具有抗反射膜的光学元件制造技术

为了解决获得在塑料基材和抗反射涂层之间具有高粘合性、也具有优异的耐热性和抗冲击性的光学元件而提供了这种光学元件，它包括塑料基材和在其上依次提供的铌（Ｎｂ）基层和抗反射膜，其中该基层任选与一种或多种选自铝（Ａｌ），钽（Ｔａ），铬（Ｃｒ）和其两种或多种混合物的组分相混合，这些成分的量达到整个层的５０ｗｔ．％。（*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具有抗反射膜的光学元件，特别是一种包括塑料基材和抗反射膜的光学元件，其中该元件在塑料基材和抗反射膜之间具有优异的粘合性，并且显示出良好的抗磨性、耐热性和抗冲击性。在塑料基材上的包括抗反射膜的光学元件是公知的。提供在塑料基材表面上的用来增强基材和抗反射膜之间粘合性的薄金属薄膜层也使公知的。例如，JP-A-186202/1987公开了一种在塑料基材表面上具有薄金属薄膜层的光学元件，其中金属层是由选自Cu、Al、Ni、Au、Cr、Pd和Sn中的金属制成的。然而，这些光学元件在其耐热性和抗冲击性方面是不令人满意的。因此，需要的是对这些物理性能的改进。迄今为止，为了增强涂布薄膜的强度和抗冲击性，通常塑料镜片上具有SiO2基层。然而，该SiO2-层缺点在于它降低了塑料镜片的耐热性。本专利技术被用来解决上述问题，即本专利技术的目的在于提供一种包括塑料基材和抗反射膜的光学元件，其中该元件在基材和抗反射膜之间具有优异的粘合性，并且显示出良好的耐热性和抗冲击性。为了解决上述问题，本专利技术人进行了刻苦的研究，结果发现如果在形成光学元件的塑料基材和抗反射膜之间提供一个铌(Nb)层，光学元件的基材和抗反射层之间的粘合性、耐热性和抗冲击性均可提高。由此，本专利技术提供了一种包括一塑料基材、在其上依次提供的一个铌(Nb)基层和一个抗反射膜的光学元件。本专利技术光学元件具有铌基层，由此不但在塑料基材和抗反射膜之间具有优异的粘合性、耐热性和抗冲击性，而且还具有优异的抗磨性，金属所固有的吸收指数的性能低。最优选的是，铌基层包括100wt.-％的铌。然而，还可以应用铌与其他成分例如铝(Al)，铬(Cr)，钽(Ta)及其两种或多种的混合物。这些附加成分的量可占整个层的50wt.-％，优选至多25wt.-％。抗反射膜优选包括两个或更多的层。更优选的是，抗反射膜具有多层结构，其中低反射层和高反射层彼此交替存在。在后面将描述这种结构的两个详细实施方案。优选铌基层是通过离子促进法来形成的，以进一步提高抗冲击性和抗磨性。还优选抗反射膜的至少一层是用离子促进法制备的。在此，“离子促进法”是指也被称为“离子束促进汽相淀积法”的公知方法。根据这种方法，在气体氛围例如氩(Ar)或氧下通过应用等离子区进行汽相淀积将材料沉积在基材上，例如透镜基材。在常用的适于这种方法的设备中，优选的汽相淀积条件是加速电压为100-250V，加速电流为50-150mA。在如US5,268,781中给出了详细的描述。也可以从在此引用作为参考的M.Fliendner etal.，真空涂布机协会，Albuquerque，NM，USA.p237-241，1995年中获得进一步的描述。在离子促进法中，氩(Ar)是优选的电离气体以防止所形成薄膜的氧化。这使所形成薄膜的质量稳定，并且易于用光学薄膜厚度计来控制薄膜的厚度。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。考虑到功率范围，优选的是50-200V的加速电压，并且加速电流优选为50-150mA。如果加速电压和加速电流中的一种或者两种都低于上述给出的各自的下限的话，有时候对提高塑料基材和形成在其上的基层之间的粘合性的效果是不够的。另外，如果加速电压和加速电流中的任一个或者两个都超过了各自的上限的话，塑料基材还有已固化的薄膜以及其上的硬涂层有时可能会变黄，或者光学元件的抗磨性有时会降低。根据本专利技术，功能性的抗反射膜是在基材上已经形成了铌基层之后形成的。对于形成功能膜的方法没有特别限定。