JP2022060302A - エンボスフィルム、枚葉フィルム、転写物、およびエンボスフィルムの製造方法 - Google Patents

エンボスフィルム、枚葉フィルム、転写物、およびエンボスフィルムの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】凹部の欠損頻度がより少ないエンボスフィルムを提供する。【解決手段】フィルム本体と、前記フィルム本体の表面に形成された複数の凹部と、を備え、前記凹部の開口面の直径は、可視光波長よりも大きく、前記凹部の配列パターンは、前記フィルム本体の長さ方向に沿った周期性を有し、前記フィルム本体の一方の端部における凹部の欠損率と、前記フィルム本体の他方の端部における凹部の欠損率との差は、10ppm以下である、エンボスフィルム。【選択図】図2

Description

本発明は、エンボスフィルム、枚葉フィルム、転写物、およびエンボスフィルムの製造方法に関する。
近年、様々な平面形状の凹凸構造を有するエンボスフィルムが開発され、使用されている。
このようなエンボスフィルムの作製方法としては、例えば、シート状の被転写フィルムにスタンパ原盤を用いて凹凸構造を形成する方法が挙げられる。
具体的には、平板状の基板の表面(転写面)に、フィルムに形成する凹凸構造の反転形状を形成したスタンパ原盤を作製し、該スタンパ原盤を被転写フィルムに押圧することで、スタンパ原盤の転写面の形状を被転写フィルムに転写する。このような転写を繰り返し実施することにより、シート状の被転写フィルムのほぼ全域に所望の凹凸構造が形成されたエンボスフィルムを作製することができる。
特開2009-258751号公報
しかしながら、上記のスタンパ原盤を用いてエンボスフィルムを作製する方法では、被転写フィルムに対してスタンパ原盤の押圧位置を正確に制御することが困難であった。そのため、スタンパ原盤の一転写によって形成された凹凸構造の配列パターンと、次の転写によって形成された凹凸構造の配列パターンとの間で位置ずれが生じてしまうという問題があった。
また、スタンパ原盤では、転写を繰り返すほど、スタンパ原盤の凸部が摩耗したり、凹部が剥離したフィルムによって埋まったりする可能性が高くなる。そのため、作製するエンボスフィルムの面積が大きくなればなるほど、被転写フィルムへの凹凸構造の転写性が低下し、転写される凹凸構造の欠損頻度が高くなるという問題があった。
なお、特許文献1には、円筒または円柱形原盤を用いたロールツーロール方式にて、可視光波長以下の周期のモスアイ構造を有するフィルム等を作製する方法が開示されている。ただし、特許文献1に開示された技術は、可視光波長以下の周期で形成された凹凸構造(例えば、1μm以下)を形成することを目的としているため、上記の問題解決に寄与するものではなかった。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、被転写フィルムにおける凹部の欠損頻度がより少ない、新規かつ改良されたエンボスフィルム、該エンボスフィルムを切断した枚葉フィルム、該エンボスフィルムによる転写物、および該エンボスフィルムの製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、フィルム本体と、前記フィルム本体の表面に形成された複数の凹部と、を備え、前記凹部の開口面の直径は、可視光波長よりも大きく、前記凹部の配列パターンは、前記フィルム本体の長さ方向に沿った周期性を有し、前記フィルム本体の一方の端部における凹部の欠損率と、前記フィルム本体の他方の端部における凹部の欠損率との差は、10ppm以下である、エンボスフィルムが提供される。
前記凹部の欠損率は、前記配列パターンの一周期中における同一配列パターンに対応する領域の凹部に基づいて算出されてもよい。
前記フィルム本体は、長尺フィルムであってもよい。
前記フィルム本体に形成された前記凹部は、それぞれ略同一形状を有してもよい。
前記凹部の配列パターンは、格子形状であってもよい。
前記凹部の数密度は、50000000個/cm以下であってもよい。
前記フィルム本体は、前記凹部内を含む表面の少なくとも一部に無機化合物からなる被覆層を備えてもよい。
前記フィルム本体は、硬化性樹脂または可塑性樹脂にて形成されてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記に記載されたエンボスフィルムを複数枚に切断することにより形成された、枚葉フィルムが提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明のさらに別の観点によれば、上記に記載されたエンボスフィルム、または枚葉フィルムを用い、前記配列パターンに対応する位置に微小固形物が転写された、転写物が提供される。
さらに、上記課題を解決するために、本発明のさらに別の観点によれば、円筒または円柱形状の原盤の周面に複数の凸部を形成するステップと、被転写フィルムに対して、前記原盤を回転させながら押圧し、前記原盤の周面形状に対応する凹部を前記被転写フィルムに転写してフィルム本体を作製するステップと、を含み、前記凹部の開口面の直径は、可視光波長よりも大きく、前記フィルム本体の一方の端部における凹部の欠損率と、前記フィルム本体の他方の端部における凹部の欠損率との差は、10ppm以下である、エンボスフィルムの製造方法が提供される。
以上説明したように本発明によれば、可視光波長よりも大きな直径の開口面を有する凹部をフィルムに形成した場合に、フィルムの一方の端部における凹部の欠損率と、他方の端部における凹部の欠損率との差を小さくすることが可能である。そのため、エンボスフィルムを大面積にて形成した場合であっても、凹部の欠損頻度をより少なくすることが可能である。
本発明の一実施形態に係るエンボスフィルムを厚み方向に切断した際の断面形状を模式的に示した断面図である。 同実施形態に係るエンボスフィルムの凹部の配列パターンの一例を示す上面図である。 図2で示したエンボスフィルムの凹部を形成するための円筒形の原盤の一例を示した模式図である。 同実施形態に係るエンボスフィルムの一使用例を説明するための説明図である。 同実施形態に係るエンボスフィルムを用いた転写物を厚み方向に切断した際の断面形状を模式的に示した断面図である。 同実施形態に係るエンボスフィルムを用いた転写物の平面状態を示す上面図である。 同実施形態にて使用される原盤に対して任意のパターンを描画する露光装置の構成を示す説明図である。 同実施形態に係るエンボスフィルムを作製する転写装置を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係るエンボスフィルムのSEMによる観察画像である。 同実施形態に係るエンボスフィルムのSEMによる観察画像である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
