KR101900132B1 - 광학 코팅 방법, 기기 및 제품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학 코팅 및 상기 광학 코팅 상의 이지-투-클린(ETC : easy-to-clean) 코팅을 갖는 유리 물품을 만들기 위한 향상된 공정과, 상기 공정을 사용해 만들어진 제품과, 상기 공정용 기기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 공정에 관한 것이고, 상기 공정에서 광학 코팅 및 이지-투-클린 코팅의 도포는 단일의 기기를 사용하여 순차적으로 도포될 수 있다. 본 명세서에 기재된 조합된 코팅 기기 및 기판 캐리어를 사용하면 스크래치 저항 내구성 및 광학 성능을 향상시킨 광학 코팅 및 이지-투-클린 코팅 모두를 갖는 유리 물품이 초래되고, 그리고 더욱이 최종 물품은 "섀도우가 없다".

Description

광학 코팅 방법, 기기 및 제품{OPTICAL COATING METHOD, APPARATUS AND PRODUCT}
본 출원은 2011년 11월 30일에 출원되어 "Process for Making of Glass Articles With Optical and Easy - To - Clean Coatings"를 발명의 명칭으로 하는 미국 가출원번호 제61/565,024호를 우선권 주장하고 있으며, 이 특허문헌의 내용은 참조를 위해 본 명세서에 모두 포함되어 있고 그리고 2012년 10월 04일에 출원되어 "Optical Coating Method, Apparatus and Product"를 발명의 명칭으로 하는 미국 가출원번호 제61/709,423호 또한 우선권 주장하고 있고, 이 특허문헌의 내용 역시 참조를 위해 본 명세서에 모두 포함되어 있다.
본 발명은 광학 코팅 및 상기 광학 코팅 상의 이지-투-클린(ETC : easy-to-clean) 코팅을 갖는 유리 물품을 만드는 공정, 상기 공정을 실행하기 위한 기기, 및 상기 공정을 사용하여 만들어진 물품에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 광학 코팅 및 ETC 코팅의 도포가, 동일한 기기를 사용하여 순차적으로 실행될 수 있는 공정에 관한 것이다.
유리, 및 특히 화학적으로 강화된 유리는 대다수가 아닌 많은 소비자 전자 제품의 뷰 스크린에 대해 선택된 재료이다. 예를 들면, 화학적으로 강화된 유리는, "터치" 스크린 제품이 휴대 전화, 뮤직 플레이어, 이북(eBook) 리더 및 전자 노트패드와 같은 작은 물품이나, 또는 컴퓨터, 자동 창구기, 공항 자동-체크인 기기 및 여러 유사한 전자 물품과 같은 보다 큰 물품이건 간에 상기 "터치" 스트린 제품에 부분적으로 유익하게 된다. 많은 이들 물품은 유리 상의 반사방지("AR(antireflective)") 코팅의 도포를 필요로 하여, 예를 들면, 장치가 태양 직사광에서 사용될 때, 상기 유리로부터의 가시 광선의 반사를 감소시키고 이에 따라 콘트라스트 및 가독성(readability)을 향상시킨다. 그러나, AR 코팅의 여러 단점은 표면 오염에 대한 상기 코팅의 민감도 및 불량한 스크래치-방지 내구성이며, 즉, AR 코팅은 사용 동안에 예를 들면, 천으로 닦음으로써 또는 사용자의 손가락 상의 때 및 먼지에 의해 용이하게 스크래치가 발생하게 된다. 지문 및 얼룩은 AR 코팅된 표면상에서 매우 눈에 띄고 용이하게 항상 제거되지 않는다. 이 결과, 임의의 터치 장치의 유리 표면은, ETC 코팅을 상기 유리 표면에 도포함으로써 달성되는 용이하게 깨끗해지는 표면인 것이 매우 바람직하다.
반사방지 코팅 및 ETC 코팅 모두를 갖는 유리 물품을 만들기 위한 현 공정은 상기 반사방지 코팅 및 상기 ETC 코팅이 상이한 설비와, 결론적으로 별도의 제조 행정(manufacturing run)을 사용하여 도포될 필요가 있게 한다. 기본 절차는 예를 들면, 화학적 증기 증착("CVD(chemical vapor deposition)") 또는 물리적 증기 증착("PVD(physical vapor deposition)") 방법을 사용하여 유리 물품에 반사방지 ("AR") 코팅을 도포하는 것이다. 종래의 공정에 있어서, 광학적으로 코팅된 물품, 예를 들면, AR 코팅을 갖는 물품은 ETC 코팅을 상기 AR 코팅의 상부에 도포하기 위하여 광학 코팅 기기로부터 다른 한 기기까지 운송될 것이다. 이들 공정은 AR 코팅 및 ETC 코팅 모두를 갖는 물품을 만들 수 있는 반면에, 별도의 행정을 필요로 하고 그리고 특별한, 즉 필요한 취급에 의한 수량 감소(yield loss)를 더 크게 한다. 이는 AR 코팅 절차와 ETC 코팅 절차 사이의 특별한 취급으로부터 발생하는 오염 때문에 최종 제품의 신뢰도의 저하를 초래할 수 있다. 예를 들면, 광학 코팅 상에 ETC의 종래의 2-단계 코팅 공정을 사용하는 것은, 터치 스크린 도포에 용이하게 스크래치 형성된 물품을 초래한다. 더욱이, AR 코팅된 표면이 ETC 코팅을 도포하기 전에 깨끗하게 될 수 있는 반면, 이는 제조 공정에서의 부가적인 단계를 포함한다. 모든 부가적인 단계는 생산 비용을 증대시킨다. 결론적으로, 대안적인 방법 및 기기가 요구되며, 상기 방법 및 기기는 동일한 기본 절차 및 설비를 사용하여 양 코팅이 도포될 수 있고, 이에 따라 제조 비용을 감소시킨다. 본 명세서에 개시된 공정과 최종 제품의 장점은 아래 실시예 및 청구범위에서 설명된다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은 광학 코팅 및 상기 광학 코팅의 상부에 이지-투-클린 코팅을 갖는 유리 물품을 만드는 방법을 제공하며, 상기 유리 물품을 만드는 방법은, 광학 코팅 및 ETC 코팅의 증착을 위한 진공 챔버를 구비한 코팅 기기를 제공하는 단계, 자기 기판 캐리어 상에 코팅될 유리 기판을 수용하기 위해 상기 자기 기판 캐리어를 자기로(magnetically) 위치시키도록 상기 챔버 내에 자기 회전가능한 돔을 제공하는 단계, 및 상기 광학 코팅용 발생원 재료와 상기 ETC 코팅용 발생원 재료를 상기 진공 챔버 내에 제공하는 단계;를 포함한다. 유리 물품을 만드는 방법은 또한 유리 기판을 자기 기판 캐리어 상에 적재하는 단계와 상기 유리 기판을 상부에서 구비한 상기 자기 기판 캐리어를 돔(dome)에 자기로 부착하는 단계, 상기 진공 챔버를 비우는 단계, 상기 돔을 회전시키는 단계와 상기 유리 기판에 광학 코팅을 증착하는 단계, 그리고 상기 돔을 회전시키는 단계와 상기 광학 코팅의 증착 이후에 상기 광학 코팅의 상부에 상기 ETC 코팅을 증착시키는 단계를 포함하고, 여기서 상기 광학 코팅은 상기 ETC 코팅의 증착 이전에 대기에 노출되지 않는다. 유리 물품을 만드는 방법은 기판상에 증착된 섀도우-없는(shadow-free) 광학 코팅 및 상기 광학 코팅 상에 증착된 ETC 코팅을 갖는 유리 기판을 얻기 위하여, 광학 코팅 및 ETC 코팅을 구비한 기판을 챔버로부터 제거하는 단계를 더 포함한다.
다른 일 실시예에 있어서, 본 발명은 코팅 공정 동안에 기판을 유지하기 위한 자기 기판 캐리어를 제공하며, 상기 코팅 공정에서 상기 자기 기판 캐리어는 비-자기 캐리어 베이스에 부착된 복수의 자석을 구비한 비-자기 기판 캐리어 베이스, 상기 기판 캐리어 상에 위치된 유리 기판의 한 표면을 지지하기 위한 복수의 핀, 및 후퇴가능한 핀을 후퇴시키는 스프링에 의해 제 위치에 유지된 상기 후퇴가능한 핀을 포함한 스프링 시스템을 포함하고, 이 경우 상기 후퇴가능한 핀은 상기 스프링과 반대 방향으로 뻗어있다. 스프링 시스템은 또한 복수의 고정된 핀, 및 유리 기판이 복수의 핀 상에 위치될 때, 스톱퍼의 상부는 상기 유리 기판의 상부 표면 아래에 위치되도록, 거리에 대해 비-자기 기판 캐리어 베이스로부터 뻗어있는 복수의 스톱퍼를 포함한다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 본 발명은 코팅 공정 동안에 기판을 유지하기 위한 자기 캐리어를 제공하며, 상기 코팅 공정에서 기판 캐리어는 비-자기 캐리어 베이스, 상기 비-자기 캐리어 베이스에 부착된 복수의 자석, 및 유리 기판의 표면을 지지하기 위한 복수의 핀을 포함한다. 기판 캐리어는 또한 후퇴가능한 핀용 하우징과 상기 하우징에 배치된 후퇴가능한 핀을 포함하고, 상기 하우징에서 상기 후퇴가능한 핀은 스프링에 의해 제 위치에 유지되고 그리고 상기 후퇴가능한 핀은 상기 하우징, 선택적인 스톱퍼, 및 유리 물품의 엣지를 유지하기 위한 복수의 이동가능한 핀으로부터 외측으로 가압된다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 본 발명은 광학 코팅 및 상기 광학 코팅의 상부 상의 이지-투-클린 코팅을 갖는 유리 물품을 제공하며, 이 경우 상기 유리 물품에는 상기 유리 물품의 광학적으로 코팅된 표면을 가로지른 섀도우가 없다. 광학 코팅은 1.7 이상이고 3.0 이하인 굴절률(n)을 갖는 고 굴절률 재료(H)의 레이어와, 1.3 이상이고 1.6 이하인 굴절률(n)을 갖는 저 굴절률 재료(L)의 레이어로 이루어진 복수의 피어리오드(period)를 포함한다. 고 굴절률 재료의 레이어는 각각의 피어리오드의 제 1 레이어이고 그리고 저 굴절률 재료(L)의 레이어는 각각의 피어리오드의 제 2 레이어이다. 20 nm 이상 200　nm 이하의 두께 범위를 갖는 SiO2 캡핑(capping) 레이어가 복수의 피어리오드의 상부에 도포된다.
다른 일 실시예에 있어서, 본 발명은 광학 코팅 및 ETC 코팅을 갖는 기판을 코팅하기 위한 코팅 기기를 제공한다. 코팅 기기는 진공 챔버; 상기 진공 챔버에 위치된 자기 회전가능한 돔; 상기 진공 챔버에 위치된 적어도 하나의 e-빔 발생원; 상기 진공 챔버에 위치된 적어도 하나의 열 증발 발생원; 그리고 상기 진공 챔버 내의 지지부 상에 조정가능하게 위치된 섀도우 마스크(shadow mask);를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 방법의 부가적인 특징 및 장점은 아래 상세한 설명에 설명되어 있고 그리고 당업자에 의해 상기 설명으로부터 용이하게 파악될 수 있으며, 아래 첨부된 도면뿐만 아니라 청구범위와 상세한 설명을 포함하고 있는 본 명세서에 기재된 실시예를 실시함으로써 알 수 있을 것이다.
상기 일반적인 설명 및 아래 상세한 설명 모두는 다양한 실시예를 기재하고 있고 그리고 청구범위의 특징과 특성을 전반적으로 또는 개괄적으로 이해하도록 제공되었음을 알 수 있을 것이다. 첨부한 도면은 다양한 실시예의 이해를 더욱 돕기 위해 포함되어 있고, 본 명세서의 일부를 이루도록 포함되어 있다. 도면은 본 명세서에 기재된 다양한 실시예를 나타내고 있고, 그리고 상세한 설명과 함께 청구범위의 원리와 작동을 설명하도록 사용된다.
