CN102401910A

CN102401910A - 制备光学镀膜材料的方法及光学镀膜材料

Info

Publication number: CN102401910A
Application number: CN2010102870608A
Authority: CN
Inventors: 许献中; 陈建仲
Original assignee: JINGLIAN TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: JINGLIAN TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-04-04

Abstract

本发明涉及一种制备光学镀膜材料的方法，包括提供一种至少包含二氧化钛及三氧化二镧的混合物；以及将镧添加至该混合物中，并于真空下以2000℃至3000℃的温度进行处理，以制得光学镀膜材料。前述方法相较于已知技术具有原料成本低、制程相对简单等优点。此外，本发明还涉及一种光学镀膜材料。

Description

制备光学镀膜材料的方法及光学镀膜材料

技术领域

本发明关于一种光学镀膜材料的制备方法，特别关于一种以高温对含有二氧化钛(TiO₂)、三氧化二镧(La₂O₃)及镧(La)的混合物进行处理，以制得光学镀膜材料的方法。

背景技术

光学镀膜指可以改变光学组件的光学性质的镀膜，其目的可以是抗反射、抗眩光、滤光...等等，而依照目的的不同，光学组件制造商需选用不同的材料进行镀膜。

举例而言，台湾专利公告第588113号公开了一种蒸镀材料的制造方法，其可用于制备具有高折射与低吸收的光学镀膜。于该方法中，含有二氧化钛、钛和三氧化二镧的混合物乃以低压条件进行烧结，进而得到前述的蒸镀材料。

一般而言，在众多种类的光学镀膜材料中，金属氧化物是常被使用的一种。举例来说，镧、钛金属的氧化物，特别是缺氧钛酸镧，便常用于相机镜头、投影机镜头的抗反射层的镀膜制程。

不同于钛酸镧(LaTiO₃)，缺氧钛酸镧指化学式为LaTiO_x(x小于3)的化合物。由于其氧含量较钛酸镧更低，呈现氧不饱和的状态，故其制程也较钛酸镧更为困难。

目前已知的一种缺氧钛酸镧制备方法直接将金属钛与金属镧一起进行大气熔炼并氧化之，然此种作法具有以下缺点：一、成本昂贵-金属钛与金属镧的单价均相当高，故使用此法的原料成本昂贵；二、制程不易控制-由于金属钛与金属镧的氧化活性差异甚大，在氧化过程中并不易稳定控制其缺氧程度，以至于容易造成后续镀膜制程中溢气量不稳定，而增加产品的不良率。

目前已知的另一种缺氧钛酸镧制备方法则是先以镧、钛金属的氧化物制得氧饱和的钛酸镧，之后再进行高温真空还原而得到缺氧钛酸镧。相较于前述氧化法，此种制程虽然原料成本较低，但仍有制程耗能及产物缺氧程度低等缺点。

发明内容

有感于已知技术的缺憾，发明人遂竭其心智悉心研究，凭其从事该项产业多年所累积的经验，进而研发出一种新颖的光学镀膜材料制备方法，其创新之处在于将特定比例的二氧化钛、三氧化二镧以及镧进行高温处理，以获得可用于光学镀膜制程的材料。相较于已知技术，本发明的光学镀膜材料制备方法至少具有原料成本低、制程相对简单、缺氧量稳定、密度高等优点。特别是，当本发明制程所制得的光学镀膜材料应用于镀膜制程时，其具有相对较低的溢气量。

有鉴于此，本发明的目的之一，在于提供一种制备光学镀膜材料的方法，其步骤至少包括：提供一种至少包含二氧化钛及三氧化二镧的混合物；以及将镧添加至该混合物中，并于真空下以1500℃至3000℃的温度进行处理，以制得光学镀膜材料。

于前述的方法中，混合物所含的二氧化钛与三氧化二镧具有1∶1至1∶3的重量比例，且镧对该混合物的重量比例为1∶3至1∶7。此外，于前述的方法中，二氧化钛粉末及三氧化二镧粉末的重量比例较佳为1∶1至1∶2，而镧及粉末混合物的重量比例较佳为1∶4至1∶6。

