TWI422549B - Molded with high refractive index, low Tg optical glass material (b) - Google Patents
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本發明係與光學玻璃有關，更詳而言之是指利用模造之方式製成，具有高折射率、低玻璃轉化溫度以及高結晶溫度的光學玻璃，其折射率(nd)高於1.71，玻璃轉化溫度低於500℃者。
近年來，高折射率非球面玻璃鏡片因為具有消除收差、可簡化系統鏡片數量、高性能以及可縮小體積等優點，被廣泛的應用；但是，非球面玻璃鏡片不易利用研削及研磨等加工方式大量的製造，只能利用模造的方式獲得高精確度的非球面鏡片；而，影響非球面玻璃模造成形的主要因素為成形溫度與玻璃物性，在成形溫度方面盼望其玻璃熔融溫度越低越好，可提高模造用模具的壽命，亦能穩定產品的品質；在物性方面則希望其具有高折射率；習用所知之磷酸鹽系玻璃雖然具有低的玻璃轉化溫度Tg，但是其折射率以及耐化性都是較差的，矽酸鹽系玻璃雖然有較佳的玻璃穩定性，但其無法具有高折射率以及低的玻璃轉化溫度；又，近年來常用的高折射率玻璃則是於其成分中含有二氧化鍺(GeO2
)，雖然可較其他玻璃體具有較高折射率，但是其成本昂貴故亦不見普遍應，是以，如何使非球面模造玻璃鏡片具有高的折射率、低的玻璃轉化溫度、良好的耐化性以及可降低其成本，是目前業界努力研發的重點與目標。
本發明之主要目的即在提供一種具有低成本、高折射率、低轉化溫度以及良好耐化性的光學玻璃材料，可解決含二氧化鍺(GeO2
)成本昂貴的問題，以及前揭磷酸鹽系玻璃與矽酸鹽系玻璃的缺失，兼具有高折射率與低玻璃轉化溫度並且其成本低簾可普遍應用，更有較高的結晶溫度使熱穩定性較佳等功效。
緣是，為達成前述之目的，本發明係提供一種模造用高折射率、低Tg光學玻璃材料，其各組成份之莫耳比例為：19.9%至49.75 mole%之三氧化二鉍、9.95%至19.9%之五氧化二磷、7.4625%至39.8%之三氧化二硼、0%至9.95%之一氧化二鉀、0%至0.5%之五氧化二銻、0%至19.9%之氧化鋇、0%至19.9%之氧化鍶以及0%至14.925%之二氧化鈦；可產生折射率高於1.71，玻璃轉化溫度低於500℃，且有較高的結晶溫度者。
進一步地，該成份中又以莫耳比例為49.75%之三氧化二鉍(Bi2
O3
)較佳。
進一步地，該成份中五氧化二磷(P2
O5
)之組成範圍又以莫耳比例為9.95%至29.85%較佳。
進一步地，該成份中三氧化二硼(B2
O3
)之組成範圍又以莫耳比例為27.3625%至7.4625%較佳。
進一步地，該成份中氧化鋇(BaO)之組成範圍又以莫耳比例為0%至12.4375%較佳。
進一步地，該成份中又以莫耳比例為0.5%之五氧化二銻(Sb2
O5
)較佳。
以下，茲舉本發明數較佳實施例，並配合圖式做進一步之詳細說明如後：本發明一較佳實施例之模造用高折射率、低Tg光學玻璃材料，主要由三氧化二鉍(Bi2
O3
)、五氧化二磷(P2
O5
)、三氧化二硼(B2
O3
)、一氧化二鉀(K2
O)、五氧化二銻(Sb2
O5
)、氧化鋇(BaO)、氧化鍶(SrO)以及二氧化鈦(TiO2
)等成分所組成，而各該組成成分之莫耳百分率(mole%)如下：三氧化二鉍19.9~49.75%；五氧化二磷9.95~19.9%；三氧化二硼7.4625~39.8%；一氧化二鉀0%~9.95%；五氧化二銻0%~0.5%；氧化鋇0%~19.9%；氧化鍶0%~19.9%；二氧化鈦0%~14.925%。
其中，三氧化二鉍(Bi2
O3
)之的主要功能是增加折射率，也能降低玻璃轉移溫度，當其莫爾含量含量小於19.9%則折射率不高，大於49.75%時則不易形成玻璃；五氧化二磷(P2
O5
)之的主要功能是增加玻璃穩定性，也能降低玻璃轉移(Tg)溫度，還能令其在可見光區靠近紫外光區附近的穿透率提高，當其莫爾含量小於9.95%無法有效提高可見光區穿透率，大於19.9%則不易形成玻璃。
三氧化二硼(B2
O3
)的主要功能是增加玻璃穩定性，也能降低玻璃轉化溫度，當其莫爾含量小於7.4625%無法有效降低玻璃轉化溫度，大於39.8%折射率過低。
一氧化二鉀(K2
O)的主要功能是降低玻璃轉化溫度，也具有增加玻璃穩定性的功能，莫爾含量大於9.95%折射率過低。
五氧化二銻(Sb2
O5
)的主要功能是作為強氧化劑，也具有提高折射率的功能，當其莫爾含量大於0.5%則不易形成玻璃。
