JP2018180232A - 接着剤層付き光学部品アレイ - Google Patents

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Abstract

【課題】アレイ状に配列した光学部品であって、基板に直接貼り合わせることができ、貼り合わせ時の押圧力をコントロールすることで光学部品と基板との距離を容易に調整することができ、光照射及び/又は加熱処理を施すことにより、光学部品と基板とを接着することができる、光学部品アレイを提供する。【解決手段】本発明の接着剤層付き光学部品アレイは、熱又は光硬化性を有し、25℃における貯蔵弾性率が0.05×104〜10000×104Paである接着剤層を表面の少なくとも一部に有する光学部品の2個以上が配列した構成を有する。【選択図】なし

Description

本発明は、接着剤層付き光学部品アレイ、及びその製造方法、並びに前記接着剤層付き光学部品アレイを用いたアレイ状光学モジュールの製造方法に関する。
レンズ付きLEDモジュールでは、LED素子からレンズまでの距離が光学特性に大きく影響を与えることが知られている。レンズ付きLEDモジュールを、LED素子からレンズまでの距離を調整しつつ製造する方法としては、その設計にあわせてレンズ、及びスペーサを製造し、LED素子を搭載した基板上にスペーサ、及びレンズを、接着剤の厚みによってLED素子からレンズまでの距離を調整しつつ貼り合わせることによって製造することが知られている(特許文献1)。
また、レンズ付きLEDモジュールの製造には、2個以上のレンズが配列した構成を有するレンズアレイ、及び2個以上のLED素子がアレイ状に搭載された基板を用いることにより、1ロットで大量のレンズ付きLEDモジュールを製造する方法が知られている。
特開2015−180963号公報
しかし、1ロットで大量のレンズ付きLEDモジュールを製造する場合、精度良く接着剤を塗布することは非常に困難であり、LED素子からレンズまでの距離が公差の範囲を外れるものが1つでも出ると、ロット全体を不良品として処理することから、歩留まり良くレンズ付きLEDモジュールを製造することは困難であった。
従って、本発明の目的は、アレイ状に配列した光学部品であって、基板に直接貼り合わせることができ、貼り合わせ時の押圧力をコントロールすることで光学部品と基板との距離を容易に調整することができ、光照射及び/又は加熱処理を施すことにより、光学部品と基板とを接着することができる、光学部品アレイを提供することにある。
本発明の他の目的は、前記光学部品アレイの製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記光学部品アレイを用いたアレイ状光学モジュール(すなわち、アレイ状に配列した光学モジュール)の製造方法を提供することにある。
本発明者等は上記課題を解決するため鋭意検討した結果、熱又は光硬化性を有し、特定の貯蔵弾性率を有する接着剤層を表面の少なくとも一部に有する光学部品の2個以上がアレイ状(すなわち、並列的)に配列した構成を有する、接着剤層付き光学部品アレイを用いれば、基板に直接貼り合わせることができ、貼り合わせ時の押圧力をコントロールすることで光学部品と基板との距離を容易に調整することができ、光照射及び/又は加熱処理を施すことにより、光学部品と基板とを接着することができ、効率よく、且つ歩留まり良くアレイ状光学モジュールを製造できることを見いだした。本発明はこれらの知見に基づいて完成させたものである。
すなわち、本発明は、熱又は光硬化性を有し、25℃における貯蔵弾性率が0.05×104〜10000×104Paである接着剤層を表面の少なくとも一部に有する光学部品の2個以上が配列した構成を有する、接着剤層付き光学部品アレイを提供する。
本発明は、また、光学部品が、エポキシ樹脂を含む硬化性組成物の硬化物から成る光学部品である、前記の接着剤層付き光学部品アレイを提供する。
本発明は、また、エポキシ樹脂が多官能脂環式エポキシ化合物である、前記の接着剤層付き光学部品アレイを提供する。
本発明は、また、エポキシ樹脂が下記式(i)
Figure 2018180232
(式中、Xは単結合又は連結基を示す)
で表される化合物である、前記の接着剤層付き光学部品アレイを提供する。
本発明は、また、接着剤層厚みが0.05mm以上であり、押圧により厚みを20〜100%の範囲で調整可能である、前記の接着剤層付き光学部品アレイを提供する。
本発明は、また、接着剤層付き光学部品アレイが、接着剤層を表面の少なくとも一部に有する光学部品の2個以上が支持体上に配列した構成を有する、前記の接着剤層付き光学部品アレイを提供する。
本発明は、また、光学部品がレンズである、前記の接着剤層付き光学部品アレイを提供する。
本発明は、また、接着剤層を表面の少なくとも一部に有する光学部品が、レンズ部と、前記レンズ部全周に渡って設けられた鍔部と、前記鍔部の外周に沿って設けられたスペーサ部とが一体成型された構造を有するレンズモジュールであって、前記スペーサ部の上端面の少なくとも一部に接着剤層を有する接着剤層付きレンズモジュールである、前記の接着剤層付き光学部品アレイを提供する。
本発明は、また、下記工程を経て、前記の接着剤層付き光学部品アレイを得る、接着剤層付き光学部品アレイの製造方法を提供する。
工程1:エポキシ樹脂を含む硬化性組成物をインプリント成型に付して、光学部品の2個以上が配列した構成を有する光学部品アレイを得る
工程2:得られた光学部品アレイの表面の少なくとも一部に、25℃における貯蔵弾性率が0.05×104〜10000×104Paである接着剤層を形成する
本発明は、また、下記工程を経て、光学部品アレイと基板との積層体を含むアレイ状光学モジュールを得る、アレイ状光学モジュールの製造方法を提供する。
工程I:前記の接着剤層付き光学部品アレイ(接着剤層の厚み:A)を、基板上に、接着剤層が前記基板に接するように積層する
工程II:接着剤層付き光学部品アレイと基板の積層体を上方より押圧して、接着剤層厚み(B)を、(A)の20〜100%の範囲で調整しつつ、加熱処理及び/又は光照射を行って接着剤層を硬化させることにより、光学部品と基板との距離を調整する
