JP2017002338A - 光学部材および光学部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光膜が剥がれにくい光学部材及び光学部材の製造方法の提供。
【解決手段】可視領域の光を透過する基材１１と、基材１１の表面に設けられた遮光膜１２と、遮光膜１２の一部が欠損した開口部１５を備え、遮光膜１２が開口部１５側に薄膜部１３を備えた光学部材１であって、可視領域の波長の光を透過する基材１１上に粘着層を形成する工程と、粘着層の上に粘着層と同一または大きいサイズのマスク層を形成する工程と、粘着層およびマスク層が配置された基材１上に遮光膜１２を形成する工程と、粘着層およびマスク層を除去し、開口部１５を形成する工程により製造される光学部材１。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を有するバックライト装置を搭載した透過型の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の表示装置の前面に用いられるガラスや、固体撮像装置の透光窓などの光学部材に関する。

透過型の液晶ディスプレイにおいては、背面側にバックライトを配置し、このバックライトにより液晶ディスプレイの背面を照明することで、画像を表示させている。また、有機ＥＬディスプレイでは、自発光する素子を用いて画像を表示させている。

これらの表示装置においては、照明光等が表示装置の周囲から漏出するのを抑制するため、表示装置の周縁部に遮光膜が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。

また、携帯電話機器においては、表示装置の裏面側に固体撮像装置（デジタルスチルカメラ）を備えているものが多い。固体撮像装置は、装置内部に設けられた固体撮像素子（典型的には、ＣＭＯＳやＣＣＤ）が受光できるように、装置の最表面に円形の透光窓があり、透光窓の周囲は余計な光が入り込まないように遮光膜が設けられている。

特開２００８−１４５６５５号公報

前記した固体撮像装置の透光窓周囲の遮光膜は、被写体側に設けられることがある。被写体側に遮光膜を設けると、固体撮像装置の最表面側に遮光膜が位置する場合があり、装置の使用時に他の物体との接触による遮光膜の剥がれが懸念される。また、遮光膜を透光窓の固体撮像素子側に設けた場合であっても、遮光膜の上にさらに他の機能膜を形成した場合には、機能膜の膜応力に起因して遮光膜の剥がれが懸念される。これら遮光膜の剥がれの懸念は、表示装置でも同様に起こりうる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、遮光膜が設けられた光学部材において、遮光膜が剥がれにくい光学部材および光学部材の製造方法の提供を目的とする。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、遮光膜の開口部側に薄膜部を設けることで、遮光膜が剥がれにくい光学部材が得られることを見出した。

すなわち、本発明の光学部材は、可視領域の波長の光を透過する基材と、前記基材の表面に設けられた遮光膜と、前記遮光膜の一部が欠損した開口部を備えた光学部材であって、前記遮光膜は、前記開口部側に薄膜部を備えることを特徴とする。

本発明の光学部材において、前記薄膜部は、平均物理膜厚が５０ｎｍ以下であり、かつ幅が１μｍ以上であることが好ましい。

また、本発明の光学部材において、前記遮光膜は、前記基材の該遮光膜が形成されていない側から測定した波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの光の反射率の最大値が、２０％以下であることが好ましい。

また、本発明の光学部材において、前記遮光膜は、前記基材側から金属窒化物膜、金属膜、金属窒化物膜が順に形成された３層構造、または前記基材側から金属酸化物膜、金属膜、金属酸化物膜が順に形成された３層構造、または前記基材側から金属酸窒化物膜、金属膜、金属酸窒化物膜が順に形成された３層構造のいずれかの構造を有することが好ましい。そして、この遮光膜は、前記３層構造の各膜を構成する金属、金属窒化物、金属酸化物、金属酸窒化物における金属がクロムであることが好ましい。

