エンボス加工された配向光学フィルム
エンボス加工された光学シート材料（１０）を作製する方法は、第１の表面と第２の表面を有する光学的に異方性の一軸配向ポリマー基板を提供すること、パターン形成したツールを放射エネルギー源からの放射エネルギーを用いて加熱し、パターンは長手方向を有する複数の平行に隆起した微小構造を含むこと、ポリマー基板の配向方向と平行なポリマー基板の第１の主要表面に対してツールを押し付け、ポリマー基板の第１の主要表面を軟化させ、ポリマー基板中に溝形状の微小チャンネル（１４）をエンボス加工すること、エンボス加工されたポリマー基板を冷却すること、およびポリマー基板からツールを分離することとを含み、ポリマー基板の配向はポリマー基板および第１の主要表面全体で変化しない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２００３年１月６日出願の仮出願番号第６０／４３８，１９４号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、光学フィルムを精密な詳細さ（デティル）でエンボス加工する工程に関し、より詳細には、エンボス加工されない光学フィルムと、バルクおよび表面において実質上同じ光学特性を有する、光学フィルムを作製（make）する工程に関する。また、本発明は、光管理フィルム（ライトマネージメントフィルム）など、特に表示用途に使用するようにされた光学フィルムに関する。
【背景技術】
【０００３】
樹脂状シートまたは積層体に微小立方体などの精密な光学パターンをエンボス加工する工程および装置は、米国特許第４，４８６，３６３号、第４，４７８，７６９号、第４，６０１，８６１号、第５，２１３，８７２号、および第６，０１５，２１４号としてよく知られており、これらの特許は全てリファレンスとして本明細書に組み込まれている。このような合成樹脂光学シートの製造において、光学要素の幾何形状的精密さはその光学性能を決定するので、高精度のエンボス加工が必要とされる。上に引用した特許は、透明な熱可塑性材料の一表面上に微細または精密で詳細な繰り返し後方反射性（ｒｅｔｒｏ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）パターンを連続的にエンボス加工し、フィルムの表面を所望の微小構造パターンに形成する特別の方法と装置を開示する。
【０００４】
米国特許第６，０９６，２４７号はエンボス加工された光学ポリマーフィルムを作製する工程と装置を開示する。火炎バーナーまたは火炎のない放射バーナーによってポリマーフィルに直接熱流を与えて、ポリマーフィルムの少なくとも一表面を軟化させる。次いで、フィルムをエンボス加工ニップを通過させ、フィルムの軟化した表面上にエンボスを形成する。次いで、このエンボス加工された表面はエンボスの構造を固定するために冷却される。加熱、エンボス加工、エンボス加工された光学フィルムの冷却に要する時間は、エンボス加工される光学フィルムの熱感受性に部分的に応じて、約０．０５〜約１秒であるといわれる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、光学フィルムをエンボス加工する方法は、光学的に異方性の一軸配向フィルムを提供すること、パターン形成したツールを放射エネルギー源からの放射エネルギーを用いて加熱し、パターンは長手方向を有する複数の平行に隆起した微小構造を含むこと、隆起した微小構造の長手方向がポリマー基板の配向方向と実質上平行になるようにツールを配向フィルムの表面に対して押し付け、それによって配向フィルムの表面をパターン形成することとを含む。本発明の一態様において、ｖ形状の溝が配向フィルムの表面にエンボス加工される。
【０００６】
本発明の一形態において、光学フィルムはその中に複数のｖ形状の微小チャンネルを有する透明なエンボス加工されたポリマーフィルムを含む。本明細書と請求項を通じて用いられる用語「透明な」は、光学的に透明または光学的に半透明であることを意味する。エンボス加工されたフィルムは、一軸配向フィルムであり、配向の方向は実質上ｖ形状微小チャンネルの長手方向と平行であり、エンボス加工されたポリマーフィルムの配向は、ポリマー基板および第１の主要表面（major surface）全体を通じて変化しない。
【０００７】
前述の目的および関連する目的を達成するために、本発明は以降で完全に説明し、特に請求項の中で指摘する特徴を含む。以下の説明および添付の図面は、本発明の或る例示的実施形態を詳細に記述する。しかし、これらの実施形態は、本発明の原理を用いることのできる様々な方法のいくつかを説明するに過ぎない。本発明の他の目的、利点および新規な特徴は、以下の本発明の詳細な説明を図面と共に熟考するとき明らかになるであろう。
【０００８】
添付の図面において、必ずしも尺度は示してはいない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ここで図面、最初に図１と２を詳細に参照すれば、これらの図は本発明によるエンボス加工された配向フィルムを示す。光学フィルム１０は、その上部表面にエンボス加工された微小チャンネルまたは溝１４を備える一軸配向フィルム１２を含む。微小チャンネル１４は、フィルム１２の配向方向に実質上平行な長手方向（図２を参照されたい）を有する。示した実施形態において、微小チャンネル１４は上部角度θを有するｖ形状の溝である。個々の微小チャンネル１４の各々は、図２に示した実質上同じサイズと形状にすることができ、あるいは異なるサイズと形状にすることができる。微小チャンネル１４は、Ｖ形状、矩形、台形、半円形、またはサインカーブの断面形状を有することができる。
【００１０】
一実施形態において、個々の微小チャンネル１４は、約１ミクロン〜約１００ミクロン、他の実施形態において、約１０ミクロン〜約１００ミクロンの範囲の深さを有する。さらに他の実施形態において、微小チャンネルの深さは約４０ミクロン〜約６０ミクロンである。個々の微小チャンネル１４の幅は、一実施形態において約０．２ミクロン〜約５００ミクロンの範囲内であり、他の実施形態において約１０ミクロン〜約１００ミクロンの範囲内である。上部角度θは約２０°〜約１２０°、または約６０°〜約９０°の範囲内とすることができる。
【００１１】
微小チャンネル１４は、一実施形態において約０．２ミクロン〜約５００ミクロンの距離、または他の実施形態において約１００ミクロン〜約２００ミクロンの距離で間隔を置くことができる。
【００１２】
配向フィルム
エンボス加工された一軸配向フィルム１２は熱可塑性ポリマーを含む。配向された熱可塑性ポリマーフィルムは、ポリマーを軟化転移温度に近いまたはそれを超える温度まで加熱し、一方向（一軸配向）または二方向（二軸配向）に延伸するなど、当技術分野の既知の方法によって調製される。典型的に、ポリマーシートは押し出され、次いで所望の温度で急速延伸することによって配向して配向フィルムが形成され、続いて急速クエンチされる。クエンチは分子緩和によって配向が失われないことを保証する。配向は機械方向（ＭＤ）と呼ばれるフィルムの動きの方向に行うことができる。機械方向に対して直交する方向への延伸は横方向（ＴＤ）または横断方向と呼ばれる。
【００１３】
配向フィルムの機械的特性は、配向の方向と程度に応じて変化する。配向はポリマーフィルムに固有の最大強度と剛性をもたらす。さらに、配向はさらに高いレベルの結晶性を誘起するので、障壁および化学的不活性さなどの特性がさらに高くなる。配向は非配向フィルムに形成される結晶ドメインよりも光の散乱が少ない結晶構造をもたらすので、光学特性は一般により優れている。
【００１４】
本発明のエンボス加工されたフィルムは一軸配向フィルムであり、二軸配向フィルムではない。一実施形態において、配向フィルムの延伸割合は約４〜５×ＭＤと１×ＴＤの範囲である。非晶質のガラス状熱可塑性フィルムおよび半結晶質熱可塑性フィルムは、本発明の方法によるエンボス加工された配向フィルムの作製に使用するのに適している。
【００１５】
適切な配向された非晶質ガラス状熱可塑性フィルムは、セルロースアセタート、セルローストリアセタート、およびセルロースアセタート／ブチラートなどのアセタート、ポリメチルメタクリラート、およびポリエチルメタクリラートなどのアクリル樹脂、ポリ（ｐ−スチレン）およびシンジオタクチックポリスチレンなどのポリスチレン、スチレン系のコポリマー、ポリビニルクロリド、ポリビニルフルオリド、ポリビニリデンクロリド、ポリビニリデンフルオリド、ポリビニリデンジクロリドなどのビニル樹脂およびその混合物を含むものを含む。
【００１６】
適切な配向された半結晶質熱可塑性フィルムは、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどのポリオレフィンホモポリマー、エチレン、プロピレンおよび／または１−ブチレンのコポリマー、エチレンビニルアセタートおよびアクリル酸エチレンなどのエチレンを含むコポリマー、ポリオキシメチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンブチラート、ポリブチレンテレフタラート、およびポリエチレンナフタラートなどのポリエステル、ポリヘキサメチレンアジプアミドなどのポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボナート、ポリヘキサメチレンアジプアミド、ポリウレタン、ポリカーボナート、ポリビニルアルコール、ポリエーテルエーテルケトンなどのケトン、ポリフェニレンスルフィド、およびその混合物を含むものを含む。
【００１７】
本明細書で使用される用語「異方性」は、ポリマーフィルムが、直交する面内軸に沿って異なる反射特性を有することを意味する。異方性フィルムは国際公開ＷＯ第０２／４８６０７号およびＷＯ第０１／９０６３７号に記載されている。本発明の異方性光学フィルムとして特に適切なものは、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）とポリエチレンナフタラート（ＰＥＮ）である。
【００１８】
一実施形態において、異方性材料は複屈折ポリマー材料である。そうした複屈折ポリマーはその光学軸に沿って異常屈折率ｎｅ、それに直交する軸に沿って通常屈折率ｎｏを有する。特別な材料によっては、ｎｅ＞ｎｏまたはｎｅ＜ｎｏである。フィルムの複屈折率Δｎは、通常屈折率と異常屈折率の間の差である。本発明のこの実施形態における異方性材料の複屈折率は０．１〜０．５の範囲である。
【００１９】
一実施形態において、多層フィルムをエンボス加工されたフィルムとして使用することができる。多層フィルムの例は、１種または複数の他のポリマーとの共押し出しによって形成されるフィルム層、他の層でコーティングしたフィルム層、または互いに積層または接着されたフィルム層を含む。軟化されエンボス加工される多層フィルムの表面は異方性の一軸配向フィルム表面である。
【００２０】
等方性層
本発明の一実施形態において、異方性のエンボス加工されたフィルムは、そのエンボス加工された表面上に光学的に等方性の層がコーティングされる。この実施形態は図３に示されており、光ガイド３０は、その上部表面とエンボス加工された微小チャンネル３４を被覆する等方性コーティング３６を有する、エンボス加工された異方性フィルム３２を含む。等方性材料は国際公開ＷＯ第０２／４８６０７号およびＷＯ第０１／９０６３７号に記載されている。等方性材料の屈折率はｎｉであり、異方性層の屈折率ｎｅまたはｎｏのひとつに実質上等しい。適切な等方性材料は、例えば、ポリメチルメタクリラート、ポリスチレン、ポリカーボナート、ポリエーテルスルホン、環状オレフィンコポリマー、架橋アクリラート、エポキシド、ウレタンおよびシリコンゴムを含む。一実施形態において、等方性材料は、光開始剤でエトキシル化したビスフェノールＡジアクリラート
（bisphenol A ethoxylated diacrylate with a photoinitiator）を含み、ＵＶ硬化される。
【００２１】
一実施形態において、等方性コーティングの屈折率（ｎｉ）は、異方性フィルムの通常屈折率（ｎｏ）に等しいので、放射光は線形に偏光される。
【００２２】
接着剤
本発明のエンボス加工されたフィルムは、エンボス加工されたフィルムを他の光学層または基板に接着するために、そのエンボス加工されない表面を接着剤でコーティングすることができる。適切な接着剤はホットメルトをコーティングした処方物、水ベース、およびラテックス処方物、ならびに積層、および熱活性化された接着剤を含む。接着剤層は従来の技術でフィルムに塗布することができる。
【００２３】
本発明に有用な接着剤の例は、ポリアクリラート、ポリビニルエーテル、天然ゴム、ポリイソプレン、およびポリイソブチレンなどのジエン含有ゴム、ポリクロロプレン、ブチルゴム、ブタジエン−アクリロニトリルポリマー、熱可塑性エラストマー、スチレン−ブタジエンポリマーなどのブロックコポリマー、ポリ−アルファ−オレフィン、非晶質ポリオレフィン、シリコン、エチレンビニルアセタート、エチルアクリラート、およびエチルメタクリラートなどのエチレン含有コポリマー、ポリウレタン、ポリアミド、エポキシ、ポリビニルピロリドンおよびビニルピロリドンコポリマー、ポリエステルおよび上の混合物を含む。さらに、接着剤は、粘着剤、可塑剤、充填剤、酸化防止剤、安定剤、顔料、拡散粒子、硬化剤および溶媒などの添加剤を含むことができる。
【００２４】
本発明による有用な接着剤は感圧接着剤とすることができる。感圧接着剤は通常室温で粘着性があり、せいぜい軽い指の圧力を加えることによって表面に接着することができる。有用な感圧接着剤の一般的な説明は、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｖｏｌ．１３、Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９８８）に見出すことができる。感圧接着剤のさらに他の有用な説明は、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ．１、 Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９６４）に見出すことができる。
【００２５】
接着剤は、エンボス加工されたフィルムを基板または導波板などの他の光学層に積層するのに使用することができる。図３を参照すれば、エンボス加工されたフィルム３２はその下部のエンボス加工されない表面に接着された接着剤層３８を有する。接着剤層３８は、ポリメチルメタクリラートなどの従来のポリマー基板とすることのできる基板４０にエンボス加工されたフィルム３２を接着する。接着剤はその屈折率を基に選択することができるので、導波板の機能を妨げない。
【００２６】
エンボス加工されたフィルム上の接着剤層はそれに接着された除去可能なライナーを有することができる。ライナーは接着剤層を保護し、使用の前に不注意で結合させることを防止する。使用することのできるライナーは、当技術分野に既知の任意の剥離ライナーとすることができる。
【００２７】
エンボス加工方法
光学フィルムをエンボス加工する方法は、光学フィルムの少なくとも一部を放射エネルギー源からの放射エネルギーで間接的に加熱すること、ツールを光学フィルムの加熱された部分に押し付け、それによって光学フィルムの表面をパターニングすること、および光学フィルムとツールを分離することとを含む。放射エネルギーは、放射に比較的透明な固体材料を通って移動することができ、その間に比較的吸収性のある材料によって吸収される。比較的透明な材料は光学フィルムの加熱されない部分または全てとすることができ、比較的吸収性のある材料はツールとすることができる。この方法は１個または複数のロールツーロール（ｒｏｌｌ―ｔｏ―ｒｏｌｌ）作業で行うことができる。代わりに、または追加で、この方法は１回または複数回のバッチ工程とすることができる。
