专利名称：压模制造方法、压模、和模制品制造方法
技术领域：
本发明涉及用作制造模制品的模子的压模、压模的制造方法、和模制品的制造方法。
背景技术：
过去，提出了例如在表面上具有防反射结构体的透镜等光学器件。在防反射结构 体中，锥形凹凸体以小于等于入射光波长的间距(例如，可见光情况下为亚微型间距)布置 成阵列形状(见，例如日本专利申请特开2006-130841号公报(以下称为专利文献1))。在专利文献1的图3所示的防反射结构体的制造方法中，通过喷镀和非电解镀方 法，在石英玻璃基底的凹面上形成Ni-Cu-P的针状晶体33。将Ni-Cu-P针状晶体用作掩膜， 进行干蚀刻工艺，直到针状晶体消失，从而形成如专利文献1的图3D所示的凸透镜模子34。 此外，如专利文献1的图4所示，使用凸透镜模子34，对模制材料42进行按压加工，从而形 成具有与针状晶体33的形状相对应的防反射结构体的光学器件。在专利文献1所公开的光学器件中，由于蚀刻工艺原理上的制约，针状晶体只取 向为一个方向。因此，虽然能够降低主要沿光轴方向向光学器件入射的光的反射，但是不能 降低相对于光轴具有一定角度的入射光的反射。另一方面，日本专利申请特开2008-37089号公报(以下称为专利文献2)公开了 在凸面上形成有防反射用凹凸结构的光学器件(图7A)，以及以相同方法在凹面上形成有 防反射用凹凸结构的光学器件(图7B)。在专利文献2所公开的各个光学器件中，凹凸结构 沿凸面(凹面)的法线方向形成。通过使用具有与该凹凸结构相对应的凹凸结构的模子， 形成光学器件(见，例如专利文献2的段落0028、0029、0047、0048和0073)。然而，专利文献2公开的是，具有凹凸结构的模子由喷镀和蚀刻工艺形成。例如， 在用于制造专利文献2的图7所示光学器件的模子的曲面上，进行用于形成凹凸结构的曝 光和蚀刻工艺不太现实。如果要试图实现凹凸结构，则有必要按小时改变曝光和蚀刻的方 向来逐个形成突起，这需要大量时间。因此，该工艺不适于量产。
发明内容
鉴于上述情形，希望提供一种压模、压模的制造方法、以及模制品的制造方法，其 能够获得在非平面表面上形成预定图案结构的产品，并能提高产品的生产率。根据本发明一实施例，提供了一种制造压模的方法。该方法包括将具有形成面和 与该形成面相反的反面的平板构件安装至模具，以使所述反面面向模具的空腔，其中所述 形成面上形成有预定的图案结构。该方法还包括从所述板构件的形成面侧，向所述空腔中导入连续体，并通过所述 连续体对所述板构件加压，以使安装至所述模具的板构件的形成面的整体形状变形成与所 述空腔相对应的形状。也就是说，板构件的形成有图案结构的形成面，以连续体作为芯子，形成为与空腔相对应的形状。通过该结构，例如，在空腔的内表面呈非平面形状的情况下，形成面的整体 形状形成为曲面形状，从而能够制造在非平面表面上形成有预定图案结构的压模。作为结 果，通过使用该压模来使模制对象物成形，能够制造在表面上形成有与压模的图案结构相 对应的图案结构的产品(模制品)。因此，能够在短时间内以低成本制造大量产品，从而提 高了生产率。非平面表面包括曲面和由两个或两个以上平面组合而成的表面。曲面包括球面和 非球面等。连续体可以是树脂。制造压模的方法还可包括在对所述板构件加压后，修改所述模具的空腔的内表 面的形状。在该情况下，将通过上述加压形成的压模安装至空腔的内表面形状得到修改后 的模具。另外，通过导入空腔中的连续体对压模加压，以使压模的形成面的整体形状变形成 与模具的修改后的空腔相对应的形状。也就是说，使用首先形成的压模，来使模制对象物成形。如果有必要修改模制品的 形状，则对首先形成的压模的形状进行修改。在该情况下，空腔的内表面得到修改，并再次 通过模具形成压模，从而能够修改压模的形状。结果，能够降低压模的制造成本。所述压模可以是用于形成具有与所述图案结构相对应的光学图案结构的光学器 件的压模。例如，作为光学图案结构，可使用例如凹凸结构等能够发挥防反射功能的结构。