JP4568417B2

JP4568417B2 - 複合基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP4568417B2
Application number: JP2000319795A
Authority: JP
Inventors: 朋弘新保
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2020-10-19
Also published as: JP2002127308A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に機能性材料を積層した第１の基板と第２の基板とを接着剤層を介して貼り合わせて作られる複合基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２枚の基板を接着剤層を介して貼り合わせた複合基板は種々の分野で知られている。例えば、電子部品や光学部品においては、機能性材料を積層した基板の表面に薄板ガラス等を被覆材として貼り合わせたものが用いられる。例えば、ガラス基板の上に機能性材料としてホログラム感材層を設け、その上に透光性接着剤を介して薄板ガラス等の別の基板を貼り合わせたホログラムカラーフィルタ等がある。
【０００３】
そのような部品においては、２枚の基板間の高い平行性と接着剤層の膜厚の均一性に加え、製造に際して、その繰り返し再現性も必須となる。従来、これら薄板ガラス等で被覆された複合基板を製造するには、例えば、基板と薄板とを接着剤を介して重ねた後、平面性の高い一対の板で挟み、接着剤層の厚みが所定の厚みになるまで加圧し、その後、接着剤を硬化させていた。しかし、この方法では加圧により基板に偏った応力がかかり、不必要な変形が生じる場合があり、十分平行性、均一な接着剤層の膜厚、及び、繰り返し再現性を得ることは困難であった。
【０００４】
他の方法として、表面に機能性材料を積層した第１の基板をスピンナーの真空チャック上に装着し、液状の接着剤を滴下し、その上に薄板ガラス等の第２の基板を載置し、その後、スピンナーを回転させて第１と第２の基板間に接着剤を均一な厚さに拡散させたのち、硬化させる方法が提案されている（例えば、特開２０００−１６０１０７公報等参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のスピンナーを用いる製造方法は、遠心力による接着剤の拡散であることから、１つ１つの製品における接着剤層の膜厚は均一なものとなる。しかし、接着剤の種類よる粘性の違い、基板や機能性材料の種類による表面特性の違い等により、２枚の基板間での接着剤の流動性が変化することから、基板や接着剤の種類を変更したときに、スピンナーの回転数を慎重に調整しないと、膜厚の均一性について高い再現性を確保することは困難となる。同じ条件で多数個を複製する場合であっても、温度環境の違いにより接着剤の粘性が変化することから、膜厚の均一性について再現性を確保するには、やはりスピンナーの慎重な調整が必要となる。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、表面に機能性材料を積層した第１の基板と第２の基板とが接着剤層を介して貼り合わせてなる複合基板において、基板及び接着剤の種類や物性の違いに左右されることなく、容易に２枚の基板間の接着剤層の膜厚の均一さとその繰り返し再現性を確保できるようにした複合基板、及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明による複合基板は、表面に機能性材料を積層した第１の基板と第２の基板とが接着剤層を介して貼り合わせてなる複合基板であって、２枚の基板の間には粒子径のそろった複数のビーズが配置され、該ビーズにより接着剤層の厚みが規制されていることを特徴とする。本発明による複合基板では、接着剤層の厚みは最終的にビーズの粒径によって規制されるので、基板や接着剤の種類を問わず、また、製造工程の如何を問わず、接着剤層の厚みが均一である複合基板を高い繰り返し再現性のもとで得ることができる。
【０００８】