例如，它可以通过蒸汽沉积来形成，例如化学汽相淀积法(CVD)或物理汽相淀积法(PVD)，或者通过其它方法例如离子渗镀汽相淀积法。优选的是抗反射膜包括作为低折射层的SiO2层和作为高折射层的TiO2层。如果需要的话。该抗反射膜还可以包括由铌制备的金属层。如果作为低折射层的SiO2层是在用氩作为电离气体沉积SiO2的离子促进法中形成的，可以释放该层中的应力，由此提高抗磨性。为了获得这种理想的效果，离子促进法的条件优选设定为在汽相淀积装置中圆顶的离子流密度为15-35μA，加速电压为400-700V。如果离子流密度小于15μA或者加速电压小于400V，释放应力和提高抗磨性的效果都是难于实现的。另外，如果离子流密度超过35μA或者加速电流超过700V，有时塑料基材会变黄，或者有时光学性能会有些恶化。高折射层例如TiO2层也可以在离子促进法中形成。电离气体优选应用的是O2和Ar，更优选的是O2和Ar的混合物，因为这样可以改善所形成的高折射层的折射率，促进抗磨性的提高。O2和Ar的混合比例优选为1∶0.5-2。形成高折射层的材料为TiO2，Nb2O5，Ta2O5，ZrO2，Y2O3及其混合物。优选的实例包括TiO2，Nb2O5，Ta2O5及其混合物。如果应用的是TiO2，Nb2O5或者这两种化合物的混合物，离子促进法中的条件优选设定为在汽相淀积装置中圆顶的离子流密度为8-15μA，加速电压为300-700V。在电离气体混合物中O2和Ar的比例优选为1∶0.7至1∶1.0。如果应用的是Ta2O5，或其与TiO2和/或Nb2O5的混合物，离子促进法中的条件优选设定为在汽相淀积装置中圆顶的离子流密度为12-20μA，加速电压为400-700V。在电离气体混合物中O2和Ar的比例优选为1∶0.5至1∶2.0。如果离子流密度、加速电压和电离气体比例超出了所限定的范围，就不能获得所需的折射率，并且还会导致吸收指数的增加和/或抗磨性的降低。优选本专利技术光学元件的基层厚度为1.0-5.0nm。如果厚度超出了限定的范围，有时薄膜中基层的吸光率可能会存在问题。下面，通过对层中所用材料及其厚度的描述，给出了基层(BL)和形成在塑料基材上的抗反射膜的层结构的两个优选实施方案(A)和(B)。在这些实施方案中，第1-第7层的层合物充当抗反射膜。 对于塑料基材和抗反射膜之间粘合性和光学元件的耐热性和抗冲击性来说，上述薄膜厚度的范围是最优选的。对用于本专利技术塑料基材的材料没有特别的限定。优选的实例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，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，聚氨酯和聚硫代氨基甲酸乙酯。如果需要的话，本专利技术光学元件可以包括在塑料基材和基层之间的已固化薄膜。对于已固化薄膜来说，优选应用包括金属氧化物胶粒和具有下面通式(1)的有机硅化合物的组合物(R1)a(R2)bSi(OR4)4-(a+b)(1)其中R1和R2分别单独表示选自C1-8-烷基，C2-8-烯基，芳香基(苯基或5-或6-节杂环芳香基，该基团具有至少一个选自硫和氮任选被一个或多个C1-8-烷基替代的杂环原子)，C1-8-酰基，卤素，环氧丙氧基，环氧基，氯基，苯基，巯基，异丁烯酰氧基和氰基的一个基团；R3是选自C1-8-烷基，C1-8-酰基和苯基的基团；a和b分别单独为0或1。通式(1)所示有机硅化合物的详细实例包括硅酸甲酯、硅酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学元件，包括塑料基材和在其上依次提供的铌（Ｎｂ）基层和抗反射膜，其中该基层任选以一种或多种选自铝（Ａｌ），钽（Ｔａ），铬（Ｃｒ）和其两种或多种混合物的组分的混合形式，这些成分的量至多为整个层的５０ｗｔ．－％。

【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，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]