"ฟิล์มเทคโนโลยีที่มองไม่เห็น" บนแว่นตา: เปิดเผยเทคโนโลยีสีดำเคลือบสุญญากาศทางกายภาพของเลนส์และกรอบ

เมื่อคุณสวมแว่นตาโลหะผสมไทเทเนียมน้ำหนักเบาและสวมใส่สบาย ซึ่งช่วยให้คุณมองเห็นได้อย่างชัดเจนในที่ที่มีแสงจ้าโดยไม่ทำให้เกิดอาการปวดตา และกรอบแว่นยังคงเงางามและดูใหม่แม้ใช้งานเป็นเวลานาน และผิวหนังของคุณไม่แสดงอาการแพ้ใดๆ ทั้งหมดนี้แยกออกจากเทคโนโลยีสำคัญไม่ได้ นั่นคือ การเคลือบผิวด้วยการสะสมไอระเหยภายใต้สุญญากาศทางกายภาพ (PVD) ในฐานะที่เป็นกระบวนการปรับสภาพพื้นผิวหลักในการผลิตแว่นตาในยุคปัจจุบัน เทคโนโลยี PVD ช่วยเสริมประสิทธิภาพทั้งเลนส์และกรอบแว่นไปพร้อมๆ กัน: มอบฟังก์ชันการใช้งานที่เป็นประโยชน์แก่เลนส์ เช่น ป้องกันแสงสีฟ้าและป้องกันแสงสะท้อน และสร้างพื้นผิวที่ทนทาน สวยงาม และเป็นมิตรต่อผิวหนังสำหรับกรอบแว่น “ฟิล์มที่มองไม่เห็น” ที่ดูเหมือนไม่สำคัญนี้ได้กลายเป็นส่วนสนับสนุนหลักในการปรับปรุงประสบการณ์การสวมใส่แว่นตาไปแล้ว วันนี้ เราจะมาเปิดเผยเทคโนโลยี PVD ที่อยู่เบื้องหลังเลนส์และกรอบแว่นตาอย่างเต็มที่

เพื่อให้เข้าใจเทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วยสุญญากาศทางกายภาพในวงการแว่นตาได้นั้น ก่อนอื่นต้องทำความเข้าใจคำจำกัดความหลักของเทคโนโลยีนี้เสียก่อน: ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศสูง โดยใช้วิธีการทางกายภาพ เช่น การสปัตเตอร์แมกนีตรอนและการระเหย วัสดุเคลือบ เช่น โลหะ เซรามิก และสารประกอบต่างๆ จะถูกเปลี่ยนให้อยู่ในสถานะอะตอมและไอออน จากนั้นจึงนำไปสะสมบนพื้นผิวของเลนส์แว่นตาหรือกรอบแว่นเพื่อสร้างฟิล์มบางเฉียบ เทคโนโลยีนี้เรียกโดยย่อว่า PVD (Physical Vapor Deposition) ในภาษาอังกฤษ เมื่อเทียบกับการชุบด้วยไฟฟ้าและการเคลือบสารเคมีแบบดั้งเดิม ข้อได้เปรียบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของเทคโนโลยีนี้คือความสม่ำเสมอและความหนาแน่นของชั้นฟิล์ม การยึดเกาะที่แข็งแรง ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและไม่มีมลพิษ (ไม่มีการปล่อยโลหะหนัก) และความสามารถในการควบคุมความหนาและองค์ประกอบของชั้นฟิล์มได้อย่างแม่นยำ ซึ่งตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของแว่นตาในด้านความแม่นยำ ความปลอดภัย และความทนทานได้อย่างสมบูรณ์แบบ ไม่ว่าจะเป็นการเคลือบผิวแบบใช้งานได้จริงบนเลนส์ หรือการเคลือบผิวเพื่อการตกแต่งและป้องกันบนกรอบแว่น เทคโนโลยี PVD สามารถสร้างเอฟเฟกต์ “สั่งทำพิเศษ” ได้