また、本発明の光学部材において、前記遮光膜は、前記基材との平均熱膨張係数（０〜３００℃の温度範囲）の差が、１００×１０^−７／℃以下であることが好ましい。

また、本発明の光学部材において、前記遮光膜は、前記開口部との境界において膜厚が漸減する遷移領域部を備えてもよい。

本発明の光学部材の製造方法は、可視領域の波長の光を透過する基材上に粘着層を形成する工程と、前記粘着層の上に該粘着層と同一もしくは大きいサイズのマスク層を形成する工程と、前記粘着層および前記マスク層が配置された基材上に遮光膜を形成する工程と、前記粘着層および前記マスク層を除去し、開口部を形成する工程を備えることを特徴とする。

本発明の光学部材の製造方法において、前記マスク層の外周から前記粘着層の外周までの距離が２５〜２５０μｍであることが好ましい。

本発明によれば、遮光膜が剥がれにくい光学部材を得ることができる。

本発明の第１の実施形態の光学部材の構成を概略的に示す断面図である。 薄膜部を備えない光学部材の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の第２の実施形態の光学部材の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の光学部材の製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の光学部材の製造方法を説明するため断面図である。 本発明の光学部材（実施例１）において、粘着層およびマスク層を剥離する前の断面を示す電子顕微鏡写真である。 本発明の光学部材（実施例１）の遮光膜形成面（成膜面）および反対面（基板面）から測定した反射率を示すグラフである。 本発明の光学部材（実施例１）の断面の電子顕微鏡写真である。 本発明の光学部材（実施例２）の断面の電子顕微鏡写真である。 本発明の光学部材（実施例２）の遮光膜の膜厚を示すグラフである。

以下、本発明に係る光学部材の好適な実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態に係る光学部材は、代表的な例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の光学部材の構成を概略的に示す断面図である。

図１に示すように、第１の実施形態の光学部材１は、基材１１と、基材１１表面に設けられた遮光膜１２を備える。遮光膜１２は、開口部１５以外の基材１１表面に設けられ、遮光膜１２の本体部（開口部１５との境界部分以外をいう。）から連続して開口部１５との境界に設けられた薄膜部１３と、開口部１５に向けて物理膜厚が漸減する遷移領域部１４を含む。

基材１１は、可視領域の波長の光を透過するもので、ガラスや樹脂からなる。ガラスとしては、ソーダライムガラス、ボロシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、無アルカリガラス、フツリン酸ガラス、リン酸ガラス、透明結晶化ガラス等の、適宜の組成のものを用いることができる。光学部材１が用いられる用途で、高い強度が要求される場合は、ガラスに強化処理（物理強化処理や化学強化処理）を行った強化ガラスを用いてもよい。樹脂としては、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）樹脂等の適宜のものを用いることができる。
また、基材１１は、典型的には板状であるが、曲面形状や表面に凹凸を備えるものであってもよい。

遮光膜１２は、基材１１の表面に設けられる。基材１１が例えば板状である場合、一方の表面（主面）または両方の表面に遮光膜１２が設けられる。開口部１５は、遮光膜１２の一部が欠損したものであって、これにより可視領域の波長の光が透過する。遮光膜１２と開口部１５は、基材１１の同一の表面に設けられる。

遮光膜１２は、それが形成された箇所の可視光の透過を抑制する層である。そのため、遮光膜１２は、波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの光の平均透過率が５％以下であることが好ましく、１％以下であることがより好ましい。なお、遮光膜１２の透過率は、基材１１の遮光膜１２を形成した側から測定した直線透過率をいう。

光学部材１を機器の最表面に用いた場合、遮光膜１２は、特定の色を呈しない、いわゆる漆黒であることが好ましい。そのため、遮光膜１２は、基材１１の遮光膜１２が形成されていない側から測定した波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの光の反射率の最大値が、２０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。

