DE112012002814T5

DE112012002814T5 - Optische Linse und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE112012002814T5
Application number: DE112012002814.7T
Authority: DE
Inventors: Makoto Nakabayashi
Original assignee: Sumitomo Electric Fine Polymer Inc
Current assignee: Sumitomo Electric Fine Polymer Inc
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-04-10
Also published as: CN103201651B; JP5884250B2; CN103201651A; WO2013005632A1; US20130188365A1; JP2013015647A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Linse, hergestellt aus einem Formkörper aus einer Harzzusammensetzung, die durch Nano-Dispergieren eines wärmeleitfähigen Füllstoffs in einem transparenten Harz erhalten wird, wobei ein Gehalt des wärmeleitfähigen Füllstoffs 1 Gew.-% oder mehr bezogen auf ein Gewicht des Formkörpers ist und der wärmeleitfähige Füllstoff so nano-dispergiert ist, dass eine Gesamtlichtdurchlässigkeit von 30% oder mehr erhalten wird, wenn der Formkörper eine Dicke von 2 mm aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Die erfindungsgemäße optische Linse weist eine hohe Transparenz, eine verbesserte Beständigkeit gegen Hitze und Alterung, eine hohe Oberflächenhärte und eine verbesserte Lichtechtheit auf, die die neuesten Anforderungen erfüllen kann.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Linse aus einem Harz, die zur Konzentrierung von Licht unter Verwendung einer Xenonlampe, eines LEDs, eines Lasers oder dergleichen als Lichtquelle verwendet wird, und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
STAND DER TECHNIK
Optische Linsen, die unter Verwendung von transparenten Harzen, wie transparente Polyamidharze und Fluorharze, hergestellt werden, weisen die Merkmale auf, dass sie leichtgewichtig, schwer zerbrechlich und leicht formbar im Vergleich mit optischen Linsen aus anorganischem Glas sind und daher weit verbreitet in verschiedenen Typen von optischen Geräten verwendet werden. Eine optische Linse, hergestellt aus einem Harz, weist allerdings beispielsweise das Problem auf, dass ihre optische Leistungsfähigkeit im Vergleich mit einer optischen Glaslinse dazu neigt, sich zu verändern, wenn sie einer Veränderung ausgesetzt ist. Es ist daher erforderlich, dass eine aus einem Harz hergestellte optische Linse sowohl eine hohe Transparenz vergleichbar mit der einer optischen Glaslinse als auch die Eigenschaft aufweist, keiner Änderung der Farbe aufgrund der Einstrahlung von Licht während der Verwendung zu unterliegen (Lichtechtheit).
Um dieses Erfordernis für eine aus einem Harz hergestellte optische Linse zu erfüllen, wurde eine optische Linse vorgeschlagen, worin ein transparentes Polyamidharz, ein Fluorharz oder dergleichen als transparentes Harz verwendet wird, das die Linse bildet. Die japanische Patentoffenlegungsschrift 9-137057 (PTL 1) schlägt beispielsweise eine optische Linse mit einer hohen Oberflächenhärte vor, die aus mindestens einem cyclischen aliphatischen Diamin mit 6 bis 24 Kohlenstoffatomen, einem nahezu äquimolaren Anteil von mindestens einer aromatischen Dicarbonsäure mit 8 bis 16 Kohlenstoffatomen und bis zu 20 mol-% eines Polyamid-bildenden Monomers zusammengesetzt ist.
Allerdings unterliegt selbst eine Linse, die unter Verwendung eines solchen transparenten Polyamidharzes hergestellt ist, einer Farbänderung, Verformung, Alterung und dergleichen, wenn sie für eine lichtemittierende Vorrichtung, wie ein sogenanntes Stroboskop, verwendet wird, das eine Xenonlampe, ein LED, einen blauvioletten Laser oder dergleichen als Lichtquelle verwendet und ein hohes Strahlungsintensitätsniveau aufweist.
WO 2009/084690 (PTL 2) offenbart als eine aus einem Harz hergestellte optische Linse, die nur wenig Farbänderung, Verformung, Alterung und dergleichen aufgrund von Bestrahlung mit Licht unterliegt, selbst wenn sie als lichtemittierende Vorrichtung verwendet wird, die eine Xenonlampe oder dergleichen als Lichtquelle verwendet, eine optische Linse, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie z. B. ein Kondensationspolymer aus 1,10-Decandicarbonsäure und 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethan als transparentes Polyamid verwendet, aus einem Formkörper aus einem Formmaterial hergestellt ist, das einen Stabilisator enthält, eine Gesamtlichtdurchlässigkeit von 60% oder mehr zeigt, wenn der Formkörper eine Dicke von 2 mm aufweist, und die oben erwähnte Gesamtlichtdurchlässigkeit 50% oder mehr nach Bestrahlung des bei 80°C gehaltenen Formkörpers mit einem Lichtstrahl mit einer Lichtintensität von 1000 W/m² für 500 Stunden unter Verwendung einer Xenonlampe beträgt (Ansprüche 1, 4 und 7).
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR

PTL 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift 9-137057
PTL 2: WO 2009/084690

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
In den letzten Jahren sind allerdings die Ansprüche an die Lichtechtheit einer optischen Linse, die für ein Stroboskop oder dergleichen verwendet wird, weiter angestiegen. Das heißt, in den neuesten Stroboskopen sind eine erhöhte Lichtintensität und verkürzte Emissionsintervalle erwünscht und darüber hinaus ist eine nähere Distanz zwischen einer Lichtquelle und einer Linse erwünscht, um den Einbau und die Miniaturisierung von Stroboskopen zu ermöglichen. Wenn eine herkömmliche optische Linse in einem Stroboskop verwendet wird, das solche Anforderungen erfüllt, kann ein Schäumen, eine Farbänderung und dergleichen auftreten. Daher ist eine aus einem Harz hergestellte optische Linse erwünscht, die selbst nach mehrfacher Bestrahlung bei hoher Lichtintensität nicht unter einer Schäumung oder einer Farbänderung leidet.
