具体实施方式
(第一实施方式)
本发明的第一实施方式的一种方式涉及一种光学物品的制造方法,该制造方法包括形成具有多层结构的抗反射层的工序,该抗反射层包含由二氧化硅构成的至少一层子层,并且该抗反射层直接形成于光学基板上或者在该抗反射层与光学基板之间夹有至少一层其它层。形成抗反射层的工序包括层形成工序和氮化处理工序,所述层形成工序是通过真空蒸镀形成由二氧化硅构成的至少一层子层的工序,所述氮化处理工序是对由二氧化硅构成的至少一层子层的表面进行氮化处理的工序。
在此,本申请中所述的子层是指构成多层结构的抗反射层或功能层的各层。具体来说,子层是指由SiO2或SiOx等氧化硅、或者MgF2等材料构成的低折射率子层,由ZrO2、Ta2O5、TiO2、CeO2或Y2O3等材料构成的高折射率子层,以及由Al2O3或CeF3等材料构成的中折射率子层。
在本光学物品的制造方法中,对真空蒸镀的由二氧化硅构成的一层或多层子层进行氮化处理,而不是使用氮化硅层作为多层结构中的单独一层子层。即,对由二氧化硅构成的子层的表面进行部分地氮化以获得作为氮化硅所起到的效果。
在氮化处理工序中,将含有氮气的气体导入进行层形成工序的真空室内,并进行等离子体处理或离子枪处理。该制造方法中的氮化处理的目的是对在层形成工序中制作的由二氧化硅构成的一层子层的表面进行部分地或全部的氮化。因此,无需严格控制膜厚。另外,即使不精确地掌握控制离子电流的时间,也能够容易地将氮化硅引入多层结构的抗反射层中。可以通过引入氮化硅使抗反射层的耐擦伤性得到提高。特别是在等离子体处理中,也无需使用离子源就能在真空蒸镀用的装置中或蒸镀过程中简单地引入氮化硅。
本发明的第一实施方式的其它方式涉及一种具有抗反射层的光学物品,所述抗反射层直接形成于光学基板上或者在该抗反射层和光学基板之间夹有至少一层其它层。所述抗反射层具有包含由二氧化硅构成的至少一层子层的多层结构,并且由二氧化硅构成的至少一层子层的背向光学基板侧的表面经氮化处理。
另外,本发明的第一实施方式的其它方式中,所述光学物品的抗反射层中的由二氧化硅构成的至少一层子层具有含氮部分层,所述含氮部分层形成于背向光学基板侧的表面上。在此,本申请中所述部分层是指由二氧化硅构成的子层的表层部分。本发明涉及对这种由二氧化硅构成的至少一层子层的表层部分进行氮化处理。即,由二氧化硅构成的至少一层子层是包含经氮化处理的部分的层(表层氮化处理层)。
通过对由二氧化硅构成的子层进行氮化处理,在由二氧化硅构成的至少一层子层的背向光学基板侧形成含氮部分层。因此,由于抗反射层的易被擦伤的表面被氮化硅化,从而能够改善其耐擦伤性。
部分层含有SisOtNu(s、u为正数,t为0以上的数)。对由二氧化硅构成的子层进行氮化处理后,在子层的表面上部分地或全部地形成含氮化硅的区域,因此能够改善耐擦伤性。另外,对由氮化处理所形成的部分层的厚度和/或面积是有限定的,因此,部分层作为子层可保持二氧化硅的光学性能,从而几乎不需要对抗反射层的膜设计进行更改。另外,由于氮化硅的存在,使耐擦伤性得到改善的同时,可以有效利用由二氧化硅构成的子层的特性,即赋予基板和上层之间以密合性。
在本发明的第一实施方式所涉及的光学物品中,优选经氮化处理的由二氧化硅构成的至少一层子层为抗反射层中的离光学基板最远的层。另外,在本发明的第一实施方式所涉及的光学物品中,优选含氮部分层中的至少一层为抗反射层的最表层。经氮化处理的由二氧化硅构成的至少一层子层可以是多层结构中的任意一层,所述子层经氮化处理会有助于改善抗反射层的耐擦伤性。考虑到最容易受到擦伤影响的是最上层,也就是形成背向光学基板侧的表面的子层,因此,优选对该子层进行氮化处理。
图1表示的是用于形成具有多层结构的抗反射层3的成膜装置50的结构示意图,该抗反射层3是通过真空蒸镀在放置于支撑装置80上的基板(工件)40的表面上形成的。支撑装置80具有上方凸出的圆盘形的拱形罩81,在该拱形罩81上同心圆状地排布有多个工件基板(光学基板,具体是镜片基板)40,一边使拱形罩81旋转一边在工件基板40上成膜。成膜装置50具有支撑装置80可通过的三个室CH1、CH2和CH3。各室CH1~CH3能相互密封,且各室CH1~CH3的内压分别由真空生成装置52、53和54控制。
室CH1为入口或门室,从外部导入支撑装置80后,通过在一定时间内保持室CH1的内部在一定压力以下来进行脱气。室CH1配有真空生成装置52,该真空生成装置52具有回转泵52a、罗茨泵(roots pump)52b和低温泵52c。
室CH2是成膜为抗反射层(AR层)的第二室。因此,在该室CH2的内部具有AR蒸镀源55a和55b、使该AR蒸镀源55蒸镀的电子枪56以及调整蒸镀量的可开闭的开闭器57。抗反射层具有将二氧化硅为主要成分的低折射率子层和由其它组成构成的高折射率子层进行层积而成的结构,所述由其它组成构成的高折射率子层具有例如TiO2、Nb2O3、Ta2O5、ZrO2中的一种组成或2个以上组成。因此,在室CH2中备有至少两个蒸镀源55a和55b以及用于加热熔融该蒸镀源55a和55b的电子枪56。室CH2通过真空生成装置53保持适当的压力,真空生成装置53具有回转泵53a、罗茨泵53b和低温泵53c。
另外,用于控制室内氛围气的质量流量控制器66与室CH2连接。氧气供给源63和氮气供给源64a与质量流量控制器66连接,这样可以将室CH2内的氛围气控制为100%氧气或100%氮气,或者适当比例的氧气和氮气的混合气。
另外,在室CH2内部具有用于产生高频等离子体的RF线圈60。通过匹配箱61将RF线圈60与高频振荡器62连接,由此,在室CH2内具有规定的输出功率的等离子体以预定的频率得以产生。
另外,在室CH2内部具有离子枪70。该离子枪70与DC电源71和RF电源72连接,能够对放置于支撑装置80上的工件基板40照射规定能量的离子。通过质量流量控制器69,氧气供给源63和氮气供给源64a与离子枪70连接,从而离子枪70能够对工件基板40照射氧离子或氮离子。
室CH3为取出用室。将放置有一面具有抗反射层的工件基板40的支撑装置80从室CH2移动到室CH3,然后翻转工件基板40,再次返回室CH2。接着,在工件基板40的另一面形成抗反射层后,支撑装置80返回室CH3,然后使室CH3的压力恢复到大气压,取出支撑装置80。通过具有回转泵54a、罗茨泵54b和涡轮分子泵54c的真空生成装置54,使室CH3保持在适当的压力。将从室CH3中连同支撑装置80一同取出的工件基板40放入恒温恒湿槽(图中未表示)中,使之在适当的湿度和温度的氛围气中退火。进而,通过在室内放置规定的时间,来老化该工件基板40。
通过使用室CH2配备的等离子体发生装置(RF线圈)60或离子枪70,成膜装置50能够对以二氧化硅为主要成分的低折射率子层进行氮化处理。使用自动压力调节器65将室CH2内的氛围气调整为氮气氛围气或氮气和氧气的混合氛围气,然后,由RF线圈60产生等离子体,由此对由二氧化硅构成的子层照射氮离子,从而能够使该子层得到氮化。室CH2内的氛围气也可以是氮气-氩气或者氮气-氧气-氩气。另外,通过使用离子枪70对工件基板40照射氮离子,能够氮化由二氧化硅构成的子层的表面。
