JP7322397B2 - 光学物品 - Google Patents
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Description
基材と、
前記基材上に設けられた無機表面層であって、金属元素M、酸素O、及び水素Hを含有し、赤外分光光度法による赤外吸収スペクトルにおいて、M-H結合の吸光度IM-Hに対するO-H結合の吸光度IO-Hの比(IO-H/IM-H)が、1.0以下である無機表面層と、
を有する、光学物品。
<2>
前記金属元素Mが、第13族元素である、<1>に記載の光学物品。
<3>
前記第13族元素が、ガリウムである、<2>に記載の光学物品。
<4>
前記金属元素M、及び前記酸素Oの元素組成比(酸素O/金属元素M)が、1.1以上1.35以下である、<1>~<3>のいずれか1項に記載の光学物品。
<5>
前記金属元素M、及び前記酸素Oの元素組成比(酸素O/金属元素M)が、1.1以上1.30以下である、<4>に記載の光学物品。
<6>
前記金属元素M、及び前記酸素Oの元素組成比(酸素O/金属元素M)が、1.15以上1.30以下である、<5>に記載の光学物品。
<7>
前記基材が、樹脂基材である、<1>~<6>のいずれか1項に記載の光学物品。
<8>
光学フィルタである、<1>~<7>のいずれか1項に記載の光学物品。
<9>
レンズである、<1>~<7>のいずれか1項に記載の光学物品。
<10>
メガネレンズである、<8>に記載の光学物品。
<4>、<5>に係る発明によれば、前記金属元素M、及び前記酸素Oの元素組成比(酸素O/金属元素M)が、1.35を超える光学物品である場合に比べ、埃が除去しやすい光学物品が提供される。
<6>に係る発明によれば、前記金属元素M、及び前記酸素Oの元素組成比(酸素O/金属元素M)が、1.30を超える光学物品である場合に比べ、380nm以上500nm以下の波長における平均透過率が抑制される光学物品が提供される。
<7>に係る発明によれば、基材上に無機表面層を備え、赤外分光光度法による赤外吸収スペクトルにおいて、M-H結合の吸光度IM-Hに対するO-H結合の吸光度IO-Hの比(IO-H/IM-H)が、1.0を超える光学物品である場合に比べ、基材が樹脂フィルムであって、撥水性が高い無機表面層を有する光学物品が提供される。
<8>に係る発明によれば、基材上に無機表面層を備え、赤外分光光度法による赤外吸収スペクトルにおいて、M-H結合の吸光度IM-Hに対するO-H結合の吸光度IO-Hの比(IO-H/IM-H)が、1.0を超える光学物品である場合に比べ、撥水性が高い無機表面層を有し、光学フィルタとしての光学物品が提供される。
<9>に係る発明によれば、基材上に無機表面層を備え、赤外分光光度法による赤外吸収スペクトルにおいて、M-H結合の吸光度IM-Hに対するO-H結合の吸光度IO-Hの比(IO-H/IM-H)が、1.0を超える光学物品である場合に比べ、撥水性が高い無機表面層を有し、レンズとしての光学物品が提供される。
<10>に係る発明によれば、基材上に無機表面層を備え、赤外分光光度法による赤外吸収スペクトルにおいて、M-H結合の吸光度IM-Hに対するO-H結合の吸光度IO-Hの比(IO-H/IM-H)が、1.0を超える光学物品である場合に比べ、撥水性が高い無機表面層を有し、メガネレンズとしての光学物品が提供される。
図1は、本実施形態に係る光学物品の一例を示す模式断面図である。図2は、本実施形態に係る光学物品の他の一例を示す模式断面図である。
基材(つまり、光学物品本体)は、特に限定されず、透光性を有する基材であることが好ましい。透光性とは、光を透過させる性質を意味し、例えば、全光線透過率が50%以上(好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、特に好ましくは90%以上)であることを表す。光透過性を有するのであれば、透明であってもよく、半透明であってもよい。なお、例えば、全光透過率は、分光ヘイズメータ「SH7000(日本電色工業社製)」により測定される。
