优选具有改进的抗劣化性的光学部件以及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种具有更好的抗劣化性的光学部件，其包括光学材料和涂层，其中，所述光学材料具有自然的表面，该表面相对于劣化过程而言易受影响，所述涂层包括含有无机材料的层，并且基本连续地以这样的形式涂覆，使得在所述光学部件周围的流体与所述光学材料之间不存在任何贯通的路径。

【技术实现步骤摘要】
优选具有改进的抗劣化性的光学部件以及其制造方法
本专利技术通常涉及一种光学部件，其中，作为光学部件尤其是要理解为是那些具有与电磁辐射优选有选择性地相互作用的材料的部件，使得例如根据预先给定的规格来产生电磁辐射，或者过滤电磁辐射，以便例如仅让特定的、优选部分的电磁辐射通过所述滤波器，或者例如在其传播方向、强度方面和/或在其分布方面、例如在如由于聚焦或散焦引起的空间分布方面改变电磁辐射。本专利技术尤其是涉及那些特征在于相对于劣化、例如削弱光学材料和/或光学部件的光学或机械特性的化学反应和/或物理过程而言的稳定性得以改进的光学部件。
技术介绍
那些所不期望的削弱材料的光学特性的反应例如包括材料通过腐蚀结壳的溶剂化和/或形成而溶解。例如已知在特定条件下，即便是本身惰性的材料(例如SiO2或高抗性玻璃、例如所谓的I型玻璃)的表面，也可通过水的侵蚀而劣化。这种已知为玻璃腐蚀的现象在此本身存在为溶解和转化反应的混合，因此应被理解为是一种由化学反应和物理过程、例如沉淀过程或熔解过程构成的混合。这样所被侵蚀的材料的表面是残缺的且有污点，因此，在这一表面上的特定的光学特性、例如定向的反射(英文“specularreflection镜面反射”，即仅包含极少量的散射光，例如小于10ppm)或者定向的透射(“speculartransmission镜面透射”，即仅包含极少的、例如小于10ppm的散射光的光线透射)就被削弱。因而导致在特定条件下、例如在高空气湿度和/或高温条件下要更多地使用这样一种材料，由此要在这里采取特殊的保护措施。如果观察的不是那些已在其化学惰性方面得到发挥和优化的材料，例如上面所提到的I型玻璃，而更多的是那些已经基于特定的其他特性、在此即其光学特性得到优化的材料，这就更加适用。材料的光学特性示例性地但并非限定性地包括材料的反射能力和透射特性、其折射系数和扩散、滤波特性和非线性过程、例如制造激光辐射的特性。这些材料在此可具有特别期望的、特殊的光学特性，但仅仅具有受限的化学和/或物理耐抗性。例如包含磷酸盐的玻璃就容易受到劣化的影响。这些玻璃例如对于水具有仅仅受限的抗性。这就导致，这些玻璃在使用于正常室内空气的情况下会由于空气中所含的湿度受到影响。因此，这些玻璃片的表面会随着时间变得有污点且浑浊，这要归因于所述玻璃片的特定成分由于空气湿度以及由于分解产物、例如磷酸的构成而分解和更不容易分解的材料在所述表面上的富集。因此，同样已自一些年来已知，要通过适合的保护措施来防止这些敏感的表面受到劣化的影响。那么，例如特定的磷酸基的滤光玻璃片设有涂层，该涂层要防止表面受劣化影响并且同时仍还承担更多的功能，例如起到降低反射或者提高反射的作用。例如存在用于包括磷酸盐的玻璃片的磨光表面的涂层溶液，这些磷酸盐一方面在这里可在设计所述涂层时选择一种材料顺序或工艺参数顺序，在其中，层分界面上在统计上经常出现的针孔或者微小裂缝由于层材料的特定的不同的材料特性或层的增长的特性而不继续扩散，因此也不通过整个涂层继续延伸。此外，可选择那些在其中基本抑制针孔构成的涂层技术，或者以高应力制造分层，以便不再构成任何裂缝。在这种情况下，例如提到了ALD层，即借助于原子层沉积(“英文atomiclayerdeposition原子层沉积”，简称ALD)作为薄层而形成的层。该ALD层能够表现出特定限定的屏障效应。该方法基于CVD方法并且例如在P.F.Carcia等人的题为“通过聚合物上的原子层沉积而形成的Al2O3气体扩散屏障的Ca测试”(AppliedPhysicsLetters89,031915(2006)，美国物理研究所，2006年)的出版物中有所描述。其他出版物描述了所谓的“纳米叠层”，即厚度范围为2至10nm的非常薄的层，例如J.Meyer等人的：“Al2O3/ZrO2纳米叠层作为超高气体扩散屏-一种可靠封装有机电子装置的策略”，(收录在AdvancedMater，2009，211845-1849，Wiley-VCHVerlagWeinheim，2009中)或J.Meyer的：“通过原子层沉积生长的Al2O3/ZrO2纳米层状气体扩散屏障”(收录在AppliedPhysicsLetters96,243308(2010)，美国物理学会，2010中)。