【ホワイトペーパー】様々な機能を付加した光学薄膜

「光学薄膜」 最新動向を解説 機能性コーティングガイドブック ・⾼透過性能 ・防汚性能 ・防傷性能 ・防塵機能 伊藤光学⼯業株式会社 *光アライアンス10月号掲載記事

様々な機能を付加した光学薄膜 要約 伊藤光学工業株式会社 三 輪 俊 夫 光学薄膜は幅広い分野で用いられており、製品用途 神 谷 雅 男 によっては光学機能だけにとどまらず、他の機能も複 合的に要求される。本稿では、高透過機能に加え、防汚 機能、防傷機能、防塵機能を付加した光学薄膜について 紹介する。 ―――――――――――――――――――――――――― １ はじめに ―――――――――――――――――――――――――― 光学薄膜は多岐に渡る産業分野で利用され、デジタルカ メラ、プロジェクター、ディスプレイなどの撮像機器や映 像機器にとどまらず、車載機器、医療機器などにも用いら れている。年々、光学薄膜製品の高性能化や高機能化が進 (a) 分光反射率（片面） み、光学機能のみならず、耐擦傷性や撥水・撥油性などの 機能を併せ持つ光学薄膜が要求されている。本稿では、光 学機能に加え、各種の特徴的な機能を併せ持つ光学薄膜に ついて紹介する。 ―――――――――――――――――――――――――― ２ 高透過機能 ―――――――――――――――――――――――――― ガラス基板やプラスチック基板の表面上に真空蒸着に よって誘電体膜を積層して、光の干渉を利用する反射防止 (b) 分光透過率 膜は、眼鏡レンズ、カメラレンズ、光ファイバーなど多く 図１ 低反射高透過反射防止膜の分光特性 の光学部品に応用されている。近年では光学機器の高性能 化に伴い、反射率の低減および透過率の向上に対する要求 図１にガラス基板の両面へ低反射高透過反射防止膜を成 はますます厳しくなっている。 膜した際の片面の分光反射率と全体の分光透過率を示す。 例えば、一眼カメラ用交換レンズでは、ゴーストやフレ 反射率計測には反射率測定機 USPM-RU（オリンパス社製） アの低減のためには低反射率化が求められ、明るい鮮明な を用い，透過率計測には分光光度計 U-4100（日立ハイテク 画像を得るためには高透過率化が求められる。レンズは、 ノロジーズ社製）を用いた。波長 420-680 nm の片面平均反 10～20 枚程度で構成されていることが多い。従って、例え 射率 Ravと全体平均透過率 Tavとを比較してみる。成膜前の ば、透過率が 99.0%のレンズを 10 枚使用すると、交換レン Rav および Tav はそれぞれ 4.3%および 91.5%であるのに対 ズ全体の透過率は 90.4%となる。一方、僅か 0.5%の違いで し、成膜後は 0.1%および 99.8%となり、極めて低い反射率 あるが、99.5%の透過率のレンズを使用すると全体透過率は と高い透過率が得られている。 95.1%まで改善される。 このような低反射高透過反射防止膜は、反射率の抑制と 1

