JP2004506928A - 光反射防止表面を作製する方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、感光材料層が塗布された支持層を備える、最小波長λ_Ｍの波長範囲における反射を防止する表面構造を作製する方法および装置に関する。この材料層は、相互にコヒーレントであり、確率的に分散された干渉界を得るように波長λ_Ｂを有する、少なくとも２つの波界に露光され、それによって、露光中または露光後に、材料を選択的に除去することによって表面構造が形成される。本発明は、互いに干渉し、感光材料層に向けられるコヒーレントな波界が、α ＞ ２ ａｒｃｓｉｎ （λ_Ｂ ／ （２ ・ λ_Ｍ））が当てはまる角度αを形成することを特徴とする。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
発明の背景
発明の分野
本発明は、確率的に分散された干渉界（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｅｌｄ）を得るように波長λ_Ｂの少なくとも２つの相互にコヒーレント（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）な波界（ｗａｖｅ ｆｉｅｌｄ）に露光される感光材料の被膜が塗布された支持被膜を有し、それによって、露光中または露光後に、材料を選択的に除去することによって表面構造が形成される（例えば、可視光に対しての）光反射防止表面構造を作製する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の説明
好ましくは窓、表示画面、または計器の表示面に使用される、たとえばガラス板やプラスチック板のような透明な媒体の界面では、それに入射する入射光の一部分が反射されて、その光が入射してきた空間に戻される。透明な媒体の界面で起こるこの反射現象は、表示画面やディスプレイの透過性と見やすさを損なう。表示画面の透過性と見やすさを改善するために、界面の反射特性に様々な方法で影響を与える従来技術の反射防止手段がある。
【０００３】
特に、反射面に適切な粗さを与えることによって反射を防止することができる。界面を粗くしても、入射光の少なからぬ部分が室内に反射されるが、表面に入射する互いに平行な光線は、表面の粗さのために様々な方向に反射される。このようにして、鮮明な反射像が防止される。これは、通常は界面で反射されて鮮明な輪郭の像を形成するような光源であっても、粗い界面をほぼ均一に照射するだけだからである。このように、輝度の明確な差が生じるのを防止することができ、反射と共に起こる妨害効果をかなり低下させることができる。
【０００４】
この種の反射防止方法は、ぎらつき防止被膜と呼ばれ、たとえばディスプレイにおいて効果的に実施されている。この反射防止方法の大きな利点は、廉価な刷込みプロセスによって構造を成形できることである。しかし、この種の反射防止方法の欠点は、半球状の反射、すなわち、部屋の後部全体への鏡面反射と拡散反射との和が、最も好ましい場合に大きくならないことである。その結果、このように処理された表示画面のガラス面の背景輝度は比較的高いため、このようなぎらつき防止被膜下のディスプレイにおける各画像のコントラストはかなり低くなる。
【０００５】
光学面の反射を防止する他の可能な方法は、適切な干渉被膜を塗布することである。反射を防止すべき表面は、適切な屈折率および適切な厚さを有する１枚または数枚の薄い被膜で被覆される。干渉被膜の構造は、適切な波長範囲において、反射された放射界で弱め合う干渉現象が起こり、それによってたとえば光源の反射の明るさが大幅に低下するように構成される。しかし、前述のぎらつき防止被膜とは異なり、反射放射経路内の反射像は依然として鮮明である。視覚的な残留反射が０．４％未満であったとしても、この鮮明な鏡像は、ぎらつき防止面がかなり明るい場合よりも、大きな妨害となることがある。干渉被膜のコントラスト関係は良好である。しかしながら、たいていの表示画面およびその他の用途に関しては、干渉被膜は製造費がかかり過ぎてしまう。
【０００６】
