JP2981256B2 - 光学部品の製造方法 - Google Patents

光学部品の製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学部品の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
光デイスク、光カード等の記録メデイアの基板、回折
格子、フレネルレンズなどのように表面に微細な凹凸構
造を有する光学部品が近年多く用いられている。上記の
光学部品の製造方法としては、光学部品を構成する材料
に応じて種々の方法が採用されている。光学部品がガラ
スなどの無機材料からなる場合には、無機材料の表面を
フツ化水素酸等でエツチングする方法、金属アルコキシ
ド等を用いるゾルゲル法などによつて凹凸構造が形成さ
れる。光学部品が樹脂からなる場合には、金型を用いる
射出成形法、プレス成形法、ロール成形法、カレンダー
成形法、注型成形法などによつて凹凸構造が形成され
る。また、無機材料または樹脂からなる基板に光硬化性
を有する樹脂を塗布し、金型を押圧しながら樹脂を硬化
させる2P(Photo−Polymer)法によつて凹凸構造を形成
する方法が知られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
2P法は生産性において優れており、また無機材料から
なる基板を用いる場合には、高温・高湿に対して高い寸
法安定性を有し、かつ小さな複屈折を有する光学部品が
得られる点で好ましい。しかし、2P法によつて形成され
る凹凸構造におけるピツチが小さく、かつ凹部と凸部と
の段差(以下、これを深さと称する)が大きい場合に
は、成形中に金型と樹脂との間に泡が発生するか、また
は成形後の金型に樹脂が残ることなどによつて、金型が
有する凹凸構造が樹脂に正確に転写されないことがあ
る。
成形中に金型と樹脂との間に泡が発生することを防ぐ
ために、傘型に成形した基板の中心部から外周部に徐々
に金型を押圧する方法(特開昭57−163535号公報参
照)、基板上に樹脂を環状に塗布したのち、塗布面を下
方にして金型の上に重ねて加圧する方法(特開昭58−36
417号公報参照)、真空中で金型を樹脂に押圧する方法
(特開昭60−111355号公報参照)、基板上に樹脂を円周
状に塗布し、基板を裏返して傾けながら金型の上に重
ね、ついで加圧する方法(特開昭60−224532号公報参
照)などが知られている。しかし、上記の方法には、操
作が煩雑で生産性に劣るという問題点が存在する。また
特開昭57−163535号公報に示された方法においては、無
機材料からなる基板を用いることができないこと、特開
昭60−111355号公報に示されている方法においては大き
な真空装置が必要であることなどの問題点が存在する。
本発明の目的は、金型が有する凹凸構造が正確に転写
され、かつ工業的に有利に光学部品を製造する方法を提
供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、上記の目的は、基板上に形成された
樹脂層に金型を押圧して該金型が有する凹凸構造を樹脂
層に転写することによつて凹凸構造を有する光学部品を
製造するにあたり、樹脂層を構成する樹脂が有する熱変
形温度以上に加熱された金型を、熱変形温度以下の温度
にある樹脂層に押圧することを特徴とする光学部品の製
造方法を提供することにより達成される。
上記の熱変形温度はJIS K7207に規定された方法に従
い、曲げ応力18.5kg/cm2で測定した値である。
本発明の製造方法を成形機の金型、基板および該基板
上に形成された樹脂層の位置関係を示す第1a図ないし第
1d図を用いて説明する。基板1上に樹脂を塗布し、樹脂
層2を形成する(第1a図)。凹凸構造を有し、樹脂層2
を構成する樹脂が有する熱変形温度以上に加熱された金
型3を、熱変形温度以下にある樹脂層2に押圧する(第
1b図)。金型3が有する凹凸構造は樹脂層2内に埋め込
まれる(第1c図)。凹凸構造が樹脂層2に転写される
と、金型3は取りはずされる(第1d図)。
上記の基板1としては、ガラス、石英、金属、シリコ
ンなどの無機材料またはポリカーボネート樹脂、ポリメ
チルメタクリレート樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹
脂などの有機材料からなるものが用いられる。基板1と
しては高温・高湿下において高い寸法安定性を有する光
学部品が得られる点から無機材料からなるものを用いる
ことが好ましい。有機材料からなる基板を用いる場合に
は、注型重合法によつて形成された基板を用いることが
該基板を有する複屈折が小さい点から好ましい。
本発明では、樹脂層2を構成する樹脂として光反応性
を有する熱可塑性樹脂を用いる。かかる樹脂を用いるこ
