JP2008188929A

JP2008188929A - 光学素子製造方法

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Publication number: JP2008188929A
Application number: JP2007027855A
Authority: JP
Inventors: Tadasuke Iguchi; 祥佑井口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-08-21

Abstract

【課題】アスペクト比が高い成形品もヒケを生じさせずに製造することができる光学素子製造方法を提供する。
【解決手段】まず、溝３１に溝３１の容積よりも少量の未硬化の光硬化型樹脂（光硬化型樹脂）２０Ａを用いて充填して硬化させる工程を複数回行い、溝３１の容積よりも少し小さい体積の光学素子本体２２を形成する。次に、溝３１の残りの容積分とベース層２１の厚みとに必要な量の未硬化の光硬化型樹脂２０Ａを型３０及び光学素子本体２２の表面に塗布し、光硬化型樹脂２０Ａを介して基板１０の表面を光学素子本体２２の上面に押し付けた状態で硬化させ、光学素子本体２２と一体化したベース層２１を形成する。その後、基板１０とベース層２１と光学素子本体２２とが一体化した成形品である光学素子１を型３０から引き離す。
【選択図】図１

Description

この発明は光学素子製造方法に関する。

従来、型の表面に形成された溝に未硬化の光硬化型樹脂を充填し、この未硬化の光硬化型樹脂に基板を押し付けた状態で光硬化型樹脂を硬化させた後、硬化した光硬化型樹脂と基板とを型から分離させて成形品を得ていた。光硬化型樹脂がその表面から硬化収縮することに起因して溝と樹脂との界面に剥離が生じるため、成形品にヒケ（成形品の表面にできるへこみ）等の成形不良が発生することがある。この成形不良を解決する方法として、樹脂を２回に分けて充填する方法が下記公報に記載されている。
特開平６−２５４８６８号公報

しかし、アスペクト比が高い（アスペクト比が１を超える）成形品を製造するとき、ヒケが発生することがある。特に、光学素子の成形に用いられる硬化型樹脂の硬化収縮率は大きい（樹脂の単位体積当たりの硬化収縮率は決まっている）ので、成形品にヒケが発生し易い。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題はアスペクト比が高い成形品もヒケを生じさせずに製造することができる光学素子製造方法を提供することである。

上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、型の表面に形成された所定形状のキャビティに硬化可能な樹脂を充填して硬化させる工程を複数回行うことによって、前記キャビティの容積よりも少し小さい体積の第１の樹脂層を形成する第１成形工程と、前記第１成形工程の後、前記硬化可能な樹脂と同じ種類の硬化可能な樹脂を前記第１の樹脂層の上面に塗布し、この硬化可能な樹脂を介して基板を前記第１の樹脂層の上面に押し付けた状態でこの硬化可能な樹脂を硬化させ、前記第１の樹脂層と一体化し、前記キャビティから前記型の表面に広がる第２の樹脂層を形成する第２成形工程と、前記第２成形工程の後、前記基板、前記第１の樹脂層及び前記第２の樹脂層が一体化された成形品を前記型から分離させる分離工程とを含むことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、型の表面に形成された所定形状のキャビティに硬化可能な樹脂を充填して硬化させる工程を複数回行うことによって、前記キャビティの容積よりも少し小さい体積の第１の樹脂層を形成する第１成形工程と、前記第１成形工程の後、前記硬化可能な樹脂と異なる種類の硬化可能な樹脂を前記第１の樹脂層の上面に塗布し、この硬化可能な樹脂を介して基板を前記第１の樹脂層の上面に押し付けた状態でこの硬化可能な樹脂を硬化させ、前記第１の樹脂層と一体化し、前記キャビティから前記型の表面に広がる第２の樹脂層を形成する第２成形工程と、前記第２成形工程の後、前記基板、前記第１の樹脂層及び前記第２の樹脂層が一体化された成形品を前記型から分離させる分離工程とを含むことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の光学素子製造方法において、前記硬化可能な樹脂は光硬化可能な樹脂であることを特徴とする。

この発明によれば、アスペクト比が高い成形品もヒケを生じさせずに製造することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の第１実施形態に係る光学素子製造方法を説明する図である。

