JP4960249B2 - 表面凹凸の作製方法 - Google Patents

Description

この発明は、材料の表面に微細な凹凸を作製する方法に関し、特に光拡散板、光制御フィルム、マイクロレンズ等の透明な材料の表面に凹凸を有する光学材料の作製に適した表面凹凸作製方法に関する。

各種光学機器やスクリーン、液晶ディスプレイなどの表示装置においては、透過光或いは反射光の出射方向を制御するために表面に微細な凹凸が設けられた光制御フィルムやマイクロレンズなどの光学材料が用いられている。このような光学材料として、単にランダムな凹凸を有するものではなく、光路を制御するために凹部や凸部の形状、間隔等を高精度に規定したものが提案されている（例えば、特許文献１）。

一般に材料の表面を凹凸にする手法としては、表面を形成する層内にマット材を混合するケミカルマット法やエンボス、型押し等が採用されている。しかしケミカルマットではマット材自体に粒子径分布が存在する上に分散された状態も完全に均一ではないため、規則性のある表面形態や高精度に規定された表面形態を形成することはできない。またエンボスや型押しの場合には、凹凸形状によっては型の作製が困難な場合もあるが、一度型が作製されたならばその後は容易に表面凹凸を形成することができるという利点がある。しかし材料の材質や押圧時の圧力などの条件によって同一の型でも形成される表面凹凸は必ずしも同じにはならず、すべての材料で再現性よく凹凸を形成することは困難である。

一方、半導体装置の製造等において一般的な手法であるフォトリソグラフィー法を利用して拡散板やマイクロレンズを製造する方法も提案されている（特許文献２、特許文献３）。特許文献３に記載された技術では、グレースケールマスクパターンを用いることにより、露光によって可溶化するレジストの厚さを制御し、所望の形状の凸部を有するマイクロレンズを製造する手法が開示されている。グレースケールマスクとは、濃淡パターンにより光の透過率分布を形成したマスクで、特許文献３にはマスクフィルムに設けた開口の大きさや開口の数によって透過率を制御したものが記載されている。
国際公開２００４／０２１０５２号公報 特開２００４−２９４７４５号公報 特開２００４−３１００７７号公報

しかし開口の大きさや数で光の透過率を制御するグレースケールマスクでは、ひとつの凸或いは凹部を形成するために小さい領域にピッチや大きさが制御された多数の開口を設ける必要があり、縮小投影型露光装置を用いた場合でも、マスクとしては非常に精密な加工が要求される。また凹凸の形状を段差のない連続的な曲面とするためには複数種のマスクを用いて多重露光を行う必要があり、凹凸形成工程が煩雑になる。

そこで本発明は、グレースケールマスクを用いることなく、通常のフォトマスクを用い、容易且つ高精度に所望の凹凸形状を形成することが可能な方法を提供することを目的とする。

本発明の表面凹凸の作製方法は、材料の表面に微細な凹凸を作製する方法であって、感光性樹脂組成物からなる感光膜の一方の側に、光透過部と光不透過部とを有するマスク部材を前記感光膜に対し間隔を持って配置するステップ、当該マスク部材側に配置された光源から光を照射し、前記マスク部材の光透過部を通して前記感光膜を露光するステップ、および前記感光膜の露光部或いは未露光部を現像により除去し、前記感光膜に露光部或いは未露光部の形状で決まる凹凸を作製するステップを含み、前記露光するステップにおいて、露光条件を制御し、前記露光部或いは未露光部の形状を制御することを特徴とする。

本発明の表面凹凸の作製方法において、露光条件は、例えば、光源とマスク部材の遮光面との距離および／または光源の大きさを含む。なおマスク部材の遮光面とは、遮光パターンが形成された面をいう。
また本発明の表面凹凸の作製方法において、好適には、光源の大きさをＤ、光源の中心を通る法線（中心を通り、マスク部材に垂直な線）がマスク部材の遮光面と交わる点と光源中心との距離をＬとしたとき、θ＝2tan^-1（Ｄ/2Ｌ）で定義される角度θ（以下、視直径という）の最大値が０°を超え３０°以下となるように制御する。ここで光源の大きさＤとは、被照射側から見た光出射面の大きさ（単位は長さ）を意味し、被照射側から見た光出射面が円形の場合は、大きさＤはその円の直径、円形以外の形状の場合はその形状の最大長さである。

本発明の表面凹凸の作製方法において、例えば光源の形状は円形である。
また本発明の表面凹凸の作製方法は、マスク部材を配置するステップにおいて、マスク部材と感光膜との間隔を制御するステップを含む。

