JP5065252B2 - 表面凹凸の作製方法 - Google Patents

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部材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部材が用いられている。このような光学部材として、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、前記マスク部材と前記感光膜との間に光拡散層を配置するステップ、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、前記光拡散層のヘーズ（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、前記光拡散層の感光膜側の面から前記感光膜までの距離及び／又は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、前記光拡散層は、球状微粒子とバインダー樹脂とからなり、前記球状微粒子の平均粒子径が、前記マスク部材のマスク径の１／１０以下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、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、前記感光膜のマスク部材側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。

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。

さらに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とともに、前記マスク部材と前記感光膜との間に光拡散層を配置するステップ、前記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むことを特徴とする。

本発明の表面凹凸の作製方法は、一態様として、前記マスク部材の遮光面から前記感光膜までの距離を、感光膜の一次元方向或いは二次元方向に変化させることを特徴とする。或いは、前記光拡散層の感光膜側の面から前記感光膜までの距離を、感光膜の一次元方向或いは二次元方向に変化させることを特徴とする。或いは、前記光拡散層の厚みを、当該光拡散層の一次元方向或いは二次元方向に変化させ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、さらにマスク部材と感光膜との間に光拡散層を配置することにより、光拡散層により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。

すなわち、図１に示すように、マスク部材２０を介して感光膜１０に光を当てた場合、マスク部材２０の開口部分を通過して光拡散層３０に到達した光は拡散され、開口径より若干広がる。そして、光拡散層３０のヘーズＨの値に応じて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などして露光量に分布を与える。

さらに、本発明の表面凹凸の作製方法では、マスク部材の遮光面から感光膜の光入射面との距離に応じて生じる光の回折、および光拡散層で拡散された光の光拡散層の感光膜側の面から感光膜までの距離に応じた広がりを利用し、露光量に分布を与える。

すなわち、図２に示すように、マスク部材２０を介して感光膜１０に光を当てた場合、マスク部材２０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。感光膜１０が塗布された基材の背面から光を照射した場合には、マスク部材２０の遮光面から感光膜までの距離Ｔに応じて、回折による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。途中、光拡散層３０に到達した光はヘーズＨの値に応じて拡散され、さらに光拡散層３０の感光膜１０側の面から感光膜１０までの距離ｔに応じて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などして露光量に分布を与える。

このように、感光膜に入射する光は、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、光拡散層のヘーズＨ、光拡散層の感光膜側の面から感光膜までの距離ｔ、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、露光量分布を、光拡散層のヘーズ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、所望の表面凹凸の形成を可能にしたものである。好ましくは、露光量分布を、ヘーズＨと、光拡散層の感光膜側の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）及び／又は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、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にマスク部材２０および光拡散層３０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の遮光面２０ａと感光膜１０との間隔部分に光拡散層３０を配置した上で、光源４０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及び／又は距離Ｔとにより、この凹凸の形状を制御する。

光拡散層のヘーズＨは、目的とする凹凸形状によっても異なるが、好ましくは６０％以下、より好ましくは５〜５０％となるように制御する。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）は高くなり、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。

また、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、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（例えば、図３（ｂ）のように、光拡散層３０と基材１１の２種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。なお、光拡散層の屈折率は、光拡散層のバインダー樹脂の屈折率である。
また距離Ｔ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Ｔ自体に位置に応じて変化を与えることも可能である。

また、光拡散層の感光膜側の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、光拡散層の感光膜側の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、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。
また距離ｔ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ｔ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。

上述した露光条件（ヘーズＨ、距離ｔ、距離Ｔ）と凹凸形状との関係を図４〜図６に示す具体例を用いて説明する。図４〜６は、ネガ型の感光性樹脂を、マスク径が３０μｍの場合と４０μｍの場合の２種類の円形開口マスクを使用して得たものであり、凹凸形状を得る際の露光量はいずれも１００ｍＪ／ｃｍ²である。ここで図４〜６の縦軸および横軸の単位はいずれも「μｍ」である。
図４は、距離ｔを５０μｍ（ｔ／ｎ＝３０μｍ）、距離Ｔを１０５μｍ（Ｔ／Ｎ＝６４μｍ）に固定した際に、ヘーズＨを変化させた場合の凹凸形状を示す図である。図５は、距離Ｔを２０５μｍ（Ｔ／Ｎ＝１２５μｍ）、ヘーズＨを２６％に固定した際に、距離ｔ（ｔ／ｎ）を変化させた場合の凹凸形状を示す図である。図６は、距離ｔを５０μｍ（ｔ／ｎ＝３０μｍ）、ヘーズＨを１６％に固定した際に、距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）を変化させた場合の凹凸形状を示す図である。

