特許 6699809 光学ガラス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6699809

(24)【登録日】2020年5月7日

(45)【発行日】2020年5月27日

(54)【発明の名称】光学ガラス

(51)【国際特許分類】

   C03C 3/068 20060101AFI20200518BHJP

【ＦＩ】

   C03C3/068

【請求項の数】7

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2019-570173(P2019-570173)

(86)(22)【出願日】2019年8月26日

(86)【国際出願番号】JP2019033347

【審査請求日】2019年12月18日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000044

【氏名又は名称】ＡＧＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柴田 明

(72)【発明者】

【氏名】安間 伸一

【審査官】 村岡 一磨

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１２１０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−８８４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０６２０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−３０８７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｃ１／００−１４／００

ＩＮＴＥＲＧＬＡＤ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化物基準のモル％表示で、
ＳｉＯ_２：９．０％〜１１．０％、
Ｂ_２Ｏ_３：２２．０％〜２４．０％、
Ｌａ_２Ｏ_３：１８．０％〜２０．０％、
ＴｉＯ_２：３０．０％〜３１．０％、
を含有する光学ガラス。

【請求項2】

酸化物基準のモル％表示で、
Ｙ_２Ｏ_３：３．０％〜５．０％
ＷＯ_３：０．１％〜０．４％
Ｎｂ_２Ｏ_５：２．５％〜４．０％
ＺｒＯ_２：５．０％〜８．０％
Ｇｄ_２Ｏ_３：３．０％〜５．０％
を含有する請求項１に記載の光学ガラス。

【請求項3】

酸化物基準のモル％表示で、
ＳｉＯ_２：９．０％〜１０．０％
Ｂ_２Ｏ_３：２２．５％〜２３．５％
Ｙ_２Ｏ_３：３．５％〜４．５％
ＴｉＯ_２：３０．３％〜３０．７％
ＷＯ_３：０．２％〜０．３％
Ｎｂ_２Ｏ_５：３．０％〜３．５％
Ｌａ_２Ｏ_３：１８．５％〜１９．５％
ＺｒＯ_２：６．０％〜７．０％
Ｇｄ_２Ｏ_３：３．５％〜４．５％
を満たす請求項２に記載の光学ガラス。

【請求項4】

酸化物基準のモル％表示で組成が９９．５％≦（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３＋Ｙ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２＋ＷＯ_３＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｌａ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２＋Ｇｄ_２Ｏ_３）≦１００．０％の範囲にある、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ガラス。

【請求項5】

屈折率が１．９０〜２．１０の範囲にある請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学ガラス。

【請求項6】

４５０ｎｍにおける内部透過率が８８．０％以上である請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学ガラス。

【請求項7】

失透温度ＴがＴ＜１１７０℃である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学ガラス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学ガラスに関し、特に導光板に用いられる光学ガラスに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＡＲ、ＶＲ及びＭＲ等に対応したヘッドマウントディスプレー（ＨＭＤ）が話題となっている。この光学装置を構成する導光板として高屈折率のガラスを用いることが知られている。ＨＭＤ用の導光板としては、導光板の厚みや、ＨＭＤの全体的な設計の自由度に大きく関わる屈折率が特に重要であり、例えば、先行文献１にはＨＭＤ用の屈折率が２．０程度の高屈折率ガラスが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９−２０７２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、近年は、より製品の要求性能が上がっており、ガラスの光透過性への要求が上がってきた。特許文献１に記載の光学ガラスの内部透過率は青色の波長領域において０．６程度であり不十分である。

【0005】

このような状況下、高屈折率かつ高い光透過性を有する光学ガラスが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の光学ガラスは、酸化物基準のモル表示％で、
ＳｉＯ_２：９．０％〜１１．０％、
Ｂ_２Ｏ_３：２２．０％〜２４．０％、
Ｌａ_２Ｏ_３：１８．０％〜２０．０％、
ＴｉＯ_２：３０．０％〜３１．０％、
を含有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明により高屈折率かつ高い光透過性を有する光学ガラスが工業的に製造可能になる。特に、連続製造に適する。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明の光学ガラスについて説明する。光学ガラスの形状は特に限定されない。光学ガラスは、例えば板状とすることができる。
［光学ガラスの成分］
本発明の光学ガラスは、必須成分と任意成分の組み合わせからなる。必須成分は本光学ガラスに必須に含有されるものであり性能の主要な機能を与える。任意成分は必要に応じて使用される。本明細書において特段の記載がない場合、％は酸化物基準でのモル％を意味する。数値範囲は四捨五入した範囲を含む。また、数値範囲を「Ａ〜Ｂ」と示す場合、「Ａ以上Ｂ以下」を意味する。

【0009】

［必須成分］
＜ＳｉＯ_２＞
ＳｉＯ_２はガラスを形成する成分であり、ガラスに強度とクラック耐性を付与し、ガラスの安定性および化学的耐久性を向上させる成分である。本実施形態の光学ガラスにおいて、ＳｉＯ_２の含有量は、９．０％〜１１．０％であり、好ましくは９．０％〜１０．０％である。この範囲にあることで高強度と高屈折率を両立できる。

【0010】

＜Ｂ_２Ｏ_３＞
Ｂ_２Ｏ_３はＴｇを低くし、ガラスの強度やクラック耐性などの機械的特性を向上させる成分である。本実施形態の光学ガラスにおいて、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、２２．０％〜２４．０％であり、好ましくは２２．５％〜２３．５％である。この範囲にあることで高強度と高屈折率を両立できる。

【0011】

＜Ｌａ_２Ｏ_３＞
Ｌａ_２Ｏ_３は本光学ガラスにおいて屈折率の向上と失透温度の低下に寄与する成分である。本実施形態の光学ガラスにおいて、Ｌａ_２Ｏ_３の含有量は、１８．０％〜２０．０％であり、１８．５％〜１９．５％が好ましい。この範囲にあることで高屈折率と低失透温度を両立できる。

【0012】

＜ＴｉＯ_２＞
ＴｉＯ_２は一般にガラスの屈折率を高め、ガラスの分散を大きくする成分であるが、本光学ガラスにおいては、特に失透温度と光透過率に寄与する成分である。本実施形態の光学ガラスにおいて、ＴｉＯ_２の含有量は、３０．０％〜３１．０％であり、好ましくは３０．３％〜３０．７％である。この範囲にあることで、高透過率と低失透温度を両立できる。

【0013】

［任意成分］
＜Ｙ_２Ｏ_３＞
本実施形態の光学ガラスは、Ｙ_２Ｏ_３を含有することが好ましい。Ｙ_２Ｏ_３は本光学ガラスにおいて屈折率の向上と失透温度の低下に寄与する成分である。本実施形態の光学ガラスにおいて、Ｙ_２Ｏ_３を含有する場合の好ましい含有量は、３．０％〜５．０％であり、特に好ましくは３．５％〜４．５％である。この範囲にあることで、高屈折率と低失透温度を両立できる。

【0014】

＜ＷＯ_３＞
本実施形態の光学ガラスは、ＷＯ_３を含有することが好ましい。ＷＯ_３はガラスの失透を抑制させる成分およびガラスの着色に寄与する成分であるため、ＷＯ_３の量が多すぎると光透過率が低下する。そのため、本実施形態の光学ガラスにおいて、ＷＯ_３を含有する場合の好ましい含有量は、０．１％〜０．４％であり、特に好ましくは０．２％〜０．３％である。この範囲にあることで高透過率と低失透温度を両立できる。

【0015】

＜Ｎｂ_２Ｏ_５＞
本実施形態の光学ガラスは、Ｎｂ_２Ｏ_５を含有することが好ましい。Ｎｂ_２Ｏ_５は本光学ガラスにおいて屈折率の向上と失透温度の低下に寄与する成分である。本実施形態の光学ガラスにおいて、Ｎｂ_２Ｏ_５を含有する場合の好ましい含有量は、２．５％〜４．０％であり、特に好ましくは３．０％〜３．５％である。この範囲にあることで高屈折率と低失透温度を両立できる。

【0016】

＜ＺｒＯ_２＞
本実施形態の光学ガラスは、ＺｒＯ_２を含有することが好ましい。ＺｒＯ_２はガラスの屈折率を高め、ガラスの化学的耐久性を高める成分である。本実施形態の光学ガラスにおいて、ＺｒＯ_２を含有する場合の好ましい含有量は、５．０％〜８．０％であり、特に好ましくは６．０％〜７．０％である。この範囲にあることで高耐久性と高屈折率を両立できる。

【0017】

＜Ｇｄ_２Ｏ_３＞
本実施形態の光学ガラスは、Ｇｄ_２Ｏ_３を含有することが好ましい。Ｇｄ_２Ｏ_３は本光学ガラスにおいて屈折率の向上と失透温度の低下に寄与する成分である。本実施形態の光学ガラスにおいて、Ｇｄ_２Ｏ_３を含有する場合の好ましい割合は、３．０％〜５．０％であり、特に好ましくは３．５％〜４．５％である。この範囲にあることで高屈折率と低失透温度を両立できる。

【0018】

＜その他の任意成分＞
本実施形態の光学ガラスは、その他、通常の光学ガラスの製造に使用される微量成分や添加剤を本願発明の効果を損なわない範囲で使用してもよい。

【0019】

［光学ガラス組成］
本実施形態の光学ガラスは、酸化物基準のモル％で以下の化合物を含有する。
ＳｉＯ_２：９．０％〜１１．０％
Ｂ_２Ｏ_３：２２．０％〜２４．０％
Ｌａ_２Ｏ_３：１８．０％〜２０．０％
ＴｉＯ_２：３０．０％〜３１．０％
本実施形態の光学ガラスは、好ましくは、酸化物基準のモル％で以下の化合物を含有する。
ＳｉＯ_２：９．０％〜１１．０％
Ｂ_２Ｏ_３：２２．０％〜２４．０％
Ｙ_２Ｏ_３：３．０％〜５．０％
ＴｉＯ_２：３０．０％〜３１．０％
ＷＯ_３：０．１％〜０．４％
Ｎｂ_２Ｏ_５：２．５％〜４．０％
Ｌａ_２Ｏ_３：１８．０％〜２０．０％
ＺｒＯ_２：５．０％〜８．０％
Ｇｄ_２Ｏ_３：３．０％〜５．０％
本実施形態の光学ガラスは、特に好ましくは、酸化物基準のモル％で以下の化合物を含有する。
ＳｉＯ_２：９．０％〜１０．０％
Ｂ_２Ｏ_３：２２．５％〜２３．５％
Ｙ_２Ｏ_３：３．５％〜４．５％
ＴｉＯ_２：３０．３％〜３０．７％
ＷＯ_３：０．２％〜０．３％
Ｎｂ_２Ｏ_５：３．０％〜３．５％
Ｌａ_２Ｏ_３：１８．５％〜１９．５％
ＺｒＯ_２：６．０％〜７．０％
Ｇｄ_２Ｏ_３：３．５％〜４．５％
また、本実施形態の光学ガラスは、酸化物基準のモル％で組成が９９．５％≦（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３＋Ｙ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２＋ＷＯ_３＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｌａ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２＋Ｇｄ_２Ｏ_３）≦１００．０％の範囲にあることも好ましく、特に好ましくは（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３＋Ｙ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２＋ＷＯ_３＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋Ｌａ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２＋Ｇｄ_２Ｏ_３）＝１００．０％（ただし、製造上回避不能な不純物を含むことは許容される。）
これらの範囲にあることで屈折率の高さ、光透過性及び失透温度の低さを全て満たすことができる。
また、本実施形態の光学ガラスは、製造上回避不能な不純物量以上にＺｎＯを含有しないことが好ましい。ＺｎＯを含有すると本光学ガラスは失透しやすくなる。
また、本実施形態の光学ガラスは、製造上回避不能な不純物量以上にアルカリ金属を含有しないことが好ましい。アルカリ金属を含有すると本光学ガラスは耐候性や耐薬品性が悪化する。

【0020】

［光学ガラス］
本実施形態の光学ガラスの屈折率ｎｄは、１．９０〜２．１０であることが好ましく、特に１．９５〜２．０５であることが好ましい。特に本発明の光学ガラスを導光板に使用する場合、この範囲にあることで導光板をより薄く設計することが可能になる。
本実施形態の光学ガラスは、４５０ｎｍの波長における内部透過率が８８．０％以上であることが好ましく、特に９０．０％以上であることが好ましい。この範囲にあることで、導光板中の青色光の減衰を抑え、ＨＭＤに映し出される映像が黄色く見えることを抑えることができる。
本実施形態の光学ガラスは、失透温度が１１７０℃未満であることが好ましい。特に１１５０℃未満であることが好ましい。この範囲にあることで、ガラス製造時における結晶の発生による失透を起こりにくくし、ガラス製造が容易になる。

【0021】

［光学ガラスの製造方法］
本実施形態の光学ガラスの製造方法は特に限定されず、既存の板ガラス製造方法を使用することができる。例えばフロート法、フュージョン法及びロールアウト法等、公知の手法を用いることができる。

【実施例】

【0022】

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明の効果を奏する限りにおいて実施形態を適宜変更することができる。
＜測定方法＞
［失透温度］
以下の条件で実施例及び比較例の光学ガラスの失透温度Ｔを測定した。
表１に示す組成の原料を１２５０℃、２時間の条件で白金るつぼ中で溶解させて均一な溶解ガラスとした。溶解ガラスを２００℃に加熱したモールド（縦×横×高さ＝６０ｍｍ×５０ｍｍ×３０ｍｍ）に流し込んでガラスブロックとした。ガラスブロックを常温の水中に入れることによって粉砕し、２ｍｍ角程度のカレットとした。このカレットから５ｇを計り、評価用サンプルとした。
白金皿に評価用サンプルを載せ、１１００℃〜１２００℃の所定の温度に設定した電気炉中で１６時間加熱してサンプルを溶解させる。１６時間後、サンプルを電気炉から取り出して、自然放冷により冷却しながら、結晶析出の有無を光学顕微鏡にて観察する。結晶が確認された条件を記録し、各条件における電気炉の設定温度の中で最も高い温度が失透温度Ｔである。実施例及び比較例の光学ガラスは、評価サンプルの失透温度Ｔを下記基準で判断し、二重丸または丸を合格とする。
二重丸：Ｔ＜１１５０℃
丸：１１５０≦Ｔ＜１１７０℃
バツ：１１７０℃≦Ｔ

【0023】

［光透過率］
以下の条件で光透過率Ｘを測定した。
実施例等で得られた縦×横＝３０ｍｍ×３０ｍｍ、板厚が１０ｍｍと１ｍｍの２種のガラス板について分光光度計（日立ハイテクノロジーズ社製Ｕ−４１００）を使用し、板厚１０ｍｍにおける４５０ｎｍの光透過率Ｘを求めた（本実施形態において光透過率とは表裏面における反射損失を除いた内部透過率のことを意味する。）。実施例及び比較例の光学ガラスは、評価サンプルの透過率Ｘを下記基準で判断し、二重丸または丸を合格とする。
二重丸：９０．０％≦Ｘ
丸：８８．０％≦Ｘ＜９０．０％
バツ：８８．０＜Ｘ

【0024】

［屈折率］
実施例等で得られた縦×横×板厚＝３０ｍｍ×３０ｍｍ×１０ｍｍのガラス板について屈折率計（Ｋａｌｎｅｗ社製ＫＰＲ−２０００）により屈折率（ｎｄ）を測定した。

【0025】

［実施例１］
表１に示す組成の原料を１２５０℃、２時間の条件で白金るつぼ中で溶解させて均一な溶解ガラスとした。溶解ガラスを２００℃に加熱したモールド（縦×横×高さ＝６０ｍｍ×５０ｍｍ×３０ｍｍ）に流し込んでガラスブロックとした。
次にガラスブロックを切断機（マルトー社製小型切断機）を用いて縦×横＝３０ｍｍ×３０ｍｍに切断し研削機（秀和工業社製ＳＧＭ−６３０１）及び片面研磨機（日本エンギス社製ＥＪ−３８０ＩＮ）を用いて板厚の調整と表面研磨を行い、縦×横＝３０ｍｍ×３０ｍｍ、板厚１０ｍｍ、及び１ｍｍのガラス板を製造した。これらのガラス板を用いて各種評価を行った。結果を表１に示す。
研削条件：＃１００ダイヤモンドホイールを用いて２．０μｍ／秒で研削後、＃１０００ダイヤモンドホイールを用いて１．０μｍ／秒で研削後、＃２０００ダイヤモンドホイールを用いて０．５μｍ／秒で研削した。
研磨条件：研磨剤（酸化セリウム）、回転数（８０ｒｐｍ、１０分間）

【0026】

［実施例２〜３、比較例１〜２］
表１に記載の条件に変更した以外は実施例１と同様に操作を行った。

【0027】

【表1】

【要約】

高屈折率かつ高い光透過性を有する光学ガラスを提供すること。光学ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ_２：９．０〜１１．０％、Ｂ_２Ｏ_３：２２．０〜２４．０％、Ｌａ_２Ｏ_３：１８．０〜２０．０％、ＴｉＯ_２：３０．０〜３１．０％を含有する。