JP6770816B2 - Method of joining members and optical elements manufactured by that method - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、樹脂、ガラスおよび水晶から選択される異種または同種の部材を、接着剤層を有することなく接合させた光学素子、及びその接合方法に関する。 The present invention relates to, for example, an optical element in which different or similar members selected from resin, glass and quartz are bonded without having an adhesive layer, and a bonding method thereof.

従来から、光学特性の異なる複数の部材を接着剤にて接合した光学素子が広く知られている。しかしながら、部材間に介在する接着剤層によって光学素子の強度が低下したり、部材の有する光学特性が損なわれたりする問題があった。 Conventionally, an optical element in which a plurality of members having different optical characteristics are bonded with an adhesive has been widely known. However, there are problems that the strength of the optical element is lowered by the adhesive layer interposed between the members and the optical characteristics of the members are impaired.

これに対して、特許文献1に示すように、樹脂と樹脂もしくは樹脂とガラスからなる第一及び第二のワーク同士を貼り合わせる方法であって、両ワークの貼り合わせる面の少なくとも一方に紫外光を照射し、光照射後、両ワークの上記貼り合わせる面同士が接触するように積層し、両ワークを、その接触面が加圧されるように加圧し、加圧を解除後、両ワークを加熱するワークの貼り合わせ方法が知られている。この方法によれば、接着剤を用いずに両部材を直接接合することができる。 On the other hand, as shown in Patent Document 1, it is a method of bonding the first and second workpieces made of resin and resin or resin and glass to each other, and ultraviolet light is applied to at least one of the surfaces to which both workpieces are bonded. After irradiating with light, laminating the above-mentioned bonded surfaces of both works so as to contact each other, pressurizing both works so that the contact surfaces are pressurized, and after releasing the pressurization, both works are pressed. A method of bonding workpieces to be heated is known. According to this method, both members can be directly joined without using an adhesive.

特許第5152361号公報Japanese Patent No. 5152361 特開2000−212074号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-21204

しかしながら、特許文献1のワーク貼り合わせ方法では、密着性が小さく、接合面に紫外光を照射し、面同士が接触するように積層し、両ワークをその接合面が加圧されるように加圧し、両ワークを加熱するというように連続して複数の工程を行うため、ワーク同士の隙間に気泡が混入してしまう可能性がある。 However, in the work bonding method of Patent Document 1, the adhesion is small, the joint surface is irradiated with ultraviolet light, the surfaces are laminated so as to be in contact with each other, and both works are added so that the joint surface is pressurized. Since a plurality of steps are continuously performed such as pressing and heating both works, there is a possibility that air bubbles may be mixed in the gaps between the works.

また、上記複数の工程を行う際に、それぞれの装置内にワークを移動させることが必要となり、ワーク同士の位置がずれてしまう可能性がある。 Further, when performing the above-mentioned plurality of steps, it is necessary to move the workpieces into the respective devices, and the positions of the workpieces may be displaced from each other.

ところで、従来から、ベタイン構造単分子の一種であるトリメチルグリシン等は、おむつの吸収剤や、特許文献2の段落0046に記載されているように化粧品のパックなどの保湿成分などに用いられている。本発明者らが鋭意研究したところ、このベタイン構造単分子は、数多くの樹脂、ガラス、金属等の物質でも接合することを見出した。 By the way, conventionally, trimethylglycine, which is a kind of betaine-structured single molecule, has been used as an absorbent for diapers and as a moisturizing ingredient for cosmetic packs as described in paragraph 0046 of Patent Document 2. .. As a result of diligent research by the present inventors, it has been found that this betaine-structured single molecule can be bonded to a large number of substances such as resin, glass, and metal.

本発明は上記状況に鑑みてなされたものであり、接着剤を用いずに部材同士を直接接合させる接合方法であって、かつ、複数の工程を経る間に部材同士の位置がずれることを抑制し、また、接合面に気泡が入ることを抑制する部材の接合方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above situation, and is a joining method in which members are directly joined without using an adhesive, and the positions of the members are suppressed from being displaced during a plurality of steps. Further, it is an object of the present invention to provide a joining method of a member for suppressing the entry of air bubbles into the joining surface.

本発明者らは、ベタイン構造単分子を、表面改質したフィルム、ガラス等に塗布し、最適な気圧(真空度合)、気温、圧力等の環境下におくことで接合させ、様々な光学素子を作製することを見出した。また、両接合部材の加熱および加圧を真空下で行うことで、部材同士の密着性を高め、部材間に混入する気泡を低減することができ、複数の部材を高い精度で位置合わせすることができることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors apply a betaine-structured single molecule to a surface-modified film, glass, etc., and bond them by placing them in an environment of optimum atmospheric pressure (vacuum degree), temperature, pressure, etc., and various optical elements. Was found to produce. In addition, by heating and pressurizing both joint members under vacuum, the adhesion between the members can be improved, air bubbles mixed between the members can be reduced, and a plurality of members can be aligned with high accuracy. We have found that we can do this, and have completed the present invention.

