JPWO2008117719A1 - 表面凹凸の作製方法 - Google Patents

Abstract

フォトマスクを用い、容易かつ高精度に所望の凹凸形状を形成することが可能な表面凹凸の作製方法を提供する。感光性樹脂組成物からなる感光膜１０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２０を感光膜１０に対し間隔を持って配置し、マスク部材２０の感光膜１０とは反対側に光拡散部材３０を配置する。光拡散部材３０のマスク部材２０とは反対側に配置された光源から光を照射し、光拡散部材３０とマスク部材２０の光透過部を通して感光膜１０を露光する。感光膜１０の露光部或いは未露光部を現像により除去し、感光膜１０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。露光する際に、光拡散部材３０のヘーズなどの露光条件を制御し、露光部或いは未露光部の形状を制御する。

Description

この発明は、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の作製方法に関する。

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拡散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だけでなく、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（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法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光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感光膜の厚みを制御し、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、前記マスク部材の前記感光膜とは反対側に光拡散部材を配置するステップ、前記光拡散部材のマスク部材とは反対側に配置された光源から光を照射し、前記光拡散部材と前記マスク部材の光透過部と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ものである。

また、本発明の表面凹凸の作製方法は、前記露光条件が、前記光拡散部材のヘーズ（ＪＩＳ Ｋ７１３６：２０００）を含むことを特徴とする。

また、本発明の表面凹凸の作製方法は、前記露光条件が、前記マスク部材の遮光面から前記感光膜までの距離を含むことを特徴とする。

また、本発明の表面凹凸の作製方法は、前記感光膜が露光により不溶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、前記感光膜が実質的に透明な第１基材上に形成され或いは密着して設置され、第１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、前記感光膜のマスク部材側の面を第２基材に貼り合わせた後、現像し第２基材に凹凸表面を作製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、前記型として、上述した本発明の表面凹凸の作製方法により作製した型を用い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、前記型として、上述した本発明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の型を用い、前記第１の型と同じ凹凸を表面に有する部材を作製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部材が光学部材であることを特徴とする。

なお、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等の波長の短い光も含む。

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（感光膜）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の作製方法では、平行光線を用いるがマスク部材と感光膜（レジスト）とを密着させるのではなく、間隔をもってマスク部材を配置し、さらにマスク部材の感光膜とは反対側に光拡散部材を配置することにより、光拡散部材によって拡散される光の広がりを利用し、露光量に分布を与えている。そして、光の拡散による光の広がりを光拡散部材のヘーズを調整することによって調整し、露光量分布すなわち露光によって形成される凹凸の形状を制御する。

すなわち、図１および図２に示すように、平行光を光拡散部材３０およびマスク部材２０を介して感光膜１０に当てた場合、平行光は光拡散部材３０で拡散されるため、マスク部材２０の光透過部（開口部）を通過した光は開口径より広がる。この光の広がりは、光拡散部材３０のヘーズＨの値に応じて変化するため、マスク部材の光透過部を通過する光束の周辺部において光量が減少するなどして光量に分布を与える。

そして、光拡散部材３０で拡散された光は、マスク部材２０の光透過部を通過した後、マスク部材２０の遮光面から感光膜１０までの距離Ｔに応じて広がりが拡大し（図１、図２の破線矢印ａ）、光束の周辺部では光束の中央部より単位面積当たりの光量が減少する。また、マスク部材２０の光透過部を通過した光は、マスク部材２０の遮光面から感光膜１０までの距離Ｔに応じて、回折によって広がりを生じ（図１、図２の細かい破線矢印ｂ）、光束の周辺部では光束の中央部より単位面積当たりの光量が減少する。

このように、光は、マスク部材２０の光透過部を通過した後も、回折によって、光束の周辺部では光束の中央部より単位面積当たりの光量が減少するなどして分布が生じる。
最終的に、感光膜１０に到達する光の分布（露光量の分布）は、光拡散部材３０のヘーズＨ、マスク部材２０の遮光面から感光膜１０までの距離Ｔに依存して変化する。

