JP2011227283A

JP2011227283A - 反射防止構造体の製造方法

Info

Publication number: JP2011227283A
Application number: JP2010096809A
Authority: JP
Inventors: Junpei Sasaki; 純平佐々木; Kenji Inoue; 健二井上
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】従来の製造方法では、反射防止構造体を容易に製造することが困難であった。
【解決手段】可視光の波長以下のピッチで形成された凹凸構造を有する反射防止構造体の製造方法であって、成形型の成形面上にエネルギー硬化性樹脂を塗布する工程と、前記エネルギー硬化性樹脂を挟むように前記成形型と光学部材とを配置する工程と、可視光の波長以下のピッチで形成された複数の開口部を有するマスクを介して、前記エネルギー硬化性樹脂にエネルギー線を照射し、照射分布を有する硬化樹脂層を形成する工程と、前記成形型から前記光学部材および前記硬化樹脂層を離型する工程と、を備える、反射防止構造体の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細な凹凸形状を有する反射防止構造体の製造方法に関する。

近年、微細な凹凸形状を有する反射防止構造体が注目されている。この微細な凹凸構造は、光の波長以下のピッチでアレイ状に形成されている。このような反射防止構造体を有する光学部材の製造方法として、例えば特許文献１では、所定のパターンの開口部を有する石英型を通して紫外線を照射することで紫外線硬化性樹脂の一部を硬化させ、紫外線硬化性樹脂の未硬化部分を溶剤で洗浄した後、残った硬化樹脂に再度紫外線を照射することで微細な凹凸構造を作製する方法が提案されている。

特開２００６−１８４２９８号公報

しかしながら、特許文献１の製造方法では、紫外線硬化性樹脂の未硬化部分を溶剤で洗浄しているため、溶剤の種類によっては硬化している樹脂に損傷を与えるおそれがある。損傷を与えないとしても、溶剤の影響により硬化している樹脂の信頼性が低くなってしまうおそれがある。また、特許文献１の製造方法では、溶剤の準備、溶剤による洗浄工程、洗浄工程後の再度紫外線を照射する工程等が必要なため、全体を通しての製造工程が増えてしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも容易に製造することが可能な、反射防止構造体の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する反射防止構造体の製造方法は、可視光の波長以下のピッチで形成された凹凸構造を有する反射防止構造体の製造方法であって、成形型の成形面上にエネルギー硬化性樹脂を塗布する工程と、前記エネルギー硬化性樹脂を挟むように前記成形型と光学部材とを配置する工程と、可視光の波長以下のピッチで形成された複数の開口部を有するマスクを介して、前記エネルギー硬化性樹脂にエネルギー線を照射し、照射分布を有する硬化樹脂層を形成する工程と、前記成形型から前記光学部材および前記硬化樹脂層を離型する工程と、を備える。

また、上記課題を解決する反射防止構造体の製造方法は、可視光の波長以下のピッチで形成された凹凸構造を有する反射防止構造体の製造方法であって、第１の成形型の成形面上にエネルギー硬化性樹脂を塗布する工程と、前記エネルギー硬化性樹脂を挟むように、前記第１の成形型と第２の成形型と配置する工程と、可視光の波長以下のピッチで形成された複数の開口部を有するマスクを介して、前記エネルギー硬化性樹脂にエネルギー線を照射し、照射分布を有する硬化樹脂層を形成する工程と、前記第１および第２の成形型から前記硬化樹脂層を離型する工程と、を備える。

本発明によれば、従来よりも容易に製造することが可能な反射防止構造体の製造方法を提供することができる。

第1実施形態に係る反射防止構造体の製造工程を示す概略図第1実施形態に係る遮光部材の概略平面図

以下、実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態に係る反射防止構造体の製造工程を示す概略図である。本実施形態では、光学部材１２の表面に反射防止構造体１１が形成された光学素子１の製造方法について説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る遮光部材１４を示す概略平面図である。

成形の準備として、光学部材１２と紫外線硬化性樹脂１０との密着性を上げるため、光学部材１２にプライマ処理を施す。プライマ処理として、例えば、シランカップリング剤をエタノールと純水とで０．２％に希釈した溶液を作製し、その溶液を光学部材１２にディッピングによって均一に塗布し、その後、１１０℃２０分の条件で乾燥させる。

次に、図１（ａ）〜（ｆ）を用いて各製造工程を説明する。図１（ａ）に示すように、成形型１３の成形面１３１上に、ディスペンサーを用いて紫外線硬化性樹脂１０を塗布する。紫外線硬化性樹脂１０は、エネルギー硬化性樹脂の一例である。エネルギー線硬化性樹脂とは、紫外線等のエネルギー線に反応して硬化する樹脂材料である。紫外線硬化性樹脂１０として、アクリル系、エポキシ系またはビニル系の紫外線硬化性樹脂を用いることができる。本実施形態では、アクリル系の紫外線硬化性樹脂を用いている。

次に、光学部材１２を紫外線硬化性樹脂１０上に配置し、光学部材１２と成形型１３とで紫外線硬化性樹脂１０を挟む。そして、図１（ｂ）に示すように、光学部材１２を所定の位置まで下げ、紫外線硬化性樹脂１０を押し広げる。光学部材１２を紫外線硬化性樹脂１０に密着させる際は、紫外線硬化性樹脂１０に気泡が入らないよう、光学部材１２を極低速で下げるのが好ましい。光学部材１２は、その表面での光の反射を抑制したい部材であればよい。光学部材１２は、例えば、透明基板やレンズ等である。本実施形態では、光学部材１２として、透明基板を用いている。

次に、図１（ｃ）に示すように、光学部材１２とエネルギー線を照射する光源１５との間に、遮光部材１４を配置する。そして、遮蔽部材１４を介してエネルギー線を紫外線硬化性樹脂１０に照射する。本実施形態では、光源１５として、紫外線を照射する光源を用いている。具体的には、光源１５として高圧水銀ランプを用いている。この光源１５に、図示しないインテグレータを組み合わせることで、主光線の傾きが１０度以下の指向性を有する紫外線が紫外線硬化性樹脂１０に照射される。指向性を有する紫外光が照射されることで、紫外線硬化性樹脂１０には照度分布の差が発生しやすくなる。

ここで、遮蔽部材１４について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、遮光部材１４の平面図である。遮光部材１４は、可視光の波長以下のピッチで形成された複数の開口部１４１と遮光部１４２とを備えている。開口部１４１は、円形の形状である。このような円形の開口部１４１が可視光の波長以下のピッチＰで配列されている。

本実施形態では、開口部１４１の直径を３００ｎｍとし、隣り合う開口部１４１間のピッチＰを３５０ｎｍとしている。なお、開口部１４１の配列は、図２（ｂ）のようにすることもできる。隣り合う開口部１４１間のピッチが可視光の波長以下であればどのような配列であってもよい。また、開口部１４１の形状は、図２（ｃ）、（ｄ）のような四角形であってもよい。また、図示しないが、開口部１４１の形状は菱形や三角形のような多角形であってもよい。開口部１４１の形状が多角形の場合は、開口部１４１の最長部の長さが３００ｎｍ以下であればよい。

本実施形態では、開口部１４１の直径が３００ｎｍなので、光源１５から出たエネルギー線のうち少なくとも３００ｎｍよりも大きい波長のエネルギー線は、遮蔽部材１４を通過することができない。そのため、光源１５は、可視光以下の波長のエネルギー線を照射することができるものが好ましい。具体的には、光源１５は、波長３００ｎｍ以下のエネルギー線を照射することができるものが好ましい。本実施形態の光源１５として用いている高圧水銀ランプからは３００ｎｍ以下の波長のエネルギー線も放射されている。そのため、波長３００ｎｍ以下のエネルギー線は、紫外線硬化性樹脂１０まで到達することができる波長３００ｎｍ以下のエネルギー線を照射することができる光源として、例えば、メタルハライドランプ、低圧水銀ランプ、パルス発光キセノンランプ、紫外発光ＬＥＤなどがある。

また、紫外線硬化性樹脂１０には可視光の波長以下のエネルギー線が照射されるので、紫外線硬化性樹脂１０に含まれる光重合開始材は、吸収波長が可視光の波長以下のものが好ましい。本実施形態では、紫外線硬化性樹脂１０には波長３００ｎｍ以下のエネルギー線が照射されるので、紫外線硬化性樹脂１０に含まれる光重合開始材は、吸収波長が３００ｎｍ以下のものを選択することが好ましい。