<1.エンボスフィルム>
[1.1.エンボスフィルムの構造]
まず、図1および図2を参照して、本発明の一実施形態に係るエンボスフィルムの構造について説明する。図1は、本実施形態に係るエンボスフィルム1を厚み方向に切断した際の断面形状を模式的に示した断面図である。
図1に示すように、本実施形態に係るエンボスフィルム1は、フィルム本体10と、フィルム本体10の表面に形成された複数の凸部11および凹部13とを有する。
ここで、エンボスフィルム1の積層構造は、図1に示す構造に限定されない。例えば、エンボスフィルム1は、複数の樹脂層が積層された積層体として形成されてもよい。例えば、エンボスフィルム1は、フィルム本体10の凸部11および凹部13が形成された表面に対する反対面に、樹脂等で形成された支持体(図示せず)が積層された構造を有してもよい。支持体は、いかなる樹脂で形成されてもよいが、例えば、PET(ポリエチレンテレフタラート)樹脂などで形成されてもよい。
フィルム本体10は、硬化性または可塑性を有する樹脂にて形成される。フィルム本体10は、硬化性または可塑性を有する樹脂ならば、公知のいずれの樹脂も使用することが可能である。具体的には、フィルム本体10は、硬化性樹脂である光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂にて形成されてもよく、可塑性樹脂である熱可塑性樹脂(より詳細には、熱により溶融する結晶性樹脂)にて形成されてもよい。なお、硬化性または可塑性を有する樹脂は、他の膜形成材料と混合されていてもよい。
フィルム本体10が熱可塑性樹脂で形成される場合、例えば、フィルム本体10を加熱し、軟化させた後、円筒または円柱形原盤を押圧することにより、原盤の表面に形成された凹凸構造をフィルム本体10に転写することができる。また、フィルム本体10が光硬化性樹脂で形成される場合、例えば、支持体に光硬化性樹脂を塗布し、円筒または円柱形原盤を押圧しながら光を照射して光硬化性樹脂を硬化させることにより、原盤の表面に形成された凹凸構造をフィルム本体10に転写することができる。
フィルム本体10の厚みは、特に限定されないが、例えば、8μm以上200μm以下であってもよい。また、エンボスフィルム1が支持体と、フィルム本体10との積層体として形成される場合、エンボスフィルム1全体の厚みは、特に限定されないが、例えば、10μm以上300μm以下であってもよい。このような場合、フィルム本体10のみの厚みは、1μm以上50μm以下であってもよく、支持体のみの厚みは、9μm以上250μm以下であってもよい。
凸部11および凹部13は、フィルム本体10上に形成された凹凸構造である。ここで、凸部11および凹部13の平面および断面形状は任意であるが、凸部11および凹部13の平面形状の大きさは、可視光波長よりも大きくなるように形成される。
具体的には、凹部13は、開口面の直径が可視光波長よりも大きくなるように形成される。なお、凹部13の開口面の形状が円形ではない場合(多角形などの場合)、凹部13は、開口面の形状の外接円の直径が可視光波長よりも大きくなるように形成される。ただし、凹部13の開口面の形状が三角形または矩形の場合、凹部13は、開口面の1辺の長さが可視光波長よりも大きくなるように形成されてもよい。
より具体的には、凹部13は、開口面の直径が0.8μm以上500μm以下となるように形成されてもよく、好ましくは1.0μm以上300μm以下となるように形成されてもよく、さらに好ましくは1.6μmより大きく300μm未満となるように形成されていてもよい。すなわち、凹部13の開口面の直径は、0.8μm以上が好ましく、1.0μm以上がより好ましく、1.6μmより大きいことがさらに好ましい。また、凹部13の開口面の直径は、500μm以下が好ましく、300μm以下がより好ましく、300μm未満がさらに好ましい。
なお、凹部13の開口面の形状は、上述したように、任意の形状であってもよい。例えば、凹部13の開口面の形状は、円形、楕円形、矩形、および多角形などであってもよい。また、凹部13の開口面の形状は、一部に曲線を含む形状であってもよい。なお、凹部13の開口面の面積は、開口面の直径が上記の条件を満たしていれば、一定でなくともよい。
また、凹部13の深さは、例えば、0.08μm以上30μm以下であってもよく、好ましくは、15μm以下であってもよい。さらに、凹部13の開口面の形状が略矩形または略円形である場合、凹部13のアスペクト比は、0.1以上10以下であってもよい。ここで、凹部13のアスペクト比は、凹部13の深さを凹部13の開口面の最小直径または最小辺の長さで除算した比率として定義した。
凹部13の深さが30μmを超える、または凹部13のアスペクト比が10を超える場合、凹部13の形成が困難になるため好ましくない。また、凹部13の深さが0.08μm未満、または凹部13のアスペクト比が0.1未満の場合、フィルム本体10へのエンボス加工の効果が低下するため好ましくない。
ここで、エンボスフィルム1がフィルム本体10のみにて形成される場合、凹部13の深さは、フィルム本体10の厚みを超えないことが好ましい。ただし、エンボスフィルム1が支持体とフィルム本体10との積層体として形成される場合、凹部13の深さは、フィルム本体10の厚さを超えてもよい(すなわち、凹部13は、フィルム本体10を貫通して形成されてもよい)。
また、凹部13の断面形状は、フィルム本体10全体にわたって、同一の開口形状および深さを有するものについては、略同一であることが好ましい。一例として、凹部13の開口面の形状については、フィルム本体10全体にわたって、略同一であることが好ましい。凹部13の断面形状または開口面の形状が略同一である場合、エンボスフィルム1における凹部13の形成状態の把握がより容易になるため好ましい。
