KR20090051095A

KR20090051095A - 광학 유리 및 그것을 이용한 렌즈

Info

Publication number: KR20090051095A
Application number: KR1020097005255A
Authority: KR
Inventors: 준 사사이
Original assignee: 아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2009-05-20
Also published as: CN101516794A; JPWO2008032742A1; WO2008032742A1; US20090233782A1

Abstract

본 발명은 고온 성형시의 실투 특성 및 프레스 성형성이 우수하고, 광학계의 경량화·소형화를 가능하게 하는 광학 유리를 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명은 산화물 기준의 질량％ 표시로, B₂O₃: 10 내지 25 ％, SiO₂: 0.5 내지 12 ％, La₂O₃: 17 내지 38 ％, Gd₂O₃: 5 내지 25 ％, ZnO: 8 내지 20 ％, Li₂O: 0.5 내지 3 ％, Ta₂O₅: 5 내지 15 ％, WO₃: 3 내지 15 ％를 함유하고, 또한 SiO₂와 B₂O₃의 합계 함유량과 ZnO와 Li₂O의 합계 함유량의 질량비인 (SiO₂+B₂O₃)/(ZnO+Li₂O)의 값이 1.35 내지 1.90인 광학 유리에 관한 것이다.

광학 유리, 실투 특성, 프레스 성형성, 고굴절률, 저분산성

Description

광학 유리 및 그것을 이용한 렌즈 {OPTICAL GLASS AND LENS USING THE SAME}

본 발명은 고굴절률이고 저분산성의 광학 유리 및 그것을 이용한 렌즈에 관한 것이다.

최근, 고정밀미세하고 소형인 디지털 카메라나 카메라가 장착된 휴대 전화 등의 보급에 의해, 광학계의 경량화·소형화의 요구가 급속히 높아지고 있다. 이들의 요구에 응하기 위해서, 고기능성 유리제 비구면 렌즈를 사용한 광학 설계가 주류를 이루고 있다. 특히, 고굴절률이고 저분산 특성을 나타내는 유리를 사용한 대구경의 비구면 렌즈는, 광학 설계상 중요한 것이 되어 있다.

고굴절률이고 저분산 특성을 나타내는 유리로는, 종래 B₂O₃, La₂O₃을 주성분으로 하는 유리가 알려져 있지만, 일반적으로 성형 온도가 높기 때문에 WC계의 금형 모재 상에 형성되어 있는 귀금속계 보호막의 수명이 짧고 성형 금형의 내구성이 짧다는 문제점이나 성형 사이클이 길고 생산성이 낮다는 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위해서, B₂O₃, La₂O₃ 이외에 Li₂O를 주성분으로 하는 유리가 알려져 있지만, La₂O₃ 등의 희토류 원소를 다량으로 함유하기 위해서, 고온 성형 공정 중에 실투(失透)를 일으키기 쉽다는 문제점이 있었다.

또한, 비구면 렌즈의 제조법으로는, 생산성과 제조 원가의 관점에서 프레스면을 연마하지 않고 그대로 사용하는 정밀 프레스 성형법이 주류를 이루고 있다. 정밀 프레스 성형에서는, 프레스 성형 온도가 낮을수록 금형 내구성이 향상되고, 성형 사이클이 짧아 생산성이 높아지기 때문에, 성형 온도가 낮은 광학 유리가 요구된다.

성형 온도를 낮추기 위해서, 유리 성분으로서 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속 성분의 함유량을 많게 하면, 광학 유리의 열팽창계수가 커진다. 금형으로서 이용되는 WC나 세라믹 등은, 광학 유리에 비하여 열팽창계수가 상당히 작아지기 때문에, 성형 과정에서 금형과 광학 유리의 열팽창계수의 차에 기인하는 열왜곡이 성형품인 광학 부품 중에 발생한다. 성형 왜곡에 의해 광학 특성이 변화하거나, 최악의 경우는, 성형품에 균열 등의 결함이 발생한다. 따라서, 광학 유리에는 성형 온도가 낮아짐과 동시에 열팽창계수도 낮은 것이 요구된다.

상기 문제를 해결하기 위해서, B₂O₃-SiO₂-La₂O₃-Gd₂O₃-ZnO-Li₂O-ZrO₂를 주성분으로 하는 유리가 특허 문헌 1에 제안되어 있지만, 실시예 중에는 굴절률이 1.79 이상이 되는 고굴절률 유리의 조성은 구체적으로 제시되어 있지 않을 뿐만 아니라, 성형 온도가 높다는 문제점이 있다.

