JP6599633B2 - 金型及びその製造方法、並びに光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、金型及びその製造方法、並びに光学素子に関するものである。

ナノインプリント等のインプリント技術では、凹凸パターンが形成された凹凸パターン形成面を有する金型が用いられる。そのような金型の製造方法として、種々の形成方法によって形成られた凹凸パターンを有するマスターモールドを用いて複数のレプリカモールドを複製し、タイルを並べるようにしてレプリカモールドを基材上に配列及び位置固定して金型を形成する方法が知られている（例えば特許文献１を参照。）。このような金型の製造方法は、例えばタイリング法と呼ばれている。タイリング法では、隣り合うレプリカモールド間の隙間に例えば光硬化性樹脂等が充填されて、隣り合うレプリカモールド同士が接合される。

タイリング法による金型の製造方法は、形成する金型構造（形状）に制限がない、大面積化寸法に制限がない、円形ロール状の金型にも平面状金型にも展開が可能である、曲面を有する基材の上にレプリカモールドを配列することによって湾曲した金型の形成が可能である、等の利点を有する。

特開２０１４−０８００１７号公報 特開２０１４−２０３０３２号公報

タイリング法による従来の金型の製造方法では、基材上に配置された複数の個別金型が樹脂等で連結された連結部分が形成される。しかし、その連結部分にはパターンが形成されず、外観上のパターンのつなぎ目が目立つという問題があった。

本発明の目的は、パターンのつなぎ目が目立たない金型及びその製造方法並びに光学素子を提供することである。

本発明の実施形態に係る金型は、凹凸パターン形状がそれぞれ転写された複数の凹凸パターン転写領域と、隣り合う上記凹凸パターン転写領域の間の隙間領域に形成された隙間凹凸パターンと、を備えているものである。

本発明の実施形態に係る光学素子は、本発明の実施形態の金型を用いて成形されたものである。

本発明の実施形態に係る金型の製造方法は、凹凸パターン形状が形成された凹凸パターン形成面をそれぞれ有する複数の個別金型を、平坦面の上に、上記凹凸パターン形成面を上記平坦面とは反対側に向けて配置する第１ステップと、上記個別金型が配置されている面に金型層を形成して、上記金型層に複数の上記個別金型の表面形状を転写して、上記個別金型の上記凹凸パターン形成面の表面形状が転写された凹凸パターン転写領域を複数有する上記金型層を形成する第２ステップと、上記金型層から上記個別金型を除去した後、上記金型層に対して、隣り合う上記凹凸パターン転写領域の間の隙間領域に隙間凹凸パターンを形成する第３ステップと、を含む。

本発明の実施形態の金型及びその製造方法並びに光学素子は、パターンのつなぎ目を目立たないようにすることができる。

金型の製造方法の一実施形態の工程を説明するための模式的な断面図である。 金型の製造方法の他の実施形態の工程を説明するための模式的な断面図である。 凹凸パターン転写領域の一配置例を説明するための模式的な平面図である。 凹凸パターン転写領域の他の配置例を説明するための模式的な平面図である。 隙間凹凸パターンの加工例を説明するための模式図である。 四方配列の凹凸パターン転写領域が転写されて成形されるマイクロレンズのピッチと曲率半径を変化させたときの光学素子の光利用効率とモアレ解消効果について調べた結果を示す図表である。 千鳥配列の凹凸パターン転写領域が転写されて成形されるマイクロレンズのピッチと曲率半径を変化させたときの光学素子の光利用効率とモアレ解消効果について調べた結果を示す図表である。

本発明の実施形態の金型において、例えば、上記隙間凹凸パターンは、機械加工技術又は集束イオンビーム加工技術によって形成されたものである。ただし、上記隙間凹凸パターンは、機械加工技術や集束イオンビーム加工技術とは異なる加工技術、例えばレーザー加工技術によって形成されたものであってもよい。

本発明の実施形態の金型において、例えば、複数の上記凹凸パターン転写領域は同じ表面形状を有しているようにしてもよい。ただし、本発明の実施形態の金型は、上記凹凸パターン転写領域として、互いに異なる表面形状を有している領域を含んでいてもよい。

本発明の実施形態の金型において、例えば、上記凹凸パターン転写領域の表面形状は、マイクロレンズアレイの表面形状、マイクロコーナーキューブアレイの表面形状又はラインアンドスペースパターンの表面形状に対応しているようにしてもよい。なお、本発明の実施形態の金型において、上記凹凸パターン転写領域の表面形状はこれらの表面形状に限定されない。

