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Die
Erfindung betrifft ein auf zumindest einem optischen Substrat gemäß den Merkmalen
der unabhängigen
Patentansprüche
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Schmutzabweisende,
insbesondere hydrophobe und/oder oleophobe Topcoatschichten zur Verminderung
von Wasserflecken und Schmutzhaftung auf optischen Substraten, wie
beispielsweise Brillengläsern
sind bekannt. So ist in der
DE
3701 654 A1 beschrieben, mit Siliziumoxyd überzogene Gegenstände wie
Linsen, Anzeigetafeln und dergleichen mit einem Material zu behandeln,
das nach Umsetzung oder Absorption an der zu behandelnden Oberfläche eine
wasserabstoßende
Wirkung erzeugt. Bei Brillengläsern
wird üblicherweise
die Topcoatschicht auf Anti-Reflektionsschichten aufgebracht, jedoch
sind auch Topcoatschichten auf nur mit Hartlack versehenen oder
unbeschichteten Mineralgläsern
bekannt.
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Allgemein
sind zwei unterschiedliche Verfahren zur Aufbringung einer Topcoatschicht üblich. Bei dem
einen Verfahren erfolgt die Beschichtung durch Tauchen, Spritzen,
Schleuderbeschichten mit einer Lösung
oder einem Gel, während
bei dem anderen Verfahren die Beschichtung aus einer gasförmigen Phase,
vorzugsweise in Vakuum, erfolgt.
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Beschichtungslösungen zur
Herstellung von hydrophoben Schichten auf Linsen, die sich zwar
relativ einfach aufbringen lassen, aber nur eine relativ geringe
Haltbarkeit aufweisen, sind aus der
US 6,486,107 B1 bekannt. Ferner wird in der
US 6,355,104 B1 vorgeschlagen,
optische Linsen in einem Tauchbad mit einer Schutzschicht zu versehen. Ein
relativ einfaches, dafür
zeitaufwendiges Verfahren ist aus der US 2004-0156983 A1 bekannt,
bei dem mittels einer Spincoatvorrichtung auf eine Anti-Reflexbeschichtung
eine hydrophobe Topcoatschicht aufgebracht wird.
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Aus
der
DE 135 39789 A1 ist
bekannt, wasserabweisende Beschichtungen auf optischen Substraten
durch thermisches Bedampfen in Hochvakuum aufzubringen. Der US 2004-0142185 A1 kann ein Verfahren
entnommen werden, eine dünne
Wasser und Öl
abstoßende
Schicht auf einer Siliziumoxydbeschichtung mit anti-reflexiven Eigenschaften
aufzubringen. Als Verdampfungsquelle für eine hydrophobe reaktive
organische Komponente wird in diesem Dokument eine poröse keramische,
mit der hydrophoben reaktiven Komponente imprägnierte Matrix oder ein Block
von Metallfasern vorgeschlagen. Außerhalb eines Druckbereichs
zwischen 10
–5 und
10
–6 wurde
dabei eine niedrigen Produktionseffizienz oder eine niedrige Qualität der Wasser
und Öl
abstoßenden
Schichten beobachtet. In der
EP 1 387 187 A1 ist ein optisches Anti-Reflektionselement
mit einer doppellagigen Topcoatschicht beschrieben, die durch Verdampfen
eines Topcoatmaterials unter einem Vakuum mit einem Druck von 8,0 × 10
–1 Pa
bis 1,0 × 10
–6 Pa
hergestellt wird. Zur Herstellung hydrophober Schichten auf Fluoridsubstraten
wird in der
DE 199 22523
A1 vorgeschlagen, Polyfluorkohlenwasserstoffe im Hochvakuum
durch Erhitzen auf 400 bis 500 Grad C bei einem Druck von 10
–3 bis
10
–5 mbar
zu verdampfen.
