WO2010064534A1 - 造形方法 - Google Patents

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WO2010064534A1
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curable composition
mass
fine particles
silica fine
meth
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PCT/JP2009/069364
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French (fr)
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山木 繁
英雄 宮田
御手洗 信幸
石井 伸晃
室伏 克己
吉田 邦夫
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昭和電工株式会社
Aji株式会社
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Priority to US13/131,961 priority patent/US8840830B2/en
Priority to SG2011039278A priority patent/SG171862A1/en
Priority to EP09830301.9A priority patent/EP2371509B1/en
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    • C08F222/1006Esters of polyhydric alcohols or polyhydric phenols
    • C08F222/103Esters of polyhydric alcohols or polyhydric phenols of trialcohols, e.g. trimethylolpropane tri(meth)acrylate
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    • C08F230/04Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing a metal
    • C08F230/08Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing a metal containing silicon
    • C08F230/085Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing a metal containing silicon the monomer being a polymerisable silane, e.g. (meth)acryloyloxy trialkoxy silanes or vinyl trialkoxysilanes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04Polysiloxanes
    • C08G77/20Polysiloxanes containing silicon bound to unsaturated aliphatic groups

Definitions

  • the present invention relates to a modeling method for modeling a lens such as a lens array having a lens portion having an aspherical shape, or a model such as a mold used for molding such a lens.
  • Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a microlens array using a mold having a surface that forms a lens shape, and a first resin is cured on the first substrate by the mold into the lens shape.
  • a method of manufacturing a microlens array including a step of forming the substrate and a step of removing the second resin by dry etching and removing a part of the second substrate. That.
  • Patent Document 2 discloses a method for manufacturing a fine structure by sequentially transferring a fine pattern on a surface of a mother stamper, and (1) a step of fixing the mother stamper to a predetermined position with respect to a substrate. And (2) a step of supplying resin between the mother stamper and the substrate, (3) a step of pressing the mother stamper against the resin in a vacuum, and (4) a step of curing the resin. And (5) a step of removing the mother stamper from the cured resin, and (6) a step of moving the mother stamper or the substrate so as to change a relative position between the mother stamper and the substrate. 7) A method of manufacturing a fine structure is disclosed that includes, after the step (6), a step of repeating the steps (2) to (6) a predetermined number of times.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 have a problem that it is difficult to mold a molded article that requires a high degree of accuracy, such as a lens having an aspherical shape.
  • This invention aims at providing the modeling method which can model modeling objects, such as a lens, with high precision compared with the prior art.
  • the feature of the present invention is that the object to be shaped and a transfer body on which a transfer shape having the same shape as the lens portion made of an aspheric shape or a shape opposite to the lens portion made of the aspheric shape is formed.
  • the object is a modeling method comprising a curable composition containing a compound having a polymerizable functional group and a polymerization initiator.
  • the curable composition comprises (a) silica fine particles, (b) (meth) acrylate having 2 or more ethylenically unsaturated groups and having no ring structure, and (c) ethylenically unsaturated.
  • R1 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • R2 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a phenyl group
  • R3 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms
  • q is an integer of 1 to 6
  • r is an integer of 0 to 2.
  • R4 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a phenyl group
  • R5 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms
  • s is an integer of 0 to 6
  • t is an integer from 0 to 2.
  • the (meth) acrylate (b) contained in the curable composition is a (meth) acrylate having three ethylenically unsaturated groups and having no ring structure.
  • the silica fine particles (a) contained in the curable composition comprise 5 to 25 parts by mass of the silane compound (e) and silica fine particles (a) with respect to 100 parts by mass of the silica fine particles (a).
  • Surface treatment is performed with 5 to 25 parts by mass of the silane compound (f) with respect to 100 parts by mass.
  • the glass transition temperature of the (meth) acrylate (b) homopolymer and the glass transition temperature of the (meth) acrylate (c) homopolymer contained in the curable composition are both 150 ° C. or higher. It is.
  • the curable composition has a viscosity of 30 to 300 mPa ⁇ s.
  • the present invention it is possible to provide a modeling method capable of modeling a modeled object such as a lens with high accuracy as compared with the conventional technique.
  • FIG.1 (a) is a top view
  • FIG.1 (b) is a left view.
  • It is a 1st flowchart which shows transfer operation
  • 2nd flowchart which shows operation
  • the modeling apparatus 10 which concerns on the 1st Embodiment of this invention is shown.
  • the modeling apparatus 10 is a modeled object and is used for modeling a lens array that is an optical component.
  • the modeling apparatus 10 includes a base 12 installed on an installation surface, and a movable base 24 is supported on the base 12.
  • a support base 14 is further supported on the upper surface of the movable base 24.
  • the movable base 24 includes a lower part 26 in which a projecting part 25 having a shape projecting downward is formed, and an upper part 27 positioned above the lower part 26, and the projecting part 25 faces upward of the base 12. It is attached to the base 12 so as to be fitted in a groove (not shown) in the y-axis direction formed on the surface 12a. For this reason, the movable table 24 is guided by the groove in the y-axis direction, and can move in the y-axis direction on the surface 12a.
  • a feed screw 28 is engaged with the protruding portion 25. The feed screw 28 is rotatably supported by the base 12 using bearings 30 and 30 so that the axial direction (longitudinal direction) is the y-axis direction.
  • a y-axis motor 32 fixed to the base 12 is connected to the left end of the feed screw 28 in FIG. Therefore, by rotating the y-axis motor 32, the drive is transmitted to the projecting portion 25 via the feed screw 28, and the movable base 24 moves in the y-axis direction. Which direction of the y-axis is to be moved can be determined by controlling the rotation direction of the y-axis motor 32.
  • a ⁇ -axis motor 34 is provided on the upper portion 27 of the movable table 24.
  • the ⁇ -axis motor 34 rotates the upper portion 27 of the movable table 24 around a rotation axis in a direction perpendicular to the Z axis with respect to the lower portion 26 of the movable table 24.
  • the movable base 24 is movable in the y-axis direction as a whole, and the upper portion 27 is rotatable with respect to the lower portion 26.
  • a wafer W made of, for example, glass or the like is placed on the support table 14, and the support table 14 supports the placed wafer W from below in the direction of gravity.
  • the support base 14 is connected to a drive source 18 including, for example, a motor. For this reason, the support table 14 can rotate integrally with the wafer W with respect to the upper portion 27 of the movable table 24.
  • spin coating When the curable composition or the like is applied to the wafer W by so-called spin coating. It is configured as a rotary table for spin coating used in the above.
  • a plurality of holes h2 for example, an injection apparatus (not shown) for injecting the curable composition as injecting is provided in the modeling apparatus 10, and the curable composition is formed in the plurality of holes h2 formed in the wafer W by the injection apparatus. You may make it inject
  • the support 14 can pass light emitted from a light irradiation device 60 described later, for example, using a material having optical transparency such as glass.
  • a placement / removal device (not shown) made of a robot or the like may be used. However, it may be performed manually by the operator.
  • the upper portion 27 of the movable table 24 is provided with a supply device 36 for supplying a photocurable composition used as a molding object to the wafer W.
  • a storage unit 40 that stores the photocurable composition is connected to the supply device 36 via a valve 38, and the supply device 36 converts the photocurable composition stored in the storage unit 40 into a substantially circular shape. It can be supplied so as to be dropped from above onto a substantially central portion of the wafer W having a (disk shape).
  • the photocurable composition supplied to the wafer W is diffused by centrifugal force when the support base 14 rotates for a predetermined time, and is applied to the surface of the wafer W with a substantially uniform thickness.
  • a light irradiation device 60 used as a curing device is provided on the upper portion 27 of the movable table 24.
  • the light irradiation device 60 is connected to a light source 70 by an optical fiber 68 used as a light transmission means, and is used to irradiate the photocurable composition applied to the wafer W with light.
  • the light irradiation device 60 is provided on the lower side, which is opposite to the transfer body 62 described later, with respect to the support base 14, the wafer W, and the photocurable composition applied to the wafer W. ing. For this reason, it is possible to irradiate the photocurable composition with light without being blocked by the transfer body 62 while the transfer body 62 is in contact with the photocurable composition.
  • the movable base 24 is mounted on the base 12 and the support 42 is fixed.
  • a movable unit 44 is attached to the column 42 so as to be movable in the x-axis direction with respect to the column 42.
  • the movable unit 44 includes a left side portion 48 located on the left side in the drawing and a right side portion 50 fixed to the left side portion 48.
  • the left portion 48 is supported so as to be movable in the x-axis direction with respect to the support column 42, and the feed screw 52 is engaged with the left portion 48.
  • the feed screw 52 is rotatably attached to the column 42 by a bearing 54 so that the axis direction is the x-axis direction.
  • the x-axis motor 56 attached to the column 42 is connected to one end of the feed screw 52. Therefore, when the x-axis motor 56 is rotated, the drive of the x-axis motor 56 is transmitted to the left portion 48 via the feed screw 52, and the left portion 48 and the right portion 50 of the movable unit 44 are integrated in the x-axis direction. Moving. Which direction in the x-axis direction the movable unit 44 is moved can be determined by controlling the rotation direction of the x-axis motor 56.
  • a transfer body 62 is mounted on the right side portion 50 of the movable unit 44 via a support member 45.
  • the support member 45 is attached to the movable unit 44 so as to be movable in the z-axis direction.
  • the support member 45 includes a protrusion 46 that protrudes to the left in FIG. 1 and a support 47 that is fixed to the protrusion 46.
  • the transfer body 62 is attached to the support portion 47 so that the transfer body 62 can be attached to and detached from the downward surface.
  • the transfer body 62 has a shape of a lens portion to be formed and a curability used as a modeled object. Depending on the type of composition, etc., one selected from different sizes and shapes can be worn.
  • a feed screw 58 is screwed into the protruding portion 46.
  • the feed screw 58 is rotatably attached to the right side portion 50 of the movable unit 44 using bearings 61 and 61 so that the axial direction becomes the z-axis direction.
  • the upper end of the feed screw 58 is connected to the support member z-axis motor 64. Therefore, when the support member z-axis motor 64 is rotated, the drive is transmitted to the support member 45 via the feed screw 58, and the support member 45 and the transfer body 62 supported by the support member 45 are integrated into the z-axis. Move in the direction.
  • a detection device 72 used as detection means for detecting the position of the wafer W and the transfer body 62 is movable up and down independently of the support member 45 (movable in the z-axis direction). Is attached).
  • the detection device 72 is, for example, a photographing unit 74 formed of a CCD camera, a lens unit 76 provided on the wafer W side of the photographing unit 74, and an illumination unit that ensures brightness for good photographing by the photographing unit 74. And a light 78 to be used.
  • a z-axis motor 80 for detecting device is attached to the detecting device 72, and the z-axis motor 80 for detecting device is used as a drive source for moving the detecting device 72 in the z-axis direction with respect to the movable unit 44. Then, by moving the detection device 72 up and down, the photographing unit 74 can be focused on the transfer body 62 and the like.
  • the support member 45 is attached to the movable unit 44 so as to be movable in the z-axis direction, and the movable unit 44 is attached to the support column 42 so as to be movable in the x-axis direction. Therefore, by controlling the x-axis motor 56 and the support member z-axis motor 64, the transfer member 62 can be moved in the x-axis direction and the z-axis direction together with the support member 45. Further, as described above, the support base 14 moves in the y-axis direction together with the movable base 24 and rotates by driving the y-axis motor 32 and the ⁇ -axis motor 34.
  • the y-axis motor 32 controls the y-axis motor 32, the x-axis motor 56, the support member z-axis motor 64, and the ⁇ -axis motor 34, the relative positional relationship between the wafer W, the light irradiation device 60, and the transfer body 62. Can be changed.
  • the photocurable composition applied to the wafer W and the transfer body 62 can be brought into contact with and separated from each other.
  • the y-axis motor 32, the x-axis motor 56, the support member z-axis motor 64, and the ⁇ -axis motor 34 together with the feed screws 28, 52, 58, etc. It is used as a moving device that moves at least one of the photocurable composition and the transfer body 62 so that the transfer body 62 is brought into contact with and separated from the transfer body 62. Details of control of the y-axis motor 32, the x-axis motor 56, the support member z-axis motor 64, and the ⁇ -axis motor 34 will be described later.
  • the photocurable composition is a curable composition that cures when irradiated with light.
  • a photocurable composition is used as the object to be modeled.
  • the transfer body 62 abuts or the transfer body 62 is pressed.
  • a material that can be deformed according to the shape of the transfer body 62 and can be cured while maintaining the deformed state can be used as appropriate.
  • the curable composition described above is cured by heating.
  • a thermosetting composition can be used.
  • the light irradiation apparatus which hardens a photocurable composition is used as a hardening apparatus which hardens a to-be-shaped object
  • a hardening apparatus is suitably selected according to the material used as a to-be-shaped object. Is done. For example, when a thermosetting composition is used as the object to be modeled as described above, a heater that heats the thermosetting composition is selected as the curing device.
  • FIG. 2 shows details of the transfer body 62 and the wafer W.
  • the wafer W has a structure in which a holding plate W2 is overlaid on a substrate W1.
  • the substrate W1 is made of, for example, glass that is a material that can transmit light, and the thickness t1 thereof is, for example, 400 ⁇ m.
  • the holding plate W2 is made of, for example, a liquid, and is used for holding the photocurable composition before curing with high fluidity in a predetermined position, and is made of, for example, silicon, and the thickness t2 thereof is, for example, 725 ⁇ m,
  • a plurality of through holes h1 penetrating from above to below are formed.
  • Each through hole h1 has, for example, a mortar shape that narrows from the top to the bottom.
  • the substrate W1 is in a state in which a plurality of holes h2 each having a concave shape whose bottom is sealed and opened upward are formed. Further, for example, a scribe layer (notched portion) S is formed inside the substrate W1 at a position between the adjacent through holes h1 of the substrate W1. Since the position where the scribe layer S of the substrate W1 is formed is weaker than other portions, the substrate W1 is divided along the scribe layer S when dividing the substrate W1.
  • the transfer body 62 is made of, for example, metal, and has a transfer shape formed in the same shape as the lens portion 312 (see FIG. 8 to be described later) used as a lens portion having an aspheric shape or a shape opposite to the lens portion 312.
  • a convex portion 90 is formed as the transfer shape.
  • the transfer body 62 is used to deform the photocurable composition following the shape of the convex portion 90, and is formed on the transfer body 62 by curing the photocurable composition in the deformed state.
  • the transferred shape is transferred to the photocurable composition.
  • the convex portion 90 is formed by mechanically processing the transfer body 62 made of metal, for example, by using a machine tool such as a machining center, and has an aspherical shape.
  • the transfer shape formed on the transfer body 62 as the convex portion 90 is required to have high accuracy, and the convex portion 90 has an aspherical shape and is difficult to process. This processing often requires a long time and high cost. Therefore, in this embodiment, in order to shorten the processing time and suppress the cost, the transfer body 62 is formed with a transfer shape only at one place.
  • the aspherical shape generally refers to a surface shape other than a curved surface shape formed by cutting out a part of a spherical surface.
  • the optical component such as the lens portion 312 has a shape represented by an aspherical shape expression represented by Expression (1) below.
  • the photocurable composition is applied to the entire upward surface of the wafer W by spin coating, and the applied photocurable composition is applied to the holding plate W2 so as to flow into the holes h2 of the holding plate W2.
  • the state in which the transfer body 62 is in contact with the photocurable composition held and held so that at least the convex portions 90 are in contact with the photocurable composition is shown.
  • the photocurable composition is cured and the transfer formed on the convex portion. The shape is transferred to the photocurable composition.
  • the transfer body 62 is separated from the wafer W as indicated by a two-dot chain line in FIG. 2, and is cured, for example, as indicated by an arrow in FIG. It moves so that it may contact
  • an injection device (not shown) is used for the plurality of holes h ⁇ b> 2 formed in the wafer W instead of applying the photocurable composition to the entire surface of the wafer W by spin coating.
  • the transfer body 62 is in contact with the photocurable composition held on the holding plate W2 so that at least the convex portions 90 are in contact with the photocurable composition.
  • the state is shown. In this case, when the convex portion 90 comes into contact with the photocurable composition held in one hole h2 and light is irradiated, the photocurable composition is already in the hole h2 adjacent to the hole h2.
  • the transfer body 62 is separated from the wafer W as shown by a two-dot chain line in FIG. As shown by the arrows in FIG. 5, the curable composition moves so as to be in contact with the uncured curable composition held in the hole h2 adjacent to the hole h2 holding the cured curable composition. Then, before the transfer body 62 that is in contact with the curable composition held in the adjacent hole h2 moves to the adjacent hole h2 of the adjacent hole h2, the transfer hole 62 further enters the adjacent hole h2.
  • the photocurable composition is injected by an injection device.
  • the photocurable composition is deformed in accordance with the transfer body 62 (deformation step).
  • a photocurable composition is injected into the wafer W in which a plurality of holes h2 are formed in advance (injection step), and the photocurable composition injected into the holes h2 is brought into contact with the transfer body 62 (contact step). .
  • the photocurable composition is injected into the hole h2 (injection process), and the transfer body 62 is contacted with the photocurable composition injected into the hole h2 (contact process). ) Are repeated a plurality of times.
  • FIG. 4 shows a first modification of the wafer W.
  • the wafer W according to the above-described embodiment is configured such that the substrate W1 and the holding plate W2 are stacked.
  • the substrate W1 according to the first modification includes only the holding plate W2.
  • the transfer body 62 is brought into contact with the holding plate W2 from below so as to close at least one of the through holes h1 from below, and is blocked from below.
  • Changing the configuration of the modeling apparatus 10 so that the photocurable composition can be supplied to the formed hole h2 from above, and the photocurable composition supplied to the hole h2 can be irradiated with light from above. Cost.
  • the transfer body 62 moves so as to block the adjacent through-hole h1 from below, and thereafter The photocurable composition is injected into the adjacent hole h2 formed so as to close the through hole h1 by an injection device. Note that the same portions as those of the wafer W according to the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals in FIG.
  • the photocurable composition is held by the holding plate W2 and is held by the holding plate W2.
  • the photocurable composition does not exist continuously over the entire surface of the wafer W, but is divided into a plurality of small volumes. For this reason, when the photocurable composition contracts, the shrinkage of the photocurable composition is accumulated, and an error occurs between the position where the shape of the transfer body 62 is transferred and the desired position. It is possible to prevent harmful effects. Further, the amount of the photocurable composition to be used can be reduced as compared with the case where the photocurable composition is applied to the entire surface of the substrate W1 without using the holding plate W2.
  • FIG. 5 shows a second modification of the wafer W. While the wafer W according to the above-described embodiment is configured such that the substrate W1 and the holding plate W2 are stacked, in this second modification, the wafer W does not have the holding plate W2. And the substrate W1.
  • the photocurable composition is applied to the entire surface of the wafer W by spin coating, and the photocurable composition applied to the wafer W is sequentially transferred. Transfer by the body 62 is performed.
  • the photocurable composition is continuously present on the entire surface of the wafer W, and when the photocurable composition contracts. As the shrinkage of the photocurable composition is accumulated, an error may occur between a position where the shape of the transfer body 62 is transferred and a desired position. For this reason, in order to prevent the generation
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a control device 200 included in the modeling apparatus 10.
  • the control device 200 includes a main control unit 204 to which an output from the detection device 72 is input via an image recognition device 202 that recognizes an image captured by the detection device 72.
