(57)【要約】【課題】  製造工程を容易とし、製造コストを低減し、かつ高い精度で成型パターンを形成することが可能な光学部品用金型及びその製造方法の提供する。【解決手段】  本発明の光学部品用金型は、金型用部材と、該金型用部材上部に設けられ、表面に被転写基材に転写する成型パターンが形成される感光性材料層と、該感光性材料層の表面に保護膜とを有している。【選択図】    図３
2005153223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型用部材と、該金型用部材上部に設けられ、表面に被転写基材に転写する成型パターンが形成される感光性材料層と、該感光性材料層の表面に保護層とを有することを特徴とする光学部品用金型。
【請求項２】
前記金型用部材がシリンダ形状であることを特徴とする請求項１記載の光学部品用金型。
【請求項３】
前記金型用部材が平面形状であることを特徴とする請求項１記載の光学部品用金型。
【請求項４】
前記感光性材料がレジストであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学部品用金型。
【請求項５】
前記感光性材料が感光性ポリイミドであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学部品用金型。
【請求項６】
前記保護層が金属膜であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学部品用金型。
【請求項７】
前記保護層が前記感光性材料層の表面をシラン処理により形成される表面膜であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学部品用金型。
【請求項８】
被転写基材に転写する成型パターンを金型用部材の表面に形成する金型の製造方法において、
金型用部材の表面に感光性材料を塗布し、感光性材料層を形成する塗布工程と、
前記感光性材料を所定の成型パターンの形状に感光させる光照射工程と、
感光した該感光性材料層を現像する現像工程と、
得られた成型パターンを含む感光性材料層上に保護層を形成する保護層形成工程と
を有することを特徴とする金型の製造方法。
【請求項９】
前記感光性材料としてレジストを用いることを特徴とする請求項８記載の金型の製造方法。
【請求項１０】
前記感光性材料として感光性ポリイミドを用いることを特徴とする請求項８記載の金型の製造方法。
【請求項１１】
前記保護層をスパッタリング法、金属蒸着法、ＥＢ蒸着法、銀鏡反応法、メッキ法により形成してなることを特徴とする請求項８に記載の金型の製造方法。
【請求項１２】
前記保護層を前記感光性材料層のシラン処理により形成してなることを特徴とする請求項８に記載の金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、微細なマイクロレンズが複数配置されたレンズシートの成型に用いられる金型の構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクションテレビの透過型スクリーン，ＣＣＤ及び液晶パネル等で用いられるレンズシートとして、複数の半球状レンズが格子状に配置されたマイクロレンズアレイを有するレンズシートが知られている。このようなレンズシートにおいて、マイクロレンズアレイとして配置されたレンズ群は、一般的に、そのレンズの外形に対応した成型パターンを有する金型により成形されている。
このため、このようなレンズの金型は、成型パターンを、金型用部材の表面をレーザの熱で昇華させて彫刻する手法や、成型パターンの各部に対応する複数の部品を組み合わせる手法等により形成されている。
【０００３】
しかしながら、上述した従来の金型の製版手法はいずれも、平面状の金型を作成するためのものであり、ロール状の金型等を形成する際、球面に対する加工精度が十分満足できないことにより加工が容易に行なえず、また加工に長時間を有し、製造コストが増大してしまい、安価なレンズシートを製造することができないという問題がある。
これを解決するための方法として、金型を形成する際、加工面にレジストを塗布し、レーザー光を照射することにより、加工パターンを形成し、このレジストの加工パターンをマスクとし、露出された加工面を酸により腐食させ、金型表面にレンズシートの成型パターンを形成する方法が知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−３０２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示す金型の製造方法においては、高い精度により微細なレジストパターン（特に、１００μｍ以下の微細パターン）を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、例えば銅メッキ層を酸により腐食させて、レンズ形状を作成させるため、レンズシート面における酸の濃度のバラツキや、温度、銅メッキ層の状態により、レンズシート面内におけるレンズアレイの成型パターンが不均一な形状で形成されるという問題がある。
