JP5048644B2 - 微細複製物品の作製装置および作製方法 - Google Patents

Description

本開示は、広くはウェブ上への材料の連続成形に関し、特に、ウェブの両側に成形されたパターン間に高い位置合わせ度を有する物品の成形に関する。

新聞の印刷から高機能の電子および光学デバイスの作製まで多くの物品の作製において、少なくとも一時的に液体の形状のある材料を基板の両側に塗布することが必要である。多くの場合、材料は所定のパターンで基板に塗布され、例えば、印刷の場合インクは文字および絵のパターンで塗布される。このような場合、基板の両側のパターン間での位置合わせのために少なくとも最低要件があることが一般的である。

基板が回路基板などの個々の物品である場合、パターンのアプリケータは通常位置合わせの達成を助けるためにエッジに依存する。しかし、基板がウェブであるとともに位置合わせを維持する際に基板のエッジに依存することが不可能である場合、問題はやや困難になる。なお、ウェブの場合でも位置合わせの要件が厳格でない、例えば、１００マイクロメートルを超えるという、完璧な位置合わせからのずれが容認される場合、材料塗布をその程度まで制御するための機械的手段は既知である。印刷業界にはそのような基準を満たすことが可能な装置が充実している。

しかし、基板の両側にパターンを有するある製品では、はるかに正確なパターン間の位置合わせが必要とされる。そのような場合、ウェブが連続移動されてない場合には、材料をそのような基準に塗布することができる装置は知られている。そして、ウェブが連続移動中である場合には、例えば、あるタイプの可撓性回路の場合のように、パターニングロールの１回転当たり一度の完璧な位置合わせという、１００マイクロメートルあるいは５マイクロメートル内にパターニングロールをリセットすることが容認可能である場合には、当該技術はなお前進方法に関するガイドラインを与える。

しかし、例えば、輝度向上フィルムなどの光学物品において、基板の両側に塗布された光学的に透明な高分子内のパターンが、ツール回転内の任意の点で位置合わせ外れが極僅かな許容範囲以下であることが必要とされる。これまで当該技術は、パターンが間歇的ではなく連続的に１００マイクロメートル以内に位置合わせされた状態で維持されるように、連続移動されているウェブの両側にパターン化表面を成形する方法について言及していない。

本開示の一態様は、ロールツーロール微細複製装置を含む。この装置は第１の直径を有する第１のパターン化ロールと、第２の直径を有する第２のパターン化ロールとを含む。駆動アセンブリが含まれているとともに、第１および第２のロールが約１００マイクロメートル以内に連続位置合わせされた状態に維持されるように、第１のパターン化ロールと第２のロールとを回転すべく構成されている。駆動アセンブリは単一モータアセンブリ、またはそれぞれ第１および第２のパターン化ロール専用の第１および第２のモータアセンブリを含み得る。第２の直径は第１の直径より約０．０１〜約１パーセント大きくてもよい。

本開示の他の態様は、第１および第２の互いに反対側の面を有するウェブを含む微細複製物品を作製する方法を含む。第１のパターン化ロールと第２のパターン化ロールとを、同じ回転速度であるが異なる表面速度で互いに反対方向に回転させる。ウェブを第１のパターン化ロールと第２のパターン化ロールとの間に通過させる。第１の液体をウェブ第１表面上に配置するとともに、第１のパターン化ロールと接触させる。第２の液体をウェブ第２表面に配置するとともに、第２のパターン化ロールと接触させる。

第１のパターン化ロールおよび第２のパターン化ロールが、約１００マイクロメートル未満に一定に位置合わせされた状態に維持される。ある例では、第１および第２の微細複製ロールは、約７５マイクロメートル未満、または約５０マイクロメートル未満、または約１０マイクロメートル未満に一定に位置合わせされた状態に維持される。

定義
本開示の状況において、「位置合わせ」は、同じウェブの反対側の他の構造に対して規定関係にあるウェブの一面上の構造の位置決めを意味する。

本開示の状況において、「ウェブ」は、ある方向の一定寸法と、その直交方向の所定または不定の長さとを有する材料シートを意味する。

本開示の状況において、「連続位置合わせ」は、第１および第２のパターン化ロールの回転中、常にロール上の構造間の位置合わせ度が指定限界より良好であることを意味する。

本開示の状況において、「微細複製された」または「微細複製」は、製品毎の製造中の個々の特徴を忠実に保持するプロセスによる微細構造化表面の作製を意味し、そのプロセスにおける構造化表面形状の変動は約１００マイクロメートル以下である。

添付の図面のいくつかの図において同様な部分は同様な参照番号を有している。

一般に、本開示は、各側に微細複製パターン化構造が塗布された可撓性基板に関する。微細複製物品は互いに高精度で位置合わせされている。両側の構造は協働して要求に応じた物品光学品質提供することが可能であり、ある実施形態において、構造は複数のレンズ特徴である。

図１１を参照すると、図示されているのは両面微細複製物品１２００の例示的実施形態である。物品１２００は互いに反対側の第１および第２の表面１２２０、１２３０を有するウェブ１２１０を含む。第１および第２の表面１２２０、１２３０は、それぞれ第１および第２の微細複製構造１２２５、１２３５を含む。第１の微細複製構造１２２５は複数の特徴１２２６を含み、特徴１２２６は、図示の実施形態において、約１４２マイクロメートルの有効径を有する円柱レンズである。第２の微細複製構造１２３５は複数の鋸歯または角錐プリズム特徴１２３６を含む。対向する第１および第２の微細複製構造１２２５、１２３５が、図１１に図示した特定の形状以外の任意の有用な形態および／または形状であり得ることは理解されよう。

