CN115210191A

CN115210191A - 光学玻璃

Info

Publication number: CN115210191A
Application number: CN202180018229.6A
Authority: CN
Inventors: 此下聪子; 籔内浩一
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2020-04-06
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-10-18
Also published as: WO2021205927A1; JPWO2021205927A1; DE112021002188T5; US20230083714A1

Abstract

本发明提供一种作为玻璃组成含有TiO₂、Nb₂O₅且能够获得高透光率的大规模生产率优异的光学玻璃。该光学玻璃的特征在于，作为玻璃组成含有以摩尔％计合计量为20摩尔％以上的TiO₂和Nb₂O₅，碱度为12以上。

Description

光学玻璃

技术领域

本发明涉及用作可穿戴图像显示设备的导光板等的光学玻璃。

背景技术

作为带投影仪的眼镜、眼镜型或护目镜型显示器、虚拟现实(VR)或增强现实(AR)显示装置、虚像显示装置等可穿戴图像显示设备的结构部件，使用玻璃板。该玻璃板例如作为透视(see through)导光板发挥功能，能够透过玻璃板观察外部景色的同时，观察显示在玻璃板上的图像。此外，还可以利用在眼镜的左右侧投影不同图像的技术来实现3D显示，或者利用眼睛的晶状体与视网膜结合的技术来实现虚拟现实空间。从图像的广角化、高亮度/高对比度化、导光特性提高性等方面出发，对该玻璃板要求高折射率(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－32673号公报

专利文献2：日本专利第6517411号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

为了提高玻璃的折射率，使玻璃中含有有助于高折射率的成分TiO₂或Nb₂O₅是有效的。另一方面，当玻璃中含有TiO₂或Nb₂O₅时，存在玻璃的透光率降低的趋势。为了解决这种问题，已提出在熔融、成型后实施长时间退火处理来提高玻璃的透光率的方法(例如参照专利文献2)。然而，该方法存在需要成本和时间的技术问题。

鉴于以上情况，本发明的目的在于，提供一种作为玻璃组成含有TiO₂、Nb₂O₅且能够获得高透光率的大规模生产率优异的光学玻璃。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的发明人进行深入研究的结果发现，通过在含有一定量以上的高折射率成分TiO₂、Nb₂O₅的光学玻璃中，施加使玻璃中的Ti离子和Nb离子以高价状态稳定存在的配位场，容易获得高透射率特性。

即，本发明的光学玻璃的特征在于，作为玻璃组成含有以摩尔％计合计量为20摩尔％以上的TiO₂和Nb₂O₅，碱度为12以上。由此，能够使玻璃中的Ti离子和Nb离子以吸收更少的高价状态稳定存在，结果，即使不进行长时间退火处理，也能够获得高透射特性。

本发明的光学玻璃优选含有以摩尔％计为8％以上且低于40％的TiO₂和1％～11％的Nb₂O₅。

本发明的光学玻璃的折射率nd优选为1.8～2.3。

本发明的光学玻璃的阿贝数(νd)优选为20～35。

本发明的光学玻璃优选厚度为10mm的上述光学玻璃的450nm时的内部透射率为80％以上。

本发明的其它方面的光学玻璃的特征在于，作为玻璃组成含有以摩尔％计合计量为20摩尔％以上的TiO₂和Nb₂O₅，(B₂O₃+La₂O₃+ZnO)－(SiO₂+Y₂O₃+ZrO₂)为10～40％，内部存在的气泡和异物的数量为1个/cm³以下。

本发明的光学玻璃优选含有以摩尔％计为10％～30％的B₂O₃、3％以上的SiO₂、0％～5％的RO(R为选自Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种)、0％～5％的Ta₂O₅、10％～50％的Ln₂O₃(Ln为选自La、Gd、Y和Yb的至少1种)、0％～1％的ZnO、0％～1％的Al₂O₃和0％～0.2％的WO₃。

本发明的光学玻璃优选在以玻璃化转变温度±200℃以内的温度进行72小时热处理后，厚度为10mm的上述光学玻璃的450nm时的内部透射率的变化量低于10％。本发明的光学玻璃无论是否经过长时间退火处理，都能够获得高透射特性。换言之，具有实施长时间退火处理时的内部透射率的变化量小的特征。

本发明的光学玻璃板的特征在于，包括上述的任意光学玻璃。

优选本发明的光学玻璃板的板厚为0.01～5mm。

本发明的导光板的特征在于，包括上述任意的光学玻璃板。

本发明的导光板优选用于选自带投影仪的眼镜、眼镜型或护目镜型显示器、虚拟现实(VR)或增强现实(AR)显示装置以及虚像显示装置的可穿戴图像显示设备。

本发明的可穿戴图像显示设备的特征在于，包括上述任意导光板。

本发明的光学玻璃的制造方法是用于制造上述的任意光学玻璃的方法，其特征在于，包括在通过将原料熔融得到熔融玻璃后，将熔融玻璃冷却，得到成型体的工序，不对成型体实施以成型体的玻璃化转变温度±200℃以内的温度处理48小时以上的热处理。如上所述，本发明的光学玻璃无论是否经过长时间退火处理，都能够获得高透射特性。因此，在本发明的制造方法中，具有如下特征：能够省略例如以成型体的玻璃化转变温度±200℃以内的温度处理48小时以上这样的长时间热处理工序，大规模生产率优异。

