(57)【要約】【課題】耐熱性、剛性、機械的強度および光散乱特性に優れており、簡便な方法で製造できる光学部材およびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計が酸化物基準の質量百分率表示で５〜４０％である酸化物ガラスより構成されるガラス基材を準備する。ガラス基材中の少なくともナトリウムイオンおよびカリウムイオンのいずれかと、リチウムイオンとをイオン交換処理することにより、ガラス基材の表面に微細クラックを形成する。微細クラックの形成後にガラス基材に化学強化処理を施す、または、微細クラックの形成後に少なくともガラス基材の微細クラックを有する表面を光透過性の樹脂層で被覆する。【選択図】図１
2017132654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計が酸化物基準の質量百分率表示で５〜４０％である酸化物ガラスより構成されるガラス基材を準備する工程と、
前記ガラス基材中の少なくともナトリウムイオンおよびカリウムイオンのいずれかと、リチウムイオンとをイオン交換処理することにより、当該ガラス基材の表面に微細クラックを形成する工程と、
前記微細クラックの形成後に、前記ガラス基材に化学強化処理を施す工程と、
を有する光学部材の製造方法。
【請求項２】
Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計が酸化物基準の質量百分率表示で５〜４０％である酸化物ガラスより構成されるガラス基材を準備する工程と、
前記ガラス基材中の少なくともナトリウムイオンおよびカリウムイオンのいずれかと、リチウムイオンとをイオン交換処理することにより、当該ガラス基材の表面に微細クラックを形成する工程と、
前記微細クラックの形成後に、少なくとも前記ガラス基材の前記微細クラックを有する表面を光透過性の樹脂層で被覆する工程と、
を有する光学部材の製造方法。
【請求項３】
前記イオン交換処理前の前記ガラス基材が、酸化物基準の質量百分率表示でＮａ２Ｏ：５〜３０％、Ｋ２Ｏ：０〜２５％、を含む、請求項１または２に記載の光学部材の製造方法。
【請求項４】
前記イオン交換処理前の前記ガラス基材が、酸化物基準の質量百分率表示でＳｉＯ２：６０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３：０〜７％、ＭｇＯ：０〜１０％、ＣａＯ：４〜２０％、Ｎａ２Ｏ：７〜２０％、Ｋ２Ｏ：０〜１０％、を含む、請求項３に記載の光学部材の製造方法。
【請求項５】
前記イオン交換処理前の前記ガラス基材が、酸化物基準の質量百分率表示でＳｉＯ２：４５〜８０％、Ａｌ２Ｏ３：７％超３０％以下、Ｂ２Ｏ３：０〜１５％、ＭｇＯ：０〜１５％、ＣａＯ：０〜６％、Ｎａ２Ｏ：７〜２０％、Ｋ２Ｏ：０〜１０％、ＺｒＯ２：０〜１０％、を含む、請求項３に記載の光学部材の製造方法。
【請求項６】
前記イオン交換処理前の前記ガラス基材の厚さが０．２〜２０ｍｍである、請求項１から５のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項７】
断面ＳＥＭ観察下において前記微細クラックの配列が不規則である、請求項１から６のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項８】
断面ＳＥＭ観察下において前記微細クラックが前記ガラス基材の表面に対して概ね垂直に配列している、請求項１から６のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項９】
断面ＳＥＭ観察下において前記微細クラックが前記ガラス基材の表面に対して放射状に配列している、請求項１から６のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項１０】
前記ガラス基材の片面のみに前記微細クラックを形成する、請求項１から９のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項１１】
前記ガラス基材の両面に前記微細クラックを形成する、請求項１から９のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項１２】
前記ガラス基材の面内で前記微細クラックをパターニングする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項１３】
前記微細クラックが形成されている領域の深さが前記ガラス基材の面内で分布を有している、請求項１から１２のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項１４】
リチウムイオンを含有する融点が５００℃未満の含リチウム溶融塩を用いて、２００〜５００℃で、かつ前記含リチウム溶融塩の融点以上の温度で前記イオン交換処理を行う、請求項１から１３のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項１５】
前記含リチウム溶融塩がモル比でＬｉＮＯ３：ＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝ｘ：ｙ：ｚの混合溶融塩であり、ｘ＝２０〜１００、ｙ＝０〜７０、ｚ＝０〜８０であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である、請求項１４に記載の光学部材の製造方法。
【請求項１６】
前記含リチウム溶融塩がモル比でＬｉＣｌ：ＫＣｌ＝ａ：ｂの混合溶融塩であり、ａ＝４５〜７５、ｂ＝２５〜５５であり、ａ＋ｂ＝１００である、請求項１４に記載の光学部材の製造方法。
【請求項１７】
前記含リチウム溶融塩に前記ガラス基材の全部または一部を浸漬することで前記イオン交換処理を行う、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項１８】
表面張力を用いて前記含リチウム溶融塩を前記ガラス基材の一部に接触させることで前記イオン交換処理を行う、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項１９】
前記含リチウム溶融塩を含む組成物を前記含リチウム溶融塩の融点以上に加熱した温度で、前記ガラス基材上に塗布することにより前記イオン交換処理を行う、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項２０】
前記含リチウム溶融塩を含む組成物を前記含リチウム溶融塩の融点未満で前記ガラス基材上に塗布した後に、前記ガラス基材を前記含リチウム溶融塩の融点以上に加熱することにより前記イオン交換処理を行う、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項２１】
前記イオン交換処理時に前記ガラス基材表面にリチウムイオンが透過しないマスク層を形成する、請求項１４から２０のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項２２】
前記ガラス基材の表面に前記微細クラックを形成した後に、カリウムイオンを含有する融点が５００℃未満の含カリウム溶融塩を用いて、３５０〜５００℃で、かつ含カリウム溶融塩の融点以上の温度で前記化学強化処理を行う、請求項１および３から２１のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項２３】
前記含カリウム溶融塩がモル比でＫＮＯ３：ＮａＮＯ３＝ｃ：ｄであり、ｃ＝２０〜１００、ｄ＝０〜８０であり、ｃ＋ｄ＝１００である、請求項２２に記載の光学部材の製造方法。
【請求項２４】
前記化学強化処理の工程後に、少なくとも前記ガラス基材の前記微細クラックを有する表面を光透過性の樹脂層で被覆する工程を更に有する、請求項１に記載の光学部材の製造方法。
【請求項２５】
前記光透過性の樹脂層の厚さが０．０３〜１０００μｍである、請求項２または２４に記載の光学部材の製造方法。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法により製造された光学部材を用いてディスプレイを製造する方法。
【請求項２７】
請求項１から２５のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法により製造された光学部材を用いて照明装置を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細クラックを有するガラスを用いた光学部材およびその製造方法、ならびに当該光学部材を用いたディスプレイや照明装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイや照明等の用途において、光散乱性の光学部材として拡散板や導光板等の光学部材が用いられている。これらの光学部材は一般にアクリル等の透明樹脂基材に光を散乱するドットパターンを印刷する方法で製造されている。しかし樹脂基材を用いていることから耐熱性が低く、近年のＬＥＤの高出力化に伴って耐熱性の改善が求められていた。また、樹脂基材には低剛性でたわみやすいという課題もあった。特許文献１では導光板に適したガラス板が示されている。このように透明樹脂の代わりにガラス板を用いることで耐熱性や剛性の課題が解決できる。
