WO2025070533A1 - 光学ガラス、光学素子、導光板、及びウェアラブル画像表示機器 - Google Patents
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- WO2025070533A1 WO2025070533A1 PCT/JP2024/034259 JP2024034259W WO2025070533A1 WO 2025070533 A1 WO2025070533 A1 WO 2025070533A1 JP 2024034259 W JP2024034259 W JP 2024034259W WO 2025070533 A1 WO2025070533 A1 WO 2025070533A1
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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Definitions
- the present invention relates to optical glass used as a light guide plate for wearable image display devices.
- Glass is used as a component of 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.
- the glass functions, for example, as a see-through light guide plate, allowing the user to see the image displayed on the glass while looking at the outside scenery through the glass. It is also possible to realize a 3D display using technology that projects different images to the left and right sides of the glasses, or to realize a virtual reality space using technology that uses the crystalline lens of the eye to connect to the retina.
- the glass is required to have a high refractive index and high light transmittance in terms of widening the angle of images, increasing brightness and contrast, and improving light guide properties (see, for example, Patent Document 1).
- the present invention aims to provide an optical glass that combines a high refractive index with high light transmittance and is easy to mass-produce.
- the optical glass of Aspect 1 is characterized by containing, by mass%, 0-15% SiO 2 , 5-40% TiO 2 , and 5-50% La 2 O 3 , having a mass ratio of (Nb 2 O 5 +La 2 O 3 )/TiO 2 of 1.5 or more, and a refractive index nd of 2.03 or more.
- the optical glass of embodiment 2 contains, by mass%, 0-15% SiO 2 , 5-less than 20% TiO 2 , 8-50% La 2 O 3 , 2-30% Nb 2 O 5 , 0-15% Gd 2 O 3 , 0-less than 10% BaO, 0-0.1% B 2 O 3 , 0-5% Al 2 O 3 , and 0-10% MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO, and has a mass ratio of (Nb 2 O 5 +La 2 O 3 )/TiO 2 2.0 or more, (La 2 O 3 +Gd 2 O 3 +Y 2 O 3 +Yb 2 O 3 )/(SiO 2 +B 2 O 3 ). It is characterized in that it is 3.500 or more.
- the optical glass of embodiment 3 contains, by mass%, 0-15% SiO 2 , 20-40% TiO 2 , 5-50% La 2 O 3 , 0-2.5% B 2 O 3 , 0-3% Al 2 O 3 , 0.1% or more MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO, and 0-2% Li 2 O+Na 2 O+K 2 O, and has, by mass ratio, (Nb 2 O 5 +La 2 O 3 )/TiO 2 1.5 or more, TiO 2 /ZrO 2 2.9 or more, (MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La 2 O 3 +Gd 2 O 3 +Y 2 O 3 +Yb 2 O 3 ) 0.4 or less, and B 2 O 3 /La 2 O 3 0.10 or less.
- the optical glass of embodiment 4 contains SiO2, TiO2 , La2O3 , Nb2O5 , and ZrO2 as essential components, and is characterized in that the mass ratios of ( Nb2O5 + La2O3 )/ TiO2 are 1.5 or more, and HfO2 / TiO2 are 0.001 or more.
- the optical glass of aspect 6 is any one of aspects 1 to 5, and preferably has an Abbe number ⁇ d of 30 or less.
- the optical glass of Aspect 7, in any one of Aspects 1 to 6, preferably has an internal transmittance ⁇ 450 of 70% or more at a wavelength of 450 nm when the glass has a thickness of 10 mm.
- the optical glass of Aspect 8 in any one of Aspects 1 to 7, preferably has a density of 6.0 g/cm 3 or less.
- the optical glass of aspect 9 is preferably in the form of a plate having a thickness of 1 mm or less in any one of aspects 1 to 8.
- the major axis of the main surface is 100 mm or more.
- optical element of aspect 11 is characterized in that it is made of an optical glass of any one of aspects 1 to 10.
- the light guide plate of aspect 12 is characterized in that it is made of the optical glass of any one of aspects 1 to 10.
- the light guide plate of aspect 13 is preferably used in a wearable image display device selected from projector-equipped glasses, eyeglass-type or goggle-type displays, virtual reality or augmented reality display devices, and virtual image display devices in aspect 12.
- the wearable image display device of aspect 14 preferably includes the light guide plate described in aspect 12 or aspect 13.
- the present invention makes it possible to provide optical glass that combines a high refractive index with high light transmittance and is easy to mass-produce.
- the optical glass of the present invention is characterized by containing, by mass%, 0 to 15% SiO 2 , 5 to 40% TiO 2 , and 5 to 50% La 2 O 3 , having a mass ratio of (Nb 2 O 5 +La 2 O 3 )/TiO 2 of 1.5 or more, and having a refractive index nd of 2.03 or more (optical glass A).
- SiO 2 is a glass skeleton component and is a component that improves the stability of vitrification. It is also a component that tends to reduce the thermal expansion coefficient of glass.
- the content of SiO 2 is preferably 0 to 15%. More specifically, the lower limit of the content of SiO 2 is preferably 0% or more, 1% or more, 2% or more, 2.5% or more, 4% or more, 5% or more, and particularly 6% or more.
- the upper limit of the content of SiO 2 is preferably 15% or less, 12% or less, and particularly 11% or less.
- SiO 2 is too high, the melting temperature tends to be high, and transition metal components such as Nb and Ti are reduced to cause absorption in the visible range (reduction color occurs), so the internal transmittance of the glass tends to decrease. That is, the light transmittance in the visible range tends to decrease. In addition, the refractive index tends to decrease. From the viewpoint of improving the stability of vitrification, it is preferable to contain SiO 2 as an essential component.
- TiO 2 is an essential component for increasing the refractive index of glass. It is also an effective component for reducing the density of glass.
- the content of TiO 2 is preferably 5 to 40%. More specifically, the lower limit of the content of TiO 2 is preferably 5% or more, 5.5% or more, 10% or more, 14% or more, 15% or more, and particularly 16% or more.
- the upper limit of the content of TiO 2 is preferably 40% or less, 35% or less, and particularly 30% or less. If the content of TiO 2 is too low, it is difficult to obtain the above effect. If the content of TiO 2 is too high, in addition to being difficult to vitrify, the influence of the reduction color when the glass is reduced becomes large, and the light transmittance in the visible range is likely to decrease.
- the content of TiO 2 is preferably 5 to less than 20%, and particularly 5 to 19.9%. Furthermore, particularly from the viewpoint of lowering the density of the glass, the content of TiO 2 is preferably 20 to 40%, particularly preferably 23 to 40%.
- La 2 O 3 is an essential component that increases the refractive index and improves the stability of vitrification.
- the content of La 2 O 3 is preferably 5 to 50%. More specifically, the lower limit of the content of La 2 O 3 is preferably 5% or more, 7.5% or more, 8% or more, 10% or more, 14% or more, 15% or more, 18% or more, 20% or more, 22% or more, 25% or more, 26% or more, and particularly preferably 30% or more.
- the upper limit of the content of La 2 O 3 is preferably 50% or less, 48% or less, and particularly preferably 45% or less. If the content of La 2 O 3 is too low, it becomes difficult to obtain the above effects. If the content of La 2 O 3 is too high, vitrification becomes unstable and mass productivity tends to be poor. In addition, the density tends to be high.
- Nb 2 O 5 is a component that significantly increases the refractive index of glass.
- the content of Nb 2 O 5 is preferably 0 to 30%. More specifically, the lower limit of the content of Nb 2 O 5 is preferably 0% or more, 1% or more, 2% or more, 3% or more, 4% or more, and particularly preferably 5% or more.
- the upper limit of the content of Nb 2 O 5 is preferably 30% or less, 25% or less, 20% or less, 18% or less, and particularly preferably 16% or less. If the content of Nb 2 O 5 is too high, it becomes difficult to vitrify. In particular, from the viewpoint of increasing the refractive index, it is preferable to contain Nb 2 O 5 as an essential component.
- the content of Nb 2 O 5 + La 2 O 3 (the total amount of Nb 2 O 5 and La 2 O 3 ) is preferably 7.5% or more, 10% or more, 15% or more, 20% or more, 21% or more, 24% or more, 25% or more, 30% or more, 35% or more, and particularly 40% or more. If the content of Nb 2 O 5 + La 2 O 3 is too small, it becomes difficult to obtain the above-mentioned effect.
- the upper limit of the content of Nb 2 O 5 + La 2 O 3 is preferably 80% or less, 75% or less, 70% or less, 65% or less, and particularly 60% or less.
- (Nb 2 O 5 + La 2 O 3 )/TiO 2 is preferably 1.5 or more, 1.51 or more, particularly 1.55 or more.
- (Nb 2 O 5 + La 2 O 3 )/TiO 2 is preferably 1.5 or more, 1.51 or more, particularly 1.55 or more.
- the ratio of TiO 2 is too high, devitrified substances containing TiO 2 are likely to precipitate. Therefore, by setting (Nb 2 O 5 + La 2 O 3 )/TiO 2 to the above value, it becomes easier to obtain a stable glass with a high refractive index.
- the upper limit of (Nb 2 O 5 + La 2 O 3 )/TiO 2 is 10 or less, 8 or less, 6 or less, particularly 3 or less.
- " ( Nb2O5 + La2O3 )/ TiO2 means a value obtained by dividing the content of Nb2O5 + La2O3 by the content of TiO2 .
- optical glass A may have the following configuration:
- the content of TiO 2 +Nb 2 O 5 (total amount of TiO 2 and Nb 2 O 5 ) is preferably 5% or more, 7% or more, 7.5% or more, 10% or more, 15% or more, 20% or more, 21% or more, 24% or more, and particularly preferably 25% or more. If the content of TiO 2 +Nb 2 O 5 is too small, it becomes difficult to obtain the above-mentioned effect.
- the upper limit of the content of TiO 2 +Nb 2 O 5 is preferably 60% or less, 50% or less, and particularly preferably 40% or less.
- ZrO2 is a component that easily increases the refractive index.
- the content of ZrO2 is preferably 0 to 15%. More specifically, the lower limit of the content of ZrO2 is preferably 0% or more, 1% or more, or 2% or more, and the upper limit of the content of ZrO2 is preferably 15% or less, 12% or less, 10% or less, and particularly preferably 9% or less. If the content of ZrO2 is too high, vitrification becomes unstable. In particular, from the viewpoint of increasing the refractive index, it is preferable to contain ZrO2 as an essential component.
- Gd 2 O 3 is a component that increases the refractive index and improves the stability of vitrification.
- the content of Gd 2 O 3 is preferably 0 to 20%. More specifically, the lower limit of the content of Gd 2 O 3 is preferably 0% or more, 1% or more, and particularly preferably 2% or more.
- the upper limit of the content of Gd 2 O 3 is preferably 20% or less, 15% or less, 13% or less, 10% or less, 7% or less, and particularly preferably 6% or less. If the content of Gd 2 O 3 is too high, the vitrification tends to become unstable and mass productivity tends to be poor. In addition, the density tends to increase.
- Y 2 O 3 is a component that increases the refractive index and chemical durability, and increases the Young's modulus.
- the content of Y 2 O 3 is preferably 0 to 15%. More specifically, the lower limit of the content of Y 2 O 3 is preferably 0% or more, 0.1% or more, 1% or more, and particularly preferably 2% or more.
- the upper limit of the content of Y 2 O 3 is preferably 15% or less, 12% or less, 10% or less, 7% or less, and particularly preferably 5% or less. If the content of Y 2 O 3 is too high, the melting temperature tends to be high. In addition, vitrification tends to be unstable.
- Yb 2 O 3 is a component that increases the refractive index.
- the content of Yb 2 O 3 is preferably 0 to 15%. More specifically, the lower limit of the content of Yb 2 O 3 is preferably 0% or more, 0.1% or more, 1% or more, 2% or more, 2.5% or more, and particularly preferably 3% or more.
- the upper limit of the content of Yb 2 O 3 is preferably 15% or less, 12% or less, 10% or less, 9% or less, and particularly preferably 7% or less. If the content of Yb 2 O 3 is too high, the density of the glass is likely to increase. In addition, devitrification and striae are likely to occur.
- the content of La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 (total amount of La2O3 , Gd2O3 , Y2O3 and Yb2O3 ) is preferably 5% or more, 10 % or more , 15% or more , 20 % or more, 25% or more, 30% or more, particularly preferably 35% or more. If the content of La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 is too small, it becomes difficult to obtain the above - mentioned effect.
- the upper limit of the content of La 2 O 3 +Gd 2 O 3 +Y 2 O 3 +Yb 2 O 3 is preferably 79.9% or less, 75% or less, 70% or less, 65% or less, 60% or less, particularly preferably 55% or less.
- WO3 is a component that easily stabilizes vitrification.
- the content of WO3 is preferably 0 to 15%. More specifically, the lower limit of the content of WO3 is preferably 0% or more, particularly 0.1% or more.
- the upper limit of the content of WO3 is preferably 15% or less, 12% or less, 10% or less, 5% or less, less than 3%, 2% or less, particularly 1% or less. If the content of WO3 is too high, the light transmittance tends to decrease. Also, the density tends to increase.
- HfO2 is a component that increases the crystallization temperature and improves the devitrification resistance of the glass.
- the content of HfO2 is preferably 0 to 1%. More specifically, the lower limit of the content of HfO2 is preferably 0% or more, 0.01% or more, and particularly preferably 0.05% or more.
- the upper limit of the content of HfO2 is preferably 1% or less, 0.8% or less, 0.5% or less, 0.3% or less, and particularly preferably 0.2% or less. If the content of HfO2 is too high, the density tends to be high.
- Ta 2 O 5 is a component that increases the refractive index, but if its content is too high, phase separation and devitrification are likely to occur.
- the upper limit of the content of Ta 2 O 5 is 15% or less, 12% or less, 10% or less, 5% or less, 3% or less, 1% or less, and it is particularly preferable that it is not substantially contained, and the lower limit of the content of Ta 2 O 5 is preferably 0% or more.
- the lower limit of the content of Ta 2 O 5 may be 0.01% or more.
- substantially not contained means that it is not intentionally contained as a raw material, and does not exclude the inclusion of unavoidable impurities. Objectively, it means that the content of each of the above components is less than 0.01%.
- MgO, CaO and SrO are components that stabilize vitrification, but if their content is too high, the refractive index tends to decrease. Therefore, the content of MgO + CaO + SrO (the total amount of MgO, CaO and SrO) is preferably 0 to 15%. More specifically, the upper limit of the content of MgO + CaO + SrO is preferably 15% or less, 10% or less, 5% or less, 3% or less, 2% or less, and especially 1% or less, and the lower limit of MgO + CaO + SrO is preferably 0% or more.
- the lower limit of the content of MgO + CaO + SrO may be 0.01% or more, and especially 0.02% or more.
- the upper limit of the content of each component of MgO, CaO and SrO is preferably 15% or less, 10% or less, 5% or less, 3% or less, 2% or less, and especially 1% or less, and the lower limit is preferably 0% or more.
- the lower limit of the content of each of the components MgO, CaO, and SrO may be set to 0.01% or more, particularly 0.02% or more.
- the BaO content is preferably 0 to 15%. More specifically, the upper limit of the BaO content is preferably 15% or less, 14% or less, 12% or less, or 11% or less, and especially less than 10%, and the lower limit of the BaO content is preferably 0% or more. However, from the viewpoint of increasing the refractive index, the lower limit of the BaO content may be 0.1% or more, 0.5% or more, 1% or more, and especially 2% or more.
- the ZnO is a component that tends to improve the stability of vitrification.
- the ZnO content is preferably 0-15%. More specifically, the lower limit of the ZnO content is preferably 0% or more, and particularly preferably 0.1% or more, and the upper limit of the ZnO content is preferably 15% or less, 12% or less, 10% or less, and particularly preferably 8% or less. If the ZnO content is too high, the refractive index tends to decrease.
- the content of MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO (the total amount of MgO, CaO, SrO, BaO and ZnO) is preferably 0 to 15%. More specifically, the upper limit of the content of MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO is preferably 15% or less, 12% or less, and especially 10% or less, and the lower limit of the content of MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO is preferably 0% or more. However, when emphasis is placed on stabilizing vitrification and reducing density, the lower limit of the content of MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO is preferably 0.1% or more, and especially 0.2% or more.
- Li 2 O, Na 2 O and K 2 O can be contained for the purpose of adjusting the melt viscosity, but if the content is too high, the vitrification becomes unstable and the refractive index may decrease. Therefore, the content of Li 2 O + Na 2 O + K 2 O (total amount of Li 2 O, Na 2 O and K 2 O) is preferably 0 to 2%. More specifically, the upper limit of the content of Li 2 O + Na 2 O + K 2 O is preferably 2% or less, 1% or less, 0.5% or less, and particularly preferably substantially not contained, and the lower limit of the content of Li 2 O + Na 2 O + K 2 O is preferably 0% or more.
- the lower limit of the content of Li 2 O + Na 2 O + K 2 O may be 0.01% or more.
- the upper limit of the content of each of Li2O , Na2O and K2O components is 2% or less, 1% or less, 0.5% or less, and it is particularly preferable that they are not substantially contained, and the lower limit of the content of each of Li2O , Na2O and K2O components is preferably 0% or more.
