TW574284B - Antireflection article of manufacture - Google Patents

Description

:發明大致關於製造之抗反射物件。更特定言之，本發 關於以奈米微粒狀填料修改之聚合材料，其造成 光學性質。 J吏用塗層減少光學表面(如眼用鏡片)之反射在此業界為 :所周知的。已知1 /4波塗層為減少反射之最簡單且成本 取低之選項’因為僅需要單層。名詞„1/4波”應用於塗層 相對於感興趣光波長之光學厚度，如方程式i所示。 η2Ϊ=λ 74 方程式1 在塗覆1 /4波光學表面上光入射時發生之反射（％)由以下方 程式表示： 反射（％)=100(η22-η〇η)2/( η22+η()η ) 2為零；方程式 2 其中η〇為周圍空氣之折射率；“為“斗波塗層材料之折射 率，η為光學材料之折射率；t為塗層厚度，及人為感興趣 之波長。 光學塑膠’如聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯與聚苯乙 婦’一般具有1.45-1.62之折射率。在組合丨/4波抗反射塗層 日τ，如具有1.37之折射率之氟化鎂，反射為12%。考慮氟化 鎮具有般使用之所有光學塗層之最低折射率，此組合代 表以1 /4波塗層可得之最佳者。為了得到更低之反射程 度’需要更昂責之多層抗反射塗層。結果，抗反射塗層不 用於塑膠光學鏡片而損及光學性質，或使用多層塗層且塗 層成本變成塑膠光學鏡片之主要成本。 然而’檢驗方程式2顯示存在得到零反射n22=n〇n之機 會。如果塑膠之折射率可增至約19，則塗層氟化鎂光學鏡 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 574284 A7 B7 五、發明説明（2 ) 片可滿足此條件。

奈米微粒狀填料已用以增加塑膠之折射率。藉由使用夠 小而低於可見光波長（4 0 0 - 7 0 0奈米）之填料，填料不將光 散射且充填之塑膠可保留其透明度。低於可見光波長之奈 米粒度之高折射率粉末為可得的。以指定之負載將高折射 率奈米微粉末分散至光學塑膠中造成塑膠折射率增至 1 . 9，使得製造之塗覆氟化鎂光學物件在特定波長具有零 反射。 - 裝

線 在製造抗反射塗層之先行技藝已有許多嘗試。例如，美 國專利 3,706,485，發明名稱 n Multi-Layer Anti-Reflection Coatings Using Intermediate Layers Having Monotonically Graded Refractive Index’，，Fawcett 等人，1972 年 12 月 19 日，揭示一系 列1 /4波塗層以製造寬頻抗反射塗層。雖然此塗層結構提 供優良之抗反射性質，需要多層使塑膠鏡片之總成本非常 高。 在美國專利3,984,581，發明名稱’’Method For The Production Of Anti-Reflection Coatings On Optical Elements Made Of Transparent Organic Polymers”，Dobler 等人，1976 年 10 月 5 曰，揭示一種無熱處理將抗反射塗層塗佈於塑膠光學元件 之方法。雖然揭示之方法確實改良將抗反射塗層塗佈於塑 膠光學鏡片之製造過程，其未改良抗反射塗層本身之性能。 在美國專利 4,237，183，發明名稱丨’Process For The Surface Treatment Of a Synthetic Resin Lens And The Product Thereof，，

