CN102267711B - 氧化铝的前体溶胶、光学部件和制备光学部件的方法 - Google Patents

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Abstract

氧化铝的前体溶胶含有由烷氧基铝或铝盐的水解形成的缩聚物、溶剂和具有特定结构的有机铝化合物。通过包括如下步骤的方法制备光学部件：将氧化铝膜浸入温度为60℃-100℃的热水中以形成由氧化铝晶体制成的凹凸结构，该氧化铝膜通过将该氧化铝的前体溶胶供给到基材上而形成。光学部件的制备方法包括将氧化铝膜浸入温度为60℃-100℃的热水中以形成由氧化铝晶体制成的凹凸结构的步骤，该氧化铝膜通过将该氧化铝的前体溶胶供给到基材上而形成。

Description

氧化铝的前体溶胶、光学部件和制备光学部件的方法
技术领域
本发明涉及氧化铝的前体溶胶(precursor sol of aluminumoxide)，该氧化铝的前体溶胶具有令人满意的涂布性并且即使在低温下对该氧化铝的前体溶胶进行烘烤(baking)处理时也能够在包括可见区的宽范围内提供令人满意的减反射性能，并且涉及使用该氧化铝的前体溶胶的光学部件的制备方法和光学部件。
背景技术
已知具有微细结构的减反射结构体，该微细结构等于或小于可见区中的波长并且具有适当的间距和高度，在宽波长范围内提供优异的减反射性能。已知制备该微细结构的方法包括，例如，以使均具有波长以下的粒径的细颗粒分散在膜中的方式通过施涂形成该膜。
已知采用通过用微细加工装置，例如电子束光刻(lithography)装置、激光干涉曝光装置、半导体曝光装置或蚀刻装置图案化来制备微细结构的方法能够使我们控制该微细结构的间距和高度，产生具有优异的减反射性能的微细结构(例如，参见日本专利公开No.50-70040)。
其他已知方法的实例为如下方法，其中使作为铝的氢氧化氧化物的勃姆石在基材上生长以提供减反射性能。在这些方法中，对通过真空成膜法或液相法(溶胶-凝胶法)形成的氧化铝(alumina)膜进行水蒸汽处理或热水浸入处理以使该膜的表面层转变为勃姆石，由此形成减反射涂膜(例如，参见日本专利公开No.9-202649)。
已知在形成具有由勃姆石组成的微细结构的减反射涂膜的方法中，得到的膜具有极低的垂直入射反射率和斜入射反射率并且提供优异的减反射性能。
但是，在将有机铝化合物容易聚集的溶胶施涂于部件上以形成膜的情况下，该膜可具有低程度的均匀性，由于膜的不均匀而导致外观差。
在采用湿法，例如，液相法(溶胶-凝胶法)的情况下，成膜过程中的烘烤温度通常高达200℃以上(例如，参见日本专利公开No.9-202649)。这产生如下问题，其中对周边部件和光学部件的面精度(figure tolerance)产生不利影响和其中不能在不耐高温的基材，例如树脂基材上形成膜。通过液相法(溶胶-凝胶法)形成氧化铝膜的溶胶含有稳定剂以防止由于空气中的水或水的添加导致的烷氧基铝(aluminum alkoxide)的迅速水解产生的膜的混浊。能够使用的稳定剂的典型实例包括β-酮酯化合物、β-二酮化合物和链烷醇胺。
稳定剂能够与铝螯合以形成有机铝化合物，导致聚集。得到的有机铝化合物可具有高熔点或升华点。因此，如果在低于200℃的温度下进行烘烤，该有机铝化合物残留在得到的氧化铝膜中。此外，推测该有机铝化合物的聚集抑制烘烤过程中通过光学膜中烷氧基铝的水解在颗粒之间的结合(bonding)形成。如果颗粒之间的结合形成不足，无法充分地形成由氧化铝勃姆石组成的凹凸结构，由此使减反射性能降低。
为了不产生由于膜的不均匀而导致的不良外观或者成膜过程中颗粒之间结合形成的抑制，可抑制有机铝化合物的聚集。但是，在不控制有机铝化合物的结构的情况下在稳定状态下保持溶胶的同时抑制有机铝化合物的聚集并因此通过在低于200℃的温度下烘烤而提供具有令人满意的外观和减反射性能的光学膜是困难的。
在由这样的氧化铝的前体溶胶形成减反射涂膜的液相法(溶胶-凝胶法)中，对氧化铝的前体溶胶有如下需求：不因有机铝化合物的聚集而损害光学部件的外观。此外，需要氧化铝的前体溶胶能够在较低温度下形成为高性能减反射涂膜、使用该氧化铝的前体溶胶的光学部件的制备方法和光学部件。
本发明鉴于上述相关技术而完成。本发明的方面提供光学部件，其中使减反射涂膜的不均匀最小和其中即使在低温下进行烘烤处理时也实现令人满意的减反射性能，并且提供该光学部件的制备方法。此外，本发明的方面提供氧化铝的前体溶胶，该前体溶胶抑制其聚集，和该氧化铝的前体溶胶的制备方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，氧化铝的前体溶胶含有：由烷氧基铝或铝盐的水解形成的缩聚物、溶剂和通式(1)的有机铝化合物：
[化1]
通式(1)
其中R1和R2各自表示具有1-6个碳原子的烷基、全氟烷基或烯丙基；R3表示具有1-6个碳原子的烷基、全氟烷基、烯丙基或芳基；和n表示1-3的整数。
根据本发明的另一方面，光学部件的制备方法包括如下步骤：(a)将根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶供给到基材(base)的至少一个表面上，(b)将该氧化铝的前体溶胶在该基材上铺展(spreading)，(c)对该基材进行干燥和/或烘烤以形成氧化铝膜，和(d)将该氧化铝膜浸入温度为60℃-100℃的热水中以形成由氧化铝勃姆石组成的凹凸结构。
根据本发明的另一方面，光学部件包括基材表面上的层，该层主要含有氧化铝并且具有由氧化铝晶体形成的凹凸结构，其中该光学部件满足下式(1)：
[数1]
Y-X≤0.4    (1)
其中设通过以45°的光电子检测角度使用X射线光电子分光法分析该光学部件的表面所得到的铝原子数为1，X表示氧原子数与铝原子数之比，即O/Al；和设通过以75°的光电子检测角度使用X射线光电子分光法分析该光学部件的表面所得到的铝原子数为1，Y表示氧原子数与铝原子数之比，即O/Al。
根据本发明的另一方面，光学部件包括基材表面上的层，该层主要由氧化铝组成并且具有由氧化铝晶体组成的凹凸结构，其中该凹凸结构具有240nm以上的高度和6.0以下的微小光散射度(degree ofminute light scattering)。
根据本发明的方面，能够提供通过即使在低温下的烘烤处理也具有令人满意的减反射性能的光学部件和该光学部件的制备方法。也能够提供氧化铝的前体溶胶，该前体溶胶含有不易聚集的有机铝化合物，和该氧化铝的前体溶胶的制备方法。
由以下参照附图对示例性实施方案的说明，本发明进一步的特征将变得清楚。
附图说明
图1A-1D是表示根据本发明实施方案的光学部件的制备方法的工序图。
图2是根据本发明实施方案的光学部件的示意图。
图3是根据本发明实施方案的光学部件的示意图。
图4是根据本发明实施方案的光学部件的示意图。
图5是根据本发明实施方案的光学部件的示意图。
