(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機材料からなる母材の表面に２層以上の樹脂を積層して光学素子を形成する方法であって、母材表面にシランカップリング剤からなるプライマー層を形成し、当該プライマー層に第１層目の樹脂を付着させた後、第１層目の樹脂の上から、前記プライマー層のうち第１層目の樹脂に覆われていない部分に第２層目の樹脂が付着されるように第２層目の樹脂を付着させ、以後、３層目以上の樹脂を積層する場合は、前記プライマー層のうち当該層より下層の樹脂に覆われていない部分に当該層の樹脂が付着されるように当該層の樹脂を付着させる工程を繰り返すことにより、母材の上に２層以上の樹脂を積層する工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
母材の表面に２層以上の樹脂を積層して光学素子を形成する方法であって、母材の表面にケイ素酸化物又は金属酸化物からなる薄膜を形成し、その上にシランカップリング剤からなるプライマー層を形成し、当該プライマー層に第１層目の樹脂を付着させた後、第１層目の樹脂の上から、前記プライマー層のうち第１層目の樹脂に覆われていない部分に第２層目の樹脂が付着されるように第２層目の樹脂を付着させ、以後、３層目以上の樹脂を積層する場合は、前記プライマー層のうち当該層より下層の樹脂に覆われていない部分に当該層の樹脂が付着されるように当該層の樹脂を付着させる工程を繰り返すことにより、母材の上に２層以上の樹脂を積層する工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項３】
無機材料からなる母材の表面に２層以上の樹脂を積層して光学素子を形成する方法であって、母材の表面にシランカップリング剤からなる第１のプライマー層を形成し、当該第１のプライマー層に第１層目の樹脂を付着させた後、第１層目の樹脂の上から、シランカップリング剤からなる第２のプライマー層を、第１層目の樹脂を覆い、かつ、第１のプライマー層に達するように形成し、その上から第２層目の樹脂を、第２のプライマー層が第１層目の樹脂を覆っている部分と、第１のプライマー層に達している部分を覆うように付着させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項４】
母材の表面に２層以上の樹脂を積層して光学素子を形成する方法であって、母材の表面にケイ素酸化物又は金属酸化物からなる薄膜を形成し、その上にシランカップリング剤からなる第１のプライマー層を形成し、当該第１のプライマー層に第１層目の樹脂を付着させた後、第１層目の樹脂の上から、シランカップリング剤からなる第２のプライマー層を、第１層目の樹脂を覆い、かつ、第１のプライマー層に達するように形成し、その上から第２層目の樹脂を、第２のプライマー層が第１層目の樹脂を覆っている部分と、第１のプライマー層に達している部分を覆うように付着させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】
無機材料からなる母材の表面に２層以上の樹脂を積層して光学素子を形成する方法であって、母材の表面にシランカップリング剤からなる第１のプライマー層を形成し、当該第１のプライマー層に第１層目の樹脂を付着させた後、第１のプライマー層のうち、第１層目の樹脂で覆われていない部分を除去し、第１層目の樹脂の上から、シランカップリング剤からなる第２のプライマー層を、第１層目の樹脂を覆い、かつ、母材に達するように形成し、その上から第２層目の樹脂を、第２のプライマー層が第１層目の樹脂を覆っている部分と、母材に達している部分を覆うように付着させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項６】
母材の表面に２層以上の樹脂を積層して光学素子を形成する方法であって、母材の表面にケイ素酸化物又は金属酸化物からなる薄膜を形成し、その上にシランカップリング剤からなる第１のプライマー層を形成し、当該第１のプライマー層に第１層目の樹脂を付着させた後、第１のプライマー層のうち、第１層目の樹脂で覆われていない部分を除去し、第１層目の樹脂の上から、シランカップリング剤からなる第２のプライマー層を、第１層目の樹脂を覆い、かつ、前記薄膜に達するように形成し、その上から第２層目の樹脂を、第２のプライマー層が第１層目の樹脂を覆っている部分と、前記薄膜に達している部分を覆うように付着させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型の回折格子等、母材の上に２層以上の樹脂を積層することにより所定の光学特性を持たせた光学素子の製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、樹脂同士の界面に良好な付着力を持たせ、耐環境性を向上させた光学素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過型の回折格子等の光学素子の中には、ガラス等の母材の表面に所定の表面形状パターンを有する第１層目の樹脂層を形成し、その上に第１層目の樹脂と異なる屈折率を有する第２層目の樹脂層を形成し、これらの樹脂間での光の干渉を利用して所定の光学特性を有するようにしたものがある。その例を図６に示す。図６は断面図であるが、かえって分かりにくくなるのでハッチングを省略する。
