JP2011028229A - 光学素子、およびその製造方法、ならびに表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学素子は、反射防止機能を有し、一主面を有する基体と、基体の一主面に可視光の波長以下の微細ピッチで複数配置された、凸状または凹状の構造体とを備える。構造体が形成された基体の一主面が親水性を有し、構造体が形成された基体の一主面の純水に対する接触角は、30°以下である。
【選択図】図1
Description
一主面を有する基体と、
基体の一主面に可視光の波長以下の微細ピッチで複数配置された、凸状または凹状の構造体と
を備え、
構造体が形成された基体の一主面が親水性を有し、
構造体が形成された基体の一主面の純水に対する接触角は、30°以下である、反射防止機能を有する光学素子である。
原盤表面に形成された凹凸を転写材料に対して転写することにより、可視光の波長以下の微細ピッチで複数配置された凸状または凹状の構造体を基体の一主面に形成する工程と、
構造体が形成された基体の一主面を親水化処理する工程と
を備え、
構造体が形成された基体の一主面の純水に対する接触角は、30°以下である、反射防止機能を有する光学素子の製造方法である。
例えば、構造体が直線上に配置されている場合には、準四方格子とは、正四角形状の格子を直線状の配列方向(トラック方向)に引き伸ばして歪ませた四方格子のことをいう。構造体が蛇行して配列されている場合には、準四方格子とは、正四角形状の格子を構造体の蛇行配列により歪ませた四方格子をいう。または、正四角形状の格子を直線状の配列方向(トラック方向)に引き伸ばして歪ませ、かつ、構造体の蛇行配列により歪ませた四方格子のことをいう。
例えば、構造体が直線上に配置されている場合には、準六方格子とは、正六角形状の格子を直線状の配列方向(トラック方向)に引き伸ばして歪ませた六方格子のことをいう。構造体が蛇行して配列されている場合には、準六方格子とは、正六角形状の格子を構造体の蛇行配列により歪ませた六方格子をいう。または、正六角形状の格子を直線状の配列方向(トラック方向)に引き伸ばして歪ませ、かつ、構造体の蛇行配列により歪ませた六方格子のことをいう。
本発明において、楕円には、数学的に定義される完全な楕円のみならず、多少の歪みが付与された楕円も含まれる。円形には、数学的に定義される完全な円(真円)のみならず、多少の歪みが付与された円形も含まれる。
1.第1の実施形態(六方格子状に構造体を2次元配列した例)
2.第2の実施形態(親水性表面層を光学素子表面に形成した例)
3.第3の実施形態(構造体が親水系樹脂を含んでいる例)
4.第4の実施形態(四方格子状に構造体を2次元配列した例)
5.第5の実施形態(構造体を蛇行させて配列した例)
6.第6の実施形態(凹形状の構造体を基体表面に形成した例)
7.第7の実施形態(表示装置に対する第1の適用例)
8.第8の実施形態(表示装置に対する第2の適用例)
[光学素子の構成]
図1Aは、本発明の第1の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。図1Bは、第1Aに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。図1Cは、図1BのトラックT1、T3、・・・における断面図である。図1Dは、図1BのトラックT2、T4、・・・における断面図である。図1Eは、図1BのトラックT1、T3、・・・に対応する潜像形成に用いられるレーザー光の変調波形を示す略線図である。図1Fは、図1BのトラックT2、T4、・・・に対応する潜像形成に用いられるレーザー光の変調波形を示す略線図である。図2、図4、図5、図6は、図1Aに示した光学素子1の一部を拡大して表す斜視図である。図3Aは、図1Aに示した光学素子のトラックの延在方向(X方向(以下、適宜トラック方向ともいう))の断面図である。図3Bは、図1Aに示した光学素子のθ方向の断面図である。
また、構造体3のアスペクト比は、反射特性をより向上させる観点からすると、0.94〜1.46の範囲に設定することが好ましい。また、構造体3のアスペクト比は、透過特性をより向上させる観点からすると、0.81〜1.28の範囲に設定することが好ましい。
アスペクト比=H/P・・・(1)
但し、H:構造体の高さ、P:平均配置ピッチ(平均周期)
ここで、平均配置ピッチPは以下の式(2)により定義される。
平均配置ピッチP=(P1+P2+P2)/3 ・・・(2)
但し、P1:トラックの延在方向の配置ピッチ(トラック延在方向周期)、P2:トラックの延在方向に対して±θ方向(但し、θ=60°−δ、ここで、δは、好ましくは0°<δ≦11°、より好ましくは3°≦δ≦6°)の配置ピッチ(θ方向周期)
まず、光学素子1の表面を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いてTop Viewで撮影する。次に、撮影したSEM写真から無作為に単位格子Ucを選び出し、その単位格子Ucの配置ピッチP1、およびトラックピッチTpを測定する(図1B参照)。また、その単位格子Ucの中央に位置する構造体3の底面の面積Sを画像処理により測定する。次に、測定した配置ピッチP1、トラックピッチTp、および底面の面積Sを用いて、以下の式(3)より充填率を求める。
充填率=(S(hex.)/S(unit))×100 ・・・(3)
単位格子面積:S(unit)=P1×2Tp
単位格子内に存在する構造体の底面の面積:S(hex.)=2S