【０００３】
一方、ドットパターンを印刷するという手法はドットパターンの精密な制御が必要であり手間がかかることから、より簡便に光散乱を制御する方法が求められていた。また、光散乱の均一性など、光学特性のさらなる向上が望まれていた。特許文献２、特許文献３ではドットパターンの印刷に代わって樹脂基材にクラックを形成することで光散乱を制御する方法が示されている。
【０００４】
特許文献４ではガラス中のナトリウム及び／又はカリウムをリチウムとイオン交換させてガラス表面に無数の微細なクラックを生じさせるガラスの装飾方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０６８７４１号
【特許文献２】特開平０６−２９４９１２号公報
【特許文献３】特開平０７−０１３０２４号公報
【特許文献４】特開平０６−２１９７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の導光板ユニットはガラス基材を用いているため耐熱性や剛性に優れている。しかしドットパターンを印刷する必要があるため、より簡便に光散乱特性を付与する方法が求められる。特許文献２、特許文献３の導光板は樹脂基材にクラックを形成することで簡便に光散乱特性を付与することができるが、樹脂基材は耐熱性や剛性が低いという課題がある。特許文献４のガラスの装飾方法ではガラス表面に微細なクラックを生じさせることで簡便に光散乱特性を付与することができるが、クラックによりガラスの機械的強度が低下する課題がある。
【０００７】
すなわち、耐熱性、剛性、機械的強度および光散乱特性に優れた光学部材を、簡便に製造できる製造方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで本発明者は、ガラス基材の表面に微細なクラックを形成した後に、所定の強化処理を行う光学部材の製造方法により、耐熱性、剛性、機械的強度および光散乱特性に優れた、光学部材が得られることを見出し、本発明に到った。
【０００９】
すなわち、本発明は、下記の［１］〜［２７］である。
【００１０】
［１］Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計が酸化物基準の質量百分率表示で５〜４０％である酸化物ガラスより構成されるガラス基材を準備する工程と、前記ガラス基材中の少なくともナトリウムイオンおよびカリウムイオンのいずれかと、リチウムイオンとをイオン交換処理することにより、当該ガラス基材の表面に微細クラックを形成する工程と、前記微細クラックの形成後に、前記ガラス基材に化学強化処理を施す工程と、を有する光学部材の製造方法。
［２］Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計が酸化物基準の質量百分率表示で５〜４０％である酸化物ガラスより構成されるガラス基材を準備する工程と、前記ガラス基材中の少なくともナトリウムイオンおよびカリウムイオンのいずれかと、リチウムイオンとをイオン交換処理することにより、当該ガラス基材の表面に微細クラックを形成する工程と、前記微細クラックの形成後に、少なくとも前記ガラス基材の前記微細クラックを有する表面を光透過性の樹脂層で被覆する工程と、を有する光学部材の製造方法。
［３］前記イオン交換処理前の前記ガラス基材が、酸化物基準の質量百分率表示でＮａ２Ｏ：５〜３０％、Ｋ２Ｏ：０〜２５％、を含む、［１］または［２］に記載の光学部材の製造方法。
［４］前記イオン交換処理前の前記ガラス基材が、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ２：６０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３：０〜７％、ＭｇＯ：０〜１０％、ＣａＯ：４〜２０％、Ｎａ２Ｏ：７〜２０％、Ｋ２Ｏ：０〜１０％、を含む、［３］に記載の光学部材の製造方法。
［５］前記イオン交換処理前の前記ガラス基材が、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ２：４５〜８０％、Ａｌ２Ｏ３：７％超３０％以下、Ｂ２Ｏ３：０〜１５％、ＭｇＯ：０〜１５％、ＣａＯ：０〜６％、Ｎａ２Ｏ：７〜２０％、Ｋ２Ｏ：０〜１０％、ＺｒＯ２：０〜１０％、を含む、［３］に記載の光学部材の製造方法。
［６］前記イオン交換処理前の前記ガラス基材の厚さが０．２〜２０ｍｍである、［１］から［５］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［７］断面ＳＥＭ観察下において前記微細クラックの配列が不規則である、［１］から［６］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［８］断面ＳＥＭ観察下において前記微細クラックが前記ガラス基材の表面に対して概ね垂直に配列している、［１］から［６］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［９］断面ＳＥＭ観察下において前記微細クラックが前記ガラス基材の表面に対して放射状に配列している、［１］から［６］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［１０］前記ガラス基材の片面のみに前記微細クラックを形成する、［１］から［９］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［１１］前記ガラス基材の両面に前記微細クラックを形成する、［１］から［９］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［１２］前記ガラス基材の面内で前記微細クラックをパターニングする、［１］から［１１］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［１３］前記微細クラックが形成されている領域の深さが前記ガラス基材の面内で分布を有している、［１］から［１２］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［１４］リチウムイオンを含有する融点が５００℃未満の含リチウム溶融塩を用いて、２００〜５００℃で、かつ前記含リチウム溶融塩の融点以上の温度で前記イオン交換処理を行う、［１］から［１３］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［１５］前記含リチウム溶融塩がモル比でＬｉＮＯ３：ＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝ｘ：ｙ：ｚの混合溶融塩であり、ｘ＝２０〜１００、ｙ＝０〜７０、ｚ＝０〜８０であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である、［１４］に記載の光学部材の製造方法。
［１６］前記含リチウム溶融塩がモル比でＬｉＣｌ：ＫＣｌ＝ａ：ｂの混合溶融塩であり、ａ＝４５〜７５、ｂ＝２５〜５５であり、ａ＋ｂ＝１００である、［１４］に記載の光学部材の製造方法。
［１７］前記含リチウム溶融塩に前記ガラス基材の全部または一部を浸漬することで前記イオン交換処理を行う、［１４］から［１６］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［１８］表面張力を用いて前記含リチウム溶融塩を前記ガラス基材の一部に接触させることで前記イオン交換処理を行う、［１４］から［１６］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［１９］前記含リチウム溶融塩を含む組成物を前記含リチウム溶融塩の融点以上に加熱した温度で、前記ガラス基材上に塗布することにより前記イオン交換処理を行う、［１４］から［１６］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［２０］前記含リチウム溶融塩を含む組成物を前記含リチウム溶融塩の融点未満で前記ガラス基材上に塗布した後に、前記ガラス基材を前記含リチウム溶融塩の融点以上に加熱することにより前記イオン交換処理を行う、［１４］から［１６］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［２１］前記イオン交換処理時に前記ガラス基材表面にリチウムイオンが透過しないマスク層を形成する、［１４］から［２０］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［２２］前記ガラス基材の表面に前記微細クラックを形成した後に、カリウムイオンを含有する融点が５００℃未満の含カリウム溶融塩を用いて、３５０〜５００℃で、かつ含カリウム溶融塩の融点以上の温度で前記化学強化処理を行う、［１］および［３］から［２１］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
