JP2004085643A

JP2004085643A - 光学部品及びその製造方法

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Publication number: JP2004085643A
Application number: JP2002242889A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Fukuda; 福田　健太郎; Terufusa Kunisada; 國定　照房; Toshiaki Anzaki; 安崎　利明
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】樹脂基板と反射防止膜などの無機膜との間に密着改善層を形成し、密着性及び耐久性を向上させた光学部品を提供する。
【解決手段】樹脂基板１上に、半金属・半導体膜２１をスパッタ法により形成した後、プラズマ酸化により、樹脂基板１上に半金属・半導体膜２１が残存するように半金属・半導体膜２１の表面側を酸化膜２２に改質させ、半金属・半導体膜２１とこの半金属・半導体膜の酸化膜２２とからなる中間層２を形成する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学部品及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチックなどの樹脂からなる成形体は、軽量、易加工性、耐衝撃性などの長所があり多量に使用されている。しかし、硬度が不十分で傷がつきやすい、溶媒に侵されやすい、帯電してほこりを吸着する、耐熱性が不十分等の欠点があり、光通信、光情報処理、眼鏡レンズ、カメラ、プロジェクター窓材等として使用するには無機ガラス成形体に比べて実用上不十分とされてきた。
【０００３】
そこで、有機系のハードコート層をプラスチック成形体に施すことが提案されている。眼鏡レンズ等の反射防止膜について、例えば、特開平１１―９５０９０号公報では、ジアリルフタレートプレポリマー、ジアルキレングリコールビスアリルカーボネートプレポリマー、ビニル系化合物、有機ケイ素化合物、エポキシ化合物を原料とするハードコート層をプラスチックレンズ上に付着させた後、無機物質からなる反射防止膜を設けることが開示されている。
【０００４】
しかしながら、樹脂マイクロレンズアレイのような複雑な形状のものの上にハードコート層を塗布する技術は難易度が高く、ハードコート層を形成せずに樹脂上に反射防止膜を形成した場合、耐久性が弱いためにクラックやしわが発生していた。
【０００５】
同様に、平坦な樹脂基板においてもやはりハードコート層を均一に塗布する技術は難しく、厚みにムラが発生することにより場所によって屈折率がばらつくため、光学部品として使用するには難点が多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の技術では、樹脂マイクロレンズアレイのような複雑な形状はもちろん、平坦な樹脂基板においてもハードコート層を塗布する技術が確立されていないために、耐久性が悪くなるという欠点があった。従って、樹脂と反射防止膜との間に密着改善層を形成し、光学部品の耐久性を向上させることが重要な課題であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、樹脂基板と、前記樹脂基板上に設けられた中間層と、前記中間層の上に設けられた無機膜とからなり、前記中間層は前記樹脂基板側が金属膜又は半金属・半導体膜であり、前記無機膜側が前記金属膜又は半金属・半導体膜を酸化した酸化膜であることを要旨とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学部品において、前記樹脂基板は、複数個のレンズが配置されたレンズアレイであることを要旨とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光学部品において、前記樹脂基板は、アクリル系、エポキシ系又はフッ素化エポキシ系の光硬化性樹脂が成型されたものであることを要旨とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光学部品において、前記無機膜は、スパッタ法で形成された無機膜であり、金属の酸化膜又は半金属・半導体の酸化膜であることを要旨とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の光学部品において、前記無機膜は、多層膜であり、低屈折率材料群としてシリコン酸化膜、中間屈折率材料群としてアルミニウム酸化膜、ジルコニウム酸化膜、高屈折率材料群としてチタン酸化膜、タンタル酸化膜、チタンニオブ酸化膜のうち、低屈折率材料群、中間屈折率材料群及び高屈折率材料群のうち少なくとも２つの群から選択した膜を積層したことを要旨とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の光学部品において、前記金属膜又は半金属・半導体膜は、スパッタ法で形成された膜であることを要旨とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、樹脂基板上に形成された金属膜又は半金属・半導体膜の一部をプラズマ酸化で酸化膜に改質し、この酸化膜上に無機膜をスパッタ法により形成することを要旨とする。