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Mit
einer Topcoatschicht versehene optische Linsen, wie sie beispielsweise
in Brillen Verwendung finden, werden heute in industriellen Prozessanlagen hergestellt,
in denen vor der Herstellung der Topcoatschicht üblicherweise eine Formgebung
und Reinigung der Linse, Aufbringung eines Hardcoats durch Tauchlackieren
oder Spincoating, ein Trocknen und Tempern vor Aufbringung einer
Anti-Reflektionsschicht sowie als letzter Schritt die Beschichtung
mit der hydrophoben und oleophoben Topcoatschicht erfolgt. Alternativ
ist es üblich,
den Hardcoat auch durch einen PECVD-Prozess bzw. die Anti-Reflexschicht durch
Sputtern herzustellen. Gebräuchlich
ist es, eine größere Anzahl
von mit einer Topcoatschicht zu versehenen Substrate in Körbe einzusetzen
oder auf Kalotten anzuordnen und das Topcoatmaterial mittels Vakuumverdampfung
auf die Substrate aufzubringen. Um eine möglichst hohe Automatisierung
zu erreichen, wird in jüngster
Zeit die Batch-Produktion, bei der eine Kombination aus verschiedenen
Einzelanlagen eingesetzt wird, durch Inline-Produktionsanlagen abgelöst. Zwar
lassen sich mit den erwähnten Anlagen
hochqualitative Topcoatschichten mit guter Schmutzbeständigkeit
kostengünstig
herstellen, jedoch führt
die Forderung nach hohen Durchsatzmengen und die anspruchsvolle
Hochvakuumtechnik zu großdimensionierten
Anlagen, die einen Einsatz außerhalb
einer industriellen Umgebung wirtschaftlich praktisch ausschließen, obwohl
beispielsweise in Optikläden
eine unaufwendige und kundennahe Möglichkeit zur Herstellung von
Topcoatschichten äusserst
sinnvoll ist.
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Hochqualitative
Topcoatschichten können
einen Kontaktwinkel von Wasser von 120° erreichen. Gleichzeitig kann
der Gleitwinkel von mit derartigen Topcoatschichten versehenen optischen
Linsen auf Baumwolle in einem Bereich zwischen 4° und 6° bei handelsüblichen Kunststoffbrillengläsern mit
einer Dioptrie von –2,0
aufweisen, wobei die konvexe Seite die Gleitfläche ist. Ferner ist die Oberflächenrauigkeit von
so genannten Cleancoat Topcoatschichten häufig extrem gering, womit die
Schmutzhaftung vermindert und die Reinigungseigenschaften verbessert werden.
Die bei derartigen Topcoatschichten erreichte, an sich gewünschte extreme
Oberflächenglätte, führt jedoch
im Zusammenhang mit einer Randbearbeitung der Linsen beim Einbau
in ein Brillengestell zu Schwierigkeiten. Insbesondere kommt es
zu Problemen bei der Haftung der für die Randbearbeitung erforderlichen
Markierungen auf der Oberfläche.
Im Extremfall haften die Markeierungen nicht mehr auf der glatten
Topcoatschicht. Ferner ist beim Einschleifen der Gläser auf
die vom Brillengestell abhängige Form
die Linse in der Bearbeitungsmaschine nur mit Schwierigkeiten fixierbar,
da die hierzu benötigten Klebepads
nicht ausreichend auf der Oberfläche
haften. Daher kann es zu einem Verrutschen der Linse um mehrere
Grad gegenüber
der vorgesehen optischen Achse kommen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Verfügung
zu stellen, mit denen auf einfache, zuverlässige und kostengünstige Weise
eine Topcoatschicht auf einem Substrat hergestellt werden kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung einer Topcoatschicht auf zumindest einem Substrat
mittels Verdampfen eines Topcoatmaterials in einer Vakuumkammer,
welche einen Verdampfungscontainer zum Verdampfen des Topcoatmaterials
aufweist, beinhaltet, dass während
des Verdampfens zumindest ein Substrat um eine Achse bewegt wird,
welche relativ zu einer Hauptverdampfungsrichtung einen Winkel in
einem Bereich <0
bis 90° aufweist.
Es versteht sich, dass auch mehrere Substrate gleichzeitig beschichtet
werden können.
