JP4855768B2 - Manufacturing method of mold for fine pattern molding - Google Patents

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本発明は、マイクロレンズやシリンドリカルレンズ、プリズムレンズなどのような微細パターンが形成された製品を成形する微細パターン成形用金型の製造方法に関する。 The present invention relates microlens and a cylindrical lens, a manufacturing method of a fine pattern forming mold for molding a product on which a fine pattern is formed like a prism lens.

近年、微細パターンが形成された製品はさまざまな分野に利用されている。代表的な分野として画像表示装置が挙げられる。一般に、蛍光管やLED(発光ダイオード)、有機EL(エレクトロ・ルミネッセンス)、無機ELなどといった発光体を光源とした面光源素子を必要とするLCD(液晶ディスプレイ)のような画像表示装置は、偏光板、液晶セルの開口率、カラーフィルター、ディスプレイ表面での反射などの影響により光利用効率が大きく低下する。この光利用効率を改善するために、各種の微細パターンが使用される場合がある。微細パターンの例として、マイクロレンズを用いた液晶セルの開口率改善素子や面光源素子にプリズムレンズシートを追加することにより出射光に指向性を付与することなどが挙げられる。また、この微細パターンの使用は、画像表示装置だけでなくバイオ、メディカル用途への応用にも広がりつつある。   In recent years, products on which fine patterns are formed are used in various fields. A typical field is an image display device. In general, an image display device such as a liquid crystal display (LCD) that requires a surface light source element using a light emitter such as a fluorescent tube, LED (light emitting diode), organic EL (electroluminescence), and inorganic EL as a light source is polarized. The light utilization efficiency is greatly reduced by the influence of the plate, the aperture ratio of the liquid crystal cell, the color filter, and the reflection on the display surface. In order to improve the light utilization efficiency, various fine patterns may be used. Examples of the fine pattern include providing a directivity to the emitted light by adding a prism lens sheet to an aperture ratio improving element or a surface light source element of a liquid crystal cell using a microlens. In addition, the use of this fine pattern is spreading not only to image display devices but also to bio and medical applications.

一方、従来から、微細パターンの作製方法として、ガラスやプラスチックなどの材料を切削研磨する方法や、該微細パターンのネガ型の形成された金型を使用し熱可塑性樹脂などで成形する方法などが採用されている。特に金型を使用し熱可塑性樹脂などで成形する方法は成形サイクルが非常に速く、大量製造に適した方法と言える。   On the other hand, conventionally, as a method for producing a fine pattern, there are a method of cutting and polishing a material such as glass or plastic, a method of forming with a mold having a negative pattern of the fine pattern and molding with a thermoplastic resin, etc. It has been adopted. In particular, the method of molding with a thermoplastic resin using a mold can be said to be a method suitable for mass production because the molding cycle is very fast.

金型の製造方法は、(1)金属板を直接切削研磨する方法と、(2)所望の微細パターンをあらかじめ形成した後、電鋳処理などにより該微細パターンのネガ型を作製する方法に大別される。(1)では金属板を直接切削するため微細パターンは切削バイトの形状に依存し任意の微細パターンを形成することは困難である。一方、(2)の微細パターンをあらかじめ形成するものとして以下の方法などが提案・実用化されている。   The mold manufacturing method is largely divided into (1) a method in which a metal plate is directly cut and polished, and (2) a method in which a desired fine pattern is formed in advance and then a negative pattern of the fine pattern is produced by electroforming. Separated. In (1), since the metal plate is directly cut, the fine pattern depends on the shape of the cutting tool, and it is difficult to form an arbitrary fine pattern. On the other hand, the following methods and the like have been proposed and put into practical use for forming the fine pattern (2) in advance.

(2−1)レジストリフロー法:基板上にレジストを均一塗工した後、フォトマスクによる露光・現像でレジストをパターニングし、加熱してレジストを流動させることにより所望の微細パターンを作製する方法(例えば、非特許文献1)。
(2−2)レーザー直接描画法:レジスト上に紫外レーザーを走査・露光することで微細パターンを作製する方法(例えば、特許文献1)。
(2-1) Registry flow method: A method of producing a desired fine pattern by uniformly applying a resist on a substrate, patterning the resist by exposure / development using a photomask, and heating the resist to flow ( For example, Non-Patent Document 1).
(2-2) Laser direct drawing method: A method of producing a fine pattern by scanning and exposing an ultraviolet laser on a resist (for example, Patent Document 1).