【００１４】
従って、この発明によれば、樹脂基板と無機膜との間に中間層が形成されており、この中間層は樹脂基板側が金属膜又は半金属・半導体膜であり、無機膜側がこの金属膜を酸化した酸化膜又はこの半金属・半導体膜を酸化した酸化膜で構成されている。樹脂と金属膜又は半金属・半導体膜とは密着性が良いので、樹脂基板上に金属膜又は半金属・半導体膜が密着性良く形成できる。また、金属の酸化膜又は半金属・半導体膜の酸化膜と無機膜とは密着性が良いので、金属の酸化膜上又は半金属・半導体膜の酸化膜上に無機膜を密着性良く形成できる。即ち、この中間層は、樹脂基板と無機膜との密着性を向上させる密着改善層となるので、樹脂基板上に無機膜をこの中間層を介して密着性良く形成できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
石英ガラス基板上に光硬化性樹脂としての紫外線硬化性樹脂を滴下し、成形型でプレスし、紫外線照射により硬化させた後、成形型を引き抜き、図１に示す樹脂基板１の成型を行う。上記樹脂基板１上に、半金属・半導体膜２１をスパッタ法により形成した後、プラズマ酸化により、樹脂基板１上に半金属・半導体膜２１が残存するように半金属・半導体膜２１の表面側を酸化膜２２に改質させ、半金属・半導体膜２１とこの半金属・半導体膜の酸化膜２２とからなる中間層２を形成する。
【００１６】
ここで、樹脂基板１と中間層２との界面は酸化膜２２ではなく半金属・半導体膜２１のままであるようにプラズマ酸化を行う。このために、プラズマ酸化前の半金属・半導体膜２１の膜厚を少なくとも５ｎｍ以上にし、プラズマ酸化により半金属・半導体膜２１の全部が酸化膜２２に改質されないようにする必要がある。半金属・半導体膜２１の膜厚が薄いと（５ｎｍ未満であると）、プラズマ酸化により半金属・半導体膜２１の全部が酸化膜２２に改質されてしまう恐れがあるので、好ましくない。上記中間層２を形成した後、図１のように無機多層膜３をスパッタ法などにより形成する。
【００１７】
【実施例】
（１）樹脂基板
石英ガラス基板上に、アクリル系、エポキシ系又はフッ素化エポキシ系のうち、いずれか一つの紫外線硬化性樹脂を滴下した後、外径２５０μｍ、高さ２０μｍのレンズが複数個配置されたレンズアレイ状のスタンパ又は平坦状のスタンパでプレスし、紫外線照射により硬化させた後、スタンパを引き抜いて上記３種類の樹脂基板を作製した。この３種の紫外線硬化性樹脂の物性値を表１に示す。また、市販のアクリル板とポリカーボネート板の２種類の樹脂基板も用いた。この市販の樹脂基板２種の物性値を表２に示す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
（２）中間層及び無機膜
上記５種類の樹脂基板上に、半金属・半導体膜２１としてＳｉ（シリコン）をスパッタ法により５ｎｍ形成させた後、プラズマ酸化を行い酸化膜２２としてのシリコン酸化膜を形成して、中間層２を形成させた。比較のために、中間層２が無く、元々の樹脂基板１だけの試料も用いた。これらの中間層２を有する試料及び中間層２を有しない試料上に、無機多層膜３を形成した。
【００２１】
無機多層膜３の構成は、第１層及び第３層がスパッタ法で形成したシリコン酸化膜としてのＳｉＯ２膜、第２層及び第４層がスパッタ法で形成したチタン酸化膜としてのＴｉＯ２膜であり、例えば、反射防止膜として用いられる。
【００２２】
中間層２を有する試料は、中間層を有しない試料に比べるとやや黄色に色づいており、これは、図１に示す半金属・半導体膜２１としてのＳｉ膜の色である。３ｎｍのＳｉ膜をプラズマ酸化させた場合には黄色の呈色は見られなかったことから、図１に示す構造をもつ中間層２を作製するためには半金属・半導体膜を５ｎｍ以上成膜する必要がある。
【００２３】
（３）密着性
クロスカットテープ試験（ＡＳＴＭ−Ｄ３３５９−８７に準じる）によって密着性の評価を行った。すなわち、カッターナイフにより上記光学部品に縦横に１ｍｍ間隔に切れ目を入れ、１平方ｍｍのマス目を１００個形成した後、その上へ粘着テープ（３Ｍ社製　Ｓｃｏｔｃｈ　Ｂｒａｎｄ　Ｔａｐｅ　６１０）を強く押しつけ、表面から９０°方向に急に強く引張って剥離した後に、光学部品に残っているマス目の数を計測した。この密着性試験の結果を表３に示す。表３において、「Ｓｉ（５ｎｍ）＋プラズマ酸化」は、Ｓｉを５ｎｍ形成させた後、プラズマ酸化を行ったという中間層２を有する試料である。一方、「Ｓｉなし、プラズマ酸化なし」は、Ｓｉを形成せず、プラズマ酸化を行っていないという中間層２を有しない試料である。
【００２４】
【表３】