光の反射を防止する第３の方法は、いわゆるサブ波長格子を設け、それによって光学的に透過的な媒体の界面上に屈折率の勾配を生じさせることにより、干渉被膜と同様の光学効果を生じさせることである。このような屈折率勾配の１つは、表面構造が入射光の波長よりも小さい場合には、この表面構造によって実現される。これに好適なのは、透明な媒体の表面に塗布されるフォトレジスト被膜におけるホログラフィによる露光によって、周期的な構造を作製するものである。このような種類のサブ波長格子の例は、ドイツ特許第３８３１５０３Ｃ２号およびドイツ特許第２４２２２９８Ａ１号に記載されている。
【０００７】
周期が２００ｎｍから３００ｎｍのこのような種類のサブ波長表面格子は、広帯域の反射低減に適している。「モスアイ反射防止面」という用語で知られている表面は、Ｍ．Ｃ． Ｈｕｔｌｅｙ、Ｓ．Ｊ．Ｗｉｌｓｏｎの論文「モスアイ反射防止面の光学特性（Ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｍｏｔｈ−Ｅｙｅ−ＡｎｔｉＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅｓ）」（ＯＰＴＩＣＡ ＡＣＴＡ、１９８２年第２９巻、第７号、９９３〜１００９ページ）に詳しく記載されている。このような種類の「モスアイ被膜」の大きな利点は、ぎらつき防止構造の刷込みプロセスと同様の刷込みプロセスによる廉価な生産複製モードである。しかしながら、このような種類の構造の大表面生産は、カラー効果を劣化させる恐れのある、構造の深さの変動に関する非常に狭い光学公差範囲および非常に高い縦横比、すなわち非常に高い構造深さ・構造周期比のために非常に困難である。さらに、このような種類の表面コーティングにおいて、光源の画像は干渉被膜の場合と同程度に鮮明に反射画像として形成される。
【０００８】
たとえばドイツ特許第２８０７４１４Ｃ２号で開示されたようなエッチング・プロセスを用いた確率的プロセスにより、サブ波長範囲でサブマイクロメートル範囲で最小の表面構造を作製することもできる。さらに、Ａ．Ｇｏｍｂｅｒｔらの論文「ガラス上のサブ波長構造反射防止面（Ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）」Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ、３５１（１９９９年）、７３〜７８ページには、前述の反射防止特性を有する確率的表面構造を、選択的な層成長によって得る方法について説明している。どちらの方法でも、得られた確率的表面構造を従来技術の刷込みプロセスによって複製することができるが、これらの方法を用いて得られる表面構造は、残留光が反射される角度を選択的に設定できない（たとえば、小さな角度の散乱や大きな立体角の散乱）という欠点を有する。
【０００９】
従来技術には、たとえば、光学ディヒューザを作製する際、ホログラフィック・プロセスにより他の光学特性を用いて確率的構造を得る方法もある。確率的に分散された干渉パターンを、ホログラフィによる露光によって生成することのできる光学プロセスは、このような構造の表面で光が反射される角度範囲を設定できるという前述の確率的プロセスに勝る利点を有する。確率的な構造のパターンを刷り込むホログラフィック干渉パターンを使用する方法は、米国特許第５３６５３５４号に記載されている。この方法を用いてディヒューザを作製することができる。この特許には、ディヒューザ用の確率的構造を作製する方法が記載されているが、これは反射防止方法ではない。
【００１０】
ドイツ特許第１９７０８７７６Ｃ１号には、粗な粒子のスペックル・パターンとサブ波長格子の画像を重ね合わせることによって、反射防止被膜の特徴とぎらつき防止被膜の特徴を有する組合せ表面構造を得る方法が記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
発明の要旨
