JP5480049B2 - Molded body and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、成形体およびその製造方法に関し、詳細には、回折、散乱、干渉、偏光等の光学特性を有する光学物品に利用される光学シートや光学フィルム等として使用される成形体およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a molded article and a method for producing the same, and in particular, a molded article used as an optical sheet or an optical film used for an optical article having optical properties such as diffraction, scattering, interference, and polarization, and the production thereof. Regarding the method.

近年、高性能化が著しいホームビデオカメラやデジタルスチルカメラにおいては、撮像手段として、CCDエリアイメージセンサやCMOSエリアイメージセンサが用いられている。これらのセンサは、シリコン基板上に二次元的に配置された多数の受光素子で光電変換を行い、各受光素子で発生した電荷をCCD素子、あるいはCMOS回路で、外部に転送する構成を備えている。   2. Description of the Related Art In recent years, home video cameras and digital still cameras with remarkable performance improvements have used CCD area image sensors and CMOS area image sensors as imaging means. These sensors have a configuration in which photoelectric conversion is performed by a large number of light receiving elements arranged two-dimensionally on a silicon substrate, and charges generated by each light receiving element are transferred to the outside by a CCD element or a CMOS circuit. Yes.

これらのセンサでは、撮像素子である受光素子が、格子状に配置されている。さらに、受光素子(ピクセル)毎にカラー情報を得るため、各ピクセル上に、例えばRGBのカラーフィルタがストライプ状に、または4種のフィルタが方形モザイク状に配置されている。   In these sensors, light receiving elements that are image pickup elements are arranged in a grid pattern. Further, in order to obtain color information for each light receiving element (pixel), for example, RGB color filters are arranged in a stripe pattern or four types of filters in a square mosaic pattern on each pixel.

このように、上述したCCDエリアイメージセンサ等では、撮像素子等が格子状に規則的に配置されているため、生成された被写体の画像に、擬似信号(モアレ)を発生する等の色再現上の不都合が生じることがある。   As described above, in the CCD area image sensor and the like described above, since the image pickup elements and the like are regularly arranged in a grid pattern, color reproduction such as generation of a pseudo signal (moire) in the generated image of the subject is performed. Inconvenience may occur.

このような問題を解決するため、特定周波数以上の波長の光をカットする光学的ローパスフィルタが用いられている。このような光学的ローパスフィルタとしては、水晶の複屈折を利用した光学的ローパスフィルタが最もよく使用されている。   In order to solve such a problem, an optical low-pass filter that cuts light having a wavelength equal to or higher than a specific frequency is used. As such an optical low-pass filter, an optical low-pass filter using the birefringence of quartz is most often used.

一方、水晶の複屈折を利用する光学的ローパスフィルタ以外に、位相格子による回折を利用する光学ローパスフィルタも提案されている。このような位相格子には、表面凹凸型と屈折率変化型がある。   On the other hand, in addition to an optical low-pass filter that uses the birefringence of quartz, an optical low-pass filter that uses diffraction by a phase grating has also been proposed. Such phase gratings include a surface irregularity type and a refractive index change type.

表面凹凸型を形成する方法として、透明媒体の表面に機械的な切削加工や、型を押し当てるスタンパ法などの方法、あるいは、蒸着やイオンエッチング法などにより、規則的な凹凸構造を形成させる方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。   As a method for forming a surface uneven mold, a method such as mechanical cutting on the surface of a transparent medium, a stamper method for pressing a mold, or a method for forming a regular uneven structure by vapor deposition or ion etching, etc. Is known (see, for example, Patent Document 1).

屈折率変化型を形成する方法として、プラスチックフィルムやシートに一次元あるいは二次元の規則構造を形成し、このプラスチックフィルムやシートを光制御板等の光学用途に使用するものが知られている。
二次元の規則構造を形成する方法として、例えば、ブロックポリマーをフィルムの厚さ方向に垂直な面内で整列配置させる方法が提案されている(非特許文献1)。
As a method for forming the refractive index changing type, a one-dimensional or two-dimensional regular structure is formed on a plastic film or sheet, and the plastic film or sheet is used for optical applications such as a light control plate.
As a method for forming a two-dimensional regular structure, for example, a method in which block polymers are arranged in a plane perpendicular to the thickness direction of the film has been proposed (Non-Patent Document 1).

さらに、二次元の規則構造を形成するものとして、薄板状に配置された未硬化の紫外線硬化性組成物に、平行度の高い紫外線を照射することによって製造され、薄板状のマトリックス内に屈折率がマトリックスと異なる柱状構造体が配置された成形体であるプラスチック製の光学的ローパスフィルタが知られている。この光学的ローパスフィルタでは、柱状構造体は、マトリックスの厚さ方向に延びるように配向され、マトリックスの厚さに直交する平面内において格子状に配列されている(特許文献2)。   Furthermore, it is manufactured by irradiating an uncured UV curable composition arranged in a thin plate shape with ultraviolet rays having a high degree of parallelism to form a two-dimensional regular structure, and has a refractive index in the thin plate matrix. An optical low-pass filter made of plastic, which is a molded body in which columnar structures different from the matrix are arranged, is known. In this optical low-pass filter, the columnar structures are oriented so as to extend in the thickness direction of the matrix, and are arranged in a grid pattern in a plane orthogonal to the thickness of the matrix (Patent Document 2).

このプラスチック製の光学的ローパスフィルタは、安価であり、且つ厚さが制約され光学長を短くすることが求められている光学系にも使用可能という特徴を有している。   This optical low-pass filter made of plastic is inexpensive and can be used for an optical system in which the thickness is restricted and the optical length is required to be shortened.

また、格子状に配列された孔を有するフォトマスクを介して紫外線が照射されることで、柱状構造体がマトリックス内で高い規則性をもって配置され、高精度な屈折率変調型回折格子として機能する成形体を作成することも知られている(特許文献3)。
特許文献3に記載の成形体は、柱状構造体の高い規則性と高いアスペクト比を実現することによって高い回折効率を持つという特徴を有している。
Further, by irradiating ultraviolet rays through a photomask having holes arranged in a lattice shape, the columnar structures are arranged with high regularity in the matrix and function as a high-precision refractive index modulation type diffraction grating. It is also known to create a molded body (Patent Document 3).
The molded article described in Patent Document 3 has a feature that it has high diffraction efficiency by realizing the high regularity and high aspect ratio of the columnar structure.

特開平9−263932JP-A-9-263932 特開2007−34260JP2007-34260A 特開2008−134630JP2008-134630

Maclomoecules 2003, 36, 3272-3288Maclomoecules 2003, 36, 3272-3288

しかしながら、特許文献2および3に記載されている成形体は、マトリックス中に高アスペクト比の柱状構造体が配置される構造であるため、光学的ローパスフィルタとして用いたとき、入射光の角度によって光学性能が大きく変化するという問題があった。   However, since the molded bodies described in Patent Documents 2 and 3 have a structure in which a columnar structure having a high aspect ratio is arranged in a matrix, when used as an optical low-pass filter, an optical depending on the angle of incident light is used. There was a problem that the performance changed greatly.

すなわち、撮像素子の前面に配置される光学的ローパスフィルタとして使用されたとき、撮像領域の中心(光学的ローパスフィルタの中心)付近では、入射光が、柱状構造体が延びる方向(マトリックスの厚さ方向)とほぼ平行に光学的ローパスフィルタに入射するため、優れたモアレ除去能が発揮されるが、撮像領域の周縁部(光学的ローパスフィルタの周縁部)では、光が柱状構造体が延びる方向(マトリックスの厚さ方向)に対して斜めに入射するため、所望のモアレ除去能が発揮されないという問題があった。   That is, when used as an optical low-pass filter arranged in front of the imaging device, incident light is extended in the direction in which the columnar structure extends (the thickness of the matrix) near the center of the imaging region (center of the optical low-pass filter). The moiré-removing ability is exhibited because it is incident on the optical low-pass filter substantially parallel to the direction), but the light extends in the columnar structure at the peripheral portion of the imaging region (peripheral portion of the optical low-pass filter). Since the light is incident obliquely with respect to (the thickness direction of the matrix), there is a problem that a desired moire removing ability is not exhibited.

