JP2009059409A - Structural birefringent wavelength plate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structural birefringent wavelength plate having excellent mechanical properties, heat resistance and chemical resistance and high manufacturing yield. <P>SOLUTION: The structural birefringent wavelength plate has a substrate and a birefringent part formed by using a composition containing a polysilane, a silicone compound and a polygermane and having a recessed and projecting periodic structure wherein wall parts and groove parts are periodically repeated. Preferably, the structural birefringent wavelength plate can exhibit a prescribed phase difference to light having a prescribed wavelength by optimizing the refractive index of the birefringent part and a pitch, a height and a packing density of the wall part. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、構造性複屈折波長板に関する。より詳細には、優れた機械的特性、耐熱性および耐薬品性を有し、かつ、製造時の高い歩留まりが期待できる構造性複屈折波長板に関する。   The present invention relates to a structural birefringent wave plate. More specifically, the present invention relates to a structural birefringent wave plate that has excellent mechanical properties, heat resistance and chemical resistance, and can be expected to have a high yield during production.

CD、DVDといった光情報記録媒体に対して、情報の読み取り、記録または再生を行なうプレーヤー、レコーダー、ドライブといった情報機器には、光ピックアップ装置が備えられている。光ピックアップ装置の光学系は、微小スポットを記録媒体面に照射し情報信号の記録再生を行うための記録再生光学系、微小スポットを記録媒体面の情報トラックに正確に結像させるためのフォーカシング光学系とトラッキング光学系に分けられる。このような光ピックアップ光学系には、種々の光学素子が用いられている。   Information equipment such as a player, a recorder, and a drive that reads, records, and reproduces information from and on an optical information recording medium such as a CD and a DVD includes an optical pickup device. The optical system of the optical pickup device includes a recording / reproducing optical system for recording and reproducing information signals by irradiating a minute spot on the recording medium surface, and a focusing optical for accurately imaging the minute spot on an information track on the recording medium surface. System and tracking optical system. Various optical elements are used in such an optical pickup optical system.

例えば上記記録再生光学系においては、光情報記録媒体に入射するレーザ光と反射してくるレーザ光を分離させるために光分離デバイスが用いられている。具体的には半導体レーザ等の光源に光デイスクからの反射光を戻さずに光検出器(フォトダイオード)に完全に導くために、このデバイスが利用されている。光分離デバイスの代表例としては、直線偏光を円偏光に変換するための位相差板(代表的には、1/4波長板)が挙げられる。   For example, in the recording / reproducing optical system, a light separation device is used to separate laser light incident on an optical information recording medium and reflected laser light. Specifically, this device is used to completely guide the reflected light from the optical disk to a light detector (photodiode) without returning it to a light source such as a semiconductor laser. A typical example of the light separation device is a retardation plate (typically a quarter wave plate) for converting linearly polarized light into circularly polarized light.

従来、このような位相差板としては、代表的には、水晶等の複屈折材料を精密に切り出して作製していた。このような位相差板は、作製が非常に困難であり、かつ、コスト的にも問題があった。このような問題を解決するために、対象となる光の波長以下の凹凸周期構造を利用した構造性複屈折波長板が提案されている(特許文献1参照)。   Conventionally, such a retardation plate is typically produced by accurately cutting a birefringent material such as quartz. Such a retardation plate is very difficult to manufacture and has a problem in cost. In order to solve such a problem, a structural birefringent wave plate using an uneven periodic structure having a wavelength equal to or less than the wavelength of light of interest has been proposed (see Patent Document 1).

しかし、上記の構造性複屈折波長板は、樹脂(例えばPMMA)製であり、機械的特性(例えば、硬度)、耐熱性および耐薬品性がきわめて不十分である。さらに、PMMAの屈折率は波長によって異なるが、せいぜい1.5程度であり、波長板(代表的には、1/4波長板)として実用上十分な位相差を付与するためには、周期構造におけるアスペクト比を非常に大きく(例えば、8程度まで)しなければならず、その結果、歩留まりが非常に低いという問題がある。
特開2006−323059号公報
However, the structural birefringent wave plate is made of a resin (for example, PMMA) and has extremely insufficient mechanical properties (for example, hardness), heat resistance, and chemical resistance. Further, although the refractive index of PMMA varies depending on the wavelength, it is about 1.5 at most. In order to provide a practically sufficient phase difference as a wave plate (typically a quarter wave plate), a periodic structure is used. In this case, the aspect ratio must be very large (for example, up to about 8), resulting in a problem that the yield is very low.
JP 2006-323059 A

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、優れた機械的特性、耐熱性および耐薬品性を有し、かつ、製造時の高い歩留まりを期待できる構造性複屈折波長板を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and its object is to have excellent mechanical properties, heat resistance and chemical resistance, and to expect a high yield during production. An object of the present invention is to provide a structural birefringent wave plate that can be formed.

本発明の構造性複屈折波長板は、基板と;ポリシランとシリコーン化合物とポリゲルマンとを含む組成物から形成され、壁部と溝部とが周期的に繰り返して構成される凹凸周期構造を有する、複屈折部と;を有する。   The structural birefringent wave plate of the present invention is formed from a composition comprising a substrate; polysilane, a silicone compound, and polygermane, and has a concavo-convex periodic structure in which walls and grooves are periodically repeated. A birefringent portion;

好ましい実施形態においては、上記複屈折部は、上記組成物をモールドでインプリントすることにより形成されている。   In a preferred embodiment, the birefringent part is formed by imprinting the composition with a mold.

好ましい実施形態においては、本発明の構造性複屈折波長板は、上記複屈折部の屈折率、ならびに上記壁部のピッチ、高さおよび充填率を最適化することにより、所定の波長を有する光に対して所定の位相差を発現する。   In a preferred embodiment, the structural birefringent wave plate of the present invention optimizes the refractive index of the birefringent portion and the pitch, height, and filling factor of the wall portion, thereby allowing light having a predetermined wavelength. Expresses a predetermined phase difference.

本発明によれば、ポリシランとシリコーン化合物とポリゲルマンとを含む組成物をインプリント成形することにより、優れた機械的特性、耐熱性および耐薬品性を有し、かつ、製造時の歩留まりがきわめて高い構造性複屈折波長板が提供される。   According to the present invention, a composition containing polysilane, a silicone compound, and polygermane is imprint-molded to have excellent mechanical properties, heat resistance and chemical resistance, and extremely high production yield. A high structural birefringent waveplate is provided.

加えて、本発明によれば、種々の波長の光に対して所望の位相差を発現する波長板が提供され得る。すなわち、所定の波長の光に対して所望の位相差を発現するには複屈折部の屈折率、壁部のピッチ、高さおよび充填率等を最適化する必要がある。従来の材料およびインプリント方法では、著しく大きさの異なるパターンを一括して形成することがきわめて困難であったので、実質的には単調な周期構造を有する波長板しか作製できず、設計の自由度が狭まるため、このような波長板は、単一波長の光に対して所定の位相差を発現することしかできなかった。これに対して、本発明に用いられる複屈折部用材料および複屈折部の形成方法によれば、ピッチが10nmオーダーから10μmオーダーの広い範囲で、アスペクト比が5以上の高い壁部を一括して形成することが可能となる。しかも、本発明における複屈折部の形成方法は、モールドのパターンの転写精度がきわめて高いので、設計通りのパターンを正確に形成することができる。したがって、本発明の構造性複屈折波長板は、所定の波長の光に対して所望の位相差を発現するように壁部のピッチ、高さおよび充填率等を最適化することが可能であり、その結果、種々の波長の光に対して所望の位相差を発現する(例えば、種々の波長の光に対してほぼ一定の位相差を発現する、フラットな波長分散特性を提供する)ことが可能となる。   In addition, according to the present invention, a wave plate that expresses a desired phase difference with respect to light of various wavelengths can be provided. That is, it is necessary to optimize the refractive index of the birefringent portion, the pitch of the wall portion, the height, the filling rate, and the like in order to develop a desired phase difference with respect to light having a predetermined wavelength. With conventional materials and imprinting methods, it was extremely difficult to form patterns with significantly different sizes at the same time, so only a wave plate having a monotonous periodic structure could be produced, and design freedom Due to the narrowing of the degree, such a wave plate can only exhibit a predetermined phase difference with respect to light of a single wavelength. On the other hand, according to the birefringent portion material and the method for forming a birefringent portion used in the present invention, high wall portions having an aspect ratio of 5 or more are collectively collected in a wide range of pitches on the order of 10 nm to 10 μm. Can be formed. In addition, since the method for forming a birefringent portion in the present invention has extremely high mold pattern transfer accuracy, a pattern as designed can be formed accurately. Therefore, the structural birefringent wave plate of the present invention can optimize the pitch, height, filling rate, and the like of the wall so as to express a desired phase difference with respect to light of a predetermined wavelength. As a result, a desired phase difference can be expressed with respect to light of various wavelengths (for example, a flat chromatic dispersion characteristic that exhibits a substantially constant phase difference with respect to light of various wavelengths can be provided). It becomes possible.

A.構造性複屈折波長板
図1は、本発明の好ましい実施形態による構造性複屈折波長板の概略斜視図である。この構造性複屈折波長板100は、基板10と複屈折部20とを有する。複屈折部20は、壁部21と溝部22とが周期的に繰り返して構成される凹凸周期構造を有する。また、複屈折部20は、ポリシランとシリコーン化合物とポリゲルマンとを含む組成物(以下、複屈折部用材料とも称する。詳細は後述のB項で説明する)から形成されている。
A. Structural Birefringent Waveplate FIG. 1 is a schematic perspective view of a structural birefringent waveplate according to a preferred embodiment of the present invention. The structural birefringent wave plate 100 includes a substrate 10 and a birefringent portion 20. The birefringent portion 20 has an uneven periodic structure in which the wall portion 21 and the groove portion 22 are periodically repeated. The birefringent portion 20 is formed of a composition containing polysilane, a silicone compound, and polygermane (hereinafter also referred to as a birefringent portion material, which will be described in detail in section B below).

基板10としては、光ピックアップ光学系の光学素子に使用可能である限りにおいて、任意の適切な基板が採用され得る。代表例としては、石英基板が挙げられる。石英基板は、複屈折部の複屈折性に与える影響が極めて小さく、優れた光透過性を有し、かつ、優れた機械的特性、耐熱性および耐薬品性を有する点で有利である。基板10の厚みは、目的に応じて適切に選択され得る。1つの実施形態においては、基板10の厚みは1mm程度である。   Any appropriate substrate can be adopted as the substrate 10 as long as it can be used for an optical element of an optical pickup optical system. A typical example is a quartz substrate. The quartz substrate is advantageous in that it has an extremely small influence on the birefringence of the birefringent portion, has excellent light transmittance, and has excellent mechanical properties, heat resistance, and chemical resistance. The thickness of the substrate 10 can be appropriately selected according to the purpose. In one embodiment, the thickness of the substrate 10 is about 1 mm.

