JP5868393B2 - ナノインプリント用モールドおよび曲面体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ナノメートルオーダーの凹凸を形成するためのモールドおよびこれを用いた曲面体に関するものである。
光通信には分波分光装置が使用されている。このような分波分光装置には、必要とする波長を分光するために波長分光装置が使用されている。多くの場合、分波分光装置は、平面上の透明支持体表面に形成されているが、用途によっては、レンズ表面の様な曲面に分波分光装置を形成しなければならない場合がある。平面上に形成される分波分光装置は、硬質のマザーモールドを形成し、このマザーモールドの表面形状を樹脂に転写して、この樹脂モールドを用いて分波分光装置を形成している。このように平面上のマザーモールドから形成される樹脂モールドは、透明である程度の強度があれば特に限定されずに通常の樹脂が使用されている。
ところが、曲面に上記のような平面用の樹脂モールドを適用しようとしても、樹脂モールドが曲面にフィットしないことが多く、曲面に完全にフィットさせるためには曲面と同形のマザーモールドを製造しなければならない。曲面モールドには種々の曲率あるいは様々な形状の有するものがあり、その曲率あるいは形状に合わせてマザーモールドを形成するとなると、マザーモールドが非常に高価になり、ひいては曲面形状に形成された曲面ナノプリントが非常に高価になる。
一般にナノインプリント用樹脂製モールドとして、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)基材にアクリル樹脂などが積層されたものが知られている（特許文献１）。しかし、特許文献１に記載のモールドは、硬度の高い材質で形成された硬質層を必須としているのでモールドには伸縮性がほとんどなく、実質的に平面形状に対してしかインプリントできない。このため、レンズのような曲面にナノメートルレベルの凹凸形状を施す形態に対応した金型を用意する必要があった。
このような問題を解決するために、特許文献２には、「凹凸パターンが形成された樹脂膜が、曲面上に貼り付けられていることを特徴とする曲面状部材」の発明が開示されている。この特許文献２には、表面に微細な凹凸を有する熱可塑性樹脂からなる表面材を曲面上に貼り付けた曲面体が開示されている。
しかしながら、この特許文献２に記載の曲面体は表面に凹凸形状を有する熱可塑性樹脂をレンズなどの表面に貼着しており、熱可塑性樹脂が比較的硬質であることから、大きな曲率半径を有する部材（レンズなど）には適用できないという問題がある。
本発明は、曲面形状に対してもインプリントできるインプリント用樹脂モールドおよびこれを用いた曲面体を提供することを目的としている。
本発明のナノインプリント用モールドは、Hｓゴム硬度が１０〜５５の範囲内のシリコーンゴム弾性体からなり、表面に微細な凹凸が形成されていることを特徴としている。
本発明で使用する上記シリコーンゴム弾性体は、紫外線硬化性シリコーンゴムまたは熱硬化性シリコーンゴムである。
また、上記シリコーンゴムの全光線透明率（ＪＩＳＫ７１０５に準拠して２５０μｍ厚のシートで測定）が６０％以上、好ましくは８０％以上であり、透明性が高い方が好ましい。
上記ナノインプリント用モールドは、Hｓゴム硬度が１０〜５５の範囲内のシリコーンゴム弾性体単独で使用することもできるが、透明支持体表面に形成することもできる。
また、上記透明支持体は、曲率半径が５００mm以下の曲面部を有する曲面体であることが好ましい。
本発明の曲面体は、曲率半径が５００mm以下の曲面部を有し、かつ前記曲面部の表面には間隔が５０〜１０００００nmの範囲にある凹凸を有するものであることが好ましい。
本発明のナノプリントモールドによれば、マザーモールドから特定の硬度を有するシリコーンゴム弾性体の表面にマザーモールドに形成された微細な凹凸を転写することができる。このマザーモールドは、シリコーン、ガラス、金属などの硬質部材で形成されており、非常に高価であるのでナノオーダーの凹凸が摩耗したり、欠損したりすることがある。このためマザーモールドから樹脂モールドを転写して、この樹脂モールドを用い表面に微細な凹凸が形成された転写板を形成する。このような転写板の多くは熱可塑性樹脂で形成されているので、平板として使用する場合には特に問題となることはないが、レンズのような曲面に凹凸が形成する場合にはその形態追従性が問題になる。また、樹脂モールドであり、何回も加熱された樹脂と接触してその表面に形成された凹凸模様を熱可塑性樹脂に転写することから、高い耐熱性も必要になる。