図示の例示的実施形態において、第１および第２の構造１２２６、１２３６は同じピッチまたは周期の繰り返しＰを有し、例えば、第１の構造の周期が１０〜５００マイクロメートル、５０〜２５０マイクロメートル、または約１５０マイクロメートルであるとともに、第２の構造の繰り返し周期も同じである。第１および第２の構造の周期比は、整数比（または逆数）であり得るが他の組み合わせも可能である。

図示の例示的実施形態において、互いに反対側の微細複製特徴１２２６、１２３６は協働して複数のレンズ構造１２４０を形成する。図示の例示的実施形態において、レンズ構造１２４０はレンチキュラーレンズである。各レンズ構造１２４０の性能は、各レンズを形成する対向する特徴１２２９、１２３９のアラインメントの関数であるため、レンズ構造の精密なアラインメントまたは位置合わせが好ましい。

任意に、物品１２００は第１および第２のランド領域１２２７、１２３７も含む。ランド領域は基板表面１２２０、１２３０とそれぞれの構造の下部、すなわち谷部１２２８、１２３８との間の材料としてとして規定される。第１のランド領域１２２８はレンズ側で少なくとも約１０マイクロメートルであり得るとともに、第２のランド領域１２３８はプリズム側で少なくとも約２５マイクロメートルであり得る。ランド領域は構造がウェブ１２１０への良好な接着を有することを助け得るとともに、複製の忠実性にも役立ち得る。ランド領域位置決めを用いてウェブ１２１０の第１および第２の側の構造を必要に応じて調整し得る。

上記の物品１２００を以下に詳細に説明するウェブの対向上に精密に位置合わせされた微細複製構造を作製する装置および方法を用いて作製することができる。

硬化性液体をウェブの第１の側上に成形および硬化させることにより、第１の微細複製構造を第１のパターン化ロール上に作製することができる。第１の硬化性液体は、オハイオ州シンシナティ（Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ、Ｏｈｉｏ）のコグニス・コーポレーション（Ｃｏｇｎｉｓ Ｃｏｒｐ．）から入手可能なフォトマー（ｐｈｏｔｏｍｅｒ）６０１０、共にペンシルバニア州エクストン（Ｅｘｔｏｎ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）のサートマー・カンパニー（Ｓａｔｏｍｅｒ Ｃｏ．）から入手可能なＳＲ３８５テトラヒドロフルフリル・アクリレートおよびＳＲ２３８（７０／１５／１５％）１，６−ヘキサンジオール・ジアクリレート、コネチカット州ストラトフォード（Ｓｔｒａｔｆｏｒｄ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）のハンフォード・リサーチ・インコーポレーテッド（Ｈａｎｆｏｒｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ．）から入手可能なカンファーキノン（Ｃａｍｐｈｏｒｑｕｉｎｏｎｅ）、ウィスコンシン州ミルウォーキー（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）のアルドリッチ・ケミカル・カンパニー（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．）から入手可能なエチル１−４−ジメチルアミノ・ベンゾアート（０．７５／０．５％）を含む光硬化性アクリレート樹脂溶液であり得る。

硬化性液体をウェブの第２の側上に成形および硬化させることにより、第２の微細複製構造を第２のパターン化ロール上に作製することができる。第２の硬化性液体は、第１の硬化性液体と同じでも異なっていてもよい。ある実施形態において、第１および第２の硬化性液体は、それぞれ第１および第２のパターン化ロールが通過する前にウェブ表面に配置される。他の実施形態において、第１の硬化性液体は第１のパターン化ロール上に配置されるとともに、第２の硬化性液体は第２のパターン化ロール上に配置され、硬化性液体はその後パターン化ロールからウェブに転写される。

それぞれの構造がパターンに成形された後、それぞれのパターンは各硬化性液体内の光開始剤に合わせた放射源を用いて外部硬化される。ある状況では、紫外光源を適用し得る。その後、剥離ロールを用いて微細複製物品を第２のパターン化ロールから取り外し得る。任意に、剥離剤またはコーティングを用いてパターン化ツールからのパターン化構造の取り外しを助けることができる。

上記の物品を作製するために用いた図示のプロセス設定は以下の通りである。約８ニュートン（２ポンド力）の成形装置内外のウェブ張力で約０．３メートル（１フット）／分のウェブ速度を用いた。約５％の剥離ロール延伸比を用いてウェブを第２のパターン化ツールから引っ張った。約１６ニュートン（４ポンド力）のニップ圧力を用いた。第１および第２のパターン化ロール間には、約０．０２５センチメートル（０．０１インチ）の間隙があった。滴下塗布装置を用いてウェブの第１の表面に樹脂を供給することができるとともに、シリンジポンプを用いて約１．３５ｍｌ／分の速度で第２の表面に樹脂を供給することができる。

第１のパターン化ロールは、１５０マイクロメートルのピッチで１４２マイクロメートル直径を有する円柱レンズを形成する一連のネガ像を含んでいた。第２のパターン化ロールは、１５０マイクロメートルのピッチで６０度の開先角度を有する複数の対称プリズムを形成する一連のネガ像を含んでいた。

