DE3409342A1

DE3409342A1 - Verfahren und einrichtung zur herstellung optischer substrate mit reversiblen photochromischen eigenschaften

Info

Publication number: DE3409342A1
Application number: DE19843409342
Authority: DE
Inventors: Delio Ascona Ciparisso
Original assignee: Satis Vacuum AG
Current assignee: Satisloh AG
Priority date: 1983-03-16
Filing date: 1984-03-14
Publication date: 1984-09-20
Also published as: CH662188A5

Description

Titel:
Verfahren und Einrichtung zur Herstellung optischer Substrate mit reversiblen photochromischen Eigenschaften Verfahren und Einrichtung zur Herstellung optischer Substrate mit reversiblen photochromischen Eigenschaften r Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optischer Substrate, wie Brillengläser, Linsen u. dgl., mit reversiblen photochromischen Eigenschaften.
Wird unter Phototropismus der spontane und reversible Uebergang eines Stoffes zwischen zwei Zuständen verschiedenartiger Absorptionsspektren verstanden, so ist Photochromismus ein Spezialfall, bei dem einer der Zustände sichtbares Licht absorbiert. Photochromische Materialien weisen somit die Eigenschaft auf, dass sich ihre Farbe durch Bestrahlung mit Licht ändert und dass diese Aenderung reversibel ist. Solche Eigenschaften weisen beispielsweise silberhalogenhaltige Gläser auf, deren Anwendungsbereich von sogenannten automatischen Sonnenbrillen bis zur Datenspeicherung reicht und deren Verwendung zunehmend an Bedeutung gewinnt.
Ein grosser Nachteil bei solchen optischen Gläsern ist aber darin zu sehen, dass die, die reversiblen photochromischen Effekte bewirkenden Silberhalogene, beispielsweise Silberhalide bzw. Silberhalogenide, bereits in die Glasschmelze eingebracht und dort aufgelöst werden müssen, was zu relativ stark temperaturempfindlichen Objekten führt, die nur bedingt nachveredelt, beispielsweise mit einer Antireflexschicht versehen werden können. Zudem kann der Absorptionsgrad nicht ohne weiteres variiert werden.
Insbesondere sind aber auch optische Substrate aus Kunststoff mit reversiblen photochromischen Eigenschaften so nicht herstellbar.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung optischer Substrate mit reversiblen photochromischen Eigenschaften zu schaffen, das gestattet, diese reversiblen photochromischen Eigenschaften am bereits als Halb- oder Fertigfabrikat vorliegenden optischen Substrat zu erzeugen.
Dies wird nun erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Substrate in einer Edelgasatmosphäre durch zeitgleiches oder -ungleiches Sputtering einer Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Verbindung sowie einer Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften beschichtet werden, wobei die sich auf dem Substrat niederschlagende Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften in der sich niederschlagenden Schicht aus der A1202 - SiO2 - Verbindung eingebettet wird.
Unter "Sputtering't wird dabei eine ans ich bekannte Zerstäubungstechnik für die Herstellung dünner Schichten verstanden. Bei einer solchen bekannten Plasma- oder Kathodenzerstäubung werden in verdünnter Edelgasatmosphäre durch die bei Gasentladung entstandenen positiven Ionen Atome aus einer Kathode einer sogenannten Sputter-Quelle geschlagen. Diese Atome lagern sich an der Oberfläche dünner Dielektrika ab und bilden darauf einen Metallfilm.
Es wurde nun gefunden, dass sich dieses Sputtering eignet, eine Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Verbindung zusammen mit einer Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften nachträglich auf ein optisches Substrat aufzubringen und diesem so nachträglich die reversiblen photochromischen Eigenschaften zu vermitteln. Dies eröffnet in der Anwendung solcher optischen Substrate neue Dimensionen. Abgesehen davon, dass sich nunmehr praktisch von Substrat zu Substrat der Absorptionsgrad durch entsprechende qualitative und quantitative halogenhaltige Beschichtung an Ort variieren lässt und das Substrat praktisch beliebig vor- und nachvergütet werden kann, ist es nunmehr möglich, auch Kunststoff-Substrate, insbesondere Brillengläser aus Kunststoff, beispielsweise aus Polydiäthylenglycoldiallylcarbonaten, photochromisch auszurüsten, wobei zudem noch eine vergleichsweise dem Kunststoff relativ harte, kratzfeste Oberfläche entsteht.
Um gute photochromische Reversibilität zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn als Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften Silberhalide bzw. Silberhalogenide verwendet werden.
Zur Erzeugung der angestrebten Schichten mit reversiblen photochromischen Eigenschaften auf den optischen Substraten ist es erfindungsgemäss beispielsweise möglich, dass die Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Verbindung sowie die Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften gemeinsam von einer Kathode einer gemeinsamen Sputter-Quelle zerstäubt werden oder dass die A1202 - SiO2 - Verbindung von der Kathode einer ersten Sputter-Quelle und die Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften, gegebenenfalls in einer Verbindung von Aluminiumoxid-Siliziumdioxid, von der Kathode einer zweiten Sputter-Quelle zerstäubt werden.
