JP2017182065A - 光学素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1-1 緻密層の形成]
BK7ガラス平板(直径30mm、屈折率:1.518)からなる基材1に、電子ビーム式の蒸着源を有する装置を用いて、真空蒸着法により表1に示す6層の緻密層2を形成した。
低屈折率防曇層3として、中央自動車工業株式会社製のエクセルピュア[DB-01]を緻密層2上にスピンコートした後、80℃で30分間温風乾燥することにより、シリカナノ粒子膜を形成した。低屈折率防曇層3の屈折率は1.305であり、光学膜厚は136 nmであった。得られた低屈折率防曇層3の算術平均粗さ(Ra)、最大高さ(Ry)及び純水接触角と光学素子のヘイズ値を表2に示す。
[2-1 緻密層の形成]
BK7ガラス平板(直径30mm、屈折率:1.518)に、屈折率が1.532の紫外線硬化性樹脂(ラジカル重合タイプのアクリレート樹脂)を2mm厚で施工し、紫外線照射により硬化させて基材1を用意した。次に基材1に実施例と同様の方法で表1に示す7層の緻密層2を形成した。
低屈折率防曇層3として、中央自動車工業株式会社製のエクセルピュア[DB-01]を緻密層2上にスピンコートした後、25℃で30分間自然乾燥することにより、シリカナノ粒子膜を形成した。低屈折率防曇層3の屈折率は1.310であり、光学膜厚は138 nmであった。得られた低屈折率防曇層3の算術平均粗さ(Ra)、最大高さ(Ry)及び純水接触角と光学素子のヘイズ値を表2に示す。
[3-1 緻密層の形成]
J-LAF010ガラス平板(直径30mm、屈折率:1.746)からなる基材1に、実施例と同様の方法で表1に示す9層の緻密層2を形成した。
低屈折率防曇層3として、中央自動車工業株式会社製のエクセルピュア[DB-01]を緻密層2上にスピンコートした後、80℃で30分間温風乾燥することにより、シリカナノ粒子膜を形成した。低屈折率防曇層3の屈折率は1.298であり、光学膜厚は122 nmであった。得られた低屈折率防曇層3の算術平均粗さ(Ra)、最大高さ(Ry)及び純水接触角と光学素子のヘイズ値を表2に示す。
[4-1 緻密層の形成]
LaFK55ガラス平板(直径30mm、屈折率:1.697)からなる基材1に、実施例と同様の方法で表1に示す8層の緻密層2を形成した。
低屈折率防曇層3として、中央自動車工業株式会社製のエクセルピュア[DB-01]を緻密層2上にスピンコートした後、80℃で30分間温風乾燥することにより、シリカナノ粒子膜を形成した。低屈折率防曇層3の屈折率は1.295であり、光学膜厚は139 nmであった。得られた低屈折率防曇層3の算術平均粗さ(Ra)、最大高さ(Ry)及び純水接触角と光学素子のヘイズ値を表2に示す。
[(5-1) 有機修飾シリカ湿潤ゲルの作製(TMCSによる表面修飾)]
(5-1-1) シリカ湿潤ゲルの作製
扶桑化学工業株式会社製のメチルシリケート51(テトラメトキシシランの平均4量体)5.90gと和光純薬工業株式会社製のメタノール(特級)50.55 gの混合物に和光純薬工業株式会社製の28%アンモニア(特級)から調整した0.10 Nのアンモニア水3.20 gを添加し10分間攪拌した。その後、室温にて3日間静置して加水分解重縮合反応を促進させエージングした。
工程(5-1-1) で作製したシリカ湿潤ゲルを2cm角程度の大きさに切り出し、それを結晶皿にとり、和光純薬工業株式会社製のエタノール(特級)を添加し、マグネティックスターラーを用いて300 rpmでゆっくり1日間攪拌して、シリカ湿潤ゲル中の溶媒をエタノールに置換した。置換後デカンテーションすることで、エタノール溶媒置換されたシリカ湿潤ゲルをえた。溶媒置換に用いたエタノールは、シリカ湿潤ゲル20 gに対して100 mlの割合で添加した。
