光学材料の屈折率制御技術の最前線

光学材料の屈折率制御技術の最前線

Frontiers of Refractive Index Control in Optical Materials

  • 精密な光コントロールでより明るい社会へ!
  • 光学材料の実装技術と関連する、屈折率精密制御に関する実例を徹底解説!
  • 基礎理論、光学特性計測方法、屈折率精密制御や光学材料の開発状況、また、光学材料の発展を担う新しい概念としてメタマテリアルやプラズモニクスなどの項目も網羅!!
価格 65,000円+税 出版社 シーエムシー出版
監修 渡辺敏行、魚津吉弘 発行日 2009年4月
体裁 B5判、326ページ ISBNコード ISBN 978-4-7813-0093-1
Cコード C3054 商品コード T0668

刊行にあたって

2008年に全国でFiber To The Home(FTTH)の普及率がADSLを上回り、家電量販店では大型の液晶ディスプレーやプラズマディスプレーが売り場面積の大部分を占める状況になった。近い将来、遠く離れた地点とも大画面のディスプレーを介して、リアルタイムで情報のやりとりができるようになるであろう。このような現代社会における情報通信、情報表示、情報記録技術を支えているキーマテリアルが光学材料である。

この光学材料の開発には電磁気学、光学、物理学、有機化学、無機化学、高分子科学、機械工学等幅広い分野の知識が要求される。本書では、光学材料を扱うさまざまな分野の方が読まれることを想定して、基礎編(第1編から第3編)として基礎理論、光学特性計測方法、屈折率精密制御という光学材料開発の土台になる部分と、その応用編(第4編)として、光学材料の開発状況に関するトピックスをそれぞれの分野で著名な研究者の方々にご執筆いただいた。

基礎編の部分はできるだけ長期に渡って、教科書的に使用できるような題材をピックアップした。この分野の著書としては1998年に刊行された季刊化学総説「透明ポリマーの屈折率制御」(日本化学会編、企画・編集:井手文雄ら)が有名であるが、それ以降明らかになった材料設計の考え方を多数盛り込むようにした。