図10は、上述の構成を有する光学素子を作製するためのロールマスタの構成の一例を示す。図10に示すように、ロールマスタ11は、原盤12の表面に凹部である構造体13が可視光の波長と同程度のピッチで多数配置された構成を有している。原盤12は、円柱状または円筒状の形状を有する。原盤12の材料は、例えばガラスを用いることができるが、この材料に特に限定されるものではない。後述するロール原盤露光装置を用い、2次元パターンが空間的にリンクし、1トラック毎に極性反転フォマッター信号と記録装置の回転コントロラーを同期させ信号を発生し、CAVで適切な送りピッチでパターニングする。これにより、六方格子パターンまたは準六方格子パターンを記録することができる。極性反転フォマッター信号の周波数とロールの回転数を適切に設定することにより、所望の記録領域に空間周波数が一様な格子パターンを形成する。
次に、図11〜図13を参照しながら、以上のように構成される光学素子1の製造方法について説明する。
まず、図11を参照して、モスアイパターンの露光工程に用いるロール原盤露光装置の構成について説明する。このロール原盤露光装置は、光学ディスク記録装置をベースとして構成されている。
まず、図12Aに示すように、円柱状の原盤12を準備する。この原盤12は、例えばガラス原盤である。次に、図12Bに示すように、原盤12の表面にレジスト層14を形成する。レジスト層14の材料としては、例えば有機系レジスト、および無機系レジストのいずれを用いてもよい。有機系レジストとしては、例えばノボラック系レジストや化学増幅型レジストを用いることができる。また、無機系レジストとしては、例えば、1種または2種以上の遷移金属からなる金属化合物を用いることができる。
次に、図12Cに示すように、上述したロール原盤露光装置を用いて、原盤12を回転させると共に、レーザー光(露光ビーム)15をレジスト層14に照射する。このとき、レーザー光15を原盤12の高さ方向(円柱状または円筒状の原盤12の中心軸に平行な方向)に移動させながら、レーザー光15を間欠的に照射することで、レジスト層14を全面にわたって露光する。これにより、レーザー光15の軌跡に応じた潜像16が、可視光波長と同程度のピッチでレジスト層14の全面にわたって形成される。
次に、原盤12を回転させながら、レジスト層14上に現像液を滴下して、図13Aに示すように、レジスト層14を現像処理する。図示するように、レジスト層14をポジ型のレジストにより形成した場合には、レーザー光15で露光した露光部は、非露光部と比較して現像液に対する溶解速度が増すので、潜像(露光部)16に応じたパターンがレジスト層14に形成される。
次に、原盤12の上に形成されたレジスト層14のパターン(レジストパターン)をマスクとして、原盤12の表面をエッチング処理する。これにより、図13Bに示すように、トラックの延在方向に長軸方向をもつ楕円錐形状または楕円錐台形状の凹部、すなわち構造体13を得ることができる。エッチング方法は、例えばドライエッチングによって行われる。このとき、エッチング処理とアッシング処理を交互に行うことにより、例えば、錐体状の構造体13のパターンを形成することができる。また、レジスト層14の3倍以上の深さ(選択比3以上)のガラスマスターを作製でき、構造体3の高アスペクト比化を図ることができる。
次に、例えば、ロールマスタ11と転写材料を塗布したシートなどの基体2を密着させ、紫外線を照射し硬化させながら剥離する。これにより、図13Cに示すように、目的とするモスアイ紫外線硬化複製シートなどの光学素子1が作製される。
単官能モノマーとしては、例えば、カルボン酸類(アクリル酸)、ヒドロキシ類(2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート)、アルキル、脂環類(イソブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート)、その他機能性モノマー(2−メトキシエチルアクリレート、メトキシエチレンクリコールアクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、ベンジルアクリレート、エチルカルビトールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、N,N-ジメチルアミノエチルアクリレート、N,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、N−イソプロピルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−ビニルピロリドン、2−(パーフルオロオクチル)エチル アクリレート、3−パーフルオロヘキシル−2−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−パーフルオロオクチルー2−ヒドロキシプロピル アクリレート、2−(パーフルオロデシル)エチル アクリレート、2−(パーフルオロー3−メチルブチル)エチル アクリレート)、2,4,6−トリブロモフェノールアクリレート、2,4,6−トリブロモフェノールメタクリレート、2−(2,4,6−トリブロモフェノキシ)エチルアクリレート)、2−エチルヘキシルアクリレートなどを挙げることができる。
