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特表2023-541398高い屈折率及び低い密度を有するシリコボレート及びボロシリケートガラス
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  • 特表-高い屈折率及び低い密度を有するシリコボレート及びボロシリケートガラス 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-02
(54)【発明の名称】高い屈折率及び低い密度を有するシリコボレート及びボロシリケートガラス
(51)【国際特許分類】
   C03C 3/064 20060101AFI20230925BHJP
   C03C 3/066 20060101ALI20230925BHJP
   C03C 3/068 20060101ALI20230925BHJP
   C03C 3/072 20060101ALI20230925BHJP
   C03C 3/074 20060101ALI20230925BHJP
   C03C 3/089 20060101ALI20230925BHJP
   C03C 3/091 20060101ALI20230925BHJP
   C03C 3/093 20060101ALI20230925BHJP
   C03C 3/095 20060101ALI20230925BHJP
   C03C 3/097 20060101ALI20230925BHJP
   C03C 3/108 20060101ALI20230925BHJP
   G02B 1/00 20060101ALN20230925BHJP
【FI】
C03C3/064
C03C3/066
C03C3/068
C03C3/072
C03C3/074
C03C3/089
C03C3/091
C03C3/093
C03C3/095
C03C3/097
C03C3/108
G02B1/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023516169
(86)(22)【出願日】2021-08-25
(85)【翻訳文提出日】2023-05-09
(86)【国際出願番号】 US2021047434
(87)【国際公開番号】W WO2022055702
(87)【国際公開日】2022-03-17
(31)【優先権主張番号】63/076,547
(32)【優先日】2020-09-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】397068274
【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史
(74)【代理人】
【識別番号】100175042
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 秀明
(72)【発明者】
【氏名】ルオ,ジエン
(72)【発明者】
【氏名】マー,リーナー
(72)【発明者】
【氏名】プライヴェン,アレクサンダー アイ
【テーマコード(参考)】
4G062
【Fターム(参考)】
4G062AA04
4G062CC10
4G062DA04
4G062DA05
4G062DB01
4G062DB02
4G062DB03
4G062DC02
4G062DC03
4G062DC04
4G062DD01
4G062DD02
4G062DD03
4G062DD04
4G062DE01
4G062DE02
4G062DF01
4G062DF02
4G062EA01
4G062EA02
4G062EA10
4G062EB01
4G062EB02
4G062EC01
4G062EC02
4G062ED01
4G062EE01
4G062EE02
4G062EF01
4G062EG01
4G062EG02
4G062FA01
4G062FB03
4G062FB04
4G062FB05
4G062FC03
4G062FC04
4G062FD01
4G062FD02
4G062FD03
4G062FE01
4G062FF01
4G062FG03
4G062FG04
4G062FG05
4G062FH01
4G062FJ01
4G062FJ02
4G062FK01
4G062FK02
4G062FL01
4G062GA01
4G062GA02
4G062GA10
4G062GB01
4G062GC01
4G062GD01
4G062GD02
4G062GE01
4G062HH01
4G062HH03
4G062HH05
4G062HH08
4G062HH09
4G062HH11
4G062HH13
4G062HH16
4G062HH17
4G062JJ01
4G062JJ03
4G062JJ05
4G062JJ07
4G062JJ10
4G062KK02
4G062KK04
4G062KK05
4G062KK08
4G062MM02
4G062NN01
4G062NN02
4G062NN29
4G062NN33
(57)【要約】
ガラス形成剤として二酸化ケイ素(SiO)及び/又は酸化ホウ素(B)を含有し、587.56nmで測定した場合に1.9以上の屈折率nと、25℃で測定した場合に5.5g/cm以下の密度とを有する、ガラスが提供される。任意に、上記ガラスは、上記電磁スペクトルの可視及び近紫外(近UV)範囲における高い透過率、並びに/又は良好なガラス形成性を特徴としてよい。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
14.0モル%~50.0モル%のSiO
0.0モル%超のB
5.0モル%~40.0モル%のTiO
2.2モル%~50.0モル%のNb
2.5モル%~25.0モル%のZrO
0.0モル%~30.0モル%の希土類金属酸化物(RE)の総含有量;及び
存在する場合は0.5モル%以下で存在する他の酸化物種
を含む、ガラスであって、
酸化物のモルパーセントでの、SiOの量に対するBの量の比(B/SiO)は、少なくとも0.050であり、
前記ガラスは、Yを実質的に含まない、ガラス。
【請求項2】
前記ガラスは:
12.0モル%~40.0モル%のTiO
2.5モル%~13.0モル%のZrO;及び
2.2モル%~30.0モル%のNb
のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載のガラス。
【請求項3】
前記ガラスは:
587.56nmの波長で測定した場合に1.90~2.10の屈折率n;及び
25℃で測定した場合に5.5g/cm以下の密度dRT
を有する、請求項1又は2に記載のガラス。
【請求項4】
前記ガラスは、酸化物のモルパーセントを単位とする各酸化物の量に基づく、式(I)及び式(II):
【数1】
及び
【数2】
のうちの少なくとも一方を満たし、ここでREは、モルパーセントを単位とする、希土類金属酸化物の前記総含有量である、請求項1~3のいずれか1項に記載のガラス。
【請求項5】
前記ガラスは、結晶化することなく、空気中で1100℃から500℃まで2.5分間で冷却できることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載のガラス。
【請求項6】
1.0モル%~40.0モル%のB
13.5モル%以上のLa
0.0モル%以上のSiO、ただし(SiO+B)の合計は1.0モル%~50.0モル%;並びに
希土類金属酸化物、Al、Nb、TiO、ThO、GeO、P、ZnO、Y、BaO、Bi、CaO、Er、Gd、KO、La、LiO、NaO、Nd、PbO、TeO、WO、Yb、及びZrOから選択される、少なくとも1つの酸化物であって、
Nbは0.0モル%~12.3モル%であり、
TiOは0.0モル%~33.0モル%であり、
ThOは0.0モル%~5.0モル%であり、
GeOは0.0モル%~10.0モル%であり、
は0.0モル%~20.0モル%であり、
Alは0.0モル%~2.5モル%であり、
(ZnO+Y)の合計は0.0モル%~2.5モル%である
という条件に従う、少なくとも1つの酸化物
を含む、ガラスであって、
前記ガラスは式(X):
【数3】
を満たし、ここでPは前記ガラスの屈折率パラメータであり、式(VIII):
【数4】
に従って計算され、
は密度パラメータであり、式(IX):
【数5】
に従って計算され、式(VIII)及び式(IX)中に列挙された各酸化物は、前記ガラス中の、モル%を単位として表された酸化物の量を指す、ガラス。
【請求項7】
前記ガラスは:
10.0モル%~40.0モル%のB
13.5モル%~30.0モル%のLa;及び
0.0モル%以上~20.0モル%のSiO
を含む、請求項6に記載のガラス。
【請求項8】
前記ガラスは:
587.56nmの波長で測定した場合に1.90~2.10の屈折率n;及び
25℃で測定した場合に5.5g/cm以下の密度dRT
を有する、請求項6又は7に記載のガラス。
【請求項9】
14.5モル%以上のB
2.0モル%以上のSiO、ただし(SiO+B)の合計は3.0モル%~50.0モル%;
1.0モル%~45.0モル%のNb;並びに
1価金属酸化物、2価金属酸化物、希土類金属酸化物、As、Sb、Al、TiO、MoO、Ta、GeO、P、ZnO、Y、BaO、Bi、CaO、Er、Gd、Ga、KO、La、LiO、NaO、Nd、PbO、TeO、WO、Yb、及びZrOから選択される、少なくとも1つの酸化物であって、
TiOは0.0モル%~36.0モル%であり、
ZrOは0.0モル%以上であり、
は0.0モル%~1.0モル%であり、
Taは0.0モル%~1.5モル%であり、
GeOは0.0モル%~0.5モル%であり、
CaOは0.0モル%~15.0モル%であり、
は0.0モル%~20.0モル%であり、
Alは0.0モル%~2.5モル%であり、
ZnOは0.0モル%~5.5モル%であり、
MoOは0.0モル%~3.0モル%であり、
MgOは0.0モル%~15.0モル%であり、
Gaは0.0モル%~5.0モル%であり、
LiOは0.0モル%~8.0モル%であり、
TeOは0.0モル%~10.0モル%であり、
1価金属酸化物(RO)の総含有量は0.0モル%~15.0モル%であり、
希土類金属酸化物(RE)の総含有量は0.0モル%~50.0モル%であり、
(As+Sb)の合計は0.0モル%~1.0モル%であり、
(RE+TiO+Nb+ZrO+Bi+WO)の合計は25.0モル%以上であり、
(RO+RO-BaO)の合計は0.0モル%~20.0モル%であり、ここでROは2価金属酸化物の総含有量である
という条件に従う、少なくとも1つの酸化物
を含む、ガラスであって、
前記ガラスは更に、フッ素を実質的に含まず、
前記ガラスは、式(XII):
【数6】
を満たし、ここでPは1.85以上の値を有する屈折率パラメータであり、式(VIII):
【数7】
に従って計算され、Pは、式(IX):
【数8】
に従って計算される密度パラメータであり、
は式(VI):
【数9】
に従って計算される透過率指数であり、式(VIII)、式(IX)、及び式(VI)中に列挙された各酸化物は、前記ガラス中の、モル%を単位として表された酸化物の量を指す、ガラス。
【請求項10】
前記ガラスは:
587.56nmの波長で測定した場合に少なくとも1.95である屈折率n;及び
25℃で測定された密度dRT(g/cm
を有し、
前記ガラスは、式(VII):
【数10】
を満たす、請求項9に記載のガラス。
【請求項11】
前記ガラスは:
2.0モル%~36.0モル%のSiO;及び
14.5モル%~48.0モル%のB
を含む、請求項9又は10に記載のガラス。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【0001】
本出願は、米国特許法第119条(e)の下で2020年9月10日出願の米国仮特許出願第63/076,547号からの優先権を主張するものであり、上記仮特許出願はその全体が参照によって本出願に援用される。
【技術分野】
【0002】
本開示は一般に、高い屈折率及び低い密度を有するシリコボレート及びボロシリケートガラスに関する。
【背景技術】
【0003】
ガラスは、拡張現実デバイス、仮想現実デバイス、複合現実デバイス、アイウェア等を例として含む多様な光学デバイスに使用される。このタイプのガラスに望まれる特性には、高い屈折率及び低い密度が含まれることが多い。更なる望ましい特性には、電磁スペクトルの可視及び近紫外(近UV)範囲での高い透過、並びに/又は低い光分散が含まれる場合がある。これらの特性の望ましい組み合わせを有し、かつ良好なガラス形成性を有する組成物から形成できる、ガラスを見つけ出すことは、困難である可能性がある。例えば一般に、ガラスの屈折率が上昇すると、密度も上昇する傾向がある。ガラスの密度を上昇させずにガラスの屈折率を上昇させるために、TiO及びNb等の種を添加することが多い。しかしながら、これらの材料は青色光及びUV光を吸収することが多く、これは望ましくないことに、ガラスによるスペクトルのこの範囲の光の透過率を低下させる可能性がある。低い密度を維持したまま、またスペクトルの青色及びUV範囲の透過率を低下させることなく、ガラスの屈折率を上昇させる試みは、材料のガラス形成性を低下させる結果となる場合が多い。例えば、業界で一般的に許容可能な冷却速度でガラス溶融物を冷却する間に、結晶化、及び/又は液相‐液相分離が発生する場合がある。典型的には、ガラス形成性の低下は、ZrO、Y、Sc、BeO等といった特定の種の量が増加した場合に見られる。
【0004】
低密度かつ高屈折率のガラスは多くの場合、使用されるガラス形成剤に基づいて、以下の2つのタイプの化学系のうちの一方に属する:(a)SiO及び/又はBがメインのガラス形成剤として使用される、シリコボレート又はボロシリケートガラス;並びに(b)Pがメインのガラス形成剤として使用される、リン酸ガラス。メインのガラス形成剤としてGeO、TeO、Bi、及びVといった他の酸化物に依存するガラスは、コスト、ガラス形成性、光学特性、及び/又は製造要件を理由として、使用が困難となる場合がある。
【0005】
リン酸ガラスは高い屈折率及び低い密度を特徴とすることができるが、リン酸ガラスは、溶融物からのPの揮発、及び/又は白金との不適合性のリスクにより、製造が困難である場合がある。更にリン酸ガラスは多くの場合強く着色され、所望の透過率特性を有するガラスを提供するためには、追加の漂白ステップを必要とすることがある。更に、高い屈折率を示すリン酸ガラスは、光分散が上昇する傾向も有する。
【0006】
シリコボレート及びボロシリケートガラスは典型的には製造が容易であり、漂白ステップを行わなくても高い透過率を示すことができる。しかしながら、シリコボレート及びボロシリケートガラスは典型的には、リン酸ガラスに比べて、屈折率を上昇させた場合に密度の上昇を示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
これらの事項を考慮すると、任意に、可視及び近UV範囲での高い透過率を示すこと、並びに/又は良好なガラス形成性を提供する組成物から作製されることと併せて、高い屈折率及び低い密度を有する、シリコボレート及びボロシリケートガラスに対する需要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示のある実施形態によると、ガラスは:14.0モル%~50.0モル%のSiO;0.0モル%超のB;5.0モル%~40.0モル%のTiO;2.2モル%~50.0モル%のNb;2.5モル%~25.0モル%のZrO;0.0モル%~30.0モル%の希土類金属酸化物(RE)の総含有量;及び存在する場合は0.5モル%以下で存在する他の酸化物種を含む。酸化物のモルパーセントでの、SiOの量に対するBの量の比(B/SiO)は、少なくとも0.050である。更に上記ガラスは、Yを実質的に含まない。
【0009】
本開示の別の実施形態によると、ガラスは:1.0モル%~40.0モル%のB;13.5モル%以上のLa;0.0モル%以上のSiO、ただし(SiO+B)の合計は1.0モル%~50.0モル%;並びに希土類金属酸化物、Al、Nb、TiO、ThO、GeO、P、ZnO、Y、BaO、Bi、CaO、Er、Gd、KO、La、LiO、NaO、Nd、PbO、TeO、WO、Yb、及びZrOから選択され、Nbは0.0モル%~12.3モル%であり、TiOは0.0モル%~33.0モル%であり、ThOは0.0モル%~5.0モル%であり、GeOは0.0モル%~10.0モル%であり、Pは0.0モル%~20.0モル%であり、Alは0.0モル%~2.5モル%であり、(ZnO+Y)の合計は0.0モル%~2.5モル%であるという条件に従う、少なくとも1つの酸化物を含む。上記ガラスは更に式(X):
【0010】
【数1】
【0011】
を満たし、ここでPは上記ガラスの屈折率パラメータであり、式(VIII):
【0012】
【数2】
【0013】
に従って計算され、
は密度パラメータであり、式(IX):
【0014】
【数3】
【0015】
に従って計算され、式(VIII)及び式(IX)中に列挙された各酸化物は、上記ガラス中の、モル%を単位として表された酸化物の量を指す。
【0016】
更に別の実施形態によると、ガラスは:14.5モル%以上のB;2.0モル%以上のSiO、ただし(SiO+B)の合計は3.0モル%~50.0モル%;1.0モル%~45.0モル%のNb;並びに1価金属酸化物、2価金属酸化物、希土類金属酸化物、As、Sb、Al、TiO、MoO、Ta、GeO、P、ZnO、Y、BaO、Bi、CaO、Er、Gd、Ga、KO、La、LiO、NaO、Nd、PbO、TeO、WO、Yb、及びZrOから選択され、TiOは0.0モル%~36.0モル%であり、ZrOは0.0モル%以上であり、Yは0.0モル%~1.0モル%であり、Taは0.0モル%~1.5モル%であり、GeOは0.0モル%~0.5モル%であり、CaOは0.0モル%~15.0モル%であり、Pは0.0モル%~20.0モル%であり、Alは0.0モル%~2.5モル%であり、ZnOは0.0モル%~5.5モル%であり、MoOは0.0モル%~3.0モル%であり、MgOは0.0モル%~15.0モル%であり、Gaは0.0モル%~5.0モル%であり、LiOは0.0モル%~8.0モル%であり、TeOは0.0モル%~10.0モル%であり、1価金属酸化物(RO)の総含有量は0.0モル%~15.0モル%であり、希土類金属酸化物(RE)の総含有量は0.0モル%~50.0モル%であり、(As+Sb)の合計は0.0モル%~1.0モル%であり、(RE+TiO+Nb+ZrO+Bi+WO)の合計は25.0モル%以上であり、(RO+RO-BaO)の合計は0.0モル%~20.0モル%であり、ここでROは2価金属酸化物の総含有量である、という条件に従う、少なくとも1つの酸化物を含む。上記ガラスは更に、フッ素を実質的に含まない。更に上記ガラスは、式(XII):
【0017】
【数4】
【0018】
を満たし、ここでPは1.85以上の値を有する屈折率パラメータであり、式(VIII):
【0019】
【数5】
【0020】
に従って計算され、Pは、式(IX):
【0021】
【数6】