Ein erfindungsgemäßes Ziel ist es, eine optische Linse bereitzustellen, die eine hohe Transparenz besitzt und kein Problem, wie eine Farbänderung, selbst nach mehrfacher Bestrahlung bei hoher Lichtintensität aufweist.
LÖSUNG DER AUFGABE
Der hiesige Erfinder hat als Ergebnis ausgiebiger Forschung herausgefunden, dass eine optische Linse hergestellt aus einem Formmaterial mit erhöhter Wärmefreisetzungseigenschaft, das durch Nano-Dispergieren eines wärmeleitfähigen Füllstoffs in einem transparenten Harz, wie einem transparenten Polyamid, erhalten wird, eine verbesserte Transparenz aufweist und selbst nach mehrmaliger Bestrahlung bei einer hohen Lichtintensität wahrscheinlich nicht zu einem Problem, wie einer Farbänderung, führt.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Linse hergestellt aus einem Formkörper aus einer Harzzusammensetzung, die durch Nano-Dispergieren eines wärmeleitfähigen Füllstoffs in einem transparenten Harz erhalten wird, wobei ein Gehalt des wärmeleitfähigen Füllstoffs 1 Gew.-% oder mehr bezogen auf das Gewicht des Formkörpers beträgt und der wärmeleitfähige Füllstoff so nano-dispergiert ist, dass eine Gesamtlichtdurchlässigkeit von 30% oder mehr erreicht wird, wenn der Formkörper eine Dicke von 2 mm aufweist.
Die erfindungsgemäße optische Linse ist ein Formkörper, der durch Formen einer Harzzusammensetzung erhalten wird, die ein transparentes Harz als Matrixharz verwendet. Beispiele für das transparente Harz schließen transparente Harze hergestellt aus Acrylharzen, Polycarbonaten, Polyolefinen, Fluorharzen, Polyamiden, Siliconen, Epoxyharz, Polyimiden, Polystyrolen, Polyestern und dergleichen ein. Insbesondere ist ein transparentes Polyamid geeignet, das amorph ist und einen hohen Glasübergangspunkt aufweist, wie in WO 2009/084690 (PTL 2) beschrieben und beispielhaft dargestellt wird. Beispiele für ein solches transparentes Polyamidharz schließen ein transparentes Polyamidharz, das durch Kondensation eines bestimmten Diamins und einer bestimmten Dicarbonsäure, Ringöffnungspolymerisation von Lactam oder Kondensation einer ω-Aminocarbonsäure erhalten wird, ein.
Unter solchen transparenten Polyamidharzen werden beispielsweise solche mit einem aromatischen Ring und einem aliphatischen Ring bevorzugt, und ein Kondensationspolymer aus 1,10-Decandicarbonsäure und 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethan wird besonders bevorzugt, da es wahrscheinlich nicht zu einer Farbänderung, Verformung und dergleichen führt. In der erfindungsgemäßen optischen Linse ist das transparente Harz vorzugsweise ein Kondensationspolymer aus 1,10-Decandicarbonsäure und 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethan.
Eine transparente Harzzusammensetzung, welche ein Formmaterial für die erfindungsgemäße optische Linse ist, weist das Merkmal auf, dass ein wärmeleitfähiger Füllstoff in dem transparenten Harz nano-dispergiert ist.
Die Wärmefreisetzungseigenschaft des Formkörpers wird durch das Dispergieren des wärmeleitfähigen Füllstoffs erhöht, und folglich kann eine Zunahme der Temperatur selbst nach mehrmaliger Bestrahlung bei einer hohen Lichtintensität unterdrückt werden und demzufolge kann ein Formkörper mit verbesserter Lichtechtheit (transparenter Harzformkörper) erhalten werden, der wahrscheinlich keiner Farbänderung oder Schäumung unterliegt. Das heißt, die erfindungsgemäße optische Linse weist das Merkmal auf, dass sie wahrscheinlich keiner Farbänderung oder Schäumung unterliegt, selbst wenn sie für eine lichtemittierende Vorrichtung mit einer erhöhten Lichtintensität und verkürzten Emissionsintervallen verwendet wird.
Der hierin verwendete Begriff „wärmeleitfähiger Füllstoff” bezeichnet einen Füllstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 1 W/mi·K oder mehr, vorzugsweise einen Füllstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 20 W/m·K oder mehr und besonders bevorzugt einen Füllstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 50 W/m·K oder mehr. Wenn die Wärmeleitfähigkeit weniger als 1 W/m·K beträgt, kann keine verbesserte Lichtechtheit erzielt werden, selbst wenn eine Menge von über 10 Gew.-% des Füllstoffs zu dem transparenten Harz hinzugefügt wird, und eine Schäumung oder eine Farbänderung nach mehrmaliger Bestrahlung bei einer hohen Lichtintensität mit einer Xenonlampe, einem LED, einem Laser (blauviolett) oder dergleichen wird auftreten.
Die hinzuzufügende Menge an wärmeleitfähigem Füllstoff beträgt 1 Gew.-% oder mehr bezogen auf das Gewicht des Formkörpers, der die Linse bildet. Wenn die Menge weniger als 1 Gew.-% beträgt, kann keine verbesserte Lichtechtheit erzielt werden und eine Schäumung oder eine Farbänderung nach mehrmaliger Bestrahlung bei hoher Lichtintensität mit einer Xenonlampe, einem LED, einem Laser oder dergleichen tritt auf. Wenn andererseits die Menge über 50 Gew.-% beträgt, kann die Transparenz abnehmen; eine Menge von 50 Gew.-% oder weniger wird daher bevorzugt und eine Menge von 20 Gew.-% oder weniger wird verwendet, um eine weiterhin verbesserte Transparenz zu erzielen. Das heißt, ein Bereich von 1 bis 20 Gew.-% ist besonders bevorzugt, und innerhalb dieses Bereichs kann sowohl eine weiterhin verbesserte Lichtechtheit als auch eine verbesserte Transparenz erzielt werden.
Da die Dispersion des wärmeleitfähigen Füllstoffs eine Nano-Dispersion ist, kann darüber hinaus ein Formkörper mit einer weiterhin verbesserten Transparenz erhalten werden. Das heißt, die verbesserte Transparenz des Formkörpers, der die erfindungsgemäße optische Linse bildet (transparenter Harzformkörper) kann unter Verwendung des transparenten Harzes als Matrixharz beim Formen der optischen Linse und durch Nano-Dispergieren des wärmeleitfähigen Füllstoffs erhalten werden.
Der Begriff „Nano-Dispersion” bedeutet, dass Nano-Partikel mit einer (durchschnittlichen) Partikelgröße von 400 nm oder weniger in dem Matrixharz (transparenten Harz) gut dispergiert sind. Der erfindungsgemäße wärmeleitfähige Füllstoff entspricht daher Partikeln mit einer (durchschnittlichen) Partikelgröße von 400 nm oder weniger. Wenn die Partikelgröße höher als 400 nm ist, wird die optische Linse trüb, und eine hohe Transparenz kann nicht erzielt werden.
Der Ausdruck „gut dispergiert” bedeutet, dass Primärteilchen des Füllstoffs (Nano-Partikel) nicht aggregiert sind und Sekundärteilchen (aggregierte Teilchen) nicht gebildet werden, oder bezeichnet einen dispergierten Zustand, in dem ein Aggregat aus den Primärteilchen (aggregierte Partikel) einen Durchmesser von 400 nm oder weniger aufweist. Wenn der Füllstoff so aggregiert ist, dass ein Aggregat mit einem Durchmesser von mehr als 400 nm gebildet wird, tritt eine Eintrübung auf und die Transparenz der optischen Linse nimmt ab. Die erfindungsgemäße optische Linse kann jedoch eine verbesserte Transparenz aufrechterhalten, da der wärmeleitfähige Füllstoff nano-dispergiert ist.
Wie oben beschrieben, gibt es eine strenge Korrelation zwischen dem Grad der Nano-Dispersion des Füllstoffs und der Transparenz. Daher kann der Grad der Nano-Dispersion des Füllstoffs durch den Grad der Transparenz der Linse (Gesamtlichtdurchlässigkeit) dargestellt werden. In der erfindungsgemäßen optischen Linse ist der wärmeleitfähige Füllstoff so nano-dispergiert, dass eine Gesamtlichtdurchlässigkeit von 30% oder mehr und vorzugsweise 70% oder mehr erzielt wird, wenn der Formkörper, der die optische Linse bildet, eine Dicke von 2 mm aufweist. Der hierin verwendete Begriff „Gesamtlichtdurchlässigkeit” stellt einen Index dar, der die Transparenz angibt, wird unter Verwendung des in JIS K 7361 definierten Messverfahrens gemessen und als prozentuales Verhältnis zwischen der eingestrahlten Lichtintensität T₁ und einer Gesamtlichtintensität T₂ dargestellt, die einen Probekörper im Bereich des sichtbaren Lichts, insbesondere im Bereich der Wellenlängen von 400 bis 800 nm, durchschritten hat.
Vorzugsweise enthält die transparente Harzzusammensetzung, die das Formmaterial für die erfindungsgemäße optische Linse ist, zusätzlich zu dem transparenten Harz und dem wärmeleitfähigen Füllstoff ein Dispergiermittel, das bei einer Temperatur von 50°C höher als ein Glasübergangspunkt des Matrixharzes flüssig ist, und wird durch Untermischen einer Dispersion, in der der wärmeleitfähige Füllstoff in diesem Dispergiermittel nano-dispergiert ist, unter das transparente Harz erhalten. Unter Verwendung des Verfahrens, worin die Dispersion, in der der wärmeleitfähige Füllstoff in dem Dispergiermittel nano-dispergiert ist, hergestellt wird und dann diese Dispersion unter das transparente Harz gemischt wird, kann der wärmeleitfähige Füllstoff auf einfache Weise in dem transparenten Harz nano-dispergiert werden. In der erfindungsgemäßen optischen Linse enthält die Harzzusammensetzung ein Dispergiermittel, das bei einer Temperatur von 50°C höher als der Glasübergangspunkt des transparenten Harzes flüssig ist und wird durch Untermischen der Dispersion, in der der wärmeleitfähige Füllstoff in dem Dispergiermittel nano-dispergiert ist, unter das transparente Harz erhalten.
In der erfindungsgemäßen optischen Linse ist das Dispergiermittel vorzugsweise ein Monomer, das mit einem Vernetzungs-Coagens, einem Weichmacher, Ultraviolettbestrahlung oder Elektronenbestrahlung (nachfolgend als UV/EB-Monomer bezeichnet) polymerisiert wird.
Die Harzzusammensetzung, die die erfindungsgemäße optische Linse bildet, kann zusätzlich zu dem transparenten Harz und dem wärmeleitfähigen Füllstoff weitere Komponenten zur Verbesserung verschiedener physikalischer Eigenschaften der optischen Linse innerhalb von Mengenbereichen, die den erfindungsgemäßen Kern nicht gefährden, enthalten, und die weiteren Komponenten schließen ein Vernetzungs-Coagens, einen Weichmacher und ein UV/EB-Monomer ein. Wenn beispielsweise eine Vernetzung wie oben beschrieben durchgeführt wird, wird vorzugsweise ein Vernetzungs-Coagens zur Förderung der Vernetzung hinzugefügt.
Wenn darüber hinaus das Vernetzungs-Coagens, der Weichmacher und das UV/EB-Monomer bei einer Temperatur von 50°C höher als der Glasübergangspunkt des Matrixharzes flüssig sind und der wärmeleitfähige Füllstoff darin nano-dispergiert werden kann, können diese Komponenten als Dispergiermittel zur Nano-Dispergierung des wärmeleitfähigen Füllstoffs verwendet werden. Dies ist bevorzugt, da die Komponenten, die vorzugsweise zur Bildung der optischen Linse verwendet werden, selber als Dispergiermittel verwendet werden können, so dass die Notwendigkeit, eine Komponente zu verwenden, die nicht besonders notwendig ist, um die physikalischen Eigenschaften der optischen Linse zu verbessern, umgangen wird.