Hierbei ist es zur Optimierung der gewünschten Eigenschaften von grosser Bedeutung, dass die von den unterschiedlichen Kathoden der beiden Sputter-Quellen bei zeitgleichem Sputtering abgeschlagenen Atome vor deren Ablagerung an der Oberfläche des zu beschichtenden optischen Substrates gemischt werden.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung ist zudem darin zu sehen, dass optische Substrate sowohl aus Glas als auch aus Kunststoff in der vorgenannten Weise beschichtet werden können.
Entsprechend betrifft die vorliegende Erfindung weiter ein optisches Substrat, wie Brillenglas, Linse u. dgl.
aus Glas oder Kunststoff, hergestellt nach dem vorerwähnten, erfindungsgemässen Verfahren, das sich auszeichnet durch eine Beschichtung aus einer Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Verbindung mit einer Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften.
Im weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche sich dadurch auszeichnet, dass in einem gasdicht verschliessbaren, evakuierbaren und mit einer Atmosphäre aus inertem Gas versehbaren Rezipienten unterhalb oder oberhalb eines Trägers für die zu beschichtenden optischen Substrate und distanziert von diesem mindestens eine Sputter-Quelle angeordnet ist, deren Kathode eine zum Zerstäuben bestimmte Materialplatte aus einer Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Verbindung und einer Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften trägt.
Diese Einrichtung ist dann vorzugsweise so ausgestaltet, dass im Rezipienten zwei Sputter-Quellen bzw. eine Sputter-Quelle und eine Elektrodenstrahlkanone angeordnet sind, mit einer vorzugsweise einstellbaren Neigung zueinander, derart, dass sich die Bahnen der von den Kathoden-Materialplatten abgeschlagenen Atome zum zu beschichtenden Substrat hin vor deren Ablagerung kreuzen, wobeijdann die eine Kathoden-Materialplatte aus einer Aluminiumtxid-Siliziumdioxid-Verbindung und die andere Kathoden-Materialplatte wenigstens teilweise aus einer Substanz mit reversiblen photochromischein Eigenschaften besteht.
Eine solche Einrichtung erlaubt dann eine optimale Steuerung des Zerstäubungs- und Beschichtungsvorganges durch Intensivierung des Zerstäubungsvorganges an der einen oder anderen Kathode und somit Aenderung der anteiligen Zusammensetzung der sich auf dem Substrat ablagernden Schicht.
Eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist nachfolgend anhand der Zeichnung, welche in ganz schematischer Darstellung einen für das erfindungsgemässe Verfahren geeigneten Rezipienten zeigt, näher erläutert.
Die gezeigte beispielsweise Einrichtung zur Herstellung beispielsweise von Brillengläsern mit reversiblen photochromischen Eigenschaften umfasst hier einen sogenannten Rezipienten 1, in dem sich tellerförmige Träger 2 je zur Aufnahme einiger zu beschichtender Gläser 3 befinden. Diese Träger 2 stützen sich drehbar um jeweils eine Welle 4 auf einem mit einer Zentralwelle 6 umlaufenden Tisch 5 ab. Ueber Getriebemittel a zwischen der Zentralwelle 6 und den Trägerwellen 4 wird dabei ein Planetenantrieb gebildet, wie der Darstellung ohne weiteres entnommenlwerden kann. Die Zentralwelle 6 wird dabei von einem Motor 7 angetrieben, welcher Motor über eine geeignete Zuleitung 7'mit einer zentralen Steuereinheit 50 der Einrichtung in Verbindung steht. Solche Anordnungen sind soweit ansich bekannt.
Unter Rotation der Zentralwelle 6 gelangen dann die mit den Planetenträgern 2 umlaufenden Gläser 3 aus der in der Darstellung rechten Vorwärmstellung unter der Heizung 11 in eine linksseitige Beschichtungsstellung unter der Oeffnung 9' einer ortsfesten oder verstellbaren Blende 9 wie das nachfolgend noch näher beschrieben ist. Die Heizung 11 ist ebenfalls über eine Speise-und Steuerleitung mit der zentralen Steuereinheit 50 verbunden.
Der Rezipient 1 ist über eine, mit einer Pumpe 12 verbundenen Saugleitung 13 evakuierbar und über eine Druckleitung 15 und ein Reduzierventil 14 mit einer Quelle inerten Gases verbunden, um den Rezipienten 1 mit einer Atmosphäre dieses Gases zu versehen. Auch hier kann eine zentrale Steuerung von der Steuereinheit 50 her über entsprechende Zuleitungen 12' bzw. 14' erfolgen.
Um nun die Gläser 3 oder andere optische Substrate auf den Planetenträgern 2 erfindungsgemäss mit einer Schicht aus einer Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Verbindung und einer Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften zu versehen, sind im Rezipienten 1 oberhalb der Blende 9 und distanziert von dieser hier zwei Sputter-Quellen 30 und 40 vorgesehen, wobei die Sputter-Quelle 30, in der Darstellung links, deren Aufbau mit einer Kathode 32 und einer, erstere umgebenden Anode 31 erkennen lässt. Anode und Kathode beider Sputter-Quellen 30 und 40 sind mit einem Erregerstromkreis 20 verbunden, der seinerseits wieder über eine Zuleitung 20' mit der zentralen Steuereinheit 50 in Wirkungsverbindung steht.