しかし、(2−1)の方法では、同形状の複数の微細パターンを作製することは容易であるが、レジストの流動現象(表面張力)を利用して微細パターンを形成するため、非対称形状や異形状の、特に曲面部分を含むような形状の複数の微細パターンを作製することは極めて困難である。また、(2−2)の方法では、非対称形状や異形状の複数の微細パターンを作製することは可能であるが、一般的なレジスト材料は、焦点深度が浅いために5μm以上の高さのある微細パターンを精密に作製することは困難である。   However, in the method (2-1), it is easy to produce a plurality of fine patterns having the same shape. However, since the fine pattern is formed using the flow phenomenon (surface tension) of the resist, It is extremely difficult to produce a plurality of fine patterns having different shapes, particularly shapes including curved surfaces. Further, in the method (2-2), it is possible to produce a plurality of fine patterns having asymmetric shapes or irregular shapes. However, a general resist material has a height of 5 μm or more because the depth of focus is shallow. It is difficult to precisely produce a certain fine pattern.

すなわち、従来の金型で微細パターンを作製する方法では、5μm以上の高さのある曲面部分をもつような形状の複数の微細パターンを作製することが困難であった。   That is, it is difficult to produce a plurality of fine patterns having a curved portion with a height of 5 μm or more by a conventional method of producing a fine pattern with a mold.

他方、最近では微細パターンを形成する方法として、二光子励起による光硬化性樹脂の三次元マイクロファブリケーションが提案されている(例えば、特許文献2および3)。該三次元マイクロファブリケーションは、エネルギーの低い近赤外パルスレーザーを光源とし、光源を集光することによって光子密度が非常に高くなる焦点領域のみで光硬化性樹脂中の重合開始剤が二つの光子を吸収することにより励起され、光硬化性樹脂の重合が開始される。この理由から非常に高い三次元分解能を実現できる。ここで、三次元分解能は近赤外パルスレーザーのパワーや集光レンズの開口数NAなどに依存しており、それぞれのパラメータを最適化することにより、線幅を0.1μm以下とすることや、深さを0.5μm以下とすることも可能である。また、焦点の位置を制御することにより、光硬化性樹脂中に5μm以上の高さを有する微細造形物を精密に作製することも可能となる。一方、通常の光造形は一光子励起であり、エネルギーの高い紫外光などを光源とするため、光源の焦点以外の領域でも重合が開始するために分解能は低い。また、5μm以上の高さを有する微細造形物を作製する場合、光硬化性樹脂を積層しなければならず、それゆえに段差ができてしまう問題もある。したがって、二光子励起および一光子励起により微細パターンを作製する場合、二光子励起の方が三次元分解能の高い微細造形物を得ることができる。特に可視光波長程度の三次元分解能が要求される光学パターンを作製するためには、二光子励起による三次元マイクロファブリケーションの方が適している。   On the other hand, recently, as a method for forming a fine pattern, three-dimensional microfabrication of a photocurable resin by two-photon excitation has been proposed (for example, Patent Documents 2 and 3). The three-dimensional microfabrication uses two low-energy near-infrared pulse lasers as the light source, and two polymerization initiators in the photocurable resin are formed only in the focal region where the photon density becomes very high by condensing the light source. It is excited by absorbing photons, and polymerization of the photocurable resin is started. For this reason, a very high three-dimensional resolution can be realized. Here, the three-dimensional resolution depends on the power of the near-infrared pulse laser, the numerical aperture NA of the condenser lens, etc., and by optimizing each parameter, the line width can be reduced to 0.1 μm or less, The depth can be 0.5 μm or less. Further, by controlling the position of the focal point, it becomes possible to precisely produce a finely shaped object having a height of 5 μm or more in the photocurable resin. On the other hand, normal stereolithography is one-photon excitation, and high-energy ultraviolet light or the like is used as a light source. Therefore, polymerization is started even in a region other than the focal point of the light source, so the resolution is low. Moreover, when producing the fine modeling thing which has a height of 5 micrometers or more, photocurable resin must be laminated | stacked, Therefore There also exists a problem which a level | step difference will be made. Therefore, when producing a fine pattern by two-photon excitation and one-photon excitation, a two-photon excitation can provide a finely shaped object with a higher three-dimensional resolution. In particular, three-dimensional microfabrication by two-photon excitation is more suitable for producing an optical pattern that requires a three-dimensional resolution on the order of visible light wavelength.

