JP2016533915A - 両面構造化フィルム物品 - Google Patents

Abstract

両面構造を有するフィルム物品とは、フィルムの両主面が構造化表面を有するものである。この構造化フィルム物品は、第１主面と、第２主面と、を有し、各表面は、繰り返しパターンを形成する、複数の離間した突出部を有する。各繰り返しパターンは長軸を有し、長軸は、繰り返しパターンの並進方向の長軸のうちの１つである。第２主面上の繰り返しパターンの長軸は、第１主面上の長軸と斜角を形成し、この角度は、繰り返しパターンの回転対称角の１０〜９０％の範囲である。この構造化フィルムは一体型基材である。構造化フィルム物品は、２つの主面を有する流動性物質組成物を準備し、主面を第１微細構造化工具及び第２微細構造化工具に同時に接触させることによって調製される。各微細構造化工具は、複数の陥凹部のパターンを含む構造化表面を有する。

Description

本開示は、両面構造を有するフィルム物品及びこれらの調製方法に概ね関する。

フィルム、シートなど様々な物品は、２つの主面を有する。かかる物品の製造においては、多くの場合、両主面に構造化表面を作製できることが望ましい。物品の両主面に構造化表面を作製する様々な技法が開発されてきた。

米国特許第７，１６５，９５９号（Ｈｕｍｌｉｃｅｋら）では、ウェブの両面にパターン化表面をキャスティングするための装置が記載されている。この装置は、少なくとも１００マイクロメートル内に連続位置合わせされた状態で維持される、２つのパターン化ロールを含む。同様に、米国特許第７，４８４，９５０号（Ｍｉｚｕｎｕｍａら）では、両面が形成されたシートを形成するための位置合わせ装置が記載されている。この装置では、第１形成ロール及び第２形成ロールは互いに対して平行かつ対向して設けられ、２つの表面上の成形形状間の位相差を減少させる制御装置が設けられる。

米国特許第２０１２／０１５６７７７号（Ｒａｎｇａｒａｊａｎら）では、１つ、又は２つ以上の外側表面と、１つ、又は２つ以上の外側表面上の１つ、又は２つ以上の構造化陥凹部と、を含む、付着性細胞生育用キャリアが記載されている。

本明細書は、両面構造を有する構造化基材であるフィルム物品及びこれらを調製する方法について記載する。両面構造を有する構造化基材とは、基材の両主面が構造化表面、概ね微細構造化表面を有するものである。

いくつかの実施形態では、構造化基材は、第１主面と、第２主面と、を含み、第１主面及び第２主面は、繰り返しパターンを形成する複数の離間した突出部をそれぞれ含む。各繰り返しパターンは長軸を有し、長軸は、繰り返しパターンの並進方向に長軸のうちの１つを含む。第２主面上の繰り返しパターンの長軸は、第１主面上の長軸と斜角を形成し、この角度は、繰り返しパターンの回転対称角の１０〜９０％の範囲である。この構造化基材は一体型基材である。いくつかの実施形態では、第１主面及び／又は第２主面上の繰り返しパターンは、周期的な幾何学的パターンを含む。

本明細書は、また、両面構造を有する構造化物品の調製方法を開示する。いくつかの実施形態では、物品の調整方法は、第１主面と、第２主面と、を有する、流動性物質組成物を準備することと、第１微細構造化工具を準備することであって、第１微細構造化工具は、複数の陥凹部を含むパターンを備える構造化表面を含むことと、第２微細構造化工具を準備することであって、第２微細構造化工具は、複数の陥凹部を含むパターンを備える構造化表面を含むことと、第１微細構造化工具を流動性物質組成物の第１主面に、かつ第２微細構造化工具を流動性物質組成物の第２主面に同時に接触させて、流動性物質組成物の第１構造化主面及び第２構造化主面を形成することと、を含む。第１構造化主面及び第２構造化主面は、繰り返しパターンを形成する、複数の離間した突出部をそれぞれ含み、各繰り返しパターンは長軸を有する。長軸は、繰り返しパターンの並進方向に長軸のうちの１つを含む。第２主面上の繰り返しパターンの長軸は、第１主面上の長軸と斜角を形成する。この角度は、繰り返しパターンの回転対称角の１０〜９０％の範囲である。

本出願は、添付図面と関連する本開示の様々な実施形態の以下の詳細な説明を考慮すると、更に完全に理解できるであろう。
両面構造化物品を形成するための本開示のプロセスの概略図を示す。 両面構造化物品を形成するための比較用プロセスの概略図を示す。 両面構造化物品を形成するための本開示のプロセスの概略図を示す。 本開示の両面構造化物品の一部の断面図を示す。 比較用両面構造化物品の斜視図を示す。 本開示の両面構造化物品の斜視図を示す。

例示される実施形態の以下の説明では、本開示が実施され得る様々な実施形態が実例として示される、添付の図面を参照する。本開示の範囲から逸脱することなく、実施形態が用いられることができ、かつ構造的変更がなされ得ることを理解されたい。図は、必ずしも原寸に比例していない。図中用いられる同様の数字は、同様の構成要素を示す。しかしながら、所与の図中の構成要素を指す数字の使用は、同一数字を付された別の図中の構成要素を限定するものではないことが理解されよう。

両主面に構造化表面を有する物品を形成できることが望ましい。構造化表面は、表面に付与されたパターンを有し、すべての表面に本来備わっている、自然の表面粗さとは異なっているものとして周知である。両主面に構造化表面を有する物品を形成するためには、様々な方法が可能であり、これらの様々な方法が使用されてきた。ある方法では、片側に構造化表面を有する２枚のフィルムを調製し、これらをラミネートして、２つの構造化表面を有する物品を形成する。この２枚のフィルムは、介在層又はフィルムを使用して、又は使用せずにラミネートされ得、少なくとも１つの境界面を有する物品をもたらす。かかる方法は、非常に大きな労力を要することがあり、通常、ラミネートに先立ってフィルムを適切に位置合わせするためにかなりの注意を要する。加えて、１つ、又は２つ以上の境界面の存在は、物品の層間剥離が生じ得る、潜在的な脆弱点を物品にもたらす。別の欠点は、フィルムの処理には各フィルムに十分な厚さが必要であり、この技法による薄型物品の形成が不可能になることである。別の検討事項は、材料が貼り合わされる場合、層を結合するために接着剤など結合剤が必要なことである。これは、追加費用及び処理工程を加えるだけではなく、例えば、感圧性接着剤の使用は、添加剤（例えば、粘着付与剤又は可塑剤）又は未重合モノマーなど低分子量汚染物質を含み得る。これらの低分子量汚染物質は、結合させた組立体の縁部から漏れることがあり得る。加えて、光学特性が重視される実施形態では、結合剤が光学特性に悪影響を与え得る。