【０００５】
また、上記金型の製造方法においては、成型パターンに対する加工の条件を均一にさせるため、酸の状態や銅メッキ層の状態を高い精度で制御する必要があるため、加工前の調整に長時間を有し、結局、製造コストが増大することにより、安価なレンズシートを製造することができないという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、製造工程を容易とし、製造コストを低減し、かつ高い精度で成型パターンを形成することが可能な金型及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光学部品用金型は、金型用部材と、該金型用部材上部に設けられ、表面に被転写基材に転写する成型パターンが形成される感光性材料層と、該感光性材料層の表面に保護層とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の光学部品用金型は、前記金型用部材がシリンダ形状であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の光学部品用金型は、前記金型用部材が平面形状であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光学部品用金型は、前記感光性材料がレジストであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の光学部品用金型は、前記感光性材料が感光性ポリイミドであることを特徴とする。
【００１１】
本発明の光学部品用金型は、前記保護層が金属膜であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の光学部品用金型は、前記保護層が前記感光性材料層の表面をシラン処理により形成される表面膜であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の金型の製造方法は、被転写基材に転写する成型パターンを金型用部材の表面に形成する金型の製造方法において、金型用部材の表面に感光性材料を塗布し、感光性材料層を形成する塗布工程と、前記感光性材料を所定の成型パターンの形状に感光させる光照射工程と、感光した該感光性材料層を現像する現像工程と、得られた成型パターンを含む感光性材料層上に保護層を形成する保護層形成工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の金型の製造方法は、前記感光性材料としてレジストを用いることを特徴とする。
【００１５】
本発明の金型の製造方法は、前記感光性材料として感光性ポリイミドを用いることを特徴とする。
【００１６】
本発明の金型の製造方法は、前記保護層をスパッタリング法、金属蒸着法、ＥＢ蒸着法、銀鏡反応法、メッキ法により形成してなることを特徴とする。
【００１７】
本発明の金型の製造方法は、前記保護層を前記感光性材料層のシラン処理により形成してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、通常、加工のためのマスクとして用いられる、レジストや感光性ポリイミドなどの感光性材料を、そのまま成型パターンとして用いるため、球面形状を含む微細な構造の成型パターン（１００μｍ以下の微細パターン）を高精度に、かつ容易に形成することができる、また、レジストの加工形状を微妙に調整できるのでレンズ形状の設計における自由度が向上する。
また、本願発明によれば、従来のパターン形成のための酸による金型表面の腐食の工程を省くことが可能なため、金型作成の設備及び工程を削減することができるので製造コストを、従来例に比して大幅に低下させることができる。
という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の金型は、光学機能シート（レンズシート、レンズが設けられた液晶ディスプレイに用いられる光拡散シート等の表面にレンズ加工が必要な光学シート）を成型するときに用いられるものであり、金型用部材（金型用部材１）と、該金型用部材上部に設けられ、表面に被転写基材（光学機能シート）に転写する成型パターンが形成される感光性材料層（感光性材料層２）と、該感光性材料層の表面に保護膜（保護膜３）とを有することを特徴とする光学部品用金型。