图6是表示根据本发明的实施例1和比较例1中光的波长(nm)与绝对反射率(％)之间的关系的坐标图。
图7A和7B表示光电子检测角度(take-off angle)。
图8A和8B表示光电子检测角度。
图9表示微小光散射。
具体实施方式
以下对本发明的实施方案详细说明。
根据本发明方面的光学部件的制备方法包括如下步骤：(a)将根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶供给到基材的至少一个表面上，(b)将该氧化铝的前体溶胶在该基材上铺展，(c)对该基材进行干燥和/或烘烤以形成氧化铝膜，和(d)将该氧化铝膜浸入温度为60℃-100℃的热水中以形成由氧化铝晶体组成的凹凸结构。
光学部件在基材的至少一个表面上可包括具有主要由氧化铝组成的层的减反射涂膜，该层具有由含有氧化铝的板状晶体形成的凹凸结构。
图1A-1D是表示根据本发明实施方案的光学部件的制备方法的工序图。
步骤(a)
图1A表示步骤(a)中将氧化铝的前体溶胶2供给到基材1上的状态。根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶用作氧化铝的前体溶胶2。根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶含有，如以下详述，由烷氧基铝的水解形成的缩聚物、溶剂和通式(1)的有机铝化合物：
[化2]
通式(1)
其中R1和R2各自表示具有1-6个碳原子的烷基、全氟烷基或烯丙基；R3表示具有1-6个碳原子的烷基、全氟烷基、烯丙基或芳基；和n表示1-3的整数。
供给氧化铝的前体溶胶2的方法的实例包括：通过细管、一个或多个小孔等将氧化铝的前体溶胶2滴下的方法；通过狭缝使氧化铝的前体溶胶2附着于基材1的方法；和使氧化铝的前体溶胶2暂时附着于板，然后转移(transfer)到基材1的方法。或者，通过将基材1浸入氧化铝的前体溶胶2中而将前体溶胶2供给到基材1。
以下对根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶进行说明。
根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶含有：由烷氧基铝或铝盐的水解形成的缩聚物、溶剂和通式(1)的有机铝化合物：
[化3]
通式(1)
其中R1和R2各自表示具有1-6个碳原子的烷基、全氟烷基或烯丙基；R3表示具有1-6个碳原子的烷基、全氟烷基、烯丙基或芳基；和n表示1-3的整数。
将根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶施涂(apply)到基材上，进行干燥，并且浸入热水中以形成由氧化铝勃姆石组成的凹凸结构。因此，该氧化铝的前体溶胶适合用于根据本发明方面的光学部件的制备方法。
根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶主要含有通过在溶剂中使铝化合物与水接触而形成的其水解物和/或缩合物。设铝化合物为Al-X3(其中X表示烷氧基、酰氧基、卤素基团或硝酸根离子)，该铝化合物的水解物表示为Al-X2(OH)、Al-X(OH)2或Al-(OH)3。该水解物的-OH基团之间或者-X基团与-OH基团之间的反应产生Al-O-Al键并且伴随着H2O或XH的脱除。将得到的具有一个以上Al-O-Al键并且具有直链或支化结构的化合物定义为该铝化合物的缩合物。得到的颗粒可以为无定形。
根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶中含有铝化合物的水解物和/或该水解物的缩合物的颗粒的比例可以在1重量％-7重量％的范围内，例如2.5重量％-6重量％，基于金属氧化物。颗粒的过高的比例导致溶胶的粘度的增加。这容易引起通过一次涂布操作形成的膜的厚度的增加和膜的不均匀，由此无法提供所需的减反射性能。过低的比例导致通过一次涂布操作形成的膜的过小的厚度。这需要反复施涂和加热，由此增加步骤的数目和产生差的外观的可能性。
以下对铝化合物等的具体实例进行说明。
铝化合物的实例包括乙醇铝、异丙醇铝、正丁醇铝、仲丁醇铝、叔丁醇铝、乙酰丙酮铝、它们的低聚物、硝酸铝、氯化铝、醋酸铝、磷酸铝、硫酸铝和氢氧化铝。
这些金属化合物中，可将金属醇盐(alkoxide)，例如，正丁醇铝或仲丁醇铝用作原料。
烷氧基铝(即烷醇铝)与水的反应性高并且通过空气中的水或通过添加水而迅速地水解以形成白色混浊和沉淀物。此外，难以将铝盐化合物溶解在单独的有机溶剂中，以致得到的溶液具有低稳定性。为了防止这些问题产生，可添加稳定剂以增加溶液的稳定性。
作为稳定剂，使用β-二酮化合物。β-二酮化合物在溶剂中显示酮-烯醇互变异构并且转化为烯醇化物。该烯醇化物伴随着醇的脱除而与金属醇盐反应并且与铝原子配位以形成有机金属化合物。稳定剂与低聚金属醇盐的配位抑制金属醇盐的迅速水解。使金属醇盐水解以使颗粒生长时，游离的烯醇化物进一步与已与烯醇化物配位的金属醇盐配位。
以这种方式，稳定剂与烷氧基铝一起形成螯合物。取决于其化学结构，在氧化铝的前体溶胶中形成的有机铝化合物能够聚集。推测有机铝化合物的聚集抑制烘烤过程中光学膜中烷氧基铝的水解形成的颗粒之间的结合。如果颗粒之间的结合不足，无法充分地形成由氧化铝勃姆石组成的凹凸结构，由此使减反射性能下降。有机铝化合物可具有150℃以上的升华点。因此，通过在低于200℃的烘烤温度下烘烤无法完全地将有机铝化合物从氧化铝膜中除去。
此外，将由作为原料的稳定剂和含有铝的金属醇盐得到的溶胶施涂到光学部件上以形成膜的情况下，有机铝化合物能够聚集以导致差的外观，例如膜的不均匀。
因此，根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶含有在α-位具有有1-6个碳原子的烷基、全氟烷基、烯丙基或芳基的稳定剂。该稳定剂在γ-位还具有有1-6个碳原子的烷基、全氟烷基或烯丙基。为了抑制有机铝化合物的聚集，可使用具有空间体积大的取代基的稳定剂。但是，使用在γ-位具有空间体积大的取代基的稳定剂也抑制稳定剂与烷氧基铝的配位，因此无法将烷氧基铝保持在稳定状态。因此，通过在α-位设置取代基来抑制有机铝化合物的聚集。α-位位于酮基的相对侧。因此，该取代基在空间上不抑制稳定剂与烷氧基铝的配位并且只抑制有机铝化合物颗粒的聚集。但是，在取代基例如长链烷基自身具有相互作用的情况下，认为使抑制聚集的效果减小。因此，为了抑制有机铝化合物的聚集，使用在α-位具有有1-6个碳原子的烷基、全氟烷基、烯丙基或芳基的β-二酮化合物。此外，由在α-位具有给电子官能团的稳定剂组成的有机铝化合物的α-碳容易经历亲电子反应。因此，由在α-位具有给电子官能团的稳定剂组成的有机铝化合物分解为具有较低沸点的化合物。因此，在烘烤过程中能够将有机铝化合物从膜中除去。为了使烷氧基铝稳定，使用在γ-位具有有1-6个碳原子的烷基、全氟烷基或烯丙基的β-二酮化合物。