도 1a는 본 명세서에 기재된 하나 이상의 실시예에 따른 코팅 기기(100)의 개략적인 도면이고;
도 1b는 석영 모니터를 수용하기 위한 개구(116a)가 도시되고 유리 플레이트(116)를 확대한 도면이고;
도 1c는 기판 캐리어에 부착된 유리 기판상에 광학 코팅 재료의 증착을 측정하고 제어하도록 사용되는 광학 섬유와 개구에 수용된 석영 모니터를 구비한 유리 플레이트의 개략적인 확대도이고;
도 2는 돔에 자기로 부착된 복수의 기판 캐리어를 도시한 도 1a의 코팅 기기의 상기 돔의 한 섹션을 통한 상하측 도면이고;
도 3a는 복수의 기판 캐리어가 돔에 자기로 부착된 상태의, 도 1a의 코팅 기기의 상기 돔의 세그먼트의 개략적인 경사진 측면도이고;
도 3b는 돔 세그먼트(110a)를 지지하는 프레임의 개략적인 도면;으로서, 또한 프레임(160)은 도 3a에 도시된 바와 같은 외측 립/림(161, lip/rim)과, 회전 샤프트(117)가 부착될 수 있는 개구(164)에서의 내측 림(부재번호 부여되지 않음)(도시 생략), 및 부재번호 168로 지시된 바와 같은, 돔 세그먼트의 측 엣지를 수용하도록 충분하게 폭이 넓은 복수의 스포크(162, spoke)를 구비함;
도 4a는 코팅 공정 동안에 유리 기판/물품(140)을 유지하기 위하여 그리고 캐리어를 돔(110)에 자기로 부착하기 위하여 복수의 부재(134)를 갖는 비-자기 기판 캐리어(130)를 개략적으로 도시한 도면이고;
도 4b는 기판 캐리어의 표면(130a)으로부터의 거리에 대해 기판 캐리어 베이스(130)로 뻗어있는 핀(136) 상에 놓인 유리 기판(140), 베이스(130b)를 넘는 거리에 대해 상기 유리 기판을 통해 그리고 상기 기판 캐리어(130)의 상기 표면(130a)으로부터 뻗어있는 복수의 자석(134), 상기 캐리어(130)의 베이스로부터 유리 물품(140)의 상부면(140a)으로부터의 거리까지 뻗어있는 측 스톱퍼(150)를 나타낸 도 4a의 측면도이고;
도 5는 유리 기판(140)이 스프링 적재된 조정가능한 핀(138a)에 의해 상기 유리 기판에 대해 가해진 외력에 의해 유지되는 핀(138a 및 138b) 중 하나의 핀과, 상기 핀과 접촉하는 형성된 엣지(141), 즉 본 경우에 챔퍼 가공된 엣지를 개략적으로 도시한 도면이고;
도 6은 후퇴가능한 핀(138a)이 도 6에 또한 도시된 핀(138b)보다 돔(110)의 상부(T)의 개구에 보다 근접한, 즉 회전 방향에 수직으로 위치되도록, 상기 돔(110)에 부착된 기판 캐리어(130)를 나타낸 도면이고;
도 7a - 도 7c는 유리 또는 산화물 AR 코팅 또는 상기 유리와의 플루오르 화합된(fluorinated) 시레인(silane) 융합 반응을 개략적으로 나타낸 도면이고;
도 8은 유리 표면 화학 및 오염을 분리시키기 위한 배리어를 제공하기 위해, 그리고 마모 신뢰도(내구성)를 최대화하기 위하여 코팅된 표면상에서의 교차 결합(crosslinking)뿐만 아니라 최대 코팅 밀도를 갖는 AR 광학 코팅에 화학적 결합을 위해 플루오르 화합된 시레인에 대해 보다 적은 기동 에너지 장소를 제공하기 위해 ETC 코팅을 아래 놓이게 할 수 있는 AR 광학 코팅 레이어를 도시한 도면이고;
도 9는 광학 섬유(206)로써 사용하기 위한 AR-ETC 코팅된 GRIN 렌즈(208)와, 이들 여러 광학 섬유(206) 및 AR-ETC 코팅된 GRIN 렌즈를 나타낸 도면이고;
도 10은 6개 레이어의 ARC (Nb2O5/SiO2) 코팅 상의 PVD 8-10nm ETC를 갖는 유리 물품과, 단지 분무 코팅된 ETC 코팅을 갖는 유리 물품에 대한 비교 마모 테스팅 데이터 도면이고;
도 11은 제 1의 종래의 코팅기에 증착된 PVD AR 코팅 및 제 2의 종래의 코팅기에 증착된 ETC 코팅을 갖는 유리 물품에 대한, 6개 레이어의 PVD IAD-EB AR 코팅 및 상기 AR 코팅의 상부의 8 nm - 10 nm 열 증착된 ETC 코팅을 갖는 유리 물품의 비교 마모 신뢰도이고;
도 12는 6K, 7K, 8K 및 9K 닦음 이후의 AR 코팅과 ETC 코팅으로 코팅된 유리 물품에 대한 파장 대 % 반사의 그래프이고;
도 13은 6K, 7K, 8K 및 9K 닦음 이후에 AR 코팅 및 ETC 코팅을 갖는 유리 물품용 파장 대 % 투과의 그래프이고;
도 14는 다수의 AR 코팅 레이어/피어리오드 반사 효과 대 AR 코팅이 없는 유리를 나타내고 있는 파장 대 반사 %의 그래프이고;
도 15는 상이한 크기의 기판에 대해 단일의 캐리어의 사용을 가능하게 하고 도 4a에 도시된 캐리어(130)와 실질적으로 유사한, 즉 조정가능한 자기 캐리어(130a)를 나타낸 도면이고;
도 16a는 코팅될 렌즈의 배치를 위해 복수의 개구(302)를 구비한 종래 기술의 돔 캐리어(300)를 도시한 도면이고;
도 16b는 캐리어(300)가 냉각됨에 따라 렌즈(304)가 파단될 위치에 위치된 상태로서, 개구(302) 내측의 하나의 캐리어(300) 쇼울더(306)를 미끄러지는 렌즈(304)를 도시한 도면이고;
도 17a는 광학 코팅의 균일성을 향상시키기 위하여 돔의 선택된 영역을 커버하는 섀도우 마스크를 구비한 실시예의 코팅 기기의 도면이고;
도 17b는 도 17a에 도시된 바와 같은 마스크를 사용하여 얻어진, 향상도를 나타낸 물 접촉 각도 대 마모 사이클의 그래프이고;
도 18은 6개 레이어의 AR 코팅(Nb2O5/SiO2) 및 2%의 두께 변화를 갖는 AR 코팅을 구비한 ETC 코팅으로 코팅된 유리 기판에 대한 파장(x-축선)의 함수와 같은 반사(y-축선)의 시뮬레이션이며;
도 19는 6개 레이어의 AR 코팅(Nb2O5/SiO2) 및 ETC 코팅으로써 코팅된 복수의 실제 샘플에 대한 파장의 함수로서 반사(y-축선)를 그래프로 나타낸 도면이다.
광학 코팅 및 이지-투-클린 코팅으로 코팅된 유리 물품과 상기 유리 물품을 성형하기 위한 방법 및 기기의 상세한 실시예가 기재되어 있고, 이러한 실시예는 첨부한 도면에 도시되어 있다. 가능하다면 도면에서 동일한 부재번호는 동일하거나 유사한 부품을 지시하도록 사용된다. 일 실시예의 코팅 기기가 도 1a에 개략적으로 도시되어 있다. 코팅 기기는 일반적으로 진공 챔버를 포함하고 상기 진공 챔버에는 자기 돔이 위치된다. 코팅 기기는 또한 e-빔 발생원(e-beam source), 열 증발 발생원 및 플라즈마 발생원을 포함한다. 코팅될 유리 기판은 각각, 돔의 아래면에 자기로 부착될 수 있고, 그리고 e-빔 발생원 및 열 증발 발생원을 사용하여 광학 코팅 및 ETC 코팅으로써 코팅될 수 있다. 실시예에 있어서, 플라즈마 발생원은 증착된 광학 코팅 재료를 치밀화(densify)하도록 사용될 수 있다. 광학 코팅 및 ETC 코팅을 유리 기판에 순차적으로 도포하기 위한 다양한 실시예의 기기 및 방법이 첨부된 도면을 특히 참조하여 본 명세서에서 더욱 상세하게 설명되어 있다.
본 명세서에 기재된 "공정" 및 "방법"이라는 표현은 서로 대체가능하도록 사용된다. 또한, 본 명세서에 기재된 "무섀도우(shadowless)" 및 "섀도우 없음(shadow free)"이라는 표현은, 본 명세서에 기재된 방법 및 기기를 사용하여 증착된 코팅을 갖는 유리 물품이 보여질 때, 즉 종래의 광학 코팅 방법 및 기기를 사용하여 준비된 광학 코팅을 갖는 유리 물품 상에 보여진 섀도우가 보여지지 않도록, 상기 광학 코팅이 유리 기판의 전체 표면상에 균일하게 증착된다는 것을 의미한다. 종래 방식으로 코팅된 유리 물품에서 관찰되는 섀도우는 코팅된 기판의 영역이 광학 코팅 재료의 증착으로부터 기판의 표면을 가릴 때 발생한다. 이들 섀도우는 코팅 공정 동안에 제 위치에 코팅된 기판을 유지하도록 사용되거나 또는 코팅기로 그리고 상기 코팅기를 벗어나 코팅된 부재 및 캐리어의 운송을 위한 기판 캐리어 상에 위치된 부재에 인접하여 자주 관찰된다.
"유리 물품" 및 "유리 기판"이라는 표현은 본 명세서에서 상호 동일한 의미로 사용되었고, 그리고 본 명세서에 기재된 방법 및 기기를 사용하여 코팅된 임의의 유리 물품을 전반적으로 의미한다.
본 발명은, 광학 코팅, 예를 들면 고 굴절률 재료 및 저 굴절률 재료의 교호의 레이어를 포함한 AR 코팅, 및 ETC 코팅, 예를 들면 퍼플루오로알킬시레인(perfluoroalkylsilane) 코팅 모두가 광학 코팅 및 ETC 코팅의 도포 동안에 아무 때나 물품을 공기나 또는 대기에 노출시키지 않으면서, 실질적으로 동일한 절차를 사용하여, 순차적인 단계(즉, 먼저 상기 광학 코팅을 도포하고 이후에 상기 광학 코팅 상에 상기 ETC 코팅을 도포함)의 유리 기판에 적용될 수 있는 공정에 관한 것이다. 신뢰가능한 ETC 코팅은 유리의 표면, 투명한 전도성 코팅(TCC), 및 광학 코팅에 윤활을 제공한다. 더욱이, 유리 및 광학 코팅의 마모 저항은 종래의 코팅 공정보다 10 배 더 우수하거나 또는 코팅이 도 10, 도 11, 및 도 17b에서 그래프로 도시된 바와 같이, 순차적으로 도포되는 현 위치의(in-situ), 하나의-단계 공정을 사용하여 ETC 코팅이 없는 AR 코팅보다 100 배 - 1000 배 더 우수할 것이다. 이러한 기술을 사용하여, ETC 코팅은 설계 동안에 광학 코팅의 부분으로 고려될 수 있고, 그리고 이와 같이, 상기 ETC 코팅은 요구되는 광학 성능을 변경하지 않을 것이다. 본 명세서에 기재된 유리 물품에는 유리의 광학적으로 코팅된 표면을 가로지른 섀도우가 없다.
특별한 실시예의 현 위치의 공정이 도 1a에 개략적으로 도시된 박스 코팅기이다. 박스 코팅기에는 광학 코팅을 위한 전자 빔(electron beam)(e-빔) 발생원, ETC 코팅 재료용 열 증발 발생원, 및 코팅 표면의 매끈함과 코팅의 밀도를 증대시키기 위하여 코팅 동안에 광학 코팅 밀착시킴(impaction) 및 코팅 이전의 표면 세정을 위한 이온 빔 또는 플라즈마 발생원이 설치된다.
광학 코팅은 고 굴절률 재료 및 중간 굴절률 재료나 또는 저 굴절률 재료로 이루어진다. 1.7 이상 3.0 이하의 굴절률(n)을 갖는 예시적인 고 지수의 재료는 ZrO2, HfO2, Ta2O5, Nb2O5, TiO2, Y2O3, Si3N4, SrTiO3, WO3를 포함하고; 1.5 이상 1.7 이하의 굴절률(n)을 갖는 예시적인 중간 지수의 재료는 Al2O3이고; 그리고 1.3 이상 1.6 이하의 굴절률(n)을 갖는 예시적인 저 지수의(굴절률) 재료는 SiO2, MgF2, YF3, YbF3을 포함한다. 기판상에 증착된 광학 코팅 스택은 특정된 광학 기능을 제공하도록 적어도 하나의 재료/레이어를 포함한다. 대부분의 경우에, 고 지수의 및 저 지수의 재료는 예를 들면, 고 지수의 재료와 같은 HfO2 및 저 지수의 재료와 같은 SiO2와 같은 복잡한 광학 필터(AR 코팅 포함)를 설계하도록 사용될 수 있다. 코팅에 사용하기에 적당한 TCC(two-component coating) 재료는 ITO(indium tin oxide), AZO(Al doped zinc oxide), IZO(Zn stabilized indium oxide), In2O3, 그리고 이와 유사한 2원 및 3원 산화물 화합물을 포함한다.
실시예에 있어서, 광학 코팅은 PVD 코팅(ETC 코팅의 열 증발으로써 스포터(sputter)되거나 또는 IAD-EB 코팅된 광학 코팅)을 사용하여 유리 기판에 도포된다. PVD는 기판 온도가 100 ℃ 아래인 "냉간(cold)" 공정이다. 이 결과, 코팅이 도포되는, 화학적으로 강화된 또는 템퍼처리된(tempered) 유리 기판의 강도의 저하가 없다.
본 명세서에 개시된 실시예에 있어서, 본 명세서에 기재된, 섀도우 없게 만드는데 사용된 유리, 광학 코팅 및 ETC 코팅된 유리 물품은 이온-교환된 또는 비-이온(non-ion)-교환된 유리일 수 있다. 예시적인 유리에는 실리카 유리, 알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 및 소다 석회 유리가 포함된다. 유리 물품은 0.2mm 내지 1.5mm 범위의 두께와, 의도된 목적에 적당한 길이 및 폭을 갖는다. 따라서, 유리 물품의 길이 및 폭은 휴대 전화의 길이 및 폭으로부터 태블릿 컴퓨터의 길이 및 폭까지, 또는 그보다 더 넓은 범위로 정해질 수 있다.
본 명세서에서 언급된 광학 코팅은 2001년, 브리스톨(Bristol) 및 필라델피아(Philadelphia)에서 저자가 H. Angus Macleod이고, 명칭이 " Thin Film Optical Filters"인 Institute of Physics Publishing 3판에 기재된 바와 같은 엣지 필터, 멀티-레이어 고-반사 코팅, 엣지 중립 거울 코팅과 빔 분열기, 밴드-패스(band-pass) 필터 코팅 및 반사방지 코팅(AR 코팅)을 포함한다. 이러한 광학 코팅을 사용하는 도포는 디스플레이, 카메라 렌즈, 텔레커뮤니케이션 구성요소, 기구, 의학 장치, 광색성 및 일렉트로크로믹(electrochromic) 장치, 광전(광발전) 장치, 및 여러 부재 및 장치를 포함한다.
