CN112714753B

CN112714753B - 光学玻璃

Info

Publication number: CN112714753B
Application number: CN201980019120.7A
Authority: CN
Inventors: 柴田明; 安间伸一
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2022-05-03
Anticipated expiration: 2039-08-26
Also published as: TWI718080B; JP6699809B1; US20210171387A1; TW202108527A; US10954156B1; JPWO2021038691A1; WO2021038691A1; CN112714753A; EP3915952B1; EP3915952A4; EP3915952A1; US20210061703A1; KR102197743B1

Abstract

本发明提供一种具有高折射率和高透光性的光学玻璃。所述光学玻璃用氧化物基准的摩尔％表示，含有SiO₂：9.0％～11.0％、B₂O₃：22.0％～24.0％、La₂O₃：18.0％～20.0％、TiO₂：30.0％～31.0％。

Description

光学玻璃

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃，特别涉及一种用于导光板的光学玻璃。

背景技术

近年来，与AR、VR和MR等对应的头带式显示器(HMD)已经成为热门话题。已知使用高折射率的玻璃作为构成该光学装置的导光板。作为HMD用的导光板，与导光板的厚度、HMD的整体设计的自由度密切相关的折射率特别重要，例如，现有文献1中公开了HMD用的折射率为2.0左右的高折射率玻璃。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019－20723号公报

发明内容

然而，近年来，对产品的性能要求进一步提高，对玻璃的透光性的要求不断提高。专利文献1中记载的光学玻璃的内部透射率在蓝色的波长区域为0.6左右，并不充分。

在这样的情况下，需要一种具有高折射率和高透光性的光学玻璃。

本发明的光学玻璃用氧化物基准的摩尔％表示，含有SiO₂：9.0％～11.0％、B₂O₃：22.0％～24.0％、La₂O₃：18.0％～20.0％、TiO₂：30.0％～31.0％。

根据本发明，能够在工业上制造一种具有高折射率和高透光性的光学玻璃。特别适于连续制造。

具体实施方式

对本发明的光学玻璃进行说明。光学玻璃的形状没有特别限定。光学玻璃例如可以制成板状。

[光学玻璃的成分]

本发明的光学玻璃由必需成分和任意成分的组合构成。必需成分是本光学玻璃必须含有的成分并赋予性能的主要功能。任意成分可以根据需要而使用。本说明书中没有特别记载时，％表示氧化物基准的摩尔％。数值范围包括四舍五入后的范围。另外，将数值范围示为“A～B”时，表示“A以上且B以下”。

[必需成分]

＜SiO₂＞

SiO₂是形成玻璃的成分，是对玻璃赋予强度和抗裂性并使玻璃的稳定性和化学耐久性提高的成分。本实施方式的光学玻璃中，SiO₂的含量为9.0％～11.0％，优选为9.0％～10.0％。通过在该范围，能够兼具高强度和高折射率。

＜B₂O₃＞

B₂O₃是使Tg变低并使玻璃的强度、抗裂性等机械特性提高的成分。本实施方式的光学玻璃中，B₂O₃的含量为22.0％～24.0％，优选为22.5％～23.5％。通过在该范围，能够兼具高强度和高折射率。

＜La₂O₃＞

La₂O₃是在本光学玻璃中有助于提高折射率和降低失透温度的成分。本实施方式的光学玻璃中，La₂O₃的含量为18.0％～20.0％，优选为18.5％～19.5％。通过在该范围，能够兼具高折射率和低失透温度。

＜TiO₂＞

TiO₂虽然通常是提高玻璃的折射率并使玻璃的分散变大的成分，但在本光学玻璃中是特别有助于失透温度和透光率的成分。本实施方式的光学玻璃中，TiO₂的含量为30.0％～31.0％，优选为30.3％～30.7％。通过在该范围，能够兼具高透射率和低失透温度。

[任意成分]

＜Y₂O₃＞

本实施方式的光学玻璃优选含有Y₂O₃。Y₂O₃是本光学玻璃中有助于提高折射率和降低失透温度的成分。本实施方式的光学玻璃中，含有Y₂O₃时的优选的含量为3.0％～5.0％，特别优选为3.5％～4.5％。通过在该范围，能够兼具高折射率和低失透温度。

＜WO₃＞

本实施方式的光学玻璃优选含有WO₃。由于WO₃是抑制玻璃失透的成分和有助于玻璃着色的成分，因此如果WO₃的量过多，则透光率降低。因此，本实施方式的光学玻璃中，含有WO₃时的优选的含量为0.1％～0.4％，特别优选为0.2％～0.3％。通过在该范围，能够兼具高透射率和低失透温度。

