JP5194945B2

JP5194945B2 - 物品の製造方法及び転写部材

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Publication number: JP5194945B2
Application number: JP2008088047A
Authority: JP
Inventors: 城柴田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP2009244348A

Description

本発明は、レリーフ構造を転写する転写技術に関する。

レリーフ構造は、様々な物品に設けられている。例えば、特許文献１及び２には、レリーフ構造が設けられた光学素子が記載されている。これら光学素子において、レリーフ構造は、ホログラム又は回折格子を形成している。
特開平１−２３８６７９号公報特開２００７−６２０６６号公報

凸部の高さ又は凹部の深さが均一なレリーフ構造は、比較的容易に形成することができる。しかしながら、凸部の高さ又は凹部の深さが場所によって異なっているレリーフ構造は、特にパターンが微細である場合には形成することが難しい。

本発明の目的は、凸部の高さ又は凹部の深さが場所によって異なっているレリーフ構造の形成を容易にすることにある。

本発明の第１側面によると、支持面とレリーフ構造が設けられた転写面との間に、未硬化の材料からなる第１領域と気体からなる第２領域とを、前記第１及び第２領域が前記支持面に平行な方向に隣り合うように形成することと、前記支持面と前記転写面との間に前記第１及び第２領域を介在させたまま前記材料を硬化させて、硬化させた前記材料からなる硬化層を形成することと、前記硬化層から前記転写面を除去することとを含んだことを特徴とする物品の製造方法が提供される。

本発明の第２側面によると、レリーフ構造が設けられた転写面を備え、前記転写面内に、親液性の第１部分と、前記第１部分と隣接した撥液性の第２部分とを含んだことを特徴とする転写部材が提供される。

本発明によると、凸部の高さ又は凹部の深さが場所によって異なっているレリーフ構造の形成が容易になる。

以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１乃至図５は、本発明の一態様に係る物品の製造方法を示す斜視図である。図６は、図３に示す構造のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。図７は、図３に示す構造のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。図８は、図３に示す構造のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。

この方法では、まず、図１に示す支持体１０を準備する。支持体１０は、支持面を含んでいる。支持面は、例えば、平面、曲面又はそれらの組み合わせである。

次に、図２に示すように、支持体１０の支持面の一部に、未硬化の材料２０を支持させる。例えば、ディスペンサを用いて、支持面の一部に材料２０を滴下する。これにより、支持面上で材料２０からなる液滴又は粒子を配列させ、これら液滴又は粒子の配列からなるパターンを形成する。

材料２０からなる液滴又は粒子の寸法は、例えば２μｍ乃至２０ｍｍの範囲内とする。また、材料２０からなる液滴又は粒子の平均間隔は、例えば２μｍ乃至５０ｍｍの範囲内とする。

なお、ここでは、材料２０からなる液滴又は粒子は互いに繋がらないように配置しているが、それらは支持面上で互いに繋がっていてもよい。但し、材料２０からなる液滴又は粒子を互いから離間させて配置すると、転写時に押し退けられた材料２０は、液滴又は粒子間の隙間を埋めるのに利用される。それゆえ、材料２０の不所望な移動に起因した先のパターンの変形を生じ難くすることができる。

次に、図３及び図６に示すように、材料２０からなるパターンと転写部材３０との位置合わせを行う。

転写部材３０は、レリーフ構造が設けられた転写面を含んでいる。ここでは、一例として、転写部材３０は層状の版である。転写部材３０は、その転写面が支持面と向き合うように、昇降ヘッド４０に着脱可能に支持されている。

レリーフ構造は、例えば、ホログラム、回折格子又は光散乱構造を構成している。レリーフ構造は、例えば、模様又は図柄などを構成していてもよい。

このレリーフ構造がホログラム又は回折格子を構成している場合、その凸部の高さ又は凹部の深さは、通常はサブミクロン以下、例えば数１００ｎｍ程度である。そのようなレリーフ構造は、例えば、電子線描画などの半導体プロセスを利用して形成することができる。

次いで、図４及び図７に示すように、昇降ヘッド４０を下降させて、未硬化の材料２０を間に挟んで支持面と転写面とを合わせる。これにより、支持面と転写面との間に、未硬化の材料２０からなる第１領域と、空気などの気体からなる第２領域とを、それら領域が支持面に平行な方向に隣り合うように形成する。第１領域は、先のパターンとほぼ等しい形状を有している。第１及び第２領域の厚さは、通常は１μｍ以上、例えば数μｍ以上である。

