TW201410428A - 捲筒狀模具、以及捲筒狀模具及其元件的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明藉由防止基材部的劣化而提高模具的耐久性，且能以良好的精度提供具有微細凹凸形狀的捲筒狀模具。捲筒狀模具具備：具有「由紫外線硬化性樹脂所形成之微細凹凸形狀」的圖形部；和用來支承圖形部之薄板狀的玻璃基材部；及從背側支承玻璃基板部，而使圖形部成為表側的支承構件。由於玻璃基材部呈薄板狀(薄片狀)，因此具有可撓性，能輕易地貼附於具有曲面的支承構件。此外，由於以玻璃形成基材部，故即使反覆地成形(製造元件)也能防止模具的劣化，可使模具形成良好的耐久性。此外，即使在對圖形部執行成膜加工時採取高溫步驟，也不會在玻璃基材部產生翹曲，可防止微細凹凸形狀的尺寸變化。

Description

捲筒狀模具、以及捲筒狀模具及其元件的製造方法
本發明是關於：具有「用來轉印微通道裝置、光學元件等之圖形的微細凹凸形狀」的捲筒狀模具、該捲筒狀模具的製造方法、及使用該捲筒狀模具之元件的製造方法。
在「製造微通道裝置、光學元件等元件所使用」之捲筒狀模具的製作方法中，存有一種對捲筒狀金屬胚料(metal blank)直接加工的方法。這種加工方法，需要對曲面直接加工微細的形狀，圖形的精度確保不易且加工時間也長，加工費用十分龐大。雖然也考慮「利用平面加工製作主模(master mold)，並利用電鑄(使金屬附著於鑄模；electrocasting)來製作壓模(stamper)，再貼附於滾子」的方法，但電鑄的製作費用甚高，且對滾子的貼附也困難。
此外，就捲筒狀模具的其他製作方法而言，還具有以下的方法：將薄片狀的樹脂模捲附於鐵芯柱狀物 ，該薄片狀的樹脂模是將「由熱硬化性樹脂所形成的透鏡(lens)部形成於樹脂製之基材薄片的其中一面(請參考專利文獻1)。
然而，在專利文獻1的方法中，由於使用樹脂薄膜作為樹脂模的基材，因此存有基材部的劣化快速，且模具的耐久性低的問題。
此外，還存在一種：為了利用脫模處理來提高模具的耐久性，而在樹脂製模具基座的表面形成金屬氧化物等地方法(請參考專利文獻2)。
然而，在專利文獻2的方法，由於採用樹脂薄膜作為基材，以致在金屬氧化物等的成膜步驟中對成膜溫度造成限制，而使精密的成膜變得困難。
此外，由於成膜物質與樹脂薄膜基材間之線膨脹係數的差異等，使樹脂薄膜基材產生翹曲等，而對微細凹凸形狀的精度造成影響。
[專利文獻1]日本特開2000-334745號公報
[專利文獻2]國際公開第2009/148138號公報
本發明的目的是提供一種：藉由防止基材部的劣化而提升模具的耐久性，並以良好的精度而具有微細凹凸形狀的捲筒狀模具。
此外，本發明德目的是提供：以低成本製造上述捲筒狀模具之捲筒狀模具的製造方法、及使用該捲筒狀模具之元件的製造方法。
為了解決上述課題，本發明的捲筒狀模具具備：由紫外線硬化性樹脂所形成，且具有微細凹凸形狀的圖形部；和用來支承圖形部的薄板狀玻璃基材部；及從背面側支承玻璃基材部而使圖形部成為表面側，並且具有曲面的支承構件。
根據上述的捲筒狀模具，由於轉印用模具的玻璃基材部為薄板狀(薄片狀)，因此具有可撓性，能容易地貼附於「具有曲面的支承構件，也就是指圓筒狀捲筒」和皮帶。只要適當地設定玻璃基材部的厚度、圓筒狀捲筒的筒徑、皮帶的彎曲半徑，玻璃基材部便能不破損地緊密附著於作為支承構件的圓筒狀捲筒和皮帶。此外，由於以玻璃作為基材部，即使反覆地成形(指製造零件、裝置等元件)也能防止模具的劣化，而使模具的耐久性變的良好。此外，由於以玻璃作為基材部，即使對圖形部執行成膜加工時採用高溫步驟，也不會產生玻璃基材部的翹曲等，可防止微細凹凸形狀的尺寸變化。相較於樹脂，由於玻璃的質地較硬，且與無機化合物和氟化合物等的相容性(compatibility)也更好，故即使執行上述化合物的成膜，模具的劣化也極少，具有絕佳的耐久性。
而在以下的記載中，是將「在薄板狀的玻璃基材部上形成有圖形部者」稱為薄片狀模具，並將「將該薄片狀模具固定附著於『具有曲面的支承構件』者」稱為捲筒狀模具。
本發明的具體特徵，在上述的捲筒狀模具中，至少圖形部在表面側具有脫模用膜。在該場合中，當利用轉印製造元件(零件或者裝置)時，筒狀模具能輕易地從元件脫模。然而，當在玻璃基材部上存有「未形成圖形部，而使玻璃基材部的面露出」之部分的場合中，最好在該露出的部分也形成有脫模用膜。
本發明的其他特徵，脫模用膜是由氟化合物所形成。
本發明的其他特徵，至少在圖形部與脫模用膜之間具有保護膜。在該場合中，可提高脫模用膜的緊密附著性，而提升脫模用膜的耐久性。當在玻璃基材部上，於「未形成圖形部，而使玻璃基材部的面露出」的部分形成有脫模用膜的場合中，最好也在該脫模用膜與玻璃基材部之間形成保護膜。
