JP2003294906A - 眼鏡用プラスチックレンズ及びその製造方法 - Google Patents
眼鏡用プラスチックレンズ及びその製造方法Info
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Abstract
さを高め、且つ眼鏡レンズとしての耐久性と反射防止特
性に優れたこと眼鏡レンズを提供する。 【解決手段】 SiO2層とTiO2層とを交互に積層さ
せてなる7層の反射防止膜で、基板側から数えて1層目
から3層目までの膜厚およびSiO2層とTiO2層の物
理膜厚比を制御することと4層目から7層目までの光学
膜厚を厚くなりすぎないように制御すること。
Description
る眼鏡レンズ及びその製造方法に関するものである。
ことを考えた場合、軽さと加工のしやすさというメリッ
トがある一方、硬さが不足しているため傷が入り易いこ
とが問題であった。対策として、プラスチックレンズの
表面に金属酸化物の微粒子と有機ケイ素化合物からなる
ハードコート層を成膜することが広く行われている。ま
た、その上に表面で起こる光の反射を抑える目的で、プ
ラスチックレンズ上のハードコート表面に反射防止膜を
成膜することが一般的になってきているが、反射防止膜
を構成する物質はSiO2やZrO2等の金属酸化物であ
ることから、本来の反射防止効果の他に、レンズ表面の
硬さを高める効果にも大きく関与している。現在のプラ
スチック眼鏡レンズの多くは、ハードコートと反射防止
膜の両方を備えることで、ある程度のレンズ表面の硬さ
を実現している。
とする場合、ハードコートを硬くする、或いは反射防止
膜で硬さを出す、といった2つの方法が考えられる。し
かし、眼鏡用のプラスチックレンズに実用する事を考え
た場合、ハードコートは生地の膨張収縮の影響を直に受
けるため、ハードコートの硬化度を高めて柔軟性を低下
させることはレンズの耐久性を下げる結果となる。一
方、反射防止膜において硬さを出す場合は、成膜手法を
工夫して硬度を高める方法と膜厚を増やす方法が考えら
れる。ただ、反射防止膜程度の多層膜で、効果が明確に
現れるほど各層の硬度を高くすることは実際には困難で
あることから、膜厚を増やす方法が現実的である。
は、生産サイクルタイムの短縮や総合的な耐久性の確保
といった理由から、層数を増やさず膜厚も厚くしない傾
向で設計されている。特に耐久性に関しては、膜厚を大
きくするとクラックが入りやすくなることや、密着性を
確保することが難しいこと等、眼鏡レンズとしての耐久
性に問題が多かったことから240〜280nm程度の
膜厚が主流となっている。
ックが発生しやすくなることや密着性が低下する原因の
ひとつとして、反射防止膜内の応力バランスが挙げられ
る。薄膜の内部に存在する応力は、構成する物質や膜
厚、或いは成膜手法によって応力の方向や大きさが変わ
るといった特徴がある。反射防止膜のような多層膜の場
合は、各層の内部応力の総和が多層膜としての内部応力
となるが、これが圧力方向または張力方向に大きく偏る
と密着性の低下やクラック発生に繋がる。
で、眼鏡用プラスチックレンズ表面の硬さを高め、且つ
眼鏡レンズとしての耐久性を損なわずレンズ外観も良好
であることを特徴とする眼鏡用プラスチックレンズを提
供することを目的としている。
プラスチック眼鏡レンズ表面の硬さを高める目的で反射
防止膜の膜厚を増やす場合、SiO2層とTiO2層のど
ちらの膜厚を増やした方が効果的であるかを調べたとこ
ろ、SiO2層の膜厚を増やした方が良いことが分かっ
た。だが、単純にSiO2層の膜厚を増やしたのでは、
光学特性としては良好でも眼鏡レンズとしての耐久性が
十分ではなかった。前記目的を達成するために以下に示
す発明をした。
上に低屈折率層と高屈折率層を交互に積層して7層から
なる反射防止膜において、設計主波長λ0を480nm
以上550nm以下の範囲に持ち、最も基材側にある層
を第1層として順に外側へ向けて層番号をつけて奇数番
号層をSiO2層とし、偶数番号層をTiO2層とした場
合、1層目から3層目までの総膜厚を180nm以上2
50nm以下の範囲に設定し、且つそのSiO2層とT
iO2層の物理膜厚比を0.020 ≦ TiO2層物理
膜厚/SiO2層物理膜厚 ≦ 0.065の関係に
し、さらに各層の光学膜厚をλk(kは層番号)とした
とき、 0.10λ0 ≦ λ4 ≦ 0.18λ0 0.05λ0 ≦ λ5 ≦ 0.10λ0 0.13λ0 ≦ λ6 ≦ 0.18λ0 0.24λ0 ≦ λ7 ≦ 0.28λ0 の関係にある反射防止膜を有することを特徴とする眼鏡
用プラスチックレンズにである。
力方向へ傾くことになるが、上記の関係に膜厚をコント
ロールすることで、反射防止膜の内部応力バランスをと
ることが出来て、良好な耐久性が得られることが分かっ
た。特に基板に近い、1層目から3層目の物理膜厚をコ
ントロールすることが重要であることが分かった。前記
の式の関係を満たすようにすると、SiO2層の膜厚を
大きくすることが出来ることから、表面の硬さを高くす
ることが出来た。
係にすることで、良好な反射防止特性を得ることが出来
ると同時に、1つのTiO2層の膜厚を小さく抑えるこ
とが出来た。TiO2層の成膜は主にイオンアシスト蒸
着法によって行われるが、蒸着源の加熱を強くしなけれ
ばならないため高温の蒸気が基板に到達することや、イ
オンビームの照射によって蒸着基板の温度を上昇させ易
いことから、厚い膜を成膜させようとすると成膜中の基
板温度上昇が大きくなってしまう傾向がある。基板がプ
ラスチックレンズの場合では、変形などの影響が出て重
大な問題に発展する。発明者の実験では、1つの層で
0.5λ0より厚いTiO2層を持つ反射防止膜を成膜
したときにレンズが変形する現象が現れ始めたが、0.
