JPH11123791A - 多層被覆基板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
一体性とが高い多層被覆基板およびその製造方法を提供
する。 【解決手段】 基板上に積層される各層を、個別にゲル
状にまで予め仮成形し、このゲルを基板上に積層し本成
形する。いわゆるゾルゲル法により多層被覆基板を製造
する。各層を仮成形させる型は、多層被覆基板の使用目
的により様々な表面形状を持つ。各層を一定の形状に仮
成形しておくことにより、本成形での各層のクラックの
発生を効果的に防止することができる。本成形において
は、基板とその上に積層される複数の層とを型で押圧し
ながら加熱する。したがって、押圧する型の表面形状が
転写された多層被覆基板が得られる。
Description
を利用する情報記録媒体または光通信などの光学部品と
して利用される多層被覆基板およびその製造方法に関す
るものである。さらに詳しくは、CD−ROMなどの情
報記録媒体、または平板マイクロレンズもしくはグレー
ティング素子などの光学部品として利用される多層被覆
基板およびその製造方法に関するものである。
マイクロレンズあるいはグレーティング素子などの光学
部品は、その表面に微少な凸部を具える必要がある。こ
の表面の微少な凸部は、情報記録媒体においては、ピッ
トまたはトラッキングガイドとして機能し、光学部品に
おいては、光の集束もしくは拡散を行いマイクロレンズ
もしくは回折格子として機能する。
外線硬化樹脂を基板上に均一に展開し、凹部を具えた型
で押圧しながら樹脂に紫外線を照射する方法(特開昭6
3−49702号公報)が知られている。
特開平6−242303号公報には、ガラス基板上にシ
リコンアルコキシドを含む溶液を塗布し、凹部を具えた
型を押し当てながら加熱して凸部を形成させるいわゆる
ゾルゲル法による製造方法が記載されている。
報には、基板上に紫外線硬化樹脂を均一に展開し、フォ
トレジストで形成されたパターンをマスクとして、反応
性イオンビームエッチングにより凸部を形成させる方法
が記載されている。
技術には、以下のような問題点があった。先ず、紫外線
硬化樹脂は、耐熱性が低く、250℃以上になると分解
や黄変が発生する。したがって、紫外線硬化樹脂の凸部
を有する基板は、はんだ付けなどの加熱加工ができず、
装置などへの取り付けが難しかった。
コンアルコキシドの凸部は、耐熱性が高く、はんだ付け
などが可能である。しかし、ゾルゲル法では、厚い膜の
成形ができないという問題があった。実際にゾルゲル法
により、数十μmのシリコンアルコキシドの層を成形す
ると、その表面に微少なひび(以下、クラックと称す
る)が発生する。これは、シリコンアルコキシド溶液が
ゲル化および固化する際に、その層の表面と内部とで縮
重合反応の進行度に差ができるため、表面に大きな応力
が発生するからである。さらには、この応力が原因とな
って、この層と基板とが剥離する場合もあった。
いて凸部を形成させる場合は、その製造工程が複雑で製
造コストが高くなってしまう点、凸部の均一性を向上さ
せることが難しい点が問題であった。さらには、このよ
うな原因から、表面面積の大きな層を成形することが難
しい点が問題であった。
る問題に着目してなされたものである。その目的とする
ところは、耐熱性が高く、厚い層であってもその表面に
クラックが発生せずかつ基板と剥離しない、また大きな
面積であっても凸部が均一な層を有する多層被覆基板を
提供することにある。さらには、これらの多層被覆基板
を容易かつ安価に製造する方法を提供することにある。
めに、請求項1に記載の発明の多層被覆基板は、オルガ
ノポリシロキサンを含む複数の層が積層し一体化したも
のであり、その最外層が複数の凸部を具えた基板におい
て、これら凸部の高さのばらつきが、1μm以下である
ものである。
請求項1に記載の発明において、最外層の凸部の断面形
状が、円弧、楕円孤および山形からなる群より選ばれた
少なくとも1つであるものである。
請求項1または2に記載の発明において、最外層の凸部
に合わせて、下層も凸部を具えるものである。
請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、最
も厚い層と最も薄い層との厚さに比が、1〜5であるも
のである。
請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、各
層の線膨張率が基板から最外層に向かって段階的に変化
するものである。
請求項1〜5のいずれか1項に記載の発明において、複
数の層が、2層であるものである。
請求項1〜6のいずれか1項に記載の発明において、基
