JP2008070556A - 光学部材の製造方法および光学部材成形用型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細な凹凸形状を容易に施すことができる、光学部材の製造方法および光学部材成形用型の製造方法を提供すること。
【解決手段】樹脂フィルム表面に、投影マスクを介して、レーザー光を照射して樹脂表面をレンズ形状にエッチングする光学部材の製造方法であって、該投影マスクが、段階的に大きさが異なる複数の透光部分又は遮光部分を形成してなるものであり、該樹脂フィルム及び／又は投影マスクを順次移動させて、該投影マスクの透光部分又は遮光部分で、レーザー光照射を行ない、複数回エッチングによりレンズ形状に加工することを特徴とする光学部材の製造方法、並びに該光学部材の製造方法を用いた光学部材成形用型の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロレンズシート、集光シート、光拡散シートなどの光学部材の製造方法、およびこれらの光学部材を成形するための型の製造方法に関する。

マイクロレンズなどの光学部材は、例えば、マイクロレンズのパターンのレジストを石英基板上に形成して、レジストと石英基板を同時にドライエッチングする方法（特許文献１）、プラスチック内部へレーザーを照射して、微小突起を***させる方法（特許文献２）などが知られている。
特開２００５−１０４０３号公報 特開２００４−１３３００１号公報

しかしながら、上記のような、従来の製造方法では、光学部材における微細な凹凸レンズ形状の加工をすることが容易ではなく、また、微細な凹凸を高さ（深さ）方向に精度よく形成することが困難であった。さらに凹凸レンズ形状の成形用型の製造も前記同様に困難であるという欠点があった。

本発明は、微細な凹凸形状を容易に施すことができる、光学部材の製造方法および光学部材成形用型の製造方法を提供することを課題とする。

本発明の要旨は、
[１] 樹脂フィルム表面に、投影マスクを介して、レーザー光を照射して樹脂表面をレンズ形状にエッチングする光学部材の製造方法であって、該投影マスクが、段階的に大きさが異なる複数の透光部分又は遮光部分を形成してなるものであり、該樹脂フィルム及び／又は投影マスクを順次移動させて、該投影マスクの透光部分又は遮光部分で、レーザー光照射を行ない、複数回エッチングによりレンズ形状に加工することを特徴とする光学部材の製造方法、
[２] 樹脂フィルム表面に、投影マスクを介して、レーザー光を照射して樹脂表面をレンズ形状にエッチングする光学部材成形用型の製造方法であって、該投影マスクが、段階的に大きさが異なる複数の透光部分又は遮光部分を形成してなるものであり、該樹脂フィルム及び／又は投影マスクを順次移動させて、該投影マスクの透光部分又は遮光部分で、レーザー光照射を行ない、複数回エッチングによりレンズ形状に加工することを特徴とする光学部材成形用型の製造方法、に関する。

本発明の光学部材の製造方法および光学部材成形用型の製造方法によると、微細な凹凸レンズ形状を容易に加工することができるという効果が奏される。

本発明は、樹脂フィルム表面に、投影マスクを介して、レーザー光を照射して樹脂表面をレンズ形状にエッチングする光学部材の製造方法であって、該投影マスクが、段階的に大きさが異なる複数の透光部分又は遮光部分を形成してなるものであり、該樹脂フィルム及び／又は投影マスクを順次移動させて、該投影マスクの透光部分又は遮光部分で、レーザー光照射を行ない、複数回エッチングによりレンズ形状に加工することを特徴とする光学部材の製造方法に関する。

前記特徴を有する本発明の光学部材の製造方法によれば、深さ（高さ）方向への形状が制御でき、微細な凹凸型のレンズ形状を形成することができる。

本発明に使用される樹脂フィルムは、エッチング加工されるプラスチックフィルムであれば、その材質に特に制限はないが、レーザー光の種類に対して、そのレーザー光の波長の吸収があるものを選択する事が好ましく、例えばポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ABS樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シリコーン系樹脂等を用いることができる。これらの樹脂のうち耐熱性、耐薬品性、及び紫外域のレーザー加工性に優れるポリイミド系樹脂を用いることがさらに好ましい。

