JPH0594126A - ホログラム複製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所望のホログラムパターンの溝が深かった
り、ピッチが細かかったりしても、ワークの破損を招く
ことなく容易にホログラムパターンの複製ができるよう
にする。 【構成】 ワーク２４に紫外線を照射する際、ワーク２
４とＵＶランプ２７の間にマスク２６を配置し、該マス
ク２６は、スタンパ２１の所望ホログラムパターンが形
成された領域内から該領域の境界にかけて紫外線透過率
が連続的に減少するようにしておく。ホログラムパター
ンの有る領域Ａでは、紫外線照射量が減少するとスタン
パ２１とワーク２４間の密着力が低下することから、所
望ホログラムパターンが形成された領域内から該領域の
境界にかけて密着力が連続的に減少し、当該境界での密
着力の段差が小さくなるので、過度の応力集中を回避し
ながらワーク２４をスタンパ２１から剥離できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表面レリーフ型のホログ
ラムを複製するホログラム複製方法に係わり、特にマス
タホログラムからホログラムパターンを転写したスタン
パを用いてホログラムを量産するホログラム複製方法に
関する。

【０００２】近年、ホログラムを用いた自然立体像表
示、光学素子、画像記録、光演算・光メモリ等が開発さ
れ、カードや出版物等でのディスプレイ、光学機器、光
情報処理などに広く使用されている。このホログラム
は、二光束干渉露光法で作成されるが、露光中の光学系
の振動、空気のゆらぎ、対象物体の振動などにより干渉
縞にゆらぎが生じると、回折効率の高いホログラムがで
きない。このため、ホログラム作成には厳しい撮影条件
を満足させなければならず、露光を繰り返して高効率の
ホログラムを多数作成するのは非常に困難である。よっ
て、同一ホログラムを大量、安価に作成するにはマスタ
ホログラムを作成し、該マスタホログラムから複製する
ことが必須となっている。

【０００３】ホログラムには、大別して振幅型と位相型
の２つあるが、一般に、位相型の方が回折効率が良好と
なる。位相型にも内部の屈折率変化で位相分布を実現す
る屈折率変調型と、表面の凹凸により位相分布を実現す
る表面レリーフ型があり、前者には漂白処理した銀塩感
材、重クロム酸ゼラチン等が用いられ、後者にはフォト
レジスト、サーモプラスティック感材等か用いられる。
特に、後者の表面レリーフ型は型取りによる複製が容易
なため量産向きとして研究が盛んに行われており、紫外
線硬化樹脂を用いる２Ｐ法（ホトポリマ法）、熱可塑性
樹脂を用いる圧縮成形法（エンボス法）や射出成形法な
どが実用化されている。

【０００４】

【従来の技術】従来、一般に行われている表面レリーフ
型ホログラムの２Ｐ法による複製方法を図１１に示す。
まず、基板１１上にフォトレジスト１２を塗布した乾板
１３を用意し、マスク１４を通して二光束干渉露光法で
物体光１５と参照光１６によるホログラフィック露光を
行い、表面レリーフ型のマスタホログラム（レジストホ
ログラム）１７を作成する。マスタホログラム１７の表
面は所望のホログラムパターンが形成された領域（図１
１のＡ参照）とパターンの無い領域（図１１のＢ参照）
に分かれる。次に、マスタホログラム１７の表面に蒸着
等でＮｉ膜１８を形成し、更に、電鋳法によりＮｉメッ
キ層１９を十分厚く形成したのち、マスタホログラム１
７から剥離せしめ、最後に、Ｎｉメッキ層１９の裏側に
Ａｌ基台２０を裏打ちしてスタンパ２１とする。

