光学部件和光学部件的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及显示优异的光学特性和耐磨性的光学部件和该光学部件的制造方法。
【背景技术】
[0002] 以往已知形成减反射膜以抑制光学器件的光入射和射出界面处的反射，该减反射 膜具有几十至几百纳米的厚度并且由单层或者具有不同折射率的层叠的多层光学膜组成。 将真空成膜法例如气相沉积和溅射以及湿式成膜法例如浸涂和旋涂用于形成减反射膜。
[0003] 已知将作为具有低折射率的透明材料的无机材料例如二氧化硅、氟化镁和氟化钙 以及有机材料例如有机硅树脂和无定形氟树脂用作用于减反射膜的最外层的材料。
[0004] 近年来，已知为了进一步减小折射率，将通过利用1. 0的空气的折射率的低折射 率膜用于减反射膜。通过在二氧化硅和氟化镁的层中形成间隙，能够使折射率减小。例如， 在具有1. 38的折射率的氟化镁薄膜中设置30体积％的间隙的情况下，能够使折射率减小 到1. 27。但是，存在使包括间隙的低折射率层的耐磨性降低的问题。
[0005] 日本专利公开No. 2000-284102(以下称为"专利文献1"）公开了减反射膜，其中 为了改善耐磨性，在低折射率层上设置含有含氟聚合物的外涂层。
[0006] 日本专利公开No. 2004-258267(以下称为"专利文献2"）公开了减反射膜，其中 将用于改善耐磨性的第二粘结剂填充到其中用第一粘结剂将中空颗粒粘结的低折射率层 中的中空细颗粒之间的间隙中。
[0007] 但是，专利文献1具有如下问题：用于形成外涂层的涂布液进入低折射率层中的 间隙，由此，低折射率层的折射率增大。
[0008] 同时，专利文献2具有如下问题：将第二粘结剂填充到中空细颗粒之间的间隙中， 由此，与没有用第二粘结剂填充的减反射膜的折射率相比，折射率增大。
【发明内容】
[0009] 本发明涉及光学部件，其包括基材和上述基材上的减反射膜，其中上述减反射膜 具有多孔层作为表面，上述多孔层含有氧化硅颗粒和粘结剂，上述多孔层具有1. 19-1. 30 的折射率，并且对上述氧化硅颗粒和上述粘结剂的表面进行烷基硅烷化。
[0010] 而且，本发明涉及光学部件的制造方法，该光学部件包括基材和具有多孔层作为 表面的减反射膜，该方法包括下述步骤：在上述基材上形成其中用粘结剂将氧化硅颗粒粘 结的多孔层；和通过暴露于含有硅氮烷化合物的气氛而对上述多孔层进行表面处理以对上 述氧化硅颗粒和粘结剂的表面进行烷基硅烷化。
[0011]由以下参照附图对例示实施方案的说明，本发明进一步的特征将变得清楚。
【附图说明】
[0012] 图1为表示根据本发明的光学部件的例示实施方案的示意图。
[0013] 图2为表示根据本发明的光学部件的例示实施方案的示意图。
[0014] 图3为表示根据本发明的光学部件的制造方法的例示实施方案的示意图。
[0015] 图4为表示根据本发明的光学部件的制造方法的例示实施方案的示意图。
[0016] 图5为表示根据本发明的光学部件的制造方法的实施方案的示意图。
【具体实施方式】
[0017] 鉴于上述现有技术而完成本发明，并且本发明提供包括具有耐磨性和低折射率的 减反射膜的光学部件和该光学部件的制造方法。
[0018] 以下详细地说明本发明。
[0019] 光学部件
[0020] 图1为表示根据本发明的光学部件的例示实施方案的示意图。
[0021 ] 根据本发明的光学部件1至少包括基材2和基材2上的具有多孔层3的减反射膜。 多孔层3包括氧化硅颗粒5和粘结剂6。
[0022] 如图1中所示，多孔层3中，用粘结剂6将氧化硅颗粒5粘结。氧化硅颗粒5和粘 结剂6的表面已被烷基硅烷化并且具有烷基甲硅烷基。即，将氧化硅颗粒5与空气的界面 5'和粘结剂6与空气的界面6'烷基硅烷化。
