ポリカーボネート（PC）とポリエステル（PET）の光学特性比較とその応用

ポリカーボネート（PC）の光学特性

ポリカーボネートはアモルファス構造を持つため、高い光透過率を示します。
可視光領域での透過率は約88〜90％に達し、ガラスに匹敵する透明性を確保できます。

屈折率と透過率

PCの屈折率は1.585前後で、プラスチックの中では比較的高い値です。
その結果、レンズ成形時には薄肉化による軽量化が可能になり、光学機器の小型化に寄与します。
一方、屈折率が高いほど界面反射損失も増加するため、AR（反射防止）コーティングを施すことで可視光透過率の向上が一般的に図られます。

耐衝撃性と透明性の両立

PC最大の特徴は、ガラスの約200倍といわれる優れた耐衝撃性です。
割れ難さと高透明性を兼ね備えることで、アイシールドや防弾材としての用途が広がります。
光学部品では、面内応力を最小化する金型設計やアニーリング工程によって、内部ひずみに起因する複屈折やヘイズの発生を抑制します。

PCの弱点：黄変と耐候性

PCは紫外線を長時間受けると鎖切断が進行し、黄変や透過率低下を招きます。
屋外用途ではUV吸収剤の添加や表面ハードコートの採用が不可欠です。
また高温下での寸法安定性は良好ですが、180℃付近での成形応力緩和が不十分な場合、レンズ収差の原因となるウォーバーが発生します。

ポリエステル（PET）の光学特性

PETは結晶化度を制御することで透明性と光学性能を最適化できる汎用ポリエステルです。
二軸延伸されたフィルム形態では、高い平滑性と低ヘイズを実現し、ディスプレイ業界で重宝されています。

高い透過率と低ヘイズ

PETフィルムの透過率は約90％、ヘイズ値は0.5％以下まで抑えられます。
分子鎖配向と結晶サイズの微細化により散乱光が減少し、映像ディスプレイの色再現性を高めます。

二軸延伸による複屈折のコントロール

延伸方向に応じて屈折率が変化するため、位相差フィルムや偏光子用ベースフィルムとして用いられます。
インラインで延伸比を調整することでλ/4やλ/2の位相差が得られ、広視野角LCDの視認性を向上させます。

紫外線バリア性とガスバリア性

PETは芳香族骨格由来のπ結合により一部UVを吸収しますが、PCほどの黄変は起こりません。
さらに、酸素透過率が低いため、光学フィルムを含む電子部材を酸化劣化から保護できます。

PCとPETの光学特性比較

透過率とヘイズ値の比較

両材料とも透過率は90％前後と高水準ですが、ヘイズはPCで1〜2％、PETで0.5％以下が一般的です。
透明ディスプレイやVRレンズでは、よりクリアな視界が求められるため低ヘイズのPETが優勢です。

屈折率と複屈折

PCの屈折率は1.585、PETは1.575（nd）で大きな差はありませんが、PCはアモルファスのため複屈折が小さい点が利点です。
PETは延伸条件によって複屈折が顕著に変化するため、光学設計で活用される一方、レンズ成形用途では注意が必要です。

熱光学的安定性

PCのガラス転移温度（Tg）は約145℃、PETは約80℃（アモルファス）ですが、延伸フィルムでは120℃近くまで向上します。
高温環境でのレンズ歪みやフィルム伸長を抑えたい場合、PCが優位となります。

UV・IR領域での透過特性

PCは350 nm以下で急激に透過率が低下するため、紫外線カット用途に適します。
PETは約320 nmまでは比較的透過するため、UV硬化樹脂の離型フィルムなどで重宝されます。
赤外領域ではどちらも大きな吸収ピークを持たないため、IRセンサー窓材として選定できます。

加工後の外観保持性

PCは射出成形で微細転写性が高いため、プリズムパターンやマイクロレンズアレイを高精度で実装できます。
PETは溶融粘度が高く成形よりフィルム加工が主体ですが、コーティングやラミネーションで高光沢表面を維持できます。

光学特性を活かした応用例

レンズ・光学部品

PCは安全ゴーグルや車載HUDレンズで耐衝撃性と成形自由度を発揮します。
PETはフレネルレンズシートや反射防止フィルムの基材として使用され、曲率の緩やかな光学素子に適しています。

ディスプレイフィルムとタッチパネル

PETベースの位相差フィルムはLCDコントラストを高め、OLEDでは封止フィルムとして水分透過を低減します。
PCはハードコート付きカバーウィンドウとして利用され、曲面ディスプレイ向けに厚み0.3 mm以下の薄型板材が開発されています。

包装材と食品容器

透明性重視のブリスターパックにはPETが多用され、内容物の色味を忠実に伝えます。
一方、PCはリユース可能なウォーターボトルで高い衝撃強度が評価され、繰り返し洗浄にも耐えます。

医療・バイオ用途

PCはγ線滅菌耐性が高く、ディスポーザブル医療機器や培養プレートの光学窓として使用されます。
PETは細胞観察用ディッシュの底材やマイクロ流路チップのカバーとして、高透過かつ低蛍光の特性が求められる場面で選定されます。

環境対応・リサイクル動向

PETはボトルtoボトルリサイクルが確立し、ケミカルリサイクルでも高純度原料が得られます。
PCはリサイクルインフラが限定的でしたが、メカニカルリサイクル品を光学グレードに再精製する技術が進展しています。
また、植物由来イソソルビドを部分導入したbio-PCの開発が加速しています。

選定時のポイントと将来展望

用途ごとに透過率、ヘイズ、安全性、加工法、コストを複合的に評価することが重要です。
高耐衝撃性で一体成形が必要なレンズならPC、フィルム基材や低ヘイズが必須のディスプレイならPETが定番となります。
今後は、マイクロ光学デバイス向けにナノインプリント成形が本格化し、PCの微細加工性が一層活かされるでしょう。
一方、PETはバリアコーティングや多層構造技術との組み合わせで、更なる薄膜化と柔軟性向上が期待されます。
両材料とも、リサイクル原料の透明性と物性を確保する技術が鍵となり、環境規制への適合が市場拡大を左右します。
設計者は光学特性だけでなく、サステナビリティ指標や加工プロセス全体を考慮し、最適なマテリアルソリューションを選択することが求められます。