- the lower limit of the content of each of Li2O , Na2O and K2O components may be 0.01% or more.
- B 2 O 3 is a component that contributes to the stability of vitrification, but if its content is too high, the refractive index is likely to decrease. Therefore, the content of B 2 O 3 is preferably 0 to 15%. More specifically, the upper limit of the content of B 2 O 3 is preferably 15% or less, 10% or less, 9% or less, 5% or less, and particularly 2.5% or less, and the lower limit of the content of B 2 O 3 is preferably 0% or more. However, from the viewpoint of increasing the stability of vitrification, the lower limit of the content of B 2 O 3 may be 0.01% or more, and particularly 0.1% or more.
- the content of SiO 2 +B 2 O 3 (total amount of SiO 2 and B 2 O 3 ) is preferably 0 to 15%. More specifically, the upper limit of the content of SiO 2 +B 2 O 3 is preferably 15% or less, 10% or less, and particularly 9.4% or less, and the lower limit of the content of SiO 2 +B 2 O 3 may be 0% or more. On the other hand, from the viewpoint of stabilizing vitrification, the lower limit of the content of SiO 2 +B 2 O 3 is preferably 1% or more, 2% or more, 3% or more, and particularly 5% or more.
- Al 2 O 3 is a component that contributes to the stability of vitrification, but if its content is too high, the refractive index is likely to decrease. Therefore, the content of Al 2 O 3 is preferably 0 to 5%. More specifically, the upper limit of the content of Al 2 O 3 is preferably 5% or less, 3% or less, 2% or less, 1% or less, 0.2% or less, and particularly preferably 0.1% or less, and the lower limit of the content of Al 2 O 3 is preferably 0% or more. However, from the viewpoint of improving the stability of vitrification, the lower limit of the content of Al 2 O 3 may be 0.01% or more.
- Ga 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton as an intermediate oxide and expands the vitrification range. It also has the effect of increasing the refractive index.
- the content of Ga 2 O 3 is preferably 0 to 10%. More specifically, the lower limit of the content of Ga 2 O 3 is preferably 0% or more, 1% or more, and particularly 2% or more, and the upper limit of the content of Ga 2 O 3 is preferably 10% or less, 7% or less, 6% or less, 5% or less, and particularly 4% or less. If the content of Ga 2 O 3 is too high, it becomes difficult to vitrify. In addition, the raw material cost tends to be high.
- GeO2 is a component that forms a glass skeleton as a glass network forming component and expands the vitrification range.
- the content of GeO2 is preferably 0 to 10%. More specifically, the lower limit of the content of GeO2 is preferably 0% or more, 1% or more, and particularly 2% or more, and the upper limit of the content of GeO2 is preferably 10% or less, 7% or less, 6% or less, 5% or less, and particularly 4% or less. If the content of GeO2 is too high, it becomes difficult to vitrify. In addition, the raw material cost tends to be high.
- the As component (As 2 O 3 , etc.), the Pb component (PbO, etc.) and the fluorine component (F 2 , etc.) are not substantially contained because they have a large environmental load.
- Bi 2 O 3 and TeO 2 are coloring components and tend to reduce the transmittance in the visible range. Therefore, the content of Bi 2 O 3 is preferably 0 to 1%.
- the upper limit of the content of Bi 2 O 3 is preferably 1% or less, 0.1% or less, or 0.01% or less, and it is particularly preferable that it is not substantially contained.
- the content of TeO 2 is preferably 0 to 1%.
- the upper limit of the content of TeO 2 is preferably 1% or less, 0.1% or less, or 0.01% or less, and it is particularly preferable that it is not substantially contained.
- Fe 2 O 3 , Pt and Rh are coloring components, and the visible transmittance is easily decreased, so the content is preferably particularly small.
- the content of Fe 2 O 3 is preferably less than 0.01%, less than 0.005%, less than 0.001%, less than 0.0005%, particularly less than 0.0001%, and the lower limit of the content of Fe 2 O 3 is preferably 0.00001% or more.
- the content of Pt is preferably 20 ppm or less, 10 ppm or less, particularly 5 ppm or less.
- the content of Rh is preferably 1 ppm or less, 0.1 ppm or less, 0.01 ppm or less, particularly less than 0.01 ppm, and the lower limit of the content of Rh is preferably 0.001 ppm or more.
- the lower limit of the Pt content is preferably 0.1 ppm or more, particularly preferably 0.5 ppm or more.
- the optical glass of the present invention may contain 0 to 0.1% of each of the fining components Cl, CeO 2 , SO 2 , Sb 2 O 3 or SnO 2 .
- the mass ratio ( TiO2 + Nb2O5 )/ SiO2 is preferably more than 1, 2 or more, 2.5 or more, and particularly 3.0 or more.
- the upper limit is preferably 10 or less, 8.0 or less, 6.1 or less, 4.0 or less, less than 3.7, and particularly 3.6 or less.
- ( TiO2 + Nb2O5 )/ SiO2 means the value obtained by dividing the content of TiO2+Nb2O5 (the total amount of TiO2 and Nb2O5 ) by the content of SiO2 .
- the mass ratio of TiO2 / ZrO2 is 2 or more, 2.2 or more, 2.5 or more, 2.9 or more, and particularly 2.91 or more.
- the upper limit of TiO2 / ZrO2 may be 20 or less, 15 or less, and particularly 12 or less.
- TiO2 / ZrO2 means the value obtained by dividing the TiO2 content by the ZrO2 content.
- the mass ratio ( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 )/( SiO2 + B2O3 ) is preferably 1.000 or more, 1.500 or more, 2.000 or more, 3.500 or more, 3.800 or more, 4.000 or more, 4.300 or more, 4.500 or more, 4.800 or more, 5.100 or more, 5.200 or more, 5.400 or more, 5.500 or more, and particularly preferably 5.600 or more.
- the upper limit of ( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 )/ ( SiO2 + B2O3 ) is preferably 20.000 or less, 15.000 or less, 12.000 or less, 10.000 or less, 8.000 or less, particularly preferably 7.000 or less.
- “( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 ) / ( SiO2 + B2O3 ) means the value obtained by dividing the content of La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 by the content of SiO2 + B2O3 .
- the mass ratio of HfO2 / TiO2 is preferably 0.02 or less, 0.01 or less, 0.009 or less, particularly preferably 0.005 or less, and the lower limit of HfO2 / TiO2 is preferably 0 or more.
- the lower limit of HfO2 / TiO2 is preferably 0.001 or more, particularly preferably 0.002 or more.
- HfO2 / TiO2 means the value obtained by dividing the content of HfO2 by the content of TiO2 .
- the mass ratio (MgO+CaO+SrO+BaO+ ZnO )/( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 ) is preferably 0.7 or less, 0.5 or less, particularly preferably 0.4 or less, and the lower limit of (MgO+CaO+ SrO + BaO + ZnO )/ ( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 ) is preferably 0 or more.
- the lower limit of (MgO + CaO+ SrO +BaO+ ZnO )/( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 ) is preferably 0.001 or more, particularly 0.01 or more.
- “(MgO+CaO+ SrO + BaO + ZnO )/( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 )” means the value obtained by dividing the content of MgO+CaO+SrO+ BaO +ZnO by the content of La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 .
- the mass ratio of (MgO+CaO+SrO+BaO+ ZnO )/( La2O3 + TiO2 + Nb2O5 ) is preferably 0.5 or less, 0.4 or less, 0.3 or less, and particularly preferably 0.2 or less, and the lower limit of (MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/ ( La2O3 + TiO2 + Nb2O5 ) is preferably 0 or more.
- the lower limit of (MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/ ( La2O3 + TiO2 + Nb2O5 ) is preferably 0.001 or more , 0.01 or more, and particularly preferably 0.02 or more.
- “(MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO) / ( La2O3 + TiO2 + Nb2O5 )” means the value obtained by dividing the content of MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO by the content of La2O3 + TiO2 + Nb2O5 .
- the mass ratio of ZnO/ Y2O3 is preferably 50 or less, particularly 40 or less, and the lower limit of ZnO/ Y2O3 is preferably 0 or more.
- the lower limit of ZnO/ Y2O3 may be 0.01 or more. Note that "ZnO/Y2O3 " means the value obtained by dividing the ZnO content by the Y2O3 content .
- the mass ratio of B2O3/La2O3 is preferably less than 1, 0.9 or less, 0.5 or less, particularly 0.10 or less, and the lower limit of B2O3/La2O3 is preferably 0 or more .
- the lower limit of B2O3 / La2O3 may be 0.01 or more .
- B2O3 / La2O3 means the value obtained by dividing the content of B2O3 by the content of La2O3 .
- the mass ratio of B2O3 / SiO2 is preferably 1 or less, 0.9 or less, particularly preferably 0.5 or less, and the lower limit of B2O3 / SiO2 is preferably 0 or more.
- the lower limit of B2O3/SiO2 may be 0.01 or more. Note that B2O3/SiO2 means the value obtained by dividing the content of B2O3 by the content of SiO2 .
- the preferred composition ranges of the optical glass A are, in mass %, 0-15% SiO 2 , 5-40% TiO 2 , 7.5-50% La 2 O 3 , 0-30% Nb 2 O 5 , and 7.5-80% Nb 2 O 5 +La 2 O 3 , and the mass ratio is preferably (Nb 2 O 5 +La 2 O 3 )/TiO 2 1.5 or more, and the preferred ranges are, in mass %, 0-12% SiO 2 , 10-35% TiO 2 , 14-48% La 2 O 3 , 1-20% Nb 2 O 5 , and 15-75% Nb 2 O 5 +La 2 O 3 , and the mass ratio is preferably (Nb 2 O 5 +La 2 O 3 )/TiO 2 .
- the mass ratio of (Nb 2 O 5 + La 2 O 3 )/TiO 2 is 1.5 or more, and the mass percentages are, in mass%, SiO 2 0-12%, TiO 2 14-35%, La 2 O 3 20-45%, Nb 2 O 5 1-20%, and Nb 2 O 5 +La 2 O 3 21-70%.
- the mass ratio of (Nb 2 O 5 +La 2 O 3 )/TiO 2 is 1.5 or more, and the mass percentages are, in mass%, SiO 2 0-12%, TiO 2 16-35%, La 2 O 3 22-45%, Nb 2 O 5 2-20%, Nb 2 O 5 +La 2 O 3 24-60%, ZrO 2 0-15%, HfO 2 It is further preferable that the mass percentages are 0-1%, and the mass ratio of (Nb 2 O 5 +La 2 O 3 )/TiO 2 is 1.5 or more, and it is particularly preferable that the mass percentages are 1-12% SiO 2 , 16-35% TiO 2 , 22-45% La 2 O 3 , 2-20% Nb 2 O 5 , 24-60% Nb 2 O 5 +La 2 O 3 , 1-15% ZrO 2 , and 0.01-1% HfO 2 , and the mass ratio of (Nb 2 O 5 +La 2 O 3 )/TiO 2 is 1.5 or more.
- the optical glass of this embodiment satisfies the above-mentioned requirements, resulting in a high Abbe number, excellent glass stability, and an easy-to-lower glass transition temperature. It also makes it easy to reduce density. Therefore, the optical glass of this embodiment combines a high refractive index with high light transmittance, and is easy to mass-produce.
- the optical glass of the present invention contains, by mass%, 0-15% SiO 2 , 5 to less than 20% TiO 2 , 8-50% La 2 O 3 , 2-30% Nb 2 O 5 , 0-15% Gd 2 O 3 , 0 to less than 10% BaO, 0-0.1% B 2 O 3 , 0-5% Al 2 O 3 , and 0-10% MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO, and has a mass ratio of (Nb 2 O 5 +La 2 O 3 )/TiO 2 2.0 or more, and (La 2 O 3 +Gd 2 O 3 +Y 2 O 3 +Yb 2 O 3 )/(SiO 2 +B 2 O 3 ).
- optical glass B 3.500 or more (optical glass B).
- the description of configurations that overlap with those of optical glass A may be omitted.
- the preferred configurations described in the description of optical glass A may be adopted.
- the content of SiO 2 is preferably 0 to 15%. More specifically, from the viewpoint of suppressing an increase in the melting temperature and a decrease in the internal transmittance, and suppressing a decrease in the refractive index, the upper limit of the content of SiO 2 is preferably 15% or less, 12% or less, and particularly 11% or less, and the lower limit of the content of SiO 2 may be 0% or more. However, from the viewpoint of improving the stability of vitrification and decreasing the thermal expansion coefficient of glass, the lower limit of the content of SiO 2 is preferably 1% or more, 2% or more, 2.5% or more, 3% or more, 5% or more, and particularly 6% or more.
- the content of TiO2 is preferably 5 to less than 20%, particularly preferably 5 to 19.9%. More specifically, from the viewpoint of increasing the refractive index of the glass and decreasing the density of the glass, the lower limit of the content of TiO2 is preferably 5% or more, 10% or more, 15% or more, particularly preferably 17% or more. Also, from the viewpoint of increasing the light transmittance in the visible range, the upper limit of the content of TiO2 is preferably less than 20%, 19.9% or less, 19.8% or less, 19.7% or less, particularly preferably 19.5% or less.
- the content of La 2 O 3 is preferably 8 to 50%. More specifically, from the viewpoint of increasing the refractive index and improving the stability of vitrification, the lower limit of the content of La 2 O 3 is preferably 8% or more, 10% or more, 14% or more, 15% or more, 18% or more, 20% or more, 22% or more, 25% or more, 26% or more, and particularly preferably 30% or more. In addition, from the viewpoint of suppressing the decrease in devitrification resistance and the increase in density, the upper limit of the content of La 2 O 3 is preferably 50% or less, 48% or less, and particularly preferably 45% or less.
- the content of Nb 2 O 5 is preferably 2 to 30%. More specifically, from the viewpoint of significantly increasing the refractive index, the lower limit of the content of Nb 2 O 5 is preferably 2% or more, 3% or more, 4% or more, and particularly preferably 5% or more. Also, from the viewpoint of stabilizing vitrification, the upper limit of the content of Nb 2 O 5 is preferably 30% or less, 25% or less, 20% or less, 18% or less, and particularly preferably 16% or less.
- the content of ZrO2 is preferably 0 to 15%. More specifically, from the viewpoint of stabilizing vitrification, the upper limit of the content of ZrO2 is preferably 15% or less, 12% or less, 10% or less, and particularly 9% or less, and the lower limit of the content of ZrO2 may be 0% or more. However, from the viewpoint of increasing the refractive index, the lower limit of the content of ZrO2 is preferably 1% or more, 2% or more, and particularly 4% or more.
- the content of Gd 2 O 3 is preferably 0 to 15%. More specifically, from the viewpoint of suppressing a decrease in mass productivity and an increase in density, the upper limit of the content of Gd 2 O 3 is preferably 15% or less, particularly 14% or less, and the lower limit of the content of Gd 2 O 3 may be 0% or more. However, from the viewpoint of increasing the refractive index, the lower limit of the content of Gd 2 O 3 is preferably 0.1% or more, particularly 1% or more.
- the content of Y 2 O 3 is preferably 0 to 15%. More specifically, from the viewpoint of suppressing an increase in the melting temperature and stabilizing vitrification, the upper limit of the content of Y 2 O 3 is preferably 15% or less, 12% or less, 10% or less, 7% or less, and particularly 5% or less, and the lower limit of the content of Y 2 O 3 may be 0% or more. However, from the viewpoint of increasing the refractive index and chemical durability and further increasing the Young's modulus, the lower limit of the content of Y 2 O 3 is preferably 0.1% or more.
- the content of Yb 2 O 3 is preferably 0 to 15%. More specifically, from the viewpoint of suppressing an increase in density of the glass and suppressing the occurrence of devitrification and striae, the upper limit of the content of Yb 2 O 3 is preferably 15% or less, 12% or less, 10% or less, particularly 9% or less, and the lower limit of the content of Yb 2 O 3 may be 0% or more. However, from the viewpoint of increasing the refractive index, the lower limit of the content of Yb 2 O 3 is preferably 0.1% or more, 1% or more, 2% or more, 2.5% or more, particularly 3% or more.
- the content of WO3 is preferably 0 to 15%. More specifically, from the viewpoint of increasing the light transmittance in the visible range and suppressing an increase in density, the upper limit of the content of WO3 is preferably 15% or less, 12% or less, and particularly preferably 10% or less, and the lower limit of the content of WO3 may be 0% or more. However, from the viewpoint of stabilizing vitrification, the lower limit of the content of WO3 is preferably 0.1% or more.
- the content of HfO 2 is preferably 0 to 1%. More specifically, from the viewpoint of suppressing an increase in density, the upper limit of the content of HfO 2 is preferably 1% or less, 0.8% or less, 0.5% or less, 0.3% or less, and particularly 0.2% or less, and the lower limit of the content of HfO 2 may be 0% or more. However, from the viewpoint of increasing the crystallization temperature and improving the devitrification resistance of the glass, the lower limit of the content of HfO 2 is preferably 0.01% or more, and particularly 0.05% or more.
- the upper limit of the content of each component of MgO, CaO, and SrO is preferably 10% or less, 8% or less, 5% or less, 3% or less, 2% or less, and particularly 1% or less, and the lower limit of the content of each component of MgO, CaO, and SrO is preferably 0% or more.