板が透明体であるものである。
請求項7に記載の発明において、基板から最外層に向か
って各層の屈折率が段階的に変化するものである。
請求項7または請求項8に記載の発明において、任意の
層の厚さをtx、その屈折率をnx、透過する光の波長を
λとする場合、tx/nx=λ/4の関係を充たすもので
ある。
は、請求項9に記載の発明において、最外層の屈折率が
no、中間層の屈折率がnb、最下層の屈折率がna、基
板の屈折率がnsである場合、na/nb=√(ns/
no)の関係を充たすものである。
は、請求項9または請求項10に記載の発明において、
透過する光の波長が380〜2,000nmであるもので
ある。
は、請求項1〜10のいずれか1項に記載の発明におい
て、最外層がメチルトリエトキシシランからなり、下層
がメチルトリエトキシシランもしくはテトラエトキシシ
ランからなるものである。
製造方法は、オルガノポリシロキサンの溶液を基板上お
よび型内に流し込み、これらを個別にゲル化させ、その
後これらのゲルを基板上に積層し、最外層の型で押圧し
ながら基板と一体化させるものである。
製造方法は、請求項13に記載の発明において、任意の
層が請求項2または請求項3に記載の形状に整形される
型を使用するものである。
製造方法は、請求項13または請求項14に記載の発明
において、オルガノポリシロキサンの溶液をゲル化させ
る温度が20〜120℃であって、その後の基板とゲル
の積層体とを一体化させる温度が50〜150℃である
ものである。
製造方法は、請求項13〜15のいずれか1項に記載の
発明において、粘度が1×104〜1×106Pのゲルを
積層するものである。
て詳細に説明する。この発明は、基板上に複数の層を積
層し、基板と複数の層とを一体化させ、その最外層に複
数の凸部を設けるものである。この複数の凸部は、高さ
のばらつきが小さく、均一性が極めて高い。この凸部の
高い均一性は、高さのみならず外形全般について同様で
ある。すなわち、凸部の幅や奥行きも均一性が高い。さ
らには、この凸部および複数の層に発生する内部応力も
しくは成分濃度に関しても均一性が高い。したがって、
複数の層と一体化した基板すなわち多層被覆基板は、そ
れぞれの用途において、極めて高い性能を発揮する。す
なわち、この多層被覆基板は、均一な性能のマイクロレ
ンズを多数具えた、極めて精度の高い平板マイクロレン
ズアレイとなりうる。あるいは、分解能力が極めて高い
回折格子になりうる。
準として最も上にある表層をいい、また下層とは、最外
層以外の層をいう。さらに、この下層は、基板に接する
最下層とそれ以外の中間層とからなる。
成される。まず、各層は、オルガノポリシロキサンを含
む溶液が個別にそれぞれの型に注がれ、加熱もしくは減
圧されることにより、ゲル状に仮成形される。このと
き、最下層を形成する溶液は、基板上に直接注がれても
よい。つぎに、ゲル状の各層は、型から抜かれ、基板の
上に積層される。そして、この積層ゲルは、最外層の型
で基板に押圧されながら加熱され、基板と一体化され
る。
り、オルガノポリシロキサンの縮重合反応が完了する。
すなわち、ゲルが完全に固化し、多層被覆基板が形成さ
れる。この再度の加熱の際に、積層ゲルを最外層の型で
基板に押圧することにより、この型の表面形状を最外層
に転写することができる。したがって、この型の表面形
状がそのまま最外層に写し取られることになる。また、
この型の表面形状を変更することにより、最外層の凸部
の形状を様々に調節することができる。
各層を個別にゲル状に仮成形し、その後に各層を積層
し、多層被覆基板を製造する点にある。ゾルゲル法を用
いた多層被覆基板の製造方法は、従来から知られていた
(特開平6−242303号)。しかし、従来の製造方
法は、基板の上に各層の構成成分を溶液もしくはゾルで
展開し、型で押圧しながら加圧加熱し、層を一気に形成
させるものであった。そして、完全に固化した層の上
に、さらに溶液もしくはゾルを注ぎ、上層を形成させて
いた。
製造工程が長くなるので、コスト上昇の要因となり、実
生産には不適であった。また、この方法は、下層が完全
に硬化してから、次の層を注入するので、型と溶液もし
くはゾルとの間に不要な空気が入り易く、多層被覆基板
の寸法精度が高くなかった。
を積層するので、多層被覆基板の製造工程が短く、かつ
その寸法精度が極めて高くなる。具体的には、この発明
による最外層の凸部の高さのばらつきは、1μm以下で
ある。ここで、最外層の凸部の高さとは、図3に示す距
離Lである。
て、円弧、楕円弧もしくは山形からなる群より選ばれた
少なくとも1つの形状を有するものであることが好まし
い。ここで、層の断面において円弧もしくは楕円弧と