采用真空蒸镀形成由氮化硅构成的子层是非常困难的。但是,通过对氧化硅进行等离子体处理或离子枪处理,从而在表面上形成氮化物却是比较容易的。在这种情况下,在表面上形成了除Si3N4以外的氮和硅的化合物如SisOtNu(s、u为正整数,t为0以上的整数)等与SiO2的混合物。即,含氮化物部分层以全部地或部分地覆盖由二氧化硅构成的子层的表面的状态来形成,因此覆盖部分的耐久性得到提高。另外,由于含氮化物部分层只是形成于由二氧化硅构成的子层的最表层,因此,对抗反射层的膜设计几乎没有影响。
图2中,对在成膜装置50中在工件基板40上形成具有多层结构的抗反射层过程以流程图的方式表示。另外,图3表示的是包含抗反射层3的本实施方式的光学物品10a的膜结构(层结构)的截面图。
作为抗反射层3的例子,其包括形成于基材1上的由氧化硅构成的第1子层31,由氧化锆构成的第2子层32,由氧化硅构成的第3子层33,由氧化锆构成的第4子层34,由氧化硅构成的第5子层35。
当光学基板(基材)1为塑料时,在步骤11中,在形成抗反射层3之前,先在光学基板1上形成硬涂层2。为了提高硬涂层2和基板1之间的密合性,有时还要在硬涂层2和基板1之间形成底漆层。硬涂层2赋予塑料镜片1耐擦伤性。同时由于硬涂层2存在于塑料镜片1和抗反射层3之间,从而使抗反射层3与塑料镜片1之间具有良好的密合性,并具有防止抗反射层3从塑料镜片1上剥离的功能。因此,即使是对塑料镜片1的密合性不是很高的抗反射层3,也能够由于硬涂层2的存在而使塑料镜片1和抗反射层3之间的密合性得到改善。
作为硬涂层2的形成方法,通常采用以下方法:将可形成硬涂层2的固化型组合物涂布于塑料镜片1的表面上,并使涂膜固化。塑料镜片1为热塑性树脂时,优选采用紫外线等电磁波或者电子束等电离辐射来固化涂膜,而不是采用热固化来固化涂膜。
例如,含有无机微粒子的热固化型组合物。该组合物包含通过紫外线照射生成硅烷醇基团的硅酮化合物和以有机聚硅氧烷为主要成分的光固化型硅酮组合物,所述聚有机硅氧烷具有与硅烷醇基团发生缩合反应的卤原子和氨基等反应基。另外,该含有无机微粒子的固化型组合物含有Mitsubishi Rayon Co.,Ltd.制造的UK-6074等丙烯酸类紫外线固化型单体组合物以及SiO2或TiO2等粒径为1nm~100nm的无机微粒子。另外,该含有无机微粒子的固化型组合物是通过将光固化型硅组合物、丙烯酸类紫外线固化型单体组合物以及无机微粒子分散在硅烷化合物或有机硅烷偶合剂中得到的,所述硅烷化合物或硅烷偶合剂具有乙烯基、烯丙基、丙烯酰氧基或甲基丙烯酰氧基等聚合性基团以及甲氧基等水解性基团。
作为硬涂层2的涂膜的形成方法,可采用浸渍法、旋转涂布法、喷涂法、流涂(flow)法或刮刀法等方法。另外,为了提高密合性,在形成涂膜前,优选使用电晕放电或微波等的高压放电等对塑料镜片1的表面进行表面处理。采用加热、紫外线或电子束等方法固化所形成的涂膜,从而得到硬涂层2。
将形成有硬涂层2的基板1作为工件基板40固定在支撑装置80上,并输送到成膜装置50中。在成膜装置50中,首先,将支撑装置80导入室CH1中,进行脱气,然后再将支撑装置80移至室CH2中,进行步骤12的等离子体处理。在工序13,形成由氧化硅构成的第1子层31(层形成工序),然后,在工序14,采用等离子体处理或离子枪处理对子层31的表面进行氮化(氮化处理工序)。这样,在由氧化硅构成的子层31的表面(背向基板1的面)上形成覆盖其全部或部分表面的含氮化物部分层39。这时,可以使用含氮气的任意组成的气体为导入气体,例如,可以举出100%氮气、氮气和氧气的混合气体、氮气和氩气的混合气体、或者氮气和氧气和氩气的混合气体等气体。
在步骤15形成由氧化锆构成的第2子层32后,在步骤16中形成由氧化硅构成的第3子层33。然后在步骤17中,与步骤14同样地操作对表面进行氮化。在步骤15和步骤16中,相继形成高折射率的第2子层32和低折射率的第3子层33。之后,通过步骤17的氮化处理,能够对后形成的低折射率的第3子层33的表面进行氮化处理。即,通过连续进行步骤16的层形成工序和步骤17的氮化处理工序,能够对由层形成工序所形成的子层表面进行氮化处理。若将步骤15和步骤16合为一个层形成工序,则在步骤17中可以对氮化处理前形成的子层表面进行氮化。
在步骤18形成由氧化锆构成的第4子层34之后,在步骤19形成由氧化硅构成的第5子层35。在步骤20中,与步骤14同样地操作对表面进行氮化。这样,在光学物品的一面上形成具有5层结构的抗反射层3,所以,在步骤21,翻转基板40并固定在支撑装置80上,重复步骤12~20从而形成具有多层结构的抗反射层3。在基板40的两面形成抗反射层3时,在步骤22取出基板1(工件基板40)。
这里,共有三层氧化硅子层31、33和35,可以只对其中的最上层子层35进行氮化处理,或者也可以对包含最上层子层35的任意两层进行氮化处理。由于在上述氮化处理中只是对氧化硅子层的极薄的表面进行氮化,因此,对作为抗反射层3的性能几乎没有影响。
(实施例1-1)
以下依照图2所示的制造方法,对制造作为光学物品的塑料眼镜镜片的几个实施例加以说明。在以下各实施例和比较例中,使用眼镜用塑料镜片基材(Seiko Epson Co.制造,商品名:Seiko Supper Sovereign)作为光学基材1。在步骤11,在光学基材1的两面上形成硬涂层2。在以后的工序中,以形成有硬涂层2的光学基材1为工件基板40,在其上形成抗反射层3。
将工件基板40凹面向下地固定在支撑装置80的拱形罩81上,然后输送到成膜装置50中。在步骤12,在室CH1中脱气后,在室CH2中导入100%氩气,一边控制气体压力为4.0×10-2Pa,一边使用高频等离子体发生装置所产生的等离子体对工件基板40进行处理。在频率为13.56MHz、功率为400W的等离子体产生的条件下,进行1分钟的等离子体处理。该处理的目的在于清洁基板表面,从而使基板1和抗反射层3之间的密合性提高。
接着进行步骤13~20,交替地进行SiO2子层31、33和35与ZrO2子层32和34的蒸镀,从而形成了由这些子层构成的抗反射层3。调整各层的膜厚,以使第1子层(SiO2)31的膜厚为0.09λ、第2子层(ZrO2)32的膜厚为0.16λ、第3子层(SiO2)33的膜厚为0.05λ、第4子层(ZrO2)34的膜厚为0.27λ、第5子层(SiO2)35的膜厚为0.27λ。
该抗反射层3的最上层35为SiO2层。在步骤14、17和20的氮化处理中使用等离子体发生装置60。因此,在蒸镀SiO2层之后,将氮气和氧气以7∶3的比例导入室内,在控制气体压力为4.0×10-2Pa的同时,使用高频等离子体发生装置来产生等离子体。在频率为13.56MHz、功率为600W的等离子体产生的条件下,进行5分钟的等离子体处理。这样,在第1子层31、第3子层33和第5子层35的SiO2层表面上形成含氮化物部分层39。即,第1子层31、第3子层33和第5子层35为包含经氮化处理的部分的层(表层氮化处理层)。
然后,在步骤21,将支撑装置80移至室CH3中,并从该室中取出支撑装置80,翻转镜片凸面向下地固定在支撑装置80的拱形罩81上,再进行与上述同样的处理。然后,在步骤22,从室CH3中取出工件基板40。这样,制造出在工件基板40(镜片基材1)的两面上具有抗反射层3的塑料镜片(样品S1-1)。即在具有硬涂层2的基材1的反面也具有抗反射层3。在样品S1-1中,抗反射层3的二氧化硅子层31、33和35的表面经氮化处理,即背向基材1的表面经氮化处理。