両主面で構造化を行った物品を形成するために使用され得る別の技法は、各表面に対して別個に構造化を行うことである。溶解フィルムなど流動性物質は、まず片面で第１構造化工具による接触を受け、次いで、しばらくたってからもう一方の表面で第２構造化工具による接触を受けてよい。例えば、連続プロセスにおいては、押出フィルムは、その上面で構造化工具による接触を受け、次いで、フィルムがラインの下流へと進む際にその下面で第２構造化工具による接触を受けてよい。このプロセスには、多数の欠点が存在する。異なる時点及び／又は位置における構造化では、長期間にわたってフィルムを溶解状態に保つ必要がある。これは、コスト及びエネルギー消費の観点からだけではなく、第１構造の付与後もフィルムを溶解状態に保つことは、溶解物質がその元の構成にリフローして戻り得るため、この構造が失われることがあるので望ましくない。別の方法では、フィルムの第１表面が構造化された後で、フィルム材料のＴｇを下回る温度までフィルムを冷却してよい。次いで、少なくともフィルム材料のＴｇに等しい温度まで第２表面を加熱して、フィルムの第２表面に構造が付与され得るようにしてよい。しかしながら、この方法は同様の欠点を有する（フィルムを２回加熱ために必要なコストの増加、フィルムが再加熱されて第２構造を付与されるときに第１構造が変化する高い可能性など）。具体的には、かかる連続プロセスで第２表面上に構造を形成するために必要な圧力は、第１表面上の構造を損傷することがある。

物品の両主面に構造化表面を形成するための１つの特に望ましい方法は、物品が溶解した流動性状態である間に、構造化工具に物品の両主面を同時に接触させることである。この方法では、両構造化表面が単一プロセスで形成される。

しかしながら、構造化表面が突出部を含むとき、このプロセスは複雑なものになり得る。構造化表面上に突出部を形成するためには、構造化工具は陥凹部を含む。物品の流動性物質（通常、溶解物質である）は、構造化工具の陥凹部に流れ込み、所望の表面突出部を形成する。物品の両主面に構造が同時に形成されるときには、大量の溶解物質が２方向に流れ込まなくてはいけない。構造化される物品の厚さに応じて、パターンの著しい重複がある場合には、溶解物質は、構造化工具上の両方の陥凹部に流れ込む十分な量を有さないことがある。工具における、この陥凹部の充填不足は、不完全な突出部、つまり意図した高さ又は幅を有さない突出部をもたらす。不完全な突出部を有する物品は、概ね許容されない。

流動性物質組成物、特に溶解物質組成物の両面に同一の構造を同時に付与することに伴う別の問題は、パターン化後に溶解物質組成物から工具を取り外すことに関する。これは、溶解物質組成物が２つの構造化工具ロールの間を通過するときに特に問題である。溶解物質組成物の片側が構造化される、つまり、溶解物質組成物が構造化工具ロールと平坦な工具ロールとの間を通過するとき、パターン化中に冷却される溶解物質組成物は、パターン付きロールとの接触を維持したがることが判明している。これは、パターン化のために、パターン付きロールと冷却溶解物質との接触領域は、平坦なロールと冷却溶解物質との接触領域よりも大きく、したがって、パターン付きロールから冷却溶解物質を引き離すために必要なエネルギーは、平坦なロールから冷却溶解物質を引き離すために必要なエネルギーよりも大きいために当然である。しかしながら、溶解物質組成物の両面に同一の構造が形成されると、溶解物質組成物は、一方又は他方の工具に対する選好性を有さない。場合によっては、これは、両工具と接触し続ける溶解物質組成物をもたらし得、パターン化表面に形成された稜状構造などパターン化表面に欠陥を生じさせ得る。

両面に完全に一致するパターンを有するフィルム物品の形成から生じる別の複雑な問題は、かかるフィルムのフィルム靱性である。形成されたフィルムの両面でパターンが一致するとき、重複する突出部はフィルムにおける脆弱点を形成する。フィルムの切断など下流プロセスでは、これらの脆弱点の存在により、縁部が破砕して構造化フィルム物品全体に容易に広がることができる。

これらの問題は、２つの構造化工具の間を材料のウェブが通過するなど、連続プロセスで構造化が行われたときだけではなく、スタンピングタイプの作業などバッチプロセスにおいても観察される。この影響は、より薄い物品の形成において特に顕著である。しかしながら、多くの場合に望ましいのは、より薄い物品である。

上記の問題に対する単純な改善策は、工具をオフセットして、ダウンウェブ方向に揃っていないパターンを形成することであると考えられ得る。換言すると、両パターンはダウンウェブ方向及びクロスウェブ方向から見るときには完全に平行であるが、クロスウェブ方向から断面を見ると、突出部は揃っていない。しかしながら、かかるプロセスは、実際には決して単純ではない。例えば、プロセスが連続的に実行され、溶解物質など流動性物質に２つの工具ロールの間を通過させることによって２種類のパターンが付与される場合、かかるプロセスを実行することは、実際には非常に困難であることがすぐに明らかになる。かかる計画では、加工条件がごくわずかに変化しただけでパターンの重複が再び生じて、上記の問題のすべてが発生し得る。例えば、繰り返しパターンの重複領域は、工具ロールのごくわずかな直径差によって生じることがある。２つのパターンは、直径が一致していないために、定速で同相と異相（重複）を行き来する。これを緩和するためには、高機能の制御システムを用いてパターンの重複を防止する必要がある。パターンの重複はまた、互いに対する２つのロールの側方運動から生じることがあり、この場合においても、１つ又は両方の工具ロールの側方運動を最小化するための精密な設計制御が必要となる。パターンの寸法が減少するのに従って、相対的な位置合わせの制御は更に困難になる。

