JP5381018B2 - 凹凸構造パターンの転写装置 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂などの転写基材に凹凸構造パターンを転写する転写装置に関するものである。

近年、商品券や小切手などの有価証券類や紙幣、キャッシュカードや、IDカードなどのカード類、パスポートや免許証などの偽造防止をするため、真偽判定を容易に行うためOVD（Optical Variable Device）が使用されてきている（例えば、特許文献１）。
しかし、OVD自体を偽造する技術が高度化し、比較的容易に偽造や模造が可能となり、偽造防止効果としての機能が弱体化してきている。そのためよりセキュリティ性の高い表示体が求められ、従来の技術とは、明確に差別化でき偽造・模造が困難である表示体及びこれを用いた情報印刷物が開発されている。

上記セキュリティ性の高い表示体として、ナノ単位で電子ビームを制御（EB描画装置）し、回折格子を一本一本描画することで、視覚効果を持つ画像を作ったものがある。このようにEB描画装置で視覚効果を持つ表示体を作製可能だが、ランニングコストや描画時間を多く必要とする。また、EB描画装置は、平面に微細な凹凸構造パターンを作製する装置であり、比較的大きな構造や平面性の悪いレジスト（例えば球面状）などの描画には適さないなどの欠点がある。

EB描画装置で描画した回折格子の量産を行うには、EB描画装置で描画した回折格子からスタンパーを作製し、このスタンパーを用いて樹脂に転写を行う。しかし、デザインを少しでも追加するとEB描画装置による描画工程を行い、スタンパー作製を行わなければならずコストと時間を要する。
言い換えると、従来のスタンパー作製工程ではデザイン（模様など）の追加ごとに、EB描画装置を用いて凹凸構造パターンを描画し、スタンパー作製しなければならない。
特開２００７−２２３１００号公報

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、EB描画装置で困難である１ｍｍ程度の比較的大きな凹凸構造パターンとEB描画による微細凹凸構造パターンを同時に作製することである。また、本発明の目的は、従来のデザイン追加により発生するEB描画工程を省くことである。

請求項１の発明は、プレス部と、可撓性スタンパーとを有し、前記可撓性スタンパーは、前記プレス部に装着される装着面と、前記装着面と反対に位置し転写基材に転写する第１凹凸構造パターンが形成された転写面とを有する転写装置であって、前記装着面が装着される前記プレス部の部分、または、前記装着面、または、前記プレス部と前記装着面との間に設けられる中間部材に、前記第１凹凸構造パターンの転写時に前記第１凹凸構造パターンと共に前記転写基材に転写される前記第１凹凸構造パターンとは異なる第２凹凸構造パターンが設けられ、前記スタンパーの厚みが４０μｍ乃至２５０μｍであることを特徴とする。

請求項２の発明は、前記第２凹凸構造パターンは、前記装着面に設けられていることを特徴とする。

請求項３の発明は、前記中間部材は金属板であり、前記第２凹凸構造パターンは前記金属板に設けられていることを特徴とする。

請求項４の発明は、前記第２凹凸構造パターンが、前記装着面が装着される前記プレス部の部分に設けられていることを特徴とする。

請求項５の発明は、前記第２凹凸構造パターンは、円錐状、角錐状、楕円錐状、円柱状もしくは円筒状、角柱状、角筒状、半球、半楕円体、おわん型をしていることを特徴とする。

請求項６の発明は、前記第２凹凸構造パターンを構成する凸部は断面が矩形の角柱であり、前記角柱の一辺は１００μｍ以上であり、前記角柱の高さは１００μｍ乃至１０００μｍであることを特徴とする。

請求項７の発明は、前記第１凹凸構造パターンは、鋸歯状、正弦波状、短形状であることを特徴とする。

請求項８の発明は、前記第１凹凸構造パターンのピッチが、６５０nm 乃至２０００nmであることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１〜８の何れか１項に記載の転写装置を用いて形成したことを特徴とする転写物である。

本発明の転写装置を用いることによって、スタンパー表面の第１凹凸構造パターンを樹脂に転写すると同時に、転写装置の装着部の境界の第２凹凸構造パターンも転写することが可能である。また、スタンパー作製後にもデザインの追加が可能であるため、デザイン追加により発生するEB描画工程を省くことによるコストや作製時間の低減が可能である。