또한, B₂O₃-La₂O₃-ZnO-Ta₂O₅-WO₃을 주성분으로 하고 n_d=1.75 내지 1.85, ν_d 35 이상, 연화점이 700 ℃ 이하인 몰드 프레스 성형용 광학 유리가 특허 문헌 2에 제안되어 있지만, 광학 특성, 고온 공정 중 실투 특성 및 저열팽창성의 균형의 관점 에서 아직 충분한 것은 아니다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2003-201143호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2005-15302호 공보

<발명의 개시>

<발명이 해결하고자 하는 과제>

본 발명은 고굴절률·저분산성의 광학 특성을 갖고, 성형 온도가 낮으며, 실투하기 어려운, 성형성이 우수한 광학 유리의 제공을 목적으로 한다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명은, 산화물 기준의 질량％ 표시로, B₂O₃: 10 내지 25 ％, SiO₂: 0.5 내지 12 ％, La₂O₃: 17 내지 38 ％, Gd₂O₃: 5 내지 25 ％, ZnO: 8 내지 20 ％, Li₂O: 0.5 내지 3 ％, Ta₂O₅: 5 내지 15 ％, WO₃: 3 내지 15 ％를 함유하며, SiO₂와 B₂O₃의 합계 함유량과 ZnO와 Li₂O의 합계 함유량의 질량비인 (SiO₂+B₂O₃)/(ZnO+Li₂O)의 값이 1.35 내지 1.90인 광학 유리를 제공한다.

<발명의 효과>

본 발명의 광학 유리(이하, 본 유리라 함)는, 고굴절률이고 바람직하게는 d선에 대한 굴절률 n_d가 1.79 내지 1.83이고, 아베수 ν_d가 38 내지 45이다.

또한, 본 유리는 성형 온도가 650 ℃ 이하로 낮고, 게다가 실투가 생성되지 않는 최고 온도인, 액상 온도가 1000 ℃ 이하로 낮기 때문에, 고온 공정에서의 성형성이 우수하다.

또한, 본 유리의 열팽창계수 α=66 내지 82(×10^-7 K^-1)로 동일한 계통의 광학 유리에 비하여 낮기 때문에, WC계 등의 프레스 금형과의 열팽창계수의 차가 작고, 열왜곡에 기인하는 성형품의 불량품 발생률을 현저히 감소시킬 수 있다. 또한, 이들에 의해 렌즈 등의 광학 제품을 생산성 양호하게 제조할 수 있고, 제조 원가의 감소에도 공헌한다.

또한, 본 유리는 고굴절률을 필요로 하는 유리 기판으로서도 사용할 수 있다. 구체적으로는, 유기 LED용의 광 취출 효율을 높이기 위한 기판을 들 수 있다. 통상의 소다 석회 유리, 붕규산염 유리, 무알칼리 유리 등의 기판 유리에서는, 굴절률이 1.6 미만이기 때문에, 고굴절률인 ITO(굴절률: 약 1.9) 등의 투명 도전막과의 계면에서의 반사에 의해서 유기층에서 발생한 광의 취출 효율이 저하되지만, 본 유리를 이용하면 광의 취출 효율의 향상이 가능해진다. 또한, 본 유리에서는 고굴절률을 달성하면서, 동시에 저온에서의 몰드 성형이 가능하기 때문에, 표면에의 텍스쳐의 부여를 용이하게 행할 수 있고, 광의 취출 효율의 추가적인 향상이 가능해진다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 유리의 각 성분 범위를 설정한 이유를 이하에 설명한다.

본 유리에 있어서, B₂O₃은 유리 골격을 형성하고, 또한 액상 온도 T_L을 저하시키는 성분이며, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서, B₂O₃ 함유량은 10 내지 25 질량％(이하, 질량％를 단순히 ％라 약기함)이다. B₂O₃ 함유량이 10 ％ 미만이면, 유리화가 곤란해지거나 또는 액상 온도 T_L이 높아져 바람직하지 않다. 액상 온도 T_L을 낮게 하기 위해서는 B₂O₃함유량을 12 ％ 이상으로 하면 바람직하고, B₂O₃함유량이 13 ％ 이상이면 보다 바람직하며, 14 ％ 이상이면 더욱 바람직하다. B₂O₃함유량이 15 ％ 이상이면 액상 온도가 저하됨과 동시에, 아베수를 높게 할 수 있기 때문에 특히 바람직하다.

