JP2008036817A - 複合型光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法であって、真空引きや金型コアの温度制御のための装置が不要であり、成形後の後処理が不要な方法を提供する。
【解決手段】本発明による複合型光学素子を製造する方法は、基材２上にエネルギー硬化型樹脂１を塗布し、エネルギーを与えるステップと、その後、金型によって、基材上のエネルギー硬化型樹脂を成形するステップと、を含む。１実施形態によれば、ガラス基材上にエネルギー硬化型樹脂を塗布し、エネルギーを与えるステップにおいて、エネルギーを与えた直後のエネルギー硬化型樹脂の粘度が10^３乃至10¹¹パスカル・秒の粘度範囲となるようにエネルギーを与える。
【選択図】図１

Description

本発明は、基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法に関する。特に、成形後の樹脂のはみ出しを除去するための後処理や、金型温度の制御を必要としない、高精度の複合型光学素子を製造する方法に関する。

一般に、光学素子の製造方法には、ガラス素材の研削や研磨あるいは型を使用した成形、または熱可塑性樹脂素材の射出成形やプレス成形などがある。ガラス素材は、樹脂素材と比較して、温度などの環境変化に対する性能の変動が小さい。他方、樹脂による成形は、形状精度に優れている。このような素材および製造方法の特徴にしたがって、素材および製造方法が使い分けられている。

表面に微細な構造を有する光学素子などの場合には、ガラス基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法が採用される。その理由は以下のとおりである。表面の微細な構造は、ガラス素材によって製造するのは、形状精度の点から困難である。他方、光学素子全体を樹脂素材とすると、温度などの環境変化に対する性能の変動が大きくなる。

図９は、従来技術による、ガラス基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法の流れ図である。図１０乃至１２は、当該方法を、装置に関連して説明するための図である。従来技術による、ガラス基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法の手順を図９にしたがって以下に説明する。

ステップＳ０９１０において、図１０に示すように、ガラス基材２を支持部材１４に配置し、握時部材１３によって握持する。

ステップＳ０９２０において、図１０に示すように、ガラス基材２上にエネルギー硬化型樹脂１を供給する。エネルギー硬化型樹脂１の粘度は、0.1乃至300パスカル・秒である。

ステップＳ０９３０において、図１１に示すように、金型コア５によって、エネルギー硬化型樹脂１を成形する。

ステップＳ０９４０において、成形中に、ガラス基材の側から、エネルギー硬化型樹脂１にエネルギーを供給し、エネルギー硬化型樹脂１を硬化させる。

ステップＳ０９５０において、図１２に示すように、ガラス基材２およびその上の成形されたエネルギー硬化型樹脂１を、金型コア５から取り出す。

上記の従来の方法は、たとえば、特許文献１（図５乃至８、２１乃至２８段落）に記載されている。

しかし、上記の従来の方法には以下に述べる問題点があった。

ガラス基材２上にエネルギー硬化型樹脂１を供給するステップ（Ｓ０９２０）において、エネルギー硬化型樹脂１がガラス基材２上に展開する間に、エネルギー硬化型樹脂１に気泡が入り込むことがある。また、金型コア５によって、エネルギー硬化型樹脂１を成形するステップ（Ｓ０９３０）において、金型コア５とエネルギー硬化型樹脂１との間に、エアが残留する場合がある。気泡やエアの対策として、ガラス基材と型部材の間の空間を真空引きする方法が提案されている。上記の方法は、たとえば、特許文献２（図１乃至３、６１乃至６６段落）に記載されている。

成形中に、ガラス基材の側から、エネルギー硬化型樹脂１にエネルギーを供給し、エネルギー硬化型樹脂１を硬化させるステップ（Ｓ０９４０）において、エネルギー硬化型樹脂１は硬化しながら収縮する。ここで、圧力を保持しながら硬化させるためには、エネルギー硬化型樹脂１の量を多めにする必要がある。このため、エネルギー硬化型樹脂１の、金型コア５からのはみ出しが生じる。したがって、はみ出しを処理するための、後処理工程が必要となる。

成形中に、ガラス基材の側から、エネルギー硬化型樹脂１にエネルギーを供給し、エネルギー硬化型樹脂１を硬化させるステップ（Ｓ０９４０）において、エネルギーを加えることにより、エネルギー硬化型樹脂１や金型コア５の温度が上昇する。したがって、成形品の精度を向上させるためには、金型コア５の温度制御などが必要となる。金型の温度を制御する複合型光学素子の製造方法は、特許文献３（第１図および第２図他）に記載されている。

