JP5534557B2 - 成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形体の製造方法に関し、詳細には、回折、偏向、拡散等の光学特性を有する光学物品として使用されるシートあるいはフィルム状の成形体の製造方法に関するものである。

高分子材料は、選択できる材料の種類が豊富で多様な機能を付与できるため、近年、高分子材料を光学用途へ適用しようとする試みが盛んになされている。例えば、一次元あるいは二次元の微細構造が形成された高分子材料の成形体を、光制御素子として利用することが提案されている。

このような成形体の一つとして、図１に示されている、マトリックス１中に、該マトリックス１と屈折率が異なる複数の柱状構造体２が略同一方向に配向されている光制御フィルム４が知られている（特許文献１〜３参照）。

これら光制御フィルムは、未硬化の光重合性組成物の塗膜に対して平行光をある角度で照射することによって製造される。光重合性組成物としては、アクリレート等の不飽和結合を有するモノマー類と、光開始剤との液状混合物が使用される。

特開平３−２８４７０２号公報 特開２００５−２４２３４０号公報 特開２００５−２６５９１５号公報

しかしながら、従来の光制御フィルムを製造方法する際には、平面上に塗布あるいは平板状の配置された未硬化の光重合性組成物を、平面あるいは平板の表面に直交する平行光で照射しているため、硬化した光重合性組成物のマトリックス内に形成された柱状構造体は、全て、前記平面あるいは平板の表面に直交する方向に配向される。

このため、この方法で作製した光制御フィルムを使用する際、湾曲状態で配置すると、部位により柱状構造体の配向方向が変わってしまうこととなる。すなわち、使用時に、平行光が入射すると、入射光は、中央部では柱状構造体が延びる方向にフィルム内を進むが、周辺領域では柱状構造体の延びる方向に対し或る角度でフィルム内を進むことになる。

この光制御フィルムは、柱状構造体に平行な光を散乱する異方性散乱特性を有し、この光学特性を利用して光を制御するものである。したがって、上述したように、湾曲状態で配置されると、周縁領域で、所望の光学特性が得られないという問題があった。

一方、従来の製造方法では、基板上に塗布した液状の光重合性組成物を硬化させるが、湾曲面上に、未硬化で液状の光重合性組成物を均一な厚さで塗布することは困難であるため、湾曲面上で上述した成形体を製造することができなかった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、湾曲した形状を有しながらマトリックス中に複数の柱状構造体が略同一方向に配向されている成形体の製造方法を提供することを目的とする。

本願発明の発明者は、架橋構造を有する材料に光重合性組成物を含浸させ、得られた含浸物を所望の湾曲状態とした状態で平行光を照射し、光重合性組成物を光重合によって硬化させる方法により、湾曲した形状を有しながらマトリックス中に複数の柱状構造体が略同一方向に配向されている成形体が得られることを見出し、本願発明をなしたものである。
本発明では、従来の方法とは異なり、擬固体状の含浸物を用いるために、未硬化の液状の光重合性組成物を湾曲状態に配置し、その状態で硬化させることが可能である。

本発明によれば、
光重合性体からなるマトリックスと、該マトリックス中に配設された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少なくとも一部に湾曲形状を有する成形体の製造方法であって、
架橋構造を有する材料に光重合性組成物を含浸させて含浸物とするステップと、
該含浸物を湾曲した状態にして配置するステップと、
前記配置された含浸物に、広がり角が±０．０３ｒｄ以下の紫外線の平行光を照射し、前記光重合性組成物を硬化させ前記少なくとも一部に湾曲形状を有する成形体を得るステップ、とを備える、
成形体の製造方法、が提供される。

このような構成によれば、湾曲した形状でありながら、マトリックス中に複数の柱状構造体が略同一方向に配向され、全域にわたり所望の光学性能を得ることができる成形体を容易に製造することができる。

本発明によれば、湾曲した形状を有しながらマトリックス中に複数の柱状構造体が略同一方向に配向されている成形体の製造方法が提供される。

従来の製造方法によって製造された成形体の模式的な斜視図である。 本発明の好ましい実施形態の成形体の模式的な斜視図である。 本発明の好ましい実施形態の成形体製造方法を説明する図面である。

