DE10351748A1

DE10351748A1 - Entspiegeltes Brillenglas und Verfahren zu dessen Herstellung

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Publication number: DE10351748A1
Application number: DE2003151748
Authority: DE
Inventors: Hidenori Takushima
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2004-05-27
Also published as: CA2448410A1; FR2846753A1; US20040142185A1; CN1501098A; KR20040040393A; GB2394963A; GB0325971D0

Abstract

Ein entspiegeltes Brillenglas (1) hat eine reflexmindernde Beschichtung (10), die aus mehreren Schichten besteht und auf mindestens einer Oberfläche eines Linsensubstrats (2) oder auf einer oder mehreren anderen auf dem Linsensubstrat (2) angeordneten Schichten ausgebildet ist. Die reflexmindernde Beschichtung (10) hat eine äußere Schicht (7) aus Siliziumoxid, auf der eine wasser- und ölabweisende Schicht (8) durch Vakuumbeschichten ausgebildet ist. Das Brillenglas (1) hat ein ausgezeichnetes Wasser- und Ölabweisungsvermögen. An dem Brillenglas (1) haftende Wasser- und Ölflecken können leicht abgewischt werden. Die Verwendung eines Pellets, das mit einer hydrophoben, reaktiven organischen Verbindung imprägniert ist, in einer Vakuumaufdampfkammer trägt zur Senkung der Herstellungskosten bei.

Description

Die Erfindung betrifft ein entspiegeltes Brillenglas mit einer wasser- und ölabweisenden Schicht sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Brillenglases.
Optische Produkte wie Brillengläser, die eine starke Reflexion aufweisen, erzeugen deutliche Reflexionsbilder, z.B. Neben- und Phantombilder, so dass eine deutliche Sicht nicht möglich ist. Um solche Reflexionen zu vermeiden, sind auf den Brillengläsern üblicherweise reflexmindernde Beschichtungen ausgebildet.
Diese reflexmindernden Beschichtungen weisen üblicherweise Einzel- oder Mehrschichtstrukturen auf, die durch physikalische Behandlung auf den Brillengläsern ausgebildet werden. Die reflexmindernden Beschichtungen umfassen für gewöhnlich Oberflächenschichten, die aus Siliziumoxid oder Magnesiumfluorid bestehen. Diese Materialien weisen eine große Härte und geringe Brechungsindizes auf. Reinigt man jedoch diese Schichten aus Siliziumoxid oder Magnesiumfluorid mit Wasser und lässt sie anschließend trocknen, ohne das Wasser genügend abzuwischen, so bekommen die Linsenoberflächen sogenannte "Wasserflecken", d.h. auf den Linsenoberflächen verbleibende fleckenähnliche Wasserspuren, wodurch die Sicht schlechter wird. Um die Ausbildung von Wasserflecken zu vermeiden, werden die mit den reflexmindernden Beschichtungen versehenen Oberflächen einer Behandlung mit vulkanisierbaren Polysiloxanen, Silanverbindungen mit wasserabweisenden Gruppen etc. unterzogen, um die reflexmindernden Beschichtungen wasserabweisend zu machen.
Während die vorstehend genannte Behandlung des die Oberflächenschichten der reflexmindernden Beschichtungen bildenden Siliziumoxids oder Magnesiumfluorids das entsprechende Material wasserabweisend macht und so Wasserflecken vermeidet, sorgt sie weder dafür, dass die Anhaftung von Verunreinigungen wie Schweiß, Talk, Handschmutz, Augenschleim, Kosmetika, frisurverschönernden Mitteln, Haarsprays, Ölen etc. an den Linsenoberflächen erschwert wird, noch dafür, dass diese Verschmutzungen leicht von den Linsenoberflächen entfernt werden können. Deshalb sollten die Brillengläser auch bei normalem Gebrauch häufig abgewischt werden. Erfolgt dieses Abwischen mit übermäßigem Druck, so besteht die Gefahr, dass die Brillengläser zerkratzt werden.

Unter Berücksichtigung dieser Umstände ist in der JP 2002-148402 A , deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Beschreibung zuzurechnen ist, ein optisches Element mit einer reflexmindernden Beschichtung offenbart, die von einer Schicht aus ZrO₂, Al₂O₃, Si bedeckt ist, wobei diese Schicht mit einem wasser- und ölabweisenden Material wie einer Aminosilanverbindung behandelt wird. Ist jedoch die auf der reflexmindernden Beschichtung aufgebrachte wasser- und ölabweisende Schicht zu dünn, so reicht die wasser- und ölabweisende Wirkung nicht aus.

In der JP 2002-121277 A und ihrer Entsprechung US 6528873 , deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Beschreibung zuzurechnen ist, wird vorgeschlagen, ein Mittel zur Oberflächenbehandlung, das Perfluorpolyether-modifiziertes Aminosilan enthält, für Beschichtungen zu verwenden, durch die die Anhaftung von Fingerabdrücken und Talk an optischen Elementen wie Brillengläsern vermieden werden sollen. Da jedoch das Perfluorpolyether-modifizierte Aminosilan, wie in der JP 2002-121277 A beschrieben, in Form einer Lösung wie z.B. Perfluor-(2-tetrahydroflun) auf einen Artikel aufgebracht wird, ist es schwierig, eine wasser- und ölabweisende Schicht gleichmäßig auszubilden, die so dünn ist, dass sich die Eigenschaften der reflexmindernden Beschichtung in ihrer Qualität nicht verschlechtern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein reflexminderndes oder entspiegeltes Brillenglas anzugeben, das eine wasser- und ölabweisende Schicht hat, welche die Anhaftung von Schweiß, Talk, Augenschleim, in Kosmetika enthaltenen Ölen etc. an dem Brillenglas verhindert und es ermöglicht, solche Verunreinigungen ohne Beeinträchtigung der Funktion der reflexmindernden Beschichtung einfach abzuwischen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Brillenglases anzugeben.