【0022】
に従って計算される密度パラメータであり、
は式(VI):
【0023】
【数7】
【0024】
に従って計算される透過率指数であり、式(VIII)、式(IX)、及び式(VI)中に列挙された各酸化物は、上記ガラス中の、モル%を単位として表された酸化物の量を指す。
【0025】
本開示の上述の及びそれ以外の態様、目的、及び特徴は、当業者には、以下の明細書、特許請求の範囲、及び図面を研究すれば理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【0026】
図1】いくつかの比較例のガラス、及び本開示のある実施形態によるいくつかの例示的なガラスに関する、室温での密度dRTと、式(IX)に従って計算される密度パラメータPとの間の関係を示すプロット
図2】いくつかの比較例のガラス、及び本開示のある実施形態によるいくつかの例示的なガラスに関する、屈折率n(587.56nmで測定)と、式(VIII)に従って計算される屈折率パラメータPとの間の関係を示すプロット
図3】本開示のある実施形態によるいくつかの例示的なガラスに関する、「15分試験」条件及び「2.5分試験」条件に従った例示的な冷却スケジュールのプロット
図4】いくつかの比較例のガラス、及び本開示のある実施形態によるいくつかの例示的なガラスに関する、式(IX)に従って計算される密度パラメータPと、式(VIII)に従って計算される屈折率パラメータPとの間の関係を示すプロット
図5】いくつかの比較例のガラス、及び本開示のある実施形態によるいくつかの例示的なガラスに関する、室温での密度dRT(g/cm)と屈折率n(587.56nmで測定)との間の関係を示すプロット
図6】いくつかの比較例のガラス、及び本開示のある実施形態によるいくつかの例示的なガラスに関する式(VI)に従って計算された透過率指数Tと、式(VIII)に従って計算された屈折率パラメータPと、式(IX)に従って計算された密度パラメータPの間の関係を示すプロット
図7】いくつかの比較例のガラス、及び本開示のある実施形態によるいくつかの例示的なガラスに関する式(VI)に従って計算された透過率指数Tと、屈折率n(587.56nmで測定)と、室温での密度dRTとの間の関係を示すプロット
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下の「発明を実施するための形態」では、限定ではなく説明を目的として、具体的詳細を開示する例示的実施形態を記載することによって、本開示の様々な原理の完全な理解を提供する。しかしながら、本開示を、本明細書で開示される上記具体的詳細から逸脱した他の実施形態においても実践できることは、本開示の利益を享受した当業者には明らかであろう。更に、本開示の様々な原理の説明を不明瞭にしないよう、公知のデバイス、方法、及び材料の説明を省略する場合がある。最後に、適用可能な限り、同様の参照番号は同様の要素を指す。
【0028】
本明細書中で使用される場合、用語「及び/又は(及び/又は)」は、2つ以上の項目の列挙において使用される場合、列挙された項目のうちのいずれの1つを単独で採用でき、又は列挙された項目のうちの2つ以上のいずれの組み合わせを採用できることを意味する。例えば、ある組成物が成分A、B、及び/又はCを含有するものとして説明される場合、当該組成物は:Aを単独で;Bを単独で;Cを単独で;A及びBを組み合わせて;A及びCを組み合わせて;B及びCを組み合わせて;又はA、B、及びCを組み合わせて含有できる。
【0029】
当業者及び本開示を作製又は使用する者には、本開示の修正形態が想起されるだろう。従って、図面に示され、かつ上述された実施形態は、例示を目的としたものにすぎず、均等論を含む特許法の原理に従って解釈される以下の特許請求の範囲によって定義される、本開示の範囲を限定することを意図したものではないことが理解される。
【0030】
本明細書中で使用される場合、用語「約(about)」は、量、サイズ、処方、パラメータ、並びに他の量及び特徴が、正確ではなくかつ正確である必要がないものの、必要に応じて許容誤差、換算係数、丸め、測定誤差等、及び当業者に公知のその他の因子を反映した、おおよそのもの、及び/又は大きい若しくは小さいものであってよいことを意味している。一般に、量、サイズ、処方、パラメータ、又は他の量若しくは特徴は、そのように明記されているかいないかにかかわらず、「約」又は「おおよそ(approximate)」のものである。用語「約」がある値又はある範囲のある端点を記述する際に使用される場合、本開示は、言及された具体的な値又は端点を含むことを理解されたい。本明細書中の数値又は範囲の端点が「約」として記載されているかどうかにかかわらず、上記数値又は範囲の端点は、2つの実施形態、即ち:「約」で修飾された実施形態、及び「約」で修飾されていない実施形態を含むことを目的としている。更に、各範囲の端点は、他の端点との関連においても、他の端点とは独立したものとしても、重要であることが理解されるだろう。
【0031】
用語「…から形成される(formed from)」は、「…を含む(comprise)」、「…から本質的になる(consist essentially of)」、又は「…からなる(consists of)」のうちの1つ以上を意味することができる。例えば、ある特定の材料から形成された構成部品は、この特定の材料を含む場合も、この特定の材料から本質的になる場合も、この特定の材料からなる場合もある。
【0032】
特段の指定がない限り、全ての組成は、バッチ処理されたままの状態のモルパーセント(モル%)で表される。当業者には理解されるように、様々な溶融成分(例えばフッ素、アルカリ金属、ホウ素等)は、これらの成分の溶融中に、(例えば蒸気圧、溶融時間、及び/又は溶融温度に応じて)様々なレベルの揮発を受ける可能性がある。従って、このような成分に関する用語「約」は、本明細書中で提供されるバッチ処理されたままの状態の組成物と比較して、最終的な物品を測定した場合に約0.2モル%以内の値を包含することを意図している。以上を念頭に置くと、最終的な物品とバッチ処理されたままの状態の組成物との間に、実質的な組成の同等性が期待される。いくつかの実施形態では、そのように示されている場合には、組成はバッチ処理されたままの状態の酸化物の重量パーセント(重量%)で表される場合がある。
【0033】
フッ素を酸化物ガラスに添加する、又はフッ素が酸化物ガラス中に存在する場合、結果として得られるガラス組成物の分子表示は、異なる複数の方法で表現できる。本開示では、フッ素が存在する場合、単一の項としてのフッ素の含有量は、原子パーセント(原子%)を単位として表現され、これは、ガラス組成物中の全ての原子の総計に対するフッ素の分率を100倍したものに基づいて決定される。
【0034】
本開示では、フッ素含有組成物及び濃度範囲の以下の表示方法が使用される。全ての酸化物(例えばSiO、B、NaO等)に関する濃度の限界は、それぞれの陽イオン(例えばケイ素[Si4+]、ホウ素[B3+]、ナトリウム[Na]等)が、対応する酸化物の形態で最初に提示されるという想定の下で、提示される。フッ素が存在する場合、組成物の成分の濃度を計算するために、酸化物中の酸素の一部を等価のフッ素で置換する(即ち1つの酸素原子が2つのフッ素原子で置換される)。上記フッ素は、フッ化ケイ素(SiF)の形態で存在すると想定されるため、全ての酸化物とSiFとの総計は、全ての組成物において100モルパーセント又は100重量%となる。
【0035】
用語「含まない(free)」及び「実質的に含まない(substantially free)」は、ガラス組成物中の、意図的に添加されたものではない特定の成分の量及び/又は不在を指すために、相互交換可能なものとして使用される。ガラス組成物は、微量の特定の構成成分を、0.10モル%未満の量で、混入物質又はトランプとして含有する場合がある。
【0036】
ガラス組成物中の特定の構成成分を説明するために使用される場合、本明細書中で使用される用語「トランプ(tramp)」は、ガラス組成物に意図的に添加されたものではなく、0.05モル%未満の量で存在する構成成分を指す。トランプ成分は、別の構成成分中の不純物として、及び/又は又はガラス組成物の加工中にトランプ成分が組成物へと移動することにより、ガラス組成物に意図せず添加される場合がある。
【0037】
用語「ガラス形成剤(glass former)」は本明細書において、ガラス組成物中に単独で(即ちトランプを除く他の成分を伴わずに)存在して、約200℃/分~約300℃/分以下の速度で溶融物を冷却したときにガラスを形成できる、成分を指す。
【0038】
本明細書中で使用される場合、用語「改質剤(modifier)」は、1価又は2価金属の酸化物、即ちMO又はMO(「M」は金属を表す)を指す。改質剤をガラス組成物に添加することにより、溶融物及び結果として得られるガラスの原子構造を変化させることができる。いくつかの実施形態では、改質剤は、ガラス形成剤中に存在する陽イオン(例えばB中のホウ素)の配位数を変化させることができ、これにより、より重合した原子ネットワークを形成でき、その結果としてより良好なガラス形成を提供できる。
【0039】
本明細書中で使用される場合、用語「RO」は2価金属酸化物の総含有量を指し、用語「RO」は1価金属酸化物の総含有量を指し、用語「AlkO」はアルカリ金属酸化物の総含有量を指す。用語ROは、例えばAgO、TlO、及びHgOといった他の1価金属酸化物に加えて、アルカリ金属酸化物(AlkO)を包含する。以下で説明されるように、本開示では、希土類金属酸化物は、希土類金属が酸化還元状態「+3」を有するその正規化された式(RE)で呼称されるため、希土類金属酸化物は用語「RO」には包含されない。
【0040】
本明細書中で使用される場合、用語「希土類金属(rare earth metal)」はIUPAC周期表のランタニド系列に列挙されている金属に加えて、イットリウム及びスカンジウムを指す。本明細書中で使用される場合、用語「希土類金属酸化物(rare earth metal oxide)」は、ランタンはLa中で「+3」、セリウムはCeO中で「+4」、ユーロピウムはEuO中で「+2」等といった、様々な酸化還元状態の、希土類金属の酸化物を指すために使用される。一般に、酸化物ガラス中での希土類金属の酸化還元状態は変化する可能性があり、特に酸化還元状態は、溶融中に、バッチ組成、並びに/又はガラスが溶融及び/若しくは熱処理される(例えばアニーリングされる)炉内の酸化還元条件に基づいて変化する可能性がある。特段の指定がない限り、希土類金属酸化物は、本明細書では、希土類金属が酸化還元状態「+3」を有するその正規化された式で呼称される。従って、「+3」以外の酸化還元状態を有する希土類金属をガラス組成物バッチに添加する場合、ガラス組成物は、化学量論を維持するためにいくらかの酸素を追加又は除去することによって再計算される。例えばCeO(酸化還元状態「+4」のセリウムを含む)をバッチ成分として使用する場合、結果として得られるガラス組成は、2モルのCeOが1モルのCeと等価であるという想定で再計算され、結果として得られるガラス組成はCeに関して提示される。本明細書中で使用される場合、用語「RE」は、存在する全ての酸化還元状態の希土類金属酸化物の総含有量を指すために使用され、用語「RE」は、「+3」の酸化還元状態の希土類金属酸化物の総含有量を指すために使用される。
【0041】
本明細書中で報告されるガラスの測定密度の値は、0.001g/cmの誤差を有するヘリウムピクノメータを用いて、g/cmを単位として室温で測定されたものである。本明細書中で使用される場合、室温での密度測定値(dRTとして記載される)は、20℃又は25℃で測定されたものとして示され、20℃~25℃の範囲内であってよい温度で得られた複数の測定値を包含する。室温は約20℃と約25℃との間で変動する可能性があることが理解されるが、本開示の目的のために、20℃~25℃の温度範囲内での密度の変動は、0.001g/cmの誤差より小さいと予想されるため、本明細書中で報告される室温での密度測定値には影響しないと予想される。
【0042】
本明細書中で使用される場合、用語「低い密度(low density)」は、特段の指定がない限り5.5g/cm以下の密度を意味し、用語「低い密度パラメータ(low density parameter)」は、密度パラメータPの値が5.5g/cm以下であることを意味する。
【0043】
本明細書中で使用される場合、「良好なガラス形成性」は、材料を冷却する際に溶融物が失透に耐えられることを指す。ガラス形成性は、溶融物の臨界冷却速度を決定することによって測定できる。用語「臨界冷却速度(critical cooling rate)」又は「vcr」は、本明細書では、所与の組成物の溶融物が、100倍~500倍の倍率の光学顕微鏡下で確認できる結晶を含まないガラスを形成する、最低の冷却速度を指すために使用される。臨界冷却速度は、組成物のガラス形成性、即ち所与のガラス組成物の溶融物が冷却時にガラスを形成できる能力を測定するために使用できる。一般に、臨界冷却速度が低いほど、ガラス形成性は良好となる。
【0044】
用語「液相線温度(liquidus temperature)」は、本明細書では、ガラスの構成成分が結晶化することなくガラス組成物が完全に液体となる最低温度を指すために使用される。本明細書中で報告される液相線温度の値は、DSCを用いて、又は白金箔に包まれた試料の等温保持によって、試料を測定することによって得られたものである。DSCを用いて試料を測定するために、粉末化された試料を10K/分で1250℃まで加熱した。結晶の融解に対応する吸熱イベントの終了時に液相線温度が得られた。第2の技法(等温保持)のためには、ガラスブロック(約1cm)を白金箔で包んで揮発を回避し、所与の温度の炉内に17時間置いた。次にガラスブロックを光学顕微鏡で観察して、結晶を検査した。
【0045】
本明細書中で報告される屈折率の値は、特段の指定がない限り室温(約25℃)で測定されたものである。ガラス試料の屈折率の値は、約±0.0002の誤差を有するMetricon Model 2010プリズムカプラ屈折計を用いて測定された。Metriconを用いて、ガラス試料の屈折率を、約406nm、473nm、532nm、633nm、828nm、及び1064nmという2つ以上の波長で測定した。測定された依存性は分散を特徴付けるものであり、これをコーシーの法則の式又はセルマイヤーの式に当てはめることによって、上記複数の測定波長の間の関心対象の所与の波長における試料の屈折率を計算できた。用語「屈折率n」は、本明細書では、ヘリウムd線波長に対応する波長587.56nmにおける、上述のようにして計算された屈折率を指すために使用される。用語「屈折率n」は、本明細書では、波長656.3nmにおける、上述のようにして計算された屈折率を指すために使用される。用語「屈折率n」は、本明細書では、波長486.1nmにおける、上述のようにして計算された屈折率を指すために使用される。用語「屈折率n」は、本明細書では、波長435.8nmにおける、上述のようにして計算された屈折率を指すために使用される。
【0046】
本明細書中で使用される場合、用語「高い屈折率(high refractive index又はhigh index)」は、特段の指示のない限り、587.56nmの波長で測定した場合に少なくとも1.85以上であるガラスの屈折率の値を指す。指示がある場合、「高い屈折率」は、587.56nmの波長で測定した場合に少なくとも1.85以上、1.90以上、1.95以上、又は2.00以上であるガラスの屈折率の値を指す。用語「高い屈折率パラメータ(high refractive index parameter)」は、1.85以上、少なくとも1.90以上、1.95以上、又は2.00以上である屈折率パラメータPの値を指す。
【0047】
本明細書中で使用される場合、特段の指定がない限り、用語「内部透過率(internal transmittance)」は、フレネル損失について補正された、ガラス試料を通る透過率を指すために使用される。用語「透過率(transmittance)」は、フレネル損失が考慮されていない透過率の値を指すために使用される。ガラス試料の透過率を、厚さ2mmの試料について、波長250nm~2500nm、分解能1nmのCary 5000分光光度計で、積分球を用いて測定した。厚さ10mmの試料に関する内部透過率の値を、上記測定屈折率と、測定された生の透過率とを用いて、375nm~1175nmで計算した。
【0048】
用語「青色光(blue light)」は、本明細書では、約330nm~約480nmの波長に対応する光を指すために使用される。用語「青色光に関する内部透過率」は、フレネル損失について補正された、青色光に関する透過率を指す。用語「青色光に関する透過率」は、フレネル損失が考慮されていない、青色光に関する透過率を指す。
【0049】
本開示の実施形態は一般に、高い屈折率及び低い密度を有するシリコボレート及びボロシリケートガラスに関する。いくつかの実施形態では、上記ガラスはまた、電磁スペクトルの可視及び近紫外(近UV)範囲における高い透過率を特徴とすることができる。本開示のガラスは、ガラス形成剤としてのシリカ(SiO)及び酸化ホウ素(B)、並びに1価及び2価金属の酸化物、ZrO、La、Nb、TiO、並びにGdが例として挙げられる1つ以上の追加の改質剤及び/又は屈折率上昇剤を含有できる。いくつかの実施形態では、上記ガラスは、比較的低い含有量のTiO、並びに比較的高い含有量のLa、ZrO、及び/又は他の低吸収性酸化物種を含んでよい。
【0050】
本開示のある実施形態によると、本明細書に記載のガラスは、二酸化ケイ素(SiO)及び/又は酸化ホウ素(B)をガラス形成剤として含む。SiO及びBといったガラス形成性酸化物の量を増加させると、これに対応して、所与の温度における粘度を上昇させることができ、これにより、溶融物を冷却中の結晶化から保護できるため、臨界冷却速度がより低いガラスを提供できる。いくつかの実施形態では、本開示のガラスは、所望の臨界冷却速度、即ち所望の程度のガラス形成性を有するガラスを提供するために、SiO及びBの両方を含んでよい。
【0051】