但其缺陷来自于，对于非常严苛的工作环境而言、即例如在非常高的温度(70℃或更高)、更高的空气湿度或者甚至其他的反应条件下，已知的分层通常不足以确保所述光学部件的持久的劣化稳定性。但即便是当存在特殊品质的保护层时，也可能另外导致在所述层的分界面上出现劣化，即例如导致表面自侧面起起动或者导致所述涂层自侧面起剥离(例如在由磷酸盐玻璃构成的激光棒中)。因此，对磷酸盐玻璃上的ALD层的研究表明，它们在气候测试中在高温(例如85℃)和提高的相对湿度(例如85％)情况下已经显示出明显少于250小时的严重劣化并因此失去其效果。因此，总地来说，在具有极小抗劣化性的光学材料和/或包括这些光学材料的光学部件的使用中，可能出现以下问题：-被磨光的表面变得更差。例如导致表面粗糙度的增加和/或光线散射的扩大。此外，可例如在包含磷酸盐的玻璃中导致所述表面有斑点。这要归因于，具有极小的溶解能力的玻璃成分留在所述玻璃的表面上。-另外可能出现材料损耗。例如作为溶解过程的结果，所述光学材料可能被分解。在极端的条件下，这可能至于形成完全的材料分解。但仅局部的材料侵蚀也会显著降低基于这样一种材料构成的光学部件的工作能力。因此，例如光学功能即便是在局部的材料侵蚀的情况下也有可能已经不再充分存在，或者导致光学材料的机械稳定性的损耗，例如以透镜破碎的形式。-如果所述材料在所述光学材料表面的至少一个区域至少有部分被涂层覆盖的意义上已经作为结合体存在，就也可能作为劣化过程的结果而导致所述涂层的裂缝或者剥落。尤其是在这样的层中就是这种情况，即所述层并不是完全密闭地以这样一种方式存在，以致于避免起到劣化作用的液态物质、例如像H2S的气体或空气湿度穿过所述涂层朝向所述光学材料的表面。通过在所述分界面上在光学材料与涂层之间进行的劣化、例如溶胀反应或次级产物的产生，导致所述光学材料的体积改变，进而导致所述基底的体积改变，结果，层状结合物受到干扰，所述涂层裂缝或剥落。因此，就存在对于光学部件、尤其是那些对劣化有着更好耐抗性的光学部件的需求。尤其是对于通常能够包含磷酸盐玻璃的高质量光学部件来说，寻求合适的涂层，该涂层具有明显更好的抗劣化性以及因此长期稳定性，因此可以用气候抗性测试进行检测，并且在测试中显著超过250小时、优选超过500小时，且更优选甚至超过1000小时甚至更长时间地，即使在气候测试条件下，在85℃的高温和的提高的85％的相对湿度情况下是抗性的。抗这种标准化气候的抗性测试的部件通常在其应用中如此缓慢地劣化，使得其在应用的使用寿命期间存活。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种优选具有改进的抗劣化性(德语：)的光学部件。本专利技术的另一个方面涉及一种用于制造光学部件、优选具有改进的抗劣化性的光学部件的方法。本专利技术的概述上述目的通过独立权利要求的内容得以实现。优选的实施方式由从属权利要求中得出。在本专利技术的框架内，在此适用以下定义：光学材料在本专利技术的框架内，作为光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学部件，尤其具有改进的抗劣化性的光学部件，其包括光学材料和涂层，其中，所述光学材料具有自然的表面，该表面尤其是相对于劣化过程易受影响，以及，所述涂层包括含有无机材料或者由无机材料构成的第一层，以及基本至少在局部被连续地涂覆，优选以这样的形式，使得在所述光学部件周围的流体与所述光学材料之间没有任何连续的路径，并且其中，所述光学部件具有抗劣化性，使得在放置24小时后在温度为85℃和相对空气湿度为85％的情况下、优选在放置250小时后在温度为85℃和相对空气湿度为85％的情况下、尤其优选在放置1000小时后在温度为85℃和相对空气湿度为85％的情况下，和/或在所述部件在去离子水中在25℃的温度条件下放置六个月后，通过部件的安装和预期的用途所测定的所述部件的光学和/或机械功能性与对于光学和/或机械功能性的初始值偏差不超过5％，和/或，不出现大于10μm的额外的缺陷、优选不出现大于5μm的额外的缺陷、尤其优选不出现大于1μm的额外的缺陷，所述缺陷尤其是根据ISO标准10110来测定，和/或，不出现所述涂层的任何剥离，和/或，不出现任何强烈的颜色改变、优选根本没有颜色改变，所述颜色改变被测定为CIE1931系统中的颜色改变。...