在α-位具有有1-6个碳原子的烷基、全氟烷基、烯丙基或芳基并且在γ-位具有有1-6个碳原子的烷基、全氟烷基或烯丙基的稳定剂的实例包括3-甲基-2，4-戊二酮、3-乙基-2，4-戊二酮、3-丁基-2，4-戊二酮、3-戊基-2，4-戊二酮、3-己基-2，4-戊二酮、3-异丙基-2，4-戊二酮、3-异丁基-2，4-戊二酮、3-异戊基-2，4-戊二酮、3-异己基-2，4-戊二酮、3-苯基-2，4-戊二酮和全氟乙酰丙酮。
添加的稳定剂的量取决于金属化合物的种类而变化并且可以在0.5摩尔-2摩尔的范围内，相对于1摩尔的烷氧基铝。通过在添加水前将稳定剂与醇盐混合预定的时间段来发挥稳定剂的效果。
为了引起水解，需要添加适量的水。添加的适量的水取决于溶剂和浓度而变化。添加的水的量可以为0.5摩尔以上且小于2摩尔，相对于1摩尔铝化合物。
为了部分地促进水解反应，可以将催化剂添加到水中。可以以0.1摩尔/L以下的浓度使用含有酸，例如盐酸或磷酸，或碱的催化剂。酸或碱催化剂的添加使得能够控制由烷氧基铝的水解形成的颗粒的形状。此外，氧化铝的前体溶胶以0.001重量％以上且小于0.06重量％的浓度含有酸或碱的情况下，使氧化铝的前体溶胶的稳定性进一步改善。
只要将原料，例如铝化合物，均匀地溶解在有机溶剂中而不产生颗粒的聚集，则可将该有机溶剂用作溶剂。有机溶剂的实例包括一元醇，例如甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基丙醇、1-戊醇、2-戊醇、环戊醇、2-甲基丁醇、3-甲基丁醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、4-甲基-2-戊醇、2-甲基-1-戊醇、2-乙基丁醇、2，4-二甲基-3-戊醇、3-乙基丁醇、1-庚醇、2-庚醇、1-辛醇和2-辛醇；二元以上的醇，例如乙二醇和三甘醇；醚醇，例如甲氧基乙醇、乙氧基乙醇、丙氧基乙醇、异丙氧基乙醇、丁氧基乙醇、1-甲氧基-2-丙醇、1-乙氧基-2-丙醇和1-丙氧基-2-丙醇；醚，例如二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚、四氢呋喃、二烷、二异丙醚和环戊基甲基醚；酯，例如甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙二醇单甲醚乙酸酯、乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单正丁醚乙酸酯和丙二醇单甲醚乙酸酯；脂肪烃和脂环烃，例如正己烷、正辛烷、环己烷、环戊烷和环辛烷；芳烃，例如甲苯、二甲苯和乙基苯；酮，例如丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮和环己酮；氯代烃，例如氯仿、二氯甲烷、四氯化碳和四氯乙烷；和非质子性极性溶剂，例如N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺和碳酸亚乙酯。
这些溶剂中，由于其低吸湿性和铝化合物在其中的高溶解性，可提供具有5-8个碳原子的一元醇。由于溶剂的吸湿而引起的铝化合物的水解进行使得粒径的控制困难。此外，涂布过程中吸湿导致颗粒的聚集，由此使光学性能的稳定性劣化。使用普通的具有低沸点的醇的情况下，溶剂迅速地蒸发。因此，上述稳定剂残留在得到的膜中，影响光学性能。使用具有5-8个碳原子的一元醇的情况下，在干燥和/或烘烤的过程中使溶剂与稳定剂一起蒸发，以致几乎将稳定剂除去。同时，具有5-8个碳原子的一元醇为高疏水性；因此，没有使水解所需的水均匀地混合在该醇中，这使得恒定粒径的形成困难。因此，具有5-8个碳原子的一元醇能够与水混溶性溶剂组合使用。这里所述的术语“水混溶性溶剂”用于表示在23℃下与80重量％以上的水具有混溶性的溶剂。
根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶可具有50重量％-98重量％并且甚至60重量％-93重量％的溶剂含量。
关于溶剂的混合比，具有5-8个碳原子的一元醇的比例可以在50重量％-90重量％的范围内，并且具有110℃-170℃的沸点的水混溶性溶剂的比例可以在10重量％-50重量％的范围内。过小量的具有5-8个碳原子的一元醇导致涂布时厚度不均匀，因此有损外观。过大量的具有5-8个碳原子的一元醇导致溶剂的疏水性增加，以致无法将水均匀地分散。
作为水混溶性溶剂，使用具有110℃-170℃的沸点的水混溶性溶剂。具有小于110℃的沸点的水混溶性溶剂的使用容易引起由于蒸发导致的吸湿和白化。使用具有超过170℃的沸点的水混溶性溶剂的情况下，该水混溶性溶剂即使干燥后仍残留在得到的氧化铝膜中，由此导致反射率变动。水混溶性溶剂可以是二元醇醚(glycol ether)。
制备根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶的情况下，可进行加热以促进烷氧基铝的水解和缩合反应。加热温度取决于溶剂的沸点而变化并且可以在60℃-150℃的范围内。加热使颗粒生长，改善颗粒性。
氧化铝的前体溶胶可含有，与铝化合物一起，少量的选自Zr、Si、Ti、Zn和Mg的化合物中的至少一种金属化合物。能够使用的金属化合物的实例包括金属醇盐和金属盐，例如金属氯化物和金属硝酸盐。特别地，能够使用金属醇盐，原因在于例如制备溶胶中形成的副产物对涂布性只具有较小的影响。此外，铝化合物的比例可以为90摩尔％以上，相对于金属化合物的总量的100摩尔％。
烷氧基锆的实例包括四甲氧基锆、四乙氧基锆、四正丙氧基锆、四异丙氧基锆、四正丁氧基锆和四叔丁氧基锆。
可使用由通式Si(OR)4表示的各种烷氧基硅，其中R相同或不同，各自表示低级烷基，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基或异丁基。
烷氧基钛的实例包括四甲氧基钛、四乙氧基钛、四正丙氧基钛、四异丙氧基钛、四正丁氧基钛和四异丁氧基钛。
锌化合物的实例包括醋酸锌、氯化锌、硝酸锌、硬脂酸锌、油酸锌和水杨酸锌。特别地，可提供醋酸锌和氯化锌。
镁化合物的实例包括烷氧基镁，例如二甲氧基镁、二乙氧基镁、二丙氧基镁和二丁氧基镁；乙酰丙酮镁；和氯化镁。
这些金属化合物中，可将金属醇盐，例如四异丙氧基锆、四正丁氧基锆、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四异丙氧基钛、四正丁氧基钛、二丙氧基镁和二丁氧基镁用作原料。
步骤(b)
以下对在制备根据本发明方面的光学部件的方法中，将氧化铝的前体溶胶在基材上铺展的步骤(b)进行说明。