Die Erfindung löst diese Aufgaben durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nach intensiven Untersuchungen im Hinblick auf eine Lösung der vorstehend genannten Aufgaben hat der Erfinder herausgefunden, dass ein entspiegeltes Brillenglas, das sowohl Wasserabweisungsvermögen als auch Ölabweisungsvermögen aufweist, ohne dabei seine reflexmindernde Wirkung zu verlieren, dadurch erhalten werden kann, dass eine dünne und gleichmäßige wasser- und ölabweisende Schicht auf einer Siliziumoxidschicht, welche die äußerste Schicht einer reflexmindernden Beschichtung darstellt, ausgebildet wird. Erfolgt das Vakuumbeschichten der wasser- und ölabweisenden Schicht in der gleichen Vakuumbeschichtungskammer, in der auch das Vakuumbeschichten der reflexmindernden Beschichtung in einem kontinuierlichen Prozess duchgeführt wird, so können die Herstellungskosten gesenkt werden. Die Erfindung beruht auf diesen Erkenntnissen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die reflexmindernde Beschichtung eine Schicht mit einem relativ niedrigen Brechungsindex von höchsten 1,5 und eine Schicht mit einem relativ hohen Brechungsindex von mindestens 2,0. Vorzugswei se umfasst die Beschichtung drei bis sieben Schichten. Unabhängig von der Zahl der die reflexmindernde Beschichtung bildenden Schichten sollte die äußerste Schicht der Beschichtung, d.h. die am weitesten von dem Linsensubstrat entfernte Schicht, eine aus Siliziumoxid bestehende Schicht mit relativ niedrigem Brechungsindex sein.

Im folgenden wird eine Schicht mit relativ niedrigem Brechungsindex auch als schwach brechende Schicht und eine Schicht mit relativ hohem Brechungsindex als stark brechende Schicht bezeichnet.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von 1 erläutert, die einen Teilquerschnitt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen entspiegelten Brillenglases zeigt.

1 zeigt ein entspiegeltes Brillenglas 1, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Das entspiegelte Brillenglas 1 umfasst ein Linsensubstrat 2, eine harte Überzugschicht 9, die auf dem Linsensubstrat 2 ausgebildet ist, und eine mehrschichtige reflexmindernde Beschichtung 10, die auf der Überzugschicht 9 ausgebildet ist. Die reflexmindernde Beschichtung 10 besteht beispielsweise aus fünf Schichten, die mit den Bezugszeichen 3 bis 7 bezeichnet sind.

Hinsichtlich des Materials des Linsensubstrats 2 bestehen keine besonderen Beschränkungen. So können beispielsweise farblose oder gefärbte, transparente Glas- oder Kunststoffmaterialien verwendet werden. Spezielle Beispiele für solche Kunststoffmaterialien sind Acrylharze, Polycarbonate, Polystyrole, Melaminharze und Polyurethanharze. Auch hinsichtlich des Brechungsindex des Linsensubstrats 2 bestehen keine besonderen Beschränkungen. Er liegt vorzugsweise bei 1,50 bis 1,75. Der Brechungsindex ist im folgenden auf eine Wellenlänge von 550 nm bezogen. Das Linsensubstrat 2 hat z.B. eine ebene oder gekrümmte Fläche, auf der die reflexmindernde Beschichtung 10 ausgebildet ist.

Die harte Überzugschicht 9 ist vorzugsweise auf dem Linsensubstrat 2 ausgebildet. Die harte Überzugschicht 9 hat beispielsweise die Funktion, die physikali schen Eigenschaften des Linsensubstrats 2 wie die Oberflächenhärte zu verbessern und die Haftung zwischen dem Linsensubstrat 2 und der reflexmindernden Beschichtung 10 zu erhöhen. Die Überzugschicht 9 hat vorzugsweise eine Dicke von 1 bis 10 μm. Der Brechungsindex der Überzugschicht 9 ist vorzugsweise gleich dem des Linsensubstrats 2. Ist die Überzugschicht 9 dünner als 1 μm, so besteht die Gefahr, dass sie die ihr zugedachten Funktionen nicht aufweist. Ist dagegen die Überzugschicht 9 dicker als 10 μm, so besteht die Gefahr, dass in der Linse eine optische Spannung auftritt. Bevor die Überzugschicht 9 ausgebildet wird, kann das Linsensubstrat 2 einer Oberflächenbehandlung wie einer Coronaentladung und einer Hochspannungsentladung unterzogen werden, um die Haftung an der Überzugschicht 9 zu verbessern. Hinsichtlich der für die Überzugschicht 9 vorgesehenen Materialien bestehen keine besonderen Beschränkungen. Vorzugsweise werden Siliziumverbindungen, polyfunktionelle Acryle, Polyurethane, Melamine etc. verwendet. Beispiele für Siliziumverbindungen sind Tetraalkoxysilane, Alkyltrialkoxysilane und Hydrolysate aus silankoppelnden Mitteln mit funktionellen Gruppen wie einer Vinylgruppe, einer Allylgruppe, einer Epoxygruppe einer Methacrylgruppe. Beispiele für polyfunktionelle Acryle sind Polyolacrylate, Polyesteracrylate, Urethanacrylate, Epoxyacrylate etc. Beispiele für Polyurethane sind Melaminpolyurethane etc.

