专利名称：成形模以及使用该成形模所成形的微透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种成形模， 一种微透镜的制造方法，及一种微透镜。
技术背景在JP-A-2007-63482中，公开了将含氟聚合物的水性组合物作为脱 模剂涂布在成形模的模表面上，以形成涂膜。然而，在JP-A-2007-63482 中所述的涂膜厚度相对大，达到1到100pm，所以它不适合形成具有 微细精密形状的光学部件如微透镜、光波导和光学元件。就是说，当 厚度大时，形成遵循成形模的模表面的微细凹凸形状的这种脱模层是 困难的。例如，在一些情况下成形模的模表面的微细凹凸形状被填充， 所以成形模的模表面的精密形状不能如所设计的那样转印至光学部 件。发明内容本发明的目的是提供一种成形模，它能够如所设计的那样将成形 模的模表面的精密形状转印至光学部件， 一种使用所述成形模的微透镜的制造方法，以及用所述制造方法制造的微透镜。根据本发明，上述目的通过将脱模层的膜厚调节至10 500nm来 实现。即，本发明提出了以下项。1. 一种成形模，其包括在所述成形模的模表面上形成的脱模层， 所述脱模层包括氟树脂并具有10 500nm的膜厚。2. 根据项l的成形模，其中所述氟树脂选自聚四氟乙烯、四氟乙 烯/六氟丙烯共聚物和四氟乙烯/全氟(烷基乙烯基醚)共聚物。3. 根据项1或2的成形模，其中所述脱模层的表面粗糙度(Ra)为 l~50mn。4. 根据项1至3中任一项的成形模，其中形成所述成形模的基材 选自Ni、 AI、青板玻璃、石英、硅晶片、聚酰亚胺和聚碳酸酯。5. 根据项1至4中任一项的成形模，其中所述脱模层是通过将包 含所述氟树脂的分散液涂布至成形模的模表面、然后干燥和焙烧而形 成的。6. 根据项5的成形模，其中所述分散液在25'C的粘度为1~2 mPa s。7. —种制造微透镜的方法，其包括使用项1至6中任一项的成形 模将树脂成形，从而获得微透镜。8. 根据项7的方法，其中所述树脂是苯乙烯类聚合物。9. 根据项7或8的方法制造的微透镜。根据本发明，可以提供一种成形模，它能够如所设计的那样将成 形模的模表面的精密形状转印至光学部件， 一种使用所述成形模的微 透镜的制造方法，以及使用所述制造方法制造的微透镜。本发明的成形模例如可以适用于诸如微透镜、光波导和光学元件 的光学部件的形成。
具体实施方式
以下将详细描述本发明。在本发明的成形模中，包含氟树脂且具有10 500nm膜厚的脱模 层形成在成形模的模表面上。在本发明中，术语"成形模的模表面"例如 表示当用来制造微透镜时，具有与预定微透镜形状相反的形状的成形 模的表面。术语"脱模层"表示在成形模的模表面上形成，能够容易地使 成形对象物从成形模上脱离，并且能够如所设计的那样将成形模的模 表面的精密形状转印至微透镜的层。在本发明中，形成成形模的基材优选选自Ni、 Al、青板玻璃、石 英、硅晶片、聚酰亚胺和聚碳酸酯。例如，其表面通过利用一种诸如 电子束绘制(elec加n beam drawing)、切割或激光照射的方法加工成预定 形状，从而能够获得成形模。此外，成形模也可以通过利用将Ni、 A
等电铸至具有预定形状的制造用原版(original production master)的方法 而获得。首先，从能够相对容易地一次制备大面积的生产率的观点来 看，优选使用通过利用电铸的金属镀敷获得的Ni成形模。在本发明的一个优选的实施方案中，成形模的制造方法包括(a)制 备具有与微透镜相同形状的制造用原版，及(b)利用所述制造用原版制 备具有与微透镜相反形状的成形模的步骤。在步骤(a)中，制造用原版优选为青板玻璃、石英、硅晶片、聚酰 亚胺等。此外，制造用原版能够通过使用诸如电子束绘制、曝光、切 割或激光照射的方法被加工成与预定的微透镜相同的形状。优选在此 处使用的微透镜的直径为2 100jim且高度为2-100(im。