Die Sputter-Quellen 30 und 40 sind handelsüblich und können hochfrequent oder mit Gleichstrom betrieben sein.
Wie die in der Darstellung rechte Sputter-Quelle 40 mehr im Einzelnen erkennen lässt, ist diese - wie auch die andere Sputter-Quelle 30 - nach zwei Seiten in Richtung des dargestellten Doppelpfeiles schwenkbar über einen Träger 44 am Rezipienten 1 abgestützt. Damit können die beiden Sputter-Quellen 30 und 40 in eine verstellbare Neigung zueinander gebracht werden, derart, dass sich die Strahlungsbahnen gemäss der Darstellung vor der Blendenöffnung 9' kreuzen, wie das nachfolgend noch näher erläutert ist.
Jede der genannten Kathoden der beiden Sputter-Quellen 30 und 40 trägt nun eine zum Zerstäuben bestimmte Materialplatte 33 bzw. 43, wobei hier die eine Platte aus einer Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Verbindung und die andere Platte aus einer solchen Verbindung mit einer Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften besteht.
Für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird der Rezipient 1 nach seiner Beschickung evakuiert und gegebenenfalls zur Reinigung der zu beschichtenden Oberflächen der Substrate 3 ein sogenanntes Sputter-Aetzen mittels Hochfrequenzentladung vorgenommen, wofür die zusätzliche Blende 10 vorgesehen ist. Dieser Vorgang ist ans ich bekannt und nicht erfindungswesentlich, weshalb hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann. Zum Beispiel können hier auch noch andere Reinigungstechniken Anwendung finden, beispielsweise die von der gleichen Anmelderin in ihrer CH-AS Nr. 632 892 G beschriebenen Infrarotbestrahlung.
Zur Einleitung und Aufrechterhaltung der Sputter-Entladung wird dann ein inertes Gas bis zu einem Druck von beispielsweise einigen hundertstel Torr eingelassen.
Nunmehr kann, entsprechend der Ansteuerung des Erregerstromkreises 20, gleichzeitig und zeitverschoben die A1202 - SiO2 - Verbindung von der Kathode der einen Sputter-Quelle und die Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften, gegebenenfalls in einer Verbindung von Aluminiumoxid-Siliziumdioxid, von der Kathode der anderen Sputter-Quelle zerstäubt werden.
Wie leicht gesehen werden kann, gestattet hierbei der vorbeschriebene Aufbau der erfindungsgemässen Einrichtung eine optimale Steuerung des Zerstäubungs- und Beschichtungsvorganges durch Intensivierung des Zerstäubungsvorganges an der einen oder anderen Kathode und somit Aenderung der anteiligen Zusammensetzung der sich auf dem Substrat ablagernden Schicht.
Vorteilhaft werden dabei Schichten von ca. 800 bis 1'000 nm (Nanometer) erzeugt, deren chemische und mechanische Eigenschaften jenen eines Glases entsprechen.
Wie weiter gesehen werden kann, können auch hier mit Hilfe der vorhandenen und weiterer Blenden übliche Abstufungen in der Schichtdicke auf dem Substrat erhalten werden.
Weiter lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren auch mit einer Reihe anderer modifizierter Anordnungen durchführen. Grundsätzlich ist es schon möglich, eine erfindungsgemässe Beschichtung derart zu erreichen, dass die Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Verbindung sowie die Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften gemeinsam von einer Kathode einer gemeinsamen Sputter-Quelle zerstäubt werden.
Weiter kann die Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Verbindung auch mittels Elektrodenstrahlkanone freigesetzt werden und ferner kann die Anordnung auch so sein, dass sich die Substrate über den Sputter-Quellen befinden und letztere nach oben zerstäuben.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich jedenfalls ein Verfahren zur Herstellung optischer Substrate mit reversiblen photochromischen Eigenschaften, sowie ein Substrat nach diesem Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, wonach es nunmehrmöglich ist, eine Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Verbindung zusammen mit einer Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften nachträglich auf ein optisches Substrat aufzubringen und diesem so nachträglich die reversiblen photochromischen Eigenschaften zu vermitteln. Hierbei lässt sich, wie dem Vorbeschriebenen entnommen werden kann, nunmehr praktisch von Substrat zu Substrat bzw. von Charge zu Charge der Absorptionsgrad durch entsprechende qualitative und quantitative halogenhaltige Beschichtung an Ort variieren und das Substrat praktisch beliebig vor- und nachvergüten. Weiter ist es nunmehr möglich, auch Kunststoff-Substrate, insbesondere Brillengläser aus Kunststoff, beispielsweise aus Polydiäthylenglycoldiallylcarbonaten, photochromisch auszurüsten, wobei zudem noch eine vergleichsweise dem Kunststoff relativ harte, kratzfeste Oberfläche entsteht.