图1B表示步骤(b)中将步骤(a)中供给的氧化铝的前体溶胶2在基材1上铺展的状态。用于将氧化铝的前体溶胶2在基材1上铺展的方法的实例包括旋转涂布，其中通过旋转基材1来使滴加的溶胶2铺展；和刮刀涂布和辊式涂布，其中通过移动刮刀和辊来将滴到基材1上的溶胶2铺展。或者，可以在供给的同时将氧化铝的前体溶胶2铺展。其实例包括狭缝涂布(slit coating)，其中在通过狭缝供给氧化铝的前体溶胶2的同时通过移动狭缝或基材1而铺展氧化铝的前体溶胶2；和印刷，其中通过移动基材1而将临时附着于板的溶胶2转印。
其另外的实例为浸涂，其中将基材1浸入氧化铝的前体溶胶2中，然后以固定的速度拉出。制备具有三维复杂形状，例如凹状的光学部件的情况下，难以使氧化铝的前体溶胶2的供给源(feeder)接近该部件；因此，可采用旋转涂布。
可将氧化铝的前体溶胶施涂以形成具有150nm以上的厚度的膜。这使得能够形成具有足够高度的微细凹凸结构，由此进一步提高斜入射下的减反射性能。
步骤(c)
以下对用于制备根据本发明方面的光学部件的方法中，对基材进行干燥和/或烘烤以形成氧化铝膜的步骤(c)进行说明。
图1C表示步骤(c)中将基材1干燥和/或烘烤以形成氧化铝膜3的状态。通过加热将基材1干燥时，使步骤(b)中已铺展在基材1上的氧化铝的前体溶胶2中的溶剂蒸发，以致使溶胶2中的颗粒沉积以形成氧化铝膜3。进一步加热得到的膜促进未反应的醇盐和羟基的缩合反应。加热温度可以是140℃以上，这是使溶剂蒸发所需的温度，并且考虑到对基材和其他周围部件的影响，可以是200℃以下。加热方法的实例包括在热风循环烘箱、马弗炉或感应加热(IH)炉中加热基材的方法；和用红外线(IR)灯加热基材的方法。
步骤(d)
以下对制备根据本发明方面的光学部件的方法中，将氧化铝膜浸入温度为60℃-100℃的热水中以形成由氧化铝晶体形成的凹凸结构的步骤(d)进行说明。
图1D表示步骤(d)中在基材1上形成主要由氧化铝组成的层4的状态，该层具有由氧化铝晶体形成的凹凸结构5。通过使步骤(c)中形成的氧化铝膜3与温度为60℃-100℃的热水接触来形成凹凸结构5。由氧化铝晶体形成的凹凸结构主要由铝的氧化物、铝的氢氧化物或水合氧化铝组成的晶体形成。特别地，该凹凸结构可由勃姆石组成。使氧化铝膜3与热水接触的方法的实例包括将基材1浸入热水中的方法；和使氧化铝膜3与流动的热水或雾化的热水接触的方法。以下，将通过使氧化铝膜与热水接触而形成的晶体称为“氧化铝晶体”、“主要含有氧化铝的板状晶体”、“含有氧化铝的板状晶体”、“板状晶体”或“氧化铝勃姆石”。
由氧化铝晶体形成的凹凸结构5可以由主要含有氧化铝的板状晶体形成。主要含有氧化铝的板状晶体可以是勃姆石。
以下对根据本发明方面的光学部件的实施方案，通过根据本发明方面的光学部件的制备方法制备的光学部件进行说明。根据本发明方面的光学部件包括基材表面上的层，该层主要由氧化铝组成并且具有由氧化铝晶体组成的凹凸结构。
图2表示根据该实施方案的光学部件的横截面示意图。
图2中，将主要含有氧化铝的层6堆叠在基材1上，层6的表面由板状晶体形成，并且该板状晶体主要含有氧化铝。氧化铝晶体或主要含有氧化铝的板状晶体由铝的氧化物、铝的氢氧化物或水合氧化铝组成的晶体形成。特别地，该板状晶体可以由勃姆石组成。本发明中，将铝的氧化物、铝的氢氧化物和水合氧化铝均称为“氧化铝”。此外，将至少一个由氧化铝单独组成的氧化物层或含有ZrO2、SiO2、TiO2、ZnO和Mg0中的一种并且具有70摩尔％以上的氧化铝含量的氧化物层称为“主要含有氧化铝的层”。
此外，板状晶体的端部形成微细凹凸结构7。为了增加微细突起的高度并且减小突起的间隔，可以相对于基材的表面以特定的角度选择性地配置板状晶体。
如图3中所示，在基材1的表面为平面，类似平板、膜、片材等的表面的情况下，可以以如下方式配置板状晶体：由板状晶体的倾斜方向8与基材的表面限定的角度θ1的平均角度可以在45°-90°的范围内，例如60°-90°。
如图4中所示，在基材1的表面为两维或三维曲面的情况下，可以以如下方式配置板状晶体：由板状晶体的倾斜方向8与基材的表面的切线9限定的角度θ2的平均角度可以在45°-90°的范围内，例如60°-90°。
主要含有氧化铝的层6可具有20nm-1000nm的厚度，例如50nm-1000nm，甚至240nm-1000nm。构成凹凸结构的层具有20nm-1000nm的厚度的情况下，微细凹凸结构提供有效的减反射性能。此外，不使凹凸结构的机械强度减小，因此有利地使微细凹凸结构的制造成本降低。50nm-1000nm的层厚能够导致减反射性能的进一步增加。240nm-1000nm的层厚能够导致斜入射下减反射性能的进一步增加。
根据本发明方面的光学部件的特征在于，非常低的膜的不均匀。本发明人已进行了深入研究并且已发现，与相关技术中光学部件的由氧化铝晶体组成的凹凸结构相比，膜的表面部与内部之间的晶体状态的差异小。根据本发明方面的光学部件在堆叠于基材1上的主要含有氧化铝的层6的端部具有微细凹凸结构7。该微细凹凸结构使折射率从空气的折射率连续地变化为基材的折射率，由此消除边界面以提供减反射性能。因此，微细凹凸结构7的表面部与内部之间的晶体状态的差异可小。此外，可使表面部的折射率最小。
但是，在具有通过将主要含有氧化铝的膜浸入热水中而形成的、由氧化铝晶体形成的凹凸结构的光学部件的情况下，氧化铝膜与温度为60℃-100℃的热水的接触导致包括铝的氧化物、铝的氢氧化物和/或水合氧化铝的晶体的混合板状晶体的层的形成并且导致板状晶体的端部的凹凸结构的形成。因此，在内部和与热水直接接触的表面部之间产生铝的反应的程度的差异。此外，有机铝化合物的聚集抑制均匀的氧化铝的板状晶体的形成。这可能导致减反射性能和膜的均匀性的减小，由此引起由于膜的不均匀而产生的不良外观。
通过使用根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶形成的光学部件在由氧化铝晶体形成的凹凸结构的表面部和内部之间的晶体状态上只具有小的差异并且具有改善的膜的均匀性。此外，不存在膜的不均匀。
以下对在主要含有氧化铝的层的表面上形成的凹凸结构的表面部和内部的晶体状态的评价方法的实例进行说明。
由铝化合物的组成式计算将铝原子数定义为1时的氧原子数与铝原子数之比，即O/Al。这使我们能够对铝的反应状态模拟地定量。例如，氢氧化铝(Al(OH)3)的比O/Al为3。氧化铝(Al2O3)的比O/Al为1.5。氧化铝勃姆石(AlO(OH))的比O/Al为2。通过测定主要含有氧化铝的层的表面部和内部的每一者的氧与铝的元素比来评价凹凸结构中氧化铝晶体的状态。
作为测定凹凸结构的表面部和内部的每一者的氧原子数与铝原子数之比的方法，可采用使用X射线光电子分光法(X-ray photoelectronspectroscopy，以下称为“XPS分析”)的表面元素分析。首先，为了检测所有元素的存在，由根据本发明方面的凹凸结构获取XPS检测能谱。该检测能谱表明碳(C)、氧(O)、氟(F)和铝(Al)这四种元素的比例特别高。因此，选择Cls、Ols、Fls和Al2p的峰。测定Cls、Ols、Fls和Al2p的窄谱以确定更精确的元素比。基于由其峰面积的元素分析结果，能够计算用X射线照射的区域中氧原子数与铝原子数之比。