［２３］前記含カリウム溶融塩がモル比でＫＮＯ３：ＮａＮＯ３＝ｃ：ｄであり、ｃ＝２０〜１００、ｄ＝０〜８０であり、ｃ＋ｄ＝１００である、［２２］に記載の光学部材の製造方法。
［２４］前記化学強化処理の工程後に、少なくとも前記ガラス基材の前記微細クラックを有する表面を光透過性の樹脂層で被覆する工程を更に有する、［１］に記載の光学部材の製造方法。
［２５］前記光透過性の樹脂層の厚さが０．０３〜１０００μｍである、［２］または［２４］に記載の光学部材の製造方法。
［２６］［１］から［２５］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法により製造された光学部材を用いてディスプレイを製造する方法。
［２７］［１］から［２５］のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法により製造された光学部材を用いて照明装置を製造する方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、耐熱性、剛性、機械的強度および光散乱特性に優れており、簡便な方法で製造できる光学部材およびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、不規則な微細クラックを有する光学部材の模式断面図である。
【図２】図２は、ガラス基材の表面に対して概ね垂直に配列した微細クラックを有する光学部材の模式断面図である。
【図３】図３は、ガラス基材の表面に対して放射状に配列した微細クラックを有する光学部材の模式断面図である。
【図４】図４は、微細クラックがガラス基材の片面のみに存在している光学部材の模式断面図である。
【図５】図５は、微細クラックがガラス基材の両面に存在している光学部材の模式断面図である。
【図６】図６は、含リチウム溶融塩にガラス基材の全部または一部を浸漬するイオン交換処理方法の模式断面図である。
【図７】図７は、表面張力を用いて含リチウム溶融塩をガラス基材の一部に接触させるイオン交換処理方法の模式断面図である。
【図８】図８は、含リチウム溶融塩を含む組成物をガラス基材上に塗布するイオン交換処理方法の模式断面図である。
【図９】図９は、例１の化学強化された光学部材の割断面ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）像である。
【図１０】図１０は、例２のイオン交換処理後のガラス基材の割断面ＳＥＭ像である。
【図１１】図１１は、例２の光透過性の樹脂層で被覆された光学部材のＩＭ断面ＳＥＭ像である。
【図１２】図１２は、例３のイオン交換処理後のガラス基材の割断面ＳＥＭ像である。
【図１３】図１３は、例４のイオン交換処理後のガラス基材の割断面ＳＥＭ像である。
【図１４】図１４は、例４の光透過性の樹脂層で被覆された光学部材のＩＭ断面ＳＥＭ像である。
【図１５】図１５は、例５のイオン交換処理後のガラス基材を概ね垂直に覗いた時の像である。
【図１６】図１６は、例５のイオン交換処理後のガラス基材を斜めに覗いた時の像である。
【図１７】図１７は、例５のイオン交換処理後のガラス基材の割断面ＳＥＭ像である。
【図１８】図１８は、例６のイオン交換処理後のガラス基材の割断面ＳＥＭ像である。
【図１９】図１９は、例７のイオン交換処理後のガラス基材の割断面ＳＥＭ像である。
【図２０】図２０は、例８のイオン交換処理後のガラス基材の割断面ＳＥＭ像である。
【図２１】図２１は、例９のイオン交換処理後のガラス基材の割断面ＳＥＭ像である。
【図２２】図２２は、例１０のイオン交換処理後のガラス基材の割断面ＳＥＭ像である。
【図２３】図２３は、例１１のイオン交換処理後のガラス基材の割断面ＳＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明において、「光散乱性の光学部材」とは、光源から入射した光を適切な強度で光散乱させることで機能を発揮する光学部材であり、具体的には導光板、拡散板または画像投影用のスクリーン等が挙げられるが応用例は特に限定されない。また、本明細書において、「成分Ｘを０％含む」とは、成分Ｘを含まないことを表す。
【００１４】
＜微細クラックの形成＞
本発明の光学部材の製造方法においては、まず、ガラス基材の表面に無数の微細クラックを形成することでガラス基材に光散乱性を付与する。微細クラックはガラス基材中のナトリウムイオンおよび／またはカリウムイオン（ガラス基材中の少なくともナトリウムイオンおよびカリウムイオンのいずれか）と、リチウムイオンとをイオン交換処理することで形成する。ナトリウムイオンおよび／またはカリウムイオンが、よりイオン半径の小さいリチウムイオンと交換することでガラスが収縮（体積変化）し、ガラス基材内に引っ張り応力が発生することで微細クラックが発生すると考えられる。
【００１５】
＜ガラス基材＞
光学部材を製造するにあたって、所定のガラス基材を準備する必要がある。本発明のイオン交換処理前のガラス基材は酸化物ガラスより構成され、イオン交換処理前のガラス基材に含まれるＮａ２ＯとＫ２Ｏの合計が、酸化物基準の質量百分率表示で５〜４０％である。イオン交換処理前のガラス基材は、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの少なくともいずれかを含む。
【００１６】
Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計が５％未満であるとガラス基材中のナトリウムイオンおよび／またはカリウムイオンとリチウムイオンとをイオン交換処理しても体積変化が小さく、クラックが生成しにくくなる恐れがある。またＮａ２ＯとＫ２Ｏの合計が４０％超であるとガラスの耐水性が低下して取り扱いが困難になる恐れがある。
【００１７】
イオン交換処理前のガラス基材に含まれるＮａ２ＯとＫ２Ｏの合計が、酸化物基準の質量百分率表示で７％以上がより好ましく、９％以上であると特に好ましい。また、イオン交換処理前のガラス基材に含まれるＮａ２ＯとＫ２Ｏの合計が、酸化物基準の質量百分率表示で３５％以下がより好ましく、３０％以下であると特に好ましい。
【００１８】
イオン交換処理前のガラス基材は酸化物基準の質量百分率表示で実質的に、Ｎａ２Ｏ：５〜３０％、Ｋ２Ｏ：０〜２５％を含む組成が好ましい。
【００１９】
イオン交換処理前のガラス基材は酸化物基準の質量百分率表示で実質的に、ＳｉＯ２：６０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３：０〜７％、ＭｇＯ：０〜１０％、ＣａＯ：４〜２０％、Ｎａ２Ｏ：７〜２０％、Ｋ２Ｏ：０〜１０％、を含む組成またはＳｉＯ２：４５〜８０％、Ａｌ２Ｏ３：７％超３０％以下、Ｂ２Ｏ３：０〜１５％、ＭｇＯ：０〜１５％、ＣａＯ：０〜６％、Ｎａ２Ｏ：７〜２０％、Ｋ２Ｏ：０〜１０％、ＺｒＯ２：０〜１０％、を含む組成が好ましい。
【００２０】
イオン交換処理前のガラス基材が前記組成の範囲であると加工性、化学的安定性、機械的強度、光透過性のバランスに優れたガラス基材となり、本発明の光学部材を得るのに好適である。特に前者の組成は加工性に優れており、低コストで製造できる点が好ましく、後者の組成はイオン交換性能に優れており、ガラス基材中のナトリウムイオンおよび／またはカリウムイオンとリチウムイオンのイオン交換や微細クラックを形成した後の化学強化が進みやすい点が好ましい。
【００２１】
イオン交換処理前のガラス基材の厚さは０．２〜２０ｍｍであることが好ましい。厚さが０．２ｍｍ未満であると微細クラック形成後に破損しやすくなり製造が困難となる。厚さが２０ｍｍ超であると重量が重くなり、光学部材として取り扱いにくくなる。厚さが０．３５ｍｍ以上であるとより好ましく、０．５ｍｍ以上であると特に好ましい。厚さが１５ｍｍ以下であるとより好ましく、１０ｍｍ以下であると特に好ましい。
【００２２】
イオン交換処理前のガラス基材は表面が研磨されていても良い。一般にフロート法またはフュージョン法で合成されたガラスの表面は欠陥が少ないため、イオン交換処理によって微細クラックを形成した場合でもガラス基材の最表面はクラック数が少ない傾向が見られる。イオン交換処理前のガラス基材表面を研磨すると微細な研磨傷が生成するが、その微細な研磨傷がクラックの起点となるため、イオン交換処理によって微細クラックを形成した場合にガラス基材の最表面のクラック数が増える。
【００２３】
＜微細クラック＞