遮光膜１２は、基材１１側から金属窒化物膜、金属膜、金属窒化物膜がこの順で形成された３層構造（以下、第１の構造という。）、または基材１１側から金属酸化物膜、金属膜、金属酸化物膜がこの順で形成された３層構造（以下、第２の構造という。）、または基材側から金属酸窒化物膜、金属膜、金属酸窒化物膜がこの順で形成された３層構造（以下、第３の構造という。）のいずれかであることが好ましい。また、これらの３層構造の各膜を構成する材料である金属、金属窒化物、金属酸化物、金属酸窒化物において、金属はクロムであることが好ましい。すなわち、第１の構造は、窒化クロム膜、クロム膜、窒化クロム膜が順に形成された３層構造であり、第２の構造は、酸化クロム膜、クロム膜、酸化クロム膜が順に形成された３層構造であり、第３の構造は、酸窒化クロム膜、クロム膜、酸窒化クロム膜が順に形成された３層構造であることが好ましい。このような膜構成とすることで、物理膜厚が薄く可視光の遮蔽性が高い遮光膜１２を得ることができる。

遮光膜１２の成膜方法としては、加熱蒸着法、スパッタリング法、イオンアシスト蒸着法などの公知の成膜方法を用いることができる。遮光膜１２の好ましい成膜方法については後述する。

遮光膜１２は、該遮光膜１２の一部が欠損した開口部１５の側に、平均物理膜厚が５０ｎｍ以下で幅が１μｍ以上の薄膜部１３を備える。ここで、遮光膜１２と開口部１５との境界部分において、物理膜厚が急激に変化する（例えば、図２に示すように、遮光膜１２の形状が、基材１１に対して垂直に切り立った状態である）と、光学部材１の使用時に遮光膜１２が外力を受けた場合、この遮光膜１２が開口部１５との境界部分から剥がれるおそれがある。
これに対して、開口部１５側に、遮光膜１２の本体部と連続した薄膜部１３を備えることで、遮光膜１２と基材１１との密着面積が大きくなり、遮光膜１２に応力が発生した場合でも、遮光膜１２が開口部１５との境界部分から剥がれることを抑制することができる。

薄膜部１３は、遮光膜１２と開口部１５との境界部分に位置する。薄膜部１３は、平均物理膜厚が５０ｎｍ以下であるため、膜自体の透過率が高く、開口部１５における可視光の透過率を大きく低下させることがない。薄膜部１３の物理膜厚は、５０ｎｍ以下が好ましく、２０ｎｍ以下がより好ましい。また、薄膜部１３は、幅が１μｍ以上であり、基材１１と密着する面積が一定量確保されるため、基材１１からの剥がれを抑制することができ、これにより薄膜部１３と連続する遮光膜１２（本体部）の基材１１からの剥がれを抑制することができる。薄膜部１３の幅は、２０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がより好ましい。また、３μｍ以上であることが好ましい。

遮光膜１２は、開口部１５との境界において膜厚が漸減する遷移領域部１４を備えてもよい。遷移領域部１４は、遮光膜１２と開口部１５との境界部分であって薄膜部１３以外の膜厚が漸減する部分をいう。遮光膜１２は、開口部１５との境界において遷移領域部１４を備えない場合、回折により開口部１５を透過した光により形成される像にサイドローブが発生することがある。サイドローブとは、開口部１５が円形の透穴であった場合、透過像に同心円上の濃淡が認識される現象である。遷移領域部１４を備えることで、サイドローブを抑制することができる。

遮光膜１２は、基材１１との平均熱膨張係数（０〜３００℃の温度範囲）の差が、１００×１０^−７／℃以下であることが好ましい。遮光膜１２と基材１１との平均熱膨張係数の差が、１００×１０^−７／℃超であると、光学部材１が高温に曝された場合、熱膨張係数の差に起因して遮光膜１２と基材１１との界面に応力が生じ、基材１１から遮光膜１２が剥がれるおそれがある。遮光膜１２は、基材１１との平均熱膨張係数の差を１００×１０^−７／℃以下とすることで、光学部材１が製造工程で高温に曝される場合であっても、基材１１から遮光膜１２が剥がれることを抑制することができる。遮光膜１２と基材１１との平均熱膨張係数の差は、５０×１０^−７／℃以下とすることがより好ましい。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る光学部材２について、図３を用いて説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態の光学部材２の構成を概略的に示す断面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。