本発明は、以上のような事情を鑑みてなされたものであり、撮像領域全域にわたって高いモアレ除去能を有する光学的ローパスフィルタとして使用可能な成形体とその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a molded body that can be used as an optical low-pass filter having high moire removal capability over the entire imaging region and a method for manufacturing the same. .

特許文献2および3に記載されている構成を備えた成形体、すなわち薄板状のマトリックスとこのマトリックス内に配置された柱状構造体とを備えた成形体が、光学的ローパスフィルタとして、優れた入射角度依存性を実現するためには、斜めに光線が入射する成形体の周縁部でも、水平・垂直・斜め方向において均等、且つ効率が高い1次回折を実現する必要がある。   A molded body having the configuration described in Patent Documents 2 and 3, that is, a molded body having a thin plate-like matrix and a columnar structure disposed in the matrix is excellent as an optical low-pass filter. In order to realize the angle dependency, it is necessary to realize the first-order diffraction that is uniform and highly efficient in the horizontal, vertical, and oblique directions even at the peripheral portion of the molded body where the light ray is incident obliquely.

上記構成を有する成形体による光学的ローパスフィルタは、高いアスペクト比を有する柱状構造体によって、ブラッグ回折に近い回折挙動を生じるため、多次光が少なく、高い1次回折効率が実現可能である。   Since the optical low-pass filter using the molded body having the above-described structure produces a diffraction behavior close to Bragg diffraction by a columnar structure having a high aspect ratio, it has less multi-order light and can realize high first-order diffraction efficiency.

しかし、ブラッグ回折に近い回折挙動を生じるが故に、構造に対して垂直に光線が入射した場合にのみ高い回折効率を実現する特性を持つ。そのため、斜めからの入射光に対しては、1次回折効率が、水平・垂直・斜め方向で不均等となり、特定方向のモアレ除去能が著しく低下する。   However, since a diffraction behavior close to Bragg diffraction occurs, it has a characteristic that realizes high diffraction efficiency only when a light beam is incident perpendicularly to the structure. Therefore, for incident light from an oblique direction, the first-order diffraction efficiency becomes uneven in the horizontal, vertical, and oblique directions, and the moire removal ability in a specific direction is significantly reduced.

本願発明者は、上記の点について鋭意検討を行った結果、柱状構造体の配列ピッチを一定に保ったまま、周縁部において、柱状構造体の横断面を扁平率が大きい形状すなわち細長い形状にすることで、全領域において、1次回折光の分布が画像の水平・垂直・斜め方向で均等に制御することが可能であり、且つ高い回折効率が実現可能であることを見出した。   As a result of intensive studies on the above points, the inventor of the present application has made the cross section of the columnar structure a shape with a large flatness, that is, an elongated shape, at the peripheral edge while keeping the arrangement pitch of the columnar structures constant. Thus, it has been found that the distribution of the first-order diffracted light can be uniformly controlled in the horizontal, vertical, and oblique directions of the image and high diffraction efficiency can be realized in the entire region.

即ち、例えば、成形体の中心付近では、柱状構造体の横断面を真円に近い形状とし、中心から離れるにつれて横断面形状を、連続的あるいは断続的に、楕円率が大きくなるように変化させることで、成形体全体で、全ての方向で高い回折効率が実現されることが見出された。   That is, for example, in the vicinity of the center of the molded body, the cross section of the columnar structure has a shape close to a perfect circle, and as the distance from the center increases, the cross section changes continuously or intermittently so that the ellipticity increases. Thus, it was found that high diffraction efficiency was realized in all directions in the entire molded body.

本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、
光重合性組成物の硬化物からなる薄板状のマトリックスと、該マトリックス中に配置された複数の柱状構造体とを備えた成形体であって、
前記複数の柱状構造体は、前記マトリックス内に、前記マトリックスの厚さ方向に延びる配向で格子状配設され、該マトリックスと異なる屈折率を有し、
前記各柱状構造体は、前記成形体の中心から離れるほど、その横断面形状の扁平率が大きい
ことを特徴とする成形体が提供される。
The present invention has been made based on the above findings,
A molded body comprising a thin plate-like matrix made of a cured product of a photopolymerizable composition, and a plurality of columnar structures disposed in the matrix,
The plurality of columnar structures are arranged in a lattice in an orientation extending in the thickness direction of the matrix in the matrix, and have a refractive index different from that of the matrix,
Each of the columnar structures has a larger flatness of the cross-sectional shape as the distance from the center of the molded body increases.

このような構成によれば、撮像素子の前面に配置される光学的ローパスフィルタとして使用されたとき、撮像領域の中心部と周縁部の両方において優れたモアレ除去能を有する屈折率変調型位相格子として機能する成形体が提供される。   According to such a configuration, when used as an optical low-pass filter disposed on the front surface of the image sensor, the refractive index modulation type phase grating has excellent moire removal capability at both the central portion and the peripheral portion of the imaging region. A molded body is provided that functions as:

本発明の他の態様によれば、
光重合性組成物の硬化物からなる薄板状のマトリックスと、該マトリックス中に配設され該マトリックスと屈折率が異なる複数の柱状構造体とを備えた薄板状の成形体の製造方法であって、
未硬化の前記光重合性組成物を薄板状に配置するステップと、
前記光重合性組成物にフォトマスクを介して光を照射し、前記光重合性組成物を光重合硬化させ、マトリックスと該マトリックス中に配設され前記マトリックスと屈折率が異なる複数の柱状構造体とを備えた薄板状の光重合硬化物を得るステップと、備え、
前記フォトマスクは、フォトマスクの中心から離れるほど偏平率が大きい複数のマスク孔を備える、
ことを特徴とする光制御フィルムの製造方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
A method for producing a thin plate-like molded body comprising a thin plate-like matrix comprising a cured product of a photopolymerizable composition, and a plurality of columnar structures disposed in the matrix and having different refractive indexes from the matrix. ,
Disposing the uncured photopolymerizable composition in a thin plate,
The photopolymerizable composition is irradiated with light through a photomask, the photopolymerizable composition is photopolymerized and cured, and disposed in the matrix and a plurality of columnar structures having different refractive indexes from the matrix. Obtaining a thin plate-like photopolymerized cured product comprising:
The photomask includes a plurality of mask holes that have a higher flatness ratio as the distance from the center of the photomask increases.
A method for producing a light control film is provided.

このような構成によれば、撮像素子の前面に配置される光学的ローパスフィルタとして使用されたとき、撮像領域の中心部と周縁部の両方において優れたモアレ除去能を有する屈折率変調型位相格子として機能する成形体を製造する成形体の製造方法が提供される。   According to such a configuration, when used as an optical low-pass filter disposed on the front surface of the image sensor, the refractive index modulation type phase grating has excellent moire removal capability at both the central portion and the peripheral portion of the imaging region. There is provided a method for producing a molded body for producing a molded body that functions as a molded body.

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記マスク孔の形状が、フォトマスクの中心から離れるにつれて楕円率が大きくなるように設定されている。
According to another preferred embodiment of the invention,
The shape of the mask hole is set so that the ellipticity increases as the distance from the center of the photomask increases.

本発明によれば、撮像領域全域にわたって高いモアレ除去能を有する光学的ローパスフィルタとして使用可能な成形体とその製造方法が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the molded object which can be used as an optical low-pass filter which has high moire removal ability over the whole imaging region, and its manufacturing method are provided.