以下、本発明の好ましい実施形態の成形体およびその製造方法について詳細に説明する。
図２は、本発明の好ましい実施形態の成形体１０の模式的な斜視図である。

図２に示すように、成形体１０は、０．３ｍｍ程度の略均一な厚さを有する湾曲した板状形状を有しており、基質であり湾曲した薄板状形態のマトリックス１２と、このマトリックス１２中に配置された多数の柱状構造体１４とを備えた相分離構造を有している。
成形体１０の厚さは、５０μｍ〜５ｍｍが好ましい。５０μｍ未満であると柱状構造体が形成されず、５ｍｍ超であると硬化不十分となる。
また、湾曲した薄板状形態のマトリックス１２以外にも、例えば球面、放物面等、具体的にはレンチキュラーレンズ、プリズム等の面上にも形成することが可能である。光が到達する限り湾曲の程度は問題とならない。好ましくは、後の照射工程で照射する方向から見て遮蔽部がない形状である。

各柱状構造体１４は、円柱状の略同一形状を有する。成形体１０の中のある地点Ａの柱状構造体１４の配向角度θ２（地点Ａを接点とする面の垂線が柱状構造体１４となす角度）は、地点Ａを接点とする面の垂線が照射光源となす角度をθ１、成形体１０の屈折率をｎとすると、式（１）で表される。

θ２＝ｓｉｎ^-1（ｓｉｎθ１／ｎ２） （１）

柱状構造体１４は、直径あるいは配列周期が、８０ｎｍ以上１０００μｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは１００ｎｍ以上５０μｍの範囲である。柱状構造体１４の直径あるいは配列周期を、この範囲内にすることによって、成形体として３５０〜２０００ｎｍの波長範囲の光に対する干渉効果を十分に発現させることができ、一般的な光学用途で使用可能な波長範囲において高度な光制御が可能となる。具体的には、このような構造を有する成型体は、柱状構造体の配向方向と平行に入射した光を散乱する異方性散乱特性を示す。

次に、本発明の好ましい実施形態の成形体１１の製造方法について説明する。図３は、本発明の好ましい実施形態の成形体製造方法を説明する図面である。

本発明の成形体製造方法では、架橋構造を有する材料に光重合性組成物を含浸させて、得られた含浸物を湾曲した状態にして平行光を照射し、光重合性組成物を光重合によって硬化させることによって得る。

得られた含浸物を湾曲した状態にして平行光で照射するためには、平板状の含浸物を湾曲面上に配置して平行光で照射する方法や、架橋構造を有する材料を湾曲形状に賦型し、この材料に光重合性組成物を含浸させる方法等が挙げられる。

図３では、平板状の架橋構造を有する材料に未硬化の光重合性組成物を含浸させて含浸物１６とし、この含浸物を湾曲面１８上に配置して（１）、平行光を照射し（２）、光重合性組成物を硬化させ成形体１０とする（３）方法が示されている。

架橋構造を有する材料としては、分子間に化学的、物理的架橋点を有する材料であり、後述する光重合性組成物を含浸できるものであれば、何を用いても良い。具体的には、高分子を硫黄や電子線で化学架橋したものや、多官能性モノマーの重合物、物理ゲル、化学ゲルなどが挙げられる。例えば、ゴム、エポキシ樹脂、低密度ポリエチレンや、硫黄、電子線等によって架橋を形成したプラスチック、Ｎ−Ｎ´−メチレンビスアクリルアミドやエチレングリコールジメタクリレートなどの架橋剤と共にラジカル重合を行い得られた高分子ゲル、寒天、ゼラチンなどの物理ゲル、ガラス、繊維、紙などからなる不織布、などが挙げられる。
架橋構造を有する材料は、含浸後に透明であるようにして用いる。すなわち、架橋構造を有する材料と、含浸させる光重合性組成物の屈折率を合わせ、透明とする必要がある。その厚さは、上述のとおり、５０μｍ〜５ｍｍが好ましい。

含浸させる光重合性組成物としては、分子内に不飽和結合を有するモノマーおよびオリゴマーと光重合開始剤との混合物を用いることができる。分子内に不飽和結合を有するモノマーおよびオリゴマーの例としては、（メタ）アクリレート化合物やビニル化合物等が挙げられる。