(实施例1-2)
在实施例1-2中,不进行步骤14和17,其它与实施例1-1相同,制造出具有由5层结构构成的抗反射层3的塑料镜片(样品S1-2)。因此,在该实施例1-2的样品S1-2中,包含在抗反射层3中的二氧化硅子层31、33和35中,只是对最外层(第5层)子层35(即,在背向光学基板1一侧的面形成的抗反射层3的子层35)进行了氮化处理,形成含氮化物部分层39。
(实施例1-3)
在实施例1-3中,不进行步骤14,其它与实施例1-1相同,制造出具有由5层结构构成的抗反射层3的塑料镜片(样品S1-3)。因此,在该实施例1-3的样品S1-3中,包含在抗反射层3中的二氧化硅子层31、33和35中,只是对第3子层33和第5子层35进行了氮化处理,形成了含氮化物部分层39。
(实施例1-4)
在实施例1-4中,不进行步骤17,其它与实施例1-1相同,制造出具有由5层结构构成的抗反射层3的塑料镜片(样品S1-4)。因此,在该实施例1-4的样品S1-4中,包含在抗反射层3中的二氧化硅子层31、33和35中,只是对第1子层31和第5子层35进行了氮化处理,形成了含氮化物部分层39。
(实施例1-5)
在实施例1-5中,进行步骤12~20,对包含在抗反射层3中的全部的二氧化硅子层31、33和35进行氮化处理。但是,在步骤14、17和20的氮化处理中,使用离子枪70来替代等离子体发生装置60。因此,将氮气64a和氧气63以7∶3的比例导入离子枪70中,控制流量为35SCCM,并对子层31、33和35照射离子。在控制处理时的室内压力为4×10-3Pa的同时,在频率为13.56MHz、RF功率为450W、加速电压为500V、抑制电压为300V的离子照射的条件下,进行5分钟的离子照射。其它与实施例1-1相同。
因此,在该实施例1-5的样品S1-5中,对包含在抗反射层3中的全部的二氧化硅子层31、33和35进行氮化处理,形成含氮化物部分层39。
(实施例1-6)
在实施例1-6中,制造出具有由7层结构构成的抗反射层3的镜片。因此,增加了蒸镀第6子层的工序、蒸镀二氧化硅来作为最外层的第7子层的工序、以及对该最外层的二氧化硅进行氮化处理的工序。另外,在形成高折射率子层时,使用TiO2来替代ZrO2。其它与实施例1-1相同。
在这些形成高折射率子层的工序中,采用离子加速器蒸镀(ion assistdeposition)来进行TiO2的蒸镀。关于此时的离子照射条件,将流量控制为35SCCM的100%氧气导入离子枪70中,调整频率为13.56MHz、RF功率为450W、加速电压为500V、抑制电压为300V。处理时的室内压力为4×10-3Pa。这时,第1子层(SiO2)的膜厚为0.08λ、第2子层(TiO2)的膜厚为0.07λ、第3子层(SiO2)的膜厚为0.10λ、第4子层(TiO2)的膜厚为0.18λ、第5子层(SiO2)的膜厚为0.07λ、第6子层(TiO2)的膜厚为0.14λ、第7子层(SiO2)的膜厚为0.26λ。
因此,在该实施例1-6的样品S1-6中,对包含在抗反射层3中的全部的二氧化硅子层进行氮化处理,形成含氮化物部分层39。
(比较例1-1)
在比较例1-1中,不进行步骤14、17和20,制造出具有与实施例1-1相同组成的且未进行氮化处理的塑料镜片(样品SR1-1),即该塑料镜片具有由低折射率的SiO2子层和高折射率的ZrO2子层构成的5层结构的抗反射层3。其它与实施例1-1相同。因此,在该比较例1-1的样品SR1-1中,对包含在抗反射层3中的全部的二氧化硅子层31、33和35未进行氮化处理。
(比较例1-2)
在比较例1-2中,制造出具有与实施例1-6相同组成的且未进行氮化处理的塑料镜片(样品SR1-2),即该塑料镜片具有由低折射率的SiO2子层和高折射率的TiO2子层构成的7层结构的抗反射层3。其它与实施例1-6相同。因此,在该比较例1-2的样品SR1-2中,对包含在抗反射层3中的全部的二氧化硅子层未进行氮化处理。
(评价)
采用以下方法对实施例1-1~1-6以及比较例1-1和1-2制造的样品S1-1~S1-6、SR1-1和SR1-2的耐擦伤性进行了评价。其评价结果汇总示于表1中。缠在夹具上的钢丝棉(#0000)在负重2kg的状态下,在各样品S1-1~S1-6、SR1-1和SR1-2的抗反射层3的最外表面上往复50次。将由此产生的擦伤程度与标准样品比较,以A、B、C和D这四个级别进行了评价。其中,A表示最佳,B、C、D顺次表示劣化。
表1
|
样品No |
抗反射层的结构 |
评价结果 |
综合评价 |
氮化处理方法 |
成膜物质 |
抗反射层的SiO2层(有无氮化处理) |
耐擦伤性 |
实施例1-1 |
S1-1 |
等离子体 |
SiO2/ZrO2 |
1层(有)、3层(有)、5层(有) |
A |
◎ |
实施例1-2 |
S1-2 |
等离子体 |
SiO2/ZrO2 |
1层(无)、3层(无)、5层(有) |
A |
◎ |
实施例1-3 |
S1-3 |
等离子体 |
SiO2/ZrO2 |
1层(无)、3层(有)、5层(有) |
A |
◎ |
实施例1-4 |
S1-4 |
等离子体 |
SiO2/ZrO2 |
1层(有)、3层(无)、5层(有) |
A |
◎ |
实施例1-5 |
S1-5 |
离子枪 |
SiO2/ZrO2 |
1层(有)、3层(有)、5层(有) |
A |
◎ |
实施例1-6 |
S1-6 |
等离子体 |
SiO2/TiO2 |
1层(有)、3层(有)、5层(有)、7层(有) |
A |
◎ |
比较例1-1 |
SR1-1 |
- |
SiO2/ZrO2 |
1层(无)、3层(无)、5层(无) |
D |
× |
比较例1-2 |
SR1-2 |
- |
SiO2/TiO2 |
1层(无)、3层(无)、5层(无)、7层(无) |
D |
× |
在实施例1-1~1-6的样品S1-1~S1-6中,对至少一层二氧化硅子层进行了氮化处理。对这些样品S1-1~S1-6的耐擦伤性试验的评价为良好(A)。另一方面,对未进行氮化处理的比较例1-1和比较例1-2的样品SR1-1和SR1-2的耐擦伤性试验的评价为不良(D)。
若综合评价,则实施例的样品S1-1~S1-6作为制品全部为◎(优良)。比较例的样品SR1-1~SR1-2全部为×(不合格)。结果可知,通过氮化处理至少一层二氧化硅子层,就可以改善耐擦伤性。
另外,尽管在表1(评价结果)中未明确表明,但是与全部的二氧化硅子层均进行了氮化处理的实施例1-1、1-5和1-6的样品相比,仅对最上层和包含最上层的任意两层进行氮化处理的实施例1-2、1-3和1-4的样品的耐擦伤性略差,尽管其耐擦伤性级别同样为良好(A)。但是,其中的差别是处于完全允许的范围内的。
另外,上述第一实施方式(实施例)涉及在具有硬涂层的塑料眼镜镜片上形成有抗反射层的光学物品。对于具有玻璃基材的光学物品,可以在基材上形成抗反射层而没有硬涂层夹在基材和抗反射层之间,对于这种玻璃基材的光学物品也可以适用上述实施方式所公开的制造方法。另外,对于该光学物品,并非限定于眼镜镜片,而是包括图像显示装置的光学元件、棱镜、光纤、信息记录介质用元件、滤光器等光学制品,对于这些光学物品也可以适用上述实施方式所公开的制造方法。
(第二实施方式)
