「ポリカーボネート：光学用途への展開」

１． 光学用途と要求特性、光学用樹脂とその特性

代表的な光学用途と各々の要求性能を表１に、光学用樹脂とその特性を表２*1にまとめた。 光学用途の中で最も重要な特性は透過率である。透過率は、入光時および出光時の反射、通過時の吸収，散乱の因子により支配される。反射は屈折率の高い材料ほど大きくなる。また、媒体通過中の光の吸収は、可視領域では、共役二重結合骨格を持たない樹脂の方が少ない。 よって、屈折率が高く、ベンゼン環を有するＰＣは、アクリル樹脂や非晶質ポリオレフィンに比べ低い透過率を示すが、耐熱性、耐衝撃性、低吸水性、成形性が求められる用途ではＰＣの特性が必要とされる。

表１．光学用途と要求特性

光ディスク 精密レンズ メガネレンズ 導光板 光ファイバー 高透過率 ○ ◎ ○ ◎ ◎ 分散特性 △ ◎ ◎ △ △ 低複屈折率 ◎ ◎ ○ ○ △ 伝送損失 △ △ △ ○ ◎ 成形性，転写性 ◎ ◎ ○ ◎ △ 低吸水性 ◎ ◎ ○ ◎ △ 耐熱性 ◎ ◎ ○ ○ ○ 耐衝撃性 ○ △ ◎ ○ △ 低ダスト性 ◎ ◎ ○ ○ ○

表２．光学用樹脂と特性

項目 単位 PC （ユーピロン　H-4000） アクリル樹脂 非晶質ポリオレフィン ＜物理的性質＞ 　密度 　 1.20 1.19 1.01 　吸水率 ％ 0.2 0.3 ＜0.01 　全光線透過率 ％ 90 91 90 　屈折率 　 1.583 1.492 1.530 　光弾性係数 Pa^-1 77×10^-12 6.0×10^-12 6.3×10^-12 　垂直複屈折 ｎｍ ＜30 ＜20 ＜25 　(ダブルパス）斜め30度 ｎｍ ＜160 ＜20 ＜20 ＜熱的性質＞ 　ガラス転移温度 145 110 140 　熱変形温度 124 90 121 　熱伝導率 W／（ｍ・Ｋ） 0.19 0.19 0.20 　線膨張係数 Ｋ＾-1 6×10^-5 6×10^-5 8×10^-5 ＜機械的性質＞ 　降伏応力 ＭＰａ 63 71 63 　破壊呼びひずみ ％ 90 5 10 　曲げ強さ ＭＰａ 90 110 100 　曲げ弾性率 ＭＰａ 2300 2900 2300 　Ｉｚ衝撃強度 Ｊ／ｍ 98 20 59 　鉛筆硬度 　 Ｂ ３Ｈ Ｈ 　膜密着性 　 ○ △ △ 　耐薬品性 　 △ △ ○ 　価格 　 ○ ○ ×

２． ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＯ等の光ディスク用ＰＣの特性

現在、光学用ＰＣの使用量が最も多い分野は、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＯをはじめとした光ディスク分野である。（写真：ユーピロンＨ４０００） 光ディスク用ＰＣには、転写性、低複屈折性が必要であり、一般のＰＣに比べ、流動性の向上が図られている。また、信号エラーの要因となるダストを減らすため、製造工程における徹底したダスト管理が図られている。光ディスク用ＰＣの一般的な特性を表３に示す。 今後、記憶容量１００ＧＢを越える次世代光ディスクでは、環境変化に対する機械特性安定化のため、高耐熱性、低吸水性を向上させたＰＣの開発が必要とされる。

コンパクトディスク ユーピロンH-4000

表３．光ディスクグレードの基礎物性

項目 測定法 測定条件 単位 ユーピロン H-4000 ノバレックス 7020AD2 ノバレックス M7020AD2 密度 ISO 1183 　 　 1.20 1.20 1.20 MFR ISO 1133 　 g/10min 72 72 72 吸水率 　 23水中,24h ％ 0.24 0.24 0.24 降伏応力 破壊呼びひずみ ISO 527-1 527-2 t3.2mm MPa ％ 63 62 62 76 80 80 曲げ強さ ISO 178 　 MPa 94 93 93 曲げ弾性率 MPa 2300 2300 2300 Iz衝撃強度 ISO 179-1 179-2 t3.2mm　 23　Notched kJ/† NB NB NB DTUL ISO 75-1 75-2 0.45MPa 136 138 138 1.80MPa 123 123 123 光線透過率 ASTM　D1003 　 ％ 91 91 91 屈折率 ASTM　D542 　 　 1.583 1.583 1.583 光弾性係数 エリプソメーター 　 10^-13cm2/dyn 72 72 72

ご注意　上記のデータは、測定値の代表例です。（三菱エンジニアリングプラスチックス（株）カタログより） M7020AD2は、地球環境の保護を考慮した当社独自の技術により合成されたポリカーボネートです。

３． ＣＤ、ＤＶＤ用ピックアップレンズ等の精密レンズ用ＰＣの特性

ＣＤ，ＤＶＤ用ピックアップレンズをはじめとした精密レンズは、ガラスから非球面化に有利なプラスチックレンズに変わってきた。ＰＣは、低分散（高アッベ数）と高分散（低アッベ数）の材料を組み合わせた色収差の補正レンズに、アクリル樹脂との組み合わせで使用される場合が多い（図３*２、図４*２）。精密レンズ用ＰＣとしては、表３に示したような光ディスク用グレードをベースにした材料が使用される。今後成長の期待される用途としては、光ファイバーの分波に使用するレンズが注目される。

