JP4632657B2

JP4632657B2 - 光学部品

Info

Publication number: JP4632657B2
Application number: JP2003390083A
Authority: JP
Inventors: 敦遊佐
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2023-11-20
Also published as: JP2005148666A

Description

本発明は、光学部品に係り、特に、電気配線が一体的に形成され、飽和吸水率が低い熱可塑性樹脂（又は溶融樹脂）からなる光学部品に関する。

近年、光学部品は、モジュール化・多機能化・集積化が進み、個々の光学部品の小型化が要求されている。また、光軸のアライメント調整、組み立ての簡易性、生産性等の面から、光学部品の部品点数を抑える方向にある。このため、例えば、電気配線と一体型の光学部品が既に提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１は、一方の面に配線部を形成し、非配線部をレンズ加工したカメラモジュールに係り、配線とレンズを一体型に形成してカメラモジュールの薄型化を実現している。

また、光学部品は面形状において高精度が要求されることから、本発明者は成形により、電気配線と一体型の光学部品を製造することを検討した。この点、光学部品ではないがプラスチックからなる成形品の表面改質は従来から提案されている（特許文献２乃至６）。このうち、特許文献４及び５は、成形品に立体配線を設ける方法を提案している。
特開平２００３−１２５２９４号公報特開平９−５９７７８号公報特開２００１−３０３２５５号公報特開平４−７６９８５号公報特開平１−２０６６９２号公報特開平６−１９６８４０号公報

しかし、光通信等に用いられる光学部品は、過酷な使用環境にも耐えられるよう、それに施される配線には高耐久性、高信頼性が求められている。一般に、プラスチック表面に、高耐久性の配線を形成するのは困難を極める。特許文献１は、配線形成方法として、Ａｌ蒸着、エッチングによる形成方法、多層配線フィルムを貼り付けることによる形成方法を開示しているが、これらにより形成された配線が光学部品に要求される高耐久性を満足するためには、必然的に、材料が限定される。また、高耐久性の配線を得られる材料を選択しようとすると、今度は光学部品としての特性を満足できないという矛盾が生じる。例えば、無電解メッキにてプラスチック成形品の表面に金属導電膜を電気配線として形成する際にはエッチングによりプラスチックの表面を粗面化する必要がある。しかし、光学特性の高い材料は非極性であるため表面エネルギーが低く、エッチング液に浸されにくいのでエッチング液による粗面化が行えず、メッキ核を形成することができない。そもそも、エッチング自体が毒性の高い有機溶媒を必要であると共に成形品を粗面化すれば光学部品の光学特性を悪化させることから好ましくない。

特許文献２及び３は、エッチングによる粗面化の必要のない方法を開示しているが、これらは、成形品を作製した後に別工程で処理するものであり、大量生産には向かない。また、特許文献４及び５に開示されている立体構造体に均一なフォトレジストを形成するのは困難である。更に、特許文献４は、電着レジストを使用することを提案しているが、かかるレジストは耐アルカリ性が低いという欠点を有している。また、特許文献６は、触媒核を金型表面に均一に付着させる方法が具体的に示されていない他、回路部の表面を金型上で粗面化する必要がある上、成形後のエッチングが必要である。

そこで、本発明は、優れた光学特性を有する樹脂から構成されると共に所望のパターンを有して耐久性・信頼性に優れた電気配線が一体的に形成された光学部品を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての光学部品は、熱可塑性樹脂からなる光学部品において、前記光学部品は表面に凹部を有し、該凹部の表面から表面近傍にかけて配置された（即ち、偏析、局所的に存在する）金属元素と、前記凹部内に設けられ、前記金属元素を核として形成されたメッキ層とを有し、当該メッキ層は、電気配線として機能するパターンを形成し、前記熱可塑性樹脂の飽和吸水率は０．０１％以下であり、光弾性係数が１×１０^−１２ｃｍ^−２／ｄｙｎｅ以下であることを特徴とする。かかる光学部品を構成する材料は、飽和吸収率は０．０１％以下であるか、前記熱可塑性樹脂は極性基を有さないために、エッチングやスパッタリングが困難である一方で、光弾性係数が１×１０^−１２ｃｍ^−２／ｄｙｎｅ以下であるので複屈折が低く光学特性に優れている。また、これらの光学部品は、金属元素を内部及び表面に含有するので、リソグラフィなどで形成するよりも表面から剥がれにくいなど、安定性が高い。従って、電気配線は高耐久性、高信頼性を有する。金属元素は前記表面の特定の位置に形成される。「表面近傍」の範囲は、適宜選択することができるが、好ましくは、表面から１００μｍ以下、更に好ましくは、表面から１０μｍ以下の範囲、場合によっては表面からナノスケール厚みの改質も可能である。金属元素は、金属粒子、金属微粒子、有機金属錯体の一部又は全部の配位子が外れることにより生成した金属元素であってよい。金属錯体の種類は任意であるが、Ｐｄ錯体、Ｎｉ錯体、Ｃｏ錯体、Ｐｔ錯体等が望ましい。より具体的には、白金ジメチル（シクロオクタジエン）、ビス（シクロペンタジエニル）ニッケル、ビス（アセチルアセトネート）パラジウム等が望ましい。