Beispiele für das Vernetzungs-Coagens, das bei einer Temperatur von 50°C höher als der Glasübergangspunkt des Matrixharzes flüssig ist, schließen Triallylisocyanurat (nachfolgend als TAIC bezeichnet) ein. TAIC weist einen Schmelzpunkt von etwa 23°C auf und wird leicht flüssig. Darüber hinaus weist TAIC aufgrund seiner Trifunktionalität eine ausgezeichnete Vernetzbarkeit auf, und der Einbau von TAIC ist bevorzugt, da beispielsweise die Wärmebeständigkeit (Reflow-Wärmebeständigkeit) der optischen Linse durch Bestrahlung mit ionisierender Strahlung auf einfache Weise verbessert werden kann, TAIC relativ unwahrscheinlich zu einer Farbänderung aufgrund der Aussetzung von Strahlung oder Wärme führt und es eine geringe Toxizität gegenüber dem menschlichen Körper aufweist.
Des Weiteren weist TAIC eine ausgezeichnete Kompatibilität mit dem transparenten Harz auf. TAIC weist eine ausgezeichnete Kompatibilität z. B. mit dem transparenten Polyamid (insbesondere einem Kondensationspolymer aus 1,10-Diecandicarbonsäure und 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethan) auf und kann das transparente Polyamid bis zu einer Konzentration von etwa 50 Gew.-% lösen. TAIC ermöglicht daher, dass eine große Menge an wärmeleitfähigem Füllstoff leicht nano-dispergiert wird und kann daher in geeigneter Weise als Dispergiermittel zur Nano-Dispergierung des wärmeleitfähigen Füllstoffs in der Linse bei einer hohen Konzentration verwendet werden. In der erfindungsgemäßen optischen Linse ist das Dispergiermittel vorzugsweise TAIC.
Beispiele für das UV/EB-Monomer schließen Acrylmonomere, Methacrylmonomere, Monomere auf Imidbasis, Monomere auf Silikonbasis, Monomere auf Urethanbasis, Monomere auf Isocyanatbasis, Monomere auf Epoxybasis und dergleichen ein.
Die transparente Harzzusammensetzung, die das Formmaterial der erfindungsgemäßen optischen Linse ist, enthält vorzugsweise einen Stabilisator zusätzlich zu der Zusammensetzung. Wenn ein Stabilisator enthalten ist, kann eine Farbveränderung auf effizientere Weise unterdrückt werden. Die erfindungsgemäße optische Linse enthält weiterhin vorzugsweise einen Stabilisator.
Der Begriff „Stabilisator”, auf den hierin Bezug genommen wird, schließt alle Stabilisatoren ein, die dazu dienen, eine Schädigung aufgrund von Licht, Wärme und dergleichen zu verhindern, und schließt außerdem beispielsweise ein Antioxidationsmittel ein. Spezifische Beispiele für den Stabilisator schließen einen Lichtstabilisator auf Basis eines sterisch gehinderten Amins, ein UV-Absorptionsmittel, ein Phosphor-basierter Stabilisator, ein Antioxidationsmittel auf Basis eines gehinderten Phenols, ein Antioxidationsmittel auf Basis eines Hydrochinons und dergleichen ein. Die Verwendung von zwei oder mehreren Typen von Stabilisatoren kann die Funktion als Stabilisator verbessern, was zu einer verbesserten Wirkung führt.
Die Harzzusammensetzung, die das Formmaterial für die erfindungsgemäße optische Linse ist, kann ferner Komponenten enthalten, die von den oben beschriebenen verschieden sind, z. B. einen Kupfer-Inhibitor, ein Flammschutzmittel, ein Schmiermittel, ein leitfähiges Mittel, ein Plattiermittel und dergleichen, innerhalb von Bereichsmengen, die den erfindungsgemäßen Kern nicht gefährden.
Durch Vernetzen des transparenten Harzes kann die optische Linse zu einem Formkörper mit verbesserter Wärmebeständigkeit (Rückfluss-Wärmebeständigkeit) und Steifigkeit bei hoher Temperatur gebildet werden. In der erfindungsgemäßen optischen Linse ist das transparente Harz vorzugsweise vernetzt.
Diese Vernetzung wird beispielsweise durch Erwärmen des Harzes oder durch ein Verfahren, worin das Harz einer ionisierenden Strahlung ausgesetzt wird, durchgeführt. Unter den obigen wird das Verfahren, worin das Harz einer ionisierenden Strahlung ausgesetzt wird, im Hinblick auf die einfache Kontrolle bevorzugt. Im Hinblick auf die Sicherheit, die Vorrichtungsverfügbarkeit und dergleichen wird als ionisierende Strahlung ein Elektronenstrahl bevorzugt.
Die erfindungsgemäße optische Linse weist einen Speichermodul bei 270°C von 0,1 MPa oder mehr auf. Wenn der Speichermodul bei 270°C auf 0,1 MPa oder mehr eingestellt ist, kann eine Steifigkeit erzielt werden, die bei Temperaturen von Raumtemperatur bis zu hohen Temperaturen zufriedenstellend ist, was bevorzugt ist, da selbst wenn die optische Linse durch Löten unter Verwendung von bleifreiem Lötmetall oder Löt-Reflow befestigt wird, oder selbst wenn die Linse in einer Hochtemperaturumgebung verwendet wird, das Problem der thermischen Verformung aller Wahrscheinlichkeit nach nicht auftritt und die sogenannte Reflow-Wärmebeständigkeit hoch ist. Eine optische Linse mit hoher Steifigkeit bei hoher Temperatur wie die erfindungsgemäße optische Linse kann durch Vernetzen des transparenten Harzes mit der oben beschriebenen Zusammensetzung des Formmaterials erhalten werden.
