JP2008096737A - プラスチック製光学物品とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラスチック基材から発生する水分を外部に逃がすことによって、ムクミの発生しない、かつ、耐擦傷性に優れたプラスチック製光学物品とその製造方法を提供すること。
【解決手段】メガネレンズ１は、レンズ基材１０の表面に、ハードコート層１１、反射防止層１２、防汚層１３が順に積層される。 反射防止層１２は、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層され、ハードコート層１１側から順に第１膜１２１、第２膜１２２、第３膜１２３、第４膜１２４、第５膜１２５からなる５層で構成されている。第１膜１２１、第３膜１２３、第５膜１２５は二酸化ケイ素からなり、第２膜１２２、第４膜１２４は、酸化窒化ケイ素からなる。
なお、反射防止層１２は、ＣＶＤ法（化学気相成長法）により形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチック製光学物品とその製造方法に関する。

一般に、メガネレンズなどのプラスチック製光学物品の表面には、傷防止のためのハードコート層や、ゴースト及びちらつきを防止するための反射防止層、そして撥水効果を付与するための防汚層などが形成されている。
反射防止層はハードコート層表面に異なる屈折率を持つ物質を交互に積層してなるいわゆる多層反射防止層として形成される。このような多層反射防止層を構成する物質としては、低屈折率層に二酸化ケイ素が用いられ、高屈折率層にＺｒＯ_２（酸化ジルコニウム）、Ｔａ_２Ｏ_５（酸化タンタル）、ＴｉＯ_２（酸化チタン）、Ｎｂ_２Ｏ_５（酸化ニオブ）等が用いられていた。これらの組み合わせにより形成された光学物品の耐擦傷性は、使用者の乱暴な取り扱いや不注意などにより、必ずしも最表面の傷を防げることはなかった。
そこで、低屈折率層に酸化ケイ素、高屈折率層に窒化ケイ素を持つ構造とすることによって、耐擦傷性をさらに高めることができる技術が開発された。例えば、特許文献１には低屈折率層に二酸化ケイ素、高屈折率層に四窒化三ケイ素を用いた反射防止層を製造する技術が開示されている。

特開平１１−２４２１０２号公報

しかしながら、特許文献１で用いた四窒化三ケイ素は、二酸化ケイ素の約１０倍の高いガスバリア性を持っているため、製造工程から使用時にいたるまでの長時間にわたってプラスチック基材から発生する水分を食い止めてしまう。その結果、基材が膨潤してムクミ（膜浮き）が発生し、プラスチックレンズの耐久性を低下させてしまうという問題があった。
したがって、本発明の目的は、プラスチック基材から発生する水分を外部に逃がすことによって、ムクミの発生しない、かつ、耐擦傷性に優れたプラスチック製光学物品とその製造方法を提供することである。

本発明のプラスチック製光学物品は、ハードコート層を有する基材表面に、第１膜と第２膜とが積層してなる反射防止層が設けられたプラスチック製光学物品であって、前記第１膜は、二酸化ケイ素膜であり、前記第２膜は酸化窒化ケイ素膜であることを特徴とする。
この発明によれば、第２膜である酸化窒化ケイ素膜に酸素が含まれているので、プラスチック基材から発生した水分を透過することができる。
したがって、ムクミが発生せず、耐久性に優れたプラスチック製光学物品を提供することができる。
また、二酸化ケイ素からなる低屈折率層と、酸化窒化ケイ素からなる高屈折率層とが交互に積層されているので、耐擦傷性にも優れている。

本発明のプラスチック製光学物品は、ハードコート層の直上が反射防止層の第１膜であることが好ましい。
この発明によれば、ハードコート層に接する面に第１膜である酸化ケイ素膜が積層されているので、ハードコート層に対する反射防止層の密着性が優れ、耐擦傷性も向上する。なお、ハードコート層に接する面に第２膜である酸化窒化ケイ素を積層した場合には、密着性に問題があり、ムクミの原因ともなり得る。