は、図2(a)に示すように最外層に半球状の突起物が
並んだもののほか、図2(b)のような半円柱状のもの
も含まれる。また、この層の断面において山形とは、図
1(a)に示すような錐状体のほか、図1(b)に示す
ような柱状も含まれる。
多層被覆基板に様々な機能を付与することができる。例
えば、多層被覆基板を光学部品として使用する場合は、
図2(a)もしくは(b)に記載の凸部を設けることに
より、これに平板マイクロレンズアレイとしての機能を
付与することができる。同様に、図1(a)もしくは
(b)に記載の形状の凸部を設けることにより、多層被
覆基板にグレーティングレンズとしての機能を付与する
ことができる。このように、上記最外層の凸部の形状
は、その目的に応じて変更することができる。そして、
この発明の多層被覆基板は、それらの目的を高い次元で
達成することができる。
ゲル法を用いるが、ゾルゲル法の特徴として、厚い層を
成形し難いという点が挙げられる。これは、層が厚くな
るにしたがって、層の表面と内部との縮重合反応の進行
度の差が大きくなり易いことに起因する。すなわち、ゾ
ルゲル法では、金属アルコキシドが縮重合するにより、
層が、溶液→ゾル→ゲル→固体へと変化する。この縮重
合反応が進行するにしたがって、水が発生する。そし
て、この水が飽和した状態においては、縮重合反応が進
行し難くなる。層の表面は、縮重合反応で発生した水を
外部に放出できるので、水が飽和し難く、縮重合反応が
進行し易い。これに対し、層の内部は、縮重合反応によ
り発生した水が滞留するので、飽和状態になり易い。す
なわち、層の内部は、縮重合反応が進行し難く、固化し
難い。
していなくても、層の表面はゲル化もしくは固化してし
まうので、層の表面に引張り応力が発生する。これによ
り、層の表面にクラックが発生し易くなる。この引張り
応力は、層の厚さが厚くなるにしたがって、大きくなる
傾向にある。このため、ゾルゲル法では、層の厚いもの
が製造できない。実際にゾルゲル法で、3μm厚のテト
ラアルコキシシランの層を、ゾルから直接固化させた場
合、その表面にクラックが発生する。また、20μm厚
のメチルトリアルコキシシランの層を、ゾルから直接固
化させた場合、その表面にクラックが発生する。
ば、多層被覆基板に新たな特徴を付加することができ
る。例えば、多層被覆基板をレンズアレイとして利用す
る場合、焦点距離を短くすることができる。また、グレ
ーティング素子として利用する場合、周期構造が粗なエ
シェル格子やエシェレット格子を製造できる。情報記録
媒体として利用する場合には、多層記録といった機能を
付与できる。
上記機能を与えるために、最外層の形状に合わせて、下
層にも凸部を設けることが好ましい。これは、具体的に
は、図1(c)もしくは図2(c)に示す態様をいう。
このように下層に凸部を設けることにより、各層の厚さ
を厚くすることなく、凸部の大きい多層被覆基板を得る
ことができる。すなわち、各層表面のクラックの発生を
防ぐと同時に、最外層に大きな凸部を具える多層被覆基
板を製造することができる。
形時に、凸部を形成されることが好ましい。これは、各
層の成形型に凹部を設けることで達成される。
その後最外層の型で加圧され、加熱されて固化する。積
層基板全体として厚くても、積層により各層自体を薄く
することができる。したがって、各層は、その表面と内
部とで縮重合反応の進行度に差ができ難く、応力が発生
し難い。すなわち、各層をゲル状で積層することによ
り、各層の表面には、クラックが発生し難くなる。
薄い層との厚さ比すなわち(最も厚い層の厚さ)/(最
も薄い層の厚さ)は、1〜5であることが好ましい。こ
こで、層の厚さとは、溶液もしくはゾルが型に注がれた
段階における最も厚い部分、すなわち図4(c)に示す
Dの部分である。厚さ比がこの範囲内にある場合は、ゲ
ル化および固化における縮重合反応の進行度にばらつき
ができ難い。したがって、各層の厚さが近い範囲にある
ので、多層被覆基板全体において均一な層を製造するこ
とができる。これにより、各層にクラックが発生し難く
なる。この比のさらに好ましい値は、1〜1.2であ
り、最も好ましい値は1であって、すべての層が同じ厚
さであることが最適である。
に限定されるものではないが、0.1〜20μmである
ことが好ましい。各層の厚さが20μmよりも厚くなる
と、クラックの発生が著しくなる。反対に、0.1μm
より薄くなると、最外層および下層の凸部を成形し難く
なり、製造上問題がある。
るものではないが、0.1〜40μmであることが好ま
しい。ここで、凸部の高さとは、図3におけるLをい
う。これは、この値が0.1μmより小さくなると、凸
