具有抗反射膜的光学元件的制作方法

专利名称：具有抗反射膜的光学元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有抗反射膜的光学元件，特别是涉及具有在塑料基材上形成的抗反射膜的那些光学元件，其优点是该抗反射膜具有低的光反射率及高的光透射率，在塑料基材上具有优异的抗冲击性能、粘附性能、耐热性、耐磨损性能及耐碱性，以及具有良好的生产率。包含塑料基材和抗反射膜的光学元件是目前熟悉的，其中抗反射膜是通过无机物气相沉积在塑料基材上形成的。这样的光学元件在抗反射性和耐刮擦方面具有较高的性能。然而，这样的光学元件的抗反射膜就其抗冲击性能和耐热性而言是不能令人满意的。为了解决这些问题，已知如在日本专利未决公开号141001/1988所述，在塑料基材和抗反射膜之间提供一层由有机化合物制成的底漆。
然而上述底漆是通过在塑料基材上涂上一层底涂溶液，接着将其加热固化来形成的，然后通过气相沉积形成抗反射膜。因此一个有关它的问题是这种底漆在膜厚度方面常常不均匀。对于上文引用的专利出版物中公开的底漆，这种底漆层是在空气中形成的，而抗反射膜是在真空条件下形成的。因此另一个有关它的问题是异物很可能进入抗反射膜和底漆之间的界面，以及生产最终产品需要很多时间。为解决上述问题而完成了本发明，本发明的目的是提供一种光学元件，它具有在塑料基材上形成的抗反射膜，其优点是反射率低而透射率高，及在塑料基材上的抗冲击性能、粘附性能、耐热性、耐磨损性能和耐碱性优异，并且生产率良好。
为解决上述问题本发明人勤勉地进行了研究。结果发现，当抗反射膜的至少一个结构层是由无机物和有机物组成的混合层时，就得到了一种具有抗反射膜的光学元件，它具有优异的抗冲击性能、粘附性能、耐热性和耐磨损性能以及改善的生产率，从而完成了本发明。
具体而言，本发明的具有抗反射膜的光学元件，是一种包括塑料基材和通过真空蒸发在塑料基材上形成的抗反射膜的具有抗反射膜光学元件，其中抗反射膜中至少一层是包含无机物和有机物的混合层。由于其中具有混合层，即使没有如日本专利未决公开号141001/1988中所述的底漆层，也可提供具有优异粘附性能、耐热性和耐磨损性能的有抗反射膜的光学元件，而不削弱其抗冲击性能。与其他结构层相同，该混合层是在真空下层压的。因此，提供如日本专利未决公开号141001/1988的底漆层所必需的固化可以省略，另外可减少抗反射膜中异物的产生。下文将对本发明进行详细的叙述。
在本发明的光学元件中，含有无机物和有机物的混合层可以通过气相沉积在抗反射膜内形成，由此抗反射膜的柔韧性增加，其内部应力减小。这样可能提供一种具有抗反射膜的光学元件，它具有优异的粘附性能、耐热性和耐磨损性能，而不削弱其抗冲击性能，可与日本专利未决公开号141001/1988中所述的相当。此外，本发明光学元件不需要通过涂布底漆溶液然后在空气中加热来提供如日本专利未决公开号141001/1988的技术说明中所述的底漆层，因此可省略固化，这样可防止异物的污染，并可更精确地控制抗反射膜的膜厚度。
混合层可以在抗反射膜的任何一层中形成。尤其优选在最接近塑料基材的那一层和离塑料基材最远的那一层中形成，以便更有效地获得反射率特征及上述物理性能，尤其是抗冲击性能。还优选抗反射膜由多层形成。更优选在离子辅助工艺中形成混合层，以便获得良好的膜强度和粘附性能。
对于在离子辅助工艺中优选的功率范围而言，为确保较好的反应，加速电压的范围为50V～150V，加速电流的范围为30mA～100mA。从反应性和耐氧化性的观点看，在膜形成过程中用于离子辅助工艺的电离气体优选氩气(Ar)或氩气+氧气的混合气体。
