TW200536802A - Lead-free optical glass and method of using the same, optical element comprising the same and process for producing said optical element - Google Patents

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Simone Monika Ritter
Silke Wolff
Ute Wolfel
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Schott Ag
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/12Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/16Silica-free oxide glass compositions containing phosphorus
    • C03C3/17Silica-free oxide glass compositions containing phosphorus containing aluminium or beryllium

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Description

200536802 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種無鉛且無鋰之光學磷酸鹽玻璃,此類 型玻璃用於成像、投影、電信、光通訊技術及雷射技術等 領域之用途,以及光學元件或此光學元件之預型體。 本案請求歐洲專利申請案第0 4 0 0 0 8 3 6 . 9號之優先權, 該案内容以引用方式併入此處。 【先前技術】 近年來,光學技術與光電技術(成像、投影、電信、光 通訊技術及雷射技術等應用領域)二者之市場趨勢係不斷 朝向微型化進展。由終端產品的尺寸不斷縮小可證,當然 也需要增加此類型終端產品之個別部件及組件之微型化程 度。對光學玻璃生產者而言,此種發展儘管可增加終端產 品數量,但造成原料玻璃體積需求的顯著下降,同時對玻 璃生產者來自後續玻璃製造加工業者之價格壓力係不斷增 高,原因在於由塊狀或棒狀形式之玻璃製造此種類型之小 型組件,以產品為基準計算係造成廢料百分比顯著大增, 且加工此類極小型部件所需費用比加工大型組件費用更 南。 替代習知由塊狀或棒狀形式之玻璃分離出作為光學組 件之玻璃部分,近來係直接由玻璃熔化物獲得接近淨形預 型體,例如玻璃膏球(g 〇 b s )之製造方法,進一步加工業者 對於再度加壓用之接近淨形預型體(已知為精密玻璃膏球) 之需求係不斷增高。精密玻璃膏球一般瞭解較佳為完全經 火拋光、半自由成形或自由成形之玻璃部分,其已經被平 312XP/發明說明書(補件)/94-04/93139787 200536802 分為多個部分,且幾何形狀係接近該光學組件之最終形狀。 此類型精密玻璃膏球較佳也藉由精密加壓或精密成形 方法而轉變成為例如鏡片、非球面元件之光學元件。接著 並不需要例如藉表面拋光而進行幾何形狀或表面之進一步 處理。此種方法由於架設時間短,因此可彈性調整適合小 量玻璃炫化物(分配於大量小件材料間)。因為相對少數週 期或件數及指定為概略小型之幾何形狀,該方法之附加價 值卻無法完全來自材料本身的價值。結果產品必須以「準 備供系統安裝」狀態離開壓機,換言之產品必須可省略複 雜的再度加工、冷卻及/或冷再切削之步驟。由於要求高度 幾何準確度,必須使用高品質精密設備,因而必須使用昂 貴的模製材料用於此型之加壓方法。此類模型之使用壽命 係構成製造產品及/或製造材料經濟上的重大部分。達成模 具之高使用壽命之一項極重要因素為:操作溫度需儘可能 低,但此操作溫度只可降至接受加壓的材料黏度仍然足夠 進行加壓操作的程度。因此加工點及因而欲加工至玻璃轉 換溫度Tg,與此類型加壓操作之經濟間有直接因果關係: 玻璃轉換溫度愈低,則模具使用壽命愈高,以及利潤邊際 愈大。此種關係結果導致需要一種稱作為「低Tg玻璃」, 即具有低熔點及轉換溫度之玻璃,換言之具有黏度其足夠 於最低可能溫度加工處理之玻璃。 曾經報告之有關玻璃熔化物加工處理之另一項目的為 最近對「短」玻璃需求之增加,亦即於某種黏度範圍内, 其黏度隨溫度之相對微小變化而有顯著改變之玻璃。