本発明は、また、光学部品アレイがレンズアレイであり、基板がLED素子を搭載した基板であり、アレイ状光学モジュールがアレイ状レンズ付きLEDモジュールである、前記のアレイ状光学モジュールの製造方法を提供する。
本発明の接着剤層付き光学部品アレイは上記構成を有するため、基板に直接貼り合わせることができ、貼り合わせ時の押圧力をコントロールすることで光学部品と基板との距離を容易に調整することができ、その後、光照射及び/又は加熱処理を施して接着剤を硬化させることにより、光学部品と基板との距離が一定範囲内に保持された、アレイ状光学モジュールを、効率よく、且つ歩留まり良く製造することができる。
本発明の接着剤層付き光学部品における接着剤層設置位置のバリエーションを示す模式図であり、(210)は鍔部の全周に亘って接着剤層を設けた図、(211)(212)は鍔部の四隅に接着剤層を設けた図である。 本発明における光学部品アレイの製造方法を示す模式図である。 本発明の接着剤層付き光学部品アレイの一例を示す模式図(平面図と、前記平面図のA−A’の位置における断面図)である。 本発明における光学部品アレイの他の一例を示す模式図である。 本発明の接着剤層付き光学部品アレイの他の一例を示す模式図(平面図と、前記平面図のA−A’の位置における断面図)である。 本発明のアレイ状光学モジュールの製造方法の一例を示す模式図である。
[接着剤層付き光学部品アレイ]
本発明の接着剤層付き光学部品アレイは、熱又は光硬化性を有し、25℃における貯蔵弾性率が0.05×104〜10000×104Paである接着剤層を表面の少なくとも一部に有する光学部品の2個以上が配列した構成を有する。
(粘着剤層)
本発明の接着剤層付き光学部品アレイにおける粘着剤層は、25℃における貯蔵弾性率が0.05×104〜10000×104Paであり、適度な弾性を有し、押圧により厚みを調整(例えば、元の厚みの20〜100%の範囲で調整)することができる。25℃における貯蔵弾性率の下限は、好ましくは0.1×104Pa、特に好ましくは0.5×104Pa、最も好ましくは1.0×104Paである。また、上限は、好ましくは5000×104Pa、特に好ましくは3000×104Pa、最も好ましくは2000×104Pa、とりわけ好ましくは1000×104Paである。
また、前記粘着剤層は、熱又は光硬化性を有する。すなわち、加熱処理又は光照射により硬化する性質を有する。従って、前記粘着剤層は、熱又は光硬化性官能基を備えた化合物(すなわち、熱又は光硬化性化合物)を含む。
前記粘着剤層の厚み(A)は、0.05mm以上(例えば0.05〜1.0mm、好ましくは0.05〜0.8mm、より好ましくは0.2〜0.8mm、特に好ましくは0.2〜0.6mm)である。そして、前記粘着剤層は25℃における貯蔵弾性率が上記範囲であるため、押圧(例えば、5〜100N/m2の力で面を垂直に押すこと)により厚みを例えば20〜100%(好ましくは20〜90%、特に好ましくは20〜80%、最もに好ましくは20〜60%)の範囲で調整可能である。
前記粘着剤層は、更に、加熱処理又は光照射により硬化させることができる。加熱処理及び光照射は、後述の条件で行うことができる。
前記熱又は光硬化性組成物としては、例えば、アクリル系樹脂組成物やエポキシ樹脂組成物、及びシリコーン系樹脂組成物等が挙げられる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
(アクリル系樹脂組成物)
アクリル系樹脂組成物は、熱又は光硬化性官能基を備えたアクリル系樹脂を少なくとも含有する。その他、架橋剤(例えば、エポキシ系架橋剤やイソシアネート系架橋剤)や重合開始剤を含有することが好ましい。
熱又は光硬化性官能基を備えたアクリル系樹脂は、例えば、主モノマーとしての(メタ)アクリル酸アルキルエステルの1種又は2種以上と、熱又は光硬化性官能基を有し、且つ前記主モノマーとの重合性を有するモノマーの1種又は2種以上とを重合して得られるポリマーが挙げられる。
前記主モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸s−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸イソペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸ヘプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸イソノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸ウンデシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸テトラデシル、(メタ)アクリル酸ペンタデシル、(メタ)アクリル酸ヘキサデシル、(メタ)アクリル酸ヘプタデシル、(メタ)アクリル酸オクタデシル、(メタ)アクリル酸ノナデシル、(メタ)アクリル酸エイコシル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、2,5−ジメチルスチレン、エチルスチレン、トリメチルスチレン、ペンタメチルスチレン、ジエチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン(3−t−ブチルスチレン、4−t−ブチルスチレン等)等のスチレン系モノマーが挙げられる。なお、本明細書において「(メタ)アクリル」とは、「アクリル」及び/又は「メタクリル」を意味する。
前記熱又は光硬化性官能基を有し、且つ前記主モノマーとの重合性を有するモノマー(以後、「従モノマー」と称する場合がある)としては、例えば、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等のカルボキシル基含有モノマー;アリルグリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸グリシジル、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート等のエポキシ基含有モノマー;γ−トリメトキシシラン(メタ)アクリレート、γ−トリエトキシシラン(メタ)アクリレート等のシリル基含有モノマー;(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド等のアミド基含有モノマー;アクロレイン、メタクロレイン等のアルデヒド基含有モノマー等が挙げられる。