特に、光学系の複合基板の場合には、２枚の基板の間の高い平行性や接着剤層の均一性が求められることから、機能性材料が感光剤であり、かつ、２枚の基板、接着剤、及びビーズはともに透光性であるような光学系の複合基板は本発明を適用する複合基板として特に好適となる。その際に、２枚の基板、接着剤、及びビーズの光の屈折率は同じであることが最も好ましいが、屈折率の違いが５％の範囲内のものであれば十分に実用に供しうる複合基板となる。より具体的には、機能性材料がホログラム感材層であり、ビーズの粒径は３μｍ〜１００μｍの範囲のものであるような複合基板、特に、ホログラムカラーフィルタを挙げることができる。ビーズとしては、ＳｉＯ_２のような無機材料あるいは有機材料からなる微粒子を挙げることができる。
【０００９】
本発明は、さらに、第２の基板に、粒子径のそろったビーズを分散した接着剤を塗布するか、ビーズを散布したのちにその上から接着剤を塗布し、その上から機能性材料を積層した第１の基板を該機能性材料積層面側を第２の基板に向けて積層し、該ビーズにより接着剤層の厚みが規制されるまで第１と第２の基板を接近させ、その後、接着剤の硬化処理を行うことを特徴とする複合基板の製造方法をも開示する。その際に、前記第１と第２の基板の接近を、第１と第２の基板を互いに接近する方向に押圧することによって行うようにしてもよく、スピンナーなどを使用して第１と第２の基板を回転させ、接着剤に遠心力を与えて拡散させることにより行うようにしてもよい。
【００１０】
多面取りの場合のように、機能性材料を第１の基板の全面にではなく、隙間をおいてあけた状態で複数枚の機能性材料を第１の基板の一部にのみ積層して複合基板を製造することが行われる。その場合には、ビーズの散布を、第２の基板における第１の基板の機能性材料が積層されていない箇所に相当する部分にのみ行うようにすることが望ましい。それにより、機能性材料の厚みに起因する接着剤層の厚みのばらつきを確実に回避することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は、本発明による複合基板及びその製造方法の一実施の形態を説明するための概念図であり、図１ａに示すように、最初に、適宜の手段により機能性材料１１を積層した第１の基板１０の該機能性材料１１を積層した面側に、粒子径のそろった（例えば平均粒子直径ｔが１０μｍ程度）複数のビーズ３１を内部に分散させている接着剤３０を配置し、その上に第２の基板２０を載置する。次に、図１ｂに示すように、第１の基板１０と第２の基板２０が近接する方向の力Ｆを加え、第１の基板１０と第２の基板２０とが該ビーズ３１により移動が規制されるまで接近させる。それにより、接着剤３０は次第には拡散していき、第１の基板１０と第２の基板２０とは、互いに平行であり、かつ、その間に均一な厚さｔ（１０μｍ）の接着剤層を形成した状態で保持される。その状態で接着剤の硬化処理を行うことにより、本発明による複合基板Ａが製造される。
【００１２】
上記のようであり、本発明による製造方法によれば、機能性材料１１，第１の基板１０，第２の基板２０あるいは接着剤３０の種類や物性の違いに左右されることなく、常に、２枚の基板１０，２０間における接着剤層３０の膜厚がビーズ３１の直径ｔに依存した均一な値とされた複合基板Ａを高い繰り返し再現性をもって製造することが可能なる。
【００１３】
図２ａ，ｂは、機能性材料１１を積層した第１の基板１０の他の態様を示している。図２ａでは、複数枚の機能性材料１１が間隔を置いて、かつ、第１の基板１０の中央近傍に積層されており、図２ｂでは、１枚の機能性材料１１が第１の基板１０の中央近傍に積層されている。いずれの場合であっても、本発明による製造方法は適用可能である。
【００１４】
図３及び図４は、本発明による複合基板の製造方法の他の態様を示している。
この態様では、接着剤３０の拡散に遠心力を利用している。最初に、図３に示すように、回転塗布機に設置されているエアチャックとしても機能するスピンナー１上に真空吸着により定盤２を固定する。通常、スピンナー１は、図示しない駆動装置と制御機構とにより、停止状態から１００００ｒｐｍ程度の高速回転までの間の任意の回転数で回転できるようにされている。定盤２の固定は、機械的に行う等、真空吸着以外の手段であってもかまわない。
【００１５】
定盤２の表側の面、即ち、スピンナー１に固定したのとは反対側の面は、平面性を高めた平坦面とされており、好ましくは、平面度が５μｍ以下のもので、材質は例えば、石英ガラスのものを使用する。このように平面性を高めることにより、後に説明する本発明でいう第２の基板２０との密着工程で、定盤２と第２の基板２０とは隙間無しに接することとなり、定盤２と第２の基板２０との真空密着が保たれる。
