JP2005215282A - Method for transferring fine rugged pattern and duplicate plate obtained thereby - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面に微細な凹凸形状を有するディスプレイを量産複製する製造方法に関するもので、特に回折格子パターンを有するディスプレイを複製する際に用いるもので、回折格子パターンを有する原版からその凹凸形状を光硬化樹脂の利用で転写する微細な凹凸パターンの転写方法及びそれを用いた複製版の製造方法に関する。 The present invention relates to a manufacturing method for mass production and reproduction of a display having a fine concavo-convex shape on the surface, and is particularly used when replicating a display having a diffraction grating pattern. The present invention relates to a method for transferring a fine concavo-convex pattern to be transferred by using a photocurable resin, and a method for producing a duplicate plate using the same.
従来、回折格子パターンを有するディスプレイを複製する場合に、原版の回折格子の凹凸形状を複数個面付け転写した複製版(スタンパー)を用いて複製を行う方法が多く採用されてきている。 Conventionally, when a display having a diffraction grating pattern is duplicated, a method of duplicating using a duplicated plate (stamper) obtained by imposing and transferring a plurality of concave and convex shapes of the diffraction grating of the original plate has been widely employed.
上記原版の凹凸形状を転写して大きな面積の複製版を作製する方法としては、光硬化樹脂もしくは紫外線硬化樹脂を用いて原版に樹脂が密着した状態で、紫外線照射により樹脂を硬化させて原版の凹凸形状を転写する方法がある(例えば、特許文献1参照。)。 As a method of transferring the concavo-convex shape of the original plate to produce a replica plate having a large area, in a state where the resin is in close contact with the original plate using a photo-curing resin or an ultraviolet curable resin, the resin is cured by ultraviolet irradiation and the original plate There is a method of transferring an uneven shape (for example, see Patent Document 1).
しかし、紫外線硬化樹脂は硬化するときに硬化収縮が起こることから、この方法で成形膜厚を厚くすると硬化収縮による歪みが生じ、細かいひび割れ(マイクロクラック)が発生してしまうという問題がある。 However, since the ultraviolet curable resin undergoes curing shrinkage when cured, there is a problem that when the molded film thickness is increased by this method, distortion due to curing shrinkage occurs and fine cracks (microcracks) occur.
また、この他に原版の凹凸形状を転写して大きな面積の複製版を作製する方法としては、光硬化樹脂もしくは紫外線硬化樹脂を用いて原版に樹脂が密着した状態で、ビーム状の光線を走査して移動させ紫外線を照射することにより樹脂を硬化させて原版の凹凸形状を転写する方法がある。 In addition, as a method for producing a large-sized replica plate by transferring the uneven shape of the original plate, a beam of light is scanned while the resin is in close contact with the original plate using a photo-curing resin or an ultraviolet-curing resin. There is a method in which the uneven shape of the original plate is transferred by curing the resin by irradiating it with ultraviolet rays.
しかし、このようなビーム状の光線を走査して移動させ紫外線を照射する方法では、ビーム状の光線を走査した線に沿って、硬化状態が異なる縞構造ができ、この縞構造にある方向から光を入射して観察すると虹色で観察されてしまう。 However, in the method of scanning and moving such a beam-like light beam and irradiating ultraviolet rays, a stripe structure having a different curing state is formed along the line scanned with the beam-like light beam, and from the direction in which this stripe structure is located. When observing with incident light, it is observed in rainbow colors.
また、上記縞構造は厚み方向に立体的な構造であることから、入射角度を変化すると光が拡散されて白っぽく見えてしまう。 Further, since the stripe structure is a three-dimensional structure in the thickness direction, when the incident angle is changed, light is diffused and looks whitish.
以下に、上記先行技術文献を示す。
以上のように、従来の方法としては、ビーム状の光線を走査した線に沿って、硬化状態が異なる縞構造ができ、この縞構造にある方向から光を入射して観察すると虹色で観察されたり、入射角度を変化すると光が拡散されて白っぽく見えてしまうという問題点があった。 As described above, as a conventional method, a stripe structure having a different curing state is formed along a line scanned with a beam-like light beam, and observation is performed in a rainbow color when light is incident from the direction in the stripe structure. When the incident angle is changed, the light is diffused and looks whitish.
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであり、その課題とするところは、上記の平面状の透明基板表面に光硬化樹脂を設ける工程と、微細な凹凸パターンを有する平面状の原版を該光硬化樹脂に密着させ、該透明基板と原版を近接配置する工程と、該透明基板に原版と反対側からビーム状の光線を走査して移動させ該光硬化樹脂を順次硬化させる光硬化樹脂の硬化工程と、該原版を透明基板から剥離せしめる工程とからなる微細な
凹凸パターンの転写方法において、光硬化樹脂の硬化後に走査の線に沿った縞構造ができず、虹色や白色で観察されず透明度が高い極めて高精度な微細な凹凸パターンの転写方法及びそれを用いた複製版の製造方法を提供することにある。
The present invention solves the problems of the prior art, and the problem is that a step of providing a photo-curing resin on the surface of the above-mentioned planar transparent substrate and a planar shape having a fine uneven pattern are provided. A step of closely adhering the original plate to the photo-curing resin, and disposing the transparent substrate and the original plate in close proximity; and light for sequentially curing the photo-curing resin by scanning and moving a beam of light from the opposite side of the original plate to the transparent substrate In the method of transferring a fine uneven pattern comprising a curing step of a cured resin and a step of peeling the original plate from a transparent substrate, a stripe structure along a scanning line cannot be formed after curing of the photocurable resin, resulting in iridescent or white It is an object of the present invention to provide a method for transferring a fine concavo-convex pattern with high transparency that is not observed in, and a method for producing a duplicate plate using the same.
本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項1の発明では、平面状の透明基板表面に光硬化樹脂を設ける工程と、微細な凹凸パターンを有する平面状の原版を該光硬化樹脂に密着させ該透明基板と原版を近接配置する工程と、該透明基板に原版と反対側から、ビーム状の光線で走査して移動させ該光硬化樹脂を順次硬化させる光硬化樹脂の硬化工程と、該原版を透明基板から剥離せしめる工程とからなる微細な凹凸パターンの転写方法において、前記光硬化樹脂を順次硬化させる光硬化樹脂の硬化工程が、前記ビーム状の光線で第1走査軸に繰り返し走査を行い、かつ同時に該第1走査軸に直交する第2走査軸に走査し、該第2走査軸の移動を、第1走査軸の走査1周期につきビーム状の光線の半径以下とし、所望の範囲内で同一箇所を第2走査軸により複数回走査するようにしたことを特徴とする微細な凹凸パターンの転写方法としたものである。
In order to achieve the above object in the present invention, first, in the invention of
また、請求項2の発明では、上記同一個所を第2走査軸により複数回走査する際の、各走査ごとの第2走査軸の移動距離を、異なる移動距離としたことを特徴とする請求項1に記載の微細な凹凸パターンの転写方法としたものである。 According to a second aspect of the present invention, when the same part is scanned a plurality of times by the second scanning axis, the moving distance of the second scanning axis for each scanning is set to a different moving distance. 1 is a method for transferring a fine uneven pattern according to 1.
また、請求項3の発明では、上記第2走査軸の異なる移動距離が、整数倍以外の数値としたことを特徴とする請求項2に記載の微細な凹凸パターンの転写方法としたものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the fine uneven pattern transfer method according to the second aspect, wherein the different moving distance of the second scanning axis is a numerical value other than an integral multiple. .
また、請求項4の発明では、上記同一個所を第2走査軸により複数回走査する際の、各走査ごとの第1走査軸の繰り返し走査の周期を、異なる周期としたことを特徴とする請求項1記載の微細な凹凸パターンの転写方法としたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, when the same portion is scanned a plurality of times by the second scanning axis, the period of repeated scanning of the first scanning axis for each scanning is set to a different period. The method for transferring a fine concavo-convex pattern according to
また、請求項5の発明では、上記第1走査軸の異なる繰り返し走査の周期が、整数倍以外の数値としたことを特徴とする請求項4記載の微細な凹凸パターンの転写方法としたものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the method for transferring a fine uneven pattern according to the fourth aspect, the period of the repeated scanning with different first scanning axes is a numerical value other than an integral multiple. is there.
さらにまた、請求項6の発明では、上記請求項1乃至5のいずれかに記載の微細な凹凸パターンの転写方法により得られた複製版としたものである。
Furthermore, the invention of claim 6 is a duplicate plate obtained by the method for transferring a fine uneven pattern according to any one of
本発明は以上の構成であるから、下記に示す如き効果がある。 Since this invention is the above structure, there exist the following effects.
即ち、上記請求項1に係る発明によれば、光硬化樹脂を順次硬化させる光硬化樹脂の硬化工程を、ビーム状の光線で第1走査軸に繰り返し走査を行い、かつ同時に前記第1走査軸に直交する第2走査軸に走査し、前記第2走査軸の移動距離を、前記第1走査軸の走査1周期につき、前記ビーム状の光線の半径以下とし、所望の範囲内で同一個所を第2走査軸により、複数回走査するようにしたことによって、硬化した樹脂の内部に縞構造は作られず、虹色や白色で観察されず透明度が高い微細な凹凸パターンの転写方法を提供することができる。 That is, according to the first aspect of the invention, the curing step of the photo-curing resin for sequentially curing the photo-curing resin is repeatedly performed on the first scanning axis with a beam of light, and at the same time, the first scanning axis. The moving distance of the second scanning axis is set to be equal to or less than the radius of the beam of light for one scanning period of the first scanning axis, and the same portion within a desired range is scanned. By providing a plurality of scans with the second scanning axis, a stripe structure is not formed inside the cured resin, and a transfer method for a fine concavo-convex pattern with high transparency that is not observed in iridescent or white is provided. Can do.
また、上記請求項2に係る発明によれば、上記同一個所を第2走査軸により、複数回走査する際の、各走査ごとの第2走査軸の移動距離を、異なる移動距離としたことで、硬化した樹脂の内部はより均一になり、さらに透明度が高い光硬化樹脂を得ることができる効果がある。 According to the second aspect of the present invention, when the same portion is scanned by the second scanning axis a plurality of times, the moving distance of the second scanning axis for each scan is set to a different moving distance. The inside of the cured resin becomes more uniform, and there is an effect that it is possible to obtain a photo-curing resin with higher transparency.
また、上記請求項3に係る発明によれば、上記第2走査軸の異なる移動距離が、整数倍以外の数値としたことで、硬化した樹脂の内部はより均一になり、さらに透明度が高い光硬化樹脂を得ることができる。 According to the third aspect of the invention, since the different moving distances of the second scanning axis are values other than integer multiples, the inside of the cured resin becomes more uniform and light with higher transparency. A cured resin can be obtained.
また、上記請求項4に係る発明によれば、上記同一個所を第2走査軸により、複数回走査する際の、各走査ごとの第1走査軸の繰り返し走査の周期を、異なる周期としたことで、各走査ごとの第2走査軸の移動距離が異なることになり、硬化した樹脂の内部はより均一になり、さらに透明度が高い光硬化樹脂を得ることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, when the same portion is scanned a plurality of times by the second scanning axis, the period of the repeated scanning of the first scanning axis for each scanning is set to a different period. Thus, the moving distance of the second scanning axis for each scan is different, the inside of the cured resin becomes more uniform, and a photo-curing resin with higher transparency can be obtained.
さらにまた、上記請求項5に係る発明によれば、上記第1走査軸の異なる繰り返し走査の周期が、整数倍以外の数値としたことで、硬化した樹脂の内部はより均一になり、さらに透明度が高い光硬化樹脂を得ることができる。 Furthermore, according to the fifth aspect of the present invention, the repeated scanning cycle of the first scanning axis is set to a numerical value other than an integral multiple, so that the inside of the cured resin becomes more uniform and further has transparency. High photo-curing resin can be obtained.
