JP4166845B2 - 反射防止膜を有する眼鏡プラスチックレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射防止膜を有する眼鏡プラスチックレンズに関し、特に、高い評価の膜性能を持つ反射防止膜がスパッタ法を利用して施されてなる眼鏡プラスチックレンズにおいて反射防止膜でのクラックの発生を防止した構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、眼鏡のレンズでは、軽量、耐衝撃性に優れるという観点からプラスチックが多用されている。この眼鏡プラスチックレンズではその両面に反射防止膜が成膜されている。反射防止膜は眼鏡プラスチックレンズにおける表面反射を防止する。表面反射が生じると、光学系の透過率を低下させ、結像に寄与しない光の増加をもたらし、像のコントラストを低下させる原因となるからである。眼鏡プラスチックレンズの反射防止膜は、従来、主に真空蒸着法により単層膜または多層膜として形成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
現在、スパッタ法（またはスパッタリング法）を利用して簡単な構成で眼鏡プラスチックレンズに反射防止膜を成膜し、生産性を高めた成膜の方法および装置が提案されつつある。この成膜装置では、真空容器内にターゲットを交換することにより異なる薄膜を作製できるスパッタ成膜室を備えており、眼鏡プラスチックレンズを大気にさらすことなくスパッタ成膜室で、レンズ表面に多層の反射防止膜を成膜でき、さらに当該レンズの両面を同時に成膜することができる。この成膜装置によれば、眼鏡プラスチックレンズの表面に多層の膜を堆積させる場合、上記真空容器内に、各膜の物質に応じたターゲットを装備し、ターゲットを交換してスパッタ成膜を行えばよいので、例えば高屈折率物質と低屈折率物質の２種の膜を交互に繰り返し積層させて膜形成を行うことにより、多層構造の反射防止膜を容易に形成することができ、各層の膜の厚み等の制御を正確に行うことによって評価の高い膜性能を有した反射防止膜を形成することができる。
【０００４】
しかしながら、有機物である眼鏡用のプラスチック基材に対して、反射防止膜の第１層として高屈折率物質を成膜した場合、経時による吸水（吸湿）や外部から加圧で界面の応力バランスが変化し、反射防止膜に界面からクラックが生じやすくなるという問題が起きる。例えば、第１層として高屈折率物質から成膜した多層の反射防止膜が施された眼鏡プラスチックレンズを、眼鏡フレームにかなり強い力で締め付けてはめ入れ、吸水させると、眼鏡プラスチックレンズのエッジ部分からクラックが発生する場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、有機物である眼鏡用プラスチック基材に対し第１層に高屈折率物質を成膜して多層の反射防止膜を施す場合に、プラスチック基材の面を改質してクラックの発生を防止するようにした反射防止膜を有する眼鏡プラスチックレンズを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る反射防止膜を有する眼鏡プラスチックレンズは、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【０００７】
第１の眼鏡プラスチックレンズ（請求項１に対応）： プラスチック基材にスパッタ法を用いて反射防止膜を施してなる眼鏡プラスチックレンズであり、反射防止膜は、プラスチック基材側の第１層を高屈折率物質としかつその次の層を低屈折率物質として、これらの高屈折率物質と低屈折率物質を交互に積層して成膜された多層膜であり、プラスチック基材の表面にはハード膜がコーティングされ、プラスチック基材のハード膜上には前処理層としてＳｉＯ（２−ｘ） （ｘ＝０，１）によるクラック防止用の超薄膜を１５オングストローム以上５０オ ングストローム未満の膜厚で成膜し、ハード膜と反射防止膜の間に超薄膜を設けるように構成される。
【０００８】
上記眼鏡プラスチックレンズでは、多層構造の反射防止膜の第１層の高屈折率膜とプラスチック基材の間に前処理層としての超薄膜を設けたため、この前処理層によって反射防止膜におけるクラックの発生を防止できる。
【００１０】
第２の眼鏡プラスチックレンズ（請求項２に対応）： 第１の眼鏡プラスチックレンズにおいて、好ましくは、高屈折率物質は、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａのいずれか、またはこれらのうち２つ以上の合金からなるターゲットを用いてスパッタ法で成膜された金属酸化物であり、低屈折率物質はＳｉのターゲットを用いてスパッタ法で成膜された金属酸化物である。
【００１１】
第３の眼鏡プラスチックレンズ（請求項３に対応）： 第２の眼鏡プラスチックレンズにおいて、好ましくは、高屈折率物質のターゲットはＳｉを含むように構成される。これによって、高屈折率膜はＳｉを含んで形成され、膜の硬さや耐久性等が改善される。