いくつかの実施形態によると、上記ガラス組成物はシリカ(SiO)を、0.0モル%以上かつ50.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はSiOを、0.0モル%以上、2.0モル%以上、4.0モル%以上、6.0モル%以上、10.0モル%以上、12.0モル%以上、14.0モル%以上、20.0モル%以上、30.0モル%以上、40.0モル%以上、44.0モル%以上、46.0モル%以上、又は48.0モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はSiOを、50.0モル%以下、48.0モル%以下、46.0モル%以下、44.0モル%以下、40.0モル%以下、30.0モル%以下、20.0モル%以下、10.0モル%以下、6.0モル%以下、4.0モル%以下、又は2.0モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はSiOを、0.0モル%~50.0モル%、0.0モル%~44.0モル%、0.0モル%~20.0モル%、2.0モル%~50.0モル%、2.0モル%~20.0モル%、4.0モル%~50.0モル%、4.0モル%~20.0モル%、6.0モル%~46.0モル%、6.0モル%~40.0モル%、10.0モル%~20.0モル%、14.0モル%~50.0モル%、14.0モル%~45.0モル%、14.0モル%~40.0モル%、14.0モル%~36.0モル%、14.0モル%~35.0モル%、14.0モル%~30.0モル%、30.0モル%~48.0モル%、30.0モル%~46.0モル%、30.0モル%~44.0モル%、30.0モル%~40.0モル%、20.0モル%~50.0モル%、20.0モル%~45.0モル%、20.0モル%~40.0モル%、20.0モル%~35.0モル%、20.0モル%~30.0モル%、25.0モル%~50.0モル%、25.0モル%~45.0モル%、25.0モル%~40.0モル%、25.0モル%~35.0モル%、25.0モル%~30.0モル%、2.0モル%~36.0モル%、12.0モル%~36.0モル%、8.0モル%~25.0モル%、21.0モル%~42.0モル%、又は10.0モル%~32.0モル%の量で含んでよい。
【0052】
いくつかの実施形態によると、上記ガラス組成物は酸化ホウ素(B)を、0.0モル%以上かつ51.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はBを、0.0モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、4.0モル%以上、6.0モル%以上、10.0モル%以上、14.0モル%以上、14.5モル%以上、17.0モル%以上、20.0モル%以上、30.0モル%以上、40.0モル%以上、又は50.0モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はBを、51.0モル%以下、50.0モル%以下、40.0モル%以下、30.0モル%以下、20.0モル%以下、10.0モル%以下、6.0モル%以下、4.0モル%以下、又は2.0モル%の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はBを、0.0モル%~51.0モル%、14.5モル%~51.0モル%、0.0モル%~30.0モル%、14.5モル%~30.0モル%、1.0モル%~40.0モル%、2.0モル%~40.0モル%、4.0モル%~40.0モル%、14.5モル%~40.0モル%、6.0モル%~51.0モル%、6.0モル%~40.0モル%、6.0モル%~20.0モル%、10.0モル%~50.0モル%、10.0モル%~40.0モル%、10.0モル%~30.0モル%、10.0モル%~20.0モル%、14.5モル%~50.0モル%、14.5モル%~40.0モル%、14.5モル%~30.0モル%、14.5モル%~20.0モル%、20.0モル%~51.0モル%、20.0モル%~50.0モル%、20.0モル%~40.0モル%、20.0モル%~30.0モル%、30.0モル%~50.0モル%、14.0モル%~48.0モル%、30.0モル%~40.0モル%、3.0モル%~30.0モル%、15.0モル%~32.0モル%、又は13.0モル%~38.0モル%の量で含んでよい。
【0053】
しかしながら、SiO及びBとの組み合わせは屈折率の低下をもたらす場合があり、これにより、所望の高い屈折率を有するガラスの提供がより困難になる恐れがある。従っていくつかの実施形態では、上記ガラス中のSiO及びBの総量(SiO+B)を制限してよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(SiO+B)の合計を、0.0モル%以上かつ50.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(SiO+B)を、0.0モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、3.0モル%以上、4.0モル%以上、6.0モル%以上、10.0モル%以上、20.0モル%以上、30.0モル%以上、40.0モル%以上、44.0モル%以上、46.0モル%以上、又は48.0モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(SiO+B)を、50.0モル%以下、48.0モル%以下、46.0モル%以下、44.0モル%以下、40.0モル%以下、30.0モル%以下、20.0モル%以下、10.0モル%以下、6.0モル%以下、4.0モル%以下、又は2.0モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(SiO+B)を、0.0モル%~50.0モル%、0.0モル%~44.0モル%、2.0モル%~44.0モル%、0.0モル%~20.0モル%、2.0モル%~20.0モル%、4.0モル%~44.0モル%、4.0モル%~20.0モル%、6.0モル%~50.0モル%、1.0モル%~50.0モル%、6.0モル%~46.0モル%、6.0モル%~40.0モル%、6.0モル%~20.0モル%、10.0モル%~46.0モル%、10.0モル%~40.0モル%、10.0モル%~20.0モル%、20.0モル%~50.0モル%、30.0モル%~50.0モル%、20.0モル%~46.0モル%、20.0モル%~40.0モル%、30.0モル%~48.0モル%、30.0モル%~46.0モル%、30.0モル%~40.0モル%、30.0モル%~40.0モル%、25.0モル%~46.0モル%、7.0モル%~45.0モル%、24.0モル%~40.0モル%、17.0モル%~42.0モル%、9.0モル%~33.0モル%、3.0モル%~50.0モル%、又は3.0モル%~44.0モル%の量で含んでよい。
【0054】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物の、酸化物のモルパーセントでのSiO の量に対するBの量の比 (B/SiO)は、少なくとも0.050であってよい。例えば酸化物のモルパーセントでの上記比(B/SiO)は、少なくとも0.050、少なくとも0.10、少なくとも0.9、少なくとも1.1、少なくとも1.5、少なくとも1.7、少なくとも2.0、少なくとも2.5、少なくとも3.0、少なくとも3.5、少なくとも4.0、少なくとも4.5、少なくとも5.5、少なくとも6、少なくとも10、少なくとも100、又は少なくとも1000である。
【0055】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は酸化リン(P)を、0.0モル%以上かつ20.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はPを、0.0モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、3.0モル%以上、5.0モル%以上、10.0モル%以上、15.0モル%以上、17.0モル%以上、18.0モル%以上、又は19.0モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はPを、20.0モル%以下、19.0モル%以下、18.0モル%以下、17.0モル%以下、15.0モル%以下、10.0モル%以下、5.0モル%以下、3.0モル%以下、2.0モル%以下、又は1.0モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はPを、0.0モル%~20.0モル%、0.0モル%~17.0モル%、0.0モル%~5.0モル%、1.0モル%~17.0モル%、1.0モル%~5.0モル%、2.0モル%~18.0モル%、2.0モル%~15.0モル%、3.0モル%~18.0モル%、5.0モル%~18.0モル%、5.0モル%~15.0モル%、10.0モル%~20.0モル%、10.0モル%~18.0モル%、10.0モル%~17.0モル%、10.0モル%~15.0モル%、15.0モル%~19.0モル%、9.0モル%~16.0モル%、3.0モル%~10.0モル%、又は1.0モル%~8.0モル%の量で含んでよい。
【0056】
本開示のある実施形態によると、上記ガラスは、上記ガラスの屈折率を上昇させるために添加された、1つ以上の屈折率上昇剤を含むことができる。本開示のガラスと共に使用できる屈折率上昇剤の例としては、チタニア(TiO)、ニオビア(Nb)、ジルコニア(ZrO)、及び他の希土類金属酸化物が挙げられる。
【0057】
チタニア(TiO)は一般に、低い密度及び/又は許容可能な低い分散の達成と併せて、ガラスの屈折率を上昇させることが期待されている。いくつかの例では、チタニアは、黄色又は褐色のガラスを生成し得るが、これは、酸化条件下での溶解及び/若しくはアニーリングによるもの、並びに/又はCeO、As、及びMn等を例とする1つ以上の酸化剤をガラスバッチに添加することによるもの等の漂白によって、対処可能である。場合によっては、あまりに多量のチタニアは、耐火性種、例えばルチル(TiO)、スフェーン(CaTiSiO)、及びニオブ酸チタン(例えばTiNb1029)等の結晶化を引き起こす恐れがあり、これはガラスの液相線温度を上昇させる可能性があるため、溶融物のガラス形成性を低下させる可能性がある。更に、チタニアは高濃度において、溶融物の液相‐液相分離を引き起こす恐れがあり、これはガラスの透過率の喪失につながる可能性がある。
【0058】
実施形態では、上記ガラス組成物はチタニア(TiO)を、0.0モル%以上かつ55.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はTiOを、0.0モル%以上、2.0モル%以上、4.0モル%以上、5.0モル%以上、6.0モル%以上、7.0モル%以上、10.0モル%以上、13.0モル%以上、20.0モル%以上、30.0モル%以上、40.0モル%以上、50.0モル%以上、52.0モル%以上、又は54.0モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はTiOを、55.0モル%以下、54.0モル%以下、52.0モル%以下、50.0モル%以下、40.0モル%以下、33.0モル%以下、30.0モル%以下、20.0モル%以下、10.0モル%以下、6.0モル%以下、4.0モル%以下、又は2.0モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はTiOを、0.0モル%~55.0モル%、0.0モル%~50.0モル%、0.0モル%~36.0モル%、0.0モル%~35.0モル%、0.0モル%~33.0モル%、0.0モル%~20.0モル%、0.3モル%~35.0モル%、0.3モル%~33.0モル%、2.0モル%~50.0モル%、2.0モル%~33.0モル%、2.0モル%~20.0モル%、4.0モル%~50.0モル%、4.0モル%~33.0モル%、5.0モル%~40.0モル%、6.0モル%~40.0モル%、6.0モル%~33.0モル%、6.0モル%~20.0モル%、10.0モル%~40.0モル%、10.0モル%~33.0モル%、12.0モル%~40.0モル%、12.0モル%~33.0モル%、20.0モル%~52.0モル%、20.0モル%~40.0モル%、20.0モル%~33.0モル%、30.0モル%~54.0モル%、30.0モル%~50.0モル%、30.0モル%~40.0モル%、40.0モル%~54.0モル%、40.0モル%~52.0モル%、40.0モル%~50.0モル%、24.0モル%~46.0モル%、28.0モル%~50.0モル%、又は28.0モル%~50.0モル%の量で含んでよい。
【0059】
本開示のいくつかの態様では、低い密度を維持しながらガラスの屈折率を上昇させるために、チタニアと同様にニオビア(Nb)を使用できる。しかしながらニオビアは、チタニアと同一の方法では漂白できない黄色の着色をガラスに導入する場合があり、これは、特に青色及びUV範囲において、透過率の喪失をもたらす恐れがある。ニオビアはチタニアと同様に、溶融物の結晶化及び/又は相分離を引き起こす可能性がある。場合によっては、ニオビアはガラスに高い光分散をもたらす可能性があり、上記光分散は、チタニア及び他の何らかの屈折率上昇剤を同様の濃度で添加した場合に誘発されるものよりも有意に高くなり得る。ニオビアの効果は、ガラスの他の成分によって影響され得るため、ニオビアの正確な限界を決定することは困難になる場合がある。従って本開示の一態様によると、ニオビアの量は20モル%以下に制限され、場合によっては上記ガラスはニオビアを含まなくてよく、又は実質的に含まなくてよい。しかしながらいくつかの例では、存在するニオビアの量は例えば、上記ガラスの成分の含有量に基づいて、及び/又は高い青色透過率がそれほど優先されない場合に、20モル%超であってよい。
【0060】
実施形態では、上記ガラス組成物はニオビア(Nb)を、0.0モル%以上かつ50.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はNbを、0.0モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、2.2モル%以上、4.0モル%以上、6.0モル%以上、10.0モル%以上、20.0モル%以上、30.0モル%以上、40.0モル%以上、44.0モル%以上、46.0モル%以上、又は48.0モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はNbを、50.0モル%以下、48.0モル%以下、46.0モル%以下、44.0モル%以下、40.0モル%以下、30.0モル%以下、20.0モル%以下、12.3モル%以下、10.0モル%以下、6.0モル%以下、4.0モル%以下、又は2.0モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はNbを、0.0モル%~50.0モル%、0.0モル%~44.0モル%、0.0モル%~12.5モル%、2.2モル%~50.0モル%、2.2モル%~30.0モル%、1.0モル%~45.0モル%、2.0モル%~44.0モル%、2.0モル%~20.0モル%、4.0モル%~44.0モル%、4.0モル%~30.0モル%、4.0モル%~20.0モル%、6.0モル%~46.0モル%、6.0モル%~40.0モル%、6.0モル%~30.0モル%、6.0モル%~20.0モル%、10.0モル%~40.0モル%、10.0モル%~30.0モル%、20.0モル%~40.0モル%、20.0モル%~30.0モル%、30.0モル%~48.0モル%、30.0モル%~46.0モル%、30.0モル%~44.0モル%、30.0モル%~40.0モル%、10.0モル%~30.0モル%、0.3モル%~30.0モル%、0.3モル%~12.3モル%、12.0モル%~34.0モル%、又は4.0モル%~30.0モル%の量で含んでよい。
【0061】
ジルコニア(ZrO)は、本開示のガラスの許容可能な低い密度を維持しながら屈折率を上昇させることができる酸化物の別の例である。いくつかの例では、ZrOはTiO及びNbに比べて、同様の屈折率値においてより高い密度をガラスに提供できる。ZrOはまた、溶融物の粘度を上昇させることもでき、これは溶融物を結晶化から保護するために役立ち得る。ガラスに低い密度を提供できる、TiO及びNbといった他の屈折率上昇剤とは対照的に、ZrOは可視及び近UV範囲においてガラスに着色を導入せず、これはガラスの高い透過率を維持するために役立ち得る。しかしながら、高濃度のジルコニアは、ジルコニア(ZrO)、ジルコン(ZrSiO)、ジルコン酸カルシウム(CaZrO)等といった耐火性無機物の結晶化を引き起こす場合があり、これは液相線温度を上昇させる可能性がある。その結果、結晶化が比較的低い粘度で発生し得、これによって溶融物のガラス形成性が低下し得る(即ち臨界冷却速度が上昇し得る)。これらの課題に対処するために、本開示の一態様によると、上記ガラス中のジルコニアの濃度は20.0モル%以下であり、いくつかの例では、上記ガラスはジルコニアを含まないか、又は実質的に含まない。ガラス形成性の要件が低い場合等のいくつかの場合には、上記ガラスはより多量のジルコニアを含んでよい。
【0062】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はジルコニア(ZrO)を、0.0モル%以上かつ25.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はZrOを、0.0モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、2.3モル%以上、2.5モル%以上、3.0モル%以上、5.0モル%以上、6.0モル%以上、10.0モル%以上、15.0モル%以上、20.0モル%以上、22.0モル%以上、23.0モル%以上、又は24.0モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はZrOを、25.0モル%以下、24.0モル%以下、23.0モル%以下、22.0モル%以下、20.0モル%以下、15.0モル%以下、10.0モル%以下、5.0モル%以下、3.0モル%以下、2.0モル%以下、又は1.0モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はZrOを、0.0モル%~25.0モル%、1.0モル%~22.0モル%、2.0モル%~22.0モル%、2.0モル%~10.0モル%、2.5モル%~25.0モル%、2.5モル%~20.0モル%、2.5モル%~13.0モル%、3.0モル%~25.0モル%、3.0モル%~23.0モル%、3.0モル%~10.0モル%、5.0モル%~25.0モル%、5.0モル%~23.0モル%、5.0モル%~20.0モル%、5.0モル%~10.0モル%、10.0モル%~25.0モル%、10.0モル%~23.0モル%、15.0モル%~24.0モル%、15.0モル%~25.0モル%、15.0モル%~23.0モル%、15.0モル%~22.0モル%、15.0モル%~20.0モル%、0.3モル%~15.0モル%、0.3モル%~13.0モル%、4.0モル%~15.0モル%、8.0モル%~15.0モル%、又は8.0モル%~19.0モル%の量で含んでよい。
【0063】