また、上記請求項6に係る発明によれば、上記請求項1乃至5のいずれかに記載の微細な凹凸パターンの転写方法により得られた複製版は、虹色や白色で観察されず、より透明度が高い微細な凹凸パターンを有するものとすることができる。
Further, according to the invention according to claim 6, the duplicated plate obtained by the method for transferring a fine uneven pattern according to any one of
以下本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は微細な凹凸パターンの転写方法の一実施形態においての構成要素を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing components in one embodiment of a method for transferring a fine uneven pattern.
図1において、ガラス基板11の面に対して上下方向に移動する昇降ヘッド14が配置してある。昇降ヘッド14のガラス基板11に対向する面には、表面に凹凸形状のあるNi原版13が貼り付けてある。
In FIG. 1, a lifting
ガラス基板11の成形面は、ガラス表面を薬液により溶解し表面を細かく荒らした状態にするノングレア処理を行い、さらにシランカップリング処理を行うことで、硬化した樹脂とガラスの密着を強めるようにしてある。 The molding surface of the glass substrate 11 is subjected to a non-glare treatment that dissolves the glass surface with a chemical solution to make the surface finely roughened, and further, a silane coupling treatment is performed to strengthen the adhesion between the cured resin and the glass. is there.
次に、ガラス基板11の表面に紫外線硬化樹脂12を塗布(滴下)し、Ni原版13を貼り付けた昇降ヘッド14を徐々に降下し、ガラス基板11と平行になるように近接配置する。
Next, the ultraviolet
次に、発振する光の波長が325nmの紫外線である(He−Cdレーザー)紫外線レーザー15から発振したレーザー光をミラー16にて反射し、シャッター17を経て、Xスキャナー18のミラーに入射する。
Next, the laser light oscillated from the
さらに、Xスキャナー18により走査されたレーザー光を、Yスキャナー19のミラーに入射し、Xスキャナー18の走査方向と直交する方向に走査する。
Further, the laser beam scanned by the
ところで、ガラス基板11の表面のノングレア処理による微細な凹凸は、表面に塗布した紫外線硬化樹脂12によって埋めらることにより、見かけ上は透明な基板となる。
By the way, the fine unevenness | corrugation by the non-glare process of the surface of the glass substrate 11 is filled with the ultraviolet
ここで、図1においてはガラス基板11の表面に塗布した紫外線硬化樹脂12と、Ni原版13は離れたように図示しているが、実際にレーザー光を照射するときは、紫外線硬化樹脂12とNi原版13は密着して近接配置している。
Here, in FIG. 1, the ultraviolet
次に、図2にXYスキャナーにより樹脂面に走査したパターンの概略図を示す。 Next, FIG. 2 shows a schematic diagram of a pattern scanned on the resin surface by an XY scanner.
ここで、Xスキャナーは4HZで往復運動するように三角波で駆動し、X軸方向に走査される。 Here, the X scanner is driven by a triangular wave so as to reciprocate at 4 Hz and is scanned in the X-axis direction.
また、同時にYスキャナーがY軸方向に、Xスキャナーが1往復走査する間に移動する移動距離21が、レーザー光線のガウスビーム半径以下となるように走査する。
At the same time, the Y scanner scans in the Y-axis direction so that the moving
一般的に、レーザー光線の強度分布はガウス分布となっており、図3に示すような曲線の強度分布を示し、X軸がビーム直径、Y軸は相対強度を示す。 In general, the intensity distribution of a laser beam is a Gaussian distribution, showing an intensity distribution of a curve as shown in FIG. 3, with the X axis indicating the beam diameter and the Y axis indicating the relative intensity.
レーザー光線のビーム径(ガウスビーム直径)は、ガウス分布でのレーザー強度のピーク値の1/e2 の値(0.135)の部分となる。 The beam diameter of the laser beam (Gauss beam diameter) is a portion of the value (0.135) of 1 / e2 of the peak value of the laser intensity in the Gaussian distribution.
