(57)【要約】【課題】射出安定性及び硬化時における収縮防止性に優れるマイクロレンズ形成のための活性エネルギー線硬化型インク、並びに、光学特性に優れる光学部材及びその製造方法の提供。【解決手段】実質的に溶剤を含有せず、マレイミド構造を有し、分子量が３００〜１０００のアクセプターモノマーとドナーモノマーとを少なくとも含有し、且つ、光重合開始剤を０〜１重量％の範囲で含んでなることを特徴とする活性エネルギー線硬化型インク、並びに、該活性エネルギー線硬化型インクを、インクジェット方式により基板上に付着させる工程、及び、付着した前記インクに対して紫外線を照射することによって、該インクを硬化させると共に前記基材上に固着させて、マイクロレンズとして前記基材上に付設する工程を有することを特徴とする光学部材の製造方法、及び、該光学部材の製造方法によって、前記マイクロレンズを前記基材上に付設してなること特徴とする光学部材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に溶剤を含有せず、
マレイミド構造を有し、分子量が３００〜１０００のアクセプターモノマーとドナーモノマーとを少なくとも含有し、
且つ、光重合開始剤を０〜１重量％の範囲で含んでなることを特徴とする活性エネルギー線硬化型インク。
【請求項２】
前記アクセプターモノマーは、下記一般式（１）〜（３）の何れかで表わされることを特徴とする請求項１記載の活性エネルギー線硬化型インク。
【化１】
2013122026.tif 000009
【化２】
2013122026.tif 000010
【化３】
2013122026.tif 000011
〔一般式（１）〜（３）中、Ｒ１は炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１８のアルケニル基、炭素数１〜１８のアルキルオキシ基または水酸基を表わす。好ましくは炭素数１〜４のアルキル基（メチル基、エチル基、プロピル基、イソブチル基など）が挙げられる。Ｒ２は炭素数４〜１２の直鎖アルキル基、またはアルキレン基を表し、ｐは１または２を表す。〕
【請求項３】
前記ドナーモノマーは、ビニルエーテル化合物であることを特徴とする請求項１又は２記載の活性エネルギー線硬化型インク。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の活性エネルギー線硬化型インクを、インクジェット方式により基板上に付着させる工程、及び、付着した前記インクに対して紫外線を照射することによって、該インクを硬化させると共に前記基材上に固着させて、マイクロレンズとして前記基材上に付設する工程を有することを特徴とする光学部材の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の光学部材の製造方法によって、前記マイクロレンズを前記基材上に付設してなること特徴とする光学部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット法でマイクロレンズを形成するために用いられる活性エネルギー線硬化型インク、該活性エネルギー線硬化型インクによって形成されたマイクロレンズを備える光学部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光導光板、光拡散板、ＬＥＤ等の光取り出し面に、光取り出し効率の向上や、光指向性の制御を目的として、マイクロレンズを形成する手法が知られている。
【０００３】
光学的に適切なレンズ形状を形成する方法としては、金型によるプラスチック成形が一般的であるが、金型費用が高く、設計変更などの自由度も低い。
【０００４】
特許文献１は、金型を用いないマイクロレンズ形成方法として、基材上に紫外線硬化性の液体状樹脂組成物をインクジェット方式で吐出し、これを硬化させることでレンズ形成する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２４９８８２号公報
【特許文献２】特開２００４−３６１６３１号公報：重合開始剤なしに重合可能なマレイミド化合物を用いて着色を抑制した塗膜技術
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、特許文献１に記載の技術でレンズを形成した場合、液体状樹脂組成物の硬化に伴う収縮により基材との密着性を損なったり、硬化のための重合開始剤が未反応成分としてレンズ中に残留してレンズを着色（白色化含む）したりする問題があった。
【０００７】
特許文献２の技術は、重合開始剤なしに重合可能なマレイミド化合物を用いて着色を抑制した塗膜技術であるが、これをマイクロレンズに適用した場合、溶剤の乾燥に伴う収縮によって、基材との界面に欠陥が生じ易く、その結果、光学特性を大きく損なう問題があることを本発明者は見出した。
【０００８】
更に、本発明者は、特許文献２に記載の重合性化合物をインクに用いた場合、粘度等の物性がインクジェット方式に適さないことを見出した。
【０００９】
本発明者は、硬化時における収縮を防止することにより、レンズと基材との間の界面の欠陥を抑えて、光学部材の光学特性を向上すること、及び、レンズ形成用のインクにおいて、インクジェットヘッドからの射出安定性を向上することついて鋭意検討し、本発明に至った。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、射出安定性及び硬化時における収縮防止性に優れるマイクロレンズ形成のための活性エネルギー線硬化型インク、並びに、光学特性に優れる光学部材及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１３】
１．実質的に溶剤を含有せず、マレイミド構造を有し、分子量が３００〜１０００のアクセプターモノマーとドナーモノマーとを少なくとも含有し、且つ、光重合開始剤を０〜１重量％の範囲で含んでなることを特徴とする活性エネルギー線硬化型インク。
【００１４】
２．前記アクセプターモノマーは、下記一般式（１）〜（３）の何れかで表わされることを特徴とする前記１記載の活性エネルギー線硬化型インク。
【００１５】
【化１】
2013122026.tif 000002
【００１６】
【化２】
2013122026.tif 000003
【００１７】
【化３】
2013122026.tif 000004
【００１８】
〔一般式（１）〜（３）中、Ｒ１は炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１８のアルケニル基、炭素数１〜１８のアルキルオキシ基または水酸基を表わす。好ましくは炭素数１〜４のアルキル基（メチル基、エチル基、プロピル基、イソブチル基など）が挙げられる。Ｒ２は炭素数４〜１２の直鎖アルキル基、またはアルキレン基を表し、ｐは１または２を表す。〕
【００１９】
３．前記ドナーモノマーは、ビニルエーテル化合物であることを特徴とする前記１又は２記載の活性エネルギー線硬化型インク。
【００２０】
４．前記１〜３の何れかに記載の活性エネルギー線硬化型インクを、インクジェット方式により基板上に付着させる工程、及び、付着した前記インクに対して紫外線を照射することによって、該インクを硬化させると共に前記基材上に固着させて、マイクロレンズとして前記基材上に付設する工程を有することを特徴とする光学部材の製造方法。
【００２１】
５．前記４に記載の光学部材の製造方法によって、前記マイクロレンズを前記基材上に付設してなること特徴とする光学部材。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、射出安定性及び硬化時における収縮防止性に優れるマイクロレンズ形成のための活性エネルギー線硬化型インク、並びに、光学特性に優れる光学部材及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２４】
まず、本発明に係る活性エネルギー線硬化型インク（以下、インクという場合がある。）について説明する。
【００２５】
本発明において、活性エネルギー線硬化型インクとは、紫外線、赤外線等の活性エネルギー線の照射によって硬化する性質を有するインクを指す。
【００２６】
本発明に係るインクは、アクセプターモノマーと、ドナーモノマーとを含有する。
【００２７】
本発明において、アクセプターモノマーとは、電子不足の不飽和結合を有するモノマーであり、ドナーモノマーとは、電子過多の不飽和結合を有するモノマーである。これらモノマーを組み合わせることで電荷移動錯体型の重合を形成する機能を有する。
【００２８】
本発明では、アクセプターモノマーとして、マレイミド構造を有し分子量が３００〜１０００のモノマーを用いる。
【００２９】
かかるマレイミド構造を有するアクセプターモノマーとしては、モノマー分子内にエステル結合を有するものを好ましく例示できる。
【００３０】
本発明では、エステル結合（Ｘ−ＣＯＯ−Ｙ）において、Ｘにマレイミド構造を有するもの（所謂マレイミドカルボン酸エステル構造）、又は、Ｙにマレイミド構造を有するものの何れであっても好ましく用いることができるが、特に、Ｘにマレイミド構造を有するものを用いると、光学特性に際立って優れる効果が得られ、一方、Ｙにマレイミド構造を有するものを用いると、インクジェットにおける射出安定性やメンテナンス性等に際立って優れる効果が得られる。
【００３１】
アクセプターモノマーは、具体的には、下記一般式（１）〜（３）の何れかで表わされるものを特に好ましく用いることができる。なお、一般式（１）は、エステル結合（Ｘ−ＣＯＯ−Ｙ）におけるＸにマレイミド構造を有しており、一般式（２）及び（３）は、Ｙにマレイミド構造を有している。
【００３２】
【化４】
2013122026.tif 000005
【００３３】
【化５】
2013122026.tif 000006
【００３４】
【化６】
2013122026.tif 000007
【００３５】
〔一般式（１）〜（３）中、Ｒ１は炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１８のアルケニル基、炭素数１〜１８のアルキルオキシ基または水酸基を表わす。好ましくは炭素数１〜４のアルキル基（メチル基、エチル基、プロピル基、イソブチル基など）が挙げられる。Ｒ２は炭素数４〜１２の直鎖アルキル基、またはアルキレン基を表し、ｐは１または２を表す。〕
【００３６】
一方、ドナーモノマーとしては、アクリル系化合物、ビニルエーテル化合物、プロペニルエーテル等のアルケニルエーテル類、ビニルチオエーテル、プロペニルチオエーテル等のアルケニルチオエーテル、ビニルスルホキシド、プロペニルスルホキシド等のアルケニルスルホキシド類、カルボン酸エステルの酸素原子にビニル基が結合したビニルエステル類、アミノ基の窒素原子にビニル基が結合したビニルアミン類、アミド基の窒素原子にビニル基が結合したビニルアミド類、イミダゾール環の窒素原子にビニル基が結合したビニルイミダゾール、カルバゾール環の窒素原子にビニル基が結合したビニルカルバゾール、ビニレン骨格と酸素原子を環内に含む環状５員環、環状６員環化合物等を好ましく例示でき、特に光学特性を更に向上する観点からは、ビニルエーテル化合物が好適である。
【００３７】
アクリル系化合物としては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、ペンチル（メタ）アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−オクチル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−ノニル（メタ）アクリレート、イソノニル（メタ）アクリレート等を好ましく例示できる。
【００３８】
ビニルエーテル化合物としては、ｎ−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、ｎ−ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、２−エチルヘキシルビニルエーテル、オクタデシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、アリルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル、９−ヒドロキシノニルビニルエーテル、４−ヒドロキシシクロヘキシルビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、トリエチレングリコールモノビニルエーテル等の単官能ビニルエーテル化合物、多官能ビニルエーテル化合物としては、１，４−ブタンジオールジビニルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジビニルエーテル、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、ノナンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル（ＴＥＧＤＶＥ）、トリメチロールプロパンジビニルエーテル、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパンジビニルエーテル、ペンタエリスリトールジビニルエーテル等の２官能ビニルエーテル化合物、３官能以上の多官能ビニルエーテル化合物としては、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、エチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、エチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル等を好ましく例示できる。硬化感度、耐候性および耐溶剤性を向上できる観点から、前記の単官能ビニルエーテル化合物と多官能ビニルエーテル化合物を組み合わせて使用することが特に好ましい。
