JP2013037747A - Wavelength selection diffraction element and optical head device using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】従来のものよりも優れた回折効率を有する波長選択回折素子及びこれを用いた光ヘッド装置を提供する。
【解決手段】透明基板11と、凹凸部材12と、充填部材13とを備え、少なくとも405nm波長帯、660nm波長帯及び785nm波長帯の波長λ1、λ2及びλ3を有する入射光が入射される波長選択回折素子10であって、凹凸部材12または充填部材13を構成する第2の光学材料Bは、重合性基を有する表面修飾剤で表面被覆された平均粒子径3nm以上15nm以下の酸化ジルコニウム粒子と、1個の重合性基と炭素数10以上14以下の脂環式構造を有する一官能性化合物と、を含有する光重合性成組成物を硬化させてなる波長選択回折素子10。
【選択図】図1A wavelength selective diffraction element having a diffraction efficiency superior to that of a conventional one and an optical head device using the same are provided.
An incident light having wavelengths λ 1 , λ 2, and λ 3 in at least a 405 nm wavelength band, a 660 nm wavelength band, and a 785 nm wavelength band is incident. The second optical material B constituting the concavo-convex member 12 or the filling member 13 is an oxidation having an average particle diameter of 3 nm or more and 15 nm or less coated with a surface modifier having a polymerizable group. A wavelength selective diffraction element 10 obtained by curing a photopolymerizable composition containing zirconium particles, one polymerizable group, and a monofunctional compound having an alicyclic structure having 10 to 14 carbon atoms.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、互いに異なる波長の光を選択的に透過または回折させる波長選択回折素子及びこれを用いた光ヘッド装置に係り、より詳細には、光ストレージを扱う光学系として、CD、DVD、光磁気ディスクなどの光記録媒体および、「Blu−ray」(登録商標:以下BD)などの高密度光記録媒体(以下、「光ディスク」という)に情報の記録および/または再生(以下、「記録・再生」という。)を行う光ヘッド装置に用いる波長選択回折素子、及びこれを用いた光ヘッド装置に関する。 The present invention relates to a wavelength selective diffractive element that selectively transmits or diffracts light of different wavelengths and an optical head device using the same, and more specifically, as an optical system that handles optical storage, CD, DVD, optical Information recording and / or reproduction (hereinafter referred to as “recording / recording”) on an optical recording medium such as a magnetic disk and a high-density optical recording medium (hereinafter referred to as “optical disk”) such as “Blu-ray” (registered trademark: BD). The present invention relates to a wavelength selective diffraction element used in an optical head device that performs “reproduction”) and an optical head device using the same.
光記録媒体としてDVDやCDなどの光ディスクが普及し、高密度情報記録光ディスクBDが製品化され、光ディスクへの情報の記録及び光ディスクに記録されている情報の再生に光ヘッド装置が用いられる。 Optical discs such as DVDs and CDs are widely used as optical recording media, high-density information recording optical discs BD are commercialized, and optical head devices are used for recording information on optical discs and reproducing information recorded on optical discs.
光ヘッド装置では、半導体レーザ等の光源から、各光ディスクの規格に対応した波長の光を出射し、各波長に対応した開口数NAを有する対物レンズにより、光源からの出射光を光ディスクの情報記録面に集光し、その反射光をビームスプリッタにより分岐して光検出器で受光し、これを電気信号に変換することで情報の記録・再生を行っている。 In an optical head device, light having a wavelength corresponding to the standard of each optical disk is emitted from a light source such as a semiconductor laser, and the emitted light from the light source is recorded on the optical disk by an objective lens having a numerical aperture NA corresponding to each wavelength. Information is recorded / reproduced by focusing on the surface, branching the reflected light by a beam splitter, receiving it by a photodetector, and converting it into an electrical signal.
BD、DVD、CDでは、記録・再生に用いられるレーザ光の波長が異なり、BDでは395nm〜425nmの波長帯のレーザ光、DVDでは640nm〜680nmの波長範囲のレーザ光、CDでは765nm〜805nmの波長範囲のレーザ光がそれぞれ用いられている。
このため、BD、DVD、CD等の複数の光ディスクに対応した光ヘッド装置では、各使用波長域に対応した波長帯の光を出射する光源、及びこれに対応した開口数NAを有する対物レンズが用いられる。具体的には、BDでは405nm波長帯、DVDでは660nm波長帯、CDでは785nm波長帯の光を出射する半導体レーザが用いられる。
BD, DVD, and CD have different wavelengths of laser light used for recording / reproduction, BD has a wavelength of 395 nm to 425 nm, DVD has a wavelength in the range of 640 nm to 680 nm, and CD has a wavelength of 765 nm to 805 nm. Each laser beam in the wavelength range is used.
For this reason, in an optical head device corresponding to a plurality of optical discs such as BD, DVD, and CD, a light source that emits light in a wavelength band corresponding to each used wavelength region and an objective lens having a numerical aperture NA corresponding to the light source are provided. Used. Specifically, a semiconductor laser that emits light in a 405 nm wavelength band for BD, a 660 nm wavelength band for DVD, and a 785 nm wavelength band for CD is used.
また、光ヘッド装置の記録・再生では、トラッキングサーボ信号の検出機能により、光源から発射されたレーザ光の動作を制御したうえで、光ディスクの情報記録面上にトレースする。
トラッキングサーボ信号としては、例えば、光ディスクに至る往路の光路中に配置した回折素子により、半導体レーザからの出射光を直進透過光(0次回折光)と±1次回折光に分岐させる3ビーム方式が用いられる。
また、複数に分割された領域に、入射光束毎に異なる格子パターンが形成された回折素子(以下、ホログラム回折素子と示す。)を、光ディスクから光検出器に至る復路の光路中に配設し、信号光を複数の回折光に分岐してトラッキングサーボ信号を生成するホログラム方式等も用いられる。
In recording / reproduction of the optical head device, the tracking servo signal detection function controls the operation of the laser light emitted from the light source and then traces on the information recording surface of the optical disk.
As the tracking servo signal, for example, a three-beam method is used in which the emitted light from the semiconductor laser is branched into straight transmitted light (0th order diffracted light) and ± 1st order diffracted light by a diffractive element arranged in the optical path going to the optical disk. It is done.
In addition, a diffraction element (hereinafter, referred to as a hologram diffraction element) in which a different grating pattern is formed for each incident light beam in a plurality of divided regions is disposed in the return optical path from the optical disk to the photodetector. Also, a hologram method that divides the signal light into a plurality of diffracted lights to generate a tracking servo signal, or the like is used.
近年、ノートパソコン等の機器の小型化、薄型化に伴い、これに搭載されるBD、DVD、CD用の光ヘッド装置に関しても、より小型化、軽量化が求められている。
しかし、上記のような複数の光ディスクに対応した光ヘッド装置では、各光ディスクの使用波長毎に別個に各部材を配設すると、装置全体が大型化し、また構成部材の数が多くなり、装置の質量が増加するという問題がある。
In recent years, along with the downsizing and thinning of devices such as notebook personal computers, the BD, DVD, and CD optical head devices mounted thereon are also required to be smaller and lighter.
However, in the optical head device corresponding to a plurality of optical discs as described above, if each member is separately provided for each wavelength used for each optical disc, the entire device becomes large and the number of constituent members increases. There is a problem that the mass increases.
このため、光ヘッド装置の小型化、軽量化の観点から、BD用、DVD用、CD用の各波長帯の光の光路を共通化し、これら複数の波長帯の光に対して所望の光学特性を示す光学部品の使用が試みられている。 For this reason, from the viewpoint of miniaturization and weight reduction of the optical head device, the optical path of light in each wavelength band for BD, DVD, and CD is made common, and desired optical characteristics for the light in these multiple wavelength bands Attempts have been made to use optical components that exhibit the following.
近年、光源としては、既にDVD用の波長帯の光を出射する半導体レーザとCD用の光を発射する半導体レーザとを集積化した、2波長用半導体レーザが用いられており、またDVD用、CD用を含む2波長用半導体レーザに、BD用半導体レーザを一体化した3波長用半導体レーザも開発されている。
また、光検出器としては、DVDで反射される信号光とCDで反射される信号光とを共通の単一パッケージで受光可能なものも用いられている。
In recent years, a two-wavelength semiconductor laser in which a semiconductor laser that emits light in the wavelength band for DVD and a semiconductor laser that emits light for CD has been integrated has been used as a light source. A three-wavelength semiconductor laser in which a BD semiconductor laser is integrated with a two-wavelength semiconductor laser including a CD has also been developed.
In addition, a photodetector that can receive signal light reflected by a DVD and signal light reflected by a CD in a common single package is also used.
例えば特許文献1には、複数の波長の出射光を合波し、共通化した光路中に配設してなる波長選択回折素子が開示されている。
特許文献1の波長選択回折素子は、BD等の使用波長域で透明性を有する、ポリエステル系、ポリエーテル系、アクリル系、エポキシ系等の高分子材料からなる凹凸部及び充填部で構成されており、当該回折素子の格子ピッチや格子形状を調整することで、特定波長の光のみを選択的に回折するように構成されている。
For example,
The wavelength selective diffractive element of
また、ホログラム方式においても同様に、3波長の光を共通化した光路の復路中にホログラム回折素子を配設することが試みられている。
この場合、例えばホログラム回折格子のパターンを調整することで、単一パッケージとした光検出器の受光面に対して複数波長の回折光を共通に入射可能とし、光検出器の受光面数や受光面の面積の低減を図ることができる。
Similarly, in the hologram system, an attempt is made to dispose a hologram diffraction element in the return path of an optical path that uses light of three wavelengths in common.
In this case, for example, by adjusting the pattern of the hologram diffraction grating, it is possible to allow diffracted light of multiple wavelengths to be incident on the light receiving surface of a single packaged photodetector, and to determine the number of light receiving surfaces and light reception of the photodetector. The area of the surface can be reduced.
しかし、特許文献1に開示の波長選択回折素子では、凹凸部及び充填部で得られる屈折率が必ずしも高くなく、両者の屈折率差を十分に確保できない問題があった。
このため、例えば660nmの波長域で凹凸部の屈折率と充填部の屈折率が一致するときに、405nmの波長域での両者の屈折率差は0.008程度であった。このため、例えばバイナリー形の格子形状を採用した場合には、所望の1次回折効率を得ることは困難であった。
However, the wavelength selective diffraction element disclosed in
For this reason, for example, when the refractive index of the concavo-convex part and the refractive index of the filling part coincide in the wavelength range of 660 nm, the difference in refractive index between them in the wavelength range of 405 nm was about 0.008. For this reason, for example, when a binary grating shape is employed, it is difficult to obtain a desired first-order diffraction efficiency.
本発明は、上記課題の解決のためになされ、従来のものよりも優れた回折効率を有する波長選択回折素子及びこれを用いた光ヘッド装置の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a wavelength selective diffraction element having a diffraction efficiency superior to that of the prior art and an optical head device using the same.
すなわち、本発明の波長選択回折素子は、透光性を有する透明基板と、前記透明基板上に形成され、一方向に延在するように周期的に形成された凹凸形状を有する凹凸部材と、少なくとも前記凹凸部材を埋めるように充填された充填部材とを備え、少なくとも405nm波長帯の波長(λ1)、660nm波長帯の波長(λ2)及び785nm波長帯の波長(λ3)を有する入射光が入射される波長選択回折素子であって、前記凹凸部材及び充填部材はそれぞれ、高波長分散性を有する第1の光学材料A又は低波長分散性を有する第2の光学材料Bのいずれか一方で形成されており、前記第1の光学材料Aの屈折率nA及び前記第2の光学材料Bの屈折率nBは、前記波長λ1の光に対して|nA−nB|≦0.006でありかつ前記波長λ2及び前記波長λ3の光に対して|nA−nB|>0.006であるか、または前記波長λ2及び前記波長λ3の光に対して|nA−nB|≦0.006であり、かつ前記波長λ1の光に対して|n(A)−n(B)|>0.006の関係を満たしており、前記低波長分散性を有する第2の光学材料Bは、重合性基を有する表面修飾剤で表面被覆された平均粒子径3nm以上15nm以下の酸化ジルコニウム粒子と、1個の重合性基と炭素数10以上14以下の脂環式構造を有する一官能性化合物と、を含有する光重合性成組成物を硬化させてなることを特徴とする。 That is, the wavelength selective diffraction element of the present invention includes a transparent substrate having translucency, and an uneven member having an uneven shape formed on the transparent substrate and periodically formed so as to extend in one direction, An incident member having at least a wavelength of 405 nm wavelength band (λ 1 ), a wavelength of 660 nm wavelength band (λ 2 ), and a wavelength of 785 nm wavelength band (λ 3 ). A wavelength-selective diffractive element on which light is incident, wherein the concavo-convex member and the filling member are each a first optical material A having high wavelength dispersion or a second optical material B having low wavelength dispersion. On the other hand, the refractive index nA of the first optical material A and the refractive index nB of the second optical material B are | nA−nB | ≦ 0.006 with respect to the light with the wavelength λ 1. And said wavelength 2 and to the wavelength lambda 3 of the light | nA-nB |> 0.006 or where the wavelength lambda 2 and to the wavelength lambda 3 of the light | nA-nB | be ≦ 0.006 And the second optical material B having the low wavelength dispersibility satisfies the relationship of | n (A) −n (B) |> 0.006 with respect to the light having the wavelength λ 1 . A zirconium oxide particle having an average particle diameter of 3 nm or more and 15 nm or less and surface-coated with a surface modifying agent having a group, a monofunctional compound having one polymerizable group and an alicyclic structure having 10 to 14 carbon atoms, It is characterized by curing a photopolymerizable composition comprising
前記第1の光学材料Aの屈折率nA及び前記第2の光学材料Bの屈折率nBが、前記波長λ1、λ2、λ3のうち波長λ1の光に関して|nA−nB|≦0.006、かつ波長λ2、波長λ3の光に関して|nA−nB|≧0.013の関係にあり、波長λ1の光に対する0次回折効率が90%以上であるか、または、前記波長λ1、λ2、λ3のうち波長λ2、波長λ3の光に関して|nA−nB|≦0.006、かつ波長λ1の光に関して|nA−nB|≧0.015の関係にあり、波長λ2及びλ3の光に対する0次回折効率が90%以上であることが好ましい。
また、前記一官能性化合物の脂環式骨格がアダマンタン、ジアマンタン、またはトリシクロデカンのいずれかであり、前記重合性基がアクリル基またはメタクリル基が好ましい。また、前記表面修飾剤は、下記一般式(1)で示される化合物が好ましい。
また、光重合性組成物における前記酸化ジルコニウム粒子の含有量は45質量%以上70質量%以下が好ましい。また、前記高波長分散性を有する第1の光学材料Aは、芳香族化合物を含有することが好ましい。また、前記高波長分散性を有する第1の光学材料Aの屈折率ndとアッベ数νdが10<νd<35、1.55<nd<1.70の範囲内にあり、かつ、前記低波長分散性を有する第2の光学材料Bの屈折率ndとアッベ数νdが38<νd<58、1.53<nd<1.78、かつ、nd>1.804−0.005νdの範囲内にあることが好ましい。
The first refractive index nB of the refractive index nA and the second optical material B of the optical material A, the wavelength lambda 1, lambda 2, lambda 3 of the wavelength lambda 1 with respect to light | nA-nB | ≦ 0 .006, and the relationship of | nA−nB | ≧ 0.013 with respect to light of wavelength λ 2 and wavelength λ 3 , and the 0th-order diffraction efficiency for light of wavelength λ 1 is 90% or more, or the wavelength Among λ 1 , λ 2 , and λ 3 , there is a relationship of | nA−nB | ≦ 0.006 for light of wavelength λ 2 and wavelength λ 3 and | nA−nB | ≧ 0.015 for light of wavelength λ 1 The 0th-order diffraction efficiency for light of wavelengths λ 2 and λ 3 is preferably 90% or more.
The alicyclic skeleton of the monofunctional compound is preferably adamantane, diamantane, or tricyclodecane, and the polymerizable group is preferably an acryl group or a methacryl group. The surface modifier is preferably a compound represented by the following general formula (1).
Further, the content of the zirconium oxide particles in the photopolymerizable composition is preferably 45% by mass or more and 70% by mass or less. The first optical material A having high wavelength dispersibility preferably contains an aromatic compound. Further, in the range of the high refractive index n d and the Abbe number [nu d of the first
また、本発明の光ヘッド装置は、少なくとも405nm波長帯の波長(λ1)、660nm波長帯の波長(λ2)及び785nm波長帯の波長(λ3)を有する入射光を出射する光源と、前記光を光ディスクの記録層に集光する対物レンズと、前記光記録媒体からの反射光を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置であって、前記光源と前記対物レンズとの間の光路上、又は前記対物レンズと前記光検出器との間の光路上に、上記した本発明の波長選択回折素子を設置してなることを特徴とする。 The optical head device of the present invention includes a light source that emits incident light having a wavelength of at least 405 nm (λ 1 ), a wavelength of 660 nm (λ 2 ), and a wavelength of 785 nm (λ 3 ), An optical head device comprising an objective lens for condensing the light onto a recording layer of an optical disc and a photodetector for detecting reflected light from the optical recording medium, wherein the light between the light source and the objective lens The wavelength selective diffraction element of the present invention described above is installed on the road or on the optical path between the objective lens and the photodetector.
本発明によれば、低波長分散性を有する光学材料として、脂環式構造を有する重合性モノマー成分(一官能性化合物)とともに、酸化ジルコニウム粒子を含有してなる重合性組成物の硬化体を用いることで、当該低波長分散性を有する光学材料の屈折率を向上でき、従来のものよりも回折効率に優れた波長選択回折素子とできる。 According to the present invention, a cured product of a polymerizable composition comprising zirconium oxide particles together with a polymerizable monomer component (monofunctional compound) having an alicyclic structure as an optical material having low wavelength dispersion. By using it, the refractive index of the optical material having the low wavelength dispersion can be improved, and a wavelength selective diffraction element having better diffraction efficiency than the conventional one can be obtained.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いられる「平均粒子径」は、透過型走査顕微鏡(TEM)により評価した値である。
また、「光重合性組成物」とは、紫外線の照射によって重合反応を起こすラジカル重合性の化合物を含む組成物をいう。
また、「(メタ)アクリル基」は、「アクリル基」または「メタクリル基」をいう。
また、本明細書において、凹凸部材及び充填部材を構成する光学材料のうち、高波長分散性を有する光学材料を第1の光学材料Aとし、低波長分散性を有する光学材料を第2の光学材料Bとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The “average particle diameter” used in the following description is a value evaluated with a transmission scanning microscope (TEM).
The “photopolymerizable composition” refers to a composition containing a radical polymerizable compound that undergoes a polymerization reaction upon irradiation with ultraviolet rays.
“(Meth) acrylic group” means “acrylic group” or “methacrylic group”.
In this specification, among the optical materials constituting the concavo-convex member and the filling member, an optical material having high wavelength dispersion is referred to as a first optical material A, and an optical material having low wavelength dispersion is referred to as a second optical material. Let it be material B.