一般に、上記の物品は以下に開示する、約１００マイクロメートルより良好な、または５０マイクロメートルより良好な、または２５マイクロメートル未満、または１０マイクロメートル未満、または５マイクロメートル未満の位置合わせを有する両面微細複製構造を作製するシステムおよび方法によって作製され得る。システムは、一般に、第１のパターニングアセンブリと第２のパターニングアセンブリとを含む。各それぞれのアセンブリは、第１および第２の表面を有するウェブのそれぞれの表面上に微細複製パターンを作製する。第１のパターンがウェブの第１の側に作製されるとともに、第２のパターンがウェブの第２の側に作製される。

各パターニングアセンブリは、コーティングを塗布する手段と、パターニング部材と、硬化部材とを含む。通例、パターニングアセンブリは、パターン化ロールと、各ロールを保持するとともに駆動する支持構造とを含む。第１のパターニングアセンブリの塗布手段は、第１の硬化性コーティング材料をウェブの第１の表面上に分注する。第２のパターニングアセンブリの塗布手段は、第２の硬化性コーティング材料をウェブの第２の表面上に分注し、第２の表面は第１の表面の反対側である。通例、第１および第２のコーティング材料は同じ組成である。

第１のコーティング材料がウェブ上に配置された後、ウェブは第１のパターン化部材上を通過し、第１のコーティング材料内にパターンが作製される。その後、第１のコーティング材料を硬化させて第１のパターンを形成する。続いて、第２の材料がウェブ上に配置された後、ウェブは第２のパターン化部材上を通過し、第２のコーティング材料内にパターンが作製される。その後、第２のコーティング材料を硬化させて第２のパターンを形成する。通例、各パターン化部材は微細複製ツールであるとともに、各ツールは、通例、材料を硬化させる専用の硬化部材を有する。しかし、第１および第２のパターン化材料の両方を硬化させる単一の硬化部材を有することが可能である。また、コーティングをパターン化ツール上に配置することが可能である。

システムはウェブが連続移動されつつパターンがウェブの両側に転写されるように、第１および第２のパターン化ロールを回転させる手段も含み、パターンはウェブの両側に約１００マイクロメートルより良好に、または１０マイクロメートルより良好に連続位置合わせされた状態に維持される。

本開示の利点は、両側の微細複製構造を互いに概して１００マイクロメートル以内に、５０マイクロメートル以内に、または２０マイクロメートル以内に、または１０マイクロメートル以内に、または５マイクロメートル以内に位置合わせされた状態に保持しつつ、連続形成された微細複製構造をウェブの各側に有することにより、ウェブの互いに反対側の面の各々の上に微細複製構造を有するウェブを製造することができるということである。

図１〜２を参照すると、ロールツーロール成形装置１２０を含むシステム１１０の例示的実施形態が図示されている。図示の成形装置１２０において、ウェブ１２２が主巻出スプール（図示せず）から成形装置１２０に提供される。ウェブ１２２の本質は、上述したように、作製される製品によって大きく異なり得る。しかし、成形装置１２０が光学物品の作製に用いられる場合、ウェブ１２２を介する硬化を可能にするために通常ウェブ１２２は半透明または透明である。ウェブ１２２は様々なローラ１２６を回って成形装置１２０内に向けられる。

ウェブ１２２の正確な張力制御は最適な結果を達成するのに有利であるため、ウェブ１２２を張力検知装置（図示せず）上に方向付けてもよい。ライナウェブを用いてウェブ１２２を保護することが望ましい場合には、ライナウェブを、通例、巻出スプールにおいて分離するとともにライナウェブ巻取スプール（図示せず）上に方向付けられる。ウェブ１２２をアイドラーロールを介してダンサーロールに方向付けて精密な張力制御を行うことができる。アイドラーローラはウェブ１２２をニップロール１５４と第１のコーティングヘッド１５６との間の位置に向けることができる。

様々な塗布方法を採用し得る。図示の実施形態において、第１のコーティングヘッド１５６はダイコーティングヘッドである。その後、ウェブ１２２はニップロール１５４と第１のパターン化ロール１６０との間を通過する。第１のパターン化ロール１６０はパターン化表面１６２を有するとともに、ウェブ１２２がニップローラ１５４と第１のパターン化ロール１６０との間を通過する際、第１のコーティングヘッド１５６によってウェブ１２２に分注された材料がパターン化表面１６２のネガの形状に形作られる。

ウェブ１２２が第１のパターン化ロール１６０と接している間、材料が第２のコーティングヘッド１６４からウェブ１２２の他方の表面上に分注される。第１のコーティングヘッド１５６に対して上記した説明と平行して、第２のコーティングヘッド１６４も第２の押出機（図示せず）と第２のコーティングダイ（図示せず）とを含むダイコーティング装置である。ある実施形態において、第１のコーティングヘッド１５６によって分注された材料はポリマー前駆体を含むとともに、例えば、紫外線などの硬化エネルギーの印加で固体ポリマーに硬化しようとする組成物である。