特に、光学材料の実装技術と関連する、屈折率精密制御に関する実例は本書でも力を入れて執筆していただいた部分である。

また、光学材料の将来像として、光学材料の発展を担っていく新しい概念を第5編に組み入れた。

本書がこれから光学材料を扱う研究者の参考になれば幸いである。

(「まえがき」より抜粋)
2009年4月  渡辺敏行、魚津吉弘

著者一覧

渡辺敏行
東京農工大学 大学院共生科学技術研究院 教授
魚津吉弘
三菱レイヨン(株) 東京技術・情報センター アソシエイトリサーチフェロー
梅垣真祐
慶應義塾大学 理工学部 電子工学科 教授
谷尾宣久
千歳科学技術大学 総合光科学部 バイオ・マテリアル学科 准教授
近藤高志
東京大学 大学院工学系研究科 マテリアル工学専攻 准教授
斎藤 拓
東京農工大学 工学部 有機材料化学科 教授
大谷幸利
東京農工大学 大学院共生科学技術研究院 准教授
高橋 聡
(独)科学技術振興機構ERATO-SORST 小池フォトニクスポリマープロジェクト 応用グループリーダ
安藤慎治
東京工業大学 大学院理工学研究科 物質科学専攻 教授
入江菊枝
三菱レイヨン(株) 情報デバイス開発センター 光学材料グループ 主任研究員
杉原興浩
東北大学 多元物質科学研究所 准教授
戒能俊邦
東北大学 名誉教授
黒田和男
東京大学 生産技術研究所 教授
服部俊明
三菱レイヨン(株) 中央技術研究所 機能材料研究グループ 主任研究員
長島広光
三菱エンジニアリングプラスチックス(株) 技術本部 開発センター 材料開発グループ 主任研究員
楠目 博
帝人デュポンフィルム(株) 開発センター 第1開発室 グループリーダー
小野光正
帝人デュポンフィルム(株) フィルム技術研究所 フィルム研究室 グループリーダー
小原禎二
日本ゼオン(株) 総合開発センター 高機能樹脂研究所 所長
小島 弦
(独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門
青崎 耕
旭硝子(株) 化学品カンパニー 統括主幹技師
村越 裕
NTTアドバンステクノロジ(株) 営業本部 第四営業部門 担当課長
村田則夫
NTTアドバンステクノロジ(株) 先端プロダクツ事業本部 光プロダクツビジネスユニット 技術アドバイザー
上野信彦
(株)三菱化学科学技術研究センター 機能商品研究所 光硬化樹脂設計技術室長
村井幸雄
日揮触媒化成(株) ファイン総合研究所 A&I研究所 A&I名古屋分室 室長
後藤顕也
東海大学 開発工学部 教授;(独)科学技術振興機構ERATO-SORST 小池フォトニクスポリマープロジェクト 研究顧問
谷口 孝
東レ(株) 研究本部 顧問
岡 渉 
住友ベークライト(株) 神戸基礎研究所 研究部 主任研究員
後藤英樹
住友ベークライト(株) FKZプロジェクトチーム 主席研究員
楳田英雄
住友ベークライト(株) FKZプロジェクトチーム 主任研究員
内山昭彦
帝人(株) エレクトロニクス材料研究所 テーマリーダー
カランタル カリル 
日本ライツ(株) R&Dセンター 専務執行役員
山下友義
三菱レイヨン(株) 研究企画推進室 主席研究員
熊谷吉弘
新日本石油(株) 研究開発本部 中央技術研究所 化学研究所 情報化学材料グループ チーフスタッフ
高松 健
HOYA(株) ビジョンケアカンパニー レンズテクノロジーセンター開発部 ゼネラルマネジャー
梅田倫弘
東京農工大学 大学院共生科学技術研究院 教授
田中拓男
(独)理化学研究所 基幹研究所 田中メタマテリアル研究室 准主任研究員
高原淳一
大阪大学 大学院基礎工学研究科 准教授
吉田哲也
綜研化学(株) 研究開発センター商品開発室 主任研究員
神山三枝
帝人ファイバー(株) 新規事業推進プロジェクト ナノファイバー推進チーム ナノファイバー推進チーム長;研究開発部門長付 技術主幹

序論渡辺敏行

第1編 基礎理論

第1章 基礎理論I フォトニクスの基礎梅垣真祐

  • 1. はじめに
  • 2. マクスウェルの方程式から導かれる波動方程式とその解
  • 3. 屈折率と2つの媒質の境界での光波
  • 3.1 屈折の法則
  • 3.2 フレネルの公式
  • 4. フレネルの公式からわかる基本事項
  • 4.1 偏光角
  • 4.2 全反射
  • 4.3 楕円偏光
  • 5. 複屈折
  • 5.1 均一な異方性媒質中の光伝搬
  • 5.2 結晶と複屈折
  • 5.3 複屈折性を用いた光素子

第2章 基礎理論II 光学ポリマーの屈折率制御・高透明化・エイジング谷尾宣久

  • 1. はじめに
  • 2. 屈折率制御
  • 2.1 屈折率と分子構造
  • 2.2 光学ポリマーの屈折率予測システム
  • 3. 高透明化
  • 3.1 高透明化のための高次構造制御
  • 3.2 高透明化のための分子設計
  • 3.2.1 光散乱損失と分子構造
  • 3.2.2 ポリマーの分子構造と光吸収損失
  • 3.2.3 高透明化のための分子設計
  • 3.3 光学ポリマーの透明性予測システム
  • 4. 光学ポリマーのエイジング
  • 5. おわりに

第3章 基礎理論III 外部電界による屈折率の制御渡辺敏行

  • 1. 屈折率と分子分極率および分子配向との関係
  • 1.1 はじめに
  • 1.2 屈折率nXの導出
  • 1.3 屈折率nYの導出
  • 1.4 屈折率nZの導出
  • 2. 膜厚方向の分極処理による屈折率制御

第2編 光学特性計測方法

第1章 屈折率測定法近藤高志

  • 1. 臨界角法
  • 2. 最小偏角法
  • 3. 液侵法
  • 4. 干渉法
  • 5. 楕円偏光解析法(エリプソメトリ)
  • 6. プリズムカップリング法