교호의 고 굴절률 재료의 레이어 및 저 굴절률 재료의 레이어는 자외선("UV(ultraviolet)") 도포, 가시광선("VIS(visible)") 도포 및 적외선("IR(infrared)") 도포를 위한 반사방지 또는 반짝거림-방지와 같은 광학 코팅을 형성하도록 사용될 수 있다. 광학 코팅은 다양한 방법을 사용하여 증착될 수 있다. 광학 코팅을 증착하기 위한 본 명세서의 PVD 방법(즉, 이온-조력식, e-빔 증착)은 예시적인 방법으로 사용된다. 광학 코팅은 고 지수의 재료(H))의 적어도 하나의 레이어와 저 지수의 재료(L)의 적어도 하나의 레이어를 포함한다. 멀티레이어 코팅은 예를 들면, HL, HL, HL..., 등, 또는 LH, LH, LH ..., 등과 같은 복수의 교호의 고 지수의 레이어와 저 지수의 레이어로 이루어진다. 한 쌍의 HL 레이어(또는 LH 레이어)가 "피어리오드(period)" 또는 "코팅 피어리오드(coating period)"를 의미한다. 중간 지수의 재료(M)는 모든 또는 일부의 저 지수의 레이어에서 저 지수의 재료 대신에 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "지수(index)"라는 표현은 재료의 굴절률을 의미한다. 멀티레이어 코팅에 있어서, 피어리오드의 수는 의도된 제품의 기능에 따라 폭넓게 범위가 정해질 수 있다. 예를 들면, AR 코팅을 위하여, 피어리오드의 수는 2 이상이고 20 이하의 범위 내에 있을 수 있다. SiO2의 선택적인 최종 캡핑 레이어는 또한 최종 레이어와 같이 AR 코팅의 상부에 증착될 수 있다. 다양한 기술이 광학 코팅을 대기에 노출시키지 않으면서 상기 광학 코팅의 상부에 ETC 재료를 증착시키도록 사용될 수 있고, 단지 예를 들면, 열 증발, 화학 증기 증착(CVD) 또는 원자 레이어 증착(ALD : atomic layer deposition)을 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 기재된 유리 기판상에 증착된 광학 코팅은 고 굴절률 재료 및 저 굴절률 재료의 적어도 하나의 피어리오드를 포함한 멀티레이어 광학 코팅일 수 있다. 고 굴절률 재료는 ZrO2, HfO2, Ta2O5, Nb2O5, TiO2, Y2O3, Si3N4, SrTiO3, 및 WO3으로부터 선택될 수 있으나, 그러나, 다른 적당한 고 굴절률 재료가 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 저 굴절률 재료가 SiO2, MgF2, YF3, 및 YbF3로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있으나, 그러나, 다른 적당한 저 굴절률 재료가 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 여러 실시예에 있어서, 저 굴절률 재료는 Al2O3나 또는 다른 한 적당한 중간 굴절률 재료와 같은 중간 굴절률 재료로 대체될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은 공정에 관한 것이고, 상기 공정에 있어서, 제 1 단계로서, 멀티레이어 광학 코팅은 유리 기판상에 증착되며 다음 제 2 단계에서 ETC 코팅은 열 증발되고 그리고 상기 광학 코팅과 동일한 챔버에서 증착된다. 다른 일 실시예에 있어서, 제 1 챔버로부터 제 2 챔버까지의 멀티레이어 코팅된 기판의 운송은 상기 기판이 멀티레이어 코팅의 도포와 ETC 코팅의 도포 사이에서 공기에 노출되지 않는 방식으로 일렬로 실행되도록 제공되어, 멀티레이어 광학 코팅은 상기 제 2 챔버에서의 상기 멀티레이어 코팅의 상부 상의 상기 ETC 코팅의 증착 및 열 증발에 이어 하나의 챔버에서 유리 기판상에 증착된다. 사용된 코팅 기술은 PVD 기술, CVD/PECVD 기술, 및 ALD 코팅 기술을 포함할 수 있으며, 단지 이들로 한정되는 것은 아니다. 챔버의 크기와 코팅될 기판의 크기에 따라, 하나의 또는 복수의 기판은 단일의 챔버 내에 동시에 코팅될 수 있다.
멀티레이어 광학 코팅은 전형적으로 산화물 코팅이며 이 경우 고 지수의 코팅이 La, Nb, Y, Gd나 또는 여러 란탄 계열 원소(lanthanide) 금속과 같은 란탄 계열 원소 시리즈(series) 산화물이고, 그리고 저 지수의 코팅은 SiO2이다. ETC 재료는 예를 들면, 플루오르 화합된 시레인, 전형적으로 식 (RF)xSiX4 -x을 갖는 알킬 퍼플루오르카본 시레인(alkyl perfluorocarbon silane)일 수 있으며, 상기 식에서 Rf는 선형 C6-C30 알킬 퍼플루오르카본이고, X　=　Cl 또는 -OCH3-이며, 그리고 x　=　2이거나 또는 3이다. 플루오르카본은 3nm 이상 50nm 이하의 범위의 탄소 체인 길이를 갖는다. 플루오르카본은 예를 들면, Dow-Corning(예를 들면 플루오르카본 2604 및 2634), 3M Company(예를 들면 ECC-1000 및 4000), Daikin Corporation, Canon, Don(South Korea), Ceko(South Korea), Cotec-GmbH(예를 들면 DURALON UltraTec) 및 Evonik를 포함한 판매사로부터 상업적으로 얻어질 수 있으며, 이들로만 한정되는 것이 아니다.
도 1a는 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예에 따른 기기의 다양한 작동 구성요소 및 코팅 기기(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 좌표축이 참조를 위해 제공된다. 정면도에 있어서, x는 좌우(즉, 좌측에서 우측 방향)로 뻗어있고, y는 전후방(즉, 지면을 들어가고 나오는 방향)으로 뻗어있고, 그리고 z는 상하로 뻗어있다. 코팅 기기(100)는 일반적으로 자기 회전가능한 돔(110)을 내부에 구비한 진공 챔버(102)를 포함하고, 상기 자기 회전가능한 돔은 (도 3a에 도시된) 립(161, lip), 돔(110)을 지지하는 (또한 도 3b에 도시된) 프레임(160)의 부분을 구비한다. 돔은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 돔의 아래면에 자기로 부착된 복수의 기판 캐리어(130)를 포함한다. 플라즈마 발생원(118)은 돔(110) 아래 진공 챔버(102) 내에 위치되고 그리고 상기 돔(110)의 아래면 쪽으로, 이온이나 또는 플라즈마를 상향 방사시키도록 전반적으로 정위된다. 플라즈마 발생원은 광학 코팅 재료가 증착됨에 따라 및/또는 증착된 이후에 상기 광학 코팅 재료를 치밀화하도록 사용되어 최종 광학 코팅의 경도를 향상시킬 수 있다. 특히, 플라즈마 발생원으로부터 방사된 이온이나 또는 플라즈마가 증착되는 동안에 및/또는 코팅 레이어가 도포된 이후에 코팅에 영향을 미쳐, 증착된 재료의 치밀화를 초래한다. 증착된 광학 코팅을 치밀화하는 것은 광학 코팅의 마모 저항을 향상시킨다. 예를 들면, 여러 실시예에 있어서, 증착된 광학 코팅은 플라즈마 발생원을 사용하지 않고도 증착된 광학 코팅의 적어도 2배의 마모 저항이나 또는 마모 신뢰도를 가질 것이다.
코팅 기기는 돔(110) 아래 위치된 e-빔 발생원(120)과 e-빔 반사기(122)를 더 포함하고, 상기 e-빔 반사기는 상기 e-빔 발생원으로부터의 e-빔을 상기 유리 기판에 도포된 광학 코팅 재료 쪽으로 나아가게 하여 상기 광학 재료를 기화시킨다. 돔을 가로질러 일정한 코팅을 가능하게 하는 섀도우 마스크(125)는 돔(110) 아래에 위치된다. 섀도우 마스크(125)의 형상 및 위치는, 상기 섀도우 마스크가 요구되는 코팅 균일성을 달성하기 위하여 "조정가능(tunable)"하도록, 조정될 수 있다. 섀도우 마스크(125)가 지지부(125a) 상에 위치되어, 상기 섀도우 마스크(125)의 위치가 이중 헤드의 점선의 화살표로 지시된 바와 같이, 지지부(125a)를 따라서 수직으로 조정될 수 있다. 지지부(125a) 상의 섀도우 마스크(125)의 위치는 광학 코팅이 적용됨에 따라 상기 섀도우 마스크가 플라즈마 발생원(118)으로부터 방사된 이온이나 또는 플라즈마로부터 돔(110)의 아래면에 위치된 유리 기판의 차폐를 방지하도록 요구되게 조정될 수 있다. 도 1a가 단일의 e-빔 발생원(120)을 나타내는 경우에, 증착 광학 코팅용 재료의 요구되는 수의 개별 레이어를 증착하는데 필요한 바와 같이, 복수의 e-빔 발생원이 하나의 코팅 재료로부터 다른 하나의 재료로 변하는, 예를 들면, Nb2O5로부터 SiO2로 그리고 다시 반대로 변하는, 시간을 최소화시키는데 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 여러 실시예에 있어서, 코팅 기기는 2개 이상의 e-빔 발생원 및 6개 이하의 e-빔 발생원을 포함할 수 있다. 복수의 e-빔 발생원이 사용될 때, 각각의 e-빔 발생원은 코팅될 재료를 유지하는 별도의 컨테이너(즉, 본 명세서에 또한 기재된 보트(126, boat))로 나아가게 될 수 있다.
코팅 기기(100)는 광학 코팅 재료를 수용한 복수의 보트(126)를 구비한 광학 코팅 캐리어(124)를 더 포함한다. 보트(126)는 광학 코팅 레이어를 증착하도록 사용된 상이한 재료를 수용하도록 사용되는 별개의 발생원 컨테이너이다. 광학 코팅 캐리어(124)가 진공 챔버(102)에 위치되어, e-빔 발생원(120)으로부터 방사된 e-빔은 보트(126)에 수용된 광학 코팅 재료상의 e-빔 반사기(122)에 의해 반사될 수 있고, 이에 따라 광학 코팅 재료를 기화시킨다. 보트(126)는 상이한 광학 코팅 재료를 수용하여, 단지 하나의 타입의 코팅 재료(예를 들면, 고 굴절률, 저 굴절률, 또는 중간 굴절률 재료 중 어느 하나)가 동시에 적용된다. 하나의 코팅 재료의 적당한 두께가 만들어진 이후에, 대응하는 보트의 뚜껑(도시 생략)은 폐쇄되고, 그리고 적용될 상이한 코팅 재료를 수용한 다른 한 보트에 대한 뚜껑이 개방된다. 이러한 방식으로, 고 굴절률 재료나, 저 굴절률 재료나, 또는 중간 굴절률 재료는 요구되는 광학 특성을 갖는 광학 코팅 재료를 형성하도록 선택적인 방식으로 적용될 수 있다.
코팅 기기(100)는 또한 돔(110)의 아래면에 유지된 유리 기판상에 코팅 재료를 용이하게 증착하기 위하여 ETC 코팅 재료를 증발시키기 위한 적어도 하나의 열 증발 발생원(128)을 포함한다. 적어도 하나의 열 증발 발생원(128)은 돔(110) 아래 진공 챔버(102)에 위치된다.
도 1a를 계속 살펴보면, 돔(110)은 경량의 재료, 즉 자기로 만들어지거나 또는 자기 재료, 예를 들면, 알루미늄 함유 철 또는 어느 한 적당한 자기 재료를 수용한 알루미늄(단 이로서 한정되지 않음)을 수용한다. 돔(110)은 시계 방향이나 또는 반시계 방향 중 어느 한 방향으로 회전될 수 있다. (도 3b에 도시된) 개구(164)가 돔의 중앙의 상부에 위치하고 그리고 투명한 유리 플레이트(116)는 개구를 커버하도록 상기 돔의 아래면 상에 배치된다. 투명한 유리 플레이트(116)는 도 1b에 도시된 투명한 유리 플레이트(116)의 확대도에 도시된 바와 같이 개구(116a)를 포함할 수 있다. 석영 모니터(114)는 투명한 유리 플레이트(116)에 수용되고 그리고 상기 플레이트를 통과한다. 광학 섬유(112)는 도시된 바와 같이, 투명한 유리 플레이트(116) 상에 위치된다. 석영 모니터(114)는 e-빔 파워 서플라이로의 피드백에 의해 광학 재료의 증착율을 제어하여, 코팅 재료의 증착율이 실질적으로 일정하게 유지된다. 광학 섬유(112)는 진공 챔버(102) 내의 증착 재료로부터 투명한 유리 플레이트를 보호하도록 상기 투명한 유리 플레이트(116) 상에 위치된다. 광학 섬유는 코팅 재료의 각각의 레이어의 증착이 목표 설계 두께에 도달되었기 때문에 상기 증착이 정지될 시점을 결정하도록 반사를 측정한다.
도 1c는 광학 섬유(112), 석영 모니터(114) 및 투명한 유리 플레이트(116)의 상대적인 정위를 나타내고 있는 도 1a의 투명한 유리 플레이트(116)의 점선의 원의 부분의 확대도이다. 석영 모니터(114)는 투명한 유리 플레이트(116)의 중간에 위치되고 개구(116a)를 통과한다. 광학 섬유(112)는 석영 모니터(114) 쪽에 위치된다. 광학 섬유(112)로부터 투과된 광은 투명한 유리 플레이트(116)를 통과하고 그리고 상기 투명한 유리 플레이트의 표면이 코팅됨에 따라 되 반사된다. %R에 인접한 화살표는, 개략적으로 투명한 유리 플레이트가 코팅됨에 따른, 투명한 유리 플레이트의 표면(116b)으로부터의 광의 반사를 나타내고 있다. 반사는 투명한 유리 플레이트의 표면(116b)에 적용된 코팅의 두께로 증가한다. 투명한 유리 플레이트의 표면(116b)으로부터 반사된 광은 e-빔 발생원의 제어기(도시 생략)와 연결된 광학 센서(도시 생략)로 되돌아 나아가게 된다. (도포된 광학 코팅 및/또는 ETC 코팅의 두께를 나타내는) 광학 센서의 아웃풋은 코팅의 증착된 두께를 결정하도록 제어기에 의해 사용된다. 이와 같이, 반사된 광은 ETC 코팅의 증착된 두께뿐만 아니라 전체 광학 코팅, 코팅 피어리오드, 및 개별 레이어의 증착된 두께를 제어하도록 사용될 수 있다.
돔(110)의 상부는 평행한 점선으로 지시된 진공 차폐된 회전 샤프트(117)에 부착된다. 진공 차폐된 회전 샤프트(117)는 돔(110) 및 진공 차폐된 회전 샤프트(117)를 회전시키기 위해 상기 진공 차폐된 회전 샤프트에 부착된 진공 시일 베어링(119)을 구비한다. 따라서, 진공 차폐된 회전 샤프트(117)가 돔(110)의 상부에 시일된 진공이라는 것을 알 수 있을 것이다. 진공 차폐된 회전 샤프트(117)는 진공 챔버(102) 외측에 위치된 외측 모터(도시 생략)에 의해 구동된다. 일 실시예에 있어서, 돔(110)은 대략 20 rpm 내지 대략 120　rpm 범위의 회전 주파수에서 회전될 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, 회전 주파수의 범위는 대략 40 rpm 내지 대략 83　rpm이다.