Fujiwara等人，1980年12月2日，揭示一種處理塑膠鏡片之 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x297公釐） 574284 A7 B7 五、發明説明（3 ) 表面以改良如氟化鎂之抗反射塗層之黏附性與财久性之方 法。此專利並未討論改良抗反射塗層之性能之方法。 此外，PCT 申請案 W097/10527，發明名稱 n Structured Index Optics And Ophthalmic Lense For Vision Correction”，Toeppen， 1996年9月10日提出，揭示奈米微顆粒在眼用鏡片增加鏡片 材料之折射率之用途，使得可降低眼用鏡片之厚度。雖然 此專利確實揭示奈米微顆粒修改塑膠之折射率之用途，其 未揭示修改锺膠之折射率以改良抗反射塗層之性能。同樣 地，並未揭示如1 / 4波抗反射塗層所指示，將塑膠之折射 率增至指定值以在指定波長輸出零反射之概念。 在美國專利 5,910,522，發明名稱 ’’Composite Adhesive For Optical And Opto-Electronic Applications”，Schmidt等人，1999 年6月8曰，揭示奈米微顆粒在光學黏著劑之用途以改良黏 著劑之熱安定力。其並未揭示在鏡片材料中使用奈米微顆 粒進行反射。 最後，在PCT申請案W0009446A1 ，發明名稱 ” Compositions For Forming Transparent Conductive Nanoparticle Coatings And Process Of Preparation Thereof’’，Aikens 等人， 1999年8月16日提出，揭示將奈米微顆粒加入塗層形成透明 導電塗層。其並未討論塗層之抗反射屬性。 因此，此技藝持續製造具有零百分比反射而造成改良光 學性能之製造之抗反射物件之需求。 因此，本發明之目的為提供一種製造在指定波長具有零 百分比光學反射之抗反射物件之方法。 -6 - ___—_____ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

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五、發明説明（4 本發明之另一個目的為提供一種製；生 、 種衣&具有奈米微粒狀分 散液以改良光學性能之光學修改材料之方法。 本發明之特點為將奈米微粒狀填料分散至主材料中，而 且以產生零百》比光學反射之表面之抗反射塗層塗覆生成 產物。 本發明係關於克服一或更多個上述問題。簡單地歸納， 依照本發明之一種態樣，製造之抗反射物件包含聚合主材 料、分散於聚合主材料中形成光學修改性質之奈米微粒狀 填料、及塗覆於光學修改材料上以形成具有以下方程式定 義之零反射百分比之抗反射物件之丨/4波塗層 反射（％)=100(n22-n〇ni)2/( ri22+n〇ni) 2= 〇 ; 其中n〇為周圍空氣之折射率；w為1/4波塗層之折射率；及 η 1為光學修改材料之折射率。 本發明具有許多超越先行技藝發展之優點，包括：以用 於本發明之光學修改材料製造之物件花費大為降低而具有 非常優異之光學性質；主材料之折射率易於修改而生成較 不複雜之光學系統設計及全部光學系統之大量成本降低， 及高負載之奈米微填料通常可改良光學塗層之黏附性及耐 久性。 本發明之以上及其他目的、優點、與優點在結合以下之 說明及圖式時變為更顯而易知，其中在可能之處使用相同 之參考號碼代表圖式中共用之相同特點，及其中： 圖1為顯示部份光反射之經塗覆先行技藝鏡片； 圖2為零百分比反射之本發明經塗覆抗反射鏡片； 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐)

裝 訂

線 574284 五、發明説明（ 圖3為製造抗反射物件之方法之方塊圖； 圖4為基於複合之奈米微複合材料製造方法之略圖；及 圖5為基於溶劑分散之奈米微複合材料製造方法之略圖。 現在回到圖式，特別是圖1 ,其顯示具有折射率（η)之典 型先行技藝塑膠鏡片i。包含具有折射率⑷之主材料6之 鏡片1以具有較低折射率（n2)之塗層2塗覆以減少入射光3 之反射損失4·。先行技藝塑膠鏡片i之反射百分比如上示方 程式2所定義。 參考圖2,其描述依照本發明之方法製造之製造之光學 物件，如改良之抗反射鏡片1〇。類似鏡片丨（圖丨所述），鏡 片10具有塗層12，但是已修改(以下詳細說明）包含鏡片1〇 之塑膠光學主材料14以將折射率由（n)改變成（ηι)，其中⑷ 一般低於（ηι)。依照圖2，生成之光學改塗層12具有零反射 百分比，如方程式3所定義； 方程式3

裝 其 率 中no為周圍空氣之折射率；η2為1/4波塗層材料之折射 •’及η!為光學修改材料之折射率。 修改塑膠光學主材料14之折射率（η)為本發明之重要特 點’即’在製造方法時增加。為了依照本發明增加折射率 (η),較佳為將具有折射率（η;)之奈米微粒狀填料16分散 (以下更詳細地說明）至塑膠光學主材料1 4 ^ 於塑膠光學主材料14之折射率（η)。 如此，入射至依照本發明方法製造之改自 艮鏡片10上之入• 8 - I紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) -----------

