JP7662985B2 - Optical Glass - Google Patents
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Description
本発明は、ウェアラブル画像表示機器の導光板等として使用される光学ガラスに関する。 The present invention relates to optical glass used as a light guide plate for wearable image display devices.
プロジェクター付きメガネ、眼鏡型やゴーグル型ディスプレイ、仮想現実(VR)または拡張現実(AR)表示装置、虚像表示装置等のウェアラブル画像表示機器の構成部材としてガラス板が使用される。当該ガラス板は例えばシースルー導光板として機能し、ガラス板を通して外部の景色を見ながら、ガラス板に表示される映像を見ることができる。また、更にメガネの左右に異なる映像を投影する技術を利用して3D表示を実現したり、眼の水晶体を利用して網膜に結合させる技術を利用して仮想現実空間を実現することも可能である。当該ガラス板には、画像の広角化、高輝度・高コントラスト化、導光特性向上性等の面から、高屈折率であることが求められる(例えば特許文献1参照) Glass plates are used as components of wearable image display devices such as glasses with projectors, eyeglasses or goggles, virtual reality (VR) or augmented reality (AR) displays, and virtual image displays. The glass plate functions as a see-through light guide plate, for example, and allows the user to see the image displayed on the glass plate while looking at the outside scenery through the glass plate. It is also possible to realize a 3D display using a technology that projects different images on the left and right sides of the glasses, or to realize a virtual reality space using a technology that uses the crystalline lens of the eye to connect to the retina. The glass plate is required to have a high refractive index in terms of widening the angle of the image, increasing brightness and contrast, improving light guide properties, etc. (see Patent Document 1, for example)
ガラスの屈折率を向上させるため、高屈折率に寄与する成分であるTiO2やNb2O5をガラス中に含有させることが有効である。一方、ガラス中にTiO2やNb2O5を含有させると、液相温度が低下してガラス化が不安定になる場合がある。そこで、ガラス化を安定にするためB2O3を含有させることが考えられる。しかしながら、ガラス中にB2O3を含有させると、化学的耐久性が低下しやすくなるという問題がある。 In order to improve the refractive index of glass, it is effective to include TiO2 or Nb2O5 , which are components that contribute to a high refractive index, in the glass. On the other hand, when TiO2 or Nb2O5 is included in the glass, the liquidus temperature may decrease and the vitrification may become unstable. Therefore, it is considered to include B2O3 in order to stabilize the vitrification. However, when B2O3 is included in the glass, there is a problem that the chemical durability is easily decreased.
以上に鑑み、本発明は、ガラス組成としてTiO2やNb2O5とともにB2O3を含有し、高屈折率かつ化学的耐久性に優れた光学ガラスを提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an optical glass that contains B 2 O 3 in addition to TiO 2 and Nb 2 O 5 as part of its glass composition and that has a high refractive index and excellent chemical durability.
本発明者等が鋭意検討した結果、TiO2やNb2O5とともにB2O3を含有する光学ガラスにおいて、ガラス中の非架橋酸素(NBO)の状態を示す指標である塩基性度を所定の範囲に規定することで、前記課題を解決できることを見出した。 As a result of intensive research, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by specifying the basicity, which is an index showing the state of non- bridging oxygen (NBO) in optical glass containing B2O3 together with TiO2 and Nb2O5 , within a predetermined range.
即ち、本発明の光学ガラスは、ガラス組成としてTiO2及びNb2O5から選択される少なくとも1種並びにB2O3を含有し、屈折率ndが1.95以上、塩基性度が11以上であることを特徴とする。 That is, the optical glass of the present invention is characterized by comprising at least one selected from TiO2 and Nb2O5 , and B2O3 as a glass composition, having a refractive index nd of 1.95 or more, and a basicity of 11 or more.
本発明の光学ガラスは、着色度λ70が470nm以下であることが好ましい。なお本発明において「着色度λ70」とは、10mm厚において反射損失を含む光透過率が70%になる波長を意味する。 The optical glass of the present invention preferably has a coloring degree λ 70 of 470 nm or less. In the present invention, the "coloring degree λ 70 " means the wavelength at which the light transmittance, including reflection loss, is 70% at a thickness of 10 mm.
本発明の光学ガラスは、JOGISに準ずる耐水性及び耐酸性が1~2級であることが好ましい。 The optical glass of the present invention preferably has water resistance and acid resistance of grade 1 or 2 according to JOGIS.
本発明の光学ガラスは、質量%で、TiO2+Nb2O5 10~31%、B2O3 4~15%、SiO2 3%以上、RO(RはMg、Ca、Sr及びBaから選択される少なくとも1種) 0~15%、及び、Ta2O5 0~5%を含有することが好ましい。 The optical glass of the present invention preferably contains, by mass%, 10-31% TiO 2 +Nb 2 O 5 , 4-15% B 2 O 3 , 3% or more SiO 2 , 0-15% RO (R is at least one selected from Mg, Ca, Sr and Ba), and 0-5% Ta 2 O 5 .
本発明の光学ガラスは、質量%で、TiO2 8~20%未満、Ln2O3(LnはLa、Gd、Y及びYbから選択される少なくとも1種) 40~65%、ZnO 0~0.5%、Al2O3 0~1%、及び、WO3 0~0.2%を含有することが好ましい。 The optical glass of the present invention preferably contains, in mass %, 8 to less than 20% TiO 2 , 40 to 65% Ln 2 O 3 (Ln is at least one selected from La, Gd, Y and Yb), 0 to 0.5% ZnO, 0 to 1% Al 2 O 3 , and 0 to 0.2% WO 3 .
本発明の光学ガラスは、Bi2O3、TeO2及びPbOを実質的に含有しないことが好ましい。 The optical glass of the present invention preferably contains substantially no Bi 2 O 3 , TeO 2 and PbO.
本発明の光学ガラスは、Ptの含有量が10ppm以下であることが好ましい。 The optical glass of the present invention preferably has a Pt content of 10 ppm or less.
本発明の光学ガラスは、アッベ数(νd)が20~35であることが好ましい。 The optical glass of the present invention preferably has an Abbe number (νd) of 20 to 35.
本発明の光学ガラスは、液相温度が1250℃以下であることが好ましい。 The optical glass of the present invention preferably has a liquidus temperature of 1250°C or less.
本発明の光学ガラス板は、上記の光学ガラスからなることを特徴とする。 The optical glass plate of the present invention is characterized by being made of the optical glass described above.
本発明の光学ガラス板は、板厚が0.01~5mmであることが好ましい。 The optical glass plate of the present invention preferably has a plate thickness of 0.01 to 5 mm.
本発明の導光板は、上記の光学ガラス板からなることを特徴とする。 The light guide plate of the present invention is characterized by being made of the above-mentioned optical glass plate.
本発明の導光板は、プロジェクター付きメガネ、眼鏡型またはゴーグル型ディスプレイ、仮想現実(VR)または拡張現実(AR)表示装置、及び、虚像表示装置から選択されるウェアラブル画像表示機器に使用されることが好ましい。 The light guide plate of the present invention is preferably used in a wearable image display device selected from glasses with a projector, a glasses-type or goggle-type display, a virtual reality (VR) or augmented reality (AR) display device, and a virtual image display device.
本発明のウェアラブル画像表示機器は、上記の導光板を備えることを特徴とする。 The wearable image display device of the present invention is characterized by having the above-mentioned light guide plate.
本発明によれば、ガラス組成としてTiO2やNb2O5とともにB2O3を含有し、高屈折率かつ化学的耐久性に優れた光学ガラスを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical glass that contains B 2 O 3 in addition to TiO 2 and Nb 2 O 5 as a glass composition and has a high refractive index and excellent chemical durability.
本発明の光学ガラスは、ガラス組成としてTiO2及びNb2O5から選択される少なくとも1種並びにB2O3を含有する。これらの成分の好ましい含有量等について以下に説明する。なお、以下の各成分の含有量に関する説明において、特に断りのない限り「%」は「質量%」を意味する。 The optical glass of the present invention contains at least one selected from TiO2 and Nb2O5, and B2O3 as a glass composition . The preferred contents of these components are described below. In the following description of the contents of each component, "%" means "mass%" unless otherwise specified.
TiO2及びNb2O5はガラスの屈折率を顕著に高める成分である。また化学耐久性も向上させる効果がある。ただし、これらの成分が多すぎると、可視域の透過率が低下したり、ガラス化しにくくなるおそれがある。従って、TiO2+Nb2O5の含有量の下限は10%以上、11%以上、12%以上、14%以上、特に16%以上であることが好ましく、上限は31%以下、29%以下、25%以下、特に20%以下であることが特に好ましい。TiO2の含有量の下限は8%以上、9%以上、11%以上、特に12%以上であることが好ましく、下限は20%未満、18%以下、17%以下、特に16%以下であることが好ましい。Nb2O5の含有量の下限は1%以上、1.7%以上、2%以上、2.5%以上、3.3以上、4.4以上、5.3以上、特に6.1以上であることが好ましく、上限は25%以下、22%以下、20%以下、18%以下、15%以下、14%以下、10%以下、特に9%以下であることが好ましい。なお本発明において「x+y+・・・」は各成分の合量を意味する。 TiO2 and Nb2O5 are components that significantly increase the refractive index of glass. They also have the effect of improving chemical durability. However, if these components are too much, the transmittance in the visible range may decrease or vitrification may become difficult. Therefore, the lower limit of the content of TiO2 + Nb2O5 is preferably 10% or more, 11% or more, 12% or more, 14% or more, and particularly 16% or more, and the upper limit is particularly preferably 31% or less, 29% or less, 25% or less, and particularly preferably 20% or less. The lower limit of the content of TiO2 is preferably 8% or more, 9% or more, 11% or more, and particularly preferably 12% or more, and the lower limit is preferably less than 20%, 18% or less, 17% or less, and particularly preferably 16% or less. The lower limit of the Nb2O5 content is preferably 1% or more, 1.7% or more, 2% or more, 2.5% or more, 3.3% or more, 4.4% or more, 5.3% or more, particularly preferably 6.1 or more, and the upper limit is preferably 25% or less, 22% or less, 20% or less, 18% or less, 15% or less, 14% or less, 10% or less, particularly preferably 9% or less. In the present invention, "x+y+..." means the total amount of each component.
なお本発明において、高屈折率で可視域の透過率に優れたガラスを得るためには、TiO2とNb2O5の割合を適切に調整することが好ましい。具体的には、質量比でTiO2/Nb2O5が0.3以上、0.5以上、0.8以上、特に1以上であることが好ましい。上限は特に限定されないが、現実的には29以下、20以下、さらには10以下である。 In the present invention, in order to obtain a glass having a high refractive index and excellent transmittance in the visible range, it is preferable to appropriately adjust the ratio of TiO2 to Nb2O5 . Specifically, it is preferable that the mass ratio of TiO2 / Nb2O5 is 0.3 or more, 0.5 or more , 0.8 or more, and particularly 1 or more. There is no particular upper limit, but in reality it is 29 or less, 20 or less, or even 10 or less.
B2O3は、TiO2またはNb2O5を含有するガラスにおいて、特にガラス化の安定性に寄与する成分である。B2O3の含有量の下限は4%以上、5%以上、6.5%以上、7%以上、7.5%以上、8%以上、8.3%以上、特に9%以上であることが好ましく、上限は15%以下、13%以下、12%以下、11.5%以下、11%以下、10.5%以下、特に10.5%未満であることが好ましい。B2O3の含有量が少なすぎると、上記効果を得にくくなる。一方、B2O3の含有量が多すぎると、屈折率が低下する傾向にある。なおB2O3含有量を含有するとともに、ガラスの塩基性度を11以上にすることで化学的耐久性、特に耐酸性を向上させることができる。 B 2 O 3 is a component that contributes to the stability of vitrification in particular in glasses containing TiO 2 or Nb 2 O 5. The lower limit of the content of B 2 O 3 is preferably 4% or more, 5% or more, 6.5% or more, 7% or more, 7.5% or more, 8% or more, 8.3% or more, and particularly 9% or more, and the upper limit is preferably 15% or less, 13% or less, 12% or less, 11.5% or less, 11% or less, 10.5 % or less, and particularly less than 10.5%. If the content of B 2 O 3 is too small, it is difficult to obtain the above effect. On the other hand, if the content of B 2 O 3 is too large, the refractive index tends to decrease. In addition to containing B 2 O 3, the basicity of the glass can be set to 11 or more to improve chemical durability, particularly acid resistance.
本発明の光学ガラスには、TiO2、Nb2O5、B2O3以外にも以下の成分を含有させることができる。 The optical glass of the present invention may contain the following components in addition to TiO 2 , Nb 2 O 5 and B 2 O 3 .
SiO2はガラス骨格成分であり、ガラス化の安定性及び化学耐久性を向上させる成分である。しかし、その含有量が多すぎると、溶融温度が極端に高くなる。その結果、NbやTiが還元されやすくなるため、内部透過率が低下しやすくなる。また、屈折率が低下する傾向にある。SiO2の含有量の下限は3%以上、3.5%以上、4%以上、特に4.5%以上であることが好ましく、上限は20%以下、18%以下、15%以下、13%以下、12%以下、11%以下、10%以下、9%以下、特に8%以下であることが好ましい。 SiO2 is a glass skeleton component, and is a component that improves the stability of vitrification and chemical durability. However, if the content is too high, the melting temperature becomes extremely high. As a result, Nb and Ti are easily reduced, and the internal transmittance is easily reduced. In addition, the refractive index tends to decrease. The lower limit of the content of SiO2 is preferably 3% or more, 3.5% or more, 4% or more, and particularly 4.5% or more, and the upper limit is preferably 20% or less, 18% or less, 15% or less, 13% or less, 12% or less, 11% or less, 10% or less, 9% or less, and particularly 8% or less.
アルカリ土類成分RO(RはCa、Sr及びBaから選択される少なくとも1種)はガラス化を安定化する成分である。その含有量が多すぎると屈折率が低下したり、液相温度が上昇する傾向がある。特にBaOについては、その含有量が多くなるとガラスの密度が大きくなり、本発明の光学ガラスからなる光学素子の重量が大きくなる傾向がある。そのため、特にウェアラブル画像表示機器等の用途に好ましくない。従って、ROの含有量は0~15%、0~10%、0~5%、0~2%、0~1%、特に0~0.5%であることが好ましい。なお、CaO、SrO及びBaOの各成分の含有量の好ましい範囲も上記と同様であることが好ましい。 The alkaline earth component RO (R is at least one selected from Ca, Sr, and Ba) is a component that stabilizes vitrification. If the content is too high, the refractive index tends to decrease and the liquidus temperature tends to increase. In particular, with regard to BaO, if the content is high, the density of the glass increases, and the weight of the optical element made of the optical glass of the present invention tends to increase. For this reason, it is particularly undesirable for applications such as wearable image display devices. Therefore, the content of RO is preferably 0-15%, 0-10%, 0-5%, 0-2%, 0-1%, and especially 0-0.5%. The preferred ranges of the contents of each of the CaO, SrO, and BaO components are also preferably the same as above.
Ta2O5は屈折率を高める成分である。しかしながら、その含有量が多すぎると、分相や失透が生じやすくなる。また、Ta2O5は希少であり高価な成分であるため、その含有量が多くなると、原料バッチコストが高くなる。以上に鑑み、Ta2O5の含有量は0~5%、0~3%、0~1%が好ましく、含有しないことが特に好ましい。 Ta 2 O 5 is a component that increases the refractive index. However, if the content is too high, phase separation and devitrification are likely to occur. In addition, since Ta 2 O 5 is a rare and expensive component, if the content is high, the raw material batch cost will increase. In view of the above, the content of Ta 2 O 5 is preferably 0 to 5%, 0 to 3%, or 0 to 1%, and it is particularly preferable that it is not contained.
なお、ガラス化の安定性を高めて量産性を向上させるためには、SiO2とB2O3の割合を適切に調節することが好ましい。具体的には、質量比でB2O3/SiO2は1以上、1.3以上、特に1.5以上であることが好ましく、2.5以下、2以下、特に1.96以下であることが好ましい。なお本発明において、「x/y」はxの含有量をyの含有量で除した値を意味する。 In order to increase the stability of vitrification and improve mass productivity, it is preferable to appropriately adjust the ratio of SiO2 to B2O3 . Specifically, the mass ratio B2O3 / SiO2 is preferably 1 or more, 1.3 or more, particularly 1.5 or more, and is preferably 2.5 or less, 2 or less, particularly 1.96 or less. In the present invention, "x/y" means the value obtained by dividing the content of x by the content of y.
Al2O3は耐水性を向上させる成分である。ただし、その含有量が多すぎるとガラスが失透しやすくなる。従って、Al2O3は0~1%、0~0.5%であることが好ましく、含有しないことが特に好ましい。 Al 2 O 3 is a component that improves water resistance. However, if the content is too high, the glass is prone to devitrification. Therefore, the content of Al 2 O 3 is preferably 0 to 1%, 0 to 0.5%, and it is particularly preferable that no Al 2 O 3 is contained.
La2O3は屈折率を顕著に高め、またガラス化の安定性を向上させる成分である。La2O3の含有量の下限は27%以上、30%以上、35%以上、38%以上、40%以上、42%以上、特に45%以上であることが好ましく、上限は50%以下、49.8%以下、49.5%以下、49%以下、特に48.5%以下であることが好ましい。La2O3の含有量が少なすぎると、上記効果を得にくくなる。一方、La2O3の含有量が多すぎると、耐失透性が低下して量産性に劣る傾向がある。 La2O3 is a component that significantly increases the refractive index and improves the stability of vitrification.The lower limit of the content of La2O3 is preferably 27% or more, 30% or more, 35% or more, 38% or more, 40% or more, 42% or more, and particularly 45% or more, and the upper limit is preferably 50% or less, 49.8% or less, 49.5% or less, 49% or less, and particularly 48.5% or less.If the content of La2O3 is too small, it is difficult to obtain the above effects.On the other hand, if the content of La2O3 is too large, the devitrification resistance decreases and mass productivity tends to be poor.
Gd2O3も屈折率を高め、またガラス化の安定性を向上させる成分である。Gd2O3の含有量の下限は6%以上、特に6.5%以上であることが好ましく、上限は25%以下、20%以下、14%以下、10%以下、特に9%以下であることが好ましい。 Gd2O3 is also a component that increases the refractive index and improves the stability of vitrification. The lower limit of the Gd2O3 content is preferably 6% or more, particularly preferably 6.5% or more, and the upper limit is preferably 25% or less, 20% or less, 14% or less, 10% or less, particularly preferably 9% or less.
Y2O3も屈折率を高める成分であるが、その含有量が多すぎるとガラス化が不安定になる傾向がある。従って、Y2O3の含有量の下限は0%以上、特に0.1%以上であることが好ましく、上限は8%以下、5%以下、3%以下、特に1%未満であることが好ましい。 Y2O3 is also a component that increases the refractive index, but if its content is too high, vitrification tends to become unstable. Therefore, the lower limit of the Y2O3 content is preferably 0% or more, particularly 0.1% or more, and the upper limit is preferably 8% or less, 5% or less, 3% or less, particularly less than 1%.
Yb2O3も屈折率を高める成分である。ただし、その含有量が多すぎると、失透や脈理が発生しやすくなる。よって、Yb2O3の含有量は0~10%、特に0~8%であることが好ましい。 Yb 2 O 3 is also a component that increases the refractive index. However, if the content is too high, devitrification and striae tend to occur. Therefore, the content of Yb 2 O 3 is preferably 0 to 10%, particularly 0 to 8%.
なおLn2O3(ただし、LnはLa、Gd、Y及びYbから選択される少なくとも1種)の含有量は40%以上、45%以上、特に48%以上であることが好ましい。このようにすれば、屈折率及び可視域の光透過率を高めることが可能となる。Ln2O3の含有量の上限は特に限定されないが、多すぎると失透しやすくなるため、65%以下、特に60%以下であることが好ましい。 The content of Ln2O3 (wherein Ln is at least one selected from La, Gd, Y, and Yb) is preferably 40% or more, 45% or more, and particularly preferably 48% or more. This makes it possible to increase the refractive index and light transmittance in the visible range. There is no particular upper limit to the content of Ln2O3 , but if it is too high, devitrification is likely to occur, so it is preferably 65% or less, and particularly preferably 60% or less.
ZnOは本発明の組成系においては失透を促進し、耐酸性を低下させる成分であり、その含有量は少ないほうが好ましい。具体的には、ZnOの含有量は0.5%以下、0.1%以下であることが好ましく、含有しないことが特に好ましい。 In the composition of the present invention, ZnO is a component that promotes devitrification and reduces acid resistance, so its content is preferably low. Specifically, the ZnO content is preferably 0.5% or less, 0.1% or less, and it is particularly preferable that no ZnO is contained.
WO3は屈折率を高める成分であるが、可視領域の光を吸収し透過率を低下させる。WO3の含有量は0~0.2%、さらに0~0.1%であることが好ましく、含有しないこと特に好ましい。 WO3 is a component that increases the refractive index, but absorbs light in the visible region and reduces the transmittance. The content of WO3 is preferably 0 to 0.2%, more preferably 0 to 0.1%, and particularly preferably zero.
ZrO2は屈折率や化学的耐久性を高める成分である。ZrO2の含有量の下限は0%以上、0%超、1%以上、3%以上、4%以上、特に5%以上であることが好ましく、上限は10%以下、9%以下、8%以下、7.5%以下、特に7%以下であることが好ましい。ZrO2の含有量が多すぎると失透しやすくなる。 ZrO2 is a component that increases the refractive index and chemical durability. The lower limit of the content of ZrO2 is preferably 0% or more, more than 0%, 1% or more, 3% or more, 4% or more, and particularly 5% or more, and the upper limit is preferably 10% or less, 9% or less, 8% or less, 7.5% or less, and particularly 7% or less. If the content of ZrO2 is too high, devitrification is likely to occur.
Li2O、Na2O、K2Oは、軟化点を低下させる成分であるが、その含有量が多すぎると失透しやすくなる。よって、これらの成分の含有量は各々0~3%、各々0~1%が好ましく、含有しないことが特に好ましい。 Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O are components that lower the softening point, but if the content is too high, devitrification tends to occur. Therefore, the content of these components is preferably 0 to 3%, and 0 to 1%, respectively, and it is particularly preferable that they are not contained.
本発明において高屈折率かつガラス化の安定性に優れたガラスを得るためには、SiO2とB2O3の合量とLn2O3の割合を適切に調節することが好ましい。具体的には、(SiO2+B2O3)/Ln2O3の下限は0.15以上、0.2以上、特に0.25以上であることが好ましく、上限は0.9以下、0.6以下、特に0.5以下であることが好ましい。 In the present invention, in order to obtain a glass having a high refractive index and excellent vitrification stability, it is preferable to appropriately adjust the total amount of SiO2 and B2O3 and the ratio of Ln2O3 . Specifically, the lower limit of ( SiO2 + B2O3 )/ Ln2O3 is preferably 0.15 or more, 0.2 or more, and particularly preferably 0.25 or more, and the upper limit is preferably 0.9 or less, 0.6 or less, and particularly preferably 0.5 or less.
本発明において、高屈折率で可視域の透過率に優れたガラスを得るためには、TiO2、Nb2O5、ZrO2の割合を適切に調整することが好ましい。具体的には、質量比でNb2O5/(TiO2+Nb2O5+ZrO2)の下限は0.1以上、0.15以上、特に0.2以上であることが好ましく、上限は0.46以下、0.4以下、特に0.37以下であることが好ましい。 In the present invention, in order to obtain a glass having a high refractive index and excellent transmittance in the visible range, it is preferable to appropriately adjust the ratios of TiO 2 , Nb 2 O 5 and ZrO 2. Specifically, the lower limit of the mass ratio Nb 2 O 5 /(TiO 2 +Nb 2 O 5 +ZrO 2 ) is preferably 0.1 or more, 0.15 or more, and particularly preferably 0.2 or more, and the upper limit is preferably 0.46 or less, 0.4 or less, and particularly preferably 0.37 or less.
本発明において、可視域の透過率に優れたガラスを得るためには、TiO2、Nb2O5及びWO3の合量を適切に調整することが好ましい。具体的には、TiO2+Nb2O5+WO3の含有量は31%以下、29%以下、25%以下、特に20%以下であることが好ましい。ただし、これらの成分の含有量が少なすぎると、所望の高屈折率特性を得にくくなるため、TiO2+Nb2O5+WO3の含有量の下限は10%以上、11%以上、特に12%以上であることが好ましい。 In the present invention, in order to obtain a glass having excellent transmittance in the visible region, it is preferable to appropriately adjust the total amount of TiO 2 , Nb 2 O 5 and WO 3. Specifically, the content of TiO 2 + Nb 2 O 5 + WO 3 is preferably 31% or less, 29% or less, 25% or less, and particularly preferably 20% or less. However, if the contents of these components are too small, it becomes difficult to obtain the desired high refractive index characteristics, so the lower limit of the content of TiO 2 + Nb 2 O 5 + WO 3 is preferably 10% or more, 11% or more, and particularly preferably 12% or more.
本発明において、高屈折率で可視域の透過率に優れたガラスを得るためには、TiO2、Nb2O5及びWO3の割合を適切に調整することが好ましい。具体的には、質量比でNb2O5/(TiO2+Nb2O5+WO3)の下限は0.15以上、0.2以上、特に0.3以上であることが好ましく、上限は0.8以下、0.6以下、特に0.5以下であることが好ましい。 In the present invention, in order to obtain a glass having a high refractive index and excellent transmittance in the visible range, it is preferable to appropriately adjust the ratios of TiO 2 , Nb 2 O 5 and WO 3. Specifically, the lower limit of the mass ratio Nb 2 O 5 /(TiO 2 +Nb 2 O 5 +WO 3 ) is preferably 0.15 or more, 0.2 or more, and particularly preferably 0.3 or more, and the upper limit is preferably 0.8 or less, 0.6 or less, and particularly preferably 0.5 or less.
本発明において、屈折率及び可視域の光透過率を高めるとともに、ガラス化の安定性を向上させるためには、Y2O3とLn2O3の割合を適切に調整することが好ましい。具体的には、Y2O3/Ln2O3の下限は0以上、0.005以上、特に0.01以上であることが好ましく、上限は0.1以下、0.05以下、特に0.3以下であることが好ましい。 In the present invention, in order to increase the refractive index and the light transmittance in the visible range and to improve the stability of vitrification, it is preferable to appropriately adjust the ratio of Y 2 O 3 to Ln 2 O 3. Specifically, the lower limit of Y 2 O 3 /Ln 2 O 3 is preferably 0 or more, 0.005 or more, and particularly preferably 0.01 or more, and the upper limit is preferably 0.1 or less, 0.05 or less, and particularly preferably 0.3 or less.
本発明において、屈折率及び可視域の光透過率を高めるとともに、ガラス化の安定性を向上させるためには、Gd2O3とLn2O3の割合を適切に調整することが好ましい。具体的には、Gd2O3/Ln2O3の下限は0.1以上、特に0.12以上であることが好ましく、上限は0.25以下、特に0.2以下であることが好ましい。 In the present invention, in order to increase the refractive index and the light transmittance in the visible range and to improve the stability of vitrification, it is preferable to appropriately adjust the ratio of Gd 2 O 3 to Ln 2 O 3. Specifically, the lower limit of Gd 2 O 3 /Ln 2 O 3 is preferably 0.1 or more, particularly preferably 0.12 or more, and the upper limit is preferably 0.25 or less, particularly preferably 0.2 or less.
本発明において、屈折率及び可視域の光透過率を高めるとともに、ガラス化の安定性を向上させるためには、TiO2及びB2O3の合量とNb2O5及びWO3の合量の割合を適切に調整することが好ましい。具体的には、(TiO2+B2O3)/(Nb2O5+WO3)の下限は1.6以上、1.8以上、特に2以上であることが好ましく、上限は10以下、4以下、特に3.5以下であることが好ましい。 In the present invention, in order to increase the refractive index and the light transmittance in the visible range and to improve the stability of vitrification, it is preferable to appropriately adjust the ratio of the total amount of TiO2 and B2O3 to the total amount of Nb2O5 and WO3 . Specifically, the lower limit of ( TiO2 + B2O3 )/( Nb2O5 + WO3 ) is preferably 1.6 or more, 1.8 or more, and particularly preferably 2 or more, and the upper limit is preferably 10 or less, 4 or less, and particularly preferably 3.5 or less.
なお、As成分(As2O3等)、Pb成分(PbO等)及びフッ素成分(F2等)は環境負荷が大きいため実質的に含有しないことが好ましい。またBi2O3及びTeO2は着色成分であり、可視域の透過率が低下しやすくなるため、実質的に含有しないことが好ましい。なおここで「実質的に含有しない」とは、意図的に原料として含有させないことを意味し、不可避的不純物の混入を排除するものではない。客観的には、上記各成分の含有量が0.1%未満であることを意味する。 In addition, it is preferable that As components (As 2 O 3 , etc.), Pb components (PbO, etc.) and fluorine components (F 2 , etc.) are not substantially contained because they have a large environmental load. In addition, Bi 2 O 3 and TeO 2 are coloring components, and are likely to reduce the transmittance in the visible range, so it is preferable that they are not substantially contained. Here, "substantially not contained" means that they are not intentionally contained as raw materials, and does not exclude the inclusion of unavoidable impurities. Objectively, it means that the content of each of the above components is less than 0.1%.
Ptは着色成分であり、可視域の透過率が低下しやすくなるため、その含有量は10ppm以下であることが好ましい。 Pt is a coloring component that tends to reduce transmittance in the visible range, so its content is preferably 10 ppm or less.
本発明の光学ガラスは、清澄剤成分Cl、CeO2、SO2、Sb2O3またはSnO2を各々0.1%以下の割合で含有していてもよい。 The optical glass of the present invention may contain fining components Cl, CeO2 , SO2 , Sb2O3 , or SnO2 in a proportion of 0.1% or less each .
本発明の光学ガラスは、(酸素原子のモル数の総和/陽イオンのField Strengthの総和)×100で定義されるガラスの塩基性度が11以上であり、12以上、特に12.5以上であることが好ましい。本発明において「Field Strength(以下F.S.と表記する)」は下記式により求められる。 The optical glass of the present invention has a glass basicity defined as (sum of moles of oxygen atoms/sum of field strengths of cations) x 100 of 11 or more, preferably 12 or more, and particularly preferably 12.5 or more. In the present invention, "field strength (hereinafter abbreviated as F.S.)" is calculated by the following formula:
F.S.=Z/r2(Zはイオン価数、rはイオン半径(Å)を示す) F.S.=Z/ r2 (Z is the ionic valence, and r is the ionic radius (Å))
なお、本発明におけるZ、rの数値は表1の値を用いる。なお、rについては、『化学便覧基礎編 改訂2版(1975年 丸善株式会社発行)』等に記載された値を参照している。ただし、B3+とP5+のイオン半径については、ガラス中で酸素イオンとともに四面体構造を採る(具体的には、B3+またはP5+を中心に、その周りを4つのO2-イオンが配位することにより四面体構造を採る)ことを想定した場合の値である0.32としている。 In the present invention, the values of Z and r are those in Table 1. For r, reference is made to the value described in "Chemical Handbook, Basic Edition, Revised 2nd Edition (published by Maruzen Co., Ltd. in 1975)" and the like. However, the ionic radius of B3 + and P5 + is set to 0.32, which is a value assuming that they form a tetrahedral structure together with oxygen ions in glass (specifically, a tetrahedral structure is formed by coordinating four O2- ions around B3 + or P5 + at the center).
塩基性度は、カチオンによる電子または酸素の拘束状態を示す指標である。塩基性度が大きくなるほど、カチオンによる電子または酸素の拘束が弱くなることを意味する。化学耐久性の低いホウ素元素の周囲に酸素が配置されやすく、ホウ素が安定してガラス中に存在するため、化学耐久性が向上しやすくなる。なお、カチオンによる電子または酸素の拘束が弱くなりすぎると、ガラス化が不安定になり、また逆に化学耐久性が低下する傾向があるため、塩基性度は17以下、16以下、特に15以下であることが好ましい。 Basicity is an index showing the state of electron or oxygen binding by cations. The higher the basicity, the weaker the binding of electrons or oxygen by cations. Oxygen is likely to be arranged around boron, which has low chemical durability, and boron is stable in the glass, which makes it easier to improve chemical durability. If the binding of electrons or oxygen by cations becomes too weak, vitrification becomes unstable and, conversely, chemical durability tends to decrease, so the basicity is preferably 17 or less, 16 or less, and particularly 15 or less.
また、カチオンによる電子または酸素の拘束が弱くなると、TiイオンやNbイオンが酸化状態となりやすく、可視光透過率を低下させないTi4+やNb5+の割合が多くなる傾向がある。これにより、本発明の光学ガラスの可視光透過率を向上させることができる。 Furthermore, when the binding of electrons or oxygen by cations is weakened, Ti ions and Nb ions are more likely to be oxidized, and the proportion of Ti4 + and Nb5 + , which do not reduce the visible light transmittance, tends to increase, thereby improving the visible light transmittance of the optical glass of the present invention.
本発明の光学ガラスの屈折率(nd)の下限は1.95以上であり、1.96以上.1.965以上、1.966以上、1.97以上、特に1.98以上であることが好ましく、上限は2.05以下、2.04以下、2.03以下、2.01以下、特に2.00以下であることが好ましい。屈折率が低すぎると、プロジェクター付きメガネ、眼鏡型またはゴーグル型ディスプレイ、仮想現実(VR)または拡張現実(AR)表示装置、虚像表示装置等のウェアラブル画像表示機器の導光板として使用した場合に、視野角が狭くなる傾向がある。一方、屈折率が高すぎると、ガラスに失透や脈理等の欠陥が増加しやすくなる。 The lower limit of the refractive index (nd) of the optical glass of the present invention is 1.95 or more, preferably 1.96 or more. 1.965 or more, 1.966 or more, 1.97 or more, and particularly preferably 1.98 or more, and the upper limit is preferably 2.05 or less, 2.04 or less, 2.03 or less, 2.01 or less, and particularly preferably 2.00 or less. If the refractive index is too low, the viewing angle tends to be narrow when used as a light guide plate for wearable image display devices such as glasses with projectors, eyeglass-type or goggle-type displays, virtual reality (VR) or augmented reality (AR) displays, and virtual image displays. On the other hand, if the refractive index is too high, the glass is more likely to have defects such as devitrification and striae.
本発明の光学ガラスの着色度λ70は470nm以下、特に460nm以下であることが好ましい。このようにすれば、本発明の光学ガラスを使用したウェアラブル画像表示機器において、使用者が見る像の明るさが高まりやすくなる。 The coloring degree λ70 of the optical glass of the present invention is preferably 470 nm or less, particularly preferably 460 nm or less. In this way, in a wearable image display device using the optical glass of the present invention, the brightness of the image seen by the user tends to be increased.
本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は特に限定されないが、ガラス化の安定性を考慮し、下限は20以上、22以上、特に25以上であることが好ましく、上限は35以下
、32以下、特に30以下であることが好ましい。
The Abbe number (νd) of the optical glass of the present invention is not particularly limited, but in consideration of the stability of vitrification, it is preferable that the lower limit is 20 or more, 22 or more, and particularly 25 or more, and the upper limit is 35 or less, 32 or less, and particularly 30 or less.
本発明の光学ガラスの液相温度は1250℃以下、1200℃以下、1150℃以下、1100℃以下、特に1070℃以下であることが好ましい。このようにすれば、溶融時や成形時に失透しにくいため、量産性が向上しやすくなる。 The liquidus temperature of the optical glass of the present invention is preferably 1250°C or less, 1200°C or less, 1150°C or less, 1100°C or less, and particularly preferably 1070°C or less. This makes it less susceptible to devitrification during melting or molding, which makes it easier to improve mass productivity.
本発明の光学ガラスは、密度が5.5g/cm3以下、5.3g/cm3以下、特に5.1g/cm3以下であることが好ましい。密度が高すぎると、本発明の光学ガラスを使用したウェアラブルデバイスの重量が大きくなり、デバイス装着時の不快感が増す。密度の下限は特に限定されないが、低すぎると光学特性等の他の特性が低下するため、4.0g/cm3以上、特に4.5g/cm3以上であることが好ましい。 The optical glass of the present invention preferably has a density of 5.5 g/cm3 or less , 5.3 g/ cm3 or less, and particularly preferably 5.1 g/cm3 or less . If the density is too high, the weight of a wearable device using the optical glass of the present invention increases, increasing discomfort when wearing the device. There is no particular lower limit to the density, but if it is too low, other properties such as optical properties decrease, so it is preferably 4.0 g/cm3 or more , and particularly preferably 4.5 g/ cm3 or more.
本発明の光学ガラスは、30~300℃における熱膨張係数が95×10-7/℃以下、91×10-7/℃以下、特に88×10-7/℃以下であることが好ましい。熱膨張係数が大きすぎると、サーマルショックによってガラスが割れやすくなる。熱膨張係数の下限は特に限定されないが、低すぎると光学特性等の他の特性が低下するため、75×10-7/℃以上、特に80×10-7/℃以上であることが好ましい。 The optical glass of the present invention preferably has a thermal expansion coefficient at 30 to 300° C. of 95×10 −7 /° C. or less, 91×10 −7 /° C. or less, and particularly preferably 88×10 −7 /° C. or less. If the thermal expansion coefficient is too high, the glass is more likely to break due to thermal shock. There is no particular lower limit for the thermal expansion coefficient, but if it is too low, other properties such as optical properties are reduced, so it is preferably 75×10 −7 /° C. or more, and particularly preferably 80×10 −7 /° C. or more.
本発明の光学ガラスからなる光学ガラス板の肉厚の下限は0.01mm以上、0.02mm以上、0.03mm以上、0.04mm以上、特に0.05mm以上であることが好ましく、上限は5mm以下、3mm以下、1mm以下、0.8mm以下、0.6mm以下、特に0.3mm以下であることが好ましい。光学ガラス板の肉厚が小さすぎると、機械的強度が低下しやすくなる。一方、光学ガラス板の肉厚が大きすぎると、当該光学ガラス板を使用したウェアラブル画像表示機器の重量が大きくなり、デバイス装着時の不快感が増す。 The lower limit of the thickness of the optical glass plate made of the optical glass of the present invention is preferably 0.01 mm or more, 0.02 mm or more, 0.03 mm or more, 0.04 mm or more, and particularly preferably 0.05 mm or more, and the upper limit is preferably 5 mm or less, 3 mm or less, 1 mm or less, 0.8 mm or less, 0.6 mm or less, and particularly preferably 0.3 mm or less. If the thickness of the optical glass plate is too small, the mechanical strength is likely to decrease. On the other hand, if the thickness of the optical glass plate is too large, the weight of the wearable image display device using the optical glass plate increases, increasing the discomfort when wearing the device.
本発明の光学ガラス板の形状は、例えば平面形状が円形、楕円形または矩形等の多角形等の板状である。この場合、光学ガラス板の長径(円形の場合は直径)は50mm以上、80mm以上、100mm以上、120mm以上、150mm以上、160mm以上、170mm以上、180mm以上、190mm以上、特に200mm以上であることが好ましい。光学ガラス板の長径が小さすぎると、ウェアラブル画像表示機器等の用途に使用することが困難になる。また量産性に劣る傾向がある。光学ガラス板の長径の上限は特に限定されないが、現実的には1000mm以下である。 The shape of the optical glass plate of the present invention is, for example, a plate shape having a planar shape of a circle, an ellipse, or a polygon such as a rectangle. In this case, the major axis of the optical glass plate (diameter in the case of a circle) is preferably 50 mm or more, 80 mm or more, 100 mm or more, 120 mm or more, 150 mm or more, 160 mm or more, 170 mm or more, 180 mm or more, 190 mm or more, and particularly 200 mm or more. If the major axis of the optical glass plate is too small, it becomes difficult to use it for applications such as wearable image display devices. In addition, mass productivity tends to be poor. There is no particular limit to the upper limit of the major axis of the optical glass plate, but in reality it is 1000 mm or less.
本発明の光学ガラス板は、プロジェクター付きメガネ、眼鏡型またはゴーグル型ディスプレイ、仮想現実(VR)または拡張現実(AR)表示装置、及び、虚像表示装置から選択されるウェアラブル画像表示機器の構成部材である導光板として好適である。当該導光板は、ウェアラブル画像表示機器のいわゆるメガネレンズ部分に使用され、ウェアラブル画像表示機器が備える画像表示素子から発せられた光を導光して、使用者の瞳に向かって出射する役割を果たす。導光板の表面には、画像表示素子から発せられた光を導光板内部に回折させるための回折格子が設けられていることが好ましい。 The optical glass plate of the present invention is suitable as a light guide plate, which is a component of a wearable image display device selected from glasses with a projector, a glasses-type or goggle-type display, a virtual reality (VR) or augmented reality (AR) display device, and a virtual image display device. The light guide plate is used in the so-called glasses lens portion of the wearable image display device, and serves to guide light emitted from an image display element provided in the wearable image display device and emit it toward the user's pupil. It is preferable that a diffraction grating is provided on the surface of the light guide plate to diffract the light emitted from the image display element inside the light guide plate.
以下に、本発明を実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below using examples, but the present invention is not limited to these examples.
表2は本発明の実施例(No.1~9)及び比較例(No.10)を示す。 Table 2 shows examples of the present invention (No. 1 to 9) and a comparative example (No. 10).
まず表2に示す各組成になるようにガラス原料を調合し、白金ルツボを用いて1200~1350℃で2時間溶融した。溶融ガラスをカーボン板上に流し出し、さらにアニール後、各測定に適した試料を作製した First, the glass raw materials were mixed to obtain the compositions shown in Table 2, and melted in a platinum crucible at 1200-1350°C for 2 hours. The molten glass was poured onto a carbon plate and further annealed to prepare samples suitable for each measurement.
得られた試料について、Pt含有量、耐水性、耐酸性、着色度λ70、液相温度、液相粘度、屈折率(nd)、アッベ数(νd)、密度、熱膨張係数を測定した。結果を表2に示す。 The Pt content, water resistance, acid resistance, coloring degree λ 70 , liquidus temperature, liquidus viscosity, refractive index (nd), Abbe number (νd), density, and thermal expansion coefficient of the obtained sample were measured. The results are shown in Table 2.
Pt含有量は、粉砕したガラス試料をHF、HCLO4、HNO3及びHClを含む混酸により分解後、ICP質量分析装置により測定した。 The Pt content was measured by an ICP mass spectrometer after decomposing the crushed glass sample with a mixed acid containing HF, HClO 4 , HNO 3 and HCl.
耐水性及び耐酸性は、JOGISに定める粉末法に基づき測定した。 Water resistance and acid resistance were measured using the powder method specified in JOGIS.
着色度λ70は以下のようにして測定した。光学研磨された厚さ10mm±0.1mmの試料について、分光光度計(株式会社島津製作所製UV-3100)を用いて、表面反射損失を含む光透過率(直線透過率)を0.5nm間隔で測定した。測定により得られた光透過率曲線から光透過率が70%となる波長を読み取った。 The coloring degree λ 70 was measured as follows. For an optically polished sample having a thickness of 10 mm±0.1 mm, the light transmittance (linear transmittance) including the surface reflection loss was measured at intervals of 0.5 nm using a spectrophotometer (UV-3100 manufactured by Shimadzu Corporation). The wavelength at which the light transmittance became 70% was read from the light transmittance curve obtained by the measurement.
液相温度及び液相粘度は以下のようにして測定した。 The liquidus temperature and liquidus viscosity were measured as follows:
電気炉で1200℃-0.5時間の条件でガラスを再溶融後、温度勾配を有する電気炉で18時間保持した後、電気炉から取り出して空気中で放冷し、光学顕微鏡で失透物の析出位置を求めることで測定した。 The glass was remelted in an electric furnace at 1200°C for 0.5 hours, then held in an electric furnace with a temperature gradient for 18 hours, then removed from the furnace and allowed to cool in air, and the positions of devitrified matter were measured using an optical microscope.
別途、塊状のガラス試料をアルミナ製坩堝に投入し、加熱融解した。得られたガラス融液について、白金球引き上げ法によって複数の温度におけるガラスの粘度を求めた。続いて、ガラス粘度の計測値を用いて、Vogel-Fulcher式の定数を算出して粘度曲線を作成した。 Separately, a lump glass sample was placed in an alumina crucible and heated to melt. The viscosity of the resulting molten glass was measured at multiple temperatures using the platinum ball pulling method. Next, the measured glass viscosity was used to calculate the constants of the Vogel-Fulcher equation and create a viscosity curve.
以上のようにして求めた液相温度と粘度曲線を用いて、液相温度に相当する粘度(液相粘度)を求めた。 The liquidus temperature and viscosity curve obtained in the above manner were used to determine the viscosity corresponding to the liquidus temperature (liquidus viscosity).
屈折率はヘリウムランプのd線(587.6nm)に対する測定値で示した。アッベ数は、上記d線の屈折率と、水素ランプのF線(486.1nm)、同じく水素ランプのC線(656.3nm)の屈折率の値を用い、アッベ数(νd)=[(nd-1)/(nF-nC)]の式から算出した。 The refractive index is shown as a measured value for the d line (587.6 nm) of a helium lamp. The Abbe number was calculated from the Abbe number (νd) = [(nd-1)/(nF-nC)] using the refractive index of the d line, the F line (486.1 nm) of a hydrogen lamp, and the C line (656.3 nm) of a hydrogen lamp.
密度は、重さ約10gのガラスサンプルを用いて、アルキメデス法によって測定した。 The density was measured by Archimedes' method using a glass sample weighing approximately 10 g.
熱膨張係数は、約5φ×20mmに成形したガラスサンプルを用いてディラトメーターにより、30~300℃の温度範囲で測定した。 The thermal expansion coefficient was measured using a dilatometer over a temperature range of 30 to 300°C using glass samples molded to approximately 5φ x 20 mm.
表2に示すように、実施例であるNo.1~9の試料は、塩基性度が11.6~17であり、耐水性、耐酸性ともに1級であった。また屈折率は1.952~2.04と高かった。一方、比較例であるNo.10の試料は、塩基性度が9.3であり、耐酸性が4級と劣っており、屈折率が1.81と低かった。 As shown in Table 2, the samples No. 1 to No. 9, which are examples, had a basicity of 11.6 to 17, and were both Class 1 in terms of water resistance and acid resistance. They also had high refractive indices of 1.952 to 2.04. On the other hand, the sample No. 10, which is a comparative example, had a basicity of 9.3, poor Class 4 acid resistance, and a low refractive index of 1.81.
本発明の光学ガラスは、プロジェクター付きメガネ、眼鏡型またはゴーグル型ディスプレイ、仮想現実(VR)または拡張現実(AR)表示装置、及び、虚像表示装置から選択されるウェアラブル画像表示機器に使用される導光板として好適である。 The optical glass of the present invention is suitable as a light guide plate for use in a wearable image display device selected from glasses with a projector, a glasses-type or goggle-type display, a virtual reality (VR) or augmented reality (AR) display device, and a virtual image display device.
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