機能層としては、必要な機能に応じて、設ければよい。機能層としては、例えば、ハードコート層、屈折率調整層などが挙げられる。基材に樹脂フィルムを用いた場合、ハードコート層を設けることにより、光学物品の傷に対する耐性が向上する傾向がある点で好適である。また、屈折率調整層としては、無機表面層よりも低屈折率である低屈折率層、無機表面層よりも高屈折率である高屈折率層が挙げられる。例えば、本実施形態の無機表面層に加えて、低屈折率層及び高屈折率層の少なくとも一方の層を積層し、光の干渉を制御することで、反射防止機能を得ることができる。
-無機表面層の組成-
本実施形態の光学物品は、金属元素M、酸素O、及び水素Hを含有する。金属元素としては、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、チタン(Ti)ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr),モリブデン(Mo)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、アルニムウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、珪素(Si),ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)などが挙げられ、これらは1種を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
無機表面層の測定用試料を、シリコン基板上に形成し、シリコン基板を参照基準(リファレンス)として、赤外吸収スペクトルで得られた各シグナルを参照基準(リファレンス)に対する差分として得た各シグナルを、さらに干渉によるバックグラウンドの変動をベースライン処理して求めて、強度比(IO-H/IM-H)を得る。
赤外吸収スペクトルの測定は、装置:PerkinElmer社製Spectrum One FT―IR Spectrometerを用い、条件:透過モードで行う。また、赤外分光光度法による測定は、測定対象となる光学物品を測定用試料として、反射吸収法(RA法)、減衰全反射法(ATR法)などの測定方法により、表面層側から測定し、基材からのシグナルを差し引いて表面層からのシグナルとすることも可能である。
また、金属元素M、及び酸素Oの元素組成比(酸素O/金属元素M)が、1.1以上1.30以下であることが好ましく、1.15以上1.30以下がより好ましく、1.20以上1.28以下がさらに好ましい。この範囲であると、可視領域短波長側の光の透過が抑制される点で好適である。特に、可視波長領域に対して透光性を有しつつ、光学物品(メガネ等)に用いた場合の目の疲労を抑制する効果が得られる。
ガリウムの元素組成比は、例えば、無機表面層の全構成元素に対して、0.20以上であることがよく、0.25以上であることが好ましく、0.30以上であることがより好ましい。また、0.50以下であることがよく、0.40以下であることが好ましく、0.40以下であることがより好ましい。
酸素の元素組成比は、例えば、無機表面層の全構成元素に対して、0.30以上であることがよく、0.30以上であることが好ましく、0.35以上であることがより好ましい。また、0.70以下であることがよく、0.60以下であることが好ましく、0.55以下であることがより好ましい。
水素の元素組成比は、例えば、機械的強度の点で、無機表面層の全構成元素に対して、0.05以上であることがよく、0.1以上であることが好ましい。同様の点で、0.25以下であることがよく、0.20以下が好ましい。
なお、RBSでは、加速器としてNEC社 3SDH Pelletron、エンドステーションとしてCE&A社 RBS-400、システムとして3S-R10を用いる。解析にはCE&A社のHYPRAプログラム等を用いる。
なお、RBSの測定条件は、He++イオンビームエネルギーは2.275eV、検出角度160°、入射ビームに対してGrazing Angleは約109°とする。
