JP2011232522A - Optical low-pass filter, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学的ローパスフィルタ及びその製造方法に関し、詳細には、マトリックス内に屈折率がマトリックスと異なる複数の柱状構造体が配置された光学的ローパスフィルタ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical low-pass filter and a manufacturing method thereof, and more particularly to an optical low-pass filter in which a plurality of columnar structures having a refractive index different from that of a matrix are arranged in a matrix and a manufacturing method thereof.
撮像素子におけるモアレの発生を抑制するために光学的ローパスフィルタが使用されている。このような光学的ローパスフィルタとして、特許文献1に記載されているような成形体を使用したものある。 An optical low-pass filter is used to suppress the occurrence of moire in the image sensor. As such an optical low-pass filter, there is one using a molded body as described in Patent Document 1.
この成形体は、透明なマトリックス内に、マトリックスと屈折率が異なる構造体を規則的に配置することによって高度な光制御を可能とした成形体である。このような成形体は、膜(シート)状に保持した光重合性組成物に、波長半値全幅が100mm以下の平行光を照射することによって製造される。 This molded body is a molded body that enables a high degree of light control by regularly arranging structures having a refractive index different from that of the matrix in a transparent matrix. Such a molded body is produced by irradiating the photopolymerizable composition held in a film (sheet) shape with parallel light having a full width at half maximum of 100 mm or less.
このよう成形体は、剛直性を持たせて組み立てを容易にするとともに部品点数を削減するため、ガラス基板等に接着され、光学的ローパスフィルタとして使用されている。
しかしながら、このような成形体は、接着されるガラス基板の材料であるガラスに比べて線膨張係数が大きい。このため、加熱/冷却時に、成形体とガラス基板との線膨張係数の差によって剥がれやひび割れ等が生じるという問題を有していた。
Such a molded body is adhered to a glass substrate or the like and used as an optical low-pass filter in order to provide rigidity and facilitate assembly and reduce the number of parts.
However, such a molded body has a larger linear expansion coefficient than glass, which is a material of the glass substrate to be bonded. For this reason, at the time of heating / cooling, there is a problem that peeling or cracking occurs due to a difference in linear expansion coefficient between the molded body and the glass substrate.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、加熱/冷却時に剥がれやひび割れ等の問題が発生しない光学的ローパスフィルタ及びこのような光学的ローパスフィルタの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and provides an optical low-pass filter that does not cause problems such as peeling and cracking during heating / cooling, and a method for manufacturing such an optical low-pass filter. For the purpose.
本発明によれば、
光重合性組成物を硬化してなるマトリックス層と、前記マトリックス層内に配置され前記マトリックス層と屈折率が異なる複数の柱状構造体とを有する屈折率変調型回折格子層を、前記屈折率変調型回折格子層と線膨張係数が異なる基板上に備えた光学的ローパスフィルタの製造方法であって、
硬化後のガラス転移温度が−70℃以上10℃以下である接着層を構成する重合性組成物を、基板上に薄膜状に配置するステップと、
前記重合性組成物を硬化させ前記基板上に前記重合性組成物の硬化物からなる接着層を形成するステップと、
硬化後に前記屈折率変調型回折格子層を構成する光重合性組成物を、前記接着層上に薄膜状に配置するステップと、
前記光重合性組成物を光重合によって硬化させ前記接着層上に屈折率変調型回折格子層を形成するステップと、を備えている、
ことを特徴とする光学的ローパスフィルタの製造方法が提供される。
According to the present invention,
A refractive index modulation type diffraction grating layer comprising: a matrix layer formed by curing a photopolymerizable composition; and a plurality of columnar structures disposed in the matrix layer and having a refractive index different from that of the matrix layer. A method of manufacturing an optical low-pass filter provided on a substrate having a linear expansion coefficient different from that of a diffraction grating layer,
Disposing a polymerizable composition constituting an adhesive layer having a glass transition temperature after curing of −70 ° C. or more and 10 ° C. or less in a thin film on a substrate;
Curing the polymerizable composition to form an adhesive layer made of a cured product of the polymerizable composition on the substrate;
Disposing a photopolymerizable composition constituting the refractive index modulation type diffraction grating layer after curing in a thin film form on the adhesive layer;
Curing the photopolymerizable composition by photopolymerization to form a refractive index modulation type diffraction grating layer on the adhesive layer.
An optical low-pass filter manufacturing method is provided.
このような方法によって製造された光学的ローパスフィルタは、加熱/冷却時において、ガラスと成形体との線膨張係数の差に由来する熱応力を吸収し得るだけの柔軟性を接着層が有するため、成形体に剥がれ、ひび割れが生じることを防ぐことができ、且つ、入手しやすい安価な原料で製造可能である。 The optical low-pass filter manufactured by such a method has a flexibility that can absorb the thermal stress derived from the difference in linear expansion coefficient between the glass and the molded body during heating / cooling, and thus the adhesive layer has the flexibility. Further, it can be prevented from being peeled off from the molded body and causing cracks, and it can be manufactured from inexpensive raw materials that are easily available.
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記重合性組成物材料が、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとポリ(メタ)アクリル酸メチルを含むこと。
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記重合性組成物材料が、炭素数2以上のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートを50質量%以上含有していること。
According to another preferred embodiment of the invention,
The polymerizable composition material contains hydroxyalkyl (meth) acrylate and poly (meth) acrylate.
According to another preferred embodiment of the invention,
The polymerizable composition material contains 50% by mass or more of an alkyl (meth) acrylate having an alkyl group having 2 or more carbon atoms.
本発明の他の態様によれば、
光学的ローパスフィルタであって、
基板と、
光重合性組成物を硬化してなり、マトリックス層と、前記マトリックス層内に配置され前記マトリックス層と屈折率が異なる複数の柱状構造体と、を有し、前記基板と線膨張係数が異なる屈折率変調型回折格子層と、
前記基板と前記屈折率変調型回折格子層との間に配置され、ガラス転移温度が−70℃以上10℃以下であり、重合性組成物の硬化物によって構成された接着層とを、備えている、
ことを特徴とする光学的ローパスフィルタが提供される。
According to another aspect of the invention,
An optical low-pass filter,
A substrate,
A photopolymerizable composition is cured, and has a matrix layer and a plurality of columnar structures that are disposed in the matrix layer and have a refractive index different from that of the matrix layer. A rate modulation type diffraction grating layer;
An adhesive layer disposed between the substrate and the refractive index modulation type diffraction grating layer, having a glass transition temperature of −70 ° C. or higher and 10 ° C. or lower and configured by a cured product of the polymerizable composition; Yes,
An optical low-pass filter is provided.
本発明によれば、加熱/冷却時に剥がれやひび割れ等の問題が発生しない光学的ローパスフィルタ及びこのような光学的ローパスフィルタの製造方法が提供される。 According to the present invention, an optical low-pass filter that does not cause problems such as peeling and cracking during heating / cooling and a method for manufacturing such an optical low-pass filter are provided.
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図1は本発明の好ましい実施形態の光学的ローパスフィルタ1の構成を模式的に示す斜視図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of an optical low-pass filter 1 according to a preferred embodiment of the present invention.