- the lower limit of the content of each of the components MgO, CaO, and SrO may be set to 0.01% or more, particularly 0.02% or more.
- the BaO content is preferably 0 to less than 10%. More specifically, from the viewpoint of stabilizing vitrification, the upper limit of the BaO content is preferably less than 10%, 8% or less, 5% or less, 4% or less, and particularly 3% or less, and the lower limit of the BaO content is preferably 0% or more. On the other hand, from the viewpoint of increasing the refractive index, the lower limit of the BaO content may be 0.1% or more.
- the ZnO content is preferably 0 to 10%. More specifically, from the viewpoint of suppressing a decrease in the refractive index, the upper limit of the ZnO content is preferably 10% or less, 9% or less, 8% or less, and particularly 7% or less, and the lower limit of the ZnO content is preferably 0% or more. On the other hand, from the viewpoint of improving the stability of vitrification, the lower limit of the ZnO content is preferably 0.1% or more.
- the content of B 2 O 3 is preferably 0 to 0.1%. More specifically, from the viewpoint of increasing the refractive index, the upper limit of the content of B 2 O 3 is preferably 0.1% or less, 0.05% or less, and in particular, it is preferable that B 2 O 3 is substantially not contained, and the lower limit of the content of B 2 O 3 may be 0% or more.
- the content of Al 2 O 3 is preferably 0 to 5%. More specifically, from the viewpoint of increasing the stability of vitrification and suppressing a decrease in the refractive index, the upper limit of the content of Al 2 O 3 is preferably 5% or less, 3% or less, 2% or less, 1% or less, particularly 0.1% or less, and the lower limit of the content of Al 2 O 3 is preferably 0% or more. On the other hand, from the viewpoint of improving the stability of vitrification, the lower limit of the content of Al 2 O 3 may be 0.01% or more.
- the content of Fe 2 O 3 is preferably less than 0.01%, less than 0.005%, less than 0.001%, less than 0.0005%, particularly less than 0.0001%, and the lower limit of the content of Fe 2 O 3 is preferably 0.00001% or more.
- the content of Pt is preferably 20 ppm or less, 10 ppm or less, particularly 5 ppm or less.
- the content of Rh is preferably 1 ppm or less, 0.1 ppm or less, 0.01 ppm or less, particularly less than 0.01 ppm, and the lower limit of the content of Rh is preferably 0.001 ppm or more.
- the lower limit of the content of Pt is preferably 0.1 ppm or more, particularly 0.5 ppm or more.
- the content of Nb 2 O 5 +La 2 O 3 is preferably 10% or more, 15% or more, 20% or more, 21% or more, 24% or more, 25% or more, 30% or more, 35% or more, and particularly 40% or more. If the content of Nb 2 O 5 +La 2 O 3 is too small, it becomes difficult to obtain the above-mentioned effect.
- the upper limit of the content of Nb 2 O 5 +La 2 O 3 is preferably 80% or less, 75% or less, 70% or less, 65% or less, and particularly 60% or less.
- the content of TiO2 + Nb2O5 is preferably 7% or more, 10% or more, 15% or more, 20% or more, 21% or more, 24% or more, and particularly preferably 25% or more.
- the upper limit of the content of TiO2 + Nb2O5 is preferably 60% or less, 50% or less, and particularly preferably 40% or less.
- the content of La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 is preferably 8% or more, 10% or more, 15% or more, 20% or more, 25% or more, 30% or more, 35% or more, and particularly preferably 40% or more.
- the upper limit of the content of La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 is preferably 79.9 % or less, 75% or less, 70% or less, 65% or less, 60% or less, and particularly preferably 55% or less.
- the content of MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO is preferably 0-10%. More specifically, from the viewpoint of increasing the refractive index, the upper limit of the content of MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO is preferably 10% or less, 9% or less, and particularly 8% or less, and the lower limit of the content of MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO is preferably 0% or more. On the other hand, from the viewpoint of stabilizing vitrification and reducing density, the lower limit of the content of MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO is preferably 0.1% or more, and particularly 0.2% or more.
- the content of Li 2 O + Na 2 O + K 2 O is preferably 0 to 2%. More specifically, from the viewpoint of suppressing instability of vitrification and suppressing a decrease in the refractive index, the upper limit of the content of Li 2 O + Na 2 O + K 2 O is preferably 2% or less, 1% or less, or 0.5% or less, and in particular, it is preferable that they are not substantially contained, and the lower limit of the content of Li 2 O + Na 2 O + K 2 O is preferably 0% or more. On the other hand, from the viewpoint of adjusting the melt viscosity, the lower limit of the content of Li 2 O + Na 2 O + K 2 O may be 0.01% or more.
- the upper limit of the content of each component of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O is preferably 2% or less, 1% or less, or 0.5% or less, and in particular, it is preferable that they are not substantially contained, and the lower limit of the content of each component of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O is preferably 0% or more.
- the lower limit of the content of each of the Li 2 O, Na 2 O and K 2 O components may be set to 0.01% or more.
- the content of SiO 2 +B 2 O 3 is preferably 0 to 15%. More specifically, the upper limit of the content of SiO 2 +B 2 O 3 is preferably 15% or less, 10% or less, and particularly 9.4% or less, and the lower limit of the content of SiO 2 +B 2 O 3 may be 0% or more. On the other hand, from the viewpoint of stabilizing vitrification, the lower limit of the content of SiO 2 +B 2 O 3 is preferably 1% or more, 2% or more, 3% or more, and particularly 5% or more.
- the mass ratio ( Nb2O5 + La2O3 )/ TiO2 is preferably 2.0 or more, particularly 2.01 or more.
- the upper limit of ( Nb2O5 + La2O3 )/ TiO2 is preferably 10 or less, 8 or less, 6 or less, particularly 3 or less.
- the mass ratio of ( TiO2 + Nb2O5 )/ SiO2 is preferably 1 or more, 2 or more, 2.5 or more, and particularly preferably 3.0 or more.
- the upper limit is preferably 10 or less, 8.0 or less, 6.1 or less, 4.0 or less, less than 3.7, and particularly preferably 3.6 or less.
- the mass ratio of TiO2 / ZrO2 is preferably 2 or more, particularly 2.2 or more.
- the upper limit of TiO2 / ZrO2 may be 20 or less, 15 or less, particularly 12 or less.
- the mass ratio of ( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 )/ ( SiO2 + B2O3 ) is preferably 3.500 or more, 3.800 or more, 4.000 or more, 4.300 or more, 4.500 or more, 4.800 or more, and particularly 5.100 or more.
- the upper limit of ( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 )/ ( SiO2 + B2O3 ) is preferably 20.000 or less, 15.000 or less, 12.000 or less , 10.000 or less, 8.000 or less, and particularly 7.000 or less.
- the mass ratio of HfO2 / TiO2 is preferably 0.02 or less, 0.01 or less, 0.009 or less, particularly preferably 0.005 or less, and the lower limit of HfO2 / TiO2 is preferably 0 or more.
- the lower limit of HfO2 / TiO2 is preferably 0.001 or more, particularly preferably 0.002 or more.
- the mass ratio of (MgO+CaO+ SrO +BaO+ZnO)/( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 ) is preferably 0.7 or less, 0.5 or less, 0.4 or less, and particularly preferably 0.2 or less, and the lower limit of (MgO+ CaO + SrO +BaO+ZnO)/ ( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 ) is preferably 0 or more.
- the lower limit of ( MgO +CaO+ SrO +BaO+ ZnO )/ ( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 ) is preferably 0.001 or more.
- the mass ratio of (MgO+CaO+ SrO +BaO+ZnO)/ ( La2O3 + TiO2 + Nb2O5 ) is preferably 0.5 or less, 0.4 or less, 0.3 or less, particularly 0.2 or less, and the lower limit of (MgO+CaO+ SrO +BaO+ ZnO )/( La2O3 + TiO2 + Nb2O5 ) is preferably 0 or more.
- the lower limit of (MgO+CaO+SrO+ BaO +ZnO)/( La2O3 + TiO2 + Nb2O5 ) is preferably 0.001 or more, particularly 0.002 or more .
- the upper limit of ZnO/Y 2 O 3 is preferably 50 or less, particularly 40 or less, in terms of mass ratio, and the lower limit of ZnO/Y 2 O 3 is preferably 0 or more.
- the lower limit of ZnO/Y 2 O 3 is preferably 0.01 or more.
- the lower limit of the Pt content is preferably 0.1 ppm or more, particularly preferably 0.5 ppm or more.
- the mass ratio TiO2 / ZrO2 is preferably 2 or more, 2.2 or more, 2.5 or more, 2.9 or more, and particularly preferably 2.91 or more.
- the upper limit of TiO2 / ZrO2 may be 20 or less, 15 or less, and particularly preferably 12 or less.
- the mass ratio ( La2O3 + Gd2O3 +Y2O3 + Yb2O3 ) / ( SiO2 + B2O3 ) is preferably 1.000 or more, 1.500 or more, 2.000 or more, 3.500 or more, 3.800 or more, 4.000 or more, 4.300 or more, 4.500 or more, 4.800 or more, and particularly preferably 5.100 or more.
- the upper limit of ( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 )/ ( SiO2 + B2O3 ) is preferably 20,000 or less, 15,000 or less, 12,000 or less , 10,000 or less, 8,000 or less, particularly preferably 7,000 or less.
- the mass ratio of HfO2 / TiO2 is preferably 0.001 or more.
- the mass ratio of HfO2 / TiO2 is preferably 0.02 or less, 0.01 or less, 0.009 or less, particularly preferably 0.005 or less.
- the mass ratio of (MgO+CaO+ SrO +BaO+ZnO)/( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 ) is preferably 0.7 or less , 0.5 or less, 0.4 or less, 0.35 or less, and particularly preferably 0.3 or less.
- the lower limit of (MgO+CaO+SrO+ BaO +ZnO)/( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 ) is preferably 0 or more, 0.001 or more, and particularly preferably 0.01 or more .
- the mass ratio of ZnO/Y 2 O 3 is preferably 50 or less, particularly 40 or less, and the lower limit of ZnO/Y 2 O 3 is preferably 0 or more.
- the lower limit of ZnO/Y 2 O 3 may be 0.01 or more.
- the mass ratio B 2 O 3 /La 2 O 3 is preferably less than 1, 0.9 or less, 0.5 or less, particularly 0.10 or less, and particularly 0.05 or less, and the lower limit of B 2 O 3 /La 2 O 3 is preferably 0 or more.
- the lower limit of B 2 O 3 /La 2 O 3 may be 0.01 or more.
- the mass ratio of (Nb 2 O 5 +La 2 O 3 )/TiO 2 is 1.5 or more and the mass ratio of HfO 2 /TiO 2 is 0.001 or more, and it is particularly preferable that the material contains, in mass %, 2 to 15% SiO 2 , 14 to 35% TiO 2 , 20 to 50% La 2 O 3 , 1 to 20% Nb 2 O 5 and 1 to 15% ZrO 2 , and that the mass ratio of (Nb 2 O 5 +La 2 O 3 )/TiO 2 is 1.5 or more and the mass ratio of HfO 2 /TiO 2 is 0.001 or more.
- the upper limit of the refractive index (nd) is preferably 2.35 or less, 2.30 or less, and particularly preferably 2.20 or less.
- the optical glass of the present invention has the above-mentioned constitution, and thus has a high light transmittance in the visible range.
- the internal transmittance ⁇ 450 at a wavelength of 450 nm at a thickness of 10 mm is preferably 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more, and particularly preferably 90% or more. In this way, the brightness of the image seen by the user in a wearable image display device using the optical glass of the present invention is easily increased.
- the optical glass of the present invention preferably has a crystallization temperature (Tc) of 800°C or higher, 850°C or higher, 870°C or higher, and particularly 900°C or higher. In this way, a glass with excellent mass-producibility can be obtained.
- the lower limit of the crystallization temperature (Tc) is not particularly limited, but it may be, for example, 600°C or higher.
- the optical glass of the present invention preferably has a difference between the glass transition temperature and the crystallization temperature (Tc-Tg) of 20°C or more, 50°C or more, 120°C or more, 150°C or more, and particularly 170°C or more. In this way, it is possible to obtain glass that is less susceptible to devitrification during molding and has excellent mass productivity.
- Tc-Tg crystallization temperature
- the optical glass of the present invention preferably has a liquidus temperature of 1350° C. or lower, 1330° C. or lower, and particularly preferably 1300° C. or lower.
- the liquidus viscosity is preferably 10 0.1 dPa ⁇ s or higher, 10 0.2 dPa ⁇ s or higher, and particularly preferably 10 0.3 dPa ⁇ s or higher. This makes it difficult for the glass to devitrify during melting or molding, and therefore makes it easier to improve mass productivity.
- the optical glass of the present invention preferably has a density of 6.0 g/cm3 or less , 5.5 g/ cm3 or less, 5.3 g/cm3 or less , and particularly preferably 5.0 g/cm3 or less . Reducing the density of the optical glass can contribute to reducing the weight of the device. If the density is too high, the weight of the wearable device increases, increasing the discomfort when wearing the device. There is no particular lower limit for the density, but if it is too low, other properties such as optical properties tend to decrease, so it is preferably 4 g/cm3 or more , and particularly preferably 4.5 g/ cm3 or more.
- the optical glass of the present invention preferably has a thermal expansion coefficient at 30 to 380° C. of 95 ⁇ 10 ⁇ 7 /° C. or less, 90 ⁇ 10 ⁇ 7 /° C. or less, and particularly preferably 85 ⁇ 10 ⁇ 7 /° C. or less. If the thermal expansion coefficient is too large, 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 75 ⁇ 10 ⁇ 7 /° C. or more.
- the thermal expansion coefficient refers to the average linear thermal expansion coefficient measured with a dilatometer.
- the optical glass of the present invention is preferably in the form of a plate with a thickness of 1 mm or less.
- the upper limit of the thickness is preferably 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 is too large, the weight of a wearable image display device using the optical glass increases, increasing the discomfort felt when wearing the device. On the other hand, if the thickness of the optical glass is too small, the mechanical strength is likely to decrease. Therefore, the lower limit of the plate thickness 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.
- the optical glass of the present invention preferably has a circular, elliptical or rectangular plate-like planar shape.
- the major axis of the main surface of the optical glass is preferably 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 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.
- the major axis of the optical glass is preferably 1000 mm or less, and particularly preferably 500 mm.
- the optical glass of the present invention can be produced by melting raw materials that have been mixed to obtain a desired glass composition, obtaining molten glass, shaping the molten glass, and then subjecting it to post-processing such as cutting and polishing as necessary.
- the melting temperature of the optical glass is preferably 1500°C or lower, 1450°C or lower, 1400°C or lower, and particularly preferably 1350°C or lower. If the melting temperature is too high, the components of the melting container (Pt, Rh, etc.) tend to dissolve easily into the molten glass, and the optical transmittance of the obtained optical glass tends to decrease. On the other hand, if the melting temperature is low, bubbles and foreign matter (for example, foreign matter originating from unmelted materials) tend to be easily generated. Therefore, in order to reduce bubbles and foreign matter in the glass, it is preferable that the melting temperature be 1200°C or higher, and particularly preferably 1250°C or higher.
- a gas can be bubbled into the melt for the purpose of clarifying or improving the transmittance.
- the gas that can be used may be H2O , O2 , N2 , or the like.
- the clarification may be carried out under reduced pressure.
- the optical glass of the present invention can be made into homogeneous optical glass by producing glass cullet and then reheating the cullet.
- a different type of glass can be added in addition to the cullet.
- platinum crucibles platinum-rhodium crucibles, quartz crucibles, aluminum nitride crucibles, boron nitride crucibles, zirconia crucibles, silicon carbide crucibles, molybdenum crucibles, tungsten crucibles, etc. can be used to produce cullet.
- the optical glass of the present invention can be suitably used for optical elements.
- it is preferably used as a light guide plate, which is a plate-shaped light guide element.
- a light guide plate which is a component of a wearable image display device selected from glasses with a projector, a spectacle-type or goggle-type display, a virtual reality or augmented reality display device, and a virtual image display device.
- the light guide plate is used in the so-called eyeglass 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.
- a diffraction grating is provided on the surface of the light guide plate for diffracting the light emitted from the image display element inside the light guide plate.
- the optical glass of the present invention may be used for optical elements other than light guide plates, such as light guide elements, lenses, and prisms.
- the optical glass of the present invention may be used as a supporting glass substrate for supporting a processed substrate.
- it can be used as a supporting glass substrate for supporting a semiconductor.
- the optical glass of the present invention can be used as a supporting glass substrate used to support a processed substrate on which a semiconductor chip is molded in a resin in the manufacturing process of a semiconductor package. It is preferable that
- the supporting glass substrate is preferably in the form of a wafer, with a diameter of 100 mm or more and 500 mm or less, and particularly 150 mm or more and 450 mm or less. This makes it easier to apply to the manufacturing process of fan-out type WLP. If necessary, it may be processed into other shapes, such as a rectangular shape.
