JPS63237001A - 透過型位相格子又はレンズ及びそれらの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、有機高分子材料で形成された透過波面が良好
で、透過率がよく、量産化に富み、＠量、安価な透過型
位相格子又はレンズ及びそれらの製法に関する。

（従来の技術） 従来は石英ガラスや光学ガラス基板上に（し光性高分子
化合物を用いフォトリソグラフィーによって位相格子又
はレンズのパターンを描き、このまま使用するか、もし
くはフォトリソグラフィーの後、別の化合物を蒸看法、
スパッタリング法等によって行右させることによって透
過型の位相格子又はレンズを得ていた＠ （発明が解決しようとする問題点） 上記手段の透過型位相格子又はレンズは基板がガラスで
あるため、重く、高価であるという欠点を有す。更にそ
の製法はプロセスが大がかりで装置が大型化し高価にな
る等の欠点を有する。また感光性高分子化合物を用いる
方法は、ガラス基板と高分子化合物との密石性がよくな
かった。基板に安価な高分子化合物を用いれば前着の欠
点が改良されることは当業者にとって容易である。

本発明者らの研究によればプラスチック基板の上に感光
性高分子化合物をスピンコード法により付与し、位相格
子又はレンズを作製すると、いかに注意深く作製しても
基板と高分子化合物との界面が、高分子化合物を溶解し
ている溶媒におかされ、透過率の減少、波面のみだｎ等
が生じることが確認された。

本発明の第１の目的は安価な有機高分子材料からなる位
相格子又はレンズを提供することにある。

本発明の第２の目的は透過波面がみだれず、透過率のよ
い位相格子又はレンズを提供することである。

本発明の第３の目的は耐久性のある位相格子又はレンズ
を提供することである。

そして、本発明の別の目的はかかる位相格子又はレンズ
の工業的製造法、を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らの研究によれば有機高分子材料からなる基板
及び有機高分子材料からなる位相格子又はレンズ層から
形成ざ几る透過型位相格子又はレンズにおいて、該Ｊ８
ｉ間にそ几ぞ几の媒体の溶剤溶解性が異なることを特徴
とする、少なくとも１層以上の中間層を設けることによ
り、上記の問題点か解決されることが見い出された。

即ち、本発明は、 １）（Ａ）　　透明な有機高分子材料（ａｌからなる位
相格子又はレンズ層、 （Ｂ）　　該高分子材料（ａｌとは溶剤溶解性か箕なる
有機高分子材料ｆｂ）からなる少な（とも１層以上の中
間層、 ｆｃ）　　上記高分子材料（ｂ）とは異なる有機高分子
材料（ｃ）からなり、上記導波路層及び中間層を支持す
るための基板、 から構成されることを特徴とする位相格子又はレンズな
らびに支持するために十分な厚みと強度を有する有機高
分子材料ｔｃ＋からなる基板上に該高分子材料とは異な
る溶媒溶解性を有する高分子材料（ＩＪＩを溶解した溶
液を塗布、乾燥して中間層を形成し、次いで、感光性高
分子材料（ａ′）を、上記中間層を実質的に溶解するこ
とのない溶媒に溶解した溶液を塗布乾燥して後光反応プ
ロセスによって位相格子又はレンズ層を形成させること
を特徴とする透過型位相格子又はレンズの製法である。

・・本発明において使用される基板としては、支持する
ために十分な厚みと強度を有する有機高分子材料であれ
ば何でも使用可能であるが、発明の目的からすれば安価
な材料であることが好ましい。それらの材料（０１とし
ては例えばポリメチルメタクリレート、ポリカーボネー
ト、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、ポリスル
ホン、ポリスチレンなどか例示できる。用いらルる材料
のＴ−ＮｆＡは要求される透過率強度などの使用１１１
１．ＦＪ及び中間層の材料との関係で適宜選択されるか
、メタクリレート系重合体又はスチレン系重合体が透明
性が良いので良く利用される。

本発明において用いられる位相格子又はレンズ（以下こ
れらを総称して位相格子等ということがある。）層を形
成する感光性高分子材料（イ）としては十分な透明性を
有すれば従来公知の材料がそのまま使用できる。それら
の材Ｍ（ｌｘ）を例示すると、ポリメチルメタクリレー
ト系、ポリシクロへキシルメタクリレート系等の７クリ
レート系樹脂からなる感光性高分子化合物、ポリカーボ
ネート系、ポリスチレン、ポリα−メチルスチレン等の
スチレン系重合体、およびそれらの共重合体からなる感
光性高分子化合物などが例示される。

ホトロッキング法による乾式現像可能な感光性化合物は
プロセスか簡易であり、更に高分子材料よりなる基板を
現像液等で損傷することがないので好ましい。そｎらは
例えば（Ａ）光反応性の炭素炭素間二重結合を有する重
合体、および（１１）非置換または置換基を有する芳香
族アルデヒドおよび芳香族ケトンより選択ざ几る化合物
の一種または二種以上を含有する感光性高分子材料であ
る。

ここで光反応性の炭素炭素間二重結合を有する重合体と
は、光によりアルデヒドまたはケトンとの反応が進行す
るような分子内に炭素炭素間二重結合が存在する重合体
である。これらの重合体は、例えば２−ブチノール、ゲ
ラニオール等の分子内に二重結合を有するテルペン系ア
ルコールヲアクリル酸系車合体と反応させること（高分
子エステル化反応）により得られるか、分子内に二重結
合を有するアルコールとアクリル酸またはメタクリル酸
よりなるエステルを単独で重合するか、あるいは他のメ
タクリル酸エステルと共重合することによっても得られ
る。

他のメタクリル酸エステルの代表例としては、メチルメ
タクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルメ
タクリレート、１ｓｏ−プロピルメタクリレート等があ
り、分子構造に特殊な制約条件はない。

分子内に二重結合を有するアルコールとアクリル酸また
はメタクリル酸よりなるエステルには、このアルコール
残基中の二重結合の数か１個の化合物と、非共役型の炭
素炭素間二重結合を２個以上有する化合物に大別される
。ｎｕｓの代表例としては、アリルメタクリレート、ク
ロチルメタクリレート、２−メチル−２−プロペニルメ
タクリレート、３−メチル−３−プロペニルメタクリレ
ート、２−メチル−２−ゲラニルメタクリレート、１．
１−ジメチル−３−ゲラニルメタクリレート等がある。

後者の代表例としては、ゲラニルメタクリレート、ゲラ
ニルゲラニルメタクリレート等がある。

芳香族ケトンはカルボニル緬を有する化合物と、カルボ
ニル基を２個以上有する化合物に大別される。前者の例
としては、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ベンズア
ルデヒド等がある。後者の例トシては、３−ベンゾイル
ベンゾフェノン、３．３’ニジベンゾイルベンゾフエノ
ン等がある。

用いられる材料［０１の選択は使用目的及び中間層との
関係で適宜選択される。

本発明において中間層の導入及び該中間層を構成する材
料ｔｂｌの選択は最も重要である。該有機高分子材料［
ｂｌとして次の性質を有することが必須である。

■　位相格子又はレンズ層を形成する高分子材Ｈ（ａ＋
とは溶剤溶解性が異なる材料であること。

■　要求ざγしる透明性を有する材料であること。

■　基板とは異なる有機高分子材料より形成ざｔしてい
ること。

本発明者らの研究によれば、溶剤溶解性の異なる材料を
積層することにより、光線透過率および透過波面が良好
であることが確認された。本発明において溶剤溶解性が
異なるとは中間層を形成させた後に位相格子層を形成さ
せる際に中間層の表面を溶解や膨潤等の実質旧な変化を
させることなく感光性高分子材料（ａ＋の溶液を塗布す
ることができればよいことを意味する。

一般に溶剤に対する溶解性はポリマー・ハンドブック（
第２版）により定義された溶解度パラメーターにより定
量的に表現することができる。本発明においてはそれぞ
れの材料の値が、２．ＯＸ　１０−３（Ｊ／ぜ）π以上
、好ましくは２．５　Ｘ　１０−３（Ｊ／ぜ）７以上、
特に好ましくは３．ＯＸｌ　０−３（Ｊ／イ）７以上離
几ているのが好ましい。

本発明に従えば中間層を設けることにより単に市販され
ている有機高分子材料よりなる基板（支持体）表面の凹
凸を平滑化するのみならず、本宙的に位相格子等の層を
積層した場合の位相格子等の層の均一性を達成し、また
位相格子等における不均一性を低減することかでさる。

従って、有機高分子材料からなる位相格子等としては、
透過波面、光透過率のともに良好なものにすることか可
能となる。゛ 該中間層としては、上記の目的が達成できるものであれ
ば制限はない。従って該層は単層でも２層以上の積層構
造であってもよい。２層以上の積層構造は単層構造より
もより高い性能か要求される場合に用いら几る。例え（
ｉ、該層間の接看性の向上を目的とする場合に２層以上
の積層構造を用いると好適である。

該中間層を形成する材料ｆｂ）としては上述の性質を有
するものであれば特に限定はないが、一般に比較的透明
、な樹脂が選択される。それらを例示すると酢酸セルロ
ース、ニトロセルロース、ポリビニルアルコール、ポリ
ウレタン、エポキシ樹脂、ポリ（フルオロアルキルメタ
クリレート）である。

実際に用いられる材料（ｂ）の選択は上述のことを考慮
して使用目面及び基板又は導波ｌｌＳ層の材質との関係
で任意に選択される。

以下、本発明の構成例及び製造例を詳しく図面を参照し
つつ説明する。

第１図は中間層２が単層の例であり、第２図は中間層２
ａ、２ｂが複すの例である。

これらの例では基板３にはポリメチルメタクリレート又
はポリカーボネートのような安価な厚み０．５ｖｔｒｎ
〜３０ｍのプラスチック板が用いらｎている。基板３は
その材料のガラス転移点（Ｔｇ）付近の濁度でベーキン
グ処理した万か好ましいがしなくてもよい。第を図にお
いて中間層２には酢酸セルロース、ニトロセルロース、
ポリビニルアルコールなどのような材料が選択される。

そ几らは位相格子等の層として使用される透明な高分子
材ネ４をほとんど溶解しない溶媒、例えば水、アルコー
ル、ジメチルホルムアミドのような化合物に良く溶解す
る。中間層２がポリビニルアルコールの場合のように基
板３とのｍＲ性に問題がある場合には、第２図のように
ざらに第２の例えばポリウレタンからなる中間層２ｂを
コーティングし、その上に第１の中間層２ａをコートす
ることにより解決される。これらの中間層２ａ、２ｂの
厚みは通常０．０５〜０．５μｍである。これらの中間
層２ａ、２１〕の厚みは、場合によっては０．０１〜１
０μｍのものを使用することもある。

つづいて通常の方法によって第３図に示すように位相格
子層ｌを形成する感光性高分子化合物層１１を、中間層
を溶解しない溶媒に溶解した溶液た感光性高分子にあっ
た現像を行うことで第１図又は第２図に示すような、透
過波面、透過率ともに良好な透過型位相格子（もしくは
レンズ）か得らｒしる。位相格子層の厚みは通常０．１
〜２罵であるがこれより範囲が広くても、例えば０．０
１〜１０μｍでも使用可能である。

上記の説明では、レリーフの形状が矩形の位相格子につ
いて説明したか、正弦波形状のもの、三角形状のものな
ど任意の形状の位相格子等であってもよい。また、該位
相格子等は屈折率−分布型であってもよく、７レネルレ
ンズのように格子の形状が直線でないものも含Ｉｎる。

本発明において、上述の中間層２及び位相格子等の層１
を付与する方法は限定されない。流延法、バーコード法
などが例示されるが均一なＲｒＪを得るにはスピンコー
ド法が簡便で且つ厚みを均一に制御し易いのでよい。

また必要に応じて本発明の位相格子等は第４図のように
任意の上層（例えば保護層５）を付与することができる
。該上層を付与する場合は、位相格子等の層を実質的に
溶解することのない溶媒に溶解した高分子化合物の溶液
を塗布、乾燥す名ことがよい。上記上層を保ｆ！１層な
どとして利用する場合は、位相格子等に用いた化合物と
異った屈折率を有する高分子化合物を採用しなければな
らない。

以下に実施例により更に詳細に説明する。なお、実施例
中の平滑性（透過の波面収差口まフィゾー干渉計（サイ
ゴ社製）により測定を行った。

実施例１ 先ず、メチルメタクリレートとクロチルメタクリレート
の等モル共重合体を合成した。この共電成分と等モルの
ベンゾフェノンを加えて４重Ｌ％ベンゼン溶液を調製し
、これを−感光性樹脂溶液Ａとする。

基板３として厚さ１ｍｍの透過平面性が５順×５ｍ（Ｄ
　範Ｗで０．０１λ（ｒｍｓ）のポリメチルメタクリレ
ート板を用い、イソプロパツールで洗浄ｆｉ　１１０℃
で１時間ベーキングし、放冷した。中間層２として溶解
度パラメーター２４．５　Ｘ　１０”−３（Ｊ／イ）７
の酢酸セルロースをジメチルホルムアミドに溶解した溶
液をスピンコーテイング後乾燥した。この際の中間層２
の膜厚は、０．０５μｍであった。次いで前記感光性樹
脂溶液Ａを厚ざ０．９／ａで受石し、つづいてフォトマ
スク４として１０７＃ＦＬのラインアンドスペースのマ
スクを用い５００Ｗの超高圧水銀灯で２０分間照射し、
前記感光性高分子を反応させた後０．２　ｎｖｎｕｇ％
　１００℃の条件でマスクでじゃ光された未反応部のベ
ンゾフェノンを昇華させることせると９２．５％で、基
板１のみの場合と同じであった。また透過の波面収差は
５　ｍ　Ｘ　、５　ｒｍの範囲で０、Ｏ１λ（ｒｍｓ　
）と良好であり、密着性も良好であった。

実施例２ 実施例１においてクロチルメタクリレートとメチルメタ
クリレートの共重合体のかわりに溶解度パラメーターが
１ｓ、５ｘ１ｏ−３（Ｊ／ｄ）フのゲラニルメタクリレ
ート、メチルメタクリレート、α−メチルスチレンのモ
ル比で１：２：１の共重合体を合成し、同様の実験を行
ったところまったく同じ結果がえらｒした。

実施例３ 実施例１において、中間層２に酢酸セルロースの代りに
溶解度パラメーター２２．ＯＸ　］　０−３（Ｊ　／ｅ
ｒ＋’　）１のニトロセ！レロースをインプロパツール
・ジメチルホルムアミドの混合溶媒に溶解した溶液をス
ピンコーティングし乾燥して同様の装作を行ったところ
、透過率か９２．５９６で同じ結果か得られた。

比較例１ 実施例１において中間層２をコーティングすることなく
同様の装作を行ったところ、位相格子層の厚さは０．９
〜１．２１ＲｒＬと均一でな（、透過波面収差が５聴×
５１ｍの範囲で０．１λ（ｒｍｓ　）以上と不良であっ
た。

り構成された位相格子ではあるが、透過波面、透過率と
もに良好な位相格子又はレンズが提供できる。そして、
従来のガラス基板のものに比べて重量を半分以下にする
ことができ、ざらに、ガラス基板では研摩を必要とし、
任意の形状に加工することが困難であったが、本発明で
は基板も位相格子又はレンズ層も合成樹脂であるので、
形状加工は非常に容易であり、非常にコストの低置な位
相格子又はレンズが得られる。

ある。図中１は位相格子又はレンズ層、２．２ａ、２ｂ
は中間層そして３は基板、４はフォトマスク５は上部保
護層を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）（Ａ）透明な有機高分子材料（ａ）からなる位相格
   子又はレンズ層 （Ｂ）該高分子材料（ａ）とは溶剤溶解性が異なる有機
   高分子材料（ｂ）からなる少なくとも１層以上の中間層 （Ｃ）上記導波路層及び中間層を支持するための上記高
   分子材料（ｂ）とは異なる有機高分子材料（ｃ）からな
   る基板 から構成されることを特徴とする透過型位相格子又はレ
   ンズ。 ２）該中間層が接着性を増大させるための層と表面を平
   滑にするための層の積層構造をしている特許請求の範囲
   第１項記載の位相格子又はレンズ。 ３）支持するために十分な厚みと強度を有する有機高分
   子材料（ｃ）からなる基板上に該高分子材料（ｃ）とは
   異なる溶媒溶解性を有する高分子材料（ｂ）を溶解した
   溶液を塗布、乾燥して中間層を形成し、次いで、感光性
   高分子材料（ａ′）を、上記中間層を実質的に溶解する
   ことのない溶媒に溶解した溶液を塗布乾燥して光反応プ
   ロセスによって位相格子又はレンズ層を形成させること
   を特徴とする透過型位相格子又はレンズの製法。