JP5895335B2 - 積層体、成型素子、および光学素子 - Google Patents
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Description
基体と、
基体上に形成された、凹凸形状の表面を有する形状層と、
を備え、
形状層は、エネルギー線硬化性樹脂組成物を硬化してなり、
形状層の表面には、所定の凹凸パターンを有する単位領域が凹凸形状の不整合を生じることなく連続して形成され、
基体が備える2以上の不透過層および形状層は、顔料を含み、
基体が備える2以上の不透過層および形状層は、エネルギー線硬化性樹脂組成物を硬化させるためのエネルギー線に対して不透過性を有し、
2以上の不透過層は、互いに異なる吸収特性を有し、
凹凸形状は、可視光の波長以下の配置ピッチで配置されている積層体である。
第1の面と、該第1の面とは反対側の第2の面とを有する基体と、
基体の第1の面に形成された第1の形状層と、
基体の第2の面に形成された第2の形状層と
を備え、
第1の形状層は、エネルギー線硬化性樹脂組成物を硬化してなり、
第1の形状層および第2の形状層のうち少なくとも第2の形状層は、エネルギー線硬化性樹脂組成物を硬化させるためのエネルギー線に対して不透過性を有し、
第1の形状層の表面には、所定の凹凸パターンを有する単位領域が凹凸形状の不整合を生じることなく連続して形成される積層体である。
また、エネルギー線に対して不透過性とは、エネルギー線硬化性樹脂組成物を硬化させることが困難となる程度の不透過性を意味する。
1.第1の実施形態(基体の一主面に複数の構造体が2次元配列された積層体の例)
2.第2の実施形態(積層体をステージにより搬送する転写装置の例)
3.第3の実施形態(円環状のベルト原盤を備えた転写装置の例)
4.第4の実施形態(基体の一主面に複数の構造体が蛇行配列された積層体の例)
5.第5の実施形態(基体の一主面に複数の構造体がランダム配列させた積層体の例)
6.第6の実施形態(基体の一主面に複数の構造体が1次元配列させた積層体の例)
7.第7の実施形態(基体の両主面に複数の構造体が2次元配列させた例)
8.第8の実施形態(不透過性を有する複数の構造体が2次元配列された積層体の例)
[積層体の構成]
図1Aは、本発明の第1の実施形態に係る積層体の構成の一例を示す断面図である。図1Bは、図1Aに示した積層体の一部を拡大して表す斜視図である。図1Cは、図1Aに示した積層体の一部を拡大して表す平面図である。図1Dは、図1Cに示した積層体のトラック延在方向の断面図である。積層体は、第1の主面および第2の主面を有する基体1と、これらの主面の一方に形成された、凹凸形状を有する形状層2とを備える。以下では、形状層2が形成される第1の面を表面と称し、それとは反対側の第2の面を裏面と称する。
基体1の材料は特に限定はされものではなく用途によって適宜選択可能であり、例えば石英、メチルメタクリレート(共)重合体、ポリカーボネート、スチレン(共)重合体、メチルメタクリレート−スチレン共重合体、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセタール、ポリエーテルケトン、ポリウレタン、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマーなどのプラスチック、ガラス、金属、セラミックス、磁性体、半導体を用いることができる。基体2の形状としては、例えば、シート状、プレート状、ブロック状を挙げることができるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。ここで、シートにはフィルムが含まれるものと定義する。基体1は、全体として帯状の形状を有し、基体1の長手方向に向かって、単位領域としての転写領域TEが連続して形成されていることが好ましい。基体1の表面および裏面の形状としては、例えば平面および曲面のいずれも用いることができ、表面および裏面をいずれも平面または曲面とすることも、表面および裏面のうち一方を平面とし、他方を曲面とすることも可能である。
図2Aに示すように、基体1は、単層の構造を有し、基体全体がエネルギー線に対して不透過性を有する不透過層である。
図2Bに示すように、基体1は、2層構造を有し、エネルギー線に対して不透過性を有する不透過層11aと、エネルギー線に対して透過性を有する透過層11bとを備える。不透過層11aが裏面側に配置され、透過層11bが表面側に配置される。
図2Cに示すように、基体1は、2層構造を有し、エネルギー線に対して不透過性を有する不透過層11aと、エネルギー線に対して透過性を有する透過層11bとを備える。不透過層11aが表面側に配置され、透過層11bが裏面側に配置される。
図2Dに示すように、基体1は、3層構造を有し、エネルギー線に対して透過性を有する透過層11bと、この透過層11bの両主面に形成された、エネルギー線に対して不透過性を有する不透過層11a、11aとを備える。一方の不透過層11aが裏面側に配置され、他方の不透過層11aが表面側に配置される。
図2Eに示すように、基体1は、3層構造を有し、エネルギー線に対して不透過性を有する不透過層11aと、この不透過層11aの両主面に形成された、エネルギー線に対して透過性を有する透過層11b、11bとを備える。一方の透過層11bが裏面側に配置され、他方の透過層11bが表面側に配置される。