- the supporting glass substrate preferably has a notch portion (notch-shaped alignment portion). It is more preferable that the deep portion of the notch portion is substantially circular or substantially V-groove-shaped in plan view. This makes it easier to fix the position of the supporting glass substrate by abutting a positioning member such as a positioning pin against the notch portion of the supporting glass substrate. As a result, it becomes easier to align the supporting glass substrate with the processing substrate. In particular, forming a notch portion in the processing substrate as well and abutting a positioning member thereon makes it easier to align the entire laminate.
- the circularity of the supporting glass substrate is preferably 1 mm or less, 0.1 mm or less, 0.05 mm or less, and especially 0.03 mm or less.
- “circularity” is the value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value of the outer shape of the wafer, excluding the notch.
- the total thickness deviation (TTV) of the supporting glass substrate is preferably 5 ⁇ m or less, 4 ⁇ m or less, 3 ⁇ m or less, 2 ⁇ m or less, 1 ⁇ m or less, and particularly 0.1 to less than 1 ⁇ m.
- the arithmetic mean roughness Ra is preferably 20 nm or less, 10 nm or less, 5 nm or less, 2 nm or less, 1 nm or less, and particularly 0.5 nm or less.
- the wiring accuracy can be improved, enabling high-density wiring.
- the strength of the supporting glass substrate is improved, making the supporting glass substrate and the laminate less likely to break. Furthermore, the number of times the supporting glass substrate can be reused can be increased.
- the "arithmetic mean roughness Ra" can be measured using a stylus surface roughness meter or an atomic force microscope (AFM).
- Tables 1 to 8 show Examples 1 to 74 of the present invention and Comparative Examples 1 and 2.
- "RO” means “MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO”.
- “Ln 2 O 3” means “La 2 O 3 + Gd 2 O 3 + Y 2 O 3 + Yb 2 O 3 ".
- “Ln 2 O 3 / (SiO 2 + B 2 O 3 )” means "(La 2 O 3 + Gd 2 O 3 + Y 2 O 3 + Yb 2 O 3 ) / (SiO 2 + B 2 O 3 )”.
- RO/ Ln2O3 means "(MgO+CaO+SrO+ BaO +ZnO)/( La2O3 + Gd2O3 + Y2O3 + Yb2O3 ).
- RO/( La2O3 + TiO2 + Nb2O5 ) means “(MgO+ CaO + SrO +BaO+ ZnO )/ ( La2O3 + TiO2 + Nb2O5 ).
- the samples were prepared as follows. First, glass raw materials were melted in a platinum crucible at 1350-1500°C for 2 hours. The molten glass was then poured onto a carbon plate and annealed for 2-48 hours to obtain the samples. The composition of the obtained samples was analyzed using an XRF analyzer (RIGAKU ZSX Primus IV). The results are shown in Tables 1-8.
- the refractive index (nd) was measured using a Kalnew precision refractometer (Shimadzu Corporation, KPR-2000) to determine the refractive index for the d line (587.6 nm) of a helium lamp.
- the internal transmittance ( ⁇ 450) was measured as follows. Optically polished samples with a thickness of 10 mm ⁇ 0.1 mm and a thickness of 3 mm ⁇ 0.1 mm were prepared, and the light transmittance (linear transmittance) including surface reflection loss was measured at 1 nm intervals using a spectrophotometer (Shimadzu UV-3100). The internal transmittance curve for a thickness of 10 mm was determined from the light transmittance data for each thickness of sample, and the internal transmittance at a wavelength of 450 nm was read.
- the glass transition temperature (Tg) and crystallization temperature (Tc) were measured using 0.3-0.6 g of glass powder crushed to 100 ⁇ m or less. The measurement was performed using a differential scanning calorimeter (manufactured by TA Instruments, product number "DSC2500") at 25°C to 1200°C with a heating and cooling rate of 10°C/min.
- DSC2500 differential scanning calorimeter
- the density was measured by the Archimedes method using a glass sample weighing approximately 10 g.
- the thermal expansion coefficient ⁇ 30-380 was the average linear thermal expansion coefficient measured with a dilatometer.
- the optical glass of the present invention can be suitably used for optical elements, particularly 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 or augmented reality display device, and a virtual image display device.
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Abstract
高い屈折率と高い光透過率を両立し、かつ量産性に優れた光学ガラスを提供する。質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 5~40%、La2O3 5~50%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上であり、屈折率ndが2.03以上である、光学ガラス。
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。
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)又は拡張現実(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が使用される。当該ガラスは、例えばシースルー導光板として機能し、ガラスを通して外部の景色を見ながら、ガラス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、導光特性向上等の面から、高屈折率、高光透過率であることが求められる(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、一般的に、屈折率を高めると光透過率は低くなりやすい。導光板の性能を高める観点から、高屈折率と高光透過率を両立した光学ガラスが求められている。
また、一般的にガラスの屈折率を上げるとガラス化が不安定になる傾向にある。
以上に鑑み、本発明は、高い屈折率と高い光透過率を両立し、かつ量産性に優れた光学ガラスを提供することを目的とする。
本発明者が鋭意検討した結果、光学ガラスが所定の組成を有することにより、上記課題を解決できることを見出した。すなわち、態様1の光学ガラスは、質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 5~40%、La2O3 5~50%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上であり、屈折率ndが2.03以上であることを特徴とする。
態様2の光学ガラスは、質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 5~20%未満、La2O3 8~50%、Nb2O5 2~30%、Gd2O3 0~15%、BaO 0~10%未満、B2O3 0~0.1%、Al2O3 0~5%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0~10%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 2.0以上、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3) 3.500以上であることを特徴とする。
態様3の光学ガラスは、質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 20~40%、La2O3 5~50%、B2O3 0~2.5%、Al2O3 0~3%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0.1%以上、Li2O+Na2O+K2O 0~2%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上、TiO2/ZrO2 2.9以上、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3) 0.4以下、B2O3/La2O3 0.10以下であることを特徴とする。
態様4の光学ガラスは、SiO2、TiO2、La2O3、Nb2O5及びZrO2を必須成分として含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上、HfO2/TiO2 0.001以上であることを特徴とする。
態様5の光学ガラスは、態様1から態様3のいずれか一つの態様において、さらに、質量比で、HfO2/TiO2 0.001以上であることが好ましい。
態様6の光学ガラスは、態様1から態様5のいずれか一つの態様において、アッベ数νdが30以下であることが好ましい。
態様7の光学ガラスは、態様1から態様6のいずれか一つの態様において、厚み10mmでの波長450nmにおける内部透過率τ450が70%以上であることが好ましい。
態様8の光学ガラスは、態様1から態様7のいずれか一つの態様において、密度が6.0g/cm3以下であることが好ましい。
態様9の光学ガラスは、態様1から態様8のいずれか一つの態様において、肉厚が1mm以下の板状であることが好ましい。
態様10の光学ガラスは、態様9において、主面の長径が100mm以上であることが好ましい。
態様11の光学素子は、態様1から態様10のいずれか一つの態様の光学ガラスからなることを特徴とする。
態様12の導光板は、態様1から態様10のいずれか一つの態様の光学ガラスからなることを特徴とする。
態様13の導光板は、態様12において、プロジェクター付きメガネ、眼鏡型又はゴーグル型ディスプレイ、仮想現実又は拡張現実表示装置、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。
態様14のウェアラブル画像表示機器は、態様12又は態様13に記載の導光板を備えることが好ましい。
本発明によれば、高い屈折率と高い光透過率を両立し、かつ量産性に優れた光学ガラスを提供することができる。
以下、本発明の光学ガラスについて、ガラス組成を限定した理由を説明する。また、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%」を意味し、「x+y」はxとyの合量を意味する。また、「x/y」はxの含有量をyの含有量で除した値(質量比)を意味する。
<光学ガラスA>
本発明の光学ガラスは、ある実施形態において、質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 5~40%、La2O3 5~50%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上であり、屈折率ndが2.03以上であることを特徴とする(光学ガラスA)。
本発明の光学ガラスは、ある実施形態において、質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 5~40%、La2O3 5~50%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上であり、屈折率ndが2.03以上であることを特徴とする(光学ガラスA)。
SiO2はガラス骨格成分であり、ガラス化の安定性を向上させる成分である。また、ガラスの熱膨張係数を低下させやすい成分でもある。SiO2の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、SiO2の含有量の下限は0%以上、1%以上、2%以上、2.5%以上、4%以上、5%以上、特に6%以上であることが好ましい。SiO2の含有量の上限は15%以下、12%以下、特に11%以下であることが好ましい。SiO2の含有量が多すぎると溶融温度が高くなりやすく、NbやTi等の遷移金属成分が還元されて可視域に吸収が生じる(還元色が生じる)ため、ガラスの内部透過率が低下しやすくなる。すなわち、可視域の光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。ガラス化の安定性を向上させる観点では、SiO2を必須成分として含有することが好ましい。
TiO2はガラスの屈折率を高める必須成分である。また、ガラスの低密度化に有効な成分でもある。TiO2の含有量は5~40%であることが好ましい。より詳細には、TiO2の含有量の下限は5%以上、5.5%以上、10%以上、14%以上、15%以上、特に16%以上であることが好ましい。TiO2の含有量の上限は40%以下、35%以下、特に30%以下であることが好ましい。TiO2の含有量が少なすぎると上記効果が得づらくなる。TiO2の含有量が多すぎるとガラス化しにくくなることに加え、ガラスが還元された際に還元色の影響が大きくなり、可視域の光透過率が低下しやすくなる。したがって、特に可視域の光透過率を高める観点では、TiO2の含有量は5~20%未満、特に5~19.9%であることが好ましい。また、特にガラスの密度を低くする観点では、TiO2の含有量は20~40%、特に23~40%であることが好ましい。
La2O3は屈折率を高め、ガラス化の安定性を向上させる必須成分である。La2O3の含有量は5~50%であることが好ましい。より詳細には、La2O3の含有量の下限は5%以上、7.5%以上、8%以上、10%以上、14%以上、15%以上、18%以上、20%以上、22%以上、25%以上、26%以上、特に30%以上であることが好ましい。La2O3の含有量の上限は50%以下、48%以下、特に45%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が得づらくなる。La2O3の含有量が多すぎるとガラス化が不安定になり量産性に劣る傾向がある。また、密度が高くなりやすくなる。
Nb2O5はガラスの屈折率を顕著に高める成分である。Nb2O5の含有量は0~30%であることが好ましい。より詳細には、Nb2O5の含有量の下限は0%以上、1%以上、2%以上、3%以上、4%以上、特に5%以上であることが好ましい。Nb2O5の含有量の上限は30%以下、25%以下、20%以下、18%以下、特に16%以下であることが好ましい。Nb2O5の含有量が多すぎるとガラス化しにくくなる。特に屈折率を高める観点では、Nb2O5を必須成分として含有することが好ましい。
ガラスの屈折率を高める観点から、Nb2O5+La2O3の含有量(Nb2O5とLa2O3の合量)は7.5%以上、10%以上、15%以上、20%以上、21%以上、24%以上、25%以上、30%以上、35%以上、特に40%以上であることが好ましい。Nb2O5+La2O3の含有量が少なすぎると上記効果が得づらくなる。また、ガラス化を安定させる観点から、Nb2O5+La2O3の含有量の上限は80%以下、75%以下、70%以下、65%以下、特に60%以下であることが好ましい。
質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2は1.5以上、1.51以上、特に1.55以上であることが好ましい。La2O3及び/又はNb2O5とTiO2を含有させた場合、TiO2の割合が多すぎるとTiO2を含む失透物が析出しやすい。そこで、(Nb2O5+La2O3)/TiO2を上記値とすることにより、高屈折率で安定なガラスを得やすくなる。また、低密度化の観点から、(Nb2O5+La2O3)/TiO2の上限は10以下、8以下、6以下、特に3以下とすることが好ましい。なお、「(Nb2O5+La2O3)/TiO2」はNb2O5+La2O3の含有量をTiO2の含有量で除した値を意味する。
光学ガラスAは上記に加え下記構成を有してもよい。
ガラスの屈折率を高め、かつ密度を低下させる観点から、TiO2+Nb2O5の含有量(TiO2とNb2O5の合量)は5%以上、7%以上、7.5%以上、10%以上、15%以上、20%以上、21%以上、24%以上、特に25%以上であることが好ましい。TiO2+Nb2O5の含有量が少なすぎると上記効果が得づらくなる。また、ガラス化を安定させる観点から、TiO2+Nb2O5の含有量の上限は60%以下、50%以下、特に40%以下であることが好ましい。
ZrO2は屈折率を高めやすい成分である。ZrO2の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、ZrO2の含有量の下限は0%以上、1%以上、2%以上であることが好ましく、ZrO2の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、特に9%以下であることが好ましい。ZrO2の含有量が多すぎるとガラス化が不安定になる。特に屈折率を高める観点では、ZrO2を必須成分として含有することが好ましい。
Gd2O3は屈折率を高め、ガラス化の安定性を向上させる成分である。Gd2O3の含有量は0~20%であることが好ましい。より詳細には、Gd2O3の含有量の下限は0%以上、1%以上、特に2%以上であることが好ましい。Gd2O3の含有量の上限は20%以下、15%以下、13%以下、10%以下、7%以下、特に6%以下であることが好ましい。Gd2O3の含有量が多すぎるとかえってガラス化が不安定になり量産性に劣る傾向がある。また、密度が上昇しやすくなる。
Y2O3は屈折率や化学的耐久性を高め、ヤング率を高める成分である。Y2O3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、Y2O3の含有量の下限は0%以上、0.1%以上、1%以上、特に2%以上であることが好ましい。Y2O3の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、7%以下、特に5%以下であることが好ましい。Y2O3の含有量が多すぎると溶融温度が高くなる傾向がある。また、ガラス化が不安定になる傾向がある。
Yb2O3は屈折率を高める成分である。Yb2O3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、Yb2O3の含有量の下限は0%以上、0.1%以上、1%以上、2%以上、2.5%以上、特に3%以上であることが好ましい。Yb2O3の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、9%以下、特に7%以下であることが好ましい。Yb2O3の含有量が多すぎるとガラスの密度が上昇しやすくなる。また、失透や脈理が発生しやすくなる。
ガラス化の安定性を高める観点から、La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3の含有量(La2O3、Gd2O3、Y2O3及びYb2O3の合量)は5%以上、10%以上、15%以上、20%以上、25%以上、30%以上、特に35%以上であることが好ましい。La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3の含有量が少なすぎると上記効果が得づらくなる。低密度化の観点から、La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3の含有量の上限は79.9%以下、75%以下、70%以下、65%以下、60%以下、特に55%以下であることが好ましい。
WO3はガラス化を安定にしやすい成分である。WO3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、WO3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い。WO3の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、5%以下、3%未満、2%以下、特に1%以下であることが好ましい。WO3の含有量が多すぎると光透過率が低下しやすい傾向がある。また、密度が上昇しやすくなる。