前記熱可塑性樹脂は、波長４００ｎｍの光に対して測定法がＡＳＴＭＤ１００３の下で透過率９０％以上を有することが好ましい。これにより、光学部品をレンズなどの透過型光学素子として、例えば、可視光域で、使用することができる。

前記光学部品は成形品であることが好ましい。成形により形成することによって大量生産において表面形状などを高精度に再現することができ、光学特性の劣化を防止することができる。

前記電気配線は、前記光学部品の複数の面にまたがって立体的に形成されていてもよい。また、前記電気配線が、曲面上に形成されていてもよい。前記熱可塑性樹脂は、例えば、非晶質ポリオレフィン系樹脂やアクリル樹脂であるが、それらを複合種混合したもの、これらを主成分とするポリマーアロイやこれらに各種の充填剤を配合したものを用いることができる。

本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下、添付図面を参照して説明される実施形態により明らかにされるであろう。

本発明によれば、優れた光学特性を有する樹脂から構成されると共に所望のパターンを有して耐久性・信頼性に優れた電気配線が一体的に形成された光学部品を提供することができる。また、電気配線が一体的に形成された光学部品は小型化・薄型化を達成する。

以下、図１を参照して、本発明の一実施形態としての光学部品１０について説明する。ここで、図１（ａ）は、光学部品１０の概略断面図で、図１（ｂ）は、光学部品１０の概略底面図である。光学部品１０は、レンズ１２と、鏡筒１４と、電気配線２０と、円板状の光センサ３０と、基板４０とを有する。

レンズ１２は、鏡筒１４の内面の部位１５ａにおいて鏡筒１４に一体的に結合され、鏡筒１４の１６ａ及び１６ｃと１６ｂの一部には、立体配線としての電気配線２０が一体的に形成されている。電気配線２０が一体的に形成されているので光学部品１０の小型化に寄与する。電気配線２０は、光電センサ３０に配線４２を介して接続された端子部４４に一端において結合され、他端２２において図示しない外部回路に接続される。基板４０には光センサ３０が接着その他の方法で固定され、光センサ３０には配線４２が接続されている。配線４２と電気配線２０とは端子部４４において電気的に結合される。

製造においては、レンズ１２と鏡筒１４とを一体的に形成した後で、後述するように、電気配線２０のパターンを選択的に（即ち、鏡筒１４の面１６ａ乃至１６ｃ全面ではなく局所的に）形成する。その後、電気配線２０と、光センサ３０を載置した基板４０の配線４２とをハンダ付けその他の方法で端子部４４において接続する。

光センサ３０は、ＣＣＤなどレンズ１２が撮像した画像情報を電気信号に変換し、電気配線２０はかかる電気信号を信号処理部などの外部回路に供給する。光学部品１０は、本実施形態では、カメラモジュールとして機能し携帯電話などに適用可能であるが、ディスクドライブの光ピックアップ、液晶ディスプレイ、光通信用光学部品など種類や用途は限定されない。従って、本発明の光学部品は、レンズなどの部品のみならずカメラなどの完成品もカバーする概念である。電気配線２０が鏡筒１４に一体的に形成されているので光学部品１０は小型及び薄型になる。

電気配線２０は、プラスチックの表面から表面近傍にかけて配置された金属元素の金属層又は当該金属元素を核として形成されたメッキ層のパターンから形成される。通常、プラスチック表面と金属の接着性は非常に低いが、本実施形態においては、金属元素を内部及び表面に含有するので、表面から剥がれにくく安定性が高い。従って、電気配線は高耐久性、高信頼性を有する。金属元素は前記表面の全面に形成されても特定の位置に形成されてもよい。「表面近傍」の範囲は、適宜選択することができるが、好ましくは、表面から１００μｍ以下、更に好ましくは、表面から１０μｍ以下の範囲、場合によっては表面からナノスケール厚みの改質も可能である。金属元素は、金属粒子、金属微粒子、有機金属錯体の一部又は全部の配位子が外れることにより生成した金属元素であってよい。

