JP2016105203A - 光学素子およびその製造方法、ならびに原盤の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
基体と、
基体の表面に可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置された、凸部または凹部からなる構造体と
を備え、
各構造体は、基体表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、
基体の表面に対する構造体の充填率が、65%以上である、反射防止機能を有する光学素子である。
基体と、
基体の表面に可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置された、凸部または凹部からなる構造体と
を備え、
各構造体は、基体表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構造体の配置ピッチをP1、構造体底面のトラック方向の径を2rとしたとき、配置ピッチP1に対する径2rの比率((2r/P1)×100)が、85%以上である、反射防止機能を有する光学素子である。
基体と、
基体の表面に可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置された、凸部または凹部からなる構造体と
を備え、
各構造体は、基体表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構造体の配置ピッチをP1、構造体底面のトラック方向の径を2rとしたとき、配置ピッチP1に対する径2rの比率((2r/P1)×100)が、90%以上である、反射防止機能を有する光学素子である。
円柱状または円筒状の原盤の周面上にレジスト層を形成する工程と、
レジスト層が形成された原盤を回転させるとともに、レーザ光のスポットを円柱状または円筒状の原盤の中心軸と平行に相対移動させながら、レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する工程と、
レジスト層を現像して、原盤の表面にレジストパターンを形成する工程と、
レジストパターンをマスクとするエッチング処理を施すことで、原盤の表面に凹状または凸状の構造体を形成する工程と
を備え、
潜像の形成工程では、潜像が、基体表面において複数列のトラックをなすように配置されるとともに、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、
原盤の表面に対する構造体の充填率が、65%以上である、反射防止機能を有する光学素子の作製用原盤の製造方法である。
円柱状または円筒状の原盤の周面上にレジスト層を形成する工程と、
レジスト層が形成された原盤を回転させるとともに、レーザ光のスポットを円柱状または円筒状の原盤の中心軸と平行に相対移動させながら、レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する工程と、
レジスト層を現像して、原盤の表面にレジストパターンを形成する工程と、
レジストパターンをマスクとするエッチング処理を施すことで、原盤の表面に凹状または凸状の構造体を形成する工程と
を備え、
潜像の形成工程では、潜像が、基体表面において複数列のトラックをなすように配置されるとともに、準六方格子パターンを形成し、
同一トラック内における構造体の配置ピッチをP1、構造体のトラック方向の径を2rとしたとき、配置ピッチP1に対する径2rの比率((2r/P1)×100)が、85%以上の範囲内である、反射防止機能を有する光学素子の作製用原盤の製造方法である。
円柱状または円筒状の原盤の周面上にレジスト層を形成する工程と、
レジスト層が形成された原盤を回転させるとともに、レーザ光のスポットを円柱状または円筒状の原盤の中心軸と平行に相対移動させながら、レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する工程と、
レジスト層を現像して、原盤の表面にレジストパターンを形成する工程と、
レジストパターンをマスクとするエッチング処理を施すことで、原盤の表面に凹状または凸状の構造体を形成する工程と
を備え、
潜像の形成工程では、潜像が、基体表面において複数列のトラックをなすように配置されるとともに、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構造体の配置ピッチをP1、構造体のトラック方向の径を2rとしたとき、配置ピッチP1に対する径2rの比率((2r/P1)×100)が、64%以上の範囲内である、反射防止機能を有する光学素子の作製用原盤の製造方法である。
円柱状または円筒状の原盤の周面上にレジスト層を形成する工程と、
レジスト層が形成された原盤を回転させるとともに、レーザ光のスポットを円柱状または円筒状の原盤の中心軸と平行に相対移動させながら、レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する工程と、
レジスト層を現像して、原盤の表面にレジストパターンを形成する工程と、
レジストパターンをマスクとするエッチング処理を施すことで、原盤の表面に凹状または凸状の構造体を形成する工程と、
構造体が形成された原盤を用いて、構造体が転写された光学素子を作製する工程と
を備え、
潜像の形成工程では、潜像が、原盤表面において複数列のトラックをなすように配置されるとともに、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、
構造体の転写の工程は、
シロキサン樹脂を含む樹脂層を基体上に形成する工程と、
樹脂層に原盤を押し付け、原盤の構造体を転写する工程と
を備え、
原盤の表面に対する構造体の充填率が、65%以上である、反射防止機能を有する、反射防止機能を有する光学素子の製造方法である。
1.第1の実施形態(直線状でかつ六方格子状に構造体を2次元配列した例:図1参照)
2.第2の実施形態(直線状でかつ四方格子状に構造体を2次元配列した例:図14参照
)
3.第3の実施形態(円弧状でかつ六方格子状に構造体を2次元配列した例:図17参照
)
4.第4の実施形態(構造体を蛇行させて配列した例:図20参照)
5.第5の実施形態(凹形状の構造体を基体表面に形成した例:図21参照)
6.第6の実施形態(室温ナノインプリント技術を用いて光学素子を作製した例:図23参照)
7.第7の実施形態(表示装置に対する第1の適用例:図25参照)
8.第8の実施形態(表示装置に対する第2の適用例:図26参照)