本发明光学元件中，为了改善粘附性能，可在抗反射膜下形成一个层作为基础层，该层包含在下文说明的混合层形成过程中具有催化作用的至少一种金属，金属选自例如镍(Ni)、银(Ag)、铂(Pt)、铌(Nb)和钛(Ti)。为进一步提高抗冲击性能，尤其优选基础层是由铌制成的金属层。当金属层用作基础层时，有可能促进在基础层上形成的混合层的反应，从而得到具有分子内网状结构的物质来改善抗冲击性能。
为确保塑料基材和基础层之间良好的粘附性能及确保气相沉积物初始膜形态良好的均一性，在形成基础层之前先进行离子枪预处理。在离子枪预处理中可使用氧气、氩气(Ar)等作为电离气体。对于预处理优选的功率范围，从得到良好的粘附性能和耐磨损性能的观点而言，加速电压在50V～200V的范围，加速电流在50mA～150mA的范围。
在本发明中，可通过气相沉积形成抗反射膜。如果需要，可通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、喷镀、离子电镀、等离子体CVD等形成抗反射膜。
对除抗反射膜混合层外的结构层没有特别的限制。为了得到良好的性能如抗反射性，优选由SiO2或SiO2和Al2O3的混合物制成低折射层，并由Nb2O5或TiO2制成高折射层。
本发明混合层使用的无机物优选是单独的SiO2、SiO2和Al2O3或至少一种选自Nb2O5、Ta2O5、TiO2、ZrO2和Y2O3的无机氧化物的混合物。
本发明混合层使用的有机物优选是改性硅油。
还优选改性硅油的数均分子量为250～6,000，并具有下列通式(a)～(d)中的任意一种结构。
(1)在侧链上改性
(a)在聚硅氧烷侧链上引入有机基团的改性硅油 (2)在两端改性(b)在聚硅氧烷两端引入有机基团的改性硅油 (3)在一端改性(c)在聚硅氧烷一端引入有机基团的改性硅油 (4)在侧链和两端改性(d)在聚硅氧烷侧链和两端引入有机基团的改性硅油
(在通式(a)～(d)中，m和n各自独立地表示0或大于0的整数；且在通式(c)中，R表示1～10个碳原子的烷基、1～10个碳原子的链烯基或1～10个碳原子的链炔基。通式(a)和(d)的化合物可以是嵌段共聚物或无规共聚物。)依据其中引入的有机基团的类型，改性硅油分为活性硅油和非活性硅油。
在活性硅油中，有机基团的实例包括(1)氨基，(2)环氧基，(3)羧基，(4)含羟基的具有1～15个碳原子的烃基，(5)甲基丙烯酸基，(6)巯基，(7)酚基，(8)C1-15烷氧基，(9)带有一个或多个上述取代基的具有1～15个碳原子的烃基，及(10)包含两种或多种上述基团组合的有机基团(优选氨基和烷氧基的组合、环氧基和聚醚基的组合或氨基和聚醚基的组合)。
在非活性硅油中，有机基团的实例包括(1)具有2～15个重复单元的聚(C2-15亚烷基)醚基，(2)甲基苯乙烯基，(3)C1-15烷基，(4)C2-15高级酸的酯基，(5)1～15个碳原子的脂肪酸的酯，及(6)被一个或多个氟原子取代的具有1～15个碳原子的烃基。
从控制混合层的有机组分和提高膜本身的强度的观点而言，改性硅油理想的数均分子量范围为250～6,000。
混合层中的有机物还优选是下列通式(I)的化合物 其中x和z各自独立地表示0或大于0的整数；y表示1或大于1整数；R1～R6各自独立地表示氢原子或有机基团，有机基团选自甲基，具有1～15个碳原子的含环氧基、氨基、(甲基)丙烯酸基、羟基的烃基，具有1～15个碳原子的包含羰基、乙烯基、硫醇基的烃基，具有1～15个碳原子的含碳-碳叁键的烃基，具有1～15个碳原子的烷氧基硅烷基，具有1～15个碳原子的烷基氨基和具有5～8个碳原子的环烷基。