Der hierin verwendete Begriff „Speichermodul” ist ein Begriff (eigentlich eine Vielzahl von Begriffen), der einen komplexen Modul bildet, der die Beziehung zwischen der Spannung, die erzeugt wird, wenn eine sinusförmige Schwingungsdehnung an einem viskoelastischen Körper angelegt wird, und der Dehnung darstellt, und ist ein Wert, der mit einem Viskoelastizitätsmessgerät (DMS) gemessen wird. Insbesondere ist der Speichermodul ein Wert., der mit dem Viskoelastizitätsmessgerät DVA-200, hergestellt von IT Keisoku Seigyo Corporation bei einer Heizrate von 10°C/min ausgehend von Raumtemperatur (25°C) gemessen wird.
Die erfindungsgemäße Linse kann durch Formen der Harzzusammensetzung, die das transparente Harz, den wärmeleitfähigen Füllstoff, der in dem transparenten Harz nano-dispergiert ist, und weitere Komponenten, die gegebenenfalls hinzugefügt werden können, enthält, zu einer Linse und durch Vernetzen des Harzes, vorzugsweise nach dem Formen, hergestellt werden. Mit dem Verfahren, in dem die Vernetzung nach dem Formen durchgeführt wird, kann das Formen auf einfache Weise durchgeführt werden, weil die Harzzusammensetzung (Formmaterial) vor der Vernetzung eine geringe Steifigkeit aufweist, und die Wärmebeständigkeit und Steifigkeit können durch die Vernetzung erhöht werden, was zu einer optischen Linse mit einer verbesserten Wärmebeständigkeit und Steifigkeit bei hoher Temperatur führt.
Die Harzzusammensetzung, die das transparente Harz, den wärmeleitfähigen Füllstoff, der in dem transparenten Harz nano-dispergiert ist, und weitere Komponenten, die gegebenenfalls hinzugefügt werden können, enthält, kann vorzugsweise durch das Verfahren hergestellt werden, worin wie oben beschrieben eine Dispersion durch Nano-Dispergieren des wärmeleitfähigen Füllstoffs in einem Dispergiermittel, das bei einer Temperatur von 50°C höher als der Glasübergangspunkt des Matrixharzes flüssig ist, beispielsweise in einem Vernetzungs-Coagens, einem Weichmacher oder einem UV/EB-Monomer, hergestellt wird und die resultierende Dispersion unter das transparente Harz (das gegebenenfalls weitere Komponenten, wie einen Stabilisator enthält) untergemischt wird. Alternativ kann die Harzzusammensetzung durch ein Verfahren hergestellt werden, worin eine Dispersion durch Nano-Dispergieren des wärmeleitfähigen Füllstoffs in einem Dispergiermittel, das bei einer Temperatur von 50°C höher als der Glasübergangspunkt des Matrixharzes flüssig ist, hergestellt wird und die resultierende Dispersion mit einem Monomer, das das transparente Harz bildet (das gegebenenfalls weitere Komponenten, wie einen Stabilisator, enthält), und einem Polymerisationsinitiator zur Polymerisierung gemischt wird.
Der hiesige Erfinder hat herausgefunden, dass der wärmeleitfähige Füllstoff in dem transparenten Harz nanodispergiert werden kann, indem der wärmeleitfähige Füllstoff in dem Dispergiermittel dispergiert wird, und das Dispergiermittel, in dem der wärmeleitfähige Füllstoff dispergiert ist, hinzugefügt wird, während eine Mischung, die hauptsächlich das transparente Harz enthält, oder eine Mischung, die hauptsächlich das das transparente Harz bildende Monomer enthält, gerührt wird.
Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Verfahren, d. h., „dem Verfahren, worin eine Dispersion, die durch Nano-Dispergieren des wärmeleitfähigen Füllstoffs in dem Dispergiermittel erhalten wird, unter das transparente Harz oder dem Ausgangs-Monomer davon gemischt wird”, können Beispiele für das Verfahren zur Nano-Dispergierung des wärmeleitfähigen Füllstoffs in der Zusammensetzung des transparenten Harzes außerdem folgende Verfahren einschließen:

1) ein Verfahren, worin das Harz geschmolzen wird und der wärmeleitfähige Füllstoff hinzugefügt und durch Scherkraft oder dergleichen darin dispergiert wird; und
2) ein Verfahren, worin der wärmeleitfähige Füllstoff mit einem Oberflächenbehandlungsmittel, wie einem Silankupplungsmittel, einem Tensid oder dergleichen, behandelt wird und der behandelte wärmeleitfähige Füllstoff in dem Harz dispergiert wird.

Im Hinblick auf die Einfachheit der Nano-Dispersion wird es allerdings bevorzugt, das oben beschriebene Verfahren, d. h. „das Verfahren, worin eine Dispersion, die durch Nano-Dispergieren des wärmeleitfähigen Füllstoffs in dem Dispergiermittel erhalten wird, unter das transparente Harz oder dem Monomer davon gemischt wird”, oder das oben beschriebene Verfahren in Kombination mit dem Verfahren 1) und/oder dem Verfahren 2) zu verwenden. Wenn diese Verfahren in Kombination verwendet werden, kann die Dispergierbarkeit weiter erhöht werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Linse, die die Schritte des Formens einer Harzzusammensetzung, die durch Nano-Dispergieren eines wärmeleitfähigen Füllstoffs in einem transparenten Harz erhalten wird, und des Vernetzens des transparenten Harzes nach dem Formschritt einschließt. Mit diesem Herstellungsverfahren kann auf einfache Weise eine optische Linse mit verbesserter Wärmebeständigkeit (Reflow-Wärmebeständigkeit) und Steifigkeit bei hoher Temperatur erhalten werden.