さらに、本発明の実施形態の金型において、例えば、複数の上記隙間凹凸パターンを備え、上記凹凸パターン転写領域の表面形状はマイクロレンズアレイの表面形状に対応し、複数の上記隙間凹凸パターンの表面形状はそれぞれマイクロレンズの表面形状に対応しているようにしてもよい。ただし、本発明の実施形態の金型において、上記隙間凹凸パターンは１つだけ形成されていてもよい。また、上記凹凸パターン転写領域の表面形状と上記隙間凹凸パターンの表面形状は、互いに異なる光学素子の表面形状に対応していてもよい。

さらに、本発明の実施形態の金型において、例えば、複数の上記隙間凹凸パターンとして２種以上のマイクロレンズの表面形状に対応する表面形状を有するものが形成されており、上記凹凸パターン転写領域の表面形状と上記隙間凹凸パターンの表面形状は、その表面形状が転写されて形成されるマイクロレンズの有効径：Ｄ及び焦点距離：ｆが所望の拡散角：２θに対してｔａｎθ＝Ｄ／（２ｆ）を満たし、かつ、Ｆ値：Ｆｎ＝ｆ／Ｄがマイクロレンズごとに略同一になるように設定されているようにしてもよい。ただし、本発明の実施形態の金型において、上記凹凸パターン転写領域の表面形状と上記隙間凹凸パターンの表面形状は、上記関係を満たさない形状であってもよい。また、本発明の実施形態の金型において、複数の上記隙間凹凸パターンは、１種のみのマイクロレンズの表面形状に対応する形状を有するものであってもよい。

さらに、本発明の実施形態の金型において、例えば、上記凹凸パターン転写領域の表面形状は、その表面形状が転写されて形成されるマイクロレンズが、曲率半径：Ｒ１、深さ：ｄ１となるように設定されており、上記隙間凹凸パターンの表面形状は、その表面形状が転写されて形成される２種以上のマイクロレンズが、曲率半径：Ｒ２、深さ：ｄ２となるように設定されており、Ｒ２＝Ｒ１、０.４×ｄ１≦ｄ２≦１.３×ｄ１の関係が満たされているようにしてもよい。

また、本発明の実施形態の金型において、例えば、上記凹凸パターン転写領域の表面形状は、その表面形状が転写されて形成されるマイクロレンズが、曲率半径：Ｒ１、深さ：ｄ１となるように設定されており、上記隙間凹凸パターンの表面形状は、その表面形状が転写されて形成される２種以上のマイクロレンズが、曲率半径：Ｒ２、深さ：ｄ２となるように設定されており、ｄ１＝ｄ２の関係が満たされているようにしてもよい。

なお、本発明の実施形態の金型において、上記隙間凹凸パターンの表面形状が転写されて形成されるマイクロレンズの形状は上記に挙げられたものに限定されない。

また、本発明の実施形態の金型において、例えば、上記凹凸パターン転写領域は格子状に配列されているようにしてもよい。ただし、本発明の実施形態の金型において、上記凹凸パターン転写領域の配列は、格子状の配列に限定されない。例えば、上記凹凸パターン転写領域の配列は、千鳥状の配列であってもよいし、不規則な配列であってもよい。

本発明の実施形態の金型の製造方法は、例えば、上記第１ステップの前に、個別金型原版を用いて同一の上記凹凸パターン形成面を有する複数の上記個別金型を複製する個別金型形成ステップを含み、上記第１ステップにおいて、上記個別金型形成ステップで形成された複数の上記個別金型を用い、上記第２ステップにおいて、同じ表面形状を有する複数の上記凹凸パターン転写領域を上記金型層に形成するようにしてもよい。ここで、上記個別金型形成ステップにおいて、個別金型原版として、１つの個別金型原版のみが用いられてもよいし、同一の表面形状を有する複数の個別金型原版が用いられてもよい。

なお、本発明の実施形態の金型の製造方法において、上記第１ステップにおいて上記平坦面の上に配置される複数の上記個別金型は、上記凹凸パターン形成面の表面形状が互いに異なっているものを含んでいてもよい。例えば、表面形状が互いに異なる２種類以上の個別金型原版を用いて、２種類以上の個別金型が複製されるようにしてもよい。

また、上記個別金型は、金型原版の複製によって形成されたものではなく、例えば写真製版技術や機械加工技術、レーザー加工技術などによって形成されたものであってもよい。

さらに、本発明の実施形態の金型の製造方法は、例えば、上記第３ステップにおいて、上記隙間凹凸パターンを機械加工技術又は集束イオンビーム加工技術によって形成するようにしてもよい。ただし、上記第３ステップにおいて、上記隙間凹凸パターンは機械加工技術や集束イオンビーム加工技術以外の方法によって形成されてもよい。

ところで、タイリング法によって形成される従来の金型では、複数の個別金型が樹脂等で連結された連結部分（つなぎ目ずれパターンと呼ぶ。）が周期的に形成される。周期的なつなぎ目ずれパターンは干渉縞（モアレ）を発生させる。