【０００３】
図６において母材であるガラス等の透明基板１１の上にシランカップリング処理層１４が形成され、その上に第１層目の樹脂層１２が形成されている。そして、樹脂層１２の表面には回折格子等の光学的特性を与えるようにパターンが形成されている。樹脂層１２の上にはさらにシランカップリング処理層１５が形成され、その上に第１の樹脂層１２と屈折率の異なる第２の樹脂層１３が形成されている。そして、第１の樹脂層１２と第２の樹脂層１３の屈折率の違いと、両者の間に形成されたパターン形状によって、所定の光学特性を有するようになっている。
【０００４】
このような光学素子においてシランカップリング処理層は、透明基板１１と第１の樹脂層１２、及び第１の樹脂層１２と第２の樹脂層１３の接着のために使用されている。第１の樹脂層１２と第２の樹脂層１３の接着は、シランカップリング剤のようなプライマー層を用いる方法の他に、短波長の紫外線照射、スパッタリング処理、プラズマ処理等により境界面を改質し、密着性を良くする方法が使用されており、たとえば特開２００１−２５５４０８号公報に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シランカップリング剤による接着は、無機材料と有機材料の接着には適しているが、有機材料同士の接着には適していない。そのため、図６に示す例においては、透明基板１１と第１層目の樹脂層１２の接着は良好に行われるものの、第１の樹脂層１２と第２の樹脂層１３間の接着は、必ずしも良好に行われない。従って、このような光学素子は耐環境性が良好でなく、使用中に樹脂層の剥がれが発生する場合がある。
【０００６】
また、短波長の紫外線照射、スパッタリング処理、プラズマ処理等により境界面を改質し、密着性を良くする方法を使用した場合、これらの処理に伴い、樹脂層が変色する可能性があるという問題点がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、母材の上に２層以上の樹脂を積層することにより所定の光学特性を持たせた光学素子であって、樹脂層同士の密着性を安定させ、耐環境性に優れたものを製造する方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、無機材料からなる母材の表面に２層以上の樹脂を積層して光学素子を形成する方法であって、母材表面にシランカップリング剤からなるプライマー層を形成し、当該プライマー層に第１層目の樹脂を付着させた後、第１層目の樹脂の上から、前記プライマー層のうち第１層目の樹脂に覆われていない部分に第２層目の樹脂が付着されるように第２層目の樹脂を付着させ、以後、３層目以上の樹脂を積層する場合は、前記プライマー層のうち当該層より下層の樹脂に覆われていない部分に当該層の樹脂が付着されるように当該層の樹脂を付着させる工程を繰り返すことにより、母材の上に２層以上の樹脂を積層する工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項１）である。
【０００９】
本手段においては、母材表面にプライマー層を形成し、これを接着層として第１層目の樹脂を積層する点は、従来の技術と同じである。しかし、本手段においては、プライマー層の面積を第１層目の樹脂の面積より大きくしておき、プライマー層に第１層目の樹脂で覆われていない部分を作っておく、そして、第２層目の樹脂を積層するとき、第２層目の樹脂の端部がプライマー層のうち第１層目の樹脂に覆われていない部分に付着するように、第２層目の樹脂を形成する。
【００１０】
このようにすると、第２層の樹脂も、プライマー層を介して母材と接着される。この接着は無機材料と有機材料の接着なので強固で安定している。よって、第１層目の樹脂と第２の層目の樹脂の間の結合も強固で安定したものとなり、耐環境性に優れたものとなる。
【００１１】
以下、第３層目以上の樹脂が積層される場合は、各々の樹脂層の端部が、前記プライマー層に付着するようにすることにより、各層が母材と接着されることになるので、同様の理由により耐環境性に優れたものとなる。
【００１２】