次に、図13Dに示すように、光学素子1の凹凸面に対して表面処理を施す。これにより、水酸基、カルボキシル基、およびカルボニル基などの、親水性を有する官能基を凹凸面に生成し、凹凸面に対して親水性を付与することができる。表面処理としては、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、紫外線処理などを単独またはそれらを組み合わせて用いることができる。また、プラズマ処理は真空プラズマ処理および常圧プラズマ処理のどちらでも適用可能であり、用いるガスは特に限定しないが、窒素、酸素、水素などを単独または複数組み合わせて使用することもできる。紫外線処理としては、紫外線−オゾン処理等の表面改質効果が得られる紫外線を使用した方法全般を用いることが可能である。
これに対して、平坦な基体表面では、表面が撥水性および親水性のいずれの状態でも、指紋などの汚れの拭きやすさの程度に違いはあるが、表面に付着した指紋などの汚れを水拭きにより除去することは可能であり、表面の撥水・親水性の拭き取り性への影響は少ない。
図14Aは、本発明の第2の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。図14Bは、第14Aに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。図14Cは、図14BのトラックT1、T3、・・・における断面図である。図14Dは、図14BのトラックT2、T4、・・・における断面図である。
以下、上述の第1の実施形態と対応する部分には同一の符号を付して説明する。第3の実施形態は、光学素子1が親水系樹脂を含むことにより、光学素子1の表面に親水性が付与されている点において、第1の実施形態とは異なっている。
光学素子1が親水系有機材料、親水系無機材料、および親水性の有機−無機ハイブリッド材料の少なくとも1種を含むことにより、光学素子1の表面に親水性を付与するようにしてもよい。また、光学素子1が親水系有機材料、および親水系無機材料の少なくとも一方、例えば親水系無機材料を含むようにしてもよい。この場合、光学素子1が、必要に応じて、親水性を有していない有機材料および/または無機材料を含んでいてもよい。親水系有機材料、親水系無機材料、および親水性の有機−無機ハイブリッド材料としては、上述の第2の実施形態と同様のものを用いることができる。
図15Aは、本発明の第4の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。図15Bは、図15Aに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。図15Cは、図15BのトラックT1、T3、・・・における断面図である。図15Dは、図15BのトラックT2、T4、・・・における断面図である。図15Eは、図15BのトラックT1、T3、・・・に対応する潜像形成に用いられるレーザー光の変調波形を示す略線図である。図15Fは、図15BのトラックT2、T4、・・・に対応する潜像形成に用いられるレーザー光の変調波形を示す略線図である。
まず、光学素子1の表面を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いてTop Viewで撮影する。次に、撮影したSEM写真から無作為に単位格子Ucを選び出し、その単位格子Ucの配置ピッチP1、およびトラックピッチTpを測定する(図15B参照)。また、その単位格子Ucに含まれる4つの構造体3のいずれかの底面の面積Sを画像処理により測定する。次に、測定した配置ピッチP1、トラックピッチTp、および底面の面積Sを用いて、以下の式(2)より充填率を求める。
充填率=(S(tetra)/S(unit))×100 ・・・(2)
単位格子面積:S(unit)=2×((P1×Tp)×(1/2))=P1×Tp
単位格子内に存在する構造体の底面の面積:S(tetra)=S
図18Aは、本発明の第5の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。図18Bは、図18Aに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。
この第5の実施形態において、上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
図19Aは、本発明の第6の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。図19Bは、図19Aに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。図19Cは、図19BのトラックT1、T3、・・・における断面図である。図19Dは、図19BのトラックT2、T4、・・・における断面図である。図20は、図19に示した光学素子の一部を拡大して表す斜視図である。
この第6の実施形態では、第1の実施形態における凸形状の構造体3の形状を反転して凹形状としているので、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
[液晶表示装置の構成]
図21は、本発明の第7の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す。図21に示すように、この液晶表示装置は、光を出射するバックライト53と、バックライト53から出射された光を時間的空間的に変調して画像を表示する液晶パネル51とを備える。液晶パネル51の両面にはそれぞれ、光学部品である偏光子51a、51bが設けられている。液晶パネル51の表示面側に設けられた偏光子51bには、光学素子1が設けられている。ここでは、光学素子1が一主面に設けられた偏光子51bを反射防止機能付き偏光子52と称する。この反射防止機能付き偏光子52は、反射防止機能付き光学部品の一例である。
