JP2021075444A - 光学ガラス板 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、高屈折率であり、かつ可視光透過率に優れた光学ガラス板を提供する。【解決手段】ガラス組成としてＮｂ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３及びＧｄ２Ｏ３から選択される少なくとも１種を含有し、屈折率（ｎｄ）が１．９０〜２．３０、かつ、厚み１０ｍｍでの波長４５０ｎｍの内部透過率τ４５０が７５％以上であることを特徴とする光学ガラス板。【選択図】なし
Description
本発明は、ウェアラブル画像表示機器の導光板等として使用される光学ガラス板に関する。
プロジェクター付きメガネ、眼鏡型やゴーグル型ディスプレイ、仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）表示装置、虚像表示装置等のウェアラブル画像表示機器の構成部材としてガラス板が使用される。当該ガラス板は例えばシースルー導光板として機能し、ガラス板を通して外部の景色を見ながら、ガラス板に表示される映像を見ることができる。また、更にメガネの左右に異なる映像を投影する技術を利用して３Ｄ表示を実現したり、眼の水晶体を利用して網膜に結合させる技術を利用して仮想現実空間を実現することも可能である。当該ガラス板には、画像の広角化、高輝度・高コントラスト化、導光特性向上性等の面から、高屈折率であることが求められる。
上記のウェアラブル画像表示機器に使用されるガラス板は、屈折率を高める成分として可視域に吸収を持つ元素が使用されることが多い。そのため、一般に、高屈折率ガラスは可視域の光透過率が低いという問題がある。しかし上記のような用途のデバイスにおいて、透過率が低いと使用者が見る像の明るさが低下してしまう。そのため、上記のような用途の光学ガラスには高屈折率と高い可視光透過率の両立が求められている。
このような状況を鑑み、本発明は、高屈折率であり、かつ可視光透過率に優れた光学ガラス板を提供することを目的とする。
本発明者等が鋭意検討した結果、所定の成分をガラス組成として有するとともに、特定波長の内部透過率を規制することにより、前記課題を解決することを見出した。
即ち、本発明の光学ガラス板は、ガラス組成としてＮｂ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３及びＧｄ２Ｏ３から選択される少なくとも１種を含有し、屈折率（ｎｄ）が１．９０〜２．３０、かつ、厚み１０ｍｍでの波長４５０ｎｍの内部透過率τ４５０が７５％以上であることを特徴とする。なお「内部透過率」とは、ガラス板の入射側及び出射側における表面反射損失を除いた透過率のことであり、厚さ３ｍｍ及び１０ｍｍのそれぞれの表面反射損失を含む透過率の測定値から算出することができる。
本発明の光学ガラス板は、厚み１０ｍｍでの波長５２０ｎｍの内部透過率τ５２０が、８５％以上であることが好ましい。
本発明の光学ガラス板は、ガラス組成としてＴｉＯ２を含有し、ガラス割断面のＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により得られるスペクトルにおいて、Ｔｉ２＋とＴｉ４＋のピーク高さの比（Ｔｉ２＋／Ｔｉ４＋）が０．３以下であることが好ましい。一般に、ガラス中のＴｉはＴｉ２＋やＴｉ４＋として存在する。ここで、Ｔｉ４＋は可視光透過率特性の低下の原因にはならないが、Ｔｉ２＋は着色中心となるため可視光透過率特性が低下する。そこで、ＸＰＳにより得られるスペクトルにおいて、Ｔｉ２＋とＴｉ４＋のピーク高さの比を上記の通り規定することにより、可視光透過率に優れたガラスとすることが可能となる。
本発明の光学ガラス板は、ガラス組成としてＮｂ２Ｏ５を含有し、ガラス割断面のＸ線光電子分光法により得られるスペクトルにおいて、Ｎｂ２＋とＮｂ５＋のピーク高さの比（Ｎｂ２＋／Ｎｂ５＋）が０．２５以下であることが好ましい。一般に、ガラス中のＮｂはＮｂ２＋やＮｂ５＋として存在する。ここで、Ｎｂ５＋は可視光透過率特性の低下の原因にはならないが、Ｎｂ２＋は着色中心となるため可視光透過率特性が低下する。そこで、ＸＰＳにより得られるスペクトルにおいて、Ｎｂ２＋とＮｂ５＋のピーク高さの比を上記の通り規定することにより、可視光透過率に優れたガラスとすることが可能となる。