【００１２】
第４の眼鏡プラスチックレンズ（請求項４に対応）： 第２の眼鏡プラスチックレンズにおいて、好ましくは、高屈折率物質の成膜時に高屈折率物質のターゲットとは別にＳｉのターゲットを設け、これらの２種類のターゲットを同時にスパッタして高屈折率物質を混合膜として成膜するようにした。この場合にも、高屈折率膜の中にＳｉを含んで、膜の硬さ等が改善される。
【００１３】
第５の眼鏡プラスチックレンズ（請求項５に対応）： 上述の眼鏡プラスチックレンズにおいて、好ましくは、反射防止膜は１０層の多層膜であり、中間に位置する第６層の低屈折率物質の膜厚を大きくするようにした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は反射防止膜の膜構造の一例を示す模式的断面図であり、眼鏡プラスチックレンズの両面に成膜される反射防止膜の一方を示す。図１に示したプラスチック基材１０は眼鏡プラスチックレンズの基材である。プラスチック基材１０の材質には、例えばＣＲ−３９（ジエチレングリコールビスアリルカーボネート重合体）が使用される。このプラスチック基材１０の表面には、当該表面の硬度を高める目的でハード膜１１がコーティングされている。ハード膜１１には例えばコロイド状シリカ含有の有機ケイ素系樹脂が使用され、その組成物の詳細については例えば特公平４−５５６１５号公報に記述されている。なお眼鏡プラスチックレンズのプラスチック基材は、通常、曲率を有し、湾曲した形状を有している。しかし、図１では、説明の便宜上、平板の形態で示されている。プラスチック基材が湾曲しているとき、その上に成膜される膜は、一般的に基材表面に沿って湾曲する。
【００１６】
上記プラスチック基材１０の上には、多層膜構造の反射防止膜１３が、好ましくはスパッタ成膜法によって施されている。反射防止膜１３は、実際上、上記ハード膜１１の上に成膜される。さらに詳しくは、ハード膜１１と反射防止膜１３の間には、前処理層として、ＳｉＯ(2-x) （ｘ＝０，１）の超薄膜１２が成膜されている。
【００１７】
まず反射防止膜１３について説明する。本実施形態による反射防止膜１３は、図１に示されるように、例えば１０層の多層膜として構成される。この反射防止膜１３で、プラスチック基材１０の側に位置する最下層の膜１３１は高屈折率膜である。高屈折率膜１３１の上に、次に成膜されるのは、低屈折率膜１３２である。その後、高屈折率膜と低屈折率膜の順序で、これらの膜１３３〜１４０が順次に交互に繰り返して成膜される。その結果、第１層、第３層、第５層、第７層、第９層の膜１３１，１３３，１３５，１３７，１３９が高屈折率膜となり、第２層、第４層、第６層、第８層、第１０層の膜１３２，１３４，１３６，１３８，１４０が低屈折率膜となって積層され、多層膜構造を有する反射防止膜１３が形成される。第１０層の低屈折率膜１４０の外側は大気である。
【００１８】
本実施形態の場合では、上記高屈折率膜を形成する高屈折率物質は例えばジルコニウム（Ｚｒ）の金属酸化物ＺｒＯ2 であり、上記低屈折率膜を形成する低屈折率物質は例えばシリコン（Ｓｉ）の金属酸化物ＳｉＯ2 である。高屈折率物質としては、その他に、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）のいずれかの金属酸化物（ＴｉＯ2 やＴａ2 Ｏ5 等）を用いることができる。さらに高屈折率物質としてジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）のうち２つ以上の合金からなる金属酸化物を用いることもできる。以上の高屈折率膜と低屈折率膜は好ましくはスパッタ法を利用して作製される。このため、高屈折率物質のターゲットと低屈折率物質のターゲットが用意される
【００１９】
また上記の高屈折率膜については、前述の高屈折率物質とＳｉを含む混合膜として形成することも可能である。高屈折率膜の中にＳｉを含ませることにより、膜の硬さ、耐久性等の性能を改善することができる。このような混合膜の作り方としては、例えば２つの方法を用いることができる。第１の方法は、上記高屈折率物質のターゲットの中にＳｉを含ませることである。このようなターゲットを用いてスパッタ成膜を行うことによって、Ｓｉを含む高屈折率膜を堆積させることができる。第２の方法は、上記高屈折率物質のターゲットとは別にＳｉのターゲットを設けることである。高屈折率物質のターゲットとＳｉのターゲットは、同時にスパッタされ、混合膜が形成される。Ｓｉのターゲットは低屈折率物質のターゲットを併用することもできる。
【００２０】
上述のように形成される多層膜構造の反射防止膜１３において、各層の高屈折率膜と低屈折率膜の膜厚は、λを５００ｎｍ（ナノメートル）とするとき、好ましくは次のように設定される。
【００２１】
第１層の高屈折率膜の膜厚は０．０７５λ〜０．０８５λの範囲に含まれ、