形状層2は、所定の凹凸パターンを有する転写領域TEが連続して形成された表面を有する。形状層2は、例えば、複数の構造体21が2次元配列されてなる層であり、必要に応じて複数の構造体21と基体1との間に基底層22を備えるようにしてもよい。基底層22は、構造体3の底面側に構造体3と一体成形された層であり、構造体3と同様のエネルギー線硬化性樹脂組成物を硬化してなる。基底層22の厚さは、特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜選択することができる。複数の構造体21が、例えば、基体2の表面において複数列のトラックTをなすように配列されている。複数例のトラックをなすように配列された複数の構造体21が、例えば、四方格子状または六方格子状などの規則的な所定の配置パターンをなすようにしてもよい。構造体21の高さが基体1の表面において規則的または不規則的に変化するようにしてもよい。
単官能モノマーとしては、例えば、カルボン酸類(アクリル酸)、ヒドロキシ類(2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート)、アルキル、脂環類(イソブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート)、その他機能性モノマー(2−メトキシエチルアクリレート、メトキシエチレンクリコールアクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、ベンジルアクリレート、エチルカルビトールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、N,N-ジメチルアミノエチルアクリレート、N,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、N−イソプロピルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−ビニルピロリドン、2−(パーフルオロオクチル)エチル アクリレート、3−パーフルオロヘキシル−2−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−パーフルオロオクチルー2−ヒドロキシプロピル アクリレート、2−(パーフルオロデシル)エチル アクリレート、2−(パーフルオロー3−メチルブチル)エチル アクリレート)、2,4,6−トリブロモフェノールアクリレート、2,4,6−トリブロモフェノールメタクリレート、2−(2,4,6−トリブロモフェノキシ)エチルアクリレート)、2−エチルヘキシルアクリレートなどを挙げることができる。
図3は、本発明の第1の実施形態に係る転写装置の構成の一例を示す概略図である。この転写装置は、ロール原盤101と、基体供給ロール111と、巻き取りロール112と、ガイドロール113、114と、ニップロール115、剥離ロール116と、塗布装置117と、光源110とを備える。
図4Aは、ロール原盤の構成の一例を示す斜視図である。図4Bは、図4Aに示したロール原盤の一部を拡大して表す平面図である。ロール原盤101は、例えば、円筒状の形状を有する原盤であり、その表面に形成された転写面Spと、それとは反対の内側に形成された内周面である裏面Siとを有する。ロール原盤101の内部には、例えば、裏面Siにより形成される円柱状の空洞部が形成されており、この空洞部に1個または複数個のエネルギー線源110が備えられる。転写面Spには、例えば、凹状または凸状の複数の構造体102が形成され、これらの構造体102の形状を基体1上に塗布されたエネルギー線硬化性樹脂組成物に対して転写することにより、積層体の形状層2が形成される。すなわち、転写面Spには、積層体の形状層2の有する凹凸形状を反転したパターンが形成されている。
図5は、ロール原盤を作製するためのロール原盤露光装置の構成の一例を示す概略図である。このロール原盤露光装置は、光学ディスク記録装置をベースとして構成されている。
図6A〜図7Eは、本発明の第1の実施形態に係る積層体の製造方法の一例を説明するための工程図である。
まず、図6Aに示すように、円筒状のロール原盤101を準備する。次に、図6Bに示すように、ロール原盤101の表面にレジスト層103を形成する。レジスト層103の材料としては、例えば、有機系レジスト、および無機系レジストのいずれを用いてもよい。有機系レジストとしては、例えば、ノボラック系レジスト、化学増幅型レジストなどを用いることができる。また、無機系レジストとしては、例えば、1種または2種以上の遷移金属からなる金属化合物を用いることができる。
次に、図6Cに示すように、ロール原盤101の表面に形成されたレジスト層103に、レーザー光(露光ビーム)104を照射する。具体的には、図5に示したロール原盤露光装置のターンテーブル36上に載置し、ロール原盤101を回転させると共に、レーザー光(露光ビーム)104をレジスト層103に照射する。このとき、レーザー光104をロール原盤101の高さ方向(円柱状または円筒状のロール原盤101の中心軸に平行な方向)に移動させながら、レーザー光104を間欠的に照射することで、レジスト層103を全面にわたって露光する。これにより、レーザー光104の軌跡に応じた潜像105が、可視光波長と同程度のピッチでレジスト層103の全面にわたって形成される。