特開２００３−７１８５８号公報 特開平９−２４５２２号公報 特許３３５９６３１号公報

ガラス基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する従来の方法においては、高精度の成型品を得るために、真空引きや金型コアの温度制御が必要であり、そのための装置が必要となる。また、成形後の後処理が必要である。

したがって、基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法であって、真空引きや金型コアの温度制御のための装置が不要であり、成形後の後処理が不要な方法に対するニーズがある。

本発明による複合型光学素子を製造する方法は、基材上にエネルギー硬化型樹脂を塗布し、エネルギーを与えるステップと、その後、金型によって、基材上のエネルギー硬化型樹脂を成形するステップと、を含む。

エネルギー硬化型樹脂にエネルギーを与えてある程度硬化させた状態で成形するので、金型とエネルギー硬化型樹脂との間で気泡が発生しにくい。このため、真空引きは不要である。また、エネルギー硬化型樹脂にエネルギーを与えてある程度硬化させた状態で成形するので、金型内での、エネルギー硬化型樹脂の硬化時に重合や架橋反応による発熱を抑えることができる。このため、金型コアの温度制御は不要である。

本発明の１実施形態によれば、基材上にエネルギー硬化型樹脂を塗布し、エネルギーを与えるステップにおいて、エネルギーを与えた直後のエネルギー硬化型樹脂の粘度が10³乃至10¹¹ パスカル・秒の粘度範囲となるようにエネルギーを与える。

上記の粘度範囲では、硬化に時間がかかりすぎることはなく、後の成形工程において成形性が損なわれることもない。すなわち、後の成形工程において、硬化していない樹脂を金型内に充填した場合と同じプレス機構で成形することができる。

本発明の他の実施形態によれば、基材上にエネルギー硬化型樹脂を塗布し、エネルギーを与えるステップにおいて、基材をスピンコータに取付け、スピンコータを回転させて、塗布したエネルギー硬化型樹脂を均一にしながらエネルギーを与える。

したがって、成形前にエネルギー硬化型樹脂の厚さを一定とする結果、成形工程において、樹脂量が少ないことによる樹脂の未充填や、樹脂量が多いことによる樹脂の過剰なはみ出しを防止することができる。また、回転停止後においても、エネルギー硬化型樹脂がある程度硬化しているので、端部の樹脂が回転軸側に戻ることはなく、端部においても厚さは均一に保持される。

本発明の他の実施形態によれば、スピンコータを回転させて、基材上に塗布したエネルギー硬化型樹脂を均一にしながらエネルギーを与える際に、第１の所定の時間エネルギーを与えず、その後の第２の所定の時間エネルギーを与える。

したがって、第１の所定の時間でエネルギー硬化型樹脂の厚さが均一となり、第２の所定の時間で、エネルギー硬化型樹脂がある程度まで硬化される。

本発明の他の実施形態によれば、基材上にエネルギー硬化型樹脂を塗布し、エネルギーを与えるステップにおいて、基材の側壁にマスクを設け、当該ステップの終了後にマスクを取り除く。

したがって、基材の側壁にはみ出した樹脂を容易に除去することができる。

本発明の他の実施形態によれば、金型によって、基材上のエネルギー硬化型樹脂を成形するステップにおいて、金型の構造を、キャビティ内圧縮構造であって樹脂の逃げのない構造としている。

したがって、成形後の成型品の後仕上げが不要となる。

本発明の他の実施形態によれば、基材がガラス基材である。

したがって、ガラスの、温度などの環境変化に対する性能と、樹脂の、加工性の両方を活用することができる。

本発明の他の実施形態によれば、エネルギー硬化型樹脂がいったんエネルギーを加えると、硬化反応が進むタイプの樹脂である。

したがって、金型内でエネルギー硬化型樹脂にエネルギーを与える必要がない。

本発明の他の実施形態によれば、エネルギーが紫外線である。

したがって、エネルギー硬化型樹脂に紫外線を照射することにより、容易にエネルギーを与えることができる。

図１は、本発明の一実施形態による、基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法の流れ図である。図２および３は、当該方法を、金型装置に関連して説明するための図である。基材は、セラミックや金属でもよいが、以下の実施形態ではガラスとする。本発明の一実施形態による、ガラス基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法の手順を以下に説明する。