第２の実施形態は、遮光膜１２が遷移領域部を備えない点で、第１の実施形態と相違する。本実施形態においても、遮光膜１２は開口部１５側に薄膜部１３を備えるため、遮光膜１２に外力が加えられたとしても、基材１１から遮光膜１２が剥がれるのを抑制することができる。

次に、本発明の光学部材の製造方法について説明する。

本発明の光学部材の製造方法は、図４に示すように、基材上に開口部を形成するための粘着層を形成する工程と、粘着層の上にマスク層を形成する工程と、粘着層およびマスク層が配置された基材上に、薄膜部を含む遮光膜を形成する工程と、前記粘着層および前記マスク層を除去する工程とを備える。この製造方法により、基材から遮光膜が剥がれにくい光学部材を得ることができる。

開口部を形成するための粘着層を作成する工程においては、図５（ａ）に示すように、基材１１の表面に、所望の開口部と略同一形状の粘着層２１を形成する。粘着層２１としては、基材１１との密着性が得られるものであれば、公知の材料を用いることができる。また、粘着層２１として、粘着シートを所望の形状に打ち抜いたものを貼り付けてもよいし、粘着剤を印刷手段を用いて基材１１上に塗布し、次いで固化させることで、複数個の粘着層２１を同時に設けてもよい。粘着層２１を構成する材料としては、シリコーンやアクリル樹脂等を用いることができる。粘着層２１の厚さは、遮光膜の厚さによって適宜調整される。所定の形状に作成された粘着層２１は、それだけを基材１１に貼り付けてもよいし、後述するマスク層と一体化したうえで、基材１１に貼り付けてもよい。

マスク層を形成する工程においては、図５（ｂ）に示すように、粘着層２１の上に、該粘着層２１と同一サイズまたは大きいサイズのマスク層２２を形成する。この工程は、所望の形状およびサイズのマスク層２２を作成し、粘着層２１と一体化する工程を含む。粘着層２１の上にその粘着層２１と同一サイズのマスク層２２を設けた場合には、後述する図６に示すように、粘着層２１の外周がめくれ上がり、粘着層２１と基材１１との間に空間２３が形成される。また、粘着層２１の上にその粘着層２１よりも大きいサイズのマスク層２２を設けた場合には、図５（ｂ）に示すように、マスク層２２の一部（外周部）が粘着層２１から飛び出るような位置関係となり、マスク層２２と基材１１との間に粘着層２１がない空間２３が形成される。

マスク層２２としては、シート状の樹脂や金属等を用いることができる。また、マスク層２２は、次工程の遮光膜１２を形成する工程で、粘着層２１から飛び出した部分が変形しないものであることが好ましい。所定の形状に作成されたマスク層２２を、基材１１上に設けられた粘着層２１の上に貼り付けてもよいし、前述のとおり、マスク層２２と粘着層２１を一体化したものを基材１１に貼り付けてもよい。

粘着層２１よりも大きいサイズのマスク層２２を設けた場合に形成される、前記粘着層２１がない空間２３について、マスク層２２の外周から粘着層２１の外周までの距離（マスク層２２の外周部の粘着層２１からの飛び出し長さ）が、２５〜２５０μｍであることが好ましい。この距離が２５μｍ未満であると、次工程の遮光膜を形成する工程で得られる薄膜部の面積が小さく、遮光膜の剥がれを抑制する効果が小さい。また、この距離が２５０μｍ超であると、得られる薄膜部の面積が大きく遮光膜の剥がれを抑制する効果は大きいものの、マスク層２２の粘着層２１から飛び出した部分が、遮光膜を形成する工程で変形し、所望の薄膜部が得られないおそれがある。マスク層２２の外周から粘着層２１の外周までの距離は、３０〜２００μｍであることがより好ましい。

