DE10203226A1

DE10203226A1 - Optisches Glas

Info

Publication number: DE10203226A1
Application number: DE10203226A
Authority: DE
Inventors: Silke Wolff; Ute Woelfel; Karl Mennemann
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2003-09-04
Also published as: US20050075234A1; WO2003064340A3; WO2003064340A2; CN1622922A; AU2003210130A1; EP1472192A2; JP2005515954A; DE10390245D2; RU2004126253A

Abstract

Die Erfindung betrifft optische Gläser der folgenden Zusammensetzung: DOLLAR A 5-35 Gew.-% SiO¶2¶ DOLLAR A 55-88 Gew.-% PbO DOLLAR A 0-10 Gew.-% B¶2¶O¶3¶ DOLLAR A 0-5 Gew.-% Na¶2¶O DOLLAR A 0-5 Gew.-% K¶2¶O DOLLAR A 0-10 Gew.-% TiO¶2¶ DOLLAR A 0-10 Gew.-% ZrO¶2¶ DOLLAR A 0-10 Gew.-% La¶2¶O¶3¶ DOLLAR A 0-10 Gew.-% BaO DOLLAR A 0-10 Gew.-% ZnO DOLLAR A mit der Maßgabe, dass SIGMA (Na¶2¶O; K¶2¶O) : 0 x 8 und SIGMA (Tio¶2¶; ZrO¶2¶, La¶2¶O¶3¶, ZnO; BaO) : 1 x 15 beträgt. Die Gläser sind besonders für Projektionszwecke mit rLCD-Projektoren geeignet. Sie entstammen dem Schwerflint- und Lanthanschwerflintbereich und zeichnen sich durch einen gegen Null gehenden spannungsoptischen Koeffizient bei trotzdem guter chemischer Beständigkeit und ausreichender Knoop-Härte sowie guter Schmelz- und Bearbeitbarkeit aus. Sie sind daher zum Einsatz in Applikationsfeldern geeignet, die von geringen spannungsoptischen Effekten profitieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Glas, insbesondere ein optisches Glas für Projektionszwecke mit LCD-Projektoren.

Die Marktentwicklung auf dem Sektor der Projektion bewegt sich immer weiter in Richtung größerer Projektionsflächen. Dadurch steigen die Anforderungen an die Projektionsgeräte bezüglich Lichtausbeute und Auflösung des projizierten Bildes stark an. Die Lichtausbeute bestimmt die Ausleuchtung der bestrahlten Fläche und die Auflösung die Anzahl möglicher Bildpunkte. Ist die Auflösung zu gering, erscheint das Bild grobkörnig.

Kernstück eines Projektionsgerätes ist das Modulationssystem, das dem von einer Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahl das gewünschte, auf die Projektionsfläche zu projizierende Bild aufprägt.

Dazu wird der Lichtstrahl in seine Basisfarben (rot, grün, blau) zerlegt und jedem Teilstrahl durch eine LCD (Liquid Crystal Display, Flüssigkristallanzeige) die gewünschte Modulation aufgeprägt. Danach werden die Teilstrahlen wieder vereinigt.

Es gibt eine ganze Reihe verschiedener Modulationssysteme, die sich jeweils aus Filtern, Strahlteilern und einem LCD- Array zusammensetzen. Wird an eine LCD-Zelle im LCD-Array eine elektrische Spannung angelegt, verändert sich die räumliche Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle und damit der optische Zustand der Zelle. Jede dieser Zellen ist, um separat angesteuert werden zu können, über eine Steuerungseinheit mit einer Spannungsquelle verbunden, um den Zustand "mit Spannung" oder "ohne Spannung" bzw. "Ein" und "Aus" annehmen zu können.

Es gibt zwei Flüssigkristallarten zur Modulation von Lichtstrahlen: In dem einen Fall bedeutet "Ein" lichtdurchlässig und "Aus" lichtundurchlässig. Diese Gruppe bildet die transmissiven LCDs (tLCD), sie beruht auf einem transmissiven Strahlengang. Bei einer zweiten Gruppe wird das einfallende Licht reflektiert. Bei dieser Gruppe bedeutet "Ein", daß die Polarisationsebene des einfallenden und reflektierten Lichts um/2 gedreht wird. Im "Aus"-Zustand bleibt die ursprüngliche Polarisation unverändert. Diese Gruppe bildet die reflektiven LCDs (rLCD).

