减反射膜的形成方法及光学元件技术

本发明专利技术涉及一种在基材上形成碱处理的二氧化硅气凝胶的减反射膜的方法，该方法包含如下步骤：在碱催化剂的存在下水解和聚合烷氧基硅烷以制备碱性溶胶，将酸催化剂加入所述碱性溶胶以进行进一步的水解和聚合从而制备第一酸性溶胶，在酸催化剂的存在下水解和聚合烷氧基硅烷以制备第二酸性溶胶，混合第一和第二酸性溶胶，将所得混合溶胶施用至基材，将其干燥，并用碱处理所得二氧化硅气凝胶涂层。本发明专利技术还涉及包含这种减反射膜的光学元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及形成包含至少一层具有纳米尺寸的微孔的碱处理的二 氧化硅气凝胶涂层的减反射膜的方法，以及包含这种减反射膜的光学 元件，本专利技术特别涉及形成包含至少一层具有低折射率和优良耐划痕 性的碱处理的二氧化硅气凝胶涂层的减反射膜的方法，以及包含这种 减反射膜的光学元件。
技术介绍
传统通过如真空汽相沉积、喷镀、离子电镀等物理汽相沉积法形 成减反射膜。单层减反射膜应具有比基材更小的折射率，但即使是通过物理汽相沉积法形成的最小折射率MgF2层具有为1.38的相对较大 的折射率，也不能具有理想用于折射率为约1.5的透镜的1.2-1.25的折 射率。折射率为1.2-1.25的减反射膜在波长为400-700纳米的可见光区 域内显示1%以下的反射率，而折射率为1.38的MgF2的减反射膜具有 1%以上，而2%以下的反射率。最近使用如溶胶-凝胶法的液相法形成减反射膜。不同于物理汽相 沉积法，液相法无需大型设备，且不用将基材暴露于高温而能够形成 减反射膜。由液相法得到的减反射膜具有与由物理汽相沉积法得到的 减反射膜同一水平的接近1.37的最小折射率，且它们的减反射特性未 显著改进。在两种方法中，均需要将低折射率材料和高折射率材料层 压成多层涂层以将可见光波长区域的反射率抑制在1%以下。二氧化硅气凝胶公知为具有比MgF2更小的折射率的材料。当将烷 氧基硅垸水解形成二氧化硅湿凝胶时，制得密度为0.01克/立方厘米或 更小且折射率为1.1以下的二氧化硅气凝胶，所述二氧化硅湿凝胶通过 二氧化碳、水、有机溶剂等的超临界流体干燥。然而，这种方法需要 超临界干燥设备和许多步骤，并因此成本较高，因而是不利的。而且， 由该方法得到的二氧化硅气凝胶由于极低的韧性(高脆性)而不能用于实际应用中。美国专利5,948,482公开了形成二氧化硅气凝胶涂层的方法，该方 法包含如下步骤(a)制备含Si02溶胶，(b)将所述溶剂老化至凝胶，(c)用有机基团改性凝胶表面，(d)通过超声处理将表面改性的凝胶转变为溶胶，和(e)将所述溶剂施用至基材。所得二氧化硅气凝胶涂 层具有高至99%的孔隙率(低折射率)，但其机械强度和耐划痕性较差。 "Journal of Sol-Gel Science and Technology" 2000，第18巻，第 219-224页提出了制备具有优良耐划痕性的纳米多孔二氧化硅涂层的 方法，该方法包含如下步骤在80。C下在乙醇和水的混合溶剂中在氨 的存在下水解和聚合四乙氧基硅烷2-20小时以制备碱性溶胶，加入四 乙氧基硅垸、水和盐酸并在60°C下老化所得混合物15天，将形成的 溶胶施用至基材，将其在80。C下干燥30分钟，并将其在400。C下在 氨气和蒸气的混合气体中或在空气中热处理30分钟。然而，该方法需 要意味着低效率的15天的老化，且所得纳米多孔二氧化硅涂层具有不 足的耐划痕性和较差的透明度及强度。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供在相对短时间内形成包含至少一层具 有低折射率和优良耐划痕性的二氧化硅气凝胶涂层的减反射膜的方 法，以及包含这种减反射膜的光学元件。作为对于上述目标的深入研究的结果，专利技术人发现具有低折射率 和优良耐划痕性的二氧化硅气凝胶涂层能通过如下方式在相对较短时间内有效形成混合在碱催化剂和酸催化剂存在下连续水解和聚合浣 氧基硅烷得到的第一酸性溶胶和在酸催化剂存在下水解和聚合烷氧基 硅烷得到的第二酸性溶胶，并将所得混合溶胶施用至基材，并用碱处 理所得二氧化硅气凝胶涂层。本专利技术基于该发现完成。