【００２８】
以下の説明において、最初に本発明による方法の全体的な概要を示す。次いで、この方法の様々な実施形態を実施するのに適したいくつかの装置を示す。
【００２９】
図４のスケジュール表（タイムチャート）は、精密な微小構造を成形またはエンボス加工する方法１の１サイクル内の加熱、加圧、および他の加工段階の経時的順序を示す。（用語「成形」または「エンボス加工」は、本明細書において、熱と圧力の下で溶融シート（molten sheeting）を形成する同じ工程を識別することを意図している。）最初の調製段階２の間に、成形またはエンボス加工すべき予備成形されたポリマーフィルムまたはシートは、例えば洗浄によって調製することができる。次いで、シートまたはフィルムは成形ゾーンへ送達され（例えば固体ウェブまたはシートとして）、成形段階４で、高い温度と高い圧力の条件下で成形が行われる。成形されたパターンを固定するための凝固段階（freezing stage）５が成形段階４に続く。次いで、シートは離型段階６で成形／エンボス加工装置から取り除かれる。典型的に、成形段階４の部分または全ての中で、その段階での複数の間隔の可能性（例えば、複数の圧力ニップで）を含んで、シートは高圧を受ける。図４の概要図において、連続的な加圧は７で示されている。同様に、成形段階４の部分または全ての中で、その段階での複数の間隔の可能性を含んで、シートは高い温度を受ける（例えば、シートの熱可塑性材料のガラス転移温度または溶融温度を超える）。図４の概要図において、３回の加熱間隔８ａ、８ｂ、および８ｃが中間の「停止」（加熱または冷却がない）間隔９ａおよび９ｂを備えて示されている。高圧および加熱条件が停止された間および／またはその後で、シートは凝固段階５を有効にするために冷却される。
【００３０】
「放射エネルギー」は、対流または伝導などの他の熱伝達モードの機構とは対照的に、熱またはエネルギーをフォトンによって伝達する、あらゆる波長の放射であると広く定義される。用語「放射エネルギー源」は、本明細書において、放射エネルギーの発生器または他の源を示すために用いられ、他方、用語「放射ヒーター」および「放射加熱装置」は、放射エネルギー源ならびに反射器などの他の関連する部品を示すために用いられる。
【００３１】
本発明は、図４に概要を示した種類の熱プラス圧力によるエンボス加工を実施するために単独のまたは主要な熱源として放射エネルギーを使用し、そのような工程は、例えば、さらに従来の加工技術を用いる成形またはエンボス加工が困難あるいは不可能な、精密な微小構造をエンボス加工するのに用いることができる。
【００３２】
本発明のエンボス加工工程における単独のまたは主要な熱源としての熱放射の使用は、様々な顕著な利点を提供する。
（ａ）放射エネルギー熱伝達は、伝導および対流熱伝達とは対照的に、顕著に高い熱流とエンボス加工温度を達成することができる。これは例えば、非常に高いＴｇの熱可塑性ポリマーのエンボス加工において、工程の可能性を広範囲に広げる。
（ｂ）放射エネルギー加熱は、伝導および対流加熱では達成することのできない、エンボス加工すべき材料と装置の他の要素への熱伝達を精密に制御する様々な手段を提供する。これは例えば、放射のスペクトルおよび幾何形状的な分布を調節するための、例えば反射、集束、濾波等などによる熱放射源の制御を含む。制御された放射熱伝達の他の例は、エンボス加工すべき材料またはシートの構造を、例えば、ドーピングまたは多層構造によって、熱放射の吸収を調節するように設計することである。制御された放射加熱は、装置の冷却の必要性の低減、およびエンボス加工中の局部の熱と圧力との間の調整によるエンボス加工精度の改善など、様々な工程改善を達成することができる。
（ｃ）放射エネルギー加熱は、他の熱伝達モード、例えば伝導加熱と組み合わせて、有利な効果を得ることができる。これらの効果は、熱放射熱伝達がエンボス加工装置の構造（特にエンボス加工ツール）を加熱することができる、すなわち、伝導によってエンボス加工すべき材料へ熱を伝達することができるので、放射熱源のみを使用して達成することができる。
（ｄ）放射エネルギーは極めて迅速な加熱を提供することができる。
（ｅ）放射エネルギー加熱は、連続的および非連続的エンボス加工装置に組み込むことができ、主要な補助装置の有効な相互作用は、放射熱源光学系、エンボス加工ツール、加圧構造、およびエンボス加工すべきウェブ原料またはシート原料の取り扱い機構を含む。
【００３３】
これらの利点は、放射エネルギー（熱放射）の物理特性から導かれる。伝導および対流による熱エネルギーの伝達は、位置間の温度差の約１乗に依存するが、熱放射によるエネルギーの伝達は個々の本体の絶対温度の４乗同士の差に依存する。この特性のため、熱放射効果は高い絶対温度レベルで高くなる。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態において、放射エネルギー源は、図４Ａに示した種類のエネルギー放出特性を有する黒体エミッターである。高エネルギーの近赤外放射（ＮＩＲ）加熱装置が特に好ましい。好ましい放射加熱装置は、２０００Ｋまたは２０００Ｋを超え、好ましくは３０００Ｋ、またはそれを超えて動作する近赤外放射を用いる。これらのエミッターのエネルギー出力は、短波および中波（中間波）赤外エミッターのそれよりも数倍大きく、効率的な熱プラス圧力の精密なエンボス加工で決定的になり得る高い熱流を提供する。出力のピーク波長以外に、エミッターの動作温度は全エネルギー出力に影響を及ぼし、エミッター温度を高くすると、ピークはより短い波長へ移動し、かつより高いエネルギー出力を提供する。
【００３５】
市場で入手可能な高エネルギーのＮＩＲ装置の好ましいラインはＡｄＰｈｏｓ ＡＧ、Ｂｒｕｃｋｍｕｅｌ−Ｈｅｕｆｅｌｄ、Ｇｅｒｍａｎｙ（ＡｄＰｈｏｓ）から供給される。ＡｄＰｈｏｓ赤外加熱装置は、耐久性のある高エネルギー加熱装置を提供し、ＡｄＰｈｏｓランプは約３２００Ｋで動作する黒体エミッターとして働く。本発明のための適切な熱エネルギーを提供する他の放射ヒーターおよびエミッターは、様々な主要ランプ製造者（Ｐｈｉｌｉｐｓ、Ｕｓｈｉｏ、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ、Ｓｙｌｖａｎｉａ、およびＧｌｅｎｒｏを含む）から入手可能である。例えば、これらの製造者は半導体産業で使用されるエピタキシャル反応器用のエミッターを製造する。これらのエミッターの全ては、３０００Ｋを超える温度を有する。しかし、さらに広範囲の適切なＮＩＲ源は、約２０００Ｋを超える温度を有するエミッターであろう。ＡｄＰｈｏｓ装置の利点は、そのような高エネルギーＮＩＲランプの大部分が２０００時間未満の定格寿命を有するのに対して、ＡｄＰｈｏｓＮＩＲ装置は４０００〜５０００時間の運転寿命に設計されることである。ＡｄＰｈｏｓランプの放射エネルギー放出は、そのエネルギーの大部分を０．４〜２ミクロンの範囲の波長に有し、これは短波および中波赤外源よりも低い波長へ移動され、より高いエネルギー出力と、以下に説明するような熱放射の吸収における他の利点を提供する。
【００３６】
黒体放射熱源は全放射出力を提供し、ピーク温度と４乗の関係を有する。他の顕著な特性は放射のスペクトル分布である。以下に示すように、放射出力のスペクトル分布は、エンボス加工すべき材料の吸収特性のスペクトル分布、ならびに放出された放射エネルギーを受けるエンボス加工装置の他の部品の吸収特性と重要な関係がある。
【００３７】
放射エネルギー源の出力は装置の性能を向上するために様々な方法で制御することができる。特に、反射器（ランプの後方の湾曲反射器（パラボラまたは楕円）および側部反射器など）の使用によって、有用な放射エネルギー出力が顕著に高められる。熱放射を非常に限定された幾何形状領域に集束することが望ましい場合、これは集束光学系および反射器によって達成することができる。他の技術は放射エネルギーを選択的に遮蔽することである。また、濾波によって放出されるエネルギーのスペクトル分布を変化させることも可能である。
【００３８】
放射源からの熱エネルギー放出のスペクトルおよび空間分布は、源と、エネルギー吸収および他の効果が考えられている装置中の点との間で大きく変化させることができる。放出された熱エネルギーは、例えば源と考えている点の中間の吸収によって、散乱によって、および他の効果によって減衰させることができる。この熱エネルギーの減衰にもかかわらず、放射熱源の非常に高い熱流特性はエンボス加工装置の他の構造に入射する高い熱流をもたらす。
【００３９】
本発明のエンボス加工装置によって達成される放射熱伝達の重要な決定因子（determinant）は、エンボス加工すべきシートまたは他の材料および装置の他の材料または対象物の吸収率である。これに関して、２つの直接関係する特性はこれらの材料のスペクトル吸収率、およびそれらの全吸収率である。本特許出願において「全吸収率」と呼ばれる全波長範囲の吸収率は、その方向から入射する全放射エネルギーに対する吸収された全放射エネルギー（例えば放射源から）の比である。全エネルギーは、関連する波長範囲のスペクトル放射率に関するスペクトル吸収率の分布に依存する。したがって、黒体源の高いエネルギー波長で比較的低いスペクトル吸収率を有するシート材料の場合、全吸収率は比較的低くなるであろうが、一方、黒体源の高いエネルギー波長で比較的高いスペクトル吸収率を有するツール材料については、全吸収率は比較的高くなるであろう。（注記）用語「吸収率」が本特許出願において限定（「スペクトル」または「全」）なしで使用されるとき、全吸収率を想定する。
【００４０】
エンボス加工すべきシート材料によって吸収される全放射エネルギーを考えるとき、放射源から入射するエネルギーだけではなく、シートに戻ることのできる反射された熱放射も考慮することが必要である。したがって、例えば、シートの周囲に配置された反射器間の反射は、シートによって吸収されるべき熱放射の「無限列（ｉｎｆｉｎｉｔｅ ｓｅｒｉｅｓ）」を招き、シート材料の比較的高い透明度にかかわらずシートの顕著な放射加熱を引き起こすことができる。
【００４１】
以下にさらに詳細に説明するように、放射エネルギーは比較的放射吸収性のある材料に衝突して吸収される前に、比較的放射に透明な材料を通過することができる。本明細書に使用される比較的放射に透明な材料（「比較的透明な材料」または「透明材料」とも呼ばれる）は、比較的放射吸収性のある材料（「比較的吸収性のある材料」または「吸収性材料」とも呼ばれる）よりも放射エネルギー吸収の少ない固体材料と定義される。比較的放射に透明な材料の定義から特に除外されるのは空気などのガスであり、それを通して放射エネルギーは放射エネルギー源から吸収性材料への通路を通過することができる。また、本明細書に使用される用語、比較的透明な材料は、放射ヒーターまたは放射エネルギー源の部分である材料を含まないことが理解されるであろう。
【００４２】
上の定義は２つの関係（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を含む。最初に、「比較的透明な」または「比較的吸収性のある」という材料の上の定義は相対的であることが理解されるであろう。すなわち、材料は他の材料に対してのみ透明または吸収性である。この定義に用いられる相対性の概念は、材料の特定の吸収性特性、単位容積当たりまたは単位質量当たりのその吸収率を含む概念である。
【００４３】
第２に、定義は使用される放射エネルギーのスペクトル放射分布に関連する。材料は、放射エネルギーの第１の源に関して他の材料に対して比較的吸収性であることができ、異なるスペクトル放射分布の第２放射エネルギーに関して同じ材料に対して比較的透明であることができる。
【００４４】
上の用語に関するさらに他の注記は、比較的透明な材料でさえも、あるレベルの放射エネルギーの吸収率を有することができることが理解されるであろうことである。したがって、本明細書において、放射エネルギーは透明な材料を通過し、吸収性材料だけを加熱すると説明することができるが、透明な材料のいくらかの吸収と加熱が実際に起こり得ることが理解されるであろう。
【００４５】
比較的透明な材料と吸収性のある材料は、どちらが放射エネルギーに対してより吸収性があるか（すなわち放射エネルギー源に対してより大きな全吸収率）について、上で広く定義された。しかし、様々な吸収率の材料は、それらの吸収率の相対的な割合に基づいてより狭く特徴付けることができることが理解されるであろう。例えば、比較的吸収性のある材料は、比較的透明な材料の７倍の吸収率を有することができる。
【００４６】
比較的透明な材料と比較的吸収性のある材料は、それらのエネルギー吸収の全割合（時間当たりに吸収された全エネルギー）を比較することによって特徴付けられる。材料の全エネルギー吸収は、放射エネルギー源の放射率スペクトル（波長）、材料の吸収率スペクトル、および放射エネルギーの材料通過距離に依存する。したがって、材料の全吸収率は、体積（または距離）と放射エネルギーの放出スペククトル（波長）で積分した、放射エネルギーのスペクトル強度（波長の関数）および材料の吸収率スペクトルならびに対数減衰関数（吸収率スペクトルと距離の関数）の積と定義することができる。比較的吸収性のある材料の全吸収率に対する比較的透明な材料の全吸収率の割合は１未満とすることができ、０．７未満または０．７とすることができ、０．５未満または０．５とすることができ、０．３未満または０．３とすることができ、０．１未満または０．１とすることができる。
【００４７】
放射エネルギーが透明材料を通過して吸収性材料に到達することによって、放射エネルギーをシートの実際にエンボス加工される部分の近傍に優先的に吸収させることが可能になる。したがって、シートのパターン形成を達成するために、シートとツールの小さな部分しか実際に加熱される必要がない。加熱が最も必要とされる場所へ放射エネルギーを集中できることから、多くの利点が得られることが理解されるであろう。第１に、工程のための全体のエネルギー消費を低減することができる。第２に、局部的な加熱は、シートの加熱と冷却に必要な時間を短縮することができるので、加工時間を短縮することができる。さらに、得られるエンボス加工されたシートの材料特性を向上することができる。過剰の加熱は、過剰に高い温度または高い温度で維持された時間のいずれの点においても、材料特性に悪い影響を与え得る。一例としては、長い加熱は材料の配向構造を変化させ得る。短い時間だけ局部的な加熱を提供することによって、この材料特性の劣化を回避することができる。
【００４８】
図５に示した透明な材料および吸収性材料の可能な構成の一例として、放射エネルギー３０は、比較的吸収性のある材料ツール３６で吸収されるまで、光学フィルムシート材料２４の透明材料２０を通過する。したがって、加熱は、ツール表面４０およびツール表面４０と接触しているシート材料２４の部分３４に局在化することができる。これはエンボス加工すべき材料の間接加熱の一例であり、放射エネルギー３０はエンボス加工される材料を直接加熱せず、加熱されたツール３６の介在によってのみ加熱する。
【００４９】
加熱は、シート材料２４の少なくとも一部を溶融するのに十分であればよい。代わりに、加熱は、例えば、加熱される部分の温度を材料のガラス転移温度を超えて昇温することによって、シート材料２４の加熱された部分を軟化させるだけでよい。いずれの場合も、加熱は、シート材料フィルムの部分にシートの加熱された部分の表面に沿った窪みおよび／または突起を形成することを容易にする。
【００５０】
比較的放射に透明な材料、および比較的放射に吸収性のある材料の具体的な例を、以下に論じる。全て最大エネルギー出力が０．７〜１．５ミクロンの範囲およびピーク出力が約０．８ミクロンである、ＡｄＰｈｏｓ ＮＩＲエミッターの放出スペクトルに関連する。