第２層の低屈折率膜の膜厚は０．１１５λ〜０．１３０λの範囲に含まれ、
第３層の高屈折率膜の膜厚は０．１７７λ〜０．１９９λの範囲に含まれ、
第４層の低屈折率膜の膜厚は０．１０１λ〜０．１１４λの範囲に含まれ、
第５層の高屈折率膜の膜厚は０．１０２λ〜０．１１５λの範囲に含まれ、
第６層の低屈折率膜の膜厚は０．４７１λ〜０．５１１λの範囲に含まれ、
第７層の高屈折率膜の膜厚は０．１０２λ〜０．１１５λの範囲に含まれ、
第８層の低屈折率膜の膜厚は０．０４５λ〜０．０６０λの範囲に含まれ、
第９層の高屈折率膜の膜厚は０．２７０λ〜０．３０４λの範囲に含まれ、
第１０層の低屈折率膜の膜厚は０．２４４λ〜０．２７５λの範囲に含まれるように設定される。以上において、各層のもっとも好ましい膜厚の値は、各範囲における中心値である。
【００２２】
前述の反射防止膜１３では、その総膜厚が４８００〜５８００オングストロームの範囲に含まれることが好ましく、さらに、そのうち低屈折率膜の総膜厚が３５００オングストローム以上となることが好ましい。これは、反射防止膜として要求される硬さ、耐摩耗性等の耐久性、膜としての密着性等を確保するためである。本実施形態の場合には、特に、中間領域に位置する第６層の低屈折率膜１３６の膜厚を、他の膜に比較して相対的に厚くしており、これによって反射防止膜１３における必要な膜厚を達成し、硬さや耐久性等の要求条件を満足させている。複数の低屈折率膜のうちに中間に位置する膜を相対的に厚くしたのは、膜の持つストレス等の観点でかかる構造が適しているという理由に基づく。
【００２３】
なお、多層膜構造の反射防止膜１３の層数は上記の１０層に限定されない。多層膜構造を持つ反射防止膜の層数は、膜の生産性の観点からいえば、少ない方が好ましいが、要求される膜性能との関係で任意に定められるものである。
【００２４】
また通常の眼鏡プラスチックレンズのプラスチック基材では、前述の通り、曲率を有し、湾曲形状を有する。湾曲したプラスチック基材に対して、図１に示された多層膜構造を有する反射防止膜１３を、スパッタ法を用いて作製する場合、プラスチック基材の各部の曲率に依存して膜厚分布差が生じ、それに起因する干渉色ムラや、斜め入射による干渉色変化が発生する。そこで、このような不具合を低減するために、前述の反射防止膜１３は広帯域特性を有する膜として設計されることが好ましい。
【００２５】
上記の多層膜構造を有する反射防止膜１３をプラスチック基材１０に施すにあたり、前述の通り、前処理層としてＳｉＯ(2-x) の超薄膜１２が成膜される。超薄膜１２の膜厚は１５〜５０オングストロームの範囲に含まれることが好ましい。このような超薄膜１２を前処理層として施すことによって、プラスチック基材１０の界面と高屈折率膜１３１の間の応力バランスが適切になるように変化し、その結果、耐湿、加圧に起因する反射防止膜１３におけるクラックの発生を防止し、眼鏡プラスチックレンズとしての外観性を良好に保つことができる。また当然のことながら、反射防止膜１３とプラスチック基材１０との密着性も高く保持できる。なお上記超薄膜１２の膜厚が５０オングストロームを越えると、密着性が低下するという不具合が生じる。
【００２６】
次に、図２を参照して、前述の構成を有する反射防止膜（Ａ）と、他の構成を有する２例の反射防止膜（Ｂ），（Ｃ）とを比較する。図２（Ａ）で、多層膜構造の反射防止膜１３は１０層の高屈折率膜と低屈折率膜からなる。反射防止膜１３の図中左端の１〜１０の数字は層番号を示している。第１層の高屈折率膜から第１０層の低屈折率膜までの各層の厚みは、図中に記入される通り０．０８λ、０．１２λ、０．１９λ、０．１１λ、０．１１λ、０．４９λ、０．１１λ、０．０５λ、０．２９λ、０．２６λである。これらの膜厚は、前述した各層の膜厚の範囲に含まれている。反射防止膜１３の上記構造は、図２（Ｂ），（Ｃ）の各反射防止膜においても同じである。
【００２７】
図２（Ａ）の構成では、上記反射防止膜１３が、表面にハード膜１１がコーティングされたプラスチック基材１０の上に、１５オングストローム（Å）の膜厚のＳｉＯ(2-x) の超薄膜１２を介して成膜されている。すなわちＳｉＯ(2-x) の超薄膜１２が前処理として施されている。なお第１０層の低屈折率膜の上側は大気となっている。
【００２８】
上記に対して図２（Ｂ）の構成では、反射防止膜１３と、表面にハード膜１１がコーティングされたプラスチック基材１０との間に、同様に、ＳｉＯ(2-x) の薄膜１２ａが前処理として施されている。しかしながら、この例では薄膜１２ａの膜厚は８０オングストロームであり、５０オングストロームより大きく、前述の範囲に含まれないものとなっている。
【００２９】
さらに図２（Ｃ）の構成では、反射防止膜１３と、表面にハード膜１１がコーティングされたプラスチック基材１０との間に、ＳｉＯ(2-x) の薄膜が施されていない。すなわち、前述の超薄膜による前処理がまったく施されていない。反射防止膜１３は、ハード膜１１がコーティングされたプラスチック基材１０上に直接に成膜されている。