氧化鋇(BaO)的主要功能是增加折射率，也具有增進玻璃穩定性的功能，當其莫爾含量大於19.9%不易形成玻璃及可見光區穿透率下降。
氧化鍶(SrO)主要作為提高折射率的功能，也具有增加玻璃穩定性的功能，莫爾含量大於19.9%不易形成玻璃。
二氧化鈦(TiO2
)主要作為增加折射率的功能，莫爾含量大於14.925%易造成可見光區穿透率下降。
據由以上成分所組成之本發明模造用高折射率、低Tg光學玻璃材料，藉由可增加折射率的三氧化二鉍(Bi2
O3
)、五氧化二銻(Sb2
O5
)、氧化鋇(BaO)、氧化鍶(SrO)以及二氧化鈦(TiO2
)，可增加玻璃穩定性之五氧化二磷(P2
O5
)、三氧化二硼(B2
O3
)、氧化鋇(BaO)以及氧化鍶(SrO)，可降低玻璃轉化溫度Tg的三氧化二鉍(Bi2
O3
)、五氧化二磷(P2
O5
)、三氧化二硼(B2
O3
)以及一氧化二鉀(K2
O)，再加上具有強氧化劑作用之五氧化二銻(Sb2
O5
)等，經過多次之實驗所得之結果與數據，找到最適當比例所做出之玻璃，確實具有較低的玻璃轉化溫度、良好的玻璃穩定性，且具有高折射率。
本發明之玻璃有低的玻璃轉化溫度Tg，可提高模造用模具的壽命，故能穩定產品品質；良好的耐化性在模造過程中可以保護生產設備及玻璃原料；高的折射率可減少元件中的鏡片數量，縮小光學元件之體積與重量，更因為本發明材料中不含氧化鉛等有害物質，因此不會有環境汙染方面的問題產生，亦不含成
本過於昂貴的二氧化鍺(GeO2
)，在光學玻璃應用方面，將是可取代一般折射率偏低的玻璃系統以及具有高折射率但在可見光區穿透率不佳的玻璃系統，更可以利用模造方式大量、快速地製造與生產，以及能大幅降低製造成本，確實可達成預期之創作目的者。
本發明該光學玻璃之玻璃特性，可由各實施例明示：
如表一之實例1(A1)~實例5(A5)所示，將本發明光學玻璃之三氧化二鉍(Bi2
O3
)mole%含量固定為49.75%、五氧化二磷(P2
O5
)mole%含量固定為19.9%、一氧化二鉀(K2
O)mole%含量固定為5%、五氧化二銻(Sb2
O5
)mole%含量固定為0.5%；由表一可知，當該三氧化二硼(B2
O3
)mole%含量依序為24.875、22.3875、19.9、17.4125、14.925、而該氧化鋇(BaO)mole%含量依序為0、2.4875、4.975、7.4625、9.95%時，其玻璃轉化溫度會因為三氧化二硼(B2
O3
)mole%的減少而降低，由460逐漸降至450，同時玻璃穩定性(Tonset
-Tg
，Tonset
為起始結晶溫度)差值(數值越大熱穩定性越高，此為本技術領域之通常知識)亦逐漸降低由91降至35，三氧化二硼(B2
O3
)mole%的減少將導致其易產生結晶使玻璃穩定性跟著降低；但是對於折射率來說則無多大之影響，會忽大忽小；
如表二之實例6(A6)~實例10(A10)所示，本發明光學玻璃之三氧化二鉍(Bi2
O3
)mole%含量固定為49.75%、五氧化二磷(P2
O5
)mole%含量固定為9.95%、一氧化二鉀(K2
O)mole%含量為0%、五氧化二銻(Sb2
O5
)mole%含量固定為0.5%；此時該氧化鋇(BaO)mole%含量於上述之表一中所含相同，依序為0、2.4875、4.975、7.4625、9.95%，而該三氧化二硼(B2
O3
)mole%含量則大幅增加為39.8、37.3125、34.825、32.3375、29.85%時，可得其玻璃轉化溫度Tg由467℃逐漸降至439℃，但是其玻璃穩定性
(Tonset
-Tg
)差值則由30、38、54、增加至106又降下來變為93，其折射率則皆>1.810、最高為1.991。
如表三之實例11(A11)~實例15(A15)所示，本發明光學玻璃之之三氧化二鉍(Bi2
O3
)mole%含量固定為49.75%、五氧化二磷(P2
O5
)mole%含量則依序為9.95、14.925、19.9、24.875、29.85%、該三氧化二硼(B2
O3
)mole%含量則依序為27.3625、22.3875、17.4125、12.4375、7.4625%、該氧化鋇(BaO)mole%含量固定為12.4375%、一氧化二鉀(K2
O)mole%含量為0%、五氧化二銻(Sb2
O5
)mole%含量固定為0.5%；此時，隨著該五氧化二磷(P2
O5
)mole%含量的增加，其玻璃穩定性(Tonset
-Tg
)差值則明顯變小，由84降至70，而該三氧化二硼(B2
O3
