JP2005017563A - マスクおよびこのマスクを用いて作製した光拡散フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂層の厚み方向に屈折率が異なる柱状の微小領域を形成し、光の入射角度によって散乱性が変化する光拡散フィルムを作製するマスクで、光を透過する領域からなるパターンと、光を遮断するパターンを有し、かつ発生した黒欠陥の影響を排除したマスクを提供することである。
【解決手段】樹脂層の厚み方向に屈折率が異なる柱状の微小領域を形成し、光の入射角度によって散乱性が変化する光拡散フィルムを、光を透過する領域からなるパターンと、光を遮断するパターンを有し、かつ発生した黒欠陥を部分的に除去したマスクを用いることにより解決した。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク製作中に発生した黒欠陥を修正したマスク、およびこのマスクを使用して作製した光拡散フィルムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置等に使用される光拡散フィルムは、無欠陥であることが必須条件である。
しかし、この光拡散フィルムは、作製工程においてマスクを使用するが、このマスクは、空気中の塵等により黒欠陥が発生する恐れがある。
このような欠陥の生じたマスクをそのまま使用して製品を製造すると、製品にマスクの欠陥が表れ不良品となる。このため生産性を向上させるには、欠陥部を修正しあマスクを使用する必要がある。
【０００３】
ここで、前記マスクの黒欠陥修正技術として、一般にレーザー欠陥修正装置や集束イオンビームマスク修正装置が使用されている。
レーザー欠陥修正装置を用いた方法としては、レーザ光上にスリットなどのパターンを配置し、金属薄膜上にパターンを転写する方法がある。（特許文献１、２参照）
しかしながら、このような固定したパターンの転写法を使用した場合、加工した部分の基板上に金属が残ることがあるという問題点がある。
この問題を解決する方法として、長方形の可変スリットを透過させたレーザー光をマスク上に転写し、転写した像をフォトマスク面内で移動させながらレーザー光を照射するという方法等が提案されている。（特許文献３参照）
また、集束イオンビームマスク修正装置による欠陥修正も、レーザー欠陥修正装置と同様に行うことができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５６−０９３３２３号公報
【特許文献２】
特開平０４−２９５８５４５４号公報
【特許文献３】
特開２０００−３４７３８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記で挙げたマスク修正方法は、全て半導体を生産する際に用いるフォトマスクの欠陥修正方法であり、フォトマスク上に金属の残渣を残すことなく金属薄膜だけを除去することで目的が達成できる。
一方、光拡散フィルム用のマスクの欠陥を前記のフォトマスクと同様に修正してしまうと、光散乱特性が損なわれてしまうので、本発明は、この光散乱特性を損なわない修正を施したマスクを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の請求項１の発明は、樹脂層の厚み方向に屈折率の異なる柱状の微小な領域を形成し、光の入射方向の角度によって散乱性が変化する光拡散フィルムを作製するために用いるマスクで、光を透過する領域からなるパターンと光を遮断する領域からなるパターンを有し、かつ、発生した黒欠陥を部分的に除去してことを特徴とするマスクである。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、前記黒欠陥の大きさが３００μｍ以内であることを特徴とする請求項１に記載のマスクである。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、前記部分的に除去する形状が線状であることを特徴とする請求項１または２に記載のマスクである。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、黒欠陥の部分的な除去を、線幅が３μｍ以下のビームで行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のマスクである。