なお光拡散部材３０とマスク部材２０の遮光面との距離ｔについては、平行光線が照射される領域の広さに比べ、その距離ｔとマスク部材２０の光透過部の大きさが十分小さいときには、マスク部材２０の光透過部に入射する光の光量および拡散度合いには影響を与えない。すなわち、図１の状態から図２の状態に距離ｔが変化した場合、図１でマスク光透過部に入射する拡散光ａの強度は、図２で距離ｔが長くなったことにより、距離の２乗に反比例して弱くなるが、図２で開口部に入射する拡散光の範囲が広がることにより打ち消される。つまり、距離ｔが変化しても図１および図２の光透過部通過後の光の状態（光量、拡散度合い）には変化がないことがわかる。

上述のように、感光膜に入射する光の分布（露光量分布）は、光拡散部材のヘーズＨおよびマスク部材の遮光面から感光膜までの距離Ｔに依存する。

一方、光硬化性樹脂（レジスト）が光硬化して不溶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。

Ｃd＝Ｄp×ｌｎ（Ｅ0／Ｅc） ・・・（１）
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、感光性樹脂に固有の値である。

したがって露光量分布を持った光を照射した場合には、その分布に対応して硬化深さに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、光拡散部材のヘーズＨ（以下、単に「ヘーズＨ」という場合もある）を制御することにより、或いは、ヘーズＨと、マスク部材の遮光面から感光膜までの距離Ｔ（以下、単に「距離Ｔ」という場合もある）とを制御することにより、露光量分布を制御し、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、多重露光やグレースケールマスクなどを用いた露光を行う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に光拡散部材３０およびマスク部材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に対して所定の間隔を持ってマスク部材２０を配置するとともに、マスク部材２０の感光膜１０とは反対側に光拡散部材３０を配置した上で、光源からの光を光拡散部材３０およびマスク部材２０の光透過部を通して感光膜１０に照射し、露光する。なお、図では感光膜１０は基材１１上に形成されているが、基材１１は必須ではない。現像ステップでは、感光膜１０を現像し、露光部或いは未露光部を除去し、感光膜１０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（不溶化）させる。本発明の表面凹凸の作製方法では、ヘーズＨによりこの凹凸の形状を制御し、好ましくは、ヘーズＨと距離Ｔとにより、この凹凸の形状を制御する。

光拡散部材のヘーズＨは、目的とする凹凸形状によっても異なる。ヘーズが小さいほうが、露光部のアスペクト比（底面の幅に対する高さの比）を高くすることができる。これにより、露光部が不溶化し凸形状となるネガ型では、高さの高い凸形状が、露光部が可溶化し凹形状となるポジ型では、深さの深い凹形状を得ることができる。

ヘーズには光拡散部材の表面凹凸に起因するヘーズ（以下、「外部ヘーズ」という）と、光拡散部材中のバインダー樹脂と光拡散剤との屈折率差に起因するヘーズ（以下、「内部ヘーズ」という）とがある。外部ヘーズ、内部ヘーズの何れのヘーズを利用するかによって凹凸形状を異ならせることができる。具体的には、外部ヘーズを利用して形成した凸形状では、凸部頂上から裾野の部分に向かって傾きが順次大きくなり、底面の広がりはそれほど大きくない。このためアスペクト比の大きい凹凸形状が得られる傾向にある。一方、内部ヘーズを利用して形成した凸形状では、凸部頂上の傾斜の小さい部分が比較的広く、裾野に向かって傾きが急に大きくなった後、再び傾斜が緩やかとなり、底面が大きく広がっている。このためアスペクト比が小さくなる傾向にある。