本発明のプラスチック製光学物品は、反射防止層の最上層が第１膜であることが好ましい。
この発明によれば、反射防止層の最上層に第１膜である酸化ケイ素膜が積層されるので、耐擦傷性に優れる。
また、反射防止層の表面に防汚層などを積層する場合に、防汚層の反射防止層への密着性が優れ、耐久性に優れたプラスチック製光学物品を提供することができる。

本発明のプラスチック製光学物品は、メガネレンズであることが好ましい。
この発明によれば、前述の反射防止層を積層しているので、前述の作用効果を奏することができるメガネレンズを提供することができる。

本発明のプラスチック製光学物品の製造方法は、前記第１膜と前記第２膜とは、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により酸素を導入して形成されることを特徴とする。
この発明によれば、酸化ケイ素膜からなる第１膜と、酸化窒化ケイ素膜からなる第２膜とが交互に積層してなる反射防止層を、ＣＶＤ法により形成することができる。
ＣＶＤ法は既存の積層技術であるため、原料となるガスを変えるだけで、容易に積層することができる。具体的には、第１膜を二酸化ケイ素で形成する場合には、酸素雰囲気下でＳｉＯを導入する。第２膜を酸化窒化ケイ素で形成する場合には、酸素雰囲気下でＳｉＮを導入する。
したがって、既存の技術を用いて形成することができるため、コストや手間をかけることなく、簡単に積層することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、光学物品としてメガネレンズを適用した一例である。
図１は、本実施形態のメガネレンズ１の断面図である。（１．メガネレンズ１の構成）
メガネレンズ１は、レンズ基材１０の表面に、ハードコート層１１、反射防止層１２、防汚層１３が、内側から外側に向かって順に積層される。
反射防止層１２は、低屈折率層である第１膜１２１と、高屈折率層である第２膜１２２とが交互に積層され、ハードコート層１１側から順に第１膜１２１、第２膜１２２、第３膜１２３、第４膜１２４、第５膜１２５からなる５層で構成されている。第３膜１２３および第５膜１２５は、第１膜１２１と同じ低屈折率層であり、第４膜１２４は、第２膜１２２と同じ高屈折率層である。

（１．レンズ基材）
レンズ基材１０は、屈折力、機械的強度、透過率など、メガネまたは光学物品における基本特性を維持するための機能を有する。
レンズ基材１０は特に限定されないが、（メタ）アクリル樹脂をはじめとしてスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アリル樹脂、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート樹脂（ＣＲ−３９）等のアリルカーボネート樹脂、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、イソシアネート化合物とジエチレングリコールなどのヒドロキシ化合物との反応で得られたウレタン樹脂、イソシアネート化合物とポリチオール化合物とを反応させたチオウレタン樹脂、分子内に１つ以上のジスルフィド結合を有する（チオ）エポキシ化合物を含有する重合性組成物を硬化して得られる透明なプラスチック樹脂等を例示することができる。

（２．ハードコート層）
ハードコート層１１としては、本来の機能である耐擦傷性を向上するものであればよい。例えば、メラミン系樹脂、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂等を用いたハードコート膜が挙げられるが、シリコーン系樹脂を用いたハードコート膜が最も好ましい。例えば、金属酸化物微粒子、シラン化合物からなるコーティング組成物を塗布し硬化させてハードコート膜を形成することができる。このコーティング組成物にはコロイダルシリカ、および多官能性エポキシ化合物等の成分を含んでいてもよい。

さらにハードコート層１１は、従来公知の各種添加剤を含むことができる。例えば、塗布性の向上を目的とした各種レベリング剤、耐候性の向上を目的とした紫外線吸収剤や酸化防止剤、さらに染料や顔料等の添加剤などが挙げられる。
このようなハードコート層１１を形成する方法としては、ディッピング法、スピンナー法、スプレー法、フロー法により、ハードコート層１１を構成する組成物を塗布し、その後、４０〜２００℃の温度で数時間加熱乾燥する方法が例示できる。

（３．反射防止層）
（３−１．反射防止層の構成）
次に、反射防止層１２について説明する。
反射防止層１２は、反射防止、フィルタリング等の光学機能のほか、耐擦傷性機能も有する。なお、反射防止層１２は、可視光領域（３８０ｎｍ〜７００ｎｍ）で反射率が３％以下の機能を有する。
反射防止層１２は、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層され、第１膜１２１と第２膜１２２と第３膜１２３と第４膜１２４と第５膜１２５とからなる５層で形成される。
第１膜１２１と第３膜１２３と第５膜１２５は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなる低屈折率層であり、第２膜１２２と第５膜１２５は、酸化窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）からなる高屈折率層となっている。