在像眼镜片这种日常使用的光学物品上,常常形成一层具有防水性等防污功能的层(防污层)。作为防污层的目的之一是抑制因表面受到油脂等的污染而造成光学性能的降低。最适合作为形成防污层的组成是含氟硅烷化合物。由含氟硅烷化合物形成的防污层具有高防水性能和高防污性能。另外,在抗反射层的最上层采用氧化硅时,由含氟硅烷化合物形成的防污层具有与抗反射层的表面之间的密合性高以及耐久性高的优点。这可能是因为通过抗反射层表面的氧原子,使抗反射层和防污层之间形成了硅氧烷键造成的。
另一方面,若替代氧化硅层,以氮化硅层为抗反射层的最上层,则难以形成硅氧烷键,防污层的耐久性容易降低。因此,若氮化硅层存在于抗反射层的最上层,则阻碍了抗反射层的最上层与形成于该氮化硅层上的防污层的反应,从而产生防污层的耐久性降低的问题。
本发明的第二实施方式的一种方式涉及光学物品的制造方法,所述制造方法包括形成抗反射层和防污层的工序,所述抗反射层直接形成于光学基板上或所述抗反射层与所述基板之间夹有至少一层其它层,并且所述抗反射层具有包含2层以上的低折射率子层和至少一层高折射率子层的多层结构。形成抗反射层和防污层的工序包含如下工序:形成第1低折射率子层的第1工序、氮化处理第1低折射率子层表面的氮化处理工序、在第1低折射率子层的背向于光学基板的表面上形成第2低折射率子层,且在二者之间至少夹有一层高折射率子层的第2工序、以及在第2低折射率子层的背向于光学基板的表面上直接形成防污层的工序。
这里所述子层与第一实施方式中记载的相同。在该光学物品的制造方法中,对由二氧化硅等构成的低折射率子层进行氮化处理,而不是使用氮化硅来作为多层结构的单独一层子层。即,对低折射率子层的表面进行部分氮化,由此获得膜强度提高的效果。该制造方法中,由于能够在保持以二氧化硅作为低折射率子层的抗反射层的层结构的状态下,具有由氮化带来的优点,所以可以选择例如不对层积有防污层的第2低折射率子层进行氮化,因此,在抗反射层上层积有防污层的体系中,防污层的耐久性也得到确保。
因此,在第1工序和第2工序中,优选由二氧化硅形成第1低折射率子层和第2低折射率子层。
另外,在该制造方法中,在第1工序,通过真空蒸镀来形成第1低折射率子层,在氮化处理工序,将含氮气的气体导入进行第1工序的真空室内,通过对该气体进行等离子体处理或离子枪处理,从而可以对由二氧化硅等形成的低折射率子层的表面部分地或全部地进行氮化。因此,不需要为引入经氮化的层而对膜厚加以严格控制,即使没有控制离子电流或高精度地掌握时间,也可以容易地将氮化膜引入到多层结构的抗反射层中,从而能够提高抗反射层的耐擦伤性。特别是在等离子体处理中,不需要离子源就可以在真空蒸镀用的装置中或蒸镀过程中简单地引入氮化硅。
本发明的第二实施方式的其它方式涉及具有抗反射层和防污层的光学物品,所述抗反射层直接形成于光学基板上或在光学基板与抗反射层之间夹有至少一层其它层。该抗反射层包括第1低折射率子层和第2低折射率子层,第1低折射率子层的背向光学基板的表面经氮化处理,在第1低折射率子层的背向光学基板的表面上形成第2低折射率子层,且第1低折射率子层与第2低折射率子层之间夹有至少一层高折射率子层,进而在第2低折射率子层的背向光学基板的表面上直接层积防污层。
另外,本发明的第二实施方式的其它方式中的光学物品具有抗反射层和防污层,所述抗反射层直接形成于光学基板上或者在光学基板与所述抗反射层之间夹有至少一层其它层。该抗反射层包括第1低折射率子层和第2低折射率子层,第1低折射率子层在背向光学基板一侧具有含氮部分层,在第1低折射率子层的背向光学基板的表面上形成第2低折射率子层,且第1低折射率子层与第2低折射率子层之间夹有至少一层高折射率子层,进而在第2低折射率子层的背向光学基板的表面上直接层积防污层。这里所述部分层与第一实施方式中记载的相同。
即,上述光学物品具有抗反射层和直接形成于该抗反射层上的防污层,所述抗反射层直接形成于光学基板上或者在光学基板与所述抗反射层之间夹有至少一层其它层,该抗反射层包含2层以上的子层,在这2层以上的子层中,除了该抗反射层的最表层之外,至少一层为表层经氮化处理的层,即该表层氮化处理层就是以SiOx为主要成分的层并且是包含该层的背向光学基板的表面经氮化处理的部分的层。抗反射层的一种形态为包含2层以上的低折射率子层,这些2层以上的低折射率子层中的一层为最表层,在这些2层以上的低折射率子层的其它层中至少一层为表层经氮化处理的层,最表层的低折射率子层形成于其它的低折射率子层的背向光学基板一侧的表面上,并且在其它的低折射率子层与最表层的低折射率子层之间夹有至少一层高折射率子层。
通过对第1低折射率子层的氮化处理,至少一层子层在背向光学基板的一侧形成含氮部分层,由于易被擦伤的表面得到氮化,从而能够改善表面的耐擦伤性。另外,由于未对层积有防污层的第2低折射率子层进行氮化,因此,可以保持第2低折射率子层与防污层的密合性,从而能够提高防污层的耐久性。
优选第1和第2低折射率子层由二氧化硅形成。在这种情况下,部分层含有SisOtNu(s、u为正整数,t为0以上的整数)。在氮化处理了由二氧化硅形成的子层时,在子层表面上部分地或全部地形成了含氮化硅的区域,从而能够改善耐擦伤性。另外,由于氮化处理所形成的部分层的厚度和/或面积是有限定的,所以二氧化硅作为子层的光学性能得到了保持。因此,几乎不需要对抗反射层的膜设计进行更改。另外,氮化硅能够使耐擦伤性得到改善,同时也可以有效地利用由二氧化硅所形成的子层的特性,即赋予基板和上层之间的密合性。另外,由于未对层积有防污层的最上层的氧化硅进行氮化,因此,在保持防污层的耐久性的同时,能够提高耐擦伤性。
适合形成防污层的组成为含氟硅烷化合物。适于防污层的含氟硅烷化合物的一实例为下述通式(1)表示的化合物。
化合物1
在通式(1)中,Rf1表示全氟烷基,X表示氢原子、溴原子或碘原子,Y表示氢原子或低级烷基,Z表示氟原子或三氟甲基,R1表示羟基或水解性基团,R2表示氢原子或一价烃基。a、b、c、d和e为0或1以上的整数,a+b+c+d+e至少为1以上,对于通式中由a、b、c、d和e括起来的各重复单元的存在顺序没有限定。f表示0、1或2,g表示1、2或3,h表示1以上的整数。
适于防污层的含氟硅烷化合物的另一实例为下述通式(2)表示的化合物。
化合物2
…(2)
在通式(2)中,Rf2包含由式:-(CkF2k)O-(式中k为1~6的整数)表示的单元,并表示具有无分支的直链全氟聚烷基醚结构的二价基团。R3表示碳原子数为1~8的一价烃基,X表示水解性基团或卤原子。P表示0、1或2,n表示1~5的整数,m和r表示2或3。
图4是表示通过真空蒸镀在放置于支撑装置80上的基板(工件)40的表面上形成多层结构的抗反射层的成膜装置50的结构示意图。
在室CH3的功能上,图4所示的成膜装置50不同于图1所示的成膜装置50。在图4所示的成膜装置50中,室CH3除了具有作为出口室的功能外,还具有在室内通过蒸镀含氟硅烷化合物来形成防污层的功能。因此,在室CH3内部设置有浸渍了含氟硅烷化合物的防污层蒸镀源59a、加热器(卤素灯)68、用于通过调整开度来控制含氟硅烷化合物的排出量的补偿板67。通过配有回转泵54a、罗茨泵54b和涡轮分子泵54c的真空生成装置54使室CH3保持在适当的压力。将从室CH3中连同支撑装置80一同取出的工件基板40放入恒温恒湿槽(图中未表示)中,使该工件基板40在适当的湿度和温度的氛围气中退火。进而,通过在室内放置规定的时间来老化该工件基板40。其它的结构和作用与第一实施方式的成膜装置50相同,因此,在图中以相同符号标出,略去对其的重复说明。
