(57)【要約】  【課題】  より簡便に且つ低コストで、高アスペクト比の微細形状を有する取り扱い性に優れたシートを成形する成形方法及びシートを提供する。  【解決手段】  １０００ｎｍ以下のピッチで周期的に並んだ凹凸を有する微細形状を有する型を加熱して、シート材の表面に押しつけると、押しつけた表面が溶融して微細形状に倣い、その結果、例えばアスペクト比が１以上であっても精密に型の微細形状を転写したシートを得られる。【選択図】    図２
2006021441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０００ｎｍ以下のピッチで周期的に並んだ凹凸を有する微細形状を備えた型を製作するステップと、
厚さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍであるシート材を、保持部に取り付けるステップと、
微細形状を有する型の温度を、前記シート材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、
前記型を前記シート材に向かって押圧して、前記微細形状を前記シート材に転写するステップと、
前記型を前記シート材より離型させるステップと、を有することを特徴とするシートの成形方法。
【請求項２】
１枚のシート材に、場所を変えて前記型を押圧することを特徴とする請求項１に記載のシートの成形方法。
【請求項３】
前記型はローラであり、前記ローラを前記シート材に沿って転動させることにより、前記微細形状の転写が行われることを特徴とする請求項１に記載のシートの成形方法。
【請求項４】
１０００ｎｍ以下のピッチで周期的に並んだ凹凸を有する微細形状を備えた型を製作するステップと、
前記型上に液体を流延させ、厚さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍのシートを形成するよう固化させるステップと、
前記型から固化したシートを引き剥がすステップと、を有することを特徴とするシートの成形方法。
【請求項５】
前記型は、移動するエンドレスベルトであることを特徴とする請求項４に記載のシートの成形方法。
【請求項６】
１０００ｎｍ以下のピッチで周期的に並んだ凹凸を有し、アスペクト比が１以上である微細形状を有し、厚さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とするシート。
【請求項７】
前記微細形状は、構造性複屈折特性を有することを特徴とする請求項６に記載のシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートの成形方法及びシートに関し、特に高アスペクト比の微細形状を有するシート及びそれを成形するのに好適な成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速に発展している光ピックアップ装置の分野では、極めて高精度な対物レンズなどの光学素子が用いられている。プラスチックやガラスなどの素材を、金型を用いてそのような光学素子に成形すると、均一な形状の製品を迅速に製造することができるため、かかる金型成形は、そのような用途の光学素子の大量生産に適しているといえる。
【０００３】
更に、近年の光ピックアップ装置は、より短波長の半導体レーザからの光束を用いて、ＨＤ  ＤＶＤ（High Definition DVD），ＢＤ（Blue-ray Disc）などの記録媒体に対して高密度な情報の記録及び／又は再生を行えるものが開発されており、その光学系の収差特性改善のため、種々の工夫を施した光学素子が設けられている。しかるに、そのような高密度な情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置であっても、従来から大量に供給されたＣＤ、ＤＶＤに対しても情報の記録及び／又は再生を確保する必要があるが、そのような互換可能に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置において、光学系を共通化するために位相差を与える波長板が用いられることがある。一般的な波長板は、水晶など高価な素材を用いているが、構造性複屈折を利用した微細形状を有するものも開発されている。
【０００４】