また、EB描画装置では作製が困難である球面状（平面性の悪い）の上に凹凸構造パターンを作製することが可能である。またEB描画装置で困難である１ｍｍ程度の比較的大きな凹凸構造パターンを作製することが可能である。

また、転写装置の装着部の境界の凹凸構造パターンをあらかじめ作製しておくことで、比較的容易・短時間で新たな模様を付与したパターンを転写することが可能である。

また、スタンパー表面に別の凹凸構造パターンを接着した場合には、転写物に段差が生じてしまうが、本発明の装置を用いることによって、このような段差を無く転写することが可能である。

また、転写装置の装着部の境界の凹凸構造パターンは、回折格子などのように光を正確に制御するためのものではないため、比較的大まかな形状でよく作製が容易であり、またバリエーション豊かなものが可能である。

本発明の転写方法で作製された転写物の転写面側に光を入射させた場合には、転写装置の装着部の境界の凹凸構造パターンで転写された面により、乱反射させることが可能である。また、転写装置の装着部の境界の凹凸構造パターンを変化させることで、乱反射の状態を変えることができ、視覚的効果に変化を付けられる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態における装置の一例を示す説明図である。
プレス装置１は、転写基材３が載置される下プレス部４と、下プレス部４に対向し柱２を介して昇降可能に設けられた上プレス部５とを有しており、スタンパー６は上プレス部５の下面に着脱可能に取着される。
本実施の形態では、本発明の転写装置がこのプレス装置１とスタンパー６とを含んで構成されている。

図２は、本発明に用いるスタンパー６（可撓性スタンパー）を示している。
このスタンパー６は、転写面には回折機能を持つ第１凹凸構造パターン７aがある。第１凹凸構造パターン７ａとしては、鋸歯状、正弦波状、矩形状など従来公知のさまざまな形状が採用可能である。
一方、転写面の裏側（非転写側）にも、第２凹凸構造パターン７ｂが設けられている。
より詳細には、スタンパー６は、上プレス部５に装着される装着面６Ａと、装着面６Ａと反対に位置し転写基材３に転写する第１凹凸構造パターン７ａが形成された転写面６Ｂとを有している。
そして、装着面６Ａが装着される上プレス部５の部分、または、装着面６ａ、または、上プレス部５と装着面６Ａとの間に設けられる中間部材に、第１凹凸構造パターン７ａの転写時に第１凹凸構造パターン７ａと共に転写基材３に転写される第１凹凸構造パターン７ａとは異なる第２凹凸構造パターン７ｂが設けられている。

図３は、図２のスタンパーを使用したときの転写時を示している。転写時には、第２凹凸構造パターン７ｂに圧力がかかるため、スタンパー６が変形し、転写面６Ｂの表面に第２凹凸構造パターン７ｂ（第２凹凸構造パターン７ｂに対応する形状）が形成される。そのため図４のように、第１凹凸構造パターン７ａ及び第２凹凸構造パターン７ｂが同時に転写基材３に転写される。

上記の第２凹凸構造パターン７ｂとして、円錐状、角錐状、楕円錐状、円柱状、円筒状、角柱状などの凹部または凸部が成形してある。あるいは、第２凹凸構造パターン７ｂとして、半球、半楕円体、おわん型などの凹部または凸部が成形してある。
このような形状で転写を行うことによって転写される構造は、各パターンの角を緩やかに変化させた形状である。
一例として、第２凹凸構造パターン７ｂを構成する凸部が図５のように断面が矩形の角柱であるスタンパー６を用いて転写を行った場合の転写基材３の転写表面形状の平面図および断面図を図６（Ａ），（Ｂ）に示す。各第２凹凸構造パターンにより転写された転写基材３に平行光を入射させるとそれぞれの成形された第２凹凸構造パターン７ｂの違いにより反射方向が異なるため、視覚効果に相違を生じさせることが可能である。