（３−２．反射防止層１２の形成）
反射防止層１２は、ＣＶＤ法（化学気相成長法）により形成することができる。
図２は、メガネレンズ１を製造するための蒸着装置２を模式的に示した図である。この蒸着装置２により、ハードコート層１１が積層されたレンズ基材１０の表面に、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層され、反射防止層１２を形成する。
以下、蒸着装置２の構成と、反射防止層１２の形成方法について詳述する。
蒸着装置２は、真空排気装置（ターボ分子ポンプ、メカニカルブースターポンプ、ドライポンプ等）で排気できるようになっている。また、ＡＰＣ（自動圧力制御装置）によって蒸着装置２内の圧力は一定に保たれる。
基材載置台２２にはメガネレンズ１と光学層厚モニタ用ガラス２３がセットされている。蒸着装置２にはメガネレンズ１を加熱するヒータ２４が備えられている。
蒸着装置２では、高周波発生装置２５から電極２６に高周波電圧が印可されると、蒸着装置２内に原料ガスやキャリアガスに基づくプラズマが発生し、メガネレンズ１の表面に膜を形成することができる。

次に、反射防止層１２を形成する方法について説明する。
ハードコート層１１が積層されたメガネレンズ１を基材載置台２２に載せ、基材載置台２２を蒸着装置２内に設置し、真空排気した後、約８０℃に加熱する。原料ガスとしてＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）とＯ_２の混合ガス、キャリアガスにＡｒを導入する。蒸着装置２内にプラズマを発生させ、メガネレンズ１上にＳｉＯ_２からなる第１膜１２１を形成する。なお、この条件は一例であり、本実施形態はこれに限定されるものではない。
次に、第１膜形成時に原料としたＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）とＯ_２の混合ガスをＳｉＨ_４とＮ_２ＯとＯ_２との混合ガスに変えて、第１膜形成と同様に行い、ＳｉＯＮからなる第２膜１２２を形成する。
これらを繰り返し、ＳｉＯ_２からなる第３膜１２３、ＳｉＯＮからなる第４膜１２４、さらにＳｉＯ_２からなる第５膜１２５を形成し、反射防止層１２を形成することができる。

（４．防汚層）
反射防止層１２の表面には、防汚層１３が形成される。
防汚層１３は、メガネレンズを使用するに際し、レンズ面に手垢、汗、化粧料等による汚れが付着し難く、しかも汚れを拭き取りやすくするために、防汚性能（撥水撥油性能）を付与する。
防汚層１３は、フッ素系のフルオロアルキシシラン等を用いて形成することができる。また、塗布方法としては、ディッピング法、スピンナー法、スプレー法、フロー法などの公知の方法が使用可能である。

以上説明した実施形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。
（１）反射防止層１２の第２膜１２２および第４膜１２４の酸化窒化ケイ素膜（ＳｉＯＮ）は、酸素を含んでいるので、窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）よりも水分を透過しやすい。したがって、レンズ基材１０から発生した水分は、酸化窒化ケイ素膜（ＳｉＯＮ）を透過して外部に放出されるため、ムクミが発生せず、耐久性に優れたメガネレンズを得ることができる。

（２）また、反射防止層１２は、ＳｉＯ_２からなる低屈折率層とＳｉＯＮからなる高屈折率層を交互に積層して形成されるので、耐擦傷性に優れたメガネレンズを得ることができる。

（３）反射防止層１２の最下層および最上層は、ＳｉＯ_２で形成されているので、反射防止層１２と接するハードコート層１１および防汚層１３との密着性がより高くなり、優れた耐久性を付与することができる。