图5是表示在该成膜装置50中,在工件基板40上形成具有多层结构的抗反射层的过程的流程图。另外,图6是表示包含了抗反射层3和防污层4的本实施方式的光学物品10b的膜结构的截面图。作为抗反射层3的例子,其包括形成于基材上的由氧化硅构成的第1子层31,由氧化锆构成的第2子层32,由氧化硅构成的第3子层33,由氧化锆构成的第4子层34,由氧化硅构成的第5子层35。
当光学基板(基材)1为塑料时,在步骤101,与图2所示的制造方法相同,在形成抗反射层3之前,先在光学基板1上形成硬涂层2。
将形成有硬涂层2的基板1作为工件基板40固定在支撑装置80上,输送到成膜装置50中。在成膜装置50中,首先,将支撑装置80导入室CH1中,进行脱气,然后再将支撑装置80移至室CH2中,进行步骤102的等离子体处理。在步骤103,形成由氧化硅构成的第1层子层31(层形成工序(第1工序)),然后,在步骤104,采用等离子体处理或离子枪处理对子层31的表面进行氮化(氮化处理工序)。这样,在由氧化硅构成的子层31的表面(背向基板1的面)上形成覆盖其全部或部分表面的含氮化物部分层39。这时,可以使用含氮气的任意组成的气体为导入气体,例如,可以举出100%氮气、氮气和氧气的混合气体、氮气和氩气的混合气体、或者氮气和氧气和氩气的混合气体等气体。
在步骤105形成由氧化锆构成的第2层子层32后,在步骤106中形成由氧化硅构成的第3层子层33(层形成工序(第1工序)),然后在步骤107中,进行与步骤104同样的表面氮化(氮化处理工序)。
在步骤108形成由氧化锆构成的第4层子层34后,在步骤109形成由氧化硅构成的第5层子层35(层形成工序(第2工序))。第5层子层35为抗反射层3的最上层。因此,在层形成工序(第2工序)之后,在步骤110,将支撑装置80移至室CH3中,在由氧化硅构成的第5层子层35上直接形成由含氟硅烷化合物构成的防污层4。这样,在光学物品的一面上形成具有5层结构的抗反射层3和防污层4。在步骤111,翻转基板40并固定在支撑装置80上,重复步骤102~110。当在基板40的两面形成抗反射层3和防污层4时,在步骤112取出基板40。
这里,共有3层氧化硅子层31、33和35,除了最上层子层35可以氮化处理外,也可以对低折射率子层31和33中的一层或两层都进行氮化处理。当最上层子层35为第2层低折射率子层时,不对其进行氮化处理。另外,由于在上述氮化处理中只是对氧化硅子层的极薄的表面进行氮化,因此,对作为抗反射层3的性能几乎没有影响。
(实施例2-1)
以下依照图5所示的制造方法,对制造作为光学物品的塑料眼镜镜片的几个实施例加以说明。在以下各实施例和比较例中,使用眼镜用塑料镜片基材(Seiko Epson Co.制造,商品名:Seiko Supper Sovereign)作为光学基材1。在步骤101中,在光学基材1的两面上形成硬涂层2。以形成有硬涂层2的光学基材1为工件基板40,在其上形成抗反射层3。
将工件基板40凹面向下地固定在支撑装置80的拱形罩81上,然后输送到成膜装置50中。在工序102中,在室CH1中脱气后,在室CH2中导入100%氩气,一边控制气体压力为4.0×10-2Pa,一边通过高频等离子体发生装置所产生的等离子体对工件基板40进行处理。在频率为13.56MHz、功率为400W的等离子体产生的条件下,进行1分钟的等离子体处理。该处理的目的在于清洁基板表面,从而使基板1和抗反射层3之间的密合性得到提高。
接着进行步骤103~110,交替地进行SiO2子层31、33和35与ZrO2子层32和34的蒸镀,从而形成了由这些子层构成的抗反射层3。调整各层的膜厚,以使第1子层(SiO2)31的膜厚为0.09λ、第2子层(ZrO2)32的膜厚为0.16λ、第3子层(SiO2)33的膜厚为0.05λ、第4子层(ZrO2)34的膜厚为0.27λ、第5子层(SiO2)35的膜厚为0.27λ。
该抗反射层3的最上层35为SiO2层。在步骤104和107的氮化处理中使用等离子体发生装置60。因此,在蒸镀SiO2层之后,将氮气和氧气以7∶3的比例导入室CH2中,在控制气体压力为4.0×10-2Pa的同时,采用高频等离子体发生装置来产生等离子体。在频率为13.56MHz、功率为600W的等离子体产生的条件下,进行5分钟的等离子体处理。这样,在第1子层31和第3子层33的SiO2层表面上形成含氮化物部分层39。即,第1子层31和第3子层33为包含经氮化处理的部分的子层(表层氮化处理层)。
然后,将支撑装置80移至室CH3中,形成防污层4(步骤110)。使用Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造的含氟有机硅化合物(商品名:KY-130,为上述通式(2)表示的化合物)来作为蒸镀源59a。用氟类溶剂(Sumitomo 3M,Ltd.制造,商品名:Novec HFE-7200)稀释该KY-130,制备固体成分浓度为3%的溶液,将1g该溶液浸渍到多孔质陶瓷颗粒(pellet)中并干燥该颗粒,以干燥后的颗粒为蒸镀源59a并固定在室CH3中。在成膜过程中,使用卤素灯作为加热器68,加热作为蒸镀源59a的颗粒到600℃,使含氟有机硅化合物蒸镀。蒸镀时间为3分钟。
防污层4形成后,从该室中取出支撑装置80,翻转镜片凸面向下地固定在支撑装置80的拱形罩81上,再进行与上述同样的处理。这样,制造出在工件基板40(镜片基材1)的两面上具有抗反射层3和防污层4的塑料镜片(样品S2-1),即在形成有硬涂层2的基材1的另一面上也具有抗反射层3和防污层4。在样品S2-1中,抗反射层3的二氧化硅子层31和33作为第1低折射率子层,其表面经氮化处理,即背向基材1的表面经氮化处理。另外,子层35作为第2低折射率子层,在其上直接形成防污层4。
(实施例2-2)
在实施例2-2中,不进行步骤107,其它与实施例2-1相同,制造出具有5层结构的抗反射层3的塑料镜片(样品S2-2)。因此,在该实施例2-2的样品S2-2中,包含在抗反射层3中的二氧化硅子层31、33和35中,只是对最内层(第1子层)31(即,抗反射层3的形成光学基板1的表面的子层31)进行了氮化处理,形成含氮化物部分层39。
(实施例2-3)
在实施例2-3中,不进行步骤104,其它与实施例2-1相同,制造出具有5层构成的抗反射层3的塑料镜片(样品S2-3)。因此,在该实施例2-3的样品S2-3中,包含在抗反射层3中的二氧化硅子层31、33和35中,只是对第3子层33进行了氮化处理,形成含氮化物部分层39。
(实施例2-4)
在实施例2-4中,进行步骤102~110,对包含在抗反射层3中的二氧化硅子层31和33进行氮化处理。但是,对于步骤104和107的氮化处理,采用离子枪70来替代等离子体发生装置60。因此,将氮气64a和氧气63以7∶3的比例导入离子枪70中,并控制流量为35SCCM,对子层31和33进行离子照射。在保持处理时的室内压力为4×10-3Pa的同时,在频率为13.56MHz、RF功率为450W、加速电压500V、抑制电压300V的离子照射的条件下,进行5分钟的离子照射。其它与实施例2-1相同。