ガラス基材中の少なくともナトリウムイオンおよびカリウムイオンのいずれかと、リチウムイオンとをイオン交換処理することにより、ガラス基材の表面に無数の微細クラックを形成することができる。本発明においてはガラス基材の表面に形成する微細クラックは不規則である、またはガラス表面に対して概ね垂直に配列している、またはガラス表面に対して放射状に配列していることが好ましい。それぞれの微細クラックの模式断面図を図１〜図３に示す。このような微細クラックは、ガラス基材の断面をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）を用いて観察することができる。図１〜図３は、断面ＳＥＭ観察下において、ガラス基材１およびガラス基材１に形成された微細クラック３の配列を模式的に示した光学部材１０の断面模式図である。
【００２４】
図１の光学部材１０に示すように、断面ＳＥＭ観察下においてガラス基材１に形成された微細クラック３の配列が不規則であると、光が等方的に散乱され、より均質な光散乱が求められる用途に好適である。図２の光学部材１０に示すように、断面ＳＥＭ観察下においてガラス基材１に形成された微細クラック３がガラス基材１の表面に対して概ね垂直に配列していると、角度によって光の透過・散乱特性が大きく変わるため、光散乱の異方性が求められる用途に好適である。図３の光学部材１０に示すように、断面ＳＥＭ観察下において微細クラック３がガラス基材１の表面に対して点Ｘを中心として放射状に配列していると、点光源の光を広げる用途や、逆に光を特定の点に集中させる用途に好適である。尚、図２および図３における破線Ｐは、各微細クラック３の先端の位置を概略的に表す破線であるが、当該先端の位置の配列はこのような形態に限定されるものではない。
【００２５】
微細クラックをガラス基材の片面のみに形成しても良く、ガラス基材の両面に形成しても良い。光をガラス基材の一方の面に散乱させたい場合は微細クラックがガラス基材の片面にのみ存在していることが好ましく、光をガラス基材の両面に散乱させたい場合は微細クラックがガラス基材の両面に存在していることが好ましい。
【００２６】
一般的な照明やディスプレイには前者の片面で光を散乱する光学部材が適しており、両面発光型の照明やディスプレイには後者のように両面で光を散乱する光学部材が適している。
【００２７】
図４はガラス基材１の片面のみに微細クラック３が存在する光学部材１０の模式断面図である。イオン交換処理前のガラス基材１の厚さをＤ、ガラス基材１中で微細クラック３が形成されている領域の深さをＬとすると、微細クラック３が存在する領域の幅Ｗ１はＬ、微細クラック３が存在しない領域の幅Ｗ２はＤ−Ｌとなる。
【００２８】
図５はガラス基材１の両面に微細クラック３が存在する光学部材１０の模式断面図である。イオン交換処理前のガラス基材１の厚さをＤ、ガラス基材１中で微細クラック３が形成されている領域の深さを一方の面をＬ１、反対の面をＬ２とすると、微細クラック３が存在する領域の幅Ｗ１はＬ１＋Ｌ２、クラックが存在しない領域の幅Ｗ２はＤ−Ｌ１−Ｌ２（＝Ｄ−Ｗ１）となる。尚、図４および図５の場合において、ガラス基材１の端面に微細クラック３を形成するか否かは任意である。
【００２９】
ガラス基材中で微細クラックが形成されている領域の深さＬ、Ｌ１、Ｌ２の最大値は０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。Ｌ、Ｌ１、Ｌ２の最大値が０．０１ｍｍ未満では散乱の強度や散乱の面内均質性が不十分となる恐れがある。Ｌ、Ｌ１、Ｌ２の最大値が１ｍｍを超えると微細クラックの形成に時間がかかり生産性が低下する。Ｌ、Ｌ１、Ｌ２の最大値は０．０２ｍｍ以上がより好ましく、０．０３ｍｍ以上が特に好ましい。Ｌ、Ｌ１、Ｌ２の最大値は０．５ｍｍ以下がより好ましく、０．３ｍｍ以下が特に好ましい。
【００３０】
図２に示すように微細クラックがガラス表面に対して概ね垂直に配列している場合、または図３に示すように微細クラックがガラス表面に対して放射状に配列している場合、微細クラックが存在しない領域の幅Ｗ２が小さいと微細クラック形成後に破損しやすくなり、製造が困難となる恐れがある。従って、微細クラックが存在しない領域の幅Ｗ２は０．１ｍｍ以上が好ましく、微細クラックが存在する領域の幅に対する微細クラックが存在しない領域の幅の比であるＷ２／Ｗ１は０．５以上が好ましい。Ｗ２は０．２ｍｍ以上がより好ましく、０．３ｍｍ以上が特に好ましい。Ｗ２／Ｗ１は０．７５以上がより好ましく、１以上が特に好ましい。
【００３１】
図１に示すように微細クラックが不規則である場合、微細クラックが形成されている領域がガラス基材の片方の面から反対の面まで到達しても形状が保持される。従って、微細クラックが存在する領域の幅Ｗ１の最大値がＤと同じで、微細クラックが存在しない領域の幅Ｗ２が０となっても取り扱いが可能である。
【００３２】
微細クラックはガラス基材の面内で所定のパターンにしたがって、パターニングされていても良い。一般的に、導光板や拡散板等の光学部材では光透過性の基材の上に光散乱性のドットパターンを形成し、ドットパターンの大きさや密度によって光散乱の強度分布を制御している。
【００３３】
本発明においても微細クラックの形成箇所をガラス基材の面内でパターニングすることでガラス基材の面内の光散乱の強度分布を制御することができる。パターニングする場合のパターンはドットパターンまたはラインパターンが好ましいが、光散乱の強度分布を適切に制御できればその他のパターンでも良い。
【００３４】
微細クラックが形成されている領域の深さがガラス基材の面内で、所定の分布を有していても良い。微細クラックが形成されている領域の深さによって光散乱の強度が変わることから、ガラス基材の面内の光散乱の強度分布を制御することができる。
【００３５】
＜イオン交換処理＞
本発明の光学部材の製造方法においては、ガラス基材の表面に無数の微細クラックを形成することでガラス基材に光散乱性を付与する。該無数の微細クラックは、ガラス基材中のナトリウムイオンおよび／またはカリウムイオンと、リチウムイオンとをイオン交換処理することで形成される。イオン交換処理を行うには、イオン交換前のガラス基材を含リチウム化合物と接触させ、イオン交換反応が進行する温度まで加熱する。
【００３６】
イオン交換処理はリチウムイオンを含有する融点が５００℃未満の含リチウム溶融塩を用いて、２００〜５００℃で、かつ含リチウム溶融塩の融点以上の温度で行うことが好ましい。含リチウム溶融塩はリチウムの含有量が高く、高温に加熱することが可能で、液状であるためガラス基材との接触が良好であることから高効率にイオン交換反応を行うことができる。
【００３７】
イオン交換処理温度が２００℃未満であるとイオン交換反応が遅いため生産性が低くなる。また、融点が２００℃未満となる含リチウム溶融塩は限られているため、選択できる溶融塩が少ない。
【００３８】
イオン交換処理温度が５００℃を超えると含リチウム溶融塩の分解やガラス基材の腐食などの望ましくない副反応が生じる恐れがある。また、ガラス基材中の応力が緩和されやすくなり、微細クラックが発生しにくくなる。
【００３９】
イオン交換処理の時間は１分〜２４時間が好ましい。１分未満ではイオン交換の状態を制御することが困難であり、２４時間を超えると生産性が低下する。２分〜８時間がより好ましく、３分〜３時間が特に好ましい。
【００４０】
含リチウム溶融塩はＮＯ３−、Ｃｌ−、ＮＯ２−、ＣｌＯ４−より選ばれる少なくとも１種のアニオンを含有していることが好ましい。これらのアニオンを含有すると融点が５００℃未満の含リチウム溶融塩が得られやすい。安定性の点でＮＯ３−とＣｌ−が特に好ましい。
【００４１】
含リチウム溶融塩に含まれるその他のアニオンとしては例えばＳＯ３２−、ＳＯ４２−、Ｓ２Ｏ３２−、Ｓ２Ｏ５２−、ＣＯ３２−、ＰＯ４３−、ＰＯ３３−、Ｆ−、Ｂｒ−、Ｉ−等が挙げられる。
【００４２】
耐熱性や化学的安定性等の課題もあるが、イオン交換反応に有機系のアニオンを用いることも可能である。
【００４３】
含リチウム溶融塩はＬｉ＋以外のアルカリ金属カチオンとしてＮａ＋、Ｋ＋、Ａｇ＋、Ｃｓ＋を含んでいても良い。Ｌｉ＋に対するＮａ＋、Ｋ＋、Ａｇ＋、Ｃｓ＋の比率を変えることで微細クラックの発生する密度や含リチウム溶融塩の融点を制御することができる。材料コストの点でＮａ＋とＫ＋が特に好ましい。
【００４４】
含リチウム溶融塩に含まれるその他のアニオンとしては例えばＭｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｚｎ２＋等が挙げられる。
【００４５】
含リチウム溶融塩がモル比でＬｉＮＯ３：ＮａＮＯ３：ＫＮＯ３＝ｘ：ｙ：ｚの混合溶融塩であり、ｘ＝２０〜１００、ｙ＝０〜７０、ｚ＝０〜８０であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００であると不規則な微細クラックを形成するのに特に好ましい。
【００４６】