＜Nb₂O₅＞

本实施方式的光学玻璃优选含有Nb₂O₅。Nb₂O₅是本光学玻璃中有助于提高折射率和降低失透温度的成分。本实施方式的光学玻璃中，含有Nb₂O₅时的优选的含量为2.5％～4.0％，特别优选为3.0％～3.5％。通过在该范围，能够兼具高折射率和低失透温度。

＜ZrO₂＞

本实施方式的光学玻璃优选含有ZrO₂。ZrO₂是提高玻璃的折射率并提高玻璃的化学耐久性的成分。本实施方式的光学玻璃中，含有ZrO₂时的优选的含量为5.0％～8.0％，特别优选为6.0％～7.0％。通过在该范围，能够兼具高耐久性和高折射率。

＜Gd₂O₃＞

本实施方式的光学玻璃优选含有Gd₂O₃。Gd₂O₃是本光学玻璃中有助于提高折射率和降低失透温度的成分。本实施方式的光学玻璃中，含有Gd₂O₃时的优选的比例为3.0％～5.0％，特别优选为3.5％～4.5％。通过在该范围，能够兼具高折射率和低失透温度。

＜其它任意成分＞

本实施方式的光学玻璃可以在不损害本申请发明的效果的范围内使用其它在通常的光学玻璃的制造中使用的微量成分、添加剂。

[光学玻璃组成]

本实施方式的光学玻璃以氧化物基准的摩尔％计含有以下化合物。

SiO₂：9.0％～11.0％

B₂O₃：22.0％～24.0％

La₂O₃：18.0％～20.0％

TiO₂：30.0％～31.0％

本实施方式的光学玻璃优选以氧化物基准的摩尔％计含有以下化合物。

SiO₂：9.0％～11.0％

B₂O₃：22.0％～24.0％

Y₂O₃：3.0％～5.0％

TiO₂：30.0％～31.0％

WO₃：0.1％～0.4％

Nb₂O₅：2.5％～4.0％

La₂O₃：18.0％～20.0％

ZrO₂：5.0％～8.0％

Gd₂O₃：3.0％～5.0％

本实施方式的光学玻璃特别优选以氧化物基准的摩尔％计含有以下化合物。

SiO₂：9.0％～10.0％

B₂O₃：22.5％～23.5％

Y₂O₃：3.5％～4.5％

TiO₂：30.3％～30.7％

WO₃：0.2％～0.3％

Nb₂O₅：3.0％～3.5％

La₂O₃：18.5％～19.5％

ZrO₂：6.0％～7.0％

Gd₂O₃：3.5％～4.5％

另外，本实施方式的光学玻璃还优选以氧化物基准的摩尔％计组成在99.5％≤(SiO₂+B₂O₃+Y₂O₃+TiO₂+WO₃+Nb₂O₅+La₂O₃+ZrO₂+Gd₂O₃)≤100.0％的范围，特别优选(SiO₂+B₂O₃+Y₂O₃+TiO₂+WO₃+Nb₂O₅+La₂O₃+ZrO₂+Gd₂O₃)＝100.0％(其中，允许含有在制造上不可避免的杂质。)

通过在这些范围，能够全部满足高折射率、低透光性和低失透温度。

另外，本实施方式的光学玻璃优选不含有在制造上不可避免的杂质量以上的ZnO。如果含有ZnO，则本光学玻璃变得容易失透。

另外，本实施方式的光学玻璃优选上不含有在制造上不可避免的杂质量以上的碱金属。如果含有碱金属，则本光学玻璃的耐候性、耐化学试剂性恶化。

[光学玻璃]

本实施方式的光学玻璃的折射率nd优选为1.90～2.10，特别优选为1.95～2.05。特别是将本发明的光学玻璃用于导光板时，通过在该范围，能够将导光板设计得更薄。

本实施方式的光学玻璃的450nm波长处的内部透射率优选为88.0％以上，特别优选为90.0％以上。通过在该范围，能够抑制导光板中的蓝色光的衰减，能够抑制HMD所放映出的映像看起来发黄。

本实施方式的光学玻璃优选失透温度小于1170℃。特别优选小于1150℃。通过在该范围，从而不易因玻璃制造时的晶体产生而导致失透，变得容易玻璃制造。

[光学玻璃的制造方法]

本实施方式的光学玻璃的制造方法没有特别限定，可以使用现有的板玻璃制造方法。例如可以使用浮法，熔融法和轧平(roll out)法等公知的方法。

实施例

以下，根据实施例和比较例对本发明进行具体说明，但只要起到本发明的效果，就可以适当地变更实施方式。

＜测定方法＞

[失透温度]