所述模具可以是直浇口型模具。也就是说，可以使用直浇道直接与浇口连接的没 有横浇道的模具。通过该结构，能够改善作为芯子的连续体在空腔中向板构件施加的压力 的均勻性。根据本发明另一实施例，提供了 一种通过上述制造方法制得的压模。根据本发明另一实施例，提供了一种制造模制品的方法。该方法包括准备压模，该 压模的制造方法包括将具有形成面和与该形成面相反的反面的平板构件安装至模具，以 使所述反面面向模具的空腔，其中所述形成面上形成有预定的图案结构；以及通过从所述 板构件的形成面侧导入模具的空腔中的连续体，对所述板构件加压，以使所述板构件的形 成面的整体形状变形成与所述模具的空腔相对应的形状。该方法还包括使用所述压模来使模制对象物成形，所述模制对象物具有与所述 图案结构相对应的结构。如上所述，根据本发明的实施例，能够获得在非平面表面上形成有预定图案结构 的产品，并能提高产品的生产率。本发明的这些以及其它目的、特征和优势将在以下对如附图所示的具体实施方式
的详细描述中变得更加清楚明了。
图IA IF依次示出了在本发明一实施例的压模的制造工艺中用于形成压模的母 盘的制造步骤；图2是通过PTM技术曝光并显影后的图IC所示抗蚀剂掩膜的表面照片，该照片由 电子显微镜拍得；图3是在形成蛾眼结构后对图ID所示母盘进行转印所获得的UV树脂的表面照
4片，该照片由电子显微镜拍得；图4是截面图，示意性地示出了以图IF所示方式获得的板构件被放置到用于形成 压模的压模模具中的状态下的压模模具；图5是截面图，示出了树脂被导入压模模具的空腔中，并且压模受到延压处理的 状态；图6是截面图，示意性地示出了制成的压模；图7是示出在测试中制造的十五个压模的设计值和拔模斜度的表格；图8是与图7所示表格相对应的压模的示意图；图9示出了形成图7所示表格中的例如10号压模时，在压模模具的空腔中的树脂 的压力的波形变化过程；图10是用于形成图7中的10号压模并被导入压模模具中的树脂体的照片；图11是图7中的10号压模的照片；图12是截面图，示出了通过使用图4和5所示制造方法制成的压模来形成作为产 品(模制品)的凸透镜的透镜模子；图13是从芯子板侧观察到的安装至受体的压模的照片；图14是通过透镜模子形成的凸透镜产品的照片；图15A 15D是截面图，依次示出了修改压模的形状的方法；图16是截面图，示意性地示出了在安装有作为模制对象的平板构件的状态下，用 于形成作为模制品的凹透镜的压模的制造用压模模具；图17是截面图，示出了树脂被导入压模模具的空腔中、并且板构件受到延压处理 的状态下的压模模具；图18是截面图，示意性地示出了制成的压模。
具体实施例方式下面将参考附图描述本发明的实施例。(压模的制造方法1)在以下实施例中，将描述制造作为产品(模制品(molding))的光学器件的压模 (stamper)的制造方法。典型地，以具有蛾眼结构(moth-eyestructure)的透镜作为光学器 件的示例，蛾眼结构是作为预定图案结构(pattern structure)的微小凹凸结构。(母盘的制造方法)图IA IF依次示出了在本发明一实施例的压模的制造工艺中用于形成压模的母 盘(master)的制造步骤(图IA 1D)。如图IA所示，准备由石英玻璃等形成的基底1，并如图IB所示，在基底1上形成抗 蚀膜3。然后，如图IC所示，通过例如曝光和显影等光刻技术，在抗蚀膜3中形成预定的图 案。例如，形成具有多个孔的抗蚀剂掩膜(resist mask) 3a。如图ID所示，通过蚀刻形成具 有蛾眼图案结构11的母盘la。(凸透镜用压模的制造方法)此外，如图IE所示，母盘Ia的蛾眼结构11的图案通过例如电铸法 (electroforming)转印至金属材料5。然后，从母盘Ia剥离金属材料5。结果，如图IF所示，金属材料5形成为平板构件5，该平板构件5具有在表面上形成有蛾眼结构51的蛾眼结 构形成面52。