（１）以下に論じるように、エンボス加工すべき材料として様々な熱可塑性ポリマーシートまたはフィルムを使用することができる。また、これらのポリマーは約２ミクロン以下を大きく吸収しないので、これらのポリマー材料は放射エネルギーに対してほぼ透明である。エンボス加工すべきフィルムに加えて、精密なエンボス加工技術分野でよく知られているように、そのようなフィルムまたはシートを、キャリアフィルム、例えば放射エネルギーに対して同様に透明度の高いＭｙｌａｒ（登録商標）と組み合わせることができる。したがって、放射エネルギーはフィルムを通ってツールまで限られた損失で伝達することができる。
（２）精密なエンボス加工のための電鋳ツール（electroformed tooling）に使用される好ましい材料であるニッケルおよびニッケル合金は、ＮＩＲ放射に高い吸収性がある。入射するＮＩＲ放射は、従来のエンボス加工ツールの循環油加熱で達成された上限の５００°Ｆをはるかに超える温度へツールを急速に加熱する。これはエンボス加工すべきシートの改善された伝導性加熱をもたらし、良好に成形された、欠陥のない精密な微小構造をシート表面に成形および凝固させる、熱可塑性材料の望ましい流動性に貢献する。
【００５１】
これらの好ましい構造は、ニッケルツールが放出された熱放射の大部分を吸収して、急速かつ効果的なエンボス加工を提供するエンボス加工装置に組み合わせることができる。エンボス加工すべきフィルムは、ツールに対して押し付けられるとき、フィルムと放射エミッターの間の透明な圧力構造介在物を用いて照射することができる。放射は迅速にフィルムを通過し、エンボス加工ツールの表面で吸収される。これはフィルムを迅速に加熱し、次にフィルムを局部的に溶融させ、フィルムをエンボス加工する。この機能は放射エネルギー源としてＡｄＰｈｏｓ ＮＩＲエミッターを使用することには必ずしも依存せず、しかし、全熱流（放射エネルギー放出）および放出スペクトルが類似していれば、他のエミッターを使用して達成できることを強調すべきである。
【００５２】
方法１の成形段階４（図４）において、シート材料２４（図５）はツール３６（図５）をシートの加熱された部分に押し付けることによってパターン形成される。ツール３６は窪みおよび／または突起をパターン形成した表面を有することができる。ツールを加熱された部分に押し付けることによって、シートの部分は対応する突起および／または窪みのアレイがパターン形成される。ツール３６をシート材料２４に押し付けることは、ロールツーロール工程の一部として２つを互いに押し付けることによって達成することができる。例えば、パターン形成された可撓性のベルトをツールとして用い、突起および／または窪みのパターンをシート上に付与することができる。確かに、方法１の全てのステップは、ロールツーロール工程の一部として実施することができる。一実施形態において、ツールの加熱と、光学フィルムシート材料の軟化と、シート材料のエンボス加工のステップを完了するための組み合わせ時間は１０秒未満である。
【００５３】
方法１の離型段階６（図４）において、シート材料２４とツール３６は分離される。分離は成形段階４の後に行われ、シート材料２４のパターン形成され加熱された部分を十分冷却して、パターン形成されたシート材料が分離の後その形状を保つように遅らせることができる。その目的のために、シート材料２４および／またはツール３６を冷却する、方法１の凝固段階５（図４）などの個別のステップがあってもよい。
【００５４】
本出願において使用される「精密微小構造材料」または「精密微小構造フィルム」は、一般に非常に小さな要素または形状のエンボス加工された精密な幾何形状パターンを有する樹脂状熱可塑性材料の薄いフィルムまたはシートを指し、成形の精度は製品の機能に重要である。エンボス加工されたフィルムの精度は、製品に要求される精密な幾何形状、エンボス加工ツールの能力、ツールから物品へ幾何形状的な完全さを保つための工程および装置の両方の関数である。
【００５５】
典型的に、少なくとも１つまたは複数の以下の特徴がフィルム（その片面または両面）に形成されるであろう。
（ａ）基準値に対して５分の公差、さらに好ましくは基準値に対して２分の公差、または規定値の少なくとも９９．９％に制御された角度の傾斜を有する平坦な表面。
（ｂ）基準表面に対して１００オングストロームｒｍｓ未満の粗さ、さらに好ましくは基準表面に対して５０オングストロームｒｍｓ未満のそれにほぼ一致する粗さ形態、または、表面が小さな不規則性を要求するならば、１００オングストロームを超え、０．００００４インチ（１ミクロン）未満とすることのできる精密に形成された（しばしば非常に平滑な）表面を有すること。
（ｃ）０．００１インチ（２５ミクロン）未満の湾曲の縁半径および／または角半径を備え、０．１％未満の偏差に制御された鋭角な角度を有すること。
（ｄ）０．０４０インチ（１０００ミクロン）未満、さらに好ましくは０．０１０インチ（２５０ミクロン）未満のエンボス加工深さを有すること。
（ｅ）個々の要素の形状、および／または互いにまたは基準点に対して複数要素の位置に関してシート面内に精密に制御された寸法。
（ｆ）０．１％よりも高い精度を有する０．０４０インチ（１ミリメートル）未満の特性長さ尺度（深さ、幅、および長さ）。
【００５６】
精密微小構造フィルムの或る実施形態において、個別の要素および／または要素のアレイは、エンボス加工されないフィルム領域に対してエンボス加工された窪み領域、またはエンボス加工された隆起領域、またはエンボス加工された窪みと隆起領域の組み合わせとして定義することができる。他の実施形態において、精密微小構造フィルムの全てまたは部分は、上述の特徴を備える要素を含む様々な深さのパターンで連続的にエンボス加工することができる。典型的に、個別の要素または要素のアレイは、反復パターンに配置することができるが、本発明は精密微小構造形状の非反復アレイも包含する。
【００５７】
上述の方法は、本質的に歪みのない微小構造を提供することによって、残留歪みを回避することを可能にする。歪みを有する材料は、一般に房状（ｓｔｒａｎｄ）配向を有し、偏光レンズのような働きをする。残留歪みを含む材料は後続の加工の間または製品の寿命の間にその歪みを緩和することができ、寸法的な安定をもたらす。
【００５８】
典型的に精密微小構造パターンはツールから複写された予め定めた幾何形状パターンである。精密に設計された構造を作製することを可能にする、電鋳されたマスターからツールを製造することができるのはこの理由のためである。対照的に、典型的に二重帯プレスの帯に使用された高抗張力のステンレススチールは、そのような精密に制御された微小構造をエンボス加工するためのツールの作製にはあまり適していない。微小機械加工およびフォトリソグラフは、電鋳に依存しないでマスターを作製するために用いられる方法である。
【００５９】
ここで、シートフィルム材料２４を詳細に考慮すれば、本発明では、ＴｇとＴｅの２つの温度基準点が用いられる。Ｔｇはプラスチック材料がガラス状態からゴム状態へ変化するであろうガラス転移温度と定義される。それは材料が実際に流動する前の範囲を含むことができる。Ｔｅはエンボス加工または流動温度と定義され、材料は十分流れて本発明の連続的なプレスによって恒久的に変形され、冷却すると、エンボス加工された形状に一致する、または制御された変形（例えば縮みによって）を有する形および形状を保つ。Ｔｅは材料ごとに変化し、フィルム材料の厚さおよび連続プレスの動力学の性質に依存するので、正確なＴｅ温度は、エンボス加工圧力、連続プレスの温度投入とプレス速度、ならびに反応ゾーンの加熱と冷却部の両方の大きさを含む条件に関連する。
【００６０】
エンボス加工温度は、材料の十分な流れを達成し、連続プレスによって高い精度のフィルムのエンボス加工を提供することができるように、ガラス転移温度Ｔｇを超えるのに十分高くなければならない。
【００６１】
熱可塑性材料では圧力範囲は約１５０〜７００ｐｓｉ（１．０３〜４．８２ＭＰａ）であり、連続プレスの運転範囲、エンボス加工帯の機械的強度（高い圧力の能力）、および熱可塑性材料と熱可塑性フィルムの厚さなどの要因に応じて潜在的により高い。
【００６２】
材料は熱と圧力を受けた後、圧力下で冷却することが望ましい。したがって冷却段は、３２°Ｆ〜４１°Ｆ（０℃〜５℃）の範囲に維持され、圧力は約１５０〜７００ｐｓｉ（１．０３〜４．８３ＭＰａ）の範囲であることが意図されている。反応ゾーン中の圧力は加熱および冷却と類似しているであろう。
【００６３】
ここで図６〜７を参照すると、上述の方法をロールツーロール工程で実施する装置１００が示される。シート材料２４が供給ロール１０２から巻き取りロール１０４へ移動すると、装置１００はシート材料２４をエンボス加工する。パターン形成された帯１０６は一対のローラー１１０と１１２の周りを移動する。プレスローラー１１６ａ〜１１６ｄ、および１１８ａ〜１１８ｄはシート材料２４とパターン形成された帯１０６を互いに押し付ける。シート材料２４はこの押し付けの間加熱されるので、パターンはパターン形成された帯１０６からシート材料２４へ転写される。
【００６４】
図７はローラー１１６の１つの詳細を示す。１個または複数のローラー１１６ａ〜ｄの典型であることのできるローラー１１６は、放射エネルギー３０をシート材料２４とパターン形成された帯１０６へ向かって導く放射エネルギー源３２を含む。反射器１２０は、最初に放射エネルギー源３２からシート材料２４およびパターン形成された帯１０６から離れる方向に放射する放射エネルギー３０の少なくとも一部を、再びシート材料２４とパターン形成された帯１０６に向かって導く。反射器１２０はそれによって放射加熱の効率を高める。また、反射器１２０は、放射エネルギー３０をシート材料２４の狭い領域へ集めるように構成され、加熱の集中を提供する。
【００６５】
ローラー１１６は、放射エネルギー源３２とシート材料２４の間に透明なローラー材料１３０を含む。透明なローラー材料１３０は、シート材料２４とパターン形成された帯を互いに押し付けてシート材料２４にパターン形成するのに十分硬い、一方で放射エネルギー３０の通過を可能にする。透明なローラー材料１３０は、例えば石英とすることができる。他の代替として、透明なローラー材料１３０はＰＹＲＥＸの商標で販売されているものなどのガラス材料とすることができる。
【００６６】
図７のように、シート材料２４は透明材料であり、放射エネルギー３０の大部分を通過させる。次いで、放射エネルギー３０は、パターン形成された帯１０６の吸収性材料によって吸収される。パターン形成された帯１０６はツール表面１３４と可撓性裏打ち（フレキシブルバッキング）１３６を含むことができる。ツール表面１３４は、放射エネルギー３０に関して吸収性であり、かつその表面のパターンをシート材料２４に転写するのに十分硬い、材料を含むことができる。可撓性裏打ち１３６はシート材料２４とパターン形成された帯１０６を互いに押し付けるための緩衝を提供することができる。さらに、可撓性裏打ち１３６は、ツール表面１３４の材料と比べるとき、熱絶縁体とすることができる。可撓性裏打ち１３６に熱絶縁体を用いることによって、可撓性裏打ち（backing）１３６による熱損失の少ない、または認められない、放射エネルギー３０からの加熱をツール表面１３４に集中させることができる。
【００６７】
ツール表面１３４に適した材料はニッケルであり、可撓性裏打ち１３６に適した材料はゴムである。しかし、他の適切な材料を代わりに使用できることが理解されるであろう。適切になり得る代替のツール材料の例はニッケル合金、コバルト、クロム、マンガン、シリコン、および適切なセラミックである。
【００６８】
前節で論じたツール材料は吸収性材料として機能することができ、上述の熱可塑性材料は比較的透明な材料として機能することができる。比較的透明な材料の使用によって、エネルギー源、ローラー、およびシート材料の配置を構成する上で、より有利な柔軟性が得られる。
【００６９】
図７に示した、透明なローラー材料１３０を有する放射エネルギー源３２の構成は、ローラー１１６ａ〜１１６ｄの各々に使用することができる。代わりに、１個または複数のローラー１１６ａ〜１１６ｄは放射エネルギー源のない単純なプレスローラーとすることができる。放射エネルギー源３２からなどの放射加熱は、望むならば、従来の加熱されたローラーからの加熱など、他の種類の加熱と組み合わせることができることが理解されるであろう。異なる種類の加熱を組み合わせる可能性は、本明細書に述べたエンボス加工装置の全てに適切に適用することができる。
【００７０】
ここで図８を参照すると、異なる種類の放射加熱装置が示されている。図８に示したエンボス加工装置２００は、プレスローラー１１６ａ〜１１６ｅおよび１１８ａ〜１１８ｅとは分離されている放射加熱装置２１０を含む。放射加熱装置２１０は、源３２ａ〜３２ｄからの放射エネルギー３０を、プレスローラー１１６ａ〜１１６ｅの間のシート材料２４へ伝達する放射エネルギー源３２ａ〜３２ｄを含む。反射器２１６は、放射エネルギー源３２ａ〜３２ｅからの放射エネルギーをシート材料２４および／またはパターン形成された帯１０６へ導くことを助けることができる。放射エネルギーは、シート材料２４の一部を通過し、およびシート材料２４の他の部分で吸収できることが理解されるであろう。代わりに、シート材料２４は透明な材料から完全に構成されてもよく、放射エネルギー３０は全て、図７に関して上述した構成と類似の、パターン形成された帯１０６のツール表面１３４で吸収される。
【００７１】
図９および１０はさらに他の代替のエンボス加工装置を示す。エンボス加工装置３００と４００の各々は、パターン形成された帯１０６と追加の帯３２０の間でシート材料２４をプレスすることに関与する。対のローラー３２２、３２４、および３３２、３３４は、帯１０６と３２０に対して圧力を保ち、それによってシート材料２４に対して圧力を保つ。
【００７２】
圧力をシート材料２４に対して維持しながら、放射加熱装置３４０は帯１０６、３２０を加熱し、冷却装置３５０はシート材料２４と帯１０６、３２０を冷却する。放射加熱装置３４０は図８に関して上述した放射加熱装置に類似してもよい。すなわち、放射加熱装置３４０は、１個または複数の放射エネルギー源、および放射エネルギーを帯１０６、３２０へ向けて導くための反射器を含むことができる。冷却装置３５０は、シート材料２４が帯１０６および３２０から分離された後、エンボス加工されたパターンを維持するためにシート材料２４を十分冷却するのに適した、シート材料２４を冷却する任意の様々な既知の適切な装置とすることができる。例えば、冷却装置は冷却ローラーを含むことができる。代わりに、上で論じたものなどの適切な加圧された冷却段を用いることができる。
【００７３】
エンボス加工装置３００（図９）において、帯３２０は透明であり、放射加熱装置３４０からの放射エネルギーは帯３２０を通過し、パターン形成された帯１０６で吸収される。次いで、パターン形成された帯１０６はシート材料２４の１つの面をパターン形成する。シート材料２４を冷却する冷却装置３５０は帯１０６および３２０のいずれの側にあってもよい。
【００７４】
図１０に示した他の構成は、帯１０６および３２０の反対側に放射加熱装置３４０を有する。したがって、装置４００は、少なくともその一部が透明な可撓性帯１０６を有し、放射エネルギーは可撓性帯１０６の一部で吸収される。
【００７５】
放射加熱装置３４０および冷却装置３５０の多くの代替の構成が可能であることが理解されるであろう。例えば、冷却装置３５０は帯１０６および３２０の両側にあってもよい。
【００７６】
ここで図１０Ａを参照すると、装置４５０が示されており、単一の放射加熱装置３４０はシート材料２４のそれぞれ反対側の一対のローラー４５２と４５４を加熱する。シート材料２４は比較的透明な材料から作られており、放射エネルギー４５６がシート材料２４を通過して下部ローラー４５４を加熱することを可能にする。したがって、単一の加熱装置３４０は、例えば、シート材料２４の両側にパターン形成するために、シート材料の両側のローラーを加熱するのに使用することができる。
【００７７】
他のエンボス加工装置、プレス装置４６０が図１０Ｂに示されている。装置４６０は下部のプレス台４６４、シート材料２４が置かれるプラテン４６８、および上部プレス４７０を有するエアシリンダー４６２を含み、全てフレーム４７４によって保持される。さらに、プレス装置４６０は、シート材料２４を軟化および／または溶融させるための放射エネルギーを提供する加熱装置３４０を含む。
【００７８】
上部プレス４７０は、石英など比較的透明な材料から作製することができ、加熱装置から放出された放射エネルギー４７８がそれを通過して、シート材料２４をパターン形成するためのパターン形成された上部表面を有するプラテン４６８で吸収されることを可能にする。プレス装置４６０の運転は以下の通りである。シート材料２４はプラテン４６８の上に置かれ、次いでプラテンはエアシリンダー４６２の下部プレス台４６４の上に置かれる。次いで、エアシリンダーが上部プレス４７０に対してシート材料２４をプレスするのに使用される。圧力が加わると、加熱装置３４０を数秒程度などの所定時間起動して、シート材料２４を軟化または溶融し、それによってプラテン４６８のパターン形成された表面がシート材料２４をパターン形成する。次いで、例えば装置に冷たい空気を吹き付けることによってシート材料２４を冷却した後、エアシリンダーの圧力が取り除かれプラテン４６８とシート材料２４が分離される。
【００７９】
プレス装置４６０は、プラテン４６８とシート材料２４の整列を助けるために、下部プレス台４６４上のピンなど追加の特徴を含むことができる。加熱装置３４０は装置の残りに対して上昇と降下を行うことができるように、可動とすることができる。
【００８０】
プレス装置４６０はシート材料２４をパターン形成する様々なプレス装置の１種に過ぎないことが理解されるであろう。多くの変形が可能である。エアシリンダー４６２はシート材料２４に均一な圧力を提供する手段を提供することが理解されるであろうが、例えば、エアシリンダー以外の圧力発生装置を使用することができる。
【００８１】
図１０Ｃはさらに他の実施形態、エンボス加工装置４８０を示す。装置４８０は透明な材料のローラー４８２を用いて放射エネルギー源からの放射エネルギーを集束させる。放射エネルギーは放射エネルギー源３２から出て、反射器１２０でシート材料２４に向かって反射させることができる。反射器１２０および透明なローラー４８２は放射エネルギーを集束させ、シート材料は放射エネルギーをさらに集束させることができる。放射エネルギーは、可撓性裏打ち１３６と共にパターン形成された帯１０６を形成するツール表面１３４に吸収される。
【００８２】
放射エネルギーは、例えばＡｄｖａｎｃｅｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＡＧから入手可能なＮＩＲ型のヒーターを用いる近赤外エネルギーとすることができる。他の適切な放射ヒーターおよびエミッターは、Ｐｈｉｌｉｐｓ、Ｕｓｈｉｏ、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ、Ｓｙｌｖａｎｉａ、およびＧｌｅｎｒｏから入手可能である。放射エネルギーはそのエネルギーの大部分を０．４〜２□ｍ（ミクロン）の範囲の波長に有することができる。
【００８３】
他の種類の放射エネルギーを代わりにまたは追加で使用することができる。適しているであろういくつかの他の放射の例は、約７〜８ＧＨｚの周波数を有するマイクロウェーブを含む。ポリマー構造内の遊離水はそのようなマイクロウェーブ放射、ならびにおそらく他の周波数または波長の放射を吸収することができるであろう。約１〜６ミクロンのピーク波長を有する放射も適するであろう。そのような放射は適切な石英−タングステンランプで生成することができる。また、ＲＦ誘導加熱も、例えば、エンボス加工のための金属ツールの加熱に使用することができる。また、適切な波長の高出力レーザも使用することができる。
【００８４】
様々な適切な出力レベルを放射エネルギー源に用いることができる。一実施形態の例は、約１４キロワットの出力レベルを用いる。しかし、関与する出力量は、関与する材料、エンボス加工すべき材料のサイズ、工程速度等など、工程の多くの要因に大きく依存することが理解されるであろう。
【００８５】
上述の装置および方法は従来の装置よりも大きな利点を提供できることが理解されるであろう。第１に、必要な場所に加熱を集束して、選択的な加熱を達成することができる。第２に、材料への熱伝達は、複数の機構、例えば、ツールからの伝導と共にエネルギー源からの放射によって提供することができる。これは高い熱流をもたらす。さらに、複数の熱伝達機構の使用は、熱伝達機構を独立に操作することを可能にすることによって、装置の柔軟性を高めることができる。ツールの質量および放射時間など（ならびに他の要因）の要因を変化させて、（例えば）フィルムの劣化が最小になり、および／または冷却時間が短縮されるように、光学フィルムシート材料２４への加熱プロファイルを制御することができる。
【００８６】
本発明の方法で、エンボス加工された一軸配向フィルムの配向は、エンボス加工された微小チャンネルの長手方向がフィルムの配向軸に実質上平行であるとき、フィルム全体ならびにフィルムの表面に保存される。さらに、エンボス加工された一軸配向フィルムの屈折率は、エンボス加工されない一軸配向フィルムの屈折率から実質上変化しない。したがって、一軸配向フィルムの光学特性は、本発明のエンボス加工方法を受けた後、実質上保持される。
【００８７】
本発明を或る実施形態または複数の実施形態に関して示し説明したが、当業者であれば、本明細書および付属の図面を読み取り理解することによって、等価の変更および修正を想起するであろうことは明らかである。特に、上述の要素（部品、組み立て品、装置、組成物等）によって実施される様々な機能に関して、そのような要素を説明するために使用される用語（「手段」の参照を含んで）は、本明細書に示した例示的実施形態または本発明の複数の実施形態の機能を実施する開示された構造に構造的に等価ではなくても、特に明示しないかぎり、説明された要素の特定の機能を実施する任意の要素に一致する（すなわち機能的に等価である）ことを意図している。さらに、本発明の特別な特徴を１つまたは複数のいくつかの例示的実施形態に関して上で説明したが、そのような特徴は、任意の所与のまたは特別な用途にとって望ましく有益になるように、１つまたは複数の他の実施形態の他の特徴と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明によるエンボス加工されたフィルムの断面図である。
【図２】本発明によるエンボス加工されたフィルムの俯瞰図である。
【図３】本発明によるエンボス加工されたフィルムに組み込まれた光ガイド（ライトガイド）の断面図である。
【図４】本発明によるエンボス加工方法の概要を示すスケジュール表（ｔｉｍｅｌｉｎｅ）である。
【図４Ａ】黒体エミッターのエネルギー放出特性を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による放射加熱を示す概要図である。
【図６】本発明によるエンボス加工装置の部品の側面図である。
【図７】図６のエンボス加工装置の他の実施形態の部品の詳細な側面図である。
【図８】本発明による代替の実施形態のエンボス加工装置の部品の側面図である。
【図９】本発明による他の代替の実施形態のエンボス加工装置の側面図である。
【図１０】本発明によるさらに他の代替の実施形態のエンボス加工装置の側面図である。
【図１０Ａ】本発明によるさらに他の代替の実施形態のエンボス加工装置の側面図である。
【図１０Ｂ】本発明によるさらに他の代替の実施形態のエンボス加工装置の側面図である。
【図１０Ｃ】本発明によるさらに他の代替の実施形態のエンボス加工装置の側面図である。
【技術分野】
【０００１】
本出願は２００３年１月６日出願の仮出願番号第６０／４３８，１９４号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、光学フィルムを精密な詳細さ（デティル）でエンボス加工する工程に関し、より詳細には、エンボス加工されない光学フィルムと、バルクおよび表面において実質上同じ光学特性を有する、光学フィルムを作製（make）する工程に関する。また、本発明は、光管理フィルム（ライトマネージメントフィルム）など、特に表示用途に使用するようにされた光学フィルムに関する。
【背景技術】
【０００３】
樹脂状シートまたは積層体に微小立方体などの精密な光学パターンをエンボス加工する工程および装置は、米国特許第４，４８６，３６３号、第４，４７８，７６９号、第４，６０１，８６１号、第５，２１３，８７２号、および第６，０１５，２１４号としてよく知られており、これらの特許は全てリファレンスとして本明細書に組み込まれている。このような合成樹脂光学シートの製造において、光学要素の幾何形状的精密さはその光学性能を決定するので、高精度のエンボス加工が必要とされる。上に引用した特許は、透明な熱可塑性材料の一表面上に微細または精密で詳細な繰り返し後方反射性（ｒｅｔｒｏ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）パターンを連続的にエンボス加工し、フィルムの表面を所望の微小構造パターンに形成する特別の方法と装置を開示する。
【０００４】
米国特許第６，０９６，２４７号はエンボス加工された光学ポリマーフィルムを作製する工程と装置を開示する。火炎バーナーまたは火炎のない放射バーナーによってポリマーフィルに直接熱流を与えて、ポリマーフィルムの少なくとも一表面を軟化させる。次いで、フィルムをエンボス加工ニップを通過させ、フィルムの軟化した表面上にエンボスを形成する。次いで、このエンボス加工された表面はエンボスの構造を固定するために冷却される。加熱、エンボス加工、エンボス加工された光学フィルムの冷却に要する時間は、エンボス加工される光学フィルムの熱感受性に部分的に応じて、約０．０５〜約１秒であるといわれる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、光学フィルムをエンボス加工する方法は、光学的に異方性の一軸配向フィルムを提供すること、パターン形成したツールを放射エネルギー源からの放射エネルギーを用いて加熱し、パターンは長手方向を有する複数の平行に隆起した微小構造を含むこと、隆起した微小構造の長手方向がポリマー基板の配向方向と実質上平行になるようにツールを配向フィルムの表面に対して押し付け、それによって配向フィルムの表面をパターン形成することとを含む。本発明の一態様において、ｖ形状の溝が配向フィルムの表面にエンボス加工される。
【０００６】
本発明の一形態において、光学フィルムはその中に複数のｖ形状の微小チャンネルを有する透明なエンボス加工されたポリマーフィルムを含む。本明細書と請求項を通じて用いられる用語「透明な」は、光学的に透明または光学的に半透明であることを意味する。エンボス加工されたフィルムは、一軸配向フィルムであり、配向の方向は実質上ｖ形状微小チャンネルの長手方向と平行であり、エンボス加工されたポリマーフィルムの配向は、ポリマー基板および第１の主要表面（major surface）全体を通じて変化しない。
【０００７】
前述の目的および関連する目的を達成するために、本発明は以降で完全に説明し、特に請求項の中で指摘する特徴を含む。以下の説明および添付の図面は、本発明の或る例示的実施形態を詳細に記述する。しかし、これらの実施形態は、本発明の原理を用いることのできる様々な方法のいくつかを説明するに過ぎない。本発明の他の目的、利点および新規な特徴は、以下の本発明の詳細な説明を図面と共に熟考するとき明らかになるであろう。
【０００８】
添付の図面において、必ずしも尺度は示してはいない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ここで図面、最初に図１と２を詳細に参照すれば、これらの図は本発明によるエンボス加工された配向フィルムを示す。光学フィルム１０は、その上部表面にエンボス加工された微小チャンネルまたは溝１４を備える一軸配向フィルム１２を含む。微小チャンネル１４は、フィルム１２の配向方向に実質上平行な長手方向（図２を参照されたい）を有する。示した実施形態において、微小チャンネル１４は上部角度θを有するｖ形状の溝である。個々の微小チャンネル１４の各々は、図２に示した実質上同じサイズと形状にすることができ、あるいは異なるサイズと形状にすることができる。微小チャンネル１４は、Ｖ形状、矩形、台形、半円形、またはサインカーブの断面形状を有することができる。
【００１０】
一実施形態において、個々の微小チャンネル１４は、約１ミクロン〜約１００ミクロン、他の実施形態において、約１０ミクロン〜約１００ミクロンの範囲の深さを有する。さらに他の実施形態において、微小チャンネルの深さは約４０ミクロン〜約６０ミクロンである。個々の微小チャンネル１４の幅は、一実施形態において約０．２ミクロン〜約５００ミクロンの範囲内であり、他の実施形態において約１０ミクロン〜約１００ミクロンの範囲内である。上部角度θは約２０°〜約１２０°、または約６０°〜約９０°の範囲内とすることができる。
【００１１】
微小チャンネル１４は、一実施形態において約０．２ミクロン〜約５００ミクロンの距離、または他の実施形態において約１００ミクロン〜約２００ミクロンの距離で間隔を置くことができる。
【００１２】
配向フィルム
エンボス加工された一軸配向フィルム１２は熱可塑性ポリマーを含む。配向された熱可塑性ポリマーフィルムは、ポリマーを軟化転移温度に近いまたはそれを超える温度まで加熱し、一方向（一軸配向）または二方向（二軸配向）に延伸するなど、当技術分野の既知の方法によって調製される。典型的に、ポリマーシートは押し出され、次いで所望の温度で急速延伸することによって配向して配向フィルムが形成され、続いて急速クエンチされる。クエンチは分子緩和によって配向が失われないことを保証する。配向は機械方向（ＭＤ）と呼ばれるフィルムの動きの方向に行うことができる。機械方向に対して直交する方向への延伸は横方向（ＴＤ）または横断方向と呼ばれる。
【００１３】
配向フィルムの機械的特性は、配向の方向と程度に応じて変化する。配向はポリマーフィルムに固有の最大強度と剛性をもたらす。さらに、配向はさらに高いレベルの結晶性を誘起するので、障壁および化学的不活性さなどの特性がさらに高くなる。配向は非配向フィルムに形成される結晶ドメインよりも光の散乱が少ない結晶構造をもたらすので、光学特性は一般により優れている。
【００１４】
本発明のエンボス加工されたフィルムは一軸配向フィルムであり、二軸配向フィルムではない。一実施形態において、配向フィルムの延伸割合は約４〜５×ＭＤと１×ＴＤの範囲である。非晶質のガラス状熱可塑性フィルムおよび半結晶質熱可塑性フィルムは、本発明の方法によるエンボス加工された配向フィルムの作製に使用するのに適している。
【００１５】
適切な配向された非晶質ガラス状熱可塑性フィルムは、セルロースアセタート、セルローストリアセタート、およびセルロースアセタート／ブチラートなどのアセタート、ポリメチルメタクリラート、およびポリエチルメタクリラートなどのアクリル樹脂、ポリ（ｐ−スチレン）およびシンジオタクチックポリスチレンなどのポリスチレン、スチレン系のコポリマー、ポリビニルクロリド、ポリビニルフルオリド、ポリビニリデンクロリド、ポリビニリデンフルオリド、ポリビニリデンジクロリドなどのビニル樹脂およびその混合物を含むものを含む。
【００１６】
