光学材料及光学元件制造技术

本发明专利技术涉及一种光学树脂材料，其含有分子中至少具有一个羟基的金属醇盐的水解缩聚生成物、挥发性低分子成分和有机聚合物，挥发性低分子成分具有能与金属醇盐的水解缩聚生成物的羟基成键的例如羧酸基、羰基、羟基等极性基团。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可用于光学零部件等的光学树脂材料及使用该材料的光学元件。
技术介绍
树脂材料因其成本比玻璃材料低、批量生产性高，所以广泛用作光学零部件用材料。但在手机用零部件、光通信用零部件等中，需求能经受温度85℃、湿度85％的高温高湿保存试验，光学零部件用材料不仅理所当然需要没有破坏和变形，而且还需要折射率等光学特性的变化小。丙烯酸酯类树脂、环氧类树脂、环氧丙烯酸酯类树脂、聚氨酯类树脂等普通光学树脂中的大多数在温度85℃、湿度85％的高温高湿环境下会逐渐老化，折射率逐渐降低。这种折射率的降低将给光学树脂材料在手机用零部件、光通信用零部件中的应用造成障碍。为抑制这种折射率的降低，在现有技术中，提出有通过对材料本身进行强化，保证性能的方法。例如，在日本特开平11-322864号公报中，揭示了在含有硫代基的聚合物中，通过使含硫量、粘度等最优化，以提高可靠性的技术方案。但是，在这类方法中，由于材料和制作条件等方面受到很大制约，因此无法谋求从光学设计上使折射率、阿贝数等光学特性稳定化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种能降低在高温高湿环境下折射率变化的光学树脂材料以及使用该材料的光学元件。本专利技术涉及一种光学树脂材料，其含有分子中至少具有一个羟基的金属醇盐的水解缩聚生成物，和挥发性低分子成分。其特征在于挥发性低分子成分具有能与金属醇盐的水解缩聚生成物的羟基成键的基团。另外，本专利技术所述的金属醇盐是指至少具有一个可通过水解形成OH基的基团的有机金属化合物。本专利技术人等注意到一直以来用作光学树脂材料的丙烯酸酯类树脂、环氧类树脂和聚氨酯类树脂的折射率在高温高湿环境下将会降低。专利技术人认为，在高温高湿环境下，折射率的降低是由于下述原因。高分子材料的折射率通常用式(1)表示。根据式(1)可知，如果等式右侧的值增大，则表明折射率增大。nD2-1nD2+2=V---(1)]]>式中，nD为高分子材料的折射率，为原子折射之和，V＝M/ρ，其中，M为单体分子量，ρ为聚合物密度，式1引自日本化学学会编季刊——《化学总说》的1998年No.39期中的《透光性聚合物的折射率控制》。根据上式(1)可知，通过增加原子折射小的键，或减小密度，折射率降低。在温度85℃、湿度85％的高温高湿环境下，将发生下述变化。(1)由于湿度高，随着水解缩聚的进行，因高分子化导致原子折射大的OH基减少。(2)分子链间的交联断开，原子折射大的碳单键转化成原子折射小的双键。(3)因构成树脂的构成物质的挥发，导致密度降低。另外，专利技术人除上述高分子状态的变化之外，还考虑到下述导致折射率降低的原因。(4)由于吸湿，而引入折射率小的水。如上所述，现有的用作光学树脂材料的树脂在高温高湿环境下因为各种原因而导致折射率的降低。含有上述金属醇盐的水解缩聚生成物和上述挥发性低分子成分的本专利技术的光学树脂材料，具有在高温高湿环境下折射率升高的特性。因此，通过将本专利技术的光学树脂材料与丙烯酸酯类等现有光学树脂混合使用，就能用本专利技术的光学树脂材料的折射率的升高抵消现有光学树脂的折射率的降低，从而能够控制在高温高湿环境下折射率的变化。因此，按照本专利技术的其它方面的光学树脂材料的特征在于含有上述金属醇盐的水解缩聚生成物和上述挥发性低分子成分，还含有有机聚合物。在本专利技术的光学树脂材料中，因挥发性低分子成分的挥发，折射率升高。本专利技术的挥发性低分子成分具有能与金属醇盐水解缩聚生成物的羟基成键的基团。金属醇盐的水解缩聚生成物的羟基与低分子成分的基团之间形成氢键，或通过缩聚等成键，使低分子成分的挥发性得到控制，能够谋求长期的折射率的稳定化。低分子成分的基团可举出具有极性的羧酸基、羰基以及羟基等。本专利技术的低分子成分可举出由金属醇盐生成的单体或低聚物、有机酸、醇类、酮类等。优选采用由金属醇盐生成的单体或低聚物、有机酸。另外，低分子成分优选采用含有分子折射低的氟原子的化合物。