いくつかの実施形態では、本開示のガラスの屈折率を上昇させるために、希土類金属酸化物をガラス組成物に添加してよい。本開示のガラスに添加できる希土類金属酸化物の例としては、La、Gd、Yb3、、及びScが挙げられる。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は、La、Gd、Yb、及びこれらの組み合わせから選択された少なくとも1つの希土類金属酸化物を含む。末尾の2つの元素の酸化物、即ちY及びScは、上記ガラスに、同様の屈折率においてチタニア及びニオビアより低い、比較的低い密度を提供することもできる。しかしながら、酸化スカンジウム(Sc)は高価となり得るため、大量生産には望ましくない場合がある。場合によっては、ガラスバッチのコストの優先度が低いと、Scが許容可能となり得る。酸化イットリウム(Y)のコストは酸化スカンジウムより低い。しかしながら場合によっては、Yは比較的低い濃度でも、上記ガラスのガラス形成性を低下させる(即ち臨界冷却速度を上昇させる)場合がある。従って、本開示のいくつかの実施形態によると、上記ガラスはYを含まなくてよく、又は実質的に含まなくてよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はイットリア(Y)を、0.0モル%以上かつ5.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はYを、0.0モル%以上、0.2モル%以上、0.4モル%以上、0.6モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、3.0モル%以上、4.0モル%以上、4.4モル%以上、4.6モル%以上、又は4.8モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はYを、5.0モル%以下、4.8モル%以下、4.6モル%以下、4.4モル%以下、4.0モル%以下、3.0モル%以下、2.0モル%以下、1.0モル%以下、0.6モル%以下、0.4モル%以下、又は0.2モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はYを、0.0モル%~5.0モル%、0.0モル%~2.0モル%、0.0モル%~1.0モル%、0.2モル%~4.4モル%、0.2モル%~2.0モル%、0.4モル%~4.4モル%、0.6モル%~4.6モル%、0.6モル%~4.0モル%、1.0モル%~5.0モル%、1.0モル%~4.6モル%、1.0モル%~4.0モル%、2.0モル%~4.0モル%、3.0モル%~4.6モル%、3.0モル%~4.4モル%、3.0モル%~4.0モル%、2.0モル%~5.0モル%、1.0モル%~4.0モル%、又は2.0モル%~4.0モル%の量で含んでよい。
【0064】
希土類金属酸化物の中で、Y及びScを除くと、いくつかの態様において、酸化ランタン(La)が好ましい屈折率上昇剤となり得る。Laは、他のいくつかの希土類金属酸化物と比較した場合に、本開示のガラスに、同様の屈折率においてより低い密度を提供できる。Laは、許容可能な程度の良好なガラス形成を提供することもでき、また希土類金属酸化物の中で最もコスト効率が高い。従って、本開示のいくつかの態様では、上記ガラス組成物は少なくとも若干量のLaを含むことができる。しかしながら、場合によっては、Laの濃度が高くなりすぎると、酸化ランタンは、ケイ酸ランタン(LaSi12、LaSiO、LaSi)、ホウ酸ランタン(LaBO、LaB)、ニオブ酸ランタン(LaNbO)、ジルコン酸ランタン(LaZrO、LaZr)、チタン酸ランタン(LaTiO、LaTi)等といった耐火性種の沈殿を引き起こす可能性があり、これはガラスの液相線温度を上昇させる可能性があり、組成物のガラス形成性を低下させる恐れがある。更に、高濃度のLaは、溶融物中での相分離を刺激する可能性があり、これは、結果として得られるガラスの透過率の喪失をもたらす。他の希土類金属酸化物を高濃度で添加した場合にも、同様の悪影響が発生し得る。
【0065】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は酸化ランタン(La)を、0.0モル%以上かつ33.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はLaを、0.0モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、3.0モル%以上、4.0モル%以上、5.0モル%以上、9.0モル%以上、10.0モル%以上、13.5モル%以上、15.0モル%以上、20.0モル%以上、25.0モル%以上、30.0モル%以上、31.0モル%以上、又は32.0モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はLaを、33.0モル%以下、32.0モル%以下、31.0モル%以下、30.0モル%以下、25.0モル%以下、20.0モル%以下、15.0モル%以下、10.0モル%以下、5.0モル%以下、3.0モル%以下、2.0モル%以下、又は1.0モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はLaを、0.0モル%~33.0モル%、0.0モル%~25.0モル%、1.0モル%~30.0モル%、1.0モル%~15.0モル%、2.0モル%~30.0モル%、2.0モル%~15.0モル%、3.0モル%~30.0モル%、3.0モル%~15.0モル%、5.0モル%~15.0モル%、10.0モル%~31.0モル%、10.0モル%~25.0モル%、13.5モル%~30.0モル%、15.0モル%~33.0モル%、15.0モル%~31.0モル%、20.0モル%~32.0モル%、20.0モル%~31.0モル%、20.0モル%~30.0モル%、25.0モル%~32.0モル%、2.0モル%~32.0モル%、13.0モル%~26.0モル%、又は4.0モル%~13.0モル%の量で含んでよい。
【0066】
任意に、Gd及びYbといった他の希土類金属酸化物を、ガラス組成物に添加できる。Gd及びYbといった希土類金属酸化物は、上記ガラスの高い屈折率及び良好な透過率の維持を促進できるものの、望ましくないことに、上記ガラスの密度を上昇させる可能性がある。これらの課題に対処するために、本開示のいくつかの実施形態は、ガラス組成物中のREの含有量を制限することを含む。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は希土類金属酸化物(RE)の総含有量を、0.0モル%以上かつ50.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はREを、0.0モル%以上、2.0モル%以上、4.0モル%以上、6.0モル%以上、10.0モル%以上、20.0モル%以上、30.0モル%以上、40.0モル%以上、44.0モル%以上、46.0モル%以上、又は48.0モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はREを、50.0モル%以下、48.0モル%以下、46.0モル%以下、44.0モル%以下、40.0モル%以下、30.0モル%以下、20.0モル%以下、10.0モル%以下、6.0モル%以下、4.0モル%以下、又は2.0モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はREを、0.0モル%~50.0モル%、0.0モル%~44.0モル%、0.0モル%~30.0モル%、2.0モル%~50.0モル%、2.0モル%~44.0モル%、2.0モル%~30.0モル%、2.0モル%~20.0モル%、4.0モル%~44.0モル%、4.0モル%~30.0モル%、4.0モル%~20.0モル%、6.0モル%~46.0モル%、6.0モル%~30.0モル%、6.0モル%~20.0モル%、10.0モル%~46.0モル%、10.0モル%~30.0モル%、10.0モル%~20.0モル%、20.0モル%~46.0モル%、20.0モル%~30.0モル%、30.0モル%~50.0モル%、30.0モル%~48.0モル%、30.0モル%~44.0モル%、7.0モル%~25.0モル%、12.0モル%~30.0モル%、又は2.0モル%~17.0モル%の量で含んでよい。
【0067】
いくつかの実施形態では、本開示のガラスは任意に、酸化タングステン(WO)、酸化タンタル(Ta)、酸化トリウム(ThO)、酸化ビスマス(Bi)といった、更なる及び/又は別の屈折率上昇剤を含んでよく、これらは存在する場合には少量だけ使用できる。いくつかの実施形態では、本開示のガラスは、酸化タングステン(WO)、酸化タンタル(Ta)、酸化トリウム(ThO)、酸化ビスマス(Bi)を含まないか、又は実質的に含まない。いくつかの実施形態では、上記ガラスは任意に、バナジア(V)、酸化モリブデン(MoO)、ゲルマニア(GeO)、酸化テルル(TeO)、フッ化物(例えばZrF、LaF等)、及び酸化タリウム(TlO)から選択される、更なる及び/又は別の屈折率上昇剤を含んでよい。V、MoO、GeO、TeO、フッ化物、及びTlOといった屈折率上昇剤は一般に、透過率の低さ、コスト、及び/又は環境面での懸念を理由として、場合によってはあまり好ましくないものであり得るが、場合によってはこれらの屈折率上昇剤を使用してもよい。
【0068】
Taは上記ガラスの密度を上昇させることができ、いくつかの例では、冷却時にガラス溶融物の結晶化を引き起こし得る。更にTaのコストは法外なものになる場合がある。従っていくつかの実施形態では、上記ガラス中のTaの量を、0.0モル%~5.0モル%に制限することが好ましい場合がある。実施形態では、上記ガラス組成物は酸化タンタル(Ta)を、0.0モル%以上かつ5.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はTaを、0.0モル%以上、0.2モル%以上、0.4モル%以上、0.6モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、3.0モル%以上、4.0モル%以上、4.4モル%以上、4.6モル%以上、又は4.8モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はTaを、5.0モル%以下、4.8モル%以下、4.6モル%以下、4.4モル%以下、4.0モル%以下、3.0モル%以下、2.0モル%以下、1.0モル%以下、0.6モル%以下、0.4モル%以下、又は0.2モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はTaを、0.0モル%~5.0モル%、0.0モル%~4.4モル%、0.0モル%~1.5モル%、0.2モル%~5.0モル%、0.2モル%~4.4モル%、0.2モル%~2.0モル%、0.6モル%~4.6モル%、0.6モル%~4.0モル%、1.0モル%~4.6モル%、1.0モル%~4.0モル%、1.0モル%~2.0モル%、2.0モル%~4.6モル%、2.0モル%~4.0モル%、3.0モル%~4.8モル%、3.0モル%~4.4モル%、3.0モル%~4.0モル%、2.0モル%~5.0モル%、又は3.0モル%~5.0モル%の量で含んでよい。
【0069】
いくつかの実施形態では、Biは上記ガラス中に0.0モル%~20.0モル%の量で存在してよい。例えばBiは上記ガラス中に、0.0モル%~20.0モル%、0.0モル%~15.0モル%、0.0モル%~10.0モル%、0.0モル%~5.0モル%、0.0モル%~1.0モル%、1.0モル%~20.0モル%、1.0モル%~15.0モル%、1.0モル%~10.0モル%、1.0モル%~5.0モル%、5.0モル%~20.0モル%、5.0モル%~15.0モル%、5.0モル%~10.0モル%、又は10.0モル%~20.0モル%の量で存在してよい。いくつかの実施形態では、上記ガラスはBiを含まないか、又は実質的に含まない。
【0070】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は酸化トリウム(ThO)を、0.0モル%以上かつ10.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はThOを、0.0モル%以上、0.5モル%以上、1.0モル%以上、1.5モル%以上、2.5モル%以上、5.0モル%以上、7.5モル%以上、8.5モル%以上、9.0モル%以上、又は9.5モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はThOを、10.0モル%以下、9.5モル%以下、9.0モル%以下、8.5モル%以下、7.5モル%以下、5.0モル%以下、2.5モル%以下、1.5モル%以下、1.0モル%以下、又は0.5モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はThOを、0.0モル%~10.0モル%、0.0モル%~8.5モル%、0.0モル%~5.0モル%、0.0モル%~2.5モル%、1.0モル%~7.5モル%、1.5モル%~9.0モル%、1.5モル%~7.5モル%、2.5モル%~9.0モル%、5.0モル%~9.5モル%、5.0モル%~9.0モル%、5.0モル%~8.5モル%、5.0モル%~7.5モル%、7.5モル%~10.0モル%、7.5モル%~9.5モル%、1.4モル%~5.8モル%、1.4モル%~5.0モル%、又は3.0モル%~7.0モル%の量で含んでよい。
【0071】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は酸化タングステン(WO)を、0.0モル%以上かつ10.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はWOを、0.0モル%以上、1.0モル%以上、2.5モル%以上、5.0モル%以上、又は7.5モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はWOを、10.0モル%以下、7.5モル%以下、5.0モル%以下、又は2.5モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はWOを、0.0モル%~10.0モル%、0.0モル%~7.5モル%、0.0モル%~5.0モル%、0.0モル%~2.5モル%、2.5モル%~10.0モル%、2.5モル%~7.5モル%、2.5モル%~5.0モル%、5.0モル%~10.0モル%、5.0モル%~7.5モル%、2.0モル%~5.0モル%、5.3モル%~9.5モル%、又は6.6モル%~9.6モル%の量で含んでよい。
【0072】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はゲルマニア(GeO)を、0.0モル%以上かつ10.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はGeOを、0.0モル%以上、0.5モル%以上、1.0モル%以上、1.5モル%以上、2.5モル%以上、5.0モル%以上、7.5モル%以上、8.5モル%以上、9.0モル%以上、又は9.5モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はGeOを、10.0モル%以下、9.5モル%以下、9.0モル%以下、8.5モル%以下、7.5モル%以下、5.0モル%以下、2.5モル%以下、1.5モル%以下、1.0モル%以下、又は0.5モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はGeOを、0.0モル%~10.0モル%、0.0モル%~8.5モル%、0.0モル%~0.5モル%、0.5モル%~8.5モル%、1.0モル%~10.0モル%、1.0モル%~9.0モル%、1.0モル%~7.5モル%、1.5モル%~7.5モル%、2.5モル%~9.0モル%、2.5モル%~7.5モル%、5.0モル%~10.0モル%、1.4モル%~5.5モル%、5.4モル%~8.3モル%、又は1.9モル%~6.8モル%の量で含んでよい。
【0073】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は酸化テルル(TeO)を、0.0モル%以上かつ10.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はTeOを、0.0モル%以上、0.5モル%以上、1.0モル%以上、1.5モル%以上、2.5モル%以上、5.0モル%以上、7.5モル%以上、8.5モル%以上、9.0モル%以上、又は9.5モル%以上の量で含んでよいの量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はTeOを、10.0モル%以下、9.5モル%以下、9.0モル%以下、8.5モル%以下、7.5モル%以下、5.0モル%以下、2.5モル%以下、1.5モル%以下、1.0モル%以下、又は0.5モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はTeOを、0.0モル%~10.0モル%、0.0モル%~8.5モル%、0.0モル%~2.5モル%、0.5モル%~8.5モル%、0.5モル%~2.5モル%、1.0モル%~9.0モル%、1.5モル%~9.0モル%、5.0モル%~10.0モル%、5.0モル%~9.5モル%、5.0モル%~9.0モル%、5.0モル%~8.5モル%、7.5モル%~9.5モル%、1.4モル%~9.0モル%、0.7モル%~4.2モル%、又は3.0モル%~7.0モル%の量で含んでよい。TeOのコストは法外なものとなる可能性があり、またTeOはいくつかの用途において望ましくないことに、上記ガラスの密度を上昇させる恐れがある。従って上記ガラスは好ましくは、10.0モル%未満のTeOを含む。いくつかの実施形態では、上記ガラスはTeOを含まなくてよく、又は実質的に含まなくてよい。
【0074】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は酸化モリブデン(MoO)を、0.0モル%以上かつ10.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はMoOを、0.0モル%以上、0.5モル%以上、1.0モル%以上、1.5モル%以上、2.5モル%以上、5.0モル%以上、7.5モル%以上、8.5モル%以上、9.0モル%以上、又は9.5モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はMoOを、10.0モル%以下、9.5モル%以下、9.0モル%以下、8.5モル%以下、7.5モル%以下、5.0モル%以下、2.5モル%以下、1.5モル%以下、1.0モル%以下、又は0.5モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はMoOを、0.0モル%~10.0モル%、0.0モル%~8.5モル%、0.0モル%~3.0モル%、0.5モル%~10.0モル%、0.5モル%~8.5モル%、0.5モル%~2.5モル%、1.0モル%~10.0モル%、1.5モル%~9.0モル%、1.5モル%~7.5モル%、2.5モル%~10.0モル%、2.5モル%~9.0モル%、2.5モル%~7.5モル%、5.0モル%~9.5モル%、5.0モル%~9.0モル%、7.5モル%~9.5モル%、3.0モル%~7.0モル%、0.5モル%~5.5モル%、又は4.5モル%~9.2モル%の量で含んでよい。