適切な配向された半結晶質熱可塑性フィルムは、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどのポリオレフィンホモポリマー、エチレン、プロピレンおよび／または１−ブチレンのコポリマー、エチレンビニルアセタートおよびアクリル酸エチレンなどのエチレンを含むコポリマー、ポリオキシメチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンブチラート、ポリブチレンテレフタラート、およびポリエチレンナフタラートなどのポリエステル、ポリヘキサメチレンアジプアミドなどのポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボナート、ポリヘキサメチレンアジプアミド、ポリウレタン、ポリカーボナート、ポリビニルアルコール、ポリエーテルエーテルケトンなどのケトン、ポリフェニレンスルフィド、およびその混合物を含むものを含む。
【００１７】
本明細書で使用される用語「異方性」は、ポリマーフィルムが、直交する面内軸に沿って異なる反射特性を有することを意味する。異方性フィルムは国際公開ＷＯ第０２／４８６０７号およびＷＯ第０１／９０６３７号に記載されている。本発明の異方性光学フィルムとして特に適切なものは、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）とポリエチレンナフタラート（ＰＥＮ）である。
【００１８】
一実施形態において、異方性材料は複屈折ポリマー材料である。そうした複屈折ポリマーはその光学軸に沿って異常屈折率ｎｅ、それに直交する軸に沿って通常屈折率ｎｏを有する。特別な材料によっては、ｎｅ＞ｎｏまたはｎｅ＜ｎｏである。フィルムの複屈折率Δｎは、通常屈折率と異常屈折率の間の差である。本発明のこの実施形態における異方性材料の複屈折率は０．１〜０．５の範囲である。
【００１９】
一実施形態において、多層フィルムをエンボス加工されたフィルムとして使用することができる。多層フィルムの例は、１種または複数の他のポリマーとの共押し出しによって形成されるフィルム層、他の層でコーティングしたフィルム層、または互いに積層または接着されたフィルム層を含む。軟化されエンボス加工される多層フィルムの表面は異方性の一軸配向フィルム表面である。
【００２０】
等方性層
本発明の一実施形態において、異方性のエンボス加工されたフィルムは、そのエンボス加工された表面上に光学的に等方性の層がコーティングされる。この実施形態は図３に示されており、光ガイド３０は、その上部表面とエンボス加工された微小チャンネル３４を被覆する等方性コーティング３６を有する、エンボス加工された異方性フィルム３２を含む。等方性材料は国際公開ＷＯ第０２／４８６０７号およびＷＯ第０１／９０６３７号に記載されている。等方性材料の屈折率はｎｉであり、異方性層の屈折率ｎｅまたはｎｏのひとつに実質上等しい。適切な等方性材料は、例えば、ポリメチルメタクリラート、ポリスチレン、ポリカーボナート、ポリエーテルスルホン、環状オレフィンコポリマー、架橋アクリラート、エポキシド、ウレタンおよびシリコンゴムを含む。一実施形態において、等方性材料は、光開始剤でエトキシル化したビスフェノールＡジアクリラート
（bisphenol A ethoxylated diacrylate with a photoinitiator）を含み、ＵＶ硬化される。
【００２１】
一実施形態において、等方性コーティングの屈折率（ｎｉ）は、異方性フィルムの通常屈折率（ｎｏ）に等しいので、放射光は線形に偏光される。
【００２２】
接着剤
本発明のエンボス加工されたフィルムは、エンボス加工されたフィルムを他の光学層または基板に接着するために、そのエンボス加工されない表面を接着剤でコーティングすることができる。適切な接着剤はホットメルトをコーティングした処方物、水ベース、およびラテックス処方物、ならびに積層、および熱活性化された接着剤を含む。接着剤層は従来の技術でフィルムに塗布することができる。
【００２３】
本発明に有用な接着剤の例は、ポリアクリラート、ポリビニルエーテル、天然ゴム、ポリイソプレン、およびポリイソブチレンなどのジエン含有ゴム、ポリクロロプレン、ブチルゴム、ブタジエン−アクリロニトリルポリマー、熱可塑性エラストマー、スチレン−ブタジエンポリマーなどのブロックコポリマー、ポリ−アルファ−オレフィン、非晶質ポリオレフィン、シリコン、エチレンビニルアセタート、エチルアクリラート、およびエチルメタクリラートなどのエチレン含有コポリマー、ポリウレタン、ポリアミド、エポキシ、ポリビニルピロリドンおよびビニルピロリドンコポリマー、ポリエステルおよび上の混合物を含む。さらに、接着剤は、粘着剤、可塑剤、充填剤、酸化防止剤、安定剤、顔料、拡散粒子、硬化剤および溶媒などの添加剤を含むことができる。
【００２４】
本発明による有用な接着剤は感圧接着剤とすることができる。感圧接着剤は通常室温で粘着性があり、せいぜい軽い指の圧力を加えることによって表面に接着することができる。有用な感圧接着剤の一般的な説明は、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｖｏｌ．１３、Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９８８）に見出すことができる。感圧接着剤のさらに他の有用な説明は、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ．１、 Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９６４）に見出すことができる。
【００２５】
接着剤は、エンボス加工されたフィルムを基板または導波板などの他の光学層に積層するのに使用することができる。図３を参照すれば、エンボス加工されたフィルム３２はその下部のエンボス加工されない表面に接着された接着剤層３８を有する。接着剤層３８は、ポリメチルメタクリラートなどの従来のポリマー基板とすることのできる基板４０にエンボス加工されたフィルム３２を接着する。接着剤はその屈折率を基に選択することができるので、導波板の機能を妨げない。
【００２６】
エンボス加工されたフィルム上の接着剤層はそれに接着された除去可能なライナーを有することができる。ライナーは接着剤層を保護し、使用の前に不注意で結合させることを防止する。使用することのできるライナーは、当技術分野に既知の任意の剥離ライナーとすることができる。
【００２７】
エンボス加工方法
光学フィルムをエンボス加工する方法は、光学フィルムの少なくとも一部を放射エネルギー源からの放射エネルギーで間接的に加熱すること、ツールを光学フィルムの加熱された部分に押し付け、それによって光学フィルムの表面をパターニングすること、および光学フィルムとツールを分離することとを含む。放射エネルギーは、放射に比較的透明な固体材料を通って移動することができ、その間に比較的吸収性のある材料によって吸収される。比較的透明な材料は光学フィルムの加熱されない部分または全てとすることができ、比較的吸収性のある材料はツールとすることができる。この方法は１個または複数のロールツーロール（ｒｏｌｌ―ｔｏ―ｒｏｌｌ）作業で行うことができる。代わりに、または追加で、この方法は１回または複数回のバッチ工程とすることができる。
【００２８】
以下の説明において、最初に本発明による方法の全体的な概要を示す。次いで、この方法の様々な実施形態を実施するのに適したいくつかの装置を示す。
【００２９】
図４のスケジュール表（タイムチャート）は、精密な微小構造を成形またはエンボス加工する方法１の１サイクル内の加熱、加圧、および他の加工段階の経時的順序を示す。（用語「成形」または「エンボス加工」は、本明細書において、熱と圧力の下で溶融シート（molten sheeting）を形成する同じ工程を識別することを意図している。）最初の調製段階２の間に、成形またはエンボス加工すべき予備成形されたポリマーフィルムまたはシートは、例えば洗浄によって調製することができる。次いで、シートまたはフィルムは成形ゾーンへ送達され（例えば固体ウェブまたはシートとして）、成形段階４で、高い温度と高い圧力の条件下で成形が行われる。成形されたパターンを固定するための凝固段階（freezing stage）５が成形段階４に続く。次いで、シートは離型段階６で成形／エンボス加工装置から取り除かれる。典型的に、成形段階４の部分または全ての中で、その段階での複数の間隔の可能性（例えば、複数の圧力ニップで）を含んで、シートは高圧を受ける。図４の概要図において、連続的な加圧は７で示されている。同様に、成形段階４の部分または全ての中で、その段階での複数の間隔の可能性を含んで、シートは高い温度を受ける（例えば、シートの熱可塑性材料のガラス転移温度または溶融温度を超える）。図４の概要図において、３回の加熱間隔８ａ、８ｂ、および８ｃが中間の「停止」（加熱または冷却がない）間隔９ａおよび９ｂを備えて示されている。高圧および加熱条件が停止された間および／またはその後で、シートは凝固段階５を有効にするために冷却される。
【００３０】
「放射エネルギー」は、対流または伝導などの他の熱伝達モードの機構とは対照的に、熱またはエネルギーをフォトンによって伝達する、あらゆる波長の放射であると広く定義される。用語「放射エネルギー源」は、本明細書において、放射エネルギーの発生器または他の源を示すために用いられ、他方、用語「放射ヒーター」および「放射加熱装置」は、放射エネルギー源ならびに反射器などの他の関連する部品を示すために用いられる。
【００３１】
本発明は、図４に概要を示した種類の熱プラス圧力によるエンボス加工を実施するために単独のまたは主要な熱源として放射エネルギーを使用し、そのような工程は、例えば、さらに従来の加工技術を用いる成形またはエンボス加工が困難あるいは不可能な、精密な微小構造をエンボス加工するのに用いることができる。
【００３２】
本発明のエンボス加工工程における単独のまたは主要な熱源としての熱放射の使用は、様々な顕著な利点を提供する。
（ａ）放射エネルギー熱伝達は、伝導および対流熱伝達とは対照的に、顕著に高い熱流とエンボス加工温度を達成することができる。これは例えば、非常に高いＴｇの熱可塑性ポリマーのエンボス加工において、工程の可能性を広範囲に広げる。
（ｂ）放射エネルギー加熱は、伝導および対流加熱では達成することのできない、エンボス加工すべき材料と装置の他の要素への熱伝達を精密に制御する様々な手段を提供する。これは例えば、放射のスペクトルおよび幾何形状的な分布を調節するための、例えば反射、集束、濾波等などによる熱放射源の制御を含む。制御された放射熱伝達の他の例は、エンボス加工すべき材料またはシートの構造を、例えば、ドーピングまたは多層構造によって、熱放射の吸収を調節するように設計することである。制御された放射加熱は、装置の冷却の必要性の低減、およびエンボス加工中の局部の熱と圧力との間の調整によるエンボス加工精度の改善など、様々な工程改善を達成することができる。
（ｃ）放射エネルギー加熱は、他の熱伝達モード、例えば伝導加熱と組み合わせて、有利な効果を得ることができる。これらの効果は、熱放射熱伝達がエンボス加工装置の構造（特にエンボス加工ツール）を加熱することができる、すなわち、伝導によってエンボス加工すべき材料へ熱を伝達することができるので、放射熱源のみを使用して達成することができる。
（ｄ）放射エネルギーは極めて迅速な加熱を提供することができる。
（ｅ）放射エネルギー加熱は、連続的および非連続的エンボス加工装置に組み込むことができ、主要な補助装置の有効な相互作用は、放射熱源光学系、エンボス加工ツール、加圧構造、およびエンボス加工すべきウェブ原料またはシート原料の取り扱い機構を含む。
【００３３】
これらの利点は、放射エネルギー（熱放射）の物理特性から導かれる。伝導および対流による熱エネルギーの伝達は、位置間の温度差の約１乗に依存するが、熱放射によるエネルギーの伝達は個々の本体の絶対温度の４乗同士の差に依存する。この特性のため、熱放射効果は高い絶対温度レベルで高くなる。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態において、放射エネルギー源は、図４Ａに示した種類のエネルギー放出特性を有する黒体エミッターである。高エネルギーの近赤外放射（ＮＩＲ）加熱装置が特に好ましい。好ましい放射加熱装置は、２０００Ｋまたは２０００Ｋを超え、好ましくは３０００Ｋ、またはそれを超えて動作する近赤外放射を用いる。これらのエミッターのエネルギー出力は、短波および中波（中間波）赤外エミッターのそれよりも数倍大きく、効率的な熱プラス圧力の精密なエンボス加工で決定的になり得る高い熱流を提供する。出力のピーク波長以外に、エミッターの動作温度は全エネルギー出力に影響を及ぼし、エミッター温度を高くすると、ピークはより短い波長へ移動し、かつより高いエネルギー出力を提供する。
【００３５】
市場で入手可能な高エネルギーのＮＩＲ装置の好ましいラインはＡｄＰｈｏｓ ＡＧ、Ｂｒｕｃｋｍｕｅｌ−Ｈｅｕｆｅｌｄ、Ｇｅｒｍａｎｙ（ＡｄＰｈｏｓ）から供給される。ＡｄＰｈｏｓ赤外加熱装置は、耐久性のある高エネルギー加熱装置を提供し、ＡｄＰｈｏｓランプは約３２００Ｋで動作する黒体エミッターとして働く。本発明のための適切な熱エネルギーを提供する他の放射ヒーターおよびエミッターは、様々な主要ランプ製造者（Ｐｈｉｌｉｐｓ、Ｕｓｈｉｏ、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ、Ｓｙｌｖａｎｉａ、およびＧｌｅｎｒｏを含む）から入手可能である。例えば、これらの製造者は半導体産業で使用されるエピタキシャル反応器用のエミッターを製造する。これらのエミッターの全ては、３０００Ｋを超える温度を有する。しかし、さらに広範囲の適切なＮＩＲ源は、約２０００Ｋを超える温度を有するエミッターであろう。ＡｄＰｈｏｓ装置の利点は、そのような高エネルギーＮＩＲランプの大部分が２０００時間未満の定格寿命を有するのに対して、ＡｄＰｈｏｓＮＩＲ装置は４０００〜５０００時間の運転寿命に設計されることである。ＡｄＰｈｏｓランプの放射エネルギー放出は、そのエネルギーの大部分を０．４〜２ミクロンの範囲の波長に有し、これは短波および中波赤外源よりも低い波長へ移動され、より高いエネルギー出力と、以下に説明するような熱放射の吸収における他の利点を提供する。
【００３６】
黒体放射熱源は全放射出力を提供し、ピーク温度と４乗の関係を有する。他の顕著な特性は放射のスペクトル分布である。以下に示すように、放射出力のスペクトル分布は、エンボス加工すべき材料の吸収特性のスペクトル分布、ならびに放出された放射エネルギーを受けるエンボス加工装置の他の部品の吸収特性と重要な関係がある。
【００３７】
放射エネルギー源の出力は装置の性能を向上するために様々な方法で制御することができる。特に、反射器（ランプの後方の湾曲反射器（パラボラまたは楕円）および側部反射器など）の使用によって、有用な放射エネルギー出力が顕著に高められる。熱放射を非常に限定された幾何形状領域に集束することが望ましい場合、これは集束光学系および反射器によって達成することができる。他の技術は放射エネルギーを選択的に遮蔽することである。また、濾波によって放出されるエネルギーのスペクトル分布を変化させることも可能である。
【００３８】
放射源からの熱エネルギー放出のスペクトルおよび空間分布は、源と、エネルギー吸収および他の効果が考えられている装置中の点との間で大きく変化させることができる。放出された熱エネルギーは、例えば源と考えている点の中間の吸収によって、散乱によって、および他の効果によって減衰させることができる。この熱エネルギーの減衰にもかかわらず、放射熱源の非常に高い熱流特性はエンボス加工装置の他の構造に入射する高い熱流をもたらす。
【００３９】
