(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的な層（２，３，４）を有する物品を製造する方法において、
プラスチックからなる基板（１）の上に複数の光学的な層（２，３，４）を形成する工程を有し、前記光学的な層（２，３，４）を形成する工程が、プラズマ・インパルス化学的蒸着(PICVD)法によりなされ、
基板(１)の材料を、
シクロオレフィン-ポリマー (COP) 、
シクロオレフィン-共重合体 (COC) 、
ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、
並びに、これらの誘導体
のいずれかとすることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記層（２，３，４）は、冷光反射鏡として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記層（２，３，４）は、それぞれ異なる屈折率を有していることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
プラズマが作用する継続時間の合計は、プラズマが作用しない時間スパンの合計の少なくとも1/1000であり、かつ、多くともプラズマが作用しない時間スパンの合計に等しいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
プラズマアクションの作用インパルスは、0.1から10 ms、好ましくは0.5から5 msつづくことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
プラズマアクションにおける単位時間および単位面積あたりの被膜形成速度は、１0ナノメートル／ｍｉｎより大きく、好ましくは100 ナノメートル／ｍｉｎより大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法を用いて製造され、
シクロオレフィン-ポリマー (COP) 、
シクロオレフィン-共重合体 (COC) 、
ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、
並びに、これらの誘導体
のいずれかとされたプラスチックからなる基板、及び、複数の層を有する被覆された物品。
【請求項８】
前記被覆された物品は、レンズ、プリズム、反射器といった光学部品であることを特徴とする請求項７に記載の被覆された物品。
【請求項９】
前記被覆された物品は、反射面を有する漏斗状の基体を備え、この基体は、少なくとも１００℃までの耐熱性を有するプラスチックから形成され、前記反射面は、屈折率の異なる複数の層からなる冷光反射鏡として構成され、交互層は、プラズマ・インパルス(PI)法、化学的蒸着(CVD)法、プラズマ・インパルス化学的蒸着(PICVD)法、のうちの少なくとも一つの方法を用いてプラスチックからなる基板上に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の被覆された物品。
【請求項１０】
自動車産業界に用いられることを特徴とする請求項９に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックからなる基板、及び、複数の光学的な層を有する物品に関するものである。このような物品は、レンズ、プリズム、反射器といった光学部品とすることができる。
【０００２】
【従来の技術】
反射器は、基本的には、内側の表面が反射層で被覆された漏斗状の基体からなる。このような反射器は、たとえば前照灯、サーチライト、スポットライトなど、あらゆる種類の光源の部品となる。反射器は、ガラス、金属、あるいはプラスチックの材料から形成されている。自動車業界で用いられる金属やプラスチックの反射器には、熱放射も反射する金属製の反射面が設けられている。
【０００３】
このような反射器の領域にはかなりの熱量がたまり、局所的に２００℃の温度にまで達する。反射器がガラスから形成される場合は、上記のような温度に関する何らの問題も起こらない。
【０００４】
今日、冷光反射膜で被覆された、ガラス基板からなる反射器は、とりわけ、照明一般、あるいは、舞台照明の分野でよく見受けられる。ここで、冷光反射膜は、可視光線のみを反射し熱放射を透過させる。