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のマスクを用い、該マスクに略平行の紫外線又は電子線を照射して、前記マスクのパターンに対応したパターンを、樹脂層に転写することによって作製したことを特徴とする光拡散フィルムである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る光拡散フィルム用のマスクについて、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、光拡散フィルム用のマスクを示す説明図である。
このマスクとしては、具体的には、ガラス（ソーダガラス、石英ガラス等）にクロム膜がパターニングされているものを用いるのが一般的である。
前記マスクは、表面を研磨したガラスにクロム膜を蒸着し、さらにクロム膜の上にパターニングの際、光の反射を抑制するための酸化膜を設け、さらにパターニングのためのフォトレジスト層を形成したマスクブランクスを用い、このマスクブランクのフォトレジスト層に、白黒パターンデータを描画する事により作製する事ができる。
そして、露光（描画）後、アルカリ溶液で現像すると、露光された部分のみが溶解することにより、描画パターンが記録される。
次に、フォトレジスト層をマスクとして、クロム膜を選択的にエッチング除去した後、レジストを除去する。このような工程により、パターンニングされた通りのクロム膜のパターンが生成されたマスクを作製することができる。
予め用意されたデータのパターン通り、クロムが残った領域とクロムの無い領域があるマスクができる。このマスクを用い、パターン通り光拡散フィルムを作製することができる。
【００１２】
図２は、上記工程によって作製されたマスクを利用して光拡散フィルムを記録する光学系の説明図である。
まず、紫外線光源（以下ＵＶ光源）７から出た紫外光（以下ＵＶ光）は、コリメート光学系６によって平行ＵＶ光５とし、マスク１を照射する。
ここで、マスク１のＵＶ光照射側と反対の面には感光材料４を密着して配置しており、マスク１のパターンを感光材料４に露光照射する。
このとき、図示のようにＵＶ光５とマスク１は所定角度θだけ傾いて配置されているため、パターン露光は感光樹脂層４中で所定角度傾いて露光されることになる。
この角度が、光拡散フィルム中の屈折率の異なる部分の傾斜角度に相当し、若いては入射角度依存性の散乱ピーク角度θとなる。
以上の工程でマスクと同じパターンの光拡散フィルムを作製することができる。
【００１３】
しかしながら上記の一連の工程において、図３に示すように、マスク１上に異物の混入等が原因による黒欠陥８が生じてしまうことがある。
このような黒欠陥８を残したマスク１を使用し、前述の図２のような光学系で光拡散フィルムを作製すると、黒欠陥の箇所は白抜けの欠陥として光拡散フィルム上に記録されてしまう。
そのため、このようなマスク１上の黒欠陥８を修正しなければならなかった。
【００１４】
この具体的な方法を図４に示す。一般的に前記黒欠陥の修正は、レーザー欠陥修正装置を用いて修正を行っており、レーザーのビームを細く絞ってライン状にし、該黒欠陥８を部分的に除去していく。
上記手段により修正した修正黒欠陥９は、マスクの、他の部分のスペックルとほぼ同程度の密度（透過部と遮光部の比率）とすることが可能である。
その結果、修正後のマスクを用いて複製される光拡散フィルムにおいて、黒欠陥修正部分の散乱性と、マスクパターンの散乱性とがほぼ似た形状となり、黒欠陥が認識されることがなくなる。
【００１５】
この時、レーザービームの線幅を３μｍ以下に設定して修正を行うことが重要である。
例えば、線幅を５μｍとして、前記黒欠陥の修正を行った場合、このマスクを用いて複製された光拡散フィルムは、黒欠陥修正部分において十分な拡散性を得ることができない。
レーザービームの線幅は、３μｍ以下で細いほど有効である。しかし、欠陥修正装置の限界があるため、それを考慮した線幅とすることが必要である。
【００１６】
なお、図４で示した形状は、一定のラインで等間隔にラインを並べているが、線幅が３μｍ以下であれば、必ずしも等間隔で並べたり、同じ線幅にする必要はない。