本発明の好ましい実施形態の成形体1の内部構造を示す模式的な横断面図である。It is a typical cross-sectional view which shows the internal structure of the molded object 1 of preferable embodiment of this invention. 柱状構造体の横断面形状が真円である光学的ローパスフィルタに垂直方向(Z軸方向)からレーザ光を入射させた場合の回折パターンを示す図面である。It is drawing which shows the diffraction pattern at the time of making a laser beam enter from an orthogonal | vertical direction (Z-axis direction) into the optical low-pass filter whose cross-sectional shape of a columnar structure is a perfect circle. 柱状構造体の断面形状がX軸方向に伸びた楕円状である光学的ローパスフィルタの模式的な平面図である。It is a typical top view of the optical low-pass filter whose cross-sectional shape of a columnar structure is an ellipse extended in the X-axis direction. 柱状構造体の断面形状がY軸方向に伸びた楕円状である光学的ローパスフィルタの模式的な平面図である。It is a typical top view of the optical low-pass filter whose cross-sectional shape of a columnar structure is an ellipse extended in the Y-axis direction. 図3の光学的ローパスフィルタに垂直方向(Z軸方向)からレーザ口を入射させた場合の回折パターンを示す。4 shows a diffraction pattern when a laser aperture is incident on the optical low-pass filter of FIG. 3 from the vertical direction (Z-axis direction). 図4の光学的ローパスフィルタに垂直方向(Z軸方向)からレーザ口を入射させた場合の回折パターンを示す。6 shows a diffraction pattern when a laser aperture is incident on the optical low-pass filter of FIG. 4 from the vertical direction (Z-axis direction). 柱状構造体の楕円の横断面形状が、長径が斜め45度方向に傾くように配置されている光学的ローパスフィルタの模式的な平面図である。It is a typical top view of the optical low-pass filter arrange | positioned so that the cross-sectional shape of the ellipse of a columnar structure may incline in a 45 degree diagonal direction. 本発明の好ましい実施形態で使用するフォトマスクの構成を示す部分平面図である。It is a fragmentary top view which shows the structure of the photomask used in preferable embodiment of this invention.

以下、本発明の好ましい実施形態の成形体について詳細に説明する。この成形体は、例えば、モアレを除去するためにイメージセンサの撮像素子の前面に配置される光学的ローパスフィルタとして使用される。図1は、本発明の好ましい実施形態の成形体1の内部構造を示す模式的な横断面図である。   Hereinafter, the molded article of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail. This molded body is used, for example, as an optical low-pass filter disposed on the front surface of the image sensor of the image sensor in order to remove moire. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of a molded body 1 according to a preferred embodiment of the present invention.

本実施形態の成形体1は、20〜1000μmの略均一な厚さを有する薄板状の形状を有している。成形体1は、基質であり薄板(フィルム)状の透明なマトリックス2と、このマトリックス2中に配置された多数の透明な柱状構造体4とを備えた相分離構造を有している。マトリックス2と各柱状構造体4は、いずれも透明であるが、屈折率が異なっている。   The molded body 1 of the present embodiment has a thin plate shape having a substantially uniform thickness of 20 to 1000 μm. The molded body 1 has a phase separation structure including a transparent matrix 2 that is a substrate and is a thin plate (film), and a large number of transparent columnar structures 4 arranged in the matrix 2. The matrix 2 and each columnar structure 4 are both transparent, but have different refractive indexes.

各柱状構造体4は、マトリックス2の厚さ方向に成形体1の表面から裏面まで延びるように互いに平行に配向されている。   The columnar structures 4 are oriented parallel to each other so as to extend from the front surface to the back surface of the molded body 1 in the thickness direction of the matrix 2.

柱状構造体4の配置パターンは、成形体1と共に使用されるイメージセンサの撮像素子配列パターンと同一とするのが好ましい。すなわち、この撮像素子が正方格子状に配置される場合は、図1のように、柱状構造体4も正方格子状に配置され、撮像素子が三角格子状に配置される場合は柱状構造体4も三角格子状に配置されるのが好ましい。   The arrangement pattern of the columnar structures 4 is preferably the same as the image sensor array pattern of the image sensor used together with the molded body 1. That is, when the image pickup device is arranged in a square lattice shape, as shown in FIG. 1, the columnar structure 4 is also arranged in a square lattice shape, and when the image pickup device is arranged in a triangular lattice shape, the columnar structure 4. Are also preferably arranged in a triangular lattice pattern.

柱状構造体4の大きさ及びピッチは特に限定されないが、柱状構造体4が円柱の場合、断面の直径は80nm〜25μmが好ましく、さらに好ましくは1μm〜15μmであり、柱状構造体4が楕円柱の場合、楕円の短軸の長さが10nm〜20μmが好ましく、さらに好ましくは125nm〜10μmである。ピッチは120nm〜50μmが好ましく、さらに好ましくは2μm〜30μmである。   The size and pitch of the columnar structure 4 are not particularly limited, but when the columnar structure 4 is a cylinder, the cross-sectional diameter is preferably 80 nm to 25 μm, more preferably 1 μm to 15 μm, and the columnar structure 4 is an elliptical column. In this case, the length of the minor axis of the ellipse is preferably 10 nm to 20 μm, more preferably 125 nm to 10 μm. The pitch is preferably 120 nm to 50 μm, more preferably 2 μm to 30 μm.

図1に示されているように、柱状構造体4は、成形体1の中心部分では、その横断面形状は略真円であるが、周縁部に向かうにつれて(成形体の中心から離れるにつれて)、徐々に楕円率(楕円の長径と短径の長さの比)が大きな楕円状となっている。
このような構成によって、成形体1がイメージセンサ前面に配置される光学的ローパスフィルタとして使用されたとき、撮像領域の全域で高いモアレ除去能が実現される。
As shown in FIG. 1, the columnar structure 4 has a substantially circular cross-sectional shape at the center portion of the molded body 1, but as it goes toward the peripheral edge (as it goes away from the center of the molded body). The ellipticity (ratio of the length of the ellipse to the length of the minor axis) gradually becomes an elliptical shape.
With such a configuration, when the molded body 1 is used as an optical low-pass filter disposed on the front surface of the image sensor, high moire removal capability is realized in the entire imaging region.

これは、光学的ローパスフィルタに対して光線が斜めに入射する撮像領域の周縁部の方が、柱状構造体の横断面の楕円率が大きく設定されているため、周縁部に斜めに入射する光に対してもモアレ除去能が発揮されるためである。   This is because the ellipticity of the cross section of the columnar structure is set to be larger at the periphery of the imaging region where light rays are incident obliquely on the optical low-pass filter, so that the light incident obliquely on the periphery This is because the moire removing ability is exhibited.

したがって、柱状構造体4の楕円の長軸の向きも、成形体1内における柱状構造体4の位置に応じて最適化されている。   Therefore, the orientation of the major axis of the ellipse of the columnar structure 4 is also optimized according to the position of the columnar structure 4 in the molded body 1.

以下、横断面が楕円形状である柱状構造体の向きについて説明する。
光学的ローパスフィルタ1中のある代表点Pにおける長径ベクトルp'は、撮像領域の中心点0から代表点Pに向かうベクトルPと一致する。つまり、この2つのベクトルが一致するように楕円の向きを設定することが、撮像領域周縁部で光線が斜めに入射した場合でも水平・垂直・斜め方向の1次回折光の強度を均等にするために、必要な条件である。
図1の示されている成形体1では、各柱状構造体4は、横断面の楕円形状の長径ベクトルp’が、中心点0を向くように、配向されている。
Hereinafter, the orientation of the columnar structure having an elliptical cross section will be described.
A major axis vector p ′ at a certain representative point P in the optical low-pass filter 1 coincides with a vector P directed from the center point 0 of the imaging region to the representative point P. In other words, setting the direction of the ellipse so that these two vectors coincide with each other makes it possible to equalize the intensity of the first-order diffracted light in the horizontal, vertical, and diagonal directions even when light rays are obliquely incident on the periphery of the imaging region. This is a necessary condition.
In the molded body 1 shown in FIG. 1, each columnar structure 4 is oriented so that the elliptical major axis vector p ′ of the cross section faces the center point 0.

なお、変形例として、長径ベクトルに代えて、短径ベクトルが撮像領域の中心点0から代表点Pに向かうベクトルPと一致する構成でもよい。   As a modification, instead of the long diameter vector, the short diameter vector may coincide with the vector P from the center point 0 of the imaging region toward the representative point P.