HfO2は結晶化温度を高めてガラスの耐失透性を向上させる成分である。HfO2の含有量は0~1%であることが好ましい。より詳細には、HfO2の含有量の下限は0%以上、0.01%以上、特に0.05%以上であることが好ましい。HfO2の含有量の上限は1%以下、0.8%以下、0.5%以下、0.3%以下、特に0.2%以下であることが好ましい。HfO2の含有量が多すぎると密度が高くなりやすい。
Ta2O5は屈折率を高める成分であるが、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は高価な成分であるため、その含有量が多くなると、原料コストが高くなる。したがって、Ta2O5の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、5%以下、3%以下、1%以下、特に実質的に含有しないことが好ましく、Ta2O5の含有量の下限は0%以上であることが好ましい。もっとも、屈折率を高める観点から、Ta2O5の含有量の下限は0.01%以上としてもよい。ここで、本明細書において「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0.01%未満であることを意味する。
MgO、CaO及びSrOはガラス化を安定にする成分であるが、その含有量が多すぎると屈折率が低下しやすくなる。したがって、MgO+CaO+SrOの含有量(MgO、CaO及びSrOの合量)は0~15%であることが好ましい。より詳細には、MgO+CaO+SrOの含有量の上限は15%以下、10%以下、5%以下、3%以下、2%以下、特に1%以下であることが好ましく、MgO+CaO+SrOの下限は0%以上であることが好ましい。もっとも、ガラス化を安定にさせる観点から、MgO+CaO+SrOの含有量の下限は0.01%以上、特に0.02%以上としてもよい。なお、MgO、CaO及びSrOの各成分の含有量の上限は15%以下、10%以下、5%以下、3%以下、2%以下、特に1%以下であることが好ましく、下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定にさせる観点から、MgO、CaO及びSrOの各成分の含有量の下限は0.01%以上、特に0.02%以上としてもよい。
BaOは屈折率を高める成分であり、ガラス化を安定にする成分であるが、その含有量が多すぎるとかえってガラス化が不安定になりやすい。また、アッベ数が小さくなりやすい。したがって、BaOの含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、BaOの含有量の上限は15%以下、14%以下、12%以下、11%以下、特に10%未満であることが好ましく、BaOの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。もっとも、屈折率を高める観点から、BaOの含有量の下限は0.1%以上、0.5%以上、1%以上、特に2%以上としてもよい。
ZnOはガラス化の安定性を向上させやすい成分である。ZnOの含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、ZnO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、ZnOの含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、特に8%以下であることが好ましい。ZnOの含有量が多すぎると屈折率が低下しやすくなる。
屈折率を高める観点から、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量(MgO、CaO、SrO、BaO及びZnOの合量)は0~15%であることが好ましい。より詳細には、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量の上限は15%以下、12%以下、特に10%以下であることが好ましく、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。もっとも、ガラス化を安定させ、かつ密度を低下させる観点を重視する場合は、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量の下限は0.1%以上、特に0.2%以上であることが好ましい。
Li2O、Na2O及びK2Oは溶融粘度を調整する目的で含有させることもできるが、その含有量が多すぎるとガラス化が不安定になり、かつ屈折率が下がる恐れがある。したがって、Li2O+Na2O+K2Oの含有量(Li2O、Na2O及びK2Oの合量)は0~2%であることが好ましい。より詳細には、Li2O+Na2O+K2Oの含有量の上限は2%以下、1%以下、0.5%以下、特に実質的に含有しないことが好ましく、Li2O+Na2O+K2Oの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。もっとも、溶融粘度を調整する目的で意図的に含有させる場合は、Li2O+Na2O+K2Oの含有量の下限を0.01%以上としてもよい。なお、Li2O、Na2O及びK2Oの各成分の含有量の上限は2%以下、1%以下、0.5%以下、特に実質的に含有しないことが好ましく、Li2O、Na2O及びK2Oの各成分の含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、溶融粘度を調整する目的で意図的に含有させる場合は、Li2O、Na2O及びK2Oの各成分の含有量の下限は0.01%以上としてもよい。
B2O3はガラス化の安定性に寄与する成分であるが、その含有量が多すぎると屈折率が低下しやすくなる。したがって、B2O3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、B2O3の含有量の上限は15%以下、10%以下、9%以下、5%以下、特に2.5%以下であることが好ましく、B2O3の含有量の下限は0%以上であることが好ましい。もっとも、ガラス化の安定性を高める観点から、B2O3の含有量の下限は0.01%以上、特に0.1%以上としてもよい。
屈折率を高めつつ可視域の光透過率の低下を抑制する観点から、SiO2+B2O3の含有量(SiO2とB2O3の合量)は0~15%であることが好ましい。より詳細には、SiO2+B2O3の含有量の上限は15%以下、10%以下、特に9.4%以下であることが好ましく、SiO2+B2O3の含有量の下限は0%以上としてもよい。一方、ガラス化を安定させる観点からは、SiO2+B2O3の含有量の下限は1%以上、2%以上、3%以上、特に5%以上であることが好ましい。
Al2O3はガラス化の安定性に寄与する成分であるが、その含有量が多すぎると屈折率が低下しやすくなる。したがって、Al2O3の含有量は0~5%であることが好ましい。より詳細には、Al2O3の含有量の上限は5%以下、3%以下、2%以下、1%以下、0.2%以下、特に0.1%以下であることが好ましく、Al2O3の含有量の下限は0%以上であることが好ましい。もっとも、ガラス化の安定性を向上させる観点から、Al2O3の含有量の下限は0.01%以上としてもよい。
Ga2O3は中間酸化物としてガラス骨格を形成し、ガラス化範囲を広げる成分である。また、屈折率を高める効果がある。Ga2O3の含有量は0~10%であることが好ましい。より詳細には、Ga2O3の含有量の下限は0%以上、1%以上、特に2%以上であることが好ましく、Ga2O3の含有量の上限は10%以下、7%以下、6%以下、5%以下、特に4%以下であることが好ましい。Ga2O3の含有量が多すぎるとガラス化しにくくなる。また原料コストが高くなる傾向がある。
GeO2はガラスの網目形成成分としてガラス骨格を形成し、ガラス化範囲を広げる成分である。GeO2の含有量は0~10%であることが好ましい。より詳細には、GeO2の含有量の下限は0%以上、1%以上、特に2%以上であることが好ましく、GeO2の含有量の上限は10%以下、7%以下、6%以下、5%以下、特に4%以下であることが好ましい。GeO2の含有量が多すぎるとガラス化しにくくなる。また原料コストが高くなる傾向がある。
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。
Bi2O3及びTeO2は着色成分であり、可視域の透過率を低下させやすい。そのため、Bi2O3の含有量は0~1%であることが好ましい。Bi2O3の含有量の上限は1%以下、0.1%以下、0.01%以下、特に実質的に含有しないことが好ましい。また、TeO2の含有量は0~1%であることが好ましい。TeO2の含有量の上限は1%以下、0.1%以下、0.01%以下、特に実質的に含有しないことが好ましい。
Fe2O3、Pt及びRh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、その含有量は特に少ないことが好ましい。具体的には、Fe2O3の含有量は0.01%未満、0.005%未満、0.001%未満、0.0005%未満、特に0.0001%未満であることが好ましく、Fe2O3の含有量の下限は0.00001%以上であることが好ましい。Ptの含有量は20ppm以下、10ppm以下、特に5ppm以下であることが好ましい。Rhの含有量は1ppm以下、0.1ppm以下、0.01ppm以下、特に0.01ppm未満であることが好ましく、Rhの含有量の下限は0.001ppm以上であることが好ましい。なお、着色抑制の観点ではPtの含有量が少ないほど好ましいが、そのためには溶融温度を低くする必要があり、結果として溶解性が低下しやすくなる。そのため、溶解性を考慮した場合、Ptの含有量の下限は0.1ppm以上、特に0.5ppm以上であることが好ましい。
本発明の光学ガラスは、清澄剤成分Cl、CeO2、SO2、Sb2O3又はSnO2を各々0~0.1%含有していてもよい。
屈折率を高める観点から、質量比で、(TiO2+Nb2O5)/SiO2は1超、2以上、2.5以上、特に3.0以上であることが好ましい。一方、(TiO2+Nb2O5)/SiO2が大きすぎるとガラス化の安定性が低下する傾向や可視域の光透過率が低下する傾向があるため、その上限は10以下、8.0以下、6.1以下、4.0以下、3.7未満、特に3.6以下であることが好ましい。なお、「(TiO2+Nb2O5)/SiO2」はTiO2+Nb2O5の含有量(TiO2及びNb2O5の合量)をSiO2の含有量で除した値を意味する。
TiO2-ZrO2系結晶の析出を抑制する観点から、質量比で、TiO2/ZrO2は2以上、2.2以上、2.5以上、2.9以上、特に2.91以上であることが好ましい。また、ガラス化の安定性を高める観点から、TiO2/ZrO2の上限は20以下、15以下、特に12以下としてもよい。なお、「TiO2/ZrO2」はTiO2の含有量をZrO2の含有量で除した値を意味する。
屈折率を高める観点から、質量比で、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3)は1.000以上、1.500以上、2.000以上、3.500以上、3.800以上、4.000以上、4.300以上、4.500以上、4.800以上、5.100以上、5.200以上、5.400以上、5.500以上、特に5.600以上であることが好ましい。また、ガラス化を安定させつつ密度を低下させる観点から、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3)の上限は20.000以下、15.000以下、12.000以下、10.000以下、8.000以下、特に7.000以下であることが好ましい。なお、「(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3)」はLa2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3の含有量をSiO2+B2O3の含有量で除した値を意味する。
可視域の光透過率を高める観点から、質量比で、HfO2/TiO2は0.02以下、0.01以下、0.009以下、特に0.005以下であることが好ましく、HfO2/TiO2の下限は0以上であることが好ましい。一方、結晶化温度を高めて耐失透性を高める観点から、HfO2/TiO2の下限は0.001以上、特に0.002以上であることが好ましい。なお、「HfO2/TiO2」はHfO2の含有量をTiO2の含有量で除した値を意味する。
屈折率を高める観点から、質量比で、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)は0.7以下、0.5以下、特に0.4以下であることが好ましく、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)の下限は0以上であることが好ましい。一方、密度を低下させる観点を重視する場合は、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)の下限は0.001以上、特に0.01以上であることが好ましい。なお、「(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)」は、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量をLa2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3の含有量で除した値を意味する。
特にアッベ数を高める観点から、質量比で、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+TiO2+Nb2O5)は0.5以下、0.4以下、0.3以下、特に0.2以下であることが好ましく、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+TiO2+Nb2O5)の下限は0以上であることが好ましい。一方、密度を低下させる観点を重視する場合は、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+TiO2+Nb2O5)の下限は0.001以上、0.01以上、特に0.02以上であることが好ましい。なお、「(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+TiO2+Nb2O5)」はMgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量をLa2O3+TiO2+Nb2O5の含有量で除した値を意味する。
密度を低減する観点から、質量比で、ZnO/Y2O3は50以下、特に40以下であることが好ましく、ZnO/Y2O3の下限は0以上であることが好ましい。一方、溶融温度を低減する観点では、ZnO/Y2O3の下限は0.01以上としてもよい。なお、「ZnO/Y2O3」はZnOの含有量をY2O3の含有量で除した値を意味する。
高屈折率化の観点から、質量比で、B2O3/La2O3は1未満、0.9以下、0.5以下、特に0.10以下であることが好ましく、B2O3/La2O3の下限は0以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定させる観点では、B2O3/La2O3の下限を0.01以上としてもよい。なお、B2O3/La2O3はB2O3の含有量をLa2O3の含有量で除した値を意味する。
高屈折率化の観点から、質量比で、B2O3/SiO2は1以下、0.9以下、特に0.5以下であることが好ましく、B2O3/SiO2の下限は0以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定させる観点では、B2O3/SiO2の下限を0.01以上としてもよい。なお、B2O3/SiO2はB2O3の含有量をSiO2の含有量で除した値を意味する。
以上を鑑み、光学ガラスAの好ましい組成範囲は、質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 5~40%、La2O3 7.5~50%、Nb2O5 0~30%、Nb2O5+La2O3 7.5~80%、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上であることが好ましく、質量%で、SiO2 0~12%、TiO2 10~35%、La2O3 14~48%、Nb2O5 1~20%、Nb2O5+La2O3 15~75%、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上であることがより好ましく、質量%で、SiO2 0~12%、TiO2 14~35%、La2O3 20~45%、Nb2O5 1~20%、Nb2O5+La2O3 21~70%、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上であることがさらに好ましく、質量%で、SiO2 0~12%、TiO2 16~35%、La2O3 22~45%、Nb2O5 2~20%、Nb2O5+La2O3 24~60%、ZrO2 0~15%、HfO2 0~1%、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上であることがさらに好ましく、質量%で、SiO2 1~12%、TiO2 16~35%、La2O3 22~45%、Nb2O5 2~20%、Nb2O5+La2O3 24~60%、ZrO2 1~15%、HfO2 0.01~1%、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上であることが特に好ましい。
本実施形態の光学ガラスは上記構成を満たすことにより、アッベ数が高くガラスの安定性に優れ、ガラス転移温度を低くしやすい。また、密度を低下させやすい。そのため、本実施形態の光学ガラスは高い屈折率と高い光透過率を両立し、かつ量産性に優れる。
<光学ガラスB>
本発明の光学ガラスは、ある実施形態において、質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 5~20%未満、La2O3 8~50%、Nb2O5 2~30%、Gd2O3 0~15%、BaO 0~10%未満、B2O3 0~0.1%、Al2O3 0~5%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0~10%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 2.0以上、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3) 3.500以上であることを特徴とする(光学ガラスB)。なお、本実施形態の説明において光学ガラスAと重複する構成は記載を省略することがある。また、本実施形態の説明に記載のない成分は、光学ガラスAの説明に記載された好ましい構成を採用してもよい。
本発明の光学ガラスは、ある実施形態において、質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 5~20%未満、La2O3 8~50%、Nb2O5 2~30%、Gd2O3 0~15%、BaO 0~10%未満、B2O3 0~0.1%、Al2O3 0~5%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0~10%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 2.0以上、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3) 3.500以上であることを特徴とする(光学ガラスB)。なお、本実施形態の説明において光学ガラスAと重複する構成は記載を省略することがある。また、本実施形態の説明に記載のない成分は、光学ガラスAの説明に記載された好ましい構成を採用してもよい。
本実施形態において、SiO2の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、溶融温度の増加や内部透過率の低下を抑制し、かつ屈折率の低下を抑制する観点から、SiO2の含有量の上限は15%以下、12%以下、特に11%以下であることが好ましく、SiO2の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、特にガラス化の安定性を向上させ、かつガラスの熱膨張係数を低下させる観点から、SiO2の含有量の下限は1%以上、2%以上、2.5%以上、3%以上、5%以上、特に6%以上であることが好ましい。
本実施形態において、TiO2の含有量は5~20%未満、特に5~19.9%であることが好ましい。より詳細には、ガラスの屈折率を高め、かつガラスの密度を低くする観点から、TiO2の含有量の下限は5%以上、10%以上、15%以上、特に17%以上であることが好ましい。また、可視域の光透過率を高める観点から、TiO2の含有量の上限は20%未満、19.9%以下、19.8%以下、19.7%以下、特に19.5%以下であることが好ましい。
本実施形態において、La2O3の含有量は8~50%であることが好ましい。より詳細には、屈折率を高め、またガラス化の安定性を向上させる観点から、La2O3の含有量の下限は8%以上、10%以上、14%以上、15%以上、18%以上、20%以上、22%以上、25%以上、26%以上、特に30%以上であることが好ましい。また、耐失透性の低下を抑制し、かつ密度の上昇を抑制する観点から、La2O3の含有量の上限は50%以下、48%以下、特に45%以下であることが好ましい。
本実施形態において、Nb2O5の含有量は2~30%であることが好ましい。より詳細には、特に屈折率を顕著に高める観点から、Nb2O5の含有量の下限は2%以上、3%以上、4%以上、特に5%以上であることが好ましい。また、ガラス化を安定させる観点から、Nb2O5の含有量の上限は30%以下、25%以下、20%以下、18%以下、特に16%以下であることが好ましい。
本実施形態において、ZrO2の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、ガラス化を安定させる観点から、ZrO2の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、特に9%以下であることが好ましく、ZrO2の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、屈折率を高める観点から、ZrO2の含有量の下限は1%以上、2%以上、特に4%以上であることが好ましい。
本実施形態において、Gd2O3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、量産性の低下を抑制し、かつ密度の上昇を抑制する観点から、Gd2O3の含有量の上限は15%以下、特に14%以下であることが好ましく、Gd2O3の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、屈折率を高める観点から、Gd2O3の含有量の下限は0.1%以上、特に1%以上であることが好ましい。
本実施形態において、Y2O3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、溶融温度の上昇を抑制しガラス化を安定させる観点から、Y2O3の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、7%以下、特に5%以下であることが好ましく、Y2O3の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、屈折率や化学的耐久性を高め、さらにヤング率を高める観点から、Y2O3の含有量の下限は0.1%以上であることが好ましい。
本実施形態において、Yb2O3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、ガラスの密度上昇を抑制し、かつ失透や脈理の発生を抑制する観点から、Yb2O3の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、特に9%以下であることが好ましく、Yb2O3の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、屈折率を高める観点から、Yb2O3の含有量の下限は0.1%以上、1%以上、2%以上、2.5%以上、特に3%以上であることが好ましい。