25λ0程度のTiO2層をSiO2層と交互に積層させ
た場合は基板の温度上昇が小さいことを見出した。この
結果を踏まえて反射防止膜構成を検討した結果、4層目
から7層目の膜厚を上記の関係とすることが最適である
ことが分かった。
と前記反射防止膜の間に、金属酸化物微粒子と有機ケイ
素化合物を主成分とするハードコート層を有する眼鏡用
プラスチックレンズである。
層とプラスチック基材の間に金属酸化物微粒子と有機ケ
イ素化合物を主成分とするプライマー層を有する眼鏡用
プラスチックレンズである。
鏡用プラスチックレンズの製造方法であって、TiO2
層の成膜を、酸素イオンをアシストしながら蒸着するこ
とを特徴とする眼鏡用プラスチックレンズの製造方法で
ある。基板がプラスチックレンズであるため、基板温度
を高くすると変形を起こしてしまう。基板温度を低く抑
えながらTiO2層の成膜を行うには、酸素イオンをア
シストしながら蒸着する手法が最も優れていることが分
かった。
を行うとき、真空度調節用の酸素ガスまたはアルゴンガ
スを導入して真空チャンバー内の圧力を3.0×10-3
Pa〜7.0×10-3Paの範囲に保持することを特徴
とする眼鏡用プラスチックレンズの製造方法である。レ
ンズ表面の硬さを高めるためにSiO2層の物理膜厚を
増やしていることから、反射防止膜の内部応力が圧力方
向に偏りやすくなっている。請求項4に記載の発明で良
好な結果が得られているが、TiO2層の成膜を前記の
条件で行って作製した反射防止膜は更に優れていること
が分かった。
する前の表面処理として、プラスチック基材表面或いは
ハードコート層表面に酸素イオンのビームを照射する工
程を含むことを特徴とする眼鏡用プラスチックレンズの
製造方法である。
る。なお、実施例や比較例によって得られた眼鏡用プラ
スチックレンズの耐久性を評価するために以下に示す試
験を行った。
い、カッターナイフで10×10の碁盤目を作り、セロ
ファン粘着テープによる剥離試験で残った碁盤目の数を
数えて密着性を評価した。評価のランキングはA〜Dの
4段階とした。 A:碁盤目が100〜99残った状態(良好) B:碁盤目が98〜95残った状態(比較的良好) C:碁盤目が94〜65残った状態(やや不良) D:碁盤目が64〜0残った状態(不良)
し、オーブンで30分加熱した後30分室温で放置して
からクラックの有無を評価した。加熱試験の温度設定は
40℃よりはじめて、5℃ずつ上げて100℃までとし
た。
スチールウールで10往復擦ったときのレンズ表面への
傷付き具合を評価した。評価のランキングはA〜Cの3
段階とした。 A:わずかに傷がつく(優れている) B:多少傷がつく(良好) C:多く傷がつく(不良)
の構成を表している。設計主波長λ0は505nmであ
る。プラスチック眼鏡レンズ生地表面に1.67の屈折
率を有するプライマー層と1.67の屈折率を有するハ
ードコート層をそれぞれ浸漬法によって塗布し、加熱し
て硬化させたものを基材とし、この基材表面に反射防止
膜を構築した。SiO2層の成膜は、真空蒸着法(真空
度8.0×10-4Pa)で行った。TiO2層の成膜
は、イオンアシスト蒸着法(真空度4.0×10-3P
a)で行った。TiO2層をイオンアシスト蒸着で成膜
するときのイオンアシスト条件は加速電圧520V、加
速電流値270mAで、真空度は酸素を導入して4.0
×10-3Paで保持するようにした。基材側から数え
て、第1層は0.05λ0の光学膜厚を持つSiO2層
(屈折率1.45)、第2層は0.025λ0の光学膜
厚を持つTiO2層(屈折率2.36)、第3層は0.