図1に示されているように、本実施形態の光学的ローパスフィルタ1は、基板2の一方の面の全体に重合性組成物(接着層用重合性組成物)から形成された接着層4が設けられ、この接着層4上に光重合性組成物から形成された屈折率変調型回折格子層6が設けられた積層構造を備えている。
As shown in FIG. 1, the optical low-pass filter 1 of the present embodiment includes an
屈折率変調型回折格子層6と基板2とは線膨張係数が異なっている。本発明の好ましい実施形態においては、基板2としてガラス基板が用いられ、以下の説明において、基板2をガラス基板と称する場合がある。
The refractive index modulation type
ガラス基板2は表面が平滑な板状部材であり、0.1mmないし2.0mm程度のほぼ均一な厚さを有する。ガラス基板2は、ソーダガラス、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、色ガラス等で形成されている。また、ガラス基板2は、IRカット機能を有するガラス材料から形成されてもよい。さらに、多層膜からなる近赤外線を反射するIRカットフィルタや近赤外線吸収ガラスを用いたIRカットフィルタなどを有する構成、接着層4が設けられた面と反対側の表面に反射防止機能を付与した構成でもよい。
The
接着層4は、未硬化の重合性組成物(重合性組成物材料)を、光重合によって硬化させることによって得られる重合体(重合性組成物)であり、2μmないし200μm程度のほぼ均一な厚さを有している。接着層4の厚みが2μmを下回ると、基板と屈折率変調型回折格子層6との線膨張係数の違いを吸収しきれず、基板と屈折率変調型回折格子層6の剥がれや割れが発生する恐れがある。200μmを上回ると、均一な厚さで、塗膜表面が平滑となるように塗布することが困難となる。また、光学的ローパスフィルタ1を用いる機器(デジタルカメラなど)を小型化する観点からも、接着層4は薄いことが好ましい。本実施形態では、接着層4のガラス転移温度を−70℃以上10℃以下とされている。
The
屈折率変調型回折格子層6は、光重合性組成物からなり、薄板状のマトリックス8と、マトリックス8内に配置された複数の柱状構造体10とから構成される相分離構造を備えている。
The refractive index modulation type
マトリックス8は、10μmないし500μm程度の範囲のほぼ均一な厚さ有した薄板体である。
各柱状構造体10は、略同一形状を有し、その軸線が、薄板(フィルム)形状の屈折率変調型回折格子層6を厚さ方向に延びるように配向されている。詳細には、柱状構造体10は、軸線方向の断面形状が円柱形状を有し、各柱状構造体は、軸線が同一方向を向くように、すなわち互いに略平行に配向され、マトリックス8の表面に沿って、規則的な格子状に配置されている。
The
Each
マトリックス8と柱状構造体10は何れも光透過性であるが、柱状構造体10はマトリックス8と異なる屈折率を有している。
The
マトリックス8内における柱状構造体10の配置パターンは、イメージセンサの撮像素子の配列パターンと同一とするのが好ましい。すなわち、光学的ローパスフィルタと共に使用される撮像素子が正方格子状に配置される場合は柱状構造体10も正方格子状に配置され、撮像素子が三角格子状に配置される場合は柱状構造体10も三角格子状(図1)に配置されるのが好ましい。
The arrangement pattern of the
柱状構造体10の形状、断面形状、直径、ピッチは特に限定されないが、柱状構造体10が円柱の場合、断面の直径は80nm〜20μmが好ましく、さらに好ましくは1μm〜10μmであり、ピッチは120nm〜30μmが好ましく、さらに好ましくは2μm〜20μmである。
The shape, cross-sectional shape, diameter, and pitch of the
本実施形態の光学的ローパスフィルタ1では、このような構成を有する屈折率変調型回折格子層6が、ガラス転移温度が−70℃以上10℃以下である接着層4によって、ガラス基板2に接着されている。
In the optical low-pass filter 1 of the present embodiment, the refractive index modulation type
この結果、加熱/冷却時において、ガラスと成形体との線膨張係数の差に由来する熱応力を吸収し得るだけの柔軟性を接着層が有するため、成形体に剥がれ、ひび割れが生じることを防ぐことができる。 As a result, during heating / cooling, the adhesive layer has sufficient flexibility to absorb the thermal stress resulting from the difference in linear expansion coefficient between the glass and the molded body, so that the molded body peels off and cracks occur. Can be prevented.
また、ガラス転移温度が−70℃以上10℃以下である接着層4によって、屈折率変調型回折格子層6の上から碁盤目試験(JIS−K5600)を行ったとき、基板ガラス2と接着層4の界面、及び接着層4と屈折率変調型回折格子層6との界面の両方で剥がれが生じない強度で、屈折率変調型回折格子層6をガラス基板2に接着することが可能となる。
When a cross-cut test (JIS-K5600) is performed from above the refractive index modulation type
次に、本発明の好ましい実施形態の光学的ローパスフィルタの製造方法を説明する。
接着層4の原料である重合性組成物材料4’(未硬化の重合性組成物)を、上述したガラス基板2の一方の面に、均一な厚さで、塗膜表面が平滑となるように、バーコーター、スリットダイコーター、スピンコーター、円コーター、グラビアコーター、CAPコーターなどの既知の方法によって塗布する(図2)。
Next, a method for manufacturing an optical low-pass filter according to a preferred embodiment of the present invention will be described.
The
重合性組成物材料4’としては、重合による硬化後に、十分な光透過性を維持し、−70℃以上10℃以下のガラス転移温度を有する重合性組成物となるものであれば、特に限定されず、種々の活性エネルギー線硬化型重合性組成物(光重合性組成物)、または熱硬化型重合性組成物(熱重合性組成物)を用いることができる。
The
具体的には、以下のようなものが使用される。
(モノマー)
重合性組成物材料として用いることができるモノマーとしては、(メタ)アクリロイル基を含む(メタ)アクリルモノマーや、ビニル基、アリル基等を含有するものが好ましく、ガラス転移温度が−70℃以上10℃以下になるように配合して使用すると良い。以下、具体例を単官能モノマーと多官能モノマーに分けて述べる。
Specifically, the following are used.
(monomer)
As the monomer that can be used as the polymerizable composition material, a (meth) acryl monomer containing a (meth) acryloyl group, a monomer containing a vinyl group, an allyl group, or the like is preferable, and a glass transition temperature of −70 ° C. or higher and 10 It is good to mix and use so that it may be below ℃. Hereinafter, specific examples will be described separately for monofunctional monomers and polyfunctional monomers.
単官能モノマーの具体例としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−(トリメトキシシリル)プロピル(メタ)アクリレート、3−(トリエトキシシリル)プロピル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボニル(メタ)アクリレート、フェニルカルビトール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイルオキシエチルサクシネート、(メタ)アクリロイルオキシエチルフタレート、フェニル(メタ)アクリレート、シアノエチル(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、トリブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、p−ブロモベンジル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート化合物;スチレン、p−クロロスチレン、ビニルアセテート、アクリロニトリル、N−ビニルピロリドン、ビニルナフタレン等のビニル化合物;エチレングリコールビスアリルカーボネート、ジアリルフタレート、ジアリルイソフタレート等のアリル化合物等が挙げられる。 Specific examples of the monofunctional monomer include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, 3- (trimethoxysilyl) propyl (meth) acrylate, 3 -(Triethoxysilyl) propyl (meth) acrylate, methyl (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, ethyl carbitol (meth) acrylate, dicyclopentenyloxyethyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, Phenyl carbitol (meth) acrylate, nonylphenoxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl (meth) acrylate, (meth) acryloyloxyethyl succinate, (meta Acryloyloxyethyl phthalate, phenyl (meth) acrylate, cyanoethyl (meth) acrylate, tribromophenyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate, tribromophenoxyethyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, p-bromo (Meth) acrylate compounds such as benzyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, trifluoroethyl (meth) acrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl (meth) acrylate Vinyl compounds such as styrene, p-chlorostyrene, vinyl acetate, acrylonitrile, N-vinyl pyrrolidone, vinyl naphthalene; ethylene glycol bisallyl carbonate, dia Rufutareto, allyl compounds such as diallyl isophthalate and the like.