部の機能が発揮し難くなる。すなわち、光学レンズに使
用する場合は、0.1μm以下になると光の集束もしく
は拡散性能が低くなり、レンズとしての機能を発揮し難
くなる。反対に、この値が、40μmより大きくなる
と、製造過程において表面にクラックが発生し易くな
る。
よいし、それぞれに異なっていてもよい。各層の成分が
同じ場合は、均一で厚い被覆層を具えた多層被覆基板を
得ることができる。対して、各層の成分の変更すると、
多層被覆基板に様々な性質を付加することができる。
ン、ジルコニウム、アルミニウム、鉛、タンタルなどの
金属の酸化物を加えることにより、その層の屈折率を高
くすることができる。また反対に、屈折率を低くするに
は、オルガノポリシロキサンに、ボロン、フッ素などを
加えることで実現できる。このように各層の屈折率を変
えることにより、多層被覆基板を光学部品として使用す
る場合、光の集束もしくは拡散特性を自由に調節できる
ようになる。
機性官能基の比率を調節することにより、各層に新たな
機能を持たせることができる。ここで、有機性官能基と
は、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n
−(βアミノエチル)−γ−アミノプロピル、フェニル
またはクロロフェニル基などである。例えば、この有機
性官能基の重量率が高いオルガノポリシロキサンからな
る層は、この重量率の低い層よりも脆性が抑制され、そ
の表面にクラックが発生し難い。ただし、有機性官能基
の重量率が高くなりすぎると、多層被覆基板の耐熱性が
悪くなる。したがって、オルガノポリシロキサンにおけ
る有機性官能基の重量率は、20〜60重量%が好まし
い。
の成分を変更すると、各層の線膨張率が変化する。この
線膨張率は、基板から最外層に向かって段階的に変化す
ることが好ましい。すなわち、各層の線膨張率が段階的
に変化することにより、この基板が熱に曝されても、各
層が剥離しに難くなる。つまり、多層被覆基板の耐熱性
が高くなる。
10-6mm/℃であることが好ましい。この範囲にあると
きに、多層被覆基板は、300℃に加熱されても層間剥
離を起こさない。すなわち、このような多層被覆基板
は、はんだ付けにも耐えられる。
しい。層の数が少ないほど、製造工数が少なくなるから
である。
いが、ガラスなどの透明体であることが好ましい。透明
体を基板に持つ多層被覆基板は、レンズもしくは透過型
回折格子としての機能を発揮することができる。対し
て、基板が不透明な場合は、反射型回折格子、反射型フ
レネルリフレクタ、もしくはCD−ROMなどの情報記
録媒体としての利用が適当である。例えば、アルミニウ
ム基板などがこれに当たる。
折格子とする場合は、上述のように各層の成分を変更
し、その屈折率を最下層から最外層に向けて段階的に変
えることが好ましい。例えば、最下層から最外層に向け
て屈折率が段階的に高くなると、光の集束がよくなり、
レンズの集光性能が高くなる。また、内部反射による迷
光が減り、光の分解能が高くなるので、回折格子として
の性能が高くなる。
使用する場合は、tx/nx=λ/4の関係が充たされて
いることが好ましい。ここで、txは任意の層の厚さで
あり、nxはその層の屈折率であり、λはその層を透過
する光の波長である。この条件が充たされている多層被
覆基板は、光の内部反射量が極めて少なくなる。したが
って、この条件を充たす各層を有する多層被覆基板は、
レンズあるいは回折格子としての高い機能を発揮するこ
とができる。使用する光の波長が決まっているのであれ
ば、この式にしたがうことにより、各層の厚さと屈折率
との最適値を求めることができる。
の屈折率をnb、最外層の屈折率をno、基板の屈折率を
nsとする場合、多層被覆基板は、na/nb=√(ns/
no)の関係を充たすことが好ましい。なお、この関係
式において、na≧nbであれば、さらに好適である。こ
の関係を充たす多層被覆基板は、通常光学素子表面に成
膜される無反射コーティングでは防止できない反射光も
取り除くことができる。
合、使用する光は、その波長が380〜2,000nmで
あることが好ましい。この範囲の波長には、可視光と赤
外光とが含まれるので、この多層被覆基板の汎用性が極
めて高くなる。したがって、可視光であれば、液晶プロ
ジェクタの液晶窓への集光レンズ、赤外光であれば、通
信用のレーザもしくはLEDと光ファイバとの結合レン
ズとして、この多層被覆基板を使用することができる。
キサンを含むものであればその材料を特に限定されない
が、最外層がメチルトリエトキシシランからなり、下層
がメチルトリエトキシシランもしくはテトラエトキシシ
ランからなることが好ましい。メチルトリエトキシシラ