まず、He++イオンビームを試料に対して垂直に入射し、検出器をイオンビームに対して、160°にセットし、後方散乱されたHeのシグナルを測定する。検出したHeのエネルギーと強度から組成比と膜厚を決定する。組成比及び膜厚を求める精度を向上させるために二つの検出角度でスペクトルを測定してもよい。深さ方向分解能や後方散乱力学の異なる二つの検出角度で測定しクロスチェックすることにより精度が向上する。
ターゲット原子によって後方散乱されるHe原子の数は、1)ターゲット原子の原子番号、2)散乱前のHe原子のエネルギー、3)散乱角度の3つの要素のみにより決まる。 測定された組成から密度を計算によって仮定して、これを用いて厚みを算出する。密度の誤差は20%以内である。
HFS測定では、加速器としてNEC社 3SDH Pelletron、エンドステーションとしてCE&A社 RBS-400を用い、システムとして3S-R10を用いる。解析にはCE&A社のHYPRAプログラムを用いる。そして、HFSの測定条件は、以下の通りである。
・He++イオンビームエネルギー:2.275eV
・検出角度:160°入射ビームに対してGrazing Angle30°
白雲母は水素濃度が6.5原子%であることが知られている。
最表面に吸着しているHは、例えば、清浄なSi表面に吸着しているH量を差し引くことによって補正を行う。
これに対し、本実施形態に係る光学物品における無機表面層は、光学物品に求められる、撥水性を有する。無機表面層は、金属元素M、酸素O、及び水素Hを含有する金属酸化物で形成されている。金属酸化物は、一般に有機物に比べて硬質であるため、有機物よりも耐傷性を有する。そのため、本実施形態の無機表面層は、撥水性を有することの他、傷に対する耐性を有する。さらに、帯電防止効果、可視波長領域の透過性、可視波長領域短波長側の透過性抑制効果を有する。したがって、従来、これらの機能を多層、多数の工程などで形成していた構造に比べ、一つの層に上記の複数の機能を持たせることによって、層構造、工程を簡素化を可能にするという利点がある。
無機表面層の形成には、例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法、有機金属気相成長法、分子線エキタピシー法、蒸着、スパッタリング等の公知の気相成膜法が利用される。
本実施形態における薄膜の結晶構造は、単結晶や多結晶などの結晶性のものでもよく、非晶質でもよい。また、非晶質中に5nm以上100μm以下程度結晶粒径の結晶粒が分散された微結晶構造でもよい。
非成膜性ガスは、非成膜性ガス供給源42から非成膜性ガス供給管22を介して非成膜性ガス供給口22Aから反応容器12内へと供給される。
具体的には、成膜性ガスとして、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルガリウム、トリエチルインジウム、トリエチルアルミニウム、t-ブチルガリウム、t-ブチルインジウム、ジボラン、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、及び三臭化ホウ素などが好ましく用いられる。
すなわち、非成膜性ガスのプラズマが生成されることによって、反応容器12内の全ての領域は、成膜性ガスが励起分解されて反応生成物を析出しうる領域としての反応活性領域44と、この反応活性領域44に連続する領域であって成膜性ガスが励起分解されえない領域としての反応不活性領域48と、に分けられる。このため、反応容器12内には、円柱状部材18の回転方向に沿って、反応活性領域44と反応不活性領域48とが連続して設けられることとなる。
この成膜性ガス供給口24Aの反応不活性領域48内における位置は、反応不活性領域48内に位置されている。反応不活性領域48内において、反応活性領域44との境界から、予め定められた距離以上離れた領域に位置されていることが好ましい。なお、この「予め定められた距離」とは、反応不活性領域で原料ガスの密度が平均化されるための拡散が行われるための距離で、具体的には、20mm以上で有ることが好ましい。
成膜性ガス供給口24Aが、反応不活性領域48との境界から予め定められた距離以上離れた位置に設けられることによって、不均一な密度で、原料ガスが反応活性領域に導入されて不均一な膜厚や膜質の薄膜が形成されることを抑制すると言う効果が得られる。
