JP2008144052A - 光学部材成形用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】高温高湿環境下での変形等による輝度むらの生じないマイクロレンズシート等の光学部材を得ることのできる、光学部材成形用エポキシ樹脂組成物を提供する。
【解決手段】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する光学部材成形用エポキシ樹脂組成物である。
（Ａ）下記の（ａ１）および（ａ２）を主成分とし、かつ（ａ１）の含有割合が、エポキシ樹脂組成物全体の３０〜５０重量％に設定されているエポキシ樹脂。
（ａ１）エポキシ当量３５００以上のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂。
（ａ２）ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびビフェニル型エポキシ樹脂の少な くとも一方。
（Ｂ）脂環式酸無水物を主成分とする酸無水物系硬化剤。
（Ｃ）イミダゾール系化合物を主成分とする硬化促進剤。
【選択図】なし

Description

本発明は、マイクロレンズシート等の光学部材をプレス加工により成形するために用いられる光学部材成形用エポキシ樹脂組成物に関するものである。

従来から、様々な光学製品の成形材料として、各種樹脂を用いた光学用樹脂組成物が使用されている。上記光学用樹脂組成物として、例えば、耐湿性および機械特性の向上を図る目的から、ジシクロペンタジエン型樹脂を用いた光学用樹脂組成物が用いられている（特許文献１参照）。
特開２００４−３４６１５５号公報

しかしながら、上記ジシクロペンタジエン型樹脂を用いた光学用樹脂組成物をはじめ、従来のエポキシ樹脂組成物を用いて形成される光学製品、なかでもマイクロレンズシートについて言及すると、高温高湿環境下で使用した場合、吸水してマイクロレンズがうねるように変形し、結果、輝度むらが生じるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、高温高湿環境下での変形等による輝度むらの生じないマイクロレンズシート等の光学部材を得ることのできる、光学部材成形用エポキシ樹脂組成物の提供をその目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の光学部材成形用エポキシ樹脂組成物は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有するという構成をとる。
（Ａ）下記の（ａ１）および（ａ２）を主成分とし、かつ（ａ１）の含有割合が、エポキシ樹脂組成物全体の３０〜５０重量％に設定されているエポキシ樹脂。
（ａ１）エポキシ当量３５００以上のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂。
（ａ２）ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびビフェニル型エポキシ樹脂の少な くとも一方。
（Ｂ）脂環式酸無水物を主成分とする酸無水物系硬化剤。
（Ｃ）イミダゾール系化合物を主成分とする硬化促進剤。

すなわち、本発明者らは、うねり等の変形による輝度むらの生じないマイクロレンズシートを製造することのできる光学部材成形材料を得るために一連の研究を重ねた。その結果、エポキシ樹脂成分として、特定のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を特定の割合で用い、かつジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびビフェニル型エポキシ樹脂の少なくとも一方を併用するとともに、上記特定の酸無水物系硬化剤と、イミダゾール系化合物を硬化促進剤として用いると、高温高湿環境下においても吸水によるうねりの変形が生じず、これに起因した輝度むらの発生が抑制されることを見出し本発明に到達した。

このように、本発明は、特定のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を特定量含有し、かつジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびビフェニル型エポキシ樹脂の少なくとも一方を用いてなるエポキシ樹脂（Ａ成分）と、特定の酸無水物系硬化剤（Ｂ成分）と、特定の硬化促進剤（Ｃ成分）を含有する光学部材成形用エポキシ樹脂組成物である。このため、高温高湿環境下での吸水によるうねり等の変形も生じず、結果、輝度むらの発生が抑制され光学特性に優れたマイクロレンズシート等の光学部材が得られる。したがって、本発明の光学部材成形用エポキシ樹脂組成物を用いて得られるマイクロレンズシート等の光学部材は、液晶プロジェクター、ビデオカメラ、ビューファインダー、携帯電話用液晶表示部材等の光学電子機器に好適に用いられる。

そして、光学部材成形用エポキシ樹脂組成物は、例えば、マイクロレンズシート等の形成材料としてシート状にして使用に供される。

さらに、光学部材成形用エポキシ樹脂組成物は、半硬化状とすると、取り扱い性が向上し好ましいものである。

本発明の光学部材成形用エポキシ樹脂組成物は、特定のエポキシ樹脂（Ａ成分）と、特定の酸無水物系硬化剤（Ｂ成分）と、特定の硬化促進剤（Ｃ成分）を用いて得られるものであって、使用に際しては、通常、シート状に形成して用いられる。

上記特定のエポキシ樹脂（Ａ成分）は、特定のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ａ１）、および、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびビフェニル型エポキシ樹脂の少なくとも一方（ａ２）を主成分とするものである。本発明において、上記「主成分とする」とは、Ａ成分であるエポキシ樹脂成分が、上記特定のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ａ１）、および、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびビフェニル型エポキシ樹脂の少なくとも一方（ａ２）のみからなる場合も含める趣旨である。そして、エポキシ樹脂成分として上記ａ１およびａ２以外の他のエポキシ樹脂を併用する場合には、他のエポキシ樹脂がエポキシ樹脂成分全体の１０重量％以下となるように設定することが好ましい。他のエポキシ樹脂としては、特に限定されるものではなく従来公知のエポキシ樹脂、例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、トリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂等の各種エポキシ樹脂を用いることができる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

上記特定のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ａ１）としては、エポキシ当量が３５００以上のものを用いる必要があり、好ましくはエポキシ当量が７５００以上である。そして、エポキシ当量の上限は、好ましくは１５０００以下である。すなわち、エポキシ当量が３５００未満の場合には、フィルム化（シート化）するときのフィルム性（シート性）性が悪くなるからである。さらに、７５００未満の場合には、フィルム性が悪くなる傾向がみられ、１５０００を超える場合には、エポキシ樹脂組成物の硬化速度が遅くなる傾向にあるからである。上記特定のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ａ１）の含有割合は、エポキシ樹脂組成物全体の３０〜５０重量％の範囲に設定する必要があり、特に好ましくは３５〜４５重量％である。すなわち、上記ａ１の含有割合が下限値未満の場合には、熱加工前のフィルム性が悪く、非常に割れやすくなり、上限値を超えると、熱加工して作製されたレンズシート等の製品の吸水率が高くなり、耐水性が悪くなるからである。

上記ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびビフェニル型エポキシ樹脂の少なくとも一方（ａ２）における、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量２５０〜３３０のものを用いることが好ましい。また、上記ビフェニル型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量２５０〜３００のものを用いることが好ましい。そして、上記ａ２では、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびビフェニル型エポキシ樹脂をそれぞれ単独で用いてもよいし併せて用いてもよいが、特に好適なのは、透明なフィルム（シート）が得られるという観点から、ビフェニル型エポキシ樹脂単独で用いることである。

上記特定のエポキシ樹脂（Ａ成分）とともに用いられる特定の酸無水物系硬化剤（Ｂ成分）は、上記特定のエポキシ樹脂（Ａ成分）を硬化させることができるものであり、脂環式酸無水物を主成分とする酸無水物系硬化剤があげられる。本発明において、上記「主成分とする」とは、Ｂ成分である酸無水物系硬化剤成分が、上記脂環式酸無水物のみからなる場合も含める趣旨である。そして、酸無水物系硬化剤（Ｂ成分）として上記特定の酸無水物系硬化剤以外の他の酸無水物系硬化剤を用いる場合には、他の酸無水物系硬化剤の使用量を酸無水物系硬化剤成分全体の１０重量％以下となるように設定することが好ましい。上記脂環式酸無水物としては、例えば、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ナジック酸無水物、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、４−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水ナジック酸，無水メチルナジック酸，水素化メチルナジック酸無水物等のナジック酸無水物が好ましく、特に好適なのは、熱加工時間の短縮化の観点から、４−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸単独で用いることである。

上記特定の酸無水物系硬化剤（Ｂ成分）に加えて、この特定の酸無水物系硬化剤以外の酸無水物系硬化剤を用いる場合の上記特定の酸無水物系硬化剤以外の酸無水物系硬化剤としては、例えば、無水マレイン酸、無水グルタル酸、無水フタル酸，無水トリメリット酸，無水ピロメリット酸等の芳香族酸無水物、ポリアジピン酸無水物等の脂肪族酸無水物等があげられる。これらは単独であるいは２種以上併せて用いられる。

上記特定のエポキシ樹脂（Ａ成分）と特定の酸無水物系硬化剤（Ｂ成分）の配合割合は、上記特定のエポキシ樹脂（Ａ成分）を硬化させるに充分な量に特定の酸無水物系硬化剤（Ｂ成分）を設定することが好ましい。具体的には、両者の配合割合は、つぎのように設定することが好ましい。すなわち、上記特定のエポキシ樹脂（Ａ成分）中のエポキシ基１当量に対して、特定の酸無水物系硬化剤（Ｂ成分）におけるエポキシ基と反応可能な活性基（酸無水基）が０．５〜１．５当量となるような割合に設定することが好ましく、より好ましくは０．７〜１．２当量である。すなわち、活性基が０．５当量未満の場合には、エポキシ樹脂組成物の硬化速度が遅くなるとともに、その硬化体のガラス転移温度が低くなる傾向がみられ、１．５当量を超える場合も同じく、エポキシ樹脂組成物の硬化速度が遅くなるとともに、その硬化体のガラス転移温度が低くなる傾向がみられるからである。

上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる特定の硬化促進剤（Ｃ成分）は、イミダゾール系化合物を主成分とするものである。本発明において、上記「主成分とする」とは、Ｃ成分である特定の硬化促進剤成分が、イミダゾール系化合物のみからなる場合も含める趣旨である。そして、特定の硬化促進剤（Ｃ成分）として上記イミダゾール系化合物とともに上記イミダゾール系化合物以外の他の硬化促進剤を併用する場合には、他の硬化促進剤の使用量を硬化促進剤成分全体の４０重量％以下となるように設定することが好ましい。

上記イミダゾール系化合物としては、例えば、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール等が用いられる。これらは単独であるいは２種以上併せて用いられる。なかでも、エポキシ樹脂組成物の硬化速度が速くなるという観点から、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾールを用いることが好ましい。

上記イミダゾール系化合物とともにイミダゾール系化合物以外の他の硬化促進剤を併用する場合のイミダゾール系化合物以外の他の硬化促進剤としては、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリエチレンジアミン、トリ−２，４，６−ジメチルアミノメチルフェノール等の３級アミン類、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウム−ｏ，ｏ−ジエチルホスホロジチオエート等のリン化合物、４級アンモニウム塩、有機金属塩類、およびこれらの誘導体等があげられる。これらは単独であるいは２種以上併せて用いられる。

上記特定の硬化促進剤（Ｃ成分）の含有量は、硬化促進効果等に応じて適宜に決定することができるが、成形に際して短時間で硬化させるという観点から、上記特定のエポキシ樹脂（Ａ成分）１００重量部（以下「部」と略す）に対して１〜１０部に設定することが好ましく、より好ましくは２〜５部である。すなわち、特定の硬化促進剤（Ｃ成分）の含有量が１部未満の場合には、エポキシ樹脂組成物の硬化速度が遅くなる傾向がみられ、１０部を超える場合には、硬化速度が速くなりすぎるため、熱加工が困難となる傾向がみられるからである。

本発明の光学部材成形用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分に加えて、さらに、老化防止剤、変性剤、界面活性剤、染料、顔料、変色防止剤、紫外線吸収剤等の他の添加剤を必要に応じて適宜配合することができる。

本発明の光学部材成形用エポキシ樹脂組成物は、例えば、つぎのようにして製造することができる。すなわち、各配合成分を溶媒に溶解して溶液とし、この溶液を基材上に塗布した後、乾燥することによりシート状に製膜することにより製造することができる。

上記溶媒としては、特に限定するものではなく従来公知のものが使用されるが、各種有機溶媒、具体的には、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒等があげられる。これらは単独であるいは２種以上併せて用いられる。

上記溶媒に溶解して得られる溶液中の原料濃度は、良好な塗布面を得るという観点から、３０〜５０重量％に設定することが好ましく、３５〜４５重量％の範囲がより好ましい。

また、上記溶液を塗布する基材の材質としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート等があげられ、平板や凹凸板等の適宜の形態を有するものを用いることができる。また、上記基材の溶液塗布面は、離型処理を施されていることがシート剥離作業性の点から好ましい。

本発明の光学部材成形用エポキシ樹脂組成物において、シート状のエポキシ樹脂組成物の製造方法に関して述べる。まず、前記Ａ〜Ｃ成分および必要に応じて他の添加剤を常法に準じて適宜混合し、ついで溶媒に溶解させ、溶液を調製する。つぎに、上記溶液を公知の方法、例えば、キャスティング、スピンコート、ロールコーティング等の方法により、基材表面に適宜の厚みに塗布した後、乾燥させることによりシート層を形成し、上記基材からシート層を剥離することにより目的とするエポキシ樹脂組成物からなるシートを製造することができる。

上記乾燥条件としては、通常、溶媒の除去に必要な温度で行われる。すなわち、硬化反応を必要以上に進行させずに乾燥させるという観点から、乾燥温度は９０〜１５０℃に設定することが好ましく、１１０〜１４０℃がより好ましい。また、乾燥時間は、１〜５分間に設定することが好ましく、２〜３分間がより好ましい。さらに、必要により減圧して乾燥してもよく、その圧力は１０² 〜１０⁵ Ｐａに設定することが好ましく、１０² 〜１０³ Ｐａがより好ましい。

また、作製されるシートは、その取り扱い性を良好なものとするために、半硬化状（Ｂステージ状）とすることが好ましい。この場合の乾燥条件としては、乾燥温度が１１０〜１３０℃で、乾燥時間が２〜５分間に設定することが好ましい。

得られるシートの厚みは、使用目的に応じて適宜に決定することができるが、シートの取り扱い性の観点から、厚み５〜５０μｍに設定することが好ましく、１５〜５０μｍがより好ましい。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。

まず、実施例に先立って下記に示す各成分を準備した。

〔エポキシ樹脂Ａ〕
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１８０）
〔エポキシ樹脂Ｂ〕
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量２０００）
〔エポキシ樹脂Ｃ〕
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量３５００）
〔エポキシ樹脂Ｄ〕
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量７５００）
〔エポキシ樹脂Ｅ〕
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１５０００）
〔エポキシ樹脂Ｆ〕
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂（エポキシ当量２１０）
〔エポキシ樹脂Ｇ〕
ビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量２６０）
〔エポキシ樹脂Ｈ〕
トリアジン骨格を有するエポキシ樹脂（エポキシ当量１００）

〔酸無水物系硬化剤ａ〕
４−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸
〔酸無水物系硬化剤ｂ〕
下記一般式（１）で示される水素化メチルナジック酸無水物

〔フェノール樹脂系硬化剤〕
ノボラック型フェノール樹脂

〔イミダゾール系化合物α〕
２−フェニルイミダゾール
〔イミダゾール系化合物β〕
２−メチルイミダゾール

〔リン系硬化促進剤〕
テトラ−ｎ−ブチル−フォスフォニウム

〔実施例１〜１０、比較例１〜７〕
有機溶媒としてメチルエチルケトンを準備し、これに後記の表１〜表２に示す各成分を同表に示す割合で配合し、原料濃度４０重量％となるようにシート形成塗工用溶液を調製した。つぎに、上記溶液を厚み５０μｍの２軸延伸ポリエステルフィルム（三菱化学ポリエステル社製）上に、厚み４０μｍとなるようコンマコーターの方法により塗布し、１３０℃で２分間乾燥させることにより厚み４０μｍのエポキシ樹脂組成物製シート層を作製して、上記ポリエステルフィルムから剥離することにより目的とするエポキシ樹脂組成物製シートを得た。

このようにして得られたエポキシ樹脂組成物製シートに、成形用型として、１０μｍピッチで高さ約５μｍのマトリックス状に半球形状が形成されたポリイミドシート（１２５μｍ）に離型処理を施したものをあてがい、１５０℃×５分間×０．５ＭＰａの加圧圧着で成形した後、ポリイミドシートから離型した。さらに、１６０℃で２時間硬化させることによって、上記ポリイミドシートに形成された凹凸形状が転写形成されてなるマイクロレンズシートを作製した。

得られたマイクロレンズシートを携帯電話用のバックライトと液晶ユニットの間に挿入することにより液晶表示ユニットを作製した。上記液晶表示ユニットを温度６０℃／湿度９０％の条件下で１６８時間放置し、その後室温（２３℃）に戻して２４時間経過した後、液晶表示ユニットの電源を入れ、画面の輝度むらの有無を目視により確認し評価した。ついで、輝度むらの評価後、液晶表示ユニットを分解して、マイクロレンズシートの状態を目視により観察しシートにおけるうねりの形成の有無を確認した。これらの結果を下記の表１〜表２に併せて示す。

上記結果から、特定のエポキシ樹脂，特定の酸無水物系硬化剤および特定のイミダゾール系化合物を用いた実施例品は、輝度むらが全く生じず、かつシートにうねりも確認されなかった。

これに対して、特定のエポキシ樹脂，特定の酸無水物系硬化剤および特定のイミダゾール系化合物の少なくともいずれか一つを欠いた比較例品、および、特定のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の配合量が特定範囲を外れたエポキシ樹脂成分を使用してなる比較例品は、輝度むらが発生し、シートにうねりの形成が確認された。

本発明の光学部材成形用エポキシ樹脂組成物は、シート状に成形して、例えば、マイクロレンズシート等の光学部材の成形材料に用いられ、液晶プロジェクター、ビデオカメラ、ビューファインダー、携帯電話用液晶表示部材等の光学電子機器に適用することができる。

Claims (4)

1. 下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有することを特徴とする光学部材成形用エポキシ樹脂組成物。
   （Ａ）下記の（ａ１）および（ａ２）を主成分とし、かつ（ａ１）の含有割合が、エポキシ樹脂組成物全体の３０〜５０重量％に設定されているエポキシ樹脂。
   （ａ１）エポキシ当量３５００以上のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂。
   （ａ２）ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびビフェニル型エポキシ樹脂の少な くとも一方。
   （Ｂ）脂環式酸無水物を主成分とする酸無水物系硬化剤。
   （Ｃ）イミダゾール系化合物を主成分とする硬化促進剤。
2. 上記脂環式酸無水物が、４−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ナジック酸無水物、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸からなる群から選ばれた少なくとも一つの化合物である請求項１記載の光学部材成形用エポキシ樹脂組成物。
3. エポキシ樹脂組成物がシート状に成形され使用に供される請求項１または２記載の光学部材成形用エポキシ樹脂組成物。
4. エポキシ樹脂組成物が半硬化状態である請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学部材成形用エポキシ樹脂組成物。