線 574284 A7 ----- - B7 五、一~— ^ -- 射光3 1 〇 〇 〇/〇如折射光線5離開鏡片1 〇。 人參考圖3，其敘述製造用於鏡片1〇之光學修改奈米微複 合材料18之方法20，其中材料18包括塑膠光學主材料丨斗與 奈米微顆粒16。首先基於光學、結構與熱設計考量，如穿 透百分比、霧狀百分比、折射率、在特定溫度之降伏強 度、衝擊強度、抗刮力、玻璃轉移溫度等，其通常由光學 物件之光學需求決定，選擇塑膠光學主材料14(步驟U)。 人，較佳為基於成本、可得性、折射率、及粒度選擇奈 米微粒狀材料24。如本發明所揭示，選擇適合之奈米微粒 狀材料24需要選擇具有高折射率，即，大於2〇,及小於4〇 奈米之平均粒度之材料。第三，奈米微顆粒較佳為分散％ 至主材料中，雖然可使用其他之混合方法，如報磨。分散 26較佳為可經複合（參考圖4)完後，即使可以良好之結果使 用溶劑分散（參考圖5)。第四，將光學修改材料28形成光學 物件。第五，然後以氟鎮之1 / 4波厚層或一些其他之抗反 射塗層塗覆30光學物件，形成具有零反射百分比之製造之抗 反射物件。 參考圖4與5，其略示地描述兩種將奈米微顆粒分散至主 材料中之方法。依照圖4，其敘述經複合32分散方法之要 點。在複合32，將選擇之奈米微顆粒36及選擇之主材料34 粒進行至複合器40中’如雙螺絲擠製器或Farrdl連續混合 為°在複合40後’將光學修改材料粒化42以用於注射模塑 機（未示）。如圖4所示，需要表面處理38以使奈米微顆粒36 與主材料34相容。熟悉此技藝者應了解，此處理可直接應 -9- 本紙張尺度適用中關家鮮(CNS) Μ規格(謂/挪公复) 574284 五

裝 訂 線

片、鏡片 之覆蓋玻 等。 A7 B7 發明説明（7) 用於奈米微顆粒或如添加劑隨奈米微顆粒與主材料加入複 合器。 依照圖5，在基於溶劑分散之方法44中，在混合56兩種 溶劑系統之前，將選擇之主材料46及選擇之奈米微顆粒48 各分散於溶劑50，54。選擇之奈米微顆粒48較佳為暴露於 中間溶劑分散步驟52以確定得到良好之分散及將所有之黏 聚物破碎。在步驟56將兩種溶劑溶液混合在一起後，在步 驟58去除溶劑·且將光學修改材料粒化6〇以用於注射模塑機 (未示）。 依照兩種製造光學修改材料之技術，最終結果為含完全 分散奈米微顆粒之塑膠粒，奈米微顆粒以足以在製造之經 塗覆光學物件輸出零反射所需之折射率之量存在。 注射模塑及壓縮模塑為兩種形成用於本發明之抗反射鏡 片10(參考圖3之步驟28)之較佳技術。氟化鎂之丨/ 4波塗層 (或其他抗反射塗層）藉真空塗覆或浸塗塗佈。 在較佳具體實施例中，抗反射鏡片1〇包含選自包括熱塑 性材料與熱固性材料之聚合主材料。用於光學物件之熱塑 性材料包括：聚曱基丙烯酸曱酯、聚碳酸酯、聚笨乙烯、 聚、環形烯烴、及所列之摻合物與共聚物。用於光學物 件之熱固性材料包括：碳酸二炔丙二醇酯、環氧化物、及 熱固性聚酯。 一般而言，本發明意圖製造之物件1〇為簡單鏡 陣列、眼用鏡片、玻璃窗、光纖、用於數位影像 璃、用於數位影像之微鏡片、及其他之光學裝置 -10- 本紙張尺度適中賴家鱗(CNS) A4規格(21Q x 297公·^ --------- 五 574284 A7 B7 、發明説明（8 ) ~一~——---- 此技#者應了解’依照本發明藉由增加材料之折射 f⑷而完成光學性質之修改。在較佳具體實施例中，其 猎由將具有比主材料高之折射率之奈米微粒狀填料分散至 主材料中而完成。

