JP2009544990A - 光拡散板、フォトマスク、およびこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

光透過性のアパーチャのランダムなパターンを有する小型のマスク（セル・マスクとも呼ばれる）を形成し、次いでこのマスクを反復的に複製して大型のマスクを作製することによって、ランダムなアパーチャを有する大型のマスクを形成することができる。ランダムなパターンは、アパーチャの位置を少量だけ摂動させることによって作製されてもよく、または特定の基準を満たしていれば、アパーチャをセル・マスク内にランダムに配置してもよい。あるいは、セル・マスクを使用せずに光透過性のアパーチャのランダムなパターンを有する大型のマスクを形成してもよい。このような大型のマスクは、非ランダムにパターン形成された構造を有するデバイスに生じる干渉、回折、またはその他の光学作用を受けない拡散板またはその他のデバイスを製造するために使用することができる。

Description

本出願は、参照によって本明細書に組み込まれる２００６年７月２０日に出願された米国特許出願第１１／４８９７１５号の優先権を主張するものである。

本発明は、一般には光拡散板、フォトマスク、およびこれらの製造方法に関し、より詳細には、ランダムに配置された構造を有する光拡散板、ランダムに配置されたアパーチャを有するフォトマスク、およびこれらの製造方法に関する。

フォトマスクは光拡散板、およびその他の多くの光学デバイスを製造するために使用できる。典型的には、ほとんどのマスクは、規則的で極めて整列したアパーチャを有している。しかし、製造された光学デバイスはマスクによって生じるフィーチャが規則的で極めて整列しているために生じる回折、干渉またはその他の光学的な作用を受ける。

米国特許出願第１１／４８９７１５号 米国特許出願第１１／４３９４３７号 米国特許出願第６０／６７７８３７号

したがって、この分野では上記の問題に対処するデバイスおよびマスクに対する強い需要がある。

本発明の１つの態様は、複数の領域を有するマスクを含むフォトマスクを提供することである。複数の領域の各々は、ほぼ同一のランダムに位置する光透過性アパーチャ・パターンを有する。

本発明の別の態様は、光透過性アパーチャの位置をランダムに生成することによって光透過性アパーチャ・パターンを選択することと、光透過性アパーチャ・パターンをマスクの複数の領域に形成することとを含む、フォトマスクの製造方法を提供することである。

本発明の別の態様は、基板上にランダムに位置するデバイス構造を有する少なくとも１つの領域を備えるデバイスであって、それらのランダムに位置するデバイス構造のそれぞれが底面と上面とを有するデバイスを含む光学デバイスを提供することである。底面は、上面と基板との間にあり、ランダムに位置するデバイス構造の上面に隣接する断面は、ランダムに位置するデバイス構造の底面に隣接する断面よりも小さい面積を有する。ランダムに位置するデバイス構造は、光透過性の重合性材料から製造される。

本発明の別の態様は、光透過性アパーチャの位置をランダムに生成することによって光透過性アパーチャ・パターンを選択することと、マスクの少なくとも１つの領域に光透過性アパーチャ・パターンを形成することと、基板上に光重合性材料の層を形成することと、光重合性材料の層を選択的に光重合化するためにマスクに光を照射することと、少なくとも１つの領域が、ランダムに位置するデバイス構造を基板上に含むように、マスクに光を照射した後に重合化されずに残された光重合性材料を除去することとを含む、光学デバイスの形成方法を提供することである。ランダムに位置するデバイス構造のそれぞれは、底面と上面とを有し、底面は上面との間にある。ランダムに位置するデバイス構造の上面に隣接する断面は、ランダムに位置するデバイス構造の前記底面に隣接する断面よりも小さい面積を有する。光重合性材料は、重合後に光透過性になる。

ランダムに位置する構造を形成するための材料の混合物への照射を示す図である。 本発明による別の例示的な拡散板を示す図である。 実質的に光を透過する材料の塗膜を有する構造を含む別の例示的な拡散板を示す図である。 実質的に光を透過する材料の塗膜が散乱粒子をも含むこと以外は図３の拡散板と同様の別の例示的な拡散板を示す図である。 本発明による拡散板を含む例示的な液晶ディスプレーのバックライトを示す図である。 本発明による拡散板を含む別の示的な液晶ディスプレーのバックライトを示す図である。 重複しないセル・マスクの一部の円形アパーチャのランダムなパターンの写真である。 重複可能なセル・マスクの一部の円形アパーチャのランダムなパターンの写真である。 実施例１により製造された拡散板の走査電子顕微鏡側面図である。 実施例１により製造された拡散板の走査電子顕微鏡上面図である。 実施例２により製造された拡散板の走査電子顕微鏡側面図である。 実施例２により製造された拡散板の走査電子顕微鏡上面図である。 実施例３により製造された拡散板の走査電子顕微鏡側面図である。 実施例３により製造された拡散板の走査電子顕微鏡上面図である。 実施例４により製造された拡散板の走査電子顕微鏡側面図である。 実施例４により製造された拡散板の走査電子顕微鏡上面図である。 実施例５により製造された拡散板の走査電子顕微鏡側面図である。 実施例５により製造された拡散板の走査電子顕微鏡上面図である。 実施例６により製造された拡散板の走査電子顕微鏡側面図である。 実施例６により製造された拡散板の走査電子顕微鏡側面図である。 実施例１および２により製造された、広いＦＷＨＭ（半値全幅）角度を有する例示的な拡散板の測定された角度分布を示すグラフである。 実施例５および６により製造された、より狭いＦＷＨＭ（半値全幅）角度を有する例示的な拡散板の測定された角度分布を示すグラフである。 大型のマスクを構成するセル・マスクの５×５の行列を示す図である。