在步骤(b)中，形状与具有与微透镜相同形状的制造用原版相反的 成形模，可以通过使用A1、 Ni等的电铸来用金属电镀制造用原版的表 面，然后使镀上的金属从制造用原版上脱模来制备。本发明中，脱模层可以是任意层，只要其是可以在成形模的模表面上形成以制造精细的光学元件的层。优选地，其是通过将含有后面 描述的氣树脂的分散液涂布至成形模的模表面、然后干燥和焙烧而形 成的。氟树脂优选选自聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物 (FEP)和四氟乙烯/全氟(烷基乙烯基醚)共聚物(PFA)。从熔体加工能力的 观点来看，优选四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(FEP)和四氟乙烯/全氟(垸基 乙烯基醚)共聚物(PFA)，此外从表面粗糙度的观点来看，优选四氟乙烯 /六氟丙烯共聚物(FEP)。此外，因为氟树脂用作分散液、然后干燥和焙烧，所以其优选为 粒子形状。从脱模层的厚度降低和表面粗糙度的观点来看，氟树脂粒子的平 均粒度优选为50~500nm，更优选为50 250nm。平均粒度可以利用大 塚电子有限公司(Otsuka Electronics Co.， Ltd)制造的ELS-8000来测量。氟树脂粒子优选包含于分散液中。分散液的介质没有特别限制， 只要其是氟树脂粒子可以分散在其中的液体。例如，优选水。从脱模层的厚度降低和成形制品的可脱模性的观点来看，氟树月旨 粒子在分散液中的浓度优选为0.1~3重量％，更优选为0.2 3重量％， 还更优选为1 3重量％。从脱模层的厚度降低的观点来看，以上提到的分散液在25'C的粘 度优选为1 2mPa' s，更优选为l~1.4mPa*s。粘度可以用哈克公司 (Thermo HAAKE GmbH)制造的HAAKE Rheo Stress 600来测量。在不损害本发明的效果的范围内，以上提到的分散液可以包含任 选组分如聚氧乙烯烷基醚作为表面活性剂。涂布以上提到的分散液方法没有特别限制，只要它是通常的方法 如浸涂法、旋涂法或者喷涂法。千燥方法没有特别限制，只要它是在分散液的介质蒸发的条件下进行。通常，其优选在60 30(TC下进行1~60分钟。焙烧方法没有特别限制，只要它在氟树脂粒子熔化的温度下进行。 通常，其优选在260 380'C下进行5 30分钟。不充分的熔化导致所得 到的膜上出现裂纹或者薄膜的表面粗糙度增加。此外，过度的焙烧导 致氟树脂粒子的分解。脱模层可以如上所述在成形模的模表面上形成。从如所设计的那 样制备成形制品和成形制品的特性的观点来看，脱模层的膜厚为 1(K500nm，优选为10~300nm，更优选为10 100nm。脱模层的膜厚可 以利用透射电子显微镜检查成形模的截面而测量。在本发明中，由于 提供了具有以上提到范围的膜厚的脱模层，使得成形模的模表面的微 细凹凸形状未被填充，所以成形模的模表面的精密形状可以如所设计 的那样转印至光学部件。脱模层的表面粗糙度(Ra)可以是任意的，只要所述层具有不引起 光散射的这样的平滑度。其优选为1 50nm(大约为入射光波长的1/20)， 更优选为卜40nm。例如，当微透镜的入射光波长是850nm时，表面粗 糙度优选为40nm以下。顺便提及，表面粗糙度可以使用原子力显微镜 来测量。本发明的成形模可以适用于光学部件如微透镜、光波导和光学元 件的形成。相应地，本发明提供了一种微透镜的制造方法，该方法包 括利用上述的成形模将树脂成形来获得微透镜。在本发明的一个优选 实施方案中，微透镜的制造方法包括如下步骤(A)相对于所述树脂布置成形模，(B)用压力手段将树脂成形。此外，这些步骤(A)和(B)还可 以同时进行。在上面提到的微透镜的制造方法中，从耐热性和固化收縮的观点 来看，树脂优选为苯乙烯类聚合物、环氧基聚合物等，从可成形性的观点来看，树脂优选为玻璃化转变点Tg为12(TC以下的树脂。从生产率的观点来看，所述树脂可以以片状使用，并可以对应于成形模适当 地布置。