なお、フィルム本体10の凸部11および凹部13が形成された表面の少なくとも一部には、被覆層が設けられてもよい。具体的には、フィルム本体10の凸部11の上面、凹部13の側壁および底面のすべてに被覆層が設けられてもよく、フィルム本体10の凹部13の側壁および底面の一部に被覆層が設けられてもよい。ただし、被膜層の厚みは、凹部13の形状によらず全面で略一定であってもよい。被覆層は、例えば、無機化合物からなる層であってもよく、表面改質剤等の有機化合物からなる層であってもよい。
なお、被覆層が有機化合物からなる層である場合、被覆層の材質は、凹部13が形成されているフィルム本体10の材質と異なることが好ましい。このような場合、被覆層は、凹部13の一部に堆積されていると認識できる程度の厚みであることが好ましく、具体的には、堆積した被覆層の体積は、凹部13の空間の全体積の30体積%以下であることが好ましい。
このような被覆層を形成することにより、エンボスフィルム1の表面状態をより安定化させることができる。また、被覆層は、凹部13の壁面を傾斜させるように形成されてもよい。このような場合、後述する使用例において、凹部13に充填されたフィラーの転写をより容易にすることができる。
続いて、図2および図3を参照して、本実施形態に係るエンボスフィルム1の凹部13の配列パターンについて説明する。図2は、本実施形態に係るエンボスフィルム1の凹部13の配列パターンの一例を示す上面図である。また、図3は、図2で示したエンボスフィルム1の凹部13を形成するための円筒形の原盤の一例を示した模式図である。
図2に示すように、フィルム本体10は、例えば、長尺フィルムである。具体的には、フィルム本体10の長さの下限は、5m、10m、30m、50m、100m、200m、300m、および500mのうちのいずれかであってもよい。フィルム本体10の幅は、特に限定されないが、例えば、0.05cm以上300cm以下である。
また、フィルム本体10に形成される凹部13の配列パターンは、フィルム本体10の長さ方向に沿った周期性を有する。これは、本実施形態に係るエンボスフィルム1では、フィルム本体10に対して、円筒または円柱形原盤をロールツーロール方式で押圧することによって、凸部11および凹部13が形成されるためである。そのため、エンボスフィルム1には、円筒または円柱形原盤の一周に相当する周期性を少なくとも有する配列パターンにて凸部11および凹部13が形成される。
具体的には、図3において、図2で示したエンボスフィルム1の凹部13を形成するための円筒形の原盤4の一例を示す。図3に示すように、円筒形の原盤4の外周面には、図2に示す凸部11および凹部13に対応する凹凸構造41が形成される。ここで、円筒形の原盤4の外周面に形成された凹凸構造41におけるA方向が、エンボスフィルム1における幅方向であり、凹凸構造41におけるB方向が、エンボスフィルム1における長さ方向である。
図3にて例示するように、凹凸構造41は、六方格子などの周期性を有する配列パターンであってもよく、周期性を有さない任意の配列パターンであってもよい。ただし、円筒形の原盤4は、回転しながらフィルム本体10を押圧して凹凸構造41をフィルム本体10に転写するため、エンボスフィルム1に形成される凸部11および凹部13の配列パターンは、円筒形の原盤4の一周分に相当する周期性を必ず有することになる。
また、フィルム本体10に形成される凹部13の配列パターンは、フィルム本体10の長さ方向と直交する方向(すなわち、フィルム本体10の幅方向)に沿った周期性を有してもよい。すなわち、フィルム本体10の幅方向に沿って、同一形状の凹部13が繰り返し形成されてもよい。また、凹部13の配列パターンは、フィルム本体10の長さ方向および幅方向の双方で、同一の繰り返し周期を有してもよい。これは、形成したエンボスフィルム1を切断して、枚葉化した枚葉フィルムを形成した場合、略同一のものを長さ方向および幅方向の双方で得ることができるためである。
ここで、一般的に、パターン原盤からの転写によって作製されたエンボスフィルム1では、パターン原盤からフィルム本体10を押圧した際に、転写不良による欠損部15が生じることがあった。欠損部15とは、例えば、転写される配列パターンにおいて凹部13が形成されるはずの位置に、凹部13が形成されていないものを表す。このような欠損部15は、パターン原盤を連続して使用することによる凸構造の摩耗または凹構造への樹脂詰まりなどによって生じる。そのため、欠損部15は、より大面積のフィルム本体10に対して凹凸構造の転写を行うほど、累積的に増加する傾向があった。
本実施形態に係るエンボスフィルム1は、フィルム本体10の一方の端部における凹部13の欠損率と、フィルム本体10の他方の端部における凹部13の欠損率との差が10ppm以下である。なお、欠損率とは、所定の領域における全ての凹部13に対する欠損部15の割合を表す。これにより、本実施形態に係るエンボスフィルム1は、大面積のフィルム本体10において凹凸構造の均一性が向上し、かつ欠損部15の発生頻度が低くなる。なお、フィルム本体10の一方の端部における凹部13の欠損率と、フィルム本体10の他方の端部における凹部13の欠損率との差の下限値は、特に限定されないが、小さければ小さいほど好ましく、0が最も好ましいことは言うまでもない。
より具体的には、矢印L方向に向かって凹部13がフィルム本体10に形成される場合、フィルム本体10の一方の端部である領域F中の凹部13の欠損率と、フィルム本体10の他方の端部である領域R中の凹部13の欠損率との差は、10ppm以下である。ここで、凹部13の配列パターンは、フィルム本体10の長さ方向に沿った周期性を有しているため、領域Fおよび領域Rは、配列パターンの一周期中において同一配列パターンの凹部13が形成された領域が選択される。すなわち、フィルム本体10に形成された凹部13の欠損率は、凹部13の配列パターンが同一の領域同士で比較される。
また、本実施形態に係るエンボスフィルム1では、フィルム本体10の長さ方向(より詳細には、凹部13が形成される方向、すなわち、矢印L方向)に連続して欠損部15が発生することが抑制される。具体的には、エンボスフィルム1は、フィルム本体10の10cmの範囲における連続した欠損部15の個数を10個以下、好ましくは5個以下とすることができる。ここで、連続した欠損部15とは、隣接した凹部13がそれぞれパターン形成されておらず、欠損部15になっていることを表す。なお、フィルム本体10の10cmの範囲における連続した欠損部15の個数の下限値は、特に限定されないが、少なければ少ないほど好ましく、0が最も好ましいことは言うまでもない。