すなわち、請求項1に記載の発明は、樹脂、ガラスまたは水晶からなる第1の部材および樹脂、ガラスまたは水晶からなる第2の部材を接合する方法であって、両部材の接合面の少なくとも一方に紫外線またはプラズマを照射して表面改質し、照射後、両部材の間にベタイン構造単分子を配置し、両部材の接合面同士を接触させ、両部材の接合面を加熱および加圧することを特徴とする部材の接合方法である。 That is, the invention according to claim 1 is a method of joining a first member made of resin, glass or quartz and a second member made of resin, glass or quartz , and at least one of the joining surfaces of both members. Is surface-modified by irradiating with ultraviolet rays or plasma, and after irradiation, a betaine structure single molecule is placed between both members, the joint surfaces of both members are brought into contact with each other, and the joint surfaces of both members are heated and pressurized. It is a method of joining members characterized by.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の接合方法において、接合面の加熱および加圧を真空中で行う部材の接合方法である。 The invention according to claim 2 is a method for joining members in which the joining surface is heated and pressurized in a vacuum in the joining method according to claim 1.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の接合方法において、ベタイン構造単分子が、慣用名では、グリココールベタイン、α-アールレイン、ロラミンAMB-13、ルブリンC、アブロミン、グリシルベタイン、トリメチルグリココール、オキシニューリン、オキシノイリン、グリシンベタイン、リシン、トリメチルグリシンから選択された少なくとも一つであり、体系名では、2-(トリメチルアミニオ)酢酸アニオン、N,N-ジメチル-N-(カルボキシラトメチル)メタンアミニウム、トリメチルアミニオアセタート、N,N,N-トリメチルアミニオアセタート、カルボキシラトメチルトリメチルアミニウム、カルボキシラト-N,N,N-トリメチルメタンアミニウム、N,N,N-トリメチルカルボキシラトメタンアミニウム、(カルボキシラトメチル)トリメチルアミニウム、N,N-ジメチル-N-カルボキシラトメチルメタンアミニウム、α-カルボキシラト-N,N,N-トリメチルメタンアミニウム、2-オキソ-2-オキシラト-N,N,N-トリメチルエタンアミニウム、N,N,N-トリメチル-2-オキシラト-2-オキソエタンアミニウム、(トリメチルアミニオ)酢酸アニオン、(トリメチルアミニオ)アセタート、カルボキシラトメチルトリメチルアンモニウム、(2-オキソ-2-オキシラトエチル)トリメチルアミニウムから選択された少なくとも一つである部材の接合方法である。 In the bonding method according to claim 1, the invention according to claim 3 has a betaine structure single molecule, which is commonly known as glycochol betaine, α-arrain, lolamin AMB-13, lubrin C, abromin, or glycine. Betaine, trimethylglycol, oxyneurine, oxyneurin, glycine Betaine, lysine, trimethylglycine, at least one selected from the system name, 2- (trimethylaminio) acetate anion, N, N-dimethyl-N- (Carboxyrate Methyl) Methanaminium, trimethylaminioacetate, N, N, N-trimethylaminioacetate, Carboxyratomethyltrimethylaminium, Carboxyrat-N, N, N-trimethylmethaneaminium, N, N, N-trimethylcarboxyrat methaneaminium, (carboxyrat methyl) trimethyl aminium, N, N-dimethyl-N-carboxyrat methyl methane aminium, α-carboxyrat-N, N, N-trimethyl methane aminium , 2-Oxo-2-oxyrat-N, N, N-trimethylethaneaminium, N, N, N-trimethyl-2-oxylat-2-oxoetaminium, (trimethylaminio) acetate anion, (trimethylami Nio) A method for joining at least one member selected from acetate, carboxylatomethyltrimethylammonium, and (2-oxo-2-oxylatethyl) trimethylaminium.

請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の接合方法において、紫外線の波長が200nm以下である部材の接合方法である。 The invention according to claim 4 is the joining method for members having an ultraviolet wavelength of 200 nm or less in the joining method according to claim 1.

請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の接合方法において、加熱温度が50〜150℃である部材の接合方法である。 The invention according to claim 5 is a method for joining members having a heating temperature of 50 to 150 ° C. in the joining method according to claim 1.

請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の接合方法において、加圧力が1〜10MPaである部材の接合方法である。 The invention according to claim 6 is a method for joining members having a pressing force of 1 to 10 MPa in the joining method according to claim 1.

本発明の接合方法によれば、第1の部材と第2の部材の接合面の少なくとも一方の表面が紫外線またはプラズマにより活性化されるので、続いて配置されるベタイン構造単分子と部材との間に直接化学的な構造が形成される。これにより、両部材はベタイン構造単分子を介して結合が形成される。このため、両部材間に接着剤層を介さずに両部材を接合することができ、接着剤層によって光学的特性が損なわれることが抑制される。また、加熱および加圧工程を真空下で行った場合は、接合面に気泡が入ることが抑制される。さらに、加熱および加圧工程を同時に行うので、部材同士の位置がずれることが抑制される。 According to the joining method of the present invention, at least one surface of the joining surface of the first member and the second member is activated by ultraviolet rays or plasma, so that the betaine structure single molecule and the member to be subsequently arranged A direct chemical structure is formed between them. As a result, bonds are formed between both members via a betaine-structured single molecule. Therefore, both members can be joined without the need for an adhesive layer between the two members, and it is possible to prevent the adhesive layer from impairing the optical characteristics. Further, when the heating and pressurizing steps are performed under vacuum, air bubbles are suppressed from entering the joint surface. Further, since the heating and pressurizing steps are performed at the same time, it is possible to prevent the members from being displaced from each other.