本発明の光学ガラス板は、ガラス組成として、酸化物換算の質量％で、ＳｉＯ２ １〜２０％、Ｂ２Ｏ３ １〜２５％、ＴｉＯ２ １〜３０％、及び、Ｎｂ２Ｏ５ １〜３０％を含有することが好ましい。
本発明の光学ガラス板は、酸化物換算の質量％で、さらにＬａ２Ｏ３ １０〜６０％、Ｇｄ２Ｏ３ ０〜２０％、ＺｒＯ２ ０〜１５％、及び、Ｙ２Ｏ３ ０〜５％を含有することが好ましい。
本発明の光学ガラス板は、酸化物換算の質量％で、さらにＣａＯ ０〜５％、ＳｒＯ ０〜５％を含有することが好ましい。
本発明の光学ガラス板は、ガラス組成中のＢ３＋とＳｉ４＋の含有量比（Ｂ３＋／Ｓｉ４＋）が０．５〜５であることが好ましい。
本発明の光学ガラス板は、ガラス組成として、ヒ素成分、フッ素成分及び鉛成分を実質的に含有しないことが好ましい。本発明において「実質的に含有しない」とは、該当する成分を意図的にガラス中に含有させないことを意味し、不可避的不純物まで完全に排除するものではない。客観的には、不純物を含めた各成分の含有量が、質量％で、０．１％未満であることを意味する。
本発明の光学ガラス板は、アッベ数（νｄ）が２０〜３５であることが好ましい。
本発明の光学ガラス板は、肉厚が１ｍｍ以下であることが好ましい。
本発明の光学ガラス板は、主面の長径が５０ｍｍ以上であることが好ましい。
本発明の光学ガラス板は、液相粘度が１００．５ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。
本発明の光学ガラス板は、３０〜３００℃における熱膨張係数が９５×１０−７／℃以下であることが好ましい。ここで、熱膨張係数はディラトメーターで測定した平均線熱膨張係数を指す。
本発明の光学ガラス板は、密度が５．５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
本発明の導光板は、上記の光学ガラス板からなることを特徴とする。
本発明の導光板は、プロジェクター付きメガネ、眼鏡型またはゴーグル型ディスプレイ、仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）表示装置、及び、虚像表示装置から選択されるウェアラブル画像表示機器に使用されることが好ましい。
本発明のウェアラブル画像表示機器は、上記の導光板を備えることを特徴とする。
本発明によれば、高屈折率であり、かつ可視光透過率に優れた光学ガラス板を提供することが可能となる。
本発明の光学ガラスは屈折率（ｎｄ）の最小値が１．９０であり、１．９１、１．９２、１．９３、１．９４、１．９５、１．９６、１．９７、１．９８、特に１．９９であることが好ましい。また、屈折率（ｎｄ）の最大値が２．３０であり、２．２０、２．１０、２．０８、２．０６、２．０５、２．０４、２．０３、２．０２、特に２．０１であることが好ましい。屈折率が低すぎると、プロジェクター付きメガネ、眼鏡型またはゴーグル型ディスプレイ、仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）表示装置、虚像表示装置等のウェアラブル画像表示機器の導光板として使用した場合に、視野角が狭くなる傾向がある。一方、屈折率が高すぎると、ガラスに失透や脈理等の欠陥が増加しやすくなる。
本発明の光学ガラスは、厚み１０ｍｍにおける波長４５０ｎｍの内部透過率τ４５０が７５％以上であり、８０％以上、８２％以上、８３％以上、８４％以上、８５％以上、８６％以上、８７％以上、８８％以上、８９％以上、９０％以上、９１％以上、９２％以上、特に９３％以上であることが好ましい。波長４５０ｎｍの内部透過率τ４５０を高くすることにより、可視域において優れた光透過率が得やすくなる。その結果、上記のウェアラブル画像表示機器において、使用者が見る像の明るさが高まりやすくなる。
例えば、内部透過率τ４５０を上記の通り高めることにより、厚み１０ｍｍにおける波長５２０ｎｍの内部透過率τ５２０が高まり、上記のウェアラブル画像表示機器において、使用者が見る像の明るさが高まりやすくなる。具体的には、内部透過率τ５２０を８５％以上、８７％以上、８９％以上、９０％以上、９１％以上、９２％以上、９３％以上、９４％以上、９５％以上、９６％以上、９７％以上、特に９８％以上とすることが可能となる。
なお後述するように、例えば、ガラス中に含まれるＴｉとＮｂの価数を調整することにより、上記所定波長の内部透過率をさらに高めることが可能となる。具体的には、ＴｉとＮｂの価数が大きくなるようにする（即ち、ＴｉとＮｂを酸化方向にシフトさせる）ことにより内部透過率をさらに高めることが可能となる。
以下、本発明の光学ガラス板の構成成分を例示するとともに、その好ましい含有量範囲について理由を説明する。なお、各成分の含有量範囲の説明において、特に断りのない限り、％表示は質量％を指す。
本発明の光学ガラス板は、ガラス組成としてＮｂ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３及びＧｄ２Ｏ３から選択される少なくとも１種を含有する。これらの成分は屈折率を高める成分であるため、これらの成分の少なくとも１種を必須成分として含有することにより、所望の高屈折率特性を達成することが可能となる。
Ｎｂ２Ｏ５は屈折率を顕著に高める成分である。Ｎｂ２Ｏ５を含有する場合、その含有量は１〜３０％、１．７〜２５％、２．５〜２２％、３．３〜１８％、４．４〜１４％、５．３〜１０％、特に６．１〜９％であることが好ましい。Ｎｂ２Ｏ５の含有量が少なすぎると、上記効果を得にくくなる。一方、Ｎｂ２Ｏ５の含有量が多すぎると、液相温度が急激に上昇し、液相粘度が低下して量産性が悪化する傾向がある。さらに、着色中心となるＮｂが増えるため内部透過率が低下しやすくなる。
なお、本発明の光学ガラスはガラス割断面のＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）により得られるスペクトルにおいて、Ｎｂ２＋とＮｂ５＋のピーク高さの比（Ｎｂ２＋／Ｎｂ５＋）が０．２５以下、０．２以下、０．１５以下、０．１２以下、０．１以下、０．０９以下、０．０８以下、０．０７以下、０．０６以下、０．０５以下、０．０４以下、０．０３以下、特に０．０２以下であることが好ましい。Ｎｂ２＋／Ｎｂ５＋が大きすぎると、可視域の吸収が極端に増加し、内部透過率が低下する傾向がある。なお、ＸＰＳスペクトルにおいてＮｂ２＋とＮｂ５＋のピークは、それぞれ２０２．１ｅＶ、２０７．５ｅＶのエネルギー位置に存在する。
Ｌａ２Ｏ３は屈折率を顕著に高める成分である。Ｌａ２Ｏ３を含有する場合、その含有量は１０〜６０％、２０〜５５％、３５〜５５％、３５〜５３％、３８〜５３％、４０〜５２％、４２〜５２％、４２〜５１％、特に４５〜５０．５％であることが好ましい。Ｌａ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、上記効果を得にくくなる。一方、Ｌａ２Ｏ３の含有量が多すぎると、液相温度が急激に上昇し、液相粘度が低下して量産性が悪化する傾向がある。
Ｇｄ２Ｏ３は屈折率を高め、ガラス化の安定性を向上させる成分である。Ｇｄ２Ｏ３を含有する場合、その含有量は０〜２０％、０超〜１８％、１〜１７％、２〜１６％、３〜１５％、４〜１３％、４〜１２％、５〜１１％、５〜１０％、特に６〜９％であることが好ましい。Ｇｄ２Ｏ３の含有量が多すぎると溶融温度が極端に高くなり、ＮｂやＴｉが還元されやすくなるため、内部透過率が低下しやすくなる。
本発明の光学ガラスには、上記成分以外にも以下の成分を含有させることができる。
ＳｉＯ２はガラス骨格成分であり、ガラス化の安定性及び化学耐久性を向上させる成分である。ＳｉＯ２の含有量は１〜２０％、１．２〜１８％、１．５〜１８％、１．８〜１８％、２〜１５％、２．５〜１５％、２．５〜１３％、２．８〜１３％、３〜１２％、３〜１１％、３．５〜１０％、３．５〜９％、特に４〜８％であることが好ましい。ＳｉＯ２の含有量が少なすぎると、ガラスの粘度が急激に低下し、液相粘度が低下して成形時に失透が生じやすくなるため量産性が悪化する傾向がある。一方、ＳｉＯ２の含有量が多すぎると、溶融温度が極端に高くなる。その結果、ＮｂやＴｉが還元されやすくなるため、内部透過率が低下しやすくなる。また、屈折率が低下する傾向にある。
Ｂ２Ｏ３はＳｉＯ２と同様にガラス骨格成分であるが、ＳｉＯ２のようにガラスの溶融温度を高くすることはなく、むしろ溶融温度を低下させる働きがある。また、ガラス化の安定性に寄与する成分である。Ｂ２Ｏ３の含有量は１〜２５％、２〜２２％、３〜２２％、３〜２０％、４〜１８％、５〜１６％、５〜１５％、５〜１３％、６〜１３％、７〜１３％、７．５〜１２％、８〜１１．５％、特に８．３〜９．５％であることが好ましい。Ｂ２Ｏ３の含有量が少なすぎると溶融温度が極端に高くなり、ＮｂやＴｉが還元されやすくなるため、内部透過率が低下する傾向がある。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、屈折率が低下するとともに、化学的耐久性が低下する傾向がある。
なお、優れた光透過率特性を達成するとともに、ガラス化の安定性を高め量産性を向上させるためには、ガラス組成のＢ３＋とＳｉ４＋の含有量比（カチオン比＝Ｂ３＋／Ｓｉ４＋）を適切に調節することが好ましい。具体的には、Ｂ３＋／Ｓｉ４＋は０．５〜５、０．９〜４．５、１．２〜４、１．５〜４、１．５〜３．７、１．７〜３．５、特に１．８〜３．４であることが好ましい。Ｂ３＋／Ｓｉ４＋が小さすぎると、溶融温度が極端に高くなり、ＮｂやＴｉが還元されやすくなるため、内部透過率が低下する傾向がある。一方、Ｂ３＋／Ｓｉ４＋が大きすぎると、ガラスの化学的耐久性が低下しやすくなる。またガラスの粘度が急激に低下し、液相粘度が低下して量産性が悪化しやすくなる。
また、Ｓｉ４＋＋Ｂ３＋（Ｓｉ４＋とＢ３＋の合量）は２０〜５０％、３０〜５０％、３１〜４５％、３２〜４５％、３３〜４５％、３４〜４５％、特に３５〜４２％であることが好ましい。Ｓｉ４＋＋Ｂ３＋が少なすぎると、ガラス化しにくくなる。一方、Ｓｉ４＋＋Ｂ３＋が多すぎると、屈折率が低下しやすくなる。
ＴｉＯ２は屈折率を高める成分である。また化学耐久性も向上させる効果がある。ＴｉＯ２の含有量は１〜３０％、１．７〜２５％、２．５〜２３％、３．３〜２１％、８〜２０％、１０〜１８％、特に１２〜１６％であることが好ましい。ＴｉＯ２の含有量が少なすぎると、上記効果を得にくくなる。一方、ＴｉＯ２の含有量が多すぎると、液相温度が急激に上昇し、液相粘度が低下して量産性が悪化する傾向がある。さらに、着色中心となるＴｉが増えるため内部透過率が低下しやすくなる。
なお本発明の光学ガラスは、ガラス割断面のＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）により得られるスペクトルにおいて、Ｔｉ２＋とＴｉ４＋のピーク高さの比（Ｔｉ２＋／Ｔｉ４＋）が０．３以下、０．２５以下、０．２１以下、０．１５以下、０．１２以下、０．１以下、０．０９以下、０．０８以下、０．０７以下、０．０６以下、０．０５以下、０．０４以下、０．０３以下、特に０．０２以下であることが好ましい。Ｔｉ２＋／Ｔｉ４＋が大きすぎると、可視域の吸収が極端に増加し、内部透過率が低下する傾向がある。なお、ＸＰＳスペクトルにおいてＴｉ２＋とＴｉ４＋のピークは、それぞれ４５５．１ｅＶ、４５９．０ｅＶのエネルギー位置に存在する。
ＺｒＯ２は屈折率や化学的耐久性を高める成分である。しかし、結晶核として働くため、その含有量が多くなるとガラスの失透を促進する。従って、ＺｒＯ２の含有量は０〜１５％、０超〜１０％、１〜９％、３〜８％、４〜７．５％、特に５〜７％であることが好ましい。
Ｙ２Ｏ３は屈折率を顕著に高める成分である。ただし、その含有量が多すぎると、失透や脈理が発生しやすくなる。よって、Ｙ２Ｏ３の含有量は０〜５％、０超〜５％、０．１〜４％、０．３〜２％、０．４〜１％特に、０．５〜０．８％であることが好ましい。
Ｙｂ２Ｏ３は屈折率を顕著に高める成分である。ただし、その含有量が多すぎると、失透や脈理が発生しやすくなる。よって、Ｙｂ２Ｏ３の含有量は０〜５％、０超〜５％、０．１〜４％、０．３〜２％、０．４〜１％特に、０．５〜０．８％であることが好ましい。
なお、Ｙ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ３の含有量（Ｙ２Ｏ３とＹｂ２Ｏ３の合量）は０〜５％であることが好ましい。Ｙ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、液相温度が急激に上昇し、液相粘度が低下して、失透や脈理が発生しやすくなる。Ｙ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ３の含有量の上限は４％、３．５％、３％、２．５％、２％、１．５％、１％、特に０．９％であることが好ましい。一方、Ｙ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ３の含有量の下限は０．１％、０．２％、０．３％、０．４％、０．５％、特に０．６％であることが好ましい。このようにすれば、所望の高屈折率特性を得やすくなる。
本発明の光学ガラスは、ＮｂやＴｉの還元を抑制するため、溶融時に種々の酸化剤を添加することが好ましい。このような酸化剤としては、硝酸カルシウム、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等が挙げられる。なかでも、硝酸カルシウム、硝酸ストロンチウムが特に好ましい。また、添加する酸化剤の合量は、ガラスバッチ中に、質量％で０〜５％、０〜３％、特に０．０１〜１％であることが好ましい。
前述の酸化剤を使用すると、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等の成分がガラス組成に含まれる。これらの成分の作用と含有量の範囲を下記に述べる。
ＣａＯはガラス化の安定性に寄与する成分である。ただし、その含有量が多すぎると液相温度が上昇したり、屈折率が低下する傾向にある。従って、ＣａＯの含有量は０〜５％、０〜２％、特に０．０１〜０．５％であることが好ましい。
ＳｒＯはガラス化の安定性に寄与する成分である。ただし、その含有量が多すぎると屈折率が低下する傾向にある。従って、ＳｒＯの含有量は０〜５％、０〜２％、特に０．０１〜０．５％であることが好ましい。
ＢａＯはガラス化の安定性に寄与するとともに、屈折率を高める成分である。ただし、ＢａＯを含有させるとガラスの密度が大きくなり、本発明の光学ガラスからなる光学素子の重量が大きくなる傾向がある。そのため、特にウェアラブル画像表示機器等の用途に好ましくない。従って、ＢａＯの含有量は１％以下、０．５％以下、０．２％以下であることが好ましく、含有しないことが特に好ましい。
なお所望の屈折率及び内部透過率を達成し、かつ、ガラス化の安定性を高めるためには、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量は０〜５％、０〜２％、０〜１％、０〜０．９％、０〜０．８％、０〜０．７％、０〜０．６％、０〜０．５％、特に０．０１〜０．５％であることが好ましい。
Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏは軟化点を低下させる成分であるが、その含有量が多すぎると失透や脈理が発生しやすくなる。よって、これらの成分の含有量は各々０〜３％、各々０〜１％が好ましく、含有しないことが特に好ましい。また他のアルカリ金属成分であるＬｉ２Ｏも軟化点を低下させる成分であるが、その含有量が多すぎると失透や脈理が発生しやすくなる。よって、Ｌｉ２Ｏの含有量は０〜３％、０〜１％が好ましく、含有しないことが特に好ましい。
なお、ＮｂやＴｉの還元を抑制するため、溶融時にカーボンや金属等の還元剤を含有させないことが好ましい。
ＺｎＯは本発明の組成系においては失透を促進する成分であり、その含有量は少ないほうが好ましい。具体的には、ＺｎＯの含有量は１％以下、０．５％以下、さらには０．１％以下が好ましく、含有しないことが特に好ましい。
ＷＯ３は屈折率を高める成分であるが、可視領域の光透過率を低下させる傾向がある。従って、その含有量は１％以下、０．６％以下、０．５％以下、０．３％以下が好ましく、含有しないことが特に好ましい。
なお、ヒ素成分（Ａｓ２Ｏ３等）やフッ素成分（Ｆ２等）、鉛成分（ＰｂＯ等）は環境負荷が大きいため実質的に含有しないことが好ましい。
本発明の光学ガラスは清澄性を向上させるため、ＣａＣｌ２、Ｓｂ２Ｏ３等の清澄剤を使用してもよい。これら清澄剤の合量は、ガラスバッチ中に、８％以下、５％以下、２％以下、特に１％以下であることが好ましい。また、この際にガラス成分に含まれる清澄剤成分、具体的にはＣｌ、Ｓｂ２Ｏ３の含有量は各々５％以下、各々３％以下、特に各々０．５％以下であることが好ましい。
本発明の光学ガラスは、不純物として、例えば、Ｈ２、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２Ｏ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｎ２を各々０．１％まで含有してもよい。さらに不純物として、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕを含有してもよい。ただし、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕの含有量が多すぎるとガラス中で着色中心として働き、内部透過率が低下しやすくなる。そのため、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕの含有量は各々５００ｐｐｍ以下、３００ｐｐｍ以下、特に１００ｐｐｍ以下が好ましい。
本発明の光学ガラスは、液相粘度が１００．５ｄＰａ・ｓ以上、１００．６ｄＰａ・ｓ以上、１００．７ｄＰａ・ｓ以上、特に１００．８ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。液相粘度が低すぎると低粘度で成形する必要がある為、特に成形サイズが大きくなると脈理等の欠陥がガラス中に生じやすくなる。液相粘度の上限は特に限定されないが、現実的には１０１．５ｄＰａ・ｓ以下、特に１０１．２ｄＰａ・ｓ以下である。
本発明の光学ガラスは液相温度が１３５０℃以下、１３００℃以下、１２５０℃以下、１２００℃以下、さらに１１７０℃以下であることが好ましい。液相温度が高すぎると貴金属製のポットやパイプの負荷が高まり、これらを頻繁に交換する必要が出てくるため、製造コストが増大する傾向がある。液相温度の下限は特に限定されないが、現実的には１０００℃以上、さらには１０５０℃以上である。
なお、液相粘度及び液相温度は、後述する実施例に記載の方法により算出することができる。
本発明の光学ガラスのアッベ数（νｄ）は特に限定されないが、ガラス化の安定性を考慮し、２０〜３５、２２〜３２、特に２５〜３０であることが好ましい。
本発明の光学ガラスは、密度が５．５ｇ／ｃｍ３以下、５．３ｇ／ｃｍ３以下、特に５．１ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。密度が高すぎると、本発明の光学ガラスを使用したウェアラブルデバイスの重量が大きくなり、デバイス装着時の不快感が増す。密度の下限は特に限定されないが、低すぎると光学特性等の他の特性が低下するため、４．０ｇ／ｃｍ３以上、特に４．５ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
本発明の光学ガラスは、３０〜３００℃における熱膨張係数が９５×１０−７／℃以下、９１×１０−７／℃以下、特に８８×１０−７／℃以下であることが好ましい。熱膨張係数が大きすぎると、サーマルショックによってガラスが割れやすくなる。熱膨張係数の下限は特に限定されないが、低すぎると光学特性等の他の特性が低下するため、７５×１０−７／℃以上、特に８０×１０−７／℃以上であることが好ましい。
本発明の光学ガラス板の肉厚は、１ｍｍ以下、０．８ｍｍ以下、０．７ｍｍ以下、０．６ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．４ｍｍ以下、特に０．３ｍｍ以下であることが好ましい。光学ガラス板の肉厚が大きすぎると、当該光学ガラス板を使用したウェアラブル画像表示機器の重量が大きくなり、デバイス装着時の不快感が増す。肉厚の下限は特に限定されないが、機械的強度を考慮し、０．０１ｍｍ以上、０．０３ｍｍ以上、特に０．０５ｍｍ以上である。
本発明の光学ガラス板の形状は、例えば平面形状が円形、楕円形または矩形等の多角形等の板状である。この場合、光学ガラス板の長径（円形の場合は直径）は５０ｍｍ以上、８０ｍｍ以上、１００ｍｍ以上、１２０ｍｍ以上、１５０ｍｍ以上、１６０ｍｍ以上、１７０ｍｍ以上、１８０ｍｍ以上、１９０ｍｍ以上、特に２００ｍｍ以上であることが好ましい。光学ガラス板の長径が小さすぎると、ウェアラブル画像表示機器等の用途に使用することが困難になる。また量産性に劣る傾向がある。光学ガラス板の長径の上限は特に限定されないが、現実的には１０００ｍｍ以下である。
本発明の光学ガラス板は、プロジェクター付きメガネ、眼鏡型またはゴーグル型ディスプレイ、仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）表示装置、及び、虚像表示装置から選択されるウェアラブル画像表示機器の構成部材である導光板として好適である。当該導光板は、ウェアラブル画像表示機器のいわゆるメガネレンズ部分に使用され、ウェアラブル画像表示機器が備える画像表示素子から発せられた光を導光して、使用者の瞳に向かって出射する役割を果たす。導光板の表面には、画像表示素子から発せられた光を導光板内部に回折させるための回折格子が設けられていることが好ましい。
以下に、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表１〜４は本発明の実施例（Ｎｏ．１〜２７）を示す。
まず表１〜４に示す各組成になるようにガラス原料を調合した。ここで、Ｎｏ．８〜１０、１２、２６は硝酸ストロンチウムを酸化剤として使用した。また、Ｎｏ．９、２３は酸化アンチモンを、Ｎｏ．１３、２７は塩化カルシウムを清澄剤として使用した。
続いて、白金ルツボを用いて１２００〜１３５０℃でガラスを溶融した。溶融時間はすべて２時間であった。続いて溶融ガラスをカーボン板上に流し出し、さらにアニール後、各測定に適した試料を作製した。