また本発明の表面凹凸の作製方法は、感光膜が、露光により硬化するネガ型の感光性樹脂組成物からなることを特徴とする。
また本発明の表面凹凸の作製方法は、マスク部材の遮光面と感光膜との間隔を、その間に存在する媒体の屈折率で除した値を、２ｍｍ以下とすることを特徴とする。
また本発明の表面凹凸の作製方法は、感光膜が、実質的に透明な基材上に形成され或いは密着して設置され、基材側から露光されることを特徴とする。

また本発明の表面凹凸の作製方法は、露光するステップの後、前記マスク部材に面した前記感光膜の面を他の基材に貼り合わせた後、現像し当該基材に凹凸表面を作製することを特徴とする。

さらに本発明の表面凹凸の作製方法は、表面に微細な凹凸が形成された型を用いて、前記型に形成された表面凹凸と逆の凹凸を表面に有する部材を作製する方法であって、前記型が、上述した表面凹凸の作製方法により作製した型であることを特徴とする。

また本発明の表面凹凸の作製方法は、表面に微細な凹凸が形成された型を用いて、前記型に形成された表面凹凸と逆の凹凸を表面に有する部材を作製する方法であって、前記型が、上述した表面凹凸の作製方法により作製した第１の型を用いて作製した第２の型であり、前記部材に第１の型と同じ凹凸を形成することを特徴とする。

また本発明の表面凹凸の作製方法は、表面凹凸が形成された材料が、光拡散板、光制御フィルム、マイクロレンズ等の光学材料であることを特徴とする。
本発明において、光は可視光のみならず紫外線や遠紫外線も含む。

以下、本発明の概念を説明する。
製版等の一定の膜厚の凹凸を形成することを目的とするフォトリソグラフィーでは、マスクパターンを正確に再現するために露光に用いる光は平行光線であることが条件となる。従来のグレースケールマスクを用いた表面凹凸形成方法でも平行光線であることを前提に、マスク側の光透過率を制御することにより露光部の露光量に分布を与えている。

また凸部の高さ（膜厚）が高い特殊な凹凸形状の形成において、露光不足や現像不足を防止するために透明な基板上にレジストを形成し、基板側（背面）から露光する手法も提案されているが（特許文献４）、一般には光の回折によりレジスト露光部のエッジ形状が崩れるのを防止するためにマスクはレジストと密着するように置かれる。
特開２０００−１０３０６２号公報

これに対し本発明の表面凹凸作製方法では、マスクと感光膜（レジスト）を密着させるのではなく、間隔をもってマスクを配置し、当該マスクを介して感光膜に光を当て、マスクからレジストの光入射面との距離に応じて生じる光の回折及び光源からマスクまでの距離によって生じる光の広がり（平行性のくずれ）を利用し、露光量に分布を与える。すなわち、図１に示すように、マスクを介して平行光を感光膜に光を当てた場合、マスクの開口部分を通過した光は回折を起こし、開口径より若干広がる。光を感光膜が塗布された基材の背面から照射した場合には、基材の厚さに相当するマスクと感光膜との間に距離Ｔに応じて、光の回折により光の広がりは拡大し、光束の周辺部において光量が減少する。

また実際には、光源は大きさを持つため、図２に示すように回折による広がりだけでなく、マスクの開口部に入射する入射光の入射角に相当する光の広がりが重なる。入射光の入射角は、光源の大きさＤと光源とマスクの遮光面との距離Ｌに依存する。このように感光膜に入射される光は、光の広がりにより露光量分布を生じる。そしてこの露光量分布は、マスクと感光膜との間の距離Ｔ、光源の大きさＤ、および光源とマスクとの距離Ｌに依存する。

ここで光源３０の大きさをＤ、光源の中心を通る法線がマスク部材の遮光面と交わる点と光源中心との距離をＬとしたとき、θ＝２tan^-1（Ｄ/2Ｌ）で定義される角度θ（本明細書では、この角度を光源の視直径と呼ぶ。単位は度）を用いると、ＤとＬの２つのパラメータを一つのパラメータで取り扱うことができる。したがって、露光量分布は、マスクと感光膜との距離Ｔ、視直径θに依存する。

一方、光硬化性樹脂（レジスト）が光硬化するために必要な露光量を臨界露光量Ｅcといい、この光硬化性樹脂に所定の露光量Ｅ0を与えた場合の硬化深さＣdと臨界露光量Ｅcには次式の関係があることが知られている。
ここでＤpは、樹脂表面に照射された紫外線光の強度が１／ｅとなる深度（透過深度という）であり樹脂に固有の値である。

したがって露光量分布を生じる光を照射した場合には、その分布に対応して硬化深さ分布を生じることになり、その結果、高さ或いは深さの変化する凸部或いは凹部の形成が可能となる。本発明では、露光量分布を、マスクとレジストとの間の距離Ｔおよび光源の視直径θの２つのパラメータと、光源の条件（光源のエネルギーと形状）とにより制御することにより、所望の表面凹凸の形成を可能にしたものである。