【０００５】そして、スタンパ２１のレリーフ表面に紫
外線硬化樹脂（ホトポリマ）２２を滴下するとともにガ
ラス若しくはプラスチック板等の複製基板２３を重ね、
複製基板２４の外部から紫外線を当ててＵＶ硬化せしめ
たのち、ワーク（紫外線硬化樹脂２２と複製基板２３）
２４をスタンパ２１から剥離し、スタンパ２１のレリー
フを型取った複製ホログラム２５を得る。スタンパ２１
への紫外線硬化樹脂２２の滴下、複製基板２３の重ね合
わせ、ＵＶ硬化、スタンパ２１からのワーク２４の剥離
を繰り返すことで、所望のホログラムパターンを有する
ホログラムが大量、安価に作成可能となる。他の圧縮成
形法や射出成形法による複製ホログラムの作成方法につ
いてはいずれも公知技術であるため説明を省略する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、表面レリー
フ型のホログラムでは、ホログラムパターンの溝が深い
ほど変調度が大きく効率が高くなり、一方、露光時の光
波長が小さければピッチもそれだけ小さくなる。ピッチ
が一定のとき、図１２に示すように、ホログラムパター
ンの溝が深くなるほどスタンパとＵＶ硬化後のワーク
（紫外線硬化樹脂）との密着力は大きくなり、溝の深さ
が一定のとき、図１３に示すように、ホログラムパター
ンのピッチが細かくなるほどスタンパとＵＶ硬化後のワ
ーク（紫外線硬化樹脂）との密着力は大きくなる。

【０００７】このため、ホログラムパターンの溝が深か
ったり、ピッチが細かかったりすると、スタンパ２１と
紫外線硬化樹脂２２の間の密着力が非常に大きくなり、
スタンパ２１からワーク２４を剥離する際に、応力集中
が生じてワーク２４を破損してしまう事態が生じる問題
があった。

【０００８】例えば、図１４の上側に示す如く、スタン
パ２１のレリーフ面側に所望のホログラムパターンの形
成された領域Ａとこの周囲のパターン無しの領域Ｂが存
在する場合、ＵＶ硬化後のスタンパ２１とワーク２４間
の密着力は図１４の下側に示すように、領域Ａでかなり
大きくなる一方、領域Ｂではかなり小さくなるため、領
域Ａの境界でかなり大きな段差ができ、剥離時、該境界
上にかなり大きな応力集中が生じて複製基板２３が破壊
してしまう。

【０００９】また、図１５の上側に示す如く、スタンパ
２１Ａの表面に所望のホログラムパターンの形成された
領域Ａだけ存在し、周囲のパターン無しの領域に相当す
る部分が加工されて除去されている場合、ＵＶ硬化後の
スタンパ２１Ａとワーク２４Ａ間の密着力は図１５の下
側に示すように、領域Ａでかなり大きくなる一方、周囲
では零となり、領域Ａの境界で非常に大きな段差がで
き、剥離時、該境界上に非常に大きな応力集中が生じて
複製基板２３が破壊してしまう。これらの問題は、圧縮
成形法や射出成形法においても同様に存在する。

【００１０】以上から本発明の目的は、所望のホログラ
ムパターンの溝が深かったり、ピッチが細かかったりし
ても、ワークの破損を招くことなく容易にホログラムパ
ターンの複製ができるホログラム複製方法を提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の第１の原
理説明図である。２１は表面に所望ホログラムパターン
の形成された領域Ａと周囲のパターンの無しの領域Ｂを
有するスタンパ、２２はスタンパ２１に滴下された紫外
線硬化樹脂、２３は紫外線硬化樹脂２２に重ね合わされ
た複製基板、２４は紫外線硬化樹脂２２と複製基板２３
から成るワーク、２６は領域Ａ′内から該領域Ａ′の境
界に掛けて、連続的に紫外線照射量を減少させるマスク
である。

【００１２】図２は本発明の第２の原理説明図である。
２１Ｂは表面に所望ホログラムパターンの形成された領
域ａと、これに隣接して該所望ホログラムパターン領域
ａより溝が浅いかまたはピッチの粗いパターンが形成さ
れた緩衝領域ｃを有するスタンパ、２２はスタンパ２１
Ｂに滴下された紫外線硬化樹脂、２３は紫外線硬化樹脂
２２に重ね合わされた複製基板、２４Ｂは紫外線硬化樹
脂２２と複製基板２３から成るワークである。