また、この楕円の長径と短径の長さの比(楕円率)は、斜め方向からの光線入射に対して光学的ローパスフィルタ(屈折率変調型回折格子)中を進行する光線の進行方向にその屈折率を積分した場合に生じるΔnが水平・垂直・斜め方向で均等になるように設定される。   Further, the ratio of the length of the ellipse to the length of the minor axis (ellipticity) is determined in the traveling direction of the light beam traveling in the optical low-pass filter (refractive index modulation type diffraction grating) with respect to the incident light beam from the oblique direction. Δn generated when the refractive index is integrated is set to be uniform in the horizontal, vertical and oblique directions.

図1に示されている構成では、各柱状構造体の横断面の楕円率は、中心から距離に比例するように設定されている。   In the configuration shown in FIG. 1, the ellipticity of the cross section of each columnar structure is set to be proportional to the distance from the center.

次に、格子状に配列されている柱状構造体の断面形状によって、レーザ光を薄板状の特許文献2および3に記載されているような成形体からなる光学的ローパスフィルタの表面に、垂直に入射させた場合の回折パターンがどのような影響を受けるかを説明する。
ここでは、柱状構造体の正方格子に配列されている場合を例に説明する。
Next, depending on the cross-sectional shape of the columnar structures arranged in a lattice shape, the laser beam is perpendicular to the surface of an optical low-pass filter formed of a thin plate-like molded body as described in Patent Documents 2 and 3. The influence of the diffraction pattern upon incidence will be described.
Here, the case where it is arranged in a square lattice of columnar structures will be described as an example.

柱状構造体の横断面形状が真円である場合には、光学的ローパスフィルタに表面に垂直な方向(Z軸方向)からレーザ光を入射させた場合、図2に示されているような回折パターンとなる。   When the cross-sectional shape of the columnar structure is a perfect circle, when laser light is incident on the optical low-pass filter from a direction perpendicular to the surface (Z-axis direction), diffraction as shown in FIG. It becomes a pattern.

即ち、X軸とY軸方向でレーザ光強度が等しく回折し、(0,±1)次回折光と(±1,0)次回折光の4点の強度が等しくなり、且つ(+1,+1)次回折光、(−1,−1)次回折光、(+1,−1)次回折光、(−1,+1)次回折光の4点の強度が等しくなる。   That is, the laser beam intensities are diffracted equally in the X-axis and Y-axis directions, the intensities at the four points of the (0, ± 1) -order diffracted light and the (± 1,0) -order diffracted light are equal, and (+ 1, + 1) next time The intensities at the four points of the folded light, (-1, -1) order diffracted light, (+1, -1) order diffracted light, and (-1, +1) order diffracted light are equal.

次に、柱状構造体4の断面形状が図3および図4に示されているようにX軸方向またはY軸方向に伸びた楕円状である場合、光学的ローパスフィルタに面内に垂直なZ軸方向から入射したレーザ光の回折パターンは図5および図6に示す状態となる。
すなわち、X軸方向とY軸方向で回折強度が異なり、(0,±1)次回折光の2点の強度が等しく、(±1,0)次回折光の2点の強度が等しいが、(0,±1)次回折光と(±1,0)次回折光の強度には差が生じる。また、この場合は(+1,+1)次回折光、(−1,−1)次回折光、(+1,−1)次回折光、(−1,+1)次回折光は等しくなる。
Next, when the cross-sectional shape of the columnar structure 4 is an ellipse extending in the X-axis direction or the Y-axis direction as shown in FIGS. 3 and 4, Z perpendicular to the optical low-pass filter in the plane is obtained. The diffraction pattern of laser light incident from the axial direction is as shown in FIGS.
That is, the diffraction intensities are different between the X-axis direction and the Y-axis direction, the intensities at the two points of the (0, ± 1) order diffracted light are equal, and the intensities at the two points of the (± 1,0) order diffracted light are equal. , ± 1) The difference between the intensities of the diffracted light and the (± 1,0) order diffracted light occurs. In this case, the (+1, +1) order diffracted light, the (-1, -1) order diffracted light, the (+1, -1) order diffracted light, and the (-1, +1) order diffracted light are equal.

さらに、例えば、横断面が楕円形の柱状構造体4が、楕円の長径が斜め45度方向に傾くように配置されている場合(図7)、光学的ローパスフィルタに面内に垂直なZ軸方向から入射したレーザ光の回折パターンは、(0,±1)次回折光、(±1,0)次回折光の4点の強度が等しくなり、(+1,+1)次回折光、(−1,−1)次回折光の2点の強度が等しく、(+1,−1)次回折光、(−1,+1)次回折光の2点の強度が等しい。
しかし、(+1,+1)次回折光、(−1,−1)次回折光の2点の強度と、(+1,−1)次回折光、(−1,+1)次回折光の2点の強度には差が生じる。
Furthermore, for example, when the columnar structures 4 having an elliptical cross section are arranged so that the major axis of the ellipse is inclined in the direction of 45 degrees obliquely (FIG. 7), the Z-axis perpendicular to the optical low-pass filter is in-plane. The diffraction pattern of the laser light incident from the direction has the same intensity at the four points of the (0, ± 1) order diffracted light and the (± 1,0) order diffracted light, and the (+ 1, + 1) order diffracted light, (−1, − 1) The intensities at the two points of the diffracted light are equal, and the intensities at the two points of the (+1, −1) order diffracted light and the (−1, +1) order diffracted light are equal.
However, there are two intensities of (+1, +1) -order diffracted light and (-1, -1) -order diffracted light and two intensities of (+1, -1) -order diffracted light and (-1, +1) -order diffracted light. There is a difference.

次に、横断面形状が楕円である柱状構造体を備えた成形体に、斜めから光線が入射した場合の回折について説明する。   Next, a description will be given of diffraction in the case where a light beam is incident obliquely on a molded body including a columnar structure having an elliptical cross section.

例えば、図3または図4に示されている構成のように、楕円形の横断面を有する柱状構造体が、楕円の長径がX軸あるいはY軸に平行になるように配置された成形体に、XZ平面あるいはYZ平面に沿って、角度θ1で光線が入射したとき、水平・垂直方向で、均等な1次回折光を生じる。この角度θ1は、柱状構造体の高さとその配列ピッチ、および楕円形状によって決まる。 For example, as in the configuration shown in FIG. 3 or FIG. 4, a columnar structure having an elliptical cross section is formed on a molded body arranged such that the major axis of the ellipse is parallel to the X axis or the Y axis. When a light beam is incident at an angle θ 1 along the XZ plane or the YZ plane, uniform first-order diffracted light is generated in the horizontal and vertical directions. This angle θ 1 is determined by the height of the columnar structures, their arrangement pitch, and the elliptical shape.

したがって、本実施形態では、周縁部において、所定角で入射した光線から水平・垂直方向で、均等な1次回折光を生じるように、柱状構造体の高さとその配列ピッチ、および楕円形状が設定されている。   Therefore, in the present embodiment, the height of the columnar structures, the arrangement pitch thereof, and the elliptical shape are set so that uniform first-order diffracted light is generated in the horizontal and vertical directions from the light incident at a predetermined angle in the peripheral portion. ing.

次に、本発明の好ましい実施形態の成形体1の製造方法について説明する。
概略的には、本実施形態の成形体の製造方法では、基材上に薄板状に配置された未硬化の光重合性組成物に平行光を照射して光重合硬化させた後、延伸工程を行って、成形体1を得る。各工程は、従来技術の成形体製造方法と基本的に同様である。
Next, the manufacturing method of the molded object 1 of preferable embodiment of this invention is demonstrated.
Schematically, in the method for producing a molded article according to the present embodiment, an uncured photopolymerizable composition arranged in a thin plate shape on a substrate is irradiated with parallel light to be photopolymerized and cured, and then a stretching process. To obtain the molded body 1. Each process is basically the same as that of the prior art molded body manufacturing method.