Bei tLCD-Systemen lassen die auf "Ein" geschalteten Zellen das Licht passieren, auf "Aus" geschaltete Zellen absorbieren oder streuen es.

In rLCD-Systemen wird den drei Teilstrahlen eines Projektionsapparates das Bild dagegen durch Drehung der Polarisationsebene statt durch Ausblenden der Teilstrahlen aufgeprägt. Dazu wird der einfallende Lichtstrahl zunächst mittels Polfilter polarisiert und danach durch einen Strahlteiler in seine Grundfarben aufgeteilt. In den rLCDs wird den Strahlen dann die Eigenschaft "Polebene gedreht" oder "Polebene nicht gedreht" aufgeprägt. Außerdem werden die Strahlen reflektiert. Die so modulierten Strahlen durchlaufen den Strahlteiler in umgekehrter Richtung und werden dann wieder vereint. Ein nachgeschalteter, gleichgerichteter Polfilter filtert schließlich die ungedrehten Anteile der drei Grundfarben aus dem vereinigten Strahl heraus.

Um jede Zelle (auch Pixel genannt) eines LCD-Arrays einzeln ansteuern zu können, benötigt die Zelle eine eigene elektronische Steuereinheit. Bei tLCD-Arrays nimmt diese Steuereinheit einen Teil der Zellenfläche in Anspruch, der nicht mehr von Licht durchstrahlt werden kann, wodurch sich die Lichtausbeute verringert. Bei rLCD-Arrays wird der Lichtstrahl reflektiert, die Steuereinheit kann daher ohne Lichtverlust auf der Rückseite der Zellen angeordnet werden.

Doch trotz der prinzipiell besseren Funktionsweise konnten rLCD-Projektoren die in sie gesetzten Erwartungen bisher nicht erfüllen. Die erzielte Kontrasttiefe der Bilder ist nicht ausreichend für eine qualitativ hochwertige Projektion, zudem werden Farbsäume beobachtet.

Es wurde nun festgestellt, daß die unerwarteten Probleme dieser Technik auf vom Material her nicht dem Funktionsprinzip angepaßte optische Komponenten wie Strahlteiler, Polarisatoren und Prismen zurückzuführen sind. In den herkömmlichen tLCD-Geräten sind Transmission und Absorption die vorherrschenden Projektionsprinzipien. Der gesamte Strahlengang ist damit unabhängig vom mechanischen Spannungszustand des Materials.

Das optische System der rLCD-Geräte reagiert jedoch mit starkem Kontrastverlust und Farbsäumen sehr empfindlich auch auf kleinste räumliche Deformationen.

Zur Erklärung wird der Projektionsablauf bei einem rLCD-System genauer erläutert:
Der weiße Lichtstrahl von einer Lichtquelle wird durch einen vorgeschalteten Polfilter polarisiert und fällt dann auf einen polarisierenden Strahlteiler (PBS; Polarizing Beam Splitter, der Licht, dessen Polarisationsebene der des Polfilters entspricht, reflektiert und Licht, das dazu um π/2, also 90° gedreht ist, passieren läßt. Das durch den vorgeschalteten Polfilter polarisierte Licht wird zu 100% durch Reflexion umgelenkt. Der Strahl fällt dann auf den eigentlichen Strahlteiler, der z. B. aus vier zusammengefügten Prismen besteht, deren innere Trennflächen mit Farb-Steilkantenfilter-Schichten belegt sind. Dieser Strahlteiler trennt durch selektive Umlenkung den weißen Lichtstrahl entsprechend seiner Wellenlänge in die Teilstrahlen für die drei Grundfarben auf. Dem Fachmann sind jedoch eine Vielzahl von Anordnungen für Strahlenteiler bekannt, die nicht zwangsläufig Prismen enthalten.