本実施形態において、WO3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、可視域の光透過率を高め、かつ密度の上昇を抑制する観点から、WO3の含有量の上限は15%以下、12%以下、特に10%以下であることが好ましく、WO3の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、ガラス化を安定化させる観点から、WO3の含有量の下限は0.1%以上であることが好ましい。
本実施形態において、HfO2の含有量は0~1%であることが好ましい。より詳細には、密度の上昇を抑制する観点から、HfO2の含有量の上限は1%以下、0.8%以下、0.5%以下、0.3%以下、特に0.2%以下であることが好ましく、HfO2の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、結晶化温度を高めてガラスの耐失透性を向上させる観点から、HfO2の含有量の下限は0.01%以上、特に0.05%以上であることが好ましい。
本実施形態において、MgO+CaO+SrOの含有量は0~10%であることが好ましい。より詳細には、屈折率の低下を抑制する観点から、MgO+CaO+SrOの含有量の上限は10%以下、8%以下、5%以下、3%以下、2%以下、特に1%以下であることが好ましく、MgO+CaO+SrOの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。もっとも、ガラス化を安定にさせる観点から、MgO+CaO+SrOの含有量の下限は0.01%以上、特に0.02%以上としてもよい。なお、MgO、CaO及びSrOの各成分の含有量の上限は10%以下、8%以下、5%以下、3%以下、2%以下、特に1%以下であることが好ましく、MgO、CaO及びSrOの各成分の含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定にさせる観点から、MgO、CaO及びSrOの各成分の含有量の下限は0.01%以上、特に0.02%以上としてもよい。
本実施形態において、BaOの含有量は0~10%未満であることが好ましい。より詳細には、ガラス化を安定にする観点から、BaOの含有量の上限は10%未満、8%以下、5%以下、4%以下、特に3%以下であることが好ましく、BaOの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、屈折率を高める観点から、BaOの含有量の下限は0.1%以上としてもよい。
本実施形態において、ZnOの含有量は0~10%であることが好ましい。より詳細には、屈折率の低下を抑制する観点から、ZnOの含有量の上限は10%以下、9%以下、8%以下、特に7%以下であることが好ましく、ZnOの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化の安定性を向上させる観点から、ZnOの含有量の下限は0.1%以上であることが好ましい。
本実施形態において、B2O3の含有量は0~0.1%であることが好ましい。より詳細には、特に屈折率を高める観点から、B2O3の含有量の上限は0.1%以下、0.05%以下、特に実質的に含有しないことが好ましく、B2O3の含有量の下限は0%以上としてもよい。
本実施形態において、Al2O3の含有量は0~5%であることが好ましい。より詳細には、ガラス化の安定性を高め、かつ屈折率の低下を抑制する観点から、Al2O3の含有量の上限は5%以下、3%以下、2%以下、1%以下、特に0.1%以下であることが好ましく、Al2O3の含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化の安定性を向上させる観点から、Al2O3の含有量の下限を0.01%以上としてもよい。
本実施形態において、可視域の光透過率の低下を抑制する観点から、Fe2O3の含有量は0.01%未満、0.005%未満、0.001%未満、0.0005%未満、特に0.0001%未満であることが好ましく、Fe2O3の含有量の下限は0.00001%以上であることが好ましい。Ptの含有量は20ppm以下、10ppm以下、特に5ppm以下であることが好ましい。Rhの含有量は1ppm以下、0.1ppm以下、0.01ppm以下、特に0.01ppm未満であることが好ましく、Rhの含有量の下限は0.001ppm以上であることが好ましい。なお、着色抑制の観点ではPtの含有量が少ないほど好ましいが、そのためには溶融温度を低くする必要があり、結果として溶解性が低下しやすくなる。そのため、溶解性を考慮した場合、Ptの含有量の下限は0.1ppm以上、特に0.5ppm以上であることが好ましい。
本実施形態において、ガラスの屈折率を高める観点から、Nb2O5+La2O3の含有量は10%以上、15%以上、20%以上、21%以上、24%以上、25%以上、30%以上、35%以上、特に40%以上であることが好ましい。Nb2O5+La2O3の含有量が少なすぎると上記効果が得づらくなる。また、ガラス化を安定させる観点から、Nb2O5+La2O3の含有量の上限は80%以下、75%以下、70%以下、65%以下、特に60%以下であることが好ましい。
本実施形態において、ガラスの屈折率を高め、かつ密度を低下させる観点から、TiO2+Nb2O5の含有量は7%以上、10%以上、15%以上、20%以上、21%以上、24%以上、特に25%以上であることが好ましい。また、ガラス化を安定させる観点から、TiO2+Nb2O5の含有量の上限は60%以下、50%以下、特に40%以下であることが好ましい。
本実施形態において、ガラス化の安定性を高める観点から、La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3の含有量は8%以上、10%以上、15%以上、20%以上、25%以上、30%以上、35%以上、特に40%以上であることが好ましい。また、低密度化の観点から、La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3の含有量の上限は79.9%以下、75%以下、70%以下、65%以下、60%以下、特に55%以下であることが好ましい。
本実施形態において、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量は0~10%であることが好ましい。より詳細には、屈折率を高める観点から、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量の上限は10%以下、9%以下、特に8%以下であることが好ましく、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定させ、かつ密度を低下させる観点から、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量の下限は0.1%以上、特に0.2%以上であることが好ましい。
本実施形態において、Li2O+Na2O+K2Oの含有量は0~2%であることが好ましい。より詳細には、ガラス化が不安定になることを抑制し、かつ屈折率の低下を抑制する観点から、Li2O+Na2O+K2Oの含有量の上限は2%以下、1%以下、0.5%以下、特に実質的に含有しないことが好ましく、Li2O+Na2O+K2Oの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、溶融粘度を調整する観点から、Li2O+Na2O+K2Oの含有量の下限を0.01%以上としてもよい。なお、Li2O、Na2O及びK2Oの各成分の含有量の上限は2%以下、1%以下、0.5%以下、特に実質的に含有しないことが好ましく、Li2O、Na2O及びK2Oの各成分の含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、溶融粘度を調整する観点から、Li2O、Na2O及びK2Oの各成分の含有量の下限を0.01%以上としてもよい。
本実施形態において、屈折率を高めつつ可視域の光透過率の低下を抑制する観点から、SiO2+B2O3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、SiO2+B2O3の含有量の上限は15%以下、10%以下、特に9.4%以下であることが好ましく、SiO2+B2O3の含有量の下限は0%以上としてもよい。一方、ガラス化を安定させる観点からは、SiO2+B2O3の含有量の下限は1%以上、2%以上、3%以上、特に5%以上であることが好ましい。
本実施形態において、特に高屈折率で安定なガラスを得る観点から、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2は2.0以上、特に2.01以上であることが好ましい。また、低密度化の観点から、(Nb2O5+La2O3)/TiO2の上限は10以下、8以下、6以下、特に3以下とすることが好ましい。
本実施形態において、屈折率を高める観点から、質量比で、(TiO2+Nb2O5)/SiO2は1以上、2以上、2.5以上、特に3.0以上であることが好ましい。一方、(TiO2+Nb2O5)/SiO2が大きすぎるとガラス化の安定性が低下する傾向や可視域の光透過率が低下する傾向があるため、その上限は10以下、8.0以下、6.1以下、4.0以下、3.7未満、特に3.6以下であることが好ましい。
本実施形態において、TiO2-ZrO2系結晶の析出を抑制する観点から、質量比で、TiO2/ZrO2は2以上、特に2.2以上であることが好ましい。また、ガラス化の安定性を高める観点から、TiO2/ZrO2の上限は20以下、15以下、特に12以下としてもよい。
本実施形態において、特に屈折率を高める観点から、質量比で、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3)は3.500以上、3.800以上、4.000以上、4.300以上、4.500以上、4.800以上、特に5.100以上であることが好ましい。また、ガラス化を安定させつつ密度を低下させる観点から、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3)の上限は20.000以下、15.000以下、12.000以下、10.000以下、8.000以下、特に7.000以下であることが好ましい。
本実施形態において、可視域の光透過率を高める観点から、質量比で、HfO2/TiO2は0.02以下、0.01以下、0.009以下、特に0.005以下であることが好ましく、HfO2/TiO2の下限は0以上であることが好ましい。一方、結晶化温度を高めて耐失透性を高める観点から、HfO2/TiO2の下限は0.001以上、特に0.002以上であることが好ましい。
本実施形態において、屈折率を高める観点から、質量比で、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)は0.7以下、0.5以下、0.4以下、特に0.2以下であることが好ましく、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)の下限は0以上であることが好ましい。一方、密度を低下させる観点を重視する場合は、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)の下限は0.001以上であることが好ましい。
本実施形態において、特にアッベ数を高める観点から、質量比で、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+TiO2+Nb2O5)は0.5以下、0.4以下、0.3以下、特に0.2以下であることが好ましく、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+TiO2+Nb2O5)の下限は0以上であることが好ましい。一方、密度を低下させる観点から、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+TiO2+Nb2O5)の下限は0.001以上、特に0.002以上であることが好ましい。
本実施形態において、密度を低減する観点から、質量比で、ZnO/Y2O3の上限は50以下、特に40以下であることが好ましく、ZnO/Y2O3の下限は0以上であることが好ましい。一方、溶融温度を低減する観点から、ZnO/Y2O3の下限は0.01以上であることが好ましい。
本実施形態において、高屈折率化の観点から、質量比で、B2O3/La2O3は1未満、0.9以下、0.5以下、特に0.10以下であることが好ましく、B2O3/La2O3の下限は0以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定させる観点では、B2O3/La2O3の下限を0.01以上としてもよい。
本実施形態において、高屈折率化の観点から、質量比で、B2O3/SiO2は1以下、0.9以下、特に0.5以下であることが好ましく、B2O3/SiO2の下限は0以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定させる観点では、B2O3/SiO2の下限を0.01以上としてもよい。
以上を鑑み、光学ガラスBの好ましい組成範囲は、質量%で、SiO2 1~15%、TiO2 5~20%未満、La2O3 8~50%、Nb2O5 2~30%、Gd2O3 1~15%、BaO 0~10%未満、B2O3 0~0.1%、Al2O3 0~5%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0~10%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 2.0以上、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3) 3.500以上であることが好ましく、質量%で、SiO2 2~15%、TiO2 10~20%未満、La2O3 18~48%、Nb2O5 2~30%、Gd2O3 1~15%、BaO 0~8%、B2O3 0~0.1%、Al2O3 0~3%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0~9%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 2.0以上、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3) 3.500以上であることがより好ましく、質量%で、SiO2 2~15%、TiO2 15~20%未満、La2O3 26~48%、Nb2O5 4~30%、Gd2O3 1~15%、BaO 0~8%、B2O3 0~0.1%、Al2O3 0~2%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0~9%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 2.0以上、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3) 3.500以上であることが特に好ましい。
本実施形態の光学ガラスは上記構成を満たすことにより、ガラスの安定性を高めやすい。そのため、本実施形態の光学ガラスは、特に量産性を高める観点から好ましい。
<光学ガラスC>
本発明の光学ガラスは、ある実施形態において、質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 20~40%、La2O3 5~50%、B2O3 0~2.5%、Al2O3 0~3%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0.1%以上、Li2O+Na2O+K2O 0~2%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上、TiO2/ZrO2 2.9以上、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3) 0.4以下、B2O3/La2O3 0.10以下であることを特徴とする(光学ガラスC)。なお、本実施形態の説明において、光学ガラスA、Bと重複する構成は記載を省略することがある。また、本実施形態の説明に記載のない構成は光学ガラスA、Bと同等の構成としてもよい。
本発明の光学ガラスは、ある実施形態において、質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 20~40%、La2O3 5~50%、B2O3 0~2.5%、Al2O3 0~3%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0.1%以上、Li2O+Na2O+K2O 0~2%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上、TiO2/ZrO2 2.9以上、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3) 0.4以下、B2O3/La2O3 0.10以下であることを特徴とする(光学ガラスC)。なお、本実施形態の説明において、光学ガラスA、Bと重複する構成は記載を省略することがある。また、本実施形態の説明に記載のない構成は光学ガラスA、Bと同等の構成としてもよい。
本実施形態において、SiO2の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、溶融温度の増加や内部透過率の低下を抑制し、かつ屈折率の低下を抑制する観点から、SiO2の含有量の上限は15%以下、12%以下、特に11%以下であることが好ましく、SiO2の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、特にガラス化の安定性を向上させ、かつガラスの熱膨張係数を低下させる観点から、SiO2の含有量の下限は1%以上、2%以上、2.5%以上、3%以上、特に6%以上であることが好ましい。
本実施形態において、TiO2の含有量は20~40%であることが好ましい。より詳細には、特にガラスの屈折率を高め、かつガラスの密度を低くする観点から、TiO2の含有量の下限は20%以上、特に20.01%以上であることが好ましい。また、可視域の光透過率を高める観点から、TiO2の含有量の上限は40%以下、35%以下、特に30%以下であることが好ましい。
本実施形態において、屈折率を高め、またガラス化の安定性を向上させる観点から、La2O3の含有量は5~50%であることが好ましい。より詳細には、La2O3の含有量の下限は5%以上、7.5%以上、8%以上、10%以上、14%以上、15%以上、18%以上、20%以上、22%以上、25%以上、26%以上、28%以上、特に30%以上であることが好ましい。また、耐失透性の低下を抑制し、かつ密度の上昇を抑制する観点から、La2O3の含有量の上限は50%以下、48%以下、特に45%以下であることが好ましい。
本実施形態において、Nb2O5の含有量は0~30%であることが好ましい。より詳細には、特に屈折率を顕著に高める観点から、Nb2O5の含有量の下限は0%以上、2%以上、3%以上、4%以上、特に5%以上であることが好ましい。また、ガラス化を安定させる観点から、Nb2O5の含有量の上限は30%以下、25%以下、20%以下、18%以下、特に16%以下であることが好ましい。
本実施形態において、ZrO2の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、ガラス化を安定させる観点から、ZrO2の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、9%以下、特に7%以下であることが好ましく、ZrO2の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、屈折率を高める観点から、ZrO2の含有量の下限は1%以上、特に2%以上であることが好ましい。
本実施形態において、Gd2O3の含有量は0~20%であることが好ましい。より詳細には、量産性の低下を抑制し、かつ密度の上昇を抑制する観点から、Gd2O3の含有量の上限は20%以下、15%以下、特に14%以下であることが好ましく、Gd2O3の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、屈折率を高める観点から、Gd2O3の含有量の下限は0.1%以上、特に1%以上であることが好ましい。
本実施形態において、Y2O3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、溶融温度の上昇を抑制しガラス化を安定させる観点から、Y2O3の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、7%以下、特に5%以下であることが好ましく、Y2O3の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、屈折率や化学的耐久性を高め、さらにヤング率を高める観点から、Y2O3の含有量の下限は0.1%以上であることが好ましい。
本実施形態において、Yb2O3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、ガラスの密度上昇を抑制し、かつ失透や脈理の発生を抑制する観点から、Yb2O3の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、9%以下、7%以下、5%以下、3%以下、特に1%以下であることが好ましく、Yb2O3の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、屈折率を高める観点から、Yb2O3の含有量の下限は0.1%以上、1%以上、2%以上、2.5%以上、特に3%以上であることが好ましい。
本実施形態において、WO3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、可視域の光透過率を高め、かつ密度の上昇を抑制する観点から、WO3の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、8%以下、特に5%以下であることが好ましく、WO3の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、ガラス化を安定化させる観点から、WO3の含有量の下限は0.1%以上であることが好ましい。
本実施形態において、HfO2の含有量は0~1%であることが好ましい。より詳細には、密度の上昇を抑制する観点から、HfO2の含有量の上限は1%以下、0.8%以下、0.5%以下、0.3%以下、特に0.2%以下であることが好ましく、HfO2の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、結晶化温度を高めてガラスの耐失透性を向上させる観点から、HfO2の含有量の下限は0.01%以上、特に0.05%以上であることが好ましい。
本実施形態において、MgO+CaO+SrOの含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、屈折率の低下を抑制する観点から、MgO+CaO+SrOの含有量の上限は15%以下、10%以下、5%以下、3%以下、2%以下、特に1%以下であることが好ましく、MgO+CaO+SrOの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定にさせる観点から、MgO+CaO+SrOの含有量の下限は0.01%以上、特に0.02%以上としてもよい。なお、MgO、CaO及びSrOの各成分の含有量の上限は15%以下、10%以下、5%以下、3%以下、2%以下、特に1%以下であることが好ましく、MgO、CaO及びSrOの各成分の含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定にさせる観点から、MgO、CaO及びSrOの各成分の含有量の下限は0.01%以上、特に0.02%以上としてもよい。
本実施形態において、BaOの含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、ガラス化を安定にする観点から、BaOの含有量の上限は15%以下、14%以下、12%以下、特に11%以下であることが好ましく、BaOの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、屈折率を高める観点から、BaOの含有量の下限は0.1%以上としてもよい。