【0075】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はアルミナ(Al)を、0.0モル%以上かつ5.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよいの量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はAlを、0.0モル%以上、0.2モル%以上、0.4モル%以上、0.6モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、3.0モル%以上、4.0モル%以上、4.4モル%以上、4.6モル%以上、又は4.8モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はAlを、5.0モル%以下、4.8モル%以下、4.6モル%以下、4.4モル%以下、4.0モル%以下、3.0モル%以下、2.0モル%以下、1.0モル%以下、0.6モル%以下、0.4モル%以下、又は0.2モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はAlを、0.0モル%~5.0モル%、0.0モル%~4.4モル%、0.0モル%~2.5モル%、0.0モル%~2.0モル%、0.2モル%~5.0モル%、0.2モル%~2.0モル%、0.4モル%~2.0モル%、0.6モル%~4.6モル%、0.6モル%~4.0モル%、0.6モル%~2.0モル%、1.0モル%~5.0モル%、1.0モル%~4.6モル%、1.0モル%~4.0モル%、1.0モル%~2.0モル%、2.0モル%~4.6モル%、2.0モル%~4.0モル%、3.0モル%~4.4モル%、3.0モル%~4.0モル%、1.0モル%~3.0モル%、又は2.0モル%~4.0モル%の量で含んでよい。
【0076】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はガリア(Ga)を、0.0モル%以上かつ10.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はGaを、0.0モル%以上、0.5モル%以上、1.0モル%以上、1.5モル%以上、2.5モル%以上、5.0モル%以上、7.5モル%以上、8.5モル%以上、9.0モル%以上、又は9.5モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はGaを、10.0モル%以下、9.5モル%以下、9.0モル%以下、8.5モル%以下、7.5モル%以下、5.0モル%以下、2.5モル%以下、1.5モル%以下、1.0モル%以下、又は0.5モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はGaを、0.0モル%~10.0モル%、0.5モル%~2.5モル%、1.0モル%~10.0モル%、1.0モル%~7.5モル%、1.5モル%~9.0モル%、1.5モル%~7.5モル%、2.5モル%~7.5モル%、5.0モル%~9.5モル%、5.0モル%~9.0モル%、5.0モル%~8.5モル%、7.5モル%~9.5モル%、2.4モル%~9.4モル%、5.0モル%~9.2モル%、又は5.7モル%~9.0モル%の量で含んでよい。
【0077】
いくつかの実施形態では、本開示のガラスは、フッ素を含まなくてよく、又は実質的に含まなくてよい。いくつかの実施形態では、上記ガラスは0.0原子%~1.0原子%のフッ素を含んでよい。例えば上記ガラスは、0.0原子%~1.0原子%、0.0原子%~0.5原子%、0.0原子%~0.25原子%、又は0.0原子%~0.1原子%のフッ素を含んでよい。
【0078】
本開示のある実施形態によると、上記ガラスは1つ以上の改質剤を含むことができる。上述のように、用語「改質剤」は、1価又は2価金属の酸化物、即ちMO又はMO(「M」は金属を表す)を指す。改質剤を本開示のガラス組成物に添加することにより、溶融物のガラス形成性の改善を促進でき、即ち臨界冷却速度を低減できる。本開示のガラスで使用できる改質剤の例としては、CaO、MgO、BaO、LiO、NaO、及びKOといったアルカリ及びアルカリ土類改質剤、並びにZnO及びAgOといった他の改質剤が挙げられる。一実施形態によると、上記ガラス組成物は、上記ガラスの所望の屈折率と密度との間の比率を提供することが分かった、CaO及び/又はLiOを含むことができる。いくつかの実施形態では、他のアルカリ及びアルカリ土類金属酸化物(NaO、KO、MgO、SrO、BaO等)、並びに着色をもたらさない他の改質剤(例えばZnO、AgO等)を、上記ガラス組成物に含めてよい。こういった他の改質剤は、CaO及びLiOのように所望の屈折率及び/又は密度の提供を促進するものではないかもしれないが、これらの改質剤を上記ガラス組成物に添加することによって、他の特性を提供できる。例えば酸化バリウム(BaO)、酸化カリウム(KO)、酸化ナトリウム(NaO)等を添加することによって、ガラス溶融物中の屈折率上昇剤(TiO、Nb、ZrO等)の溶解度を上昇させることができ、これは、上記ガラスの屈折率の全体的な上昇、及び/又は密度に対する屈折率の比の上昇に繋がり得る。本開示の一実施形態によると、上記ガラスは改質剤として少なくともCaOを含んでよい。これは、CaOが密度、屈折率、及びガラス形成性の所望の属性の良好なバランスを提供することが分かったためである。従って本開示の多くの例では、上記ガラス組成物中に存在する1つ以上の改質剤の全て、又は少なくとも一部は、CaOの形態である。いくつかの実施形態では、上記ガラスは、改質剤を含まなくてよく、又は実質的に含まなくてよい。
【0079】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は酸化カルシウム(CaO)を、0.0モル%以上かつ30.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はCaOを、0.0モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、3.0モル%以上、5.0モル%以上、10.0モル%以上、15.0モル%以上、20.0モル%以上、25.0モル%以上、27.0モル%以上、28.0モル%以上、又は29.0モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はCaOを、30.0モル%以下、29.0モル%以下、28.0モル%以下、27.0モル%以下、25.0モル%以下、20.0モル%以下、15.0モル%以下、10.0モル%以下、5.0モル%以下、3.0モル%以下、2.0モル%以下、又は1.0モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はCaOを、0.0モル%~30.0モル%、0.0モル%~25.0モル%、0.0モル%~15.0モル%、1.0モル%~15.0モル%、2.0モル%~27.0モル%、2.0モル%~15.0モル%、3.0モル%~27.0モル%、5.0モル%~25.0モル%、10.0モル%~28.0モル%、10.0モル%~15.0モル%、15.0モル%~30.0モル%、15.0モル%~28.0モル%、15.0モル%~25.0モル%、10.0モル%~21.0モル%、1.0モル%~27.0モル%、又は13.0モル%~22.0モル%の量で含んでよい。
【0080】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は酸化亜鉛(ZnO)を、0.0モル%以上かつ10.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はZnOを、0.0モル%以上、0.5モル%以上、1.0モル%以上、1.5モル%以上、2.5モル%以上、5.0モル%以上、7.5モル%以上、8.5モル%以上、9.0モル%以上、又は9.5モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はZnOを、10.0モル%以下、9.5モル%以下、9.0モル%以下、8.5モル%以下、7.5モル%以下、5.0モル%以下、2.5モル%以下、1.5モル%以下、1.0モル%以下、又は0.5モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はZnOを、0.0モル%~10.0モル%、0.0モル%~5.5モル%、0.0モル%~2.5モル%、0.5モル%~10.0モル%、1.0モル%~9.0モル%、1.0モル%~7.5モル%、1.5モル%~9.0モル%、1.5モル%~7.5モル%、2.5モル%~7.5モル%、5.0モル%~9.5モル%、5.0モル%~9.0モル%、5.0モル%~8.5モル%、5.0モル%~7.5モル%、7.5モル%~9.5モル%、2.9モル%~7.2モル%、0.7モル%~7.7モル%、又は6.5モル%~9.5モル%の量で含んでよい。
【0081】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は酸化リチウム(LiO)を、0.0モル%以上かつ10.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はLiOを、0.0モル%以上、0.5モル%以上、1.0モル%以上、1.5モル%以上、2.5モル%以上、3.99モル%以上、5.0モル%以上、7.5モル%以上、8.5モル%以上、9.0モル%以上、又は9.5モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はLiOを、10.0モル%以下、9.5モル%以下、9.0モル%以下、8.5モル%以下、7.5モル%以下、5.0モル%以下、2.5モル%以下、1.5モル%以下、1.0モル%以下、又は0.5モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はLiOを、0.0モル%~10.0モル%、0.0モル%~8.5モル%、0.0モル%~8.0モル%、0.0モル%~2.5モル%、0.5モル%~8.5モル%、0.5モル%~2.5モル%、1.0モル%~9.0モル%、1.0モル%~7.5モル%、1.5モル%~10.0モル%、1.5モル%~9.0モル%、2.5モル%~9.0モル%、5.0モル%~8.5モル%、5.0モル%~7.5モル%、7.5モル%~9.5モル%、0.0モル%~4.7モル%、2.5モル%~7.5モル%、又は1.8モル%~8.2モル%の量で含んでよい。
【0082】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は酸化バリウム(BaO)を、0.0モル%以上かつ15.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はBaOを、0.0モル%以上、4.0モル%以上、5.0モル%以上、又は10.0モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はBaOを、15.0モル%以下、10.0モル%以下、又は5.0モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はBaOを、0.0モル%~15.0モル%、0.0モル%~10.0モル%、0.0モル%~5.0モル%、5.0モル%~15.0モル%、5.0モル%~10.0モル%、3.5モル%~10.5モル%、6.5モル%~11.5モル%、又は8.9モル%~13.4モル%の量で含んでよい。
【0083】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はマグネシア(MgO)を、0.0モル%以上かつ15.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はMgOを、0.0モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、3.0モル%以上、5.0モル%以上、10.0モル%以上、12.0モル%以上、13.0モル%以上、又は14.0モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はMgOを、15.0モル%以下、14.0モル%以下、13.0モル%以下、12.0モル%以下、10.0モル%以下、5.0モル%以下、3.0モル%以下、2.0モル%以下、又は1.0モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はMgOを、0.0モル%~15.0モル%、1.0モル%~13.0モル%、2.0モル%~13.0モル%、2.0モル%~10.0モル%、3.0モル%~13.0モル%、5.0モル%~14.0モル%、5.0モル%~13.0モル%、5.0モル%~12.0モル%、5.0モル%~10.0モル%、10.0モル%~14.0モル%、9.7モル%~13.5モル%、2.1モル%~7.5モル%、又は5.4モル%~11.9モル%の量で含んでよい。
【0084】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は酸化ナトリウム(NaO)を、0.0モル%以上かつ10.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はNaOを、0.0モル%以上、2.5モル%以上、5.0モル%以上、又は7.5モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はNaOを、10.0モル%以下、7.5モル%以下、5.0モル%以下、又は2.5モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はNaOを、0.0モル%~10.0モル%、0.0モル%~7.5モル%、0.0モル%~5.0モル%、0.0モル%~2.5モル%、2.5モル%~10.0モル%、2.5モル%~7.5モル%、2.5モル%~5.0モル%、5.0モル%~10.0モル%、5.0モル%~7.5モル%、2.6モル%~9.9モル%、0.2モル%~6.9モル%、又は1.1モル%~6.9モル%の量で含んでよい。
【0085】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は酸化カリウム(KO)を、0.0モル%以上かつ10.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はKOを、0.0モル%以上、2.0モル%以上、2.5モル%以上、5.0モル%以上、又は7.5モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はKOを、10.0モル%以下、7.5モル%以下、5.0モル%以下、又は2.5モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はKOを、0.0モル%~10.0モル%、0.0モル%~7.5モル%、0.0モル%~5.0モル%、0.0モル%~2.5モル%、2.5モル%~10.0モル%、2.5モル%~7.5モル%、2.5モル%~5.0モル%、5.0モル%~10.0モル%、5.0モル%~7.5モル%、4.4モル%~7.6モル%、3.8モル%~7.6モル%、又は2.1モル%~5.8モル%の量で含んでよい。
【0086】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は酸化ストロンチウム(SrO)を、0.0モル%以上かつ10.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はSrOを、0.0モル%以上、2.5モル%以上、5.0モル%以上、又は7.5モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はSrOを、10.0モル%以下、7.5モル%以下、5.0モル%以下、又は2.5モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はSrOを、0.0モル%~10.0モル%、0.0モル%~7.5モル%、0.0モル%~5.0モル%、0.0モル%~2.5モル%、2.5モル%~10.0モル%、2.5モル%~7.5モル%、2.5モル%~5.0モル%、5.0モル%~10.0モル%、5.0モル%~7.5モル%、3.0モル%~6.5モル%、3.0モル%~6.5モル%、又は4.0モル%~7.3モル%の量で含んでよい。
【0087】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は1価金属酸化物(RO)の総含有量を、0.0モル%以上かつ15.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。1価金属酸化物ROの例としては、アルカリ金属酸化物、AgO、TlO、及び他の1価酸化物が挙げられる。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はROを、0.0モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、3.0モル%以上、5.0モル%以上、10.0モル%以上、12.0モル%以上、13.0モル%以上、又は14.0モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はROを、15.0モル%以下、14.0モル%以下、13.0モル%以下、12.0モル%以下、10.0モル%以下、5.0モル%以下、3.0モル%以下、2.0モル%以下、又は1.0モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物はROを、0.0モル%~15.0モル%、0.0モル%~12.0モル%、1.0モル%~13.0モル%、1.0モル%~10.0モル%、2.0モル%~13.0モル%、3.0モル%~13.0モル%、5.0モル%~15.0モル%、5.0モル%~13.0モル%、5.0モル%~12.0モル%、5.0モル%~10.0モル%、10.0モル%~14.0モル%、10.0モル%~13.0モル%、4.4モル%~14.7モル%、4.5モル%~9.5モル%、又は4.0モル%~10.5モル%の量で含んでよい。
【0088】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は、モル%でのAsとSbとの合計(As+Sb)を、0.0モル%以上かつ5.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(As+Sb)を、0.0モル%以上、0.2モル%以上、0.4モル%以上、0.6モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、3.0モル%以上、4.0モル%以上、4.4モル%以上、4.6モル%以上、又は4.8モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(As+Sb)を、5.0モル%以下、4.8モル%以下、4.6モル%以下、4.4モル%以下、4.0モル%以下、3.0モル%以下、2.0モル%以下、1.0モル%以下、0.6モル%以下、0.4モル%以下、又は0.2モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(As+Sb)を、0.0モル%~5.0モル%、0.0モル%~4.4モル%、0.0モル%~2.0モル%、0.0モル%~1.0モル%、0.2モル%~5.0モル%、0.2モル%~2.0モル%、0.4モル%~5.0モル%、0.4モル%~4.4モル%、0.4モル%~2.0モル%、0.6モル%~4.6モル%、0.6モル%~2.0モル%、1.0モル%~4.6モル%、1.0モル%~4.0モル%、2.0モル%~4.6モル%、2.0モル%~4.0モル%、3.0モル%~4.6モル%、3.0モル%~4.4モル%、1.0モル%~2.0モル%、2.0モル%~5.0モル%、又は1.0モル%~3.0モル%の量で含んでよい。