また、樹脂フィルムは、加工時のハンドリング・加工表面のフラット性等を考え、厚さ１０〜２００μｍ程度のものを用いるのが好ましい。この場合、ガラス板、金属板等に貼りあわせて使用してもよく、またスピンコート、塗工方式等により該ガラス板、金属板等に塗布し使用してもよい。

本発明の投影マスクは、レーザー光が通過する所望の形状の透光部分、又はレーザー光を遮断する所望の形状の遮光部分を持ち、順次透光部分又は遮光部分サイズを変更する事により深さ方向への形状がコントロールできる設計であれば、その形状は円、矩形、多角形等を問わない。その透光部分又は遮光部分の数も任意に選択すればよく、実質的な解像性（分解能、階調）及びステージ移動による誤差を考慮した場合、５〜１００個とする事が好ましい。さらに透光部分又は遮光部分は、投影マスク上に等間隔に並んでいることが好ましく、さらに直線上に並んでいることが好ましい。透光部分又は遮光部分の直径は、投影像（樹脂フィルム）の直径及び集光レンズによって異なる。即ち、投影像（樹脂フィルム）上での最大直径が好ましくは１〜３００μｍ、より好ましくは１〜１００μｍ、さらに好ましくは１〜１０μｍとなるように、透光部分又は遮光部分の直径が設計されるのが望ましい。また、投影マスクの材質は、金属又は合金のみから成るもの（メタル投影マスク）或いは石英ガラス上に金属を蒸着し、金属被膜されたもの（蒸着・被膜メタル投影マスク）等が好ましい。石英ガラス上に金属を蒸着し、金属被膜する場合、レーザー光に対する耐久性あるいは解像力の観点から、クロム蒸着・アルミ蒸着・モリブデン蒸着・誘電体多層被膜等が特に好適である。前記遮光部分は、メタル投影マスクの場合、マスク上に穴が開いていない部分、又は蒸着・被膜メタル投影マスクの場合、蒸着・被膜された部分であって、レーザー光が通過できない部分が遮光部分に相当することになる。前記透光部分は、メタル投影マスクの場合、マスク上に穴が開いた部分、又は蒸着・被膜メタル投影マスクの場合、金属蒸着・被覆されていない石英ガラスの部分であって、レーザー光が通過できる部分が透光部分となる。ここで石英ガラスは紫外光をほぼ１００％透過させることが可能である。

投影マスクの透光部分及び遮光部分の作製方法としては、例えば（１）石英ガラスに金属クロムを蒸着し、（２）さらに金属クロム層の上に露光用のレジストを塗布し、（３）露光又はレーザー光照射にてレジスト層をパターニングしてエッチングし、（４）さらにクロム層をウエットエッチングまたはレーザー照射でエッチングし、（５）最後にレジスト層を剥離することによって透光部分と遮光部分を作製する方法等が挙げられる。また別の例としては、石英ガラスに金属クロムを蒸着し、レーザー光の直接照射によって金属クロム層を切除する作製方法等が挙げられる。

本発明で使用するレーザー光は、エキシマレーザー、YAGレーザー、CO₂レーザー、フェムト秒レーザー、ピコ秒レーザー等が好ましい。特に微細加工を考えた場合、４００nm以下の紫外領域の発振波長を有するレーザー光がさらに好ましい。

レーザー光のエネルギー密度は、特に制限されないが、紫外領域（エキシマレーザー）の場合、樹脂フィルム上で好ましくは１００〜２０００ｍＪ／ｃｍ²、より好ましくは３００〜８００ｍＪ／ｃｍ²である。

