JP2015196276A - 光学部材用ロール版の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凹凸パターンを有する光学部材を製造する際に精度よい凹凸を形成することができるロール版を作製する方法を提供する。【解決手段】ロール２１に型シート２２を巻き付けて光学部材用のロール版２０を製造する方法であって、型シートの表面には、光学部材１０が具備する凹凸１３に対応する凹凸が設けられており、型シートの作製は、基板３０、及びレジスト層３２を有する型シート作製用積層体３３のレジスト層に対して凹凸のパターンに基づいて露光し、該露光した部位又は露光しなかった部位におけるレジスト層を除去する工程と、型シート作製用積層体をエッチングすることなくレジスト層側の面に無電解メッキ層３５を電鋳により積層する工程と、無電解メッキ層に電解メッキ層３６を積層させる工程と、型シート作製用積層体を除去する工程とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、表面に凹凸を有する光学部材を作製するためのロール状の型であるロール版を作製する方法に関する。

表示装置の多様化によりテレビ等は画面が大きくなる一方、携帯型の端末ではその性質上、画面はある程度の大きさに抑えられる。ただし、小さな画面であっても表示される画像の質は高いものが要求される。そのため、用いられる光学部材にはより微細な凹凸が形成され、その屈折や反射を利用して所望の光が出射され質の向上が図られる。

このような光学部材を量産する方法の１つとして例えば特許文献１に記載のように、光学部材の凹凸に対応した凹凸を表面に有するロール状の型（ロール版）を用いる形態がある。これはロール版の表面に硬化前の樹脂を供給して硬化させてから離型するというものである。これによりロール版の表面に形成された凹凸が樹脂に反転して転写されて所望の凹凸を得ることができる。

また特許文献２には、光学部材の凹凸に対応した凹凸を表面に有するシート状の型を準備し、複数のシート状の型をロールに巻き付け、隣り合うシート状の型同士は接合される形態のロール版が開示されている。ロール版を形成した後は上記と同様にして光学部材を得ることができる。

特開２０１２−００６１７７号公報 特開２００８−２９６４６６号公報

上記のように、携帯端末の画面は小さいものの、出射光の質を高める観点から光学部材の表面に形成される凹凸がより微細となる傾向にある。

しかしながら、特許文献１に開示されたロール版では凹凸のパターンを切削により形成するので、微細な凹凸形状を精度よく形成することができない場合がある。

一方、特許文献２に記載のようなシート状の型を用いたロール版では、当該シート状の型を作製する際にエッチングを用いるので、エッチング方向の指向性制御に限界があり、凹凸形状の精度を高める要望がある。

そこで本発明は上記問題を鑑み、凹凸パターンを有する光学部材を製造する際に精度よい凹凸を形成することができるロール版を作製する方法を提供することを課題とする。

以下、本発明について説明する。わかりやすさのため、ここでは括弧書きで図面の参照符号を付記するが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、ロール（２１）に型シート（２２）を巻き付けて光学部材用のロール版（２０）を製造する方法であって、型シートの表面には、光学部材（１０）が具備する凹凸（１３）に対応する凹凸が設けられており、型シートの作製は、基板（３０）、及びレジスト層（３２）を有する型シート作製用積層体（３３）のレジスト層に対して凹凸のパターンに基づいて露光し、該露光した部位又は露光しなかった部位におけるレジスト層を除去する工程と、型シート作製用積層体をエッチングすることなくレジスト層側の面に無電解メッキ層（３５）を電鋳により積層する工程と、無電解メッキ層に電解メッキ層（３６）を積層させる工程と、型シート作製用積層体を除去する工程と、を含む、光学部材用ロール版の製造方法である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学部材用ロール版の製造方法において、型シート作製用積層体（３３）には基板（３０）とレジスト層（３２）との間に中間層が設けられている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光学部材用ロール版（２０）の製造方法において、型シート（２２）の表面には、１つの光学部材（１０）が具備する凹凸（１３）を形成できる凹凸を単位型部（２２ａ）としたとき、該単位型部が表面に沿って複数並べられて配列されている。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光学部材用ロール版（２０）の製造方法において、単位型部（２２ａ）の凹凸は、平面視で二次元的な形状の凹凸又はパターンが異なる２種類以上の凹凸の少なくとも一方が含まれる形状を有している。

本発明の光学部材用ロール版の製造方法によれば、型シートを作製するに際し、凹凸を形成するときにエッチングをする必要がないので、エッチング特有の形状精度の低下を防止することができ、高い精度の凹凸を有するロール版を提供することができる。

