DE19530864A1

DE19530864A1 - Optisches Bauteil und Verfahren zum Beschichten eines solchen

Info

Publication number: DE19530864A1
Application number: DE19530864A
Authority: DE
Inventors: Roman Bischof; Markus Hofer; Albert Koller; Christian Wohlrab
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Priority date: 1994-09-01
Filing date: 1995-08-22
Publication date: 1996-03-07
Also published as: ITMI951836A1; IT1277520B1; CH690511A5; FR2724233B1; US5648147A; ITMI951836A0; GB2292751A; JPH08190002A; GB2292751B; JP3999284B2; FR2724233A1; GB9517089D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Bauteil nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Be schichten eines optischen Substrates nach dem Oberbegriff von Anspruch 9.

Definitionen

- Als Prozeßatmosphäre wird nachfolgend die Zusammenset zung der Atmosphäre verstanden, worin die Plasmapolymeri sation stattfindet.
- Als Prozeßparameter werden Größen wie Totaldruck im Prozeßraum, Magnetfeldstärke, HF-Leistung etc. verstan den.

Beschichtete Bauteile, bei denen mechanische und/oder chemi sche Eigenschaften der Substratoberfläche durch Vorsehen der Beschichtung geändert werden, sind hinlänglich bekannt. Unter mechanischen bzw. chemischen Eigenschaften werden Eigenschaf ten, wie mechanische Verschleißeigenschaften, chemische Ver schleiß- oder Korrosionseigenschaften, Hafteigenschaften, Diffusionsverhalten, Benetzbarkeit etc., verstanden.

Es sind weiter auch optische Bauteile bekannt, bei denen eine Beschichtung die mechanischen und/oder chemischen Eigenschaf ten der Auflagefläche, worauf die Beschichtung abgelegt wor den ist, ändert, sei nun, daß die betrachtete Beschichtung direkt auf das Substrat oder auf eine darunterliegende weite re Beschichtung abgelegt sei; der Ablagekörper für die Be schichtung 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 ver schleißfesten Schichten auf unterschiedlichen Substraten mittels Plasmapolymerisation sind auch schon längere Zeit be kannt. Unter Plasmapolymerisation wird allgemein die Schicht bildung aus dem Dampf organischer oder metallorganischer Mo nomere in einer Plasmaentladung verstanden. Bezüglich solcher Beschichtungsverfahren kann auf R.D. Agostino, "Plasma depo sition 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 "Plasmapoly merisation" von K. Telgenbüscher, J. Leiber, 19. 5. 1993, In stitut für Kunststoffverarbeitung, Aachen, sind Verfahren be kannt, die durch Änderung einzelner Beschichtungsparameter, wie Leistung, oder der Prozeßatmosphäre, wie durch verzöger te Zugabe von Sauerstoff, eine gute Haftung der Schichten bei gleichzeitiger hoher Verschleißfestigkeit erreichen. Dabei werden als metallhaltige Monomere ausschließlich silicium haltige 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 ange paßten Haftvermittlungsschicht beginnt, was in einer Pro zeßatmosphäre, die eine siliciumenthaltende metallorganische Verbindung ohne Zugabe von Sauerstoff enthält, erreicht wird.

Anschließend wird der Sauerstofffluß stufenweise oder kon tinuierlich erhöht, wodurch der Quotient Si/O₂ in der Schicht steigt, was eine Zunahme der Schichthärte und damit der me chanischen Verschleißfestigkeit bewirkt.

Wird die abschließende Schicht mit hohem Sauerstoffgehalt der Prozeßatmosphäre dick genug aufgebracht, so kann ein guter mechanischer Verschleißschutz eines Kunststoffsubstra tes erzielt werden.

Bezüglich der Abscheidung von TiO₂ bzw. TiO₂-haltigen Schich ten 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. Bar ker, 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 Verschleiß schutzschicht zu versehen.

Ein in der Praxis oft eingesetzter Kunststoff für ophthalmi sche Zwecke ist der relativ leichte Kunststoff CR-39 mit gu ten optischen Eigenschaften. Sein Brechungsindex beträgt 1.5.

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

Am so beschichteten Bauteil ergeben sich somit keine Index sprünge, somit keine Stör-Interferenzerscheinungen und Trans missionseinbußen, die auf das Index-Sprung-Problem aufmerk sam machten.