本発明の実施形態の金型及び金型の製造方法では、隣り合う凹凸パターン転写領域の間の隙間領域に隙間凹凸パターンが形成される。したがって、本発明の実施形態の金型及び金型の製造方法は、周期的なつなぎ目ずれパターンの発生及びそれに起因する干渉縞の発生を防止できる。また、本発明の実施形態の光学素子は、本発明の実施形態の金型を用いて成形されたものなので、上記つなぎ目ずれパターンが転写されて形成される周期的なパターンの発生及びそれに起因する干渉縞の発生を防止できる。

図１は、金型の製造方法の一実施形態の工程を説明するための模式的な断面図である。図１におけるカッコ数字（１）〜（６）は次に説明する工程（１）〜（６）に対応している。図１（６）は、金型の一実施形態を説明するための模式的な断面図である。

（１）個別金型原版１を用いて複数の個別金型３を複製する。複製された個別金型３は、同一の凹凸パターンが形成された同一の凹凸パターン形成面３ａを備えている。個別金型３の凹凸パターン形成面３ａとは反対側の面を裏面３ｂとする。ここで、個別金型原版１は、例えば両面研磨によって平面度及び平行度が確保された基材に対して凹凸パターンが形成されたものであることが好ましい。

個別金型３は例えば樹脂製である。また、凹凸パターン形成面３ａには、後工程で剥離しやすいように、例えばウエット法又はドライ法によってフッ素化剥離剤が予め塗布されている。

凹凸パターン形成面３ａに形成された凹凸パターンは、例えばライン幅が１００ｎｍ程度、スペース幅が１００ｎｍ程度、高さが３００ｎｍ程度のラインアンドスペースパターンである。個別金型３の平面サイズは例えば５ｍｍ×５ｍｍ程度である。個別金型３全体の厚みは例えば０.５ｍｍ程度である。ここで、個別金型３の裏面３ｂは平坦であることが好ましい。また、凹凸パターン形成面３ａと裏面３ｂは平行度が確保されていることが好ましい。

なお、凹凸パターン形成面３ａに形成された凹凸パターンは、ラインアンドスペースパターンに限定されず、例えばインプリント法、特にナノインプリント法で用いることが可能な凹凸パターンであれば、どのような凹凸パターンであってもよい。例えば、そのような凹凸パターンは、マイクロレンズ形状やマイクロコーナーキューブ形状、円柱形状、円錐形状、円錐台形状、多角柱形状、多角錐形状、多角錐台形状、それらの形状がアレイ状に配置された形状などであってもよい。

（２）ベース基板５の平坦面５ａの上に接着層７を形成する。ベース基板５は、例えば厚みが１ｍｍ程度の石英で形成されている。ベース基板５の平坦面５ａは例えばベース基板５が両面研磨されて形成されたものである。接着層７は次の工程（３）で平坦面５ａの上に配置される個別金型３が移動するのを防止するためのものである。接着層７は例えば水溶性粘着剤や感光性材料（レジスト材料）で形成されている。接着層７は、例えば回転塗布法によって均一な厚みで形成されている。接着層７の厚みは例えば０.１〜１.０μｍ程度である。接着層７の表面は平坦面７ａになっている。

（３）接着層７の平坦面７ａの上に複数の個別金型３を配置する。個別金型３は接着層７に押し当てられて配置される。これにより、配列された個別金型３の凹凸パターン形成面３ａの高さ位置はある程度揃っている。個別金型３は上記工程（１）で複製されたものである。個別金型３は、裏面３ｂを平坦面７ａ側に向けて（凹凸パターン形成面３ａを平坦面７ａとは反対側に向けて）平坦面７ａの上に配置される。個別金型３は例えば格子状に配列される。隣り合う個別金型３の間の距離は例えば１０〜３００μｍ程度である。平坦面７ａの上に配置された複数の個別金型３の凹凸パターン形成面３ａの高さ位置は揃っている。凹凸パターン形成面３ａには、後工程で剥離しやすいように、例えばウエット法又はドライ法によってフッ素化剥離剤が予め塗布されている。

（４）個別金型３が配置されている平坦面７ａに、例えばベース基板１１に形成された転写用樹脂材料からなる金型層９を押し当てる。個別金型３の凹凸パターン形成面３ａに金型層９の材料が充填される。隣り合う個別金型３の間にも金型層９の材料が充填される。金型層９に複数の個別金型３の表面形状が転写される。金型層９は、例えば厚みが０.５〜１.０ｍｍ程度の樹脂材料又は感光性レジストで形成されている。

金型層９は、樹脂材料によって形成されたものに限定されず、例えば鍍金処理によって形成されたものであってもよい。ここで、鍍金方法は、例えば電界鍍金や無電解鍍金など、どのような鍍金の種類であってもよい。鍍金方法によって形成される金型層は、例えば厚みが０.５〜３.０ｍｍ程度のニッケルで形成される。なお、金型層の材料はニッケル以外の鍍金金属であってもよい。