上述したとおり、二光子励起による光硬化性樹脂の三次元マイクロファブリケーションは三次元分解能が高い方法である反面、二光子吸収の発生確率が非常に低く、起こりにくい現象であるために加工に多大な時間を要するという課題がある。特許文献3には該三次元マイクロファブリケーションを利用したマイクロマシンの作製などが提案されているものの、加工時間の問題から大量に製造することは困難と考えられる。また、微細パターンが形成された製品が光硬化性樹脂材料に限定されるという問題もある。
Applied Optics,vol27,No.7,1281-1284(1988) 特開平5−217831号公報 特開2001−158050号公報 特開2003-1599号公報
As described above, three-dimensional microfabrication of photo-curing resin by two-photon excitation is a method with high three-dimensional resolution, but it has a very low probability of occurrence of two-photon absorption and is difficult to occur. There is a problem that it takes a long time. Although Patent Document 3 proposes the production of a micromachine using the three-dimensional microfabrication, it is considered difficult to manufacture in large quantities due to the problem of processing time. There is also a problem that the product on which the fine pattern is formed is limited to the photocurable resin material.
Applied Optics, vol27, No.7,1281-1284 (1988) JP-A-5-217831 JP 2001-158050 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-1599

本発明は、非対称形状や異形状のような所望の微細パターンの成形を可能とするとともに、該微細パターンが形成された製品を量産化した場合に、全体の製造時間の短縮化を可能とした該微細パターン成形用金型の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention makes it possible to form a desired fine pattern such as an asymmetric shape or an irregular shape, and to shorten the entire manufacturing time when a product on which the fine pattern is formed is mass-produced. It aims at providing the manufacturing method of this metal mold | die for fine pattern shaping | molding.

本発明者らは、該三次元マイクロファブリケーションの高三次元分解能という特徴を活かし、三次元マイクロファブリケーションを微細パターンが形成された製品の量産に応用することを見出した。すなわち、単に三次元マイクロファブリケーションにより微細パターンが形成された製品を量産化すると製造時間が長くなるという課題を解決すべく鋭意検討を行い、三次元マイクロファブリケーションで作製した微細造形物を金型作製用の原型に用い、これを原型として製造された微細パターン成形用金型を用いて熱可塑性樹脂などで製品を成形すると、金型成形により成形サイクルの高速化、量産化が可能となることから、当該金型により光学部品や面光源素子用光制御板などの製品を成形すれば全体の製造時間の短縮化が可能であるという知見に基づき、本発明を完成した。   The present inventors have found that the three-dimensional microfabrication is applied to mass production of a product on which a fine pattern is formed by taking advantage of the high three-dimensional resolution of the three-dimensional microfabrication. In other words, intensive studies were conducted to solve the problem that the production time would become longer if a product with a fine pattern formed by simply three-dimensional microfabrication was mass-produced. When a product is molded with a thermoplastic resin using a fine pattern molding die manufactured using this as a prototype, the molding cycle can be accelerated and mass-produced. Thus, the present invention has been completed based on the knowledge that the entire manufacturing time can be shortened by molding products such as optical components and light control plates for surface light source elements using the mold.

すなわち、本発明に係る微細パターン成形用金型の製造方法は、パルスレーザーの集光位置を制御し、該パルスレーザーが集光照射される位置の光硬化性樹脂のみを選択的に光重合する、二光子励起による光硬化性樹脂の三次元マイクロファブリケーションによって、所望の微細パターンが形成された微細造形物を作製し、この作製された微細造形物を原型として当該微細パターン成形用金型を製造することを特徴とする。
ここで、原型とは、製品を量産するための金属製の型枠である金型を作製するための元型をいう。
That is, in the method for manufacturing a fine pattern molding die according to the present invention, the focusing position of the pulse laser is controlled, and only the photocurable resin at the position where the pulse laser is focused and irradiated is selectively photopolymerized. Then, a three-dimensional microfabrication of a photo-curable resin by two-photon excitation is used to produce a fine shaped object on which a desired fine pattern is formed, and the fine pattern molding die is formed using the produced fine shaped article as a prototype. It is characterized by manufacturing.
Here, the original mold refers to an original mold for producing a metal mold that is a metal mold for mass-producing products.