ンは、有機性官能基の重量率が比較的高く、層の仮成形
および固化においてその表面にクラックが発生し難い。
すなわち、メチルトリエトキシシランを最外層に用いる
ことにより、多層被覆基板の不良品発生率を低く抑える
ことができる。また、メチルトリエトキシシランからな
る層は、その骨格であるSi−O結合すなわち共有結合
の比率が高いので、耐熱性がよい。したがって、メチル
トリエトキシシランを最外層と下層とに用いることによ
り、クラックが発生し難くかつ耐熱性のよい多層被覆基
板を製造することができる。
ン、下層にテトラエトキシシランを用いることにより、
多層被覆基板全体の一体性を高めることができる。これ
は、基板にガラス板を用いる場合、テトラエトキシシラ
ンの性質が、ガラス板とメチルトリエトキシシランの中
間であることによる。ここで、中間の性質とは、具体的
には屈折率と線膨張率とを指す。すなわち、下層(テト
ラエトキシシラン)の屈折率と線膨張率とが、基板(ガ
ラス板)と最外層(メチルトリエトキシシラン)との中
間であることにより、基板、下層および最外層の接着性
が向上し、多層被覆基板全体としての一体性が高まる。
シロキサンを含む溶液を基板上もしくは型内に流し込
み、各層を個別にゲル状まで仮成形し、このゲルを積層
し基板と一体化させることを特徴とする。ここで、仮成
形後積層時のゲルの粘度は、1×104〜1×106Pの
範囲であることが好ましい。粘度がこの範囲の場合は、
積層作業ではゲルは変形しないが、その後の最外層の型
の押圧によっては、ゲルの変形が可能である。
層し、その後最外層の型でこれらの層を押圧し密着させ
るので、基板と層あるいは層と層との間に隙間ができ難
い。これも、この発明の製造方法の利点である。
のクラックの発生を防止するために、各層は薄い方が好
ましい。しかしながら、多層被覆基板は、大きな凸部を
具える必要がある。これは、多層被覆基板が大きな凸部
を具えることにより、新たな性能を具えることができる
からである。例えば、多層被覆基板がレンズアレイに使
用される場合、凸部が大きいことにより焦点距離を短く
することができる。
きくという相反する要件を充たすために、最外層の凸部
の形状に合わせて、下層にも凸部を設けることが好まし
い。下層に凸部を設ける具体的方法として、図4および
図5に記載の方法が挙げられる。この方法は、オルガノ
ポリシロキサンの溶液を、窪みができるように、型内に
少な目に注ぐことが特徴である。この窪みと凸部を具え
た各層を積層することにより、各層の厚さは薄くかつ凸
部は大きくという要件を充たすことができる。
化温度は、20〜120℃であることが好ましい。これ
は、20℃以下では加水分解、縮重合反応が進行し難く
なり、120℃以上では、反応が早すぎてゲル状で反応
を一度停止することが困難だからである。この仮成形時
において、反応が進行しすぎた場合、層同士の接着強度
が落ち、多層被覆基板の耐熱性が悪くなる。
層ゲルを基板と一体化(固化)させる。その時の温度
は、50〜150℃であることが好ましい。これは、5
0℃以下では固化に要する時間が非常に長くなり、15
0℃以上では、反応が急速に進行するため、各層の表面
にクラックが発生し易くなるからである。
をさらに具体的に説明する。なお、この発明は、以下の
実施例に限定されるものではない。多層被覆基板の製造
方法は、概略以下の手順で行われる。オルガノポリシ
ロキサン溶液を製造する→この溶液を型に塗布する→
各層を仮成形(ゲル化)させる→このゲルを基板上
に積層する→積層ゲルと基板とを一体化させる。そし
て、上記手順により製造された多層被覆基板を、各種の
性能試験で評価した。
た。この溶液を濃度0.2重量%の希塩酸(水溶媒)2
2gと混合し、濃度64重量%、100gのテトラエトキ
シシラン溶液を製造した。これを溶液1とする。
をエタノール16gに混合した。この溶液を濃度0.2
重量%の希塩酸(水溶媒)24gと混合し、濃度60重量
%、100gのメチルトリエトキシシラン溶液を製造し
た。これを溶液2とする。
ブトキシド26gを混合し、20TiO2・80SiO2
を得た。これを溶液3とする。
1〜3のいずれかを図4(a)に示すように、ガラス板
1の上にスピンコーティング法により塗布した。ここ
で、スピンコーティング法の代わりに、ディップコーテ
ィング法を用いてもよい。この溶液が塗布されたガラス
板を室温(26℃)で30分間放置し自然乾燥させ、溶
液がガラス板上で所望の厚さになるように調節した。こ
の所望の厚さは、各層の溶液の種類により異なる。な
お、各層の厚さtxは、He−Neレーザの波長λ=
0.63μmと固化した層の屈折率nxとにより、tx=
λ/4×nxで算出される。このガラス板に接した層