先ず、未硬化の光重合性組成物を薄板状に配置する。光重合性組成物を、薄板状に配置する方法としては、光重合性組成物を基材上に塗布する方法、光重合性組成物を基材間に液密に封入する方法などが挙げられる。   First, an uncured photopolymerizable composition is arranged in a thin plate shape. Examples of a method for arranging the photopolymerizable composition in a thin plate include a method of applying the photopolymerizable composition on a substrate, a method of sealing the photopolymerizable composition between the substrates in a liquid-tight manner, and the like. .

基材上に塗布する方法では、例えば、光重合性組成物を基材の一方の面に、均一な厚さで、塗膜表面が平滑となるように、バーコーター、スリットダイコーター、スピンコーター、円コーター、グラビアコーター、CAPコーターなどの既知の方法によって塗布する。   In the method of coating on a substrate, for example, a bar coater, a slit die coater, or a spin coater is applied so that the photopolymerizable composition has a uniform thickness on one surface of the substrate and the coating surface is smooth. It is applied by a known method such as a circular coater, a gravure coater or a CAP coater.

また、基材間に液密に封入する方法では、下方基材と上方基材に挟まれた空間の周囲にスペーサを配置して液密空間を形成し、この液密空間内に液体状の未硬化の光重合性組成物を充填する。   Further, in the method of liquid-tightly sealing between the base materials, a spacer is disposed around the space sandwiched between the lower base material and the upper base material to form a liquid-tight space, and the liquid-like space is formed in the liquid-tight space. Fill with uncured photopolymerizable composition.

上方基材は、平行光が照射される側であるので、光重合性組成物を光重合させるときに使用される光を吸収しない材料で構成される必要がある。このような材料として、パイレックス(登録商標)ガラスや石英ガラス、フッ素化(メタ)アクリル樹脂等の透明プラスチック材料等がある。   Since the upper substrate is on the side irradiated with parallel light, it is necessary to be made of a material that does not absorb light used when photopolymerizing the photopolymerizable composition. Examples of such a material include transparent plastic materials such as Pyrex (registered trademark) glass, quartz glass, and fluorinated (meth) acrylic resin.

基材上に塗布あるいは液密空間内に充填される光重合性組成物の厚さは、20〜1000μmが好ましく、50〜300μmがより好ましい。
光重合性組成物の厚さが20μm以下であると柱状構造体4を形成させることが困難となり、1000μm以上であると柱状構造体4を厚さ方向に成長させることが困難となるためである。
The thickness of the photopolymerizable composition applied on the substrate or filled in the liquid-tight space is preferably 20 to 1000 μm, and more preferably 50 to 300 μm.
This is because it is difficult to form the columnar structure 4 when the thickness of the photopolymerizable composition is 20 μm or less, and it is difficult to grow the columnar structure 4 in the thickness direction when the thickness is 1000 μm or more. .

(多官能モノマー)
光重合性組成物には、多官能モノマーが含まれることが好ましい。このような多官能モノマーとしては、(メタ)アクリロイル基を含む(メタ)アクリルモノマーや、ビニル基、アリル基等を含有するものが特に好ましい。
(Polyfunctional monomer)
It is preferable that a polyfunctional monomer is contained in the photopolymerizable composition. As such a polyfunctional monomer, a (meth) acryl monomer containing a (meth) acryloyl group, a monomer containing a vinyl group, an allyl group, or the like is particularly preferable.

多官能モノマーの具体例としては、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、水添ジシクロペンタジエニルジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、多官能のエポキシ(メタ)アクリレート、多官能のウレタン(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼン、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルトリメリテート、ジアリルクロレンデート、N,N’−m−フェニレンビスマレイミド、ジアリルフタレート等が挙げられ、これらを単独であるいは2種以上の混合物として使用することができる。   Specific examples of the polyfunctional monomer include triethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6 -Hexanediol di (meth) acrylate, hydrogenated dicyclopentadienyl di (meth) acrylate, ethylene oxide modified bisphenol A di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, Tetramethylolmethane tetra (meth) acrylate, pentaerythritol hexa (meth) acrylate, polyfunctional epoxy (meth) acrylate, polyfunctional urethane (meth) acrylate, divinylbenzene, toluene Examples include allyl cyanurate, triallyl isocyanurate, triallyl trimellitate, diallyl chlorendate, N, N′-m-phenylenebismaleimide, diallyl phthalate, and the like. These may be used alone or as a mixture of two or more. can do.

分子内に3個以上の重合性炭素−炭素二重結合を有する多官能性モノマーは、重合度差による架橋密度の粗密がより大きくなりやすく、柱状構造体が形成され易くなるので好ましい。   A polyfunctional monomer having three or more polymerizable carbon-carbon double bonds in the molecule is preferable because the density of the crosslink density due to the difference in the degree of polymerization is likely to increase and a columnar structure is easily formed.

特に好ましい3個以上の重合性炭素−炭素二重結合を有する多官能性モノマーとしては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートがある。   Particularly preferred polyfunctional monomers having three or more polymerizable carbon-carbon double bonds are trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, tetramethylolmethanetetra (meth) acrylate, penta There is erythritol hexa (meth) acrylate.

光重合性組成物として2種以上の多官能モノマーあるいはそのオリゴマーを使用する場合には、それぞれの単独重合体としたときに互いに屈折率が異なるものを使用することが好ましく、その屈折率差が大きいものを組み合わせることがより好ましい。   When two or more kinds of polyfunctional monomers or oligomers thereof are used as the photopolymerizable composition, it is preferable to use those having different refractive indexes when the respective homopolymers are used. It is more preferable to combine large ones.

成形体1で回折、偏向、拡散などの機能を高効率で得られるようにするためには、マトリックス2と柱状構造体4との屈折率差を大きくとることが必要であり、その屈折率差が0.01以上であることが好ましく、0.05以上であることがより好ましい。また、重合過程でモノマーが拡散することにより屈折率差が大きくなるので、拡散定数の差が大きい組み合わせが好ましい。   In order to obtain functions such as diffraction, deflection, and diffusion with high efficiency in the molded body 1, it is necessary to increase the refractive index difference between the matrix 2 and the columnar structure 4. Is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more. Further, since the difference in refractive index is increased by the diffusion of the monomer during the polymerization process, a combination having a large difference in diffusion constant is preferable.

なお、3種以上の多官能モノマーあるいはオリゴマーを使用する場合は、それぞれの単独重合体の少なくともいずれか2つの屈折率差が上記範囲内となるようにすればよい。また、単独重合体の屈折率差が最も大きい2つのモノマーあるいはオリゴマーは、高効率な回折、偏向、拡散などの機能を得るために、重量比で10:90〜90:10の割合で用いることが好ましい。   In addition, when using 3 or more types of polyfunctional monomers or oligomers, the refractive index difference between at least any two of the respective homopolymers may be within the above range. In addition, the two monomers or oligomers having the largest refractive index difference of the homopolymer should be used at a weight ratio of 10:90 to 90:10 in order to obtain highly efficient functions such as diffraction, deflection, and diffusion. Is preferred.

(単官能モノマー)
また、光重合性組成物には、上記のような多官能モノマーあるいはオリゴマーとともに、分子内に1個の重合性炭素−炭素二重結合を有する単官能モノマーあるいはオリゴマーを使用してもよい。
このような単官能モノマーあるいはオリゴマーとしては、(メタ)アクリロイル基を含む(メタ)アクリルモノマーや、ビニル基、アリル基等を含有するものが特に好ましい。
(Monofunctional monomer)
In the photopolymerizable composition, a monofunctional monomer or oligomer having one polymerizable carbon-carbon double bond in the molecule may be used together with the polyfunctional monomer or oligomer as described above.
As such a monofunctional monomer or oligomer, those containing a (meth) acryl monomer containing a (meth) acryloyl group, a vinyl group, an allyl group or the like are particularly preferable.