（５）金型層９から個別金型３及び接着層７を除去する。これにより、金型層９及びベース基板１１からなる金型１９が形成される。金型層９からの個別金型３の除去は、例えば、接着層７と金型層９の間に先端が尖った金属工具をベース基板１１の外周部全体に挿入してベース基板１１の外周部全体を基板に平行に全体を持ち上げることによって金型層９及びベース基板１１から個別金型３、ベース基板５及び接着層７を剥離することによって行われる。また、金型層９からの個別金型３の除去は、ベース基板５及び接着層７が除去された後、上記工程（３）で使用した（後工程で剥離しやすいように、例えばウエット法又はドライ法によって）フッ素化剥離剤の効果によって容易に剥離することができる。なお、図１（５）での金型層９及びベース基板１１の図は、図１（４）での図に対して上下反転されている。

金型層９に、個別金型３の凹凸パターン形成面３ａの表面形状がそれぞれ転写された複数の凹凸パターン転写領域１３が形成されている。複数の凹凸パターン転写領域１３は、同一の転写パターン形状１３ａ（表面形状）を有している。転写パターン形状１３ａに形成された凹凸パターンは、例えばライン幅が１００ｎｍ程度、スペース幅が１００ｎｍ程度、高さが３００ｎｍ程度のラインアンドスペースパターンである。また、複数の凹凸パターン転写領域１３の転写パターン形状１３ａの高さ位置は、平坦面７ａ上における個別金型３の凹凸パターン形成面３ａの高さ位置が反映されるので、揃っている。

また、金型層９において、隣り合う凹凸パターン転写領域１３の間に、凹凸パターンが形成されていない隙間領域１５が形成されている。また、金型層９の周縁部に、凹凸パターンが形成されていない周縁部領域１７が形成されている。

（６）金型層９に対して、隣り合う凹凸パターン転写領域１３の間の隙間領域１５に隙間凹凸パターン１５ａを形成する。また、金型層９の周縁部の周縁部領域１７に周縁部凹凸パターン１７ａを形成する。隙間凹凸パターン１５ａ及び周縁部凹凸パターン１７ａは、転写パターン形状１３ａに形成された凹凸パターンと同様のパターン形状を有する。例えば、隙間凹凸パターン１５ａ及び周縁部凹凸パターン１７ａは、ライン幅が１００ｎｍ程度、スペース幅が１００ｎｍ程度、高さが３００ｎｍ程度のラインアンドスペースパターンである。なお、金型層９に対して周縁部凹凸パターン１７ａを形成しない構成を含む。

隙間凹凸パターン１５ａ及び周縁部凹凸パターン１７ａは、例えば、集束イオンビーム加工技術による穴あけ加工や薄膜成膜によって形成される。なお、隙間凹凸パターン１５ａ及び周縁部凹凸パターン１７ａの加工方法はこれに限定されず、例えば機械加工であってもよい。

これにより、凹凸パターン転写領域１３に形成された転写パターン形状１３ａ、隙間領域１５に形成された隙間凹凸パターン１５ａ及び周縁部領域１７に形成された周縁部凹凸パターン１７ａを有する金型層９と、ベース基板１１からなる金型１９の形成が完了する。

金型１９は、隣り合う凹凸パターン転写領域１３の間の隙間領域１５に隙間凹凸パターン１５ａを備えているので、外観上のパターンのつなぎ目を目立たないようにすることができる。また、金型１９は、上述のつなぎ目ずれパターンの発生及びそれに起因する干渉縞の発生を防止できる。

金型１９を用いてラインアンドスペースパターンを有する光学素子を形成した。その光学素子において、外観上のパターンのつなぎ目は目立たなかった。金型におけるパターンのつなぎ目は、その金型を用いて成形された光学素子に転写される。金型におけるパターンのつなぎ目が目立っていると、その金型を用いて成形された光学素子においてもパターンのつなぎ目が目立つようになる。このパターンのつなぎ目は光学素子において繋ぎ目ずれパターンの発生防止と干渉縞（モアレ）を発生させる原因になる。

この実施形態の金型１９では外観上のパターンのつなぎ目は目立っていないので、金型１９を用いて成形された光学素子においてもパターンのつなぎ目は目立たない。したがって、金型１９を用いて成形された光学素子は、金型のパターンのつなぎ目に起因する干渉縞の発生を低減することができる。また、金型１９を用いて成形された光学素子は、上述のつなぎ目ずれパターンが転写されて形成される周期的なパターンの発生及びそれに起因する干渉縞の発生を防止できる。