VORTEILHAFTE ERFINDUNGSGEMÄSSE WIRKUNGEN
Die erfindungsgemäße optische Linse weist eine hohe Transparenz auf und wahrscheinlich keiner Farbänderung oder dergleichen selbst nach mehrmaliger Bestrahlung mit Licht bei hoher Intensität unter Verwendung einer Lichtquelle, wie einer Xenonlampe, einem LED, einem Laser (blauviolett) oder dergleichen. Die erfindungsgemäße optische Linse mit verbesserter Wärmebeständigkeit (Reflow-Wärmebeständigkeit) und Steifigkeit bei hoher Temperatur kann auf einfache Weise durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer optischen Linse hergestellt werden.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen zur Ausführung der vorliegenden Erfindung werden als Nächstes beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist allerdings nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Wie oben beschrieben, ist das transparente Harz, das das Formmaterial für die erfindungsgemäße optische Linse bildet, vorzugsweise ein transparentes Polyamid. Beispiele für das transparente Polyamid schließen ein transparentes Polyamid ein, das beispielhaft in WO 2009/084690 (PTL 2) dargestellt wird; solange die Verbindung selbst transparent ist, kann das transparente Polyamid allerdings eine Verbindung sein, die eine Vielzahl von verschiedenen Polyamiden enthält, und kann ein kristallines Polyamid enthalten. Das transparente Polyamid kann außerdem ein transparentes Polyamid sein, das mittels Durchführung der Synthesereaktion (Polymerisation) zusammen mit dem Ausgangsmaterial in Gegenwart des Stabilisators, Verstärkungsmittels oder dergleichen, die unten beschrieben werden, hergestellt wird.
Ein kommerziell erhältliches Produkt kann ebenso als transparentes Polyamid verwendet werden. Zum Beispiel ist ein Polyamid hergestellt aus einem Kondensationspolymer aus 1,10-Decandicrbonsäure und 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethan kommerziell unter dem Handelsnamen Grilamide TR-90 (EMS-CHEMIE (Japan) Ltd.) oder dergleichen erhältlich.
Beispiele für weitere spezifische kommerzielle Produkte aus transparentem Polyamid, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, schließen Trogamid CX7323, Trogamid T und Trogamid CX9701 (Handelsnamen, alle von Daicel-Degussa, Ltd.); Grilamid TR-155, Grivory G21, Grilamid TR-55LX und Grilon TR-27 (alle von EMS-CHEMIE (Japan) Ltd.); Cristamid MS1100 und Cristamid MS1700 (alle von Arkema, Ltd.); und Sealer 3030E, Sealer PA-V2031 und Isoamide PA-7030 (alle von DuPont, Ltd.) ein.
Beispiele für den wärmeleitfähigen Füllstoff können Aluminiumoxid, (kristallines) Silica, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Siliciumnitrid, Zinkoxid, Zinnoxid, Magnesiumoxid, Siliciumcarbid, Kohlenstoffmaterialien wie Ruß, Kohlenstofffaser und Kohlenstoffnanoröhrchen, synthetisches Magnesit und dergleichen einschließen. Der wärmeleitfähige Füllstoff muss nicht notwendigerweise in kugelförmiger Form vorliegen und kann ebenso ein stangenförmiger, plattenförmiger oder gemahlener Füllstoff sein. Darüber hinaus können diese wärmeleitfähigen Füllstoffe nach Oberflächenbehandlung, z. B. mit einem Tensid oder dergleichen, zur Vereinfachung der Nano-Dispersion unterzogen werden.
Ein bevorzugter Bereich der Anteile des Stabilisators, der zu der erfindungsgemäßen optischen Linse hinzugefügt werden kann, ist nicht besonders beschränkt; mit größer werdendem Anteil kann jedoch eine optische Linse erhalten werden, die mit größerer Wahrscheinlichkeit keiner Farbänderung und dergleichen aufgrund Bestrahlung mit einer Xenonlampe oder dergleichen unterliegt. Wenn andererseits der Anteil überaus groß ist, treten Probleme, wie Schleierbildung, Verschlechterung des Trübungspunkts (Opazität) und verringerte Durchlässigkeit, auf. Wenn ein Stabilisatortyp verwendet wird, wird er im Allgemeinen vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,01 bis 5 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile des transparenten Polyamids verwendet.
Ein kommerziell erhältliches Produkt kann als Stabilisator verwendet werden. Zum Beispiel sind Lichtstabilisatoren auf Basis gehinderter Amine kommerziell als ADK STAB LA68, LA62 (Handelsnamen, Asahi Denka, Ltd.) und dergleichen erhältlich, UV-Absorptionsmittel sind kommerziell als ADK STAB LA36 (Handelsname, Asahi Denka, Ltd.) und dergleichen erhältlich, Stabilisatoren auf Phosphorbasis sind kommerziell als Irgafos 168 (Handelsname, BASF, Ltd.) und dergleichen erhältlich, Antioxidationsmittel auf Basis gehinderter Phenole sind kommerziell als Irganox 245, Igranox 1010) (Handelsnamen, BASF, Ltd.) und dergleichen erhältlich, und Antioxidationsmittel auf Hydrochinonbasis sind kommerziell als Methochinon (Handelsname: Seiko Chemical Corporation) und dergleichen erhältlich, und jedes dieser Produkte kann verwendet werden.
Beispiele für das Vernetzungs-Coagens, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, schließen außer TAIC Oxime, wie p-Chinondioxim, p,p'-Dibenzoylchinondioxim und dergleichen, Acrylate oder Methacrylate, wie Ethylendimethacrylat, Polyethylenglykoldimethacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, Cyclohexylmethacrylat, Acrylsäure/Zinnoxid-Mischung, Allylmethacrylat, Trimethacrylisocyanurat und dergleichen, Vinylmonomere, wie Divinylbenzol, Vinyltoluol, Vinylpyridin und dergleichen, Allylverbindungen, wie Hexamethylendiallylnadimid, Diallylitaconat, Diallylphthalat, Diallylisophthalat, Diallylmonoglycidylisocyanurat, Triallylcyanurat und dergleichen, Maleimidverbindungen, wie N,N'-m-Phenylen-bismaleimid, N,N'-(4,4'-Methylendiphenylen)dimaleimido und dergleichen, ein. TAIC und diese Vernetzungs-Coagenzien können allein oder in Kombination verwendet werden.