複屈折部20は、上記のように、壁部21と溝部22とが周期的に繰り返して構成される凹凸周期構造を有する。壁部21の高さH、ピッチP、幅L、アスペクト比(H/L)および充填率f(=L/P)は、所定の波長を有する光に対して所定の位相差を発現するよう最適化され得る。これらは相互に関連して最適化されるので、これらの好ましい値や範囲は目的に応じて変化し得る。例えば、壁部のピッチ、幅および充填率を固定すれば、複屈折部の屈折率、ならびに壁部の高さおよびアスペクト比を変化させることにより、所望の位相差を発現する波長板を得ることができる。例えば、壁部のピッチPが500nm、幅Lが250nm、充填率f(=L/P)が0.5であって、700nmの光に対する1/4波長板を目的とする場合には、複屈折部の屈折率は好ましくは1.56〜1.83であり、壁部の高さHは好ましくは1500〜3000nmであり、アスペクト比は好ましくは6〜12である。700nmの光に対する1/2波長板を目的とする場合には、複屈折部の屈折率は好ましくは1.56〜1.83であり、壁部の高さHは好ましくは750〜1500nmであり、アスペクト比は好ましくは3〜6である。具体的な構造を以下に示す:1つの実施形態においては、複屈折部の屈折率が波長632nmで1.830であって、700nmの光に対する1/4波長板を目的とする場合には、高さHは約750nmであり、ピッチPは約500nmであり、幅Lは約250nmであり、アスペクト比は約3であり、充填率は約0.5であり得る。別の実施形態においては、複屈折部の屈折率が波長632nmで1.695であって、700nmの光に対する1/4波長板を目的とする場合には、高さHは約1000nmであり、ピッチPは約500nmであり、幅Lは約250nmであり、アスペクト比は約4であり、充填率は約0.5であり得る。これらの実施形態によれば、アスペクト比を小さくできるので、製造時の歩留まりに優れるという利点が得られる。さらに別の実施形態においては、複屈折部の屈折率が波長632nmで1.614であって、700nmの光に対する1/4波長板を目的とする場合には、高さHは約1250nmであり、ピッチPは約500nmであり、幅Lは約250nmであり、アスペクト比は約5であり、充填率は約0.5であり得る。さらに別の実施形態においては、複屈折部の屈折率が波長632nmで1.560であって、700nmの光に対する1/4波長板を目的とする場合には、高さHは約1500nmであり、ピッチPは約500nmであり、幅Lは約250nmであり、アスペクト比は約6であり、充填率は約0.5であり得る。さらに別の実施形態においては、複屈折部の屈折率が波長632nmで1.695であって、700nmの光に対する1/2波長板を目的とする場合には、高さHは約2000nmであり、ピッチPは約500nmであり、幅Lは約250nmであり、アスペクト比は約8であり、充填率は約0.5であり得る。本発明においては、複屈折部用材料の成形性がきわめて優れるので、アスペクト比が大きい(例えば、8の)壁部であっても良好に形成することが可能となる。   As described above, the birefringent portion 20 has an uneven periodic structure in which the wall portion 21 and the groove portion 22 are periodically repeated. The height H, the pitch P, the width L, the aspect ratio (H / L), and the filling rate f (= L / P) of the wall portion 21 seem to exhibit a predetermined phase difference with respect to light having a predetermined wavelength. Can be optimized. Since these are optimized in relation to each other, these preferred values and ranges can vary depending on the purpose. For example, if the pitch, width, and filling factor of the wall portion are fixed, a wave plate that expresses a desired phase difference can be obtained by changing the refractive index of the birefringent portion and the height and aspect ratio of the wall portion. Can do. For example, when the wall pitch P is 500 nm, the width L is 250 nm, the filling factor f (= L / P) is 0.5, and a quarter-wave plate for 700 nm light is intended, The refractive index of the refractive part is preferably 1.56-1.83, the height H of the wall part is preferably 1500-3000 nm, and the aspect ratio is preferably 6-12. When a half-wave plate for 700 nm light is intended, the refractive index of the birefringent part is preferably 1.56-1.83, and the height H of the wall part is preferably 750-1500 nm. The aspect ratio is preferably 3-6. A specific structure is shown below: In one embodiment, when the refractive index of the birefringent portion is 1.830 at a wavelength of 632 nm and a quarter wavelength plate for 700 nm light is intended, The height H can be about 750 nm, the pitch P can be about 500 nm, the width L can be about 250 nm, the aspect ratio can be about 3, and the filling factor can be about 0.5. In another embodiment, when the refractive index of the birefringent part is 1.695 at a wavelength of 632 nm and a quarter wave plate for 700 nm light is intended, the height H is about 1000 nm; The pitch P can be about 500 nm, the width L can be about 250 nm, the aspect ratio can be about 4, and the filling factor can be about 0.5. According to these embodiments, since the aspect ratio can be reduced, an advantage that the yield in manufacturing is excellent can be obtained. In yet another embodiment, when the refractive index of the birefringent portion is 1.614 at a wavelength of 632 nm and a quarter wave plate for 700 nm light is intended, the height H is about 1250 nm. The pitch P can be about 500 nm, the width L can be about 250 nm, the aspect ratio can be about 5, and the filling factor can be about 0.5. In still another embodiment, when the refractive index of the birefringent portion is 1.560 at a wavelength of 632 nm and a quarter-wave plate for 700 nm light is intended, the height H is about 1500 nm. The pitch P can be about 500 nm, the width L can be about 250 nm, the aspect ratio can be about 6, and the filling factor can be about 0.5. In still another embodiment, when the refractive index of the birefringent portion is 1.695 at a wavelength of 632 nm and a half-wave plate for 700 nm light is intended, the height H is about 2000 nm. The pitch P can be about 500 nm, the width L can be about 250 nm, the aspect ratio can be about 8, and the filling factor can be about 0.5. In the present invention, the formability of the material for the birefringent portion is extremely excellent, so that even a wall portion having a large aspect ratio (for example, 8) can be formed satisfactorily.

1つの実施形態においては、基板10上に、それぞれ壁部21のピッチが異なる複数の複屈折部20が設けられてもよい(図示せず)。本発明に用いられる複屈折部用材料は成形性にきわめて優れ、例えば10nmオーダーから10μmオーダーまでの異なるサイズを有する複数のパターン(したがって、ピッチ)をインプリントにより成形することが可能である。したがって、このような構成を容易に実現することができる。   In one embodiment, a plurality of birefringent portions 20 having different pitches of the wall portions 21 may be provided on the substrate 10 (not shown). The birefringent portion material used in the present invention is extremely excellent in moldability, and for example, a plurality of patterns (thus, pitch) having different sizes from the order of 10 nm to the order of 10 μm can be formed by imprinting. Therefore, such a configuration can be easily realized.

複屈折部20の屈折率は、好ましくは1.56以上であり、より好ましくは1.63以上であり、さらに好ましくは1.65以上であり、特に好ましくは1.67以上であり、最も好ましくは1.69以上である。このような屈折率を有することにより、所望の位相差を得るために必要なアスペクト比を非常に小さくすることができる。その結果、波長板製造時の歩留まりをきわめて高くすることができる。屈折率は、任意の適切な方法(例えば、反射分光法、エリプソメトリー法、プリズムカプラー法)により測定され得る。さらに、複屈折部20の硬度は、好ましくは120HV以上であり、より好ましくは140HV以上であり、さらに好ましくは200HV以上である。加えて、複屈折部20の光透過率は、可視領域で、好ましくは90%以上であり、さらに好ましくは95%以上である。本発明によれば、このような高屈折率・高硬度の複屈折部を、非常に高い歩留まりで簡便に作製することができる。   The refractive index of the birefringent portion 20 is preferably 1.56 or more, more preferably 1.63 or more, further preferably 1.65 or more, particularly preferably 1.67 or more, and most preferably. Is 1.69 or more. By having such a refractive index, the aspect ratio necessary for obtaining a desired phase difference can be made very small. As a result, the yield at the time of manufacturing the wave plate can be made extremely high. The refractive index can be measured by any appropriate method (for example, reflection spectroscopy, ellipsometry, prism coupler method). Furthermore, the hardness of the birefringent portion 20 is preferably 120 HV or more, more preferably 140 HV or more, and further preferably 200 HV or more. In addition, the light transmittance of the birefringent portion 20 is preferably 90% or more, more preferably 95% or more in the visible region. According to the present invention, such a high refractive index and high hardness birefringent portion can be easily produced with a very high yield.

本発明の構造性複屈折波長板の位相差δの発現メカニズムは、以下の式で表され得る:
δ=(nTE−nTM)×(H/λ)
TE={f×n +(1−f)×n 1/2
TM={f/n +(1−f)/n −1/2
TEは周期を持つ方向(壁部に平行な方向)に平行な偏光を有する光の有効屈折率であり、nTMは周期を持たない方向(壁部に垂直な方向)の光の有効屈折率である。ここで、上記の通り、Hは壁部21の高さであり、Pは壁部21のピッチであり、fは壁部21の充填率(L/P)であり、Lは壁部21の幅である。さらに、λは光の波長であり、nは空気の屈折率(=1)であり、nは複屈折部の屈折率である。このようなメカニズムから明らかなように、本発明によれば、複屈折部の屈折率を非常に高くすることができるので、壁部の高さHをそれほど高くしなくても(すなわち、アスペクト比が小さくても)、所望の位相差を得ることができる。このような複屈折部を実際に形成したことが本発明の大きな成果の1つである。
The expression mechanism of the phase difference δ of the structural birefringent wave plate of the present invention can be expressed by the following formula:
δ = (n TE −n TM ) × (H / λ)
n TE = {f × n 1 2 + (1−f) × n 2 2 } 1/2
n TM = {f / n 1 2 + (1−f) / n 2 2 } −1/2
n TE is an effective refractive index of light having a polarization parallel to a direction having a period (a direction parallel to the wall), and n TM is an effective refraction of light having a period (a direction perpendicular to the wall). Rate. Here, as described above, H is the height of the wall 21, P is the pitch of the wall 21, f is the filling rate (L / P) of the wall 21, and L is the wall 21. Width. Furthermore, λ is the wavelength of light, n 1 is the refractive index of air (= 1), and n 2 is the refractive index of the birefringent portion. As is clear from such a mechanism, according to the present invention, the refractive index of the birefringent portion can be made extremely high, so that the wall portion height H does not have to be so high (that is, the aspect ratio). A desired phase difference can be obtained. One of the major achievements of the present invention is that such a birefringent portion is actually formed.

B.複屈折部用材料
上記のように、本発明に用いられる複屈折部用材料は、ポリシランとシリコーン化合物とポリゲルマンとを含む。
B. Birefringent Material As described above, the birefringent material used in the present invention includes polysilane, a silicone compound, and polygermane.