したがって、両者を比較すると、外部ヘーズは比較的凸部頂上に近い部分の断面形状を制御しており、内部ヘーズは比較的裾野に近い部分の断面形状を制御しているということがわかる。このような傾向を利用し、目的とする凹凸断面形状に合わせて、外部ヘーズ、内部ヘーズのいずれを用いるか選択することができる。さらに、外部ヘーズおよび内部ヘーズの両者を併用することもでき、その場合は、それぞれの傾向を併せ持った凹凸形状を得ることができる。

マスク部材の遮光面から感光膜までの距離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、マスク部材の遮光面から感光膜まで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。距離Ｔを屈折率Ｎで除したのは、屈折率が高いほど波数が大きくなるからであり、回折によって同一の光の広がり効果を得るためには、波数を同じにする必要があるためである。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距離（材料の厚み）を短くすることになる。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。一方、拡散による光の広がりは図１および図２からも分かるように、距離Ｔに比例し、間に介在する媒体の屈折率には影響されない。したがって、必要な形状を得るには、拡散および回折による光の広がりを考慮し、適宜距離Ｔを調整する。また距離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、距離自体に位置に応じて変化を与えることも可能である。

光拡散部材からマスク部材の遮光面までの距離ｔについては、上述したように、平行光の大きさ（それがマスクに当たる面積）が距離ｔに対し十分大きい場合には、マスク開口部通過後の光の状態に影響しないが、大面積の露光を行う場合に必要な平行光の大きさを小さくするためには、１００ｍｍ程度かそれ以下がよい。

なお、マスク部材の開口については、円形に限らず、任意の形状とすることができる。例えば、マスク部材の開口がスリット状の場合には、細長い形状の凹部または凸部となる。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。

図４〜７にネガ型の感光性樹脂を用い、直径が３０μｍの場合と４０μｍの場合の２種類の円形開口を持つマスク部材を使用して、露光・現像して得た凹凸の断面形状を示す。ここで、図４〜７の縦軸および横軸の単位はいずれも「μｍ」である。なお、これらはいずれも露光量が１００ｍＪ／ｃｍ²、光拡散部材とマスク部材の遮光面との距離ｔは８．３ｍｍである。

図４は、距離Ｔを１００μｍ（Ｔ／Ｎ＝６１μｍ）に固定し、ヘーズＨ（外部ヘーズ）を変化させた場合の凹凸断面形状である。図５は、距離Ｔを１００μｍ（Ｔ／Ｎ＝６１μｍ）に固定し、ヘーズＨ（内部ヘーズ）を変化させた場合の凹凸断面形状である。図６は、ヘーズＨ（外部ヘーズ）を３０％に固定し、距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）を変化させた場合の凹凸断面形状である。また、図７は、ヘーズＨ（内部ヘーズ）を２９％に固定し、距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）を変化させた場合の凹凸形状である。

図４および図５に示すように、外部ヘーズおよび内部ヘーズを用いた光拡散部材のいずれの場合も、距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）を固定してヘーズＨの値を変化させた場合、ヘーズＨの値が大きくなるにつれて光の広がりが大きくなるため、得られる凹凸形状はヘーズＨの値の増加に応じて凹凸の高さが低くなるとともに底面が広がってアスペクト比の低いものとなる傾向にある。

しかし、得られる凹凸の断面形状は外部ヘーズを用いた場合と内部ヘーズを用いた場合とで異なる傾向を示す。外部ヘーズを用いた光拡散部材の場合（図４）は、ヘーズ値Ｈによらず凸部頂上から裾野の部分に向かって斜面の傾きが順次大きくなる傾向にある。一方、内部ヘーズを用いた光拡散部材の場合（図５）は、凸部頂上の傾斜の緩やかな部分がやや広く、裾野に向かって途中から傾斜が急になり、再び傾斜が緩やかとなって底面が大きく広がる傾向がある。また、この傾向はヘーズ値Ｈが大きいほど顕著になっている。

