JP3545359B2 - 反射防止膜を有する光学部材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック基板に反射防止膜を有する光学部材に関し、特に、良好な耐熱性を有する、プラスチック基板に反射防止膜を有する光学部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、プラスチック基板に、反射防止膜を形成した光学部材は良く知られている。その例として、特開平２−２９１５０１号公報には、二酸化チタンを主成分とするλ／２の高屈折率層を有する反射防止膜を形成した光学部材が開示されている。
しかしながら、一般的に、プラスチック基板に反射防止膜を設けた光学部材は、蒸着時に加熱することができない等の理由で、ガラス基板に反射防止膜を設けた光学部材と比較して耐熱性が良好でない。そこで、更なる耐熱性を向上させたプラスチック基板に反射防止膜を形成した光学部材が求められていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、耐熱性が良好なプラスチック基板に反射防止膜を有する光学部材を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記の課題を解決すべく鋭意努力した結果、高屈折率層に、低屈折率物質である二酸化ケイ素からなる層を利用して三層以上の等価膜にするという斬新的な手段により、光学部材の耐熱性が顕著に向上することを見出した。
従来、λ／２の高屈折率層は、反射防止特性及び生産効率性を考慮して、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタルなどの高屈折率蒸着物質を用いて一層構成とし、λ／２の高屈折率層に、低屈折率物質である二酸化ケイ素からなる層を設けることは、高屈折率層の屈折率を低下させ、反射防止膜の反射防止特性を低下させる可能性が高いことから、このような構成は提案されていなかった。
【０００５】
すなわち、本発明は、プラスチック基板と、該プラスチック基板上に、基板側からλ/4−λ/2−λ/4型（λ＝５００nm) の反射防止膜と、該プラスチック基板と該反射防止膜との間に設けられた金属ニオブからなる下地層とを有する光学部材であって、該λ/2は、屈折率が1.80〜2.40である３層以上の等価膜であり、該等価膜の偶数層が二酸化ケイ素層である光学部材を提供するものである。
また、本発明は、プラスチック基板と、該プラスチック基板上に、基板側からλ /4 −λ /2 −λ /4 型（λ＝５００ nm) の反射防止膜と、該プラスチック基板と該反射防止膜との間に設けられた金属酸化物コロイド粒子と有機ケイ素化合物よりなるコ−ティング組成物を硬化させてなる硬化被膜と、該硬化被膜上に直接施される下地層とを有する光学部材であって、該λ /2 の層は、屈折率が 1.80 〜 2.40 である３層または５層の等価膜であり、該等価膜の偶数層が二酸化ケイ素層である反射防止膜を有する光学部材を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明において、λ／２の高屈折率層を３層の等価膜にすれば、良好な耐熱性及び反射防止特性を有する光学部材が得られる。さらに、良好な耐熱性及び反射防止特性を得る場合には、３層を超える等価膜にすればよい。
【０００７】
また、前記λ／２の等価膜における奇数層は、良好な耐熱性、反射率特性を得る観点から、高屈折率蒸着物質として知られている酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル及び酸化ニオブ等の蒸着物質を含有する層が好ましく、特に、ＴｉＯ２ 、Ｔａ２ Ｏ５ 及びＮｂ２ Ｏ５ の中から選ばれた少なくとも１種類の蒸着物質からなる層が好ましく、最も好ましくはＮｂ２ Ｏ５ の蒸着物質からなる層である。生産効率性の観点で、奇数層は、全て同一膜組成にすることが好ましい。
前記λ／２の高屈折率層の合成屈折率は、１．８０〜２．４０の範囲であり、良好な物性を得るために、１．８５〜２．２５の範囲が特に好ましく、この屈折率の範囲を満たすようλ／２の高屈折率層の膜構成がなされる。
【０００８】
本発明において、λ／２の高屈折率層上に形成されるλ／４層は、二酸化ケイ素層が形成される。λ／２の高屈折率層の下に形成されるλ／４層は、良好な反射防止特性及び耐熱性を得るために２層以上の等価膜にすることが好ましい。その膜構成は、二酸化ケイ素層と、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル及び酸化ニオブ等の高屈折率蒸着物質よりなる層からなる２層等価膜、二酸化ケイ素層と、酸化ニオブよりなる層との２層等価膜が好ましい。
また、生産効率の点から、前記λ／４の等価膜を作製する蒸着原料と、前記λ／２の等価膜を作製する蒸着原料とは同じ蒸着原料を用いると好ましい。
【０００９】
この酸化ニオブ層を形成するには、１００％の酸化ニオブを蒸着物質として使用してイオンアシスト法により形成する方法又は酸化ニオブ、酸化ジルコニウム及び酸化イットリウムの粉末、又は更に酸化アルミニウムを加えた粉末を焼結し、得られた焼結体から混合酸化物の蒸気を発生させ、発生した蒸発物を基板上に析出させる方法で行うと好ましい。
また、蒸発物を基板上に析出させる方法では、焼結体の混合割合は、良好な膜物性を得るために、蒸着組成物全量を基準にして、酸化ニオブが６０〜９０重量％、酸化ジルコニウムが５〜２０重量％、酸化イットリウムが５〜３５重量％であることが好ましい。さらに、酸化アルミニウムを加える場合には、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム及び酸化イットリウム合計に対して０．３〜７．５重量％を添加することが好ましい。
【００１０】
本発明の光学部材は、プラスチック基板と反射防止膜との間に下地層が設けられており、下地層の材質としては、二酸化ケイ素または金属ニオブが好ましく、金属ニオブが特に好ましい。また、膜厚としては、二酸化ケイ素層の場合は、膜強度等の点から0.1λ〜５λで、金属ニオブの場合は、膜の透明性確保等の点から0.005 λ〜0.015 λが好ましい。
下地層の材質を金属ニオブとすると、プラスチック基板と反射防止膜の密着性、耐熱性、耐衝撃性及び耐摩耗性に優れ、金属特有の吸収率が少ない等の利点を有している。この金属ニオブ（Nb層）の形成は、イオンアシスト法で行なうことが好ましい。
前記イオンアシスト法を実施する際によるイオン化ガスは、成膜中の酸化防止の点からアルゴン（Ａｒ）を用いるのが好ましい。これにより膜質の安定と、光学式膜厚計での制御が可能となる。
【００１１】
さらに、プラスチック基板と下地層との密着性確保及び蒸着物質の初期膜形成状態の均一化を図るために、下地層を形成する前にイオン銃前処理を行なってもよい。イオン銃前処理におけるイオン化ガスは 酸素、アルゴンなどを用いることができ、出力で好ましい範囲は、加速電圧が５０Ｖ〜２００Ｖ、加速電流が５０ｍＡ〜１５０ｍＡである。
【００１２】
本発明の光学部材において、反射防止膜の形成方法は、通常の真空蒸着法、イオンアシスト法等を用いることができる。
本発明の光学部材に用いるプラスチック基板としては、特に限定されず、例えば、メチルメタクリレート単独重合体、メチルメタクリレートと１種以上の他のモノマーとの共重合体、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート単独重合体、ジエチレングリコールビスアリルカーボネートと１種以上の他のモノマーとの共重合体、イオウ含有共重合体、ハロゲン含有共重合体、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、不飽和ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン等が挙げられる。
【００１３】
本発明の光学部材は、前記プラスチック基板と前記下地層との間に、硬化被膜を有してもよい。
硬化被膜としては、通常、金属酸化物コロイド粒子と有機ケイ素化合物よりなるコ−ティング組成物を硬化たものが一般的に用いられる。
前記金属酸化物コロイド粒子としては、例えば、酸化タングステン（ＷＯ３ ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタニウム（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）又は酸化アンチモン（Ｓｂ２ Ｏ５）等が挙げられ、単独又は２種以上を併用することができる。
【００１４】
本発明の光学部材において、好ましい態様としては、例えば以下に示す構成（ｃ）が挙げられる。
【表１】