【０００５】
自動車の前照灯の最近の形状のゆえに、反射器が金属で被覆されていると、反射された赤外線が光路にあるコンポーネント、とりわけ、レンズや前照灯のカバープレートといったコンポーネントに対して部分的に非常に高い熱負荷を与えてしまう。このような負荷のため、今日では、これらのコンポーネントは、通常、ガラス基板のものを使用し、および／または、特殊な被膜により熱放射から保護する必要がある。
【０００６】
自動車業界においては、重量の削減が燃料節約に結び付くため、軽量化がますます問題とされてきている。このため、たとえば鋼鉄などの材料の代替材料として、できるだけプラスチックを活用する努力がなされている。ガラス反射器に対しては、これは従来不可能であった。つまり、反射面には、冷光反射鏡が設けられなければならない。プラスチックにこのような冷光反射鏡を長期にわたり固定することが不可能であったため、プラスチックの活用はこれまで成功しなかった。
【０００７】
複数の層が上部に形成されたプラスチック基板からなる物品を製造する方法は公知である。この方法は、独国特許公開公報DE 195 23 444 A1 に記されている。これは、低圧ガス内の高周波放電によるプラズマで補助されたCVD法(PECVD法)により、プラスチックに保護層を形成させる方法である。ここで取り組まれているのは、脆化を防止するためにこの層の粘性・延性をできるだけ高めることである。
【０００８】
独国特許公開公報ＤＥ  １９７  ０３  ５３８  Ａ１  には、ＰＭＭＡ基板表面を加工する方法が記されている。ここでは、基板表面は保護層で覆われる。これにより、次にこの上に形成される機能層をより結合させやすくすることができる。当該保護層を形成するためには、さらに工程が必要となるが、それは、さらなる手間とコストがかかることも意味している。
【０００９】
プラスチック基板上に薄い層を形成するその他の方法は、独国特許公開公報DE34 13 019 A1、欧州特許公開公報EP 0 422 323 A1、独国特許公開公報DE 40 04116 A1その他に記されている。そこでは、特に、CVD法またはPECVD法により基板上に形成される層の結合に関する問題が論じられている。独国特許文献DE 10010 766 には、特に、たとえばメガネのレンズといった曲がった基板に層を形成するための方法及び装置が記されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
これまで適用された方法は満足なものではなかった。これらの方法では必要な結合の強度が達成されなかった。さらに、このようにして製造された物品には、上記の中間層（保護層）がはがれ、それにより層構造が丸ごとはがれるおそれがある。これにより、この物品が最初から使用不可能になる事態となることもある。
【００１１】
本発明の課題は、耐久性を有して長期にわたり確実に、プラスチックからなる基板を光学的な層で被覆することのできる方法を提供することである。とりわけ、この方法により、層と基板、および層同士の間の耐久性のある固定を達成することができるものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題は、独立請求項に記載した特徴により解決される。
【００１３】
本発明者は、交互層（alternating layer）をある特定の方法、つまり、いわゆるPICVD法(プラズマ・インパルス化学的蒸着法)を用いてプラスチック基板上に形成させることにより、交互層とプラスチック、及び交互層同士を長期にわたり確実に固定できることを発見した。
【００１４】
基板上に層を形成するためにこれまで適用されたPICVD法では、基板の界面が、この方法によるエネルギー負荷により乱されたり、その構造にいたるまで破壊されたりする。その結果として、基板と、隣接する層との間の結合能力が低下する。そのため発明者は、結合力を強化するためには、プラズマ放電に伴うエネルギー負荷を最小限に抑える必要があることを見出した。この場合、発生するエネルギーの量だけでなく、それがいかにしてもたらされるかが重要となる。実用的に十分な結合を達成するための負荷についての確実な許容限界値は、実験により算出することができる。
プラズマが作用する継続時間の合計は、プラズマが作用しない時間スパンの合計の少なくとも1/1000であり、かつ、多くともプラズマが作用しない時間スパンの合計に等しい。