凹凸形状に変化を与えるヘーズ値の範囲としては、外部ヘーズでは３０％から８６％と比較的高いヘーズ値の広い範囲で変化しているのに対し（図示していないが、外部ヘーズ３０％未満の凹凸形状は、外部ヘーズ３０％の凹凸形状と大差がない。）、内部ヘーズではヘーズ値が３０％以下の領域の比較的狭い範囲でも大きく形状が変化している。特に、図４のヘーズ値Ｈ＝３０％と図５のヘーズ値Ｈ＝２９％を比較すると、ほぼ同一のヘーズ値にもかかわらず、外部ヘーズの光拡散部材と内部ヘーズの光拡散部材で得られる形状が大きく異なることがわかる。

図６および図７は、ヘーズ値Ｈを固定して距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）の値を変化させた場合に得られる凹凸の断面形状を示す。外部ヘーズおよび内部ヘーズを用いた光拡散部材のいずれの場合も、距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）が大きくなるにつれて光の広がりが大きくなるため、得られる凹凸形状は距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）の値の増加に応じて凹凸の高さが低くなるとともに底面が広がってアスペクト比の低いものとなる傾向にある。

図６および図７は、それぞれヘーズ値が３０％および２９％とほぼ同一の条件である。外部ヘーズを用いた光拡散部材の場合（図６）は、距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）によらず凸部頂上から裾野の部分に向かって斜面の傾きが順次大きくなる傾向があり、距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）が大きいほど斜面の傾斜が緩やかとなる。これに対して、内部ヘーズを用いた光拡散部材の場合（図７）では、凸部頂上の傾斜の緩やかな部分がやや広く、裾野に向かって途中から傾斜が急になり、再び傾斜が緩やかとなって底面が大きく広がる傾向がある。頂上から裾野の部分の傾斜に関しては、距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）が大きいほど、斜面中央部の傾斜の急な部分が長くなり、また、裾野の傾斜の緩やかな部分の傾斜は緩やかになる傾向にある。ここで図７において、Ｔ＝２５０μｍの凸部の底面がＴ＝１００μｍのそれより小さくなっているが、これは、裾野付近の傾斜の緩やかな部分の光が拡散されすぎたことにより、臨界露光量を下回って感光性樹脂が硬化しなかったことに起因していると考えられる。

図８に、マスク部材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。

このように本発明の表面凹凸の作製方法では、露光ステップにおいて、ヘーズＨ、距離Ｔ、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。

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、透明基材（第１基材）上に形成された感光膜をその基材を通して露光し、その後感光膜の表面（基材と反対側の面）を現像し、当該表面に微細な凹部あるいは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。なお、基材（第１基材）が存在しない場合には、露光ステップの後現像ステップの前に、感光膜の一方の面、例えばマスク部材側の面を他の基材（第２基材）に貼り合わせてもよい。また、基材（第１基材）が存在する場合でも、基材をマスク部材とは反対側になるように設置して感光膜側から露光を行い、露光ステップの後現像ステップの前に、感光膜のマスク部材側の面を他の基材（第２基材）に貼り合わせて、当初の基材（第１基材）を剥離してもよい。

次に本発明の表面凹凸の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、基材（第１基材）１１上に塗布・乾燥することによって形成したものか、基材１１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１１上に形成する場合、感光膜１０は、固体でも液体でもよい。

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−キノンアジド残基、クマリン残基、２，５−ジメトキシスチルベン残基、スチリルピリジン残基、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あげられる。

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あげられる。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−エチルへ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ジアクリレート等の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。また、紫外線増感剤としては、ｎ−ブチルアミン、トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルホスフィン等を用いることができる。

感光膜１０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部材に用いる場合には、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、上述した光硬化性樹脂のうち、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１１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１１の厚みは、図３に示すように、マスク部材２０の遮光面２０ａと感光膜１０との間に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。

光拡散部材３０は、単層からなるものでもよいが、単層のものの作成や取扱が困難な場合は、基材上に光拡散層を形成してもよい。基材はマスク部材の基材として例示したものと同様のものを用いることができる。光拡散部材３０あるいは光拡散層は、球状微粒子とバインダー樹脂とから作製することができる。あるいはマット処理やエンボスやエッチングなどの方法で表面に凹凸を設けたものでも良い。