第２のコーティングヘッド１６４によってウェブ１２２上に分注された材料はその後、第２のパターン化表面１７６を有する第２のパターン化ロール１７４と接触する。上記の説明と平行してある実施形態において、第２のコーティングヘッド１６４によって分注された材料はポリマー前駆体を含むとともに、例えば、紫外線などの硬化エネルギーの付与で固体ポリマーに硬化しようとする組成物である。

この時点でウェブ１２２は両面に付与されたパターンを有している。剥離ロール１８２は第２のパターン化ロール１７４からのウェブ１２２の除去を助けるために存在し得る。ある例では、ロールツーロール成形装置内外へのウェブ張力はほぼ一定である。

２面微細複製パターンを有するウェブ１２２はその後、アイドラーロールを介して巻取スプール（図示せず）に向けられる。介在フィルムがウェブ１２２を保護することが望ましい場合には、介在フィルムが第２の巻出スプール（図示せず）から提供され得るとともに、ウェブと介在フィルムとが適当な張力で巻取スプール上に一緒に巻き取られる。

図１〜３を参照すると、第１および第２のパターン化ロールが、それぞれ第１および第２のモータアセンブリ２１０、２２０に結合されている。モータアセンブリ２１０、２２０の支持は、直接または間接的にアセンブリを枠２３０に載置することにより達成される。モータアセンブリ２１０、２２０は精密載置装置を用いて枠に結合される。図示の実施形態の例において、第１のモータアセンブリ２１０は枠２３０に固定的に載置されている。ウェブ１２２が成形装置１２０中に通される際の位置に配置された第２のモータアセンブリ２２０は、横方向および流れ方向の両方に繰り返し位置決めされる必要があり、そのため移動可能である。移動可能なモータ装置２２０はリニアスライド２２２に結合されて、例えば、ロール上のパターン間で切り替える場合に繰り返し正確な位置決めを助け得る。第２のモータ装置２２０は枠２３０の後側に、第２のパターン化ロール１７４を第１のパターン化ロール１６０に対して並んで位置決めする第２の載置装置２２５も含む。ある場合には、第２の載置装置２２５は横方向の正確な位置決めを可能にするリニアスライド２２３を含む。

図４を参照すると、両面上に位置合わせされた微細複製構造を有する両面ウェブ４２２を作製する成形装置４２０の例示的実施形態が図示されている。アセンブリは第１および第２の塗布手段４５６、４６４と、ニップローラ４５４と、第１および第２のパターン化ロール４６０、４７４とを含む。ウェブ４２２は第１の塗布手段４５６、この例では第１の押出ダイ４５６に提示される。第１のダイ４５６は第１の硬化性液体層コーティング４７０をウェブ４２２上に分注する。第１のコーティング４７０はニップローラ４５４、通例、ゴム被覆ローラにより第１のパターン化ローラ４６０内に押し込まれる。第１のパターン化ロール４６０上にある間に、コーティングは例えば紫外光源などの適当な波長光の硬化源４８０、例えば、ランプを用いて硬化される。

第２の硬化性液体層４８１は第２の側押出ダイ４６４を用いてウェブ４２２の反対側に塗布される。第２の層４８１は第２のパターン化ツールローラ４７４内に押し込まれるとともに、硬化プロセスが第２のコーティング層４８１に対して繰り返される。以下に説明するように、ツールローラ４６０、４７４を互いに精密な角度関係に維持することにより、２つのコーティングパターンの位置合わせが達成される。

図５を参照すると、第１および第２のパターン化ロール５６０、５７４の一部の近接図が図示されている。第１のパターン化ロール５６０は微細複製表面を形成する第１のパターン５６２を有する。第２のパターン化ロール５７４は第２の微細複製パターン５７６を有する。図示の例示的実施形態において、第１および第２のパターン５６２、５７６は同じパターンであるが、パターンは異なっていてもよい。図示の実施形態において、第１のパターン５６２および第２のパターン５７６はプリズム構造として示されているが、任意の単一または多数の有用な構造が第１のパターン５６２および第２のパターン５７６の一方または両方を形成することができる。

ウェブ５２２が第１のロール５６０上を通過する際、第１の表面５２４上の第１の硬化性液体（図示せず）は、第１のパターン化ロール５６０上の第１の領域５２６付近で、硬化光源５２５により硬化される。第１の微細複製パターン化構造５９０は、液体が硬化されるとウェブ５２２の第１の側５２４に形成される。第１のパターン化構造５９０は、第１のパターン化ロール５６０上のパターン５６２のネガである。第１のパターン化構造５９０が形成された後、第２の硬化性液体５８１がウェブ５２２の第２の表面５２７上に分注される。第２の液体５８１が早期に硬化されないようにするために、第２の液体５８１は、第２の液体５８１に当たらないように第１の硬化光５２５を配置することによって、第１の硬化光５２５から隔離することができる。代替的には、遮蔽手段５９２を第１の硬化光５２５と第２の液体５８１との間に配置することができる。また、ウェブを介して硬化することが実用的ではないまたは困難である場合、硬化源をそれぞれのパターン化ロール内に配置することができる。