【技术特征摘要】
2017.04.27 DE 102017109077.0;2017.04.27 DE 10201711.一种光学部件，尤其具有改进的抗劣化性的光学部件，其包括光学材料和涂层，其中，所述光学材料具有自然的表面，该表面尤其是相对于劣化过程易受影响，以及，所述涂层包括含有无机材料或者由无机材料构成的第一层，以及基本至少在局部被连续地涂覆，优选以这样的形式，使得在所述光学部件周围的流体与所述光学材料之间没有任何连续的路径，并且其中，所述光学部件具有抗劣化性，使得在放置24小时后在温度为85℃和相对空气湿度为85％的情况下、优选在放置250小时后在温度为85℃和相对空气湿度为85％的情况下、尤其优选在放置1000小时后在温度为85℃和相对空气湿度为85％的情况下，和/或在所述部件在去离子水中在25℃的温度条件下放置六个月后，通过部件的安装和预期的用途所测定的所述部件的光学和/或机械功能性与对于光学和/或机械功能性的初始值偏差不超过5％，和/或，不出现大于10μm的额外的缺陷、优选不出现大于5μm的额外的缺陷、尤其优选不出现大于1μm的额外的缺陷，所述缺陷尤其是根据ISO标准10110来测定，和/或，不出现所述涂层的任何剥离，和/或，不出现任何强烈的颜色改变、优选根本没有颜色改变，所述颜色改变被测定为CIE1931系统中的颜色改变。2.根据权利要求1所述的光学部件，其中，所述光学材料包括以下材料其中的一种：-无机非金属材料；和/或-有机材料。3.根据权利要求1或2所述的光学部件，其中，所述光学材料作为无机非金属材料、优选作为非晶的无机非金属材料、尤其优选作为玻璃存在，或者包括无机非金属材料、优选非晶的无机非金属材料、尤其优选玻璃；特别是，其中，所述光学材料优选作为磷酸盐玻璃、优选作为具有着色的、滤波的和/或光学激光活性的组分/部件的磷酸盐玻璃存在，或者包括磷酸盐玻璃、优选具有着色的、滤波的和/或光学激光活性的组分/部件的磷酸盐玻璃，优选被定名或命名为以下玻璃中的一个：LG750、LG760、LG770、APG1、LG940、LG950、LG960或被定名或命名为以下玻璃中的一个：S8612、BG39、BG50或BG55、BG56、BG57、BG60或BG61；特别是，其中，所述玻璃具有含量为至少10重量％的P2O5、优选至少15重量％的P2O5、尤其优选至少20重量％的P2O5以及含量最高为80重量％的P2O5，其中，最优选为含量50重量％至80重量％的P2O5。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学部件，其中，所述第一层形成为无机氧化物层，优选为无机氧化物的非结晶层，例如包括Al2O3、SiO2、Nb2O5,Ta2O5、HfO2、Sc2O5和/或TiO2或者其混合物。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学部件，其中，所述光学部件包括至少一个涂层系统，所述涂层系统包含多个层，所述涂层系统具有至少一个高折射率材料层和/或至少一个低折射率材料层，以及其中优选地，高折射率层和低折射率层交替布置。6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学部件，其中，选择SiO2作为低折射率材料，而选择以下材料的中的一种作为高折射率材料：Ta2O5、Al2O3、HfO2、Nb2O5、TiO2或ZrO2。7.根据权利要求1至6中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·阿皮茨，
申请(专利权)人：肖特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE