JP2894530B2 - 反射防止膜を有する光学部材 - Google Patents

反射防止膜を有する光学部材

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は反射防止膜を有する光学
部材に関する。
【0002】
【従来の技術】合成樹脂基材の表面反射を低下させるた
めに、合成樹脂基材上に反射防止膜を施すことはよく知
られている。また、できる限り低い視感反射率を得るた
めに高屈折率物質であるTiO2 層が光学的膜厚λ/2
の高屈折率層として用いられ、さらにTiO2 層を形成
する際には、酸素イオンビームを合成樹脂基材に照射し
ながらTiO2 を蒸着させることも知られている。合成
樹脂基材上にTiO2 層を備えた反射防止効果のある光
学部材の例として、例えば特開平2−39101号公報
には基板をポリウレタンレンズとし、このポリウレタン
レンズ上に、SiO2 からなる第1層[屈折率1.4
7、光学的膜厚3/2λ(λは550nmである。以下
同様)]、ZrO2 とSiO2 の2層等価膜からなる第
2層[屈折率1.80、光学的膜厚λ/4]、基材に酸
素イオンビームを照射しながら形成されたTiO2 層か
らなる第3層[屈折率2.40、光学的膜厚λ/2]、
SiO2 からなる第4層[屈折率1.47、光学的膜厚
λ/4]を順に積層してなる反射防止膜を設けた光学部
材が開示されている。この反射防止膜付き光学部材にお
いては、第3層のTiO2 層の光学的膜厚をλ/2、屈
折率を上限の2.40にして、低視感反射率を得てい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開平2
−39101号公報に開示されている光学部材は、Ti
2 層の屈折率を上限の2.40にするために、高エネ
ルギーの酸素イオンビームを基板に照射する必要があ
る。そのため高エネルギーの酸素イオンビームの照射に
より合成樹脂基板が着色しやすい問題を有する。またT
iO2 層の屈折率を2.40にしておくと、TiO2
分子状態は密な状態になるためTiO2 層内に強い内部
応力が生じ、ポリウレタン樹脂のような経時的に微小変
形しやすい合成樹脂では反射防止膜に無数のくぼみ、し
わが発生しやすく外観上また光学上好ましくない問題を
有している。このため前述した光学部材は眼鏡用レンズ
などには適用しにくい問題を有している。
【0004】本発明は上述した課題を解決するためにな
されたものであり、その目的は高屈折率層であるTiO
2 層を形成した場合でもポリウレタン樹脂基板が着色せ
ず、また経時的に微小変形しやすいポリウレタン樹脂か
らなる光学基板にTiO2 層を形成した場合でも反射防
止膜に無数のくぼみ、しわが発生しにくく、さらに低視
感反射特性を示すTiO2 層を有する光学部材を提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した目的は、ポリウ
レタン樹脂基板上に反射防止膜を有する光学部材であっ
て、前記反射防止膜は、λ/4−λ/4−λ/2−λ/
4型の4層反射防止膜であり、基板側から数えて順に、
SiO2 を主成分とし、屈折率が1.43〜1.48、
実質的な光学的膜厚が0.15λ〜0.30λである第
1層と、屈折率が1.64〜1.72、実質的な光学的
膜厚が0.15λ〜0.30λである第2層と、TiO
2 を主成分とし、屈折率が2.25〜2.34、実質的
光学的膜厚が0.42λ〜0.58λの層であって、
酸素イオンビームを前記ポリウレタン樹脂基板に照射し
ながら形成された第3層と、SiO2 を主成分とし、屈
折率が1.43〜1.48、実質的な光学的膜厚が0.