本发明的光学玻璃的制造方法优选原料的熔融温度为1400℃以下。由此，在熔融时，熔融容器的成分(Pt等)不容易熔出到玻璃熔液中，能够提高所得到的光学玻璃的透光率。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种作为玻璃组成含有TiO₂和/或Nb₂O₅，且能够获得高透光率的大规模生产率优异的光学玻璃。

附图说明

图1是表示实施例中得到的玻璃试样的碱度与内部透射率变化量的关系的图表。

具体实施方式

本发明的光学玻璃作为玻璃组成含有选自TiO₂和Nb₂O₅中的至少一种。下面说明这些成分的优选含量等。另外，在以下关于各成分含量的说明中，除另有说明，“％”意指“摩尔％”。

TiO₂和Nb₂O₅是使玻璃的折射率显著提高的成分。然而，当这些成分过多时，玻璃化变得困难，可见光区域的透光率容易降低。因此，TiO₂+Nb₂O₅含量的下限优选为20％以上、25％以上、27％以上、29％以上，特别优选为30％以上，上限优选为40％以下、38％以下，特别优选为35％以下。TiO₂含量的下限优选为8％以上、10％以上、15％以上、18％以上、22％以上，特别优选为23％以上，上限优选为低于40％、35％以下、32％以下，特别优选为29％以下。Nb₂O₅含量的下限优选为1％以上、2％以上、2.5％以上，特别优选为3％以上，上限优选为11％以下、8％以下、6％以下，特别优选为5％以下。另外，在本发明中，“x+y+…”意指各成分的合计量。

另外，在本发明中，为了获得高折射率且可见光区域的透射率优异的玻璃，优选适当调整TiO₂和Nb₂O₅的比例。具体而言，以摩尔比计TiO₂/Nb₂O₅优选为3以上、4以上，特别优选为5以上。上限没有特别限定，实际上低于40，进而为30以下。

在本发明的光学玻璃中，除TiO₂、Nb₂O₅以外，可以还含有以下成分。

B₂O₃是在含有TiO₂或Nb₂O₅的玻璃中特别有助于玻璃化稳定性的成分。特别是在折射率nd高达1.9以上的情况下，存在玻璃化变得不稳定的趋势，但通过含有适量的B₂O₃，能够提高玻璃化的稳定性。B₂O₃含量的下限优选为10％以上、14％以上、15％以上、16％以上，特别优选为18％以上，上限优选为28％以下、25％以下、23％以下、22％以下，特别优选为21％以下。当B₂O₃的含量过少时，难以获得上述效果。另一方面，当B₂O₃的含量过多时，存在碱度、折射率降低的趋势。另外，在本发明中，通过含有B₂O₃并且增加玻璃的碱度，能够使大规模生产率优异，并且获得高透射率的特性。

SiO₂是玻璃骨架成分，是提高玻璃化稳定性和化学耐久性的成分。然而，当其含量过多时，熔融温度变得非常高。结果，Nb、Ti容易被还原，因此，内部透射率容易降低。此外，存在折射率降低的趋势。SiO₂含量的下限优选为3％以上、5％以上、8％以上、9％以上，特别优选为10％以上，上限优选为25％以下、22％以下、21％以下、20％以下、19％以下，特别优选为18％以下。

另外，为了提高玻璃化的稳定性，提高大规模生产率，优选适当调节SiO₂和B₂O₃的比例。具体而言，以摩尔比计B₂O₃/SiO₂优选为0.5以上、0.6以上，特别优选为0.8以上，优选为10以下，特别优选为8以下。并且在本发明中，“x/y”意指x含量除以y含量得到的值。

另外，在本发明中，以阳离子％计，Si⁴⁺+B³⁺的含量优选为30％以上、32％以上，特别优选为33％以上。由此，能够提高玻璃化的稳定性。Si⁴⁺+B³⁺含量的上限没有特别限定，但过多时，存在折射率降低，熔融温度提高的趋势，因此，优选为50％以下、45％以下，特别优选为40％以下。

碱土成分RO(R为选自Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种)是使玻璃化变得稳定的成分。当其含量过多时，存在折射率降低，液相温度上升的趋势。特别是BaO，当其含量增多时，玻璃密度增大，存在包含本发明的光学玻璃的光学元件的重量增大的趋势。因此，特别是对于可穿戴图像显示设备等用途，并不优选。因此，RO的含量优选为5％以下、2％以下、1％以下，特别优选为0.5％以下。另外，MgO、CaO、SrO和BaO各成分的含量以及从它们中选择的2种或3种的合计量的优选范围也与上述相同。