Die aus dem Strahlteiler austretenden Farbstrahlen fallen auf die rLCDs und leuchten diese jeweils vollständig aus. Das Licht findet nun die oben beschriebenen "Ein"- und "Aus-"Pixel vor; dementsprechend wird seine Polarisationsebene gedreht oder beibehalten. Auf jeden Fall wird das Licht reflektiert und läuft entsprechend seiner Wellenlänge den Weg zurück durch den Strahlteiler zum PBS. Beim Rückweg durch den Strahlteiler werden die drei Teilstrahlen, die nun die Information über das Gesamtbild in Form von Polarisationszustands- Orts-Informationen enthalten, wieder vereinigt.

Der sich ergebende weiße Lichtstrahl wird nun im PBS nach dem Polarisationszustand der Wellenzüge getrennt. Züge mit ungedrehter Polarisationsebene werden wie der einfallende Strahl um 90° umgelenkt, verlassen also den Projektionsstrahlengang in Richtung Lichtquelle. Züge mit gedrehter Polarisationsebene werden direkt durchgelassen und gelangen auf die Projektionsfläche, wo sie das gewünschte Bild erzeugen.

Das Licht läuft somit auf einem großen Teil der Strecke durch Glas. Nun hat aber Glas unter ungünstigen Umständen die Eigenschaft, die Polarisationsebene des durchlaufenden Lichts zu drehen. Schon ein leichtes Verkippen der Polarisationsebene schwächt aber die Vektorkomponente des Lichts, die zur Projektion beiträgt, empfindlich. Eine verringerte Lichtausbeute und damit ein stark reduzierter Kontrast ist die Folge.

Dieser sogenannte spannungsoptische Effekt, die Polarisationsebene von einfallendem polarisiertem Licht zu drehen, wird in Glas zum Beispiel durch unzureichende Feinkühlung bei der Herstellung hervorgerufen. Dadurch werden strukturelle Spannungen im Glas eingefroren, die in unterschiedlichen Material- und damit Elektronendichten in den Raumrichtungen resultieren. Da der Brechwert eines Materials durch seine Elektronendichte in Strahlrichtung definiert wird, ergeben sich so in den verschiedenen Raumrichtungen voneinander abweichende Brechwerte. Das Material ist optisch anisotrop. Trifft ein linear polarisierter Wellenzug auf das Material, so werden seine vektoriellen Komponenten in den verschiedenen Raumrichtungen unterschiedlich stark gebrochen, was gleichbedeutend ist mit einer Drehung der Polarisationsebene.

Unterschiede in der Umgebungstemperatur und starke mechanische Belastungen führen üblicherweise ebenfalls zur Drehung der Polarisationsebene, da hier durch äußere Einwirkungen (Temperaturdifferenz/Druck) Spannungen im Glas hervorgerufen werden.

Auch die beobachteten Farbsäume werden durch die optische Anisotropie hervorgerufen. Bei der Auskopplung aus dem Material werden die unterschiedlich gebrochenen Strahlkomponenten in verschiedene räumliche Richtungen gelenkt, was zu Interferenzerscheinungen führt. Zudem ist die Brechwertdifferenz wellenlängenabhängig, was den Interferenzerscheinungen den bunten Charakter von Farbsäumen verleiht (Spannungsdoppelbrechung).

Es liegt daher nahe, die in rLCD-Projektoren eingesetzten Gläser durch eine besonders sorgfältige Kühlung bei der Herstellung zu optimieren und dabei die inneren Spannungen im Glas weitgehend zu eliminieren. Ohne Spannungen sind die Materialien isotrop und weisen keinen der beschriebenen negativen Effekte auf.

Dabei wird jedoch außer acht gelassen, daß Projektionsgeräte aus Gründen der Handhabbarkeit relativ klein sind. Somit sind die optischen Komponenten in diesen Geräten wegen der räumlichen Nähe zu wärmeabgebenden Elementen trotz Ventilation und den Einsatz von Kühlelementen starken Temperaturdifferenzen und Temperaturwechseln von bis zu etwa 50°C, besonders bei der Inbetriebnahme, ausgesetzt. Diese Temperaturdifferenzen bewirken im Glas starke Spannungen.