Mittels der Bewegung des Substrats um die besagte Achse während des
Verdampfens, gelingt es in der Vakuumkammer vorhandene räumliche
Inhomogenitäten
des Topcoatmaterials in der Dampfphase zu reduzieren und damit eine
gegenüber
einem nicht um eine derartige Achse bewegten Substrat homogenere
Beschichtung zu erhalten. Eine Konsequenz dieser Verfahrensweise
ist es, dass auch mit relativ schlechtem Vakuum gute Topcoatschichten
hergestellt werden können.
Ferner kann der Abstand zwischen den Substraten und dem Verdampfungsmodul
gering gehalten werden, ohne das die Homogenität der Schicht nennenswert beeinträchtigt wird,
so dass eine räumlich
klein dimensionierte Vakuumkammer verwendet werden kann, die beispielsweise
auf einem Tisch Platz hat und in einem Optikergeschäft eingesetzt werden
kann.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird die Topcoatschicht auf eine oder
zwei in einem Rahmengestell eingebaute Linsen aufgebracht, so dass
Schwierigkeiten bei einer Randbearbeitung des Substrats durch eine
Topcoatschicht mit hoher Glätte
zuverlässig
vermieden werden können.
Dies ist auch von Nutzen, wenn bereits getragene Brillengläser nachträglich mit
einer Topcoatschicht versehen oder eine derartige Schicht erneuert
oder repariert werden soll, da die sonst notwendige Demontage und
erneute Montage der Gläser
in das Rahmengestell entfällt.
Das Rahmengestell kann während der
Beschichtung gedreht werden oder auch ortsfest sein.
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Das
Verdampfen des Topcoatmaterials kann in einem weiten Druckbereich,
vorzugsweise zwischen 0,01 mbar und 50 mbar, besonders vorzugsweise
bei 0,1 mbar, 1,0 mbar, 10 mbar oder 40 mbar erfolgen, so dass der
verfahrenstechnische Aufwand gering gehalten werden kann.
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Ein
nach Beendigung des Verdampfens durchgeführter Spülprozess mit einem Spülmedium wird
vorzugsweise vor einer Entnahme des Substrats vorgenommen und kann
gleichzeitig zur Kühlung
des Verdampfungscontainers durchgeführt werden, so dass eine rasche
Entnahme des Substrats aus der Vakuumkammer möglich ist.
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Wenn
das Substrat vor Beginn des Verdampfens einer Randbearbeitung zur
Anpassung des Substrats für
einen Einbau in ein Rahmengestell unterzogen wird, können Schwierigkeiten
der Handhabung durch eine extrem glatte Oberfläche der Topcoatschicht vollständig vermieden
werden. Es versteht sich, dass eine Randbearbeitung des Substrats
zur Einpassung an einen Einbau in ein Rahmengestell auch nach Beendigung
des Verdampfens erfolgen kann.
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Besonders
bewährt
haben sich Topcoatschichten, bei denen eine schmutzabweisende Eigenschaft
durch hydrophobe und/oder oleophobe Oberflächeneigenschaften bewirkt wird.
Als Topcoatmaterial werden erfindungsgemäß vorzugsweise eine Fluorkohlenwasserstoffverbindung,
eine Organosiliziumverbindung, perflorierter Polyäther oder
fluorirte organische Siliziumverbindungen eingesetzt.
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Besonders
geeignet ist das Verfahren für
die Beschichtung von als Linsen ausgebildeten Substraten, vor allem
Brillengläsern,
obwohl auch andere Substrate, wie Reflektoren, Autospiegel u.dgl.
erfindungsgemäß beschichtet
werden können
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Vorteilhaft
ist die Aufbringung einer Topcoatschicht, insbesondere einer Cleancoatschicht
die durch einen oder mehrere der folgenden Oberflächenparameter
charakterisiert ist:
- • Kontaktwinkel mit Reinstwasser
von > 110° und/oder
einer Oberflächenenergie < 30 mN/m pro Meter
- • einen
Gleitwinkel eines als Kunststoffbrillenglas von 70 mm Durchmesser
mit einer Dioptrie von –2.00
ausgebildeten Substrats mit der konvexen Seite auf einer feinstrukturierten
Baumwollunterlage von < 6°.