含リチウム溶融塩がモル比でＬｉＣｌ：ＫＣｌ＝ａ：ｂの混合溶融塩であり、ａ＝４５〜７５、ｂ＝２５〜５５であり、ａ＋ｂ＝１００であると、ガラス基材の表面に対して概ね垂直に配列している微細クラック、またはガラス表面に対して放射状に配列している微細クラックを形成するのに特に好ましい。上述した通り、図２では微細クラック３がガラス基材１の表面に対して概ね垂直に配列しており、角度によって光の透過・散乱特性が大きく変わるため、光散乱の異方性が求められる用途に好適である。また、図３では微細クラック３がガラス基材１の表面に対して点Ｘを中心として放射状に配列しており、点光源の光を広げる用途や、逆に光を特定の点に集中させる用途に好適である。
【００４７】
ガラス基材と含リチウム溶融塩を接触させる方法としては、例えば下記の（１）〜（４）が挙げられる。
（１）含リチウム溶融塩にガラス基材の全部または一部を浸漬する（図６）。
（２）表面張力を用いて含リチウム溶融塩をガラス基材の一部に接触させる（図７）。
（３）含リチウム溶融塩を含む組成物を含リチウム溶融塩の融点以上に加熱した温度でガラス基材上に塗布する（図８）。
（４）加熱時に含リチウム溶融塩を生成する組成物をガラス基材上に塗布した後に、含リチウム溶融塩の融点以上の温度に加熱する（図８）。
【００４８】
このように（１）〜（４）はそれぞれ特徴が異なっており、目標の光学材料に適した手法を選択することが好ましい。
【００４９】
図６は、（１）の該含リチウム溶融塩３０にガラス基材１の全部（ガラス基材１Ａ）または一部（ガラス基材１Ｂ）を浸漬する方法の模式断面図である。ガラス基材１の表裏両面、さらにはガラス基材１の端面にも同時に微細クラックを形成したい場合に好適である。容器２１を満たす含リチウム溶融塩３０の中にガラス基材１を所定時間浸漬した後に、含リチウム溶融塩３０からガラス基材１を早く取り出す。含リチウム溶融塩３０からガラス基材１を早く取り出すと微細クラックが形成されている領域の深さが一定となり、ゆっくりと時間をかけて取り出すと微細クラックが形成されている領域の深さにガラス基材１の面内で分布を持たせることができる。
【００５０】
含リチウム溶融塩３０を入れる容器２１はイオン交換処理を行う温度で含リチウム溶融塩３０に対する耐食制が十分にある材料であれば良い。ＬｉＮＯ３：ＮａＮＯ３：ＫＮＯ３混合溶融塩では、例えばＳＵＳ（ステンレス）製の容器を用いることができる。ＬｉＣｌ：ＫＣｌ混合溶融塩の場合はＳＵＳが腐食してしまうため、例えばアルミナ製のセラミックス容器を用いることができる。
【００５１】
図７は、（２）の表面張力を用いて該含リチウム溶融塩３０をガラス基材１の一部に接触させる方法の模式断面図である。図７の破線で示した領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおいては含リチウム溶融塩３０に表面張力が発生している。よって、含リチウム溶融塩３０が濡れ広がらずに特定の箇所のみイオン交換処理することができる。具体的には容器２１に含リチウム溶融塩３０を満たしてから含リチウム溶融塩３０の上面にガラス基材１の下面を接触させる方法や、キャピラリー等の細い管２２に含リチウム溶融塩３０を満たしてから含リチウム溶融塩３０の下面にガラス基材１の上面を接触させる方法等が挙げられる。
【００５２】
容器２１に含リチウム溶融塩３０を満たしてから含リチウム溶融塩３０の上面にガラス基材１の下面を接触させる場合、深さが一定の容器２１を用いれば微細クラックが形成されている領域の深さが一定となる。一方、深さに分布のある容器２１を用いれば微細クラックが形成されている領域の深さにガラス基材１の面内で分布を持たせることができる。
【００５３】
図８は、（３）含リチウム溶融塩を含む組成物３１を含リチウム溶融塩の融点以上に加熱した温度でガラス基材１上に塗布する方法の模式断面図である。組成物３１を塗布する場所と量によって微細クラックが形成されている領域とその深さを制御することができる。
【００５４】
含リチウム溶融塩を含む組成物３１は含リチウム溶融塩のみであっても良く、含リチウム溶融塩以外の成分を含んでいても良い。含リチウム溶融塩以外の成分としては含リチウム溶融塩にチキソトロピック性を付与して濡れ広がりを防ぐ成分等が挙げられる。濡れ広がりを防ぐことで細かいパターニングも可能になる。チキソトロピック性を付与する成分としてはカーボン、無機酸化物、溶融していない無機塩等の微粒子が挙げられる。
【００５５】
含リチウム溶融塩のチキソトロピック性が小さい場合は、図８の左側の組成物３１Ａのように濡れ広がりやすい。含リチウム溶融塩のチキソトロピック性が高い場合は、溶融塩が流動しないため図８の右側の組成物３１Ｂのように高さを一定にすることや、段差を形成すること、傾斜をつけることなどが可能になる。
【００５６】
（３）の方法ではフロート法で製造されるガラスの徐冷工程で含リチウム溶融塩を含む組成物を塗布するなどオンラインでのイオン交換処理に適している。一方で高温の状態で塗布する必要があるため塗布に使用できる装置が限られる。
【００５７】
図８は、（４）加熱時に含リチウム溶融塩を生成する組成物３１を、含リチウム溶融塩の融点未満の温度でガラス基材１上に塗布した後に、含リチウム溶融塩の融点以上の温度に加熱する方法の模式断面図でもある。組成物３１を塗布する場所と量によって微細クラックが形成されている領域とその深さを制御することができる。
【００５８】
加熱時に該含リチウム溶融塩を生成する組成物３１は含リチウム溶融塩のみであっても良く、含リチウム溶融塩以外の成分を含んでいても良い。加熱時に該含リチウム溶融塩を生成する組成物３１は粉末状であってもよく、溶液状であってもよく、ペースト状であっても良い。含リチウム溶融塩以外の成分としては水または有機溶媒、加熱前の組成物にチキソトロピック性を付与して濡れ広がりを防ぐ成分、加熱後の含リチウム溶融塩にチキソトロピック性を付与して濡れ広がりを防ぐ成分等が挙げられる。濡れ広がりを防ぐことで細かいパターニングも可能になる。チキソトロピック性を付与する成分としてはカーボン、無機酸化物、加熱時に溶融しない無機塩等の微粒子が挙げられる。加熱時に溶融しない無機塩は含リチウム溶融塩に含まれる成分であっても良い。
【００５９】
溶融塩のチキソトロピック性が小さい場合は、図８の左側の組成物３１Ａのように濡れ広がりやすい。溶融塩のチキソトロピック性が高い場合は、溶融塩が流動しないため図８の右側の組成物３１Ｂのように高さを一定にすることや、段差を形成すること、傾斜をつけることなどが可能になる。
【００６０】
（１）〜（３）の方法では、予めガラス基材を温めてから含リチウム溶融塩とガラス基材を接触させることが好ましい。予めガラス基材を温めておくことで急激な温度変化によるガラス基材の破損を防ぐことができる。
【００６１】
（１）〜（４）の方法では、イオン交換処理後は急激な温度変化によるガラス基材の破損を防ぐために徐冷することが好ましい。ただし徐冷中に温度が含リチウム溶融塩の融点以上である時間が長いとイオン交換がさらに進んで微細クラックの制御が難しくなってしまう場合は、ガラス基材が破損しない程度の速度で含リチウム溶融塩の融点以下の温度まで急冷しても良い。
【００６２】
イオン交換処理時にガラス基材表面にリチウムイオンが透過しないマスク層が形成されていても良い。微細クラックを形成したくない領域にマスク層を形成することで、微細クラックの形成を防止することができる。
【００６３】
マスク層はイオン交換処理時にリチウムイオンが透過しない材料を用いる。マスク層の材料としてはアルカリ金属を含まない酸化物膜、カーボン膜、金属膜等が挙げられる。マスク層の厚さは５ｎｍ〜１μｍが好ましい。マスク層の厚さが５ｎｍ未満ではリチウムイオンが透過してしまう恐れがある。マスク層の厚さが１μｍを超えると応力等によりマスク層にクラックが生じる恐れがある。マスク層の厚さは１０ｎｍ〜５００ｎｍがより好ましく、２０ｎｍ〜３００ｎｍが特に好ましい。
【００６４】
ガラス基材の表面に微細クラックを形成した後に、ガラス基材の微細クラックを有する表面を研磨しても良い。研磨することで、最表面にクラックの少ない層が存在する場合にそれを除去することができる。また、微細クラックがガラス基材の表面に対して概ね垂直に配列している場合でも、表面付近に不規則なクラックが存在する場合があるが、研磨することでこの不規則なクラックを除去することができる。
【００６５】
尚、上述のイオン交換処理の例は、ガラス基材中のナトリウムイオンまたはカリウムイオン、もしくはナトリウムイオンおよびカリウムイオンを、リチウムイオンとイオン交換することにより行われる。このイオン交換処理は、ナトリウムイオンまたはカリウムイオンの少なくともいずれかを、リチウムイオンに直接交換することを意味する。また、このイオン交換処理は、ナトリウムイオンまたはカリウムイオンのうちのカリウムイオンのみをナトリウムイオンに交換した後、ナトリウムイオンをリチウムイオンに交換することをも意味する。
【００６６】