本実施形態において、ZnOの含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、屈折率の低下を抑制する観点から、ZnOの含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、特に8%以下であることが好ましく、ZnOの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化の安定性を向上させる観点から、ZnOの含有量の下限は0.1%以上であることが好ましい。
本実施形態において、B2O3の含有量は0~2.5%であることが好ましい。より詳細には、特に屈折率を高める観点から、B2O3の含有量の上限は2.5%以下、2%以下、1.5%以下、1%以下、特に0.5%以下であることが好ましく、B2O3の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化の安定性を向上させる観点から、B2O3の含有量の下限を0.01%以上、特に0.1%以上としてもよい。
本実施形態において、Al2O3の含有量は0~3%であることが好ましい。より詳細には、ガラス化の安定性を高め、かつ屈折率の低下を抑制する観点から、Al2O3の含有量の上限は3%以下、2%以下、1%以下、特に0.1%以下であることが好ましく、Al2O3の含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化の安定性を向上させる観点から、Al2O3の含有量の下限を0.01%以上としてもよい。
本実施形態において、可視域の光透過率の低下を抑制する観点から、Fe2O3の含有量は0.01%未満、0.005%未満、0.001%未満、0.0005%未満、特に0.0001%未満であることが好ましく、Fe2O3の含有量の下限は0.00001%以上であることが好ましい。同様に、Ptの含有量は20ppm以下、10ppm以下、特に5ppm以下であることが好ましい。同様に、Rhの含有量は1ppm以下、0.1ppm以下、0.01ppm以下、特に0.01ppm未満であることが好ましく、Rhの含有量の下限は0.001ppm以上であることが好ましい。なお、着色抑制の観点ではPtの含有量が少ないほど好ましいが、そのためには溶融温度を低くする必要があり、結果として溶解性が低下しやすくなる。そのため、溶解性を考慮した場合、Ptの含有量の下限は0.1ppm以上、特に0.5ppm以上であることが好ましい。
本実施形態において、ガラスの屈折率を高める観点から、Nb2O5+La2O3の含有量は30%以上、35%以上、特に40%以上であることが好ましい。Nb2O5+La2O3の含有量が少なすぎると上記効果が得づらくなる。ガラス化を安定させる観点から、Nb2O5+La2O3の含有量の上限は80%以下、75%以下、70%以下、65%以下、60%以下、55%以下、特に50%以下であることが好ましい。
本実施形態において、ガラスの屈折率を高め、かつ密度を低下させる観点から、TiO2+Nb2O5の含有量は20%以上、21%以上、24%以上、特に25%以上であることが好ましい。また、ガラス化を安定させる観点から、TiO2+Nb2O5の含有量の上限は60%以下、50%以下、特に40%以下であることが好ましい。
本実施形態において、ガラス化の安定性を高める観点から、La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3の含有量は5%以上、10%以上、15%以上、20%以上、25%以上、30%以上、特に35%以上であることが好ましい。また、低密度化の観点から、La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3の含有量の上限は79.9%以下、75%以下、70%以下、65%以下、60%以下、特に55%以下であることが好ましい。
本実施形態において、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量は0.1~15%であることが好ましい。より詳細には、特にガラス化を安定させ、かつ密度を低下させる観点から、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量の下限は0.1%以上、0.2%以上、0.5%以上、1%以上、特に1.5%以上であることが好ましい。一方、屈折率を高める観点から、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量の上限は15%以下、特に13%以下としてもよい。
本実施形態において、Li2O+Na2O+K2Oの含有量は0~2%であることが好ましい。より詳細には、ガラス化が不安定になることを抑制し、かつ屈折率の低下を抑制する観点から、Li2O+Na2O+K2Oの含有量の上限は2%以下、1%以下、0.5%以下、特に実質的に含有しないことが好ましく、Li2O+Na2O+K2Oの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、溶融粘度を調整する観点から、Li2O+Na2O+K2Oの含有量の下限を0.01%以上としてもよい。なお、Li2O、Na2O及びK2Oの各成分の含有量の上限は2%以下、1%以下、0.5%以下、特に実質的に含有しないことが好ましく、Li2O、Na2O及びK2Oの各成分の含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、溶融粘度を調整する観点から、Li2O、Na2O及びK2Oの各成分の含有量の下限は0.01%以上としてもよい。
本実施形態において、屈折率を高めつつ可視域の光透過率の低下を抑制する観点から、SiO2+B2O3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、SiO2+B2O3の含有量の上限は15%以下、10%以下、特に9.4%以下であることが好ましく、SiO2+B2O3の含有量の下限は0%以上としてもよい。一方、ガラス化を安定させる観点からは、SiO2+B2O3の含有量の下限は1%以上、2%以上、3%以上、特に5%以上であることが好ましい。
本実施形態において、高屈折率で安定なガラスを得る観点から、(Nb2O5+La2O3)/TiO2は1.5以上、1.51以上、1.55以上、1.6以上、1.65以上、特に1.70以上であることが好ましい。また、低密度化の観点から、(Nb2O5+La2O3)/TiO2の上限は10以下、8以下、6以下、3以下、特に2.5以下とすることが好ましい。
本実施形態において、屈折率を高める観点から、(TiO2+Nb2O5)/SiO2は1以上、2以上、2.5以上、2.8以上、特に3.0以上であることが好ましい。一方、(TiO2+Nb2O5)/SiO2が大きすぎるとガラス化の安定性が低下する傾向や可視域の光透過率が低下する傾向があるため、その上限は10以下、8.0以下、6.1以下、4.0以下、3.7未満、特に3.6以下であることが好ましい。
本実施形態において、TiO2-ZrO2系結晶の析出を抑制する観点から、質量比で、TiO2/ZrO2は2.9以上、特に2.91以上であることが好ましい。また、ガラス化の安定性を高める観点から、TiO2/ZrO2の上限は20以下、15以下、特に12以下としてもよい。
本実施形態において、屈折率を高める観点から、質量比で、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3)は1.000以上、1.500以上、2.000以上、3.500以上、3.800以上、4.000以上、4.300以上、4.500以上、4.800以上、特に5.100以上であることが好ましい。また、ガラス化を安定させつつ密度を低下させる観点から、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3)の上限は20.000以下、15.000以下、12.000以下、10.000以下、8.000以下、特に7.000以下であることが好ましい。
本実施形態において、可視域の光透過率を高める観点から、質量比で、HfO2/TiO2は0.02以下、0.01以下、0.009以下、特に0.005以下であることが好ましく、HfO2/TiO2の下限は0以上であることが好ましい。一方、結晶化温度を高めて耐失透性を高める観点から、HfO2/TiO2の下限は0.001以上、特に0.002以上であることが好ましい。
本実施形態において、特に屈折率を高める観点から、質量比で、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)は0.4以下、0.35以下、特に0.3以下であることが好ましく、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)の下限は0以上であることが好ましい。また、密度を低下させる観点から、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)の下限は0.01以上、0.05以上、特に0.1以上であることが好ましい。
本実施形態において、特にアッベ数を高める観点から、質量比で、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+TiO2+Nb2O5)は0.5以下、0.4以下、0.3以下、特に0.2以下であることが好ましく、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+TiO2+Nb2O5)の下限は0以上であることが好ましい。一方、密度を低下させる観点から、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+TiO2+Nb2O5)の下限は0.001以上、0.01以上、特に0.02以上であることが好ましい。
本実施形態において、密度を低減する観点から、質量比で、ZnO/Y2O3は50以下、特に40以下であることが好ましく、ZnO/Y2O3の下限は0以上であることが好ましい。一方、溶融温度を低減する観点では、ZnO/Y2O3の下限は0.01以上としてもよい。
本実施形態において、特に高屈折率の観点から、質量比で、B2O3/La2O3は0.10以下、特に0.05以下であることが好ましく、B2O3/La2O3の下限は0以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定させる観点では、B2O3/La2O3の下限を0.01以上としてもよい。
本実施形態において、高屈折率化の観点から、質量比で、B2O3/SiO2は1以下、0.9以下、特に0.5以下であることが好ましく、B2O3/SiO2の下限は0以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定させる観点では、B2O3/SiO2の下限を0.01以上としてもよい
以上を鑑み、光学ガラスCの好ましい組成範囲は、質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 20~40%、La2O3 28~50%、Nb2O5 2~30%、B2O3 0~2.5%、Al2O3 0~3%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0.1%以上、Li2O+Na2O+K2O 0~2%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上、TiO2/ZrO2 2.9以上、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3) 0.4以下、B2O3/La2O3 0.10以下であることが好ましく、質量%で、SiO2 1~15%、TiO2 20~40%、La2O3 28~50%、Nb2O5 2~30%、B2O3 0~2.5%、Al2O3 0~2%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0.1%以上、Li2O+Na2O+K2O 0~2%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上、TiO2/ZrO2 2.9以上、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3) 0.4以下、B2O3/La2O3 0.10以下であることが特に好ましい。
本実施形態の光学ガラスは上記構成を満たすことにより密度を低下させやすい。そのため、本実施形態の光学ガラスは、特に当該光学ガラスを用いたデバイスの軽量化の観点から好ましい。
<光学ガラスD>
本発明の光学ガラスは、ある実施形態において、SiO2、TiO2、La2O3、Nb2O5及びZrO2を必須成分として含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上、HfO2/TiO2 0.001以上であることを特徴とする(光学ガラスD)。なお、本実施形態の説明において、光学ガラスA~Cと重複する構成は記載を省略することがある。また、本実施形態の説明に記載のない構成は光学ガラスA~Cと同等の構成としてもよい。
本発明の光学ガラスは、ある実施形態において、SiO2、TiO2、La2O3、Nb2O5及びZrO2を必須成分として含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上、HfO2/TiO2 0.001以上であることを特徴とする(光学ガラスD)。なお、本実施形態の説明において、光学ガラスA~Cと重複する構成は記載を省略することがある。また、本実施形態の説明に記載のない構成は光学ガラスA~Cと同等の構成としてもよい。
本実施形態の光学ガラスは、SiO2、TiO2、La2O3、Nb2O5及びZrO2を必須成分として含有する。より詳細には、本実施形態の光学ガラスは、SiO2 0%超~15%、TiO2 5~40%、La2O3 5~50%、Nb2O5 1~30%及びZrO2 1~15%を含有することが好ましい。
本実施形態において、SiO2の含有量は0%超~15%であることが好ましい。より詳細には、特にガラス化の安定性を向上させ、かつガラスの熱膨張係数を低下させる観点から、SiO2の含有量の下限は0%超、1%以上、2%以上、2.5%以上、3%以上、4%以上、5%以上、特に6%以上であることが好ましい。また、溶融温度の増加や可視域の光透過率の低下を抑制し、かつ屈折率の低下を抑制する観点から、SiO2の含有量の上限は15%以下、12%以下、特に11%以下であることが好ましい。
本実施形態において、TiO2の含有量は5~40%であることが好ましい。より詳細には、屈折率を高め、かつガラスの密度を低くする観点から、TiO2の含有量の下限は5%以上、5.5%以上、10%以上、14%以上、15%以上、特に16%以上であることが好ましい。また、可視域の光透過率を高める観点から、TiO2の含有量の上限は40%以下、35%以下、特に30%以下であることが好ましい。なお、特に可視域の光透過率を高める観点では、TiO2の含有量は5~20%未満、特に5~19.9%であることが好ましい。また、特にガラスの密度を低くする観点では、TiO2の含有量は20~40%、特に23~40%であることが好ましい。
本実施形態において、La2O3の含有量は5~50%であることが好ましい。より詳細には、屈折率を高め、またガラス化の安定性を向上させる観点から、La2O3の含有量の下限は5%以上、7.5%以上、8%以上、10%以上、14%以上、15%以上、18%以上、20%以上、22%以上、25%以上、26%以上、特に30%以上であることが好ましい。また、耐失透性の低下を抑制し、かつ密度の上昇を抑制する観点から、La2O3の含有量の上限は50%以下、48%以下、特に45%以下であることが好ましい。
本実施形態において、Nb2O5の含有量は1~30%であることが好ましい。より詳細には、特に屈折率を顕著に高める観点から、Nb2O5の含有量の下限は1%以上、2%以上、3%以上、4%以上、特に5%以上であることが好ましい。また、ガラス化を安定させる観点から、Nb2O5の含有量の上限は30%以下、25%以下、20%以下、18%以下、特に16%以下であることが好ましい。
本実施形態において、ZrO2の含有量は1~15%であることが好ましい。より詳細には、屈折率を高める観点から、ZrO2の含有量の下限は1%以上、2%以上、特に4%以上であることが好ましい。また、ガラス化を安定させる観点から、ZrO2の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、9%以下、特に7%以下であることが好ましい。
本実施形態において、Gd2O3の含有量は0~20%であることが好ましい。より詳細には、量産性の低下を抑制し、かつ密度の上昇を抑制する観点から、Gd2O3の含有量の上限は20%以下、15%以下、14%以下、13%以下、10%以下、7%以下、特に6%以下であることが好ましく、Gd2O3の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、屈折率を高める観点から、Gd2O3の含有量の下限は0.1%以上、1%以上、特に2%以上であることが好ましい。
本実施形態において、Y2O3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、溶融温度の上昇を抑制しガラス化を安定させる観点から、Y2O3の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、7%以下、特に5%以下であることが好ましく、Y2O3の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、屈折率や化学的耐久性を高め、さらにヤング率を高める観点から、Y2O3の含有量の下限は0.1%以上、1%以上、特に2%以上であることが好ましい。
本実施形態において、Yb2O3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、ガラスの密度上昇を抑制し、かつ失透や脈理の発生を抑制する観点から、Yb2O3の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、9%以下、特に7%以下であることが好ましく、Yb2O3の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、屈折率を高める観点から、Yb2O3の含有量の下限は0.1%以上、1%以上、2%以上、2.5%以上、特に3%以上であることが好ましい。
本実施形態において、WO3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、可視域の光透過率を高め、かつ密度の上昇を抑制する観点から、WO3の含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、5%以下、3%未満、2%以下、特に1%以下であることが好ましく、WO3の含有量の下限は0%以上としてもよい。もっとも、ガラス化を安定化させる観点から、WO3の含有量の下限は0.1%以上であることが好ましい。
本実施形態において、HfO2の含有量は0.01~1%であることが好ましい。より詳細には、結晶化温度を高めてガラスの耐失透性を向上させる観点から、HfO2の含有量の下限は0.01%以上、特に0.05%以上であることが好ましい。また、密度の上昇を抑制する観点から、HfO2の含有量の上限は1%以下、0.8%以下、0.5%以下、0.3%以下、特に0.2%以下であることが好ましい。
本実施形態において、MgO+CaO+SrOの含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、屈折率の低下を抑制する観点から、MgO+CaO+SrOの含有量の上限は15%以下、10%以下、5%以下、3%以下、2%以下、特に1%以下であることが好ましく、MgO+CaO+SrOの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定にさせる観点から、MgO+CaO+SrOの含有量の下限は0.01%以上、特に0.02%以上としてもよい。なお、MgO、CaO及びSrOの各成分の含有量の上限は15%以下、10%以下、5%以下、3%以下、2%以下、特に1%以下であることが好ましく、MgO、CaO及びSrOの各成分の含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定にさせる観点から、MgO、CaO及びSrOの各成分の含有量の下限は0.01%以上、特に0.02%以上としてもよい。
本実施形態において、BaOの含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、ガラス化を安定にする観点から、BaOの含有量の上限は15%以下、14%以下、12%以下、11%以下、特に10%未満であることが好ましく、BaOの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、屈折率を高める観点から、BaOの含有量の下限は0.1%以上としてもよい。
本実施形態において、ZnOの含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、屈折率の低下を抑制する観点から、ZnOの含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、特に8%以下であることが好ましく、ZnOの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化の安定性を向上させる観点から、ZnOの含有量の下限は0.1%以上であることが好ましい。
本実施形態において、B2O3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、屈折率を高める観点から、B2O3の含有量の上限は15%以下、10%以下、9%以下、5%以下、2.5%以下、2%以下、1.5%以下、1%以下、特に0.5%以下であることが好ましい。また、B2O3の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化の安定性を向上させる観点から、B2O3の含有量の下限を0.01%以上、特に0.1%以上としてもよい。
本実施形態において、Al2O3の含有量は0~5%であることが好ましい。より詳細には、ガラス化の安定性を高め、かつ屈折率の低下を抑制する観点から、Al2O3の含有量の上限は5%以下、3%以下、2%以下、1%以下、特に0.1%以下であることが好ましく、Al2O3の含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化の安定性を向上させる観点から、Al2O3の含有量の下限を0.01%以上としてもよい。
本実施形態において、可視域の光透過率の低下を抑制する観点から、Fe2O3の含有量は0.01%未満、0.005%未満、0.001%未満、0.0005%未満、特に0.0001%未満であることが好ましく、Fe2O3の含有量の下限は0.00001%以上であることが好ましい。同様に、Ptの含有量は20ppm以下、10ppm以下、特に5ppm以下であることが好ましい。同様に、Rhの含有量は1ppm以下、0.1ppm以下、0.01ppm以下、特に0.01ppm未満であることが好ましく、Rhの含有量の下限は0.001ppm以上であることが好ましい。なお、着色抑制の観点ではPtの含有量が少ないほど好ましいが、そのためには溶融温度を低くする必要があり、結果として溶解性が低下しやすくなる。そのため、溶解性を考慮した場合、Ptの含有量の下限は0.1ppm以上、特に0.5ppm以上であることが好ましい。
本実施形態において、失透を抑制する観点から、Nb2O5+La2O3の含有量は7.5%以上、10%以上、15%以上、20%以上、25%以上、30%以上、35%以上、特に40%以上であることが好ましい。Nb2O5+La2O3の含有量が少なすぎると上記効果が得づらくなる。また、ガラス化を安定させる観点から、Nb2O5+La2O3の含有量の上限は80%以下、75%以下、70%以下、65%以下、特に60%以下であることが好ましい。
本実施形態において、ガラスの屈折率を高め、かつ密度を低下させる観点から、TiO2+Nb2O5の含有量は6%以上、7.5%以上、10%以上、15%以上、20%以上、21%以上、24%以上、特に25%以上であることが好ましい。また、ガラス化を安定させる観点から、TiO2+Nb2O5の含有量の上限は60%以下、50%以下、特に40%以下であることが好ましい。
