TWI598616B - 光學組件及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種光學組件及其製造方法。
一直以來，在光通信系統中，廣泛使用將特定波長區域之光分離之波長分離元件。波長分離元件之具體例，例如可列舉下述之專利文獻1至3等所揭示者。
舉例而言，在下述專利文獻1中，揭示如第10圖所示之分色鏡(dichroic mirror)100作為波長分離元件。分色鏡100各具有三角柱狀之第1及第2稜鏡101、102。於第1稜鏡101之斜面101a上形成有由多層膜所構成之鏡面塗佈層103。另一方面，於第2稜鏡102之斜面102a上形成有SiO2塗佈層104。並且，將SiO2塗佈層104與鏡面塗佈層103經由接著劑層105而接著。
在此分色鏡100中，實現波長分離功能者係鏡面塗佈層103。SiO2塗佈層104係為了提升鏡面塗佈層103與第2稜鏡102之間的接著性而設置。
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2006-154388號公報
[專利文獻2] 日本特開2009-139653號公報
[專利文獻3] 日本特開2006-208701號公報
然而，近年來波長分離元件中，所分離之波長區域間之波長差值變小。因此，波長分離元件中所需求之波長分離特性亦提高。具體而言，對提高波長分離元件之濾光特性的陡峭性之需求甚殷切。例如，在上述分色鏡100中，為了滿足如此之期望，構成鏡面塗佈層103之多層膜之層數必須要增多。
但是，當構成鏡面塗佈層103之多層膜之層數增多時，在鏡面塗佈層103之製造中所需時間及製造成本即顯著升高，同時鏡面塗佈層103之製造良率有降低的傾向。因此，變得難以回應近年來對低成本化之期望。
此外，當構成鏡面塗佈層103之多層膜之層數增多在裝置上有其界限。換言之，依成膜裝置之規範，有無法形成由層數非常多之多層膜所構成之鏡面塗佈層103之情形。因此，分色鏡100難以實現高波長分離功能。
此外，於波長分離元件以外之光學組件中，亦有於透光性構件間設置多層膜時，與上述分色鏡100有同樣的課題，為了實現高光學功能，必須增多多層膜之層數。因此，難以實現兼具高光學功能與低成本化，以及更高之光學功能。
本發明乃鑑於上述各節，以提供能以低成本製造，同時可實現高光學功能之光學組件為目的。
本發明相關之光學組件具備第1透光性構件、第2透光性構件與光學功能膜。光學功能膜係於第1透光性構件與第2透光性構件之間設置。光學功能膜具有第1多層膜、第2多層膜與接著劑層。第1多層膜係形成於第1透光性構件上。第2多層膜係形成於第2透光性構件上。接著劑層係將第1多層膜與第2多層膜接著。並且，本發明中，所謂「多層膜」係指由積層複數層所構成之膜。
此外，本發明相關之光學組件之製造方法，係有關用以製造本發明相關之光學組件之方法。本發明相關之光學組件之製造方法係具備第1及第2多層膜形成步驟與接著步驟。第1多層膜形成步驟係於第1透光性構件上形成第1多層膜之步驟。第2多層膜形成步驟係於第2透光性構件上形成第2多層膜之步驟。接著步驟係將第1多層膜與第2多層膜經由接著劑層接著之步驟。
如上所述，本發明中光學功能膜係具備形成於第1透光性構件上之第1多層膜，與形成於第2透光性構件上之第2多層膜。因此，可製作具有超過藉由成膜裝置可成膜之層數界限的層數之光學功能膜。具體而言，假設藉由成膜裝置可成膜之層數的最大值為n時，藉由將層數為n之第1多層膜與層數為n之第2多層膜經由接著劑層接著，可製作實質上層數為2n之多層膜，結果係可實現高光學功能。具體而言，光學功能膜為例如使第1波長區域之光穿透，也將與第1波長相異之第2波長區域之光反射之波長分離膜時，可實現濾光特性陡峭性高之光學組件。
