer thickness of the upper layer structure dependent reflectance or
zwischen einem von der Schichtdicke des oberen Schichtaufbaus abhängigen Farbeindruck Fs = (L*s, a*Sl b* s) und dem Farbeindruck der ungeschützten Metallschicht Fm = (L*mi a*m, b*m) ein Farbabstand ΔE* = Wurzel[(L% - L* m)**2 + (a* s - a*m) **2 + (b* s - b*m)**2] < 2,0 besteht.between one of the layer thickness of the upper layer structure dependent color impression F s = (L * s , a * Sl b * s ) and the color impression of the unprotected metal layer F m = (L * mi a * m , b * m ) a color difference ΔE * = Root [(L% -L * m ) ** 2 + (a * s -a * m ) ** 2 + (b * s -b * m ) ** 2] <2.0.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuum während der Herstellung ungebrochen bleibt.12. The method according to claim 11, characterized in that the vacuum remains unbroken during production.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht durch ein Sputterverfahren, ein physikalisches oder chemisches Verdampfungsverfahren oder ein lonenstrahlverfahren aufgebracht wird.13. The method according to any one of claims 11 or 12, characterized in that the metal layer is applied by a sputtering method, a physical or chemical evaporation method or an ion beam method.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die silizium-organische Verbindung Hexamethyldisiloxan oder Tetramethyldisiloxan ist, wobei bei der Herstellung der Deckschicht eine Reaktivkomponente wie Sauerstoff und/oder Stickstoff zugeführt wird.14. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the silicon-organic compound is hexamethyldisiloxane or tetramethyldisiloxane, wherein in the preparation of the cover layer, a reactive component such as oxygen and / or nitrogen is supplied.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktivkomponente in einem Flussratenverhältnis von 1 : 0.5 bis 1 : 20 von Hexamethyldisiloxan oder Tetramethyldisiloxan zur Reaktivkomponente zugeführt wird.15. The method according to claim 14, characterized in that the reactive component is supplied in a flow rate ratio of 1: 0.5 to 1: 20 of hexamethyldisiloxane or tetramethyldisiloxane to the reactive component.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein oberer Schichtaufbau mit einer Schichtdicke in einem Bereich zwischen 110nm und 200nm aufgebracht wird. 16. The method according to any one of claims 1 1 to 15, characterized in that an upper layer structure is applied with a layer thickness in a range between 110nm and 200nm.
PCT/EP2008/001573 2007-02-28 2008-02-28 Layer system for wipe-resistant reflectors WO2008104389A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007010124.6 2007-02-28
DE102007010124A DE102007010124A1 (en) 2007-02-28 2007-02-28 Layer system for smudge-proof reflectors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2008104389A2 true WO2008104389A2 (en) 2008-09-04
WO2008104389A3 WO2008104389A3 (en) 2008-11-27

Family

ID=39650548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/001573 WO2008104389A2 (en) 2007-02-28 2008-02-28 Layer system for wipe-resistant reflectors

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE102007010124A1 (en)
TW (1) TWI417565B (en)
WO (1) WO2008104389A2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2169298A1 (en) * 2008-09-29 2010-03-31 Valeo Vision Lighting and/or signalling device for motor vehicle
US20110017202A1 (en) * 2007-12-21 2011-01-27 Agc Glass Europe Solar energy reflector
WO2016135313A1 (en) * 2015-02-27 2016-09-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Reflector element and a method for producing same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3969947A1 (en) * 2019-06-26 2022-03-23 Nike Innovate C.V. Structurally-colored articles and methods for making and using structurally-colored articles

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2620878A1 (en) * 1975-05-13 1976-11-25 Lucas Industries Ltd METHOD OF DEPOSITING A METAL AND A RESIN MATERIAL ON A SUBSTRATE AND METHOD OF MANUFACTURING A LAMP
US4085248A (en) * 1975-08-22 1978-04-18 Robert Bosch Gmbh Method to apply a protective layer to the surface of optical reflectors, and so-made reflectors, particularly automotive vehicle head lamps
DE19634334C1 (en) * 1996-08-24 1998-02-26 Dresden Vakuumtech Gmbh Reflection coating on surface of optical reflectors
US20030132537A1 (en) * 2002-01-10 2003-07-17 Teruaki Inaba Reflector, method and apparatus for manufacturing reflector
DE10313852A1 (en) * 2002-03-27 2003-10-23 Visteon Global Tech Inc headlamp assembly
DE102004046287A1 (en) * 2004-09-23 2006-03-30 Hella Kgaa Hueck & Co. Automotive headlamp installation frame has multi-layered structure incorporating metalized intermediate layer on plastic

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI237128B (en) * 2003-05-15 2005-08-01 Mitsui Chemicals Inc Reflector, usage of relfector, and manufacture method of reflector
DE502005009449D1 (en) * 2004-10-07 2010-06-02 Auer Lighting Gmbh Metal reflector and method for its production
DE102004060481A1 (en) * 2004-12-16 2006-06-29 Hella Kgaa Hueck & Co. Multi-layer component, in particular lamp or vehicle headlamp, comprises plastic substrate with applied color layer and one or more moisture resistant organic protective layers

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2620878A1 (en) * 1975-05-13 1976-11-25 Lucas Industries Ltd METHOD OF DEPOSITING A METAL AND A RESIN MATERIAL ON A SUBSTRATE AND METHOD OF MANUFACTURING A LAMP
US4085248A (en) * 1975-08-22 1978-04-18 Robert Bosch Gmbh Method to apply a protective layer to the surface of optical reflectors, and so-made reflectors, particularly automotive vehicle head lamps
DE19634334C1 (en) * 1996-08-24 1998-02-26 Dresden Vakuumtech Gmbh Reflection coating on surface of optical reflectors
US20030132537A1 (en) * 2002-01-10 2003-07-17 Teruaki Inaba Reflector, method and apparatus for manufacturing reflector
DE10313852A1 (en) * 2002-03-27 2003-10-23 Visteon Global Tech Inc headlamp assembly
DE102004046287A1 (en) * 2004-09-23 2006-03-30 Hella Kgaa Hueck & Co. Automotive headlamp installation frame has multi-layered structure incorporating metalized intermediate layer on plastic

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110017202A1 (en) * 2007-12-21 2011-01-27 Agc Glass Europe Solar energy reflector
US9322575B2 (en) * 2007-12-21 2016-04-26 Agc Glass Europe Solar energy reflector
US9752799B2 (en) 2007-12-21 2017-09-05 Agc Glass Europe Solar energy reflector
EP2169298A1 (en) * 2008-09-29 2010-03-31 Valeo Vision Lighting and/or signalling device for motor vehicle
WO2016135313A1 (en) * 2015-02-27 2016-09-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Reflector element and a method for producing same
US10782456B2 (en) 2015-02-27 2020-09-22 Siteco Gmbh Reflector element and a method for manufacturing same

Also Published As

Publication number Publication date
TWI417565B (en) 2013-12-01
DE102007010124A1 (en) 2008-09-11
WO2008104389A3 (en) 2008-11-27
TW200900726A (en) 2009-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3428951C2 (en)
EP2752504B1 (en) Method for producing a corrosion resistant, glossy, metallic coated substrate, the metallic coated substrate, and its use
EP2307588B1 (en) Method for producing a layer system on a substrate and layer system
DE102014114330B4 (en) Solar control layer system with neutral coating color on the side and glass unit
WO2003002269A2 (en) Article having a plasmapolymer coating and method for producing the same
EP1129318B1 (en) Reflector with a resistant surface
EP1032851B1 (en) Reflector with a resistant surface
CH709524B1 (en) Substrate with at least one hard anti-reflective coatings and their preparation and use.
DE102007000611A1 (en) Scratch-resistant and stretchable corrosion protection layer for light metal substrates
WO2011120593A1 (en) Reflector having high resistance against weather and corrosion effects and method for producing same
EP0918234A1 (en) Composite, in particular for reflectors
CH680324B5 (en)
WO2008104389A2 (en) Layer system for wipe-resistant reflectors
DE102006037912B4 (en) Temperable solar control layer system and method for its production
DE102015102870A1 (en) Reflector element and method for its production
EP2424683B2 (en) Metal substrates having a scratch-proof and extensible corrosion protection layer and method for the production thereof
EP3660550A2 (en) Reflective composite material with an aluminum substrate and with a silver reflective layer
WO2006026975A2 (en) Method for producing a radiation-absorbing optical element and corresponding radiation-absorbing optical element
DE2407363C2 (en) Semi-reflective glazing and process for its manufacture
DE102004049111A1 (en) Forming high-gloss coatings on substrates, especially car wheels, by plasma pretreatment, plasma polymerization and sputtering with metal (compound) under vacuum, then applying covering layer of lacquer
DE19544498C2 (en) Process for the plasma-assisted deposition of thin layers
DE10250564B4 (en) Process for coating a surface, product and use of the product
DE102006030094A1 (en) Highly reflective layer system for coating substrates applies functional highly reflective layers to the surfaces of substrates
DE102012215059B4 (en) Protective layer for an IR-reflecting layer system, IR-reflecting layer system and method for the production thereof
DE10342401B4 (en) Composite materials having a morphology-influencing layer, process for their preparation and use of the composite material

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08748838

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08748838

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2