【００２５】
樹脂基板１と無機多層膜３との間に中間層２を挟んだほとんどの試料では膜残りがほぼ１００個であるのに対し、中間層２がない試料の大半では膜残りがほとんど０に近くなっている。この表３の結果から、中間層２を樹脂基板１と無機多層膜３との間に挟むことにより密着性に優れる光学部品が作製できることが分かった。
【００２６】
（４）耐候性
上記光学部品を、恒温恒湿試験のひとつであるプレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）機（タバイエスペック社製、ＴＰＣ−４１１）に、温度１２５℃で湿度９０％の条件で１０時間放置した後の外観を観察した。この耐光性試験の結果を表４に示す。但し、◎印はＰＣＴ試験後も外観上変化が認められない、○印は試料の約１０〜２０％の範囲でしわ、クラックなどの何らかの劣化が生じた、△印は試料の約３０〜７０％の範囲で劣化が生じた、×印は試料の大部分で劣化が生じた、という意味である。
【００２７】
【表４】

【００２８】
樹脂基板１と無機多層膜３との間に中間層２を形成しなかった試料ではＰＣＴ試験後に劣化が生じているのに比べて、中間層２を形成したほとんどの試料はＰＣＴ試験後も外観上劣化が発生していないことから、中間層２を樹脂基板１と無機多層膜３との間に形成することにより耐候性にも優れる光学部品が製造できることが分かった。
【００２９】
なお、本実施例では、半金属・半導体膜２１としてＳｉを用いたが、Ｓｉ以外を用いてもよい。
また、本実施例では、樹脂基板上に形成する膜として半金属・半導体膜２１を用いたが、金属膜を用いてもよく、この際には、酸化膜２２はこの金属膜を酸化した金属酸化膜となる。
【００３０】
また、本実施例では、無機膜としてシリコン酸化膜とチタン酸化膜との無機多層膜３を用いたが、これは反射防止膜として設けた場合であり、無機膜は１層であってもよい。
【００３１】
また、本実施例では、無機多層膜３としてシリコン酸化膜とチタン酸化膜とを用いたが、反射防止膜として用いる際には、低屈折率材料群としてシリコン酸化膜、中間屈折率材料群としてアルミニウム酸化膜、ジルコニウム酸化膜、高屈折率材料群としてチタン酸化膜、タンタル酸化膜、チタンニオブ酸化膜のうち、低屈折率材料群、中間屈折率材料群及び高屈折率材料群のうち少なくとも２つの群から選択した膜を積層して無機多層膜３を形成してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
樹脂基板と無機膜との間に、金属膜又は半金属・半導体膜とこの酸化膜とからなる中間層が設けられているので、密着性に優れた光学部品が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学部品
【符号の説明】
１　樹脂基板
２　中間層
２１　半金属・半導体膜
２２　酸化膜
３　無機多層膜

Claims

樹脂基板と、前記樹脂基板上に設けられた中間層と、前記中間層の上に設けられた無機膜とからなり、前記中間層は前記樹脂基板側が金属膜又は半金属・半導体膜であり、前記無機膜側が前記金属膜又は半金属・半導体膜を酸化した酸化膜であることを特徴とする光学部品。
前記樹脂基板は、複数個のレンズが配置されたレンズアレイであることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
前記樹脂基板は、アクリル系、エポキシ系又はフッ素化エポキシ系の光硬化性樹脂が成型されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学部品。
前記無機膜は、スパッタ法で形成された無機膜であり、金属の酸化膜又は半金属・半導体の酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
前記無機膜は、多層膜であり、低屈折率材料群としてシリコン酸化膜、中間屈折率材料群としてアルミニウム酸化膜、ジルコニウム酸化膜、高屈折率材料群としてチタン酸化膜、タンタル酸化膜、チタンニオブ酸化膜のうち、低屈折率材料群、中間屈折率材料群及び高屈折率材料群のうち少なくとも２つの群から選択した膜を積層したことを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
前記金属膜又は半金属・半導体膜は、スパッタ法で形成された膜であることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
樹脂基板上に形成された金属膜又は半金属・半導体膜の一部をプラズマ酸化で酸化膜に改質し、この酸化膜上に無機膜をスパッタ法により形成することを特徴とする光学部品の製造方法。