また、図４ではライン形状を格子状に並べているが、図５に示すように斜めに並べたり、図６に示すようにランダムに並べたりすることも可能である。
【００１７】
本発明では、黒欠陥の修正を行った部分が肉眼で識別できない程度とすることが重要でがある。
そこで、部分的な除去による修正を行う黒欠陥の大きさを定めることが重要である。
まず、例えば、視力０．７の人が、７０ｃｍ離れて欠陥修正部分を視覚する場合について以下に考える。
視力が０．７の人の眼の分解能は、１．４４分（＝１．４°／６０）であり、７０ｃｍ離れて３００μｍ以上の欠陥を識別することができる。
従って、修正された欠陥を７０ｃｍ離れて視覚する場合に、サイズが３００μｍ以下のものについては、その存在を認識することができない。
【００１８】
更に、上記のケースよりも視力の良い人が近づいて欠陥を視覚する場合を例に挙げて、以下に考察する。
ａ、視力が１．０の人の眼の分解能は、１．０分（＝１．０°／６０）であり、５０ｃｍ離れて、１５０μｍ以上の欠陥を識別することができる。
ｂ、視力が１．５の人の眼の分解能は、０．６６分（＝０．６６°／６０）であり、３０ｃｍ離れて、５８μｍ上の欠陥を識別することができる。
上記ａのケースでは、１５０μｍ以下、上記ｂのケースでは、５８μｍ以下とすれば、観察者には欠陥を識別することができない。
【００１９】
このように、一般的に５８μｍ以下の黒欠陥は見えないと判断でき、この判断に基づき、前記数値以下の黒欠陥の修正を行う必要はない。
また５８μｍ〜３００μｍの黒欠陥に関しては、複製を行った際、欠陥の輪郭は認識されないが、欠陥部と非欠陥部との散乱度の相違によって、観測者に欠陥が認識されてしまう。
そこで、上述のように黒欠陥の散乱度をマスクパターンに似せることで、欠陥を認識できなくすることが可能である。そこで、３００μｍ以下の黒欠陥について修正を行うことは有効である。
しかし、３００μｍ以上の欠陥に関しては、修正を行って散乱度を似せても欠陥の輪郭が認識されてしまい、有効性は無い。
【００２０】
次に、光散乱フィルムについて説明する。
図６は、本発明の光拡散フィルムの一例を示す断面説明図である。
図６に示すように、光拡散フィルムの内部では、屈折率の異なる部分が不規則な形状・厚さで分布し、屈折率の高低からなる濃淡（同図では、白−黒で表現する）を形成している。
【００２１】
また、光の回折による色付きを抑制するため、フィルム表面では屈折率の異なる部分は不規則なパターンであるが、周期性はない。また、そのサイズは規則的であり、その空間周波数は、どの場所をとっても、略一定となっている。
図６に示されるように、フィルム断面では、屈折率の異なる部分が略柱状で方向を揃えて分布している。また、この柱状構造の角度は、観察する角度等により、適時設定されるものである。
【００２２】
図６において、白で示した部分は屈折率ｎ１であり、黒で示した部分は屈折率ｎ２であると、その屈折率差Δｎ＝｜ｎ１−ｎ２｜に応じた光路間の位相差に伴って回折現象が発生し、入射光が拡散して伝播するものである。
出射角度指向性である拡散する範囲は、図６における白黒（屈折率の高低）パターンの細かさによって決定され、パターンは細かい場合、広い範囲に拡散し、パターンが粗い場合には狭い範囲に拡散する。
【００２３】
屈折率の異なる部分の表面での形状は、概ね円形もしくは楕円形となっている。 また、大きさは、小さいと散乱範囲は広くなり、逆に大きいと散乱範囲は狭くなる。
縦横方向での散乱特性を制御するべく、縦横の長さ比は、３０：１〜１：３０程度の間で選ばれ、大きさは、１μｍから１００μｍの範囲内で、所望の散乱性や散乱角度となるよう選ばれる。
【００２４】
また、散乱の分布は、屈折率の異なる部分のフィルム表面上の形状が横長（あるいは、縦長）であると、その部分に入射する光が散乱出射する場合には、それぞれの部分からの出射光の光散乱特性が、縦長（あるいは、横長）となるような指向性を持つ。例えば、形状が横長であると、光拡散フィルムからの散乱出射光は、縦長の楕円形となるような分布となる。
さらに、屈折率の異なる部分のフィルム表面上の形状が等方的例えば、円形であると、その部分に入射する光が散乱出射する場合には、それぞれの部分からの出射光の光散乱特性が、等方性となるよう散乱分布となる。
【００２５】