本発明によれば、露光の条件を調整することにより、グレースケールマスクなどを用いることなく所望の凹凸パターンを高精度に作製することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の表面凹凸の作製方法の概要を図３に示す。本発明の表面凹凸の作製方法は、主として、露光することにより硬化或いは可溶化する感光性樹脂組成物からなる感光膜１０を用意するステップ（ａ）と、感光膜１０にマスク２０を介して露光する露光ステップ（ｂ）と、露光後の感光膜１０を現像し、露光部或いは非露光部を除去する現像ステップ（ｃ）とからなる。

露光ステップでは、図３（ｂ）に示すように、感光膜１０に対し、所定の間隔を持ってマスク２０を配置し、光源３０からの光をマスク２０の開口部を通して感光膜１０に照射し、露光する。なお図では感光膜１０は基材４０上に形成されているが、基材４０は必須ではない。現像ステップでは、感光膜１０を現像し、露光部或いは非露光部を除去し、感光膜に露光部或いは未露光部の形状で決まる凹凸１５を作製する。その後、必要に応じて、除去されずに残った感光膜の部分を硬化させる。本発明の表面凹凸の作製方法では、この凹凸の形状を、光源３０の大きさＤ、光源３０の中心を通る光源の法線がマスク２０の遮光面（遮光パターンが形成された面２０ａ）と交わる点と光源中心との距離Ｌ、マスク２０の遮光面と感光膜１０との間隔Ｔを適切に選択することによって制御する。

以下、本発明の表面凹凸作製方法の露光ステップにおける凹凸形状の制御について説明する。

図２に示したように、所定の大きさを持つ光源からの光をマスクの開口を通して感光膜に照射した場合、マスク開口で生じる回折光の広がりは、点光源の光の回折を表したFresnel-Kirchhoffの回折積分（次式（２））を基に求めることができる。
式（２）において、Ｕ(P)は、マスク開口に対して光源とは反対側の任意の点Ｐにおける回折光の振幅、Ａは入射光の振幅、λは回折光の波長、ｒ、ｓは点光源からマスク開口上の特定の点Ｑまでの距離および点Ｑから点Ｐまでの距離をそれぞれ表し、ｋ（＝２π／λ）は波数、cos(n,r)は点光源と点Ｑとを結ぶベクトルとマスク遮光面の法線の余弦、cos(n,s)は点Ｐと点Ｑとを結ぶベクトルとマスク遮光面の法線の余弦である。
任意の点Ｐにおける点光源からの回折光強度は、Ｕ(P)の絶対値を二乗することにより求められる。大きさを持つ光源の場合は、この光源が点光源の集合であるとみなし、それぞれの点光源からの回折光強度を式（２）より求める。これらの点光源はコヒーレントではないため、これらの和が任意の点Ｐの回折強度となる。

光源３０の形状が円であると仮定し、マスク２０と感光膜１０との距離Ｔを変化させたときの感光膜における回折光強度を、上記式（２）を用いて計算した結果を図４に示す。また光源３０の視直径θを変化させたときの計算結果を図５に示す。これらの計算において、マスクの開口は半径２５μｍの円形開口であり、マスク２０と感光膜１０との間（Ｔに相当する部分）には屈折率１．６４の媒体が存在すると仮定している。また図４に結果を示す計算において、光源の視直径は１０度、図５に結果を示す計算において、マスク２０と感光膜１０との距離Ｔは１８８μｍと仮定している。図中、回折光強度は、入射光の強度を１として規格化した数値である。なお図４及び図５では、マスクの開口の中心から半分のみを示している。

図４に示すように、マスク２０と感光膜１０との距離Ｔが小さいほど回折光の広がりが少ないため、均一な露光量となるのに対し、距離Ｔが大きくなるにつれ回折光の広がりは大きくなり、光束の周辺部で光量が緩やかに減少する。また図５に示すように、視直径θが小さいほど回折光の広がりが少ないため、均一な露光量となるのに対し、視直径θが大きくなるにつれ回折光の広がりは大きくなり、光束の周辺部で光量が緩やかに減少する。

このような光量の分布は、前述の式（１）で示されるように、露光によって不溶化或いは可溶化する感光膜１０の深度（Ｃd）と相関するので、距離Ｔ及び／または視直径θを調整することにより、露光およびその後の現像によって形成される凹凸形状を制御することが可能になる。また露光の深度は、露光の光エネルギーに依存するので、光源の光エネルギーを調節することにより、凸部の高さ或いは凹部の深さを制御することが可能になる。

図６に、マスクの開口が円形である場合について、形状及びアスペクト比（凸部の底面の幅に対する高さの比）の異なる凸部の具体例を示す。図示する例では、単一の凸部のみを示しているが、マスクとして多数の微細な開口（光透過部）を設けたものを使用することにより、多数の微細な凸部が形成される。

本発明の凹凸作製方法において、視直径θは好ましくは最大値が０°を超え３０°以下、より好ましくは２０°以下となるように制御する。視直径によらず凹凸を形成することは可能であるが、視直径が小さいほうが高いアスペクト比の凹凸を得ることができる。またマスク２０と感光膜１０との距離Ｔについては、目的とする凹凸形状によっても異なるが、凹凸形状（高さ、底面の幅）がサブミクロンから数百ミクロンのオーダーである場合、マスク２０と感光膜１０との間に介在する媒体の屈折率をｎとしたとき、Ｔ/ｎが２ｍｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上、１ｍｍ以下であることがより好ましい。間隔Ｔを屈折率ｎで除したのは、屈折率が高いほど波数（式（２）のｋ）が大きくなるからであり、同一の光の広がり効果を得るためには、波数が同じである必要があるからである。同じ凹凸形状の設計において、例えば屈折率が低い媒体が介在する場合には、高屈折率媒体が介在する場合よりも間隔（材料の厚み）を薄くすることになる。また２種以上の媒体が存在する場合には、各媒体の厚みをｔ１、ｔ２・・・、屈折率をｎ１，ｎ２・・・としたとき、ｔ１/ｎ１+ｔ２/ｎ２+・・が上記範囲を満たせばよい。また間隔は一定である必要はなく、目的とする凹凸の分布に応じて、１次元方向或いは２次元方向に傾斜を付けたり、間隔自体に位置に応じて変化を与えることも可能である。

なおマスクの開口については、円形に限らず、任意の形状とすることができる。例えば、マスクの開口がスリット状の場合には、細長い形状の凸部となる。また凹凸の配列やピッチは、マスクに形成された開口の配列、ピッチによって決まる。

このように本発明の表面凹凸作製方法では、露光ステップにおいて、マスク２０と感光膜１０との距離Ｔ及び／または視直径θ並びに光源の光エネルギー（露光量）を調整することによって、凸部或いは凹部の断面形状およびそのアスペクト比（凸部の底面の幅に対する高さの比）を制御することができる。具体的には、実施例で示すが、凸部或いは凹部の底面の大きさは、マスクの開口径が同じであれば、視直径θが大きいほど大きい。アスペクト比は、露光量および距離Ｔの条件が同じであれば、視直径θが大きいほどが小さく、また視直径θおよび距離Ｔの条件が同じであれば、露光量が小さいほど小さい。

現像ステップでは、感光膜を構成する感光性樹脂組成物を溶解する溶媒を現像液として用い、感光膜の、露光によって不溶化した部分以外の部分を除去する（ネガ型）。或いは露光によって可溶化した部分を除去する（ポジ型）。いずれの場合にも、基材上に形成された感光膜の表面（基材と反対側の面）を現像し、当該表面に微細な凸部を形成することができる。その後、必要に応じて、除去されずに残った感光膜の部分をさらに硬化させる。

次に本発明の凹凸作製方法の実施に用いる材料について説明する。
感光膜１０は単一のフィルムとして作製したものでもよいが、露光ステップにおいて感光膜１０とマスク２０との間隔を保つために、基材４０の上に塗布・乾燥することによって形成したものか、基材４０の上に密着して設置したものを用いることが好ましい。基材４０上に形成する場合、感光膜１０は、固体でも液状でもよい。基材４０の、感光膜１０が形成された面と反対側の面（以下、裏面という）にマスク２０を密着させることにより、基材４０の厚みで決まる間隔Ｔが、感光膜１０とマスク２０との間に形成される。或いは基材４０の裏面に光透過性の材料からなるフィルムやシートを介在させてマスク２０を密着させることにより、基材４０と介在させたフィルムの厚みの合計の厚みで決まる間隔Ｔが、感光膜１０とマスク２０との間に形成される。

感光膜１０を形成する感光性樹脂組成物としては、一般にフォトリソグラフィーの分野で用いられるレジストや光硬化性樹脂を用いることができる。光によって不溶化或いは可溶化する樹脂として、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、アクリル酸系樹脂、エポキシ系樹脂などに、ケイ皮酸残基、カルコン残基、アクリル酸残基、ジアゾニウム塩残基、フェニルアジド残基、o-キノンアシド残基、クマリン残基、２，５−ジメトキシスチルベン残基、スチレルピリジン残基、α―フェニルマレイミド、アントラセン残基、ピロン残基などの感光基を導入した感光性ポリマーが挙げられる。