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Das
Verfahren eignet sich besonders für Substrate aus einem Mineralglasmaterial
oder einem Kunststoffmaterial, wie sie zur Herstellung von Brillengläsern verwendet
werden. Vor dem Beginn des Verdampfens ist es vorteilhaft, wenn
auf das Substrat eine Antireflex- und/oder Lackbeschichtung aufgebracht
wird.
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Eine
besonders einfache Handhabung der Zufuhr von Topcoatmaterial bei
der Beschichtung wird erreicht, wenn das Topcoatmaterial aus einem Verdampfungscontainer,
welcher zumindest einen Formkörper
umfasst, verdampft wird. Vorzugsweise ist der Formkörper porös und tablettenartig
ausgebildet.
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Wenn
Vorder- und Rückseite
des Substrats während
der Bewegung um die Achse wechselnd dem Verdampfungscontainer gegenüberliegend
positioniert und/oder beschichtet werden, wird durch die Bewegung
für eine
höhere
Gleichförmigkeit
der auf das Substrat aufgebrachten Schicht gesorgt. Wenn Vorder-
und Rückseite
des Substrats gleichzeitig beschichtet werden, kann damit die Effektivität des Verfahrens
erhöht
werden. Eine Bewegung des Substrats um eine Achse, welche durch
das Substrat verläuft,
ist auf einfache Weise konstruktiv realisierbar. Dies ist besonders
vorteilhaft bei Bedampfung von mehreren Substraten.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Herstellung einer Topcoatschicht ist neben ihren gattungsmäßigen Merkmalen
dadurch ausgezeichnet, dass eine Substrathalterung vorgesehen ist,
mittels der während
des Verdampfens zumindest ein Substrat um eine Achse bewegbar ist,
die relativ zu einer Hauptverdampfungsrichtung einen Winkel in einem Bereich > 0 bis 90° aufweist.
Zusätzlich
oder alternativ ist eine Halterung für zumindest ein Rahmengestell,
in welches zumindest eine Linse einbaubar ist, vorgesehen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn dem Verdampfungscontainer ein Verdampfungsmodul
mit einer Aufnahmeöffnung
zur Aufnahme des Verdampfungscontainers zugeordnet ist, wodurch
eine einfache Handhabung, insbesondere Zufuhr und Entfernung des
Verdampfungscontainers, realisiert werden kann.
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Zur
einfachen Bedienung der Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn die
Vakuumkammer eine verschließbare
Zugangsöffnung
zum Be- und Entladen der Vakuumkammer aufweist, die geodätisch oberhalb
des Substrats angeordnet ist.
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Die
Vorrichtung kann kostengünstig
hergestellt werden, wenn die Vakuumkammer eine als Drehschieberpumpe
ausgebildete Vakuumpumpe aufweist. Das Spülen und/oder Fluten der Vakuumkammer
wird konstruktiv einfach realisiert, wenn die Vakuumkammer mit einem
Belüftungsventil
ausgestattet ist.
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Weitere
Ausbildungsformen und Vorteile der Erfindung sind unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen, der folgenden Beschreibung
sowie zugeordneten Zeichnungen zu entnehmen.
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Die
Zeichnungen zeigen schematisch in
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung mit
zwei zu beschichtenden Substraten
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2 einen
als Rahmen mit Spannelementen ausgebildeten Substrathalter.
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Die
in 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung
einer Topcoatschicht auf einem optischen Substrat mittels Verdampfen
eines Topcoatmaterials in einer Vakuumkammer ist besonders aber
nicht ausschließlich
für den
Einsatz in unmittelbarer Kundennähe
in einem Optikergeschäft geeignet.
Die Vorrichtung ermöglicht
auf einfache Weise, eine Topcoatschicht nach dem Formschneiden von
Brillengläsern
direkt beim Optiker aufzubringen. Die mit der Topcoatschicht versehenen
Substrate werden nach einem letzten Arbeitsgang nur noch in ein
Rahmengestell eingesetzt. Damit werden die durch eine extreme Oberflächenglätte von
beschichten Substraten bedingten Probleme bei der Randbearbeitung
von Brillengläsern
vollständig
beseitigt.