因此,在该实施例2-4的样品S2-4中,抗反射层3的二氧化硅子层31和33作为第1低折射率子层,其表面经氮化处理,即背向基材1的表面经氮化处理,形成含氮化物部分层39。另外,子层35作为第2低折射率子层,在其上直接形成防污层4。
(实施例2-5)
在实施例2-5中,进行与实施例2-1同样的步骤102~110,对包含在抗反射层3中的二氧化硅子层31和33进行氮化处理。但是,在步骤110中,使用Daikin Industries,Ltd.制造的含氟有机硅化合物(商品名:OPTOOL DSX,为上述通式(1)表示的化合物)来作为用于形成防污层4的蒸镀源59a。因此,用氟类溶剂(Daikin Industries,Ltd.制造,商品名:DEMNAM SOLVENT)稀释该OPTOOL DSX,制备固体成分浓度为3%的溶液,将1g该溶液浸渍到多孔质陶瓷颗粒(pellet)中并干燥该颗粒,以干燥后的颗粒为蒸镀源59a并固定在室CH3中。
因此,在该实施例2-5的样品S2-5中,抗反射层3的二氧化硅子层31和33作为第1低折射率子层,其表面经氮化处理,即背向基材1的表面经氮化处理,形成含氮化物部分层39。另外,子层35作为第2低折射率子层,在其上直接形成防污层4。
(实施例2-6)
在实施例2-6中,制造出具有7层结构的抗反射层的镜片。因此,增加了氮化处理第5二氧化硅子层的工序、蒸镀第6子层的工序、蒸镀作为最外层的第7二氧化硅子层的工序,在步骤110,在第7二氧化硅子层的表面形成防污层4。另外,在形成高折射率子层时,使用TiO2来替代ZrO2。其它与实施例2-1相同。在形成这些高折射率子层的工序中,采用离子加速器蒸镀来进行TiO2的蒸镀。关于此时的照射条件,将控制流量为35SCCM的100%氧气导入离子枪70中,调整频率为13.56MHz、RF功率为450W、加速电压为500V、抑制电压为300V。处理时的室内压力为4×10-3Pa。这时,第1子层(SiO2)的膜厚为0.08λ、第2子层(TiO2)的膜厚为0.07λ、第3子层(SiO2)的膜厚为0.10λ、第4子层(TiO2)的膜厚为0.18λ、第5子层(SiO2)的膜厚为0.07λ、第6子层(TiO2)的膜厚为0.14λ、第7子层(SiO2)的膜厚为0.26λ。
因此,在该实施例2-6的样品S2-6中,对包含在抗反射层3中的除最表层的二氧化硅子层外的全部的二氧化硅子层进行氮化处理,形成含氮化物部分层39。
(实施例2-7)
在实施例2-7中,省去对相当于第1低折射率子层的层31和33进行氮化处理的步骤104和107,而是对相当于第2低折射率子层的层35进行氮化,然后形成防污层4,通过这种制造方法,制造出具有与实施例2-1相同的组成,即具有抗反射层3和防污层4的塑料镜片(样品S2-7),所述抗反射层具有由SiO2的低折射率子层和ZrO2的高折射率子层构成的5层结构。其它与实施例2-1相同。
(实施例2-8)
在实施例2-8中,制造出具有与实施例2-6相同组成的塑料镜片(样品S2-8),即,具有由SiO2的低折射率子层和TiO2的高折射率子层构成的7层结构的抗反射层3,并且只对相当于第2低折射率子层的抗反射层3的最上层子层进行氮化处理,并在该经氮化处理的最上层子层上形成防污层4。其它与实施例2-6相同。
(比较例2-1)
在比较例2-1中,不进行步骤104和107,制造出具有与实施例2-1相同组成的塑料镜片(样品SR2-1),即其具有由SiO2的低折射率子层和ZrO2的高折射率子层构成的5层结构的抗反射层3和防污层4,并且未进行氮化处理。其它与实施例2-1相同。因此,在该比较例2-1的样品SR2-1中,对包含在抗反射层3中的全部的二氧化硅子层31、33和35未进行氮化处理。
(比较例2-2)
在比较例2-2中,制造出具有与实施例2-6相同组成的塑料镜片(样品SR2-2),即其具有由SiO2的低折射率子层和TiO2的高折射率子层构成的7层结构的抗反射层3,并且未进行氮化处理。其它与实施例2-6相同。因此,在该比较例2-2的样品SR2-2中,对包含在抗反射层3中的全部的二氧化硅子层未进行氮化处理。
(评价)
采用以下方法对实施例2-1~2-8以及比较例2-1~2-2制造的样品S2-1~S2-8、SR2-1~SR2-2的耐擦伤性以及防污层4的耐久性进行了评价。其评价结果汇总示出于表2(a)和表2(b)。
为了评价耐擦伤性,缠在夹具上的钢丝棉(#0000)在负重2kg的状态下,在各样品S2-1~S2-8、SR2-1~SR2-2的抗反射层3的最外表面上往复50次。将由此产生的擦伤程度与标准样品比较,以A、B、C和D这四个级别评价耐擦伤性。其中,A表示最佳,B、C、D顺次表示劣化。
为了评价防污层4的耐久性,将负重200g的棉布在镜片的凸面上往返5000次进行加速处理。通过接触角和油性油墨的拭取性评价该加速处理前后的防污性能。对于接触角的测定,使用接触角仪(Kyowa ScienceCo.,Ltd.制造,型号“CA-D Type”)通过液滴法测定纯水的接触角。对于油性油墨的拭取性,用黑色油性记号笔(Zebra Co.,Ltd.制造,商品名:High Mackee Care)在镜片的凸面上画条约4cm的直线并放置5分钟。然后,用擦拭纸(Nippon Paper Crecia Co.,Ltd.制造,商品名:K-Dry)擦拭该记号部位,根据以下基准判断油性油墨的拭取性。
○:擦拭10次以下能完全去除。
△:擦拭11次~20次能完全去除。
×:擦拭20次后还残留未去除部分。
以下表2(a)和表2(b)是对在第二实施方式中由实施例和比较例中得到的镜片的评价结果的汇总。
表2(a)
|
样品No. |
抗反射层 |
防污层 |
氮化处理方法 |
成膜物质 |
SiO2层(有无氮化处理) |
防水剂 |
实施例2-1 |
S2-1 |
等离子体 |
SiO2/ZrO2 |
1层(有)、3层(有)、5层(无) |
KY-130 |
实施例2-2 |
S2-2 |
等离子体 |
SiO2/ZrO2 |
1层(有)、3层(无)、5层(无) |
KY-130 |
实施例2-3 |
S2-3 |
等离子体 |
SiO2/ZrO2 |
1层(无)、3层(有)、5层(无) |
KY-130 |
实施例2-4 |
S2-4 |
离子枪 |
SiO2/ZrO2 |
1层(有)、3层(有)、5层(无) |
KY-130 |
实施例2-5 |
S2-5 |
等离子体 |
SiO2/ZrO2 |
1层(有)、3层(有)、5层(无) |
OPTOOL DSX |
实施例2-6 |
S2-6 |
等离子体 |
SiO2/TiO2 |
1层(有)、3层(有)、5层(有)、7层(无) |
KY-130 |
实施例2-7 |
S2-7 |
等离子体 |
SiO2/ZrO2 |
1层(无)、3层(无)、5层(有) |
KY-130 |
实施例2-8 |
S2-8 |
等离子体 |
SiO2/TiO2 |
1层(无)、3层(无)、5层(无)、7层(有) |
KY-130 |
比较例2-1 |
SR2-1 |
- |
SiO2/ZrO2 |
1层(无)、3层(无)、5层(无) |
KY-130 |
比较例2-2 |
SR2-2 |
- |
SiO2/TiO2 |
1层(无)、3层(无)、5层(无)、7层(无) |