が、多層被覆基板の最下層となる。
層の型に、スピンコーティング法により塗布した。上記
同様、スピンコーティング法の代わりに、ディップコー
ティング法を用いてもよい。この塗布溶液を室温(26
℃)で30分間自然乾燥させた。最外層の型は、曲率半
径50μm、深さ25μmの略球面弧の凹部を複数有する
Ni型(以下、球面型と称する)と、ピッチ4μm、深
さ2μm、頂角45゜のV溝を複数有するNi型(以下、
V溝型と称する)との2種類を用いた。なお、上記球面
型を図4(c)に示す。
に入り込み、多層被覆基板の最外層の凸部を形作る。
わせて、最外層の凸部より小さい凸部を具えるように形
成された。すなわち、中間層の型は、中間層の凸部が最
外層の凸部と同じ位置に形成されるように、凹部を具え
る。本実施例では、3層に積層された多層被覆基板を製
造するので、中間層は1層である。したがって、最外層
の型が球面型の場合は、中間層の型に、曲率半径25μ
m、深さ12.5μmの凹部を具えたもの(以下、中間球
面型と称する)を使用した。この中間球面型を図4
(b)に示す。中間層の数が多くなる場合は、基板から
最外層に向かって段階的に凹部が大きく深くなる中間層
の型を使用することで、本発明の効果を発揮できる。
溝が浅いので、中間層は、凸部を具えていなくても構わ
ない。また、凸部を具えていない中間層の方が、離型し
易いという利点がある。したがって、本実施例では、最
外層の型にV溝型を使用する場合は、ポリカーボネート
の平板を中間層の型として用いた。
ずれかを中間球面型もしくはポリカーボネート板に、ス
ピンコーティング法により塗布した。この溶液を室温
(26℃)で30分間自然乾燥させ、所望の厚さとなる
ように調節した。
置し、減圧下で所定の温度に昇温して、仮成形した。仮
成形時の背圧は、1×10-4mmHgで、時間は30分であ
った。また、仮成形時温度は、クラックの発生を防止す
るため、溶液1または溶液3の場合は50℃、溶液2の
場合は80℃とした。これらの仮成形条件は、各層毎に
最適な条件を選択した。そして、ゲルの粘度は1×10
4Pとした。
ル上に積層した。さらに、型に入ったままの最外層のゲ
ルと前記積層ゲルとを接触させた。
ながら、減圧加熱して本成形した。本成形時の背圧は、
1×10-4mmHgで、時間は120分であった。また、最
外層の押圧力は2〜2.5kgf/cm2で、温度は、溶液1
または溶液3の場合80℃、溶液2の場合120℃とし
た。
面の任意の10mm角をサンプリングし、レーザ顕微鏡を
用いて凸部の高さを測定した。
2時間保持し、その後室温に戻して、クラックあるいは
層間剥離の発生を目視により観察した。
で、He−Neレーザを用いて、回折格子の回折パター
ン、マイクロレンズの集光性能を測定し、その変化をみ
た。また、He−Neレーザを用いて、入射角約6゜で
基板表面へレーザを照射した。そして、その反射総量か
ら基板表面でのフレネル反射計算値を算出し、その値を
差し引くことにより、基板内部での反射量を算出し、そ
の変化を評価した。さらに、アッベ屈折率計を用いて、
型平坦部におけるd線の屈折率を測定し、その変化を評
価した。
板)、ポリカーボネート板(中間層の型)およびV溝型
(最外層の型)それぞれに、固化したときの厚さが2μ
mになるように溶液1を塗布し、仮成形を行った。ここ
で、V溝型における2μmは、仮成形後のゲルの最も厚
い部分であり、図4(c)におけるDである。また、本
成形時におけるV溝型の押圧力は、2kgf/cm2であっ
た。
透明であり、複数の層の厚さ6μm、屈折率1.39で
あった。この多層被覆基板は、回折格子として利用可能
である。また、この多層被覆基板の凸部の高さのばらつ
きは、0.7μmであった。耐熱性試験の結果、この多
層被覆基板にクラックまたは層間剥離は発生しなかっ
た。さらに、光学特性測定の結果、回折パターン、内部
反射量および屈折率に変化は見られなかった。
同じため、ゲルで積層された面が分からなかった。すな
わち、複数の層は全く一体化していた。
球面型および球面型それぞれに、固化したときの厚さが
17μmになるように溶液2を塗布し、仮成形を行っ
た。ここで、前記17μmは、仮成形後のゲルの最も厚
い部分の厚さである。また、本成形における球面型の押
圧力は、2.5kgf/cm2であった。実施例2の多層被覆
基板の製造工程を図4および図5に示す。
透明であり、複数の層の厚さ50μm、屈折率1.45
であった。ここで、複数の層の厚さとは、図5(e)に
おけるHである。この多層被覆基板はマイクロレンズと
して機能し、その焦点距離が105μmであった。ま
た、この多層被覆基板の凸部の高さのばらつきは、0.