XPS分析中，通过使测定样品倾斜来改变光电子检测角度的情况下，使有效检测深度改变。在此，术语“光电子检测角度”表示测定样品的表面与检测器的法线之间的角度。具体地，较低的光电子检测角度导致较小的光电子的逃逸深度，以致只检测到层的较浅部分的信息。该原理的利用使我们能够分别获得只关于表面部的信息和关于从表面部延伸到内部的区域的信息。这种情况下，不需要进行从X射线光电子谱仪取出测定样品或者加工测定样品的步骤。此外，不需要进行通过溅射来蚀刻样品的表面的处理。
因此，关于根据本发明方面的主要含有氧化铝的层的表面上由氧化铝晶体形成的凹凸结构的评价方法，通过X射线光电子分光法对该主要含有氧化铝的层的表面进行分析。具体地，将相对于基材的表面以45°的光电子检测角度对区域进行测定时检测的氧原子数与铝原子数之比与相对于基材的表面以75°的光电子检测角度对该区域进行测定时检测的氧原子数与铝原子数之比进行比较。在这些条件下进行表面元素分析以提供光电子能谱。由光电子能谱，能够计算将铝原子数定义为1时的氧原子数，即O/Al。
根据本发明的方面，通过以不同的检测角度计算的比O/Al的比较来评价由氧化铝晶体形成的凹凸结构的表面部和内部的晶体状态。图7A-8B表示光电子检测角度。图7A表示基材的表面76为平面，类似平板、膜、片材等的表面的情形，并且表示相对于基材的表面76以45°的光电子检测角度α进行表面元素分析的状态。图7B表示基材的表面76为平面，类似平板、膜、片材等的表面的情形，并且表示相对于基材的表面76以75°的光电子检测角度α进行表面元素分析的状态。图7A和7B的每一个中，为了简便起见，将与基材的表面76平行的线81与检测器的法线82之间的角度表示为光电子检测角度并且等于基材的表面76与检测器的法线82之间的角度。图8A表示基材的表面76为两维或三维曲面的情形并且表示相对于基材的表面76以45°的光电子检测角度α进行表面元素分析的状态。在基材的表面为两维或三维曲面的情况下，将用X射线照射的部分的基材的表面的切线77与检测器的法线82之间的角度定义为45°。图8B表示基材的表面76为两维或三维曲面的情形并且表示相对于基材的表面76以75°的光电子检测角度α进行表面元素分析的状态。在基材的表面为两维或三维曲面的情况下，将用X射线照射的部分的基材的表面的切线77与检测器的法线82之间的角度定义为75°。在图8A和8B的每一个中，为了简便起见，将与基材的表面的切线77平行的线83与检测器的法线82之间的角度表示为光电子检测角度并且等于用X射线照射的部分的基材的表面的切线77与检测器的法线82之间的角度。
尽管在图7A-8B的每一个中，在基材71与主要含有氧化铝的层74之间设置主要含有氧化铝以外的物质的层80，但可以设置或不设置该主要含有氧化铝以外的物质的层80。
凹凸结构的表面部中的比O/Al与内部中的比O/Al之间的差越小，则导致保持越好的从空气的折射率到凹凸结构的折射率的折射率的连续性、膜的不均匀的减少和令人满意的减反射性能的显现。根据本发明的方面，相对于基材表面在光电子检测角度为45°下测定的比O/Al与相对于基材表面在光电子检测角度为75°下测定的比O/Al之间的差越小，则导致膜的不均匀的减少和令人满意的减反射性能的显现。在根据本发明方面的光学部件中，相对于基材表面在光电子检测角度为45°下测定的比O/Al与相对于基材表面在光电子检测角度为75°下测定的比O/Al之间的差可以为0.4以下。此外，相对于基材表面在光电子检测角度为45°下测定的比O/Al越小，导致铝化合物的折射率的减小。根据本发明方面的光学部件中，相对于基材表面在光电子检测角度为45°下测定的比O/Al可以为2.0以下。即，根据本发明方面的光学部件，在基材表面上具有层，该层主要含有氧化铝并且具有由氧化铝晶体形成的凹凸结构，其中该光学部件满足下式(1)：
[数2]
Y-X≤0.4    (1)
设通过以45°的光电子检测角度使用X射线光电子分光法分析该光学部件的表面所得到的铝原子数为1，X表示氧原子数与铝原子数之比，即O/Al；和设通过以75°的光电子检测角度使用X射线光电子分光法分析该光学部件的表面所得到的铝原子数为1，Y表示氧原子数与铝原子数之比，即O/Al。
X可超过2.0。
此外，根据本发明方面的光学部件，无论基材的表面是曲面或平面，对于斜入射光具有优异的减反射性能。与光轴平行的光入射到具有大曲率的透镜上的情况下，随着与透镜的周边的距离减小，入射的角度增大，由此使照射面积增大。这容易引起光散射。对于光学透镜，光散射的产生会影响图像。对于根据本发明方面的光学部件，使光散射的产生最小。
为了提高斜入射下的减反射性能，有必要形成均匀的具有足够高度的微细凹凸结构。为了形成具有足够高度的由氧化铝勃姆石组成的凹凸结构，有必要增加氧化铝膜的厚度。但是，对于具有大厚度的氧化铝膜，将氧化铝的前体溶胶供给到基材上并且干燥和/或烘烤时，在膜的表面与基材的边界之间溶剂的挥发速率变化。这使通过溶解-再沉淀法形成的由氧化铝勃姆石组成的凹凸结构的均匀性降低，由此产生微小光散射。图9表示微小光散射的产生机理。凹凸结构的高度和间距小于可见光的波长。因此，推测由位于由氧化铝勃姆石组成的凹凸结构的下方并且在基材附近的氧化铝膜的高度差产生微小光散射。
推测在干燥温度和/或烘烤温度高的情况下，迅速地从表面使膜致密收缩，由此在膜中产生不均匀的密度分布和热水中溶解性的变化，以致使基材附近的氧化铝膜的均匀性丧失。较大的厚度使溶剂较难以从膜的内部蒸发。因此，容易产生微小光散射。
同时，在低温下形成氧化铝膜的情况下，没有使杂质完全地蒸发并且大量含有。因此，在热水处理过程中使膜部分地溶解在热水中，产生膜的不均匀。此外，与再沉淀的速率相比，使氧化铝迅速地与杂质一起溶解。因此，没有充分地形成微细结构，使减反射性能降低。
为了抑制微小光散射，可采用如下方法，其中对于氧化铝的前体溶胶，选择高沸点溶剂以便即使干燥温度和/或烘烤温度高时也缓慢地蒸发。或者，可采用如下方法，其中即使在低温下也将杂质从氧化铝膜中除去。
选择高沸点溶剂的情况下，将氧化铝的前体溶胶供给到基材上时，将膜干燥到可触摸之前花费时间，由此产生膜的放射状不均匀并且使涂布性下降。由于溶剂直接影响涂布性，因此溶剂的选择并不容易。
通过使用根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶形成的光学部件具有凹凸结构，该凹凸结构具有足够的高度并且由氧化铝晶体形成。此外，该光学部件抑制微小光散射并且提供优异的减反射性能。
以下对微小光散射的评价方法进行说明。通过浊度难以评价微小光散射。因此，设计测定方法，并且定义和评价微小光散射度。
