JP2016064563A - 光学部材用版の製造方法、光学部材用原版 - Google Patents

光学部材用版の製造方法、光学部材用原版 Download PDF

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一紘 笹原
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陽祐 青木
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Keita Motonami
啓太 本波
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Abstract

【課題】凹凸パターンを有する光学部材を製造する際に精度よい凹凸を形成することができる光学部材用版の製造方法を提供する。【解決手段】基板30、低反射層31、及びレジスト層32がこの順に積層された原版作製用積層体33のレジスト層に対して光学部材が有する凹凸のパターンに基づいてレジストを露光し、該露光した部位又は露光しなかった部位におけるレジスト層を除去して光学部材用原版34を作製する工程と、光学部材用原版をエッチングすることなくレジスト層側の面に導電層36を形成する導体化処理工程と、導電層に電解メッキ層37を積層させる工程と、光学部材用原版を除去する工程と、を含み、低反射層は、レジストを露光する光の波長の光に対する反射率が0%以上2%以下である。【選択図】図4

Description

本発明は、表面に微細な凹凸を有する光学部材を作製するための型である光学部材用版の製造方法、及びここに用いられる光学部材用原版に関する。
表示装置の多様化によりテレビ等は画面が大きくなる一方、携帯型の端末ではその性質上、画面はある程度の大きさに抑えられる。ただし、小さな画面であっても表示される画像の質は高いものが要求される。そのため、用いられる光学部材にはより微細な凹凸が形成され、その屈折や反射を利用して所望の光が出射され質の向上が図られる。
このような光学部材を量産する方法の1つとして例えば特許文献1に記載のように、光学部材の凹凸に対応した凹凸を表面に有するロール状の型(ロール版)を用いる形態がある。これはロール版の表面に硬化前の樹脂を供給して硬化させてから離型するというものである。これによりロール版の表面に形成された凹凸が樹脂に反転して転写されて所望の凹凸を得ることができる。
また特許文献2には、光学部材の凹凸に対応した凹凸を表面に有するシート状の型を準備し、複数の当該シート状の型をロールに巻き付け、隣り合うシート状の型同士は接合される形態のロール版が開示されている。ロール版を形成した後は上記と同様にして光学部材を得ることができる。
特開2012−006177号公報 特開2008−296466号公報
上記のように、携帯型の端末の画面は小さいものの、出射光の質を高める観点から光学部材の表面に形成される凹凸がより微細となる傾向にある。
しかしながら、特許文献1に開示されたロール版では凹凸のパターンを切削により形成するので、微細な凹凸形状を精度よく形成することができない場合がある。
一方、特許文献2に記載のようなシート状の型を用いたロール版では、当該シート状の型(スタンパシート)を作製するための原版を製造する際に通常のフォトリソグラフィプロセスを用いるので、エッチングをする工程が含むことからエッチング方向の指向性制御に限界があり、凹凸形状の精度を高める要望がある。また、レジストの露光の際に、入射光と反射光とによってレジスト内に生じる定在波に起因してレジスト表面に微細な波状の凹凸が形成されてしまうことがあった。
そこで本発明は上記問題を鑑み、凹凸パターンを有する光学部材を製造する際に精度よい凹凸を形成することができる光学部材用版の製造方法を提供することを課題とする。また、これに用いる光学部材用原版を提供する。
以下、本発明について説明する。わかりやすさのため、ここでは括弧書きで図面の参照符号を付記するが、本発明はこれに限定されるものではない。
請求項1に記載の発明は、光学部材を作製するための版(22)を製造する方法であって、基板(30)、低反射層(31)、及びレジスト層(32)がこの順に積層された原版作製用積層体(33)のレジスト層に対して光学部材が有する凹凸のパターンに基づいてレジストを露光し、該露光した部位又は露光しなかった部位におけるレジスト層を除去して光学部材用原版(34)を作製する工程と、光学部材用原版をエッチングすることなくレジスト層側の面に導電層(36)を形成する導体化処理工程と、導電層に電解メッキ層(37)を積層させる工程と、光学部材用原版を除去する工程と、を含み、低反射層は、レジストを露光する光の波長の光に対する反射率が0%以上2%以下である、光学部材用版の製造方法である。