第2章 複屈折の発現機構斎藤拓

  • 1. はじめに
  • 2. 複屈折について
  • 3. 複屈折の発現要因と特異性
  • 4. 配向複屈折と歪み複屈折
  • 5. 一軸延伸中の複屈折挙動
  • 6. 弾性変形回復と複屈折
  • 7. 複屈折の波長依存性
  • 8. おわりに

第3章 液晶ディスプレイのための2次元複屈折計測大谷幸利

  • 1. はじめに
  • 2. 複屈折・偏光特性評価法
  • 3. 分光偏光分散計測法
  • 4. ミュラー行列偏光計
  • 5. ストークス偏光計
  • 6. おわりに

第3編 屈折率精密制御

第1章 プラスチック光ファイバー高橋聡

  • 1. 光ファイバーについて
  • 2. プラスチック光ファイバーの特徴
  • 3. プラスチック光ファイバーの開発
  • 4. GI形POFの屈折率分布形成技術
  • 5. おわりに

第2章 量子化学計算に基づく屈折率と波長分散の予測技術)安藤慎治

  • 1. はじめに
  • 2. 低分子有機化合物・光学ポリマーの物性予測
  • 3. おわりに

第3章 屈折率分布型プラスチックロッドレンズ入江菊枝

  • 1. はじめに
  • 2. 屈折率分布型ロッドレンズアレイの結像原理
  • 3. 色収差低減のための材料設計
  • 4. プラスチックロッドレンズの製造方法
  • 5. 低色収差プラスチックロッドレンズの光学特性
  • 6. ロッドレンズアレイの用途
  • 7. おわりに

第4章 ポリマー光回路杉原興浩

  • 1. はじめに
  • 2. ポリマー光回路材料
  • 3. ポリマー光回路簡易作製技術
  • 3.1 複製技術
  • 3.2 フォトブリーチング
  • 3.3 直接描画
  • 3.4 直接露光
  • 3.5 自己形成
  • 4. 簡易評価技術
  • 4.1 カットバック代替技術とエレメント評価チップ
  • 5. ポリマー光導波路を用いたコネクター例
  • 6. おわりに

第5章 非線形光学材料にかかわる屈折率制御戒能俊邦

  • 1. まえがき
  • 2. EO効果とEOポリマー材料
  • 3. EOポリマーの光導波路化
  • 4. EOポリマーの応用
  • 5. あとがき

第6章 フォトリフラクティブ材料黒田和男

  • 1. はじめに
  • 2. 電気光学効果
  • 3. フォトリフラクティブ効果
  • 4. 縮退2光波混合と光増幅
  • 5. おもな材料
  • 5.1 LiNbO3
  • 5.2 BaTiO3
  • 5.3 Sn2P2S6
  • 5.4 化合物半導体
  • 5.5 有機ポリマー材料
  • 6. 位相共役鏡

第7章 光硬化性樹脂による光波制御フィルム服部俊明

  • 1. はじめに
  • 2. 微細相構造
  • 3. 相構造の光学特性
  • 4. 光波制御素子への応用例
  • 5. おわりに

第4編 光学材料の特性・開発状況

【材料・素材】 第1章 光学用ポリカーボネート長島広光

  • 1. はじめに
  • 2. 光学レンズ用PC
  • 3. 位相差フィルム・導光板用PC
  • 4. 光学用特殊PC
  • 5. おわりに

第2章 光学用フィルム―バックライト用反射フィルム、偏光散乱フィルム―楠目博、小野光正

  • 1. はじめに
  • 2. バックライト用反射フィルム
  • 3. 偏光散乱フィルム

第3章 シクロオレフィンポリマー小原禎二

  • 1. シクロオレフィンポリマー
  • 2. 光学用プラスチック
  • 3. COPの特長
  • 3.1 吸湿性
  • 3.2 複屈折
  • 4. おわりに

第4章 フッ素系樹脂小島弦、青崎耕

  • 1. フッ素元素の特徴
  • 2. 各種フッ素樹脂の特性
  • 3. 透明フッ素樹脂「サイトップ」
  • 3.1 オプト分野への応用性
  • 3.2 オプト以外の分野への可能性

