JP2010054640A

JP2010054640A - マイクロレンズアレイ

Info

Publication number: JP2010054640A
Application number: JP2008217518A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Suehiro; 一郎末廣; Hiroyuki Katayama; 博之片山; Mitsuharu Akazawa; 光治赤沢; Hideyuki Usui; 英之薄井
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2010-03-11
Also published as: US8021756B2; CN101661119B; KR101276421B1; EP2159607A1; CN101661119A; US20100053960A1; KR20100025492A

Abstract

【課題】ＬＥＤのハイパワー化及びＬＥＤの青色の短波長に対しても、優れた耐熱性及び耐光性を有するマイクロレンズアレイを提供すること。
【解決手段】式（I）で表されるケイ素化合物と、ホウ素化合物又はアルミニウム化合物とを反応させて得られる樹脂を成形してなるマイクロレンズアレイ。

（式中、Ｒ^１及びＲ^２は、それぞれ独立してアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアリール基、Ｘはヒドロキシ基、アルコキシ基、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアリール基を示し、ｎ＝４〜２５０）
【選択図】なし

Description

本発明は、マイクロレンズアレイ、特に光学電子機器に用いられるマイクロレンズアレイに関する。

マイクロレンズアレイは、液晶プロジェクター、ビデオカメラ、ビューファインダー、携帯用テレビ等の光学電子機器に用いられている。例えば、マイクロレンズアレイはＬＥＤアレイの集光効果、輝度向上効果を得るために使用されている（特許文献１）。また、マイクロレンズアレイを作製するための樹脂としては、アクリル樹脂が知られている（特許文献２）。
特開２００５−２７６８４９号公報特開２００１−２７２５０７号公報

また、輝度を向上させるためにはＬＥＤのハイパワー化によって発光量を増加させる方法が考えられるが、発光量を増加させるとＬＥＤからの発熱量が上昇するため、また、アクリル樹脂を用いても耐熱性が不十分な場合があるため、優れた耐熱性を有するマイクロレンズアレイが望まれる。さらにＬＥＤの青色の短波長に対しても優れた耐光性を有するマイクロレンズアレイも望まれる。

本発明の課題はＬＥＤのハイパワー化及びＬＥＤの青色の短波長に対しても、優れた耐熱性及び耐光性を有するマイクロレンズアレイを提供することである。

本発明の要旨は、
式（I）で表されるケイ素化合物と、ホウ素化合物又はアルミニウム化合物とを反応させて得られる樹脂を成形してなるマイクロレンズアレイ

（式中、Ｒ^１及びＲ^２は、それぞれ独立してアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアリール基、Ｘはヒドロキシ基、アルコキシ基、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアリール基を示し、ｎ＝４〜２５０）
に関する。

本発明によれば、ＬＥＤのハイパワー化及びＬＥＤの青色の短波長に対しても、優れた耐熱性及び耐光性を有するマイクロレンズアレイを提供することができる。

本発明のマイクロレンズアレイは、式（I）で表されるケイ素化合物と、ホウ素化合物又はアルミニウム化合物とを反応させて得られる樹脂を成形してなることを特徴とする。かかる樹脂を用いて得られるマイクロレンズアレイは、ＬＥＤのハイパワー化に対しても耐熱性に優れ、ＬＥＤの青色の短波長に対しても変色することがなく耐光性に優れるものである。

式（I）で表されるケイ素化合物は、

（式中、Ｒ¹及びＲ²は、それぞれ独立してアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアリール基、Ｘはヒドロキシ基、アルコキシ基、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアリール基を示し、ｎ＝４〜２５０）
で表される化合物である。

式(I)中のＲ¹及びＲ²は、それぞれ独立してアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアリール基を示し、これらの炭素数は、反応性、安定性、経済性の観点から、１〜１８が好ましく、１〜１２がより好ましく、１〜６がさらに好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等のアルキル基；シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基；ビニル基、アリル基等のアルケニル基；エチニル基、プロピニル基等のアルキニル基；フェニル基、トリル基等のアリール基が例示される。なかでも、Ｒ¹及びＲ²がそれぞれ独立してメチル基であることが好ましい。