B−1.ポリシラン
本明細書において「ポリシラン」とは、主鎖がケイ素原子のみからなる高分子をいう。本発明で使用するポリシランは、直鎖型であってもよく分岐型であってもよい。分岐型が好ましい。溶媒に対する溶解性ならびにポリゲルマンおよびシリコーン化合物との相溶性に優れかつ成膜性に優れるからである。分岐型と直鎖型は、ポリシラン中に含まれるSi原子の結合状態によって区別される。分岐型ポリシランとは、隣接するSi原子と結合している数(結合数)が3または4であるSi原子を含むポリシランである。これに対して、直鎖型のポリシランでは、Si原子の、隣接するSi原子との結合数は2である。通常、Si原子の原子価は4であるので、ポリシラン中に存在するSi原子の中で結合数が3以下のものは、Si原子以外に、水素原子、炭化水素基、アルコキシ基等の有機置換基と結合している。好ましい炭化水素基の具体例としては、ハロゲンで置換されていてもよい炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜14の芳香族炭化水素基が挙げられる。脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基およびノナフルオロヘキシル基などの鎖状炭化水素基、および、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式炭化水素基などが挙げられる。芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、p−トリル基、ビフェニル基およびアントラシル基などが挙げられる。アルコキシ基としては、炭素数1〜8のものが挙げられる。具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基などが挙げられる。合成の容易さを考慮すると、これらの中でもメチル基およびフェニル基が特に好ましい。例えば、ポリメチルフェニルシラン、ポリジメチルシラン、ポリジフェニルシランやそれらの共重合体が好適に用いられ得る。例えば、ポリシランの構造を変化させることにより、複屈折部の屈折率を調整することができる。例えば、ジフェニル基を共重合にて多く導入することにより、より高屈折率の複屈折部を得ることができる。
B-1. Polysilane As used herein, “polysilane” refers to a polymer whose main chain is composed solely of silicon atoms. The polysilane used in the present invention may be a linear type or a branched type. A branched type is preferred. This is because it has excellent solubility in a solvent, compatibility with polygermane and a silicone compound, and excellent film forming properties. The branched type and the straight type are distinguished by the bonding state of Si atoms contained in the polysilane. The branched polysilane is a polysilane containing Si atoms having 3 or 4 bonds to adjacent Si atoms (number of bonds). On the other hand, in the linear polysilane, the number of bonds between Si atoms and adjacent Si atoms is two. Usually, since the valence of Si atom is 4, among Si atoms existing in polysilane, those having 3 or less bonds are replaced by organic substitution such as hydrogen atom, hydrocarbon group, alkoxy group, etc. in addition to Si atom. Bonded to a group. Specific examples of the preferable hydrocarbon group include an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms and an aromatic hydrocarbon group having 6 to 14 carbon atoms which may be substituted with halogen. Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group include a chain hydrocarbon group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group, an octyl group, a decyl group, a trifluoropropyl group, and a nonafluorohexyl group, and , An alicyclic hydrocarbon group such as a cyclohexyl group and a methylcyclohexyl group. Specific examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group, a p-tolyl group, a biphenyl group, and an anthracyl group. Examples of the alkoxy group include those having 1 to 8 carbon atoms. Specific examples include a methoxy group, an ethoxy group, a phenoxy group, and an octyloxy group. Among these, a methyl group and a phenyl group are particularly preferable in consideration of ease of synthesis. For example, polymethylphenylsilane, polydimethylsilane, polydiphenylsilane and copolymers thereof can be suitably used. For example, the refractive index of the birefringent part can be adjusted by changing the structure of polysilane. For example, a birefringent part having a higher refractive index can be obtained by introducing many diphenyl groups by copolymerization.

分岐型ポリシランは、その分岐度が好ましくは2%以上であり、さらに好ましくは5%〜40%であり、特に好ましくは10%〜30%である。分岐度が2%未満である場合には、溶解性が低く、また得られる膜中に微結晶が生成しやすく、当該微結晶が散乱の原因となるので、透明性が不十分となる場合がある。分岐度が大きすぎると、高分子量体の重合が困難となる場合があり、また分岐に起因して可視領域での吸収が大きくなる場合がある。上記好ましい範囲においては、分岐度が高いほど、より光透過率を高めることができる。なお、本明細書において「ポリシランの分岐度」とは、隣接するSi原子との結合数が3または4であるSi原子が、分岐型ポリシラン中の全体のSi原子数に占める割合をいう。ここで、例えば、「隣接するSi原子との結合数が3である」とは、Si原子の結合手のうち3つがSi原子と結合していることをいう。   The branched polysilane preferably has a degree of branching of 2% or more, more preferably 5% to 40%, and particularly preferably 10% to 30%. When the degree of branching is less than 2%, the solubility is low, and microcrystals are likely to be formed in the resulting film, and the microcrystals cause scattering, which may result in insufficient transparency. is there. If the degree of branching is too large, polymerization of the high molecular weight substance may be difficult, and absorption in the visible region may increase due to branching. In the preferable range, the higher the degree of branching, the higher the light transmittance. In the present specification, “the degree of branching of polysilane” refers to the ratio of Si atoms having 3 or 4 bonds with adjacent Si atoms to the total number of Si atoms in the branched polysilane. Here, for example, “the number of bonds with adjacent Si atoms is three” means that three of the bonds of Si atoms are bonded to Si atoms.

本発明に使用されるポリシランは、ハロゲン化シラン化合物をナトリウムのようなアルカリ金属の存在下、n−デカンやトルエンのような有機溶媒中において80℃以上に加熱することによる重縮合反応によって製造することができる。また、電解重合法や、金属マグネシウムと金属塩化物を用いた方法でも合成可能である。   The polysilane used in the present invention is produced by a polycondensation reaction by heating a halogenated silane compound to 80 ° C. or higher in an organic solvent such as n-decane or toluene in the presence of an alkali metal such as sodium. be able to. Further, it can also be synthesized by an electrolytic polymerization method or a method using metal magnesium and metal chloride.

分岐型ポリシランは、例えば、オルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物およびジオルガノジハロシラン化合物を含むハロシラン混合物を加熱して重縮合することにより得られる。ハロシラン混合物中のオルガノトリハロシラン化合物およびテトラハロシラン化合物の量を調整することにより、分岐型ポリシランの分岐度を調整することができる。例えば、オルガノトリハロシラン化合物およびテトラハロシラン化合物が全体量の2モル%以上であるハロシラン混合物を用いることにより、分岐度が2%以上である分岐型ポリシランが得られ得る。ここで、オルガノトリハロシラン化合物は、隣接するSi原子との結合数が3であるSi原子源となり、テトラハロシラン化合物は、隣接するSi原子との結合数が4であるSi原子源となる。なお、分岐型ポリシランの分岐構造は、紫外線吸収スペクトルや硅素の核磁気共鳴スペクトルの測定により確認することができる。   The branched polysilane can be obtained, for example, by heating and polycondensing a halosilane mixture containing an organotrihalosilane compound, a tetrahalosilane compound, and a diorganodihalosilane compound. The degree of branching of the branched polysilane can be adjusted by adjusting the amounts of the organotrihalosilane compound and the tetrahalosilane compound in the halosilane mixture. For example, a branched polysilane having a degree of branching of 2% or more can be obtained by using a halosilane mixture in which the organotrihalosilane compound and the tetrahalosilane compound are 2 mol% or more of the total amount. Here, the organotrihalosilane compound is a Si atom source having 3 bonds with adjacent Si atoms, and the tetrahalosilane compound is a Si atom source having 4 bonds with adjacent Si atoms. The branched structure of the branched polysilane can be confirmed by measuring an ultraviolet absorption spectrum or a nuclear magnetic resonance spectrum of silicon.

上記オルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、およびジオルガノジハロシラン化合物がそれぞれ有するハロゲン原子は、好ましくは塩素原子である。オルガノトリハロシラン化合物およびジオルガノジハロシラン化合物が有するハロゲン原子以外の置換基としては、上述の水素原子、炭化水素基、アルコキシ基または官能基が挙げられる。   The halogen atom that each of the organotrihalosilane compound, tetrahalosilane compound, and diorganodihalosilane compound has is preferably a chlorine atom. Examples of the substituent other than the halogen atom that the organotrihalosilane compound and the diorganodihalosilane compound have include the above-described hydrogen atom, hydrocarbon group, alkoxy group, or functional group.

上記分岐型ポリシランは、有機溶媒に可溶でありシリコーン化合物およびポリゲルマンと相溶し、塗布により透明な膜が成膜できるものであれば特に限定されない。   The branched polysilane is not particularly limited as long as it is soluble in an organic solvent, is compatible with a silicone compound and polygermane, and can form a transparent film by coating.

上記ポリシランの重量平均分子量は、好ましくは5000〜50000であり、さらに好ましくは10000〜20000である。   The weight average molecular weight of the polysilane is preferably 5,000 to 50,000, and more preferably 10,000 to 20,000.

上記ポリシランは、必要に応じて、シランオリゴマーを含んでいてもよい。ポリシラン中のシランオリゴマー含有量は、好ましくは5重量%〜25重量%である。このような量でシランオリゴマーを含有することにより、より低温での成形加工が可能となる。オリゴマー量が25重量%を超える場合には、加工中の加熱工程において流動等が起こる場合がある。   The polysilane may contain a silane oligomer as necessary. The silane oligomer content in the polysilane is preferably 5% by weight to 25% by weight. By containing the silane oligomer in such an amount, molding at a lower temperature becomes possible. When the amount of the oligomer exceeds 25% by weight, flow or the like may occur in the heating step during processing.

上記シランオリゴマーの重量平均分子量は、好ましくは200〜3000であり、さらに好ましくは500〜1500である。   The weight average molecular weight of the silane oligomer is preferably 200 to 3000, and more preferably 500 to 1500.

B−2.シリコーン化合物
上記シリコーン化合物としては、ポリシラン、ポリゲルマンおよび有機溶媒と相溶し、透明な膜を形成し得る任意の適切なシリコーン化合物が採用され得る。1つの実施形態においては、シリコーン化合物は、以下の一般式で表される化合物である。
B-2. Silicone Compound As the silicone compound, any suitable silicone compound that is compatible with polysilane, polygermane, and an organic solvent and can form a transparent film can be adopted. In one embodiment, the silicone compound is a compound represented by the following general formula:

Figure 2009059409
Figure 2009059409

[式中、RからR12は、それぞれ独立して、ハロゲンまたはグリシジルオキシ基で置換されていてもよい炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、炭素数1〜8のアルコキシ基からなる群から選択される基である。a、b、cおよびdは、それぞれ0を含む整数であり、a+b+c+d≧1を満たすものである。] [Wherein, R 1 to R 12 each independently represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms and an aromatic hydrocarbon having 6 to 12 carbon atoms which may be substituted with a halogen or a glycidyloxy group. A group selected from the group consisting of a group and an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms. a, b, c and d are integers each including 0 and satisfy a + b + c + d ≧ 1. ]

具体的には、有機置換基が2つあるD体と呼ばれるジクロロシランと、有機置換基が1つであるT体と呼ばれるトリクロロロシランの2種類以上を加水分解縮合したものが挙げられる。   Specific examples include those obtained by hydrolytic condensation of two or more types of dichlorosilane called D-form having two organic substituents and trichlororosilane called T-form having one organic substituent.

上記脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基、グリシジルオキシプロピル基などの鎖状炭化水素基、およびシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式炭化水素基などが挙げられる。上記芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、p−トリル基、ビフェニル基などが挙げられる。上記アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基、ter‐ブトキシ基などが挙げられる。   Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group include a chain hydrocarbon group such as a methyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group, an octyl group, a decyl group, a trifluoropropyl group, a glycidyloxypropyl group, and a cyclohexyl group. And alicyclic hydrocarbon groups such as methylcyclohexyl group. Specific examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group, a p-tolyl group, and a biphenyl group. Specific examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a phenoxy group, an octyloxy group, and a ter-butoxy group.

上記RからR12の種類ならびにa、b、cおよびdの値は、目的に応じて適切に選択され得る。例えば、ポリシランが有する炭化水素基と同じ基をシリコーン化合物に導入することにより、相溶性を向上させることができる。したがって、例えばポリシランとしてフェニルメチル系ポリシランを用いる場合には、フェニルメチル系またはジフェニル系のシリコーン化合物を使用することが好ましい。また例えば、1分子中にアルコキシ基を2つ以上有するシリコーン化合物(具体的には、RからR12のうち少なくとも2つが炭素数1〜8のアルコキシ基であるシリコーン化合物)は、架橋剤として利用可能である。このようなシリコーン化合物の具体例としては、アルコキシ基を15重量%〜35重量%含んだメチルフェニルメトキシシリコーンやフェニルメトキシシリコーンなどを挙げることができる。この場合、アルコキシ基の含有量は、シリコーン化合物の平均分子量とアルコキシユニットの分子量とから算出され得る。 The types of R 1 to R 12 and the values of a, b, c, and d can be appropriately selected according to the purpose. For example, compatibility can be improved by introducing the same group as the hydrocarbon group of polysilane into the silicone compound. Therefore, for example, when a phenylmethyl polysilane is used as the polysilane, it is preferable to use a phenylmethyl or diphenyl silicone compound. In addition, for example, a silicone compound having two or more alkoxy groups in one molecule (specifically, a silicone compound in which at least two of R 1 to R 12 are alkoxy groups having 1 to 8 carbon atoms) is used as a crosslinking agent. Is available. Specific examples of such silicone compounds include methylphenylmethoxysilicone and phenylmethoxysilicone containing 15% to 35% by weight of alkoxy groups. In this case, the content of the alkoxy group can be calculated from the average molecular weight of the silicone compound and the molecular weight of the alkoxy unit.

上記シリコーン化合物の重量平均分子量は、好ましくは100〜10000、さらに好ましくは100〜3000である。   The weight average molecular weight of the silicone compound is preferably 100 to 10,000, and more preferably 100 to 3000.

1つの実施形態においては、シリコーン化合物は、必要に応じて、二重結合含有シリコーン化合物を含む。シリコーン化合物中における二重結合含有シリコーン化合物の含有量は、好ましくは20重量%〜100重量%、さらに好ましくは50重量%〜100重量%である。このような範囲で二重結合含有シリコーン化合物を用いることにより、エネルギー線照射時の反応性を高め、より低温または低照度での加工が可能となる。また、ポリシランに対してシリコーン化合物が多くなる配合の場合に、固形性の低下による熱処理時の流動や消失を防止することができる。   In one embodiment, the silicone compound optionally includes a double bond-containing silicone compound. The content of the double bond-containing silicone compound in the silicone compound is preferably 20% by weight to 100% by weight, and more preferably 50% by weight to 100% by weight. By using the double bond-containing silicone compound in such a range, the reactivity at the time of energy ray irradiation is increased, and processing at a lower temperature or lower illuminance becomes possible. In addition, in the case of a composition in which the silicone compound is increased with respect to the polysilane, it is possible to prevent fluidization and disappearance during heat treatment due to a decrease in solidity.

二重結合含有シリコーン化合物の重量平均分子量は、好ましくは100〜10000、さらに好ましくは100〜5000である。   The weight average molecular weight of the double bond-containing silicone compound is preferably 100 to 10,000, and more preferably 100 to 5000.

上記二重結合含有シリコーン化合物において二重結合を提供する化学基は、好ましくはビニル基、アリル基、アクリロイル基またはメタクリロイル基である。例えば、一般にシランカップリング剤と呼ばれているシリコーン化合物の中で二重結合を有するものを用いることができる。この場合、ヨウ素価は、好ましくは10〜254である。シリコーン化合物1分子中の二重結合の個数は2つ以上であってもよい。このようなシリコーン化合物は、架橋剤として利用可能である。このようなシリコーン化合物の具体例としては、二重結合を1重量%〜30重量%含んだビニル基含有メチルフェニルシリコーンレジンなどを挙げることができる。   The chemical group providing a double bond in the double bond-containing silicone compound is preferably a vinyl group, an allyl group, an acryloyl group, or a methacryloyl group. For example, a silicone compound generally called a silane coupling agent and having a double bond can be used. In this case, the iodine value is preferably 10 to 254. The number of double bonds in one molecule of the silicone compound may be two or more. Such a silicone compound can be used as a crosslinking agent. Specific examples of such silicone compounds include vinyl group-containing methylphenyl silicone resins containing 1% to 30% by weight of double bonds.

二重結合含有シリコーン化合物としては、市販品を用いることができる。例えば、以下の表1に示す化合物を用いることができる。   A commercially available product can be used as the double bond-containing silicone compound. For example, the compounds shown in Table 1 below can be used.

Figure 2009059409
Figure 2009059409

上記シリコーン化合物は、ポリシラン/シリコーン化合物の重量比が好ましくは80:20〜5:95の割合、さらに好ましくは70:30〜40:60の割合で複屈折部用材料中に含有されている。このような範囲でシリコーン化合物を含有させることにより、十分に硬化し、クラックが非常に少なく、かつ、透明性の高い膜が得られ得る。   The above-mentioned silicone compound is contained in the birefringent part material in a weight ratio of polysilane / silicone compound of preferably 80:20 to 5:95, more preferably 70:30 to 40:60. By including the silicone compound in such a range, a film that is sufficiently cured, has very few cracks, and has high transparency can be obtained.

B−3.ポリゲルマン
本明細書において「ポリゲルマン」とは、主鎖がゲルマニウム原子のみからなる高分子をいう。本発明で使用するポリゲルマンは、直鎖型であってもよく分岐型であってもよい。分岐型が好ましい。溶媒に対する溶解性ならびにポリシランおよびシリコーン化合物との相溶性に優れかつ成膜性に優れるからである。分岐型と直鎖型は、ポリゲルマン中に含まれるGe原子の結合状態によって区別される。分岐型ポリゲルマンとは、隣接するGe原子と結合している数(結合数)が3または4であるGe原子を含むポリゲルマンである。これに対して、直鎖型のポリゲルマンでは、Ge原子の、隣接するGe原子との結合数は2である。通常、Ge原子の原子価は4であるので、ポリゲルマン中に存在するGe原子の中で結合数が3以下のものは、Ge原子以外に、水素原子、炭化水素基、アルコキシ基等の有機置換基と結合している。好ましい炭化水素基の具体例としては、ハロゲンで置換されていてもよい炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜14の芳香族炭化水素基が挙げられる。脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基およびノナフルオロヘキシル基などの鎖状炭化水素基、および、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式炭化水素基などが挙げられる。芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、p−トリル基、ビフェニル基およびアントラシル基などが挙げられる。アルコキシ基としては、炭素数1〜8のものが挙げられる。具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基などが挙げられる。合成の容易さを考慮すると、これらの中でもメチル基およびフェニル基が特に好ましい。例えば、ポリメチルフェニルゲルマン、ポリジメチルゲルマン、ポリジフェニルゲルマンやそれらの共重合体が好適に用いられ得る。例えば、ポリゲルマンの構造を変化させることにより、複屈折部の屈折率を調整することができる。
B-3. Polygerman In this specification, “polygerman” refers to a polymer whose main chain is composed only of germanium atoms. The polygermane used in the present invention may be linear or branched. A branched type is preferred. This is because it has excellent solubility in a solvent, compatibility with polysilane and silicone compound, and excellent film forming properties. A branched type and a linear type are distinguished by the bonding state of Ge atoms contained in polygermane. The branched polygermane is a polygermane containing Ge atoms having 3 or 4 bonds to adjacent Ge atoms (number of bonds). On the other hand, in the linear polygermane, the number of bonds between Ge atoms and adjacent Ge atoms is two. Usually, the Ge atom has a valence of 4. Among the Ge atoms present in polygermane, those having a bond number of 3 or less are organic atoms such as hydrogen atoms, hydrocarbon groups, and alkoxy groups in addition to Ge atoms. It is bonded to a substituent. Specific examples of the preferable hydrocarbon group include an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms and an aromatic hydrocarbon group having 6 to 14 carbon atoms which may be substituted with halogen. Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group include a chain hydrocarbon group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group, an octyl group, a decyl group, a trifluoropropyl group, and a nonafluorohexyl group, and , An alicyclic hydrocarbon group such as a cyclohexyl group and a methylcyclohexyl group. Specific examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group, a p-tolyl group, a biphenyl group, and an anthracyl group. Examples of the alkoxy group include those having 1 to 8 carbon atoms. Specific examples include a methoxy group, an ethoxy group, a phenoxy group, and an octyloxy group. Among these, a methyl group and a phenyl group are particularly preferable in consideration of ease of synthesis. For example, polymethylphenyl germane, polydimethylgermane, polydiphenylgermane and copolymers thereof can be suitably used. For example, the refractive index of the birefringent part can be adjusted by changing the structure of polygermane.

分岐型ポリゲルマンは、その分岐度が好ましくは2%以上であり、さらに好ましくは5%〜70%であり、特に好ましくは10%〜30%である。分岐度が2%未満である場合には、溶解性が低く、また得られる膜中に微結晶が生成しやすく、当該微結晶が散乱の原因となるので、透明性が不十分となる場合がある。分岐度が大きすぎると、高分子量体の重合が困難となる場合があり、また分岐に起因して可視領域での吸収が大きくなる場合がある。上記好ましい範囲においては、分岐度が高いほど、より光透過率を高めることができる。なお、本明細書において「ポリゲルマンの分岐度」とは、隣接するGe原子との結合数が3または4であるGe原子が、分岐型ポリゲルマン中の全体のGe原子数に占める割合をいう。ここで、例えば、「隣接するGe原子との結合数が3である」とは、Ge原子の結合手のうち3つがGe原子と結合していることをいう。   The branched polygermane has a degree of branching of preferably 2% or more, more preferably 5% to 70%, and particularly preferably 10% to 30%. When the degree of branching is less than 2%, the solubility is low, and microcrystals are likely to be formed in the resulting film, and the microcrystals cause scattering, which may result in insufficient transparency. is there. If the degree of branching is too large, polymerization of the high molecular weight substance may be difficult, and absorption in the visible region may increase due to branching. In the preferable range, the higher the degree of branching, the higher the light transmittance. In the present specification, the “degree of branching of polygermane” refers to the ratio of Ge atoms having 3 or 4 bonds to adjacent Ge atoms to the total number of Ge atoms in the branched polygermane. . Here, for example, “the number of bonds with adjacent Ge atoms is 3” means that three of the bonds of Ge atoms are bonded to Ge atoms.