在图IE所示步骤中，以电铸法作为示例，但也可使用例如化学镀(chemical plating)等非电解镀(electroless plating)、或者气相沉积(vapord印osition)。在图IC的曝光步骤中，通常，能够应用PTM(phase transition mastering，相变母 盘刻录)技术。PTM技术是主要用于制造BD (蓝光光盘)的母盘的技术。在PTM技术中，例如，使用光盘驱动器的光头(optical pickup)作为曝光系统。具 体说，例如，使石英玻璃基底旋转，从光头的激光源发射激光。根据光强的调制，位于旋转的 石英玻璃基底上的抗蚀剂受到选择性曝光，从而在抗蚀剂上形成预定的潜像图案。通过使 用PTM技术，能够在短时间内形成潜像图案。图2是通过PTM技术曝光并显影后的图IC所示抗蚀剂掩膜3a的表面照片。该照 片由电子显微镜拍得。图3是在形成蛾眼结构11后对图ID所示母盘Ia进行转印所获得 的UV树脂的表面照片。该照片由电子显微镜拍得。该照片中的蛾眼结构具有例如多个圆 锥形突起。突起的间距设定为约280nm，而高度为320nm。在该情况下，使用无机抗蚀剂作 为抗蚀剂材料，并将RIE (reactive ion etching，反应离子蚀刻)用于蚀刻处理。在用于图IE所示步骤的电铸法中，使用Ni或Ni合金(例如NiCo、NiP或NiB)作 为金属材料。板构件5的材料并不局限于这些材料。图4是截面图，示意性地示出了以图IF所示方式获得的板构件5被安装到用于形 成压模的压模模具(stamper die)中的状态下的压模模具。压模模具10包括可动板2和固定板4。可动板2安装有受体(rec印tionpiece) 6， 而固定板4安装有直浇道套(sprue bush) S0受体6通过螺丝或其它安装固定件可装卸地 安装至可动板2。直浇道套8也通过螺丝或其它安装固定件可装卸地安装至固定板4。板 构件5以被夹持在受体6与直浇道套8之间的方式安装至受体6，从而使板构件5安装到压 模模具10中。在受体6的直浇道套8侧，形成有用于将板构件5形成为期望形状的空腔7。板构 件5设置成面向空腔7。直浇道套8具有导入口(feed port) 8a、直浇道8b、浇口(gate) 8c、 和扩散区域8d。如后所述，从导入口 8a导入例如作为连续体(continuous body)的树脂。 直浇道8b与导入口 8a连通。浇口 8c形成在直浇道8b的端部。扩散区域8d使导入的树 脂扩散。扩散区域8d大于直浇道8b的流道直径。板构件5设置成使蛾眼结构51的形成 面52(见图1F)面向扩散区域8d，并使与形成面52相反的表面面向浇口 Sc。在本实施例 中，受体6的空腔7的内表面7a形成为球面形状。在本实施例中，作为压模模具10，使用的是直浇口型(direct-gate type)模具。 也就是说，没有设置横浇道(runner)，直浇道8b直接与浇口 8c连接，从而能够改善作为芯 子(core)的树脂在空腔7中向板构件5施加的压力的均勻性。直浇道套8的扩散区域8d设置成与空腔7相对。扩散区域8d是用于通过导入扩 散区域8d中的树脂对板构件5加压的区域。在扩散区域8d中，由树脂所施加的压力均勻 地施加至板构件5的需要变形的整个区域。此外，在压模模具10中，空腔7的中心轴、扩散 区域8d的中心轴、和浇口 8c的中心大致彼此重合。因此，从浇口 8c排出的树脂对板构件 5所施加的压力的均勻性得到增加。