熱又は光硬化性官能基を備えたアクリル系樹脂は、上記主モノマーと従モノマーとを重合(共重合)させることによって製造することができる。
(エポキシ樹脂組成物)
エポキシ樹脂組成物は、硬化性化合物(好ましくは、カチオン硬化性化合物)として少なくともエポキシ樹脂を含む。エポキシ樹脂組成物は、その他、重合開始剤(例えば、後述の光カチオン重合開始剤)を含有することが好ましい。
前記エポキシ樹脂としては、分子内に1以上のエポキシ基(オキシラン環)を有する公知乃至慣用の化合物を使用することができ、特に限定されないが、例えば、脂環式エポキシ樹脂、芳香族エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂等が挙げられる。
前記脂環式エポキシ樹脂としては、例えば、脂環式アルコール(特に、脂環式多価アルコール)のグリシジルエーテルが挙げられる。より詳しくは、例えば、水素化ビスフェノールA型エポキシ化合物、水素化ビスフェノールF型エポキシ化合物、水素化ビフェノール型エポキシ化合物、水素化フェノールノボラック型エポキシ化合物、水素化クレゾールノボラック型エポキシ化合物等が挙げられる。
前記芳香族エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビフェノール型エポキシ化合物、フェノールノボラック型エポキシ化合物、クレゾールノボラック型エポキシ化合物等が挙げられる。
前記脂肪族エポキシ樹脂としては、例えば、一価又は多価の環状構造を有しないアルコールのグリシジルエーテル;一価又は多価カルボン酸[例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ステアリン酸、アジピン酸、セバシン酸、マレイン酸、イタコン酸等]のグリシジルエステル;エポキシ化亜麻仁油、エポキシ化大豆油、エポキシ化ひまし油等の二重結合を有する油脂のエポキシ化物;エポキシ化ポリブタジエン等のポリオレフィン(ポリアルカジエンを含む)のエポキシ化物等が挙げられる。
(シリコーン系樹脂組成物)
シリコーン系樹脂組成物は、付加重合性、脱水縮合性、又は過酸化物硬化性を有するシリコーン系樹脂を少なくとも含む。その他、付加重合触媒、脱水縮合剤、架橋剤等を含有していても良い。また、シリコーン系樹脂組成物は、一液型と二液型のいずれであっても良い。
シリコーン系樹脂組成物としては、例えば、信越化学工業(株)製のKEシリーズ、KERシリーズ、KRシリーズ、Xシリーズなど、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製のTNシリーズ、TSEシリーズ、TSRシリーズ、ECSシリーズ、YRシリーズ、PSAシリーズ、XRシリーズなどの市販品を特に限定なく使用することができる。
[光学部品アレイ]
本発明における光学部品アレイは、2個以上の光学部品が配列した構成を有する。光学部品としては、例えば、マイクロレンズ、フレネルレンズ等のレンズが挙げられる。本発明においては、なかでも、マイクロレンズ、フレネルレンズ等のレンズ部と、前記レンズ部全周に渡って設けられた鍔部とが一体成型された構造を有するレンズモジュールが好ましく、とりわけ好ましくは、マイクロレンズ、フレネルレンズ等のレンズ部と、前記レンズ部全周に渡って設けられた鍔部と、前記鍔部の外周に沿って設けられたスペーサ部とが一体成型された構造を有するレンズモジュールである。
光学部品アレイは、2個以上(例えば10個以上、好ましくは20個以上、特に好ましくは30個以上、最も好ましくは50個以上。尚、上限は、例えば5000個、好ましくは2000個)の光学部品が配列した構成を有し、上記光学部品の2個以上が、互いに連結した構成を有していてもよく、個片化された光学部品の2個以上が、支持体(例えば、ダイシングテープ等の粘着剤層付きフィルム又はテープ)上に配列した構成を有していてもよい。
前記光学部品のサイズは、例えば光学部品がレンズである場合、直径(若しくは直径の最大値)は0.5〜10mm程度、厚み(若しくは厚みの最大値)は0.1〜2.0mm程度である。
前記光学部品としては、エポキシ樹脂を含む硬化性組成物(好ましくは、光硬化性組成物)の硬化物から成るものであることが、透明性、耐熱性、耐候性等に優れる点で好ましい。
本発明の接着剤層付き光学部品アレイは、例えば、下記工程を経て、製造することができる。
工程1:エポキシ樹脂を含む硬化性組成物をインプリント成型に付して、光学部品の2個以上が配列した構成を有する光学部品アレイを得る
工程2:得られた光学部品アレイの表面の少なくとも一部に、25℃における貯蔵弾性率が0.05×104〜10000×104Paである接着剤層を形成する
<エポキシ樹脂を含む硬化性組成物>
エポキシ樹脂を含む硬化性組成物は、硬化性化合物(好ましくは、カチオン硬化性化合物)として少なくともエポキシ樹脂を含む組成物である。前記エポキシ樹脂としては、分子内に1以上のエポキシ基(オキシラン環)を有する公知乃至慣用の化合物を使用することができ、例えば、脂環式エポキシ化合物、芳香族エポキシ化合物、脂肪族エポキシ化合物等が挙げられる。本発明においては、なかでも、耐熱性、及び透明性に優れた硬化物を形成することができる点で、1分子内に脂環構造と、官能基としてのエポキシ基を2個以上有する、多官能脂環式エポキシ化合物が好ましい。
前記多官能脂環式エポキシ化合物としては、具体的には、
(i)脂環を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成されるエポキシ基(脂環エポキシ基)を有する化合物
(ii)脂環に直接単結合で結合したエポキシ基を有する化合物
(iii)脂環とグリシジル基とを有する化合物
等が挙げられる。
上述の(i)脂環エポキシ基を有する化合物としては、例えば、下記式(i)で表される化合物を挙げられる。
Figure 2018180232