多官能モノマーの具体例としては、多官能のウレタン(メタ)アクリレート、多官能のエポキシ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、水添ジシクロペンタジエニルジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼン、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルトリメリテート、ジアリルクロレンデート、N,N’−m−フェニレンビスマレイミド、ジアリルフタレート等が挙げられる。 Specific examples of the polyfunctional monomer include polyfunctional urethane (meth) acrylate, polyfunctional epoxy (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth). ) Acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, hydrogenated dicyclopentadienyl di (meth) acrylate, ethylene oxide modified bisphenol A di (meth) acrylate , Trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, tetramethylolmethane tetra (meth) acrylate, pentaerythritol hexa (meth) acrylate, divinylbenzene, Triallyl cyanurate, triallyl isocyanurate, triallyl trimellitate, diallyl chlorendate, N, N'-m-phenylene bismaleimide, diallyl phthalate, and the like.
接着層4に、ガラス基板2及び屈折率変調型回折格子層6との密着性を付与するためと、接着層4の塗膜物性向上のために、ここで挙げたモノマーあるいはオリゴマーのうち、ウレタン結合を有するモノマー、水酸基を有するモノマー、(メタ)アクリロキシ基を有するシランカップリング剤といったモノマーあるいはオリゴマーを、単独あるいは2種以上選択し、ガラス転移温度が−70℃以上10℃以下になるように配合して使用することが好ましい。特に、2−ヒドロキシエチルアクリレートや4−ヒドロキシブチルアクリレートが好ましい。
Among the monomers or oligomers mentioned here, urethane is used to give the
ここで密着性と塗膜物性向上のために選択したモノマーあるいはオリゴマーの使用量は全体量のうち、10〜100質量%の範囲が好ましく、65〜95質量%の範囲がより好ましい。 Here, the use amount of the monomer or oligomer selected for improving adhesion and physical properties of the coating film is preferably in the range of 10 to 100% by mass and more preferably in the range of 65 to 95% by mass in the total amount.
(ポリマー、低分子化合物)
また、重合性組成物には、前記多官能モノマーあるいはオリゴマーと重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物を含む均一溶解混合物を用いることもできる。
(Polymer, low molecular weight compound)
Moreover, the homogeneous dissolution mixture containing the said polyfunctional monomer or oligomer and the compound which does not have a polymerizable carbon-carbon double bond can also be used for a polymeric composition.
重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物としては、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ナイロン等のポリマー類、トルエン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアルコール、エチルアルコール、酢酸エチル、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランのような低分子化合物、有機ハロゲン化合物、有機ケイ素化合物、可塑剤、安定剤のような添加剤等が挙げられる。 Examples of the compound having no polymerizable carbon-carbon double bond include polymers such as polymethyl methacrylate, polystyrene, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, and nylon, toluene, n-hexane, cyclohexane, acetone, methyl ethyl ketone, and methyl. Examples include alcohols, ethyl alcohol, ethyl acetate, acetonitrile, dimethylacetamide, dimethylformamide, low molecular compounds such as tetrahydrofuran, organic halogen compounds, organosilicon compounds, plasticizers, additives such as stabilizers, and the like.
これら重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物は、接着層4を形成する際に重合性組成物の粘度を調節し取り扱い性を良くするためや、重合性組成物中のモノマー成分比率を下げて、硬化性を良くするために用いられ、その使用量は多官能モノマーあるいはオリゴマーとの合計量のうち1〜99質量%の範囲とすることが好ましく、1〜50質量%の範囲がより好ましい。
These compounds having no polymerizable carbon-carbon double bond are used to adjust the viscosity of the polymerizable composition to improve the handleability when forming the
(開始剤)
接着層4の原料である重合性組成物材料4’を光重合によって硬化させる場合には、光重合開始剤が添加される。この光重合開始剤は、紫外線等の活性エネルギー線を照射して重合を行う通常の光重合で用いられるものであれば、特に限定されるものではない。
(Initiator)
When the
例えば、ベンゾフェノン、ベンジル、ミヒラーズケトン、2−クロロチオキサントン、ベンゾインエチルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、p−t−ブチルトリクロロアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピルフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、ジベンゾスベロン等が挙げられる。 For example, benzophenone, benzyl, Michler's ketone, 2-chlorothioxanthone, benzoin ethyl ether, diethoxyacetophenone, pt-butyltrichloroacetophenone, benzyldimethyl ketal, 2-hydroxy-2-methylpropylphenone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, Examples include 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone-1, dibenzosuberone and the like.
これら光重合開始剤の使用量は、その他の重合性組成物100質量部に対して0.001〜20質量部の範囲とすることが好ましく、屈折率変調型回折格子層6の透明性を落とさないようにするために0.01〜5質量部とすることがより好ましい。
The amount of the photopolymerization initiator used is preferably in the range of 0.001 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the other polymerizable composition, and the transparency of the refractive index modulation type
また、接着層4の原料である重合性組成物材料を熱重合によって硬化させる場合に使用することができる熱重合開始剤としては、重合性組成物を加熱して重合を行う通常の熱重合で用いられるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、過酸化ベンゾイル、アゾビスイソブチロニトリル等が挙げられる。これら熱重合開始剤の使用量は、その他の重合性組成物100質量部に対して0.001〜1.0質量部の範囲とすることが好ましい。
In addition, as a thermal polymerization initiator that can be used when the polymerizable composition material, which is a raw material of the
次いで、接着層4を重合硬化させる。硬化方法は、接着層4の材料に応じて適宜選択する。例えば、重合性組成物に光重合開始剤が添加されている場合は、各光重合開始剤の吸収波長に対応した光源から光L1を照射することによって硬化させる(図3)。熱重合の場合は、重合に適した温度に重合性組成物を加熱する。
上述した接着層4の光重合硬化では、平行度の高い光源を使う必要はない。
なお、重合性組成物4’を完全に硬化させず、半硬化させた状態で次のステップに進んでも良い。
Next, the
In the photopolymerization curing of the
The
次に、硬化あるいは半硬化した接着層4上に屈折率変調型回折格子層6を形成する。
まず、光重合性組成物からなる屈折率変調型回折格子層6の原料である光重合性組成物材料6’(未硬化の光重合性組成物)を、均一な厚さで、かつ塗膜表面が平滑となるように、バーコーター、スリットダイコーター、スピンコーター、円コーター、グラビアコーター、CAPコーターなどの既知の方法によって塗布する(図4)。また、枠状の形を接着層4上に配置し、この形に第2の重合性組成物を充填する構成でもよい。
Next, the refractive index modulation type
First, a
以下の材料を含む光重合性組成物材料を用いるのがよい。
(多官能モノマー)
光重合性組成物には、多官能モノマーが含まれることが好ましい。このような多官能モノマーとしては、(メタ)アクリロイル基を含む(メタ)アクリルモノマーや、ビニル基、アリル基等を含有するものが特に好ましい。
A photopolymerizable composition material containing the following materials may be used.
(Polyfunctional monomer)
It is preferable that a polyfunctional monomer is contained in the photopolymerizable composition. As such a polyfunctional monomer, a (meth) acryl monomer containing a (meth) acryloyl group, a monomer containing a vinyl group, an allyl group, or the like is particularly preferable.