球状微粒子としては、シリカ、アルミナ、タルク、ジルコニア、酸化亜鉛、二酸化チタンなどの無機系の微粒子、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリウレタン、ベンゾグアナミン、シリコーン樹脂などの有機系の微粒子を使用することができる。特に、球形の形状を得やすい点で有機系の微粒子が好適である。

バインダー樹脂としては、透明であるとともに球状微粒子を均一に分散保持できるものであればよく、固体に限定されず液体や液晶などの流動体であってもよい。但し、光拡散層単体で形状を維持するためには、ガラスや高分子樹脂であることが好ましい。

ガラスとしては、光拡散部材の光透過性が失われるものでなければ特に限定されるものではないが、一般にはケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラスなどの酸化ガラスなどがあげられる。高分子樹脂としては、光拡散部材の光透過性が失われるものでなければ特に限定されず、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルウレタン系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂、ポリウレタンアクリレート系樹脂、エポキシアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、セルロース系樹脂、アセタール系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂などの熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、電離放射線硬化性樹脂などを用いることができる。

球状微粒子を用いずに表面凹凸を形成する場合には、上述したバインダー樹脂と同様の樹脂からなるシート状の部材の表面に、マット処理やエンボスやエッチングを施し、表面に凹凸を形成する。この場合、光拡散部材は、外部ヘーズのみを有し、凹凸の程度を異ならせることによってヘーズを調整することができる。凹凸の程度は、目的とするヘーズによって異なるが、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．５〜３．５μｍの範囲が好ましい。

球状微粒子を用いた光拡散部材３０のヘーズＨは以下のように調整できる。内部ヘーズに関しては、球状微粒子とバインダー樹脂との屈折率差、球状微粒子の平均粒子径、球状微粒子の粒度分布、球状微粒子の含有量、光拡散部材の厚みにより調整できる。また、外部ヘーズは、球状微粒子の平均粒子径、球状微粒子の粒度分布、球状微粒子の含有量、光拡散部材の厚みにより表面凹凸を変化させて調整できる。

マスク部材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１０がネガ型の場合には、目的とするパターンに対応する微細な開口（孔）が多数形成されたマスク部材２０を用い、ポジ型の場合には目的とするパターンに対応する遮光パターンが形成されたマスク部材２０を用いる。開口或いは遮光部は、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部であってもよい。開口或いは遮光部の配列は、目的とするパターンにより異なり、ランダムの場合も規則的な配列の場合もある。凸部または凹部の底面の形状は、マスク部材２０の開口或いは遮光部の形状と同様になる。

光源は、上述した感光性樹脂組成物が感光性を有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組成物であれば、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。

本発明の表面凹凸の作製方法によって表面に微細な凹凸が作製された感光膜（表面凹凸部材という）が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、本発明の表面凹凸の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５１を形成し、導電膜５１の表面に一般的な電鋳法により電鋳層を形成した後、表面凹凸部材５０を取り除き、電鋳型６０とする。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、型に流し込む材料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、実施例により本発明を更に説明する。

［実施例１］
厚み１００μｍのポリエステルフィルム（コスモシャインA4300：東洋紡績社、屈折率１．６４）からなる基材１１の上に、レジスト（EKIRESIN PER-800 RB-2203：互応化学工業社）を塗布、乾燥し、厚み１００μｍの感光膜１０を形成した。

次いで、外部ヘーズ３０％の光拡散部材を有するフィルム（ライトアップTL2：きもと社）を準備した。

次いで、感光膜１０の基材１１と、複数の円形開口が形成されたクロムマスク２０（以下、Ｃｒマスク）の遮光面２０ａとを対向して重ね合わせ、さらにＣｒマスクの遮光面から８．３ｍｍ上方に光拡散部材３０を有するフィルムを設置した後（図１０）、感光膜をＣｒマスク側から以下の条件で露光を行った。なお、Ｃｒマスクは、マスク径３０μｍと４０μｍの２種のＣｒマスクを準備し、それぞれのマスクを用いて露光を行った。

