阅读说明：本技术 树脂制光学部件及其制造方法 (Resin optical component and method for manufacturing same ) 是由 中尾茂树 近藤宏司 宫野博宇 都外川真志 于 2018-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及具有树脂制的基材(2)、形成于其表面的含有金属氧化物的被膜(3)和将基材(2)与被膜(3)之间连结的连结分子链(4)的树脂制光学部件(1)及其制造方法。连结分子链(4)具有式1所示的特定结构。在制造树脂制光学部件(1)时，使含有连结分子的表面处理剂附着于树脂制的基材(2)，照射紫外线，所述连结分子具有键合有烷氧基甲硅烷基或硅烷醇基和叠氮基的三嗪环。接着，在附着面上形成含有金属氧化物的被膜(3)。在上述式1中，A表示任意的2价的连结基团或表示直接键合，R<Sup>1</Sup>表示氢或碳原子数1～6的烷基。<Image he="208" wi="700" file="DDA0002321667250000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>(The present invention relates to a resin optical component (1) having a resin base material (2), a coating (3) containing a metal oxide formed on the surface thereof, and a connecting molecular chain (4) connecting the base material (2) and the coating (3), and a method for producing the same. The linking molecular chain (4) has a specific structure represented by formula 1. In the production of a resin optical member (1), a surface treatment agent containing a linking molecule having a triazine ring to which an alkoxysilyl group or silanol group and an azide group are bonded is attached to a resin base material (2), and ultraviolet light is irradiated. Then, a coating film (3) containing a metal oxide is formed on the adhesion surface. In the formula 1, A represents an arbitrary 2-valent linking group or represents a direct bond, and R 1 Represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.)

树脂制光学部件及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请基于2017年6月19日申请的日本申请号2017-119873号而完成，将其记载内容援引于此。

技术领域

本发明涉及具有树脂制的基材和形成在其上的被膜的树脂制光学部件及其制造方法。

背景技术

透镜、反射镜等光学部件例如由玻璃基材和形成在该基材上的功能性被膜构成。近年来，为了形状自由度的提高、轻型化、原料成本的减少等，研究了从玻璃基材更换为树脂基材。

作为具有树脂基材和形成在其上的被膜的光学部件，例如专利文献1公开了在基材膜的表面形成了含有二氧化硅系微粒的层等的多个层的防反射膜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-198863号公报。

发明内容

然而，具有树脂基材和形成在其表面的被膜的现有光学部件并不能说基材与被膜的粘接性是充分的。换言之，树脂与玻璃相比线膨胀系数高，因此树脂基材容易在高温区域变形。因此，如果在树脂基材上形成被膜，则高温环境下对被膜施加大的热应力，可能会产生裂纹。

另外，在高湿环境下，树脂基材可能吸水而溶胀。因此，因树脂基材的溶胀导致被膜局部承受拉伸应力，被膜可能随着树脂基材的收缩而剥离。

本公开鉴于上述课题而完成，提供一种树脂制的基材与被膜的密合性高、能够防止被膜的剥离、裂纹的产生的树脂制光学部件及其制造方法。

本公开的一个方式涉及一种树脂制光学部件，其具有：

树脂制的基材，

形成在上述基材的表面的、含有金属氧化物的被膜，

将上述基材与上述被膜之间连结的连结分子链；

上述连结分子链具有下述式1所示的结构，下述式1中的N末端与上述基材中的烃骨架的碳原子形成共价键，下述式1中的O末端与上述被膜中的金属原子形成共价键。

上述式1中A表示任意的2价的连结基团或表示直接键合，R¹表示氢或碳原子数1～6的烷基。

本公开的另一方式涉及一种树脂制光学部件的制造方法，其包括如下步骤：使含有连结分子的表面处理剂附着于树脂制的基材，所述连结分子具有键合有碳原子数1～6的烷氧基甲硅烷基或硅烷醇基和叠氮基的三嗪环，

对上述表面处理剂的附着面照射紫外线，

在上述附着面上形成含有金属氧化物的被膜。

上述树脂制光学部件具有将基材与被膜之间连结的连结分子链，连结分子链与基材和被膜分别形成共价键。换言之，介由连结分子链基材与被膜通过共价键这样的牢固的化学键而键合。因此，树脂制光学部件的基材与被膜的密合性高。因此，例如即使暴露于高温环境、高湿环境下，也能够防止被膜的剥离、裂纹的产生。

上述制造方法中，使含有具有上述特定结构的连结分子的表面处理剂附着于树脂制的基材。此时，连结分子容易充分接近于基材的烃骨架，能够吸附于基材的表面。连结分子的三嗪环含有吸电子性的氮原子，且为以环平面的中心垂直线作为轴的非对称的结构，因此认为在分子周边具有复合的电子的不均匀分布状态。