本発明のエンボス加工装置によって達成される放射熱伝達の重要な決定因子（determinant）は、エンボス加工すべきシートまたは他の材料および装置の他の材料または対象物の吸収率である。これに関して、２つの直接関係する特性はこれらの材料のスペクトル吸収率、およびそれらの全吸収率である。本特許出願において「全吸収率」と呼ばれる全波長範囲の吸収率は、その方向から入射する全放射エネルギーに対する吸収された全放射エネルギー（例えば放射源から）の比である。全エネルギーは、関連する波長範囲のスペクトル放射率に関するスペクトル吸収率の分布に依存する。したがって、黒体源の高いエネルギー波長で比較的低いスペクトル吸収率を有するシート材料の場合、全吸収率は比較的低くなるであろうが、一方、黒体源の高いエネルギー波長で比較的高いスペクトル吸収率を有するツール材料については、全吸収率は比較的高くなるであろう。（注記）用語「吸収率」が本特許出願において限定（「スペクトル」または「全」）なしで使用されるとき、全吸収率を想定する。
【００４０】
エンボス加工すべきシート材料によって吸収される全放射エネルギーを考えるとき、放射源から入射するエネルギーだけではなく、シートに戻ることのできる反射された熱放射も考慮することが必要である。したがって、例えば、シートの周囲に配置された反射器間の反射は、シートによって吸収されるべき熱放射の「無限列（ｉｎｆｉｎｉｔｅ ｓｅｒｉｅｓ）」を招き、シート材料の比較的高い透明度にかかわらずシートの顕著な放射加熱を引き起こすことができる。
【００４１】
以下にさらに詳細に説明するように、放射エネルギーは比較的放射吸収性のある材料に衝突して吸収される前に、比較的放射に透明な材料を通過することができる。本明細書に使用される比較的放射に透明な材料（「比較的透明な材料」または「透明材料」とも呼ばれる）は、比較的放射吸収性のある材料（「比較的吸収性のある材料」または「吸収性材料」とも呼ばれる）よりも放射エネルギー吸収の少ない固体材料と定義される。比較的放射に透明な材料の定義から特に除外されるのは空気などのガスであり、それを通して放射エネルギーは放射エネルギー源から吸収性材料への通路を通過することができる。また、本明細書に使用される用語、比較的透明な材料は、放射ヒーターまたは放射エネルギー源の部分である材料を含まないことが理解されるであろう。
【００４２】
上の定義は２つの関係（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を含む。最初に、「比較的透明な」または「比較的吸収性のある」という材料の上の定義は相対的であることが理解されるであろう。すなわち、材料は他の材料に対してのみ透明または吸収性である。この定義に用いられる相対性の概念は、材料の特定の吸収性特性、単位容積当たりまたは単位質量当たりのその吸収率を含む概念である。
【００４３】
第２に、定義は使用される放射エネルギーのスペクトル放射分布に関連する。材料は、放射エネルギーの第１の源に関して他の材料に対して比較的吸収性であることができ、異なるスペクトル放射分布の第２放射エネルギーに関して同じ材料に対して比較的透明であることができる。
【００４４】
上の用語に関するさらに他の注記は、比較的透明な材料でさえも、あるレベルの放射エネルギーの吸収率を有することができることが理解されるであろうことである。したがって、本明細書において、放射エネルギーは透明な材料を通過し、吸収性材料だけを加熱すると説明することができるが、透明な材料のいくらかの吸収と加熱が実際に起こり得ることが理解されるであろう。
【００４５】
比較的透明な材料と吸収性のある材料は、どちらが放射エネルギーに対してより吸収性があるか（すなわち放射エネルギー源に対してより大きな全吸収率）について、上で広く定義された。しかし、様々な吸収率の材料は、それらの吸収率の相対的な割合に基づいてより狭く特徴付けることができることが理解されるであろう。例えば、比較的吸収性のある材料は、比較的透明な材料の７倍の吸収率を有することができる。
【００４６】
比較的透明な材料と比較的吸収性のある材料は、それらのエネルギー吸収の全割合（時間当たりに吸収された全エネルギー）を比較することによって特徴付けられる。材料の全エネルギー吸収は、放射エネルギー源の放射率スペクトル（波長）、材料の吸収率スペクトル、および放射エネルギーの材料通過距離に依存する。したがって、材料の全吸収率は、体積（または距離）と放射エネルギーの放出スペククトル（波長）で積分した、放射エネルギーのスペクトル強度（波長の関数）および材料の吸収率スペクトルならびに対数減衰関数（吸収率スペクトルと距離の関数）の積と定義することができる。比較的吸収性のある材料の全吸収率に対する比較的透明な材料の全吸収率の割合は１未満とすることができ、０．７未満または０．７とすることができ、０．５未満または０．５とすることができ、０．３未満または０．３とすることができ、０．１未満または０．１とすることができる。
【００４７】
放射エネルギーが透明材料を通過して吸収性材料に到達することによって、放射エネルギーをシートの実際にエンボス加工される部分の近傍に優先的に吸収させることが可能になる。したがって、シートのパターン形成を達成するために、シートとツールの小さな部分しか実際に加熱される必要がない。加熱が最も必要とされる場所へ放射エネルギーを集中できることから、多くの利点が得られることが理解されるであろう。第１に、工程のための全体のエネルギー消費を低減することができる。第２に、局部的な加熱は、シートの加熱と冷却に必要な時間を短縮することができるので、加工時間を短縮することができる。さらに、得られるエンボス加工されたシートの材料特性を向上することができる。過剰の加熱は、過剰に高い温度または高い温度で維持された時間のいずれの点においても、材料特性に悪い影響を与え得る。一例としては、長い加熱は材料の配向構造を変化させ得る。短い時間だけ局部的な加熱を提供することによって、この材料特性の劣化を回避することができる。
【００４８】
図５に示した透明な材料および吸収性材料の可能な構成の一例として、放射エネルギー３０は、比較的吸収性のある材料ツール３６で吸収されるまで、光学フィルムシート材料２４の透明材料２０を通過する。したがって、加熱は、ツール表面４０およびツール表面４０と接触しているシート材料２４の部分３４に局在化することができる。これはエンボス加工すべき材料の間接加熱の一例であり、放射エネルギー３０はエンボス加工される材料を直接加熱せず、加熱されたツール３６の介在によってのみ加熱する。
【００４９】
加熱は、シート材料２４の少なくとも一部を溶融するのに十分であればよい。代わりに、加熱は、例えば、加熱される部分の温度を材料のガラス転移温度を超えて昇温することによって、シート材料２４の加熱された部分を軟化させるだけでよい。いずれの場合も、加熱は、シート材料フィルムの部分にシートの加熱された部分の表面に沿った窪みおよび／または突起を形成することを容易にする。
【００５０】
比較的放射に透明な材料、および比較的放射に吸収性のある材料の具体的な例を、以下に論じる。全て最大エネルギー出力が０．７〜１．５ミクロンの範囲およびピーク出力が約０．８ミクロンである、ＡｄＰｈｏｓ ＮＩＲエミッターの放出スペクトルに関連する。
（１）以下に論じるように、エンボス加工すべき材料として様々な熱可塑性ポリマーシートまたはフィルムを使用することができる。また、これらのポリマーは約２ミクロン以下を大きく吸収しないので、これらのポリマー材料は放射エネルギーに対してほぼ透明である。エンボス加工すべきフィルムに加えて、精密なエンボス加工技術分野でよく知られているように、そのようなフィルムまたはシートを、キャリアフィルム、例えば放射エネルギーに対して同様に透明度の高いＭｙｌａｒ（登録商標）と組み合わせることができる。したがって、放射エネルギーはフィルムを通ってツールまで限られた損失で伝達することができる。
（２）精密なエンボス加工のための電鋳ツール（electroformed tooling）に使用される好ましい材料であるニッケルおよびニッケル合金は、ＮＩＲ放射に高い吸収性がある。入射するＮＩＲ放射は、従来のエンボス加工ツールの循環油加熱で達成された上限の５００°Ｆをはるかに超える温度へツールを急速に加熱する。これはエンボス加工すべきシートの改善された伝導性加熱をもたらし、良好に成形された、欠陥のない精密な微小構造をシート表面に成形および凝固させる、熱可塑性材料の望ましい流動性に貢献する。
【００５１】
これらの好ましい構造は、ニッケルツールが放出された熱放射の大部分を吸収して、急速かつ効果的なエンボス加工を提供するエンボス加工装置に組み合わせることができる。エンボス加工すべきフィルムは、ツールに対して押し付けられるとき、フィルムと放射エミッターの間の透明な圧力構造介在物を用いて照射することができる。放射は迅速にフィルムを通過し、エンボス加工ツールの表面で吸収される。これはフィルムを迅速に加熱し、次にフィルムを局部的に溶融させ、フィルムをエンボス加工する。この機能は放射エネルギー源としてＡｄＰｈｏｓ ＮＩＲエミッターを使用することには必ずしも依存せず、しかし、全熱流（放射エネルギー放出）および放出スペクトルが類似していれば、他のエミッターを使用して達成できることを強調すべきである。
【００５２】
方法１の成形段階４（図４）において、シート材料２４（図５）はツール３６（図５）をシートの加熱された部分に押し付けることによってパターン形成される。ツール３６は窪みおよび／または突起をパターン形成した表面を有することができる。ツールを加熱された部分に押し付けることによって、シートの部分は対応する突起および／または窪みのアレイがパターン形成される。ツール３６をシート材料２４に押し付けることは、ロールツーロール工程の一部として２つを互いに押し付けることによって達成することができる。例えば、パターン形成された可撓性のベルトをツールとして用い、突起および／または窪みのパターンをシート上に付与することができる。確かに、方法１の全てのステップは、ロールツーロール工程の一部として実施することができる。一実施形態において、ツールの加熱と、光学フィルムシート材料の軟化と、シート材料のエンボス加工のステップを完了するための組み合わせ時間は１０秒未満である。
【００５３】
方法１の離型段階６（図４）において、シート材料２４とツール３６は分離される。分離は成形段階４の後に行われ、シート材料２４のパターン形成され加熱された部分を十分冷却して、パターン形成されたシート材料が分離の後その形状を保つように遅らせることができる。その目的のために、シート材料２４および／またはツール３６を冷却する、方法１の凝固段階５（図４）などの個別のステップがあってもよい。
【００５４】
本出願において使用される「精密微小構造材料」または「精密微小構造フィルム」は、一般に非常に小さな要素または形状のエンボス加工された精密な幾何形状パターンを有する樹脂状熱可塑性材料の薄いフィルムまたはシートを指し、成形の精度は製品の機能に重要である。エンボス加工されたフィルムの精度は、製品に要求される精密な幾何形状、エンボス加工ツールの能力、ツールから物品へ幾何形状的な完全さを保つための工程および装置の両方の関数である。
【００５５】
典型的に、少なくとも１つまたは複数の以下の特徴がフィルム（その片面または両面）に形成されるであろう。
（ａ）基準値に対して５分の公差、さらに好ましくは基準値に対して２分の公差、または規定値の少なくとも９９．９％に制御された角度の傾斜を有する平坦な表面。
（ｂ）基準表面に対して１００オングストロームｒｍｓ未満の粗さ、さらに好ましくは基準表面に対して５０オングストロームｒｍｓ未満のそれにほぼ一致する粗さ形態、または、表面が小さな不規則性を要求するならば、１００オングストロームを超え、０．００００４インチ（１ミクロン）未満とすることのできる精密に形成された（しばしば非常に平滑な）表面を有すること。
（ｃ）０．００１インチ（２５ミクロン）未満の湾曲の縁半径および／または角半径を備え、０．１％未満の偏差に制御された鋭角な角度を有すること。
（ｄ）０．０４０インチ（１０００ミクロン）未満、さらに好ましくは０．０１０インチ（２５０ミクロン）未満のエンボス加工深さを有すること。
（ｅ）個々の要素の形状、および／または互いにまたは基準点に対して複数要素の位置に関してシート面内に精密に制御された寸法。
（ｆ）０．１％よりも高い精度を有する０．０４０インチ（１ミリメートル）未満の特性長さ尺度（深さ、幅、および長さ）。
【００５６】
精密微小構造フィルムの或る実施形態において、個別の要素および／または要素のアレイは、エンボス加工されないフィルム領域に対してエンボス加工された窪み領域、またはエンボス加工された隆起領域、またはエンボス加工された窪みと隆起領域の組み合わせとして定義することができる。他の実施形態において、精密微小構造フィルムの全てまたは部分は、上述の特徴を備える要素を含む様々な深さのパターンで連続的にエンボス加工することができる。典型的に、個別の要素または要素のアレイは、反復パターンに配置することができるが、本発明は精密微小構造形状の非反復アレイも包含する。
【００５７】
上述の方法は、本質的に歪みのない微小構造を提供することによって、残留歪みを回避することを可能にする。歪みを有する材料は、一般に房状（ｓｔｒａｎｄ）配向を有し、偏光レンズのような働きをする。残留歪みを含む材料は後続の加工の間または製品の寿命の間にその歪みを緩和することができ、寸法的な安定をもたらす。
【００５８】
典型的に精密微小構造パターンはツールから複写された予め定めた幾何形状パターンである。精密に設計された構造を作製することを可能にする、電鋳されたマスターからツールを製造することができるのはこの理由のためである。対照的に、典型的に二重帯プレスの帯に使用された高抗張力のステンレススチールは、そのような精密に制御された微小構造をエンボス加工するためのツールの作製にはあまり適していない。微小機械加工およびフォトリソグラフは、電鋳に依存しないでマスターを作製するために用いられる方法である。
【００５９】
ここで、シートフィルム材料２４を詳細に考慮すれば、本発明では、ＴｇとＴｅの２つの温度基準点が用いられる。Ｔｇはプラスチック材料がガラス状態からゴム状態へ変化するであろうガラス転移温度と定義される。それは材料が実際に流動する前の範囲を含むことができる。Ｔｅはエンボス加工または流動温度と定義され、材料は十分流れて本発明の連続的なプレスによって恒久的に変形され、冷却すると、エンボス加工された形状に一致する、または制御された変形（例えば縮みによって）を有する形および形状を保つ。Ｔｅは材料ごとに変化し、フィルム材料の厚さおよび連続プレスの動力学の性質に依存するので、正確なＴｅ温度は、エンボス加工圧力、連続プレスの温度投入とプレス速度、ならびに反応ゾーンの加熱と冷却部の両方の大きさを含む条件に関連する。
【００６０】
エンボス加工温度は、材料の十分な流れを達成し、連続プレスによって高い精度のフィルムのエンボス加工を提供することができるように、ガラス転移温度Ｔｇを超えるのに十分高くなければならない。
【００６１】
熱可塑性材料では圧力範囲は約１５０〜７００ｐｓｉ（１．０３〜４．８２ＭＰａ）であり、連続プレスの運転範囲、エンボス加工帯の機械的強度（高い圧力の能力）、および熱可塑性材料と熱可塑性フィルムの厚さなどの要因に応じて潜在的により高い。
【００６２】
材料は熱と圧力を受けた後、圧力下で冷却することが望ましい。したがって冷却段は、３２°Ｆ〜４１°Ｆ（０℃〜５℃）の範囲に維持され、圧力は約１５０〜７００ｐｓｉ（１．０３〜４．８３ＭＰａ）の範囲であることが意図されている。反応ゾーン中の圧力は加熱および冷却と類似しているであろう。
【００６３】
ここで図６〜７を参照すると、上述の方法をロールツーロール工程で実施する装置１００が示される。シート材料２４が供給ロール１０２から巻き取りロール１０４へ移動すると、装置１００はシート材料２４をエンボス加工する。パターン形成された帯１０６は一対のローラー１１０と１１２の周りを移動する。プレスローラー１１６ａ〜１１６ｄ、および１１８ａ〜１１８ｄはシート材料２４とパターン形成された帯１０６を互いに押し付ける。シート材料２４はこの押し付けの間加熱されるので、パターンはパターン形成された帯１０６からシート材料２４へ転写される。