本發明的其他特徵，保護膜是由無機化合物所形成。在該場合中，藉由使用無機化合物，可提高與脫模用膜之間的緊密附著性，而提升模具的耐久性。此外，無機化合物與玻璃基材部間的相容性良好，可提高與玻璃基材部之間的緊密附著性。
本發明的其他特徵，保護膜的厚度為5nm以 上。
本發明的其他特徵，保護膜是由含有SiO2的材料所形成。
本發明的其他特徵，紫外線硬化性樹脂，為環氧樹脂及丙烯酸酯樹脂的其中任一種。倘若採用具有耐熱性的環氧樹脂，由於形成保護膜時可採用高溫步驟，因此可形成更精密的保護膜。
本發明的其他特徵，玻璃基材部，其厚度為0.1mm以上0.2mm以下，且由最小彎曲半徑為50mm的構件所形成。在該場合中，藉由使玻璃基材部的厚度、最小彎曲半徑形成上述範範圍的值，能在不會使玻璃基材部破損的狀態下，捲附於作為支承構件的圓筒狀捲筒、或固定附著於皮帶。
本發明的其他特徵，支承構件為圓筒狀捲筒，玻璃基材部是利用真空夾頭而固定於圓筒狀捲筒。在該場合中，藉由利用真空夾頭將玻璃基材部貼附於圓筒狀捲筒，可防止空氣等進入玻璃基材部與圓筒狀捲筒之間形成間隙。此外，由玻璃基材部與圖形部所構成的薄片狀模具容易更換，可縮短製造零件、裝置等元件的設定時間(setup time)。
本發明的其他特徵，玻璃基材部是採用接著劑及雙面膠帶的至少其中一種而固定於支承構件。在該場合中，藉由採用接著劑或雙面膠帶，可將薄片狀模具穩固地固定於作為支承構件的圓筒狀捲筒或皮帶。
本發明的其他特徵，單一玻璃基材部之周方向的長度，與支承構件的周邊長度相等。在該場合中，藉由減少薄片狀模具的邊緣(端部)，可降低所謂「成形用的樹脂從邊緣進入玻璃基材部與支承構件之間」的不良情形。
本發明的其他特徵，將複數個玻璃基材部固定於支承構件。在該場合中，由於採用複數個玻璃基材部，可此各個薄片狀模具的面積變得較小，而使薄片狀模具的製作變得容易。此外，由於能使面積變得較小，因此不需要大型的裝置，能以極高的形狀精度製作薄片狀模具。此外，藉由將複數個薄片狀模具貼附於1個支承構件，可製造少量之多種品種的製品。
本發明之捲筒狀模具的製造方法具備：藉由紫外線硬化性樹脂，在平板狀的玻璃基材部的其中一面側形成具有微細凹凸形狀之圖形部的圖形部形成步驟；及在圖形部形成步驟後，將玻璃基材部的另一面側，固定於具有曲面之支承構件的固定步驟。
根據上述捲筒狀模具的製造方法，由於將「由玻璃基材部與圖形部所構成」的薄片狀模具固定於支承構件，故能以低成本製作模具。此外，由於作為模具的玻璃基材部為薄板狀(薄片狀)，因此具有可撓性，可輕易地捲附於具有曲面的支承構件。此外，由於以玻璃作為基材部，因此能製作具有耐久性的模具。此外，由於以玻璃作為基材部，即使對圖形部執行成膜加工時採用高溫步驟， 也不會產生玻璃基材部的翹曲等，可防止微細凹凸形狀的尺寸變化。
本發明的具體特徵，在上述捲筒狀模具的製造方法中，在圖形部形成步驟與固定步驟之間，具備「在圖形部的上側形成脫模用膜」的脫模用膜形成步驟。
本發明的其他特徵，在圖形部形成步驟與脫模用膜形成步驟之間，具備在圖形部上形成保護膜的保護膜形成步驟。
本發明的其他特徵，圖形部是由刻印處理(imprinting process)所形成。在該場合中，能精度良好地轉印圖形部的形狀。
本發明的其他特徵，脫模用膜是採用浸漬法形成。在該場合中，可遍及微細凹凸形狀的表面而形成脫模用膜。
本發明的其他特徵，保護膜是採用CVD(化學氣相蒸鍍：Chemical Vapor Deposition)法形成。在該場合中，可形成緻密的膜，且即使是「具有90度之直立壁等」的形狀體，也能在直立壁側面確保膜厚度。
本發明之元件的製造方法具備：將紫外線硬化性樹脂塗布於樹脂基材的塗布步驟；和在塗布步驟後，將上述捲筒狀模具的圖形部按壓於樹脂基材方向，並對紫外線硬化性樹脂照射紫外線而促使圖形部的形狀轉印固化的轉印步驟；及在轉印步驟後，使捲筒狀模具從紫外線硬化性樹脂脫模的脫模步驟。
根據上述元件的製造方法，藉由採用上述的捲筒狀模具，能不會導致模具劣化地連續成形，可提高零件及其他元件製造的處理量(throughput)，並可低成本化。
本發明的具體性特徵，在上述元件的製造方法中，使捲筒狀模具轉動，並執行複數次轉印步驟與脫模步驟。
本發明的其他特徵，由上述元件製造方法所製造的元件，是微通道裝置或者光學元件。利用上述元件的製造方法，能輕易地大量且低成本地製造要求高精度的微通道裝置、光學元件(譬如：攝影透鏡、閃光燈用透鏡、微透鏡陣列(microlens array)、…)等。
10‧‧‧薄片狀模具
11‧‧‧圖形部
12‧‧‧玻璃基材部
13‧‧‧保護膜
14‧‧‧脫模用膜
30‧‧‧構造部
40‧‧‧樹脂基材
50‧‧‧主模(master mold)
80‧‧‧元件集合體
100‧‧‧捲筒狀模具
200‧‧‧元件
GU‧‧‧接著劑
JS1、JS2‧‧‧紫外線硬化性樹脂
SS‧‧‧元件圖形
