[发明专利]凹凸形状形成片及其制造方法、防反射体、相位差板、工序片原版以及光学元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及防反射体、相位差板等光学元件所具备的凹凸形状形成片及其制造方法。还涉及使用凹凸形状形成片的防反射体、相位差板。还涉及工序片原版，用作制造形成有凹凸形状的片的模具。进一步涉及光学元件的制造方法。

背景技术

作为防反射体、相位差板等光学元件，已知可以利用凹凸形状形成片，在该凹凸形状形成片的表面形成由微细的波状凹凸组成的凹凸形状，凹凸形状的平均间距为可视光的波长以下(参考非专利文献1)。

这里，平均间距是指，当凹凸形状仅沿一个方向时，从凹凸形状的某凸部的顶部到该凸部相邻的凸部的顶部之间间隔的间距的平均值。而当凹凸形状未沿特定方向时，按照如下方式求出平均间距。首先，用原子间力显微镜拍摄凹凸形状的上面，将该图像变换为灰度文件(例如、tiff形式等)。在灰度文件的图像(参考图4)中，白度越低的部分，表示凹部的底部越深(白度越高的部分，凸部的顶部越高)。接着，对灰度文件的图像进行傅立叶变换。图5所示为傅立叶变换后的图像。在傅立叶变换后的图像中，从白色部分的中心看的方向表示灰度的方向性，而从中心到白色部分的距离的倒数表示灰度图像的周期。凹凸形状未沿特定方向时，成为如图5所示的显示出白色圆环的图像。接着，从傅立叶变换后的图像中的圆环的中心向外侧划出直线状的辅助线L₂，并画出从中心开始的距离(X轴)对应的亮度(Y轴)曲线(参考图6)。然后，读取在该曲线中表示极大值的X轴的值r。该r的倒数(1/r)为平均间距。

凹凸形状形成片可以作为防反射体利用是由于以下的理由。

在片的表面未设置凹凸形状时，由于片与空气之间的界面中的折射率急剧变化而产生反射。但是，在片的表面即在与空气之间的界面设置波状的凹凸形状时，凹凸形状部分中的折射率表示为空气的折射率与凹凸形状形成片的折射率之间的值(以下，称为中间折射率)，而且，该中间折射率在凹凸形状的深度方向上连续变化。具体地，在越深的位置处，越接近凹凸形状形成片的折射率。按这种方式中间折射率连续变化时，如上所述的界面中的折射率不会发生急剧变化，可以抑制光的反射。而且，如果凹凸形状的间距为可视光的波长以下，则在凹凸形状部分不易引起由可视光的衍射即可视光的干涉造成的着色。

另外，凹凸形状形成片可以作为相位差板利用是因为，在凹凸形状的部分交替配置折射率相互不同的空气和凹凸形状形成片时，其结果，对照到凹凸形状侧的光表现光学各向异性。而且，凹凸形状的间距与可视光的波长在相同范围内或者凹凸形状的间距为可视光的波长以下时，在广可视光波长区域出现表示相等相位差的现象。

作为这种凹凸形状形成片的具体例，例如，非专利文献2提出了通过如下方法得到的片，在加热的聚二甲基硅氧烷组成的片的一面蒸镀金属形成金属层之后冷却，使聚二甲基硅氧烷组成的片收缩，从而在金属层的表面形成波状的凹凸形状。

另外，专利文献1提出了如下的片，在热收缩性合成树脂膜的表面，依次形成衬底层和金属层之后，使热收缩性合成树脂膜热收缩，从而在金属层的表面形成波状的凹凸形状的片。

专利文献2提出了如下的片，形成通过曝光处理体积收缩的材料构成的层，对该层进行曝光处理，从而在表面形成凹凸的片。

但是，专利文献1、2及非专利文献2中记载的凹凸形状形成片，作为光学元件都没有显示出优异的性能。具体地，作为防反射体使用时，无法充分降低反射率，而作为相位差板使用时，无法充分扩大相位差，而且无法在广波长区域产生相等的相位差。

另外，作为制造凹凸形状形成片的方法，已知有使用图形掩模(patternmask)的可视光的光刻法(photolithography)。但是，该方法不能制造具有可作为光学元件利用的光的波长以下间距的凹凸形状形成片。因此，需要应用能更微细加工的紫外线激光干涉法、电子束曝光法(lithography)。在这些方法中，对形成在基板上的抗蚀剂(resist)层用紫外线激光干涉光、电子束进行曝光并显影，形成抗蚀剂图形层，并将该抗蚀剂图形层作为掩模，通过干法蚀刻法等形成凹凸形状。但是，应用紫外线激光干涉法、电子束曝光法时，存在以下问题：难以在超过10cm的广区域加工，不适宜大量生产。

另外，专利文献3提出了在基板上配置粒子层，将粒子层作为蚀刻掩模对基板表面进行干法蚀刻的方法。但是，这种方法也存在以下问题：难以在超过30cm的广区域加工，不适宜大量生产。

专利文献1：特开昭63-301988号公报

专利文献2；特开2003-187503号公报

专利文献3：特开2005-279807号公报