JP5607988B2 - プラスチックレンズ又は光導波路の製造方法 - Google Patents
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Description
これは、表面にレンズ形状など微細な凹凸(型パターン)が形成された型(以下、「モールド」ともいう)を用いて被加工材に対して型押しすることにより所定のパターンを被加工材に転写するものである。このインプリント技術には、被加工材の材料に応じて熱インプリント方式と光インプリント方式の2つに大別される。
しかしながら、装置上、光拡散板を設置しにくく煩雑である場合や、装置の構造上設置できない場合があった。また簡単に設置可能な場合でも、光拡散板と光硬化性樹脂組成物との距離が少しでも離れた場合、拡散板からの出射光が周辺に約20〜30%広がるのと、間に空気層が存在する事により、光拡散板と空気界面反射で約4%、空気と光硬化性樹脂組成物との界面反射で約4%の計約8%の照度の減衰が起こり、光硬化性樹脂組成物に直接当たる光量が下がってしまい、スループットが落ちてしまうという問題があった。
本発明は上記従来の問題を解決するものであり、透明性の高い厚みのある光学部材を高スループットで形成でき、酸素透過性の高いPDMS樹脂をモールド材料としてを用いた場合でも十分硬化でき、モールドの寿命も長くすることができる。
[1]光源、光透過性モールド及び光硬化性樹脂組成物をこの順で配置し、光透過性モールドを通して光を照射して光硬化性樹脂組成物を光硬化させて得られるプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法において、光透過性モールドが光拡散性を有する、プラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
[2]上記光透過性モールドの365nmにおけるヘーズ値が50%以上であり、且つ、365nmにおける光透過率が80%以上である、上記[1]に記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
[3]上記光透過性モールドが、光硬化性樹脂組成物側の面に厚みが0.2mm〜5mmの型パターンを有し、光源側の面に厚み0.1μm〜50μmの凹凸形状を有する、上記[1]又は[2]に記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
[4]上記0.1μm〜50μmの凹凸形状が、球状又は半球状である、[3]記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
[5]上記光透過性モールドが、モールド内部にモールド材料とは異なる屈折率の微粒子を分散させたモールドである、上記[1]〜[4]のいずれか一つに記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
[7]上記光透過性モールドが、石英又はガラス上に型パターンを有する樹脂を積層して得られたモールドであり、該石英又はガラスが光拡散性を有する、上記[1]〜[5]のいずれか一つに記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
[8]上記型パターンを有する樹脂が、ポリジメチルシロキサンである上記[7]に記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
[9]上記光透過性モールドが、光拡散性を有する支持体上に型パターンを有する部材を型パターン面が外側になるように積層して得られたモールドであって、該支持体と該型パターンを有する部材との屈折率差が0.1以下である、上記[1]〜[8]のいずれか一つに記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
[10]上記光透過性モールドが、光拡散性を有する支持体として石英又はガラスを、型パターンを有する部材としてポリジメチルシロキサンを用い、両者の間に空気が存在しないように積層したモールドである、上記[9]に記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
本発明の製造方法においては、光源、光透過性モールド及び光硬化性樹脂組成物をこの順で配置し、光透過性モールドを通して光を照射して光硬化性樹脂組成物を光硬化させて得られ、光透過性モールドが光拡散性を有する。
光透過性モールドの365nmにおけるヘーズ値は、50%以上であり、且つ、365nmにおける透過率が80%以上であることが好ましい。
上記ヘーズ値は50%以上が好ましく、60%以上がより好ましい。得られる硬化物(プラスチックレンズ又は光導波路)の透明性の観点から、50%以上が好ましい。ヘーズ値はJIS K-7136によって測定される。
また光透過性モールドの365nmにおける光透過率は80%以上が好ましく、90%以上がさらに好ましい。得られる硬化物(プラスチックレンズ又は光導波路)の機械物性の観点から、光透過率は80%以上が好ましい。365nmにおける光透過率は、JIS K-7361-1で測定される。
1)モールドの凹凸面(パターン面、その厚みは0.2mm〜5mmであることが好ましい)と反対になる側(光源側)に、サンドブラストや型押し成型などの方法で厚み0.1μm〜50μmの凹凸形状を形成する方法、