凹部13の配列パターンは、特に制限されず、任意の配列パターンであってもよい。ただし、凹部13の数密度は、50000000個/cm以下であることが好ましい。凹部13の数密度が50000000個/cmを超える場合、凹部13を形成する際に、円筒または円柱形原盤とフィルム本体10との接触面積が増加し、原盤とフィルム本体10との離型性が低下して凹部13が形成されにくくなるため好ましくない。なお、凹部13の数密度の下限値は、特に限定されないが、例えば、100個/cm以上であってもよい。
また、凹部13同士の間隔(すなわち、配列パターンの凹部13のピッチ)は、例えば、0.5μm以上1000μm以下であってもよい。なお、凹部13同士の間隔は、隣接する凹部13同士の開口面の中心間距離のことを指す。
ここで、凹部13の開口面の形状および配列パターンとしては、種々の形状を挙げることができ、一例として、正方格子、斜方格子、六方格子、平行体格子などの格子形状を挙げることができる。また、凹部13の開口面の形状は、円形であってもよく、矩形であってもよく、曲線を含んだ形状でもよい。凹部13の配列パターンは、周期性を有していれば、任意の配列パターンであってもよく、例えば、複数の配列パターンが混在したものであってもよい。複数の配列パターンが混在している場合、それぞれの配列パターンの凹部13の合計において、凹部13の数密度は50000000個/cm以下であることが好ましい。
また、上記において説明した凹部13の替わりに、上記において説明した凹部13の形状および配列パターンを有する凸部11を形成することも可能である。すなわち、上述した凹部13の配列パターンの反転形状を有する凸部11を形成することも可能であり、例えば、凸部11を正方格子、斜方格子、六方格子、平行体格子などの格子形状にて形成することも可能である。このような場合、後述する欠損率は、凸部11の欠損の有無を用いて算出することが好ましい。
なお、エンボスフィルム1には、パターン原盤に由来した継ぎ目または合わせ目が存在していてもよい。これは、このような継ぎ目または合わせ目は、微小な範囲であれば、エンボスフィルム1への影響が小さいためである。例えば、このような継ぎ目または合わせ目が、可視光波長以下の大きさの凹部または凸部が点在することで形成された線などであれば、エンボスフィルム1への影響を小さくすることができる。また、エンボスフィルム1が長尺フィルムである場合、このような継ぎ目または合わせ目は、エンボスフィルム1における座標特定に利用することも可能であるためである。
以上説明したように、本実施形態に係るエンボスフィルム1は、フィルム本体10の一方の端部における凹部13の欠損率と、フィルム本体10の他方の端部における凹部13の欠損率との差が10ppm以下である。すなわち、本実施形態に係るエンボスフィルム1は、円筒または円柱形原盤を連続して転写に用いた際の凸構造または凹構造へのダメージが小さい。そのため、大面積のフィルム本体10に対して凹部13を形成した場合でも、エンボスフィルム1における欠損部15の累積的な増加量を抑制することができる。
したがって、本実施形態に係るエンボスフィルム1は、大面積のフィルム本体10において凹凸構造の均一性を向上させ、かつ欠損部15の発生頻度を低下させることができる。
また、上述した本実施形態に係るエンボスフィルム1を所定の長さで切断して枚葉フィルムを作製することも可能である。これらの枚葉フィルムは、フィルム全体において凹凸構造の均一性が高いエンボスフィルム1から作製されるため、枚葉フィルム内、および枚葉フィルム間での凹凸構造の均一性を向上させることができる。
さらに、上述した本実施形態に係るエンボスフィルム1、および該エンボスフィルム1を切断して作製した枚葉フィルムを多積層したものも本発明の範疇に含まれる。
[1.2.エンボスフィルムの使用例]
続いて、図4~図5Bを参照して、本実施形態に係るエンボスフィルム1の一使用例について説明する。図4は、本実施形態に係るエンボスフィルム1の一使用例を説明するための説明図である。
本実施形態に係るエンボスフィルム1は、フィラー等の微小固形物を所定の配列パターンで樹脂シート等に配列させる際の転写フィルムとして使用することができる。
具体的には、図4に示すように、エンボスフィルム1の凹部13には、フィラー20が充填される。次に、エンボスフィルム1のフィラー20が充填された表面を転写シート30に押圧することで、転写シート30側にフィラー20を転写することができる。
このようにエンボスフィルム1を用いてフィラー20を転写することにより、エンボスフィルム1に形成された凹部13の配列パターンに従って、微小なフィラーを転写シート30表面に簡便に配列させることができる。
なお、エンボスフィルム1の凹部13へのフィラー20の充填方法としては、例えば、フィラー20をエンボスフィルム1上にばらまいた後、繊維体(例えば、布等)でエンボスフィルム1の表面をワイプする方法などを用いることができる。ここで、ワイプに用いられる繊維体の織り目または編み目の大きさはフィラー20の直径より細かいことが好ましい。
エンボスフィルム1の凹部13に充填されるフィラー20としては、無機物、有機物、無機物が多層構造をとったもの、無機物と有機物との混在物(例えば、有機物からなる微小固形物を無機物で被覆したもの)などを用いることができる。具体的には、フィラー20は、顔料、染料などであってもよい。また、フィラー20の比重(水を基準とする)は、例えば、0.8以上23以下であってもよい。また、フィラー20は、種々の物性または機能性が付与されていてもよい。
なお、フィラー20の形状は、いかなる形状であってもよいが、略等方性を有する形状、または結晶性物質を壊砕した形状であることが好ましい。なお、フィラー20の大きさは、エンボスフィルム1の凹部13に充填可能であれば、いかなる大きさであってもよい。ただし、フィラー20の輪郭線の任意の2点を結んだ線分の最大長は、凹部13の開口面の輪郭線上の任意の2点を結んだ線分の最小長以下となることが好ましい。
ここで、エンボスフィルム1の凹部13には、同一のフィラー20が充填されなくともよい。具体的には、形状または材料の異なる複数種のフィラー20が、それぞれエンボスフィルム1の凹部13に充填されていてもよい。このようなエンボスフィルム1を用いることにより、複数種のフィラー20を同時に転写シート30の表面に配列させることができる。