Die Stärke der daraus resultierenden optischen Effekte ist bei gleicher Spannung zusätzlich glasartabhängig, da sich Spannungen aufgrund der unterschiedlichen Glasstrukturen auch in optischer Hinsicht unterschiedlich stark auswirken. Zur quantitativen Beschreibung des spannungsoptischen Effekts und der resultierenden Spannungsdoppelbrechung und Drehung des Polarisationsvektors greift man daher auf eine materialspezifische Größe, den spannungsoptischen Koeffizienten K, zurück.

Die Auswirkungen einer induzierten Spannung auf den Brechwert sind entsprechend der erzeugten Dichte-Anisotropie abhängig von der Orientierung. So ergeben sich zwei Komponenten, die photoelastischen Konstanten in den Richtungen a) parallel zur wirkenden Spannung und b) senkrecht dazu:

K₌ = dn₌/dσ und K_⊥ = dn_⊥/dσ in [mm²/N].

Sind die photoelastischen Konstanten in beiden Orientierungen gleich, tritt kein optischer Effekt auf, das Material wirkt trotz Spannungen isotrop. Das ist jedoch nur bei wenigen Gläsern der Fall. Fast immer gibt es eine Differenz zwischen den beiden Komponenten und damit eine definierte, anhand dieser Differenz quantifizierbare optische Wirkung. Der spannungsoptische Koeffizient ergibt sich dann in [mm²/N] aus K = K₌ - K_⊥.

Eine sinnvolle Glasoptimierung für die Anwendung bei der Projektion kann daher nur die Annäherung des spannungsoptischen Koeffizienten an Null beziehungsweise die Angleichung der photoelastischen Konstanten in den beiden Richtungen sein.

Die bisher bekannten Glastypen weisen jedoch einen nicht akzeptablen Zusammenhang zwischen kleinem K-Wert und ihrer chemischen Beständigkeit sowie der Knoop-Härte auf, da diejenigen Komponenten, die aufgrund ihrer hohen Polarisierbarkeit in der Glasmatrix (beispielsweise Blei und Phosphat) den K- Wert senken, gleichzeitig durch eben diese spezifische Eigenschaft die Matrix auch chemisch und physikalisch besonders leicht beeinflußbar und angreifbar machen.

Eine geringe chemische Beständigkeit eines Glases wird nicht erst während seiner Verwendung relevant. Wäre dem so, könnte das Problem beispielsweise durch eine Schutzlackierung behoben werden. Eine zu geringe chemische Resistenz und vor allem auch eine zu geringe Knoop-Härte machen sich jedoch bereits während der Kaltnachbearbeitung der optischen Komponenten bemerkbar. Ausblühungen, Interferenzfarbeffekte und Oberflächenkristallisation entstehen bereits während dieser Kaltnachbearbeitung, in einer Phase also, in der keine Schutzlacke und dergleichen eingesetzt werden können. Eine zu geringe Knoop-Härte führt in den für die Kaltnachbearbeitung verwendeten Standardmaschinen zu enormen, schwer zu kontrollierenden Abtragswerten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein optisches Glas zu schaffen, das bei ausreichender chemischer Beständigkeit und Knoop-Härte einen so kleinen spannungsoptischen Koeffizienten aufweist, daß es im Bereich der Projektion verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem im Patentanspruch 1 angegebenen optischen Glas gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht aus von den Schwerflintgläsern, wie sie beispielsweise von der Fa. Schott, Mainz, unter den Handelsbezeichnungen SF 56, SF 57, SF 58 und SF 59 vertrieben werden. Dabei handelt es sich um hoch bleihaltige (oft > 60 Gew.-%, nahezu immer > 50 Gew.-%) Bleisilikatgläser mit äußerst geringen optionalen Anteilen an Natrium-, Kalium- und/oder Boroxid (häufig > 5 Gew.-%). Sie enthalten ggf. geringe Anteile anderer Elemente zur Brechwerteinstellung, wie z. B. geringe Anteile Titanoxid (S. SF L 56). Diese Glassorten sind zum Beispiel in der Schott-Schriftenreihe "Properties of Optical Glass" beschrieben.