単官能モノマーの具体例としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボニル(メタ)アクリレート、フェニルカルビトール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイルオキシエチルサクシネート、(メタ)アクリロイルオキシエチルフタレート、フェニル(メタ)アクリレート、シアノエチル(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、トリブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、p−ブロモベンジル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート化合物;スチレン、p−クロロスチレン、ビニルアセテート、アクリロニトリル、N−ビニルピロリドン、ビニルナフタレン等のビニル化合物;エチレングリコールビスアリルカーボネート、ジアリルフタレート、ジアリルイソフタレート等のアリル化合物等が挙げられる。   Specific examples of the monofunctional monomer include, for example, methyl (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, ethyl carbitol (meth) acrylate, dicyclopentenyloxyethyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, phenyl Carbitol (meth) acrylate, nonylphenoxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl (meth) acrylate, (meth) acryloyloxyethyl succinate, (meth) acryloyloxyethyl phthalate, phenyl (meth) acrylate , Cyanoethyl (meth) acrylate, Tribromophenyl (meth) acrylate, Phenoxyethyl (meth) acrylate, Tribromophenoxyethyl (meth) acrylate, Ben (Meth) acrylate, p-bromobenzyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, trifluoroethyl (meth) acrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl (meth) ) (Meth) acrylate compounds such as acrylate; vinyl compounds such as styrene, p-chlorostyrene, vinyl acetate, acrylonitrile, N-vinyl pyrrolidone, vinyl naphthalene; allyl compounds such as ethylene glycol bisallyl carbonate, diallyl phthalate, diallyl isophthalate Etc.

これら単官能モノマーあるいはオリゴマーは成形体1に柔軟性を付与するために用いられ、その使用量は多官能モノマーあるいはオリゴマーとの合計量のうち10〜99質量%の範囲が好ましく、10〜50質量%の範囲がより好ましい。   These monofunctional monomers or oligomers are used for imparting flexibility to the molded article 1, and the amount used thereof is preferably in the range of 10 to 99% by mass of the total amount with the polyfunctional monomers or oligomers, and 10 to 50% by mass. % Range is more preferred.

(ポリマー、低分子化合物)
また、光重合性組成物には、前記多官能モノマーあるいはオリゴマーと、重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物を含む均一溶解混合物を用いることもできる。
(Polymer, low molecular weight compound)
The photopolymerizable composition may also be a homogeneous solution mixture containing the polyfunctional monomer or oligomer and a compound having no polymerizable carbon-carbon double bond.

重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物としては、例えば、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ナイロン等のポリマー類、トルエン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアルコール、エチルアルコール、酢酸エチル、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランのような低分子化合物、有機ハロゲン化合物、有機ケイ素化合物、可塑剤、安定剤のような添加剤等が挙げられる。   Examples of the compound having no polymerizable carbon-carbon double bond include polymers such as polystyrene, polymethyl methacrylate, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, and nylon, toluene, n-hexane, cyclohexane, acetone, and methyl ethyl ketone. , Low molecular weight compounds such as methyl alcohol, ethyl alcohol, ethyl acetate, acetonitrile, dimethylacetamide, dimethylformamide, and tetrahydrofuran, organic halogen compounds, organosilicon compounds, plasticizers, additives such as stabilizers, and the like.

これら重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物は、成形体を製造する際に光重合性組成物の粘度を調節し取り扱い性を良くするためや、光重合性組成物中のモノマー成分比率を下げて、硬化性を良くするために用いられ、その使用量は多官能モノマーあるいはオリゴマーとの合計量のうち1〜99質量%の範囲とすることが好ましく、取り扱い性も良くしつつ規則的な配列を持った柱状構造体を形成させるためには1〜50質量%の範囲がより好ましい。   These compounds not having a polymerizable carbon-carbon double bond are used for adjusting the viscosity of the photopolymerizable composition to improve the handleability when producing a molded article, and for the ratio of monomer components in the photopolymerizable composition. The amount used is preferably in the range of 1 to 99% by mass of the total amount with the polyfunctional monomer or oligomer, and is regular while improving handleability. In order to form a columnar structure having an appropriate arrangement, the range of 1 to 50% by mass is more preferable.

(開始剤)
光重合性組成物に添加される光重合開始剤は、紫外線等の活性エネルギー線を照射して重合を行う通常の光重合で用いられるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、ベンゾフェノン、ベンジル、ミヒラーズケトン、2−クロロチオキサントン、ベンゾインエチルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、p−t−ブチルトリクロロアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピルフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、ジベンゾスベロン等が挙げられる。
(Initiator)
The photopolymerization initiator added to the photopolymerizable composition is not particularly limited as long as it is used in normal photopolymerization in which polymerization is performed by irradiating active energy rays such as ultraviolet rays. Benzophenone, benzyl, Michler's ketone, 2-chlorothioxanthone, benzoin ethyl ether, diethoxyacetophenone, pt-butyltrichloroacetophenone, benzyldimethyl ketal, 2-hydroxy-2-methylpropylphenone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2- Examples include benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone-1, dibenzosuberone and the like.

これら光重合開始剤の使用量は、その他の光重合性組成物の重量に対して0.001〜10質量%の範囲とすることが好ましく、成形体1の透明性を落とさないようにするために0.01〜5質量%とすることがより好ましい。   The amount of these photopolymerization initiators used is preferably in the range of 0.001 to 10% by mass with respect to the weight of the other photopolymerizable composition, so that the transparency of the molded product 1 is not deteriorated. More preferably, the content is 0.01 to 5% by mass.

本実施形態では、柱状構造体4のマトリックス中での配列パターン及び横断面形状は、フォトマスクによるテクスチャリングによって決定される。このテクスチャリングとは、あらかじめ位置情報及び横断面形状を入力することによって、形成される柱状構造体の配列に高い規則性と、目的の横断面形状をもたせる方法である。   In the present embodiment, the arrangement pattern and the cross-sectional shape in the matrix of the columnar structures 4 are determined by texturing using a photomask. This texturing is a method in which positional information and a cross-sectional shape are input in advance, so that the arrangement of the columnar structures to be formed has a high regularity and a target cross-sectional shape.

柱状構造体の横断面形状を制御するためには、形成する柱状構造体の横断面形状と同様、もしくは類似の形状を有するマスク孔が形成されたフォトマスクが使用される。
フォトマスクを用いて楕円の断面形状をもつ柱状構造体を形成する場合、例えば、フォトマスクのマスク孔の形状は、楕円、長方形、ひし形などが考えられる。つまり、柱状構造体の断面形状とフォトマスクの孔形状は厳密に一致している必要は無い。
尚、本実施形態では、マスク孔は、その長軸が中心に向くように配向される。
In order to control the cross-sectional shape of the columnar structure, a photomask in which mask holes having the same or similar shape as the cross-sectional shape of the columnar structure to be formed is used.
When a columnar structure having an elliptical cross-sectional shape is formed using a photomask, for example, the shape of the mask hole of the photomask may be an ellipse, a rectangle, or a rhombus. That is, the cross-sectional shape of the columnar structure and the hole shape of the photomask do not need to be exactly the same.
In the present embodiment, the mask hole is oriented so that its long axis is directed to the center.

上述したテクスチャリングを行うために、薄板状の配置された光重合性組成物と光源との間にフォトマスク6(図8)を配置する。   In order to perform the texturing described above, a photomask 6 (FIG. 8) is disposed between the light-polymerizable composition disposed in a thin plate shape and the light source.

フォトマスク6は、ガラス基板上に塗布した光重合性組成物の上面に対して略平行に配置される。より精密に柱状構造体の断面形状及びピッチを制御するためには、基材上に塗布した光重合性組成物の上面とフォトマスクとの間の空隙を50μm〜600μmにすることが好ましい。   The photomask 6 is disposed substantially parallel to the upper surface of the photopolymerizable composition applied on the glass substrate. In order to control the cross-sectional shape and pitch of the columnar structure more precisely, it is preferable that the gap between the upper surface of the photopolymerizable composition coated on the substrate and the photomask is 50 μm to 600 μm.