本発明ではこのような用途を考慮してＨｓゴム硬度が１０〜５５のシリコーンゴムを使用する。このようなシリコーンゴムを用いることにより、繰返し型打をすることができる。
次に本発明の実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
本発明のナノインプリント用モールドは、Ｈｓゴム硬度が１０〜５５の範囲内、好ましくは２０〜４０の範囲内にあるシリコーンゴム弾性体に、微細な凹凸が形成されたマザーモールドを当接し、熱インプリントまたは光インプリントすることにより得られる（図３〜図５参照）。図３〜図５において、付番１１はマザーモールドであり、付番１３は未硬化のシリコーンゴムである。また、付番１５は支持体であり、未硬化のシリコーンゴムを支持するために用いることが好ましい。
マザーモールド１１は、公知のナノインプリント用モールドであれば限定はなく、シリコーン、ガラス、金属などから作製されたもののほかに、特開2011-25677号公報に記載されているようなレプリカモールドであってもよい。
ここで支持体１５に使用する樹脂は、特に限定はないが、シリコーンゴムを光硬化させるためには光透過性樹脂を使用することが好ましく、ポリカーボネート（PC)、ポリエチレンテレフタレート（PET)、ポリメチルメタクリレート（PMMA)などを使用することが好ましい。また、この支持体１５は剥離して使用するから、少なくともシリコーンゴム層を設ける側には剥離処理されていることが好ましい。
このような支持体１５の表面には未硬化のシリコーンゴム層１３を形成する。
このシリコーンゴム層１３は四官能、三官能、二官能、一官能のオルガノシロキサンと触媒との混合物で、光（紫外線）あるいは熱によって硬化してラダーポリマーを形成して特定のＨｓゴム硬度を有するシリコーンゴムを形成する。特に本発明では、図４に示すように、マザーモールドを当接して熱インプリントまたは光インプリントすることにより、マザーモールドの表面に形成されている凹凸形状を転写してＨｓゴム硬度が１０〜５５の範囲内、好ましくは２０〜４０の範囲内になるようにオルガノシロキサンの種類を調整することが好ましい。シリコーンゴム層の厚さは、硬化前、硬化後ともに５０〜５０００μｍ、好ましくは１００〜１０００μｍの範囲内にする。また、シリコーンゴム層にさらに剥離層を積層することができる。
本発明におけるＨｓゴム硬度は、以下の式から導き出したものである。
この式において、Ｇは熱または光によって硬化された後のシリコーン弾性体の横弾性係数（Ｐａ）であって、Ｇ50は硬度５０のゴム定数であり、本発明においては、「"接触による応力の集中と減衰"、Mech D&A NewsLatter Vol.1997-1、株式会社メカニカルデザイン」の記載に基づき、７．４５×１０5÷１．０１９７（Ｐａ）とする。なお、横弾性係数の具体的な測定方法については実施例の部分で後述する。
図５は、シリコーンゴム層に光を照射して硬化させたシリコーンゴム層の表面にマザーモールド１１に形成されたのと逆のパターン１４が形成される。
この逆のパターン１４を、例えば図６に示すように、レンズのような曲面体、好ましくは曲率半径が５００ｍｍ以下の曲面部を有する曲面体に貼り付けることにより、本発明のナノインプリント用モールドを形成することができる。
こうして形成された本発明のナノインプリント用モールドは、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のインプリントに好適に用いられる。インプリントされる転写物は、従来のナノインプリントされているような平面体（フィルム状）のみならず、本発明のナノインプリント用モールドは適度な形状追従性と硬さを有しているので、曲率半径が５００ｍｍ以下の曲面部を有し、かつ、曲面部の表面には間隔が５０〜２０００００ｎｍ、好ましくは１００〜１０００００ｎｍの範囲にある凹凸を有するような微小な曲面体を調製することが可能である。また、曲面体にインプリントする際には、本発明のナノインプリント用モールドは伸張するので、シリコーンゴム弾性体のＨｓゴム硬度に応じて、モールドの表面に形成されている凹凸の間隔を周縁部にいくほど中心部より狭くすることが好ましい。
本発明で使用するシリコーンゴムは、Ｈｓゴム硬度が上記の範囲にあることにより、曲面に対する形態追随性がよく、曲面表面に空隙なく密着することができる。