한편, 본 유리에서는 B₂O₃함유량이 25 ％ 초과이면, 굴절률 n_d가 낮아지거나 또는 내수성 등의 화학적 내구성이 저하될 우려도 있다. 본 유리에 있어서, B₂O₃ 함유량이 23 ％ 이하이면 바람직하고, 굴절률 n_d를 높게 하고자 하는 경우에는 B₂O₃함유량을 21 ％ 이하로 하면 바람직하며, B₂O₃ 함유량이 20 ％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, ZnO는 유리를 안정화시키고, 성형 온도 T_P 또는 용해 온도를 저하시키는 성분이며, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서, ZnO 함유량은 8 내지 20 ％이다. ZnO 함유량이 8 ％ 미만이면 유리가 불안정해지거나, 성형 온도가 높아질 우려가 있다. Zn0 함유량이 10 ％ 이상이면 바람직하고, 11 ％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 본 유리에 있어서, ZnO 함유량이 20 ％를 초과하면, 유리의 안정성이 나빠지고, 또한 화학적 내구성도 저하될 우려가 있다. ZnO 함유량이 19 ％ 이하이면 바람직하고, ZnO 함유량이 18 ％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, La₂O₃은 굴절률 n_d를 높게 하고, 화학적 내구성을 향상시키는 성분이며, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서, La₂O₃ 함유량은 17 내지 38 ％이다. La₂O₃함유량이 17 ％ 미만이면 굴절률 n_d가 지나치게 낮아지게 될 우려가 있다. La₂O₃함유량이 19 ％ 이상이면 바람직하고, La₂O₃함유량이 21 ％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, La₂O₃함유량이 38 ％를 초과하면 유리화하기 어려워져 성형 온도가 높아지거나, 액상 온도 T_L이 높아질 우려가 있다. La₂O₃함유량이 35 ％ 이하이면 바람직하고, La₂O₃함유량이 33 ％ 이하이면 보다 바람직하다.

