JP2004171023A - 反射防止用多孔質光学材料 - Google Patents

Abstract

【目的】 従来にない低屈折率を可能にする反射防止用光学材料。
【構成】 透明材料中に独立した泡状の微小空孔を分散させてその透明材料自身の屈折率より低い屈折率にする。したがって、反射防止処理において、処理表面層の屈折率を従来に比べてより空気の屈折率に近づけることができるため、大きな反射防止効果が得られる。それ以外にも、低屈折率材料として各方面で有効に利用し得る。

Description

本発明は、反射防止用多孔質光学材料に関し、特に、透明材料の屈折率を低下させてなる反射防止用多孔質光学材料に関する。

屈折率の低い光学材料の適用分野には、反射防止膜、光導波路、レンズ、プリズム等があり、ディスプレイ表面からの反射を抑える防眩処理、光導波路のクラッド等に用いられる。

ところで、従来、屈折率の低い材料としては、サイトップ（旭化成（株）製）等のフッ素化合物（屈折率：１．３４）やフッ化マグネシウム（屈折率：１．３８）等の化合物、及び、それらの超微粒子を樹脂等に分散させて形成したもの等がある。

しかしながら、フッ素化合物、フッ化マグネシウム等の屈折率は高々１．３程度であり、これより低いものを得ることはできなかった。

また、超微粒子分散系材料では、その屈折率は、マトリクス材料の屈折率と超微粒子の屈折率との中間の値しかとることができず、フッ化マグネシウムの超微粒子を用いても、１．３８以下の値をとることはできない。

ところで、反射防止処理については、屈折率の高い材料と低い材料を交互に積層する多層膜による方法と、屈折率の高いガラスあるいはプラスチック等の表面に屈折率の低い材料の単層を設ける方法等がある。後者の場合、屈折率をガラスあるいはプラスチック表面から徐々に低くし、空気の屈折率（＝１）に近づけるほどその効果は大きい。そのためには、従来にない低い屈折率を持つ材料が必要である。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来にない低屈折率を可能にする反射防止用光学材料を提供することである。

上記目的を達成すべく研究の結果、マトリクス材料中に上記超微粒子の代わりに、真空、空気あるいは窒素等のガスからなる微小な空孔を分散させることにより、マトリクス材料より低い屈折率の光学材料が得られることを見出して本発明を完成したものである。この場合、この多孔質体の空孔は、連続して繋がっている場合とそれぞれが独立した泡状の場合とがある。

このような多孔質光学材料を作製する方法としては、多くの方法が考えられるが、以下にいくつかの例を示す。ただし、これらに限定されるものではない。

（１）加熱、光あるいは電子線の照射により分解して窒素等のガスを発生する物質をマトリクスとなる樹脂のワニスに分散あるいは溶解させ、乾燥後、加熱、光あるいは電子線照射により気泡を発生させ、多孔質体を得る。マトリクス樹脂としては、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂等、及び、それらの混合物、共重合体等があり、発泡物質としては、ジアゾ化合物、過酸化物等、及び、それらの混合物がある。

（２）樹脂モノマーに発泡物質を分散あるいは溶解させ、重合後あるいはその前又は同時に、加熱、光照射、電子線照射により発泡させて多孔質体を作る。

（３）重合による体積収縮率の大きい樹脂モノマーの重合により空孔を作り、多孔質体を得る。

（４）重合する際に体積の膨張率が極端に異なる２種以上のモノマーからの共重合体を合成する際に発生する局部的な体積の収縮から微小な空孔を発生させて多孔質体を得る。

（５）樹脂モノマーと相分離状態を示す材料とシリコンオイル、液晶等とを混合して樹脂モノマーを重合させた後、シリコンオイル、液晶等を取り除き多孔質体を作る。

（６）空気等のガスを含むマイクロカプセル（マイクロバルーン）を（１）のワニスに分散させ、乾燥して多孔質体を作る。

（７）金属アルコキサイドと有機高分子との共加水分解、共重縮合（いわゆるゾル−ゲル法）により、分子レベルの有機−無機複合体を作成し、加熱による有機成分を分解させることによって、分子オーダーでの細孔を有する多孔質体を合成する。

このようにして得られる多孔質体は、反射防止膜等の光学薄膜材料として用いることもできるし、バルク状に形成して、レンズ、プリズム等に構成して用いることもできる。これらにおいて、グラジエントな屈折率分布を持たせることもできる。屈折率分布を持たせるには、微小空孔の密度を変化させればよい。

