特表 2022-547263 ガラス基板と微細構造層との間の高い強度を有する微細光学部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-11

(54)【発明の名称】ガラス基板と微細構造層との間の高い強度を有する微細光学部品

(51)【国際特許分類】

   C03C 17/32 20060101AFI20221104BHJP

   C03C 3/076 20060101ALI20221104BHJP

   C03C 3/087 20060101ALI20221104BHJP

   C03C 3/089 20060101ALI20221104BHJP

   C03C 3/091 20060101ALI20221104BHJP

   C03C 3/085 20060101ALI20221104BHJP

   C03C 3/083 20060101ALI20221104BHJP

   C03C 3/078 20060101ALI20221104BHJP

   G02B 1/00 20060101ALI20221104BHJP

   G02B 1/04 20060101ALI20221104BHJP

【ＦＩ】

C03C17/32 D

C03C3/076

C03C3/087

C03C3/089

C03C3/091

C03C3/085

C03C3/083

C03C3/078

G02B1/00

G02B1/04

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022510187

(86)(22)【出願日】2019-09-06

(85)【翻訳文提出日】2022-02-16

(86)【国際出願番号】 CN2019104774

(87)【国際公開番号】W WO2021042388

(87)【国際公開日】2021-03-11

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】512139847

【氏名又は名称】ショット グラス テクノロジーズ （スゾウ） カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＣＨＯＴＴ ＧＬＡＳＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ （ＳＵＺＨＯＵ） ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】７９ Ｈｕｏｊｕ Ｒｏａｄ， Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐａｒｋ， Ｓｕｚｈｏｕ Ｎｅｗ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｕｚｈｏｕ， Ｊｉａｎｇｓｕ ２１５００９， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】フイヤン ファン

(72)【発明者】

【氏名】イェンチュアン シャン

(72)【発明者】

【氏名】グアンジュン ジャン

(72)【発明者】

【氏名】ウェイジー デン

【テーマコード（参考）】

4G059

4G062

【Ｆターム（参考）】

4G059AA11

4G059AC16

4G059FA15

4G059FA21

4G059FB08

4G062AA04

4G062BB01

4G062BB03

4G062BB05

4G062BB06

4G062CC04

4G062CC10

4G062DA06

4G062DA07

4G062DB01

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4G062DB03

4G062DB04

4G062DC01

4G062DC02

4G062DC03

4G062DC04

4G062DD01

4G062DD02

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4G062DF01

4G062EA01

4G062EA10

4G062EB01

4G062EB02

4G062EB03

4G062EB04

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4G062EC02

4G062EC03

4G062ED01

4G062ED02

4G062ED03

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4G062EE02

4G062EE03

4G062EF01

4G062EG01

4G062EG02

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4G062FA10

4G062FB01

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4G062FB03

4G062FC01

4G062FC02

4G062FC03

4G062FD01

4G062FE01

4G062FE02

4G062FF01

4G062FF02

4G062FG01

4G062FG02

4G062FH01

4G062FJ01

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4G062FL01

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4G062GA10

4G062GB01

4G062GB02

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4G062GD01

4G062GE01

4G062GE02

4G062HH01

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4G062HH04

4G062HH05

4G062HH07

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4G062HH09

4G062HH10

4G062HH11

4G062HH12

4G062HH13

4G062HH15

4G062HH17

4G062HH20

4G062JJ01

4G062JJ03

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4G062JJ05

4G062JJ06

4G062JJ07

4G062JJ10

4G062KK01

4G062KK03

4G062KK05

4G062KK07

4G062KK10

4G062MM02

4G062NN02

4G062NN30

4G062NN33

(57)【要約】

微細光学部品（１）は厚さｔ≦１５００μｍ、好ましくはｔ≦１２００μｍ、より好ましくはｔ≦１１００μｍを有するガラス基板（２）、および前記ガラス基板（２）上にインプリントされたポリマーから形成される微細構造層（３）を含む。前記ガラス基板（２）は接着剤接触角θ_g ４５°未満、好ましくは４０°未満、より好ましくは３０°未満を示し、且つガラス基板（２）と微細構造層（３）との間の結合強度は０．５ＭＰａより大きく、好ましくは１ＭＰａより高く、より好ましくは１．５ＭＰａより高い。従って、前記ガラス基板（２）と前記微細構造層（３）との間の結合力が非常に強いので、種々の環境下で長期の強い結合および安定性を有する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

厚さｔ≦１５００μｍ、好ましくはｔ≦１２００μｍ、より好ましくはｔ≦１１００μｍを有するガラス基板、
前記ガラス基板上にインプリントされたポリマーから形成される微細構造層
を含む微細光学部品であって、
微細構造とガラス基板との間の結合強度が０．５ＭＰａより高く、好ましくは１ＭＰａより高く、より好ましくは１．５ＭＰａより高く、
前記ガラス基板は全体厚さばらつきＴＴＶ≦４０μｍ、好ましくはＴＴＶ≦３０μｍ、より好ましくはＴＴＶ≦２０μｍ、特に好ましくはＴＴＶ≦１０μｍ、および最も好ましくはＴＴＶ≦５μｍを有し、
前記ガラス基板は厚さ許容差δ≦８０μｍ、好ましくはδ≦５０μｍ、より好ましくはδ≦２０μｍ、さらに好ましくはδ≦１０μｍ、特に好ましくはδ≦５μｍ、および最も好ましくはδ≦２μｍを有する、前記微細光学部品。