본 유리에 있어서, Gd₂O₃은 La₂O₃과 마찬가지로 굴절률 n_d를 높게 하고, 화학적 내구성을 향상시키는 성분이며, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서, Gd₂O₃ 함유량은 5 내지 25 ％이다. Gd₂O₃함유량이 5 ％ 미만이면 굴절률 n_d가 낮아진다. Gd₂O₃함유량이 6 ％ 이상이면 바람직하고, Gd₂O₃함유량이 7 ％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, Gd₂O₃함유량이 25 ％를 초과하면 유리화하기 어려워져 성형 온도가 높아지거나, 액상 온도 T_L이 높아질 우려가 있다. Gd₂O₃함유량이 22 ％ 이하이면 바람직하고, Gd₂O₃함유량이 20 ％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, La₂O₃ 함유량 및 Gd₂O₃함유량의 합량은 33 내지 50 ％이면 바람직하다. 상기 합량이 33 ％ 미만이면, 굴절률 n_d가 낮아지거나 또는 화학적 내구성이 낮아질 우려가 있다. 상기 합량이 35 ％ 이상이면 바람직하고, 상기 합량이 37 ％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 상기 합량이 50 ％를 초과하면 유리화하기 어려워져 성형 온도가 높아지거나, 액상 온도 T_L이 높아질 우려가 있다. 상기 합량이 47 ％ 이하이면 바람직하고, 상기 합량이 45 ％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, Li₂O는 유리를 안정화시키고, 성형 온도, 용해 온도를 저하시키는 성분이며, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서, Li₂O 함유량은 0.5 내지 3 ％이다. Li₂O 함유량이 0.5 ％ 미만이면 성형 온도 또는 용해 온도가 지나치게 높아질 우려가 있다. Li₂O 함유량이 1.1 ％ 이상이면 바람직하고, Li₂O 함유량이 1.3 ％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, Li₂O 함유량이 3 ％를 초과하면 실투하기 쉬워지고, 화학적 내구성의 저하나 용해시 성분의 휘산이 심해질 우려가 있다. Li₂O 함유량이 2.5 ％ 이하이면 바람직하고, Li₂O 함유량이 2.3 ％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, Ta₂O₅는 유리를 안정화시키고, 굴절률 n_d를 높게 하며, 고온 성형시의 실투를 억제하는 성분이며, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서, Ta₂O₅ 함유량은 5 내지 15 ％이다. Ta₂O₅함유량이 5 ％ 미만이면 굴절률 n_d가 지나치게 낮아지거나, 액상 온도 T_L이 지나치게 높아질 우려가 있다. Ta₂O₅함유량이 7 ％ 이상이면 바람직하고, Ta₂O₅함유량이 8 ％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, Ta₂O₅ 함유량이 15 ％를 초과하면 성형 온도가 지나치게 높아지거나, 아베수 ν_d가 지나치게 작아질 우려가 있다. Ta₂O₅함유량이 14 ％ 이하이면 바람직하고, Ta₂O₅함유량이 13 ％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, WO₃은 유리를 안정화시키고, 굴절률 n_d를 높게 하며, 고온 성형시의 실투를 억제하는 성분이며, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서, WO₃ 함유량은 3 내지 15 ％이다. WO₃함유량이 3 ％ 미만이면 굴절률 n_d가 낮아지고, 액상 온도 T_L이 높아질 우려가 있다. WO₃함유량이 4 ％ 이상이면 바람직하고, WO₃함유량이 5 ％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, WO₃ 함유량이 15 ％를 초과하면 성형 온도가 높아지고, 아베수 ν_d가 작아질 우려가 있다. WO₃함유량이 14 ％ 이하이면 바람직하고, WO₃ 함유량이 13 ％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, SiO₂는 유리를 안정화시키기 위해서, 또는 고온 성형시의 실투를 억제하는 것 등을 위한 성분이며, 필수 성분이다. 본 유리에 있어서, SiO₂ 함유량은 0.5 내지 12 ％이다. SiO₂함유량이 12 ％를 초과하면 성형 온도가 지나치게 높아지거나, 굴절률 n_d가 지나치게 낮아질 우려가 있다. SiO₂ 함유량이 10 ％ 이하이면 바람직하고, SiO₂ 함유량이 9 ％ 이하이면 보다 바람직하다.

한편, 고온 성형시의 실투를 억제하거나 또는 점성을 조정하고자 하는 경우에는, SiO₂ 함유량을 0.5 ％ 이상으로 한다. SiO₂ 함유량이 2 ％ 이상이면 바람직하고, SiO₂ 함유량이 4 ％ 이상이면 보다 바람직하다.

본 발명자들은, 유리의 메쉬 형성 산화물 성분인 B₂O₃ 함유량 및 SiO₂ 함유량의 합량과, 1 또는 2가의 유리의 장식 산화물 성분인 Li₂O 함유량 및 ZnO 함유량의 합량과의 질량비(SiO₂+B₂O₃)/(ZnO+Li₂O)(이하, 메쉬 수식비라 함)를 특정한 값으로 조정함으로써, 낮은 성형 온도와 낮은 액상 온도 및 열팽창계수를 양립시킬 수 있다는 것을 발견하였다.

본 유리에 있어서는, 메쉬 수식비는 1.35 내지 1.90이다. 메쉬 수식비가 1.35 미만 또는 1.90을 초과하면, 낮은 성형 온도와 낮은 액상 온도의 양립이 어려워진다. 메쉬 수식비의 하한이 1.38 이상이면 바람직하고, 1.40 이상이면 보다 바람직하다. 한편, 메쉬 수식비의 상한이 1.85 이하이면 바람직하고, 1.80 이하이면 보다 바람직하다.

본 유리에 있어서, ZrO₂는 필수 성분은 아니지만, 유리를 안정화시키고, 굴절률 n_d를 높게 하며, 고온 성형시의 실투를 억제하는 것 등을 위해 0 내지 5 ％ 함유할 수도 있다. Zr0₂ 함유량이 5 ％를 초과하면, 성형 온도가 지나치게 높아지거나, 아베수 ν_d가 지나치게 작아질 우려가 있다. ZrO₂함유량이 4 ％ 이하이면 보다 바람직하고, ZrO₂ 함유량이 3 ％ 이하이면 더욱 바람직하다. 한편, 첨가의 효과를 얻기 위해서는, ZrO₂ 함유량이 0.1 ％ 이상이면 보다 바람직하고, ZrO₂함유량이 0.2 ％ 이상이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, TiO₂는 필수 성분은 아니지만, 유리를 안정화시키고, 굴절률 n_d를 높게 하며, 고온 성형시의 실투를 억제하는 것 등을 위해 0 내지 5 ％ 함유할 수도 있다. TiO₂ 함유량이 5 ％를 초과하면, 아베수 ν_d가 지나치게 작아지거나 또는 투과율이 저하될 우려가 있다. TiO₂ 함유량이 3 ％ 이하이면 보다 바람직하다.