ともに、薄膜の吸収や散乱を極力減らすことや、基板の表 厚みは、光学機能を損なわないようにナノメートルオー 面粗さや洗浄などによる光散乱(1)についてコントロールす ダーである。 ることも必要である。図２に表面粗さが異なるガラス基板 図４に反射防止膜の最表層に成膜した防汚膜の水滴接触 の AFM 像を示す。また、それぞれの基板に同じ反射防止膜 角測定時の撥水性を示し、図５に油性インクの付着性を示 を成膜した光散乱の様子を図３に示す。成膜前の基板 A と す。防汚膜を成膜すると水に対する接触角は 115°程とな 基板 B の表面粗さ Raの違いは僅かであり、同一バッチの反 り、高い撥水性を示すとともに、油性インク等も弾き、汚 射防止膜の成膜後もほぼ同じ値を示した。しかしながら、 れが付きにくくなる。防汚膜は撥水・撥油性を高めるほか、 高輝度ランプを照射すると、成膜前には明確でなかった光 表面の滑り性も優れるため、指紋の拭き取り性やタッチパ 散乱の違いが成膜後に顕著になった。基板 1 枚の透過率に ネルの操作性向上などにも効果がある。防汚膜を利用する 与える影響は僅かであるが、同一基板を 10 枚並べた状態で ことで、視認性の向上に加え、汚れが付きにくく拭き取り 基板 A と基板 B の Tav を比較すると、基板 B の方が 1.2％ やすいコーティングを実現している。 程良い値を示した。高い透過性を実現するには、光散乱を 抑制する必要があり、成膜前の基板の表面粗さは重要であ ることがわかる。 (a) 防汚膜無し (b) 防汚膜有り 図４ 防汚膜の撥水性 (a) 基板 A (b) 基板 B 図２ 表面粗さの異なる成膜前基板の AFM 像 (a) 防汚膜無し (b) 防汚膜有り 図５ 油性インクの付着性 ―――――――――――――――――――――――――― (a) 基板 A (b) 基板 B ４ 防傷機能 図３ 成膜後の光散乱の様子 ―――――――――――――――――――――――――― 屋外などの過酷な環境下で使用される光学機器は、反射 ―――――――――――――――――――――――――― 防止による視認性の向上や汚れにくさとともに、傷つきに ３ 防汚機能 くさも注目すべき機能である。 ―――――――――――――――――――――――――― 防傷機能付き反射防止膜を成膜したガラス基板の傷つき 光学薄膜は使用される用途によって様々な機能が要求さ にくさをベイヤー試験によって評価した。図６にベイヤー れるため、各種の機能性薄膜が開発されている(2)。例えば、 試験後の外観写真を示す。従来の反射防止膜と比較した場 眼鏡レンズ、カメラレンズ、カーナビやスマートフォンの 合、目視で明確な曇り度合いの違いが確認できる。同基板 タッチパネルなどには、水滴の付着防止や水ヤケの防止、 の曇り度合いをヘーズメーターで測定したヘーズ値を表１ 指紋などの汚れの付着防止のための防汚膜として、撥水・ に示す。防傷機能付き反射防止膜はヘーズ値の変化量がほ 撥油膜が利用されている。薄膜材料は低屈折材料である とんどなく、従来の反射防止膜と比較して、10 倍以上の値 パーフルオロポリエーテル化合物(3)を使用することが多く、 の違いがあり、極めて傷つきにくいことがわかる。 真空蒸着法やディッピング法などで表面層に成膜される。 2

―――――――――――――――――――――――――― ６ おわりに ―――――――――――――――――――――――――― 光学薄膜は多種多様な分野に広がり、光学製品の要求は 複雑化している。本稿で紹介した各種の機能の他にも防曇 (a) 防傷機能無し (b) 防傷機能有り 性や抗菌性を求められる製品もある。高機能化のみならず、 図６ ベイヤー試験後の外観写真 製品外観なども、商品として厳しい品質が求められる。 （試験条件：砂 500g、600 回振動 COLTS 社製試験機） 弊社では、最新鋭の成形機、成膜装置、超精密洗浄機を導 入し、近年、要求の高まっている高外観への対応を含め高 表１ ベイヤー試験前後のヘーズ値 品質なものづくりを目指し、日々改善を繰り返している。 防傷機能無し 防傷機能有り また、レンズ等の成形から蒸着までの一貫した工程で製造 0.02 0.02 を行う、業界でも数少ないメーカーでもある。硝子、樹脂 ベイヤー試験前 11.92 0.82 問わず、求められる製品を一貫生産体制で提案が可能であ ベイヤー試験後 る。今後も多様化する市場ニーズに応えながら製品提供を ―――――――――――――――――――――――――― 進めていきたい。 ５ 防塵機能 ―――――――――――――――――――――――――― 参 考 文 献 眼鏡レンズへのホコリや花粉などの付着や撮像機器のイ (1) 室谷裕志：「基板の表面粗さが光学薄膜の光散乱に与える影響 メージセンサーへのダスト付着の抑制など、製品用途に について」，精密工学会誌，Vol.80，No.6，pp.519-523 (2014). よっては防塵機能が必要とされている。プラスチックやガ (2) 猪俣崇：「光学薄膜の物性評価と機能性薄膜材料の開発」，表 ラス上に誘電体多層膜を形成しても、全体が絶縁性である 面技術，Vol.71，No.10，pp.613-619（2020）. ため帯電しやすく、その結果ダストの付着を促す。そこで、 (3) 小澤香織：「タッチパネル用ガラスの表面改質」，表面技術， 透明導電膜を多層膜中に積層すれば、帯電防止効果が得ら Vol.64，No.8，pp.444-446 (2013) れ、防塵機能を付加できる。図７に基板を帯電させた時の ―――――――――――――――――――――――――― 発泡スチロールビーズの付着の様相を示す。 【筆者紹介】 ―――――――――――――――――――――――――― 三輪俊夫 伊藤光学工業株式会社 光学事業部 ＜主たる業務歴および資格＞ 光学薄膜製品の開発および営業 神谷雅男 伊藤光学工業株式会社 技術部 (a) 防塵機能無し (b) 防塵機能有り ＜主たる業務歴および資格＞ 図７ 発泡ビーズ付着試験 光学薄膜製品の開発、博士（工学） （試験条件：シルボン紙 20 往復擦り） 防塵機能有りでは、基板を擦った時の帯電が避けられる ため、ビーズがほとんど付着しない。このことから、空間 に浮遊するダスト付着を防ぐコーティングであることがわ かる。 3