図2において、Yスキャナーの移動距離をガウスビーム半径以下となるように走査することで、X軸方向が折り返す部分でのY軸方向のビーム間隔22がビーム直径となり、レーザーが照射されない紫外線硬化樹脂がなくなる。
In FIG. 2, by scanning the moving distance of the Y scanner to be less than the Gaussian beam radius, the
しかし、レーザー光線のビーム直径の外周付近での光強度は、中心部とはかなり差があり、紫外線硬化樹脂の硬化する露光量以下の露光量で照射した場合には、ビームの外周部が通過した部分と、中心部が通過した部分では、硬化の度合いが異なることが起こる。 However, the light intensity in the vicinity of the outer circumference of the beam diameter of the laser beam is considerably different from the central portion, and when irradiated with an exposure amount equal to or less than the exposure amount for curing the UV curable resin, the outer periphery portion of the beam passed. The degree of curing is different between the portion and the portion through which the central portion has passed.
このため、樹脂の内部に完全に硬化した部分と半硬化の部分での縞構造が出来てしまい、この縞の間隔が細かい場合には屈折率の差により虹色で観察されてしまう。 For this reason, a stripe structure is formed between a completely cured portion and a semi-cured portion inside the resin, and when the interval between the stripes is small, a rainbow color is observed due to a difference in refractive index.
次に、図4は本発明による光硬化樹脂の硬化方法の一実施形態においての構成要素を示す図である。 Next, FIG. 4 is a figure which shows the component in one Embodiment of the hardening method of the photocurable resin by this invention.
左側が1回目の走査のパターンを示し、右側が2回目の走査のパターンを示す。2回目のビーム間隔42は、1回目のビーム間隔41の3/4としてあり、1回目の走査で半硬化の部分に、2回目の走査でさらに照射されるので、縞構造が緩和される。
The left side shows the pattern of the first scan, and the right side shows the pattern of the second scan. The
この2回のビーム間隔が整数倍であると、1回目の走査と2回目の走査が周期的に重なるところができてしまい、縞構造が残ってしまう。 If this two-time beam interval is an integral multiple, the first scan and the second scan will overlap periodically, leaving a fringe structure.
また、Y軸方向の移動速度を一定として、X軸方向の往復の周期を変えると、Y軸方向のビーム間隔が変化したことになり、同様な効果が得られる。 Further, if the moving speed in the Y-axis direction is constant and the reciprocation period in the X-axis direction is changed, the beam interval in the Y-axis direction changes, and the same effect can be obtained.
ここで、1回目と2回目の露光量の合計が、紫外線硬化樹脂の完全硬化する露光量に設定することで、1回目露光で樹脂が半硬化状態となり、2回目の露光で完全に硬化するとともに、縞構造が解消され透明度の高い硬化状態となる。 Here, the sum of the first and second exposure amounts is set to an exposure amount at which the UV curable resin is completely cured, so that the resin becomes a semi-cured state by the first exposure and is completely cured by the second exposure. At the same time, the fringe structure is eliminated and the cured state is highly transparent.
従って、光硬化樹脂の硬化を、ビーム状の光線をX軸に繰り返し走査を行い、かつ同時にX軸に直交するY軸に走査し、Y軸の移動距離を、X軸の走査1周期につき、ビーム状の光線の半径以下とし、所望の範囲内で同一個所をY軸により、複数回走査するようにし、さらに複数回走査する際の、各走査ごとのY軸の移動距離を、異なる移動距離としたことによって、硬化した樹脂の内部に縞構造は作られず、虹色や白色で観察されず透明度が高い微細な凹凸パターンの転写方法を提供することができる。 Accordingly, the curing of the photo-curing resin is performed by repeatedly scanning the beam-shaped light beam on the X axis and simultaneously scanning on the Y axis orthogonal to the X axis, and the movement distance of the Y axis is determined per one scanning cycle of the X axis. The same distance within the desired range is scanned by the Y-axis a plurality of times, and the scanning distance of the Y-axis for each scanning is different when the scanning is performed a plurality of times. As a result, it is possible to provide a method for transferring a fine concavo-convex pattern which is not observed in iridescent or white color and has high transparency without forming a stripe structure inside the cured resin.
11‥‥ガラス基板
12‥‥紫外線硬化樹脂
13‥‥Ni原版
14‥‥昇降ヘッド
15‥‥紫外線レーザー
16‥‥ミラー
17‥‥シャッター
18‥‥Xスキャナー
19‥‥Yスキャナー
21‥‥移動距離
22、41、42‥‥ビーム間隔
11 ...
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