본 유리에 있어서, Nb₂O₅는 필수 성분은 아니지만, 유리를 안정화시키고, 굴절률 n_d를 높게 하며, 고온 성형시의 실투를 억제하는 것 등을 위해 0 내지 5 ％ 함유할 수도 있다. Nb₂O₅함유량이 5 ％를 초과하면, 아베수 ν_d가 지나치게 작아지거나 또는 투과율이 저하될 우려가 있다. 바람직하게는 Nb₂O₅ 함유량이 3 ％ 이하이다.

본 유리에 있어서, Y₂O₃, Yb₂O₃은 모두 필수 성분은 아니지만, 굴절률 n_d를 높게 하고, 고온 성형시의 실투를 억제하는 것 등을 위해 0 내지 10 ％ 함유할 수도 있다. 이들 합량이 10 ％를 초과하면 유리가 오히려 불안정해지고, 성형 온도가 지나치게 높아질 우려가 있다. Y₂O₃, Yb₂O₃의 합량이 7 ％ 이하이면 바람직하다.

본 유리에 있어서, Al₂O₃, Ga₂O₃, GeO₂, P₂O₅는 모두 필수 성분은 아니지만, 유리를 안정화시키고, 굴절률 n_d의 조정을 하는 등의 목적으로 0 내지 10 ％ 함유할 수도 있다. Al₂O₃, Ga₂O₃, GeO₂, P₂O₅의 합량이 10 ％를 초과하면, 아베수 ν_d가 지나치게 낮아질 우려가 있다. Al₂O₃, Ga₂O₃, GeO₂, P₂O₅의 합량이 8 ％ 이하이면 보다 바람직하고, 6 ％ 이하이면 더욱 바람직하다.

또한, 본 유리에 있어서, Al₂O₃, Ga₂O₃, GeO₂를 함유하는 경우에는, Al₂O₃, Ga₂O₃, GeO₂와 B₂O₃의 각 함유량의 합량이 15 내지 35 ％이면 바람직하다. 상기 합량이 15 ％ 미만이면 유리화가 곤란해질 우려나 액상 온도 T_L이 높아질 우려가 있다. 상기 합량이 18 ％ 이상이면 보다 바람직하고, 상기 합량이 22 ％ 이상이면 더욱 바람직하다.

한편, Al₂O₃, Ga₂O₃, GeO₂, B₂O₃각 함유량의 합량이 35 ％를 초과하면, 굴절률 n_d가 낮아지거나 또는 성형 온도가 높아질 우려가 있다. 상기 합량이 32 ％ 이하이면 보다 바람직하고, 상기 합량이 29 ％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, BaO, SrO, CaO, MgO는 모두 필수 성분은 아니지만, 유리를 안정화시키고, 아베수 ν_d를 크게 하거나, 성형 온도를 낮게 하고, 비중을 작게 하는 것 등을 위해 각각 0 내지 15 ％ 함유할 수도 있다. BaO, SrO, CaO, MgO의 각각의 함유량이 15 ％를 초과하면, 유리가 불안정해지거나 또는 굴절률 n_d가 낮아지는 것 등의 우려가 있다.

또한, BaO, SrO, CaO, MgO를 함유하는 경우에는, BaO, SrO, CaO, MgO와 ZnO의 각 함유량의 합량이 8 내지 25 ％인 것이 바람직하다. 상기 합량이 8 ％ 미만이면 유리가 불안정해지거나, 성형 온도가 지나치게 높아진다. 상기 합량이 10 ％ 이상이면 보다 바람직하고, 상기 합량이 11 ％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 상기 합량이 20 ％를 초과하면 유리가 오히려 불안정해지고, 굴절률 n_d가 낮아지며, 화학적 내구성이 낮아지는 등의 우려가 있다. 상기 합량이 19 ％ 이하이면 보다 바람직하고, 상기 합량이 18 ％ 이하이면 더욱 바람직하다.

