JP4463033B2 - 感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法 - Google Patents
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(1)干渉露光により形成される干渉縞の明暗は、SRGの谷山の部位と対応する(SRGは干渉縞とπシフトの位相関係にある)。すなわち、干渉により光強度が強められた明るい部分から暗い部分に物質移動が起こり、SRGが形成される。
(2)SRGは、膜を形成する高分子材料のガラス転移温度(Tg)よりも低い温度領域で形成可能である。すなわち、本来、可動性の乏しい温度領域下(高分子材料のTgよりも低く、マクロ的にはガラス状態の温度領域下)で、ミクロ的な流動を伴った物質移動が起こり、SRGが形成される。
(3)SRGの山〜谷の部位(山の頂部〜谷の底部)の高さは、照射光のエネルギー(光強度×照射時間)に比例して最初は増大するが、高分子膜の厚みにしたがって、ある照射エネルギー以上で飽和する。
(4)SRGの形成は、照射光の偏光状態に強く依存しており、直線偏光の照射光においては、s−偏光よりも、p−偏光の方が効率よく起こる。
(5)使用される高分子の分子量が大きいほど、SRGの形成の効率は低下する。これは、高分子の絡み合いの程度が物質移動に影響を及ぼしているためである。
(6)形成されたSRGは、重ね書きが可能であり、追記録時においても既存のSRGのパターンはそのまま保存される。
(7)形成されたSRGは、使用されている高分子材料のTg以上に加熱したり、適当な偏光条件の均一な光照射を行ったりすることによって消去可能である。
本発明において、釣鐘型凸状構造部を形成する際に用いられている感光性高分子膜は、感光性機能を有する高分子(「感光性高分子」と称する場合がある)により形成された膜である。このような感光性高分子としては、感光性機能を発揮する基又は部位を有する高分子であれば特に制限されないが、例えば、分子内にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有する高分子(「アゾベンゼン骨格含有高分子」と称する場合がある)を好適に用いることができる。すなわち、アゾベンゼン骨格を含む基又は部位は、感光性機能を発揮する基又は部位として利用されている。感光性高分子は単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
本発明では、前記感光性高分子膜の表面に、パルスレーザー光を、マスクを介さずに干渉露光させている。前記パルスレーザー光としては、前記感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域のパルスレーザー光であることが重要である。従って、パルスレーザー光としては、感光性高分子の種類、または、感光性高分子における感光性機能を発揮する基又は部位の種類などに応じて、その波長領域を適宜選択することができる。特に、光源から発光されるパルスレーザー光の波長が、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域でなくても、パルスレーザー光の照射に際して、多光子吸収過程を利用することにより、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させることが可能となる。具体的には、光源から発光されるパルスレーザー光を集光して、集光されたパルスレーザー光を照射すると、多光子の吸収(例えば、2光子の吸収、3光子の吸収、4光子の吸収、5光子の吸収など)が生じ、これにより、光源から発光されるパルスレーザー光の波長が、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域でなくても、感光性高分子膜には、実質的に、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域のパルスレーザー光が照射されたことになる。このように、干渉露光するパルスレーザー光は、実質的に、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域となるパルスレーザー光であればよく、照射条件などにより、その波長を適宜選択することができる。すなわち、パルスレーザー光としては、例えば、多光子吸収過程を利用しない場合、光源から発光されるパルスレーザー光の波長が高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域であるパルスレーザー光を用いることができ、多光子吸収過程を利用する場合、光源から発光されるパルスレーザー光の波長が高分子膜に感光性機能を発揮させる波長の整数倍の波長を有するパルスレーザー光を用いることができる。