その後、支持面と転写面との間に第１及び第２領域を介在させたまま、材料２０を硬化させる。例えば、材料２０が光硬化性樹脂のように光硬化性である場合には、材料２０に光を照射する。或いは、材料２０が熱硬化性樹脂のように熱硬化性である場合には、材料２０を加熱する。

なお、光照射によって材料２０を硬化させる場合、例えば、支持体１０を光透過性として、これを介して材料２０に光を照射する。或いは、転写部材３０及び昇降ヘッド４０を光透過性とし、それらを介して材料２０に光を照射する。或いは、転写部材３０を光透過性とし、昇降ヘッド４０に転写部材３０を照明する光源を内蔵させ、転写部材３０を介して材料２０に光を照射する。

例えば、支持体１０の材料として石英又はガラスを使用し、転写部材３０の材料としてシリコン又はニッケルを使用した場合には、支持体１０を介して材料２０に光を照射する。或いは、支持体１０の材料としてシリコンを使用し、転写部材３０の材料として石英を使用した場合には、転写部材３０を介して材料２０に光を照射する。ここでは、一例として、材料２０は光硬化性樹脂であり、支持体１０の材料としてガラスを使用し、転写部材３０の材料としてシリコンを使用することとする。そして、支持体１０を介して材料２０に光を照射することとする。

光照射は、例えば、第１及び第２領域を紫外線などの光で一括露光することにより行う。光照射は、第１領域又は第１及び第２領域を光ビーム、例えばレーザビームで走査することにより行ってもよい。前者は、後者と比較して、生産性の点で優れている。

材料２０を硬化させた後、昇降ヘッド４０を上昇させる。これにより、図５及び図８に示すように、材料２０を硬化させてなる硬化層２０’から転写部材３０を除去する。

この硬化層２０’は、図７を参照しながら説明した第１領域に対応した形状を有している。第１領域の形状は、図２を参照しながら説明した材料２０からなる液滴又は粒子の配列が形成しているパターンの形状とほぼ等しい。そして、このパターンの形状は、材料２０からなる液滴又は粒子の配置を変更することによって任意に設定可能である。即ち、硬化層２０’は、材料２０からなる液滴又は粒子の配置を変更することによって任意の形状とすることができる。

また、この硬化層２０’は、硬化層２０’と支持体１０とからなる積層体の硬化層２０’側の表面にレリーフ構造を形成している。このレリーフ構造には、図７を参照しながら説明した第１領域に対応した位置により浅い凹部が設けられており、図７を参照しながら説明した第２領域に対応した位置により深い凹部が設けられている。別の見方をすれば、このレリーフ構造には、図７を参照しながら説明した第１領域に対応した位置により低い凸部とより高い凸部とが設けられている。即ち、硬化層２０’は、硬化層２０’と支持体１０とからなる積層体の硬化層２０’側の表面に、凸部の高さ又は凹部の深さが場所によって異なっているレリーフ構造を形成している。

このように、図１乃至図８を参照しながら説明した方法によると、凸部の高さ又は凹部の深さが均一な転写部材３０を用いて、凸部の高さ又は凹部の深さが場所によって異なっているレリーフ構造を形成することができる。例えば、高さが１μｍ以上の凸部と高さが数１００ｎｍ程度の凸部とを含んだレリーフ構造、又は、深さが１μｍ以上の凹部と深さが数１００ｎｍ程度の凹部とを含んだレリーフ構造を形成することができる。それゆえ、この方法を利用すると、凸部の高さ又は凹部の深さが場所によって異なっているレリーフ構造、特には凸部の高さ又は凹部の深さが場所によって大きく異なっているレリーフ構造を容易に形成することができる。

また、この方法では、転写部材３０の転写面に設けたレリーフ構造のうち、図７を参照しながら説明した第１領域に対応した部分は、転写に利用されない。それゆえ、この部分には、レリーフ構造を設けなくてもよい。但し、この部分にレリーフ構造を設けた場合、採用する設計にもよるが、例えば、転写部材３０と図２を参照しながら説明したパターンとの位置合わせが不十分であったとしても、この位置ずれが最終製品の性能に殆ど影響を及ぼさないことがある。