【請求項2】

前記ガラス基板が、
特定の数の非架橋酸素ＮＢＯ≧０．３、好ましくはＮＢＯ≧０．５、より好ましくはＮＢＯ≧１、特に好ましくはＮＢＯ≧１．５、および最も好ましくはＮＢＯ≧２を有し、前記ＮＢＯ＝（Ｒ₂Ｏ＋Ｒ’Ｏ）／（Ｐ₂Ｏ₅＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃＋ＴｉＯ₂＋ＺｒＯ₂）であり、および／または
比Ｘ＝（Ｒ₂Ｏ＋Ｒ’Ｏ－Ｐ₂Ｏ₅－Ａｌ₂Ｏ₃－Ｂ₂Ｏ₃）／（ＳｉＯ₂＋Ｐ₂Ｏ₅＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）が－０．２より大きく、好ましくは０より大きく、より好ましくは０．２より大きく、
前記式中、ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋを含むアルカリ金属であり、且つＲ’はＭｇ、Ｃａ、Ｂａを含むアルカリ土類金属であり、且つ前記ガラス基板は３５°未満、好ましくは２５°未満、より好ましくは１５°未満の低い接着剤接触角θ_gを示すことを特徴とする、請求項１に記載の微細光学部品。

【請求項3】

前記ガラス基板が反り≦５００μｍ、好ましくは≦１００μｍ、より好ましくは≦８０μｍ、および最も好ましくは≦５０μｍを示すことを特徴とする、請求項１に記載の微細光学部品。

【請求項4】

前記ガラス基板が、ＴＴＶのガラス厚さに対する割合１０％未満、好ましくは８％未満、およびより好ましくは５％未満を示すことを特徴とする、請求項１に記載の微細光学部品。

【請求項5】

前記ガラス基板が、表面粗さＲａ≦２０ｎｍ、好ましくはＲａ≦１０ｎｍ、およびより好ましくはＲａ≦５ｎｍを有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の微細光学部品。

【請求項6】

前記ガラスが、以下の組成を酸化物に基づくモル％で有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の微細光学部品：
成分 割合（モル％）
ＳｉＯ₂ ６０～８３
Ｂ₂Ｏ₃ ０～１２
Ｎａ₂Ｏ ０～１３
Ｋ₂Ｏ ０～７
ＭｇＯ ０～７
ＣａＯ ０～１０
ＢａＯ ０～１
ＴｉＯ₂ ０～４
ＺｎＯ ０～６。

【請求項7】

前記ガラス基板が、１．４～２．５の範囲、好ましくは１．４５～１．８の範囲、およびより好ましくは１．４５～１．５５の範囲、好ましくは１．４１～２．１の範囲、好ましくは１．４２～２．０の範囲、好ましくは１．４５～１．９の範囲、好ましくは１．４５～１．８の範囲、好ましくは１．４５～１．７の範囲、最も好ましくは１．４５～１．６の範囲の屈折率ｎ_dを有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の微細光学部品。

【請求項8】

前記ガラス基板が、透過指数Ｔ≧９０％、好ましくはＴ≧９１％を示すことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の微細光学部品。

【請求項9】

前記ガラス基板が、熱膨張係数ＣＴＥ_20～300℃≦１５×１０^-6／Ｋ、好ましくはＣＴＥ_20～300℃≦１０×１０^-6／Ｋを示すことを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の微細光学部品。

【請求項10】

前記ガラス基板が、ＣＴＥ_ガラスと微細構造層のＣＴＥ_ポリマーとの比率ＣＴＥ_ポリマー／ＣＴＥ_ガラス≦１００、好ましくはＣＴＥ_ポリマー／ＣＴＥ_ガラス≦８０を示すことを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項に記載の微細光学部品。

【請求項11】

前記ガラス基板と前記微細構造層との間の屈折率ｎ_dの差Δｎ_d≦０．５であることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の微細光学部品。

【請求項12】

前記ガラス基板が、シリケートガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラス、アルミニウムホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、およびリチウムアルミニウムシリケートガラスからなる群から選択されるガラス製であることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の微細光学部品。

【請求項13】

前記微細構造層が、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂のポリマーからなることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の微細光学部品。

【請求項14】

請求項１から１４までのいずれか１項に記載の微細光学部品の製造方法であって、以下の段階：
・ 厚さｔ≦１５００μｍ、好ましくはｔ≦１２００μｍ、より好ましくはｔ≦１１００μｍ、全体表面粗さＴＴＶ≦４０μｍ、好ましくはＴＴＶ≦３０μｍ、より好ましくはＴＴＶ≦２０μｍ、特に好ましくはＴＴＶ≦１０μｍ、および最も好ましくはＴＴＶ≦５μｍ、厚さ許容差δ≦８０μｍ、好ましくはδ≦５０μｍ、より好ましくはδ≦２０μｍ、さらに好ましくはδ≦１０μｍ、特に好ましくはδ≦５μｍ、および最も好ましくはδ≦２μｍ有するガラス基板を準備する段階、および
・ 微細構造化されたポリマー層を前記ガラス基板に施与して、微細構造層を形成する段階
を含むことを特徴とする、前記方法。

