JP7467058B2 - 光学部材、光学ユニットおよび光学部材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態に係る光学部材は、少なくとも一方の面が凹面である基材と、基材の凹面を被覆する第1反射防止膜と、第1反射防止膜を被覆する第1親水膜とを備える。第1親水膜は、シラノール基を有する親水性有機化合物を含有する。
基材2は、透光性を有する。即ち、基材2は光を透過させる。基材2は、透明であってもよく、半透明であってもよい。基材2は、例えば、主成分としてガラス又は樹脂を含有する。
第1反射防止膜3及び第2反射防止膜5(以下、まとめて反射防止膜と記載することがある)は、光の反射を抑制する。具体的には、光学部材1は、第2反射防止膜5を備えることにより、基材2の凸面2bから基材2内に入射しようとする光が凸面2bで反射することを抑制する。また、光学部材1は、第1反射防止膜3を備えることにより、基材2の凹面2aから基材2外に出射しようとする光が凹面2aで反射することを抑制する。
第1親水膜4は、親水性を有する自己組織化膜である。第1親水膜4は、シラノール基を有する親水性有機化合物(シラノール化合物(α))を含有する。第1親水膜4におけるシラノール化合物(α)の含有割合としては、90質量%以上が好ましく、100質量%がより好ましい。
シラノール化合物(α)としては、例えば、ベタイン構造と、末端基としてのシラノール基とを有するポリマーが挙げられる。上述のポリマーは、シラノール基によって第1反射防止膜3と結合し、ポリマーブラシ構造を形成する。上述のベタイン構造としては、例えば、スルホキシベタイン構造、カルボキシベタイン構造及びホスホリルベタイン構造が挙げられる。上述のベタイン構造としては、スルホキシベタイン構造が好ましい。
MOSO2-R24-X-R23-Si(CH3)n(-Y)3-n・・・(VI)
MOSO2-R21-OCONH-R23-Si(CH3)n(-Y)3-n・・・(VII)
MOSO2-R21-S-R22-CO2-R23-Si(CH3)n(-Y)3-n・・・(VIII)
MOSO2-R21-NHCONH-R23-Si(CH3)n(-Y)3-n・・・(IX)
基材2の凹面2aと反対側の面は、凸面2bである。そして、光学部材1は、基材2の凸面2bを被覆する第2反射防止膜5と、第2反射防止膜5を被覆する第2親水膜6とを備える。第2親水膜6は、無機材料を含有することが好ましい。ここで、一方の面が凸面であり、他方の面が凹面である光学部材1は、例えば、凸面側の面を外部に露出させた状態で用いる。この場合、光学部材1の凸面側の面は、湿気で曇らないことが望まれる。これに対して、光学部材1の凸面側の面は、第2親水膜6であるため、防曇性を有する。また、光学部材1の凸面側の面は、汚れ又は曇りを除去するために布又はワイパーで払拭されることがある。これに対して、第2親水膜6は、無機材料を含有する比較的硬い層であるため、払拭されても摩耗し難い。以上から、光学部材1は、第2親水膜6を備えることにより、凸面側の面が曇り難く、かつ凸面側の面を払拭しても摩耗し難い。
シリカ粒子は、シリカを主成分として含有する粒子である。シリカ粒子におけるシリカの含有割合としては、90質量%以上が好ましく、99質量%以上がより好ましく、100質量%が更に好ましい。
光触媒粒子は、光触媒を含有する粒子である。光触媒粒子のうち少なくとも一部は、二次粒子を構成していてもよい。光触媒粒子は、光触媒を含有する限り、光触媒以外の成分を更に含有していてもよい。光触媒以外の成分としては、例えば、電子捕捉効果を有する成分が挙げられる。電子捕捉効果を有する物質としては、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、鉄、ニッケル、コバルト、亜鉛及び酸化銅が挙げられる。光触媒粒子における光触媒の含有割合としては、90質量%以上が好ましく、99質量%以上がより好ましく、100質量%が更に好ましい。
リン酸チタニアは、可視光により活性化される光触媒である。そのため、リン酸チタニアを含有する第2親水膜6を備える光学部材1は、直射日光に晒されない空間(例えば、室内及び車内)での使用に好適である。
バインダは、無機バインダ及び有機バインダの何れであってもよい。無機バインダとしては、例えば、シリカ及びシリケートが挙げられる。有機バインダとしては、例えば、樹脂が挙げられる。バインダとしては、無機バインダが好ましく、シリカ又はシリケートがより好ましい。
光学部材1の製造方法を説明する。光学部材1の製造方法には、一方の面が凹面2aであり、他方の面が凸面2bである基材2を用いる。光学部材1の製造方法は、基材2の凹面2a上に第1反射防止膜3を形成する第1反射防止膜形成工程と、第1反射防止膜3上に第1親水膜形成用塗布液を塗布することで第1親水膜4を形成する第1親水膜形成工程と、基材2の凸面2b上に第2反射防止膜5を形成する第2反射防止膜形成工程と、第2反射防止膜5上に第2親水膜形成用塗布液を塗布することで第2親水膜6を形成する第2親水膜形成工程とを備える。