バックライト53としては、例えば直下型バックライト、エッジ型バックライト、平面光源型バックライトを用いることができる。バックライト53は、例えば、光源、反射板、光学フィルムなどを備える。光源としては、例えば、冷陰極蛍光管(Cold Cathode Fluorescent Lamp:CCFL)、熱陰極蛍光管(Hot Cathode Fluorescent Lamp:HCFL)、有機エレクトロルミネッセンス(Organic ElectroLuminescence:OEL)、無機エレクトロルミネッセンス(IEL:Inorganic ElectroLuminescence)および発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)などが用いられる。
液晶パネル51としては、例えば、ツイステッドネマチック(Twisted Nematic:TN)モード、スーパーツイステッドネマチック(Super Twisted Nematic:STN)モード、垂直配向(Vertically Aligned:VA)モード、水平配列(In-Plane Switching:IPS)モード、光学補償ベンド配向(Optically Compensated Birefringence:OCB)モード、強誘電性(Ferroelectric Liquid Crystal:FLC)モード、高分子分散型液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal:PDLC)モード、相転移型ゲスト・ホスト(Phase Change Guest Host:PCGH)モードなどの表示モードのものを用いることができる。
液晶パネル51の両面には、例えば偏光子51a、51bがその透過軸が互いに直交するようにして設けられる。偏光子51a、51bは、入射する光のうち直交する偏光成分の一方のみを通過させ、他方を吸収により遮へいするものである。偏光子51a、51bとしては、例えば、ポリビニルアルコール系フィルム、部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルムなどの親水性高分子フィルムに、ヨウ素や二色性染料などの二色性物質を吸着させて一軸延伸させたものを用いることができる。偏光子51a、51bの両面には、トリアセチルセルロース(TAC)フィルムなどの保護層を設けることが好ましい。このように保護層を設ける場合、光学素子1の基体2が保護層を兼ねる構成とすることが好ましい。このような構成とすることで、反射防止機能付き偏光子52を薄型化できるからである。
光学素子1は、上述の第1〜第6の実施形態のいずれかのものと同様であるので説明を省略する。
[液晶表示装置の構成]
図22は、本発明の第8の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す。この液晶表示装置は、液晶パネル51の前面側に前面部材54を備え、液晶パネル51の前面、前面部材54の前面および裏面の少なくとも1つの面に、光学素子1を備える点において、第7の実施形態のものとは異なっている。図22では、液晶パネル51の前面、ならびに前面部材54の前面および裏面のすべての面に、光学素子1を備える例が示されている。液晶パネル51と前面部材54との間には、例えば空気層が形成されている。上述の第7の実施形態と同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。なお、本発明において、前面とは表示面となる側の面、すなわち観察者側となる面を示し、裏面とは表示面と反対となる側の面を示す。
本実施例においてSiO2膜の膜厚は以下のようにして求めた。
まず、光学素子(光学シート)を構造体の頂部を含むようにトラックの延在方向に切断し、その断面を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)にて撮影した。次に、撮影したTEM写真から、構造体の頂部におけるSiO2膜の膜厚を測定し、この膜厚をSiO2膜の膜厚とした。
まず、外径126mmのガラスロール原盤を準備し、このガラス原盤の表面に以下のようにしてレジストを着膜した。すなわち、シンナーでフォトレジストを1/10に希釈し、この希釈レジストをディップによりガラスロール原盤の円柱面上に厚さ130nm程度に塗布することにより、レジストを着膜した。次に、記録媒体としてのガラス原盤を、図11に示したロール原盤露光装置に搬送し、レジストを露光することにより、1つの螺旋状に連なるとともに、隣接する3列のトラック間において六方格子パターンをなす潜像がレジストにパターニングされた。
表面処理としてコロナ処理を施す以外は実施例1と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
表面処理としてUV/オゾン処理を施す以外は実施例1と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
表面処理としてスパッタリング法により、膜厚10nmのSiO2膜を形成する以外は実施例1と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
SiO2膜の膜厚を20nmとする以外は実施例4と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
SiO2膜の膜厚を40nmとする以外は実施例4と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