得られた試料を割断し、割断面をＸＰＳ分析することにより、Ｔｉ２＋／Ｔｉ４＋及びＮｂ２＋／Ｎｂ５＋を求めた。結果を表１〜４に示す。具体的には、得られたＸＰＳスペクトルに対して９ポイントのスムージング処理を行い、Ｔｉ２＋（４５５．１ｅＶ）とＴｉ４＋（４５９．０ｅＶ）のピーク高さを読み取り、その比（Ｔｉ２＋／Ｔｉ４＋）を求めた。また、Ｎｂ２＋（２０２．１ｅＶ）とＮｂ５＋（２０７．５ｅＶ）のピーク高さを読み取り、その比（Ｎｂ２＋／Ｎｂ５＋）を求めた。ＸＰＳ分析は、ＰＨＩ社製Ｑｕａｎｔｅｒａ ＳＸＭを用いて、励起Ｘ線はＡｌ Ｋα１，２線（１４８６．６ ｅＶ）、Ｘ線径は２００μｍ、光電子脱出角度は４５°の条件で実施した。
また得られた試料について、屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、内部透過率、液相温度、液相粘度、密度、熱膨張係数を以下のようにして測定した。結果を表１〜４に示す。
屈折率はヘリウムランプのｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する測定値で示した。
アッベ数は、上記ｄ線の屈折率と、水素ランプのＦ線（４８６．１ｎｍ）、同じく水素ランプのＣ線（６５６．３ｎｍ）の屈折率の値を用い、アッベ数（νｄ）＝［（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）］の式から算出した。
内部透過率は以下のようにして測定した。光学研磨された厚さ１０ｍｍ±０．１ｍｍと厚さ３ｍｍ±０．１ｍｍの試料を準備し、分光光度計（島津製作所社製ＵＶ−３１００）を用いて、表面反射損失を含む光透過率（直線透過率）を１ｎｍ間隔で測定した。厚さ１０ｍｍと３ｍｍの直線透過率から厚さ１０ｍｍの内部透過率曲線を求めた。波長４５０ｎｍと５２０ｎｍにおける内部透過率を読み取り、測定値を得た。
液相温度及び液相粘度は以下のようにして求めた。
粉砕したガラス試料を、耐火性容器に充填し、電気炉で１２５０℃−０．５時間の条件で融解した。次に、耐火性容器ごと間接加熱型の温度勾配炉内に入れ、大気雰囲気中で１６時間静置した。その後、温度勾配炉から耐火性容器を取り出し、室温まで冷却した。冷却後のガラス試料を目視観察して結晶析出箇所を判定し、温度勾配炉内の温度分布情報から液相温度（結晶析出温度）を特定した。
別途、塊状のガラス試料をアルミナ製坩堝に投入し、加熱融解した。得られたガラス融液について、白金球引き上げ法によって複数の温度におけるガラスの粘度を求めた。続いて、ガラス粘度の計測値を用いて、Ｖｏｇｅｌ−Ｆｕｌｃｈｅｒ式の定数を算出して粘度曲線を作成した。
以上のようにして求めた液相温度と粘度曲線を用いて、液相温度に相当する粘度（液相粘度）を求めた。
密度は、重さ約１０ｇのガラスサンプルを用いて、アルキメデス法によって測定した。
熱膨張係数は、約５φ×２０ｍｍに成形したガラスサンプルを用いてディラトメーターにより、３０〜３００℃の温度範囲で測定した。
表１〜４に示す通り、実施例であるＮｏ．１〜２７のサンプルは、屈折率が１．９５〜２．００と高屈折率特性を有し、内部透過率τ４５０が７７〜９８％、内部透過率τ５２０が８６〜９９％と優れているとともに、液相温度が１０９０〜１２２５℃と低く、また液相粘度が１００．７〜１０１．０ｄＰａ・ｓと高く、生産性に優れていた。
続いて、Ｎｏ．２、５、１０のガラス組成を有する大型のガラス板を以下のようにして作製した。
まず、Ｎｏ．２、５、１０の各組成になるようにガラス原料を調合した。Ｎｏ．１０は、硝酸ストロンチウムを酸化剤として使用した。続いてポット式の大型炉を用いて１３００℃で溶融を行い、白金ノズルから５００ｍｍ角のカーボン製鋳型に厚み２０ｍｍとなるように溶融ガラスを流し出し、成形した。
得られたインゴットに対してアニール処理を行った後、インゴットの中央部分を円形にくり抜き、面方向に薄くスライスした後、両面をラップ研磨し、さらにポリッシュ研磨を行うことにより鏡面に仕上げた。作製した光学ガラス板の寸法を表５に示す。
表５に示す光学ガラス板１〜３は、直径が３００〜４００ｎｍ、肉厚０．１〜０．３ｍｍと所望の寸法を有しており、失透や脈理等の不具合も確認されなかった。
本発明の光学ガラス板は、プロジェクター付きメガネ、眼鏡型またはゴーグル型ディスプレイ、仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）表示装置、及び、虚像表示装置から選択されるウェアラブル画像表示機器に使用される導光板として好適である。