도 2는 돔(110)의 세그먼트(110a)를 개략적으로 나타내고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 기판 캐리어(130)는 돔(110)에 자기적으로 부착된다. 기판 캐리어(130)는 코팅 기기(100)에서의 코팅을 위해 유리 기판을 고정하도록 사용된다.
도 3a는 돔(110)에 자기로 부착된 복수의 기판 캐리어(130)를 갖는 립(161)을 나타내고 있는, 상기 돔(110)의 세그먼트(110a)의 경사진 측면도이다. 도 3b는 즉, 복수의 세그먼트(110a)를 지지하도록 사용된 프레임(160)의 도면이다. 프레임(160)은 (도 3a에 도시된 바와 같은) 외측 립(161), 진공 차폐된 회전 샤프트(117)가 부착될 수 있는 개구(164)에 인접한 내측 림(부재번호 부여되지 않음)(도시 생략), 및 상기 내측 림으로부터 방사상 외측으로 뻗어있는 복수의 스포크(162, spoke)를 구비한다. 스포크(162)는 부재번호 168로 도시된 바와 같이 돔 세그먼트의 측 엣지를 수용하도록 충분하게 폭이 넓다.
도 17a는 광학 코팅 및 ETC 코팅을 기판상에 증착하기 위한 선택적인 실시예의 코팅 기기의 개략적인 도면이다. 이러한 실시예에 있어서, 코팅 기기는 기판 상에 코팅된 광학 코팅의 일정성을 향상시키기 위하여 돔의 선택된 영역을 커버하는 섀도우 마스크(127)를 포함한다. 섀도우 마스크(127)를 조정가능하게 지지하기 위한 지지부가 도 17a에 도시되어 있지 않다. 도 17a의 코팅 기기에 있어서, 플라즈마 발생원은 이온 발생원(118a)이다. 광학 코팅 재료를 증발시키기 위해 사용된 이온 발생원(118a) 및 e-빔 발생원(120)은 진공 챔버의 상이한 측 상에 위치되기 때문에, 상기 이온 발생원은 섀도우 마스크에 의해 차폐되지 않으므로, 증착된 광학 코팅 재료를 경화시키는데 이온 발생원(118a)의 효율이 향상된다. 이온 발생원은 광학 코팅의 재료를 부피 밀도(bulk density)에 가깝게 치밀화하도록 사용되어 상기 광학 코팅의 경도를 증대시키고 상기 광학 코팅의 마모 신뢰도/마모 저항을 향상시킨다.
도 4a 및 도 4b를 지금 살펴보면, 단일 크기의 기판을 이송하도록 만들어진 기판 캐리어(130)가 개략적으로 도시되어 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 기판 캐리어(130)는 비-자기 기판 캐리어 베이스(131), 상기 캐리어를 돔(110)에 자기로 부착시키기 위한 그리고 상기 기판 캐리어를 상기 돔으로부터의 거리로 오프셋 시키기 위한 복수의 자석(134)을 구비한다. 기판 캐리어(130)는 또한 (도 4b에 도시된) 유리 기판(140) 및 스프링 시스템(132)의 표면을 지지하기 위한 복수의 핀(136)을 포함한다. 스프링 시스템(132)은 일반적으로 후퇴가능한 핀(138a) 및 복수의 고정된 핀(138b)을 포함하며, 상기 후퇴가능한 핀(138a)은, 즉 상기 후퇴가능한 핀(138a)을 화살표로 지시된 방향으로 가압하는 (화살표로 개략적으로 도시된) 스프링(133)에 의해 제 위치에 유지된다. 핀(138a 및 138b)은, 유리 기판이 코팅되면서, 기판 캐리어(130) 상에 (점선으로 지시된) 유리 기판(140)을 제 위치에 유지하도록 사용된다. 도 4b는 기판 캐리어 베이스 표면(131a)으로부터의 거리에 대해 비-자기 기판 캐리어 베이스(131)로 뻗어있는 핀(136) 상에 지지된 유리 기판(140), 베이스(131b)를 넘는 거리에 대해 상기 유리 기판을 통해 그리고 기판 캐리어(130)의 상기 베이스 표면(131a)으로부터 뻗어있는 복수의 자석(134), 상기 비-자기 기판 캐리어 베이스(131)로부터 상기 유리 기판(140)의 상부 표면(140a)으로부터의 거리까지 뻗어있는 측 스톱퍼(150)를 도시한 도 4a의 측면도이다. 측 스톱퍼(150)는, 유리 기판의 표면상의 "섀도우"를 방지하기 위하여, 코팅의 도포에 영향을 미치지 않으면서, 상기 유리 기판을 비-자기 기판 캐리어 베이스(131) 상으로 정위시킨다. 특히, 유리 기판의 상부 표면(140a)은 광학 코팅 및 이지-투-클린 코팅으로 코팅될 표면이다. 5mm의 두께를 갖는 유리 기판에 대해, 측 스톱퍼(150)의 상부는 상기 유리 기판(140)의 상부 표면(140a) 아래에서 2mm - 3mm의 범위 내에 있을 것이다. 기판 캐리어의 중간에서의 개구(부재번호 부여되지 않음)는 캐리어의 중량을 감소시킨다.
도 15를 살펴보면, 도 4a에 도시된 고정된 기판 캐리어(130)와 유사한 조정가능한 기판 캐리어(130a)가 도시되어 있다. 조정가능한 기판 캐리어(130a)는 비-자기 기판 캐리어 베이스(131)를 구비하고, 그리고 상기 비-자기 기판 캐리어 베이스(131)는 조정가능한 기판 캐리어를 상기 기재된 바와 같은 코팅 기기의 돔에 부착하기 위한 복수의 자석(134)을 포함한다. 조정가능한 기판 캐리어(130a)는 또한 상기 조정가능한 기판 캐리어(130a) 상에 위치된 유리 기판의 표면을 지지하기 위한 기판 캐리어의 표면으로부터 뻗어있는 복수의 핀(136)을 포함한다. 하우징(138aa)은 조정가능한 기판 캐리어(130a)의 엣지 근방에 위치되고 그리고 (하우징으로부터 부분적으로 뻗어있는 것으로 도시된) 후퇴가능한 핀(138a)을 수용한다. 하우징(138aa)은 상기 하우징(138aa)에 위치된 스프링(도시 생략)을 포함한다. 스프링은 후퇴가능한 핀(138a)을 하우징(138aa)으로부터 외측으로 가압한다. 조정가능한 기판 캐리어(130a)는 유리 기판을 상기 조정가능한 기판 캐리어(130a) 상에 정위시키기 위한 측 스톱퍼(150a)(도 15에서는 도시되지 않음)를 선택적으로 포함할 수 있다. 도 15에 도시된 실시예에 있어서, 조정가능한 기판 캐리어(130a)는 유리 기판의 엣지를 유지하기 위한 복수의 이동가능한 핀(139)을 더 포함한다. 이동가능한 핀(139)은 조정가능한 기판 캐리어(130a)에 대해 이동가능한 핀(139)을 용이하게 위치 조정하도록 트랙(137)에 위치된다. 후퇴가능한 핀(138a)과 조합하여 이동가능한 핀(139)은 상이한 크기의 기판에 대한 단일의 캐리어의 사용을 가능하게 한다. 기판은 도 4a와 관련하여 상기 기재된 바와 같은 동일한 방식으로 핀 및 임의의 선택적인 측 스톱퍼(150a)에 의해 유지될 수 있어, 섀도우 없는 코팅이 상기 기판상에 형성된다.
상기 단락에서 지시된 바와 같이, 기판 캐리어(130, 130a)는 돔(110)에 캐리어를 유지하기 위한 그리고 상기 돔으로부터의 거리로 상기 캐리어를 오프셋하기 위한 복수의 자석(134) 및 비-자기 기판 캐리어 베이스(131)를 구비한다. 이들 자기 캐리어의 사용은 렌즈와 같은 광학 소자의 코팅에 사용되는 돔 캐리어 보다 우수하다(improvement). 예를 들면, 도 16a는 코팅될 렌즈를 위치시키기 위한 복수의 개구(302)를 갖는 종래의 돔 캐리어(300)를 나타낸 도면이다. 렌즈가 코팅될 때, 상기 렌즈는 캐리어에 있는 개구로 삽입된다. 그러나 이러한 종래의 설계에 있어서, 돔의 내측 및 외측 모두를 균일하게 코팅하기 어렵다. 또한 코팅 재료가 코팅되지 않을 렌즈의 표면으로부터 멀리 유지되기 어렵다. 더욱이, 코팅될 부분은 돔이 가열됨에 따라 상기 돔의 개구에 대해 이동할 수 있고, 이에 따라 코팅 이후에 상기 돔이 냉각됨에 따라 파손이 초래된다. 예를 들면, 도 16b는 돔 캐리어의 개구(302)의 내측에 하나의 지지부 쇼울더(306)를 미끄러지는 렌즈(304)를 도시한 도면이다. 용이하게 알 수 있는 바와 같이, 캐리어가 렌즈(304)보다 더 빠르게 냉각되면, 상기 캐리어의 수축은 렌즈의 파손을 야기시킬 수 있다. 본 출원에 있어서, 기판 캐리어가 캐리어를 돔에 유지시키는 자석에 의해 상기 돔으로부터의 거리로 오프셋되기 때문에, 열 전달이 최소화되고 그리고 상기 돔이 냉각됨에 따른 파손이 발생하지 않는다. 더욱이, 코팅될 유리 물품의 단지 하나의 측이 돔의 내부 표면에 대한 캐리어/기판 결합부의 접근 때문에 코팅 재료의 영향을 받게 된다. 이 결과 종래의 돔 캐리어에서 상기 언급된 어려움이 피해질 수 있다.
도 5를 지금 살펴보면, 상기 도면에 유리 기판이 후퇴가능한 핀(138a)에 의하여 상기 핀(138a 및 138b)에 대해 가해진 외력으로써 유지되는 상기 핀(138a 및 138b)의 단면이 개략적으로 도시되어 있다. 유리 기판은 핀(138a 및 138b)의 헤드(138h)와 상기 핀의 몸체의 나머지부 사이에 끼워맞춰지는 형상의 엣지를 구비한다. 유리 기판의 엣지는 부재번호 141로 지시된 바와 같이, 챔퍼 가공되거나, 라운드처리되거나, 모서리가 둥그스룸하게 되거나 또는 그렇지 않으면 윤곽형성될 수 있다. 유리 기판(140)이 핀(138a, 138b)과 결합될 때, 상기 유리 기판의 상부(140a)가 핀(138a 또는 138b)의 상부 아래 2 mm - 3 mm에 위치한다. 이러한 도면에 있어서, 부재번호 140b는 유리 기판(140)의 하부 표면을 지시하고 있다.
도 4a 및 도 6을 지금 살펴보면, 유리 기판(140)은 기판 캐리어(130) 상에 적재되고 그리고 상기 유리 기판(140)과 상기 기판 캐리어(130)의 조합은 돔(110)의 아래면에 자기로 부착된다. 유리 기판(140)의 기판 캐리어(130)(점선)가 코팅을 위한 돔(110) 상에 적재될 때, 후퇴가능한 핀(138a)이 화살표로 지시된 바와 같이 상기 돔(110)의 회전 방향에 수직으로 위치되며; 즉, 상기 핀이 고정된 핀(138b)보다 상기 돔(110)의 상부(T)의 개구에 보다 근접한다. 기판 캐리어가 이렇게 위치될 때, 광학 코팅은 유리 기판(140)의 전체 표면상에 균일하게 증착되어, "무섀도우" 또는 "섀도우 없이" 코팅된 유리 기판(140)을 형성한다. "무섀도우" 및 "섀도우 없음"이라는 표현은:
(1) 후퇴가능한 핀(138a)이 도 6에 도시되고 나타난 바와 같이 돔(110) 상에 위치되지 않고,
(2) 유리 기판(140)의 상부 표면(140a)이 핀(138a)의 헤드(138h) 아래 1 mm 이하로 위치하고, 그리고
(3) 측 스톱퍼(150)의 상부가 상기 상부 표면(140a)보다 아래에 위치하지 않는다면; 이후 광학 코팅의 증착은 기판을 유지하는 이들 구성요소 및 다른 구성요소가 위치되는 영역에서 일정하지 않을 것이라는 사실을 의미한다. 이 결과, 광학 코팅은 이들 부재 근처에서 그 두께가 더 얇아질 것이고 그리고 한 부재가 여러 부재로부터 멀리 이동함에 따라 상기 두께가 더 두꺼워질 것이다. 이는 물품의 사용자에 의해 주목될 수 있는 균일하지 않은 광학 증착 또는 "섀도우"를 초래한다. 이러한 섀도우는 본 발명에 개시된 기기 및 방법을 사용하여 피해질 수 있다.
도 1a를 다시 살펴보면, 조정가능한 기판 캐리어(130a)가 일단 돔(110)에 자기로 부착되면, 광학 코팅을 유리 기판에 적용하기 위한 재료는 광학 코팅 캐리어(124)의 별개의 보트(126)(즉, 별개의 발생원 컨테이너)로 적재된다. 상기 기재된 바와 같이, 광학 코팅은 고 굴절률 재료 및 저 굴절률 재료의 선택적인 레이어 또는 고 굴절률 재료 및 중간 굴절률 재료의 선택적인 레이어로 이루어진다. 1.7 이상 3.0 이하의 굴절률(n)을 갖는 예시적인 고 지수의 재료는 ZrO2, HfO2, Ta2O5, Nb2O5, TiO2, Y2O3, Si3N4, SrTiO3, WO3이고; 1.5 이상 1.7 미만의 굴절률(n)을 갖는 예시적인 중간 지수의 재료는 Al2O3이며; 그리고 1.3 이상 1.6 이하의 굴절률(n)을 갖는 예시적인 저 지수의 재료는 SiO2, MgF2, YF3, YbF3이다. 여러 실시예에 있어서, 중간 굴절률 재료는 저 굴절률 레이어(L)를 형성하도록 사용될 수 있다. 따라서, 여러 실시예에 있어서, 저 지수의 재료는 SiO2, MgF2, YF3, YbF3 및 Al2O3중에서 선택될 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 광학 코팅 재료는 산화물 코팅이고 상기 산화물 코팅에서 고 지수의 코팅은 La, Nb, Y, Gd 또는 여러 란탄 계열 원소 금속과 같은 란탄 계열 원소 시리즈 산화물이고, 그리고 저 지수의 코팅은 SiO2이다. 더욱이, ETC 코팅을 도포하기 위한 재료는 적어도 하나의 열 증발 발생원(128)에 적재된다. 상기 언급된 바와 같이, ETC 재료는 예를 들면, 식 (RF)xSiX4 -x을 갖는 플루오르 화합된 시레인, 전형적으로 알킬 퍼플루오르카본 시레인일 수 있고, 여기서 Rf는 선형 C6-C30 알킬 퍼플루오르카본이고, X　=　Cl 또는 -OCH3- 그리고 x　=　2 또는 3이다. 플루오르카본은 3nm 이상 50nm 이하의 범위 내의 탄소 체인 길이를 갖는다.