なお、上述したように、エンボスフィルム1の凸部11および凹部13の表面の一部には、無機化合物等からなる被覆層が形成されていてもよい。凸部11および凹部13の表面の一部に被覆層が形成された場合、エンボスフィルム1の凹部13と、フィラー20との離型性を向上させることができるため、転写シート30に対するフィラー20の転写性を向上させることができる。
このようにして作製した転写物である転写シート30を図5Aおよび図5Bに示す。図5Aは、本実施形態に係るエンボスフィルム1を用いた転写物を厚み方向に切断した際の断面形状を模式的に示した断面図であり、図5Bは、本実施形態に係るエンボスフィルム1を用いた転写物の平面状態を示す上面図である。
転写シート30は、材料は特に限定されないが、例えば、粘着シートであることが好ましい。転写シート30が粘着性を有する場合、エンボスフィルム1に充填されたフィラー20の転写性を向上させることができる。
本実施形態に係るエンボスフィルム1を用いて、転写シート30にフィラー20を転写した場合、フィラー20の転写シート30に対する転写率を99.99%以上(すなわち、欠損率100ppm以下)とすることができる。ここで、転写率は、転写シート30の表面に転写されたフィラー20の個数をエンボスフィルム1に形成された凹部13(実際には凹部13が形成されていない欠損部15も含める)の個数で除算した割合を示す。
以上にて、本実施形態に係るエンボスフィルム1の一使用例について説明した。なお、本実施形態に係るエンボスフィルム1の使用例は、上記の例示に限定されない。例えば、本実施形態に係るエンボスフィルム1は、エンボスフィルムの使用例として公知の断熱または放熱材、艶消しフィルム、くっつき防止フィルムなどとして使用することも可能である。また、本実施形態に係るエンボスフィルム1をプリンテッド・エレクトロニクスに対して使用することも可能である。
また、本実施形態に係るエンボスフィルム1を用いて転写されたフィラー20は、例えば、車両などの表面修飾(艶出しなど)に使用することも可能である。本実施形態に係るエンボスフィルム1を用いて転写されたフィラー20、および転写されたフィラー20を含む被転写体の用途は、特に制限されないが、例えば、プリンテッド・エレクトロニクス分野、およびその応用分野(関連分野を含む)等にて使用することができる。また、転写されたフィラー20、および転写されたフィラー20を含む被転写体は、上記の分野に限らず、機能性フィルム(または、機能性デバイス)として使用することができる。例えば、転写されたフィラー20、および転写されたフィラー20を含む被転写体は、バイオセンサまたは診断デバイスなどとして、医療、バイオ、ヘルスケア、およびライフサイエンス分野にて使用されてもよく、光学素子として使用されてもよい。また、転写されたフィラー20、および転写されたフィラー20を含む被転写体は、バッテリーまたはエネルギー関連分野、車載関連分野(すなわち、自動車関連分野)にて使用されてもよい。
また、本実施形態に係るエンボスフィルム1を用いて、他のフィルムにフィラー20を転写し、フィラー20が転写された他のフィルムをさらに他のフィルムに積層させてもよい。このようにして、転写および積層を繰り返すことで、フィラー20の一部または全体が他のフィルムの定められた位置に設けられたものについても、本発明の範疇に含まれる。
[1.3.エンボスフィルムの作製方法]
続いて、図6および図7を参照して、本実施形態に係るエンボスフィルム1の作製方法について説明する。例えば、本実施形態に係るエンボスフィルム1は、支持体である基材61上に光硬化性樹脂からなる転写層62(フィルム本体10に相当)を塗布し、転写層62に原盤4を押圧し、転写層62に凹部13を形成することによって作製することができる。
本実施形態に係るエンボスフィルム1に転写される原盤4は、例えば、図6に示す露光装置7を用いることにより、任意の配列パターンを有する凹凸構造41を形成することができる。
具体的には、外周面にレジスト層を形成した原盤4に対して、露光装置7によりレーザ光を照射して、任意の配列パターンに対応する位置のレジスト層を露光する。次に、露光したレジスト層を現像した後、任意の配列パターンに対応するレジストパターンが形成された原盤4に対して、エッチング等を行うことにより原盤4に任意の配列パターンを有する凹凸構造41を形成することができる。
以下では、原盤4に対して任意のパターンを描画することが可能な露光装置の構成について説明する。図6は、本実施形態にて使用される原盤4に対して任意のパターンを描画する露光装置7の構成を示す説明図である。
図6に示すように、露光装置7は、レーザ光源71と、第1ミラー73と、フォトダイオード(Photo Diode:PD)74と、集光レンズ76と、電気光学偏向素子(Electro Optic Deflector:EOD)79と、コリメータレンズ78と、制御機構87と、第2ミラー81と、移動光学テーブル82と、スピンドルモータ85と、ターンテーブル86とを備える。また、原盤4は、ターンテーブル86上に載置され、回転することができるようになっている。
レーザ光源71は、例えば、半導体レーザである。具体的には、レーザ光源71は、400nm~500nmの青色光波長のレーザ光を発する青色半導体レーザであってもよい。また、レーザ光源71が発するレーザ光70のスポット径(直径)は、例えば、約200nmであってもよい。
レーザ光源71から出射されたレーザ光70は、平行ビームのまま直進し、第1ミラー73で反射される。また、第1ミラー73にて反射されたレーザ光70は、集光レンズ76によって電気光学偏向素子79に集光された後、コリメータレンズ78によって、再度、平行ビーム化される。平行ビーム化されたレーザ光70は、第2ミラー81によって反射され、移動光学テーブル82上に水平かつ平行に導かれる。
第1ミラー73は、偏光ビームスプリッタで構成されており、偏光成分の一方を反射させ、偏光成分の他方を透過させる機能を有する。第1ミラー73を透過した偏光成分は、フォトダイオード74によって受光され、光電変換される。また、フォトダイオード74によって光電変換された受光信号は、レーザ光源71に入力され、レーザ光源71は、入力された受光信号に基づいてレーザ光70の変調を行う。
電気光学偏向素子79は、レーザ光70の照射位置を制御することが可能な素子である。露光装置7は、電気光学偏向素子79により、移動光学テーブル82上に導かれるレーザ光70の照射位置を変化させることも可能である。
