CH690511A5

CH690511A5 - Optisches Bauteil und Verfahren zum Herstellen eines solchen.

Info

Publication number: CH690511A5
Application number: CH02679/94A
Authority: CH
Inventors: Roman Bischof
Original assignee: Balzers Hochvakuum
Priority date: 1994-09-01
Filing date: 1994-09-01
Publication date: 2000-09-29
Also published as: DE19530864A1; ITMI951836A0; GB2292751B; ITMI951836A1; JP3999284B2; FR2724233A1; FR2724233B1; US5648147A; IT1277520B1; GB9517089D0; JPH08190002A; GB2292751A

Description


  
 



  Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Bauteil nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff von Anspruch 9. 


 Definitionen: 
 



  - Als Prozessatmosphäre wird nachfolgend die Zusammensetzung der Atmosphäre verstanden, worin die Plasmapolymerisation stattfindet. 



  - Als Prozessparameter werden Grössen wie Totaldruck im Prozessraum, Magnetfeldstärke, HF-Leistung etc. verstanden. 



  Beschichtete Bauteile, bei denen mechanische und/oder chemische Eigenschaften der Substratoberfläche durch Vorsehen der Beschichtung geändert werden, sind hinlänglich bekannt. Unter mechanischen bzw. chemischen Eigenschaften werden Eigenschaften, wie mechanische Verschleisseigenschaften, chemische Verschleiss- oder Korrosionseigenschaften, Hafteigenschaften, Diffusionsverhalten, Benetzbarkeit etc., verstanden. 



  Es sind weiter auch optische Bauteile bekannt, bei denen eine Beschichtung die mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften der Auflagefläche, worauf die Beschichtung abgelegt worden ist, ändert, sei nun, dass die betrachtete Beschichtung direkt auf das Substrat oder auf eine darunterliegende weitere Beschichtung abgelegt sei; der Ablagekörper für die Beschichtung wird nachfolgend generell "Substrat" genannt. 



  Eine mechanische Verschleissschutzbeschichtung von optischen  Kunststoffgläsern mit Lacken wird heute in grossem Massstab bei der Erzeugung von planaren Kunststoffsubstraten sowie in der Ophthalmik angewandt. Es werden Lacke unterschiedlichster Brechungsindizes eingesetzt. 



  Verfahren zur Erzeugung von mechanisch und chemisch verschleissfesten Schichten auf unterschiedlichen Substraten mittels Plasmapolymerisation sind auch schon längere Zeit bekannt. Unter Plasmapolymerisation wird allgemein die Schichtbildung aus dem Dampf organischer oder metallorganischer Monomere in einer Plasmaentladung verstanden. Bezüglich solcher Beschichtungsverfahren kann auf R.D. Agostino, "Plasma deposition treatment and etching of polymers"; Academic Press, 1989, ISBN  0-12-200430-2, und auf H. v. Böhning, "Plasma science and technology", Cornell University Press, 1982, ISBN 0-8014-1356-7, hingewiesen werden. 



  Aus der EP-0 177 517 und dem IKV-Schlussbericht "Plasmapolymerisation" von K. Telgenbüscher, J. Leiber, 19.5.1993, Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen, sind Verfahren bekannt, die durch Änderung einzelner Beschichtungsparameter, wie Leistung, oder der Prozessatmosphäre, wie durch verzögerte Zugabe von Sauerstoff, eine gute Haftung der Schichten bei gleichzeitiger hoher Verschleissfestigkeit erreichen. Dabei werden als metallhaltige Monomere ausschliesslich siliciumhaltige Organyle verwendet, und es wird durch die genannten Veränderungen eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften angestrebt. 



  Es wird beispielsweise der Schichtaufbau so gesteuert, dass er mit einer weichen, an ein ebenfalls weiches Substrat angepassten Haftvermittlungsschicht beginnt, was in einer Prozessatmosphäre, die eine siliciumenthaltende metallorganische Verbindung ohne Zugabe von Sauerstoff enthält, erreicht wird. 



  Anschliessend wird der Sauerstofffluss stufenweise oder kontinuierlich erhöht, wodurch der Quotient Si/O2 in der Schicht steigt, was eine Zunahme der Schichthärte und damit der mechanischen Verschleissfestigkeit bewirkt. 



  Wird die abschliessende Schicht mit hohem Sauerstoffgehalt der Prozessatmosphäre dick genug aufgebracht, so kann ein guter mechanischer Verschleissschutz eines Kunststoffsubstrates erzielt werden. 