此外，本發明相關之光學組件，由於光學功能膜具備第1多層膜與第2多層膜，因此相較於僅在第1及第2透光性構件中任一者之上形成多層膜之情形，可縮短形成多層膜所需要之時間。舉例而言，當光學功能膜具有約40層之多層膜時，以目前的情況，在形成多層膜時，需要約6小時左右之時間。相對於此，設若第1、第2多層膜分別為約20層，而將這些多層膜同時形成時，則形成第1及第2多層膜所需要之時間變成約3小時。藉此，則由於可縮短製作光學功能膜所需要之時間，所以亦可以減少製造光學組件所需要之時間以及製造成本。
此外，由降低製造所需要之時間以及製造成本之觀點來看，以第1多層膜之至少一部份與第2多層膜有相同的膜構造為佳。此時，第1多層膜之一部分與第2多層膜可由同一步驟成膜。再者，以第1多層膜與第2多層膜具有相同的膜結構為佳。此時，若將形成第1多層膜之第1多層膜形成步驟與第2多層膜形成步驟以同一步驟進行，則可以更降低製造多層膜所需要之時間及製造成本。
並且，所謂「將第1多層膜形成步驟與第2多層膜形成步驟由同一步驟進行」係指在某一成膜裝置內配置第1及第2透光性構件或第1及第2透光性構件之基材，而將第1多層膜與第2多層膜在此一成膜裝置內同時形成之意。
本發明中，第1及第2多層膜之各多層膜均較光學功能膜之層數少。因此，相較於一次製作層數多之光學功能膜的情形，能以高良率製作光學組件。並且，一般而言，多層膜之層數越多，多層膜之良率大幅降低。
此外，當於透光性構件上形成多層膜時，多層膜之層數越多，多層膜之膜應力會越大。由於本發明之光學組件係分別於第1及第2透光性構件之各構件上形成第1及第2多層膜，相較於僅在第1或第2透光性構件上形成較多層數的多層膜之情形，應力變得不容易殘留於第1及第2透光性構件中。因此，第1及第2透光性構件之接合精確度提升，再者當分割第1及第2透光性構件之基材時，可抑制基材之變形等現象。因此，能以高形狀精確度製造光學組件。
此外，本發明相關之光學組件由於在第1透光性構件之表面與第2透光性構件之表面均形成多層膜，不像上述專利文獻1所記載般必須額外形成SiO2塗佈層用以提高接著性。
本發明中，第1及第2透光性構件均為可使入射至光學組件之光至少一部份穿透之構件。換言之，第1及第2透光性構件均為可使光學組件之使用波長區域之光穿透之構件。光學組件之使用波長區並不限定於可見光波長區域。光學組件之使用波長區域，例如可為紫外線波長區域、近紫外線波長區域、近紅外線波長區域或紅外線波長區域。亦即，第1及第2透光性構件亦可以均為可見光無法穿透者。並且，本發明中，「可穿透」係指當以分離波長為目的時，能以85%以上之穿透率穿透之意，當以光量分支為目的時，能以任意之穿透率穿透之意。
第1及第2透光性構件各自的材質亦無特別限定。第1及第2透光性構件可均為由例如玻璃、樹脂或陶瓷所構成。第1及第2透光性構件以由玻璃所構成者為佳。玻璃因光學特性之溫度依賴性、耐濕性等信賴信良好，經由拉伸成形、研磨加工可製作高精確度的基材。因此，藉由經由玻璃形成第1及第2透光性構件，可實現高生產性。
第1及第2透光性構件各形狀尺寸並無特別限定。第1及第2透光性構件可各自為例如稜鏡、板狀或透鏡。此外，第1及第2透光性構件可各自為例如光進出面為具有光學能力之稜鏡等光學元件。並且，本發明中，「稜鏡」意指具有三角形狀之一對端面，與3個側面之略三角柱狀之透光性構件。稜鏡之各端面亦可為直角三角形。此外，稜鏡之一對端面亦可為不平行，稜鏡之角部或稜線部可為倒角(斜面，chamfer)或圓角。
本發明中，光學功能膜係擔負光學組件所具有功能之至少一部份之膜。光學功能膜之構成可對應光學組件所要求之功能而適當設計。例如，當光學組件為波長分離元件時，光學功能膜可作為波長分離膜。