また、制御機構87は、フォーマッタ89と、ドライバ88とを備え、レーザ光70の照射を制御する。
フォーマッタ89は、原盤4に描画する任意のパターンが描かれた入力画像に基づいて、原盤4にレーザ光70を照射するための制御信号を生成する。具体的には、まず、フォーマッタ89は、原盤4に描画する任意のパターンが描かれた入力画像を取得する。入力画像は、軸方向に原盤4の外周面を切り開いて一平面に伸ばした、原盤4の外周面の展開図に相当する画像である。次に、フォーマッタ89は、入力画像を所定の大きさの小領域に分割し(例えば、格子状に分割し)、小領域の各々に描画パターンが含まれるか否かを判断する。続いて、フォーマッタ89は、描画パターンが含まれると判断した各小領域にレーザ光70を照射するよう制御する制御信号に生成する。さらに、ドライバ88は、フォーマッタ89が生成した制御信号に基づいてレーザ光源71の出力を制御する。これにより、原盤4へのレーザ光70の照射が制御される。
移動光学テーブル82は、ビームエキスパンダ(Beam expader:BEX)83と、対物レンズ84とを備える。移動光学テーブル82に導かれたレーザ光70は、ビームエキスパンダ83により所望のビーム形状に整形された後、対物レンズ84を介して、原盤4の外周面に照射される。
これらの構成により、ターンテーブル86にて原盤4を一定速度で回転させ、レーザ光70を原盤4の軸方向に一定速度で走査しながら照射することにより、原盤4に描画が行われる。なお、レーザ光70の走査は、移動光学テーブル82により、レーザ光70を矢印S方向へ一定速度で移動させることによって行われる。
また、原盤4は、他の方法を用いることによっても、任意の配列パターンを有する凹凸構造41を形成することが可能である。例えば、原盤4は、単結晶ダイヤモンド工具による超精密切削などを用いることによっても、外周面に任意の配列パターンを有する凹凸構造41を形成することができる。
続いて、上記の方法等によって作製した原盤4をフィルム本体10に押圧してエンボスフィルム1を形成する方法について説明する。図7は、本実施形態に係るエンボスフィルム1を作製する転写装置の構成を示す説明図である。
図7に示すように、転写装置6は、原盤4と、基材供給ロール51と、巻取ロール52と、ガイドロール53、54と、ニップロール55と、剥離ロール56と、塗布装置57と、光源58とを備える。
原盤4は、外周面に任意の配列パターンを有する凹凸構造41が形成された円筒または円柱形原盤である。原盤4の材料は、特に限定されず、溶融石英ガラスまたは合成石英ガラスなどの石英ガラス(SiO)、あるいは、ステンレス鋼などを用いることができる。原盤4の大きさは、特に限定されるものではないが、例えば、軸方向の長さが100mm以上であってもよく、外径が50mm以上300mm以下であってもよく、厚みが2mm以上50mm以下であってもよい。
また、原盤4の外周面には、エンボスフィルム1に形成される凸部11および凹部13の反転形状である凹凸構造41が形成される。ここで、原盤4の外周面に形成される凹凸構造41は、任意の形状であってもよい。なお、原盤4の外周面には、作製時の継ぎ目または合わせ目が形成されていてもよい。このような継ぎ目または合わせ目は、微小な範囲であればエンボスフィルム1への影響が小さく、またエンボスフィルム1における座標特定の際の目印とすることができる。
基材供給ロール51は、シート形態の支持体である基材61がロール状に巻かれたロールであり、巻取ロール52は、転写層62に凹凸構造41が転写されたエンボスフィルム1を巻き取るロールである。また、ガイドロール53、54は、基材61を搬送するロールである。ニップロール55は、転写層62が積層された基材61を原盤4に対して押圧するロールであり、剥離ロール56は、転写層62に凹凸構造41が転写された後、凹凸構造41が転写されたエンボスフィルム1(すなわち、転写層62が積層された基材61)を原盤4から剥離するロールである。
塗布装置57は、コーターなどの塗布手段を備え、光硬化樹脂組成物を基材61に塗布し、転写層62を形成する。塗布装置57は、例えば、グラビアコーター、ワイヤーバーコーター、またはダイコーターなどであってもよい。また、光源58は、光硬化樹脂組成物を硬化可能な波長の光を発する光源であり、例えば、紫外線ランプなどであってもよい。
なお、光源58が指向性光源である場合、光の照射角度を転写層62の垂直方向から傾斜させてもよい。このような場合、転写層62に形成された凹凸構造の表面の硬化率に差が生じ、部分的に硬化するため、エンボスフィルム1の転写率を向上させることができる。
なお、光硬化性樹脂組成物は、所定の波長の光が照射されることにより流動性が低下し、硬化する樹脂である。具体的には、光硬化性樹脂組成物は、アクリル樹脂などの紫外線硬化樹脂であってもよい。また、光硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、開始剤、フィラー、機能性添加剤、溶剤、無機材料、顔料、帯電防止剤、または増感色素などを含んでもよい。
転写装置6では、まず、基材供給ロール51からガイドロール53を介して、基材61が連続的に送出される。送出された基材61に対して、塗布装置57により光硬化樹脂組成物が塗布され、基材61に転写層62が積層される。また、転写層62が積層された基材61は、ニップロール55により、原盤4と密着させられる。これにより、原盤4の外周面に形成された凹凸構造41が転写層62に転写される。凹凸構造41が転写された後、転写層62は、光源58からの光の照射により硬化する。続いて、硬化した転写層62が積層された基材61(すなわち、エンボスフィルム1)が、剥離ロール56により原盤4から剥離され、ガイドロール54を介して、巻取ロール52によって巻き取られる。
このような転写装置6により、本実施形態に係るエンボスフィルム1を連続的に作製することができる。なお、上記の転写装置6において、連続して転写を行うために途中で基材61を別ロットに切り替えてもよい。
このようにして作製されたエンボスフィルム1の一例の画像を図8および図9に示す。図8および図9は、本実施形態に係るエンボスフィルム1の走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)による観察画像である。また、図8Aおよび図9Aは、エンボスフィルム1の上面を観察したSEM画像であり、図8Bおよび図9Bは、8Aおよび図9Aに示すエンボスフィルム1をX-XX線にて切断した断面を観察したSEM画像である。なお、図8Aおよび図9Aにおいて、SEM画像の上下方向がエンボスフィルム1の長さ方向に相当し、左右方向がエンボスフィルム1の幅方向に相当する。