また、本発明の金型が成型対象とする光学機能シートは、レンチキュラーレンズシート，フレネルレンズシート，マイクロレンズアレイ（マイクロレンズアレイシートを含む），上記光拡散シート，プリズムシート，偏光板，位相差板，液晶光学フィルムなどが挙げられる。
【実施例１】
【００２０】
以下、本発明の第１の実施形態による光学部品用金型を図面を参照して説明する。第１の実施形態による光学部品用金型を、プロジェクションテレビのスクリーンに用いられるマイクロレンズアレイを作成する金型（金型ロール）として説明する。図１は同実施形態の構造を示す斜視図であり、図２は図１の線分Ａ−Ａにおける線視断面図である。また、図３は図２における領域Ｓを拡大した詳細図である。
この図において、金型用部材１は、シリンダー（円筒状）であり、例えば、長さ２ｍ，直径が１００ｍｍ〜３００ｍｍ，円筒の筒部分の厚さ１０ｍｍ，円筒表面の表面精度が２〜３μｍ／ｍの平滑差を有している。
この基板部材１の表面には、感光性材料層２が所定の厚さ、例えば５０μｍ〜８０μｍの厚さで設けられている。
【００２１】
この感光性材料層２には、基材に転写する成型パターンが４が形成されており、ポジ型レジストまたはポジ型感光性ポリイミドが用いられている。
ここで、転写して形成する対象物が、表面に加工を要する光学機能シート（光学フィルム）、例えば、プロジェクションスクリーンに用いられるマイクロレンズアレイのレンズパターンであると、転写により複数の半球型レンズがアレイ状に配設される形状の成型パターン４が形成されている。
すなわち、図２及び図３に示すように、マイクロレンズアレイにおいて、フィルム状の基材（以下、フィルム状基材：例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム，ポリエチレンナフタレートフィルム等）に対する転写により、このフィルム状基材表面に、集光するために凸状に半球型レンズがアレイ状に形成されるように、成型パターン４は例えば凸状のパターン構造を成型するため、反転状態（逆型）の凹状の構造に形成されている。
【００２２】
感光性材料層２における成型パターン４の表面には、保護膜３が形成されている。
保護膜３は、スパッタリングにより形成される、銅（Ｃu），ニッケル（Ｎi），クロム（Ｃr）などの金属層（例えば、厚さ０.５μｍ）である。
また、この保護膜３は、銀鏡反応法（化学メッキ法）を用いた成膜により、感光性材料層２の表面に銀（Ａg）の膜を形成してもよいし、フッ素（Ｆ）を側鎖にもつシラン剤として、例えば、(ＣＨ３Ｏ)３ＳiＣＨ２(ＣＦ２)７ＣＦ３，Ｓi(ＯＣＨ３)Ｆ３などにより、感光性材料層２の表面を、表面修飾（シランカップリング）処理（シラン処理）を行うことで、シラン剤による表面強化膜（すなわちシラン剤によるコーティング層）として形成しても良い。
さらに、この保護層３は、真空装置内にてポリ４フッ化エチレン（テフロン（登録商標））をスパッタリング、またはプラズマにより重合して形成しても良い。
さらに、また、金属蒸着法及びＥＢ（電子ビーム）蒸着法を用いて保護膜３を形成してもよい。
これら、保護膜３により、感光性材料層２の表面保護をすることにより、対刷性（成型パターンの表面強度）の優れた金型となる。
【００２３】
次に、本実施形態によるマイクロレンズアレイの成型用の光学部品用金型の製造方法の説明を、図４及び図５を参照して行う。
このマイクロレンズアレイの成型用の光学部品用金型において、成型パターンを形成する金型用部材１をシリンダとする。
図４に示すように、この金型用部材１の表面に、感光性材料層２として、感光性材料をdipcoat法により、一様の厚さに塗布する。
すなわち、一度、金型用部材１を、浴槽１０に溜められた、感光性材料が有機溶媒にとけた溶液に浸漬し、所定の一定速度で引き上げることにより（図４の引っ張り方向に引き上げる）、感光性材料を金型用部材１の表面に均一に塗布する。
【００２４】
ここで、感光性材料層２の形成に用いる感光性材料は、例えば、特定波長の光に感度を有するポジ型感光性ポリイミド，またはポジ型レジストなどのポジ型感光性材料が用いられる。
各材質の感光性材料の塗布においても、感光性材料を有機溶剤に溶かした溶液の粘度を適度に調整して、上述した塗布を行うことにより、所望の５０μｍ〜８０μｍの膜厚の感光性材料層２が金型用部材１の表面に形成される。
【００２５】
そして、上述したように、金型用部材１の表面に形成された感光性材料層２に対して、図５に示すようにレーザー走査装置Ｍにより、成型パターン４が形成される光量で、パターンの描画が行われる。