【００３０】
次に、図２の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示された構成を有する各眼鏡プラスチックレンズの膜性能を比較する。この比較では、図２の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示された各構成を有する眼鏡プラスチックレンズを作製し、これらの眼鏡プラスチックレンズを眼鏡フレームにはめ入れ、湿度９０％、温度４０℃の恒温恒湿炉に２４時間放置し、その後、反射防止膜の密着性と眼鏡プラスチックレンズの外観（クラック発生の有無）を調べた。なお「密着性」は、反射防止膜を有する眼鏡プラスチックレンズの表面を１ｍｍ間隔で１００目にクロスカットし、セロファンテープを強く貼り付けた後、急速に剥がして反射防止膜の剥離の有無を調べることにより評価される。
【００３１】
その結果、図２（Ａ）の構成を有する眼鏡プラスチックレンズでは、密着性は１００／１００であって剥離は認められず、かつ外観に変化は生じなかった。また図２（Ｂ）の構成を有する眼鏡プラスチックレンズでは、密着性は０／１００ですべてが剥離し、性能が極めて悪いものであった。ただし、外観には変化がなかった。図２（Ｃ）の構成を有する眼鏡プラスチックレンズでは、密着性は１００／１００となり良好であったが、外観についてはレンズの縁部からクラックが発生するという不具合が生じた。
【００３２】
以上の比較で明らかなように、眼鏡プラスチックレンズ（プラスチック基材１０）において前処理としての超薄膜１２が施された反射防止膜１３は、密着性および外観の点で高い膜性能を有するものである。さらに付言すれば、この反射防止膜１３は、耐摩耗性、耐アルカリ性、耐熱性、耐酸性、耐人工汗の点でも優れた膜性能を発揮する。
【００３３】
また前述の反射防止膜の分光反射率曲線ではおよそ４２０〜７４０ｎｍの広い波長範囲で低い反射率が達成され、広帯域の反射防止膜が実現されている。特におよそ４８０〜５５０ｎｍの波長範囲では反射率が相対的に高くなっている。
【００３４】
さらに前述の超薄膜および反射防止膜では、主波長範囲を４８０〜５５０ｎｍとし、刺激純度範囲を１０〜３０％とし、視感反射率を０．７〜１．８％とすることによって、干渉色をグリーン系としている。ここで「主波長」とは、単色表示によって色度を表す要素であり、色度図上において色度座標で表される点と光源を結んだ線がスペクトル軌跡と交わる点に対応する波長をいい、「刺激純度」とは、その主波長の点が、光源が０からスペクトル軌跡との光点にいかに近いかを表すものであり、近づくほど鮮やかな色となる。反射物体の色を表示する場合、一般的に視感反射率と色度が用いられる。さらに色度は、単色表示する場合には、上記の主波長と刺激純度が用いられる。なお視感反射率は、物体から反射する光束と物体に入射する光束の比で表される。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、第１層が高屈折率膜である多層の反射防止膜をスパッタ法で眼鏡プラスチックレンズ等に施す場合において、前処理層としてＳｉＯ(2-x) の超薄膜を施したため、反射防止膜におけるクラックの発生を防止し、眼鏡プラスチックレンズとしての外観を良好なものにすることができる。また超薄膜等でグリーン系の干渉色が安定して得られ、眼生理学、審美感に優れた商業的に価値の高い眼鏡プラスチックレンズを作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多層の反射防止膜を有する本発明に係る眼鏡プラスチックレンズの構造を示す断面図である。
【図２】前処理された本発明に係る眼鏡プラスチックレンズ（Ａ）と、所定範囲外の膜厚を有する前処理層を有する眼鏡プラスチックレンズ（Ｂ）および前処理が施されない眼鏡プラスチックレンズ（Ｃ）とを比較するための断面図である。
【符号の説明】
１０ プラスチック基材
１１ ハード膜
１２ 前処理層としての超薄膜
１３ 反射防止膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射防止膜を有する眼鏡プラスチックレンズに関し、特に、高い評価の膜性能を持つ反射防止膜がスパッタ法を利用して施されてなる眼鏡プラスチックレンズにおいて反射防止膜でのクラックの発生を防止した構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、眼鏡のレンズでは、軽量、耐衝撃性に優れるという観点からプラスチックが多用されている。この眼鏡プラスチックレンズではその両面に反射防止膜が成膜されている。反射防止膜は眼鏡プラスチックレンズにおける表面反射を防止する。表面反射が生じると、光学系の透過率を低下させ、結像に寄与しない光の増加をもたらし、像のコントラストを低下させる原因となるからである。眼鏡プラスチックレンズの反射防止膜は、従来、主に真空蒸着法により単層膜または多層膜として形成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