本発明に使用されるポリゲルマンは、ハロゲン化ゲルマン化合物をナトリウムのようなアルカリ金属の存在下、n−デカンやトルエンのような有機溶媒中において80℃以上に加熱することによる重縮合反応によって製造することができる。基本的には、上記ポリシランと同様の合成方法が使用可能である。   The polygermane used in the present invention is produced by a polycondensation reaction by heating a halogenated germane compound in an organic solvent such as n-decane or toluene in the presence of an alkali metal such as sodium. can do. Basically, a synthesis method similar to that of the polysilane can be used.

分岐型ポリゲルマンは、例えば、オルガノトリハロゲルマン化合物、テトラハロゲルマン化合物およびジオルガノジハロゲルマン化合物を含むハロゲルマン混合物を加熱して重縮合することにより得られる。ハロゲルマン混合物中のオルガノトリハロゲルマン化合物およびテトラハロゲルマン化合物の量を調整することにより、分岐型ポリシランの分岐度を調整することができる。例えば、オルガノトリハロゲルマン化合物およびテトラハロゲルマン化合物が全体量の2モル%以上であるハロゲルマン混合物を用いることにより、分岐度が2%以上である分岐型ポリゲルマンが得られ得る。ここで、オルガノトリハロゲルマン化合物は、隣接するGe原子との結合数が3であるGe原子源となり、テトラハロゲルマン化合物は、隣接するGe原子との結合数が4であるGe原子源となる。なお、分岐型ポリゲルマンの分岐構造は、例えば紫外線吸収スペクトルにより確認することができる。   The branched polygermane can be obtained, for example, by heating and polycondensing a halogermane mixture containing an organotrihalogermane compound, a tetrahalogermane compound and a diorganodihalogermane compound. The degree of branching of the branched polysilane can be adjusted by adjusting the amounts of the organotrihalogermane compound and the tetrahalogermane compound in the halogermane mixture. For example, a branched polygermane having a branching degree of 2% or more can be obtained by using a halogermane mixture in which the organotrihalogermane compound and the tetrahalogermane compound are 2 mol% or more of the total amount. Here, the organotrihalogerman compound is a Ge atom source having 3 bonds with adjacent Ge atoms, and the tetrahalogerman compound is a Ge atom source having 4 bonds with adjacent Ge atoms. The branched structure of the branched polygermane can be confirmed by, for example, an ultraviolet absorption spectrum.

上記オルガノトリハロゲルマン化合物、テトラハロゲルマン化合物、およびジオルガノジハロゲルマン化合物がそれぞれ有するハロゲン原子は、好ましくは塩素原子である。オルガノトリハロゲルマン化合物およびジオルガノジハロゲルマン化合物が有するハロゲン原子以外の置換基としては、上述の水素原子、炭化水素基、アルコキシ基または官能基が挙げられる。   The halogen atom that each of the organotrihalogermane compound, tetrahalogermane compound, and diorganodihalogermane compound has is preferably a chlorine atom. Examples of the substituent other than the halogen atom that the organotrihalogermane compound and the diorganodihalogermane compound have include the above-described hydrogen atom, hydrocarbon group, alkoxy group, or functional group.

上記分岐型ポリゲルマンは、有機溶媒に可溶でありシリコーン化合物およびポリシランと相溶し、塗布により透明な膜が成膜できるものであれば特に限定されない。   The branched polygermane is not particularly limited as long as it is soluble in an organic solvent, is compatible with a silicone compound and polysilane, and can form a transparent film by coating.

上記ポリゲルマンの重量平均分子量は、好ましくは3000〜50000であり、さらに好ましくは5000〜20000である。   The polygermane preferably has a weight average molecular weight of 3000 to 50000, more preferably 5000 to 20000.

上記ポリゲルマンは、必要に応じて、ゲルマンオリゴマーを含んでいてもよい。ポリゲルマン中のゲルマンオリゴマー含有量は、好ましくは5重量%〜25重量%である。このような量でゲルマンオリゴマーを含有することにより、より低温での成形加工が可能となる。オリゴマー量が25重量%を超える場合には、加工中の加熱工程において流動等が起こる場合がある。   The polygermane may contain a germane oligomer as necessary. The germane oligomer content in the polygermane is preferably 5% to 25% by weight. By containing the germane oligomer in such an amount, molding at a lower temperature becomes possible. When the amount of the oligomer exceeds 25% by weight, flow or the like may occur in the heating step during processing.

上記ゲルマンオリゴマーの重量平均分子量は、好ましくは200〜3000であり、さらに好ましくは500〜2000である。   The weight average molecular weight of the germane oligomer is preferably 200 to 3000, more preferably 500 to 2000.

上記ポリゲルマンは、上記ポリシランおよびシリコーン化合物の合計100重量部に対して、好ましくは10重量部〜150重量部、さらに好ましくは70重量部〜120重量部の割合で用いられ得る。このような範囲でポリゲルマンを用いることにより、非常に高屈折率の複屈折部が得られ得る。   The polygerman may be used in a ratio of preferably 10 parts by weight to 150 parts by weight, more preferably 70 parts by weight to 120 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total of the polysilane and the silicone compound. By using polygermane in such a range, a birefringent portion having a very high refractive index can be obtained.

B−4.溶媒
上記複屈折部用材料は、一般的には溶媒を含む。溶媒は、好ましくは有機溶媒である。好ましい有機溶媒としては、炭素数5〜12の炭化水素系溶媒、ハロゲン化炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒が挙げられる。炭化水素系溶媒の具体例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、n−デカン、n−ドデカン等の脂肪族系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン等の芳香族系溶媒などが挙げられる。ハロゲン化炭化水素系溶媒の具体例としては、四塩化炭素、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロベンゼンなどが挙げられる。エーテル系溶媒の具体例としては、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラハイドロフランなどが挙げられる。溶媒の使用量は、組成物中のポリシラン、シリコーン化合物およびポリゲルマンの合計濃度が10重量%〜50重量%となるような範囲が好ましい。
B-4. Solvent The material for a birefringent part generally contains a solvent. The solvent is preferably an organic solvent. Preferred organic solvents include hydrocarbon solvents having 5 to 12 carbon atoms, halogenated hydrocarbon solvents, and ether solvents. Specific examples of the hydrocarbon solvent include aliphatic solvents such as pentane, hexane, heptane, cyclohexane, n-decane, and n-dodecane, and aromatic solvents such as benzene, toluene, xylene, and methoxybenzene. . Specific examples of the halogenated hydrocarbon solvent include carbon tetrachloride, chloroform, 1,2-dichloroethane, dichloromethane, chlorobenzene and the like. Specific examples of the ether solvent include diethyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran and the like. The amount of the solvent used is preferably in a range such that the total concentration of polysilane, silicone compound and polygermane in the composition is 10% to 50% by weight.

B−5.その他の添加剤
上記複屈折部用材料は、目的に応じて任意の適切な添加剤をさらに含み得る。添加剤の代表例としては、増感剤、表面調整剤、硬度を調整するための金属酸化物粒子等が挙げられる。上記増感剤の代表例としては、有機過酸化物が挙げられる。有機過酸化物としては、ポリシランのSi−Si結合間およびポリゲルマンのGe−Ge結合間に効率良く酸素を挿入できる化合物であれば任意の適切な化合物が採用され得る。例えば、パーオキシエステル系過酸化物、ベンゾフェノン骨格を有する有機過酸化物が挙げられる。より具体的には、3,3',4,4'−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン(以下、「BTTB」という)が好ましく用いられる。また、有機過酸化物は、二重結合含有シリコーン化合物の二重結合に作用して、二重結合間同士の付加重合反応を促進する効果を有する。
B-5. Other Additives The birefringent material may further contain any appropriate additive depending on the purpose. Typical examples of additives include sensitizers, surface conditioners, metal oxide particles for adjusting hardness, and the like. A typical example of the sensitizer is an organic peroxide. As the organic peroxide, any appropriate compound can be adopted as long as it is a compound that can efficiently insert oxygen between the Si—Si bonds of polysilane and the Ge—Ge bond of polygermane. Examples thereof include peroxy ester peroxides and organic peroxides having a benzophenone skeleton. More specifically, 3,3 ′, 4,4′-tetra (t-butylperoxycarbonyl) benzophenone (hereinafter referred to as “BTTB”) is preferably used. Further, the organic peroxide acts on the double bond of the double bond-containing silicone compound and has an effect of promoting the addition polymerization reaction between the double bonds.

上記増感剤は、上記ポリシランおよびシリコーン化合物の合計100重量部に対して、好ましくは1重量部〜30重量部、さらに好ましくは2重量部〜10重量部の割合で用いられ得る。このような範囲で増感剤を用いることにより、非酸化雰囲気下でもポリシランの酸化が促進され、非常に優れた硬度を有する成形体や光学素子を低温・低圧・短時間で形成することができる。   The sensitizer may be used in a proportion of preferably 1 to 30 parts by weight, more preferably 2 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total of the polysilane and the silicone compound. By using a sensitizer in such a range, the oxidation of polysilane is promoted even in a non-oxidizing atmosphere, and a molded article or optical element having extremely excellent hardness can be formed at low temperature, low pressure, and in a short time. .

上記表面調整剤の具体例としては、フッ素系の界面活性剤が挙げられる。表面調整剤は、上記ポリシランおよびシリコーン化合物の合計100重量部に対して、好ましくは0.01重量部〜0.5重量部の割合で用いられ得る。表面調整剤を用いることにより、複屈折部用材料の塗布性を向上させることができる。   Specific examples of the surface conditioner include fluorine-based surfactants. The surface conditioner may be used in a proportion of preferably 0.01 part by weight to 0.5 part by weight with respect to 100 parts by weight of the total of the polysilane and the silicone compound. By using a surface conditioner, the applicability of the birefringent material can be improved.