この構成によれば、三次元マイクロファブリケーションで微細造形物を作製し、この微細造形物を原型として当該微細パターン成形用金型を製造するので、5μm以上の高さの曲面部分をもつ所望の微細パターンの成形が当該金型により可能となるとともに、当該微細パターンが形成された製品を量産化する場合に、作製に時間がかかる微細造形物を原型とした金型を用いて製品を製造することにより、従来の三次元マイクロファブリケーションで直接製品を量産するのに比べて、全体の製造時間の短縮化が可能となり、また製品材料の多様化も可能となる。   According to this configuration, a finely shaped article is produced by three-dimensional microfabrication, and the fine pattern forming mold is manufactured using the finely shaped article as a prototype, so that a desired curved portion having a height of 5 μm or more is desired. A fine pattern can be formed by the mold, and when a product on which the fine pattern is formed is mass-produced, a product is manufactured by using a mold with a micro-modeled object that takes a long time to manufacture. This makes it possible to shorten the entire manufacturing time and diversify the product materials as compared to mass production directly by conventional three-dimensional microfabrication.

好ましくは、前記三次元マイクロファブリケーションにより作製された微細造形物を原型として、電鋳処理により、当該微細パターン成形用金型を製造する。   Preferably, the mold for forming a fine pattern is manufactured by electroforming using a finely shaped object produced by the three-dimensional microfabrication as a prototype.

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図5は、微細パターン成形用金型の原型となる所望の微細パターンが形成された微細造形物を作製する、二光子励起による光硬化性樹脂の三次元マイクロファブリケーション装置の概略構成図を示す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of a three-dimensional microfabrication apparatus of a photocurable resin by two-photon excitation, which produces a finely shaped object on which a desired fine pattern is formed as a prototype of a fine pattern molding die. .

本装置は、チタンサファイヤレーザーなどの近赤外パルスレーザー100を用い、シャッター111、NDフィルタ112、ビームエクスパンダ113、リレーレンズ114、ガルバノミラー121などの各種光学系を透過および反射させて、近赤外パルスレーザーをレンズ122に入射させる。なお、上記の光学系は必要に応じて複数個使用することもできるし、不必要であれば使用しないことも可能である。レンズ122に入射した近赤外パルスレーザーは集光され、集光位置のみで光硬化性樹脂140を重合することができる。また、該光硬化性樹脂140が塗布されたガラス130はZ軸ステージ131に固定化されており、該Z軸ステージを上下に移動し、該ガルバノミラー121を用いてレーザーをXY平面内で走査することにより、所望の微細造形物を作製することができる。該光硬化性樹脂140は近赤外パルスレーザーに対して透明であるため、5μm以上の高さの微細造形物も作製できる。また、ここには図示しないが、ガラス130を固定化するステージをXYZステージとすることで、ガルバノミラー121を用いずとも、所望の微細造形物を作製することもできる。上記説明では、近赤外レーザーの場合を例としたが、通常の照射で光硬化性樹脂が硬化しない波長であれば、可視光レーザーであってもよい。   This apparatus uses a near-infrared pulse laser 100 such as a titanium sapphire laser, and transmits and reflects various optical systems such as a shutter 111, an ND filter 112, a beam expander 113, a relay lens 114, and a galvano mirror 121 to produce a near-infrared laser. An infrared pulse laser is incident on the lens 122. It should be noted that a plurality of the above optical systems can be used as necessary, and can be omitted if unnecessary. The near-infrared pulse laser incident on the lens 122 is condensed, and the photocurable resin 140 can be polymerized only at the condensing position. Further, the glass 130 coated with the photo-curable resin 140 is fixed to the Z-axis stage 131, the Z-axis stage is moved up and down, and the laser is scanned in the XY plane using the galvano mirror 121. By doing so, a desired finely shaped object can be produced. Since the photo-curable resin 140 is transparent to the near-infrared pulse laser, a finely shaped article having a height of 5 μm or more can be produced. Although not shown here, a stage for fixing the glass 130 is an XYZ stage, so that a desired finely shaped object can be produced without using the galvanometer mirror 121. In the above description, the case of a near-infrared laser is taken as an example, but a visible light laser may be used as long as the photocurable resin is not cured by normal irradiation.