現在、スパッタ法（またはスパッタリング法）を利用して簡単な構成で眼鏡プラスチックレンズに反射防止膜を成膜し、生産性を高めた成膜の方法および装置が提案されつつある。この成膜装置では、真空容器内にターゲットを交換することにより異なる薄膜を作製できるスパッタ成膜室を備えており、眼鏡プラスチックレンズを大気にさらすことなくスパッタ成膜室で、レンズ表面に多層の反射防止膜を成膜でき、さらに当該レンズの両面を同時に成膜することができる。この成膜装置によれば、眼鏡プラスチックレンズの表面に多層の膜を堆積させる場合、上記真空容器内に、各膜の物質に応じたターゲットを装備し、ターゲットを交換してスパッタ成膜を行えばよいので、例えば高屈折率物質と低屈折率物質の２種の膜を交互に繰り返し積層させて膜形成を行うことにより、多層構造の反射防止膜を容易に形成することができ、各層の膜の厚み等の制御を正確に行うことによって評価の高い膜性能を有した反射防止膜を形成することができる。
【０００４】
しかしながら、有機物である眼鏡用のプラスチック基材に対して、反射防止膜の第１層として高屈折率物質を成膜した場合、経時による吸水（吸湿）や外部から加圧で界面の応力バランスが変化し、反射防止膜に界面からクラックが生じやすくなるという問題が起きる。例えば、第１層として高屈折率物質から成膜した多層の反射防止膜が施された眼鏡プラスチックレンズを、眼鏡フレームにかなり強い力で締め付けてはめ入れ、吸水させると、眼鏡プラスチックレンズのエッジ部分からクラックが発生する場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、有機物である眼鏡用プラスチック基材に対し第１層に高屈折率物質を成膜して多層の反射防止膜を施す場合に、プラスチック基材の面を改質してクラックの発生を防止するようにした反射防止膜を有する眼鏡プラスチックレンズを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る反射防止膜を有する眼鏡プラスチックレンズは、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【０００７】
第１の眼鏡プラスチックレンズ（請求項１に対応）： プラスチック基材にスパッタ法を用いて反射防止膜を施してなる眼鏡プラスチックレンズであり、反射防止膜は、プラスチック基材側の第１層を高屈折率物質としかつその次の層を低屈折率物質として、これらの高屈折率物質と低屈折率物質を交互に積層して成膜された多層膜であり、プラスチック基材の表面にはハード膜がコーティングされ、プラスチック基材のハード膜上には前処理層としてＳｉＯ（２−ｘ） （ｘ＝０，１）によるクラック防止用の超薄膜を１５オングストローム以上５０オ ングストローム未満の膜厚で成膜し、ハード膜と反射防止膜の間に超薄膜を設けるように構成される。
【０００８】
上記眼鏡プラスチックレンズでは、多層構造の反射防止膜の第１層の高屈折率膜とプラスチック基材の間に前処理層としての超薄膜を設けたため、この前処理層によって反射防止膜におけるクラックの発生を防止できる。
【００１０】
第２の眼鏡プラスチックレンズ（請求項２に対応）： 第１の眼鏡プラスチックレンズにおいて、好ましくは、高屈折率物質は、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａのいずれか、またはこれらのうち２つ以上の合金からなるターゲットを用いてスパッタ法で成膜された金属酸化物であり、低屈折率物質はＳｉのターゲットを用いてスパッタ法で成膜された金属酸化物である。
【００１１】
第３の眼鏡プラスチックレンズ（請求項３に対応）： 第２の眼鏡プラスチックレンズにおいて、好ましくは、高屈折率物質のターゲットはＳｉを含むように構成される。これによって、高屈折率膜はＳｉを含んで形成され、膜の硬さや耐久性等が改善される。
【００１２】
第４の眼鏡プラスチックレンズ（請求項４に対応）： 第２の眼鏡プラスチックレンズにおいて、好ましくは、高屈折率物質の成膜時に高屈折率物質のターゲットとは別にＳｉのターゲットを設け、これらの２種類のターゲットを同時にスパッタして高屈折率物質を混合膜として成膜するようにした。この場合にも、高屈折率膜の中にＳｉを含んで、膜の硬さ等が改善される。
【００１３】