第5章 高屈折率ポリイミド安藤慎治

  • 1. はじめに
  • 2. 含硫黄ポリイミドの分子設計と屈折率
  • 3. 含硫黄ポリイミドの屈折率と分散係数の関係
  • 4. 今後の展開

第6章 光部品の光路結合用接着剤における屈折率制御技術村越裕、村田則夫

  • 1. はじめに
  • 2. 光路結合用接着剤の屈折率制御技術
  • 3. 光路結合用接着剤の主な特性
  • 4. 光路結合用接着剤の応用例
  • 4.1 PLCと光ファイバーの結合
  • 4.2 PLCに挿入された光フィルターの固定
  • 4.3 LN導波路と光ファイバーの結合
  • 4.4 光導波路形成用樹脂
  • 5. おわりに

第7章 高屈折率光硬化ナノコンポジット材料上野信彦

  • 1. 開発背景
  • 2. 光硬化樹脂ナノコンポジット材料の意義
  • 3. ナノ粒子の種類と物性
  • 4. MCRCの高屈折率ナノコンポジット材料紹介(開発中)
  • 5. 今後の課題と展望

第8章 金属酸化物ナノ粒子を用いたコーティングと屈折率制御村井幸雄

  • 1. はじめに
  • 2. 金属酸化物ナノ粒子を用いたハードコート
  • 2.1 熱硬化型ハードコート
  • 2.2 UV硬化型ハードコート
  • 3. ハードコート剤の屈折率制御
  • 4. 金属酸化物ナノ粒子の屈折率制御
  • 5. 金属酸化物ナノ粒子を用いたプライマーコート
  • 6. 今後の課題

【用途展開・製品】 第9章 光ディスク材料(ポリマーカバー)の光学特性後藤顕也

  • 1. はじめに
  • 2. マレシャル基準やストレールの定義について
  • 2.1 点像強度分布(point spread function:PSF)
  • 2.2 ストレールデフィニション(Strehl Definition、Strehl Ratio)
  • 2.3 マレシャルの規準(Marechal Criterion)
  • 3. 半導体レーザービームを対物レンズで極限まで絞り込む
  • 4. 許容波面収差はレンズ開口数とポリマーカバー厚とその厚さ誤差精度で決まる
  • 5. 光ディスクピックアップヘッドに適用するMarechal Criterion
  • 5.1 CD用ピックアップ
  • 5.2 DVD用ピックアップ
  • 5.3 HD DVD用ピックアップ
  • 5.4 BD用ピックアップ
  • 6. ビーム傾きによるコマ収差劣化
  • 7. 光ディスク生産方式
  • 8. 光ディスクのワーキングディスタンスと表面付着塵埃
  • 9. おわりに

第10章 精密光学用プラスチックレンズ谷口孝

  • 1. はじめに
  • 2. 光学用プラスチック
  • 2.1 透明プラスチック材料
  • 2.2 精密光学用プラスチックレンズ材料
  • 2.2.1 耐光性
  • 2.2.2 耐摩耗性
  • 2.2.3 光学特性
  • 2.2.4 成型性
  • 2.2.5 表面加工
  • 2.2.6 生体適合性

第11章 ディスプレイ用プラスチック基板岡渉、後藤英樹、楳田英雄

  • 1. はじめに
  • 2. 開発品の特性
  • 2.1 低線膨張率化
  • 2.2 耐熱性
  • 2.3 光学特性
  • 3. おわりに

第12章 位相差フィルム内山昭彦

  • 1. はじめに
  • 2. 位相差フィルムの機能
  • 3. 位相差フィルムの種類
  • 4. 位相差フィルムとLCD広視野角化の関係
  • 5. 位相差フィルムの広帯域化
  • 6. まとめと今後の課題

第13章 液晶バックライト用導光板の光学カランタル カリル

  • 1. はじめに
  • 2. 印刷素子の導光板
  • 3. エッチング素子の導光板
  • 4. 光学反射素子の導光板
  • 5. 光学偏向素子の導光板
  • 6. 光学偏光素子の導光板
  • 7. 光整形プリズム
  • 7.1 LGP入光面微小光学系による入射光の整形
  • 7.2 LGP裏面入光近傍のインコヒーレント回折格子による光整形
  • 8. おわりに