  • the main control unit 204 controls the y-axis motor 32, the x-axis motor 56, the support member z-axis motor 64, and the ⁇ -axis motor 34 by controlling the motor control circuit 206.
  • the main control unit 204 controls the light source 70 by controlling the light source driving circuit 208. Further, the main control unit 204 controls the z-axis motor 80 for the detection device by controlling the motor control circuit 210.
  • the main control unit 204 controls the valve 38 by controlling the valve drive circuit 212.
  • the main control unit 204 controls the drive source 18 by controlling the drive source control circuit 214. Further, as described above, when the molding apparatus 10 is provided with an injection apparatus (not shown) for injecting the photocurable composition into the hole h2 formed in the wafer W, the control apparatus 200 also controls the injection apparatus. Made.
  • FIG. 7 is a first flowchart showing the control of the modeling apparatus 10 by the control apparatus 200, and shows a process of a modeling method for modeling a lens array that is a modeled object and an optical component.
  • the lens array refers to an optical component in which a plurality of lens portions are formed on one member.
  • the first flow church shows a process in the case where the photocurable composition is applied to the entire surface of the wafer W by, for example, spin coating.
  • a mounting process for mounting the wafer W on the support table 14 is executed in step S100.
  • a photocurable composition application process for applying the photocurable composition to the wafer W is executed.
  • the main control unit 204 controls the valve drive circuit 212 to keep the valve 38 open for a predetermined time and supply the photocurable composition to the surface of the wafer W.
  • the main control unit 204 controls the drive source control circuit 214 to drive the drive source 18 for a predetermined time.
  • the driving source 18 is driven, the support table 14 rotates, and the photocurable composition supplied to the wafer W placed on the support table 14 is diffused substantially uniformly on the surface of the wafer W by centrifugal force. It becomes a state.
  • step S300 a transfer process for transferring the transfer shape formed on the transfer body 62 to the photocurable composition is executed. Details of the transfer process in step S300 will be described later.
  • next step S400 it is determined whether or not all the transfer processes have been completed. That is, as step S300, for example, it is determined whether or not it is the last transfer process among the transfer processes repeated about 1500 to 2400 times. If it is determined in step S400 that it is not the last transfer process, the process returns to step S300. On the other hand, if it is determined in step S300 that it is the last transfer process, the process proceeds to the next step S500.
  • step S500 the wafer W transferred to the applied photocurable composition is unloaded from the modeling apparatus 10 from the state of being placed on the support base 14.
  • the modeling apparatus 10 does not have a device such as a robot that places the wafer W on the support table 14 and carries the wafer W out of the modeling apparatus 10
  • the wafer W is placed on the support table 14.
  • the removal of the wafer W from the modeling apparatus 10 is performed manually by the operator, and the operations of Step S100 and Step S500 under the control of the main control unit 204 are not performed.
  • FIG. 8 is a first flowchart showing a transfer process by the control device 200.
  • the transfer body 62 is applied to the thermosetting composition.
  • 5 is a flowchart showing details of control in a transfer step (step S300) for transferring a transfer shape formed in the step.
  • a deforming process is performed in which the photocurable composition applied to the wafer W is deformed in accordance with the transfer shape formed on the transfer body 62 in step S302.
  • step S302 the main control unit 204 controls the motor control circuit 206 to drive the y-axis motor 32, the x-axis motor 56, the support member z-axis motor 64, and the ⁇ -axis motor 34, and thereby the wafer W. At least one of the transfer body 62 and the support 14 is moved so that the predetermined position of the photocurable composition applied to the film contacts the transfer body 62 and deforms the photocurable composition.
  • step S302 based on the data detected by the detection device 72 and subjected to image processing by the image recognition device 202, the support base 14 and the support base 14 and the transfer base 62 come into contact with the appropriate position of the photocurable composition.
  • Position correction data may be created on the transfer body 62, and at least one of the transfer body 62 and the support base 14 may be moved under the control of the main control unit 204 based on the correction data.
  • the photocurable composition is deformed following the convex portion 90 of the transfer body 62 as described above.
  • the convex part 90 of the transfer body 62 is processed so as to have the opposite shape of each lens part (optical component part) constituting the lens array.
  • the photocurable composition is deformed into the shape of a lens portion having a concave aspherical shape by being deformed following the convex portion 90 having an aspherical shape.
  • the transfer body 62 having the convex portion 90 is used to form the concave lens portion.
  • the transfer body 62 having the concave portion for forming the convex lens portion is used.
  • a transfer body 62 having a transfer portion processed into a shape opposite to the shape of the optical component portion is selected and used.
  • the type of the photocurable composition to be used is taken into consideration, and even when the lens portion having the same final shape is formed according to the shrinkage rate of the photocurable composition to be used. Even if it exists, the transfer body in which the projections 90 having different sizes and shapes are formed is selected. That is, the transfer body 62 is changed in accordance with the shrinkage during the molding of the photocurable composition.
  • a curing step is performed in which the photocurable composition deformed following the transfer body 62 is cured by contacting the transfer body 62. That is, the main control unit 204 controls the light source driving circuit 208 to cause the light source 70 to irradiate at least a portion of the photocurable composition that has been deformed in contact with the transfer body 62 for a predetermined time.
  • a photocurable composition hardens
  • a separation step of separating the cured photocurable composition and the transfer body 62 is executed. That is, the main control unit 204 controls the motor control circuit 206 to drive the support member z-axis motor 64 so as to move the transfer body 62 in contact with the thermosetting composition upward, for example.
  • a series of transfer processes are completed by steps S302, S304, and S306 described above, and one lens portion is formed in the photocurable composition by completing the transfer process. Then, as shown in FIG. 6, by repeating the transfer process until all the transfer is completed according to the number of lens parts to be formed, the same number of lens parts as the number of transfer processes repeated on the photocurable composition. The shape is transferred to form a lens array.
  • FIG. 9 is a second flowchart showing the control of the modeling apparatus 10 by the control device 200, and shows a process of a modeling method for modeling a lens array that is a modeled object and an optical component.
  • a process in the case where the photocurable composition is applied to the entire surface of the wafer W by, for example, spin coating is shown.
  • a process for injecting a photocurable composition into a plurality of holes h2 (see FIG. 2) formed in the wafer W using an injection device (not shown). It is shown.
  • step S100 a mounting process of mounting the wafer W on the support base 14 is executed, and in step S200, the photocurable composition is applied to the entire surface of the wafer W.
  • step S300 the transfer shape formed on the transfer body 62 is transferred to the photocurable composition.
  • step S400 it is determined whether or not all transfer processes are completed. It was carried out of the modeling apparatus 10.
  • the photocurable composition is not applied to the entire surface of the wafer W in step S200.
  • the wafer W is not applied.
  • the curable composition is injected into the hole h2 formed in the above.
  • FIG. 10 is a second flowchart showing a transfer process by the control device 200.
  • FIG. 10 is a flowchart which shows the detail of control of the transfer process (step S300) which transfers the transfer shape formed in the transfer body 62 to a composition.
  • step S302 an injection process (step S302a) for injecting a photocurable composition into one of the plurality of holes h2 formed in the wafer W, and one of the holes h2 in step S302a. And a contact step (S302b) for bringing the transfer body 62 into contact with the photocurable composition injected into the step, and a deformation step for deforming the photocurable composition in accordance with the transfer shape formed on the transfer body 62. Executed.
  • step S302 the main control unit 204 controls the motor control circuit 206 after controlling the implantation apparatus to apply a photocurable composition to one of the plurality of holes h2 formed in the wafer W, At least one of the transfer body 62 and the support 14 is moved so that the hole h2 injected into one hole h2 and the transfer body 62 come into contact with each other.
  • step S304 a curing process for curing the photocurable composition deformed in accordance with the transfer body 62 is executed. That is, the main control unit 204 irradiates the light source 70 so that at least light is irradiated to the curable composition injected into the hole h2 in step S302a.
  • step S306 a separation step of separating the photocurable composition injected into the cured hole h2 and the transfer body 62 is executed.
  • a series of transfer processes is completed by steps S302a, S302b, S304, and S306 described above.
  • the transfer process is completed, one of the plurality of holes h2 formed in the wafer W is photocurable. While the composition is injected, the photo-curable composition is cured in a deformed state following the transfer shape formed on the transfer body 62, thereby forming one lens portion. Then, as shown in FIG. 9, by repeating the transfer process until all transfer is completed according to the number of lens parts to be formed, the same number of lens parts as the number of transfer processes repeated on the photocurable composition. The shape is transferred to form a lens array.
  • FIG. 11 illustrates a process of manufacturing a lens that is an optical component having a lens portion having at least one aspherical shape, using the lens array 304 shaped by the process described above.
  • the formed lens array is bonded by a method such as bonding a plurality of sheets as necessary (bonding step).
  • 11A shows three lens arrays 304 before being joined
  • FIG. 11B shows a joined lens array 310 in which three lens arrays 304 are joined.
  • the cemented lens array 310 joined in the joining process is divided by a method such as cutting so as to have at least one lens portion (dividing process).
  • a lens is manufactured by dividing the cemented lens array 310. If the scribe layer S (see FIG. 2) is formed on the wafer W as described above, the cemented lens array 310 can be easily divided.
  • FIG. 11C shows a lens 314 manufactured by cutting the cemented lens array 310 joined so that the lens arrays 304 are laminated so as to include one lens portion 312.
  • a camera can be manufactured by attaching the lens 314 to a light receiving element such as a CMOS sensor, for example, and the manufactured camera is used as a camera built in a mobile phone, for example.
  • a process of manufacturing a lens 314 having a plurality of lens portions by forming a cemented lens array by joining a plurality of lens arrays 304 and dividing the cemented lens array 310.
  • the lens 314 including a single layer can be formed by dividing the plurality of lens arrays 304 without joining them.
  • the lens array 304 and the cemented lens array 310 can be used as the lens array 304 and the cemented lens array 310 without being divided.
  • the lens array 304 (see FIG. 11) is modeled using the modeling apparatus 10 (see FIG. 1), whereas in the second embodiment, the modeling apparatus 10 is used.
  • the mold used to mold the lens array is formed.
  • the mold is formed through the placement process in step S100, the photocurable composition application process in step S200, the transfer process in step S300, and the wafer unloading process in step S500. This transfer process is repeated according to the number of lens portions of the lens array to be finally molded.
  • the transfer body 62 (see FIG. 2) is a transfer body 62 having a transfer portion processed into a shape opposite to the aspherical lens portion formed on the lens array 304. It was. On the other hand, in the second embodiment, a transfer body 62 having a lens portion processed into the same shape as the lens portion of the lens array finally formed is used. For this reason, the shape of the lens portion 312 of the lens array 304 to be finally formed is transferred to the lens molding die to be shaped.
  • a step of forming a lens array as a primary optical component using a mold formed using the modeling apparatus 10 and the molded lens array are divided.
  • a process for manufacturing a lens as a secondary optical component is described.
  • the model 300 is modeled using the modeling apparatus 10 (modeling).
  • the lens array 304 is formed using, for example, a nanoimprint technique (lens array forming step).
  • a nanoimprint technique for example, two molds 300 are prepared, and the two molds 300 and 300 are arranged so that the surfaces on which the shape of the transfer body 62 (see FIG. 2) is transferred face each other.
  • a lens array material such as a curable composition is supplied using the supply device 302, and the material such as the curable composition is cured in a deformed state according to the shape of the molds 300 and 300, thereby transferring the mold 300.
  • a lens array having a shape opposite to the shape of the surface is molded.
  • the curable composition can be cured by irradiation with light.
  • the two molds 300 are arranged so that the surfaces on which the shape of the transfer body 62 is transferred face each other and the lens array material is supplied between the molds 300, 300.
  • a lens array material may be supplied between the mold 300 and the flat plate by disposing the surface on which the shape of the body 62 is transferred and a flat plate having a flat surface.
  • the formed lens array is bonded as necessary (joining step) as shown in FIG. 12 (c) is a cemented lens array 310, and the cemented lens array 310 is divided so as to have at least one lens portion (dividing step), and as shown in FIG. 12 (d), A lens 314 having one lens portion 312 is manufactured.
  • the lens 314 can be manufactured by attaching the lens 314 to a light receiving element such as a CMOS sensor, for example. Used as a built-in camera.
  • the lens array 304 manufactured in the second embodiment can be divided into a single layer without joining, thereby forming a lens 314 composed of a single layer. it can. Further, the lens array 304 and the cemented lens array 310 can be used as the lens array 304 and the cemented lens array 310 without being divided.
  • the modeled object that can be modeled using the apparatus 10 is not limited to an optical component such as a lens array or a mold for molding the optical component, but includes, for example, an electroforming mother mold used in electroforming and a tank model. I can give you.
  • the curable composition used in the present invention comprises (a) silica fine particles, (b) a (meth) acrylate having 2 or more ethylenically unsaturated groups and no ring structure (hereinafter simply referred to as “reactive (meta) ) Acrylate (b) ”) and (c) (meth) acrylate having one ethylenically unsaturated group and having an alicyclic structure (hereinafter also simply referred to as reactive (meth) acrylate (c)). And (d) a polymerization initiator, and the silica fine particles (a) are surface-treated with a specific silane compound.
  • (meth) acrylate means methacrylate and / or acrylate.
  • silica fine particles (a) used in the curable composition those having an average particle diameter of 1 to 100 nm can be suitably used.
  • the average particle diameter is less than 1 nm, the viscosity of the prepared curable composition increases, the content of the silica fine particles (a) in the curable composition is limited, and the dispersion in the curable composition is limited.
  • a cured product obtained by curing the curable composition hereinafter also simply referred to as a cured product
  • sufficient transparency and heat resistance tend to be not obtained.
  • the average particle diameter exceeds 100 nm, the transparency of the cured product may deteriorate.
  • the average particle diameter of the silica fine particles (a) is more preferably 1 to 50 nm, further preferably 5 to 50 nm, and most preferably 5 to 40 nm from the viewpoint of the balance between the viscosity of the curable composition and the transparency of the cured product. It is.
  • the average particle size of the silica fine particles (a) was determined by observing the silica fine particles with a high-resolution transmission electron microscope (Hitachi Corp., H-9000 type), and arbitrarily selecting 100 silica particles from the observed fine particle image. A particle image can be selected and obtained as a number average particle size by a known image data statistical processing technique.
  • silica fine particles having different average particle diameters may be mixed and used in order to increase the filling amount of the silica fine particles (a) into the cured product.
  • silica fine particles (a) porous silica sol, or a composite metal oxide of aluminum, magnesium, zinc or the like and silicon may be used.
  • the content of the silica fine particles (a) in the curable composition is preferably 20 to 80% by mass as the surface-treated silica fine particles, and the heat resistance and environmental resistance of the cured product and the viscosity of the curable composition. From the viewpoint of the balance, the amount is more preferably 40 to 60 mass%. Within this range, the fluidity of the curable composition and the dispersibility of the silica fine particles (a) in the curable composition are good. Therefore, if such a curable composition is used, sufficient strength and heat resistance can be obtained. And a cured product having environmental resistance can be easily produced.
  • silica fine particles (a) it is preferable to use silica fine particles dispersed in an organic solvent from the viewpoint of dispersibility in the curable composition.
  • organic solvent it is preferable to use a solvent in which organic components (such as (meth) acrylate (b) and (meth) acrylate (c) described later) contained in the curable composition are dissolved.
  • organic solvent examples include alcohols, ketones, esters, and glycol ethers.
  • Alcohol solvents such as butyl alcohol and n-propyl alcohol, and ketone organic solvents such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone are preferred.
  • isopropyl alcohol is particularly preferable.
  • silica fine particles (a) dispersed in isopropyl alcohol are used, the viscosity of the curable composition after desolvation is lower than when other solvents are used, and the curable composition having a low viscosity is stabilized. Can be produced.
  • silica fine particles dispersed in an organic solvent can be produced by a conventionally known method, and are commercially available, for example, under the trade name Snowtech IPA-ST (manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.).
  • content of the silica particle (a) in the above-mentioned curable composition of this invention is the silica particle contained in a composition. Refers to the content of itself.
  • silica fine particles (a) used in the curable composition used in the present invention are surface-treated with the silane compound (e) and the silane compound (f).
  • silane compound (e) is represented by the following general formula (1).
  • R1 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • R2 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a phenyl group
  • R3 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms
  • q is an integer of 1 to 6
  • r is an integer of 0 to 2.
  • preferred R2 is a methyl group
  • preferred R3 is a methyl group
  • preferred q is 3
  • preferred r is 0.
  • the silane compound (e) reduces the viscosity of the curable composition and improves the dispersion stability of the silica fine particles (a) in the curable composition by reacting with the (meth) acrylate (b) described later. Therefore, it is used to reduce curing shrinkage when curing the curable composition and to impart molding processability to the cured product.
  • the viscosity of the curable composition is increased, the curing shrinkage during curing is increased, the cured product becomes brittle, and the cured product becomes Since cracks are generated, it is not preferable.
  • silane compound (e) examples include ⁇ -acryloxypropyldimethylmethoxysilane, ⁇ -acryloxypropylmethyldimethoxysilane, ⁇ -acryloxypropyldiethylmethoxysilane, ⁇ -acryloxypropylethyldimethoxysilane, and ⁇ -acryloxy.
  • ⁇ -acryloxypropyldimethylmethoxysilane and ⁇ -acryloxypropylmethyldimethoxysilane are used.
  • ⁇ -methacryloxypropyldimethylmethoxysilane, ⁇ -methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, ⁇ -acryloxypropyltrimethoxysilane, and ⁇ -methacryloxypropyltrimethoxysilane are preferable, and ⁇ -acryloxypropyltrimethoxy is more preferable.
  • Silane Moreover, these can be used in combination of 2 or more types.
  • such a silane compound (e) can be manufactured by a well-known method, and is marketed.
  • the amount of the silane compound (e) used for the surface treatment of the silica fine particles (a) is usually 5 to 25 parts by mass, preferably 10 to 20 parts by mass, more preferably 100 parts by mass of the silica fine particles (a). 12 to 18 parts by mass.
  • the amount of the silane compound (e) used is less than 5 parts by mass, the viscosity of the curable composition is increased, and the dispersibility of the silica fine particles (a) in the curable composition is deteriorated to cause gelation. there is a possibility.
  • silica fine particles (a) when it exceeds 25 mass parts, aggregation of a silica fine particle (a) may be caused.
  • the mass of the silica fine particles (a) refers to the mass of the silica fine particles themselves dispersed in the organic solvent. The surface treatment of the silica fine particles (a) will be described later.
  • the silane compound (e) has an acrylic group, that is, R1 is a hydrogen atom.
  • the silane compound represented by the general formula (1) and the curable composition contain a large amount of methacrylate (methacrylate (b) and methacrylate (c) described later)
  • a methacryl group is added as the silane compound (e).
  • silane compound (f) used in the present invention is represented by the following general formula (2).
  • R 4 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a phenyl group
  • R 5 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms
  • s is an integer of 0 to 6
  • t is an integer of 0-2.
  • a substituent may be bonded to the phenyl group as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • preferred R 4 is a methyl group
  • preferred R 5 is a methyl group
  • preferred s is 0 or 1
  • preferred t is 0.
  • silane compound (f) examples include phenyldimethylmethoxysilane, phenylmethyldimethoxysilane, phenyldiethylmethoxysilane, phenylethyldimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyldimethylethoxysilane, phenylmethyldiethoxysilane, and phenyldiethylethoxysilane.