於熔 解過程,此種表現之優點為可縮短熱成形時間,亦即縮短 3 12XP/發明說明書(補件)/94-04/93139787 200536802 模具暴露時間。如此,一方面增加產出量,亦即縮短 時間;而另一方面則對模具材料較為溫和,如前文說 同樣對整體製造成本有正面效果。此型「短」玻璃又 一優點,由於具對應較長玻璃較快速冷卻,甚至可加 有相對高結晶傾向之玻璃。如此可避免初步成核,其 造成隨後之二次熱成形步驟問題,開啟此型玻璃可被 成纖維之可能。 此外,除了前文說明及要求之光學性質外,也希望 可由儘可能廉價,且具有足夠耐化學性之組成分製成 雖然先前技術已經說明有類似光學位置或有可相較 化學組成之玻璃,但此等玻璃皆有顯著缺點。特別, 玻璃含相對高濃度相對昂貴成分L i 2 0及/或含有相對 度可升高結晶傾向之成分例如T i 0 2。 E P 1 2 7 5 6 2 2係有關具有低軟化點之加壓本體玻璃 述性質可經由添加極高濃度鹼金屬及相對少量p2〇5而 成。玻璃必須含有至少6 %重量比L i 2 0。 J P 0 9 - 3 0 1 7 3 5係敘述一種同樣具有低軟化點之光f 璃。此種情況下,此種性質也係經由添加高濃度鹼金 相對少量P 2 0 5而達成。玻璃必須含相當大量之L i 2 0及 二者。 J P 2 0 0 2 - 1 7 3 3 3 6係包含一種用於精密加壓技術有高 射率之光學玻璃。玻璃必須含有至少2 %重量比L i 2 0, 須含有成分W 0 3、N b 2 0 5及/或T i Ch,其同樣也價格昂· U S 5,0 5 3,3 6 0及U S 4,8 7 5,9 2 0係描述可離子交換 璃,其經常性含有至少5 %重量比L i 2 0玻璃。 312XP/發明說明書(補件)/94-04/93139787 週期 明, 具有 工具 可能 抽拉 玻璃 〇 之 多種 1¾濃 。後 達 ,玻 屬及 T i 〇2 折 也必 • 〇 玻 8 200536802 J P 6 1 - 0 3 6 1 3 7係描述有低熔點玻璃;實施例中僅述及含 有至少4 %重量比L 1 2 0之玻璃。 J Ρ 0 9 - 2 7 8 4 7 9係敘述含有至少1 %重量比L i 2 0之低熔點 玻璃。此外,Y 2 0 3、L a 2 0 3及/或G d 2 0 3為必要組成分,其係 同樣是昂貴成分。 U S 6,4 0 9 , 3 9 6係說明一種玻璃基材,其當塗覆以干擾層 時可製造干涉濾光片。其中唯一實施例引述不含鉛玻璃, 此外也不含BaO或Zn〇。 J P 1 1 - 3 4 9 3 4 7係描述一種有低熔點之結晶玻璃組成 物。其含有至少0 . 1 m ο 1 % S η 0 2,其功能包括作為玻璃之 乳白劑。Sn〇2於氧化物玻璃只可以相對大量於極高溫熔 解,因而讓熔解過程變困難。 WO 94/08373(對應 US 5, 526, 369)、 JP 63-021240 及 DE 3 3 4 0 9 6 8係有關雷射玻璃,其必須含有雷射激活成分例 如鑭系元素,因而不適合用作為光學玻璃。 D E 2 7 5 3 2 1 9描述一種不起霧玻璃,其經常含有6至 1 5 m ο 1 %之S i 0 2及/或B 2 0 3。兩種成分升高液化點(上反玻 ^[匕點,UDP,德文:「obere Entglasungsgrenze」),亦即 為高於該溫度玻璃仍無法再形成晶體,或已經存在的晶體 再度溶解之溫度範圍。 D E 1 5 9 6 8 5 4係有關一種具有實質與溫度無關之光學路 徑長度之光學玻璃。實施例專一性地引述只含有Μ 2 0之和 低於1 5 %重量比之玻璃。 D Ε 1 0 8 9 9 3 4係描述一種具有低色散性之光學冠玻璃。 但無法達成色散性於6 1至7 0之折射率1 . 5 0至1 . 5 7之位 9 312ΧΡ/發明說明書(補件)/94-04/93139787 200536802 置。 U S 2,3 8 1,9 2 5係說明一種有高耐化學性之技術級玻 璃,其具有p 2 〇 5含量至少6 0 %重量比。此種高濃度P 2 0 5無 法呈錯合物碌酸鹽添加至批料,反而必須呈自由態P 2 0 5添 加,結果導致於氣化及灑粉期間熔解性質之缺點,製造内 部品質不佳之玻璃。 相同應用亦說明於J P 0 3 - 2 1 8 9 4 1所述玻璃,其係適用 於高能雷射系統偏光鏡其含有至少6 0 %重量比P 2 0 5。U S 5 , 8 2 4,6 1 5所述精密加壓技術用光學玻璃也含有至少 7 3 . 9 %重量比P 2 0 5,以及也含有至少1 , 1 %重量比L i 2 0。 