請求項2に記載の発明は、光学部材を作製するための原版(35)であって、基板(30)と、基板に積層された低反射層(31)と、低反射層に積層され、光学部材が有する凹凸に対応するレジストからなるパターンが形成されたレジスト層(34)と、を有し、低反射層はレジストを露光する際に用いる光の波長の光に対して0%以上2%以下の反射率とされている、光学部材用原版である。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の光学部材用原版(35)において、低反射層(31)がクロムを含む材料からなる。
本発明によれば、光学部材用版を作製するに際し、凹凸を形成するときにエッチングをする必要がないので、エッチング特有の形状精度の低下を防止することができ、高い精度の凹凸を形成することができる。また、光学部材用原版には低反射層が備えられており、従来レジストの露光の際に発生していた定在波を抑制することができ、かかる観点からも精度のよい凹凸を形成することができる。
図1(a)は光学部材10の平面図、図1(b)は光学部材10の一部の断面図である。 ロール版20の斜視図である。 図3(a)は光学部材用版22の平面図、図3(b)はその一部を拡大した図である。 図4(a)〜図4(c)は光学部材用版22を作製する各場面を説明する図である。 従来において定在波が生じた場合の波状の凹凸発生について説明する図である。 図6(a)〜図6(c)は光学部材用版22を作製する各場面を説明する図である。 ロール21に光学部材用版22を巻きつける場面を説明する図である。 賦形シート40を説明する図である。 ロール版20により賦形シート40を作製する過程の一場面を説明する図である。 賦形シート40を用いて光学部材10を作製する過程の一場面を説明する図である。 押し出し法にてロール版20から光学部材10を作製する過程の一場面を説明する図である。 他の形態の光学部材110を説明する図である。 光学部材110を作製する過程の一場面を説明する図である。
以下、本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら形態に限定されるものではない。なお、以下に示す図面では分かりやすさのため部材の大きさや比率を変更または誇張して記載することがある。また、見やすさのため繰り返しとなる符号は省略することがある。
初めに、光学部材10について説明する。光学部材10は後述する光学部材用版22を含むロール版20を用いて製造される光学部材であり、シート状の光学部材である。ここで光学部材としては例えば導光板、プリズムシート、レンズシート、回折構造体、モスアイ構造体等、表面に形成された凹凸により光を制御する光学部材全般を対象とすることができる。
図1(a)は光学部材10の平面図、図1(b)は図1(a)にIa−Iaで示した矢視断面図である。図1(a)、図1(b)には光学部材10の「長手方向」、「幅方向」、及び「厚さ方向」をそれぞれ表している。
光学部材10は光制御層12を有しており、該光制御層12は光透過性を有するシート状の部材である。また、光制御層12は、その少なくとも一方の面には凹凸が形成され、凹凸部13とされている。
本例の凹凸部13では、図1(a)、図1(b)からわかるように微小な凹凸が繰り返されている。例えば、凹凸部13では、矩形断面の凸部13aと矩形断面の凹部13bとが長手方向に繰り返され、この断面を維持して光制御層12の幅方向に一次元的に延びている。この凹凸は微細に形成されており、凹部の深さは0.5μm以上3.0μm以下程度である。凹部の底幅及び凸部の頂部幅は1μm以上30μm以下程度とされる。例えば凸形状の場合には凹部の底幅は5μm以上30μm以下、凸部の頂部幅は1μm以上10μm以下に形成され、凹形状の場合には凸部の頂部幅が5μm以上30μm以下、凹部の底幅は1μm以上10μm以下に形成される。
凹凸部の形状は本形態に限られることなく、他の形態が適用されたり、複数の態様が複合して用いられたりしてもよい。他の形態の凹凸部としては例えば、所定の断面を有して光制御層の幅方向に対して斜めになるように延びる形態、複数の錐状の凸部が平面視で縦横に配列されるような二次元的な形状を有する形態、等を挙げることができる。
