光學(xué)部件和光學(xué)部件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及顯示優(yōu)異的光學(xué)特性和耐磨性的光學(xué)部件和該光學(xué)部件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往已知形成減反射膜以抑制光學(xué)器件的光入射和射出界面處的反射，該減反射 膜具有幾十至幾百納米的厚度并且由單層或者具有不同折射率的層疊的多層光學(xué)膜組成。 將真空成膜法例如氣相沉積和濺射以及濕式成膜法例如浸涂和旋涂用于形成減反射膜。
[0003] 已知將作為具有低折射率的透明材料的無機(jī)材料例如二氧化硅、氟化鎂和氟化鈣 以及有機(jī)材料例如有機(jī)硅樹脂和無定形氟樹脂用作用于減反射膜的最外層的材料。
[0004] 近年來，已知為了進(jìn)一步減小折射率，將通過利用1. 0的空氣的折射率的低折射 率膜用于減反射膜。通過在二氧化硅和氟化鎂的層中形成間隙，能夠使折射率減小。例如， 在具有1. 38的折射率的氟化鎂薄膜中設(shè)置30體積％的間隙的情況下，能夠使折射率減小 到1. 27。但是，存在使包括間隙的低折射率層的耐磨性降低的問題。
[0005] 日本專利公開No. 2000-284102(以下稱為"專利文獻(xiàn)1"）公開了減反射膜，其中 為了改善耐磨性，在低折射率層上設(shè)置含有含氟聚合物的外涂層。
[0006] 日本專利公開No. 2004-258267(以下稱為"專利文獻(xiàn)2"）公開了減反射膜，其中 將用于改善耐磨性的第二粘結(jié)劑填充到其中用第一粘結(jié)劑將中空顆粒粘結(jié)的低折射率層 中的中空細(xì)顆粒之間的間隙中。
[0007] 但是，專利文獻(xiàn)1具有如下問題：用于形成外涂層的涂布液進(jìn)入低折射率層中的 間隙，由此，低折射率層的折射率增大。
[0008] 同時(shí)，專利文獻(xiàn)2具有如下問題：將第二粘結(jié)劑填充到中空細(xì)顆粒之間的間隙中， 由此，與沒有用第二粘結(jié)劑填充的減反射膜的折射率相比，折射率增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明涉及光學(xué)部件，其包括基材和上述基材上的減反射膜，其中上述減反射膜 具有多孔層作為表面，上述多孔層含有氧化硅顆粒和粘結(jié)劑，上述多孔層具有1. 19-1. 30 的折射率，并且對(duì)上述氧化硅顆粒和上述粘結(jié)劑的表面進(jìn)行烷基硅烷化。
[0010] 而且，本發(fā)明涉及光學(xué)部件的制造方法，該光學(xué)部件包括基材和具有多孔層作為 表面的減反射膜，該方法包括下述步驟：在上述基材上形成其中用粘結(jié)劑將氧化硅顆粒粘 結(jié)的多孔層；和通過暴露于含有硅氮烷化合物的氣氛而對(duì)上述多孔層進(jìn)行表面處理以對(duì)上 述氧化硅顆粒和粘結(jié)劑的表面進(jìn)行烷基硅烷化。
[0011]由以下參照附圖對(duì)例示實(shí)施方案的說明，本發(fā)明進(jìn)一步的特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0012] 圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件的例示實(shí)施方案的示意圖。
[0013] 圖2為表示根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件的例示實(shí)施方案的示意圖。
[0014] 圖3為表示根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件的制造方法的例示實(shí)施方案的示意圖。
[0015] 圖4為表示根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件的制造方法的例示實(shí)施方案的示意圖。
[0016] 圖5為表示根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件的制造方法的實(shí)施方案的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)而完成本發(fā)明，并且本發(fā)明提供包括具有耐磨性和低折射率的 減反射膜的光學(xué)部件和該光學(xué)部件的制造方法。
[0018] 以下詳細(xì)地說明本發(fā)明。
[0019] 光學(xué)部件
[0020] 圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件的例示實(shí)施方案的示意圖。