【００１７】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、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１〜６における光学部材は、以下に示す試験方法により、諸物性を測定した。
（１）視感透過率
プラスチックレンズの視感透過率Ｙは、両面に反射防止膜を有するプラスチックレンズをサンプルとして、日立分光光度計Ｕ−３４１０を用い測定した。
（２）視感反射率
プラスチックレンズの視感反射率Ｚは、両面に反射防止膜を有するプラスチックレンズをサンプルとして、日立分光光度計Ｕ−３４１０を用い測定した。
（３）密着性
プラスチックレンズの表面に剃刀にて１ｍｍ×１ｍｍの升目を１００個作成し、升目上にセロハンテープを貼り、一気にテープをはがし、残った升目の数で評価した。表中、残った升目の数／１００で記載した。
（４）耐摩耗性
プラスチックレンズの表面にスチールウールにて１ｋｇｆ／ｃｍ^２ の荷重をかけ、２０ストローク擦り、表面状態により以下の基準で評価した。
ＵＡ：殆ど傷なし
Ａ：細い傷数本あり
Ｂ：細い傷多数、太い傷数本あり
Ｃ：細い傷多数、太い傷多数あり
Ｄ：殆ど膜はげ状態
【００１８】
（５）耐熱性
プラスチックレンズをドライオーブンで１時間加熱し、クラックの発生温度を測定した。加熱温度は、５０℃より始め、５℃づつ上げて、クラックを発生する温度を調べた。
（６）耐アルカリ性
プラスチックレンズをＮａＯＨ水溶液１０％に１時間浸漬し、表面状態により以下の基準で評価した。
ＵＡ：殆ど変化なし
Ａ：点状の膜はげ数個あり
Ｂ：点状の膜はげが全面にあり
Ｃ：点状のはげが全面、面状のはげ数個あり
Ｄ：殆ど全面膜はげ
（７）耐衝撃性
中心厚２．０ｍｍで、レンズ度数０．００のレンズを作製してＦＤＡで定められているドロップボールテストを行い、○：合格、×：不合格とした。
【００１９】
実施例１〜６
基板Ａ及びハ−ドコ−ト層Ａ層の作製
ガラス製容器に、コロイダルシリカ（スノ−テックス−４０、日産化学）９０重量部、有機ケイ素化合物のメチルトリメトキシシラン８１．６重量部、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン１７６重量部、０．５Ｎ塩酸２．０重量部、酢酸２０重量部、水９０重量を加えた液を、室温にて８時間攪拌後、室温にて１６時間放置して加水分解溶液を得た。この溶液に、イソプロピルアルコ−ル１２０重量部、ｎ−ブチルアルコ−ル１２０重量部、アルミニウムアセチルアセトン１６重量部、シリコ−ン系界面活性剤０．２重量部、紫外線吸収剤０．１重量部を加え、室温にて８時間攪拌後、室温にて２４時間熟成させコ−ティング液を得た。
アルカリ水溶液で前処理したプラスチックレンズ基板（素材：ジエチレングリコ−ルビスアリルカ−ボネ−ト、屈折率１．５０、中心厚２．０ｍｍ、レンズ度数０．００、これを以下、「基板Ａ」という場合がある。）を、前記コーティング液の中に浸漬させ、浸漬終了後、引き上げ速度２０ｃｍ／分で引き上げたプラスチックレンズを１２０℃で２時間加熱して硬化膜を形成した。その後、表１〜６に記載したイオン加速電圧、照射時間の条件でＡｒガスを用いて、イオン銃処理を行いイオンアシスト法にて硬化被膜としてハードコート層（以下、「Ａ層」と記載する場合がある）を形成した。
【００２０】
下地層及び反射防止膜の作製
次に、ハードコートＡ層の上に、表１〜３に示した条件のイオンアシスト法にて、表１〜３に示した第１層〜第８層からなる機能膜を形成し、プラスチックレンズを得た。
得られたプラスチックレンズについて上記（１）〜（７）を評価し、それらの結果を表１〜６に示した。尚、表中、λは照射光の波長で、λ＝５００ｎｍを示す。なお、実施例１〜６におけるλ／４及びλ／２の合成屈折率は、表８に記載した。
【００２１】
【表４】