上記金属酸化物粒子としては、本発明の効果が得られる限りにおいて任意の適切な粒子が用いられ得る。金属酸化物を構成する金属の具体例としては、リチウム(Li)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、アルミニウム(Al)、イットリウム(Y)、インジウム(In)、セリウム(Ce)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、スズ(Sn)、ニオブ(Nb)、アンチモン(Sb)、タンタル(Ta)、ビスマス(Bi)、クロム(Cr)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、ルテニウム(Ru)およびこれらの合金が挙げられる。金属酸化物における酸素の組成は、金属の価数に応じて決定される。金属酸化物として、酸化ジルコン、酸化チタンおよび/または酸化亜鉛が好適に用いられ得る。これらを用いることにより、非常に優れた硬度を有する成形体を形成し得る組成物を得ることができる。   Any appropriate particles can be used as the metal oxide particles as long as the effects of the present invention can be obtained. Specific examples of the metal constituting the metal oxide include lithium (Li), copper (Cu), zinc (Zn), strontium (Sr), barium (Ba), aluminum (Al), yttrium (Y), indium ( In), cerium (Ce), silicon (Si), titanium (Ti), zirconium (Zr), tin (Sn), niobium (Nb), antimony (Sb), tantalum (Ta), bismuth (Bi), chromium ( Cr), tungsten (W), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni), ruthenium (Ru) and alloys thereof. The composition of oxygen in the metal oxide is determined according to the valence of the metal. As the metal oxide, zircon oxide, titanium oxide and / or zinc oxide can be suitably used. By using these, it is possible to obtain a composition capable of forming a molded article having very excellent hardness.

上記金属酸化物粒子の平均粒子径は、好ましくは1nm〜100nmであり、さらに好ましくは1nm〜50nmである。このような範囲の平均粒子径を有する金属酸化物粒子を用いることにより、硬度および透明性に特に優れた複屈折部を形成し得る。   The average particle diameter of the metal oxide particles is preferably 1 nm to 100 nm, and more preferably 1 nm to 50 nm. By using metal oxide particles having an average particle diameter in such a range, it is possible to form a birefringent portion particularly excellent in hardness and transparency.

上記金属酸化物粒子は、上記ポリシランおよびシリコーン化合物の合計100重量部に対して好ましくは50重量部〜500重量部、さらに好ましくは100重量部〜300重量部の割合で複屈折部用材料に含有される。このような範囲で金属酸化物粒子を含有することにより、硬度と塗膜形成特性の両方に優れた複屈折部用材料を得ることができる。   The metal oxide particles are contained in the birefringent part material in a proportion of preferably 50 parts by weight to 500 parts by weight, more preferably 100 parts by weight to 300 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total of the polysilane and the silicone compound. Is done. By containing the metal oxide particles in such a range, it is possible to obtain a birefringent material having excellent both hardness and coating film forming characteristics.

上記金属酸化物粒子は、任意の適切な方法を用いて得ることができる。例えば、湿式法、焼成法などを用いて形成することができる。また、上記金属酸化物粒子は、市販品を用いてもよい。市販品の具体例としては、住友大阪セメント株式会社製の商品名ナノジルコニア分散液NZD-8J61が挙げられる。   The metal oxide particles can be obtained using any appropriate method. For example, it can be formed using a wet method, a baking method, or the like. Moreover, you may use a commercial item for the said metal oxide particle. As a specific example of a commercial item, the brand name nano zirconia dispersion liquid NZD-8J61 by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. is mentioned.

C.複屈折部の形成方法
以下、複屈折部20の形成方法を説明する。図2(a)〜(e)は、本発明の好ましい実施形態による複屈折部の形成方法の手順を説明する模式図である。
C. Hereinafter, a method for forming the birefringent portion 20 will be described. 2A to 2E are schematic views for explaining the procedure of the method for forming a birefringent portion according to a preferred embodiment of the present invention.

まず、図2(a)に示すように、上記B項で説明した複屈折部用材料20´を基板10に塗布する。複屈折部用材料の塗布方法としては、任意の適切な方法が採用され得る。代表例としては、スピンコートが挙げられる。複屈折部用材料の塗布厚みは、複屈折部成形用モールドの微細パターンの高さより大きいことが好ましい。例えばモールドの微細パターン部の高さが1.0μmである場合には、複屈折部用材料の塗布厚みは、好ましくは1.1μm〜2.0μm程度である。複屈折部用材料の塗布厚みは、複屈折部用材料の濃度、スピンコーターの回転数を調整することにより制御され得る。   First, as shown in FIG. 2A, the birefringent material 20 ′ described in the above section B is applied to the substrate 10. Arbitrary appropriate methods may be employ | adopted as a coating method of the material for birefringence parts. A typical example is spin coating. The coating thickness of the birefringent part material is preferably larger than the height of the fine pattern of the birefringent part molding mold. For example, when the height of the fine pattern portion of the mold is 1.0 μm, the coating thickness of the birefringent portion material is preferably about 1.1 μm to 2.0 μm. The coating thickness of the birefringent part material can be controlled by adjusting the concentration of the birefringent part material and the rotation speed of the spin coater.

次に、図2(b)に示すように、複屈折部の所望の凹凸周期構造に対応する微細パターンが形成されたモールド30を、塗布された複屈折部用材料20´に圧接する。圧接は、好ましくは常温付近で行われる。上記のような複屈折部用材料を用いて、かつ、後述する一連の処理を行うことにより、常温付近での圧接が可能となる。常温付近での圧接は昇温および降温に必要な時間を最小限にすることができるので、ナノインプリントプロセスの処理時間が大幅に短縮され得る。さらに、常温付近での圧接のメリットは、温度変化による材料(モールド、基板、複屈折部用材料)の膨張や収縮が非常に小さくなるので、転写中における微細パターンの熱変化がきわめて良好に防止され得ることにある。1つの実施形態においては、圧接温度は常温〜80℃であり、圧接圧力は1MPa〜3MPaであり、圧接時間は5秒〜15秒である。なお、本発明においては、圧接前の複屈折部用材料に加熱処理(いわゆるプリベーク処理)を行うことが好ましい、プリベーク処理の条件としては、例えば、加熱温度は50℃〜100℃であり、加熱時間は3分〜7分である。   Next, as shown in FIG. 2B, a mold 30 on which a fine pattern corresponding to a desired uneven periodic structure of the birefringent portion is formed is pressed against the applied birefringent portion material 20 ′. The pressure welding is preferably performed near room temperature. By using the birefringent material as described above and performing a series of processes described later, it is possible to perform pressure welding near normal temperature. Since pressure welding near room temperature can minimize the time required for temperature increase and decrease, the processing time of the nanoimprint process can be greatly shortened. Furthermore, the advantage of pressure welding near normal temperature is that the expansion and contraction of the material (mold, substrate, birefringence material) due to temperature change is very small, so the thermal change of the fine pattern during transfer is extremely well prevented. There is to be able to be done. In one embodiment, the pressure welding temperature is room temperature to 80 ° C., the pressure welding pressure is 1 MPa to 3 MPa, and the pressure welding time is 5 seconds to 15 seconds. In the present invention, it is preferable to perform heat treatment (so-called pre-bake treatment) on the material for the birefringence part before pressure welding. As pre-bake treatment conditions, for example, the heating temperature is 50 ° C. to 100 ° C. The time is 3-7 minutes.

上記モールド104は、好ましくはエネルギー線透過性材料で構成され、さらに好ましくはモールドと下部基板のアラインメントを行うために光透過性材料で構成される。モールドを構成する材料の具体例としては、石英ガラスや加工性に優れたSi基板が挙げられる。   The mold 104 is preferably made of an energy ray transmissive material, more preferably a light transmissive material for aligning the mold and the lower substrate. Specific examples of the material constituting the mold include quartz glass and a Si substrate excellent in workability.

次に、図2(c)に示すように、モールド30と複屈折部用材料20´とを圧接した状態で、エネルギー線(代表的には紫外線、後述)を照射する。その結果、複屈折部用材料がガラス化する。代表的には、エネルギー線照射は、基板10側から行われる。基板10側からエネルギー線照射を行うことにより、複屈折部用材料全体としてはモールドのパターンを十分固定するまで酸化(代表的には光酸化)を進行させ、かつ、基板10近傍の複屈折部用材料については、例えば石英基板を用いる場合には基板のSi原子との間でもSi−O−Si結合を形成し、非常に強固な密着を実現することができる。しかも、モールド30近傍の複屈折部用材料については適度な光照射量を選択することにより酸化(代表的には光酸化)の進行を抑制し、モールドとの優れた離型性を確保することができる。モールドと複屈折部用材料との界面に光酸化されていない部分を残した結果、モールドと複屈折部用材料が固着することなく離型を行うことができ、非常に高い歩留まりで複屈折部を形成することができる。しかも、本発明においては、複屈折部のアスペクト比を小さくすることができるので、歩留まりがさらに向上し得る。   Next, as shown in FIG. 2C, energy rays (typically ultraviolet rays, which will be described later) are irradiated in a state where the mold 30 and the birefringent portion material 20 ′ are pressed. As a result, the birefringent material is vitrified. Typically, the energy beam irradiation is performed from the substrate 10 side. By irradiating energy rays from the substrate 10 side, the birefringent material as a whole undergoes oxidation (typically photooxidation) until the pattern of the mold is sufficiently fixed, and the birefringent portion in the vicinity of the substrate 10 As for the material, for example, when a quartz substrate is used, a Si—O—Si bond can be formed even with Si atoms of the substrate, and very strong adhesion can be realized. In addition, for the birefringent material in the vicinity of the mold 30, it is possible to suppress the progress of oxidation (typically photooxidation) by selecting an appropriate amount of light irradiation and to ensure excellent releasability from the mold. Can do. As a result of leaving a non-photo-oxidized part at the interface between the mold and the birefringent part material, the mold and the birefringent part material can be released without being fixed, and the birefringent part can be obtained with a very high yield. Can be formed. In addition, in the present invention, since the aspect ratio of the birefringent portion can be reduced, the yield can be further improved.

上記エネルギー線の代表例としては、光(可視光、赤外線、紫外線)、電子線、熱が挙げられる。本発明においては、紫外線が特に好適に用いられる。紫外線は、好ましくは、波長スペクトルのピークが365nm以下のものである。紫外線源の具体例としては、超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプが挙げられる。1つの実施形態においては、複屈折部用材料の塗布厚みが2μm程度である場合には、水平放射強度が105μW/cm(波長λ=360nm〜370nm)の紫外光を3分間程度照射することにより、ガラス化を行うことができる。   Representative examples of the energy rays include light (visible light, infrared rays, ultraviolet rays), electron beams, and heat. In the present invention, ultraviolet rays are particularly preferably used. The ultraviolet rays preferably have a wavelength spectrum peak of 365 nm or less. Specific examples of the ultraviolet light source include an ultra-high pressure mercury lamp and a halogen lamp. In one embodiment, when the application thickness of the birefringent material is about 2 μm, irradiation with ultraviolet light having a horizontal radiation intensity of 105 μW / cm (wavelength λ = 360 nm to 370 nm) is performed for about 3 minutes. Vitrification can be performed.