接合する部材の表面処理工程および状態変化を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the surface treatment process and the state change of the member to be joined. 両部材間にベタイン構造単分子を配置した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which the betaine structure single molecule is arranged between both members. 部材を接合する工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the process of joining a member. 各種の接合状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows various bonding states.

本発明は、樹脂、ガラスまたは水晶からなる第1の部材および第2の部材を接合する方法であって、これら部材の少なくとも一方の接合面に、紫外線またはプラズマを照射し、表面改質を行い、光照射後、その一方の面に、ベタイン構造単分子を塗布によって配置し、両部材の接合面同士を接触させ、その接触面の加熱および加圧を行い、光学素子を作製することを特徴としているが、以下、本発明を実施するにあたり、その具体的な態様を図面を参照しながら詳細に説明する。 The present invention is a method of joining a first member and a second member made of resin, glass or quartz, and irradiating at least one joining surface of these members with ultraviolet rays or plasma to modify the surface. After irradiation with light, a betaine-structured single molecule is placed on one surface by coating, the joint surfaces of both members are brought into contact with each other, and the contact surfaces are heated and pressurized to produce an optical element. However, in carrying out the present invention, a specific embodiment thereof will be described in detail with reference to the drawings.

(接合する第1の部材および第2の部材、接合されてなる光学素子)
第1の部材および第2の部材としては、例えば、水晶と水晶、ガラスとガラス、樹脂と樹脂のように同種を接合するのでもよく、また、水晶、ガラスおよび樹脂から異種の物を選んで接合するのでもよい。このような第1の部材および第2の部材から構成される光学素子としては、具体的には、レンズ、プリズム、DVDやブルーレーザの読取装置に用いられる波長板、偏光板、液晶パネル、液晶パネル用のバックライト、プロジェクタの光学系、携帯電話の液晶パネル、有機ELパネル、太陽電池パネル、自動車の燃料電池の成形用金型の離型剤貼り付け、レンズ成型用型の離型剤貼り付け、等幅広く応用される。図4(a)は、光学素子がフィルム1とガラス2、(b)は、フィルム1aとフィルム1b、(c)は、ガラス2aとガラス2b同士を接合する場合の模式図をそれぞれ示す。
(First member and second member to be joined, optical element to be joined)
As the first member and the second member, the same type may be joined, for example, crystal and crystal, glass and glass, resin and resin, or different materials may be selected from crystal, glass and resin. It may be joined. Specific examples of the optical element composed of the first member and the second member include a lens, a prism, a wave plate used in a DVD or blue laser reader, a polarizing plate, a liquid crystal panel, and a liquid crystal display. Panel backlight, projector optical system, mobile phone liquid crystal panel, organic EL panel, solar cell panel, automobile fuel cell molding mold release agent pasting, lens molding mold release agent pasting Widely applied, such as attaching. FIG. 4A shows a schematic diagram in which the optical elements are film 1 and glass 2, (b) is film 1a and film 1b, and FIG. 4C is a schematic diagram in which glass 2a and glass 2b are bonded to each other.

図1に、フィルム1とガラス2の接合による光学素子の作製を説明する。まず、光学素子となるフィルム1とガラス2を用意する。フィルム1の材料としては、ポリカーボネイト(PC)、シクロオレフィン系ポリマー(COP)、ポリスチレン、ポリエステル、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、ポリビニルアルコール(PVA)、トリアセチルセルロース(TAC)、セルロースアセテートの共重合体、ポリカーボネイト(PC)とポリスチレン(PS)の共重合体、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)とポリスチレン(PS)の共重合体などがある。COPは具体的には三井化学製のアペル(登録商標)、日本ゼオン製のゼオノア(登録商標)、JSR製のアートンがある。これらのうち、同一材料あるいは異種材料からなるフィルム1と、ガラス2を接合することによって、光学素子を作製する。本発明の実施例の場合、例えばポリカーボネイト(PC)からなるフィルム1とガラス2を接合する。 FIG. 1 describes the production of an optical element by joining the film 1 and the glass 2. First, a film 1 and a glass 2 to be optical elements are prepared. The material of the film 1 is a combination of polycarbonate (PC), cycloolefin polymer (COP), polystyrene, polyester, polymethyl methacrylate resin (PMMA), polyvinyl alcohol (PVA), triacetyl cellulose (TAC), and cellulose acetate. There are polymers, copolymers of polycarbonate (PC) and polystyrene (PS), copolymers of polymethyl methacrylate resin (PMMA) and polystyrene (PS), and the like. Specifically, COP includes Apel (registered trademark) manufactured by Mitsui Chemicals, Zeonoa (registered trademark) manufactured by Zeon Corporation, and Arton manufactured by JSR. Of these, an optical element is manufactured by joining a film 1 made of the same material or a different material to a glass 2. In the case of the embodiment of the present invention, for example, a film 1 made of polycarbonate (PC) and a glass 2 are joined.