三次元マイクロファブリケーションに用いる光硬化性樹脂は特に限定されない。ただし、効率良く二光子励起重合を行うためには、各種のアクリレートモノマーやエポキシモノマー、およびそれらに対応した光重合開始剤を配合した樹脂組成物に二光子吸収断面積の大きな色素を添加することが好ましい。二光子吸収断面積の大きな色素として、市販のローダミンBやエオシンY、またビススチリルベンゼン系の色素などが挙げられる。   The photocurable resin used for three-dimensional microfabrication is not particularly limited. However, in order to perform two-photon excitation polymerization efficiently, a dye having a large two-photon absorption cross-section must be added to a resin composition containing various acrylate monomers and epoxy monomers and corresponding photopolymerization initiators. Is preferred. Examples of the dye having a large two-photon absorption cross section include commercially available rhodamine B, eosin Y, and bisstyrylbenzene dyes.

また、三次元マイクロファブリケーションにより効率的に原型となる微細造形物を得るために、複数の微細造形物を同時に作製することも可能であり、そのために近赤外パルスレーザーをマイクロレンズアレイやピンホールアレイを用いて複数のレーザーに分割してもよいし、所望の微細造形物の外殻のみを硬化し、後述する現像処理後に未硬化の光硬化性樹脂を紫外線硬化してもよい。   In addition, in order to obtain a finely shaped object that is a prototype efficiently by three-dimensional microfabrication, it is also possible to simultaneously produce a plurality of minutely shaped objects. It may be divided into a plurality of lasers using a hole array, or only the outer shell of a desired finely shaped object may be cured, and an uncured photocurable resin may be cured with ultraviolet light after development processing described later.

作製した微細造形物には未硬化の光硬化性樹脂が付着しているため、現像液で現像処理を行う必要がある。現像液は硬化した光硬化性樹脂を浸蝕せずに、未硬化の光硬化性樹脂を洗い流せるものであればよい。   Since the uncured photo-curing resin is attached to the produced microfabricated product, it is necessary to perform development processing with a developer. The developer may be any developer that can wash away the uncured photocurable resin without eroding the cured photocurable resin.

図1は、本発明の一実施形態にかかる微細パターン成形用金型の製造方法を示す側面図である。前記した二光子励起による光硬化性樹脂の三次元マイクロファブリケーションで得られた微細造形物20を原型として微細パターン成形用金型を製造する方法は特に限定されないが、ここでは一例として電鋳処理による金型の製造方法について説明する。   FIG. 1 is a side view showing a method of manufacturing a fine pattern molding die according to an embodiment of the present invention. A method for manufacturing a mold for forming a micropattern using the microfabricated product 20 obtained by three-dimensional microfabrication of a photocurable resin by two-photon excitation as described above is not particularly limited, but here, as an example, an electroforming process is performed. A method of manufacturing a mold according to will be described.

まず、原型である微細造形物20が電解槽21に浸漬され陰極22に配されるとともに、金、銀、銅、ニッケルなどの金属が陽極23に配される。この状態で直流電流を印加することにより、陽極23から金属イオンが溶出される。溶出した金属イオンは陰極22に配された微細造形物20上で金属として析出することで微細パターン成形用金型24を製造することができる。   First, the micro model 20 that is the prototype is immersed in the electrolytic cell 21 and disposed on the cathode 22, and a metal such as gold, silver, copper, or nickel is disposed on the anode 23. By applying a direct current in this state, metal ions are eluted from the anode 23. The eluted metal ions are deposited as a metal on the finely shaped object 20 arranged on the cathode 22, whereby the fine pattern forming mold 24 can be manufactured.

この微細パターン成形用金型24を用いて製品を成形する場合、成形に用いることができる材料としては熱可塑性樹脂や光硬化性樹脂などが挙げられ、従来の三次元マイクロファブリケーションで製造する製品の材料が光硬化性樹脂に限定されるのに比べて、本発明では製品の材料を幅広く選択できる。また、成形方法としては射出成形、押出成形、プレス成形、光硬化性樹脂による光重合成形などが挙げられる。これらの成形材料、成形方法は単なる例示にすぎず、これらに限定されるものではない。   When a product is molded using the fine pattern molding die 24, materials that can be used for molding include thermoplastic resins and photo-curable resins, and products manufactured by conventional three-dimensional microfabrication. In contrast, the present invention is limited to the photo-curable resin, the present invention allows a wide selection of product materials. Examples of the molding method include injection molding, extrusion molding, press molding, and photopolymerization molding with a photocurable resin. These molding materials and molding methods are merely examples, and are not limited thereto.