将150-W卤素纤维(halogen fiber)照明装置(PHL-150C)用作光源。从卤素纤维照明系统发出的光通过棒形均化器(rodhomogenizer)(RHO-13S-E2)。用虹彩光圈将光的照度调节为4000lux。使光以45°入射到光学元件上。将具有照相机透镜(EF 50mmCompact-Macro Lens，由CANON KABUSHIKI KAISHA制造)的照相机(EOS 40D，由CANON KABUSHIKI KAISHA制造)配置在测定样品前。以10秒的快门速度、10的F-number和400的ISO速度用照相机对样品进行拍摄。以如下方式配置样品：使形成由氧化铝晶体形成的凹凸结构的面朝向光源。
通过通用图像处理软件(Photoshop，由Adobe SystemsIncorporated制造)对得到的图像进行分析。对700×700像素区域进行定量以确定照度。
光学部件的微小光散射度W由式(2)定义：
[数3]
W = W 1 W 0 - - - ( 2 )
其中W0表示基材(base)的测定值，和W1表示光学部件的测定值。
根据本发明方面的光学部件包括基材表面上的层，该层主要含有氧化铝并且具有由氧化铝晶体形成的凹凸结构，其中该主要含有氧化铝的层具有240nm-1000nm的厚度和6.0以下的微小光散射度。此外，该光学部件在400nm-700nm的波长范围内具有0.21％以下的平均反射率。此外，可以在基材与主要含有氧化铝的层之间设置主要含有氧化铝以外的物质的层。
根据本发明方面的光学部件的凹凸结构的表面密度也重要。平均表面粗糙度Ra′，其对应于表面密度并且通过将算术平均偏差扩展到表面而定义，可以为5nm以上，例如10nm以上，甚至15nm-100nm。此外，表面积比Sr可以为1.1以上，例如1.15以上，甚至1.2-3.5。
得到的微细凹凸结构的评价方法的实例是用扫描探针显微镜对微细凹凸结构的表面进行观察。该观察显示确定由将算术平均偏差Ra扩展到平面而定义的平均表面粗糙度Ra′和表面积比Sr。即，通过将由JIS B0601定义的算术平均偏差Ra应用并三维扩展到测定表面来定义平均表面粗糙度Ra′(nm)。平均表面粗糙度Ra′表示为“从基准平面到指定平面的偏差的绝对值的平均值”并且由式(3)表示：
[数4]
Ra ′ = 1 S 0 ∫ Y B Y T ∫ X L X R | F ( X , Y ) = Z 0 | d X d Y - - - ( 3 )
其中
Ra′：平均表面粗糙度(nm)，
S0：假设测定表面理想地平坦时的面积，
F(X，Y)：测定点(X，Y)处的高度，其中X表示X坐标，并且Y表示Y坐标，
XL-XR：测定表面中X坐标的范围，
YB-YT：测定表面中Y坐标的范围，和
Z0：测定表面中的平均高度。
由式：Sr-S/S0(其中S0表示假设测定表面理想地平坦时的面积；和S表示测定表面的实际表面积)确定表面积比Sr。应指出的是，如下确定测定表面的实际表面积：首先，将表面分割为通过用线段将最邻近的三个数据点(A，B，C)连接而实现的小三角形。然后通过矢量积：ΔS(ΔABC)＝[s(s-AB)(s-BC)(s-AC)]0.5(其中AB、BC和AC是边的长度，和s≡0.5(AB+BC+AC))来确定每个小三角形的面积ΔS。将实际表面积S确定为ΔS之和。关于微细凹凸结构的表面密度，在Ra′为5nm以上和Sr为1.1以上的情况下，该凹凸结构提供减反射效果。在Ra′为10nm以上和Sr为1.15以上的情况下，减反射效果高于上述的情况。在Ra′为15nm以上和Sr为1.2以上的情况下，减反射效果达到可实用的水平。但是，在Ra′为100nm以上和Sr为3.5以上的情况下，由凹凸结构产生的散射效果强于减反射效果。因此，不能提供充分的减反射性能。
可以在基材1与主要含有氧化铝的层4之间设置主要含有氧化铝以外的物质的层。图5表示光学部件的实例，其中在基材1上设置主要含有氧化铝以外的物质的层10和其中在层10上设置主要含有氧化铝的层4。
为了主要调节基材1与主要含有氧化铝的层4之间的折射率差，配置主要含有氧化铝以外的物质的层1O。因此，主要含有氧化铝以外的物质的层10可以由无机材料或有机材料组成的透明膜形成。
能够用于主要含有氧化铝以外的物质的层10的无机材料的实例包括金属氧化物，例如SiO2、TiO2、ZrO2、ZnO和Ta2O5。用于形成主要含有氧化铝以外的无机材料的层10的方法的实例包括真空成膜法，例如蒸镀和溅射；和溶胶-凝胶法，其中施涂金属氧化物的前体溶胶。
能够用于主要含有氧化铝以外的物质的层10的有机材料的实例包括有机聚合物，例如丙烯酸系树脂、环氧树脂、氧杂环丁烷树脂、马来酰亚胺树脂、蜜胺树脂、苯并胍胺树脂、酚醛树脂、甲阶酚醛树脂、聚碳酸酯、聚酯、聚芳酯、聚醚、聚脲、聚氨酯、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚酰亚胺、聚酮、聚砜、聚亚苯基、聚苯二亚甲基和聚环烯烃。用于形成主要含有氧化铝以外的有机材料的层10的方法的实例为湿式涂布，其中施涂含有有机材料的溶液。
此外，可以在不损害减反射性能的程度上对由氧化铝晶体形成的凹凸结构5进行表面处理。为了赋予抗磨性和防污性，可形成例如SiO2薄膜或者由氟代烷基硅烷(FAS)或氟碳树脂组成的极薄的层。
实施例
尽管以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不限于这些实施例。通过下述方法对实施例和比较例中形成的具有有微细凹凸结构的表面的光学部件进行评价。
(1)氧化铝的前体溶胶1-6的制备
首先，将14.8g的仲丁醇铝(ASBD，由Kawaken Fine ChemicalsCo.，Ltd.制造)、相对于仲丁醇铝为0.5摩尔当量的稳定剂和2-乙基丁醇混合并搅拌以形成均匀的溶液。将0.01M稀盐酸与2-乙基丁醇/1-乙氧基-2-丙醇混合溶剂混合后，将得到的溶液缓慢地添加到该仲丁醇铝溶液中。将该混合物搅拌一定时间。调节溶剂以最终得到2-乙基丁醇/1-乙氧基-2-丙醇(7/3)混合溶剂。将该混合物进一步在温度为120℃的油浴中搅拌2至3小时以上，由此制备氧化铝的前体溶胶1-6。表1示出稳定剂和原料的量以及氧化铝的前体溶胶的有机铝化合物含量。
(2)SiO2-TiO2溶胶7的制备
将3.15g的0.01M稀盐酸[HCl水溶液]和17.2g的2-丙醇的混合溶剂缓慢地添加到14.6g的硅酸乙酯中。将得到的混合物在室温下搅拌6小时，然后用91.5g的4-甲基-2-戊醇和46.4g的2-乙基丁醇的混合溶剂稀释，由此提供溶液A。然后，将6.7g的四正丁氧基钛溶解于2.6g的3-氧代丁酸乙酯和16.8g的4-甲基-2-戊醇的混合溶液中。将该溶液在室温下搅拌3小时以提供溶液B。在搅拌下将溶液B缓慢地添加到溶液A中。将得到的混合物在室温下再搅拌3小时，由此制备SiO2-TiO2溶胶7，其中Si/Ti摩尔比为78/22。