第１のパターン化構造５９０が形成された後、ウェブ５２２は第１と第２のパターン化ロール５６０、５７４間の間隙領域５７５に進入するまで第１のロール５６０に沿って続く。そして、第２の液体５８１が第２のパターン化ロール上の第２のパターン５７６と係合するとともに第２の微細複製構造に形作られ、その後、第２の硬化光５３５により硬化される。ウェブ５２２が第１と第２のパターン化ロール５６０、５７４間の間隙５７５に入ると、このときまでに実質的に硬化されるとともにウェブ５２２に接着された第１のパターン化構造５９０は、ウェブ５２２が間隙５７５内および第２のパターン化ローラ５７４の周囲で移動し始める間、ウェブ５２２が滑らないようにする。これにより、ウェブ上に形成された第１および第２のパターン化構造間の位置合わせエラーの原因としてのウェブの伸張および滑りを除去する。

第２の液体５８１が第２のパターン化ロール５７４と接する間ウェブ５２２を第１のパターン化ロール５６０上に支持することにより、ウェブ５２２の両側５２４、５２７上に形成された第１と第２の微細複製構造５９０、５９３間の位置合わせ度は、第１と第２のパターン化ロール５６０、５７４の表面間の位置関係を制御する関数になる。第１および第２のパターン化ロール５６０、５７４の周囲およびロールにより形成される間隙５７５間のウェブのＳ巻き（Ｓ−ｗｒａｐ）は、張力、ウェブ歪み変化、温度、ウェブを挟む機構により生じる微細滑り、および横方向位置制御の影響を最小限にする。通例、Ｓ巻きはウェブ５２２を１８０度の巻き角にわたって各ロールに接するように維持するが、巻き角は特定の要件に応じてより大きくてもより小さくてもよい。

ある場合には、パターン化ロールは同じ平均直径であるがこれは必須ではない。任意の特定の用途に対して適当なロールを選択することは当業者の技術および知識範囲内である。特定の用途において、第１のパターン化ロール５６０および第２のパターン化ロール５７４などの、２つの微細複製ツール間に均一な張力帯を作製することは有用であり得る。均一な張力帯を作製することにより、第１の微細複製ツールから均一な剥離角、および第２の微細複製ツールから制御可能なより均一なコーティング厚さを達成し得る。これは製品要件により必要とされるキャリパー仕様および許容範囲になり得る。ある場合には、均一な剥離角はより光学的に均一な製品を作製し得る。

ある場合には、第１の微細複製ツールと第２の微細複製ツールとは反対方向に回転する。ウェブにはＵＶ硬化性樹脂が塗布されている。第１の回転バンクが第１の微細複製ツールとゴムニップローラとの間に生じることは理解できよう。第２の回転バンクは、ウェブが第１の微細複製ツールから剥離された時点直後に第１の微細複製ツールと第２の微細複製ツールとの間に生じ得る。ゴムニップローラを第１の微細複製ツール内に駆動するために印加される力量は、ウェブと第１の微細複製ツールとの間の樹脂量を制御する変数の１つである。

移動ウェブ上にコーティングを作製する１つの方法は、塗布ビードまたは回転バンクの使用によるものであり、ウェブは２つのロールにより作製されるニップを通過する。ニップ点にあるのは、連続補充される塗布材料の回転バンクである。ウェブがニップを通過する際、僅かな且つ均等分配コーティング量がウェブ上に堆積される。ウェブが移動するにつれて機械的力がコーティングをニップ内で「回転」させ、用語「回転バンク」を生じる。

この問題に対処する１つの方法は、第１の微細複製ツールの直径より若干大きい直径を有する第２の微細複製ツールを作製することによる。ある場合には、第２の微細複製ツールは、第１の微細複製ツールの直径より約０．０１〜約１パーセント大きい直径を有し得る。

第１および第２の微細複製ツールを厳密に同一速度で回転させることにより、第２の微細複製ロールの僅かな割合大きい直径は、第１の微細複製ツールより若干高い表面回転速度を有する第２の微細複製ツールを生じる。これは若干高い張力帯を生じるため、そうでなければ生じるたるみを低減しさらにはなくす。ウェブに沿った構造に変わる横断ツール構造のアラインメントを維持するために、第２の微細複製ツールは、第１の微細複製ツール上の構造と厳密に同一の回転角度においてすべての横断ツール構造を備えて回転するひし形（ｄｉａｍｏｎｄ）である。

この実施形態の利点は延伸帯が２つの微細複製ツール間に生成されるということである。延伸帯を用いて、材料を微細複製ツールから剥離する際の均一な張力帯を生成することができる。均一な張力はたるみの力学により生じる２つのツール間のウェブスパンの差を低減するかまたはなくす。

パターンのウェブ横断方向幅が増すにつれて、均一な剥離角を達成するために必要な張力量が増す。より高い特徴を有するパターンも、均一な剥離を達成するためにより高い張力を必要とする。剥離角も光学的に均一な材料を作製するために重要である。微細複製ツールから異なる角度で剥離される際、異なる領域は異なる屈曲を経験する。この異なる屈曲が製品に僅かな光学的非均一性を生じる。たるみによって生じる力学的変動をなくすことにより、より均一な剥離が達成される。これはより良好なアラインメント、より均一なランド、ならびにより均一な光学的外観および性能を生じる。

図６を参照すると、モータ載置装置が図示されている。ツールまたはパターン化ロール６６２を駆動するモータ６３３が、機枠６５０に載置されるとともに、結合器６４０を介してパターン化ローラ６６２の回転シャフト６０１に接続されている。モータ６３３は主エンコーダ６３０に結合されている。副エンコーダ６５１は、パターン化ロール６６２の精密な角度位置合わせ制御を提供するようにツールに結合されている。主６３０および副６５１エンコーダは協働してパターン化ロール６６２の制御を提供し、以下にさらに詳細に説明するようにパターン化ロール６６２を第２のパターン化ロールと位置合わせした状態に保つ。