上記式(i)中、Xは単結合又は連結基(1以上の原子を有する二価の基)を示す。上記連結基としては、例えば、二価の炭化水素基、炭素−炭素二重結合の一部又は全部がエポキシ化されたアルケニレン基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、カーボネート基、アミド基、これらが複数個連結した基等が挙げられる。尚、式(i)におけるシクロヘキサン環(シクロヘキセンオキシド基)を構成する炭素原子の1以上には、アルキル基等の置換基が結合していてもよい。
上記二価の炭化水素基としては、炭素数が1〜18の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基、二価の脂環式炭化水素基等が挙げられる。炭素数が1〜18の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、メチルメチレン基、ジメチルメチレン基、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基等が挙げられる。上記二価の脂環式炭化水素基としては、例えば、1,2−シクロペンチレン基、1,3−シクロペンチレン基、シクロペンチリデン基、1,2−シクロヘキシレン基、1,3−シクロヘキシレン基、1,4−シクロヘキシレン基、シクロヘキシリデン基等のシクロアルキレン基(シクロアルキリデン基を含む)等が挙げられる。
上記炭素−炭素二重結合の一部又は全部がエポキシ化されたアルケニレン基(「エポキシ化アルケニレン基」と称する場合がある)におけるアルケニレン基としては、例えば、ビニレン基、プロペニレン基、1−ブテニレン基、2−ブテニレン基、ブタジエニレン基、ペンテニレン基、ヘキセニレン基、ヘプテニレン基、オクテニレン基等の炭素数2〜8の直鎖状又は分岐鎖状のアルケニレン基等が挙げられる。特に、上記エポキシ化アルケニレン基としては、炭素−炭素二重結合の全部がエポキシ化されたアルケニレン基が好ましく、より好ましくは炭素−炭素二重結合の全部がエポキシ化された炭素数2〜4のアルケニレン基である。
上記Xにおける連結基としては、特に、酸素原子を含有する連結基が好ましく、具体的には、−CO−、−O−CO−O−、−COO−、−O−、−CONH−、エポキシ化アルケニレン基;これらの基が複数個連結した基;これらの基の1又は2以上と上記二価の炭化水素基の1又は2以上とが連結した基等が挙げられる。
上記式(i)で表される化合物の代表的な例としては、(3,4,3’,4’−ジエポキシ)ビシクロヘキシル、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、1,2−エポキシ−1,2−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサン−1−イル)エタン、2,2−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサン−1−イル)プロパン、1,2−ビス(3,4−エポキシシクロヘキサン−1−イル)エタンや、下記式(i-1)〜(i-10)で表される化合物等が挙げられる。下記式(i-5)中のLは炭素数1〜8のアルキレン基であり、中でも、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基等の炭素数1〜3の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基が好ましい。下記式(i-5)、(i-7)、(i-9)、(i-10)中のn1〜n8は、それぞれ1〜30の整数を示す。
Figure 2018180232
Figure 2018180232
上述の(i)脂環エポキシ基を有する化合物には、エポキシ変性シロキサンも含まれる。
エポキシ変性シロキサンとしては、例えば、下記式(i')で表される構成単位を有する、鎖状又は環状のポリオルガノシロキサンが挙げられる。
Figure 2018180232
上記式(i')中、R1は下記式(1a)又は(1b)で表されるエポキシ基を含む置換基を示し、R2はアルキル基又はアルコキシ基を示す。
Figure 2018180232
式中、R1a、R1bは、同一又は異なって、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示し、例えば、メチレン基、メチルメチレン基、ジメチルメチレン基、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、デカメチレン基等の炭素数1〜10の直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基が挙げられる。
エポキシ変性シロキサンのエポキシ当量(JIS K7236に準拠)は、例えば100〜400、好ましくは150〜300である。
エポキシ変性シロキサンとしては、例えば、下記式(i'-1)で表されるエポキシ変性環状ポリオルガノシロキサン(商品名「X−40−2670」、信越化学工業(株)製)等の市販品を用いることができる。
Figure 2018180232
上述の(ii)脂環に直接単結合で結合したエポキシ基を有する化合物としては、例えば、下記式(ii)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2018180232
式(ii)中、R'は、p価のアルコールの構造式からp個の水酸基(−OH)を除いた基(p価の有機基)であり、p、n9はそれぞれ自然数を表す。p価のアルコール[R'−(OH)p]としては、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−1−ブタノール等の多価アルコール(炭素数1〜15のアルコール等)等が挙げられる。pは1〜6が好ましく、n9は1〜30が好ましい。pが2以上の場合、それぞれの角括弧(外側の括弧)内の基におけるn9は同一でもよく異なっていてもよい。上記式(ii)で表される化合物としては、具体的には、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−1−ブタノールの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物[例えば、商品名「EHPE3150」((株)ダイセル製)等]等が挙げられる。