次いで、遮光膜を形成する工程において、図５（ｃ）に示すように、粘着層２１およびマスク層２２が形成された基材１１上に、加熱蒸着法、スパッタリング法、イオンアシスト蒸着法等の公知の成膜方法を用いて遮光膜１２を形成する。この工程においては、マスク層２２と基材１１との間の粘着層２１がない空間２３にも、遮光膜１２を構成する膜物質が回り込むことになる。そのため、マスク層２２と基材１１との間の粘着層２１がない空間２３の直下にある基材１１には、マスク層２２がない箇所と比べて物理膜厚が非常に薄い薄膜部１３が、遮光膜１２と連続して形成される。薄膜部１３は、物理膜厚が非常に薄いため、開口部の可視光の透過への影響が限定的であり、かつ遮光膜１２の剥がれを抑制することができる。

次いで、粘着層２１およびマスク層２２を除去する工程において、遮光膜１２が形成された基材１１から粘着層２１およびマスク層２２が除去され、図５（ｄ）に示す光学部材１が得られる。こうして、遮光膜１２の剥がれが抑制された光学部材１を得ることができる。

本発明の光学部材は、固体撮像装置の被写体側のカバー部材として好適に用いることができる。このようなカバー部材は、携帯型電子機器の筺体の一部に嵌め込まれて用いられる。携帯型電子機器としては、携帯電話、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）、スマートフォン、ＰＤＡ（Personal Data Assistance）、ＰＮＤ（Portable Navigation Device、携帯型カーナビゲーションシステム）等が挙げられる。

また、本発明の光学部材は、表示装置付き機器の表示装置の前面部材として用いることもできる。表示装置付き機器としては、前述の携帯型電子機器の他、携帯ラジオ、携帯テレビ、ワンセグ受信機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯音楽プレーヤー、サウンドレコーダー、ポータブルＤＶＤプレーヤー、携帯ゲーム機、ノートパソコン、タブレットＰＣ、電子辞書、電子手帳、電子書籍リーダー、携帯プリンター、携帯スキャナ等が挙げられる。また、据え置き型電子機器や自動車に内装される電子機器にも利用できる。なお、表示装置付き機器はこれら例示の機器に限定されるものではない。

以上本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本発明の趣旨に反しない限度において、また必要に応じて適宜構成を変更することができる。

以下、実施例に基づいて本発明を説明する。

（実施例１）
まず、ガラス基板（ソーダライムガラス、板厚：５ｍｍ）を用意した。このガラス基板上に、ＰＥＴフィルム（マスク層、直径：５ｍｍ、厚さ：０．１ｍｍ）と粘着剤（粘着層、直径：５ｍｍ、厚さ：０．０３ｍｍ）からなる円形のマスクシール（粘着剤付きマスクシール）を貼り付けた。
次いで、マスクシールが貼り付けられたガラス基板側から酸窒化クロム（４５ｎｍ）、クロム（１３０ｎｍ）、酸窒化クロム（５５ｎｍ）の順で、スパッタリング法により括弧内に示す厚さで成膜し、遮光膜を形成した。こうして遮光膜が形成されたガラス基板の断面を、電子顕微鏡で観察したところ、図６に示すように、粘着層２１の下に高さ１６μｍ、幅６６μｍの空間２３が形成されていた。図６において、符号１１は基材（ガラス基板）、符号１２は遮光膜、符号２２はマスク層をそれぞれ示す。

次に、マスクシールをガラス基板から除去した。そして、ガラス基板の遮光膜形成面（成膜面ともいう。）、および遮光膜形成面と反対面（基板面ともいう。）から反射率を測定した。測定結果を図７に示す。また、ガラス基板上の遮光膜の断面を電子顕微鏡によって観察したところ、図８に示すように、遷移領域部１４と幅１μｍ以上の薄膜部１３が観察された。