本発明の目的は、一方では、光の、表面構造で反射される部分をかなり少なくし、他方では、光の反射される部分をある立体角範囲で選択的に反射させるように、可視光の反射を防止する表面構造を作製する方法を改良することである。これにより、従来技術の表面構造ではコントラストが大幅に低くなるにもかかわらず存在するが、光の後方反射部分が後方拡散反射されるので、表面構造で生じる反射像は完全に防止されることとなる。さらに、本発明の方法は、得られた表面構造を従来技術の刷込みプロセスを用いて複製できるようにするものであり、すなわち、形成される表面構造内で起こる可能性のあるバック・カッティング（ｂａｃｋ ｃｕｔｔｉｎｇ）を完全に防止するものである。最後に、他の目的は、さらに確率的分散を有する、このような種類の表面構造を作製できる装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の重要な要素は、感光材料が塗布された支持被膜であって、確率的に分散された干渉界を得るために、波長λ_Ｂの少なくとも２つの相互にコヒーレントな波界に露光される支持被膜を有し、これにより、露光中または露光後に、材料を選択的に除去することにより表面構造が形成される、最小波長λ_Ｍの波長範囲における反射を防止する表面構造を作製する方法を改良して、
感光材料被膜に向けられる相互に干渉するコヒーレントな波界が、
α ＞ ２ ａｒｃｓｉｎ （λ_Ｂ ／ （２ ・ λ_Ｍ））
となるような角度αを形成するようにすることである。
【００１３】
この角度関係は、確率的表面構造によって反射防止構造を作製する際、確率的表面構造の個々の構造要素の最大横方向寸法が、反射防止方面構造に入射する波長よりも小さくなるべきであるという要件に基づく関係である。本発明の方法は、たとえば、可視スペクトル範囲において反射防止効果を有するべきである反射防止表面構造を作製することを特に目的としている。言い換えれば、個々の構造要素は、その横方向の膨張がλ_Ｍ以下である。ここで、λ_Ｍは約３８０ｎｍであり、可視スペクトル範囲の短波限界にちょうど相当する。
【００１４】
好ましくは、相互に干渉するコヒーレントな波界の少なくとも一方は確率的振幅および位相分布を有する。上記の角度関係で感光材料の被膜に入射する、好ましくは振幅の大きさが等しい波界が多くなればなるほど、実現可能な露光結果が向上する。
【００１５】
このような種類の表面確率的構造を作製するのにはＵＶ範囲の波長が好適である。たとえば、３６４ｎｍの露光波長（Ａｒイオン・レーザ）により、少なくとも２つの相互にコヒーレントな干渉波界からα＞５７°の角度範囲が得られ、確率的干渉パターンが生成される。αの角度範囲の実際的な上限は１８０°である。たとえば、２６６ｎｍ（ＮｄＹＡＧ波長の４倍）の短波露光波λ_Ｂを使用する場合、この角度の下限は４１°となる。
【００１６】
このような種類の露光条件では、たとえば表面上の垂直に対して大きな角度差を有するある立体角範囲で表面構造において反射される残留光が再分散されるほど確実に、得られる表面構造の拡散反射特性にこの場合も影響を及ぼす、高周波数構造部分を有する確率的に分散された表面構造を得ることができる。これは、反射防止によって反射が大幅に少なくなるが、完全に抑制されるわけではないので有利である。したがって、残留反射については、たとえば視覚用途において、それが視野範囲角度で偏向されることも、ある立体角範囲で非対称的に反射されることもないことが望ましい。
【００１７】
本発明によって作製された確率的に分散された表面構造は、前述のように、時間的に変動する信号をフーリエ公式を用いて解釈する通信技術でも知られているような高周波数構造部分を有する。同様に、光学分野では、たとえば表面浮彫り構造の場合のような空間的に変動する信号を分光することができる。たとえば、サブ波長格子の場合のような周期的表面浮彫り構造の場合、離散した空間周波数のみが生じる。本発明の方法によって得られるような確率的表面浮彫り構造は、連続的な空間周波数スペクトルを特徴とする。したがって、入射光が垂直である場合、周期的なサブ波長格子の場合と同様に、散乱のない反射防止効果をもたらすのは、表面浮彫り構造に入射する放射の波長の逆数よりも大きな空間周波数を有する構造だけである。本発明の方法によって作製された確率的に分散された表面構造の特別な特徴は、入射放射の波長の逆数とほとんど同じであるかまたはそれよりも高い程度の空間周波数を有するこのような種類の表面構造が形成されることである。確率的表面構造における最大構造深さは、表面構造に入射する光の最小波長程度に相当する。
【００１８】
このような種類の確率的表面構造の最初の構成は、確率的干渉パターンを形成するのに必要なコヒーレンスを持つ光を放出する放射源を前提条件とする。特に適切な光源は、上流側のフィルタを用いて、あるいは上流側のフィルタを用いずに、光線同士が干渉させられるＵＶ発光レーザ、たとえばＡｒイオン・レーザである。露光波λ_Ｂは、後の適用時に反射防止面に入射する光波長に等しいかまたはそれよりも小さくなければならない。
