TW202108527A - 光學玻璃 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種折射率高且具有高透光性之光學玻璃。光學玻璃含有以氧化物基準之莫耳%表示為SiO2 ：9.0～11.0%、B2 O3 ：22.0～24.0%、La2 O3 ：18.0～20.0%、及TiO2 ：30.0～31.0%。

Description

光學玻璃
本發明係關於一種光學玻璃，尤其關於一種用於導光板之光學玻璃。
近年來，與AR(Augmented Reality，擴增實境)、VR(Virtual Reality，虛擬實境)、及MR(Mixed Reality，混合實境)等相對應之頭戴式顯示器(HMD)成為話題。已知有使用高折射率之玻璃作為構成該光學裝置之導光板。作為HMD用導光板，與導光板之厚度或HMD整體之設計自由度密切相關之折射率尤為重要，例如，先前文獻1中揭示有折射率為2.0左右之HMD用高折射率玻璃。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2019-20723號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，近年來，製品所要求之性能進一步提高，對玻璃透光性之要求亦進一步提高。專利文獻1中所記載之光學玻璃之內部透過率於藍色波長區域內為0.6左右，從而不充分。
於此種狀況下，尋求一種折射率高且具有高透光性之光學玻璃。 [解決問題之技術手段]
本發明之光學玻璃含有以氧化物基準之莫耳%表示為 SiO2 ：9.0%～11.0%、 B2 O3 ：22.0%～24.0%、 La2 O3 ：18.0%～20.0%、及 TiO2 ：30.0%～31.0%。 [發明之效果]
根據本發明，可於工業上製造折射率高且具有高透光性之光學玻璃。尤其適於連續製造。
對本發明之光學玻璃進行說明。光學玻璃之形狀並無特別限定。光學玻璃例如可設為板狀。 [光學玻璃之成分] 本發明之光學玻璃包含必需成分與任意成分之組合。必需成分係本光學玻璃中所必須含有者，賦予性能之主要功能。任意成分係視需要使用。於本說明書中無特別記載之情形時，%意指以氧化物基準計之莫耳%。數值範圍包括四捨五入之範圍。又，於將數值範圍表示為「A～B」之情形時，意指「A以上B以下」。
[必需成分] ＜SiO2 ＞ SiO2 係形成玻璃之成分，且係對玻璃賦予強度及耐龜裂性而提高玻璃之穩定性及化學耐久性之成分。本實施方式之光學玻璃中，SiO2 之含量為9.0%～11.0%，較佳為9.0%～10.0%。藉由落於該範圍內，可兼具高強度與高折射率。
＜B2 O3 ＞ B2 O3 係降低Tg(glass transition temperature，玻璃轉移溫度)而提高玻璃之強度或耐龜裂性等機械特性之成分。本實施方式之光學玻璃中，B2 O3 之含量為22.0%～24.0%，較佳為22.5%～23.5%。藉由落於該範圍內，可兼具高強度與高折射率。
＜La2 O3 ＞ La2 O3 係本光學玻璃中有助於提高折射率且降低失透溫度之成分。本實施方式之光學玻璃中，La2 O3 之含量為18.0%～20.0%，較佳為18.5%～19.5%。藉由落於該範圍內，可兼具高折射率與低失透溫度。
＜TiO2 ＞ TiO2 一般為提高玻璃折射率且增加玻璃分散之成分，但於本光學玻璃中，尤其是有助於失透溫度及透光率之成分。本實施方式之光學玻璃中，TiO2 之含量為30.0%～31.0%，較佳為30.3%～30.7%。藉由落於該範圍內，可兼具高透過率與低失透溫度。
[任意成分] ＜Y2 O3 ＞ 本實施方式之光學玻璃較佳為含有Y2 O3 。Y2 O3 係本光學玻璃中有助於提高折射率且降低失透溫度之成分。本實施方式之光學玻璃中，含有Y2 O3 之情形時之較佳含量為3.0%～5.0%，尤佳為3.5%～4.5%。藉由落於該範圍內，可兼具高折射率與低失透溫度。
＜WO3 ＞ 本實施方式之光學玻璃較佳為含有WO3 。WO3 係抑制玻璃失透之成分及有助於玻璃著色之成分，故而若WO3 之量過多，則透光率降低。因此，本實施方式之光學玻璃中，含有WO3 之情形時之較佳含量為0.1%～0.4%，尤佳為0.2%～0.3%。藉由落於該範圍內，可兼具高透過率與低失透溫度。
＜Nb2 O5 ＞ 本實施方式之光學玻璃較佳為含有Nb2 O5 。Nb2 O5 係本光學玻璃中有助於提高折射率且降低失透溫度之成分。本實施方式之光學玻璃中，含有Nb2 O5 之情形時之較佳含量為2.5%～4.0%，尤佳為3.0%～3.5%。藉由落於該範圍內，可兼具高折射率與低失透溫度。