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In
einer in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist
in der Vakuumkammer eine Halterung für ein oder mehrere Rahmengestelle
vorgesehen. Gemäß diesem
Aspekt der Erfindung wird die Topcoatschicht auf eine oder zwei in
einem Rahmengestell eingebaute Linsen aufgebracht. Es erfolgt dabei
eine in Abhängigkeit
von dem Material des Rahmengestells mehr oder weniger abriebfeste
Beschichtung der Gestelloberfläche
mit dem Topcoatmaterial. Wird das Rahmengestell während des
Bedampfens nicht bewegt, wird vorzugsweise ein Vakuum mit niedrigerem
Druck verwendet als bei bewegtem Gestell.
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Als
Topcoatmaterialien werden bevorzugt Flurkohlenwasserstoffverbindungen,
Organosiliziumverbindungen, perflorierte Polyäther oder fluorirte organische
Siliziumverbindungen eingesetzt. Die aufgebrachte Topcoatschicht
ist vorzugsweise ein Cleancoatschicht und weist hydrophobe und/oder oleophobe
Oberflächeneigenschaften
auf. Sie ist vorzugsweise zumindest durch einen oder mehrere der folgenden
Oberflächenparameter
charakterisiert:
- • Kontaktwinkel mit Reinstwasser
von > 110° und/oder
einer Oberflächenenergie < 30 mN/m
- • einen
Gleitwinkel eines als Kunststoffbrillenglas von 70 mm Durchmesser
mit einer Dioptrie von –2.00
ausgebildeten Substrats mit der konvexen Seite auf einer feinstrukturierten
Baumwollunterlage von < 6°.
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Die
Vorrichtung umfasst eine Vakuumkammer 1, deren Kammerwand 2 einen
geodätisch
oben angeordneten, vorzugsweise optisch transparenten, verschließbaren Kammerdeckel 2a aufweist.
Der Innenbereich der Vakuumkammer 1 kann geringe Abmessungen
aufweisen beispielsweise von einer Breite von 450 mm, Tiefe von
300 mm und Höhe
von 350 mm.
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Die
Vakuumkammer 1 ist über
eine Vakuumleitung 7a mit einer Vakuumpumpe 7 verbunden,
wobei in der Vakuumleitung 7a ein Absperrventil 6 angeordnet
ist. Ferner ist die Vakuumkammer mit einer Belüftungsleitung 8a und
einem in dieser Belüftungsleitung
angeordneten Belüftungsventil 8 ausgestattet,
durch die ein Spülmedium,
beispielsweise Luft der Vakuumkammer 1 zugeführt werden
kann. Die Vakuumpumpe 7 kann eine Drehschieberpumpe sein.
Das Verdampfen des Topcoatmaterials kann in einem weiten Druckbereich,
vorzugsweise zwischen 0,01 mbar und 50 mbar, besonders vorzugsweise
bei 0,1 mbar, 1,0 mbar, 10 mbar oder 40 mbar erfolgen, so dass der
verfahrenstechnische Aufwand gering gehalten werden kann.
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In
der Vakuumkammer ist eine Substrathalterung 3 angeordnet
mit einem Rahmen 3b, welcher Spannelemente 3a, 3a' umfasst. Dem
Spannelement 3a ist ein Fixierelement 3f zugeordnet.
Zwischen dem Spannelement 3a und dem Fixierelement 3f ist
ein als optische Linse ausgebildetes Substrat angeordnet. Das Spannelement 3a wird
mittels einer Spannfeder 3c in Richtung des Fixierelements 3f gedrückt und
spannt auf diese Weise die Linse 4b ein. Mittels des Spannelements 3a' ist eine zweite
Linse 4a im Zusammenwirken mit dem Fixierelement 3f eingespannt.
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Der
Rahmen 3b weist eine Achse 3d auf, die durch die
Linsen 4a bzw. 4b verläuft. In weiteren Ausführungsformen
der Erfindung sind Achsen vorgesehen, welche vollständig außerhalb
des Substrats verlaufen. Die Achse 3d ist in Achsenlagern 9a und 9b gelagert
und über
einen Achsenantrieb 10 bewegbar. Um eine einfache Montage
oder Demontage der Substrathalterung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn
die Achsenhalterungen 9a, 9b nach obenhin offen
ausgebildet sind. Die Substrathalterung kann dann von oben einfach
aufgelegt werden.