注意，也可不设置扩散区域8d。在该情况下，浇口 8c的开口直径可设计成适当尺 寸，使得树脂的压力均勻地施加至板构件5。如图5所示，经由直浇道8b和浇口 8c，向压模模具10的空腔7中，以按压板构件 的形成面52的方式导入树脂13。板构件5的蛾眼结构51的形成面52的整体形状，通过树 脂13的压力，变形成与空腔7的内表面7a相应的形状。也就是说，通过树脂13的压力对 板构件5进行了延压处理(drawing process)。图6是示意性地示出按如上方式形成的压模5'的截面图。在图6中，为了便于说 明，放大了蛾眼结构51的尺寸。如图所示，形成了整体形状呈凹状并在凹面形成面52上具 有蛾眼结构51的压模5'。在蛾眼结构51中，各个突起取向为凹面的法线方向。在图5所示状态下，使可动板2与固定板4分离，从而使树脂13与压模5'剥离 (剥离步骤)。剥离掉的树脂13可扔弃，也可再利用。如上所述，板构件5的形成有蛾眼结构的形成面52，以作为连续体的树脂13作为 芯子，形成为与压模模具10的空腔7的形状相对应的球面。因为形成面52的整体形状形 成为球面形状，所以能够制造在球面上形成有蛾眼结构的压模5'。作为结果，通过使用压 模5'来形成光学器件，能够制造在表面上形成有与压模5'的蛾眼结构51相对应的蛾眼 结构的透镜产品。因此，能够在短时间内以低成本制造大量产品，从而能够提高生产率。具体说，通过本实施例的制造方法，蛾眼结构51的所有突起大致取向为形成面52 的球面的法线方向。因此，能够增加能发挥防反射效果的入射光的入射角的范围。作为结 果，在将压模5'所形成的凸透镜安装至相机等装置的情况下，与现有技术的产品相比，能 够进一步降低相机拍摄时的光斑(flare)或重影(ghost)。下面，将描述本发明的发明人所进行的压模5'的制造测试的结果。图7是在本测试中制造的十五个压模5'各自的设计值和拔模斜度(draftangle) 的表格。在本测试中，用作连续体的树脂13是PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。另外，形成压模 5'的板构件5的材料是M，板构件5的厚度为0.5mm。图8是与图7所示表格相对应的压 模5'的示意图。注意，图8只示出了蛾眼结构的一个突起。图9示出了形成图7所示表格中的例如10号压模5'时，在压模模具10的空腔 7中的树脂13的压力(注射压力)的波形变化过程。如图9所示，压力波形在46. SMPa时 表现出上升梯度临时变小，这意味着板构件5开始塑料变形。此外，要使板构件5的回弹变 小，压力在150MPa保持约6秒。图10是用于形成10号压模5'并被导入压模模具10中的树脂体(材料如上所述 SPMMA)的照片。树脂体如上所述，可扔弃或再利用。图11是10号压模5'的照片。在图7和8中，θ 3表示拔模斜度。在图7中，除1、4、8和12号外的压模5'的拔 模斜度θ 3为正值，使得从各个压模5'取出树脂13不成问题。另一方面，1、4、8和12号 压模5'的拔模斜度θ 3为负值。但是，由于以下原因，能够从各个压模5'中取出树脂13。在剥离步骤中，在树脂13从压模5'分离的方向上，压模5'受到作用力。由于压 模5'薄，所以压模5'发生弹性变形，并跟随树脂13的移动。也就是说，即使各个突起如 图6所示取向为法线方向，但是压模5 ‘的弹性变形防止蛾眼结构51的突起被损坏，从而能 够剥离树脂13。在该情况下，作为板构件5，根据材料和尺寸，可使用厚度为例如小于等于 1mm、或者在0. 1 0. 5mm范围内的材料。
(凸透镜的制造方法)准备按上述方法制造的压模5'，并将之安装至图12所示的透镜模子(lens mold)60。在透镜模子60中，用于图4和5所示压模模具10的受体6能够按原样使用。例 如，透镜模子60设置有受体板12和具有芯子14a的芯子板14。受体6可安装至受体板12。 受体6通过例如螺丝15等安装固定件安装至受体板12。如上参考图4和5所述以受体6 作为模具形成的压模5'被安装至受体6。虽然图12未示出，但是压模5'的凹面部形成有 蛾眼结构。该凹面部的内部相当于空腔7。经由横浇道16向空腔7中导入树脂材料23，从 而形成凸透镜。图13是从芯子板14侧观察到的安装至受体6的压模5'的照片。图14是通过透 镜模子60形成的凸透镜产品的照片。(压模形状的修改方法)下面，描述对压模5'的形状进行修改的示例。在透镜的设计和制造过程中，经常 需要对透镜的形状进行部分修改。