次に、ロール原盤101を回転させながら、レジスト層103上に現像液を滴下して、図6Dに示すように、レジスト層103を現像処理する。図示するように、レジスト層103をポジ型のレジストにより形成した場合には、レーザー光104で露光した露光部は、非露光部と比較して現像液に対する溶解速度が増すので、潜像(露光部)105に応じたパターンがレジスト層103に形成される。
次に、ロール原盤101の上に形成されたレジスト層103のパターン(レジストパターン)をマスクとして、ロール原盤101の表面をエッチング処理する。これにより、図7Aに示すように、トラックの延在方向に長軸方向をもつ楕円錐形状または楕円錐台形状の凹部、すなわち構造体102を得ることができる。エッチングとしては、例えばドライエッチングやウエットエッチングを用いることができる。
次に、図7Bに示すように、ロール原盤101内の収容空間(空洞部)に、1または複数のエネルギー線源110を配置する。エネルギー線源110は、ロール原盤101の幅方向Dwまたは回転軸lの軸方向と平行に配置することが好ましい。
次に、必要に応じて、エネルギー線硬化性樹脂組成物118が塗布される基体1の表面に対して、コロナ処理、プラズマ処理、火炎処理、UV処理、オゾン処理、ブラスト処理などの表面処理を施す。次に、図7Cに示すように、長尺の基体1またはロール原盤101上にエネルギー線硬化性樹脂組成物118を塗布または印刷する。塗布方法は特に限定されるものではないが、例えば、基体上または原盤上へのポッティング、スピンコート法、グラビアコート法、ダイコート法、バーコート法などを用いることができる。印刷方法としては、例えば、凸版印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、凹版印刷法、ゴム版印刷法、スクリーン印刷法などを用いることができる。次に、必要に応じて、溶剤除去やプリベークなどの加熱処理を行う。
まず、基体供給ロール111から長尺の基体1を送出し、送出された基体1は、塗布装置117の下を通過する。次に、塗布装置117の下を通過する基体1上に、塗布装置117によりエネルギー線硬化性樹脂組成物118を塗布する。次に、エネルギー線硬化性樹脂組成物118が塗布された基体1をガイドロール113を経てロール原盤101に向けて搬送する。
図8は、本発明の第2の実施形態に係る転写装置の構成の一例を示す概略図である。この転写装置は、ロール原盤101と、塗布装置117と、搬送ステージ121とを備える。第2の実施形態において、第1の実施形態と同一の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。搬送ステージ121は、この搬送ステージ121上に載置された基体1を矢印aの方向に向けて搬送可能に構成されている。
まず、塗布装置117の下を通過する基体1上に、塗布装置117によりエネルギー線硬化性樹脂組成物118を塗布する。次に、エネルギー線硬化性樹脂組成物118が塗布された基体1をロール原盤101に向けて搬送する。次に、エネルギー線硬化性樹脂組成物118をロール原盤101の転写面Spに密着させながら搬送するとともに、ロール原盤101内に設けられた1または複数のエネルギー線源110から放射されたエネルギー線を、ロール原盤101の転写面Spを介してエネルギー線硬化性樹脂組成物118に対して照射する。これにより、エネルギー線硬化性樹脂組成物118が硬化し、形状層2が形成さる。次に、搬送ステージを矢印aの方向に搬送することにより、ロール原盤101の転写面Spから形状層2を剥離する。これにより、長尺の積層体が得られる。次に、必要に応じて、得られた積層体を所定の大きさまたは形状に裁断する。以上により、目的とする積層体が得られる。
図9は、本発明の第3の実施形態に係る転写装置の構成の一例を示す概略図である。この転写装置は、ロール131、132、134、135と、ベルト原盤であるエンボスベルト133と、平坦ベルト136と、1個または複数個のエネルギー線源110と、塗布装置117とを備える。第3の実施形態において、第1の実施形態と同一の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
まず、塗布装置117の下を通過する基体1上に、塗布装置117によりエネルギー線硬化性樹脂組成物118を塗布する。次に、回転するエンボスベルト133と平坦ベルト136との間の間隙に、ロール131、134の側からエネルギー線硬化性樹脂組成物118が塗布された基材11を搬入する。これにより、エンボスベルト133の転写面とエネルギー線硬化性樹脂組成物118とが密着する。次に、この密着状態を維持しながら、エネルギー線源110から放射されたエネルギー線を、エンボスベルト133を介してエネルギー線硬化性樹脂組成物118に対して照射する。これにより、エネルギー線硬化性樹脂組成物118が硬化され、基体1上に形状層2が形成される。次に、エンボスベルト133を形状層2から剥離する。これにより、目的とする積層体が得られる。
図10Aは、本発明の第4の実施形態に係る積層体の構成の一例を示す平面図である。図10Bは、図10Aに示した積層体の一部を拡大して表す平面図である。第4の実施形態に係る積層体は、構造体3を蛇行するトラック(以下ウォブルトラックと称する。)上に配列している点において、第1の実施形態に係る積層体とは異なっている。基体2上における各トラックのウォブルは、同期していることが好ましい。すなわち、ウォブルは、シンクロナイズドウォブルであることが好ましい。このようにウォブルを同期させることで、六方格子または準六方格子などの単位格子形状を保持し、充填率を高く保つことができる。ウォブルトラックの波形としては、例えば、サイン波、三角波などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。ウォブルトラックの波形は、周期的な波形に限定されるものではなく、非周期的な波形としてもよい。