図１（ｃ）に示すように、紫外線硬化性樹脂１０がエネルギー線に反応することで、硬化樹脂層１６が形成される。本実施形態では、遮蔽部材１４を介してエネルギー線を照射しているので、硬化樹脂層１６には照度分布が生じる。具体的には、硬化樹脂層１６には、照度が高い領域１６１と照度が低い領域１６２とが形成される。開口部１４１の直下に位置する領域が、照度が高い領域１６１となり、遮蔽部１４２の直下に位置する領域が、照度が低い領域１６２となる。照度が低い領域１６２は遮蔽部１４２の直下に位置しているが、遮蔽部１４２の直下の領域にもエネルギー線は照射される。これは、光源１５と紫外線硬化性樹脂１０との間にはある程度の距離があるので、開口部１４１に斜めから入射したエネルギー線や成形型１３の表面で反射したエネルギー線が、遮蔽部１４２の直下の領域にも到達しているからである。このようにして、照度が高い領域１６１と照度が低い領域１６２とが形成される。ただし、本実施形態では指向性を有するエネルギー線が照射されているので、開口部１４１に斜めから入射するエネルギー線の量は、開口部１４１に真っ直ぐ入射するエネルギー線の量よりも少ない。その結果、照度が高い領域１６１と照度が低い領域１６２の照度量の差が大きくなる。このような照度分布により、照度が高い領域１６１と照度が低い領域１６２とでは硬化収縮の程度に違いが生じる。ここで、本明細書における硬化収縮とは、樹脂を構成する重合体がエネルギー線照射により硬化する際に、架橋反応に伴う結合力によって容量の減少を生じる現象のことをいう。

まず、照度が高い領域１６１から硬化が始まる。硬化に伴い、照度が高い領域１６１には硬化収縮が生じる。この硬化収縮により減少した容量分が、照度が低い領域１６２から補填される。しかし、硬化樹脂層１６は光学部材１２と成形型１３とに挟まれているので、硬化樹脂層１６の形状は変化しない。つまり、硬化樹脂層１６の内部には、照度が高い領域１６１に向かって収縮しようとする内部応力が生じている。

次に、図１（ｄ）に示すように、光学部材１２から成形型１３と硬化樹脂層１６とを離型させる。離型させる際は、硬化樹脂層１６の損傷を防ぐため極低速にて離型することが好ましい。また、あらかじめ成形型１３に離型剤を塗布しておくことでも硬化樹脂層１６の損傷を防ぐことができる。硬化樹脂層１６から成形型１３を離型させることで、硬化樹脂層１６の内部応力が開放される。そして、開放された応力により硬化樹脂層１６の形状が変化する。この形状変化により、可視光の波長以下のピッチを有する凹凸構造が形成される。

次に、図１（ｅ）に示すように、成形型１３および硬化樹脂層１６を加熱手段１７により熱処理する。本実施形態では、温度を８０℃とし、加熱時間を６０分とする。熱処理の条件は、使用する樹脂材料のＴｇ点に応じて適宜設定すればよい。熱処理を施すことで内部応力がさらに開放される。この開放された応力により硬化樹脂層１６の形状がさらに変化し、硬化樹脂層１６の凹凸構造がさらに形成されやすくなる。

なお、形状変化を促進させる方法として、硬化樹脂層１６を再度紫外線で照射する方法も考えられる。しかし、可視光の波長以下のピッチを有する凹凸構造を形成する場合は、再度紫外線を照射するよりも、熱処理をする方が好ましい。以下、この点について考察する。

本実施形態では、遮蔽部材１４を介して紫外線を照射している。これにより、硬化樹脂層１６には、照度分布が生じ、照度が高い領域１６１と照度が低い領域１６２とが形成される。この硬化樹脂層１６に再度紫外線を照射する場合、硬化樹脂層１６には遮蔽部材１４を介さずに紫外線が照射される。つまり、硬化樹脂層１６全体に均一に紫外線が照射されることになる。その結果、照度が高い領域１６１と照度が低い領域１６２との照度差が相対的に小さくなる。換言すると、硬化樹脂層１６における照度分布の幅が小さくなる。したがって、照度が高い領域１６１と照度が低い領域１６２との硬化収縮の程度の差が小さくなる。その結果、凹凸構造が形成されにくくなると考えられる。一方、本実施形態のように熱処理を施す場合、照度分布の幅は大きいまま、開放された応力による形状変化が促進される。その結果、凹凸構造が形成されやすくなると考えられる。なお、反射防止構造体１１の反射防止効果を高める為には、ピッチＰに対する高さｔの比（以下、アスペクト比と称する）を1以上にすることが好ましい。本実施形態のように熱処理を施すことで、反射防止構造体１１のアスペクト比を１以上にすることができる。