D E 1 4 9 6 0 6 4係描述一種有前文說明之各項缺點,其含 有至少1 %重量比B 2 0 3及/或T i 0 2之玻璃。 D D 2 9 8 2 5係描述一種有低折射率及高度色散之玻璃。 其必須含有相對大量氟及T i 0 2等來固定光學位置,特別阿 貝數小於4 0。由於氟容易氣化,因此氟也是造成製程變困 難的一種成分。 E P 0 4 8 1 1 6 6係有關一種含相對高Ζ η 0分量亦即3 4 m ο 1 % Ζ η 0之光學玻璃。如此高濃度Ζ η 0,提高玻璃變乳白 化之傾向。 J Ρ 0 2 - 1 2 4 7 4 3係有關精密加壓技術用之光學玻璃,但其 中成分Μ 0之和遠低於2 8 %重量比。 J Ρ 0 8 - 1 8 3 6 3 2係敘述一種磷酸鹽含量至多3 5 η] ο 1 %之低 熔點玻璃。也含有至少8 ηι ο 1 % Β 2 0 3。熔解期間,由於相當 高比例之B2〇3可能氣化因而可能發生問題。此外,B2〇3造 成玻璃就玻璃黏度性質而言變「長」,亦提高其U D P。 10 312XP/發明說明書(補件)/94-04/93139787 200536802 因此本發明之目的係提供一種允許所需光學性質(n d / v d )同時組合欲達成之極低轉換溫度,即使(由於生態理由 而未使用PbO且儘可能也不含As2〇3、B2O3、Li.2〇及氟*。也 可使用精密加壓製程加工此等玻璃,玻璃須適合用於成 像、投影、電信、光通訊技術及/或雷射技術等應用領域, 玻璃必須具有折射率n d為1 . 5 0 S n d S 1 . 5 7,阿貝數2^ d為 6 1 S ^ d S 7 0且較佳具有儘可能低之轉變溫度T g S 4 0 0 °C 。此外本發明玻璃須具有良好熔解性質及加工性質,以 及對結晶化有足夠抗性,允許於連續製造設備製造。此外 希望黏度範圍於1 0 7 β至1 0 13 d P a s之玻璃儘可能為短。 【發明内容】 根據本發明之第一態樣,提供一種無鉛之光學玻璃,其 具有折射率nd為1.50Snd$1.57及阿貝數^^為61S^d S 7 0,該玻璃包含如下組成物(以氧化物為基準,以%重量 比表示): ο 0 2 2 ov 2 a2 · 1 UN K- L Σ ο 1 ο 3 < 4 ο ο an Β ζ ΙΑ ι—_ ο ο ο rag s C Μ Ρ2Ο5 4 0 - 60 A 1 2 0 3 1 - 20 Β 2〇3 0 - <5 Σ MO_5_:_2_5_ 根據第二態樣,本發明係關於一種光學元件,包含一無 热光學玻璃,其具有折射率n d為1 . 5 0 S n d S 1 . 5 7及阿貝 數d為6 1 S d S 7 0,其特徵在於該玻璃包含如下組成物 11 3】2ΧΡ/發明說明書(補件)/94-04/93139787 200536802 (以氧化物為基準,以%重量比表示): P205 4 0 - 6 0 A 1 2 0 3 1 - 20 B 2 0 3 0 - <5 Na2〇 0 - 30 K2O 0 - 30 L 1 2O 0 - <1 Σ M2O >15 - 40 BaO 1 - 20 ΖηΟ 1 - 20 SrO 0 - 5 C a 0 0 - 5 MgO 0 - 5 Σ MO 5 一 25 根據又一態樣,本發明係關於一種製造一光學元件之方 法,該方法包含下述步驟: 精密加壓一無鉛光學玻璃,其具有折射率n d為1 . 5 0 S n d S 1 . 5 7及阿貝數v d為6 1 S S 7 0,其特徵在於該玻璃 包含如下組成物(以氧化物為基準,以%重量比表示): P 2 0 5 4 0 - 6 0 A 1 2 0 3 1 一 2 0 B 2 0 3 0 一 〈5 N a 2 0 0 - 30 K2O 0 - 30 L i 2O 0 - <1 Σ M2O >15 - 40 BaO 1 - 20 ZnO 1 - 20 SrO 0 - 5 C a 0 0 - 5 MgO 0 - 5 Σ MO 5 - 25 根據第四態樣,本發明係關於一種使用無鉛之光學玻璃 之方法,該玻璃具有折射率n d為1 . 5 0 S n d S 1 . 5 7及阿貝 12 312XP/發明說明書(補件)/94-04/93139787 200536802 數^ d為6 1 S ^ d S 7 0,其特徵在於該玻璃包含如下組成物 (以氧化物為基準,以%重量比表示): p205 40 - 6 0 A 1 2 0 3 1 - 2 0 B 2 0 3 0 - <5 Na2〇 0 - 30 K2O 0 - 30 L i 2O 0 - <1 Σ M2O >15 - 4 0 B a 0 1 - 2 0 ZnO 1 - 2 0 SrO 0 - 5 Ca〇 0 - 5 MgO 0 - 5 Σ MO 5 - 25 其用於成像 、投影、 電信、光通訊技術及/或雷射技術等領 域。 