光制御層12を構成する材料としては種々の材料を使用することができる。また、光学部材用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることができる。これには例えば脂環式構造を有する重合体樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ABS樹脂、ポリエーテルスルホン等の熱可塑性樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂(電離放射線硬化型樹脂等)等を挙げることができる。
次に、以上のような光学部材10を形成する際に用いる賦形シート40を作製するためのロール版20について説明する。図2はロール版20の外観を概略的に示した斜視図である。また、図3(a)はロール版20に備えられる光学部材用版22の平面図、図3(b)はその一部を拡大して表した図である。
図2からわかるように、ロール版20は、ロール21及び光学部材用版22を有して構成されている。
ロール21は円柱状のロール本体21a及びロール本体21aの端面から軸線に沿って突出する回転軸21bを有している。これによりロール21は、回転軸21bが支持されて、該回転軸21bを中心に回動するように構成されている。
ロール本体21aは、剛性を確保するための部位で、ロール版20の大部分を構成している。かかる観点からロール本体21aは、機械構造用の鉄系材料が用いられることが好ましい。また、必要な剛性を確保しつつも軽量化をする観点から、ロール本体21aは両側が有底である円筒状であってもよい。また、ロール本体21aの表面の温度調節ができるようにロール本体内部に冷水や温水、蒸気または高温の油を循環できるように2重構造にするのが一般的である。
光学部材用版22は、賦形シート40に対して光学部材10の凹凸部13に対応する凹凸形状を転写する型として機能する版であり、本形態ではシート状である。図3(a)には光学部材用版22をロール本体21aから外して展開した平面図を示した。また、図3(b)には図3(a)にIIIbで示した部分を拡大して表した。
光学部材用版22にはこれら図からわかるように、その表面に縦横に複数の単位型部22aが配列され、これらは継ぎ目なく並べられている。図には隣り合う単位型部22aの境界を点線で表したが、これは理解しやすくするためのものであり、継ぎ目ではない。すなわち光学部材用版22は接合部を有さずに一体である一枚のシートである。従って隣り合う単位型部22a間には段差や意図しない位置ずれが生じることがなく、単位型部22aの正確な配置ができる。そして光学部材用版22の大きさはその一辺が800mm以上1500mm以下であることが好ましい。これにより、1つの型シートに多くの単位型部22aを含ませることができるとともに、ロール21の外周を一周させることができる。
各単位型部22aには、図3(b)からわかるように、光学部材10の凹凸部13の形状に対応した凹凸が形成されている。
このような光学部材用版22は電鋳板により構成することができる。詳しくは後でその作製方法を説明するが、導電層上に電解ニッケルメッキ層が形成された積層体により構成されており、導電層の表面に凹凸が形成されている。ここではニッケルによる電解メッキ層及び導電層で説明するが、他の材料によるものであってもよい。
なお、光学部材用版22には位置決めのためのアライメントマークを設けておくことが好ましい。このアライメントマークも転写されて、光学部材10の打ち抜きの際の位置決めの基準となる。
そしてロール21の外周面に光学部材用版22を巻きつけて固定することによりロール版20となる。本形態では上記のように光学部材用版22には継ぎ目が存在しないので、ロール版20とされたときには図2に示したように継ぎ目は端部同士が突き合わされた突き合わせ部23が唯一の継ぎ目となる。
次に光学部材用版22の作製方法について説明する。図4(a)〜図4(c)及び図6(a)〜図6(c)に作製の順を追った図を表した。なお、ここで光学部材用原版の構成についても説明する。
初めに、図4(a)に示したよう原版作製用積層体33を準備する。原版作成用積層体33は、基板30、低反射層31、及びレジスト層32がこの順で積層された積層体である。
基板30は特に限定されることはなくフォトリソグラフィーの工程を行うに際して通常に用いられる公知の基板を適用することができる。これには例えばガラス、金属、セラミック、合成石英、プラスチック等により構成された、必要な強度、面精度を有する板状の部材である。
低反射層31は基板30の一方の面に積層され、ここに達した光(レジストを露光する光)の反射率が0%以上2%以下とされた層である。このような低反射層31は例えばクロム45%、酸素35%、窒素20%からなる酸化クロム層が挙げられる。これにより低反射であることに加えて基板30とレジスト32との密着性を高めることができる。クロムを含有する層の光の反射率を0%以上2%以下とするためには低反射層、レジスト、及び露光波長の関係に基づいて低反射層の酸素含有量を調整する。例えば1つの例として、厚さ1.5μmのポジタイプのレジストを用い、露光波長を413nm(クリプトン−レーザ)を適用したときには低反射層にクロムを含有し、酸素含有量が30%以上40%以下とすることにより所望の反射率を得ることができる。
レジスト層32は、低反射層31の面のうち基板30とは反対側の面に積層されたレジストからなる層である。レジストとしては、公知のものを用いることができるが、例えばナガセケムテックス株式会社製のGRX−M220やGRX−M100が挙げられる。
次に図4(b)に示したように、レジスト層32に対して光学部材10の凹凸部13に基づいたパターンで露光する。この露光方法は特に限定されないが、本形態ではレーザービームLの走査により露光を行っている。この他電子線の走査をしてもよい。この露光によりレジスト層32を構成するレジスト樹脂が硬化した易溶化部分32aと、未露光部分32bとが形成される。そして図4(c)のように現像液を噴霧して行なうスプレー現像等によって、現像して易溶化部分32aを除去し、未露光部分32bによりパターン化されたレジスト層であるレジストパターン層34を得る。そして当該基板30、低反射層31、及びレジストパターン層34の積層体が光学部材用原板35である。
なお、ここまでの説明では露光された部分が除去される、いわゆるポジレジストによる過程を説明したが、レジスト材料を変更することにより、露光された部分が残り、露光されなかった部分が除去されるネガレジストによる過程が採用されてもよい。
本発明ではレジストパターン層34に形成されたパターンを直接、光学部材用版の作製に用いることから、当該パターンを得る際に、従来のフォトマスクの手法のパターン形成で行われていたエッチングを必要としない。これにより本発明ではエッチング特有の意図しない方向への材料の除去によるパターン形状の精度低下を防止できる。また、エッチングの工程を要しないので、精度よく、工程を短縮して簡易に型シートを作製することができる。
さらにレジスト層32と基板30との間に低反射層31を設けている。低反射層31を設けないと、図5に概念的に示したように露光ため光の入射光L1とレジスト層132を透過して基板130との界面で反射した光L2による定在波が生じ、露光部Aと未露光部Bとの界面がこの定在波の形状に沿って波状に凹凸となる。これに対して本発明では低反射層31を設けることにより当該波状の凹凸の発生を防止することができる。かかる観点からも精度よくパターン形状を得ることが可能となる。
次に得られた原板35を用いて電鋳により光学部材用版22を作製する。
初めに図6(a)に示したように、基板30のうち、パターンが形成されたレジストパターン層34側に導電層(本形態では導電ニッケル層)36を導電化処理により形成する。このとき導電層36は、10nm以上1μm以下の厚さがよい。
ここで導電化処理としては例えば無電解メッキや蒸着(スパッタリング)を挙げることができる。
次いで図6(b)に示したように、導電層36の上に電解ニッケルメッキ層37を電鋳により形成する。このとき電解ニッケルメッキ層37により、導電層36と電解ニッケルメッキ層37との総厚みが0.3mm程度となるように電解ニッケルメッキ層37を形成する。
そして、図6(c)に示したように光学部材用原板35を離型することにより光学部材用版22を得る。
以上示した光学部材用版22の作製方法によれば、上記したようにエッチングを要しないので、エッチング特有の意図しない方向への材料の除去を防止することができ、凹凸形状を精度よく作製することができる。また、エッチングをする工程を設ける必要がないので工程の短縮、及びコストの削減も可能である。
また低反射層31を形成することにより上記したようにレジスト露光時の定在波の発生が防止されているので、さらに精度良い凹凸形状が形成されている。
