JP6808155B2 - 母型の製造方法 - Google Patents
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Description
前記高屈折率媒質と前記光硬化材料膜の界面における所定領域に、前記高屈折率媒質側から複数の光束を、互いに異なる入射方向で且つ臨界角以上の入射角度で照射し、それにより発生した複光束干渉エバネッセント波により前記所定領域近傍の前記光硬化材料膜を硬化させることとを含む凹凸パターンを有する母型の製造方法が提供される。
前記金属層から前記凹凸パターンを有する母型を剥離することを含むモールドの製造方法が提供される。
凹凸パターンを有する母型の製造方法の実施形態について説明する。凹凸パターンを有する母型の製造方法は、図1に示すように、主に、高屈折率媒質上に光硬化材料を供給して光硬化材料膜を形成する工程S1と、高屈折率媒質と光硬化材料膜の界面の所定領域に複数の光束(光波)を照射する工程S2とを有する。
まず、高屈折率媒質上に光硬化材料を供給して光硬化材料膜(低屈折率媒質)を形成する(図1の工程S1)。光硬化材料は光により硬化する材料であり、例えばJSR社製KC1162、KC104等を用いることができる。高屈折率媒質は、光硬化材料の屈折率よりも大きい屈折率を有する。高屈折率媒質として、例えばOhara社製S−LAH79、Schott社製SF6、N−SF66、サファイア等からなるプリズム、固体浸レンズ等を使用することができる。高屈折率媒質上に光硬化材料を供給する方法としては、任意の方法を用いてよく、例えば、バーコート法、スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、ダイコート法、インクジェット法などの任意の塗布方法を使用することができる。
次に、高屈折率媒質と光硬化材料膜の界面における所定領域に、高屈折率媒質側から複数の光束を、互いに異なる入射方向で且つ臨界角以上の入射角度で照射する(図1の工程S2)。なお、本願において、複数の光束の入射方向が異なるとは、複数の光束においてそれらの入射角及び方位角の少なくとも一方が異なることを意味する。ここで、方位角とは、光束の進行方向(光線ベクトル)を高屈折率媒質と光硬化材料膜の界面に投影したときの、投影された光束の進行方向の該界面の法線まわりの角度を意味する(例えば、図7の角度φ1)。
上述した凹凸パターンを有する母型の製造方法に用いる製造装置の一実施形態を図3に示す。図3の製造装置100は、主に、初期光束300を放射するレーザ光源110と、高屈折率媒質であるプリズム130と、初期光束300を3つの光束330、370、390に分岐させてプリズム130に入射させる分岐光学系150と、CCDカメラ170とを備える。プリズム130の光束入射側と反対側の表面には光硬化材料膜210が形成されている。分岐光学系150で生成された3つの光束330、370、390は、プリズム130に入射し、プリズム130と光硬化材料膜210の界面230に照射される。
凹凸パターンを有する母型の製造方法に用いる製造装置の別の実施形態を図4に示す。図4の製造装置500は、主に、初期光束700を放射するレーザ光源510と、液体ライトガイド530と、リレー光学系550と、フィルタ560と、光硬化材料を充填するための容器590と、高開口数対物レンズ586と、CCDカメラ570とを備える。
上記の製造方法により製造される凹凸パターンを有する母型から、凹凸パターン転写用のモールドを製造することができる。後述するように、このモールドの凹凸パターンを転写することにより、光学基板等の別の部材を製造することができる。このような凹凸パターンを有する母型から製造されるモールドには、金属モールド及びフィルム状の樹脂モールド等が含まれる。樹脂モールドを構成する樹脂には、天然ゴム又は合成ゴムのようなゴムも含まれる。そのようなモールドの製造方法を以下に説明する。
上述の製造方法で製造した凹凸パターン転写用のモールドを用いたナノインプリント法により、凹凸パターンを有する部材を製造することができる。そのような部材として光学基板を例に挙げ、以下にその製造方法を説明する。光学基板の製造方法は、主に、無機材料の前駆体溶液を調製する溶液調製工程、調製した前駆体溶液を基板に塗布する塗布工程、凹凸パターンを有するモールドを基板上の塗膜(前駆体膜)に押し付けながら塗膜を硬化させることにより、塗膜に凹凸パターンを転写する転写工程、凹凸パターン転写用のモールドを押し付ける押圧工程、モールドが押し付けられた塗膜を仮焼成する仮焼成工程、モールドを塗膜から剥離する剥離工程、及び塗膜を本硬化する硬化工程を有する。このような製造方法により製造される光学基板は、モールドの凹凸パターンが転写された凹凸構造層を備える。