本発明の微細パターン成形用金型および上記した成形材料、成形方法を使用することにより、各種光学部品の成形が可能となる。例えば微細パターンがシリンドリカルレンズであればレンチキュラーレンズシート、マイクロレンズアレイであればマイクロレンズアレイシート、プリズムレンズであればプリズムレンズシート、フレネルレンズであればフレネルレンズシートを得ることができるが、これらに限定されるものではない。   By using the fine pattern molding die of the present invention and the molding material and molding method described above, various optical components can be molded. For example, if the fine pattern is a cylindrical lens, a lenticular lens sheet, if it is a microlens array, a microlens array sheet, if it is a prism lens, a prism lens sheet, if it is a Fresnel lens, a Fresnel lens sheet can be obtained. It is not limited.

また、図2に示す面光源素子用光制御板への応用も可能である(例えば、米国特許第5396350号参照)。面状に光を発する面光源素子(バックライト)30は、導光板31に光制御板32を貼合せることにより作製される。該光制御板32には例えば高さ20μmの略半球状の曲面部分をもつ複数のマイクロレンズアレイ33が並設されてなり、粘接着剤34を介して該導光板31と該マイクロレンズアレイ33が接着されている。該マイクロレンズアレイ33が図3のように曲面部分41のみからなる場合、貼合せの圧力や粘接着剤の弾性率などを最適化して接着部分42を制御しなければならないため、導光板31との貼合せは困難である。これに対して、該マイクロレンズアレイ33の断面形状が図4のように平坦部分51と曲面部分52を有するものであれば、導光板31と安定に貼合せることができる。   In addition, application to the light control plate for the surface light source element shown in FIG. 2 is also possible (for example, see US Pat. No. 5,396,350). A surface light source element (backlight) 30 that emits light in a planar shape is manufactured by bonding a light control plate 32 to a light guide plate 31. For example, a plurality of microlens arrays 33 having a substantially hemispherical curved surface with a height of 20 μm are arranged in parallel on the light control plate 32, and the light guide plate 31 and the microlens array are interposed via an adhesive 34. 33 is adhered. When the microlens array 33 is composed of only the curved surface portion 41 as shown in FIG. 3, the adhesive portion 42 must be controlled by optimizing the bonding pressure, the elastic modulus of the adhesive, etc. Is difficult to paste. On the other hand, if the cross-sectional shape of the microlens array 33 has a flat portion 51 and a curved surface portion 52 as shown in FIG. 4, the microlens array 33 can be stably bonded to the light guide plate 31.

前述した従来のレジストリフロー法ではレジストの表面張力を利用するため、図4の曲面部分と平坦部分が形成された微細パターンの微細造形物を作製することは非常に難しいが、本発明の二光子励起による光硬化性樹脂の三次元マイクロファブリケーションでは、5μm以上の高さの曲面部分をもつ所望の微細パターンの微細造形物を容易に作製することができる。そして、これを原型として微細パターン成形用金型が製造され、この金型を用いて面光源素子用光制御板の製品が成形される。この製造された微細パターン成形用金型を用いることにより、前記微細パターンが形成された面光源素子用光制御板が容易に作製されるとともに、面光源素子用光制御板を量産化する場合、全体の製造時間の短縮化が可能となり、また製品材料として光硬化性樹脂だけでなく熱可塑性樹脂などを幅広く使用することができる。   In the conventional registry flow method described above, since the surface tension of the resist is used, it is very difficult to produce a micro-patterned product having the curved surface portion and the flat portion shown in FIG. In the three-dimensional microfabrication of the photocurable resin by excitation, it is possible to easily produce a finely shaped object having a desired fine pattern having a curved surface portion having a height of 5 μm or more. Then, a fine pattern molding die is manufactured using this as a prototype, and a product of a light control plate for a surface light source element is molded using this die. By using the manufactured fine pattern molding die, the light control plate for the surface light source element in which the fine pattern is formed is easily produced, and when the surface light source element light control plate is mass-produced, The entire manufacturing time can be shortened, and not only a photocurable resin but also a thermoplastic resin can be used widely as a product material.