図8Aおよび図9Aを参照すると、本実施形態に係るエンボスフィルム1は、任意の配列パターンを有する凹凸構造が形成可能であることがわかる。また、図8Bおよび図9Bを参照すると、形成された凹凸構造の深さは、3.4μm~3.5μm程度であることがわかる。
<2.実施例>
以下では、実施例および比較例を参照しながら、本実施形態に係るエンボスフィルムについて、より詳細に説明する。なお、以下に示す実施例は、本実施形態に係るエンボスフィルムの実施可能性および効果を示すための一条件例であり、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。
(実施例)
以下の工程により、実施例に係るエンボスフィルムを作製した。
まず、円筒形状の原盤を作製した。具体的には、4.5mm厚の円筒形状の石英ガラスからなる基材の外周面に、炭化水素系ガスを用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)によりDLC(Diamond Like Carbon)を膜厚800nmにて成膜し、中間層とした。次に、中間層上にタングステン酸化物をスパッタ法により膜厚55nmにて成膜し、レジスト層とした。
続いて、図6に示す露光装置によってレーザ光による熱リソグラフィを行い、レジスト層に潜像を形成した。なお、露光装置のレーザ光源には、波長405nmのレーザ光を発する青色半導体レーザを用いた。露光パターンは、直径7μmの円を10μmピッチ(円の中心間距離)にて六方格子に配列した配列パターンを使用した。また、直径7μmの円が原盤上で凸部になるように(すなわち、直径7μmの円が転写後のエンボスフィルムでは凹部になるように)、直径7μmの円以外の部分を露光装置にて露光した。
続いて、レジスト層が露光された基材をTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)の2.38質量%水溶液を用いて現像し、露光した部分のレジストを溶解させた。
さらに、現像後のレジスト層をマスクに用いて、Oガスによる反応性イオンエッチングにて中間層をエッチングした。続いて、レジスト層および中間層をマスクに用いて、CF系ガスによる反応性イオンエッチングにて基材をエッチングした。なお、基材のエッチングは、エンボスフィルムにおける凹部のアスペクト比が1となるように凸部の高さが7μmになるまで行った。以上の工程により、外周面に凹凸構造が形成された円筒形状の原盤を作製した。
続いて、50cm幅のPETからなる基材フィルム(膜厚50μm)に、アクリレート樹脂M208(東亞合成製)100質量部、光重合開始剤IRGCUR184(BASF製)2質量部を含有する光硬化樹脂組成物を膜厚30μmにて塗布した。さらに、上記の図7で示した転写装置を用いて、原盤を基材フィルムに押圧し、高圧水銀灯にて1000mJの光照射を行い、1000m分の基材フィルムに凹凸構造を転写した。これにより、直径7μm、深さ7μm(アスペクト比1)の円形の凹部が、該凹部の中心間距離10μmにて六方格子状に配列されたエンボスフィルムを作製した。また、光学顕微鏡にて、1mmの範囲を100箇所観察して計測したところ、エンボスフィルムの凹部の数密度は、11500個/mmであった。
続いて、上記にて作製した実施例に係るエンボスフィルムの凹部の欠損率を評価した。具体的には、転写開始位置からの所定の距離ごとに、光学顕微鏡にて200μm×200μmの面視野を25cm分となるまで複数箇所観察し、観察エリアの全ての凹部13に対する欠損部15の割合を算出した。このような欠損率の評価を、原盤からの転写開始位置を0とした場合の転写距離1m~1000mの範囲にて実施した。以下の表1にて、算出した欠損率を示す。
Figure 2022060302000002
表1に示す結果からわかるように、実施例に係るエンボスフィルムは、フィルムの一方の端部(転写開始位置からの距離1mの位置)における凹部の欠損率と、フィルムの他方の端部(転写開始位置からの距離1000mの位置)における凹部の欠損率との差が1ppm以下であることがわかった。したがって、エンボスフィルムの長さが1000mである場合、実施例に係るエンボスフィルムでは、フィルムの全体長さに対して0.1%の位置(すなわち、転写開始位置からの距離1mの位置)から、フィルムの全体長さに対して100%の位置(すなわち、転写開始位置からの距離1000mの位置)までの25%ごとに算出した0.1%、25%、50%、75%、および100%の各地点での欠損率がほぼ一致していることがわかる。
なお、転写開始位置からの距離100m、200mについては、表1には示していないが、転写開始位置からの距離1mと同様であった。また、転写開始位置からの距離300mについては、表1には示していないが、転写開始位置からの距離250mと同様であった。さらに、500mから750mの間においても、500mおよび750mにおける欠損率の範囲内に収まる数値を示した。750mから1000mの間においても同様であった。
さらに、実施例に係るエンボスフィルムに樹脂フィラーを充填し、該樹脂フィラーを転写シートに対して転写した。樹脂フィラーは、ポリメタクリル酸メチル系架橋物であるエポスターMA1006(日本触媒製)を用い、画像型粒度分析装置FPIA3000(マルバーン社製)にて平均粒子径(直径)が5μmとなるように分級処理した後、使用した。
転写開始位置からの距離1m、30m、150mのエンボスフィルムを抜き取り、上記樹脂フィラーを繊維体によるワイプにて充填して、フェノキシ樹脂YP-50(新日鐵化学株式会社製)60質量部、エポキシ樹脂jER828(三菱化学株式会社製)40質量部からなる粘着性を示す転写シートに樹脂フィラーを転写した(なお、転写時の温度は60℃、圧力は2MPaとした)。
上記と同様に、光学顕微鏡を用いて転写した樹脂フィラーの転写不良(すなわち、樹脂フィラーが転写されていない箇所)を確認した。その結果、転写開始位置からの距離1m、30m、150mのエンボスフィルムを用いて転写した転写シートの各々において、転写不良は、全ての樹脂フィラーの数に対して1%未満であることが確認できた。また、転写に成功した樹脂フィラーにおいても位置ずれは生じていなかった。なお、位置ずれは、樹脂フィラーの中心位置が狙い位置よりも樹脂フィラーの平均粒子径の10%(本実施例は0.5μm)以上ずれていることを意味する。さらに、転写した樹脂フィラーにおいて、転写不良が同一方向で10個以上連続して発生している箇所は存在しなかった。