KY-130 |
表2(b)
|
|
评价结果 |
综合评价 |
耐擦伤性 |
擦拭耐久性 |
初期 |
试验后 |
接触角(°) |
油墨拭取性 |
接触角(°) |
油墨拭取性 |
实施例2-1 |
A |
108 |
○ |
103 |
○ |
◎ |
实施例2-2 |
B |
109 |
○ |
104 |
○ |
○ |
实施例2-3 |
B |
109 |
○ |
104 |
○ |
○ |
实施例2-4 |
A |
108 |
○ |
104 |
○ |
◎ |
实施例2-5 |
A |
109 |
○ |
103 |
○ |
◎ |
实施例2-6 |
A |
109 |
○ |
103 |
○ |
◎ |
实施例2-7 |
A |
107 |
○ |
70 |
× |
○ |
实施例2-8 |
A |
108 |
○ |
73 |
× |
○ |
比较例2-1 |
D |
108 |
○ |
103 |
○ |
× |
比较例2-2 |
D |
109 |
○ |
102 |
○ |
× |
在实施例2-1~2-8的样品S2-1~S2-8中,至少一层二氧化硅子层经氮化处理,对这些样品的耐擦伤性试验的评价为良好(A)或合格(B)。另一方面,对未进行氮化处理的比较例2-1和比较例2-2的样品SR2-1和SR2-2的耐擦伤性试验的评价为不良(D)。结果可知,通过氮化处理至少一层二氧化硅子层,就可以改善耐擦伤性。另外,与除了最表层外的全部的二氧化硅子层被氮化处理的实施例的样品相比,仅对一层二氧化硅子层进行氮化处理的实施例2-2和2-3的样品的耐擦伤性的级别的评价较低,为B,但是该级别是处于完全可允许的范围内的。
关于防污层的耐久性,未对抗反射层3的最上层低折射率子层进行氮化处理的实施例2-1~2-6的样品S2-1~S2-6,以及比较例2-1和2-2的样品SR2-1和SR2-2,在加速处理前后其拭取性能不变,具有足够的耐久性。另一方面,对抗反射层3的最上层低折射率子层进行氮化处理的实施例2-7和2-8的样品S2-7和S2-8中,其加速处理前的拭取性能充分,而加速处理后的拭取性能降低。由此可知,通过对抗反射层3的最上层低折射率子层35不进行氮化处理,可以大幅度提高防污层4的耐久性。
若综合评价,则实施例的样品S2-1~S2-8作为制品全部为◎(优良)或○(良好)。比较例的样品SR2-1~SR2-2全部为×(不合格)。结果可知,通过氮化处理至少一层二氧化硅子层,就可以改善耐擦伤性。另外可知,通过不氮化处理抗反射层3的最上层低折射率子层,也可以改善拭取性能。
另外,上述第二实施方式(实施例)涉及光学物品,所述光学物品在具有硬涂层的塑料眼镜镜片上形成有抗反射层和防污层,但是对于具有玻璃基材的光学物品,可以在基材上形成抗反射层而没有硬涂层夹在基材和抗反射层之间。另外,对于该光学物品,并非限定于眼镜镜片,而是包括图像显示装置的光学元件、棱镜、光纤、信息记录介质用元件、滤光器等光学制品,对于这些光学物品也可以适用上述实施方式所公开的制造方法。
(第三实施方式)
本发明的第三实施方式中说明的发明之一(第一发明)涉及在光学基板上具有一层以上薄膜的光学物品的制造方法,所述第一发明的特征是,在所述薄膜内,最表层的薄膜为低折射率薄膜,并且对所述低折射率薄膜的表面进行氮化处理。
依据上述第一发明,通过对形成于光学基板上的最表层的低折射率薄膜的表面进行氮化处理,可使薄膜的耐久性特别是耐擦伤性得到提高。
本发明的第三实施方式中说明的发明之二(第二发明)的特征是,在上述第一发明中,通过真空蒸镀形成所述低折射率薄膜后,进行所述氮化处理,所述氮化处理中,将含有氮气的气体导入进行所述真空蒸镀的真空室内,进行等离子体处理或离子枪处理。
依据上述第二发明,在光学基板上形成低折射率薄膜后,将含有氮气的气体导入真空室内,通过等离子体处理或离子枪处理,可以氮化所述低折射率薄膜的表面。从而使薄膜的耐久性特别是耐擦伤性得到提高。
本发明的第三实施方式中说明的发明之三(第三发明)的特征是,在上述第一发明或上述第二发明中,形成以二氧化硅为主要成分的所述低折射率薄膜。
依照上述第三发明,通过对以二氧化硅为主要成分的低折射率薄膜进行氮化处理,可使光学物品的耐久性特别是耐擦伤性得到提高。
本发明的第三实施方式中说明的发明之四(第四发明)涉及在光学基板上具有一层以上薄膜的光学物品,所述第四发明的特征是,在所述薄膜内,形成最表层的薄膜为低折射率薄膜,所述低折射率薄膜在背向于所述光学基板的表面上具有含氮部分层。本申请书中这里所述部分层是指低折射率薄膜的表层部分。本发明涉及氮化处理该表层部分。
依据上述第四发明,由于在最表层的低折射率薄膜的表面上形成含氮部分层,从而可使光学物品的耐久性特别是耐擦伤性得到提高。
本发明的第三实施方式中说明的发明之五(第五发明)的特征是,在上述第四发明中,形成以二氧化硅为主要成分的所述低折射率薄膜。
依据上述第五发明,通过对以二氧化硅为主要成分的薄膜进行氮化处理,可使光学物品的耐久性特别是耐擦伤性得到提高。
在第三实施方式中,由于对由二氧化硅等构成的低折射率薄膜进行氮化处理,即对低折射率薄膜的表面全部或部分地进行氮化,形成含氮部分层,因此可以改善易被擦伤表面的耐擦伤性。在这种情况下,部分层含有SisOtNu(s、u为正整数,t为0以上的整数)。
另外,在上述制造方法中,将含有氮气的气体导入真空室内,进行等离子体处理或离子枪处理,由此可对二氧化硅等低折射率薄膜的表面部分地或全部地进行氮化。因此,无需为引入经氮化的层而进行精确的膜厚控制,即使不控制离子电流或精确地掌握时间,也能够容易地引入氮化膜,从而可提高抗反射层的耐擦伤性。特别是在等离子体处理中,也无需使用离子源就能在真空蒸镀用的装置中或蒸镀过程中简单地引入氮化硅。
上述由二氧化硅等构成的低折射率薄膜可形成各种功能性薄膜的一部分,例如形成抗反射膜的一部分。对于由二氧化硅构成的低折射率薄膜,由于在所形成的部分层中存在SiO2和SisOtNu(s、u为正整数,t为0以上的整数)的混合物,因此,部分层的折射率处于1.45~2.05的范围,但是,因其厚度和/或面积是有限定的,因此,对抗反射膜的膜设计造成的影响极少。
另外,可以在功能性薄膜的最上层形成防污膜。在这种情况下,优选在低折射率薄膜的含氮部分层上再形成低折射率薄膜。这样,通过不对层积有防污层的最上层的氧化硅进行氮化,可保持防污层的耐久性,同时可提高耐擦伤性。
适合形成防污层的组成的物质为含氟硅烷化合物,适于防污层的含氟硅烷化合物的一实例为上述通式(1)表示的化合物。
适于防污层的含氟硅烷化合物的另一实例为上述通式(2)表示的化合物。
图7表示用于形成各种功能性薄膜的成膜装置50的结构示意图,所述功能性薄膜是通过真空蒸镀在放置于支撑装置80上的基板(工件)40的表面上形成的。支撑装置80与图1所示的支撑装置相同。成膜装置50具有支撑装置80可通过内部的三个室CH1、CH2和CH3。各室CH1~CH3能相互密封。且各室CH1~CH3的内压分别由真空生成装置52、53和54控制。室CH1为入口或门室。室CH2是成膜为各种功能性薄膜的第二室。另外,用于控制室内氛围气的质量流量控制器66与室CH2连接。氧气供给源63、氩气供给源64b和氮气供给源(图中未表示)与质量流量控制器66连接,这样可以将室CH2内的氛围气控制为100%氧气、100%氩气或100%氮气,或者适当比例的这些气体的混合气。