SiO2膜の膜厚を95nmとする以外は実施例4と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
SiO2膜の膜厚を250nmとする以外は実施例4と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
SiO2膜の膜厚を320nmとする以外は実施例4と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
1トラック毎に極性反転フォマッター信号の周波数と、ロールの回転数と、適切な送りピッチとを調整し、レジスト層をパターニングすることにより、配置ピッチ250nmの六方格子パターンをレジスト層に記録した。また、レジスト層のエッチング条件を調整した。これにより、構造体のアスペクト比を1.1とした。これ以外のことは、実施例4と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
表面処理としてスパッタリング法によりSiO2膜を形成する前に、凹凸面に対してコロナ処理を施した以外は実施例4と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
まず、実施例1と同様にしてモスアイガラスロールマスタを作製した。次に、モスアイガラスロールマスタとパーヒドロポリシラザンを塗布したアクリルシートとを密着させ、熱硬化させながら剥離した。これにより、構造体を有する凹凸面が一主面に形成された光学素子が得られた。
表面処理としてコロナ処理を凹凸面に施す以外は実施例12と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
表面処理としてスパッタリング法によりSiO2膜を膜厚10nmで凹凸面に形成する以外は実施例12と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
表面処理としてパーヒドロポリシラザンを凹凸面に塗布し、膜厚50nmのSiO2膜を形成する以外は実施例1と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
まず、実施例1と同様にしてモスアイガラスロールマスタを作製した。次に、2−ヒドロキシエチルメタクリレート/3官能アクリル樹脂/光重合開始剤/MEKを50/50/5/100の配合比(質量比)で混合して樹脂混合液(転写材料)を調製した。次に、この樹脂混合液をアクリルシートに塗布し乾燥させた後でモスアイガラスロールマスタと密着させ紫外線を照射し硬化させながら剥離した。これにより、構造体を有する凹凸面が一主面に形成された光学素子が得られた。
表面処理としてコロナ処理を凹凸面に施す以外は実施例16と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
表面処理としてスパッタリング法によりSiO2膜を10nm厚で形成する以外は実施例16と同様にして、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
まず、実施例1と同様にして光学素子を作製した。次に、2−ヒドロキシエチルメタクリレート/3官能アクリル樹脂/光重合開始剤/MEKを50/50/5/100の配合比(質量比)で混合して樹脂混合液を調製した。次に、この樹脂混合液を光学素子の凹凸面に塗布し、乾燥させた後、紫外線照射により硬化して、膜厚50nmの親水性表面層を光学素子の凹凸面に形成した。これにより、親水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。
表面処理としてプラズマ処理の工程を省略する以外は実施例1と同様にして、凹凸面を有する光学素子を得た。
紫外線硬化樹脂としてSnO2を添加したものを用いる以外は実施例1と同様にして、凹凸面を有する光学素子を得た。
表面処理としてフッ素処理を施す以外は実施例1と同様にして、撥水性が付与された凹凸面を有する光学素子を得た。なお、フッ素処理は、フッ素系塗料をディッピング法により光学素子の凹凸面に塗布し、硬化することにより行った。
実施例1〜19、比較例1〜3の光学素子の凹凸面を、原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)により観察した。但し、観察は表面処理前において行った。そして、AFMの断面プロファイルから各実施例の構造体の高さHおよび配置ピッチPaを求めた。また、これらの高さHおよび配置ピッチPaを用いて、アスペクト比(H/Pa)を求めた。その結果を表2に示す。
実施例1〜19、比較例1〜3の光学素子の反射率を日本分光の評価装置(V−550)を用いて評価した。そして、評価結果のうち波長550nmにおける反射率を表2に示す。
実施例1〜19、比較例1〜3の光学素子の凹凸面上における純水およびオレイン酸の接触角を測定した。なお、接触角の測定は、協和界面化学社製CA−XE型を用いて行なった。その結果を表2に示す。
まず、作製した実施例1、2、4、10、11、比較例1〜3の光学素子の凹凸面に指紋を押印した後、純水を浸み込ませたコットンワイパーで拭き取った。その後、目視で拭き取り部を観察し、指紋の有無を評価した。その結果を印「○」、および印「×」により表2に示す。なお、印「○」、および印「×」以下の評価結果を示す。
○:指紋跡が見えない。
×:指紋跡が残っている。
◎:1回で指紋を拭き取れた。
○:2回で指紋を拭き取れた。
△:3回で指紋を拭き取れた。
×:3回で指紋を拭き取れなかった。