上述したタイプの波長板では、例えば透過する光の波長１／２以下のピッチで並んだラインアンドスペース構造を有するため、通常の射出成形において、溶融した樹脂を型内に射出するのみでは、型に形成された微細形状の段差の奥深くに素材が入り込みにくく、そのため微細形状の転写が精度良くなされないという問題がある。転写不良（素材のダレ）により設計通りの微細形状が形成されないと、その光学特性が劣化してしまい、かかる光学素子を用いた光ピックアップ装置において書き込みエラーなどが生じる恐れがある。このため、素材の選定や、溶融した樹脂の温度や圧力を調整するなど、種々の工夫がなされているが、従来の方法では、ダレを完全になくすのは困難である。
【０００５】
一方、以下の特許文献１には、加熱軟化状態にあるガラス素材をプレスすることによって、表面に微細パターンを有する光学素子を成形する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２２０２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の技術では、ガラス素材の表面に、幅約１００〜５０μｍ、高さが約２０〜１０μｍという、アスペクト比が０．２程度の微細形状を成形するのが限界である。これは、無機ガラスの常温での弾性率が７０ＧＰａ程度と高いため、その表面に３０００Ｎという非常に大きな力で加熱した型を押しつけても、微細形状の奥にガラス素材がスムーズに流れ込まず、その結果アスペクト比が０．２程度の微細形状しか成形できなかったのである。従って、例えばアスペクト比が１以上という微細形状を有する成形物は、試作品としては存在するかもしれないが、形状の揃った工業製品としては未だ存在していないといえる。特に、微細形状をシート状に形成できると、比較的変形しやすいことからレンズ等の光学面に貼り付けることができ、それにより構造性複屈折特性を有し且つ屈折パワーを有するような、より付加価値の高い光学素子などを得ることができるが、どのようにして微細形状を有するシートを形成すべきかという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、より簡便に且つ低コストで、高アスペクト比の微細形状を有する取り扱い性に優れたシート及びそれを成形する成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明のシートの成形方法は、
１０００ｎｍ以下のピッチで周期的に並んだ凹凸を有する微細形状を備えた型を製作するステップと、
厚さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍであるシート材を、保持部に取り付けるステップと、
微細形状を有する型の温度を、前記シート材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、
前記型を前記シート材に向かって押圧して、前記微細形状を前記シート材に転写するステップと、
前記型を前記シート材より離型させるステップと、を有することを特徴とする。
【０００９】
上述の問題点に鑑みて、本発明者らは鋭意研究の結果、従来と全く異なる視点から、微細形状を有するシートを成形できる成形方法を創案した。すなわち、１０００ｎｍ以下のピッチで周期的に並んだ凹凸を有する微細形状を有する型を加熱して、シート材の表面に押しつけると、押しつけた表面が溶融して微細形状に倣い、その結果、例えばアスペクト比が１以上であっても精密に型の微細形状を転写したシートを得られることを見出したのである。かかる場合、特許文献１に記載されているように３０００Ｎもの型押圧力は不要であり、従来の射出成形機を改良するだけで足り、製造設備が低コスト化され、また短時間で大量な成形物を製造することが可能となる。
【００１０】
シート材としては、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）であるような素材が好ましく、例えばＰＭＭＡ（弾性率１．５〜３．３ＧＰａ）、ポリカーボネイト（弾性率３．１ＧＰａ）、ポリオレフィン（弾性率２．５〜３．１ＧＰａ）などの弾性率が１〜４の範囲の樹脂を組成成分として含有することが好ましい。また、連続加工時の型の汚染が少ない樹脂として、セルロース系樹脂（例えば、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート等）、ポリ乳酸、ノルボルネン系樹脂、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミドなどが好ましく用いられる。ここで、常温とは２５℃のことをいう。これらの樹脂は、ガラス転移点が５０〜１６０℃であることが好ましい。弾性率は、ＪＩＳ−Ｋ７１６１、７１６２などに従い求めることができる。ガラス転移点温度は、ＪＩＳ  Ｒ３１０２−３：２００１に従い求めることができる。
