JP4349138B2 - 微細な凹凸パターンの転写方法及びそれにより得られた複製版 - Google Patents

Description

本発明は、表面に微細な凹凸形状を有するディスプレイを量産複製する製造方法に関するもので、特に回折格子パターンを有するディスプレイを複製する際に用いるもので、回折格子パターンを有する原版からその凹凸形状を光硬化樹脂の利用で転写する微細な凹凸パターンの転写方法及びそれを用いた複製版の製造方法に関する。

従来、回折格子パターンを有するディスプレイを複製する場合に、原版の回折格子の凹凸形状を複数個面付け転写した複製版（スタンパー）を用いて複製を行う方法が多く採用されてきている。

上記原版の凹凸形状を転写して大きな面積の複製版を作製する方法としては、光硬化樹脂もしくは紫外線硬化樹脂を用いて原版に樹脂が密着した状態で、紫外線照射により樹脂を硬化させて原版の凹凸形状を転写する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、紫外線硬化樹脂は硬化するときに硬化収縮が起こることから、この方法で成形膜厚を厚くすると硬化収縮による歪みが生じ、細かいひび割れ（マイクロクラック）が発生してしまうという問題がある。

また、この他に原版の凹凸形状を転写して大きな面積の複製版を作製する方法としては、光硬化樹脂もしくは紫外線硬化樹脂を用いて原版に樹脂が密着した状態で、ビーム状の光線を走査して移動させ紫外線を照射することにより樹脂を硬化させて原版の凹凸形状を転写する方法がある。

しかし、このようなビーム状の光線を走査して移動させ紫外線を照射する方法では、ビーム状の光線を走査した線に沿って、硬化状態が異なる縞構造ができ、この縞構造にある方向から光を入射して観察すると虹色で観察されてしまう。

また、上記縞構造は厚み方向に立体的な構造であることから、入射角度を変化すると光が拡散されて白っぽく見えてしまう。

以下に、上記先行技術文献を示す。
特許第０２７８９５９７号公報

以上のように、従来の方法としては、ビーム状の光線を走査した線に沿って、硬化状態が異なる縞構造ができ、この縞構造にある方向から光を入射して観察すると虹色で観察されたり、入射角度を変化すると光が拡散されて白っぽく見えてしまうという問題点があった。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであり、その課題とするところは、上記の平面状の透明基板表面に光硬化樹脂を設ける工程と、微細な凹凸パターンを有する平面状の原版を該光硬化樹脂に密着させ、該透明基板と原版を近接配置する工程と、該透明基板に原版と反対側からビーム状の光線を走査して移動させ該光硬化樹脂を順次硬化させる光硬化樹脂の硬化工程と、該原版を透明基板から剥離せしめる工程とからなる微細な
凹凸パターンの転写方法において、光硬化樹脂の硬化後に走査の線に沿った縞構造ができず、虹色や白色で観察されず透明度が高い極めて高精度な微細な凹凸パターンの転写方法及びそれを用いた複製版の製造方法を提供することにある。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、平面状の透明基板表面に光硬化樹脂を設ける工程と、微細な凹凸パターンを有する平面状の原版を該光硬化樹脂に密着させ該透明基板と原版を近接配置する工程と、該透明基板に原版と反対側から、ビーム状の光線で走査して移動させ該光硬化樹脂を順次硬化させる光硬化樹脂の硬化工程と、該原版を透明基板から剥離せしめる工程とからなる微細な凹凸パターンの転写方法において、前記光硬化樹脂を順次硬化させる光硬化樹脂の硬化工程が、前記ビーム状の光線で第１走査軸に繰り返し走査を行い、かつ同時に該第１走査軸に直交する第２走査軸に走査し、該第２走査軸の移動を、第１走査軸の走査１周期につきビーム状の光線の半径以下とし、所望の範囲内で同一箇所を第２走査軸により複数回走査するようにしたことを特徴とする微細な凹凸パターンの転写方法としたものである。

また、請求項２の発明では、上記同一個所を第２走査軸により複数回走査する際の、各走査ごとの第２走査軸の移動距離を、異なる移動距離としたことを特徴とする請求項１に記載の微細な凹凸パターンの転写方法としたものである。

また、請求項３の発明では、上記第２走査軸の異なる移動距離が、整数倍以外の数値としたことを特徴とする請求項２に記載の微細な凹凸パターンの転写方法としたものである。

また、請求項４の発明では、上記同一個所を第２走査軸により複数回走査する際の、各走査ごとの第１走査軸の繰り返し走査の周期を、異なる周期としたことを特徴とする請求項１記載の微細な凹凸パターンの転写方法としたものである。

また、請求項５の発明では、上記第１走査軸の異なる繰り返し走査の周期が、整数倍以外の数値としたことを特徴とする請求項４記載の微細な凹凸パターンの転写方法としたものである。