無機材料からなる凹凸構造層を形成する場合、無機材料の前駆体溶液を調製する。無機材料としては、例えば、シリカ、SiN、SiON等のSi系の材料、TiO2等のTi系の材料、ITO(インジウム・スズ・オキサイド)系の材料、ZnO、ZnS、ZrO2、Al2O3、BaTiO3、SrTiO2等の無機材料が挙げられる。
−Si(R1)(R2)−N(R3)−
式中、R1、R2、R3は、各々水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基またはアルコキシ基を表す。
上記のように調製した無機材料の前駆体溶液を基板上に塗布する。基板としては、特に制限されず、公知の透明基板を適宜利用することができる。例えば、ガラス等の透明無機材料からなる基板;ポリエステル(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、ポリアリレート等)、アクリル系樹脂(ポリメチルメタクリレート等)、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、スチレン系樹脂(ABS樹脂等)、セルロース系樹脂(トリアセチルセルロース等)、ポリイミド系樹脂(ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂等)、シクロオレフィンポリマー等の樹脂からなる基板;などを利用することができる。
次いで、凹凸パターン転写用のモールドを用いて、塗膜に凹凸パターンを形成する。モールドとして、上述したフィルム状モールドや金属モールドを用いることができるが、柔軟性または可撓性のあるフィルム状モールドを用いることが望ましい。この際、押圧ロールを用いてモールドを前駆体膜に押し付けてもよい。押圧ロールを用いたロールプロセスでは、プレス式と比較して、モールドと塗膜とが接する時間が短いため、モールドや基板及び基板を設置するステージなどの熱膨張係数の差によるパターンくずれを防ぐことができること、前駆体膜中の溶媒の突沸によってパターン中にガスの気泡が発生したり、ガス痕が残ったりすることを防止することができること、基板(塗膜)と線接触するため、転写圧力及び剥離力を小さくでき、大面積化に対応し易いこと、押圧時に気泡をかみ込むことがないことなどの利点を有する。また、モールドを押し付けながら基板を加熱してもよい。押圧ロールを用いてモールドを塗膜(前駆体膜)に押し付ける例として、図5に示すように押圧ロール122とその直下に搬送されている基板40との間にフィルム状モールド140を送り込むことでフィルム状モールド140の凹凸パターンを基板40上の塗膜64に転写することができる。すなわち、フィルム状モールド140を押圧ロール122により塗膜64に押し付ける際に、フィルム状モールド140と基板40を同期して搬送しながら、基板40上の塗膜64の表面をフィルム状モールド140で被覆する。この際、押圧ロール122をフィルム状モールド140の裏面(凹凸パターンが形成された面と反対側の面)に押しつけながら回転させることで、フィルム状モールド140と基板40が進行しながら密着する。なお、長尺のフィルム状モールド140を押圧ロール122に向かって送り込むには、長尺のフィルム状モールド140が巻き付けられたフィルムロールからそのままフィルム状モールド140を繰り出して用いるのが便利である。
凹凸が形成された塗膜(凹凸構造層)からモールドを剥離した後、凹凸構造層を本硬化してもよい。本製造方法では、本焼成により凹凸構造層を本硬化させることができる。ゾルゲル法によりシリカに転化する前駆体を用いた場合、凹凸構造層を構成するシリカ(アモルファスシリカ)中に含まれている水酸基などが本焼成によって脱離して、凹凸構造層がより強固となる。本焼成は、200〜1200℃の温度で、5分〜6時間程度行うのが良い。この時、凹凸構造層がシリカからなる場合、焼成温度、焼成時間に応じて非晶質または結晶質、または非晶質と結晶質の混合状態となる。なお、硬化工程は必ずしも行う必要はない。また、前駆体溶液に紫外線などの光を照射することによって酸やアルカリを発生する材料を添加した場合には、凹凸構造層を焼成する代わりに、例えばエキシマUV光等の紫外線に代表されるエネルギー線を照射することによって、凹凸構造層を本硬化することができる。