4μmであった。耐熱性試験の結果、多層被覆基板にク
ラックまたは層間剥離は発生しなかった。光学特性測定
の結果、集光性能、内部反射量および屈折率に変化は見
られなかった。
同じため、ゲルで積層された面が分からなかった。すな
わち、複数の層は全く一体化していた。
ス板に、固化したときの厚さが0.24μmになるよう
に溶液3を塗布した。また、ポリカーボネート板に、固
化したときの厚さが2μmになるように溶液1を塗布
し、これらを個別に仮成形した。実施例3では、実施例
1および実施例2と異なり、最外層の型すなわち球面型
もしくはV溝型を使用しなかった。したがって、製造さ
れる多層被覆基板は、光学ガラス板上の積層が2層であ
った。また、本成形時において、ポリカーボネート板を
光学ガラス板に圧力2kgf/cm2で押圧して、多層被覆基
板を製造した。
複数の層の厚さ2μmであった。耐熱性試験の結果、多
層被覆基板にクラックまたは層間剥離は発生しなかっ
た。また、光学特性測定の内、内部反射量の測定のみ行
った。その結果、内部反射量は、0.1%以下で、加熱
前後でその値に変化は見られなかった。
1にまとめる。
この発明のオルガノポリシロキサンを含む複数の層を有
する多層被覆基板は、耐熱性が高く、変色および層間剥
離などの性能変化が発生しない。
るため、次のような効果を奏する。請求項1に記載の発
明の多層被覆基板によれば、オルガノポリシロキサンを
含む複数の層が積層し一体化したものであり、その最外
層が複数の凸部を具えた基板において、この凸部の高さ
のばらつきが、1μm以下であるので、性能の高い情報
記録媒体および光学部品を得ることができる。
れば、請求項1に記載の発明の効果に加え、上記最外層
の凸部の断面が、円弧、楕円孤および山形からなる群よ
り選ばれた少なくとも1つであるので、多層被覆基板を
さまざなな用途に使用することができる。
れば、請求項1または2に記載の発明の効果に加え、最
外層の凸部に合わせて、下層も凸部を具えるので、各層
のクラックの発生を防止することができる。
れば、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明の効果
に加え、任意の各層の厚さの比が1〜5であるので、各
層の性質が近く、クラックの発生をより効果的に抑制す
ることができる。
れば、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明の効果
に加え、各層の線膨張率が基板から最外層に向かって段
階的に変化するので、多層被覆基板の一体性を高めるこ
とができる。
れば、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発明によれ
ば、積層が2層であるので、製造工程を短くすることが
できる。
れば、請求項1〜6のいずれか1項に記載の発明の効果
に加え、基板が透明体であるので、多層被覆基板を高性
能な光学部品として使用することができる。
れば、請求項7に記載の発明の効果に加え、基板から最
外層に向かって複数の層の屈折率が段階的に変化するの
で、多層被覆基板の光学部品としての性能をさらに高め
ることができる。
れば、請求項7または請求項8に記載の発明の効果に加
え、任意の層の厚さをtx、その屈折率をnx、透過する
光の波長をλとする場合、tx/nx=λ/4の関係を充
たすので、多層被覆基板の内部反射を防止することがで
きる。
よれば、請求項9に記載の発明の効果に加え、最外層の
屈折率がno、中間層の屈折率がnb、最下層の屈折率が
na、基板の屈折率がnsである場合、na/nb=√(n
s/no)の関係を充たすので、多層被覆基板の内部反射
をさらに効果的に防止することができる。
よれば、請求項9または請求項10に記載の発明の効果
に加え、透過する光の波長が380〜2,000nmであ
るので、多層被覆基板を光学部品として幅広い範囲で使
用できる。
よれば、請求項1〜10のいずれか1項に記載の発明の
効果に加え、最外層がメチルトリエトキシシランからな
り、下層がメチルトリエトキシシランもしくはテトラエ
トキシシランからなるので、多層被覆基板の耐熱性と一
体性とを高めることができる。
製造方法によれば、オルガノポリシロキサンの溶液を基
板上および型内に流し込み、これらを個別にゲル化さ
せ、その後これらのゲルを基板上に積層し、最外層の型
で押圧しながら基板と一体化させるので、各層表面にク
ラックを発生させることなく、最外層の凸部の寸法精度
の高い多層被覆基板を製造することができる。