【００１６】
図４ａ〜ｈは、図３に示した回転塗布機（スピンナー１）及び定盤２を用いて、本発明よる複合基板を製造する手順を示している。なお、図４ａ〜ｈでは単に図示の都合からスピンナー１を省略している。最初に、第２の基板２０を定盤２の上に運び（図４ａ）、定盤２の上に載置する（図４ｂ）。前記のように、定盤２と第２の基板２０とは真空密着状態となる。定盤２の大きさは、接着剤の被塗布体である第２の基板２０の６０〜９０％程度が好ましい。また、定盤２はエアチャックなどの固定手段によりたわむことがないよう、十分厚い方がよい。この例において、第２の基板２０は１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚み５０μｍの薄板ガラスであり、定盤２は、好ましくは、１４０ｍｍ×１４０ｍｍ、厚み６ｍｍ程度である。
【００１７】
そのようにして密着載置された第２の基板２０の上に、前記したと同様のビーズ３１を適宜の手段により散布し（図４ｃ）、その上から、液状の接着剤３０を滴下する（図４ｄ）。なお、液状接着剤３０をデイスペンサーなどを使用して滴下する際、貼り合わせに十分かつ過剰でない量となるよう、吐出条件を設定しておき、気泡が混入しないよう注意して行う。
【００１８】
その上に、機能性材料１１を積層した第１の基板１０を機能性材料１１が接着剤３０側となるようにして載置する。この例において、第１の基板１０は１７１３ガラスのような材料であり、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚み１．１ｍｍのような寸法である。図４ｄに示すように、滴下した接着剤３０は当初は山なりの状態にあり、第１の基板１０はその影響を受けて傾斜した状態になるのが普通である。そこで、この状態でしばらく放置し、第１の基板１０の重量により接着剤３０が延伸して、接着剤３０が第２の基板２０と第１の基板１０の間にその周辺部近傍にまで行き渡らせるようにする（図４ｅ）。それにより、接着剤３０は第２の基板２０と第１の基板１０との間に均一な厚さで広がり、かつ、第２の基板２０と第１の基板１０との平行度もある程度は確保される。
【００１９】
上記のようにして、接着剤３０が第２の基板２０と第１の基板１０の間にその周辺部近傍にまで広がった段階で、制御機構を操作し、スピンナー１を高速回転（例えば、１０００〜５０００ｒｐｍ程度）させると、遠心力により接着剤３０は拡散し、接着剤３０の第２の基板２０と第１の基板１０との間の厚みが均一に減少していくとともに、ビーズ３１も上下に重畳しない状態に拡散する。余剰の接着剤３０やビーズ３１は周囲よりはみ出して、遠心力により振り切られる（図４ｆ、なお、図で３０ａは振り切られた接着剤を示している）。
【００２０】
それにより、第１の基板１０に上方から力を特に加えることなく、第１の基板１０は第２の基板２０に接近していき、ビーズ３１により移動が規制された時点で停止する。その状態では、第１の基板１０と第２の基板２０は、互いに平行であり、かつ、その間にビーズ３１の平均粒子直径であるｔ（例えば１０μｍ）の均一な厚さの接着剤層を形成した状態となる。この厚みはビーズ３１の平均粒子直径ｔに一義的に依存するものであり、基板の材質や接着剤の粘度、経過時間に対する回転数（ｒｐｍ）および回転時間などに左右されることはない。
【００２１】
その後、定盤２をスピンナー１から取り外し、接着剤３０が熱硬化性のものであれば、ヒーターまたは温風等で加熱し、接着剤が電離放射線硬化性のものであれば、電離放射線放射線（例えば、電子線や紫外線）を照射して、接着剤を硬化させる（図４ｇ）。この後、第１の基板１０と第２の基板２０が一体になった複合基板を定盤２から剥がすことにより、本発明による複合基板Ａが得られる。
【００２２】
なお、上記の例では、機能性材料１１が第１の基板１０の全面に積層されているものを示したが、図２に示したような第１の基板１０の一部にのみ機能性材料１１を積層しているものを用いることもできる。その場合には、図４ｃにおけるビーズ３１の散布を、第２の基板２０における機能性材料１１が存在しない第１の基板１０の領域に相当する部分にのみ行うようにしてもよい。その場合には、機能性材料１１が存在しない部分での接着剤層の厚みが均一になることで、２枚の基板全体の間での接着剤層厚の均一性や平行性が向上するという利点がもたらされる。また、図４に示した例において、ビーズ３１と接着剤３０とを別々に散布及び塗布することなく、最初からビーズを均一に分散させた接着剤を用いることもできる。