일단 코팅 재료가 적재되면, 진공 챔버(102)는 시일되고 10-4 Torr이하의 압력으로 비워진다. 돔(110)은 이후 진공 차폐된 회전 샤프트(117)를 회전시킴으로써 진공 챔버에서 회전된다. 플라즈마 발생원(118)은 이후 이온 및/또는 플라즈마를 돔(110)의 아래면 상에 위치된 유기 기판 쪽으로 나아가게 하여 광학 코팅 재료가 상기 유리 기판에 도포됨에 따라 상기 광학 코팅 재료를 치밀화시키도록 기동된다. 이후 광학 코팅 및 ETC 코팅은 유리 기판에 순차적으로 도포된다. 광학 코팅은 광학 코팅 캐리어(124)의 보트(126)에 위치된 광학 재료를 기화시킴으로써 먼저 도포된다. 특히, e-빔 발생원(120)은 여기되고 그리고 e-빔 반사기(122)에 의해 광학 코팅 캐리어(124)의 보트(126) 상으로 나아가게 된 전자의 스트림을 방사한다. 기화된 재료는, 유리 기판이 돔(110)과 회전됨에 따라, 상기 유리 기판의 표면상에 증착된다. 기판 캐리어(130) 상의 유리 기판의 정위 및 섀도우 마스크(125)와 관련하여, 돔(110)의 회전에 의하면, 광학 코팅 재료가 유리 기판 캐리어 상에 균일하게 코팅될 수 있어, 상기 유리 기판의 코팅된 표면상의 "섀도우"가 피해진다. 상기 기재된 바와 같이, e-빔 발생원(120)은 요구되는 광학 코팅을 달성하기 위하여 고 굴절률 재료 및 저 굴절률 재료나 중간 굴절률 재료의 레이어를 순차적으로 증착하도록 사용된다. 석영 모니터(114) 및 광학 섬유(112)는 본 명세서에 기재된 바와 같이, 광학 코팅의 증착을 제어하기 위하여, 증착된 재료의 두께를 모니터하도록 사용된다.
광학 코팅이 일단 요구되는 코팅 재료를 사용하여 요구되는 두께로 유리 기판에 도포된다면, 상기 광학 코팅이 중지되고 그리고 상기 유리 기판이 돔(110)과 회전함에 따라 ETC 코팅이 열 증발에 의해 상기 광학 코팅 상에 도포된다. 특히, 적어도 하나의 열 증발 발생원(128)에 위치된 ETC 재료가 가열되어, 진공 챔버(102) 내의 상기 ETC 재료를 기화시킨다. 기화된 ETC 재료는 응축에 의해 유리 기판 상에 증착된다. 기판 캐리어(130) 상의 유리 기판의 정위와 관련하여 돔(110)의 회전은 ETC 재료를 상기 유리 기판상에서 일정한 코팅을 용이하게 한다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 석영 모니터(114) 및 광학 섬유(112)는 증착된 재료의 두께를 모니터하도록 사용되고, 이에 따라 ETC 코팅의 증착을 제어한다.
도 7a - 도 7c는 유리 또는 산화물 광학 코팅과 플루오르 화합된 시레인 융합 반응(즉, ETC 코팅 재료와 유리 또는 산화물 광학 코팅 사이의 반응)을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 7c는, 플루오르카본 트리클로로시레인(trichlorosilane)이 유리에 융합될 때, 시레인 실리콘 원자가 (1) 유리 기판에 또는 상기 기판상의 멀티레이어 산화물 코팅의 표면에 3중 결합(3개의 Si-O 결합)되거나 (2) 인접한 RFSi 일부(moiety)로의 하나의 Si-O-Si 결합을 갖고 상기 유리 기판에 이중 결합될 수 있다는 것을 나타내고 있다. ETC 코팅 공정 시간은 매우 짧고 그리고 진공 파손없이(즉, 광학 코팅을 대기로 노출시키지 않으면서) 새롭게 도포된 광학 코팅 상에 3nm 이상 50nm 이하 범위의 두께를 갖는 ETC 코팅을 제공하도록 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 코팅 공정에 있어서, ETC 재료는 단일의 발생원으로부터 증발된다. 그러나 ETC 재료는 또한 복수의 발생원으로부터 동시에 증발될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 2개 - 5개의 별개의 ETC 재료 발생원이 유리할 수 있다고 알려졌다. 특히, ETC 재료를 수용한 복수의 발생원의 사용은 보다 균일한 ETC 코팅을 초래하고 그리고 코팅의 내구성을 향상시킬 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "발생원(source)"이라는 표현은 컨테이너나 또는 도가니를 의미하며, 여기서 ETC 재료가 열적으로 증발된다.
본 명세서에 개시된 실시예에 있어서, SiO2 레이어는 광학 코팅을 위한 캡핑 레이어로 전반적으로 도포된다. SiO2 레이어는 ETC 코팅의 증착 이전에 광학 코팅의 부분으로 전반적으로 증착된다. 이러한 SiO2 레이어는 이들 레이어가 OH 없이 고 진공 (10-4-10-6 Torr)에서 증착됨에 따라 ETC 코팅의 실리콘 원자를 융합하고 교차결합하기 위한 치밀한 표면을 제공한다. 무(Free) OH, 예를 들면 유리 또는 AR 표면상의 얇은 층의 물은, ETC 재료의 실리콘 원자가 광학 코팅 표면, 즉 금속 산화물이나 또는 실리콘 산화물 표면의 산소 원자와 결합하는 것을 OH가 방지하기 때문에, 상기 ETC 재료의 증착 동안에 해가 된다. 증착 기기에서의 진공이 깨질 때, 즉, 기기가 대기로 개방될 때, 수증기를 포함한 환경으로부터의 공기가, 수용되고(admit) 그리고 ETC 코팅의 실리콘 원자는 ETC 실리콘 원자와 표면 산소 원자 사이의 적어도 하나의 화학적 결합을 만들기 위해 광학 코팅 표면과 반응하고, 그리고 공기에 일단 노출되면 알콜이나 또는 산을 배출한다. ETC 코팅 재료는 CH3O- 그룹과 같은 2개 - 3개의 반응성 그룹 및 1개 - 2개의 플루오르 화합된 그룹을 전형적으로 수용하기 때문에, ETC 코팅은 광학 코팅 표면에서 2개 - 3개 산소 원자와 결합할 수 있거나, 또는 도 7c에 도시된 바와 같이 다른 한 코팅 분자와 교차결합할 수 있어, 강하게 결합된 ETC 코팅을 만든다. PVD 증착된 SiO2 표면은 초기 상태이고(pristine) 반응 표면을 갖는다. 예를 들면, PVD 증착된 SiO2 캡 레이어에 대해, 결합 반응은, 도 8에 도시된 바와 같이, 복잡한 표면 화학적 성질을 갖거나, 환경 오염물을 갖거나, 또는 유리 표면상에 물 레이어를 갖는 유리에서보다 상당히 적은 기동 에너지를 갖는다.
따라서, ETC 코팅이 일단 광학 코팅 상에 도포된다면, 상기 광학 코팅 및 상기 ETC 코팅을 갖는 유리 기판은 챔버로부터 제거되고 그리고 공기 중에서 경화될 수 있다. 실내 온도에 배치에 의한 간단한 경화가 허용된다면, (대략적으로 18 ℃ - 25 ℃, 상대 습도(RH) 40%) 경화는 1일 - 3일 걸릴 것이다. 상승된 온도는 경화를 촉진시키도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 있어서, ETC 코팅된 물품은 50% 보다 크고 100% 보다 작은 범위의 RH에서 대략 10 분 내지 약 30 분의 시간 간격 동안에 80℃ - 100℃의 온도로 가열될 수 있다. 전형적으로 상대 습도의 범위는 50 % - 85 %이다.
ETC 코팅이 일단 경화되면, 상기 코팅의 표면은 연한 브러쉬 또는 이소프로필 알콜 와이프(wipe)으로써 닦여지게 되어 광학 코팅에 결합되지 않은 임의의 ETC 재료를 제거한다.
본 명세서에 기재된 방법 및 기기는 광학 코팅(예를 들면, AR 코팅 또는 이와 유사한 광학적으로 작용하는 코팅) 및 상기 광학 코팅 상에 위치된 ETC 코팅 모두를 갖는 코팅된 유리 기판과 같은 코팅된 유리 물품이 만들어지도록 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 방법 및 기기를 사용하면, 코팅된 유리 물품에는 일반적으로 유리 물품의 광학적으로 코팅된 표면을 가로지른 섀도우가 없다. 실시예에 있어서, 유리 물품에 도포된 광학 코팅은 1.7 이상이고 3.0 이하인 굴절률(n)을 갖는 고 굴절률 재료(H)의 레이어와, 1.3 이상이고 1.6 이하인 굴절률(n)을 갖는 저 굴절률 재료(L)의 레이어로 이루어진 복수의 피어리오드를 가질 수 있다. 고 굴절률 재료의 레이어는 각각의 피어리오드의 제 1 레이어일 수 있고 그리고 저 굴절률 재료(L)의 레이어는 각각의 피어리오드의 제 2 레이어일 수 있다. 선택적으로, 저 굴절률 재료의 레이어는 각각의 피어리오드의 제 1 레이어일 수 있고 그리고 고 굴절률 재료(H)의 레이어는 각각의 피어리오드의 제 2 레이어일 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 광학 코팅에서의 코팅 피어리오드의 수는 2 이상이고 1000 이하일 수 있다. 광학 코팅은 SiO2의 캡핑 레이어를 더 포함할 수 있다. 캡핑 레이어 하나의 또는 복수의 피어리오드 상에 도포될 수 있고 그리고 20nm 이상이고 200nm 이하인 두께 범위를 가질 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시예에 있어서, 광학 코팅은 100nm 이상이거나 2000nm 보다 작은 범위의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 보다 두꺼운 두께가 코팅된 물품의 의도된 사용에 따라 가능하다. 예를 들면, 여러 실시예에 있어서, 광학 코팅 두께의 범위는 100nm 내지 2000nm일 수 있다. 여러 다른 실시예에 있어서, 광학 코팅 두께의 범위는 400nm 내지 1200nm일 수 있거나 또는 400nm 내지 1500nm일 수도 있다.
고 굴절률 재료 및 저 굴절률 재료의 각각의 레이어의 두께는 5 nm 이상이고 200 nm 이하의 범위 내에 있을 수 있다. 고 굴절률 재료 및 저 굴절률 재료의 각각의 레이어의 두께는 5 nm 이상이고 100 nm 이하인 범위 내에 있을 수 있다. 본 명세서에서 더욱 상세하게 기재된 바와 같이, 코팅된 유리 물품은 본 명세서에서 사용된 특정 코팅 방법 및 기술에 대한 향상된 마모 저항을 나타낸다. 유리 물품에 도포된 코팅의 퇴화(degradation)는 마모 테스팅으로의 유리 코팅의 노출에 이어서 물 접촉 각도로 부가될 수 있다. 마모 테스팅은 10 kg 정상 적재 하에서 유리 기판의 코팅된 표면을 가로질러 등급 0000# 스틸 울을 문지름으로써 실행되었다. 마모된 영역은 10 mm x 10 mm이다. 마모 주파수는 60Hz이고 그리고 스틸 울(wool)의 주행 거리는 50 mm이다. 마모 테스팅은 상대 습도 RH<40%에서 실행된다. 본 명세서에 개시된 실시예에 있어서, 유리 물품은 6,000 마모 사이클 이후에 적어도 75°의 물 접촉 각도를 갖는다. 여러 실시예에 있어서, 유리 물품은 6,000 마모 사이클 이후에 적어도 105°의 물 접촉 각도를 갖는다. 계속해서 여러 실시예에 있어서, 유리 물품은 10,600 마모 사이클 이후에 90°보다 큰 물 접촉 각도를 갖는다.
마모 및 퇴화에 대한 유리 물품의 저항은 또한 마모 테스팅에 이어 유리 물품에 존재하는 스크래치의 길이로 부가될 수 있다. 본 명세서에 기재된 실시예에 있어서, 코팅된 유리 물품은 8000 마모 사이클에 이어 2 mm 미만의 표면 스크래치 길이를 갖는다.
더욱이, 마모 및 퇴화에 대한 유리 물품의 저항은 또한 마모 테스팅, 본 명세서에 더욱 상세하게 기재된 바와 같이, 상기 마모 테스팅에 이어 유리 물품의 투과도 및/또는 반사 변화에 의해 부가될 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 적어도 8,000 마모/닦음(wiping) 사이클 이후의 유리 물품의 %　반사는 마모되지 않은/닦여지지 않은 유리 물품의 % 반사와 실질적으로 동일하다. 여러 실시예에 있어서, 적어도 8,000 마모/닦음 사이클 이후에 유리 물품의 %　투과는 마모되지 않은/닦여지지 않은 유리 물품의 %　투과와 실질적으로 동일하다.
본 명세서에 기재된 증착 방법은 섀도우 없는 광학 코팅을 만들도록 사용될 수 있다. 이러한 사항은 광학 코팅이 유리 기판의 전체 코팅된 표면상에 일정하게 증착된다는 것을 의미한다. 본 명세서에 기재된 코팅된 유리 기판의 실시예에 있어서, 유리 기판의 광학 코팅의 제 1 엣지로부터 상기 광학 코팅의 제 2 엣지까지의 상기 광학 코팅의 두께 변화는 4 %보다 작다. 예를 들면, 여러 실시예에 있어서, 유리 기판의 광학 코팅의 제 1 엣지로부터 상기 광학 코팅의 제 2 엣지까지의 상기 광학 코팅의 두께 변화는 3% 이하이다. 여러 다른 실시예에 있어서, 유리 기판의 광학 코팅의 제 1 엣지로부터 상기 광학 코팅의 제 2 엣지까지의 상기 광학 코팅의 두께의 변화는 2% 이하이다. 계속해서 여러 실시예에 있어서, 유리 기판의 광학 코팅의 제 1 엣지로부터 상기 광학 코팅의 제 2 엣지까지의 상기 광학 코팅의 두께의 변화는 1 % 이하이다.