上述の(iii)脂環とグリシジル基とを有する化合物としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ化合物を水素化した化合物(水素化ビスフェノールA型エポキシ化合物)、ビスフェノールF型エポキシ化合物を水素化した化合物(水素化ビスフェノールF型エポキシ化合物)、水添ビフェノール型エポキシ化合物、水添フェノールノボラック型エポキシ化合物、水添クレゾールノボラック型エポキシ化合物、ビスフェノールAの水添クレゾールノボラック型エポキシ化合物、水添ナフタレン型エポキシ化合物、トリスフェノールメタンから得られるエポキシ化合物の水添エポキシ化合物等の水素化芳香族グリシジルエーテル系エポキシ化合物等が挙げられる。
前記多官能脂環式エポキシ化合物としては、なかでも、表面硬度が高く、透明性に優れた硬化物が得られる点で、(i)脂環エポキシ基を有する化合物が好ましく、上記式(i)で表される化合物(特に、(3,4,3',4'−ジエポキシ)ビシクロヘキシル)が特に好ましい。
本発明における硬化性組成物は、硬化性化合物としてエポキシ樹脂以外にも他の硬化性化合物を含有していても良く、例えば、オキセタン化合物、ビニルエーテル化合物等のカチオン硬化性化合物を含有することができる。
前記硬化性組成物に含まれる硬化性化合物全量(100重量%)に占めるエポキシ樹脂の割合は、例えば50重量%以上、好ましくは60重量%以上、特に好ましくは70重量%以上、最も好ましくは80重量%以上である。尚、上限は、例えば100重量%、好ましくは90重量%である。
また、前記硬化性組成物に含まれる硬化性化合物全量(100重量%)に占める(i)脂環エポキシ基を有する化合物の割合は、例えば20重量%以上、好ましくは30重量%以上、特に好ましくは40重量%以上である。尚、上限は、例えば70重量%、好ましくは60重量%である。
また、前記硬化性組成物に含まれる硬化性化合物全量(100重量%)に占める式(i)で表される化合物の割合は、例えば10重量%以上、好ましくは15重量%以上、特に好ましくは20重量%以上である。尚、上限は、例えば50重量%、好ましくは40重量%である。
前記硬化性組成物は、上記硬化性化合物と共に光重合開始剤を含有することが好ましく、特に光カチオン重合開始剤を含有することが好ましい。光カチオン重合開始剤は、光の照射によって酸を発生して、硬化性組成物に含まれる硬化性化合物(特に、カチオン硬化性化合物)の硬化反応を開始させる化合物であり、光を吸収するカチオン部と酸の発生源となるアニオン部からなる。
光カチオン重合開始剤としては、例えば、ジアゾニウム塩系化合物、ヨードニウム塩系化合物、スルホニウム塩系化合物、ホスホニウム塩系化合物、セレニウム塩系化合物、オキソニウム塩系化合物、アンモニウム塩系化合物、臭素塩系化合物等を挙げられる。
本発明においては、なかでも、スルホニウム塩系化合物を使用することが、硬化性に優れた硬化物を形成することができる点で好ましい。スルホニウム塩系化合物のカチオン部としては、例えば、(4−ヒドロキシフェニル)メチルベンジルスルホニウムイオン、トリフェニルスルホニウムイオン、ジフェニル[4−(フェニルチオ)フェニル]スルホニウムイオン、4−(4−ビフェニリルチオ)フェニル−4−ビフェニリルフェニルスルホニウムイオン、トリ−p−トリルスルホニウムイオン等のアリールスルホニウムイオン(特に、トリアリールスルホニウムイオン)を挙げられる。
光カチオン重合開始剤のアニオン部としては、例えば、[(Y)sB(Phf)4-s-(式中、Yはフェニル基又はビフェニリル基を示す。Phfは水素原子の少なくとも1つが、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基、及びハロゲン原子から選択される少なくとも1種で置換されたフェニル基を示す。sは0〜3の整数である)、BF4 -、[(Rf)tPF6-t-(式中、Rfは水素原子の80%以上がフッ素原子で置換されたアルキル基を示す。tは0〜5の整数を示す)、AsF6 -、SbF6 -、SbF5OH-等を挙げられる。
光カチオン重合開始剤としては、例えば、(4−ヒドロキシフェニル)メチルベンジルスルホニウム テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、4−(4−ビフェニリルチオ)フェニル−4−ビフェニリルフェニルスルホニウム テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、4−(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウム フェニルトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、[4−(4−ビフェニリルチオ)フェニル]−4−ビフェニリルフェニルスルホニウム フェニルトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ジフェニル[4−(フェニルチオ)フェニル]スルホニウム トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェート、ジフェニル[4−(フェニルチオ)フェニル]スルホニウム テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ジフェニル[4−(フェニルチオ)フェニル]スルホニウム ヘキサフルオロホスフェート、4−(4−ビフェニリルチオ)フェニル−4−ビフェニリルフェニルスルホニウム トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェート、ビス[4−(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィド フェニルトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、[4−(2−チオキサントニルチオ)フェニル]フェニル−2−チオキサントニルスルホニウム フェニルトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、4−(フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウム ヘキサフルオロアンチモネート、商品名「サイラキュアUVI−6970」、「サイラキュアUVI−6974」、「サイラキュアUVI−6990」、「サイラキュアUVI−950」(以上、米国ユニオンカーバイド社製)、「Irgacure250」、「Irgacure261」、「Irgacure264」(以上、BASF社製)、「CG−24−61」(チバガイギー社製)、「オプトマーSP−150」、「オプトマーSP−151」、「オプトマーSP−170」、「オプトマーSP−171」(以上、(株)ADEKA製)、「DAICAT II」((株)ダイセル製)、「UVAC1590」、「UVAC1591」(以上、ダイセル・サイテック(株)製)、「CI−2064」、「CI−2639」、「CI−2624」、「CI−2481」、「CI−2734」、「CI−2855」、「CI−2823」、「CI−2758」、「CIT−1682」(以上、日本曹達(株)製)、「PI−2074」(ローディア社製、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート トリルクミルヨードニウム塩)、「FFC509」(3M社製)、「BBI−102」、「BBI−101」、「BBI−103」、「MPI−103」、「TPS−103」、「MDS−103」、「DTS−103」、「NAT−103」、「NDS−103」(以上、ミドリ化学(株)製)、「CD−1010」、「CD−1011」、「CD−1012」(以上、米国、Sartomer社製)、「CPI−100P」、「CPI−101A」(以上、サンアプロ(株)製)等の市販品を使用できる。
光重合開始剤の含有量は、硬化性組成物に含まれる硬化性化合物(特に、カチオン硬化性化合物)100重量部に対して、例えば0.1〜5.0重量部となる範囲である。光重合開始剤の含有量が上記範囲を下回ると、硬化不良を引き起こすおそれがある。一方、光重合開始剤の含有量が上記範囲を上回ると、硬化物が着色しやすくなる傾向がある。
硬化性組成物は、上記硬化性化合物と光重合開始剤と、必要に応じて他の成分(例えば、溶剤、酸化防止剤、表面調整剤、光増感剤、消泡剤、レベリング剤、カップリング剤、界面活性剤、難燃剤、紫外線吸収剤、着色剤等)を混合することによって製造することができる。他の成分の配合量は、硬化性組成物全量の、例えば20重量%以下、好ましくは10重量%以下、特に好ましくは5重量%以下である。
硬化性組成物としては、例えば、商品名「CELVENUS OUH106」((株)ダイセル製)等の市販品を使用することもできる。
工程1は、エポキシ樹脂を含む硬化性組成物をインプリント成型に付して、光学部品の2個以上が配列した構成を有する光学部品アレイを得る工程である。インプリント成型は、例えば、光学部品の反転形状の凹凸を2個以上有する金型(例えば、シリコーンモールド)にエポキシ樹脂を含む硬化性組成物を塗布し、光照射を施して前記組成物を硬化させることにより行われ、2個以上の光学部品が連結した成型物を得、必要に応じてダイシング等の方法により個片化することにより、光学部品の2個以上が配列した構成を有する光学部品アレイを得ることができる。
硬化性組成物の光硬化は、紫外線又は電子線等の活性エネルギー線を照射することによって行うことができる。紫外線照射を行う時の光源としては、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、キセノン灯、メタルハライド灯等が用いられる。照射時間は、光源の種類、光源と塗布面との距離、その他の条件により異なるが、長くとも数十秒である。照度は、5〜200mW/cm2程度である。活性エネルギー線照射後は、必要に応じて加熱(ポストキュア)を行って硬化の促進を図ってもよい。
工程2は、得られた光学部品アレイの表面の少なくとも一部に、25℃における貯蔵弾性率が0.05×104〜10000×104Paである接着剤層を形成する工程である。
前記貯蔵弾性率を有する接着剤層は、25℃における貯蔵弾性率を0.05×104〜10000×104Paに調整した熱又は光硬化性組成物、又はその溶剤希釈物を塗布し、その後、必要に応じて乾燥させることにより形成することができる。尚、熱又は光硬化性組成物の貯蔵弾性率の調整は、例えば、加熱処理又は光照射を施して硬化反応を途中まで進行させることにより(すなわち、半硬化させることにより)行うことができる。その他、25℃における貯蔵弾性率が0.05×104Pa未満の熱又は光硬化性組成物を塗布、乾燥し、その後、加熱処理又は光照射を施して前記熱又は光硬化性組成物の硬化反応を途中まで進行させることにより(すなわち、半硬化させることにより)、25℃における貯蔵弾性率を0.05×104〜10000×104Paの範囲に調整することによって形成してもよい。
前記接着剤層は熱又は光硬化性組成物の半硬化物(=Bステージ硬化物)によって形成されることが好ましい。
前記熱又は光硬化性組成物の塗布は、例えば、ディスペンサー吐出法、スキージ法、スピンコート法、ロールコート法、デイッピング法、スプレー法、カーテンフローコート法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、グラビアコート法等を採用することができる。
光学部品における接着剤層を設ける部位としては、光学部品の表面の少なくとも一部であれば良く、例えば、光学部品がレンズ部と、前記レンズ部全周に渡って設けられた鍔部とが一体成型された構造を有するレンズモジュールである場合、前記鍔部の少なくとも一部であれば良いが、なかでも、鍔部の四隅には少なくとも接着剤層を設けることが好ましい(図1参照)。また、光学部品がレンズ部と、前記レンズ部全周に渡って設けられた鍔部と、前記鍔部の外周に沿って設けられたスペーサ部とが一体成型された構造を有するレンズモジュールである場合、前記スペーサ部の上端面の少なくとも一部であれば良いが、なかでも、スペーサ部の上端面の四隅には少なくとも接着剤層を設けることが好ましい。
従って、本発明の接着剤層付き光学部品アレイとしては、なかでも、レンズ部と、前記レンズ部全周に渡って設けられた鍔部とが一体成型された構造を有するレンズモジュールであって、前記鍔部の少なくとも一部に接着剤層を有する接着剤層付きレンズモジュールが好ましい。