次に、拡散する度合い（ヘイズ）は、前記屈折率差Δｎとフィルム内を通過する近接する２光路の光路長Ｌとによって決まり、ΔｎとＬの積が、入射光の半波長の奇数倍となる場合に、屈折率ｎ１の部分を透過する光と屈折率ｎ２の部分を透過する光とが打ち消し合うように干渉し、最もヘイズが高くなる。
逆に、Δｎ×Ｌが、入射光の波長の整数倍（半波長の偶数倍）となる場合に、屈折率ｎ１の部分を透過する光と屈折率ｎ２の部分を透過する光とが強め合うように干渉し、最もヘイズが低くなり、入射光は拡散することなく透過する。
【００２６】
正面方向に向けるの散乱の性質は、特定のフィルム断面を表す図７においては、前記帯状の濃淡の伸びる方向が、フィルムの厚みほうに対して略垂直方向にそろって、屈折率の異なる領域が分布している。
図６の光拡散フィルム１２の光学特性について考えると、反射でも透過でも明るいディスプレイを得られる拡散層としては、垂直方向からの光に対しては明るく、斜め方向からの光に関しては、散乱するようなフィルムが望ましい。
このようなフィルムを得る為に、屈折率の異なった領域の屈折率差をその層との厚みとの関係において、
Δｎｘｄ＝λ／２
となるようにする事により、柱状構造に沿った光の散乱性は高く、それと異なった方向からの光に対しては、散乱性が低くなるような拡散層を得る事ができた。
【００２７】
本発明による光拡散フィルムでは、図６における白黒パターンの細かさに関しては、適用する応用分野・機器に応じて任意に変更可能とし、一方で、前記Δｎ×Ｌを、可視光波長の整数倍の範囲とする。
前記Δｎ×Ｌの実用的な範囲は、等倍の４００ｎｍから６００ｎｍである。
図６の場合、フィルム内の柱状構造に沿って入射する光に対するΔｎ×Ｌの値を、可視光の半波長の等倍とすることで、上記の説明のように、散乱性を高くして、特定方向から入射してくる光に対してのみ光を散乱するフィルムとして機能するものとしている。
垂直方向から一定の範囲を外して入射する光（例えば、フィルムに斜めに入射する光）は、フィルム中を通過する際の光路長が長くなるため、自ずとΔｎ×Ｌの値が大きくなり、上記「可視光の半波長の等倍」の値からは外れ、散乱性が下がる。
【００２８】
また、垂直方向から一定の範囲を外して入射する光のうちの近接する２光路は、それぞれ一定の屈折率の媒体内のみを通過するわけではなく、フィルム内で種々の屈折率の部分を、微視的な反射，屈折を受けながら通過するため、透明フィルム中の通過とは異なる結果（何らかの散乱が生じる）となる。
散乱が生じる度合いは、フィルム内で屈折率の異なる部分の、周囲との屈折率差や、そのサイズや形状にも影響される。
【００２９】
このように、フィルム中の柱状向上に沿って入射する光１３ａに対しては、単なる透明フィルムとして機能し、入射光は散乱されずに出射する（矢印１３ｂ）。
一方、フィルムに斜めに入射する光１４ａに対しては、光散乱が生じ、入射光を所望の範囲に広げて出射する（矢印１４ｂ）ことになる。
また、屈折率の異なる部分は、フィルム表面では周期性がなく、そのため、光の回折現象によって引き起こされる色分散や、レンズアレイのようなモアレが生じない。従って、本発明の光拡散フィルムによれば観察位置による出射光の色変化は生じず、理想的な白色を呈し、液晶等と組み合わせた際に不要なパターンを生じない。
【００３０】
次に、本発明の光拡散フィルムの構造について、更に詳細に説明する。上述したように、本発明の光拡散フィルムの内部には、屈折率の異なる部分が不規則な形状・厚さで分布することにより、屈折率の高低からなる濃淡模様が形成されている。
この屈折率の差異は、小さすぎると散乱性が悪くなり、逆に大きすぎるとどのような角度で光が入射しても光散乱が生じてしまうことになり、入射角選択性の特性を持たせることが困難となる。そのため、表面上の屈折率差だけでは光散乱が生じず、フィルム１に厚みがあることで十分な散乱性を持つような最適な屈折率差である必要がある。
【００３１】
本発明では、上記条件に適合するように、屈折率差は０．００１から０．２の範囲で適宜選択し、フィルム厚みは屈折率差に応じて１０００μｍから１μｍの範囲で適宜選択している。
記録できる屈折率差は、フィルムの作製方法や記録材料などにより制限を受けるため、大きな屈折率差を持つ場合はフィルムを薄く、小さな屈折率差を持つ場合はフィルムを厚くすることで、本発明の光拡散フィルムを実現することが可能である。