【００３９】
本発明に係る活性エネルギー線硬化型インクは、光重合開始剤を含まない、又は１重量％以下の範囲で含むことができる。
【００４０】
光重合開始剤としては、開裂型光重合開始剤が好ましく、ベンゾインモノメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンジルジメチルケタール、２，２−ジエトキシアセトフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、メチルフェニルグリオキシレート、エチルフェニルグリオキシレート、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、２，４，６−トリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィンオキサイド等を挙げることができる。これらの中では、特に、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、メチルフェニルグリオキシレート、エチルフェニルグリオキシレート、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オンが透明性、硬化性の観点から好ましい。
【００４１】
本発明に用いられる活性エネルギー線硬化型インクは、インクジェットヘッドによる出射が可能な粘度と良好な硬化感度を両立する観点から実質的に溶剤を含まない。硬化感度を得るためには、硬化モノマーの分子量が高いほど有効であるが粘度が高まり出射への悪影響がある。従って、溶剤の添加により粘度を低減する方法が考えられるが、溶剤の添加により硬化感度が低下してしまい両立が困難である。この点について鋭意検討した結果、本発明の活性エネルギー線硬化型インクに用いるモノマー構成により、溶剤を実質的に含まない場合でも出射安定性と良好な硬化感度の両立が実現できる。
【００４２】
本発明に用いられる活性エネルギー線硬化型インクは、本発明の効果を損なわない範囲で、他の成分を含むことができる。
【００４３】
他の成分としては、必要に応じて、出射安定性、プリントヘッドやインク包装容器適合性、保存安定性、画像保存性、その他の諸性能向上の目的に応じて、公知の各種添加剤、例えば、界面活性剤、滑剤、充填剤、消泡剤、ゲル化剤、増粘剤、比抵抗調整剤、皮膜形成剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、退色防止剤、防ばい剤、防錆剤等を適宜選択して用いることができる。
【００４４】
次に、以上に説明した活性エネルギー線硬化型インクを用いて、基材上にマイクロレンズを付設してなる光学部材を製造する方法の一例について説明する。
【００４５】
まず、本発明に係る活性エネルギー線硬化型インクをインクジェット方式により基板上の所定位置に所定量付着させる。
【００４６】
基材は、格別限定されず、アクリルやポリカーボネートなどの樹脂板、ガラス板や、液晶表示装置等に用いられる導光板や偏光フィルム等を好ましく例示できる。
【００４７】
次いで、付着した該インクに対して紫外線照射を行って硬化させると共に、基材上に固着させる。これにより、インクをマイクロレンズとして基材上に付設することができる。このようにして、マイクロレンズを基材上に付設してなる光学部材を得ることができる。
【００４８】
得られた光学部材は、インクジェットヘッドからのインク射出時における射出安定性に優れるため位置精度や形状精度が高く、更に、硬化時における収縮防止性に優れるためマイクロレンズと基材の界面が機械的・光学的に安定であるため、際立って光学特性に優れる効果を奏する。
【００４９】
本発明により形成されるマイクロレンズの直径は格別限定されないが、２０μｍ以上、２００μｍ以下であることが好ましい。特に、本発明においては、インク硬化時における収縮防止性に優れることから、収縮による影響が顕著となり易い直径１００μｍ以上、２００μｍ以下程度の比較的大型のマイクロレンズを形成する場合においても、光学特性に優れる効果が得られる。
【実施例】
【００５０】
以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されない。
【００５１】
（実施例）
１．活性エネルギー線硬化型インクの調製
アクセプターモノマー、ドナーモノマー及び光重合開始剤を、表１に示す処方で混合してインク１〜１５を得た。なお、各インクとも溶剤は含有していない。
【００５２】
実施例で用いたアクセプターモノマー、ドナーモノマー及び光重合開始剤は以下の通りである。
【００５３】
［アクセプターモノマー］