次に、モールド30を、複屈折部用材料20´から離型する。上記のように、モールド近傍の複屈折部用材料は酸化が適度に抑制されているので、モールドの離型はきわめて容易であり、離型時のパターン欠落や歩留まりの低下が顕著に抑制され得る。しかも、図2(d)に示すように、モールドを離型した時点で、複屈折部の凹凸周期構造は、外見上、十分良好に形成されている。   Next, the mold 30 is released from the birefringent material 20 ′. As described above, since the material for the birefringent portion in the vicinity of the mold is moderately suppressed, the mold release is extremely easy, and the pattern loss and the yield reduction during the release can be remarkably suppressed. . In addition, as shown in FIG. 2D, when the mold is released, the uneven periodic structure of the birefringent portion is formed sufficiently satisfactorily in appearance.

ここで、必要に応じて、所定の凹凸周期構造が形成された複屈折部用材料20´に、酸素プラズマを照射してもよい。酸素プラズマを照射することにより、酸化が完了していないモールド近傍の複屈折部用材料に十分な量の酸素が供給され、その結果、表面に硬質の酸化被膜が形成される。その結果、形成された凹凸周期構造の型崩れが、非常に良好に防止される。プラズマ処理で形成される酸化被膜の厚みは、例えば2nm〜3nmである。酸素プラズマの照射条件は、例えば、酸素流量800cc、チャンバー圧力10Pa、照射時間1分間、出力400Wである。   Here, the oxygen plasma may be irradiated to the birefringent portion material 20 ′ on which a predetermined uneven periodic structure is formed, if necessary. By irradiating oxygen plasma, a sufficient amount of oxygen is supplied to the birefringent material in the vicinity of the mold that has not been oxidized, and as a result, a hard oxide film is formed on the surface. As a result, the deformation of the formed irregular periodic structure is prevented very well. The thickness of the oxide film formed by the plasma treatment is, for example, 2 nm to 3 nm. The oxygen plasma irradiation conditions are, for example, an oxygen flow rate of 800 cc, a chamber pressure of 10 Pa, an irradiation time of 1 minute, and an output of 400 W.

次に、必要に応じて、図2(d)に示すように、所定の凹凸周期構造が形成された複屈折部用材料20´に、基板10とは反対側(すなわち、モールド30が圧接されていた側)からエネルギー線(代表的には、紫外線)を照射する。当該紫外線照射により、モールド近傍の複屈折部用材料の光酸化が実質的に完了し、パターン(凹凸周期構造)表面の酸化が十分なものとなる。1つの実施形態においては、紫外線照射は、オゾン存在下で行われ得る。オゾン存在下で紫外線照射を行うことにより、紫外線照射による光酸化反応に加えてオゾンによる化学的な酸化反応が進行し、未反応のパターン表面の酸化をきわめて良好に完了させることができる。   Next, as necessary, as shown in FIG. 2D, the opposite side of the substrate 10 (that is, the mold 30 is pressed against the birefringent portion material 20 ′ on which a predetermined uneven periodic structure is formed. Irradiate energy rays (typically ultraviolet rays) from the side that had been exposed. By the ultraviolet irradiation, the photo-oxidation of the birefringent material in the vicinity of the mold is substantially completed, and the pattern (uneven periodic structure) surface is sufficiently oxidized. In one embodiment, the ultraviolet irradiation can be performed in the presence of ozone. By performing ultraviolet irradiation in the presence of ozone, a chemical oxidation reaction by ozone proceeds in addition to a photo-oxidation reaction by ultraviolet irradiation, and oxidation of the unreacted pattern surface can be completed very well.

好ましくは、上記モールド側からのエネルギー線照射の後に、加熱処理(いわゆるポストベーク処理)がさらに行われ得る。ポストベーク処理を行うことにより、上記紫外線照射による酸化反応(光酸化)に加えて、熱による酸化反応(熱酸化)が起こる。その結果、酸化がさらに進み、非常に硬質のガラス化が実現され得る(図2(e)参照)。1つの実施形態においては、ポストベーク処理の条件は、加熱温度が好ましくは150℃〜450℃であり、加熱時間が3分〜10分である。なお、加熱温度は、目的に応じて変化し得る。例えば、150℃〜200℃でポストベークすることにより、得られる複屈折部に耐薬品性が付与され得る。また例えば、400℃でポストベークすることにより、低融点ガラスに匹敵するビッカーズ硬度を有する複屈折部が得られ得る。   Preferably, after the energy ray irradiation from the mold side, a heat treatment (so-called post-bake treatment) can be further performed. By performing the post-bake treatment, an oxidation reaction (thermal oxidation) due to heat occurs in addition to the oxidation reaction (photo-oxidation) due to the ultraviolet irradiation. As a result, the oxidation further proceeds and a very hard vitrification can be realized (see FIG. 2 (e)). In one embodiment, the post-baking conditions are such that the heating temperature is preferably 150 ° C. to 450 ° C., and the heating time is 3 minutes to 10 minutes. The heating temperature can be changed according to the purpose. For example, chemical resistance can be imparted to the resulting birefringent portion by post-baking at 150 ° C. to 200 ° C. Further, for example, by performing post-baking at 400 ° C., a birefringent part having a Vickers hardness comparable to that of a low melting glass can be obtained.

以上のようにして、壁部21と溝部22とが周期的に繰り返して構成される凹凸周期構造を有する複屈折部20が形成される。なお、実用的には、上記のように複屈折部用材料の塗布厚みが成形用モールドのパターン高さより大きいので、得られる複屈折部20は残存塗布膜が硬化した部分23を含み得る。   As described above, the birefringent portion 20 having an uneven periodic structure in which the wall portion 21 and the groove portion 22 are periodically repeated is formed. Practically, since the coating thickness of the birefringent portion material is larger than the pattern height of the molding mold as described above, the obtained birefringent portion 20 can include a portion 23 where the remaining coating film is cured.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例には限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
1.ポリシランの合成
攪拌機を備えた1000mlフラスコにトルエン400mlおよびナトリウム13.3gを充填した。このフラスコの内容物を紫外線から遮断したイエロールーム中で111℃に昇温し、高速攪拌することによりナトリウムをトルエン中に微細に分散させた。ここにフェニルメチルジクロロシラン42.1g、テトラクロロシラン4.1gを添加し、3時間攪拌することにより重合を行った。その後、得られた反応混合物にエタノールを添加することにより、過剰のナトリウムを失活させた。水洗後、分離した有機層をエタノール中に投入することにより、ポリシランを沈澱させた。得られた粗製のポリシランをエタノールから3回再沈殿させることにより、重量平均分子量11600で、オリゴマーを10%含有した、分岐型ポリメチルフェニルシランを得た。
(Example 1)
1. Synthesis of polysilane A 1000 ml flask equipped with a stirrer was charged with 400 ml of toluene and 13.3 g of sodium. The contents of this flask were heated to 111 ° C. in a yellow room shielded from ultraviolet rays, and the sodium was finely dispersed in toluene by stirring at high speed. Polymerization was carried out by adding 42.1 g of phenylmethyldichlorosilane and 4.1 g of tetrachlorosilane and stirring for 3 hours. Then, excess sodium was inactivated by adding ethanol to the obtained reaction mixture. After washing with water, the separated organic layer was put into ethanol to precipitate polysilane. The obtained crude polysilane was reprecipitated from ethanol three times to obtain a branched polymethylphenylsilane having a weight average molecular weight of 11600 and containing 10% of an oligomer.

2.ポリゲルマンの合成
攪拌機を備えた100mlフラスコにトルエン40mlおよびナトリウム3.14gを充填した。このフラスコの内容物を紫外線から遮断したイエロールーム中で111℃に昇温し、高速攪拌することによりナトリウムをトルエン中に微細に分散させた。ここにフェニルメチルジクロロゲルマン9.3g、フェニルトリクロロゲルマン2.6gを添加し、2時間攪拌することにより重合を行った。その後、得られた反応混合物に2-プロパノール30mlを添加することにより、過剰のナトリウムを失活させた。さらに反応物を200mlの2-プロパノール中に攪拌しながら投入することにより、ポリゲルマンを沈澱させた。得られた粗製のポリゲルマンをエタノールから3回再沈殿させることにより、重量平均分子量10000で、オリゴマーを10%含有した、20%分岐型ポリメチルフェニル/フェニルゲルマンを得た。
2. Synthesis of polygermane A 100 ml flask equipped with a stirrer was charged with 40 ml of toluene and 3.14 g of sodium. The contents of this flask were heated to 111 ° C. in a yellow room shielded from ultraviolet rays, and the sodium was finely dispersed in toluene by stirring at high speed. Polymerization was carried out by adding 9.3 g of phenylmethyldichlorogermane and 2.6 g of phenyltrichlorogermane and stirring for 2 hours. Then, excess sodium was deactivated by adding 30 ml of 2-propanol to the obtained reaction mixture. Furthermore, polygermane was precipitated by throwing the reaction product into 200 ml of 2-propanol with stirring. The obtained crude polygermane was reprecipitated three times from ethanol to obtain a 20% branched polymethylphenyl / phenylgermane having a weight average molecular weight of 10,000 and containing 10% of oligomers.

3.複屈折部用材料の調製
上記のようにして得られたポリメチルフェニルシラン(PMPS)66.6重量部、ビニル基含有フェニルメチルシリコーンレジン(商品名「KR−2020」、Mw=2900、ヨウ素価=61)33.4重量部、及び有機過酸化物BTTB(日本油脂製、固形分20重量%)5重量部を、メトキシベンゼン(商品名「アニソール−S」、協和発酵ケミカル社製)に固形分77重量%となるように溶解した。一方、上記のようにして得られたメチルフェニルゲルマン/フェニルゲルマン共重合体(共重合比:8/2、分岐型)を準備した。上記溶液と共重合体とを固形分比(重量比)が50/50となるように混合し、複屈折部用材料を調製した。
3. Preparation of birefringent part material 66.6 parts by weight of polymethylphenylsilane (PMPS) obtained as described above, vinyl group-containing phenylmethylsilicone resin (trade name “KR-2020”, Mw = 2900, iodine value) = 61) 33.4 parts by weight and 5 parts by weight of organic peroxide BTTB (manufactured by NOF Corporation, solid content 20% by weight) in methoxybenzene (trade name “anisole-S”, manufactured by Kyowa Hakko Chemical Co., Ltd.) It was dissolved so as to be 77% by weight. On the other hand, a methylphenyl germane / phenylgermane copolymer (copolymerization ratio: 8/2, branched type) obtained as described above was prepared. The solution and the copolymer were mixed so that the solid content ratio (weight ratio) was 50/50 to prepare a birefringent material.