例如，将描述这样一种情况，即如图15A所示，对作为模制品形成的凸透镜24的一 部分(具体说例如图中点划线所围成的部分A)进行加厚，从而对凸透镜24的曲率进行修 改。如图15B所示，对用于形成压模5'的受体6的空腔7的内表面7a的部分7b进行切削 修改。切削深度为例如微米级。如图15C所示，将压模5 ‘安装至修改后的空腔7 (具有修改后的空腔7的受体6)， 再将受体6安装至图4和5所示的压模模具10。此外，通过导入空腔7中的作为连续体的 树脂13所施加的压力，再次形成压模5'。这时，压模5'的形状根据修改过的空腔7的内 表面7a的形状得到修改。根据本实施例，不必从头再次生成压模5'。通过对受体6的空腔7的内表面形状 进行修改，能够在短时间内反复修改压模5'的形状。作为结果，能够降低压模5'的制造 成本。注意，在这样修改压模5'时，压模5'安装至图12所示的透镜模子60，可在制造 作为产品的模制品的过程中，修改压模5'的形状。(压模的制造方法2)(凹透镜用压模的制造方法)图16是截面图，示意性地示出了在安装有作为模制对象(mold target)的平板构 件5的状态下，用于形成作为模制品(molding)的凹透镜的压模5"的制造用压模模具。请 注意，在平板构件5的一个表面上，已形成有通过母盘Ia形成的蛾眼结构51。压模模具20设置有可动板42和固定板44。可动板42设置有受体46，而固定板 44设置有直浇道套48。直浇道套48可与图4和5所示直浇道套8相同，也可以是没有扩 散区域8d的直浇道套。板构件5安装成使得蛾眼结构51 (图1F)的形成面52朝向固定板 44侧。受体46的端面46a是例如曲率为Rl的球面。端面46a相当于空腔47的内表面，板 构件5沿该内表面形成。受体46安装并固定至固定于可动板42上的基板49。基板49安 装有例如螺旋弹簧等弹性构件26。环形接收构件25经由弹性构件26被基板49弹性地支 承，并设置成围绕着受体46滑动。虽然如图17所示设置有作为弹性构件26的多个螺旋弹 簧，但也可只使用被受体46插入的一个螺旋弹簧。
图17是作为连续体的树脂13被导入结构为如上所述的压模模具20的空腔47中、 并且板构件5受到延压处理的状态下的压模模具20的截面图。通过经由直浇道套48导入 空腔47中的树脂13的压力，接收构件25发生移动，而板构件5发生变形。接收构件25的 位于基板49侧的端部25a与基板49发生接触，从而使接收构件25停止。这样，板构件5的 蛾眼结构51的形成面52，通过树脂13的压力，变形成与空腔7的内表面形状相应的形状。 作为结果，如图18所示，形成了压模5"，压模5"呈凸状，并在凸面上具有蛾眼结构51。在 蛾眼结构51中，各个突起取向为凸面的法线方向。通过使用按上述方式制成的压模5"来使模制对象成形，能够制造具有沿凹面的 法线方向形成的多个突起的凹透镜。本发明的实施例并不局限于上述示例，还能够构思其它各种实施例。在压模5'和5〃中，例如蛾眼结构等图案结构形成在球面上。也就是说，例如，在 图4和16中，空腔7和47的内表面形状为球面，并且形成有压模5 “的蛾眼结构51的形成 面52的整体形状为球面形状。然而，表面形状可为任意形状，只要表面是非平面表面。非 平面表面包括曲面和由两个或两个以上平面组合而成的表面。曲面包括球面和非球面等。在上述实施例中，作为将成为产品的模制品，使用了具有蛾眼结构的光学器件，但 是结构并不局限于蛾眼结构，也可使用在非平面表面上形成有各种图案结构的光学器件作 为示例。另外，作为产品，在上述实施例中使用的示例是透镜，但是上述实施例的压模及其 制造方法也可应用于例如具有非平面表面的光片(optical sheet)等其它光学器件。在上述实施例中，描述的是使用压模5来形成作为树脂产品的透镜的示例，但是 透镜并不局限于树脂产品，也可是玻璃产品。除光学器件外，在制造用于生物工艺学等领域的细胞培养用培养皿(petri dish) 等器皿的情况下，可应用上述实施例的压模5"。