アゾベンゼン誘導体(アゾベンゼン骨格含有モノマー成分)として、4−(N,N−ジヒドロキシエチルアミノ)−4´−ニトロアゾベンゼン(Disperse Red 19;DR19)を用い、該DR19と、トリレン−2,4−ジイソシアネートとを共重合させ、側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子(アゾベンゼン骨格側鎖含有高分子)を調製し、感光性高分子を得た。この感光性高分子を、N,N−ジメチルアセトアミドに溶解させ、濃度が0.16重量%の溶液を調製した。この溶液を、清浄な表面を有するガラス基板上に、70℃でキャストして、厚さが約800nm(0.8μm)の感光性高分子膜を形成した。
実施例1と同様の感光性高分子膜、2光束干渉露光装置を用いて、2光束干渉露光時間を40秒(照射ショット数:400ショット)としたこと以外は、実施例1と同様にして2光束干渉露光を行ったところ、感光性高分子膜の表面に、誘起構造部として、SRG構造を経由して形成された釣鐘型凸状構造を有している釣鐘型凸状構造部(SRG構造経由釣鐘型凸状構造部)が形成された。
実施例1と同様の感光性高分子膜、2光束干渉露光装置を用いて、2光束干渉露光時間を60秒(照射ショット数:600ショット)としたこと以外は、実施例1と同様にして2光束干渉露光を行ったところ、感光性高分子膜の表面に、誘起構造部として、SRG構造を経由して形成された釣鐘型凸状構造を有している釣鐘型凸状構造部(SRG構造経由釣鐘型凸状構造部)が形成された。
実施例1と同様の感光性高分子膜、2光束干渉露光装置を用いて、2光束干渉露光時間を100秒(照射ショット数:1000ショット)としたこと以外は、実施例1と同様にして2光束干渉露光を行ったところ、感光性高分子膜の表面に、誘起構造部として、SRG構造を経由して形成された釣鐘型凸状構造を有している釣鐘型凸状構造部(SRG構造経由釣鐘型凸状構造部)が形成された。
実施例1と同様の感光性高分子膜、2光束干渉露光装置を用いて、2光束干渉露光時間を5秒(照射ショット数:50ショット)としたこと以外は、実施例1と同様にして2光束干渉露光を行ったところ、感光性高分子膜の表面に、誘起構造部として、SRG構造部が形成された。
実施例1と同様の感光性高分子膜、2光束干渉露光装置を用いて、2光束干渉露光時間を10秒(照射ショット数:100ショット)としたこと以外は、実施例1と同様にして2光束干渉露光を行ったところ、感光性高分子膜の表面に、誘起構造部として、SRG構造部が形成された。
実施例1〜4および比較例1〜2において、干渉露光された感光性高分子膜について、その表面に形成された誘起構造の形状を、装置名「Nano Scope III」[デジタルインスツルメント社製;AFM(原子間力顕微鏡)]を用いて観察し、また、その誘起構造の高さの評価を行った。さらに、干渉露光された感光性高分子膜の回折効率(%)を、図4で示されるように、半導体レーザー(波長:635nm)を光源として測定した。これらの評価又は測定の結果は表1に示した。
実施例1と同様の感光性高分子膜、レーザー光源を用いて、1光束垂直入射(θ=0)の露光条件で、500μJの照射の照射光強度(単位面積当たりの照射光強度は15.9mJ/cm2)を有する直線偏光性のp−偏光を、露光時間:20秒(照射ショット数は200ショット)で照射したところ、感光性高分子膜の表面に誘起構造部として、図13で示されるような表面レリーフグレーティング構造(SRG構造)が形成された。
実施例1と同様の感光性高分子膜、レーザー光源を用いて、1光束垂直入射(θ=0)の露光条件で、500μJの照射の照射光強度(単位面積当たりの照射光強度は15.9mJ/cm2)を有する直線偏光性のp−偏光を、露光時間:30秒(照射ショット数は300ショット)で照射したところ、感光性高分子膜の表面に誘起構造部として、図14で示されるような表面レリーフグレーティング構造(SRG構造)が形成された。
実施例1と同様の感光性高分子膜、レーザー光源を用いて、1光束垂直入射(θ=0)の露光条件で、500μJの照射の照射光強度(単位面積当たりの照射光強度は15.9mJ/cm2)を有する直線偏光性のp−偏光を、露光時間:50秒(照射ショット数は500ショット)で照射したところ、感光性高分子膜の表面に誘起構造部として、図15で示されるような表面レリーフグレーティング構造(SRG構造)が形成された。
