JP2008180795A - 光学物品およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】眼鏡レンズ100は、レンズ基材10の表面に、ハードコート層11、反射防止層12、防汚層13が順に積層される。 反射防止層12は、SiO2を主成分とした低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層され、ハードコート層11側から順に第1層121、第2層122、第3層123、第4層124、第5層125からなる5層で構成されている。第1層121、第3層123、第5層125は低屈折率層であり、第2層122、第4層124は、高屈折率層である。低屈折率層は、SisOtNuで表される窒化物を含んでいる。
なお、反射防止層12は、窒素ガスを導入しながらイオンアシスト蒸着することによって形成することができる。
【選択図】図1
Description
反射防止層は、ハードコート層表面に異なる屈折率を持つ物質を交互に積層してなる、いわゆる多層反射防止層として形成される。このような多層反射防止層を構成する物質として、低屈折率層にSiO2が用いられ、高屈折率層にZrO2(酸化ジルコニウム)、Ta2O5(酸化タンタル)、TiO2(酸化チタン)、Nb2O5(酸化ニオブ)等が用いられた技術が、特許文献1に開示されている。
ここで、SisOtNuは、s>0かつt≧0かつu>0の範囲を満たせば限定されないが、安定している点で最も好ましいのはSi3N4である。これ以外にも、Si2ON2、Si3O3N4などが含まれる。
この発明によれば、SiO2を主成分とする層が、SisOtNuで表される窒化物を含んでいるので、硬度が増す。したがって、光学物品の耐擦傷性が向上し、表面にキズが入りにくくなるとともに、膜剥がれも起こらなくなる。
この発明によれば、低屈折率層の内、少なくとも1層が窒化ケイ素含有酸化ケイ素層となり、高屈折率層に使用される成分としては、たとえば、ZrO2(酸化ジルコニウム)やTiO2(酸化チタン)などが挙げられる。反射防止層は、これらの層を交互に積層することで形成される。この場合、最上層および最下層は、他の層との密着性が良好である点から、SiO2を主成分とする低屈折率層であることが好ましく、窒化ケイ素含有酸化ケイ素層であっても良い。そして、これらの間に高屈折率層を挟んだ3層構造、5層構造、7層構造などで形成される。なお、これらの層構成のなかで、少なくとも1つの低屈折率層が窒化ケイ素含有酸化ケイ素層であればよいが、全ての低屈折率層が窒化ケイ素含有酸化ケイ素層であると、さらに硬度が増して耐擦傷性が向上するので好ましい。
このように、SisOtNuで表される窒化物を含む低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層されているので、光学物品に対して、反射防止性を十分に付与することができるとともに、耐擦傷性をも付与することができる。
この発明によれば、眼鏡レンズ用の基材に、前述の低屈折率層と高屈折率層からなる反射防止層を形成するので、眼鏡レンズに対して、反射防止性と耐擦傷性とを同時に付与することができる。
この発明によれば、前述の窒化ケイ素含有酸化ケイ素層を光学基材に蒸着して形成するときに、低屈折率層の主成分となるSiO2以外にも、N2(窒素)を含んだガスを導入する。これにより、SiO2とN2とが反応し、SisOtNuで表される窒化物が生成され、そのまま光学基材表面に蒸着させることができる。
この発明によれば、イオンアシスト法は既存の蒸着技術であるため、原料となるガスを変えるだけで、容易に蒸着させることができる。また、イオンを加速させて基材に照射するので、エネルギーが高く、SiO2と窒素とが反応しやすい。
したがって、既存の技術を用いて形成することができるため、コストや手間をかけることなく、SisOtNuで表される窒化物を含む低屈折率層を簡単に蒸着させることができる。
また、蒸着させる物質をイオン化させるという点から、イオンプレーティングという方法を用いることもできる。
この発明によれば、低屈折率層の形成時に導入されるガスが、窒素以外にも酸素やアルゴンを含んでいるので、酸素やアルゴンがイオン化し、窒素のイオン化を促進する。また、酸素やアルゴンを導入することでSiO2がより活性化し、窒素との反応を促進することができる。