本発明の光学部材の製造方法においては、ガラス基材の表面に微細クラックを形成した後に、１）化学強化処理を行う、または２）ガラス基材の微細クラックを有する表面を光透過性の樹脂層で被覆する。微細クラックの形成後、１）の化学強化処理および２）の樹脂層による被覆の両方を行ってもよい。１）および／または２）の処理により、機械的強度の高い光学部材を得ることができる。
【００６７】
＜化学強化処理＞
微細クラックの形成後に、ガラス基材の機械的強度などを向上させる一つの方法として、化学強化処理がある。化学強化処理は微細クラックを形成したガラス基材中のリチウムイオンおよび／またはナトリウムイオン（少なくともリチウムイオンおよびナトリウムイオンのいずれか）を、カリウムイオンとイオン交換することで行われる。化学強化処理することでガラス基材中に圧縮応力が働き、クラックの進展が防止されて機械的強度が向上する。化学強化処理を行うには、微細クラックを形成したガラス基材を含カリウム化合物と接触させ、イオン交換反応が進行する温度まで加熱する。したがって、化学強化処理に際してもイオン交換処理が実施されるが、微細クラックを形成するための最初のイオン交換処理とは区別される。微細クラックを形成するための最初のイオン交換処理を「第１のイオン交換処理」と定義付けすれば、化学強化処理におけるイオン交換処理は「第２のイオン交換処理」と定義付けされる。以下、化学強化処理におけるイオン交換処理について説明する。
【００６８】
化学強化処理におけるイオン交換処理は、カリウムイオンを含有する融点が５００℃未満の含カリウム溶融塩を用いて、３５０〜５００℃で、かつ含カリウム溶融塩の融点以上の温度で行うことが好ましい。含カリウム溶融塩はカリウムの含有量が高く、高温に加熱することが可能で、液状であるためガラス基材との接触が良好であることから高効率にイオン交換反応を行うことができる。
【００６９】
イオン交換処理温度が３５０℃未満であるとイオン交換反応が遅いため化学強化が十分に進まない可能性がある。イオン交換処理温度が５００℃を超えると含カリウム溶融塩の分解やガラス基材の腐食などの望ましくない副反応が生じる恐れがある。また、ガラス基材中の応力が緩和されやすくなり、化学強化が進みにくくなる。
【００７０】
イオン交換処理の時間は１分〜２４時間が好ましい。１分未満ではイオン交換の状態を制御することが困難であり、２４時間を超えると生産性が低下する。イオン交換処理の時間は２分以上がより好ましく、３分以上が特に好ましい。イオン交換処理の時間は８時間以下がより好ましく、３時間以下が特に好ましい。
【００７１】
含カリウム溶融塩はＮＯ３−アニオンを含有していることが好ましい。これらのＮＯ３−アニオンを含有すると融点が５００℃未満の含カリウム溶融塩が得られやすい。含カリウム溶融塩に含まれるその他のアニオンとしては例えば、Ｃｌ−、ＮＯ２−、ＣｌＯ４−、ＳＯ３２−、ＳＯ４２−、Ｓ２Ｏ３２−、Ｓ２Ｏ５２−、ＣＯ３２−、ＰＯ４３−、ＰＯ３３−、Ｆ−、Ｂｒ−、Ｉ−等が挙げられる。
【００７２】
含カリウム溶融塩はＫ＋以外のアルカリ金属カチオンとしてＮａ＋を含んでいても良い。Ｋ＋に対するＮａ＋の比率を変えることで化学強化の程度を制御することができる。含カリウム溶融塩に含まれるその他のカチオンとしては例えばＡｇ＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｚｎ２＋等が挙げられる。
【００７３】
含カリウム溶融塩がモル比でＫＮＯ３：ＮａＮＯ３＝ｃ：ｄであり、ｃ＝２０〜１００、ｄ＝０〜８０であり、ｃ＋ｄ＝１００であると化学強化が進みやすいため好ましい。
【００７４】
微細クラックを形成したガラス基材を含カリウム化合物と接触させる方法としては、前記ガラス基材と含リチウム溶融塩を接触させる（１）〜（４）と同様の方法を用いることができる。
【００７５】
＜樹脂被覆＞
微細クラックの形成後に、ガラス基材の機械的強度などを向上させる他の方法として、樹脂による被覆がある。少なくともガラス基材の微細クラックを有する表面を光透過性の樹脂層で被覆すると、微細クラックの進展が防止されて機械的強度が向上する。光透過性の樹脂層の被覆方法としては、例えば下記の（Ｉ）〜（Ｖ）が挙げられる。
（Ｉ）光硬化性樹脂を塗布してから光照射して硬化させる。
（ＩＩ）熱硬化性または常温硬化性の樹脂を塗布してから加熱する。
（ＩＩＩ）常温硬化性または湿度硬化性の樹脂を塗布してから室温で硬化させる。
（ＩＶ）溶剤可溶性樹脂の溶液を塗布してから溶剤を揮発させる。
（Ｖ）熱可塑性樹脂のフィルムを積層してから熱圧着する。
【００７６】
前記（Ｉ）〜（Ｖ）のうち、（Ｖ）は熱可塑性樹脂の粘度を下げることが困難であるため微細クラックの奥まで樹脂を充填することができず、強度が十分に向上しない恐れがある。（ＩＶ）は溶剤を揮発させる際に微細クラック内の空隙の発生や溶剤の残留が起きやすいため、強度が十分に向上しない恐れがある。
【００７７】
光透過性の樹脂層の被覆方法としては、（Ｉ）〜（ＩＩＩ）の硬化性樹脂が好ましい。（Ｉ）〜（ＩＩＩ）の硬化性樹脂は溶剤の使用量を減らしつつ、組成の調整により低粘度化も可能であることから、微細クラック内に空隙を発生させずに樹脂を充填させやすい。そのため微細クラックの進展が抑制され、強度が向上する。硬化性樹脂が無溶剤型であるとさらに好ましい。硬化性樹脂は１液型でも良く、２液混合型でも良い。
【００７８】
樹脂の化学構造はアクリル系、エポキシ系、シリコーン系、ウレタン系などのものを用いることができる。微細クラック内に気泡が残ると光散乱特性にばらつきが生じるため、微細クラック内に樹脂が充填しやすいように真空含浸や真空脱気を行っても良い。また、樹脂とガラス基材の密着性を向上させるためにシランカップリング剤等を用いても良い。
【００７９】
イオン交換処理後のガラス基材には微細クラックが生成しているため、屈折率を直接測定するのは困難である。そこで屈折率を次のように推定する。まず屈折率が約０．０１ずつ異なる有機溶媒を用意する。次にそれぞれの有機溶媒をイオン交換処理後のガラス基材の微細クラックに含浸させて、散乱強度が極小となる溶媒の屈折率をイオン交換処理後のガラス基材の屈折率とする。
【００８０】
屈折率測定用の有機溶媒としては、例えば下記の有機溶媒を用いることができる。屈折率の範囲や測定温度などの条件に合わせる場合など、必要に応じて他の有機溶媒を用いても良い。
有機溶媒                  屈折率（２０℃、波長５８９．３ｎｍ）
イソプロピルベンゼン      １．４９
メタキシレン              １．５０
オルトキシレン            １．５１
シクロヘプタトリエン      １．５２
シクロヘキシルベンゼン    １．５３
テトラリン                １．５４
【００８１】
光透過性の樹脂層や屈折率測定用の有機溶媒の屈折率測定にはアッベ屈折計を用いることができる。光透過性の樹脂層の屈折率測定では、屈折率測定用に薄片状の硬化樹脂を作製する。
【００８２】
該光透過性の樹脂層の厚さは０．０３〜１０００μｍであることが好ましい。該光透過性の樹脂層の厚さとはクラックが形成されているガラス基材の最表面から光透過性の樹脂層の最表面までの距離であり、微細クラック内部に含浸されている光透過性の樹脂は含めない。光透過性の樹脂層の厚さが０．０３〜１０００μｍであると、材料の無駄が少なく、十分な強度を有する光学材料が得られやすい。光透過性の樹脂層の厚さは０．１μｍ以上がより好ましく、１μｍ以上が特に好ましい。光透過性の樹脂層の厚さは５００μｍ以下がより好ましく、３００μｍ以下が特に好ましい。
【００８３】
光透過性の樹脂層には機能性を付与するための補助成分が含まれていても良い。補助成分が付与する機能としては蛍光、導電、光吸収、酸化防止等が挙げられる。補助成分の形態は分子状でもポリマー状でもよく、粒子状でも良い。一例として、光透過性の樹脂層に蛍光体粒子を分散させることで蛍光機能を付与して、照明として使用することが挙げられる。
【００８４】
微細クラックを形成したガラス基材は、光透過性の樹脂層を介してフィルム状または板状の補助部材とラミネートされていても良い。補助部材としては光を反射するミラーや、光を透過するガラス板等が挙げられる。ラミネートすることで光学部材の強度をさらに向上させるとともに、ラミネート材料がミラーであれば反射によって光の利用効率を向上させることができる。
【００８５】
ガラス基材の表面に微細クラックを形成した後、１）化学強化処理と、２）樹脂層による被覆の両方を行うことができる。一般的には、化学強化処理の後に樹脂層による被覆を行うことにより、機械的強度の高い光学部材を得ることができる。
【００８６】
尚、上述の化学強化処理の例は、微細クラックの形成後に、ガラス基材中のリチウムイオンまたはナトリウムイオン、もしくはリチウムイオンおよびナトリウムイオンを、カリウムイオンとイオン交換することにより行われる。このイオン交換は、リチウムイオンまたはナトリウムイオンの少なくともいずれかを、カリウムイオンに直接交換することを意味する。また、このイオン交換は、リチウムイオンまたはナトリウムイオンのうちのリチウムイオンのみをナトリウムイオンに交換した後、ナトリウムイオンをカリウムイオンに交換することをも意味する。