【請求項15】

前記微細構造化されたポリマー層が、スピンコーティング、噴霧コーティングまたは堆積によって均質に施与され得ることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記微細構造化されたポリマー層の前記ガラス基板への施与が、以下の段階：
（ａ） ポリマーを基板上に堆積し、ＵＶ透過性のテンプレートを上に配置する段階、
（ｂ） 前記テンプレートを前記ポリマーの層に押し付けて硬化させる段階、
（ｃ） 前記テンプレートを、インプリントされた造形を有する硬化ポリマーから剥離して微細構造層を形成する段階
を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。

【請求項17】

前記微細構造層が、ＵＶまたは加熱によって硬化され得ることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記微細構造層が、前記ガラス基板の２つの側の表面上に施与され得ることを特徴とする、請求項１４から１７までのいずれか１項に記載の方法。

【請求項19】

回折光学部品、屈折レンズ、ミラー、プリズム、ＧＲＩＮレンズ、ハイブリッド部品、３Ｄイメージング／センサにおけるディフューザー、拡張現実、仮想現実、カメラ、自動化製造システム、移動通信手段としての、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の微細光学部品の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３Ｄイメージングおよびセンシング分野における微細光学部品、特にウェハレベル光学素子に関する。特に、本発明は、互いに結合されたガラス基板と微細構造層とを有し、且つガラス基板と微細構造層との間の緊密な結合に起因して高い安定性を有する微細光学部品に関する。

【背景技術】

【0002】

ガラス基板と微細構造層とを有する微細光学部品について、ガラス基板と微細構造層との間の結合強度は重要な要件であり、なぜなら、ガラス基板からの微細構造層の剥離は常に問題であり且つ懸念されるからである。

【0003】

ガラス基板と微細構造層との間の強い結合強度を有する結合表面を確実に達成するために、Ｋｏｊｉらは欧州特許出願公開第３０９３１３９号明細書(EP3093139 A1)において、アクリルブロックコポリマー（Ａ）およびアクリル樹脂（Ｂ）を含む熱可塑性ポリマー組成物製のフレネルレンズを提案しており、ここで、前記アクリルブロックコポリマー（Ａ）は、その分子内で主にメタクリル酸エステル単位で構成されるポリマーブロック（ａ２）が主にアクリル酸エステル単位で構成されるポリマーブロック（ａ１）の各々の末端に結合されている少なくとも１つの構造を含むアクリルブロックポリマーである。前記熱可塑性ポリマー組成物は、ガラス基板に施与されたシランカップリング剤を用いて確実に結合され得る。しかしながら、アクリルブロックコポリマー（Ａ）の合成は時間および労力がかかり、製造コストも高く、経済的ではない。

【0004】

従って、微細光学素子の分野において、ガラス基板と微細構造層との間で微細光学部品を、少ない労力並びに充分に低いコストで提供するためのいくつかの要件がまだある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】欧州特許出願公開第３０９３１３９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本願の課題は、互いに結合されたガラス基板と微細構造層とを有し、且つガラス基板と微細構造層との間の緊密な結合に起因して高い安定性を有する微細光学部品を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この課題は、独立請求項において特許請求される特定のガラス組成および最適化された幾何学的表面特性を有するガラス基板によって解決される。高い非架橋酸素（ＮＢＯ）または活性酸素を有するガラス組成物はＯＨ^-を生成でき、それが微細構造層との結合強度を高めることができる。ガラス基板は適した全体厚さばらつき（ＴＴＶ）、厚さ許容差、および反りを有し、それは一貫した微細構造層との高い結合強度を得るために有益である。高いＴＴＶおよび反りは、微細構造化されたポリマー層の安定な製造工程を得るために有益ではなく、なぜならポリマーの厚さがガラスのＴＴＶおよび反りによって影響されるからである。他方で、微細構造層はスピンコーティング、噴霧コーティング、堆積またはインプリント工程の間にガラスの粗さによって影響されることもある。低いガラスの粗さはガラス上にポリマーを塗布するために有益であり、それは一貫した微細構造層を形成するために好適である。

【0008】

本発明の１つの態様によれば、微細光学部品はガラス基板と微細構造層とを含む。前記ガラス基板は厚さｔ≦１５００μｍ、好ましくはｔ≦１２００μｍ、より好ましくはｔ≦１１００μｍを有し、他の厚さ≦９００μｍ、８００μｍ、７００μｍ、５００μｍ、４００μｍ、３００μｍ、２００μｍ、１００μｍも使用できる。しかし、本特許におけるガラスの厚さは上述の厚さ内に限定されない。ポリマーから形成される微細構造層がガラス基板上にインプリントされる。前記微細構造は光学設計による光学機能を有する。前記微細構造は、光学設計による光学素子において屈折効果または回折効果を生じ得る任意の構造（例えば半球、多段階、円、四角形）であってよい。前記ガラス基板は、接着剤接触角θ_g ３５°未満、好ましくは２５°未満、より好ましくは１５°未満を示す。結合強度Ｐは、微細構造層をガラス基板から分離できる最小圧力と定義される。ガラス基板と微細構造層との間の結合強度は、０．５ＭＰａより大きく、好ましくは１ＭＰａより高く、より好ましくは１．５ＭＰａより高い。結合強度の退化は、温度８５℃且つ湿度８５％で１０００回のサイクル後に６０％未満、好ましくは５０％未満、より好ましくは４０％未満である。