硬化層２０’と支持体１０とからなる積層体は、例えば、光学素子又はその一部として利用することができる
この積層体は、例えば光学素子の製造に使用する版又はその一部として利用してもよい。例えば、この積層体の硬化層２０’側の面に、電鋳によって金属層を形成する。或いは、この積層体の硬化層２０’側の面に、無電界メッキによって金属層を形成する。積層体から剥離した金属層は、例えば光学素子若しくはその一部を製造するための版、この版を製造するための原版、又はその一部として利用することができる。

この方法では、図７を参照しながら説明した第１領域の一部にのみ光を照射してもよい。例えば、第１領域の一部のみをレーザビームなどの光ビームで走査してもよい。この場合、材料２０の一部のみを硬化させることができる。それゆえ、転写部材３０を除去した後に現像を実施して未硬化の材料２０を支持面から除去することにより、図２を参照しながら説明したパターンとは異なる形状の硬化層２０’を得ることができる。

図７を参照しながら説明した第１及び第２領域間の境界の位置は、図２などを参照しながら説明したように、例えば、材料２０からなる液滴又は粒子の配置によって制御できる。この境界位置の制御には、液滴又は粒子の配置を利用する代わりに又はこれに加えて、表面状態の相違、例えば表面自由エネルギーの相違を利用してもよい。

図９は、図１乃至図８に示す方法で利用可能な転写部材の一例を概略的に示す断面図である。
この転写部材３０は、レリーフ層３１と撥液層３２とを含んでいる。

レリーフ層３１の表面には、レリーフ構造が設けられている。レリーフ層３１は、未硬化の材料２０が比較的高い親和性を示す材料からなる。レリーフ層３１の材料としては、例えば、石英、ガラス、シリコン又はニッケルを使用することができる。

撥液層３２は、レリーフ層３１のレリーフ構造が設けられた表面を部分的に被覆している。撥液層３２の材料としては、例えば、フッ素樹脂又はシリコーン樹脂を使用することができる。レリーフ層３１の表面のうち撥液層３２が被覆している部分には、レリーフ構造が設けられていなくてもよい。

レリーフ層３１のうち撥液層３２から露出した部分は、転写部材３０の転写面内に親液性の第１部分を形成している。他方、撥液層３２は、転写部材３０の転写面内に、第１部分と隣接した撥液性の第２部分を形成している。

このような転写部材３０を使用すると、図７を参照しながら説明した第１及び第２領域間の境界の位置を、撥液層３２又は第２部分の輪郭の位置とほぼ一致させることができる。

図９に示す転写部材３０を使用する代わりに、支持面内に、親液性の第１部分と、これと隣接した撥液性の第２部分とを形成してもよい。例えば、撥液層３２について例示したのと同様の材料で、支持面を部分的に被覆してもよい。この場合も、図７を参照しながら説明した第１及び第２領域間の境界の位置を、第２部分の輪郭の位置とほぼ一致させることができる。

表面自由エネルギーの相違を利用する代わりに、表面形状の相違を利用してもよい。例えば、転写部材３０の転写面に、凸部の高さが２００ｎｍであり、ピッチが５００ｎｍであるレリーフ型の回折格子を形成している第１部分と、高さが約３００ｎｍであり、アスペクト比、即ち底面の径に対する高さの比が約１．５である円錐形状の凸部を配列させた第２部分とを設ける。このような構造を採用した場合、第２部分は、第１部分と比較して、未硬化の材料２０に対してより低い親和性を示す。従って、この場合も、図７を参照しながら説明した第１及び第２領域間の境界の位置を、第２部分の輪郭の位置とほぼ一致させることができる。

転写部材３０に貫通孔を設け、これら貫通孔を介して支持面と転写面との間に気体を供給してもよい。この場合、貫通孔を高密度に設ければ、図７を参照しながら説明した第１及び第２領域間の境界の位置を、それら貫通孔の配列が形成しているパターンの輪郭とほぼ一致させることができる。

図１乃至図８を参照しながら説明した方法では、支持面上に材料２０からなる液滴又は粒子を配置するのに先立って、支持面上に下地層を形成してもよい。

図１０は、図１乃至図８を参照しながら説明した方法において下地層を形成した場合に得られる構造の一例を概略的に示す断面図である。

図１０に示す構造は、例えば、支持面上に材料２０からなる液滴又は粒子を配置するのに先立って、表面にレリーフ構造が設けられた下地層５０を支持面上に形成すること以外は、図１乃至図８を参照しながら説明したのと同様の方法により得られる。