本発明の「該樹脂フィルム及び／又は投影マスクを順次移動させて」とは、レーザー光の照射後に投影マスクの透光部分又は遮光部分と、樹脂フィルムとの相方又はいずれか一方を移動させることによって、樹脂フィルム上のレーザー光照射部分（投影像）と投影マスクの透光部分又は遮光部分が、順次、次の位置関係を有することを意味する。あるレーザー光照射時を基準として、レーザー光照射された投影像から見た次の投影マスクの透光部分又は遮光部分は、隣接した透光部分若しくは遮光部分であってもよく、離れた箇所の透光部分若しくは遮光部分であってもよい。その際、移動方法には特に制限はなく、樹脂フィルム、投影マスクのどちらが移動してもよいが、微細な凹凸形状を加工できる方法であるのが好ましい。さらに該移動方法に用いられる方法としては、樹脂フィルムの置かれているステージがＸＹ平面上で移動する方法がより好ましく、より精密な加工のために、該ステージ又はレーザーの集光レンズが１ショットごとに、深さ方向にエッチングされる分だけ、Ｚ軸方向に移動させる方法がさらに好ましい。

さらに本発明の光学部材の製造方法において、集光レンズを好適に用いることもできる。集光レンズは、特に制限はないが、集光レンズは投影マスクと樹脂フィルム間に配置されるのが好ましく、集光倍率として１／１〜１／３０倍が好ましい。実際に設備として使用する場合、投影マスクの大きさとそれに対する加工サイズと加工領域あるいはレーザー光の照射量、強度と投影マスク作製の難易度を考えると１／５〜１／１５倍の集光倍率がより好ましい。

本発明で、例えば１／３０倍の集光倍率を有する集光レンズを用いる場合、投影マスクと投影像（樹脂フィルム）間では、投影像に比べて３０倍の大きさを有する投影マスクの透光部分又は遮光部分が必要になる。さらに、１／５倍の集光倍率を有する集光レンズを用いた場合、投影像に比べて５倍の大きさを有する投影マスクの透光部分又は遮光部分が必要であり、エネルギーは、集光倍率の２乗に反比例することから、投影像（樹脂フィルム）に５００mＪ／ｃｍ^２のエネルギー密度で照射する場合、投影マスクを通過する際のエネルギー密度は２０mＪ／ｃｍ^２で済むことになる。集光レンズが１倍の集光倍率を有する場合は、投影像と投影マスクの透光部分又は遮光部分の大きさは、等倍になり、必要なエネルギー密度も等倍となる。

さらに本発明において、集光レンズを用いる１つの特徴として、投影マスクについての経済的及び精度の観点から、投影マスクの透光部分又は遮光部分の直径、および透光部分又は遮光部分の配置とピッチを容易に作製できることが挙げられる。

本発明において、エッチングされる深さは、特に制限はないが、投影マスク、集光レンズ、レーザーのエネルギー密度、及び樹脂フィルムの観点から、レーザーの１回照射当たり、好ましくは０．０５μｍ〜３μｍ、より好ましくは、０．１μｍ〜１μｍ、さらに好ましくは０．１μｍ〜０．５μｍである。

本発明の光学部材の製造方法によれば、投影マスクが段階的に大きさの異なる透光部分又は遮光部分を有し、該投影マスクを介してレーザー光を照射した場合、最終的にレーザー光照射で加工されるフィルム形状は、投影マスクに設けた所望の形状の透光部分を利用する場合は、凹型となる。一方、投影マスクの光透過部分と光遮光部分を逆転して遮光部分を利用することにより、凸型の加工をすることができる。

本発明は、該光学部材の成形用型の製造方法に関する。特に制限されないが、例えばマイクロレンズシート（成形型）に、熱硬化性樹脂シートをプレスして、熱硬化することにより凸型のマイクロレンズシートを得、凸型のマイクロレンズシートの表面に、スパッタリングによりニッケル薄膜を形成し、さらに、その上に、ニッケル電解めっきをして、凹型の金型を作製すること等が好ましい。そして、該金型に、熱硬化性樹脂シート又は紫外線硬化型樹脂シートをプレスして、熱又は紫外線硬化することにより凸型のマイクロレンズシートを得ることもできる。大量に生産する場合は、型の耐久性を考慮すると樹脂型よりも金型が好ましい。