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Geodätisch unterhalb
der Substrathalterung, sowie der eingespannten Linsen 4a, 4b ist
ein Verdampfungsmodul 5 mit einer Mulde 5a angeordnet.
In einer anderen Ausführungsform,
ist das Modul 5 seitwärts
an der Kammerwand 2 angeordnet. Die Mulde 5a nimmt
einen als Formkörper 5b ausgebildeten Verdampfungscontainer
auf, der mit Topcoatmaterial beladen ist.
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Üblicherweise
werden für
das Ausdampfen des Topcoatmaterials aus dem Formkörper Temperaturen
in einem Bereich zwischen 550 und 750 Grad C, bevorzugt zwischen
600 und 700 Grad C benötigt. Das
Verdampfungsmodul 5 ist mittels einer elektrischen Heizung,
vorzugsweise einer Widerstandsheizung oder einer elektrischen Lampe,
vorzugsweise einer Halogenlampe, beheizbar und ermöglicht eine Erhitzung
des Verdampfungscontainers 5b im Betrieb der Vorrichtung.
Bei Verwendung einer Halogenlampe kann auf deren Oberteil eine Kupferkappe aufgesetzt
sein, die die Mulde 5a aufweist. Zur Gewährleistung
einer gleichmäßigen Beheizung
des Verdampfungscontainers 5b weist die Heizung vorzugsweise
eine Regelung auf.
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Der
Formkörper 5b ist
vorzugsweise aus einem porösen
Material, beispielsweise Al2O3, gefertigt und tablettenartig ausgebildet
und dient üblicherweise
nur als Träger
für das
eigentliche Topcoatmaterial. In einer nicht dargestellten Ausführungsform der
Erfindung ist eine lineare Anordnung oder eine flächenartige
Anordnung von mehreren Verdampfungscontainern vorgesehen, um eine
homogenere Verteilung des Topcoatmaterials in der Dampfphase in
der Vakuumkammer 1 zu ermöglichen.
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Bevorzugt
ist eine sehr kompakt ausgebildete Vorrichtung, bei der zwischen
dem Substrat und dem Verdampfungscontainer ein minimaler Abstand von
30 mm, vorzugsweise 50 mm vorgesehen ist. Der Maximalabstand zwischen
dem Verdampfungscontainer und dem Substrat ist bei der in der 1 dargestellten
Konfiguration durch den Minimalabstand und den Radius des Substrats
(bei einem Substrat mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Grundfläche) gegeben.
Es versteht sich, dass auch Vorrichtungen mit größerem Abstand zwischen Substrat
und Verdampfungscontainer von der Erfindung umfasst werden.
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Im
Betriebszustand wird das zu beschichtende Substrat um die Achse 3d bewegt.
Während
der Bewegung werden Vorder- und Rückseite des Substrats wechselnd
dem Verdampfungsmodul gegenüberliegend
positioniert, so dass eine gleichmäßige Beschichtung der Oberfläche des
Substrats erfolgt.
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In 2 ist
eine weitere Ausführungsform
eines Substrathalters für
die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit vier eingespannten Substraten dargestellt. Zur Vereinfachung
wird nur der Fall eines Substrates 4c genauer beschrieben.
Analoge Komponenten sind in den 2 und 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Substrathalter 3 weist ein Rahmenelement 3e auf
mit Spannelementen 3a, die jeweils einen Spannbolzen 3j mit
einem Spannlager 3i beinhalten. Das Spannlager 3i beinhaltet
eine Fixiernut 3h. Der Fixiernut 3i des Spannbolzens 3j ist eine
Fixiernut 3g zugeordnet, die an einem dem Rahmenelement 3e gegenüberliegendem
Rahmenelement 3e' angeordnet
ist. Das Substrat 4c ist lösbar in die Substrathalterung 3 eingespannt.