【００１１】
シートの成形においては、１枚のシート材に、場所を変えて前記型を押圧すると好ましい。「場所を変えて型を押圧する」とは、例えば図２を参照して後述する例のように、型より長いシート材に対して型を押圧した後引き離し、更にシート材と型とを相対移動させた上で、型を再度押圧するという、いわゆるステップアンドリピート的に型の押圧を行うことをいう。
【００１２】
前記型はローラであり、前記ローラを前記シート材に沿って転動させることにより、前記微細形状の転写が行われると好ましい。固定した前記シート材の上を、前記ローラを移動させながら転動させても良く、或いは軸を固定したローラを回転させ、その表面に沿って前記シート材を相対移動させても良い。
【００１３】
第２の本発明のシートの成形方法は、１０００ｎｍ以下のピッチで周期的に並んだ凹凸を有する微細形状を備えた型を製作するステップと、前記型上に液体を流延させ、厚さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍのシートを形成するよう固化させるステップと、前記型から固化したシートを引き剥がすステップと、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明によっても、特許文献１に記載されているように３０００Ｎもの型押圧力は不要であり、流延に必要な装置を設けるだけで足り、製造設備が低コスト化され、また短時間で大量な成形物を製造することが可能となる。
【００１５】
前記液体としては、樹脂材を溶融したものが用いることができる。樹脂材としては、トリアセチルセルロースにメチレンクロライドを適量加えたものを用いることができる。また、セルロースアセテートプロピオネートを熱溶融しても良いが、それらに限られることはない。
【００１６】
前記型は、移動するエンドレスベルトであると、連続的に微細形状を有するシートを成形できる。
【００１７】
第３の本発明のシートは、１０００ｎｍ以下のピッチで周期的に並んだ凹凸を有し、アスペクト比が１以上である微細形状を有し、厚さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする。本発明のシートを利用することで、高付加価値の光学素子などを形成できる。
【００１８】
特に、前記微細形状は、構造性複屈折特性を有すると好ましい。
【００１９】
ここで、構造性複屈折について説明する。構造性複屈折とは、微細形状の方向性によって発生する複屈折をいい、例えば複屈折特性を持たない屈折率の異なる平板を光の波長より十分小さい（＜λ／２）周期で平行に並べた微細周期構造（いわゆるラインアンドスペース構造）は、複屈折特性を発生することが知られている（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ，  Ｍａｘ  Ｂｏｒｎ  ａｎｄ  Ｅｍｉｌ  Ｗｏｌｆ，  ＰＥＲＧＡＭＯＮ  ＰＲＥＳＳ  ＬＴＤ．参照）。偏光方向が溝に平行な光の屈折率ｎｐと、垂直な光の屈折率ｎｖとは、それぞれ、
ｎｐ＝√（ｔｎ１２＋（１−ｔ）ｎ２２）                  （１）
ｎｖ＝１／√（ｔ／ｎ１２＋（１−ｔ）／ｎ２２）          （２）
となる。ｎ１，ｎ２はそれぞれ微細周期構造が形成された物質（ライン）の屈折率と、溝を埋める物質（スペース）の屈折率であり、また、ｔは微細周期構造のｄｕｔｙ比であり、
ｔ＝ｗ１／（ｗ１＋ｗ２）                              （３）
である。
【００２０】
水晶や方解石などの持つ複屈折特性は、その物質固有のものであり、変えることがほとんどできないものであるのに対して、微細周期構造の複屈折は、材料や形状を変えることで複屈折特性を容易に制御することが可能である。また、偏光方向が溝に平行な光と垂直な光との位相差（遅延量）Ｒｅは、微細周期構造の複屈折の高さ（溝の深さ）をｄとすると、
Ｒｅ＝（ｎｐ−ｎｖ）ｄ                                （４）