  • phenyldimethylmethoxysilane phenylmethyldimethoxysilane, phenyldiethylmethoxysilane, phenylethyldimethoxysilane
  • Phenyltrimethoxysilane is preferred, and phenyltrimethoxysilane is more preferred.
  • These silane compounds can be used in combination of two or more.
  • such a silane compound (f) can be manufactured by a well-known method, and is marketed.
  • the amount of the silane compound (f) used in the surface treatment of the silica fine particles (a) is usually 5 to 25 parts by weight, preferably 10 to 20 parts by weight, more preferably 100 parts by weight of the silica fine particles (a). 12 to 18 parts by mass.
  • the usage-amount of a silane compound (f) is less than 5 mass parts, the viscosity of a curable composition may become high, gelling may be produced, or the heat resistance of hardened
  • it exceeds 25 mass parts aggregation of a silica fine particle (a) may be caused.
  • the mass of the silica fine particles (a) refers to the mass of the silica fine particles themselves dispersed in the organic solvent.
  • the surface treatment of the silica fine particles (a) will be described later.
  • the amount of the processing agent is too large. ) May cause aggregation and gelation due to a reaction between the silica particles during the surface treatment.
  • Examples of the (meth) acrylate (b) having two or more ethylenically unsaturated groups and having no ring structure used in the present invention include trimethylolpropane tri (meth) acrylate and pentaerythritol tri (meth) acrylate.
  • a cured product having excellent heat resistance is formed.
  • those having three ethylenically unsaturated groups are preferred from the viewpoint of the heat resistance of the cured product, and those having a glass transition temperature of 150 ° C. or higher are preferred.
  • trimethylolpropane tri (meth) acrylate having a glass transition temperature of a homopolymer of 200 ° C. or higher and relatively low curing shrinkage among polyfunctional (meth) acrylates is most preferable.
  • the glass transition temperature of the homopolymer is measured by the following method. 100 parts by weight of (meth) acrylate (b) and 1 part by weight of diphenyl- (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide (trade name Speedcure TPO-L; manufactured by Nippon Sebel Hegner) as a photopolymerization initiator Is coated on a glass substrate (50 mm ⁇ 50 mm) so that the thickness of the cured film becomes 100 ⁇ m, and the coating film is cured by exposure at 3 J / cm 2 with an exposure apparatus incorporating an ultrahigh pressure mercury lamp.
  • 100 parts by weight of (meth) acrylate (b) and 1 part by weight of diphenyl- (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide (trade name Speedcure TPO-L; manufactured by Nippon Sebel Hegner) as a photopolymerization initiator Is coated on a glass substrate (50 mm ⁇ 50 mm) so that the
  • tan ⁇ at the first temperature rise was measured with a DMS6100 (manufactured by Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd.) in a tensile mode, a temperature range of 20 ° C. to 300 ° C., a temperature rise rate of 2 ° C./min, and a frequency of 1 Hz. It can be obtained from the peak temperature of the value.
  • the amount of (meth) acrylate (b) used in the curable composition is preferably 20 to 500 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the silica fine particles (a) before the surface treatment, and the curable composition From the viewpoints of the viscosity, the dispersion stability of the silica fine particles (a) in the curable composition, and the heat resistance of the cured product, it is more preferably 30 to 300 parts by mass, still more preferably 50 to 200 parts by mass. If the blending amount is less than 20 parts by mass, the viscosity of the curable composition is increased, and gelation may occur. When the blending amount exceeds 500 parts by mass, shrinkage at the time of curing of the curable composition is increased, and the cured product may be warped or cracked.
  • silica fine particles dispersed in an organic solvent are used as the silica fine particles (a)
  • the mass of the silica fine particles (a) refers to the mass of the silica fine particles themselves dispersed in the organic solvent.
  • the (meth) acrylate (c) having an ethylenically unsaturated group and having an alicyclic structure used in the curable composition imparts heat resistance and environmental resistance to the cured product and shrinks upon curing. It is used to reduce Of these, (meth) acrylates having one ethylenically unsaturated group and an alicyclic structure are preferably used. Examples of such (meth) acrylates include cyclohexyl (meth) acrylate and 4-butylcyclohexyl.
  • (Meth) acrylate dicyclopentanyl (meth) acrylate, dicyclopentenyl (meth) acrylate, dicyclopentadienyl (meth) acrylate, bornyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, tricyclodecanyl (meth) And cycloalkyl (meth) acrylates such as acrylate, tricyclodecane dimethanol diacrylate, and adamantyl (meth) acrylate.
  • a (meth) acrylate having a homopolymer glass transition temperature of 150 ° C. or higher is preferred.
  • the method for measuring the glass transition temperature of the homopolymer is the same as described above.
  • dicyclopentanyl (meth) acrylate and adamantyl (meth) acrylate are preferable from the viewpoint of transparency, heat resistance, and environment resistance of the cured product, and a glass transition of a homopolymer.
  • adamantyl (meth) acrylate which has a high temperature.
  • the alicyclic structure is a structure in which an aromatic ring structure is excluded from a structure in which carbon atoms are bonded cyclically.
  • the amount of (meth) acrylate (c) used in the curable composition is preferably 5 to 400 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the silica fine particles (a) before the surface treatment. From the viewpoints of the viscosity, the dispersion stability of the silica fine particles (a) in the curable composition, and the heat resistance of the cured product, it is more preferably 10 to 200 parts by mass, and still more preferably 20 to 100 parts by mass. When the blending amount is less than 5 parts by mass, the viscosity of the curable composition is increased, and gelation may occur.
  • the mass of the silica fine particles (a) refers to the mass of the silica fine particles themselves dispersed in the organic solvent.
  • Examples of the polymerization initiator (d) used in the curable composition include a photopolymerization initiator that generates radicals and a thermal polymerization initiator.
  • photopolymerization initiator examples include benzophenone, benzoin methyl ether, benzoin propyl ether, diethoxyacetophenone, 1-hydroxy-phenylphenyl ketone, 2,6-dimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenyl. And phosphine oxide and diphenyl- (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide. Two or more of these photopolymerization initiators may be used in combination.
  • the content of the photopolymerization initiator in the curable composition may be an amount that allows the curable composition to be appropriately cured, and is 0.01 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the curable composition. It is preferably 0.02 to 5 parts by mass, more preferably 0.1 to 2 parts by mass. If the addition amount of the photopolymerization initiator is too large, the storage stability of the curable composition is lowered, colored, or the crosslinking at the time of crosslinking to obtain a cured product rapidly proceeds, such as cracks during curing. Problems may occur. Moreover, when there are too few addition amounts of a photoinitiator, a curable composition may not fully be hardened.
  • thermal polymerization initiator examples include benzoyl peroxide, diisopropyl peroxycarbonate, t-butyl peroxy (2-ethylhexanoate) and the like.
  • the content of the thermal polymerization initiator in the curable composition is preferably 2 parts by mass or less, more preferably 0.1 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the curable composition.
  • the curable composition used in the present invention is, as necessary, a leveling agent, an antioxidant, and an ultraviolet absorber as long as the viscosity of the composition and the properties of the cured product, such as transparency and heat resistance, are not impaired.
  • a leveling agent such as acrylic acid, acrylic acid, and the like.
  • an antioxidant such as sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium metabisulfite, sodium
  • leveling agents include polyether-modified dimethylpolysiloxane copolymer, polyester-modified dimethylpolysiloxane copolymer, polyether-modified methylalkylpolysiloxane copolymer, aralkyl-modified methylalkylpolysiloxane copolymer, and polyether-modified. Examples thereof include methylalkylpolysiloxane copolymer.
  • filler or pigment examples include calcium carbonate, talc, mica, clay, Aerosil (registered trademark), barium sulfate, aluminum hydroxide, zinc stearate, zinc white, bengara, azo pigment, and the like.
  • the curable composition of the present invention containing such various components, B-type viscometer DV-II + Pro (manufactured by BROOKFIELD), 25 ° C., rotor No.
  • the viscosity measured at 63 at a rotational speed of 60 rpm is usually 30 to 300 mPa ⁇ s, and it has an extremely low viscosity even when it does not contain a solvent, and has good handling properties. This is because the silica fine particles (a) have a high compatibility with the (meth) acrylates (b) and (c), (meth) acrylates (b) and (c). This is due to the high dispersion stability of the silica fine particles (a) therein.
  • the curable composition used in the present invention includes, for example, a step of surface-treating colloidal silica (silica fine particles (a)) dispersed in an organic solvent with silane compounds (e) and (f) (step 1), surface The step of adding (meth) acrylates (b) and (c) to the treated silica fine particles (a) and mixing them uniformly (step 2), the silica fine particles (a) obtained in step 2 and the (meth) acrylate (b) ) And (c), a step of distilling off and removing the organic solvent and water (step 3), adding a polymerization initiator (d) to the composition obtained by distilling off and removing the solvent in step 3, It can manufacture by performing the process (process 4) of uniformly mixing and setting it as a curable composition sequentially. Each step will be described below.
  • step 1 the silica fine particles (a) are surface-treated with the silane compounds (e) and (f).
  • the silica fine particles (a) are put into a reactor, and while stirring, the silane compounds (e) and (f) are added, mixed with stirring, and water necessary for further hydrolyzing the silane compound.
  • the silane compound is hydrolyzed and subjected to condensation polymerization on the surface of the silica fine particles (a).
  • silica fine particles dispersed in an organic solvent as the silica fine particles (a).
  • the disappearance due to hydrolysis of the silane compound can be confirmed by gas chromatography.
  • a non-polar column DB-1 manufactured by J & W
  • gas chromatography Alignment Co., Ltd. Model 6850
  • temperature 50 to 300 ° C. heating rate 10 ° C./min
  • He He
  • the residual amount of the silane compound can be measured by an internal standard method with a flow rate of 1.2 cc / min and a flame ionization detector, disappearance due to hydrolysis of the silane compound can be confirmed.
  • the amount of the silane compound (e) used in the surface treatment of the silica fine particles (a) is usually 5 to 25 parts by mass, preferably 10 to 20 parts per 100 parts by mass of the silica fine particles (a). Part by mass, more preferably 12 to 18 parts by mass.
  • the amount of the silane compound (f) used is usually 5 to 25 parts by mass, preferably 10 to 20 parts by mass, more preferably 12 to 18 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the silica fine particles (a).
  • the lower limit of the amount of water required for carrying out the hydrolysis reaction is 1 times the total number of moles of alkoxy groups and hydroxy groups bonded to the silane compounds (e) and (f), and the upper limit is 10 times. . If the amount of water is too small, the hydrolysis rate may become extremely slow, resulting in lack of economic efficiency, or the surface treatment may not proceed sufficiently. Conversely, if the amount of water is excessively large, the silica fine particles (a) may form a gel.
  • a catalyst for the hydrolysis reaction When performing the hydrolysis reaction, a catalyst for the hydrolysis reaction is usually used.
  • a catalyst include, for example, inorganic acids such as hydrochloric acid, acetic acid, sulfuric acid, phosphoric acid; Organic acids such as formic acid, propionic acid, oxalic acid, p-toluenesulfonic acid, benzoic acid, phthalic acid, maleic acid; Alkaline catalysts such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia; Organometallics; Metal alkoxides; Organotin compounds such as dibutyltin dilaurate, dibutyltin dioctylate, dibutyltin diacetate; Aluminum tris (acetylacetonate), titanium tetrakis (acetylacetonate), titanium bis (butoxy) bis (acetylacetonate), titanium bis (isopropoxy) bis (acetylacetonate),
  • hydrochloric acid, acetic acid, maleic acid, and boron compounds are preferable from the viewpoints of solubility in water and sufficient hydrolysis rate.
  • These catalysts can be used alone or in combination of two or more.
  • Step 1 when the hydrolysis reaction of the silane compounds (e) and (f) is performed, a water-insoluble catalyst may be used, but a water-soluble catalyst is preferably used.
  • a water-soluble catalyst for hydrolysis reaction it is preferable to dissolve the water-soluble catalyst in an appropriate amount of water and add it to the reaction system because the catalyst can be uniformly dispersed.
  • the addition amount of the catalyst used for the hydrolysis reaction is not particularly limited, but is usually 0.1 to 10 parts by mass, preferably 0.5 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the silica fine particles (a).
  • the mass of the silica fine particles (a) refers to the mass of the silica fine particles themselves dispersed in the organic solvent.
  • the reaction temperature of the hydrolysis reaction is not particularly limited, but is usually in the range of 10 to 80 ° C, preferably in the range of 20 to 50 ° C. If the reaction temperature is excessively low, the hydrolysis rate may become extremely slow, resulting in lack of economic efficiency, and the surface treatment may not proceed sufficiently. When the reaction temperature is excessively high, the gelation reaction tends to occur.
  • the reaction time for carrying out the hydrolysis reaction is not particularly limited, but is usually in the range of 10 minutes to 48 hours, preferably 30 minutes to 24 hours.
  • the surface treatment with the silane compound (e) and the silane compound (f) in step 1 may be performed sequentially, but it is preferable to perform the surface treatment at the same time from the viewpoint of simplification and efficiency of the reaction process.
  • step 2 the method of mixing the surface-treated silica fine particles (a) and (meth) acrylates (b) and (c) is not particularly limited.
  • a mixer, ball mill, 3 examples thereof include a method of mixing with a mixer such as this roll, and a method of adding and mixing (meth) acrylates (b) and (c) with continuous stirring in the reactor in which Step 1 has been performed.
  • Step 3 To distill off and remove the organic solvent and water from the homogeneous mixture of silica fine particles (a) and (meth) acrylates (b) and (c) in step 3 (hereinafter collectively referred to as desolvation) It is preferable to heat in a reduced pressure state.
  • the temperature is preferably maintained at 20 to 100 ° C., and more preferably 30 to 70 ° C., and further preferably 30 to 50 ° C. in terms of the balance between aggregation gelation prevention and the solvent removal speed. If the temperature is raised too much, the fluidity of the curable composition may be extremely lowered, or the curable composition may be gelled.
  • the degree of vacuum at the time of depressurization is usually 10 to 4000 kPa, more preferably 10 to 1000 kPa, and most preferably 10 to 500 kPa in order to balance the solvent removal speed and the prevention of aggregation gelation. If the value of the degree of vacuum is too large, the solvent removal speed becomes extremely slow, which is economical.
  • the composition after desolvation contains substantially no solvent.
  • substantially means that when a cured product is actually obtained using the curable composition, it is not necessary to go through a step of removing the solvent again.
  • the remaining amount of the organic solvent and water in the product is preferably 1% by mass or less, preferably 0.5% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or less.
  • a polymerization inhibitor may be added to 100 parts by mass of the composition after desolvation before desolvation.
  • the polymerization inhibitor is used to prevent components contained in the composition from undergoing a polymerization reaction during the solvent removal process or during storage of the composition after the solvent removal and the curable composition.
  • the polymerization inhibitor include hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, benzoquinone, pt-butylcatechol, 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, and the like. These can be used alone or in combination of two or more.
  • Step 3 can be performed by transferring the homogeneous mixed liquid of silica fine particles (a) and (meth) acrylates (b) and (c) that have passed through Step 2 to a dedicated apparatus. If carried out in the reactor carried out, it can be carried out in the reactor subsequent to step 2.
  • step 4 the method of adding the polymerization initiator (d) to the composition desolvated in step 3 and uniformly mixing the mixture is not particularly limited.
  • a mixer such as a mixer, a ball mill, or a three roll at room temperature.
  • This filtration is performed for the purpose of removing foreign substances such as dust in the curable composition.
  • the filtration method is not particularly limited, but a pressure filtration method using a membrane type or cartridge type filter having a pressure filtration pore size of 1.0 ⁇ m is preferred.
  • the curable composition used in the present invention is cured to cure an optical lens, an optical lens mold, an optical disk substrate, a liquid crystal display element plastic substrate, a color filter substrate, an organic EL display element plastic substrate, and a solar cell. It becomes the hardened
  • a cured product is obtained by curing the curable composition used in the present invention.
  • the curing method include a method of crosslinking the ethylenically unsaturated groups of (meth) acrylates (b) and (c) by irradiation with active energy rays, a method of thermally polymerizing the ethylenically unsaturated groups by applying heat, and the like. Yes, these can be used in combination.
  • a photopolymerization initiator is contained in the curable composition in the above step 4.
  • a thermal polymerization initiator is contained in the curable composition.
  • the cured product of the curable composition used in the present invention is formed by, for example, applying the curable composition onto a substrate such as a glass plate, a plastic plate, a metal plate, or a silicon wafer to form a coating film, and then curing the curable composition. It can be obtained by irradiating the active composition with active energy rays or by heating. For curing, both irradiation with active energy rays and heating may be performed.
  • Examples of the method for applying the curable composition include application by a bar coater, applicator, die coater, spin coater, spray coater, curtain coater, roll coater, etc., application by screen printing, and application by dipping.
  • the coating amount of the curable composition used in the present invention on the substrate is not particularly limited, and can be appropriately adjusted according to the purpose.
  • the film thickness of the coating film obtained after the curing treatment by active energy ray irradiation and / or heating is preferably 1 to 200 ⁇ m, and more preferably 5 to 100 ⁇ m.
  • the active energy ray used for curing is preferably an electron beam or light in the ultraviolet to infrared wavelength range.
  • the light source for example, an ultra-high pressure mercury light source or a metal halide light source can be used for ultraviolet rays, a metal halide light source or a halogen light source can be used for visible rays, and a halogen light source can be used for infrared rays. Can be used.
  • the irradiation amount of the active energy ray is appropriately set according to the type of the light source, the film thickness of the coating film, etc., but preferably the reaction rate of the ethylenically unsaturated groups of (meth) acrylate (b) and (c). It can be appropriately set to be 80% or more, more preferably 90% or more.
  • curing may be further advanced by heat treatment (annealing treatment).
  • the heating temperature at that time is preferably in the range of 80 to 200 ° C.
  • the heating time is preferably in the range of 10 minutes to 60 minutes.
  • the heating temperature is preferably in the range of 80 to 200 ° C, more preferably in the range of 100 to 150 ° C. .
  • the heating temperature is lower than 80 ° C., it is necessary to lengthen the heating time, and there is a tendency that it is not economical. Therefore, it tends to lack economic efficiency.
  • the heating time is appropriately set according to the heating temperature, the film thickness of the coating film, etc., but preferably the reaction rate of the ethylenically unsaturated groups of (meth) acrylate (b) and (c) is 80% or more. Preferably, it can be set appropriately to be 90% or more.
  • the curing may be further advanced by heat treatment (annealing treatment) as necessary.
  • the heating temperature at that time is preferably in the range of 150 to 200 ° C.
  • the heating time is preferably in the range of 5 minutes to 60 minutes.
  • the cured product of the curable composition used in the present invention is excellent in transparency, heat resistance, environmental resistance and molding processability, it is an optical lens, a mold for molding an optical lens, a plastic substrate for a liquid crystal display element, a color filter. It can be suitably used as a substrate for an organic EL display element, a plastic substrate for an organic EL display element, a solar cell substrate, a touch panel, an optical element, an optical waveguide, an LED sealing material and the like.
  • the refractive index of the cured product can be appropriately selected depending on the application. And since the said hardened
  • the 5% weight reduction temperature when heated in a nitrogen atmosphere is usually 330 ° C. or higher, preferably 350 ° C. or higher, more preferably 380 ° C. or higher.
  • the 5% weight loss temperature when heated is below 330 ° C., for example, when this cured product is used for an active matrix display element substrate, problems such as warpage and deflection, and in some cases, cracks occur in the manufacturing process. There is a fear.
  • the cured product is preferably obtained by curing a curable composition containing (meth) acrylates (b) and (c) having a high glass transition temperature of the homopolymer, and thus has excellent heat resistance. .
  • the cured product has a high glass transition temperature.
  • the glass transition temperature of the cured product is determined from the peak temperature of the loss tangent tan ⁇ value measured at a frequency of 1 Hz using a dynamic viscoelasticity measurement method, and is usually 200 ° C. or higher, preferably 230 ° C. or higher.
  • the glass transition temperature is less than 200 ° C., if this cured product is used for an active matrix display element substrate, problems such as warpage and deflection, and in some cases, cracking may occur in the manufacturing process.
  • the light transmittance at a wavelength of 400 nm when the cured film is 100 ⁇ m in thickness is preferably 85% or more, and the wavelength is 400 nm before and after three heat treatments at 270 ° C. for 1 minute.
  • the amount of change in transmittance is usually 3% or less.
  • the efficiency of using light is lowered, which is not preferable for applications where light efficiency is important.
  • the change in transmittance at a wavelength of 400 nm before and after three heat treatments at 270 ° C. for 1 minute exceeds 3%, when this cured product is used for an active matrix display element substrate, it is colored in the manufacturing process. Problems may arise.
  • the cured product has a water absorption rate of 2% by mass or less, preferably 1.5% by mass or less, more preferably 1.0% by mass or less, based on 100% by mass of the cured product when immersed in water for 24 hours. It is.
  • the amount of change in the refractive index of the cured product before and after being immersed in water for 24 hours is 0.001 or less, preferably 0.0008 or less, more preferably 0.0005 or less.
  • the amount of change in the refractive index exceeds 0.001, for example, when the cured product of the present invention is applied to an optical lens or an optical waveguide, the focal length of the light shifts when water is absorbed in the use environment. This is not preferable because the image accuracy is lowered and the light propagation efficiency is lowered.
  • the cured product has a refractive index change amount of 0.001 or less, preferably 0.0008 or less, more preferably 0.0005 or less before and after storage in 85 ° C. and 85% saturated humidity for 50 hours. .
  • the amount of change in the refractive index exceeds 0.001
  • the refractive index change amount before and after storage for 50 hours in 85 ° C. and 85% saturated humidity is 0.0015 (1.491). 2 ⁇ 1.4897), and the change in the refractive index is considered to be large due to swelling of the cured film due to water absorption in a high temperature and high humidity environment.
  • the cured product has an absolute value of a temperature dependence coefficient of refractive index at a temperature of 25 ° C. to 55 ° C. of 6.0 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. or less, preferably 5.0 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. or less. More preferably, it is 4.0 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. or less.
  • the absolute value of the refractive index temperature dependency coefficient exceeds 6.0 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C.
  • the refractive index temperature dependency coefficient indicates a slope when a refractive index is measured using a refractometer while changing the measurement temperature in increments of 5 ° C. from 25 ° C. to 55 ° C. and plotting the refractive index with respect to the measurement temperature.
  • curable composition used for this invention is demonstrated in detail by an Example, this curable composition is not limited to the following examples, unless the summary is exceeded.
  • Preparation example 1 of curable composition In a separable flask, 100 parts by mass of isopropyl alcohol-dispersed colloidal silica (silica content 30% by mass, average particle size 10 to 20 nm, trade name Snowtech IPA-ST; manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) is placed.
  • Diphenyl- (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide (trade name Speedcure® TPO-L; Nippon Sebel Hegner Co., Ltd.) ) 0.845 parts by mass was dissolved, and pressure-filtered (pressure 0.2 MPa) with a membrane filter (pore diameter 1.0 ⁇ m) to obtain a curable composition 1.
  • the viscosity of the curable composition 1 obtained was 74 mPa ⁇ s.
  • the viscosity was measured using a B-type viscometer DV-II + Pro (manufactured by BROOKFIELD) with a rotor No. It measured at 63, rotation speed 60rpm, 25 degreeC.
  • 37.5 parts by mass of trimethylolpropane triacrylate (trade name: Biscote # 295; manufactured by Osaka Organic Chemical Co., Ltd., Tg> 250 ° C.) and adamantyl methacrylate (trade name: ADMA; 7.5 parts by mass of Osaka Organic Chemical Co., Ltd. (Tg 180 ° C.) was added and mixed uniformly. Thereafter, the mixture was heated under reduced pressure at 40 ° C. and 100 kPa with stirring to remove volatile components. The amount of volatile matter removed was 72.4 parts by mass.
  • t-butylperoxy (2-ethylhexanoate) (trade name perbutyl O; manufactured by NOF Corporation) as a thermal polymerization initiator was added. 845 parts by mass were dissolved and pressure-filtered (pressure 0.2 MPa) with a membrane filter (pore diameter 1.0 ⁇ m) to obtain a curable composition 2.
  • the solvent concentration in the obtained curable composition 2 was increased by a gas chromatography (Model 6850 manufactured by Agilent) using a nonpolar column DB-1 (manufactured by J & W) at a temperature of 50 to 300 ° C.
  • the temperature was measured at 10 ° C./min, He was used as a carrier gas, the flow rate was 1.2 cc / min, and the internal standard method was used with a flame ionization detector.
  • the isopropyl alcohol concentration was 0.82% by mass
  • the methanol concentration was 0.03% by mass
  • the water concentration was 0.10% by mass.
  • the viscosity of the obtained curable composition 2 was 231 mPa ⁇ s.
  • composition of each component used for the preparation of the above curable composition is shown in Table 1 below.
  • Example 1 [Preparation of cured film] ⁇ Active energy ray curing>
  • the curable composition was applied on a separate glass substrate (50 mm ⁇ 50 mm) so that the thickness of the cured film was 100 ⁇ m, and the exposure apparatus incorporated an ultrahigh pressure mercury lamp with 3J. / Cm @ 2 was exposed to cure the coating film. Thereafter, annealing was performed at 180 ° C. for 30 minutes.
  • the curable composition 2 of Example 2 was applied onto a glass substrate (50 mm ⁇ 50 mm) so that the thickness of the cured film was 100 ⁇ m, and the coating film was cured by heat treatment at 140 ° C. for 10 minutes. Thereafter, annealing was performed at 180 ° C. for 30 minutes.
  • A It can be processed (peeled) without causing cracks or cracks.
  • B No cracking occurs but some cracks occur.
  • C Cracking occurs and processing (peeling) properties are poor.
  • ⁇ Transmissivity> The obtained cured film was subjected to heat treatment at 270 ° C. for 1 min three times, and the transmittance (T%) of light having a wavelength of 400 nm before and after was measured in accordance with JIS-K7105 using a spectrophotometer (JASCO Corporation ), UV3100). The results are shown in Table 2. The better the cured film, the greater the transmittance value and the smaller the transmittance change before and after the heat treatment.
  • ⁇ Refractive index> The refractive index before and after the obtained cured film was heat-treated three times at 270 ° C. for 1 minute was measured at a measurement temperature of 25 ° C. using a multi-wavelength Abbe refractometer DR-M2 (manufactured by Atago). did. The results are shown in Table 2. The smaller the refractive index change before and after the heat treatment, the better the cured film.
  • ⁇ Glass transition temperature Tg> Using the DMS6100 (manufactured by Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd.), the cured film obtained was tan ⁇ value at the first temperature rise in the tensile mode, temperature range 20 ° C to 300 ° C, temperature rise rate 2 ° C / min, frequency 1 Hz. And the temperature at the peak of the tan ⁇ value was defined as the glass transition temperature. The results are shown in Table 2. The higher the glass transition point, the better the heat resistance of the cured film.
  • ⁇ Temperature dependence coefficient of refractive index> For the cured films obtained in the examples, the refractive index was measured using a multi-wavelength Abbe refractometer DR-M2 (manufactured by Atago Co., Ltd.) while changing the measurement temperature in increments of 5 ° C. from 25 ° C. to 55 ° C. The absolute value of the gradient when the refractive index with respect to the temperature was plotted was taken as the refractive index temperature dependent coefficient. The results are shown in Table 3. The smaller the value, the better the environmental resistance. ⁇ Shrinkage rate> The resin solution was applied on a silicon wafer by a spin coater method. This coated substrate was measured with an optical film thickness meter. This film thickness is taken as the initial film thickness.
  • the curable composition 4 Since the curable composition 4 has poor dispersibility of the silica fine particles, the transmittance at 400 nm is low and the transparency is poor.
  • the curable compositions 3 and 5 are excellent in moldability, since the dispersibility of the silica fine particles in the curable composition is still insufficient, the cured product is inferior in heat resistance and heated at 270 ° C. for 3 minutes. The amount of decrease in transmittance at 400 nm due to the treatment is large.
  • the cured films of the curable compositions 1 and 2 have a water absorption rate of 0.88% and 1.26% after 24 hours of water immersion, no change in refractive index before and after the water absorption, and excellent environmental resistance. .
  • the molded cured products of the curable compositions 1 and 2 have an absolute value of a temperature dependency coefficient of refractive index of 4.1 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. and 4.5 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C., respectively.
  • Polymethylmethacrylate conventionally used in optical lenses has an absolute value of the temperature dependence coefficient of refractive index of 10.5 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C.
  • the molded cured films of the curable compositions 1 and 2 have a refractive index variation with respect to temperature that is less than half that of polymethyl methacrylate. That is, the cured products of the curable compositions 1 and 2 have less refractive index dependency on temperature and excellent environmental resistance.
  • Example 10 When the steps shown in FIGS. 10, 11 and 12 were performed using the curable compositions 1 to 5 produced by the methods shown in Preparation Examples 1 to 5 of the above curable composition, a good lens was obtained. A mold used for molding arrays and lenses could be obtained.
  • the present invention is applied to, for example, a modeling method for modeling a lens such as a lens array having a lens portion having an aspherical shape, or a model such as a mold used for molding such a lens. be able to.

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Abstract

従来の技術と比較して、レンズ等の造形物を高精度に造形することができる造形方法を提供する。重合性官能基を有する化合物と重合開始剤とを含む光硬化性組成物と、非球面形状からなるレンズ部(312)と同形状、又は非球面形状からなるレンズ部(312)と反対形状からなる転写形状部が形成された転写体(62)とを互いに接触させ、光硬化性組成物を転写体(62)の転写形状にならって変形させる変形工程と、変形した光硬化性組成物の少なくとも変形した部分を、光照射装置(60)で光を照射することで硬化させる硬化工程と、硬化した光硬化性組成物と転写部材とを離間させる離間工程とからなる転写工程を複数回繰り返して、レンズアレイ、ナノインプリント用の型等の造形物を造形する。

Description

造形方法
 本発明は、例えば、非球面形状からなるレンズ部を有するレンズアレイ等のレンズや、このようなレンズの成形に用いられる型等の造形物を造形する造形方法に関する。
 特許文献1には、レンズ形状を形成する面を有する金型を用いたマイクロレンズアレイの製造方法であって、前記金型により第1の基板上に第1の樹脂を前記レンズ形状に硬化させレンズ基板を複数形成する工程と、前記レンズ基板をアレイ状に配列する工程と、前記アレイ状のレンズ基板上にメッキして前記レンズ形状を形成する面を有するマスタを形成する工程と、前記マスタのレンズ形状を形成する面上にメッキしてマザーを形成する工程と、前記マザーにより成形型を形成する工程と、前記成形型により第2の基板上に第2の樹脂を前記レンズ形状に硬化させ形成する工程と、ドライエッチングにより前記第2の樹脂を除去するとともに前記第2の基板の一部を除去する工程とを含むマイクロレンズアレイの製造方法が開示されている。
 また、特許文献2には、マザースタンパの表面にある微細パターンを順次転写させることによる微細構造体の製造方法であって、(1) 基板に対して前記マザースタンパを所定の位置に固定する工程と、(2) 前記マザースタンパと前記基板との間に樹脂を供給する工程と、(3) 真空中にて前記マザースタンパを前記樹脂に押圧する工程と、(4) 前記樹脂を硬化させる工程と、(5) 前記マザースタンパを前記硬化樹脂から離脱させる工程と、(6) 前記マザースタンパと前記基板との相対位置を変更させるように、前記マザースタンパ若しくは前記基板を移動させる工程と、(7) 前記工程(6)の後、工程(2)~工程(6)を所定の回数繰り返す工程と、を含む微細構造体の製造方法が開示されている。
特開2005-41125号公報 特開2003-94445号公報
 しかしながら、特許文献1及び特許文献2に開示の技術では、例えば非球面形状からなるレンズ等の高度な精度が要求される造形物を成形することは困難であるとの問題点があった。
 本発明は、従来の技術と比較して、レンズ等の造形物を高精度に造形することができる造形方法を提供することを目的とする。
 本発明の特徴とするところは、被造形物と、非球面形状からなるレンズ部と同形状、又は前記非球面形状からなるレンズ部と反対形状からなる転写形状が形成された転写体とを互いに接触させ、被造形物を前記転写形状にならって変形させる変形工程と、被造形物の、少なくとも変形した部分を硬化させる硬化工程と、被造形物と前記転写体とを互いに離間させる離間工程と、前記転写体を前記被造形物の他の位置へ相対移動させる移動工程と、を有し、被造形物に前記転写形状を転写する転写工程を複数回繰り返す造形方法であって、前記被造形物が、重合性官能基を有する化合物と重合開始剤とを含む硬化性組成物からなる造形方法にある。
 好適には、前記硬化性組成物は、(a)シリカ微粒子と、(b)2以上のエチレン性不飽和基を有し且つ環構造を有しない(メタ)アクリレートと、(c)エチレン性不飽和基を有し且つ脂環式構造を有する(メタ)アクリレートと、(d)重合開始剤とを含み、前記シリカ微粒子(a)が、下記一般式(1)で表されるシラン化合物(e)及び下記一般式(2)で表されるシラン化合物(f)で表面処理されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
(式(1)中、R1は水素原子又はメチル基を表し、R2は炭素数1~3のアルキル基又はフェニル基を表し、R3は水素原子又は炭素数1~10の炭化水素基を表し、qは1~6の整数であり、rは0~2の整数である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(式(2)中、R4は炭素数1~3のアルキル基又はフェニル基を表し、R5は水素原子又は炭素数1~10の炭化水素基を表し、sは0~6の整数であり、tは0~2の整数である。)。
 好適には、前記硬化性組成物に含まれる前記(メタ)アクリレート(b)が、3つのエチレン性不飽和基を有し且つ環構造を有しない(メタ)アクリレートである。
 好適には、前記硬化性組成物に含まれる前記シリカ微粒子(a)が、該シリカ微粒子(a)100質量部に対して5~25質量部の前記シラン化合物(e)と、シリカ微粒子(a)100質量部に対して5~25質量部の前記シラン化合物(f)とで表面処理されている。
 好適には、前記硬化性組成物に含まれる前記(メタ)アクリレート(b)の単独重合体のガラス転移温度及び前記(メタ)アクリレート(c)の単独重合体のガラス転移温度がともに150℃以上である。
 好適には、前記硬化性組成物の粘度が30~300mPa・sである。
 本発明によれば、従来の技術と比較して、レンズ等の造形物を高精度に造形することができる造形方法を提供することができる。
本発明の第1の実施形態に係る造形装置の概略構成を示し、図1(a)は平面図であり、図1(b)は左側面図である。 本発明の第1の実施形態に用いられる転写体及びウエハを示す一部断面図である。 本発明の第1の実施形態に用いられるウエハに形成された孔に、光硬化性組成物を注入する工程の変形例を説明する説明図である。 本発明の第1の実施形態に用いられる転写体及びウエハの第1の変形例を示す一部断面図である。 本発明の第1の実施形態に用いられる転写体及びウエハの第2の変形例を示す一部断面図である。 本発明第1の実施形態に係る造形装置に用いられる制御装置を示すブロック図である。 本発明の第1の実施形態に係る造形装置の動作を示す第1のフローチャートである。 本発明の第1の実施形態に係る造形装置の転写動作を示す第1のフローチャートである。 本発明の第1の実施形態に係る造形装置の動作を示す第2のフローチャートである。 本発明の第1の実施形態に係る造形装置の転写動作を示す第2のフローチャートである。 本発明の第1の実施形態に係るレンズ製造方法の工程を説明する説明図である。 本発明の第2の実施形態に係るレンズ製造方法の工程を説明する説明図である。
10  造形装置
14  支持台
18  駆動源
24  可動台
32  y軸モータ
34  θ軸モータ
36  供給装置
44  可動ユニット
56  x軸モータ
60  光照射装置
62  転写体
64  支持部材用z軸モータ
68  光ファイバー
70  光源
72  検知装置
74  撮影部
76  レンズユニット
90  凸部
200 制御装置
204 主制御部
300 型
304 レンズアレイ
310 接合レンズアレイ
312 レンズ部
314 レンズ
W   ウエハ
W1  基板
W2  保持板
h1  貫通孔
h2  孔
 次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
 図1において、本発明の第1の実施形態に係る造形装置10が示されている。造形装置10は、造形物であり、光学部品であるレンズアレイの造形に用いられ、設置面に設置される基台12を有し、基台12の上に可動台24が支持されている。可動台24の上側面には、さらに支持台14が支持されている。
 可動台24は、下側に突出した形状の突出部25が形成された下側部分26と、下側部分26の上側に位置する上側部分27とからなり、突出部25が基台12の上向きの面12aに形成されたy軸方向の溝(不図示)に嵌め込まれるように基台12に取り付けられている。このため、y軸方向の溝にガイドされ、可動台24は、面12a上でy軸方向に移動可能となっている。突出部25には、送りネジ28が噛み合っている。送りねじ28は、軸の方向(長手方向)がy軸方向となるように、軸受30、30を用いて基台12に回動自在に支持されている。送りネジ28の図1における左端部には、基台12に固定されたy軸モータ32が連結されている。したがって、y軸モータ32を回転させることで、送りネジ28を介して突出部25に駆動が伝達され、可動台24がy軸方向に移動する。可動台をy軸のいずれの方向に移動させるかは、y軸モータ32の回転方向を制御することで決することができる。
 可動台24の上側部分27には、θ軸モータ34が設けられている。θ軸モータ34は、可動台24の上側部分27を、可動台24の下側部分26に対してZ軸に垂直な方向の回転軸を中心に回転させる。このように、可動台24は全体としてy軸方向に移動可能であるとともに、上側部分27が下側部分26に対して回転可能となっている。
 支持台14には、例えばガラス等からなるウエハWが載置され、支持台14は載置されたウエハWを重力方向下側から支持する。また、支持台14には、例えばモータ等を備えた駆動源18が連結されている。このため、支持台14は、可動台24の上側部分27に対してウエハWと一体として回転することができるようになっていて、ウエハWにいわゆるスピンコートで硬化性組成物等を塗布する際に用いられるスピンコート用の回転テーブルとして構成されている。あるいは、支持台14をスピンコート用の回転テーブルとして構成して、スピンコートによってウエハWに硬化性組成物を塗布するように構成することに替えて、ウエハWに形成された複数の孔h2(図2参照)に、例えば注入するようにして硬化性組成物を注入する注入装置(不図示)を造形装置10に設け、この注入装置でウエハWに形成された複数の孔h2に硬化性組成物を注入するようにしても良い。
 支持台14は、例えばガラス等の光透過性を有する材料を用いる等、後述する光照射装置60が発する光が通過することができるようになっている。尚、支持台14にウエハWを載置し、支持台14に載置された状態からウエハWを除去するには、例えばロボット等からなる載置・除去装置(不図示)を用いても良いし、操作者が手作業で行っても良い。
 可動台24の上側部分27には、被成形物として用いられる光硬化性組成物を、ウエハWに供給する供給装置36が設けられている。供給装置36には、バルブ38を介して、光硬化性組成物を貯蔵する貯蔵部40が接続されていて、供給装置36は、貯蔵部40に貯蔵された光硬化性組成物を、略円形(円板形状)からなるウエハWの略中心部に上方から落下させるように供給することができる。ウエハWに供給された光硬化性組成物は、支持台14が予め定められた所定時間回転することで遠心力によって拡散し、ウエハW表面に略均一な厚さで塗布された状態となる。
 また、可動台24の上側部分27には、硬化装置として用いられる光照射装置60が設けられている。光照射装置60は、光伝達手段として用いられる光ファイバー68によって光源70に接続されていて、ウエハWに塗布された光硬化性組成物に光を照射するために用いられる。この実施形態では、光照射装置60は、支持台14、ウエハW、及びウエハWに塗布された光硬化性組成物に対して、後述する転写体62とは逆側である下側に設けられている。このため、転写体62を光硬化性組成物に接触させた状態で、転写体62に遮られることなく光硬化性組成物に光を照射することができる。
 基台12には、可動台24が装着されているとともに支柱42が固定されている。支柱42には、支柱42に対してx軸方向に移動可能に可動ユニット44が取り付けられている。可動ユニット44は、図中左側に位置する左側部分48と、左側部分48に固定された右側部分50とからなる。左側部分48は、支柱42に対してx軸方向に移動可能に支持され、送りネジ52が噛み合っている。送りねじ52は、軸の方向がx軸方向となるように軸受54により支柱42に回動可能に取り付けられている。
 送りネジ52の一端部には、支柱42に取り付けられたx軸モータ56が連結されている。したがって、x軸モータ56を回転させると、送りネジ52を介して左側部分48にx軸モータ56の駆動が伝達され、可動ユニット44の左側部分48と右側部分50とが一体としてx軸方向に移動する。可動ユニット44をx軸方向におけるいずれの方向に移動させるかは、x軸モータ56の回転方向を制御することで決することができる。
 可動ユニット44の右側部分50には、転写体62が、支持部材45を介して装着されている。支持部材45は、可動ユニット44に対してz軸方向に移動可能に取り付けられていて、図1中左側に突出した突出部46と、突出部46に固定された支持部47とからなる。支持部47には、例えば下向きの面に転写体62が着脱することができるように装着されていて、転写体62は、形成しようとするレンズ部の形状や、被造形物として用いられる硬化性組成物の種類等に応じて、大きさや形状が互いに異なるものの中から選択された1つを装着することができるようになっている。
 突出部46には送りネジ58が螺合している。送りネジ58は、可動ユニット44の右側部分50に、軸受61、61を用いて軸方向がz軸方向となるように回動可能に取り付けられている。送りネジ58の上端部は、支持部材用z軸モータ64に連結されている。よって、支持部材用z軸モータ64を回転させると、送りネジ58を介して支持部材45に駆動が伝達され、支持部材45と、支持部材45に支持された転写体62とが一体としてz軸方向に移動する。
 可動ユニット44の右側部分50には、ウエハW及び転写体62の位置を検知する検知手段として用いられる検知装置72が、支持部材45とは独立して上下動可能に(z軸方向に移動可能に)取り付けられている。検知装置72は、例えばCCDカメラからなる撮影部74と、撮影部74のウエハWの側に設けられたレンズユニット76と、撮影部74による良好な撮影のための明るさを確保する照明手段として用いられるライト78とを有する。検知装置72には、検知装置用z軸モータ80が取り付けられていて、検知装置用z軸モータ80は、検知装置72を可動ユニット44に対してz軸方向に移動させるための駆動源として用いられ、検知装置72を上下動させることにより、撮影部74の焦点を転写体62等に合わせることができる。
 以上のように、支持部材45は、可動ユニット44に対してz軸方向に移動可能に取り付けられていて、可動ユニット44は支柱42に対してx軸方向に移動可能に取り付けられている。よって、x軸モータ56と支持部材用z軸モータ64とを制御することで、支持部材45とともに転写体62を、x軸方向とz軸方向とに移動させることができる。また、先述のように、支持台14は、y軸モータ32及びθ軸モータ34を駆動することで、可動台24とともにy軸方向に移動し、回転する。よって、y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34を制御することにより、ウエハWと、光照射装置60及び転写体62との相対的な位置関係を変更することができる。
 そして、ウエハWと転写体62との相対的な位置関係を変更することで、ウエハWに塗布された光硬化性組成物と転写体62とを、互いに当接させ離間させることができる。このように、この実施形態では、y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34が、送りネジ28、52、58等とともに、光硬化性組成物と転写体62とを互いに当接させ離間させるように、光硬化性組成物及び転写体62の少なくともいずれ一方を移動させる移動装置として用いられている。y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34の制御の詳細については後述する。
 以上で説明をした実施形態において、光硬化性組成物とは、光を照射することにより硬化する硬化性組成物である。また、以上で説明した実施形態においては、被造形物として光硬化性組成物が用いられているが、被造形物としては、転写体62が当接することで、又は転写体62を圧接することで転写体62の形状にならって変形可能であり、変形した状態を保って硬化させることができる材料を適宜用いることができ、例えば、上述した硬化性組成物であって加熱することで硬化する熱硬化性組成物を用いることができる。また、この実施形態では、被造形物を硬化させる硬化装置として、光硬化性組成物を硬化させる光照射装置が用いられているが、硬化装置は被造形物として用いられる材料に応じて適宜選択される。例えば、前述のように被造形物として熱硬化性組成物が用いられる場合、硬化装置としては、熱硬化性組成物を加熱するヒータが選択される。
 図2には、転写体62及びウエハWの詳細が示されている。
 図2に示されるように、ウエハWは、基板W1の上方に、保持板W2が重ねられた構造をしている。基板W1は、例えば光が透過することができる材料であるガラスからなり、その厚さt1は、例えば400μである。保持板W2は、例えば液体からなり、流動性が高い硬化前の光硬化性組成物を所定の位置に保持するために用いられ、例えばシリコンからなり、その厚さt2は、例えば725μであり、上方から下方に貫通する貫通孔h1が複数形成されている。それぞれの貫通孔h1は、例えば、上方から下方に向かって狭くなるすり鉢形状をしている。
 このように、基板W1の上方に配置される保持板W2に、保持板W2を貫通するように複数の貫通孔h1が形成されているため、貫通孔h1の下側が基板W1で封止され、基板W1には、下方が封止され上方に向けて開放された凹部形状からなる複数の孔h2が形成された状態となっている。また、基板W1の互いに隣り合う貫通孔h1の間の位置には、例えば基板W1の内部にスクライブ層(刻み部)Sが形成されている。基板W1のスクライブ層Sが形成された位置は、他の部分よりも強度が弱いため、基板W1を分割する場合に、基板W1はスクライブ層Sにそって分割される。
 転写体62は、例えば金属からなり、非球面形状からなるレンズ部として用いられるレンズ部312(後述する図8参照)と同形状、又はレンズ部312と反対形状からなる転写形状が形成された転写体として用いられていて、該転写形状としては、例えば凸部90が形成されている。また、転写体62は、凸部90の形状にならって光硬化性組成物を変形させるために用いられていて、変形した状態で光硬化性組成物を硬化させることで、転写体62に形成された転写形状が光硬化性組成物へと転写される。凸部90は、金属からなる転写体62を、例えば、マシニングセンタ等の工作機械を用いて例えば削り出す等、機械的に加工することで形成され、非球面形状となっている。
 転写体62に形成された転写形状が転写されることにより造形がなされる被造形物には高い精度が要求される。このため、例えば、凸部90として転写体62に形成される転写形状にも高い精度が要求され、しかも、凸部90は、非球面形状を有し、加工が困難であるため、転写体62の加工には長時間且つ高コストを要することが多い。そこで、この実施形態では、加工時間を短縮し、コストを抑制するために、転写体62に一箇所だけ転写形状が形成されている。
 ここで、非球面形状とは、一般には、球面の一部を切り出した形状からなる曲面形状以外の表面形状をいう。又、レンズ部312のような光学部品においては、以下に式(1)で示す非球面形状式で示される形状をいう。
 z=C・ρ2/[1+{1-(1+κ1)・C2・ρ2}1/2] ・・・ 式(1)
 但し、Cを曲率半径Rの逆数、ρを反射鏡面の光軸からの高さ、zをサグ(sag)量、κ1を円錐係数とする。
 図2においては、ウエハWの上向きの面、全面にスピンコートにより光硬化性組成物が塗布され、塗布された光硬化性組成物が保持板W2の孔h2に流れ込むようにして保持板W2に保持され、保持された光硬化性組成物に対して、少なくとも凸部90が光硬化性組成物に接触するように、転写体62が接触した状態が示されている。この状態で、光照射装置60を用いて光硬化性組成物の凸部90に接触した位置、及びその周辺に光を照射すると、光硬化性組成物が硬化して凸部に形成された転写形状が光硬化性組成物へと転写される。そして、光硬化性組成物が硬化した後、転写体62は、図2に二点鎖線で示される
ようにウエハWから離間し、図2中に矢印で示されるように、例えば、硬化した硬化性組成物を保持する孔h2の隣の孔h2に保持された未硬化の硬化性組成物に接するように移動する。
 図3には、ウエハWの向きの面、全面にスピンコートにより光硬化性組成物を塗布することに替えて、ウエハWに形成された複数の孔h2に、注入装置(不図示)を用いて光硬化性組成物を注入する場合において、保持板W2に保持された光硬化性組成物に対して、少なくとも凸部90が光硬化性組成物に接触するように、転写体62が接触した状態が示されている。この場合、1つの孔h2に保持された光硬化性組成物に凸部90が接触し、光が照射されている時点で、その孔h2に隣接する孔h2には光硬化性組成物が既に注入された状態となっており、1つの孔h2内の光硬化性組成物が硬化した後、転写体62は、図3に二点鎖線で示されるようにウエハWから離間し、図3中に矢印で示されるように、硬化した硬化性組成物を保持する孔h2の隣の孔h2に保持された未硬化の硬化性組成物に接するように移動する。そして、隣の孔h2に保持された硬化性組成物に接した状態にある転写体62が、隣の孔h2のさらに隣の孔h2へと移動する前に、そのさらに隣の孔h2には、注入装置によって光硬化性組成物が注入される。
 すなわち、図3に示されるように、注入装置を用いて光硬化性組成物を孔h2に注入する場合においては、光硬化性組成物を転写体62にならって変形させるにあたり(変形工程)、予め複数の孔h2が形成されたウエハWに、光硬化性組成物が注入され(注入工程)、孔h2に注入された光硬化性組成物と、転写体62とを接触させる(接触工程)。また、光硬化性組成物を変形させるにあたり、孔h2への光硬化性組成物の注入(注入工程)と、孔h2に注入された光硬化性組成物への転写体62の接触(接触工程)とが、相互に複数回繰り返される。