20λ〜0.30λである第4層とにより形成されてい
ることを特徴とする反射防止膜を有する光学部材により
達成された。
【0006】本発明の反射防止膜を有する光学部材にお
いて、第2層を等価膜とすることもでき、この場合、等
価膜は全体としての屈折率が1.64〜1.72、実質
的な光学的膜厚が0.15〜0.30λであり、第2層
が単層からなる場合の反射率と等価な反射率を有する。
【0007】本発明者は、(i)光学的膜厚がλ/2で
ある第3層のTiO2 層の屈折率を2.25〜2.34
にすることによってポリウレタン樹脂基板へのイオンビ
ームの照射エネルギー量を屈折率2.40のTiO2
を形成する場合に比べ小さくすることが可能となり、ポ
リウレタン樹脂基板の着色を抑さえることができるこ
と、(ii)TiO2 層の屈折率を2.25〜2.34に
することによって屈折率2.40のTiO2 層に比べ
て、層のTiO2 の分子状態は疎の状態になり、TiO
2 層の内部応力を低く抑えることができること、(iii)
これにより経時的に微小変化しやすい例えばポリウレタ
ン樹脂などの合成樹脂の上にTiO2 層を有する反射防
止膜を施しても視感反射特性を損なわず、反射防止膜に
くぼみ、しわの発生を防ぐことができることを見い出し
た。
【0008】また、本発明者は、λ/4−λ/4−λ/
2−λ/4型の反射防止膜において基板から数えて第1
層をSiO2 を主成分とする層にすることにより、
(a)この第1層が反射防止膜を構成するとともに、下
地層としても働き、別途、下地層を設けた場合と同程度
の反射防止膜と基板との密着性が得られること、(b)
反射防止膜が全体として良好な表面硬度を有すること、
さらに(c)特開平2−39101号公報記載の3/2
λ−λ/4−λ/2−λ/4型の反射防止膜を有する光
学部材よりも低い視感反射特性が得られることを見い出
した。
【0009】上記の知見に基づいてなされた本発明の反
射防止膜を有する光学部材について以下さらに詳細に説
明する。本発明の反射防止膜を有する光学部材はポリウ
レタン樹脂基板上に反射防止効果を担う第1層、第2
層、第3層、第4層からなるλ/4−λ/4−λ/2−
λ/4型の反射防止膜を施したものである。
【0010】第1層はSiO2 を主成分とした層として
いる。SiO2含む層とした理由はSiO2 層が前述
した利点(a), (b)および(c)を有することによ
る。第1層の屈折率の範囲は1.43〜1.48であ
る。また第1層の基本光学的膜厚はλ/4であるが、実
質的な光学的膜厚の範囲は0.15λ〜0.30λであ
る。
【0011】第2層は、層屈折率が1.64〜1.72
である。第2層の屈折率は、上記第1層および下記第4
層の膜構成物質、すなわち屈折率並びに基板の物質、す
なわち屈折率が定まれば下記のλ/4−λ/4−λ/2
−λ/4型反射防止膜の振幅条件式により定めることが
できる。
【0012】
【数1】 第2層の膜構成物質は前述した条件を満せば、特に限定
されず、ZrO2 、Al23 、TiO2 、Ta2
5 、SiO2 などの公知の膜の1種又は2種以上構成物
質を用いることができる。第2層の基本光学的膜厚はλ
/4であり、実質的な光学的膜厚の範囲は0.15λ〜
0.30λである。
【0013】また、第2層は全体としての屈折率が1.
64〜1.72、実質的な光学的膜厚が0.15λ〜
0.30λであり、第2層が単層からなる場合の反射率
を有する等価膜とすることもできる。その例として2層
等価膜、3層等価膜などが挙げられる。
【0014】2層等価膜の具体例としては以下のものが
挙げられる(なお、下記2層等価膜を構成する層のう
ち、上に記載の層が第3層側に、下に記載の層が第1層
側に存在する)。
【0015】第3層はTiO2 を主成分とし、層の屈折
率は2.25〜2.34である。第3層に屈折率が2.