此等及其它本發明之目的特色及優點當結合附圖研讀 考慮後文發明之詳細說明將顯然自明。 須瞭解前文概略說明及後文詳細說明僅供舉例說明本 發明之用,意圖提供綜論或框構來瞭解本案所請本發明之 本質及特色。 【實施方式】 玻璃具有例如阿貝數及折射率為已知類似玻璃家族之 光學玻璃所共通具有的光學位置。但其區別在於本發明玻 璃具有良好熔解性質及加工性質、低製造成本及低加工與 原料成本、以及對環境具有友善性。 特別此等玻璃適合用於接近淨形之加工,例如用於製造 精密玻璃膏球,以及適合用於精密加壓操作來製造有精密 最終形狀之光學組件。於本文中,此等玻璃之黏度溫度分 13 312ΧΡ/發明說明書(補件)/94-04/93139787 200536802 布及工作點較佳係設定為允許熱成形為接近淨形,因而藉 此方式製造最終形狀,即使使用敏感的精密機器仍可藉此 方式製造最終形狀。 此外,玻璃之結晶抗性與黏度溫度分布的組合允許玻璃 進行熱(進一步)加工(加壓或再加壓)^或由此等玻璃製成 預型體而很少出現任何問題。 特另],玻璃具有折射率n d為1 . 5 0 S η (丨S 1 . 5 7,較佳為 1 . 5 1 S η (丨S 1 . 5 6,特佳為1 . 5 1 $ n d S 1 . 5 4 ;以及具有阿貝 數 6 1 S ^ d S 7 0,較佳為 6 1 $ d S 6 7,特佳為 6 2 S v d S 6 6 ° 根據本發明之一具體例,玻璃具有轉換溫度T g S 4 0 0 °C ,較佳T g $ 3 8 0 °C 。須瞭解「低Τ g玻璃」表示有低轉 換溫度T g,亦即較佳T g至多為4 0 0 °C之玻璃。 玻璃較佳儘可能為短,特別係黏度範圍較佳為1 0 7 ·6至 1 0 13 d P a s。於本文中,「短玻璃」一詞須瞭解表示玻璃之 黏度於預定黏度範圍於只有相對些微之溫度變化而黏度有 顯著改變。此種玻璃黏度由1 0 7 _ 6降至1 0 13 d P a s之溫度範 圍ΔΤ較佳至多為100K,更佳至多為80K,及最佳至多為 7 0K ° 圖1顯示根據實施例3之玻璃黏度曲線。圖1中,垂直 虛線表示其中玻璃黏度由1 0 7 · 6降至1 0 13 d P a s之溫度範圍 △ T。此種情況下△ T為4 2 7至3 7 2 °C間,亦即只有5 5 K。 於本發明文中,玻璃之「内部性質」須瞭解表示玻璃有 最低可能的氣泡及/或條痕及/或類似缺陷數目,或較佳不 含此等缺陷。 14 3 ] 2XP/發明說明書(補件)/94-04/93 ] 39787 200536802 於後文中,「不含χ」或「不含成分χ」係表示玻璃實質 上不含此種成分X,亦即此類成分至多係以雜質濃度存在 於玻璃,而未添加至玻璃組成物作為個別成分。於本文,X 表示任一種成分,例如L i 2 0。 後文中,全部有關玻璃成分含量濃度細節,除非另行陳 述否則係以%重量比表示,且係以氧化物為基準。 該玻璃之基本玻璃系統為驗金屬/礙酸鹽系統,其本質 上表示具有預定性質之良好基礎。 本發明玻璃具有P 2 0 5含量或磷酸鹽含量至少4 0 %重量 比,較佳至少4 3 %重量比,特佳至少4 5 %重量比,因此為具 有良好熔解性質之低T g玻璃。將磷酸鹽含量降至低於4 0 °/〇 重量比,將導致玻璃之特性無法再宣稱為「低Tg玻璃」。 磷酸鹽含量最多為6 0 %重量比,較佳至多5 9 %重量比,特佳 至多5 5 °/◦重量比及最佳至多5 2 %重量比。進一步提高磷酸鹽 含量至超過6 0 %重量比,將造成折射率之過度降低。 玻璃具有A 1 2 0 3含量至少為1 %重量比,較佳至少5 %重量 比及特佳至少8 %重量比。A 1 2 0 3含量係限於至多2 0 %重量 比,較佳至多15%重量比,及特佳至多14%重量比。不可超 越所示2 0 %重量比上限,由於A 1 2 0 3具有網絡形成性質,若 超過上限將造成於1 0 7 · °至1 0 13 d P a s黏度範圍玻璃喪失短 之性質。另一方面,A 0 3含量不可降至低於1 %重量比, 原因在於否則玻璃之耐化學性(耐酸性)將顯著劣化。 根據一具體例,總和Σ P 2 0 5 + A 1 2 0 3至少為5 4 %重量比, 且更佳至少為5 8 %重量比。若此總和較低,則玻璃易於結 晶化。