また、その光学素子において、凹凸パターン転写領域１３に対応する領域の高さ位置ばらつきは、０.２μｍ以下であった。このように、複数の凹凸パターン転写領域１３の高さ位置ずれが低減された金型１９が実現された。また、複数の個別金型３を用いて形成された金型１９を用いて成形された光学素子の凹凸パターンの高さ位置ずれを低減することができた。

図２は、金型の製造方法の他の実施形態の工程を説明するための模式的な断面図である。図２におけるカッコ数字（１１）〜（１５）は次に説明する工程（１１）〜（１５）に対応している。図２（１５）は、金型の一実施形態を説明するための模式的な断面図である。図２において、図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

（１１）個別金型原版２１を用いて複数の個別金型２３を複製する。複製された個別金型２３は同一の凹凸パターン形成面２３ａを備えている。個別金型２３の凹凸パターン形成面２３ａとは反対側の面を裏面２３ｂとする。ここで、個別金型原版２１は、例えば両面研磨によって平面度及び平行度が確保された基材に対して凹凸パターンが形成されたものであることが好ましい。

個別金型２３は例えば樹脂製である。凹凸パターン形成面２３ａに形成された凹凸パターンは、例えばマイクロレンズアレイの表面形状に対応している。そのマイクロレンズアレイは、例えば、曲率半径が６２５μｍのマイクロレンズが、３００μｍのピッチで六角緻密（ハニカム状）に、縦方向に５個及び横方向に５個だけ配列されたものである。個別金型２３の平面サイズは例えば２０ｍｍ×２０ｍｍ程度である。個別金型２３全体の厚みは例えば０.５〜１.０ｍｍ程度である。凹凸パターン形成面２３ａには、後工程で剥離しやすいように、例えばウエット法又はドライ法によってフッ素化剥離剤が予め塗布されている。

（１２）図１（２）を参照して説明した上記工程（２）と同様にして、ベース基板５の平坦面５ａの上に接着層７を形成する。図１（３）を参照して説明した上記工程（３）と同様にして、接着層７の平坦面７ａの上に複数の個別金型２３を、凹凸パターン形成面２３ａを平坦面７ａとは反対側に向けて配置する。個別金型２３は上記工程（１１）で複製されたものである。個別金型２３は例えば格子状又は千鳥状に配列される。隣り合う個別金型２３の間の距離は例えば１０〜３００μｍ程度である。平坦面７ａの上に配置された複数の個別金型２３の凹凸パターン形成面２３ａの高さ位置は揃っている。

（１３）個別金型２３が配置されている平坦面７ａに金型層２５を形成する。金型層２５に複数の個別金型２３の表面形状が転写される。金型層２５は、例えば電界鍍金によって形成されたニッケル層である。金型層２５の厚みは例えば０.５〜３.０ｍｍ程度である。

なお、金型層２５は、電界鍍金によって形成されたニッケル層に限定されず、樹脂材料や他の鍍金処理によって形成された金属層であってもよい。ここで、鍍金方法は、例えば電界鍍金や無電解鍍金など、どのような鍍金の種類であってもよい。鍍金方法によって形成される金型層の材料はニッケル以外の鍍金金属であってもよい。

（１４）図１（５）を参照して説明した上記工程（５）と同様にして、金型層２５から個別金型２３を除去する。これにより、金型層２５からなる金型２７が形成される。金型層２５に、個別金型２３の凹凸パターン形成面２３ａの表面形状がそれぞれ転写された複数の凹凸パターン転写領域２９が形成されている。また、金型層９には、隣り合う凹凸パターン転写領域２９の間に、後工程で隙間凹凸パターン３１ａが形成される、凹凸パターンが形成されていない隙間領域３１が形成されている。また、金型層９の周縁部には、凹凸パターンが形成されていない周縁部領域３３が形成されている。なお、図２（１４）での金型層２５の図は、図２（１３）での図に対して上下反転されている。

複数の凹凸パターン転写領域２９は、同一の表面形状を有している。複数の凹凸パターン転写領域２９の表面の高さ位置は、平坦面７ａ上における個別金型２３の凹凸パターン形成面２３ａの高さ位置が反映されるので、揃っている。

複数の凹凸パターン転写領域２９は、同一の転写パターン形状２９ａ（表面形状）を有している。転写パターン形状２９ａに形成された凹凸パターンは、凹凸パターン形成面２３ａに形成されたマイクロレンズアレイの表面形状に対応している。

図３に示されるように、金型層２５において、凹凸パターン転写領域２９が格子状に配列（四方配列）されている場合、隙間領域３１は縦方向及び横方向に配置される。

また、図４に示されるように、金型層２５において、凹凸パターン転写領域２９が千鳥状に配列（千鳥配列）されている場合、隙間領域３１は、例えば縦方向に延伸して配置される。