第５の眼鏡プラスチックレンズ（請求項５に対応）： 上述の眼鏡プラスチックレンズにおいて、好ましくは、反射防止膜は１０層の多層膜であり、中間に位置する第６層の低屈折率物質の膜厚を大きくするようにした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は反射防止膜の膜構造の一例を示す模式的断面図であり、眼鏡プラスチックレンズの両面に成膜される反射防止膜の一方を示す。図１に示したプラスチック基材１０は眼鏡プラスチックレンズの基材である。プラスチック基材１０の材質には、例えばＣＲ−３９（ジエチレングリコールビスアリルカーボネート重合体）が使用される。このプラスチック基材１０の表面には、当該表面の硬度を高める目的でハード膜１１がコーティングされている。ハード膜１１には例えばコロイド状シリカ含有の有機ケイ素系樹脂が使用され、その組成物の詳細については例えば特公平４−５５６１５号公報に記述されている。なお眼鏡プラスチックレンズのプラスチック基材は、通常、曲率を有し、湾曲した形状を有している。しかし、図１では、説明の便宜上、平板の形態で示されている。プラスチック基材が湾曲しているとき、その上に成膜される膜は、一般的に基材表面に沿って湾曲する。
【００１６】
上記プラスチック基材１０の上には、多層膜構造の反射防止膜１３が、好ましくはスパッタ成膜法によって施されている。反射防止膜１３は、実際上、上記ハード膜１１の上に成膜される。さらに詳しくは、ハード膜１１と反射防止膜１３の間には、前処理層として、ＳｉＯ(2-x) （ｘ＝０，１）の超薄膜１２が成膜されている。
【００１７】
まず反射防止膜１３について説明する。本実施形態による反射防止膜１３は、図１に示されるように、例えば１０層の多層膜として構成される。この反射防止膜１３で、プラスチック基材１０の側に位置する最下層の膜１３１は高屈折率膜である。高屈折率膜１３１の上に、次に成膜されるのは、低屈折率膜１３２である。その後、高屈折率膜と低屈折率膜の順序で、これらの膜１３３〜１４０が順次に交互に繰り返して成膜される。その結果、第１層、第３層、第５層、第７層、第９層の膜１３１，１３３，１３５，１３７，１３９が高屈折率膜となり、第２層、第４層、第６層、第８層、第１０層の膜１３２，１３４，１３６，１３８，１４０が低屈折率膜となって積層され、多層膜構造を有する反射防止膜１３が形成される。第１０層の低屈折率膜１４０の外側は大気である。
【００１８】
本実施形態の場合では、上記高屈折率膜を形成する高屈折率物質は例えばジルコニウム（Ｚｒ）の金属酸化物ＺｒＯ2 であり、上記低屈折率膜を形成する低屈折率物質は例えばシリコン（Ｓｉ）の金属酸化物ＳｉＯ2 である。高屈折率物質としては、その他に、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）のいずれかの金属酸化物（ＴｉＯ2 やＴａ2 Ｏ5 等）を用いることができる。さらに高屈折率物質としてジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）のうち２つ以上の合金からなる金属酸化物を用いることもできる。以上の高屈折率膜と低屈折率膜は好ましくはスパッタ法を利用して作製される。このため、高屈折率物質のターゲットと低屈折率物質のターゲットが用意される
【００１９】
また上記の高屈折率膜については、前述の高屈折率物質とＳｉを含む混合膜として形成することも可能である。高屈折率膜の中にＳｉを含ませることにより、膜の硬さ、耐久性等の性能を改善することができる。このような混合膜の作り方としては、例えば２つの方法を用いることができる。第１の方法は、上記高屈折率物質のターゲットの中にＳｉを含ませることである。このようなターゲットを用いてスパッタ成膜を行うことによって、Ｓｉを含む高屈折率膜を堆積させることができる。第２の方法は、上記高屈折率物質のターゲットとは別にＳｉのターゲットを設けることである。高屈折率物質のターゲットとＳｉのターゲットは、同時にスパッタされ、混合膜が形成される。Ｓｉのターゲットは低屈折率物質のターゲットを併用することもできる。
【００２０】
上述のように形成される多層膜構造の反射防止膜１３において、各層の高屈折率膜と低屈折率膜の膜厚は、λを５００ｎｍ（ナノメートル）とするとき、好ましくは次のように設定される。
【００２１】
第１層の高屈折率膜の膜厚は０．０７５λ〜０．０８５λの範囲に含まれ、
第２層の低屈折率膜の膜厚は０．１１５λ〜０．１３０λの範囲に含まれ、
第３層の高屈折率膜の膜厚は０．１７７λ〜０．１９９λの範囲に含まれ、
第４層の低屈折率膜の膜厚は０．１０１λ〜０．１１４λの範囲に含まれ、
第５層の高屈折率膜の膜厚は０．１０２λ〜０．１１５λの範囲に含まれ、
第６層の低屈折率膜の膜厚は０．４７１λ〜０．５１１λの範囲に含まれ、
第７層の高屈折率膜の膜厚は０．１０２λ〜０．１１５λの範囲に含まれ、
第８層の低屈折率膜の膜厚は０．０４５λ〜０．０６０λの範囲に含まれ、
第９層の高屈折率膜の膜厚は０．２７０λ〜０．３０４λの範囲に含まれ、
第１０層の低屈折率膜の膜厚は０．２４４λ〜０．２７５λの範囲に含まれるように設定される。以上において、各層のもっとも好ましい膜厚の値は、各範囲における中心値である。
【００２２】