プラズマアクションの作用インパルスは、0.1から10 ms、好ましくは0.5から5 msつづく。
プラズマアクションにおける単位時間および単位面積あたりの被膜形成速度は、１0ナノメートル／ｍｉｎより大きく、好ましくは100 ナノメートル／ｍｉｎより大きい。
【００１５】
本発明により、プラスチックの既知の長所を利用することができる。すなわち、プラスチックは、とりわけ軽量で、成形が容易といった、自動車業界では特に重要な意味を持つ長所を有し、さらには、ガラスの破片に伴う危険を回避できるという長所を有しており、本発明により、これらの長所を利用することができる。その上、場合によっては、地塗りなどの基礎層を省くこともできる。
【００１６】
プラスチックとしては、100℃もしくはそれより高い温度で安定している高性能なプラスチックが考慮の対象となる。この場合も、PICVD法が有利に働く。というのも、基板温度が比較的低く保たれるからである。生成された層そのものは固く、耐久性を有する。
【００１７】
プラスチックとして特に適するのは、以下の物質；
シクロオレフィン−ポリマー  （ＣＯＰ）  、
シクロオレフィン−共重合体  （ＣＯＣ）  、
ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、
並びに、これらの誘導体
であることが明らかになった。
【００１８】
光学的な干渉層の体系を有したＣＯＰ−プラスチック、もしくは、ＣＯＣ−プラスチックからなる部品は、以下に挙げるＣＯＰ−プラスチック、およびＣＯＣ−プラスチックのいくつかの特性によって、反射防止膜、または被膜を有する、または有さない光学コンポーネントとして用いられるのに特に適したものとなる。
【００１９】
その特性とは、次のようなものである。
（ｉ）可視光、及び、近赤外線のスペクトル領域での透過率が高く、複屈折率が低い。
これにより、光の損失が少なく、熱吸収による温度上昇も小さい。
（ｉｉ）  熱に対する形態安定性に優れる。
（ｉｉｉ）  ＣＯＰ／ＣＯＣからなる部品は、ガラスと同等の精度で加工することができる。
（ｉｖ）  特に水蒸気に対する遮断効果がある。
これは、層体系の良好な結合のために有効である。
【００２０】
上記の特性により、ＣＯＰ−プラスチック、および、ＣＯＣ−プラスチックは、多くの応用例においてガラス基板の代替として利用できるため、これにより、光学系の設計・デザインに新たな可能性が開かれる。特別に適合させた干渉層の体系を組み合わせることにより、高性能の光学コンポーネントを製造することができる。
【００２１】
ＰＩＣＶＤ法により、ガラス等に対する被膜形成だけでなく、特にプラスチック上の被膜形成に適した被膜形成技術を手にすることになる。その一つの適用例が、冷光反射鏡を有するプラスチック反射器で、特に自動車業界の関心が高いものである。冷光反射膜で被覆されたガラス基板からなる反射器は、今日、とりわけ、照明一般、あるいは、舞台照明の分野でよく見受けられる。ここで、冷光反射膜は、可視光線のみを反射し熱放射を透過させる。
【００２２】
自動車の前照灯の最近の形状のゆえに、反射器が金属で被覆されていると、反射された赤外線が光路にあるコンポーネント、とりわけ、レンズや前照灯のカバープレートといったコンポーネントに対して部分的に非常に高い熱負荷を与えてしまう。このような負荷のため、今日では、これらのコンポーネントは、通常、ガラス基板のものを使用し、および／または、特殊な層により熱放射から保護する必要がある。
【００２３】
自動車業界においては、重量の削減が燃料節約に結び付くため、軽量化がますます問題とされてきている。このため、たとえば鋼鉄などの材料の代替材料として、できるだけプラスチックを活用する努力がなされている。ガラス反射器に対しては、これは従来不可能であった。つまり、反射面には、冷光反射鏡が設けられなければならない。プラスチックにこのような冷光反射鏡を長期にわたり固定することが不可能であったため、プラスチックの活用はこれまで成功しなかった。
【００２４】
本発明により、反射器の基体をプラスチックから製造することができ、このとき、プラスチックの長所、とりわけ、比重が小さく、成形が容易といった長所を備えさせることができる。また、破片防止の問題も生じない。
【００２５】
さらに、本発明により、反射面は冷光反射鏡として構成される。反射面は、目的に合わせて、それぞれ屈折率の異なる複数の層から構成されている。この被膜は可視光を反射し、赤外線を透過させる（冷光反射鏡の原理）。