第1圖：第1圖A，是說明第1實施形態之捲筒狀模具的立體圖，第1圖B，為第1圖A的俯視圖，第1圖C，是捲筒狀模具之中，玻璃基材部及圖形部周邊的部分放大剖面圖。
第2圖：是用來說明第1圖A等所示之捲筒狀模具的圖形部之配置的圖。
第3圖：第3圖A，是說明第1實施形態之元件的俯視圖， 第3圖B，為第3圖A中AA箭號部分的放大剖面圖。
第4圖：第4圖A~G，是說明第1圖A等所示之捲筒狀模具的製造順序的圖。
第5圖：第5圖A~D，是說明第3圖A等所示之元件的製造順序的圖。
第6圖：第6圖A，是說明第2實施形態之捲筒狀模具的俯視圖，第6圖B及C，是說明捲筒狀模具的圖形部之配置的圖。
第7圖：第7圖A~D，是說明第6圖A等所示之捲筒狀模具的變形例的俯視圖。
第8圖：是說明第3實施形態之捲筒狀模具的示意性側剖面圖。
第9圖：第9圖A~D，是說明元件之變形例的製造順序的圖，第9圖E為所製作之一個元件的放大剖面圖。
在以下的實施形態中，就支承構件而言，是採用「適用於圓筒狀捲筒的捲筒狀模具」進行說明。
[第1實施形態]
捲筒狀模具
以下，參考圖面說明本發明之第1實施形態的捲筒狀模具。
如第1圖A、B所示，捲筒狀模具100，具備薄片狀模具10、及圓筒狀捲筒20。捲筒狀模具100，是藉由利用圖面中未顯示的驅動裝置而以軸AX作為中心轉動，可轉印譬如設在「微通道裝置或光學元件之類的零件或裝置」之元件200(請參考第3圖A及第9圖E)的圖形。在本實施形態中，是將1張薄片狀模具10貼附於圓筒狀捲筒20的側面20p。在本實施形態中，是採用「微通道裝置的元件(零件)200」，作為所製作之元件的例子進行說明。
如同第1圖C中放大的剖面所示，薄片狀模具10具有圖形部11、玻璃基材部12。薄片狀模具10，在未捲附於圓筒狀捲筒20的狀態下，呈現矩形的薄板狀或者薄片狀。薄片狀模具10具有可撓性，且能輕易地貼附於圓筒狀捲筒20。此外，薄片狀模具10可對圓筒狀捲筒20形成裝卸，而形成可以交換。
薄片狀模具10之中，圖形部11在表面側具有微細的凹凸形狀11a，是用來將「所製作之元件200的圖形形狀」賦予於對象物的構件。圖形部11具有複數個元件200的圖形。換言之，概念上如第2圖所示，複數個元件圖形SS以二維的(bidimensional)排列方式形成於薄片狀模具10上。如第1圖C所示，在圖形部11的表面11p上，於表面側設有保護膜13與脫模用膜14。保護膜13 夾介於圖形部11與脫模用膜14之間。亦即，脫模用膜14被配置在捲筒狀模具100的最外側。藉由設置脫模用膜14，當於後述之元件200的製造時，能使元件集合體80輕易地從捲筒狀模具100脫模。藉由設置保護膜13，可使脫模用膜14的緊密附著性變得良好，並防止脫模用模14從圖形部11剝離。圖形部11是由紫外線硬化性樹脂所形成。就紫外線硬化性樹脂而言，譬如採用丙烯酸酯樹脂或環氧樹脂等。然而，最好是採用具有耐熱性的環氧樹脂。脫模用膜14，最好是以表面能(surface energy)低的材料，譬如氟化合物、碳氫化合物等形成具有脫模性功能的構造。保護膜13，是由與玻璃基材部12之相容性良好的無機化合物所形成。就無機化合物而言，譬如可採用SiO2等。保護膜13的厚度，是設定成可維持耐久性的最佳厚度，譬如5nm以上100nm以下，最好是10nm以上50nm以下。
以下，針對適合於圖形部11等形成的材料進行詳述。
A)環氧樹脂(圖形部)
就環氧樹脂而言，只要是具有環氧基且能藉由光或熱而聚合硬化，則於特殊的限制。就硬化引發劑(harden initiator)而言，可採用酸酐(acid anhydride)或陽離子產生劑(cation generator)等。由於環氧樹脂的硬化收縮率低，因此可形成「具有絕佳成形精度之元件200」的這點受 到歡迎。
就環氧化合物的種類而言，可舉出酚系酚醛環氧樹脂(phenolic novolac epoxy)、聯苯環氧樹脂(biphenyl epoxy)、及倍環戊二烯環氧樹脂(dicyclopentadiene epoxy)。就其一例而言，可列舉出：雙酚F環氧樹脂(Bisphenol F Diglycidyl Ether)、雙酚A環氧樹脂(Bisphenol A Diglycidyl Ether)、2，2’-雙(4-環氧丙基氧基環己基)丙烷、3，4-環氧環己基甲基3，4-環氧環己基甲酸酯、二氧化乙烯環己烯(vinylcyclohexene dioxide)、2-(3，4-環氧環己基)-5，5-螺(3，4-環氧環己烷)-1，3-二氧六環、雙(3，4-環氧環己基)己二酸、1，2-環丙烷二羧酸雙環氧丙基酯等。