また光硬化性樹脂としては、光の照射によって架橋硬化する光重合性プレポリマーを用いることができる。光重合性プレポリマーとしては、エポキシ系アクリレート、ポリエステル系アクリレート、ポリウレタン系アクリレート、多価アルコール系アクリレート等のアクリル基を有する樹脂、ポリチオールポリエン樹脂等が挙げられる。光重合性プレポリマーは単独でも使用可能であるが、架橋硬化性、架橋硬化膜の硬度を向上させるために、光重合性モノマーを加えてもよい。光重合性モノマーとしては、２−エチルヘキシルアクリレート、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、ブトキシエチルアクリレート等の単官能アクリルモノマー、１、６−ヘキサンジオールアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールアクリレート等の２官能アクリルモノマー、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、トリメチルプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート等の多官能アクリルモノマー等の１種若しくは２種以上が使用される。

感光性樹脂組成物は、上述した感光性ポリマー或いは光重合性プレポリマーおよび光重合性モノマーの他、必要に応じ、光重合開始剤や紫外線増感剤等を添加してもよい。光重合開始剤としては、ベンゾインエーテル系、ケタール系、アセトフェノン系、チオキサントン系等のラジカル型光重合開始剤、ジアゾニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム塩、トリアリールビリリウム塩、ベンジルピリジニウムチオシアネート、ジアルキルフェナシルスルホニウム塩、ジアルキルヒドロキシフェニルスルホニウム塩、ジアルキルヒドロキシフェニルホスホニウム塩等や複合系のカチオン型光重合開始剤等を用いることができる。

感光膜は、表面凹凸を形成した後にそのまま光拡散フィルム、光制御フィルム等の光学フィルムに用いる場合には、高光透過性を有する材料を用いることが好ましい。このような材料として、上述した感光性樹脂のうち、特にアクリル系樹脂が好ましい。感光膜に形成される凹凸を型として利用する場合、或いは表面凹凸が形成された部材の用途によっては、感光膜は着色されていてもよい。

感光膜１０の厚みは、特に限定されず、形成しようとする凸部の高さ（凹部の深さ）よりも厚いものであればよい。

基材４０としては、露光に用いる光に対する透過性がある材料であれば特に限定されず、ガラスやプラスチックからなる板或いはフィルム等を使用することができる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアリレート、アクリル、アセチルセルロース、ポリ塩化ビニル等のプラスチックフィルム或いはシートが使用でき、寸法安定性の点で、特に延伸加工、特に二軸延伸加工されたものが好ましい。

基材４０の厚みは、上述したように、感光膜１０を露光する場合に、感光膜１０とマスク２０（マスクの遮光パターンが形成された面）との間に最小限の間隔を与えるもので、感光膜１０に形成すべき凹凸形状によって適宜選択される。例えば、凹凸形状（高さ、底面の幅）がサブミクロンから数百ミクロンのオーダーである場合、基材を構成する材料の屈折率をｎとしたとき、Ｔ/ｎが２ｍｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上、１ｍｍ以下であることがより好ましい。同じ凹凸形状の設計において、例えば屈折率が低い材料を用いた場合には、高屈折率材料を用いた場合よりも厚みを薄くすることになる。

マスク２０としては、一般にフォトリソグラフィーの分野で用いられているフォトマスクを用いることができる。感光膜がネガ型の場合には、目的とする形状に対応する微細な開口（孔）が多数形成されたマスク２０を用い、ポジ型の場合には目的とする形状に対応する遮光パターンが形成されたマスク２０を用いる。開口或いは遮光パターンの形状は、例えば、円形や楕円形であるが、それに限定されない。細いスリット状の開口或いは遮光パターンであってもよい。開口或いは遮光パターンの配列は、目的とする凹凸により異なり、ランダムの場合も規則的な配列の場合もある。凸部の底面の形状は、光源が円形の場合、ほぼマスク２０の開口或いは遮光パターンの形状と同様になる。なおマスクの開口の形状が同じであっても、光源の形状が異なると、凸部の底面の形状は異なる。具体的には、開口あるいは遮光パターンの形状が円形の場合、円の直径やＴ/ｎの値にもよるが、光源を楕円とすることにより凸部の底面の形状を楕円とすることができる。
マスクの円形の開口について、開口径を異ならせた場合の凸部断面形状の変化およびマスク直径に対する高さの比（アスペクト比）の変化をそれぞれ図７、図８に示す。

光源３０は、上述した感光性樹脂組成物が反応する波長の光を発生するものであればよい。具体的には、紫外線に反応する感光性樹脂であれば、高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ等のＵＶランプを用いることができる。また光源は、出射する光を均一にするための光拡散板を備えたものが好ましい。
すでに述べたように、本発明において光源３０の大きさは、被照射側から見た光出射面の大きさを意味するが、光源が光拡散板を有する場合は、被照射側から見た場合の光拡散板の光出射面の大きさを意味する。