図1は、本実施形態の眼鏡レンズ100の断面図である。
(1.眼鏡レンズ100の構成)
眼鏡レンズ100は、レンズ基材10の表面に、ハードコート層11、反射防止層12、防汚層13が、内側から外側に向かって順に積層される。
反射防止層12は、低屈折率層である第1層121と、高屈折率層である第2層122とが交互に積層され、ハードコート層11側から順に第1層121、第2層122、第3層123、第4層124、第5層125からなる5層で構成されている。第3層123および第5層125は低屈折率層であり、第4層124は高屈折率層である。
レンズ基材10は、屈折率、機械的強度、透過率など、メガネまたは光学物品における基本特性を維持するための機能を有する。
レンズ基材10は特に限定されないが、(メタ)アクリル樹脂をはじめとしてスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アリル樹脂、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート樹脂(CR−39)等のアリルカーボネート樹脂、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、イソシアネート化合物とジエチレングリコールなどのヒドロキシ化合物との反応で得られたウレタン樹脂、イソシアネート化合物とポリチオール化合物とを反応させたチオウレタン樹脂、分子内に1つ以上のジスルフィド結合を有する(チオ)エポキシ化合物を含有する重合性組成物を硬化して得られる透明なプラスチック樹脂等を例示することができる。
ハードコート層11としては、本来の機能である耐擦傷性を向上するものであればよい。例えば、メラミン系樹脂、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂等を用いたハードコート膜が挙げられるが、シリコーン系樹脂を用いたハードコート膜が最も好ましい。例えば、金属酸化物微粒子、シラン化合物からなるコーティング組成物を塗布し硬化させてハードコート膜を形成することができる。このコーティング組成物にはコロイダルシリカ、および多官能性エポキシ化合物等の成分を含んでいてもよい。
このようなハードコート層11を形成する方法としては、ディッピング法、スピンナー法、スプレー法、フロー法により、ハードコート層11を構成する組成物を塗布し、その後、40〜200℃の温度で数時間加熱乾燥する方法が例示できる。
次に、反射防止層12について説明する。
反射防止層12は、反射防止、フィルタリング等の光学機能のほか、耐擦傷性機能も有する。なお、反射防止層12は、可視光領域(380nm〜700nm)で反射率が3%以下の機能を有する。
反射防止層12は、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層され、第1層121と第2層122と第3層123と第4層124と第5層125とからなる5層で形成される。
第1層121と第3層123と第5層125は、SiO2(二酸化ケイ素)を主成分とし、SisOtNu(s>0、t≧0、u>0)で表される窒化物を含む窒化ケイ素含有酸化ケイ素層からなる低屈折率層であり、第2層122と第4層124は、ZrO2(酸化ジルコニウム)からなる高屈折率層となっている。
なお、SisOtNuは窒素を多く含むほど硬度が増し、また窒化物としては、安定しているという点からSi3N4が最も好ましい。しかし低屈折率層中の前記SisOtNuの含有率が多すぎると、変色したり、屈折率が大きく変化する恐れがある。したがって、変色せず、屈折率が変化しない程度に含まれていることが好ましい。
反射防止層12の表面には、防汚層13が形成される。
防汚層13は、眼鏡レンズを使用するに際し、レンズ面に手垢、汗、化粧料等による汚れが付着し難く、しかも汚れを拭き取りやすくするために、防汚性能(撥水撥油性能)を付与する。
防汚層13は、フッ素系のフルオロアルキルシラン等を用いて形成することができる。また、塗布方法としては、ディッピング法、スピンナー法、スプレー法、フロー法などの公知の方法が使用可能であるが、本実施形態では、後述の蒸着装置200による蒸着法で防汚層13を形成する。