9.第9の実施形態(表示装置に対する第3の適用例:図27参照)
11.第10の実施形態(イメージセンサ素子のパッケージに対する適用例、図28参照)
[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。
以下、光学素子1に備えられる基体2、および構造体3について順次説明する。
基体2は、例えば、透明性を有する透明基体である。基体2の材料としては、例えば、ポリカーボネート(PC)やポリエチレンテレフタレート(PET)などの透明性合成樹脂、ガラスなどを主成分とするものが挙げられるが、これらの材料に特に限定されるものではない。基体2の形状としては、例えば、シート状、プレート状、ブロック状を挙げることができるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。ここで、シートにはフィルムが含まれるものと定義する。基体2の形状は、カメラなどの光学機器などにおいて、所定の反射防止機能が必要とされる部分の形状などに合わせて適宜選択することが好ましい。
基体2の表面には、凸部である構造体3が多数配列されている。この構造体3は、反射の低減を目的とする光の波長帯域以下の短い配置ピッチ、例えば可視光の波長と同程度の配置ピッチで周期的に2次元配置されている。ここで、配置ピッチとは、配置ピッチP1および配置ピッチP2を意味する。反射の低減を目的とする光の波長帯域は、例えば、紫外光の波長帯域、可視光の波長帯域または赤外光の波長帯域である。ここで、紫外光の波長帯域とは10nm〜360nmの波長帯域、可視光の波長帯域とは360nm〜830nmの波長帯域、赤外光の波長帯域とは830nm〜1mmの波長帯域をいう。具体的には、配置ピッチは、175nm以上350nm以下であることが好ましい。配置ピッチが175nm未満であると、構造体3の作製が困難となる傾向がある。一方、配置ピッチが350nmを超えると、可視光の回折が生じる傾向がある。
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。
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)
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、例えば、原盤12の表面に凹部である構造体13が可視光などの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、タングステンやモリブデンなどの1種または2種以上の遷移金属からなる金属酸化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。ドライエッチングとしては、ロールエッチング装置を用いたプラズマエッチングが好ましい。ロールエッチング装置は、円柱状の電極を有するプラズマエッチング装置であり、この円柱状の電極を筒状の原盤12の空洞内に挿入し、原盤12の柱面に対してプラズマエッチングを施すように構成されている。
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、凸部である複数の構造体が基体2の主面に形成され、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。
[光学素子の構成]
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、図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。図14Eは、図14B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14Fは、図14B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。
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
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、四方格子パターン、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レーザー光の照射により原盤12上のレジストに形成することが好ましい。
[光学素子の構成]
図17Aは、本発明の第3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17Bは、図17A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17Cは、図17BのトラックT1、T3、・・・における断面図である。図17Dは、図17BのトラックT2、T4、・・・における断面図である。
図18A、図18Bは、上述の構成を有する光学素子を作製するためのディスクマスタの構成の一例を示す。図18A、図18Bに示すように、ディスクマスタ41は、円盤状の原盤42の表面に凹部である構造体43が多数配列された構成を有している。この構造体13は、光学素子1の使用環境下の光の波長帯域以下、例えば可視光の波長と同程度のピッチで周期的に2次元配列されている。構造体43は、例えば、同心円状またはスパイラル状のトラック上に配置されている。
まず、図19を参照して、上述した構成を有するディスクマスタ41を作製するための露光装置について説明する。
まず、上述した構成を有する露光装置を用いて、円盤状の原盤上に形成されたレジスト層を露光する以外は、第1の実施形態と同様にしてディスクマスタ41を作製する。次に、このディスクマスタ41と、紫外線硬化樹脂を塗布したアクリルシートなどの基体2とを密着させ、紫外線を照射し紫外線硬化樹脂を硬化させた後、ディスクマスタ41から基体2を剥離する。これにより、複数の構造体3が表面に配列された円盤状の光学素子1が得られる。次に、この円盤状の光学素子1から、矩形状などの所定形状の光学素子1を切り出す。これにより、目的とする光学素子1が作製される。
図20A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20Bは、図20A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4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21A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21Bは、図21A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21Cは、図21BのトラックT1、T3、・・・における断面図である。図21Dは、図21BのトラックT2、T4、・・・における断面図である。図22は、図21A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5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。