接着，对表面处理剂的附着面照射紫外线。由此，氮分子从键合于三嗪环的叠氮基脱离而生成氮烯。生成氮烯时，如上所述连结分子吸附于基材表面，因此在来自于连结分子的叠氮基的氮烯与基材的烃骨架之间形成共价键。

接下来，在上述附着面形成含有金属氧化物的被膜。由此，在连结分子的硅烷醇基或烷氧基甲硅烷基中的硅与金属氧化物中的金属原子M之间形成称为Si-O-M的共价键。

这样，在上述制造方法中，能够使基材和被膜介由连结分子链利用共价键而键合。因此，能够制造基材与被膜的密合性优异、能够防止被膜的剥离、裂纹的产生的树脂制光学部件。

如上所述，根据上述方式，能够提供一种树脂制的基材与被膜的密合性高且能够防止被膜的剥离、裂纹的产生的树脂制光学部件及其制造方法。

附图说明

图1是实施方式1的树脂制光学部件的截面图。

图2是实施方式1的树脂制光学部件的主要部分放大截面图。

图3是表示实施方式1的树脂制光学部件中的将基材和被膜连结的连结分子链的说明图。

图4是实施方式1的(a)附着有表面处理剂的基材的主要部分放大截面图，(b)表示对基材的附着面照射紫外线的情况的说明图。

图5是实施方式1的(a)表示吸附有连结分子的基材的说明图，(b)表示利用共价键键合有连结分子的基材的说明图。

图6是实施方式1的(a)表示连结分子中叠氮基的电子的不均匀分布状态的一个方式的图，(b)表示连结分子中叠氮基的电子的不均匀分布状态的其它方式的图，(c)表示由连结分子中的叠氮基生成的氮烯的图。

图7是实施方式2中的树脂制光学部件的截面图。

具体实施方式

(实施方式1)

参照图1～图6对树脂制光学部件及其制造方法的实施方式进行说明。如图1和图2所例示，树脂制光学部件1具有基材2和被膜3。

基材2为树脂制，具有烃骨架。基材2例如含有环状烯烃树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、丙烯腈丁二烯苯乙烯等。基材2可以含有1种树脂，也可以含有2种以上的树脂。基材2的形状没有特别限定，可以具有适合于各种光学部件用途的形状。

被膜3形成于基材2的表面。被膜3可以覆盖基材2的表面整体，也可以部分覆盖基材2的表面。被膜3例如为能够对基材2赋予特定功能或提高功能的功能膜等。

被膜3含有金属氧化物。被膜3可以具有1层，也可以如后述的实施方式2所例示具有2层以上的多层结构。在为2层以上的情况下，例如可以形成为材质相互不同的层，也可以含有材质相同的层。

如图3所例示，树脂制光学部件1具有将基材2和被膜3之间连结的连结分子链4。换言之，连结分子链4将基材2和被膜3交联。连结分子链4可以具有图3所例示的结构，也可以具有下述的式1所示的结构。

式1中，R¹表示氢或碳原子数1～6的烷基。R¹的碳原子数超过6时制造变得困难。另外，在该情况下制造时可能难以使后述的连结分子溶解于例如醇那样的溶剂中。R¹取决于在制造时使连结分子溶解的溶剂。例如在使用乙醇作为溶剂的情况下R¹为乙基，例如在使用丙醇作为溶剂的情况下R¹为丙基。

式1中，A表示任意的2价的连结基团或直接键合。A为直接键合时，式1由以下的式1a表示。

作为连结基团，例如有亚烷基。亚烷基可以为直链也可以具有支链。另外，亚烷基可以含有醚、胺、羧基、硫醚基、酮等。

式(1)中的A优选为下述式2。此时连结分子的合成变得容易。

-NHR²-···(式2)

式2中，R²为碳原子数1～6的亚烷基。亚烷基可以是直链，也可以具有支链。亚烷基优选为碳原子数是3的亚丙基。此时，连结分子的合成变得更容易。

图3中示出了式1所示的连结分子链的例子。如图3所例示，树脂制光学部件1中，式1所示的连结分子链4的N末端与基材2中的烃骨架的碳原子形成共价键。N末端为连结到三嗪环的氨基中的氮原子。该氨基来自于例如叠氮基。

另外，树脂制光学部件1中，式1所示的连结分子链4的O末端与被膜3中的Si等的金属原子形成共价键。O末端为直接或间接键合到三嗪环的硅烷醇基或烷氧基甲硅烷基中的氧原子。

作为被膜3的金属氧化物，可含有选自Si、Ti、Ta、Nb、Zr、Al、Mg等中的至少1种。金属氧化物可以为含有1种金属原子的氧化物，也可以为含有2种以上的金属的复合氧化物。

