CN100400449C

CN100400449C - 模造用光学玻璃材料

Info

Publication number: CN100400449C
Application number: CNB2005100073018A
Authority: CN
Inventors: 王坤池; 王清华
Original assignee: Asia Optical Co Inc
Current assignee: Asia Optical Co Inc
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2025-02-04
Also published as: CN1814562A

Abstract

本发明公开了一种模造用光学玻璃材料，包含：一具有一连续的外表面的玻璃本体，及一形成在该玻璃本体的外表面的保护膜；该保护膜具有一基质层及一埋于该基质层且由多数个纳米粒子所构成的散布单元；该基质层是一选自于下列所构成的群组：非晶碳、类钻碳及它们的一组合，且该保护膜是一起始物的一裂解反应产物，该起始物是含有M₁源、碳源、氢源及一选自于下列所构成的群组：氧源、氮源及它们的一组合，其中该M₁源是一选自于下列所构成的群组：硅、钛、铝、钨、钽、铬、锆、钒、铌、铪、硼及它们的一组合。

Description

模造用光学玻璃材料

技术领域

本发明涉及一种玻璃材料，特别是指一种模造用光学玻璃材料。

背景技术

在光学玻璃镜片相关领域中，一般制作光学玻璃镜片的模造技术，主要是借由研磨一玻璃原物料致使该玻璃原物料具有近似模造成品的外观以形成一玻璃材料预形体，并对该玻璃材料预形体予以清洗。随后，将该玻璃材料预形体放置于一玻璃模造用的模具组内，并对该模具组予以加热达软化点(soft point)或接近软化点的温度，致使设置于该模具组内的玻璃材料预形体产生软化并被塑型成一具有相反于该模具组的成形面的玻璃镜片。

在一般的情况下，前述光学玻璃镜片的模造成形方式，是将裸露的玻璃材料预形体直接地与模具组的成形面接触，在模造过程中，容易导致在玻璃材料与模具组的成形面两者之间产生融着(fusion)的现象，以使得模塑成形后的玻璃镜片不易自模具中脱离，因此，此种玻璃材料预形体对于光学玻璃镜片的模造技术而言，仍存在着模具使用寿命短等问题，此外，其模造成形率低亦导致玻璃镜片表面精度无法符合光学应用的需求。

为改善前述缺点，熟知此技术领域者是在玻璃材料预形体的表面预先沉积一保护层。

如日本特开2003-313046号专利，于说明书中揭示出利用高温热裂解(thermaldecomposition)的方式在石英炉管(quartz tube)中通入乙炔(C₂H₂)作为一反应气体源，借以在玻璃材料预形体表面沉积一介于0.1nm至2nm的碳薄膜(carbon film)作为离型用保护层(release Layer)，用以改善离型性(releasability)及表面面形转写(form transfer)精度。但此类以高温热裂解方式所沉积的碳膜附着性(adhesion)极差，无法承受于模造制程前的清洗与擦拭等前处理，因此，有其使用上的限制。

另外，如日本特开昭63-222023号专利，则是以溅镀(sputter)、蒸镀(evaporation)或溶胶凝胶(sol-gel)等方式在玻璃材料预形体表面沉积一碳薄膜作为离型用保护层。在玻璃模造过程中，虽然日本特开昭63-222023号专利所提及的碳膜具有优异的热传率(thermal conductivity)可提高玻璃材料预形体的受热均匀性，以及低摩擦系数(frictioncoefficient)可增加玻璃材料预形体在软化时于模具组的成形面的移动性等特点，然而，由于模造成形后，形成于玻璃镜片表面的碳膜将影响后续光学干涉镀膜(opticalinterference coating)的光学性质，因此于模造制程后需进一步地施予回火(tempering)处理借以去除残留碳膜及热应力(thermal stress)。此外，由于揭露于日本特开昭63-222023号专利中的方式所沉积的碳膜附着性过高且粗糙度较大，因而致使在完成模造后续的回火处理制程中，不易去除残留于玻璃镜片表面的碳膜并使得最终所制得的玻璃镜片无法获得优异的表面品质。

前面所提及的两篇日本专利前案的整体揭示内容，在此并入本案作为现有参考资料。

由上所述，如何减少玻璃材料于模造过程中所产生的融着现象，以使得所制得的玻璃镜片可以符合光学使用上的要求并增加玻璃模造用的模具组的使用寿命，此外，于玻璃模造后，亦不影响后续由光学干涉镀膜制程所制得的光学玻璃镜片的光学性质，是当前开发光学用玻璃镜片相关业者所需解决的一大难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种于模造过程中不易产生融着现象并增加玻璃模造用模具组的使用寿命，且不影响后续光学干涉镀膜制程的模造用光学玻璃材料。