  Bezüglich der Abscheidung von TiO2 bzw. TiO2-haltigen Schichten mittels Plasmapolymerisation wird weiter auf verschiedene Grundlagenuntersuchungen verwiesen, wie auf H.J. Frenck, W. Kulisch u.a., Thin Solid Films, 201 (1991) 327-335; J.P. Barker, P.J. Radcliff u.a., Proceedings of 11th International Symposium of Plasma Chemistry, August 22-27 (1993) 1154-1159, ISBN 0952214938. 



  Grundsätzlich ist es weiter bekannt, Kunststoffsubstrate für ophthalmische Zwecke, wie für Linsen, mit einer Verschleissschutzschicht zu versehen. 



  Ein in der Praxis oft eingesetzter Kunststoff für ophthalmische Zwecke ist der relativ leichte Kunststoff CR-39 mit guten optischen Eigenschaften. Sein Brechungsindex beträgt 1.5. 



  Er wird dabei üblicherweise mit einer Verschleissschutzschicht aus Si-organischen Materialien beschichtet, mit einem Brechungsindex von ca. 1.5. 



  Am so beschichteten Bauteil ergeben sich somit keine Indexsprünge, somit keine Stör-Interferenzerscheinungen und Transmissionseinbussen, die auf das Index-Sprung-Problem aufmerksam machten. 



  Zwar wäre der Einsatz von höherbrechenden Substraten höchst erwünscht wegen der geringeren Substratdicke, er wird aber wegen des Indexsprunges an den genannten Verschleissschutzschichten mit erhöhten Interferenzstörungen und einer Transmissionseinbusse erkauft. 



  Ein wesentlicher Nachteil derartig beschichteter optischer Bauelemente ist mithin, dass durch Aufbringen der Beschichtung, wie einer Verschleissschutzschicht, sprungartige Änderungen des Brechungsindexes erfolgen. Dadurch werden auch optische Eigenschaften des resultierenden Bauelementes geändert durch eine Beschichtung, die eigentlich nur zum Ziele hätte, andere Eigenschaften, wie die erwähnten mechanischen und/oder chemischen, zu verändern. 



  Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Bauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung eingangs genannter Art zu schaffen, bei dem die Beschichtung ausschliesslich diejenigen Eigenschaften gezielt verändert, wofür sie auch vorgesehen ist, also beispielsweise die mechanischen oder chemischen Verschleisseigenschaften, Haftungsverhalten, Korrosionsverhalten, Diffusionsverhalten etc. 



  Dies wird am genannten optischen Bauteil gelöst durch dessen Ausbildung nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1. 



  Ein erfindungsgemässes Beschichtungsverfahren für optische Substrate obgenannter Art zeichnet sich weiter nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 9 aus. 



  Bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen Bauteiles sowie des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 8 bzw. 10 bis 17 spezifiziert. 



  Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren und Beispielen erläutert. 



  Es zeigen: 
 
   Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Plasmapolymerisationsanlage, gemäss der EP-0 550 003 (US-A-5 310 607) aufgebaut und gemäss der DE-A-3 931 713 (US-A-5 227 202) betrieben. Diese Schriften werden bezüglich Aufbau einer bevorzugterweise eingesetzten Plasmapolymerisationsanlage einerseits, bezüglich deren Betrieb anderseits, als integrierter Bestandteil der vorliegenden Erfindung erklärt; 
   Fig. 2 über der Zeitachse qualitativ die Führung der Prozessatmosphäre für eine bekannte Verschleissschutzbeschichtung von Kunststofflinsen mit dem Brechungsindex nD = 1,5; 
   Fig. 3 in Darstellung analog zu Fig. 2, einen erfindungsgemässen Prozessverlauf für Substrate mit nD > 1,5;

   
   Fig. 4 über der Schichtdicke an einem erfindungsgemässen optischen Bauteil, wie nach dem erfindungsgemässen Verfahren realisiert, den Verlauf des Brechungsindex nD sowie der relativen Härte, realisiert durch Prozessführungen nach Beispiel 2 oder 3. 
 



  Fig. 1 zeigt schematisch das Konzept der bekannten, für die Durchführung der erfindungsgemässen Verfahren heute bevorzugterweise eingesetzten Plasmapolymerisationsanlage, sei dies des Typs PPV 100, PPV 500 oder PPV 1000 der Balzers AG. 