前述の反射防止膜１３では、その総膜厚が４８００〜５８００オングストロームの範囲に含まれることが好ましく、さらに、そのうち低屈折率膜の総膜厚が３５００オングストローム以上となることが好ましい。これは、反射防止膜として要求される硬さ、耐摩耗性等の耐久性、膜としての密着性等を確保するためである。本実施形態の場合には、特に、中間領域に位置する第６層の低屈折率膜１３６の膜厚を、他の膜に比較して相対的に厚くしており、これによって反射防止膜１３における必要な膜厚を達成し、硬さや耐久性等の要求条件を満足させている。複数の低屈折率膜のうちに中間に位置する膜を相対的に厚くしたのは、膜の持つストレス等の観点でかかる構造が適しているという理由に基づく。
【００２３】
なお、多層膜構造の反射防止膜１３の層数は上記の１０層に限定されない。多層膜構造を持つ反射防止膜の層数は、膜の生産性の観点からいえば、少ない方が好ましいが、要求される膜性能との関係で任意に定められるものである。
【００２４】
また通常の眼鏡プラスチックレンズのプラスチック基材では、前述の通り、曲率を有し、湾曲形状を有する。湾曲したプラスチック基材に対して、図１に示された多層膜構造を有する反射防止膜１３を、スパッタ法を用いて作製する場合、プラスチック基材の各部の曲率に依存して膜厚分布差が生じ、それに起因する干渉色ムラや、斜め入射による干渉色変化が発生する。そこで、このような不具合を低減するために、前述の反射防止膜１３は広帯域特性を有する膜として設計されることが好ましい。
【００２５】
上記の多層膜構造を有する反射防止膜１３をプラスチック基材１０に施すにあたり、前述の通り、前処理層としてＳｉＯ(2-x) の超薄膜１２が成膜される。超薄膜１２の膜厚は１５〜５０オングストロームの範囲に含まれることが好ましい。このような超薄膜１２を前処理層として施すことによって、プラスチック基材１０の界面と高屈折率膜１３１の間の応力バランスが適切になるように変化し、その結果、耐湿、加圧に起因する反射防止膜１３におけるクラックの発生を防止し、眼鏡プラスチックレンズとしての外観性を良好に保つことができる。また当然のことながら、反射防止膜１３とプラスチック基材１０との密着性も高く保持できる。なお上記超薄膜１２の膜厚が５０オングストロームを越えると、密着性が低下するという不具合が生じる。
【００２６】
次に、図２を参照して、前述の構成を有する反射防止膜（Ａ）と、他の構成を有する２例の反射防止膜（Ｂ），（Ｃ）とを比較する。図２（Ａ）で、多層膜構造の反射防止膜１３は１０層の高屈折率膜と低屈折率膜からなる。反射防止膜１３の図中左端の１〜１０の数字は層番号を示している。第１層の高屈折率膜から第１０層の低屈折率膜までの各層の厚みは、図中に記入される通り０．０８λ、０．１２λ、０．１９λ、０．１１λ、０．１１λ、０．４９λ、０．１１λ、０．０５λ、０．２９λ、０．２６λである。これらの膜厚は、前述した各層の膜厚の範囲に含まれている。反射防止膜１３の上記構造は、図２（Ｂ），（Ｃ）の各反射防止膜においても同じである。
【００２７】
図２（Ａ）の構成では、上記反射防止膜１３が、表面にハード膜１１がコーティングされたプラスチック基材１０の上に、１５オングストローム（Å）の膜厚のＳｉＯ(2-x) の超薄膜１２を介して成膜されている。すなわちＳｉＯ(2-x) の超薄膜１２が前処理として施されている。なお第１０層の低屈折率膜の上側は大気となっている。
【００２８】
上記に対して図２（Ｂ）の構成では、反射防止膜１３と、表面にハード膜１１がコーティングされたプラスチック基材１０との間に、同様に、ＳｉＯ(2-x) の薄膜１２ａが前処理として施されている。しかしながら、この例では薄膜１２ａの膜厚は８０オングストロームであり、５０オングストロームより大きく、前述の範囲に含まれないものとなっている。
【００２９】
さらに図２（Ｃ）の構成では、反射防止膜１３と、表面にハード膜１１がコーティングされたプラスチック基材１０との間に、ＳｉＯ(2-x) の薄膜が施されていない。すなわち、前述の超薄膜による前処理がまったく施されていない。反射防止膜１３は、ハード膜１１がコーティングされたプラスチック基材１０上に直接に成膜されている。
【００３０】
次に、図２の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示された構成を有する各眼鏡プラスチックレンズの膜性能を比較する。この比較では、図２の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示された各構成を有する眼鏡プラスチックレンズを作製し、これらの眼鏡プラスチックレンズを眼鏡フレームにはめ入れ、湿度９０％、温度４０℃の恒温恒湿炉に２４時間放置し、その後、反射防止膜の密着性と眼鏡プラスチックレンズの外観（クラック発生の有無）を調べた。なお「密着性」は、反射防止膜を有する眼鏡プラスチックレンズの表面を１ｍｍ間隔で１００目にクロスカットし、セロファンテープを強く貼り付けた後、急速に剥がして反射防止膜の剥離の有無を調べることにより評価される。
【００３１】