次に、レンズ基材10に対して、ハードコート層11、反射防止層12、防汚層13を形成する蒸着装置200について説明する。
図2は、眼鏡レンズ1を製造するための蒸着装置200を模式的に示した図である。この蒸着装置200により、ハードコート層11が積層されたレンズ基材10の表面に、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層され、反射防止層12を形成し、さらに、防汚層13を形成することができる。
以下、蒸着装置200の構成について詳述する。
図2において、複数のレンズ基材10が支持装置20に保持されている。支持装置20は、蒸着装置200の内部を工程ごとに移動して、レンズ基材10への表面処理が行なわれる。また、支持装置20は、各レンズ基材10への処理が均一になるように、図示しない回転機構によって回転させられている。
屈折率の異なる蒸着物質の例として、蒸発源61には低屈折率物質のSiO2(二酸化ケイ素)が、蒸発源62には高屈折率物質のTiO2(酸化チタン)またはZrO2(酸化ジルコニウム)などが配置される。
蒸着処理に使用されるガスである窒素74と酸素75とアルゴン76は、オートプレシャーコントローラ77で所定の圧力になるように、マスフローコントローラ78で流量が制御されて導入される。
イオンガン80に使用する窒素74と酸素75とアルゴン76は、マスフローコントローラ83で流量が制御されて導入される。
次に、レンズ基材10にハードコート層11、反射防止層12、防汚層13を形成して眼鏡レンズ100を製造する方法について説明する。
まず、レンズ基材10の表面にハードコート層11が形成される。ハードコート層11は、無機微粒子を有するゾルゲルを硬化する方法等によって得ることができる。この方法によれば、無機微粒子をレンズ基材10の屈折率に合わせて選択することが可能で、レンズ基材10とハードコート層11との界面の反射が抑えられる。ハードコート層11は、必要に応じて、片面および両面に形成される。レンズ基材10の場合は、両面に形成する。
反射防止層12を形成する工程を図3に示す。
図3によると、プラズマ処理工程でレンズ基材10にプラズマ処理を行い(S1)、この処理されたレンズ基材10に対して、低屈折率層121を形成する(S2)。
ここで、イオンアシスト蒸着は、低屈折率層121、123、125のうち、いずれか1つ以上が処理されればよいが、全ての低屈折率層が処理されることが最も効果的である。
なお、防汚層以外に防曇層を形成することも可能である。防曇層は親水性基を有する有機化合物を蒸発源90に用いることで得られる。
(1)本実施形態では、反射防止層12を形成するSiO2を主成分とした低屈折率層にSisOtNuで表される窒化物を含んでいるので硬度が増し、この層が形成された光学物品の耐擦傷性を向上させることができる。すなわち、キズが入りにくく、膜剥がれの起こりにくい眼鏡レンズ100を提供することができる。
しかも、本実施形態では、低屈折率層121、123、125の全てにSisOtNuで表される窒化物が含まれているので、その効果はより大きなものとなる。
したがって、既存の反射防止層12の膜設計を変更する必要がなく、コストや手間をかけずに眼鏡レンズ100の耐擦傷性を向上させることができる。
例えば、本実施形態では、反射防止層12を第1層から第5層までの5層構成としたが、反射防止層12の最下層と最上層がSiO2(酸化ケイ素)で形成されていればよいので、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した3層構成や7層構成とすることもできるし、中間に他の層を積層した構成であってもよい。
また、光学物品は眼鏡レンズに限定されず、望遠鏡等のレンズであってもよい。
さらに、本実施形態では、片面のみを全チャンバで処理した後、他方の面を処理する工程であったが、各チャンバの中でレンズ基材の両面に層を形成してから次のチャンバへ移動する工程でもよい。
レンズ基材10として、眼鏡用プラスチックレンズ(セイコーエプソン(株)製、商品名「セイコースーパーソブリン」)を使用し、あらかじめハードコート層11を形成させたものを、凹面を下にして支持装置20に載置した。