Vorzugsweise hat die harte Überzugschicht 9 einen Brechungsindex ähnlich denen des Brillenglases 2 und der reflexionsmindernden Beschichtung 10. Um dem Brillenglas ein ansprechendes Erscheinungsbild ohne Interferenzstreifen zu verleihen, enthält die Überzugschicht 9 vorzugsweise anorganische Teilchen. Diese Teilchen sind beispielsweise feine Oxidteilchen aus zumindest einem Metall, das aus der aus Si, Sn, Sb, Ce, Zr und Ti bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und Mischoxidteilchen aus zwei oder mehr Metallen, die aus der aus Si, AI, Sn, Sb, Ce, Fe, Zn, Zr und Ti bestehenden Gruppe ausgewählt sind. Spezielle Beispiele für bevorzugte Zusammensetzungen der anorganischen Teilchen sind SiO₂, SnO₂, Sb₂O₅, CeO₂, ZrO₂, TiO₂ etc. Diese feinen anorganischen Teilchen haben vorzugsweise Durchmesser von 1 bis 200 nm. Sie werden vorzugsweise in Form kolloidaler Dispersionen in Wasser oder organischen Lösungsmitteln verwendet.

Der Gehalt an feinen anorganischen Teilchen liegt vorzugsweise bei 45 bis 65 Massen-%, bezogen auf die gesamte Überzugschicht 9. Liegt der Gehalt an feinen anorganischen Teilchen unterhalb von 45 Massen-%, so kann der Brechungsindex der Überzugschicht 9 nicht hinreichend gesteuert werden, was dazu führt, dass Interferenzstreifen nicht vermieden werden können. Übersteigt dagegen der Gehalt an feinen anorganischen Teilchen 65 Massen-%, so ist die Überzugschicht 9 bruchanfällig. Hinsichtlich der Verfahren, nach denen die Überzugschicht 9 hergestellt wird, bestehen keine besonderen Beschränkungen. Beispiele hierfür sind eine Tauchbeschichtung, eine Schleuderbeschichtung, ein Sprühverfahren, ein Fließverfahren etc.

Das Brillenglas 2 ist mit einer reflexmindernden Beschichtung 10 (Antireflexbeschichtung) versehen, die aus mehreren Schichten 3 bis 7 besteht. Die die reflexmindernde Beschichtung 10 bildenden Schichten liegen vorzugsweise in einer derartigen mehrlagigen Anordnung vor, dass sich ihre Brechungsindizes in einer alternierenden Folge ändern, in der auf einen großen Brechungsindex ein kleiner Brechungsindex, auf den kleinen Brechungsindex ein großer Brechungsindex, auf den großen Brechungsindex wieder ein kleiner Brechungsindex etc. folgt. Durch diese Wahl der Brechungsindizes wird erreicht, dass die Beschichtung 10 mit einer einfachen Schichtstruktur für eine ausreichende Reflexminderung sorgt. Außerdem ist die mit einer solchen Struktur versehene Beschichtung 10 in der Lage, Unterschiede im Reflexionsvermögen und in den reflektierenden Farben zwischen Lichtanteilen mit unterschiedlichen Eintrittswinkeln gegenüber dem Brillenglas 1 zu minimieren (z.B. sichtbare Lichtanteile, die auf die vordere und die hintere Fläche des Brillenglases treffen).

Um eine ausreichende reflexmindernde Wirkung zu erreichen, umfasst die reflexmindernde Beschichtung 10 vorzugsweise mindestens eine schwach brechende Schicht mit einem Brechungsindex von höchstens 1,5 und mindestens eine stark brechende Schicht mit einem Brechungsindex von mindestens 2,0. Hinsichtlich der für die stark brechende Schicht vorgesehenen Materialien bestehen keine besonderen Beschränkungen. Bevorzugt sind jedoch Materialien, die ZrO₂ oder TiO₂ enthalten. Die optische Dicke jeder stark brechenden Schicht beträgt vorzugsweise etwa 50 bis 2000 nm, noch besser etwa 100 bis 1 500 nm. Ist die optische Dicke der stark brechenden Schicht kleiner als 50 nm oder größer als 2000 nm, so wird eine ausreichende reflexmindernde Wirkung nur schwer erreicht. Hat die reflexmindernde Beschichtung mehrere stark brechende Schichten, so können diese Schichten hinsichtlich Material und optischer Dicke gleich oder unterschiedlich sein.

Hinsichtlich der für die schwach brechende Schicht vorgesehenen Materialien bestehen keine besonderen Beschränkungen. Vorzugsweise enthalten diese Materialien Siliziumoxid (SiO₂) oder Magnesiumfluorid (MgF₂). Die optische Dicke jeder schwach brechenden Schicht beträgt vorzugsweise etwa 5 bis 750 nm, noch besser etwa 10 bis 700 nm. Ist die optische Dicke jeder schwach brechenden Schicht kleiner als 5 nm oder größer als 750 nm, so wird eine ausreichende reflexmindernde Wirkung nur schwer erreicht. Hat die reflexmindernde Beschichtung 10 mehrere schwach brechende Schichten, so können die Schichten hinsichtlich Material und optischer Dicke gleich oder verschieden voneinander sein.

Die stark brechende Schicht und die schwach brechende Schicht werden vorzugsweise nach Gasphasenbeschichtungsverfahren wie der Vakuumbeschichtung, der Plasmaabscheidung, der Zerstäubung (Sputtern) und der Ionenimplantation ausgebildet. Die Vakuumbeschichtung ist dabei ein besonders bevorzugtes Verfahren, da sich Brechungsindex, optische Dicke, Schichtstruktur etc. einfach einstellen lassen.