【0089】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は、モル%でのZnOとYとの合計(ZnO+Y)を、0.0モル%以上かつ5.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(ZnO+Y)を、0.0モル%以上、0.2モル%以上、0.4モル%以上、0.6モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、3.0モル%以上、4.0モル%以上、4.4モル%以上、4.6モル%以上、又は4.8モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(ZnO+Y)を、5.0モル%以下、4.8モル%以下、4.6モル%以下、4.4モル%以下、4.0モル%以下、3.0モル%以下、2.0モル%以下、1.0モル%以下、0.6モル%以下、0.4モル%以下、又は0.2モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(ZnO+Y)を、0.0モル%~5.0モル%、0.0モル%~2.5モル%、0.0モル%~2.0モル%、0.2モル%~4.4モル%、0.2モル%~2.0モル%、0.4モル%~4.4モル%、0.4モル%~2.0モル%、0.6モル%~4.6モル%、0.6モル%~4.0モル%、0.6モル%~2.0モル%、1.0モル%~4.0モル%、1.0モル%~2.0モル%、2.0モル%~4.6モル%、3.0モル%~4.6モル%、2.0モル%~4.0モル%、又は3.0モル%~5.0モル%の量で含んでよい。
【0090】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は、モル%での(RE+TiO+Nb+ZrO+Bi+WO)の合計を、0.0モル%以上かつ5.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(RE+TiO+Nb+ZrO+Bi+WO)を、0.0モル%以上、0.2モル%以上、0.4モル%以上、0.6モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、3.0モル%以上、4.0モル%以上、4.4モル%以上、4.6モル%以上、4.8モル%以上、又は5.0モル%以上の量で含んでよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(RE+TiO+Nb+ZrO+Bi+WO)を、5.0モル%以下、4.8モル%以下、4.6モル%以下、4.4モル%以下、4.0モル%以下、3.0モル%以下、2.0モル%以下、1.0モル%以下、0.6モル%以下、0.4モル%以下、又は0.2モル%以下の量で含んでよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(RE+TiO+Nb+ZrO+Bi+WO)を、25.0モル%以上かつ75.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内の量で含んでよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は、(RE+TiO+Nb+ZrO+Bi+WO)を、25.0モル%以上、30.0モル%以上、40.0モル%以上、50.0モル%以上、60.0モル%以上、又は70.0モル%以上の量で含有してよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(RE+TiO+Nb+ZrO+Bi+WO)を、75.0モル%以下、70.0モル%以下、60.0モル%以下、50.0モル%以下、40.0モル%以下、又は30.0モル%以下の量で含有してよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物は(RE+TiO+Nb+ZrO+Bi+WO)を、25.0モル%~75.0モル%、25.0モル%~60.0モル%、25.0モル%~40.0モル%、30.0モル%~75.0モル%、30.0モル%~70.0モル%、30.0モル%~60.0モル%、30.0モル%~50.0モル%、30.0モル%~40.0モル%、40.0モル%~75.0モル%、40.0モル%~70.0モル%、40.0モル%~60.0モル%、40.0モル%~50.0モル%、50.0モル%~75.0モル%、50.0モル%~70.0モル%、50.0モル%~60.0モル%、60.0モル%~75.0モル%、60.0モル%~70.0モル%、39.0モル%~54.0モル%、32.0モル%~65.0モル%、又は53.0モル%~66.0モル%の量で含有してよい。
【0091】
いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物の、量(RO+RO-BaO)は、0.0モル%以上かつ20.0モル%以下、並びに上述の値の間の全ての範囲及び部分範囲内であってよい。いくつかの実施形態では、上記ガラス組成物の、量(RO+RO-BaO)は、0.0モル%以上、1.0モル%以上、2.0モル%以上、3.0モル%以上、5.0モル%以上、10.0モル%以上、15.0モル%以上、17.0モル%以上、18.0モル%以上、又は19.0モル%以上であってよい。他のいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物の、量(RO+RO-BaO)は、20.0モル%以下、19.0モル%以下、18.0モル%以下、17.0モル%以下、15.0モル%以下、10.0モル%以下、5.0モル%以下、3.0モル%以下、2.0モル%以下、又は1.0モル%以下であってよい。更なるいくつかの実施形態では、上記ガラス組成物の、量(RO+RO-BaO)は、0.0モル%~20.0モル%、0.0モル%~17.0モル%、0.0モル%~5.0モル%、1.0モル%~20.0モル%、1.0モル%~5.0モル%、2.0モル%~18.0モル%、2.0モル%~15.0モル%、3.0モル%~20.0モル%、3.0モル%~18.0モル%、3.0モル%~15.0モル%、5.0モル%~20.0モル%、5.0モル%~18.0モル%、10.0モル%~19.0モル%、10.0モル%~18.0モル%、10.0モル%~17.0モル%、10.0モル%~15.0モル%、15.0モル%~20.0モル%、15.0モル%~19.0モル%、8.0モル%~18.0モル%、3.0モル%~11.0モル%、又は8.0モル%~18.0モル%であってよい。
【0092】
何らかの理論によって束縛されることを望むものではないが、溶融物改質剤を含まない何らかの組成のガラスを溶融させようとする場合、上述の改善されたガラス形成性は、希土類金属酸化物の量と他のいくつかの構成成分の量との間の特定の関係が満たされたときに達成されることが分かった。一般に、改質剤を含まず、かつ(Nb+ZrO)の濃度の合計(モル%)より少ない希土類金属酸化物の総含有量RE(モル%)を含有するガラス組成物は、ガラス形成特性が劣っていることが分かった。例えばこれらの組成物は一般に、300℃/分~400℃/分未満の速度で冷却している間に結晶化する溶融物が得られる蛍光を有し、これは一般に大量生産では許容できない。これらの組成物について、ニオビア及び/又はジルコニアといった耐火性無機物が高温で沈殿すると考えられる。組成物が改質剤を含まず、(Nb+ZrO+SiO)の濃度の合計(モル%)より多い希土類金属酸化物の総含有量RE(モル%)を含んでいた場合、これらの組成物は典型的にはガラスを形成できないことが分かった。これは、希土類金属酸化物が高温においてそれ自体で又は(例えばジルコニアとの)固溶体として結晶化することが原因であり得ると考えられる。組成物が改質剤を含まず、(RE-Nb-ZrO)の濃度の差(モル%)より大幅に多い量のSiOを含み、十分に高い濃度のチタニア(TiO)を含有していなかった場合、高温のガラス形成性溶融物は相分離、結晶化、又はその両方を起こしやすい蛍光を有することが分かった。SiO及びTiOが、これらの組成物が呈する相分離及び/又は結晶化の促進因子であり得ると考えられる。
【0093】
従って、本開示のいくつかの実施形態によると、上記ガラス組成物は、RE、SiO、Nb、及びZrOを、モル%で、以下の条件(I)及び/又は(II)のうちの少なくとも一方を満たす量で含む:
【0094】
【数8】
【0095】
及び
【0096】
【数9】
【0097】
いくつかの例では、式(II)の値が-1未満であるガラス組成物は、値が-1~0の範囲内であるガラス組成物に比べて、良好なガラス形成性を示しやすかった。何らかの理論によって束縛されることを望むものではないが、本開示のガラス組成物、即ち良好なガラス形成性を示す、改質剤を含有する組成物及び改質剤を含まない組成物の両方が、ガラス溶融物中での屈折率上昇剤の溶解度の改善をもたらすことができ、これは本発明のガラスの一部の、光学特性の改善に寄与できると考えられる。
【0098】
本開示のある実施形態によると、本明細書に記載のガラスは、587.56nmで測定した場合に1.85以上の屈折率nを有する。いくつかの例では、上記ガラスは、587.56nmで測定した場合に1.85以上、1.90以上、1.95以上、2.00以上、2.05以上、又は2.10以上の屈折率nを有する。いくつかの例では、上記ガラスは、587.56nmで測定した場合に、1.85~2.10、1.90~2.10、1.91~2.10、1.95~2.10、2.00~2.10、2.05~2.10、1.85~2.05、1.90~2.05、1.91~2.05、1.95~2.05、2.00~2.05、1.85~2.00、1.90~2.00、1.91~2.00、1.95~2.00、1.85~1.95、1.90~1.95、又は1.91~1.95の屈折率nを有する。
【0099】
所与の屈折率において、密度が低いことは、ガラスが利用される光学素子の重量が小さくなることに対応する。サイズ及び重量は、多くのタイプの光学デバイス、特に例えば拡張現実システム等の携帯型光学デバイスにおいて重要となり得る。上述のように、本開示のガラスは、低い密度と共に高い屈折率を有する。本開示のある実施形態によると、本明細書に記載のガラスは、25℃で測定した場合に5.5g/cm以下の密度dRTを有する。いくつかの例では、本開示のガラスは、25℃で測定した場合に5.5g/cm以下、5.3g/cm以下、5.1g/cm以下、4.9g/cm以下、4.8g/cm以下、又は4.5g/cm以下の密度dRTを有してよい。いくつかの例では、上記ガラスは、587.56nmで測定した場合に1.91~2.0の屈折率n、及び25℃で測定した場合に4.3g/cm~5.1g/cmの密度dRTを有してよい。いくつかの実施形態では、上記ガラスは、587.56nmで測定した場合に1.90以上の屈折率n、及び25℃で測定した場合に4.8g/cm以下の密度dRTを有する。いくつかの実施形態では、上記ガラスは、587.56nmで測定した場合に1.96以上の屈折率n、及び25℃で測定した場合に4.95g/cm以下の密度dRTを有する。いくつかの実施形態では、上記ガラスは、587.56nmで測定した場合に1.91以上の屈折率n、及び25℃で測定した場合に5.0g/cm以下の密度dRTを有する。いくつかの実施形態では、上記ガラスは、587.56nmで測定した場合に2.00以上の屈折率n、及び25℃で測定した場合に5.0g/cm以下の密度dRTを有する。
【0100】
いくつかの実施形態では、本開示のガラスは、式(III):
【0101】
【数10】
【0102】
に従った屈折率n及び密度dRTを特徴とすることができ、ここで屈折率nは587.56nmの波長で測定され、密度は25℃で(g/cmを単位として)測定される。いくつかの実施形態では、本開示のガラスは、式(IV):
【0103】
【数11】
【0104】
に従った屈折率n及び密度dRTを特徴とすることができ、屈折率nは587.56nmの波長で測定され、密度は25℃で(g/cm)を単位として)測定される。いくつかの実施形態では、本開示のガラスは、式(IV)に従って0.020以上の値をもたらす屈折率n及び密度dRTを特徴とすることができる。
【0105】
いくつかの実施形態では、上記ガラスは高い透過率を特徴とする。一般に、ガラスの透過率が高いほど、所与の光学損失において光が通過する経路は長くなり、これによって、多くの用途において光学性能を向上させることができる。高屈折率ガラスは典型的には、光の少なくとも一部分、特に電磁スペクトルの青色及び近UV領域の光を吸収する、TiO及びNbといった種を含む。本開示の実施形態では、約300nm~2300nmの範囲内の異なる複数の波長に関して、ガラスの透過率を特性決定してよい。いくつかの用途では、可視及び近UV範囲(青色領域)における透過が高いことが特に望ましい。青色における高い透過率を高屈折率ガラスで達成するのは困難である場合がある。屈折率を上昇させるためにガラスに典型的に使用される高レベルのTiO及び/又はNbは、近UV領域の透過率を低下させ、UVカットオフをより高い波長へとシフトさせる傾向を有する。青色光の(フレネル損失を考慮した)内部透過率は、波長460nmにおける厚さ10mmの試料の内部透過率が90%以上である場合に許容可能とみなすことができ、内部透過率が460nmの波長において95%以上である場合に良好とみなすことができ、内部透過率が460nmの波長において97%以上である場合に優れているとみなすことができる。
【0106】
いくつかの実施形態では、上記ガラスは、式(V):
【0107】
【数12】
【0108】
を満たす、少なくとも1.85の屈折率n(587.56nmで測定)、密度dRT(25℃で測定)、及び透過率指数Tを特徴としてよく、ここで透過率指数Tは、式(VI):
【0109】
【数13】
【0110】
に従って決定され、式(VI)中に列挙された各酸化物は、上記ガラス中の、モル%を単位として表された酸化物の量を指す。透過率指数Tは、5つの屈折率上昇剤La、Gd、ZrO、Nb、及びTiOの総計に対する、無色の屈折率上昇剤La、Gd、及びZrOのモルでの割合である。Tの量は、本開示の高屈折率・低密度ガラスの青色透過率と相関することが分かっている。
【0111】
いくつかの実施形態では、上記ガラスは、式(VII):
【0112】
【数14】
【0113】
を満たす、少なくとも1.95の屈折率n(587.56nmで測定)、密度dRT(25℃で測定)、及び透過率指数Tを特徴としてよく、ここで透過率指数Tは、上述の式(VI)に従って決定される。
【0114】
屈折率及び密度は、ガラスの組成から予測できる2つの特性である。本開示の実施例のガラスの組成空間付近の比較例のガラスの線形回帰分析を実施して、587.56nmの波長における屈折率nの組成依存性、及び25℃におけるガラスの密度(g/cm)の組成依存性を予測できる式を決定した。以下の式(VIII)及び(IX)は線形回帰分析から得られたものであり、それぞれガラスの屈折率及び密度の予測に使用された:
【0115】
【数15】
【0116】
ここでPは、587.56nmの波長におけるガラスの屈折率nを予測する屈折率パラメータであり、Pは、25℃におけるガラスの密度(g/cm)をガラスの組成に基づいて予測する密度パラメータであり、式(VIII)及び(IX)中に列挙された各酸化物は、上記ガラス中の、モル%を単位として表された酸化物の量を指す。
【0117】
以下の表1は、式(VIII)及び(IX)が導かれた濃度限界を特定している。式(VIII)及び(IX)を決定するために使用された線形回帰分析は、回帰を進展させるための訓練データセットとして使用するためのガラスをランダムに選択し、また、(以下の表1に示されている)事前に定義された組成の限界内での内挿を実施する能力を評価するための検証データセットとして使用するためのガラスを選択した。以下の表1で指定されている基準を満たし、かつ関心対象の特性の測定値を有するガラス組成物、各特性に対して約100個のガラス組成物の、訓練データセットを、公開されているSciGlass Information Systemデータベースに提示されている文献データから、及び本明細書で提示されている実施形態からの実施例のガラスから、ランダムに選択した。上で指定されたデータセットの線形回帰分析を用いて式(VIII)及び(IX)を決定し、有意でない変数及び外れ値を排除した。得られた式(VIII)及び(IX)を以下の表2に提示する。同一の基準を満たすガラス組成物の別の部分を、事前に定義された組成の限界内で内挿を行う能力を評価するための検証セットとして使用した。これは表2で指定されている標準偏差に対応する。これもまたSciGlass Information Systemデータベースからランダムに選択された、従来技術のガラス組成物の外部データセットを用いて、指定されている組成の限界から外れた特定の特性を妥当な精度で予測する能力を評価した。このプロセスを複数回繰り返して、表2で指定されている上述の回帰式に対応する、関心対象の各特性の最良のバリアントを決定した。
【0118】
【表1】
【0119】
【表2】
【0120】
図1は、いくつかの比較例のガラス(「Comp.ガラス」)及び実施例のガラス(「Ex.ガラス」)に関する、密度パラメータPの関数としての測定屈折率n測定密度dRT(25℃で測定、g/cm)のプロットである。図1のデータによって示されているように、屈密度パラメータPの組成依存性は、大半のガラスについて、測定密度の±0.090g/cmの範囲内の誤差を有していた。図2は、いくつかの比較例のガラス(「Comp.ガラス」)及び実施例のガラス(「Ex.ガラス」)に関する、屈折率パラメータPの関数としての測定屈折率n(587.56nmで測定)のプロットである。図2のデータによって示されているように、屈折率パラメータPの組成依存性は、大半のガラスについて、測定屈折率nの±0.019単位の範囲内の誤差を有していた。
【0121】
本開示のいくつかの実施形態を表す濃度限界は、以下の表3~6で指定されている。
【0122】
本開示の別の実施形態によると、本発明のガラスは、式(X):
【0123】
【数16】
【0124】
を満たす屈折率パラメータP及び密度パラメータPを有することができる。
【0125】