Claims (18)
- ガラス組成としてＮｂ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３及びＧｄ２Ｏ３から選択される少なくとも１種を含有し、屈折率（ｎｄ）が１．９０〜２．３０、かつ、厚み１０ｍｍでの波長４５０ｎｍの内部透過率τ４５０が７５％以上であることを特徴とする光学ガラス板。
- 厚み１０ｍｍでの波長５２０ｎｍの内部透過率τ５２０が、８５％以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス板。
- ガラス組成としてＴｉＯ２を含有し、ガラス割断面のＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により得られるスペクトルにおいて、Ｔｉ２＋とＴｉ４＋のピーク高さの比（Ｔｉ２＋／Ｔｉ４＋）が０．３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学ガラス板。
- ガラス組成としてＮｂ２Ｏ５を含有し、ガラス割断面のＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により得られるスペクトルにおいて、Ｎｂ２＋とＮｂ５＋のピーク高さの比（Ｎｂ２＋／Ｎｂ５＋）が０．２５以下であることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の光学ガラス板。
- ガラス組成として、酸化物換算の質量％で、ＳｉＯ２ １〜２０％、Ｂ２Ｏ３ １〜２５％、ＴｉＯ２ １〜３０％、及び、Ｎｂ２Ｏ５ １〜３０％を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学ガラス板。
- 酸化物換算の質量％で、さらにＬａ２Ｏ３ １０〜６０％、Ｇｄ２Ｏ３ ０〜２０％、ＺｒＯ２ ０〜１５％、及び、Ｙ２Ｏ３ ０〜５％を含有することを特徴とする請求項５に記載の光学ガラス板。
- 酸化物換算の質量％で、さらにＣａＯ ０〜５％、ＳｒＯ ０〜５％を含有することを特徴とする請求項５または６に記載の光学ガラス板。
- ガラス組成中のＢ３＋とＳｉ４＋の含有量比（Ｂ３＋／Ｓｉ４＋）が０．５〜５であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学ガラス板。
- ガラス組成として、ヒ素成分、フッ素成分及び鉛成分を実質的に含有しないことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学ガラス板。
- アッベ数（νｄ）が２０〜３５であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学ガラス板。
- 肉厚が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学ガラス板。
- 主面の長径が５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学ガラス板。
- 液相粘度が１００．５ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学ガラス板。
- ３０〜３００℃における熱膨張係数が９５×１０−７／℃以下であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学ガラス板。
- 密度が５．５ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学ガラス板。
- 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光学ガラス板からなることを特徴とする導光板。
- プロジェクター付きメガネ、眼鏡型またはゴーグル型ディスプレイ、仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）表示装置、及び、虚像表示装置から選択されるウェアラブル画像表示機器に使用されることを特徴とする請求項１６に記載の導光板。
- 請求項１６または１７に記載の導光板を備えることを特徴とするウェアラブル画像表示機器。
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