JP2005165054A - 光学部品、光記録媒体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】光学部品や光記録媒体として、有機−無機ハイブリット材料等の光学材料層を用いる場合に、その乾燥による厚みムラの影響を解消する。
【解決手段】光記録媒体２０は、基板１０上に、有機−無機ハイブリット材料層１２を塗布、乾燥して設け、これを、有機珪素樹脂１６によって被い、更に該有機珪素樹脂１６に光透過性基板１８を積層することによって構成され、ハイブリット材料層１２と有機珪素樹脂１６との屈折率の差を小さくして、光学的に連続一体とすることにより、ハイブリット材料層１２の厚みムラの影響を解消する。
【選択図】図２
【解決手段】光記録媒体２０は、基板１０上に、有機−無機ハイブリット材料層１２を塗布、乾燥して設け、これを、有機珪素樹脂１６によって被い、更に該有機珪素樹脂１６に光透過性基板１８を積層することによって構成され、ハイブリット材料層１２と有機珪素樹脂１６との屈折率の差を小さくして、光学的に連続一体とすることにより、ハイブリット材料層１２の厚みムラの影響を解消する。
【選択図】図２
Description
この発明は、各種の記録材料、ホログラフィック記録材料、感光体、フォトクロミックレンズ材料、光学フィルタ材料等の光学部品、光記録媒体及びその製造方法に関する。
上記のような光学部品及びその製造方法としては、例えば、特許文献１のように、透光性基板の表面に無機質のゲル又はガラスからなるマトリックスと、マトリックス中に含まれる有機フォトクロミック化合物、分散剤から構成されたフォトクロミックガラス薄膜が開示されている。
又、特許文献２には、ホログラフィック記録システムに用いる光記録媒体として、ガラス状のハイブリット無機有機３次元マトリックスを含み、その中に１つ以上の光活性有機モノマーを備える光造形システムが開示されている。
更に、特許文献３には、体積型ホログラム記録用感光性組成物及び体積型ホログラム記録用感光性媒体が開示されている。この体積型ホログラム記録用感光性組成物は、有機金属化合物とエチレン性不飽和二重結合を有する有機モノマーとを共重合させてなる有機−無機ハイブリッドポリマー及び／又はその加水分解重縮合物、光重合性化合物、及び、光重合開始剤を含有している。
上記のような光学材料、特にホログラム材料は、一般的に基板上に塗布され、乾燥工程を経て固形化（ゲル化）するために加工が困難であるので、固形化した状態でそのまま用いられる。ところが、乾燥工程で、膜面に波状の厚みムラが生じ、これを光学部品や光記録媒体として用いると、前記厚みムラによる散乱等の光学的ノイズが生じてしまうという問題点がある。
この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、乾燥工程で生じた材料の波状の厚みムラを、これを加工することなく補正することができるようにした光学部品、光記録媒体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、鋭意研究の結果、乾燥後の材料の表面をシリコーンオイル等の有機珪素樹脂層によって被うことにより、前記膜厚ムラを補正し、これによって膜厚ムラによる散乱や収差を解消できることを見出した。
即ち、以下の本発明により上記目的を達成することができる。
（１）基板と、この基板上に形成された光学材料層と、この光学材料層を被う有機珪素樹脂層と、この有機珪素樹脂層に積層された固形部品と、を有してなり、前記光学材料層は、金属アルコキシドの加水分解溶液、高分子及び重合可能モノマーの有機溶媒溶解溶液、イオン結合結晶材料の溶媒溶解溶液、のいずれかを含む材料を乾燥してなることを特徴とする光学部品。
（２）前記基板と固形部品との間に、前記光学材料層の外周を囲むスペーサを設けてなり、このスペーサは、前記光学材料層よりも厚く形成されたことを特徴とする（１）に記載の光学部品。
（３）前記基板と固形部品との間に、前記光学材料層の外周部を硬化してスペーサを形成してなり、このスペーサは、前記光学材料層の、前記外周部から内側部分よりも厚く形成されたことを特徴とする（１）に記載の光学部品。