如上述，本發明中，光學功能膜具備經由接著劑層所接著之第1及第2多層膜。在此，一般而言，由於接著劑層未擔負光學功能，故光學功能膜之光學功能，實際上係由第1及第2多層膜所賦予。
多層膜之層結構可對應實現光學功能膜之功能而適當設計。舉例而言，當光學功能膜為波長分離膜時，第1及第2多層膜分別為由折射率相對低之低折射率層，與折射率相對高之高折射率層交互積層而成之多層膜。
並且，低折射率層與高折射率層係相對性定義的層。亦即，低折射率層係具有折射率低於高折射率層之層，相反地高折射率層係具有折射率高於低折射率層之層。
低折射率層，例如可由氧化矽、氧化鋁、氟化鹼土族金屬等所形成。
另一方面，高折射率層，例如可由氧化鈦、氧化鈮、氧化鎢、氧化鉛、氧化鑭、氧化鉭、氧化鋯、硫化鋅等所形成。
並且，構成第1或第2多層膜之複數個低折射率層並不需要全部具有實際上相同的折射率。舉例而言，構成第1或第2多層膜之複數個低折射率層中，可存在有由折射率相異之材料所構成之層。同樣地，構成第1或第2多層膜之複數個高折射率層亦沒有必要全部具有實際上相同的折射率。舉例而言，構成第1或第2多層膜之複數個高折射率層，亦可存在有由折射率相異之材料所構成之層。
本發明中，第1多層膜中之最靠近接著劑層側之第1最外層與第2多層膜之最靠近接著劑層側之第2最外層的至少一者，以具有與接著劑層實際上相同折射率為佳。第1最外層與第2最外層均具有與接著劑層實際上相同折射率為更佳。此時，由於可抑制在接著劑層之界面中多餘的折射或反射，因此可實現高光學性能。並且，本發明中，「實際上相同的折射率」係指折射率差為±5%以內者。
接著劑層通常具有1.5左右之低折射率。因此，以第1最外層與第2最外層之至少一者為低折射率層為佳。再者，以第1最外層與第2最外層均為低折射率層為更佳。此時，上述低折射率層以由氟化鎂、氧化矽、氧化鋁所形成者為佳。這是這些低折射率層與接著劑層之接著性良好，並且具有高機械強度的緣故。
本發明中，接著劑層並無特別限定。作為接著劑層者，可使用例如丙烯酸系樹脂或環氧系樹脂等。此外，接著劑層可以由能量線硬化性樹脂所形成。在此，「能量線硬化性樹脂」係指經由照射能量線而硬化之樹脂。能量線硬化性樹脂之具體例可列舉如：光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂等。
接著劑層之厚度並無特別限定，然而以5μm至10μm範圍內為佳。當接著劑層之厚度過厚時，在接著劑層之光吸收或許會增大，耐氣候性或許會有劣化之傾向。此外，當接著劑層之厚度過薄時，會有接著性降低之傾向。
並且，當接著劑層之折射率與第1及第2多層膜之至少一者之最外層之折射率實際上相同時，即使接著劑層之層厚有變化，光學組件之光學特性實際上並不會變化。換言之，即使第1多層膜與第2多層膜之間隔著接著劑層時，第1多層膜與第2多層膜具有一體作為光學功能膜的功能。
根據本發明可以提供一種光學組件，可以用低成本製造，同時實現高光學功能。
以下，關於實施本發明之較佳型態，列舉第1圖所示之光學組件1與第7圖所示之光學組件2為例而更詳細說明。然而，光學組件1、2僅為例示。因此，本發明相關之光學組件並不限定於光學組件1、2中任何者。
第1圖係第1實施型態中關於光學組件之簡略側面圖。第2圖係第1圖中Ⅱ部分經放大之簡略剖面圖。
如第1圖所示之光學組件1係入射光20當中，使第1波長區之光21穿透，另一方面使與第1波長區相異之第2波長區之光22反射之波長分離元件。