【0009】

さらに好ましい実施態様において、前記ガラス基板は１．４～２．５の範囲、好ましくは１．４１～２．１の範囲、好ましくは１．４２～２．０の範囲、好ましくは１．４５～１．９の範囲、特に好ましくは１．４５～１．８の範囲、より好ましくは１．４５～１．７の範囲、最も好ましくは１．４５～１．６の範囲の屈折率ｎ_dを有する。この場合、ガラス基板を光学素子における用途のために採用できる。１つの実施態様において、ガラス基板と微細構造層との間の屈折率ｎ_dの差Δｎ_dは＜０．５である。

【0010】

好ましい実施態様において、前記ガラス基板は非架橋酸素の数ＮＢＯ＞０．３、好ましくはＮＢＯ＞０．５、より好ましくはＮＢＯ＞１、特に好ましくはＮＢＯ＞１．５、および最も好ましくはＮＢＯ＞２を有し、ここでＮＢＯ＝（Ｒ₂Ｏ＋Ｒ’Ｏ）／（Ｐ₂Ｏ₅＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃＋ＴｉＯ₂＋ＺｒＯ₂）である。比Ｘ＝（Ｒ₂Ｏ＋Ｒ’Ｏ－Ｐ₂Ｏ₅－Ａｌ₂Ｏ₃－Ｂ₂Ｏ₃）／（ＳｉＯ₂＋Ｐ₂Ｏ₅＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）は－０．２より大きく、好ましくは０より大きく、およびより好ましくは０．２より大きい。本発明において、ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋを含むアルカリ金属であり、且つＲ’はＭｇ、Ｃａ、Ｂａを含むアルカリ土類金属である。

【0011】

さらに好ましい実施態様において、前記ガラスは以下の組成を酸化物に基づくモル％で有する：
成分 割合（モル％）
ＳｉＯ₂ ６０～８３
Ｂ₂Ｏ₃ ０～１２
Ｎａ₂Ｏ ０～１３
Ｋ₂Ｏ ０～７
ＭｇＯ ０～７
ＣａＯ ０～１０
ＢａＯ ０～１
ＴｉＯ₂ ０～４
ＺｎＯ ０～６。

【0012】

好ましい実施態様において、前記ガラス基板は１３００℃で表面張力σ≧１００ｄｙｎ／ｃｍ、特に好ましくは１３００℃でσ≧１２０ｄｙｎ／ｃｍ、より好ましくは１３００℃でσ≧１４０ｄｙｎ／ｃｍを有する。表面張力が高いほど水／接着剤の接触角は小さくなり、それがガラスと微細構造層との間の結合強度を高める。

【0013】

全体厚さばらつき（ＴＴＶ）は、ガラスにわたる厚さの最小値と最大値との間の差である。ＴＴＶはスキャンパターンにおいて、またはガラス上の一連のポイント測定を行うことによって同定される。さらに好ましい実施態様において、前記ガラス基板は全体厚さばらつき（ＴＴＶ）ＴＴＶ≦４０μｍ、好ましくはＴＴＶ≦３０μｍ、より好ましくはＴＴＶ≦２０μｍ、特に好ましくはＴＴＶ≦１０μｍ、および最も好ましくはＴＴＶ≦５μｍを有する。この場合、低いＴＴＶに起因して、ガラス表面と微細構造層との間の結合強度は均質であり且つ改善される。

【0014】

さらに好ましい実施態様において、前記ガラス基板は厚さ許容差δ≦８０μｍ、好ましくはδ≦５０μｍ、より好ましくはδ≦２０μｍ、さらに好ましくはδ≦１０μｍ、特に好ましくはδ≦５μｍ、および最も好ましくはδ≦２μｍを有する。

【0015】

さらに好ましい実施態様において、前記ガラス基板は、反り≦５００μｍ、好ましくは≦１００μｍ、より好ましくは≦８０μｍ、および最も好ましくは≦５０μｍを示す。この場合、ガラス基板は微細構造層に対して実質的に平行であることができ、それはガラス基板と微細構造層との間の均質な結合強度を改善し得る。

【0016】

さらに好ましい実施態様において、前記ガラス基板はＴＴＶ（Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）の厚さに対する割合１０％未満、好ましくは８％未満、およびより好ましくは５％未満を示す。

【0017】

さらに好ましい実施態様において、前記ガラス基板は表面粗さＲａ≦２０ｎｍ、好ましくはＲａ≦１０ｎｍ、およびより好ましくはＲａ≦５ｎｍを有する。この場合、低い表面粗さに起因して、ガラス基板と微細構造層との間の空の付着層を回避でき、且つ付着層の均質な厚さが達成される。低いガラスの粗さはガラス上にポリマーを塗布するために有益であり、それは一貫した微細構造層を形成するために好適である。他方で、高い粗さによって光学特性が低下することがある。

【0018】

さらに好ましい実施態様において、前記ガラス基板は４００～１５００ｎｍの範囲の光波長で透過指数Ｔ≧９０％、好ましくはＴ≧９１％、より好ましくはＴ≧９２％を示す。ガラス基板はその上にコーティングを有することができる。コーティング、例えば反射防止コーティングによって、透過率はＴ≧９５％、およびより好ましくはＴ≧９９％であることができる。

【0019】

さらに好ましい実施態様において、前記ガラス基板は熱膨張係数ＣＴＥ_20～300℃≦１５×１０^-6／Ｋ、好ましくはＣＴＥ_20～300℃≦１０×１０^-6／Ｋを示す。さらには、前記ガラス基板は、ＣＴＥ_ガラスと微細構造層のＣＴＥ_ポリマーとの比率ＣＴＥ_ポリマー／ＣＴＥ_ガラス≦１００、好ましくはＣＴＥ_ポリマー／ＣＴＥ_ガラス≦８０を示す。