优选R1-R6中至少一个是脱水山梨醇残基(通过从脱水山梨醇移去一个氢原子而衍生自脱水山梨醇)或脱水山梨醇酯残基(通过从脱水山梨醇酯移去一个氢原子而衍生自脱水山梨醇酯)。
脱水山梨醇 脱水山梨醇酯 (R表示烃基)优选R表示的烃基含有10～20碳原子。它可以是支链或直链的，且它可以含有一个和多个不饱和键。
还优选通式(I)的化合物是聚乙二醇单丁基单缩水甘油基醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、α，ω-双-3-氨丙基聚氧乙烯醚、聚乙二醇脱水山梨醇单月桂酸酯、聚乙二醇脱水山梨醇单油酸酯或聚氧乙烯单丙烯酸酯。
从控制混合层中的有机组分及混合层的强度考虑，还优选通式(I)化合物的数均分子量在250～6,000的范围内。可通过选择低分子量的通式(I)化合物来改善混合层有机组分的控制，优选分子量的范围为250～6000。
在本发明的有机物膜形成中，为了控制被蒸发有机物的数量，理想的是将有机物用溶剂稀释，得到的稀释物渗进生物-柱过滤器并干燥。优选由烧结的无瑕疵的无机玻璃来生产生物-柱过滤器。对溶剂没有特别的限制。分别地，对于胺封端有机化合物，优选二甲醚；对于环氧封端的有机化合物优选乙酸乙酯；对于低极性聚硅氧烷基有机化合物优选三甲基乙基硅烷或二乙基醚；对于高极性聚醚基有机化合物优选甲醇作溶剂。
至于膜的形成，最理想是将多孔材料加热，从而使有机物蒸发并沉积到基材上，以在基材上形成预定的薄层。当有机物溶解在溶剂中时，所生成溶液的数量是被控制的，这样可控制膜厚度。对加热设备没有特别的限制，例如可使用卤素加热器、电阻加热器或陶瓷加热器。
将溶解的有机物装入适当的容器并加热和蒸发。该容器优选由多孔材料制成，溶液渗进该容器并被加热。以这种方式可适当控制气相沉积速度。更具体而言，该多孔材料优选是烧结过的过滤器，它是通过烧结高导热率的金属粉末如铜来制造的。从得到适当气相沉积速度的观点考虑，多孔材料的孔径一般在40～200μm的范围，优选在80～120μm的范围。
为得到适当的气相沉积速度，上述容器在200～300℃、优选200～240℃加热。
为控制膜的形成，优选加热设备装配有开闭机制。还优选加热设备是封闭的，以预防在加热过程中成膜物质向周围散布而污染塑料基材。为了使成膜物质在成膜步骤中能稳定地供料，理想的是将生物-柱过滤器保持在具有小孔的蒸发速度控制室内。关于它们的形状，优选这些孔是椭圆形的，以确保成膜有机物更好的分布取向。
从得到特别好的物理性质改善效果考虑，优选膜混合层中有机物的含量为0.02％重量～70％重量。尤其优选有机物含量为0.5％重量～25％重量。
通过例如预先掌握无机物和有机物的折射指数，并测量混合层膜厚度及其反射率，可决定该膜的混合层中有机物的含量。以有机物构成的层的折射指数和无机物构成的层的折射指数为基础，采用混合层的折射指数内推法可确定混合层中有机物的含量。
在形成混合层过程中，理想的是分离的无机和有机物气相沉积原料同时蒸发和沉积。通过改变有机物和/或无机物的加热设备的温度和/或表面，可控制有机物的相对含量。如果混合层含有多于一种的无机物或多于一种的有机物，优选它们在分开的加热设备中蒸发。
在塑料基材上形成的抗反射膜层结构的本发明一个优选实施方案如下第1层SiO2+Al2O3+有机物的混合层(层厚度10～180nm)，第2层Nb2O5层(层厚度1～25nm)，第3层SiO2+Al2O3层(层厚度10～50nm)，第4层Nb2O5层(层厚度10～55nm)，第5层SiO2+Al2O3层(层厚度10～50nm)，第6层Nb2O5层(层厚度10～120nm)，及第7层SiO2+Al2O3+有机物的混合层(层厚度70～100nm).