工程(5-1-2) で作製した湿潤ゲル60 gを結晶皿にとり、東京化成工業株式会社製のトリメチルクロロシランと和光純薬工業株式会社製の4-メチル-2-ペンタノン(特級)からなる混合液体を添加し、マグネティックスターラーを用いて300 rpmでゆっくり1日間攪拌して、シリカ湿潤ゲル中の酸化ケイ素末端を有機修飾した。有機修飾後デカンテーションすることで、有機修飾シリカ湿潤ゲルを得た。トリメチルクロロシランと4-メチル-2-ペンタノンの混合液の作製は、体積比にして5ml:95 mlの割合で混合した。シリカ湿潤ゲルの有機修飾は、シリカ湿潤ゲル20 gに対して、トリメチルクロロシランと4-メチル-2-ペンタノンの混合液が100 mlの割合で添加した。
工程(5-1-3) で作製した湿潤ゲル60 gを結晶皿にとり、和光純薬工業株式会社製の4-メチル-2-ペンタノン(特級)を添加し、マグネティックスターラーを用いて300 rpmでゆっくり1日間攪拌して、有機修飾シリカ湿潤ゲルを洗浄した。その後、デカンテーションすることで、有機修飾剤及び副生成物の除去された有機修飾湿潤ゲルを得た。洗浄に用いた4-メチル-2-ペンタノンは、シリカ湿潤ゲル20 gに対して100 mlの割合で添加した。
工程(5-1) で作製した有機修飾シリカ湿潤ゲルを100 mlディスポビーカーにとり、和光純薬工業株式会社製の4-メチル-2-ペンタノン(特級)を添加し、マグネティックスターラーを用いて700 rpmで攪拌しながら株式会社日本精機製作所の超音波分散装置(定格出力600 W、発振周波数19.5 KHz±1KHz)で2時間超音波分散した。分散溶液の濃度は、固形分濃度にして3.5重量%になるように調整した。分散溶液の固形分濃度は、有機修飾シリカ湿潤ゲルを120℃の送風定温恒温機(イナートオーブン)に2時間入れて乾燥したときの、乾燥前後の質量から算出した固形分から調製した。
工程(5-2) で作製したシリカ多孔質膜作製用塗工液を屈折率1.518のBK7ガラスからなる平行平面板(直径30 mm,厚さ1.5 mm)の表面にスピンコート法により塗布した。得られたシリカ多孔質膜の算術平均粗さ(Ra)、最大高さ(Ry)及び純水接触角と光学素子のヘイズ値を表2に示す。
比較例1で作製したシリカ多孔質膜作製用塗工液を比較例1と同様に1.518のBK7ガラスからなる平行平面板(直径30mm,厚さ1.5 mm)の表面にスピンコート法により塗布した後、塗布基板を400℃で加熱した。得られたシリカ多孔質膜の算術平均粗さ(Ra)、最大高さ(Ry)及び純水接触角と光学素子のヘイズ値を表2に示す。
基材表面の反射防止膜を、1Kg/cm2の圧力をかけながら150回/分の速度で不織布(商品名「スピックレンズワイパー」、小津産業株式会社製)により10回擦り、表面の傷を目視で確認し以下の基準で評価した。結果を表3に示す。
<判定基準>
反射防止膜の一部に傷は付いたが剥離はしなかった・・・○
反射防止膜に傷が付き一部剥離または反射色が変化した・・・△
反射防止膜が全部剥離した・・・×
反射防止膜の1cm×1cmの領域にセロハンテープを貼付した後、セロハンテープを45度方向に引っ張りながら剥離することにより密着性を評価した。評価は、表面の剥離を目視で観察し、以下の基準で行った。結果を表3に示す。
<判定基準>
反射防止膜が全く剥離しなかった・・・○
反射防止膜が一部剥離した・・・△
反射防止膜が全部剥離した・・・×
実施例3の反射防止膜の表面をセイコーインスツル株式会社製の原子間力顕微鏡(AFM)を使用して測定した三次元画像と、解析箇所の断面形状を図6〜8に示し、比較例1の反射防止膜の表面をセイコーインスツル株式会社製の原子間力顕微鏡(AFM)を使用して測定した三次元画像と、解析箇所の断面形状を図9〜11に示す。図6及び7に示すように、実施例3の反射防止膜は平均周期100〜300 nm程度の凹凸形状が付されており、図8に示すように算術平均粗さ(Ra)と最大高さ(Ry)のいずれも大きい値を有していた。それに対し、図9〜11に示すように、比較例1の微細凹凸構造は算術平均粗さ(Ra)と最大高さ(Ry)のいずれも小さかった。以上の通り、実施例3の低屈折率防曇層は算術平均粗さ(Ra)と最大高さ(Ry)が大きく、凹凸形状の平均周期が小さいので、優れた防曇性を有するとともに、幅広い波長領域で反射防止効果が得られた。