【0020】

さらに好ましい実施態様において、ガラス基板と微細構造層との間の屈折率ｎ_dの差Δｎ_dは≦０．５である。

【0021】

この実施態様において、回折光学部品ＤＯＥは、レーザーおよび高出力レーザーを用いる用途のために設計された。ビーム整形におけるマルチスポットビームスプリッタ、およびビームプロファイル修正として使用する場合、そのような部品は種々の用途分野において無限の可能性を提供する。ＤＯＥは光学素子、特に回折光学部品または反射光学部品における用途のために採用でき、全てのそれらの光学部品は３Ｄイメージングおよびセンシング分野、または深さの検出または認識の機能を必要とする分野、例えばエンターテイメント、姿勢認識、手の関節の追跡、および顔認識システム、拡張現実、仮想現実であることができる。

【0022】

さらに好ましい実施態様において、前記ガラス基板はシリケートガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラス、アルミニウムホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、およびリチウムアルミニウムシリケートガラス（ＬＡＳ）からなる群から選択されるガラス製である。

【0023】

さらに好ましい実施態様において、前記微細構造層はエポキシ樹脂およびアクリル樹脂からなる群から選択されるポリマーからなる。ポリマーはいくつかの無機材料、例えばＳｉＯ₂を含有してポリマーの屈折率を増加させることができる。しかし、ポリマーは上述のポリマーに限定されない。所望の微細構造を形成できる任意のポリマーを使用して、微細構造を作ることができる。

【0024】

本発明の他の実施態様において、上述の微細光学部品の製造方法が提供される。前記方法は、以下の段階：
・ 厚さｔ≦１５００μｍ、好ましくはｔ≦１２００μｍ、より好ましくはｔ≦１１００μｍを有し、全体厚さばらつきＴＴＶ≦４０μｍ、好ましくはＴＴＶ≦３０μｍ、より好ましくはＴＴＶ≦２０μｍ、特に好ましくはＴＴＶ≦１０μｍ、および最も好ましくはＴＴＶ≦５μｍを有し、厚さ許容差δ≦８０μｍ、好ましくはδ≦５０μｍ、より好ましくはδ≦２０μ、さらに好ましくはδ≦１０μｍ、特に好ましくはδ≦５μｍ、および最も好ましくはδ≦２μｍを有するガラス基板を準備する段階、
・ 前記ガラス基板に微細構造化されたポリマー層を施与する段階を含み、前記微細構造プロファイルは周期的構造の角錐、円、三角、四角、ぎざぎざ、２層のレベルを有するメタサーフェスを含む回折格子、非対称の幾何学的位相光学部品、および光学設計による他の限定されない光学部品であってよい。

【0025】

微細構造化されたポリマー層のガラス基板への施与は、原型作製(origination)、複製、およびパターン転写の３つの主な工程段階からなり、つまり、
（ａ） ポリマーを基板上に堆積し、ＵＶ透過性のテンプレートを上に配置し、
（ｂ） 前記テンプレートを前記ポリマーに押し付け、前記テンプレートを通じてＵＶ光または熱を照射して前記ポリマーを硬化させ、
（ｃ） 前記テンプレートを、インプリントされた造形を有する硬化ポリマーから剥離して微細構造層を形成し、ここで前記テンプレートは金属、石英または他の適した材料製であってよく、且つ前記ポリマーは熱、ＵＶフラッシュまたは他の適した方法によって硬化され得る。

【0026】

さらに好ましい実施態様において、前記微細構造層は代替的に、インプリント、スピンコーティング、噴霧コーティングまたは堆積によって施与されることができ、方法は限定されない。

【0027】

さらに好ましい実施態様において、前記微細構造層は代替的に加熱または同様の方法によって硬化され得る。

【0028】

さらに好ましい実施態様において、前記微細構造層は、ガラス基板の２つの側の表面上に施与され得る。

【0029】

本発明において、ガラスは高いＮＢＯ数を示し、従って前記ガラスは負の電荷を伴うより多くの酸素（いわゆる「活性酸素」）を有する。より高いＮＢＯ数またはより多くの活性酸素は、ガラス表面の濡れ性を高めることができ且つ水／接着剤の接触角を下げることができる高活性なガラス表面を生成できることが判明した。ガラス表面の良好な濡れ性および水／接着剤の低い接触角は、ガラスおよび接着剤、つまり付着層の結合強度にとって好適であり、安定性を高める。

【0030】

本発明による微細光学部品は、回折光学部品、屈折レンズ、ミラー、プリズム、ＧＲＩＮレンズ、ハイブリッド部品、３Ｄイメージング／センサにおけるディフューザー、拡張現実、仮想現実、カメラ、自動化製造システム、移動通信手段に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】ガラス基板と微細構造層とを有する微細光学部品の簡略図

【図2】接触角とＮＢＯ値との間の関係のサンプル曲線

【図3】接触角とＸ値との間の関係のサンプル曲線

【図4】図４Ａ～図４Ｃ 本発明によるガラスの接着剤の接触角

【図5】図５Ａ～５Ｂ 従来技術および本発明によるガラス表面上の結合の模式図

【図6】本発明による活性化されたガラスおよび微細構造層との化学結合の模式図

【図7】接触角に対する結合強度の模式図。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本発明の好ましい実施態様
本発明の対象、特徴および利点を、添付の図面を参照して以下に記載される実施例および実施態様によってより詳細に説明する。