 図4には、ウエハWの第1の変形例が示されている。先述の実施形態に係るウエハWは、基板W1と保持板W2が積層されるようになっていたが、この第1の変形例に係る基板W1は、保持板W2だけからなる。第1の変形例に係る基板W1を用いる場合は、貫通孔h1の少なくとも1つを下方から塞ぐように、転写体62を保持板W2に対して下方から接触させ、下方から塞がれることで形成された孔h2に上方から光硬化性組成物を供給し、孔h2に供給された光硬化性組成物に上方から光を照射することができるように、造形装置10の構成を変更することを要する。この第1の変形例に係るウエハWを用いる場合は、孔h2に注入された光硬化性組成物が硬化した後に、転写体62が隣接する貫通孔h1を下方から塞ぐように移動し、その後、貫通孔h1が塞がれるようにして形成された隣接する孔h2に、注入装置によって光硬化性組成物が注入される。尚、先述の実施形態に係るウエハWと同一部分については、図3に同一番号を付して説明を省略する。
 以上で説明をしたように、保持板W2を有するウエハW、又は保持板W2からなるウエハWを用いると、光硬化性組成物が保持板W2に保持されることで、保持板W2に保持されていない場合と異なり、光硬化性組成物はウエハWの表面全体に連続して存するのではなく、複数の小体積からなる空間に小分けして存する状態となる。このため、光硬化性組成物が収縮した時点において、光硬化性組成物の収縮が積み重なることで、転写体62の形状が転写された位置と、所望の位置との間に誤差が生じるとの弊害を防止することができる。また、保持板W2を用いずに、基板W1の全面に光硬化性組成物を塗布する場合と比較して、用いる光硬化性組成物の量を少なくすることができる。
 図5には、ウエハWの第2の変形例が示されている。
 先述の実施形態に係るウエハWは、基板W1と保持板W2とが積層されるようになっていたのに対して、この第2の変形例では、ウエハWは、保持板W2を有せず、基板W1からなる。第2の変形例に係るウエハWを用いる場合、ウエハWの表面全体に、スピンコートで光硬化性組成物を塗布し、ウエハWに塗布された光硬化性組成物に対して、順次、転写体62による転写がなされる。
 この第2の変形例に係るウエハWは、保持板W2を有しないため、光硬化性組成物はウエハWの表面全体に連続して存する状態となり、光硬化性組成物が収縮した時点において、光硬化性組成物の収縮が積み重なることで、転写体62の形状が転写された位置と、所望の位置との間に誤差が生じる虞がある。このため、係る誤差の発生を防止するために、用いる光硬化性組成物の収縮にあわせて、転写体62が光硬化性組成物に接触する位置のピッチを変更することが望ましい。すなわち、転写体62が転写される1つの位置と、この位置に隣接し、転写体が光硬化性組成物に接触する他の位置との距離であるピッチを、用いる光硬化性組成物の収縮率に応じて、光硬化性組成物が硬化した後における所望のピッチよりも広くなるように、設定し、変更することが望ましい。尚、先述の実施形態に係るウエハWと同一部分については、図5に同一番号を付して説明を省略する。
 図6は、造形装置10が有する制御装置200を示すブロック図である。
 図6に示されるように、制御装置200は、検知装置72で撮影された画像を認識する画像認識装置202を介して検知装置72からの出力が入力される主制御部204を有する。主制御部204は、モータ制御回路206を制御することで、y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34を制御する。また、主制御部204は、光源駆動回路208を制御することで光源70を制御する。また、主制御部204は、モータ制御回路210を制御することで検知装置用z軸モータ80を制御する。また、主制御部204は、バルブ駆動回路212を制御することで、バルブ38を制御
する。また、主制御部204は、駆動源制御回路214を制御することで、駆動源18を
制御する。また、先述のように、ウエハWに形成された孔h2に光硬化性組成物を注入する注入装置(不図示)を造形装置10に設けた場合、この注入装置の制御も、制御装置200によってなされる。
 図7は、制御装置200による造形装置10の制御を示す第1のフローチャートであり、造形物であり光学部品であるレンズアレイ造形する造形方法の工程を示している。ここで、レンズアレイとは、1つの部材に複数のレンズ部が形成された光学部品をいう。この第1のフローチャーチには、ウエハWの全面に、例えばスピンコートによって光硬化性組成物が塗布される場合の工程が示されている。
 一連の工程がスタートすると、ステップS100で、支持台14にウエハWを載置する載置工程が実行される。次のステップS200では、ウエハWに光硬化性組成物を塗布する光硬化性組成物塗布工程が実行される。光硬化性組成物塗布工程では、主制御部204は、バルブ駆動回路212を制御して、バルブ38を予め定められた時間、開いた状態とし、ウエハWの表面に光硬化性組成物を供給させる。光硬化性組成物の供給が完了した後、主制御部204は、駆動源制御回路214を制御して駆動源18を予め定められた時間、駆動させる。駆動源18が駆動することで、支持台14が回転し、支持台14に載置さ
れたウエハWに供給された光硬化性組成物が、遠心力によってウエハWの表面に略均一に拡散した状態となる。
 次のステップS300では、転写体62に形成された転写形状を光硬化性組成物に転写する転写工程が実行される。ステップS300の転写工程の詳細については後述する。
 次のステップS400では、全ての転写工程が終了したか否かの判別がなされる。すなわち、ステップS300として、例えば、1500回~2400回程度繰り返される転写工程のうち、最後の転写工程であるか否かの判別がなされる。ステップS400で、最後の転写工程ではないとの判別がなされると、ステップS300に戻る。一方、ステップS300で最後の転写工程であるとの判別がなされると、次のステップS500へと進む。
 ステップS500では、塗布された光硬化性組成物に転写がなされたウエハWが、支持台14に載置された状態から、造形装置10外へと搬出される。尚、造形装置10が、支持台14にウエハWを載置し、ウエハWを造形装置10から搬出するロボット等の装置を有していない場合は、ウエハWの支持台14への載置と、造形装置10からのウエハWの除去は操作者による手作業で行われ、主制御部204の制御によるステップS100及びステップS500の動作はなされない。
 図8は、制御装置200による転写工程を示す第1のフローチャートであり、ウエハWの全面に、スピンコート等によって光硬化性組成物が塗布される場合における、熱硬化性組成物に転写体62に形成された転写形状を転写する転写工程(ステップS300)の制御の詳細を示すフローチャートである。
 転写工程がスタートすると、ステップS302でウエハWに塗布された光硬化性組成物を、転写体62に形成された転写形状にならって変形させる変形工程が実行される。すなわち、ステップS302では、主制御部204は、モータ制御回路206を制御して、y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34を駆動させ、ウエハWに塗布された光硬化性組成物の所定の位置と転写体62とが接触し、光硬化性組成物を変形させるように、転写体62及び支持台14の少なくとも一方を移動させる。
 ステップS302における変形工程では、検知装置72で検知され、画像認識装置202で画像処理されたデータに基づいて、転写体62が光硬化性組成物の適正な位置に接触するように支持台14及び転写体62に位置補正データを作成し、この補正データに基づいて、主制御部204による制御で転写体62及び支持台14の少なくとも一方を移動させるようにしても良い。
 ステップS302の変形工程では、先述のように光硬化性組成物が、転写体62の凸部90にならって変形する。ここで、転写体62の凸部90は、レンズアレイを構成するそれぞれのレンズ部(光学部品部)の反対形状を有するように加工されている。このため、非球面形状からなる凸部90にならって変形することで、光硬化性組成物は、凹形状の非球面形状からなるレンズ部の形状に変形する。尚、この実施形態では、凹形状のレンズ部を形成するために、凸部90を有する転写体62を用いているが、例えば凸形状のレンズ部を形成するための凹部を有する転写体62を用いる等、形成しようとする光学部品部の形状に応じて、その光学部品部の形状と反対形状に加工された転写部を有する転写体62が、選択して用いられる。
 また、転写体62を選択するにあっては、用いる光硬化性組成物の種類が考慮され、用いる光硬化性組成物の収縮率に応じて、たとえ同じ最終形状のレンズ部を形成する場合であっても異なる大きさ、異なる形状の凸部90等が形成された転写体が選択される。すなわち、光硬化性組成物の成形途中における収縮にあわせて、転写体62の変更がなされる。
 次のステップS304では、転写体62と接触することにより、転写体62にならって変形した光硬化性組成物を硬化させる硬化工程が実行される。すなわち、主制御部204は、光源駆動回路208を制御して、光源70に、光硬化組成物の少なくとも転写体62と接触して変形した部分に予め定められた時間光を照射させる。ステップS304による硬化工程を経ることにより、光硬化性組成物は、レンズ部の形状に変形した状態で硬化し、光硬化性組成物に1つのレンズ部が造られる。
 次のステップS306では、硬化した光硬化性組成物と転写体62とを離間させる離間工程が実行させる。すなわち、主制御部204は、モータ制御回路206を制御し、例えば、熱硬化性組成物と接触した状態にある転写体62を上方に移動させるように支持部材用z軸モータ64を駆動させる。
 以上で説明をしたステップS302、ステップS304、ステップS306により一連の転写工程が終了し、転写工程が終了することで、光硬化性組成物に1つのレンズ部が形成される。そして、図6に示されるように、形成するレンズ部の数に応じて全ての転写が終了するまで転写工程が繰り返すことにより、光硬化性組成物に繰り返した転写工程の回数と同数のレンズ部の形状が転写され、レンズアレイが造形される。
 図9は、制御装置200による造形装置10の制御を示す第2のフローチャートであり、造形物であり光学部品であるレンズアレイ造形する造形方法の工程を示している。先述の第1のフローチャートには、ウエハWの全面に、例えばスピンコートによって光硬化性組成物が塗布される場合の工程が示されていた。これに対して、この第2のフローチャートには、ウエハWに形成された複数の孔h2(図2参照)に、注入装置(不図示)を用いて光硬化性組成物を注入する場合の工程が示されている。
 先述の第1のフローチャートに示す工程においては、ステップS100で、支持台14にウエハWを載置する載置工程が実行され、ステップS200でウエハWの全面に光硬化性組成物が塗布され、ステップS300では、転写体62に形成された転写形状を光硬化性組成物に転写され、ステップS400で全ての転写工程が終了したか否かの判別がなされた後、ステップS500で、ウエハWが造形装置10外へと搬出された。
 これに対して、この第2のフローチャートに示す工程においては、ステップS200におけるウエハWの全面への光硬化性組成物の塗布はなされず、後述するように、ステップS300の転写工程において、ウエハWに形成された孔h2への硬化性組成物の注入がなされる。
 図10は、制御装置200による転写工程を示す第2のフローチャートであり、ウエハWに形成された複数の孔h2に、注入装置を用いて光硬化性組成物を注入する場合における、熱硬化性組成物に転写体62に形成された転写形状を転写する転写工程(ステップS300)の制御の詳細を示すフローチャートである。
 転写工程がスタートすると、ステップS302で、ウエハWに形成された複数の孔h2の中の1つに光硬化性組成物を注入する注入工程(ステップS302a)と、ステップS302aで孔h2の1つに注入された光硬化性組成物に、転写体62を接触させる接触工程(S302b)とを有し、光硬化性組成物を転写体62に形成された転写形状にならって変形させる変形工程が実行される。すなわち、ステップS302では、主制御部204は、注入装置を制御してウエハWに形成された複数の孔h2の1つに光硬化性組成物をした後、モータ制御回路206を制御して、1つの孔h2に注入された孔h2と転写体62とが接触するように、転写体62及び支持台14の少なくとも一方を移動させる。
 次のステップS304では、転写体62にならって変形した光硬化性組成物を硬化させる硬化工程が実行される。すなわち、主制御部204は、ステップS302aで孔h2に注入された硬化性組成物に対して少なくとも光が照射されるように、光源70を照射させる。ステップS304による硬化工程を経ることにより、孔h2に注入された光硬化性組成物は、レンズ部の形状に変形した状態で硬化し、1つのレンズ部が造られる。
 次のステップS306では、硬化した孔h2に注入された光硬化性組成物と、転写体62とを離間させる離間工程が実行される。
 以上で説明をしたステップS302a、ステップS302b、ステップS304、ステップS306により一連の転写工程が終了し、転写工程が終了することで、ウエハWに形成された複数の孔h2の1つに光硬化性組成物が注入されるとともに、この光硬化性組成物を転写体62に形成された転写形状にならって変形した状態で硬化させることで、1つのレンズ部が形成される。そして、図9に示されるように、形成するレンズ部の数に応じて全ての転写が終了するまで転写工程が繰り返すことにより、光硬化性組成物に繰り返した転写工程の回数と同数のレンズ部の形状が転写され、レンズアレイが造形される。
 図11には、以上で説明をした工程により造形されたレンズアレイ304を用いて、少なくとも1つの非球面形状からなるレンズ部を有する光学部品であるレンズを製造する工程が説明されている。
 まず、形成されたレンズアレイは、図11(a)、図11(b)に示されるように、必要に応じて複数枚が、張り合わせる等の方法で接合される(接合工程)。図11(a)には、接合させる前の3個のレンズアレイ304が、図11(b)には、3枚のレンズアレイ304が接合された接合レンズアレイ310が示されている。
 次に、接合工程で接合された接合レンズアレイ310を、少なくとも1つのレンズ部を有するように、例えば切断する等の方法で分割する(分割工程)。接合レンズアレイ310が分割されることにより、レンズが製造される。ここで、先述のように、ウエハWにスクライブ層S(図2参照)を形成しておけば、接合レンズアレイ310の分割が容易となる。
 図11(c)には、レンズアレイ304が積層されるように接合された接合レンズアレイ310を、1つのレンズ部312を含むように切断することで製造されたレンズ314が示されている。レンズ314を、例えば、CMOSセンサ等の受光素子に取り付けることでカメラを製造することができ、製造されたカメラは、例えば携帯電話機に内蔵されるカメラとして用いられる。
 尚、以上で説明をしたレンズの製造工程では、レンズアレイ304を複数接合することにより接合レンズアレイを形成し、接合レンズアレイ310を分割することよって複数のレンズ部を有するレンズ314を製造する工程について説明したが、複数のレンズアレイ304を接合することなく単層のまま分割することで、単層からなるレンズ314を形成することができる。また、レンズアレイ304、接合レンズアレイ310を分割することなく、レンズアレイ304、接合レンズアレイ310として利用することもできる。
 次に本発明の第2の実施形態について説明する。
 第1の実施形態では、造形装置10(図1参照)を用いてレンズアレイ304(図11参照)の造形がなされたのに対して、この第2の実施形態では、造形装置10を用いて、レンズアレイを成形するために用いられる型の形成がなされる。型は、第1の実施形態と同様に、ステップS100の載置工程、ステップS200に光硬化性組成物塗付工程、ステップS300の転写工程、ステップS500のウエハ搬出工程を経て造形され、ステップS300の転写工程は、最終的に成形されるレンズアレイのレンズ部の数に応じて繰り返される。
 先述の第1の実施形態では、転写体62(図2参照)として、レンズアレイ304に形成される非球面形状からなるレンズ部と反対形状に加工された転写部を有する転写体62が用いられた。これに対して、この第2の実施形態では、最終的に形成されるレンズアレイのレンズ部と同形状に加工されたレンズ部を有する転写体62が用いられる。このため、造形されるレンズ成形用の型には、最終的に形成されるレンズアレイ304のレンズ部312の形状が転写される。
 図12には、本発明の第2の実施形態において、造形装置10を用いて造形された型を用いて、1次光学部品としてのレンズアレイを成形する工程と、成形されたレンズアレイを分割して2次光学部品としてのレンズを製造する工程が説明されている。
 造形装置10で造形された型を用いてレンズアレイを造形し、レンズを製造するには、まず、図12(a)に示されるように、造形装置10を用いて型300を造形し(造形工程)、造形した型300を用いて、例えばナノインプリント(nanoimprint)の技術を用いて、レンズアレイ304を成形する(レンズアレイ成形工程)。例えば、型300を2つ準備し、2つの型300、300を転写体62(図2参照)の形状が転写された側の面が互いに向かい合うように配置して、型300、300の間に、供給装置302を用いて例えば硬化性組成物等のレンズアレイの材料を供給し、硬化性組成物等の材料を型300、300の形状にならって変形した状態で硬化させ、型300の転写面の形状と反対の形状を有するレンズアレイを成形する。この際、例えば、型300の製造時と同様に、レンズアレイの材料として光硬化性組成物を用いた場合、光を照射することで硬化性組成物を硬化させることができる。
 尚、2つの型300を転写体62の形状が転写された側の面が互いに向かい合うように配置して型300、300の間にレンズアレイの材料を供給することに替えて、型300の転写体62の形状が転写された側の面と、平面を有する平板とを対向するように配置して、型300と平板との間にレンズアレイの材料を供給しても良い。
 形成されたレンズアレイは、先述の第1の実施形態で形成されたレンズアレイと同様に、図12(b)に示されるように必要に応じて複数枚が接合されて(接合工程)、図12(c)に示されるように接合レンズアレイ310とされ、接合レンズアレイ310が、少なくとも1つのレンズ部を有するように分割されて(分割工程)、図12(d)に示されるように、1つのレンズ部312を有するレンズ314が製造される。レンズ314は、先述の第1の実施形態で製造されたレンズと同様に、例えば、CMOSセンサ等の受光素子に取り付けることでカメラを製造することができ、製造されたカメラは、例えば携帯電話機に内蔵されるカメラとして用いられる。
 先述の第1の実施形態と同様に、この第2の実施形態で製造されたレンズアレイ304は、接合することなく単層のまま分割することで、単層からなるレンズ314を形成することができる。また、レンズアレイ304、接合レンズアレイ310を分割することなく、レンズアレイ304、接合レンズアレイ310として利用することもできる。
 以上で説明をした第1の実施形態では、レンズアレイを形成する例を説明し、第2の実施形態では、レンズアレイを成形するために用いられる型を成形する例にについて説明したが、造形装置10を用いて造形することができる造形物は、レンズアレイ等の光学部品や、光学部品を成形するための型に限らず、例えば、電鋳で用いられる電鋳母型、入槽モデルをあげることができる。
 以下、本発明に用いられる硬化性組成物について詳細に説明する。
 [硬化性組成物]
 本発明に用いられる硬化性組成物は、(a)シリカ微粒子と、(b)2以上のエチレン性不飽和基を有し且つ環構造を有しない(メタ)アクリレート(以下単に「反応性(メタ)アクリレート(b)」ともいう)と、(c)1つのエチレン性不飽和基を有し且つ脂環式構造を有する(メタ)アクリレート(以下単に反応性(メタ)アクリレート(c)ともいう)と、(d)重合開始剤とを含み、前記シリカ微粒子(a)が、特定のシラン化合物で表面処理されていることを特徴している。以下これら各構成要素について説明する。尚、ここで(メタ)アクリレートとは、メタクリレート及び/またはアクリレートを意味する。
 <(a)シリカ微粒子>
 硬化性組成物に用いられるシリカ微粒子(a)としては、平均粒子径が1~100nmのものを好適に用いることができる。平均粒子径が1nm未満であると、作製した硬化性組成物の粘度が増大し、シリカ微粒子(a)の硬化性組成物中での含有量が制限されるとともに硬化性組成物中での分散性が悪化し、硬化性組成物を硬化させて得られる硬化物(以下単に硬化物とも言う)において十分な透明性および耐熱性を得ることができない傾向がある。また、平均粒子径が100nmを越えると硬化物の透明性が悪化する場合がある。
 シリカ微粒子(a)の平均粒子径は、硬化性組成物の粘度と硬化物の透明性とのバランスの点から、より好ましくは1~50nm、さらに好ましくは5~50nm、最も好ましくは5~40nmである。なお、シリカ微粒子(a)の平均粒子径は、高分解能透過型電子顕微鏡((株)日立製作所製 H-9000型)でシリカ微粒子を観察し、観察される微粒子像より任意に100個のシリカ粒子像を選び、公知の画像データ統計処理手法により数平均粒子径として求めることができる。
 硬化性組成物には、シリカ微粒子(a)の硬化物への充填量を上げるために、平均粒子径が異なるシリカ微粒子を混合して用いてもよい。また、シリカ微粒子(a)として、多孔質シリカゾルや、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛等とケイ素との複合金属酸化物を用いてもよい。
 硬化性組成物中のシリカ微粒子(a)の含有量は、表面処理されたシリカ微粒子として20~80質量%であることが好ましく、硬化物の耐熱性、耐環境性と硬化性組成物の粘度のバランスの点から、より好ましくは40~60質量%である。この範囲であれば、硬化性組成物の流動性および硬化性組成物中のシリカ微粒子(a)の分散性が良好であるため、そのような硬化性組成物を用いれば、十分な強度および耐熱性、耐環境性を持つ硬化物を容易に製造することができる。
 また、シリカ微粒子(a)としては、硬化性組成物中での分散性の点から、有機溶媒に分散したシリカ微粒子を用いることが好ましい。有機溶媒としては、硬化性組成物中に含有される有機成分(後述する(メタ)アクリレート(b)および(メタ)アクリレート(c)など)が溶解するものを用いることが好ましい。
 前記有機溶媒としては、例えば、アルコール類、ケトン類、エステル類、グリコールエーテル類が挙げられる。後述するシリカ微粒子(a)、(メタ)アクリレート(b)および(メタ)アクリレート(c)の混合液から有機溶媒を除去する脱溶媒工程における脱溶媒のしやすさから、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、n-プロピルアルコール等のアルコール系、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系の有機溶媒が好ましい。
 これらの中でも、イソプロピルアルコールが特に好ましい。イソプロピルアルコールに分散したシリカ微粒子(a)を用いた場合には、脱溶媒後の硬化性組成物の粘度が他の溶媒を使用した場合に比べて低く、粘度が低い硬化性組成物を安定して作製することができる。
 このような有機溶媒に分散したシリカ微粒子は従来公知の方法で製造することができ、またたとえば商品名スノーテックIPA-ST(日産化学(株)製)などとして市販されている。なお、シリカ微粒子(a)として有機溶媒に分散したシリカ微粒子を使用する場合は、前述の本発明の硬化性組成物中のシリカ微粒子(a)の含有量は、組成物中に含まれるシリカ微粒子そのもののみの含有量を指す。
 また、本発明に用いられる硬化性組成物に使用されるシリカ微粒子(a)は、シラン化合物(e)およびシラン化合物(f)で表面処理されている。以下これら各シラン化合物について説明する。
 <(e)シラン化合物>
 前記シラン化合物(e)は、下記一般式(1)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 上記式(1)中、R1は水素原子又はメチル基を表し、R2は炭素数1~3のアルキル基又はフェニル基を表し、R3は水素原子又は炭素数1~10の炭化水素基を表し、qは1~6の整数であり、rは0~2の整数である。
 硬化性組成物の粘度の低減、保存安定性の点から、好ましいR2はメチル基であり、好ましいR3はメチル基であり、好ましいqは3であり、好ましいrは0である。