Das erfindungsgemäße optische Glas weist zur Behebung der Nachteile dieses bekannten Glases folgende Zusammensetzung auf (in Gew.-% auf Oxidbasis):

SiO₂	5-35
PbO	55-88
B₂O₃	0-10
Na₂O	0-5
K₂O	0-5

wobei
Σ(Na₂O; K₂O): 0 ≤ x ≤ 8

TiO₂	0-10
ZrO₂	0-10
La₂O₃	0-10
BaO	0-10
ZnO	0-10

Σ(TiO₂; ZrO₂; La₂O₃; ZnO; BaO): 1 ≤ x ≤ 15

Varianten dieses Glases mit etwas engeren Zusammensetzungsbereichen sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben.

Vorzugsweise liegt der Summengehalt der Alkalioxide von Na₂O und K₂O zwischen 0,5 und 8 Gew.-% und die Summe von TiO₂, ZrO₂, La₂O₃, ZnO und BaO zwischen 1 und 7 Gew.-%. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die Untergrenze der Summe von TiO₂, ZrO₂, La₂O₃, ZnO und BaO 2, insbesondere 3 Gew.-%.

Die erfindungsgemäßen Gläser weisen einen geringen spannungsoptischen Koeffizienten von -1,5 ≤ K ≤ 1,5, vorzugsweise -1 ≤ K ≤ 1 [10^-6 mm²/N] auf und zeigen eine gute chemische Resistenz gegenüber alkalischen Mitteln (Alkaliresistenz, AR) gemäß [ISO 10629] besser oder gleich Klasse 3 bzw. gegenüber Säure (Säureresistenz, SR) gemäß ISO 8424 besser oder gleich Klasse 53. Die Knoop-Härte beträgt HK_0,1;20 ≥ 300. Die erfindungsgemäßen Gläser sind daher gut für alle Anwendungsfälle geeignet, die von geringen spannungsoptischen Effekten profitieren und die bei einem kleinen spannungsoptischen Koeffizienten eine gute chemische Resistenz erfordern, was neben dem Anwendungsbereich Projektion, vorzugsweise rLCD-Projektion, auch die Bereiche Abbildung allgemein und Telekommunikation umfaßt.

Die erfindungsgemäßen Gläser erfüllen neben der Forderung nach den gewünschten physikalischen Eigenschaften auch die Forderung nach guter Schmelzbarkeit und Bearbeit barkeit.

Für den Einsatz als optisches Laserglas oder als Telekommunikations-Faserglas können die erfindungsgemäßen Gläser mit laser- oder optoaktiven Komponenten dotiert werden, wie zum Beispiel Oxiden der Elemente Ga, Ge, Y, Nb, Mo, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tn, Yb, Hf, Ta usw.

Das dem erfindungsgemäßen optischen Glas zugrunde liegende Basisglas entstammt dem für Schwerflinttypen gängigen Bleisilikatglassystem mit geringen, aber für die Erfindung wesentlichen und damitobligatorischen Anteilen an Titan-, Zirkon-, Zink-, Barium- und/oder Lanthanoxiden.