まず、作製した実施例4〜10の光学素子の耐擦傷性を評価するために100gf加重のガーゼで表面を100往復摺動させた。次に、光学素子の凹凸面に指紋を押印した後、純水を浸み込ませたコットンワイパーで拭き取り、指紋が拭き取れるまでに要した拭き取り回数をカウントした。その結果を表2に示す。また、その結果を印「◎」、印「○」、印「△」、および印「×」を用いて表2に示す。なお、各印は以下の評価結果を示す。
◎:1回で指紋を拭き取れた。
○:2回で指紋を拭き取れた。
△:3回で指紋を拭き取れた。
×:3回で指紋を拭き取れなかった。
光学素子の凹凸面に対して親水性を付与した実施例1〜19では、純水およびオレイン酸に対する接触角を30°以下にすることができる。これにより、凹凸面に付着した汚れを水拭きにより容易に除去することができる。これに対して、光学素子の凹凸面に対して何ら処理を施していない比較例1、2では、オレイン酸に対する接触角は30°以下であるが、純水に対する接触角が30°を超えてしまっている。このため、凹凸面に付着した汚れを水拭きにより除去することは困難となっている。また、光学素子の凹凸面に対して撥水性を付与した比較例3では、純水およびオレイン酸に対する接触角が共に90°を超えてしまっている。このため、凹凸面に付着した汚れを水拭きにより除去することは困難となっている。
まず、外径126mmのガラスロール原盤を準備し、このガラス原盤の表面に以下のようにしてレジストを着膜した。すなわち、シンナーでフォトレジストを1/10に希釈し、この希釈レジストをディップによりガラスロール原盤の円柱面上に厚さ130nm程度に塗布することにより、レジストを着膜した。次に、記録媒体としてのガラス原盤を、図11に示したロール原盤露光装置に搬送し、レジストを露光することにより、1つの螺旋状に連なるとともに、隣接する3列のトラック間において六方格子パターンをなす潜像がレジストにパターニングされた。
1トラック毎に極性反転フォマッター信号の周波数と、ロールの回転数と、適切な送りピッチとを調整することで、レジスト層をパターニングすることにより、準六方格子パターンをレジスト層に記録した。これ以外のことは、参考例1と同様にして光学素子を作製した。
1トラック毎に極性反転フォマッター信号の周波数と、ロールの回転数と、適切な送りピッチとを調整することで、レジスト層をパターニングすることにより、四方格子パターンをレジスト層に記録した。これ以外のことは、参考例1と同様にして光学素子を作製した。
1トラック毎に極性反転フォマッター信号の周波数と、ロールの回転数と、適切な送りピッチとを調整することで、レジスト層をパターニングすることにより、準四方格子パターンをレジスト層に記録した。これ以外のことは、参考例1と同様にして光学素子を作製した。
上述のようにして作製した参考例1〜4の光学素子について、原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)により観察を行った。そして、AFMの断面プロファイルから各参考例の構造体の高さを求めた。その結果を表3および表4に示す。
参考例1〜4の光学素子の反射率および透過率を日本分光の評価装置(V−550)を用いて評価した。図23、図24にそれぞれ、参考例1、参考例2の光学素子における反射率の波長依存性を示す。図25、図26にそれぞれ、参考例3、参考例4の光学素子における透過率の波長依存性を示す。
まず、参考例2と同様にして、モスアイガラスマスターを得た。次に、モスアイガラスマスター上に紫外線硬化樹脂を塗布した後、アクリルシート(0.20mm厚)を紫外線硬化樹脂上に密着させ、紫外線を照射し硬化させ剥離することにより、モスアイ紫外線硬化複製シートを得た。
参考例5の光学素子の反射率を日本分光の評価装置(V−550)を用いて評価した。図27に、参考例5の光学素子における反射率の波長依存性を示す。
1トラック毎に極性反転フォマッター信号の周波数と、ロールの回転数と、適切な送りピッチとを調整することで、レジスト層をパターニングすることにより、準六方格子パターンをレジスト層に記録した。これ以外のことは、参考例1と同様にして光学素子を作製した。
1トラック毎に極性反転フォマッター信号の周波数と、ロールの回転数と、適切な送りピッチとを調整することで、レジスト層をパターニングすることにより、四方格子パターンをレジスト層に記録した。これ以外のことは、参考例1と同様にして光学素子を作製した。
1トラック毎に極性反転フォマッター信号の周波数と、ロールの回転数と、適切な送りピッチとを調整することで、レジスト層をパターニングすることにより、四方格子パターンをレジスト層に記録した。これ以外のことは、参考例1と同様にして光学素子を作製した。
上述のようにして作製した参考例6〜8の光学素子を、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)によりTop Viewで観察した。その結果を表5に示す。
構造体の底面径(直径)2rを配置ピッチP1に対して85%、90%、95%、99%の大きさにして、RCWAシミュレーションを行った。その結果を図31に示す。
以下に、シミュレーションの条件を示す。
構造体形状:釣鐘型
偏光:無偏光
屈折率:1.48
トラックピッチTp:320nm
構造体の高さ:365nm
アスペクト比:1.14
構造体の配列:六方格子
トラック方向の構造体間に、アスペクト比0.3の低い突出部を設ける以外は、試験例1と同様にして、RCWAシミュレーションを行った。その結果を図32に示す。
トラック方向の構造体間に、構造体の高さの1/4に相当する低い突出部を設け、構造体の高さを変えて、以下の条件でRCWAシミュレーションを行った。その結果を図33に示す。