制御部16の制御によって真空排気装置28が駆動して、反応容器12の内部が予め定められた圧力まで減圧されると、制御部16は、円柱状部材18を予め定められた速度で回転するようにモータ30を制御する。この回転速度の制御は、例えば、モータ30に円柱状部材の回転速度を測定するためのセンサを設けて、このセンサからの入力信号に基づいて、目的とする回転速度となるようにモータ30の回転速度を調整するようにすればよい。
薄膜形成対象部材40の移動とともに移動して行われる成膜性ガスの供給によれば、薄膜形成対象部材40への着膜位置の選択性が特に優れている。
膜厚方向に組成を変化させる場合には、例えば、円柱状部材18を予め定められた回転数回転させる毎に、成膜性ガス及び非成膜性ガスの種類、及び成膜性ガスと非成膜性ガスの供給量等を変更するようにすればよい。
また、成膜性ガスを供給するための成膜性ガス供給管24は、反応容器12内に1つ設けられている場合を説明したが、成膜性ガス供給口24Aが反応不活性領域48に位置していればよく、反応容器12に複数設けられるようにしてもよい。
例えば、反応活性領域44は、光や熱により成膜性のガスを励起分解する領域であったり、光、電子線、触媒などにより励起状態にある非成膜性ガスの活性種に成膜性ガスを曝して化学反応や熱分解を促進させる領域であってもよい。
この場合には、非成膜性ガスを反応容器12内に供給せずともよい。励起光源としては、重水素ランプ、Xeランプ、低圧水銀灯、高圧水銀灯、エキシマランプ、窒素レーザー、ArFレーザーなどの各種レーザー光源などの紫外光、または真空紫外光を含む光源を用いることができる。
この場合について、オリフィスなどの圧力差を生じ得る機構を介して反応容器12と別区画にタングステンフィラメントが配置され、その区画内を触媒による高い励起、分解効率が得られる圧力に保たれていてもよい。
本実施形態に係る光学物品が適用される用途は特に限定されない。例えば、光学フィルタ、光学レンズ、光スイッチ、光ファイバー、集光レンズ、回折格子等が挙げられる。
光学レンズとしては、メガネレンズ(視力矯正レンズ、サングラス等)、ゴーグルレンズ、フレネルレンズ(集光用レンズ、LED照明レンズ、光学センサー用レンズ等)、ピックアップレンズ(CD、DVD等の情報記録機器等)、撮影機器用レンズ(デジタルカメラ、ビデオカメラ、等)、望遠鏡用レンズ、顕微鏡用レンズなどが挙げられる。これらの中でも、本実施形態に係る光学物品は、撥水性を有し、さらに、傷に対する耐性を有し、可視波長領域短波長側の透過性抑制効果を有する観点で、光学フィルタ、光学レンズに適用されることがよく、メガネレンズに適用されることが好ましい。
図3に示す薄膜形成装置10のような成膜装置を用いて、基材上に無機表面層を形成した。基材1として、レンズ本体の厚さ1mmの樹脂製レンズを用意した。この樹脂レンズを薄膜形成装置にセットし、プラズマCVDにより、基材上に、無機表面層の形成を行った。
また、Si参照試料に形成された無機表面層の組成分析を、ラザフォードバックスキャッタリング(RBS)とハイドロジェンフォワードスキャッタリング(HFS)により行ったところ、Ga:44原子%、O:17原子%、H:17原子%、C:3%であり、酸素とガリウムの元素組成比(O/Ga)は1.50であった。
さらに、M-H結合の吸光度IM-Hに対するO-H結合の吸光度IO-Hの比(IO-H/IM-H)として、既述の方法にしたがって、(IO-H/IGa-H)を求めた結果を表1に示す。
He希釈酸素(4%)3.5sccm、反応時間を50分とした以外は実施例1と同様にして、光学物品を得た。
He希釈酸素(4%)3.0sccm、反応時間を60分とした以外は実施例1と同様にして、光学物品を得た。
He希釈酸素(4%)3.0sccm、反応時間を65分、反応容器内圧力を5Paとした以外は実施例1と同様にして、光学物品を得た。
He希釈酸素(4%)1.7sccm、反応時間を70分とした以外は、実施例1と同様にして、光学物品を得た。