Claims (16)
- 基材と、前記基材上に形成された緻密層、及び前記緻密層上に形成された微細凹凸構造を有するナノ多孔質膜又はナノ粒子膜からなる低屈折率防曇層を有する反射防止膜とを有する光学素子であって、前記微細凹凸構造の算術平均粗さ(Ra)が2.5〜50 nmであり、最大高さ(Ry)が15〜200 nmであり、前記反射防止膜の水の接触角が10°以下であることを特徴とする光学素子。
- 前記低屈折率防曇層がSiO2からなることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
- 前記低屈折率防曇層は複数の細長い形状を有するナノ粒子が堆積してなり、前記ナノ粒子の表面が親水性であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。
- 前記ナノ粒子の平均長径は30〜200 nmであり、平均短径は10〜50 nmであり、平均長径/平均短径は1〜20であることを特徴とする請求項3に記載の光学素子。
- 前記微細凹凸構造の平均周期は、使用する光の波長よりも短いことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光学素子。
- 前記低屈折率防曇層の空隙率は20〜35%であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光学素子。
- 前記低屈折率防曇層の屈折率が1.29〜1.35であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の光学素子。
- 前記低屈折率防曇層の厚さが光学膜厚(nd)で80〜170 nmであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の光学素子。
- 前記緻密層が、MgF2、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、ZnO、Ta2O5、Nb2O5、HfO2、CeO2、SnO2、In2O3、Y2O3、Pr6O11及びSb2O3からなる群から選ばれた少なくとも一種からなる単層又は多層であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の光学素子。
- ヘイズ値が0.3%以下であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の光学素子。
- 前記基材が、ガラス、溶融石英ガラス、合成石英ガラス、シリコン又はカルコゲナイドの無機材料からなることを特徴とする請求項10に記載の光学素子。
- 前記基材が、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の有機材料からなることを特徴とする請求項10に記載の光学素子。
- 前記基材が、ガラス、溶融石英ガラス、合成石英ガラス、シリコン又はカルコゲナイドの無機材料と、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の有機材料との組み合わせからなることを特徴とする請求項10に記載の光学素子。
- 前記基材は平板状、レンズ状、プリズム状又は回折素子状であることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の光学素子。
- 請求項1〜14のいずれかに記載の光学素子の製造方法において、前記基材上に前記緻密層を物理成膜法又は湿式法により形成し、前記低屈折率防曇層を湿式法により形成した後、常温〜200℃以下で乾燥することを特徴とする光学素子の製造方法。
- 前記物理成腹法を真空蒸着法又はスパッタリング法とし、前記湿式法をゾル−ゲル法とすることを特徴とする請求項15に記載の光学素子の製造方法。
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