【００８７】
本発明の光学部材の製造方法により製造された光学部材は、ガラス基材の表面に無数の微細クラックを有する光散乱性の光学部材である。無数の微細クラックはガラス基材中の少なくともナトリウムイオンおよびカリウムイオンのいずれかと、リチウムイオンとをイオン交換処理することで形成されている。また、イオン交換前のガラス基材が酸化物ガラスであり、含まれるＮａ２ＯとＫ２Ｏの合計が酸化物基準の質量百分率表示で５〜４０％である。ガラス基材の表面に微細クラックを形成した後に、化学強化処理が行われている。または、ガラス基材の表面に微細クラックを形成した後に、微細クラックを有する表面が光透過性の樹脂層で被覆されている。ガラス基材の表面に微細クラックを形成した後に、化学強化処理が行われ、さらに微細クラックを有する表面が光透過性の樹脂層で被覆されていてもよい。
【００８８】
本発明の光学部材の製造方法により製造された光学部材には各種の部材や電子部品を搭載して所定の装置を製造することが可能である。また、本発明の光学部材の製造方法により製造された光学部材を用いてディスプレイや照明装置等を製造することが可能である。光学部材に各種電子部品や光源などを取り付けることにより、実用性に優れたディスプレイや照明装置等を製造することが可能である。
【実施例】
【００８９】
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。例１〜例５が本発明における実施例であり、例６〜例１１は微細クラック形成後に化学強化処理および光透過性の樹脂層での被覆のいずれも行っていない参考例である。
【００９０】
［屈折率測定］
光透過性の樹脂層や屈折率測定用の有機溶媒の屈折率測定にはアッベ屈折計を用いる。光透過性の樹脂層の屈折率測定では、屈折率測定用に薄片状の硬化樹脂を作製する。
【００９１】
イオン交換処理後の微細クラックを有するガラス基材に屈折率の異なる下記の溶媒を順に含浸させる。光散乱が極小となる溶媒の屈折率をイオン交換処理後の微細クラックを有するガラス基材の屈折率とする。測定は２０℃で行い、溶媒を変更する場合は微細クラック内に前の溶媒が残らないようにアセトンで洗浄する。
溶媒                      屈折率（２０℃、波長５８９．３ｎｍ）
オルトキシレン            １．５１
シクロヘプタトリエン      １．５２
シクロヘキシルベンゼン    １．５３
テトラリン                １．５４
【００９２】
［例１］  
下記組成で表わされるガラス基材を用意した（単位は質量％）。
ＳｉＯ２          ６１
Ａｌ２Ｏ３        １４
ＭｇＯ            ６
ＺｒＯ２          １
Ｎａ２Ｏ          １２
Ｋ２Ｏ            ６
ガラス基材はフロート法で作製されており、５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形状に切断されていた。厚さは０．７ｍｍであった。
【００９３】
ステンレス製の容器にＬｉＮＯ３の粉末を入れて、電気炉を用いて４２０℃で溶融させてＬｉＮＯ３溶融塩とした。４２０℃のＬｉＮＯ３溶融塩に４２０℃に加熱したガラス基材を１時間浸漬してイオン交換処理を行った。イオン交換処理後はガラス基材を取り出して、室温まで徐冷した後に残留する塩を熱湯で洗浄した。
イオン交換処理後のガラス基材の外観は白色であり、微細クラックによる光散乱が生じていることが分かる。イオン交換処理後のガラス基材は手で容易に割ることができた。
【００９４】
次にステンレス製の容器にＫＮＯ３の粉末を入れて、電気炉を用いて４２０℃で溶融させてＫＮＯ３溶融塩とした。４２０℃のＫＮＯ３溶融塩に４２０℃に加熱したイオン交換処理後のガラス基材を１時間浸漬して化学強化処理を行った。化学強化処理後はガラス基材を取り出して、室温まで徐冷した。残留する塩を熱湯で洗浄し、化学強化された光学部材を得た。
【００９５】
化学強化された光学部材の外観は白色であり、化学強化処理前と同様であった。化学強化された光学部材を手で割ったところ、化学強化処理前と比べて明らかに強度が上がっていた。
【００９６】
さらに化学強化された光学部材の割断面についてＳＥＭ観察を行った。結果を図９に示す。ガラス基材の全体に不規則な微細クラックが形成されていることが分かる。
【００９７】
［例２］  
下記組成で表わされるガラス基材を用意した（単位は質量％）。
ＳｉＯ２          ７２
Ａｌ２Ｏ３        ２
ＭｇＯ            ５
ＣａＯ            ８
Ｎａ２Ｏ          １３
ガラス基材はフロート法で作製されており、５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形状に切断されていた。厚さは０．７ｍｍであった。
【００９８】
ステンレス製の容器にＬｉＮＯ３の粉末を入れて、電気炉を用いて３２０℃で溶融させてＬｉＮＯ３溶融塩とした。３２０℃のＬｉＮＯ３溶融塩に３２０℃に加熱したガラス基材を２０分浸漬してイオン交換処理を行った。イオン交換処理後はガラス基材を取り出して、２２０℃まで急冷した後に室温まで徐冷した。残留する塩は熱湯で洗浄した。
【００９９】
イオン交換処理後のガラス基材の外観は半透明であり、微細クラックによる光散乱が生じていることが分かる。イオン交換処理後のガラス基材は手で容易に割ることができた。
【０１００】
イオン交換処理後の割断面についてＳＥＭ観察を行った。結果を図１０に示す。ガラス基材中で微細クラックが形成されている領域の深さはガラス基材の両面で約９０μｍずつであった。最表面には微細クラックの少ない板状の層が見られた。
【０１０１】
また、イオン交換処理後のガラス基材の屈折率に屈折率測定用の有機溶媒を含浸させたところ、屈折率１．５２のシクロヘプタトリエンを含浸させた時に光散乱が極小となった。
【０１０２】
次に２液型の常温硬化エポキシ樹脂の硬化剤と主剤を所定割合で混合した。混合後の粘度は約５００ｃｐｓである。混合した常温硬化エポキシ樹脂をイオン交換処理後のガラス基材上に塗布して１０分間真空脱気した後に、大気中で２４時間静置して硬化させて表面が光透過性の樹脂層で被覆された光学部材を得た。
【０１０３】
別途屈折率測定用に上記と同じ条件で硬化させた常温硬化エポキシ樹脂の薄片を用意してアッベ屈折計で波長５８９．３ｎｍの光の屈折率を測定した。２０℃における屈折率は１．５７であった。
【０１０４】
光透過性の樹脂層で被覆された光学部材の外観は半透明であったが、樹脂層被覆前と比べて光散乱が減少していた。光透過性の樹脂層で被覆された光学部材を手で割ったところ、樹脂層被覆前と比べて明らかに強度が上がっていた。
【０１０５】
光透過性の樹脂層で被覆された光学部材について、断面試料作製用イオンミリング装置（ＩＭ）（Ｅ−３５００・日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて断面を加工してからＳＥＭ観察を行った。結果を図１１に示す。黒色に見える部分がエポキシ樹脂であり、樹脂が微細クラックの先端にまで充填されていることが分かる。光透過性の樹脂層の厚さは約４μｍであった。
【０１０６】
［例３］  
イオン交換処理を行う前に、ガラス基材の両面をＳｉＣ砥粒が付着した研磨紙で研磨したこと以外は例２と同様に行った。そして、イオン交換処理後の割断面についてＳＥＭ観察を行った。結果を図１２に示す。ガラス基材を研磨しなかった図１１の場合に存在していた最表面の微細クラックの少ない板状の層が図１２では見られていない。光透過性の樹脂層で被覆された光学部材を手で割ったところ、樹脂層被覆前と比べて明らかに強度が上がっていた。
【０１０７】
［例４］  
例２と同じガラス基材を用意した。ＬｉＣｌとＫＣｌが重量比で４５：５５となるように混合してアルミナ製るつぼに入れ、４２０℃で溶融させてＬｉＣｌ−ＫＣｌ溶融塩とした。るつぼにさらにＬｉＣｌ−ＫＣｌ溶融塩を追加して、表面張力でるつぼの縁より上まで盛り上がるようにし、４２０℃に加熱したイオン交換処理前のガラス基材を載せてイオン交換処理した。２０分後にガラス基材をるつぼの上から外して、室温まで徐冷した後に残留する塩を熱湯で洗浄した。イオン交換処理後のガラス基材は片面にのみ微細クラックが形成されており、光の角度によって散乱の程度が異なっていた。イオン交換処理後のガラス基材は手で容易に割ることができた。
【０１０８】
イオン交換処理後の割断面についてＳＥＭ観察を行った。図１３に示すように、ガラス基材の表面に対して概ね垂直な微細クラックが形成されていたが、表面には微細クラックの少ない板状の層と不規則な微細クラックの層が存在していた。また、イオン交換処理後のガラス基材の屈折率に屈折率測定用の有機溶媒を含浸させたところ、屈折率１．５３のシクロヘキシルベンゼンを含浸させた時に光散乱が極小となった。