因此，本专利技术的在基材上形成碱处理的二氧化硅气凝胶的第一减 反射膜的方法包含如下步骤在溶剂中在碱催化剂的存在下水解和聚 合烷氧基硅垸以制备碱性溶胶，将酸催化剂加入所述碱性溶胶以进行 进一步的水解和聚合从而制备第一酸性溶胶，在溶剂中在酸催化剂的 存在下水解和聚合烷氧基硅垸以制备第二酸性溶胶，混合第一和第二酸性溶胶，将所得混合溶胶施用至基材，将其干燥，并用碱处理所得 二氧化硅气凝胶涂层。本专利技术的在基材上形成包含单层或多层致密涂层和碱处理的二氧 化硅气凝胶涂层的第二减反射膜的方法包含如下步骤在基材上形成 包含无机层、微细无机粒子与粘合剂的复合材料层和树脂层的其中至 少一种的单层或多层致密涂层，在溶剂中在碱催化剂的存在下水解和 聚合烷氧基硅烷以制备碱性溶胶，将酸催化剂加入所述碱性溶胶以进 行进一歩的水解和聚合从而制备第一酸性溶胶，在溶剂中在酸催化剂 的存在下水解和聚合烷氧基硅烷以制备第二酸性溶胶，混合第一和第 二酸性溶胶，将所得混合溶胶施用至所述单层或多层致密涂层，将其 干燥，并用碱处理所得二氧化硅气凝胶涂层。优选使用四垸氧基硅垸或其低聚物作为烷氧基硅烷制备所述第一 酸性溶胶。优选使用氨作为碱催化剂。优选使用甲醇作为溶剂。优选使用选自甲基三烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷或它们的低聚物 的至少一种作为垸氧基硅垸制备所述第二酸性溶胶。优选使用盐酸作 为酸催化剂用于制备第二酸性溶胶。优选使用甲醇和/或乙醇作为溶剂。在混合溶胶中的第一酸性溶胶与第二酸性溶胶的固体含量质量比 优选为5-90以实现优良的耐划痕性。在混合溶胶中的第一酸性溶胶与 第二酸性溶胶的中值粒径比例优选为5-50。碱处理的二氧化硅气凝胶涂层优选具有15-500纳米的物理厚度。所述碱处理通过用选自无机碱、无机碱盐、有机碱或有机酸的碱 盐的至少一种碱的溶液涂布所述二氧化硅气凝胶涂层而进行，或通过 将所述二氧化硅气凝胶涂层与氨气接触而进行。所述碱溶液的浓度优选为1x10—4 N至20 N。本专利技术的光学元件在光学基材上包含由上述方法形成的减反射膜。所述光学基材优选具有平板或透镜的形状。在透镜形光学基材的 有效区域的投射面积内，透镜形光学基材的表面倾斜角为50。或更高的 部分优选为10%或更多。这种透镜形光学基材适用于记录和再生光信 息的设备的拾取(pickup)透镜。附图说明图1 (a)为显示本专利技术的光学元件的一个实施例的垂直横截面视图。图l (b)为显示本专利技术的光学元件的一个实施例的俯视图。 图2为显示图1的光学元件的部分放大的横截面视图。 图3为显示实施例2的减反射膜的光谱反射率的图。 图4为显示实施例5的减反射膜的光谱反射率的图。 图5为显示对比实施例2的减反射膜的光谱反射率的图。 图6为显示实施例7和10以及对比实施例3的减反射膜的光谱反 射率的图。图7为显示在实施例2和5以及对比实施例2的减反射膜中折射 率随时间的变化的图。具体实施例方式减反射膜的形成方法
本专利技术的减反射膜通过如下步骤形成(1) (a)在溶剂中在碱催 化剂的存在下水解和聚合垸氧基硅烷以制备碱性溶胶，(b)将酸催化 剂加入所述碱性溶胶以进行进一步的水解和聚合从而制备第一酸性溶 胶，(2)在溶剂中在酸催化剂的存在下水解和聚合烷氧基硅垸以制备 第二酸性溶胶，(3)混合第一和第二酸性溶胶，(4)将所得混合溶胶 施用至基材，(5)将其干燥，(6)用碱处理所得二氧化硅气凝胶涂层， 以及(7)将其干燥。如需要可在步骤(7)之前和/或之后进行洗涤步 骤(8)。在所述二氧化硅气凝胶涂层形成于在基材上形成的致密涂层 上之后，可用碱处理二氧化硅气凝胶涂层以形成多层减反射膜。(1)第一酸性溶胶的制备(a)在碱催化剂的存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基材上形成碱处理的二氧化硅气凝胶的减反射膜的方法，该方法包含如下步骤：在溶剂中在碱催化剂的存在下水解和聚合烷氧基硅烷以制备碱性溶胶，将酸催化剂加入所述碱性溶胶以进行进一步的水解和聚合从而制备第一酸性溶胶，在溶剂中在酸催化剂的存在下水解和聚合烷氧基硅烷以制备第二酸性溶胶，混合所述第一和第二酸性溶胶，将所得混合溶胶施用至所述基材，将其干燥，并用碱处理所得二氧化硅气凝胶涂层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：铃木峰太，塩川孝绅，山田和广，中山宽之，山口日出树，丸田彩子，
申请(专利权)人：HOYA株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]