多官能モノマーの具体例としては、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、水添ジシクロペンタジエニルジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、多官能のエポキシ(メタ)アクリレート、多官能のウレタン(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼン、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルトリメリテート、ジアリルクロレンデート、N,N’−m−フェニレンビスマレイミド、ジアリルフタレート等が挙げられ、これらを単独であるいは2種以上の混合物として使用することができる。 Specific examples of the polyfunctional monomer include triethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6 -Hexanediol di (meth) acrylate, hydrogenated dicyclopentadienyl di (meth) acrylate, ethylene oxide modified bisphenol A di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, Tetramethylolmethane tetra (meth) acrylate, pentaerythritol hexa (meth) acrylate, polyfunctional epoxy (meth) acrylate, polyfunctional urethane (meth) acrylate, divinylbenzene, toluene Examples include allyl cyanurate, triallyl isocyanurate, triallyl trimellitate, diallyl chlorendate, N, N′-m-phenylenebismaleimide, diallyl phthalate, and the like. These are used alone or as a mixture of two or more. can do.
分子内に3個以上の重合性炭素−炭素二重結合を有する多官能性モノマーは、重合度差による架橋密度の粗密がより大きくなりやすく、柱状構造体が形成されやすくなるので好ましい。 A polyfunctional monomer having three or more polymerizable carbon-carbon double bonds in the molecule is preferable because the density of the crosslink density due to the difference in the degree of polymerization is likely to increase and a columnar structure is easily formed.
特に好ましい3個以上の重合性炭素−炭素二重結合を有する多官能性モノマーとしては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートがある。 Particularly preferred polyfunctional monomers having three or more polymerizable carbon-carbon double bonds are trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, tetramethylolmethanetetra (meth) acrylate, penta There is erythritol hexa (meth) acrylate.
光重合性組成物として2種以上の多官能モノマーあるいはそのオリゴマーを使用する場合には、それぞれの単独重合体としたときに互いに屈折率が異なるものを使用することが好ましく、その屈折率差が大きいものを組み合わせることがより好ましい。 When two or more kinds of polyfunctional monomers or oligomers thereof are used as the photopolymerizable composition, it is preferable to use those having different refractive indexes when the respective homopolymers are used. It is more preferable to combine large ones.
屈折率変調型回折格子層6で回折、偏向、拡散などの機能を高効率で得られるようにするためには、マトリックス8と柱状構造体10との屈折率差を大きくとることが必要であり、その屈折率差が0.01以上であることが好ましく、0.05以上であることがより好ましい。また、重合過程でモノマーが拡散することにより屈折率差が大きくなるので、拡散定数の差が大きい組み合わせが好ましい。
In order for the refractive index modulation type
なお、3種以上の多官能モノマーあるいはオリゴマーを使用する場合は、それぞれの単独重合体の少なくともいずれか2つの屈折率差が上記範囲内となるようにすればよい。また、単独重合体の屈折率差が最も大きい2つのモノマーあるいはオリゴマーは、高効率な回折、偏向、拡散などの機能を得るために、重量比で10:90〜90:10の割合で用いることが好ましい。 In addition, when using 3 or more types of polyfunctional monomers or oligomers, the refractive index difference between at least any two of the respective homopolymers may be within the above range. In addition, the two monomers or oligomers having the largest refractive index difference of the homopolymer should be used at a weight ratio of 10:90 to 90:10 in order to obtain highly efficient functions such as diffraction, deflection, and diffusion. Is preferred.
(単官能モノマー)
また、光重合性組成物には、上記のような多官能モノマーあるいはオリゴマーとともに、分子内に1個の重合性炭素−炭素二重結合を有する単官能モノマーあるいはオリゴマーを使用してもよい。このような単官能モノマーあるいはオリゴマーとしては、(メタ)アクリロイル基を含む(メタ)アクリルモノマーや、ビニル基、アリル基等を含有するものが特に好ましい。
(Monofunctional monomer)
In the photopolymerizable composition, a monofunctional monomer or oligomer having one polymerizable carbon-carbon double bond in the molecule may be used together with the polyfunctional monomer or oligomer as described above. As such a monofunctional monomer or oligomer, those containing a (meth) acryl monomer containing a (meth) acryloyl group, a vinyl group, an allyl group or the like are particularly preferable.
単官能モノマーの具体例としては、メチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボニル(メタ)アクリレート、フェニルカルビトール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイルオキシエチルサクシネート、(メタ)アクリロイルオキシエチルフタレート、フェニル(メタ)アクリレート、シアノエチル(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、トリブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、p−ブロモベンジル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート化合物;スチレン、p−クロロスチレン、ビニルアセテート、アクリロニトリル、N−ビニルピロリドン、ビニルナフタレン等のビニル化合物;エチレングリコールビスアリルカーボネート、ジアリルフタレート、ジアリルイソフタレート等のアリル化合物等が挙げられる。 Specific examples of the monofunctional monomer include methyl (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, ethyl carbitol (meth) acrylate, dicyclopentenyloxyethyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, and phenyl carbitol. (Meth) acrylate, nonylphenoxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl (meth) acrylate, (meth) acryloyloxyethyl succinate, (meth) acryloyloxyethyl phthalate, phenyl (meth) acrylate, cyanoethyl (Meth) acrylate, tribromophenyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate, tribromophenoxyethyl (meth) acrylate, benzyl (meth ) Acrylate, p-bromobenzyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, trifluoroethyl (meth) acrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl (meth) acrylate, etc. (Meth) acrylate compounds; vinyl compounds such as styrene, p-chlorostyrene, vinyl acetate, acrylonitrile, N-vinyl pyrrolidone and vinyl naphthalene; and allyl compounds such as ethylene glycol bisallyl carbonate, diallyl phthalate and diallyl isophthalate It is done.
これら単官能モノマーあるいはオリゴマーは屈折率変調型回折格子層6に柔軟性を付与するために用いられ、その使用量は多官能モノマーあるいはオリゴマーとの合計量のうち10〜99質量%の範囲が好ましく、10〜50質量%の範囲がより好ましい。
These monofunctional monomers or oligomers are used for imparting flexibility to the refractive index modulation type
(ポリマー、低分子化合物)
また、光重合性組成物には、前記多官能モノマーあるいはオリゴマーと重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物を含む均一溶解混合物を用いることもできる。
重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物としては、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ナイロン等のポリマー類、トルエン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアルコール、エチルアルコール、酢酸エチル、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランのような低分子化合物、有機ハロゲン化合物、有機ケイ素化合物、可塑剤、安定剤のような添加剤等が挙げられる。
(Polymer, low molecular weight compound)
The photopolymerizable composition may also be a homogeneous solution mixture containing the polyfunctional monomer or oligomer and a compound having no polymerizable carbon-carbon double bond.
Examples of the compound having no polymerizable carbon-carbon double bond include polymers such as polystyrene, polymethyl methacrylate, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, and nylon, toluene, n-hexane, cyclohexane, acetone, methyl ethyl ketone, and methyl. Examples include alcohols, ethyl alcohol, ethyl acetate, acetonitrile, dimethylacetamide, dimethylformamide, low molecular compounds such as tetrahydrofuran, organic halogen compounds, organosilicon compounds, plasticizers, additives such as stabilizers, and the like.