光学素子（成形品）１は基板１０と光硬化型樹脂層２０とからなる。

光硬化型樹脂層２０はベース層（第２の樹脂層）２１とベース層２１に一体化した光学素子本体（第１の樹脂層）２２とを有する。光学素子本体２２の長さは５０ｍｍ、幅は１００μｍ、高さは４０μｍである。ベース層２１は基板１０より薄い。ベース層２１の膜厚は５μｍ程度である。

型３０（図１（ａ）参照）、基板１０及び光硬化型樹脂層２０（図１（ｊ）参照）の材料としてそれぞれ以下のものが用いられている。

型３０の材料としては例えばガラスが用いられる。なお、型３０の材料としてはプラスチック、金属（例えば鉄）等を用いることもできる。型３０の表面には光学素子本体２２に対応する形状の複数の溝（キャビティ）３１が形成されている（図１では１つの溝３１だけが描かれている）。溝３１の長さは５０ｍｍ、幅は１００μｍ、深さは４０μｍである。

光硬化型樹脂は例えばアクリル系光硬化型樹脂（光硬化型樹脂）２０Ａである。アクリル系光硬化型樹脂２０Ａの硬化収縮率は７％である。なお、硬化型樹脂材料としては、光硬化型樹脂以外に、熱硬化型又は常温硬化型のエポキシ、シリコーン、ポリエステル、ウレタン等や、光以外の活性エネルギー源、例えば赤外線、可視光線、電子線、Ｘ線等により硬化するものがある。このような樹脂材料としては、例えばウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート等のアクリルや、エポキシ、シリコーン、ポリエステル、ウレタン等に光開始剤を混合した単一組成物又は数種のモノマーをブレンドした混合組成物等がある。

基板１０の材料は例えば透明なガラス、プラスチックである。

次に、光学素子１の製造方法を説明する。

第１成形工程
まず、溝３１（図１（ａ）参照）に溝３１の容積よりも少量（例えば０．０３５ｍｍ³程度）の未硬化の光硬化型樹脂２０Ａをディスペンサ（図示せず）を用いて充填する（図１（ｂ）参照）。

次に、溝３１の上方から矢印で示すように４５ｍＷ/ｃｍ²のＵＶ光７０を予め決められた時間（例えば２４０秒）だけ光硬化型樹脂２０Ａに照射する（図１（ｃ）参照）。

その結果、光硬化型樹脂２０Ａが硬化し、その硬化部分２２Ａは光学素子本体２２の一部となる。（図１（ｄ）参照）。このとき、硬化する光硬化型樹脂２０Ａは少量であるので、その硬化収縮量は非常に少なく、溝３１と光硬化型樹脂２０Ａとの界面で剥離が生じず、硬化部分２２Ａにヒケは発生しない。

その後、図１（ｂ）〜（ｄ）に示す工程を５回繰り返し、溝３１の容積よりも少し小さい体積の光学素子本体２２を形成する（図１（ｅ）〜（ｇ）参照）。なお、図１（ｅ）は５回目のＵＶ光７０を照射する前の状態を示し、図１（ｆ）は５回目のＵＶ光７０を照射している状態を示し、図１（ｇ）は５回目のＵＶ光７０の照射によって光硬化型樹脂２０Ａが硬化した状態を示す。図１（ｇ）に示す状態のとき、光学素子本体２２の高さは３５μｍ程度である。

第２成形工程
次に、溝３１の残りの容積分とベース層２１の厚み（５μｍ）の分とに相当する量の未硬化の光硬化型樹脂２０Ａを型３０及び光学素子本体２２の表面に塗布する（図１（ｈ）参照）。

その後、光硬化型樹脂２０Ａを介して基板１０を光学素子本体２２の上面に押し付けた状態で、基板１０を介して４５ｍＷ/ｃｍ²のＵＶ光７０を予め決められた時間（例えば２４０秒）だけ矢印に示すように光硬化型樹脂２０Ａに照射して光硬化型樹脂２０Ａを硬化させ、光学素子本体２２と一体化したベース層２１を形成する（図１（ｉ）参照）。このとき、基板１０に沿った非常に薄いベース層２１が硬化するだけであるので、その硬化収縮量は非常に少なく、既に硬化している光学素子本体２２に歪みが生じない。