이온-조력식(ion-assisted) 전자-빔 증착은 작은 크기의 그리고 중간 크기의 유리 기판을 코팅하기 위한 특별한 장점을 제공하며, 예를 들면 상기 유리 기판은 챔버 크기에 따라, 대략적으로 40 mm　x　60 mm 범위 내지 대략적으로 180 mm　x　320 mm 범위의 표면상 치수를 갖는다. 이온 조력식 코팅 공정은, ETC 코팅 성능 및 신뢰도에 영향을 미칠 수 있는 표면 오염(물 또는 다른 환경)이 없기 때문에, 이후의 도포와 관련하여 저 표면 기동 에너지를 갖는 유리 표면상에 새롭게 증착된 광학 코팅을 제공한다. 광학 코팅의 완료 직후의 ETC 코팅의 도포는 두 개의 플루오르카본 작용 그룹 사이의 교차결합을 향상시키고, 마모 저항을 향상시키고, 그리고 코팅에 적용된 수천의 마모 사이클 이후에 접촉 각도 성능(보다 큰 올레오포빅(oleophobic) 및 소수성 접촉 각도)을 향상시킨다. 더욱이, 이온-조력식 e-빔 코팅은 코팅기 이용 및 처리량을 향상시키도록 코팅 사이클 시간을 상당하게 감소시킨다. 더욱이, ETC 코팅의 UV 경화 또는 후 증착 열 처리(post deposition heat treatment)는, 가열이 허용되지 않는 후 ETC 공정과 양립할 수 있는 공정을 만드는 광학 코팅 표면의 보다 적은 기동 에너지로 기인하여 요구되지 않는다. 본 명세서에 기재된 이온-조력식 e-빔 PVD 공정을 사용하여, ETC 재료는 기판의 여러 위치의 오염을 피하기 위한 선택된 구역에 코팅될 수 있다.
실시예 1:
4개-레이어의 SiO2/Nb2O5/SiO2/Nb2O5/ 기판 AR 광학 코팅은 대략적으로 115mm (L)　x 60mm (W)　x　0.7mm (T)의 치수(길이, 폭, 두께)를 갖는 (Corning Incorporated로부터 상업적으로 이용가능한) Gorilla™ 유리의 60개의 부분 상에 증착되었다. 코팅은 본 명세서에 기재된 방법을 사용하여 증착된다. AR 코팅의 두께는 대략적으로 600nm이다. AR 코팅의 증착 이후에, ETC 코팅은 5 nm 내지 20 nm 범위의 탄소 체인 길이를 갖는 퍼플루오로알킬 트리클로로시레인(단지 예시적인 종류로서 Daikin Industries의 Optool™ 플루오로 코팅이 사용됨)를 사용하는 열 증발에 의해 AR 코팅 상에 도포되었다. AR 및 ETC 코팅의 증착은 도 1a에 도시된 바와 같이 단일의 챔버 코팅 기기에서 실행된다. AR 코팅이 증착된 이후에, AR 코팅 발생원 재료는 차단되었고(shut off) 그리고 ETC 재료는 열적으로 증발되고 AR 코팅된 유리 상에 증착되었다. 코팅 공정은 부품 적재/비적재(unloading)를 포함하여 73 분이었다. 이어서, ETC 코팅이 경화된 이후에, 물 접촉 각도는 표 1에 지시된 바와 같이 표면이 다양한 마모 사이클을 사용하여 마모된 이후에 결정되었다. 마모 테스팅은 #0 스틸 울 및 1kg 중량 적재로써 실행되었다. 표 1에서의 데이터는 샘플이 매우 우수한 마모 특성 및 소수성 특성을 갖는다는 것을 나타낸다. 유리 기판상의 6개-레이어의 Nb2O5/SiO2 코팅에 대한 코팅 순서 및 레이어 두께가 표 2에 주어졌다.
물 접촉 각도 마모 테스트 결과
샘플 마모 전 3.5K 마모 4.5K 마모 5.5K 마모
1 113.8 114.2 116.1 109.9 107.2 108.5 92.6 103.4 96.3 69.5 85.5 70.5
레이어 수 재료 두께 범위, nm
6 SiO2 80-120
5 Nb2O5 75-90
4 SiO2 5-20
3 Nb2O5 40-80
2 SiO2 24-40
1 Nb2O5 10-20
기판 유리 NA
실시예 2:
이러한 실시예에 있어서, 실시예 1에서 사용된 동일한 플루오로-코팅이 도 9에 도시된 바와 같이, 랩탑 컴퓨터에 사용된 광학 섬유(206)를 사용하기 위하여, 광학 연결기용 GRIN-렌즈 상에 코팅되었다. 부재번호 200과 화살표는 파티클 및 마모 저항을 제공하기 위하여 850nm AR 코팅의 상부에 ETC 코팅을 배치시키기 위한 GRIN 렌즈(208)의 선택적인 영역을 지시한다. 부재번호 202는 광학 섬유를 랩탑이나 또는 태블릿 장치에 연결하는 것을 나타내고, 그리고 부재번호 204는 랩탑을 미디어 독(media dock)에 연결하기 위한 코팅된 광 섬유의 사용을 나타낸다.
도 10은 기판/(Nb2O5/SiO2)3, ETC/6L-AR 코팅으로 이루어진 6개 레이어의 AR 코팅 상에 8 nm - 10 nm 열 증착된 ETC 코팅을 갖는 유리 물품 대 단지 분무 코팅된 ETC 코팅만을 갖는 유리 샘플의 마모 테스팅 데이터의 도면이다. 유리는 상업적으로 이용가능하고, 화학적으로 템퍼처리된(이온-교환된) 유리인 0.7 mm 두께의 Corning 코드 2319이다. 마모 테스팅은: 등급 0000# 스틸 울, 10mm x 10mm 영역에서의 10kg 적재, 60Hz, 50mm 주행 거리, RH<40%와 같은 조건 하에서 실행되었다. 75 도보다 더 큰 물 접촉 각도는 코팅 실패를 판단하기 위한 기준이다. ETC 코팅이 없고 AR 코팅을 갖는 유리가 단지 10-20회 닦음 사이클 이후에 스크래치 손상되었다고 알려졌다. 도 10은 양 유리 샘플이 120°의 물 접촉 각도로 개시되었고, 6000 마모 사이클 이후에 단지 ETC 코팅만을 갖는 유리 샘플은 80°의 물 접촉 각도를 갖는 반면에, 본 명세서에 기재된 바와 같이 만들어진 유리 샘플, ETC/6 레이어-AR 코팅은 10,000 마모 사이클 이후에 적어도 105°의 물 접촉 각도를 갖고, ETC/6 레이어-AR 코팅 코팅된 물품의 물 접촉 각도가 90°보다 더 큰 각도를 갖는다는 것을 나타내고 있다. 테스트는, AR 코팅의 상부에 증착된 ETC 코팅을 갖는 유리 물품이 유리에 도포된 ETC 코팅만을 갖는 상기 유리 물품보다 상당히 많은 정도의 스크래치 저항을 갖는다는 것을 명확하게 나타낸다.
도 11은 (1) 6개 레이어의 PVD IAD-EB AR 코팅과 상기 AR 코팅의 상부의 8 nm - 10 nm 열 증착 ETC 코팅을 갖는 유리 물품(부재번호 220 및 다이아몬드 데이터 마커로 지시됨), 대 제 1의 상업용 코팅기 기계에 의해 증착된 PVD-AR 코팅 그리고 침지 또는 분무와 같은 상업용 공정에 의해 제 2의 챔버에서 증착된 ETC 코팅을 갖는 상업적으로 이용가능한 유리 물품(부재번호 222 및 정사각형 데이터 마커로 지시됨)의 마모 내구성의 비교를 나타낸 도면이다. 양 코팅은 동일한 화학적으로 템퍼처리된 (이온-교환된) 0.7mm 두께의 Corning 코드 2319의 유리의 샘플 상에 증착되었다. 유리 물품(220)은 본 명세서에 기재된 방법에 따라 코팅되었다. 상업적으로 이용가능한 유리 물품은 상업용 코팅 판매자에 의해 코팅되었다. 마모 내구성은 40%의 상대 습도에서 실행되었다. 화살표 224로 지시된 지점에서, 단지 짧은, 2mm 길이 미만의 얕은 스크래치가 8,000 사이클 이후에 나타났다. 이와 달리, 화살표 226로 지시된 깊이의 지점에서, 5mm 초과 길이의 긴 스크래치가 단지 200회의 닦음 이후에 나타났다. 테스트 결과는 본 명세서에 기재된 바와 같이 코팅된 AR-ETC 코팅 유리의 마모 내구성이 상업적으로 이용가능한 제품의 내구성보다 적어도 10배 더 크다는 것을 나타내고 있다.
도 17b는 도 17a에 도시된 바와 같이 구성된 코팅 기기를 사용하여 얻어진 향상도를 나타낸 마모 사이클 대 물 접촉 각도를 그래프로 나타낸 도면이다. 물 접촉 각도 결과는 도 10 및 도 11의 결과와 비교될 수 있다. 도 17b에서의 데이터는, 10,000 마모 사이클 이후에, 도 17b에 도시된 모든 기판이 110°보다 더 큰 물 접촉 각도를 갖고 그리고 실질적으로 모든 기판은 112° 이상의 물 접촉 각도를 갖는다는 것을 나타낸다. 이와 달리, 도 10 및 도 11의 데이터는 물 접촉 각도가 10,000 마모 사이클 이후에 100°보다 작다는 것을 나타내고 있다. 더욱이, 도 17b에서의 데이터는 12,000 마모 사이클 동안에, 기판의 물 접촉 각도가 106°보다 더 크다는 것을 나타내는 기판에 대한 것이다.
도 12는 % 반사 대 파장의 그래프로서, 여기서 반사는 본 명세서에 기재된 바와 같은 AR 코팅 및 ETC 코팅으로써 코팅된 유리 물품의 표면으로부터 반사된 광의 퍼센티지를 의미한다. 새로운 (마모되지 않거나 또는 닦여지지 않은) 물품은 각각의 닦음 테스트를 위해 사용되었다. 마모/닦음은: 등급 0000# 스틸 울, 10mm x 10mm 영역에서의 10kg 적재, 60Hz, 50mm 주행 거리, RH<40%와 같은 조건 하에서 실행되었다. 반사는 6K 마모, 7K 마모, 8K 마모 및 9K 마모 이후에 측정되었다. 그래프는 8K 닦음까지 닦여진 물품 및 새로운 물품이 실질적으로 동일한 반사를 갖는다는 것을 나타낸다. 8K 닦음 이후에 반사가 증가한다. 이러한 반사 증가는 상당히 많은 닦음의 결과로서 유리 표면의 약간의 마모 때문이라도 여겨진다. 그래프에서 문자 "A"는 "닦음 이후"를 의미하고 그리고 문자 "B"는 "닦음 이전"(0 닦음)을 의미한다. 문자 "K"는 "킬로" 또는 "천"을 의미한다.
도 13은 % 투과 대 파장의 그래프이다. 테스팅은 본 명세서에 기재된 바와 같은 AR 코팅 및 ETC 코팅으로 코팅된 유리 물품에 실행되었다. 새로운 (마모되지 않거나 닦여지지 않은) 물품이 각각의 닦음 테스트를 위해 사용되었다. 투과 테스트는 반사 테스트와 동일한 물품을 사용하였다. 그래프는 8K 닦음까지 닦여진 물품 및 새로운 물품이 실질적으로 유사한 투과를 가지며, 상기 투과의 범위는 95 % - 96 %이라는 것을 나타낸다. 8K 닦음 이후에, 투과는 전체 파장 범위 내내 대략 90%로 떨어진다. 이러한 투과 감소는 상당히 많은 닦음의 결과로서 유리 표면의 약간의 마모 때문이라고 여겨진다. 그래프에서 문자 "A"는 "닦음 이후"를 의미하고 그리고 문자 "B"는 "닦음 이전"(0 닦음)을 의미한다. 문자 "K"는 "킬로" 또는 "천"을 의미한다.
도 12 및 도 13에서의 데이터는 유리 물품 상의 광학 코팅이 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 뛰어난 물 접촉 각도 유지에 더하여 내구성이 우수하다는 것을 나타낸다.
도 14는 AR 코팅이 없는 유리에 대한 반사 시 AR 코팅 레이어/피어리오드의 갯수의 영향을 나타낸 반사 % 대 파장의 그래프이다. 곡선(240)은 코팅되지 않은 이온-교환된 유리, Corning 코드 2319를 나타낸다. 곡선(244)은 SiO2/Nb2O3으로 이루어진 2개-레이어 또는 1개-피어리오드 코팅이다. 곡선(246 및 248)은 SiO2/Nb2O3 레이어 쌍으로 이루어진 4개-레이어(2개 피어리오드) 및 6개-레이어(3개 피어리오드) 코팅이다. 곡선(242)은 Nb2O3의 1개-레이어 코팅이다. AR 코팅 스택 수(레이어/피어리오드)를 증가시키는 것은 AR 코팅 스펙트럼 범위의 이용을 넓힐 것이고 또한 반사 %를 감소시킬 것이라는 것을 데이터가 나타낸다.
실시예 3:
도 18은 6개 레이어 AR 코팅(Nb2O5/SiO2) 및 ETC 코팅으로 코팅된 유리 기판에 대한 파장(x-축선)의 함수로서 반사(y-축선)의 컴퓨터 시뮬레이션이다. AR 코팅은 2%의 두께 변화로 시뮬레이트되었다. 따라서, 최종 반사 프로파일은 6개 레이어 AR 코팅(Nb2O5/SiO2) 및 ETC 코팅의 반사를 시뮬레이트하였고, 이 경우 상기 ETC 코팅의 두께 변화는 2%이다. 도 19는 본 명세서에 기재된 방법 및 기기를 사용하여 6개 레이어 AR 코팅(Nb2O5/SiO2) 및 ETC 코팅으로 코팅된 복수의 실제 샘플에 대한 파장의 함수로서 반사 (y-축선)를 그래프처럼 나타낸 도면이다. 도 19에 도시된 바와 같이, 실제 샘플의 반사 프로파일은 시뮬레이트된 샘플의 반사 프로파일과 유사하며, 이에 따라 본 명세서에 기재된 방법을 사용하여 코팅된 샘플은 코팅된 기판(즉, 상기 광학 코팅의 제 1 엣지로부터 제 2 엣지까지)을 가로지른 광학 코팅의 두께 변화가 3%보다 작은 광학 코팅을 갖는다는 것을 나타낸다.