（４）基板と、この基板上に形成された光学材料層と、この光学材料層を被う有機珪素樹脂層と、前記光学材料層の外周を囲むスペーサと、を有してなり、前記光学材料層は、金属アルコキシドの加水分解溶液、高分子及び重合可能モノマーの有機溶媒溶解溶液、イオン結合結晶材料の溶媒溶解溶液、のいずれかを含むの材料を乾燥してなり、前記スペーサは、前記光学材料層よりも厚く形成されたことを特徴とする光学部品。
（５）基板と、この基板上に形成された光学材料層と、この光学材料層を被う有機珪素樹脂層と、前記光学材料層の外周部を硬化して形成されたスペーサと、を有してなり、前記光学材料層は、金属アルコキシドの加水分解溶液、高分子及び重合可能モノマーの有機溶媒溶解溶液、イオン結合結晶材料の溶媒溶解溶液、のいずれかを含む材料を乾燥してなり、前記スペーサは、前記光学材料層の、前記外周部から内側部分よりも厚く形成されたことを特徴とする光学部品。
（６）前記光学材料層の屈折率と前記有機珪素樹脂の屈折率が略等しくされたことを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の光学部品。
（７）前記光学材料層は前記金属アルコキシドをから形成され、この金属アルコキシドはＳｉアルコキシドを主成分としていることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載の光学部品。
（８）前記光学材料層は、屈折率ｎの単一種の材料からなり、前記有機珪素樹脂層の屈折率ｎ0が、ｎ−０．０５＜ｎ0＜ｎ＋０．０５であることを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の光学部品。
（９）前記光学材料層は、ｎ1＜ｎ2なる屈折率ｎ1の材料及び屈折率ｎ2の材料を含んでなり、前記有機珪素樹脂層の屈折率ｎ0が、ｎ1＜ｎ0＜ｎ2であることを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の光学部品。
（１０）前記光学材料層は、最高屈折率ｎmaxの材料及び最低屈折率ｎminの材料を含む３種類以上の材料からなり、前記有機珪素樹脂層の屈折率ｎ0が、ｎmin＜ｎ0＜ｎmaxであることを特徴とする（９）に記載の光学部品。
（１１）光学部品における前記固形部品を、前記基板と平行に設けられた光透過性基板として構成されたことを特徴とする（１）乃至（１０）のいずれかに記載の光記録媒体。
（１２）金属アルコキシドの加水分解溶液、高分子及び重合可能モノマーの有機溶媒溶解溶液、イオン結合結晶材料の溶媒溶解溶液、のいずれかを含むなる材料のうち、いずれかの材料を基板に塗布する工程と、前記塗布した材料から溶媒を乾燥除去してゲル状乃至固体状の光学材料層とする工程と、このゲル状乃至固体状の光学材料層を、有機珪素樹脂層により被う工程と、前記基板との間に、前記光学材料層及び有機珪素樹脂層を挟み込んだ状態で、該固形部品を積層する工程と、を有してなる光学部品の製造方法。
（１３）前記光学材料層の外周を、その最大厚さ部分よりも厚いスペーサにより囲む工程を有し、前記光学材料を含む溶液材料を、前記スペーサにより囲まれた内側に注入し、前記固形部品を、前記スペーサに当接させて、前記基板に対する位置決めをすることを特徴とする（１２）に記載の光学部品の製造方法。
（１４）前記光学材料層の外周部を、その内側部分の厚さよりも高くして硬化する工程と、前記固形部品を、前記硬化した外周部に当接して積層させることを特徴とする（１２）に記載の光学部品の製造方法。
（１５）前記光学材料層の外周部を押圧して、高さを揃えてから該外周部に放射線を照射して硬化させることを特徴とする（１４）に記載の光学部品の製造方法。
（１６）前記固形部品を積層する工程における該固形部品を、光透過性基板としたことを特徴とする（１２）乃至（１５）のいずれかに記載の光記録媒体の製造方法。
本発明においては、乾燥後に膜厚ムラが生じている材料の表面を有機珪素樹脂層により被い、光学的に厚みを均一化することによって、散乱等の光学的ノイズを抑制することができる。
光学部品を、基板と、この基板上に形成された金属アルコキシドを用いた有機−無機ハイブリッド材料を乾燥してなる光学材料層と、この光学材料層を囲んで設けられたスペーサと、このスペーサ内において前記光学材料層を被う有機珪素樹脂層と、この有機珪素樹脂層により、前記スペーサに当接して積層された固形部品と、から構成することにより上記目的を達成する。
次に、本発明の実施例１に係る光記録媒体の製造方法について、図１及び図２を参照して説明する。