本発明の波長選択回折素子は、透光性を有する透明基板と、前記透明基板上に形成され、一方向に延在するように周期的に形成された凹凸形状を有する凹凸部材と、少なくとも前記凹凸部材を埋めるように充填された充填部材とを備え、少なくとも405nm波長帯の波長(λ1)、660nm波長帯の波長(λ2)及び785nm波長帯の波長(λ3)を有する入射光が入射される波長選択回折素子であって、前記凹凸部材及び充填部材はそれぞれ、高波長分散性を有する第1の光学材料A又は低波長分散性を有する第2の光学材料Bのいずれか一方で形成されており、前記第1の光学材料Aの屈折率nA及び前記第2の光学材料Bの屈折率nBは、前記波長λ1の光に対して|nA−nB|≦0.006でありかつ前記波長λ2及び前記波長λ3の光に対して|nA−nB|>0.006であるか、または前記波長λ2及び前記波長λ3の光に対して|nA−nB|≦0.006であり、かつ前記波長λ1の光に対して|n(A)−n(B)|>0.006の関係を満たしており、前記低波長分散性を有する第2の光学材料Bは、重合性基を有する表面修飾剤で表面被覆された平均粒子径3nm以上15nm以下の酸化ジルコニウム粒子と、1個の重合性基と炭素数10以上14以下の脂環式構造を有する一官能性化合物と、を含有する光重合性成組成物を硬化させてなることを特徴とする。 The wavelength selective diffraction element of the present invention includes a transparent substrate having translucency, a concavo-convex member having a concavo-convex shape formed on the transparent substrate and periodically formed so as to extend in one direction, An incident light having a wavelength (λ 1 ) of a wavelength band of 405 nm, a wavelength of a wavelength band of 660 nm (λ 2 ), and a wavelength of a wavelength band of 785 nm (λ 3 ). An incident wavelength selective diffraction element, wherein the concavo-convex member and the filling member are each one of the first optical material A having high wavelength dispersion and the second optical material B having low wavelength dispersion. The refractive index nA of the first optical material A and the refractive index nB of the second optical material B are | nA−nB | ≦ 0.006 with respect to the light with the wavelength λ 1 . and the wavelength lambda 2 and the front Wavelength lambda 3 with respect to the light | nA-nB |> 0.006 or where the wavelength lambda 2 and the wavelength lambda 3 with respect to the light | nA-nB | a ≦ 0.006, and the The second optical material B satisfying the relationship of | n (A) −n (B) |> 0.006 with respect to light of wavelength λ 1 and having the low wavelength dispersion has a polymerizable group. Zirconium oxide particles having an average particle diameter of 3 nm or more and 15 nm or less and surface-coated with a surface modifier, one polymerizable group, and a monofunctional compound having an alicyclic structure having 10 to 14 carbon atoms The photopolymerizable composition is cured.
本発明の波長選択回折素子は、凹凸部材または充填部材を構成する第2の光学材料Bとして、脂環式構造を有する重合性モノマー成分(一官能性化合物)とともに、酸化ジルコニウム粒子を含有する光重合性組成物の硬化体を用いることで、当該第2の光学材料Bの屈折率を向上でき、波長λ1、λ2、λ3のうちの少なくとも一の波長域において、第1の光学材料Aと第2の光学材料Bとの間で高い屈折率差を確保できる。このため、回折効率の高められた波長選択回折素子とできる。 The wavelength selective diffraction element of the present invention is a light containing zirconium oxide particles together with a polymerizable monomer component (monofunctional compound) having an alicyclic structure as the second optical material B constituting the concavo-convex member or the filling member. By using the cured product of the polymerizable composition, the refractive index of the second optical material B can be improved, and in the at least one wavelength region of the wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 , the first optical material A high refractive index difference can be secured between A and the second optical material B. For this reason, it can be set as the wavelength selection diffraction element with improved diffraction efficiency.
また、本発明の波長選択回折素子は、高波長分散性を有する光学材料Aの屈折率nAと低波長分散性を有する第2の光学材料Bの屈折率nBとが上述の関係を有することにより、λ1、λ2、λ3のうち少なくとも一つの光を回折し、その他の光を透過するため、これら3つの波長域の波長光を合波し共通化した光路に配設したとき、所望の波長光のみを選択的に回折でき、それ以外の波長を有する入射光の光量損失や迷光の発生を抑制できる。 Further, the wavelength selective diffraction element of the present invention has the above-described relationship between the refractive index nA of the optical material A having high wavelength dispersion and the refractive index nB of the second optical material B having low wavelength dispersion. , Λ 1 , λ 2 , λ 3 diffracts at least one light and transmits the other light. Therefore, when the light of these three wavelength ranges is combined and arranged in a common optical path, it is desired Can be selectively diffracted, and light loss of incident light having other wavelengths and generation of stray light can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
まず、本発明の第1の実施の形態に係る波長選択回折素子10の構成について図1を用いて説明する。なお、本実施の形態に係る波長選択回折素子をBDと、DVD及びCDとの規格に対応させる例を挙げて説明する。また、BD、DVD及びCDの記録再生に用いられる光の波長をそれぞれλ1、λ2及びλ3で表す。ここで、波長λ1、λ2及びλ3の光は、それぞれ、波長405nm帯、660nm帯及び785nm帯の光である。なお、波長405nm帯、660nm帯及び785nm帯とは、それぞれ、405±20nm、660±20nm及び785±20nmの波長範囲をいう。
(First embodiment)
First, the configuration of the wavelength
ここで、図1(a)は、波長選択性回折素子10に波長λ1の光が入射したときの作用を示す模式的な横断面図であり、図1(b)は、波長選択性回折素子10に波長λ2の光が入射したときの作用を示す模式的な横断面図である。
Here, FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing an operation when light having a wavelength λ 1 is incident on the wavelength
図1に示すように、本実施形態に係る波長選択回折素子10は、透明基板11と、透明基板11上に形成され、一方向に延在するように周期的に形成された凹凸形状を有する凹凸部材12と、凹凸部材12の少なくとも凹部を埋めるように充填された充填部材13と、充填部材13の上面に設けられ、充填部材13を保護する透明基板14と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the wavelength
基板面内における凹凸部材12が延在する方向は、互いに平行としてもよく、あるいは同心円状としてもよい。凹凸部材12すなわち格子の断面形状は、矩形、鋸歯形状あるいは所望の鋸歯形状を階段状に近似した形状を使用できる。また基板面に対して入射光が入射する有効領域の全面に同様の格子を形成してもよく、基板面内を分割し、分割した部位により格子の伸張方向や断面形状を変化させたり、有効領域の一部のみに格子を形成することもできる。
The directions in which the concavo-
透明基板11及び14は、透光性を有するものであれば特に限定されず、例えばアクリル等のプラスチック基板や、ガラス等の無機材料製の基板を使用できる。信頼性確保の観点からガラス基板で構成されるのが好ましい。量産性を考慮すると透明基板11及び14は図示のような平面が好ましいが、これに限定されず、例えばプラスチックレンズのような基板面が曲面形状である基板を用いてもよい。
The
また、透明基板11及び14上には、反射ロスを低減するため、405nm波長帯(λ1)、660nm波長帯(λ2)及び785nm波長帯(λ3)の光の反射防止膜を付与することが好ましい。反射防止膜としては、さらに波長330nm以下の紫外光を遮断する性質を有するものも使用できる。
Further, on the
波長選択回折素子10の格子形状としては、例えばバイナリ形状、ブレーズ形状、疑似ブレーズ形状(マルチレベル構造の階段状格子形状)、フレネル形状等が挙げられる。
これらの格子形状は、例えばフォトリソグラフィーとエッチングとを繰り返すことにより形成できる。また、これに限らず、ブレーズ形状や他の任意の凹凸形状も含め、上記の格子形状は、切削加工や研削加工、金型を用いたプレス加工、モールドを用いたインプリント法などでも形成できる。
Examples of the grating shape of the wavelength
These lattice shapes can be formed, for example, by repeating photolithography and etching. In addition to the above, the lattice shape including a blaze shape and other arbitrary uneven shapes can also be formed by cutting, grinding, pressing using a mold, imprint using a mold, or the like. .
本実施形態において、凹凸部材12及び充填部材13は、図2に示すように、波長405nm帯(λ1)の入射光に対して異なる屈折率を有し、波長660nm帯(λ2)及び785nm帯(λ3)の入射光に対しては略同じ屈折率を有する光学材料で構成される。なお、前述の「略同じ屈折率」とは、完全に一致する屈折率のみに限定するものではなく、使用上ほぼ同一と見なせる値であればよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the concavo-
本実施形態では、凹凸部材12は、高波長分散性を有する第1の光学材料Aで構成され、充填部材13は、低波長分散性を有する第2の光学材料Bで構成される。
高波長分散性を有する第1の光学材料A及び低波長分散性を有する第2の光学材料Bに関しては、後に詳述する。
In this embodiment, the concavo-
The first optical material A having high wavelength dispersion and the second optical material B having low wavelength dispersion will be described in detail later.
すなわち、本実施形態では、凹凸部材12を構成する第1の光学材料Aの屈折率nA12、及び充填部材13を構成する第2の光学材料Bの屈折率nB13は、波長λ1の光に対して|nA12−nB13|>0.006であり、かつ波長λ2及び波長λ3の光に対して|nA12−nB13|≦0.006の関係を満たしている。
In other words, in the present embodiment, the refractive index nA 12 of the first optical material A constituting the concavo-
波長λ1、λ2、λ3の各波長での、光学材料Aの屈折率nA、及び光学材料Bの屈折率nB、及びこれらの屈折率差は、光学材料Aを形成する光重合性組成物(α)や光学材料Bを形成する光重合性組成物(β)の構成材料及びその配合比率等を適宜調整して、制御できる。 The refractive index nA of the optical material A, the refractive index nB of the optical material B, and the difference between these refractive indexes at the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 are the photopolymerizable composition that forms the optical material A. The constituent material of the photopolymerizable composition (β) that forms the product (α) and the optical material B, the blending ratio thereof, and the like can be appropriately adjusted and controlled.
なお、本実施形態では、凹凸部材12を構成する光学材料Aの波長λ1の光に対する屈折率をnA12(λ1)、充填部材13を構成する光学材料Bの波長λ1の光に対する屈折率をnB13(λ1)とし、凹凸部材12を構成する光学材料Aの波長λ2の光に対する屈折率をnA12(λ2)、充填部材13を構成する光学材料Bの波長λ2の光に対する屈折率をnB13(λ2)としたとき、nA12(λ1)>nB13(λ1)>0、|nA12(λ2)−nB13(λ2)|≦0.006であり、かつ、nA12(λ1)>nA12(λ2)、nB13(λ1)>nB13(λ2)の関係を満たす場合、すなわち正常分散を示す場合について示している。
この場合、nA12(λ1)>nB13(λ1)>nA12(λ2)、nA12(λ1)>nB13(λ1)>nB13(λ2)、|nA12(λ2)−nB13(λ2)|≦0.006の関係を満たしている。
In the present embodiment, the refractive index of the optical material A constituting the concavo-
In this case, nA 12 (λ 1 )> nB 13 (λ 1 )> nA 12 (λ 2 ), nA 12 (λ 1 )> nB 13 (λ 1 )> nB 13 (λ 2 ), | nA 12 (λ 2 ) −nB 13 (λ 2 ) | ≦ 0.006 is satisfied.
したがって、本実施形態に係る波長選択回折素子10に照射された波長λ1の光は、凹凸部材12に進入すると、図1(a)に示すように、波長選択回折素子10によって回折され、回折光を得られる。一方、凹凸部材12に進入した波長λ2の光は、波長選択回折素子10によって回折されることなく、直進透過する。
Therefore, when the light of wavelength λ 1 irradiated to the wavelength
波長λ1の光に対する、第1の光学材料Aの屈折率nA12と第2の光学材料Bの屈折率nB13との差|nA12−nB13|が0.006超だと、波長選択回折素子10により、十分な回折効率が得られる。
波長λ1の光に対する第1の光学材料Aの屈折率nA12と、第2の光学材料Bの屈折率nB13との差|nA12−nB13|は、0.015以上であることがより好ましい。
If the difference | nA 12 −nB 13 | between the refractive index nA 12 of the first optical material A and the refractive index nB 13 of the second optical material B for light of wavelength λ 1 exceeds 0.006, wavelength selection The
The difference | nA 12 −nB 13 | between the refractive index nA 12 of the first optical material A and the refractive index nB 13 of the second optical material B with respect to light having the wavelength λ 1 is 0.015 or more. More preferred.
また、本実施形態において、波長λ2及び波長λ3の光に対する、第1の光学材料Aの屈折率nA12と第2の光学材料Bの屈折率nB13との差|nA12−nB13|が0.006以下だと、波長λ2及び波長λ3の光の回折が生じ難く、光量損失や迷光の発生が抑制される。波長λ2及び波長λ3の光に対する、第1の光学材料Aの屈折率nA12と第2の光学材料Bの屈折率nB13との差|nA12−nB13|は、より好ましくは0.005以下である。 Further, in the present embodiment, the difference between the refractive index nA 12 of the first optical material A and the refractive index nB 13 of the second optical material B with respect to light having the wavelengths λ 2 and λ 3 | nA 12 −nB 13. If | is 0.006 or less, it is difficult for light of wavelengths λ 2 and λ 3 to be diffracted, and light loss and stray light generation are suppressed. The difference | nA 12 −nB 13 | between the refractive index nA 12 of the first optical material A and the refractive index nB 13 of the second optical material B with respect to light having the wavelengths λ 2 and λ 3 is more preferably 0. 0.005 or less.
このとき、例えば凹凸部材12の格子ピッチを調整することにより、回折角度を制御できる。また、格子高さd1や凹凸部材12の格子形状を変化させることにより、直進光の透過効率や回折光の回折効率を調整できる。
このようにして、波長λ1の光に対して回折機能を発現し、波長λ2、λ3の光に対しては機能しない波長選択性回折素子10が得られる。
At this time, for example, the diffraction angle can be controlled by adjusting the grating pitch of the concavo-
In this way, the wavelength-
波長選択回折素子10の格子高さd1は、5μm以上100μm以下が好ましく、5μm以上45μm以下がより好ましく、5μm以上30μm以下がさらに好ましい。格子高さd1が5μm以上であると、所望の回折効率が得られる。一方、格子高さd1が100μm以下だと、外圧等による、波長選択回折素子10の各構成部材の破損が生じ難い。
The grating height d 1 of the wavelength
波長選択回折素子10の格子ピッチは、1μm以上1mm以下が好ましく、1μm以上100μm以下がより好ましく、1μm以上50μm以下がさらに好ましい。
格子ピッチが1μm以上であると、波長選択回折素子10を効率的に製造できる。一方、格子ピッチが1mm以下だと、所望の回折効率が得られる。
The grating pitch of the wavelength
When the grating pitch is 1 μm or more, the wavelength
波長選択回折素子10において、回折素子10全体の厚み1μm以上30μm以下における、波長λ2及びλ3の光に対する0次回折効率(透過率)は、90%以上であることが好ましい。
In the wavelength
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施の形態に係る波長選択回折素子20について図面を用いて説明する。なお、本発明の第1実施形態に係る波長選択回折素子10と同様に、本実施形態に係る波長選択回折素子20をBD、DVD、CDの規格に対応させる例を挙げて説明し、重複する説明は省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a wavelength
ここで、図3(a)は、波長選択性回折素子20に波長λ1の光が入射したときの作用を示す模式的な横断面図であり、図3(b)は、波長選択性回折素子20に波長λ2の光が入射したときの作用を示す模式的な横断面図である。
Here, FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing an operation when light having a wavelength λ 1 is incident on the wavelength
図3に示すように、本実施の形態に係る波長選択回折素子20は、透明基板21と、透明基板21上に形成され、一方向に延在するように周期的に形成された凹凸形状を有する凹凸部材22と、凹凸部材22の少なくとも凹部を埋めるように充填された充填部材23と、充填部材23の上面に設けられ、充填部材23を保護する透明基板24と、を備えている。
As shown in FIG. 3, the wavelength
本実施形態において、凹凸部材22及び充填部材23は、図4に示すように、波長405nm帯(λ1)の入射光に対して略同じ屈折率を有し、波長660nm帯(λ2)及び785nm帯(λ3)の入射光に対しては異なる屈折率を有する光学材料で構成されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the concavo-
本実施形態では、凹凸部材22は、低波長分散性を有する第2の光学材料Bで構成され、充填部材23は、高波長分散性を有する第1の光学材料Aで構成される。高波長分散性を有する第1の光学材料A及び低波長分散性を有する第2の光学材料Bに関しては、後に詳述する。
In this embodiment, the concavo-
すなわち、本実施形態では、凹凸部材22を構成する第2の光学材料Bの屈折率nB22、及び充填部材23を構成する第1の光学材料Aの屈折率nA23は、波長λ1の光に対して|nA23−nB22|≦0.006であり、かつ前記波長λ2及び前記波長λ3の光に対して|nA23−nB22|>0.006の関係を満たしている。
That is, in the present embodiment, the refractive index nB 22 of the second optical material B constituting the concavo-
波長λ1、λ2、λ3の各波長での、光学材料Aの屈折率nA、及び光学材料Bの屈折率nB、及びこれらの屈折率差は、光学材料Aを形成する光重合性組成物(α)や光学材料Bを形成する光重合性組成物(β)の構成材料及びその配合比率等を適宜調整して、制御できる。 The refractive index nA of the optical material A, the refractive index nB of the optical material B, and the difference between these refractive indexes at the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 are the photopolymerizable composition that forms the optical material A. The constituent material of the photopolymerizable composition (β) that forms the product (α) and the optical material B, the blending ratio thereof, and the like can be appropriately adjusted and controlled.
なお、本実施形態では、充填部材23を構成する光学材料Aの波長λ1の光に対する屈折率をnA23(λ1)、凹凸部材22を構成する光学材料Bの波長λ1の光に対する屈折率をnB22(λ1)とし、充填部材23を構成する光学材料Aの波長λ2の光に対する屈折率をnA23(λ2)、凹凸部材22を構成する光学材料Bの波長λ2の光に対する屈折率をnB22(λ2)としたとき、|nA23(λ1)−nB22(λ1)|≦0.006、nB22(λ2)>nA23(λ2)>0であり、かつ、nA23(λ1)>nA23(λ2)、nB22(λ1)>nB22(λ2)の関係を満たす場合、すなわち正常分散を示すについて示している。
この場合、nB22(λ1)>nB22(λ2)>nA23(λ2)、nA23(λ1)>nB22(λ2)>nA23(λ2)、|nA23(λ1)−nB22(λ1)|≦0.006の関係を満たしている。
In the present embodiment, the refractive index of the optical material A constituting the filling
In this case, nB 22 (λ 1 )> nB 22 (λ 2 )> nA 23 (λ 2 ), nA 23 (λ 1 )> nB 22 (λ 2 )> nA 23 (λ 2 ), | nA 23 (λ 1 ) −nB 22 (λ 1 ) | ≦ 0.006 is satisfied.
したがって、本実施形態に係る波長選択性回折素子20に照射された波長λ1の光は、凹凸部材22、充填部材23での屈折率がそれぞれ略等しいため、図3(a)に示すように、波長選択性回折素子20による回折作用を受けることなく凹凸部材22を直進透過する。
一方、波長λ2の光は、凹凸部材22の屈折率と充填部材23の屈折率が異なるため、凹凸部材22に進入すると、図3(b)に示すように、その屈折率差によって回折され、回折光が得られる。
Therefore, the light with the wavelength λ 1 irradiated to the wavelength
On the other hand, the light of wavelength λ 2 is diffracted by the difference in refractive index when entering the concavo-
本実施形態において、波長λ2及び波長λ3の光に対する、第1の光学材料Aの屈折率nA23と第2の光学材料Bの屈折率nB22との差|nA23−nB22|が0.006超だと、波長選択回折素子20により、十分な回折効率が得られる。
波長λ2及び波長λ3の光に対する、第1の光学材料Aの屈折率nA23と第2の光学材料Bの屈折率nB22との差|nA23−nB22|は、0.013以上がより好ましい。
In the present embodiment, the difference | nA 23 −nB 22 | between the refractive index nA 23 of the first optical material A and the refractive index nB 22 of the second optical material B with respect to light having the wavelengths λ 2 and λ 3 is If it exceeds 0.006, sufficient diffraction efficiency is obtained by the wavelength
The difference | nA 23 −nB 22 | between the refractive index nA 23 of the first optical material A and the refractive index nB 22 of the second optical material B with respect to light having the wavelengths λ 2 and λ 3 is 0.013 or more. Is more preferable.
また、本実施形態において、波長λ1の光に対する、第1の光学材料Aの屈折率nA23と第2の光学材料Bの屈折率nB22との差|nA23−nB22|が0.006以下だと、波長λ1の光の回折が生じ難く、光量損失や迷光の発生が抑制される。
波長λ1の光に対する第1の光学材料Aの屈折率nA23と、第2の光学材料Bの屈折率nB22との差|nA23−nB22|は、より好ましくは0.005以下である。
In this embodiment, the difference | nA 23 −nB 22 | between the refractive index nA 23 of the first optical material A and the refractive index nB 22 of the second optical material B with respect to light having the wavelength λ 1 is 0. If it is 006 or less, it is difficult for light of wavelength λ 1 to be diffracted, and light quantity loss and stray light are suppressed.
The difference | nA 23 −nB 22 | between the refractive index nA 23 of the first optical material A and the refractive index nB 22 of the second optical material B with respect to light having the wavelength λ 1 is more preferably 0.005 or less. is there.
このとき、例えば格子高さd2、凹凸部材22の格子形状などを調整することにより、回折効率を調整できる。また、凹凸部材22の格子ピッチを調整することにより、回折角度を制御できる。このようにして、波長λ1の光に対しては機能せず、波長λ2、λ3の光に対して回折機能を発現する波長選択性回折素子20が得られる。
At this time, for example, the diffraction efficiency can be adjusted by adjusting the grating height d 2 and the grating shape of the concavo-
なお、波長選択回折素子20の格子高さd2、格子ピッチの好ましい範囲は、上記第1実施形態で説明した、波長選択回折素子10の格子高さd1、格子ピッチの好適な範囲と同様である。
The preferable range of the grating height d 2 and the grating pitch of the wavelength
波長選択回折素子20において、回折素子20全体の厚み1μm以上30μm以下における、波長λ2及びλ3の光に対する1次回折効率は、20%以上が好ましい。
但し、回折素子20全体の厚みが1μm以上5μmの場合、波長λ2及びλ3の光に対する1次回折効率が20%以下であっても、波長λ1の光に対し、90%以上の0次回折効率(透過率)を得られる場合には、波長選択回折素子として用いるメリットを有する場合がある。したがって、この場合には、必ずしも1次回折効率は、20%以上でなくてもよい。
In the wavelength
However, when the thickness of the
また、波長選択回折素子20において、回折素子20全体の厚み1μm以上30μm以下における波長λ1の光に対する0次回折効率(透過率)は、90%以上が好ましい。
Further, in the wavelength
[光重合性組成物(β)]
低波長分散性を有する第2の光学材料Bは、重合性結合基を有する表面修飾剤で表面被覆された平均粒子径3nm以上15nm以下の酸化ジルコニウム粒子と、1個の重合性基と炭素数10以上14以下の脂環式構造を有する一官能性化合物と、を含有する光重合性組成物(β)を光重合してなる硬化体で構成されている。
[Photopolymerizable composition (β)]
The second optical material B having low wavelength dispersion is composed of zirconium oxide particles having an average particle diameter of 3 nm or more and 15 nm or less coated with a surface modifier having a polymerizable binding group, one polymerizable group, and the number of carbon atoms. It is comprised with the hardening body formed by photopolymerizing the photopolymerizable composition ((beta)) containing the monofunctional compound which has 10 or more and 14 or less alicyclic structure.
(酸化ジルコニウム)
酸化ジルコニウム粒子は、光重合性組成物の屈折率や波長分散性等の光学特性を制御するため重合性モノマー中に添加、分散させる。
酸化ジルコニウムは、酸化アルミニウム等の他の無機微粒子と比較して、屈折率が高く、かつ屈折率の波長分散性が小さいため、これを重合性モノマー中に分散させることで、高屈折率、かつ低波長分散性を有する光重合性組成物(β)が得られる。
また、酸化ジルコニウムは400〜800nmの可視域に吸収帯を有しないため、光照射による樹脂材料の変性が抑制された組成物(β)である。
(Zirconium oxide)
Zirconium oxide particles are added and dispersed in the polymerizable monomer in order to control optical properties such as the refractive index and wavelength dispersion of the photopolymerizable composition.
Zirconium oxide has a higher refractive index and smaller wavelength dispersion of the refractive index than other inorganic fine particles such as aluminum oxide. Therefore, by dispersing this in a polymerizable monomer, zirconium oxide has a high refractive index, and A photopolymerizable composition (β) having low wavelength dispersion is obtained.
In addition, since zirconium oxide does not have an absorption band in the visible range of 400 to 800 nm, it is a composition (β) in which modification of the resin material due to light irradiation is suppressed.
酸化ジルコニウムは、単斜晶系、正方晶、立方晶などの結晶形態をとり得るが、本発明の目的(高屈折率、低波長分散)に沿うものであれば、いずれの結晶形態でもよい。
また、酸化ジルコニウムは、結晶体でもよく、アモルファスでもよく、高屈折率を得る観点からは、結晶体が好ましい。
Zirconium oxide can take a crystal form such as monoclinic system, tetragonal crystal, cubic crystal, etc., but any crystal form may be used as long as it meets the purpose of the present invention (high refractive index, low wavelength dispersion).
Zirconium oxide may be crystalline or amorphous, and is preferably crystalline from the viewpoint of obtaining a high refractive index.
酸化ジルコニウム粒子の平均粒子径は、3nm以上15nm以下である。
酸化ジルコニウム粒子の平均粒子径が3nm以上であると、その粒子表面積の増大が抑制され、組成物中における、酸化ジルコニウム粒子の体積当たりの表面修飾剤量の増大が抑制される。このため、表面修飾剤量の増大による、組成物中の酸化ジルコニウムの含有率の相対的な低下が抑制され、屈折率を高める効果を十分に得られる。
また、酸化ジルコニウム粒子の平均粒子径が3nm以上であると、適度の添加量で十分な屈折率を得ることができ、組成物の粘度上昇が抑制される。したがって、これを基板上に塗布する場合、塗布量や面内分布を制御し易く、優れた成形性を得られる。
一方、酸化ジルコニウム粒子の平均粒子径が15nm以下だと、凝集粒子による二次粒子の平均粒径が30nm以下となり、光硬化後の光学材料Bにおいて、散乱による透過損失が生じず、優れた透過率を得られる。
粘度上昇による成形性の低下を抑制するとともに、高屈折率かつ高透過率を得る観点から、酸化ジルコニウム粒子の平均粒子径は、6nm以上14nm以下であることがより好ましい。
また、酸化ジルコニウム粒子の、平均粒子径分布における30nm以上の粒子の割合は1%未満が好ましい。
The average particle diameter of the zirconium oxide particles is 3 nm or more and 15 nm or less.
When the average particle diameter of the zirconium oxide particles is 3 nm or more, an increase in the particle surface area is suppressed, and an increase in the amount of the surface modifier per volume of the zirconium oxide particles in the composition is suppressed. For this reason, the relative fall of the content rate of the zirconium oxide in a composition by the increase in the amount of surface modifiers is suppressed, and the effect which raises a refractive index is fully acquired.
Further, when the average particle diameter of the zirconium oxide particles is 3 nm or more, a sufficient refractive index can be obtained with an appropriate addition amount, and an increase in the viscosity of the composition is suppressed. Therefore, when this is applied on the substrate, the application amount and the in-plane distribution can be easily controlled, and excellent moldability can be obtained.
On the other hand, when the average particle diameter of the zirconium oxide particles is 15 nm or less, the average particle diameter of the secondary particles by the aggregated particles is 30 nm or less, and in the optical material B after photocuring, transmission loss due to scattering does not occur and excellent transmission is achieved. You can get a rate.
The average particle diameter of the zirconium oxide particles is more preferably 6 nm or more and 14 nm or less from the viewpoint of suppressing a decrease in moldability due to an increase in viscosity and obtaining a high refractive index and a high transmittance.
Further, the proportion of particles of 30 nm or more in the average particle size distribution of zirconium oxide particles is preferably less than 1%.
(表面修飾剤)
表面被覆剤は、酸化ジルコニウム粒子と重合性モノマー成分との相溶性を高めるため、当該粒子表面を被覆して設けるものであり、重合性基を有するものであれば、特に限定なく使用できる。
(Surface modifier)
The surface coating agent is provided so as to cover the surface of the particles in order to enhance the compatibility between the zirconium oxide particles and the polymerizable monomer component, and can be used without particular limitation as long as it has a polymerizable group.
表面修飾剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤、有機酸(カルボン酸類、スルホン酸類、リン酸類、ホスホン酸類等)または有機酸基を持つ分散剤などが用いられる。これらの中でも、シランカップリング剤は、酸化ジルコニウムとの反応により、粒子表面にメタロキサン結合(Si−OM)を形成して高い安定性を得られるとともに、吸湿性が少ないため好ましい。 Examples of the surface modifier include silane coupling agents, titanate coupling agents, aluminate coupling agents, organic acids (carboxylic acids, sulfonic acids, phosphoric acids, phosphonic acids, etc.) or dispersants having organic acid groups. Used. Among these, a silane coupling agent is preferable because it can form a metalloxane bond (Si-OM) on the particle surface by reaction with zirconium oxide to obtain high stability and has low hygroscopicity.
なお、シランカップリング剤と酸化ジルコニウムとの反応は、従来知られている条件を適用可能であり、例えば、酸やアルカリなどの触媒を用いてもよく、また加熱してもよい。 In addition, conventionally known conditions can be applied to the reaction between the silane coupling agent and zirconium oxide. For example, a catalyst such as an acid or an alkali may be used, or heating may be performed.
表面修飾剤の重合性基としては、特に限定されないが、二重結合を含む基は、後述する光重合性化合物の(メタ)アクリル基等との反応により緻密な硬化物(光学材料)を形成できるため好適に用いられる。具体的には、例えばアクリル基、メタクリル基、アリル基、ビニル基が好ましく挙げられる。
これらの中でも、アクリル基、メタクリル基は、光重合性組成物において、温度変化に伴う屈折率の変動が抑えられるため重合性基として好ましい。
The polymerizable group of the surface modifier is not particularly limited, but the group containing a double bond forms a dense cured product (optical material) by reaction with the (meth) acrylic group of the photopolymerizable compound described later. Since it can be used, it is preferably used. Specifically, for example, an acryl group, a methacryl group, an allyl group, and a vinyl group are preferable.
Among these, an acryl group and a methacryl group are preferable as the polymerizable group in the photopolymerizable composition because a change in refractive index accompanying a temperature change can be suppressed.
シランカップリング剤としては、例えば下記一般式(1)〜(5)の化合物を使用できる。 As the silane coupling agent, for example, compounds represented by the following general formulas (1) to (5) can be used.
式(1)で表される化合物(化合物(1))としては、例えば3−メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランが挙げられる。
化合物(1)としては、より好ましくは、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランである。
Examples of the compound represented by the formula (1) (compound (1)) include 3-methacryloxypropyldimethylmethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, and 3-methacryloxy. Examples include propyldimethylethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, and 3-acryloxypropyltrimethoxysilane.
More preferably, the compound (1) is 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane or 3-acryloxypropyltrimethoxysilane.
式(2)で表される化合物(化合物(2))としては、例えば3−アリルオキシエチルトリメトキシシラン、3−アリルオキシエチルトリエトキシシラン、2−アリルオキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられ、好ましくは3−アリルオキシプロピルトリメトキシシランである。 Examples of the compound represented by formula (2) (compound (2)) include 3-allyloxyethyltrimethoxysilane, 3-allyloxyethyltriethoxysilane, 2-allyloxypropyltrimethoxysilane, and the like. 3-Allyloxypropyltrimethoxysilane is preferred.
式(3)で表される化合物(化合物(3))としては、具体的には、例えばビニルオキシトリメトキシシラン、ビニルオキシトリエトキシシラン、が挙げられ、好ましくはビニルオキシトリメトキシシランである。 Specific examples of the compound represented by the formula (3) (compound (3)) include vinyloxytrimethoxysilane and vinyloxytriethoxysilane, with vinyloxytrimethoxysilane being preferred.
式(4)で表される化合物(化合物(4))としては、例えばビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、が挙げられ、好ましくはビニルトリメトキシシランである。 Examples of the compound represented by formula (4) (compound (4)) include vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, and allyltrimethoxysilane, and vinyltrimethoxysilane is preferable.
式(5)で表される化合物(化合物(5))としては、例えば5−(ビシクロヘプテニル)トリエトキシシラン、(ビシクロヘプテニル)エチルトリメトキシシランが挙げられ、好ましくは(ビシクロヘプテニル)エチルトリメトキシシランである。 Examples of the compound represented by formula (5) (compound (5)) include 5- (bicycloheptenyl) triethoxysilane and (bicycloheptenyl) ethyltrimethoxysilane, and preferably (bicycloheptenyl). Ethyltrimethoxysilane.
上記化合物(1)〜(5)の中でも、一般式(1)で示される化合物(1)は、(メタ)アクリル基により、温度変化に伴う屈折率の変動が抑えられており、また重合性モノマー成分と反応して緻密な成形体を得られるため、好適に用いられる。 Among the above compounds (1) to (5), the compound (1) represented by the general formula (1) has a (meth) acrylic group, and its refractive index variation due to temperature change is suppressed, and it is polymerizable. Since it reacts with the monomer component to obtain a dense molded body, it is preferably used.
表面修飾剤の添加量は、酸化ジルコニウム粒子に対して15〜40質量%が好ましい。
表面修飾剤の添加量が、酸化ジルコニウム粒子に対して15質量%以上であると、酸化ジルコニウムと樹脂との相溶性が十分に高められる。
一方、表面修飾剤の添加量が、酸化ジルコニウム粒子に対して40質量%以下だと、光重合性組成物(β)における酸化ジルコニウムの含有量の相対的な低下が抑制され、十分な屈折率が得られる。
The addition amount of the surface modifier is preferably 15 to 40% by mass with respect to the zirconium oxide particles.
When the addition amount of the surface modifier is 15% by mass or more with respect to the zirconium oxide particles, the compatibility between the zirconium oxide and the resin is sufficiently enhanced.
On the other hand, when the addition amount of the surface modifier is 40% by mass or less with respect to the zirconium oxide particles, the relative decrease in the content of zirconium oxide in the photopolymerizable composition (β) is suppressed, and a sufficient refractive index is obtained. Is obtained.
光重合性組成物(β)における酸化ジルコニウムの含有量は、45〜70質量%が好ましく、45〜60質量%が好ましい。
酸化ジルコニウムの含有量が45質量%以上であると、光重合性組成物(β)において、十分な屈折率が得られ、例えば波長589nmにおいて1.6以上の屈折率が得られる。
一方、酸化ジルコニウムの含有量が70質量%以下だと、光重合性組成物(β)の粘度の上昇が抑制され、これを基板上に塗布する場合、塗布量や面内分布を制御し易く、成形性に優れ、基板上への塗布、成形がし易い。
The content of zirconium oxide in the photopolymerizable composition (β) is preferably 45 to 70% by mass, and preferably 45 to 60% by mass.
When the content of zirconium oxide is 45% by mass or more, a sufficient refractive index is obtained in the photopolymerizable composition (β), and for example, a refractive index of 1.6 or more is obtained at a wavelength of 589 nm.
On the other hand, when the content of zirconium oxide is 70% by mass or less, an increase in the viscosity of the photopolymerizable composition (β) is suppressed, and when this is coated on a substrate, the coating amount and in-plane distribution can be easily controlled. Excellent moldability and easy to apply and mold on the substrate.
(一官能性化合物(I))
一官能性化合物(I)は、紫外線等の照射によって光重合反応を起こすモノマーであり、炭素数10以上14以下の脂環式構造を主骨格とし、かつ1つの分子内に1個の重合性基を有するものである。特に、脂環式構造が三次元的な架橋構造を有するものは、分子が高密度となり、高屈折率を得られるため好ましい。
脂環式構造の炭素数が10以上の場合には、屈折率を高める効果を十分に得られる。また、炭素−炭素間において安定した結合角が十分に確保され、一官能性化合物(I)全体の分子骨格が、歪みの小さい安定なものとなる。
一方、脂環式構造の炭素数が14以下の場合には、室温で液体状態であり、取り扱い易い。脂環式構造の炭素数は、より好ましくは10〜12である。
(Monofunctional compound (I))
The monofunctional compound (I) is a monomer that undergoes a photopolymerization reaction by irradiation with ultraviolet rays or the like, has an alicyclic structure having 10 to 14 carbon atoms as a main skeleton, and one polymerizable in one molecule. It has a group. In particular, those having an alicyclic structure having a three-dimensional cross-linked structure are preferable because the molecules have a high density and a high refractive index can be obtained.
When the carbon number of the alicyclic structure is 10 or more, the effect of increasing the refractive index can be sufficiently obtained. In addition, a stable bond angle between carbon and carbon is sufficiently secured, and the molecular skeleton of the entire monofunctional compound (I) is stable with little distortion.
On the other hand, when the alicyclic structure has 14 or less carbon atoms, it is in a liquid state at room temperature and is easy to handle. The number of carbon atoms in the alicyclic structure is more preferably 10-12.
一官能性化合物(I)の脂環式構造としては、例えば、下記式(6)〜(9)で示されるアダマンタン(式(6)、炭素数10)、トリシクロデカン(式(7)、炭素数10)、テトラシクロドデカン(式(8)、炭素数12)またはジアマンタン(式(9)、炭素数14)等が、高屈折率を得られるため、好適に用いられる。 Examples of the alicyclic structure of the monofunctional compound (I) include adamantane (formula (6), carbon number 10) represented by the following formulas (6) to (9), tricyclodecane (formula (7), Carbon number 10), tetracyclododecane (formula (8), carbon number 12), diamantane (formula (9), carbon number 14), or the like is preferably used because a high refractive index can be obtained.
一官能性化合物(I)の重合性基としては、特に限定されないが、アクリル基、メタクリル基は、光反応性が高いため好適に用いられる。 Although it does not specifically limit as a polymeric group of monofunctional compound (I), Since an acryl group and a methacryl group have high photoreactivity, they are used suitably.
一官能性化合物(I)としては、例えば1−アダマンチルアクリレート、1−アダマンチルメタノールアクリレート、1−アダマンチルエタノールアクリレート、2−メチル−2−アダマンチルアクリレート、2−エチル−2−アダマンチルアクリレート、2−プロピル−2−アダマンチルアクリレート、2−ブチル−2−アダマンチルアクリレート、トリシクロデカンアクリレート、トリシクロデカンメタノールアクリレート、トリシクロデカン−エタノールアクレート、テトラシクロドデカニルアクリレート、ジアマンチルアクリレート、2−メチル−2―ジアマンチルアクリレート、2−エチル−2−ジアマンチルアクリレート、及びそのメタクリレート体が挙げられる。好ましくは、アダマンチルアクリレート、2−メチル−2−アダマンチルアクリレート、2−エチル−2−アダマンチルアクリレート、トリシクロデカンアクリレート、ジアマンチルアクリレートが好ましく挙げられる。 Examples of the monofunctional compound (I) include 1-adamantyl acrylate, 1-adamantyl methanol acrylate, 1-adamantyl ethanol acrylate, 2-methyl-2-adamantyl acrylate, 2-ethyl-2-adamantyl acrylate, 2-propyl- 2-adamantyl acrylate, 2-butyl-2-adamantyl acrylate, tricyclodecane acrylate, tricyclodecane methanol acrylate, tricyclodecane-ethanol acrylate, tetracyclododecanyl acrylate, diamantyl acrylate, 2-methyl-2- Examples include diamantyl acrylate, 2-ethyl-2-diamantyl acrylate, and methacrylates thereof. Preferably, adamantyl acrylate, 2-methyl-2-adamantyl acrylate, 2-ethyl-2-adamantyl acrylate, tricyclodecane acrylate, and diamantyl acrylate are preferably exemplified.
(多官能性化合物(II))
また、光学材料Bを構成する光重合性組成物(β)は、上述した一官能性化合物(I)とともに、多官能性化合物(II)を含有することが好ましい。
多官能性化合物(II)は、紫外線等の照射によって光重合反応を起こすモノマーであり、炭素数10以上14以下の脂環式構造を主骨格とし、かつ1つの分子内に2個以上の重合性基を有するものである。
(Polyfunctional compound (II))
Moreover, it is preferable that the photopolymerizable composition ((beta)) which comprises the optical material B contains polyfunctional compound (II) with the monofunctional compound (I) mentioned above.
The polyfunctional compound (II) is a monomer that undergoes a photopolymerization reaction upon irradiation with ultraviolet rays or the like, has an alicyclic structure having 10 to 14 carbon atoms as a main skeleton, and two or more polymerizations in one molecule. It has a sex group.
光重合性組成物(β)は、重合性モノマー成分としての一官能性化合物(I)が、柔軟性の小さい脂環式構造を有するうえ、さらに、柔軟性に劣る酸化ジルコニウム粒子を含むため、光硬化後の成型体は脆くなりやすく、重合性モノマー成分を一官能性化合物(I)のみとした場合、光インプリントのモールドの離型時に破壊等を生じ易くなる。このような傾向は、酸化ジルコニウム粒子の粒子径の増加や、その含有量の増大により、より顕著となる。
光重合性組成物(β)では、一官能性化合物(I)とともに、さらに多官能性化合物(II)を含有させることで、光重合性組成物(β)を硬化した成型体において、脆性が改善され、離型性に優れた光学材料Bが得られる。
In the photopolymerizable composition (β), the monofunctional compound (I) as a polymerizable monomer component has a low-flexibility alicyclic structure, and further contains zirconium oxide particles that are inferior in flexibility. The molded body after photocuring tends to be brittle, and when the polymerizable monomer component is only the monofunctional compound (I), breakage or the like is likely to occur when the mold of the photoimprint is released. Such a tendency becomes more conspicuous as the particle diameter of the zirconium oxide particles increases and the content thereof increases.
In the photopolymerizable composition (β), in addition to the monofunctional compound (I), the polyfunctional compound (II) is further contained, so that the molded body obtained by curing the photopolymerizable composition (β) has brittleness. An optical material B that is improved and excellent in releasability is obtained.
多官能性化合物(II)の脂環式構造は、上述した一官能性化合物(I)と同様、三次元的な架橋構造を有するものが、分子構造が高密度となり、高屈折率を得られるため好ましい。 As in the case of the monofunctional compound (I), the alicyclic structure of the polyfunctional compound (II) has a three-dimensional cross-linked structure, which has a high molecular structure and a high refractive index. Therefore, it is preferable.
脂環式骨格の炭素数が10以上の場合には、屈折率を高める効果が十分に得られる。また、炭素−炭素間において安定した結合角が十分に確保され、多官能性化合物(II)全体の分子骨格が、歪みの小さい安定なものとなる。
一方、脂環式骨格の炭素数が14以下の場合には、室温で液体状態であり、取り扱い易い。脂環式構造の炭素数は、より好ましくは10〜12である。
When the alicyclic skeleton has 10 or more carbon atoms, the effect of increasing the refractive index is sufficiently obtained. In addition, a stable bond angle between carbon and carbon is sufficiently secured, and the molecular skeleton of the entire polyfunctional compound (II) becomes stable with little distortion.
On the other hand, when the alicyclic skeleton has 14 or less carbon atoms, it is in a liquid state at room temperature and is easy to handle. The number of carbon atoms in the alicyclic structure is more preferably 10-12.
多官能性化合物(II)の脂環式構造としては、高屈折率を得る観点から、上述した一官能性化合物(I)のものと同様、上記式(6)〜(9)で示されるアダマンタン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、またはジアマンタン等が好適なものとして挙げられる。 As the alicyclic structure of the polyfunctional compound (II), from the viewpoint of obtaining a high refractive index, the adamantane represented by the above formulas (6) to (9) is the same as that of the monofunctional compound (I) described above. , Tricyclodecane, tetracyclododecane, diamantane and the like are preferable.
多官能性化合物(II)の重合性基としては、特に限定されないが、アクリル基、メタクリル基は、光反応性が高いため好適に用いられる。
多官能性化合物(II)に含まれる重合性基の数は、2以上がよく、より好ましくは2〜4である。
Although it does not specifically limit as a polymeric group of polyfunctional compound (II), Since an acrylic group and a methacryl group have high photoreactivity, they are used suitably.
The number of polymerizable groups contained in the polyfunctional compound (II) is preferably 2 or more, more preferably 2 to 4.
多官能性化合物(II)としては、例えば、トリシクロデカンジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、アダマンタンジアクリレート、アダマンタンジメタノールジアクリレート、ジアマンタンジアクリレート、ジアマンタンジメタノールジアクリレート、アダマンタントリアクリレート等が挙げられ、好ましくは、二官能性のトリシクロデカンジメタノールジアクリレート、アダマンタンジアクリレートが好適なものとして挙げられる。 Examples of the polyfunctional compound (II) include tricyclodecane diacrylate, tricyclodecane dimethanol diacrylate, adamantane diacrylate, adamantane dimethanol diacrylate, diamantane diacrylate, diamantane dimethanol diacrylate, and adamantane tri An acrylate etc. are mentioned, Preferably a bifunctional tricyclodecane dimethanol diacrylate and an adamantane diacrylate are mentioned as a suitable thing.
光重合性組成物(β)における一官能性化合物(I)の含有量は、15質量%以上45質量%以下が好ましく、20質量%以上45質量%以下がより好ましい。
一官能性化合物(I)の含有量が15質量%以上であると、光重合性組成物(β)において適度な粘度を得られ易く、製膜性に優れる。
一方、一官能性化合物(I)の含有量が45質量%以下だと、光重合組成物(β)において、酸化ジルコニウム粒子の含有量を相対的に高めることができ、高い屈折率を得られやすい。
The content of the monofunctional compound (I) in the photopolymerizable composition (β) is preferably 15% by mass or more and 45% by mass or less, and more preferably 20% by mass or more and 45% by mass or less.
When the content of the monofunctional compound (I) is 15% by mass or more, it is easy to obtain an appropriate viscosity in the photopolymerizable composition (β), and the film forming property is excellent.
On the other hand, when the content of the monofunctional compound (I) is 45% by mass or less, the content of zirconium oxide particles can be relatively increased in the photopolymerization composition (β), and a high refractive index can be obtained. Cheap.
光重合性組成物(β)における多官能性化合物(II)の含有量は、1質量%以上30質量%以下が好ましく、5質量%以上20質量%以下がより好ましい。
多官能性化合物(II)の含有量が1質量%以上であると、光重合組成物(β)の硬化体である光学材料Bの外圧による損傷が抑制され、離型時に剥離等が生じ難く、製品の歩留まりが向上する。
一方、多官能性化合物(II)の含有量が30質量%以下だと、光重合性組成物(β)の硬化体である光学材料Bの強度の過度の上昇が抑制され、石英ガラスに対し優れた密着性を得られる。このため、光学材料Bの基板表面からの剥離が生じ難く、製品の歩留まりが向上する。
The content of the polyfunctional compound (II) in the photopolymerizable composition (β) is preferably 1% by mass to 30% by mass, and more preferably 5% by mass to 20% by mass.
When the content of the polyfunctional compound (II) is 1% by mass or more, damage due to the external pressure of the optical material B, which is a cured product of the photopolymerizable composition (β), is suppressed, and peeling or the like hardly occurs during release. , Improve product yield.
On the other hand, when the content of the polyfunctional compound (II) is 30% by mass or less, an excessive increase in the strength of the optical material B, which is a cured product of the photopolymerizable composition (β), is suppressed. Excellent adhesion can be obtained. For this reason, peeling of the optical material B from the substrate surface hardly occurs, and the yield of products is improved.
光重合性組成物(β)における一官能性化合物(I)と多官能性化合物(II)との含有比率(質量比率)は、一官能性化合物(I)/多官能性化合物(II)で1〜40が好ましい。
一官能性化合物(I)/多官能性化合物(II)が1以上であると、光重合組成物(β)の硬化体である光学材料Bの強度の過度の上昇が抑制され、石英ガラス等の基板に対し優れた密着性を得られる。
一方、一官能性化合物(I)/多官能性化合物(II)が40以下だと、光重合組成物(β)の硬化体である光学材料Bにおいて十分な強度を得られ、離型時に破壊等を生じ難い。
The content ratio (mass ratio) of the monofunctional compound (I) and the polyfunctional compound (II) in the photopolymerizable composition (β) is monofunctional compound (I) / polyfunctional compound (II). 1-40 are preferable.
When the monofunctional compound (I) / polyfunctional compound (II) is 1 or more, an excessive increase in the strength of the optical material B, which is a cured product of the photopolymerizable composition (β), is suppressed, and quartz glass, etc. Excellent adhesion to the substrate.
On the other hand, when the monofunctional compound (I) / polyfunctional compound (II) is 40 or less, sufficient strength can be obtained in the optical material B, which is a cured product of the photopolymerizable composition (β), and it is destroyed when released. It is hard to produce etc.
[光重合性組成物(α)]
高波長分散性を有する第1の光学材料Aは、芳香族化合物を含有する光重合性組成物(α)を光重合したものが、高波長分散性に優れるため好ましい。
[Photopolymerizable composition (α)]
As the first optical material A having high wavelength dispersibility, a material obtained by photopolymerizing a photopolymerizable composition (α) containing an aromatic compound is preferable because it is excellent in high wavelength dispersibility.
光重合性組成物(α)における芳香族化合物としては、フェニル骨格、ビフェニル骨格、又はフルオレン骨格を有するものが、より高い高波長分散性を得られるため好ましい。芳香族化合物は、さらに一以上の重合性基を有するものが、光反応性に優れるため好ましい。 As the aromatic compound in the photopolymerizable composition (α), one having a phenyl skeleton, a biphenyl skeleton, or a fluorene skeleton is preferable because higher wavelength dispersibility can be obtained. Aromatic compounds having one or more polymerizable groups are preferred because of excellent photoreactivity.
光重合性組成物(α)に含有させる芳香族化合物としては、例えば下記式(10)〜(12)で示されるものが好ましい。 As an aromatic compound contained in a photopolymerizable composition ((alpha)), what is shown, for example by following formula (10)-(12) is preferable.
但し、上記式(10)〜(12)中の記号は以下の意味を示す。
A:水素原子又は下記式(13)〜(16)から選択される基。
VwH(3−W)C− ・・・ (13)
PhxY(3−x)Si− ・・・ (14)
J−(CH2)m1−CHl(CH3)(2−l)− ・・・(15)
J−(CH2)n1−SiPhp1(CH3)(2−p1)− ・・・(16)
B:下記式(17)〜(18)から選択される基。
J−(CH2)m2−CHk(CH3)(2−k)− ・・・(17)
J−(CH2)n2−SiPhp2(CH3)(2−p2)− ・・・(18)
w:0〜3の整数。
V:メチル基またはエチル基。但し、wが2〜3のときにはVはそれぞれ異なる基であってもよい。
x:0〜3の整数。
Y:メチル基、シクロヘキシル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基およびiso−プロピル基から選択される基。但しxが0又は1のとき、Yは異なる基であってもよい。
J:CH2=CR−COO−、エポキシ基、ビニル基及びビニルエーテル基から選択される基。
R:水素原子又はメチル基。
l:0〜1の整数。
k:0〜2の整数。ただし、Aが水素原子の場合、kは2を除く。
m1、m2:それぞれ独立して0〜12。
n1、n2:それぞれ独立して1〜12。p1、p2:それぞれ独立して0〜2。
However, the symbols in the above formulas (10) to (12) have the following meanings.
A: A hydrogen atom or a group selected from the following formulas (13) to (16).
V w H (3-W) C- (13)
Ph x Y (3-x) Si- (14)
J- (CH 2) m1 -CH l (CH 3) (2-l) - ··· (15)
J- (CH 2) n1 -SiPh p1 (CH 3) (2-p1) - ··· (16)
B: Group selected from the following formulas (17) to (18).
J- (CH 2) m2 -CH k (CH 3) (2-k) - ··· (17)
J- (CH 2) n2 -SiPh p2 (CH 3) (2-p2) - ··· (18)
w: integer of 0-3.
V: A methyl group or an ethyl group. However, when w is 2 to 3, V may be different groups.
x: An integer from 0 to 3.
Y: a group selected from a methyl group, a cyclohexyl group, a tert-butyl group, a sec-butyl group, and an iso-propyl group. However, when x is 0 or 1, Y may be a different group.
J: A group selected from CH 2 ═CR—COO—, an epoxy group, a vinyl group and a vinyl ether group.
R: a hydrogen atom or a methyl group.
l: An integer from 0 to 1.
k: an integer of 0-2. However, k excludes 2 when A is a hydrogen atom.
m 1, m 2: 0~12 independently of each other.
n 1, n 2: each independently 1-12. p 1, p 2: 0~2 independently of each other.
但し、式(13)の置換基V、式(14)のフェニル基及び置換基Y並びに式(15)〜(18)のアルキレン基の水素原子の一部または全部が、メチル基、メトキシ基、フッ素原子に置換されていてもよく、ビフェニル基又はビフェニレン基の水素原子の一部または全部がメチル基、メトキシ基、フッ素原子に置換されていてもよい。 However, a part or all of the hydrogen atoms of the substituent V in the formula (13), the phenyl group and the substituent Y in the formula (14), and the alkylene group in the formulas (15) to (18) are a methyl group, a methoxy group, It may be substituted with a fluorine atom, and a part or all of the hydrogen atoms of the biphenyl group or biphenylene group may be substituted with a methyl group, a methoxy group, or a fluorine atom.
芳香族化合物の重合性基としては、アクリル基、メタクリル基が、光反応性が高いため好適に用いられる。 As the polymerizable group of the aromatic compound, an acryl group or a methacryl group is preferably used because of high photoreactivity.
高波長分散性を有する第1の光学材料Aを構成する光重合性組成物(α)は、一の芳香族化合物を含むものであってもよく、二以上の芳香族化合物を混合したものであってもよい。上記式(10)〜(12)で示される芳香族化合物(以下、芳香族化合物(10)〜(12)と示す。)を、少なくとも一つ含有することが好ましい。
なお、光重合性組成物(α)は、一の化合物のみで構成されてもよく、例えば芳香族化合物(10)〜(12)のいずれか一の化合物のみで構成されてもよい。
The photopolymerizable composition (α) constituting the first optical material A having high wavelength dispersibility may contain one aromatic compound, or a mixture of two or more aromatic compounds. There may be. It is preferable to contain at least one of the aromatic compounds represented by the above formulas (10) to (12) (hereinafter referred to as aromatic compounds (10) to (12)).
In addition, a photopolymerizable composition ((alpha)) may be comprised only with one compound, for example, may be comprised only with any one compound of aromatic compounds (10)-(12).
光重合性組成物(α)における、芳香族化合物(10)〜(12)の含有量は、50質量%以上が好ましい。
芳香族化合物(10)〜(12)の含有量が50質量%以上であると、光重合性組成物(α)の光重合後に得られる光学材料Aにおいて、十分に高い波長分散性が得られる。
The content of the aromatic compounds (10) to (12) in the photopolymerizable composition (α) is preferably 50% by mass or more.
When the content of the aromatic compounds (10) to (12) is 50% by mass or more, sufficiently high wavelength dispersibility is obtained in the optical material A obtained after photopolymerization of the photopolymerizable composition (α). .
光重合性組成物(α)及び光重合性組成物(β)には、光重合開始剤、及び紫外線吸収剤、酸化防止剤、光安定化剤等の安定剤等の、他の成分を添加できる。 To the photopolymerizable composition (α) and the photopolymerizable composition (β), other components such as a photopolymerization initiator and a stabilizer such as an ultraviolet absorber, an antioxidant, and a light stabilizer are added. it can.
(光重合開始剤)
光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、アシルホスフィンオキサイド類、ベンゾイン類、ベンジル類、ミヒラーケトン類、ベンゾインアルキルエーテル類、ベンジルジメチルケタール類等を挙げることができ、上記から1種または2種以上を適宜選択して使用できる。
アセトフェノン類としては、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−12−(ジメチルアミノ)−2−[(4−メチルフェニル)メチル]−1−[4−(4−モルホリニル)フェニル]−1−ブタノン、2−ヒロドキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オン、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン等が挙げられる。
アシルホスフィンオキサイド類としては2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−ホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−ジフェニル−ホスフィンオキサイド等が挙げられる。
(Photopolymerization initiator)
Examples of the photopolymerization initiator include acetophenones, benzophenones, acylphosphine oxides, benzoins, benzyls, Michler ketones, benzoin alkyl ethers, benzyl dimethyl ketals, etc. Two or more kinds can be appropriately selected and used.
As acetophenones, 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one, 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one, 1- [4- (2-hydroxyethoxy) -phenyl] -2-hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl)- Butanone-12- (dimethylamino) -2-[(4-methylphenyl) methyl] -1- [4- (4-morpholinyl) phenyl] -1-butanone, 2-hydroxy-1- {4- [4- (2-Hydroxy-2-methyl-propionyl) -benzyl] phenyl} -2-methyl-propan-1-one, 2-methyl-1- (4-methylthiophenyl) -2-morpholinopropan-1-one, and the like.
Examples of the acylphosphine oxides include 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide, bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) -diphenyl-phosphine oxide, and the like.
光重合開始剤の添加量は、光重合性組成物(α)及び光重合性組成物(β)それぞれにおいて、各光重合性組成物の総量に対して、0.01質量%〜5質量%が好ましく、0.1質量%〜2質量%がより好ましい。
光重合開始剤の添加量が5質量%以下だと、光重合性組成物に着色が生じ難い。
一方、光重合開始剤の添加量が0.01質量%以上だと、光重合反応が十分に進行する。
The addition amount of the photopolymerization initiator is 0.01% by mass to 5% by mass with respect to the total amount of each photopolymerizable composition in each of the photopolymerizable composition (α) and the photopolymerizable composition (β). Is preferable, and 0.1% by mass to 2% by mass is more preferable.
When the addition amount of the photopolymerization initiator is 5% by mass or less, the photopolymerizable composition is hardly colored.
On the other hand, when the addition amount of the photopolymerization initiator is 0.01% by mass or more, the photopolymerization reaction proceeds sufficiently.
紫外線吸収剤としては、例えばTINUBIN P(チバスペシャリディケミカル製)、TINUBIN234(チバスペシャリディケミカル製)、TINUBIN326(チバスペシャリディケミカル製)、TINUBIN328(チバスペシャリディケミカル製)、TINUBIN329(チバスペシャリディケミカル製)、TINUBIN213(チバスペシャリディケミカル製)、TINUBIN571(チバスペシャリディケミカル製)、TINUBIN1577FF(チバスペシャリディケミカル製)が挙げられる。 Examples of the ultraviolet absorber include TINUBIN P (manufactured by Ciba Specialty Chemical), TINUBIN 234 (manufactured by Ciba Specialty Chemical), TINUBIN 326 (manufactured by Ciba Specialty Chemical), TINUBIN 328 (manufactured by Ciba Specialty Chemical), and TINUBIN 329 (Ciba Specialty Chemical). TINUBIN 213 (manufactured by Ciba Specialty Chemical), TINUBIN 571 (manufactured by Ciba Specialty Chemical), TINUBIN 1577FF (manufactured by Ciba Specialty Chemical).
酸化防止剤としては、例えば2−ノルマルドデシルフェノール、パラ−メトキシフェノール、ペンタエリスリチル・テトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](IRGANOX1010、チバスペシャリディケミカル製)、2,2−チオ−ジエチレンビス[2−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](IRGANOX1035、チバスペシャリディケミカル製)、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート(IRGANOX1076、チバスペシャリディケミカル製)、N,N‘−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)(IRGANOX1098、チバスペシャリディケミカル製)、イソオクチル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート(IRGANOX1135、チバスペシャリディケミカル製)、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン(IRGANOX1330、チバスペシャリディケミカル製)、2,4−ビス[(オクチルチオ)メチル]−o−クレゾール(IRGANOX1520L、チバスペシャリディケミカル製)、トリエチレングリコール−ビス[3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](IRGANOX245、チバスペシャリディケミカル製)、1,6−ヘキサンジオール−ビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](IRGANOX259、チバスペシャリディケミカル製)、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン(IRGANOX565、チバスペシャリディケミカル製)、3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸オクタデシル(AO−50、ADEKA製)、テトラ3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロポキシブタン(AO−60、ADEKA製)、3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸メチル(AO−50Me、ADEKA製)、3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニルプロピオン酸イソオクチル(AO−50iso−Octyl、ADEKA製)、ヒドロキノン等が挙げられる。 Examples of the antioxidant include 2-normal dodecylphenol, para-methoxyphenol, pentaerythrityl tetrakis [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (IRGANOX 1010, Ciba Specialty Chemical), 2,2-thio-diethylenebis [2- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (IRGANOX 1035, manufactured by Ciba Specialty Chemicals), octadecyl-3- (3 5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate (IRGANOX1076, manufactured by Ciba Specialty Chemicals), N, N′-hexamethylenebis (3,5-di-t-butyl-4-hydroxy-hydrocinnama) Mid) (IRGANOX 1098, Ciba ), Isooctyl-3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate (IRGANOX 1135, manufactured by Ciba Specialty Chemicals), 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) benzene (IRGANOX 1330, manufactured by Ciba Specialty Chemicals), 2,4-bis [(octylthio) methyl] -o-cresol (IRGANOX 1520L, manufactured by Ciba Specialty Chemicals) ), Triethylene glycol-bis [3- (3-t-butyl-5-methyl-4-hydroxyphenyl) propionate] (IRGANOX245, manufactured by Ciba Specialty Chemicals), 1,6-hexanediol-bis [3- ( 3,5-di-tert-butyl-4-hydride Xylphenyl) propionate] (IRGANOX259, manufactured by Ciba Specialty Chemicals), 2,4-bis- (n-octylthio) -6- (4-hydroxy-3,5-di-t-butylanilino) -1,3,5- Triazine (IRGANOX565, manufactured by Ciba Specialty Chemicals), octadecyl 3- (3 ′, 5′-di-t-butyl-4′-hydroxyphenyl) propionate (AO-50, manufactured by ADEKA), tetra-3- (3 ′ , 5′-di-t-butyl-4′-hydroxyphenyl) propoxybutane (AO-60, manufactured by ADEKA), 3- (3 ′, 5′-di-t-butyl-4′-hydroxyphenyl) propionic acid Methyl (AO-50Me, manufactured by ADEKA), 3- (3 ′, 5′-di-t-butyl-4′-hydroxyphenylpropionic acid) Sooctyl (AO-50iso-Octyl, manufactured by ADEKA), hydroquinone and the like can be mentioned.
光安定化剤としては、例えばTINUBIN144(チバスペシャリディケミカル製)、TINUBINTINUBIN765(チバスペシャリディケミカル製)、TINUBIN770DF(チバスペシャリディケミカル製)、CHIMASSORB2020FDL(チバスペシャリディケミカル製)、CHIMASSORB944DL(チバスペシャリディケミカル製)、TINUBIN622LD(チバスペシャリディケミカル製)、TINUBIN123(チバスペシャリディケミカル製)、LA62(ADEKA製)、LA67(ADEKA製)等が挙げられる。 Examples of the light stabilizer include TINUBIN 144 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), TINUBINTINUBIN 765 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), TINUBIN 770DF (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), CHIMASSORB 2020FDL (manufactured by Ciba Specialty Chemicals), and CHIMASSORB TINUBIN 622LD (manufactured by Ciba Specialty Chemical), TINUBIN 123 (manufactured by Ciba Specialty Chemical), LA62 (manufactured by ADEKA), LA67 (manufactured by ADEKA) and the like.
紫外線吸収剤、酸化防止剤、光安定化剤等の安定化剤の含有量は、その合計量が、光重合性組成物(α)及び光重合性組成物(β)それぞれにおいて、各光重合性組成物の全体量(100質量%)に対して5質量%以下が好ましく、2質量%以下がより好ましい。
安定化剤が5質量%以下だと、青色レーザーに対する耐久性に優れ、また耐候性に優れる。
The content of stabilizers such as ultraviolet absorbers, antioxidants, and light stabilizers is the total amount of each photopolymerization in the photopolymerizable composition (α) and the photopolymerizable composition (β). 5 mass% or less is preferable with respect to the whole quantity (100 mass%) of an adhesive composition, and 2 mass% or less is more preferable.
When the stabilizer is 5% by mass or less, the durability against blue laser is excellent and the weather resistance is excellent.
[光重合性組成物(β)の製造方法]
光重合性組成物(β)は、表面被覆された酸化ジルコニウム粒子、一官能性化合物(I)、多官能性化合物(II)を、上述した重合開始剤、安定化剤等の他の成分と混合して製造できる。
[Method for Producing Photopolymerizable Composition (β)]
The photopolymerizable composition (β) comprises surface-coated zirconium oxide particles, monofunctional compound (I), polyfunctional compound (II) and other components such as the polymerization initiator and stabilizer described above. Can be manufactured by mixing.
光重合性組成物(β)の製造には、製造工程の便宜のため、溶媒を用いてもよい。
溶媒は、一官能性化合物(I)、多官能性化合物(II)、光重合開始剤、安定化剤のうちの少なくとも一つを溶解させる化合物であり、常圧における沸点が200℃以下の化合物が好ましく、150℃以下の化合物がより好ましい。沸点が200℃以下の化合物では、該化合物を除去するのに高温での加熱を要しないため、該化合物を除去する際に、一官能性化合物(I)、多官能性化合物(II)、光重合開始剤、安定化剤の変質や揮散等が生じ難い。
In the production of the photopolymerizable composition (β), a solvent may be used for the convenience of the production process.
The solvent is a compound that dissolves at least one of the monofunctional compound (I), the polyfunctional compound (II), the photopolymerization initiator, and the stabilizer, and has a boiling point of 200 ° C. or less at normal pressure. Are preferred, and compounds of 150 ° C. or lower are more preferred. A compound having a boiling point of 200 ° C. or lower does not require heating at a high temperature to remove the compound. Therefore, when removing the compound, the monofunctional compound (I), polyfunctional compound (II), light Deterioration or volatilization of polymerization initiators and stabilizers hardly occurs.
溶媒としては、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、トルエン、キシレン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、酢酸イソブチル、酢酸nブチル、酢酸イソペンチル、酪酸エチル、PGMEA、ブタノール、tert−ブタノール、2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノン、γ-ブチロラクトン、シクロヘキサノン、N−メチル−2−ピロリジノン等が挙げられる。 Solvents include dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, dichloroethane, cyclohexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, toluene, xylene, diethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, isobutyl acetate, nbutyl acetate, isopentyl acetate, ethyl butyrate, PGMEA, butanol, Examples thereof include tert-butanol, 2-butanone, 4-methyl-2-pentanone, γ-butyrolactone, cyclohexanone, N-methyl-2-pyrrolidinone and the like.
光重合性組成物(β)の製造方法は、具体的には、例えば(i)酸化ジルコニウム粒子を溶媒に分散させた分散液(以下、単に酸化ジルコニウム粒子の分散液ともいう)から溶媒を除去した後、一官能性化合物(I)、多官能性化合物(II)、重合開始剤、安定剤を添加して混合する方法、(ii)酸化ジルコニウム粒子の分散液に、一官能性化合物(I)、多官能性化合物(II)、重合開始剤、安定剤を添加した後、溶媒を除去して混合する方法、(iii)酸化ジルコニウム粒子の分散液に一官能性化合物(I)を添加し、溶媒を除去した後、多官能性化合物(II)と重合開始剤、安定剤を添加し、混合する方法などが挙げられる。 Specifically, the photopolymerizable composition (β) can be produced by removing the solvent from, for example, (i) a dispersion in which zirconium oxide particles are dispersed in a solvent (hereinafter also simply referred to as a dispersion of zirconium oxide particles). Then, the monofunctional compound (I), the polyfunctional compound (II), a polymerization initiator, a method of adding a stabilizer and mixing, (ii) the monofunctional compound (I ), Adding a polyfunctional compound (II), a polymerization initiator and a stabilizer, then removing the solvent and mixing, (iii) adding the monofunctional compound (I) to the dispersion of zirconium oxide particles And a method of adding a polyfunctional compound (II), a polymerization initiator and a stabilizer and mixing them after removing the solvent.
光重合性組成物(β)の残留溶媒量は、光重合性組成物(β)全体(100質量%)に対して1質量%以下が好ましく、0.5質量%以下がより好ましい。光重合性組成物(β)の残留溶媒量が1質量%以下だと、光重合性組成物(β)の成形体内部での気泡の発生が生じ難く、均一な光学材料Bが得られる。また、光重合性組成物(β)中の溶媒による、基板表面の損傷も生じ難い。
さらに、上述した一官能性化合物(I)等の脂環式化合物は昇華し易いため、光重合性組成物(β)の残留溶媒量が多いと、加熱処理により溶媒を除去する際に、組成比率の変動が生じ易く、各成分組成の精密な調整が困難となり、光硬化後に得られる光学材料Bにおいて、屈折率にバラツキが生じ易い。
光重合性組成物(β)の残留溶媒量が光重合性組成物(β)全体に対して1質量%以下だと、溶媒除去に伴う上述した現象が生じ難く、屈折率のバラツキが抑制される。
The residual solvent amount of the photopolymerizable composition (β) is preferably 1% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or less, with respect to the entire photopolymerizable composition (β) (100% by mass). When the residual solvent amount of the photopolymerizable composition (β) is 1% by mass or less, bubbles are hardly generated in the molded body of the photopolymerizable composition (β), and a uniform optical material B can be obtained. Further, the substrate surface is hardly damaged by the solvent in the photopolymerizable composition (β).
Furthermore, since the alicyclic compound such as the monofunctional compound (I) described above is easily sublimated, if the residual solvent amount of the photopolymerizable composition (β) is large, the composition is removed when the solvent is removed by heat treatment. The ratio is likely to vary, and it is difficult to precisely adjust the composition of each component, and the refractive index of the optical material B obtained after photocuring is likely to vary.
When the residual solvent amount of the photopolymerizable composition (β) is 1% by mass or less with respect to the entire photopolymerizable composition (β), the above-mentioned phenomenon due to solvent removal hardly occurs, and the refractive index variation is suppressed. The
光重合性組成物(α)は、上記式(10)〜(12)等で示される芳香族化合物を、上述した重合開始剤、安定化剤等の他の成分と混合して製造できる。 The photopolymerizable composition (α) can be produced by mixing the aromatic compounds represented by the above formulas (10) to (12) with other components such as the polymerization initiator and the stabilizer described above.
光重合性組成物(α)及び光重合性組成物(β)の各成分の混合は、スターラーチップによる撹拌や、自転公転回転型ミキサー、三本ロールミル、ビーズミル分散機、超音波分散機等を用いた撹拌による方法が挙げられる。 Mixing of each component of the photopolymerizable composition (α) and the photopolymerizable composition (β) is carried out by stirring with a stirrer chip, rotating and rotating rotary mixer, three roll mill, bead mill disperser, ultrasonic disperser, etc. The method by stirring used is mentioned.
光重合性組成物(α)及び光重合性組成物(β)の粘度は、25℃で100mPa・s以上10000mPa・s以下が好ましく、500mPa・s以上8500mPa・s以下がより好ましい。
光重合性組成物の25℃における粘度が10000mPa・s以下であると、外気の巻き込み量が少なく、成形体に気泡が混入しにくく、均一な光学材料が得られる。またこの場合、光重合性組成物において良好な流動性が得られ、基板上に、均一な厚みを有する膜が成膜できる。
一方、光重合性組成物の25℃における粘度が100mPa・s以上であると、例えばスピンコート等による成膜時に、十分な膜厚が確保できる。
The viscosity of the photopolymerizable composition (α) and the photopolymerizable composition (β) is preferably from 100 mPa · s to 10000 mPa · s, more preferably from 500 mPa · s to 8500 mPa · s, at 25 ° C.
When the viscosity at 25 ° C. of the photopolymerizable composition is 10000 mPa · s or less, the amount of outside air is small and bubbles are not easily mixed into the molded body, and a uniform optical material is obtained. In this case, good fluidity is obtained in the photopolymerizable composition, and a film having a uniform thickness can be formed on the substrate.
On the other hand, when the viscosity at 25 ° C. of the photopolymerizable composition is 100 mPa · s or more, a sufficient film thickness can be secured, for example, during film formation by spin coating or the like.
[波長選択回折素子の製造方法]
本発明の波長選択回折素子は、上述した光重合性組成物(α)、光重合性組成物(β)を基材上に塗布した後、これを光硬化させて形成できる。
[Method of manufacturing wavelength selective diffraction element]
The wavelength selective diffraction element of the present invention can be formed by applying the above-described photopolymerizable composition (α) and photopolymerizable composition (β) onto a substrate and then photocuring them.
波長選択回折素子の製造には、公知の方法を用いることができ、格子形状の光学材料を形成する場合には、光インプリントによる加工方法が好ましい。 A known method can be used for manufacturing the wavelength selective diffraction element. When a grating-shaped optical material is formed, a processing method using optical imprinting is preferable.
以下、第1の実施形態の波長選択回折素子10を例に図5を用いて説明する。
Hereinafter, the wavelength
光インプリント法は、例えば以下の(a)〜(g)の工程により行うことができる。
(a)透明基材上に光重合性組成物(α)を塗布し、光重合性組成物(α)の塗布層を形成する工程。
(b)基板上に形成された光重合性組成物(α)の塗布層の上に、形成すべき格子パターンの反転パターンを有するモールドを押し付ける工程。
(c)モールドを介して加圧した状態で、塗布層に紫外線等の光線を照射し、光重合性組成物(α)を硬化させて硬化層を形成する工程。
(d)光重合性組成物(α)の硬化層からモールドを分離し、表面に格子パターンが形成された成型体を得る工程。
(e)光重合性組成物(α)の硬化層上に光重合性組成物(β)を塗布し、光重合性組成物(β)の塗布層を形成する工程。
(f)光重合性組成物(β)の塗布層の上に、透明基板を押し付ける工程。
(g)透明基板を介して加圧した状態で、光重合性組成物(β)の塗布層に紫外線等の光線を照射し、光重合性組成物(β)を硬化させて硬化層を形成する工程。
The optical imprint method can be performed by, for example, the following steps (a) to (g).
(A) The process of apply | coating a photopolymerizable composition ((alpha)) on a transparent base material, and forming the coating layer of a photopolymerizable composition ((alpha)).
(B) A step of pressing a mold having a reversal pattern of a lattice pattern to be formed on the coating layer of the photopolymerizable composition (α) formed on the substrate.
(C) A step of forming a cured layer by irradiating the coating layer with a light beam such as ultraviolet rays and curing the photopolymerizable composition (α) while being pressurized through a mold.
(D) A step of separating the mold from the cured layer of the photopolymerizable composition (α) to obtain a molded body having a lattice pattern formed on the surface.
(E) The process of apply | coating a photopolymerizable composition ((beta)) on the cured layer of a photopolymerizable composition ((alpha)), and forming the application layer of a photopolymerizable composition ((beta)).
(F) A step of pressing a transparent substrate onto the coating layer of the photopolymerizable composition (β).
(G) In a state of being pressurized through a transparent substrate, the photopolymerizable composition (β) is irradiated with light such as ultraviolet rays to form a cured layer by curing the photopolymerizable composition (β). Process.
<工程(a)>
図5(a)に示すように、平板状の基板11の表面に形成された接着層15上に、未硬化の光重合性組成物(α)をスピンコート法等により塗布し、光重合性組成物(α)の塗布層12aを形成する。
<Process (a)>
As shown in FIG. 5A, an uncured photopolymerizable composition (α) is applied onto the
光重合性組成物(α)の塗布方法としては、スピンコート法、ロールコート法、キャスト法、ディップコート法、ダイコート法、バーコート法等が挙げられ、光重合性組成物(α)の塗布層12aの厚さの均一性と塗布の簡便性の点から、スピンコート法が好ましい。光重合性組成物(α)の塗布は、常圧下で行っても、3000Pa以上の減圧下で行ってもよい。光重合性組成物(α)が感光しない環境(イエロールーム等)で行うことが好ましい。また、空気中で行うことが好ましく、窒素雰囲気、二酸化炭素雰囲気等の不活性ガス雰囲気で行ってもよい。
Examples of the coating method of the photopolymerizable composition (α) include spin coating, roll coating, casting, dip coating, die coating, and bar coating, and the coating of the photopolymerizable composition (α). The spin coating method is preferable from the viewpoint of the uniformity of the thickness of the
塗布処理は、ホットプレート等の加熱装置により加熱しながら行ってもよい。この場合、組成物の粘度が低下して作業効率が向上することがある。コーティング処理時の加熱温度は100℃以下とすることが好ましい。
加熱温度が100℃以下だと、意図しない熱重合反応の進行や、重合性モノマー成分の揮発が生じ難く、得られる成型体において、屈折率の再現性が良好である。
The coating treatment may be performed while heating with a heating device such as a hot plate. In this case, the viscosity of the composition may decrease and work efficiency may improve. The heating temperature during the coating treatment is preferably 100 ° C. or lower.
When the heating temperature is 100 ° C. or less, unintended thermal polymerization reaction and volatilization of the polymerizable monomer component hardly occur, and the obtained molded article has good reproducibility of the refractive index.
<工程(b)>
図5(b)に示すように、工程(a)において形成された光重合性組成物(α)の塗布層12aの上に、減圧雰囲気で、形成すべき格子パターンの反転パターンを表面に有するモールド16を押し当てる。このとき、真空環境のような減圧雰囲気であると、空気の介在がなく、成型体に格子パターンを転写した際の泡の巻き込みによる欠陥を低減できる。ここで、真空環境とは、3000Pa以上の減圧雰囲気を指す。3000Pa以上の減圧雰囲気であれば、光重合性組成物(α)の揮発による組成の大幅な変化が生じ難い。
<Step (b)>
As shown in FIG.5 (b), it has the reverse pattern of the lattice pattern which should be formed in the pressure reduction atmosphere on the
<工程(c)>
図5(c)に示すように、モールド16または基板11を介して光重合性組成物(α)の塗布層12aを加圧しながら、基板11またはモールド16のいずれか紫外線を透過する側から、紫外線を照射し、塗布層12aの光重合性組成物(α)を完全に硬化させる。
<Step (c)>
As shown in FIG. 5C, while pressing the
加圧は、モールド16側または基板11側、もしくは両方の側から行うことが好ましい。加圧する方法としては、機械的にプレスする方法、気体または液体を媒介としてプレスする方法等が挙げられる。プレスの圧力(ゲージ圧)は、0超〜10MPa以下が好ましく、0.1〜5MPaがより好ましい。加圧する際の温度は、0〜100℃が好ましく、10〜80℃がより好ましい。
The pressing is preferably performed from the
光重合性組成物(α)の光硬化反応は、紫外線または可視光線等の光線を用いて行う。光硬化反応に用いる光線は目的に応じて選定し、その波長は特に制限されず、高い反応性を得られるため、紫外線が好ましい。 The photocuring reaction of the photopolymerizable composition (α) is performed using light such as ultraviolet light or visible light. The light beam used for the photocuring reaction is selected according to the purpose, and the wavelength is not particularly limited, and high reactivity is obtained, and therefore ultraviolet light is preferable.
紫外線の光源としては、紫外LED、殺菌灯、紫外線用蛍光灯、カーボンアーク、キセノンランプ、複写用高圧水銀灯、中圧または高圧水銀灯、超高圧水銀灯、無電極ランプ、メタルハライドランプ、自然光等が挙げられ、硬化の制御の簡便性の点から高圧水銀灯が好ましい。また、紫外線の光源は、450〜200nmの波長領域の紫外線を発生する光源が好ましく、単一波長の紫外線を発する光源でも、複数の波長を含む紫外線を発する光源でもよい。紫外線における波長365nmの光の照度は、1mW/cm2以上であり、5mW/cm2以上が好ましい。波長365nmの照度が1mW/cm2以上であれば、光重合性組成物(α)が硬化するまでの時間が適度に短く、生産性がよい。 Examples of ultraviolet light sources include ultraviolet LEDs, germicidal lamps, ultraviolet fluorescent lamps, carbon arcs, xenon lamps, high pressure mercury lamps for copying, medium or high pressure mercury lamps, ultrahigh pressure mercury lamps, electrodeless lamps, metal halide lamps, natural light, etc. A high-pressure mercury lamp is preferable from the viewpoint of simplicity of curing control. The ultraviolet light source is preferably a light source that generates ultraviolet light in a wavelength region of 450 to 200 nm, and may be a light source that emits ultraviolet light having a single wavelength or a light source that emits ultraviolet light including a plurality of wavelengths. Illuminance of light having a wavelength of 365nm in the ultraviolet is at 1 mW / cm 2 or more, 5 mW / cm 2 or more. When the illuminance at a wavelength of 365 nm is 1 mW / cm 2 or more, the time until the photopolymerizable composition (α) is cured is reasonably short, and the productivity is good.
モールド16としては、非透光性材料または透光性材料からなるモールドが好ましい。非透光性材料としては、シリコン、ニッケル、銅、ステンレス、チタン、SiC、マイカ等が挙げられる。透光性材料としては、石英、ガラス、ポリジメチルシロキサン、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、透明フッ素樹脂等が挙げられる。これらの中でも、石英ガラスは、紫外線透過率が高く、照射方向の制限が少ないため、モールド材の材料として好ましい。
The
また、モールド16は、表面に反転パターンを有する。反転パターンは、成型体の表面に形成すべき格子パターンを反転させたパターンである。反転パターンは、微細な凸部および/または凹部を有する。凸部としては、モールドの表面に延在する長尺の凸条等が挙げられる。凹部としては、モールドの表面に延在する長尺の溝等が挙げられる。
The
前記凸条または溝の長手方向に沿った中心線の形状としては、直線、曲線、折れ曲がり直線等の形状が挙げられる。凸条または溝は、複数が平行に存在して縞状をなしていてもよい。凸条または溝の、長手方向に直交する方向の断面形状としては、長方形、台形、三角形、半円形等が挙げられる。 Examples of the shape of the center line along the longitudinal direction of the ridge or groove include a straight line, a curved line, a bent straight line, and the like. A plurality of ridges or grooves may exist in parallel and have a stripe shape. Examples of the cross-sectional shape of the ridge or groove in the direction perpendicular to the longitudinal direction include a rectangle, a trapezoid, a triangle, and a semicircle.
凸条または溝の幅は、平均で1nm〜50mmが好ましく、1nm〜500μmがより好ましく、10nm〜100μmがさらに好ましい。凸条の幅とは、長手方向に直交する方向の断面における底辺の長さを意味する。溝の幅とは、長手方向に直交する方向の断面における上辺の長さを意味する。 The average width of the ridges or grooves is preferably 1 nm to 50 mm, more preferably 1 nm to 500 μm, and even more preferably 10 nm to 100 μm. The width of the ridge means the length of the base in the cross section in the direction orthogonal to the longitudinal direction. The width of the groove means the length of the upper side in the cross section in the direction orthogonal to the longitudinal direction.
凸部の高さは、平均で1nm〜50mmが好ましく、1nm〜500μmがより好ましく、10nm〜50μmがさらに好ましい。凹部の深さは、平均で1nm〜50mmが好ましく、1nm〜500μmがより好ましく、10nm〜50μmがさらに好ましい。 The average height of the protrusions is preferably 1 nm to 50 mm, more preferably 1 nm to 500 μm, and even more preferably 10 nm to 50 μm. The average depth of the recesses is preferably 1 nm to 50 mm, more preferably 1 nm to 500 μm, and even more preferably 10 nm to 50 μm.
モールド16の表面は、光重合性組成物(α)とモールド表面との剥離性を向上させるため、離型剤により表面処理を行うことが好ましい。
モールド16の表面処理に用いる離型剤としては特に制限されないが、光重合組成物を硬化させてなる光学材料に対する離型性、およびモールドへの接着性の点から、ケイ素原子に加水分解可能な基が結合した含フッ素有機シラン化合物が好ましい。特にアルコキシシリル基、シラノール基を有する含フッ素系有機シラン化合物は、石英ガラスと反応して高い密着性を得られるため好ましい。
具体的には、例えばオプツールDSX(商品名、ダイキン工業株式会社製)、Novec EGC−1720(商品名、住友スリーエム株式会社製)、トリメトキシ(1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシル)シラン、トリメトキシ(1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチル)シラン等の市販の離型剤が好ましい。
モールド16の表面処理に用いるフッ素系有機材料は、1種類のみを用いても良く、2種類以上を用いてもよい。
The surface of the
Although it does not restrict | limit especially as a mold release agent used for the surface treatment of the
Specifically, for example, OPTOOL DSX (trade name, manufactured by Daikin Industries, Ltd.), Novec EGC-1720 (trade name, manufactured by Sumitomo 3M Limited), trimethoxy (1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyl) silane, Commercial release agents such as trimethoxy (1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyl) silane are preferred.
Only one type of fluorine-based organic material used for the surface treatment of the
<工程(d)>
図5(d)に示すように、工程(c)で形成された光重合性組成物(α)の硬化層12からモールド16を分離し、表面に格子パターンを有する成型体17を得る。成型体17とモールド16とを分離する方法としては、真空吸着によって双方を固定して片方を離す方向に移動させる方法、機械的に双方を固定して片方を離す方向に移動させる方法等が挙げられる。
<Step (d)>
As shown in FIG.5 (d), the
<工程(e)>
図5(e)に示すように、工程(c)で形成された硬化層12の上に、未硬化の光重合性組成物(β)をスピンコート法等により塗布し、光重合性組成物(β)の塗布層13aを形成する。
<Process (e)>
As shown in FIG. 5 (e), an uncured photopolymerizable composition (β) is applied onto the cured
光重合性組成物(β)の塗布方法としては、スピンコート法、ロールコート法、キャスト法、ディップコート法、ダイコート法、バーコート法等が挙げられ、光重合性組成物(β)の塗布層2の厚さの均一性と塗布の簡便性の点から、スピンコート法が好ましい。
光重合性組成物(β)の塗布時の圧力、周辺雰囲気、温度等に関する好適な条件は、光重合性組成物(α)の塗布時の条件(工程(a))と同様である。
Examples of the coating method of the photopolymerizable composition (β) include spin coating, roll coating, casting, dip coating, die coating, and bar coating, and the coating of the photopolymerizable composition (β). From the viewpoint of the uniformity of the thickness of the
Suitable conditions regarding the pressure, ambient atmosphere, temperature and the like at the time of application of the photopolymerizable composition (β) are the same as the conditions at the time of application of the photopolymerizable composition (α) (step (a)).
<工程(f)>
図5(f)に示すように、工程(e)において形成された光重合性組成物(β)の塗布層13aの上に、減圧雰囲気で、透明基板14を押し当てる。このとき、真空環境のような減圧雰囲気であると、空気の介在がなく、押圧時における泡の巻き込みによる欠陥の発生を低減できる。ここで、真空環境とは、3000Pa以上の減圧雰囲気を指す。
3000Pa以上の減圧雰囲気であれば、光重合性組成物(β)の揮発による組成の大幅な変化が生じ難い。
<Step (f)>
As shown in FIG.5 (f), the
If it is a reduced pressure atmosphere of 3000 Pa or more, a significant change in composition due to volatilization of the photopolymerizable composition (β) is unlikely to occur.
<工程(g)>
図5(g)に示すように、透明基板11または透明基板14を介して光重合性組成物(β)の塗布層13aを加圧しながら、透明基板11または透明基板14のいずれか紫外線を透過する側から、紫外線を照射し、塗布層13aの光重合性組成物(β)を完全に硬化させる。これにより、透明基板11及び透明基板14間に、光重合性組成物(α)の硬化層12とともに、光重合性組成物(β)の硬化層13が形成された波長選択回折素子10を得る(図5(h)参照)。
<Process (g)>
As shown in FIG. 5 (g), either the
加圧は、透明基板11側または透明基板14側、もしくは両方の側から行うことが好ましい。加圧する方法としては、上述した光重合性組成物(α)の塗布層12aの場合と同様、機械的にプレスする方法、気体または液体を媒介としてプレスする方法等が挙げられる。プレスの圧力(ゲージ圧)は、0超〜10MPa以下が好ましく、0.1〜5MPaがより好ましい。加圧する際の温度は、0〜100℃が好ましく、10〜80℃がより好ましい。
The pressurization is preferably performed from the
光重合性組成物(β)の光硬化反応に使用する光線及び光源や、その波長領域及び照度は、上述した光重合性組成物(α)の塗布層12aの場合と同様の態様が好適に用いられる。
The light and light source used for the photocuring reaction of the photopolymerizable composition (β), the wavelength region and the illuminance thereof are preferably the same as in the case of the
(基板)
透明基板11、14としては、透光性を有する無機材料製または有機材料製の基板が用いられる。無機材料としては、シリコン、ガラス、石英ガラス、金属酸化物(アルミナ(サファイア含む)等)、窒化珪素、窒化アルミニウム、ニオブ酸リチウム、化合物半導体(窒化ガリウム、ヒ化ガリウムなど)等が挙げられる。有機材料としては、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート等)、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン樹脂、ポリフェニレンサルファイド、環状ポリオレフィン等が挙げられる。
(substrate)
As the
光重合性組成物との密着性に優れる点から、基板として、表面処理された基板を用いてもよい。表面処理としては、プライマー塗布処理、オゾン処理、プラズマエッチング処理等が挙げられる。プライマーとしては、ポリメチルメタクリレート、シランカップリング剤、シラザン等が挙げられる。 From the viewpoint of excellent adhesion to the photopolymerizable composition, a surface-treated substrate may be used as the substrate. Examples of the surface treatment include primer coating treatment, ozone treatment, plasma etching treatment, and the like. Examples of the primer include polymethyl methacrylate, silane coupling agent, silazane and the like.
透明基板11、14の表面処理剤としては、ガラス基板、光重合性組成物の双方に対して高い密着性を得られるため、シランカップリング剤が好ましい。
シランカップリング剤としては、例えばビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチルーブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(ビニルベンジル)−2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシランの塩酸塩、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3−イソシアネ―トプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
透明基板11、14の表面処理に用いるシランカップリング剤は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を用いてもよい。
As the surface treatment agent for the
Examples of the silane coupling agent include vinyltrichlorosilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, and 3-glycol. Sidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldi Ethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) ) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl- N- (1,3-dimethyl-butylidene) propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (vinylbenzyl) -2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilane hydrochloride, 3-ureidopropyltriethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, bis (triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, 3-isocyanatopropyltriethoxy Silane etc. I can get lost.
As the silane coupling agent used for the surface treatment of the
光重合組成物(β)を硬化させてなる第2の光学材料Bの屈折率ndとアッベ数νdは、38<νd<58、1.53<nd<1.78、かつ、nd>1.804−0.005νdの範囲内にあることが好ましい。 Refractive index n d and the Abbe number [nu d of the second optical material B formed by curing the photopolymerizable composition (beta) is, 38 <ν d <58,1.53 < n d <1.78 and, it is preferably in the range of n d> 1.804-0.005ν d.
例えば、一官能性化合物(I)である2−エチル−2−アダマンチルアクリレートの屈折率ndはnd=1.53、アッベ数νdはνd=58であり、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランで表面処理した粒径9nmのZrO2粒子の屈折率ndはnd=1.78、νd=38であり、これらの含有量等を、本発明の範囲内で適宜調整して光重合性組成物(β)としたものを、光硬化することで、屈折率nd及びアッべ数νdが上記範囲内にある光学材料が得られる。 For example, the refractive index n d of 2-ethyl-2-adamantyl acrylate as the monofunctional compound (I) is n d = 1.53, the Abbe number ν d is ν d = 58, and 3-methacryloxypropyl tri refractive index n d is n d = 1.78 for the surface treated particle size 9nm of ZrO 2 particles with silane, a [nu d = 38, these contents, etc., appropriately adjusted within the scope of the present invention By photocuring the photopolymerizable composition (β), an optical material having a refractive index n d and an Abbe number ν d within the above ranges can be obtained.
なお、従来より光学材料として用いられてきた硫黄化合物としては、例えば1,2−ビス(アクリロイルオキシエチルチオ)エタン(特開平1−128966)、ビス(アクリロイルオキシエチルチオエチル)スルフィド(特開2000−95731)、2,2’−チオジエタンチオールジアクリレート(特開昭63−188660)を代表的なものとして挙げられる。
これら化合物の硬化物の屈折率ndとアッベ数νdを測定したところ、それぞれ1,2−ビス(アクリロイルオキシエチルチオ)エタンはνd=45、nd=1.58であり、ビス(アクリロイルオキシエチルチオエチル)スルフィドは、νd=42、nd=1.59であり、2,2’−チオジエタンチオールジアクリレートはνd=34、nd=1.63であり、これら化合物のndとνdは、それぞれ関係式nd=1.804−0.005νdを満たしていた。
これに対し、光重合組成物(β)を硬化させてなる第2の光学材料Bは、屈折率ndが、(1.804−0.005νd)を超える範囲にあり、上記の硫黄化合物と比較して、アッベ数νdに対してより高い屈折率が得られる。
As sulfur compounds conventionally used as optical materials, for example, 1,2-bis (acryloyloxyethylthio) ethane (JP-A-1-128966), bis (acryloyloxyethylthioethyl) sulfide (JP-A-2000) -95731) and 2,2'-thiodiethanethiol diacrylate (Japanese Patent Laid-Open No. 63-188660).
When the refractive index nd and Abbe number ν d of the cured products of these compounds were measured, 1,2-bis (acryloyloxyethylthio) ethane was ν d = 45 and n d = 1.58, respectively. Acryloyloxyethylthioethyl) sulfide is ν d = 42, n d = 1.59, and 2,2′-thiodiethanethiol diacrylate is ν d = 34, n d = 1.63. The n d and ν d of the compound satisfied the relational expression n d = 1.804−0.005ν d , respectively.
In contrast, the second optical material B obtained by curing the photopolymerizable composition (β) has a refractive index n d in a range exceeding (1.804−0.005ν d ), and the above sulfur compound compared to higher refractive index than against Abbe number [nu d is obtained.
光重合組成物(α)を硬化させてなる第1の光学材料Aの屈折率ndとアッベ数νdは、10<νd<35、1.55<nd<1.70の範囲内が好ましく、より好ましくは、15<νd<35、1.55<nd<1.70である。 Photopolymerizable compositions refractive index n d and the Abbe number [nu d of (alpha) curing the first optical material A comprising the, 10 <ν d <35,1.55 <range of n d <1.70 And more preferably 15 <νd <35 and 1.55 <nd <1.70.
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る波長選択性回折素子について図6を用いて説明する。図6(a)は、波長選択性回折素子30に波長λ1の光が入射したときの作用を示す模式的な横断面図であり、図6(b)は、波長選択性回折素子30に波長λ2の光が入射したときの作用を示す模式的な横断面図である。
(Third embodiment)
Next, a wavelength selective diffraction element according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a schematic cross-sectional view showing an operation when light having a wavelength λ 1 is incident on the wavelength
図6において、波長選択性回折素子30は、上述した第1の実施態様である波長選択性回折素子10と第2の実施態様である波長選択性回折素子20とを組み合わせて構成されており、透明基板31と、透明基板31の表面に形成された、凹凸部材32と、凹凸部材32の凹凸部の間に充填された充填部材33とを備えた第1部材320を有する。また、第1部材320の上方には、透明基板36と、透明基板36の表面に形成された、凹凸部材35と、凹凸部材35の凹凸部間に充填された充填部材34とを備えた第2部材310が設けられ、充填部材33と充填部材34とで透明基板37が挟持された状態で、第1部材320と第2部材310とが積層されている。
なお、波長選択性回折素子30において、第1部材320を構成する透明基板31、凹凸部材32及び充填部材33、並びに透明基板37は、それぞれ、上述した波長選択性回折素子20(図3参照。)における透明基板21、回折格子22、充填部材23及び透明基板24に該当する。
また、波長選択性回折素子30において、第2部材310を構成する透明基板36、凹凸部材35及び充填部材34、並びに透明基板37は、それぞれ、上述した波長選択性回折素子10(図1参照。)における透明基板11、凹凸部材12、充填部材13及び透明基板14に該当する。
In FIG. 6, the wavelength
In the wavelength selective
In the wavelength-
波長選択性回折素子30は、波長λ1の光に対する凹凸部材32の屈折率と充填部材33の屈折率が等しく、波長λ2の光に対する凹凸部材32の屈折率と充填部材33の屈折率が異なるように形成されている。また、波長選択性回折素子30は、波長λ1の光に対する凹凸部材35の屈折率と充填部材34の屈折率が異なり、波長λ2の光に対する凹凸部材35の屈折率と充填部材34の屈折率が等しくなるように形成されている。
このため、図6(a)において、波長λ1の光は、波長選択性回折素子30の第2部材310に進入すると、凹凸部材35で回折され、次いで第1部材320に進入すると、凹凸部材32では回折されず、透過する。すなわち、波長λ1の光に対しては、凹凸部材35のみが回折格子として機能する。一方、図3(b)において、波長λ2の光は、波長選択性回折素子30の第2部材310に進入すると、凹凸部材35を透過し、次いで第1部材320に進入すると、凹凸部材32で回折される。すなわち、波長λ2の光に対しては、凹凸部32のみが回折格子として機能する。
したがって、波長選択性回折素子30は、異なる素子を複合して形成された一つの素子により、2種の波長に対して、それぞれ独立に回折素子として機能できる。
For this reason, in FIG. 6A, when the light of wavelength λ 1 enters the
Therefore, the wavelength-
例えば、上述した波長λ1、及び波長λ2を、それぞれBDで使用される405nm波長帯、及びDVDで使用される660nm波長帯とする。
このとき、図1に示す波長選択性回折素子10の凹凸部材12及び充填部材13が、第1の実施形態の関係を有する場合には、405nm波長帯の光を回折し、660nm波長帯の光を透過する波長選択性回折素子を作製できる。なお、785nm波長帯は660nm波長帯と屈折率が近いため、785nm波長帯の光も透過する波長選択性回折素子を作製できる。
また、図3に示す波長選択性回折素子20の凹凸部材22及び充填部材23が、第2実施形態の関係を有する場合には、405nm波長帯の光を透過し、660nm波長帯の光を回折できる。なお、CDで使用される785nm波長帯は、660nm波長帯と屈折率が近いため、785nm波長帯の光も回折可能な波長選択性回折素子を作製することもできる。
For example, the wavelength λ 1 and the wavelength λ 2 described above are set to a 405 nm wavelength band used for BD and a 660 nm wavelength band used for DVD, respectively.