按照以下条件来测定实施例和比较例的光学玻璃的失透温度T。

使表1所示的组成的原料以1250℃、2小时的条件在铂坩埚中熔融而制成均匀的熔融玻璃。使熔融玻璃流入到加热为200℃的铸模(长×宽×高＝60mm×50mm×30mm)而制成玻璃块。将玻璃块放入常温的水中来进行粉碎，制成2mm见方左右的玻璃屑。从该玻璃屑中称取5g，作为评价用样品。

在铂皿中放置评价用样品，在设定为1100℃～1200℃的规定温度的电炉中加热16小时使样品熔融。16小时后，将样品从电炉中取出，通过自然放冷进行冷却，同时利用光学显微镜来观察有无晶体析出。记录看到晶体的条件，各条件下的电炉的设定温度中最高的温度为失透温度T。对于实施例和比较例的光学玻璃，将评价样品的失透温度T按照下述基准进行判断，将◎或○评价为合格。

◎：T＜1150℃

○：1150≤T＜1170℃

叉：1170℃≤T

[透光率]

按照以下条件来测定透光率X。

对实施例等中得到的长×宽＝30mm×30mm、板厚为10mm和1mm这2种玻璃板使用分光光度计(日立高新技术公司制U－4100)求出板厚10mm的玻璃板在450nm的透光率X(本实施方式中透光率是指除去表面和背面的反射损耗后的内部透射率)。对于实施例和比较例的光学玻璃，将评价样品的透射率X按照下述基准进行判断，将◎或○评价为合格。

◎：90.0％≤X

○：88.0％≤X＜90.0％

×：88.0＜X

[折射率]

对实施例等中得到的长×宽×板厚＝30mm×30mm×10mm的玻璃板利用折射率计(Kalnew公司制KPR－2000)来测定折射率(nd)。

[实施例1]

使表1所示的组成的原料以1250℃、2小时的条件在铂坩埚中熔融而制成均匀的熔融玻璃。使熔融玻璃流入到加热为200℃的铸模(长×宽×高＝60mm×50mm×30mm)而制成玻璃块。

接下来，使用切断机(MARUTO公司制小型切断机)将玻璃块切断为长×宽＝30mm×30mm，使用研削机(秀和工业公司制SGM－6301)和单面研磨机(ENGIS JAPAN公司制EJ－380IN)进行板厚的调整和表面研磨，制造长×宽＝30mm×30mm、板厚10mm和1mm的玻璃板。使用这些玻璃板进行各种评价。将结果示于表1。

研削条件：使用#100金刚石砂轮以2.0μm/秒进行研削后，使用#1000金刚石砂轮以1.0μm/秒进行研削，然后使用#2000金刚石砂轮以0.5μm/秒进行研削。

研磨条件：研磨剂(氧化铈)，转速(80rpm，10分钟)

[实施例2～3，比较例1～2]

变更成表1中记载的条件，除此以外，与实施例1同样地进行操作。

Claims

1.一种光学玻璃，用氧化物基准的摩尔％表示，含有SiO₂：9.0％～11.0％、B₂O₃：22.0％～24.0％、La₂O₃：18.0％～20.0％、TiO₂：30.0％～31.0％，不含有在制造上不可避免的杂质量以上的ZnO，

用氧化物基准的摩尔％表示，组成在99.5％≤(SiO₂+B₂O₃+Y₂O₃+TiO₂+WO₃+Nb₂O₅+La₂O₃+ZrO₂+Gd₂O₃)≤100.0％的范围。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其中，用氧化物基准的摩尔％表示，含有Y₂O₃：3.0％～5.0％、WO₃：0.1％～0.4％、Nb₂O₅：2.5％～4.0％、ZrO₂：5.0％～8.0％、Gd₂O₃：3.0％～5.0％。

3.根据权利要求2所述的光学玻璃，其中，用氧化物基准的摩尔％表示，满足SiO₂：9.0％～10.0％、B₂O₃：22.5％～23.5％、Y₂O₃：3.5％～4.5％、TiO₂：30.3％～30.7％、WO₃：0.2％～0.3％、Nb₂O₅：3.0％～3.5％、La₂O₃：18.5％～19.5％、ZrO₂：6.0％～7.0％、Gd₂O₃：3.5％～4.5％。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的光学玻璃，其中，折射率在1.90～2.10的范围。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的光学玻璃，其中，450nm处的内部透射率为88.0％以上。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的光学玻璃，其中，失透温度T为T＜1170℃。