＜ZrO2 ＞ 本實施方式之光學玻璃較佳為含有ZrO2 。ZrO2 係提高玻璃之折射率且提高玻璃之化學耐久性之成分。本實施方式之光學玻璃中，含有ZrO2 之情形時之較佳含量為5.0%～8.0%，尤佳為6.0%～7.0%。藉由落於該範圍內，可兼具高耐久性與高折射率。
＜Gd2 O3 ＞ 本實施方式之光學玻璃較佳為含有Gd2 O3 。Gd2 O3 係本光學玻璃中有助於提高折射率且降低失透溫度之成分。本實施方式之光學玻璃中，含有Gd2 O3 之情形時之較佳比率為3.0%～5.0%，尤佳為3.5%～4.5%。藉由落於該範圍內，可兼具高折射率與低失透溫度。
＜其他任意成分＞ 除此以外，本實施方式之光學玻璃亦可於無損本案發明之效果之範圍內使用通常用於製造光學玻璃之微量成分或添加劑。
[光學玻璃組成] 本實施方式之光學玻璃含有以氧化物基準之莫耳%計之以下化合物。 SiO2 ：9.0%～11.0% B2 O3 ：22.0%～24.0% La2 O3 ：18.0%～20.0% TiO2 ：30.0%～31.0% 本實施方式之光學玻璃較佳為含有以氧化物基準之莫耳%計之以下化合物。 SiO2 ：9.0%～11.0% B2 O3 ：22.0%～24.0% Y2 O3 ：3.0%～5.0% TiO2 ：30.0%～31.0% WO3 ：0.1%～0.4% Nb2 O5 ：2.5%～4.0% La2 O3 ：18.0%～20.0% ZrO2 ：5.0%～8.0% Gd2 O3 ：3.0%～5.0% 本實施方式之光學玻璃尤佳為含有以氧化物基準之莫耳%計之以下化合物。 SiO2 ：9.0%～10.0% B2 O3 ：22.5%～23.5% Y2 O3 ：3.5%～4.5% TiO2 ：30.3%～30.7% WO3 ：0.2%～0.3% Nb2 O5 ：3.0%～3.5% La2 O3 ：18.5%～19.5% ZrO2 ：6.0%～7.0% Gd2 O3 ：3.5%～4.5% 又，本實施方式之光學玻璃亦較佳為：以氧化物基準之莫耳%計，組成落於99.5%≦(SiO2 ＋B2 O3 ＋Y2 O3 ＋TiO2 ＋WO3 ＋Nb2 O5 ＋La2 O3 ＋ZrO2 ＋Gd2 O3 )≦100.0%之範圍內；尤佳為(SiO2 ＋B2 O3 ＋Y2 O3 ＋TiO2 ＋WO3 ＋Nb2 O5 ＋La2 O3 ＋ZrO2 ＋Gd2 O3 )＝100.0%(但容許包含製造上無法避免之雜質)。 藉由落於該等範圍內，可滿足下述全部特性即高折射率、低透光性、及低失透溫度。 又，本實施方式之光學玻璃較佳為不含有製造上無法避免之雜質量以上之ZnO。若含有ZnO，則本光學玻璃容易失透。 又，本實施方式之光學玻璃較佳為不含有製造上無法避免之雜質量以上之鹼金屬。若含有鹼金屬，則本光學玻璃之耐候性或耐化學品性變差。
[光學玻璃] 本實施方式之光學玻璃之折射率nd較佳為1.90～2.10，尤佳為1.95～2.05。尤其是於將本發明之光學玻璃用於導光板之情形時，藉由落於該範圍內，可將導光板設計得更薄。 本實施方式之光學玻璃於波長450 nm下之內部透過率較佳為88.0%以上，尤佳為90.0%以上。藉由落於該範圍內，可抑制導光板中之藍光之衰減，從而抑制HMD上放映出之影像呈現黃色。 本實施方式之光學玻璃之失透溫度較佳為未達1170℃。尤佳為未達1150℃。藉由落於該範圍內，不易於玻璃製造時因結晶之產生而引起失透，從而玻璃製造變得容易。
[光學玻璃之製造方法] 本實施方式之光學玻璃之製造方法並無特別限定，可使用既有之平板玻璃製造方法。例如，可使用浮式法、熔融法、及滾壓法等公知之方法。 實施例
以下，利用實施例及比較例對本發明具體地進行說明，但只要發揮本發明之效果，則可適當地變更實施方式。 ＜測定方法＞ [失透溫度] 以如下條件對實施例及比較例之光學玻璃之失透溫度T進行測定。 使表1所示之組成之原料以1250℃、2小時之條件於鉑坩堝中熔解，製成均勻之熔解玻璃。使熔解玻璃流入已加熱至200℃之模具(縱×橫×高＝60 mm×50 mm×30 mm)中，製成玻璃塊。將玻璃塊放入至常溫之水中藉此進行粉碎，製成2 mm見方左右之玻璃屑。自該玻璃屑中稱量5 g作為評估用樣品。 將評估用樣品放置於鉑皿上，並於已設定為1100℃～1200℃之特定溫度之電爐中加熱16小時，使樣品熔解。16小時後，自電爐中取出樣品，一面藉由自然放冷進行冷卻，一面利用光學顯微鏡觀察有無結晶析出。記錄確認到結晶之條件，各條件下之電爐之設定溫度中之最高溫度為失透溫度T。關於實施例及比較例之光學玻璃，以下述基準判斷評估樣品之失透溫度T，並將雙重圓(◎)或圓(〇)設為合格。 雙重圓(◎)：T＜1150℃ 圓(〇)：1150≦T＜1170℃ 叉號(×)：1170℃≦T