金属錯体の種類は任意であるが、Ｐｄ錯体、Ｎｉ錯体、Ｃｏ錯体、Ｐｔ錯体等が望ましい。より具体的には、白金ジメチル（シクロオクタジエン）、ビス（シクロペンタジエニル）ニッケル、ビス（アセチルアセトネート）パラジウム等が望ましい。金属元素が表面に埋め込まれている状態であるので、電気配線２０は光学部品表面に対し、非常に密着性が高く、剥がれ難く耐候性が向上する。

本実施形態のレンズ１２及び鏡筒１４を構成する材料は、飽和吸水率は０．０１％以下であるか、光弾性係数が１×１０^−１２ｃｍ^−２／ｄｙｎｅ以下であることを特徴とする。かかる光学部品を構成する材料は、極性基を有さないために、エッチングやスパッタリングが困難である。また、光弾性係数が１×１０^−１２ｃｍ^−２／ｄｙｎｅ以下であるので複屈折が低く光学特性に優れている。光弾性係数は、レンズのような光学部品では斜め入射成分の影響が大きく、これ以下の光弾性係数は複屈折の斜め入射成分が垂直成分と同様に小さくなり好ましいからである。また、低吸水率であるため、高湿度環境下の使用でも光学特性に変化をきたし難い。また、レンズ１２及び鏡筒１４を構成する材料は、波長４００ｎｍの光に対して測定法がＡＳＴＭＤ１００３の下で透過率９０％以上を有することが好ましい。青色レーザーを用いた光ディスクの記録再生用に用いられる光ピックアップレンズは、４００乃至４１０ｎｍ領域の波長における透明性が必要である。また、カメラ用レンズにおいては可視光領域における透明性が必要である。透過率が９０％以下になると光の利用効率が著しく低減するので好ましくない。もちろん本発明は光学部品が適用可能な光の波長を限定するものではない。

このような材料としては、非晶質ポリオレフィン系樹脂、非晶質環状オレフィン系樹脂、ノルボルネン系の構造を有する非晶質ポリオレフィン系樹脂、日本ゼオン社のゼオネックス(R)、ゼオノア(R)を含むが、これに限定されるものではない。非晶質ポリオレフィン系樹脂は、金属との密着性が非常に低い。従来、このような光学部品材料としては優れている樹脂に、高耐久性を有する金属配線を施すことは困難であると考えられており、この材料を用いた光学部品に一体に配線を施したものは、存在してなかったものである。

電気配線２０は、図１に示す立体配線に限定されるものではなく平面配線であってもよいし、図１とは異なる構造の立体配線であってもよい。例えば、図１（ｃ）に示すように、面１６ａ及び１６ｂの代わりに曲面１６ｃを有する光学部品１０Ａなどである。

電気配線２０を金属元素の金属層のパターンとして構成する場合には、射出成形によって成形品の表面を選択的に改質し、必要があれば、熱処理、研磨などの後処理を行う。成形品の表面を選択的に改質するのに使用する射出成形装置の例としては、例えば、特許願２００３−１４１９８１号公報に記載した超臨界流体を使用したものを使用することができる。これによって金属元素のパターンを平面的及び立体的に、かつ、一体的に、鏡筒１４の面１６ａ乃至１６ｃ又は曲面１６ｄに形成することができる。

また、電気配線２０を金属元素を核として形成されたメッキ層のパターンとして構成する場合には、図２に示すような方法を適用することができる。ここで、図２は、本発明の一実施形態としてのプラスチックの無電解メッキ配線のフローである。本実施形態の無電解メッキ法によれば、まず、レンズ１２及び鏡筒１４成の形品の表面を射出成形によって選択的に改質し、電気配線２０を構成する金属元素のパターンを形成する（ステップ１１００）。成形品の表面を選択的に改質するのに使用する射出成形装置の例としては、例えば、特許願２００３−１４１９８１号公報に記載した超臨界流体を使用したものを使用することができる。これによって金属元素のパターンを平面的及び立体的に、かつ、一体的に、鏡筒１４の面１６ａ乃至１６ｃ又は曲面１６ｄに形成することができる。