2)光拡散剤を塗布する方法、
3)モールド内部に、モールド材料とは異なる屈折率の微粒子を練り混ぜて分散させる方法、
などが挙げられる。
この場合、光拡散性を有する石英又はガラスが、型パターンを有する樹脂(例えば、PDMS樹脂)を支持することができ、光照射時に有る程度の圧力をかけることが出来るため、好ましい。光拡散性を有する石英又はガラスは、その表面に厚み0.1μm〜50μmの凹凸形状を形成することで得ることができる。
また、厚み0.1μm〜50μmの凹凸形状は、球状又は半球状であることが、三角形状よりもガラスとの入射角が大きくなるため、表面での反射が減り光硬化性樹脂組成物への入射光量が高くできるので望ましい。凹凸形状の厚みは、0.5μm〜10μmであることが更に好ましい。
また、光透過性モールドの材料としては、石英やガラス、PDMS樹脂を用いることができる。
粒子径の直径は、モールドの光透過性の観点から、0.5μm〜5μmであることが最も好ましい。また、モールドの光硬化性樹脂組成物と接する表面に微粒子の形状がでてこないようにするため、透明凹凸モールド層と光拡散剤を練りこんだ層を2層にすることが好ましい。
また、上記支持体と凹凸面を有する部材との間には空気層が存在しないようにすることが好ましい。
これは、光拡散性を有する支持体を透過した光は拡散光となるため、凹凸面を有する部材に入射する前に空気の層を透過すると、空気界面での反射が大きくなり拡散光(Td)と直進光(Tt)との比が小さくなりヘーズ値の低下を招いてしまうため、また、空気層の存在によって透過率全体の低下は約10%近くなるためである。
そして、空気層が形成されないように積層する観点から、光拡散性を有する支持体の材料はガラス又は石英であり、凹凸面を有する部材の材料はPDMSであることが好ましい。
ポリオルガノシロキサンは、少なくとも下記一般式(1):
(R1)4−n−(Si)−(OR2)n・・・・・(1)
{式中、R1は、水素原子、フェニル基又は炭素数1〜17の1価の有機基であり、R2は、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数1〜18の有機基であり、そしてnは、1〜から4の整数であり、R1とR2は、複数存在する場合、同一であっても異なっていてもよい。}で表されるオルガノシランを原料とする縮合物である。
好適な触媒としては、下記一般式(2):
M1(OR3)n・・・・・(2)
{式中、M1は、ケイ素、ゲルマニウム、チタニウム、ジルコニウム、ホウ素又はアルミニウムのいずれかであり、複数のR3は、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基であり、そしてnは、3又は4である。}で表される金属アルコキシド(以下、単に「金属アルコキシド」ともいう。)の内の少なくとも1つの触媒、又はアルカリ金属水酸化物及びアルカリ土類金属水酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物が挙げられる。
光硬化性樹脂組成物としては、上記ポリオルガノシロキサンに、光重合開始剤、各種添加剤などを含有してもよい。
DPDとMEMOを1対1モルで混合したのち、積極的に水を添加することなく75〜85℃の温度で30〜1時間加水分解して、光硬化性樹脂としたドイツ国 Fraunhofer ISC社から得たORMCER(登録商標)ONE (ORMOCER ONE合成の反応温度は80℃、反応時間は15分、触媒はBa(OH)2H2Oを0.002モル)に、光ラジカル重合開始剤IRGACURE(登録商標)814(チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製) 1.0質量%を添加混合し、0.2μmのフィルターでろ過した後光硬化性樹脂組成物とした。最終粘度としては15ポイズであった。
SILPOT184 W/C(東レ・ダウコーニング社製)10.0gにCATALYST184を1.0g加え攪拌し、透明型パターンを有する部材用液とした。
SILPOT184 W/C(東レ・ダウコーニング社製)10.0gにアクリル製微粒子SX−350H(綜研化学社製2.5μm径ビーズ)1gを加えよく攪拌したのち、CATALYST184を1.0g加え攪拌し、拡散型パターンを有する部材用液とした。
透明型パターンを有する部材用液を高さ5mmの壁の付いた箱型の石英製のマスターモールド(5cmx5cm)に液を1mmの厚みで塗布した。真空脱泡を30分間行なった後、80度のホットプレートの上にのせ、硬化させ、室温に放置した。
マスターモールドから1層目のPDMSを剥離せずに、2層目に上記拡散型パターンを有する部材用液をPDMS厚みの合計が2、3、4mmになる様に厚みを変えて塗布し、真空脱泡した後、80度のホットプレートの上にのせ、硬化させた。室温に放置したのち、原版から剥離し厚みを変えた事で光拡散度の異なる3種類(各厚み2、3、4mmで、ヘーズ値%49、75、85)の光拡散性を有する型パターンを有する部材1,2,3を得た。
また、拡散型パターンを有する部材用液を塗布せずに、上記マスターモールドから一層目のPDMSを剥離して、厚み約1mmの透明型パターンを有する部材を得た。
