具有抗反射膜的光学元件及其用途以及抗反射膜制造技术

提供一种包括塑料基材和在基材上顺序提供的λ／４－λ／２－λ／４或λ／４－λ／４－λ／２－λ／４型（λ＝５００ｎｍ）抗反射膜的光学元件，其中λ／２层是含有至少三层的光折射等价薄膜，其折射率为１．８０－２．４０，该等价薄膜的奇数层是二氧化硅层。该具有在塑料基材上的抗反射膜的光学元件具有良好的耐热性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在塑料基材上具有抗反射膜的光学元件，尤其是涉及一种在塑料基材上具有抗反射膜的、具有良好耐热性的光学元件。迄今为止，在塑料基材上形成抗反射膜的光学元件是公知的。例如，日本专利公开No.291501/1990中公开了一种用抗反射膜形成的光学元件，其中该抗反射膜具有含有二氧化钛作为主成分的λ/2高折射层。然而与那种具有在玻璃基材上的抗反射膜的光学元件相比，通常这种具有在塑料基材上的抗反射膜的光学元件的耐热性并不好，原因在于后者在汽相淀积时不能被加热。因此，需要的是具有在塑料基材上的抗反射膜并且具有改善了的耐热性的光学元件。本专利技术的目的在于提供一种具有在塑料基材上的抗反射膜并且具有良好耐热性的光学元件。为了解决上述问题本专利技术人进行了刻苦的研究，结果发现通过在应用至少三层的等价薄膜的新方法的同时应用高反射层和由低折射物质二氧化硅制成的层能够明显改进光学元件的耐热性。特别的是，本专利技术提供了一种具有抗反射膜的光学元件，包括塑料基材和在塑料基材上以λ/4-λ/2-λ/4或λ/4-λ/4-λ/2-λ/4型(λ＝500nm)顺序提供的抗反射膜，其中λ/2层是含有至少三层的等价薄膜，其折射率为1.80-2.40，该等价薄膜的偶数层是二氧化硅层。等价薄膜是包括多于一层的源自不同稳定材料的层的薄膜，通过等价薄膜能够获得所需的光学性能(例如折射率)，即使这些性能仅通过应用单一层是无法获得的。在本专利技术中，如果λ/2的高折射层是三层结构的等价薄膜的话，就可以获得具有良好耐热性和抗反射性能的光学元件。为了进一步改善耐热性和抗反射性能，λ/2的高折射层可以由具有多于三层结构的等价薄膜来制成。为了获得良好的耐热性和抗反射性能，λ/2的等价薄膜的奇数层优选是含有公知的高折射汽相淀积物质层，例如二氧化钛、二氧化锆、氧化钽和氧化铌，更优选的是由至少一种选自TiO2、Ta2O5和Nb2O5的汽相淀积物质制成的层，最优选的是将Nb2O5用作汽相淀积物质的层。考虑到生产效率，理想的是所有的奇数层都具有相同的薄膜组成。λ/2高折射层的最终折射率在1.80到2.40的范围内，但是为了获得更好的物理性能，优选在1.85到2.25的范围内。这样制备λ/2高折射层的薄膜结构，以使其满足所定义的折射率范围。在本专利技术中，在λ/2高折射层上形成的λ/4层优选为二氧化硅层。为了获得良好的抗反射性能和耐热性，在λ/2高折射层下面形成的λ/4层优选为包括至少两层的等价薄膜。该薄膜优选由二氧化硅层和高折射汽相淀积物质(例如二氧化钛、二氧化锆、氧化钽和氧化铌)层制成的两层的等价薄膜，或者由二氧化硅层和氧化铌层制成的两层的等价薄膜构成。考虑到生产效率，理想的是在形成λ/4的等价薄膜中用作汽相淀积的原材料与在形成λ/2的等价薄膜中用作汽相淀积的原材料相同。为了形成优选的氧化铌层，优选应用根据离子促进法来用100％氧化铌作汽相淀积物质形成层的方法，或者烧结含有氧化铌、氧化锆和氧化钇和可选择的含有氧化铝的粉末、由烧结过的材料产生氧化物混和物的蒸气并在基材上沉积蒸气的方法。在基材上沉积蒸汽的方法中，要烧结的材料的混合比例优选为氧化铌占整个汽相淀积组合物重量的60-90％重量，氧化锆占5-20％重量，氧化钇占5-35％重量，以确保薄膜的物理性能。在加入氧化铝的情况下，它的量优选占其中氧化锆和氧化钇总量的0.3-7.5％重量。优选本专利技术光学元件在塑料基材和抗反射膜之间具有一个基层。对于该基层来说，二氧化硅和金属铌是优选的，并且金属铌是更优选的。在应用的是二氧化硅层的情况下，考虑到薄膜强度，其薄膜厚度优选从0.1λ至5λ；在应用的是金属铌的情况下，为了确保薄膜的透明性，其薄膜厚度优选为0.005λ至0.015λ。优选的金属铌基层的优势在于它能够确保在塑料基材和抗反射膜之间的良好粘合性，它具有优异的耐热性、抗冲击性和抗磨性，并且其本身金属所固有的吸收作用低。