  Der Prozessraum 1 ist ringförmig ausgebildet, seine Innenwand  wird gebildet durch die erste Elektrodenanordnung 3, seine Aussenwand durch die zweite, 4. Im Prozessraum 1 wird eine RF-Plasmaentladung vorzugsweise bei 13,56 MHz betrieben. Die Entladung ist optimal gleich verteilt im ganzen ringförmigen Prozessraum 1. Mittig im Prozessraum 1 ist ein ringförmiger Substratträger 5 vorgesehen, auf welchem Substrate 7 am Rande gehaltert werden und welcher im Prozessraum 1 langsam rotiert. Dadurch wird, wie in der EP-0 550 003 (US-A-5 310 607) und der DE-3 931 713 (US-A-5 227 202) erläutert, abgesehen von Haltebereichen der Substrathalterung an den Substraten, eine allseitig gleichzeitige und gleiche Plasmapolymerisationsbeschichtung sichergestellt. 



  Die Prozessatmosphäre im Prozessraum 1 wird durch Einlass entsprechender Gase bzw. Gasgemische durch eine Gaseinlassanordnung 9 gegeben. Spulen 11 erzeugen im Prozessraum 1 ein zur Zentrumsachse A der Anlage im Wesentlichen paralleles Magnetfeld B. 



  Bei G ist schematisch, mit steuerbarem Auslass, ein Gastank dargestellt, mit M ein Monomertank, um im Prozessraum die jeweils erwünschte Prozessatmosphärenzusammensetzung zu steuern oder zu regeln. Bevorzugterweise wird in bekannter Art und Weise die Prozessführung überwacht und geregelt. 



  In nachfolgender Tabelle I sind die Kenndaten der beiden in den nachfolgenden Beispielen eingesetzten Anlagen nach Fig. 1 zusammengestellt. 
<tb><TABLE> Columns=7 Tabelle I 
<tb>Head Col 1: Anlagetyp 
<tb>Head Col 2: Volumen
 [1] 
<tb>Head Col 3: Kapazität in Linsen des  DIAMETER  60 
<tb>Head Col 4: HF-Leistung [W] 
<tb>Head Col 5: Magnetfeld [mT] 
<tb>Head Col 6: Pumpleistung [m<3>/h] 
<tb>Head Col 7: Anzahl
 Gasvers.
<tb><SEP>PPV 100<SEP>20<SEP>12<SEP>1250<SEP>0-17<SEP>400<SEP>3
<tb><SEP>PPV 500<CEL AL=L>70<SEP>96<SEP>2500<SEP>0-7<SEP>2000<SEP>3
<tb><SEP>PPV 1000<SEP>215<SEP>192<CEL AL=L>5000<SEP>0-17<SEP>4000<SEP>3 
<tb></TABLE> 



  In Tabelle II sind sieben an der Anlage PPV 100 einstellbare Prozessatmosphären zusammengestellt, mit zugehörigen Betriebsparametern der Anlage, und sich dabei ergebenden Brechungsindizes der durch die Plasmapolymerisation erzeugten Schichten. Diese "Rezeptur" zeigt, grundsätzlich, dass und wie durch Änderung der Prozessatmosphäre und/oder der Prozessparameter fein abgestufte Änderungen des Brechungsindexes an der abgelegten Schicht erzielt werden. 
<tb><TABLE> Columns=9 Tabelle II 
<tb>Head Col 1: Nr. 
<tb>Head Col 2: nD 
<tb>Head Col 3: Druck 
 [10<-><2> mbar] 
<tb>Head Col 4: Magnetfeld [mT] 
<tb>Head Col 5: RF-Leistung [mW/cm<2>]* 
<tb>Head Col 6: RG-Fluss [sccm/cm<2> 
 x 10<-><3>]* 
<tb>Head Col 7: M1-Fluss [sccm/cm<2> x 10<-><3>]*<SEP>M2-Fluss [sccm/cm<2> x 10<-><3>]* 
<tb>Head Col 8:

   M3-Fluss [sccm/cm<2> x 10<-><3>]
<tb><SEP>1<SEP>1.50<SEP>1.2<SEP>4.0-5.0<SEP>80<CEL AL=L>-<CEL AL=L>4.3<SEP>- (SEP)<->(TB><SEP>2<SEP>1.56<SEP>1.9<SEP>3.5-4.5<SEP>80<SEP>-<SEP>3.7<CEL AL=L>5.4 (SEP)<->(TB><SEP>3<SEP>1.60<SEP>1.5<SEP>3.5-4.5<SEP>80<SEP>-<SEP>3.2<CEL AL=L>10.6 (SEP)<->(TB><SEP>4<SEP>1.65<SEP>1.4<SEP>ca. 2.0<SEP>95<SEP>-<SEP>1.3<SEP>-<CEL AL=L>1.9
<tb><SEP>5<SEP>1.67<SEP>1.4<SEP>ca. 1.4<SEP>95<SEP>-<SEP>1.3<SEP>-<CEL AL=L>1.9
<tb><SEP>6<SEP>1.72<SEP>1.3<SEP>ca. 2.0<SEP>160<SEP>-<SEP>-<SEP>-<CEL AL=L>1.9
<tb><SEP>7<SEP>1.80<SEP>1.4<SEP>ca. 1.4<SEP>130<SEP>5.8<SEP>-<SEP>-<CEL AL=L>1.9
<tb><SEP>* Leistung und Fluss bezogen auf die jeweilige Elektrodenfläche 
<tb></TABLE> 



  Dabei bezeichnen: 



  - M1: Dimethyldiethoxysilan, 



  - M2: Toluol, 



  - M3: Titan(IV)-isopropylat, 



  - RG: O2 



  Diese Bezeichnungen werden auch in den weiteren Beispielen beibehalten. Es können aber, wie nachfolgend ausgeführt, auch andere Gase bzw. Monomere verwendet werden. 



  Grundsätzlich werden bevorzugterweise Monomere eingesetzt, die eine ausreichende Stabilität und einen relativ hohen Dampfdruck aufweisen, weiter geringe Toxizität haben, allgemein verfügbar und relativ preisgünstig sind. Es kommen grundsätzlich zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens als Monomere in Frage: 



  - rein organische Ausgangssubstanzen: Alkane, Alkene, Alkine, Alkohole, Amine, Ketone, zyklische oder azyklische Verbindungen sowie aromatische Ringverbindungen sowie 



  - metallorganische Verbindungen, dabei im Speziellen Silicium- und Titanverbindungen mit folgenden Strukturen: 



  - TiRx(OR)y mit 0 </= x, y </= 4, x + y = 4, 



  wie z.B. TiR4, Ti(OR)4, 



  - Rx1(OR)y1SiOSiRx2(OR)y2 mit 



  0 </= x1; y1 </= 3; x1 + y1 = 3; 



  0 </= x2; y2 </= 3; x2 + y2 = 3; 



  wie Z.B. 



  R3SiOSiR3,(OR)3SiOSi(OR)3,
 wobei R ein beliebiger organischer Rest ist. Einzelne oder mehrere organische Reste können durch H-Atome ersetzt werden, an einem Metallatom können beliebig verschiedene organische Reste und/oder H-Atome gebunden sein. 



  Die beispielweise unter den Nummern 1 bis 7 in Tabelle II dargestellten Prozessführungseinstellungen ergeben die entsprechenden aufgelisteten Brechungsindizes nD, so dass wahlweise und gegebenenfalls interpoliert je nach anzusteuerndem Profil des Brechungsindexes während des Schichtaufbaus die Prozesseinstellung vorgenommen wird. 



  Wie erwähnt wurde, ist das erfindungsgemässe Verfahren nicht auf die Verwendung der in Tabelle II aufgeführten Monomere M1 bis M3 bzw. des dort aufgeführten Reaktivgases RG beschränkt, sondern es können andere Ausgangssubstanzen eingesetzt werden, womit jeder beliebige Brechungsindex zwischen 1,4 und 2,2, aber insbesondere zwischen 1,45 und 2 eingestellt werden kann. Es können erforderlichenfalls, nebst den Monomeren in Gasphase, ein oder mehrere Gase, wie insbesondere Sauerstoff oder Stickstoff, der Prozessatmosphäre zugeführt werden. 


 Tests an den nachfolgend beschriebenen beschichteten Kunststoffkörpern 
 


 1. Optische Eigenschaften 
 


 1.1 Transmission 
 



  Es wurde die Transmission bei Testlicht mit der Wellenlänge  lambda  = 550 nm gemessen. 



  Dabei ist Folgendes zu berücksichtigen: Die Reflexion eines homogenen Körpers bei Lichteinfall 90 DEG  an Luft ist gegeben durch den Sprung des Brechungsindexes nD an der Körperoberfläche. 



  Ist ein Körper beschichtet und weist zudem aufgrund der Brechungsindexsprünge an Beschichtungsübergangsflächen verminderte Transmission auf, so ist die resultierende Reflexion höher als dies allein durch die Verhältnisse an der Beschichtung/Luft-Grenzfläche gegeben ist. 



  Dies heisst für vorliegende Erfindung: 



  Je geringer Brechungsindexsprünge entlang des Test-Lichtstrahlenganges durch Beschichtung und Substrat sind, desto näher ist die gemessene Transmission derjenigen, die allein durch den Brechungsindex an der Beschichtungsoberfläche gegeben ist. 


 1.2 Newton-Ringe 
 



  Treten am beschichteten Körper an Beschichtungs-Übergangsflächen Brechungsindexsprünge auf, so ergeben sich bei Betrachtung des Körpers von Auge Farbringmuster, sogenannte Newton-Ringe, aufgrund von Interferenzerscheinungen. 


 2. Test mechanischer Beständigkeit 
 



  Es wurde der Radiergummitest entsprechend DIN 58196-4 bzw. ISO 9211-4, MIL 657 eingesetzt. 


 Beispiel 1: (Stand der Technik) 
 



  Mit einer Anlage PPV 1000 wurde auf ein CR 39-Kunststoffsubstrat eine Verschleissschutzschicht aufgebracht. Der Brechungsindex von CR 39 beträgt 1,5. In Tabelle III sind die Beschichtungsparameter und ihre Zeitabfolge dargestellt. 
<tb><TABLE> Columns=7 Tabelle III 
<tb>Head Col 1: Schicht
 Module/Art 
<tb>Head Col 2: Dauer 
<tb>Head Col 3: Druck 
<tb>Head Col 4: Magnetfeld/Rampe 
<tb>Head Col 5: HF-Leist. 
 P/Rampe 
<tb>Head Col 6: RG Fluss/Rampe 
<tb>Head Col 7:

   M1 Fluss/Rampe
<tb><SEP>1 Gasstab.<SEP>90<SEP>0.8<SEP>4.0-5.0<SEP>-<SEP>-<CEL AL=L>4.2/0
<tb><SEP>2 Haft<SEP>600<SEP>1.2<SEP>4.0-5.0<SEP>80/0<SEP>-<SEP>8.0/600
<tb><CEL AL=L>3 Hart<SEP>1200<SEP>2.0<SEP>4.0-5.0<SEP>106/300<SEP>3.2/300<SEP>8.0/0
<tb><SEP>4 Hart<CEL AL=L>1200<SEP>2.4<SEP>4.0-5.0<SEP>133/300<SEP>6.4/300<SEP>8.0/0
<tb><SEP>5 Hart<SEP>1200<CEL AL=L>2.7<SEP>4.0-5.0<SEP>160/300<SEP>12.2/300<SEP>8.0/0 
<tb></TABLE> 



  Dabei sind folgende Dimensionen wie auch in den folgenden Beispielen verwendet:
 Zeitdauer: sec
 Druck: 10<-><2> mbar
 Magnetfeld: mT
 HF-Leistung P: mW/cm<2>-Elektrodenfläche
 Flüsse: 10<-><3> sccm/cm<2>-Elektrodenfläche
 Rampensteigzeit: sec 



  Die optischen Tests an den beschichteten CR-39-Substraten ergaben eine hohe Transmission von 92%, keine Newton-Ringe. Beim Radiergummitest ergab sich keine Beschädigung der beschichteten Substrate, dagegen eine deutliche Beschädigung des unbeschichteten CR-39-Substrates durch Radierspuren. 



  Bekanntlich ist der Brechungsindex Silizium-organischer Verschleissschutzschichten ca. 1,5, also gleich demjenigen von CR-39. 



  Damit ergibt sich beim Schicht/Luftübergang eine Reflexion von 8%, und die gemessene Transmission von 92% zeigt den kontinuierlich konstanten Indexverlauf von 1,5 durch Substrat und Verschleissschutzschicht. Dies entspricht den einleitenden Ausführungen bezüglich Si-organisch verschleissschutzbeschichteter CR-39 Substrate. Zwar werden auch höherbrechende Substrate nachfolgend beschriebener Art mit z.B. nD > 1,6 eingesetzt, weil solche Linsensubstrate dünner und leichter sind, aber dafür wird eine geringere Transmission und werden Interferenzstörungen wegen des Indexsprunges Substrat/Beschichtung in Kauf genommen. Weil nämlich Substrate mit höheren Brechungsindizes weicher sind, ist eine Verschleissschutzbeschichtung für höherbrechende Substrate, wie hier nachfolgend für die HI-Substrate, praktisch zwingend. 