【００１３】

【作用】図１において、マスク２６の上方からＵＶラン
プを用いてワーク２４側に紫外線を照射すると、紫外線
硬化樹脂２２がＵＶ硬化し、この際、スタンパ２１の表
面レリーフが紫外線硬化樹脂２２に転写される。紫外線
硬化樹脂２２に照射される紫外線の照射量は、所望のホ
ログラムパターンが形成された領域Ａの中央付近で多
く、該領域Ａの境界に近づくにつれて減少する。一定の
溝の深さとピッチを有するホログラムパターンに対し、
紫外線照射量とスタンパ−ワーク間の密着力の関係は、
或る照射量まで紫外線照射量が増加するに従いほぼ比例
して密着力も増加し、それ以上の照射量になると飽和す
る。よって、図１の下側に示す如く、ＵＶ硬化後のスタ
ンパ２１とワーク２４間の密着力は、所望ホログラムパ
ターンの形成された領域Ａの内部から境界に掛けて連続
的に減少し、領域Ａとパターン無しの領域Ｂとの境界に
おける密着力の段差が小さくなる。このようにすれば、
スタンパ２１からワーク２４を剥離する際、所望ホログ
ラムパターンの溝が深かったり、ピッチが細かかったり
しても、所望ホログラムパターンの形成された領域Ａの
境界での応力集中が弱まり、複製基板２３等の破損が生
じず、歩止まりが向上する。

【００１４】図２において、複製基板２３の上方からＵ
Ｖランプを用いてワーク側に紫外線を照射すると、紫外
線硬化樹脂２２がＵＶ硬化し、この際、スタンパ２１Ｂ
の表面レリーフが紫外線硬化樹脂２２に転写される。ホ
ログラムパターンの溝が浅かったり、ピッチが粗かった
りすると、同一の照射量であっても、スタンパ−ワーク
間の密着力が小さくなる。よって、図２の下側に示す如
く、ＵＶ硬化後のスタンパ２１Ｂとワーク２４Ｂ間の密
着力は、所望ホログラムパターンの形成された領域ａが
一番大きく、領域ａに隣接する緩衝領域ｃで一段小さく
なり、緩衝領域ｃの周囲に形成されたパターン無しの領
域ｂで更に一段小さくなる。このようにすれば、スタン
パ２１Ｂからワーク２４Ｂを剥離する際、所望ホログラ
ムパターンの溝が深かったり、ピッチが細かかったりし
ても、所望ホログラムパターンの形成された領域ａの境
界やパターン無しの領域ｂの境界での応力集中が弱ま
り、複製基板２３等の破損が生じない。

【００１５】

【実施例】図３は本発明の第１実施例に係わるホログラ
ム複製方法を示す説明図であり、図１１と同一部分には
同一符号を付している。ホログラフィック露光によるマ
スタホログラム１７の作成、マスタホログラム１７から
のスタンパ２１の作成は、図１１に示す従来技術と全く
同様であり、スタンパ２１の表面は所望のホログラムパ
ターンが形成された領域Ａと周囲のパターン無しの領域
Ｂを有している。

【００１６】スタンパ２１から２Ｐ法により複製ホログ
ラムを作成する場合、スタンパ２１のレリーフ面側全体
に紫外線硬化樹脂２２を所定の厚さ分だけ滴下し、上か
らガラス板あるいはプラスティック板等による複製基板
２３を重ね合わせる。紫外線硬化樹脂２２と複製基板２
３でワーク２４が構成される。そして、ワーク２４の上
に、スタンパ２１の所望ホログラムパターン領域Ａの内
側から境界にかけて紫外線透過度が連続的に減少し、領
域Ａの中央部分と周囲のパターン無しの領域Ｂに対して
はほぼ１００％の紫外線透過度を持つように構成された
マスク２６を配置し、該マスク２６の上からＵＶランプ
２７によって、ワーク２４側に紫外線を所定の一定時間
照射せしめる。

