專利名稱：混合氧化物型高折射率的涂料及方法
該申請是申請日為1996年5月6日、申請?zhí)枮?6194812.4、發(fā)明名稱為“混合氧化物型高折射率的涂料及方法”的分案申請。
本發(fā)明涉及一種混合氧化物型的具有高折射率的涂料及方法。
美國專利No.3,034,924公開了鑭系元素和過渡金屬/金屬氧化物的混合物。氧化鋯是一種市場上可以買得到的高折射率的涂料。然而，這種材料在制作涂層時具有高熔點、高耗能以及不均勻等缺點。同時，氧化鈦也可以用作高折射率的涂料。氧化鈦涂層通常有不希望的吸收。氧化鋯和氧化鈦粉末的混合物在市場上也可以買到。然而，這種混合物是多相材料，因此不能產(chǎn)生一種相合的蒸發(fā)源。所以需要一種新型的、改進(jìn)的、克服了這些缺點的混合氧化物型的具有高折射率的涂料。
概括地講，本發(fā)明的一個目的是提供一種特別適用于抗反射涂層的混合氧化物型具有高折射率的涂料。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠在較低溫度下熔化的具有上述特征的材料及方法。
本發(fā)明的再一目的是提供一種使其本身進(jìn)行電子束蒸發(fā)的具有上述特征的材料和方法。
本發(fā)明的另一目的是提供可以用氧氣活性蒸發(fā)以產(chǎn)生化學(xué)計量的材料的具有上述特征的材料及方法。
本發(fā)明的再一目的是提供一種提供堅硬及粘附的薄膜具有上述特征的材料及方法。
從下面結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明的其他目的及特點將會很明顯。


圖1是說明本發(fā)明方法的流程圖。
就本發(fā)明而言，該材料的組合物的化學(xué)式為MNxOy，其中M和N是CAS元素周期表中IIIB、IVB和VB族的金屬，其中O是氧，x和y的值的選擇要使氧與金屬的比例小于4以及y/(1+x)也小于4。更具體地說，M和N金屬選自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Ac、Th、Pa、U、Ti、Zr、Hf、V、Nb和Ta。落入該類的材料的組成包括下列實例YTixOy，HfIixOy和ZrNbxOy，因此可以看出這種材料是由兩種金屬/金屬氧化物組成的。但是，這種材料的組合物可很容易地由三種或更多的金屬/金屬氧化物組成。
在上述范圍內(nèi)的一種材料的具體組合物為ZrTixOy，其中x＝1.0，y＝2.0～3.9。當(dāng)y的值在大于0和2.0之間時也可以形成其他材料。然而這些材料將是金屬性的，當(dāng)采用蒸發(fā)時，它們是很難生成ZrTiO4薄膜的。當(dāng)x的值超過1.0時，該混合物中二氧化鈦的含量增加，相圖將變得更加復(fù)雜，這在材料組成低于化學(xué)計量時更加顯著。當(dāng)x值小于1.0時，材料開始表現(xiàn)出純氧化鋯的特性并且熔解溫度升高，不具備本發(fā)明材料的典型優(yōu)越性。
在本發(fā)明的一實施方案中，由重量比為15.6％的Ti、17.4％的TiO2和67.0％的ZrO2制備出一種均相混合物。該粉末狀材料如圖1中第11步中所示進(jìn)行徹底混合。由上面的討論可知，三種組分的重量百分比的選擇使這種材料的分子式為ZrTiO2.8。當(dāng)然，Ti、TiO2和ZrO2的比例可進(jìn)行變化以給出分子式為ZrTiOy，其中y的范圍可以是2.0～3.9。然后，將該粉末進(jìn)行均相化和壓片。
當(dāng)如第12步所示壓片形成后，再用合適的方法如第13步所示將其熔化，如用誘導(dǎo)爐或電子束爐。在熔化過程中，這三種成粉末狀的組分反應(yīng)生成一種單一的氧化物相。可以如第14步所示采用熔化步驟形成適當(dāng)大小的錠，例如直徑為5cm，長度為15～75cm。這種材料可以以這種鑄錠形式貯存?zhèn)溆谩；蛘?，這些鑄錠經(jīng)壓碎或打碎成大小為0.5～5mm的小顆粒，并且優(yōu)選如圖1中第16步所示的大約2mm。如果需要，這種壓碎的材料也可以以這種形式貯存?zhèn)溆谩?br> 假設(shè)我們希望利用這種材料形成一層抗反射涂層，如1995年5月9日提交的共同待審的流水號為08/438,197的申請中所描述。在這一實施方案中，這種材料只有立方型的氧化鋯晶體結(jié)構(gòu)而沒有檢測到ZrTiO4的晶型結(jié)構(gòu)。以顆粒形式存在的壓碎的錠可以作為原料供應(yīng)到傳統(tǒng)類型的電子槍蒸發(fā)器以形成一層具有高折射率的抗反射涂層，如1995年5月9日提交的共同待審的流水號為08/438,197的申請中描述的那種類型。在材料蒸發(fā)過程中，導(dǎo)入過量的氧氣進(jìn)入涂敷裝置的真空箱中，使得這種低于化學(xué)計量的材料用氧氣活性蒸發(fā)以生成化學(xué)計量的涂層。