25〜2.34のTiO2 層を用いた理由は、屈折率
2.25〜2.34のTiO2 層が前述した利点
(i)、(ii)および(iii)を有するからである。ま
た、このTiO2 層は、ポリウレタン樹脂基板を加熱し
た状態で基板に酸素イオンビームを照射しながらチタン
又はその酸化物(一酸化チタン、二酸化チタン等)を基
材方向に飛ばして、二酸化チタンを蒸着させる方法によ
り形成される。この形成方法においてポリウレタン樹脂
基板を50〜120℃に加熱することが好ましい。その
理由は、50℃未満であると、形成されるTiO2層の
硬度が不十分になりやすく、一方、120℃を超えると
ポリウレタン樹脂基板が熱変形し歪みなどが発生する恐
れがあるからである。
【0016】この形成方法の他の条件(例えば基板への
酸素イオンビームの照射方法、原料であるチタン又はそ
の酸化物の蒸発方法など)は通常採用されている条件の
中から適宜選択されるが、基板へのイオンビームの照射
時の酸素イオン電流密度はTiO2 層の屈折率を2.2
5〜2.34にするために5〜15μA/cm2 の範囲
が好ましい。尚、第3層の基本光学的膜厚はλ/2であ
るが、実質的な光学的膜厚の範囲は0.42λ〜0.5
8λである。また特に好ましいTiO2 層の屈折率の範
囲は2.28〜2.32である。
【0017】第4層はSiO2 を主成分とした層であ
る。第4層としてSiO2 を主成分とした層にした理由
は、高い表面硬度を有すること、および第3層のTiO
2 層との密着性が良好であることによるものである。第
4層の基本光学的膜厚はλ/4、実質的な光学的膜厚
範囲は0.20λ〜0.30λである。また第4層の屈
折率の範囲は1.43〜1.48である。尚、第1層か
ら第4層は、前述した屈折率範囲内で公知の膜構成物質
を添加してもよい。
【0018】本発明において基板として用いる合成樹脂
はポリウレタンに限定される。尚、ここでいうポリウレ
タンとは、ポリイソシアネート化合物とポリチオール化
合物および/またはポリオール化合物とが反応してでき
た重合体をいう。
【0019】本発明では、ポリウレタン樹脂基板と反射
防止膜との間に有機ケイ素重合体を含むハードコート層
を介在させることができる。本発明の反射防止膜を有す
る光学部材は、眼鏡レンズのほか、カメラ用レンズ、自
動車の窓ガラス、ワードプロセッサーのディスプレイに
付設する光学フィルターなどに使用することが可能であ
る。
【0020】
【実施例】以下、実施例により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。なお、実施例及び比較例で得られた反射防止膜を有
する光学部材は、以下に示す試験方法により、諸物性を
測定した。 (a)耐擦傷性試験 #0000のスチールウールにより表面を往復回数で1
0回こすって耐擦傷性を次のように判定した。 A:わずかに傷がつく B:多く傷がつく C:膜のはがれが生じる (b)視感反射率、視感透過率 日立製作所製U3410型自記分光光度計を用い、視感
反射率、視感透過率を求めた。 (c)外観 目視により以下の項目をチェックし、項目に該当しない
ものを良、該当するものを不良とした。 (i)光学部材が着色していること。 (ii)反射防止膜にくぼみ、しわが見えること。 (d)密着性試験 JIS−Z−1522に従いゴバン目を10×10個作
りセロファン粘着テープにより剥離試験を3回行い、残
ったゴバン目の数を数えた。
【0021】実施例1 まず反射防止膜を施す合成樹脂基板として、m−キシレ
ンジイソシアネートとペンタエリスリトールテトラキス
プロピルプロピオネートとを重合してなるポリウレタン
レンズ(nd=1.60、νd=36)を用意した。
【0022】(i)ハードコート層の形成 前記ポリウレタンレンズを、50モル%の酸化タングス
テンゾルで被覆した酸化スズゾルと50モル%のγ−グ
リシドキシプロピルトリメトキシシランを含有するコー
ティング液に浸漬し、その後硬化してハードコート層を
設けた。
【0023】(ii)反射防止膜の形成 前記ハードコート層を有するプラスチックレンズを80
℃に加熱し、前記ハードコート層の上に真空蒸着法(真
空度2×10-5Torr)により、SiO2 層(屈折率
1.46、光学的膜厚0.16λ)からなる第1層、こ
の第1層の上に、TiO2 とTa25 との混合層(屈
折率2.13、光学的膜厚0.10λ)とSiO2
(屈折率1.46、光学的膜厚0.09λ)との2層等
価膜からなる第2層、この第2層の上に、TiO2
(屈折率2.30、光学的膜厚0.50λ)からなる第
3層、この第3層の上にSiO2 層(屈折率1.46、
光学的 膜厚0.25λ)からなる第4層を積層して反射
防止膜を有する光学部材を作製した。尚、設計波長はλ
=540nmで行なった。第3層のTiO2 層を形成す
る際には、前記ポリウレタンレンズ基板に酸素イオンビ
ームを酸素イオン電流密度10μA/cm2 にして照射
しながらTiO2 を基材方向に飛ばしてTiO2層を形
成した。得られた反射防止膜付き光学部材の評価結果を
表1に示す。表1から判るように本実施例の反射防止膜
付き光学部材は耐擦傷性および密着性に優れ、さらに視
感反射率が0.15%と反射防止効果に優れ、またレン
ズに着色、反射防止膜にくぼみ、しわが確認されないも
のであった。
【0024】実施例2 第2層をZrO2 層(屈折率1.90、光学的膜厚0.