＜露光、現像処理＞
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）を用い光を平行化して行った。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、１００ｍＪ／ｃｍ²とした。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。

［実施例２〜５］
感光膜１０の基材１１となるポリエステルフィルムの厚みおよび光拡散部材３０の外部ヘーズを表１のように変更した以外は、実施例１と同様にして基材表面に凹凸が形成された試料を得た。なお、外部ヘーズ６５％の光拡散部材を有するフィルムとしては、きもと社のライトアップSP6（製品名）を用い、外部ヘーズ８６％の光拡散部材を有するフィルムとしては、きもと社のライトアップDP8（製品名）を用いた。

［実施例６］
光拡散部材を有するフィルムとして、以下の実施例６のフィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして基材表面に凹凸が形成された試料を得た。
厚み５０μｍのポリエステルフィルム（コスモシャインA4300：東洋紡績社）からなる基材の上に、下記処方の光拡散部材塗布液を乾燥後の厚みが５μｍとなるように塗布、乾燥した後、光拡散部材上に同一のポリエステルフィルムをラミネートして、内部ヘーズ５％の光拡散部材３０を形成し、光拡散部材を有するフィルム（実施例６のフィルム）を得た。

＜光拡散部材塗布液＞
・アクリル樹脂 １００部
（アクリディックA-807：大日本インキ化学工業社）
（固形分５０％）
・球状微粒子（シリカ） ３部
（トスパール105：ＧＥ東芝シリコーン社）
（屈折率１．４３、平均粒径０．５μｍ）
・硬化剤 １９．５部
（タケネートD110N：三井化学ポリウレタン社）
（固形分６０％）
・酢酸エチル １００部
・トルエン １００部

［実施例７〜１０］
感光膜１０の基材１１となるポリエステルフィルムの厚みおよび光拡散部材３０の内部ヘーズを表１のように変更した以外は、実施例６と同様にして基材表面に凹凸が形成された試料を得た。なお、実施例７〜１０においてヘーズを１７％、２９％とする際は、実施例６の光拡散部材の厚みを５μｍとしたまま、実施例６の光拡散部材塗布液中の球状微粒子の添加量を、１０部、２３部に変更した。

また、実施例１〜１０の距離Ｔをあわせて表１に示す。また、マスク部材の遮光面から感光膜までの間に介在する媒体の屈折率をＮとした際のＴ／Ｎをあわせて表１に示す。

実施例１〜１０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。図４に実施例１〜３で得られた凹凸形状（図４下段が実施例１、図４中段が実施例２、図４上段が実施例３である）、図６に実施例４、５で得られた凹凸形状（図６下段が実施例４、図６上段が実施例５であり、図６中段には参考として実施例１を示している）、図５に実施例６〜８で得られた凹凸形状（図５下段が実施例６、図５中段が実施例７、図５上段が実施例８）、図７に実施例９、１０得られた凹凸形状（図７下段が実施例９、図７上段が実施例１０であり、図７中段には参考として実施例８を示している）を示す。

実施例１〜３は距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）を固定してヘーズ（外部ヘーズ）Ｈの値を変化させたものである。図４に示すように、実施例１〜３で得られた試料の表面凹凸は、ヘーズＨの値が増加するにつれて光の広がりが大きくなり、凹凸の高さが低くなるとともに裾野が広がっていた。

実施例４、５はヘーズ（外部ヘーズ）Ｈを固定して距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）の値を変化させたものである。図６に示すように、実施例４、５で得られる凹凸形状は、距離Ｔの値が増加するにつれて光の広がりが大きくなり、凹凸の高さが低くなるとともに裾野が広がっていた。