実施例1と同様の感光性高分子膜、レーザー光源を用いて、1光束垂直入射(θ=0)の露光条件で、500μJの照射の照射光強度(単位面積当たりの照射光強度は15.9mJ/cm2)を有する円偏光を、露光時間:30秒(照射ショット数は300ショット)で照射したところ、感光性高分子膜の表面に誘起構造部として、図16で示されるような表面レリーフグレーティング構造(SRG構造)が形成された。なお、該SRG構造は、部分的な渦巻き状構造を含んでいる。
実施例1と同様の感光性高分子膜、レーザー光源を用いて、1光束垂直入射(θ=0)の露光条件で、500μJの照射の照射光強度(単位面積当たりの照射光強度は15.9mJ/cm2)を有する円偏光を、露光時間:50秒(照射ショット数は500ショット)で照射したところ、感光性高分子膜の表面に誘起構造部として、図17で示されるような表面レリーフグレーティング構造(SRG構造)が形成された。なお、該SRG構造は、部分的な渦巻き状構造を含んでいる。
2a は光源
2b ND(ニュートラルデンシティ)フィルター
2c λ/2板(1/2波長板)
2d KTP結晶
2e BBO結晶
2f 355nm波長ミラー
2g 532nm波長ミラー
2h λ/2板(1/2波長板)
2i プレートポーラライザー
2j 532nm波長ミラー
2k ミラー
2l ハーフミラー
2m ミラー
2n ミラー
3 感光性高分子膜
4a ミラー2mにより反射されたパルスレーザー光
4b ミラー2nにより反射されたパルスレーザー光
5 誘起構造部
θ パルスレーザー光(4a,4b)の入射角度
Λ 感光性高分子膜3に形成された誘起構造部の間隔
6 釣鐘型凸状構造部
7 レーザーダイオード
7a レンズ
8 感光性高分子膜(釣鐘型凸状構造部を有する感光性高分子膜)
9a フォトダイオード
9b フォトダイオード
Claims (9)
- 感光性機能を有する高分子膜の表面に、釣鐘型凸状構造部を形成させる方法であって、感光性機能を有する高分子膜の表面に、該高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域の、p−偏光性の偏光特性を有しているパルスレーザー光を、マスクを介さずに干渉露光させることにより、表面レリーフグレーティング構造を経由して形成された釣鐘型凸状構造を有している釣鐘型凸状構造部を、前記高分子膜の位置の回転や干渉露光の方向の回転を行うことなく形成させることを特徴とする感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。
- 感光性機能を有する高分子膜が、光異性化、フォトリフラクティブ性、光架橋性または光分解性により感光性機能を発揮させることができる高分子膜である請求項1記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。
- 感光性機能を有する高分子膜が、側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子により形成されている請求項1又は2記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。
- 側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子が、ヒドロキシル基を少なくとも2つ有するアゾベンゼン系色素と、ヒドロキシル基に対する反応性官能基を少なくとも2つ有するモノマー成分との重合体である請求項3記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。
- 高分子膜の厚さが、100ナノメートル以上である請求項1〜4の何れかの項に記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。
- 釣鐘型凸状構造部の高さが、80ナノメートル以上である請求項1〜5の何れかの項に記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。
- パルスレーザー光が、パルス幅が500μ秒以下のパルスレーザー光である請求項1〜6の何れかの項に記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。
- パルスレーザー光が、光強度が10mW/cm2〜1W/cm2である請求項1〜7の何れかの項に記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。
- 感光性機能を有する高分子膜の表面に形成された釣鐘型凸状構造部が、高分子膜の背面から入射された光に対して集光機能を発揮することができる請求項1〜8の何れかの項に記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。
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