此外，当用压力手段将树脂成形时，压力、温度等要根据树脂适 当地选择。而且，根据需要可以抽空系统内部。例如，当使用苯乙烯 类聚合物时，从微透镜形状可转印性的观点来看，优选在真空度为lOhPa以下、压力为0.2MPa以上、温度为14(TC以上、时间周期为2 分钟以上的条件下进行压力成形。另外，本发明提供了一种通过上述制造方法制造的微透镜。例如， 优选微透镜具有2~100pm的透镜直径和2~100)^m的透镜高度。此外， 当微透镜形成时，脱模层的膜厚为10 500nm，优选为10 300mn。当 膜厚小于10nm时，在压力成形时可脱模性往往降低。另一方面，当其 大于300nm时，微透镜的亮度往往降低。实施例 实施例1为了制备具有与微透镜相同的形状的制造用原版，使用准分子激 光器将聚酰亚胺制造用原版加工成直径为10Mm、高度为5pm的微透镜 形状。然后，通过使用已加工的制造用原版进行Ni电铸来制备具有与 微透镜形状相反的形状的Ni成形模(5cm长x5cm宽420)am厚)。此后， 将用水稀释含有FEP的水性分散液(FEP-120JR，杜邦-三井氟化学有限 公司(DuPont-MitsuiFluorochemicals Co.,Ltd.)制造，平均粒度210nm) 至l.OmPa's的粘度(25。C)和0.1重量°/。的FEP浓度而获得的分散液，通8过旋涂法涂布至Ni成形模的模表面，然后在80'C下干燥5分钟，迸一 步在35CTC下焙烧15分钟，从而形成具有10nm膜厚的脱模层，以获 得成形模。顺便提及，脱模层的表面粗糙度为5nm。在相对于聚苯乙烯片布置该成形模后，用真空压力机即 Nichigo-Morton有限公司制造的V130，在真空度为5hPa、压力为0.5MPa 和温度为16(TC的条件下，进行压力成形两分钟，以制造微透镜。由此 制造的微透镜被放置在显示面板上，用亮度计(BM-9，由拓普康公司 (Topcon Technohouse Corporation)制造),将探测角调节至0.2°范围以刚 刚高于面板，以及将面板和亮度计之间的距离调节至350mm，来评价 亮度。亮度的增长量可以判断为70%以上，所以证实了微透镜是如所 设计的那样成形的，其对应于成形模的模表面的精密形状。实施例2以与实施例i中相同的方式获得其上形成了膜厚为50nm的脱模 层的成形模，所不同的是，分散液的粘度变为1.2mPws(25t:)且分散液 中FEP的浓度变为0.2重量％。顺便提及，脱模层的表面粗糙度为5nm。 此外，以与实施例1中相同的方式制造微透镜。对于制造的微透镜， 以与实施例1中相同的方式评价亮度。亮度的增长量可以判断为70% 以上，所以证实了微透镜是如所设计的那样成形的，其对应于成形模 的模表面的精密形状。实施例3以与实施例1中相同的方式获得其上形成了膜厚为300nm的脱模 层的成形模，所不同的是，分散液的粘度变为1.4mPa，s(25t:)，分散液 中FEP的浓度变为1重量％，以及使用浸涂法。顺便提及，脱模层的 表面粗糙度为5nm。此外，以与实施例1中相同的方式制造微透镜。 对于制造的微透镜，以与实施例1中相同的方式评价亮度。亮度的增 长量可以判断为70%以上，所以证实了微透镜是如所设计的那样形成 的，其对应于成形模的模表面的精密形状。实施例4以与实施例3中相同的方式获得其上形成了膜厚为500nm的脱模 层的成形模，所不同的是，分散液的粘度变为1.5mPa，s(25。C)且分散液 中FEP的浓度变为2.6重量％。顺便提及，脱模层的表面粗糙度为5nm。 此外，以与实施例1中相同的方式制造微透镜。对于制造的微透镜， 以与实施例1中相同的方式评价亮度。亮度的增长量可以判断为70% 以上，所以证实了微透镜是如所设计的那样形成的，其对应于成形模 的模表面的精密形状。实施例5以与实施例3中相同的方式获得其上形成了膜厚为300nm的脱模 层的成形模，所不同的是，使用含有PFA的水性分散液(Neoflon PFA Dispersion AD2CR，由大金工业株式会社(Daikin Industries Ltd.)