본 명세서에 기재된 AR/ETC 코팅은 많은 상업용 물품에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 최종 코팅은 텔레비젼, 휴대 전화, 전자 태블릿, 그리고 북 리더 및 태양광에서 읽을 수 있는 여러 장치를 만드는데 사용될 수 있다. AR/ETC 코팅은 또한 반사방지 빔 분열기, 프리즘, 거울 및 레이저 제품; 텔레커뮤니케이션용 광학 섬유 및 구성요소; 생물학 및 의학 도포에 사용하기 위한 광학 코팅; 및 항균성 표면에 사용가능하다.
제 1 특징으로서, 본 발명은 광학 코팅 및 상기 광학 코팅의 상부의 ETC(easy-to-clean) 코팅을 갖는 유리 물품 제조 방법을 제공한다. 유리 물품 제조 방법은: 광학 코팅 및 ETC 코팅의 증착을 위한 진공 챔버를 갖는 코팅 기기를 제공하는 단계; 코팅될 유리 기판을 내부에 수용하기 위하여 자기 기판 캐리어를 자기로 위치시키기 위해 상기 진공 챔버 내에 자기 회전가능한 돔을 제공하는 단계; 상기 광학 코팅을 위한 발생원 재료 및 상기 ETC 코팅을 위한 발생원 재료를 상기 진공 챔버 내에 제공하는 단계; 상기 자기 기판 캐리어에 상기 유리 기판을 적재하는 단계와 상기 유리 기판을 상부에서 구비한 상기 자기 기판 캐리어를 상기 자기 회전가능한 돔에 자기로 부착하는 단계; 상기 진공 챔버를 비우는 단계; 상기 자기 회전가능한 돔을 회전시키는 단계와 상기 광학 코팅을 상기 유리 기판상에 증착하는 단계; 상기 자기 회전가능한 돔을 회전시키는 단계와 상기 광학 코팅의 증착에 이어서 상기 광학 코팅의 상부에 상기 ETC 코팅을 증착하는 단계; 상기 유리 기판에 증착된 섀도우-없는 광학 코팅 및 상기 광학 코팅에 증착된 상기 ETC 코팅을 갖는 유리 기판을 얻기 위하여, 상기 진공 챔버로부터, 상기 광학 코팅과 상기 ETC 코팅을 갖는 상기 유리 기판을 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 광학 코팅이 상기 ETC 코팅의 증착 이전에 대기에 노출되지 않는다.
제 2 특징으로서, 본 발명은 제 1 특징에 따른 방법을 제공하며, ETC 코팅을 경화하는 단계를 더 포함한다.
제 3 특징으로서, 본 발명은 제 1 특징 또는 제 2 특징 중 어느 한 특징에 따른 방법을 제공하며, 상기 ETC 코팅은 실내 온도에서 공기 중에서 경화된다.
제 4 특징으로서, 본 발명은 제 1 특징 또는 제 2 특징 중 어느 한 특징에 따른 방법을 제공하며, 상기 ETC 코팅은 상기 ETC 코팅이 가열됨으로써 경화된다.
제 5 특징으로서, 본 발명은 제 1 특징 내지 제 4 특징 중 어느 한 특징에 따른 방법을 제공하며, 상기 진공 챔버는 10-4 Torr 이하의 압력에서 비워진다.
제 6 특징으로서, 본 발명은 제 1 특징 내지 제 5 특징 중 어느 한 특징에 따른 방법을 제공하며, 상기 유리 물품 제조 방법은 광학 코팅이 증착됨에 따라 상기 광학 코팅을 치밀화하는 단계를 더 포함한다.
제 7 특징으로서, 본 발명은 제 1 특징 내지 제 6 특징 중 어느 한 특징에 따른 방법을 제공하며, 상기 진공 챔버는 광학 코팅을 위한 발생원 재료를 기화시키기 위한 적어도 하나의 e-빔 발생원을 수용한다.
제 8 특징으로서, 본 발명은 제 7 특징에 따른 방법을 제공하며, 상기 적어도 하나의 e-빔 발생원은 2개 이상의 그리고 6개 이하의 e-빔 발생원을 포함하고 그리고 각각의 발생원으로부터의 e-빔은 코팅된 재료를 유지하는 별도의 컨테이너로 나아가게 된다.
제 9 특징으로서, 본 발명은 제 1 특징 내지 제 8 특징 중 어느 한 특징에 따른 방법을 제공하며, 상기 자기 기판 캐리어는 고정된 자기 기판 캐리어 및 조정가능한 자기 기판 캐리어로 이루어진 그룹 중에서 선택된다.
제 10 특징으로서, 본 발명은 제 1 특징 내지 제 9 특징 중 어느 한 특징에 따른 방법을 제공하며, 광학 코팅을 증착하는 단계는 고 굴절률 재료 및 저 굴절률 재료의 적어도 하나의 피어리오드를 포함한 멀티 레이어 광학 코팅을 증착하는 단계를 포함하고, 상기 고 굴절률 재료는 ZrO2, HfO2, Ta2O5, Nb2O5, TiO2, Y2O3, Si3N4, SrTiO3, WO3로 이루어진 그룹으로부터 선택되고; 그리고 상기 저 굴절률 재료는 SiO2, MgF2, YF3, YbF3 및 Al2O3로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
제 11 특징으로서, 본 발명은 제 1 특징 내지 제 10 특징 중 어느 한 특징에 따른 방법을 제공하며, 유리 기판은 이온-교환된 실리카 유리, 비-이온-교환된 실리카 유리, 알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다 석회 유리로부터 형성된다.
제 12 특징으로서, 본 발명은 제 1 특징 내지 제 11 특징 중 어느 한 특징에 따른 방법을 제공하며, ETC 코팅용 발생원 재료는 식 (RF)xSiX4 -x의 알킬 퍼플루오르카본 시레인이고 여기서 RF는 선형 C6-C30 알킬 퍼플루오르카본이고, X　=　Cl이거나 또는 -OCH3-이고 그리고 x　=　2 또는 3이다.
제 13 특징으로서, 본 발명은 코팅 공정 동안에 기판을 유지하기 위한 자기 기판 캐리어를 제공한다. 자기 기판 캐리어는 비-자기 기판 캐리어 베이스; 상기 비-자기 기판 캐리어 베이스에 부착된 복수의 자석; 상기 자기 기판 캐리어 상에 위치된 유리 기판의 표면을 지지하기 위한 복수의 핀; 및 스프링 시스템;을 포함하고, 상기 스프링 시스템은 스프링과 반대 방향으로 뻗어있는 후퇴가능한 핀을 후퇴시키는 상기 스프링에 의해 제 위치에 유지된 상기 후퇴가능한 핀, 복수의 고정된 핀, 및 상기 유리 기판이 복수의 핀 상에 위치될 때, 복수의 측 스톱퍼의 상부는 상기 유리 기판의 상부 표면 아래에 위치하도록, 거리에 대해 비-자기 기판 캐리어 베이스로부터 뻗어있는 복수의 측 스톱퍼;를 포함한다.
제 14 특징으로서, 본 발명은 코팅 공정 동안에 기판을 유지하기 위한 자기 기판 캐리어를 제공한다. 자기 기판 캐리어는: 비-자기 캐리어 베이스; 상기 비-자기 캐리어 베이스에 부착된 복수의 자석; 유리 기판의 표면을 지지하기 위한 복수의 핀; 내부에 후퇴가능한 핀을 구비한 하우징; 선택적인 스톱퍼; 및 유리 기판의 엣지를 유지하기 위한 복수의 이동가능한 핀;을 포함하고, 상기 후퇴가능한 핀은 스프링에 의해 제 위치에 유지되고, 상기 후퇴가능한 핀은 상기 하우징으로부터 외측으로 가압된다.
제 15 특징으로서, 본 발명은 광학 코팅 및 상기 광학 코팅의 상부 상의 이지-투-클린 코팅을 포함한 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품에는 상기 유리 물품의 광학적으로 코팅된 표면을 가로지른 섀도우가 없고, 상기 광학 코팅은 1.7 이상이고 3.0 이하인 굴절률(n)을 갖는 고 굴절률 재료(H)의 레이어와, 1.3 이상이고 1.6 이하인 굴절률(n)을 갖는 저 굴절률 재료(L)의 레이어로 이루어진 복수의 피어리오드를 포함하고, 상기 고 굴절률 재료(H)의 레이어는 각각의 피어리오드의 제 1 레이어이고 그리고 상기 저 굴절률 재료(L)의 레이어는 각각의 피어리오드의 제 2 레이어이며; 그리고 SiO2 캡핑 레이어의 두께의 범위는 복수의 피어리오드의 상부에 적용된 20 nm 이상이고 200　nm 이하이다.
제 16 특징으로서, 본 발명은 제 15 특징에 따른 유리 물품을 제공하며, 많은 코팅 피어리오드가 2 이상이고 1000 이하인 범위에 있다.
제 17 특징으로서, 본 발명은 제 15 특징 또는 제 16 특징에 따른 유리 물품을 제공하며, 상기 광학 코팅의 두께는 100　nm 이상 2000　nm 이하의 범위에 속한다.
제 18 특징으로서, 본 발명은 제 15 특징 내지 제 17 특징 중 어느 한 특징에 따른 유리 물품을 제공하며, 많은 코팅 피어리오드가 2 이상이고 20 이하인 범위에 속하고, 그리고 고 굴절률 재료(H) 및 저 굴절률 재료(L)의 각각의 레이어의 두께는 5 nm 이상이고 200　nm 이하인 범위에 속한다.
제 19 특징으로서, 본 발명은 제 15 특징 내지 제 17 특징 중 어느 한 특징에 따른 유리 물품을 제공하며, 많은 코팅 피어리오드가 2 이상이고 20 이하인 범위에 속하고, 그리고 고 굴절률 재료(H) 및 저 굴절률 재료(L)의 각각의 레이어의 두께는 5 nm 이상이고 100　nm 이하인 범위에 속한다.
제 20 특징으로서, 본 발명은 제 15 특징 내지 제 19 특징 중 어느 한 특징에 따른 유리 물품을 제공하며, 고 굴절률 재료(H)의 레이어는 ZrO2, HfO2, Ta2O5, Nb2O5, TiO2, Y2O3, Si3N4, SrTiO3 및 WO3으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
제 21 특징으로서, 본 발명은 제 15 특징 내지 제 20 특징 중 어느 한 특징에 따른 유리 물품을 제공하며, 상기 저 굴절률 재료는 SiO2, MgF2, YF3, YbF3, 및 Al2O3으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
제 22 특징으로서, 본 발명은 제 15 특징 내지 제 21 특징 중 어느 한 특징에 따른 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품은 6,000 마모 사이클 이후에 적어도 75°의 물 접촉 각도를 갖는다.
제 23 특징으로서, 본 발명은 제 15 특징 내지 제 22 특징 중 어느 한 특징에 따른 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품은 6,000 마모 사이클 이후에 적어도 105°의 물 접촉 각도를 갖는다.
제 24 특징으로서, 본 발명은 제 15 특징 내지 제 23 특징 중 어느 한 특징에 따른 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품은 10,600 마모 사이클 이후에 90°보다 큰 물 접촉 각도를 갖는다.
제 25 특징으로서, 본 발명은 제 15 특징 내지 제 24 특징 중 어느 한 특징에 따른 유리 물품을 제공하며, 8,000 마모 사이클 이후에, 상기 유리 물품의 표면상의 스크래치의 길이는 2 mm 보다 작다.
제 26 특징으로서, 본 발명은 제 15 특징 내지 제 25 특징 중 어느 한 특징에 따른 유리 물품을 제공하며, 적어도 8,000 마모/닦음 사이클 이후에 상기 유리 물품의 % 반사는 마모되지 않은/닦여지지 않은 유리 물품의 % 반사와 실질적으로 동일하다.
제 27 특징으로서, 본 발명은 제 15 특징 내지 제 26 특징 중 어느 한 특징에 따른 유리 물품을 제공하며, 적어도 8,000 마모/닦음 사이클 이후의 상기 유리 물품의 %　투과는 마모되지 않은/닦여지지 않은 유리 물품의 %　투과와 실질적으로 동일하다.
제 28 특징으로서, 본 발명은 광학 코팅 및 ETC 코팅을 갖는 기판을 코팅하기 위한 코팅 기기를 제공한다. 코팅 기기는 진공 챔버; 상기 진공 챔버에 위치된 자기 회전가능한 돔; 상기 진공 챔버에 위치된 적어도 하나의 e-빔 발생원; 상기 진공 챔버에 위치된 적어도 하나의 열 증발 발생원; 및 상기 진공 챔버 내의 지지부 상에 조정가능하게 위치된 섀도우 마스크;를 포함한다.
제 29 특징으로서, 본 발명은 제 28 특징에 따른 코팅 기기를 제공하며, 상기 코팅 기기는 상기 진공 챔버 내에 위치된 플라즈마 발생원을 더 포함한다.
제 30 특징으로서, 본 발명은 제 28 특징 또는 제 29 특징에 따른 코팅 기기를 제공하며, 회전가능한 자기 돔은: 상기 자기 회전가능한 돔의 상부 중앙의 개구; 상기 자기 회전가능한 돔의 개구를 커버하는 투명한 유리 플레이트; 및 상기 진공 챔버 내에 증착된 코팅 재료의 증착율을 모니터하기 위한 투명한 유리 플레이트의 개구에 위치된 석영 모니터;를 포함한다.
제 31 특징으로서, 본 발명은 제 30 특징에 따른 코팅 기기를 제공하며, 상기 코팅 기기는 투명한 유리 플레이트 상에 위치된 광학 섬유를 더 포함하고, 상기 광학 섬유는 상기 투명한 유리 플레이트의 반사 변화와 이에 따른 상기 투명한 유리 플레이트에 도포된 코팅의 두께를 결정함으로써 상기 투명한 유리 플레이트로부터 반사된 광을 수집한다.