Beim Einspannen wirken das Rahmenelement 3e und das Spannlager 3i zusammen,
wobei das Substrat 4c mit Randbereichen jeweils in die
Fixiernuten 3i und 3g eingreift. Die erforderliche
Spannkraft wird durch eine Spannfeder 3c aufgebracht, die
zwischen dem Spannlager 3i und dem Rahmenelement 3e angeordnet
ist.
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Der
Rahmen 3b ist an einer Achse 3d derart befestigt,
dass während
des Verdampfens das Substrat um eine Achse bewegt wird, die relativ
zu einer Hauptverdampfungsrichtung einen Winkel in einem Bereich > 0 bis 90 Grad aufweist.
Bevorzugt ist dabei ein Winkel von 90 Grad. Bei der in der 2 dargestellten
Konfiguration werden Vorder- und Rückseite der Substrate gleichzeitig
beschichtet.
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Im
Folgenden werden Schritte eines typischen Ablaufs einer Beschichtungsprozesses
gemäß der Erfindung
beschrieben.
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In
die Vakuumkammer wird eine Tablette mit einer geeigneten hydrophoben
und/oder oleophoben Substanz als Topcoatmaterial eingelegt;
die
Substrate, beispielsweise formgeschnittene oder auch nicht formgeschnittene
Brillengläser,
werden in die Substrathalterung eingespannt;
die Substrathalterung
wird in die Vakuumkammer eingelegt;
die Vakuumkammer wird geschlossen;
es
erfolgt ein Abpumpen der Vakuumkammer bis zum Erreichen des erforderlichen
Prozessdrucks, beispielsweise weniger als 50 mbar;
die Bewegung
des Substrats um die Achse sowie die Heizung wird gestartet;
sobald
eine vorgeschriebene Verdampfungstemperatur erreicht wird, wird
der Ablauf einer Wartezeit gestartet; die Wartezeit ist die Zeit,
die benötigt
wird, um eine ausreichend dicke Schicht des Topcoatmaterials auf
dem Substrat zu applizieren; die Schichtdicke wird also von der
Zeit und der Temperatur des Verdampfers bestimmt;
nach Ablauf
der Wartezeit wird das Belüftungsventil geöffnet;
Substrate
und die gebrauchte Tablette werden aus der Vakuumkammer entnommen.
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Die
Vakuumpumpe bleibt vorzugsweise nach Beendigung des Verdampfens
für eine
bestimmte Zeit aktiv, um die Vakuumkammer mit Luft zu spülen und
den Verdampfer zu kühlen.
Nach der Spül-
bzw. Abkühlphase
wird die Vakuumpumpe ausgeschaltet. Das geöffnete Belüftungsventil bleibt bis zum Öffnen der
Kammer aktiv.
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Vorzugsweise
wird das Abpumpen durch das Schließen des Kammerdeckels 2a gestartet.
Ferner kann dann die Drehung des Substrathalters gestartet werden.
Nach cirka 2 Minuten wird die Heizung gestartet. Für ein Zeitintervall
von cirka 2 Minuten wird die Heiztemperatur erhöht und anschließend für ein weiteres
Zeitintervall von 3 Minuten gehalten. Der Spülprozess kann über eine
Dauer von 4 Minuten durchgeführt
werden, wobei eine Kühlung
des Verdampfermoduls durch die eingelassene Luft erfolgt.
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- 1
- Vakuumkammer
- 2
- Kammerwand
- 2a
- Kammerdeckel
- 3
- Substrathalterung
- 3a,
3a'
- Spannelement
- 3b
- Drehrahmen
- 3c
- Spannfeder
- 3d
- Achse
- 3e,
3e'
- Rahmenelement
- 3f
- Fixierelement
- 3g
- Fixiernut
- 3h
- Fixiernut
- 3i
- Spannlager
- 3j
- Spannbolzen
- 4a,
4b, 4c
- Linsen
- 5
- Verdampfungsmodul
- 5a
- Mulde
- 5b
- Formkörper
- 6
- Absperrventil
- 7
- Vakuumpumpe
- 7a
- Vakuumleitung
- 8
- Belüftungsventil
- 8a
- Belüftungsleitung
- 9a,
9b
- Achsenlager
- 10
- Achsenantrieb