以上のように作製された光学部材用版22は、図7に示したようにロール本体21aに巻き付けられ、ロール版20(図2参照)とされる。
次に、上記ロール版20を用いて、光学部材10を製造する方法を説明する。図8〜図10に説明のための図を示した。本形態では、押し出し法により光学部材10を製作するに先立ち、凹凸部13の形状を賦形できる賦形シート40を作製する。図8に賦形シート40の形態を概念的に斜視図で示した。
賦形シート40は上記のように光学部材10の凹凸部13の形状を賦形できる帯状のシートである。賦形シート40は透光性を有する基材41、及び基材41の一方の面に積層された型部42を有して構成されている。そして型部42には、光学部材10の1つの凹凸部13を形成するための単位型部42aが複数縦横に配列されている。
このような賦形シート40は次のように作製される。図9に説明のための図を示した。図9に示したように、準備されたロール版20と金型ニップロール45との間に、図9に矢印IXで示したように基材41を送り出す。そして基材41上に硬化する前の紫外線硬化樹脂組成物42’をノズル46から供給する。これにより基材41とロール版20との間に硬化前の紫外線硬化樹脂42’が充填される。そして硬化前の紫外線硬化樹脂組成物42’がロール版20の光学部材用版22に形成された凹凸に充填される。
このように充填された状態で、紫外線照射装置47から紫外線が照射され、紫外線硬化樹脂組成物が硬化して型部42となる。その後、剥離ロール48により離型して賦形シート40を得る。得られた賦形シート40は巻き取られてロール状とされる。
次に、賦形シート40を用いて押し出し法により光学部材10を得る。図10に説明のための図を示した。
第一ロール51と、該第一ロール51に対して所定の間隙を有して配置される第二ロール52との間に図10に矢印Xで示したように賦形シート40を順次送り出し、賦形シート40と第二ロール52との間に溶融した熱可塑性樹脂組成物55をノズル56から流入させる。ここで賦形シート40の送り方向は帯状である賦形シート40の長手方向である。また、流入される熱可塑性樹脂組成物55は第二ロール52及び賦形シート40の幅方向大きさと同程度の大きさ(幅)を有する帯状であることが好ましい。これにより幅方向に均一な材料供給が可能である。
供給された熱可塑性樹脂は第二ロール52と賦形シート40との間に所定の圧力を具備しつつ流入する。これにより熱可塑性樹脂が賦形シート40の型部42の表面に形成された凹凸に充填され、熱可塑性樹脂組成物55がこの凹凸に沿った形状となる。そして第三ロール53、及び第四ロール54を経て冷却され、最終的に熱可塑性樹脂組成物55が硬化して形状が固定される。これにより光学部材10が縦横に継ぎ目なく配列された光学部材用帯状シート10’を得る。そして剥離ロール57により光学部材用帯状シート10’と賦形シート40とが分離される。
この状態では光学部材用帯状シート10’にはアライメントマークも含まれていることが好ましい。
最終的に光学部材用帯状シート10’の打ち抜きや切断により光学部材10を得ることができる。その際にはアライメントマークが位置決めの基準となる。
このようにして作製された光学部材10はその凹凸自体の精度、及び位置精度が高く、所望の光制御を精度良く行うことができる。
次に、賦形シート40を用いることなく押し出し法により光学部材10を得る方法を説明する。図11に説明のための図を示した。この際にはロール版20を用いて直接光学部材用帯状シート10’を得る。従って本例のロール版20は、直接光学部材用帯状シート10’の凹凸部13を転写できるパターンを具備している。
図11からわかるように、第一ロール51と、該第一ロール51に対して所定の間隙を有して配置されるロール版20との間に溶融した熱可塑性樹脂組成物55をノズル56から流入させる。流入される熱可塑性樹脂組成物55はロール版20の幅方向大きさと同程度の大きさ(幅)を有する帯状であることが好ましい。これにより幅方向に均一な材料供給が可能である。
供給された熱可塑性樹脂は第一ロール51とロール版20との間に所定の圧力を具備しつつ流入する。これにより熱可塑性樹脂がロール版20の表面に形成された凹凸に充填され、熱可塑性樹脂組成物55がこの凹凸に沿った形状となる。そして第三ロール53、及び第四ロール54を経て冷却され、最終的に熱可塑性樹脂組成物55が硬化して形状が固定される。これにより光学部材10が縦横に継ぎ目なく配列された光学部材用帯状シート10’を得る。この状態では光学部材用帯状シート10’にはアライメントマークも含まれていることが好ましい。