前記課題を解決するための第２の手段は、母材の表面に２層以上の樹脂を積層して光学素子を形成する方法であって、母材の表面にケイ素酸化物又は金属酸化物からなる薄膜を形成し、その上にシランカップリング剤からなるプライマー層を形成し、当該プライマー層に第１層目の樹脂を付着させた後、第１層目の樹脂の上から、前記プライマー層のうち第１層目の樹脂に覆われていない部分に第２層目の樹脂が付着されるように第２層目の樹脂を付着させ、以後、３層目以上の樹脂を積層する場合は、前記プライマー層のうち当該層より下層の樹脂に覆われていない部分に当該層の樹脂が付着されるように当該層の樹脂を付着させる工程を繰り返すことにより、母材の上に２層以上の樹脂を積層する工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項２）である。
【００１３】
本手段は、プライマー層の形成に先立ち、母材の表面に金属酸化物からなる薄膜を形成し、その上にプライマー層を形成しているところのみが前記第１の手段と異なっている。本手段は、樹脂層と母材を結合するシランカップリング剤等のプライマー層の効果が少ない母材が用いられる場合に適している。
【００１４】
このような母材として典型的なものは、SiＯ２の含有量が少ない母材、特にSiＯ２の含有量が５％以下の硝材である。このような母材を使用するときは、母材の表面にケイ素酸化物又は金属酸化物からなる薄膜を形成し、その上にプライマー層を形成することにより、樹脂層との密着性を高めることができる。
【００１５】
このような金属酸化薄膜としては、Al２Ｏ３等が考えられるが、使用する波長に対して透明度が要求される場合は、Al２Ｏ３やTa２Ｏ５、Nb２Ｏ５等の金属酸化物の薄膜と、SiＯ２薄膜を交互に積層して多層薄膜を形成し、その透過率を高める方法を採用すればよい。その際、最上層をSiＯ２薄膜とし、その上にプライマー層を形成すれば、樹脂層との密着性の面から好ましい。
【００１６】
前記課題を解決するための第３の手段は、無機材料からなる母材の表面に２層以上の樹脂を積層して光学素子を形成する方法であって、母材の表面にシランカップリング剤からなる第１のプライマー層を形成し、当該第１のプライマー層に第１層目の樹脂を付着させた後、第１層目の樹脂の上から、シランカップリング剤からなる第２のプライマー層を、第１層目の樹脂を覆い、かつ、第１のプライマー層に達するように形成し、その上から第２層目の樹脂を、第２のプライマー層が第１層目の樹脂を覆っている部分と、第１のプライマー層に達している部分を覆うように付着させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項３）である。
【００１７】
本手段と前記第１の手段との違いは、第１層目の樹脂を覆うように第２のプライマー層が形成され、その端部が第１のプライマー層に達して、第１のプライマー層と一体化していることである。よって、製品の構造的には、第１の樹脂層と第２の樹脂層の間にプライマー層が形成されている点が異なる。前述のように、プライマー層は、有機物同士の結合をあまり強固にできないが、ある程度の効果はあるので、本手段においては、第１の樹脂層と第２の樹脂層の密着性をより強固にすることができる。
【００１８】
なお、本手段においては、第２層までの製造方法しか限定していないが、第３層以上の樹脂層を有する場合は、例えば、前記第１の手段の方法を採用してもよいし、本手段における第２層目の形成方法と同じ方法を適宜採用してもよい。
【００１９】
前記課題を解決するための第４の手段は、母材の表面に２層以上の樹脂を積層して光学素子を形成する方法であって、母材の表面にケイ素酸化物又は金属酸化物からなる薄膜を形成し、その上にシランカップリング剤からなる第１のプライマー層を形成し、当該第１のプライマー層に第１層目の樹脂を付着させた後、第１層目の樹脂の上から、シランカップリング剤からなる第２のプライマー層を、第１層目の樹脂を覆い、かつ、第１のプライマー層に達するように形成し、その上から第２層目の樹脂を、第２のプライマー層が第１層目の樹脂を覆っている部分と、第１のプライマー層に達している部分を覆うように付着させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項４）である。
【００２０】
本手段は、プライマー層の形成に先立ち、母材の表面にケイ素酸化物又は金属酸化物からなる薄膜を形成し、その上に第１のプライマー層を形成しているところのみが前記第３の手段と異なっている。すなわち、本手段は前記第３の手段に前記第２の手段の技術的思想を適用したものであり、その作用効果は、第３の手段の作用効果に、前記第２の手段の説明で述べた作用効果が加わったものとなる。
【００２１】