（１５）金型層２５に対して、隣り合う凹凸パターン転写領域２９の間の隙間領域３１に隙間凹凸パターン３１ａを形成する。また、金型層２５の周縁部の周縁部領域３３に周縁部凹凸パターン３３ａを形成する。なお、本発明の実施形態は、金型層２５に対して周縁部凹凸パターン３３ａを形成しない構成を含む。

これにより、凹凸パターン転写領域２９に形成された転写パターン形状２９ａ、隙間領域３１に形成された隙間凹凸パターン３１ａ及び周縁部領域３３に形成された周縁部凹凸パターン３３ａを有する金型層２５からなる金型２７の形成が完了する。金型２７は、隣り合う凹凸パターン転写領域２９の間の隙間領域３１に隙間凹凸パターン３１ａを備えているので、外観上のパターンのつなぎ目を目立たないようにすることができる。また、金型２７は、上述のつなぎ目ずれパターンの発生及びそれに起因する干渉縞の発生を防止できる。

図５に示されるように、隙間凹凸パターン３１ａは、例えば、バイト３５を用いた切削加工などの機械加工技術によって形成される。周縁部凹凸パターン３３ａも周縁部領域３３において同様に形成される。バイト３５は、例えばプログラミング制御によって加工動作する。例えば、バイト３５は隙間領域３１及び周縁部領域３３から外れた領域でもプログラミングに沿って加工動作をする。図５には、バイト３５による加工形状軌跡３７の例も図示されている。バイト３５は、隙間領域３１及び周縁部領域３３から外れた領域では空加工動作をする。

図３に示されたように、凹凸パターン転写領域２９が四方配列されている場合、隙間凹凸パターン３１ａは、隙間領域３１に沿って縦方向及び横方向に形成される。
また、図４に示されたように、凹凸パターン転写領域２９が千鳥配列されている場合、隙間凹凸パターン３１ａは、隙間領域３１に沿って縦方向（又は横方向）に形成される。
図３と図４を比較すると、四方配列のほうが千鳥配列よりも隙間凹凸パターン３１ａが形成される領域は多くなる。なお、図４において、縦方向に並ぶ凹凸パターン転写領域２９の間の凹凸パターンがない領域に、隙間凹凸パターンを加工するようにしてもよい。

例えば、隙間領域３１に形成される複数の隙間凹凸パターン３１ａ及び周縁部凹凸パターン３３ａは、２種以上のマイクロレンズの表面形状に対応する表面形状を有している。互いに異なる表面形状を有する隙間凹凸パターン３１ａ及び周縁部凹凸パターン３３ａは隙間領域３１及び周縁部領域３３に規則的ではなく不規則に配置される。

さらに、凹凸パターン転写領域２９の転写パターン形状２９ａの表面形状と隙間凹凸パターン３１ａ及び周縁部凹凸パターン３３ａの表面形状は、その表面形状が転写されて形成されるマイクロレンズの有効径：Ｄ及び焦点距離：ｆが所望の拡散角：２θに対してｔａｎθ＝Ｄ／（２ｆ）を満たし、かつ、Ｆ値：Ｆｎ＝ｆ／Ｄがマイクロレンズごとに略同一になるように設定されている（例えば特許文献２を参照。）。

このような金型２７を用いて成形されるマイクロレンズアレイを有する光学素子は、２種以上のマイクロレンズが多数、２次元的に不規則に配置されている面が拡散面として機能する。

一般に、凹凸パターンが規則的に配置されている光学素子は、凹凸パターンが回折格子として作用し、モアレを発生させる。
この実施形態の金型２７を用いて成形される光学素子は、隙間凹凸パターン３１ａ及び周縁部凹凸パターン３３ａの表面形状が転写されて形成される２種以上のマイクロレンズが不規則に配置されていることにより、回折格子としての作用が低減される。したがって、金型２７を用いて成形される光学素子は、モアレの発生を低減できる。なお、金型２７と比較して周縁部凹凸パターン３３ａが形成されておらず、例えば周縁部領域３３が平坦な金型であっても、そのような金型によって成形される光学素子は、金型２７を用いて成形される光学素子と同様の作用及び効果が得られる。

また、該光学素子は、配置されている各マイクロレンズが「ｔａｎθ＝Ｄ／（２ｆ）」を満たしているので、各マイクロレンズの拡散角が一定である。
さらに、該光学素子は、Ｆ値：Ｆｎ（＝ｆ／Ｄ）がマイクロレンズごとに略同一なので、どのマイクロレンズも同じ明るさを有している。

このような構成において、例えば、凹凸パターン転写領域２９の表面形状は、その表面形状が転写されて形成されるマイクロレンズが、曲率半径：Ｒ１、深さ：ｄ１となるように設定されているとする。また、隙間凹凸パターン３１ａの表面形状は、その表面形状が転写されて形成される２種以上のマイクロレンズが、曲率半径：Ｒ２、深さ：ｄ２となるように設定されているとする。