Die Zahl an Schichten in der reflexmindernden Beschichtung 10 beträgt vorzugsweise 3 bis 7. Da die harte Überzugschicht 9 im Allgemeinen einen Brechungsindex hat, der dicht bei dem der schwach brechenden Schicht liegt, hat die auf der Deckschicht 9 ausgebildete reflexmindernden Beschichtung 10 eine Schichtstruktur, in der nacheinander ein geringer Brechungsindex, ein hoher Brechungsindex, ein geringer Brechungsindex etc. auftreten. Da die äußerste Schicht der reflexmindernden Beschichtung 10 zudem eine Siliziumoxidschicht (schwach brechende Schicht) ist, ist die Gesamtzahl der die Beschichtung 10 bildenden Schichten vorzugsweise ungerade. Hat die reflexmindernde Beschichtung 10 weniger als drei Schichten, so bereitet es Schwierigkeiten, sowohl die Reflexminderung als auch die Wasser- und Ölabweisung zu erreichen, selbst wenn auf der Beschichtung 10 eine wasser- und ölabweisende Schicht ausgebildet ist. Bei mehr als sieben Schichten wird dagegen die Herstellung der Beschichtung 10 kompliziert, was zu hohen Herstellungskosten führt.

Erfindungsgemäß ist die äußerste Schicht der reflexmindernden Beschichtung 10 eine schwach brechende Schicht aus Siliziumoxid, auf der eine wasser- und ölabweisende Schicht 8 ausgebildet ist. Diese wasser- und ölabweisende Schicht 8 dient nicht nur als Sperrschicht, die ein Eindringen von Schweiß, Öl etc. in die reflexmindernde Beschichtung 10 verhindert, sondern hat auch die Funktion, die Anhaftung von Flecken zu vermeiden. Mit dieser Vermeidung der Anhaftung von Flecken ist nicht nur gemeint, dass solche Flecken erst gar nicht nicht auf das Brillenglas aufgebracht werden, sondern auch, dass sie einfach weggewischt werden können, wenn sie einmal auf das Brillenglas aufgebracht sind. Die Schicht 8 erhält nämlich das Wasser- und Ölabweisungsvermögen aufrecht.

Die wasser- und ölabweisende Schicht 8, die auf der äußersten Schicht der reflexmindernden Beschichtung 10 ausgebildet ist, sollte eine geringe und gleichmäßige Dicke haben, um keinen optischen Einfluss auszuüben und damit die reflexmindernden Eigenschaften der Beschichtung 10 nicht zu beeinträchtigen. Die optische Dicke der wasser- und ölabscheidenden Schicht 8 beträgt vorzugsweise 10 bis 100 nm, noch besser 20 bis 90 nm. Ist die optische Dicke der wasser- und ölabscheidenden Schicht 8 kleiner als 10 nm, so kann das Abweisungsvermögen gegenüber Wasser und Öl nicht in ausreichendem Maße erreicht und aufrecht erhalten werden. Übersteigt die optische Dicke dagegen 100 nm, so wird die reflexmindernde Eigenschaft der Beschichtung 10 beeinträchtigt.

Die wasser- und ölabweisende Schicht 8 besteht beispielsweise aus einer organischen Verbindung, die in einem Molekül mindestens eine hydrophobe Gruppe und mindestens eine reaktive Gruppe hat, die an eine Hydroxylgruppe gebunden werden kann. Diese organische Verbindung wird im Folgenden einfach als "hy drophobe, reaktive organische Verbindung" bezeichnet. Solche hydrophoben, reaktiven organischen Verbindungen sind vorzugsweise Fluor enthaltende organische Verbindungen mit Polyfluorethergruppen oder Polyfluoralkylgruppen. Ein spezielles Beispiel für eine solche Fluor enthaltende organische Verbindung ist ein Perfluorpolyether-modifiziertes Aminosilan, das durch folgende allgemeine Formel (1) dargestellt ist: Formel (1)

worin X¹ und X² jeweils eine hydrolisierbare Gruppe, R¹ und R² jeweils eine niedere Alkylgruppe oder eine Phenylgruppe, Q¹ und Q² jeweils eine bivalente organische Gruppe, m eine ganze Zahl von 1 bis 50, n 2 oder 3 und y eine ganze Zahl von 0 bis 4 bezeichnet.

In der allgemeinen Formel (1) sind beispielsweise X1 und X2 jeweils eine Alkoxygruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen wie eine Methoxygruppe, eine Ethoxygruppe, eine Propoxygruppe, eine Butoxygruppe etc.; eine Oxyalkoxygruppe mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen wie eine Methoxymethoxygruppe, eine Methoxyethoxygruppe etc.; eine Acyloxygruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen wie eine Acetoxygruppe etc.; eine Alkenyloxygruppe mit 2 bis 20 Kohlenstoftatomen wie eine Isopropenoxygruppe etc.; eine Halogengruppe wie Cl, Br, Ietc. Unter diesen Gruppen sind die Methoxygruppe, die Ethoxygruppe, die Isopropenoxygruppe und die Chlorgruppe bevorzugt. X1 und X2 können gleich oder verschieden sein.

R¹ und R², die gleich oder verschieden sein können, sind jeweils beispielsweise eine niedere Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder eine Phenylgruppe, die einen Alkylsubstituenten haben kann. Insbesondere sind R¹ und R² jeweils z.B. eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Phenylgruppe etc. Dabei ist die Methylgruppe besonders bevorzugt.

Die bivalenten organischen Gruppen Q¹ und Q² sind jeweils vorzugsweise eine Alkylengruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen wie CH₂CH₂CH₂. Dabei können Q¹ und Q² gleich oder verschieden sein.