図１に示されるように、ステップ１０１において、金属アルコキシド結合−Ｍ−（ＯＲ）（Ｍ；金属元素、Ｒ；アルキル基）を有する無機マトリックス材料溶液を加水分解し、次のステップ１０２において光感応性有機材料と混合して有機溶媒に溶かす。なお、前記無機マトリックス材料溶液の加水分解は、これに限定されるものでなく、無機マトリックス材料と光感応性有機材料が混合した混合溶液に対して行なってもよい。
ステップ１０３では、前記混合溶液を基板（第1の基板）１０に塗布する（図２（Ａ）参照）。次のステップ１０４において、上記塗布された混合溶液を乾燥すると、無機マトリックス材料のゲル化が進み、無機マトリックスネットワーク中に有機材料が充填された有機−無機ハイブリッド材料層１２が基板１０上に得られる。
上記乾燥工程を経て、基板１０上には、上記のようにハイブリッド材料層１２が形成されるが、この状態では、図２（Ｂ）に示されるように波状の厚みムラがあり、この厚みムラが、例えば光記録媒体として用いられた場合に散乱等の光学的ノイズを発生する。
ステップ１０５においては、前記ハイブリッド材料層１２を、図２（Ｃ）に示されるように、環状のスペーサ１４で囲む。
次に、ステップ１０６において、前記スペーサ１４内に、図２（Ｄ）に示されるように、例えばシリコーンオイルからなる有機珪素樹脂１６を注入する。
次にステップ１０７において、図２（Ｅ）に示されるように、ガラス板等の光透過性基板（第２の基板）１８を、前記スペーサ１４の上面に当接するように、前記有機珪素樹脂１６により積層する。これにより、図２（Ｅ）に示される光記録媒体２０が完成する。
前記有機珪素樹脂１６は、前記ハイブリッド材料層１２と同等の屈折率を持つように選択する。例えば、ハイブリッド材料層は、屈折率ｎ１の無機マトリックス材料と屈折率ｎ２の光感応性有機材料からなるため、前記有機珪素樹脂層１６の屈折率ｎ0が、ｎ１＜ｎ０＜ｎ２（ｎ１＜ｎ２の場合）となるように選択する。又、ハイブリッド材料層の屈折率がｎであるときは、ｎ−０．０５＜ｎ0＜ｎ＋０．０５となるように選択してもよい。このようにすると、ハイブリット材料層１２から有機珪素樹脂１６は光学的には連続一体的になるため、ハイブリット材料層１２の厚みムラによる光路長変化を打ち消して、光学ノイズを低減することができる。
前記有機珪素樹脂は、シロキサン結合−Ｓｉ−Ｏ−ＳｉとＳｉ−Ｒ（Ｒ；アルキル基及びその他の有機基）からなり、一般的にはシリコーンオイルと称され、耐熱性・耐化学性に優れ、光記録媒体１８の信頼性を保つことができる。
前記ハイブリッド材料層１２のための無機マトリックス材料（図１ステップ１０１参照）に、Ｓｉアルコキシドを用いると、ハイブリット材料層１２はＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を持ち、有機珪素樹脂１６と良好な相溶性を持ち、好ましい。
前記有機珪素樹脂１６の有機基には、メチル基、フェニル基等を用いることができるが、用途によってはアクリル基やエポキシ基の官能基を用いてもよい。前記基板１０及び光透過性基板１８には、ガラス材料及びポリカーボネイトやポリオレフィン等の樹脂材料を用いることができる。又、前記スペーサ１４は、光透過性基板１８と同様の樹脂材料を用いるとよい。
上記実施例１においてはスペーサが用いられているが、これは、他の手段によって、基板と透光性基板との隙間を形成できるものであればよい。
例えば、前記光感応性有機材料に光重合材料を用いたとき、図３に示される実施例２のように、前記ハイブリット材料層１２の外周部を、その内側部よりも厚く形成し（図３（Ａ）参照）、乾燥し（図３（Ｂ）参照）、図３（Ｃ）に示されるように、外周部のみに紫外線照射して硬化し、該硬化された外周部１２Ａをスペーサの代わりとし、有機珪素樹脂１６の注入（図３（Ｄ）参照）、透光性基板１８の積層を経て、光記録媒体３０（図３（Ｅ）参照）を完成させるようにしてもよい。
なお、外周部は、硬化前にプレスしてその高さを整えた後に、紫外線照射をするとよい。
図４に示される実施例３の光記録媒体（又は光学部品）４０は、実施例１、２における透光性基板を用いることなく、有機珪素樹脂１６を露出させたものである。
この実施例３では、有機珪素樹脂１６の外周部がスペーサ１４の内周に、表面張力により引張られるが、中央部は水平で厚さが均一となるので、記録領域として用いることができる。