(3)基材的清洁
将一个表面抛光且另一表面为毛玻璃并且具有约30mm的直径和约1mm的厚度的圆形玻璃基材和具有约1mm的厚度的3cm×3cm Si基材在碱性清洁溶液中进行超声波清洁，然后在烘箱中干燥。
(4)反射率的测定
使用绝对反射率测定设备(USPM-RU，由01ympus Corporation制造)，在400nm-700nm的波长范围内在入射角0°下测定反射率。基于测定范围内的平均反射率进行评价。
(5)基材表面的观察
对基材的表面进行目视观察。观察到膜的不均匀的情况下，将该不均匀如下分类：
膜的不均匀1：基材的周边部的环状不均匀；和
膜的不均匀2：从中心向基材的周边部延伸的条状不均匀。
(6)铝的反应状态的评价
作为测定设备，使用Quantera SXM(由ULVAC-PHI，Incorporated制造)。使用单色的Al X射线源。该X射线束具有100μm的直径。用X射线束扫描500μm×500μm的区域以提供能谱。选择Cls、Ols、Fls和Al2p的峰用于分析。将积分次数对于Cls设定为10，对于Ols设定为3，对于Fls设定为5，和对于Al2p设定为10。将能量狭缝(energy-slit)宽度设定为140eV。将测定过程中的能量间距(energypitch)设定为0.125eV。
将样品支架与检测器之间的角度设定为45°，并且对样品的表面进行测定。此外，将样品支架与检测器之间的角度设定为75°，并且对样品的表面进行测定。
(7)微小光散射度的测定
将150-W卤素纤维照明装置(PHL-150C)用作光源。由卤素纤维照明系统发出的光通过棒形均化器(RHO-13S-E2)。用虹彩光圈将光的照度调节为4000lux。以45°使光入射到光学元件上。将具有照相机透镜(EF 50mm Compact-Macro Lens，由CANON KABUSHIKI KAISHA制造)的照相机(EOS 40D，由CANON KABUSHIKI KAISHA制造)配置在测定样品前。以10秒的快门速度、10的F-number和400的ISO速度用照射机对样品进行拍摄。以如下方式配置样品：使形成了由氧化铝勃姆石形成的凹凸结构的面朝向光源。
通过通用图像处理软件(Photoshop，由Adobe SystemsIncorporated制造)对得到的图像进行分析。对700×700像素区域进行定量以将照度表示到一位小数位。
用式(2)定义光学元件的微小光散射度W：
[数5]
W = W 1 W 0 - - - ( 2 )
其中W0表示基材的测定值，和W1表示该光学元件的测定值。
实施例1
将适量的SiO2-TiO2溶胶7滴到已按上述方式进行了清洁的平玻璃板(S-LAH55，550nm下n＝1.83)上。在3000rpm下进行20秒旋转涂布。在热风循环烘箱中在200℃下将该玻璃基材烘烤12小时，由此制备具有SiO2-TiO2层的平玻璃板。
将适量的氧化铝的前体溶胶1滴到具有SiO2-TiO2层的平玻璃板上。在3500rpm下进行20秒旋转涂布。在热风循环烘箱中在140℃下将该玻璃基材烘烤2小时，由此形成无定形氧化铝膜。
将该氧化铝膜浸入温度为75℃的热水中20分钟，然后在60℃下干燥20分钟。
实施例2
进行与实施例1中相同的操作，不同之处在于通过代替氧化铝的前体溶胶1而使用氧化铝的前体溶胶2来形成无定形氧化铝膜。
实施例3
进行与实施例1中相同的操作，不同之处在于通过代替氧化铝的前体溶胶1而使用氧化铝的前体溶胶3来形成无定形氧化铝膜。
在实施例1-3的每一个中，测定反射率。结果证实由根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶制成的光学膜具有低的平均反射率。此外，没有观察到由于聚集而产生的膜的不均匀。
实施例4
将适量的氧化铝的前体溶胶1滴到已按上述方式进行了清洁的Si基材上。在3500rpm下进行20秒旋转涂布。在热风循环烘箱中在140℃下将该Si基材烘烤2小时，由此形成无定形氧化铝膜。将该氧化铝膜浸入温度为75℃的热水中20分钟，然后在60℃下干燥20分钟。
实施例5
将适量的氧化铝的前体溶胶1滴到已按上述方式进行了清洁的Si基材上。在3500rpm下进行20秒旋转涂布。在热风循环烘箱中在200℃下将该Si基材烘烤2小时，由此形成无定形氧化铝膜。将该氧化铝膜浸入温度为75℃的热水中20分钟，然后在60℃下干燥20分钟。
在实施例4和5的每一个中，以45°的光电子检测角度通过X射线光电子分光法对样品的表面进行分析。表3示出结果。接下来，在实施例4和5的每一个中，以75°的光电子检测角度通过XPS对样品的表面进行分析。表4示出结果。此外，由这些结果确定X、Y和Y-X的值，并且评价平均反射率和外观。表5示出结果。
设通过以45°的光电子检测角度使用X射线光电子分光法分析该样品的表面所得到的铝原子数为1时，X表示氧原子数与铝原子数之比，即O/Al。
设通过以75°的光电子检测角度使用X射线光电子分光法分析该样品的表面所得到的铝原子数为1时，Y表示氧原子数与铝原子数之比，即O/Al。
对于由根据本发明方面的氧化铝的前体溶胶制成的各光学膜，Y与X之差小。这表明凹凸结构的表面部和内部之间氧化铝的晶体状态的差异小，反应状态令人满意，并且膜的均匀性优异。此外，在45°的光电子检测角度下测定的X大于2。这证明凹凸结构的表面部具有小的折射率。此外，平均反射率低，并且没有观察到由于聚集而产生的膜的不均匀。
比较例1
进行与实施例1中相同的操作，不同之处在于通过代替氧化铝的前体溶胶1而使用氧化铝的前体溶胶4来形成无定形氧化铝膜。
比较例2
进行与实施例1中相同的操作，不同之处在于通过代替氧化铝的前体溶胶1而使用氧化铝的前体溶胶5来形成无定形氧化铝膜。
比较例3
进行与实施例1中相同的操作，不同之处在于通过代替氧化铝的前体溶胶1而使用氧化铝的前体溶胶6来形成无定形氧化铝膜。
在比较例1-3的每一个中，测定反射率。结果证明难以在相同的烘烤条件下实现与根据本发明方面的光学膜相当的令人满意的减反射性能。此外，将该氧化铝的前体溶胶旋转涂布在平玻璃板上时，观察到比较例1中形成的膜的不均匀1和比较例2中形成的膜的不均匀2。
比较例4
进行与实施例4中相同的操作，不同之处在于通过代替氧化铝的前体溶胶1而使用氧化铝的前体溶胶4来形成无定形氧化铝膜。
比较例5
进行与实施例5中相同的操作，不同之处在于通过代替氧化铝的前体溶胶1而使用氧化铝的前体溶胶4来形成无定形氧化铝膜。
在比较例4和5的每一个中，通过XPS分析进行表面部的元素分析。表3示出结果。接下来，在比较例4和5的每一个中，通过XPS分析进行内部的元素分析。表4示出结果。此外，由这些结果确定X、Y和Y-X的值，并且评价平均反射率和外观。表5示出结果。
设通过以45°的光电子检测角度使用X射线光电子分光法分析该样品的表面所得到的铝原子数为1时，X表示氧原子数与铝原子数之比，即O/Al。