于前述的方法中，优选进行以下步骤：在将镧添加至混合物之前，先将该混合物加压成型，并置于低温的储存容器内，例如温度低于15℃的冰箱或冷冻槽，之后再将混合物由该储存容器中取出，并以1200℃以上的温度进行处理，如烧结。

本发明的再一目的，在于提供一种制备光学镀膜材料的方法，包括以下步骤：混合重量比例为1∶1至1∶3的二氧化钛粉末及三氧化二镧粉末；将粉末混合物加压成型为尺寸介于1至5毫米的粒状或块状混合物；以1200℃至1800℃的温度烧结该粒状或块状混合物；添加重量约为该粒状或块状混合物的1/7至1/3的镧至该粒状或块状混合物中，并混合均匀；以及以1500℃至3000℃的温度熔炼含有镧的该粒状或块状混合物。

于前述的方法中，在加压成型与烧结步骤之间，粒状或块状混合物优选于15℃以下的温度保存；此外，二氧化钛粉末及三氧化二镧粉末的重量比例优选为1∶1至1∶2，而镧及粉末混合物的重量比例优选为1∶4至1∶6。

通过前述方法，可制得含有缺氧钛酸镧LaTiO_x的光学镀膜材料，且其中x于烧结后熔炼前优选介于2.7至2.8，且x于熔炼后优选介于1.5至2.7。

本发明的又一目的，在于提供一种通过前述的各种方法制备而得的光学镀膜材料。

此外，本发明亦提供一种光学镀膜材料，其包括经真空熔炼的混合物，且该混合物于真空熔炼前包括100重量份的二氧化钛、100至300重量份的三氧化二镧以及30至130重量份的镧。

附图说明

图1为本发明光学镀膜材料制程的第一实施例流程图；

图2为本发明光学镀膜材料制程的第二实施例流程图；

图3为本发明光学镀膜材料制程的第三实施例流程图；

图4为本发明光学镀膜材料制程的第四实施例流程图；

图5A、5B、5C分别为样本一、二、三的塑料镜片进行镀膜后的照片；

图6A、6B、6C分别为样本一、二、三的塑料镜片于镀膜强度测试处理后的照片。

【主要组件符号说明】

12、14、16、18 流程图的步骤

具体实施方式

为充分说明本发明的目的、特征及功效，使本发明所属技术领域中具有通常知识者能了解本发明的内容并可据以实施，现通过下述具体的实施例配合的附图，对本发明做一详细说明如后。

请先参见图1，其为本发明光学镀膜材料制程的第一实施例流程图。第一实施例的制程主要包括两步骤，首先，步骤12乃先提供一种混合物，其包含二氧化钛粉末及三氧化二镧粉末，且其中二氧化钛与三氧化二镧具有1∶1至1∶3的重量比例，优选1∶1至1∶2。其次，步骤18将镧添加至该混合物中，并进行高温处理；其中，镧对该混合物的重量比例为1∶3至1∶7，优选为1∶4至1∶6，且高温步骤于真空下以1500℃至3000℃的温度进行处理。一般而言，高温步骤可于真空熔炼炉中进行，且炉中的压力约为10^-3毫巴，然不以此为限。

请再参见图2，其本发明光学镀膜材料制程的第二实施例流程图。相较于第一实施例，第二实施例于提供二氧化钛及三氧化二镧的混合物后以及添加镧进行高温处理之前，更包括进行步骤14，即对混合物进行加压成型，使其由粉末成型为如圆饼或圆柱等粒状或块状，进而提高密度，以利其后续应用于镀膜时可增加镀膜厚度的均一性而提高光学组件的良率。此外，由于加压成型后的圆饼或圆柱等在大气下易受到水气的影响而水解成粉末，步骤14更包括将加压成型后的圆饼或圆柱置于一低温的储存容器。举例来说，可将加压成型后的圆饼或圆柱先以15℃以下的温度进行保存，如置于5℃以下的的冰箱或冷冻槽等容器，以避免水解情形的发生。