（実施例２）
ガラス基板（旭硝子社製、商品名：ＥＮ−Ａ１、板厚：０．２ｍｍ）を用意した。このガラス基板上に、マスク層と粘着層が一体となった樹脂体を形成した。
次いで、ガラス基板側から酸窒化クロム（４５ｎｍ）、クロム（１３０ｎｍ）、酸窒化クロム（５５ｎｍ）の順で、スパッタリング法により括弧内に示す厚さで成膜し、前記マスク層と粘着層が形成されたガラス基板上に遮光膜を形成した。

次に、粘着層およびマスク層をガラス基板から除去した。
次いで、ガラス基板上の遮光膜の断面を電子顕微鏡によって観察したところ、図９に示すように、遷移領域部１４と幅１μｍ以上の薄膜部１３が観察された。また、この電子顕微鏡写真から遮光膜の膜厚を求めたところ、図１０に示すグラフを得た。図１０のグラフから求められた薄膜部の幅は、３μｍ以上であった。

次に、実施例１および実施例２で得られた遮光膜付きガラス基板の膜密着性を、以下の方法で評価した。
＜遮光膜の密着性試験＞
ガラス基板の遮光膜が形成された面に、開口部を含むように粘着テープ（ＪＩＳ Ｚ１５２２で規定された、幅１８ｍｍの粘着テープ）を貼り付けた後、この粘着テープを遮光膜の膜面と垂直方向に強く引っ張り、瞬間的に引き剥がした。そして、遮光膜の剥がれの有無を確認した。

実施例１および実施例２で得られた遮光膜付きガラス基板について、上記膜密着性試験を行ったが、遮光膜の剥がれは観察されなかった。
これらの評価結果より、実施例１および実施例２の遮光膜は、ガラス基板との膜密着性が高く、開口部との境界において膜剥がれが発生しにくいことがわかる。

本発明によれば、遮光膜が剥がれにくい光学部材を得ることができる。

１，２…光学部材、１１…基材、１２…遮光膜、１３…薄膜部、１４…遷移領域部、１５…開口部、２１…粘着層、２２…マスク層、２３…空間。

Claims (9)

1. 可視領域の波長の光を透過する基材と、
   前記基材の表面に設けられた遮光膜と、
   前記遮光膜の一部が欠損した開口部
   を備えた光学部材であって、
   前記遮光膜は、前記開口部側に薄膜部を備えることを特徴とする光学部材。
2. 前記薄膜部は、平均物理膜厚が５０ｎｍ以下であり、かつ幅が１μｍ以上である請求項１に記載の光学部材。
3. 前記遮光膜は、前記基材の該遮光膜が形成されていない側から測定した波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの光の反射率の最大値が、２０％以下である、請求項１または２に記載の光学部材。
4. 前記遮光膜は、前記基材側から金属窒化物膜、金属膜、金属窒化物膜が順に形成された３層構造、または前記基材側から金属酸化物膜、金属膜、金属酸化物膜が順に形成された３層構造、または前記基材側から金属酸窒化物膜、金属膜、金属酸窒化物膜が順に形成された３層構造のいずれかの構造を有する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学部材。
5. 前記遮光膜は、前記３層構造の各膜を構成する金属、金属窒化物、金属酸化物、金属酸窒化物における金属がクロムである、請求項４に記載の光学部材。
6. 前記遮光膜は、前記基材との平均熱膨張係数（０〜３００℃の温度範囲）の差が、１００×１０^−７／℃以下である、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学部材。
7. 前記遮光膜は、前記開口部との境界において膜厚が漸減する遷移領域部を備える、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学部材。
8. 可視領域の波長の光を透過する基材上に粘着層を形成する工程と、
   前記粘着層の上に該粘着層と同一または大きいサイズのマスク層を形成する工程と、
   前記粘着層および前記マスク層が配置された基材上に遮光膜を形成する工程と、
   前記粘着層および前記マスク層を除去し、開口部を形成する工程
   を備えることを特徴とする光学部材の製造方法。
9. 前記マスク層の外周から前記粘着層の外周までの距離が２５〜２５０μｍである、請求項８に記載の光学部材の製造方法。

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