とにより、樹脂層2を形成したのちに、光照射すること
によって、樹脂が有する熱変形温度、硬度などを適宜調
整することが可能であり、これによって成形が容易にな
るという利点がある。必要に応じて樹脂に可塑剤、離型
剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤などの添加剤を加えても
よい。
樹脂層2を基板1に形成するには、樹脂を溶融して得
られた溶液または基板を形成する材料を溶かさない溶媒
に樹脂を溶解して得られた溶液をスピンコート法、バー
コート法、浸漬法、ロールコート法、キヤステイング
法、スプレー法などによつて基板上に塗布することが好
ましい。樹脂層2の厚さは1mm以下であることが該樹脂
層2が有する複屈折が小さいことから好ましく、100μ
m以下であることがより好ましく、さらに10μm以下で
あることが最も好ましい。
基板1に形成された樹脂層2は対流オーブンなどの乾
燥槽、ホツトプレート、赤外線ヒーター、熱風などを用
いて加熱するか、または真空槽内に長時間保持すること
によつて乾燥させることが好ましい。
金型3を樹脂槽2に押圧する際の圧力は、樹脂の種
類、金型の温度などに応じて適宜設定されるが、金型3
が有する凹凸構造がより正確に樹脂層2に転写される
点、基板が破損しない点などから1〜1000kgf/cm2の範
囲にあることが好ましい。また、押圧に要する時間につ
いても同様にして適宜設定されるが、金型3と樹脂層2
との間に泡が発生することを防ぐ点から、1〜600秒間
の範囲にあることが好適である。
本発明に用いられる成形機の概略構成図を第2図およ
び第3図に示す。第2図に示す成形機は上下に可動する
上側の熱盤4および固定された下側の熱盤5を備えてい
る。下側の熱盤5上にはシリコーンゴムなどからなる緩
衝シート6が載置され、緩衝シート6上に樹脂層2が形
成された基板1が載置される。上側の熱盤4には金型3
が取り付けられている。第3図に示す成形機も同様に熱
盤4および熱盤5を有している。下側の熱盤5上には緩
衝シート6が載置され、緩衝シート6上に樹脂層2が形
成された基板1が置かれ、樹脂層2上に金型3が載置さ
れている。
第2図または第3図に示す成形機を用いる際、金型3
の温度が樹脂の熱変形温度以上の温度であり、かつ樹脂
層2の温度が熱変形温度以下になるように、熱盤の加熱
温度、基板を熱盤上に載置してから金型を押圧するまで
の時間などを調整する。なお、緩衝シート6を用いるこ
とによつて、金型3が有する凹凸構造がより正確に樹脂
層2に転写される。
本発明の方法により、回折格子、フレネルレンズ、グ
レーテイングレンズ、マイクロレンズ、ホログラム、光
導波路、記録メデイアの基板などの凹凸構造を有する光
学部品が製造される。
〔作用〕
樹脂層2を構成する樹脂の熱変形温度以下の温度にあ
る樹脂層2の表面に、熱変形温度以上に加熱された金型
3を押圧することによつて、金型3の凸部がまず樹脂層
2に接触し、金型3と樹脂層2との間に介在する空気が
除かれる。加熱された金型3に接触している樹脂層2か
ら熱が伝わり、熱変形温度を越えた樹脂層2に徐々に金
型3が埋まる。これによつて、成形中に金型と樹脂との
間に泡が発生しないので、金型3が有する凹凸構造が正
確に樹脂層2に転写される。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本
発明はこれらの実施例によつて何ら限定されるものでは
ない。
参考例1 ビスフエノールAから得られたポリカーボネート樹脂
(熱変形温度:135℃)10gを塩化メチレン150gに溶解し
た。得られた溶液をガラス基板(直径:3インチ、厚さ:1
mm)上にスピンコート法によつて厚さが2.5μmになる
ように塗布した。樹脂が塗布されたガラス基板を、90℃
の対流オーブンで30分間加熱し、樹脂中に残留している
塩化メチレンを除去した。深さが0.25μmの台形状で、
かつ周期が30μmで凸部の幅が15μmのラインアンドス
ペースを有するニツケル製の金型(直径:14インチ、厚
さ:0.3mm)を取り付けた第2図に示す成形機を用いて、
上記のガラス基板に形成されたポリカーボネート樹脂層
に回折格子のパターンを次の方法により形成した。成形
機の熱盤4および熱盤5をそれらの温度が145℃になる
ように加工したのちに、下側の熱盤5上にシリコーンゴ
ム6(厚さ1mm)を敷き、シリコーンゴム6上に上記の
ガラス基板を載置した。金型3は凹凸構造が樹脂層側に
なるように熱盤4に取り付けられており、10トンの荷重
で60秒間、25℃の温度にある樹脂層に押圧することによ
つて金型の凹凸構造を樹脂層2に転写した。成形時の金
型3の温度は熱盤と同じ145℃であつた。
このようにして形成した回折格子のパターンをタリス
テツプを用いて測定すると、金型の凹凸構造が正確に転
写されていた。