[0021 ] 根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件1至少包括基材2和基材2上的具有多孔層3的減反射膜。 多孔層3包括氧化硅顆粒5和粘結(jié)劑6。
[0022] 如圖1中所示，多孔層3中，用粘結(jié)劑6將氧化硅顆粒5粘結(jié)。氧化硅顆粒5和粘 結(jié)劑6的表面已被烷基硅烷化并且具有烷基甲硅烷基。即，將氧化硅顆粒5與空氣的界面 5'和粘結(jié)劑6與空氣的界面6'烷基硅烷化。
[0023] 多孔層3中，氧化硅顆粒5可以彼此接觸或者可以用它們之間的粘結(jié)劑將氧化硅 顆粒5彼此粘結(jié)。從改善耐磨性的方面出發(fā)，多孔層3中氧化硅顆粒5能夠彼此接觸。
[0024] 圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件1的另一例示實(shí)施方案的示意圖。圖2中，在 基材2與多孔層3之間包括氧化物層7。多孔層3和氧化物層7具有減反射膜4的功能。 通過將高折射率層和低折射率層堆疊，能夠形成氧化物層7。關(guān)于高折射率層，可使用含有 氧化鋯、氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮或氧化鉿的層。關(guān)于低折射率層，可使用含有氧化硅或氟化 鎂的層。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件可用于光學(xué)透鏡、光學(xué)反射鏡、濾光器和光學(xué)膜。這些中， 能夠采用用于光學(xué)透鏡的用途。
[0026] 基材
[0027] 關(guān)于基材2,可使用玻璃、樹脂等。對(duì)其形狀沒有限制，并且可以是平面、曲面、凹 面、凸面或膜。
[0028] 氧化硅顆粒
[0029] 氧化娃顆粒5具有優(yōu)選地10nm-80nm、更優(yōu)選地12nm_60nm的平均粒徑。氧化娃顆 粒5的平均粒徑小于10nm的情況下，顆粒之間和顆粒中的每個(gè)間隙變得太小并且難以減小 折射率。同時(shí)，平均粒徑大于80nm的情況下，不利地，由于顆粒之間的間隙的尺寸增大，因 此傾向于產(chǎn)生大的空隙并且發(fā)生與顆粒的尺寸相關(guān)聯(lián)的散射。
[0030] 本文中，氧化硅顆粒的平均粒徑是指平均費(fèi)雷特直徑。可基于透射電子顯微鏡 圖像的觀察通過圖像處理來測(cè)定該費(fèi)雷特直徑。商購(gòu)可得的圖像處理例如image Pro PLUS(由Media Cybernetics, Inc.生產(chǎn)）可用作圖像處理方法。在預(yù)定的圖像區(qū)域中，如 果需要，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)對(duì)比度，通過顆粒測(cè)定來測(cè)定每個(gè)顆粒的平均費(fèi)雷特直徑，可通過確定 平均值來計(jì)算平均費(fèi)雷特直徑。
[0031] 氧化硅顆粒5可呈完全圓形、橢圓形、圓盤狀、棒狀、針狀、鏈狀和矩形的任一形 狀，并且可以是在顆粒的內(nèi)部具有空腔的中空顆粒。
[0032] 而且，能夠通過增加多孔層3的孔隙率來使折射率減小，因此，氧化硅顆粒5中的 中空顆?；蜴湢铑w粒優(yōu)選為50質(zhì)量％以上，更優(yōu)選為80質(zhì)量％以上。
[0033] 氧化硅的中空顆粒是在內(nèi)部具有空腔的顆粒，其中氧化硅殼覆蓋上述空腔的外 部。與不具有空腔的顆粒相比，通過空腔中含有的空氣（折射率1. 〇)，能夠使膜的折射率減 小?？涨豢捎蓡慰谆蚨鄠€(gè)孔組成并且可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行選擇。中空顆粒的殼的厚度優(yōu)選為平均 粒徑的10% -50%，更優(yōu)選為20% -35%。如果殼的厚度小于10%，不利地，顆粒的強(qiáng)度不 足。另外，如果殼的厚度大于50%，不利地，沒有顯現(xiàn)折射率的顯著的減小。
[0034] 另一方面，鏈狀顆粒為將多個(gè)細(xì)顆粒以鏈狀或串狀連接而成的顆粒。即使形成膜 時(shí)，也保持鏈狀或串狀中的連接，以致與使用單個(gè)顆粒的情形相比，能夠使孔隙率增加。此 外，能夠使每個(gè)顆粒小，由此不容易產(chǎn)生空隙。連接到一個(gè)鏈狀中的細(xì)顆粒中包括的細(xì)顆粒 的數(shù)為2-10個(gè)，優(yōu)選為3-6個(gè)。如果連接的細(xì)顆粒的數(shù)大于10,容易產(chǎn)生空隙并且使耐磨 性降低。
[0035] 氧化硅顆粒5為含有Si02作為主要成分的細(xì)顆粒并且在不包括氧的元素中Si優(yōu) 選為80原子％以上，更優(yōu)選為90原子％以上。如果Si小于80原子％，使細(xì)顆粒表面的與 粘結(jié)劑6反應(yīng)的硅烷醇（Si-ΟΗ)基減少，以致使耐磨性降低。