本発明の接着剤層付き光学部品アレイとしては、とりわけ、レンズ部と、前記レンズ部全周に渡って設けられた鍔部と、前記鍔部の外周に沿って設けられたスペーサ部とが一体成型された構造を有するレンズモジュールであって、前記スペーサ部の上端面の少なくとも一部に接着剤層を有する接着剤層付きレンズモジュールが好ましい。
前記熱又は光硬化性組成物に加熱処理を施して半硬化させる場合、例えば100〜200℃の温度で0.5〜2時間程度加熱することが好ましい。
前記熱又は光硬化性組成物に光照射を施して半硬化させる場合、光照射に使用する光(活性エネルギー線)としては、赤外線、可視光線、紫外線、X線、電子線、α線、β線、γ線等の何れを使用することもできる。本発明においては、なかでも、取り扱い性に優れる点で紫外線が好ましい。紫外線の照射には、例えば、UV−LED(波長:350〜450nm)、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、カーボンアーク、メタルハライドランプ、太陽光、レーザー等を使用することができる。
光照射条件は、紫外線を照射する場合には、積算光量を例えば5000mJ/cm2以下(例えば2500〜5000mJ/cm2)に調整することが好ましい。
[アレイ状光学モジュールの製造方法]
本発明のアレイ状光学モジュールは、光学部品アレイと基板との積層体を含むモジュールであって、下記工程を経て製造することができる。
工程I:上述の接着剤層付き光学部品アレイ(接着剤層の厚み:A)を、基板上に、接着剤層が前記基板に接するように積層する
工程II:接着剤層付き光学部品アレイと基板の積層体を上方より押圧して、接着剤層厚み(B)を、(A)の20〜100%の範囲で調整しつつ、加熱処理及び/又は光照射を行って接着剤層を硬化させることにより、光学部品と基板との距離を調整する
前記工程Iにおける接着剤層付き光学部品アレイは、例えば上述の接着剤層付き光学部品アレイの製造方法により得られたものを使用することができる。また、基板としては、例えば、炭化ケイ素、窒化ガリウム、サファイア、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム−ヒ素等を使用することができる。また、前記基板上には、LED素子などの発光素子が1個又は2個以上搭載されていても良い。本発明においては、なかでも、LED素子などの発光素子の2個以上(例えば10個以上、好ましくは20個以上、特に好ましくは30個以上、最も好ましくは50個以上。尚、上限は、例えば5000個、好ましくは2000個)が配列した状態で搭載されていることが好ましく、特に、積層する光学部品アレイにおける光学部品の配列に対応するよう配列した状態で搭載されていることが好ましい。
前記工程IIは、前記工程Iを経て得られた積層体を上方より押圧して、接着剤層厚みを調整しつつ、前記接着剤層を硬化させる工程である。押圧力としては、例えば100N/m2以下、好ましくは5〜100N/m2、より好ましくは5〜75N/m2である。前記範囲の押圧力で押圧することにより、接着剤層の厚み(B)を、厚み(A)の例えば20〜100%(好ましくは20〜90%、特に好ましくは20〜60%、最も好ましくは20〜60%)の範囲で調整することができ、前記工程IIを経ることで、前記範囲において、光学部品と基板との距離を調整することができ、光学部品と基板との距離が調整されたアレイ状光学モジュールを得ることができる。
本発明のアレイ状光学モジュールの製造方法によれば、光学部品がレンズである場合、上記工程I、IIを経て、アレイ状レンズ付きモジュールを精度良く、効率よく、且つ歩留まり良く得ることができ、基板としてLED素子が搭載された基板を使用した場合は、上記工程I、IIを経て、アレイ状レンズ付きLEDモジュールを精度良く、効率よく、且つ歩留まり良く得ることができる。
そして、接着剤層付き光学部品アレイを構成する光学部品の2個以上が互いに連結した構成を有している場合、前記工程IIを経て得られたアレイ状光学モジュールは、必要に応じて、ダイシング処理等に付して個片化することができる。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
実施例1
(レンズアレイの製造)
凹部を複数有する透明な下型の前記凹部に硬化性組成物(商品名「CELVENUS OUH106」、カチオン硬化性化合物と光カチオン重合開始剤とを含有し、カチオン硬化性化合物全量の85重量%がエポキシ樹脂であり、且つエポキシ樹脂として(3,4,3’,4’−ジエポキシ)ビシクロヘキシルをカチオン硬化性化合物全量の30重量%含む、(株)ダイセル製)を充填し、透明な上型で蓋をして、UV−LED(商品名「ZUV−C20H」、オムロン(株)製)を使用して硬化性組成物に光照射(波長:365nm、照射強度:50〜100mW/cm2、積算光量:2500〜5000mJ/cm2)を行い、その後離型して成型物を得た。
得られた成型物を支持体としてのダイシングテープに固定し、ブレードダイシングを行った後、洗浄、乾燥を経て、支持体に複数のレンズが配列したレンズアレイ(101)を得た(図2)。
(接着剤層付きレンズアレイの製造)
得られたレンズアレイ(101)に、ディスペンサーを用いて、25℃における貯蔵弾性率が2.0×104Paである接着剤(1)を、高さが0.1mmになるように塗布して、接着剤層付きレンズアレイ(101-1)を得た。接着剤は、レンズアレイ(101)のレンズ部全周に渡って設けられた鍔部に、図3に示す形状に塗布した。接着剤層付きレンズアレイ(101-1)は、製造後(すなわち、接着剤を塗布してから)3日間、25℃で放置しても接着剤層の形状が変形することなく、高さを0.1mmに維持できた。
(アレイ状レンズ付きモジュールの製造)
接着剤層付きレンズアレイ(101-1)の接着剤層面を基板と貼り合わせ、10N/cm2の力で上方より押圧すると、接着剤層の厚みが0.05mmとなった。その状態でUVを照射し、接着剤層を完全硬化させて、アレイ状レンズ付きモジュールを得た。
実施例2
(レンズアレイの製造)(接着剤層付きレンズアレイの製造)
接着剤(1)に代えて、25℃における貯蔵弾性率が850×104Paである接着剤(2)を使用した以外は実施例1と同様にして、接着剤層付きレンズアレイ(101-2)を得た。接着剤層付きレンズアレイ(101-2)は、製造後(すなわち、接着剤を塗布してから)3日間、25℃で放置しても接着剤層の形状が変形することなく、接着剤層の高さを0.1mmに維持できた。