式(I)中のＸは、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアリール基を示し、ヒドロキシ基を除いたこれらの基の炭素数は、反応性、安定性、経済性の観点から、１〜１８が好ましく、１〜１２がより好ましく、１〜６がさらに好ましい。具体的には、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基；メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等のアルキル基；シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基；ビニル基、アリル基等のアルケニル基；エチニル基、プロピニル基等のアルキニル基；フェニル基、トリル基等のアリール基が例示される。なかでも、Ｘはヒドロキシ基であることが好ましい。

式(I)中のｎは、生成物の耐熱性と柔軟性の観点から、４〜２５０であり、４〜２００が好ましく、４〜１６０がより好ましい。

式(I)で表されるケイ素化合物としては、両末端シラノール型ポリジメチルシロキサン、両末端シラノール型ポリジフェニルシロキサン、片末端シラノール型ポリジメチルシロキサン、片末端シラノール型ポリジフェニルシロキサン、両末端シラノール型ポリメチルフェニルシロキサン等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、Ｒ¹及びＲ²がメチル基、Ｘがヒドロキシ基である両末端シラノール型ポリジメチルシロキサンが好ましい。

式(I)で表されるケイ素化合物の数平均分子量は、生成物の耐熱性と柔軟性の観点から、好ましくは３００〜２００００、より好ましくは３００〜１５０００、さらに好ましくは３００〜１２０００であることが好ましい。なお、数平均分子量は、NMRまたはGPCを用いて測定することができる。

また、得られる樹脂は、本発明の効果を損なわない範囲で、上記式(I)で表されるケイ素化合物以外の他のケイ素化合物をさらに用いて調製してもよいが、式(I)で表されるケイ素化合物の使用量は、耐熱性、透明性、耐光性の観点から、反応に供される混合物中に３０〜９９重量％が好ましく、５０〜９９重量％がより好ましく、６０〜９９重量％がさらに好ましい。

ホウ素化合物は、式(II)：

(式中、Ｙ¹、Ｙ²及びＹ³は、それぞれ独立して水素又はアルキル基を示す)
で表される化合物であることが好ましい。

式(II)中のアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜12、より好ましくは1〜6、さらに好ましくは1〜3である。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基が例示される。これらのなかでも、イソプロピル基が好ましい。

式(II)で表される化合物としては、ホウ酸、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリイソプロピル等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、ホウ酸トリイソプロピルが好ましい。

反応に供される混合物中の式（I）で表されるケイ素化合物とホウ素化合物の重量比(ケイ素化合物／ホウ素化合物)は、耐熱性、透明性、耐光性の観点から、９５／５〜３０／７０が好ましく、９５／５〜５０／５０がより好ましく、９５／５〜６０／４０がさらに好ましく、９５／５〜７０／３０がよりさらに好ましい。

アルミニウム化合物は、式（III）：

（式中、Ｙ⁴、Ｙ⁵及びＹ⁶は、それぞれ独立して水素又はアルキル基を示す）
で表される化合物であることが好ましい。

式(III)中のアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜12、より好ましくは1〜6、さらに好ましくは1〜3である。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基が例示される。これらのなかでも、イソプロピル基が好ましい。

式(III)で表される化合物としては、アルミニウムトリメトキシド、アルミニウムトリエトキシド、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリブトキシド等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、アルミニウムトリイソプロポキシドが好ましい。

反応に供される混合物中の式（I）で表されるケイ素化合物とアルミニウム化合物の重量比（ケイ素化合物／アルミニウム化合物）は、９９／１〜３０／７０であることが好ましい。

式（I）で表されるケイ素化合物とホウ素化合物又はアルミニウム化合物との反応は、例えば、０〜１００℃の温度、１〜４８時間で、かつ、溶媒非存在下で攪拌しながら行うことができる。また、アルミニウム化合物を用いて反応させた場合は、さらに濾過して揮発成分を除去することもできる。かかるようにしてポリボロシロキサン又はポリアルミノシロキサンの樹脂を得ることができる。

上記樹脂の粘度は、２５℃で好ましくは１００〜２００００ｍＰａ・ｓ、より好ましくは１０００〜１００００ｍＰａ・ｓである。なお、粘度は、温度が２５℃、１気圧の条件下でレオメーターを用いて算出されるものである。