同様の参照番号が同様の素子を示す以下の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。

規則的でも、極めて整列しているのでもないフィーチャを伴って製造された拡散板などの光学デバイスは、これらのフィーチャが規則的で極めて整列している場合に生じる機能を損なう回折、干渉またはその他の光学的な作用を受けない。それを行う方法の１つは、フィーチャの配置を規則的ではなくするか、極めて整列しているのではなくするか、またはその両方である。それを達成する第１の方法は、先ず規則的な設計から開始し、次いでフィーチャの配置をランダムに摂動させることである。それを達成する第２の方法は、フィーチャをランダムに配置することである。それを達成する第３の方法は、第１の方法または第２の方法で記載するような小領域を生成し、次いでその小領域を複製することである。例えば、光透過性のアパーチャのランダムなパターンを有する小型のマスク（セル・マスクとも呼ばれる）を形成し、次いでこのマスクをＸＹステップで反復的に複製し、パターンを反復して、大型のマスクを作製することによって、ランダムなアパーチャを有する大型のマスクを形成することができる。この大型のマスクを使用して、非ランダムにパターン形成された構造を有するデバイスに生じる干渉および回折作用を受けない拡散板またはその他のデバイスを製造することができる。さらに、大型のマスクは、大型のマスクの領域にわたって同じランダムなパターンが均一に複製されるため、かつセル・マスクが複製される際に光透過性のアパーチャ間の適切な間隔が確実に保持されるようにするアルゴリズムで、セル・マスクの境界がチェックされるため、巨視的には均一に見える。

大型のマスクの設計プロセスはセル・マスクのサイズの選択から開始される。このステップは、セル・マスクと大型のマスクとが同じサイズである場合は省かれる。セル・マスクは、セル・マスク内のアパーチャがランダムであり、ひいては絶対的に均一ではないことで生ずる大型マスクのパターンのような外見にならないように十分に大きくなければならない。したがって、大型マスクの領域をカバーするために小型セル・マスクが反復的に複製される場合、セル・マスクのアパーチャの配置では明白ではない僅かな不均一性が、大型マスクではある種のパターンとして明白になることがある。このような大型マスクのパターンは、大型マスクが巨視的に均一に見えることを妨げる可能性がある。大型マスク内のこのパターンの外見を避けるために、セル・マスクのサイズを増大してもよい。残念なことには、セル・マスクのサイズが増大すると、設計時間およびコンピュータの容量も増加する。そこで、セル・マスクのサイズを２ｍｍ×２ｍｍから２０ｍｍ×２０ｍの間にすることによって、大型マスクの空間的な均一性が許容できるものとなり、適正な時間内で、ほとんどのパーソナル・コンピュータまたはノート型コンピュータで設計できることが判明している。あるいは、セル・マスクが正方形以外の形状を有していてもよい。

次いで、セル・マスク内のアパーチャの形状、サイズおよび数が選択される。円形のアパーチャによって一般に、マスクで製造された光学デバイスの軸対称分布が生ずる。他の形状のアパーチャを使用してもよい。アパーチャのサイズは主として、所望のデバイス性能およびデバイスの製造工程によって決定される。例えば、セル・マスク内のアパーチャのサイズは、円形のアパーチャの場合、直径が５μｍから２５０μｍの範囲でよい。所定の形状およびサイズ（密度）でのマスク内のアパーチャ数は、角度分布を決定する設計上のパラメータの１つである。重複しないアパーチャの数が多いほど、拡散板による光の散乱が大きくなり、ひいては角度分布が広くなる。以下に詳述する幾つかのランダム化方法では、アパーチャのセット数ではなく最小数が規定されてもよい。

次いで、ランダム化方法が選択される。１つの方法は、非ランダムにパターン形成されたアパーチャ配列を用い、非ランダムにパターン形成されたアパーチャ配列位置からパターニングする位置を所定の最大量を有するランダムな量だけランダムに摂動させることである。最大摂動距離はアパーチャのサイズ、摂動前のアパーチャの中心間の距離、およびアパーチャの許容重複量またはアパーチャ間の最小間隔距離によって決定されてもよい。必ずしも必要ではないが、摂動距離はある最小量を有していてもよい。摂動の方向はいずれかのランダムな方向でもよく、その他のいずれかの適宜なパターンでもよい。

第２のランダム化方法は、アパーチャの中心をランダムにセル・マスクに配置し、アパーチャの中心間に少なくともある一定量の間隔が確実にあるようにすることである。アパーチャの中心間に所望の間隔がない場合のアパーチャはセル・マスクに含まず、別のランダムな選択がなされる。このようなランダムな選択は、セル・マスクが指定のアパーチャ数を有するまで行われる。より大型のマスクはセル・マスクのアパーチャ・パターンの行列（マトリックス）によって形成されるので、アルゴリズムによって、対向または隣接する境界（例えば上／底、右／左）に所望の間隔があるか否かをチェックする。この対向または隣接する境界のチェックは、巨視的な均一性を確実にするために行われる。さもなければ、大型マスクおよび／または大型マスクによって製造されるデバイスは、格子パターンを有するように見える可能性がある。間隔の量はアパーチャが互いに重複不能であるような量でもよく、または間隔の量はアパーチャが互いに重複可能であるような量でもよい。デバイスの製造中に形成される特有の構造を有するために必要な間隔の量は、アパーチャのサイズ、およびデバイスを製造するために使用される紫外線システムまたはその他の適宜のシステムの細部（例えばコリメート角度）に左右される。拡散板での光分散の量は、その特有の構造の単位面積当たりの数（密度）が多くなると増大する。２つの構造が重複すると、これらの構造はより大きいサイズの単一の特有の構造を形成する。したがって、重複により密度が効果的に低減し、それによって垂直角度での光透過を増やし、非垂直角度での拡散を減らすことができる。