シャフト共振の低減または排除は重要であるが、それはこれが指定限界内のパターン位置制御を許す位置合わせエラーの原因になるからである。モータ６３３と指定する一般的なサイジング計画より大きいシャフト６０１との間で結合器６４０を使用すると、より柔軟性のある結合器によって生じるシャフト共振も低減することができる。軸受けアセンブリ６６０は様々な箇所に配置されてモータ装置に対する回転支持を提供する。

図示の例示的実施形態において、ツールローラ６６２の直径はそのモータ６３３の直径より小さくてもよい。この装置を収容するためにツールルーラを対で鏡像状に配置して装着し得る。図７において、２つのツールローラアセンブリ６１０および７１０は、２つのツールローラ６６２および７６２を１つにすることができるように鏡像として装着されている。図１も参照すると、第１のモータ装置は通例枠に固定的に取り付けられているとともに、第２のモータ装置は移動可能な光学的性能を備えたリニアスライドを用いて位置決めされる。

ツールローラアセンブリ７１０はツールローラアセンブリ６１０と非常に類似しているとともに、ツールまたはパターン化ロール７６２を駆動するモータ７３３を含み、モータ７３３は機枠７５０に載置されているとともに結合器７４０を介してパターン化ローラ７６２の回転シャフト７０１に接続されている。モータ７３３は主エンコーダ７３０に結合されている。副エンコーダ７５１は、パターン化ロール７６２の正確な位置合わせ制御を提供するようにツールに結合されている。主７３０および副７５１エンコーダは協働してパターン化ロール７６２の制御を提供し、以下にさらに詳細に説明するように、パターン化ロール７６２を第２のパターン化ロールと位置合わせした状態に保つ。

シャフト共振の低減または排除は重要であるが、それはこれが指定限界内のパターン位置制御を許す位置合わせエラーの原因になるからである。モータ７３３と指定する一般的なサイジング計画より大きいシャフト７５０との間で結合器７４０を使用すると、より柔軟性のある結合器によって生じるシャフト共振も低減することができる。軸受けアセンブリ７６０は様々な箇所に配置されてモータ装置に対する回転支持を提供する。

ウェブの両面上の微細複製構造上の特徴サイズは互いに微細な位置合わせにあることが望ましいため、パターン化ロールを高精度で制御しなければならない。本明細書に記載された限度内の横方向位置合わせを、以下に説明するように流れ方向位置合わせを制御する際に用いられる技術を適用することにより達成することができる。例えば、２５．４ｃｍ（１０インチ）外周パターン化ローラ上に約１０マイクロメートルの終端間特徴配置を達成するためには、各ローラを±３２秒角／回転の回転精度内に維持しなければならない。ウェブがシステム中を進行する速度が増すにつれて位置合わせの制御はより困難になる。

出願人は、ウェブの対向面に２．５マイクロメートル以内に位置合わせされたパターン化特徴を有するウェブを作製できる、１０インチ円形パターン化ロールを有するシステムを構築するとともに例示した。この開示を読むとともに本明細書に教示する原理を適用すれば、当業者には他の微細複製表面に対する位置合わせ度を達成する方法が理解できよう。

図８を参照すると、モータ装置８００の概略が図示されている。モータ装置８００は主エンコーダ８３０と駆動シャフト８２０とを含むモータ８１０を含む。駆動シャフト８２０は結合器８２５を介してパターン化ロール８６０の駆動シャフト８４０に結合されている。副または負荷エンコーダ８５０は駆動シャフト８４０に結合されている。２つのエンコーダを上記したモータ装置内で用いることにより、測定装置（エンコーダ）８５０をパターン化ロール８６０付近に配置することによってパターン化ロールの位置をより正確に測定することができるため、モータ装置８００が動作している際のトルク外乱の影響を低減または排除することができる。

図９を参照すると、制御部品に取り付けられているように図８のモータ装置の概略が図示されている。図１〜３に示された例示的装置において、同様な構成は各モータ装置２１０および２２０を制御する。したがって、モータ装置９００は主エンコーダ９３０と駆動シャフト９２０とを含むモータ９１０を含む。駆動シャフト９２０は結合器９３０を介してパターン化ロール９６０の駆動シャフト９４０に結合されている。副または負荷エンコーダ９５０は駆動シャフト９４０に結合されている。

モータ装置９００は制御装置９６５と通信することにより、パターン化ロール９６０の正確な制御を可能にする。制御装置９６５は駆動モジュール９６６とプログラムモジュール９７５とを含む。プログラムモジュール９７５はライン９７７、例えば、サーコス（ＳＥＲＣＯＳ）ファイバネットワークを介して駆動モジュール９６６と通信する。プログラムモジュール９７５を用いて設定点などのパラメータを駆動モジュール９６６に入力する。駆動モジュール９６６は入力４８０ボルト、３相電力９１５を受け取り、それを直流に整流して、それを電力接続９７３を介して配電し、モータ９１０を制御する。モータエンコーダ９１２は位置信号を制御モジュール９６６に供給する。パターン化ロール９６０上の副エンコーダ９５０も位置信号をライン９７１を介して駆動モジュール９６６に戻すように供給する。駆動モジュール９６６はエンコーダ信号を用いてパターン化ロール９６０を正確に位置決めする。位置合わせ度を達成するための制御設計を以下に詳細に説明する。