（４）ＣＶＤ法において、導入するガスを変えるだけでＳｉＯ_２膜およびＳｉＯＮ膜を形成できるので、特別な設備や工程を必要とせず、コストや手間がかからない。

なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。
例えば、本実施形態では、反射防止層１２を第１膜から第５膜までの５層構成としたが、反射防止層１２の最下層と最上層がＳｉＯ_２（酸化ケイ素）膜で形成されていればよいので、ＳｉＯ_２膜とＳｉＯＮ膜とを交互に積層した７層構成とすることもできるし、ＳｉＯ_２膜やＳｉＯＮ膜以外にも、その他の層を中間に積層することもできる。
また、光学物品はメガネレンズに限定されず、望遠鏡等のレンズであってもよい。

以下の実施例および比較例に示される方法でメガネレンズを作製し、耐擦傷性試験および恒温恒室試験を行った。

[実施例１]
第一実施形態に記載の方法でメガネレンズを作製した。
プラスチック製光学物品として、プラスチック製メガネレンズ（セイコーエプソン（株）製、商品名：セイコースーパーソブリン（ＳＳＶ））の表面に、ハードコート層が積層されたものを準備し、ＣＶＤ法により反射防止層の形成を行った。
酸化ケイ素膜にはＳｉＯ_２を用い、酸化窒化ケイ素膜にはＳｉＯＮを用いた。ＳｉＯ_２層は、ＴＥＯＳ（テトラエキシシラン）とＯ_２を導入してＣＶＤ法により形成した。ＳｉＯＮ層は、ＳｉＨ_４とＮ_２ＯとＯ_２とを導入してＣＶＤ法により形成した。

レンズ基材側から順に、第１層は１．７０λ（物理膜厚１４６ｎｍ）の光学膜厚を持つＳｉＯ_２層、第２層は、０．４８λ（物理膜厚３０ｎｍ）の光学膜厚を持つＳｉＯＮ層、第３層は０．２４λ（物理膜厚２１ｎｍ）の光学膜厚を持つＳｉＯ_２層、第４層は、０．９１λ（物理膜厚５７ｎｍ）の光学膜厚を持つＳｉＯＮ層、第５層は１．００λ（物理膜厚８６ｎｍ）の光学膜厚を持つＳｉＯ_２層を順次積層した。

反射防止層の表面には、防汚層または撥水層として、フッ素系のフルオロアルキシシラン等を積層した。例えば、ＧＥ東芝シリコーン株式会社製ＴＳＬ８２３３（商品名）、ＴＳＬ８２５７（商品名）、ダイキン工業株式会社製オプツールＤＳＸ（商品名）等を使用することができる。

[比較例１]
実施例１において、反射防止層を、スパッタリング法により形成した。なお、第１層、第３層、第５層はＳｉＯ_２層、第２層、第４層はＳｉ_３Ｎ_４層とした。ＳｉＯ_２層、Ｓｉ_３Ｎ_４層ともに、アルゴン導入圧を２〜５Ｐａで行った。
レンズ基材側から順に、第１層は２．０５λ（物理膜厚１７５ｎｍ）の光学膜厚を持つＳｉＯ_２層、第２層は、０．５１λ（物理膜厚３１ｎｍ）の光学膜厚を持つＳｉ_３Ｎ_４層、第３層は０．２５λ（物理膜厚２１ｎｍ）の光学膜厚を持つＳｉＯ_２層、第４層は、１．０３λ（物理膜厚６４ｎｍ）の光学膜厚を持つＳｉ_３Ｎ_４層、第５層は１．００λ（物理膜厚８６ｎｍ）の光学膜厚を持つＳｉ_３Ｎ_４層を順次積層した。

レンズ基材、ハードコート層、防汚層については、実施例１と同様の方法でメガネレンズを作製した。
なお、膜厚が実施例１と若干異なるのは、屈折率が異なるためである。

実施例１および比較例１により得られたメガネレンズを以下の試験により評価した。
（耐擦傷試験）
スチールウール試験を行った。メガネレンズにボンスター＃００００スチールウール（日本スチールウール（株）製）で１ｋｇの荷重をかけ、１０往復表面を摩擦し、傷ついた程度を目視で観察した。
評価基準は、傷の程度を目視の観察により１０段階（１（悪）〜１０（良））にランク付けし、以下のように評価した。
◎：非常に耐擦傷性が高い（段階１０〜８）
〇：耐擦傷性が高い（段階７〜６）
△：耐擦傷性は若干低い（段階５〜４）
×：耐擦傷性が低い（段階３〜１）