あるいは、アパーチャは１つまたは複数の種類のアパーチャを含んでいてもよい。例えば、アパーチャは円形、楕円形、長方形、五角形、六角形、八角形、これらの形状の組み合わせ、またはその他のいずれかの所望の形状のものでよい。非円形アパーチャの配向方向はランダムに決定してもよい。異なる種類のアパーチャが使用される場合は、各々のアパーチャの数はランダムでもよい。さらに、セル・マスクは境界から対向する（または隣接する）境界までのアパーチャの重なり（ラッピング）を考慮にいれてもよい。言い換えると、より大型のマスクを形成するためにセル・マスクが使用される際に、セル・マスク内のアパーチャがセル・マスクの縁部近くにあることでアパーチャが部分的に欠けている場合、隣接する（対向する）２つのセル・マスクによって完全なアパーチャが形成されるように、その欠けたアパーチャの残りの部分が隣接する（対向する）セル・マスクの境界に形成される。

本発明によってマスクでデバイスを製造するには適切などの方法を用いてもよい。例えば、ランダムなアパーチャ位置を有するマスクで拡散板を製造する例示的な一実施形態は、材料の混合物を作製することから開始される。材料の混合物は１つまたは複数の成分に加えて光重合開始剤または複数の光重合開始剤を含んでいる。あるいは、光重合開始剤を必要としない光重合性材料が使用される場合は、光重合開始剤を省いてもよい。混合物はさらに、固体粒子、液体、コロイド、気体（例えば空気または窒素）、またはその他の有効な成分などの１つまたは複数の非光重合性材料成分を含んでいてもよい。混合物は光重合の前には均質である必要がある。次いで、図１に示すように、ＰＥＴフィルム、ＰＭＭＡフィルム、ＰＶＡフィルム、またはその他のいずれかの適宜のフィルムなどの（基板と呼ばれてもよい）キャリヤ・フィルム１０１がフォトマスク１０３上に被覆される。フォトマスク１０３はいずれかの適宜のランダムな構成のものでよい。加えて、イソプロパノール・アルコールなどの屈折率整合流体をキャリヤ・フィルム１０１とフォトマスク１０３との間に塗布してもよい。次いで、材料の混合物の層１０２が、ドクター・ブレード・コーティング、スロット・ダイ・コーティング、またはその他のいずれかの適宜のコーティング技術によってキャリヤ・フィルム１０１上に被覆される。層１０２の厚さは約５μｍ（０．２ミル）から約５０８μｍ（２０ミル）の間でよく、約５０．８μｍ（２ミル）と約２５４μｍ（１０ミル）が一般的である。

次いで、図１に示すように、コリメートされた、または準コリメートされた紫外線または可視光線１０４がフォトマスク１０３の透過性アパーチャを通過し、層１０２を選択的に重合する。コリメートされた、または準コリメートされた紫外線または可視光線１０４によって重合、および固体構造の形成が引き起こされる。位相分離材料が使用される場合は、層１０２の第１の材料が重合して固体構造を形成し、一方、（層１０２の第１の材料とは実質的に異なる）第２の材料は、コリメートされた、または準コリメートされた紫外線または可視光線１０４の照射中に第１の材料から位相分離する。第２の材料は非重合性材料、すなわちコリメートされた、または準コリメートされた紫外線または可視光線１０４によって重合しない材料でよい。例えば、第２の材料は熱重合性材料（例えばサーモポリマー）、またはコリメートされた、または準コリメートされた紫外線または可視光線１０４を照射した結果、重合しない他のいずれかの重合性材料でよい。第２の材料が重合性である場合は、この材料は、層１０２の非露光領域を除去した後で重合されてもよい。第２の材料はさらに、紫外線または可視光線の照射により重合する重合性材料であってもよい。例えば、第２の材料は、紫外線または可視光線が照射される第１の材料と同じ重合度で、または実質的に異なる重合度で重合してもよく、重合後は第１の材料とは不相溶である。結果として生じた構造、特に側面および／または上面は、位相分離材料が使用される場合は、一般的には粗く、非位相分離材料または単一成分の材料が使用される場合は、一般的には平滑である。

層１０２に使用される混合物は付加的な材料を含んでいてもよい。例えば、第１の材料は２つ以上の材料の組み合わせであってもよく、および／または第２の材料は２つ以上の材料の組み合わせであってもよい。さらに、混合物に２つ以上の光重合開始剤が含まれてもよく、染料または顔料などの他の材料が含まれていてもよいであろう。さらに、混合物は、（例えば液晶材料などの）高価な材料ではなく安価な材料に限定してもよい。

次いで、選択的に重合された層１０２は、層１０２の非露光領域が除去されるように溶剤（例えばメタノール、アセトン、水、イソプロパノール、またはその他の適宜の溶剤または複数の溶剤）で洗浄される。それに加えて、位相分離材料の場合は、露光領域と非露光領域との境界に位置する層１０２の露光領域内の第２の材料も、それが重合した第１の材料によって完全に囲まれていないので除去される。それによって、デバイス構造２０６のファセットの平滑な表面ではなく、でこぼこの窪みのある表面を有する光拡散デバイス構造２０６が生ずる。このような拡散板のさらに別の実施例は、参照として全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願第１１／４３９４３７号明細書に記載されている。複数のこれらの構造２０６が、広範囲の拡散角度を有する優れた拡散板を形成する。他の製造方法を用いて同様の構造の拡散板を製造してもよい。このような同様の構造の拡散板は位相分離された材料から製造されてもよく、位相分離されない材料から製造されてもよく、単一の材料でもよい。