【００１７】紫外線の照射で、紫外線硬化樹脂２２はＵ
Ｖ硬化し、スタンパ２１の表面レリーフが型取により転
写される。このあと、ワーク２４をスタンパ２１から剥
離し複製ホログラム２５を得るが、紫外線硬化樹脂２２
に照射される紫外線の照射量は、所望のホログラムパタ
ーンが形成された領域Ａの中央付近で多く、該領域Ａの
境界に近づくにつれて減少する。一定の溝の深さとピッ
チを有するホログラムパターンに対し、紫外線照射量と
スタンパ−ワーク間の密着力の関係は、図４に示す如
く、或る照射量まで紫外線照射量が増加するに従いほぼ
比例して密着力も増加し、それ以上の照射量になると飽
和する。よって、図５の下側に示す如く、ＵＶ硬化後の
スタンパ２１とワーク２４間の密着力は、所望ホログラ
ムパターンの形成された領域Ａの内部から境界に掛けて
連続的に減少し、領域Ａとパターン無しの領域Ｂとの境
界における密着力の段差が小さくなる。

【００１８】よって、スタンパ２１からワーク２４を剥
離する際、所望ホログラムパターンの溝が深かったり、
ピッチが小さかったりしても、所望ホログラムパターン
の形成された領域Ａの境界での応力集中が弱まり、複製
基板２３の破壊等、ワーク２４の破損を招くことなく容
易に剥離作業を行うことができる。このように、所望ホ
ログラムパターンが形成された領域Ａの内部から境界に
掛けて、紫外線照射量を減少させることで、領域Ａの境
界におけるスタンパ−ワーク間の密着力の段差を小さく
でき、２Ｐ法によるホログラム複製作業のワーク剥離工
程において、ワークの破損を回避でき、歩止まりの向上
を図ることができる。

【００１９】なお、上記した第１実施例では所望のホロ
グラムパターンが形成された領域Ａの内部から境界に掛
けて紫外線照射量を連続的に減少させるようにしたが、
図６に示す如く、段階的に減少させるようにしてもよ
い。また、図７の上側に示す如く、所望のホログラムパ
ターンが形成された領域Ａの周囲のパターン無しの領域
Ｂが加工により除去されたスタンパ２１Ａを用いて２Ｐ
法によりホログラムを複製する場合も、図７の下側に示
す如く、領域Ａの境界におけるスタンパ−ワーク間の密
着力の段差をかなり小さくでき、ワーク剥離時の応力集
中をかなり弱められるので、ワークの破損を回避するこ
とができる。

【００２０】図８は本発明の第２実施例に係わるホログ
ラム作成方法を示す説明図であり、図２と同一部分には
同一符号を付している。まず、基板１１上にフォトレジ
スト１２を塗布した乾板１３を用意し、第１のマスク１
４Ａを通して二光束干渉露光法で物体光１５と参照光１
６による通常の１回目のホログラフィック露光を行う。
次いで、乾板１３の既に露光された部分に隣接する所定
幅の部分はマスキングせず、それ以外の部分をマスキン
グする第２のマスク１４Ｂを通し、１回目よりも物体光
１５に対する角度を小さくし、かつ、光強度を弱くした
参照光１６Ａによる２回目のホログラフィック露光を行
い、表面レリーフ型のマスタホログラム（レジストホロ
グラム）１７Ｂを作成する。２回目の露光では、物体光
１５と参照光１６Ａの両者の光強度を弱くしてもよい。

【００２１】マスタホログラム１７Ｂの表面は所望のホ
ログラムパターンが形成された領域ａ、領域ａに隣接し
て領域ａのパターンより溝の深さが浅く、ピッチの粗い
所定幅の緩衝領域ｃ、緩衝領域ｃの周囲のパターン無し
の領域ｂに分かれる。次に、マスタホログラム１７Ｂの
表面に蒸着等でＮｉ膜１８を形成し、更に、電鋳法によ
りＮｉメッキ層１９を十分厚く形成したのち、マスタホ
ログラム１７Ｂから剥離せしめ、最後に、Ｎｉメッキ層
１９の裏側にＡｌ基台２０を裏打ちしてスタンパ２１Ｂ
とする。スタンパ２１Ｂのレリーフ面にも、所望のホロ
グラムパターンが形成された領域ａ、領域ａに隣接して
領域ａのパターンより溝の深さが浅く、ピッチの粗い所
定幅の緩衝領域ｃ、緩衝領域ｃの周囲のパターン無しの
領域ｂが形成される。