ガラス2としては、鏡面研磨あるいは光学研磨された平面度が高い基材を使用する。 As the glass 2, a base material having a high flatness that has been mirror-polished or optically polished is used.

(親水化処理(表面改質)工程)
本発明の好ましい1つの実施形態においては、上記のような光学素子を作製するために選択されたガラス、樹脂、水晶のいずれかで形成された第1の部材および第2の部材のうち少なくとも一方の部材の表面に水酸基が存在するように、親水化処理(表面改質)を施す。なお、表面改質させる面は、平面度が高い部材が望ましい。
(Hydrophilic treatment (surface modification) process)
In one preferred embodiment of the present invention, at least one of a first member and a second member made of any of glass, resin, or quartz selected for producing the optical element as described above. Hydrophilization treatment (surface modification) is performed so that hydroxyl groups are present on the surface of the member. It is desirable that the surface to be surface-modified is a member having a high flatness.

まず、本発明の実施例の場合、図1に示すように、ポリカーボネイトからなるフィルム1の表面を親水化するような表面改質処理を行う。好ましい方法としては、表面に紫外線を照射する。紫外線は、エキシマレーザや、プラズマなどである。 First, in the case of the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, a surface modification treatment is performed so as to make the surface of the film 1 made of polycarbonate hydrophilic. As a preferred method, the surface is irradiated with ultraviolet rays. Ultraviolet rays include excimer lasers and plasma.

特に好ましい紫外線の照射条件を述べると、光源としては、200nm以下の波長域の光を用い、172nmの輝線を持つエキシマレーザ又はエキシマランプが好ましいが、低圧水銀ランプ、キセノンランプ、重水素ランプを用いることができる。また、200nm以下の光であればよいので、数nmから数十nm程度の電子線を照射する方法であってもよい。例えば、5nmから90nm程度の電子線であってもよい。照度は、好ましくは10mW/cmで、少なくとも10秒、最も望ましくは30秒程度照射する。 Particularly preferable ultraviolet irradiation conditions are described. As the light source, light in a wavelength range of 200 nm or less is used, and an excimer laser or an excimer lamp having a emission line of 172 nm is preferable, but a low-pressure mercury lamp, a xenon lamp, or a deuterium lamp is used. be able to. Further, since the light may be 200 nm or less, a method of irradiating an electron beam of about several nm to several tens of nm may be used. For example, it may be an electron beam of about 5 nm to 90 nm. The illuminance is preferably 10 mW / cm 2 , and irradiation is performed for at least 10 seconds, most preferably about 30 seconds.

また、部材表面にプラズマを照射した場合にも同様の表面改質を行うことができ、例えば大気圧プラズマ発生装置により発生したプラズマを照射した場合にも表面の親水化処理(表面改質)が可能である。 Further, the same surface modification can be performed when the surface of the member is irradiated with plasma. For example, when the surface is irradiated with plasma generated by an atmospheric pressure plasma generator, the surface hydrophilization treatment (surface modification) is performed. It is possible.

以上のような紫外線照射あるいはプラズマ照射により、空気中の酸素及び照射により酸素から発生したオゾンが紫外線あるいはプラズマと作用して活性酸素が発生する。この活性酸素が、フィルム1の表面を改質する。その結果、フィルム1は、図1のように水酸基を有するようになり接合に適した表面状態になる。 By irradiating with ultraviolet rays or plasma as described above, oxygen in the air and ozone generated from oxygen by irradiation act with ultraviolet rays or plasma to generate active oxygen. This active oxygen modifies the surface of the film 1. As a result, the film 1 has a hydroxyl group as shown in FIG. 1 and has a surface state suitable for bonding.

なお、図1に示すように、フィルム1と同様に、ガラス2表面にも紫外線あるいはプラズマを照射し、表面改質を行ってもよいし、フィルム1またはガラス2の接合する面のいずれか一方だけに照射してもよい。さらに、図4に示すように、フィルム1同士、ガラス2同士を接合する場合も同様である。 As shown in FIG. 1, the surface of the glass 2 may be irradiated with ultraviolet rays or plasma to modify the surface as in the case of the film 1, or either the film 1 or the glass 2 is bonded. You may irradiate only. Further, as shown in FIG. 4, the same applies to the case where the films 1 and the glasses 2 are joined to each other.

(ベタイン構造単分子の配置)
次に、第1の部材および第2の部材の接合面の少なくとも一方の面を表面改質した後、両部材間にベタイン構造単分子を配置する。ベタイン構造単分子とは、正電荷と負電荷を同一分子内の隣り合わない位置に持ち、正電荷をもつ原子には解離しうる水素原子が結合しておらず(四級アンモニウム、スルホニウム、ホスホニウムなどのカチオン構造をとる)、分子全体としては電荷をもたない化合物(分子内塩)の総称であり、自然界では植物や海産物などに広く存在する物質で、食品添加物や化粧品の保湿剤として使用されている。慣用名ではこれらをベタインと総称していて、代表的な化合物としては、C11NOの化学式で表されるトリメチルグリシン、グリシンベタインが知られている。その構造式は下記のとおりである。
(Arrangement of betaine structure monatomic gas)
Next, after surface modification of at least one of the joint surfaces of the first member and the second member, a betaine structure single molecule is arranged between the two members. A betaine-structured single molecule has positive and negative charges in non-adjacent positions within the same molecule, and the atom with positive charge does not have a dissociable hydrogen atom bonded (quaternary ammonium, sulfonium, phosphonium). It is a general term for compounds (intramolecular salts) that do not have an electric charge as a whole molecule. It is a substance that is widely present in plants and marine products in nature, and is used as a moisturizer for food additives and cosmetics. It is used. The trivial name have been collectively referred to as betaine, representative compounds, trimethyl glycine represented by the chemical formula C 5 H 11 NO 2, glycine betaine are known. The structural formula is as follows.