)mole%隨其含量的增加玻璃轉化溫度Tg由433℃增至501℃，但是於表二中其原先含量界於39.8%至29.85%時之其玻璃轉化溫度Tg是隨其含量的減少而降低由467℃至439℃，由此可知27.3625%是該三氧化二硼(B2
O3
)的臨界含量，一旦其含量高於或低於27.3625%時隨著含量之增加與減少都會造成玻璃轉化溫度Tg有增加之驅勢，而且當該三氧化二硼(B2
O3
)其mole%為27.3625%時，亦可使玻璃的折射率為2.008最高的狀態，並且玻璃穩定性(Tonset
-Tg
)差值為84，穩定性為最佳者；
如表四之實例16(A16)~實例20(A20)所示，本發明光學玻璃之之三氧化二鉍(Bi2
O3
)mole%含量固定為29.85%、五氧化二磷(P2
O5
)mole%含量固定為9.95%、三氧化二硼(B2
O3
)mole%含量固定為39.8%、氧化鍶(SrO)mole%含量依序為0、4.975、9.95、14.925、19.9%、一氧化二鉀(K2
O) mole%含量為0%、五氧化二銻(Sb2
O5
) mole%含量固定為0.5%時，探討該氧化鋇(BaO)mole%含量依序為19.9、14.925、9.95、4.975、0%時，隨著該氧化鋇(BaO) mole%含量增加，使璃轉化溫度Tg由473℃增至496℃，而對於折射率之影響不大，皆＞1.810，但是玻璃穩定性(Tonset
-Tg
)差值卻於氧化鋇(BaO) mole%含量界於由19.9%至14.925%時、以及4.975%至0%時降低，反而在14.925與9.95之間再由108變大到＞215；
如表五之實例21(A21)~實例24(A24)所示，本發明光學玻璃之之三氧化二鉍(Bi2
O3
)mole%含量固定為29.85%、氧化鍶(SrO) mole%含量固定為4.975%、氧化鋇(BaO)mole%含量固定為14.925%、一氧化二鉀(K2
O) mole%含量為0%、五氧化二銻(Sb2
O5
) mole%含量固定為0.5%、五氧化二磷(P2
O5
)mole%含量依序為14.925、19.9、24.875、29.85%、三氧化二硼(B2
O3
)mole%含量依序為34.825、29.85、24.875、19.9%時，在有添加氧化鍶(SrO)之情況下可增加玻璃穩定性之功用，雖然該三氧化二硼(B2
O3
)mole%含量減少時，會使其璃轉化溫度Tg由494℃增至510℃，對於折射率之影響不大，皆＞1.810，但是對於玻璃穩定性(Tonset
-Tg
)差值卻由122增至190，證明該三氧化二硼(B2
O3
)可增加玻璃穩定性；
如表六之實例25(A25)~實例29(A29)所示，本發明光學玻璃之之三氧化二鉍(Bi2
O3
)mole%含量固定為24.875%、五氧化二磷(P2
O5
)mole%含量固定為19.9%、三氧化二硼(B2
O3
)mole%含量固定為34.825%、39.8、%、二氧化鈦(TiO2
) mole%含量依序為2.4875、4.975、7.4628%、一氧化二鉀(K2
O) mole%含量依序為2.4875、4.975、7.4628%、氧化鋇(BaO)mole%含量依序為19.9、14.925、9.95、4.975、19.9%，該氧化鋇(BaO)與該一氧化二鉀(K2
O)的含量增加時，可有效降低玻璃轉化溫度Tg，對於折射率之影響不大，但是該氧化鋇(BaO)mole%含量於14.925%與9.95%時，玻璃穩定性(Tonset
-Tg
)差值卻由77大幅增加至＞205，可知在該14.925%與9.95%的含量範圍內對於玻璃穩定性的提升有相當大的助益；
如表七之實例30(A30)~實例34(A34)所示，本發明光學玻璃之之三氧化二鉍(Bi2
O3
)mole%含量固定為19.9%、五氧化二磷(P2
O5
)mole%含量固定為19.9%、氧化鋇(BaO)mole%含量固定為19.9%、五氧化二銻(Sb2
O5
)mole%含量固定為0.5%、三氧化二硼(B2
O3
)mole%含量依序為34.825、29.85、24.875、二氧化鈦(TiO2
) mole%含量依序為4.975、9.95、14.925%，該二氧化鈦(TiO2
) mole%含量增加時可提高折射率，該三氧化二硼(B2
O3
)mole%含量增加時雖然會使折射率降低，但是仍維持有1.770的高折射率者；
經由以上實驗測試結果，本發明一較佳實施例之模造用高折射率、低Tg光學玻璃材料，其成分中該三氧化二鉍(Bi2
O3