実施例６〜８は距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）を固定してヘーズ（内部ヘーズ）Ｈの値を変化させたものである。図５に示すように、実施例６〜８で得られた試料の表面凹凸は、ヘーズＨの値が増加するにつれて光の広がりが大きくなり、凹凸の高さが低くなるとともに裾野が広がっていた。

実施例９、１０はヘーズ（内部ヘーズ）Ｈを固定して距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）の値を変化させたものである。図７に示すように、実施例９、１０で得られる凹凸形状は、距離Ｔの値が増加するにつれて光の広がりが大きくなり、凹凸の高さが低くなるとともに裾野が広がっていた。しかし、Ｔ＝２５０μｍ（Ｔ／Ｎ＝１５２μｍ）の場合は、裾野の傾斜の緩やかな部分は光が広がりすぎて臨界露光量に達しなかったため、感光性樹脂が十分に硬化することができず、Ｔ＝１００μｍより底面が小さくなった。

［実施例１１］
感光膜１０の基材１１（第1基材）を厚み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）に変更した以外は、実施例１〜１０と同様にして露光までを行った。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１０の面を接着剤を介してアルミ板（第２基材）に貼り合わせた。さらにその後、実施例１〜１０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１０種類の試料を得た。

本実施例で得られた試料の表面形状は、実施例１〜１０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、露光後に、感光膜１０のマスク部材側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１２］
実施例１〜１０で作製した凹凸表面に、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１３］
実施例１〜１０で作製した凹凸表面に、図９に示すように、ニッケル薄膜５１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６０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７２を通して光硬化性樹脂７１を硬化させることにより、元となった表面凹凸と同じ凹凸を有する形状をポリエステルフィルム７２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 本発明の表面凹凸の作製方法の一実施形態を示す図 距離Ｔを固定したときの外部ヘーズＨによる凸形状の違いを示す図 距離Ｔを固定したときの内部ヘーズＨによる凸形状の違いを示す図 外部ヘーズＨを固定したときの距離Ｔによる凸形状の違いを示す図 内部ヘーズＨを固定したときの距離Ｔによる凸形状の違いを示す図 形状およびアスペクト比の異なる凸部の具体例を示す顕微鏡写真 本発明の表面凹凸の作製方法の他の実施形態を示す図 本発明の表面凹凸の作製方法の一工程を示す図

符号の説明

１０・・・感光膜
１１・・・基材
２０・・・マスク部材
３０・・・光拡散部材

Claims (9)

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、前記マスク部材の前記感光膜とは反対側に光拡散部材を配置するステップ、前記光拡散部材のマスク部材とは反対側に配置された光源から光を照射し、前記光拡散部材と前記マスク部材の光透過部と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表面凹凸の作製方法。
2. 請求項１記載の表面凹凸の作製方法であって、前記露光条件が、前記光拡散部材のヘーズ（ＪＩＳ Ｋ７１３６：２０００）を含むことを特徴とする表面凹凸の作製方法。
3. 前記露光条件が、前記マスク部材の遮光面から前記感光膜までの距離を含むことを特徴とする請求項２記載の表面凹凸の作製方法。
4. 請求項１から３いずれか１項記載の表面凹凸の作製方法であって、前記感光膜は、露光により不溶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。
5. 請求項１から４いずれか１項記載の表面凹凸の作製方法であって、前記感光膜は、実質的に透明な第１基材上に形成され或いは密着して設置され、前記第１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。
6. 請求項１から５いずれか１項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、前記感光膜のマスク部材側の面を第２基材に貼り合わせた後、現像し、前記第２基材に凹凸表面を作製することを特徴とする表面凹凸の作製方法。
7. 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、前記型として、請求項１から６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を用いることを特徴とする表面凹凸の作製方法。
8. 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、前記型として、請求項１から６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の型を用い、前記第１の型と同じ凹凸を表面に有する部材を作製することを特徴とする表面凹凸の作製方法。
9. 表面凹凸が形成された部材が光学部材であることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載の表面凹凸の作製方法。

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