さらにまた、請求項６の発明では、上記請求項１乃至５のいずれかに記載の微細な凹凸パターンの転写方法により得られた複製版としたものである。

本発明は以上の構成であるから、下記に示す如き効果がある。

即ち、上記請求項１に係る発明によれば、光硬化樹脂を順次硬化させる光硬化樹脂の硬化工程を、ビーム状の光線で第１走査軸に繰り返し走査を行い、かつ同時に前記第１走査軸に直交する第２走査軸に走査し、前記第２走査軸の移動距離を、前記第１走査軸の走査１周期につき、前記ビーム状の光線の半径以下とし、所望の範囲内で同一個所を第２走査軸により、複数回走査するようにしたことによって、硬化した樹脂の内部に縞構造は作られず、虹色や白色で観察されず透明度が高い微細な凹凸パターンの転写方法を提供することができる。

また、上記請求項２に係る発明によれば、上記同一個所を第２走査軸により、複数回走査する際の、各走査ごとの第２走査軸の移動距離を、異なる移動距離としたことで、硬化した樹脂の内部はより均一になり、さらに透明度が高い光硬化樹脂を得ることができる効果がある。

また、上記請求項３に係る発明によれば、上記第２走査軸の異なる移動距離が、整数倍以外の数値としたことで、硬化した樹脂の内部はより均一になり、さらに透明度が高い光硬化樹脂を得ることができる。

また、上記請求項４に係る発明によれば、上記同一個所を第２走査軸により、複数回走査する際の、各走査ごとの第１走査軸の繰り返し走査の周期を、異なる周期としたことで、各走査ごとの第２走査軸の移動距離が異なることになり、硬化した樹脂の内部はより均一になり、さらに透明度が高い光硬化樹脂を得ることができる。

さらにまた、上記請求項５に係る発明によれば、上記第１走査軸の異なる繰り返し走査の周期が、整数倍以外の数値としたことで、硬化した樹脂の内部はより均一になり、さらに透明度が高い光硬化樹脂を得ることができる。

また、上記請求項６に係る発明によれば、上記請求項１乃至５のいずれかに記載の微細な凹凸パターンの転写方法により得られた複製版は、虹色や白色で観察されず、より透明度が高い微細な凹凸パターンを有するものとすることができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて詳細に説明する。

図１は微細な凹凸パターンの転写方法の一実施形態においての構成要素を示す斜視図である。

図１において、ガラス基板１１の面に対して上下方向に移動する昇降ヘッド１４が配置してある。昇降ヘッド１４のガラス基板１１に対向する面には、表面に凹凸形状のあるＮｉ原版１３が貼り付けてある。

ガラス基板１１の成形面は、ガラス表面を薬液により溶解し表面を細かく荒らした状態にするノングレア処理を行い、さらにシランカップリング処理を行うことで、硬化した樹脂とガラスの密着を強めるようにしてある。

次に、ガラス基板１１の表面に紫外線硬化樹脂１２を塗布（滴下）し、Ｎｉ原版１３を貼り付けた昇降ヘッド１４を徐々に降下し、ガラス基板１１と平行になるように近接配置する。

次に、発振する光の波長が３２５ｎｍの紫外線である（Ｈｅ−Ｃｄレーザー）紫外線レーザー１５から発振したレーザー光をミラー１６にて反射し、シャッター１７を経て、Ｘスキャナー１８のミラーに入射する。

さらに、Ｘスキャナー１８により走査されたレーザー光を、Ｙスキャナー１９のミラーに入射し、Ｘスキャナー１８の走査方向と直交する方向に走査する。

ところで、ガラス基板１１の表面のノングレア処理による微細な凹凸は、表面に塗布した紫外線硬化樹脂１２によって埋めらることにより、見かけ上は透明な基板となる。

ここで、図１においてはガラス基板１１の表面に塗布した紫外線硬化樹脂１２と、Ｎｉ原版１３は離れたように図示しているが、実際にレーザー光を照射するときは、紫外線硬化樹脂１２とＮｉ原版１３は密着して近接配置している。

次に、図２にＸＹスキャナーにより樹脂面に走査したパターンの概略図を示す。

ここで、Ｘスキャナーは４ＨＺで往復運動するように三角波で駆動し、Ｘ軸方向に走査される。

また、同時にＹスキャナーがＹ軸方向に、Ｘスキャナーが１往復走査する間に移動する移動距離２１が、レーザー光線のガウスビーム半径以下となるように走査する。

一般的に、レーザー光線の強度分布はガウス分布となっており、図３に示すような曲線の強度分布を示し、Ｘ軸がビーム直径、Ｙ軸は相対強度を示す。

レーザー光線のビーム径（ガウスビーム直径）は、ガウス分布でのレーザー強度のピーク値の１／ｅ２ の値（０．１３５）の部分となる。

図２において、Ｙスキャナーの移動距離をガウスビーム半径以下となるように走査することで、Ｘ軸方向が折り返す部分でのＹ軸方向のビーム間隔２２がビーム直径となり、レーザーが照射されない紫外線硬化樹脂がなくなる。

