WO2009116448A1 - 成形体及びウエハレンズの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記複数の成形部に対応する形状のネガ形状の成形面を複数有する第1の成形型を準備する工程と、
前記第1の成形型の複数の成形面が形成された面に硬化性樹脂を塗布する工程と、
塗布された前記硬化性樹脂の硬化を進める硬化工程と、を有し、
前記硬化工程は、前記硬化性樹脂に対して光照射により硬化を進める光硬化工程と、
前記光硬化工程で硬化の進んだ前記硬化性樹脂に対して加熱処理を行うことで硬化を更に進める加熱硬化工程と、を含むことを特徴とする成形体の製造方法が提供される。
前記加熱硬化工程は、第1の温度で前記硬化性樹脂の硬化を進めた後、前記第1の温度よりも高い第2の温度で前記硬化性樹脂の硬化を更に進めることが好ましい。
前記第1の温度は70~90℃の範囲内であり、前記第2の温度は100~250℃の範囲内であることが好ましい。
基板の一方の面に設けられる前記光学部材の光学面形状に対応したポジ形状の成形面を複数有する第1の成形型から、当該光学面形状に対応したネガ形状の成形面を複数有する第2の硬化性樹脂からなる第1の複製成形部を形成すると共に、当該第1の複製成形部に第1の複製成形用基板を裏打ちすることによって第1の複製成形型を形成する工程と、
基板の他方の面に設けられる前記光学部材の光学面形状に対応したポジ形状の成形面を複数有する第2の成形型から、当該光学面形状に対応したネガ形状の成形面を複数有する第2の硬化性樹脂からなる第2の複製成形部を形成するとともに、当該第2の複製成形部に第2の複製成形用基板を裏打ちすることによって第2の複製成形型を形成する工程と
前記第1の複製成形型と、前記基板の一方の面との間に前記第1の硬化性樹脂を充填する第1充填工程と、
前記第2の複製成形型と、前記ガラス基板の他方の面との間に前記第1の硬化性樹脂を充填する第2充填工程と、
前記第1及び第2充填工程後、前記基板のそれぞれに充填された前記第1の硬化性樹脂を硬化させる硬化工程と、を有すると共に、
前記硬化工程の内、前記基板の少なくとも一方の面で行われる硬化工程は、充填された前記第1の硬化性樹脂に対して光照射により硬化を進める光硬化工程と、前記光硬化工程で硬化の進んだ前記第1の硬化性樹脂に対して加熱処理を行うことで硬化を更に進める加熱硬化工程と、を含むことを特徴とするウエハレンズの製造方法が提供される。
前記加熱硬化工程は、前記光硬化工程が行われた前記第1又は第2の複製成形型と基板との間に充填された状態の第1の硬化性樹脂を加熱する事で行うものであり、前記加熱硬化工程により硬化が進んだ前記第1の硬化性樹脂を、前記複製成形型から離型する離型工程を有することが好ましい。
前記加熱硬化工程は、第1の加熱温度で加熱して硬化を進める第1段階と、前記第1の加熱温度よりも高い加熱温度で加熱して硬化を進める第2段階を含むことが好ましい。
前記基板はガラスであり、前記第1又は第2の複製成形用基板もガラスであり、前記基板用ガラスの線膨張係数と、前記第1又は第2の複製成形用基板用ガラスの線膨張係数の差が3×10-5[/K]以下であることが好ましい。
前記第1又は第2の複製成形型は、前記複数の成形面間に平坦部をそれぞれ有し、前記第1又は第2充填工程時における前記第1又は第2の複製成形型の平坦部と前記基板との間隔が100μm以下に維持されていることが好ましい。
前記第1充填工程は、
前記基板の上面に前記第1の硬化性樹脂を滴下または吐出した後、当該基板と、この基板の上方に配設された前記第1の複製成形型とを当接させて、これら基板及び第1の複製成形型の間に前記第1の硬化性樹脂を充填した状態にし、
前記第2充填工程は、前記第2の複製成形型の上面に前記第1の硬化性樹脂を滴下または吐出した後、当該第2の複製成形型と、この第2の複製成形型の上方に配設された前記基板とを当接させて、これら基板及び第2の複製成形型の間に前記第1の硬化性樹脂を充填した状態にすることが好ましい。
前記第1充填工程は、
前記第1の複製成形型の上面に前記第1の硬化性樹脂を滴下または吐出した後、当該第1の複製成形型と、この第1の複製成形型の上方に配設された前記基板とを当接させて、これら基板及び第1の複製成形型の間に前記第1の硬化性樹脂を充填し、その後、
前記基板及び前記第1の複製成形型を互いに当接した状態で一体的に上下反転させた後、
前記第2充填工程として、前記第2の複製成形型の上面に前記第1の硬化性樹脂を滴下または吐出した後、当該第2の複製成形型と、この第2の複製成形型の上方に配設された前記基板とを当接させて、これら基板及び第2の複製成形型の間に前記第1の硬化性樹脂を充填することが好ましい。
前記硬化工程は、前記第1、第2の複製成形型と前記基板との間にそれぞれ充填された前記第1の硬化性樹脂を同時に硬化させることが好ましい。
前記第1の複製成形型と前記基板との間に充填した前記第1の硬化性樹脂を所定の粘度まで増粘させた後に、前記第2の複製成形型と前記基板の間に前記第1の硬化性樹脂を充填することが好ましい。
前記第1又は第2の複製成形型の成形面の一部に応力緩和のために前記第2の硬化性樹脂が存在しない領域を備えていることが好ましい。
3 ガラス基板
5 レンズ部
5A 樹脂
10(10A、10B) マスター
12 ベース部
14 凸部
16 凹部
20 サブマスター
22 サブマスター成形部
22A 樹脂
24 凹部
25 凸部
26 サブマスター基板
30 サブマスター
32 サブマスター成形部
32A 樹脂
34 凸部
36 サブマスター基板
40 サブサブマスター
42 サブサブマスター成形部
42A 樹脂
44 凹部
46 サブサブマスター基板
50、52、54 光源
60 引張りシロ
200 大径サブマスター
210 応力緩和部
B ボールエンドミル
図1に示す通り、ウエハレンズ1は円形状のガラス基板(基板)3と複数のレンズ部(光学部材)5とを有しており、ガラス基板3上に複数のレンズ部5がアレイ状に配置された構成を有している。レンズ部5はガラス基板3の表面に形成されていてもよいし、表裏両面に形成されていてもよい。また、レンズ部5には、光学面の表面に回折溝や段差等の微細構造を有していても良い。
レンズ部5は樹脂5Aで形成されている。この樹脂5Aとしては、硬化性樹脂を用いることができる。硬化性樹脂としては大きく分けて光硬化性樹脂と熱硬化性樹脂に分類する
ことができる。光硬化性樹脂としては、アクリル樹脂及びアリル樹脂であればラジカル重合により反応硬化させることができる。エポキシ系の樹脂であればカチオン重合により反応硬化させることができる。一方、熱硬化性樹脂は上記ラジカル重合やカチオン重合の他にシリコーン等のように付加重合により硬化させることもできる。
重合反応に用いられる(メタ)アクリレートは特に制限はなく、一般的な製造方法により製造された下記(メタ)アクリレートを使用することができる。エステル(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、エーテル(メタ)アクリレート、アルキル(メタ)アクリレート、アルキレン(メタ)アクリレート、芳香環を有する(メタ)アクリレート、脂環式構造を有する(メタ)アクリレートが挙げられる。これらを1種類又は2種類以上を用いることができる。
アリル基を持ちラジカル重合による硬化する樹脂で、例えば次のものが挙げられるが、特に以下のものに限定されるわけではない。
エポキシ樹脂としては、エポキシ基を持ち光又は熱により重合硬化するものであれば特に限定されず、硬化開始剤としても酸無水物やカチオン発生剤等を用いることができる。エポキシ樹脂は硬化収縮率が低いため、成形精度の優れたレンズとすることができる点で好ましい。
Si-O-Siを主鎖としたシロキサン結合を有するシリコーン樹脂を使用することができる。当該シリコーン樹脂として、所定量のポリオルガノシロキサン樹脂よりなるシリコーン系樹脂が使用可能である(例えば特開平6-9937号公報参照)。
上記一般式(A)中、「R1」及び「R2」は同種又は異種の置換もしくは非置換の一価炭化水素基を示す。具体的には、「R1」及び「R2」として、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等のシクロアルキル基、またはこれらの基の炭素原子に結合した水素原子をハロゲン原子、シアノ基、アミノ基などで置換した基、例えばクロロメチル基、3,3,3-トリフルオロプロピル基、シアノメチル基、γ-アミノプロピル基、N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピル基などが例示される。「R1」及び「R2」は水酸基およびアルコキシ基から選択される基であってもよい。また、上記一般式(A)中、「n」は50以上の整数を示す。
図2に示す通り、マスター10は直方体状のベース部12に対し複数の凸部14がアレイ状に形成されている。凸部14はウエハレンズ1のレンズ部5に対応する部位であり、略半球形状に突出している。なお、マスター10の外形状は、このように四角形であっても良いし円形であっても良い。本発明の権利範囲はこの差異によって制約されないが、以降は四角形状を例にして説明する。
図2に示す通り、サブマスター20はサブマスター成形部22とサブマスター基板26とで構成されている。サブマスター成形部22には複数の凹部24がアレイ状に形成されている。凹部24の表面(成形面)形状はウエハレンズ1におけるレンズ部5に対応するネガ形状となっており、この図では略半球形状に凹んでいる。
サブマスター成形部22は、樹脂22Aによって形成されている。樹脂22Aとしては、離型性の良好な樹脂、特に透明樹脂が好ましい。離型剤を塗布しなくても離型できる点で優れる。樹脂としては、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれでも構わない。
フッ素系樹脂としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(4,6フッ素化))、ETFE(テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体)、PVDF(ポリビニリデンフルオライド(2フッ化))、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン(3フッ化))、ECTFE(クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体)、PVF(ポリビニルフルオライド)等が挙げられる。
シリコーン系樹脂には、1液湿気硬化型のものと、2液付加反応型、2液縮合型のものがある。
熱可塑性樹脂としては、脂環式炭化水素系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂及びポリイミド樹脂等の透明樹脂が挙げられるが、これらの中では、特に脂環式炭化水素系樹脂が好ましく用いられる。サブマスター20を熱可塑性樹脂で構成すれば、従来から実施している射出成形技術をそのまま転用することができ、サブマスター20を容易に作製することができる。また熱可塑性樹脂が脂環式炭化水素系樹脂であれば、吸湿性が非常に低いため、サブマスター20の寿命が長くなる。また、シクロオレフィン樹脂等の脂環式炭化水素系樹脂は、耐光性・光透過性に優れるため、活性光線硬化性樹脂を硬化させるために、UV光源等の短波長の光を用いた場合も劣化が少なく、金型として長期間用いることができる。
サブマスター基板26は、サブマスター20のサブマスター成形部22のみでは強度に劣る場合でも、基板に樹脂を貼り付けることでサブマスター20の強度が上がり、何回も成形することができるという、裏打ち材のことである。
-SiXmR3(3-m) (9)