前記課題を解決するための第５の手段は、無機材料からなる母材の表面に２層以上の樹脂を積層して光学素子を形成する方法であって、母材の表面にシランカップリング剤からなる第１のプライマー層を形成し、当該第１のプライマー層に第１層目の樹脂を付着させた後、第１のプライマー層のうち、第１層目の樹脂で覆われていない部分を除去し、第１層目の樹脂の上から、シランカップリング剤からなる第２のプライマー層を、第１層目の樹脂を覆い、かつ、母材に達するように形成し、その上から第２層目の樹脂を、第２のプライマー層が第１層目の樹脂を覆っている部分と、母材に達している部分を覆うように付着させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項５）である。
【００２２】
前記課題を解決するための第６の手段は、母材の表面に２層以上の樹脂を積層して光学素子を形成する方法であって、母材の表面にケイ素酸化物又は金属酸化物からなる薄膜を形成し、その上にシランカップリング剤からなる第１のプライマー層を形成し、当該第１のプライマー層に第１層目の樹脂を付着させた後、第１のプライマー層のうち、第１層目の樹脂で覆われていない部分を除去し、第１層目の樹脂の上から、シランカップリング剤からなる第２のプライマー層を、第１層目の樹脂を覆い、かつ、前記薄膜に達するように形成し、その上から第２層目の樹脂を、第２のプライマー層が第１層目の樹脂を覆っている部分と、前記薄膜に達している部分を覆うように付着させる工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項６）である。
【００２３】
これら第５の手段、第６の手段は、それぞれ前記第３の手段、第４の手段とは、第１のプライマー層に第１層目の樹脂を付着させた後、第１のプライマー層のうち、第１層目の樹脂で覆われていない部分を除去する工程が加わっているところが異なっているのみである。このようにすると、第２のプライマー層を直接母材や母材表面に形成された薄膜に付着させることができるので、第２層目の樹脂層と母材との密着性を強固にでき、対環境性に優れた光学素子を製造することができる。
なお、これら第１の手段から第６の手段の方法は、回折光学素子を製造するのに特に適している。
【００２５】
シランカップリング処理層は、無機物と有機物を結合させるプライマー層として優れているので、前記第１の手段から第６の手段に適用するのに好ましい物質である。
【００２６】
【実施例】
＜実施例１＞
図１に示すような光学素子を製造した。以下の図１〜図５は、いずれも円筒状の部材をその中心軸を通る平面で切断した断面図であるが、かえって分かりにくくなるのでハッチングを省略する。
【００２７】
母材１として外径６０mmのＢＫ７を使用し、その表面にシランカップリング剤ＫＢＭ５０３（登録商標：信越化学製）のエチルアルコール／水の混合溶液をスピンコートにて全面に塗布し、ベーキングしてプライマー層４を形成した。その母材と格子形状を有する金型を近接させ、その間隙に未硬化の第１層目の樹脂２を充填した。第１層目の樹脂としては、ＲＣ８７２０（登録商標：大日本インキ製）を使用した。
【００２８】
金型は、第１層目の樹脂層２の外径が５５mmであり、その表面に格子高２０μｍ、格子ピッチが中心付近で２mm、外周付近で0.12mmとなるピッチ配列のパターンを具備する回折格子が形成されるようなものを用いた。
【００２９】
この状態で、母材を通して紫外線を２分間照射し、第１層目の樹脂層２を硬化させた後、離型した。その上にさらに未硬化の第２層目の樹脂３を滴下し、金型と近接させて成形した後、第１層目と同様に紫外線硬化させて離型した。
【００３０】
第２層目の樹脂３として、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレート５８wt％、2-Propenoicacid[5,5'-[9H-fruolene-9-ylidene]bis[(1,1'-biphenyl)-2poly(oxy-2,1-ethanediyl)ester]41.5wt％、光開始剤イルガキュア１８４（登録商標）0.5wt％からなる組成物を用いた。
【００３１】
２層目の樹脂層３用の金型は、２層目の樹脂層３の外径が５８mm、表面がフラットとなるようなものを用いた。よって、１層目の樹脂層２の外径より２層目の樹脂層３の外径が３mm大きく、1.5mmの幅だけ、全円周にわたって、２層目の樹脂層３が、プライマー層４に付着することになる。
このようにして形成された光学素子を、５０℃、湿度９０％の雰囲気中に100時間曝したが、界面剥離は発生しなかった。
【００３２】
＜実施例２＞
図２に示すような光学素子を製造した。母材１、１層目の樹脂層２、２層目の樹脂層３の材料は実施例１と同じである。２層目の樹脂層３の形成までの工程は、実施例１と同じであるが、２層目の樹脂層用の金型として、２層目の樹脂層３の外径が５８mmで、その表面に格子高２０μｍ、ピッチ200μｍの直線状のパターンが形成されるようなものを用いた。