本開示のいくつかの実施形態によると、本発明のガラスは、式(XI):
【0126】
【数17】
【0127】
を満たす屈折率パラメータP及び密度パラメータPを有することができる。
【0128】
いくつかの実施形態では、本開示のガラスは、式(XII):
【0129】
【数18】
【0130】
を満たす屈折率パラメータP、密度パラメータP、及び透過率指数Tを有することができ、ここでPの値は1.85以上である。
【0131】
いくつかの実施形態では、本開示のガラスは、式(XIII):
【0132】
【数19】
【0133】
を満たす屈折率パラメータP、密度パラメータP、及び透過率指数Tを有することができる。
【0134】
いくつかの実施形態では、上記ガラスは良好なガラス形成性を特徴とすることができ、上記ガラス形成性は、冷却中の失透に対する耐性として評価できる。上述のように、ガラス形成性は、溶融物の臨界冷却速度、即ち溶融物が結晶化することなくガラスを形成する最低冷却速度を決定することによって、数値的に測定できる。一実施形態によると、上記ガラスは、300℃/分以下、いくつかの例では100℃/分以下の臨界冷却速度を特徴としてよい。いくつかの実施形態では、本開示のガラスは、空気中で、結晶化することなく2.5分で1100℃から500℃まで冷却できることを特徴とすることができる。このガラス形成性を特徴とするガラスは、プレス成型プロセスに対応できる。
【0135】
本開示のいくつかの実施形態による本開示の実施例のガラスAが、以下の表3に示されている。表3は、本開示のいくつかの実施形態による成分の組み合わせ、及び各成分の量を特定している。表3の実施例のガラスAは、本明細書に記載の本開示のいずれの態様による追加の成分を、0.5モル%以下の量で含んでもよい。表3の実施例のガラスAの、各酸化物のモル%に関して表される(B/SiO)の比は、0.05以上であってよい。
【0136】
【表3】
【0137】
本開示のいくつかの実施形態による本開示の実施例のガラスBが、以下の表4に示されている。表4は、本開示のいくつかの実施形態による成分の組み合わせ、及び各成分の量を特定している。表4の実施例のガラスBは、本明細書に記載の本開示のいずれの態様による追加の成分を、0.5モル%以下の量で含んでもよい。表4の実施例のガラスBの、各酸化物のモル%に関して表される(B/SiO)の比は、0.05以上であってよい。
【0138】
【表4】
【0139】
本開示のいくつかの実施形態による本開示の実施例のガラスCが、以下の表5に示されている。表5は、本開示のある実施形態による成分の組み合わせ、及び各成分の量を特定している。表5の実施例のガラスCは、本明細書に記載の本開示のいずれの態様による追加の成分を含んでもよい。
【0140】
【表5】
【0141】
本開示の実施形態による実施例のガラスCはまた、式(X)又は(XI)のうちの1つ以上:
【0142】
【数20】
【0143】
及び/又は
【0144】
【数21】
【0145】
を満たすことができ、ここでPは、式(VIII)に従って決定される屈折率パラメータであり、Pは式(IX)に従って決定される密度パラメータであり、式(VIII)及び(IX)中に列挙された各酸化物は、上記ガラス中の、モル%を単位として表された酸化物の量を指す。
【0146】
本開示の実施形態による実施例のガラスCはまた、式(III)又は(IV)のうちの1つ以上:
【0147】
【数22】
【0148】
及び/又は
【0149】
【数23】
【0150】
を満たすことができ、ここでdRTは、25℃で測定された、g/cmを単位とする密度であり、nは、587.56nmで測定された屈折率である。
【0151】
本開示のいくつかの実施形態による本開示の実施例のガラスDが、以下の表6に示されている。表6は、本開示のある実施形態による成分の組み合わせ、及び各成分の量を特定している。表6の実施例のガラスDは、本明細書に記載の本開示のいずれの態様による追加の成分を含んでもよい。
【0152】
【表6】
【0153】
本開示のある実施形態による実施例のガラスDは、587.56nmで測定した場合に1.85以上の屈折率nを有することができる。いくつかの実施形態では、実施例のガラスDは、式(XII)又は(XIII)のうちの1つ以上:
【0154】
【数24】
【0155】
及び/又は
【0156】
【数25】
【0157】
を満たし、ここでPは式(VIII)に従って計算され、Pは式(IX)に従って計算され、Tは式(VI)に従って計算される。
【0158】
本開示の実施形態による実施例のガラスDはまた、式(V)又は(VII)のうちの1つ以上:
【0159】
【数26】
【0160】
及び/又は
【0161】
【数27】
【0162】
を満たし、ここでdRTは、25℃で測定された、g/cmを単位とする密度であり、nは、587.56nmで測定された屈折率であり、Tは式(VI)に従って計算される。
【0163】
本開示の実施形態は、(25℃で測定した場合に)5.5g/cm以下の密度、及び任意に1つ以上の更なる所望の特徴と共に、1.90以上、いくつかの実施形態では2.0超の高い屈折率nを特徴とする、ガラスを提供できる。いくつかの実施形態では、本開示のガラスは、同等の値の密度及び屈折率nを有する一部の従来技術のシリコボレートガラスと比較した場合の、ガラス形成性の改善を提供できる。このようなガラス形成性の改善により、製造を簡素化でき、コスト節減を提供でき、及び/又は最終的なガラス製品の品質を改善できる。いくつかの実施形態では、本開示のガラスは、同等の屈折率n及び/又は密度特性を有する従来技術のガラスと比較した場合に、同等の、又は改善された、青色光の透過率を提供できる。
【0164】
ガラスの透過率は、少なくとも部分的には、上記ガラスを形成するために使用された、組成の構成成分及び/又はプロセスに基づくものとなり得る。プロセスパラメータが既に決定/最適化された製造条件下では、ガラスの透過率は基本的に成分依存性となる。何らかの理論によって束縛されることを望むものではないが、TiO及びNbといった成分は、特に高濃度で使用された場合に、ガラスの青色透過率を低下させ得ると考えられる。しかしながら、TiO及びNbといった成分を使用することで、ガラスの屈折率を上昇させることができ、これに対応するガラスの密度の望ましくない上昇を伴わない。よって、いくつかの実施形態では、TiO及びNbといった成分を、許容可能なレベルの青色透過率を有するガラスを依然として提供する所望の屈折率及び密度に適合された濃度で、添加できる。本発明のガラスの屈折率は、ZrO、La、Gdといった他の酸化物、及び場合によっては他の希土類金属酸化物を用いて上昇させることもできる。これらの酸化物を追加することにより、望ましい青色透過率を有するガラスを製造できることが分かっている。しかしながらこれらの酸化物は密度も上昇させる場合があり、これは一部の用途には望ましくない場合がある。これらの酸化物のうちのいくつかは、濃度が高いと、組成物のガラス形成性も低下させる恐れがある。例えばこれらの酸化物は、液相線温度を上昇させる場合があり、及び/又は高温において、ガラス溶融物から、これらの酸化物を含有する結晶相を沈殿させる場合がある。酸化物のうち、ZrO、La、Gd、TiO、及びNb、ZrOは、いくつかの組成物において、液相線温度に対する影響が最大でありながら、同時にガラスの青色透過率に対する影響が最小限であることが観察された。従って、屈折率を上昇させる、及び/又は密度を低下させるための試みは、組成物のガラス形成性に望ましくない影響を及ぼす可能性がある。本開示の実施形態は、例えば拡張現実デバイス、仮想現実デバイス、複合現実デバイス、及び/又はアイウェアといった多くの用途で許容可能なレベルの青色透過率及びガラス形成性を示すガラスを依然として提供しながら、1.90以上、いくつかの実施形態では2.0以上の高い屈折率nを、5.5g/cm以下の密度(25℃で測定)と共に有するガラスを提供できる。
【実施例
【0165】
以下の実施例は、本開示が提供する様々な特徴及び利点を説明するものであり、本発明及び添付の特許請求の範囲を限定することは全く意図されていない。
【0166】
実施例のガラス及び比較例のガラスは全て、比較的純粋な酸化物材料を溶融させることによって調製された。以下の表7は、本明細書に記載の実施例のガラス及び比較例のガラスの調製に使用される酸化物の一部に見られる、典型的なトランプ元素を列挙したものである。
【0167】
【表7】
【0168】
ガラス試料を調製するために、バッチ原材料から約15グラムの各試料(標的種の含有量は99.99重量%超であった)を、白金るつぼ又は白金‐ロジウムるつぼ((Pt:Rh=80:20))内で、約1300℃で1時間にわたって溶解させた。2つの制御冷却条件を適用した。第1の条件(「15分試験」と呼ばれる)では、試料を炉内で1100℃から500℃に冷却するために約15分かかった。第2の条件(「2.5分試験」と呼ばれる)では、試料を1100℃から500℃に冷却するために約2.5分かかった。温度の読み取り値は、炉の温度の直接的な読み取りによって、又は較正スケーリングを伴うIRカメラを用いて、得られた。第1の条件(15分試験)は、1000℃(この温度の付近で冷却速度は最大値に近づく)における最大300℃/分の冷却速度に概ね対応し、第2の試験条件(2.5分試験)は、1000℃における最大600℃/分の冷却速度に概ね対応する。温度がより低くなると、冷却速度も大幅に低下する。第1及び第2の冷却体制の典型的なスケジュールを図3に示す。試験された試料の化学分析は実施されなかった。これは、別個の溶融物として調製された同様の試料について、XRF法(X線蛍光、Bを除く全ての酸化物)、及びICP法(誘導結合プラズマ質量分析、B)で化学分析を実施したためである。これらの分析により、同様に約1モル%未満であるNb等の主要な成分について、バッチ組成からの±2.0質量%以内の偏差が得られた。
【0169】
以下の表8は、本開示の実施形態による実施例のガラス1~90のガラス組成及び特性を列挙したものである。表8は、3つの失透試験「失透試験1」、「失透試験2」、及び「失透試験3」からの観察を含む。「失透試験1」は、光学顕微鏡(倍率100~500倍)下での、1リットルるつぼ内で溶融させたガラス試料の観察の結果を指す。略号「A」、「B」、「C」及び「D」は以下のように使用される:結晶化の証拠なし(「A」);ガラス内の1つ又は2つのスポットのみ、及び表面のみにおいて、顕微鏡下でごく少数の結晶が発見されたが、表面の98%超は結晶を含まない(「B」);表面に更に多数の結晶があるものの、ガラス表面の90%超が結晶を含まない(「C」);るつぼの大半に多少の結晶があり、ガラス表面の90%未満が結晶を含まない(「D」)。「失透試験2」は、上述の「15分試験」冷却手順を指し、「OK」は、ガラス組成物がこの試験に合格したことを指すために使用される。「失透試験3」は、上述の「2.5分試験」冷却手順を指し、観察の「OK」は、ガラス組成物がこの試験に合格したことを指すために使用される。
【0170】
【表8-1】
【0171】
【表8-2】
【0172】
【表8-3】
【0173】
【表8-4】
【0174】
【表8-5】
【0175】
【表8-6】
【0176】
【表8-7】
【0177】
【表8-8】
【0178】
【表8-9】
【0179】
【表8-10】
【0180】
【表8-11】
【0181】
【表8-12】
【0182】
以下の表9は、比較例のガラス1~25のガラス組成及び特性を列挙したものである。
【0183】
【表9-1】
【0184】
【表9-2】
【0185】
【表9-3】
【0186】
表9に列挙されている比較例のガラスそれぞれの参照キーは以下の通りである:[1]特開50‐018509(小原光学硝子製造所);[2]特開S6033229(ミノルタカメラ株式会社);[3]米国登録特許第10287205B2号(CDGM GLASS CO LTD);[4]米国公開特許第2004220041号(光ガラス株式会社);[5]米国登録特許第7091145B2号(CARL‐ZEISS‐STIFTUNG);[6]米国登録特許第7598193B2号(HOYA株式会社);[7]米国特許第8077406号(HOYA株式会社);[8]米国特許第8207075号(株式会社オハラ);[9]米国登録特許第8661853B2号(HOYA株式会社);[10]米国登録特許第9169152B2号(CDGM GLASS CO.LTD);[11]国際公開特許第2017110304A1号。
【0187】
図4は、実施例のガラスのうちのいくつか、及び比較例のガラスのうちのいくつかに関する、密度パラメータPと屈折率パラメータPとの間の関係を示すプロットである。上述の実施例のガラス(黒丸)は、表8からの実施例5、10、14、16~21、及び25~56である。上述の比較例のガラス(白丸)は、表9からの比較例C1~C4である。587.56nmにおける屈折率を予測する屈折率パラメータPは、式(VIII)に従って決定され、式(VIII)中に列挙された化学式は、上記ガラス中の、モル%を単位として表された対応する成分の量を指す。室温での密度を予測する密度パラメータPは、式(IX)に従って決定され、式(IX)中に列挙された化学式は、上記ガラス中の、モル%を単位として表された対応する成分の量を指す。図4に示されている実施例のガラス及び比較例のガラスは全て、以下の表10で指定されている特徴を有する。表10では、エントリ「制限なし」が存在する場合、これは、組成物を選択する際に考慮されなかった制限を指す。図4では、視認性を高めるために、上に列挙されている組成物のうちのいくつかにラベルを付している場合がある。
【0188】
【表10】
【0189】
上に列挙されている比較例のガラスは、表10で指定されている特徴を有する既知のガラスのうち、同等の値の密度パラメータPで、最も高い屈折率パラメータPを有するものとして選択されている。
【0190】
図4に示されている式y=0.815+0.25*xに対応する線は、表10で指定されている特徴を有する比較例のガラスと、本開示による実施例のガラス5、10、14、16~21、及び25~56との差の、視覚的表現を提供する。図4で確認できるように、線y=0.815+0.25*xより上には、図4に示されている上述の実施例のガラス(黒丸)があり、比較例のガラス(白丸)はない。ここでyは屈折率パラメータPに対応し、xは密度パラメータPに対応する。換言すれば、以下の式(X):
【0191】
【数28】
【0192】
を、図4に示されている実施例のガラスのうちのいくつかは満たし、比較例のガラスは満たさない。
【0193】
これも図4で確認できるように、線y=0.850+0.25*xより上には、図4に示されている実施例のガラスのうちのいくつかがあり、比較例のガラスはない。ここでyは屈折率パラメータPに対応し、xは密度パラメータPに対応する。換言すれば、式(XI):
【0194】
【数29】
【0195】
を、図4に示されている上述の実施例のガラスは満たし、比較例のガラスは満たさない。
【0196】
図4に示されているデータは、上の表10で指定されている条件下で、本開示からの実施例のガラスのうちのいくつかが、同じ条件を満たす比較例のガラスのうちの最良のものよりも、同等の密度パラメータPの値においてより高い屈折率パラメータPの値を有することを示している。これは、これらの実施例のガラスが、上述のガラスの中で、同等の値の室温での密度dRTにおいて最も高い587.56nmでの屈折率nの値を有すると予測されることとして解釈できる。換言すれば、図4に示されている実施例のガラスは、表10で指定されている特徴を有する既知のガラスの中で、高い屈折率nと室温での低い密度dRTとの組み合わせの改善を提供すると予測される。
【0197】
図5は、実施例のガラスのうちのいくつか、及び比較例のガラスのうちのいくつかに関する、室温での密度dRTと587.56nmでの屈折率nとの間の関係を示すプロットである。上述の実施例のガラス(黒丸)は、表8からの実施例25である。上述の比較例のガラス(白丸)は、表9からの比較例C2及びC5である。図5に示されている実施例のガラス及び比較例のガラスは全て、表11で指定されている特徴を有する。表11では、エントリ「制限なし」が存在する場合、これは、組成物を選択する際に考慮されなかった制限を指す。図5では、視認性を高めるために、上に列挙されている組成物のうちのいくつかにラベルを付している場合がある。
【0198】
【表11】
【0199】
上に列挙されている比較例のガラスは、表11で指定されている上述の特徴を有する既知のガラスのうち、同等の値の25℃で測定した密度dRT(g/cm)で、最も高い587.56nmでの屈折率nの測定値を有するものとして選択されている。
【0200】
図5に示されている式y=0.815+0.25*xに対応する線は、表11で指定されている特徴を有する比較例のガラスと、本開示による実施例のガラス25との差の、視覚的表現を提供する。図5で確認できるように、線y=0.815+0.25*xより上には、図5に示されている上述の実施例のガラス(黒丸)があり、比較例のガラス(白丸)はない。ここでyは屈折率nに対応し、xは密度dRTに対応する。換言すれば、以下の式(III):
【0201】
【数30】
【0202】
を、図5に示されている実施例のガラスのうちのいくつかは満たし、比較例のガラスは満たさない。
【0203】
これも図5で確認できるように、線y=0.850+0.25*xより上には、図5に示されている実施例のガラスのうちのいくつかがあり、比較例のガラスはない。ここでyは屈折率nに対応し、xは密度dRTに対応する。換言すれば、式(IV):
【0204】
【数31】
【0205】
を、図5に示されている上述の実施例のガラスは満たし、比較例のガラスは満たさない。
【0206】
図5に示されているデータは、上の表11で指定されている条件下で、本開示からの実施例のガラスのうちのいくつかが、同じ条件を満たす比較例のガラスのうちの最良のものよりも、同等の密度dRTの値(25℃で測定、g/cm)においてより高い587.56nmでの屈折率nの測定値を有することを示している。これは、測定された特性によると、これらの実施例のガラスが、上述のガラスの中で、同等の値のdRTにおいて最も高いnの値を有することとして解釈できる。換言すれば、図5に示されている実施例のガラスは、測定された特性によると、表11で指定されている特徴を有する既知のガラスの中で、高い屈折率nと低い室温での密度dRTとの組み合わせの改善を提供する
図4及び5でプロットされている比較例のガラスC1~C5に関して表10及び11、並びに式(X)、(XI)、(III)、及び(IV)で指定されている全ての属性の値を、以下の表12に提示する。上記比較例のガラスの完全な組成は表9に提示されている。本開示からの実施例のガラスの完全な組成及び上述の属性は、表8に提示されている。
【0207】
【表12】
【0208】
従って、図4及び5を参照すると、予測特性データ及び測定特性データの両方により、本開示からのいくつかの実施例のガラスが、表10及び11で指定されている特徴を有する、比較例のガラスの中で最良のものと比較して、587.56nmでの高い屈折率nと低い密度dRT(25℃で測定、g/cm)との改善された組み合わせを有することが確認される。