図３．光学用プラスチックの屈折率と分散（アッベ数）

図４．色収差レンズの構成例

４． メガネレンズ用ＰＣの特性

メガネレンズは、軽量化，薄肉化にともない樹脂化が進んでいる。その中でもＰＣレンズは割れにくいため、ＰＬ対応で広く使用されるようになってきている。 メガネレンズ用ＰＣには、耐衝撃性を上げるために、粘度平均分子量が２５０００〜２８０００程度のＰＣが用いられる。更に目を保護するため、４００ｎｍ以下の紫外領域をカットする必要がある。メガネレンズ用材料の一般的な特性を表４に示す。 今後は、耐衝撃性を保持したままで、低複屈折性、低分散性、透明性を更に改良したＰＣが必要とされる。

表４．メガネレンズグレードの基礎物性

項目 測定法 測定条件 単位 近視用 380nm以下カット CLS1000-1（仮称） 保護メガネ 380nm以下カット CLS1000-2（仮称） サングラス 400nm以下カット CLS-400（仮称） 密度 ISO 1183 　 　 1.2 1.2 1.2 MFR 　 280，2.16kg g/10min 7.5 6.1 6.6 色相 YI 　 　 1以下 1以下 5以下 降伏応力 ISO 527-1 527-2 t3.2mm MPa 77 77 75 破壊呼びひずみ 　 　 ％ 160 155 150 曲げ強さ ISO 178 　 MPa 90 90 95 曲げ弾性率 　 　 MPa 2240 2230 2340 Iz衝撃強度 ISO 179-1 179-2 t3.2mm　 J/m 890 900 890 　 　 23　Notched

ご注意　上記のデータは、測定値の代表例です。（三菱エンジニアリングプラスチックス（株）カタログより） YIの値は、板厚2mmプレートでの測定値。

５． 液晶用導光板用ＰＣの特性

モニターやパソコン用ディスプレーの液晶化、携帯電話やＰＤＡの普及が進み、液晶の需要が急激に増加している。 現在、モニター用等の大型の液晶では、透過率の高いアクリル樹脂，非晶質ポリオレフィン、携帯電話等の小型の液晶ではＰＣ、非晶質ポリオレフィンが使用されている。 導光板には、高輝度が必要であるため、透過率、成形性、パターン転写性、低ダスト性等を改良したＰＣが用いられる。反射板を含めた液晶部品用ＰＣの一般的な物性を表５に示す。 今後、導光板の薄肉化、家電へ液晶の普及が進み、耐衝撃性、耐熱性、難燃性に有利なＰＣへの切り替えが進むと推測される。

表５．液晶に使用されるグレードの基礎物性表

導光板用グレード 反射板用グレード 項目 測定法 測定条件 単位 ユーピロン H-3300 ユーピロン H-3700 ユーピロン H-4000 ユーピロン EHR3100 ユーピロン HPR3000 ユーピロン HR3001NR 密度 ISO 1183 　 　 1.2 1.2 1.2 1.30 1.31 1.31 Ｑ値 　 280，1.57kN 10-2ml/sec 23 30 39 15 20 18 降伏応力 ISO 527-1 527-2 　 MPa 62 62 63 54 63 56 破壊呼びひずみ ％ 110 100 76 75 53 76 曲げ強さ ISO 178 　 MPa 93 93 94 85 102 91 曲げ弾性率 MPa 2300 2300 2300 2410 2550 2380 ｼｬﾙﾋﾟｰ衝撃強度 ISO 179-1 179-2 　 kJ/㏖ NB NB NB NB NB NB 9 8 7 20 49 19 DTUL ISO 75-1 75-2 0.45MPa ℃ 136 136 136 135 118 135 1.80MPa 123 123 123 122 106 119 成形収縮率 　 MD ％ 0.5-0.7 0.4-0.6 0.4-0.6 0.5-0.7 0.4-0.6 0.5-0.7 TD ％ 0.5-0.7 0.4-0.6 0.4-0.6 0.5-0.7 0.4-0.6 0.5-0.7 難燃性 UL94 t1.6mm 　 　 　 　 Ｖ−０ Ｖ−０ Ｖ−０ t0.8mm 　 　 　 　 Ｖ−２ −−− Ｖ−０

ご注意　上記のデータは、測定値の代表例です。（三菱エンジニアリングプラスチックス（株）カタログより）

６． プラスチック光ファイバ用ＰＣの特性

プラスチック光ファイバーは、無機ガラス系に比べ大口径、高開口数での可撓性に優れ、加工しやすいという特性があり、短距離通信分野や、光センサー分野に使用されている。一般的には、アクリル樹脂が広く使われているが、高耐熱性の必要な自動車のエンジンルームで使用される場合には、ＰＣが適している。 　 光ファイバー用ＰＣには、低複屈折性が必要であるが、押出時の結晶化の問題があるため、光ディスク用ＰＣより若干高い分子量のＰＣが用いられる。粘度平均分子量１８０００前後のＰＣが好ましい。ＰＣコア光ファイバーの伝送損失を図５*２に示す。

図５．ポリカーボネートコア光ファイバーの伝送損失

ポリカーボネート（ＰＣ）は、光学特性、成形性、機械物性、価格のバランスが良好な樹脂である。上記の光学用途に加え、透明性を活かした自動車のランプレンズ用途やグレージング用途、照明用途へのさらなる展開も期待。 文献 *1)吉岡博、透明ポリマーの屈折率制御、化学総説３９、１９９８、日本化学会編、学会出版センター（１９９８） *2)本間精一、ポリカーボネート樹脂ハンドブック、日刊工業新聞社（１９９２）

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