[0036] 關(guān)于氧化硅顆粒5,除了 Si02以外，可將金屬氧化物例如A1 203、Ti02、ZnO和Zr02 以及通過Si原子將有機(jī)成分例如烷基和氟烷基引入氧化硅顆?；蝾w粒表面中。
[0037] 氧化硅顆粒5的含量?jī)?yōu)選為50質(zhì)量％ -90質(zhì)量％，相對(duì)于多孔層3,更優(yōu)選為65 質(zhì)量％ -85質(zhì)量％。
[0038] 如用下述的粘結(jié)劑6那樣，對(duì)氧化硅顆粒5的表面進(jìn)行烷基硅烷化。
[0039] 粘結(jié)劑
[0040] 可基于膜的耐磨性、粘合力和環(huán)境可靠性來適當(dāng)選擇粘結(jié)劑6。但是，由于對(duì)于氧 化硅顆粒5的親和性高并且改善多孔膜3的耐磨性，因此能夠使用氧化硅粘結(jié)劑。在氧化 硅粘結(jié)劑中，能夠使用硅酸酯水解縮合物。
[0041] 氧化娃粘結(jié)劑的重均分子量?jī)?yōu)選為500-3, 000,以聚苯乙稀換算。如果重均分子量 小于500,固化后容易發(fā)生開裂并且使作為涂料的穩(wěn)定性降低。同時(shí)，如果重均分子量大于 3, 000,粘度增加，由此粘結(jié)劑內(nèi)部的空隙容易變得不均勻，以致容易產(chǎn)生大的空隙。
[0042] 相對(duì)于多孔層3,粘結(jié)劑6的含量?jī)?yōu)選為5質(zhì)量％ -40質(zhì)量％，更優(yōu)選為10質(zhì) 量％ -30質(zhì)量％。
[0043] 氧化硅粘結(jié)劑能夠具有由下述通式（1)表示的組成。
[0044]
[0045] (通式⑴中，R1表示具有1-8個(gè)碳原子的烷基、烯基、炔基、或芳環(huán)，其中作為組 成部分可包括氨基、異氰酸酯基、巰基、丙烯?；⒒螓u素原子并且滿足0. 90$ 0. 99。）
[0046] 如果通式（1)中m小于0.9,使粘結(jié)劑6的親水性降低，使粘結(jié)劑6與氧化硅顆 粒5之間的相互作用變?nèi)?，并且使多孔?的耐磨性降低。通式（1)中，能夠進(jìn)一步滿足 0. 95 ^ m ^ 0. 99〇
[0047] 將粘結(jié)劑6的表面烷基硅烷化。使用氧化娃粘結(jié)劑的情況下，能夠在粘結(jié)劑內(nèi)部 包含硅烷醇基。粘結(jié)劑6在內(nèi)部包括硅烷醇基的情況下，由于氫鍵，改善多孔層3的耐磨性。
[0048] 由烷基硅烷化引入的烷基甲硅烷基是由-SiR3、= SiR2、或=SiR表示的取代基， 每個(gè)R表示一價(jià)有機(jī)基團(tuán)。隨著有機(jī)基團(tuán)的體積變小，有機(jī)基團(tuán)彼此之間的空間位阻變小 并且拒水性和折射率的面內(nèi)變動(dòng)變小，以致能夠進(jìn)行使用由下述通式（2)表示的烷基甲硅 烷基的烷基硅烷化。也能夠進(jìn)彳丁使用由下述通式（3)表不的烷基甲娃烷基的烷基硅烷化， 原因在于能夠使兩個(gè)硅烷醇基鍵合并且應(yīng)用于取代，由此獲得高拒水性。
[0049]
[0050] (式中，R2表不一價(jià)有機(jī)基團(tuán)，該一價(jià)有機(jī)基團(tuán)為直鏈或支化的具有1-3的碳數(shù)的 烷基、烯基、或氣烷基。）
[0051]
[0052] (式中，R3表示一價(jià)有機(jī)基團(tuán)，該一價(jià)有機(jī)基團(tuán)為直鏈或支化的具有1-3個(gè)碳原子 的烷基、烯基、或氟烷基。）
[0053] 可將至少兩種烷基甲硅烷基組合使用。
[0054] 多孔層
[0055] 多孔層3具有優(yōu)選地80nm-200nm、更優(yōu)選地100nm-160nm的厚度。如果膜厚度小 于80nm，則無法容易地獲得耐磨性，如果膜厚度大于200nm，容易發(fā)生大程度的散射。
[0056] 多孔層3的孔隙率優(yōu)選為30 % -50 %。如果孔隙率小于30 %，折射率高，一些情況 下，沒有獲得高減反射效果。如果孔隙率大于50%，顆粒之間的間隙變得太大并且使耐磨性 降低。
[0057] 多孔層3的折射率優(yōu)選為1. 19-1. 30,更優(yōu)選為1. 22-1. 27,進(jìn)一步優(yōu)選為 1. 22-1. 25〇
[0058] 通過烷基硅烷化，多孔層3能夠具有110° -140°的多孔層3的表面與水之間的 接觸角。如果接觸角小于110°，大量的硅烷醇基殘留在界面5'而沒有被烷基硅烷化，以致 用無紡織物擦拭時(shí)可能產(chǎn)生細(xì)小的損傷。另一方面，如果接觸角大于140°，烷基甲硅烷基 以外的那些（用于烷基硅烷化的原料等）的殘余物可能殘留在界面5'，一些情況下，在平面 內(nèi)沒有獲得均一的光學(xué)特性，例如，折射率局部地高。
[0059] 多孔層3中，在氧化硅顆粒5的表面上存在的硅烷醇基和氧化硅粘結(jié)劑6中的硅 烷醇基中，在與空氣的界面處殘留的硅烷醇基的氫已被烷基甲硅烷基取代