その結果、図２（Ａ）の構成を有する眼鏡プラスチックレンズでは、密着性は１００／１００であって剥離は認められず、かつ外観に変化は生じなかった。また図２（Ｂ）の構成を有する眼鏡プラスチックレンズでは、密着性は０／１００ですべてが剥離し、性能が極めて悪いものであった。ただし、外観には変化がなかった。図２（Ｃ）の構成を有する眼鏡プラスチックレンズでは、密着性は１００／１００となり良好であったが、外観についてはレンズの縁部からクラックが発生するという不具合が生じた。
【００３２】
以上の比較で明らかなように、眼鏡プラスチックレンズ（プラスチック基材１０）において前処理としての超薄膜１２が施された反射防止膜１３は、密着性および外観の点で高い膜性能を有するものである。さらに付言すれば、この反射防止膜１３は、耐摩耗性、耐アルカリ性、耐熱性、耐酸性、耐人工汗の点でも優れた膜性能を発揮する。
【００３３】
また前述の反射防止膜の分光反射率曲線ではおよそ４２０〜７４０ｎｍの広い波長範囲で低い反射率が達成され、広帯域の反射防止膜が実現されている。特におよそ４８０〜５５０ｎｍの波長範囲では反射率が相対的に高くなっている。
【００３４】
さらに前述の超薄膜および反射防止膜では、主波長範囲を４８０〜５５０ｎｍとし、刺激純度範囲を１０〜３０％とし、視感反射率を０．７〜１．８％とすることによって、干渉色をグリーン系としている。ここで「主波長」とは、単色表示によって色度を表す要素であり、色度図上において色度座標で表される点と光源を結んだ線がスペクトル軌跡と交わる点に対応する波長をいい、「刺激純度」とは、その主波長の点が、光源が０からスペクトル軌跡との光点にいかに近いかを表すものであり、近づくほど鮮やかな色となる。反射物体の色を表示する場合、一般的に視感反射率と色度が用いられる。さらに色度は、単色表示する場合には、上記の主波長と刺激純度が用いられる。なお視感反射率は、物体から反射する光束と物体に入射する光束の比で表される。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、第１層が高屈折率膜である多層の反射防止膜をスパッタ法で眼鏡プラスチックレンズ等に施す場合において、前処理層としてＳｉＯ(2-x) の超薄膜を施したため、反射防止膜におけるクラックの発生を防止し、眼鏡プラスチックレンズとしての外観を良好なものにすることができる。また超薄膜等でグリーン系の干渉色が安定して得られ、眼生理学、審美感に優れた商業的に価値の高い眼鏡プラスチックレンズを作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多層の反射防止膜を有する本発明に係る眼鏡プラスチックレンズの構造を示す断面図である。
【図２】前処理された本発明に係る眼鏡プラスチックレンズ（Ａ）と、所定範囲外の膜厚を有する前処理層を有する眼鏡プラスチックレンズ（Ｂ）および前処理が施されない眼鏡プラスチックレンズ（Ｃ）とを比較するための断面図である。
【符号の説明】
１０ プラスチック基材
１１ ハード膜
１２ 前処理層としての超薄膜
１３ 反射防止膜
Claims (5)
- プラスチック基材にスパッタ法を用いて反射防止膜を施してなる眼鏡プラスチックレンズであり、
前記反射防止膜は、前記プラスチック基材側の第１層を高屈折率物質としかつその次の層を低屈折率物質として、これらの高屈折率物質と低屈折率物質を交互に積層して成膜された多層膜であり、
前記プラスチック基材の表面にはハード膜がコーティングされ、
前記プラスチック基材の前記ハード膜上に前処理層としてＳｉＯ（２−ｘ） （ｘ＝０，１）によるクラック防止用の超薄膜を１５オングストローム以上５０オングストローム未満の膜厚で成膜し、前記ハード膜と前記反射防止膜の間に前記超薄膜を設けた、
ことを特徴とする反射防止膜を有する眼鏡プラスチックレンズ。 - 前記高屈折率物質は、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａのいずれか、またはこれらのうち２つ以上の合金からなるターゲットを用いてスパッタ法で成膜された金属酸化物であり、前記低屈折率物質はＳｉのターゲットを用いてスパッタ法で成膜された金属酸化物であることを特徴とする請求項１記載の反射防止膜を有する眼鏡プラスチックレンズ。
- 前記高屈折率物質の前記ターゲットはＳｉを含むことを特徴とする請求項２記載の眼鏡プラスチックレンズ。
- 前記高屈折率物質の成膜時に前記高屈折率物質の前記ターゲットとは別のＳｉのターゲットを設け、２種類の前記ターゲットを同時にスパッタして前記高屈折率物質を混合膜として成膜したことを特徴とする請求項２記載の眼鏡プラスチックレンズ。
- 前記反射防止膜は１０層の多層膜であり、中間に位置する第６層の前記低屈折率物質の膜厚を大きくしたことを特徴とする請求項１または２記載の反射防止膜を有する眼鏡プラスチックレンズ。
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