[发明专利]新型聚硅氧烷组合物及其应用

说明书

本发明提供一种用于低折射率薄膜的组合物，所述组合物包含10重量份的聚硅氧烷和3至150重量份的挥发性羟基烷基硅烷。基于所述聚硅氧烷组合物，可制备具有多孔聚硅氧烷网络且表现出1.4或更小的低折射率和1.5或更小的介电常数的薄膜。

技术领域

本发明涉及能够形成低折射率薄膜的聚硅氧烷组合物。具体而言，本发明涉及一种包括多孔硅氧烷树脂的聚硅氧烷组合物以及由该材料制得的薄膜。本发明还涉及所述组合物的应用，例如用于制备在光波导光学器件、介质堆、谐振器结构和其他光学器件中的抗反射涂层薄膜。

背景技术

低折射率(RI)是抗反射(AR)薄膜、光波导光学器件、介质堆、谐振器结构和其他相关应用的一个重要性能。目前使用的低RI材料种类繁多。最简单的就是空气，其具有常规材料中最低的已知的RI，该RI接近1.0。空气有时被用作半导体器件中的气隙，但由于其缺乏机械完整性，因此不能支撑额外的层或结构。

对于固体低RI材料，氟化物质历来被用作低RI涂层。这些氟化物质包括氟化镁矿物和氟烷基化聚合物(fluoroalkylated polymers)，并且它们的折射率通常在1.3到1.4之间。氟烷基(fluoroalkyl，PTFE，“特氟隆”)型材料也具有低折射率，但通常具有附着力较差的缺陷。

其他常见的AR-涂层由多孔SiO₂纳米颗粒组成，其中，多孔SiO₂纳米颗粒通过例如所谓的工艺，在弱碱(如氨)存在下，从乙醇水溶液中的正硅酸乙酯制得。这些溶液制得RI非常低(1.25)的薄膜，但由于这些薄膜基本上是由微观多孔球形纳米颗粒粉末制成，而不是由成薄膜聚合物溶液制成，因此它们缺乏结构完整性，使得因此即使用手指也很容易将这些薄膜擦掉。此外，由于低开裂阈值，这些薄膜的最大膜厚往往低于1μm，导致它们的应用非常有限。

另一种RI技术涉及将空心二氧化硅纳米颗粒与适当的粘合剂混合。虽然可以通过使这些混合物中粘合剂的量最小化来获得低折射率，但是，由于，材料常常具有由空心粒子的光散射产生的不可接受的高雾度的缺陷。

根据理论和菲涅耳方程，四分之一波长的抗反射涂层的厚度等于其中，是AR-介质中光的波长，并且，AR-介质的最佳RI为基底的RI的平方根(√)。例如，钠钙(sodalime)玻璃的RI为1.52，因此AR-涂层的最佳RI为√1.52＝1.23，并且绿光(550nm)的厚度为550/1.23/4＝112nm。对于石英，RI＝1.45，而对于氟化镁MgF₂，RI＝1.37。性能最好的AR-涂层应具有还要更低的RI，分别为1.20和1.17。为了抗反射涂层的目的，要求材料的RI低于1.3，优选低于1.2，并且可以被沉积为薄膜。

低-RI薄膜也用于LCD-屏幕，其中，宽色域RGB-显示器的红色和绿色是在蓝色背光上使用特定颜色的量子点(QD)制成的。量子点通常是昂贵的，因此QD-层优选夹在两个低RI(RI1.25)谐振器层之间。这种布局有效地增加了QD阱结构层的光密度，然后可以通过这种方式使其变薄(图1)。

本领域已知各种聚硅氧烷涂层可用作抗反射薄膜。

KR20130075428A公开了一种通过具有具有纳米层结构的多孔二氧化硅纳米层而具有低反射和高硬度、高透射率和基底折射的涂层薄膜。该涂层具有多孔二氧化硅纳米层结构，为了获得高硬度，该结构以聚硅氧烷和二氧化硅杂化物网络的形式存在。该材料具有微孔以及小于1.3的低折射率，其中，折射率可通过二氧化硅与空气体积的比值进行调节。

WO2011013611A1公开了一种可通过活性能量射线固化的光敏树脂组合物。该光敏组合物可提供一种具有高硬度以及优异的耐刮擦性、附着力、耐化学性、耐沾污性和透明性且具有低折射率的固化产物。此外，该薄膜由硬涂层薄膜形式的光敏树脂组合物制成，所述硬涂层薄膜可通过固化所述树脂组合物来制备，所述树脂组合物包含分子中具有至少三个(甲基)丙烯酰基的多官能(甲基)丙烯酸酯，平均粒径为1至200nm的纳米多孔结构的胶体二氧化硅和含有(甲基)丙烯酰基的聚硅氧烷以及光自由基聚合引发剂。