光學部件和光學部件的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及顯示優(yōu)異的光學特性和耐磨性的光學部件和該光學部件的制造方法。
【背景技術】
[0002] 以往已知形成減反射膜以抑制光學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材料例如二氧化硅、氟化鎂和氟化鈣 以及有機材料例如有機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2"）公開了減反射膜，其中 將用于改善耐磨性的第二粘結劑填充到其中用第一粘結劑將中空顆粒粘結的低折射率層 中的中空細顆粒之間的間隙中。
[0007] 但是，專利文獻1具有如下問題：用于形成外涂層的涂布液進入低折射率層中的 間隙，由此，低折射率層的折射率增大。
[0008] 同時，專利文獻2具有如下問題：將第二粘結劑填充到中空細顆粒之間的間隙中， 由此，與沒有用第二粘結劑填充的減反射膜的折射率相比，折射率增大。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明涉及光學部件，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劑，上述多孔層具有1. 19-1. 30 的折射率，并且對上述氧化硅顆粒和上述粘結劑的表面進行烷基硅烷化。
[0010] 而且，本發(fā)明涉及光學部件的制造方法，該光學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劑將氧化硅顆粒粘 結的多孔層；和通過暴露于含有硅氮烷化合物的氣氛而對上述多孔層進行表面處理以對上 述氧化硅顆粒和粘結劑的表面進行烷基硅烷化。
[0011]由以下參照附圖對例示實施方案的說明，本發(fā)明進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)明的光學部件的例示實施方案的示意圖。
[0013] 圖2為表示根據(jù)本發(fā)明的光學部件的例示實施方案的示意圖。
[0014] 圖3為表示根據(jù)本發(fā)明的光學部件的制造方法的例示實施方案的示意圖。
[0015] 圖4為表示根據(jù)本發(fā)明的光學部件的制造方法的例示實施方案的示意圖。
[0016] 圖5為表示根據(jù)本發(fā)明的光學部件的制造方法的實施方案的示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 鑒于上述現(xiàn)有技術而完成本發(fā)明，并且本發(fā)明提供包括具有耐磨性和低折射率的 減反射膜的光學部件和該光學部件的制造方法。
[0018] 以下詳細地說明本發(fā)明。
[0019] 光學部件
[0020] 圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的光學部件的例示實施方案的示意圖。
[0021 ] 根據(jù)本發(fā)明的光學部件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和粘結劑6。
[0022] 如圖1中所示，多孔層3中，用粘結劑6將氧化硅顆粒5粘結。氧化硅顆粒5和粘 結劑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劑將氧化硅 顆粒5彼此粘結。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)明的光學部件1的另一例示實施方案的示意圖。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)明的光學部件可用于光學透鏡、光學反射鏡、濾光器和光學膜。這些中， 能夠采用用于光學透鏡的用途。
[0026] 基材
[0027] 關于基材2,可使用玻璃、樹脂等。對其形狀沒有限制，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間隙變得太小并且難以減小 折射率。同時，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 此傾向于產生大的空隙并且發(fā)生與顆粒的尺寸相關聯(lián)的散射。
[0030] 本文中，氧化硅顆粒的平均粒徑是指平均費雷特直徑。可基于透射電子顯微鏡 圖像的觀察通過圖像處理來測定該費雷特直徑。商購可得的圖像處理例如image Pro PLUS(由Media Cybernetics, Inc.生產）可用作圖像處理方法。在預定的圖像區(qū)域中，如 果需要，適當?shù)卣{節(jié)對比度，通過顆粒測定來測定每個顆粒的平均費雷特直徑，可通過確定 平均值來計算平均費雷特直徑。
[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質量％以上，更優(yōu)選為80質量％以上。
[0033] 氧化硅的中空顆粒是在內部具有空腔的顆粒，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€孔組成并且可適當?shù)剡M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，鏈狀顆粒為將多個細顆粒以鏈狀或串狀連接而成的顆粒。即使形成膜 時，也保持鏈狀或串狀中的連接，以致與使用單個顆粒的情形相比，能夠使孔隙率增加。此 外，能夠使每個顆粒小，由此不容易產生空隙。連接到一個鏈狀中的細顆粒中包括的細顆粒 的數(shù)為2-10個，優(yōu)選為3-6個。如果連接的細顆粒的數(shù)大于10,容易產生空隙并且使耐磨 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％，使細顆粒表面的與 粘結劑6反應的硅烷醇（Si-ΟΗ)基減少，以致使耐磨性降低。
[0036] 關于氧化硅顆粒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的含量優(yōu)選為50質量％ -90質量％，相對于多孔層3,更優(yōu)選為65 質量％ -85質量％。
[0038] 如用下述的粘結劑6那樣，對氧化硅顆粒5的表面進行烷基硅烷化。
[0039] 粘結劑
[0040] 可基于膜的耐磨性、粘合力和環(huán)境可靠性來適當選擇粘結劑6。但是，由于對于氧 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劑。在氧化 硅粘結劑中，能夠使用硅酸酯水解縮合物。
[0041] 氧化娃粘結劑的重均分子量優(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，如果重均分子量大于 3, 000,粘度增加，由此粘結劑內部的空隙容易變得不均勻，以致容易產生大的空隙。
[0042] 相對于多孔層3,粘結劑6的含量優(yōu)選為5質量％ -40質量％，更優(yōu)選為10質 量％ -30質量％。
[0043] 氧化硅粘結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、丙烯酰基、或鹵素原子并且滿足0. 90$ 0. 99。）
[0046] 如果通式（1)中m小于0.9,使粘結劑6的親水性降低，使粘結劑6與氧化硅顆 粒5之間的相互作用變弱，并且使多孔層3的耐磨性降低。通式（1)中，能夠進一步滿足 0. 95 ^ m ^ 0. 99〇
[0047] 將粘結劑6的表面烷基硅烷化。使用氧化娃粘結劑的情況下，能夠在粘結劑內部 包含硅烷醇基。粘結劑6在內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R表示一價有機基團。隨著有機基團的體積變小，有機基團彼此之間的空間位阻變小 并且拒水性和折射率的面內變動變小，以致能夠進行使用由下述通式（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硅烷醇基鍵合并且應用于取代，由此獲得高拒水性。
[0049]
[0050] (式中，R2表不一價有機基團，該一價有機基團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表示一價有機基團，該一價有機基團為直鏈或支化的具有1-3個碳原子 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 用無紡織物擦拭時可能產生細小的損傷。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 內沒有獲得均一的光學特性，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