Die Anteile von 5-35 Gew.-% SiO₂ und 55-88 Gew.-% PbO stellen die Glasbildner klassischer Schwerflinttypen dar. Sie bilden die Grundlagen für die erwünschten optischen und physikalischen Eigenschaften dieser Glastypen, auf der mittels der erfindungsgemäß obligatorischen Zusätze von Titan-, Zirkon-, Zink-, Barium- und/oder Lanthanoxid eine Verbesserung der chemischen Eigenschaften vorgenommen wurde. Eine Verschiebung im Verhältnis der Glasbildner zueinander führt in Bezug auf die vorgesehene Verwendung zu negativ zu bewertenden Effekten. So wurde beispielsweise gefunden, dass eine Erhöhung des Siliziumgehalts zugunsten des Bleianteils zu einer drastischen Verschlechterung/Erhöhung des spannungsoptischen Koeffizienten führt, da diese beiden Komponenten in Bezug auf diese optische Eigenschaft direkte Antipoden sind. Andererseits wurde gefunden, dass eine weitere Verringerung des Siliziumanteils zugunsten des den K-Wert-senkenden Bleis eine Verschlechterung der chemischen Beständigkeit und eine Reduzierung der Knoop-Härte hervorruft und damit der Bestimmung der erfindungsgemäßen Gläser entgegenwirkt. Erfindungsgemäß kann Bortrioxid optional als dritter Glasbildner zur Stabilisierung gegen die Kristallisationsanfälligkeit mit bis zu 10 Gew.-% zugesetzt werden. Es wurde erfindungsgemäß auch gefunden, dass ein darüber hinausgehender Zusatz die chemische Resistenz und den K-Wert stark negativ beeinflusst.

Durch Zugabe von Alkalimetalloxiden, insbesondere von 0-5 Gew.-% Na₂O und oder 0-5 Gew.-% K₂O, ist es möglich einerseits die optische Lage fein abzustimmen und zum anderen die Kristallisationsanfälligkeit zu senken, während in den vorliegenden, hoch bleihaltigen Gläsern die Eigenschaften als Flußmittel eher von untergeordneter Bedeutung sind. Vorzugsweise soll ein Summengehalt von 8 Gew.-% jedoch nicht überschritten werden, da in diesem Fall der K-Wert ggf. stark ansteigt und die Gläser damit nicht mehr wie vorgesehen verwendet werden können.

Die Untergrenze des Summengehaltes an den Alkalimetalloxiden Na₂O und K₂O liegt vorzugsweise bei 0,5 Gew.-%.

Der als Summe obligatorische, in der Zusammenstellung seiner Einzelkomponenten variable Zusatz von TiO₂, ZrO₂, La₂O₃, BaO und/oder ZnO (jeweils optional 15 Gew.-%, vorzugsweise 10 Gew.-%) dient der Erhöhung der chemischen Resistenz und der Knoop-Härte der erfindungsgemäßen Gläser unter Beibehaltung geringer und damit dem Anwendungszweck entsprechender K- Werte. Die Untergrenze von 1 Gew.-% sollte nicht unterschritten werden, da der Effekt ansonsten nicht ausreichend sichergestellt ist. Es wurde auch gefunden, dass eine über die Summe von 15 Gew.-% hinausreichende Zugabe dagegen die Kristallisationsstabilität stark absenkt.