硬化劑，是構成硬化性樹脂材料時所使用的成分，並無特殊的限定。就硬化劑而言，最好是使用：酸酐硬化劑或酚硬化劑、光陽離子引發劑(photo cation initiator)等。就酸酐硬化劑的具體例而言，可列舉出：苯二甲酐(Phthalic anhydride)、順丁烯二酐(maleic anhydride)、苯偏三酸酐(trimellitic anhydride)、苯均四酸二酐(pyromellitic dianhydride)、六氫肽酐(hexahydrophthalic anhydride)、3-甲基-六氫肽酐、4-甲基-六氫肽酐、或者3-甲基-六氫肽酐與4-甲基-六氫肽酐的混合物、四氫酞酐(tetrahydrophthalic anhydride)、納迪克酸酐(nadic acid anhydride)、甲基納迪克酸酐(methyl nadic acid anhydride)等。就光陽離子引發劑而言，譬如可 舉出：鎓鹽(onium salt)、重氮鹽(diazonium salt)、錪鹽(iodonium salt)、及丙酮鋶類(sulfonium acetones)。此外，可視需要含有硬化促進劑。就硬化促進劑而言，只要是硬化性良好，不會著色且不會損及硬化性樹脂之透明性者，則無特殊的限定，譬如可採用：2-乙基-4-甲咪唑(2E4MZ)等的咪唑類(imidazoles)、三級胺(tertiary amine)、四級胺鹽(quaternary ammonium salt)、二氮雜二環(diazabicycloundecen)等的雙環式脒類及其衍生物、膦(phosphine)、鏻鹽(phosphonium salt)等，可採用上述的其中一種，或混合2種以上。
B)無機化合物(保護膜)
無機化合物最好具有光透過性。就無機化合物而言，譬如可採用金屬氧化物。
就金屬氧化物而言，最好是對光、氧或熱呈現安定的化合物，其中以ZnO、SiO2、Al2O3、ZrO2、SnO2及CaO最合適。基於轉印之耐久性的觀點，最好是從Si、Al及Zr所形成的群組中選出至少一種之金屬的氧化物，其中又以SiO2，Al2O3及ZrO2特別合適。
C)氟系樹脂(脫模用膜)
就氟置換烴基(hydrocarbon group)而言，以「在分子構造的其中一端具有CF3(CF2)a-基、或CF3．CF3．CF(CF2)b-基之類的全氟基(perfluoro group)(a與b為整數) 」的氟置換烴基特別合適。此外，全氟基的長度，炭素數量最好為2個以上，連結於CF3(CF2)a-的CF3之CF2基的數量以5以上較為適當。
此外，全氟基不必為直鍊，也可以具有分枝
構造。不僅如此，因應於近年來的環境問題，也可以是如CF3(CF2)c-(CH2)d-(CF2)e-般的構造。在該場合中，c為3以下，d為整數(最好是1)，e則為4以下。
雖然上述的氟脫模劑通常是固體，但為了將其塗布於圖形部11的表面，而有作成「溶解於有機溶劑之溶液」的必要。雖然因脫模劑的分子構造而有所不同，但絕大多數可採用的溶媒，是氫氟碳化合物系的溶劑、或在氫氟碳化合物溶劑中混入若干有機溶媒者。雖然溶媒的濃度並無特殊的限定，但由於所需要的脫模用膜14的特徵是非常的薄，因此濃度較低的溶媒便足以勝任，1~3質量%即可。
就具體的例子而言，可列舉出：Optool DSX(商品名，大金工業製)、Durasurf HD-1100、HD-2100(商品名，大金工業製)、Nobeck EGC1720(商品名，住友3M製)、triazine thiol(商品名，竹內真空被膜製)的蒸鍍、amorphous fluorine SAITOP Grade M(商品名，旭硝子製)、stain proof coat OPG-800(商品名，日本NI MATERIAL製)等。
D)碳氫化合物(脫模用膜)
就碳氫化合物而言，是矽基(silicone-based)的脫模劑，就烴基而言，亦可如同CnH2n+1般的直鍊。
傳統的矽基脫模劑，是以有機聚矽氧烷樹脂(organopolysiloxane resin)作為主成分的組成物，就形成「展現出撥水性之硬化皮膜」的組成物而言，已知有為數甚多的組成物。譬如，在日本特開昭55-48245號公報中揭示一種：由含有氫氧基的甲基聚矽氧烷樹脂(methylpolysiloxane resin containing a hydroxyl group)、α，ω-二羥基二有機聚矽氧烷(α，ω-dihydroxy diorgano polysiloxane)、有機矽烷(organosilane)所形成，硬化後形成具有絕佳脫模性、防汚性，且具有撥水性之皮膜的組成物。此外，在日本特開昭59-140280號公報中揭示一種組成物：將「以含有全氟烷基的有機矽烷、與含有胺基的有機矽烷作為主成分的有機矽烷之部分共加水分解縮合物」作為主劑的組成物，形成具有絕佳撥水性、撥油性的硬化皮膜。