となる。これらの式より、微細周期構造の複屈折のｄｕｔｙ比ｔおよび微細周期構造の複屈折の高さ（溝の深さ）ｄを可変にすれば位相差（遅延量）Ｒｅを変化させることができることが分かる。
【００２１】
又、「アスペクト比」とは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、微細形状の凹部又は凸部の幅をＡ、深さ又は高さをＢとしたときに、Ｂ／Ａで表される値をいう。「微細形状」とは、Ａの値が１０μｍ以下の形状をいう。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、より簡便に且つ低コストで、高アスペクト比の微細形状を有するシートを成形できるシートの成形方法及びシートを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。図２は、本実施の形態にかかる成形方法を実施できるシートの成形装置の断面図である。図２において、ＳＵＳ３０４により形成され不図示のフレームに固定された下型１の上方に、ＳＵＳ３０４により形成された上型２が相対移動可能に配置されている。保持部である下型１は、厚さが０．０１〜０．５ｍｍのシート材Ｍ（常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）であると好ましい）を、真空チャックなどを利用して上面に固定可能となっている。
【００２４】
上型２の下面には、シリコン性の型円板２ａが固定されており、その下面には、例えば波長板に用いるため電子ビーム描画などによってアスペクト比が１以上の微細形状２ｂが形成されている。本実施の形態では、ＰＭＭＡ（分子量７万、ガラス転移点温度Ｔｇ１００℃、縦弾性率３．３ＧＰａ）のシート材に、パターン面積が１ｍｍ×１ｍｍで、高さ３５０ｎｍ、幅２００ｎｍ、ピッチ２００ｎｍのラインアンドスペースの微細形状を転写形成するものとする。
【００２５】
上型２の内部には、ヒータ４が設置されている。上型２と型円板２ａとで、請求項にいう型を構成する。尚、図示していないが、上型２を下型１に対して接近・離隔方向に相対移動させる駆動部と、シート材Ｍの送り出し部とが設けられている。
【００２６】
図４は、本実施の形態にかかる成形方法を示すフローチャート図である。図４を参照して、かかる成形方法について説明する。まず、ステップＳ１０１で、図３（ａ）に示すように、型開きした下型１の上面に、シート材Ｍの端部を固定する（シート材を保持部に取り付けるステップ）。更に、ステップＳ１０２で、ヒータ４を発熱させて、上型２をガラス転移点温度Ｔｇ以上に加熱する（型の温度をシート材のガラス転移点温度より高く設定するステップ）。
【００２７】
更に、型円板２ａの下面がガラス転移点温度Ｔｇ以上に加熱された段階で、図２（ｂ）に示すように、不図示の駆動部を駆動して上型２によりシート材Ｍを押圧する（ステップＳ１０３）。すると、シート材Ｍの上面は急速にガラス転移点温度以上に加熱され溶融されて、その表面に型円板２ａの微細形状２ｂを転写して微細形状ＭＳを形成する（型をシート材に向かって押圧して、微細形状を転写するステップ）。
【００２８】
続いて、ステップＳ１０４で、ヒータ４の発熱を停止し、上型２を自然冷却（強制冷却でも良い）させ、それによりシート材Ｍの表面温度をガラス転移点温度Ｔｇを下回るように下げる。
【００２９】
その後、図２（ｃ）に示すように、ステップＳ１０５で、上型２を上昇させシート材Ｍより離型させる（離型するステップ）。それによりシート材Ｍの上面に微細形状ＭＳが精度良く転写される。かかる段階で、シート材Ｍが終端でなければ（ステップＳ１０６）、続くステップＳ１０７で、下型１の真空チャックからシート材Ｍを解放し、１ステップ分だけ送り出す。その後、ステップＳ１０１に戻って、下型１に、シート材Ｍの微細形状ＭＳが転写された領域に隣接する領域を固定し、上述したステップＳ１０２以降を実行することで次の微細形状ＭＳの転写を行う。ステップＳ１０６〜Ｓ１０７は複数回行うことができ、シート材Ｍの送り出しが終端までなされれば、そこで成形を終了し、全面に微細形状ＭＳを転写したシートを形成することができる。尚、微細形状パターンを異ならせた型円板を複数個使用することで、１枚のシートに異なる微細形状を転写することもできる。
【００３０】