Ta₂O₅是提高折射率的成分。然而，当其含量过多时，容易发生分相和失透。此外，由于Ta₂O₅是稀有且昂贵的成分，当其含量增多时，原料批料成本增高。鉴于以上情况，Ta₂O₅的含量优选为5％以下、3％以下、1％以下，特别优选不含。

La₂O₃是显著提高折射率，且提高玻璃化稳定性的成分。La₂O₃含量的下限优选为10％以上、14％以上、19％以上、20％以上、21％以上，特别优选为21.5％以上，上限优选为35％以下、30％以下、28％以下、26％以下、24％以下，特别优选为23.5％以下。当La₂O₃含量过少时，难以获得上述效果。另一方面，当La₂O₃含量过多时，存在耐失透性降低，大规模生产率降低的趋势。

Gd₂O₃也是提高折射率，且提高玻璃化稳定性的成分。Gd₂O₃含量的下限优选为1％以上、2％以上，特别优选为3％以上，上限优选为10％以下、7％以下，特别优选为5％以下。

Y₂O₃也是提高折射率和化学耐久性的成分，但是，当其含量过多时，存在熔融温度变得非常高，玻璃化变得不稳定的趋势。因此，Y₂O₃含量的下限优选为0％以上、0.1％以上，特别优选为0.5％以上，上限优选为8％以下、7％以下、5％以下、低于4％，特别优选为2.5％以下。

Yb₂O₃也是提高折射率的成分。然而，当其含量过多时，容易发生失透，产生纹理。因此，Yb₂O₃的含量优选为10％以下、8％以下、5％以下、3％以下，特别优选为1％以下。

另外，Ln₂O₃(其中，Ln为选自La、Gd、Y和Yb中的至少一种)的含量优选为11％以上、15％以上、20％以上，特别优选为22％以上。由此，能够增加玻璃的碱度，提高折射率和可见光区域的透光率。Ln₂O₃含量的上限没有特别的限制，但由于过多时容易失透，所以优选为50％以下、40％以下，特别优选为30％以下。

在本发明中，为了得到高折射率且玻璃化稳定性优异的玻璃，优选适当调节SiO₂和B₂O₃的合计量与Ln₂O₃的比例。具体而言，(SiO₂+B₂O₃)/Ln₂O₃的下限优选为0.5以上、0.8以上，特别优选为1以上，上限优选为2以下、1.6以下，特别优选为1.4以下。

ZnO在本发明的组成体系中是促进熔解性(原料的熔解性)的成分。然而，当其含量多时，难以获得高折射率特性，并且是促进失透、降低耐酸性的成分，因此优选其含量少。具体而言，ZnO的含量优选为1％以下、0.5％以下、低于0.1％，特别优选不含。

Al₂O₃是提高耐水性的成分。然而，当其含量过多时，容易失透。因此，Al₂O₃的含量优选为1％以下、0.5％以下，特别优选不含。

WO₃是提高折射率的成分，吸收可见光区域的光，使透光率降低。因此，WO₃的含量优选为0.2％以下、0.1％以下，特别优选不含。

ZrO₂是提高折射率和化学耐久性的成分。然而，当其含量过多时，存在熔融温度变得非常高的趋势。ZrO₂含量的下限优选为0％以上、高于0％、1％以上、3％以上、4％以上，特别优选为5％以上，上限优选为15％以下、12％以下、10％以下、9％以下，特别优选为8％以下。当ZrO₂的含量过多时，容易失透。

在本发明中，为了获得高折射率且可见光区域的透射率优异的玻璃，优选适当调整TiO₂、Nb₂O₅、ZrO₂的比例。具体而言，以摩尔比计，Nb₂O₅/(TiO₂+Nb₂O₅+ZrO₂)的下限优选为0.05以上、0.06以上，特别优选为0.8以上，上限优选为0.2以下、0.15以下，特别优选为0.13以下。

在本发明中，为了获得可见光区域的透射率优异的玻璃，优选适当调整TiO₂、Nb₂O₅和WO₃的合计量。具体而言，优选TiO₂+Nb₂O₅+WO₃的含量为41％以下、38％以下，特别优选为35％以下。然而，当这些成分的含量过少时，难以获得所要求的高折射率特性，因此TiO₂+Nb₂O₅+WO₃的含量下限优选为20％以上。

在本发明中，为了获得高折射率且可见光区域的透射率优异的玻璃，优选适当调整TiO₂、Nb₂O₅和WO₃的比例。具体而言，以摩尔比计，Nb₂O₅/(TiO₂+Nb₂O₅+WO₃)的下限优选为0.05以上、0.07以上，特别优选为0.08以上，上限优选为0.3以下、0.25以下，特别优选为0.2以下。