就具體的例子而言，可列舉出：Mold Spat(商品名，AGC SEIMI CHEMICAL公司製)、Orgatics SIC-330、434(商品名，Matsumoto Fine Chemical公司製)、SR-2410(商品名，Toray Dow Chemical公司製)等。此外，就自我組織化單分子膜(self-organizing monomolecular film)而言，可列舉出SAMLAY(商品名，日本曹達製)。
回到第1圖C，玻璃基材部12，是在表面12p上支承圖形部11的薄板狀構件。玻璃基材部12具有 平滑的面。玻璃基材部12，是以背面12q側固定於圓筒狀捲筒20。就固定方法而言，譬如利用真空夾頭、接著劑、雙面膠帶等的固定。玻璃基材部12之周方向的長度，與圓筒狀捲筒20之圓周的長度相等。在該場合中，當將1張玻璃基材部12捲附於圓筒狀捲筒20時，可使薄片狀模具10之相對向的2個端面接合於一處。如此一來，相較於採用複數個薄片狀模具的場合，可減少薄片狀模具10之接合部的數量，使樹脂等難以進入薄片狀模具10與圓筒狀捲筒20之間。就玻璃基材部12而言，雖然只要是可形成輕薄，且具有可撓性的玻璃材便可適用或使用，但最好是採用浮式玻璃生產法(float process)、下拉法(down-draw process)、熔融法(fusion process)等之具有表面平滑性的薄板玻璃，矽酸鹽玻璃、石英玻璃、硼矽酸鹽玻璃、無鹼玻璃等。其中又以無鹼玻璃最為合適，就具體的例子而言，可列舉出日本電氣硝子(株)製作的無鹼硼矽酸鹽玻璃。玻璃基材部12，譬如是採用雷射劃線法所切斷。藉此，可保持玻璃基材部12的強度。玻璃基材部12，最好是採用厚度為0.1mm以上0.2mm以下，最小彎曲半徑為50mm的材料。如此一來，由於玻璃基材部12輕薄，且如稍後所述最小彎曲半徑略等於或小於圓筒狀捲筒20的半徑，因此可在玻璃基材部12沒有破損的狀態下，捲附於圓筒狀捲筒20。
回到第1圖A、B，圓筒狀捲筒20，是從背側支承玻璃基材部12而使圖形部11成為表側的構件，並且 是具有曲面的構件。在玻璃基材部12由真空夾頭所固定的場合中，如第1圖B所示，在圓筒狀捲筒20設有複數個孔20a。各個孔20a被均等的配置而使薄片狀模具10可均勻地貼附。圓筒狀捲筒20連接於圖面中未顯示的真空泵，在已捲附薄片狀模具10的狀態下，藉由使真空泵作動，可使薄片狀模具10吸附於圓筒狀捲筒20。圓筒狀捲筒20，譬如是由金屬所形成。金屬可採用譬如不鏽鋼材等。捲筒狀模具100的半徑為50mm以上300mm以下。
元件(零件或者裝置)
如第3圖A、B所示，元件200具備構造部30與樹脂基材40。利用捲筒狀模具100所製作的元件200，可製作成微通道裝置、或光學元件(攝影透鏡、閃光燈用透鏡、微透鏡陣列等)。在第3圖A、B中，是顯示微通道裝置作為例示。元件200，是藉由切斷後述第5圖C所示的元件集合體80而獲得。
元件(零件)200之中，構造部30具有微細的凹凸形狀31a，也就是指發揮元件200之功能的圖形形狀。在微通道裝置的場合中，在構造部30設有：可供試驗液等通過的流路用溝FC；和連通於流路用溝FC之試料或試劑的導入口MC。構造部30是由紫外線硬化性樹脂所形成。紫外線硬化性樹脂，譬如可採用丙烯酸酯樹脂或環氧樹脂。構造部30所使用的樹脂材料，可以是與「形成薄片狀模具10之圖形部11的樹脂」相同的材料，亦可為不 同的材料。具體地說，可採用UV奈米壓印用樹脂PAK-02(商品名，東洋合成工業製)等。
樹脂基材40，是用來支承構造部30之薄板狀的樹脂製構件。樹脂基材40譬如可採用：具有平滑的面的樹脂薄膜等。樹脂材料譬如可採用：PET(Polyethylene terephthalate)、壓克力、PC(Polycarbonate)、PI(polyimide)等。
捲筒狀模具的製造方法
以下，參考第4圖A~G說明捲筒狀模具100的製造方法。
[塗布步驟]
首先，如第4圖A所示，對平板狀之玻璃基材部12的其中一個面側塗布紫外線硬化性樹脂JS1。塗布方法可採用：分配器(dispenser)、旋塗(spin coat)、壓模塗布(die-coating)等。當在執行包含該步驟及其後續步驟的處理時，玻璃基材部12是被載置或吸附於平坦的支承台。
[圖形部形成步驟]
接著，如第4圖B所示，藉由刻印成形，對紫外線硬化性樹脂JS1賦予主模50之轉印面50a的形狀。具體地說，是將主模50按壓於玻璃基材部12上的紫外線硬化性樹脂JS1，並照射紫外線UV促使紫外線硬化性樹脂JS1 硬化。在硬化後，使紫外線硬化性樹脂JS1與玻璃基材部12一起從主模50脫模。如此一來，如第4圖C所示，在玻璃基材部12形成圖形部11。在此之後，執行後熱處理(post cure)，促使紫外線硬化性樹脂JS1完全硬化。利用以上的方法，可獲得「已將製品形狀反轉至表面11p」的薄片狀模具10。雖然省略了詳細之形狀的圖示，但在主模50的轉印面50a配置了複數個製品形狀，也就是指元件200的圖形形狀。主模50可採用：譬如金屬(電鑄)模、玻璃模、Si模(silicon mold)等。