【０１０９】
次に２液型の常温硬化エポキシ樹脂の硬化剤と主剤を所定割合で混合した。混合後の粘度は約５００ｃｐｓである。混合した常温硬化エポキシ樹脂をイオン交換処理後のガラス基材上に塗布して１０分間真空脱気した後に、大気中で２４時間静置して硬化させて表面が光透過性の樹脂層で被覆された光学部材を得た。
【０１１０】
別途屈折率測定用に上記と同じ条件で硬化させた常温硬化エポキシ樹脂の薄片を用意してアッベ屈折計で波長５８９．３ｎｍの光の屈折率を測定した。２０℃における屈折率は１．５７であった。
【０１１１】
光透過性の樹脂層で被覆された光学部材の外観は半透明で樹脂層被覆前と比べて光散乱が減少していた。光透過性の樹脂層で被覆された光学部材を手で割ったところ、樹脂層被覆前と比べて明らかに強度が上がっていた。
【０１１２】
光透過性の樹脂層で被覆された光学部材について、断面試料作製用イオンミリング装置（ＩＭ）（Ｅ−３５００・日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて断面を加工してからＳＥＭ観察を行った。結果を図１４に示す。黒色に見える部分がエポキシ樹脂であり、樹脂が微細クラックの先端にまで充填されていることが分かる。光透過性の樹脂層の厚さは約１２μｍであった。
【０１１３】
［例５］  
イオン交換処理後に研磨スラリー（ＣｅＯ２砥粒）と研磨装置を用いて、イオン交換処理後のガラス基材の微細クラックが形成されている面を約５０μｍ研磨した以外は例４と同様に行った。
【０１１４】
イオン交換処理後のガラス基材は片面にのみ微細クラックが形成されており、光の角度によって散乱の程度が異なっていた。例えば図１５のように概ね垂直に見ると光が透過するため反対側の景色が見えるが、図１６のようにわずかに角度をつけると散乱により反対側が見えなくなる。イオン交換処理後のガラス基材は手で容易に割ることができた。
【０１１５】
イオン交換処理後（研磨後）の割断面についてＳＥＭ観察を行った。図１７に示すように、ガラス基材の表面に対して概ね垂直な微細クラックが形成されており、例４で見られた表面の微細クラックの少ない板状の層と不規則な微細クラックの層は研磨により除去されていた。
【０１１６】
光透過性の樹脂層で被覆された光学部材の外観は半透明で樹脂層被覆前と比べて光散乱が減少していた。光透過性の樹脂層で被覆された光学部材を手で割ったところ、樹脂層被覆前と比べて明らかに強度が上がっていた。
【０１１７】
［例６］
例１と同じガラス基材を用意した。ガラス基材上にＬｉＮＯ３の粉末をまばらに撒いて、電気炉中で３３０℃４時間の熱処理を行った。室温まで徐冷した後に残留する塩を熱湯で洗浄した。
【０１１８】
イオン交換処理後のガラス基材はＬｉＮＯ３の粉末が残留していた部分の周囲だけ白濁していた。割断面のＳＥＭ像を図１８に示す。残留していたＬｉＮＯ３の粉末の量に応じてガラス基材中で微細クラックが形成されている領域の深さが異なる。
【０１１９】
［例７］
例１と同じガラス基材を用意した。スパッタ装置を用いてガラス基材の両面に金を約２００ｎｍスパッタしてマスクとした。金は側面にも回り込んで膜を形成していた。次にカッターを用いてマスクに幅１００μｍの傷をつけてガラス基材を露出させた。
【０１２０】
ステンレス製の容器にＬｉＮＯ３の粉末を入れて、電気炉を用いて３３０℃で溶融させてＬｉＮＯ３溶融塩とした。３３０℃のＬｉＮＯ３溶融塩に３３０℃に加熱したマスク付きガラス基材を１５分浸漬してイオン交換処理を行った。イオン交換処理後はガラス基材を取り出して、室温まで徐冷した。残留する塩は熱湯で洗浄した。
【０１２１】
得られたイオン交換処理後のガラス基材の割断面のＳＥＭ像を図１９に示す。図１９において、二つの両端矢印で示した部分がマスクを形成した部分である。マスクが無くガラス基材が露出した部分（二つの両端矢印の間の部分）から、ガラス基材の平面方向と深さ方向に同じ距離だけ微細クラックが進行していた。
【０１２２】
［例８］
例２と同じガラス基材を用意した。ＬｉＣｌとＫＣｌを重量比で４５：５５となるように混合した後に、ガラス基材上に均一に撒いて、電気炉中で４２０℃１時間の熱処理を行った。室温まで徐冷した後に残留する塩を熱湯で洗浄した。
【０１２３】
イオン交換処理後のガラス基材はＬｉＣｌとＫＣｌの粉末が残留していた部分の周囲だけ白濁していた。割断面のＳＥＭ像を図２０に示す。微細クラックに深さ方向の多少のばらつきが見られるが、例４と同様にガラス表面に対して概ね垂直な微細クラックが形成されていた。
【０１２４】
［例９］
例２と同じガラス基材を用意した。ＬｉＮＯ３とＬｉ２ＳＯ４・Ｈ２Ｏを重量比で５０：５０となるように混合して、ガラス基材上に均一に撒いて、電気炉中で４２０℃１時間の熱処理を行った。室温まで徐冷した後に残留する塩を熱湯で洗浄した。
【０１２５】
イオン交換処理後のガラス基材はＬｉＮＯ３とＬｉ２ＳＯ４・Ｈ２Ｏの粉末が残留していた部分の周囲だけ白濁していた。割断面のＳＥＭ像を図２１に示す。基材中で微細クラックが形成されている領域の深さは一定で、約１００μｍであった。
【０１２６】
［例１０］
例１と同じガラス基材を用意した。ＬｉＣｌとＫＣｌが重量比で４５：５５となるように混合してアルミナ製るつぼに入れ、４２０℃で溶融させてＬｉＣｌ−ＫＣｌ溶融塩とした。４２０℃のＬｉＣｌ−ＫＣｌ溶融塩に４２０℃に加熱したガラス基材を２０分浸漬してイオン交換処理を行った。イオン交換処理後はガラス基材を取り出して、室温まで徐冷した後に残留する塩を熱湯で洗浄した。
【０１２７】
イオン交換処理後のガラス基材の端面付近の割断面についてＳＥＭ観察を行った。図２２に示すように、ガラス基材の表面に対して概ね垂直な微細クラックが端面付近では湾曲していた。
【０１２８】
［例１１］
例２と同じガラス基材を７００℃で変形させたものをガラス基材とした以外は例１０と同様に行った。図２３に示すように、曲面状のガラス基材に対しても、ガラス基材の表面に対して概ね垂直な微細クラックが形成されていた。
【０１２９】
実施例である例１〜例５では、イオン交換処理によりガラス基材中に微細クラックが形成されており、さらに化学強化処理またはガラス基材の微細クラックを有する表面を光透過性の樹脂層で被覆する処理により強度が向上していた。
【０１３０】
参考例である例６〜例１１では、微細クラックをパターニングする方法、粒子状の塩を撒いてから加熱することでイオン交換する方法、非平面への微細クラックの形成を示している。これらについても化学強化処理および／またはガラス基材の微細クラックを有する表面を光透過性の樹脂層で被覆する処理により強度が向上し、光学材料として好適に使用できると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明の光学部材の製造方法によれば、実用に優れた光学部材を製造することが可能である。当該光学部材は、導光板、拡散板または画像投影用のスクリーンとして好適であり、ディスプレイや照明装置に用いることができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１    ガラス基材
３    微細クラック
１０  光学部材
２１  容器
２２  細い管
３０  含リチウム溶融塩
３１  組成物（含リチウム溶融塩を含む組成物または加熱時に含リチウム溶融塩を生成する組成物）
Ｐ    微細クラックの先端の位置を概略的に表す破線
【図１】
2017132654.tif 000003
【図２】
2017132654.tif 000004
【図３】
2017132654.tif 000005
【図４】
2017132654.tif 000006
【図５】
2017132654.tif 000007
【図６】
2017132654.tif 000008
【図７】
2017132654.tif 000009
【図８】
2017132654.tif 000010
【図９】
2017132654.tif 000011
【図１０】
2017132654.tif 000012
【図１１】
2017132654.tif 000013
【図１２】
2017132654.tif 000014
【図１３】
2017132654.tif 000015
【図１４】
2017132654.tif 000016
【図１５】
2017132654.tif 000017
【図１６】
2017132654.tif 000018
【図１７】
2017132654.tif 000019
【図１８】
2017132654.tif 000020
【図１９】
2017132654.tif 000021
【図２０】
2017132654.tif 000022
【図２１】
2017132654.tif 000023
【図２２】
2017132654.tif 000024
【図２３】
2017132654.tif 000025