このレーザー走査装置Ｍは、現在市場に出回っている一般的な複写機やレーザープリンタなどの光学エンジンを用いて、容易に構成することができる。
ここで、レーザー装置２０は、上記感光性材料がポジ型レジストの場合、Ｈe−Ｃdレーザが用いられ、感光性材料がポジ型感光性ポリイミドの場合、例えばｉ線（３６５nm）の波長のレーザー光を発振するエキシマレーザ、または色素レーザが用いられる。
【００２６】
レーザー装置２０から出射されたレーザー光を、一旦コリメートレンズ２１により平行光に変換した後、ポリゴンミラー２２へ照射させる。
そして、平行光に変換されたレーザー光Ｌaをポリゴンミラー２２を所定の速度により走査させ、この走査されたレーザー光Ｌbをfθレンズ２３により、金型用部材１上の感光性材料層２表面で平らな像面に集光させる。
ここで、fθレンズ２３は入射角θに比例した像高を有しており、入射角と鏡高との関係は焦点距離をfとすると、「Ｙ＝fθ」であり、この特性からfθレンズ２３を使用することにより、金型用部材１上の感光性材料層２表面において、図のＺ方向へ、レーザー光Ｌbの等速度スキャンを行う。
【００２７】
このとき、制御装置２５は、ポリゴンミラー２２を制御してレーザー光Ｌbのスキャンを行い、金型用部材１の円筒部分の下端から上端までの、レーザー光Ｌbのスキャンが終了する毎に、ステッピングモータ等により構成された回転装置２４により所定の角度回転させ、回転後にポリゴンミラー２２により、次の部分にレーザー光Ｌbのスキャンを行う。このレーザー光Ｌbのスキャンと、金型用部材１の回転とを繰り返し、金型用部材１上部の感光性材料層２表面全体に対する、成型パターン形成のためのレーザー光の露光を行う。
このとき、ｆθレンズ２３からの集光ポイントに感光性材料層２の表面が位置するように、ポリゴンミラー２２，ｆθレンズ２３，金型用部材１各々の位置を調整して、配置する。
【００２８】
また、上記レーザー光の露光において、焦点におけるレーザー光Ｌbの滞在時間，及びレーザー装置２０の放射強度、具体的には積算レーザーパワー量（照射されるレーザー光Ｌbの積算された光量）を、制御装置２５が図示しない描画装置（設計されたレンズ形状のデータが記憶され、このデータを制御装置へ出力する）からの成型パターンのデータにより制御する。
すなわち、この金型を用いて、フィルム状基材表面に、マイクロレンズアレイを形成する場合、スクリーンに集光するために凸状に半球型レンズがこのフィルム状基材表面にアレイ状に形成されるように、転写用の成型パターン４（レンズ形状の反転パターン）は凸状のレンズに対して反転状態の凹状の構造と成る必要がある。
【００２９】
このため、上述したようにスキャン走査において、レーザー光の積算レーザパワー量を調整して、感光性材料層２における化学結合（架橋）が切断される深さを制御する。
すなわち、感光性材料層２の表面からみて、フィルム状基材に転写されるレンズ形状の凸状の形状に感光性材料の化学結合を切断するようにスキャン時の積算レーザパワー量を時系列に調整し、凹状の構造の成型パターン４が感光性材料層２に残るようにパターン形成のためのレーザ照射を行う。
【００３０】
そして、ポジ型感光性ポリイミド，またはポジ型レジストの現像を、有機溶剤等によりおこなうと、化学結合が切断された部分の感光性材料が溶解し、感光性材料層２に凹状の構造が残り、すなわち、感光性材料層２表面部にレンズシートのレンズの反転形状（反転パターン）の成型パターン４が形成される。
次に、上記成型パターン４を保護するため、感光性材料層２における上記成型パターン４表面に保護膜３を形成する。
この保護膜３は、金属膜，テフロン（登録商標）加工膜、感光性材料層２の表面をシラン処理した表面膜等が用いられる。
【００３１】
保護膜３に金属膜を用いる場合、真空チャンバ内において、感光性材料層２における上記成型パターン４表面に、Ｃr，ＮiまたはＣuなどの金属をスパッタリングにより堆積させたり、銀鏡反応により感光性材料層２にＡg膜を着膜させても、さらにメッキ法を用いてもよい。
また、保護膜３にテフロン（登録商標）を用いる場合、真空チャンバ内において、感光性材料層２における上記成型パターン４表面に、ポリ４フッ化エチレンをスパッタリングまたは重合加工により堆積させる。
さらに、シランカップリングによる感光性材料層２の表面強化を行う場合、シラン剤（例えば、ＣＨ３Ｏ)３ＳiＣＨ２(ＣＦ２)７ＣＦ３，Ｓi(ＣＨ3)Ｆ3など）を有機溶媒に溶かした溶液に、金型用部材１全体、または感光性材料層２の表面を浸漬させることにより、感光性材料層２の表面をシラン処理により表面膜を形成して保護膜３として強化させる。
【実施例２】
【００３２】