未硬化の材料２０からなる第１領域と気体からなる第２領域とを、下地層５０の表面に設けたレリーフ構造の少なくとも一部が第２領域と隣接すると、下地層５０の表面に設けたレリーフ構造の少なくとも一部は、硬化層２０’の開口の位置で露出する。従って、レリーフ構造が設けられた下地層５０を形成した場合、これを省略した場合と比較してより複雑な構造を得ることができる。

下地層５０の表面に設けるレリーフ構造は、例えば、硬化層２０’の形成に使用する転写部材３０とは異なる転写部材を用いて形成することができる。或いは、下地層５０の表面に設けるレリーフ構造は、硬化層２０’の形成に使用するのと同一の転写部材３０を用いて形成してもよい。

下地層５０は、例えば、気体からなる第２領域を形成しないこと以外は、硬化層２０’について説明したのと同様の方法により形成することができる。或いは、下地層５０は、硬化層２０’について説明したのと同様の方法により形成してもよい。後者の場合、下地層５０に設けた開口の少なくとも一部が硬化層２０’から露出するように下地層５０及び硬化層２０’を形成すると、図１０に示したのとは異なる表面形状を有している積層体を得ることができる。

下地層５０に開口を設ける場合、下地層５０と支持面との間に１つ以上の下地層を更に設置してもよい。この場合、例えば、全ての下地層又は最下層以外の全ての下地層に開口を設ける。これにより、更に複雑な構造を得ることができる。

本発明の一態様に係る物品の製造方法を示す斜視図。本発明の一態様に係る物品の製造方法を示す斜視図。本発明の一態様に係る物品の製造方法を示す斜視図。本発明の一態様に係る物品の製造方法を示す斜視図。本発明の一態様に係る物品の製造方法を示す斜視図。図３に示す構造のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図。図３に示す構造のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図。図３に示す構造のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図。図１乃至図８に示す方法で利用可能な転写部材の一例を概略的に示す断面図。図１乃至図８を参照しながら説明した方法において下地層を形成した場合に得られる構造の一例を概略的に示す断面図。

符号の説明

１０…支持体、２０…材料、２０’…硬化層、３０…転写部材、４０…昇降ヘッド、５０…下地層。

Claims

支持面とレリーフ構造が設けられた転写面との間に、未硬化の材料からなる第１領域と気体からなる第２領域とを、前記第１及び第２領域が前記支持面に平行な方向に隣り合うように形成することと、
前記支持面と前記転写面との間に前記第１及び第２領域を介在させたまま前記材料の少なくとも一部を硬化させて、硬化させた前記材料からなる硬化層を形成することと、
前記硬化層から前記転写面を除去することと
を含んだことを特徴とする物品の製造方法。
前記転写面は、第１部分と、前記第１部分と隣接し、前記第１部分と比較して前記未硬化の材料との親和性がより低い第２部分とを含み、前記第１及び第２領域をそれぞれ前記第１及び第２部分の位置に形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記支持面又は前記転写面上であって前記第１領域を形成すべき位置に前記未硬化の材料を供給し、その後、前記未硬化の材料を間に挟んで前記支持面と前記転写面とを合わせることにより、前記第１及び第２領域を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
前記第１及び第２領域を形成するのに先立って、表面にレリーフ構造が設けられた下地層を前記支持面上に形成することを更に含み、
前記第１及び第２領域は、前記下地層の前記表面に設けられた前記レリーフ構造の少なくとも一部が前記第２領域と隣接するように形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
前記未硬化の材料は光硬化性樹脂であり、前記第１領域の全体に光を照射することによって前記材料の全てを硬化させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。
前記未硬化の材料は光硬化性樹脂であり、前記第１領域の一部のみに光を照射することによって前記材料の一部のみを硬化させ、前記方法は、前記硬化層から前記転写面を除去した後に現像によって前記支持面から未硬化の前記材料を除去することを更に含んだことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。
前記硬化層は光学素子又はその一部であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法。
前記硬化層は版又はその一部であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法。
レリーフ構造が設けられた転写面を備え、前記転写面内に、親液性の第１部分と、前記第１部分と隣接した撥液性の第２部分とを含んだことを特徴とする転写部材。