【００２２】このようにして作成されたスタンパ２１Ｂ
のレリーフ面側全体に紫外線硬化樹脂（ホトポリマ）２
２を滴下するとともに所定の複製基板２３を重ね合わせ
る。紫外線硬化樹脂２２と複製基板２３でワーク２４Ｂ
が構成される。そして、ワーク２４Ｂの上からＵＶラン
プによって、ワーク２４Ｂ側に紫外線を所定の一定時間
照射せしめる。

【００２３】紫外線の照射で、紫外線硬化樹脂２２はＵ
Ｖ硬化し、スタンパ２１Ｂの表面レリーフが型取により
転写される。このあとスタンパ２１Ｂからワーク２４Ｂ
を剥離し複製ホログラム２５Ｂを得るが、ホログラムパ
ターンの溝が浅かったり、ピッチが粗かったりすると、
図１２、図１３に示す如く、同一の照射量であっても、
スタンパ−ワーク間の密着力が小さくなる。よって、図
６の下側に示す如く、ＵＶ硬化後のスタンパ２１Ｂとワ
ーク２４Ｂ間の密着力は、所望ホログラムパターンの形
成された領域ａが一番大きく、領域ａに隣接する緩衝領
域ｃで一段小さくなり、緩衝領域ｃの周囲に形成された
パターン無しの領域ｂで更に一段小さくなる。

【００２４】この結果、スタンパ２１Ｂからワーク２４
Ｂを剥離する際、所望ホログラムパターンの溝が深かっ
たり、ピッチが細かかったりしても、所望ホログラムパ
ターンの形成された領域ａの境界やパターン無しの領域
ｂの境界のいずれでも応力集中が弱まり、複製基板２３
の破壊等、ワーク２４Ｂの破損を招くことなく容易に剥
離作業を行うことができる。このように、所望ホログラ
ムパターンが形成された領域ａに隣接してパターンの溝
が浅くピッチも粗い緩衝領域を形成することで、領域ａ
の境界と領域ｂの境界におけるスタンパ−ワーク間の密
着力の段差を小さくでき、２Ｐ法によるホログラム複製
作業のワーク剥離工程において、ワークの破損を回避で
き、歩止まりの向上を図ることができる。

【００２５】なお、上記した第２実施例では、所望のホ
ログラムパターンより溝が浅く、かつ、ピッチの長いパ
ターンを有する緩衝領域を形成するようにしたが、所望
のホログラムパターンとピッチは同程度で溝だけ浅くし
た緩衝領域、或いは、所望のホログラムパターンと溝の
深さは同程度でピッチだけ粗くした緩衝領域に代えても
よい。また、マスタホログラムを作成する際に、緩衝領
域ｃを形成するようにしたが、マスタホログラムは従来
と同様に作成しておき、スタンパを形成する際、所望ホ
ログラムパターンの領域に隣接して、エッチング等の手
法により、溝を浅くしたり、ピッチを粗くした所定パタ
ーンを刻設して緩衝領域を形成するようにしてもよく、
要は、スタンパのレリーフ面側に、所望ホログラムパタ
ーンの領域に隣接して、ワークとの密着力が一段落ちる
緩衝領域が形成されるようにすればよい。

【００２６】また、所望ホログラムパターンが形成され
た領域ａとパターン無しの領域ｂの間に緩衝領域ｃを１
段だけ設けるようにしたが、図１０の上側に示す如く、
スタンパ２１Ｃのレリーフ面に形成された第１の緩衝領
域ｃ１に隣接して、溝の深さが更に浅く、ピッチも更に
長くした第２の緩衝領域ｃ２を設け、図１０の下側に示
す如く、領域ａの境界から領域ｂの境界まで、スタンパ
−ワーク間の密着力が多段階に減少するようにしてもよ
い。更に、上記した第２実施例では、２Ｐ法で複製ホロ
グラムを作成する場合を例に挙げたが、圧縮成形法や射
出成形法で複製する場合にも同様に適用することができ
る。また、２Ｐ法で複製する場合、第１実施例と第２実
施例を組み合わせて適用することも可能である。以上、
本発明を実施例により説明したが、本発明は請求範囲の
記載した本発明の主旨に従い上記以外の種々の変形が可
能であり、本発明はこれらを何ら排除するものではな
い。