为了在塑料基材上形成的有抗反射膜光学元件的抗冲击性能、粘附性能、耐热性和耐磨损性能，上述这些层厚度范围是优选的。
抗反射膜层结构的另一个优选实施方案如下基础层Nb层(层厚度1～5nm)，第1层SiO2+Al2O3+有机物的混合层(层厚度10～180nm)，第2层Nb2O5层(层厚度10～55nm)，第3层SiO2+Al2O3层(层厚度10～50nm)，第4层Nb2O5层(层厚度10～55nm)，第5层SiO2+Al2O3层(层厚度10～50nm)，
第6层Nb2O5层(层厚度10～120nm)，及第7层SiO2+Al2O3+有机物的混合层(层厚度70～100nm).
为了塑料基材上形成的有抗反射膜光学元件的抗冲击性能、粘附性能、耐热性和耐磨损性能，上述这些层厚度范围是优选的。为了使性能更好，在膜构造中的至少一层可以由离子辅助工艺形成。
为得到良好的耐磨损性能和抗冲击性能，优选SiO2+Al2O3+有机物的混合层的折射指数范围为1.450～1.485。
对用于本发明的塑料基材材料没有特别的限制，包括例如甲基丙烯酸甲酯均聚物、甲基丙烯酸甲酯和一种或多种其他单体的共聚物、二甘醇二烯丙基碳酸酯均聚物、二甘醇二烯丙基碳酸酯和一种或多种其他单体的共聚物、含硫共聚物、卤素共聚物、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、不饱和聚酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氨酯和聚硫氨酯。
本发明光学元件在塑料基材和基础层之间可具有固化的膜。
为得到固化膜，一般使用一种组合物，该组合物含有金属氧化物胶体粒子和下列通式(II)的有机硅化合物(R7)a(R8)bSi(OR9)4-(a+b)(II)其中R7和R8各自独立地表示选自下列基团的有机基团1～8个碳原子的烷基、2～8个碳原子的链烯基、6～8个碳原子的芳基、1～8个碳原子的酰基、卤素原子、环氧丙氧基、环氧基、氨基、巯基、甲基丙烯酰氧基和氰基；R9表示选自下列基团的有机基团1～8个碳原子的烷基、1～8个碳原子的酰基和6～8个碳原子的芳基；且a和b各自独立地表示0或1的整数。
金属氧化物胶体粒子的实例包括氧化钨(WO3)、氧化锌(ZnO)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化锡(SnO2)、氧化铍(BeO)和氧化锑(Sb2O5)的胶体粒子。这些金属氧化物可单独使用或混合使用。
通式(II)的有机硅化合物的实例包括硅酸甲酯，硅酸乙酯，硅酸正丙酯，硅酸异丙酯，硅酸正丁酯，硅酸仲丁酯，硅酸叔丁酯，四乙酰氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷，甲基三丙氧基硅烷，甲基三乙酰氧基硅烷，甲基三丁氧基硅烷，甲基三丙氧基硅烷，甲基三戊氧基硅烷，甲基三苯氧基硅烷，甲基三苄氧基硅烷，甲基三苯乙氧基硅烷，环氧丙氧甲基三甲氧基硅烷，环氧丙氧甲基三乙氧基硅烷，α-环氧丙氧乙基三乙氧基硅烷，β-环氧丙氧乙基三甲氧基硅烷，β-环氧丙氧乙基三乙氧基硅烷，α-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷，α-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷，β-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷，β-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基三丙氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基三丁氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基三苯氧基硅烷，α-环氧丙氧丁基三甲氧基硅烷，α-环氧丙氧丁基三乙氧基硅烷，β