図7に示すように、入射角をθ1、x軸の正方向からのz軸周りの角度(方位角)をφ1として第1の光束330をxy平面に照射した場合、第1の光束330の電場の波(電場ベクトル)E1は下記式(2)で表される。式(2)中のT1(偏光を考慮した振幅)、k1(波数ベクトル)及びr(位置ベクトル)は、それぞれ下記式(3)、(4)、(5)で表される。cは光速、λは波長、ωは角周波数(ω=2πc/λ)、ε1は初期位相、A1は電場振幅、kは真空中の波数(k=2π/λ)、n1は高屈折率媒質の屈折率、n2は光硬化材料の屈折率を表している。
(θ1,θ2,θ3)=(70°,70°,60°)、(φ1,φ2,φ3)=(0°,180°,330°)とした以外は実施例1と同様にして、三光束干渉エバネッセント波の強度分布の時間平均を求めた。得られた三光束干渉エバネッセント波の強度分布の時間平均を図8(c)、(d)に示す。本実施例において、三光束干渉エバネッセント波の強度分布の時間平均は、定在波の腹が連なった尾根の上に斜めに波形状を刻むような形状の分布を有していた。
(θ1,θ2,θ3)=(80°,80°,60°)、(φ1,φ2,φ3)=(0°,180°,0°)とした以外は実施例1と同様にして、三光束干渉エバネッセント波の強度分布の時間平均を求めた。得られた三光束干渉エバネッセント波の強度分布の時間平均を図8(e)、(f)に示す。本実施例の三光束干渉エバネッセント波は、定在波の振幅が連続的に変化しており、うなりが発生していた。本実施例の三光束干渉エバネッセント波の強度分布の時間平均は、図8(e)、(f)に示すように、一空間周期中に互いに値の異なる極大値を含んでいた。
50 界面、 60 凹凸構造層、 64 塗膜、 70 光束
90 エバネッセント光、 92 第1電極、 94 有機層
98 第2電極、100、500 凹凸パターンを有する母型の製造装置
101 封止部材、103 封止接着剤層、110 レーザ光源
130 高屈折率媒質、140 モールド、150 分岐光学系
200 発光素子、210 光硬化材料膜、230 界面
300 初期光束、330 第1の光束、370 第2の光束
390 第3の光束、400 光学基板
Claims (9)
- 光硬化材料を該光硬化材料より高い屈折率を有する高屈折率媒質上に供給して光硬化材料膜を形成することと、
前記高屈折率媒質と前記光硬化材料膜の界面における所定領域に、前記高屈折率媒質側から複数の光束を、互いに異なる入射方向で且つ臨界角以上の入射角度で照射し、それにより発生した複光束干渉エバネッセント波により前記所定領域近傍の前記光硬化材料膜を硬化させることとを含む凹凸パターンを有する母型の製造方法。 - さらに、前記光硬化材料膜の未硬化の部分を除去することを含む請求項1に記載の凹凸パターンを有する母型の製造方法。
- 前記複数の光束が3つの光束である請求項1又は2に記載の凹凸パターンを有する母型の製造方法。
- 前記複光束干渉エバネッセント波の強度分布の時間平均が、一空間周期中に互いに値の異なる極大値又は極小値を含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の凹凸パターンを有する母型の製造方法。
- 前記凹凸パターンが、一周期中に互いに高さの異なる凸部又は凹部を含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の凹凸パターンを有する母型の製造方法。
- 同心円状に配列された複数の光透過部を有するフィルタを用いて、前記複数の光束を発生させる請求項1〜5のいずれか一項に記載の凹凸パターンを有する母型の製造方法。
- 前記フィルタにより、前記複数の光束の光量、及び/又は前記複数の光束が前記所定領域へ入射する方位角を制御する請求項6に記載の凹凸パターンを有する母型の製造方法。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の凹凸パターンを有する母型の製造方法により製造された前記母型の前記凹凸パターン上に電鋳により金属層を積層することと、
前記金属層から前記凹凸パターンを有する母型を剥離することを含むモールドの製造方法。 - 請求項8に記載のモールドの製造方法により得られたモールドの凹凸パターンを転写することを含む凹凸パターンを有する部材の製造方法。
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