【0209】
図6は、実施例のガラスのうちのいくつか、及び比較例のガラスのうちのいくつかに関する、透過率指数Tと量P-(0.815+0.25*P)との間の関係を示すプロットである。上述の実施例のガラス(黒丸)は、表8からの実施例5、8~10、12、14~21、25~32、34、35、44、45、57、59~61、63~73、75~86、及び88~90である。上述の比較例のガラス(白丸)は、表9からの比較例C6~C15である。587.56nmにおける屈折率を予測する屈折率パラメータPは、式(VIII)に従って決定された。室温での密度を予測する密度パラメータPは、式(IX)に従って決定された。透過率指数Tは式(VI)に従って決定された。図6に示されている実施例のガラス及び比較例のガラスは全て、以下の表13で指定されている特徴を有する。表13では、エントリ「制限なし」が存在する場合、これは、組成物を選択する際に考慮されなかった制限を指す。図6では、視認性を高めるために、上に列挙されている組成物のうちのいくつかにラベルを付している場合がある。
【0210】
【表13】
【0211】
上に列挙されている比較例のガラスは、表13で指定されている特徴を有する既知のガラスのうち、同等の値の透過率指数Tで、最も大きな量P-(0.815+0.25*P)を有するものとして選択されている。
【0212】
図6に示されている式y=0.16-0.38*xに対応する線は、表13で指定されている特徴を有する比較例のガラスと、本開示による実施例のガラス5、8~10、12、14~21、25~32、34、35、44、45、57、59~61、63~73、75~86、及び88~90との差の、視覚的表現を提供する。図6で確認できるように、線y=0.16-0.38*xより上には、図6に示されている上述の実施例のガラス(黒丸)があり、比較例のガラス(白丸)はない。ここでyは量P-(0.815+0.25*P)に対応し、xは透過率指数Tに対応する。換言すれば、以下の式(XII):
【0213】
【数32】
【0214】
を、図6に示されている実施例のガラスのうちのいくつかは満たし、比較例のガラスは満たさない。
【0215】
これも図6で確認できるように、線y=0.20-0.38*xより上には、図6に示されている実施例のガラスのうちのいくつかがあり、比較例のガラスはない。ここでyは量P-(0.815+0.25*P)に対応し、xは透過率指数Tに対応する。換言すれば、式(XIII):
【0216】
【数33】
【0217】
を、図6に示されている上述の実施例のガラスは満たし、比較例のガラスは満たさない。
【0218】
これは、上の表13で指定されている条件下で、本開示からの実施例のガラスのうちのいくつかが、同じ条件を満たす比較例のガラスのうちの最良のものよりも、同等の透過率指数Tの値においてより大きな量P-(0.815+0.25*P)の値を有することを意味する。これは、これらの実施例のガラスが、上述のガラスの中で、同等の値の透過率指数Tにおいて最も大きな量「n-(0.815+0.25*dRT)」の値を有すると予測されることとして解釈できる。換言すれば、図6に示されている実施例のガラスは、表13で指定されている特徴を有する既知のガラスの中で、透過率指数Tと量「n-(0.815+0.25*dRT)」との組み合わせの改善を提供すると予測される。
【0219】
図7は、実施例のガラスのうちのいくつか、及び比較例のガラスのうちのいくつかに関する、透過率指数Tと量n-(0.815+0.25*dRT)との間の関係を示すプロットである。上述の実施例のガラス(黒丸)は、表8からの実施例25、57、及び61である。上述の比較例のガラス(白丸)は、表9からの比較例C5、C6、C8、C12~C14、及びC16~C25である。図7に示されている実施例のガラス及び比較例のガラスは全て、表14で指定されている特徴を有する。表14では、エントリ「制限なし」が存在する場合、これは、組成物を選択する際に考慮されなかった制限を指す。図7では、視認性を高めるために、上に列挙されている組成物のうちのいくつかにラベルを付している場合がある。
【0220】
【表14】
【0221】
上に列挙されている比較例のガラスは、表14で指定されている上述の特徴を有する既知のガラスのうち、同等の値の透過率指数Tで、量n-(0.815+0.25*dRT)の最大測定値を有するものとして選択されている。
【0222】
図7に示されている式y=0.16-0.38*xに対応する線は、表14で指定されている特徴を有する比較例のガラスと、本開示による実施例のガラス25、57、及び61との差の、視覚的表現を提供する。図7で確認できるように、線y=0.16-0.38*xより上には、図7に示されている上述の実施例のガラス(黒丸)があり、比較例のガラス(白丸)はない。ここでyは量n-(0.815+0.25*dRT)に対応し、xは透過率指数Tに対応する。換言すれば、以下の式(V):
【0223】
【数34】
【0224】
を、図7に示されている実施例のガラスのうちのいくつかは満たし、比較例のガラスは満たさない。
【0225】
これも図7で確認できるように、線y=0.20-0.38*xより上には、図7に示されている実施例のガラスのうちのいくつかがあり、比較例のガラスはない。ここでyは量n-(0.815+0.25*dRT)に対応し、xは透過率指数Tに対応する。換言すれば、式(VII):
【0226】
【数35】
【0227】
を、図7に示されている上述の実施例のガラスは満たし、比較例のガラスは満たさない。
【0228】
これは、上の表14で指定されている条件下で、本開示からの実施例のガラスのうちのいくつかが、同じ条件を満たす比較例のガラスのうちの最良のものよりも、同等の透過率指数Tの測定値においてより大きな量n-(0.815+0.25*dRT)の測定値を有することを意味する。これは、測定された特性によると、これらの実施例のガラスが、上述のガラスの中で、同等の値の透過率指数Tにおいて最も大きな量「n-(0.815+0.25*dRT)」の値を有することとして解釈できる。換言すれば、図7に示されている実施例のガラスは、測定された特性によると、表14で指定されている特徴を有する既知のガラスの中で、透過率指数Tと量「n-(0.815+0.25*dRT)」との組み合わせの改善を提供する。
【0229】
図6及び7でプロットされている比較例のガラスC5~C25に関して表13及び14、並びに式(XII)、(XIII)、(V)、及び(VII)で指定されている全ての属性の値を、以下の表15に提示する。上記比較例のガラスの完全な組成は表9に提示されている。本開示からの実施例のガラスの完全な組成及び上述の属性は、表8に提示されている。
【0230】
【表15-1】
【0231】
【表15-2】
【0232】
【表15-3】
【0233】
従って、図6及び7を参照すると、予測特性データ及び測定特性データの両方により、本開示からのいくつかの実施例のガラスが、表13及び14で指定されている特徴を有する、比較例のガラスの中で最良のものと比較して、587.56nmでの高い屈折率nと、室温での密度dRTと、透過率指数Tとの改善された組み合わせを有することが確認される。
【0234】
以下の非限定的な態様が本開示に包含される。まだ記載されていない範囲で、第1の態様~第27の態様の特徴のうちのいずれの1つを、本開示の他の態様のうちのいずれの1つ以上の特徴と部分的又は全体的に組み合わせることによって、追加の態様を形成でき、これはこのような組み合わせが明示的に説明されていない場合であっても可能である。
【0235】
本開示の精神及び様々な原理から実質的に逸脱することなく、本開示の上述の実施形態に多数の変形及び修正を施してよい。全てのこのような修正及び変形は、本開示の範囲内で本明細書に含まれることが意図され、以下の特許請求の範囲によって保護される。
【0236】
まだ記載されていない範囲で、本開示の様々な態様の異なる複数の特徴を、必要に応じて互いに組み合わせて用いてよい。ある特定の特徴が、本開示の各態様に関して明示的に図示又は説明されていないことは、該特徴が存在できないこととして解釈されることを意図したものではなく、説明のわかりやすさ及び簡潔さのために行われているものである。よって、異なる複数の態様の様々な特徴を必要に応じて混ぜ合わせるか適合させて、新たな態様を形成でき、これはこれらの新たな態様が明示的に開示されるかどうかには関係ない。
【0237】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【0238】
実施形態1
14.0モル%~50.0モル%のSiO
0.0モル%超のB
5.0モル%~40.0モル%のTiO
2.2モル%~50.0モル%のNb
2.5モル%~25.0モル%のZrO
0.0モル%~30.0モル%の希土類金属酸化物(RE)の総含有量;及び
存在する場合は0.5モル%以下で存在する他の酸化物種
を含む、ガラスであって、
酸化物のモルパーセントでの、SiOの量に対するBの量の比(B/SiO)は、少なくとも0.050であり、
上記ガラスは、Yを実質的に含まない、ガラス。
【0239】
実施形態2
上記ガラスは:
12.0モル%~40.0モル%のTiO
2.5モル%~13.0モル%のZrO;及び
2.2モル%~30.0モル%のNb
のうちの少なくとも1つを含む、実施形態1に記載のガラス。
【0240】
実施形態3
上記ガラスは、10.0モル%~40.0モル%のBを含む、実施形態1又は2に記載のガラス。
【0241】
実施形態4
希土類金属酸化物(RE)の上記総含有量は10.0モル%~30.0モル%である、実施形態1~3のいずれか1つに記載のガラス。
【0242】
実施形態5
上記1つ以上の希土類金属酸化物のうちの少なくとも1つは、La、Gd、及びYbの群から選択される、実施形態4に記載のガラス。
【0243】
実施形態6
上記ガラスは:
3.0モル%~12.0モル%のNb
を更に含む、実施形態1~5のいずれか1つに記載のガラス。
【0244】
実施形態7
上記ガラスは:
587.56nmの波長で測定した場合に1.90~2.10の屈折率n;及び
25℃で測定した場合に5.5g/cm以下の密度dRT
を有する、実施形態1~6のいずれか1つに記載のガラス。
【0245】
実施形態8
上記ガラスは:
587.56nmで測定された屈折率n;及び
25℃で測定された密度dRT(g/cm
を有し、
上記ガラスは、式(III):
【0246】
【数36】
【0247】
を満たす、実施形態1~7のいずれか1つに記載のガラス。
【0248】
実施形態9
上記ガラスは、酸化物のモルパーセントを単位とする各酸化物の量に基づく、式(I)及び式(II):
【0249】
【数37】
【0250】
及び
【0251】
【数38】
【0252】
のうちの少なくとも一方を満たし、ここでREは、モルパーセントを単位とする、希土類金属酸化物の上記総含有量である、実施形態1~8のいずれか1つに記載のガラス。
【0253】
実施形態10
上記ガラスは、結晶化することなく、空気中で1100℃から500℃まで2.5分間で冷却できることを特徴とする、実施形態1~9のいずれか1つに記載のガラス。
【0254】
実施形態11
上記ガラスは:
14.0モル%~36.0モル%のSiO;及び
14.0モル%~48.0モル%のB
を含み、
上記ガラスは、50.0モル%以下の、(SiO+B)の合計を含む、実施形態1~10のいずれか1つに記載のガラス。
【0255】
実施形態12
1.0モル%~40.0モル%のB
13.5モル%以上のLa
0.0モル%以上のSiO、ただし(SiO+B)の合計は1.0モル%~50.0モル%;並びに
希土類金属酸化物、Al、Nb、TiO、ThO、GeO、P、ZnO、Y、BaO、Bi、CaO、Er、Gd、KO、La、LiO、NaO、Nd、PbO、TeO、WO、Yb、及びZrOから選択される、少なくとも1つの酸化物であって、
Nbは0.0モル%~12.3モル%であり、
TiOは0.0モル%~33.0モル%であり、
ThOは0.0モル%~5.0モル%であり、
GeOは0.0モル%~10.0モル%であり、
は0.0モル%~20.0モル%であり、
Alは0.0モル%~2.5モル%であり、
(ZnO+Y)の合計は0.0モル%~2.5モル%である
という条件に従う、少なくとも1つの酸化物
を含む、ガラスであって、
上記ガラスは式(X):
【0256】
【数39】
【0257】
を満たし、ここでPは上記ガラスの屈折率パラメータであり、式(VIII):
【0258】
【数40】
【0259】
に従って計算され、
は密度パラメータであり、式(IX):
【0260】
【数41】
【0261】
に従って計算され、式(VIII)及び式(IX)中に列挙された各酸化物は、上記ガラス中の、モル%を単位として表された酸化物の量を指す、ガラス。
【0262】
実施形態13
上記ガラスは:
587.56nmで測定された屈折率n;及び
25℃で測定された密度dRT(g/cm
を有し、
上記ガラスは、式(III):
【0263】
【数42】
【0264】
を満たす、実施形態12に記載のガラス。
【0265】
実施形態14
上記ガラスは:
10.0モル%~40.0モル%のB
13.5モル%~30.0モル%のLa;及び
0.0モル%以上~20.0モル%のSiO
を含む、実施形態12又は13に記載のガラス。
【0266】
実施形態15
上記ガラスは:
0.3モル%~33.0モル%のTiO;及び
0.3モル%~12.3モル%のNb
のうちの少なくとも1つを含む、実施形態12~14のいずれか1つに記載のガラス。
【0267】
実施形態16
上記ガラスは:
0.3モル%~15.0モル%のZrO
0.0モル%~30.0モル%のCaO;
0.0モル%~15.0モル%のBaO;及び
0.0モル%~5.0モル%のK
のうちの少なくとも1つを含む、実施形態12~15のいずれか1つに記載のガラス。
【0268】
実施形態17
上記ガラスは:
587.56nmの波長で測定した場合に1.90~2.10の屈折率n;及び
25℃で測定した場合に5.5g/cm以下の密度dRT
を有する、実施形態12~16のいずれか1つに記載のガラス。
【0269】
実施形態18
上記ガラスは、酸化物のモルパーセントを単位とする各酸化物の量に基づく、式(I)及び式(II):
【0270】
【数43】
【0271】
及び
【0272】
【数44】
【0273】
のうちの少なくとも一方を満たし、ここでREは、モルパーセントを単位とする、希土類金属酸化物の上記総含有量である、実施形態11~17のいずれか1つに記載のガラス。
【0274】
実施形態19
上記ガラスは、結晶化することなく、空気中で1100℃から500℃まで2.5分間で冷却できることを特徴とする、実施形態12~18のいずれか1つに記載のガラス。
【0275】
実施形態20
14.5モル%以上のB
2.0モル%以上のSiO、ただし(SiO+B)の合計は3.0モル%~50.0モル%;
1.0モル%~45.0モル%のNb;並びに
1価金属酸化物、2価金属酸化物、希土類金属酸化物、As、Sb、Al、TiO、MoO、Ta、GeO、P、ZnO、Y、BaO、Bi、CaO、Er、Gd、Ga、KO、La、LiO、NaO、Nd、PbO、TeO、WO、Yb、及びZrOから選択される、少なくとも1つの酸化物であって、
TiOは0.0モル%~36.0モル%であり、
ZrOは0.0モル%以上であり、
は0.0モル%~1.0モル%であり、
Taは0.0モル%~1.5モル%であり、
GeOは0.0モル%~0.5モル%であり、
CaOは0.0モル%~15.0モル%であり、
は0.0モル%~20.0モル%であり、
Alは0.0モル%~2.5モル%であり、
ZnOは0.0モル%~5.5モル%であり、
MoOは0.0モル%~3.0モル%であり、
MgOは0.0モル%~15.0モル%であり、
Gaは0.0モル%~5.0モル%であり、
LiOは0.0モル%~8.0モル%であり、
TeOは0.0モル%~10.0モル%であり、
1価金属酸化物(RO)の総含有量は0.0モル%~15.0モル%であり、
希土類金属酸化物(RE)の総含有量は0.0モル%~50.0モル%であり、
(As+Sb)の合計は0.0モル%~1.0モル%であり、
(RE+TiO+Nb+ZrO+Bi+WO)の合計は25.0モル%以上であり、
(RO+RO-BaO)の合計は0.0モル%~20.0モル%であり、ここでROは2価金属酸化物の総含有量である
という条件に従う、少なくとも1つの酸化物
を含む、ガラスであって、
上記ガラスは更に、フッ素を実質的に含まず、
上記ガラスは、式(XII):
【0276】
【数45】
【0277】
を満たし、ここでPは1.85以上の値を有する屈折率パラメータであり、式(VIII):
【0278】
【数46】
【0279】
に従って計算され、Pは、式(IX):
【0280】
【数47】
【0281】
に従って計算される密度パラメータであり、
は式(VI):
【0282】
【数48】
【0283】
に従って計算される透過率指数であり、式(VIII)、式(IX)、及び式(VI)中に列挙された各酸化物は、上記ガラス中の、モル%を単位として表された酸化物の量を指す、ガラス。
【0284】
実施形態21
上記ガラスは:
587.56nmの波長で測定した場合に少なくとも1.85である屈折率n;及び
25℃で測定された密度dRT(g/cm
を有し、
上記ガラスは、式(V):
【0285】
【数49】
【0286】
を満たす、実施形態20に記載のガラス。
【0287】
実施形態22
上記ガラスは、式(XIII):
【0288】
【数50】
【0289】
を満たす、実施形態20に記載のガラス。
【0290】
実施形態23
上記ガラスは:
587.56nmの波長で測定した場合に少なくとも1.95である屈折率n;及び
25℃で測定された密度dRT(g/cm
を有し、
上記ガラスは、式(VII):
【0291】
【数51】
【0292】
を満たす、実施形態20に記載のガラス。
【0293】
実施形態24
上記ガラスは:
587.56nmの波長で測定した場合に1.90~2.10の屈折率n;及び
25℃で測定した場合に5.5g/cm以下の密度dRT
を有する、実施形態20~23のいずれか1つに記載のガラス。
【0294】
実施形態25
上記ガラスは、酸化物のモルパーセントを単位とする各酸化物の量に基づく、式(I)及び式(II):
【0295】
【数52】
【0296】
及び
【0297】
【数53】
【0298】
のうちの少なくとも一方を満たし、ここでREは、モルパーセントを単位とする、希土類金属酸化物の上記総含有量である、実施形態20~23のいずれか1つに記載のガラス。
【0299】
実施形態26
上記ガラスは:
2.0モル%~36.0モル%のSiO;及び
14.5モル%~48.0モル%のB
を含む、実施形態20~25のいずれか1つに記載のガラス。
【0300】
実施形態27
上記ガラスは、結晶化することなく、空気中で1100℃から500℃まで2.5分間で冷却できることを特徴とする、実施形態20~26のいずれか1つに記載のガラス。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
【国際調査報告】