Claims

Patentansprüche (»1. Verfahren zur Herstellung optischer Substrate, wie Brillengläser, Linsen u. dgl., mit reversiblen photochromischen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate in einer Edelgasatmosphäre durch zeitgleiches oder -ungleiches Sputtering einer Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Verbindung sowie einer Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften beschichtet werden, wobei die sich auf dem Substrat niederschlagende Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften in der sich niederschlagenden Schicht aus der A1202 - SiO2 - Verbindung eingebettet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften Silberhalide bzw. Silberhalogenide verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumoxid-Siliziumdioxid- Verbindung sowie die Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften gemeinsam von einer Kathode einer gemeinsamen Sputter-Quelle zerstäubt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder'2, dadurch gekennzeichnet, dass die A1202 - SiOi - Verbindung von der Kathode einer ersten Sputter-Quelle und die Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften, gegebenenfalls in einer Verbindung von Aluminiumoxid-Siliziumdioxid, von der Kathode einer zweiten Sputter-Quelle zerstäubt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von den unterschiedlichen Kathoden der beiden Sputter-Quellen bei zeitgleichem Sputtering adgeschlagenen Atome vor deren Ablagerung an der Oberfläche des zu beschichtenden optischen Substrates gemischt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass optische Substrate aus Glas oder Kunststoff beschichtet werden.
7. Optisches Substrat, wie Brillenglas, Linse u. dgl.

aus Glas oder Kunststoff, hergestellt nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Beschichtung aus einer Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Verbindung mit einer Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften.
8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem gasdicht verschliessbaren, evakuierbaren und mit einer Atmosphäre aus inertem Gas versehbaren Rezipienten (1) unterhalb oder oberhalb eines Trägers (2) für die zu beschichtenden optischen Substrate und distanziert von diesem mindestens eine Sputter-Quelle (30;40) angeordnet ist, deren Kathode (32) eine zum Zerstäuben bestimmte Materialplatte (33;43) aus einer Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Verbindung und einer Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften trägt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch.gekennzeichnet, dass im Rezipienten (1) zwei Sputter-Quellen (30 und 40) bzw. eine Sputter-Quelle und eine Elektrodenstrahlkanone angeordnet sind, mit einer vorzugsweise einstellbaren Neigung zueinander, derart, dass sich die Bahnen der von den Kathoden-Materialplatten (33 bzw. 43) abgeschlagenen Atome zum zu beschichtenden Substrat hin vor deren Ablagerung kreuzen.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Kathoden-Materialplatte (33) aus einer Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Verbindung und die andere Kathoden-Materialplatte (43) wenigstens teilweise aus einer Substanz mit reversiblen photochromischen Eigenschaften besteht.