以下に本発明の光学部材の製造方法および光学部材の成形用型の製造方法を示す図を挙げる。ただし、集光レンズは１／１倍とした時の概略図として示してある。

図１に、本発明の原理を示す。投影マスク１にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの順に大きさが異なる透光部分を形成し、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはその中心が、等間隔で平面上に並んでいる。まず、その投影マスクを介して、１回目のレーザー光２を樹脂フィルム５に照射して、樹脂フィルム表面をエッチングする。

次に、１つの間隔分（送りピッチ３）だけ樹脂フィルムを搭載しているステージを直線方向４に移動して、同様に、第２回目のレーザー光２を樹脂フィルム５に照射して、樹脂フィルム表面をエッチングする。同様にして、図１におけるAの場合は、１つのレンズ部に対して４回レーザーエッチングをすることにより、凹型のレンズ形状が形成される。ただし、第１回目の照射時の、左の３つ（Ａ，Ｂ，Ｃ）は、レンズ加工が行われない。

図２（１）は、図１と同様で、小さい透光部分（Ｄ）から、大きい透光部分（Ａ）へ順にレーザー光照射加工する場合を示し、図２（２）は、逆に、大きい透光部分（Ａ）から、小さい透光部分（Ｄ）へ順にレーザー光照射加工する場合を示している。図２（１）の方が、図２（２）よりも、凹型レンズの球面を滑らかにするためには好ましい。

図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に示すように、（Ａ）において樹脂フィルム５、（Ｂ）において、成形用型としての凹型マイクロレンズシート６、（Ｃ）においては成形型として凹型マイクロレンズシート６を用いた熱硬化性樹脂シートまたは紫外線硬化型樹脂シート７のプレス工程、（Ｄ）においては（Ｃ）において加工された凸型マイクロレンズシート８を示す。

なお、図３では成形用型として凹型の加工を示したが、投影マスクの光透過部分と光遮光部分を逆転することにより、凸型の加工をすることもできる。

凸型マイクロレンズシート８は熱硬化性樹脂シートまたは紫外線硬化型樹脂シート７をプレスして成型することができる。

図４は、本発明で用いる投影マスクパターン９の一例を示す。最大直径が１５０μｍ、最小直径が３０μｍで、１５段階の大きさが異なる光透過部分が左右直線上に並んでいる。そして、その直線上に並んだ光透過部分が１５列千鳥状に配列されている。

以下に本発明の実施例を示すが、これらの実施例のみに限定されるものではない。

厚み１２５μｍのポリイミド樹脂フィルムをガラス板に貼りあわせたものを、ステージ上に設置した。円形にて透光部分の直径を変化させた投影マスクを用意した。該透光部分の直径は、最大直径が１５０μｍ、除々に透光部分が小さくなり、最小直径が３０μｍであった。透光部分の数は２５段階で千鳥状に配列されている。上記投影マスクを介して、２４８ｎｍのエキシマレーザー光（ＬＰＸ２２０ｉ、ラムダフィジック社製）を用いてポリイミド樹脂フィルム上のエネルギー密度が５００ｍＪ／ｃｍ²となるように、ポリイミド樹脂フィルムに照射しエッチングした。投影マスクの下には集光レンズ（集光倍率１／１５）があり、樹脂フィルム上の照射領域が１／１５倍に縮小される。従って、樹脂フィルム表面での照射サイズは、最大直径が１０μｍ、最小直径が２μｍとなる。レーザー照射を１パルス（ショット）照射するごとに、ステージをレンズ１つ分だけ移動し、１つのレンズ部分について２５回照射した。なおステージの移動は、小さな透光部分からエッチングが開始され、大きな透光部分で終了する方向で行った。１回の照射でエッチングされる深さは０．２μｍであり、２５回で５μｍの深さになった。直径が１０μｍ、深さが５μｍである千鳥配列、半球状の凹型のマイクロレンズシートを得た。

