JPH0675103A - 反射防止膜を有する光学部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高屈折率層であるＴｉＯ₂ 層を形成した場合
でも合成樹脂基板が着色せず、またポリウレタン樹脂の
ように経時的に微小変形しやすい合成樹脂からなる光学
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、低視感反射特性を示す
ＴｉＯ₂ 層を有する反射防止膜を備えた光学部材を提供
する。 【構成】 合成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、実質的膜厚が
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、実質的膜厚が
０．４２λ〜０．５８λである第３層と、ＳｉＯ₂ を主
成分とし、屈折率が１．４３〜１．４８、実質的膜厚が
０．２０λ〜０．５８λ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。

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１．４７、膜厚
３／２λ（λは５５０ｎｍである。以下同様）］、Ｚｒ
Ｏ₂ とＳｉＯ₂ の２層等価膜からなる第２層［屈折率
１．８０、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、膜厚λ／２］、ＳｉＯ₂ からなる第４層
［屈折率１．４７、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
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
Ｏ₂ 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 の
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合成樹脂基板が着色せず、また
ポリウレタン樹脂のように経時的に微小変形しやすい合
成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、合成樹
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
膜厚が０．１５λ〜０．３０λである第１層と、屈折率
が１．６４〜１．７２、実質的な膜厚が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、実質的な膜厚が０．４２λ
〜０．５８λである第３層と、ＳｉＯ₂ を主成分とし、
屈折率が１．４３〜１．４８、実質的な膜厚が０．２０
λ〜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）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
ことによって合成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 層を形成する場合
に比べ小さくすることが可能となり、合成樹脂基板の着
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、ＴｉＯ₂ 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合成樹
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 を主成分とした理由は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層の基本膜厚はλ／４であるが、実質的な
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 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＴｉＯ₂ 、Ｔａ
₂ Ｏ₅ 、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層の基本膜厚はλ／
４であり、実質的な膜厚の範囲は０．１５λ〜０．３０
λである。

【００１３】また、第２層は全体としての屈折率が１．
６４〜１．７２、実質的な膜厚が０．１５λ〜０．３０
λ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、合成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合成樹脂基板を５０〜１２
０℃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℃を超えるとプラスチック基板
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層の基本膜厚はλ／２であるが、
実質的な膜厚の範囲は０．４２λ〜０．５８λ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 を主成分とした層として
いる。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Ｔｉ
Ｏ₂層との密着性が良好であることによるものである。
第４層の基本膜厚はλ／４、実質的な膜厚の範囲は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
としては、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をモノマー成
分とする共重合体、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をモノマー
成分とする共重合体、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、ポリウレタンなどの重合体が挙げられる。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、合成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、膜厚０．１６λ）からなる第１層、この第１
層の上に、ＴｉＯ₂ とＴａ₂ Ｏ₅ との混合層（屈折率
２．１３、膜厚０．１０λ）とＳｉＯ₂ 層（屈折率１．
４６、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 層（屈折率２．３０、
膜厚０．５０λ）からなる第３層、この第３層の上にＳ
ｉＯ₂ 層（屈折率１．４６、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１０μ
Ａ／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、膜厚０．１０
λ）と、このＺｒＯ₂ 層の上に設けたＳｉＯ₂ 層（屈折
率１．４６、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Ｔａ₂ Ｏ₅ との混合層（屈折率２．
３０、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Ａｌ₂ Ｏ₃ との混合層（ＺｒＯ₂ と
Ａｌ₂ Ｏ₃ の重量比は７０：３０、混合層の屈折率１．
６７、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、膜厚３／２
λ）からなる第１層を形成した。この第１層の上にＺｒ
Ｏ₂ 層とＳｉＯ₂ 層との２層等価膜からなる第２層（屈
折率１．８０、膜厚λ／４）、この第２層の上にＴｉＯ
₂ 層（屈折率２．４０、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、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
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
Ｏ₂ を蒸着物質として使用した場合でも基板が着色せ
ず、また経時的に微小変形しやすい合成樹脂基板にＴｉ
Ｏ₂ 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反射
防止膜を有する光学部材を提供することができた。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合成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、実質的な膜厚が０．１５
   λ〜０．３０λである第２層と、 ＴｉＯ₂ を主成分とし、屈折率が２．２５〜２．３４、
   実質的な膜厚が０．４２λ〜０．５８λである第３層
   と、 ＳｉＯ₂ を主成分とし、屈折率が１．４３〜１．４８、
   実質的な膜厚が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。
3. 【請求項３】 合成樹脂基板がポリウレタン樹脂であ
   る、請求項１または２に記載の反射防止膜を有する光学
   部材。