Figure 0006770816
Figure 0006770816

その他、本発明のベタイン構造単分子として用いられるものには、慣用名では、グリココールベタイン、α-アールレイン、ロラミンAMB-13、ルブリンC、アブロミン、グリシルベタイン、トリメチルグリココール、オキシニューリン、オキシノイリン、グリシンベタイン、リシン、トリメチルグリシン等が挙げられる。 Others used as the betaine structure single molecule of the present invention include glycocholic betaine, α-arlein, lolamin AMB-13, lublin C, abromin, glycylbetaine, trimethylglycol, oxyneurine, etc. Examples thereof include oxyneurin, glycine betaine, lysine and trimethylglycine.

また、体系名では、2-(トリメチルアミニオ)酢酸アニオン、N,N-ジメチル-N-(カルボキシラトメチル)メタンアミニウム、トリメチルアミニオアセタート、N,N,N-トリメチルアミニオアセタート、カルボキシラトメチルトリメチルアミニウム、カルボキシラト-N,N,N-トリメチルメタンアミニウム、N,N,N-トリメチルカルボキシラトメタンアミニウム、(カルボキシラトメチル)トリメチルアミニウム、N,N-ジメチル-N-カルボキシラトメチルメタンアミニウム、α-カルボキシラト-N,N,N-トリメチルメタンアミニウム、2-オキソ-2-オキシラト-N,N,N-トリメチルエタンアミニウム、N,N,N-トリメチル-2-オキシラト-2-オキソエタンアミニウム、(トリメチルアミニオ)酢酸アニオン、(トリメチルアミニオ)アセタート、カルボキシラトメチルトリメチルアンモニウム、(2-オキソ-2-オキシラトエチル)トリメチルアミニウム等が挙げられる。 In the system name, 2- (trimethylaminio) acetate anion, N, N-dimethyl-N- (carboxyratmethyl) methaneaminium, trimethylaminioacetate, N, N, N-trimethylaminioacetate , Carboxylamethyl trimethylaminium, Carboxyrate-N, N, N-trimethylmethaneaminium, N, N, N-trimethylcarboxylatamethaneaminium, (Carboxylamethyl) trimethylaminium, N, N-dimethyl- N-carboxyrat Methyl Methane Aminium, α-Carboxyrat-N, N, N-trimethyl Methane Aminium, 2-oxo-2-Oxyrat-N, N, N-trimethylethane Aminium, N, N, N- Trimethyl-2-oxylat-2-oxoethaneaminium, (trimethylaminio) acetate anion, (trimethylaminio) acetate, carboxylatomethyltrimethylammonium, (2-oxo-2-oxylatethyl) trimethylaminium, etc. Can be mentioned.

ベタイン構造単分子を両部材間に配置する方法としては、ベタインの溶液を調製し、これを湿式にて公知の塗布方法によって配置することが挙げられる。具体的には、ベタイン構造単分子の一種であるトリメチルグリシンを溶解させた液を準備し、ディップコート法、溶液コート法(浸漬法)、スピンコート法、バーコート法などの湿式(溶液コート方法)、はけ塗り法等により塗布する。その後、溶媒を除去することにより、ベタインは、両部材間に単分子膜を形成する。 As a method of arranging the betaine structure single molecule between the two members, a solution of betaine is prepared and the betaine structure is arranged in a wet manner by a known coating method. Specifically, a liquid in which trimethylglycine, which is a kind of betaine structure single molecule, is dissolved is prepared, and wet (solution coating method) such as dip coating method, solution coating method (immersion method), spin coating method, and bar coating method is used. ), Apply by brush coating method, etc. The betaine then forms a monolayer between the two members by removing the solvent.

本発明の実施例では、ベタイン構造単分子として具体的には、大阪有機化学工業製の超親水性コーティング剤やニットーボーメディカル製の親水性コーティング剤である、トリメチルグリシン等を用いた。図では、トリメチルグリシンを用いた例を図示しているが、本発明はこの例のみに限定されない。 In the examples of the present invention, specifically, as the betaine structure single molecule, a superhydrophilic coating agent manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd., a hydrophilic coating agent manufactured by Nittobo Medical, and the like were used. Although the figure illustrates an example using trimethylglycine, the present invention is not limited to this example.