  Der Zeitverlauf des Beschichtungsprozesses ist, entsprechend Tabelle III, in Fig. 2 dargestellt. 


 Beispiel 2: (Beispiel der Erfindung) 
 



  Es wurden nun, wiederum mit einer PPV 1000-Plasmapolymerisationsanlage, HI-Kunststoffsubstrate mit einem höheren Brechungsindex, nämlich mit nD = 1,6, mit der Verschleissschutzschicht gemäss Beispiel 1 beschichtet. Die Beschichtungsparameter hierzu sind in Tabelle IV zusammengestellt. 
<tb><TABLE> Columns=9 Tabelle IV 
<tb>Head Col 1 to 2 AL=L: Schicht 
<tb>Head Col 3 AL=L: Dauer 
<tb>Head Col 1: Druck 
<tb>Head Col 2: Magn.

   Feld/Rampe 
<tb>Head Col 3: HF-Leist./Rampe 
<tb>Head Col 4: RG-Fluss/Rampe 
<tb>Head Col 5: M1-Fluss/Rampe 
<tb>Head Col 6: M2-Fluss/Rampe 
<tb>Head Col 7: Modul Nr. 
<tb>Head Col 8: Art
<tb><SEP>1<SEP>stab.<SEP>90<SEP>0.8<SEP>4.0-5.0<SEP>-<SEP>-<CEL AL=L>4.2<CEL AL=L>10.6
<tb><SEP>2<SEP>Haft<SEP>120<SEP>1.2<SEP>4.0-5.0<SEP>80<SEP>-<SEP>4.2<CEL AL=L>10.6
<tb><SEP>3<SEP>Anpass<SEP>600<SEP>1.5<SEP>4.0-5.0<SEP>80<SEP>-<SEP>8.0/600<CEL AL=L>0/600
<tb><SEP>4<SEP>Hart<SEP>1200<SEP>2.0<SEP>4.0-5.0<SEP>106/300<SEP>3.2/300<CEL AL=L>8.0 (SEP)<->(TB><SEP>5<SEP>Hart<SEP>1200<SEP>2.4<SEP>4.0-5.0<SEP>133/300<SEP>6.4/300<CEL AL=L>8.0 (SEP)<->(TB><SEP>6<SEP>Hart<SEP>1200<SEP>2.7<SEP>4.0-5.0<SEP>160/300<CEL AL=L>12.2/300<CEL AL=L>8.0<SEP>- 
<tb></TABLE> 



  In Fig. 4 ist über der qualitativ angegebenen Beschichtungsdicke der Verlauf des Brechungsindexes zu Beispiel 1 und 2 und der relativen Härte dargestellt. Aus Übersichtsgründen ist die Haft- und Anpassschicht, verglichen mit der Hart- bzw. Verschleissschutzschicht, wesentlich zu dick dargestellt. 



  Wie aus Fig. 2 und Tabelle III erkenntlich, weist dabei Beispiel 1 keine Anpassschicht auf. Der Brechungsindex zu Beispiel 1, gestrichelt dargestellt, ist, vom Substrat ausgehend, durch die Verschleissschutzbeschichtung konstant 1,5. 



  Durch die Anpassschicht in Beispiel 2 wird der Index des HI-Substrates von 1,6 kontinuierlich auf den Brechungsindex der Verschleissschutzschicht von 1,5 angepasst. 



  Die gemessene Transmission war wiederum 92%, was zeigt, dass trotz der Indexunterschiede Substrat/Verschleissschutzschicht keine Reflexion auftritt, die über die durch die Verschleissschutzschicht mit nD = 1,5 an Luft hinausgeht. 



  Bei Betrachtung der beschichteten Substrate sind auch keine Newton-Ringe erkennbar. 



  Wiederum wurden die beschichteten Substrate den erwähnten mechanischen Tests unterworfen: Es waren keine Beschädigungen der Schicht durch Radierspuren festzustellen, im Unterschied zu namhaften Beschädigungen der HI-Substratoberfläche beim Radiergummitest. 


 Beispiel 3: 
 



  Linsenkörper aus HI-Kunststoff mit einem Brechungsindex nD 1,67 wurden gleich wie in Beispiel 2 beschichtet; anstelle von M2 wurde bei der Indexanpassung M3 eingesetzt. 