(アレイ状レンズ付きモジュールの製造)
接着剤層付きレンズアレイ(101-2)の接着剤層面を基板と貼り合わせ、実施例1と同様に上方より押圧すると、接着剤層の厚みが0.07mmとなった。その状態でUVを照射し、接着剤層を完全硬化させて、アレイ状レンズ付きモジュールを得た。
比較例1
(レンズアレイの製造)(接着剤層付きレンズアレイの製造)
接着剤(1)に代えて、25℃における貯蔵弾性率が0.026×104Paである接着剤(3)を使用した以外は実施例1と同様にして、接着剤層付きレンズアレイ(101-3)を得た。接着剤層付きレンズアレイ(101-3)は、時間の経過とともに接着剤層の形状が変形してしまい、高さを0.1mmに維持することができなかった。
比較例2
(レンズアレイの製造)(接着剤層付きレンズアレイの製造)
接着剤(1)に代えて、25℃における貯蔵弾性率が14000×104Paである接着剤(4)を使用した以外は実施例1と同様にして、接着剤層付きレンズアレイ(101-4)を得た。接着剤層付きレンズアレイ(101-4)は、製造後(すなわち、接着剤を塗布してから)3日間、25℃で放置しても接着剤層の形状が変形することなく、高さを0.1mmに維持できた。
(アレイ状レンズ付きモジュールの製造)
しかし、接着剤層付きレンズアレイ(101-4)の接着剤層面を基板と貼り合わせ、実施例1と同様に上方より押圧したが、接着剤層の厚みは0.10mmであり、押圧によって接着剤層を変形させることができず、レンズと基板との距離を調整することができなかった。
実施例3
(レンズアレイの製造)
凹部の形状が異なる下型を用いた以外は実施例1と同様にして、レンズアレイ(102)を得た(図4)。
(接着剤層付きレンズアレイの製造)
レンズアレイ(101)に代えてレンズアレイ(102)を使用した以外は実施例1と同様にして、接着剤層付きレンズアレイ(102-1)を得た。接着剤は、レンズアレイ(102)のレンズ部全周に渡って設けられた鍔部の外周に沿ってさらに設けられたスペーサ部の上端面に、図5に示す形状に塗布した。接着剤層付きレンズアレイ(102-1)は、製造後(すなわち、接着剤を塗布してから)3日間、25℃で放置しても接着剤層の形状が変形することなく、高さを0.1mmに維持できた。
(アレイ状レンズ付きモジュールの製造)
接着剤層付きレンズアレイ(102-1)の接着剤層面を基板と貼り合わせ、実施例1と同様に上方より押圧すると、接着剤層の厚みが0.06mmとなった。その状態でUVを照射し、接着剤層を完全硬化させて、アレイ状レンズ付きモジュールを得た(図6)。
1,1’ レンズ
1−1,1’−1 レンズ部
1−2,1’−2 鍔部
1’−3 スペーサ部
101,102 レンズアレイ
101−1,102−1,210,211,212 接着剤層付きレンズアレイ
2 接着剤層
3 硬化性組成物
4 下型
5 上型
6 硬化性組成物の硬化物
7 支持体
8 LED素子
9 基板
10 アレイ状光学モジュール

Claims (11)

  1. 熱又は光硬化性を有し、25℃における貯蔵弾性率が0.05×104〜10000×104Paである接着剤層を表面の少なくとも一部に有する光学部品の2個以上が配列した構成を有する、接着剤層付き光学部品アレイ。
  2. 光学部品が、エポキシ樹脂を含む硬化性組成物の硬化物から成る光学部品である、請求項1に記載の接着剤層付き光学部品アレイ。
  3. エポキシ樹脂が多官能脂環式エポキシ化合物である、請求項2に記載の接着剤層付き光学部品アレイ。
  4. エポキシ樹脂が下記式(i)
    Figure 2018180232
    (式中、Xは単結合又は連結基を示す)
    で表される化合物である、請求項2に記載の接着剤層付き光学部品アレイ。
  5. 接着剤層厚みが0.05mm以上であり、押圧により厚みを20〜100%の範囲で調整可能である、請求項1〜4の何れか1項に記載の接着剤層付き光学部品アレイ。
  6. 接着剤層付き光学部品アレイが、接着剤層を表面の少なくとも一部に有する光学部品の2個以上が支持体上に配列した構成を有する、請求項1〜5の何れか1項に記載の接着剤層付き光学部品アレイ。
  7. 光学部品がレンズである、請求項1〜6の何れか1項に記載の接着剤層付き光学部品アレイ。
  8. 接着剤層を表面の少なくとも一部に有する光学部品が、レンズ部と、前記レンズ部全周に渡って設けられた鍔部と、前記鍔部の外周に沿って設けられたスペーサ部とが一体成型された構造を有するレンズモジュールであって、前記スペーサ部の上端面の少なくとも一部に接着剤層を有する接着剤層付きレンズモジュールである、請求項1〜6の何れか1項に記載の接着剤層付き光学部品アレイ。
  9. 下記工程を経て、請求項2〜8の何れか1項に記載の接着剤層付き光学部品アレイを得る、接着剤層付き光学部品アレイの製造方法。
    工程1:エポキシ樹脂を含む硬化性組成物をインプリント成型に付して、光学部品の2個以上が配列した構成を有する光学部品アレイを得る
    工程2:得られた光学部品アレイの表面の少なくとも一部に、25℃における貯蔵弾性率が0.05×104〜10000×104Paである接着剤層を形成する
  10. 下記工程を経て、光学部品アレイと基板との積層体を含むアレイ状光学モジュールを得る、アレイ状光学モジュールの製造方法。
    工程I:請求項1〜8の何れか1項に記載の接着剤層付き光学部品アレイ(接着剤層の厚み:A)を、基板上に、接着剤層が前記基板に接するように積層する
    工程II:接着剤層付き光学部品アレイと基板の積層体を上方より押圧して、接着剤層厚み(B)を、(A)の20〜100%の範囲で調整しつつ、加熱処理及び/又は光照射を行って接着剤層を硬化させることにより、光学部品と基板との距離を調整する
  11. 光学部品アレイがレンズアレイであり、基板がLED素子を搭載した基板であり、アレイ状光学モジュールがアレイ状レンズ付きLEDモジュールである、請求項10に記載のアレイ状光学モジュールの製造方法。
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