Die Zahl m ist eine ganze Zahl zwischen 1 und 50. Ist m größer als 50, so ist der prozentuale Anteil einer Alkoxysilylgruppe in der gesamten Fluor enthaltenden organischen Verbindung äußerst klein, was zu schlechten Eigenschaften hinsichtlich der Beschichtungsausbildung führt. Im Hinblick auf das Gleichgewicht zwischen dem Abweisungsvermögen gegenüber Wasser und Öl und der Reaktivität liegt m vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 30. Die Zahl n, welche die Zahl von X¹ und X² darstellt, beträgt 2 oder 3. Die entsprechenden Zahlen können dabei gleich oder verschieden sein.

Die durch die allgemeine Formel (1) dargestellte Verbindung hat ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich Hydrolisierbarkeit und Kondensationsreaktivität, da viele Gruppen X¹ und X² (z.B. Alkoxygruppen) in einem Molekül enthalten sind, und hinsichtlich der Haftung infolge der schwach brechenden Siliziumoxidschicht. Die wasser- und ölabweisende Schicht 8 kann so in einer geeigneten Dicke auf der Siliziumoxidschicht ausgebildet werden. Spezielle Beispiele für die hydrophoben, reaktiven organischen Verbindungen, welche die wasser- und ölabscheidende Schicht 8 bilden, sind Verbindungen, die durch folgende Formeln (2) bis (5) dargestellt sind.

Die wasser- und ölabscheidende Schicht 8 wird durch Vakuumbeschichten so hergestellt, dass sie eine gleichmäßige dünne Schicht bildet. Wird die wasser- und ölabweisende Schicht 8 durch Vakuumbeschichten erzeugt, so ist die Aufdampfquelle der hydrophoben, reaktiven organischen Verbindung vorzugsweise (a) eine poröse Keramik, die mit einer hydrophoben, reaktiven organischen Verbindung imprägniert ist, oder (b) ein Block aus Metallfasern oder dünnen Metalldrähten, dre mit einer hydrophoben, reaktiven organischen Verbindung imprägniert ist und die eine große Menge an hydrophoben, reaktiver organischer Verbindung schnell absorbieren und verdampfen kann. Die poröse Keramik ist vorzugsweise als Pellet ausgebildet, da dieses leicht handhabbar ist.

Die Metallfasern oder dünnen Drähte bestehen beispielsweise aus Eisen, Platin, Silber, Kupfer etc. Die Fasern oder Drähte sind dabei so ineinander verwickelt, dass sie eine ausreichende Menge an hydrophoben, reaktiver organischer Verbindung zurückhalten können. Die Metallfasern können gewebt oder nicht gewebt . sein. Der Block aus Metallfasern oder dünnen Metalldrähten kann eine Porosität haben, die abhängig davon, wie viel an hydrophoben, reaktiver organischer Verbindung zurückgehalten wird, bestimmt wird.

Der aus den Metallfasern oder dünnen Metalldrähten bestehende Block ist vorzugsweise in einem Gefäß gehalten, das ein offenes Ende hat. Der Block aus Metallfasern oder dünnen Metalldrähten, der in dem Gefäß gehalten ist, kann auch als Pellet bezeichnet werden. Das Gefäß unterliegt hinsichtlich seiner Form keinen besonderen Beschränkungen. In Abhängigkeit der Spezifikation der Aufdampfeinrichtung kann es aus einem Knudsen-Gefäß, einem Düsengefäß mit aufgeweitetem Endabschnitt, einem zylindrischen Gefäß, einem zylindrischen Gefäß mit aufgeweitetem Endabschnitt, einem Wannen-Gefäß, einem Filament-Gefäß etc. ausgewählt werden. Mindestens ein Ende des Gefäßes ist offen, so dass die verdampfte hydrophobe, reaktive organische Verbindung aus der Öffnung austritt. Die für das Gefäß vorgesehenen Materialien sind beispielsweise Metalle wie Kupfer, Wolfram, Tantal, Molybdän und Nickel, Keramiken wie Tonerde (Aluminiumoxid), Kohlenstoff etc. Diese Materialien werden in Abhängigkeit des Typs der Aufdampfeinrichtung und der hydrophoben, reaktiven organischen Verbindung ausgewählt.

Das poröse Keramikpellet und das Pellet, das aus dem in dem Gefäß gehaltenen Block aus Metallfasern oder dünnen Metalldrähten besteht, unterliegen hinsichtlich der Größe keinen besonderen Beschränkungen.

Wird die poröse Keramik oder der Block aus Metallfasern oder dünnen Metalldrähten mit der hydrophoben, reaktiven organischen Verbindung imprägniert, so wird zunächst eine Lösung der hydrophoben, reaktiven organischen Verbindung in einem organischen Lösungsmittel zubereitet und zur Imprägnierung nach einem Tauchverfahren, einem Tropfverfahren, einem Sprühverfahren etc. auf die poröse Keramik oder die Metallfasern oder Metalldrähte aufgebracht, worauf die Verdampfung des organischen Lösungsmittels erfolgt. Da die hydrophobe, reaktive organische Verbindung eine reaktive Gruppe (hydrolisierbare Gruppe) hat, wird vorzugsweise ein inertes organisches Lösungsmittel verwendet.

Verwendbare inerte organische Lösungsmittel sind beispielsweise Fluormodifizierte aliphatische Kohlenwasserstofflösungsmittel wie Perfluorheptan, Perfluoroktan etc.; Fluor-modifizierte aromatische Kohlenwasserstofflösungsmittel wie m-Xylenhexafluorid, Benzotrifluorid etc.; Fluor-modifizierte Etherlösungsmittel wie Methylperfluorbutylether, Perfluor(2-butyltetrahydrofuran) etc.; Fluormodifizierte Alkylaminlösungsmittel wie Perfluortributylamin, Perfluortripentylamin etc.; Kohlenwasserstofflösungsmittel wie Toluol, Xylen etc.; Ketonlösungsmittel wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon etc. Unter diesen Lösungsmitteln sind die Fluor-modifizierten organischen Lösungsmittel und insbesondere die m-Xylenhexalfluorid, Perfluor(2-butyltetrahydrofuran) und Perfluortributylamin bevorzugt. Diese Lösungsmittel können allein oder in Kombination verwendet werden. Die Konzentration der hydrophoben, reaktiven organischen Verbindung in der Lösung unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Sie kann in Abhängigkeit der Form des mit der hydrophoben, reaktiven organischen Verbindung imprägnierten Trägers geeignet festgelegt werden.