【００２６】
本発明により、交互層をある特定の方法、すなわち、プラズマ・インパルス法または化学的蒸着法またはプラズマ・インパルス化学蒸着法といった特定の方法によりプラスチック基板上に形成させた場合には、交互層をプラスチックに長期にわたり確実に固定できることが示された。
【００２７】
高温による負荷のために、少なくとも１００℃、より好ましくはそれ以上の温度でも安定な高性能の材料のみが考慮の対象となる。硬く耐久性のある冷光反射層の体系を形成するため、プラスチック製反射器への損傷なしには済まされないほどの、基板への高い熱的な負荷が通常要求される。ここで、ＰＩＣＶＤ法が提供するのは、パルスによる方法として、ＰＩＣＶＤ法が、僅かなエネルギーの浸入のみを基板に作用させ、それゆえに基板の温度を低く維持するということである。その一方で、パルス中に高いプラズマエネルギー密度が生成され、これにより、硬くて耐久性のある層を形成することができる。すでに述べたように、被膜は多層膜である。各層は、例えば反射防止層といった光学的に機能する層であるが、また、例えば機械的に軽く洗浄を行えるようにするいわゆる洗浄層としての疎水性のカバー層等の特殊な機械的な特性を持った多機能層でもある。また、特殊な光学的特性やその他の特性を持つ層も考慮対象となる。機能層と基板との間には、ここでは単に総じて「中間層」と呼んでいる、いわゆる結合仲介層が一般に積層される。この中間層は、製品全体の有用性に決定的な意味を有している。すなわち、この中間層は、基板上の層構造全体の結合を担っているのである。中間層は単一で同質の層であってもよいし、また、多重層であってもよい。その際、個々の層は、一種の勾配を形成し、基板に直接隣接してこれに有機物（ｏｒｇａｎｉｃｕｍ）として同等または類似している層から、次に続く機能層に近接してこれに無機物（ｉｎｏｒｇａｎｉｃｕｍ）として同等または類似している層まで、段階的に変化する。
【００２８】
本発明は、この他にも、どんな種類の被膜にも応用できる。層の特性は、使われている原材料および装置の運転パラメータにより制御できる。層の特性は、幅広い範囲の間で変えることができる。中間層は、一般に、一種のいわゆる勾配層とされ、複数の層が一緒にまとめられ、基板に近くて基板と同質な層から、基盤に遠くて機能層と同質な層にわたっている。
【００２９】
本発明は、いわゆるリモートＰＩＣＶＤ法の使用にも応用できる。この方法では、公知の通り、プラズマ室と被膜形成室が互いに分離されている。プラズマ室から励起された種が被膜形成室に導かれる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明は、図面を用いて詳しく説明されている。図では、以下のことが示されている。
【００３１】
図１には基板１が示されている。この上に中間層２が形成されている。この層は結合を仲介し、スクラッチを防止する機能がある。この層は、本発明にしたがって最小のエネルギー負荷で基板上に形成されているため、確実に基板に固着している。
【００３２】
中間層２は、それぞれ組成の異なる複数の層から構成されたいわゆる勾配層とすることもできる。その際、基板に近い単層は基板１と同質であるが、基板から遠い上の層は、隣接する層と同質である。
【００３３】
その上の層は機能層３である。この層は、例えば、光学的な機能に寄与する。
【００３４】
最後にカバー層４が形成されている。
【００３５】
図２に示された装置は以下のコンポーネントを備えている。
【００３６】
被膜形成反応装置１０は、基板１を支持している。高周波窓３０、高周波導波管４０、ガスインレット５０、基板ホルダ６０も図示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の本体（基体）の断面斜視図である。
【図２】基板に被膜を形成させる装置の図である。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・中間層（層）
３・・・機能層（層）
４・・・カバー層（層）
１０  ・・・被膜形成反応装置
３０  ・・・高周波波窓
４０  ・・・高周波波導波管
５０  ・・・ガスインレット
６０  ・・・基板ホルダ
【図１】
0003588339.tif 000002
【図２】
0003588339.tif 000003