【００３３】
さらに、その上から、１層目の樹脂と同じ材質の樹脂を３層目の樹脂５として滴下し、金型と近接させて成形した後、第１層目と同様に紫外線硬化させて離型した。金型は、３層目の樹脂層５の外径が６２mmで、表面がフラットとなるようなものを用いた。よって、２層目の樹脂層３の外径より３層目の樹脂層５の外径が４mm大きく、２mmの幅だけ、全円周にわたって、３層目の樹脂層５が、プライマー層４に付着することになる。
このようにして形成された光学素子を、５０℃、湿度９０％の雰囲気中に100時間曝したが、界面剥離は発生しなかった。
【００３４】
＜実施例３＞
図３に示すような光学素子を製造した。母材１、１層目の樹脂層２、２層目の樹脂層３の材料は実施例１と同じである。１層目の樹脂層２の形成までの工程は、実施例１と同じである。この実施例では、１層目の樹脂層２を形成した後、その上からシランカップリング剤ＫＢＭ５０３（登録商標：信越化学製）のエチルアルコール／水の混合溶液をスピンコートにて全面に塗布し、ベーキングして第２のプライマー層６を形成した。第２のプライマー層６とプライマー層４とは、図に示すように、第２のプライマー層６の端部（円周部）で密着している。
【００３５】
そして、第２のプライマー層６の上から、未硬化の第２層目の樹脂３を滴下し、金型と近接させて成形した後、第１層目と同様に紫外線硬化させて離型した。第２層目の樹脂は、実施例１と同じものを用い、金型も実施例１と同じものを用いた。この実施例においては、第２の樹脂層３の円周部が1.5mmの幅にわたって、第２のプライマー層６に付着しているが、第２のプライマー層６と第１のプライマー層４が実質的に一体となっているので、第２の樹脂層３を強固に母材１に接着することができる。
このようにして形成された光学素子を、５０℃、湿度９０％の雰囲気中に100時間曝したが、界面剥離は発生しなかった。
【００３６】
＜実施例４＞
図４に示すような光学素子を形成した。この実施の形態においては、SiＯ２含有量が５％未満の硝材を母材１として用いた。母材１の外径６０mmとした。母材１の上にSiＯ２と金属酸化膜であるAl２Ｏ３とを交互に積層して構成し、最表層をSiＯ２とした薄膜７をコーティングし、その上に実施例１と同じ方法によりプライマー層４を形成した。その後は、実施例１と同じ方法で、第１の樹脂層２、第２の樹脂層３を形成した。
このようにして形成された光学素子を、５０℃、湿度９０％の雰囲気中に100時間曝したが、界面剥離は発生しなかった。
【００３７】
＜実施例５＞
図５に示すような光学素子を形成した。この光学素子は、図３に示したものと類似しているが、第２のプライマー層６が直接母材１に付着するようにされている点が異なっている。母材１、１層目の樹脂層２、２層目の樹脂層３の材料は実施例１と同じである。１層目の樹脂層２の形成までの工程は、実施例１と同じである。その後、洗浄により第１のプライマー層４で１層目の樹脂層２に覆われていない部分を除去し、その後第３の実施例と同様の方法で、第２のプライマー層６を形成した。そして、その上に、第３の実施例と同様の方法で第２の樹脂層３を形成した。
【００３８】
この方法では、第２のプライマー層６が母材１に直接付着しているので、第２の樹脂層３が確実に母材に接合される。
このようにして形成された光学素子を、５０℃、湿度９０％の雰囲気中に100時間曝したが、界面剥離は発生しなかった。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、樹脂層同士の密着性を安定させ、耐環境性に優れた光学素子を提供する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例により製造された光学素子の構成を示す概要図である。
【図２】本発明の第２の実施例により製造された光学素子の構成を示す概要図である。
【図３】本発明の第３の実施例により製造された光学素子の構成を示す概要図である。
【図４】本発明の第４の実施例により製造された光学素子の構成を示す概要図である。
【図５】本発明の第５の実施例により製造された光学素子の構成を示す概要図である。
【図６】従来の光学素子の例を示す図である。
【符号の説明】
１…母材
２…第１の樹脂層
３…第２の樹脂層
４…（第１の）プライマー層
５…第３の樹脂層
６…第２のプライマー層
７…SiＯ２と金属酸化膜であるAl２Ｏ３（金属酸化物）からなる薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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