明昌機工株式会社製ナノインプリント装置を用い、厚み1mmのPC樹脂板をスペーサとして、フッ素樹脂でコート処理したガラス基板上(5cmx5cm、厚み0.7mm)に上述した光硬化性樹脂組成物を滴下し、上述の光拡散性を有する型パターンを有する部材1(屈折率1.41)を、厚み0.7mm支持ガラス(UV光透過性の無アルカリガラス、コーニング製1737、屈折率1.51)上に、両者の間に空気が存在しないように積層して、光透過性モールド1とした。光透過性モールド1のPDMS面を下側(光硬化性樹脂組成物側)にして指で光硬化性樹脂組成物に密着させ、プレスせずに、光硬化性樹脂組成物面での照度が8mW/cm2(365nm波長)で60秒露光した。露光後60秒経過したのち光透過性モールド1をはがし、以下の評価を行った。
結果を表1に示す。
1)表面硬化性:得られた硬化物を指で触って表面タック性を判定した。
表面タック性なし;○
表面タック性有り;×
2)硬化物の外観:得られた硬化物を目視で観察した。
透明むらなし;○
僅かにむらがある;△
はっきりとむら、にごりが見える;×
3)透明性:UV透過率:日立分光光度計 U-3040を用い、リファレンスはなにもいれず、無アルカリガラス基板に貼り付けた状態の硬化物の550nmの透過率を測定した。
実施例1において、光拡散性を有する型パターンを有する部材1に換えて、光拡散性を有する型パターンを有する部材2又は3を用いて、光透過性モールド2又は3を作成し、これを用いた以外は、実施例1と同様に行った。
実施例1において、光透過性モールド1に換えて、上記透明型パターンを有する部材を厚み0.7mm支持ガラス(UV光透過性の無アルカリガラス、コーニング製1737について、透明モールドとは反対の面をサンドブラスト処理をして直径約50μmで厚みが約30μmの半球状の凹凸形状を付けたもの)上に、両者の間に空気が存在しないように積層して、光透過性モールド4として、これを用いた以外は、実施例1と同様に行った。
実施例1において、光透過性モールド1に換えて、上述の透明型パターンを有する部材を用いて透明モールドとして、これを用いた以外は、実施例1と同様に行った。
実施例4において、光透過性モールド4に換えて、透明型パターンを有する部材と支持ガラスとを約1cm離して設置した以外は、実施例4と同様に行った。支持ガラスからの光が周囲にも広がったのと、間に空気層が発生したため、光硬化性樹脂組成物面での照度は5mW/cm2(365nm波長)と約40%近く減衰した。
Claims (9)
- 光源、光透過性モールド及び光硬化性樹脂組成物をこの順で配置し、該光透過性モールドを通して光を照射して該光硬化性樹脂組成物を光硬化させて得られるプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法において、該光透過性モールドが、光拡散性を有し、該光硬化性樹脂組成物側の面に厚みが0.2mm〜5mmの型パターンを有し、かつ、該光源側の面に厚み0.1μm〜50μmの凹凸形状を有することを特徴とする前記プラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
- 上記0.1μm〜50μmの凹凸形状が、球状又は半球状である、請求項1に記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
- 上記光透過性モールドの365nmにおけるヘーズ値が50%以上であり、且つ、365nmにおける光透過率が80%以上である、請求項1又は2に記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
- 上記光透過性モールドが、モールド内部にモールド材料とは異なる屈折率の微粒子を分散させたモールドである、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
- 上記光透過性モールドが、ポリジメチルシロキサンを原料とするモールドである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
- 上記光透過性モールドが、石英又はガラス上に型パターンを有する樹脂を積層して得られたモールドであり、該石英又はガラスが光拡散性を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
- 上記型パターンを有する樹脂が、ポリジメチルシロキサンである、請求項6に記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
- 上記光透過性モールドが、光拡散性を有する支持体上に型パターンを有する部材を型パターン面が外側になるように積層して得られたモールドであって、該支持体と該型パターンを有する部材との屈折率差が0.1以下である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
- 上記光透過性モールドが、光拡散性を有する支持体として石英又はガラスを、型パターンを有する部材としてポリジメチルシロキサンを用い、両者の間に空気が存在しないように積層したモールドである、請求項8に記載のプラスチックレンズ又は光導波路の製造方法。
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