  Wiederum waren die Verschleissschutz-beschichteten Linsen hoch transparent, d.h. die Transmission wiederum 92%, bei einem Abschlussindex der Verschleissschutzbeschichtung von nD = 1.5. Bezüglich der Newton-Ringe und der mechanischen Tests waren die Resultate wie in Beispiel 2. 



  Grundsätzlich ist es wesentlich für die Indexanpassung höherbrechender Substrate, an tieferbrechende Schichten die Indexanpassung im Anpass-Schichtmodul durch gleichzeitige Reduzierung des Anteils desjenigen Monomers, das höherbrechendes Schichtmaterial bei der Plasmapolymerisation ergibt (M3) und Erhöhung desjenigen (M1), das tieferbrechendes ergibt, zu realisieren. 


 Beispiel 4: 
 



  Die beschichteten Substrate nach den Beispielen 2 bzw. 3 wurden nun mit einem weiteren Schichtmodul versehen. 



  Es wurde das Verhältnis Sauerstoff zu Dimethyldiethoxysilan (M1) weiter erhöht und schliesslich der Prozess mit einem Verhältnis Sauerstoff zu Dimethyldiethoxysilan von mindestens  5 bis hin zu unendlich gefahren. Dadurch wurde auf die Verschleissschutzbeschichtung nach den Beispielen 2 bzw. 3 eine Haftvermittlungsschicht aufgebracht, dann wurde eine Entspiegelungsbeschichtung in Form eines 4-Schicht-SiO2,TiO2-Breitband-Entspiegelungs-Schichtsystems aufgedampft. Sie zeigte sowohl im bekannten Gitterschnitt-Tapetest als auch im Salzwasser-Kochtest keinerlei Ablösungen. 



  Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird ein wesentlicher Vorteil auch dadurch erreicht, dass unterschiedliche Substrate durch unterschiedliche Beschichtungsprozessführungen so beschichtet werden können, dass die Beschichtungsoberfläche letztendlich die gleichen Eigenschaften aufweist. Dies können mechanische, chemische oder optische Eigenschaften sein. 



  Dadurch, dass unterschiedliche Substrate durch die Beschichtung gleiche Oberflächeneigenschaften erhalten, wird es möglich, diese nachmals alle gleich weiterzubehandeln. 



  Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere für die Beschichtung optischer Kunststofflinsen. Dabei können Linsenkörper oder -substrate mit unterschiedlichen Brechungsindizes mit einer Verschleissschutzschicht versehen werden, wobei der Brechungsindex vom jeweiligen Index des Substrates stufenlos auf einen einheitlichen Abschlussindex geführt wird. Damit können in einem anschliessenden Antireflex-Beschichtungsverfahren Linsen mit optisch unterschiedlichen Substratmaterialien gemeinsam entspiegelt werden, wodurch eine bessere Anlagenauslastung oder sogar eine geringere notwendige Anlagenkapazität, beispielsweise beim Lohnbeschichten, realisiert werden kann. 



  Im Gegensatz zu den heute bekannten Plasmapolymerisationsverfahren können durch Einsatz verschiedener Monomere und Gase  und durch zeitliche Variation der damit erzeugten Prozessatmosphären mehrere Eigenschaften, seien dies mechanische, chemische oder optische, entlang der Schichtdickendimension gleichzeitig gezielt verändert werden. Insbesondere durch den Einsatz von Titanmonomeren gelingt es, verschleissfeste, hochtransparente (absorptionsarme) Schichten indexangepasst auf hochbrechenden ophthalmischen Kunststoffen zu realisieren.

Claims

1. Optisches Bauteil mit einem Trägersubstrat und darauf einer Beschichtung, wobei die Substratoberfläche aus einem Material mit gegebenem Brechungsindex besteht und, unbeschichtet, erste mechanische und/oder chemische Eigenschaften aufweist, die vom Substrat abgewandte Oberfläche der Beschichtung davon abweichende zweite mechanische und/oder chemische Eigenschaften aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Brechungsindex, ausgehend vom gegebenen des Substrat-Oberflächenmaterials, stufenlos zum Abschlussbrechungsindex der Beschichtungsoberfläche ändert.

2. Optisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Kunststoffsubstrat ist, mit einem Brechungsindex > 1,5, vorzugsweise >/= 1,6, und die Beschichtung eine Verschleissschutzbeschichtung umfasst.

3.