位相分離材料で形成されたデバイス構造２０６は、各構造２０６上に複数の光散乱ファセットを備えるでこぼこの窪みのある表面を有している。これらの光散乱ファセットのあるものは平行ファセット２０２であり、他のものは傾斜ファセット２０４である。点であってよい平行ファセット２０２はキャリヤ・フィルム１０１と概して平行であるのに対し、傾斜ファセット２０４はキャリヤ・フィルム１０１と０°から９０°の角度をなす。しかし、位相分離の性質がランダムで、サイズが小さいことが、ファセットの幅広いバリエーションを確実にする一助になり、それによって広い光分布角度を確実にする一助になる。加えて、混合物内の第１の材料と第２の材料との相対的な量を制御することによって、光重合開始剤の相対的な量、および／または層１０２の照射、構造２０６の表面の特性（例えばサイズ、密度、形状）を選択してもよい。表面の特性を決定することができることによって、結果として生ずる構造２０６の光分布角度の特性を選択することが可能になる。

図３は、実質的に光を透過する材料の塗膜３０２を有する構造２０６を含む別の例示的な拡散板３００を示している。実質的に光を透過する材料の塗膜３０２は、構造３０２の屈折率とは異なる屈折率を有している。屈折率の差が大きいほど、光の分布角度は広くなる。一般的には、屈折率の差は約０．００５を上回り、さらに屈折率の差は約０．０１を上回ることも多い。例えば、構造２０６はエトキシレート（３）ビスフェノールＡジアクリレートとポリエチレングリコール（６００）ジアクリレートとの混合物から製造されてもよく、平均屈折率は１．５２である。実質的に光を透過する材料の塗膜３０２は屈折率がより低いものでもよく（例えばシリコン、フッ化アクリル酸塩またはフッ化メタクリル酸塩、フッ化エポキシ、フッ化シリコンまたはその他のそのような材料）、または屈折率がより高いものでもよい（例えば、ポリスルフォン、ポリフェニルスルフォン、ポリエーテルスルフォン、またはその他の適宜の材料）。

図４は、拡散板４００が実質的に光を透過する材料の塗膜３０２に散乱粒子４０２をも含んでいること以外には図３の拡散板３００と同様の別の例示的拡散板４００を示している。散乱粒子４０２はガラスビード、ポリマー（例えばポリスチレン、アクリル、ポリカーボネート、オレフィン、またはその他の光学的に透明なポリマー材料）粒子、または他のいずれかの適宜の材料のものでよい。

本発明を様々な種類の光源およびその他のデバイスに組み込んでもよい。例えば、図５は、本発明による拡散板を含む例示的な液晶バックライト（ＬＣＤバックライト）５００を示している。光源５０２は導光板５０３に沿って発光する。光源５０２は冷陰極蛍光ランプ、発光ダイオード、またはその他のいずれかの光源でよい。光源５０２からの光は導光板５０３内に結合され、導光板５０３によって上方に向けられる。導光板内での光の再配向は、導光板５０３の構造化された底面によって、導光板５０３の底面上の印刷散乱ドットによって、またはその他のいずれかの手段によって行ってもよい。導光板５０３の上面から出る光は一般的には十分な均質性に欠けており、望ましくない角度分布を有している。したがって、均質性を高め、光の角度分布を再成形するために拡散板および／またはその他の光学デバイスが使用される。例えば、第１の光拡散板５０４、第２の光拡散板５０６、および光学フィルム５０５を使用してもよい。光学フィルム５０５は光をさらに再配向するために使用され、３Ｍ社の輝度上昇フィルム、参照として本明細書に組み込まれる米国特許出願第６０／６７７８３７号明細書に記載の光学フィルム、またはその他のいずれかの適宜のフィルムでよい。第１の拡散板と第２の拡散板５０４、５０６のいずれか、または両方は本発明による拡散板でよい。それ以外の数および種類のフィルムを本発明による１つまたは複数の拡散板と組み合わせてもよい。あるいは、フォルムを追加せずに１つまたは複数の拡散板を使用してもよい。

図５Ａは、本発明による拡散板５５１を含む別の例示的な液晶バックライト（ＬＣＤバックライト）５５０を示している。ＬＣＤバックライト５５０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）管のアレイ、またはＬＣＤバックライト５５０の空洞５５３内に位置するその他のいずれかの適宜の光源でよい光源５５２を含んでいる。ＬＥＤは一般に点光源であり、ＣＣＦＬ管は一般に線状光源である。ＬＥＤまたはＣＣＦＬ管のアレイから発する光の空間分布は極度に不均質である。本発明による拡散板５５１は、光源５５２のアレイから発される光を均質化し、光を空間的に均質化する。ＬＣＤバックライト５５０のこのような配置は、一般照明などの他の目的にも使用してもよい。

図６は、重複しないセル・マスクの一部の円形アパーチャのランダムなパターンの写真である。透過性の円形アパーチャは隣接する円形の周縁間で最小４．２μｍだけ分離され、透過性の円形アパーチャの直径は３０．４μｍである。

図７は重複可能にされたセル・マスクの一部の円形アパーチャのランダムなパターンの写真である。隣接する透過性の円形アパーチャの中心どうしの間隔は７．５μｍを上回り、透過性の円形アパーチャの直径は２８．１μｍである。