本発明の表面凹凸作製方法によって表面に微細な凹凸が作製された、硬化後の感光膜（表面凹凸部材という）は、透明である場合には、そのまま光学部材として或いは他の光学部材と組み合わせて用いることができる。或いは図９に示すように、本発明の表面凹凸作製方法によって作製された表面凹凸部材５０を型として、さらに電鋳型６０を作製し、この電鋳型６０を用いて任意の材料で表面凹凸部材と同一表面形状の部材７０を大量生産することも可能である。具体的には、表面凹凸部材５０の表面にスパッタリング等により導電膜６１を形成した後、導電膜の表面に一般的な電鋳法により電鋳層を形成し、表面凹凸部材５０を取り除き、電鋳型６０を作製する。この電鋳型６０に、例えば光硬化性樹脂７１を満たした後、透明なフィルム７２で覆い、フィルム７２を通して光を照射し光硬化性樹脂７１を硬化させることにより、元となった表面凹凸部材５０と同じ凹凸を有する部材７０を作製する。
このような電鋳型６０を用いた場合には、材料の選択の幅が広がるので、目的とする用途（例えば光学部材）に要求される特性の優れた材料を選択して、高精度に凹凸が形成された目的部材を容易に且つ大量に製造することができる。例えば、感光膜として透明な材料を用いることにより、光拡散板、光制御フィルム、マイクロレンズ等の光学材料を作製することができる。

以下、本発明の表面凹凸作製方法の実施例を説明する。
＜実施例1＞
厚み５０μｍおよび１００μｍのポリエステルフィルム（商品名：コスモシャインA4300、東洋紡社、屈折率１．６４）の上に、それぞれレジスト（EKIRESIN PER-800 RB-2203、互応化学工業社）を塗布、乾燥し、膜厚１００μｍの感光膜を形成した。このポリエステルフィルムの感光膜とは反対の面に、直径の異なる複数の円形開口（直径：２０μｍ、４０μｍ）が形成されたクロムマスク（以下、Ｃｒマスク）を遮光面がポリエステルフィルムと接するように配置し、Ｃｒマスク側から以下の条件で露光を行った。

１．露光の条件
露光は、高圧水銀灯を光源とする露光器（ジェットライトJL-2300、オーク製作所社）を用いて行った。
Ｃｒマスクは、光源の中心からの距離が約１ｍになる位置に、光がマスク面へ垂直に入射するように設置した。また、光源の中心とマスクを結ぶ直線に垂直になるよう、１つの円形開口を持つ平らな遮光スクリーンを置いた。ここで、前述の直線と円形開口の中心はほぼ一致させるようにした。さらに、遮光スクリーンの円形開口部分には光拡散フィルムを置き遮光スクリーン開口部が面光源となるようにした。
マスクのＣｒ面から遮光スクリーンまでの距離Ｌを４５０ｍｍとし、遮光スクリーンの円形開口部の直径（開口径）Ｄを変え、視直径を変化させた。表１に視直径と開口径Ｄの関係を示す。

露光量は、３６５ｎｍを中心とした光を積算光量計（UIT-102（受光部：UVD-365PD）、ウシオ電機社）により測定し、８ｍＪ／ｃｍ^２、１５ｍＪ／ｃｍ^２、３０ｍＪ／ｃｍ^２と変化させた。

２．マスク−レジスト間距離（Ｔ）
Ｔ＝５０μｍ（厚み５０μｍのポリエステルフィルムにＣｒマスクを密着させた場合）、Ｔ＝１００μｍ（厚み１００μｍのポリエステルフィルムにＣｒマスクを密着させた場合）、及びＴ＝２００μｍ（厚み１００μｍのポリエステルフィルムとＣｒマスクとの間に、基材と同じポリエステルフィルムを挟んだ場合）の３通りの条件で露光を行った。ポリエステルフィルムの屈折率は１．６４であったため、Ｔを屈折率で除した値はそれぞれ、３０．５μｍ、７０．０μｍ、１２２．０μｍであった。

露光後、現像液（炭酸ナトリウム１％水溶液）で現像し、その後、流水にて水洗、乾燥し基材表面に凹凸が形成された試料を得た。
各露光条件で得られた試料の表面形状を、レーザ顕微鏡（VK-9500、キーエンス社）により測定した。測定された表面形状の中心を通る部分の断面形状を図１０〜図１７に示す。

図１０〜図１２は、それぞれマスク−レジスト間距離（Ｔ）が５０μｍの場合、１００μｍの場合、２００μｍの場合について、マスク開口径と視直径を固定したときの露光量による形状の違いを示す図で、図１３〜図１５は、それぞれマスク−レジスト間距離（Ｔ）が５０μｍの場合、１００μｍの場合、２００μｍの場合について、露光量と視直径を固定したときのマスク開口径による形状の違いを示す図である。
例えば図１０の左上のグラフは、マスク−レジスト間距離（Ｔ）５０μｍ、マスク開口径４０μｍ、視直径５°の条件で露光量を８mJ/cm²、１５mJ/cm²、３０mJ/cm²に変化させた場合の凸部形状の変化を示している。また図１３の左上のグラフは、マスク−レジスト間距離（Ｔ）５０μｍ、露光量３０mJ/cm²、視直径５°の条件で、マスク開口径を２０μｍおよび４０μｍに変化させた場合の凸部形状の変化を示している。