最終的に光学部材用帯状シート10’の打ち抜きや切断により光学部材10を得ることができる。その際にはアライメントマークが位置決めの基準となる。
このようにして作製された光学部材10もその凹凸の位置精度が高く、所望の光制御を精度良く行うことができる。
図12には他の形態の光学部材110を示した。図12は図1(b)と同じ視点による図である。光学部材110は、上記説明した光制御層12が基材11の一方の面に積層された2層の構造となっている。光制御層12の構造は上記の通りである。
基材11は、該基材11の一方の面に光制御層12を形成するための基材となる光透過性を有するシート状の部材である。このような基材11を構成する材料としては、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、メタクリル酸メチル・ブタジエン・スチレン(MBS)樹脂、メタクリル酸メチル・スチレン(MS)樹脂、アクリル・スチレン(AS)樹脂、及びアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS)等が挙げられる。
光学部材110は次のように製造することができる。すなわち、上記したロール版20と同じ要領により、直接光学部材110の凹凸部13を形成できる凹凸を有するロール版120を作製する。そして当該ロール版120を用いて図13に示したように基材11上に光制御層12を積層する。
より詳しくは、図13に示したように、準備されたロール版120と金型ニップロール45との間に、図13に矢印XIIIで示したように基材11を送り出す。そして基材11上に硬化する前の紫外線硬化樹脂組成物12’をノズル46から供給する。これにより基材11とロール版120との間に硬化前の紫外線硬化樹脂12’が充填される。これにより硬化前の紫外線硬化樹脂組成物12’がロール版120に形成された凹凸に充填される。
このように充填された状態で、紫外線照射装置47から紫外線が照射され、紫外線硬化樹脂組成物が硬化して光制御層12となる。その後、剥離ロール48により離型する。これにより光学部材110が縦横に継ぎ目なく配列された光学部材用帯状シート110’を得る。
この状態では光学部材用帯状シート110’にはアライメントマークも含まれていることが好ましい。
最終的に光学部材用帯状シート110’の打ち抜きや切断により光学部材110を得ることができる。その際にはアライメントマークが位置決めの基準となる。
10 光学部材
11 基材
12 光制御層
13 凹凸部
20 ロール版
21 ロール
22 光学部材用版
30 基板
31 低反射層
32 レジスト層
33 原板作製用積層体
34 レジストパターン層(パターン化された後のレジスト層)
35 光学部材用原板
36 導電層(導電ニッケル層)
37 電解ニッケルメッキ層(電解メッキ層)

Claims (3)

  1. 光学部材を作製するための版を製造する方法であって、
    基板、低反射層、及びレジスト層がこの順に積層された原版作製用積層体の前記レジスト層に対して前記光学部材が有する凹凸のパターンに基づいて前記レジストを露光し、該露光した部位又は露光しなかった部位におけるレジスト層を除去して光学部材用原版を作製する工程と、
    前記光学部材用原版をエッチングすることなく前記レジスト層側の面に導電層を形成する導体化処理工程と、
    前記導電層に電解メッキ層を積層させる工程と、
    前記光学部材用原版を除去する工程と、を含み、
    前記低反射層は、前記レジストを露光する光の波長の光に対する反射率が0%以上2%以下である、光学部材用版の製造方法。
  2. 光学部材を作製するための原版であって、
    基板と、
    前記基板に積層された低反射層と、
    前記低反射層に積層され、前記光学部材が有する凹凸に対応するレジストからなるパターンが形成されたレジスト層と、を有し、
    前記低反射層は前記レジストを露光する際に用いる光の波長の光に対して0%以上2%以下の反射率とされている、光学部材用原版。
  3. 前記低反射層がクロムを含む材料からなる請求項2に記載の光学部材用原版。
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