-环氧丙氧丁基三甲氧基硅烷，β-环氧丙氧丁基三乙氧基硅烷，γ-环氧丙氧丁基三甲氧基硅烷，γ-环氧丙氧丁基三乙氧基硅烷，δ-环氧丙氧丁基三甲氧基硅烷，δ-环氧丙氧丁基三乙氧基硅烷，(3，4-环氧环己基)甲基三甲氧基硅烷，(3，4-环氧环己基)甲基三乙氧基硅烷，β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，β-(3，4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷，β-(3，4-环氧环己基)乙基三丙氧基硅烷，β-(3，4-环氧环己基)乙基三丁氧基硅烷，β-(3，4-环氧环己基)乙基三苯氧基硅烷，γ-(3，4-环氧环已基)丙基三甲氧基硅烷，γ-(3，4-环氧环己基)丙基三乙氧基硅烷，δ-(3，4-环氧环己基)丁基三甲氧基硅烷，δ-(3，4-环氧环己基)丁基三乙氧基硅烷，环氧丙氧甲基甲基二甲氧基硅烷，环氧丙氧甲基甲基二乙氧基硅烷，α-环氧丙氧乙基甲基二甲氧基硅烷，α-环氧丙氧乙基甲基二乙氧基硅烷，β-环氧丙氧乙基甲基二甲氧基硅烷，β-环氧丙氧乙基甲基二乙氧基硅烷，α-环氧丙氧丙基甲基二甲氧基硅烷，α-环氧丙氧丙基甲基二乙氧基硅烷，β-环氧丙氧丙基甲基二甲氧基硅烷，β-环氧丙氧丙基甲基二乙氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基甲基二甲氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基甲基二乙氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基甲基二丙氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基甲基二丁氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基甲基二苯氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基乙基二甲氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基乙基二乙氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基乙烯基二甲氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基乙烯基二乙氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基苯基二甲氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基苯基二乙氧基硅烷，乙基三甲氧基硅烷，乙基三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙酰氧基硅烷，乙烯基三甲氧基乙氧基硅烷，苯基三甲氧基硅烷，苯基三乙氧基硅烷，苯基三乙酰氧基硅烷，γ-氯丙基三甲氧基硅烷，γ-氯丙基三乙氧基硅烷，γ-氯丙基三乙酰氧基硅烷，3，3，3-三氟丙基三甲氧基硅烷，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三乙氧基硅烷，β-氰乙基三乙氧基硅烷，氯甲基三甲氧基硅烷，氯甲基三乙氧基硅烷，N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷，二甲基二甲氧基硅烷，苯基甲基二甲氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷，苯基甲基二乙氧基硅烷，γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷，γ-氯丙基甲基二乙氧基硅烷，二甲基二乙酰氧基硅烷，γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷，γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷，γ-巯丙基甲基二甲氧基硅烷，γ-巯丙基甲基二乙氧基硅烷，甲基乙烯基二甲氧基硅烷和甲基乙烯基二乙氧基硅烷。