上述したように、本実施形態では、遮蔽部材１４を介して紫外線硬化性樹脂１０に紫外線を照射している。これにより、照度分布が生じ、硬化収縮の程度に差が生じる。この硬化収縮の程度の差を利用して、反射防止構造体１１が形成される。したがって、従来よりも容易に反射防止構造体１１を作製することができる。また、反射防止構造体１１を有する光学素子１を従来よりも容易に作製することができる。また、本実施形態では、硬化樹脂層１６に熱処理を施している。これにより、硬化樹脂層１６の形状変化が促進され、凹凸構造が形成されやすくなる。

＜その他の実施形態＞
第1実施形態では、光学部材１２の表面に反射防止構造体１１を形成しているが、反射防止構造体１１のみを作製してもよい。この場合、成形型１３を第1の成形型とし、光学部材１２を第２の成形型とすればよい。第２の成形型は、エネルギー線を透過可能な材料で形成されるのが好ましい。第1および第２の成形型のそれぞれの成形面に、離型剤を塗布しておくことで、離型性を高めることができる。また、第1実施形態と同様に、硬化樹脂層１６に熱処理を施すことにより、凹凸構造が形成されやすくなる。このような反射防止構造体１１は、例えば、反射防止シートや反射防止フィルムとして用いることができる。

本発明は、撮像装置、照明装置、光走査装置、光ピックアップ装置、ディスプレイ等の種々の光学機器に用いられる反射防止処理が必要なあらゆる部材に対して広く適用可能である。

１光学素子
１０紫外線硬化性樹脂
１１反射防止構造体
１２光学部材
１３成形型
１３１成形面
１４遮蔽部材
１４１開口部
１４２遮蔽部
１５光源（エネルギー線を照射する）
１６硬化樹脂層
１６１照度が高い領域
１６２照度が低い領域
１７加熱手段

Claims

可視光の波長以下のピッチで形成された凹凸構造を有する反射防止構造体の製造方法であって、
成形型の成形面上にエネルギー硬化性樹脂を塗布する工程と、
前記エネルギー硬化性樹脂を挟むように前記成形型と光学部材とを配置する工程と、
可視光の波長以下のピッチで形成された複数の開口部を有するマスクを介して、前記エネルギー硬化性樹脂にエネルギー線を照射し、照射分布を有する硬化樹脂層を形成する工程と、
前記成形型から前記光学部材および前記硬化樹脂層を離型する工程と、
を備える、反射防止構造体の製造方法。
前記成形型から前記光学部材および前記硬化樹脂層を離型する工程の後、前記光学部材および前記硬化樹脂層を熱処理する工程をさらに備える、
請求項１に記載の反射防止構造体の製造方法。
可視光の波長以下のピッチで形成された凹凸構造を有する反射防止構造体の製造方法であって、
第１の成形型の成形面上にエネルギー硬化性樹脂を塗布する工程と、
前記エネルギー硬化性樹脂を挟むように、前記第１の成形型と第２の成形型と配置する工程と、
可視光の波長以下のピッチで形成された複数の開口部を有するマスクを介して、前記エネルギー硬化性樹脂にエネルギー線を照射し、照射分布を有する硬化樹脂層を形成する工程と、
前記第１および第２の成形型から前記硬化樹脂層を離型する工程と、
を備える、反射防止構造体の製造方法。
前記第１および第２の成形型から前記硬化樹脂層を離型する工程の後、前記硬化樹脂層を熱処理する工程をさらに備える、
請求項３に記載の反射防止構造体の製造方法。
前記エネルギー硬化性樹脂は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂またはビニル系樹脂のうち少なくとも一つから選択される材料である、
請求項１〜４のいずれかに記載の反射防止構造体の製造方法。
前記エネルギー効果性樹脂材料には、吸収波長が可視光の波長以下である重合開始剤が含まれている、
請求項１〜５のいずれかに記載の反射防止構造体の製造方法。