제 32 특징으로서, 본 발명은 제 28 특징 내지 제 31 특징 중 어느 한 특징에 따른 코팅 기기를 제공하며, 자기 회전가능한 돔은 상기 자기 회전가능한 돔의 회전을 용이하게 하기 위하여 진공 차폐된 회전 샤프트에 부착된다.
제 33 특징으로서, 본 발명은 제 28 특징 내지 제32 특징 중 어느 한 특징에 따른 코팅 기기를 제공하며, 상기 코팅 기기는 자기 회전가능한 돔에 자기로 부착된 적어도 하나의 자기 기판 캐리어를 더 포함한다.
제 34 특징으로서, 본 발명은 유리 물품에서의 광학 코팅과, 상기 광학 코팅의 상부의 ETC(easy-to-clean) 코팅을 갖는 유리 물품을 만들기 위한 공정을 제공하며, 상기 유리 물품을 만들기 위한 공정은: 광학 코팅 및 ETC 코팅의 증착을 위함 챔버를 구비한 코팅 기기를 제공하는 단계; 코팅될 유리 기판을 상부에 구비한 기판 캐리어를 자기로 위치시키기 위해 상기 챔버 내에 회전가능한 돔을 제공하는 단계; 상기 광학 코팅용 발생원 재료와 ETC 재료용 발생원 재료를 상기 챔버 내에 제공하는 단계; 유리 기판을 제공하는 단계, 상기 유리 기판을 상기 기판 캐리어에 적재하는 단계 및 상기 유리 기판을 상부에서 구비한 기판 캐리어를 상기 돔에 자기로 부착하는 단계; 10-4 Torr 미만의 압력으로 상기 챔버를 비우는 단계; 상기 돔을 회전시키는 단계와 상기 광학 코팅을 상기 유리 기판에 증착하는 단계; 상기 광학 코팅의 증착에 이어 상기 광학 코팅의 증착을 용이하게 하는 단계, 상기 돔을 회전시키는 단계 및 상기 광학 코팅의 상부에 상기 ETC 코팅을 증착하는 단계; 상기 ETC 코팅의 증착을 용이하게 하는 단계; 상기 ETC 코팅을 경화하는 단계; 및 상기 기판에 증착된 광학 코팅과 상기 광학 코팅에 증착된 ETC 코팅을 갖는 유리 기판을 얻기 위하여, 상기 챔버로부터, 상기 광학 코팅과 상기 ETC 코팅을 갖는 기판을 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 돔은 광학 섬유 측정 부재 및 석영의 배치를 위해 상부에 개구를 구비하고 오목하게 되며, 그리고 복수의 발생원 재료가 상기 광학 코팅을 만들기 위해 요구될 때, 각각의 상기 복수의 재료가 별개의 발생원 컨테이너에 제공된다.
제 35 특징으로서, 본 발명은 제 34 특징에 따른 방법을 제공하며, 광학 코팅은 고 굴절률 금속 산화물 및 저 굴절률 금속 산화물의 교호의 레이어로 이루어진 멀티레이어 코팅이고, 그리고 각각의 고/저 지수의 쌍의 레이어는 코팅 피어리오드이도록 간주된다. 피어리오드의 수의 범위는 2-1000이다. 멀티레이어 코팅의 두께의 범위는 100nm 내지 2000nm이다. ETC 재료는 식 (RF)xSiX4 -x의 알킬 퍼플루오르카본 시레인이고, 여기서 Rf는 선형 C6-C30 알킬 퍼플루오르카본이고, X　=　Cl 또는 -OCH3-이며 그리고 x　=　2 또는 3이다. 알킬 퍼플루오르카본은 3nm 내지 50nm의 범위의 탄소 체인 길이를 갖는다. 상기 SiX4 -x 일부에 부착된 퍼플루오르 화합된(Perfluorinated) 에테르는 또한 ETC 코팅 재료로 사용될 수 있다.
제 36 특징으로서, 본 발명은 제 33 특징 내지 제 35 특징 중 어느 한 특징에 따른 방법을 제공하며, 광학 코팅 및 ETC 코팅은 챔버에서 증착되고, 그리고 상기 광학 코팅은 이온 빔이나 또는 플라즈마를 사용하는 증착 동안에 치밀화된다. 또 다른 실시예에 있어서, 광학 코팅이 산화물 코팅일 때, 산소 또는 산소 이온은 코팅된 금속 산화물의 화학량론(stoichiometry)이 유지된다는 것을 보장하기 위하여 챔버 내에 존재한다.
제 37 특징으로서, 본 발명은 또한 광학 코팅 및 상기 광학 코팅 상에 ETC 코팅을 갖는 "무섀도우" 또는 "섀도우 없는" 유리 물품을 만들기 위한 기기에 관한 것이며, 상기 유리 물품을 만들기 위한 기기는 광학 코팅 재료의 발생원과 ETC 코팅 재료의 발생원을 내부에 구비한 진공 챔버와, 기판을 유지하기 위한 복수의 기판 캐리어를 구비한 회전가능한 돔을 포함하고, 지지된 상기 기판은 상기 회전가능한 돔에 자기로 부착된다.
제 38 특징으로서, 본 발명은 유리 기판의 표면상에서의 광학 코팅 및 상기 광학 코팅의 상부의 이지-투-클린 코팅을 갖는 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품에는 유리의 광학적으로 코팅된 표면을 가로지른 섀도우가 없고; 상기 광학 코팅은 고 굴절률 재료(H), n = 1.7 - 3.0, 및 저 굴절률 재료(L), n = 1.3 - 1.61의 레이어로 이루어진 복수의 피어리오드이고, 상기 고 굴절률 재료(H) 레이어는 각각의 피어리오드의 제 1 레이어이고 그리고 상기 저 굴절률 재료(L) 레이어는 각각의 피어리오드의 제 2 레이어이며; 그리고 광학 코팅의 최종 저 굴절률 재료(L) 레이어가 SiO2 아닐 때, 20　nm - 200　nm 범위의 두께를 갖는 SiO2 캡핑 레이어가 복수의 피어리오드의 상부에 도포된다. 광학 코팅의 최종 피어리오드가 SiO2일 때, 20-200　nm 범위의 두께를 갖는 부가적인 SiO 레이어는 캡핑 레이어처럼 선택적으로 증착될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 광학 코팅 피어리오드의 수의 범위는 2 - 1000이다. 다른 일 실시예에 있어서, 광학 코팅의 두께의 범위는 100　nm 내지 2000　nm이다. 광학 코팅 피어리오드의 수의 범위는 2 - 20이고, 그리고 고 굴절률 재료 및 저 굴절률 재료의 각각의 두께의 범위는 5　nm - 200　nm이다. 다른 일 실시예에 있어서, 광학 코팅 피어리오드의 수의 범위는 2-20이고, 그리고 고 굴절률 재료 및 저 굴절률 재료의 각각의 두께의 범위는 5-100　nm이다. 고 지수의 코팅 재료는 ZrO2, HfO2, Ta2O5, Nb2O5, TiO2, Y2O3, Si3N4, SrTiO3 및 WO3으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 저 지수의 코팅 재료는 SiO2, MgF2, YF3 및 YbF3으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 실시예에 있어서, Al2O3(굴절율(n)이 1.5 - 1.7)가 저 굴절률 재료 대신에 사용되고 그리고 SiO2의 캡핑 레이어가 최종 레이어로서 적용된다.
제 39 특징으로서, 본 발명은 제 1 특징 내지 제 12 특징 중 어느 한 특징에 따른 방법 그리고 제 15 특징 내지 제 27 특징 중 어느 한 특징에 따른 유리 물품을 제공하며, 유리 기판이나 또는 유리 물품의 광학 코팅의 제 1 엣지로부터 상기 광학 코팅의 제 2 엣지까지의 상기 광학 코팅의 두께 변화는 3% 이하이다.
제 40 특징으로서, 본 발명은 제 1 특징 내지 제 12 특징 중 어느 한 특징에 따른 방법 그리고 제 15 특징 내지 제 27 특징 중 어느 한 특징의 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품의 광학 코팅의 제 1 엣지로부터 상기 광학 코팅의 제 2 엣지까지의 상기 광학 코팅의 두께 변화는 2% 이하이다.
제 41 특징으로서, 본 발명은 제 1 특징 내지 제 12 특징 중 어느 한 특징에 따른 방법 그리고 제 15 특징 내지 제 27 특징 중 어느 한 특징에 따른 유리 물품을 제공하며, 상기 유리 물품이나 또는 유리 기판의 광학 코팅의 제 1 엣지로부터 상기 광학 코팅의 제 2 엣지까지의 상기 광학 코팅의 두께 변화는 1% 이하이다.
당업자라면, 본 발명의 청구범위의 범주 내에서 본 명세서에 개시된 실시예에 대한 여러 다양한 변경 및 수정을 가할 수 있을 것이다. 따라서 첨부된 청구범위의 범주 내에서 본 명세서에 기재된 다양한 실시예에 대한 이러한 여러 변경 및 수정이 행해질 수 있으며 이러한 여러 변경 및 수정은 본 명세서의 범주 내에 포함된다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (36)

  1. 진공-증착된 광학 코팅 및 상기 광학 코팅의 상부의 진공-증착된 이지-투-클린(ETC : easy-to-clean) 코팅을 포함한 유리 물품으로서,
    상기 유리 물품에는 상기 유리 물품의 광학적으로 코팅된 표면을 가로지른 섀도우가 없고,
    상기 광학 코팅은 1.7 이상이고 3.0 이하인 굴절률(n)을 갖는 고 굴절률 재료(H)의 레이어와, 1.3 이상이고 1.6 이하인 굴절률(n)을 갖는 저 굴절률 재료(L)의 레이어로 이루어진 복수의 피어리오드를 포함하고, 상기 고 굴절률 재료(H)의 상기 레이어는 각각의 피어리오드의 제 1 레이어이고 그리고 상기 저 굴절률 재료(L)의 상기 레이어는 각각의 피어리오드의 제 2 레이어이며;
    상기 복수의 피어리오드의 상부에 적용된 20 nm 이상 200　nm 이하 범위의 두께를 SiO2 캡핑 레이어가 갖는, 진공-증착된 광학 코팅과 상기 광학 코팅의 상부의 진공-증착된 이지-투-클린 코팅을 포함한 유리 물품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    코팅 피어리오드의 수는 2 이상이고 1000 이하의 범위에 속하는, 진공-증착된 광학 코팅과 상기 광학 코팅의 상부의 진공-증착된 이지-투-클린 코팅을 포함한 유리 물품.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 코팅의 두께는 100　nm 이상 2000　nm 이하의 범위에 속하는, 진공-증착된 광학 코팅과 상기 광학 코팅의 상부의 진공-증착된 이지-투-클린 코팅을 포함한 유리 물품.
  4. 청구항 1에 있어서,
    코팅 피어리오드의 수는 2 이상 20 이하의 범위에 속하고, 그리고 고 굴절률 재료(H) 및 저 굴절률 재료(L)의 각각의 레이어의 두께는 5 nm 이상 200　nm 이하의 범위에 속하는, 진공-증착된 광학 코팅과 상기 광학 코팅의 상부의 진공-증착된 이지-투-클린 코팅을 포함한 유리 물품.
  5. 청구항 1에 있어서,
    고 굴절률 재료(H)의 상기 레이어는 ZrO2, HfO2, Ta2O5, Nb2O5, TiO2, Y2O3, Si3N4, SrTiO3 및 WO3로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 진공-증착된 광학 코팅과 상기 광학 코팅의 상부의 진공-증착된 이지-투-클린 코팅을 포함한 유리 물품.
  6. 청구항 1에 있어서,
    저 굴절률 재료(L)의 상기 레이어는 SiO2, MgF2, YF3, YbF3, 및 Al2O3로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 진공-증착된 광학 코팅과 상기 광학 코팅의 상부의 진공-증착된 이지-투-클린 코팅을 포함한 유리 물품.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 물품은 6,000 마모 사이클 이후에 적어도 75°의 물 접촉 각도를 갖는, 진공-증착된 광학 코팅과 상기 광학 코팅의 상부의 진공-증착된 이지-투-클린 코팅을 포함한 유리 물품.
  8. 청구항 1에 있어서,
    8,000 마모 사이클 이후에, 상기 유리 물품의 한 표면상의 스크래치의 길이는 2mm 미만인, 진공-증착된 광학 코팅과 상기 광학 코팅의 상부의 진공-증착된 이지-투-클린 코팅을 포함한 유리 물품.
  9. 청구항 1에 있어서,
    적어도 8,000 마모 사이클 이후에 상기 유리 물품의 % 반사는 마모되지 않은 유리 물품의 % 반사와 동일한, 진공-증착된 광학 코팅과 상기 광학 코팅의 상부의 진공-증착된 이지-투-클린 코팅을 포함한 유리 물품.
  10. 청구항 1에 있어서,
    적어도 8,000 마모 사이클 이후에 상기 유리 물품의 %　투과는 마모되지 않은 유리 물품의 %　투과와 동일한, 진공-증착된 광학 코팅과 상기 광학 코팅의 상부의 진공-증착된 이지-투-클린 코팅을 포함한 유리 물품.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 물품의 상기 광학 코팅의 제 1 엣지로부터 상기 광학 코팅의 제 2 엣지까지의 상기 광학 코팅의 두께 변화는 3% 이하인, 진공-증착된 광학 코팅과 상기 광학 코팅의 상부의 진공-증착된 이지-투-클린 코팅을 포함한 유리 물품.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 물품의 상기 광학 코팅의 제 1 엣지로부터 상기 광학 코팅의 제 2 엣지까지의 상기 광학 코팅의 두께 변화는 2% 이하인, 진공-증착된 광학 코팅과 상기 광학 코팅의 상부의 진공-증착된 이지-투-클린 코팅을 포함한 유리 물품.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 물품의 상기 광학 코팅의 제 1 엣지로부터 상기 광학 코팅의 제 2 엣지까지의 상기 광학 코팅의 두께 변화는 1% 이하인, 진공-증착된 광학 코팅과 상기 광학 코팅의 상부의 진공-증착된 이지-투-클린 코팅을 포함한 유리 물품.
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