フォトマスク6のマスク孔8での回折により、フォトマスクとは異なるパターンに形成位置が定められてしまったり、パターンが劣化しすぎて形成位置及び横断面形状を規定することができなかったりすることを防ぐため、フォトマスクと光重合性組成物との距離は、所定値となるように正確に設定される。   Due to diffraction at the mask hole 8 of the photomask 6, the formation position may be defined in a pattern different from that of the photomask, or the pattern may be deteriorated so that the formation position and the cross-sectional shape cannot be defined. In order to prevent this, the distance between the photomask and the photopolymerizable composition is accurately set to be a predetermined value.

フォトマスクは、フォトリソグラフィー法で使用されているもの等が使用できる。マスク孔のパターンは、特に限定されるものではない。   As the photomask, those used in the photolithography method can be used. The pattern of the mask hole is not particularly limited.

マスク孔が円形の場合、孔径は80nm〜25μmが好ましく、さらに好ましくは1μm〜15μmであり、マスク孔が楕円の場合、楕円の短軸の長さが10nm〜20μmが好ましく、さらに好ましくは125nm〜10μmである。ピッチは120nm〜50μmが好ましく、さらに好ましくは2μm〜30μmである。   When the mask hole is circular, the hole diameter is preferably 80 nm to 25 μm, more preferably 1 μm to 15 μm. When the mask hole is ellipse, the length of the minor axis of the ellipse is preferably 10 nm to 20 μm, more preferably 125 nm to 10 μm. The pitch is preferably 120 nm to 50 μm, more preferably 2 μm to 30 μm.

柱状構造体を正方格子状に配列するためには、マスク孔が正方格子パターンで規則的に配列されたフォトマスクを用いる。また、柱状構造体を三角格子状に配列するためには、マスク孔が三角格子パターンで規則的に配列されたフォトマスクを用いる。   In order to arrange the columnar structures in a square lattice pattern, a photomask in which mask holes are regularly arranged in a square lattice pattern is used. In order to arrange the columnar structures in a triangular lattice pattern, a photomask in which mask holes are regularly arranged in a triangular lattice pattern is used.

本実施形態では、柱状構造体を形成するためにフォトマスクによるテクスチャリングを使用しているが、これに限らず、可視あるいは紫外域の波長帯のレーザ光、X線、γ線等の放射線を走査照射することによって、位置情報及びの横断面形状を光重合性組成物に入力してもよい。   In this embodiment, texturing using a photomask is used to form a columnar structure. However, the present invention is not limited to this, and radiation such as laser light, X-rays, and γ-rays in the visible or ultraviolet wavelength band is used. The position information and the cross-sectional shape thereof may be input to the photopolymerizable composition by scanning irradiation.

(照射光源)
柱状構造体4を高い規則性で配列するには、薄板状に配置された光重合性組成物の厚さ方向に垂直な平面内において重合反応を均一に進めることが必要である。このため、照射光源は、その光強度分布を照射範囲で略均一であるものを用いる。
(Irradiation light source)
In order to arrange the columnar structures 4 with high regularity, it is necessary to proceed the polymerization reaction uniformly in a plane perpendicular to the thickness direction of the photopolymerizable composition arranged in a thin plate shape. For this reason, the irradiation light source uses a light intensity distribution that is substantially uniform in the irradiation range.

照射光源は、基材上に塗布した光硬化性重合体に対して紫外線等の平行光を照射することができるものが用いられる。照射する光の平行度は、広がり角が±0.03rad以下であるものが好ましく、より好ましくは±0.001rad以下の範囲である。   As the irradiation light source, one capable of irradiating parallel light such as ultraviolet rays to the photocurable polymer coated on the substrate is used. The parallelism of the irradiated light is preferably such that the spread angle is ± 0.03 rad or less, and more preferably ± 0.001 rad or less.

照射光源は、平行光を照射可能であることに加えて、照射する平行光の進行方向に対する垂直断面内で、平行光の光強度分布を略一定であるものを用いる。具体的には、点光源や棒状光源からの光を、ミラーやレンズ等により光強度分布が略一定(ハット型分布)の平行光としたもの、あるいはVCSEL等の面状光源等を使用することができる。   In addition to being able to irradiate parallel light, an irradiation light source having a substantially constant light intensity distribution of the parallel light in a cross section perpendicular to the traveling direction of the parallel light to be irradiated is used. Specifically, light from a point light source or a rod-shaped light source is converted into parallel light having a substantially uniform light intensity distribution (hat distribution) by a mirror or lens, or a planar light source such as a VCSEL is used. Can do.

なお、レーザ光線は平行度の点では好ましい光源であるが、その光強度分布がガウス型の分布を有しているため、適当なフィルタ等を用いて光強度分布を略一定にして使用することが好ましい。   The laser beam is a preferable light source in terms of parallelism, but the light intensity distribution has a Gaussian distribution, and therefore the light intensity distribution should be made substantially constant by using an appropriate filter or the like. Is preferred.

照射光源は、照射エリアを複数の領域に分割して(本実施形態では、9領域)、各領域の光強度を測定し、式(1)で与えられる照度分布の値が、2.0%以下であるものを用いている。より好ましくは、1.0%以下であるものを用いている。
照度分布=(最大値−最小値)/(最大値+最小値)×100・・・(1)
The irradiation light source divides the irradiation area into a plurality of areas (9 areas in the present embodiment), measures the light intensity of each area, and the value of the illuminance distribution given by equation (1) is 2.0% The following are used. More preferably, 1.0% or less is used.
Illuminance distribution = (maximum value−minimum value) / (maximum value + minimum value) × 100 (1)

(第1の光照射ステップ)
次に、フォトマスク6を介して、照明光源からの平行光で薄板状に配置された光重合性組成物を照射する第1の光照射ステップが行われる。詳細には、照射対象範囲で波長全値半幅が100nm以下であり光強度分布が略一定である紫外線等の平行光を照射光源から照射する。これにより、フォトマスク6を通過した光が、光重合性組成物に所定のパターンで照射される。
(First light irradiation step)
Next, the 1st light irradiation step which irradiates the photopolymerizable composition arrange | positioned in the thin plate shape with the parallel light from an illumination light source through the photomask 6 is performed. Specifically, parallel light such as ultraviolet rays having a full wavelength half width of 100 nm or less and a substantially constant light intensity distribution in the irradiation target range is irradiated from the irradiation light source. Thereby, the light which passed the photomask 6 is irradiated to a photopolymerizable composition with a predetermined pattern.

第1の光照射ステップでは、光重合性組成物を不活性ガス雰囲気下に置くことが望ましい。不活性ガス雰囲気下への配置は、フォトマスクを配置する前に行っても、フォトマスクを配置した後に行っても良い。
ただし、酸素が一定以上残存している条件下では、成形体1の表面に硬化不良が発生する可能性が高い。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素などが挙げられる。不活性ガスを用いる目的は酸素を追い出すことであるので、酸素を含まない組成の気体であればどのような気体をも用いることができる。
In the first light irradiation step, it is desirable to place the photopolymerizable composition in an inert gas atmosphere. The placement under an inert gas atmosphere may be performed before the photomask is placed or after the photomask is placed.
However, under conditions where oxygen remains above a certain level, there is a high possibility that poor curing will occur on the surface of the molded body 1. Examples of the inert gas include nitrogen, argon, helium and carbon dioxide. Since the purpose of using the inert gas is to expel oxygen, any gas can be used as long as it has a composition not containing oxygen.

第1の光照射ステップでは、光重合性組成物の光照射部位がゲル状に硬化するまで紫外線等の光を照射することによって、成形体1の内部における柱状構造体4の形成位置を定める。   In the first light irradiation step, the formation position of the columnar structure 4 inside the molded body 1 is determined by irradiating light such as ultraviolet rays until the light irradiation site of the photopolymerizable composition is cured in a gel form.