分離工程
次に、基板１０とベース層２１と光学素子本体２２とが一体化した光学素子１を型３０から引き離す（図１（ｊ）参照）。型３０にあらかじめ離型性を良くする表面処理をしておくことによって光学素子１を型３０から引き離し易くすることができる。

以上のようにして、基板１０の表面に均一な厚さ（５μｍ）のベース層２１と光学素子本体２２とからなる光硬化型樹脂層２０を有する光学素子１が完成する（図１（Ｊ）参照）。

この実施形態によれば、溝３１の容積よりも少量の光硬化型樹脂２０Ａを充填して硬化させる工程を複数回に分けて行って光学素子本体２２を形成したので、アスペクト比が高い成形品をヒケを発生させることなく製造することができる。

次に、この発明の第２実施形態に係る光学素子製造方法を説明する。

図２はこの発明の第２実施形態に係る光学素子製造方法を説明する図であり、第１実施形態と共通する部分には同一符号を付しその説明を省略する。

この実施形態は、溝の大きさ、光硬化型樹脂の充填回数が異なる点で第１実施形態と相違する。

光学素子本体１２２の長さは３０ｍｍ、幅は８０μｍ、高さは５０μｍである。

型１３０、基板１０及び光硬化型樹脂層１２０の材料には第１実施形態と同様のものが用いられる。

型１３０の表面には光学素子本体１２２に対応する形状の複数の溝（キャビティ）１３１が形成されている。溝１３１の長さは３０ｍｍ、幅は８０μｍ、深さは５０μｍである。
光学素子（成形品）１０１の製造方法を説明する。なお、第１実施形態と共通する工程の説明は省略した。

第１成形工程
図２（ｂ）〜（ｄ）に示す工程を６回繰り返し、溝１３１の容積よりも少し小さい体積の光学素子本体１２２を形成する（図２（ｅ）〜（ｇ）参照）。なお、図２（ｅ）は６回目のＵＶ光７０を照射する前の状態を示し、図２（ｆ）は６回目のＵＶ光７０を照射している状態を示し、図２（ｇ）は６回目のＵＶ光７０の照射によって光硬化型樹脂２０Ａが硬化した状態を示す。図２（ｇ）に示す状態のとき、光学素子本体１２２の高さは４５μｍ程度である。

この実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。

次に、この発明の第３実施形態に係る光学素子製造方法を説明する。

図３はこの発明の第３実施形態に係る光学素子製造方法を説明する図であり、第１実施形態と共通する部分には同一符号を付しその説明を省略する。

この実施形態は、溝の大きさ、光硬化型樹脂の充填回数、第１成形工程と第２成形工程とで異なる成分の光硬化型樹脂（屈折率の異なる光硬化型樹脂）を用いる点で第１実施形態と相違する。

光学素子本体２２２の長さは３０ｍｍ、幅は７０μｍ、高さは５０μｍである。

型２３０、基板１０及び光学素子本体２２２の材料には第１実施形態と同様のものが用いられる。ベース層２２１の材料には光学素子本体２２２とは屈折率の異なる材料が用いられている。

型２３０の表面には光学素子本体２２２に対応する形状の複数の溝（キャビティ）２３１が形成されている。溝２３１の長さは３０ｍｍ、幅は７０μｍ、深さは５０μｍである。

光学素子（成形品）２０１の製造方法を説明する。なお、第１実施形態と共通する工程の説明は省略した。

第１成形工程図３（ｂ）〜（ｄ）に示す工程を６回繰り返し、溝２３１の容積よりも少し小さい体積の光学素子本体２２２を形成する（図３（ｅ）〜（ｇ）参照）。なお、図３（ｅ）は６回目のＵＶ光７０を照射する前の状態を示し、図３（ｆ）は６回目のＵＶ光７０を照射している状態を示し、図３（ｇ）は６回目のＵＶ光７０の照射によって光硬化型樹脂２０Ａが硬化した状態を示す。図３（ｇ）に示す状態のとき、光学素子本体２２２の高さは４５μｍ程度である。