若此總和接近5 8 %重量比或甚至略低於5 8 %重量比, 15 312XP/發明說明書(補件)/94-04/93139787 200536802 則驗土金屬氧化物濃度須儘可能為低,玻璃較佳不含鹼土 金屬氧化物。 玻璃所含驗金屬氧化物Μ 2 0總和為由大於1 5至4 0 %重量 比。驗金屬氧化物Μ 2 0含量較佳至多為3 5 %重量比,特佳 至多為3 0 %重量比,及最佳至多為2 8 %重量比。Μ 2 0之總和 不超過4 0 %重量比,由於玻璃之化學耐性低劣,膨脹係數 過度升高。添加鹼金屬氧化物特別N a 2 0及Κ 2 0用來優化熔 解性質,亦即驗金屬氧化物係作為助溶劑之用。驗金屬氧 化物也促成T g的下降,特佳係添加N a 2 0。各別情況之N a 2 0 含量或K 2 0含量大於3 0 %重量比,或Μ 2 0總含量大於4 0 %重 量比對玻璃之化學耐性有不良影響,也造成熱膨脹係數大 增,熱膨脹係數大增,不利於加壓製程之玻璃加工處理。 玻璃含有超過1 5 %重量比,較佳至少1 6 %重量比及特佳至少 2 0 %重量比Μ 2 0。 較佳添加至玻璃之為一驗金屬氧化物Μ2Ο為Na2〇及 K 2 0。L i 2 0並不佳,原因在於L i 2 0價格昂貴。因此玻璃含 有低於1 %重量比L i 2 0,且根據較佳具體例玻璃係為無 Li 2〇。 玻璃較佳含有至少1 %重量比,更佳至少3 %重量比,及 最佳至少5 %重量比N a 2 0。玻璃含有至多3 0 %重量比,較佳 至多2 0 °/◦重量比及最佳至多1 5 %重量比N a 2 0。 玻璃可含有至少1 %重量比,更佳至少3 %重量比,及最 佳至少5 %重量比K 2 0。K 2 0含量至多為3 0 %重量比,較佳不 超過2 0 %重量比及最佳不超過1 5 %重量比。 玻璃較佳含有N a 2 0與K 2 0之混合物。 16 312XP/發明說明書(補件)/94-04/93139787 200536802 此外,玻璃含有一或多種選自由Ba 0、ZnO及選擇性也 含有鹼土金屬氧化物組成之群組之M0成分。此種M0總和 達至多2 5 %重量比,較佳至多2 2 %重量比及最佳至多2 1 %重 量比 。 為了彈性控制黏度溫度性質以及彈性控制磷酸鹽當量 之鍵結,至少1 %重量比,較佳至少4 %重量比及特佳至少 5 %重量比B a 0添加至玻璃。玻璃之B a 0含量至多為2 0 %重 量比,較佳至多為1 5 %重量比,特佳至多為1 1 %重量比,及 最佳至多為1 0 %重量比。 玻璃含有至少1 %重量比,較佳至少2 %重量比,特佳至 少3 %及最佳至少5 %重量比氧化鋅。玻璃含有至多2 0 %重量 比,較佳至多1 1 %重量比,特佳至多1 0 %及最佳至多9 %重 量比氧化鋅。Ζ η 0促成於1 0 7 ·6至1 0 13 d P a s黏度範圍之期望 的黏度溫度性質(「短」玻璃)。 若適合,玻璃可含有鹼土金屬氧化物SrO、MgO及/或 C a 0,各別成分分別以至多5 %重量比,較佳至多3 %重量比 及最佳至多2 %重量比之含量存在。 此外,玻璃可含有其它成分例如T i 0 2及/或Z r 0 2,其含 量較佳係低於1 %重量比。 此外,若屬適當玻璃可含有B 2 0 3之含量低於5 %重量比, 較佳至多為4 %重量比。B 2 0 3之強力網絡生成性質,可提高 玻璃對結晶化之安定性,也提高化學耐性。但B2〇3之存在 量不可為5 %重量比或以上,原因在於否則玻璃網絡過度強 化,玻璃Tg及玻璃熔點非期望地增高。如此也造成玻璃變 得「較長」,同樣也不佳。此外,若干添加之B 2 0 3可能於(初 312XP/發明說明書(補件)/94-04/93139787 17 200536802 步 )熔解過程氣化, 結 果 導 致 難 以 準 確 固 定 組 -成 〇 因 此 玻 璃 之 較 佳 具 體 例 為 不 含 B2 〇3 〇 此 外 玻 璃 較 佳 不 含 Sn〇2 1 J 也 不 含 SiO: 2 , 其 為 網 絡 生 成 成 分 因 而 提 轉 換 溫 度 〇 玻 璃 作 為 光 學 玻 璃 較 佳 也 不 含 著 色 成 分 及 /, 或' 旋光成 分 9 例 如 雷 射 激 發 成 分 〇 特 別 玻 璃 較 佳 也 不 含 氧 化 還 原 敏 感 成 分 例 如 銀 J 及 / 或 玻 璃 較 佳 不 含 有 毒 及 /或紫 f健康有危害之成分, 例 如 鉈 鈹 及 石申 〇 根 據 本 發 明 之 一 具 體 例 5 玻 璃 較 佳 也 不 含 其 他 於 中 請 專 利 範 圍 未 述 及 之 成 分 » 亦 即 根 據 此 具 體 