次に本発明のナノインプリント用モールドおよび曲面体について実施例を示して説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
本発明のナノインプリント用モールドの各特性は、次の装置を用い各種特性を測定することができる。
［試料］
未硬化シリコーンゴムからなる厚さ２５０μｍのシートを４種類用意し、以下の方法により横弾性係数ならびに全光線透過率を測定した。サンプル（ゴム硬度：サンプル厚）
（横弾性係数）
レオメーター（Anton Paar社製、装置名：PHYSICA MCR300）を用い、以下の条件により横弾性係数を測定した。
温調装置 ：TC30/CTD600
測定冶具 ：PP8
測定点数 ：１０点
測定間隔 ：１０sec
測定時間 ：１００sec
測定モード ：回転
ひずみ（γ） ：０→０．１（Linear）
ノーマルフォース：１０N
温度 ：２３℃
（全光線透過率）
ヘーズメーター（村上色彩技術研究所製、型式：ＨＭ−１５０）を用いて、ＪＩＳＫ７１０５に準拠して、全光線透過率を測定した。
［試料］
未硬化シリコーンゴムからなる厚さ２５０μｍのシートを４種類用意し、以下の方法により横弾性係数ならびに全光線透過率を測定した。サンプル（ゴム硬度：サンプル厚）
（横弾性係数）
レオメーター（Anton Paar社製、装置名：PHYSICA MCR300）を用い、以下の条件により横弾性係数を測定した。
温調装置 ：TC30/CTD600
測定冶具 ：PP8
測定点数 ：１０点
測定間隔 ：１０sec
測定時間 ：１００sec
測定モード ：回転
ひずみ（γ） ：０→０．１（Linear）
ノーマルフォース：１０N
温度 ：２３℃
（全光線透過率）
ヘーズメーター（村上色彩技術研究所製、型式：ＨＭ−１５０）を用いて、ＪＩＳＫ７１０５に準拠して、全光線透過率を測定した。
［モールドの調製］
〔実施例1〕
・シリコーンゴムモールドの調製
ガラス基板上に未硬化シリコーンゴム（ＫＥ-１０３）をスピンコート（回転数５００rpm、時間２０sec）し、樹脂層を作製した。上記基板及び樹脂層の積層物にマスターモールド（離型処理済み石英モールド、転写面３０mm角 １５０nmL&S）を押し付け、樹脂層の堆積物を１４０℃に加熱し、熱硬化転写した。熱硬化転写時のプレス圧力は１MPa、保持時間２０分間であった。その後、冷却を行い、マスターモールドを外し、１００μｍ厚のシリコーンゴムモールドを得た。
・曲面への転写
曲率半径４０mmの曲面レンズ形状の表面にＵＶ硬化樹脂を適量滴下し、前記シリコーンモールドを、滴下した液がレンズの表面全体に広がるように押し当てるようにして固定し、シリコーンモールド越しにＵＶ照射し、ＵＶ硬化樹脂を硬化させ、レンズ全面にマスターモールドと同形状を転写させた。
〔実施例２〕
・シリコーンゴムモールドの調製
二枚のガラス基板フィルムマスターモールドおよび、未硬化のＫＥ−１０３を挟んで、未硬化のＫＥ−１０３がフィルムマスターモールドの全面に広がった時点で、ガラス基板同士を動かないように固定し、そのまま固定した状態で、１５０℃に調整した乾燥機中で１時間静置し、ＫＥ−１０３を硬化させ、１mm厚のシリコーンモールドを得た。
〔実施例1〕
・シリコーンゴムモールドの調製
ガラス基板上に未硬化シリコーンゴム（ＫＥ-１０３）をスピンコート（回転数５００rpm、時間２０sec）し、樹脂層を作製した。上記基板及び樹脂層の積層物にマスターモールド（離型処理済み石英モールド、転写面３０mm角 １５０nmL&S）を押し付け、樹脂層の堆積物を１４０℃に加熱し、熱硬化転写した。熱硬化転写時のプレス圧力は１MPa、保持時間２０分間であった。その後、冷却を行い、マスターモールドを外し、１００μｍ厚のシリコーンゴムモールドを得た。
・曲面への転写
曲率半径４０mmの曲面レンズ形状の表面にＵＶ硬化樹脂を適量滴下し、前記シリコーンモールドを、滴下した液がレンズの表面全体に広がるように押し当てるようにして固定し、シリコーンモールド越しにＵＶ照射し、ＵＶ硬化樹脂を硬化させ、レンズ全面にマスターモールドと同形状を転写させた。
〔実施例２〕
・シリコーンゴムモールドの調製
二枚のガラス基板フィルムマスターモールドおよび、未硬化のＫＥ−１０３を挟んで、未硬化のＫＥ−１０３がフィルムマスターモールドの全面に広がった時点で、ガラス基板同士を動かないように固定し、そのまま固定した状態で、１５０℃に調整した乾燥機中で１時間静置し、ＫＥ−１０３を硬化させ、１mm厚のシリコーンモールドを得た。