【００２３】
【実施例】
第２の基板２０に相当する薄板ガラス（ＡＦ４５：ショット社製、屈折率１．５２，熱膨張係数４５×１０^−７／℃、厚さ５０μｍ、１４０ｍｍ角）を定盤２（ＡＬガラス：旭硝子社製、熱膨張係数３７×１０^−７／℃、厚さ６．３５ｍｍ、１４０ｍｍ角、平坦性５μｍ以下）に貼り付け、第２の基板２０側を上にして、平坦性を有する定盤２をスピンナー１上に固定した。定盤２、第２の基板２０の双方共、洗浄済のものを使用し、貼り付け時に、異物等の混入を防ぐためクリーンルーム内の清浄度の高いクリーンベンチ内で行った。
【００２４】
次に、ビーズ３１（積水化学：ミクロパール直径１０μｍ、屈折率１．５７）を接着剤３０（長瀬チバ社製：液体屈折率１．５３１（２０℃）、粘性９００ｃｐｓ）中に混入し超音波分散器で均一に分散させた後、第２の基板２０の中央部に３ｇ滴下した。滴下後、その上にホログラム感材層を機能性材料として積層した第１の基板１０（１７３７ガラス：コー二ング社製、屈折率１．５２，厚さ１．１ｍｍ、１５０ｍｍ角、）を積載した。第１の基板１０を積載後は、スピンナー１を低速（１００〜５００ｒｐｍ）で回転させ、第２の基板２０と第１の基板１０の間で接着剤３０が複合基板の４辺の周辺部近傍までに行き渡るようにした。
【００２５】
続いて、スピンナー１を高速回転（１０００〜５０００ｒｐｍ）させると接着剤は完全に複合基板全体に均一に行き渡り、それに伴って接着剤の厚みがビーズ３１の直径に規制されるまで減少し、短時間で精度よくまた再現性よく膜厚が制御された。複合基板からはみ出た接着剤は複合基板を汚すことなく周辺に振り切れた。接着剤３０の硬化後、定盤２から複合基板を剥離し、複合基板Ａが完成した。上記の方法により製造したホログラムカラーフィルタにおいて高品質な画像が得られた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、種々の機能が表面に付与された基板に接着剤を介して薄膜基板を貼り合わせて複合基板を製造するような場合に、機能性材料，基板あるいは接着剤の種類や物性の違いに左右されることなく、常に、２枚の基板間における接着剤層の膜厚がビーズの直径に依存した均一な値とされた複合基板を高い繰り返し再現性をもって製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による複合基板及びその製造方法の一実施の形態を説明するための概念図。
【図２】機能性材料を積層した第１の基板の他の例を示す図。
【図３】回転塗布機のスピンナーとその上に密着させた定盤を説明する図。
【図４】回転塗布機を用いて本発明による複合基板を製造する際での、各工程を説明する図。
【符号の説明】
１…スピンナー、２…定盤、１０…第１の基板、１１…機能性材料、２０…第２の基板、３０…接着剤、３１…ビーズ、Ａ…複合基板

Claims

第２の基板に粒子径のそろったビーズを散布し、その上から接着剤を塗布したのち、その上から機能性材料を積層した第１の基板を該機能性材料積層面側を第２の基板に向けて積層して、該ビーズにより接着剤層の厚みが規制されるまで第１と第２の基板を接近させ、その後、接着剤の硬化処理を行うようにした複合基板の製造方法であって、前記機能性材料は前記第１の基板の一部にのみ積層されており、前記ビーズの散布は前記第２の基板における前記第１の基板の機能性材料が積層されていない箇所に相当する部分にのみ行うことを特徴とする複合基板の製造方法。
前記第１と第２の基板の接近を、第１と第２の基板を互いに接近する方向に押圧することによって行うことを特徴とする請求項１記載の複合基板の製造方法。
前記第１と第２の基板の接近を、第１と第２の基板を回転させ、接着剤に遠心力を与えて拡散させることにより行うことを特徴とする請求項１記載の複合基板の製造方法。
第１及び第２の基板、接着剤、及びビーズはともに透光性であり、かつ、屈折率の違いは屈折率差５％の範囲内のものを用いることを特徴とする請求項１記載の複合基板の製造方法。