例 5 玻 璃 實 質 上 係 由 中 請 專 利 範 圍 列 舉 之 各 成 分 所 組 成 〇 於 本 文 中 厂 實 質 組 成 J 一 詞 表 示 其 它 成 分 至 多 僅 呈 雜 質 形 式 存 在 5 而 未 蓄 意 添 加 至 玻 璃 組 成 物 作 為 個 別 組 成 分 〇 玻 璃 可 含 有 小 量 標 準 精 煉 劑 〇 較 佳 除 了 其 餘 玻 璃 組 成 物 之 1 ( 3 0 %重 量 比 成 分 外 精 煉 劑 添 加 量 之 總 和 至 夕夕 為 2 .0% 重 量 比 且 更 佳 至 多 為 1 · 0°/〇 重 量 比 〇 至 少 下 列 成 分 之 一 可 存 在 於 玻 璃 作 為 精 煉 劑 (以其餘玻璃組# 〔物除外之% 重 量 比 表 示 ): Sb 2 0 3 1 0 — 1 及 /或 Sn 0 0 — 1 及 /或 SO 2 -4 0 — 1 及 /或 F_ 0 — 1 氟 及 含 氟 化 合 物 於 (初步)熔 解 操 作 期 間 容 易 氣 化 結 果 導 致 難 以 準 確 固 定 玻 璃 組 成 〇 因 此 玻 璃 也 較 佳 為 無 氟 〇 18 312XP/發明說明書(補件)/94-04/93139787 200536802 若有所需,玻璃應用結果可利用習知N a / A g及/或K / A g 離子交換,經回火及/或提供以所需折射率分布。 磷酸鹽較佳係呈錯合物磷酸鹽而添加至批料。因此,以 最大磷酸鹽含量6 0 %重量比為較佳,原因在於,碌酸鹽含 量較高,「錯合物構酸鹽」比例降低有利於「自由態」P 2 0 5, 其熔解過程也難以控制,因而導致氣化及揚塵效應顯著增 加,伴隨有内部品質低劣。此外,高濃度自由態磷酸鹽, 亦即非錯合物磷酸鹽,造成製造操作之安全工程加工要求 增高,因而導致製造成本的增高。「錯合物磷酸鹽」表示並 無任何磷酸鹽係以P2〇5形式添加至批料,反而例如M0及 M2〇等成分未以氧化物或碳酸鹽形式添加至批料,反而係 呈磷酸鹽形式例如呈磷酸氫鋇及/或偏磷酸鋇及鹼金屬偏 磷酸鹽形式添加至玻璃批料。如此對玻璃製造之容易程度 具有有利效果:玻璃批料之形成粉塵傾向大減,原因在於 錯合物磷酸鹽不似自由態磷酸鹽,前者可被濕潤。此外, 玻璃炫化物之氣化傾向降低。如此導致玻璃炫化物均句度 顯著改良,特別反映於所形成之玻璃光學資料品質及均勻 度。但以一般術語說明,可獲得例如氣泡及/或條痕具有改 良内部品質之含高磷酸鹽含量玻璃,否則該種玻璃之短性 質而對條痕相當敏感。 本發明亦係關於玻璃用於成像、投影、電信、光通訊技 術及/或雷射技術應用領域之用途。 本發明也係關於包含前述玻璃之光學元件。於本文中光 學元件特別為透鏡、非球面組成元件、棱鏡及緊密元件。「光 學元件」一詞也涵蓋此類型光學元件之預型體,例如玻璃 19 12XP/發明說明書(補件)/94-04/93139787 200536802 膏球、精密玻璃膏球。 本發明亦係關於一種製造光學元件之方法,包含下述步 驟: -精密加壓如前述玻璃。 後文中,將基於多個實施例解說本發明之進一步細節。 但本發明絕非限於所列舉之實施例。 (實施例) 表2及表3列舉於較佳組成範圍之具體例,也列舉比較 例。實施例所述玻璃之製造如後所述: 氧化物原料較佳為對應之碳酸鹽,稱重其磷酸鹽含量較 佳呈錯合物構酸鹽含量,添加一或多種精煉劑例如S b 2 0 3, 然後將各成分徹底混合。玻璃批料於連續熔解單元於約 1 1 5 0 °C熔解,然後精煉(1 2 0 0 °C )及均化。玻璃可於約9 5 0 °C傾倒,加工而獲得預定尺寸。經驗顯示於大體積之連續 單元中,溫度可降低達至少約1 0 0 K,材料可使用接近淨形 加壓方法加工。 表1 : 1 0 0千克(計算之玻璃)(根據實施例3 )玻璃之熔解範 例 氧化物 %重量比 原料 稱重數量 (克) P 2 0 5 50.74 NaPOs, KPO3 c . f . N a 2 0 , Ba(H2PO〇2 K2O, BaO A 1 2 0 3 11.95 A1 (0H)3 549.14 Na2〇 12.22 NaP〇3 1208.63 K2〇 12.70 K2CO3 792.53 BaO 6.59 Ba(H2P〇4)2 439. 38 ZnO 5. 5 ZnO 164.28 Z r 0 2 0.11 Z r 0 2 3.29 S b 2 0 3 0· 3 S b 2 0 3 5.68 總和 100 3244.35 藉此方式所得玻璃性質於表2列舉為實施例3。 