図４に示すように、距離ｔ（ｔ／ｎ）および距離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り、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裾野が広がっている。

また、図５に示すように、ヘーズＨおよび距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）を固定して距離ｔ（ｔ／ｎ）を変化させた場合、距離ｔ（ｔ／ｎ）が長くなるにつれて光の広がりが大きくなり、得られる凹凸形状は、凹凸の高さが若干低くなっている。なお、距離ｔ（ｔ／ｎ）が長くなると凹凸の裾野は広がると考えられるが、図５においては、距離ｔが２００μｍ（ｔ／ｎ＝１２２μｍ）の場合、拡散等により光束の周辺部の光量が減少し、裾野付近が臨界露光量に達していないため裾野部分が形成されず、距離ｔが５０μｍや１００μｍ（ｔ／ｎ＝３０μｍ、６１μｍ）のときほど裾野が広がっていないと考えられる。

また、図６からは、ヘーズＨおよび距離ｔ（ｔ／ｎ）を固定して距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）の値を変化させた場合、得られる凹凸形状の変化の傾向は、マスク径により異なることがわかる。マスク径が３０μｍの場合、距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）の増加にともない凹凸の先端が尖る傾向が顕著である。また、凹凸の高さは距離Ｔ＝６０５μｍ（Ｔ／Ｎ＝５６４μｍ）までは増加するが、これを越えると減少している。一方、マスク径が４０μｍの場合、マスク径３０μｍの場合と同様に凹凸の先端が尖る傾向が見られるが、凹凸の高さに関しては距離Ｔ＝３５５μｍ（Ｔ／Ｎ＝３１４μｍ）でいったん減少した後、増加に転じている。これらの現象は、マスクの円形開口を通過した光の回折によって説明できる。図７は、マスク面に垂直に入射した波長３６５ｎｍの平行光が、マスク径３０μｍおよびマスク径４０μｍの円形開口を通過した場合の、それぞれの距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）の位置における透過光の強度分布の計算値である。ここで横軸は、円形開口の中心を０とし、中心からの距離（μｍ）を表す。また、縦軸はマスク開口部を通過する平行光の強度を１とした場合の透過光の強度である。図７からわかるように、光の強度分布は距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）の値により大きく異なる。また、光の強度分布変化の傾向は、マスク径によって異なっている。ここで、図６と図７を比較すると、図６の凹凸形状は、マスクとレジストの間に配置された光拡散層の影響により、光の広がりがより大きくなって図７の計算値より裾野が広がっているが、距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）の値による凹凸の先端形状が尖る傾向や凹凸高さの変化の傾向は、強度分布の計算値の傾向によく一致しており、これらの凹凸形状の変化の傾向が光の回折の影響によるものであることを示している。

図８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(立体形状）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および距離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、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に貼り合わせてもよい。また、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に貼り合わせて、当初の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１１又は光拡散層３０の上に塗布・乾燥することによって形成したものか、基材１１又は光拡散層３０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１１又は光拡散層３０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、マスク部材２０の遮光面２０ａと感光膜１０との間、および光拡散層３０の感光膜側の面から感光膜１０まで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。

光拡散層は、光拡散層単独で取扱ってもよいが、光拡散層単独で取扱うことが困難である場合は、基材上に形成してもよい。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、図３（ｂ）のようにマスク部材の基材と兼用するものであってもよい。光拡散層は、球状微粒子とバインダー樹脂とからなる。

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。

球状微粒子の平均粒子径は、目的とする凹凸形状によっても異なる。凹凸形状の表面をあらしたくない場合には、球状微粒子の平均粒子径は、マスク部材のマスク径（開口径）の１／１０以下とすることが好ましく、さらに平均粒子径を１μｍ以下として前記条件を満たすことがより好ましい。逆に、凹凸形状の表面をあらしたい場合には、球状微粒子の平均粒子径は、マスク部材のマスク径（開口径）の１／１０を超えることが好ましく、さらに平均粒子径を１μｍ以上として前記条件を満たすことがより好ましい。凹凸形状の表面をあらすことにより、光制御フィルムとして用いた際にぎらつきを生じにくくすることができ、光拡散板として用いた際の拡散性を向上することができる。

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、光拡散層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、光拡散層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。