于是，本发明模造用光学玻璃材料，包含：一具有一连续的外表面的玻璃本体，及一形成在该玻璃本体的外表面的保护膜(protective film)。

该保护膜具有一基质层(matrix layer)及一埋于该基质层且由多数个纳米粒子(nano particles)所构成的散布(dispersion)单元。该基质层是一选自于下列所构成的群组：非晶碳(amorphous carbon)、类钻碳(diamond like carbon；简称DLC)及它们的一组合，且该保护膜是一起始物的一裂解反应产物，该起始物是含有M₁源、碳源、氢源及一选自于下列所构成的群组：氧源、氮源及它们的一组合，其中该M₁源是一选自于下列所构成的群组：硅、钛、铝、钨、钽、铬、锆、钒、铌、铪、硼及它们的一组合。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图1是一剖面图，说明本发明模造用光学玻璃材料的一较佳实施例。

图2是一该图1的局部放大示意图。

图3是一剖面图，说明本发明模造用光学玻璃材料的一玻璃本体。

具体实施方式

<发明概要>

为了减少玻璃材料于模造过程中所产生的融着现象以使得所制得的玻璃镜片可以符合光学使用上的要求，亦需在玻璃模造后，不影响后续由光学干涉镀膜制程所制得的光学玻璃镜片的光学性质，形成于玻璃材料预形体表面的保护膜的附着性恰当与否则成为控制前述需求的关键技术。

因此，本发明在一玻璃本体的外表面上形成一引入多数个纳米粒子且厚度介于0.2nm至20nm之间的保护膜，以使得该保护膜主要是由碳基质层及含碳的化合物的纳米粒子所构成。

于形成该含有多数个纳米粒子的保护膜的制作过程中，控制镀膜制程环境低于该玻璃本体的玻璃转化温度(glass transition temperature；简称Tg点)，以使得该保护膜整体是呈非晶质态且维持该保护膜原本的热传及摩擦特性，致使形成有该保护膜的玻璃本体于实施高温模造制程中仍保有均匀地受热以及轻易地于模具组的成形面移动等特点。此外，并借与该玻璃本体同质性(coherence)相近的含碳的化合物的纳米粒子对该保护膜整体提供恰当的附着性，致使该形成有保护膜的玻璃本体于高温模造后，仍可借由回火处理移除该碳基质层并于该玻璃本体外表面上残留微量的纳米粒子，其中，残留于该玻璃本体表面的微量纳米粒子亦不影响后续的光学干涉镀膜的光学特性。

<发明详细说明>

参阅图1及图2，本发明的模造用光学玻璃材料的一较佳实施例包含：一具有一连续的外表面21的玻璃本体2，及一形成在该玻璃本体2的外表面21的保护膜3。

该保护膜3具有一基质层31及一埋于该基质层31且由多数个纳米粒子321所构成的散布单元32。该基质层31是一选自于下列所构成的群组：非晶碳、类钻碳及它们的一组合。

较佳地，该散布单元32是由一选自于下列所构成的群组的材料所制成：含M₁及碳的组份(component containing M₁ and carbon)、A、B、及它们的一组合。该A是包含一含M₁及碳的组份、一含M₁及氧(oxygen)的组份及一含M₁、碳及氧的组份。该B是包含一含M₁及碳的组份、一含M₁及氮的组份及一含M₁、碳及氮(nitrogen)的组份。更佳地，该M₁是一选自于下列所构成的群组：硅(Si)、钛(Ti)、铝(Al)、钨(W)、钽(Ta)、铬(Cr)、锆(Zr)、钒(V)、铌(Nb)、铪(Hf)、硼(B)及它们的一组合。在一具体实施例中，该基质层31是非晶碳，该散布单元32是由A所制成，该M₁是硅；亦即，该散布单元32是由含硅及碳的组份、含硅及氧的组份，及含硅、碳及氧的组份所制成。因此，该等纳米粒子321是由三种纳米粒子所构成：含硅及碳(Si-C)的纳米粒子、含氧及硅(Si-O)纳米粒子，及含硅、碳及氧(Si-C-O)的纳米粒子。

较佳地，该保护膜3是一起始物(starting material)的一裂解反应产物。该起始物是含有M1源、碳源(carbon source)、氢源(hydrogen)及一选自于下列所构成的群组：氧源(oxygen source)、氮源(nitrogen)及它们的一组合。

适用于本发明的该M₁源是一选自于下列所构成的群组：硅、钛、铝、钨、钽、铬、锆、钒、铌、铪、硼及它们的一组合。较佳地，该M₁源是硅，且该起始物是含有硅源、碳源、氢源及氧源。更佳地，该起始物是一含有硅、碳、氢及氧的气体分子。在一具体实施例中，该含有硅、碳、氢及氧的气体分子是六甲基二硅氧烷(hexamethyldisiloxane；简称HMDSO；化学式为C₆H₁₈OSi₂)。

较佳地，该保护膜3的厚度是至少大于0.2nm。更佳地，该保护膜3的厚度是介于0.2nm至20nm之间。

<具体实施例>

在本发明的模造用光学玻璃材料的一具体实施例中，该保护膜3的基质层31是一非晶碳的基质层，该散布单元32是由含硅及碳的组份、含硅及氧的组份，及含硅、碳及氧的组份所制成。因此，在该具体实施例中，该等纳米粒子321是由三种纳米粒子所构成：含硅及碳(Si-C)的纳米粒子、含氧及硅(Si-O)纳米粒子及含硅、碳及氧(Si-C-O)的纳米粒子。