 シラン化合物(e)は硬化性組成物の粘度を低減させ、且つ後述する(メタ)アクリレート(b)と反応することによって、シリカ微粒子(a)の硬化性組成物中における分散安定性を向上させるため、及び硬化性組成物を硬化させる際の硬化収縮を低減し、かつ硬化物に成形加工性を付与するために用いられるものである。つまり、シラン化合物(e)でシリカ微粒子(a)を表面処理しない場合には、硬化性組成物の粘度が高くなるとともに、硬化時の硬化収縮が大きくなり、硬化物が脆くなり、硬化物にクラックが発生したりするので好ましくない。
 シラン化合物(e)としては、例えば、γ-アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルジエチルメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルジエチルエトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルジエチルメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルジエチルエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
 シリカ微粒子(a)の硬化性組成物中における凝集防止、硬化性組成物の粘度の低減および保存安定性向上の点からは、γ-アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが好ましく、より好ましくは、γ-アクリロキシプロピルトリメトキシシランである。また、これらは、2種以上を併用して用いることができる。
 また、このようなシラン化合物(e)は公知の方法で製造することができ、また市販されている。
 シリカ微粒子(a)を表面処理する際のシラン化合物(e)の使用量は、シリカ微粒子(a)100質量部に対して通常5~25質量部、好ましくは10~20質量部、より好ましくは12~18質量部である。シラン化合物(e)の使用量が5質量部未満であると、硬化性組成物の粘度が高くなり、シリカ微粒子(a)の硬化性組成物中への分散性が悪化してゲル化を生じる可能性がある。また、25質量部を超えると、シリカ微粒子(a)の凝集を引き起こすことがある。なお、シリカ微粒子(a)として有機溶媒に分散したシリカ微粒子を使用する場合は、前記シリカ微粒子(a)の質量は、有機溶媒に分散したシリカ微粒子そのもののみの質量を指す。また、シリカ微粒子(a)の表面処理については後述する。
 硬化性組成物中にアクリレート(後述するアクリレート(b)および反応性アクリレート(c))が多く含まれる場合には、前記シラン化合物(e)として、アクリル基を有する、つまりR1が水素原子である一般式(1)で表されるシラン化合物、硬化性組成物中にメタクリレート(後述するメタクリレート(b)およびメタクリレート(c))が多く含まれる場合は、前記シラン化合物(e)として、メタクリル基を含有する、つまりR1がメチル基である一般式(1)で表されるシラン化合物を用いることが好ましい。そのような場合には、本発明の硬化性組成物を硬化させる際に硬化反応が起こりやすい。
 <(f)シラン化合物>
 本発明で用いられるシラン化合物(f)は、下記一般式(2)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 上記式(2)中、R4は炭素数1~3のアルキル基又はフェニル基を表し、R5は水素原子又は炭素数1~10の炭化水素基を表し、sは0~6の整数であり、tは0~2の整数である。前記フェニル基には、本発明の効果を損なわない範囲で置換基が結合していてもよい。
 硬化性組成物の粘度の低減、保存安定性の点から、好ましいR4はメチル基であり、好ましいR5はメチル基であり、好ましいsは0又は1であり、好ましいtは0である。
 シリカ微粒子(a)とシラン化合物(f)が反応すると、シリカ微粒子(a)の表面に疎水性が付与され、前記有機溶媒中でのシリカ微粒子の分散性が向上するとともに、後述する(メタ)アクリレート(c)との良好な相溶性により硬化性組成物の粘度を低減させ、硬化性組成物の保存安定性を向上すると同時に、吸水率を低くすることができる。
 シラン化合物(f)としては、例えば、フェニルジメチルメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルジエチルメトキシシラン、フェニルエチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルジメチルエトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン、フェニルジエチルエトキシシラン、フェニルエチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ベンジルジメチルメトキシシラン、ベンジルメチルジメトキシシラン、ベンジルジエチルメトキシシラン、ベンジルエチルジメトキシシラン、ベンジルトリメトキシシラン、ベンジルジメチルエトキシシラン、ベンジルメチルジエトキシシラン、ベンジルジエチルエトキシシラン、ベンジルエチルジエトキシシラン、およびベンジルトリエトキシシラン等が挙げられる。
 硬化性組成物の粘度の低減、保存安定性向上、吸水率の低下も含めた耐環境性の向上の観点からは、フェニルジメチルメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルジエチルメトキシシラン、フェニルエチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシランが好ましく、フェニルトリメトキシシランがより好ましい。また、これらのシラン化合物は、2種以上を併用して用いることができる。
 また、このようなシラン化合物(f)は公知の方法で製造することができ、また市販されている。
 シリカ微粒子(a)を表面処理する際のシラン化合物(f)の使用量は、シリカ微粒子(a)100質量部に対して通常5~25質量部、好ましくは10~20質量部、より好ましくは12~18質量部である。シラン化合物(f)の使用量が5質量部未満であると、硬化性組成物の粘度が高くなり、ゲル化を生じたり、硬化物の耐熱性が低下したりすることがある。また、25質量部を超えると、シリカ微粒子(a)の凝集を引き起こすことがある。なお、シリカ微粒子(a)として有機溶媒に分散したシリカ微粒子を使用する場合は、前記シリカ微粒子(a)の質量は、有機溶媒に分散したシリカ微粒子そのもののみの質量を指す。また、シリカ微粒子(a)の表面処理については後述する。
 さらに、シラン化合物(e)およびシラン化合物(f)の使用量の合計が、シリカ微粒子(a)100質量部に対して50質量部をこえると、処理剤量が多すぎるため、シリカ微粒子(a)の表面処理時にシリカ粒子間での反応がおこることにより、凝集、ゲル化を生じることがある。
 <(b)(メタ)アクリレート>
 本発明で用いられる2以上のエチレン性不飽和基を有し且つ環構造を有しない(メタ)アクリレート(b)としては、例えば、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、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリオキシエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる
 これらを含有する本発明の硬化性組成物を硬化させると、耐熱性に優れた硬化物が形成される。
 これらの中でも硬化物の耐熱性の観点から、3つのエチレン性不飽和基を有するものが好ましく、さらに単独重合体のガラス転移温度が150℃以上であるものが好ましい。特に、単独重合体のガラス転移温度が200℃以上であり、且つ多官能(メタ)アクリレートの中では硬化収縮が比較的少ない、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートが最も好ましい。
 単独重合体のガラス転移温度は、以下の方法で測定する。(メタ)アクリレート(b)100質量部に光重合開始剤としてジフェニル-(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フォスフィンオキシド(商品名Speedcure TPO-L;日本シーベルヘグナー(株)製)1質量部を溶解し、それをガラス基板(50mm×50mm)上に、硬化膜の厚みが100μmになるように塗布し、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置で3J/cm2露光し塗膜を硬化させる。その硬化膜を用いて、DMS6100(セイコー電子工業社製)にて、引張モード、温度範囲20℃~300℃、昇温速度2℃/min、周波数1Hzで測定した、第一昇温時のtanδ値のピーク温度より求めることができる。
 硬化性組成物に用いられる(メタ)アクリレート(b)の配合量は、表面処理前のシリカ微粒子(a)100質量部に対して、20~500質量部であることが好ましく、硬化性組成物の粘度、硬化性組成物中のシリカ微粒子(a)の分散安定性、硬化物の耐熱性の点から、より好ましくは30~300質量部であり、さらに好ましくは50~200質量部である。配合量が20質量部未満では、硬化性組成物の粘度が高くなり、ゲル化を生じることがある。配合量が500質量部を超えると、硬化性組成物の硬化時の収縮が大きくなり、硬化物の反りやクラックを生じることがある。なお、シリカ微粒子(a)として有機溶媒に分散したシリカ微粒子を使用する場合は、前記シリカ微粒子(a)の質量は、有機溶媒に分散したシリカ微粒子そのもののみの質量を指す。
 <(c)(メタ)アクリレート>
 硬化性組成物に用いられるエチレン性不飽和基を有し且つ脂環式構造を有する(メタ)アクリレート(c)は、硬化物に耐熱性、耐環境性を付与することと、硬化時の収縮を低減するために用いられる。なかでも1つのエチレン性不飽和基を有し且つ脂環式構造を有する(メタ)アクリレートが好適に用いられ、そのような(メタ)アクリレートとして、たとえば、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、4-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエニル(メタ)アクリレート、ボルニル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレートなどのシクロアルキル(メタ)アクリレート類が挙げられる。
 硬化物の耐熱性の観点からは、単独重合体のガラス転移温度が150℃以上である(メタ)アクリレートが好ましい。単独重合体のガラス転移温度の測定方法は、前述と同様である。
 上記の例示した(メタ)アクリレートの中でも、硬化物の透明性及び耐熱性、耐環境性の観点から、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレートが好ましく、単独重合体のガラス転移温度が高いアダマンチル(メタ)アクリレートが最も好ましい。
 なお、脂環式構造とは、炭素原子が環状に結合した構造のうち、芳香環構造を除くものである。
 硬化性組成物に用いられる(メタ)アクリレート(c)の配合量は、表面処理前のシリ
カ微粒子(a)100質量部に対して、5~400質量部であることが好ましく、硬化性組成物の粘度、硬化性組成物中のシリカ微粒子(a)の分散安定性、硬化物の耐熱性の点から、より好ましくは10~200質量部であり、さらに好ましくは20~100質量部である。配合量が5質量部未満では、硬化性組成物の粘度が高くなり、ゲル化を生じることがある。配合量が400質量部を超えると、硬化物にクラックを生じたり、硬化物の耐熱性、耐環境性が低下したりすることがある。なお、シリカ微粒子(a)として有機溶媒に分散したシリカ微粒子を使用する場合は、前記シリカ微粒子(a)の質量は、有機溶媒に分散したシリカ微粒子そのもののみの質量を指す。
 <(d)重合開始剤>
 硬化性組成物に用いられる重合開始剤(d)としては、ラジカルを発生する光重合開始剤及び熱重合開始剤が挙げられる。
 前記光重合開始剤としては、例えばベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、1-ヒドロキシ-フェニルフェニルケトン、2,6-ジメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシドおよびジフェニル-(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フォスフィンオキシドが挙げられる。これらの光重合開始剤は2種以上を併用してもよい。
 光重合開始剤の硬化性組成物中における含有量は、硬化性組成物を適度に硬化させる量であればよく、硬化性組成物100質量部に対して、0.01~10質量部であることが好ましく、より好ましくは0.02~5質量部であり、さらに好ましくは0.1~2質量部である。光重合開始剤の添加量が多すぎると、硬化性組成物の保存安定性が低下したり、着色したり、架橋して硬化物を得る際の架橋が急激に進行し硬化時の割れ等の問題が発生する場合がある。また、光重合開始剤の添加量が少なすぎると硬化性組成物を十分に硬化させることができないことがある。
 前記熱重合開始剤としては、ベンゾイルパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、t-ブチルパーオキシ(2-エチルヘキサノエート)等が挙げられる。
 熱重合開始剤の硬化性組成物中における含有量は、硬化性組成物100質量部に対して、2質量部以下であることが好ましく、0.1~2質量部であることがより好ましい。
 また、本発明に用いられる硬化性組成物は、必要に応じて、組成物の粘度及び硬化物の透明性、耐熱性等の特性を損なわない範囲で、レベリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、溶剤、顔料、他の無機フィラー等の充填剤、反応性希釈剤、その他改質剤等を含んでいてもよい。
 レベリング剤としては、例えば、ポリエーテル変性ジメチルポリシロキサン共重合物、ポリエステル変性ジメチルポリシロキサン共重合物、ポリエーテル変性メチルアルキルポリシロキサン共重合物、アラルキル変性メチルアルキルポリシロキサン共重合物、ポリエーテル変性メチルアルキルポリシロキサン共重合物等が挙げられる。
 充填剤または顔料としては、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、クレー、アエロジル(登録商標)等、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、ステアリン酸亜鉛、亜鉛華、ベンガラ、アゾ顔料等が挙げられる。
 このような各種成分を含有する本発明の硬化性組成物の、B型粘度計DV-II+Pro(BROOKFIELD社製)、25℃、ローターNo.63、回転数60rpmで測定した粘度は、通常30~300mPa・sであり、溶剤を含有していなくとも極めて低粘度であり、良好なハンドリング性を有する。このことは、上述のシリカ微粒子(a)の表面処理による、シリカ微粒子(a)の(メタ)アクリレート(b)および(c)との高い相溶性、(メタ)アクリレート(b)および(c)中におけるシリカ微粒子(a)の高い分散安定性に起因する。
 <硬化性組成物の製造方法>
 本発明本発明に用いられる硬化性組成物は、例えば、有機溶媒に分散したコロイダルシリカ(シリカ微粒子(a))をシラン化合物(e)および(f)で表面処理する工程(工程1)、表面処理したシリカ微粒子(a)に(メタ)アクリレート(b)および(c)を添加し、均一混合する工程(工程2)、工程2で得られたシリカ微粒子(a)と(メタ)アクリレート(b)および(c)との均一混合液から有機溶媒及び水を留去・脱溶媒する工程(工程3)、工程3で留去・脱溶媒された組成物に重合開始剤(d)を添加、均一混合して硬化性組成物とする工程(工程4)を順次行うことにより製造することができる。以下各工程について説明する。
 (工程1)
 工程1では、シリカ微粒子(a)をシラン化合物(e)および(f)で表面処理する。表面処理は、シリカ微粒子(a)を反応器に入れ、攪拌しながら、シラン化合物(e)および(f)を添加、攪拌混合し、さらに該シラン化合物の加水分解を行うのに必要な水と触媒を添加、攪拌しながら、該シラン化合物を加水分解し、シリカ微粒子(a)表面にて縮重合させることにより行う。なお、前記シリカ微粒子(a)としては、有機溶媒に分散したシリカ微粒子を用いることが好ましいことは、前述のとおりである。
 なお、前記シラン化合物の加水分解による消失を、ガスクロマトグラフィーにより確認することができる。ガスクロマトグラフィー(アジレント(株)製 型式6850)にて、無極性カラムDB-1(J&W社製)を使用し、温度50~300℃、昇温速度10℃/min、キャリアガスとしてHeを使用し、流量1.2cc/min、水素炎イオン化検出器にて内部標準法でシラン化合物の残存量を測定することができるため、シラン化合物の加水分解による消失を確認することができる。
 なお、前述のようにシリカ微粒子(a)を表面処理する際のシラン化合物(e)の使用量は、シリカ微粒子(a)100質量部に対して通常5~25質量部、好ましくは10~20質量部、より好ましくは12~18質量部である。また、シラン化合物(f)の使用量は、シリカ微粒子(a)100質量部に対して通常5~25質量部、好ましくは10~20質量部、より好ましくは12~18質量部である。
 加水分解反応を行うのに必要な水の量の下限値は、シラン化合物(e)および(f)に結合したアルコキシ基およびヒドロキシ基のモル数の合計の1倍、上限値は10倍である。水の量が過度に少ないと、加水分解速度が極端に遅くなり経済性に欠けたり、表面処理が充分進行しないおそれがある。逆に水の量が過度に多いと、シリカ微粒子(a)がゲルを形成するおそれがある。
 加水分解反応を行う際には、通常、加水分解反応用の触媒が使用される。このような触媒の具体例としては、例えば、塩酸、酢酸、硫酸、リン酸等の無機酸;
蟻酸、プロピオン酸、シュウ酸、パラトルエンスルホン酸、安息香酸、フタル酸、マレイン酸等の有機酸;
水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等のアルカリ触媒;
有機金属;
金属アルコキシド;
ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジオクチレート、ジブチルスズジアセテート等の有機スズ化合物;
アルミニウムトリス(アセチルアセトネート)、チタニウムテトラキス(アセチルアセトネート)、チタニウムビス(ブトキシ)ビス(アセチルアセトネート)、チタニウムビス(イソプロポキシ)ビス(アセチルアセトネート)、ジルコニウムビス(ブトキシ)ビス(アセチルアセトネート)、ジルコニウムビス(イソプロポキシ)ビス(アセチルアセトネート)等の金属キレート化合物;
ホウ素ブトキシド、ホウ酸等のホウ素化合物;
等が挙げられる。
 これらの中でも、水への溶解性、充分な加水分解速度が得られる点から、塩酸、酢酸、マレイン酸、ホウ素化合物が好ましい。これらの触媒は、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
 工程1において、シラン化合物(e)および(f)の加水分解反応を行う際には、非水溶性触媒を用いてもよいが、水溶性触媒を使用することが好ましい。加水分解反応用の水溶性触媒を使用する場合は、水溶性触媒を適当量の水に溶解し、反応系に添加すると、触媒を均一に分散させることができるので好ましい。
 加水分解反応に使用する触媒の添加量は、特に限定されないが、通常シリカ微粒子(a)100質量部に対して、0.1~10質量部、好ましくは0.5~5質量部である。なお、シリカ微粒子(a)として有機溶媒に分散したシリカ微粒子を使用する場合は、前記シリカ微粒子(a)の質量は、有機溶媒に分散したシリカ微粒子そのもののみの質量を指す。
 加水分解反応の反応温度は特に限定されないが、通常、10~80℃の範囲であり、好ましくは20~50℃の範囲である。反応温度が過度に低いと、加水分解速度が極端に遅くなり経済性に欠けたり、表面処理が充分進行しなかったりするおそれがある。反応温度が過度に高いと、ゲル化反応が起こりやすくなる傾向がある。
 また、加水分解反応を行うための反応時間は特に限定されないが、通常10分間~48時間、好ましくは30分間~24時間の範囲である。
 尚、工程1におけるシラン化合物(e)およびシラン化合物(f)による表面処理は、両者を逐次に行ってもよいが、同時に一段で行うほうが反応プロセスの単純化や効率化の点で好ましい。
 (工程2)
 工程2において、表面処理したシリカ微粒子(a)と(メタ)アクリレート(b)および(c)とを混合する方法は、特に制限は無いが、たとえば、室温または加熱条件下でミキサー、ボールミル、3本ロールなどの混合機により混合する方法や、工程1を行った反応器の中で連続的に攪拌しながら(メタ)アクリレート(b)および(c)を添加、混合する方法が挙げられる。
 (工程3)
 工程3において、シリカ微粒子(a)と(メタ)アクリレート(b)および(c)との均一混合液から有機溶媒及び水を留去・脱溶媒(以下これらをまとめて脱溶媒という)するには、減圧状態で加熱することが好ましい。
 温度は、20~100℃に保つことが好ましく、凝集ゲル化防止と脱溶媒スピードとのバランスで、より好ましくは30~70℃、さらに好ましくは30~50℃である。温度を上げすぎると、硬化性組成物の流動性が極端に低下したり、硬化性組成物がゲル状になってしまったりすることがある。
 減圧する際の真空度は、通常10~4000kPaであり、脱溶媒スピードと凝集ゲル化防止とのバランスを図る上で、さらに好ましくは10~1000kPa、最も好ましくは、10~500kPaである。真空度の値が大きすぎると、脱溶媒スピードが極端に遅くなり経済性にかける。
 脱溶媒後の組成物は、実質的に溶媒を含まないことが好ましい。ここでいう実質的とは、硬化性組成物を用いて実際に硬化物を得る際に、再度、脱溶媒する工程を経る必要がないことを意味しており、具体的には、硬化性組成物中の有機溶媒及び水の残存量として、1質量%以下が好ましく、好ましくは0.5質量%以下、更に好ましくは0.1質量%以下であることを意味する。
 工程3においては、脱溶媒する前に、脱溶媒後の組成物100質量部に対して0.1質量部以下の重合禁止剤を添加してもよい。重合禁止剤は脱溶媒過程中や脱溶媒後の組成物及び硬化性組成物の保存中に組成物の含有成分が重合反応を起こすのを防止するために用いられる。重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ベンゾキノン、p-t-ブチルカテコール、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール等が挙げられる。これらは1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
 工程3は、工程2を経たシリカ微粒子(a)と(メタ)アクリレート(b)および(c)との均一混合液を専用の装置に移して行うこともできるし、工程2を、工程1を実施した反応器で行ったのであれば、工程2に引き続いて該反応器中で行うことができる。
 (工程4)
 工程4において、工程3で脱溶媒された組成物に重合開始剤(d)を添加、均一混合する方法は、特に制限は無いが、たとえば、室温でミキサー、ボールミル、3本ロールなどの混合機により混合する方法や、工程1~3を行った反応器の中で連続的に攪拌しながら重合開始剤(d)を添加、混合する方法が挙げられる。
 さらに、このような重合開始剤(d)の添加、混合を行って得られた硬化性組成物に対して、必要に応じて濾過を行ってもよい。この濾過は、硬化性組成物中のゴミ等の外来の異物除去を目的として行う。濾過方法には、特に制限は無いが、加圧濾過孔径1.0μmのメンブレンタイプ、カートリッジタイプ等のフィルターを使用し、加圧濾過する方法が好ましい。