มาดูการเคลือบผิวด้วยสุญญากาศทางกายภาพของกรอบแว่นตากันก่อน – คุณค่าหลักของมันอยู่ที่ “การอัปเกรดความสวยงาม + การป้องกันการใช้งาน” และมีการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในวัสดุหลัก เช่น โลหะผสมไทเทเนียมและสแตนเลส กรอบแว่น ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่สัมผัสกับผิวหนังโดยตรงและสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอกเป็นเวลานาน มีข้อกำหนดที่สูงมากสำหรับความทนทานต่อการสึกหรอ ความทนทานต่อการกัดกร่อน และคุณสมบัติที่เป็นมิตรต่อผิวหนังของการเคลือบผิว และเทคโนโลยี PVD ก็ตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำ หลักการสำคัญของการเคลือบผิว PVD บนกรอบแว่นคือการปรับส่วนผสมของวัสดุเป้าหมายและก๊าซทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างชั้นฟิล์มองค์ประกอบต่างๆ บนพื้นผิวของกรอบแว่น ซึ่งจะช่วยให้ได้สีสันและฟังก์ชันการป้องกันที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น สำหรับกรอบโลหะผสมไทเทเนียมทั่วไป วัสดุฐานจะเป็นสีเทาอ่อน ด้วยการเคลือบผิว PVD สามารถเปลี่ยนเป็นสีแฟชั่นต่างๆ เช่น โรสโกลด์ แชมเปญโกลด์ และสีดำด้าน ในขณะที่สร้างฟิล์มป้องกันที่แข็งแรงซึ่งทนทานต่อการกัดกร่อนของเหงื่อและเครื่องสำอาง

ประเภททั่วไปของการเคลือบผิว PVD สำหรับกรอบแว่นตา สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: ชั้นตกแต่งและชั้นใช้งาน ชั้นตกแต่งเป็นหัวใจสำคัญในการเสริมรูปลักษณ์ของกรอบแว่น โดยทำผ่านกระบวนการสปัตเตอร์แมกนีตรอน: เอฟเฟกต์โรสโกลด์เกิดขึ้นได้จากการรวมเป้าหมายไทเทเนียมกับไนโตรเจนและมีเทนจำนวนเล็กน้อยเพื่อสร้างชั้นคาร์บอนไนไตรด์ (TiCN); แชมเปญโกลด์เตรียมได้โดยการปรับอัตราส่วนของไนโตรเจนและอาร์กอน ทำให้เกิดชั้นไทเทเนียมไนไตรด์ (TiN) ที่มีสีอ่อนกว่า; สีดำด้านเป็นชั้นคาร์บอนไนไตรด์ (TiC) ที่เกิดจากปฏิกิริยาของมีเทนที่มีความเข้มข้นสูงกับเป้าหมายไทเทเนียม ร่วมกับการเตรียมพื้นผิวด้วยการพ่นทรายของวัสดุฐานเพื่อให้ได้พื้นผิวแบบด้าน ความหนาของชั้นเหล่านี้มักจะอยู่ระหว่าง 2 ถึง 5 ไมโครเมตร ซึ่งเป็นเพียงหนึ่งในสิบของเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมเท่านั้น แต่ก็สามารถทำให้กรอบโลหะผสมทั่วไปมีพื้นผิวของโลหะมีค่าระดับไฮเอนด์ได้ ชั้นใช้งานเน้นที่ความต้องการในทางปฏิบัติ ตัวอย่างเช่น ชั้นคาร์บอนคล้ายเพชร (DLC) เตรียมผ่านกระบวนการชุบไอออนแบบอาร์ค ซึ่งมีความแข็งมากกว่า HV2000 ซึ่งสามารถทำให้พื้นผิวของกรอบแว่นทนต่อการสึกหรอและรอยขีดข่วน และแม้หลังจากเสียดสีเป็นเวลานาน ก็ไม่น่าจะเกิดรอยขีดข่วนได้ ชั้นป้องกันรอยนิ้วมือเคลือบด้วยสารประกอบฟลูออโรคาร์บอนพิเศษ ทำให้รอยนิ้วมือติดได้ยากขึ้น และทำให้ทำความสะอาดได้สะดวกยิ่งขึ้น