본 유리에 있어서, 고온 성형시의 실투를 보다 억제하고자 하는 것 등의 경우, B₂O₃: 15 내지 20 ％, SiO₂: 3 내지 10 ％, La₂O₃: 21 내지 33 ％, Gd₂O₃: 7 내지 19 ％, ZnO: 8 내지 19 ％, Li₂O: 1.2 내지 2.4 ％, Ta₂O₅: 8 내지 14 ％, WO₃: 5 내지 13 ％, 또한 메쉬 수식비가 1.38 내지 1.82인 것이 바람직하다. 이 조성에, 추가로 ZrO₂ 및/또는 TiO₂를 0.2 내지 4 ％ 함유시키면 실투 억제 효과가 보다 확실해지기 때문에 바람직하다.

본 유리는 본질적으로 상기 성분으로 이루어지지만, 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서 그 밖의 성분을 함유할 수도 있다. 이러한 성분을 함유하는 경우 이들 성분의 함유량의 합계는, 바람직하게는 10 ％ 이하, 보다 바람직하게는 8 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 6 ％ 또는 5 ％ 이하이다.

예를 들면, 청징 등의 목적으로, 본 유리에 Sb₂O₃을 예를 들면 0 내지 1 ％ 함유할 수도 있다. 또한, 유리를 보다 안정화시키고, 굴절률 n_d의 조정, 비중 조정, 용해 온도의 저하 등의 목적을 위하여, Na₂O, K₂O, Rb₂O 또는 Cs₂O의 각 성분을 합량으로 0 내지 5 ％ 함유할 수도 있다. Na₂O, K₂O, Rb₂O 또는 Cs₂O의 각 성분의 합량이 5 ％를 초과하면, 유리가 불안정해지고, 굴절률 n_d가 낮아지며, 경도가 작아지거나 또는 화학적 내구성이 저하될 우려가 있다. 또한, 경도 또는 화학적 내구성을 중시하는 경우에는, Na₂O, K₂O, Rb₂O 또는 Cs₂O의 각 성분을 모두 함유하지 않는 것이 바람직하다.

본 유리에 있어서, 상기 이외의 임의 성분으로는, 각각의 요구 특성에 따라서 선택할 수 있다. 예를 들면, 고굴절률 n_d와 저유리 전이점 T_g를 중시하는 경우에는 SnO를 0 내지 4 ％까지 함유할 수도 있다. 마찬가지로 고굴절률을 중시하는 경우에는, TeO₂ 및/또는 Bi₂O₃을 단독으로 또는 합량으로 0 내지 6 ％ 함유할 수도 있다. TeO₂ 및/또는 Bi₂O₃의 함유량이 6 ％를 초과하면 유리가 불안정해지고, 투과율이 현저히 저하될 우려가 있다. 단, 아베수 ν_d를 크게 하고자 하는 경우에는, TeO₂ 또는 Bi₂O₃을 모두 함유하지 않는 것이 바람직하다.

본 유리에 있어서는, 환경면에서의 부하를 감소시키기 위해서, 성분으로서 납(PbO), 비소(As₂O₃), 탈륨(Tl₂O)이 모두 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 불소를 함유하면 열팽창계수를 크게 하고, 이형성, 성형성에 악영향을 미칠 뿐만 아니라, 성분이 휘산하기 쉽기 때문에, 광학 유리의 조성이 불균일해지기 쉽고, 이형막 등 금형의 내구성을 낮추는 등의 문제가 있기 때문에, 본 유리에서는 불소도 실질상 함유하지 않는 것이 바람직하다.

본 유리에 있어서는, 착색의 방지 등의 이유에 의해, Fe₂O₃을 함유하지 않는 것이 바람직하지만, 통상은 원료로부터 불가피하게 혼입된다. 그 경우에도, 본 유리에 있어서 Fe₂O₃ 함유량은 0.0001 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 유리의 광학 특성으로는, 굴절률 n_d가 1.79 내지 1.83이면 바람직하다. 굴절률 n_d가 1.79 이상이면, 렌즈의 소형화에는 적합하기 때문에 바람직하다. 굴절률 n_d가 1.80 이상이면 보다 바람직하다. 한편, 본 유리의 굴절률 n_d가 1.83을 초과하면 아베수가 지나치게 작아져 바람직하지 않다. 본 유리의 굴절률 n_d로는 1.82 이하이면 더욱 바람직하다. 본 유리의 아베수 ν_d는, 굴절률 n_d가 1.79 내지 1.83인 경우는 38 내지 45이면 바람직하다. 본 유리의 굴절률 n_d가 1.80 내지 1.82인 경우는 39 내지 44이면 더욱 바람직하다.

