JP2012101432A

JP2012101432A - 微細構造の転写方法

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Publication number: JP2012101432A
Application number: JP2010251593A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Mitsui; 一成三井
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: JP5621525B2

Abstract

【課題】偽造防止効果を発揮する微細構造の転写方法を提供する。
【解決手段】平面状のガラス基板１の表面に紫外線硬化樹脂５を滴下し、微細な凹凸形状を有するＮｉ原版３を紫外線硬化樹脂５に密着させ、ガラス基板１の裏面から紫外線レーザー光６を走査して移動させ、紫外線硬化樹脂５を順次硬化し、然る後、Ｎｉ原版３をガラス基板１から剥離して、紫外線硬化樹脂５の表面にＮｉ原版３の凹凸形状（デジタル形状）を転写すると共に、紫外線硬化樹脂５とＮｉ原版３との密着した面内を予め用意した画像に基づいて分割し、分割した領域毎に紫外線レーザー光６の走査速度、走査方向を制御して縞模様（アナログ形状）を作製する。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細構造の転写方法に関するものであり、特に転写により偽造が困難な画像を形成するのに好適なものである。

近年、商品券や小切手等の有価証券類やクレジットカードやキャッシュカード、ＩＤカード等のカード類、パスポートや免許証等の証明書類の偽造防止を目的として、通常の印刷物とは異なる視覚効果をもつ表示体を転写箔やステッカー等の形態にして、前記証券類やカードなどの証明書類の表面に貼付、圧着するなどして設けることが行われている。また、有価証券類や証明書類以外の物品においても偽造品の流通が社会問題化しており、そのような物品についても同様の偽造防止技術を適用する機会が多くなってきている。

偽造防止技術としては、マイクロ文字、特殊発光インキ、すかし、回折格子、ホログラムなどがある。これらの偽造防止技術は大きく二つに分けることができる。一つは、簡易な機器や測定装置などを使用して真偽を判別する偽造対策である。もう一つは、肉眼で容易に真偽判定が可能な偽造対策である。後者のような偽造防止物として、例えば下記特許文献１に記載されるようなレインボーホログラムがある。

回折格子やホログラムの作製方法としては、例えば下記非特許文献１に記載されるように、ホログラフィ技術又は電子線描画装置やレーザー微細加工機などがあり、近年では様々な微細構造を作製できることや位置精度などが高いことから装置による微細構造の作製が主流になってきている。しかし、世界経済の発展によって微細構造を比較的安価に作製することが可能となり、このような装置による微細構造の偽造品も多く流通し始めている。そこで、ホログラフィ技術及び電子線描画装置などによる微細構造の両方を一つの偽造防止媒体に作製し、偽造防止効果を高めることが行われてきている。

特開平２−７２３２０号公報

「ホログラフィの原理」、オプトロニクス社、P．ハリハラン著

しかし、前述のように複数の微細構造を一つの偽造防止媒体に作製する場合の作製方法は、まず、第一工程としてホログラフィ技術による微細構造の作製、第二工程として電子線描画装置などによる微細構造の作製、第三工程としてふたつの微細構造を合成する工程と三つの工程で作製することが一般的であり、とても複雑で作製が困難である。具体的には、電子線描画装置による回折格子（以下、デジタル形状とも記す）などやホログラフィ技術を用いた縞形状（以下、アナログ形状とも記す）を一つの偽造防止媒体に作製することは困難である。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、アナログ形状及びデジタル形状を一つの媒体に比較的簡易に共存させることが可能な微細構造の転写方法を提供することを目的とする。

本発明のうち請求項１に係る微細構造の転写方法は、平面状の透明基板表面に光硬化樹脂を塗布する工程と、微細な凹凸形状を有する原版を、前記光硬化樹脂に密着させ、前記透明基板と当該原版とを近接配置する工程と、前記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、前記光硬化樹脂を順次硬化し、前記原版を透明基板から剥離する工程とを有する微細構造の転写方法において、前記光硬化樹脂と原版との密着した面内を予め用意した画像に基づいて分割し、前記光線の走査速度を前記分割した領域毎に制御して微細構造を転写することを特徴とする。

また、請求項２に係る微細構造の転写方法は、前記画像の輝度に対応させて前記光線の走査速度を増減させることを特徴とする。
また、請求項３に係る微細構造の転写方法は、前記画像の輝度に対応させて前記光線の走査方向を変化させることを特徴とする。
また、請求項４に係る微細構造の転写方法は、前記画像を走査速度用と走査方向用に２枚用意し、夫々の画像の輝度に対応させて前記光線の走査速度と走査方向の両方を変化させることを特徴とする。

また、請求項５に係る微細構造の転写方法は、前記画像は２値画像であり且つ２種の走査速度又は走査方向を対応させたことを特徴とする。
また、請求項６に係る微細構造の転写方法は、前記画像はビットマップパターンからなることを特徴とする。
また、請求項７に係る微細構造の転写方法は、前記面内の光線の走査線は一筆書き状であることを特徴とする。

また、請求項８に係る微細構造の転写方法は、前記透明基板がガラス基板であり、当該ガラス基板の表面にシランカップリング処理を施したことを特徴とする。

而して、請求項１の発明によれば、光線の走査速度を変化させることにより光硬化樹脂の収縮に違いが生じ、収縮による縞模様の制御を行うことが可能である。光線の走査速度を速くすると縞模様が生じ、走査速度を遅くすると発生しない。この縞模様によって光が回折するため縞模様の有無、つまり光線の走査速度を画像に基づいて制御することによって画像を表現することが可能である。

また、請求項２の発明によれば、画像の輝度に対応させて光線の走査速度を制御させることによって回折光によるグラデーション効果を表現することが可能である。
また、請求項３の発明によれば、画像の輝度に対応させて光線の走査方向を制御させることによって回折光の方向を制御することができる。
また、請求項４の発明によれば、光線の走査速度と走査方向の両方の数値を制御することでデザイン性を向上することができる。

また、請求項５の発明によれば、輝度を２値にすることにより走査により作製した縞模様による表示画像をより確認しやすくすることが可能である。
また、請求項６の発明によれば、画像がビットマップパターンであることにより、情報の扱いが容易である。
また、請求項７の発明によれば、光線の走査線が一筆書き状であることにより、面内に繋ぎが発生せず、転写面内の平面性を保つことが可能である。

また、請求項８の発明によれば、ガラス基板の表面にシランカップリング処理を施すことによって光硬化樹脂とガラス基板の密着性を向上させることが可能である。

本発明の微細構造の転写方法の一実施形態を示す転写装置の斜視図である。図１の転写装置における塗布工程の説明図である。図１の転写装置における硬化工程の説明図である。図１の転写装置における剥離工程の説明図である。図１の転写装置で紫外線硬化樹脂が硬化した瞬間の説明図である。走査速度用の画像の説明図である。転写に用いる原版の説明図である。走査速度及び走査方向の説明図である。走査速度及び走査方向を転写面内で変化させて作製した転写パターンの説明図である。

以下に本発明に基づく実施形態の微細構造の転写方法について図面を用いて詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施形態の微細構造の転写方法を実施化した転写装置の概略構成を示す斜視図である。
装置には透明基板であるガラス基板１が搭載され、当該ガラス基板１の図示上面である表面には後述するシランカップリング剤によるシランカップリング処理４が施され、その図示上面に紫外線硬化樹脂５が滴下されている。
ガラス基板１の図示上方には上下方向に移動する昇降ヘッドが配設され、その図示下面に、微細な凹凸形状を有するＮｉ原版２が貼り付けられている。

この転写装置では、前記ガラス基板１の図示下方で、Ｈｅ−Ｃｄレーザー１５から発振したレーザー光６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。
さらに、Ｘスキャナー１８により走査されたレーザー光６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。Ｈｅ−Ｃｄレーザー１５が発振するレーザー光の波長は紫外線である。

図２は、図１の転写装置で行われる第一工程、即ちガラス基板１に紫外線硬化樹脂５を塗布する工程の説明図である。
前述したように、ガラス基板１の表面には、シランカップリング剤によるシランカップリング処理４が施されている。
シランカップリング処理とは、ガラスと紫外線硬化樹脂との密着性を向上させるもので、シランカップリング剤は、分子中に無機質材料と化学的結合をする反応基と、有機材料と化学的結合をする反応基の２種以上の異なった反応基を持っている。

このため、シランカップリング剤で表面処理を行ったガラスは、硬化後の紫外線硬化樹脂との密着が非常に強固なものとなる。
以上のような表面処理を行ったガラス基板１の表面上で、Ｎｉ原版３の降下する位置に、未硬化の紫外線硬化樹脂５を滴下する。
図３は、微細な凹凸形状を有する比較的平面的なＮｉ原版３を、未硬化の紫外線硬化樹脂５に密着させ、透明基板であるガラス基板１とＮｉ原版３を近接配置し、紫外線によって紫外線硬化樹脂５を硬化する硬化工程の説明図である。

この工程では、昇降ヘッド２を降下させて未硬化の紫外線硬化樹脂５にＮｉ原版３を密着し、ガラス基板１とＮｉ原版３を平行状態に保ち、ガラス基板１の裏面から当該ガラス基板１を透過する紫外線６を紫外線硬化樹脂５に照射して硬化する。
図４は、Ｎｉ原版３を透明基板であるガラス基板１から剥離する剥離工程の説明図である。

この剥離工程では、昇降ヘッド２と共にＮｉ原版３を上昇し、硬化した紫外線硬化樹脂５からＮｉ原版３を剥離することで当該紫外線硬化樹脂５の表面に、Ｎｉ原版３の凹凸形状が転写された転写パターン７が成形される。
以上説明した工程を経て、ガラス基板１の表面に紫外線硬化樹脂５を硬化して微細構造を転写することができる。

さらに、転写位置を移動して同様な工程を繰り返すことでＮｉ原版３の凹凸形状をガラス基板１上に複数個配置して転写形成できる。
上述では、主に本実施形態の微細構造の転写工程について述べた。次に紫外線硬化樹脂の硬化方法について詳しく述べる。
図５は、前述のようにシランカップリング処理を施したガラス基板１に紫外線硬化樹脂５を滴下し、Ｎｉ原版３を貼り付けた昇降ヘッド２を降下して、紫外線硬化樹脂５にＮｉ原版３を密着したところに、ガラス基板１の反対側から紫外線のレーザー光６を滴下した紫外線硬化樹脂５に照射した状態の説明図である。

紫外線硬化樹脂５では、レーザー光６の紫外線が照射された部分で樹脂の硬化が起こり、樹脂硬化部分の範囲が収縮する。なお、図中の符号８は樹脂硬化部分を、符号９は樹脂未硬化部分を示す。
このとき、レーザー光６の走査速度が速いと、収縮した分の樹脂を補う時間がなく、次の位置の硬化が始まる。そのため、樹脂の収縮による歪みが生じる。この現象が連続的に起こることで走査方向とは垂直に縞模様が発生する。この縞模様が回折格子として機能し、回折光を観察することができる。

また、前記とは逆にレーザー光６の走査速度を遅くすると、収縮した分の樹脂を補うことが可能であることから歪みが生じず、縞模様も発生しない。
図６（ａ）は、走査速度用の画像１０を示した図であり、輝度が高い部分（速い）と輝度が低い（遅い）ことを示している。走査速度は図６（ａ）の輝度により設定する。設定方法としては輝度を０〜２５５段階に分け、走査速度範囲を２．０ｍ／ｓから０．００１ｍ／ｓとする。輝度が０の場合には走査速度を２．０ｍ／ｓに設定する。また輝度が２５５の場合には、走査速度を０．００１ｍ／ｓに設定する。このように設定することにより、回折光によるグラデーション効果を表現することが可能でデザイン性を向上させることができる。

前記Ｎｉ原版３に微細構造のない鏡面を用い、図６（ａ）に基づいて走査速度を変化させて（矢印は走査方向）紫外線硬化樹脂５を硬化させたときの表面形状を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）に示すように画像の基礎が低く、レーザー光６の走査速度が遅い部分では縞模様がなく（鏡面１２）、走査速度が速い部分でのみ縞模様１１を得られる。

（実施の形態２）
以下に、本実施形態における転写方法の一例を示す。
図７は、本実施形態の微細構造の転写に用いるＮｉ原版１３を示しており、図中の星部分は電子線描画装置により１ｍｍに５００本の回折格子１４が作製されている。その他の部分は鏡面であり、微細構造はない。

図８（ａ）は、レーザー光の走査速度用の画像２０であり、輝度が高い部分（速い）と輝度が低い部分（遅い）を示している。図８（ｂ）は、レーザー光の走査方向用の画像２１を示しており、同図に示すように中心から周囲に広がるように走査を行っている。こうすることで、レーザー光の走査線は一筆書き状となる。レーザー光の走査方向は図８（ｂ）のように画像の輝度により設定する。設定方法として輝度を０〜２５５段階に分け、走査角度を０〜１８０度とする。
輝度が０の場合には０度であり、輝度が１４７の場合には、９０度に設定する。このとき０度とは時計で１２時方向であり、時計回りを正とする。実際の走査間隔は５０μｍであり、便宜上拡大図示している。

図９には、図７のＮｉ原版１３を用い、図８（ａ）の走査速度用の画像２０、図８（ｂ）の走査方向用の画像２１に従ってレーザー光を走査し、紫外線硬化樹脂を硬化させてできた紫外線硬化樹脂の表面の転写パターン７を観察した図を示す。転写パターン７ａ、７ｂは走査速度によって作製した縞模様（アナログ形状）であり、転写パターン７ｂは電子線描画装置によって作製された回折格子（デジタル形状）である。よって、一回の工程でアナログ形状及びデジタル形状を一つの媒体上に作製することが可能で偽造防止効果も高くなる。また、この転写物の微細構造部分にアルミを蒸着することによって、回折効率を向上させることができ、より視認性の高い転写パターン７が成形される。

また、転写パターン７ａと転写パターン７ｂとでは、レーザー光の走査方向が９０度異なっており、成形される縞模様の方向も９０度異なるため、回折光の観察できる位置が異なる。よって、レーザー光の走査方向を変化させることでデザイン性を向上させることができる。

１・・・ガラス基板（透明基板）
２・・・昇降ヘッド
３・・・Ｎｉ原版
４・・・シランカップリング処理
５・・・紫外線硬化樹脂（光硬化樹脂）
６・・・レーザー光（ビーム状の光線）
７・・・転写パターン
１０・・・走査速度用の画像
１１・・・縞模様
１２・・・鏡面
１３・・・Ｎｉ原版
１４・・・回折格子
１５・・・Ｈｅ−Ｃｄ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
２０・・・走査速度用の画像
２１・・・走査方向用の画像

Claims

平面状の透明基板表面に光硬化樹脂を塗布する工程と、微細な凹凸形状を有する原版を、前記光硬化樹脂に密着させ、前記透明基板と当該原版とを近接配置する工程と、前記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、前記光硬化樹脂を順次硬化し、前記原版を透明基板から剥離する工程とを有する微細構造の転写方法において、
前記光硬化樹脂と原版との密着した面内を予め用意した画像に基づいて分割し、前記光線の走査速度を前記分割した領域毎に制御して微細構造を転写することを特徴とする微細構造の転写方法。
前記画像の輝度に対応させて前記光線の走査速度を増減させることを特徴とする請求項１に記載の微細構造の転写方法。
前記画像の輝度に対応させて前記光線の走査方向を変化させることを特徴とする請求項１に記載の微細構造の転写方法。
前記画像を走査速度用と走査方向用に２枚用意し、夫々の画像の輝度に対応させて前記光線の走査速度と走査方向の両方を変化させることを特徴とする請求項１に記載の微細構造の転写方法。
前記画像は２値画像であり且つ２種の走査速度又は走査方向を対応させたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の微細構造の転写方法。
前記画像はビットマップパターンからなることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の微細構造の転写方法。
前記面内の光線の走査線は一筆書き状であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の微細構造の転写方法。
前記透明基板がガラス基板であり、当該ガラス基板の表面にシランカップリング処理を施したことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の微細形状の転写方法。