光拡散層のヘーズＨは、上述したように、好ましくは６０％以下、より好ましくは５〜５０％とする。ヘーズは、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、球状微粒子の含有量、光拡散層の厚みにより調整することができる。また、ヘーズには内部ヘーズと外部ヘーズが存在するが、光拡散層の両表面を実質的に平滑（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１における算術平均粗さＲａが、０．３０μｍ以下、好ましくは０．１５μｍ以下）とし、実質的に外部ヘーズを生じさせないようにすることが好ましい。光拡散層の両表面を実質的に平滑にすることにより、距離ｔや距離Ｔを均一にすることができる。なお、光拡散層の両表面を非平滑とすると、外部ヘーズが発生し、同時に距離ｔや距離Ｔが局所的に変化することになる。このような距離ｔや距離Ｔが局所的に変化することを利用し、面内が同じマスクパターンであっても、局所的に異なる凹凸形状を作製することもできる。
さらには、光拡散層の厚みを変化させる等して、光拡散層の一次元方向或いは二次元方向にヘーズに傾斜を持たせることも可能である。これにより凹凸形状が一次元方向或いは二次元方向に変化する光学部材等を作製することが可能となる。

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。

マスク部材２０のマスク径（開口径）の大きさは、用途に応じて異なるため一概にはいえない。なお本明細書において、マスク径は、円形開口の場合は直径を示し、楕円の場合は短径を示し、不定形の場合は不定形に外接するようにして作成した四角形の最短の辺を示す。また、開口がスリット状の場合は、マスク径はスリットの幅の短い側の長さを示す。

光源４０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部材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、屈折率１．６４）からなる基材１１の上に、ネガ型のレジスト（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、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、屈折率１．６４）からなる基材３１の上に、下記処方の光拡散層塗布液ａを塗布、乾燥し、厚み５μｍでヘーズ８％の光拡散層３０を形成した。光拡散層３０のバインダー樹脂の屈折率は１．５４である。

＜光拡散層塗布液ａ＞
・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） ４．３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

次いで、感光膜１０の基材１１と光拡散層３０とを対向して重ね合わせた。次いで、光拡散層３０の基材３１側の面と、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（図１０）、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。Ｃｒマスクは、光がマスク面へ垂直に入射するように設置した。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（露光部に相当する凸形状）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、光拡散層３０の基材３１となるポリエステルフィルムの厚み、および光拡散層３０のヘーズを表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。なお実施例２〜５においてヘーズを１６％、２６％、３３％とする際は、光拡散層の厚みを５μｍとしたまま光拡散層塗布液中の球状微粒子の添加量を、９．９部、１８．５部、２７．２部に変更した。

＜実施例６＞
感光膜１０の基材１１となるポリエステルフィルムの厚み、光拡散層３０の基材３１となるポリエステルフィルムの厚み、および光拡散層３０のヘーズを実施例５と同様にし、但し、感光膜１０の基材１１と光拡散層３０の基材３１とを対向して重ね合わせるように配置を変更した（図１１）。光拡散層３０側の面とクロムマスク２０（以下、Ｃｒマスク）の遮光面２０ａとを対向して重ね合わせ、それ以外は、実施例１と同様にして基材表面に凹凸（露光部に相当する凸形状）が形成された試料を得た。

＜実施例７〜９＞
感光膜１０の基材１１となるポリエステルフィルムの厚み、光拡散層３０の基材３１となるポリエステルフィルムの厚み、および光拡散層３０のヘーズを実施例２と同様にし、但し、光拡散層３０の基材３１側の面とクロムマスク２０（以下、Ｃｒマスク）の遮光面２０ａとの間に、間隔を持たせた（図１２）。それ以外は、実施例１と同様にして基材表面に凹凸（露光部に相当する凸形状）が形成された試料を得た。なお、間隔は空気層とし、間隔は表１の値とした。

また、実施例１〜９の距離ｔおよび距離Ｔをあわせて表１に示す。また、光拡散層の感光膜側の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、および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１〜９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（実施例１が図４上段、実施例２が図４中段、実施例３が図４下段）、図５に実施例４〜６で得られた凹凸形状（実施例４が図５上段、実施例５が図５中段、実施例６が図５下段）、図６に実施例７〜９で得られた凹凸形状（実施例７が図６の２段目、実施例８が図６の３段目、実施例９が図６の４段目）を示す。参考として、図６の１段目に、実施例２で得られた凹凸形状を示した。