形成固化膜的涂料溶液可按已知的常规方法配制。如果需要，可以包含固化催化剂以及各种有机溶剂和表面活性剂，以便改善涂布过程中的湿润性和改善固化膜光滑度。此外，可加入UV吸收剂、抗氧化剂、光稳定剂、防老剂等，只要能实现涂料组合物和固化膜所需的物理性能。
通过用热空气干燥或通过暴露于有效能量射线下来固化所述涂料组合物。优选在70～200℃、更优选在90～150℃的热空气中固化。有效能量射线的实例包括远红外线，这样可抑制热破坏。
在基材上制备涂料组合物形成的固化膜的方法实例包括将涂料组合物涂布到基材上的方法。可使用任何常规的方法来实施涂布，如浸渍、旋转涂布和喷涂。考虑到表面精度，尤其优选浸渍和旋转涂布。将参考下列实施例更详细地对本发明加以说明，然而并不意味本发明将受它们的限制。
下列实施例和比较例得到的光学元件的物理性能是依据下面所述方法测量的。
(1)光透射率使用Hitachi，Ltd.制造的U-3410分光光度计，测定双面有抗反射膜的塑料透镜样品的光透射率Y。
(2)光反射率使用Hitachi，Ltd.制造的U-3410分光光度计，测定双面有抗反射膜的塑料透镜样品的光反射率Z。
(3)抗冲击性能制备了中心厚度(CT)为2.0mm及透镜放大率为-4.00D的塑料透镜，并按照FDA(食品和医药管理局)的定义进行落球试验。"O"表示良好的样品；“x”表示不合格样品。继续进行落球试验直到透镜样品被打碎。强度以最大负载值来确定。球的重量为14g。
(4)粘附性能使用切割工具切割塑料透镜的表面，使其有100个各1mm×1mm的十字形切口。将一种Cellotape胶带粘贴到其十字形切口区域，并一下就使其剥离。对保留的十字形切口进行计数并列于下表，其中(十字形切口保留数)/100表示粘附性能。
(5)耐磨损性能用施加1kgf/cm2负荷的钢丝绒摩擦塑料透镜的表面。在摩擦10次后，按照下列标准评价塑料透镜的表面状态UA几乎没有刮痕。
A发现少量细刮痕。
B发现很多细刮痕和少量粗刮痕。
C发现很多细刮痕和粗刮痕。
D几乎完全剥落。
(6)耐热性在干燥的烘箱里将塑料透镜加热1小时。在试验开始时加热温度为60℃，并且加热温度以5℃的间隔上升。读出塑料透镜破裂的温度。
(7)耐碱性将塑料透镜浸入10％NaOH水溶液中，在20℃浸泡1小时，按照下列标准评价塑料透镜的表面状态UA几乎没有变化。
A发现少量剥落点。
B在表面各处发现很多剥落点。
C在表面各处发现很多剥落点以及发现少量剥落斑块.
D几乎完全剥落。
实施例1～20将90重量份胶体二氧化硅(Snowtex-40，得自Nissan化学工业有限公司)、作为有机硅化合物的81.6重量份甲基三甲氧基硅烷和176重量份γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、2.0重量份0.5N的盐酸、20重量份乙酸及90重量份水装入玻璃容器，溶液在室温搅拌8小时。所生成的溶液在室温放置16小时，得到一种水解溶液。向此溶液中加入120重量份异丙醇、120重量份正丁醇、16重量份乙酰丙酮铝、0.2重量份硅氧烷表面活性剂及0.1重量份UV吸收剂。混合物在室温搅拌8小时，然后在室温老化24小时得到涂料溶液。
将用碱性水溶液预处理过的塑料透镜基材(由二甘醇二烯丙基碳酸酯制备，折射指数为1.50，中心厚度为2.0mm，直径为70mm，透镜放大率为0.00)浸入上述涂料溶液。浸渍完成后，以20cm/min的牵引速度取出塑料透镜。然后，将该塑料透镜在120℃加热2小时以形成固化膜(硬涂层A)。接着所生成的塑料透镜经受离子枪预处理，离子枪预处理用Ar气在表1～10所示的离子加速电压的条件下进行。