【００１９】
この表面構造を形成する場合、感光被膜、たとえば、フォトレジスト被膜が確率的干渉パターンで露光され、それによって露光後または露光中に、強度を分散させることによって感光被膜に浮き彫り構造が形成される。
【００２０】
したがって、強度の分散によって、たとえば、感光被膜内の低分子ポリマーを架橋することができ、それによって、被膜の表面が選択的に変形する。あるいは、フォトレジスト被膜を露光し、その後現像ステップおよびエッチング・プロセスを実行することによって、表面構造が形成される。
【００２１】
このように作製された表面構造は、従来技術の複製プロセスを用い、たとえば、ドラム刷込み方法、ダイ刷込み方法、または射出成形プロセスを用いて複製することができる。これらのプロセスの利点は、構造表面を廉価に作製できることである。本発明の確率的表面構造ではアンダーカットがないので、すべてのこれらの方法を容易に適用することができる。微細構造の大表面複製を行うための刷込み型または工具として、亜鉛めっきによって作製されたマトリックスを用いることができる。このようにして、有利なことに、再複写によって単一の最初の表面構造から多くの刷込み型を得ることができる。あるいは、エッチング・プロセスによって金型に構造を適用することもできる。
【００２２】
露光すべき材料被膜に光を適切に入射させる複数の光源を用いることもできる。１つの光源、たとえばエクサイマー・レーザ（ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ）のみを使用する場合、光線は好ましくは、中央領域が半透明になるように構成されたディヒューザの表面全体を照明するように拡散され広げられる。このディヒューザは、光がディヒューザの周辺領域のみを通過することができ、それによって、放射方向の光線が、本発明によって下流側でディヒューザと重ね合わせられるように構成されている。対応する感光材料を有する支持被膜は、ディヒューザの下流側の適切な位置に位置している。これに加えて、またはこれとは別に、定められた強度プロファイルを持つ放射源を用いることができ、所望の干渉パターンを生成するために追加のマスク、スペックル・パターンなどを持つフィルタ、ビーム形成光学手段をビーム経路内に配置することができる。
様々な照明波長λ_Ｂを有する複数の光源を使用することもできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の概念全体の範囲または趣旨を制限することなく、添付の図面を参照しながら好ましい実施形態を用いた例示を行うことにより、本発明を明らかにする。
【００２４】
発明の好ましい実施形態の説明
図１は、コヒーレントな光線２を放出する光源１、好ましくはＡｒイオン・レーザなどのエクサイマー・レーザを有する放射機構を示す図である。
光源の下流側の光路にはレンズ３が設けられており、光を拡散させるように働く透明なリング領域５を備え、他の部分が半透明に構成されたディヒューザ・ユニット４への光線２をレンズ３により広げている。ディヒューザ・ユニット４の下流側の光路には、フォトレジスト被膜７が塗布された支持板６が設けられている。
【００２５】
ディヒューザ・ユニット４から出射する単一波は、光源に面しない側面において干渉を起こし、好ましくはリング・ディヒューザとして構成されたディヒューザ・ユニットの向かい合うセクタからの部分波が、大きな角度αを形成するようになっている。上記角度αは、リング領域５の幾何学的寸法と、ディヒューザ・ユニット４及び支持板６間の距離とにより決定される。与えられた幾何学的形状のために、主として光波はフォトレジスト被膜に入射し、フォトレジスト被膜７の平面に対して大きな入射角を形成し、それにより、対応する照射およびそれに続くフォトレジスト被膜の現像によって高空間周波数および高振幅を有する表面浮彫り構造がフォトレジスト被膜上に形成される。このようにして、反射防止効果がもたらされ、後方反射が選択的に再分散される。
【００２６】
特に支持構造６上の表面構造の単純な複製可能性に関して、確率的表面構造は、理想的には構造部分の代表的な横方向寸法と同程度の振幅を有する高周波数構造を有している。
【００２７】
参照符号のリスト
１　光源
２　光線