Es wird auf folgende weitere Schriften verwiesen:

- EP,A,0 451 618 (HONEYWELL), 16. Oktober 1991 siehe Spalte 8, Zeile 55-58 und Spalte 9, Zeile 1-20 siehe Abb. 15-16B
- SURFACE AND COATINGS TECHNOLOGY, Bd. 59, Nr. 1-3 Oktober 1993; Seiten 365-370 POLL ET AL "Optical Properties of Plasma Polymer Films" siehe das ganze Dokument
- US,A,5 217 749 (DENTON ET AL) 8. Juni 1993 siehe das ganze Dokument
- US,A,4 176 208 (MORAVEC ET AL) 27. November 1979 siehe das ganze Dokument
- US,A,4 934 788 (SOUTHWELL) 19. Juni 1990 siehe das ganze Dokument
- APPLIED PHYSICS LETTERS., Bd. 60, Nr. 21, 25. Mai 1992, NEW YORK US, Seiten 2595-2597 TOBIN ET AL "Effects of Deposition Parameters on the Re fractive Index in Plasma Polymerized Methyl Methacrylate Films" siehe das ganze Dokument
- US,A,5 154 978 (NAKAYAMA ET AL) 13. Oktober 1992 siehe das ganze Dokument
- PROCEEDINGS OF THE SPIE, Bd. 50, 19. August 1974, SAN DIEGO, CA, US; Seiten 229-237 HOLLAHAN ET AL "Moisture resistant and Anti-Reflection Optical Coatings Produced by Plasma Polymerization of Organic Compounds" siehe das ganze Dokument
- WO,A,85 04601 (ROBERT BOSCH) 24. Oktober 1985 siehe das ganze Dokument.

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

Ein wesentlicher Nachteil derartig beschichteter optischer Bauelemente ist mithin, daß durch Aufbringen der Beschich tung, wie einer Verschleißschutzschicht, sprungartige Ände rungen des Brechungsindexes erfolgen. Dadurch werden auch optische Eigenschaften des resultierenden Bauelementes geän dert 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 Bau teil und ein Verfahren zu dessen Herstellung eingangs genann ter 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, Kor rosionsverhalten, 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 kenn zeichnenden Teil von Anspruch 9 aus.

Bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Bau teiles 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 Plas mapolymerisationsanlage, gemäß der EP-0 550 003 (US-A-5 310 607) aufgebaut und gemäß der DE-A-39 31 713 (US-A-5 227 202) betrieben. Diese Schriften werden bezüglich Aufbau einer bevorzugterweise ein gesetzten Plasmapolymerisationsanlage einerseits, bezüglich deren Betrieb anderseits, als integrier ter Bestandteil der vorliegenden Erfindung erklärt;

Fig. 2 über der Zeitachse qualitativ die Führung der Pro zeßatmosphäre für eine bekannte Verschleißschutz beschichtung von Kunststofflinsen mit dem Bre chungsindex n_D = 1,5;

Fig. 3 in Darstellung analog zu Fig. 2, einen erfindungs gemäßen Prozeßverlauf für Substrate mit n_D < 1,5;

Fig. 4 über der Schichtdicke an einem erfindungsgemäßen optischen Bauteil, wie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren realisiert, den Verlauf des Brechungsin dex n_D 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 bevorzug terweise 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 ro tiert. Dadurch wird, wie in der EP-0 550 003 (US-A-5 310 607) und der DE-39 31 713 (US-A-5 227 202) erläutert, abgesehen von Haltebereichen der Substrathalterung an den Substraten, eine allseitig gleichzeitige und gleiche Plasmapolymerisa tionsbeschichtung sichergestellt.

Die Prozeßatmosphäre im Prozeßraum 1 wird durch Einlaß entsprechender Gase bzw. Gasgemische durch eine Gaseinlaßan ordnung 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 je weils 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.

Tabelle I

In Tabelle II sind sieben an der Anlage PPV 100 einstellbare Prozeßatmosphären zusammengestellt, mit zugehörigen Be triebsparametern der Anlage, und sich dabei ergebenden Bre chungsindizes der durch die Plasmapolymerisation erzeugten Schichten. Diese "Rezeptur" zeigt, grundsätzlich, daß und wie durch Änderung der Prozeßatmosphäre und/oder der Pro zeßparameter fein abgestufte Änderungen des Brechungsinde xes an der abgelegten Schicht erzielt werden.

Tabelle II

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, all gemein verfügbar und relativ preisgünstig sind. Es kommen grundsätzlich zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfah rens als Monomere in Frage:

- rein organische Ausgangssubstanzen: Alkane, Alkene, Al kine, Alkohole, Amine, Ketone, zyklische oder azyklische Verbindungen sowie aromatische Ringverbindungen sowie
- metallorganische Verbindungen, dabei im speziellen Sili cium- und Titanverbindungen mit folgenden Strukturen:
- TiR_x(OR)_y mit 0 x, y 4, x + y = 4, wie z. B. TiR₄, Ti(OR)₄,
- R_x1(OR)_y1SiOSiR_x2(OR)_y2 mit 0 x₁; y₁ 3; x₁ + y₁ = 3;0 x₂; y₂ 3; x₁ + y₁ = 3;wie z. B.R₃SiOSiR₃, (RO)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 ent sprechenden aufgelisteten Brechungsindizes n_D, so daß wahl weise 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 wer den, 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 Wellen länge λ = 550 nm gemessen.