然后，在表1～10所示条件下，在硬涂层A上形成由第1～第7层组成的抗反射膜，得到塑料透镜。
在形成混合层时，无机物和有机物用控制的双路气相沉积模式几乎同时蒸发及沉积。有机物被溶解在有机溶剂中，所生成的溶液渗进烧结的不锈钢制造的过滤器(孔径80～100μm；直径18mm；厚度3mm)。有机物与溶剂的重量比为1/4，有机物和溶剂的容量为每个过滤器芯片1ml。将过滤器置入真空蒸发室并在250℃加热。不过因为有机物E是在外部加热罐蒸发，它的蒸汽用气阀和质量流量控制器引入气相沉积室，没有使用过滤器芯片。
表中产物有机物A～E的结构如下有机物A这是通式(a)的活性硅油KF1001(购自Shin-Etsu硅氧烷有限公司)，其中有机基团是环氧基。溶剂是三甲基乙基硅烷LS-865(购自Shin-Etsu化学有限公司)。
有机物B这是通式(a)的活性硅油X22-4741(购自Shin-Etsu硅氧烷有限公司)，其中有机基团是环氧基和聚醚基团。溶剂是乙酸乙酯。
有机物C这是通式(a)的活性硅油X22-8008(购自Shin-Etsu硅氧烷有限公司)，其中有机基团是氨基烷基。溶剂是乙醚。
有机物D这是聚氧乙烯单丙烯酸酯AE-400(购自NOF公司)。溶剂是乙酸乙酯。
有机物E这是聚乙二醇缩水甘油醚E-400(购自NOF公司)。没有使用溶剂。
依据上述试验方法(1)～(7)评价所得到的塑料透镜，结果列于表1～10。在表中，λ表示所使用的光的波长，且λ＝500nm。混合层的折射指数是在λ＝500nm时测定的。
比较例1～4塑料透镜是在表11和12所示条件下制造的，其中硬涂层及第一到第七层功能膜全部仅仅由无机物形成。
依据上述试验方法(1)～(7)评价所得到的塑料透镜，结果列于表11和12。
没有用离子辅助工艺生产的各层在下列表中的“离子枪设定”栏内用符号“-”表示。这些是层通过常规气相沉积法沉积的。
表1-1
表1-2
表2-1
表2-2
表3-1
表3-2
表4-1
表4-2
表5-1
表5-2
表6-1
表6-2
表7-1
表7-2
表8-1
表8-2
表9-1
表9-2
表10-1
表10-2
表11
表12
如表1～10所示，实施例1～20的塑料透镜具有0.70～0.82％的非常小的光反射率，以及99.0～99.11％的大的光透射率。此外，它们的抗冲击性能、粘附性能、耐磨损性能、耐热性和耐碱性都是良好的。
与它们相反，如表11和12所示，比较例1～4的塑料透镜全都具有1.1～1.2％的高的光反射率。此外，抗冲击性能是低的，并且它们的粘附性能、耐磨损性能、耐热性和耐碱性都低于实施例1～20的塑料透镜。正如上文详细说明的，本发明的光学元件具有良好的抗反射膜，它的反射率小而透射率高，此外，它还具有抗冲击性能、粘附性能、耐热性、耐磨损性能和耐碱性优异的优点，并且它的生产率也是良好的。
权利要求
1.一种具有抗反射膜的光学元件，它包含塑料基材和可通过真空蒸发得到的抗反射膜，其中至少一层抗反射膜是含有无机物和有机物的混合层。
2.权利要求1的具有抗反射膜的光学元件，其中混合层可借助于离子辅助工艺得到。
3.权利要求1或2的具有抗反射膜的光学元件，其中混合层中的无机物是SiO2。
4.权利要求1或2的具有抗反射膜的光学元件，其中混合层中的无机物是SiO2和Al2O3。
5.权利要求1或2的具有抗反射膜的光学元件，其中混合层中的无机物是选自Nb2O5、Ta2O5、TiO2、ZrO2和Y2O3的至少一种无机氧化物。
6.权利要求1或2的具有抗反射膜的光学元件，其中混合层中的有机物是改性硅油。
7.权利要求6的具有抗反射膜的光学元件，其中改性硅油包括一种或多种具有下列通式(a)～(d)中任一结构的化合物(a)具有引入到聚硅氧烷侧链的有机基团的改性硅油 (b)具有引入到聚硅氧烷两端的有机基团的改性硅油 (c)具有引入到聚硅氧烷一端的有机基团的改性硅油 (d)具有引入到聚硅氧烷侧链和两端的有机基团的改性硅油 在通式(a)～(d)中，m和n各自独立地表示0或大于0的整数；并且在通式(c)中，R表示具有1～10个碳原子的烷基、具有1～10个碳原子的链烯基或具有1～10个碳原子的链炔基。