【００６４】
図７はローラー１１６の１つの詳細を示す。１個または複数のローラー１１６ａ〜ｄの典型であることのできるローラー１１６は、放射エネルギー３０をシート材料２４とパターン形成された帯１０６へ向かって導く放射エネルギー源３２を含む。反射器１２０は、最初に放射エネルギー源３２からシート材料２４およびパターン形成された帯１０６から離れる方向に放射する放射エネルギー３０の少なくとも一部を、再びシート材料２４とパターン形成された帯１０６に向かって導く。反射器１２０はそれによって放射加熱の効率を高める。また、反射器１２０は、放射エネルギー３０をシート材料２４の狭い領域へ集めるように構成され、加熱の集中を提供する。
【００６５】
ローラー１１６は、放射エネルギー源３２とシート材料２４の間に透明なローラー材料１３０を含む。透明なローラー材料１３０は、シート材料２４とパターン形成された帯を互いに押し付けてシート材料２４にパターン形成するのに十分硬い、一方で放射エネルギー３０の通過を可能にする。透明なローラー材料１３０は、例えば石英とすることができる。他の代替として、透明なローラー材料１３０はＰＹＲＥＸの商標で販売されているものなどのガラス材料とすることができる。
【００６６】
図７のように、シート材料２４は透明材料であり、放射エネルギー３０の大部分を通過させる。次いで、放射エネルギー３０は、パターン形成された帯１０６の吸収性材料によって吸収される。パターン形成された帯１０６はツール表面１３４と可撓性裏打ち（フレキシブルバッキング）１３６を含むことができる。ツール表面１３４は、放射エネルギー３０に関して吸収性であり、かつその表面のパターンをシート材料２４に転写するのに十分硬い、材料を含むことができる。可撓性裏打ち１３６はシート材料２４とパターン形成された帯１０６を互いに押し付けるための緩衝を提供することができる。さらに、可撓性裏打ち１３６は、ツール表面１３４の材料と比べるとき、熱絶縁体とすることができる。可撓性裏打ち１３６に熱絶縁体を用いることによって、可撓性裏打ち（backing）１３６による熱損失の少ない、または認められない、放射エネルギー３０からの加熱をツール表面１３４に集中させることができる。
【００６７】
ツール表面１３４に適した材料はニッケルであり、可撓性裏打ち１３６に適した材料はゴムである。しかし、他の適切な材料を代わりに使用できることが理解されるであろう。適切になり得る代替のツール材料の例はニッケル合金、コバルト、クロム、マンガン、シリコン、および適切なセラミックである。
【００６８】
前節で論じたツール材料は吸収性材料として機能することができ、上述の熱可塑性材料は比較的透明な材料として機能することができる。比較的透明な材料の使用によって、エネルギー源、ローラー、およびシート材料の配置を構成する上で、より有利な柔軟性が得られる。
【００６９】
図７に示した、透明なローラー材料１３０を有する放射エネルギー源３２の構成は、ローラー１１６ａ〜１１６ｄの各々に使用することができる。代わりに、１個または複数のローラー１１６ａ〜１１６ｄは放射エネルギー源のない単純なプレスローラーとすることができる。放射エネルギー源３２からなどの放射加熱は、望むならば、従来の加熱されたローラーからの加熱など、他の種類の加熱と組み合わせることができることが理解されるであろう。異なる種類の加熱を組み合わせる可能性は、本明細書に述べたエンボス加工装置の全てに適切に適用することができる。
【００７０】
ここで図８を参照すると、異なる種類の放射加熱装置が示されている。図８に示したエンボス加工装置２００は、プレスローラー１１６ａ〜１１６ｅおよび１１８ａ〜１１８ｅとは分離されている放射加熱装置２１０を含む。放射加熱装置２１０は、源３２ａ〜３２ｄからの放射エネルギー３０を、プレスローラー１１６ａ〜１１６ｅの間のシート材料２４へ伝達する放射エネルギー源３２ａ〜３２ｄを含む。反射器２１６は、放射エネルギー源３２ａ〜３２ｅからの放射エネルギーをシート材料２４および／またはパターン形成された帯１０６へ導くことを助けることができる。放射エネルギーは、シート材料２４の一部を通過し、およびシート材料２４の他の部分で吸収できることが理解されるであろう。代わりに、シート材料２４は透明な材料から完全に構成されてもよく、放射エネルギー３０は全て、図７に関して上述した構成と類似の、パターン形成された帯１０６のツール表面１３４で吸収される。
【００７１】
図９および１０はさらに他の代替のエンボス加工装置を示す。エンボス加工装置３００と４００の各々は、パターン形成された帯１０６と追加の帯３２０の間でシート材料２４をプレスすることに関与する。対のローラー３２２、３２４、および３３２、３３４は、帯１０６と３２０に対して圧力を保ち、それによってシート材料２４に対して圧力を保つ。
【００７２】
圧力をシート材料２４に対して維持しながら、放射加熱装置３４０は帯１０６、３２０を加熱し、冷却装置３５０はシート材料２４と帯１０６、３２０を冷却する。放射加熱装置３４０は図８に関して上述した放射加熱装置に類似してもよい。すなわち、放射加熱装置３４０は、１個または複数の放射エネルギー源、および放射エネルギーを帯１０６、３２０へ向けて導くための反射器を含むことができる。冷却装置３５０は、シート材料２４が帯１０６および３２０から分離された後、エンボス加工されたパターンを維持するためにシート材料２４を十分冷却するのに適した、シート材料２４を冷却する任意の様々な既知の適切な装置とすることができる。例えば、冷却装置は冷却ローラーを含むことができる。代わりに、上で論じたものなどの適切な加圧された冷却段を用いることができる。
【００７３】
エンボス加工装置３００（図９）において、帯３２０は透明であり、放射加熱装置３４０からの放射エネルギーは帯３２０を通過し、パターン形成された帯１０６で吸収される。次いで、パターン形成された帯１０６はシート材料２４の１つの面をパターン形成する。シート材料２４を冷却する冷却装置３５０は帯１０６および３２０のいずれの側にあってもよい。
【００７４】
図１０に示した他の構成は、帯１０６および３２０の反対側に放射加熱装置３４０を有する。したがって、装置４００は、少なくともその一部が透明な可撓性帯１０６を有し、放射エネルギーは可撓性帯１０６の一部で吸収される。
【００７５】
放射加熱装置３４０および冷却装置３５０の多くの代替の構成が可能であることが理解されるであろう。例えば、冷却装置３５０は帯１０６および３２０の両側にあってもよい。
【００７６】
ここで図１０Ａを参照すると、装置４５０が示されており、単一の放射加熱装置３４０はシート材料２４のそれぞれ反対側の一対のローラー４５２と４５４を加熱する。シート材料２４は比較的透明な材料から作られており、放射エネルギー４５６がシート材料２４を通過して下部ローラー４５４を加熱することを可能にする。したがって、単一の加熱装置３４０は、例えば、シート材料２４の両側にパターン形成するために、シート材料の両側のローラーを加熱するのに使用することができる。
【００７７】
他のエンボス加工装置、プレス装置４６０が図１０Ｂに示されている。装置４６０は下部のプレス台４６４、シート材料２４が置かれるプラテン４６８、および上部プレス４７０を有するエアシリンダー４６２を含み、全てフレーム４７４によって保持される。さらに、プレス装置４６０は、シート材料２４を軟化および／または溶融させるための放射エネルギーを提供する加熱装置３４０を含む。
【００７８】
上部プレス４７０は、石英など比較的透明な材料から作製することができ、加熱装置から放出された放射エネルギー４７８がそれを通過して、シート材料２４をパターン形成するためのパターン形成された上部表面を有するプラテン４６８で吸収されることを可能にする。プレス装置４６０の運転は以下の通りである。シート材料２４はプラテン４６８の上に置かれ、次いでプラテンはエアシリンダー４６２の下部プレス台４６４の上に置かれる。次いで、エアシリンダーが上部プレス４７０に対してシート材料２４をプレスするのに使用される。圧力が加わると、加熱装置３４０を数秒程度などの所定時間起動して、シート材料２４を軟化または溶融し、それによってプラテン４６８のパターン形成された表面がシート材料２４をパターン形成する。次いで、例えば装置に冷たい空気を吹き付けることによってシート材料２４を冷却した後、エアシリンダーの圧力が取り除かれプラテン４６８とシート材料２４が分離される。
【００７９】
プレス装置４６０は、プラテン４６８とシート材料２４の整列を助けるために、下部プレス台４６４上のピンなど追加の特徴を含むことができる。加熱装置３４０は装置の残りに対して上昇と降下を行うことができるように、可動とすることができる。
【００８０】
プレス装置４６０はシート材料２４をパターン形成する様々なプレス装置の１種に過ぎないことが理解されるであろう。多くの変形が可能である。エアシリンダー４６２はシート材料２４に均一な圧力を提供する手段を提供することが理解されるであろうが、例えば、エアシリンダー以外の圧力発生装置を使用することができる。
【００８１】
図１０Ｃはさらに他の実施形態、エンボス加工装置４８０を示す。装置４８０は透明な材料のローラー４８２を用いて放射エネルギー源からの放射エネルギーを集束させる。放射エネルギーは放射エネルギー源３２から出て、反射器１２０でシート材料２４に向かって反射させることができる。反射器１２０および透明なローラー４８２は放射エネルギーを集束させ、シート材料は放射エネルギーをさらに集束させることができる。放射エネルギーは、可撓性裏打ち１３６と共にパターン形成された帯１０６を形成するツール表面１３４に吸収される。
【００８２】
放射エネルギーは、例えばＡｄｖａｎｃｅｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＡＧから入手可能なＮＩＲ型のヒーターを用いる近赤外エネルギーとすることができる。他の適切な放射ヒーターおよびエミッターは、Ｐｈｉｌｉｐｓ、Ｕｓｈｉｏ、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ、Ｓｙｌｖａｎｉａ、およびＧｌｅｎｒｏから入手可能である。放射エネルギーはそのエネルギーの大部分を０．４〜２□ｍ（ミクロン）の範囲の波長に有することができる。
【００８３】
他の種類の放射エネルギーを代わりにまたは追加で使用することができる。適しているであろういくつかの他の放射の例は、約７〜８ＧＨｚの周波数を有するマイクロウェーブを含む。ポリマー構造内の遊離水はそのようなマイクロウェーブ放射、ならびにおそらく他の周波数または波長の放射を吸収することができるであろう。約１〜６ミクロンのピーク波長を有する放射も適するであろう。そのような放射は適切な石英−タングステンランプで生成することができる。また、ＲＦ誘導加熱も、例えば、エンボス加工のための金属ツールの加熱に使用することができる。また、適切な波長の高出力レーザも使用することができる。
【００８４】
様々な適切な出力レベルを放射エネルギー源に用いることができる。一実施形態の例は、約１４キロワットの出力レベルを用いる。しかし、関与する出力量は、関与する材料、エンボス加工すべき材料のサイズ、工程速度等など、工程の多くの要因に大きく依存することが理解されるであろう。
【００８５】
上述の装置および方法は従来の装置よりも大きな利点を提供できることが理解されるであろう。第１に、必要な場所に加熱を集束して、選択的な加熱を達成することができる。第２に、材料への熱伝達は、複数の機構、例えば、ツールからの伝導と共にエネルギー源からの放射によって提供することができる。これは高い熱流をもたらす。さらに、複数の熱伝達機構の使用は、熱伝達機構を独立に操作することを可能にすることによって、装置の柔軟性を高めることができる。ツールの質量および放射時間など（ならびに他の要因）の要因を変化させて、（例えば）フィルムの劣化が最小になり、および／または冷却時間が短縮されるように、光学フィルムシート材料２４への加熱プロファイルを制御することができる。
【００８６】
本発明の方法で、エンボス加工された一軸配向フィルムの配向は、エンボス加工された微小チャンネルの長手方向がフィルムの配向軸に実質上平行であるとき、フィルム全体ならびにフィルムの表面に保存される。さらに、エンボス加工された一軸配向フィルムの屈折率は、エンボス加工されない一軸配向フィルムの屈折率から実質上変化しない。したがって、一軸配向フィルムの光学特性は、本発明のエンボス加工方法を受けた後、実質上保持される。
【００８７】
本発明を或る実施形態または複数の実施形態に関して示し説明したが、当業者であれば、本明細書および付属の図面を読み取り理解することによって、等価の変更および修正を想起するであろうことは明らかである。特に、上述の要素（部品、組み立て品、装置、組成物等）によって実施される様々な機能に関して、そのような要素を説明するために使用される用語（「手段」の参照を含んで）は、本明細書に示した例示的実施形態または本発明の複数の実施形態の機能を実施する開示された構造に構造的に等価ではなくても、特に明示しないかぎり、説明された要素の特定の機能を実施する任意の要素に一致する（すなわち機能的に等価である）ことを意図している。さらに、本発明の特別な特徴を１つまたは複数のいくつかの例示的実施形態に関して上で説明したが、そのような特徴は、任意の所与のまたは特別な用途にとって望ましく有益になるように、１つまたは複数の他の実施形態の他の特徴と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明によるエンボス加工されたフィルムの断面図である。
【図２】本発明によるエンボス加工されたフィルムの俯瞰図である。
【図３】本発明によるエンボス加工されたフィルムに組み込まれた光ガイド（ライトガイド）の断面図である。
【図４】本発明によるエンボス加工方法の概要を示すスケジュール表（ｔｉｍｅｌｉｎｅ）である。
【図４Ａ】黒体エミッターのエネルギー放出特性を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による放射加熱を示す概要図である。
【図６】本発明によるエンボス加工装置の部品の側面図である。
【図７】図６のエンボス加工装置の他の実施形態の部品の詳細な側面図である。
【図８】本発明による代替の実施形態のエンボス加工装置の部品の側面図である。
【図９】本発明による他の代替の実施形態のエンボス加工装置の側面図である。
【図１０】本発明によるさらに他の代替の実施形態のエンボス加工装置の側面図である。
【図１０Ａ】本発明によるさらに他の代替の実施形態のエンボス加工装置の側面図である。
【図１０Ｂ】本発明によるさらに他の代替の実施形態のエンボス加工装置の側面図である。
【図１０Ｃ】本発明によるさらに他の代替の実施形態のエンボス加工装置の側面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主要表面と第２の主要表面を有する光学的に透明な、異方性の、一軸配向熱可塑性ポリマーフィルムと、
前記ポリマーフィルムの配向方向に実質上平行な長手方向を有する複数の平行な微小チャンネルを含む、前記熱可塑性ポリマーフィルムの前記第１表面上にエンボス加工されたパターンとを含み、
前記エンボス加工されたフィルムの配向が、エンボス加工前の一軸配向ポリマーフィルムと全体および表面で実質上同じであるエンボス加工された配向フィルム。
【請求項２】
前記熱可塑性フィルムが半結晶質の熱可塑性ポリマーを含む請求項１に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項３】
前記熱可塑性フィルムが非晶質のガラス状熱可塑性ポリマーを含む請求項１に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項４】