设通过以75°的光电子检测角度使用X射线光电子分光法分析该样品的表面所得到的铝原子数为1时，Y表示氧原子数与铝原子数之比，即O/Al。
该结果证实比较例4和5的每一个中，表面部与内部之间的结构差异大并且表面部的结构具有高折射率。该结果还证实难以在相同的烘烤条件下实现与根据本发明方面的光学膜相当的令人满意的减反射性能。此外，将该氧化铝的前体溶胶旋转涂布在平玻璃板上时，观察到膜的不均匀1。
[表2]
(注4)*“平均反射率(％)”表示400nm-700nm的波长范围内入射角0°下的平均反射率。
实施例6
将适量的氧化铝的前体溶胶1滴到已按上述方式进行了清洁的平玻璃板(L-BAL 42，550nm下n＝1.58)上。进行20秒旋转涂布。在热风循环烘箱中将该玻璃基材烘烤30分钟，由此形成无定形氧化铝膜。表6示出旋转涂布过程中的转数和在热风循环烘箱中烘烤过程中的成膜温度。
将该氧化铝膜浸入温度为75℃的热水中20分钟，然后在60℃下干燥20分钟。
实施例7
进行与实施例6中相同的操作，不同之处在于以表6中所示的旋转涂布过程中的转数和在热风循环烘箱中烘烤过程中的成膜温度，通过代替氧化铝的前体溶胶1而使用氧化铝的前体溶胶2来形成无定形氧化铝膜。
实施例8
进行与实施例6中相同的操作，不同之处在于以表6中所示的旋转涂布过程中的转数和在热风循环烘箱中烘烤过程中的成膜温度形成无定形氧化铝膜。
实施例9
进行与实施例6中相同的操作，不同之处在于以表6中所示的旋转涂布过程中的转数和在热风循环烘箱中烘烤过程中的成膜温度，通过代替氧化铝的前体溶胶1而使用氧化铝的前体溶胶2来形成无定形氧化铝膜。
实施例10
进行与实施例6中相同的操作，不同之处在于以表6中所示的旋转涂布过程中的转数和在热风循环烘箱中烘烤过程中的成膜温度形成无定形氧化铝膜。
实施例11
进行与实施例6中相同的操作，不同之处在于以表6中所示的旋转涂布过程中的转数和在热风循环烘箱中烘烤过程中的成膜温度，通过代替氧化铝的前体溶胶1而使用氧化铝的前体溶胶2来形成无定形氧化铝膜。
测定反射率。结果证实根据本发明方面的光学部件的光学膜具有低的平均反射率和低的微小光散射度。此外，没有观察到由于不充分的烘烤而产生的膜的不均匀。
比较例6
进行与实施例6中相同的操作，不同之处在于以表6中所示的旋转涂布过程中的转数和在热风循环烘箱中烘烤过程中的成膜温度，通过代替氧化铝的前体溶胶1而使用氧化铝的前体溶胶6来形成无定形氧化铝膜。
在使用氧化铝的前体溶胶6的情况下，除非成膜温度为180℃以上，否则难以实现高的减反射性能。此外，在180℃的成膜温度的情况下，微小光散射度降低。
性能的评价
实施例1-3中的结果证实，含有具有特定结构的有机铝化合物的氧化铝的前体溶胶1-3具有使反射率减小的效果和抑制由于有机铝化合物的聚集而产生的膜的不均匀的效果。同时，比较例1-3中，氧化铝的前体溶胶具有差的涂布性，因此提供具有低的减反射性能的光学膜。
实施例4和5的每一个中的结果证实，通过使用含有具有特定结构的有机铝化合物的氧化铝的前体溶胶1制备的光学部件的晶体结构具有使反射率减小的效果和抑制由于有机铝化合物的聚集而产生的膜的不均匀的效果。同时，比较例4和5中的结果证实，关于通过使用不具有特定结构的氧化铝的前体溶胶4而制备的光学部件，由于氧化铝的前体溶胶的涂布性差，因此光学膜具有低的减反射性能。此外，该结果还证实，即使对该光学部件进行高温烘烤处理，也无法充分地将有机铝化合物除去，以致该光学部件不具有与实施例4和5的每一个中制备的光学部件相当的性能。
实施例6-11的每一个中的结果证实，根据本发明方面的光学部件具有低的微小光散射度和高的减反射性能，即使在低的成膜温度下也不会产生膜的不均匀。同时，对于比较例6中使用的氧化铝的前体溶胶，低的成膜温度导致由于不充分烘烤而引起的膜的不均匀，因此提供具有差的减反射性能的光学部件。因此，应该提高成膜温度。但是，即使在高的成膜温度下，形成的光学部件的微小光散射度高于根据本发明方面的光学部件。
根据本发明方面制备的光学部件可用于具有任何折射率的透明基材上，提供优异的减反射性能，并且具有长期的耐候性。因此，能够使用根据本发明的光学部件的部件的实例包括文字处理器、计算机、电视机和等离子体显示板的各种显示器；光学部件，例如液晶显示器的起偏振器、由各种光学玻璃材料和透明塑料形成的太阳镜透镜、分度的眼镜透镜、照相机用取景透镜、棱镜、复眼透镜、复曲面透镜、各种光学滤光器和传感器；使用这些光学部件的成像光学系统、观察光学系统例如双目镜，和用于液晶投影仪的投影光学系统；用于激光打印机的扫描光学系统的各种光学透镜；和光学部件，例如各种仪表的盖子以及汽车和电车的窗玻璃。
尽管已参照示例性实施方案对本发明进行了说明，但应理解本发明并不限于所公开的示例性实施方案。下述权利要求的范围应给予最宽泛的解释以包括所有这样的变形以及等同的结构和功能。

Claims (7)

1.氧化铝的前体溶胶，包括：
由烷氧基铝或铝盐的水解形成的缩聚物；
溶剂；和
通式(1)的有机铝化合物：
其中R1和R2均表示具有1-6个碳原子的烷基、全氟烷基或烯丙基；R3表示具有1-6个碳原子的烷基、全氟烷基、烯丙基或芳基；和n表示1-3的整数。
2.根据权利要求1的氧化铝的前体溶胶，其中该溶剂是具有5-8个碳原子的一元醇。
3.根据权利要求1的氧化铝的前体溶胶，还包括：酸或碱。
4.光学部件的制备方法，包括如下步骤：
(a)将根据权利要求1的包括通式(1)的有机铝化合物的氧化铝的前体溶胶供给到基材的至少一个表面上；
(b)将该氧化铝的前体溶胶在该基材上铺展；
(c)对该基材进行干燥和/或烘烤以通过使通式(1)的有机铝化合物分解并将其除去而形成氧化铝膜；和
(d)将该氧化铝膜浸入温度为60℃-100℃的热水中以形成由铝的氧化物、铝的氢氧化物和水合氧化铝中的至少一种的晶体制成的凹凸结构。
5.由根据权利要求4的方法制备的光学部件，包括：
基材表面上的层，该层主要含有氧化铝并且具有由铝的氧化物、铝的氢氧化物和水合氧化铝中至少一种的晶体形成的凹凸结构，
其中该光学部件满足下式(1)：
Y-X≤0.4    (1)
设通过以45°的光电子检测角度使用X射线光电子分光法分析该光学部件的表面所得到的铝原子数为1，X表示氧原子数与铝原子数之比，即O/A1；和设通过以75°的光电子检测角度使用X射线光电子分光法分析该光学部件的表面所得到的铝原子数为1，Y表示氧原子数与铝原子数之比，即O/A1。
6.根据权利要求5的光学部件，其中X超过2.0。
7.由根据权利要求4的方法制备的光学部件，包括：
基材表面上的层，该层主要由氧化铝组成并且具有由铝的氧化物、铝的氢氧化物和水合氧化铝中的至少一种的晶体形成的凹凸结构，
其中该凹凸结构具有240nm以上的高度和6.0以下的微小光散射度。
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