At this time, when the concavo-
Further, when the concavo-
以上説明した波長選択性回折素子10、20、30においては、凹凸部材12、22、32、35の格子高さd1、d2を調整したり、その格子形状を変化させることで、回折効率を調整できる。したがって、3ビーム発生用素子またはホログラムビームスプリッタとして、好適な効率を得られる格子高さを用いればよい。また、波長選択性回折素子の凹凸部材をブレーズド格子形状またはマルチレベル構造の階段状格子形状とすることにより、特定の次数における回折効率を高めて用いてもよい。またさらに、回折格子のピッチを調整することで、回折角度が調整でき、所望の回折角度が得られる。これらの素子は、従来の3ビーム発生用素子やホログラムビームスプリッタに用いられている手法を、そのまま波長選択性回折素子に適用できる。
In the wavelength
上述した光学材料A、Bを本発明の波長選択回折素子に適用する場合、その手法は上述した態様には限定されず、従来から知られた公知の方法を適用できる。なお、光重合性組成物(α)、光重合性組成物(β)は、光学素子同士を積層したり、光学部品を固定したりする際の接着剤として用いることもできる。 When the optical materials A and B described above are applied to the wavelength selective diffraction element of the present invention, the method is not limited to the above-described embodiment, and a conventionally known method can be applied. In addition, a photopolymerizable composition ((alpha)) and a photopolymerizable composition ((beta)) can also be used as an adhesive agent when laminating | stacking optical elements or fixing an optical component.
また、上述した光学材料A及びBを用いた本発明の波長選択回折素子は、青色レーザに対する耐光性に優れている。このため、光ピックアップ装置の用途において好ましく用いることができ、大容量化に適した光ヘッド装置の製造に用いることができる。すなわち、上述した光学材料A及びBを用いた本発明の波長選択回折素子は、光記録媒体情報を記録する、および/または、光記録媒体に記録された情報を再生する光ヘッド装置に適しており、特にBDのような青色レーザを用いた光情報記録再生装置用の光ヘッド装置に好適である。具体的には、光ヘッド装置のレーザ光の光路中に好ましく配置される。また、従来から高屈折率樹脂が必要とされている、その他の用途においても、好適に用いることができる。 Moreover, the wavelength selective diffraction element of the present invention using the optical materials A and B described above is excellent in light resistance against a blue laser. Therefore, it can be preferably used in the application of the optical pickup device, and can be used for manufacturing an optical head device suitable for increasing the capacity. That is, the wavelength selective diffraction element of the present invention using the optical materials A and B described above is suitable for an optical head device that records information on an optical recording medium and / or reproduces information recorded on the optical recording medium. In particular, it is suitable for an optical head device for an optical information recording / reproducing apparatus using a blue laser such as BD. Specifically, it is preferably arranged in the optical path of the laser beam of the optical head device. Further, it can be suitably used in other applications where a high refractive index resin has been conventionally required.
[光ヘッド装置]
図7は、本発明の一実施形態である光ヘッド装置の構成を模式的に示す図である。
図7に示すように、光ヘッド装置111は、レーザ光を出射する光源112と、波長選択性回折格子113と、レーザ光を透過するビームスプリッタ114と、レーザ光を平行化するコリメータレンズ115と、光ディスク116の記録層117に集光する対物レンズ118と、光ディスク116からの反射光を検出する光検出器119とを有している。波長選択性回折格子113は、3ビーム発生用回折格子であり、本実施形態では、上述した波長選択性回折格子10(図1参照。)を適用する。波長選択性回折格子113で得られた3ビームは、光ヘッド装置111において、BDなどに記録された情報を読み取る際のトラッキング制御において用いられる。
[Optical head device]
FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of an optical head device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 7, the
なお、図7では、光源112とビームスプリッタ114との間に波長選択性回折格子113が設けられているが、波長選択性回折格子113は、光源112と対物レンズ118の間の光路中に設けられていればよく、例えば、ビームスプリッタ114と対物レンズ118との間に波長選択性回折格子113を設けてもよい。ただし、図7に示すように、光源112とビームスプリッタ114の間に波長選択性回折格子113を配置することが、光ディスクからの反射光が、波長選択性回折格子113で回折されず、その大半が光検出器119に到達するため、光の利用効率が高められるため好ましい。
In FIG. 7, the wavelength
光源112は、例えば半導体レーザダイオードで構成されており、光ディスク116の種類に適した波長のレーザ光を生成し、波長選択性回折格子113に出射する。光源112には、通常の光ヘッド装置に使用される、一般的なレーザ光源が使用される。具体的には、半導体レーザが好適に用いられ、半導体レーザ以外のレーザ光源であってもよい。本発明に適用される光学材料は、青色レーザに対して優れた耐光性を有するため、青色レーザを光源とした光ヘッド装置に好適に使用される。本実施形態では、レーザ光として、波長405nm(波長λ1)、及び660nm(波長λ2)のものを使用する。なお、互いに異なる波長のレーザ光を出射する光源を複数備え、各光源から波長選択性回折格子113にレーザ光を出射する構成としてもよい。
The
波長選択性回折格子113は、波長λ1のレーザ光を回折せずに透過した光(0次回折光)と、波長λ1のレーザ光を回折した光(±1次回折光)とを含む3つのビーム(図1(a)参照。)をビームスプリッタ114に出力する。さらに、波長選択性回折格子113は、波長λ2のレーザ光を透過してビームスプリッタ114に出力する。ビームスプリッタ114は、透過性の材料、例えば、ガラス、プラスチック等で構成されており、光ディスク116からの反射光を反射する反射面を備えている。コリメータレンズ115も、透過性の材料、例えば、ガラス、プラスチック等で構成されており、入射したレーザ光を平行化するように構成されている。
対物レンズ118は、所定の開口数NAを有しており、コリメータレンズ115からの入射光を光ディスク116の記録層117に集光し、さらに、記録層117からの反射光を捕捉するように構成されている。光検出器119は、レンズやフォトダイオードなどを含んでおり、ビームスプリッタ114の反射面によって反射された光ディスク116からの反射光を電気信号に変換する。また、光検出器119は、波長λ1の3ビームの反射光を受光し、0次回折光により生成された主ビームと、±1次回折光により生成された2つの副ビームとを受光し、2つの副ビーム間の光量差に基づいてトラッキングエラーを検出し、トラッキング制御部(図示せず)に出力する。
The wavelength-
The
光ディスク116がBDである場合、光ヘッド装置111は次のように動作する。まず、図7に示すように、光源112から出射された波長λ1の光は、波長選択性回折格子113によって出射光の一部が回折される。これにより、波長選択性回折格子113からは、0次回折光と±1次回折光を含む光が出射され、ビームスプリッタ114を透過して、コリメータレンズ115によって平行光とされる。コリメータレンズ115から出射された平行光は、対物レンズ118によって、0次回折光と±1次回折光とが3ビームとなって光ディスク116の情報記録トラック上に集光される。次に、光ディスク116によって反射された光は、再び対物レンズ118よりコリメータレンズ115を透過し、ビームスプリッタ114で反射されて、0次回折光により生成された主ビームと、±1次回折光により生成された2つの副ビームとが光検出器119の受光面に集光される。そして、光検出器119によって、2つの副ビーム間の光量差に基づいてトラッキングエラー信号が検出され、トラッキング制御部(図示せず)に出力される。
When the
光ディスク116がDVDである場合には、光ヘッド装置111は次のように動作する。 まず、図7に示すように、光源112から出射された波長λ2の光は、波長選択性回折格子113で回折されることなく透過した後、さらにビームスプリッタ114を透過して、コリメータレンズ115で平行光とされる。その後、この平行光は、対物レンズ118によって光ディスク116の情報記録トラック上に集光される。そして、光ディスク116で反射された光は、再び対物レンズ118とコリメータレンズ115を透過し、ビームスプリッタ114で反射されて光検出器119の受光面に集光される。
以上述べたように本発明の波長選択回折素子を用いることにより、大容量化に適し、信頼性の高い光ヘッド装置を構成できる。
When the
As described above, by using the wavelength selective diffraction element of the present invention, an optical head device suitable for increasing the capacity and having high reliability can be configured.
本実施形態では、波長選択性回折格子113を、光源112と対物レンズ118との間の光路上に設けることとしたが、本発明の光ヘッド装置111はこのような態様に限定されず、例えば対物レンズ118と光検出器119との間の光路上に、本発明の波長選択性回折格子をホログラム回折素子として設ける構成としてもよい。これにより、光検出器119の受光面数や受光面の面積を低減でき、装置全体の小型化が図れる。
In this embodiment, the wavelength-
また、本発明の光ヘッド装置は、記録・再生する光ディスクの種類に応じて、3ビーム方式とホログラム方式とを使い分け可能としたものでもよく、また、トラッキングサーボ信号の検出を3ビーム方式で行い、フォーカスサーボ信号の検出をホログラム方式で行うようにしたものでもよい。例えば、DVDとCDを記録・再生する場合は3ビーム方式を用い、BDを記録・再生する場合はホログラム方式を用いるものでもよい。 Further, the optical head device of the present invention may be capable of selectively using the three-beam method and the hologram method according to the type of the optical disk to be recorded / reproduced, and the tracking servo signal is detected by the three-beam method. The focus servo signal may be detected by a hologram method. For example, a 3-beam method may be used when recording / reproducing DVDs and CDs, and a hologram method may be used when recording / reproducing BDs.
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜変形して実施できる。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。 EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(酸化ジルコニウム粒子の平均1次粒子径の測定)
ジルコニア粒子の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡を用いて約200個の粒子径を測定し平均値を使用した。
(Measurement of average primary particle diameter of zirconium oxide particles)
The average particle diameter of the zirconia particles was determined by measuring the diameter of about 200 particles using a transmission electron microscope and using the average value.
(光重合性成組成物の粘度測定)
光重合性成組成物の粘度測定は、粘度計(Brookfield社製、商品名「HBDV-III Ultra CP」)により、25℃においてせん断速度10s−1にて測定した。
(Measurement of viscosity of photopolymerizable composition)
The viscosity of the photopolymerizable composition was measured with a viscometer (manufactured by Brookfield, trade name “HBDV-III Ultra CP”) at 25 ° C. and a shear rate of 10 s −1 .
(光重合性成組成物を硬化した硬化物の屈折率測定)
光重合性成組成物を硬化した硬化物の屈折率はプリズムカプラ(Metricon社製、商品名「Model2010」)により、室温で測定した。404、633、791nmにて測定された3波長の屈折率を、コーシーの式(n(λ)=A+B/λ2+C/λ4)のパラメーターA、B、Cを最小2乗法にてフィッティングを行い、波長589nmにおける屈折率ndとアッベ数νdを求めた。
(Measurement of refractive index of cured product obtained by curing photopolymerizable composition)
The refractive index of the cured product obtained by curing the photopolymerizable composition was measured at room temperature using a prism coupler (manufactured by Metricon, trade name “Model2010”). Refractive indices of three wavelengths measured at 404, 633, and 791 nm are fitted to parameters A, B, and C of Cauchy's formula (n (λ) = A + B / λ 2 + C / λ 4 ) by the least square method. The refractive index n d and Abbe number ν d at a wavelength of 589 nm were obtained.
<酸化ジルコニウム粒子の表面修飾>
(調製例1)
撹拌機を備えた100mLガラス製容器に、平均1次粒子径7nmの酸化ジルコニウム粒子2g、トルエン20gを入れ激しく撹拌し、さらに表面処理剤として3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.6gを投入した。その後、24時間撹拌を続けた後、エバポレータにて液体を除去し、白粉を得た。
得られた白粉の一部を採取し、CDCl3を加えて1H−NMRで分析したところ、メトキシ基に特有のスペクトルが消失していた。また、採取した残りの白粉にトルエンを加えたところ、透明な液体が得られた。
これにより、酸化ジルコニウム粒子表面が、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランと反応した表面処理酸化ジルコニウム粒子(Z−1)の生成が確認された。
<Surface modification of zirconium oxide particles>
(Preparation Example 1)
In a 100 mL glass container equipped with a stirrer, 2 g of zirconium oxide particles having an average primary particle diameter of 7 nm and 20 g of toluene were placed and stirred vigorously, and 0.6 g of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane was added as a surface treatment agent. . Then, after stirring for 24 hours, the liquid was removed with an evaporator to obtain white powder.
A part of the obtained white powder was collected, analyzed by 1 H-NMR after adding CDCl 3, and a spectrum specific to the methoxy group disappeared. Further, when toluene was added to the remaining white powder collected, a transparent liquid was obtained.
Thereby, the production | generation of the surface treatment zirconium oxide particle (Z-1) which the surface of the zirconium oxide particle reacted with 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane was confirmed.
(調製例2)
平均1次粒子径7nmの酸化ジルコニウム粒子2gに代えて、平均1次粒子径9nmの酸化ジルコニウム粒子2gを使用し、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの添加量を0.6gから0.4gに変更した以外は、(調製例1)と同様にして白粉の作製、及び酸化ジルコニウム粒子の表面状態の確認を行い、表面処理酸化ジルコニウム粒子(Z−2)を得た。
(Preparation Example 2)
Instead of 2 g of zirconium oxide particles having an average primary particle diameter of 7 nm, 2 g of zirconium oxide particles having an average primary particle diameter of 9 nm was used, and the amount of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane added was changed from 0.6 g to 0.4 g. Except for the change, preparation of white powder and confirmation of the surface state of the zirconium oxide particles were performed in the same manner as in Preparation Example 1 to obtain surface-treated zirconium oxide particles (Z-2).
<光重合性組成物βの作製>
[例1]
100mLガラス製容器に、調製例1で得られた表面処理酸化ジルコニウム粒子(Z−1)1.30g、トルエン10gを入れ、トルエン分散液を調製した。
これに2−エチル−2−アダマンチルアクリレート(出光興産株式会社製)0.70gを加えて1時間撹拌した後、ロータリーエバポレーターにて溶媒を留去した。留去後に得られた組成物の一部を採取し、CDCl3を加えて1H−NMRで分析した。
NMR分析で得られたスペクトル強度から、組成物中のトルエン濃度は1%未満であることを確認した。
この組成物1.00gとトリシクロデカンジメタノールジアクリレート(共栄社化学株式会社製)0.03g、光重合開始剤として1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン0.005gとを混合し、超音波分散機にて分散処理を行って、光重合性組成物(A)を得た。
光重合性組成物(A)に占める、酸化ジルコニウム粒子の含有量は48.9質量%であり、トリシクロデカンジメタノールジアクリレートの含有量は2.7質量%であった。
また、光重合性組成物(A)中のトルエンの残留濃度(残留溶媒量)は光重合性組成物(100質量%)に対して0.1質量%であり、粘度は2900mPa・sであった。
<Preparation of Photopolymerizable Composition β>
[Example 1]
A 100 mL glass container was charged with 1.30 g of the surface-treated zirconium oxide particles (Z-1) obtained in Preparation Example 1 and 10 g of toluene to prepare a toluene dispersion.
To this, 0.70 g of 2-ethyl-2-adamantyl acrylate (manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.) was added and stirred for 1 hour, and then the solvent was distilled off with a rotary evaporator. A part of the composition obtained after the distillation was collected, added with CDCl 3 and analyzed by 1 H-NMR.
From the spectral intensity obtained by NMR analysis, it was confirmed that the toluene concentration in the composition was less than 1%.
1.00 g of this composition, 0.03 g of tricyclodecane dimethanol diacrylate (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.) and 0.005 g of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone as a photopolymerization initiator are mixed, and an ultrasonic disperser is used. The dispersion process was performed and the photopolymerizable composition (A) was obtained.
The content of zirconium oxide particles in the photopolymerizable composition (A) was 48.9% by mass, and the content of tricyclodecane dimethanol diacrylate was 2.7% by mass.
Further, the residual concentration of toluene in the photopolymerizable composition (A) (residual solvent amount) was 0.1% by mass with respect to the photopolymerizable composition (100% by mass), and the viscosity was 2900 mPa · s. It was.
[例2]
調製例1で得られた表面処理酸化ジルコニウム粒子(Z−1)1.30gに代えて、調製例2で得られた表面処理酸化ジルコニウム粒子(Z−2)1.37gを用い、2−エチル−2−アダマンチルアクリレートの添加量を0.70gから0.63gに変更し、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(共栄社化学株式会社製)の添加量を0.03gから0.20gに変更した以外は、[例1]と同様にして光重合性組成物(B)を得た。
光重合性組成物(B)に占める、酸化ジルコニウム粒子の含有量は47.2質量%、トリシクロデカンジメタノールジアクリレートの含有量は16.9質量%であった。また、光重合性組成物(B)中のトルエンの残留濃度(残留溶媒量)は光重合性組成物(100質量%)に対して0.1質量%であり、粘度は2600mPa・sであった。
[Example 2]
Instead of 1.30 g of the surface-treated zirconium oxide particles (Z-1) obtained in Preparation Example 1, 1.37 g of the surface-treated zirconium oxide particles (Z-2) obtained in Preparation Example 2 were used, and 2-ethyl The amount of addition of -2-adamantyl acrylate was changed from 0.70 g to 0.63 g, and the amount of addition of tricyclodecane dimethanol diacrylate (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.) was changed from 0.03 g to 0.20 g. In the same manner as in [Example 1], a photopolymerizable composition (B) was obtained.
The content of zirconium oxide particles in the photopolymerizable composition (B) was 47.2% by mass, and the content of tricyclodecane dimethanol diacrylate was 16.9% by mass. Further, the residual concentration (the amount of residual solvent) of toluene in the photopolymerizable composition (B) was 0.1% by mass with respect to the photopolymerizable composition (100% by mass), and the viscosity was 2600 mPa · s. It was.
[例3]
調製例1で得られた表面処理酸化ジルコニウム粒子(Z−1)1.30gに代えて、調製例2で得られた酸化ジルコニウム粒子(Z−2)1.37gを用い、2−エチル−2−アダマンチルアクリレート0.70gに代えてジアダマンチルアクリレート0.63gを用い、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(共栄社化学株式会社製)の添加量を0.03gから0.20gに変更した以外は、[例1]と同様にして光重合性組成物(C)を得た。
光重合性組成物(C)に占める、酸化ジルコニウム粒子の濃度は47.2質量%であり、トリシクロデカンジメタノールジアクリレートの濃度は16.9質量%であった。
また、光重合性組成物(C)中のトルエンの残留濃度(残留溶媒量)は、光重合性組成物(100質量%)に対して 0.1質量%であり、粘度は7000mPa・sであった。
[Example 3]
Instead of 1.30 g of the surface-treated zirconium oxide particles (Z-1) obtained in Preparation Example 1, 1.37 g of the zirconium oxide particles (Z-2) obtained in Preparation Example 2 were used, and 2-ethyl-2 -In place of 0.73 g of adamantyl acrylate, 0.63 g of diadamantyl acrylate was used, and the addition amount of tricyclodecane dimethanol diacrylate (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.) was changed from 0.03 g to 0.20 g. In the same manner as in Example 1, a photopolymerizable composition (C) was obtained.