可以發(fā)現(xiàn)這種以ZrTiO2.8形式存在的壓碎的錠狀材料在大約1800℃時熔化，比純的氧化鋯熔點低約900℃。這種較低的熔解溫度和沉積溫度是非常有利的，因為有極少量的熱量從熱源輻射到基質(zhì)上。例如，一個在1800℃輻射的熱源所釋放的熱量不超過在2700℃輻射的熱源所釋放的總能量的1/4。本發(fā)明的材料的較低沉積溫度可以使得以更快的速度施用涂料，并且可以將涂料施用到更薄的聚合物基質(zhì)材料上，這是利用輥式涂覆器獲得高生產(chǎn)率、低成本的抗反射涂料的明確的好處。與本發(fā)明的該實施方案相關(guān)的發(fā)現(xiàn)是向這種混合物中加入更多的氧化鈦可導(dǎo)致更低的熔解溫度，例如該溫度比未加入二氧化鈦的熔解溫度低至少約900℃。
這種材料的折射率大約是2.0。當(dāng)與那種在1995年5月9日提交的共同待審的流水號為08/438,197的申請中描述的低折射率材料混合時，可以發(fā)現(xiàn)所形成的抗反射膜和由以氧化鋯作為高折射率材料所制成的膜一樣堅硬和粘附。
依照本發(fā)明制備的另一種材料的分子式是NbTi0.5O3，這一組成可概括成NbTi0.5Oy，其中y可以是在大于0和3.5之間。這種材料用與ZrTiOy相似的方法生產(chǎn)。從均相的Nb2O5、Ti和TiO2粉末壓片后，熔化制成錠，然后壓碎作為原料裝進(jìn)電子槍蒸發(fā)器。盡管Nb/Ti的比例可以不等于2，但選擇NbTi0.5O3是因為它可以用氧氣活性蒸發(fā)生成化學(xué)計量的NbTi0.5O3.5(Nb2TiO7)。這種材料的折光率在約2.0左右。當(dāng)這種材料被用作抗反射涂層時，它具有理想的較低蒸發(fā)溫度如1900℃，比Nb2O5的蒸發(fā)溫度2100℃低200℃。
從前面可以看出，本文提供了一類新型的、改進(jìn)的混合氧化物型的高折射率的光學(xué)涂料以及應(yīng)用這種具有很多理想特點的涂料的方法。特別是，由于其蒸發(fā)所需的較低的溫度，這種材料適用于輥涂操作。由于這種材料是單相材料而適用于電子槍蒸發(fā)，因此避免了破裂。另外，本文提供了一種堅硬、持久的材料，該材料特別適用于抗反射涂層。
權(quán)利要求
1.一種在基質(zhì)表面生產(chǎn)光學(xué)涂層的方法，包括取兩種金屬/金屬氧化物的粉末，將它們混合成均勻混合物，將粉末的均相混合物壓片，熔解該片，將熔解的片制成錠，把這些錠粉碎成小顆粒后，用氧氣蒸發(fā)小顆粒以在基質(zhì)表面生成一層光學(xué)涂層形式的化學(xué)計量的材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中蒸發(fā)步驟是由電子束蒸發(fā)完成的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中蒸發(fā)步驟是由熱蒸發(fā)完成的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中金屬/金屬氧化物用的粉末選自元素周期表中IIIB、IVB和VB族。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中均勻混合的粉末壓片要在混合物的熔點以上加熱。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中小顆粒加熱到蒸發(fā)溫度，并沉積在基質(zhì)上。
全文摘要
分子式是MN
文檔編號G02B1/11GK1405241SQ0214295
公開日2003年3月26日 申請日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月9日
發(fā)明者保羅·G·庫姆斯, 拉塞爾·E·德郎, 夏洛特·R·拉加利 申請人:弗萊克斯產(chǎn)品公司