4.構造性複屈折波長板の作製
上記のようにして得られた複屈折部用材料を石英基板表面に2500rpmで40秒間スピンコートすることにより、厚み約2μmの塗布膜を得た。壁部と溝部とが周期的に繰り返して構成される凹凸周期構造(壁部の高さH:1130nm、ピッチP:500nm、幅L:250nm)のパターンが形成されたSi製モールドを、圧力2MPaで当該塗布膜に押し当てた。次いで、UV照射、Oプラズマ処理、熱処理により複屈折部用材料を完全にガラス化させて、複屈折部を形成した。このようにして、構造性複屈折波長板を作製した。構造性複屈折波長板の複屈折部は、モールドのパターンが欠落したり変形したりすることなく、きわめて良好に転写されていた。また、同様の作製手順で多数の構造性複屈折波長板を作製したところ、歩留まりもきわめて高かった。二軸型の反射分光法を採用した測定機(SCI社製フィルムテック4000)を用いて、複屈折部の波長632nmにおける屈折率を求めたところ、屈折率は1.695であった。さらに、得られた構造性複屈折波長板は、波長700nmの光に対して、約170nmの位相差を示し、1/4波長板として非常に良好に機能することを確認した。
4). Production of Structural Birefringent Wavelength Plate The birefringent material obtained as described above was spin-coated on the quartz substrate surface at 2500 rpm for 40 seconds to obtain a coating film having a thickness of about 2 μm. A Si mold in which a pattern of an uneven structure (wall height H: 1130 nm, pitch P: 500 nm, width L: 250 nm) formed by periodically repeating a wall portion and a groove portion is applied under a pressure of 2 MPa. And pressed against the coating film. Next, the birefringent material was completely vitrified by UV irradiation, O 2 plasma treatment, and heat treatment to form a birefringent portion. In this way, a structural birefringent wave plate was produced. The birefringent portion of the structural birefringent wave plate was transferred very well without the mold pattern being lost or deformed. In addition, when a large number of structural birefringent wave plates were produced by the same production procedure, the yield was extremely high. When the refractive index at a wavelength of 632 nm of the birefringent part was determined using a measuring instrument (Filmtec 4000 manufactured by SCI) employing biaxial reflection spectroscopy, the refractive index was 1.695. Furthermore, it was confirmed that the obtained structural birefringent wave plate exhibited a phase difference of about 170 nm with respect to light having a wavelength of 700 nm, and functioned very well as a quarter wave plate.

さらに、上記のように調製した複屈折部用材料を250℃で30分間加熱して硬化させた後、以下の評価に供した:
(1)耐熱性
硬化後の複屈折部用材料を加熱処理し、加熱による収縮率を調べた。250℃、5分間の加熱処理では収縮率はゼロであり、350℃、5分間の加熱処理では収縮率が5%であった。このように、本実施例で用いた複屈折部用材料は、硬化後に優れた耐熱性を示した。
(2)機械的特性
マイクロビッカーズ硬度を測定して評価した。硬化後の複屈折部用材料のビッカーズ硬度は310HVであり、PMMAの約3倍の硬度であった。このように、本実施例で用いた複屈折部用材料は、硬化後に優れた機械的特性(硬度)を示した。
(3)光透過性
通常の方法で透過率を測定した。その結果、硬化後の複屈折部用材料の可視光透過率は約90%以上であり、かつ、波長300nmの深紫外光の透過率が70%以上であった。このように、本実施例で用いた複屈折部用材料は、硬化後に可視領域のみならず深紫外領域でも優れた透過性を有していた。
(4)耐薬品性
硬化後の複屈折部用材料をアセトン中で5分間超音波洗浄した。本実施例で用いた組成物は、超音波洗浄後も、その形状を実質的に完全に維持していた。
また、硬化後の複屈折部用材料を、10%のHCl水溶液、10%のNaOH水溶液、および5%のHF水溶液にそれぞれ30分間浸漬した。その結果、本実施例で用いた複屈折部用材料は、いずれの溶液処理においても、その形状を実質的に完全に維持していた。このように、本実施例で用いた複屈折部用材料は、硬化後に非常に優れた耐薬品性を有していた。
Further, the birefringent part material prepared as described above was cured by heating at 250 ° C. for 30 minutes, and then subjected to the following evaluation:
(1) Heat resistance The material for birefringence parts after curing was heat-treated, and the shrinkage rate by heating was examined. In the heat treatment at 250 ° C. for 5 minutes, the shrinkage rate was zero, and in the heat treatment at 350 ° C. for 5 minutes, the shrinkage rate was 5%. Thus, the birefringent material used in this example showed excellent heat resistance after curing.
(2) Mechanical properties Micro Vickers hardness was measured and evaluated. The Vickers hardness of the birefringent material after curing was 310 HV, which was about three times that of PMMA. Thus, the birefringent material used in this example exhibited excellent mechanical properties (hardness) after curing.
(3) Light transmittance The transmittance was measured by a usual method. As a result, the visible light transmittance of the birefringent part material after curing was about 90% or more, and the transmittance of deep ultraviolet light having a wavelength of 300 nm was 70% or more. Thus, the birefringent material used in this example had excellent transparency not only in the visible region but also in the deep ultraviolet region after curing.
(4) Chemical resistance The cured birefringent material was ultrasonically cleaned in acetone for 5 minutes. The composition used in this example maintained its shape substantially completely after ultrasonic cleaning.
The cured birefringent material was immersed in a 10% HCl aqueous solution, a 10% NaOH aqueous solution, and a 5% HF aqueous solution for 30 minutes. As a result, the birefringent part material used in this example maintained its shape substantially completely in any solution treatment. Thus, the birefringent material used in this example had very good chemical resistance after curing.

(実施例2)
壁部の高さHを900nmとしたこと以外は実施例1と同様にして、構造性複屈折波長板を作製した。得られた構造性複屈折波長板は、波長700nmの光に対して、約140nmの位相差を示した。
(Example 2)
A structural birefringent wavelength plate was produced in the same manner as in Example 1 except that the height H of the wall was 900 nm. The obtained structural birefringent wave plate exhibited a phase difference of about 140 nm with respect to light having a wavelength of 700 nm.

(比較例1)
メチルフェニルゲルマン/フェニルゲルマン共重合体を用いずに複屈折部用材料を調製したこと以外は実施例1と同様にして、構造性複屈折波長板を作製した。得られた構造性複屈折波長板は、波長700nmの光に対して、約80nmの位相差しか示さず、1/4波長板としては実用レベルではなかった。
(Comparative Example 1)
A structural birefringent wave plate was produced in the same manner as in Example 1 except that the birefringent material was prepared without using the methylphenylgermane / phenylgermane copolymer. The obtained structural birefringent wave plate showed only a phase difference of about 80 nm with respect to light having a wavelength of 700 nm, and was not a practical level as a quarter wave plate.

(比較例2)
PMMAを用いて、実施例1と同様の凹凸周期構造を有する構造性複屈折波長板を作製した。得られた構造性複屈折波長板は、波長700nmの光に対して、約50nmの位相差しか示さず、1/4波長板としては実用レベルではなかった。さらに、この波長板は、硬度、耐熱性および耐薬品性のいずれもが不十分であった。
(Comparative Example 2)
Using PMMA, a structural birefringent wavelength plate having the same uneven periodic structure as in Example 1 was produced. The obtained structural birefringent wave plate showed only a phase difference of about 50 nm with respect to light having a wavelength of 700 nm, and was not a practical level as a quarter wave plate. Further, this wave plate is insufficient in hardness, heat resistance and chemical resistance.

本発明の構造性複屈折波長板は、例えば光ピックアップ光学系などに好適に利用され得る。   The structural birefringent wave plate of the present invention can be suitably used for an optical pickup optical system, for example.

本発明の好ましい実施形態による構造性複屈折波長板の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a structural birefringent wave plate according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 本発明の好ましい実施形態による構造性複屈折波長板の複屈折部の形成手順を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the formation procedure of the birefringent part of the structural birefringent wave plate by preferable embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 構造性複屈折波長板
10 基板
20 複屈折部
21 壁部
22 溝部

DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Structural birefringence wavelength plate 10 Substrate 20 Birefringence part 21 Wall part 22 Groove part

Claims (3)

基板と
ポリシランとシリコーン化合物とポリゲルマンとを含む組成物から形成され、壁部と溝部とが周期的に繰り返して構成される凹凸周期構造を有する、複屈折部と
を有する、構造性複屈折波長板。
Structural birefringence wavelength formed from a composition comprising a substrate, a polysilane, a silicone compound, and polygermane, having a birefringent portion having a concavo-convex periodic structure in which a wall portion and a groove portion are periodically repeated. Board.
前記複屈折部が、前記組成物をモールドでインプリントすることにより形成されている、請求項1に記載の構造性複屈折波長板。   The structural birefringent wave plate according to claim 1, wherein the birefringent portion is formed by imprinting the composition with a mold. 前記複屈折部の屈折率、ならびに前記壁部のピッチ、高さおよび充填率を最適化することにより、所定の波長を有する光に対して所定の位相差を発現する、請求項1または2に記載の構造性複屈折波長板。

The predetermined phase difference is expressed with respect to light having a predetermined wavelength by optimizing the refractive index of the birefringent portion and the pitch, height, and filling rate of the wall portion. The structural birefringent wave plate as described.

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009057442A (en) * 2007-08-31 2009-03-19 Institute Of Physical & Chemical Research Composition with high refractive index
US9261730B2 (en) 2013-01-03 2016-02-16 Empire Technology Development Llc Display devices including inorganic components and methods of making and using the same
CN107367784A (en) * 2016-05-12 2017-11-21 Jxtg能源株式会社 Optical phase difference component and projector

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0566301A (en) * 1991-09-10 1993-03-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Siloxane polymer and optical member formed by using this polymer
JPH08295537A (en) * 1994-09-19 1996-11-12 Toshiba Corp Glass composite material, precursor for the material, nitrogen-containing composite material, light emitting element, electrophotographic photoreceptor, nonlinear optical element and laser element
JP2004170623A (en) * 2002-11-19 2004-06-17 Fuji Photo Film Co Ltd Retardation plate and circular polarizer
JP2006299066A (en) * 2005-04-20 2006-11-02 Nippon Paint Co Ltd Polysilane composition, optical waveguide and its manufacture method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0566301A (en) * 1991-09-10 1993-03-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Siloxane polymer and optical member formed by using this polymer
JPH08295537A (en) * 1994-09-19 1996-11-12 Toshiba Corp Glass composite material, precursor for the material, nitrogen-containing composite material, light emitting element, electrophotographic photoreceptor, nonlinear optical element and laser element
JP2004170623A (en) * 2002-11-19 2004-06-17 Fuji Photo Film Co Ltd Retardation plate and circular polarizer
JP2006299066A (en) * 2005-04-20 2006-11-02 Nippon Paint Co Ltd Polysilane composition, optical waveguide and its manufacture method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009057442A (en) * 2007-08-31 2009-03-19 Institute Of Physical & Chemical Research Composition with high refractive index
US9261730B2 (en) 2013-01-03 2016-02-16 Empire Technology Development Llc Display devices including inorganic components and methods of making and using the same
CN107367784A (en) * 2016-05-12 2017-11-21 Jxtg能源株式会社 Optical phase difference component and projector
CN107367784B (en) * 2016-05-12 2020-11-24 Jxtg能源株式会社 Optical phase difference member and projector

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