[0023] 多孔层3中，氧化硅颗粒5可以彼此接触或者可以用它们之间的粘结剂将氧化硅 颗粒5彼此粘结。从改善耐磨性的方面出发，多孔层3中氧化硅颗粒5能够彼此接触。
[0024] 图2是表示根据本发明的光学部件1的另一例示实施方案的示意图。图2中，在 基材2与多孔层3之间包括氧化物层7。多孔层3和氧化物层7具有减反射膜4的功能。 通过将高折射率层和低折射率层堆叠，能够形成氧化物层7。关于高折射率层，可使用含有 氧化锆、氧化钛、氧化钽、氧化铌或氧化铪的层。关于低折射率层，可使用含有氧化硅或氟化 镁的层。
[0025] 根据本发明的光学部件可用于光学透镜、光学反射镜、滤光器和光学膜。这些中， 能够采用用于光学透镜的用途。
[0026] 基材
[0027] 关于基材2,可使用玻璃、树脂等。对其形状没有限制，并且可以是平面、曲面、凹 面、凸面或膜。
[0028] 氧化硅颗粒
[0029] 氧化娃颗粒5具有优选地10nm-80nm、更优选地12nm_60nm的平均粒径。氧化娃颗 粒5的平均粒径小于10nm的情况下，颗粒之间和颗粒中的每个间隙变得太小并且难以减小 折射率。同时，平均粒径大于80nm的情况下，不利地，由于颗粒之间的间隙的尺寸增大，因 此倾向于产生大的空隙并且发生与颗粒的尺寸相关联的散射。
[0030] 本文中，氧化硅颗粒的平均粒径是指平均费雷特直径。可基于透射电子显微镜 图像的观察通过图像处理来测定该费雷特直径。商购可得的图像处理例如image Pro PLUS(由Media Cybernetics, Inc.生产）可用作图像处理方法。在预定的图像区域中，如 果需要，适当地调节对比度，通过颗粒测定来测定每个颗粒的平均费雷特直径，可通过确定 平均值来计算平均费雷特直径。
[0031] 氧化硅颗粒5可呈完全圆形、椭圆形、圆盘状、棒状、针状、链状和矩形的任一形 状，并且可以是在颗粒的内部具有空腔的中空颗粒。
[0032] 而且，能够通过增加多孔层3的孔隙率来使折射率减小，因此，氧化硅颗粒5中的 中空颗粒或链状颗粒优选为50质量％以上，更优选为80质量％以上。
[0033] 氧化硅的中空颗粒是在内部具有空腔的颗粒，其中氧化硅壳覆盖上述空腔的外 部。与不具有空腔的颗粒相比，通过空腔中含有的空气（折射率1. 〇)，能够使膜的折射率减 小。空腔可由单孔或多个孔组成并且可适当地进行选择。中空颗粒的壳的厚度优选为平均 粒径的10% -50%，更优选为20% -35%。如果壳的厚度小于10%，不利地，颗粒的强度不 足。另外，如果壳的厚度大于50%，不利地，没有显现折射率的显著的减小。
[0034] 另一方面，链状颗粒为将多个细颗粒以链状或串状连接而成的颗粒。即使形成膜 时，也保持链状或串状中的连接，以致与使用单个颗粒的情形相比，能够使孔隙率增加。此 外，能够使每个颗粒小，由此不容易产生空隙。连接到一个链状中的细颗粒中包括的细颗粒 的数为2-10个，优选为3-6个。如果连接的细颗粒的数大于10,容易产生空隙并且使耐磨 性降低。
[0035] 氧化硅颗粒5为含有Si02作为主要成分的细颗粒并且在不包括氧的元素中Si优 选为80原子％以上，更优选为90原子％以上。如果Si小于80原子％，使细颗粒表面的与 粘结剂6反应的硅烷醇（Si-ΟΗ)基减少，以致使耐磨性降低。
[0036] 关于氧化硅颗粒5,除了 Si02以外，可将金属氧化物例如A1 203、Ti02、ZnO和Zr02 以及通过Si原子将有机成分例如烷基和氟烷基引入氧化硅颗粒或颗粒表面中。
[0037] 氧化硅颗粒5的含量优选为50质量％ -90质量％，相对于多孔层3,更优选为65 质量％ -85质量％。
