光学元件及其制造方法_4

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下来,以20mW/cm2(通过石英玻璃的照度,照度计:UIT-250, 光接收部分:UVD-S365)通过高压水银灯(UL750,由HoyaCandeoOptronicsCorp?制造) 对上述结构照射1,300秒(26J),以致使高折射率材料10固化。进行固化后,在80°C下进 行退火72小时。接下来,如图9C中所示,作为从石英玻璃6侧的后光照射,通过调节照度 以致300-400nm的波长下的能量为IOOJ(40mW,2, 500秒),通过石英玻璃6使用高压水银灯 8 (UL750,由HoyaCandeoOptronicsCorp?制造)进行光照射。
[0168] 采用光谱辐射计(USR-45D-13,由UshioInc?制造),通过石英玻璃6,以Inm间隔 在250-700nm的范围内测定高压水银灯(UL750,由HoyaCandeoOptronicsCorp?制造) 的光,从而确定照度。将数据示于图4A中。
[0169] 300-350nm的范围内的累积值为17. 3mW,350-400nm的范围内的累积值为22. 7mW, 并且合计为40mW。
[0170] 从而,得到用于折射率测定的光学元件500。图9E中,示出用于折射率测定的光学 元件500的结构。
[0171] 实施例11
[0172] 〈用于折射率测定的光学元件510的形成〉
[0173] 如下所述形成用于折射率测定的光学元件510。
[0174] 后光照射之前的在先步骤与用于折射率测定的光学元件500的那些相同。
[0175] 在80°C下进行退火72小时后,作为从石英玻璃6侧的后光照射,如图9D中所示, 通过调节照度以致300-400nm的波长下的能量为IOOJ(13. 2mW,7, 576秒),通过S-TIHl1玻 璃基板9使用高压水银灯8 (UL750,由HoyaCandeoOptronicsCorp?制造)进行光照射。
[0176] 采用光谱辐射计(USR-45D-13,由UshioInc.制造),通过S-TIHll玻璃基板9, 以Inm间隔在250-700nm的范围内测定高压水银灯8 (UL750,由HoyaCandeoOptronics Corp.制造)的光,从而确定照度。将数据示于图4B中。
[0177] 300-350nm的范围内的累积值为0? 05mW,350-400nm的范围内的累积值为 13. 15mW,并且合计为13. 2mW。
[0178] 300-350nm的范围内的累积值与300-400nm的范围内的总累积值之比为0. 4%。
[0179] 从而,得到用于折射率测定的光学元件510。图9E中,示出用于折射率测定的光学 元件510的结构(该结构与用于折射率测定的光学元件500的结构相同)。
[0180] [用于折射率测定的光学元件200、210、300、310、320、330、500和510的光学性能 (折射率)的评价]
[0181] 通过使用折射计(KPR-30,由ShimadzuCorp.制造),从高折射率玻璃4侧测定 每个固化样品的g线(435. 8nm)、f线(486.lnm)、e线(546.lnm)、d线(587. 6nm)和c线 (656. 3nm)下的折射率。此外,由测定的折射率,计算阿贝数。
[0182] 〈多层衍射光学元件〉
[0183] 接下来,使用低折射率和高色散材料11形成衍射光学形状后,在其间没有形成任 何间隙的情况下在其上层叠高折射率和低色散材料21以形成多层衍射光学元件,然后进 行其评价。
[0184] 实施例12
[0185] 〈多层衍射光学元件400的形成〉