在本发明中，为了获得具有良好熔解性且品质优异的玻璃，优选适当调节B₂O₃、La₂O₃和ZnO的合计量。这些成分能够促进初期的熔液形成，特别是能够提高低温下的熔解性。然而，当含量过多时，难以获得高折射率特性。鉴于以上情况，B₂O₃+La₂O₃+ZnO的下限优选为35％以上、38％以上、41％以上，上限优选为50％以下、48％以下、特别优选为46.5％以下。

在本发明中，为了获得具有良好熔解性且品质优异的玻璃，优选适当调节SiO₂、Y₂O₃和ZrO₂的合计量。这些成分是难熔性成分，含量过多时，有损于熔液形成，特别是存在低温下的熔解性降低的趋势。具体而言，SiO₂+Y₂O₃+ZrO₂的下限优选为10％以上、11％以上、特别优选为12％以上，上限优选为25％以下、22％以下，特别优选为19.5％以下。

在本发明中，为了获得具有良好熔解性且品质优异的玻璃，优选适当调节B₂O₃、La₂O₃和ZnO的合计量与SiO₂、Y₂O₃和ZrO₂的合计量之差。具体而言，(B₂O₃+La₂O₃+ZnO)－(SiO₂+Y₂O₃+ZrO₂)的下限优选为10％以上、15％以上、20％以上、特别优选为25％以上，上限优选为40％以下、35％以下、特别优选为30％以下。

如上所述，通过适当调整B₂O₃+La₂O₃+ZnO的含量、SiO₂+Y₂O₃+ZrO₂的含量、以及两者之差，能够提高熔解性、减少光学玻璃中的气泡和异物等内部缺陷。存在于光学玻璃内部的气泡和异物的数量优选为1个/cm³以下、0.5个/cm³以下、0.3个/cm³以下，特别优选为0.2个/cm³以下。

在本发明中，为了提高折射率和可见光区域的透光率，并且提高玻璃化的稳定性，优选适当调整Y₂O₃与Ln₂O₃的比例。具体而言，Y₂O₃/Ln₂O₃的下限优选为0以上、0.005以上，特别优选为0.01以上，上限优选为0.3以下、0.25以下，特别优选为0.2以下。

在本发明中，为了提高折射率和可见光区域的透光率，并且提高玻璃化的稳定性，优选适当调整Gd₂O₃与Ln₂O₃的比例。具体而言，Gd₂O₃/Ln₂O₃的下限优选为0.05以上，特别优选为0.1以上，上限优选为0.25以下，特别优选为0.2以下。

在本发明中，为了提高折射率和可见光区域的透光率，并且提高玻璃化的稳定性，优选适当调整TiO₂和B₂O₃的合计量与Nb₂O₅和WO₃的合计量的比例。具体而言，(TiO₂+B₂O₃)/(Nb₂O₅+WO₃)的下限优选为5以上、6以上，特别优选为8以上，上限优选为30以下、20以下，特别优选为15以下。

Li₂O、Na₂O、K₂O是降低软化点的成分，但当其含量过多时，容易失透。因此，这些成分的含量优选为各自10％以下、各自5％以下、各自1％以下，特别优选不含。此外，在含有Li₂O、Na₂O、K₂O中的两种以上的情况下，其合计量优选为10％以下、5％以下、1％以下，特别优选不含。

另外，由于As成分(As₂O₃等)、Pb成分(PbO等)和氟成分(F₂等)的环境负荷大，所以优选实质上不含。此外，由于Bi₂O₃和TeO₂是着色成分，可见光区域的透射率容易降低，因此优选实质上不含。在本发明中，“实质上不含”意指不主动作为原料含有，不排除不可避免的杂质的混入。客观上意指上述各成分的含量低于0.1％。

Pt、Rh和Fe₂O₃是着色成分，可见光区域的透射率容易降低，因此优选其含量少。具体而言，Pt优选为10ppm以下、特别是5ppm以下，Rh优选为0.1ppm以下、特别是0.01ppm以下，Fe₂O₃优选为1ppm以下、特别是0.5ppm以下。另外，虽然从抑制着色的观点而言Pt含量越少越好，但是，为此需要降低熔融温度，结果，熔解性容易降低。因此，考虑到熔解性，Pt含量的下限值优选为0.1ppm以上、特别是0.5ppm以上。

本发明的光学玻璃可以以各0.1％以下的比例含有澄清剂成分Cl、CeO₂、SO₂、Sb₂O₃或SnO₂。

在本发明的光学玻璃中，由(氧原子摩尔数总和/阳离子的电场强度(阳离子场)总和)×100定义的玻璃的碱度优选为12以上、12.5以上、13.3以上、13.5以上，特别优选为14以上。在本发明中，“电场强度(Field Strength)”(以下记为F.S.)由下式求得。

F.S.＝Z/r²(Z表示离子价数，r表示离子半径

)