本工程において、第1反射防止膜3を形成する方法としては、特に限定されず、公知の反射防止膜形成方法(例えば、スパッタリング法及び蒸着法)を用いることができる。
本工程で用いる第1親水膜形成用塗布液は、例えば、アルコキシシリル基を有する親水性有機化合物及び溶剤(例えば、水)を含有する。アルコキシシリル基を有する親水性有機化合物は、塗布工程時に加水分解反応が生じ、シラノール化合物(α)を形成する。アルコキシシリル基を有する親水性有機化合物としては、例えば、上述のポリマー(β)及び化合物(γ)が挙げられる。
本工程において、第2反射防止膜5を形成する方法としては、特に限定されず、公知の反射防止膜形成方法(例えば、スパッタリング法及び蒸着法)を用いることができる。
本工程で用いる第2親水膜形成用塗布液は、例えば、シリカ粒子、光触媒粒子及びリン酸チタニアのうち少なくとも1種と、溶剤とを含有する。第2親水膜形成用塗布液は、バインダ原料を更に含有することが好ましい。
第2親水膜形成用塗布液が含有するバインダ原料としては、例えば、シラン化合物が挙げられる。シラン化合物としては、例えば、アルコキシシラン、シラザン、及びこれらを原料とするオリゴマー(以下、シリケートオリゴマーと記載することがある)が挙げられる。アルコキシシランは、一般式「Si(R31)4-l(OR32)l」で表される化合物である。上述の一般式中、R31は、水素原子、炭素原子数1以上10以下のアルキル基又は炭素原子数1以上10以下のアリール基を表す。R32は、炭素原子数1以上3以下のアルキル基を表す。R32は、メチル基又はエチル基を表すことが好ましい。上述の一般式中、lは、1以上4以下の整数を表し、4を表すことが好ましい。アルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン及びテトラエトキシシランが挙げられる。バインダ原料としては、シラン化合物が好ましく、シリケートオリゴマーがより好ましく、アルコキシシランを原料とするシリケートオリゴマーが更に好ましい。
次に、図2を参照して、光学部材1の変形例1に係る光学部材11を説明する。光学部材11は、基材12を備える。基材12は、一方の面が凹面12aであり、他方の面が凸面12bである。光学部材11は、基材12の凹面12aを被覆する第1反射防止膜13と、第1反射防止膜13を被覆する第1親水膜14と、基材12の凸面12bを被覆する第2反射防止膜15とを更に備える。
次に、図3を参照して、光学部材1の変形例2に係る光学部材21を説明する。光学部材21は、基材22を備える。基材22は、一方の面が凹面22aであり、他方の面が平面22bである。光学部材21は、基材22の凹面22aを被覆する第1反射防止膜23と、第1反射防止膜23を被覆する第1親水膜24とを更に備える。
以上、第1実施形態に係る光学部材について、図面を参照しつつ説明した。しかし、第1実施形態に係る光学部材は、図1の光学部材1、図2の光学部材11及び図3の光学部材21に限定されない。
本発明の第2実施形態に係る光学ユニットは、1又は複数の光学部材を備える。1又は複数の光学部材のうち、最も物体側に位置する第1光学部材は、本発明の第1実施形態に係る光学部材である。第1光学部材は、第1親水膜側の面が撮像側に位置する。
以下の方法により、一般的なアクリル樹脂を含有する親水膜をガラス基板上に形成した。まず、アクリル樹脂を含有する塗布液(日油株式会社製「モディパー(登録商標)H2100」)を、ガラス基板上の一部の領域にスプレーコート法で塗布した。塗布液の塗布量は、形成される塗膜の厚さが2μm~3μmとなる量に調整した。次に、塗布液を塗布した後のガラス基板を、30℃で1分間乾燥させた後、120℃で30分間の加熱処理を行った。これにより、ガラス基板と、アクリル樹脂を含有する親水膜とを備える試験片を得た。以下の方法により、この試験片に対して防曇性評価試験を行った。
60℃の温水を用意した。上述の試験片の親水膜側の面と、上述の温水の水面とが対向するように、上述の試験片を上述の温水の上方で5秒間保持した。上述の試験片の親水膜側の面と、上述の温水の水面との距離は、3cmとした。その後、上述の試験片の表面を観察した。観察結果を図5に示す。図5において、「A」は、親水膜を形成しなかった領域を示す。「B」は、親水膜を形成した領域を示す。