[保護膜形成步驟]
接著，如第4圖D所示，在薄片狀模具10的圖形部11上形成「作為保護膜13的無機化合物層」。此時，由於基材12為玻璃製的緣故，不易彎曲且能耐高溫，故能在高溫下執行處理。保護膜13的形成譬如採用CVD法。將「在基材12上形成有圖形部11的薄片狀模具10」固定於CVD裝置的處理室60內，並進形成膜。CVD法的成膜溫度為60℃~200℃的程度。溫度越高越能形成緻密的膜，而成為最適合的保護膜13。考慮到薄片狀模具10之構成材質的溫度特性等，在不會導致耐久性劣化的範圍內選擇最適當的溫度。最佳的成膜溫度為80℃~150℃左右。
[脫模用膜形成步驟]
接著，如第4圖E所示，在薄片狀模具10的保護膜13上形成作為脫模用膜14之譬如氟化合物層。藉此，可獲得如第4圖F所示，經脫模處理的薄片狀模具10。脫模用膜14的形成譬如採用浸漬法。具體地說，是將已形成有保護膜13的薄片狀模具10，浸漬於已注入容器70的氟化合物中。而脫模用膜14的形成法亦可採用：旋塗法、噴霧法、蒸鍍法等。通常，是在塗布了氟化合物後，利用自然乾燥使溶媒蒸發而形成乾燥塗膜。
[固定步驟]
最後，如第4圖G所示，將「未形成有薄片狀模具10之圖形部11」的另一個面(背面12q；請參考第1圖C)側，貼附固定於圓筒狀捲筒20的側面20p。在利用真空夾頭形成貼附的場合中，使圖面中未顯示的真空泵作動而形成貼附。
元件的製造方法
以下，參考第5圖A~D說明元件200的製造方法。
[塗布步驟]
首先，如第5圖A所示，對樹脂基材40塗布紫外線硬化性樹脂JS2。塗布方法可採用譬如壓模塗布法。在表面40p上塗布有紫外線硬化性樹脂JS2的樹脂基材40， 是由圖面中未顯示的搬送系統搬送至捲筒狀模具100下。
[轉印‧脫模步驟]
接著，如第5圖B所示，將捲筒狀模具100的形狀轉印於樹脂基材40上的紫外線硬化性樹脂JS2而成形。具體地說，相對於樹脂基材40上所塗布的紫外線硬化性樹脂JS2，使捲筒狀模具100朝逆時針方向轉動並同時朝下側的樹脂基材40方向按壓，或者將樹脂基材40朝捲筒狀模具100側按壓，從背面側局部性地對按壓部分照射紫外線而促使紫外線硬化性樹脂JS2硬化。舉例來說，如圖面所示，成形前的紫外線硬化性樹脂JS2側，是藉由遮光體RT遮蔽紫外線。在樹脂的硬化後、或者與硬化並行地持續捲筒狀模具100的轉動，使紫外線硬化性樹脂JS2與樹脂基材40一起從捲筒狀模具100脫模。藉由使捲筒狀模具100連續地轉動，可執行硬化後之紫外線硬化性樹脂JS2的脫模，並可使捲筒狀模具100接觸於未硬化的紫外線硬化性樹脂JS2，而連續執行複數次轉印‧脫模步驟。所製造的元件構造體，從捲筒狀模具100下被搬送至外部。利用以上的方式，將捲筒狀模具100的圖形部11轉印至樹脂基材40上的紫外線硬化性樹脂JS2，可獲得如第5圖C所示「在特定尺寸的樹脂基材40上形成有複數個元件200之圖形(凹凸形狀31a)」的元件集合體80。雖然在第5圖B之捲筒狀模具100的剖面圖中，示意地顯示捲筒狀模具100的圖形形狀SS，但實際上是形成細微的元件 200的圖形。此外，也可以供給樹脂基材40而使其捲附於捲筒狀模具100的側面100a，也就是指薄片狀模具10的表面10a。
[切斷步驟]
最後，如第5圖D所示，沿著虛線切斷元件集合體80而形成單片化。藉此，可獲得第5圖D所示之經單片化的元件200。切斷的方法譬如可採用：利用衝孔刀90所執行的切斷、利用CO2雷射的切斷、格狀切割(dicing cut)等。因製品的不同，有時也會不形成單片化地出貨給顧客，在該場合中，並將將元件集合體80予以切斷。
根據以上所說明的捲筒狀模具100，由於作為模具的玻璃基材部12呈薄板狀(薄片狀)，因此具有可撓性，能輕易地貼附於「本身是具有曲面之支承構件」的圓筒狀捲筒20。只要適當地設定玻璃基材部12的厚度和圓筒狀捲筒20的筒徑，玻璃基材部12便能不破損地緊密附著於圓筒狀捲筒20。此外，由於是以玻璃作為基材部，故即使反覆地成形(製造元件)也能防止模具的劣化，可形成良好的模具耐久性。此外，由於以玻璃作為基材部，即使對圖形部11進行成膜加工時採取高溫步驟，也不會引發玻璃基材部12的翹曲等，可防止微細凹凸形狀11a的尺寸變化。由於玻璃的物性較樹脂更硬，且與無機化合物或氟化合物等的相容性亦良好，因此即使執行上述的成膜，模具的劣化更少且耐久性良好。
[實施例1]
以下，說明本實施形態的實施例。
在捲筒狀模具100的製作中，採用軸AX方向的長度100mm、周方向的長度600mm、總厚度0.15mm的薄片狀模具10；及軸AX方向的長度100mm、半徑100mm的圓筒狀捲筒20。薄片狀模具10之圖形部11的凸部高度約為0.03mm。薄片狀模具10的玻璃基材部12，採用厚度0.1mm的無鹼硼矽酸鹽玻璃。圖形部11的紫外線硬化性樹脂JS1採用環氧樹脂，總厚形成0.05mm。而保護膜13採用SiO2，形成20nm的厚度。保護膜13的形成採用CVD法。此外，脫模用膜14採用大金工業株式会社製造的Optool DSX(商品名)。脫模用膜14的形成採用浸漬法。