 以上の各工程を経ることにより、本発明に用いられる硬化性組成物を製造することができる。この硬化性組成物は、その構成成分であるシリカ微粒子(a)が特定のシラン化合物で処理されているため、溶剤を含有していなくとも粘度が低く、ハンドリング性が良好である。
 [硬化物]
 本発明に用いられる硬化性組成物は、硬化することにより、光学レンズ、光学レンズ成形用型、光ディスク基板、液晶表示素子用プラスチック基板、カラーフィルター用基板、有機EL表示素子用プラスチック基板、太陽電池基板、タッチパネル、光学素子、光導波路、LED封止材等の部材として用いることができる硬化物となる。
 <硬化物の製造方法>
 本発明に用いられる硬化性組成物を硬化させることにより、硬化物が得られる。硬化の方法としては、活性エネルギー線の照射により(メタ)アクリレート(b)および(c)のエチレン性不飽和基を架橋させる方法、熱をかけてエチレン性不飽和基を熱重合させる方法等があり、これらを併用することもできる。
 硬化性組成物を紫外線等の活性エネルギー線により硬化させる場合は、上記の工程4において、硬化性組成物中に光重合開始剤を含有させる。
 硬化性組成物に熱をかけて硬化させる場合は、上記の工程4において、硬化性組成物中に熱重合開始剤を含有させる。
 本発明に用いられる硬化性組成物の硬化物は、例えば、硬化性組成物をガラス板、プラスチック板、金属板、シリコンウエハ等の基材上に塗布して塗膜を形成した後、その硬化性組成物に活性エネルギー線を照射することによって、あるいは加熱することによって、得ることができる。硬化のために、活性エネルギー線の照射と加熱との両方を行ってもよい。
 硬化性組成物の塗布方法としては、例えば、バーコーター、アプリケーター、ダイコーター、スピンコーター、スプレーコーター、カーテンコーター、ロールコーターなどによる塗布、スクリーン印刷などによる塗布、ディッピングなどによる塗布が挙げられる。
 本発明に用いられる硬化性組成物の基材上への塗布量は特に限定されず、目的に応じて適宜調整することができる。成形性の観点からは、活性エネルギー線照射および/または加熱での硬化処理後に得られる塗膜の膜厚が、1~200μmとなる量が好ましく、5~100μmとなる量がより好ましい。
 硬化のために使用される活性エネルギー線としては、電子線、または紫外から赤外の波長範囲の光が好ましい。
 光源としては、例えば、紫外線であれば超高圧水銀光源またはメタルハライド光源、可視光線であればメタルハライド光源またはハロゲン光源、赤外線であればハロゲン光源が使用できるが、この他にもレーザー、LEDなどの光源が使用できる。
 活性エネルギー線の照射量は、光源の種類、塗膜の膜厚などに応じて適宜設定されるが、好ましくは(メタ)アクリレート(b)および(c)のエチレン性不飽和基の反応率が80%以上、より好ましくは90%以上になるように適宜設定できる。
 また、活性エネルギー線を照射して硬化させた後、必要に応じて、加熱処理(アニール処理)をして硬化をさらに進行させてもよい。その際の加熱温度は、80~200℃の範囲にあることが好ましい。加熱時間は、10分~60分の範囲にあることが好ましい。
 本発明に用いられる硬化性組成物の硬化のために加熱処理により熱重合させる場合は、加熱温度は、80~200℃の範囲にあることが好ましく、より好ましくは100~150℃の範囲である。加熱温度が80℃より低いと、加熱時間を長くする必要があり経済性に欠ける傾向にあり、加熱温度が200℃より高いと、エネルギーコストがかかるうえに、加熱昇温時間及び降温時間がかかるため、経済性に欠ける傾向にある。
 加熱時間は、加熱温度、塗膜の膜厚などに応じて適宜設定されるが、好ましくは(メタ)アクリレート(b)および(c)のエチレン性不飽和基の反応率が80%以上、より好ましくは90%以上になるように適宜設定できる。
 熱重合により硬化性組成物を硬化させた後、必要に応じて、加熱処理(アニール処理)をして硬化をさらに進行させてもよい。その際の加熱温度は、150~200℃の範囲にあることが好ましい。加熱時間は、5分~60分の範囲にあることが好ましい。
 <硬化物>
 本発明に用いられる硬化性組成物の硬化物は、透明性、耐熱性、耐環境性及び成形加工性に優れることから、光学レンズ、光学レンズ成形用型、液晶表示素子用プラスチック基板、カラーフィルター用基板、有機EL表示素子用プラスチック基板、太陽電池基板、タッチパネル、光学素子、光導波路、LED封止材等として好適に用いることができる。
 硬化物の屈折率は、用途に応じて適宜選択することができる。そして前記硬化物は耐熱性に優れているため、270℃、1minにて3回の熱処理をする前後における屈折率の変化量が、好ましくは0.005以下であり、より好ましくは0.003以下、さらに好ましくは0.001以下である。270℃、1minにて3回の熱処理をする前後における屈折率の変化量が0.005を越えると、光を利用する効率が変化するので、光効率が重要な用途には好ましくない。
 前記硬化物は耐熱性に優れているため、窒素雰囲気で加熱した際の5%重量減少温度が通常330℃以上であり、好ましくは350℃以上、より好ましくは380℃以上である。加熱した際の5%重量減少温度が330℃を下回ると、例えば、この硬化物をアクティブマトリックス表示素子基板に用いた場合、その製造工程において反りやたわみ、場合によってはクラック発生などの問題が生じる恐れがある。
 前記硬化物は、好ましくはその単独重合体のガラス転移温度が高い(メタ)アクリレート(b)および(c)を含有する硬化性組成物を硬化させて得られるものなので、耐熱性に優れている。
 また前記硬化物は、高いガラス転移温度を有する。硬化物のガラス転移温度は、動的粘弾性測定法を用いて周波数1Hzにて測定した際の損失正接tanδ値のピーク温度から求められ、通常200℃以上、好ましくは230℃以上である。ガラス転移温度が200℃未満の場合、この硬化物をアクティブマトリックス表示素子基板に用いると、その製造工程において反りやたわみ、場合によってはクラック発生などの問題が生じる恐れがある。
 前記硬化物は透明性に優れているため、硬化膜100μm厚みでの波長400nmの光線透過率が好ましくは85%以上であり、且つ270℃、1minにて3回の熱処理をする前後における波長400nm透過率の変化量が通常3%以下である。波長400nmの光線透過率が85%以下の場合は、光を利用する効率が低下するので、光効率が重要な用途には好ましくない。また、270℃、1minにて3回の熱処理をする前後における波長400nm透過率の変化量が3%を越える場合、この硬化物をアクティブマトリックス表示素子基板に用いた場合、その製造工程において着色の問題が生じる恐れがある。
  前記硬化物は、水に24時間浸漬した際の吸水率が、硬化物100質量%に対して2質量%以下であり、好ましくは1.5質量%以下、より好ましくは1.0質量%以下である。
 前記硬化物は、水に24時間浸漬する前後の屈折率変化量が0.001以下であり、好ましくは0.0008以下、より好ましくは0.0005以下である。屈折率の変化量が0.001を超えると、例えば本発明の硬化物を光学レンズや光導波路に適用した場合には、使用環境のもとで吸水した際に、光の焦点距離がずれて画像精度が低下したり、光の伝播効率が低下したりするため好ましくない。
  また、前記硬化物は、85℃、85%飽和湿度中に50hr保管する前後における屈折率の変化量が0.001以下であり、好ましくは0.0008以下、より好ましくは0.0005以下である。屈折率の変化量が0.001を超えると、例えば前記硬化物を光学レンズや光導波路に適用した場合には、使用環境のもとで吸水した際に、光の焦点距離がずれて画像精度が低下したり、光の伝播効率が低下したりするため好ましくない。光学レンズ等に従来使用されている材料としては、ポリメチルメタクリレートがあるが、その85℃、85%飽和湿度中に50hr保管前後の屈折率変化量は0.0015(1.491
2→1.4897)と大きく、高温高湿環境化での吸水により硬化膜が膨潤することにより屈折率の変化が大きいものと考えられる。
  前記硬化物は、温度25℃~55℃での屈折率の温度依存係数の絶対値が6.0×10-5/℃以下であり、好ましくは、5.0×10-5/℃以下、より好ましくは4.0×10-5/℃以下である。屈折率温度依存係数の絶対値が6.0×10-5/℃を超えると、
例えば前記硬化物を光学レンズや光導波路に適用した場合には、使用環境のもとで温度が変化した際に、光の焦点距離がずれて画像精度が低下したり、光の伝播効率が低下したりするため好ましくない。光学レンズ等に従来使用されている材料としては、ポリメチルメタクリレートがあるが、その屈折率の温度依存係数の絶対値は、10.5×10-5/℃であり、温度変化に対する屈折率の変化が大きい。なお、屈折率温度依存係数は、屈折率計を用いて、測定温度を25℃~55℃まで5℃刻みで変えて測定し、測定温度に対する屈折率をプロットした際の傾きを指す。
 以下、本発明に用いられる硬化性組成物を実施例により詳細に説明するが、この硬化性組成物は、その要旨を越えない限り以下の例に限定されるものではない。
 [硬化性組成物の調製]
 (硬化性組成物の調製例1)
 セパラブルフラスコに、イソプロピルアルコール分散型コロイダルシリカ(シリカ含量30質量%、平均粒子径10~20nm、商品名スノーテックIPA-ST;日産化学(株)製)100質量部を入れ、該セパラブルフラスコにγ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン4.5質量部とフェニルトリメトキシシラン4.5質量部を加え、攪拌混合し、さらに0.1825質量%の HCl溶液2.9質量部を加え、20℃で24hr撹拌することにより、シリカ微粒子の表面処理を行った。
 なお、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン及びフェニルトリメトキシシランの加水分解による消失を、ガスクロマトグラフィー(アジレント(株)製 型式6850)により確認した。無極性カラムDB-1(J&W社製)を使用し、温度50~300℃、昇温速度10℃/min、キャリアガスとしてHeを使用し、流量1.2cc/min、水素炎イオン化検出器にて内部標準法で測定した。フェニルトリメトキシシラン及びγ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシランは、上記HCl溶液を添加後8hrで消失した。
 次に、表面処理を行ったシリカ微粒子にトリメチロールプロパントリアクリレート(商品名:ビスコート#295;大阪有機化学(株)製、Tg>250℃)22.5質量部とアダマンチルメタクリレート(商品名ADMA;大阪有機化学(株)製、Tg180℃)22.5質量部を加えて均一に混合した。その後、攪拌しながら40℃、100kPaにて減圧加熱して、揮発分を除去した。揮発分の除去量は72.0質量部であった。
 この揮発分の除去により得られた母液84.9質量部に、光重合開始剤としてジフェニル-(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フォスフィンオキシド(商品名Speedcure TPO-L;日本シーベルヘグナー(株)製)0.845質量部を溶解し、メンブレンフィルター(孔径1.0μm)で加圧ろ過(圧力0.2MPa)して硬化性組成物1を得た。
 得られた硬化性組成物1の粘度は、74mPa・sであった。なお、粘度は、B型粘度計DV-II+Pro(BROOKFIELD社製)を用いて、ローターNo.63、回転数60rpm、25℃にて測定した。
(硬化性組成物の調製例2)
 セパラブルフラスコに、イソプロピルアルコール分散型コロイダルシリカ(シリカ含量30質量%、平均粒子径10~20nm、商品名スノーテックIPA-ST;日産化学(株)製)100質量部を入れ、該セパラブルフラスコにγ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン5.4質量部とフェニルトリメトキシシラン3.6質量部を加え、攪拌混合し、さらに0.1825質量%のHCl溶液2.9質量部を加え、20℃で24hr撹拌することにより、シリカ微粒子の表面処理を行った。
 フェニルトリメトキシシラン及びγ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシランは、上記HCl溶液を添加後8hrで消失した。
 次に、表面処理を行ったシリカ微粒子にトリメチロールプロパントリアクリレート(商品名:ビスコート#295;大阪有機化学(株)製、Tg>250℃)37.5質量部とアダマンチルメタクリレート(商品名ADMA;大阪有機化学(株)製、Tg180℃)7.5質量部を加えて均一に混合した。その後、攪拌しながら40℃、100kPaにて減圧加熱して、揮発分を除去した。揮発分の除去量は72.4質量部であった。
 この揮発分の除去により得られた母液84.5質量部に、熱重合開始剤としてt-ブチルパーオキシ(2-エチルヘキサノエート)(商品名パーブチルO;日本油脂(株)製)0.845質量部を溶解し、メンブレンフィルター(孔径1.0μm)で加圧ろ過(圧力0.2MPa)して硬化性組成物2を得た。
 得られた硬化性組成物2中の溶媒濃度を、ガスクロマトグラフィー(アジレント(株)製 型式6850)により、無極性カラムDB-1(J&W社製)を使用し、温度50~300℃、昇温速度10℃/min、キャリアガスとしてHeを使用し、流量1.2cc/min、水素炎イオン化検出器にて内部標準法で測定した。
 その結果、イソプロピルアルコール濃度が0.82質量%、メタノール濃度が0.03質量%、水濃度が0.10質量%であった。
 また、得られた硬化性組成物2の粘度は、231mPa・sであった。
 (硬化性組成物の調製例3)
 フェニルトリメトキシシランを使用せず、0.1825質量%HCl溶液の使用量を1.3質量部に替えた以外は、硬化性組成物の調製例1と同様にして硬化性組成物3を得た。
 γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシランは上記HCl溶液を添加後8hrで消失した。得られた硬化性組成物3の粘度は、104mPa・sであった。
 (硬化性組成物の調製例4)
 γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを使用せず、0.1825質量%HCl溶液の使用量を1.6質量部に替えた以外は、硬化性組成物の調製例1と同様にして硬化性組成物4を得た。
 フェニルトリメトキシシランは、上記HCl溶液を添加後8hrで消失した。得られた硬化性組成物4の粘度は、114mPa・sであった。
 (硬化性組成物の調製例5)
 フェニルトリメトキシシランに替えてシクロヘキシルトリメトキシシラン4.5質量部を使用し、0.1825質量%HCl溶液の使用量を3.1質量部に替えた以外は、硬化性組成物の調製例1と同様にして硬化性組成物5を得た。
 γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシランは上記HCl溶液を添加後8hrで消失したのに対して、シクロヘキシルトリメトキシシランは、上記HCl溶液を添加後48hr後も消失しなかった。得られた硬化性組成物5の粘度は、90mPa・sであった。
以上の硬化性組成物の調製に用いた各成分の組成を下記表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 [硬化膜の調製]
 <活性エネルギー線硬化>
 実施例1及び比較例において、硬化性組成物をそれぞれ別々のガラス基板(50mm×50mm)上に、硬化膜の厚みが100μmになるように塗布し、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置で3J/cm2露光し塗膜を硬化させた。その後、180℃、30分でアニール処理した。
 <加熱硬化>
 実施例2の硬化性組成物2をガラス基板(50mm×50mm)上に、硬化膜の厚みが100μmになるように塗布し、140℃、10min加熱処理して塗膜を硬化させた。その後、180℃、30minでアニール処理した。
 [性能評価方法]
 <成形加工性>
 上記の硬化膜をガラス基板から剥がす際に、硬化膜に割れまたはクラックが生じることなく、加工できる度合いを下記の指標で評価した。
 A: 割れやクラックが生じることなく加工(剥離)できる。
 B: 割れは生じないがクラックが一部生じる。
 C: 割れが生じ加工(剥離)性に乏しい。
 <透過率>
 得られた硬化膜を、270℃、1minにて3回の加熱処理をした前後の波長400nmの光の透過率(T%)を、JIS-K7105に準拠し、分光光度計(日本分光(株)製、UV3100)を用いて測定した。結果を表2に示した。その透過率の値が大きいほど、また、加熱処理前後の透過率変化が少ないほど良好な硬化膜である。
 <屈折率>
 得られた硬化膜を、270℃、1minにて3回の加熱処理をした前後の屈折率を、多波長アッベ屈折率計DR-M2(Atago社製)を用いて、測定温度25℃で測定した。結果を表2に示した。加熱処理前後の屈折率変化が少ないほど良好な硬化膜である。
 <ガラス転移温度 Tg>
 得られた硬化膜について、DMS6100(セイコー電子工業社製)を用いて、引張モード、温度範囲20℃~300℃、昇温速度2℃/min、周波数1Hzにて第一昇温時のtanδ値を測定し、tanδ値のピークの温度をガラス転移温度とした。結果を表2に示した。そのガラス転移点が高いほど、耐熱性が良好な硬化膜である。
 <5%重量減少温度>
 得られた硬化膜について、TG-DTA(セイコー電子工業社製)を用いて、窒素雰囲気下、温度範囲20℃~500℃、昇温速度10℃/minで処理した際の、5%重量減少温度を求めた。結果を表2に示した。その5%重量減少温度の値が高いほど、耐熱性が良好な硬化膜である。
  <水漬積前後の吸水率と屈折率変化>
 実施例で得られた硬化膜を、純水に24時間浸漬させて、その浸漬の前後における重量変化より吸水率を測定するとともに、屈折率を多波長アッベ屈折率計DR-M2(Atago社製)を用いて、測定温度25℃で測定した。結果を表3に示す。吸水率が低いほど、また屈折率の変化が小さいほど、耐環境性に優れている。
 <85℃、85%飽和湿度中に50hr保管後の屈折率変化>
 実施例で得られた硬化膜を、恒温恒湿器にて85℃、85%飽和湿度中に50hr保管し、その前後における屈折率を多波長アッベ屈折率計DR-M2(Atago社製)を用いて、測定温度25℃で測定した。結果を表3に示す。屈折率の変化が小さいほど、耐環境性に優れている。
  <屈折率の温度依存係数>
 実施例で得られた硬化膜について、多波長アッベ屈折率計DR-M2(Atago社製)を用いて、測定温度を25℃~55℃まで5℃刻みで温度を変えて屈折率を測定し、温度に対する屈折率をプロットした際の傾きを屈折率温度依存係数として、その絶対値を求めた。結果を表3に示す。その値が小さいほど、耐環境性に優れている。
 <収縮率>
 スピンコーター法で樹脂溶液をシリコンウェハ上に塗布した。この塗布基板を光学式膜厚計で測定した。この膜厚を初期膜厚とする。その後、窒素雰囲気下で露光し、硬化膜を作成し、その膜厚を同様の方法で測定した。この膜厚を露光後膜厚とする。硬化物の収縮率を以下の式により求めた。尚、測定は5箇所で行い、それらを平均した。
(初期膜厚-露光後膜厚)/初期膜厚 ×100 <%>
結果を表3に示す。この値を用いて、硬化物の成形用型の寸法や形状を設計することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 表2より、硬化性組成物1および2は低粘度であるためハンドリング性が良好であり、且つその成形硬化膜は、成形加工性に優れるとともに、透明性、耐熱性ともに優れるものである。
 硬化性組成物4は、シリカ微粒子の分散性が悪いため400nmの透過率が低く透明性が劣る。
 硬化性組成物3および5は、成形加工性に優れるものの、シリカ微粒子の硬化性組成物中への分散性がまだ不十分なために、硬化物の耐熱性に劣り、270℃、3分加熱処理による400nmの透過率の低下量が大きい。
  硬化性組成物1および2の硬化膜は、水浸漬24時間後の吸水率は0.88%、1.26%であり、その吸水前後における屈折率変化が無く、耐環境性に優れている。
 また、硬化性組成物1および2の成形硬化物は、その屈折率の温度依存係数の絶対値は、それぞれ4.1×10-5/℃、4.5×10-5/℃である。従来光学レンズに使用されているポリメチルメタクリレートは、その屈折率の温度依存係数の絶対値が10.5×10-5/℃である。硬化性組成物1および2の成形硬化膜は、温度に対する屈折率の変化量がポリメチルメタクリレートに比較して半分以下である。つまり、硬化性組成物1および2の硬化物は、その屈折率が温度に対する依存性が少なく、耐環境性にも優れている。
(実施例)
上記の硬化性組成物の調製例1~5で示した方法で作製した硬化性組成物1~5を用いて、図10、図11および図12に示した工程を行ったところ、良好なレンズアレイおよびレンズの成形に用いられる型を得ることができた。
 以上述べたように、本発明は、例えば、非球面形状からなるレンズ部を有するレンズアレイ等のレンズや、このようなレンズの成形に用いられる型等の造形物を造形する造形方法に適用することができる。

Claims (6)

  1.  被造形物と、転写形状が形成された転写体とを互いに接触させ、被造形物を前記転写形状にならって変形させる変形工程と、
     被造形物の、少なくとも変形した部分を硬化させる硬化工程と、
     被造形物と前転写体とを互いに離間させる離間工程と、
     を有し、被造形物に前記転写形状を転写する転写工程を複数回繰り返す造形方法であって、前記被造形物が、重合性官能基を有する化合物と重合開始剤とを含む硬化性組成物からなる造形方法。
  2. 前記硬化性組成物は、(a)シリカ微粒子と、
    (b)2以上のエチレン性不飽和基を有し且つ環構造を有しない(メタ)アクリレートと、
    (c)エチレン性不飽和基を有し且つ脂環式構造を有する(メタ)アクリレートと、
    (d)重合開始剤と
    を含み、
     前記シリカ微粒子(a)が、下記一般式(1)で表されるシラン化合物(e)及び下記一般式(2)で表されるシラン化合物(f)で表面処理されていることを特徴とする、請求項1に記載の造形方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式(1)中、R1は水素原子又はメチル基を表し、R2は炭素数1~3のアルキル基又はフェニル基を表し、R3は水素原子又は炭素数1~10の炭化水素基を表し、qは1~6の整数であり、rは0~2の整数である。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式(2)中、R4は炭素数1~3のアルキル基又はフェニル基を表し、R5は水素原子又は炭素数1~10の炭化水素基を表し、sは0~6の整数であり、tは0~2の整数である。)
  3.  前記硬化性組成物に含まれる前記(メタ)アクリレート(b)が、3つのエチレン性不飽和基を有し且つ環構造を有しない(メタ)アクリレートであることを特徴とする請求項1又は2に記載の造形方法。
  4.  前記硬化性組成物に含まれる前記シリカ微粒子(a)が、
     該シリカ微粒子(a)100質量部に対して5~25質量部の前記シラン化合物(e)と、
     シリカ微粒子(a)100質量部に対して5~25質量部の前記シラン化合物(f)とで表面処理されていることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の造形方法。
  5.  前記硬化性組成物に含まれる前記(メタ)アクリレート(b)の単独重合体のガラス転移温度及び前記(メタ)アクリレート(c)の単独重合体のガラス転移温度がともに150℃以上であることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の造形方法。
  6.  前記硬化性組成物の粘度が30~300mPa・sであることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の造形方法。
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