また、実施例に係るエンボスフィルムでは、凹部は、最も密な配列パターンである六方格子状に配置されている。そのため、実施例に係るエンボスフィルムに樹脂フィラーを充填して転写した場合、樹脂フィラーは、最も密な配列パターンで転写される。実施例に係るエンボスフィルムの結果を参照すると、最も密な配列パターンで転写した場合であっても、樹脂フィラーの転写の成功率が高く、転写不良が1%未満であり、かつ樹脂フィラーの位置ずれ等も発生していなかった。
したがって、本実施形態に係るエンボスフィルムは、150mを100%とした場合、0.67%(すなわち、距離1m)、20%(すなわち、距離30m)、100%(すなわち、距離150m)の各地点で安定して転写ができていることがわかる。また、0.67%~20%、および20%~100%の間の各地点においても、略同様の結果を示した。よって、本実施形態に係るエンボスフィルム、および該エンボスフィルムを用いた転写物は、凹部が設けられた範囲であれば、いかなる配列パターンで凹部を配置した場合でも、実施例と同様の効果が期待できる。
(比較例)
続いて、以下の工程により、比較例に係るエンボスフィルムを作製した。
まず、10cm×10cmのステンレス鋼の平板を機械加工することにより、実施例と同様の凹凸構造(凸部の中心間距離10μmにて、直径7μmの円形の凸部が六方格子にて配列された配列パターン、凸部の高さは7μm)が形成されたスタンパ原盤を作製した。
続いて、50cm幅のPETからなる基材フィルム(膜厚50μm)に、アクリレート樹脂M208(東亞合成製)100質量部、光重合開始剤IRGCUR184(BASF製)2質量部を含有する光硬化樹脂組成物を膜厚30μmにて塗布した。このような基材フィルムに対して、上記のスタンパ原盤を温度60℃、圧力2MPaにて繰り返し押圧することにより、凹凸構造を転写して、エンボスフィルムを作製した。なお、スタンパ原盤は、転写表面にフッ素系離型剤ダイフリーGA70500(ダイキン工業製)をスプレーして使用した。
比較例に係るエンボスフィルムでは、転写を繰り返すごとに、スタンパ原盤への樹脂詰まり等により不良が生じた。具体的には、20m(転写200回)の地点において、実施例と同様に光学顕微鏡にて欠損率を評価したところ、500ppm(0.5%)であった。また、比較例に係るエンボスフィルムでは、フィルムの送りが一定ではないため、スタンパ原盤の転写ごとに凹凸構造の配列に位置ずれが生じていた。
なお、比較例に係るエンボスフィルムは、実施例に係るエンボスフィルムよりも凹部の位置ずれおよび欠損率が大きい。そのため、比較例に係るエンボスフィルムは、樹脂フィラーを充填した後、該樹脂フィラーを転写した転写物についても同様に、実施例に係るエンボスフィルムよりも転写不良が多いことが予想される。
以上の結果より、本実施形態に係るエンボスフィルムは、エンボスフィルムの一方の端部における凹部の欠損率と、エンボスフィルムの他方の端部における凹部の欠損率との差が10ppm以下であることがわかった。そのため、本実施形態に係るエンボスフィルムは、大面積のフィルムに対して凹部を形成した場合でも、凹部の欠損の累積的な増加量を抑制することができる。
したがって、本実施形態に係るエンボスフィルムは、大面積のフィルムにおいて凹凸構造の均一性を向上させ、かつ凹部の欠損の発生頻度を低下させることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
1 エンボスフィルム
4 原盤
6 転写装置
7 露光装置
10 フィルム本体
11 凸部
13 凹部
15 欠損部
20 フィラー
30 転写シート

Claims (11)

  1. フィルム本体と、
    前記フィルム本体の表面に形成された複数の凹部と、を備え、
    前記凹部の開口面の直径は、可視光波長よりも大きく、
    前記凹部の配列パターンは、前記フィルム本体の長さ方向に沿った周期性を有し、
    前記フィルム本体の一方の端部における凹部の欠損率と、前記フィルム本体の他方の端部における凹部の欠損率との差は、10ppm以下である、エンボスフィルム。
  2. 前記凹部の欠損率は、前記配列パターンの一周期中における同一配列パターンに対応する領域の凹部に基づいて算出される、請求項1に記載のエンボスフィルム。
  3. 前記フィルム本体は、長尺フィルムである、請求項1または2に記載のエンボスフィルム。
  4. 前記フィルム本体に形成された前記凹部は、それぞれ略同一形状を有する、請求項1~3のいずれか一項に記載のエンボスフィルム。
  5. 前記凹部の配列パターンは、格子形状である、請求項1~4のいずれか一項に記載のエンボスフィルム。
  6. 前記凹部の数密度は、50000000個/cm以下である、請求項1~5のいずれか一項に記載のエンボスフィルム。
  7. 前記フィルム本体は、前記凹部内を含む表面の少なくとも一部に、無機化合物からなる被覆層を備える、請求項1~6のいずれか一項に記載のエンボスフィルム。
  8. 前記フィルム本体は、硬化性樹脂または可塑性樹脂にて形成される、請求項1~7のいずれか一項に記載のエンボスフィルム。
  9. 請求項1~8のいずれか一項に記載されたエンボスフィルムを複数枚に切断することにより形成された、枚葉フィルム。
  10. 請求項1~8のいずれか一項に記載のエンボスフィルム、または請求項9に記載の枚葉フィルムを用い、前記配列パターンに対応する位置に微小固形物が転写された、転写物。
  11. 円筒または円柱形状の原盤の周面に複数の凸部を形成するステップと、
    被転写フィルムに対して、前記原盤を回転させながら押圧し、前記原盤の周面形状に対応する凹部を前記被転写フィルムに転写してフィルム本体を作製するステップと、を含み、
    前記凹部の開口面の直径は、可視光波長よりも大きく、
    前記フィルム本体の一方の端部における凹部の欠損率と、前記フィルム本体の他方の端部における凹部の欠損率との差は、10ppm以下である、エンボスフィルムの製造方法。
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