Dabei ist folgendes zu berücksichtigen: Die Reflexion eines homogenen Körpers bei Lichteinfall 90° an Luft ist gegeben durch den Sprung des Brechungsindexes n_D 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 derje nigen, die allein durch den Brechungsindex an der Be schichtungsoberfläche gegeben ist.

1.2 Newton-Ringe

Treten am beschichteten Körper an Beschichtungs-Über gangsflächen Brechungsindexsprünge auf, so ergeben sich bei Betrachtung des Körpers von Auge Farbringmuster, so genannte Newton-Ringe, aufgrund von Interferenzerschei nungen.

2. Test mechanischer Beständigkeit

Es wurde der Radiergummitest entsprechend DIN 58 196-4 bzw. ISO 9211-4, MIL 657 eingesetzt.

Beispiel 1: (Stand der Technik)

Mit einer Anlage PPV 1000 wurde auf ein CR 39-Kunststoffsub strat eine Verschleißschutzschicht aufgebracht. Der Bre chungsindex von CR 39 beträgt 1,5. In Tabelle III sind die Beschichtungsparameter und ihre Zeitabfolge dargestellt.

Tabelle III

Dabei sind folgende Dimensionen wie auch in den folgenden Beispielen verwendet:

Zeitdauer: sec
Druck: 10^-2 mbar
Magnetfeld: mT
HF-Leistung P: mW/cm²-Elektrodenfläche
Flüsse: 10^-3 sccm/cm²-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 be schichteten Substrate, dagegen eine deutliche Beschädigung des unbeschichteten CR-39-Substrates durch Radierspuren.

Bekanntlich ist der Brechungsindex Silizium-organischer Ver schleißschutzschichten 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 kon tinuierlich konstanten Indexverlauf von 1,5 durch Substrat und Verschleißschutzschicht. Dies entspricht den einleiten den Ausführungen bezüglich Si-organisch verschleißschutzbe schichteter CR-39 Substrate. Zwar werden auch höherbrechende Substrate nachfolgend beschriebener Art mit z. B. n_D < 1,6 eingesetzt, weil solche Linsensubstrate dünner und leichter sind, aber dafür wird eine geringere Transmission und werden Interferenzstörungen wegen des Indexsprunges Substrat/Be schichtung in Kauf genommen. Weil nämlich Substrate mit höhe ren Brechungsindizes weicher sind, ist eine Verschleiß schutzbeschichtung 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-Plasmapolymerisa tionsanlage, HI-Kunststoffsubstrate mit einem höheren Bre chungsindex, nämlich mit n_D = 1,6, mit der Verschleißschutz schicht gemäß Beispiel 1 beschichtet. Die Beschichtungspara meter hierzu sind in Tabelle IV zusammengestellt.

Tabelle IV

In Fig. 4 ist über der qualitativ angegebenen Beschichtungs dicke 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 darge stellt.

Wie aus Fig. 2 und Tabelle III erkenntlich, weist dabei Bei spiel 1 keine Anpaßschicht auf. Der Brechungsindex zu Bei spiel 1, gestrichelt dargestellt, ist, vom Substrat ausge hend, 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 Verschleiß schutzschicht mit n_D = 1,5 an Luft hinausgeht.

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

Wiederum wurden die beschichteten Substrate den erwähnten me chanischen 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 n_D = 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 n_D = 1.5. Bezüglich der Newton-Ringe und der mechanischen Tests waren die Resultate wie in Beispiel 2.

Grundsätzlich ist es wesentlich für die Indexanpassung höher brechender Substrate, an tieferbrechende Schichten die Index anpassung im Anpaß-Schichtmodul durch gleichzeitige Reduzie rung 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 wur den 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 Ver schleißschutzbeschichtung nach den Beispielen 2 bzw. 3 eine Haftvermittlungsschicht aufgebracht, dann wurde eine Entspie gelungsbeschichtung in Form eines 4-Schicht-SiO₂, TiO₂-Breit band-Entspiegelungs-Schichtsystems aufgedampft. Sie zeigte sowohl im bekannten Gitterschnitt-Tapetest als auch im Salz wasser-Kochtest keinerlei Ablösungen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein wesentlicher Vorteil auch dadurch erreicht, daß unterschiedliche Substra te 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 Beschich tung gleiche Oberflächeneigenschaften erhalten, wird es mög lich, diese nochmals alle gleich weiterzubehandeln.

Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere für die Beschichtung optischer Kunststofflinsen. Dabei können Linsen körper 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-Beschichtungsver fahren Linsen mit optisch unterschiedlichen Substratmateria lien gemeinsam entspiegelt werden, wodurch eine bessere Anla genauslastung oder sogar eine geringere notwendige Anlagen kapazität, beispielsweise beim Lohnbeschichten, realisiert werden kann.

Im Gegensatz zu den heute bekannten Plasmapolymerisationsver fahren können durch Einsatz verschiedener Monomere und Gase und durch zeitliche Variation der damit erzeugten Prozeßat mosphären mehrere Eigenschaften, seien dies mechanische, che mische 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 realisie ren.

Claims

1. Optisches Bauteil mit einem Trägersubstrat und darauf einer Beschichtung, wobei die Substratoberfläche aus einem Material mit gegebenem Brechungsindex besteht und, unbe schichtet, erste mechanische und/oder chemische Eigenschaften aufweist, die vom Substrat abgewandte Oberfläche der Be schichtung davon abweichende zweite mechanische und/oder che mische Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Brechungsindex, ausgehend vom gegebenen des Substrat-Oberflä chenmaterials, stufenlos zum Abschlußbrechungsindex der Be schichtungsoberfläche ändert.

2. Optisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Substrat ein Kunststoffsubstrat ist, mit einem Brechungsindex < 1,5, vorzugsweise < 1,6 und die Beschich tung eine Verschleißschutzbeschichtung umfaßt.

3. Optisches Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Transmission des beschichteten Substrates höch stens 0,5% von dem durch den Abschlußbrechungsindex der Be schichtung an Luft gegebenen Transmissionswert abweicht, bei Licht der Wellenlänge λ = 550 nm.

4. Optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, da durch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Linsenkörper ist.

5. Optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß auf die Verschleißschutzbeschich tung eine Entspiegelungsbeschichtung aufgebracht ist, vor zugsweise mit dazwischenliegender Haftvermittlungsbeschich tung.

6. Optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die Verschleißschutzbeschichtung mindestens in einem Bereich, in welchem der Brechungsindex vom Wert des Substrates auf den Abschlußwert der Ver schleißschutzschicht übergeht, mindestens eine Ti-O-Verbin dung aufweist.

7. Optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch 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, da durch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Kunststoff substrates < 1,5, vorzugsweise < 1,6 ist, und der Abschluß index der Verschleißschutzschicht im wesentlichen 1,5.

9. Verfahren zum Beschichten eines optischen Substrates mit tels Plasmapolymerisation, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Führung der Beschichtungsprozeßatmosphäre und/oder der Beschichtungsprozeßparameter den Brechungsindex der Be schichtung, 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 Brechungsindexände rung durch gleichzeitige, gegensinnige Änderung der Prozeß atmosphärenanteile mindestens zweier Monomere steuert, welche je ein Beschichtungsmaterial unterschiedlicher Brechungsindi zes 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 Prozeßatmosphärenan teil des mindestens einen Monomers, das ein höherbrechendes Beschichtungsmaterial ergibt, kontinuierlich absenkt, denje nigen mindestens eines Monomers, das ein niedrigbrechenderes Beschichtungsmaterial ergibt, kontinuierlich anhebt und an schließend 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 Brechungs index des Substrates 1,6 ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß man auf die Beschichtung eine weitere Be schichtung aufbringt und durch Führung der Prozeßatmosphäre und/oder der Prozeßparameter den Brechungsindex der Be schichtung kontinuierlich an denjenigen der weiteren Be schichtung heranführt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, daß man der Prozeßatmosphäre mindestens zeit weise ein oder mehr als ein Monomer in Gasphase und/oder min destens ein weiteres Gas, vorzugsweise O₂ und/oder N₂ zu führt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, 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, metallorga nische Verbindungen, dabei insbesondere Silizium- oder Titan verbindungen folgender Strukturen:

- TiR_x(OR)_y mit 0 x, y 4, x + y = 4, wie z. B. TiR₄, Ti(OR)₄,
- R_x1(OR)_y1SiOSiR_x2(OR)_y2 mit 0 x₁; y₁ 3; x₁ + y₁ = 3;0 x₂; y₂ 3; x₁ + y₁ = 3;wie z. B.R₃SiOSiR₃, (RO)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 1 bis 17, dadurch ge kennzeichnet, daß Substrate unterschiedlicher Brechungsindi zes durch die Beschichtung auf gleiche Abschlußindizes ge bracht werden und darnach gleich weiterbeschichtet werden.