525λ0の光学膜厚を持つSiO2層とした。この時
の第1層から第3層までのTiO2層とSiO2層の物理
膜厚比は、 TiO2層の物理膜厚/SiO2層の物理膜厚=0.02
7 であり、第1層から第3層までの物理膜厚和は204n
mであった。
iO2層、第5層は0.090λ0の光学膜厚を持つS
iO2層、第6層は0.155λ0の光学膜厚を持つT
iO2層、第7層は0.275λ0の光学膜厚を持つS
iO2層を順次積層してなる反射防止膜を構築した。こ
の構成での反射率特性をシミュレーションしたものを図
2に示す。得られた眼鏡用プラスチックレンズの耐久性
評価結果を表1に示す。表1の結果から分かるように、
密着性は良好で、耐熱性も高いレベルの性能を持ってい
る。耐擦傷性も傷はほとんど見えないレベルであった。
の構成を表している。設計主波長λ0は500nmであ
る。プラスチック眼鏡レンズ生地表面に1.50の屈折
率を有するプライマー層と1.50の屈折率を有するハ
ードコート層をそれぞれ浸漬法によって塗布し、加熱し
て硬化させたものを基材とし、この基材表面に反射防止
膜を構築した。SiO2層の成膜は、真空蒸着法(真空
度8.0×10-4Pa)で行った。TiO2層の成膜
は、イオンアシスト蒸着法(真空度4.0×10-3P
a)で行った。TiO2層をイオンアシスト蒸着で成膜
するときのイオンアシスト条件は加速電圧520V、加
速電流値270mAで、真空度は酸素を導入して4.0
×10-3Paで保持するようにした。基材側から数え
て、第1層は0.45λ0の光学膜厚を持つSiO2層
(屈折率1.45)、第2層は0.05λ0の光学膜厚
を持つTiO2層(屈折率2.36)、第3層は0.0
85λ0の光学膜厚を持つSiO2層とした。この時の
第1層から第3層までのTiO2層とSiO2層の物理膜
厚比は、 TiO2層の物理膜厚/SiO2層の物理膜厚=0.05
7 であり、第1層から第3層までの物理膜厚和は194n
mであった。
TiO2層、第5層は0.053λ0の光学膜厚を持つ
SiO2層、第6層は0.16λ0の光学膜厚を持つT
iO2層、第7層は0.265λ0の光学膜厚を持つS
iO2層を順次積層してなる反射防止膜を構築した。こ
の構成での反射率特性をシミュレーションしたものを図
4に示す。得られた眼鏡用プラスチックレンズの耐久性
評価結果を表1に示す。表1の結果から分かるように、
密着性は良好で、耐熱性も高いレベルの性能を持ってい
る。耐擦傷性も傷はほとんど見えないレベルであった。
の構成を表している。設計主波長λ0は500nmであ
る。プラスチック眼鏡レンズ生地表面に1.67の屈折
率を有するプライマー層と1.67の屈折率を有するハ
ードコート層をそれぞれ浸漬法によって塗布し、加熱し
て硬化させたものを基材とし、この基材表面に反射防止
膜を構築した。SiO2層の成膜は、真空蒸着法(真空
度8.0×10-4Pa)で行った。TiO2層の成膜
は、イオンアシスト蒸着法(真空度4.0×10-3P
a)で行った。TiO2層をイオンアシスト蒸着で成膜
するときのイオンアシスト条件は加速電圧520V、加
速電流値270mAで、真空度は酸素を導入して4.0
×10-3Paに保持するようにした。基材側から数え
て、第1層は0.175λ0の光学膜厚を持つSiO2
層(屈折率1.45)、第2層は0.030λ0の光学
膜厚を持つTiO2層(屈折率2.36)、第3層は
0.20λ0の光学膜厚を持つSiO2層とした。この
時の第1層から第3層までのTiO2層とSiO2層の物
理膜厚比は、 TiO2層の物理膜厚/SiO2層の物理膜厚=0.04
9 であり、第1層から第3層までの物理膜厚和は135n
mであった。
TiO2層、第5層は0.10λ0の光学膜厚を持つS
iO2層、第6層は0.145λ0の光学膜厚を持つT
iO2層、第7層は0.28λ0の光学膜厚を持つSi
O2層を順次積層してなる反射防止膜を構築した。この
構成での反射率特性をシミュレーションしたものを図6
に示す。得られた眼鏡用プラスチックレンズの耐久性評
価結果を表1に示す。表1の結果から分かるように、耐
熱性は高いレベルの性能を持っており、密着性も比較的
良好であるが、耐擦傷性が十分に高くならなかった。
の構成を表している。設計主波長λ0は500nmであ
る。プラスチック眼鏡レンズ生地表面に1.67の屈折