Die Aufdampfquelle kann mit einer Halogenlampe, einer Hüllenheizung, einer Widerstandsheizung, Elektronenstrahlen, Plasmaelektronenstrahlen, einer Induktionsheizung etc. erwärmt werden. Vorzugsweise wird das Pellet mit Elektronenstrahlen bestrahlt, da damit die Menge an verdampfter hydrophober, reaktiver organischer Verbindung besonders einfach eingestellt werden kann. Bei Verwendung des Pellets, das durch den in dem Gefäß gehaltenen, aus Metallfasern oder dünnen Metalldrähten bestehenden Block gebildet ist, kann die Wärme erzeugt werden, indem die Metallfasern oder die dünnen Metalldrähte mit elektrischem Strom gespeist werden.

Das Vakuumbeschichten oder -aufdampfen erfolgt vorzugsweise bei einem Vakuum von 10^-5 bis 10^-6 Torr. Wäre das Vakuum höher als 10^-6 Torr oder kleiner als 10^-5 Torr, so würde das Vakuumbeschichten viel Zeit in Anspruch nehmen, was zu einer Abnahme der Herstellungseffizienz führt, oder die Vakuumbeschichtung würde nicht ausreichen, eine wasser- und ölabweisende Schicht auszubilden. Die Substrattemperatur liegt während des Vakuumbeschichtens vorzugsweise bei 60 bis 120°C.