另外，本发明中的Z、r的数值采用表1的值。并且，关于r，参照“化学便览基础编第2次修订版(1975年丸善株式会社发行)”等中的记载值。但是，关于B³⁺和P⁵⁺的离子半径，采用假设其在玻璃中与氧离子一起形成四面体结构(具体而言，通过以B³⁺或P⁵⁺为中心，其周围配位4个O^2－离子而成的四面体结构)时的值0.315。

例如，在以摩尔％计为15％的SiO₂、20％的B₂O₃、30％的TiO₂、5％的Nb₂O₅、30％的La₂O₃的组成的情况下，可以如下述计算碱度。

首先，阳离子的F.S.的总和可以如下述计算。

每1摩尔Si⁴⁺的F.S.为Z(Si⁴⁺)/r(Si⁴⁺)²＝4/(0.4)²＝25.00、

每1摩尔B³⁺的F.S.为Z(B³⁺)/r(B³⁺)²＝3/(0.315)²＝30.23、

每1摩尔Ti⁴⁺的F.S.为Z(Ti⁴⁺)/r(Ti⁴⁺)²＝4/(0.75)²＝7.11、

每1摩尔Nb⁵⁺的F.S.为Z(Nb⁵⁺)/r(Nb⁵⁺)²＝5/(0.78)²＝8.22、

每1摩尔La³⁺的F.S.为Z(La³⁺)/r(La³⁺)＝3/(1.32)²＝1.72，

各离子的F.S.与摩尔数的乘积的总和为25.00×15+30.23×2×20+7.11×30+8.22×2×5+1.72×2×30＝1982.9。

此外，每1摩尔玻璃所含的氧原子为，从SiO₂为15×2，从B₂O₃为3×20，从TiO₂为2×30，从Nb₂O₅为5×5，从La₂O₃为3×30，总和为265。

综上所述，碱度为(265/1982.9)×100≈13.4。

[表1]

	Z	r
			Si<sup>4+</sup>	4	0.4
Al<sup>3+</sup>	3	0.53
			B<sup>3+</sup>	3	0.315
Mg<sup>2+</sup>	2	0.86
			Ca<sup>2+</sup>	2	1.14
Sr<sup>2+</sup>	2	1.39
			Ba<sup>2+</sup>	2	1.5
Zn<sup>2+</sup>	2	0.89
			Li<sup>+</sup>	1	0.88
Na<sup>+</sup>	1	1.16
			K<sup>+</sup>	1	1.52
Ti<sup>4+</sup>	4	0.75
			Zr<sup>4+</sup>	4	0.86
Nb<sup>5+</sup>	5	0.78
			La<sup>3+</sup>	3	1.32
Gd<sup>3+</sup>	3	1.08
			γ<sup>3+</sup>	3	1.03
Yb<sup>3+</sup>	3	0.86
			Ta<sup>5+</sup>	5	0.83
W<sup>6+</sup>	6	0.72
			Bi<sup>3+</sup>	3	0.86
Sb<sup>3+</sup>	3	0.94
			P<sup>5+</sup>	5	0.315
Pt<sup>4+</sup>	4	0.77
			Ce<sup>4+</sup>	4	0.94
S<sup>4+</sup>	4	0.51
			Sn<sup>4+</sup>	4	0.83
Te<sup>4+</sup>	4	0.66
			As<sup>3+</sup>	3	0.69
Pb<sup>2+</sup>	2	0.92

碱度是表示阳离子对于电子和氧的约束状态的指标。碱度越大，阳离子对于电子和氧的约束越弱，意味着电子和氧变得容易在玻璃中移动。通过设计成碱度变大，能够容易地在Ti离子周围或Nb离子周围配置电子或氧。结果，能够使玻璃中的Ti离子和Nb离子以吸收更少的高价状态(Ti⁴⁺、Nb⁵⁺)稳定存在，从而能够获得高透射特性。另外，当阳离子对于电子或氧的约束变得过弱时，玻璃化变得不稳定，并且存在化学耐久性降低的趋势，因此碱度优选为16以下，特别优选为15以下。

另外，在高折射率、具体而言折射率nd为1.9以上的玻璃的情况下，存在与Nb⁵⁺相比，由Ti⁴⁺造成的着色显著显现的趋势。特别是以阳离子比计Ti⁴⁺/Nb⁵⁺为2.1以上、2.5以上、进而为3以上时，该趋势变强。即使在该情况下，如上所述，通过提高碱度，也能够在Ti⁴⁺周围配置电子或氧，容易获得高透射特性。这样，当折射率nd为1.9以上且Ti⁴⁺/Nb⁵⁺为2.1以上时，容易获得通过增大碱度所带来的效果。