)之莫耳比例為49.75%、該五氧化二磷(P2
O5
)之莫耳比例為9.925%至29.55%、該三氧化二硼(B2
O3
)之莫耳比例為27.3625%至7.4625%、該氧化鋇(BaO)之莫耳比例為0%至12.4375%以及該五氧化二銻(Sb2
O5
)之莫耳比例為0.5%所做出之玻璃，可同時具有低的玻璃轉化溫度與較大的玻璃穩定性(Tonset
-Tg
)差值，即有較佳的玻璃穩定性不易產生結晶，而且又有高折射率，可解決習用磷酸鹽系玻璃雖然其玻璃轉化溫度Tg較低但是折射率以及耐化性明顯較差的缺弊，以及可去除習用矽酸鹽系玻璃其玻璃穩定性較佳，但確不具有高折射率與低玻璃轉化溫度的特性，本發明可兼具磷酸鹽系玻璃、與矽酸鹽系玻璃二種玻璃特性，使非球面模造玻璃鏡片具備有高的折射率、低的玻璃轉化溫度及良好耐化性之玻璃特性，而且捨去高成本的二氧化鍺(GeO2
)，更未使用對環境易造成不良影響的成分元素，符合環保意識，實用價值甚佳並具產業利用性者。
無圖號
無圖式
無圖號
Claims (1)
- 一種模造用高折射率、低Tg光學玻璃材料，其主要特徵在於折射率高於1.71，玻璃轉化溫度低於500℃，且有較高的結晶溫度者，而其主要成分之組成範圍(莫耳百分率)為：49.75%之三氧化二鉍(Bi2 O3 )；9.95%至29.85%之五氧化二磷(P2 O5 )；7.4625%至27.3625%之三氧化二硼(B2 O3 )；0%至9.95%之一氧化二鉀(K2 O)；0.5%之五氧化二銻(Sb2 O5 )；0%至12.4375%之氧化鋇(BaO)；0%至19.9%之氧化鍶(SrO)；及0%至14.925%之二氧化鈦(TiO2 )。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW100116015A TWI422549B (zh) | 2011-05-06 | 2011-05-06 | Molded with high refractive index, low Tg optical glass material (b) |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| TW100116015A TWI422549B (zh) | 2011-05-06 | 2011-05-06 | Molded with high refractive index, low Tg optical glass material (b) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201245087A TW201245087A (en) | 2012-11-16 |
| TWI422549B true TWI422549B (zh) | 2014-01-11 |
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ID=48094234
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|---|---|---|---|
| TW100116015A TWI422549B (zh) | 2011-05-06 | 2011-05-06 | Molded with high refractive index, low Tg optical glass material (b) |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6333282B1 (en) * | 1999-08-20 | 2001-12-25 | Sumita Optical Glass, Inc. | Optical glass for precision molding |
-
2011
- 2011-05-06 TW TW100116015A patent/TWI422549B/zh active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6333282B1 (en) * | 1999-08-20 | 2001-12-25 | Sumita Optical Glass, Inc. | Optical glass for precision molding |
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