この第4の実施形態において、上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
図11Aは、本発明の第5の実施形態に係る積層体の構成の一例を示す断面図である。図11Bは、図11Aに示した積層体の一部を拡大して表す平面図である。図11Cは、図11Bに示した積層体の断面図である。第4の実施形態に係る積層体は、複数の構造体21がランダム(不規則)に2次元配列されている点において、第1の実施形態とは異なっている。また、構造体21の大きさおよび/または高さもランダムに変化させるようにしてもよい。
この第5の実施形態において、上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
図12は、本発明の第6の実施形態に係る積層体の構成の一例示す斜視図である。図12に示すように、第6の実施形態に係る積層体は、基体表面にて一方向に延在された柱状の構造体21を有し、この構造体21が基体1上に1次元配列されている点において、第1の実施形態のものとは異なっている。
この第6の実施形態において、上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
図13A〜図13Eは、本発明の第7の実施形態に係る積層体に備えられた基体の第1〜第5の例を示す断面図である。第7の実施形態に係る積層体は、基体1の両主面に複数の構造体21が2次元配列されている点において、第1の実施形態に係る積層体とは異なっている。具体的には、第1〜第5の例の積層体はそれぞれ、基体1の両主面に複数の構造体21が2次元配列されている点以外のことは、上述の第1の実施形態に係る積層体の第1〜第5の例と同様である(図2参照)。
この第7の実施形態において、上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
図14Aは、本発明の第8の実施形態に係る積層体に備えられた基体の第1の例を示す断面図である。図14Bは、本発明の第8の実施形態に係る積層体に備えられた基体の第2の例を示す断面図である。第8の実施形態に係る積層体は、構造体21がエネルギー線に対して不透過性を有している点において、第1の実施形態または第7の実施形態に係る積層体とは異なっている。このような不透過性を有する構造体21は、例えば、エネルギー線を吸収する顔料などの材料をエネルギー線硬化性樹脂組成物に添加することにより形成することが可能である。
この第8の実施形態において、上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
2 構造体
11a 不透過層
11b 透過層
21 構造体
22 基底層
101 ロール原盤
102 構造体
110 エネルギー線源
118 エネルギー線硬化性樹脂組成物
133 エンボスベルト
136 平坦ベルト
Sp 成形面
Si 裏面
Claims (12)
- 基体と、
上記基体上に形成された、凹凸形状の表面を有する形状層と、
を備え、
上記形状層は、エネルギー線硬化性樹脂組成物を硬化してなり、
上記形状層の表面には、所定の凹凸パターンを有する単位領域が上記凹凸形状の不整合を生じることなく連続して形成され、
上記基体が備える2以上の不透過層および上記形状層は、顔料を含み、
上記基体が備える2以上の不透過層および上記形状層は、上記エネルギー線硬化性樹脂組成物を硬化させるためのエネルギー線に対して不透過性を有し、
上記2以上の不透過層は、互いに異なる吸収特性を有し、
上記凹凸形状は、可視光の波長以下の配置ピッチで配置されている積層体。 - 上記基体は、帯状の形状を有し、
上記基体の長手方向に向かって、上記単位領域が連続して形成されている請求項1記載の積層体。 - 上記凹凸形状の不整合が、上記所定の凹凸パターンの周期性の乱れである請求項1または2に記載の積層体。
- 上記凹凸形状の不整合が、隣接する単位領域間の重なり、隙間、または、未転写部である請求項1または2に記載の積層体。
- 上記単位領域間は、上記エネルギー線硬化性樹脂組成物の硬化度に不整合を生じることなく繋がっている請求項1から4のいずれかに記載の積層体。
- 上記エネルギー線硬化性樹脂組成物の硬化度の不整合が、重合度の差である請求項5記載の積層体。
- 上記凹凸パターンは、凸状または凹状の複数の構造体を1次元配列または2次元配列することにより形成されている請求項1から6のいずれかに記載の積層体。
- 上記複数の構造体は、規則的または不規則的に配置されている請求項7記載の積層体。
- 上記複数の構造体が、サブ波長構造体である請求項7記載の積層体。
- 上記基体が、少なくとも1つの平面または曲面を有し、
上記平面または曲面に上記形状層が形成されている請求項1から9のいずれかに記載の積層体。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の積層体を備える成型素子。
- 請求項1から10のいずれか1項に記載の積層体を備える光学素子。
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