前記パターンが、複数のｖ形状溝を含む請求項１に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項５】
前記溝の幅が、０．２ミクロン〜５００ミクロンである請求項４に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項６】
前記溝の間の距離が、０．２ミクロン〜５００ミクロンである請求項４に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項７】
前記異方性フィルムの前記第１の主要表面上の前記エンボス加工されたパターンを被覆する等方性コーテイングをさらに含む請求項１に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項８】
前記異方性フィルムの前記第２の主要表面に接着された接着層をさらに含む請求項１に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項９】
前記一軸配向熱可塑性フィルムが、０．１〜０．５の範囲の複屈折率を有する複屈折率フィルムである請求項１に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項１０】
前記熱可塑性フィルムがポリエチレンナフタラートを含む請求項１に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項１１】
第１の主要表面と第２の主要表面を有する光学的に異方性の一軸配向ポリマー基板を提供すること、
パターン形成したツールを放射エネルギー源からの放射エネルギーを用いて加熱し、前記パターンは長手方向を有する複数の平行に隆起した微小構造を含むこと、
前記隆起した微小構造の前記長手方向が前記ポリマー基板の配向方向と実質上平行となるように、前記ポリマー基板の前記第１の主要表面に対してツールを押し付けて、前記ポリマー基板の前記第１の主要表面を軟化させ、前記ポリマー基板中に溝形状の微小チャンネルをエンボス加工すること、
前記エンボス加工されたポリマー基板を冷却すること、
前記ツールを前記ポリマー基板から分離することとを含み、
前記ポリマー基板の配向が前記ポリマー基板および第１の主要表面全体で変化しない、エンボス加工された光学シート材料を作製する方法。
【請求項１２】
前記一軸配向ポリマー基板が、０．１〜０．５の範囲の複屈折率を有する複屈折率フィルムである請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ポリマー基板が半結晶質の熱可塑性ポリマーを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ポリマー基板が非晶質のガラス状熱可塑性ポリマーを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記放射加熱、前記押し付け、および前記分離が全てロールツーロール工程の部分として実施される請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ツールが、パターン形成されたツール表面と可撓性裏打ちとを含むパターン形成された帯の一部である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記可撓性裏打ちが、前記パターン形成されたツール表面に対して熱的に絶縁性である請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記パターン形成されたツールの表面が金属表面を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属表面がニッケル表面を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記パターン形成されたツールの表面が金属表面を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
前記金属表面がニッケル表面を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記金属表面が比較的熱的に絶縁性のある材料で裏打ちされる請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記パターン形成されたツールの表面が非金属表面を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項２４】
前記非金属表面が半導体表面を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記非金属表面が比較的熱的に絶縁性のある材料で裏打ちされる請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記パターン形成されたツールを前記シートに対して前記押し付けることが、前記放射加熱の後に開始される請求項１１に記載の方法。
【請求項２７】
前記放射エネルギー源からの放射エネルギーが、そのエネルギーの大部分を０．４〜２μｍ（ミクロン）の範囲の波長に有する請求項１１に記載の方法。
【請求項２８】
前記放射エネルギー源が黒体エミッターを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項２９】
前記黒体エッミターが少なくとも２０００Ｋの温度を有する請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記黒体エッミターが少なくとも３０００Ｋの温度を有する請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記黒体エッミターが約３２００Ｋの温度を有する請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記放射エネルギーを比較的放射に透明なローラーを通過させることをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項３３】
前記エネルギーを前記ローラーを通過させることが、前記放射エネルギーを集束させることを含む請求項３２に記載の方法。
【請求項１】
第１の主要表面と第２の主要表面を有する光学的に透明な、異方性の、一軸配向熱可塑性ポリマーフィルムと、
前記ポリマーフィルムの配向方向に実質上平行な長手方向を有する複数の平行な微小チャンネルを含む、前記熱可塑性ポリマーフィルムの前記第１表面上にエンボス加工されたパターンとを含み、
前記エンボス加工されたフィルムの配向が、エンボス加工前の一軸配向ポリマーフィルムと全体および表面で実質上同じであるエンボス加工された配向フィルム。
【請求項２】
前記熱可塑性フィルムが半結晶質の熱可塑性ポリマーを含む請求項１に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項３】
前記熱可塑性フィルムが非晶質のガラス状熱可塑性ポリマーを含む請求項１に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項４】
前記パターンが、複数のｖ形状溝を含む請求項１に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項５】
前記溝の幅が、０．２ミクロン〜５００ミクロンである請求項４に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項６】
前記溝の間の距離が、０．２ミクロン〜５００ミクロンである請求項４に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項７】
前記異方性フィルムの前記第１の主要表面上の前記エンボス加工されたパターンを被覆する等方性コーテイングをさらに含む請求項１に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項８】
前記異方性フィルムの前記第２の主要表面に接着された接着層をさらに含む請求項１に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項９】
前記一軸配向熱可塑性フィルムが、０．１〜０．５の範囲の複屈折率を有する複屈折率フィルムである請求項１に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項１０】
前記熱可塑性フィルムがポリエチレンナフタラートを含む請求項１に記載のエンボス加工された配向フィルム。
【請求項１１】
第１の主要表面と第２の主要表面を有する光学的に異方性の一軸配向ポリマー基板を提供すること、
パターン形成したツールを放射エネルギー源からの放射エネルギーを用いて加熱し、前記パターンは長手方向を有する複数の平行に隆起した微小構造を含むこと、
前記隆起した微小構造の前記長手方向が前記ポリマー基板の配向方向と実質上平行となるように、前記ポリマー基板の前記第１の主要表面に対してツールを押し付けて、前記ポリマー基板の前記第１の主要表面を軟化させ、前記ポリマー基板中に溝形状の微小チャンネルをエンボス加工すること、
前記エンボス加工されたポリマー基板を冷却すること、
前記ツールを前記ポリマー基板から分離することとを含み、
前記ポリマー基板の配向が前記ポリマー基板および第１の主要表面全体で変化しない、エンボス加工された光学シート材料を作製する方法。
【請求項１２】
前記一軸配向ポリマー基板が、０．１〜０．５の範囲の複屈折率を有する複屈折率フィルムである請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ポリマー基板が半結晶質の熱可塑性ポリマーを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ポリマー基板が非晶質のガラス状熱可塑性ポリマーを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記放射加熱、前記押し付け、および前記分離が全てロールツーロール工程の部分として実施される請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ツールが、パターン形成されたツール表面と可撓性裏打ちとを含むパターン形成された帯の一部である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記可撓性裏打ちが、前記パターン形成されたツール表面に対して熱的に絶縁性である請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記パターン形成されたツールの表面が金属表面を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属表面がニッケル表面を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記パターン形成されたツールの表面が金属表面を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
前記金属表面がニッケル表面を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記金属表面が比較的熱的に絶縁性のある材料で裏打ちされる請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記パターン形成されたツールの表面が非金属表面を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項２４】
前記非金属表面が半導体表面を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記非金属表面が比較的熱的に絶縁性のある材料で裏打ちされる請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記パターン形成されたツールを前記シートに対して前記押し付けることが、前記放射加熱の後に開始される請求項１１に記載の方法。
【請求項２７】
前記放射エネルギー源からの放射エネルギーが、そのエネルギーの大部分を０．４〜２μｍ（ミクロン）の範囲の波長に有する請求項１１に記載の方法。
【請求項２８】
前記放射エネルギー源が黒体エミッターを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項２９】
前記黒体エッミターが少なくとも２０００Ｋの温度を有する請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記黒体エッミターが少なくとも３０００Ｋの温度を有する請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記黒体エッミターが約３２００Ｋの温度を有する請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記放射エネルギーを比較的放射に透明なローラーを通過させることをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項３３】
前記エネルギーを前記ローラーを通過させることが、前記放射エネルギーを集束させることを含む請求項３２に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図４Ａ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図４Ａ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２００６−５１３４５０（Ｐ２００６−５１３４５０Ａ）
【公表日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５６６５４２（Ｐ２００４−５６６５４２）
【出願日】平成１５年１２月１２日（２００３．１２．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３９６４９
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０６２９０４
【国際公開日】平成１６年７月２９日（２００４．７．２９）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｎ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １，５６２１ ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１２月１２日（２００３．１２．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３９６４９
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０６２９０４
【国際公開日】平成１６年７月２９日（２００４．７．２９）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｎ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １，５６２１ ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
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