上記方法により、光記録媒体（ホログラフィック記録媒体）を作成した。
無機マトリックス材料としては、テトラエトキシシランとクロロプロピルトリエトキシシランを用い、溶媒テトラヒドロフランに溶解させた。これを水、塩酸、溶媒（イソプロパノール）からなる溶液で加水分解反応を行ない、ゾル溶液を得た。
光感応性有機材料には、光重合モノマーであるフェノキシエチルアクリレート（新中村化学ＡＭＰ−１０Ｇ）と光重合開始剤であるＩＲＧ−７８４（チバ・スぺシャリティ・ケミカルズ）を用いた。
前記のようにして得られたゾル溶液と有機材料とを混合し、攪拌後、第１のガラス基板に塗布し、１日室温で乾燥して、ガラス基板上に約１００μｍの厚みを持つ有機−無機ハイブリット材料が得た。
この有機−無機ハイブリット材料の屈折率は１．５０であった。又、無機マトリックス材料の屈折率は１．４５、光感応性有機材料の屈折率は１．５２であった。
前記ガラス基板に、厚さ１１０μｍのスペーサを、前記有機−無機ハイブリット材料を囲んで設け、気泡が生じないように前記有機−無機ハイブリット材料上に有機珪素樹脂を塗布し、第２のガラス基板を上から挟み、図２（Ｅ）に示されると同様の形状とした。前記有機珪素樹脂には、メチルフェニルシリコーンオイル（屈折率１．５０）を用いた。
前記有機珪素樹脂が漏れないように、前記第１及び第２のガラス基板に基板端面の封止を行なった。又、両基板には外側に無反射コーティングを施したものを用いた。得られたホログラフィック記録媒体は、有機−無機ハイブリット材料の厚みムラに起因する散乱や収差による像質の低下もなく、良好な記録再生特性を示した。
なお、上記有機珪素樹脂が塗布される材料は、実施例に限定されるものでなく、溶媒乾燥工程を経て作成される光学材料層となるものであればよい。特に好ましい光学特性を示す材料としては、金属アルコキシドの加水分解溶液を用いた材料、好ましくは前記材料に光感応性有機材料が混合する材料、高分子材料及び重合可能モノマーを有機溶媒に溶かした溶液を用いた材料、好ましくは前記材料に色素等を分散する材料、イオン性結合結晶材料を溶解させた溶液を用い、これを再結晶化させて使用する材料を有する光学材料層となるものであればよい。
又、前記有機珪素樹脂層の屈折率ｎ0は、実施例では光学材料層が２種類の材料からなるため、ｎ1＜ｎ0＜ｎ2とされているが、屈折率ｎの１種類の材料とみなせる場合は、ｎ−０．０５＜ｎ0＜ｎ＋０．０５の範囲とするとよい。
前記光学材料層が３種類以上の材料からなり、その材料の最高屈折率ｎmax、最低屈折率ｎminである場合は、ｎmin＜ｎ0＜ｎmaxとするとよい。
このようにすることによって、有機珪素樹脂層と光学材料層の屈折率の差が少なくなり、両者は光学的に実質に連続一体的となるので、光学材料層の厚みムラによる散乱等の光学的ノイズを抑制することができる。
光学材料層を厚くする場合は、基板上に溶液を保持する枠等を作成し、光学材料層となる溶液材料をこの枠内に注入すればよい。又、前記した枠をそのまま光学材料層を囲むスペーサとして使用することもできる。実施例２では、紫外線を用い光重合材料の硬化を行ないスペーサの代わりとしているが、本発明は、紫外線を含む放射線を用いて硬化する材料が含まれている場合に一般的に適用されるものである。
又、上記実施例は、光記録媒体についてのものであるが、本発明はこれに限定されるものでなく、前記透光性基板に代えて、他の固形部品を積層し、これを光記録媒体以外の光学部品としてもよい。もちろん、実施例３のように透光性基板や固形部品を積層しない場合にも、本発明は適用されるものである。
１０…基板
１２…ハイブリット材料層
１２Ａ…外周部
１４…スペーサ
１６…有機珪素樹脂
１８…光透過性基板
２０、３０、４０…光記録媒体
１２…ハイブリット材料層
１２Ａ…外周部
１４…スペーサ
１６…有機珪素樹脂
１８…光透過性基板
２０、３０、４０…光記録媒体
Claims (16)
- 基板と、この基板上に形成された光学材料層と、この光学材料層を被う有機珪素樹脂層と、この有機珪素樹脂層に積層された固形部品と、を有してなり、前記光学材料層は、金属アルコキシドの加水分解溶液、高分子及び重合可能モノマーの有機溶媒溶解溶液、イオン結合結晶材料の溶媒溶解溶液、のいずれかを含む材料を乾燥してなることを特徴とする光学部品。
- 請求項１において、