【0033】

図１は、本発明による、直接的に一緒に結合されたガラス基板２と微細構造層３とを有する微細光学部品１の簡略図を示す。微細構造層３はガラス基板２の上にインプリントされており、光学構造、例えばこの実施態様においてはレンズ４を上に有する。本発明において、光学構造はレンズ４に限定されず、他の光学部品、例えばセンサを含み得る。微細構造層３について、それは一般にエポキシ樹脂、例えばＤＥＬＯ（登録商標） ＫＡＴＩＯＢＯＮＤ（登録商標） ＯＭ ６１４（接着剤の一種、ＵＶ硬化インプリント材料として）、およびアクリル樹脂を含むポリマー製である。しかしながら、ポリマーはエポキシ樹脂およびアクリル樹脂に限定されるだけでなく、接着剤の特性を有する他のポリマーも含む。

【0034】

ガラス基板２はシリケートガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラス、アルミニウムホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、およびリチウムアルミニウムシリケートガラス（ＬＡＳ）からなる群から選択される超薄ガラス製である。本発明による超薄ガラスは、例えばダウンドロー、アップドロー、フローティングまたはオーバフローフュージョンの方法によって製造され得る。

【0035】

ガラス基板２は厚さｔ≦８００μｍ、好ましくはｔ≦５００μｍ、より好ましくはｔ≦１００μｍを有する。ガラス基板２は、接着剤接触角θ_g ５°未満、好ましくは４０°未満、好ましくは３０°未満、より好ましくは１５°未満を示す。この場合、ガラス基板２の低い接着剤接触角θ_gに起因して、ガラス基板と微細構造層３との結合強度にとって良好であり、信頼性と安定性が高まる。

【0036】

ガラス基板の接着剤接触角θ_gは、ガラスの特定のパラメータによって決定されることが判明した。簡単に言えば、上述のとおり、高い非架橋酸素（ＮＢＯ）は負の電荷を有する酸素（「活性酸素」）をより多く生成でき、且つ高いＮＢＯまたはより多くの活性酸素は高活性のガラス表面を生成でき、それがガラス表面の濡れ性を高め且つ水／接着剤の接触角を減少させることができる。ガラス表面の良好な濡れ性および水／接着剤の低い接触角は、ガラスと接着剤、例えばこの場合は微細構造層３との結合強度にとって好適であり、安定性を高める。本発明において、ＮＢＯは以下の式（１）によって定義される：
ＮＢＯ＝（Ｒ₂Ｏ＋Ｒ’Ｏ）／（Ｐ₂Ｏ₅＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃＋ＴｉＯ₂＋ＺｒＯ₂） （１）
前記式中、ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋを含むアルカリ金属であり、且つＲ’はＭｇ、Ｃａ、Ｂａを含むアルカリ土類金属である。

【0037】

本発明において、ガラス基板は特定の数のＮＢＯを有する。大きな数のＮＢＯは、性能、信頼性、およびガラス基板２と微細構造層３との間の結合強度を高めることができる。ＮＢＯが大きいほどガラス表面上でより多くのＯＨを引きつけることができ、ガラス表面上のＯＨが多いほどより良好な液体の濡れ性をもたらすことができるので、ガラス基板２と微細構造層３との間の結合強度が高まる。さらに、大きな数のＮＢＯは水／接着剤の接触角を下げることができ、より低い接触角はより良好な結合強度をもたらす。ＮＢＯの値が１を超える場合、それはガラス基板にＮＢＯをもたらす充分な改質剤があり、ガラスの構造が緩んでいることを意味することが判明した。ＮＢＯの値が１以下である場合、それはガラス基板に充分なガラス改質剤がなく、且つガラス構造が緻密であることを意味する。本発明において、前記ガラス基板は０．３より大きい、好ましくは０．５より大きい、より好ましくは１より大きい、特に好ましくは１．５より大きい、および最も好ましくは２より大きいＮＢＯ値を有する。

【0038】

さらには、ガラス中の活性酸素の割合を評価するために、特定の比Ｘ＝（Ｒ₂Ｏ＋Ｒ’Ｏ－Ｐ₂Ｏ₅－Ａｌ₂Ｏ₃－Ｂ₂Ｏ₃）／（ＳｉＯ₂＋Ｐ₂Ｏ₅＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）が定義される。活性酸素はＸ値の増加に伴って増加することが示される。つまり、Ｘが大きくなると、より多くの活性酸素があることを意味する。Ｘ＞０の場合、ガラス基板に充分な活性酸素があり、ガラス基板、特にガラス表面が活性であることを意味する。簡単に言うと、Ｘ＞０の場合、ガラス表面上に充分な非架橋酸素イオンがあり、活性酸素が空気中の湿分と容易に反応して［ＯＨ^-］基を形成する。活性な［ＯＨ^-］基は、ガラス基板２と微細構造層３、例えばポリマーとの間の濡れ性を高め、且つ前記ガラス基板２と前記微細構造層３との間の接触角を減少させるために有益である。ガラス基板の表面付着性を、活性酸素および活性な［ＯＨ^-］基によって改善できる。