第14章 プリズムシ-ト山下友義

  • 1. はじめに
  • 2. 屈折型プリズムシ-トを用いたBLシステム
  • 3. 全反射型プリズムシ-ト(Total Reflection Prism Sheet:TRPS)を用いたBLシステム
  • 4. プリズムシ-トに対する要求性能
  • 5. 高輝度全反射型プリズムシ-ト(YタイプTRPS)
  • 5.1 高輝度TRPS
  • 5.2 超高輝度TRPS
  • 6. TRPSを用いたLED高輝度バックライト技術
  • 6.1 小型モバイル用TRPS
  • 6.2 TRPSを用いたモバイル用LED-BLの開発
  • 6.3 サーキュラー型TRPS-LEDバックライト
  • 7. おわりに

第15章 視野角拡大フィルム熊谷吉弘

  • 1. はじめに
  • 2. 位相差フィルムの種類と製法
  • 3. 液晶フィルム
  • 3.1 液晶フィルムの種類と配向構造
  • 3.2 「日石LCフィルム」シリーズ
  • 4. 視野角拡大フィルム
  • 4.1 TNモード用液晶フィルム
  • 4.2 ECBモード用液晶フィルム
  • 5. おわりに

第16章 眼鏡用レンズ高松健

  • 1. はじめに
  • 2. プラスチック材料の分子構造と屈折率、分散
  • 3. 眼鏡レンズ用高屈折率プラスチック材料
  • 4. プラスチック眼鏡レンズ高屈折率化の流れ

第5編 ナノテクノロジーを利用した屈折率制御と新規光学デバイス

第1章 ナノフォトニクスデバイス~複屈折コントラスト近接場顕微鏡による観測~梅田倫弘

  • 1. はじめに
  • 2. 近接場光学顕微鏡の構成
  • 2.1 SNOMの観測モード
  • 2.2 プローブ
  • 3. 複屈折近接場光学顕微鏡
  • 3.1 複屈折分布の取得条件
  • 3.2 高速複屈折計測法
  • 3.3 装置構成
  • 4. 液晶薄膜の分子配向観測
  • 5. AFMナノラビングによる液晶薄膜デバイス
  • 5.1 AFMナノラビング直接配向法
  • 5.2 実験結果
  • 6. おわりに

第2章 プラズモニック・メタマテリアル田中拓男

  • 1. はじめに
  • 2. メタマテリアルの構造
  • 3. 可視光用メタマテリアルの設計
  • 4. メタマテリアルの新光学素子への応用
  • 4.1 反射抑制素子への応用
  • 4.2 メタマテリアルを用いた屈折率制御
  • 5. おわりに

第3章 プラズモニクス高原淳一

  • 1. はじめに
  • 2. プラズモニクスとは
  • 3. プラズモニクスの特徴
  • 4. プラズモニクスの物理的原理
  • 5. プラズモニクスの最近の話題
  • 5.1 ナノイメージング
  • 5.2 金属微粒子とホットスポット
  • 5.3 ナノ光導波路
  • 5.4 発光・受光デバイス
  • 6. おわりに

第4章 バイオミメティック

  • 1. 高分子コロイド微粒子結晶を用いた構造色発色吉田哲也
  • 1.1 はじめに
  • 1.2 構造発色のメカニズム
  • 1.3 3次元コロイド結晶の作製法
  • 1.3.1 キャピラリー移流集積
  • 1.3.2 電気泳動
  • 1.3.3 高濃度コロイド
  • 1.4 発色に影響する因子
  • 1.5 色材への応用
  • 1.6 おわりに
  • 2. 光干渉構造発色繊維モルフォテックス(R)神山三枝
  • 2.1 緒言
  • 2.2 発色原理
  • 2.3 繊維化技術
  • 2.4 モルフォテックス(R)の特徴
  • 2.5 用途開発状況
  • 2.6 今後の展開
  • 3. モスアイ型反射防止フィルム魚津吉弘
  • 3.1 はじめに
  • 3.2 テーパー状アルミナナノホールアレイの作製
  • 3.3 モスアイフィルムの光インプリント
  • 3.4 反射率と写り込み
  • 3.5 大型ロール金型を用いた連続賦形
  • 3.6 おわりに