Im folgenden werden beispielhaft Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße optische Glas beschrieben.
Die Tabellen 1-4 enthalten 23 Ausführungsbeispiele im bevorzugten Zusammensetzungsbereich. Es handelt sich um vergleichende Beispiele für die verbesserte chemische Resistenz in Relation zum erhaltenen geringen spannungsoptischen Koeffizienten. Dazu wurden ausgewählte Beispiele des erfindungsgemäßen optischen Glases bekannten Typen mit einem entsprechenden spannungsoptischen Koeffizienten gegenübergestellt.
Als bekannte Typen dienen die von der Fa. Schott, Mainz, unter den Handelsbezeichnungen SF 56, SF 57, SF 58 und SF 59 vertriebenen Glassorten. Diese Glassorten sind zum Beispiel in der Schott-Schriftenreihe "Properties of Optical Glass" beschrieben.
Der Vergleich wird dabei anhand einer möglichst vergleichbaren Grundzusammensetzung und nicht anhand einer absoluten Reproduktion der optischen Lage geführt, da für den vorgesehenen Verwendungszweck zwar eine strenge Brechwerthomogenität der Einzelstücke und eine besonders gute Reproduzierbarkeit einer einmal festgelegten optischen Lage von Charge zu Charge, jedoch nicht die prinzipielle Wiedereinstellung einer von traditionellen optischen Gläsern her bekannten optischen Lage relevant sind.
Die erfindungsgemäßen Gläser sind vorzugsweise frei von Arsen. Dabei darf, um das Glas absolut arsenfrei zu halten, nicht mit Arsen geläutert werden.
Das Glas ist darüberhinaus frei von Aluminium bzw. Aluminiumoxid. Als Läutermittel können im wesentlichen Fluoride eingesetzt werden, die als Gegenion Erd- und Alkalifluoride oder auch sonstige in den Zusammensetzungen enthaltene Metalle aufweisen und Antimonoxid und Zinnoxid, ggf. auch Chloride wie beispielsweise Natriumchlorid.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Glases. Dabei werden die an sich bekannten glasbildenden Ausgangskomponenten als Salze und/oder Oxide zu einer Schmelze erwärmt, die 5-35 Gew.-% SiO₂, 55-88 Gew.-% PbO, 0-10 Gew.-% B₂O₃, 0-5 Gew.-% Na₂O sowie 0-5 Gew.-% K₂O enthält. Erfindungsgemäß werden als weitere Bestandteile 0-10 Gew.-% TiO₂, 0-10 Gew.-% ZrO₂, 0-10 Gew.-% La₂O₃, 0-10 Gew.-% BaO sowie 0-10 Gew.-% ZnO zugesetzt oder in der Schmelze aus geeigneten Ausgangssubstanzen gebildet, wobei Σ(Na₂O, K₂O):0 ≤ x ≤ 8 und Σ(TiO₂, ZrO₂, La₂O₃, ZnO, BaO):1 ≤ x ≤ 15.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Glases in Projektoren, insbesondere rLCD-Projektoren, in der Mikrolithographie, Telekommunikation sowie in optischen Komponenten. Bevorzugte Projektoren sind LCD, insbesondere rLCD-Projektoren. Bevorzugte optische Komponenten sind optisches Laserglas und/oder Faserglas, insbesondere zur Telekommunikation.
Ein Herstellungsbeispiel für die erfindungsgemäßen Gläser umfaßt folgendes:
Die Rohstoffe für die Oxide, bevorzugt Carbonate, Nitrate und/oder Fluoride werden abgewogen, ein oder mehrere Läutermittel, wie z. B. Sb₂O₃, zugegeben und anschließend gut gemischt. Das Glasgemenge wird bei ca. 1150°C in einem kontinuierlichen Schmelzaggregat eingeschmolzen, danach bei 1200°C geläutert und homogenisiert. Bei einer Gußtemperatur von etwa 1000°C wird das Glas heißverarbeitet, definiert gekühlt und ggf. zu den gewünschten Abmessungen weiterverarbeitet.
Schmelzbeispiel für 100 kg berechnetes Glas:
Die Eigenschaften des damit erhaltenen Glases sind in der folgenden Tabelle 2, Beispiel 8 angegeben. Tabelle 1 Ausführungsbeispiele auf der Basis des Glases SF 57 (Mengenangaben in Gew.-%)

Tabelle 2 Ausführungsbeispiele auf der Basis des Glases Sr 57 (Mengenangaben in Gew.-%)

Tabelle 3 Ausführungsbeispiele auf der Basis der Gläser SF 58 und SF 59 (Mengenangaben in Gew.-%)

Tabelle 4 Ausführungsbeispiele auf der Basis des Glases SF 56 (Mengenangaben in Gew.-%)
Die Erfindung bezieht sich auf optische Gläser des Schwerflint- und Lanthanschwerflintbereichs, die sich durch ihre speziellen optischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften besonders zum Einsatz in Applikationsfeldern, die von geringen spannungsoptischen Effekten in ihren Glaskomponenten profitieren (etwa durch Ausnutzen von Polarisationseffekten wie bei der Projektion, Brechwerthomogenitäten wie in der Mikrolithographie oder Telekommunikation) oder durch eine Beschichtungs-Kompatibilität im optischen Sinne (z. B. bei speziellen optischen Komponenten) qualifizieren.
Zu den herausragenden Eigenschaften zählen unter anderem der gegen Null gehende spannungsoptische Koeffizient bei trotzdem guter chemischer. Beständigkeit und ausreichender Knoop-Härte sowie des weiteren guter Schmelz- und Bearbeitbarkeit.
Die erfindungsgemäßen Gläser können für den ebenfalls denkbaren Einsatz als optisches Laserglas oder auch als Telekommunikations-Faserglas mit laser- oder optoaktiven Komponenten (beispielhaft: Oxide der Elemente Ga, Ge, Y, Nb, Mo, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tn, Yb, Hf, Ta) dotiert werden.