これら重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物は、屈折率変調型回折格子層6を製造する際、光重合性組成物材料の粘度を調節し取り扱い性を良くするため、または光重合性組成物材料中のモノマー成分比率を下げて、硬化性を良くするために用いられる。
その使用量は多官能モノマーあるいはオリゴマーとの合計量のうち1〜99質量%の範囲とすることが好ましく、取り扱い性も良くしつつ規則的な配列を持った柱状構造体を形成させるためには1〜50質量%の範囲がより好ましい。
These compounds having no polymerizable carbon-carbon double bond are used for adjusting the viscosity of the photopolymerizable composition material to improve the handleability when the refractive index modulation type
The amount used is preferably in the range of 1 to 99% by mass of the total amount with the polyfunctional monomer or oligomer, and in order to form a columnar structure having a regular arrangement while improving the handleability. The range of 1-50 mass% is more preferable.
(開始剤)
光重合性組成物に使用する光重合開始剤は、紫外線等の活性エネルギー線を照射して重合を行う通常の光重合で用いられるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、ベンゾフェノン、ベンジル、ミヒラーズケトン、2−クロロチオキサントン、ベンゾインエチルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、p−t−ブチルトリクロロアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピルフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、ジベンゾスベロン等が挙げられる。
これら光重合開始剤の使用量は、その他の光重合性組成物の重量に対して0.001〜10質量%の範囲とすることが好ましく、屈折率変調型回折格子層6の透明性を落とさないようにするために0.01〜5質量%とすることがより好ましい。
(Initiator)
The photopolymerization initiator used in the photopolymerizable composition is not particularly limited as long as it is used in normal photopolymerization in which polymerization is performed by irradiating active energy rays such as ultraviolet rays. For example, benzophenone , Benzyl, Michler's ketone, 2-chlorothioxanthone, benzoin ethyl ether, diethoxyacetophenone, pt-butyltrichloroacetophenone, benzyldimethyl ketal, 2-hydroxy-2-methylpropylphenone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-benzyl -2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone-1, dibenzosuberone and the like.
The amount of these photopolymerization initiators used is preferably in the range of 0.001 to 10% by mass relative to the weight of the other photopolymerizable composition, and the transparency of the refractive index modulation type
次いで、以下の手順で光重合性組成物材料6’を光重合によって硬化させ、接着層4上に屈折率変調型回折格子層6を形成する。
本実施形態の光重合性組成物を光重合によって硬化させる工程は、詳細には、第1および第2の光照射ステップに分けて行われる。
Next, the
Specifically, the step of curing the photopolymerizable composition of the present embodiment by photopolymerization is performed by dividing it into first and second light irradiation steps.
(第1の光照射ステップ)
第1の光照射ステップは、フォトマスクによるテクスチャリングとして行われる。本実施形態では、柱状構造体10の配列パターンはフォトマスク12によるテクスチャリングで決定される。ここで述べるテクスチャリングとは、あらかじめ位置情報を入力することによって、形成される構造体に高い規則性をもたせる方法である。
(First light irradiation step)
The first light irradiation step is performed as texturing using a photomask. In the present embodiment, the arrangement pattern of the
先ず、塗布した光重合性組成物と照射光源との間にフォトマスク12を配置する(図5)。このとき、フォトマスク12を、ガラス基板2上に形成された接着層4上に塗布した光重合性組成物材料の上面に対して略平行に配置する。
First, the
柱状構造体10の円径及びピッチをより精密に制御するためには、塗布した光重合性組成物材料の上面とフォトマスク12との間の空隙を50μm〜300μmにすることが好ましい。
In order to control the circular diameter and pitch of the
フォトマスク12を用いて柱状構造体10の形成位置を定める本実施形態の方法では、マスク開口で紫外光が回折される点に注意する必要がある。回折により、フォトマスクとは異なるパターンに形成位置が定められてしまったり、パターンが劣化しすぎて形成位置を定めることができなかったりするので、フォトマスクと光重合性組成物との距離を正確に定めねばならない。
In the method of the present embodiment in which the formation position of the
フォトマスク12は、フォトリソグラフィー法で使用されているもの等が使用できる。マスク孔のパターンや孔径のサイズ、ピッチ、形状は特に限定されるものではない。形状は、例えば、円形、三角形や四角形、六角形、八角形などの多角形でもよい。マスク孔が円形の場合、孔径は80nm〜20μmが好ましく、さらに好ましくは1μm〜10μmであり、ピッチは120nm〜30μmが好ましく、さらに好ましくは2μm〜20μmである。
As the
柱状構造体を正方格子状に配列するためには、図6に示すように、円形のマスク孔14が正方格子パターンで規則的に配列されたフォトマスク12を用いる。
また、柱状構造体を三角格子状に配列するためには、図7に示すように、マスク孔14が三角格子パターンで規則的に配列されたフォトマスク16を用いる。
In order to arrange the columnar structures in a square lattice pattern, as shown in FIG. 6, a
In order to arrange the columnar structures in a triangular lattice pattern, as shown in FIG. 7, a
本実施形態では、柱状構造体10を形成するためにフォトマスクによるテクスチャリングを使用しているが、これに限らず、可視あるいは紫外域の波長帯のレーザー光、X線、γ線等の放射線を走査照射して位置情報を入力してもよい。
In this embodiment, texturing using a photomask is used to form the
(照射光源)
柱状構造体10を高い規則性で配列するには、光学フィルム1の膜厚方向に垂直な平面内において重合反応を均一に進めることが必要である。このため、照射光源は、その光強度分布を照射範囲で略均一であるものを用いる。
照射光源は、基材上に塗布した光硬化性重合体に対して紫外線等の平行光を照射することができるものが用いられる。照射する光の平行度は、広がり角が±0.03rad以下であるものが好ましく、より好ましくは±0.001rad以下の範囲である。
(Irradiation light source)
In order to arrange the
As the irradiation light source, one capable of irradiating parallel light such as ultraviolet rays to the photocurable polymer coated on the substrate is used. The parallelism of the irradiated light is preferably such that the spread angle is ± 0.03 rad or less, and more preferably ± 0.001 rad or less.
照射光源は、平行光を照射可能であることに加えて、照射する平行光の進行方向に対する垂直断面内で、平行光の光強度分布を略一定であるものを用いる。具体的には、点光源や棒状光源からの光を、ミラーやレンズ等により光強度分布が略一定(ハット型分布)の平行光としたもの、あるいはVCSEL等の面状光源等を使用することができる。 In addition to being able to irradiate parallel light, an irradiation light source having a substantially constant light intensity distribution of the parallel light in a cross section perpendicular to the traveling direction of the parallel light to be irradiated is used. Specifically, light from a point light source or a rod-shaped light source is converted into parallel light having a substantially uniform light intensity distribution (hat distribution) by a mirror or lens, or a planar light source such as a VCSEL is used. Can do.
なお、レーザー光線は平行度の点では好ましい光源であるが、その光強度分布がガウス型の分布を有しているため、適当なフィルタ等を用いて光強度分布を略一定にして使用することが好ましい。 Laser light is a preferred light source in terms of parallelism, but its light intensity distribution has a Gaussian distribution, so that it can be used with a substantially uniform light intensity distribution using an appropriate filter or the like. preferable.
照射光源は、照射エリアを複数の領域に分割して(本実施形態では、9領域)、各領域の光強度を測定し、式(1)で与えられる照度分布の値が、2.0%以下であるものを用いている。より好ましくは、1.0%以下であるものを用いている。
照度分布=(最大値−最小値)/(最大値+最小値)×100・・・(1)
The irradiation light source divides the irradiation area into a plurality of areas (9 areas in the present embodiment), measures the light intensity of each area, and the value of the illuminance distribution given by equation (1) is 2.0% The following are used. More preferably, 1.0% or less is used.