具体的には、第1の光照射ステップでは、柱状構造体4の規則性及び高回折効率を両立させるために、光重合性組成物の硬化度が10%〜80%の範囲となるまで、より好ましくは、20%〜60%の範囲となるまで照明光源からの光が照射される。本実施形態では、光DSC法で、光重合性組成物が完全に反応し光照射してもそれ以上発熱しない状態を硬化率100%としている。   Specifically, in the first light irradiation step, in order to achieve both the regularity and high diffraction efficiency of the columnar structure 4, until the degree of cure of the photopolymerizable composition is in the range of 10% to 80%, More preferably, the light from the illumination light source is irradiated until the range is 20% to 60%. In the present embodiment, a state in which the photopolymerizable composition completely reacts and does not generate further heat even when irradiated with light is set to a curing rate of 100% by the optical DSC method.

(第2の光照射ステップ)
第1の光照射ステップに続き、第2の光照射ステップが実行される。第2の光照射ステップでは、フォトマスクを取り外した状態で、波長全値半幅が100nm以下であり光強度分布が略一定の平行光を、光重合性組成物に対して照射する。
これにより、第1の光照射ステップで形成位置が定められた柱状構造体4と、それ以外の部分であるマトリックス2とからなる相分離構造を形成して、マトリックス2と柱状構造体4との間の屈折率差を高めつつ光重合性組成物の硬化が完全に終了し、成形体1が完成する。
(Second light irradiation step)
Subsequent to the first light irradiation step, a second light irradiation step is executed. In the second light irradiation step, with the photomask removed, the photopolymerizable composition is irradiated with parallel light having a full width at half maximum of 100 nm or less and a substantially constant light intensity distribution.
As a result, a phase separation structure composed of the columnar structure 4 whose formation position is determined in the first light irradiation step and the matrix 2 which is the other part is formed, and the matrix 2 and the columnar structure 4 are formed. Curing of the photopolymerizable composition is completely completed while increasing the difference in refractive index between them, and the molded body 1 is completed.

照射光として平行光を用いているので、柱状構造体4は、明瞭な柱状構造としてマトリックス2中に形成される。これにより、成形体1は、マトリックス2と柱状構造体4との境界で、屈折率の変化が明瞭に現れるように形成される。   Since parallel light is used as irradiation light, the columnar structure 4 is formed in the matrix 2 as a clear columnar structure. As a result, the molded body 1 is formed so that the change in refractive index clearly appears at the boundary between the matrix 2 and the columnar structure 4.

本実施形態では、第1の光照射ステップで柱状構造体4を完全には硬化させず、形成位置を定めるのみである。そして、第2の光照射ステップにおいて、マトリックス2と柱状構造体4とがある程度の硬度差にある未完全硬化状態で、全体に平行光を照射し、全体を完全に硬化させている。このとき、柱状構造体4の重合自己促進効果によるマトリックス2との架橋密度差と、柱状構造体4とマトリックス2との間での反応拡散による組成分布により、両者間に有意な屈折率差を与えることができ、また、垂直方向に延びるアスペクト比の高い柱状構造体4を形成することができる。   In the present embodiment, the columnar structure 4 is not completely cured in the first light irradiation step, and only the formation position is determined. In the second light irradiation step, the entire matrix 2 and the columnar structure 4 are irradiated with parallel light in an incompletely cured state where there is a certain degree of hardness difference, and the entire structure is completely cured. At this time, due to the difference in cross-linking density with the matrix 2 due to the polymerization self-promoting effect of the columnar structure 4 and the composition distribution due to reaction diffusion between the columnar structure 4 and the matrix 2, a significant difference in refractive index between them is obtained. Further, the columnar structure 4 having a high aspect ratio extending in the vertical direction can be formed.

(回折効率の算出)
製造した成形体1に、標準正規分布の強度分布を持つレーザ光線を入射させて0次、1次、2次の回折スポットの強度を測定し、1次の回折スポットの測定強度を、入射光全体の強度で除した値を成形体1の1次回折効率として算出する。回折スポットが複数点現れる場合は、それらの合計の強度を入射光全体の強度で除した値とする。
本実施形態の成形体1は、回折効率が10%以上(10%≦回折効率≦100%)である。
(Diffraction efficiency calculation)
A laser beam having an intensity distribution of standard normal distribution is incident on the manufactured molded body 1 to measure the intensity of the 0th-order, 1st-order, and 2nd-order diffraction spots, and the measured intensity of the 1st-order diffraction spots is determined as incident light. The value divided by the overall intensity is calculated as the first-order diffraction efficiency of the molded body 1. When a plurality of diffraction spots appear, the total intensity is divided by the intensity of the entire incident light.
The molded body 1 of the present embodiment has a diffraction efficiency of 10% or more (10% ≦ diffraction efficiency ≦ 100%).

成形体1は、光学的ローパスフィルタに用いることができる。デジタルカメラ等の撮影系では、しばしばモアレ(偽色)が問題となる。この原因は、CCDやCMOS等のセンサが規則的に配列しているため撮影対象に含まれる規則的パターンと干渉してしまうことにある。この問題を解決する手段の一つとして、光学的ローパスフィルタを用いる。光学的ローパスフィルタは、入力された光を複数点に分離することにより干渉の影響を抑え、モアレを抑制する効果を有する。   The molded body 1 can be used for an optical low-pass filter. In a photographing system such as a digital camera, moire (false color) is often a problem. This is because the sensors such as CCD and CMOS are regularly arranged and interfere with the regular pattern included in the object to be photographed. As one of means for solving this problem, an optical low-pass filter is used. The optical low-pass filter has an effect of suppressing moire by suppressing the influence of interference by separating input light into a plurality of points.

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものである。   The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. is there.

Claims (3)

光重合性組成物の硬化物からなる薄板状のマトリックスと、該マトリックス中に配置された複数の柱状構造体とを備えた成形体であって、
前記複数の柱状構造体は、前記マトリックス内に、前記マトリックスの厚さ方向に延びる配向で格子状配設され、該マトリックスと異なる屈折率を有し、
前記各柱状構造体は、前記成形体の中心から離れるほど、その横断面形状の扁平率が大きい
ことを特徴とする成形体。
A molded body comprising a thin plate-like matrix made of a cured product of a photopolymerizable composition, and a plurality of columnar structures disposed in the matrix,
The plurality of columnar structures are arranged in a lattice in an orientation extending in the thickness direction of the matrix in the matrix, and have a refractive index different from that of the matrix,
Each of the columnar structures has a greater flatness of the cross-sectional shape as the distance from the center of the molded body increases.
光重合性組成物の硬化物からなる薄板状のマトリックスと、該マトリックス中に配設され該マトリックスと屈折率が異なる複数の柱状構造体とを備えた薄板状の成形体の製造方法であって、
未硬化の前記光重合性組成物を薄板状に配置するステップと、
前記光重合性組成物にフォトマスクを介して光を照射し、前記光重合性組成物を光重合硬化させ、マトリックスと該マトリックス中に配設され前記マトリックスと屈折率が異なる複数の柱状構造体とを備えた薄板状の光重合硬化物を得るステップと、備え、
前記フォトマスクは、フォトマスクの中心から離れるほど偏平率が大きい複数のマスク孔を備える、
ことを特徴とする光制御フィルムの製造方法。
A method for producing a thin plate-like molded body comprising a thin plate-like matrix comprising a cured product of a photopolymerizable composition, and a plurality of columnar structures disposed in the matrix and having different refractive indexes from the matrix. ,
Disposing the uncured photopolymerizable composition in a thin plate,
The photopolymerizable composition is irradiated with light through a photomask, the photopolymerizable composition is photopolymerized and cured, and disposed in the matrix and a plurality of columnar structures having different refractive indexes from the matrix. Obtaining a thin plate-like photopolymerized cured product comprising:
The photomask includes a plurality of mask holes that have a higher flatness ratio as the distance from the center of the photomask increases.
A method for producing a light control film.
前記マスク孔の形状が、フォトマスクの中心から離れるにつれて楕円率が大きくなるように設定されている、
請求項2記載の成形体の製造方法。
The shape of the mask hole is set so that the ellipticity increases as the distance from the center of the photomask increases.
The manufacturing method of the molded object of Claim 2.
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