[0038] 如用下述的粘结剂6那样，对氧化硅颗粒5的表面进行烷基硅烷化。
[0039] 粘结剂
[0040] 可基于膜的耐磨性、粘合力和环境可靠性来适当选择粘结剂6。但是，由于对于氧 化硅颗粒5的亲和性高并且改善多孔膜3的耐磨性，因此能够使用氧化硅粘结剂。在氧化 硅粘结剂中，能够使用硅酸酯水解缩合物。
[0041] 氧化娃粘结剂的重均分子量优选为500-3, 000,以聚苯乙稀换算。如果重均分子量 小于500,固化后容易发生开裂并且使作为涂料的稳定性降低。同时，如果重均分子量大于 3, 000,粘度增加，由此粘结剂内部的空隙容易变得不均匀，以致容易产生大的空隙。
[0042] 相对于多孔层3,粘结剂6的含量优选为5质量％ -40质量％，更优选为10质 量％ -30质量％。
[0043] 氧化硅粘结剂能够具有由下述通式（1)表示的组成。
[0044]
[0045] (通式⑴中，R1表示具有1-8个碳原子的烷基、烯基、炔基、或芳环，其中作为组 成部分可包括氨基、异氰酸酯基、巯基、丙烯酰基、或卤素原子并且满足0. 90$ 0. 99。）
[0046] 如果通式（1)中m小于0.9,使粘结剂6的亲水性降低，使粘结剂6与氧化硅颗 粒5之间的相互作用变弱，并且使多孔层3的耐磨性降低。通式（1)中，能够进一步满足 0. 95 ^ m ^ 0. 99〇
[0047] 将粘结剂6的表面烷基硅烷化。使用氧化娃粘结剂的情况下，能够在粘结剂内部 包含硅烷醇基。粘结剂6在内部包括硅烷醇基的情况下，由于氢键，改善多孔层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， 每个R表示一价有机基团。随着有机基团的体积变小，有机基团彼此之间的空间位阻变小 并且拒水性和折射率的面内变动变小，以致能够进行使用由下述通式（2)表示的烷基甲硅 烷基的烷基硅烷化。也能够进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， 原因在于能够使两个硅烷醇基键合并且应用于取代，由此获得高拒水性。
[0049]
[0050] (式中，R2表不一价有机基团，该一价有机基团为直链或支化的具有1-3的碳数的 烷基、烯基、或氣烷基。）
[0051]
[0052] (式中，R3表示一价有机基团，该一价有机基团为直链或支化的具有1-3个碳原子 的烷基、烯基、或氟烷基。）
[0053] 可将至少两种烷基甲硅烷基组合使用。
[0054] 多孔层
[0055] 多孔层3具有优选地80nm-200nm、更优选地100nm-160nm的厚度。如果膜厚度小 于80nm，则无法容易地获得耐磨性，如果膜厚度大于200nm，容易发生大程度的散射。
[0056] 多孔层3的孔隙率优选为30 % -50 %。如果孔隙率小于30 %，折射率高，一些情况 下，没有获得高减反射效果。如果孔隙率大于50%，颗粒之间的间隙变得太大并且使耐磨性 降低。
[0057] 多孔层3的折射率优选为1. 19-1. 30,更优选为1. 22-1. 27,进一步优选为 1. 22-1. 25〇
[0058] 通过烷基硅烷化，多孔层3能够具有110° -140°的多孔层3的表面与水之间的 接触角。如果接触角小于110°，大量的硅烷醇基残留在界面5'而没有被烷基硅烷化，以致 用无纺织物擦拭时可能产生细小的损伤。另一方面，如果接触角大于140°，烷基甲硅烷基 以外的那些（用于烷基硅烷化的原料等）的残余物可能残留在界面5'，一些情况下，在平面 内没有获得均一的光学特性，例如，折射率局部地高。
[0059] 多孔层3中，在氧化硅颗粒5的表面上存在的硅烷醇基和氧化硅粘结剂6中的硅 烷醇基中，在与空气的界面处残留的硅烷醇基的氢已被烷基甲硅烷基取代