本実施形態において、ガラス化の安定性を高める観点から、La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3の含有量は5%以上、8%以上、10%以上、15%以上、20%以上、25%以上、30%以上、35%以上、特に40%以上であることが好ましい。また、低密度化の観点から、La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3の含有量の上限は79.9%以下、75%以下、70%以下、65%以下、60%以下、特に55%以下であることが好ましい。
本実施形態において、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、屈折率を高める観点から、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量の上限は15%以下、12%以下、10%以下、9%以下、特に8%以下であることが好ましい。MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定させ、かつ密度を低下させる観点から、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの含有量の下限を0.1%以上、特に0.2%以上としてもよい。
本実施形態において、Li2O+Na2O+K2Oの含有量は0~2%であることが好ましい。より詳細には、ガラス化が不安定になることを抑制し、かつ屈折率の低下を抑制する観点から、Li2O+Na2O+K2Oの含有量の上限は2%以下、1%以下、0.5%以下、特に実質的に含有しないことが好ましく、Li2O+Na2O+K2Oの含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、溶融粘度を調整する観点から、Li2O+Na2O+K2Oの含有量の下限を0.01%以上としてもよい。なお、Li2O、Na2O及びK2Oの各成分の含有量の上限は2%以下、1%以下、0.5%以下、特に実質的に含有しないことが好ましく、Li2O、Na2O及びK2Oの各成分の含有量の下限は0%以上であることが好ましい。一方、溶融粘度を調整する観点から、Li2O、Na2O及びK2Oの各成分の含有量の下限は0.01%以上としてもよい。
本実施形態において、屈折率を高めつつ可視域の光透過率の低下を抑制する観点から、SiO2+B2O3の含有量は0~15%であることが好ましい。より詳細には、SiO2+B2O3の含有量の上限は15%以下、10%以下、特に9.4%以下であることが好ましく、SiO2+B2O3の含有量の下限は0%以上としてもよい。一方、ガラス化を安定させる観点からは、SiO2+B2O3の含有量の下限は1%以上、2%以上、3%以上、特に5%以上であることが好ましい。
本実施形態において、高屈折率で安定なガラスを得る観点から、(Nb2O5+La2O3)/TiO2は1.5以上、1.51以上、1.55以上、1.6以上、1.65以上、特に1.70以上であることが好ましい。また、低密度化の観点から、(Nb2O5+La2O3)/TiO2の上限は10以下、8以下、6以下、特に3以下とすることが好ましい。
本実施形態において、屈折率を高める観点から、(TiO2+Nb2O5)/SiO2は1以上、2以上、2.5以上、特に3.0以上であることが好ましい。一方、(TiO2+Nb2O5)/SiO2が大きすぎるとガラス化の安定性が低下する傾向や可視域の光透過率が低下する傾向があるため、その上限は10以下、8.0以下、6.1以下、4.0以下、3.7未満、特に3.6以下であることが好ましい。
TiO2-ZrO2系結晶の析出を抑制する観点から、質量比で、TiO2/ZrO2は2以上、2.2以上、2.5以上、2.9以上、特に2.91以上であることが好ましい。また、ガラス化の安定性を高める観点から、TiO2/ZrO2の上限は20以下、15以下、特に12以下としてもよい。
本実施形態において、屈折率を高める観点から、質量比で、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3)は1.000以上、1.500以上、2.000以上、3.500以上、3.800以上、4.000以上、4.300以上、4.500以上、4.800以上、特に5.100以上であることが好ましい。また、ガラス化を安定させつつ密度を低下させる観点から、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3)の上限は20.000以下、15.000以下、12.000以下、10.000以下、8.000以下、特に7.000以下であることが好ましい。
本実施形態において、結晶化温度を高めて耐失透性を高める観点から、質量比で、HfO2/TiO2は0.001以上であることが好ましい。一方、可視域の光透過率を高める観点から、HfO2/TiO2は0.02以下、0.01以下、0.009以下、特に0.005以下であることが好ましい。
本実施形態において、屈折率を高める観点から、質量比で、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)は0.7以下、0.5以下、0.4以下、0.35以下、特に0.3以下であることが好ましい。また、密度を低下させる観点から、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)の下限は0以上、0.001以上、特に0.01以上であることが好ましい。
本実施形態において、特にアッベ数を高める観点から、質量比で、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+TiO2+Nb2O5)は0.5以下、0.4以下、0.3以下、特に0.2以下であることが好ましく、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+TiO2+Nb2O5)の下限は0以上であることが好ましい。一方、密度を低下させる観点から、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+TiO2+Nb2O5)の下限は0.001以上、0.01以上、特に0.02以上であることが好ましい。
本実施形態において、密度を低減する観点から、質量比で、ZnO/Y2O3は50以下、特に40以下であることが好ましく、ZnO/Y2O3の下限は0以上であることが好ましい。一方、溶融温度を低減する観点では、ZnO/Y2O3の下限は0.01以上としてもよい。
本実施形態において、高屈折率化の観点から、質量比で、B2O3/La2O3は1未満、0.9以下、0.5以下、特に0.10以下、特に0.05以下であることが好ましく、B2O3/La2O3の下限は0以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定させる観点では、B2O3/La2O3の下限を0.01以上としてもよい。
本実施形態において、高屈折率化の観点から、質量比で、B2O3/SiO2は1以下、0.9以下、特に0.5以下であることが好ましく、B2O3/SiO2の下限は0以上であることが好ましい。一方、ガラス化を安定させる観点では、B2O3/SiO2の下限を0.01以上としてもよい。
以上を鑑み、光学ガラスDの好ましい組成範囲は、質量%で、SiO2 0%超~15%、TiO2 5~40%、La2O3 6.5~50%、Nb2O5 1~30%及びZrO2 1~15%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上、HfO2/TiO2 0.001以上であることが好ましく、質量%で、SiO2 1~15%、TiO2 10~40%、La2O3 14~50%、Nb2O5 1~20%及びZrO2 1~15%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上、HfO2/TiO2 0.001以上であることがより好ましく、質量%で、SiO2 2~15%、TiO2 14~35%、La2O3 20~50%、Nb2O5 1~20%及びZrO2 1~15%を含有し、質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上、HfO2/TiO2 0.001以上であることが特に好ましい。
本実施形態の光学ガラスは上記構成を満たすことにより、耐失透性に優れ量産性を高めることができる。
以下、ガラス組成以外の好ましい構成について説明する。
本発明の光学ガラスは、屈折率(nd)が2.03以上、2.040以上、2.050以上、2.070以上、2.080以上、2.090以上、2.095以上、2.100以上、2.101以上、特に2.105以上であることが好ましい。屈折率(nd)が低すぎるとプロジェクター付きメガネ、眼鏡型又はゴーグル型ディスプレイ、仮想現実(VR)又は拡張現実(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(nd)が高すぎると失透や脈理等の欠陥が発生しやすくなるため、屈折率(nd)の上限は2.35以下、2.30以下、特に2.20以下であることが好ましい。
本発明の光学ガラスは、ガラスの屈折率を高める観点から、アッベ数(νd)の上限は30以下、28以下、特に25以下であることが好ましい。一方、ガラス化の安定性を高める観点から、アッベ数(νd)の下限は15以上、18以上、20以上、特に21以上であることが好ましい。
本発明の光学ガラスは上記構成を有することにより、可視域において高い光透過率を有する。具体的には、厚み10mmでの波長450nmにおける内部透過率τ450が70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、特に90%以上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。
本発明の光学ガラスは、ガラス転移温度(Tg)が850℃以下、820℃以下、特に800℃以下であることが好ましい。このようにすれば、溶融温度を下げることが出来、透過率が高く、かつ量産性に優れたガラスを得ることが出来る。ガラス転移温度(Tg)の下限は特に限定されないが、例えば600℃以上としてもよい。
本発明の光学ガラスは、結晶化温度(Tc)が800℃以上、850℃以上、870℃以上、特に900℃以上であることが好ましい。このようにすれば、量産性に優れたガラスを得ることができる。結晶化温度(Tc)の下限は特に限定されないが、例えば600℃以上としてもよい。
本発明の光学ガラスは、ガラス転移温度と結晶化温度の差(Tc-Tg)が20℃以上、50℃以上、120℃以上、150℃以上、特に170℃以上が好ましい。このようにすれば、成形時に失透しにくく量産性に優れたガラスを得ることが出来る。(Tc-Tg)の上限は特に限定されないが、例えば500℃以下としてもよい。
本発明の光学ガラスは、液相温度が1350℃以下、1330℃以下、特に1300℃以下であることが好ましい。また、液相粘度は100.1dPa・s以上、100.2dPa・s以上、特に100.3dPa・s以上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。
本発明の光学ガラスは、密度が6.0g/cm3以下、5.5g/cm3以下、5.3g/cm3以下、特に5.0g/cm3以下であることが好ましい。光学ガラスの密度を低減することにより、デバイスの軽量化に寄与できる。密度が高すぎると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傾向があるため、4g/cm3以上、特に4.5g/cm3以上であることが好ましい。
本発明の光学ガラスは、30~380℃における熱膨張係数が95×10-7/℃以下、90×10-7/℃以下、特に85×10-7/℃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75×10-7/℃以上であることが好ましい。なお、熱膨張係数はディラトメーターで測定した平均線熱膨張係数を指す。
本発明の光学ガラスは、肉厚が1mm以下の板状であることが好ましい。肉厚の上限は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。光学ガラスの肉厚が大きすぎると当該光学ガラス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。一方、光学ガラスの肉厚が小さすぎると機械的強度が低下しやすくなる。そのため、板厚の下限は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い。
本発明の光学ガラスは、平面形状が円形、楕円形又は矩形の板状であることが好ましい。この場合、光学ガラスの主面の長径(円形の場合は直径)は、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。光学ガラスの長径の上限は特に限定されないが、現実的には1000mm以下、特に500mmであることが好ましい。
本発明の光学ガラスは、所定のガラス組成が得られるように調合した原料を溶融することにより溶融ガラスを得た後、溶融ガラスを成形し、その後必要に応じて切断や研磨等の後加工を経ることにより作製することができる。
光学ガラスの溶融温度は1500℃以下、1450℃以下、1400℃以下、特に1350℃以下であることが好ましい。溶融温度が高すぎると溶融容器の成分(Pt、Rh等)がガラス融液中に溶出しやすくなり、得られる光学ガラスの光透過率が低下する傾向がある。一方、溶融温度が低くなると、泡や異物(例えば未溶解物に由来する異物)が発生しやすくなる傾向がある。よって、ガラス中に泡や異物を低減するため、溶融温度は1200℃以上、特に1250℃以上であることが好ましい。
本発明の光学ガラスを製造する際には、清澄や透過率向上を目的に融液にガスをバブリングすることができる。ガスはH2O、O2、N2等を用いることができる。また、清澄は減圧下で行ってもよい。
本発明の光学ガラスは、ガラスカレットを作製したのちに、カレットを再加熱して均質な光学ガラスを得ることもできる。なお、再加熱する際に、カレットに加え異種のガラスを添加することも差し支えない。カレットの作製には白金坩堝のほか、白金ロジウム坩堝、石英坩堝、窒化アルミ坩堝、窒化ホウ素坩堝、ジルコニア坩堝、炭化ケイ素坩堝、モリブデン坩堝、タングステン坩堝などが使用できる。
本発明の光学ガラスは光学素子に好適に用いることができる。特に板状の導光素子である導光板として用いることが好ましい。例えば、プロジェクター付きメガネ、眼鏡型又はゴーグル型ディスプレイ、仮想現実又は拡張現実表示装置、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に用いることができる。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。なお、本発明の光学ガラスは導光板以外の導光素子、レンズ、プリズム等の光学素子に用いてもよい。
本発明の光学ガラスは加工基板を支持するための支持ガラス基板に用いてもよい。例えば、半導体支持用の支持ガラス基板に用いることができる。例えば、本発明の光学ガラスは、半導体パッケージの製造工程で、半導体チップが樹脂にモールドされた加工基板の支持に用いる支持ガラス基板に用いることができる。
ることが好ましい。
ることが好ましい。
支持ガラス基板はウエハ状であることが好ましく、その直径は100mm以上500mm以下、特に150mm以上450mm以下であることが好ましい。このようにすれば、fan out型のWLPの製造工程に適用し易くなる。必要に応じて、それ以外の形状、例えば矩形等の形状に加工してもよい。
支持ガラス基板はノッチ部(ノッチ形状の位置合わせ部)を有することが好ましい。また、ノッチ部の深部は平面視で略円形状又は略V溝形状であることがより好ましい。これにより、支持ガラス基板のノッチ部に位置決めピン等の位置決め部材を当接させて、支持ガラス基板を位置固定し易くなる。結果として、支持ガラス基板と加工基板の位置合わせが容易になる。特に、加工基板にもノッチ部を形成して、位置決め部材を当接させると、積層体全体の位置合わせが容易になる。
支持ガラス基板の真円度は、1mm以下、0.1mm以下、0.05mm以下、特に0.03mm以下が好ましい。真円度が小さい程、fan out型のWLPの製造工程に適用し易くなる。なお、「真円度」は、ノッチ部を除き、ウエハの外形の最大値から最小値を減じた値である。
支持ガラス基板の全体板厚偏差(TTV)は、好ましくは5μm以下、4μm以下、3μm以下、2μm以下、1μm以下、特に0.1~1μm未満である。また算術平均粗さRaは、好ましくは20nm以下、10nm以下、5nm以下、2nm以下、1nm以下、特に0.5nm以下である。表面精度が高い程、加工処理の精度を高め易くなる。特に配線精度を高めることができるため、高密度の配線が可能になる。また支持ガラス基板の強度が向上して、支持ガラス基板及び積層体が破損し難くなる。更に支持ガラス基板の再利用回数を増やすことができる。なお、「算術平均粗さRa」は、触針式表面粗さ計又は原子間力顕微鏡(AFM)により測定可能である。
以下、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。
表1~8は、本発明の実施例1~74及び比較例1、2を示す。なお、表中の「RO」は「MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO」を意味する。表中の「Ln2O3」は「La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3」を意味する。表中の「Ln2O3/(SiO2+B2O3)」は「(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3)」を意味する。表中の「RO/Ln2O3」は「(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)」を意味する。表中の「RO/(La2O3+TiO2+Nb2O5)」は「(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+TiO2+Nb2O5)」を意味する。
試料は以下のように作製した。はじめに、白金ルツボを用いてガラス原料を1350~1500℃で2時間溶融した。続いて溶融ガラスをカーボン板上に流し出し、2~48時間アニールすることにより試料を得た。得られた試料の組成を、XRF分析装置(RIGAKU製ZSX PrimusIVにより分析した。結果を表1~8に示す。
得られた試料について、屈折率(nd)、アッベ数(νd)、内部透過率(τ450)、ガラス転移温度(Tg)、結晶化温度(Tc)、密度、熱膨張係数α30-380を測定した。結果を表1~8に示す。
屈折率(nd)はカルニュー精密屈折計(島津製作所社製、KPR-2000)を用いて測定し、ヘリウムランプのd線(587.6nm)に対する屈折率を求めた。
アッベ数(νd)は上記d線に対する屈折率と、水素ランプのF線(486.1nm)、水素ランプのC線(656.3nm)に対する屈折率の値を用いて、νd=[(nd-1)/(nF-nC)]の式から算出した。
内部透過率(τ450)は以下のように測定した。光学研磨された厚さ10mm±0.1mmの試料と厚さ3mm±0.1mmの試料を準備し、分光光度計(島津製作所社製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1nm間隔で測定した。それぞれの厚みの試料における光透過率データから厚さ10mmの内部透過率曲線を求め、波長450nmにおける内部透過率を読み取った。
ガラス転移温度(Tg)と結晶化温度(Tc)は100μm以下に粉砕したガラス粉末0.3~0.6gを用いて測定した。測定装置には示差走査熱量計(TA Instruments社製、品番「DSC2500」)を用いて、25℃~1200℃、昇降温速度10℃/minの条件で測定した。
密度は、重さ約10gのガラス試料を用いて、アルキメデス法によって測定した。
熱膨張係数α30-380はディラトメーターで測定した平均線熱膨張係数とした。
表1~8に示す通り、実施例1~74の試料は、屈折率が2.03以上、アッベ数が20~30であった。一方、比較例1、2のガラスは失透した。
本発明の光学ガラスは光学素子に好適に用いることができる。特に、プロジェクター付きメガネ、眼鏡型又はゴーグル型ディスプレイ、仮想現実又は拡張現実表示装置、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。
Claims (14)
- 質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 5~40%、La2O3 5~50%を含有し、
質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上であり、
屈折率ndが2.03以上である、光学ガラス。 - 質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 5~20%未満、La2O3 8~50%、Nb2O5 2~30%、Gd2O3 0~15%、BaO 0~10%未満、B2O3 0~0.1%、Al2O3 0~5%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0~10%を含有し、
質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 2.0以上、(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)/(SiO2+B2O3) 3.500以上である、光学ガラス。 - 質量%で、SiO2 0~15%、TiO2 20~40%、La2O3 5~50%、B2O3 0~2.5%、Al2O3 0~3%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0.1%以上、Li2O+Na2O+K2O 0~2%を含有し、
質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上、TiO2/ZrO2 2.9以上、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3) 0.4以下、B2O3/La2O3 0.10以下である、光学ガラス。 - SiO2、TiO2、La2O3、Nb2O5及びZrO2を必須成分として含有し、
質量比で、(Nb2O5+La2O3)/TiO2 1.5以上、HfO2/TiO2 0.001以上である、光学ガラス。 - さらに、質量比で、HfO2/TiO2 0.001以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- アッベ数νdが30以下である、請求項1~4のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 厚み10mmでの波長450nmにおける内部透過率τ450が70%以上である、請求項1~4のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 密度が6.0g/cm3以下である、請求項1~4のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 肉厚が1mm以下の板状である、請求項1~4のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 主面の長径が100mm以上である、請求項9に記載の光学ガラス。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の光学ガラスからなる、光学素子。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の光学ガラスからなる、導光板。
- プロジェクター付きメガネ、眼鏡型又はゴーグル型ディスプレイ、仮想現実又は拡張現実表示装置、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、請求項12に記載の導光板。
- 請求項12に記載の導光板を備える、ウェアラブル画像表示機器。
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| JP2021102549A (ja) * | 2019-12-24 | 2021-07-15 | 日本電気硝子株式会社 | 光学ガラス |
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-
2024
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