[发明专利]生产高折射率光学涂层的气相沉积材料和该气相沉积材料的生产方法

说明书

本发明涉及一种在减压下生产氧化钛、钛和氧化镧的高折射率光学涂层的气相沉积材料，并涉及该气相沉积材料的生产方法。

氧化物涂层在工业中广泛应用，特别是在光学领域中，作为防护涂层或者用于光学功能目的。它们用于防腐蚀和防止机械损坏，或者用于涂敷光学器件和仪器的表面，如透镜、反射镜、棱镜、物镜等。此外，为了增加或减少反射，氧化物涂层用于生产高、中、低折射率的光学涂层。最重要的应用领域是生产眼镜透镜和照相机透镜的防反射涂层，用于双目镜和光学器件以及激光技术的光学系统。其它用途是生产具有特定折射率和/或某些吸光性能的涂层，例如用于干涉镜、分光器、热防护滤光器和冷光镜。

DE 42 08 811 A1公开了一种气相沉积材料，用于在减压下通过基板的气相沉积涂敷生产高折射率光学涂层。该材料是一种分子式为La₂Ti₂O_7-x的化合物，其中，x＝0.3-0.7，特别是一种分子式为La₂Ti₂O_6.5的化合物。这种气相沉积材料通过以相应的化学计量比混合镧和钛的氧化物以及金属钛，并在高真空中在低于熔点的温度烧结该混合物来生产。

德国专利1 228 489公开了一种生产用于光学用途的实际上在可见光范围内无吸收的薄氧化物涂层的方法，特别是在减压下通过氧化的和/或可氧化的物质的气相沉积在玻璃基板上生产。如果希望，气相沉积可以在氧化气氛存在下进行。把选自由稀土元素，包括钇、镧和铈组成的组中的一种或多种元素与氧化的和/或可氧化的物质一起气相沉积。这里的起始物质作为一种混合物来蒸发，或者相互独立蒸发。所用的氧化的和/或可氧化的物质尤其是钛和/或氧化钛。

对于光折射率约为2的高折射率涂层的生产，合适的起始材料的选择受到限制。可能的用于此目的的起始材料主要是钛、锆、铪和钽的氧化物及其混合体系。一种用于高折射率涂层的优选的起始材料是二氧化钛。

除了氧化钛以外，现有技术还使用氧化钽、氧化锆、氧化铪和硫化锌等化合物及其混合物，例如，氧化锆和氧化钛，氧化钛和氧化镨，氧化钛和氧化镧。

这些物质的优点是，例如，二氧化钛具有高折射率，氧化铪和氧化锆具有低吸光率。这些已知物质的缺点是气体放出强烈和二氧化钛的分解，在氧化钽Ta₂O₅的情况下和在氧化钛与氧化镨的混合物的情况下吸光率较高，氧化锆、氧化铪以及氧化锆和二氧化钛的混合物的不完全熔化，还有例如在硫化锌的情况下硬度低。在氧化钛和氧化镧的混合物中，获得了低吸光率、没有气体放出和没有飞溅以及熔化较好的优点。然而，这种混合物的折射率明显低于氧化钛和硫化锌混合的情况。从实际工艺的观点出发，这些物质具有高熔点和高沸点也是不利的，此外，它们互相之间相当接近。为了保证均匀充分的蒸发速度，气相沉积材料在明显蒸发开始前应该完全熔化。为了能够在待气相沉积涂敷的物体上形成均匀一致的厚涂层，这个条件是必须的。然而，对于锆和铪的氧化物和在钛/锆混合氧化物体系的情况下，在实际应用条件下，不是这种情况。所述物质在典型的工作条件下不熔化或不完全熔化，它们难以全部蒸发，在气相沉积涂层中产生厚度变化。现有技术中的目的是通过合适的添加剂来降低基础材料的熔点，这里，这些添加剂还在一定限度内改变所得涂层的折射率，确定折射率为特定值。为此目的选择的合适的添加剂受不吸光的要求的限制。所以，适用于相应的添加剂最好的金属氧化物是那些在可见光谱区域内以及近紫外波长范围内(即最高约320纳米)不吸光的金属氧化物。

作为起始材料，所述氧化物在可见光波长范围内不吸光或者仅仅轻微吸光，这是相应的光学用途的基本要求。然而，在高真空蒸发过程中发生氧的损失和氧含量不足化学计量的氧化钛涂层的沉积。这意味着，如果没有专门的预防措施，用这些材料通过真空蒸发生产薄涂层导致涂层在可见光范围内具有高的吸光率。根据上述德国专利1228489，在具有5×10^-5-＜5×10^-4毫巴的某一残余氧压力的真空中进行蒸发，即建立一种氧化气氛，解决了这个问题。解决该问题的另一种可能性在于使所得的涂层在氧气或空气中进行后处理。