ステップＳ０１１０において、スピンコータへ基材を取付ける。

ステップＳ０１２０において、基材上にエネルギー硬化型樹脂を供給し、スピンコータを回転させる。スピンコータの回転速度は、たとえば、２０００ｒｐｍである。スピンコータを回転させる時間は、エネルギー硬化型樹脂の厚さを均一にするために必要な時間である。具体的に、スピンコータを６０秒間回転させる。ここで、エネルギー硬化型樹脂の厚さは、約２５マイクロ・メータである。

ステップＳ０１３０において、引き続きスピンコータを回転させながら、紫外線照射装置を使用して、エネルギー硬化型樹脂に紫外線を照射して、樹脂をある程度まで硬化させる。ここで、硬化の程度は、低い圧力で成形できる程度が望ましい。他方、取り扱いの観点から、その形状を保持できる硬化の程度が必要である。具体的に、紫外線照射直後のエネルギー硬化型樹脂の粘度が２５度摂氏において10³ 乃至10¹¹ パスカル・秒の粘度範囲となるように紫外線照射を行う。粘度が低すぎると形状を保持でき無いことの他に硬化に時間がかかり、粘度が高すぎると成形性が損なわれる。照射強度は、たとえば、４０ｍＷ／ｃｍ^２とし、５秒間照射する。この間、回転速度は、２０００ｒｐｍのままである。

また、ステップＳ０１３０において与えるエネルギーの量を制御することにより、硬化速度を制御することができる。成形まで、エネルギー硬化型樹脂の柔らかさを維持しながら、金型内での、エネルギー硬化型樹脂の硬化時に重合や架橋反応による発熱を抑えることができ、発熱による金型温度上昇に起因する形状変化を抑えることができる。

ここで、留意すべき点は、いったんエネルギーを加えると、硬化反応が進むタイプの樹脂を使用することにより、金型内でエネルギーを与える必要がないことである。このようなタイプの樹脂としては、重合タイプの樹脂で、たとえばエポキシ基材にスルホニウム塩系重合開始剤などの重合開始剤が入ったものなどがある。

スピンコータの回転停止後ではなく、回転中にエネルギーを与える方がよい理由は次の通りである。スピンコータの回転中にエネルギーを与えなかった場合における、エネルギー硬化型樹脂の、スピンコータの回転中および回転停止後の形状を図５および６に示す。スピンコータの回転中は、図５に示すように、エネルギー硬化型樹脂の厚さは均一である。しかし、回転停止後に、図６に示すように、端部の樹脂が回転軸側に戻り、端部の厚さが厚くなると考えられる。つぎに、スピンコータの回転中にエネルギーを与えた場合における、エネルギー硬化型樹脂の、スピンコータの回転中および回転停止後の形状を図７および８に示す。スピンコータの回転中は、図７に示すように、エネルギー硬化型樹脂の厚さは均一である。回転停止後においても、エネルギー硬化型樹脂がある程度硬化しているので、図８に示すように、端部の樹脂が回転軸側に戻ることはなく、端部においても厚さは均一に保持される。図７において、さらに、基材の側壁にマスキングテープ２１を貼り付けている。スピンコータの回転停止後にマスキングテープ２１を取り除くことにより、図８に示すように、基材の側壁にはみ出した樹脂を容易に除去することができる。図８において、基材からはみ出した樹脂の部分は、カッターなどによって容易に除去することができる。

ここで、留意すべき点は、後工程の成形前にエネルギー硬化型樹脂の厚さを一定とする点である。成形前にエネルギー硬化型樹脂の厚さを一定とする結果、成形工程において、樹脂量が少ないことによる未充填や樹脂量が多いことによる過剰なはみ出しを防止することができる。

図１のステップＳ０１４０において、エネルギー硬化型樹脂が塗布された基材を金型に取付ける。図２において、基材は、２で、基材上に塗布されたエネルギー硬化型樹脂は１で示される。金型は、金型コア５、取付け板３、上型板４、下型板７ならびに取付け板１０を含む。金型は、さらに、基材圧縮コア８および基材圧縮ブロック１１を含む。このように、金型の構造は、キャビティ内圧縮構造であって樹脂の逃げのない構造としている。したがって、成形後の後仕上げが不要となる。