次に、例えば、プラスチック成形品の凸部に配置した有機金属錯体の配位子を加熱や還元反応で除去し、金属微粒子を析出させる（ステップ１２００）。この結果、金属元素は、熱可塑性樹脂の表面から表面近傍にかけて配置される（即ち、偏析、局所的に存在する）。金属元素を内部及び表面に含有するので、リソグラフィなどで形成するよりも表面から剥がれにくいなど、安定性が高い。従って、電気配線は高耐久性、高信頼性を有する。金属元素は前記表面の特定の位置に形成される。「表面近傍」の範囲は、適宜選択することができるが、好ましくは、表面から１００μｍ以下、更に好ましくは、表面から１０μｍ以下の範囲、場合によっては表面からナノスケール厚みの改質も可能である。

その後、無電解メッキを行い（ステップ１３００）、凸部にのみ無電解メッキを形成する。メッキ層は、金属元素を核として形成される。かかるメッキ層のパターンは、電気配線２０として機能する。代替的に、金属元素の金属層のパターンが電気配線２０として機能してもよい。成形品に対して無電解メッキを行う方法についても、例えば、特許願２００３−１４１９８１号公報に記載したものを使用することができる。

本実施形態においては、射出成形におけるプラスチック表面の改質技術を応用して、無電解メッキによる微細配線を安価にそしてクリーンに形成できるが、そのフローを図３に示す。本実施形態においては、射出成形方法を応用すると共に成形品表面に配線を形成する凹凸を転写し、該凹凸を利用してメッキ配線（電気配線２０）を形成することを特徴とするが、例えば、図３のフローに示すように２種類の方法が提供できる。これら２種類の方法を、図４、図５を用いて更に説明する。

図４に本発明におけるメッキ配線方法の一例の概念図を示す。該方法によれば成形品１１の全面に触媒核として働く金属微粒子５０を図４（ａ）のように析出させた後、成形品表面に図４（ｂ）のように無電解メッキ５２を積層し、次に図４（ｃ）に示す通り凸部の無電解メッキ部分を研磨等で除去することで凹部にのみ無電解メッキが残る配線パターンが形成可能となる。パターン凸部の除去方法は任意であるが、研磨やラップ等により除去することができる。

図５に本発明におけるメッキ配線方法の別の例の概念図を示す。まず、射出成形方法により成形品１１の表面近傍に金属錯体もしくは金属微粒子を配置させると共に金型もしくはスタンパ表面の凹凸を転写させた成形品１１を作製した後、場合によっては熱処理や還元反応を行う。さらに、成形品１１の表面の凸部を除去した後、図５（ｂ）に示すように凹部にのみメッキの触媒核として働く金属微粒子１０４が配置した状態になるので、成形品１１全体に無電解メッキを施すことで図５（ｃ）に示す通り無電解メッキ５２が選択的に積層される。これら、図４及び図５に示す方法により、プラスチック表面に無電解メッキによる微細配線を安価に形成することができる。

樹脂が極性基を持たず強固な無電解メッキ層の形成が困難な材料であっても触媒核となる金属微粒子を材料内に容易に埋め込むことができるので、任意の選択個所のみに密着性に優れた高品質な無電解メッキ膜を形成することができる。本実施形態の無電解メッキの配線プロセスは従来法と比べ無害で前処理工程が著しく少なくて済む。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はその要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。

本発明の一実施形態の光学部品の概略断面図及び上面図である。本発明におけるプラスチック表面への無電解メッキ方法のフローである図２に示す方法において、プラスチック表面への微細メッキ配線方法のフローである。図２に示す無電解メッキ方法の一例を説明するための金型の部分拡大断面図である。図２に示す無電解メッキ方法の別の例を説明するための金型の部分拡大断面図である。

符号の説明

１０、１０Ａ光学部品
１２レンズ
１４鏡筒
２０電気配線
３０光センサ

Claims

熱可塑性樹脂からなる光学部品において、
前記光学部品は表面に凹部を有し、該凹部の表面から表面近傍にかけて配置された金属元素と、
前記凹部内に設けられ、前記金属元素を核として形成されたメッキ層とを有し、
当該メッキ層は、電気配線として機能するパターンを形成し、
前記熱可塑性樹脂の飽和吸水率は０．０１％以下であり、光弾性係数が１×１０^−１２ｃｍ^−２／ｄｙｎｅ以下であることを特徴とする光学部品。
前記熱可塑性樹脂は、波長４００ｎｍの光に対して測定法がＡＳＴＭＤ１００３の下で透過率９０％以上を有することを特徴とする請求項１記載の光学部品。
前記光学部品は成形品であることを特徴とする請求項１又は２記載の光学部品。
前記電気配線は、前記光学部品の複数の面にまたがって立体的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の光学部品。
前記電気配線が、曲面上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の光学部品。
前記熱可塑性樹脂は、非晶質ポリオレフィン系樹脂から構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の光学部品。