図１０〜図１５に示す結果からわかるように、露光量が多くなるにしたがい、凸部の高さは高くなり、凸部の体積もほぼリニアに増加している。またマスクの開口径が大きくなるにしたがい、凸部の底部の大きさも大きくなるが、傾斜は殆ど変化しない。一方、各図について視直径の異なる場合の結果の比較からわかるように、同じマスク開口径であっても、視直径が異なると凸部の形状、特に傾斜が変化している。例えば、図１２の左端のグラフ（視直径５°）に示された形状と、右端のグラフ（視直径３０°）に示された形状とを比較すると、視直径３０°の場合には傾斜が極めてなだらかな（高さの低い）凸部となることがわかる。この傾向は、マスク−レジスト間距離（Ｔ）が２００μｍの場合（図１２および図１５）に顕著であるが、距離（Ｔ）が５０μｍ、１００μｍの場合にも見られた。

また図１６および図１７は、視直径およびマスク開口径を固定した場合の、マスク−レジスト間距離Ｔの変化による形状の違いを示した図である（図１６はマスク開口径４０μｍφ、図１７はマスク開口径２０μｍφ）。これらの図から、同じ視直径であってもさらにマスク−レジスト間距離Ｔを異ならせることにより凸部の形状を変化させることが可能となることがわかる。すなわち、同じ露光量（ここでは３０ｍＪ／ｃｍ^２）、同じ開口径（例えば４０μｍ）のマスクを用いても、視直径とマスク−レジスト間距離Ｔを変化させることにより、傾斜が急な凸から平坦な凸まで変化させることが可能であることが示された。

＜実施例２＞
厚み１００μｍのポリエステルフィルム（商品名：ルミラーT60、東レ社、屈折率１．６４）の上に、実施例１と同様にレジスト層を形成した。このポリエステルフィルムの感光膜とは反対の面に、直径の異なる複数の円形開口（直径：２０μｍ、４０μｍ）が形成されたＣｒマスクを配置し、Ｃｒマスク側から露光量３０ｍＪ／ｃｍ^２、視直径５度で実施例１と同様に露光を行った。露光終了後、ポリエステルフィルムを剥離し、剥離により露出した感光膜の面を接着剤を介してアルミ板に貼り合わせた。さらにその後、実施例１と同様に現像、水洗、乾燥してアルミ板表面に凹凸が形成された試料を得た。

本実施例で得られた試料の表面形状は、実施例１の同条件により得られた形状とほぼ同じであった。
この結果から、露光後マスクに面した感光膜の面を他の基材に貼り合わせた後、現像することにより他の基材にも凹凸を形成できることが示された。これにより光を透過しない基材であっても、本方法を用いることにより凹凸を形成することが可能となる。

＜実施例３＞
実施例１で作製した試料（視直径１０°、マスク開口径４０μｍ、Ｔ/ｎ３０．５ｃｍ（ポリエステルフィルムの厚み５０μｍ）、露光量３０mJ/cm²の条件で作製した試料）の凹凸表面に、２液硬化型シリコーン樹脂（KE-108、硬化剤CAT-108、信越化学工業社）を流し込み、硬化後凹凸表面を剥離して表面凹凸が形成されたシリコーン樹脂を得た。
本実施例で得られたシリコーン樹脂の表面凹凸は、元となった表面凹凸と逆の凹凸を有する形状であった。

＜実施例４＞
実施例１で作製した試料（視直径１０°、マスク開口径４０μｍ、Ｔ/ｎ３０．５ｃｍ（ポリエステルフィルムの厚み５０μｍ）、露光量３０mJ/cm²の条件で作製した試料）の凹凸表面に、図９に示すように、ニッケル薄膜６１をスパッタリングにより形成し表面を導電化した。この表面に一般的なニッケル電鋳法によりニッケル層６０を形成した。このニッケル層の表面は元となった表面凹凸と逆の凹凸を有する形状であった。さらに、このニッケル層６０を型とし、この型に光硬化性樹脂７１を満たした後、透明なポリエステルフィルム７２で覆い、ポリエステルフィルムを通して光を照射し光硬化性樹脂を硬化させることにより、元となった表面凹凸と同じ凹凸を有する形状をポリエステルフィルム上に形成することができた。