[0186] 首先,如图6A中所示,在具有衍射光栅形状的模具12上依次设置ITO细颗粒分散 材料5 (低折射率和高色散材料11)和具有2mm的厚度的玻璃基板(以下一些情况下称为 "平板玻璃")13。通过在14. 2mW/cm2下用211秒和在20mW/cm2下用600秒(通过玻璃基 板13的照度,照度计:UIT-250,光接收部分:UVD-S365)用高压水银灯(EXECURE250,Hoya CandeOptronicsCorp.)的光照射进行固化后,如图6B中所示,将ITO细颗粒分散材料5 从模具除去。随后,在80°C下在空气中进行退火72小时,以致形成了衍射光栅。退火后测 定的衍射光栅的光栅高度为10. 8ym,从玻璃基板13到光栅谷的距离为2ym(IT0细颗粒分 散材料5的平均厚度为7. 4ym),间距为80ym。
[0187] 接下来,将在平板玻璃13上成型的ITO细颗粒分散材料5与其一起固定于模具 夹具15中,并且在ITO细颗粒分散材料5上,滴加高折射率材料10 (高折射率和低色散材 料21)(图7A)。在其上设置另一平板玻璃13 (图7B)以通过施加压力使高折射率材料10 扩展,以致如图7C中所示,形成如下结构,其中设置从空气界面到ITO细颗粒分散材料5具 有300ym的长度的高折射率材料10的氧阻挡层和具有比ITO细颗粒分散材料5的光栅的 高度大的高度的高折射率材料10的35ym-厚氧吸收层。在14. 2mW/cm2下用211秒和在 20mW/cm2下用600秒(通过平板玻璃13的照度,照度计:UIT-250,光接收部分:UVD-S365) 通过使用高压水银灯(EXEQJRE250,HoyaCandeOptronicsCorp.)的光照射使这样制备的 样品固化后,在80°C下进行退火72小时。
[0188] 随后,作为从平板玻璃13侧的后光照射,如图7D中所示,通过调节照度以致 300-400nm的波长下的能量为100J(42mW,2, 381秒),通过平板玻璃13使用高压水银灯 8 (UL750,由HoyaCandeoOptronicsCorp?制造)进行光照射。
[0189]采用光谱辐射计(USR-45D-13,由UshioInc.制造),通过平板玻璃13,以Inm间 隔在250-700nm的范围内测定高压水银灯(UL750,由HoyaCandeoOptronicsCorp?制造) 的光,从而确定照度。将数据示于图4A中。
[0190] 300-350nm的范围内的累积值为14. 4mW,350-400nm的范围内的累积值为25. 6mW, 并且合计为40mW。
[0191] 300-350nm的范围内的累积值与300-400nm的范围内的总累积值之比为36. 1%。
[0192] 从而,得到多层衍射光学元件400。图7C中,示出用于折射率测定的光学元件400 的结构。
[0193] 实施例13
[0194] 〈多层衍射光学元件410的形成〉
[0195] 如下所述形成多层衍射光学元件410。
[0196] 后光照射之前的在先步骤与多层衍射光学元件400的那些相同。
[0197] 在80°C下进行退火72小时后,作为从平板玻璃13侧的后光照射,通过调节照度以 致300-400nm的波长下的能量为100J(13. 9mW,7, 194秒),如图7E中所示通过S-TIHl1玻 璃基板9使用高压水银灯8 (UL750,由HoyaCandeoOptronicsCorp?制造)进行光照射。
[0198] 采用光谱辐射计(USR-45D-13,由UshioInc.制造),通过S-TIHll玻璃基板9,以 Inm间隔在250-700nm的范围内测定高压水银灯(UL750,由HoyaCandeoOptronicsCorp. 制造)的光,从而确定照度。将数据示于图4B中。
[0199] 300-350nm的范围内的累积值为0? 05mW,350-400nm的范围内的累积值为 13. 15mW,并且合计为13. 2mW。
[0200] 300-350nm的范围内的累积值与300-400nm的范围内的总累积值之比为0. 4%。
[0201] 从而,得到多层衍射光学元件410。图7C中,示出多层衍射光学元件410(其结构 与多层衍射光学元件400的结构相同)。
[0202] 〈衍射效率的评价〉
[0203] 关于衍射效率,使点光入射到上述多层衍射光学元件,并且通过光接收部分与元 件紧密接触来测定通过其中的全部透射光的量后,测定设计次数的光(一次衍射光)的量, 并且将光量比(设计次数的光的量/全部透射光的量)定义为衍射效率。