如上所述，本发明的光学玻璃无论是否经过长时间退火处理都能够获得高透射特性。换言之，具有实施长时间退火处理时的内部透射率变化量小的特征。具体而言，本发明的光学玻璃在玻璃化转变温度±200℃以内的温度下进行72小时热处理后，10mm厚的上述光学玻璃的450nm时的内部透射率的变化量优选为低于10％、5％以下、低于2％、1.5％以下、1％以下、0.5％以下，特别优选为0％(即热处理前后内部透射率不变)。

本发明的光学玻璃的折射率(nd)的下限优选为1.8以上、1.85以上、1.90以上、1.95以上，特别优选为1.98以上，上限优选为2.3以下、2.1以下、2.05以下、2.03以下，特别优选为2.01以下。如果折射率过低，在用作带投影仪的眼镜、眼镜型或护目镜型显示器、虚拟现实(VR)或增强现实(AR)显示装置、虚像显示装置等可穿戴图像显示设备的导光板的情况下，存在视角变窄的趋势。另一方面，如果折射率过高，则容易发生失透和纹理等缺陷。

本发明的光学玻璃的阿贝数(νd)没有特别限定，但考虑到玻璃化的稳定性，下限优选为20以上、22以上，特别优选为25以上，上限优选为35以下、32以下，特别优选为30以下。

本发明的光学玻璃的厚度为10mm时，450nm的内部透射率优选为80％以上，特别优选为90％以上。由此，在使用本发明的光学玻璃的可穿戴图像显示设备中，容易提高用户看到的图像的亮度。

本发明的光学玻璃的液相温度优选为1300℃以下、1250℃以下、1150℃以下、1100℃以下，特别优选为1070℃以下。由此，在熔融时和成型时不容易失透，容易提高大规模生产率。

本发明的光学玻璃的密度优选为5.5g/cm³以下、5.3g/cm³以下，特别优选为5.1g/cm³以下。当密度过高时，使用本发明的光学玻璃的可穿戴设备的重量增大，穿戴设备时的不适感增加。密度的下限没有特别的限定，但过低时，存在光学特性等其它特性降低的趋势，因此优选为4g/cm³以上，特别优选为4.5g/cm³以上。

本发明的光学玻璃在30～300℃时的热膨胀系数优选为95×10^－7/℃以下、91×10^－7/℃以下，特别优选为88×10^－7/℃以下。当热膨胀系数过大时，玻璃容易因热冲击而破裂。热膨胀系数的下限没有特别限定，但过低时，存在光学性能等其它特性降低的趋势，因此优选为75×10^－7/℃以上，特别优选为80×10^－7/℃以上。

由本发明的光学玻璃制成的光学玻璃板的壁厚的下限优选为0.01mm以上、0.02mm以上、0.03mm以上、0.04mm以上，特别优选为0.05mm以上，上限优选为5mm以下、3mm以下、1mm以下、0.8mm以下、0.6mm以下，特别优选为0.3mm以下。当光学玻璃板的壁厚过小时，机械强度容易降低。另一方面，当光学玻璃板的壁厚过大时，使用该光学玻璃板的可穿戴图像显示设备的重量增大，穿戴设备时的不适感增加。

本发明的光学玻璃板的形状例如为平面形状呈圆形、椭圆形或矩形等多边形等的板状。这种情况下，光学玻璃板的长径(圆形时为直径)优选为50mm以上、80mm以上、100mm以上、120mm以上、150mm以上、160mm以上、170mm以上、180mm以上、190mm以上，特别优选为200mm以上。当光学玻璃板的长径过小时，难以用于可穿戴图像显示设备等用途。并且存在大规模生产率差的趋势。光学玻璃板长径的上限没有特别限定，现实上为1000mm以下。

本发明的光学玻璃包括通过将以得到规定玻璃组成(具有上述规定碱度的玻璃组成)的方式调配的原料熔融而得到熔融玻璃后，将熔融玻璃冷却而得到成型体的工序。在此，无需对成型体进一步实施在成型体的玻璃化转变温度±200℃以内的温度下处理48小时以上的热处理。如上所述，本发明的光学玻璃无论是否经过长时间退火处理都能够获得高透射特性。因此，在本发明的制造方法中，可以省略例如在成型体的玻璃化转变温度±200℃的温度下处理48小时以上这样的长时间热处理工序，具有大规模生产率优异的特征。另外，本发明的光学玻璃的玻璃化转变温度通常为650～800℃。

另外，熔融温度优选为1400℃以下、1350℃以下、1300℃以下，特别优选为1280℃以下。当熔融温度过高时，熔融容器的成分(Pt等)容易析出到玻璃熔液中，存在所得到的光学玻璃的透光率降低的趋势。另一方面，当熔融温度变低时，存在容易产生泡沫和异物(例如来自未熔融物的异物)的趋势。因此，为了减少玻璃中的泡沫和异物，熔融温度优选为1200℃以上，特别优选为1250℃以上。