在该具体实施例中，是使用日商OHARA所产的型号为L-LBAL35且T_g点为527℃的玻璃原物料作为该玻璃本体2。本发明的该具体实施例模造用光学玻璃材料的制作方法，简单地说明于下。

首先，如图3所示，提供一玻璃本体2，利用异丙醇(isopropyl alcohol；化学式为(CH₃)₂CHOH；以下简称IPA)清洗该玻璃本体2，其中，该玻璃本体2的外表面21是由一上表面及一连结且相反于该上表面的下表面所构成。进一步地，放置该玻璃本体2于一背景压力值(base pressure)为4×10^-3Pa且制程温度为480℃的反应腔体中维持60分钟，后续地，于该反应腔体中通入HMDSO气体作为该具体实施例的起始物以维持工作压力值为5×10^-1Pa。此外，亦分别地控制阳极电流值为0.75A、基板偏压(bias)值为120V以及镀膜速率为1nm/min以作为该保护膜3的镀膜制程参数，分别于该玻璃本体2的上下表面(亦即该外表面21)形成一厚度约为10nm的保护膜3并构成本发明的模造用光学玻璃材料，如图1所示。

本发明的该具体实施例的模造用光学玻璃材料后续是依序实施清洗、高温模造、430℃的回火处理及光学干涉镀膜等光学玻璃镜片相关制程。

经由前述制程所得结果显示，于完成保护膜3的镀膜制程后，本发明的模造用光学玻璃材料可承受IPA有机溶剂的清洗。此外，于实施高温模造制程中，具有高热传导性的该保护膜3亦使得该玻璃本体2可快速地达到热均温的目的并轻易地于模具组的成形面移动，因此，于高温模造制程中亦提升玻璃镜片的表面面形转写精度。再者，经由回火处理移除该基质层31后所残留于该玻璃本体2外表面21上的微量纳米粒子321(未显示回火处理后的图标)，亦不影响后续的光学干涉镀膜的光学特性。

另外，直接地将表面未形成有该保护膜3的L-LBAL35型玻璃原物料放置于一玻璃模造用的模具组内并施予高温模造制程，所得结果显示该模具组只具有500次至1000次的模仁使用寿命。然而，与本发明的模造用光学玻璃材料相比较，其结果显示该模具组的使用寿命可增加到5000次至6000次。

归纳上述，本发明的模造用光学玻璃材料具有降低于高温模造过程中所产生的融着现象、模造过程的转写精度高、增加玻璃模造用模具组的使用寿命、且不影响后续由光学干涉镀膜制程所制得的光学玻璃镜片的光学性质等特点，所以确实能达到本发明的目的。

Claims

1.一种模造用光学玻璃材料，其特征在于其包含：

一玻璃本体，具有一连续的外表面；及

一形成在该玻璃本体的外表面的保护膜，该保护膜具有一基质层及一埋于该基质层且由多数个纳米粒子所构成的散布单元，该基质层是一选自于下列所构成的群组：非晶碳、类钻碳及它们的一组合，且该保护膜是一起始物的一裂解反应产物，该起始物是含有M₁源、碳源、氢源及一选自于下列所构成的群组：氧源、氮源及它们的一组合，其中该M₁源是一选自于下列所构成的群组：硅、钛、铝、钨、钽、铬、锆、钒、铌、铪、硼及它们的一组合。

2.如权利要求1所述的模造用光学玻璃材料，其特征在于：该散布单元是由一选自于下列所构成的群组的材料所制成：含M₁及碳的组份、A、B、及它们的一组合；该A是包含一含M₁及碳的组份、一含M₁及氧的组份及一含M₁、碳及氧的组份；该B是包含一含M₁及碳的组份、一含M₁及氮的组份及一含M₁、碳及氮的组份；该M₁是一选自于下列所构成的群组：硅、钛、铝、钨、钽、铬、锆、钒、铌、铪、硼及它们的一组合。

3.如权利要求2所述的模造用光学玻璃材料，其特征在于：该散布单元是由A所制成，该M₁是硅。

4.如权利要求1所述的模造用光学玻璃材料，其特征在于：该M₁源是硅。

5.如权利要求4所述的模造用光学玻璃材料，其特征在于：该起始物是含有硅源、碳源、氢源及氧源。

6.如权利要求4所述的模造用光学玻璃材料，其特征在于：该起始物是一含有硅、碳、氢及氧的气体分子。

7.如权利要求6所述的模造用光学玻璃材料，其特征在于：该含有硅、碳、氢及氧的气体分子是六甲基二硅氧烷。

8.如权利要求1所述的模造用光学玻璃材料，其特征在于：该保护膜的厚度是至少大于0.2nm。

9.如权利要求1所述的模造用光学玻璃材料，其特征在于：该保护膜的厚度是介于0.2nm至20nm之间。