成型体１０はマトリックス１２と柱状構造体１４の屈折率差が大きいほど高い光学特性を示し、この屈折率差は、架橋構造を有する材料と、含浸させる光重合性組成物との屈折率差に対応する。このため、高い光学特性を得るためには、架橋構造を有する材料と、含浸させる光重合性組成物との屈折率差が大きい組み合わせを選ぶことが好ましい。

光開始剤としては、光照射波長で分解し、モノマー及びオリゴマーの重合を開始しうるものであれば何でも良い。
好ましくは光照射によりラジカルを発生しうる光開始剤が用いられ、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。

本実施形態では、光重合性組成物の含浸方法として、光重合性組成物に平板状の架橋構造を有する材料を浸漬し、材料中に平衡状態となるまで光重合性組成物を拡散させて含浸物１６とする方法が用いられる。架橋構造を有する材料を連続製造し、下流側に光重合性組成物を収容した浸漬槽を配置し、架橋構造を有する材料をこの槽内を通過させ、連続的に、光重合性組成物を含浸させても良い。

含浸物１６に平行光を照射する照射光源は、含浸物１６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。

また、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とすることができるものを用いる。具体的には、照射光源には、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、ＶＣＳＥＬ等の面状光源等を使用することができる。

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、適当なフィルター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。照射光源は、照射エリア内の光強度を測定し、下式で与えられる照度分布の値が、２％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

光照射は、不活性ガス雰囲気下で行うことが望ましい。用いる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。ただし、不活性ガスを用いる目的は酸素が光重合性組成物に接触しないようにすることであるので、酸素を含まない組成の気体であればどのような気体でも使用可能である。

本発明の前記実施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技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。

以下、本発明の実施例の説明をする。
（実施例１）
ポリエチレングリコールジメタクリレート（商品名：ＮＫエステル１４Ｇ、新中村化学工業社製）１００質量部とイルガキュア１８４（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製）１質量部の混合物を０．３ｍｍの厚みで製膜し、ケミカルランプを用いて５Ｊ／ｃｍ²の紫外線を照射して架橋構造を有する材料の膜状体を得た。
得られた膜状体に含浸させる光重合性組成物としては、ベンジルメタクリレート１００質量部とイルガキュア１８４（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製）１質量部の混合物を用いた。

膜状体を光重合性組成物に浸漬させて１０分間放置し、含浸物を得た。含浸物を平凸型の樹脂板の凸面に貼り付け、窒素雰囲気下で平行光により５Ｊ／ｃｍ²の紫外線を照射して光重合性組成物を重合させた。
重合物の断面観察を行うと、どの部位においても全ての柱状構造が同一方向に配向していることが確認できた。

（比較例）
ポリエチレングリコールジメタクリレート（商品名：ＮＫエステル１４Ｇ、新中村化学工業社製）８０質量部とベンジルメタクリレート２０質量部、計１００質量部に対し、イルガキュア１８４（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製）１質量部を加えた混合物を０．３ｍｍの厚みで製膜し、窒素雰囲気下で平行光により５Ｊ／ｃｍ²の紫外線を照射して混合物を重合させた。重合物の断面観察を行うと、柱状構造体は全て膜面に対し垂直に配向されていた。

本膜状体を平凸型の樹脂板の凸面に貼り付け、断面観察を行うと、凸面の中央部と、凸面の端部で柱状構造体の配向方向が異なっていた。

１０：成形体
１２：マトリックス
１４：柱状構造体
１６：含浸物
１８：湾曲面

Claims (2)

1. 光重合性体からなるマトリックスと、該マトリックス中に配設された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少なくとも一部に湾曲形状を有する成形体の製造方法であって、
   架橋構造を有する材料に光重合性組成物を含浸させて含浸物とするステップと、
   該含浸物を湾曲した状態にして配置するステップと、
   前記配置された含浸物に、広がり角が±０．０３ｒｄ以下の紫外線の平行光を照射し、前記光重合性組成物を硬化させ前記少なくとも一部に湾曲形状を有する成形体を得るステップ、とを備える、
   成形体の製造方法。
2. 光重合性体からなるマトリックスと、該マトリックス中に配設され、略同一方向に配向された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、少なくとも一部に湾曲形状を有し、
   前記柱状構造体は、直径および配列周期が、８０ｎｍ以上１０００μｍ以下であり、
   前記成形体が３５０〜２０００ｎｍの波長範囲の光に対する干渉効果を十分に発現させることができる、
   成形体。

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