チャンバ30で脱ガスした後、チャンバ40に移動させ、アルゴン100%ガスを導入し、圧力4.0×10−2Paに制御しつつ、高周波プラズマ発生装置でプラズマを発生させた。プラズマ発生条件は、13.56MHz、400Wで1分間処理を行った。これにより、ハードコート層11が形成されたレンズ基材10の表面が清浄化され、反射防止層12との密着性が向上する。
次に、ZrO2層を真空蒸着により形成した。
そして、これらの層を交互に積層し、最上層がSiO2を主成分とした低屈折率層となるように反射防止層12を形成した。
その後、チャンバ40内に酸素100%ガスを導入し、圧力4.0×10−2Paに制御しつつ、高周波プラズマ発生装置でプラズマを発生させた。プラズマ発生条件は、13.56MHz、400Wで2分間処理を行った。これにより、反射防止層12の表面が活性化し、次に積層される防汚層13との化学結合を促進させることができる。
SisOtNuで表される窒化物を含んだSiO2層を蒸着させる際の条件を、加速電圧300V、加速電流100mAにして、イオンアシスト蒸着を行い、その他は実施例1と同様に行った。
SisOtNuで表される窒化物を含んだSiO2層を蒸着させる際の条件を、加速電圧1000V、加速電流500mAにして、イオンアシスト蒸着を行い、その他は実施例1と同様に行った。
実施例1において、SiO2層を、イオンアシストさせずに蒸着させた。すなわち、低屈折率層に純粋なSiO2層を形成した。
実施例1において、SisOtNuで表される窒化物を含んだSiO2層を蒸着させる際の条件を、加速電圧200V、加速電流80mAにして、イオンアシスト蒸着を行い、その他は実施例1と同様に行った。
実施例1において、SisOtNuで表される窒化物を含んだSiO2層を蒸着させる際の条件を、加速電圧1200V、加速電流600mAにして、イオンアシスト蒸着を行い、その他は実施例1と同様に行った。
(耐擦傷試験)
スチールウール(#0000)を治具に巻きつけ、眼鏡レンズの表面にあてて2kgの荷重をかけ、50回往復させた。キズの発生度合いを標準サンプルと比較して、A、B、C、Dの4段階で評価した。
反射防止性の評価として、可視光線透過率を測定した。値が大きいほど反射防止性が良好である。
評価結果を以下に示す。
比較例1は、従来の眼鏡レンズであり、耐擦傷性が劣っている。
比較例2〜3は、イオンアシスト蒸着させる際の条件が適正でないため、良好な結果が得られなかった。比較例2では、加速電圧および加速電流が小さすぎるため、窒化が不十分となり、耐擦傷性が十分でなかった。また、比較例3では、加速電圧および加速電流が大きすぎるため、窒化物の量が過剰になりすぎたために、光学特性が大きく低下してしまうという結果になった。この場合は、新たに膜設計を行わなければならず、好適ではない。以上のように、イオンアシスト蒸着時の条件をコントロールすることで、SiO2層に含まれる窒化物の量を調整することができる。
Claims (6)
- 光学基材の上に、SiO2を主成分とする層が形成された光学物品であって、
前記層は、更にSisOtNu(s>0、t≧0、u>0)を含む窒化ケイ素含有酸化ケイ素層であることを特徴とする光学物品。 - 請求項1に記載の光学物品において、
前記光学物品は、前記光学基材上に複数層からなる反射防止層を有し、
前記複数層のうち少なくとも1層が前記窒化ケイ素含有酸化ケイ素層であることを特徴とする光学物品。 - 請求項1または請求項2に記載の光学物品において、
前記光学基材は、眼鏡レンズ用基材であることを特徴とする光学物品。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の光学物品を製造する方法であって、
前記窒化ケイ素含有酸化ケイ素層を前記光学基材に蒸着して形成するにあたり、窒素を含んだガスを導入することを特徴とする光学物品の製造方法。 - 請求項4に記載の光学物品の製造方法において、
前記蒸着が、イオンアシスト法で行うことを特徴とする光学物品の製造方法。 - 請求項4に記載の光学物品の製造方法において、
前記窒素を含んだガスは、更にアルゴンと酸素のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする光学物品の製造方法。
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