在该情况下，表面的整体形状呈非平面表 面，并通过压模5"形成容纳细胞的具有微小凹凸结构的培养皿。此外，作为除蛾眼结构外 的图案结构的示例，可给出电路图案。在上述实施例中，蛾眼结构的突起的间距设定为与可见光的波长(或波长的一 半)相当的数百纳米，例如200 300nm。然而，在应用除蛾眼结构外的例如电路等图案结 构的情况下，图案结构中的间距可设定为使得能够从视觉上确认图案，例如设定为大于等 于0. Imm,或大于等于数毫米，或者比200 300nm还小。作为连续体，使用的是固体树脂13，但是也可使用例如液体和气体等流体。作为液 体的示例，可使用油之类的物质。作为气体的示例，可使用空气、惰性气体等气体。在上述实施例中，描述的是形成一个透镜的示例。然而，也可使用同时形成多个透 镜的模式，例如复眼透镜(compound eye lens)。在该情况下，通过参考图5或17所描述的 制造方法，制造具有多个非平面图案结构形成面的压模5。在上述实施例中，描述的是压模模具10与透镜模子60彼此不同的情况，但也可以 是相同的。本申请包含2009年5月8日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-113284所涉及的主题，其全部内容通过引用并入本文。本领域的技术人员应该了解的是，在所附权利要求书或其等同方案的范围内，可 根据设计要求和其它因素做出各种修改、组合、子组合和变更。
权利要求
一种制造压模的方法，包括将具有形成面和与该形成面相反的反面的平板构件安装至模具，以使所述反面面向模具的空腔，其中所述形成面上形成有预定的图案结构；以及从所述板构件的形成面侧，向所述空腔中导入连续体，并通过所述连续体对所述板构件加压，以使安装至所述模具的板构件的形成面的整体形状变形成与所述空腔相对应的形状。
2.如权利要求1所述的制造压模的方法，其中，还包括在对所述板构件加压后，修改所述模具的空腔的内表面的形状； 将通过加压所形成的压模安装至空腔的内表面形状得到修改后的模具；以及 通过导入空腔中的连续体对安装至模具的压模进行加压，以使所述压模的形成面的整 体形状变形成与所述模具的修改后的空腔相对应的形状。
3.如权利要求1所述的制造压模的方法，其中，所述压模是用于形成具有与所述图案 结构相对应的光学图案结构的光学器件的压模。
4.如权利要求1所述的制造压模的方法，其中，所述模具是直浇口型模具。
5.如权利要求1所述的制造压模的方法，其中，所述连续体是树脂。
6.一种压模，由包括以下步骤的制造方法制成将具有形成面和与该形成面相反的反面的平板构件安装至模具，以使所述反面面向模 具的空腔，其中所述形成面上形成有预定的图案结构；以及从所述板构件的形成面侧，向所述空腔中导入连续体，并通过所述连续体对所述板构 件加压，以使安装至所述模具的板构件的形成面的整体形状变形成与所述空腔相对应的形 状。
7.—种制造模制品的方法，包括准备压模，该压模的制造方法包括将具有形成面和与该形成面相反的反面的平板构 件安装至模具，以使所述反面面向模具的空腔，其中所述形成面上形成有预定的图案结构； 以及通过从所述板构件的形成面侧导入模具的空腔中的连续体，对所述板构件加压，以使 所述板构件的形成面的整体形状变形成与所述模具的空腔相对应的形状；以及使用所述压模来使模制对象物成形，所述模制对象物具有与所述图案结构相对应的结构。
全文摘要
本发明涉及压模制造方法、压模、以及模制品制造方法，所述压模制造方法包括将具有形成有预定图案结构的形成面的平板构件安装至具有空腔的模具；以及向所述空腔中导入连续体，并通过连续体对板构件进行加压，以使安装至所述模具的板构件的形成面的整体形状变形成与所述空腔相对应的形状。
文档编号B29C33/38GK101879765SQ20101017144
公开日2010年11月10日 申请日期2010年4月28日 优先权日2009年5月8日
发明者鸿丸几久夫 申请人:索尼公司