(実施例1)
まず、微細パターン成形用金型の原型材料となる光硬化性樹脂を調製した。アクリレートモノマーとしてペンタエリスリトールトリアクリレート(M-309:東亞合成株式会社製)およびイソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジ・トリアクリレート(M-313:東亞合成株式会社製)を35重量部ずつ混合し、さらにローダミンB(関東化学株式会社製)を0.1重量部添加した。次にバインダーとしてポリ(スチレン-アクリロニトリル)共重合体(関東化学株式会社製)を29.9重量部加え、希釈溶媒として1,4-ジオキサンで粘度調製した。
Example 1
First, a photocurable resin was prepared as a prototype material for a fine pattern molding die. As an acrylate monomer, pentaerythritol triacrylate (M-309: manufactured by Toagosei Co., Ltd.) and isocyanuric acid ethylene oxide-modified di-triacrylate (M-313: manufactured by Toagosei Co., Ltd.) were mixed 35 parts by weight, and Rhodamine B 0.1 part by weight (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was added. Next, 29.9 parts by weight of a poly (styrene-acrylonitrile) copolymer (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was added as a binder, and the viscosity was adjusted with 1,4-dioxane as a diluent solvent.

次に、調製した光硬化性樹脂をスライドガラス上に100μmの厚みで塗布した。なお、光硬化性樹脂とスライドガラスとの密着性を向上するために3-アミノプロピルトリエトキシシラン(関東化学株式会社製)を用いてスライドガラスを事前に処理した。さらに、希釈溶媒である1,4-ジオキサンを完全に揮発させることで光硬化性樹脂膜を形成した。   Next, the prepared photocurable resin was applied on a slide glass with a thickness of 100 μm. In addition, in order to improve the adhesiveness of photocurable resin and a slide glass, the slide glass was processed in advance using 3-aminopropyl triethoxysilane (made by Kanto Chemical Co., Inc.). Furthermore, a photocurable resin film was formed by completely volatilizing 1,4-dioxane as a diluting solvent.

光硬化性樹脂膜を形成したスライドガラスを図5の三次元マイクロファブリケーション装置に設置し、近赤外パルスレーザー(Tsunami:スペクトラ・フィジックス株式会社製)を集光照射し、光硬化性樹脂の硬化部分がかまぼこ状の高さ5μmのシリンドリカルレンズとなるようにレーザーをスキャンした。最後に該ガラス基板をN,N-ジメチルホルムアミド(関東化学株式会社製)溶媒中に浸漬させ、未硬化の光硬化性樹脂を現像除去することで、シリンドリカルレンズの原型を得ることができた。   The slide glass on which the photocurable resin film is formed is installed in the three-dimensional microfabrication apparatus shown in FIG. 5, and a near-infrared pulse laser (Tsunami: manufactured by Spectra Physics Co., Ltd.) is focused and irradiated. The laser was scanned so that the cured portion was a cylindrical lens having a kamaboko height of 5 μm. Finally, the glass substrate was immersed in a solvent of N, N-dimethylformamide (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), and the uncured photocurable resin was developed and removed to obtain a prototype of a cylindrical lens.

次に三次元マイクロファブリケーションで得られたシリンドリカルレンズの原型に電鋳処理を施し、ニッケル製の金型を作製した。該金型を用いポリエチレンテレフタレートフィルム上に光重合成形することで、多数のシリンドリカルレンズアレイシートを複製することができた。   Next, the mold of the cylindrical lens obtained by the three-dimensional microfabrication was electroformed to produce a nickel mold. A large number of cylindrical lens array sheets could be replicated by photopolymerization molding on a polyethylene terephthalate film using the mold.

(実施例2)
実施例1と同様にスライドガラス上に光硬化性樹脂を塗布した後、図5の三次元マイクロファブリケーション装置に設置し、近赤外パルスレーザー(Tsunami:スペクトラ・フィジックス株式会社製)を集光照射し、光硬化性樹脂の硬化部分が高さ20μm、幅25μmの略半球状に複数形成されたマイクロレンズアレイとなるようにレーザーをスキャンした。最後に該ガラス基板をN,N-ジメチルホルムアミド(関東化学株式会社製)溶媒中に浸漬させ、未硬化の光硬化性樹脂を現像除去することで、マイクロレンズアレイの原型を得ることができた。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, after applying a photocurable resin on a slide glass, it was installed in the three-dimensional microfabrication apparatus in FIG. 5 and focused with a near infrared pulse laser (Tsunami: manufactured by Spectra Physics Co., Ltd.) Irradiated and scanned with a laser so that the cured portion of the photo-curable resin was a microlens array having a plurality of substantially hemispherical shapes with a height of 20 μm and a width of 25 μm. Finally, the glass substrate was dipped in a solvent of N, N-dimethylformamide (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), and the uncured photocurable resin was developed and removed to obtain a prototype of a microlens array. .