しかし、レーザー光線のビーム直径の外周付近での光強度は、中心部とはかなり差があり、紫外線硬化樹脂の硬化する露光量以下の露光量で照射した場合には、ビームの外周部が通過した部分と、中心部が通過した部分では、硬化の度合いが異なることが起こる。

このため、樹脂の内部に完全に硬化した部分と半硬化の部分での縞構造が出来てしまい、この縞の間隔が細かい場合には屈折率の差により虹色で観察されてしまう。

次に、図４は本発明による光硬化樹脂の硬化方法の一実施形態においての構成要素を示す図である。

左側が１回目の走査のパターンを示し、右側が２回目の走査のパターンを示す。２回目のビーム間隔４２は、１回目のビーム間隔４１の３／４としてあり、１回目の走査で半硬化の部分に、２回目の走査でさらに照射されるので、縞構造が緩和される。

この２回のビーム間隔が整数倍であると、１回目の走査と２回目の走査が周期的に重なるところができてしまい、縞構造が残ってしまう。

また、Ｙ軸方向の移動速度を一定として、Ｘ軸方向の往復の周期を変えると、Ｙ軸方向のビーム間隔が変化したことになり、同様な効果が得られる。

ここで、１回目と２回目の露光量の合計が、紫外線硬化樹脂の完全硬化する露光量に設定することで、１回目露光で樹脂が半硬化状態となり、２回目の露光で完全に硬化するとともに、縞構造が解消され透明度の高い硬化状態となる。

従って、光硬化樹脂の硬化を、ビーム状の光線をＸ軸に繰り返し走査を行い、かつ同時にＸ軸に直交するＹ軸に走査し、Ｙ軸の移動距離を、Ｘ軸の走査１周期につき、ビーム状の光線の半径以下とし、所望の範囲内で同一個所をＹ軸により、複数回走査するようにし、さらに複数回走査する際の、各走査ごとのＹ軸の移動距離を、異なる移動距離としたことによって、硬化した樹脂の内部に縞構造は作られず、虹色や白色で観察されず透明度が高い微細な凹凸パターンの転写方法を提供することができる。

本発明の微細な凹凸パターンの転写方法の一実施の形態を示す斜視図である。 本発明の微細な凹凸パターンの転写方法の一事例で、ＸＹスキャナーにより樹脂面に走査したパターンの概略図である。 本発明の微細な凹凸パターンの転写方法の一事例で、それに用いるレーザー光線の強度分布を示すグラフである。 本発明の微細な凹凸パターンの転写方法の一事例で、ＸＹスキャナーにより樹脂面に走査したパターンの概略図であり、（ａ）は、１回目の走査のパターンを示し、（ｂ）は、２回目の走査のパターンを示す。

符号の説明

１１‥‥ガラス基板
１２‥‥紫外線硬化樹脂
１３‥‥Ｎｉ原版
１４‥‥昇降ヘッド
１５‥‥紫外線レーザー
１６‥‥ミラー
１７‥‥シャッター
１８‥‥Ｘスキャナー
１９‥‥Ｙスキャナー
２１‥‥移動距離
２２、４１、４２‥‥ビーム間隔

Claims (6)

1. 平面状の透明基板表面に光硬化樹脂を設ける工程と、微細な凹凸パターンを有する平面状の原版を該光硬化樹脂に密着させ、該透明基板と原版を近接配置する工程と、該透明基板に原版と反対側から、ビーム状の光線を走査して移動させ該光硬化樹脂を順次硬化させる光硬化樹脂の硬化工程と、該原版を透明基板から剥離せしめる工程とからなる微細な凹凸パターンの転写方法において、前記光硬化樹脂を順次硬化させる光硬化樹脂の硬化工程が、前記ビーム状の光線を第１走査軸に繰り返し走査を行い、かつ同時に該第１走査軸に直交する第２走査軸に走査し、該第２走査軸の移動を、第１走査軸の走査１周期につきビーム状の光線の半径以下とし、所望の範囲内で同一箇所を第２走査軸により複数回走査するようにしたことを特徴とする微細な凹凸パターンの転写方法。
2. 上記同一個所を第２走査軸により複数回走査する際の、各走査ごとの第２走査軸の移動距離を、異なる移動距離としたことを特徴とする請求項１に記載の微細な凹凸パターンの転写方法。
3. 上記第２走査軸の異なる移動距離が、整数倍以外の数値としたことを特徴とする請求項２記載の微細な凹凸パターンの転写方法。
4. 上記同一個所を第２走査軸により複数回走査する際の、各走査ごとの第１走査軸の繰り返し走査の周期を、異なる周期としたことを特徴とする請求項１記載の微細な凹凸パターンの転写方法。
5. 上記第１走査軸の異なる繰り返し走査の周期が、整数倍以外の数値としたことを特徴とする請求項４記載の微細な凹凸パターンの転写方法。
6. 上記請求項１乃至５のいずれかに記載の微細な凹凸パターンの転写方法により得られた複製版。

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