実施例１〜３は距離ｔ（ｔ／ｎ）および距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）を固定してヘーズ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、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４〜６はヘーズＨおよび距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）を固定して距離ｔ（ｔ／ｎ）を変化させたものである。図５に示すように、実施例４〜６で得られた試料の表面凹凸は、距離ｔ（ｔ／ｎ）が長くなるにつれて光の広がりが大きくなり、凹凸の高さが若干低くなっていた。なお、距離ｔ（ｔ／ｎ）が長くなると凹凸の裾野が広がると考えられるが、図５においては、距離ｔが２００μｍ（ｔ／ｎが１２２μｍ）の場合、裾野付近が臨界露光量に達していないため、距離ｔが５０μｍや１００μｍ（ｔ／ｎが３０μｍや６１μｍ）のときより裾野が広がっていないと考えられる。

実施例７〜９はヘーズＨおよび距離ｔ（ｔ／ｎ）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７〜９で得られる凹凸形状の変化の傾向は、マスク径により異なることがわかる。マスク径３０μｍの場合、距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）の増加にともない凹凸の先端が尖る傾向が顕著である。また、凹凸の高さは距離Ｔ＝６０５μｍ（Ｔ／Ｎ＝５６４μｍ）までは増加するが、これを越えると減少している。一方、マスク径４０μｍの場合、距離Ｔ（Ｔ／Ｎ）の増加にともない凹凸の先端が尖る傾向が見られ、凹凸の高さも増加している。これらの現象は、マスクの円形開口を通過した光の回折によって生じている。

［実施例１０］
感光膜１０の基材１１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１〜９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に貼り合わせた。さらにその後、実施例１〜９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９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１〜９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１１］
実施例１〜９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１２］
実施例１〜９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と距離ｔを固定したときのヘーズＨによる凸形状の違いを示す図 ヘーズＨと距離Ｔを固定したときの距離ｔによる凸形状の違いを示す図 ヘーズＨと距離ｔを固定したときの距離Ｔによる凸形状の違いを示す図 距離Ｔによる透過光の強度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 本発明の表面凹凸の作製方法の一工程を示す図 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、３１・・基材
２０・・・・・マスク部材
３０・・・・・光拡散層
４０・・・・・光源

Claims (14)

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、前記マスク部材と前記感光膜との間に光拡散層を配置するステップ、前記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、前記光拡散層のヘーズ（ＪＩＳ Ｋ７１３６：２０００）、前記光拡散層の感光膜側の面から前記感光膜までの距離、及び前記マスク部材の遮光面から前記感光膜までの距離のいずれか一つを含む露光条件を制御し、前記凹凸を構成する個々の凸部又は凹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、前記光拡散層のヘーズ（ＪＩＳ Ｋ７１３６：２０００）を含むことを特徴とする表面凹凸の作製方法。
3. 請求項１又は２記載の表面凹凸の作製方法であって、前記露光条件が、前記光拡散層の感光膜側の面から前記感光膜までの距離及び／又は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表面凹凸の作製方法。
4. 請求項１から３いずれか１項に記載の表面凹凸の作製方法であって、
   前記光拡散層は、球状微粒子とバインダー樹脂とからなり、前記球状微粒子の平均粒子径が、前記マスク部材のマスク径の１／１０以下であ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。
6. 請求項１から５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。
7. 請求項１から６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、前記感光膜のマスク部材側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７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。
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、
   前記型として、請求項１から７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。
10. 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から９いずれか１項に記載の表面凹凸の作製方法。
11. 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とともに、前記マスク部材と前記感光膜との間に光拡散層を配置するステップ、前記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、前記マスク部材の遮光面から前記感光膜までの距離を、感光膜の一次元方向或いは二次元方向に変化させることを特徴とする表面凹凸の作製方法。
12. 請求項１１に記載の表面凹凸の作製方法であって、
    前記光拡散層の感光膜側の面から前記感光膜までの距離を、感光膜の一次元方向或いは二次元方向に変化させることを特徴とする表面凹凸の作製方法。
13. 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とともに、前記マスク部材と前記感光膜との間に光拡散層を配置するステップ、前記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、
    前記光拡散層の感光膜側の面から前記感光膜までの距離を、感光膜の一次元方向或いは二次元方向に変化させることを特徴とする表面凹凸の作製方法。
14. 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とともに、前記マスク部材と前記感光膜との間に光拡散層を配置するステップ、前記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、
    前記光拡散層の厚みを、当該光拡散層の一次元方向或いは二次元方向に変化させることを特徴とする表面凹凸の作製方法。

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