【００３２】
一例を挙げると、平均屈折率が１．５２で厚みが２０μｍのフィルム中に、屈折率が１．５６（屈折率差０．０４）の部分を分布させて、濃淡模様を形成することで、十分な散乱性と入射角度選択性を持つ光拡散フィルムを得ることができた。
【００３３】
屈折率の異なる部分の大きさは、光散乱を生じさせるためにランダムで規則性はないが、必要な散乱性を持たせるために、その平均の大きさは直径で０．１μｍから３００μｍの範囲内で、それぞれの用途での必要な散乱性に応じて適宜選択される。
一例として、１２μｍの平均の大きさを持つ屈折率の高低からなる濃淡模様とすることで、約±４０°程度の散乱広がりをもつ散乱性が得られた。
【００３４】
また、光散乱に指向性を持たせるために、フィルムの縦方向と横方向とでは、屈折率の異なる部分の平均の大きさを異ならせている。一例として、縦方向に伸びた楕円状に光散乱を生じさせるために、縦方向での平均サイズは１２μｍであるが、横方向での平均サイズは５０μｍという横長の形状とすることで、縦方向に約±４０°，横方向には約±１０°という散乱指向性を持つ光拡散フィルムが得られた。
また、本発明の光拡散フィルムは、本明細書中ではフィルムという用語で統一して述べたが、例えば、ガラス基板や樹脂基板のような硬質基板上に形成されたシートであっても良い。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、光拡散フィルム用のマスクにおいて、原版上の黒欠陥を部分的に除去することで欠陥の修正を行うことができる。
この際、黒欠陥の大きさは３００μｍ以下であるとすることで、修正が有効な黒欠陥を修正したフォトマスクとすることができる。
また修正を行う際、線幅を３μｍ以下とし、マスクに記録されているスペックルと同等の密度になるようにして欠陥の部分的な除去を行うことで、光拡散フィルムへのパターン転写時には欠陥そのものが転写されることがなく、欠陥部分と非欠陥部分における拡散性の相違に関しても、上記規定内の大きさである限りは観測者に識別されないため、無欠陥の光拡散フィルムを得ることができる。
【００３６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光拡散フィルム用マスクの説明図。
【図２】マスクを用いて散乱性の異なる拡散フィルムを作製する作製方法を説明する光学系の説明図。
【図３】本発明のマスクに係る黒欠陥の説明図。
【図４】本発明のマスク修正パターンの一例を示す説明図。
【図５】本発明のマスク修正パターンの他の例を示す説明図。
【図６】本発明のマスク修正パターンの他の例を示す説明図。
【図７】本発明の光拡散フィルムの断面説明図。
【符号の説明】
１…マスク
２…ガラス基板
３…クロムパターン
４…感光材料
５…平行光
６…コリメート光学系
７…ＵＶ光源
８…黒欠陥
９…修正後の黒欠陥
１０…修正後の黒欠陥
１１…修正後の黒欠陥
１２…光拡散フィルム
１３ａ…垂直入射光
１３ｂｂ…垂直に入射した光の射出光
１４ａ…斜めからの入射光
１４ｂ…斜めからの入射した光の射出光

Claims (5)

1. 樹脂層の厚み方向に屈折率の異なる柱状の微小な領域を形成し、光の入射方向の角度によって散乱性が変化する光拡散フィルムを作製するために用いるマスクで、光を透過する領域からなるパターンと光を遮断する領域からなるパターンを有し、かつ、発生した黒欠陥を部分的に除去したことを特徴とするマスク。
2. 前記黒欠陥の大きさが３００μｍ以内であることを特徴とする請求項１に記載のマスク。
3. 前記部分的に除去する形状が線状であることを特徴とする請求項１または２に記載のマスク。
4. 黒欠陥の部分的な除去を、線幅が３μｍ以下のビームで行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のマスク。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のマスクを用い、該マスクに略平行の紫外線又は電子線を照射して、前記マスクのパターンに対応したパターンを、樹脂層に転写することによって作製したことを特徴とする光拡散フィルム。

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