20 312XP/發明說明書(補件)/94-04/93139787 200536802 表2及表3包括根據本發明之實施例1至8及比較例1。 根據本發明全部之玻璃皆具有Tg小於或等於4 0 0 °C , 對結晶化有抗性,且有良好加工性質。 比較例1為一種組成物,其無法製造玻璃,反而於組成 物冷卻期間出現結晶化,因此無法測定光學資料。 表2 :實施例1至5 (細節以%重量比表示,以氧化物為基準) 實施例 實施例 實施例 3 實施例 實施例 P 2 0 5 A 1 2〇: 46.08 .09 51.58 12.31 50.74 11.95 50.87 7.83 58.00 10.50 Σ P2O5, AI2O: 55.17 63.89 62.69 58.70 68.50
Na2〇 K2O Σ M2O 13.56 14.08 27.64 11.26 12. 59 23.85 12.22 12.70 24.92 5.87 19.57 25.44 12.0011.00 23.00 00000 garan M c s B z 8 9 0 9.00 7.62 6. 53 5. 44 6.59 5.500 7 H 8 8 5 8 000 000 14 3
Mo Σ
• 1 T r 2 b z B s 00 o o o I o 6 9o o o 8 11 ---- o r· -·*· 11 o o o 3o 總和 n d v P g F Δ P( (l〇~4) r i ( 4 0 0 奈 米),d = 25 毫米 τ i ( 4 2 0 奈 米),d=25毫米 50c 2 3 0 . - cc 7 1 201)M^c c T o o z-l- g 1 1 ακιακ T p △ -I 11 c J >m ( T I_I g
K (( T ] ts)l la )p 6 TQ 100 1.52111 62. 88 0. 5451 0.0070 2 100 1 . 5 2 6 3 65.82 0.5410 0.0079 0.963 0.969 5 8 7 . 100 1.5243 65.36 0. 5416 0. 0078 0.984 0.987 2 8 7 . 100 Γ. 5 2 5 2 5 65. 54 0.5426 0. 0090 .967 .960 4 8 7 . 100 1 . 5 2 6 2 2 65.56 0. 5424 0.0088 0.718 0.726 2 21 312XP/發明說明書(補件)/9104/93139787 200536802 表3 :實施例5至8 化物為基準) 及比較例 1 (細節以 %重量比表 示,以氧 實施例6 實施例7 實施例8 比較例1 P2〇5 52.85 58.73 46.26 38.86 A 1 2 0 3 11.77 5.00 11.95 13.44 Σ P 2 0 5, A 1 2 〇 3 64.62 63.73 58.21 52.30 Na2〇 10.77 8.0 0 12.22 15.36 K‘2〇 12.03 8.0 0 12.7 15.36 Σ M2O 22.80 16.0 24.92 30.72 Mg〇 - - - - CaO Q v- Π 1.46 - — 1.90 0 Γ u B a〇 5. 74 11.0 6.59 9.60 Zn〇 5.20 9.0 0 5.50 5. 28 Σ MO 10.94 20.00 12.09 16.80 T i O2 - - - Z r 0 2 - 0.10 0.11 - B 2 0 3 - - 4.48 - S b 2 0 3 0.18 0.17 0.19 0.20 總和 100 1 00 1 00 1 00 n d 1 . 5 3 0 0 3 1.53423 1 . 5 2 0 2 1 V d 66.03 65.58 65.26 P g , 1' 0.5414 0.5409 0.5411 Δ PB,r(l〇·4) 0.0087 0.0074 0.0071 r i(400 奈米),d = 25 毫 0.953 0.894 94.6 米 r i(420 奈米),d=25 毫 0.961 0.899 96.1 米 Οί 20-25〇(10 G*K ') - - - CL 2〇-3〇o(10 6*K ') 15.8 15.6 16.4 Tg(°c ) 400 352 378 p ( g / c m 3) 2.87 2.9 1 2.78 Δ T [T( 7? -107·6)- - - - [T( 7? =1 013dPas) ] (K) 【圖式簡單說明】 圖1顯示根據實施例3之玻璃之黏度曲線。 22 312XP/發明說明書(補件)/94-(M/93139了87