优选地，被膜3的金属氧化物可以含有Si和Ti中的至少一方。在金属氧化物含有Si的情况下，被膜3和连结分子链4利用硅氧烷键(即-Si-O-Si-)连结。另外，在金属氧化物含有Ti的情况下，被膜3与连结分子链4利用-Ti-O-Si-键连结。在任一情况下介由连结分子链4的基材2与被膜3的键合均变得更牢固，能够进一步防止被膜3的剥离、裂纹的产生。应予说明，图3中例示了被膜3和连结分子链4利用硅氧烷键连结的情况。

树脂制光学部件1可以具有例如防反射膜和增反射膜中的至少一方作为被膜3。在具有由防反射膜构成的被膜3的情况下，树脂制光学部件1例如适合于用于各种传感器等的摄像头透镜、显示器等。在具有由增反射膜构成的被膜3的情况下，树脂制光学部件1例如适合于反射镜。

防反射膜例如可以含有2.0以上这样的折射率高的金属氧化物。作为这样的金属氧化物，例如可举出Ta₂O₅、ZrO₂、TiO₂、Nb₂O₅等。

增反射膜例如可以含有小于2.0这样的折射率低的金属氧化物。作为这样的金属氧化物，例如可举出SiO₂、Al₂O₃、MgO、Y₂O₃等。

接下来，对树脂制光学部件1的制造方法进行说明。首先，如图4(a)所例示，在树脂制的基材2的表面附着表面处理剂40。表面处理剂40的附着可以通过基材2浸渍于表面处理剂40中(即浸渍法)、喷雾法涂布等而进行。

表面处理剂40含有连结分子和将其溶解的溶剂。连结分子具有键合有碳原子数1～6的烷氧基甲硅烷基或硅烷醇基和叠氮基的三嗪环。作为连结分子，例如可以使用下述式3所示的物质。式3中，A和R¹与上述的式1相同。

作为溶剂，可使用甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等醇。除此之外，可使用水、丙酮、苯、甲苯、二甲苯等。作为溶剂，优选使用低级醇。

例如对使用乙醇作为溶剂，使用式3中的A为-NHCH₂CH₂CH₂-、R¹为乙基(即-CH₂CH₃)的物质作为连结分子的例子进行说明。换言之，对使用下述式3a所示的物质作为连结分子的例子进行说明。

如果使表面处理剂40附着于基材2，则如图5(a)所例示，表面处理剂40中含有的连结分子401接近于基材2的烃骨架，能够吸附于基材2的表面。这是因为连结分子401的三嗪环含有吸电子性的氮原子，且以环平面的中心垂直线作为轴为非对称的结构，所以在分子周边具有复合的电子的不均匀分布状态。于是，如图6(a)和图6(b)所例示，键合到三嗪环的叠氮基具有极性。因此，例如即使在基材2含有聚乙烯系树脂、聚丙烯系树脂等极性小的树脂的情况下，也能够在其烃骨架中的碳原子与氢原子之间的小的极性部分吸附连结分子401。换言之，连结分子401可以吸附于具有烃骨架的基材2。

接着，如图4(b)所例示，对表面处理剂40的附着面21照射紫外线Hv。由此，如图6(c)所例示，氮分子从键合到三嗪环的叠氮基脱离，而生成氮烯。此时，如图5(a)和图5(b)所例示，连结分子401吸附于基材2的表面，因此在来自于连结分子401的叠氮基的氮烯与基材2的烃骨架之间形成共价键。

在图5(a)和(b)中，示出了在连结分子401的1个叠氮基与基材2中的烃骨架的碳原子之间形成共价键的例子。也可以连结分子401的2个叠氮基这两者与基材2中的碳原子形成共价键。

接下来，在附着面21形成含有金属氧化物的被膜3。被膜3的形成方法没有特别限定，可以利用浸渍法、喷雾法涂布、真空蒸镀、溅射、等离子体CVD法、ALD(即原子层堆积)法等进行。优选可以为真空蒸镀。

以下例如对使含有氧化硅的被膜3形成于附着面21的例子进行说明。如图5(b)所例示，在附着面21键合有连结分子401，因此被膜3形成在键合有连结分子401的附着面21上。此时，如图3所例示，在被膜3中的氧化硅中的Si原子与连结分子401的烷氧基甲硅烷基之间例如形成硅氧烷键这样的共价键。

虽然省略图示，但使用氧化钛代替氧化硅时，在被膜中的氧化钛的Ti原子与连结分子的烷氧基甲硅烷基之间形成Ti-O-Si键。即使被膜含有其它金属原子M的氧化物来代替氧化硅、氧化钛的情况下，也能够形成M-O-Si键。