本発明による凹凸形成の原理を説明する図 本発明による凹凸形成の原理を説明する図 本発明の表面凹凸作製方法の一実施形態を示す図 マスクと感光膜との距離による露光量分布の変化を示す図 視直径による露光量分布の変化を示す図 形状およびアスペクト比の異なる凸部の具体例 マスク開口径を異ならせた場合の凸部形状の変化を示す図 マスク開口径とアスペクト比との関係を示す図 本発明の表面凹凸作製方法の他の実施形態を示す図 マスク開口径および視直径を固定した場合の、露光量による凸形状の変化を示す図 マスク開口径および視直径を固定した場合の、露光量による凸形状の変化を示す図 マスク開口径および視直径を固定した場合の、露光量による凸形状の変化を示す図 露光量と視直径を固定したときのマスク開口径による凸形状の違いを示す図 露光量と視直径を固定したときのマスク開口径による凸形状の違いを示す図 露光量と視直径を固定したときのマスク開口径による凸形状の違いを示す図 視直径およびマスク直径を固定した場合の、マスク−レジスト間距離の変化による凸形状の違いを示した図 視直径およびマスク直径を固定した場合の、マスク−レジスト間距離Ｔの変化による形状の違いを示した図

符号の説明

１０・・・感光膜、２０・・・マスク、３０・・・光源、４０・・・基材

Claims (11)

1. 材料の表面に微細な凹凸を作製する方法であって、
   感光性樹脂組成物からなる感光膜の一方の側に、光透過部と光不透過部とを有するマスク部材を前記感光膜に対し間隔を持って配置するステップ、当該マスク部材側に配置された光源から光を照射し、前記マスク部材の光透過部を通して前記感光膜を露光するステップ、および前記感光膜の露光部或いは未露光部を現像により除去し、前記感光膜に露光部或いは未露光部の形状で決まる凹凸を作製するステップを含み、
   前記露光するステップにおいて、露光条件として、光源の中心を通る光源の法線がマスク部材の遮光面と交わる点と光源中心との距離をＬとし、前記光源の大きさをＤ（単位長さ）としたとき、θ＝２ｔａｎ ^−１ （Ｄ／２Ｌ）で定義される角度θの最大値が１０°以上３０°以下となるように前記光源とマスク部材の遮光面との距離および光源の大きさを制御し、前記露光部或いは未露光部の形状を制御することを特徴とする表面凹凸の作製方法。
2. 請求項１に記載の表面凹凸の作製方法であって、
   前記マスク部材の遮光面と前記感光膜との間隔をＴとし、前記マスク部材の遮光面と前記感光膜との間に存在する媒体の屈折率をｎとしたとき、前記Ｔを前記ｎで除したＴ／ｎの値を、前記露光条件としてさらに制御することを特徴とする表面凹凸の作製方法。
3. 請求項１又は２に記載の表面凹凸の作製方法であって、
   前記光源の形状が円形であることを特徴とする表面凹凸の作製方法。
4. 請求項１ないし３いずれか１項に記載の表面凹凸の作製方法であって、
   前記マスク部材を配置するステップにおいて、前記マスク部材と前記感光膜との間隔を制御するステップを含むことを特徴とする表面凹凸の作製方法。
5. 請求項１ないし４いずれか１項に記載の表面凹凸の作製方法であって、
   前記感光膜は、露光により硬化するネガ型の感光性樹脂組成物からなることを特徴とする表面凹凸の作製方法。
6. 請求項２に記載の表面凹凸の作製方法であって、
   前記Ｔ／ｎの値を、２ｍｍ以下とすることを特徴とする表面凹凸の作製方法。
7. 請求項１ないし６いずれか１項に記載の表面凹凸の作製方法であって、
   前記感光膜は、実質的に透明な基材上に形成され或いは密着して設置され、基材側から露光されることを特徴とする表面凹凸の作製方法。
8. 請求項１ないし７いずれか１項に記載の表面凹凸の作製方法であって、
   露光するステップの後、前記マスク部材に面した前記感光膜の面を他の基材に貼り合わせた後、現像し当該基材に凹凸表面を作成することを特徴とする表面凹凸の作製方法。
9. 表面に微細な凹凸が形成された型を用いて、前記型に形成された表面凹凸と逆の凹凸を表面に有する部材を作製する方法であって、
   前記型が、請求項１ないし８いずれか１項記載の表面凹凸の作製方法により作製した型であることを特徴とする表面凹凸の作製方法。
10. 表面に微細な凹凸が形成された型を用いて、前記型に形成された表面凹凸と逆の凹凸を表面に有する部材を作製する方法であって、
    前記型が、請求項１ないし８いずれか１項記載の表面凹凸の作製方法により作製した第１の型を用いて作製した第２の型であり、前記部材に前記第１の型と同じ凹凸を形成することを特徴とする表面凹凸の作製方法。
11. 表面凹凸が形成された材料が、光拡散板、光制御フィルム、マイクロレンズ等の光学材料であることを特徴とする請求項１ないし１０いずれか１項に記載の表面凹凸の作製方法。