図８は実施例１によって製造された拡散板の走査電子顕微鏡側面図である。傾斜した側面ファセットの実質的な表面積、およびデバイス構造の平行ファセットの比較的小さな表面積が明確に示されている。実際に、デバイス構造の上表面は点に近い。図８に示されているように、ファセットの表面は粗い。図９は、実施例１により製造された拡散板の走査電子顕微鏡上面図である。図１０は、実施例２によって製造された拡散板の走査顕微鏡側面図である。デバイス構造の一部は隣接するデバイス構造と接続しており、それはフォトマスク内の透過性アパーチャの中心が僅かに分離された結果である。図１１は実施例２により製造された拡散板の走査顕微鏡上面図である。図１２は、実施例３により製造された拡散板の走査顕微鏡側面図である。光重合された材料と混合されたガラスビードがデバイス構造の表面上、またはその表面の極めて近傍にある場合は、それらを目視することができるのに対して、デバイス構造内に埋め込まれたガラスビードは目視できない。図１３は、実施例３により製造された拡散板の走査顕微鏡上面図である。図１４は実施例４により製造された拡散板の走査顕微鏡側面図である。これらのデバイス構造は比較的大きい傾斜表面積を有し、表面は比較的平滑である。図１５は、実施例４により製造された拡散板の走査顕微鏡上面図である。図１６は、実施例５により製造された拡散板の走査顕微鏡側面図である。これらのデバイス構造はより大きい平行ファセットの領域を有し、その結果、角度分布が狭い拡散板が生ずる。図１７は、実施例５により製造された拡散板の走査顕微鏡上面図である。図１８は、実施例６により製造された拡散板の走査顕微鏡側面図である。図１９は、実施例６により製造された拡散板の走査顕微鏡上面図である。

図８から図１９から分かるように、ランダムに配置されたデバイス構造は、デバイス構造を形成する同じ材料によって実質的に連結されている。構造は完全には分離されておらず、底部で画定されている。この連結によって、光漏れの防止が支援され、結果として生ずる拡散板の性能が向上する。

図２０は、実施例１および２により製造された、広いＦＷＨＭ（半値全幅）角を有する２つの例示的な拡散板の、測定された角度分布を示されている。縦軸は正規化された輝度であり、横軸は極角である。広い角度分布は、図２に示されているように、平行ファセット２０２の小さい表面積と、傾斜ファセット２０４の大きい表面積とを有する拡散板の構造の結果である。例示的な拡散板の構造は図８から図１５に示されている。

図２１は、実施例５および６により製造された、狭いＦＷＨＭ角を有する２つの例示的な拡散板の、測定された角度分布を示す。縦軸は正規化された輝度であり、横軸は極角である。角度分布は、図２に示されているように、平行ファセット２０２の比較的大きい面積を有する拡散板の構造の結果である。

図２０および図２１に示されているデータは、フランスのＥＬＤＩＭ Ｓ．Ａ社のＥＺＣｏｎｔｒａｓｔ １６０Ｄ ＥＬＤＩＭ測定システムを使用して測定されたものである。コリメートされた白光が基板の側面から拡散板に入射し、拡散した光が集光され、ＥＬＤＩＭ測定システムによって解析されている。

図２２は、製造マスク２２００を構成するセル・マスク２２０２の５×５の行列を示している。大型のマスク２２００はセル・マスク２２０２による逐次反復工程（例えばＸＹ逐次反復工程）、または他のいずれかの適宜の方法によって形成されてもよい。

圧縮空気ミキサを使用して、１５．０重量％のモノマーエトキシレート（６）トリメチロールピロパントリアクリレート、１９．５重量％の金属アクリレートエステルオリゴマー、４４．０重量％のＳａｒｔｏｍｅｒ社の低粘性オリゴマー、１９．５重量％のウレタンアクリレートオリゴマー、および２．０重量％の２、２−ジメトキシ−１、２−ジフェニルエタン−１−オンが調製された。次いで、被覆する前に気泡を除去するために混合物が〜１０^−１トールの真空を用いて脱気された。厚さ７ミルのＰＥＴ基板がイオン化空気を吹き込んで洗浄された。混合物は、ドクター・ブレードを用いて湿潤状態の厚さ８．５ミル（〜２１５μｍ）で基板上に被覆された。図６のパターンを含むマスクが基板の近傍に配置され、フォトマスクを通してコーティングを照射するために、〜１．５°のコリメート角を有する金属アーク・ランプからの紫外線量７５ｍＪ／ｃｍ２の紫外光が使用された。次いで、重合されないモノマーを除去するため、（基板と共に）紫外光照射されたコーティングが、撹拌されたメタノール浴に約２５秒間浸漬された。いずれかの残存溶剤を吹き飛ばすことによって、基板および重合化したモノマーが乾燥された。最後に、６０８ｍＪ／ｃｍ２の紫外線量を照射することによって後硬化が行われた。

圧縮空気ミキサを使用して、１５．０重量％のモノマーエトキシレート（６）トリメチロールピロパントリアクリレート、１９．５重量％の金属アクリレートエステルオリゴマー、４４．０重量％のＳａｒｔｏｍｅｒ社の低粘性オリゴマー、１９．５重量％のウレタンアクリレートオリゴマー、および２．０重量％の２、２−ジメトキシ−１、２−ジフェニルエタン−Ｉ−オンが調製された。次いで、被覆する前に気泡を除去するために混合物が〜１０^−１トールの真空を用いて脱気された。厚さ７ミルのＰＥＴ基板にイオン化空気を吹き込んでＰＥＴフィルムを洗浄した。混合物は、ドクター・ブレードを用いて湿潤状態の厚さ８．５ミル（〜２１５μｍ）にＰＥＴ上に被覆された。図７のパターンを含むマスクが基板の近傍に配置され、フォトマスクを通してコーティングを照射するために、〜１．５°のコリメート角を有する金属アーク・ランプからの紫外線量７５ｍＪ／ｃｍ２の紫外光が使用された。次いで、重合されないモノマーを除去するため、（基板と共に）紫外光照射されたコーティングが、撹拌されたメタノール浴に約２５秒間浸漬された。いずれかの残存溶剤を吹き飛ばすことによって、基板および重合化したモノマーが乾燥された。最後に、６０６ｍＪ／ｃｍ２の紫外線量を照射することによって後硬化が行われた。