以下の方法により、実施例1の光学部材を製造した。まず、基材として、レンズ(HOYA株式会社製「TAFD-5G」、組成:ガラス、直径12.9mm)を用意した。このレンズは、一方の面が凹面(曲率半径3.07mm)であり、他方の面が凸面(曲率半径12mm)であった。次に、レンズの凹面上に第1反射防止膜を形成し、凸面上に第2反射防止膜を形成した。第1反射防止膜及び第2反射防止膜は、それぞれ、SiO2層、TiO2層、及びTa2O5層を含んでいた。第1反射防止膜の合計厚さ及び第2反射防止膜の合計厚さは、それぞれ、約300nmであった。これにより、第1反射防止膜と、基材と、第2反射防止膜とがこの順番で積層された第1積層体を得た。次に、第1積層体の第1反射防止膜及び第2反射防止膜に対してそれぞれ表面処理(30秒間)を行った。表面処理としては、プラズマ表面改質装置を用いたプラズマ処理を行った。
上述のポリマー(β)を含有するコート剤(大阪有機化学工業株式会社「LAMBIC-771W(固形分濃度:10質量%、溶剤:水)」)0.297gと、純水1.186gとを混合した。得られた混合液を、第1親水膜形成用塗布液Aとした。プラズマ処理後の第1積層体を、第1反射防止膜が鉛直方向上側となるように固定した。この第1積層体の第1反射防止膜上に、第1親水膜形成用塗布液Aを滴下した。これにより、第1反射防止膜の全面を第1親水膜形成用塗布液Aの液膜で被覆した。その後、第1積層体を裏返し、第1親水膜形成用塗布液Aを流し落とした。次に、第1積層体を、120℃で15分間乾燥させた。これにより、第1積層体の第1反射防止膜上に第1親水膜を形成した。その結果、第1親水膜と、第1反射防止膜と、基材と、第2反射防止膜とがこの順番で積層された第2積層体を得た。次に、第2積層体の第1親水膜側の面を純水で洗浄し、余剰成分を洗い流した。次に、第2積層体の第1親水膜側の面をブロワーで乾燥させた。乾燥後の第2積層体を、以降の操作に供した。
酸化チタン粒子の水分散体(石原産業株式会社製「STS-01」、酸化チタン粒子の平均粒径:7nm、酸化チタン粒子濃度:30質量%)1mLに、イソプロピルアルコール29mLを添加し、混合液Aを得た。酸化チタン粒子及びバインダ原料(シリケートオリゴマー)を含有するコーティング剤(石原産業株式会社製「ST-K211」、溶剤:水及びエタノール、固形分濃度:0.2質量%)と、混合液Aとを、質量比1:1で混合し、これを第2親水膜形成用塗布液とした。
以下の点を変更した以外は、実施例1と同様の方法により、比較例1の光学部材を製造した。比較例1の光学部材の製造では、第1親水膜の形成を行わなかった。
実施例1及び比較例1の光学部材に対して防曇性評価試験を行った。
イソシアン酸3-(トリエトキシシリル)プロピル(チッソ株式会社製)6.86質量部(27.8モル部)と、3-ヒドロキシプロパンスルホン酸ナトリウム(シグマアルドリッチ社製、テクニカルグレード)4.5質量部(27.8モル部)と、ジラウリル酸ジ-n-ブチルスズ0.2質量部とを、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)100質量部に溶解させた。得られた反応液を、アルゴン雰囲気下、80℃で17時間反応させた。これにより、上述の一般式(IV)で表される化合物(γ)である3-(N-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)カルバモイルオキシ)プロパンスルホン酸ナトリウム(NaOSO2-CH2CH2CH2-OCONH-CH2CH2CH2-Si(OCH2CH3)3)を含有するDMF溶液を得た。このDMF溶液を、第1親水膜形成用塗布液Bとした。
加速劣化試験を行い、実施例1及び実施例2の光学部材の第1親水膜の耐候性を評価した。まず、実施例1の光学部材及び実施例2の光学部材に対して、上述の防曇性評価試験を行った。得られた評価結果を「初期」の防曇性とした。
2,12,22 基材
3,13,23 第1反射防止膜
4,14,24 第1親水膜
5,15 第2反射防止膜
6 第2親水膜
101 光学ユニット
102 第1光学部材
103 第2光学部材
104 第3光学部材
105 第4光学部材
106 第5光学部材
107 ホルダ
Claims (1)
- 1又は複数の光学部材を備える光学ユニットであって、
前記1又は複数の光学部材のうち、最も物体側に位置する第1光学部材は、
少なくとも一方の面が凹面である基材と、
前記基材の前記凹面を被覆する第1反射防止膜と、
前記第1反射防止膜を被覆する第1親水膜と
を備え、
前記第1親水膜は、シラノール基を有する親水性有機化合物を含有する自己組織化膜であり、
前記第1反射防止膜は、複数の金属酸化物層が積層された多層構造であり、
前記基材の前記凹面と反対側の面は、凸面であり、
前記第1光学部材は、
前記基材の前記凸面を被覆する第2反射防止膜と、
前記第2反射防止膜を被覆する第2親水膜と
を更に備え、
前記第2親水膜は、無機材料を含有し、
前記第1光学部材の撮像側の面は、前記第1親水膜側の面である、光学ユニット。
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