ここで、R1およびR2はアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基など)、nおよびmは1、2または3、R3はアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基など)またはアルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基など)である。Xはハロゲン原子(例えば、Cl、Br、I)である。
フッ素置換炭化水素基としては、特に分子構造の一端にCF3(CF2)a-基や、CF3・CF3・CF(CF2)b-基などのパーフルオロ基(aおよびbは整数)を持つフッ素置換炭化水素基が好ましく、また、パーフルオロ基の長さが炭素数にして2個以上が好ましく、CF3(CF2)a-のCF3につづくCF2基の数は5以上が適切である。
炭化水素基としては、CnH2n+1 のように直鎖でもよいし、分岐していてもよい。シリコーン系離型剤がこの分類に含まれる。
第2の実施形態は主には第1の実施形態と下記の点で異なっており、それ以外は略同じとなっている。
Claims (15)
- ガラス基板の表面に、硬化性樹脂からなる凸又は凹の複数の成形部に対応する形状が形成された成形体の製造方法であって、
前記複数の成形部に対応する形状のネガ形状の成形面を複数有する第1の成形型を準備する工程と、
前記第1の成形型の複数の成形面が形成された面に硬化性樹脂を塗布する工程と、
塗布された前記硬化性樹脂の硬化を進める硬化工程と、を有し、
前記硬化工程は、前記硬化性樹脂に対して光照射により硬化を進める光硬化工程と、
前記光硬化工程で硬化の進んだ前記硬化性樹脂に対して加熱処理を行うことで硬化を更に進める加熱硬化工程と、を含むことを特徴とする成形体の製造方法。 - 前記加熱硬化工程は、第1の温度で前記硬化性樹脂の硬化を進めた後、前記第1の温度よりも高い第2の温度で前記硬化性樹脂の硬化を更に進めることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の成形体の製造方法。
- 前記第1の温度は70~90℃の範囲内であり、前記第2の温度は100~250℃の範囲内であることを特徴とする請求の範囲第2項に記載の成形体の製造方法。
- 基板の両面に対し第1の硬化性樹脂製の光学部材が設けられたウエハレンズの製造方法であって、
基板の一方の面に設けられる前記光学部材の光学面形状に対応したポジ形状の成形面を複数有する第1の成形型から、当該光学面形状に対応したネガ形状の成形面を複数有する第2の硬化性樹脂からなる第1の複製成形部を形成すると共に、当該第1の複製成形部に第1の複製成形用基板を裏打ちすることによって第1の複製成形型を形成する工程と、
基板の他方の面に設けられる前記光学部材の光学面形状に対応したポジ形状の成形面を複数有する第2の成形型から、当該光学面形状に対応したネガ形状の成形面を複数有する第2の硬化性樹脂からなる第2の複製成形部を形成するとともに、当該第2の複製成形部に第2の複製成形用基板を裏打ちすることによって第2の複製成形型を形成する工程と
前記第1の複製成形型と、前記基板の一方の面との間に前記第1の硬化性樹脂を充填する第1充填工程と、
前記第2の複製成形型と、前記ガラス基板の他方の面との間に前記第1の硬化性樹脂を充填する第2充填工程と、
前記第1及び第2充填工程後、前記基板のそれぞれに充填された前記第1の硬化性樹脂を硬化させる硬化工程と、を有すると共に、
前記硬化工程の内、前記基板の少なくとも一方の面で行われる硬化工程は、充填された前記第1の硬化性樹脂に対して光照射により硬化を進める光硬化工程と、前記光硬化工程で硬化の進んだ前記第1の硬化性樹脂に対して加熱処理を行うことで硬化を更に進める加熱硬化工程と、を含むことを特徴とするウエハレンズの製造方法。 - 前記加熱硬化工程は、前記光硬化工程が行われた前記第1又は第2の複製成形型と基板との間に充填された状態の第1の硬化性樹脂を加熱する事で行うものであり、前記加熱硬化工程により硬化が進んだ前記第1の硬化性樹脂を、前記複製成形型から離型する離型工程を有することを特徴とする請求の範囲第4項に記載のウエハレンズの製造方法。
- 前記離型工程後、離型された前記第1の硬化性樹脂に対して加熱する事で硬化を進める第2加熱硬化工程を有し、前記加熱硬化工程中の加熱温度は、前記第2加熱硬化工程中の加熱温度よりも低いことを特徴とする請求の範囲第5項に記載のウエハレンズの製造方法。
- 前記加熱硬化工程は70~90℃の範囲内の加熱温度で行われ、前記第2加熱硬化工程は100~250℃の範囲内の加熱温度で行われることを特徴とする請求の範囲第6項に記載のウエハレンズの製造方法。
- 前記加熱硬化工程は、第1の加熱温度で加熱して硬化を進める第1段階と、前記第1の加熱温度よりも高い加熱温度で加熱して硬化を進める第2段階を含むことを特徴とする請求の範囲第4項に記載のウエハレンズの製造方法。
- 前記基板はガラスであり、前記第1又は第2の複製成形用基板もガラスであり、前記基板用ガラスの線膨張係数と、前記第1又は第2の複製成形用基板用ガラスの線膨張係数の差が3×10-5[/K]以下であることを特徴とする請求の範囲第4項に記載のウエハレンズの製造方法。
- 前記第1又は第2の複製成形型は、前記複数の成形面間に平坦部をそれぞれ有し、前記第1又は第2充填工程時における前記第1又は第2の複製成形型の平坦部と前記基板との間隔が100μm以下に維持されていることを特徴とする請求の範囲第4項に記載のウエハレンズの製造方法。
- 請求の範囲第4項に記載のウエハレンズの製造方法において、
前記第1充填工程は、
前記基板の上面に前記第1の硬化性樹脂を滴下または吐出した後、当該基板と、この基板の上方に配設された前記第1の複製成形型とを当接させて、これら基板及び第1の複製成形型の間に前記第1の硬化性樹脂を充填した状態にし、
前記第2充填工程は、前記第2の複製成形型の上面に前記第1の硬化性樹脂を滴下または吐出した後、当該第2の複製成形型と、この第2の複製成形型の上方に配設された前記基板とを当接させて、これら基板及び第2の複製成形型の間に前記第1の硬化性樹脂を充填した状態にすることを特徴とするウエハレンズの製造方法。 - 請求の範囲第4項に記載のウエハレンズの製造方法において、
前記第1充填工程は、
前記第1の複製成形型の上面に前記第1の硬化性樹脂を滴下または吐出した後、当該第1の複製成形型と、この第1の複製成形型の上方に配設された前記基板とを当接させて、これら基板及び第1の複製成形型の間に前記第1の硬化性樹脂を充填し、その後、
前記基板及び前記第1の複製成形型を互いに当接した状態で一体的に上下反転させた後、
前記第2充填工程として、前記第2の複製成形型の上面に前記第1の硬化性樹脂を滴下または吐出した後、当該第2の複製成形型と、この第2の複製成形型の上方に配設された前記基板とを当接させて、これら基板及び第2の複製成形型の間に前記第1の硬化性樹脂を充填することを特徴とするウエハレンズの製造方法。 - 請求の範囲第4項に記載のウエハレンズの製造方法において、
前記硬化工程は、前記第1、第2の複製成形型と前記基板との間にそれぞれ充填された前記第1の硬化性樹脂を同時に硬化させることを特徴とするウエハレンズの製造方法。 - 請求の範囲第4項に記載のウエハレンズの製造方法において、
前記第1の複製成形型と前記基板との間に充填した前記第1の硬化性樹脂を所定の粘度まで増粘させた後に、前記第2の複製成形型と前記基板の間に前記第1の硬化性樹脂を充填することを特徴とするウエハレンズの製造方法。 - 請求の範囲第4項に記載のウエハレンズの製造方法において、
前記第1又は第2の複製成形型の成形面の一部に応力緩和のために前記第2の硬化性樹脂が存在しない領域を備えていることを特徴とするウエハレンズの製造方法。
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