如上所述，通过适当调整B₂O₃+La₂O₃+ZnO的含量、SiO₂+Y₂O₃+ZrO₂的含量、或两者的含量差，能够提高熔解性，即使在低温下熔融的情况下，也能够减少泡沫和异物。结果，能够得到透光率优异，且泡沫和异物少的光学玻璃。

本发明的光学玻璃板适合用作作为选自带投影仪的眼镜、眼镜型或护目镜型显示器、虚拟现实(VR)或增强现实(AR)显示装置、以及虚像显示装置的可穿戴图像显示设备的结构部件的导光板。该导光板用于可穿戴图像显示设备的所谓镜片部分，通过对从可穿戴图像显示设备所具有的图像显示元件发出的光进行导光，发挥向用户的瞳孔射出的作用。在导光板的表面，优选设有用于将图像显示元件所发出的光衍射到导光板内部的衍射光栅。

实施例

下面，利用本发明的实施例进行详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

表2～8示出本发明的实施例。另外，表2～5的主要目的在于，比较后述的内部透射率的变化量，将对内部透射率造成显著影响的TiO₂与Nb₂O₅的合计量相同的组成彼此汇总在一起列出。

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

[表8]

将以达到表2～8所示各组成的方式调配原料而得到的批料投入铂坩埚，在1350℃熔融2小时。将熔融玻璃流出到碳板上成型，再以700～800℃保持1小时后，以－1℃/分钟降温至室温，进行退火处理，得到玻璃试样。对所得到的玻璃试样，测定耐水性、耐酸性、液相温度、液相粘度、折射率、阿贝数、密度、玻璃化转变温度、热膨胀系数、内部透射率。将结果示于表2～8。

根据JOGIS所规定的粉末法测定耐水性和耐酸性。

如下所述测定液相温度和液相粘度。

利用电炉在1200℃－0.5小时的条件下将玻璃试样再熔融，之后在具有温度梯度的电炉中保持18小时，然后从电炉中取出，在空气中放冷，用光学显微镜确定失透物的析出位置，测定液相温度。

另外，玻璃试样放入氧化铝制坩埚中加热熔融。对所得到的玻璃熔液，通过铂球提拉法求出多个温度下的玻璃粘度。接着，使用玻璃粘度的测量值，计算Vogel－Fulcher方程的常数，制作粘度曲线。利用所得到的粘度曲线和上述所求出的液相温度，求出与液相温度对应的粘度(液相粘度)。

折射率用对于氦灯的d射线(587.6nm)的测定值表示。阿贝数用上述d射线的折射率、氢灯的F射线(486.1nm)、相同氢灯的C射线(656.3nm)的折射率值，根据计算式阿贝数(νd)＝[(nd－1)/(nF－nC)]算出。

密度使用重量约10g的玻璃试样通过阿基米德法测定。

玻璃化转变温度设为通过膨胀计测得的热膨胀曲线的低温侧直线与高温侧直线的交点。

热膨胀系数采用成型为

的圆柱状的玻璃试样，用膨胀计在30～300℃的温度范围进行测定。

内部透射率如下述进行测定。对光学研磨后的厚度10mm±0.1mm和5mm±0.1mm的玻璃试样，使用分光光度计(株式会社岛津制作所制UV－3100)，以0.5nm间隔测定包括表面反射损失的透光率(直线透射率)。根据所得到的测定值，根据以下式子计算厚度为10mm时的内部透射率τ₁₀。

logτ₁₀＝－{(logT₅－logT₁₀)/Δd}×10(％)

T₅：厚度5mm±0.1mm的玻璃试样的透光率

T₁₀：厚度10mm±0.1mm的玻璃试样的透光率

Δd：两个玻璃试样的厚度差

另外，对玻璃试样在700～800℃进行72小时的热处理，然后以－1℃/分钟降温至室温而得到玻璃试样，对该玻璃试样也同样进行内部透射率的测定。将热处理前后的内部透射率的值、和热处理前后的内部透射率的变化量示于表2～8。此外，在图1中示出对No.1－1～1－5、No.2－1～2－5、No.3－1～3－3、No.4－1～4－2、No.5－1～5－5、No.6－1～6－2、No.7－1的碱度与内部透射率变化量的关系进行绘图得到的图表。另外，在图1中，TiO₂与Nb₂O₅的合计量相同的组成之间用相同的图表示。

此外，对No.8－1～No.8－17，评价或测定与熔融温度相应的熔解性和外部透射率。

如下所述测定熔解性。将以达到表6～8所示各组成的方式调配原料而得到的批料投入铂坩埚，在1270℃～1330℃熔融90分钟。将熔融玻璃流出到碳板上成型，再以700～800℃保持1小时后，以－1℃/分钟降温至室温，进行退火处理，之后实施切削加工，由此得到10mm×50mm×100mm的玻璃试样。通过50倍的显微镜观察计数存在于所得到的玻璃试样内的气泡和异物，算出每1cm³的数量。