（恒温恒室試験）
この試験により、密着性と外観評価を行った。
レンズ表面を約１ｍｍ間隔で基盤目状に１００目クロスカットし、温度６０℃湿度１００％の恒温恒室層に置いた。７日目に、クロスカットした部分に、粘着テープ（ニチバン（株）製、商品名セロテープ（登録商標））12ｍｍ（JIS Z1522）を強く貼り付けたのち、急速に粘着テープを剥がし、粘着テープを剥がした後の基盤目に膜剥がれ状態を下記の４段階で評価した。評価基準は膜剥がれの面積を目視の観察により行った。
◎：非常に密着性が高い （残った面積＝１００／１００）
〇：密着性が高い （残った面積＝９９〜８５／１００）
△：密着性がやや低い（残った面積＝８４〜３５／１００）
×：密着性が低い （残った面積＝３４〜０／１００）

次に、外観評価試験を、図３に示すような透過検査法で行った。具体的には、まず反射の少ない黒色の背景（床、壁）Ｆを持つ検査室内で、照度を２００〜２５０ルクス、試験位置における照度を３５０〜５００ルクスとし、肉眼により明視できる環境とした（ＪＩＳ Ｔ７３１３〜Ｔ７３１５に準拠）。また、蛍光灯Ｌは３波長域発光形昼白色タイプを使用した。そして、レンズを上下させ、レンズに残存しているクラックやムクミを観察した後、さらに４５〜９０度回転して、レンズを上下させ外観を観察した。各々１０個のサンプルについて評価を行った（ｎ＝１０）。

なお、外観評価試験は、図４に示すような反射検査法で行ってもよく、また両者を併用してもよい。図４の反射検査法においては、検査室内の環境は図３の透過検査法と同様であるが、レンズの傾斜角を変えて評価を行う。具体的には、いったんレンズを観察した後、４５〜９０度回転して再度同様に評価を行う。
評価結果を以下に示す。

実施例１は、比較例１と同等のスチールウール試験の結果が得られた。また、実施例１および比較例１はともにクロスカット試験が良好であった。すなわち、実施例１が比較例１と同等の高耐擦傷性および高い密着性を持つことを示した。
外観は比較例１においてムクミの発生がみられ、実施例１ではムクミおよびクラックが観察できなかった。
したがって、実施例１は、高耐擦傷性、高密着性およびムクミ防止機能をもつ反射防止層であるといえる。

本発明は、メガネレンズなどのプラスチック製光学物品に使用できる。

本発明の一実施形態にかかるメガネレンズの断面図。 本発明の一実施形態にかかるＣＶＤ装置の模式図。 本発明の実施例にかかる外観評価の透過検査法を示す概略図。 本発明の実施例にかかる外観評価の反射検査法を示す概略図。

符号の説明

１…メガネレンズ
１１…ハードコート層
１２…反射防止層
１３…防汚層
２…蒸着装置
２２…基材載置台
２６…電極

Claims (5)

1. ハードコート層を有するプラスチック基材の表面に、第１膜と第２膜とが積層してなる反射防止層が設けられたプラスチック製光学物品であって、
   前記第１膜は、二酸化ケイ素膜であり、前記第２膜は酸化窒化ケイ素膜であることを特徴とするプラスチック製光学物品。
2. 請求項１に記載のプラスチック製光学物品において、
   前記ハードコート層の直上が、前記反射防止層の前記第１膜であることを特徴とするプラスチック製光学物品。
3. 請求項１および請求項２のいずれかに記載のプラスチック製光学物品において、
   前記反射防止層の最上層が前記第１膜であることを特徴とするプラスチック製光学物品。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のプラスチック製光学物品は、メガネレンズであることを特徴とするプラスチック製光学物品。
5. 請求項１から請求項４に記載のプラスチック製光学物品を製造する製造方法であって、
   前記第１膜と前記第２膜とは、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により酸素を導入して形成されることを特徴とするプラスチック製光学物品の製造方法。

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