Claims

1. Optisches Glas des Schwerflint- und Lanthanschwerflintbereichs, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung (in Gew.-%)
SiO₂ 5-35 PbO 55-88 B₂O₃ 0-10 Na₂O 0-5 K₂O 0-5

Σ(Na₂O; K₂O) : 0 ≤ x ≤ 8
TiO₂ 0-10 ZrO₂ 0-10 La₂O₃ 0-10 BaO 0-10 ZnO 0-10

Σ(TiO₂; ZrO₂; La₂O₃; ZnO; BaO) : 1 ≤ x ≤ 15.

2. Optisches Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung (in Gew.-%)
SiO₂ 8-32 PbO 58-85 B₂O₃ 0-5 Na₂O 0-3 K₂O 0-5

Σ(Na₂O; K₂O) : 0 ≤ x ≤ 7
TiO₂ 0-7 ZrO₂ 0-7 La₂O₃ 0-7 BaO 0-7 ZnO 0-7

Σ(TiO₂; ZrO₂; La₂O₃; ZnO; BaO) : 1 ≤ x ≤ 15.

3. Optisches Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung (in Gew.-%)
SiO₂ 10-30 PbO 60-81 B₂O₃ 0-3 Na₂O 0-2 K₂O 0-3

Σ(Na₂O; K₂O) : 0 ≤ x ≤ 5
TiO₂ 0-7 ZrO₂ 0-5 La₂O₃ 0-5 BaO 0-5 ZnO 0-5

Σ(TiO₂; ZrO₂; La₂O₃; ZnO; BaO) : 1 ≤ x ≤ 10.

4. Optisches Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung (in Gew.-%) SiO₂ 10-26 PbO 66-81 B₂O₃ 0-3 Na₂O 0-1 K₂O 0-2

Σ(Na₂O; K₂O) : 0 ≤ x ≤ 5
TiO₂ 0-5 ZrO₂ 0-5 La₂O₃ 0-5 BaO 0-5 ZnO 0-5

Σ(TiO₂; ZrO₂; La₂O₃; ZnO; BaO) : 1 ≤ x ≤ 10.

5. Optisches Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Untergrenze der Summe von (Na₂O; K₂O) bei 0,5 Gew.-% liegt.

6. Optisches Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Obergrenze der Summe von (TiO₂; ZrO₂; La₂O₃; ZnO; BaO) bei 7 Gew.-% liegt.

7. Optisches Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Untergrenze der Summe von (TiO₂; ZrO₂; La₂O₃; ZnO; BaO) bei 2 Gew.-% liegt.

8. Optisches Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Untergrenze der Summe von (TiO₂; ZrO₂; La₂O₃; ZnO; BaO) bei 3 Gew.-% liegt.

9. Optisches Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas mit laser- oder optoaktiven Komponenten dotiert ist.

10. Optisches Glas nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas mit einem oder mehreren Oxiden der Elemente Ga, Ge, Y, Nb, Mo, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tn, Yb, Hf, Ta dotiert ist.

11. Verfahren zur Herstellung von optischen Gläsern des Schwerflintbereichs durch Erzeugen einer Schmelze aus
5-35 Gew.-% SiO₂
55-88 Gew.-% PbO
0-10 Gew.-% B₂O₃
0-5 Gew.-% Na₂O
0-5 Gew.-% K₂O
und anschließendem Abkühlen der Schmelze unter Erstarrung.

12. Verwendung des optischen Glases nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in Projektoren, insbesondere rLCD-Projektoren, in der Mikrolithographie, Telekommunikation sowie in optischen Komponenten.