[光学素子の構成]
図23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断面図である。図23に示すように、第6の実施形態に係る光学素子1は、シロキサン樹脂を用いて得られた構造体3を基体2上に備える点において、第1の実施形態とは異なっている。
図24は、本発明の第6の実施形態に係る光学素子の製造方法を説明するための工程図である。この光学素子の製造方法は、室温ナノインプリント技術を利用したものである。
本発明の第6の実施形態に係る光学素子の製造方法は、基体上にシロキサン樹脂を含む膜形成組成物を塗布して樹脂層を形成する工程と、樹脂層にモールドを押し付けて形状を転写する工程と、樹脂層からモールドを剥離する工程と、モールドを剥離した後の樹脂層に減圧下で紫外線を照射する工程とを備えることを特徴とする。
まず、図24Aに示すように、シロキサン樹脂を含む膜形成組成物を基体2上に塗布して樹脂層61を形成する。塗布方法としては、例えばスピンコート法などを用いることができるが、特に限定されるものではない。基体2としては、例えばガラスを主成分とするガラス基板(例えば白板または石英)を用いることができる。シロキサン樹脂としては、シルセスキオキサン樹脂を用いることが好ましい。膜成形組成物は、シロキサン樹脂などの成分を適当な有機溶媒に溶解して溶液の形態で用いることが好ましい。また、必要に応じて有機層や無機層を基体2上に形成するようにしてもよい。また、樹脂層61の膜厚は、製造する構造体2の種類にもよるが、300nm以上500nm以下が好ましい。
次に、図24Bに示すように、基体2上に形成された樹脂層61に、所定形状のモールド62を押し当て、モールドの形状を樹脂層61に転写する。モールド61としては、例えば、第3の実施形態において用いた金型41を用いることができるが、特に限定されるものではない。例えば、第1〜第2、および第4〜第5の実施形態に係る光学素子1にメッキ処理などを施すことにより作製された金型を用いることも可能である。モールド62のプレス圧力は、5MPa〜100MPa程度であることが好ましい。また、プレス時間は、樹脂層61の膜厚にもよるが、10秒〜20秒程度であることが好ましい。このようにモールド62を押し付けた状態で所定時間プレスすることにより、樹脂層61の形状がより硬化する。
次に、図24Cに示すように、樹脂層61からモールド62を剥離する。これにより、モールド61の形状が転写された構造体3が基体2上に形成される。
次に、図24Dに示すように、モールド62を剥離した後の樹脂層61に10Torr程度の減圧下で紫外線Lを照射した後、樹脂層61を300℃〜400℃で加熱することが好ましい。このように加熱することにより硬化効率が高くなる。例えば、300℃加熱で鉛筆硬度7H〜9H、400℃加熱で8H〜9Hの硬度が得られる。さらに、300℃〜400℃で加熱して樹脂層61を硬化した場合、このようにして作製された光学素子1の耐熱性は500℃以上であり、リフロープロセスには充分な耐熱性であった。以上により、モールド62の形状が転写された構造体3を基体2上に形成することができる。
[液晶表示装置の構成]
図25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25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4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26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5の実施形態のものとは異なっている。図26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5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。
図28は、本発明の第9の実施形態係るイメージセンサ素子のパッケージの構成の一例を示す断面図である。図28に示すように、このパッケージ71は、イメージセンサ素子72と、イメージセンサ素子72の開口窓を覆うように固着されたカバーガラス73とを備える。イメージセンサ素子72は、例えば、CCDイメージセンサ素子、COMSイメージセンサ素子などである。カバーガラス73としては、例えば、第6の実施形態に係る光学素子1を用いることが好ましい。
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、実施例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、実施例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、実施例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実施例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実施例の構造体の高さを求めた。その結果を表2および表3に示す。
実施例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29、図30にそれぞれ、実施例1、実施例2の光学素子における反射率の波長依存性を示す。図31、図32にそれぞれ、実施例3、実施例4の光学素子における透過率の波長依存性を示す。
まず、実施例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。
実施例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33に、実施例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、実施例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、実施例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、実施例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実施例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4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37に示す。以下に、シミュレーションの条件を示す。
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38に示す。
トラック方向の構造体間に、構造体の高さの1/4に層と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39に示す。
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40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41、図43に示す。以下に、シミュレーションの条件を示す。
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42に示す。
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44Aに示す。以下に、シミュレーションの条件を示す。
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44B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45A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45B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46A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46Bに示す。
図47A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47A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。
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(hex.)=6.28319
(2r/P1)×100=100.0%
充填率=(S(hex.)/S(unit))×100=90.7%
図47B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47B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((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。
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(tetra)=3.14159
(2r/P1)×100=70.7%
(2r/P2)×100=100.0%
充填率=(S(tetra)/S(unit))×100=78.5%
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48に示す。
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
まず、ディスク状(円盤状)のガラス原盤を準備し、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スピンコート法によりガラス原盤の一主面上に厚さ130nm程度に塗布することにより、レジスト層を形成した。次に、記録媒体としてのガラス原盤を、図19に示したディスク原盤露光装置に搬送し、レジスト層を露光することにより、隣接する3列のトラック間において四方格子パターンをなす潜像がレジスト層にパターニングされた。
以上により、円周方向の配置ピッチP1が250nm、凹部の深さが285nmである四方格子パターンを有するディスクマスタが得られた。このディスクマスタの凹凸形状をAFMにより観察したところ、列方向における凹部の深さは、トラックの延在方向における凹部の深さより深かった。
1トラック毎に極性反転フォマッター信号の周波数と、原盤の回転数と、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、実施例9と同様にして、以下に示す構成を有するディスクマスタを作製した。
円周方向に対して約60度方向(約−60度方向)の配置ピッチP2:240nm
凹部の深さ:184nm
格子パターン:準六方格子パターン
カバーガラスとして用いられている市販の高品位ガラス(日本電気硝子株式会社製)をサンプルとして準備した。
5層から10層程度の多層ARをカバーガラスの両面に形成することにより、サンプルとしての光学素子を得た。
実施例9、10、比較例1、2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49に、実施例9の光学素子の透過特性を示す。図50A、図50Bにそれぞれ、実施例10の光学素子の反射特性および透過特性を示す。図51Aに、比較例2の光学素子の透過特性を示す。また、図51Bに、別途測定された比較例1の光学素子の透過特性を示す。
2 基体
3 構造体
4 凸部
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)
- 基体と、
上記基体の表面に可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置された、凸部または凹部からなる構造体と
を備え、
上記各構造体は、上記基体表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、反射防止機能を有する光学素子。 - 上記基体の表面に対する上記構造体の充填率が、73%以上である請求項1記載の光学素子。
- 上記基体の表面に対する上記構造体の充填率が、86%以上である請求項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、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1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1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1記載の光学素子。
- 上記各構造体は、上記基体表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1記載の光学素子。 - 上記構造体は、上記基体表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1記載の光学素子。 - 基体と、
上記基体の表面に可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置された、凸部または凹部からなる構造体と
を備え、
上記各構造体は、上記基体表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、反射防止機能を有する光学素子。 - 上記配置ピッチP1に対する上記径2rの比率((2r/P1)×100)が、90%以上である請求項9記載の光学素子。
- 上記配置ピッチP1に対する上記径2rの比率((2r/P1)×100)が、95%以上である請求項10記載の光学素子。
- 基体と、
上記基体の表面に可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置された、凸部または凹部からなる構造体と
を備え、
上記各構造体は、上記基体表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((2r/P1)×100)が、64%以上である、反射防止機能を有する光学素子。 - 上記配置ピッチP1に対する上記径2rの比率((2r/P1)×100)が、69%以上である、反射防止機能を有する請求項12記載の光学素子。
- 上記配置ピッチP1に対する上記径2rの比率((2r/P1)×100)が、73%以上である請求項13記載の光学素子。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の光学素子を備える表示装置。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の光学素子を備えるパッケージ。
- 円柱状または円筒状の原盤の周面上にレジスト層を形成する工程と、
上記レジスト層が形成された上記原盤を回転させるとともに、レーザ光のスポットを上記円柱状または円筒状の原盤の中心軸と平行に相対移動させながら、上記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する工程と、
上記レジスト層を現像して、上記原盤の表面にレジストパターンを形成する工程と、
上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を施すことで、上記原盤の表面に凹状または凸状の構造体を形成する工程と
を備え、
上記潜像の形成工程では、上記潜像が、上記原盤表面において複数列のトラックをなすように配置されるとともに、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、
上記原盤の表面に対する上記構造体の充填率が、65%以上である、反射防止機能を有する光学素子の作製用原盤の製造方法。 - 円柱状または円筒状の原盤の周面上にレジスト層を形成する工程と、
上記レジスト層が形成された上記原盤を回転させるとともに、レーザ光のスポットを上記円柱状または円筒状の原盤の中心軸と平行に相対移動させながら、上記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する工程と、
上記レジスト層を現像して、上記原盤の表面にレジストパターンを形成する工程と、
上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を施すことで、上記原盤の表面に凹状または凸状の構造体を形成する工程と
を備え、
上記潜像の形成工程では、上記潜像が、上記原盤表面において複数列のトラックをなすように配置されるとともに、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%以上の範囲内である、反射防止機能を有する光学素子の作製用原盤の製造方法。 - 円柱状または円筒状の原盤の周面上にレジスト層を形成する工程と、
上記レジスト層が形成された上記原盤を回転させるとともに、レーザ光のスポットを上記円柱状または円筒状の原盤の中心軸と平行に相対移動させながら、上記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する工程と、
上記レジスト層を現像して、上記原盤の表面にレジストパターンを形成する工程と、
上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を施すことで、上記原盤の表面に凹状または凸状の構造体を形成する工程と
を備え、
上記潜像の形成工程では、上記潜像が、上記原盤表面において複数列のトラックをなすように配置されるとともに、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、64%以上の範囲内である、反射防止機能を有する光学素子の作製用原盤の製造方法。 - 円柱状または円筒状の原盤の周面上にレジスト層を形成する工程と、
上記レジスト層が形成された上記原盤を回転させるとともに、レーザ光のスポットを上記円柱状または円筒状の原盤の中心軸と平行に相対移動させながら、上記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する工程と、
上記レジスト層を現像して、上記原盤の表面にレジストパターンを形成する工程と、
上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を施すことで、上記原盤の表面に凹状または凸状の構造体を形成する工程と、
上記構造体が形成された上記原盤を用いて、上記構造体が転写された光学素子を作製する工程と
を備え、
上記潜像の形成工程では、上記潜像が、上記原盤表面において複数列のトラックをなすように配置されるとともに、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、
上記構造体の転写の工程は、
シロキサン樹脂を含む樹脂層を基体上に形成する工程と、
上記樹脂層に上記原盤を押し付け、上記原盤の構造体を転写する工程と
を備え、
上記原盤の表面に対する上記構造体の充填率が、65%以上である、反射防止機能を有する、反射防止機能を有する光学素子の製造方法。
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