这样，如图3所例示，基材2和被膜3介由连结分子链4而连结，能够得到树脂制光学部件1。应予说明，图3中示出了连结分子链4的Si原子介由一个氧原子而与被膜3中的Si原子形成共价键的例子。连结分子链4的Si原子也可以介由键合到该Si原子的其它2个以上的氧原子而与被膜3中的2个以上的Si原子形成共价键。

在树脂制光学部件1中，如图1～图3所例示，基材2和被膜3介由连结分子链4利用共价键而键合。因此，基材2与被膜3的密合性优异。因此，例如即使暴露于高温环境、高湿环境中，也能够防止被膜3的剥离、裂纹的产生。

这样的树脂制光学部件1适合于容易暴露于高温环境、高湿环境的例如车载用途。在树脂制光学部件1例如具有防反射膜作为被膜3的情况下，树脂制光学部件1适合于车载用传感器摄像头的透镜。另外，在树脂制光学部件1例如具有增反射膜作为被膜3的情况下，树脂制光学部件1适合于车载用的反射镜。

(实验例)

本例为对树脂制光学部件的粘接强度进行评价的例子。首先，与实施方式1同样地，制造实施例的树脂制光学部件。实施例的树脂制光学部件具有与实施方式1相同的构成。在制造实施例的树脂制光学部件时，使用式3a所示的分子作为连结分子，利用氧化硅的真空蒸镀形成被膜。

另外，作为实施例的比较用，制作在不使用表面处理剂的情况下在基材上形成含有氧化硅的被膜的树脂制光学部件。该比较例的树脂制光学部件除了不使用表面处理剂之外，利用与实施例同样的方法而得到。

将实施例和比较例的树脂制光学部件在相对湿度85％的高温高湿环境下放置1000小时后，对各树脂制光学部件进行胶带剥离试验。具体而言，首先将粘接强度不同的3种胶带分别贴附于树脂制光学部件的被膜。胶带与被膜的粘接面为5mm见方的区域。另外，在胶带的端部，安装(株)今田制作所制的推拉压力计“SV3”。然后，利用推拉压力计测定从树脂制光学部件剥离胶带时的密合强度(单位：N/5mm)。

比较例中，3种胶带全部剥离被膜。这些中，使用密合力最弱的胶带进行剥离试验时的密合强度为0.1N/5mm。

与此相对，实施例中，无论使用3种胶带中的哪一种，被膜也不剥离。这些中，使用密合强度最强的胶带进行剥离试验时的密合强度为1.2N/5mm。

换言之，在基材与被膜之间具有连结分子链的实施例与不具有连结分子链的比较例相比密合力至少提高12倍。另外，目测观察在高温高湿环境下放置的实施例的树脂制光学部件，其结果没有裂纹的产生、剥离。

这样，根据本例可知，通过如实施方式1那样介由连结分子链使基材与被膜密合，从而密合性提高。具有这样的连结结构的树脂制光学部件即使在高温、高湿环境下也能够发挥优异的密合性。

(实施方式2)

本方式中，对具有多层结构的被膜的树脂制光学部件进行说明。如图7所例示，树脂制光学部件1可以具有多层结构的被膜3。应予说明，实施方式2之后使用的符号中与上述实施方式中使用的符号相同的要素只要没有特别明示表示与上述实施方式中同样的构成要素等。

在具有多层结构的被膜3的情况下，被膜3优选具有含有氧化硅或氧化钛并且与基材2面对的第一层31。换言之，与基材2接触的第一层优选具有氧化硅或氧化钛。此时，连结分子链4与第一层31利用Si-O-Si键或Si-O-Ti键而键合，因此密合性进一步提高。

另外，优选具有含有氧化钽的第二层32。此时，容易形成化学稳定且非晶的膜，可得到防止水等分子透过膜的间隙的效果。第二层32能够形成在第一层31上。如图7所例示，第二层32与第一层31面对，能够使第一层31与第二层32直接接触。另外，可以在第一层31与第二层32之间设置省略图示的其它的层。

图7的例示中示出了2层结构的被膜3，但被膜3也可以为3层以上。在形成多层结构的被膜3的情况下，被膜3除可以含有上述的防反射膜、增反射膜之外，例如还可以含有紫外线(即UV)截止滤光器、红外线(即IR)截止滤光器、亲水疏水膜、硬涂膜等。

如以上所述，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开并不限于上述各实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以应用于各种实施方式。本公开也包含各种变形例、均等范围内的变形。并且，各种组合、方式以及在它们中仅包含1个要素、更多或更少要素的其它的组合、方式也包含于本公开的范围、构思范围内。