上記樹脂は、次にマイクロレンズアレイの製造に用いられるが、予め半硬化状態のフィルムとしてもよい。この場合、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ガラス板等上に樹脂を塗布して、好ましくは８０〜２５０℃、より好ましくは１００〜２００℃で、好ましくは１分〜２時間、より好ましくは５分〜１時間加熱して乾燥させた後、ポリボロシロキサン又はポリアルミノシロキサンからなる半硬化状態のフィルムとしてもよく、上記乾燥は任意に複数回行ってもよい。かかるフィルムの厚さは、好ましくは５０〜５０００μｍ、より好ましくは１００〜４０００μｍである。

本発明の好ましい態様において、マイクロレンズアレイの製造方法は、好ましくは（ａ）マイクロレンズアレイと同一の形状を有する基材を作製する工程、（ｂ）該基材を用いてマイクロレンズアレイと逆の形状を有する成形用金型を作製する工程、及び（ｃ）該成形用金型を用いてマイクロレンズアレイ形状を樹脂に転写する工程を含む。

工程（ａ）において、基材はＳｉ、石英ガラス、Ｃｕ合金、Ｆｅ合金、Ｎｉ合金、樹脂板もしくはフィルム（ポリイミド、ポリメチルメタクリレート等）等であることが好ましい。また、切削加工、エッチング、放射光等によって所望のマイクロレンズアレイと同一の形状を加工して基材を作製することが好ましい。ここで、マイクロレンズは、半球のような形状、直径０．７〜５０μｍ、高さ０．３５〜２５μｍを有することが好ましい。マイクロレンズアレイは、上記マイクロレンズを定ピッチ及び／又は最密充てんで配列されたものであることが好ましい。

工程（ｂ）において、マイクロレンズアレイ形状を有する基材と逆の形状を有する成形用金型は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等を用いた電鋳によって、基材の表面に金属を電解メッキによって厚みが好ましくは０．１５〜０．５ｍｍとなるようにメッキした後、基材からメッキ金属を離型して作製することができる。

工程（ｃ）において、成形用金型を用いてマイクロレンズアレイ形状を樹脂に転写することが好ましい。具体的には、石英板に樹脂からなる半硬化状態のフィルムを転写した後、成形用金型をフィルム上に配置して真空ラミネータで０．１〜１．０ＭＰａ、１００〜１８０℃、０．５〜５分間プレスを行って、マイクロレンズアレイ形状を樹脂に転写することができる。

また、工程（ｃ）は基材に樹脂を塗布する工程、マイクロレンズアレイと逆の形状が形成された成形用金型の面に樹脂を押し付ける工程、並びに樹脂を硬化させる工程を含んでいてもよい。

本発明のマイクロレンズアレイは、例えば、液晶プロジェクター、ビデオカメラ、ビューファインダー、携帯用テレビ等の光学電子機器に好適に使用し得る。従って、本発明は、上記マイクロレンズアレイを搭載してなる光学電子機器又はＬＥＤアレイを提供する。かかる光学電子機器又はＬＥＤアレイは、適宜対応するように作製されたマイクロレンズアレイを光学電子機器に用いるかあるいはＬＥＤアレイ上に配置することにより得ることができる。

（実施例１）
両末端シラノール型シリコーンオイル［式（I）で表されるケイ素化合物；Ｒ^１及びＲ^２：メチル基、Ｘ：ヒドロキシ基、ｎ＝４、数平均分子量３００］１０．０ｇ（３３．３ｍｍｏｌ）にホウ酸トリイソプロピル［式（II）で表される化合物、Ｙ^１、Ｙ^２及びＹ^３はイソプロピル基］４．２２ｇ（２２．４ｍｍｏｌ）を加え、室温で２時間攪拌してポリボロシロキサンを得た（２５℃の粘度１０００ｍＰａ・ｓ）。その後、塗工機で厚みが１００μｍとなるようにポリボロシロキサンをポリエチレンテレフタレートフィルム上にラインスピード０．３ｍ／分で塗工し、乾燥炉で１００℃で１０分間乾燥させてフィルム化した。その後、短冊状に切断後、乾燥機に投入し１３０℃１０分間追い乾燥を行い、半硬化状態のフィルムとした。