実施例１におけるのと同条件にて転写を行い、マスターモールドと同形状が全面に転写されたレンズを得た。
〔実施例３〕
ＫＥ-１０６を用いて、実施例２と同様にシリコーンモールドを調製し、１mm厚のシリコーンモールドを得た。その後、実施例１の曲面への転写と同条件で転写を行い、マスターモールドと同形状が全面に転写されたレンズを得た。
〔比較例１〕
ＳＩＭ-２６０を用いて、実施例２と同様にシリコーンモールドを調製し、１mm厚のシリコーンモールドを得た。その後、実施例１の曲面への転写と同条件で転写を行い、レンズ全面に追従することが困難であり、曲面レンズの端部ではマスターモールドと同形状を転写させることができなかった。
〔比較例２〕
ＫＥ−１２０４を用いて、実施例２と同様にシリコーンモールドを調製し、１mm厚のシリコーンモールドを得た。その後、実施例１の曲面への転写と同条件で転写を行い、レンズ全面に追従することが困難であり、また、透明性も低いため、ＵＶ硬化樹脂を硬化させることが困難であった。
〔実施例３〕
ＫＥ-１０６を用いて、実施例２と同様にシリコーンモールドを調製し、１mm厚のシリコーンモールドを得た。その後、実施例１の曲面への転写と同条件で転写を行い、マスターモールドと同形状が全面に転写されたレンズを得た。
〔比較例１〕
ＳＩＭ-２６０を用いて、実施例２と同様にシリコーンモールドを調製し、１mm厚のシリコーンモールドを得た。その後、実施例１の曲面への転写と同条件で転写を行い、レンズ全面に追従することが困難であり、曲面レンズの端部ではマスターモールドと同形状を転写させることができなかった。
〔比較例２〕
ＫＥ−１２０４を用いて、実施例２と同様にシリコーンモールドを調製し、１mm厚のシリコーンモールドを得た。その後、実施例１の曲面への転写と同条件で転写を行い、レンズ全面に追従することが困難であり、また、透明性も低いため、ＵＶ硬化樹脂を硬化させることが困難であった。
上記のようにして得られたナノインプリント用モールドを図１に示す球面レンズの表面に貼着して曲面体を製造した。
１１・・・マザーモールド
１３・・・熱可塑性樹脂
１４・・・凹凸
１５・・・支持体
１８・・・曲面体
２０・・・凹凸を形成するための積層体
１３・・・熱可塑性樹脂
１４・・・凹凸
１５・・・支持体
１８・・・曲面体
２０・・・凹凸を形成するための積層体
Claims (4)
- 透明支持体表面にシリコーンゴム弾性体が形成されているナノインプリント用モールドであって
上記透明支持体が、曲率半径が５００ｍｍ以下の曲面部を有する曲面体であり、
上記シリコーンゴム弾性体が、Ｈｓゴム硬度が１０〜５５の範囲内であり、かつ、表面に微細な凹凸が形成されていることを特徴とするナノインプリント用モールド。 - 上記シリコーンゴム弾性体を構成するシリコーンゴム層の厚さが、１００〜１０００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のナノインプリント用モールド。
- 曲率半径が５００ｍｍ以下の曲面部を有し、かつ、前記曲面部の表面には間隔が５０〜１０００００ｎｍの範囲にある凹凸を有する曲面体の製造方法であって、
前記凹凸が、Ｈｓゴム硬度が１０〜５５の範囲内のシリコーンゴム弾性体からなり、表面に微細な凹凸が形成されているナノインプリント用モールドによって、曲面体の表面に形成された液状のＵＶ硬化樹脂をインプリントし、ＵＶ照射によりＵＶ硬化樹脂を硬化させることにより、形成されたものであることを特徴とする曲面体の製造方法。 - 上記シリコーンゴム弾性体を構成するシリコーンゴム層の厚さが、１００〜１０００μｍの範囲であることを特徴とする請求項３に記載の曲面体の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2013515161A JP5868393B2 (ja) | 2011-05-19 | 2012-05-15 | ナノインプリント用モールドおよび曲面体の製造方法 |
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| JP2013515161A JP5868393B2 (ja) | 2011-05-19 | 2012-05-15 | ナノインプリント用モールドおよび曲面体の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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