図示の例示的実施形態において、各パターン化ロールは専用の制御装置により制御される。専用の制御装置は協働して第１と第２のパターン化ロール間の位置合わせを制御する。各駆動モジュールはそのそれぞれのモータアセンブリと通信するとともに制御する。

出願人により構築されるとともに例示されたシステム内の制御装置は以下を含む。パターン化ロールの各々を駆動するために、高分解能正弦エンコーダフィードバック（５１２正弦周期×４０９６駆動補間＞＞２００万部／回転）を有する高性能、低コギングトルクモータ、ボッシュ・レックスロス（Ｂｏｓｃｈ−Ｒｅｘｒｏｔｈ）（インドラマット（Ｉｎｄｒａｍａｔ））から入手可能なモデルＭＨＤ０９０Ｂ−０３５−ＮＧ０−ＵＮを用いた。また、システム包含同期モータ、ボッシュ・レックスロス（Ｂｏｓｃｈ−Ｒｅｘｒｏｔｈ）（インドラマット（Ｉｎｄｒａｍａｔ））から入手可能なモデルＭＨＤ０９０Ｂ−０３５−ＮＧ０−ＵＮ、しかし誘導モータなどの他のタイプを用いることもできる。

各モータを非常に剛性のベロー結合器、Ｒ／Ｗコーポレーション（Ｒ／Ｗ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能なモデルＢＫ５−３００を介して直接結合した（変速機または機械的減速なしに）。代替の結合構成を用いることもできるが、ベロー式は概して高回転精度を提供しつつ剛性を合成する。各結合器を代表的な製造業者の仕様が推奨するものより大幅に大きい結合器が選択されるような大きさに形成した。

さらに、結合器とシャフトとの間のゼロ緩みコレットまたは圧縮式係止ハブが好ましい。各ローラシャフトを中空シャフト負荷側エンコーダ、イリノイ州ショウンバーグ（Ｓｃｈａｕｍｂｕｒｇ，ＩＬ）のハイデンハイン・コーポレーション（Ｈｅｉｄｅｎｈａｉｎ Ｃｏｒｐ．）から入手可能なモデルＲＯＮ２５５Ｃを介してエンコーダに取り付けた。エンコーダ選択は、通例３２秒角精度より大きい可能な最高精度および分解能を有さなければならない。出願人の設計である１８０００正弦周期／回転を採用したが、これは４０９６ビット分解能駆動補間と併せて、非常に高精度の分解能を与える５０００万部／回転の分解能を超えた。負荷側エンコーダは±２秒角の精度を有し、伝達単位の最大偏移は±１秒角未満であった。

ある例では、各シャフトを可能な限り直径が大きく且つ可能な限り短くなるように設計して剛性を最大にすることにより、可能な最高共振周波数を得る。すべての回転要素の精密アラインメントはこの位置合わせエラーという原因による最小位置合わせエラーを保証することが望ましい。

図１０を参照すると、出願人のシステムにおいて、同一の位置参照コマンドが、２ミリ秒更新速度でサーコス（ＳＥＲＣＯＳ）ファイバネットワークを介して各軸に同時に提示された。各軸は２５０マイクロ秒間隔の位置ループ更新速度で、三次スプラインで位置参照を補間する。一定速度は単純な一定時間間隔経路を生じるため、補間方法は決定的なものではない。分解能はいかなる丸めまたは数値化誤差も排除するために重要なものである。軸転倒も対処されなければならない。ある場合には、各軸の制御周期が電流ループ実行速度（６２マイクロ秒間隔）で同期していることが重要である。

上部経路１１５１は制御のフィードフォワード部である。制御ストラテジーは位置ループ１１１０と、速度ループ１１２０と、電流ループ１１３０とを含む。位置参照１１１１は微分されて、一度速度フィードフォワード項１１５２を生成して２回目に加速度フィードフォワード項１１５５を生成する。フィードフォワード経路１１５１はライン速度変更および動的補正時の動作を助ける。

位置コマンド１１１１は現在位置１１１４から減算されてエラー信号１１１６を生成する。エラー１１１６は比例コントローラ１１１５に印加されて、速度コマンド参照１１１７を生成する。速度フィードバック１１６７はコマンド１１１７から減算されて速度エラー信号１１２３を生成し、それは、その後ＰＩＤコントローラに印加される。速度フィードバック１１６７はモータエンコーダ位置信号１１２６を微分することにより生成される。微分および数値分解能限界により、ローパスバターワースフィルタ１１２４が適用されて、エラー信号１１２３から高周波ノイズ成分を除去する。狭いストップバンド（ノッチ）フィルタ１１２９がモータ−ローラ共振周波数の中心で適用される。これにより、大幅に高い利得を速度コントローラ１１２０に適用することができる。モータエンコーダの分解能の上昇は性能も改善する。制御図内のフィルタの正確な場所は決定的なものではなく、順方向または逆方向経路が許容可能であるが、同調パラメータは場所に依存する。