本実施の形態によれば、例えば１０００ｎｍ以下のピッチで周期的に並んだ凹凸を有し、アスペクト比が１以上である微細形状ＭＳを有し、厚さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍであるシートを形成できる。このようなシートは、レンズのような非球面形状を有する光学面に貼り付けられることで、構造性複屈折特性を発揮したり、面積の大きな液晶パネルに貼り付けられて、所望の光学特性を発揮できる。
【００３１】
尚、上述した実施の形態では、ステップアンドリピート式に、シート材Ｍに微細形状を転写しているが、成形態様はこれに限られない。例えば、対向する一対のローラの片方もしくは両方の表面に微細形状を形成し、ローラを回転させながら、その間にシート材を供給することで、微細形状の転写を連続的に行うことができる。
【００３２】
シリコンモールドの厚みを１０〜６０μｍ程度までに研磨して平行平面を形成し、ステンレスベルト等の表面に固定することで、ローラの曲率に合わせて変形可能な状態にする。モールドへの微細構造形成は、モールド研磨後の方が防汚の観点で良いことがわかった。図４に示すように、一対のローラＲにより駆動されるステンレスベルトＳＢ上のシリコンモールドに対して、上方のタンクＴよりトリアセチルセルロース、セルロースアセテートプロピオネートを流延し、乾燥固化させた後に引き剥がし巻き取った。このとき、ロール直径が３ｍ、ロール上の微細構造は高さ１μｍである。これは、地球の直径約１２０００ｋｍに対し、構造物高さ１０ｍとの比にほぼ等しく、曲面といってもほぼ平面に近いことから、面に対して垂直方向に離型を行うことができる。
【００３３】
（実施例）
樹脂材１を流延することでシートを形成した実施例について説明する。樹脂材１は以下の組成を有する。
（木材パルプセルロース）／（綿花リンターセルロース）＝５０／５０のセ ルロースを用いた酢化度が６１．０％のトリアセチルセルロース：１００重量部
下記の〔化１〕に示す可塑剤：４重量部
チヌビン３２６（チバスペシャルティケミカルズ社製の紫外線吸収剤）：０．５重量部 
チヌビン３２８（チバスペシャルティケミカルズ社製の紫外線吸収剤）：０．５重量部
メチレンクロライド：２５０重量部
メタノール：２５０重量部
【００３４】
【化１】
2006021441.tif 000003
【００３５】
上記組成物を密閉容器に投入し、加圧下で７０℃に保温し、攪拌しながら完全に溶解させた後、この樹脂材１を濾過した。その後、濾過された樹脂材１を用いて溶液流延法により製膜した。すなわち、図４の装置を用い、温度３３℃でステンレスベルト支持体上に均一に流延した。そして、ステンレスベルトを２５℃に制御しながら溶媒を蒸発させ、ステンレスベルトから剥離した。その後、乾燥ゾーンを多数のロールで搬送させながら乾燥させ、幅１３００ｍｍで基準膜厚４０μｍのセルローストリアセテートフィルムを巻取張力１０ｋｇ／ｍで３０００ｍの長さにわたって巻き取った。尚、剥離後、溶媒残量２５ｗｔ％の箇所では１４ｋｇ／ｍ（幅）の巻取張力で搬送し、乾燥させながら徐々に巻取張力を減じ、巻取コアに巻き取る箇所での巻取張力を１０ｋｇ／ｍ（幅）として巻き取った。又、巻取コアに巻き取る際の溶媒残量は３ｗｔ％となるように調整した。
【００３６】
更に、樹脂材２を製膜することでシートを形成した実施例について説明する。樹脂材２として、セルロースアセテート（イーストマンケミカル社製ＣＡ−３９８−３）を用いて８０μｍのフィルムを以下の加工条件で溶融製膜法により製造し、セルロースエステルフィルムを得た。
膜厚：８０μｍ
溶融温度：２６０℃
延伸温度：１８０℃
延伸比：１．２×１．２
【００３７】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明の成形方法により成形されるシートの他の用途としては、偏光板、輝度向上板などがあるが、それに限られることはない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】アスペクト比を説明するための図である。
【図２】本実施の形態にかかる成形方法を実施できるシートの成形装置の断面図である。
【図３】本実施の形態にかかる成形方法を示すフローチャート図である。
【図４】ローラ表面に微細形状を形成する装置の例である。
【符号の説明】
【００３９】
１  下型
２  上型
２ａ  型円板
４  ヒータ
【図１】
2006021441.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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