ต่างจากกรอบแว่นที่เน้นฟังก์ชัน “การตกแต่งและการป้องกัน” หัวใจสำคัญของการเคลือบผิวด้วยสุญญากาศทางกายภาพของเลนส์แว่นตาคือ “การเพิ่มประสิทธิภาพฟังก์ชันทางแสง” โดยมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มความคมชัดในการมองเห็นและปกป้องสุขภาพของดวงตา ในฐานะที่เป็นสื่อกลางสำหรับการหักเหของแสง การสะท้อนพื้นผิว การส่งผ่านแสง และความสามารถในการป้องกันสิ่งสกปรกของเลนส์มีผลโดยตรงต่อประสบการณ์การมองเห็น และเทคโนโลยี PVD สามารถแก้ปัญหาทางแสงเหล่านี้ได้โดยการซ้อนทับฟิล์มฟังก์ชันต่างๆ หลายชั้น การเคลือบผิว PVD ของเลนส์มักจะใช้โครงสร้างแบบหลายชั้น โดยแต่ละชั้นของฟิล์มมีฟังก์ชันที่แตกต่างกัน โดยทั่วไป ได้แก่ ฟิล์มป้องกันแสงสะท้อน ฟิล์มป้องกันแสงสีฟ้า ฟิล์มทนต่อการสึกหรอ ฟิล์มกันน้ำและป้องกันสิ่งสกปรก เป็นต้น ความหนารวมของชั้นฟิล์มเหล่านี้มีเพียงไม่กี่ร้อยนาโนเมตรเท่านั้น แต่ก็สามารถสร้างเอฟเฟกต์ทางแสง “1 + 1 > 2” ได้

การเคลือบผิวป้องกันแสงสะท้อนเป็นชั้น PVD (Physical Vapor Deposition) ที่สำคัญที่สุดของเลนส์ และติดตั้งบนเลนส์ออปติคอลเกือบทั้งหมด เราทราบดีว่าเมื่อแสงกระทบพื้นผิวของเลนส์ จะเกิดการสะท้อน ซึ่งไม่เพียงแต่ลดการส่งผ่านแสงและทำให้การมองเห็นพร่ามัวเท่านั้น แต่ยังสร้างแสงจ้า (เช่น แสงจ้าในระหว่างการขับขี่ตอนกลางคืน) การเคลือบผิวป้องกันแสงสะท้อนจะสะสมฟิล์มไดอิเล็กทริกหลายชั้น เช่น ซิลิคอนออกไซด์และไทเทเนียมออกไซด์ผ่านกระบวนการสปัตเตอร์แมกนีตรอน และใช้หลักการ “การรบกวนของฟิล์ม” เพื่อยกเลิกการสะท้อนของแสง: เมื่อความหนาของชั้นฟิล์มเป็นหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบ แสงที่สะท้อนจะยกเลิกซึ่งกันและกัน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการส่งผ่านแสงได้อย่างมาก การส่งผ่านแสงของเลนส์ที่ไม่มีการเคลือบผิวอยู่ที่ประมาณ 91% ในขณะที่หลังจากการเคลือบผิว PVD ป้องกันแสงสะท้อนหลายชั้น การส่งผ่านแสงสามารถเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 98% ทำให้การมองเห็นชัดเจนและสว่างขึ้น การเคลือบผิวป้องกันแสงสีฟ้าเป็นชั้นฟังก์ชันที่พัฒนาขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของผู้คนในยุคปัจจุบันที่ใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นเวลานาน โดยการเพิ่มออกไซด์ของโลหะพิเศษ (เช่น นีโอเบียมออกไซด์) ลงในชั้นฟิล์มและใช้กระบวนการ PVD เพื่อควบคุมโครงสร้างชั้นฟิล์มอย่างแม่นยำ จะสามารถดูดซับแสงสีฟ้าที่เป็นอันตรายในช่วง 400-450 นาโนเมตรได้อย่างเลือกสรร ในขณะที่ยังคงรักษาการส่งผ่านแสงที่มองเห็นได้ตามปกติและลดการกระตุ้นของแสงสีฟ้าต่อดวงตา บรรเทาอาการเมื่อยล้าของดวงตา