上記のような第２凹凸構造パターン７ｂを持つスタンパー６は、例えば次のような方法で製造される。
すなわち、電子線描画などで第１凹凸構造パターン７ａを有する原版を作り、該原版を用いて電鋳によりスタンパー６を作製し、そのスタンパー６の裏側（装着面６Ａ）にエッチングにより、あるいは、金型切削機などを用いて第２凹凸構造パターン７ｂを成形する。
必ずしもスタンパーの表裏に凹凸構造が無くてもよいため、転写装置のスタンパー装着部に凹凸構造パターンがあるものや、スタンパーを二枚作製し重ねること、またはスタンパーにメッシュのような金属を重ねることでも同じような効果が得られる。
その他、スタンパー装着部とスタンパーの間に球面形状の金属を設けることで球面上の転写物の作製が可能である。
言い換えると、スタンパー６の装着面６Ａが装着されるプレス部の部分に第２凹凸構造パターン７ｂが設けられていてもよい。あるいは、プレス部と前記装着面６Ａとの間に設けられる中間部材に、第２凹凸構造パターン７ｂが設けられていてもよい。
また、中間部材が金属板であり、第２凹凸構造パターン７ｂが金属板に設けられていてもよい。

本発明の転写装置によれば、スタンパー６の厚みは４０μｍ乃至２５０μｍである。４０μｍ以下では、第２凹凸構造パターン７ｂによってスタンパー６が破損してしまう可能性が高い。また、２５０μｍ以上では第２凹凸構造パターン７ｂに対応する形状を転写基材３に転写することが難しいことより、上記のようなスタンパー６の厚みを設定している。

本発明の転写装置によれば、第２凹凸構造パターン７ｂを構成する凸部は断面が矩形の角柱であり、この角柱の一辺は１００μｍ以上であり、角柱の高さは１００μｍ乃至１０００μｍである。
角柱の一辺が１００μｍ以上でないと、第２凹凸構造パターン７ｂによる転写基材３表面の形状変化を視認することが難しい。
転写基材３に転写する第２凹凸構造パターン７ｂの大きさ以下であれば角柱の一辺の上限値は限定されるものではない。
また、角柱の高さが１００μｍ以上でないと第２凹凸構造パターン７ｂによる転写基材３表面の形状変化を視認することが困難である。また、角柱の高さが１０００μｍ以上であると第１凹凸構造パターン７ａを転写することが困難になることにより、上記のような第２凹凸構造パターン７ｂのサイズを設定している。

本発明に転写装置によれば、第１凹凸構造パターン７ａのピッチは６５０ｎｍ乃至２０００ｎｍである。ピッチが２０００ｎｍを上回ると第１凹凸構造パターン７ａによる光の回折効果が十分に得られない。また、６５０ｎｍ以下であると第１凹凸構造パターン表面の法線から４５度の入射光（可視光）を当てた場合の回折光は、凹凸構造パターン表面に対して急な角度で射出されるため第１凹凸構造パターン表面の法線方向から確認することが困難となる。また、転写率を維持することが困難であるため、上記のようなピッチを設定している。

図７は、図２のスタンパー６を使用して転写した転写基材３に光を入射させたときの正反射を示したものである。第１凹凸構造パターン７ａによる転写部７ｄでは回折光が射出されるのに対し、第２凹凸構造パターン７ｂによる転写部７ｃは構造が大きく、入射光に対して回折光が発生せず、正反射のみが射出される。また、表面形状が平らではないため乱反射が起こる。

本発明の転写装置では、第１凹凸構造パターン７ａをスタンパー６に形成した後で、第２の凹凸構造パターン７ｂとして多種多様の模様を比較的簡単に成形することが可能である。

（実施の形態２）
図８は本発明の実施の形態の転写装置によって得られた転写物の一例を示す説明図である。

図９（Ａ）はスタンパー６の斜視図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の断面図であり図８のI−I線断面に対応している。
このスタンパー６は、第１凹凸構造パターン８ｄと第２凹凸構造パターン８a,b,c及び非凹凸構造パターン８eから成っている。
第１凹凸構造パターン８ｄは幅２０００nm、高さ２００nmで作製されており、第２凹凸構造パターン８aは底辺が１００μｍ角で高さ１００μｍの角柱が配列してある。また第２凹凸構造パターン８ｃでは、底辺の直径２００μｍで高さが２００μｍの円錐が配列してあり、第２凹凸構造パターン８ｂでは外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍで高さが２００μｍの円筒形状が成形されている。