优选的是金属铌层在离子促进法中形成。在离子促进法中，优选氩(Ar)作为电离气体，以防止所形成薄膜的氧化。这样能够稳定所形成薄膜的质量，并且通过光学薄膜厚度仪能够很容易的控制薄膜的厚度。为了确保塑料基材和基层之间的良好粘合性和在离子促进法中汽相淀积的初始薄膜形态良好的均匀性，可在形成基层之前对塑料基材进行离子枪预处理。在离子枪预处理中所用的电离气体可以是氧气或者氩气。考虑到优选的功率范围，加速电压为50-200V，并且加速电流为50-150mA。可以应用常见的汽相淀积方法，离子促进法或类似方法来形成本专利技术光学元件中的抗反射膜。对用于本专利技术光学基材的塑料基材没有特别的限定，例如包括甲基丙烯酸甲酯均聚物，甲基丙烯酸甲酯和一种或多种其他单体的共聚物，碳酸二甘醇双烯丙基酯均聚物，碳酸二甘醇双烯丙基酯和一种或多种其他单体的共聚物，含硫共聚物，含卤素共聚物，聚碳酸酯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，不饱和聚酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氨酯。如果需要的话，本专利技术光学元件可以在塑料基材和基层之间有已固化薄膜。对于已固化薄膜来说，通常通过固化包括金属氧化物胶粒和有机硅化合物的涂布组合物来制备。金属氧化物胶粒可以是例如氧化钨(WO3)、氧化锌(ZnO)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化锡(SnO2)、氧化铍(BeO)或氧化锑(Sb2O5)的胶粒。这些金属氧化物中的一种或多种既可以单独使用也可以两种或多种结合使用。本专利技术进一步提供一种具有抗反射膜的光学元件，包括具有基层和提供在其上的λ/4-λ/2-λ/4型抗反射膜的塑料基材，其中基层和抗反射膜是由第一到第七层构成的层，这七层为基层(第一层)和λ4(第二和第三层)-λ/2(第四到第六层)-λ/4(第七层)，并且它满足下面所述要求a)-j)中的至少一个a)第一层为折射率为1.43-1.47的二氧化硅层，b)第二层为折射率为2.04-2.37的高折射层，c)第三层为折射率为1.43-1.47的二氧化硅层，d)第四层为折射率为2.04-2.37的高折射层，e)第五层为折射率为1.43-1.47的二氧化硅层，f)第六层为折射率为2.04-2.37的高折射层，g)第七层为折射率为1.43-1.47的二氧化硅层，h)λ/4(第二和第三层)的最终折射率为1.65-1.80，i)λ/2(第四到第六层)的最终折射率为1.85-2.25，或者j)高折射层(第二、第四和第六层)均是由至少一种选自二氧化钛、氧化铌和氧化钽的金属氧化物构成。对于本专利技术光学元件的优选实施方案来说，例如所提及的是下面(a)到(c)的结构。表1结构(a) 结构(b) 结构(c) 实施例下面参照实施例来更加详细的描述本专利技术，然而这些实施例并不限制本专利技术的保护范围。根据下面所提及的方法来测量由下述实施例1-6所获得的光学元件的物理性能。(1)光透射率应用Hitachi，Ltd.生产的U-3410分光光度计来测量在两面上均具有抗反射膜的作为样品的塑料透镜的光透射率Y。(2)光反射系数应用Hitachi，Ltd.生产的U-3410分光光度计来测量在两面上均具有抗反射膜的作为样品的塑料透镜的光反射系数Z。(3)薄膜粘合性应用切割工具将塑料透镜的表面切割100个1mm×1mm的横纹。在这个横纹区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有抗反射膜的光学元件，其中包括塑料基材和在基材上顺序提供的λ／４－λ／２－λ／４或λ／４－λ／４－λ／２－λ／４型（λ＝５００ｎｍ）抗反射膜，其中λ／２层是含有至少三层的等价薄膜，其折射率为１．８０－２．４０，该等价薄膜的奇数层是二氧化硅层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：三石刚史，嘉村齐，新出谦一，
申请(专利权)人：保谷株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]