無機表面層を設けない基材1をそのまま光学物品とした。
コンダクタンスバルブを調整し圧力を60Pa、反応時間を33分とした以外は、実施例1と同様にして、光学物品を得た。
(傷テスト(耐摩耗性効果))
ターンテーブルに、各例で得られた光学物品を置き、キムタオル(登録商標)をはさみ1.0kg/cm2の荷重を印加して100回転させた。荷重を除去して光学物品を取り出し、擦った表面の傷の発生状況を目視で観察し、下記評価基準で評価した。
-評価基準-
A(○):傷がみられなかった
B(×):傷がみられた
水の接触角の測定は、接触角計(協和界面化学(株)製、CA-X)を用い、温度25℃湿度50%の環境下で、純水を測定対象面に3.1μl滴下し、滴下してから15秒後の液滴を光学顕微鏡により撮影し、その写真から純水の接触角を求めた。
各例における光学物品の無機表面層面に、ティッシュペーパーで500gの荷重をかけながら10回擦った。次いで、1mm以上2mm以下の大きさに砕いた発泡スチロールをふりかけた。次いで、光学物品の面が垂直になるように立てかけた。立てかける前後で写真を撮影し、立てかける前と立てかけた後の写真において、発泡スチロール粉の数を数え、下記評価基準で評価した。
-評価基準-
A(○):立てかけた時点でほとんど発泡スチロール粉が落ちた
(残ったものは10%未満)
B(△):立てかけた時点で発泡スチロール粉が半分以上落ちた
(残ったものは10%以上50%以下)
C(×):立てかけた時点で発泡スチロール粉がほとんど落ちなかった
(残ったものは50%超)
各例の光学物品を、紫外-可視分光光度計で波長300nmから800nmまでの範囲の光線透過率を10nm間隔で測定し、380nm以上500nm以下の平均透過率を求め、下記評価基準で評価した。
-評価基準-
A(○):50%以下
B(△):50%超85%以下
C(×):85%超100%
各例の光学物品を、紫外-可視分光光度計で波長300nmから800nmまでの範囲の光線透過率を10nm間隔で測定し、400以上800nm以下の平均透過率を求め、下記評価基準で評価した。
-評価基準-
A(○):85%超100%以下
B(△):50%超85%以下
C(×):50%以下
12 反応容器
14 排気管
18 円筒状部材
20 放電電極
22 非成膜性ガス供給管
24 成膜性ガス供給管
24A 成膜性ガス供給口
26 遮蔽部材
30 モータ
32 保持部材
40 薄膜形成対象部材
42 非成膜性ガス供給源
44 反応活性領域
48 反応不活性領域
52、54、56 張架搬送ロール
58 支持ロール
60、62、64 ローラ
Claims (7)
- 透光性を有する基材と、
前記基材上に設けられた無機表面層であって、金属元素M、酸素O、及び水素Hを含有し、赤外分光光度法による赤外吸収スペクトルにおいて、M-H結合の吸光度IM-Hに対するO-H結合の吸光度IO-Hの比(IO-H/IM-H)が、1.0以下であり、
前記金属元素M、及び前記酸素Oの元素組成比(酸素O/金属元素M)が、1.1以上1.35以下である無機表面層と、
を有する、メガネレンズ。 - 前記M-H結合の吸光度IM-Hに対するO-H結合の吸光度IO-Hの比(IO-H/IM-H)が、0.8以下である請求項1に記載のメガネレンズ。
- 前記金属元素Mが、第13族元素である、請求項1又は請求項2に記載のメガネレンズ。
- 前記第13族元素が、ガリウムである、請求項3に記載のメガネレンズ。
- 前記金属元素M、及び前記酸素Oの元素組成比(酸素O/金属元素M)が、1.1以上1.30以下である、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のメガネレンズ。
- 前記金属元素M、及び前記酸素Oの元素組成比(酸素O/金属元素M)が、1.15以上1.30以下である、請求項5に記載のメガネレンズ。
- 前記基材が、樹脂基材である、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載のメガネレンズ。
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