図2(a)に示すようにガラス2にトリメチルグリシンを配置し、フィルム1を接触させると、図2(b)に示すようにトリメチルグリシンの酸素基とガラスの水酸基が、また、アンモニウム窒素とフィルムの水酸基が、水素結合により結合されて、両部材が接合される。あるいは、後述する接合条件(温度、圧力)によっては、図2(c)に示すようにトリメチルグリシンとフィルムまたはガラスの表面の水酸基とが反応し、酸素を介した共有結合により接合される。 When trimethylglycine is placed on the glass 2 as shown in FIG. 2 (a) and the film 1 is brought into contact with the film 1, the oxygen group of trimethylglycine and the hydroxyl group of the glass are combined with ammonium nitrogen as shown in FIG. 2 (b). The hydroxyl groups of the film are bonded by hydrogen bonds to bond both members. Alternatively, depending on the bonding conditions (temperature, pressure) described later, trimethylglycine reacts with the hydroxyl group on the surface of the film or glass as shown in FIG. 2C, and the film or glass is bonded by a covalent bond via oxygen.

(加熱・加圧工程)
その後、表面が改質され、ベタイン構造単分子が配置された、ガラス、樹脂、水晶のいずれかで形成された2つの部材の表面同士を密着させた後に、図3に示すように、これを平面板からなる加圧部材4、5間に配置する。加圧部材としては、面精度が高い金属平面板あるいは面精度が高く弾性を有する部材を選択することができる。
(Heating / pressurizing process)
After that, the surfaces were modified and the surfaces of the two members formed of glass, resin, or quartz on which the betaine-structured single molecule was arranged were brought into close contact with each other, and then this was applied as shown in FIG. It is arranged between the pressure members 4 and 5 made of a flat plate. As the pressurizing member, a metal flat plate having high surface accuracy or a member having high surface accuracy and elasticity can be selected.

表面処理を行った面同士を接触させ、大気圧下にて加圧部材間に配置し、加熱及び加圧処理を行う。このとき、加熱温度は50℃から150℃程度の範囲が有効で、最も望ましい温度は80℃程度である。加圧力は1〜10MPaの範囲が有効で、最も望ましい加圧力は約2MPaである。加熱及び加圧処理する処理時間は30秒〜300秒の範囲が有効で、最も望ましい処理時間は100秒程度である。 The surface-treated surfaces are brought into contact with each other, placed between the pressurizing members under atmospheric pressure, and heated and pressurized. At this time, the heating temperature is effectively in the range of about 50 ° C. to 150 ° C., and the most desirable temperature is about 80 ° C. The pressing force is effective in the range of 1 to 10 MPa, and the most desirable pressing force is about 2 MPa. The treatment time for the heating and pressurizing treatment is effectively in the range of 30 seconds to 300 seconds, and the most desirable treatment time is about 100 seconds.

この加熱および加圧処理によって、図4(a)〜(c)に示すように、2つの部材の表面は、(a)ベタイン構造単分子と部材表面の水酸基が水素結合を形成して接合される、(b)ベタイン構造単分子と部材表面の水酸基が反応して酸素を介した共有結合を形成して接合される、または、(c)共有結合および水素結合が混在した状態で接合される。つまり、2つの部材の表面は、接着剤による接着層あるいは接着膜なしで直接的に接合されるのである。 By this heating and pressurizing treatment, as shown in FIGS. 4A to 4C, the surfaces of the two members are bonded by forming a hydrogen bond between the single molecule having a betaine structure and the hydroxyl group on the surface of the member. (B) A single molecule having a betaine structure reacts with a hydroxyl group on the surface of a member to form a covalent bond via oxygen, or (c) a bond is formed in a state where a covalent bond and a hydrogen bond are mixed. .. That is, the surfaces of the two members are directly bonded without an adhesive layer or film of adhesive.

本発明においては、上記の加熱および加圧工程は、真空下で行うことを好ましい態様としている。その場合は、表面が改質されベタイン構造単分子が配置された、ガラス、樹脂、水晶のいずれかで形成された2つの部材の表面同士を密着させた後に、真空下にて平面板からなる加圧部材4、5間に配置する。真空下での好ましい加熱条件および温度条件、処理時間は、常圧下での同工程の場合と同様である。 In the present invention, it is preferable that the heating and pressurizing steps are performed under vacuum. In that case, after the surfaces of two members formed of glass, resin, or quartz, whose surfaces have been modified and betaine-structured single molecules are arranged, are brought into close contact with each other, they consist of a flat plate under vacuum. It is arranged between the pressurizing members 4 and 5. The preferable heating conditions, temperature conditions, and treatment time under vacuum are the same as in the same step under normal pressure.