因此，优选的低分子成分可举出含氟原子的金属醇盐、有机酸、醇以及酮等。本专利技术的金属醇盐特别优选采用烷氧基硅烷。金属醇盐优选采用含有甲基丙烯酰氧基和/或丙烯酰氧基、或具有苯乙烯基的金属醇盐。通过使用这类具有双键的金属醇盐，就能利用能量线照射使该双键聚合，进而实现固化。本专利技术中所用的有机聚合物可举出丙烯酸酯类树脂、环氧类树脂、聚氨酯类树脂、聚酯丙烯酸酯类树脂、环氧丙烯酸酯类树脂、以及上述树脂的混合物。还可举出使上述金属醇盐水解生成的有机金属聚合物材料。另外，还可以是使SiO2、TiO2、ZrO2、Nb2O5等金属氧化物微小颗粒分散在这些树脂中的材料。另外，本专利技术中的有机聚合物还可以是甲基丙烯酰氧基和丙烯酰氧基等具有双键的有机聚合物。由于有机聚合物具有这类双键，因此就能通过照射能量线，使双键聚合，进而实现固化。另外，在金属醇盐水解缩聚生成物具有双键的情况下，使这些双键成键，就能实现交联。含有有机聚合物的本专利技术的光学树脂材料优选在温度85℃、湿度85％的高温高湿环境下的折射率的变化为每500小时在±0.001以下。在本专利技术的光学树脂材料中，对金属醇盐的水解缩聚生成物、低分子成分、有机聚合物的配合比例进行适度调节，以稳定地控制折射率，尽管没有特别限定，但还是优选金属醇盐的水解缩聚生成物为4～95重量％，有机聚合物为4～95重量％，低分子成分为1～30重量％。本专利技术的光学元件的特征在于使用上述本专利技术的光学树脂材料。本专利技术的复合型光学元件的特征在于母材表面形成有由上述本专利技术的光学树脂材料构成的光学树脂层。依照本专利技术的复合型光学元件的优选实施方式的特征在于母材为透镜，光学树脂层形成于透镜的光学面上。母材可举出由玻璃、塑料、透光性陶瓷或光学晶体构成的材料。玻璃可举出普通光学玻璃和高折射率玻璃等。此外，塑料材料可举出聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸类树脂、环氧类树脂、有机硅树脂、氟树脂、聚烯烃树脂、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基戊烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯等。透光性陶瓷可举出氧化铝、MgF2、CaF2、尖晶石烧结体、(PbLa)(ZrTi)O3(PLZT)、钇铝石榴石烧结体、村田制作所制商品名“LUMICERA”等。光学晶体可举出水晶、金红石、尖晶石、蓝宝石、铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾、钛酸锆酸铅、钛酸锆酸镧铅、钛酸磷酸钾、钛酸钡、钇铝石榴石、钇铁石榴石、β-硼酸钡、三硼酸锂；硅、锗等半导体；硫化硒、硒化锌等II-VI族化合物半导体及其混合晶；砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铝、氮化镓、氮化铝等III-V族化合物半导体及其混合晶等。本专利技术的光学装置的特征在于包括上述本专利技术的复合型光学元件。本专利技术的光学装置可举出例如光开关、光收发模组、光耦合器等光通讯设备；液晶显示设备、等离子体显示设备、有机EL显示设备、投影仪、放映机等显示设备；微透镜阵列、积分仪、导光板等光学零部件；数码相机等照相机；摄录机等摄像装置；CCD照相模组、CMOS照相模组等摄像模组；望远镜、显微镜、放大镜等光学设备等。使用含有有机聚合物的本专利技术的光学树脂材料，能够形成减少高温高湿环境下的折射率的变化，并表现出稳定的折射率的光学树脂材料。由于本专利技术的光学树脂使用上述本专利技术的光学材料，因此能够制成即使在高温高湿环境下也能表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学树脂材料，其含有分子中至少具有一个羟基的金属醇盐的水解缩聚生成物、和挥发性低分子成分，其特征在于：　　　　所述挥发性低分子成分具有能与所述金属醇盐的水解缩聚生成物的羟基成键的基团。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松本光晴，藏本庆一，林伸彦，
申请(专利权)人：三洋电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]