ＰＩＤコントローラを位置ループ内で用いることもできるが、積分器のさらなる位相ずれは安定化をより困難にする。電流ループは従来のＰＩコントローラであり、利得はモータパラメータによって確立される。可能な最高帯域電流ループは最適性能を可能にする。また最小トルクリップルが望ましい。

外乱の最小限化は最大位置合わせを得るために重要である。これは、前述したように、モータ構成および電流ループ通信を含むが、機械的外乱を最小限にすることも重要である。例としては、ウェブスパンを出入りする際の非常に平滑な張力制御、均一な軸受けおよびシール抗力、ローラからのウェブ剥離からの張力混乱の最小化、均一ゴムニップローラがある。現在の構成では、ツールロールに噛合した第３の軸がプルロールとして提供されて、硬化構造をツールから取り外す際に助ける。

ウェブ材料はその上に微細複製パターン化構造を作製することができる上記したような任意の適当な材料であればよい。必要に応じて、ウェブを多層化することもできる。液体は、通例、パターン化構造が作製される側と反対側の硬化源によって硬化されるため、ウェブ材料は使用される硬化源に対して少なくとも部分的に透明であればよい。硬化エネルギー源の例には赤外線、紫外線、可視光線、マイクロ波、またはｅビームがある。当業者には、他の硬化源を用いることができるとともに、特定のウェブ材料／硬化源の組み合わせの選択が、作製される特定の物品（位置合わせされた微細複製構造を有する）に依存することは理解できよう。

ウェブ材料を介して液体を硬化させる代替例は、金属ウェブまたは金属層を有するウェブなどを介する硬化が困難であるウェブに有用である、二液反応型硬化、例えばエポキシを用いることであろう。硬化は成分のインライン混合またはパターン化ロール上の一部に触媒を噴霧することによっても達成可能であり、触媒はコーティングおよび触媒が接触すると液体を硬化させて微細複製構造を形成する。

微細複製構造が作製される液体は、ＵＶ光により硬化可能なアクリレート類などの硬化性光重合性材料であればよい。当業者には、他のコーティング材料を用いることができるとともに、材料の選択が微細複製構造に望ましい特定の特性に依存することは理解できよう。同様に採用される特定の硬化方法は、当業者の技術および知識の範囲内にある。硬化方法の例は反応硬化、熱硬化、または放射線硬化である。

液体をウェブへ送達および制御するために有用な塗布手段の例は、例えばシリンジまたは蠕動ポンプなどの任意の適当なポンプと結合されたダイまたはナイフコーティングである。当業者には、他の塗布手段を用いることができるとともに、特定の手段の選択はウェブに送達される液体の特定の特性に依存することが理解できよう。

当業者には、本開示の範囲と趣旨とから逸脱することなく本開示の様々な変更例および代替例が明らかであるとともに、この開示が本明細書に記載された図示の実施形態に限定されないことは理解されよう。

本開示によるシステムの例示的実施形態の斜視図である。 本開示による図１のシステムの一部の近接図である。 本開示による図１のシステムの他の斜視図である。 本開示の実施形態による成形装置の例示的実施形態の概略図である。 本開示による図４の成形装置の一部の近接図である。 本開示によるロール載置装置の例示的実施形態の概略図である。 本開示による１対のパターン化ロールの載置装置の例示的実施形態の概略図である。 本開示によるモータおよびロール装置の例示的実施形態の概略図である。 本開示によるロール間の位置合わせを制御する手段の例示的実施形態の概略図である。 本開示による位置合わせを制御する方法および装置の例示的実施形態のブロック図である。 本開示により作製された例示的物品の断面図である。

Claims (2)

1. ２つのパターン化ロールの間にウェブを通すことによって、該ウェブを含む微細複製物品を作製するように構成されたロールツーロール微細複製装置であって、
   第１の直径を有する第１のパターン化ロールと、
   第２の直径を有し、前記第１のパターン化ロールよりもウェブ搬送方向について下流側に配置された第２のパターン化ロールと、
   前記第１および前記第２のパターン化ロールが１００マイクロメートル以内に連続位置合わせされた状態に維持されるように、前記第１のパターン化ロールおよび前記第２のパターン化ロールを互いに反対方向に回転すべく構成された駆動アセンブリとを備え、
   前記第２の直径が前記第１の直径より０．０１〜１パーセント大きい、ロールツーロール微細複製装置。
2. 互いに反対側の第１および第２の表面を有するウェブを含む微細複製物品を作製する方法であって、
   第１のパターン化ロールおよび該第１のパターン化ロールよりもウェブ搬送方向について下流側に配置された第２のパターン化ロールを、同じ回転速度でありかつ、前記第２のパターン化ロールの表面速度が前記第１のパターン化ロールの表面速度より大きくなるように、互いに反対方向に回転させるステップと、
   前記第１のパターン化ロールと前記第２のパターン化ロールとの間に前記ウェブを通すステップと、
   前記ウェブの第１の表面に第１の液体を配置するステップと、
   前記第１の液体を前記第１のパターン化ロールに接触させるステップと、
   前記ウェブの第２の表面に第２の液体を配置するステップと、
   前記第２の液体を前記第２のパターン化ロールに接触させるステップとを含み、
   前記第１および第２のパターン化ロールが、１００マイクロメートル未満に一定に位置合わせされた状態に維持される、方法。

Images