8.权利要求7的具有抗反射膜的光学元件，其中有机基团选自氨基、环氧基、羧基、羟基、具有1～15个碳原子的含羟基的烃基、甲基丙烯酸基、巯基、酚基、具有1～15个碳原子的烷氧基、具有1～15个碳原子的带有一个或多个上面列举的取代基的烃基以及这些基团的组合。
9.权利要求7的具有抗反射膜的光学元件，其中有机基团选自具有1～15个碳原子的烷基、具有2～15个碳原子的酯基、甲基苯乙烯基、具有2～15个重复单元的聚(C2-15亚烷基)醚基、具有16～20个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸的酯和具有1～15个碳原子的被一个或多个氟原子取代的烃基。
10.权利要求6～9中任意一项的具有抗反射膜的光学元件，其中改性硅油的数均分子量为250～6,000。
11.权利要求1或2的具有抗反射膜的光学元件，其中混合层中的有机物是下列通式(I)的化合物 其中x和z各自独立地表示0或大于0的整数；y表示1或大于1的整数；R1～R6各自独立地表示氢原子或有机基团，该有机基团选自甲基，具有1～15个碳原子的包含环氧基、氨基、(甲基)丙烯酸基、羟基的烃基，具有1～15个碳原子的包含羰基、乙烯基、硫醇基的烃基，具有1～15个碳原子的含碳-碳叁键的烃基，具有1～15个碳原子的烷氧基硅烷基，具有1～15个碳原子的烷基氨基和具有5～8个碳原子的环烷基。
12.权利要求11的具有抗反射膜的光学元件，其中R1～R6中至少一个基团是脱水山梨醇残基或脱水山梨醇酯残基。
13.权利要求11的具有抗反射膜的光学元件，其中通式(I)的化合物是聚乙二醇单丁基单缩水甘油基醚、聚乙二醇二缩水甘油基醚、αω-双-3-氨丙基聚氧乙烯醚、聚乙二醇脱水山梨醇单月桂酸酯、聚乙二醇脱水山梨醇单油酸酯或聚氧乙烯单丙烯酸酯。
14.权利要求11～13中任意一项的具有抗反射膜的光学元件，其中通式(I)的化合物的数均分子量为250～6,000。
15.权利要求1～14中任意一项的具有抗反射膜的光学元件，其中膜的混合层中有机物的含量为0.02％重量～70％重量。
16.权利要求1～15中任意一项的光学元件，它具有在塑料基材和抗反射膜之间形成的基础层，基础层的厚度为1～5nm，并含有选自镍(Ni)、银(Ag)、铂(Pt)、铌(Nb)和钛(Ti)的至少一种金属。
17.权利要求1～16中任意一项的具有抗反射膜的光学元件，其中抗反射膜的配置是使一层混合层最接近塑料基材，而与第一混合层可以相同也可以不同的另一混合层最远离该塑料基材。
18.权利要求17的光学元件，其中抗反射膜包含在塑料基材上按顺序形成的下列各层第1层SiO2+Al2O3+有机物的混合层(层厚度为10～180nm)，第2层Nb2O5层(层厚度为1～25nm)，第3层SiO2+Al2O3层(层厚度为10～50nm)，第4层Nb2O5层(层厚度为10～55nm)，第5层SiO2+Al2O3层(层厚度为10～50nm)，第6层Nb2O5层(层厚度为10～120nm)，和第7层SiO2+Al2O3+有机物的混合层(层厚度为70～100nm)。
19.形成权利要求1～18中任意一项的具有抗反射膜的光学元件的方法，其中抗反射膜是通过真空蒸发作用形成的。
20.权利要求19的方法，其中至少一个混合层是使用离子辅助工艺形成的。
全文摘要
本发明的目标是提供一种具有形成在塑料基材上的抗反射膜的光学元件，其优点是抗反射膜的反射率低而其透射率高，在塑料基材上的抗冲击性能、粘附性能、耐热性、耐磨损性能和耐碱性优异，并且生产率良好。用具有抗反射膜的光学元件达到了上述目标，该光学元件具有塑料基材和通过真空蒸发在其上形成的抗反射膜，其中至少一层抗反射膜是由无机物和有机物制成的混合层。
文档编号G02B1/10GK1414398SQ0214718
公开日2003年4月30日 申请日期2002年10月25日 优先权日2001年10月25日
发明者三石刚史, 白川宽, 新出谦一 申请人:保谷株式会社