圧縮空気ミキサを使用して、４４．３重量％のモノマーエトキシレート（３）ビスフェノールＡジアクリレート、４４．３重量％のモノマーポリエチレングリコール（６００）ジアクリレート、８．９重量％の金属アクリレートエステルオリゴマー、０．５％の（直径が３から５μｍの）ガラスビード、および２．０重量％の光重合開始剤２、２−ジメトキシ−１、２−ジフェニルエタン−Ｉ−オン（ベンジルジメチルケタール）が調製された。次いで、被覆する前に気泡を除去するために混合物が〜１０^−１トールの真空を用いて脱気された。厚さ７ミルのＰＥＴ基板がイオン化空気を吹き込んでＰＥＴフィルムを洗浄した。混合物は、ドクター・ブレードを用いて湿潤状態の厚さ８．５ミル（〜２１５μｍ）にＰＥＴ上に被覆された。図６のパターンを含むマスクが基板の近傍に配置され、フォトマスクを通してコーティングを照射するために、〜１．５°のコリメート角を有する金属アーク・ランプからの紫外線量５５ｍＪ／ｃｍ２の紫外光が使用された。次いで、重合されないモノマーを除去するため、（基板と共に）紫外光照射されたコーティングが、撹拌されたメタノール浴に約２５秒間浸漬された。いずれかの残存溶剤を吹き飛ばすことによって、基板および重合化したモノマーが乾燥された。最後に、６０７ｍＪ／ｃｍ２の紫外線量を照射することによって後硬化が行われた。

圧縮空気ミキサを使用して、９８重量％のモノマーエトキシレート（６）トリメチロールピロパントリアクリレート、および２．０重量％の光重合開始剤２、２−ジメトキシ−１、２−ジフェニルエタン−Ｉ−オン（ベンジルジメチルケタール）が調製された。次いで、被覆する前に気泡を除去するために混合物が〜１０^−１トールの真空を用いて脱気された。厚さ７ミルのＰＥＴ基板がイオン化空気を吹き込んで洗浄された。混合物は、ドクター・ブレードを用いて湿潤状態の厚さ８．５ミル（〜２１５μｍ）にＰＥＴ上に被覆された。図６のパターンを含むマスクが基板の近傍に配置され、フォトマスクを通してコーティングを照射するために、〜１．５°のコリメート角を有する金属アーク・ランプからの紫外線量７５ｍＪ／ｃｍ２の紫外光が使用された。次いで、重合されないモノマーを除去するため、（基板と共に）紫外光照射されたコーティングが、撹拌されたメタノール浴に約２５秒間浸漬された。いずれかの残存溶剤を吹き飛ばすことによって、基板および重合化したモノマーが乾燥された。最後に、６０８ｍＪ／ｃｍ２の紫外線量を照射することによって後硬化が行われた。

圧縮空気ミキサを使用して、８９．８重量％のモノマーエトキシレート（６）トリメチロールピロパントリアクリレート、および９．０重量％の二官能性アミン共開始剤、０．３重量％の光重合開始剤１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン、および１．０重量％の光重合開始剤２、４、６−トリメチルベンゾール−ジフェニル−フォスフィンオキシドが調製された。次いで、被覆する前に気泡を除去するために混合物が〜１０^−１トールの真空を用いて脱気された。厚さ７ミルのＰＥＴ基板がイオン化空気を吹き込んでＰＥＴフィルムを洗浄した。混合物は、ドクター・ブレードを用いて湿潤状態の厚さ８．５ミル（〜２１５μｍ）にＰＥＴ上に被覆された。図６のパターンを含むマスクが基板の近傍に配置され、フォトマスクを通してコーティングを照射するために、〜１．５°のコリメート角を有する金属アーク・ランプからの紫外線量５５ｍＪ／ｃｍ２の紫外光が使用された。次いで、重合されないモノマーを除去するため、（基板と共に）紫外光照射されたコーティングが、撹拌されたメタノール浴に約２５秒間浸漬された。いずれかの残存溶剤を吹き飛ばすことによって、基板および重合化したモノマーが乾燥された。最後に、６０９ｍＪ／ｃｍ２の紫外線量を照射することによって後硬化が行われた。

圧縮空気ミキサを使用して、１３．４重量％のモノマーエトキシレート（６）トリメチロールピロパントリアクリレート、１７．９重量％の金属アクリレートエステルオリゴマー、４０．６重量％のＳａｒｔｏｍｅｒ社の低粘性オリゴマー、１７．９重量％のウレタンアクリレートオリゴマー、および８．９重量％の二官能性アミン共開始剤、０．３重量％の光重合開始剤１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン、および１．０重量％の光重合開始剤２、４、６−トリメチルベンゾール−ジフェニル−フォスフィンオキシドが調製された。次いで、被覆する前に気泡を除去するために混合物が〜１０^−１トールの真空を用いて脱気された。厚さ７ミルのＰＥＴ基板がイオン化空気を吹き込んでＰＥＴフィルムを洗浄した。混合物は、ドクター・ブレードを用いて湿潤状態の厚さ８．５ミル（〜２１５μｍ）にＰＥＴ上に被覆された。図６のパターンを含むマスクが基板の近傍に配置され、フォトマスクを通してコーティングを照射するために、〜１．５°のコリメート角を有する金属アーク・ランプからの紫外線量５５ｍＪ／ｃｍ２の紫外光が使用された。次いで、重合されないモノマーを除去するため、（基板と共に）紫外光照射されたコーティングが、撹拌されたメタノール浴に約２５秒間浸漬された。いずれかの残存溶剤を吹き飛ばすことによって、基板および重合化したモノマーが乾燥された。最後に、６０７ｍＪ／ｃｍ２の紫外線量を照射することによって後硬化が行われた。