[0204] 〈耐光性的评价〉
[0205] 对于用于折射率测定的光学元件200、210、300、310、320、330、500和510和多层 衍射光学元件400和410,使用耐光性试验仪(xenonweathermeterX75,由SugaTest 1]181:;1〇111161^8(]〇.,1^(1.制造)在51111(30〇-40〇111]1下的照射强度)进行耐光性试验200小 时。
[0206] 该试验中,入射到每个样品的光是通过390-nm截止滤波器(实际上漏光发生到 360nm)的光。图8表不通过390-nm截止滤波器的氣弧灯的光谱。通过390-nm截止滤波器 的照射强度为0. 8mW(在300-400nm波长下的照射强度)。
[0207] 随后,测定用于折射率测定的光学元件的折射率和多层衍射光学元件的衍射效 率。
[0208] 〈材料的氧透过率和溶解度的测定〉
[0209] 如图9A中所示,在具有Imm的厚度的石英玻璃4上,配置具有100ym的厚度的间 隔物7和ITO细颗粒分散材料5 (低折射率和高色散材料11)或高折射率材料10 (高折射 率和低色散材料21)。将间隔物7配置在其中,在其上进一步设置具有Imm的厚度的石英 玻璃6,以致通过施加压力使ITO细颗粒分散材料5 (低折射率和高色散材料11)或高折射 率材料10 (高折射率和低色散材料21)扩展。在20mW/cm2 (通过石英玻璃的照度,照度计: nT-250,光接收部分:UVD-S365)用高压水银灯(UL750,由Hoya Candeo Optronics Corp. 制造)对这样形成的结构照射1,300秒(26J),以致使测定材料固化。进行固化后,将该膜 从石英玻璃剥离,并且在80°C下进行热处理72小时。
[0210] 在23±2°C下(对于用于随后的加速试验的加速系数换算在50±2°C和80±2°C 下)使用差压型气体透过率测定装置(GTR-30XATR,由GTRTecCorp.制造)测定如上所述 形成的膜的氧透过率和氧溶解度。
[0211] 但是,将由差压型气体透过率测定得到的用于折射率测定的光学元件210的氧透 过率与实际的用于折射率测定的光学元件210中的氧的行进距离比较时,由氧的行进距离 估算的实际的用于折射率测定的光学元件210的氧透过率约为由差压型气体透过率测定 得到的氧透过率的100倍。因此,尽管由差压型气体透过率测定得到的氧透过率表示膜之 间的相对的氧透过率和氧溶解度,但当考虑实际膜中的氧扩散行为时,上述透过率必须被 视为其1/100来计算。
[0212] 〈经时变化(采用氧化加速装置的测定)>
[0213] 氧化的发展被定义为从光学元件的端部到ITO细颗粒分散材料5 (低折射率和高 色散材料11)的变色边界的氧化的行进距离。
[0214] 放置了 365天的用于折射率测定的光学元件210的样品的氧化的行进距离为3mm。 另一方面,形成氧化加速装置(氧浓度:100%,6大气压,60°C),并且将用于折射率测定的 光学元件210在其中放置66小时时,氧化的行进距离也为3mm。
[0215] 加速系数为132倍。此外,由于由氧浓度5倍(100% -20% )X压力6倍 (6atm-latm)X透过率的温度系数(4. 30 =P(60°C)/P(23°C))理论上得到的加速系数 为129倍并且与测定的加速系数一致,理论上也得到其他材料的加速系数,并且得到其时 间。
[0216] 这种情况下,将元件放置在氧化加速装置中72小时。
[0217] 元件只由ITO细颗粒分散材料5(低折射率和高色散材料11)形成时,通过计算, 对应的时间为25. 4年,形成到ITO细颗粒分散材料5具有300ym的长度的高折射率材料 10的氧阻挡层时,通过计算,对应的时间为24. 6年。因此,这种情况下得到的试验结果视为 对应于在通常使用条件下将样品放置25年时得到的结果。
[0218] 〈评价结果〉
[0219] 初期评价结果
[0220] 均由低折射率和高色散材料11和高折射率和低色散材料21形成的多层衍射光学 元件400和410在整个可见区中具有99. 5%以上的衍射效率。