(その他)
本発明の方法は、ポリカーボネイトのフィルムとガラスだけではなく、フィルム同士、ガラス同士、あるいは異なる種類のフィルムとの接合にも採用することが可能である。
接合する部材の組み合わせの他の好適例としては、次のものがある。
(a)樹脂フィルムとガラス基板の接合
(b)樹脂フィルムと水晶基板の接合
樹脂フィルムとガラス基板の接合は、フィルムの光学素子の板厚を調整する場合に適用される。例えば、フィルム単体では0.05mm程度であるが、0.5mmのガラス基板を接合すれば0.55mmとなり、剛性も得られる。光学素子は、位相差板や偏光板である。また液晶パネルや、パネルとブラックライトの接合部材、プロジェクタの光学系、携帯電話の液晶パネル、有機ELパネル、太陽電池パネル等に用いられる。
(Other)
The method of the present invention can be adopted not only for bonding polycarbonate films and glass, but also for bonding films to each other, between glasses, or to different types of films.
Other suitable examples of combinations of members to be joined include the following.
(A) Bonding of resin film and glass substrate (b) Bonding of resin film and crystal substrate Bonding of resin film and glass substrate is applied when adjusting the thickness of the optical element of the film. For example, the film alone is about 0.05 mm, but if a 0.5 mm glass substrate is joined, it becomes 0.55 mm, and rigidity can be obtained. The optical element is a retardation plate or a polarizing plate. It is also used in liquid crystal panels, joint members between panels and black lights, optical systems for projectors, liquid crystal panels for mobile phones, organic EL panels, solar cell panels, and the like.

また、接合するガラス基板が回折格子である場合、位相差フィルムと接合することにより偏光機能と回折機能を併せ持つ複合光学素子の作製が可能となる。 Further, when the glass substrate to be bonded is a diffraction grating, it is possible to manufacture a composite optical element having both a polarizing function and a diffraction function by bonding with a retardation film.

樹脂の位相差フィルムと水晶基板の接合は、水晶基板が位相差板であれば、樹脂の位相差フィルムの接合と同様に積層による位相差板の広帯域化が可能となる。 In the bonding of the resin retardation film and the crystal substrate, if the crystal substrate is a retardation plate, the wide band of the retardation plate can be widened by laminating in the same manner as the bonding of the resin retardation film.

水晶基板同士の接合の場合、BD波長のレーザ光への耐光性が高い位相差板の作製が可能となる。 In the case of joining crystal substrates to each other, it is possible to manufacture a retardation plate having high light resistance to laser light having a BD wavelength.

つまり、樹脂の位相差フィルムを用いた位相差板や水晶の位相差板を接着剤や粘着材で貼り合せた位相差板のように、有機材料を部材に用いた位相差板は、BD波長のレーザ光の照射により有機材料部分の劣化が生じる懸念があるが、本発明の製造方法によれば、BD波長のレーザ光の照射による劣化の懸念がない水晶位相差板の作製が可能となる。 That is, a retardation plate using an organic material as a member, such as a retardation plate using a resin retardation film or a retardation plate made by laminating a crystal retardation plate with an adhesive or an adhesive material, has a BD wavelength. Although there is a concern that the organic material portion may be deteriorated by the irradiation of the laser beam of the above, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a crystal retardation plate which is not concerned about the deterioration by the irradiation of the laser beam of the BD wavelength. ..

(本発明の効果)
本発明は、2つの部材を、接着剤、接合膜等を用いることなく、透過率、耐湿性を維持したまま接合することが可能となる光学素子の製造方法及びその方法を用いて製造した光学素子を提供することができる。マクロの厚さを有する接着剤層を用いた従来技術と比較して、ベタインは単分子で配置されるため、光学的特性に悪影響を及ぼすことはほぼなく、第1の部材と第2の部材の接合部は、外観上、接着剤や粘着材を用いた場合に見られる接着層がなく、歪みなどが生じていないという特徴がある。
(Effect of the present invention)
The present invention is a method for manufacturing an optical element capable of joining two members while maintaining transmittance and moisture resistance without using an adhesive, a bonding film, or the like, and an optical manufactured using the method. The element can be provided. Compared with the conventional technique using an adhesive layer having a macro thickness, betaine is arranged as a single molecule, so that it has almost no adverse effect on the optical properties, and the first member and the second member are not affected. The joint portion is characterized in that, in appearance, there is no adhesive layer that is seen when an adhesive or an adhesive material is used, and distortion or the like does not occur.

また、トリメチルグリシン等のベタイン構造単分子を介在させた場合、樹脂同士、ガラス同士、樹脂とガラスの接合以外に、ガラスと金属、フィルムと金属、金属同時、等のいかなる物質でも接合することができる。 In addition, when a betaine structure single molecule such as trimethylglycine is interposed, any substance such as glass and metal, film and metal, and metal can be bonded in addition to resin to glass, glass to glass, and resin to glass. it can.

これによって、従来接着剤でフィルムを貼り付けた光学素子を紫外域で用いた場合は接着剤が化学変化を起こしてしまうが、ベタイン構造単分子を用いた場合、紫外線に対しても変化することなく、支障なく作業することができる。また、液晶パネル等に用いた場合でもあっても、バックライトで表示される画像、文字等が歪むことなく鮮明に表示することができる。有機ELパネルにおいても、同様で、画像、文字等が歪むことなく鮮明に表示することができる。特に3次元画像の表示においても、奥行きを鮮明に表示することができるので、全く違和感なく自然に目にする物体と全く同じ物体が画面に表示されることとなる。 As a result, when an optical element to which a film is attached with an adhesive is used in the ultraviolet region, the adhesive undergoes a chemical change, but when a betaine structure single molecule is used, it also changes with ultraviolet rays. You can work without any trouble. Further, even when it is used for a liquid crystal panel or the like, the image, characters, etc. displayed by the backlight can be clearly displayed without being distorted. The same applies to the organic EL panel, and images, characters, and the like can be clearly displayed without being distorted. In particular, even when displaying a three-dimensional image, the depth can be clearly displayed, so that an object that is exactly the same as an object that is naturally seen without any discomfort is displayed on the screen.