Claims (1)

  1. 200536802 十、申請專利範圍: 1 . 一種無鉛光學玻璃,其具有折射率nd為1 . 50 S ndS 1 . 5 7及阿貝數v d為6 1 $ ^ d $ 7 0,其特徵在於該玻璃包含 如下組成物(以%重量比表示,以氧化物為基準): p205 40 - 60 A 1 2 0 3 1 - 20 B 2 0 3 0 - <5 Na2〇 0 - 30 Κ2〇 0 - 30 Li2〇 0 - <1 Σ M2〇 >15 - 40 BaO 1 - 20 ZnO 1 - 20 SrO 0 - 5 CaO 0 - 5 MgO 0 - 5 Σ M0 5 - 25 2.如 申請專 利範圍第1項之玻璃,其 包含如下組成物(】 %重量比 表示, 以氧化物為基準): P 2 0 5 43 - 59 A 1 2 0 3 4 - 15 Na2〇 1 - 25 K2O 1 - 25 Σ M2O 16 - 35 BaO 4 - 15 ZnO 2 - 14 SrO 0 - 3 CaO 0 - 3 MgO 0 - 3 Σ MO 10 - 25 3.如申請專利範圍第1項之玻璃,其包含如下組成物(以 %重量比表示,以氧化物為基準): 312XP/發明說明書(補件)/94-04/93139787 23 200536802 Ρ2〇5 45 - 55 A 1 2 〇 3 5 - 14 Na2〇 3 - 20 Κ2〇 3 - 20 Σ Μ2〇 16 - 30 BaO 5 - 11 ΖηΟ 5 - 11 SrO 0 - 3 CaO 0 - 4 MgO 0 - 2 Σ MO 0 - 22 4.如申請專 利範圍第1項之玻璃: ,其包含如下組成物(以 %重量比表示, 以氧化物為基準): P 2 0 5 45 一 52 A 1 2 0 3 5 - 14 Na2〇 5 一 15 K2〇 5 - 15 Σ M2〇 20 - 28 BaO 5 - 10 ZnO 5 - 10 SrO 0 - 2 CaO 0 - 2 MgO 0 - 2 Σ MO 10 - 21 5 .如申請專利範圍第1項之玻璃,其含有至少一種下列 成分以作為精煉劑(以%重量比表示): S b 2 0 3 0 一 1 及 / 或 SnO 0 一 1 及 / 或 S〇42' 0 — 1 。 6 .如申請專利範圍第1項之玻璃,其係不含鋰及/或硼。 7. —種光學元件,包含一具有折射率nd為1 . 50 S nd $ 24 312XP/發明說明書(補件)/94·〇4/93139787 200536802 1 . 5 7及阿貝數v d為6 1 $ v d $ 7 0之無鉛光學玻璃,其特 徵在於該玻璃包含如下組成物(以%重量比表示,以氧化物 為基準,): p205 40 - 60 A 1 2 0 3 1 - 20 B 2 0 3 0 - <5 Na2〇 0 - 30 K2O 0 - 30 L12O 0 - <1 Σ Μ2〇 >15 - 40 BaO 1 - 20 ΖηΟ 1 - 20 SrO 0 - 5 CaO 0 - 5 MgO 0 - 5 Σ MO 5 - 25 8. —種光學元件之製造方法,其包含下述步驟: 精密加壓一具有折射率ru為1.50SndS1.57及阿貝數 2^(1為61^Vd$70之無鉛光學玻璃,其特徵在於該玻璃包 含如下 組成物(以%重量比表示: ,以氧化物為基準): P2〇5 40 - 60 A 1 2 0 3 1 - 20 B 2 0 3 0 - <5 Na2〇 0 - 30 K2O 0 - 30 L12O 0 - <1 Σ M2O >15 - 40 BaO 1 - 20 ZnO 1 - 20 SrO 0 - 5 CaO 0 - 5 MgO 0 - 5 Σ MO 5 一 25 312XP/發明說明書(補件)/94-04/93139787 25
    200536802 9 . 一種無鉛光學玻璃之使用方法,其具有折射率n d為 1.50$ndS1.57及阿貝數^6為61$Vd$70,其特徵在於 該玻璃包含如下組成物(以%重量比表示,以氧化物為基 準 ο ο 6 2 Σ ο 2 2 ο ο 2 2 ο ο ο rag Σ 之 術 技 射 令9 rpm 或 / 及 術 技 訊 通 光 % 信 電 % 影 投 % 像 成 於 F.^«v 係 其 域 領 26 312XP/發明說明書(補件)/94-04/93139787
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