構造体形状:釣鐘型
偏光:無偏光
屈折率:1.48
トラックピッチTp:320nm
構造体の底面径:トラックピッチTpの90%
アスペクト比:0.93、1.00、1.14、1.30(各々、深さ0.270、0.320、0.385、0.415μm)
構造体の配列:六方格子
試験例3の各々の高さの構造体を同じ割合で存在させ、深さ分布を持たせた場合の結果(Ave.)を、試験例3のグラフに追加したものを図34に示す。
トラックピッチを変えて、RCWAシミュレーションを行った。その結果を図35、図37に示す。
以下に、シミュレーションの条件を示す。
構造体形状:釣鐘型
偏光:無偏光
格子配置:六方格子
屈折率:1.48
トラックピッチTp:0.09〜0.30μm
構造体の高さ:0.09〜0.30μm
アスペクト比:1.0に統一
構造体の底面径:トラックピッチTpの99%の大きさ(充填率:ほぼ最大)
構造体の周囲に微細の突出部を設ける以外は試験例5と同様にして、RCWAシミュレーションを行った。その結果を図36に示す。
また、図37から、トラックピッチTpが0.3μmであると、波長400nmでの回折抑制が低下する傾向があることがわかる。
トラックピッチを0.25μmとし、構造体の高さ、およびアスペクト比を変えて、RCWAシミュレーションを行った。その結果を図38図Aに示す。
以下に、シミュレーションの条件を示す。
構造体形状:釣鐘型
偏光:無偏光
格子配置:六方格子
屈折率:1.48
トラックピッチTp:0.25μm
構造体の高さ:0.15nm、0.2nm、0.25nm、0.3nm
アスペクト比:0.6、0.8、1.0、1.2
構造体の底面径:トラックピッチTpの99%
構造体の周囲に微細の突出部を設ける以外は試験例7と同様にして、RCWAシミュレーションを行った。その結果を図38Bに示す。
トラックピッチを0.15μm、構造体の高さを0.09μm、0.12μm、0.15μm、0.18μm、アスペクト比を0.6、0.8、1.0、1.2とする以外は、試験例7と同様にして、RCWAシミュレーションを行った。その結果を図39Aに示す。
構造体の周囲に微細の突出部を設ける以外は試験例9と同様にして、RCWAシミュレーションを行った。その結果を図39Bに示す。
トラックピッチを0.09μm、構造体の高さを0.072μm、0.09μm、0.108μm、0.126μm、0.144μm、アスペクト比を0.8、1.0、1.2、1.4、1.6とした。これ以外は、試験例7と同様にして、RCWAシミュレーションを行った。その結果を図40Aに示す。
構造体の周囲に微細の突出部を設ける以外は試験例11と同様にして、RCWAシミュレーションを行った。その結果を図40Bに示す。
図41Aは、構造体を六方格子状に配列したときの充填率を説明するための図である。図41Aに示すにように、構造体を六方格子状に配列した場合において、比率((2r/P1)×100)(但し、P1:同一トラック内における構造体の配置ピッチ、r:構造体底面の半径)を変化させたときの充填率を以下の式(2)により求めた。
充填率=(S(hex.)/S(unit))×100 ・・・(2)
単位格子面積:S(unit)=2r×(2√3)r
単位格子内に存在する構造体の底面の面積:S(hex.)=2×πr2
(但し、2r>P1のときは作図上から求める。)
S(unit)=6.9282
S(hex.)=6.28319
(2r/P1)×100=100.0%
充填率=(S(hex.)/S(unit))×100=90.7%
図41Bは、構造体を四方格子状に配列したときの充填率を説明するための図である。図41Bに示すにように、構造体を四方格子状に配列した場合において、比率(((2×2r)/P1)×100)、比率((2r/P2)×100)、(但し、P1:同一トラック内における構造体の配置ピッチ、P2:トラックに対して45度方向の配置ピッチ、r:構造体底面の半径)を変化させたときの充填率を以下の式(3)により求めた。
充填率=(S(tetra)/S(unit))×100 ・・・(3)
単位格子面積:S(unit)=2r×2r
単位格子内に存在する構造体の底面の面積:S(tetra)=πr2
(但し、2r>P1のときは作図上から求める。)
S(unit)=4
S(tetra)=3.14159
((2×2r)/P1)×100=141.4%
(2r/P2)×100=100.0%
充填率=(S(tetra)/S(unit))×100=78.5%
また、四方格子の配置ピッチP1とP2との関係はP1=√2×P2となる。
配置ピッチP1に対する構造体底面の直径2rの比率((2r/P1)×100)を80%、85%、90%、95%、99%の大きさにして、以下の条件で反射率をシミュレーションにより求めた。その結果のグラフを図42に示す。
構造体形状:釣鐘型
偏光:無偏光
屈折率:1.48
配置ピッチP1:320nm
構造体の高さ:415nm
アスペクト比:1.30
構造体の配列:六方格子
2 基体
3 構造体
4 凸部
5 親水性表面層
11 ロールマスタ
12 基体
13 構造体
14 レジスト層
15 レーザー光
16 潜像
21 レーザー
22 電気光学変調器
23,31 ミラー
24 フォトダイオード
26 集光レンズ
27 音響光学変調器
28 コリメータレンズ
29 フォマッター
30 ドライバ
32 移動光学テーブル系
33 ビームエキスパンダ
34 対物レンズ
35 スピンドルモータ
36 ターンテーブル
37 制御機構
Claims (20)
- 一主面を有する基体と、
上記基体の一主面に可視光の波長以下の微細ピッチで複数配置された、凸状または凹状の構造体と