室CH3是用于通过蒸镀含氟硅烷化合物来形成防污层的室。因此,在室CH3内部具有浸渍了含氟硅烷化合物的防污层蒸镀源59b、加热器(卤素灯)68、用于通过调整开度来控制含氟硅烷化合物的排出量的补偿板67。通过配有回转泵54a、罗茨泵54b和涡轮分子泵54c的真空生成装置54,使室CH3保持在适当的压力。在形成防污层的情况下,将从室CH3中连同支撑装置80一同取出的工件基板40放入恒温恒湿槽(图中未表示)中,使其在适当的湿度和温度的氛围气中退火。进而,通过在室内放置规定时间,来老化该工件基板40。对于在室CH3中不形成防污层的情况,无需上述的退火和老化。其它的结构和作用与第一实施方式的成膜装置50相同,因此,在图中以相同符号标出,略去对其的重复说明。
图8表示的是,在成膜装置50中,以在工件基板40上形成功能性薄膜的过程为例,形成单层低折射率薄膜的过程的流程图。另外,图9是表示本实施方式的光学物品10c的膜结构的截面图。
当光学基板(基材)1为塑料时,在步骤151中,在形成低折射率薄膜30之前,先在光学基板1上形成硬涂层2。该硬涂层2的形成与上述实施方式相同。
将形成有硬涂层2的基板1作为工件基板40固定在支撑装置80上,输送到成膜装置50中。在成膜装置50中,首先,将支撑装置80导入室CH1中,进行脱气,然后再将支撑装置80移至室CH2中,在步骤152进行等离子体处理。该处理的目的是清洁表面,从而使基板1上的硬涂层2与低折射率薄膜30的密合性提高。
在步骤153中,形成作为低折射率薄膜的二氧化硅薄膜后,在步骤154,采用等离子体处理或离子枪处理来氮化表面,这样,在二氧化硅薄膜30的表面(背向基板1的面)上形成覆盖其全部或部分表面的含氮化物部分层39。即,二氧化硅薄膜30为包含经氮化处理的部分的层(表面氮化处理层)。这时,使用含氮气的任意组成的气体为导入气体,例如,可以举出100%氮气、氮气和氧气的混合气体、氮气和氩气的混合气体、或者氮气和氧气和氩气的混合气体等气体。
由此,在光学物品的一面上形成功能性薄膜,因此,在步骤155,翻转基板40并固定在支撑装置80上,重复步骤152~154。当在基板40的两面形成功能性薄膜时,在步骤156取出基板40。
(实施例3-1)
以下依照图8所示的制造方法,对制造作为光学物品的塑料眼镜镜片的几个实施例加以说明。在以下各实施例和比较例中,使用眼镜用塑料镜片基材(Seiko Epson Co.制造,商品名:Seiko Supper Sovereign)作为光学基材1。在步骤151中,使用在该基材1的两面上形成有硬涂层2的工件基板40,并在其上形成作为低折射率薄膜的二氧化硅薄膜30。
将工件基板40凹面向下地固定在支撑装置80的拱形罩81上,然后输送到成膜装置50中。在室CH1中脱气后,在室CH2中进行步骤152,导入100%氩气,一边控制气体压力为4.0×10-2Pa,一边采用高频等离子体发生装置所产生的等离子体对工件基板40进行处理。在频率为13.56MHz、功率为400W的等离子体产生的条件下,进行1分钟的等离子体处理。该处理的目的在于清洁基板表面,从而使基板1和低折射率薄膜30的密合性提高。
接着,进行步骤153,进行二氧化硅薄膜30的蒸镀,该二氧化硅薄膜30膜厚为90nm,作为硬质膜和抗反射膜,该膜厚显示出良好的性能。
在步骤154的氮化处理中,使用等离子体发生装置60。因此,在蒸镀二氧化硅薄膜后,将氮气和氧气以7∶3的比例导入室CH2中,在控制气体压力为4.0×10-2Pa的同时,采用高频等离子体发生装置来产生等离子体。在频率为13.56MHz、功率为600W的等离子体产生的条件下,进行5分钟的等离子体处理。这样,在二氧化硅薄膜30的表面上形成含氮化物部分层39。
然后,将移至室CH3中的支撑装置80从室中取出,翻转镜片凸面向下地固定在支撑装置80的拱形罩81上,再进行与上述同样的处理。(样品S3-1)
(实施例3-2)
在实施例3-2中,在实施例3-1的氮化处理后,再次进行二氧化硅薄膜的蒸镀。这对于在经氮化的二氧化硅薄膜30上形成防污层是有效的,所述经氮化的二氧化硅薄膜30是防污层的基层(准备层)。氮化处理后形成的二氧化硅薄膜(基层)的膜厚只要最低(至少)为5nm,防污层就显示出良好的耐久性。
然后,将支撑装置80移至室CH3中,形成防污层4。使用Shin-EtsuChemical Co.,Ltd.制造的含氟有机硅化合物(商品名:KY-130,为上述通式(2)表示的化合物)来作为蒸镀源59b。用氟类溶剂(Sumitomo 3M,Ltd.制造,商品名:Novec HFE-7200)稀释该KY-130,制备固体成分浓度为3%的溶液,将1g该溶液浸渍到多孔质陶瓷颗粒(pellet)中并干燥该颗粒,以干燥后的颗粒为蒸镀源59b并固定在室CH3中。在成膜过程中,使用卤素灯作为加热器68,加热作为蒸镀源59b的颗粒到600℃,使含氟有机硅化合物蒸镀。蒸镀时间为3分钟。
然后,将室CH3中的支撑装置80从室中取出,翻转镜片凸面向下地固定在支撑装置80的拱形罩81上,再次进行与上述同样的处理。(样品S3-2)
(比较例3-1)
在比较例3-1中,制造出未进行实施例3-1中的氮化处理的塑料镜片(样品SR3-1)。
(比较例3-2)
在比较例3-2中,制造出未进行实施例3-2中的氮化处理的塑料镜片(样品SR3-2)。
(评价)
采用以下方法对实施例3-1、3-2以及比较例3-1、3-2制造的样品S3-1、S3-2、SR3-1和SR3-2的耐擦伤性进行了评价。其评价结果汇总示于表3中。
为了评价耐擦伤性,缠在夹具上的钢丝棉(#0000)在负重2kg的状态下,在各样品S3-1、S3-2、SR3-1和SR3-2最外表面上往复50次。将由此产生的擦伤程度与标准样品比较,以A、B、C和D这四个级别评价耐擦伤性。其中,A表示最佳,B、C、D顺次表示劣化。
表3
|
样品No. |
评价结果 |
综合评价 |
耐擦伤性 |
实施例3-1 |
S3-1 |
A |
◎ |
实施例3-2 |
S3-2 |
A |
◎ |
比较例3-1 |
SR3-1 |
D |
× |
比较例3-2 |
SR3-2 |
D |
× |
在实施例3-1和3-2的样品S3-1和S3-2中,二氧化硅薄膜经氮化处理,因此,对样品S3-1和S3-2的耐擦伤性试验的评价为良好(A)。另一方面,对未进行氮化处理的比较例3-1和比较例3-2的样品SR3-1和SR3-2的耐擦伤性试验的评价为不合格(D)。结果可知,通过氮化处理二氧化硅薄膜可改善耐擦伤性。
若综合评价,则实施例的样品S3-1和S3-2作为制品全部为◎(优良)。比较例的样品SR3-1和SR3-2全部为×(不合格)。
另外,上述第三实施方式(实施例)涉及在具有硬涂层的塑料眼镜镜片上形成有功能性薄膜的光学物品。对于具有玻璃基材的光学物品,也可以在基材上形成抗反射层而不在基材和抗反射层之间夹有硬涂层。本发明的第三实施方式涉及在最表层形成表面经氮化处理的二氧化硅薄膜的结构,但是,在该最表层上形成具有抗反射功能的2层以上的薄膜时,也可获得与本实施方式同样的效果。另外,对于该光学物品,并非限定于眼镜镜片,而是包括图像显示装置的光学元件、棱镜、光纤、信息记录介质用元件、滤光器等光学制品,对于这些光学物品也可以适用上述实施方式所公开的制造方法。