The concentration of zirconium oxide particles in the photopolymerizable composition (C) was 47.2% by mass, and the concentration of tricyclodecane dimethanol diacrylate was 16.9% by mass.
Further, the residual concentration (the amount of residual solvent) of toluene in the photopolymerizable composition (C) is 0.1% by mass with respect to the photopolymerizable composition (100% by mass), and the viscosity is 7000 mPa · s. there were.
[例4]
調製例1で得られた表面処理酸化ジルコニウム粒子(Z−1)の添加量を、1.30gから1.39gに変更し、2−エチル−2−アダマンチルアクリレートの添加量を0.70gから0.61gに変更し、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート0.03gをアダマンチルジアクリレート(三菱ガス化学株式会社製)0.05gに変更した以外は、[例1]と同様にして光重合性組成物(D)を得た。
光重合性組成物(D)に占める、酸化ジルコニウム粒子の濃度は51.7質量%、アダマンチルジアクリレートの濃度は5.0質量%であった。
また、光重合性組成物(D)中のトルエンの残留濃度(残留溶媒量)は光重合性組成物(100質量%)に対して0.1質量%であり、粘度は8400mPa・sであった。
[Example 4]
The addition amount of the surface-treated zirconium oxide particles (Z-1) obtained in Preparation Example 1 was changed from 1.30 g to 1.39 g, and the addition amount of 2-ethyl-2-adamantyl acrylate was changed from 0.70 g to 0. The photopolymerizable composition in the same manner as in [Example 1] except that 0.03 g of tricyclodecane dimethanol diacrylate was changed to 0.05 g of adamantyl diacrylate (Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.). (D) was obtained.
The concentration of the zirconium oxide particles in the photopolymerizable composition (D) was 51.7% by mass, and the concentration of adamantyl diacrylate was 5.0% by mass.
Further, the residual concentration of toluene in the photopolymerizable composition (D) (residual solvent amount) was 0.1% by mass with respect to the photopolymerizable composition (100% by mass), and the viscosity was 8400 mPa · s. It was.
[例5]
調製例1で得られた表面処理酸化ジルコニウム粒子(Z−1)の添加量を、1.30gから1.55gに変更し、2−エチル−2−アダマンチルアクリレート(出光興産株式会社製)の添加量を0.70gから0.45gに変更し、トリシクロデカンジメタノールジアクリレートを添加しなかったこと以外は、[例1]と同様にして光重合性組成物(E)を得た。
光重合性組成物(E)に占める、酸化ジルコニウム粒子の濃度は60.5質量%であった。
また、光重合性組成物(E)中のトルエンの残留濃度(残留溶媒量)は光重合性組成物(100質量%)に対して0.4質量%であり、粘度は10000mPa・sを超える値を示した。
[Example 5]
The amount of the surface-treated zirconium oxide particles (Z-1) obtained in Preparation Example 1 was changed from 1.30 g to 1.55 g, and 2-ethyl-2-adamantyl acrylate (manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.) was added. The photopolymerizable composition (E) was obtained in the same manner as in [Example 1] except that the amount was changed from 0.70 g to 0.45 g and tricyclodecane dimethanol diacrylate was not added.
The concentration of the zirconium oxide particles in the photopolymerizable composition (E) was 60.5% by mass.
Further, the residual concentration (residual solvent amount) of toluene in the photopolymerizable composition (E) is 0.4% by mass with respect to the photopolymerizable composition (100% by mass), and the viscosity exceeds 10,000 mPa · s. The value is shown.
[例6]
調製例1で得られた表面処理酸化ジルコニウム粒子(Z−1)1.30gに代えて、調製例2で得られた酸化ジルコニウム粒子(Z−2)1.59gを用い、2−エチル−2−アダマンチルアクリレートの添加量を0.70gから0.41gに変更し、トリシクロデカンジメタノールジアクリレートを添加しなかった以外は、[例1]と同様にして光重合性組成物(F)を得た。
光重合性組成物(F)に占める、酸化ジルコニウム粒子の濃度は65.7質量%であった。また、光重合性組成物(F)中のトルエンの残留濃度は光重合性組成物(100質量%)に対して0.5質量%であり、粘度は10000mPa・sを超える値を示した。
[Example 6]
Instead of 1.30 g of the surface-treated zirconium oxide particles (Z-1) obtained in Preparation Example 1, 1.59 g of the zirconium oxide particles (Z-2) obtained in Preparation Example 2 were used, and 2-ethyl-2 -The photopolymerizable composition (F) was prepared in the same manner as in [Example 1] except that the addition amount of adamantyl acrylate was changed from 0.70 g to 0.41 g and tricyclodecane dimethanol diacrylate was not added. Obtained.
The concentration of zirconium oxide particles in the photopolymerizable composition (F) was 65.7% by mass. Moreover, the residual concentration of toluene in the photopolymerizable composition (F) was 0.5% by mass with respect to the photopolymerizable composition (100% by mass), and the viscosity showed a value exceeding 10,000 mPa · s.
例1〜6の各光重合組成物(A)〜(F)における、酸化ジルコニウム粒子の平均一次粒子径及びその含有量とともに、一官能性化合物(I)、多官能性化合物(II)の含有量を表1に示す。 In addition to the average primary particle diameter of zirconium oxide particles and the content thereof in each of the photopolymerization compositions (A) to (F) of Examples 1 to 6, the inclusion of the monofunctional compound (I) and the polyfunctional compound (II) The amounts are shown in Table 1.
<光重合性組成物(α)の作製>
[例7]
ビスアリールフルオレン骨格を有するオグソールEA−F5003(大阪ガスケミカル株式会社製)1.00gと光重合開始剤である1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン0.005gとを100mLガラス製容器に入れ、十分に撹拌し、光重合性組成物(G)を得た。
光重合性組成物(G)に占める、オグソールEA−F5003(大阪ガスケミカル株式会社製)の割合は99.5質量%であった。
<Preparation of photopolymerizable composition (α)>
[Example 7]
Add 1.00 g of Oxol EA-F5003 (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) having a bisarylfluorene skeleton and 0.005 g of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, which is a photopolymerization initiator, to a 100 mL glass container and stir well. A photopolymerizable composition (G) was obtained.
The ratio of Ogsol EA-F5003 (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) in the photopolymerizable composition (G) was 99.5% by mass.
[例8]
下式(19)で示される芳香族化合物(19)1.00gと、光重合開始剤である1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン0.005gとを100mLガラス製容器に入れ、十分に撹拌し、光重合性組成物(H)を得た。
光重合性組成物(H)に占める、芳香族化合物(19)の割合は99.5質量%であった。
[Example 8]
1.00 g of the aromatic compound (19) represented by the following formula (19) and 0.005 g of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, which is a photopolymerization initiator, are placed in a 100 mL glass container, sufficiently stirred, and photopolymerized. Sex composition (H) was obtained.
The ratio of the aromatic compound (19) in the photopolymerizable composition (H) was 99.5% by mass.
[例9]
100mLガラス製容器に、オグソールEA−F5003(大阪ガスケミカル株式会社製)と、下式(20)で示される芳香族化合物(20)との混合物1.0gと、光重合開始剤である1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン0.005gとを100mLガラス製容器に入れ十分に攪拌し、光重合性組成物(I)を得た。
光重合性組成物(I)に占める、オグソールEA−F5003(大阪ガスケミカル株式会社製)の割合は58.9質量%であり、芳香族化合物(20)の割合は40.6質量%であった。
[Example 9]
In a 100 mL glass container, 1.0 g of a mixture of Ogsol EA-F5003 (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) and an aromatic compound (20) represented by the following formula (20), and a photopolymerization initiator 1- 0.005 g of hydroxycyclohexyl phenyl ketone was placed in a 100 mL glass container and sufficiently stirred to obtain a photopolymerizable composition (I).
The proportion of Ogsol EA-F5003 (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) in the photopolymerizable composition (I) was 58.9% by mass, and the proportion of the aromatic compound (20) was 40.6% by mass. It was.
<光学材料の屈折率>
[例10]
2枚のガラス板の角4箇所を、直径10μmのガラスビーズを配合した接着剤を用いて貼り合わせて、ガラス間に10μmの間隔を設けたガラスセルを作製した。このガラスセルの内部に、上記の光重合性組成物(A)を液体状態で注入した後、ガラス板に対して垂直方向から紫外線を2分間照射し、光重合性組成物(A)を硬化させ硬化物Aを得た。
光硬化に用いた高圧水銀灯の照度は、波長365nmで100mW/cm2であった。硬化物Aの屈折率を測定したところ、屈折率ndは1.603、アッベ数νdは47であり、高屈折率かつ屈折率の波長依存性が小さいことが確認された。
<Refractive index of optical material>
[Example 10]
Four corners of the two glass plates were bonded together using an adhesive containing glass beads having a diameter of 10 μm to produce a glass cell having a 10 μm gap between the glasses. After injecting the photopolymerizable composition (A) in a liquid state into the glass cell, the glass plate is irradiated with ultraviolet rays for 2 minutes from the vertical direction to cure the photopolymerizable composition (A). Cured product A was obtained.
The illuminance of the high-pressure mercury lamp used for photocuring was 100 mW / cm 2 at a wavelength of 365 nm. Measurement of the refractive index of the cured product A, the refractive index n d 1.603, Abbe number [nu d is 47, it was confirmed wavelength dependence of the high refractive index and the refractive index is small.
[例11]〜[例18]
光重合性組成物(A)に代えて光重合性組成物(B)〜(I)を用いた以外は、[例10]と同様にして、光重合性組成物(B)〜(I)を硬化させ硬化物B〜Iを得た。
[Example 11] to [Example 18]
Photopolymerizable compositions (B) to (I) in the same manner as in [Example 10] except that photopolymerizable compositions (B) to (I) were used instead of the photopolymerizable composition (A). And cured products B to I were obtained.
例10〜18で得られた硬化物(A)〜(I)の屈折率nd、アッベ数νdを表2に示す。 Table 2 shows the refractive index n d and Abbe number ν d of the cured products (A) to (I) obtained in Examples 10 to 18.
<波長選択回折素子>
[例19]
石英ガラス基板(以下、支持ガラス基板ともいう)上に光重合性組成物(A)を滴下し、次いでオプツールDSX(ダイキン工業株式会社製)で表面が処理された凹凸形状を有する石英ガラス基板(以下、離型性凹凸ガラス基板ともいう)を用いて気泡の巻き込みに注意しながらゆっくりと加圧した。
なお、凹凸形状はduty0.55のバイナリー形状であり、格子高さは9.4μm、格子ピッチは10μmであった。
石英ガラス基板及び離型性凹凸ガラス基板に対して、垂直方向から紫外線を2分間照射し、両ガラス基板内部に光重合性組成物(A)の硬化体が形成された積層体を得た。
光硬化に用いた高圧水銀灯の照度は、波長365nmで100mW/cm2であった。
その後、離型性凹凸ガラス基板を注意しながら硬化体から剥離したところ、支持ガラス基板上に、凹凸形状が転写された光学材料が得られた。次に、光重合性組成物(A)の硬化体からなる光学材料上に光重合性組成物(G)を滴下した後、組成物(G)上に石英ガラス基板(以下、保護ガラス基板ともいう)を載置し、気泡の巻き込みに注意しながら、保護ガラス基板をゆっくりと加圧した。
支持ガラス基板及び保護ガラス基板に対して、垂直方向から紫外線を2分間照射し、ガラス基板内部に、光重合性組成物(A)の硬化体及び光重合性組成物(G)の硬化体からなる光学材料が形成された波長選択回折素子を得た。
<Wavelength selective diffraction element>
[Example 19]
A quartz glass substrate having a concavo-convex shape in which a photopolymerizable composition (A) is dropped onto a quartz glass substrate (hereinafter also referred to as a supporting glass substrate), and then the surface is treated with OPTOOL DSX (manufactured by Daikin Industries, Ltd.) Hereinafter, the pressure was slowly applied using a releasable uneven glass substrate) while paying attention to the entrainment of bubbles.
The uneven shape was a binary shape with a duty of 0.55, the lattice height was 9.4 μm, and the lattice pitch was 10 μm.
The quartz glass substrate and the releasable uneven glass substrate were irradiated with ultraviolet rays from the vertical direction for 2 minutes to obtain a laminate in which a cured body of the photopolymerizable composition (A) was formed inside both glass substrates.
The illuminance of the high-pressure mercury lamp used for photocuring was 100 mW / cm 2 at a wavelength of 365 nm.
Then, when the releaseable concavo-convex glass substrate was carefully peeled from the cured body, an optical material having the concavo-convex shape transferred onto the support glass substrate was obtained. Next, after dropping the photopolymerizable composition (G) onto an optical material composed of a cured product of the photopolymerizable composition (A), a quartz glass substrate (hereinafter also referred to as a protective glass substrate) is formed on the composition (G). The protective glass substrate was slowly pressurized while paying attention to entrainment of bubbles.
The supporting glass substrate and the protective glass substrate are irradiated with ultraviolet rays from the vertical direction for 2 minutes, and from the cured body of the photopolymerizable composition (A) and the cured body of the photopolymerizable composition (G) inside the glass substrate. A wavelength selective diffraction element in which an optical material was formed was obtained.
[例20]
光重合性組成物(A)に代えて光重合性組成物(E)、光重合性組成物(G)に代えて光重合性組成物(H)を用い、凹凸形状の格子高さを6.3μmとしたこと以外は、実施例16と同様にして波長選択回折素子を得た。
[Example 20]
The photopolymerizable composition (E) is used instead of the photopolymerizable composition (A), and the photopolymerizable composition (H) is used instead of the photopolymerizable composition (G). A wavelength selective diffraction element was obtained in the same manner as in Example 16 except that the thickness was 3 μm.
[例21]
光重合性組成物(G)に代えて光重合性組成物(I)を用い、凹凸形状を、duty0.45のバイナリー形状とし、格子高さを21.5μmとしたこと以外は、実施例16と同様にして波長選択回折素子を得た。
[Example 21]
Example 16 except that the photopolymerizable composition (I) was used instead of the photopolymerizable composition (G), the uneven shape was a binary shape of duty 0.45, and the lattice height was 21.5 μm. In the same manner, a wavelength selective diffraction element was obtained.
[例22]
光重合性組成物(A)に代えて光重合性組成物(F)、光重合性組成物(G)に代えて光重合性組成物(H)を用い、凹凸形状を、duty0.45のバイナリー形状とし、格子高さを11.0μmとしたこと以外は、実施例16と同様にして波長選択回折素子を得た。
[Example 22]
The photopolymerizable composition (F) is used instead of the photopolymerizable composition (A), the photopolymerizable composition (H) is used instead of the photopolymerizable composition (G), and the concavo-convex shape is duty 0.45. A wavelength selective diffraction element was obtained in the same manner as in Example 16 except that the binary shape was used and the grating height was 11.0 μm.
[例23]
凹凸形状を8ステップブレーズ形状とし、格子高さを16.5μmとしたこと以外は、実施例16と同様にして波長選択回折素子を得た。
[Example 23]
A wavelength selective diffraction element was obtained in the same manner as in Example 16 except that the uneven shape was an 8-step blaze shape and the grating height was 16.5 μm.
[例24]
凹凸形状を8ステップブレーズ形状とし、格子高さを10.9μmとしたこと以外は、実施例17と同様にして波長選択回折素子を得た。
[Example 24]
A wavelength selective diffraction element was obtained in the same manner as in Example 17 except that the uneven shape was an 8-step blaze shape and the grating height was 10.9 μm.
[例25]
凹凸形状を8ステップブレーズ形状とし、格子高さを42.0μmとしたこと以外は、実施例18と同様にして波長選択回折素子を得た。
[Example 25]
A wavelength selective diffraction element was obtained in the same manner as in Example 18 except that the uneven shape was an 8-step blaze shape and the grating height was 42.0 μm.
[例26]
凹凸形状を8ステップブレーズ形状とし、格子高さを21.0μmとしたこと以外は、実施例19と同様にして波長選択回折素子を得た。
[Example 26]
A wavelength selective diffraction element was obtained in the same manner as in Example 19 except that the uneven shape was an 8-step blaze shape and the grating height was 21.0 μm.
バイナリー形または8ステップブレーズ形の格子形状を有する、例19〜26で得られた各波長選択回折素子に、405、660、785nmの3波長のレーザー光をそれぞれ垂直に入射させて、0次回折効率及び+1次回折効率を測定した。評価結果を、各凹凸部の格子高さ、格子ピッチ及び格子形状並びに各硬化物(光学材料)の屈折率nd、アッべ数vd及び屈折率差Δnと併せて、表3及び表4に示す。 Zero-order diffraction is performed by vertically injecting laser beams of three wavelengths of 405, 660, and 785 nm into the wavelength selective diffraction elements obtained in Examples 19 to 26 having a binary or 8-step blaze type grating shape. Efficiency and + 1st order diffraction efficiency were measured. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4 together with the grating height, grating pitch and grating shape of each uneven part, and the refractive index n d , Abbe number v d and refractive index difference Δn of each cured product (optical material). Shown in
表3から明らかなように、低波長分散性を有する光学材料として、酸化ジルコニウム粒子を含む光重合性組成物(A)、(E)、(F)の硬化物を用いた例19〜22の波長選択回折素子では、波長405nm帯域または波長785nm帯域で、0.019以上の屈折率差を得られており、バイナリー形状の回折格子でも、40.3〜42.2%と30%以上の高い一次回折効率が得られた。
As is clear from Table 3, Examples 19 to 22 using cured products of photopolymerizable compositions (A), (E), and (F) containing zirconium oxide particles as an optical material having low wavelength dispersion. In the wavelength selective diffraction element, a refractive index difference of 0.019 or more is obtained in the
また、表4から明らかなように、8ステップブレーズ形の格子形状を有する例23〜26の波長選択回折素子でも同様に、低波長分散性を有する光学材料として、酸化ジルコニウム粒子を含む光重合性組成物(A)、(E)、(F)の硬化物を用いており、波長405nm帯域または波長785nm帯域で、0.019以上の屈折率差が得られ、67.3〜85.1%と50%以上高い一次回折効率が得られた。
また、例19〜26の波長選択回折素子では、迷光や光量損失が抑制されており、波長405nm帯域または波長785nm帯域で、97.5%以上と高い0次回折効率が得られた。
As is clear from Table 4, the wavelength selective diffractive elements of Examples 23 to 26 having an 8-step blazed grating shape are similarly photopolymerizable containing zirconium oxide particles as an optical material having low wavelength dispersion. A cured product of the compositions (A), (E), and (F) is used, and a refractive index difference of 0.019 or more is obtained in the
Further, in the wavelength selective diffraction elements of Examples 19 to 26, stray light and light loss were suppressed, and a high zero-order diffraction efficiency of 97.5% or higher was obtained in the
本発明の波長選択回折素子を用いることにより、BD、DVD、CD各波長帯域に対応した、信頼性の高い光ヘッド装置を構成できる。 By using the wavelength selective diffraction element of the present invention, a highly reliable optical head device corresponding to each wavelength band of BD, DVD, and CD can be configured.
10,20,30…波長選択回折素子、11,14,21,24,31,36,37…透明基板、12,22,32,35…凹凸部材、13,23,33,34…充填部材、15…接着層、16…モールド、17…成型体、310…第2部材、320…第1部材、
111…光ヘッド装置、112…光源、113…波長選択性回折格子、114…ビームスプリッタ、115…コリメータレンズ、116…光ディスク、117…記録層、118…対物レンズ、119…光検出器
10, 20, 30 ... wavelength selective diffraction element, 11, 14, 21, 24, 31, 36, 37 ... transparent substrate, 12, 22, 32, 35 ... uneven member, 13, 23, 33, 34 ... filling member, DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
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