投影マスクの透光部分の段階を１５段階に変えた以外は実施例１と同様にして、直径が１０μｍ、深さが３μｍである半球状の凹型のマイクロレンズシートを得た。

投影マスクの最大直径を７５μｍ、透光部分の段階を１５段階に変えた以外は実施例１と同様にして、直径が５μｍ、深さが３μｍである半球状の凹型のマイクロレンズシートを得た。

投影マスクの最大直径を４５０μｍ、透光部分の段階を４０段階に変えて、エキシマレーザー光の照射量を１２００ｍＪ／ｃｍ²に変えた以外は実施例１と同様にして、直径が３０μｍ、深さが１５μｍである半球状の凹型のマイクロレンズシートを得た。

実施例１で得た凹型を、凸型のマイクロレンズシートを成型するための型として使用した。すなわち、実施例１で得たマイクロレンズシート（成形型）に、熱硬化性樹脂シートをプレスして、熱硬化することにより凸型のマイクロレンズシートを得た。

実施例５で得た凸型のマイクロレンズシートを使用して、さらに、凹型のマイクロレンズシートを製造するための金型を作製した。すなわち、実施例５で得た凸型のマイクロレンズシートの表面に、スパッタリングによりニッケル薄膜を形成し、さらに、その上に、ニッケル電解めっきをして、金型を作製した。
そして、その金型に、熱硬化性樹脂シートをプレスして、熱硬化することにより凸型のマイクロレンズシートを得ることができた。

本発明の光学部材の製造方法及び光学部材の成形用型の製造方法は、例えばマイクロレンズシート、集光シート、光拡散シート等に好適に使用される。

図１（１）は、投影マスクを上方から見た図であり、図１（２）は、光学部材の製造工程を示す概念図である。 図２（１）は、投影マスクを小さな透光部分から大きな透光部分の順にレーザー光照射する工程を示す概念図であり、図２（２）は、投影マスクを大きな透光部分から小さな透光部分の順にレーザー光照射する工程を示す概念図である。 図3は、光学部材成形用型の製造工程および成形用型を用いた光学部材の製造工程を示す概念図である。 図４は、投影マスクパターンを示す図である。

符号の説明

１．投影マスク
２．レーザー光
３．送りピッチ
４．ステージ移動方向
５．樹脂フィルム
６．成形用型凹型マイクロレンズシート
７．熱硬化樹脂シートまたは紫外線硬化型樹脂シート
８．凸型マイクロレンズシート
９．投影マスクパターン

Claims (4)

1. 樹脂フィルム表面に、投影マスクを介して、レーザー光を照射して樹脂表面をレンズ形状にエッチングする光学部材の製造方法であって、該投影マスクが、段階的に大きさが異なる複数の透光部分又は遮光部分を形成してなるものであり、該樹脂フィルム及び／又は投影マスクを順次移動させて、該投影マスクの透光部分又は遮光部分で、レーザー光照射を行ない、複数回エッチングによりレンズ形状に加工することを特徴とする光学部材の製造方法。
2. 前記レンズ形状が凹型である、請求項１記載の光学部材の製造方法。
3. 樹脂フィルム表面に、投影マスクを介して、レーザー光を照射して樹脂表面をレンズ形状にエッチングする光学部材成形用型の製造方法であって、該投影マスクが、段階的に大きさが異なる複数の透光部分又は遮光部分を形成してなるものであり、該樹脂フィルム及び／又は投影マスクを順次移動させて、該投影マスクの透光部分又は遮光部分で、レーザー光照射を行ない、複数回エッチングによりレンズ形状に加工することを特徴とする光学部材成形用型の製造方法。
4. 前記レンズ形状が凹型である、請求項３記載の光学部材成形用型の製造方法。
   

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