10λ)と、このZrO2 層の上に設けたSiO2
(屈折率1.46、光学的膜厚0.09λ)との2層等
価膜にした以外はすべて実施例1と同様に行なった。そ
の結果を表1に示す。表1に示すように実施例2の反射
防止膜付き光学部材は実施例1の反射防止膜付き光学部
材と同程度の物性を有するものであった。
【0025】実施例3 第3層をTiO2 とTa25 との混合層(屈折率2.
30、光学的膜厚0.50λ)にした以外はすべて実施
例1と同様に行なった。尚、酸素イオンビームの照射条
件も実施例1と同様に行なった。その結果を表1に示
す。表1に示すように実施例3の反射防止膜付き光学部
材は実施例1の反射防止膜付き光学部材と同程度の物性
を有するものであった。
【0026】実施例4 第2層をZrO2 とAl23 との混合層(ZrO2
Al23 の重量比は70:30、混合層の屈折率1.
67、光学的膜厚0.25λ)にした以外はすべて実施
例1と同様に行なった。その結果を表1に示す。表1に
示すように実施例4の反射防止膜付き光学部材は実施例
1の反射防止膜付き光学部材と同程度の物性を有するも
のであった。
【0027】比較例1 特開平2−39101号公報に開示された反射防止膜付
き光学部材を以下のようにして作製した。すなわち、前
記実施例1と同様の合成樹脂基板に、前記実施例1と同
様のハードコート層を施した。このハードコート層を有
するプラスチックレンズを80℃に加熱し、前記ハード
コート層の上に真空蒸着法(真空度2×10-5Tor
r)により、SiO2 層(屈折率1.47、光学的膜厚
3/2λ)からなる第1層を形成した。この第1層の上
にZrO2 層とSiO2 層との2層等価膜からなる第2
層(屈折率1.80、光学的膜厚λ/4)、この第2層
の上にTiO2 層(屈折率2.40、光学的膜厚λ/
2)からなる第3層、この第3層の上にSiO2 層(屈
折率1.47、光学的膜厚λ/4)からなる第4層を積
層して反射防止膜を有する光学部材を作製した。尚、設
計波長はλ=540nmで行なった。第3層のTiO2
層を形成する際には、前記ポリウレタンレンズ基材に酸
素イオンビームを酸素イオン電流密度25μA/cm2
にして照射しながらTiO2 を基材方向に飛ばしてTi
2 層を形成した。得られた反射防止膜付き光学部材の
評価結果を表1に示す。表1に示すように比較例の反射
防止膜付き光学部材は、その視感反射率が0.8%と、
実施例1〜4の光学部材の反射特性と比べ劣るものであ
った。またレンズに着色が、反射防止膜にしわが見ら
れ、外観上好ましいものではなかった。
【0028】
【表1】
【0029】
【発明の効果】本発明によって高屈折率物質であるTi
2 を蒸着物質として使用した場合でもポリウレタン樹
脂基板が着色せず、また反射防止膜に無数のくぼみ、し
わが発生しにくく、さらに低視感反射特性を示す反射防
止膜を有する光学部材を提供することができた。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−32102(JP,A) 特開 昭56−94301(JP,A) 特開 昭58−70201(JP,A) 特開 平4−166901(JP,A) 特開 平2−39101(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリウレタン樹脂基板上に反射防止膜を
    有する光学部材であって、 前記反射防止膜は、λ/4−λ/4−λ/2−λ/4型
    の4層反射防止膜であり、基板側から数えて順に、 SiO2 を主成分とし、屈折率が1.43〜1.48、
    実質的な光学的膜厚が0.15λ〜0.30λである第
    1層と、 屈折率が1.64〜1.72、実質的な光学的膜厚
    0.15λ〜0.30λである第2層と、 TiO2 を主成分とし、屈折率が2.25〜2.34、
    実質的な光学的膜厚が0.42λ〜0.58λの層であ
    って、酸素イオンビームを前記ポリウレタン樹脂基板に
    照射しながら形成された第3層と、 SiO2 を主成分とし、屈折率が1.43〜1.48、
    実質的な光学的膜厚が0.20λ〜0.30λである第
    4層と、 により形成されていることを特徴とする反射防止膜を有
    する光学部材。
  2. 【請求項2】 第2層が、等価膜からなり、該等価膜は
    全体としての屈折率が1.64〜1.72、実質的な
    学的膜厚が0.15λ〜0.30λであり、第2層が単
    層からなる場合の反射率と等価な反射率を有する、請求
    項1に記載の反射防止膜を有する光学部材。
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