次に、光学機能シートにおいて、ＣＣＤ（電荷結合素子）用のマイクロレンズアレイの成型に用いる光学部品用金型を本発明の第２の実施形態として説明を行う。このマイクロレンズアレイの各レンズの直径としては、例えば３μｍ〜１０μｍとする。
この第２の実施形態によるマイクロレンズ成型用の金型の斜視図を図６に示し、図６にの一点鎖線Ｂ−Ｂにおける領域Ｓの部分の拡大した線視断面図を図３に示す。この図３において第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、この説明を省略する。
平板基板１００は、例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍのステンレス基板であり、表面が表面精度０.１μｍ／ｃｍの表面精度を有しているものを用いる。
平面基板１００の上部には、上記マイクロレンズアレイの反転パターンである成型パターン４が形成された感光性材料層２が設けられている。
また、上記感光性材料層２の上部には、保護膜３が設けられている。感光性材料層２の感光性材料，及び保護膜３については、第１の実施形態と同様のため、説明を省略する。
【００３３】
次に、第２の実施形態による金型の製造方法について説明する。
平面基板１００表面に感光性材料をスピンコート法、すなわち、面に垂直な軸に対して、平面基板１００のを所定の回転数により回転させつつ感光性材料を塗布し、所定の厚さの感光性材料層２を形成する。
このとき、感光性材料の粘度と上記回転数とにより、感光性材料層２の厚さを制御し、例えば、所定の粘度により、３００ｒｐｍの回転数でスピンコート膜として、感光性材料層２を形成する。
【００３４】
そして、第１の実施形態で説明した図５のレーザー走査装置Ｍにおいて、回転装置２４でなくＸ−Ｙ平面で精密な位置合わせが可能なＸ−Ｙテーブルを用い、制御装置２５が平面基板１００をＸ−Ｙ平面で移動（スクロール移動）させつつ、レーザー光Ｌbを感光性材料層２表面に対して照射し、感光性材料層２の表面をマイクロレンズの形状に露光する。
このとき、制御装置２５は、ポリゴンミラー２２を制御してレーザー光Ｌbのスキャン（Ｙ軸方向）を行い、金型用部材１の円筒部分の下端から上端までの、レーザー光Ｌbのスキャンが終了する毎に、ステッピングモータ等により構成された上記Ｘ−Ｙテーブルにより所定の距離だけＸ軸方向に移動させ、移動後にポリゴンミラー２２により、次の部分にレーザー光Ｌbのスキャンを行う。
【００３５】
そして、このレーザー光ＬbのＹ軸方向へのスキャンと、金型用部材１のＸ軸方向への移動とを繰り返し、平面基板１００上部の感光性材料層２表面全体に対する、成型パターン４形成のためのレーザー光の露光を行う。
このとき、ｆθレンズ２３からの集光ポイントに感光性材料層２の表面が位置するように、ポリゴンミラー２２，ｆθレンズ２３，平面基板１００各々の位置を調整して、配置する。
次に、有機溶剤により感光性材料層２の現像処理を行うことにより、第１の実施形態と同様に、平面基板１００上部の感光性材料層２に、例えば直径３μｍ〜１０μｍの成型パターン４が形成される。
そして、第１の実施形態と同様に、成型パターン４が形成されている感光性材料層２の表面に保護層３を形成し、耐刷性の優れた光学部品用金型が完成する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態の光学部品用金型の構造を示す斜視図である。
【図２】図１における一点鎖線Ａ−Ａの線視断面図である。
【図３】図１における一点鎖線Ａ−Ａ（図６における一点鎖線Ｂ−Ｂ）における線視断面図の領域Ｓの詳細図である。
【図４】第１の実施形態の光学部品用金型の製造における感光性材料層２の形成方法を説明する概念図である。
【図５】本発明の光学部品用金型に成型パターン４を形成するレーザー走査装置Ｍの構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の光学部品用金型の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…金型用部材
２…感光性材料層
３…保護膜
４…成型パターン
１０…浴槽
２１…レーザー装置
２２…ポリゴンミラー
２３…ｆθレンズ
２４…回転装置
２５…制御装置
１００…平面基板
Ｍ…レーザー走査装置
【図１】
2005153223.tif 000003
【図２】
2005153223.tif 000004
【図３】
2005153223.tif 000005
【図４】
2005153223.tif 000006
【図５】
2005153223.tif 000007
【図６】
2005153223.tif 000008