本明細書は、両主面で構造化されている物品及びこれらの物品の調製方法を開示する。異なる表面上のパターンは、ある角度でオフセットしている。つまり、完全に揃ってはいない。工具パターンを意図的にずらして構造の重複を最小化することにより、厳密なプロセス制御の必要性を低減する。このオフセットパターンについては、以下で詳述する。

本開示の角度付きオフセットパターン化法の結果として、このパターン化の本質、すなわち、２つの構造化工具内の陥凹部は、構造内の全位置において同時に充填する必要はないため、両面に完全な突出部を形成でき、不完全な突出部の存在を低減するか、排除する。加えて、角度付きオフセットパターン化は、両工具に粘着する流動性物質組成物によって生じる欠陥の排除に役立つ。これは、角度付きオフセットにより、流動性物質組成物は、ある工具よりももう一方の工具を好むようになるからである。また、２つの構造化表面上の突出部の大部分は重複していないため、フィルム靭性の問題も最小化されるか、排除される。

図１、２、及び３は、上記の２つのプロセスを図示する。図１は、流動性物質組成物、具体的には溶解物質組成物の両面を同時に構造化することによりフィルム物品を形成する連続プロセスの概要を示す。図２及び３は、２つの工具構造が流動性物質組成物と接触するプロセスの一部の図を示す。図２は、オフセットしていない両面パターンを形成する、比較用プロセスを示す。図３は、本開示のプロセスの実施形態を示す。

図１では、１１０は、流動性物質組成物１２０を供給するための押出成形機又は類似の装置である。流動性物質組成物１２０は、流動性物質組成物が第２構造化工具ロール１０５に接触する位置まで第１構造化工具ロール１１５上に担持され、流動性物質組成物１２０を同時に微細構造化する。非構造化ロール１２５は、構造化ロール１１５から両面構造化フィルムを取り外しやすくする、任意の巻き取りロールである。微細構造化プロセス１００を図示する図２では、流動性物質組成物１２０は２つの微細構造化工具の間を通過する。工具１は１３０であり、図１の工具ロール１０５に対応し、工具２は１４０であり、図１の工具ロール１１５に対応する。流動性物質組成物１２０は、工具１３０及び１４０の陥凹部を完全には充填せず、不完全充填領域１５０を生じさせる。工具１３０及び１４０を取り外すと、形成された両面構造化物品は、不完全な突出部１６０と、突出部の間にあるランド部１７０と、を含む。突出部の基部と微細構造化表面の第２主面との間の厚さは、多くの場合、「ランド部」と記載される。突出部の高さは、多くの場合、ランド部の上面に対して測定される。図は原寸に比例していないが、突出部の間にあるランド部１７０は、流動性物質組成物１２０よりも薄い。これは、一部の流動性物質組成物１２０が突出部１６０に形成されたためである。

図３では、本開示のプロセス２００を図示する。このプロセスでは、流動性物質組成物１２０は、２つの微細構造化工具による接触を同時に受ける。工具１は２３０であり、図１の工具ロール１０５に対応し、工具２は２４０であり、図１の工具ロール１１５に対応する。流動性物質組成物１２０は、工具２３０及び２４０内の陥凹部を完全に充填し、図２では不完全に充填されていた領域２５０を充填する。工具２３０及び２４０を取り外すと、形成された両面構造化物品は、完全な突出部２６０と、突出部の間にあるランド部２７０と、を含む。図は原寸に比例していないが、突出部の間にあるランド部２７０は、流動性物質組成物１２０よりも薄い。これは、一部の流動性物質組成物１２０が突出部２６０に形成されたためである。また、図２及び３の流動性物質組成物１２０が同じ厚さである場合、図３の突出部２６０は、図２の突出部１６０よりも大きい（したがって、流動性物質組成物１２０からのより多くの質量を含む）ため、図３のランド部２７０は図２のランド部１７０よりも薄いことが予期されることに留意されたい。また、図２及び３は、任意の種類のパターン化工具を示すために一般化されており、図２及び３の工具が図１に示されるような工具ロールである場合、構造化フィルムは、構造１６０又は２６０を含み、ランド部１７０又は２７０は、構造化後も工具ロールのうちの１つと接触し続けるであろうことに留意されたい。

別途記載のない限り、本明細書及び「特許請求の範囲」で使用される特徴部の寸法、量、及び物理的特性を表わすすべての数字は、いずれの場合においても「約」なる語によって修飾されているものとして理解されるべきである。したがって、それと反対の指示がない限り、前述の明細書及び添付の「特許請求の範囲」内に示される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を用いて当業者が得ようとする所望の特性に応じて変動し得る近似値である。エンドポイントによる数値範囲の列挙は、その範囲内に包含される全ての数字（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）、並びにその範囲内の任意の範囲を含む。

本明細書及び添付の「特許請求の範囲」において使用するとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」には、その内容について別段の明確な指示がない限り、複数の指示対象物を有する実施形態が含まれる。例えば、「（１つの）層」への言及は、１つ、２つ、又はそれを上回る層を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の「特許請求の範囲」で用いられる場合、用語「又は」は、その内容によって別段の明確な指示がなされていない限りは、一般に「及び／又は」を含む意味で用いられる。

本明細書で使用するとき、用語「ポリマー」は、ホモポリマー又はコポリマーであるポリマー材料を指す。本明細書で使用するとき、用語「ホモポリマー」は、１種類のモノマーの反応生成物であるポリマー材料を指す。本明細書で使用するとき、用語「コポリマー」は、少なくとも２種類の異なるモノマーの反応生成物であるポリマー材料を指す。

本明細書で使用するとき、用語「規則配置」は、微細構造特徴部、特に複数の微細構造の説明で使用するときには、自然の表面粗さ、又は他の自然特徴部とは異なる付与されたパターンを意味し、この配置は連続的又は非連続的であってよく、繰り返しパターン、非繰り返しパターンなどであってよい。

本明細書で使用するとき、用語「微細構造」は、特徴部の少なくとも２つの次元が微視的である特徴部の構成を意味する。したがって、特徴部の局所図及び／又は断面図は、微視的でなくてはならない。

本明細書で使用するとき、用語「微視的」は、その形を決定するために任意の視野面から見たときに光学的補助を裸眼に必要とする程度まで十分に小さい寸法の特徴を指す。１つの基準が、「Ｍｏｄｅｒｎ Ｏｐｔｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」（Ｗ．Ｊ．Ｓｍｉｔｈ，ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ，１９６６，ｐａｇｅｓ １０４〜１０５）に記載されており、視力は、「認識できる最小文字の角寸法の観点から定義され、測定される。」正常視力は、認識可能な最小文字が網膜上に５分の円弧の高低角となる場合であると考えられる。２５０ｍｍ（１０インチ）の代表的な作動距離において、これは、この対象に対して０．３６ｍｍ（０．０１４５インチ）の横寸法をもたらす。

本明細書で使用するとき、用語「隣接する」は、それが２つの層を指すときには、それら２層が互いの間に介在する開いた空間を有さずに互いに近接していることを意味する。それらは互いに直接接触している場合もあり（例えばラミネートされている）、介在層がある場合もある。

本明細書で使用するとき、用語「一体型」は、基材又はフィルムの説明に使用するときには、基材又はフィルムが単一工程で調製されたことを意味する。一体型基材又はフィルムは、単一材料又は複数材料から調製されてよい。一体型基材又はフィルムは、モノリシック基材又はフィルム）として調製されよい（例えば、押出形成など）か、多層基材又はフィルムとして調製されてよい（例えば、共押出成形など）。

本明細書で使用するとき、用語「熱可塑性」は、ポリマー材料の特性を指す。熱可塑性材料は加熱により溶融及び／又は流動し、冷却により再固化し、加熱により再び溶融及び／又は流動する材料である。熱可塑性材料は、加熱及び冷却により物理的な変化のみを受け、感知され得る化学変化は起きない。

本明細書で使用するとき、用語「長軸」は、不規則形状のパターンに存在する並進対称軸を指す。ある方向の変位、例えば、水平変位又は垂直変位が基本的にその元の構成にその形状を戻す場合、形状のパターンは、並進対称を呈する。例えば、正方形パターンでは、２つの並進対称の長軸（ｘ方向に１つ及びｙ方向に１つ）が存在する。６角形に充填されたアレイでは、３つの並進対称の長軸が存在する。

本明細書は、２つの微細構造化表面を有する物品の調製方法を開示する。これらの方法は、第１主面と、第２主面と、を含む流動性物質組成物を準備することと、第１微細構造化工具を準備することであって、第１微細構造化工具は複数の陥凹部を含むパターンを備える構造化表面を含むことと、第２微細構造化工具を準備することであって、第２微細構造化工具は、複数の陥凹部を含むパターンを備える構造化表面を含むことと、第１微細構造化工具を流動性物質組成物の第１主面に、かつ第２微細構造化工具を流動性物質組成物の第２主面に同時に接触させて、流動性物質組成物の第１構造化主面及び第２構造化主面を形成することと、を含む。２つの構造化工具の構成に応じて、２つの構造化工具は流動性組成物と完全に同時には接触しないことがあるが、通常、流動性組成物とは実質的に同時に接触する。用語「同時に」は、この概念を伝え、２つの工具は、流動性組成物と同時に接触することを意味する。

第１構造化主面及び第２構造化主面は、繰り返しパターンを形成する複数の離間した突出部をそれぞれ含むように形成され、各繰り返しパターンは長軸を有し、長軸は繰り返しパターンの並進方向に長軸のうちの１つを含み、第２主面上の繰り返しパターンの長軸は、第１主面上の長軸と斜角を形成し、この角度は、繰り返しパターンの回転対称角の１０〜９０％の範囲である。いくつかの実施形態では、この角度は、繰り返しパターンの回転対称角の２０〜８０％の範囲である。いくつかの実施形態では、繰り返しパターンは、繰り返し正方形パターンを含み、第１主面上の繰り返しパターンの長軸と第２主面上の繰り返しパターンの長軸との間の角度は、２０〜７０°の範囲である。

通常、流動性物質組成物は、一体型フィルム（一体型基材と呼ばれることもある）を含む。一体型基材フィルムは、単一材料を含み得るフィルムであるか、複数の材料を含み得るが、一体型フィルムは単一工程で形成されるフィルムである。いくつかの実施形態では、一体型フィルムはモノリシック構造を含む。これにより、一体型フィルムは単一材料で、多くの場合、押出成形などのプロセスによって形成されることを意味する。これらの実施形態では、流動性物質組成物は、通常、押出成形機の生産物である。他の実施形態では、一体型フィルムは、材料のブレンドを含んでよい。他の実施形態では、一体型フィルムは単一工程で調製されるにもかかわらず、一体型フィルムは多層構造を含んでよい。したがって、個々のフィルム層のラミネートによる多層フィルム又は基材の形成は、通常、一体型フィルム又は基材をもたらさない。本開示の実施形態では、流動性物質組成物は、通常、押出成形又は共押出成形の生産物であり、押出成形層又は共押出成形層は、単一材料を含んでよいか、材料のブレンドであってよい。

様々な材料が、流動性物質組成物としての使用に好適である。通常、これらの材料は、熱可塑性ポリマー材料である。有用な熱可塑性ポリマー材料の例としては、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリブチレンなどポリアルキレン、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などポリエステル、ＰＥＴＧなどコポリエステル、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などポリ（メタ）アクリレート、ナイロン、ＴＰＯ（熱可塑性ポリオレフィンブレンド）、ＴＰＵ（熱可塑性ポリウレタン材料）などポリウレタン、ポリスチレン、耐衝撃性改良ポリスチレンなどが挙げられる。特に好適な材料としては、ポリプロピレン、ポリスチレン、及び耐衝撃性改良ポリスチレンが挙げられる。

上記のように、流動性物質組成物は、多くの実施形態において一体型フィルムである。この一体型フィルムは、押出成形、つまり単一層の押出成形又は複数層の共押出成形のいずれかによって調製され得る。通常、この一体型フィルムは、２５〜２０３マイクロメートル（１〜８ミル）の厚さを有する。一体型フィルムの厚さが構造の高さを含む場合、この厚さは、２５〜１，０１６マイクロメートル（１〜４０ミル）と更に大きくなり得る。

流動性物質組成物の両主面は、微細構造化工具による接触を同時に受ける。微細構造化工具は当業者に周知であり、熱及び圧力の条件下で構造化可能表面に接触すると、表面に構造を付与する。本開示では、流動性物質組成物の主面は構造化可能表面であり、微細構造化工具を取り外すと、流動性物質組成物の表面は構造化表面である。構造化表面上の構造は、工具表面上の構造の反転である。つまり、工具表面上の突出部は、構造化表面上の陥凹部を形成し、工具表面上の陥凹部は、構造化表面上の突出部を形成する。微細構造特徴部は様々な形状を前提としてよいが、微細構造化工具上の微細構造特徴部の少なくとも一部は、陥凹部である。

通常、微細構造化工具は成型工具である。構造化成型工具は、箔押し機、可撓性若しくは非可撓性ベルト、又はローラーの形態であってよい。更に成型工具は、エンボス加工、コーティング、キャスティング、又はプラテンプレス加工によって、表面に微細構造化パターンを生成する工具であると一般的に認識されており、最終物品の一部になることはない。

微細構造化成型工具の生成に関しては、様々な方法が、当業者に既知である。これらの方法の例としては、フォトリソグラフィ、エッチング、放電加工、イオンミリング、マイクロマシニング、及び電鋳などが挙げられるが、これらに限定されない。また、微細構造化成形型は、成形可能材料（架橋性液体シリコーンゴム、放射線硬化性ウレタンなどからなる群から選択されるものなど）を用いて、不規則な形状及びパターンを含む様々な微細構造化表面を複製して、又は、電鋳により様々な微細構造を複製して、ネガ型若しくはポジ型の、複製された、中間若しくは最終エンボス加工工具型を生成することによっても、調製することができる。また、化学的エッチング、サンドブラスト、ショットピーニング、又は成形可能材料中に個々の構造化粒子を埋め込むことにより、ランダムかつ不規則な形状及びパターンを有する微細構造化型を生成できる。加えて、微細構造化成型工具のうちのいずれかを、米国特許第５，１２２，９０２号（Ｂｅｎｓｏｎ）に教示されている手順に従って変更するか、改変することができる。工具は、ニッケル、銅、鋼、若しくは金属合金などの金属、又はポリマー材料を含む、広範な材料から調製され得る。

微細構造化工具の構造化表面には、様々なパターンが存在してよい。本開示に記載の方法によって生成されたものなど、両面構造アレイを有する物品は、多くの場合、構造のパターンが同一であることが望ましい。この方法では、フィルムの両面を同一目的で使用できる。しかしながら、上述したように、流動性物質組成物は、完全には両方の突出部セットを同時に形成できないことがあり、不完全な構造特徴部をもたらし得るため、両主面に同時に同一の突出構造を形成することは望ましくない。本開示では、構造のパターンは、角度オフセットしている。つまり、完全には揃っていない。この方法では、構造のパターンが同一の寸法及び形状を有しても、オフセットしているために、流動性物質組成物の両主面の表面領域の広範な隣接部分にわたって突出部セットを同時に形成することに伴う問題を回避できる。ロールを形成している工具がニップである場合、工具ロールは加工中に相対位置を変化させるため、同相及び異相の重複部は最小化する。

オフセットパターンは、複数の方法で説明できる。一般に、このパターンは、パターンの長軸で説明できる。この説明では、第１構造化主面及び第２構造化主面は、繰り返しパターンを形成する、複数の離間した突出部を含み、各繰り返しパターンは長軸を有し、長軸は繰り返しパターンの並進方向に長軸のうちの１つを含み、第２主面上の繰り返しパターンの長軸は、第１主面上の長軸と斜角を形成し、この角度は、繰り返しパターンの回転対称角の１０〜９０％の範囲である。いくつかの実施形態では、この角度は、繰り返しパターンの回転対称角の２０〜８０％の範囲である。かかるパターンの例は、繰り返し正方形パターンである。この例では、回転対称角は９０°であり、したがって、オフセット角は９〜８１°、又は１８〜７２°の範囲である。選択される特定の角度は、特定のパターン設計だけではなく、様々な他の要因に応じて異なる。例えば、図６に示される正方形のパターン設計では、パターンを形成する各突出部の幅及び深さはまた、オフセット角の確立時に考慮されるべき要因である。いくつかの実施形態では、繰り返しパターンは、繰り返し正方形パターンを含み、第１主面上の繰り返しパターンの長軸と第２主面上の繰り返しパターンの長軸との間の角度は、２０〜７０°の範囲である。

多数の実施形態の説明に使用できる、オフセットパターンを説明する別の方法は、流動性物質組成物の主面に形成された突出部が隆起部を形成するというものである。例えば、第１構造化表面及び第２構造化表面は、第１方向に対して垂直である第２方向に沿って延在する複数の離間した平行隆起部と交差してキャビティのアレイを形成する、第１方向に沿って延在する複数の離間した平行隆起部をそれぞれ含み、各キャビティは、４つの壁によって画定され、第１構造化表面及び第２構造化表面上のキャビティの壁は、同一の高さ及び幅を有する。第１構造化表面の第１方向は、第２構造化表面の第１方向と２０°〜７０°の範囲の斜角を形成する。

オフセットパターンを説明する更に別の方法は、形成される一体型フィルム物品の断面、特に上記のように第１方向に沿って切断した断面を検討する。この断面は、第１主面上の複数の離間した不連続構造（第１構造）と、第２主面上の複数の離間した不連続構造（第２構造）と、を含む。第１構造の少なくとも１つは、第２構造と完全に重複し、少なくとも１つの第１構造は、第２構造と完全には重複しない。これは、上部構造及び下部構造のすべてが完全に重複している、構造がオフセットしていない状況とは反対である。

いくつかの実施形態では、第１構造化表面及び第２構造化表面に形成される突出部が隆起部ではないことが望ましいことがある。これらの実施形態では、オフセットパターンは、対向する第１主面及び第２主面を含み、第１主面及び第２主面のそれぞれは、第１方向に沿って延在する突出構造の行及び第１方向に対して垂直である第２方向に沿って延在する突出構造の列を形成する、実質的に同一の離間した不連続突出構造の規則的な二次元アレイを含み、上面の突出構造及び下面の突出構造は、実質的に同一であるものとして説明されてよい。これらの実施形態では、第１構造化表面の第１方向は、第２構造化表面の第１方向と２０°〜７０°の範囲の斜角を形成する。

通常、第１構造化表面及び第２構造化表面の突出部は、キャビティのアレイを形成するように配置される。いくつかの実施形態では、キャビティのアレイは、正方形のキャビティのアレイを含む。キャビティはまた、６角形、３角形、及び円形など様々な他の形状を含んでよい。キャビティは、突出部によって形成された壁と、形成された突出部の間にあるランド部領域によって形成された底部と、を有するものとして説明されてよい（キャビティ底部を形成するランド部は、図２及び３に関して上述されている）。本開示の方法の１つの利点は、突出部の間にあるランド部が比較的薄いことである。通常、この厚さは、５〜２００マイクロメートル、５〜１００マイクロメートル、又は更に１０〜５０マイクロメートルである。突出部の間にあるランド部は、比較的薄いことが望ましい。これは、ランド部が比較的薄いことにより、物品全体を比較的薄くでき、また、両面構造化物品をより少ない材料から調製でき、したがってより安価であるためである。加えて、薄いランド部厚さを有することにより、両面構造化フィルムが、例えば、ＤＮＡマイクロ検査ウェルで使用されるときに望ましい光学的透明性を向上でき、例えば、構造化後のフレーム加工によってフィルムを貫通する穿孔を作製して、濾過媒体を形成するなどフィルムの加工に役立つことができる。

キャビティ底部の相対的な薄さを説明する別の方法は、図４に図示されている。この図では、本開示の物品の断面が示されている。この断面では、突出部１６０及びランド部１７０が示されている。突出部１６０及びそれが画定するキャビティは、領域Ａ及び領域Ｂとして示されている。この複合表面領域は、領域Ｃであるランド部領域と比較される。したがって、領域Ａ及び領域Ｂの合計対領域Ｃの比率は、１：１よりも大きい。いくつかの実施形態では、領域Ａ及び領域Ｂの合計対領域Ｃの比率は、１：１〜２０：１の範囲である。

通常、第１構造化主面及び第２構造化主面上の突出部の高さは、通常、ランド部の厚さよりも著しく大きい。加えて、構造化基材を断面で見る場合、隆起部の断面は、断面領域（第１断面領域）を有する。この第１断面領域を隆起部の下のランド部の断面領域と比較すると、第１断面領域対ランド部断面領域の比率は少なくとも１である。

本明細書は、構造化基材と呼ばれる、両主面に微細構造を有する物品も開示する。これらの物品は一体型物品であり、上記の方法で形成され得る。上記のように、第１主面上の微細構造化パターンは、第２主面上の微細構造化パターンからオフセットしている。

いくつかの実施形態では、物品は、対向する第１主面及び第２主面を有する一体型基材を含み、第１主面及び第２主面のそれぞれは、繰り返しパターンを形成する、複数の離間した平行突出部を含み、各繰り返しパターンは長軸を有し、長軸は繰り返しパターンの並進方向に長軸のうちの１つを含み、第２主面上の繰り返しパターンの長軸は、第１主面上の長軸と斜角を形成し、この角度は、繰り返しパターンの回転対称角の１０〜９０％の範囲であり、構造化基材は一体型基材である。いくつかの実施形態では、この角度は、繰り返しパターンの回転対称角の２０〜８０％の範囲である。

いくつかの実施形態では、第１主面及び／又は第２主面上の繰り返しパターンは、周期的な幾何学的パターンを含む。様々な周期的な幾何学的パターンが好適である。好適な周期的な幾何学的パターンの例としては、正方形のパターン、６角形のパターン、３角形のパターン、又は円形のパターンが挙げられる。これらの幾何学的パターンは、構造化表面にキャビティのアレイを形成する。したがって、かかるアレイとしては、正方形キャビティのアレイ、６角形キャビティのアレイ、３角形キャビティのアレイ、又は円形キャビティのアレイが挙げられる。いくつかの実施形態では、繰り返しパターンは、繰り返し正方形パターンを含み、第１主面上の繰り返しパターンの長軸と第２主面上の繰り返しパターンの長軸との間の角度は、２０〜７０°の範囲である。

キャビティは、突出部によって形成された壁と、形成された突出部の間にあるランド部領域に形成された底部と、を有するものとして説明されてよい（キャビティ底部を形成するランド部は、図２及び３に関して上述されている）。本開示の方法の１つの利点は、突出部の間にあるランド部が比較的薄いことである。通常、この厚さは、５〜２００マイクロメートル、５〜１００マイクロメートル、又は更に１０〜５０マイクロメートルである。突出部の間にあるランド部は、比較的薄いことが望ましい。これは、ランド部が比較的薄いことにより、物品全体を比較的薄くでき、また、両面構造化物品をより少ない材料から調製でき、したがってより安価であるためである。加えて、薄いランド部厚さを有することにより、両面構造化フィルムが、例えば、ＤＮＡマイクロ検査ウェルで使用されるときに望ましい光学的透明性を向上でき、例えば、構造化後のフレーム加工によってフィルムを貫通する穿孔を作製して、濾過媒体を形成するなどフィルムの加工に役立つことができる。

キャビティ底部の相対的な薄さを説明する別の方法は、図４に図示されている。この図では、本開示の物品の断面が示されている。この断面では、突出部１６０及びランド部１７０が示されている。突出部１６０及びそれが画定するキャビティは、領域Ａ及び領域Ｂとして示されている。この複合表面領域は、領域Ｃであるランド部領域と比較される。したがって、領域Ａ及び領域Ｂの合計対領域Ｃの比率は、１：１よりも大きい。いくつかの実施形態では、領域Ａ及び領域Ｂの合計対領域Ｃの比率は、１：１〜２０：１の範囲である。

通常、第１構造化主面及び第２構造化主面上の突出部の高さは、通常、ランド部の厚さよりも著しく大きい。加えて、構造化基材を断面で見る場合、隆起部の断面は、断面領域（第１断面領域）を有する。この第１断面領域を隆起部の下のランド部の断面領域と比較すると、第１断面領域対ランド部断面領域の比率は少なくとも１である。

第１構造化表面及び第２構造化表面のパターンのオフセットは、横方向又は長手方向オフセットではなく、角度オフセットである。これは、図５及び図６に示されている。図５は、比較用の両面構造化基材である。図５では、実線が第１主面のパターンを示し、破線が第２主面のパターンを示す。実線パターンの長軸は５１０として示され、破線パターンの長軸は５２０として示される。このパターンは、横方向にのみオフセットしている。５１０及び５２０によって示される角度オフセット角は０°であるため、角度オフセットが存在しないことは明確である。これらのパターンは、本開示のパターンのように角度オフセットではなく、角度が揃っていると説明され得る。

図６は、本開示の両面構造化基材を示す。図６では、実線が第１主面のパターンを示し、破線が第２主面のパターンを示す。実線パターンの長軸は６１０として示され、破線パターンの長軸は６２０として示される。このパターンは、６１０及び６２０によって示される角度オフセット角が０°超であるが、９０°未満であるため、角度オフセットである。

一連のコンピュータモデリング研究を実行して、両面微細構造化基材について異なる角度オフセットで規則構造のアレイをモデル化した。

実施例１：正方形アレイパターンのモデル化
コンピュータモデリングソフトウェアパッケージであるＢｌｅｎｄｅｒ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｌｅｎｄｅｒ．ｏｒｇから入手可能）を使用して、基材上の突出部の二次元表現を作製した。

基材の片側のパターンは、１単位の外側辺長及び０．０５単位の辺厚つまり幅Ｗをそれぞれ有する、６４×６４の稠密正方形アレイのメッシュによって表現した。１単位の繰り返し距離、つまりピッチＰを有するこのタイル状アレイは、アレイの平面に対して垂直に見ると、水平矩形及び垂直矩形のアレイのように見える。基材の第２側のパターンは、第１側から複製した同一のアレイであった。この第２メッシュ物体は、並進又は回転のいずれかにおいて０オフセットで第１アレイに重ね合わせた。

好適な設定で内蔵Ｂｌｅｎｄｅｒ Ｒｅｎｄｅｒｅｒを使用して表示したときに、２つのパターンの重複がある領域とない領域とで画像の輝度値に定量化できる差異が存在するように、両方のアレイを着色した（この場合、赤色（ＲＧＢ ２５５，０，０）、透明度値（アルファ）５０％）。

表示された画像が、４０単位に等しい幅及び高さを有する領域を対象に含めるように、矩形の平面に対して垂直に仮想直交カメラを位置付けた。この画像は、アレイのうちの１つの中心部において４つの隣接する正方形を連結する縁部の交差部の中心を中心とした。表示された画像は、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔビットマップ形式（２４ビット／ピクセル、７２ ｄｐｉ、１６００×１６００ピクセルサイズ）で保存した。

２つのアレイの重複部の比を評価するために、アレイのうちの１つをＸ及びＹの両方向で０．９５単位の最大オフセットまでＸ及びＹの両方向に０．０５単位でグリッド状に並進させて、１つの「単位セル」領域、すなわち一意の４００の位置を対象に含めた。各オフセット位置に対して表示した画像を上記のように保存し、次いで、画像分析ソフトウェアパッケージであるＩｍａｇｅＪ（ｈｔｔｐ：／／ｒｓｂｗｅｂ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｉｊ／から入手可能）で開いた。ヒストグラム機能を使用して、画像から２５６レベルのヒストグラムデータを生成した。上記で使用した条件に対して、画像の重複領域及び非重複領域は、それぞれ７５及び６３の値を有した。この表形式のヒストグラムデータを記録した。

全４００の位置を記録した後で、並進オフセットを０にリセットし、１つのアレイの回転を変更し、４００の並進オフセット位置のそれぞれに対してデータの生成及び記録を繰り返した。０度、１度、２度、３度、４度、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、３０度、３５度、４０度、及び４５度の回転オフセットに対してこのプロセスを完了した。回転の中心は、４つの隣接する正方形を連結する縁部の交差部の中心に位置した。

以下の表１は、分析結果を示している。最大可能重複は、０度の回転オフセット及び０位置オフセットでパターンを完全に揃えたときに生じた。第１列は、あるパターンの他のパターンに対する角度オフセットの度数を示す。第２列は、最大可能重複に比例した、すべての考えられる並進オフセット位置の平均重複を示す。第２及び第３列は、最大可能重複に比例した、すべての考えらえる並進オフセット位置における最小重複値及び最大重複値を示す。第５列は、第３列と第４列との差を示す。４５〜９０°の角度オフセットの値は、対称性によって推定する。

実施例２：３角形アレイパターンのモデル化
以下の変更点を除いて、実施例１と同一の手順に従った。２つの同一のアレイは、１単位の外側辺長、０．０２８８７５単位の縁部幅Ｗを有し、３角形の縁部の１つがＸ方向にある、稠密アレイ内の３角形で構成された。この場合、アレイのうちの１つを最大１．５単位までＸ方向に０．０５単位で、かつ最大０．８１５０８８単位までＹ方向に０．０５０９４３単位で並進させた。

０度、１度、２度、３度、４度、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、及び３０度の回転角度を評価した。回転の中心は、６つの隣接する３角形を連結する縁部の交差部の中心に位置した。