Illuminance distribution = (maximum value−minimum value) / (maximum value + minimum value) × 100 (1)
さらに、本実施形態の第1の光照射ステップは、光重合性組成物材料を不活性ガス雰囲気下に置いて行われる。
不活性ガス雰囲気下への配置は、フォトマスク12を配置する前に行っても、フォトマスク12を配置した後に行っても良い。ただし、酸素が一定以上残存している条件下では、屈折率変調型回折格子層6の表面に硬化不良が発生する可能性が高い。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素などが挙げられる。不活性ガスを用いる目的は酸素を追い出すことであるので、酸素を含まない組成の気体であればどのような気体を用いてよい。
Furthermore, the first light irradiation step of the present embodiment is performed by placing the photopolymerizable composition material in an inert gas atmosphere.
The placement in the inert gas atmosphere may be performed before the
第1の光照射ステップでは、不活性ガス雰囲気下で、照射対象範囲で波長全値半幅が100nm以下であり光強度分布が略一定である紫外線等の平行光L2を照射光源から照射する(図5)。これにより、フォトマスク12を通過した平行光L2が、光重合性組成物に所定パターンで照射される。
In the first light irradiation step, the irradiation light source irradiates parallel light L2 such as ultraviolet rays having a full wavelength half width of 100 nm or less and a substantially uniform light intensity distribution in the irradiation target range in an inert gas atmosphere (FIG. 5). Thereby, the parallel light L2 which passed the
このようにして、第1の光照射ステップでは、光重合性組成物の平行光照射部位がゲル状に硬化するまで紫外線等の光を平行光として照射することによって、屈折率変調型回折格子層6の内部における柱状構造体10の形成位置を定める。
In this way, in the first light irradiation step, the refractive index modulation type diffraction grating layer is formed by irradiating light such as ultraviolet rays as parallel light until the parallel light irradiation portion of the photopolymerizable composition is cured in a gel form. 6, the formation position of the
具体的には、柱状構造体10の規則性及び高回折効率を両立させるために、光重合性組成物の硬化度が10%〜80%の範囲となるまで、より好ましくは、20%〜60%の範囲となるまで照射する。本実施形態では、光DSC法で、光重合性組成物が完全に反応し光照射してもそれ以上発熱しない状態を硬化率100%としている。
Specifically, in order to achieve both the regularity and the high diffraction efficiency of the
(第2の光照射ステップ)
第1の光照射ステップに続く第2の光照射ステップでは、フォトマスク12を取り外して、さらに波長全値半幅が100nm以下であり光強度分布が略一定の平行光L3を光重合性組成物材料6’に対して照射する(図8)。これにより、第1の光照射ステップで形成位置が定められた柱状構造体10と、それ以外の部分であるマトリックス8とからなる相分離構造を膜厚方向に形成して、マトリックス8と柱状構造体10との間の屈折率差を高めつつ光重合性組成物材料6’の硬化を完全に終了させる。
(Second light irradiation step)
In the second light irradiation step subsequent to the first light irradiation step, the
照射光として平行光を用いているので、柱状構造体10は、明瞭な柱状構造としてマトリックス8中に、面方向に拡がらず且つ膜厚方向に平行に延びて形成される。これにより、屈折率変調型回折格子層6は、マトリックス8と柱状構造体10との境界で、屈折率の変化が明瞭に現れるように形成される。
Since parallel light is used as the irradiation light, the
一般に、高圧水銀ランプ等の点状光源から放出された光を、ミラーやレンズにより照度の均一性や平行度を調整してフォトマスクに露光する際の解像度は、以下の通りである。フォトマスクのスリット幅をa、ギャップをLとすると、スリットを通過する光は、aの大きさがLに対して無視できない場合(aとLの値が近い場合)、フレネル回折で近似され、一方、aの大きさがLに対して無視できる場合(a<<Lの場合)、フラウンホーファ回折で近似される。回折による像の劣化を式(2)の関数Fで表すと、Fが2近くで解像度の限界が現れる。λは光の波長である。
・・・(2)
In general, the resolution when light emitted from a point light source such as a high-pressure mercury lamp is exposed to a photomask by adjusting the uniformity and parallelism of illuminance by a mirror or lens is as follows. If the slit width of the photomask is a and the gap is L, the light passing through the slit is approximated by Fresnel diffraction when the size of a cannot be ignored with respect to L (when the values of a and L are close), On the other hand, when the magnitude of a is negligible with respect to L (when a << L), it is approximated by Fraunhofer diffraction. When image degradation due to diffraction is expressed by the function F in the equation (2), a resolution limit appears when F is close to 2. λ is the wavelength of light.
... (2)
F=2,λ=0.4の場合、式(2)から、a=0.89・√Lを得る。このaが解像限界線幅である。Lを150μmとした場合には、解像度は10.9μmになる。したがって、柱状構造体の孔径が好ましくは、80nm〜20μmであるから、単にフォトマスクを用いて柱状構造体を形成しようとしても、フラウンホーファ回折(a<<L)による像の劣化が激しく、このような系ではフィルム内にアスペクト比10以上の柱状構造体が形成されるとは考えられない。 In the case of F = 2 and λ = 0.4, a = 0.89 · √L is obtained from the equation (2). This a is the resolution limit line width. When L is 150 μm, the resolution is 10.9 μm. Therefore, since the hole diameter of the columnar structure is preferably 80 nm to 20 μm, even if the columnar structure is formed simply using a photomask, image degradation due to Fraunhofer diffraction (a << L) is severe. In such a system, it is not considered that a columnar structure having an aspect ratio of 10 or more is formed in the film.
すなわち、従来のように、第1の光照射ステップのみで柱状構造体を完全に形成すると、フォトマスクを通過した光は、回折によってマスク孔の投影領域(すなわち、柱状構造体の領域)からマトリックスの領域まで広がって届いてしまう。このため、従来のように第1の光照射ステップの後に、第2光照射ステップを行ったとしても、マトリックスと柱状構造体との間に有意な屈折率差が生じなくなる。 That is, when the columnar structure is completely formed only by the first light irradiation step as in the prior art, the light passing through the photomask is diffracted from the projection area of the mask hole (that is, the area of the columnar structure) to the matrix. It will spread to reach the area. For this reason, even if the second light irradiation step is performed after the first light irradiation step as in the prior art, a significant refractive index difference does not occur between the matrix and the columnar structure.
しかしながら、本実施形態では、第1の光照射ステップで柱状構造体10を完全には硬化させず、形成位置を定めるのみである。そして、第2の光照射ステップにおいて、マトリックス8と柱状構造体10とがある程度の硬度差にある未完全硬化状態で、全体に平行光を照射し、全体を完全に硬化させている。
このとき、柱状構造体10の重合自己促進効果によるマトリックス8との架橋密度差と、柱状構造体10とマトリックス8との間での反応拡散による組成分布により、両者間に有意な屈折率差を与えることができ、また、屈折率変調型回折格子層6の膜厚方向に略平行に延びるアスペクト比の高い柱状構造体10を形成することができる。
However, in this embodiment, the
At this time, due to the difference in cross-linking density with the
(回折効率の算出)
製造した光学的ローパスフィルタ1に、標準正規分布の強度分布を持つレーザー光線を入射させて0次、1次、2次の回折スポットの強度を測定し、1次の回折スポットの測定強度を、入射光全体の強度で除した値を光学的ローパスフィルタ1の回折効率として算出する。回折スポットが複数点現れる場合は、それらの合計の強度を入射光全体の強度で除した値とする。
本実施形態の光学的ローパスフィルタ1は、回折効率が10%以上(10%≦回折効率≦100%)である。
(Diffraction efficiency calculation)
A laser beam having an intensity distribution of standard normal distribution is incident on the manufactured optical low-pass filter 1 to measure the intensities of the 0th, 1st and 2nd diffraction spots, and the measured intensity of the 1st diffraction spot is incident. A value divided by the intensity of the entire light is calculated as the diffraction efficiency of the optical low-pass filter 1. When a plurality of diffraction spots appear, the total intensity is divided by the intensity of the entire incident light.