【００２７】

【発明の効果】以上、本発明によれば、スタンパに重ね
られた紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し、ＵＶ硬化させ
てスタンパの表面レリーフを紫外線硬化樹脂に型取りす
る際、スタンパ上の所望ホログラムパターン領域内から
該ホログラムパターン領域の境界に掛けて、連続的また
は段階的に紫外線照射量を減少させるように構成したか
ら、ＵＶ硬化後のスタンパとワーク間の密着力は、所望
ホログラムパターンの形成された領域の内部から境界に
掛けて連続的または段階的に減少し、境界における密着
力の段差が小さくなるので、２Ｐ法による複製ホログラ
ム作成時の最後の工程でスタンパからワークを剥離する
際、所望ホログラムパターンの溝が深かったり、ピッチ
が細かかったりしても、所望ホログラムパターンの形成
された領域の境界での応力集中が弱まり、ワークの破損
が生じない。

【００２８】また、本発明によれば、マスタホログラム
またはスタンパを作成する際、所望ホログラムパターン
領域に隣接して該所望ホログラムパターン領域より溝が
浅いかまたはピッチの粗い緩衝領域を形成するように構
成したから、所望ホログラムパターンの形成された領域
の境界におけるスタンパとワーク間の密着力の段差が小
さくなるので、２Ｐ法等による複製ホログラム作成時の
最後の工程でスタンパからワークを剥離する際、所望ホ
ログラムパターンの溝が深かったり、ピッチが細かかっ
たりしても、所望ホログラムパターンの形成された領域
の境界での応力集中が弱まり、ワークの破損が生じな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の原理説明図である。

【図２】本発明の第２の原理説明図である。

【図３】本発明の第１実施例を示す説明図である。

【図４】紫外線照射量と密着力の関係を示す線図であ
る。

【図５】スタンパ−ワーク間の密着力の分布を示す説明
図である。

【図６】第１実施例の変形例を示す説明図である。

【図７】第１実施例の他の変形例を示す説明図である。

【図８】本発明の第２実施例を示す説明図である。

【図９】スタンパ−ワーク間の密着力の分布を示す説明
図である。

【図１０】第２実施例の変形例を示す説明図である。

【図１１】一般的な２Ｐ法によるホログラム複製方法の
説明図である。

【図１２】ホログラフィックパターンの溝の深さと密着
力の関係を示す線図である。

【図１３】ホログラフィックパターンのピッチと密着力
の関係を示す線図である。

【図１４】従来法の欠点を示す説明図である。

【図１５】従来法の欠点を示す説明図である。

【符号の説明】

１７、１７Ｂ マスタホログラム ２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ スタンパ ２２ 紫外線硬化樹脂 ２３ 複製基板 ２６ マスク ２７ ＵＶランプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホログラフィック干渉により作成した表
   面レリーフ型のマスタホログラムからスタンパを作成
   し、 このスタンパに紫外線硬化樹脂を重ね、 しかる後、紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂を硬化させ
   て型取りしたあと、スタンパを紫外線硬化樹脂から剥離
   するホログラム複製方法において、 紫外線を照射する際、スタンパ上の所望ホログラムパタ
   ーン領域内から該ホログラムパターン領域の境界に掛け
   て、連続的または段階的に照射量を減少させること、 を特徴とするホログラム複製方法。
2. 【請求項２】 ホログラフィック干渉により作成した表
   面レリーフ型のマスタホログラムからスタンパを作成
   し、 このスタンパに所定の樹脂を重ね合わせ型取りしたあ
   と、スタンパを所定の樹脂から剥離するホログラム複製
   方法において、 マスタホログラムまたはスタンパを作成する際、所望ホ
   ログラムパターン領域に隣接して該所望ホログラムパタ
   ーン領域より溝が浅いかまたはピッチの粗い緩衝領域を
   形成すること、 を特徴とするホログラム複製方法。