を備え、
上記構造体が形成された上記基体の一主面が親水性を有し、
上記構造体が形成された上記基体の一主面の純水に対する接触角は、30°以下である、反射防止機能を有する光学素子。 - 上記各構造体は、上記基体の一主面において複数列のトラックをなすように配置されているとともに、六方格子パターン、準六方格子パターン、四方格子パターンまたは準四方格子パターンを形成し、
上記構造体は、上記トラックの延在方向に長軸方向を有する楕円錐または楕円錐台形状である請求項1記載の光学素子。 - 上記各構造体は、上記基体の一主面において複数列のトラックをなすように配置されているとともに、準六方格子パターン、四方格子パターンまたは準四方格子パターンを形成し、
上記基体の表面に対する上記構造体の充填率が、65%以上である請求項1記載の光学素子。 - 上記各構造体は、上記基体の一主面において複数列のトラックをなすように配置されているとともに、準六方格子パターンを形成し、
同一トラック内における上記構造体の配置ピッチをP1、上記構造体底面のトラック方向の径を2rとしたとき、上記配置ピッチP1に対する上記径2rの比率((2r/P1)×100)が、85%以上である請求項1記載の光学素子。 - 上記各構造体は、上記基体の一主面において複数列のトラックをなすように配置されているとともに、四方格子パターンまたは準四方格子パターンを形成し、
同一トラック内における上記構造体の配置ピッチをP1、上記構造体底面のトラック方向の径を2rとしたとき、上記配置ピッチP1に対する上記径2rの比率(((2×2r)/P1)×100)が、127%以上である請求項1記載の光学素子。 - 上記構造体が形成された上記基体の一主面のオレイン酸に対する接触角は、30°以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学素子。
- 上記構造体が形成された上記基体の一主面上に形成された親水性表面層を備える請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学素子。
- 上記親水性表面層が、親水系樹脂、および親水性を有する金属酸化物の少なくとも一方を含んでいる請求項7記載の光学素子。
- 上記親水系樹脂が、1個または2個以上の親水基と、1個または2個以上の(メタ)アクリロイル基とを有する化合物であり、
上記親水基は、OH基、COOH基、CN基、またはNHCONH2基であり、
上記金属酸化物が、SiO2、TiO2、ZnO、およびSrTiO3からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項7項に記載の光学素子。 - 上記親水性表面層の膜厚は、構造体の配置ピッチ以下である請求項7記載の光学素子。
- 上記親水性表面層は、ポリシラザン化合物を硬化することにより形成される請求項7記載の光学素子。
- 上記構造体が形成された上記基体の一主面が、コロナ処理またはプラズマ処理されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学素子。
- 上記構造体が、親水系樹脂、および親水性を有する金属酸化物の少なくとも一方を含んでいる請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学素子。
- 上記各構造体は、直線状を有する複数列のトラックをなすように配置されているとともに、準六方格子パターンを形成し、
上記トラックの延在方向における上記構造体の高さまたは深さは、上記トラックの列方向における上記構造体の高さまたは深さよりも小さい請求項2記載の光学素子。 - 上記各構造体は、直線状を有する複数列のトラックをなすように配置されているとともに、四方格子パターンまたは準四方格子パターンを形成し、
上記トラックの延在方向に対して斜となる配列方向における上記構造体の高さまたは深さは、上記トラックの延在方向における上記構造体の高さまたは深さよりも小さい請求項2記載の光学素子。 - 同一トラック内における上記構造体の配置ピッチP1は、隣接する2つのトラック間における上記構造体の配置ピッチP2よりも長い請求項2記載の光学素子。
- 上記各構造体は、上記基体の一主面において六方格子パターン、または準六方格子パターンを形成し、
同一トラック内における上記構造体の配置ピッチをP1、隣接する2つのトラック間における上記構造体の配置ピッチをP2としたとき、
比率P1/P2が、1.00≦P1/P2≦1.1、または1.00<P1/P2≦1.1の関係を満たす請求項2記載の光学素子。 - 上記構造体は、上記基体の一主面において四方格子パターンまたは準四方格子パターンを形成し、
同一トラック内における上記構造体の配置ピッチをP1、隣接する2つのトラック間における上記構造体の配置ピッチをP2としたとき、
比率P1/P2が、1.4<P1/P2≦1.5の関係を満たす請求項2記載の光学素子。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学素子を備える表示装置。
- 原盤表面に形成された凹凸を転写材料に対して転写することにより、可視光の波長以下の微細ピッチで複数配置された凸状または凹状の構造体を基体の一主面に形成する工程と、
上記構造体が形成された上記基体の一主面を親水化処理する工程と
を備え、
上記構造体が形成された上記基体の一主面の純水に対する接触角は、30°以下である、反射防止機能を有する光学素子の製造方法。
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