The optical low-pass filter 1 of the present embodiment has a diffraction efficiency of 10% or more (10% ≦ diffraction efficiency ≦ 100%).
光学的ローパスフィルタ1は、光学的ローパスフィルタに用いることができる。デジタルカメラ等の撮影系では、しばしばモアレ(偽色)が問題となる。この原因は、CCDやCMOS等のセンサが規則的に配列しているため撮影対象に含まれる規則的パターンと干渉してしまうことにある。この問題を解決する手段の一つとして、光学的ローパスフィルタを用いる。光学的ローパスフィルタは、入力された光を複数点に分離することにより干渉の影響を抑え、モアレを抑制する効果を有する。 The optical low-pass filter 1 can be used as an optical low-pass filter. In a photographing system such as a digital camera, moire (false color) is often a problem. This is because the sensors such as CCD and CMOS are regularly arranged and interfere with the regular pattern included in the object to be photographed. As one of means for solving this problem, an optical low-pass filter is used. The optical low-pass filter has an effect of suppressing moire by suppressing the influence of interference by separating input light into a plurality of points.
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.
以下、本発明の具体的な実施例及び比較例について詳細な説明を行う。
(実施例1)
接着層の原料として、アクリル酸4−ヒドロキシブチル(東京化成工業株式会社製)90質量部と、ポリメタクリル酸メチル(三菱レイヨン株式会社製、Mw=120,000)10質量部とからなる混合物に1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(商品名:IRGACURE184、チバ・ジャパン株式会社製)1.0質量部を溶解させ光重合性組成物を得た。
Hereinafter, specific examples and comparative examples of the present invention will be described in detail.
Example 1
As a raw material for the adhesive layer, a mixture composed of 90 parts by mass of 4-hydroxybutyl acrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 10 parts by mass of polymethyl methacrylate (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., Mw = 120,000). 1.0 part by mass of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone (trade name: IRGACURE184, manufactured by Ciba Japan Co., Ltd.) was dissolved to obtain a photopolymerizable composition.
次に、屈折率変調型回折格子層の原料として、1,10−デカンジオールジアクリレート(商品名:A−DOD−N、新中村化学工業株式会社製)50質量部と、NK−オリゴ U−2PPA(新中村化学工業株式会社製)20質量部と、ベンジルアクリレート(大阪有機化学工業株式会社製)20質量部と、ポリメタクリル酸メチル(三菱レイヨン株式会社製、Mw=120,000)10質量部とからなる混合物に、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(商品名:IRGACURE184、チバ・ジャパン株式会社製)1.0質量部を溶解させ光重合性組成物を得た。 Next, 50 parts by mass of 1,10-decanediol diacrylate (trade name: A-DOD-N, manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) and NK-oligo U- are used as raw materials for the refractive index modulation type diffraction grating layer. 20 parts by mass of 2PPA (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), 20 parts by mass of benzyl acrylate (manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.), and 10 masses of polymethyl methacrylate (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., Mw = 120,000) 1 part of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone (trade name: IRGACURE 184, manufactured by Ciba Japan Co., Ltd.) was dissolved in the mixture consisting of 1 part to obtain a photopolymerizable composition.
得られた接着層用の光重合性組成物を、100mm角、厚さ0.5mmのガラス基板上にスピンコーターを用いて塗工した。
次いで、接着層用の光重合性組成物の上部から、紫外光を積算光量1200mJ/cm2で照射し、硬化させた。この硬化物の一部を用い、示差走査熱量計DSC6220(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)にてガラス転移温度を測定したところ、−36℃であった。
The obtained photopolymerizable composition for the adhesive layer was coated on a 100 mm square glass substrate having a thickness of 0.5 mm using a spin coater.
Next, ultraviolet light was irradiated from the upper part of the photopolymerizable composition for the adhesive layer at an integrated light amount of 1200 mJ / cm 2 to be cured. When a glass transition temperature was measured with a differential scanning calorimeter DSC 6220 (manufactured by SII Nano Technology) using a part of the cured product, it was -36 ° C.
次に、硬化させた接着層の上面にスピンコーターを用いて屈折率変調型回折格子層用の原料を塗工・積層した。 Next, the material for the refractive index modulation type diffraction grating layer was applied and laminated on the upper surface of the cured adhesive layer using a spin coater.
次いで、光重合性組成物の上部に4μm角の正方形の光通過域が8μmピッチで正方格子状に配列したフォトマスクを配置した。フォトマスクの上部方向から、光強度分布が略一定である紫外平行光を積算光量900mJ/cm2で照射した。
その後、フォトマスクを取り外し、更に積算光量1200mJ/cm2で紫外平行光を照射して光重合性組成物を重合硬化し光学的ローパスフィルタを得た。
Next, a photomask in which 4 μm square light passage areas were arranged in a square lattice pattern at a pitch of 8 μm was disposed on the photopolymerizable composition. From the upper direction of the photomask, ultraviolet parallel light having a substantially constant light intensity distribution was irradiated with an integrated light amount of 900 mJ / cm 2 .
Thereafter, the photomask was removed, and the photopolymerizable composition was polymerized and cured by irradiating ultraviolet parallel light with an integrated light amount of 1200 mJ / cm 2 to obtain an optical low-pass filter.
得られた光学的ローパスフィルタには、厚さ方向に垂直な面内でマトリックスと異なる屈折率を有する直径10μmの複数の柱状構造体が形成され、複数の柱状構造体は、周期20μmで正方格子状に配列されていた。 In the obtained optical low-pass filter, a plurality of columnar structures with a diameter of 10 μm having a refractive index different from that of the matrix are formed in a plane perpendicular to the thickness direction, and the plurality of columnar structures have a square lattice with a period of 20 μm. Arranged in a shape.
得られた光学的ローパスフィルタは、接着層の厚みが120μm、屈折率変調型回折格子層の厚みが60μmであった。アスペクト比はおよそ3で、回折効率は約67%であり、光学的ローパスフィルタとして用いるのに十分な性能を持つことを確認した。 In the obtained optical low-pass filter, the thickness of the adhesive layer was 120 μm, and the thickness of the refractive index modulation type diffraction grating layer was 60 μm. The aspect ratio was about 3 and the diffraction efficiency was about 67%, which confirmed that the device had sufficient performance for use as an optical low-pass filter.
本発明の効果を実証すべく、かかる光学的ローパスフィルタに(85℃×1時間/−40℃×1時間)×100サイクルのサーマルショックを与え、光学的ローパスフィルタの耐ひび割れ性試験を行った。その結果、この光学的ローパスフィルタに剥がれ、ひび割れは無く、良好な接着性及び耐ひび割れ性を示すことが分かった。 In order to verify the effect of the present invention, a thermal shock of (85 ° C. × 1 hour / −40 ° C. × 1 hour) × 100 cycles was applied to the optical low-pass filter, and a crack resistance test of the optical low-pass filter was conducted. . As a result, it was found that the optical low-pass filter was peeled off and there was no crack, and good adhesiveness and crack resistance were exhibited.