请再参见图3，其为本发明光学镀膜材料制程的第三实施例流程图。相较于第一实施例，第三实施例于提供二氧化钛及三氧化二镧的混合物后以及添加镧进行高温处理之前，更包括进行步骤16，即对混合物预先进行高温处理。于本实施例中，步骤16的高温处理于1200℃以上的温度下进行，且优选于1200℃至1800℃的温度下进行，时间可为1至5小时，视所处理的混合物量而定。举例来说，步骤16可以是对二氧化钛及三氧化二镧的混合物进行烧结处理，如真空烧结或大气烧结，且其优选于一真空烧结炉内进行。于步骤16后，可将混合物击碎成颗粒状，此时颗粒状的混合物已不易被大气中的水气水解，并可接着于步骤18中再添加镧并均匀混合后再进行高温处理。

相较于步骤18的高温处理，步骤16的高温处理步骤可以视为是第一阶段的除氧步骤，且经由步骤16的高温处理后，混合物内优选含有LaTiO_x，且x介于2.7至2.8。

此外，进行步骤16还可提供以下不可预期的优点。首先，通过步骤16的进行，将可缩短后续步骤18的处理时间，且于某些情况下，甚至可将步骤18的处理时间缩短至1/5。此外，于进行步骤16后，粉末间可彼此结合，故于后续光学镀膜时较不会产生飞溅或比例不均等问题。

最后，请参见图4，其为本发明光学镀膜材料制程的第四实施例流程图。如图所示，本实施例的制程主要共包括四个步骤。首先，步骤12提供包含二氧化钛粉末及三氧化二镧粉末的混合物，其中二氧化钛与三氧化二镧的重量比例乃如前所述。其次，如同第二实施例的作法，步骤14对混合物进行加压成型以提升其密度，并将加压成型后的圆饼或圆柱置于一低温储存容器中以避免水解。之后则如同第三实施例的作法，通过步骤16对混合物预先进行高温处理以除去部分的氧，并使粉末间彼此结合。最后，步骤18则以前述的比例加入镧，并进行另一次的高温处理。

于本实施例中，前述制程优选可产生含有LaTiO_x的成品，其于肉眼观察下呈银黑色，且x介于1.5至2.7，适于用作光学镀膜的材料，可用以制造相机镜头、投影机镜头等或各类镜片、棱镜、分光镜、冷光镜等的抗反射层，然并不以此为限。

此外，本发明所制得的光学镀膜材料可以下述方式进行镀膜。首先，将材料导入蒸镀单元内的坩锅中并***蒸镀单元的电子束蒸发器中。欲镀膜的基材，如直径25毫米、厚1毫米的石英-玻璃盘，乃于洁净、干燥后置于蒸镀单元内的基材支架上。由于蒸镀单元的架构属本领域的公知技术，故此处不再赘述。

接着，抽真空至10^-5毫巴，将基材加热至约300℃。使氧气经由控制阀进入蒸镀单元直到压力达10^-4至2×10^-4毫巴。将镀膜材料于电子束蒸发器屏障下熔解并加热至蒸发温度2200℃。于到达此蒸发温度后，开启屏障，基材被镀覆特定厚度的光学层。于冷却之后，自蒸镀单元取出经镀覆的基材，并以光谱计测定穿透率。由穿透曲线可知于500纳米波长的折射指数为2.20，而光学层的厚度为267纳米。

此外，为进一步说明本发明的制程与光学镀膜材料和现有技术的差异，以下乃通过镀膜强度测试的结果说明之。

如图5所示，其分别为塑料镜片进行镀膜后的照片，其中图5A为镀有本发明光学镀膜材料的塑料镜片(样本一)的照片，第5B、5C图所示者则为镀有至少含二氧化钛、钛和三氧化二镧的经烧结光学镀膜材料的塑料镜片(样本二、样本三)。由图中可以观察到塑料镜片于镀膜后进行测试前均略呈绿色(图未示)，且均无明显脱落现象。