光學組件1具備第1透光性構件11與第2透光性構件12。第1及第2透光性構件11、12係分別由玻璃等之透光性材料所構成者。本實施型態中，第1及第2透光性構件11、12分別為略三角柱狀。具體而言，本實施型態中，第1透光性構件11與第2透光性構件12係由相同材料所構成，並且具有相同形狀。
第1透光性構件11之斜面與第2透光性構件12之斜面12a之間設置有光學功能膜。第1透光性構件11之斜面11a與第2透光性構件12之斜面12a是隔著光學功能膜13而接合。
光學功能膜13係使入射光20中之第1波長區之光21穿透，另一方面使與第1波長區相異之第2波長區之光22反射之波長分離膜。
光學功能膜13具備第1多層膜13a與第2多層膜13b。第1多層膜13a係形成於第1透光性構件11之斜面11a上。另一方面，第2多層膜13b係形成於第2透光構件12之斜面12a上。第1多層膜13a與第2多層膜13b是經由接著劑層13c接著。
接著劑層13c只要是可接著第1多層膜13a與第2多層膜13b者則無特別限定。本實施型態中，接著劑層13c可由丙烯酸系紫外線硬化樹脂所形成。
接著劑層13c之厚度t 13c(參照第2圖)，在本實施型態中是定為5μm至10μm之範圍內。然而，接著劑層13c之厚度t 13c並無特別限定。因為接著劑層13c之厚度t 13c是對光學功能膜13之光學特性在實質上並無影響。
接著，一邊主要參照第2圖，一邊說明關於第1及第2多層膜13a、13b。
如第2圖所示，第1及第2多層膜13a、13b分別是由折射率相對較低之低折射率層15，與折射率相對較高之高折射率層16交互積層而成之多層膜。本實施型態中，第1多層膜13a與第2多層膜13b是具有相同之膜結構。
高折射率層16可由例如：氧化鈦、氧化鈮、氧化鎢、氧化鉛、氧化鑭、氧化鉭、氧化鋯、硫化鋅等所形成。
低折射率層15可由例如：氧化矽、氧化鋁、氟化鹼土族金屬等所形成。其中，低折射率層15是以由氧化矽、氟化鎂所形成者為較佳。
第1多層膜13a中最靠近接著劑層13c側之第1最外層係由低折射率層15a所構成。第2多層膜13b中最靠近接著劑層13c側之第2最外層係由低折射率層15b所構成。本實施型態中，構成第1及第2最外層之低折射率層15a、15b分別具有與接著劑層13c實際上相同的折射率。
此外，形成於第1多層膜13a當中之斜面11a上之最外層，係由低折射率層15c所構成。同樣地，形成於第2多層膜13b之斜面12a上之最外層，亦由低折射率層15d所構成。若將形成於第1或第2透光性構件11、12上之最外層作成為低折射率層，則可提高第1及第2多層膜13a、13b之對於第1或第2透光性構件11、12之密著性。由提高密著性之觀點來看，低折射率層15c、15d分別較佳為氧化矽。
接著，一邊參照第3圖至第6圖，一邊說明本實施型態相關之光學組件1之製造方法。
首先，準備複數個如第3圖所示之略三角柱狀之基材30。此基材30是經由後述之分割步驟等，而成為第1及第2透光性構件11、12者。接著，如第4圖所示，將複數個基材30設置於未圖示之成膜裝置中，於基材30之斜面30a形成具有與第1及第2多層膜13a、13b相同結構之多層膜31(參照第5圖)(第1及第2多層膜形成步驟)。多層膜31之形成方法並無特別限定。例如，可經由濺鍍法或蒸鍍法等形成多層膜31。
接著，如第5圖所示，將形成有多層膜31之一對基材30互相經由未圖示之接著劑而貼合(接著步驟)。隨後，如第6圖所示，將基材30之長方向分割成複數段(分割步驟)。藉由以上之步驟，可製造光學組件1。
如上述，本實施型態中，光學功能膜13係由彼此經由接著劑層13c接著之第1多層膜13a與第2多層膜13b所構成。因此，光學功能膜13之層數可增大至經由成膜裝置可成膜之層數的最大值之2倍。因此，可提高光學組件1之光學功能。具體而言，可製作濾光特性之陡峭性高之光學組件。