この構成において、第１の態様として、例えば、Ｒ２＝Ｒ１、０.４×ｄ１≦ｄ２≦１.３×ｄ１の関係が満たされている。これにより、１種類のバイトを用いて、２種以上のマイクロレンズの表面形状に対応する表面形状を有する複数種類の隙間凹凸パターン３１ａを形成できる。

また、この構成において、第２の態様として、例えば、ｄ１＝ｄ２の関係が満たされているようにしてもよい。これにより、外観上のパターンのつなぎ目が全くない金型を製作できる。そのような金型を用いて成形された光学素子は、隣り合う上記凹凸パターン転写領域の間の隙間凹凸パターンで形成されるつなぎ目で発生する干渉縞（モアレ）が全く発生しない光学素子を実現できる。さらに、その光学素子は、上述のつなぎ目ずれパターンが転写されて形成される周期的なパターン及びそれに起因する干渉縞が発生しない光学素子を実現できる。したがって、その光学素子を用いて映像が形成されると、映像がきれいに見える。

金型２７を用いてマイクロレンズアレイを有する光学素子を形成した。その光学素子において、外観上のパターンのつなぎ目は目立たなかった。また、その光学素子において、上述のつなぎ目ずれパターンが転写されて形成される周期的なパターン及びそれに起因する干渉縞は発生していなかった。

また、その光学素子において、凹凸パターン転写領域２９に対応する領域の高さ位置ばらつきは０.２μｍ以下であった。このように、複数の凹凸パターン転写領域２９の高さ位置ずれが低減された金型２７が実現された。また、複数の個別金型２３を用いて形成された金型２７を用いて成形された光学素子の凹凸パターンの高さ位置ずれを低減することができた。

図６は、四方配列の凹凸パターン転写領域が転写されて成形されるマイクロレンズのピッチと曲率半径を変化させたときの光学素子の光利用効率とモアレ解消効果について調べた結果を示す図表である。図６において、マイクロレンズピッチ、曲率（曲率半径）、平均配置位置精度、高さ位置ばらつきの単位はμｍである。「ＭＬＡ」とはマイクロレンズアレイを意味している。「六角緻密」とは、金型２７の凹凸パターン転写領域２９に対応する領域においてマイクロレンズがハニカム状に配列されていることを意味している（図３及び図４を参照。）。「四角形配置」とは、金型の凹凸パターン転写領域に対応する領域において、マイクロレンズが碁盤の目状に配列されていることを意味している。「四方配列」とは、凹凸パターン転写領域２９に対応する領域が格子状に配列されていることを意味している（図３を参照。）。「平均配置位置精度」は、凹凸パターン転写領域２９に対応する領域の形成位置ずれ（個別金型の配置位置ずれ）の平均値である。「高さ位置ばらつき」は、凹凸パターン転写領域２９に対応する領域の高さ位置ばらつき（凹凸パターン転写領域の高さ位置ばらつき）の最大値である。

図６において、光利用効率についての評価「◎」は「照射光（入射光）に対して９５％以上の光が画像表示に使用された（設計通りの光利用効率を示す）」を意味する。評価「○」は「９０〜９５％の光が画像表示に使用された」を意味する。評価「×」は「９０％未満の光が画像表示に使用された」を意味する。
また、モアレ解消効果についての評価「◎」は「モアレが観察されなかった」を意味する。評価「○」は「モアレが見る角度によってはわずかに観察された」を意味する。評価「×」は「モアレが観察された」を意味する。

図６の結果から、本発明の実施形態の金型及びその製造方法は、凹凸パターン転写領域の高さ位置ずれを低減できることがわかった。また、金型の隙間領域に隙間凹凸パターンが配置されることにより、「光利用効率」及び「モアレ解消効果」が向上することがわかった。なお、個別金型の配置に用いる装置として、より高精度な装置を用いれば、「平均配置位置精度」を向上させることは可能である。

図７は、千鳥配列の凹凸パターン転写領域が転写されて成形されるマイクロレンズのピッチと曲率半径を変化させたときの光学素子の光利用効率とモアレ解消効果について調べた結果を示す図表である。図７中の語句の意味及び単位は、図６と同じである。なお、「千鳥配列」とは、凹凸パターン転写領域２９に対応する領域が千鳥状に配列されていることを意味している（図４を参照。）。

図７の結果からも、本発明の実施形態の金型及びその製造方法は、凹凸パターン転写領域の高さ位置ずれを低減できることがわかった。また、図６と図７を比較すると、金型の隙間領域に配置される隙間凹凸パターンが減少する（図３及び図４の隙間領域３１を参照。）ことによって、「光利用効率」及び「モアレ解消効果」が低下することがわかった。