すなわち、本発明の反射防止用多孔質光学材料は、透明材料中に独立した泡状の微小空孔を分散させてその透明材料自身の屈折率より低い屈折率にしたことを特徴とするものである。

この場合、微小空孔は真空あるいは気体からなり、また、微小空孔の大きさは１０Åから使用波長程度であることが望ましい。透明材料としては、高分子材料、無機材料、無機高分子複合材料何れであってもよい。そして、本発明の反射防止用多孔質光学材料には屈折率に分布を持たせることもできる。なお、本発明の多孔質光学材料は、光学薄膜材料として用いることもでき、光学バルク材料として用いることもできる。

本発明によると、透明材料中に独立した泡状の微小空孔を分散させてその透明材料自身の屈折率より低い屈折率にすることができるので、反射防止処理において、処理表面層の屈折率を従来に比べてより空気の屈折率に近づけることができるため、大きな反射防止効果が得られる。それ以外にも、低屈折率材料として各方面で有効に利用し得る。

以下、本発明の反射防止用多孔質光学材料のいくつかの実施例について説明する。

実施例１
モノマーとして東亜合成（株）製のアクリル酸誘導体（Ｍ−５６００）を用い、この中に重合開始部材であり窒素ガスを発生するα、α′−アゾイソブチロニトリルを３．０重量％溶解し、基板上に塗布して電子線照射により表面をゆるやかに硬化させた後、基板を１１０℃で加熱することにより、樹脂を硬化させると同時に、樹脂中に微小な気泡を内在させた。次いで、アッベ法による屈折率測定を行ったところ、気泡を内在させない樹脂と比べて０．１％以下の屈折率低下が見られた。

比較例１
ガスを発生しない重合開始部材としてテトラメチルチウラムジスルフィドを用いた以外は、実施例１と全く同様にして樹脂を合成した。次いで、実施例１と同様の方法で屈折率を測定したが、屈折率に変化は見られなかった。

実施例２
モノマーの表面硬化の際に紫外線を用いた以外は、実施例１と全く同様にして樹脂中に気泡を内在させた。次いで、アッベ法による屈折率測定を行ったところ、気泡を内在させない樹脂と比べて０．１％以下の屈折率低下が見られた。

実施例３
樹脂として東洋紡績（株）製のポリエステル（バイロン−２００）中に発泡部材として１．０重量％の２、２´−アゾビス（２、４−ジメチルバレロニトリル）を溶解し、基板上に塗布後、紫外線照射により発泡部材を分解し、樹脂中に微小な気泡が内在させた。次いで、実施例１と同様の方法で屈折率測定を行ったところ、気泡を内在させない樹脂と比べて０．１％以下の屈折率の低下が見られた。

実施例４
金属アルコキサイドのテトラエトキシシラン５０ｇと有機高分子としてアミド基を繰り返し単位とするポリオキサゾリン５ｇとをエタノール３０ｍｌに溶かし、次いで、この溶液に濃塩酸１．２ｇを４５ｇの純水で希釈した溶液を添加し、基板上に広げて反応させた。生成したゲルを６００℃で焼成し、有機高分子を分解させ、細孔を生じさせた。有機高分子の分解温度以下で焼成した生成物に比べて０．１％以下の屈折率低下が見られた。

Claims (9)

1. 透明材料中に独立した泡状の微小空孔を分散させてその透明材料自身の屈折率より低い屈折率にしたことを特徴とする反射防止用多孔質光学材料。
2. 前記微小空孔が真空あるいは気体からなることを特徴とする請求項１記載の反射防止用多孔質光学材料。
3. 前記微小空孔の大きさが１０Åから使用波長程度であることを特徴とする請求項１又は２記載の反射防止用多孔質光学材料。
4. 前記透明材料が高分子材料からなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の反射防止用多孔質光学材料。
5. 前記透明材料が無機材料からなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の反射防止用多孔質光学材料。
6. 前記透明材料が無機高分子複合材料からなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の反射防止用多孔質光学材料。
7. 屈折率に分布を持たせたことを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の反射防止用多孔質光学材料。
8. 光学薄膜材料として用いたことを特徴とする請求項１から７の何れか１項記載の反射防止用多孔質光学材料。
9. 光学バルク材料として用いたことを特徴とする請求項１から７の何れか１項記載の反射防止用多孔質光学材料。