上記のスタンパー６を用いて転写した結果、図８のような転写物（転写基材３）が得られる。第２凹凸構造パターン８a,ｂにより転写された転写基材３に平行光を入射させると、乱反射される。第２凹凸構造パターン８ｃでは内径から外径の構造がある部分では、転写された基材面は比較的面が平らになることから乱反射が起こりにくい。しかし内径の内側または外径の外側では、構造がないため基材面には曲線形状が転写され、平行光を入射させると乱反射が発生する。よって、乱反射が起こりにくい表面構造と乱反射が起こりやすい表面構造が形成されるため、英語「Ｏ」文字が目視にて確認することができる。また第２凹凸構造パターン７a,ｃでの転写部では、それぞれ違う光学的効果を視認することができる。非凹凸構造パターン８eによる転写部では、乱反射が起こりにくいためミラーのような光学的効果を有する。

本発明の転写装置の概略的に示す図である。 図１に示す転写装置に用いるスタンパーの断面を示した図である。 転写時の概略を示した図である。 転写された基材の断面を示した図である。 第２凹凸構造パターンの一例を示した図である。 （Ａ）は図５のスタンパーを用いて転写した場合の転写基材３の平面図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図である。 図４の転写表面に入射光９を照らした場合の反射光を示した図である。 本発明の実施の形態における転写物の一例を示した図である。 （Ａ）はスタンパー６の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図である。

符号の説明

１…プレス装置、２…柱、３…転写基材、４…下プレス部、５…上プレス部、６…スタンパー、７a…第１凹凸構造パターン、７ｂ…第２凹凸構造パターン、７ｃ…第２凹凸構造パターンによる転写部、７ｄ…第１凹凸構造パターンによる転写部、８a…第２凹凸構造パターン、８ｂ…第２凹凸構造パターン、８ｃ…第２凹凸構造パターン、８ｄ…第１凹凸構造パターン（回折格子）、８e…非凹凸構造パターン、９…入射光、１０…正反射光。

Claims (9)

1. プレス部と、可撓性スタンパーとを有し、
   前記可撓性スタンパーは、前記プレス部に装着される装着面と、前記装着面と反対に位置し転写基材に転写する第１凹凸構造パターンが形成された転写面とを有する転写装置であって、
   前記装着面が装着される前記プレス部の部分、または、前記装着面、または、前記プレス部と前記装着面との間に設けられる中間部材に、前記第１凹凸構造パターンの転写時に前記第１凹凸構造パターンと共に前記転写基材に転写される前記第１凹凸構造パターンとは異なる第２凹凸構造パターンが設けられ、
   前記スタンパーの厚みが４０μｍ乃至２５０μｍである、
   ことを特徴とする転写装置。
2. 前記第２凹凸構造パターンは、前記装着面に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１記載の転写装置。
3. 前記中間部材は金属板であり、前記第２凹凸構造パターンは前記金属板に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１記載の転写装置。
4. 前記第２凹凸構造パターンが、前記装着面が装着される前記プレス部の部分に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１記載の転写装置。
5. 前記第２凹凸構造パターンは、円錐状、角錐状、楕円錐状、円柱状もしくは円筒状、角柱状、角筒状、半球、半楕円体、おわん型をしている、
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の転写装置。
6. 前記第２凹凸構造パターンを構成する凸部は断面が矩形の角柱であり、前記角柱の一辺は１００μｍ以上であり、前記角柱の高さは１００μｍ乃至１０００μｍである、
   ことを特徴とする請求項1〜５の何れか１項記載の転写装置。
7. 前記第１凹凸構造パターンは、鋸歯状、正弦波状、矩形状である、
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項記載の転写装置。
8. 前記第１凹凸構造パターンのピッチが、６５０nm 乃至２０００nmである、
   ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項記載の転写装置。
9. 請求項１〜８に何れか１項に記載の転写装置を用いて形成したことを特徴とする転写物。

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