Das Vakuumbeschichten der wasser- und ölabweisenden Schicht 8 wird vorzugsweise in der gleichen Vakuumaufdampfkammer durchgeführt, in der auch das Vakuumbeschichten der reflexmindernden Beschichtung kontinuierlich erfolgt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Verdampfungsquelle für das Siliziumoxid zur Ausbildung der äußersten Schicht der reflexmindernden Beschichtung durch das Pellet der porösen Keramik oder den aus den Metallfasern oder den dünnen Metalldrähten bestehenden Block ersetzt wird, die mit der hydrophoben, reaktiven organischen Verbindung imprägniert sind. Da das Pellet genau so einfach wie eine anorganische Verdampfungsquelle gehandhabt werden kann, ist es vorteilhaft, das Vakuumaufdampfen in der gleichen Vakuumaufdampfkammer durchzuführen, in der auch das Vakuumaufdampfen der reflexmindernden Beschichtung kontinuierlich erfolgt.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Erfindung nicht beschränkende Beispiele erläutert.
Beispiel 1
(1) Herstellung des entspiegelten Brillenglases
Es wurde eine Silikonharzlösung nach einem Tauchverfahren auf eine aus einem Polyurethanharz (Brechungsindex: 1,67) bestehendes Linsensubstrat 2 aufgebracht und vulkanisiert (ausgehärtet, vernetzt), um eine 2,8 μm dicke, harte Überzugschicht 9 mit einem Brechungsindex von 1,66 auszubilden. Das mit der harten Überzugschicht 9 versehene Brillenglas wurde dann in einer Vakuumaufdampfkammer angeordnet und es wurde durch Vakuumbeschichten auf der Überzugschicht 9 kontinuierlich eine aus fünf Schichten bestehende, reflexmindernde Beschichtung 10 erzeugt, die eine schwach brechende Schicht 3, eine stark brechende Schicht 4, eine schwach brechende Schicht 5, eine stark brechende Schicht 6 und eine schwach brechende Schicht 7 sowie eine wasser- und ölabweisende Schicht 8 umfasste. Das beschichtete Brillenglas 2 wurde dann aus der Vakuumaufdampfkammer genommen und in Luft stehen gelassen. Dabei erfolgte in der wasser- und ölabweisenden Schicht 8 eine Hydrolysereaktion mit der in der Luft vorhandenen Feuchtigkeit, was zu einer Aushärtung oder Ausheilung der wasser- und ölabweisenden Schicht 8 führte. Auf diese Weise wurde das in 1 gezeigte entspiegelte Brillenglas 1 hergestellt. Die Materialien, die optischen Dicken und die Brechungsindizes der jeweiligen Schichten der reflexmindernden Beschichtung 10 und der wasser- und ölabweisenden Schicht 8 sowie die Vakuumaufdampfbedingungen sind in Tabelle 1 aufgelistet, in der die Schichtnummerierung die Bezugszeichen der jeweiligen Schichten angibt.
Tabelle 1
(2) Bewertung
Das in (1) hergestellte entspiegelte Brillenglas wurde nach den folgenden Gesichtspunkten bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben.
(a) Test auf Abriebfestigkeit
Die mit der harten Überzugschicht 9, der reflexmindernden Beschichtung 10 und der wasser- und ölabweisenden Schicht 8 versehene Linsenoberfläche wurde in der Weise mit Stahlwolle (#0000) abgerieben, dass letztere 30 mal mit einer Belastung von 1 kg, einem Hub von 20 mm und einer Geschwindigkeit von 2,6 Sekunden je Doppelhub hin und her bewegt wurde. Auf der Linsenoberfläche vorhandene Kratzer wurden mit bloßem Auge betrachtet und nach folgenden Kriterien bewertet.
A: Es wurden im Wesentlichen keine Kratzer beobachtet.
B: Es wurden einige Kratzer beobachtet.
C: Es wurden viele Kratzer beobachtet.
(b) Test auf Kratzfestigkeit
Die mit der harten Überzugschicht 9, der reflexmindernden Beschichtung 10 und der wasser- und ölabweisenden Schicht 8 versehene Linsenoberfläche wurde mit einem handelsüblichen Brillenwischtuch in der Weise abgerieben, dass letzteres 1600 mal mit einer Belastung von 0,2 kg, einem Hub von 20 mm und einer Geschwindigkeit von 2,6 Sekunden je Doppelhub bewegt wurde. Kratzer auf der Oberfläche wurden mit bloßem Auge beobachtet und nach denselben Kriterien wie unter (a) bewertet.
(c) Test auf chemische Beständigkeit
Das Brillenglas wurde 6 Stunden in einem handelsüblichen neutralen Reinigungsmittel getränkt, um sein äußeres Erscheinungsbild nach folgenden Kriterien zu bewerten.
A: Es wurden keine Änderungen beobachtet.
B: Die Interferenzfarbe änderte sich.
C: Die wasser- und ölabweisende Schicht 8 war abgelöst.
(d) Test auf Wasserabweisungsvermögen
Der Kontakt- oder Benetzungswinkel zwischen Wasser und der mit der harten Überzugschicht 9, der reflexmindernden Beschichtung 10 und der wasser- und ölabweisenden Schicht 8 versehenen Linsenoberfläche wurde mit einem Kontaktwinkelmesser CA-W von Kyowa Interface Science Co., Ltd. gemessen.
(e) Test auf Ölabweisungsvermögen
Es wurde eine 40 mm lange gerade Linie auf der mit der harten Überzugschicht 9, der reflexmindernden Beschichtung 10 und der wasser- und ölabweisenden Schicht 8 versehenen Linsenoberfläche mit einem auf einem organischen Lösungsmittel basierenden und unter der Handelsbezeichnung McKee Gokuboso bekannten Markieren von Zebra Co., Ltd. gezogen, um mit bloßem Auge zu bewerten, wie schwer die auf dem organischen Lösungsmittel basierende Tinte auf der Linsenoberfläche aufzubringen war. Außerdem wurde bewertet, wie leicht die aufgebrachte Tinte mittels eines Tissuepapiers abzuwischen war. Die Bewertungskriterien waren die folgenden.
Aufbringen der Markierung
A: Die Markierung war praktisch nicht auf der Linsenoberfläche aufbringbar.
B: Die Markierung war zu einem gewissen Grad auf der Linsenoberfläche aufbringbar.
C: Die Markierung war vollständig auf der Linsenoberfläche aufbringbar.
Abwischen der Markierung
A: Die Markierung war leicht abzuwischen.
B: Die Markierung war nur schwer abzuwischen.
C: Die Markierung war nicht abzuwischen.
(f) Entspiegelung
Die Entspiegelung des Brillenglases wurde mit bloßem Auge bewertet. Es stellte sich heraus, dass das Brillenglas dieses Beispiels wie ein Brillenglas ohne wasser- und ölabweisende Schicht 8 reflexionsfrei war.
Beispiel 2
Ein entspiegeltes Brillenglas 1 wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass das für die wasser- und ölabweisende Schicht 8 vorgesehene Material durch die durch die obige Formel (3) dargestellte Verbindung ersetzt wurde. Die Materialien, die optischen Dicken und die Brechungsindizes der Schichten der reflexmindernden Beschichtung 10 und der wasser- und ölabweisenden Schicht 8 sowie die Vakuumaufdampfbedingungen sind in Tabelle 2 aufgelistet, in der die Schichtnummerierung die Bezugszeichen der jeweiligen Schichten angibt. Das resultierende entspiegelte Brillenglas wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben. Dieses Brillenglas hatte die gleiche reflexmindernden Wirkung wie ein Brillenglas ohne Wasser- und ölabweisende Schicht 8.
Tabelle 2
Beispiel 3
Ein entspiegeltes Brillenglas 1 wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass das für die wasser- und ölabweisende Schicht 8 vorgesehene Material durch die durch die obige Formel (4) dargestellte Verbindung ersetzt wurde. Die Materialien, die optischen Dicken und die Brechungsindizes der jeweiligen Schichten der reflexmindernden Beschichtung 10 und der wasser- und ölabweisenden Schicht 8 sowie die Vakuumaufdampfbedingungen sind in Tabelle 3 aufgelistet, in der die Schichtnummerierung die Bezugszeichen der jeweiligen Schichten angibt. Das resultierende entspiegelte Brillenglas wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben. Dieses Brillenglas hatte die gleiche reflexmindernde Wirkung wie ein Brillenglas ohne wasser- und ölabweisende Schicht 8.
Tabelle 3
Vergleichsbeispiel 1
Ein entspiegeltes Brillenglas wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass an Stelle der wasser- und ölabweisenden Schicht 8 eine Schicht aus einem wasserabweisenden Material OF-110 von Optron, Inc. (optische Dicke: 20 nm) ausgebildet wurde. Das resultierende entspiegelte Brillenglas wurde in gleicher Weise bewertet wie in Beispiel 1. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben.
Vergleichsbeispiel 2
Ein entspiegeltes Brillenglas wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass keine wasser- und ölabweisende Schicht 8 ausgebildet wurde. Das resultierende reflexmindernden Brillenglas wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben.
Tabelle 4
Wie oben beschrieben, hat das erfindungsgemäße entspiegelte Brillenglas eine wasser- und ölabweisende Schicht, die durch Vakuumbeschichten auf der äußersten Siliziumoxidschicht einer reflexmindernden Beschichtung ausgebildet ist. Dadurch weist es ausgezeichnete Wasser- und Ölabweisungsfähigkeit sowie eine ausgezeichnete reflexmindernde Wirkung auf. Das erfindungsgemäße Brillenglas vermeidet wirkungsvoll die Anhaftung von Wasser- und Ölflecken. Einmal auf das Brillenglas aufgebrachte Flecken können leicht abgewischt werden. Da außerdem die Vakuumaufdampfung der wasser- und ölabweisenden Schicht in der gleichen Vakuumaufdampfkammer wie für die kontinuierliche Vakuumaufdampfung der reflexmindernden Beschichtung erfolgt, können die Herstellungskosten für das entspiegelte Brillenglas gesenkt werden.
Die Erfindung wurde vorstehend an Hand spezieller Ausführungsbeispiele insbesondere im Hinblick auf die verwendeten Materialien beschrieben. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf alle äquivalenten Ausführungsformen.