【0039】

実験から、ガラスが低いＸ値、例えばＸ≦－０．２を有する場合、それは全ての酸素がガラス形成剤カチオン（例えばＳｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｐ）と結合しており、ガラスが不活性であることを意味することが判明した。この場合、ガラス表面上に形成され得る充分な［ＯＨ^-］がない。さらに、ガラスが高いＸ値、例えばＸ≧－０．２を有する場合、ガラス表面上で充分な活性［ＯＨ］基およびガラス基板上で接着剤とのより小さな接触角がもたらされる。この特別な特性は、ウェハレベル光学素子および回折光学部品におけるガラスの用途に有益である。本発明によれば、前記ガラス基板は比Ｘ≧－０．２、好ましくは≧０、およびより好ましくは≧０．２を有する。

【0040】

より高い値のＮＢＯをもたらすために、本発明において、前記ガラスは以下の組成を酸化物に対するモル％で有する：
成分 割合（モル％）
ＳｉＯ₂ ６０～８３
Ｂ₂Ｏ₃ ０～１２
Ｎａ₂Ｏ ０～１３
Ｋ₂Ｏ ０～７
ＭｇＯ ０～７
ＣａＯ ０～１０
ＢａＯ ０～１
ＴｉＯ₂ ０～４
ＺｎＯ ０～６。

【0041】

本発明において使用されるガラス、特に上述のガラスも改質され得る。例えば、遷移金属イオン、希土類イオン、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃、および０～２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂をガラス組成物中に添加することによって色を改質できる。

【0042】

前記ガラス物品を、抗菌機能、またはＫ⁺、Ｎａ⁺、Ａｇ⁺含有塩浴またはＣｕ²⁺含有塩浴中でのガラス物品のイオン交換を適用することによる化学強化を備えて提供することもできる。イオン交換後、Ａｇ⁺またはＣｕ²⁺の濃度は１ｐｐｍより高く、好ましくは１００ｐｐｍより高く、且つより好ましくは１０００ｐｐｍより高い。

【0043】

微細光学部品１は、その性能の要件に起因して、高い信頼性と高い光学効率を必要とする。それらの要件を満たすために、ガラス基板２と微細構造層３との間の高い結合を達成することが必要である。この点を確実にするために、ガラス基板２は特定の幾何学的特性、例えば表面粗さ、全体厚さばらつき（ＴＴＶ）、および反り、並びに熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するべきである。それらの特性は、ガラス基板と微細構造層との間の結合の信頼性に影響を及ぼし得る。

【0044】

本発明において、ガラス基板２は全体厚さばらつきＴＴＶ≦４０μｍ、好ましくはＴＴＶ≦３０μｍ、より好ましくはＴＴＶ≦２０μｍ、および最も好ましくはＴＴＶ≦１０μｍを有する。この場合、低いＴＴＶに起因して、微細構造層３はガラス基板２の表面に均質に接触し、微細構造層３とガラス基板２との間の結合が高まる。

【0045】

さらに、ガラス基板と微細構造層との間の結合強度を改善するために、ガラス基板は局所厚さばらつきＬＴＶ≦５μｍ、好ましくはＬＴＶ≦１μｍ、より好ましくはＬＴＶ≦０．５μｍ、および最も好ましくはＬＴＶ≦０．１μｍを２５ｍｍ²で有し、なぜならＬＴＶはＴＴＶと同様に、ガラス基板と微細構造層との間の結合強度に影響するからである。

【0046】

さらに、前記ガラス基板は厚さ許容差δ≦８０μｍ、好ましくはδ≦５０μｍ、より好ましくはδ≦２０μｍを有する。１つの実施態様において、前記ガラス基板は許容差の厚さに対する割合１０％未満、好ましくは８％未満、およびより好ましくは５％未満を示す。厚さ許容差δおよび許容差の厚さに対する割合が非常に低いので、微細光学部品上に入射する光はガラス基板を均質に透過することができ、ひいてはイメージング品質が改善される。

【0047】

ガラス基板と微細構造との間の結合強度をさらに改善するために、前記ガラス基板は反り≦２００μｍ、好ましくは，≦１００μｍ、より好ましくは≦８０μｍ、および最も好ましくは≦５０μｍを示す。この場合、ガラス基板は微細構造層に対して実質的に平行であることができ、それはガラス基板２と微細構造層３との間の均質な結合強度を改善し得る。さらにこれは光の透過率および反射率における微細光学部品の品質を必要に応じて改善することもできる。

【0048】

ガラス基板と微細構造層との間の結合強度をさらに改善するために、本発明によるガラス基板２は表面粗さＲａ≦２０ｎｍ、好ましくはＲａ≦１０ｎｍ、およびより好ましくはＲａ≦５ｎｍを有する。

【0049】

光学の観点での微細光学部品の要件により、ガラス基板２は光学の観点でのいくつかの特性を示す必要がある。さらに好ましい実施態様において、ガラス基板２は１．４～２．５の範囲、好ましくは１．５～２．３の範囲、およびより好ましくは１．８～２．０の範囲の屈折率ｎ_dを有する。この場合、上記で挙げられた屈折率ｎ_dは微細構造層用に存在するポリマーと合致し、ひいては光学効率を改善するので、前記ガラス基板を光学素子における用途のために採用できる。好ましい実施態様において、ガラス基板と微細構造層との間の屈折率ｎ_dの差Δｎ_dは０．５未満である。

【0050】

光学の観点での微細光学部品の要件により、ガラス基板２は波長４００～１５００ｎｍの範囲で透過指数Ｔ≧９０％、好ましくはＴ≧９１％、およびより好ましくはＴ≧９２％を示す。この実施態様において、前記ガラス基板を光学における用途のために、特に３Ｄイメージングおよびセンサの分野において採用できる。