【００２２】
【表５】

【００２３】
【表６】

【００３６】
【表１１】

【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の反射防止膜を有する光学部材は、良好な視感反射率、視感透過率、密着性、耐摩耗性、耐アルカリ性及び耐衝撃性を維持しつつ、さらに耐熱性が向上している。

Claims (7)

1. プラスチック基板と、該プラスチック基板上に、基板側からλ/4−λ/2−λ/4型（λ＝５００nm） の反射防止膜と、該プラスチック基板と該反射防止膜との間に設けられた金属ニオブからなる下地層とを有する光学部材であって、該λ/2の層は、屈折率が1.80〜2.40である３層以上の等価膜であり、該等価膜の偶数層が二酸化ケイ素層である反射防止膜を有する光学部材。
2. 前記λ/2の等価膜の奇数層は、酸化チタン、酸化ニオブ及び酸化タンタルの中から選ばれた少なくとも１種類の金属酸化物からなる層である請求項１記載の反射防止膜を有する光学部材。
3. 前記λ/2の等価膜の奇数層は、酸化ニオブからなる層である請求項１記載の反射防止膜を有する光学部材。
4. 前記λ/2の層の下に形成されるλ/4層が、２層以上の等価膜である請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の反射防止膜を有する光学部材。
5. 前記λ/4の層は、前記λ/2の層の奇数層及び偶数層で用いる金属酸化物層より構成される請求項４記載の反射防止膜を有する光学部材。
6. 前記λ/4の等価膜が、酸化ニオブからなる層と、二酸化ケイ素層とから構成される請求項４記載の反射防止膜を有する光学部材。
7. プラスチック基板上に、下地層と、λ/4−λ/2−λ/4型の反射防止膜とが設けられ、下地層（第１層）及びλ/4（第２〜４層）−λ/2（第５〜７層）−λ/4（第８層）の第１〜８層からなる構成で、
   第１層が、膜厚0.005λ〜0.015λ、屈折率1.40〜1.47の金属ニオブ層、
   第２層が、屈折率1.43〜1.47の二酸化ケイ素層、
   第３層が、屈折率2.04〜2.37の高屈折率層、
   第４層が、屈折率1.43〜1.47の二酸化ケイ素層、
   第５層が、屈折率2.04〜2.37の高屈折率層、
   第６層が、屈折率1.43〜1.47の二酸化ケイ素層、
   第７層が、屈折率2.04〜2.37の高屈折率層、
   第８層が、屈折率1.43〜1.47の二酸化ケイ素層であり、
   λ/4（第２〜４層）の合成屈折率が1.65〜1.80、
   λ/2（第５〜７層）の合成屈折率が1.85〜2.25であり、
   前記高屈折率層が、酸化チタン、酸化ニオブ及び酸化タンタルの中から選ばれた少なくとも１種類の金属酸化物より構成される反射防止膜を有する光学部材。