第２成形工程
溝２３１の残りの容積分とベース層２１の厚み（５μｍ）の分とに相当する量の未硬化の光硬化型樹脂２０Ｂ（光硬化型樹脂２０Ａと異なる種類の光硬化型樹脂）を光学素子本体２２２の表面に塗布する（図３（ｈ）参照）。

その後、光硬化型樹脂２０Ｂを介して基板１０を光学素子本体２２２の上面に押し付けた状態で、基板１０を介して４５ｍＷ/ｃｍ²のＵＶ光７０を予め決められた時間（例えば２４０秒）だけ光硬化型樹脂２０Ｂに照射し、光硬化型樹脂２０Ｂを硬化させ、光学素子本体２２２と一体化したベース層２２１を形成する（図３（ｉ）参照）。このとき、既に硬化している光学素子本体２２２に歪みが生じない。

この実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、ベース層２２１と光学素子本体２２２とを屈折率の異なる材料で成形することによって、例えば成形品が導光板の場合には導光路（光学素子本体２２２）からベース層２２１を介して光が外部へ漏れるのを防止することができる。

なお、本発明は溝の断面形状が矩形としたが、例えば放物面、凹凸の繰り返し、山形のブレーズド格子等としてもよい。

また、樹脂によって単位体積当たりの硬化収縮率が異なるので、充填・硬化の回数は上記回数に限られるものではない。

更に、前述の各実施形態においては、第１成形工程で複数の溝３１，１３１，２３１に一種類の光硬化型樹脂を充填したが、充填する光硬化型樹脂を溝毎に変えてもよい。

図１はこの発明の第１実施形態に係る光学素子製造方法を説明する図である。図２はこの発明の第２実施形態に係る光学素子製造方法を説明する図である。図３はこの発明の第３実施形態に係る光学素子製造方法を説明する図である。

符号の説明

１，１０１，２０１：光学素子（成形品）、１０：基板、２０Ａ，２０Ｂ：アクリル系光硬化型樹脂（光硬化型樹脂）、２１，２２１：ベース層（第２の樹脂層）、２２，１２２，２２２：光学素子本体（第１の樹脂層）、３０，１３０，２３０：型、３１，１３１，２３１：溝（キャビティ）。

Claims

型の表面に形成された所定形状のキャビティに硬化可能な樹脂を充填して硬化させる工程を複数回行うことによって、前記キャビティの容積よりも少し小さい体積の第１の樹脂層を形成する第１成形工程と、
前記第１成形工程の後、前記硬化可能な樹脂と同じ種類の硬化可能な樹脂を前記第１の樹脂層の上面に塗布し、この硬化可能な樹脂を介して基板を前記第１の樹脂層の上面に押し付けた状態でこの硬化可能な樹脂を硬化させ、前記第１の樹脂層と一体化し、前記キャビティから前記型の表面に広がる第２の樹脂層を形成する第２成形工程と、
前記第２成形工程の後、前記基板、前記第１の樹脂層及び前記第２の樹脂層が一体化された成形品を前記型から分離させる分離工程と
を含むことを特徴とする光学素子製造方法。
型の表面に形成された所定形状のキャビティに硬化可能な樹脂を充填して硬化させる工程を複数回行うことによって、前記キャビティの容積よりも少し小さい体積の第１の樹脂層を形成する第１成形工程と、
前記第１成形工程の後、前記硬化可能な樹脂と異なる種類の硬化可能な樹脂を前記第１の樹脂層の上面に塗布し、この硬化可能な樹脂を介して基板を前記第１の樹脂層の上面に押し付けた状態でこの硬化可能な樹脂を硬化させ、前記第１の樹脂層と一体化し、前記キャビティから前記型の表面に広がる第２の樹脂層を形成する第２成形工程と、
前記第２成形工程の後、前記基板、前記第１の樹脂層及び前記第２の樹脂層が一体化された成形品を前記型から分離させる分離工程と
を含むことを特徴とする光学素子製造方法。
前記硬化可能な樹脂は光硬化可能な樹脂であることを特徴とする請求項１又は２記載の光学素子製造方法。