之后，依照以下程序进行测试：(1)将800克水与100克盐加入到加热槽内，并以1000瓦的电热棒进行加热，直到水沸腾；(2)于水沸腾后，将样本一、二、三投入到沸腾的盐水中，同时继续加热，于3分钟后将样本取出；(3)取出样本放置干燥后，用显微镜观察膜层附着情况，观察膜层是否脱落和镜片颜色变化；(4)重复前述步骤(1)-(3)两次，之后用清水将样本洗净并于烘烤后量测光谱。

样本于步骤(1)-(3)处理后的结果如图6所示，其中图6A、6B、6C分别为样本一、二、三的照片。由图6A中可观察到样本一的镜片于处理后仍呈现绿色(图未示)，且膜层无脱落。相较之下，如图6B所示，样本二的膜层虽仍为绿色(图未示)，但已出现膜层整片脱落的情形。此外，样本三则如图6C所示，虽由显微镜并无观察出明显的脱落现象，但膜层已由绿色变为***(图未示)。

据此，可知在步骤(1)-(3)处理后，镀有本发明光学镀膜材料的样本一，不论在镀膜强度上或光学稳定性上均优于样本二及样本三。此外，于步骤(4)后所量测得的光谱(图未示)可发现，样本二及样本三的光谱相较于处理前均有明显的变化，而样本一的光谱则无显著的偏移，在在显示出本发明光学镀膜材料的稳定性。

本发明在上文中已以较佳实施例描述，然本领域具有通常知识者应理解的是，该实施例仅用于描述本发明，而不应解读为限制本发明的范围。举例而言，虽然本发明制程所使用的材料主要包括二氧化钛、三氧化二镧及镧，但在不过度影响光学镀膜的质量下，亦可添加其它物质。此外，应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以下文的权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种制备光学镀膜材料的方法，包括：

提供一混合物，其包含二氧化钛及三氧化二镧；以及

将镧添加至该混合物中，并于真空下以1500℃至3000℃的温度进行处理，以制得光学镀膜材料，其中：

于该混合物中，二氧化钛对三氧化二镧的重量比例为1∶1至1∶3；

镧对该混合物的重量比例为1∶3至1∶7。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，更包括：

于添加镧之前，将该混合物加压成型，并置于储存容器内以低于15℃的温度保存。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，更包括：

于添加镧之前，将该混合物由该储存容器中取出，并以1200℃以上的温度进行处理。

4.一种制备光学镀膜材料的方法，包括：

混合重量比例为1∶1至1∶3的二氧化钛粉末及三氧化二镧粉末；

将粉末混合物加压成型为尺寸介于1至5毫米的粒状或块状混合物；

以1200℃至1800℃的温度烧结该粒状或块状混合物；

添加重量约为该粒状或块状混合物的1/7至1/3的镧至该粒状或块状混合物中，并混合均匀；以及

以1500℃至3000℃的温度熔炼含有镧的该粒状或块状混合物。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，更包括：

于粉末混合物加压成型为粒状或块状混合物后，以15℃以下的温度保存该粒状或块状混合物。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，其中二氧化钛粉末及三氧化二镧粉末的重量比例为1∶1至1∶2，镧及该粒状或块状混合物的重量比例为1∶4至1∶6。

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，其中光学镀膜材料包含LaTiO_x，且x小于3。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，其中x于烧结后熔炼前介于2.7至2.8，且x于熔炼后介于1.5至2.7。

9.一种依据权利要求1至8中任一项所述的方法制备而得的光学镀膜材料。

10一种光学镀膜材料，包括经真空熔炼的混合物，且该混合物于真空熔炼前包括100重量份的二氧化钛、100至300重量份的三氧化二镧以及30至130重量份的镧。