(実施例2)
接着層の原料として、アクリル酸4−ヒドロキシブチル(東京化成工業株式会社製)に代えて、アクリル酸2−ヒドロキシエチル(東京化成工業株式会社製)を使用し、その他の条件は実施例1に準じて、光学的ローパスフィルタを得た。また、実施例1と同様の手法で、接着層のガラス転移温度を測定したところ、−1℃であった。
(Example 2)
Instead of 4-hydroxybutyl acrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as the raw material of the adhesive layer, 2-hydroxyethyl acrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) is used, and other conditions are as in Example 1. Accordingly, an optical low-pass filter was obtained. Moreover, it was -1 degreeC when the glass transition temperature of the contact bonding layer was measured by the method similar to Example 1. FIG.
得られた光学的ローパスフィルタは、接着層の厚みが120μm、屈折率変調型回折格子層の厚みが60μmであった。アスペクト比はおよそ3で、回折効率は約67%であり、光学的ローパスフィルタとして用いるのに十分な性能を持つことを確認した。 In the obtained optical low-pass filter, the thickness of the adhesive layer was 120 μm, and the thickness of the refractive index modulation type diffraction grating layer was 60 μm. The aspect ratio was about 3 and the diffraction efficiency was about 67%, which confirmed that the device had sufficient performance for use as an optical low-pass filter.
本発明の効果を実証すべく、かかる光学的ローパスフィルタに(85℃×1時間/−40℃×1時間)×100サイクルのサーマルショックを与え、光学的ローパスフィルタの耐ひび割れ性試験を行った。その結果、この光学的ローパスフィルタに剥がれ、ひび割れは無く、良好な接着性及び耐ひび割れ性を示すことが分かった。 In order to verify the effect of the present invention, a thermal shock of (85 ° C. × 1 hour / −40 ° C. × 1 hour) × 100 cycles was applied to the optical low-pass filter, and a crack resistance test of the optical low-pass filter was conducted. . As a result, it was found that the optical low-pass filter was peeled off and there was no crack, and good adhesiveness and crack resistance were exhibited.
(比較例1)
次に、本発明の効果を明確にすべく、上記実施例と対比するための比較例について詳細な説明を行う。
接着層の原料として、アクリル酸4−ヒドロキシブチル(東京化成工業株式会社製)に代えて、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル(東京化成工業株式会社製)を使用し、その他の条件は実施例1に準じて、光学的ローパスフィルタを得た。また、実施例1と同様の手法で、接着層のガラス転移温度を測定したところ、93℃であった。
(Comparative Example 1)
Next, in order to clarify the effect of the present invention, a detailed description will be given of a comparative example for comparison with the above embodiment.
Instead of 4-hydroxybutyl acrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as the raw material for the adhesive layer, 2-hydroxyethyl methacrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) is used, and other conditions are as in Example 1. Accordingly, an optical low-pass filter was obtained. Moreover, it was 93 degreeC when the glass transition temperature of the contact bonding layer was measured by the method similar to Example 1. FIG.
得られた光学的ローパスフィルタは、接着層の厚みが120μm、屈折率変調型回折格子層の厚みが60μmであった。アスペクト比はおよそ3で、回折効率は約67%であり、光学的ローパスフィルタとして用いるのに十分な性能を持つことを確認した。 In the obtained optical low-pass filter, the thickness of the adhesive layer was 120 μm, and the thickness of the refractive index modulation type diffraction grating layer was 60 μm. The aspect ratio was about 3 and the diffraction efficiency was about 67%, which confirmed that the device had sufficient performance for use as an optical low-pass filter.
本発明の効果を実証すべく、かかる光学的ローパスフィルタに(85℃×1時間/−40℃×1時間)×100サイクルのサーマルショックを与え、光学的ローパスフィルタの耐ひび割れ性試験を行った。その結果、この光学的ローパスフィルタに無数の剥がれ、ひび割れが生じ、不良な接着性及び耐ひび割れ性を示すことが分かった。 In order to verify the effect of the present invention, a thermal shock of (85 ° C. × 1 hour / −40 ° C. × 1 hour) × 100 cycles was applied to the optical low-pass filter, and a crack resistance test of the optical low-pass filter was conducted. . As a result, it has been found that the optical low-pass filter has innumerable peeling and cracks, and exhibits poor adhesion and crack resistance.
1:光学的ローパスフィルタ
2:ガラス基板
4:接着層
6:屈折率変調型回折格子層
8:マトリックス
10:柱状構造体
1: Optical low-pass filter 2: Glass substrate 4: Adhesive layer 6: Refractive index modulation type diffraction grating layer 8: Matrix 10: Columnar structure
Claims (4)
硬化後のガラス転移温度が−70℃以上10℃以下である接着層を構成する重合性組成物を、基板上に薄膜状に配置するステップと、
前記重合性組成物を硬化させ前記基板上に前記重合性組成物の硬化物からなる接着層を形成するステップと、
硬化後に前記屈折率変調型回折格子層を構成する光重合性組成物を、前記接着層上に薄膜状に配置するステップと、
前記光重合性組成物を光重合によって硬化させ前記接着層上に屈折率変調型回折格子層を形成するステップと、を備えている、
ことを特徴とする光学的ローパスフィルタの製造方法。 A refractive index modulation type diffraction grating layer comprising: a matrix layer formed by curing a photopolymerizable composition; and a plurality of columnar structures disposed in the matrix layer and having a refractive index different from that of the matrix layer. A method of manufacturing an optical low-pass filter provided on a substrate having a linear expansion coefficient different from that of a diffraction grating layer,
Disposing a polymerizable composition constituting an adhesive layer having a glass transition temperature after curing of −70 ° C. or more and 10 ° C. or less in a thin film on a substrate;
Curing the polymerizable composition to form an adhesive layer made of a cured product of the polymerizable composition on the substrate;
Disposing a photopolymerizable composition constituting the refractive index modulation type diffraction grating layer after curing in a thin film form on the adhesive layer;
Curing the photopolymerizable composition by photopolymerization to form a refractive index modulation type diffraction grating layer on the adhesive layer.
An optical low-pass filter manufacturing method characterized by the above.
請求項1に記載の光学的ローパスフィルタの製造方法。 The polymerizable composition comprises hydroxyalkyl (meth) acrylate and poly (meth) acrylate methyl;
The manufacturing method of the optical low-pass filter of Claim 1.
請求項1または2に記載の光学的ローパスフィルタの製造方法。 The polymerizable composition contains 50% by mass or more of an alkyl (meth) acrylate having an alkyl group having 2 or more carbon atoms,
The manufacturing method of the optical low-pass filter of Claim 1 or 2.
基板と、
光重合性組成物を硬化してなり、マトリックス層と、前記マトリックス層内に配置され前記マトリックス層と屈折率が異なる複数の柱状構造体と、を有し、前記基板と線膨張係数が異なる屈折率変調型回折格子層と、
前記基板と前記屈折率変調型回折格子層との間に配置され、ガラス転移温度が−70℃以上10℃以下であり、重合性組成物の硬化物によって構成された接着層とを、備えている、
ことを特徴とする光学的ローパスフィルタ。 An optical low-pass filter,
A substrate,
A photopolymerizable composition is cured, and has a matrix layer and a plurality of columnar structures that are disposed in the matrix layer and have a refractive index different from that of the matrix layer. A rate modulation type diffraction grating layer;
An adhesive layer disposed between the substrate and the refractive index modulation type diffraction grating layer, having a glass transition temperature of −70 ° C. or higher and 10 ° C. or lower and configured by a cured product of the polymerizable composition; Yes,
An optical low-pass filter characterized by that.
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