・上述した一般式（１）で表わされるマレイミド構造を有するモノマー（分子量２８０、３０４、４６２、９９９、１３０２、又は２９６０）
・上述した一般式（２）で表わされるマレイミド構造を有するモノマー（分子量４２２）
・上述した一般式（３）で表わされるマレイミド構造を有するモノマー（分子量４６３）
・マレイン酸エステル化合物（分子量３５８）
・フマル酸エステル化合物（分子量３４１）
【００５４】
［ドナーモノマー］
・ビニルエーテル化合物（トリエチレングリコールジビニルエーテル、およびジエチレングリコールモノビニルエーテル）
・アクリル系化合物（トリエチレングリコールジメタクリレート、およびジエチレングリコールモノメタクリレート）
【００５５】
［光重合開始剤］
・ジフェニル−（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフォンオキシド
【００５６】
２．レンズ形成
インクジェット記録装置に、上記調製したインクを装填し、１０ｃｍ角のアクリル板からなる基材表面に、インクジェット法によりインク滴を付着させ、ドットを形成した。
【００５７】
インク供給系は、インクタンク、供給パイプ、ヘッド直前の前室インクタンク、フィルター付き配管、インクジェットヘッドからなり、前室タンクから記録ヘッド部分までを他と断熱し、インクの粘度が１０〜１２ｍＰａ・ｓの範囲になるように４０〜５５℃の範囲で加温を行った。
【００５８】
記録ヘッドは、液滴吐出量を４０ｐｌに設定し、基材表面にドット間距離が２００μｍ間隔になるようにインク滴を付着させドットを形成した。なお、インク滴は１回着弾させて、１つのドットを形成した。
【００５９】
各インクが着弾した後、記録媒体の搬送方向におけるキャリッジの下流側に配置したランプユニットにより、インク着弾した０．１秒後に、高圧水銀ランプＶＺｅｒｏ０８５（ＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ社製）より、１４０Ｗ／ｃｍのエネルギー密度、照度２０ｍＪ／ｃｍ２（積算光量）で紫外線を照射してインクを硬化し、マイクロレンズアレイを形成した。なお、照射光源の照度は、岩崎電機社製のＵＶＰＦ−Ａ１を用いて、２５４ｎｍの積算照度を測定した。
【００６０】
インク１〜１５を用いて形成された各々のマイクロレンズアレイについて、以下の評価方法で評価を行った。
【００６１】
＜評価方法＞
１．光透過性の評価方法
ヘーズメーターにより、以下の評価基準で評価した。
［評価基準］
◎：全光線透過率が９０％以上
○：全光線透過率が８０％以上、９０％未満
△：全光線透過率が７０％以上、８０％未満
×：全光線透過率が７０％未満
【００６２】
２．着色防止性の評価方法
６０℃１ヶ月保存前後で着色状態を目視により、以下の評価基準で評価した。
［評価基準］
◎：着色なく保存前後で変化なし
○：保存前に着色はないが保存後にわずかな着色が見られる
△：保存前に若干の着色があるが保存後でも実用上問題ないレベル
×：保存前段階で許容できない着色がある
【００６３】
３．射出安定性の評価方法
吐出周波数を変化させて５分間連続射出後５秒停止するサイクルを７回繰り返すことにより、以下の評価基準で評価した。
［評価基準］
○：吐出周波数２５ｋＨｚで出射欠なし
△：吐出周波数２５ｋＨｚでは欠が発生するが２０ｋHzでは出射欠なし
×：吐出周波数１５ｋＨｚで出射欠が発生
【００６４】
以上の評価結果を表１に示す。
【００６５】
【表１】
2013122026.tif 000008
【００６６】
＜評価＞
表１より、実質的に溶剤を含有せず、マレイミド構造を有し分子量が３００〜１０００のアクセプターモノマーと、ドナーモノマーとを少なくとも含有し、且つ、光重合開始剤を含まない、又は１重量％以下の範囲で含んで成る本発明に係る活性エネルギー線硬化型インクを用いた場合は、光透過率、着色性及び射出安定性に優れることがわかる。
【００６７】
特に、ドナーモノマーとしてビニルエーテル化合物を用いた場合は、アクリル系化合物を用いた場合よりも更に光透過性を向上できることがわかる。
【００６８】
一方、光重合開始剤の含有量が１重量％を超える場合は、光透過性及び着色性を著しく損なうことがわかる。
【００６９】
また、アクセプターモノマーの分子量が３００〜１０００の範囲を満たさない場合は、射出安定性を損なうことがわかる。
【００７０】
更に、アクセプターモノマーとして、マレイン酸エステル化合物あるいはフマル酸エステル化合物を用いた場合は、光透過率が著しく悪化することがわかる。
【００７１】
なお、溶剤を添加したインク１６〜１９については硬化感度が不足し均一なドットを形成できないか、隣接するドット間でインク滴が会合したため評価には至らなかった。