【0051】

熱衝撃を受ける際に微細構造層３がガラス基板２から剥離することを減らすために、ガラス基板の熱膨張係数ＣＴＥ_20～300℃（ＣＴＥ）は微細構造層の熱膨張係数と大きく異なるべきではない。理想的な状態では、ガラス基板のＣＴＥは微細構造層のＣＴＥと実質的に等しい。この場合、微細光学部品が熱衝撃を受ける際にガラス基板と微細構造層とが同様に膨張し、その間で変位が生じない。本発明の実施態様において、ガラス基板はＣＴＥ_20～300℃≦１５×１０^-6／Ｋ、好ましくはＣＴＥ_20～300℃≦１２×１０^-6／Ｋを示す。

【0052】

さらに、ガラス基板と微細構造層との間の結合強度は、例えばナノインプリント技術を使用することによる微細光学部品にとって重要な要件である。剥離は常に問題であり且つ懸念される。本発明は、適した表面特性、例えば高い表面張力、ガラス基板と微細構造層との間の低い表面張力の割合、特定の数のＮＢＯを有するガラス基板を提供し、ガラスの表面張力および表面の濡れ性を増加させ、それはガラス基板と微細構造層との間の結合強度を改善するために役立つ。表面張力が高いほど小さな水／接着剤の接触角がもたらされ、それがガラス基板の表面の付着特性を高めることが判明した。

【実施例】

【0053】

表１は本発明によるガラス基板のいくつかの例を示す。

【0054】

【表1】

【0055】

ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋを含むアルカリ金属であり、
Ｒ’はＭｇ、Ｃａ、Ｂａを含むアルカリ土類金属であり、
Ｒ’’はＴｉ、Ｚｒを含むが、Ｓｉは含まない。

【0056】

上記の表から、例２のガラスを例に取ると、前記ガラスは非常に大きい数のＮＢＯ、例えば１．１６をもたらすので、より高い比の値Ｘ＝－０．１１をもたらす。この場合、それはガラス表面上でより多くのＯＨ^-を引きつけ、より良好な液体濡れ性をもたらす。

【0057】

詳細には図４Ａ～４Ｃを参照し、それは例２、例５および例３についてのガラスの接着剤接触角をそれぞれ示し、それぞれ接着剤接触角１０．８°、１１．２°および１１．３°を有する。この場合、図７と関連して、ガラス基板と微細構造層との間の結合強度は７ＭＰａ、６ＭＰａおよび５ＭＰａである。

【0058】

図２および３はそれぞれ、接着剤接触角およびＮＢＯおよびＸ値の間の関係を示す。それら２つの図から、ＮＢＯおよびＸの値が高いほど接着剤接触角は小さく、それがガラス基板２と微細構造層３との結合強度および安定性を改善することがわかる。

【0059】

図５Ａおよび５Ｂはガラスの１つの表面上での結合のためのラジカル基の模式図を示す。図５Ａは、低い値のＮＢＯおよびガラス表面上で少ない活性酸素を有するガラスの１つの表面上での結合のためのラジカル基の模式図を示す。図５Ｂは、高い値のＮＢＯおよびガラス表面上でより多くの活性酸素を有するガラスの１つの表面上での結合のためのラジカル基の模式図を示す。

【0060】

図７は微細構造層、例えばポリマーと反応するガラスの原理を示す。この図において、ガラス上の高い［ＯＨ^-］含有率はガラス表面上により多くの活性酸素、およびより多くの活性なガラス表面をもたらし、ガラスと微細構造層との間のより強い結合をもたらすことも示される。

【0061】

本発明によれば、ガラス基板と微細構造層との間の結合強度は、０．５ＭＰａより大きく、好ましくは１ＭＰａより高く、およびより好ましくは１．５ＭＰａより高い。

【0062】

本発明の他の態様において、上述の微細光学部品の製造方法が提供される。前記方法は、以下の段階：
（ａ） ポリマーを基板上に堆積し、ＵＶ透過性のテンプレートを上に配置する段階、
（ｂ） 前記テンプレートを前記ポリマーに押し付け、前記テンプレートを通じてＵＶ光を照射して前記ポリマーを硬化させる段階、
（ｃ） 前記テンプレートを、インプリントされた造形を有する硬化ポリマー、つまり微細構造層から剥離する段階
を含む。

【0063】

１つの実施態様において、微細構造層３は変性エポキシ樹脂、例えばＤＥＬＯ（登録商標） ＫＡＴＩＯＢＯＮＤ（登録商標） ＯＭ６１４製である。この場合、微細構造層３を段階ｃ）で硬化させる際、波長範囲３２０～３８０ｎｍのＵＶ光が使用される。簡単に言うと、硬化は２５ｍＷ／ｃｍ²のＵＶ出力で３００秒間行われる。硬化後、その微細光学部品を１２０℃で１時間、熱処理する。

【0064】

本発明によるガラスは大きな数のＮＢＯを示すので、前記ガラスは負の電荷を有する酸素をより多く有する。より高いＮＢＯ数またはより多くの活性酸素は、ガラス表面の濡れ性を高めることができ且つ水／接着剤の接触角を下げることができる高活性なガラス表面を生成できる。ガラス表面の良好な濡れ性および水／接着剤の低い接触角は、ガラスおよび接着剤、つまり微細構造層の結合強度にとって好適である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】