実施例１で説明したデータと同一の方法で、データを以下の表２に示す。３０〜６０°の角度オフセットの値は、対称性によって推定する。

実施例３：６角形アレイパターンのモデル化
以下の変更点を除いて、実施例１と同一の手順に従った。２つの同一のアレイは、１単位の６角形の外縁の最少直径、０．０５単位の縁部幅Ｗを有し、最小直径の方向がＸ方向である、６角形の稠密アレイ内にある６角形で構成された。この場合、アレイのうちの１つを最大１．５単位までＸ方向に０．０５単位で、かつ最大０．８１５０８８単位までＹ方向に０．０５０９４３単位で並進させた。これにより、パターンの単位セルが画定された。

０度、１度、２度、３度、４度、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、３０度、３５度、４０度、４５度、５０度、５５度、及び６０度の回転角度を評価した。回転の中心は、３つの隣接する６角形を連結する縁部の交差部の中心に位置した。

実施例１で説明したデータと同一の方法で、データを以下の表３に示す。３０〜６０°の角度オフセットの値は、対称性によって推定する。

Claims (24)

1. 第１主面と、第２主面と、を含む、構造化基材であって、前記第１主面及び前記第２主面が、繰り返しパターンを形成する、複数の離間した突出部をそれぞれ含み、前記繰り返しパターンのそれぞれが長軸を有し、前記長軸が前記繰り返しパターンの並進方向に前記長軸のうちの１つを含み、前記第２主面上の前記繰り返しパターンの長軸が、前記第１主面上の長軸と斜角を形成し、前記角度が、前記繰り返しパターンの回転対称角の１０〜９０％の範囲であり、前記構造化基材が一体型基材である、構造化基材。
2. 前記第１主面及び／又は前記第２主面上の前記繰り返しパターンが、任意の周期的な幾何学的パターンを含む、請求項１に記載の構造化基材。
3. 前記周期的な幾何学的パターンが、正方形のパターン、６角形のパターン、３角形のパターン、又は円形のパターンを含む、請求項２に記載の構造化基材。
4. 前記第１主面上の前記繰り返しパターンが前記第２主面上の前記繰り返しパターンと同一である、請求項１に記載の構造化基材。
5. 前記第１主面上の前記繰り返しパターンが前記第２主面上の前記繰り返しパターンとは異なる、請求項１に記載の構造化基材。
6. 前記角度が、前記繰り返しパターンの回転対称角の２０〜８０％の範囲である、請求項１に記載の構造化基材。
7. 前記第１主面上の前記繰り返しパターン及び前記第２主面上の前記繰り返しパターンがキャビティのアレイを形成し、前記突出部が前記キャビティの壁を形成する、請求項１に記載の構造化基材。
8. 前記キャビティのアレイが、正方形のキャビティのアレイを含む、請求項７に記載の構造化基材。
9. 前記キャビティのアレイが、６角形のキャビティのアレイを含む、請求項７に記載の構造化基材。
10. 前記キャビティのアレイが３角形のキャビティのアレイを含む、請求項７に記載の構造化基材。
11. 前記キャビティのアレイが円形のキャビティのアレイを含む、請求項７に記載の構造化基材。
12. 前記第１長軸に沿った断面図において、第１表面領域が、突出部と、前記突出部が１つの壁を形成する前記キャビティと、を含む前記第１主面の領域として定義され、第２表面領域が、突出部と、前記突出部が１つの壁を形成する前記キャビティと、を含む前記第２主面の領域として定義され、第３表面領域が、前記第１表面領域と前記第２表面領域との間のランド部領域として定義され、前記第１表面領域及び前記第２表面領域の合計対前記第３表面領域の比率が１：１以上である、請求項７に記載の構造化基材。
13. 押出複製によって作製される、請求項１に記載の構造化基材。
14. 前記構造化基材が均一物質の組成物を含む、請求項１に記載の構造化基材。
15. 物品を調製する方法であって、
    第１主面と、第２主面と、を含む流動性物質組成物を準備することと、
    第１微細構造化工具を準備することであって、前記第１微細構造化工具が、
    複数の陥凹部を含むパターンを備える構造化表面を含むことと、
    第２微細構造化工具を準備することであって、前記第２微細構造化工具が、
    複数の陥凹部を含むパターンを備える構造化表面を含むことと、
    前記第１微細構造化工具を前記流動性物質組成物の前記第１主面に、かつ前記第２微細構造化工具を前記流動性物質組成物の前記第２主面に同時に接触させて、前記流動性物質組成物上に第１構造化主面及び第２構造化主面を形成することと、を含み、
    前記第１構造化主面及び前記第２構造化主面が、繰り返しパターンを形成する、複数の離間した突出部をそれぞれ含み、
    前記繰り返しパターンのそれぞれが長軸を有し、
    前記長軸が、前記繰り返しパターンの並進方向に前記長軸のうちの１つを含み、
    前記第２主面上の前記繰り返しパターンの長軸が、前記第１主面上の長軸と斜角を形成し、
    前記角度が、前記繰り返しパターンの回転対称角の１０〜９０％の範囲である、
    方法。
16. 前記流動性物質組成物が一体型フィルムを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記一体型フィルムがモノリシック構造を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記一体型フィルムが多層構造を含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記流動性物質組成物を準備することが、一体型フィルムの押出成形を含む、請求項１５に記載の方法。
20. 前記押出成形が共押出成形を含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記一体型フィルムが、構造化に先立って２５〜２０３マイクロメートルの厚さを有する、請求項１６に記載の方法。
22. 前記第１構造化表面及び前記第２構造化表面が、第１方向に対して垂直である第２方向に沿って延在する複数の離間した平行隆起部と交差してキャビティのアレイを形成する、前記第１方向に沿って延在する複数の離間した平行隆起部をそれぞれ含み、各キャビティが、４つの壁によって画定され、前記第１構造化表面及び前記第２構造化表面上の前記キャビティの壁が、同一の高さ及び幅を有し、前記第１主面の前記第１方向が、前記第２主面の前記第１方向と２０°〜７０°の範囲の斜角を形成する、請求項１５に記載の方法。
23. 前記キャビティのアレイが正方形のキャビティのアレイを含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記第１主面及び前記第２主面の前記キャビティが、２５〜２０３マイクロメートルのランド部厚さを有するランド部によって分離される、請求項２２に記載の方法。

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