３　光学レンズ
４　ディヒューザ・ユニット
５　透明なリング領域
６　支持板
７　フォトレジスト被膜
【図面の簡単な説明】
【図１】
確率的表面構造を作製する放射構成の図である。

Claims (13)

1. 感光材料が塗布された支持被膜であって、確率的に分散された干渉界を得るために、波長λ_Ｂの少なくとも２つの相互にコヒーレントな波界に露光される支持被膜を有し、これにより、露光中または露光後に、材料を選択的に除去することにより表面構造が形成される、最小波長λ_Ｍの波長範囲における反射を防止する表面構造を作製する方法であって、
   前記感光材料被膜に向けられる前記相互に干渉するコヒーレントな波界が、
   α ＞ ２ ａｒｃｓｉｎ （λ_Ｂ ／ （２ ・λ_Ｍ））
   となるような角度αを形成する方法。
2. １つまたは複数のＵＶ発光レーザが光源として使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記確率的干渉界は、１つまたは複数の光学ディヒューザ、マスク、スペックル・パターンを持つフィルタ、および／または同様のビーム形成光学手段を用いて生成される確率的な振幅および位相分布を有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記感光材料被膜としてポリマー被膜を使用し、露光により架橋プロセスが起こり、屈折率の局所的変化および／または前記表面上の変形が起こることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 露光後に、前記表面構造が形成される現像プロセスを受ける前記感光材料被膜として、フォトレジスト被膜が使用されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記感光材料被膜上の前記表面構造は、前記表面構造をさらに他の表面上に複製できるように亜鉛メッキ成形プロセスまたはエッチング・プロセスによって刷込み型上に転写されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の記載の方法。
7. 感光材料が塗布された支持被膜と、
   少なくとも２つの波界が互いに干渉して、確率的に分散された干渉界によって前記感光材料被膜を露光できるように、前記感光材料被膜に向けて波長λ_Ｂの光を放出する少なくとも１つの光源と、
   を有する、最小波長λ_Ｍの波長範囲における反射を防止する表面構造を作製する装置であって、
   相互に干渉する波界が前記感光材料被膜に入射するように、前記光源と前記感光材料被膜との間に少なくとも１つのディヒューザが設けられており、前記波界が、
   α ＞ ２ ａｒｃｓｉｎ （λ_Ｂ ／ （２ ・λ_Ｍ））
   となるような角度αを形成する装置。
8. 前記ディヒューザは、中央領域が半透明に構成されたリング・ディヒューザであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記リング・ディヒューザの向かい合うセクタから入射する前記波界の振幅の大きさが等しくなるように前記リング・ディヒューザが構成されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 光線が前記感光材料被膜に斜めに入射して、
    α ＞ ２ ａｒｃｓｉｎ （λ_Ｂ ／ （２ ・λ_Ｍ））
    となる角度αを形成するような光源が少なくとも２つ設けられ、かつ、
    前記光線の光路において、少なくとも１つの光学ディヒューザ、スペックル・パターンを持つフィルタ、マスク、および／または同様のビーム形成光学手段が設けられていることを特徴とする請求項７の一般部分に記載の装置。
11. 放射源は、定められた強度分布を持つ光線を放出することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 放射源は、エクサイマー・レーザと同様のＵＶ光源であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記ビーム形成光学手段はアクシコンであることを特徴とする請求項１０に記載の装置。

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