次に、基材（材質：ポリイミド）に対してレーザーアブレーションを用いてマイクロレンズアレイと同一の形状（マイクロレンズの形状：半球、直径１０μｍ、高さ５μｍ、マイクロレンズの配列１行×７列）となるように加工して、次にNi電鋳を行ってマイクロレンズアレイと逆の形状を有するニッケル電鋳成型用金型（サイズ１ｃｍ×２ｃｍ、厚み０．２ｍｍ）を作製した。また、得られたフィルムを１ｃｍ×２ｃｍのサイズに切断し、厚さ０．５ｍｍの石英板に転写した後、該ニッケル電鋳成型用金型をフィルム上に配置して真空ラミネータ（ニチゴーモートン製真空ラミネータＶ１３０）で０．５ＭＰａ、１５０℃５分間プレスを行い、フィルムにマイクロレンズアレイ形状（マイクロレンズの形状：半球、直径：１０μｍ、高さ：５μｍ、マイクロレンズの配列１行×７列）を転写して成形してなるマイクロレンズアレイを得た。

得られたマイクロレンズアレイを１行×７列に配置したＬＥＤアレイ（１．５ＷハイパワーＬＥＤセミレッツ社製ＳＬ−Ｖ−Ｂ４０ＡＣ（青）、順電流５００ｍＡ、順電圧３．４Ｖ）の上面に配置して、マイクロレンズアレイを搭載してなるＬＥＤアレイを得た。次に該ＬＥＤアレイに対して１２０℃の条件下における耐熱性・耐光性試験を連続して行った。評価の基準として輝度を用い、輝度は、Ｂｍ−９（トプコンテクノハウス製）を用いて測定した。１０００時間後の輝度と試験開始時の輝度とを比較した場合、輝度の低下は３．５％程度であった。

（実施例２）
両末端シラノール型シリコーンオイル［式（I）で表されるケイ素化合物；Ｒ^１及びＲ^２：メチル基、Ｘ：ヒドロキシ基、ｎ＝１３、数平均分子量１０００］１２９ｇ（１２９ｍｍｏｌ）にアルミニウムトリイソプロポキシド［式（III）で表される化合物；Ｙ^４、Ｙ^５及びＹ^６はイソプロピル基］６．９７ｇ（３４．１ｍｍｏｌ）を加え、室温で２時間攪拌して得られた白色懸濁液を濾過し、ロータリーエバポレーターによって揮発成分を除去し、ポリアルミノシロキサンを得た（２５℃の粘度１３５０ｍＰａ・ｓ）。次いで、上記ポリアルミノシロキサンを用いて実施例１と同様にして半硬化状態のフィルムを得た。その後、実施例１と同様にして、マイクロレンズアレイを作製して、マイクロレンズアレイを搭載してなるＬＥＤアレイを得た。次に該ＬＥＤアレイに対して１２０℃の条件下における耐熱性・耐光性試験を連続して行った。１０００時間後の輝度と試験開始時の輝度とを比較した場合、輝度の低下は２．５％であった。

（比較例１）
樹脂として透明エポキシ樹脂ＮＴ−８０５０（日東電工社製）を用いて、実施例１と同様にマイクロレンズアレイを作製して、マイクロレンズアレイを搭載してなるＬＥＤアレイを得た。次に該ＬＥＤアレイに対して１２０℃の条件下における耐熱性・耐光性試験を連続して行った。１０００時間後の様子を観察すると黄色に変化して試験開始より３０％以上の輝度低下が見られた。

本発明のマイクロレンズアレイは、例えば、液晶プロジェクター、ビデオカメラ、ビューファインダー、携帯用テレビ等の光学電子機器に好適に使用し得る。

Claims

式（I）で表されるケイ素化合物と、ホウ素化合物又はアルミニウム化合物とを反応させて得られる樹脂を成形してなるマイクロレンズアレイ。

（式中、Ｒ^１及びＲ^２は、それぞれ独立してアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアリール基、Ｘはヒドロキシ基、アルコキシ基、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアリール基を示し、ｎ＝４〜２５０）
ホウ素化合物が式（II）で表される化合物である、請求項１記載のマイクロレンズアレイ。

（式中、Ｙ^１、Ｙ^２及びＹ^３は、それぞれ独立して水素又はアルキル基を示す）
アルミニウム化合物が式（III）で表される化合物である、請求項１記載のマイクロレンズアレイ。

（式中、Ｙ^４、Ｙ^５及びＹ^６は、それぞれ独立して水素又はアルキル基を示す）
請求項１〜３いずれか記載のマイクロレンズアレイを搭載してなる光学電子機器。
請求項１〜３いずれか記載のマイクロレンズアレイを搭載してなるＬＥＤアレイ。