此外，多層膜31之良率亦遠高於具有多層膜31之2倍層數的多層膜之良率。因此，能以高良率製造光學組件1。
再者，由於多層膜31之膜應力遠小於具有多層膜31之2倍層數的多層膜之膜應力，因此不容易有不當的應力殘留於第1及第2透光性構件11、12或第1及第2透光性構件之基材。因此，可提升第1及第2透光性構件11、12之接合精確度，同時在分割第1及第2透光性構件之基材時，可抑制基材之變形等缺陷。因此，能以高形狀精確度製造光學組件1。
此外，本實施型態中，由於第1及第2多層膜13a、13b(多層膜31)可由同一步驟成膜，故可減少光學功能膜13之製作成本及製作所需要之時間。結果可減少製造光學組件1所需要之時間及製造成本。
本實施型態中，第1及第2多層膜13a、13b中分別位於最靠近接著劑層側之最外層係由低折射率層15a、15b所構成。於是，低折射率層15a、15b之折射率與接著劑層13c之折射率實質上是相同。藉由此種方式，可以使第1及第2多層膜13a、13b具有作為光學功能膜之一體的功能。又藉此，由於可抑制在接著劑層13c界面之多餘的折射及反射，因此可抑制光學功能之降低。
再者，本實施型態中低折射率層15a、15b為由氧化矽、氧化鋁、氟化鎂所形成。此等與接著劑層13c之接著性良好，並且具有高機械強度。因此，可提高光學組件1之機械耐久性。
在上述第1實施型態係就第1及第2透光性構件11、12分別由稜鏡所構成之情形加以說明，然而本發明中第1及第2透光性構件各自之形狀並無特別限定。例如，第1及第2透光性構件之一者為稜鏡，另一者亦可板狀。此外，如第7圖所示，第1及第2透光性構件11、12亦可分別為板狀。
依下述所示之設計，製作如第1圖所示之光學組件1，在光入射角度45°之光穿透率(光21之強度/光20之強度)使用分光光度計測定。又，除了未形成第2多層膜以外，其餘與實施例同樣地製作光學組件作為比較例，並測定光穿透率(P偏光)。測定結果在第8圖表示。並且，在第8圖中，實線表示實施例1之數據，虛線表示比較例1之數據。
由第8圖所示之結果可清楚得知，藉由設置22層之第1多層膜13a，再加上22層之第2多層膜13b，可提高濾光特性之陡峭性，並且，此次之測定結果，與僅在第1透光性構件11之表面上將表1所記載之多層膜成膜2次時的測定結果相同，此外藉由將第1多層膜13a與第2多層膜13b經由相同步驟形成時，可使成膜時間減半。
又，在實施例1及比較例1，使用BK-7或其他類似品(折射率1.52)作為第1及第2透光性構件11、12。
在實施例1及比較例1，第1及第2多層膜的膜結構均如表1所示。
依下述所示之設計，製作如第1圖所示之光學組件1，在光入射角度49°評估反射特性。此外，作為比較例者，除了未形成第2多層膜以外，其餘與實施例同樣地製作光學組件，而評估反射特性。測定結果如第9圖所示。第9圖中實線表示實施例2之數據，虛線表示比較例2之數據。
由第9圖所示之結果可清楚得知，藉由設置4層之第1多層膜13a，再加上4層之第2多層膜13b，可使反射光之消光比(S偏光與P偏光之光量差)變大。並且，此次之測定結果，與僅在第1透光性構件11之表面上將表2所記載之多層膜成膜2次時的測定結果相同，此外藉由將第1多層膜13a與第2多層膜13b經由同一步驟所形成，可使成膜時間減半。
並且，在實施例2及比較例2中，使用BK-7或其他類似品(折射率1.52)作為第1及第2透光性構件11、12。
實施例2及比較例2中第1及第2多層膜之膜結構均如表2所示。
1、2．．．光學組件
11．．．第1透光性構件
11a．．．第1透光性構件之斜面
12．．．第2透光性構件
12a．．．第2透光性構件之斜面