본 명세서에 있어서, 성형 온도 T_p는 유리 전이 온도 T_g와 굴복점 At로부터 T_p=At+(At-T_g)/2로 산출되는 값을 말한다.

본 유리의 성형 온도 T_p는 650 ℃ 이하이면, 정밀 프레스 성형하기 쉽기 때문에 바람직하다. 성형 온도 T_p가 650 ℃를 초과하면, 프레스 성형시에 피성형물인 프리폼의 일부 성분이 휘산하여 형재, 이형막의 손상 등을 야기하고, 금형의 내구성이 저하할 뿐만 아니라, 프레스 성형의 생산성 그 자체도 저하될 우려가 있다. 본 유리의 성형 온도 T_p로는, 645 ℃ 이하이면 보다 바람직하고, 640 ℃ 이하이면 더욱 바람직하다.

광학 유리의 열팽창계수α로는, 금형의 열팽창계수, 예를 들면 WC계에서는 40 내지 50×10^-7 K^-1이지만, 그것과의 차가 크지 않을수록 바람직하다. 본 유리에 있어서는, 열팽창계수α가 82×10^-7 K^-1 이하인 것이 바람직하다. 열팽창계수α가 82×10^-7 K^-1을 초과하면, 프레스 성형시에 균열 등의 결함이 발생하기 쉬워지고, 또한 균열 등을 회피하기 위한 가압 조건을 온화하게 하면, 수축(Sink Marks)에 의해 형상 전사성 등이 저하된다. 본 유리에 있어서, 열팽창계수α가 80×10^-7 K^-1 이하이면 더욱 바람직하다.

한편, 본 유리의 열팽창계수α가 지나치게 작아지면, 프레스 성형의 냉각 과정에서 금형과 광학 부품이 이형하기 어려워지고, 최악의 경우는, 광학 부품이 금형에 고착하여 성형품 불량이 될 우려도 있다. 따라서, 본 유리에서는 열팽창계수α로는, 66×10^-7 K^-1 이상이 바람직하고, 열팽창계수α가 67×10^-7 K^-1 이상이면 더욱 바람직하다. 또한, 본 명세서에서는, 열팽창계수α는 50 내지 350 ℃의 온도 범위에서의 값을 말한다.

본 유리의 액상 온도 T_L은 1000 ℃ 이하이면 바람직하다. 액상 온도 T_L이 1000 ℃를 초과하면 고온 성형시에 피성형물이 실투하기 쉬워지거나, 고온 성형의 받이형으로서 이용되는 카본이나 내열 합금이 열화하기 때문에 바람직하지 않다. 본 유리의 액상 온도 T_L이 990 ℃ 이하이면 보다 바람직하고, 980 ℃ 이하이면 더욱 바람직하다. 또한, 액상 온도 T_L은 특정 온도로 유지한 경우에, 유리 융액으로부터 결정 고화물이 생성되지 않는 최고 온도로서 정의된다.

본 유리는, 상기한 바와 같은 특성을 갖기 때문에, 광학 설계가 용이하고, 광학 부품, 특히 디지털 카메라 등에 이용되는 비구면 렌즈에 바람직하다.

이하, 본 발명의 구체적인 양태를 실시예(예 1 내지 68) 및 비교예(예 69 내지 72)에 의해 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되지 않는다.

원료 제조법으로는, 표에 나타내는 조성의 유리가 얻어지도록 하기 원료를 조합하여 백금제 도가니에 넣고, 1100 내지 1300 ℃에서 1 시간 동안 용해하였다. 이 때 백금제 교반기에 의해 0.5 시간 동안 교반하여 용융 유리를 균질화하였다. 균질화된 용융 유리는 유출시켜 판상으로 성형 후, Tg+10 ℃의 온도에서 4 시간 동 안 유지한 후, -1 ℃/분의 냉각 속도로 실온까지 서냉하였다.