ステップＳ１０５０において、図３に示すように、コア圧縮ブロック１１に圧力をかけて、基材圧縮コア８と金型コア５との間で、エネルギー硬化型樹脂１を成形する。圧力の範囲は、５乃至２０メガ・パスカルである。このように、比較的低い圧力で成形することができるため、硬化していない樹脂を金型内に充填した場合と同じプレス機構で成形することができる。

ステップＳ１０６０において、基材２とその上の成形されたエネルギー硬化型樹脂１を金型から取り出す。

図４は、本発明の方法によって製造されたマイクロレンズアレイを示す。基材上に、エネルギー硬化型樹脂からなる、片面凸のマイクロレンズが配置されている。マイクロレンズの数は、図を簡単にする目的で、実際の数とは対応していない。基材の寸法は、縦横およそ、６０ミリ・メータ、マイクロレンズの径は、およそ５０マイクロ・メータ、マイクロレンズのサグ量は、およそ１０マイクロ・メータである。

本発明の一実施形態による、基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法の流れ図である。 本発明の一実施形態による、ガラス基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法に使用される金型を示す図である。 本発明の一実施形態による、ガラス基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法に使用される金型を示す図である。 本発明の方法によって製造されたマイクロレンズアレイを示す図である。 スピンコータの回転中にエネルギーを与えなかった場合の、エネルギー硬化型樹脂の、スピンコータの回転中の形状を示す図である。 スピンコータの回転中にエネルギーを与えなかった場合の、エネルギー硬化型樹脂の、スピンコータの回転停止後の形状を示す図である。 スピンコータの回転中にエネルギーを与えた場合の、エネルギー硬化型樹脂の、スピンコータの回転中の形状を示す図である。 スピンコータの回転中にエネルギーを与えた場合の、エネルギー硬化型樹脂の、スピンコータの回転停止後の形状を示す図である。 従来技術による、ガラス基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法の流れ図である。 従来技術による、ガラス基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法を、装置に関連して説明するための図である。 従来技術による、ガラス基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法を、装置に関連して説明するための図である。 従来技術による、ガラス基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形して複合型光学素子を製造する方法を、装置に関連して説明するための図である。

符号の説明

１ エネルギー硬化型樹脂
２ 基材
５ 金型コア

Claims (9)

1. 基材上にエネルギー硬化型樹脂を成形した複合型光学素子を製造する方法であって、
   基材上にエネルギー硬化型樹脂を塗布し、エネルギーを与えるステップと、
   その後、金型によって、基材上のエネルギー硬化型樹脂を成形するステップと、を含む製造方法。
2. 基材上にエネルギー硬化型樹脂を塗布し、エネルギーを与えるステップにおいて、エネルギーを与えた直後のエネルギー硬化型樹脂の粘度が10³ 乃至10¹¹パスカル・秒の粘度範囲となるようにエネルギーを与える請求項１に記載の製造方法。
3. 基材上にエネルギー硬化型樹脂を塗布し、エネルギーを与えるステップにおいて、基材をスピンコータに取付け、スピンコータを回転させて、塗布したエネルギー硬化型樹脂を均一にしながらエネルギーを与える請求項１または２に記載の製造方法。
4. スピンコータを回転させて、基材上に塗布したエネルギー硬化型樹脂を均一にしながらエネルギーを与える際に、第１の所定の時間エネルギーを与えず、その後の第２の所定の時間エネルギーを与える請求項３に記載の製造方法。
5. 基材上にエネルギー硬化型樹脂を塗布し、エネルギーを与えるステップにおいて、基材の側壁にマスクを設け、当該ステップの終了後にマスクを取り除く請求項３に記載の製造方法。
6. 金型によって、基材上のエネルギー硬化型樹脂を成形するステップにおいて、金型の構造を、キャビティ内圧縮構造であって樹脂の逃げのない構造とする請求項１から５のいずれか一項に記載の製造方法。
7. 基材がガラス基材である請求項１から６のいずれか一項に記載の製造方法。
8. エネルギー硬化型樹脂がいったんエネルギーを加えると、硬化反応が進むタイプの樹脂である請求項１から６のいずれか一項に記載の製造方法。
9. エネルギーが紫外線である請求項１から６のいずれか一項に記載の製造方法。
   
   

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