率を有するプライマー層と1.67の屈折率を有するハ
ードコート層をそれぞれ浸漬法によって塗布し、加熱し
て硬化させたものを基材とし、この基材表面に反射防止
膜を構築した。SiO2層の成膜は、真空蒸着法(真空
度8.0×10-4Pa)で行った。TiO2層の成膜
は、イオンアシスト蒸着法(真空度4.0×10-3P
a)で行った。TiO2層をイオンアシスト蒸着で成膜
するときのイオンアシスト条件は加速電圧520V、加
速電流値270mAで、真空度は酸素を導入して4.0
×10-3Paで保持するようにした。基材側から数えて
第1層は0.45λ0の光学膜厚を持つSiO2層(屈
折率1.45)、第2層は0.08λ0の光学膜厚を持
つTiO2層(屈折率2.36)、第3層は0.09λ
0の光学膜厚を持つSiO2層とした。この時の第1層
から第3層までのTiO2層とSiO2層の物理膜厚比
は、 TiO2層の物理膜厚/SiO2層の物理膜厚=0.09
4 であり、第1層から第3層までの物理膜厚和は202n
mであった。
iO2層、第5層は0.05λ0の光学膜厚を持つSi
O2層、第6層は0.05λ0の光学膜厚を持つTiO2
層、第7層は0.24λ0の光学膜厚を持つSiO2層
を順次積層してなる反射防止膜を構築した。この構成で
の反射率特性をシミュレーションしたものを図8に示
す。得られた眼鏡用プラスチックレンズの耐久性評価結
果を表1に示す。表1の結果からわかるように、耐熱性
と耐擦傷性は良好であるが、密着性が低下した。
止膜の総膜厚を増やしても密着性の低下やクラックの発
生を起こさないような膜構成を発見したことによって、
プラスチックレンズ表面の硬さを高くして傷を入りにく
く出来、さらに眼鏡レンズとしての耐久性と外観に優れ
た反射防止膜付きのプラスチック眼鏡レンズを提供する
ことが出来た。
ュレーション結果。
ュレーション結果。
ュレーション結果。
ュレーション結果。
Claims (6)
- 【請求項1】 プラスチック基板上に低屈折率層と高屈
折率層を交互に積層して7層からなる反射防止膜におい
て、設計主波長λ0を480nm以上550nm以下の
範囲に持ち、最も基材側にある層を第1層として順に外
側へ向けて層番号をつけて、奇数番号層をSiO2層と
し、偶数番号層をTiO2層とした場合、1層目から3
層目までの総膜厚を180nm以上250nm以下の範
囲に設定し、且つその中のSiO2層とTiO2層の物理
膜厚比を0.020 ≦ TiO2層物理膜厚/SiO2
層物理膜厚 ≦ 0.065として、さらに各層の光学
膜厚をλk(kは層番号)としたとき、 0.10λ0 ≦ λ4 ≦ 0.18λ0 0.05λ0 ≦ λ5 ≦ 0.10λ0 0.13λ0 ≦ λ6 ≦ 0.18λ0 0.24λ0 ≦ λ7 ≦ 0.28λ0 の関係にある反射防止膜を有することを特徴とする眼鏡
用プラスチックレンズ。 - 【請求項2】 プラスチック基材と前記反射防止膜の間
に、金属酸化物微粒子と有機ケイ素化合物を主成分とす
るハードコート層を有することを特徴とする請求項1に
記載の眼鏡用プラスチックレンズ。 - 【請求項3】 前記ハードコート層とプラスチック基材
の間に金属酸化物微粒子と有機ケイ素化合物を主成分と
するプライマー層を有することを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の眼鏡用プラスチックレンズ。 - 【請求項4】 請求項1記載の眼鏡用プラスチックレン
ズの製造方法であって、前記TiO2層の成膜を、酸素
イオンをアシストしながら蒸着することにより行うこと
を特徴とする眼鏡用プラスチックレンズの製造方法。 - 【請求項5】 TiO2層の成膜を行うとき、真空度調
節用の酸素ガスまたはアルゴンガスを導入して真空チャ
ンバー内の圧力を3.0×10-3Pa〜7.0×10-3
Paの範囲に保持することを特徴とする請求項4記載の
眼鏡用プラスチックレンズの製造方法。 - 【請求項6】 反射防止膜を積層する前の表面処理とし
て、プラスチック基材表面或いはハードコート層表面に
酸素イオンのビームを照射する工程を含むことを特徴と
する請求項4または5に記載の眼鏡用プラスチックレン
ズの製造方法。
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