원료로는 산화붕소, 산화알루미늄, 탄산리튬, 탄산나트륨, 이산화지르코늄, 산화아연, 산화마그네슘, 탄산칼슘, 탄산바륨으로서, 간토 가가꾸사 제조의 특급 시약을 사용하였다. 산화란탄 및 산화가돌리늄으로서 신에쓰 가가꾸 고교사 제조의 순도 99.9 ％의 시약을 사용하였다. 산화탄탈, 이산화규소, 산화텅스텐, 산화니오븀으로서, 고순도 화학 연구소사 제조의 순도 99.9 ％ 이상의 시약을 사용하였다.

얻어진 유리에 대해서, 유리 전이점 T_g, 굴복점 At(단위: ℃), 50 내지 350 ℃에서의 평균 선팽창 계수α(단위: 10^-7 K^-1), 파장 587.6 nm(d선)에 있어서의 굴절률 n_d, 아베수 ν_d, 액상 온도 T_L(단위: ℃), 및 비중 d를 측정하였다. 이들 측정법을 이하에 서술한다.

열적 특성(T_g, At, α): 직경 5 mm, 길이 20 mm의 원주상으로 가공한 샘플을 열기계 분석 장치(맥사이언스사 제조, 상품명: 딜라토미터(DILATOMETER)5000)를 이용하여 5 ℃/분의 승온 속도로 측정하였다.

광학 특성(n_d, ν_d): 1변이 20 mm, 두께가 10 mm인 직방체 형상으로 가공한 샘플을, 정밀 굴절률계(칼뉴 고가꾸사 제조, 상품명: KPR-2)에 의해 측정하였다. 또한, 측정값은 소수점 이하 5자릿수까지 구하고, 굴절률 n_d에 대해서는 소수점 이하 3자릿수째를 반올림하여 기재하고, 아베수 ν_d에 대해서는 소수점 이하 2자릿수 째를 반올림하여 기재하였다.

액상 온도 T_L: 1변이 10 mm인 입방체 형상으로 가공한 샘플을 백금제의 접시에 올려 놓고, 일정 온도로 설정한 전기로 내에서 1 시간 동안 정치한 후에 취출한 것을 10배의 광학 현미경으로 관찰하고, 결정의 석출이 보이지 않는 최고 온도를 액상 온도 T_L로 하였다. 액상 온도 T_L이 1000 ℃를 초과하는 것은 "1000 초과"라고 표기하였다.

실투 특성으로서 1000 ℃의 액상 온도에서 실투(결정의 석출)가 보이지 않는 양호한 것을 ○, 실투(결정의 석출)가 보인 것을 ×로 하였다.

본 발명을 상세히 또한 특정한 실시 양태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 여러가지 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 분명하다.

본 출원은 2006년 9월 14일 출원의 일본 특허 출원 2006-249552에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 받아들인다.

디지털 카메라 등의 광학 부품 이외에, 유기 LED용 광의 취출 효율을 높이기 위한 기판 등의 고굴절률을 필요로 하는 유리 기판으로서도 바람직한 광학 유리를 제공할 수 있다.

Claims

산화물 기준의 질량％ 표시로, B₂O₃: 10 내지 25 ％, SiO₂: 0.5 내지 12 ％, La₂O₃: 17 내지 38 ％, Gd₂O₃:5 내지 25 ％, ZnO: 8 내지 20 ％, Li₂O: 0.5 내지 3 ％, Ta₂O₅: 5 내지 15 ％, WO₃: 3 내지 15 ％를 함유하며, SiO₂와 B₂O₃의 합계 함유량과 ZnO와 Li₂O의 합계 함유량의 질량비인 (SiO₂+B₂O₃)/(ZnO+Li₂O)의 값이 1.35 내지 1.90인 광학 유리.
제1항에 있어서, 굴절률 n_d가 1.79 내지 1.83이고, 아베수 ν_d가 38 내지 45인 광학 유리.
제1항 또는 제2항에 있어서, 유리 전이점(T_g)과 굴복점(At)으로 이루어지는 관계식 At+(At-T_g)/2에 의해서 정의되는 성형 온도(T_p)의 값이 650 ℃ 이하이고, 액상 온도(T_L)가 1000 ℃ 이하인 광학 유리.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 열팽창계수(α)가 66×10^-7 K^-1 내지 82×10^-7 K^-1인 광학 유리.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리로 이루어지는 렌즈.