次に三次元マイクロファブリケーションで得られたマイクロレンズアレイの原型に電鋳処理を施し、ニッケル製の金型を作製した。該金型を用いポリエチレンテレフタレートフィルム上に光重合成形することで、マイクロレンズアレイの形成された光制御板を得ることができた。該光制御板におけるマイクロレンズアレイの頂部と、ポリメチルメタクリレート製の0.8mmt導光板(パラグラス:株式会社クラレ製)とを、UV硬化型接着剤を介して接着し、面光源素子とすることができた。さらに該面光源素子の側面にLED(NACW215:日亜化学工業製)を設置し、LEDに20mAの電流を印加したところ、面光源素子からの均一な発光を確認することができた。   Next, the original mold of the microlens array obtained by the three-dimensional microfabrication was subjected to an electroforming process to produce a nickel mold. A light control plate on which a microlens array was formed could be obtained by photopolymerization molding on a polyethylene terephthalate film using the mold. The top of the microlens array in the light control plate and a 0.8 mmt light guide plate made of polymethylmethacrylate (Paraglass: manufactured by Kuraray Co., Ltd.) may be bonded together to form a surface light source element. did it. Furthermore, when an LED (NACW215: manufactured by Nichia Corporation) was installed on the side surface of the surface light source element and a current of 20 mA was applied to the LED, uniform light emission from the surface light source element could be confirmed.

本発明の一実施形態にかかる微細パターン成形用金型の製造方法を示す側面図である。It is a side view which shows the manufacturing method of the metal mold | die for a fine pattern shaping | molding concerning one Embodiment of this invention. 面光源素子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a surface light source element. マイクロレンズアレイの断面形状の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the cross-sectional shape of a micro lens array. マイクロレンズアレイの断面形状の他例を示す側面図である。It is a side view which shows the other example of the cross-sectional shape of a micro lens array. 二光子励起による光硬化性樹脂の三次元マイクロファブリケーション装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the three-dimensional microfabrication apparatus of the photocurable resin by two photon excitation.

符号の説明Explanation of symbols

20:微細造形物
21:電解槽
22:陰極
23:陽極
24:微細パターン成形用金型
30:面光源素子
31:導光板
32:光制御板
33:マイクロレンズアレイ
34:粘接着剤
41:マイクロレンズアレイの曲面部分
42:接着部分
51:マイクロレンズアレイの平坦部分
52:マイクロレンズアレイの曲面部分
100:近赤外パルスレーザー
111:シャッター
112:NDフィルタ
113:ビームエクスパンダ
114:リレーレンズ
121:ガルバノミラー
122:レンズ
130:ガラス
131:Z軸ステージ
140:光硬化性樹脂
20: Microfabricated object 21: Electrolytic cell 22: Cathode 23: Anode 24: Mold for fine pattern molding 30: Surface light source element 31: Light guide plate 32: Light control plate 33: Micro lens array 34: Adhesive 41: Curved portion 42 of microlens array: Adhesive portion 51: Flat portion 52 of microlens array 52: Curved portion of microlens array 100: Near infrared pulse laser 111: Shutter 112: ND filter 113: Beam expander 114: Relay lens 121 : Galvano mirror 122: Lens 130: Glass 131: Z-axis stage 140: Photocurable resin

Claims (2)

パルスレーザーの集光位置を制御し、該パルスレーザーが集光照射される位置の光硬化性樹脂のみを選択的に光重合する、二光子励起による光硬化性樹脂の三次元マイクロファブリケーションによって、所望の微細パターンが形成された微細造形物を作製し、この作製された微細造形物を原型として当該微細パターン成形用金型を製造することを特徴とする微細パターン成形用金型の製造方法。 By controlling the focusing position of the pulse laser and selectively photopolymerizing only the photocurable resin at the position where the pulse laser is focused and irradiated, by three-dimensional microfabrication of the photocurable resin by two-photon excitation, A method for producing a fine pattern forming mold, comprising: producing a fine shaped article on which a desired fine pattern is formed, and producing the fine pattern forming mold using the produced fine shaped article as a prototype. 前記三次元マイクロファブリケーションにより作製された微細造形物を原型として、電鋳処理により、当該微細パターン成形用金型を製造する請求項1に記載の微細パターン成形用金型の製造方法。 The method for producing a fine pattern molding die according to claim 1, wherein the fine pattern molding die is produced by electroforming using a finely shaped article produced by the three-dimensional microfabrication as a prototype.
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