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微細構造形成の新技術「フレキシブルモールド」

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デクセリアルズの新技術「フレキシブルモールド」

デクセリアルズでは、「ロールtoロール技術」と「ナノインプリント」と呼ばれる技術を組み合わせて、フィルムなどの基材の上に数100nmから数100µmの微細構造を何百メートルにもわたって敷き詰める技術を確立してきました。その技術を応用し、いま開発を進めているのが、柔らかいフィルム自体を微細構造体の型(モールド)とすることで、微細構造体を大面積でも低コストで、かつさまざまな素材・形状の基材に転写するフレキシブルモールド技術です。本稿では、フレキシブルモールド技術について解説するとともに、その応用可能性を解説します。

ロールtoロール方式の基礎知識

まず、当技術のもとになった、デクセリアルズ独自のロールtoロール方式による微細構造付きフィルムの製造方式について簡単に説明します。同方式では、ダイヤモンドなどのバイト(刃)による精密機械加工や、レーザー描画によるリソグラフィー加工によって、原盤と呼ばれる金属やガラスでできた円筒状の母材の表面に、転写する微細構造のもとの形を彫っていきます。

次の工程では、下のイラストのように、ロール状に巻かれたフィルム基材を左から右へと送りながら、そのフィルム基材表面に紫外線硬化樹脂を塗布します。そして微細加工が施された円筒原盤に押し付けながら紫外線を照射することで、微細構造体をフィルム上に転写します(インプリント技術)。フィルム基材に転写された構造体は、原盤上の型が反転した形状となります。

この技術によって、デクセリアルズでは低反射・高透過に優れた「反射防止フィルム モスアイタイプ」や、自動車のヘッドアップディスプレイの視認性を高める「拡散マイクロレンズアレイ」などを製造、販売してきました。

一般的なインプリント技術との違い

現在、デクセリアルズのコーポレートR&D部門では、この技術を応用し、フィルム以外の基板(ガラスやプラスチック、平面や曲面)の表面にも微細なパターンをナノインプリント形成する技術を開発しています。それが「フレキシブルモールド」と呼んでいる新技術です。

ここで、インプリント加工において広く行われる枚葉式(板上の基材を1枚ずつ加工する方式)のインプリントプロセスについて解説します。枚葉式インプリントでは、まずフォトリソグラフィや機械加工(切削加工)によって板状の原盤を製作します。それを直接モールドとして使用する場合と、原盤から複製(レプリカ)を製作して、それをモールドとして使用する場合があります。

以下は、レプリカの製作のフローになります。板状の原盤からレプリカを造る場合、1枚1枚型取りをする必要があり、製作効率があまり良くありません。当然、それだけコストもかかることから大量生産にはあまり向いていません。

フレキシブルモールドの作り方と使用方法

上記課題を解決するためにデクセリアルズが開発したのが、円筒状の原盤を製作する技術と、ロールtoロール方式のインプリント技術を組み合わせることで、フィルム状の複製モールドを大量に製造するフレキシブルモールド技術です。生産されたフィルムの表面には、微細構造体の型となるレプリカ形状が敷き詰められ特殊な離型処理(型から剥がれやすくする処理)が施されています。

フレキシブルモールドによる基板への微細構造体の転写

フレキシブルモールドの表面にはびっしりと微細構造体の型が形成されています。以下のイラストのように、微細構造体を転写したいガラス基板の上に紫外線(UV)硬化型樹脂を塗布して、その上にフレキシブルモールドを押し付け、UVを照射して樹脂を固めます。フレキシブルモールドにはあらかじめ剥がれやすくなるよう離型処理が施されていますので、それを剥がせば微細構造が樹脂に転写されます。

フレキシブルモールドを用いた枚葉インプリント技術

上のフレキシブルモールドと、デクセリアルズが開発を進めているインプリント用の材料を併用することによって、大面積であっても、ガラス基板やプラスチック基板などのフィルム以外の基板上に、微細構造体を転写形成することが可能となります。またフレキシブルモールドは柔らかく曲げやすいことから、曲面の素材の表面へのナノインプリントも可能になることが、従来の枚葉プロセスにはない大きなメリットとなります。

また、ロールtoロール生産方式により、大面積のフレキシブルモールドを低コストかつ高効率で製作することが可能となります。シリコンウエハ、ガラス基板、プラスチック基板などに微細加工を施すことで、今後も多機能化が進むさまざまなデバイスへの応用が可能と考えています。私たちはこれから、このフレキシブルモールド技術の持つ発展可能性をさらに追い求め、お客さまとともに、これまでにない新しい価値創造に繋げてまいります。

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