制造， 平均粒度500nm)，分散液的粘度调节至1.4mPa's(25。C)，以及分散液 中PFA的浓度调节至2.5重量％。顺便提及，脱模层的表面粗糙度为 50nm。此外，以与实施例1中相同的方式制造微透镜。对于制造的微 透镜，以与实施例1中相同的方式评价亮度。亮度的增长量可以判断 为70%以上，所以证实了微透镜是如所设计的那样形成的，其对应于 成形模的模表面的精密形状。比较例1以与实施例1中同样的方式获得其上形成了膜厚为5nm的脱模层 的成形模，所不同的是，分散液的粘度变为0.9mPa's(25'C)且分散液中 FEP的浓度变为0.02重量。/。。顺便提及，脱模层的表面粗糙度为5nm。 此外，以与实施例1中相同的方式制造微透镜。然而，在成形模的模 表面上形成的脱模层部分薄化，所以从成形模上可脱模性降低而产生 缺陷，即微透镜部分没有成形，从而导致亮度降低15%。比较例2以与实施例3中相同的方式获得其上形成了膜厚为700nm的脱模 层的成形模，所不同的是，分散液的粘度变为2.1mPa's(25'C)且分散液 中FEP的浓度变为10重量％。顺便提及，脱模层的表面粗糙度为5nm。 以与实施例1中相同的方式制造微透镜。然而，在成形模的模表面上 形成的脱模层形成得厚，所以微透镜未如所设计的对应于成形模的模 表面的精密形状那样形成，从而导致亮度降低10%。顺便提及，在实施例卜5和比较例1和2中，脱模层的膜厚用透 射电子显微镜(由日立有限公司(Hitachi， Ltd)制造)测量，脱模层的表面 粗糙度用原子力显微镜(由日本的威科仪器有限公司(Veeco Instruments)表1实施例 1实施例 2实施例 3实施例 4实施例比较例 1比较例 2脱模层的膜厚(nm)0503005003005700il树脂FEPFEPFEPFEPPFAFEPFEP分散液的粘度(mPa-s)1.01.21.41.5.40.92.1分散液的涂布方法旋涂旋涂浸涂浸涂浸涂旋涂浸涂脱模层的表面粗糙度55555055虽然已经详细地并参照其具体实施方案描述了本发明，但对本领 域的技术人员来说，显而易见可以在不脱离其范围的条件下对其进行 各种变化和修改。本申请基于2008年6月6日提交的日本专利申请2008-149212号，其全部内容在此引用作为参考。
权利要求
1.一种成形模，其包括在所述成形模的模表面上形成的脱模层，所述脱模层包括氟树脂并具有10～500nm的膜厚。
2. 根据权利要求l的成形模，其中所述氟树脂选自聚四氟乙烯、 四氟乙烯/六氟丙烯共聚物和四氟乙烯/全氣(烷基乙烯基醚)共聚物。
3. 根据权利要求1的成形模，其中所述脱模层的表面粗糙度(Ra) 为1 50nm。
4. 根据权利要求1的成形模，其中形成所述成形模的基材选自 Ni、 Al、青板玻璃、石英、硅晶片、聚酰亚胺和聚碳酸酯。
5. 根据权利要求1的成形模，其中所述脱模层是通过将含有所述 氟树脂的分散液涂布至成形模的模表面、然后干燥和焙烧而形成的。
6. 根据权利要求5的成形模，其中所述分散液在25'C的粘度为 1 2 mPa s。
7. —种制造微透镜的方法，其包括使用权利要求1的成形模将树 脂成形，从而获得微透镜。
8. 根据权利要求7的方法，其中所述树脂是苯乙烯类聚合物。
9. 根据权利要求7的方法制造的微透镜。
全文摘要
本发明提供了一种成形模以及使用该成形模所成形的微透镜，所述成形模具有在该成形模的模表面上形成的脱模层，所述脱模层包含氟树脂并具有10～500nm的膜厚；一种微透镜的制造方法，其包括使用成形模将树脂成形；以及用所述制造方法制造的微透镜。该成形模能够如所设计的那样将成形模的模表面的精密形状转印至光学部件。
文档编号B29K25/00GK101596758SQ200910141949
公开日2009年12月9日 申请日期2009年6月8日 优先权日2008年6月6日
发明者内藤龙介 申请人:日东电工株式会社