さらに、加熱および加圧を真空下で行う態様においては、部材間に含まれる気泡の混入が大気圧下で行う場合よりも低減でき、密着力は数倍向上し、部材同士の高精度な位置合わせを行うことができる。 Further, in the mode in which heating and pressurization are performed under vacuum, the mixing of air bubbles contained between the members can be reduced as compared with the case where the mixing is performed under atmospheric pressure, the adhesion is improved several times, and the positions of the members are highly accurate. You can make adjustments.

1:フィルム
2:ガラス
3:接合体(光学素子)
4、5:加圧部材(平面板)
1: Film 2: Glass 3: Joined body (optical element)
4, 5: Pressurizing member (flat plate)

Claims (6)

樹脂、ガラスまたは水晶からなる第1の部材および樹脂、ガラスまたは水晶からなる第2の部材を接合する方法であって、
両部材の接合面の少なくとも一方に紫外線またはプラズマを照射して表面改質し、
前記照射後、両部材の間にベタイン構造単分子を配置し、
両部材の前記接合面同士を接触させ、
両部材の前記接合面を加熱および加圧することを特徴とする部材の接合方法。
A method of joining a first member made of resin, glass or quartz and a second member made of resin, glass or quartz .
Irradiate at least one of the joint surfaces of both members with ultraviolet rays or plasma to modify the surface.
After the irradiation, a betaine-structured single molecule was placed between the two members.
The joint surfaces of both members are brought into contact with each other.
A method for joining members, which comprises heating and pressurizing the joint surfaces of both members.
前記接合面の加熱および加圧を真空中で行うことを特徴とする請求項1に記載の部材の接合方法。 The method for joining members according to claim 1, wherein the joint surface is heated and pressurized in a vacuum. 前記ベタイン構造単分子は、
慣用名では、グリココールベタイン、α-アールレイン、ロラミンAMB-13、ルブリンC、アブロミン、グリシルベタイン、トリメチルグリココール、オキシニューリン、オキシノイリン、グリシンベタイン、リシン、トリメチルグリシンから選択された少なくとも一つであり、
体系名では、2-(トリメチルアミニオ)酢酸アニオン、N,N-ジメチル-N-(カルボキシラトメチル)メタンアミニウム、トリメチルアミニオアセタート、N,N,N-トリメチルアミニオアセタート、カルボキシラトメチルトリメチルアミニウム、カルボキシラト-N,N,N-トリメチルメタンアミニウム、N,N,N-トリメチルカルボキシラトメタンアミニウム、(カルボキシラトメチル)トリメチルアミニウム、N,N-ジメチル-N-カルボキシラトメチルメタンアミニウム、α-カルボキシラト-N,N,N-トリメチルメタンアミニウム、2-オキソ-2-オキシラト-N,N,N-トリメチルエタンアミニウム、N,N,N-トリメチル-2-オキシラト-2-オキソエタンアミニウム、(トリメチルアミニオ)酢酸アニオン、(トリメチルアミニオ)アセタート、カルボキシラトメチルトリメチルアンモニウム、(2-オキソ-2-オキシラトエチル)トリメチルアミニウムから選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項1に記載の部材の接合方法。
The betaine structure single molecule is
By trivial name, at least one selected from glycochol betaine, α-earlein, lolamin AMB-13, lublin C, abromin, glycylbetaine, trimethylglycol, oxyneurine, oxyneurin, glycine betaine, lysine, trimethylglycine. And
In the system name, 2- (trimethylaminio) acetate anion, N, N-dimethyl-N- (carboxyratmethyl) methaneaminium, trimethylaminioacetate, N, N, N-trimethylaminioacetate, carboxy Latomethyltrimethylaminium, Carboxyrate-N, N, N-trimethylmethaneaminium, N, N, N-trimethylcarboxylatamethaneaminium, (carboxylatomethyl) trimethylaminium, N, N-dimethyl-N- Carboxyrate Methylmethane Aminium, α-Carboxyrat-N, N, N-trimethylmethane Aminium, 2-oxo-2-oxylat-N, N, N-trimethylethaneaminium, N, N, N-trimethyl- Selected from 2-oxylat-2-oxoethaneaminium, (trimethylaminio) acetate anion, (trimethylaminio) acetate, carboxylatomethyltrimethylammonium, (2-oxo-2-oxylatethyl) trimethylaminium The method for joining members according to claim 1, wherein the number is at least one.
前記紫外線の波長は、200nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の部材の接合方法。 The method for joining members according to claim 1, wherein the wavelength of the ultraviolet rays is 200 nm or less. 前記加熱温度は、50〜150℃であることを特徴とする請求項1に記載の部材の接合方法。 The method for joining members according to claim 1, wherein the heating temperature is 50 to 150 ° C. 前記加圧力は、1〜10MPaであることを特徴とする請求項1に記載の部材の接合方法。 The method for joining members according to claim 1, wherein the pressing force is 1 to 10 MPa.
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