[0221] 用于折射率测定的光学元件200的低折射率和高色散材料11具有折射率 (ng,nf,ne,nd,nc) = (1. 599, 1. 586, 1. 575, 1. 567, 1. 556)和(Vd,0 gF) = (18. 6, 0? 41)。
[0222] 用于折射率测定的光学元件210的低折射率和高色散材料11具有折射率 (ng,nf,ne,nd,nc) = (1. 599, 1. 587, 1. 575, 1. 568, 1. 557)和(Vd,0 gF) = (18. 9, 0? 41)。
[0223] 用于折射率测定的光学元件300的低折射率和高色散材料11具有折射率 (ng,nf,ne,nd,nc) = (1. 600, 1. 588, 1. 576, 1. 568, 1. 557),并且得到了(Vd,0 gF)= (18. 8, 0? 40)〇
[0224] 用于折射率测定的光学元件310的低折射率和高色散材料11具有折射率 (ng,nf,ne,nd,nc) = (1. 600, 1. 587, 1. 576, 1. 568, 1. 557)和(Vd,0 gF) = (19. 0, 0? 42)〇
[0225] 用于折射率测定的光学元件320的低折射率和高色散材料11具有折射率 (ng,nf,ne,nd,nc) = (1. 600, 1. 588, 1. 577, 1. 569, 1. 558)和(Vd,0 gF) = (19. 1,0? 41)。
[0226] 用于折射率测定的光学元件330的低折射率和高色散材料11具有折射率 (ng,nf,ne,nd,nc) = (1. 600, 1. 588, 1. 576, 1. 569, 1. 558)和(Vd,0 gF) = (19. 21,0? 42)〇
[0227] 〈材料的氧透过率和溶解度的结果〉
[0228] 以下,"E"表示以10为底的指数函数。
[0229] 低折射率和高色散材料11具有(氧透过率P/cm3 ?cm? (cm2 ?s?cmHg)'氧溶解 度S/cm3(cm3 ?cmHgr1) = (4. 06E-11,I. 4E-3)。
[0230] 高折射率和低色散材料21具有(氧透过率P/cm3?cm?(cm2?s?cmHg)'氧溶解 度S/cm3 (cm3?cmHg)〇 =(8.58E12,3. 3E3)。
[0231]将通过耐光性试验得到的耐光性的结果示于表1中。
[0232]
[0233] 作为耐光性的结果,衍射效率的变化为0. 5%以下,或者折射率的变化小于0. 002 时,评价为A等级,衍射效率的变化大于0. 5%,或者折射率的变化为0. 002以上时,评价为 B等级。均由低折射率和高色散材料11以及高折射率和低色散材料21形成的多层衍射光 学元件400和410的情况下,整个可见区中的衍射效率为99. 5%以上并且相对于初期值没 有太大的变化。
[0234] (折射率和光学常数)
[0235] 由于用于折射率测定的光学元件200的低折射率和高色散材料11具有折射率 (ng,nf,ne,nd,nc) = (1. 599, 1. 586, 1. 575, 1. 567, 1. 556)和(Vd,0 gF) = (18. 6, 0? 41),因 此几乎没有观察到从初期值的折射率变化。
[0236] 由于用于折射率测定的光学元件210的低折射率和高色散材料11具有折射率 (ng,nf,ne,nd,nc) = (1. 599, 1. 586, 1. 575, 1. 567, 1. 556)和(Vd,0 gF) = (18. 7, 0? 41),因 此从初期值的折射率变化为〇. 〇〇〇至-〇. 0010。
[0237] 由于用于折射率测定的光学元件300的低折射率和高色散材料11具有折射率 (ng,nf,ne,nd,nc) = (1. 600, 1. 587, 1. 576, 1. 568, 1. 557)和(Vd,0 gF) = (18. 71,0? 41),因
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