モノマーエトキシレート（６）トリメチロールピロパントリアクリレート、金属アクリレートエステルオリゴマー、Ｓａｒｔｏｍｅｒ社の低粘性オリゴマー、ウレタンアクリレートオリゴマー、二官能性アミン共開始剤、モノマーエトキシレート（３）ビスフェノールＡジアクリレート、およびモノマーポリエチレングリコール（６００）ジアクリレートはペンシルバニア州のＳａｒｔｏｍｅｒ社から入手可能であり、２、２−ジメトキシ−１、２−ジフェニルエタン−Ｉ−オン、光重合開始剤２、２−ジメトキシ−１、２−ジフェニルエタン−Ｉ−オン（ベンジルジメチルケタール）、光重合開始剤１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、光重合開始剤２、４、６−トリメチルベンゾール−ジフェニル−フォスフィンオキシドはニューヨーク州タリータウンのＣｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社から入手可能である。ＰＥＴ基板はカリフォルニア州Ｔｅｋｒａ ｏｆ Ｏｒａｎｇｅ社から入手可能である。

光透過性の重合性材料は単一の材料から製造されてもよく、２つ以上の材料の混合物から製造されてもよい。光透過性の重合性材料は光重合性材料と非光重合材料とを含んでいる。例えば、光重合性材料は光重合性モノマー、ダイマー、またはその他の適宜の材料、または光重合性材料の組み合わせでよく、一方、非光重合性材料は固体、固体粒子、液体、コロイド、気体（例えば空気または窒素）、またはこれらの材料の組み合わせから選択されてもよい。光透過性の重合性材料は１つまたは複数の光重合開始剤を含んでいてもよい。

上記の実施例ではある特定の材料が使用されたが、いずれかの適宜の材料を使用してもよいことを理解されたい。さらに、大型のランダムなマスク、およびランダムなセル・マスクの無限の変形形態を作製してもよく、マスクの実施例は例示的なものであることも理解されたい。

本発明の幾つかの実施形態とその利点を詳細に記載したが、本発明の教示、添付の請求項に記載の本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく、変更、代替、変形、修正、変形形態、置き換え、および改変を行ってもよいことを理解されたい。

Claims (51)