Wenn TAIC als Vernetzungs-Coagens verwendet wird, beträgt der Gehalt vorzugsweise weniger als 25 Gewichtsteile und besonders bevorzugt 1 bis 20 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile des transparenten Polyamids. Mit steigendem TAIC-Gehalt wird die Vernetzung gefördert, um die Wirkung der Verbesserung der Reflow-Wärmebeständigkeit und dergleichen zu erhöhen. Wenn der Gehalt allerdings oberhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, kann das Härten zu langsam werden, was zu einer verringerten Formbarkeit führt, was es schwierig macht, ein gutes äußeres Erscheinungsbild des Formkörpers zu erzielen.
In der Herstellung der erfindungsgemäßen optischen Linse schließen Beispiele für Mischer, die zum Mischen des transparenten Harzes, der Dispersion, in der der wärmeleitfähige Füllstoff nano-dispergiert ist, der gegebenenfalls hinzugefügten Komponenten und dergleichen verwendet werden, bekannte Mischer, z. B. einen Einschneckenextruder, einen Doppelschneckenextruder, einen Druckkneter und dergleichen ein. Unter den obigen bevorzugt ist ein Doppelschneckenextruder und im Allgemeinen wird eine Knettemperatur von etwa 230°C bis 300°C und eine Knetdauer von 2 Sekunden bis 15 Minuten vorzugsweise angewendet.
Das Formverfahren in dem Formschritt ist nicht besonders beschränkt, und Beispiele für Formverfahren schließen Spritzgießen, Spritzprägen, Pressformen, Extrusion, Blasformen, Vakuumformen und dergleichen ein, jedoch ist das Spritzgussverfahren im Hinblick auf die Leichtigkeit und Präzision des Formens bevorzugt.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nun auf Basis der Beispiele beschrieben. Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen Beispiele beschränkt ist und zu weiteren Ausführungsformen modifiziert werden kann, solange der erfindungsgemäße Kern nicht gefährdet wird. Die verwendeten Ausgangsmaterialien in dem Beispiel und den Vergleichsbeispielen werden zunächst aufgelistet.
[Transparentes Polyamid] Ein Kondensationspolymer aus 1,10-Decandicarbonsäure und 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminohexylmethan (Handelsname: Grilamid TR-90, EMS-CHEMIE (Japan) Ltd.)
[Vernetzungs-Coagens] Triallylisocyanurat (TAIC: Nippon Kasei Chemical Co., Ltd.)
[Wärmeleitfähiger Füllstoff] Titanoxid (Handelsname: TTO-51A, Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd.)
Beispiel
Eine Harzzusammensetzung mit der in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzung wurde wie folgt erhalten. TAIC und der wärmeleitfähige Füllstoff wurden in einer Mühle unter Erhalt einer Mischung gemischt. Diese Mischung wurde seitlich einem Doppelschneckenextruder (TEM58BS, Toshiba Machine Co., Ltd.) zugeführt und mit dem transparenten Polyamid gemischt. Die so erhaltene Harzzusammensetzung wurde unter Verwendung von SE-18 (elektrische Spritzgussmaschine, Sumitomo Heavy Industries, Ltd.) zur Herstellung einer Formkörperprobe mit Abmessungen von 40 mm × 40 mm × 2 mm (Dicke) spritzgegossen. Der Spritzguss wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: eine Harztemperatur von 280°C, eine Formtemperatur von 80°C und ein Zyklus von 30 Sekunden.
Die resultierende Formkörperprobe wurde mit einem Elektronenstrahl von 300 kGy zum Vernetzen bestrahlt. Nach Bestrahlung wurde die Probe hinsichtlich ihrer Gesamtlichtdurchlässigkeit und ihres äußeren Erscheinungsbildes nach einem Lichtechtheitstest in der nachstehend beschriebenen Art und Weise gemessen. Diese Ergebnisse werden in Tabelle 1 dargestellt.
Vergleichsbeispiel 1
Gemäß der in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzung wurde TAIC seitlich einem Doppelschneckenextruder (TEM58BS, Toshiba Machine Co., Ltd.) zugeführt und mit dem transparenten Polyamid gemischt. Dann wurde die resultierende Mischung unter Verwendung von SE-18 (elektrische Spritzgussmaschine, Sumitomo Heavy Industries, Ltd.) unter den folgenden Bedingungen wie in dem Beispiel zur Herstellung einer Formkörperprobe mit Abmessungen von 40 mm × 40 mm × 2 mm (Dicke) spritzgegossen. Des Weiteren wurde die resultierende Formkörperprobe mit einem Elektronenstrahl unter denselben Bedingungen wie in dem Beispiel zur Vernetzung bestrahlt, und nach der Bestrahlung wurde die Probe hinsichtlich ihrer Gesamtlichtdurchlässigkeit und ihres äußeren Erscheinungsbilds nach einem Lichtechtheitstest in der nachstehend beschriebenen Art und Weise gemessen. Diese Ergebnisse werden in Tabelle 1 dargestellt.
Vergleichsbeispiel 2
Gemäß der in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzung wurde TAIC, der wärmeleitfähige Füllstoff und das transparente Polyamid einem Doppelschneckenmischer (TEM58BS, Toshiba Machine Co., Ltd.) von oben zugeführt und gemischt. Dann wurde die resultierende Mischung unter Verwendung von SE-18 (elektrische Spritzgussmaschine, Sumitomo Heavy Industries, Ltd.) unter denselben Bedingungen wie in dem Beispiel zur Herstellung einer Formkörperprobe mit Abmessungen von 40 mm × 40 mm × 2 mm (Dicke) spritzgegossen. Des Weiteren wurde die resultierende Formkörperprobe mit einem Elektronenstrahl unter denselben Bedingungen wie in dem Beispiel zur Vernetzung bestrahlt, und nach der Bestrahlung wurde die Probe hinsichtlich ihrer Gesamtlichtdurchlässigkeit und ihres äußeren Erscheinungsbilds nach einem Lichtechtheitstest in der nachstehend beschriebenen Art und Weise gemessen. Diese Ergebnisse werden in Tabelle 1 dargestellt.