13．．．光學功能膜
13a．．．第1多層膜
13b‧‧‧第2多層膜
13c‧‧‧接著劑層
15‧‧‧低折射率層
15a‧‧‧構成第1多層膜之最靠近接著劑層之第1最外層的低折射率層
15b‧‧‧構成第2多層膜之最靠近接著劑層之第2最外層的低折射率層
15c‧‧‧第1多層膜之最靠近第1透光性構件側之低折射率層
15d‧‧‧第2多層膜之最靠近第2透光性構件側之低折射率層
16‧‧‧高折射率層
20‧‧‧入射光
21‧‧‧穿透光
22‧‧‧反射光
30‧‧‧基材
30a‧‧‧基材之斜面
31‧‧‧多層膜
第1圖係第1實施型態中關於光學組件之簡略側面圖。
第2圖係第1圖中Ⅱ部分經放大之簡略剖面圖。
第3圖係基材之簡略地斜視圖。
第4圖係用以說明多層膜之成膜步驟之簡略側面圖。
第5圖係用以說明接著步驟之簡略斜視圖。
第6圖係用以說明分段步驟之簡略斜視圖。
第7圖係第2實施型態中關於光學組件之簡略側面圖。
第8圖係表示實施例中關於光學組件之光穿透率與比較例中關於光學組件之光穿透率之圖。
第9圖係表示實施例中關於光學組件之反射特性與比較率中關於光學組件之反射特性圖。
第10圖係上述專利文獻1所記載之波長分離元件之簡略側面圖。
1．．．光學組件
11．．．第1透光性構件
11a．．．第1透光性構件之斜面
12．．．第2透光性構件
12a．．．第2透光性構件之斜面
13．．．光學功能膜
13a．．．第1多層膜
13b．．．第2多層膜
13c．．．接著劑層
20．．．入射光
21．．．穿透光
22．．．反射光
Claims (8)
- 一種光學組件之製造方法，係具備下列步驟：於前述第1透光性構件上形成前述第1多層膜之第1多層膜形成步驟；於前述第2透光性構件上形成前述第2多層膜之第2多層膜形成步驟；將前述第1多層膜與前述第2多層膜藉由前述接著劑層接著之接著步驟；其中，前述第1多層膜形成步驟與前述第2多層膜形成步驟係於同一步驟進行。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學組件之製造方法，其中，前述第1多層膜與前述第2多層膜具有相同的膜結構。
- 一種光學組件，係申請專利範圍第1或2項所述之製造方法所製造之光學組件，係包括：第1透光性構件；第2透光性構件；以及設置於前述第1透光性構件與前述第2透光性構件之間的光學功能膜，前述光學功能膜係具有：形成於前述第1透光性構件上之第1多層膜和形成於前述第2透光性構件上之第2多層膜以及接著前述第1多層膜與前述第2多層膜之接著劑層，其中前述第1多層膜與前述第2多層膜具有相同的膜構成， 其中，前述第1最外層與前述第2最外層均具有與前述接著劑層實際上相同的折射率。
- 如申請專利範圍第3項所述之光學組件，其中，前述第1多層膜與前述第2多層膜均為由折射率相對較低之低折射率層，和折射率相對較高之高折射率層交互積層而成之多層膜，前述第1最外層與前述第2最外層為前述低折射率層。
- 如申請專利範圍第4項所述之光學組件，其中，構成前述第1最外層與前述第2最外層之低折射率層係由氟化鎂、氧化矽、氧化鋁所構成。
- 如申請專利範圍第3項至第5項中任一項所述之光學組件，其中，前述接著劑層之厚度在1至25μm範圍內。
- 如申請專利範圍第3項至第5項中任一項所述之光學組件，其中，前述光學功能膜係第1波長區域之光線可穿透，而使與第1波長區域相異之第2波長區域之光線反射之波長分離膜。
- 如申請專利範圍第3項至第5項中任一項所述之光學組件，其中，前述第1透光性構件與前述第2透光性構件中至少一者為稜鏡或板。
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