参考例2 ポリメチルメタクリレート樹脂(熱変形温度:85℃)1
0gを1,2−ジクロロエタン120gに溶解した。得られた溶
液を、参考例1におけると同じガラス基板上にスピンコ
ート法によつて厚さが2.2μmになるように塗布した。
樹脂が塗布されたガラス基板を80℃の対流オーブンで1
時間加熱し、樹脂中に残留している1,2−ジクロロエタ
ンを除去した。参考例1におけると同じ金型を取り付け
た第2図に示す成形機を用いて、回折格子のパターンを
同様に形成した。熱盤4および熱盤5をそれらの温度が
95℃になるように加熱した。成形時の金型3の温度は熱
盤の温度と同じ95℃であり、金型3押圧時の樹脂層2の
温度は25℃であつた。
このようにして形成した回折格子のパターンをタリス
テツプを用いて測定すると、金型の凹凸構造が正確に転
写されていた。
実施例1 ブテニルメタクリレートと2,3−エポキシメタクリレ
ートとメチルメタクリレートとのモル比が2対1対1で
ある共重合体10gおよび3−ベンゾイルベンゾフエノン5
gからなる樹脂組成物を塩化メチレン150gに溶解した。
得られた溶液を参考例1におけると同じガラス基板上に
スピンコート法によつて厚さが2.0μmになるように塗
布した。樹脂が塗布されたガラス基板を70℃の対流オー
ブンで1時間加熱し、樹脂中に残留している塩化メチレ
ンを除去したのちに、紫外線を照射面での強度が10J/cm
2になるように照射した。この樹脂の熱変形温度は50℃
であつた。参考例1におけると同じ金型を取り付けた第
2図に示す成形機を用いて回折格子のパターンを同様に
形成した。熱盤4および熱盤5をそれらの温度が70℃に
なるように加熱した。成形時の金型3の温度は熱盤の温
度と同じ70℃であり、金型3押圧時の樹脂層2の温度は
25℃であつた。
このようにして形成した回折格子のパターンをタリス
テツプを用いて測定すると、金型の凹凸構造が正確に転
写されていた。
比較例1 参考例1におけると同様の方法でガラス基板上にポリ
カーボネート樹脂を塗布し、樹脂層2を形成した。参考
例1におけると同じ金型を取り付けた第2図に示す成形
機を用いて、回折格子のパターンを同様に形成した。熱
盤4および熱盤5をそれらの温度が120℃になるように
加熱した。成形時の金型3の温度は熱盤の温度と同じ12
0℃であり、金型3押圧時の樹脂層2の温度は25℃であ
つた。
このようにして形成した回折格子のパターンをタリス
テツプを用いて測定すると、樹脂層2が有する凹凸構造
の深さは0.1μm以下であり、金型の凹凸構造が正確に
転写されていなかつた。
比較例2 参考例1におけると同様の方法でガラス基板上にポリ
カーボネート樹脂を塗布し、樹脂層2を形成した。参考
例1におけると同じ金型を取り付けた第2図に示す成形
機を用いて、回折格子のパターンを同様に形成した。成
形機の熱盤4および熱盤5をそれらの温度が145℃にな
るように加熱したのちに、下側の熱盤5上にシリコーン
ゴム6(厚さ1:mm)を敷き、シリコーンゴム6上に上記
のガラス基板を載置した。ついで、金型3と樹脂層2と
が接するまで熱盤4を下げ、そのまま5分間保持したの
ち、10トンの荷重で1分間、上側の熱盤4を金型に押圧
することによつて金型の凹凸構造を樹脂層2に転写し
た。成形時の金型3の温度および樹脂層2の温度は熱盤
と同じ145℃であつた。
このようにして形成した回折格子のパターンには、樹
脂層2と金型3との間に発生した泡による微細な凹部が
発生した。
〔発明の効果〕
本発明によれば、金型が有する凹凸構造が正確に転写
され、かつ工業的に有利に光学部品を製造することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1a図ないし第1d図は本発明を説明するために示した概
略断面図、第2図および第3図は本発明に用いられる成
形機の概略構成図である。 1……基板、2……樹脂層、3……金型、4,5……熱盤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B29C 43/02 - 43/20 B29C 43/32 - 43/44 B29C 43/52 B29C 59/00 - 59/02 B28D 11/00,17/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成された光反応性を有する熱可
    塑性樹脂からなる樹脂層に金型を押圧して該金型が有す
    る凹凸構造を樹脂層に転写することによって凹凸構造を
    有する光学部品を製造するにあたり、樹脂層を構成する
    樹脂が有する熱変形温度以上に加熱された金型を、熱変
    形温度以下の温度にある樹脂層に押圧することを特徴と
    する光学部品の製造方法。
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