[透光率] 以如下條件測定透光率X。 針對實施例等中所獲得之縱×橫＝30 mm×30 mm、板厚10 mm及1 mm之2種玻璃板，使用分光光度計(日立高新技術公司製造之U-4100)，求出板厚10 mm下之450 nm之透光率X(本實施方式中，透光率係指除去正面及背面中之反射損失之內部透過率)。關於實施例及比較例之光學玻璃，以下述基準判斷評估樣品之透過率X，並將◎或〇設為合格。 ◎：90.0%≦X 〇：88.0%≦X＜90.0% ×：88.0＜X
[折射率] 針對實施例等中所獲得之縱×橫×板厚＝30 mm×30 mm×10 mm之玻璃板，利用折射計(Kalnew公司製造之KPR-2000)測定折射率(nd)。
[實施例1] 使表1所示之組成之原料以1250℃、2小時之條件於鉑坩堝中熔解，製成均勻之熔解玻璃。使熔解玻璃流入已加熱至200℃之模具(縱×橫×高＝60 mm×50 mm×30 mm)中，製成玻璃塊。 繼而，使用切割機(Maruto公司製造之小型切割機)將玻璃塊切割成縱×橫＝30 mm×30 mm，並使用研削機(秀和工業公司製造之SGM-6301)及單面研磨機(日本Engis公司製造之EJ-380IN)進行板厚調整及表面研磨，從而製造縱×橫＝30 mm×30 mm、板厚10 mm及1 mm之玻璃板。使用該等玻璃板進行各種評估。將結果示於表1。 研削條件：使用＃100金剛石磨輪以2.0 μm/秒進行研削後，使用＃1000金剛石磨輪以1.0 μm/秒進行研削，其後使用＃2000金剛石磨輪以0.5 μm/秒進行研削。 研磨條件：研磨劑(氧化鈰)、轉速(80 rpm，10分鐘)
[實施例2～3、比較例1～2] 變更為表1所記載之條件，除此以外，以與實施例1相同之方式進行操作。
[表1]
(表1)    評估
   組成(mol%) nd 失透溫度 透光率
   SiO2 B2 O3 Y2 O3 TiO2 WO3 Nb2 O5 La2 O3 ZrO2 Gd2 O3 ℃ 判定 % 判定
實施例1 9.5 23.1 4.0 30.5 0.25 3.3 19.0 6.5 3.9 2.00 1138 ◎ 92.2 ◎
實施例2 9.8 23.1 3.7 31.0 0.25 3.2 19.0 6.4 3.7 2.00 1125 ◎ 88.7 〇
實施例3 9.3 23.1 4.3 30.0 0.25 3.4 19.1 6.5 4.1 2.00 1155 〇 92.8 ◎
比較例1 10.0 23.1 3.4 31.5 0.25 3.1 18.9 6.3 3.5 2.00 1113 ◎ 87.0 ×
比較例2 9.0 23.1 4.6 29.5 0.25 3.5 19.1 6.6 4.4 2.00 1175 × 92.3 ◎

Claims (7)

  1. 一種光學玻璃，其含有以氧化物基準之莫耳%表示為 SiO2 ：9.0%～11.0%、 B2 O3 ：22.0%～24.0%、 La2 O3 ：18.0%～20.0%、及 TiO2 ：30.0%～31.0%。
  2. 如請求項1之光學玻璃，其含有以氧化物基準之莫耳%表示為 Y2 O3 ：3.0%～5.0%、 WO3 ：0.1%～0.4%、 Nb2 O5 ：2.5%～4.0%、 ZrO2 ：5.0%～8.0%、及 Gd2 O3 ：3.0%～5.0%。
  3. 如請求項2之光學玻璃，其係以氧化物基準之莫耳%表示，滿足如下條件，即， SiO2 ：9.0%～10.0%； B2 O3 ：22.5%～23.5%； Y2 O3 ：3.5%～4.5%； TiO2 ：30.3%～30.7%； WO3 ：0.2%～0.3%； Nb2 O5 ：3.0%～3.5%； La2 O3 ：18.5%～19.5%； ZrO2 ：6.0%～7.0%； Gd2 O3 ：3.5%～4.5%。
  4. 如請求項1至3中任一項之光學玻璃，其組成以氧化物基準之莫耳%表示，落於99.5%≦(SiO2 ＋B2 O3 ＋Y2 O3 ＋TiO2 ＋WO3 ＋Nb2 O5 ＋La2 O3 ＋ZrO2 ＋Gd2 O3 )≦100.0%之範圍內。
  5. 如請求項1至4中任一項之光學玻璃，其折射率落於1.90～2.10之範圍內。
  6. 如請求項1至5中任一項之光學玻璃，其於450 nm下之內部透過率為88.0%以上。
  7. 如請求項1至6中任一項之光學玻璃，其失透溫度T為T＜1170℃。
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