Aj^LL 以下為增加主材料折射率⑷之上述步驟之例示實例。 以二氧化鈦奈米微顆粒之加人將聚甲基丙㈣^旨主材 料光學修改。.聚甲基㈣酸甲酯具有149之折射率。二氣 ，鈦具有大約2.5之折射率。2(MG奈米大小之：氧化欽奈米 微顆粒得自Nanophase Techn〇1〇gies公司。聚甲基丙婦酸甲酯 主材料所需二氧化鈦奈米微顆粒之體積（百分比）可使用以 下方程式4基於體積計算·· Y V- 100(nrn)/( n3-n) 方程式 4 其中，γ v為得到零反射之折射率所需之奈米微顆粒體積 % ; Π1為零反射之光學修改材料之折射率（對1/4波氟化鎂抗 反射塗層為1·9) ; η為主塑膠材料之折射率；h為奈米微顆 粒材料之折射率。 對於XK甲基丙稀酸甲g旨與二氧化鈦之組合，所需之奈米 微顆粒體積（百分比）為約4〇0/〇。 參考圖5，使用曱笨或二曱苯之基於溶劑分散之方法已 成功地用於廣泛種類之聚合物（聚甲基丙烯酸甲酯、聚笨乙 婦、聚碳酸酯、與環形烯烴）及各種顆粒（二氧化鈦、氧化 鎮與氧化鋅）。結果，製造分散良好之溶液。 再度參考圖5，溶劑去除58可在適溫以真空完成。乾燥 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

574284 A7 B7 五、 發明説明（9) 材料然後通過擠製器形成粒。然後將粒注射模塑成為光學 物件，將其塗覆鋁薄層然後氟化鎂以抗反射。 實例2 或者，使用複合（參考圖4 )法製備以上之光學修改材 料。在此情形，相容劑添加劑Solsperse 21000( Avecia公司） 以10重量％混合奈米微顆粒。使用複合材料形成之鏡片之 生成抗反射物件具有如使用實例1之方法形成之鏡片之相 同抗反射品質'。 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. 574284 公告本 A8 B8 C8 D8 修正替換本 申請專利私圍

   i. -種製造之抗反射物件，包含聚合主材料、分散於聚合 主材料中形成光學修改性質之奈米微粒狀填料，及塗覆 於光學修改材料上以形成具有以下方程式3定義之零反 射百分比之抗反射物件之1 / 4波塗層 反射（％)=100(η22，ηι)2/( η22+η〇ηι) 2= 〇 ;方程式 3 其中n0為周圍空氣之折射率；〜為1/4波塗層之折射 率，及n 1為光學修改材料之折射率· 分散於聚合主材料之奈米微粒狀填料之體積（百分比）可 由以下方程式4計算而得： γ v=100(nrn)/( n3-n) 方程式 4 其中，γ v為得到零反射之折射率所需之奈米微粒狀填料 體積。/〇 ; η為聚合主材料之折射率；及叱為奈米微粒狀 填料之折射率； 又其中奈米微粒狀填料包含選自由以下所組成之群之材 料··二氧化鈦、鈮酸鋰、氧化鋅、鈦酸鋇、鑽石、碳酸 鈣、鈮酸鉀、鈦酸鳃，及硫化鋅；熱塑性材料包含選自 由以下所組成之群之材料：聚甲基丙烯酸甲醋、聚碳酸 酯、聚苯乙烯、聚砚、環形烯烴，及其任何混合物。 2·根據申請專利範圍第丨項之製造之抗反射物件，其中聚 合主材料選自由以下所組成之群··⑷熱塑性材料，及⑻ 熱固性材料。 3·根據申請專利範圍第2項之製造之抗反射物件，其中熱 固性材料包含選自包括以下之材料：碳酸二炔丙醇酯、 環氧化物，及熱固性聚酯。 -13- 574284 8 8 8 8 A B c D 六、申請專利範圍 4·根據申請專利範圍第1項之製造之抗反射物件，其中 1/4波塗層為氟化鎂。 5·根據申請專利範圍第1項之製造之抗反射物件，其中 奈米微粒狀填料之折射率n3大於聚合主材料之折射率 -14- _ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)