以上、本発明の実施形態が説明されたが本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

本発明の実施形態の金型において、該金型が光学素子の成形に用いられるものである場合、凹凸パターン転写領域間の平坦部（凹凸パターンが形成されていない領域）は小さいことが好ましい。成形された光学素子において、該平坦部に対応する領域は、凹凸パターン転写領域が転写された領域と光透過特性が異なり、また回折光の原因になるからである。

また、本発明の実施形態の金型及びその製造方法によって得られる金型は、拡散板の成形に用いられるものに限定されない。本発明の実施形態の金型及びその製造方法によって得られる金型は、他の光学素子、例えば透過型スクリーン、反射型スクリーン、オーバーヘッドディスプレイ等に用いられる中間スクリーンやコンバイナ、反射防止構造を有するシートや構造体などの成形に適用可能である。また、本発明の実施形態の金型及びその製造方法によって得られる金型は、光学素子以外の構造体の成形にも適用可能である。

１，２１ 個別金型原版
３，２３ 個別金型
３ａ，２３ａ 凹凸パターン形成面
５ａ，７ａ 平坦面
９，２５ 金型層
１３，２９ 凹凸パターン転写領域
１５，３１ 隙間領域
１９，２７ 金型
１５ａ，３１ａ 隙間凹凸パターン

Claims (7)

1. 凹凸パターン形状がそれぞれ転写された複数の凹凸パターン転写領域と、
   隣り合う前記凹凸パターン転写領域の間の隙間領域に形成された複数の隙間凹凸パターンと、を備えており、
   前記凹凸パターン転写領域の表面形状はマイクロレンズアレイの表面形状に対応し、
   複数の前記隙間凹凸パターンの表面形状はそれぞれマイクロレンズの表面形状に対応しており、
   複数の前記隙間凹凸パターンとして２種以上のマイクロレンズの表面形状に対応する表面形状を有するものが形成されており、
   前記凹凸パターン転写領域の表面形状と前記隙間凹凸パターンの表面形状は、その表面形状が転写されて形成されるマイクロレンズの有効径：Ｄ及び焦点距離：ｆが所望の拡散角：２θに対してｔａｎθ＝Ｄ／（２ｆ）を満たし、かつ、Ｆ値：Ｆｎ＝ｆ／Ｄがマイクロレンズごとに略同一になるように設定されている、金型。
2. 前記凹凸パターン転写領域の表面形状は、その表面形状が転写されて形成されるマイクロレンズが、曲率半径：Ｒ１、深さ：ｄ１となるように設定されており、
   前記隙間凹凸パターンの表面形状は、その表面形状が転写されて形成される２種以上のマイクロレンズが、曲率半径：Ｒ２、深さ：ｄ２となるように設定されており、
   Ｒ２＝Ｒ１、０.４×ｄ１≦ｄ２≦１.３×ｄ１の関係が満たされている、請求項１に記載の金型。
3. 前記凹凸パターン転写領域の表面形状は、その表面形状が転写されて形成されるマイクロレンズが、曲率半径：Ｒ１、深さ：ｄ１となるように設定されており、
   前記隙間凹凸パターンの表面形状は、その表面形状が転写されて形成される２種以上のマイクロレンズが、曲率半径：Ｒ２、深さ：ｄ２となるように設定されており、
   ｄ１＝ｄ２の関係が満たされている、請求項１に記載の金型。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の金型を用いて成形された光学素子。
5. 凹凸パターン形状が形成された凹凸パターン形成面をそれぞれ有する複数の個別金型を、平坦面の上に、前記凹凸パターン形成面を前記平坦面とは反対側に向けて配置する第１ステップと、
   前記個別金型が配置されている面に金型層を形成して、前記金型層に複数の前記個別金型の表面形状を転写して、前記個別金型の前記凹凸パターン形成面の表面形状が転写された凹凸パターン転写領域を複数有する前記金型層を形成する第２ステップと、
   前記金型層から前記個別金型を除去した後、前記金型層に対して、隣り合う前記凹凸パターン転写領域の間の隙間領域に隙間凹凸パターンを形成する第３ステップと、を含む金型の形成方法。
6. 前記第１ステップの前に、個別金型原版を用いて同一の前記凹凸パターン形成面を有する複数の前記個別金型を複製する個別金型形成ステップを含み、
   前記第１ステップにおいて、前記個別金型形成ステップで形成された複数の前記個別金型を用い、
   前記第２ステップにおいて、同じ表面形状を有する複数の前記凹凸パターン転写領域を前記金型層に形成する、請求項５に記載の金型の製造方法。
7. 前記第３ステップにおいて、前記隙間凹凸パターンを機械加工技術又は集束イオンビーム加工技術によって形成する、請求項５又は６に記載の金型の製造方法。

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