Optisches Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmission des beschichteten Substrates höchstens 0,5% von dem durch den Abschlussbrechungsindex der Beschichtung an Luft gegebenen Transmissionswert abweicht, bei Licht der Wellenlänge lambda = 550 nm.

4. Optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Linsenkörper ist.

5. Optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Verschleissschutzbeschichtung eine Entspiegelungsbeschichtung aufgebracht ist, vorzugsweise mit dazwischenliegender Haftvermittlungsbeschichtung.

6.

Optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleissschutzbeschichtung mindestens in einem Bereich, in welchem der Brechungsindex vom Wert des Substrates auf den Abschlusswert der Verschleissschutzschicht übergeht, mindestens eine Ti-O-Verbindung aufweist.

7. Optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat bis auf Haltepartien zum Haltern während eines Beschichtungsprozesses allseitig gleich beschichtet ist.

8. Optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex des Kunststoffsubstrates > 1,5, vorzugsweise >/= 1,6 ist, und der Abschlussindex der Verschleissschutzschicht im Wesentlichen 1,5.

9.

Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mittels Beschichten eines optischen Substrates durch Plasmapolymerisation, dadurch gekennzeichnet, dass man durch Führung der Beschichtungsprozessatmosphäre und/oder der Beschichtungsprozessparameter den Brechungsindex der Beschichtung, mindestens in einem Bereich der Beschichtung, sprunglos von demjenigen des Substrates an den Abschlusswert der Beschichtung heranführt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man im genannten Beschichtungsbereich die Brechungsindexänderung durch gleichzeitige, gegensinnige Änderung der Prozessatmosphärenanteile mindestens zweier Monomere steuert, welche je ein Beschichtungsmaterial unterschiedlicher Brechungsindizes ergeben.

11.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man, ausgehend von einem Kunststoffsubstrat mit Brechungsin dex, der höher ist als der Abschlussindex der Beschichtung, im genannten Beschichtungsbereich den Prozessatmosphärenanteil des mindestens einen Monomers, das ein höherbrechendes Beschichtungsmaterial ergibt, kontinuierlich absenkt, denjenigen mindestens eines Monomers, das ein niedrigbrechenderes Beschichtungsmaterial ergibt, kontinuierlich anhebt und anschliessend an den Bereich eine Beschichtung vorsieht, die den tieferen Brechungsindex als das Substrat aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man als das mindestens eine Monomer, das ein höherbrechendes Material ergibt, eine Titanverbindung einsetzt, vorzugsweise Titan(IV)-Isopropylat, insbesondere dann, wenn der Brechungsindex des Substrates >/= 1,6 ist.

13.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man auf die Beschichtung eine weitere Beschichtung aufbringt und durch Führung der Prozessatmosphäre und/oder der Prozessparameter den Brechungsindex der Beschichtung kontinuierlich an denjenigen der weiteren Beschichtung heranführt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man der Prozessatmosphäre mindestens zeitweise ein oder mehr als ein Monomer in Gasphase und/oder mindestens ein weiteres Gas, vorzugsweise O2 und/oder N2 zuführt.

15.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass man der Prozessatmosphäre ein oder mehr als ein Monomer aus folgender Gruppe zuführt: Alkane, Alkene, Alkine, Alkohole, Amine, Ketone, zyklische oder azyklische Verbindungen sowie aromatische Ringverbindungen, metallorganische Verbindungen, dabei insbesondere Silizium- oder Titan verbindungen folgender Strukturen: - TiRx(OR)y mit 0 </= x, y </= 4, x + y = 4, wie z.B. TiR4, Ti(OR)4, - Rx1(OR)y1SiOSiRx2(OR)y2 mit 0 </= x1; y1 </= 3; x1 + y1 = 3; 0 </= x2; y2 </= 3; x2 + y2 = 3; wie z.B. R3SiOSiR3,(OR)3SiOSi(OR)3, wobei R ein beliebiger organischer Rest bedeutet und wobei weiter einzelne oder mehrere R- durch H-Atome ersetzt sein können und an einem Metallatom beliebig verschiedene R und/oder H-Atome gebunden sein können.

16.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens im Beschichtungsbereich die Prozessatmosphäre Dimethyldiethoxysilan und Toluol und/oder Titan(Iv)-Isopropylat enthält.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Substrate unterschiedlicher Brechungsindizes durch die Beschichtung auf gleiche Abschlussindizes gebracht werden und danach gleich weiterbeschichtet werden.