製造方法によれば、請求項13に記載の発明の効果に加
え、任意の層が請求項2または請求項3に記載の形状に
整形される型を使用するので、最外層の凸部が大きい多
層被覆基板を製造することができる。
製造方法によれば、請求項13または請求項14に記載
の発明の効果に加え、オルガノポリシロキサンの溶液を
ゲル化させる温度が20〜120℃であって、その後の
基板とゲルの積層体と一体化させる温度が50〜150
℃であるので、各層にクラックを発生させることなく、
能率良く多層被覆基板を製造することができる。
製造方法によれば、請求項13〜15のいずれか1項に
記載の発明の効果に加え、1×104〜1×106Pのゲ
ルを積層するので、積層する際にゲルの変形がなく、か
つ基板と複数の層とが密着した多層被覆基板を容易に製
造することができる。
層被覆基板の斜視図である (b)は、最外層の凸部が柱状の山形である多層被覆基
板の斜視図である (c)は、A−A鎖線にしたがう断面図である
覆基板の斜視図である (b)は、最外層の凸部が半円柱状である多層被覆基板
の斜視図である (c)は、B−B鎖線にしたがう断面図である
要部断面図である
布した状態の概要図である (b)は、中間球面型にオルカ゛ノホ゜リシロキサンの溶液を塗布し
た状態の概要図である (c)は、球面型にオルカ゛ノホ゜リシロキサンの溶液を塗布した状
態の概要図である
させる際の概要図である (e)は、本成形後、複数の層が一体化した多層被覆基
板の断面図である
Claims (16)
- 【請求項1】 オルガノポリシロキサンを含む複数の層
が積層し一体化したものであり、その最外層が複数の凸
部を具えた基板において、 これら凸部の高さのばらつきが、1μm以下である多層
被覆基板。 - 【請求項2】 上記最外層の凸部は、その断面形状が、
円弧、楕円孤および山形からなる群より選ばれた少なく
とも1つである請求項1に記載の多層被覆基板。 - 【請求項3】 上記最外層の凸部に合わせて、下層も凸
部を具える請求項1または2に記載の多層被覆基板。 - 【請求項4】 上記複数の層において、最も厚い層と最
も薄い層との厚さの比は、1〜5である請求項1〜3の
いずれか1項に記載の多層被覆基板。 - 【請求項5】 上記の複数の層において、各層の線膨張
率は、基板から最外層に向かって段階的に変化する請求
項1〜4のいずれか1項に記載の多層被覆基板。 - 【請求項6】 上記の複数の層は、2層である請求項1
〜5のいずれか1項に記載の多層被覆基板。 - 【請求項7】 上記基板が透明体である請求項1〜6の
いずれか1項に記載の多層被覆基板。 - 【請求項8】 上記複数の層は、基板から最外層に向か
ってその屈折率が段階的に変化する請求項7に記載の多
層被覆基板。 - 【請求項9】 上記複数の層において、任意の層の厚さ
をtx、その屈折率をnx、透過する光の波長をλとする
場合、 tx/nx=λ/4の関係を充たす請求項7または請求項
8に記載の多層被覆基板。 - 【請求項10】 上記複数の層において、最外層の屈折
率がno、中間層の屈折率がnb、最下層の屈折率が
na、基板の屈折率がnsである場合、 na/nb=√(ns/no)の関係を充たす請求項9に記
載の多層被覆基板。 - 【請求項11】 上記透過する光は、その波長が380
〜2,000nmである請求項9または請求項10に記載
の多層被覆基板。 - 【請求項12】 上記複数の層において、最外層がメチ
ルトリエトキシシランからなり、下層がメチルトリエト
キシシランもしくはテトラエトキシシランからなる請求
項1〜10のいずれか1項に記載の多層被覆基板。 - 【請求項13】 上記オルガノポリシロキサンの溶液を
基板上および型内に流し込み、これらを個別にゲル化さ
せ、その後これらのゲルを、基板上に積層し最外層の型
で押圧しながら基板と一体化させる多層被覆基板の製造
方法。 - 【請求項14】 上記型は、任意の層が請求項2または
請求項3に記載の形状に整形されるものである請求項1
3に記載の多層被覆基板の製造方法。 - 【請求項15】上記オルガノポリシロキサンの溶液をゲ
ル化させる温度が20〜120℃であって、その後の基
板とゲルの積層体とを一体化させる温度が50〜150
℃である請求項13または請求項14に記載の多層被覆
基板の製造方法。 - 【請求項16】 粘度が1×104〜1×106Pのゲル
を積層する請求項13〜15のいずれか1項に記載の多
層被覆基板の製造方法。
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