如下所述测定外部透射率。对所得到的玻璃试样进行光学研磨，以使厚度达到10mm，用分光光度计(株式会社岛津制作所制UV－3100)测定包括表面反射损失的波长450nm时的透光率(直线透射率)。

此外，采用上述方法测定耐水性、耐酸性、折射率、阿贝数、密度、内部透射率。此外，还测定Pt、Rh和Fe₂O₃的含量。将粉碎的玻璃试样用含有HF、HCLO₄、HNO₃和HCl的混合酸分解后，用ICP质量分析装置测定Pt、Rh含量。将粉碎的玻璃试样用含有HF、H₂SO₄、HNO₃和HCl的混合酸分解后，用ICP质量分析装置测定Fe₂O₃的含量。另外，这些特性评价使用以下玻璃试样进行，即，对于No.8－8～8－10、8－16～8－17使用在1270℃熔融得到的玻璃试样，对于No.8－1、8－3～8－7、8－11～8－15使用在1300℃熔融得到的玻璃试样，对于No.8－2使用在1330℃熔融得到的玻璃试样。

如表2－8和图1所示，实施例的玻璃试样的碱度高达12.1～15.4，热处理前后的波长450nm时的内部透射率之差为0～9％。由此，可知实施例的玻璃试样即使不经过长时间热处理，可见光区域的透光率也优异。

此外，如表6～8所示，虽然熔融温度越高，则气泡和异物等内部缺陷越少，但是存在外部透射率降低的趋势。相反，虽然熔融温度越低，则外部透射率越高，但是存在内部缺陷增多的趋势。但是，可知即使在熔融温度低的情况下，通过增大(B₂O₃+La₂O₃+ZnO)－(SiO₂+Y₂O₃+ZrO₂)，也能够减少内部缺陷。

产业上的可利用性

本发明的光学玻璃适合用作选自带投影仪的眼镜、眼镜型或护目镜型显示器、虚拟现实(VR)或增强现实(AR)显示装置、虚像显示装置的可穿戴图像显示设备所使用的导光板。

Claims

1.一种光学玻璃，其特征在于：

作为玻璃组成含有以摩尔％计合计量为20摩尔％以上的TiO₂和Nb₂O₅，碱度为12以上。

2.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于：

含有以摩尔％计为8％以上且低于40％的TiO₂和1％～11％的Nb₂O₅。

3.如权利要求1或2所述的光学玻璃，其特征在于：

折射率nd为1.8～2.3。

4.如权利要求1～3中任一项所述的光学玻璃，其特征在于：

阿贝数νd为20～35。

5.如权利要求1～4中任一项所述的光学玻璃，其特征在于：

厚度为10mm的所述光学玻璃的450nm时的内部透射率为80％以上。

6.如权利要求1～5中任一项所述的光学玻璃，其特征在于：

还含有以摩尔％计为10％～30％的B₂O₃、3％以上的SiO₂、0％～5％的RO、0％～5％的Ta₂O₅、10％～50％的Ln₂O₃、0％～1％的ZnO、0％～1％的Al₂O₃和0％～0.2％的WO₃，其中，R为选自Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种，Ln为选自La、Gd、Y和Yb中的至少1种。

7.如权利要求1～6中任一项所述的光学玻璃，其特征在于：

以玻璃化转变温度±200℃以内的温度进行72小时热处理后，厚度为10mm的所述光学玻璃的450nm时的内部透射率的变化量低于10％。

8.一种光学玻璃，其特征在于：

作为玻璃组成含有以摩尔％计合计量为20摩尔％以上的TiO₂和Nb₂O₅，(B₂O₃+La₂O₃+ZnO)－(SiO₂+Y₂O₃+ZrO₂)为10％～40％，内部存在的气泡和异物的数量为1个/cm³以下。

9.一种光学玻璃板，其特征在于：

包括权利要求1～8中任一项所述的光学玻璃。

10.如权利要求9所述的光学玻璃板，其特征在于：

板厚为0.01～5mm。

11.一种导光板，其特征在于：

包括权利要求9或10所述的光学玻璃板。

12.如权利要求11所述的导光板，其特征在于：

用于选自带投影仪的眼镜、眼镜型或护目镜型显示器、虚拟现实(VR)或增强现实(AR)显示装置和虚像显示装置的可穿戴图像显示设备。

13.一种可穿戴图像显示设备，其特征在于：

具有权利要求11或12所述的导光板。

14.一种光学玻璃的制造方法，用于制造权利要求1～8中任一项所述的光学玻璃，该制造方法的特征在于：

包括在通过将原料熔融得到熔融玻璃后，将所述熔融玻璃冷却，得到成型体的工序，

不对所述成型体实施以所述成型体的玻璃化转变温度±200℃以内的温度处理48小时以上的热处理。

15.如权利要求14所述的光学玻璃的制造方法，其特征在于：

原料的熔融温度为1400℃以下。