[Gesamtlichtdurchlässigkeit]
Die Gesamtlichtdurchlässigkeit wurde gemäß JIS K 7361 gemessen. Das Verhältnis zwischen der eingestrahlten Lichtintensität T₁ und der Gesamtlichtintensität T₂, die den Probenkörper durchlief, innerhalb des Bereichs des sichtbaren Lichts (Wellenlängenbereich von 400 bis 800 nm wird als Prozentzahl dargestellt.
[Äußeres Erscheinungsbild nach Lichtechtheitstest]
Unter Verwendung eines kommerziell erhältlichen externen Stroboskops (Nikon Corporation) wurde das Aufblitzen unter den folgenden Bedingungen in 200 Zyklen bei einem Zyklus von einmal in 10 Sekunden oder einmal in 2 Sekunden wiederholt, wobei der Abstand zwischen der Oberfläche der Linsenprobe und einer Lichtquelle (Xenonlampe) auf 2 mm gesetzt wurde.
Aufblitzdauer: (1/800) Sekunde, Farbtemperatur: 5600 K

Die Farbänderung der Linse wurde nach 200 Zyklen ausgewertet, und das Auswertungsergebnis wird in Tabelle 1 dargestellt, in der A anzeigt, dass keine Änderung der Farbe in der Linse beobachtet wurde, und B anzeigt, dass die Linse einer Farbänderung in ihrem zentralen Bereich unterlag. [Tabelle 1]

		Beispiel	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2
Harzzusammensetzung	transparentes Polyamid: TR-90	100	100	100
	Vernetzungs-Coagens: TAIC	15	15	15
	wärmeleitfähiger Füllstoff: TTO-51A	10	0	10
Gesamtlichtdurchlässigkeit (%)		80	90	20
äußeres Erscheinungsbild nach Lichtechtheitstest	Aufblitzen: einmal in 10 s	A	A	A
äußeres Erscheinungsbild nach Lichtechtheitstest	Aufblitzen: einmal in 2 s	A	B	B

Wie aus den in Tabelle 1 dargestellten Ergebnissen deutlich wird, wies der Formkörper des Beispiels eine ausgezeichnete Transparenz (eine Gesamtlichtdurchlässigkeit von 80%) und eine ausgezeichnete Lichtechtheit auf. Andererseits wies der Formkörper gemäß Vergleichsbeispiel 1, der keinen wärmeleitfähigen Füllstoff enthielt, eine ausgezeichnete Transparenz (eine Gesamtlichtdurchlässigkeit von 90%) auf, jedoch eine geringe Lichtechtheit und unterlag einer Farbänderung nach 200 Zyklen des Aufblitzens in einem Zyklus von einmal in 2 Sekunden. Es wird angenommen, dass der Formkörper eine geringe Wärmefreisetzungseigenschaft aufwies und aufgrund von Wärme einer Farbänderung unterlag, da kein wärmeleitfähiger Füllstoff darin dispergiert war. Darüber hinaus wird angenommen, dass der Formkörper gemäß Vergleichsbeispiel 2, der den wärmeleitfähigen Füllstoff enthielt, jedoch hergestellt wurde, indem er unter das Harz gemischt wurde, ohne in TAIC dispergiert zu werden, eine geringe Transparenz (eine Gesamtlichtdurchlässigkeit von 20%) aufwies und der wärmeleitfähige Füllstoff daher nicht darin nano-dispergiert war. Darüber hinaus wies der Formkörper außerdem eine geringe Lichtechtheit auf und unterlag einer Farbänderung nach 200 Zyklen des Aufblitzens in einem Zyklus von einmal in 2 Sekunden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die erfindungsgemäße optische Linse kann in geeigneter Weise für Anwendungen, wie eine Linse für ein Stroboskop (z. B. eine Fresnel-Linse für ein Stroboskop), verwendet werden.

Claims

Optische Linse, hergestellt aus einem Formkörper aus einer Harzzusammensetzung, die durch Nano-Dispergieren eines wärmeleitfähigen Füllstoffs in einem transparenten Harz erhalten wird, wobei ein Gehalt des wärmeleitfähigen Füllstoffs 1 Gew.-% oder mehr bezogen auf das Gewicht des Formkörpers beträgt und der wärmeleitfähige Füllstoff so nano-dispergiert ist, dass eine Gesamtlichtdurchlässigkeit von 30% oder mehr erreicht wird, wenn der Formkörper eine Dicke von 2 mm aufweist.
Optische Linse gemäß Anspruch 1, worin das transparente Harz ein Kondensationspolymer aus 1,10-Decandicarbonsäure und 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethan ist.
Optische Linse gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Harzzusammensetzung ein Dispergiermittel enthält, das bei einer Temperatur, die 50°C höher als ein Glasübergangspunkt des transparenten Harzes ist, flüssig ist, und durch Untermischen einer Dispersion, in der der wärmeleitfähige Füllstoff in dem Dispergiermittel nanodispergiert ist, unter das transparente Harz erhalten wird.
Optische Linse gemäß Anspruch 3, worin das Dispergiermittel ein Monomer ist, das mit einem Vernetzungs-Coagens, einem Weichmacher, Ultraviolettbestrahlung oder Elektronenbestrahlung polymerisiert wird.
Optische Linse gemäß Anspruch 3, worin das Dispergiermittel Triallylisocyanurat ist.
Optische Linse gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner einen Stabilisator umfasst.
Optische Linse gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, worin das transparente Harz vernetzt ist.
Optische Linse gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, worin ein Speichermodul bei 270°C 0,1 MPa oder mehr beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer optischen Linse umfassend die Schritte des Formens einer Harzzusammensetzung, die durch Nano-Dispergieren eines wärmeleitfähigen Füllstoffs in einem transparenten Harz erhalten wird, und des Vernetzens des transparenten Harzes nach dem Formschritt.