在採用捲筒狀模具100所製作的元件200之中，於構造部30採用東洋合成工業製造的「UV奈米刻印用樹脂PAK-02」作為紫外線硬化性樹脂JS2。構造部30的凹部高度約為0.03mm。
以下，針對本實施例中捲筒狀模具100的性能進行說明。就比較例而言，是採用「薄片狀模具的基材部為樹脂，具體地說是PC(Polycarbonate)」的捲筒狀模具，其他的構件採用與本實施形態之捲筒狀模具100相同的材料及製造方法。本實施例及比較例皆是使捲筒狀模具適當地轉動，而執行了100次的轉印。
以下，表1中顯示本實施例及比較例的耐久試驗結果。
如表1所示，在本實施例中，於100次的轉印後，並未在玻璃基材部12發現劣化。另外，在比較例中，於100次的轉印後，在樹脂製的基材部產生龜裂而發現劣化。如此一來，可得知藉由形成玻璃製的基材，可提高捲筒狀模具100的耐久性。
[第2實施形態]
以下，說明第2實施形態的捲筒狀模具等。而第2實施形態的捲筒狀模具等，是將第1實施形態的捲筒狀模具 等予以部分變更的構件，至於沒有特別說明的部分，則與第1實施形態相同。
如第6圖A所示，將2張玻璃基材部12，也就是指2張薄片狀模具10固定於圓筒狀捲筒20。在第6圖A中，是捲附2張周方向的長度與圓筒狀捲筒20之圓周相同的薄片狀模具10。在該場合中，薄片狀模具10上的元件圖形SS，是如第6圖B所示地配置。，如第6圖C所示，只要對2張薄片狀模具10賦予不同的凹凸形狀11a(譬如，圖面中以記號「A」表示的A類型、及以記號「B」表示的B類型)，便能一次分別形成複數個不同凹凸形狀11a的元件200。
根據本實施形態的捲筒狀模具100，由於採用複數個玻璃基材部12，可使每一張薄片狀模具10的面積變得較小，能達成薄片狀模具10之良率的提升(不良率的降低)，使薄片狀模具10的製作變得容易。此外，由於可以面積變得較小，因此不需要大型的裝置，能以良好的形狀精度製作薄片狀模具10。此外，藉由將複數個薄片狀模具10貼附於1個圓筒狀捲筒20，可少量地製造多個品種的製品。如第6圖A所示，由於薄片狀模具10是在捲筒狀模具100的轉動方向上形成水平方向的分割，因此成形用的樹脂難以進入薄片狀模具10與圓筒狀捲筒20之間。
而薄片狀模具10的分割方式，並不侷限於第6圖A所示的型態，可作適當的變更，舉例來說，可形成 如以下所說明的型態。亦即，如第7圖A所示，以垂直的方向(平行於軸AX的方向)，將2張薄片狀模具10在捲筒狀模具100的轉動方向上分割。在該場合中，薄片狀模具10之周方向的長度不會變長，與上述的說明相同，使薄片狀模具10的製作變得容易。
此外，如第7圖B所示，亦可捲附3張以上「周方向的長度與圓筒狀捲筒20的圓周相同」的薄片狀模具10。
此外，在更進一步將薄片狀模具10分割成複數個的場合中，亦可如第7圖C所示配置成堆疊狀、或如第7圖D所示配置成蜂巢狀。
[第3實施形態]
以下，說明第3實施形態的捲筒狀模具等。第3實施形態的捲筒狀模具等，是將第1實施形態的捲筒狀模具等予以局部變更的構件，至於沒有特別說明的部分，則與第1實施形態相同。
如第8圖所示，玻璃基材部12是使用接著劑GU而固定於圓筒狀捲筒20。在藉由接著劑GU所貼附的場合中，是將接著劑GU沾黏於薄片狀模具10或者圓筒狀捲筒20，而將薄片狀模具10捲附於圓筒狀捲筒20。而將玻璃基材部12固定於圓筒狀捲筒20的方法，並不侷限於接著劑GU，也可以採用雙面膠帶之類的其他黏著構件。
根據本實施形態的捲筒狀模具100，藉由採用接著劑GU，可將薄片狀模具10穩固地固定於圓筒狀捲筒20。
以上，雖是依據實施形態來說明本發明，但本發明並不侷限於上述的實施形態。舉例來說，在上述實施形態中，微通道裝置的圖形形狀只是一種例示，可適當地變更。此外，在製作「作為元件200的光學元件」的場合中，可採用與第4圖A~G相同的步驟，將形成有複數種對應於光學元件之形狀的薄片狀模具10，捲附於圓筒狀捲筒20的側面20p而形成捲筒狀模具100，採用第9圖A、B所示「與第5圖A、B之步驟相同」的步驟，製作如第9圖C所示「形成有複數個光學元件」的元件集合體80。最後，如第9圖D所示，沿著虛線切斷元件集合體80而形成單片化。如此一來，可獲得如第9圖E所示之形成單片化的光學元件，也就是指元件200。在第9圖E所示的元件200設有：光學功能部OS、與用來支承光學功能部OS的凸緣部FL。
此外，雖然在上述的實施形態中，製作了「將製品形狀予以反轉的薄片狀模具10」，但亦可準備「將製品形狀予以反轉的主模」，並複製「具有製品形狀的副主模(submaster mold)」，並且製作「更進一步作一次轉印，而將製品形狀予以反轉」的副副主模(sub-submaster mold)。
此外，在上述的實施形態中，雖是將捲筒狀 模具100配置於樹脂基材40上，但亦可將樹脂基材40搬送至上方，而將捲筒狀模具100配置於樹脂基材40之下。
再者，雖然在上述的實施形態中，採用「將薄片狀模具10固定於圓筒狀捲筒20而形成捲筒狀模具100」的例子進行說明，但本發明並不侷限於此，亦可將薄片狀模具10固定於皮帶而形成捲筒狀模具。
AX‧‧‧軸
10‧‧‧薄片狀模具
11‧‧‧圖形部
11a‧‧‧微細凹凸形狀
11p‧‧‧表面
12‧‧‧玻璃基材部
12p‧‧‧表面
12q‧‧‧背面
13‧‧‧保護膜
14‧‧‧脫模用膜
20‧‧‧圓筒狀捲筒
20a‧‧‧孔
20p‧‧‧側面
100‧‧‧捲筒狀模具

Claims (22)

  1. 一種捲筒狀模具，具備：圖形部，該圖形部由紫外線硬化性樹脂所形成，且具有微細凹凸形狀；和薄板狀的玻璃基材部，該薄板狀的玻璃基材部用來支承前述圖形部；及支承構件，該支承構件具有曲面，且從背側支承前述玻璃基材部而使前述圖形部成為表側。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的捲筒狀模具，其中至少前述圖形部，在表面側具有脫模用膜。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載的捲筒狀模具，其中前述脫模用膜是由氟化合物所形成。
  4. 如申請專利範圍第2項所記載的捲筒狀模具，其中至少在前述圖形部與前述脫模用膜之間具有保護膜。
  5. 如申請專利範圍第4項所記載的捲筒狀模具，其中前述保護膜是由無機化合物所形成。
  6. 如申請專利範圍第4項所記載的捲筒狀模具，其中前述保護膜的厚度為5nm以上。
  7. 如申請專利範圍第4項所記載的捲筒狀模具，其中前述保護膜是由含有SiO2的材料所形成。
  8. 如申請專利範圍第1項所記載的捲筒狀模具，其中前述紫外線硬化性樹脂，是環氧樹脂及丙烯酸酯樹脂的其中任一種。
  9. 如申請專利範圍第1項所記載的捲筒狀模具，其中 前述玻璃基材部是由：厚度為0.1mm以上0.2mm以下，最小彎曲半徑為50mm的構件所形成。
  10. 如申請專利範圍第1項所記載的捲筒狀模具，其中前述支承構件為圓筒狀捲筒，前述玻璃基材部是利用真空夾頭而固定於前述圓筒狀捲筒。
  11. 如申請專利範圍第1項所記載的捲筒狀模具，其中前述玻璃基材部，是採用接著劑及雙面膠帶的至少其中一種而固定於前述支承構件。
  12. 如申請專利範圍第1項所記載的捲筒狀模具，其中單一的前述玻璃基材部之周方向的長度，與前述支承構件的周邊長度相等。
  13. 如申請專利範圍第1項所記載的捲筒狀模具，其中將複數個前述玻璃基材部固定於前述支承構件。
  14. 一種捲筒狀模具的製造方法，具備：圖形部形成步驟，該圖形部形成步驟是在平板狀之玻璃基材部的其中一個面側，藉由紫外線硬化性樹脂形成具有微細凹凸形狀的圖形部；和固定步驟，該固定步驟在前述圖形部形成步驟之後，將前述玻璃基材部的另一個面側，固定於具有曲面的支承構件。
  15. 如申請專利範圍第14項所記載之捲筒狀模具的製造方法，其中在前述圖形部形成步驟與前述固定步驟之間具備：在前述圖形部的上側形成脫模用膜的脫模用膜形成步驟。
  16. 如申請專利範圍第15項所記載之捲筒狀模具的製造方法，其中在前述圖形部形成步驟與前述脫模用膜形成步驟之間具備：在前述圖形部上形成保護膜的保護膜形成步驟。
  17. 如申請專利範圍第14項所記載之捲筒狀模具的製造方法，其中前述圖形部是由刻印處理所形成。
  18. 如申請專利範圍第15項所記載之捲筒狀模具的製造方法，其中前述脫模用膜是採用浸漬法所形成。
  19. 如申請專利範圍第16項所記載之捲筒狀模具的製造方法，其中前述保護膜是採用CVD法所形成。
  20. 一種元件的製造方法，具備：塗布步驟，該塗布步驟對樹脂基材塗布紫外線硬化性樹脂；和轉印步驟，該轉印步驟是在前述塗布步驟之後，將申請專利範圍第1~13項之其中任一項所記載的捲筒狀模具的前述圖形部，朝前述樹脂基材方向按壓，並對紫外線硬化性樹脂照射紫外線而使前述圖形部的形狀轉印硬化；及脫模步驟，該脫模步驟是在前述轉印步驟之後，使前述捲筒狀模具從前述紫外線硬化性樹脂脫模。
  21. 如申請專利範圍第20項所記載之元件的製造方法，其中轉動前述捲筒狀模具，而執行複數次前述轉印步驟與前述脫模步驟。
  22. 如申請專利範圍第20項所記載之元件的製造方法，其中前述元件為微通道裝置或光學元件。
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