Claims

Entspiegeltes Brillenglas (1) mit einer reflexmindernden Beschichtung (10) aus mehreren Schichten (3 bis 7), die auf mindestens einer Oberfläche eines Linsensubstrats (2) oder auf einer oder mehreren anderen auf dem Linsensubstrat (2) angeordneten Schichten ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die äußerste Schicht (7) der reflexmindernden Beschichtung (10) aus Siliziumoxid besteht und auf ihr eine durch Vakuumbeschichten erzeugte wasser- und ölabweisende Schicht (8) ausgebildet ist.
Brillenglas (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wasser- und ölabweisende Schicht (8) eine optische Dicke von 10 bis 100 nm hat.
Brillenglas (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wasser- und ölabweisende Schicht (8) aus einer organischen Verbindung besteht, die in einem Molekül mindestens eine hydrophobe Gruppe und mindestens eine reaktive Gruppe hat, die an eine Hydroxylgruppe gebunden werden kann.
Brillenglas (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Verbindung eine Fluor enthaltende organische Verbindung ist.
Brillenglas (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluor enthaltende organische Verbindung ein Perfluorpolyether-modifiziertes Aminosilan ist, das durch folgende allgemeine Formel (1) dargestellt ist:
worin X¹ und X² jeweils eine hydrolisierbare Gruppe, R¹ und R² jeweils eine niedere Alkylgruppe oder eine Phenylgruppe, Q¹ und Q² jeweils eine bivalente organische Gruppe, m eine ganze Zahl von 1 bis 50, n 2 oder 3 und y eine ganze Zahl von 0 bis 4 bezeichnet.
Brillenglas (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflexmindernde Beschichtung (10) mindestens eine Schicht mit einem relativ niedrigen Brechungsindex von höchstens 1,5 und mindestens eine Schicht mit einem relativ hohen Brechungsindex von mindestens 2,0 enthält.
Brillenglas (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflexmindernde Beschichtung (10) drei bis sieben Schichten (5 bis 7) enthält.
Brillenglas (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Schicht eine harte Überzugschicht (9) ist und die reflexmindernde Beschichtung (10) auf dieser Überzugschicht (9) ausgebildet ist.
Brillenglas (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die reflexmindernde Beschichtung (10) aus einer Schichtanordnung besteht, in der sich die mindestens eine Schicht mit dem relativ niedrigen Brechungsindex mit der mindestens einen Schicht mit dem relativ hohen Brechungsindex abwechselt.
Brillenglas (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußerste Schicht (7) der Beschichtung (10) eine Schicht mit relativ niedrigem Brechungsindex ist.
Verfahren zum Herstellen eines entspiegelten Brillenglases (1), bei dem in einer Vakuumaufdampfkammer auf mindestens einer Oberfläche eines Linsensubstrats (2) oder auf einer oder mehreren anderen auf dem Linsen substrat (2) angeordneten Schichten durch Vakuumbeschichten eine aus mehreren Schichten (3 bis 7) bestehende, reflexmindernde Beschichtung (10) ausgebildet wird, deren äußerste Schicht (7) aus Siliziumoxid besteht, und anschließend in der gleichen Vakuumaufdampfkammer, in der schon die reflexmindernde Beschichtung (10) ausgebildet worden ist, kontinuierlich durch Vakuumbeschichten auf der Siliziumoxidschicht (7) eine organische Verbindung, die in einem Molekül mindestens eine hydrophobe Gruppe und mindestens eine reaktive Gruppe, die an eine Hydroxylgruppe gebunden werden kann, ausgebildet wird, um eine wasser- und ölabweisende Schicht (8) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wasser- und ölabweisende Schicht (8) eine optische Dicke von 10 bis 100 nm hat.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Verbindung eine Fluor enthaltende organische Verbindung ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluor enthaltende organische Verbindung ein Perfluorpolyether-modifiziertes Aminosilan ist, das durch folgende allgemeine Formel (1) dargestellt ist: Formel (1) worin X¹ und X² jeweils eine hydrolisierbare Gruppe, R¹ und R² jeweils eine niedere Alkylgruppe oder eine Phenylgruppe, Q¹ und Q² jeweils eine bivalente organische Gruppe, m eine ganze Zahl von 1 bis 50, n 2 oder 3 und y eine ganze Zahl von 0 bis 4 bezeichnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vakuumaufdampfkammer als Verdampfungsquelle ein poröses Keramikpellet oder ein aus einem Block von Metallfasern oder dünnen Me talldrähten bestehendes Pellet, das mit der organischen Verbindung imprägniert wird, angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vakuumaufdampfkammer als Verdampfungsquelle ein mit der organischen Verbindung imprägniertes poröses Keramikpellet angeordnet wird und dass das Pellet zum Verdampfen der organischen Verbindung mit Elektronenstrahlen bestrahlt wird.