図１（ａ）は光学部材１０の平面図、図１（ｂ）は光学部材１０の一部の断面図である。 ロール版２０の斜視図である。 図３（ａ）は型シート２２の平面図、図３（ｂ）はその一部を拡大した図である。 図４（ａ）〜図４（ｃ）は型シート２２を作製する各場面を説明する図である。 図５（ａ）〜図５（ｃ）は型シート２２を作製する各場面を説明する図である。 ロール２１に型シート２２を巻きつける場面を説明する図である。 賦形シート４０を説明する図である。 ロール版２０により賦形シート４０を作製する過程の一場面を説明する図である。 賦形シート４０を用いて光学部材１０を作製する過程の一場面を説明する図である。 他の形態の光学部材１１０を説明する図である。 光学部材１１０を作製する過程の一場面を説明する図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。なお、以下に示す図面では分かりやすさのため部材の大きさや比率を変更または誇張して記載することがある。また、見やすさのため繰り返しとなる符号は省略することがある。

初めに、光学部材１０について説明する。光学部材１０は後述するロール版２０により製造される光学部材であり、シート状の光学部材である。ここで光学部材としては例えば導光板、プリズムシート、レンズシート、回折構造体、モスアイ構造体等、表面に形成された凹凸により光を制御する光学部材全般を対象することができる。
図１（ａ）は光学シート１０の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）にＩａ−Ｉａで示した矢視断面図である。

光学部材１０は光制御層１２を有して構成されている。

光制御層１２は光透過性を有するシート状の部材であり、少なくとも一方の面に凹凸が形成された凹凸部１３を有している。

本例では凹凸部１３は、図１（ａ）からわかるように、区画された複数の単位凹凸部１４、１５、１６、１７、１８が配列されている。各単位凹凸部１４、１５、１６、１７、１８では、それぞれの態様で凹凸が繰り返されている。例えば、図１（ａ）、図１（ｂ）に示したように、単位凹凸部１６では矩形断面の凸部１６ａと矩形断面の凹部１６ｂとが長手方向に繰り返され、この断面を維持して幅方向に平面視で一次元的に延びている。この凹凸は微細に形成されており、凹部の深さは０．５μｍ以上３．０μｍ以下に形成されている。凹部の底幅及び凸部の頂部幅は１μｍ以上３０μｍ以下の範囲とされる。例えば凸形状の場合には凹部の底幅は５μｍ以上３０μｍ以下、凸部の頂部幅は１μｍ以上１０μｍ以下に形成され、凹形状の場合には凸部の頂部幅が５μｍ以上３０μｍ以下、凹部の底幅は１μｍ以上１０μｍ以下に形成される。

他の単位凹凸部１４、１５、１７、１８もその断面において矩形の凸部と矩形の凹部とが繰り返されているが、それぞれ次のような特徴を有している。
単位凹凸部１４は、単位凹凸部１６よりも凹凸のピッチが小さいとともに、幅方向の長さが半分程度である。そして単位凹凸部１４は光制御層１２の幅方向の一方側に寄せられて配置されている例である。
単位凹凸部１５は、単位凹凸部１４と同様の形態を有しているが、光制御層１２の幅方向他方側に、単位凹凸部１４に所定の間隔を有して並べて配置されている例である。
単位凹凸部１７は幅方向に対して斜めになるように延びており、幅方向一方と他方とてその傾きが異なる例である。すなわち、単位凹凸部１６が平面視で一方向（一次元的）に単調に延びる形態であることに対し、単位凹凸部１７は平面視で二次元的に延びる形態の凹凸となっている。
単位凹凸部１８は幅方向に平面視で一次元的に延び、長手方向に凹凸が繰り返される凹凸であるが、凹凸のピッチが変化する例である。

これら単位凹凸部１４〜１８の凹凸の形態は例示であるが、凹凸部にはこの他にも、複数の錐状の凸部が縦横に配列されるような平面視で二次元的な形状を有する凹凸等も考えられる。これにより凹凸部で屈折や反射する光を制御して所望の態様で出光させることができる。

光制御層１２を構成する材料としては種々の材料を使用することができる。ただし、光学部材用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることができる。これには例えば脂環式構造を有する重合体樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルスルホン等の熱可塑性樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）等を挙げることができる。

次に以上のような光学部材１０を形成する際に用いる賦形シート４０を作製するためのロール版２０について説明する。図２はロール版２０の外観を概略的に示した斜視図である。また、図３（ａ）はロール版２０に備えられる型シート２２の平面図、図３（ｂ）はその一部を拡大して表した図である。
図２からわかるように、ロール版２０は、ロール２１及び型シート２２を有して構成されている。

ロール２１は円柱状のロール本体２１ａ及びロール本体２１ａの端面から軸線に沿って突出する回転軸２１ｂを有している。これによりロール２１は、回転軸２１ｂが支持されて、該回転軸２１ｂを中心に回動するように構成されている。
ロール本体２１ａは、剛性を確保するための部位で、ロール版２０の大部分を構成している。かかる観点からロール本体２１ａは、機械構造用の鉄系材料が用いられることが好ましい。また、必要な剛性を確保しつつも軽量化をする観点から、ロール本体２１ａは両側に底を有する円筒状であってもよい。また、ロール本体２１ａの表面の温度調節ができるようにロール本体内部に冷水や温水、蒸気または高温の油を循環できるように２重構造にするのが一般的である。

型シート２２は、賦形シート４０に対して光学部材１０の凹凸部１３に対応する凹凸形状を転写する型として機能するシート状の部材である。従って、型シート２２の表面にもこれに対応した凹凸が形成されている。図３（ａ）には型シート２２をロール本体２１ａから外して展開した平面図を示した。また、図３（ｂ）には図３（ａ）にＶｂで示した部分を拡大して表した。

型シート２２にはこれら図からわかるように、その表面に縦横に複数の単位型部２２ａが配列され、これらは継ぎ目なく並べられている。図には隣り合う単位型部２２ａの境界を点線で表したが、これは理解しやすくするためのものであり、継ぎ目ではない。すなわち型シート２２は接合部を有することなく一体である一枚のシートである。従って隣あう単位型部２２ａ間には段差や意図しない位置ずれが生じることがなく、単位型部２２ａの正確な配置ができる。そして型シート２２の大きさはその一辺が８００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、１つの型シートに多くの単位型部２２ａを含ませることができるとともに、ロール２１の外周を一周させることができる。

各単位型部２２ａには、図３（ｂ）からわかるように、光学部材１０の凹凸部１３に対応した凹凸が形成されている。

このような型シート２２は電鋳板により構成することができる。詳しくは後でその作製方法を説明するが、電解ニッケルメッキ層上に無電解ニッケルメッキ層が形成された積層体により構成されており、無電解ニッケルメッキ層の表面に凹凸が形成されている。ここではニッケルによる電解メッキ層及び無電解メッキ層で説明するが、他の材料によるものであってもよい。
なお、型シート２２には位置決めのためのアライメントを設けておくことが好ましい。このアライメントも転写されて、光学部材１０の打ち抜きの際の位置決めの基準となる。

そしてロール２１の外周面に型シート２２を巻きつけて固定することによりロール版２０となる。上記のように型シート２２には継ぎ目が存在しないので、ロール版２０とされたときには図２に示したように継ぎ目は端部同士が突き合わされた突き合わせ部２３が唯一の継ぎ目となる。

次に型シート２２の作製方法について説明する。図４（ａ）〜図５（ｃ）に作製の順を追った図を表した。
初めに、図４（ａ）に示したように、ガラス、金属、セラミック、合成石英、プラスチック等により構成された、必要な強度、面精度を有する基板３０上にレジスト層３２を薄膜状に形成し、これを型シート作製用積層体３３とする。レジストとしては、公知のものを用いることができるが、例えばナガセケムテックス株式会社製のＧＲＸ−Ｍ２２０やＧＲＸ−Ｍ１００が挙げられる。

次に図４（ｂ）に示したように、レジスト層３２に対して光学部材１０の凹凸部１３に基づいたパターンで露光する。この露光方法は特に限定されないが、本形態ではレーザービームＬの走査により露光を行っている。この他電子線の走査をしてもよい。この露光によりレジスト層３２を構成するレジスト樹脂が硬化した易溶化部分３２ａと、未露光部分３２ｂとが形成される。そして図４（ｃ）のように現像液を噴霧して行なうスプレー現像等によって、現像して易溶化部分３２ａを除去し、未露光部分３２ｂによりパターン化されたレジストパターン３２ｃを得る。そして当該基板３０及び該基板３０の一方の面に形成されたレジストパターン３２ｃから型シート２２を作製する。

なお、ここまでの説明では露光された部分が除去される、いわゆるポジレジストによる過程を説明したが、レジスト材料を変更することにより、露光された部分が残り、露光されなかった部分が除去されるネガレジストによる過程が採用されてもよい。

ここまでの過程は、いわゆるラージサイズフォトマスク（ＬＳＰＭ）による微細形状形成により行われる。
以上の説明からわかるように本発明ではレジストに形成されたパターンを直接、型シート作製に用いることから、当該パターンを得る際に、従来のフォトマスクの手法のパターン形成で行われていたエッチングを必要としない。これにより本発明ではエッチング特有の意図しない方向への材料の除去によるパターン形状の精度低下を防止できる。また、エッチングの工程も要しない。従って、精度よく、工程を短縮して簡易に型シートを作製することができる。

なお、本形態では基板３０に直接レジスト層３２を積層する例を説明したが、基板とレジスト層との間にレジスト層の密着性を高める中間層を配置してもよい。例えば基板をガラス（クォーツ）とした場合に、レジスト層との間にクロム層を設ける形態であれば従来のエッチングを含むフォトレジスト用の積層体をそのまま適用でき、密着性も高いので汎用性が高い。

次に得られた基板３０及びここに積層されたレジストパターン３２ｃ（型シート作製用積層体３３）を用いて電鋳により型ロール２２を作製する。
初めに図５（ａ）に示したように、基板３０のうち、レジストパターン３２ｃが形成された側に無電解ニッケルメッキ層３５を電鋳により形成する。このとき無電解ニッケルメッキ層３５は、１０ｎｍ以上１μｍ以下の厚みがよい。
次いで図５（ｂ）に示したように、無電解ニッケルメッキ層３５の上に電解ニッケルメッキ層３６を電鋳により形成する。このとき電解ニッケルメッキ層３６により、無電解ニッケルメッキ層３５と電解ニッケルメッキ層３６との総厚みが０．３ｍｍ程度となるように電解ニッケルメッキ層３６を形成する。
そして、図５（ｃ）に示したように型シート作製用積層体３３を剥離することにより型シート２２を得る。

以上示した型シート２２の作製方法によれば、上記したようにエッチングを要しないので、エッチング特有の意図しない方向への材料の除去を防止することができ、凹凸形状を精度よく作製することができる。また、エッチングをする工程を設ける必要がないので工程の短縮、及びコストの削減も可能である。
また単位型部２２ａを縦横に複数配列して形成しても、単位型部２２ａ間に継ぎ目が形成されず、段差やずれが発生しない型シート２２を容易に確実に作製することができる。

以上のように作製された型シート２２は、図６に示したようにロール本体２１ａに巻き付けられ、ロール版２０（図２参照）とされる。

次に、上記ロール版２０を用いて、光学部材１０を製造する方法を説明する。図７〜図９に説明のための図を示した。本形態では、押し出し法により光学部材１０を製作するに先立ち、凹凸部１３の形状を賦形できる賦形シート４０を作製する。図７に賦形シート４０の形態を概念的に斜視図で示した。

賦形シート４０は上記のように光学部材１０の凹凸部１３の形状を賦形できる帯状のシートである。賦形シート４０は透光性を有する基材４１、及び基材４１の一方の面に積層された型部４２を有して構成されている。そして型部４２には、光学部材１０の１つの凹凸部１３を形成するための単位型部４２ａが複数縦横に配列されている。

このような賦形シート４０は次のように作製される。図８に説明のための図を示した。図８に示したように、準備されたロール版２０と金型ニップロール４５との間に、図８に矢印ＶＩＩＩで示したように基材４１を送り出す。そして基材４１上に硬化する前の紫外線硬化樹脂組成物４２’をノズル４６から供給する。これにより基材４１とロール版２０との間に硬化前の紫外線硬化樹脂４２’が充填される。これにより硬化前の紫外線硬化樹脂組成物４２’がロール版２０の型シート２２に形成された凹凸に充填される。
このように充填された状態で、紫外線照射装置４７から紫外線が照射され、紫外線硬化樹脂組成物が硬化して型部４２となる。その後、剥離ロール４８により離型して賦形シート４０を得る。得られた賦形シート４０は巻き取られてロール状とされる。

次に、賦形シート４０を用いて押し出し法により光学部材１０を得る。図９に説明のための図を示した。
第一ロール５１と、該第一ロール５１に対して所定の間隙を有して配置される第二ロール５２との間に図９に矢印ＩＸで示したように賦形シート４０を順次送り出し、賦形シート４０と第二ロール５２との間に溶融した熱可塑性樹脂組成物５５をノズル５６から流入させる。ここで賦形シート４０の送り方向は帯状である賦形シート４０の長手方向である。また、流入される熱可塑性樹脂組成物５５は第二ロール５２及び賦形シート４０の幅方向大きさと同程度の大きさ（幅）を有する帯状であることが好ましい。これにより幅方向に均一な材料供給が可能である。

供給された熱可塑性樹脂は第二ロール５２と賦形シート４０との間に所定の圧力を具備しつつ流入する。これにより熱可塑性樹脂が賦形シート４０の型部４２の表面に形成された凹凸に充填され、熱可塑性樹脂組成物５５がこの凹凸に沿った形状となる。そして第三ロール５３、及び第四ロール５４を経て冷却され、最終的に熱可塑性樹脂組成物５５が硬化して形状が固定される。これにより光学部材１０が縦横に継ぎ目なく配列された光学部材用帯状シート１０’を得る。そして剥離ロール５７により光学部材用帯状シート１０’と賦形シート４０とが分離される。
この状態では光学部材用帯状シート１０’にはアライメントも含まれていることが好ましい。

最終的に光学部材用帯状シート１０’の打ち抜きや切断により光学部材１０を得ることができる。その際にはアライメントが位置決めの基準となる。

このようにして作製された光学部材１０はその凹凸自体の精度、及び位置精度が高く、所望の光制御を精度良く行うことができる。

図１０には他の形態の光学部材１１０を示した。図１０は図１（ｂ）と同じ視点による図である。光学部材１１０は、上記説明した光制御層１２が基材１１の一方の面に積層された２層の構造となっている。光制御層１２の構造は上記の通りである。

基材１１は、該基材１１の一方の面に光制御層１２を形成するための基材となる光透過性を有するシート状の部材である。このような基材１１を構成する材料としては、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、メタクリル酸メチル・ブタジエン・スチレン（ＭＢＳ）樹脂、メタクリル酸メチル・スチレン（ＭＳ）樹脂、アクリル・スチレン（ＡＳ）樹脂、及びアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）等が挙げられる。

光学部材１１０は次のように製造することができる。すなわち、上記したロール版２０と同じ要領により、直接光学部材１１０の凹凸部１３を形成できる凹凸を有するロール版１２０を作製する。そして当該ロール版１２０を用いて図１１に示したように基材１１上に光制御層１２を積層する。

すなわち、図１１に示したように、準備されたロール版１２０と金型ニップロール４５との間に、図１１に矢印ＸＩで示したように基材１１を送り出す。そして基材１１上に硬化する前の紫外線硬化樹脂組成物１２’をノズル４６から供給する。これにより基材１１とロール版１２０との間に硬化前の紫外線硬化樹脂１２’が充填される。これにより硬化前の紫外線硬化樹脂組成物１２’がロール版１２０に形成された凹凸に充填される。
このように充填された状態で、紫外線照射装置４７から紫外線が照射され、紫外線硬化樹脂組成物が硬化して光制御層１２となる。その後、剥離ロール４８により離型する。これにより光学部材１１０が縦横に継ぎ目なく配列された光学部材用帯状シート１１０’を得る。
この状態では光学部材用帯状シート１１０’にはアライメントも含まれていることが好ましい。

最終的に光学部材用帯状シート１１０’の打ち抜きや切断により光学部材１１０を得ることができる。その際にはアライメントが位置決めの基準となる。

１０ 光学部材
１１ 基材
１２ 光制御層
１３ 凹凸部
２０ ロール版
２１ ロール
２２ 型シート
３０ 基板
３２ レジスト層
３３ 型シート作製用積層体
３５ 無電解ニッケルメッキ層（無電解メッキ層）
３６ 電解ニッケルメッキ層（電解メッキ層）

Claims (4)

1. ロールに型シートを巻き付けて光学部材用のロール版を製造する方法であって、
   前記型シートの表面には、光学部材が具備する凹凸に対応する凹凸が設けられており、
   前記型シートの作製は、
   基板、及びレジスト層を有する型シート作製用積層体の前記レジスト層に対して前記凹凸のパターンに基づいて露光し、該露光した部位又は露光しなかった部位におけるレジスト層を除去する工程と、
   前記型シート作製用積層体をエッチングすることなく前記レジスト層側の面に無電解メッキ層を電鋳により積層する工程と、
   前記無電解メッキ層に電解メッキ層を積層させる工程と、
   前記型シート作製用積層体を除去する工程と、を含む、光学部材用ロール版の製造方法。
2. 前記型シート作製用積層体には、前記基板と前記レジスト層との間に中間層が設けられている請求項１に記載の光学部材用ロール版の製造方法。
3. 前記型シートの表面には、１つの前記光学部材が具備する凹凸を形成できる凹凸を単位型部としたとき、該単位型部が前記表面に沿って複数並べられて配列されている請求項１又は２に記載の光学部材用ロール版の製造方法。
4. 前記単位型部の前記凹凸は、平面視で二次元的な形状の凹凸又はパターンが異なる２種類以上の凹凸の少なくとも一方が含まれる形状を有している請求項３に記載の光学部材用ロール版の製造方法。

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