前記基板と固形部品との間に、前記光学材料層の外周を囲むスペーサを設けてなり、このスペーサは、前記光学材料層よりも厚く形成されたことを特徴とする光学部品。 - 請求項１において、
前記基板と固形部品との間に、前記光学材料層の外周部を硬化してスペーサを形成してなり、このスペーサは、前記光学材料層の、前記外周部から内側部分よりも厚く形成されたことを特徴とする光学部品。 - 基板と、この基板上に形成された光学材料層と、この光学材料層を被う有機珪素樹脂層と、前記光学材料層の外周を囲むスペーサと、を有してなり、前記光学材料層は、金属アルコキシドの加水分解溶液、高分子及び重合可能モノマーの有機溶媒溶解溶液、イオン結合結晶材料の溶媒溶解溶液、のいずれかを含む材料を乾燥してなり、前記スペーサは、前記光学材料層よりも厚く形成されたことを特徴とする光学部品。
- 基板と、この基板上に形成された光学材料層と、この光学材料層を被う有機珪素樹脂層と、前記光学材料層の外周部を硬化して形成されたスペーサと、を有してなり、前記光学材料層は、金属アルコキシドの加水分解溶液、高分子及び重合可能モノマーの有機溶媒溶解溶液、イオン結合結晶材料の溶媒溶解溶液、のいずれかを含む材料を乾燥してなり、前記スペーサは、前記光学材料層の、前記外周部から内側部分よりも厚く形成されたことを特徴とする光学部品。
- 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記光学材料層の屈折率と前記有機珪素樹脂の屈折率が略等しくされたことを特徴とする光学部品。 - 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記光学材料層は前記金属アルコキシドから形成され、この金属アルコキシドはＳｉアルコキシドを主成分としていることを特徴とする光学部品。 - 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記光学材料層は、屈折率ｎの単一種の材料からなり、前記有機珪素樹脂層の屈折率ｎ0が、ｎ−０．０５＜ｎ0＜ｎ＋０．０５であることを特徴とする光学部品。 - 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記光学材料層は、ｎ1＜ｎ2なる屈折率ｎ1の材料及び屈折率ｎ2の材料を含んでなり、前記有機珪素樹脂層の屈折率ｎ0が、ｎ1＜ｎ0＜ｎ2であることを特徴とする光学部品。 - 請求項９において、
前記光学材料層は、最高屈折率ｎmaxの材料及び最低屈折率ｎminの材料を含む３種類以上の材料からなり、前記有機珪素樹脂層の屈折率ｎ0が、ｎmin＜ｎ0＜ｎmaxであることを特徴とする光学部品。 - 請求項１乃至１０のいずれかの光学部品における前記固形部品を、前記基板と平行に設けられた光透過性基板として構成されたことを特徴とする光記録媒体。
- 金属アルコキシドの加水分解溶液、高分子及び重合可能モノマーの有機溶媒溶解溶液、イオン結合結晶材料の溶媒溶解溶液、のいずれかを含む材料のうち、いずれかの材料を基板に塗布する工程と、
前記塗布した材料から溶媒を乾燥除去してゲル状乃至固体状の光学材料層とする工程と、
このゲル状乃至固体状の光学材料層を、有機珪素樹脂層により被う工程と、
前記基板との間に、前記光学材料層及び有機珪素樹脂層を挟み込んだ状態で、該固形部品を積層する工程と、
を有してなる光学部品の製造方法。 - 請求項１２において、
前記光学材料層の外周を、その最大厚さ部分よりも厚いスペーサにより囲む工程を有し、
前記光学材料を含む溶液材料を、前記スペーサにより囲まれた内側に注入し、
前記固形部品を、前記スペーサに当接させて、前記基板に対する位置決めをする
ことを特徴とする光学部品の製造方法。 - 請求項１２において、
前記光学材料層の外周部を、その内側部分の厚さよりも高くして硬化する工程と、
前記固形部品を、前記硬化した外周部に当接して積層させる
ことを特徴とする光学部品の製造方法。 - 請求項１４において、
前記光学材料層の外周部を押圧して、高さを揃えてから該外周部に放射線を照射して硬化させることを特徴とする光学部品の製造方法。 - 請求項１２乃至１５のいずれかの、前記固形部品を積層する工程における該固形部品を、光透過性基板としたことを特徴とする光記録媒体の製造方法。
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