1. 複数の領域を有するマスクを備えるフォトマスクであって、
   前記複数の領域の各々が、ランダムに位置する光透過性アパーチャのほぼ同一のパターンを有するフォトマスク。
2. 前記光透過性アパーチャのほぼ同一のパターンの前記複数の領域が、巨視的にはほぼ均一に見える請求項１に記載のフォトマスク。
3. 前記透過性アパーチャのほぼ同一のパターン内の前記光透過性アパーチャの位置が、非ランダムな位置パターンに対応し、次いで前記非ランダムなパターンが各位置でランダムな方向、および０から所定距離までの範囲にあるランダムな距離だけ摂動される請求項１に記載のフォトマスク。
4. 前記光透過性アパーチャのほぼ同一のパターンの前記光透過性アパーチャが、少なくとも所定の距離だけ互いに分離される請求項１に記載のフォトマスク。
5. 前記所定の距離は、隣接する光透過性アパーチャが互いに重複可能であるように選択される請求項４に記載のフォトマスク。
6. 前記所定の距離は、隣接する光透過性アパーチャが互いに重複不能であるように選択される請求項４に記載のフォトマスク。
7. 前記マスクの前記光透過性アパーチャが、少なくとも所定の距離だけ互いに分離される請求項４に記載のフォトマスク。
8. フォトマスクの製造方法であって、
   光透過性アパーチャの位置をランダムに生成することによって光透過性アパーチャ・パターンを選択することと、
   前記光透過性アパーチャ・パターンをマスクの複数の領域に形成することとを含む方法。
9. 前記光透過性アパーチャ・パターンを有する前記複数の領域が、巨視的にはほぼ同一に見える請求項８に記載の方法。
10. 前記ランダムに生成される光透過性アパーチャの位置が非ランダムな位置パターンから生成され、次いで前記非ランダムなパターンが各位置でランダムな方向、および０から所定距離までの範囲にあるランダムな距離だけ摂動される請求項８に記載の方法。
11. 前記ランダムに生成する光透過性アパーチャの位置が、少なくとも所定の距離だけ互いに分離される位置を生成する請求項８に記載の方法。
12. 前記所定の距離は、隣接する光透過性アパーチャが互いに重複不能であるように選択される請求項１１に記載の方法。
13. 前記所定の距離は、隣接する光透過性アパーチャが互いに重複可能であるように選択される請求項１１に記載の方法。
14. 前記マスクの前記光透過性アパーチャが、少なくとも所定の距離だけ互いに分離される請求項１１に記載の方法。
15. ランダムに位置するデバイス構造を基板上に有する少なくとも１つの領域を有するデバイスであって、前記ランダムに位置するデバイス構造のそれぞれが底面と上面とを有するデバイスを備える光学デバイスにおいて、
    前記底面が、前記上面と前記基板との間にあり、
    前記ランダムに位置するデバイス構造の前記上面に隣接する断面が、前記ランダムに位置するデバイス構造の前記底面に隣接する断面よりも小さい面積を有し、
    前記ランダムに位置するデバイス構造が、光透過性の重合性材料から製造される光学デバイス。
16. ランダムに位置するデバイス構造の前記少なくとも１つの領域が巨視的には同一に見える請求項１５に記載のデバイス。
17. 前記ランダムに位置するデバイス構造の位置が非ランダムな位置パターンに対応し、次いで前記非ランダムなパターンが各位置でランダムな方向、および０から所定距離までの範囲にあるランダムな距離だけ摂動される請求項１５に記載のデバイス。
18. 前記ランダムに位置するデバイス構造の中心位置が、少なくとも所定の距離だけ互いに分離される請求項１５に記載のデバイス。
19. 前記所定の距離は、隣接するランダムに位置するデバイス構造が互いに重複可能であるように選択される請求項１８に記載のデバイス。
20. 前記所定の距離は、隣接するランダムに位置するデバイス構造が互いに重複不能であるように選択される請求項１８に記載のデバイス。
21. 前記少なくとも１つの領域が２つ以上の領域であり、前記２つ以上の領域がランダムに位置するデバイス構造のパターンとほぼ同一である請求項１５に記載のデバイス。
22. 前記２つ以上の領域の前記ランダムに位置するデバイス構造の中心位置が、少なくとも所定の距離だけ互いに分離される請求項２１に記載のデバイス。
23. 前記ランダムに位置するデバイス構造が各々、平滑な側面または平滑な上面を有する請求項１５に記載のデバイス。
24. 前記ランダムに位置するデバイス構造が各々、粗い側面または粗い上面を有する請求項１５に記載のデバイス。
25. 前記ランダムに位置するデバイス構造の前記上面が各々、点である請求項１５に記載のデバイス。
26. 前記光透過性の重合性材料が単一の材料から形成される請求項１５に記載のデバイス。
27. 前記光透過性の重合性材料が２つ以上の材料の混合物から形成される請求項１５に記載のデバイス。
28. 前記光透過性の重合性材料が光重合性材料と非光重合性材料とを含む請求項２７に記載のデバイス。
29. 前記非光重合性材料が、固体、固体粒子、液体、コロイド、および気体からなる１つまたは複数の群から選択される請求項２８に記載のデバイス。
30. 前記気体が空気または窒素である請求項２９に記載のデバイス。
31. 前記ランダムに位置するデバイス構造がほぼ光を透過する材料で被覆される請求項１５に記載のデバイス。
32. 前記ほぼ光を透過する材料が散乱粒子を含む請求項３１に記載のデバイス。
33. 前記散乱粒子がガラスビード、重合材料のいずれかまたは両方である請求項３２に記載のデバイス。
34. 前記デバイスが拡散板である請求項１５に記載のデバイス。
35. 光学デバイスの形成方法であって、
    光透過性アパーチャの位置をランダムに生成することによって光透過性アパーチャ・パターンを選択することと、
    マスクの少なくとも１つの領域に前記光透過性アパーチャ・パターンを形成することと、
    基板上に光重合性材料の層を形成することと、
    前記光重合性材料の層を選択的に光重合化するために前記マスクに光を照射することと、
    前記少なくとも１つの領域が、ランダムに位置するデバイス構造を前記基板上に含むように、前記マスクに光を照射した後に重合化されずに残された光重合性材料を除去することと、を含み、
    前記ランダムに位置するデバイス構造のそれぞれが、底面と上面とを有し、
    前記底面が、前記上面と前記基板との間にあり、
    前記ランダムに位置するデバイス構造の前記上面に隣接する断面が、前記ランダムに位置するデバイス構造の前記底面に隣接する断面よりも小さい面積を有し、
    前記光重合性材料が、重合後に光透過性になる方法。
36. 光透過性アパーチャの位置をランダムに生成することによって光透過性アパーチャ・パターンを選択することが、前記マスクの前記少なくとも１つの領域の前記光透過性アパーチャ・パターンのランダムに位置するデバイス構造が巨視的には均一に見えるように実行される請求項３５に記載の方法。
37. 光透過性アパーチャの位置をランダムに生成することによって光透過性アパーチャ・パターンを選択することが、前記ランダムに位置するデバイス構造が非ランダムな位置パターンに対応し、次いで前記非ランダムなパターンが各位置でランダムな方向、および０から所定距離までの範囲にあるランダムな距離だけ摂動されるように実行される請求項３５に記載の方法。
38. 光透過性アパーチャの位置をランダムに生成することによって光透過性アパーチャ・パターンを選択することが、前記ランダムに位置するデバイス構造の中心位置が少なくとも所定の距離だけ互いに分離されるように実行される請求項３５に記載の方法。
39. 前記所定の距離が、隣接するランダムに位置するデバイス構造が互いに重複可能であるように選択される請求項３８に記載の方法。
40. 前記所定の距離が、隣接するランダムに位置するデバイス構造が互いに重複不能であるように選択される請求項３８に記載の方法。
41. 前記少なくとも１つの領域が２つ以上の領域であり、前記２つ以上の領域がランダムに位置するデバイス構造とほぼ同一のパターンを有する請求項３５に記載方法。
42. 前記２つ以上の領域の前記ランダムに位置するデバイス構造の中心位置が、少なくとも所定の距離だけ互いに分離される請求項４１に記載の方法。
43. 前記ランダムに位置するデバイス構造が各々、平滑な側面または平滑な上面を有する請求項３５に記載の方法。
44. 前記ランダムに位置するデバイス構造が各々、粗い側面または粗い上面を有する請求項３５に記載の方法。
45. 前記ランダムに位置するデバイス構造の前記上面が各々、点である請求項３５に記載の方法。
46. 前記光重合性材料の層が単一の材料から形成される請求項３５に記載の方法。
47. 前記光重合性材料の層が２つ以上の材料の混合物から形成される請求項３５に記載の方法。
48. 前記光重合性材料の層が光重合性材料と非光重合性材料とを含む請求項４７に記載の方法。
49. 前記非光重合性材料が、固体、固体粒子、液体、コロイド、および気体からなる１つまたは複数の群から選択される請求項４８に記載の方法。
50. 前記気体が空気または窒素である請求項４９に記載の方法。
51. 前記ランダムに位置するデバイス構造が光を拡散する請求項３５に記載の方法。