นอกเหนือจากชั้นเคลือบฟังก์ชันทางแสงแล้ว การเคลือบผิวทนต่อการสึกหรอและการเคลือบผิวป้องกันสิ่งสกปรกแบบกันน้ำของเลนส์ยังต้องอาศัยการสนับสนุนจากเทคโนโลยี PVD อีกด้วย แม้ว่าเลนส์เรซินจะมีน้ำหนักเบาและทนทานต่อแรงกระแทก แต่ความแข็งของพื้นผิวค่อนข้างต่ำ ทำให้เกิดรอยขีดข่วนได้ง่ายและส่งผลต่อการส่งผ่านแสง การเคลือบผิวทนต่อการสึกหรอจะถูกสะสมด้วยชั้นฟิล์มซิลิคอนออกไซด์หรืออะลูมิเนียมออกไซด์ผ่านกระบวนการ PVD เพิ่มความแข็งของพื้นผิวของเลนส์จากระดับ HB เป็นระดับ H ขึ้นไป แม้จะเช็ดทำความสะอาดทุกวัน ก็ไม่น่าจะทำให้เกิดรอยขีดข่วนได้ การเคลือบผิวป้องกันสิ่งสกปรกแบบกันน้ำเป็น “การป้องกันระดับสูงสุด” ของเลนส์ โดยจะถูกสะสมด้วยชั้นฟิล์มสารประกอบที่มีฟลูออรีนผ่านการสปัตเตอร์แมกนีตรอน ทำให้พื้นผิวของเลนส์มีคุณสมบัติกันน้ำสูง โดยมีมุมสัมผัสมากกว่า 110 องศา หยดน้ำที่ตกลงบนเลนส์จะกลิ้งออกไปเอง และในเวลาเดียวกัน ก็สามารถต้านทานการเกาะติดของน้ำมัน ฝุ่น และบรรลุผลของการ “ทำความสะอาดง่าย ป้องกันการเกิดฝ้า และป้องกันรอยนิ้วมือ” ชั้นเคลือบฟังก์ชันเหล่านี้ถูกซ้อนทับอย่างแม่นยำผ่านกระบวนการ PVD ทำให้เลนส์ทั้งใสและทนทาน และยังปกป้องสุขภาพของดวงตาอีกด้วย

เป็นที่น่าสังเกตว่า แม้ว่ากระบวนการเคลือบผิว PVD สำหรับเลนส์และกรอบแว่นจะมีต้นกำเนิดเดียวกัน แต่เนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุที่แตกต่างกัน จึงมีความแตกต่างอย่างมากในรายละเอียดของกระบวนการ วัสดุฐานของกรอบแว่นส่วนใหญ่เป็นโลหะ (ไทเทเนียม สแตนเลส โลหะผสมอะลูมิเนียม) และก่อนการเคลือบผิว จำเป็นต้องทำความสะอาดด้วยพลาสมาเพื่อขจัดน้ำมันและชั้นออกไซด์บนพื้นผิวเพื่อเพิ่มการยึดเกาะของชั้นเคลือบ ในขณะที่วัสดุฐานของเลนส์ส่วนใหญ่เป็นเรซินหรือแก้ว ซึ่งเปราะบางกว่า ในระหว่างกระบวนการเคลือบผิว อุณหภูมิของช่องจะต้องถูกควบคุมอย่างเข้มงวด (โดยปกติจะต่ำกว่า 100°C) เพื่อหลีกเลี่ยงการเสียรูปของเลนส์ ในแง่ของการเลือกกระบวนการ การเคลือบผิวตกแต่งสำหรับกรอบแว่นส่วนใหญ่ใช้การสปัตเตอร์แมกนีตรอนเพื่อให้แน่ใจว่าชั้นเคลือบมีความสม่ำเสมอและละเอียด ในขณะที่การเคลือบผิวแบบใช้งานได้จริงสำหรับเลนส์ส่วนใหญ่ใช้การสปัตเตอร์แมกนีตรอนแบบหลายเป้าหมาย ซึ่งสามารถซ้อนทับส่วนประกอบต่างๆ หลายชั้นได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ มาตรฐานการตรวจจับสำหรับชั้นเคลือบทั้งสองยังแตกต่างกันอีกด้วย: การเคลือบผิวบนกรอบแว่นเน้นที่ความทนทานต่อการสึกหรอ ความทนทานต่อการกัดกร่อน และความสม่ำเสมอของสี และต้องผ่านการทดสอบสเปรย์เกลือ การทดสอบแรงเสียดทาน ฯลฯ การเคลือบผิวบนเลนส์เน้นที่ประสิทธิภาพทางแสง และต้องทดสอบตัวบ่งชี้ทางแสง เช่น การส่งผ่านแสง การสะท้อนแสง และอัตราการปิดกั้นแสงสีฟ้า

เทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วยสุญญากาศทางกายภาพไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและรูปลักษณ์ของแว่นตาเท่านั้น แต่ยังส่งเสริมการพัฒนาที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของอุตสาหกรรมแว่นตาอีกด้วย กระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าแบบดั้งเดิมสำหรับการผลิตกรอบแว่นจะสร้างน้ำเสียที่มีโลหะหนัก ซึ่งเป็นมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม กระบวนการ PVD ดำเนินการทั้งหมดในสภาพแวดล้อมสุญญากาศสูง โดยไม่จำเป็นต้องใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ทางเคมี ส่งผลให้ไม่มีการปล่อยโลหะหนักและไม่มีมลพิษ ซึ่งสอดคล้องกับแนวโน้มการรักษาสิ่งแวดล้อมระดับโลก สำหรับเลนส์ เมื่อเทียบกับการเคลือบสารเคมีแบบดั้งเดิม การเคลือบผิว PVD มีชั้นฟิล์มที่สม่ำเสมอมากขึ้น การยึดเกาะที่แข็งแรงขึ้น อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น และลดความจำเป็นในการเปลี่ยนเลนส์เนื่องจากการหลุดลอกของการเคลือบผิว ซึ่งเป็นการลดการใช้ทรัพยากรทางอ้อม ปัจจุบัน การเคลือบผิว PVD ได้กลายเป็นเทคโนโลยีมาตรฐานสำหรับแว่นตาระดับกลางถึงระดับสูง ไม่ว่าจะเป็นกรอบโลหะผสมไทเทเนียมที่มีราคาหลายพันหยวน หรือเลนส์ที่มีฟังก์ชันป้องกันแสงสีฟ้า ทั้งหมดนี้ต้องอาศัยเทคโนโลยีสีดำนี้ในการสนับสนุน

ตั้งแต่สีสันที่ทันสมัยของกรอบแว่นไปจนถึงการมองเห็นที่ชัดเจนของเลนส์ เทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วยการสะสมไอระเหยภายใต้สุญญากาศทางกายภาพ ด้วยงานฝีมือระดับไมโครเมตรที่แม่นยำ ได้กำหนดประสบการณ์การสวมใส่แว่นตาขึ้นมาใหม่ “ฟิล์มเทคโนโลยีที่มองไม่เห็น” นี้อาจดูเหมือนไม่สำคัญ แต่แสดงถึงการบูรณาการและนวัตกรรมของวิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีทางแสง ไม่เพียงแต่ตอบสนองความต้องการของผู้คนในด้านสุนทรียศาสตร์ของแว่นตาเท่านั้น แต่ยังปกป้องสุขภาพของดวงตาอีกด้วย เมื่อเราสวมแว่นตาในครั้งต่อไป เราอาจใส่ใจ: ความเงางามของกรอบแว่นและความโปร่งใสที่ชัดเจนของเลนส์ ล้วนเป็น “ความอบอุ่นทางเทคโนโลยี” ที่มอบให้โดยเทคโนโลยี PVD ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยี การเคลือบผิว PVD สำหรับแว่นตาในอนาคตจะบรรลุการปรับแต่งฟังก์ชันที่แม่นยำยิ่งขึ้น เช่น การเคลือบอัจฉริยะที่รับรู้แสงแบบปรับได้ และฟิล์มคอมโพสิตหลายชั้นที่บางลง ทำให้แว่นตาไม่เพียงแต่เป็นเครื่องมือในการแก้ไขการมองเห็นเท่านั้น แต่ยังเป็นงานศิลปะที่สวมใส่ได้ซึ่งผสมผสานสุขภาพ แฟชั่น และเทคโนโลยี