光学元件及其制造方法

专利名称：光学元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及例如能够提供防伪效果、装饰效果及/或美观效果的光学技术。
背景技术：
对于有价证券、证明书、商标产品及个人认证介质等，希望难以伪造。因此，有时在这样的物品中夹持有防伪效果优良的光学元件。大多数这样的光学元件含有衍射光栅、全息图及透镜阵列等微细结构。这些微细结构是难以解析的。此外，为了制造含有这些微细结构的光学元件，需要电子束描绘装置等昂贵的制造设备。因此，这样的光学元件可发挥优良的防伪效果。这些光学元件通常含有具备包含微细结构的主面的起伏结构(relief structure)形成层和设在其上的反射层。在这种情况下，为了更加提高防伪效果，有时只在上述主面的一部分上将反射层形成图案状。例如，如果在上述主面上，以其轮廓构成微型文字的方式设置反射面，则可得到射出衍射光的微型文字状的图案。作为将反射层形成图案状的方法，例如可以列举出光刻法(例如参照专利文献 1)。根据该方法，能够比较高精细地设置被形成为图案状的反射层。在该方法中，起伏结构形成层和掩模之间的校准是必要的。但是，同时实现高生产率和高位置精度是不可能的，或是非常困难的。例如，在该方法中，在上述的目标位置的轮廓和反射层的轮廓之间，有时产生ΙΟΟμπι以上的位置偏移。另一方面，在专利文献2中，为了以高的位置精度形成反射层，采用了以下的方法。在第1方法中，首先，准备含有具备深度宽度比大的凹凸结构的“第一区域”和具备平坦的或深度宽度比更小的凹凸结构的“第二区域”的起伏结构形成层。接着，在该起伏结构形成层上，以均勻的表面密度形成金属反射层。然后，将得到的层叠体供蚀刻处理。金属反射层中的和“第一区域”对应的部分与和“第二区域”对应的部分相比较， 对蚀刻的耐受性更低。因此，能够在通过上述蚀刻处理而将金属反射层中的和“第二区域” 对应的部分完全除去之前，将与“第一区域”对应的部分除去。也就是说，能够只在“第二区域”上形成金属反射层。但是，在该方法中，也可通过蚀刻处理而将金属反射层中的和“第二区域”对应的部分的一部分除去。因此，金属反射层中的与“第二区域”对应的部分的膜厚过度减小，有时该部分的反射率并不充分。或者，有时金属反射层中的与“第二区域”对应的部分的膜厚产生大的不均勻。也就是说，在该方法中，稳定地形成金属反射层是困难的。在第2方法中，利用了上述层叠体中的与“第一区域”对应的部分和与“第二区域” 对应的部分的透过率之差。具体地说，利用层叠体中的与“第一区域”对应的部分的透过率大于与“第二区域”对应的部分的透过率这一点。也就是说，首先，准备起伏结构形成层和金属反射层的层叠体，在金属反射层上形成感光性层。然后，从起伏结构形成层侧将层叠体的整面曝光。这样一来，起因于上述的透
4过率的差异，在感光性层中的与“第一区域”对应的部分，能够以更高的效率产生光反应。接着，通过采用适当的溶剂等对其进行处理，将感光性层中的与“第一区域”及“第二区域”中的任何一方对应的部分除去。接着，采用被部分除去的感光性层作为掩模，进行金属反射层的蚀刻处理。这样一来，只将金属反射层中的与“第一区域”及“第二区域”中的任何一方对应的部分除去。但是，由于上述的透过率的差异通常较小，因此也在感光性层中的与“第二区域” 对应的部分进行上述光反应。因此，只在感光性层中的与“第一区域”及“第二区域”对应的部分的任何一方上产生上述反应在现实上是不可能的或是非常困难的。因此，采用该方法以高的位置精度形成金属反射层实际上也是不可能的或是非常困难的。此外，该方法需要感光性层的曝光工艺。因此，该方法在成本及生产率方面是不利的。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2003-255115号公报专利文献2 日本特表2008-530600号公报

发明内容
本发明的目的在于提供一种能够稳定地且以高的位置精度形成反射层的光学技术。根据本发明的第1侧面，可提供一种光学元件，其具备以下各层起伏结构形成层，该层具有包含相互邻接的第1区域及第2区域的主面，所述第1区域包含第1子区域 (sub-regions)及第2子区域，所述第1子区域与所述第2区域邻接，且沿着所述第1区域及第2区域间的边界延伸，所述第2子区域在中间夹着所述第1子区域而与所述第2区域邻接，所述第2区域设有多个凹部或凸部，而且与所述第1区域相比表面积与表观上的面积之比更大；第1层，该层由折射率与所述起伏结构形成层的材料不同的第1材料构成，至少覆盖所述第2子区域，与所述第2子区域对应的部分具有与所述第2子区域的表面形状对应的表面形状，所述第2区域的位置上的所述第1材料的量与所述第2区域的表观上的面积之比为零，或者和所述第2子区域的位置上的所述第1材料的量与所述第2子区域的表观上的面积之比相比更小；第2层，该层由与所述第1材料不同的第2材料构成，覆盖所述第1层，所述第2区域的位置上的所述第2材料的量与所述第2区域的表观上的面积之比为零，或者和所述第2子区域的位置上的所述第2材料的量与所述第2子区域的表观上的面积之比相比更小。根据本发明的第2侧面，可提供一种光学元件的制造方法，其包含以下工序形成起伏结构形成层的工序，该起伏结构形成层具有包含相互邻接的第1区域及第2区域的主面，所述第2区域设有多个凹部或凸部，与所述第1区域相比较表面积与表观上的面积之比更大；形成反射材料层的工序，所述反射材料层通过使折射率与所述起伏结构形成层的材料不同的第1材料气相沉积在所述第1区域及第2区域的整体上，从而具有与所述第1区域及第2区域的表面形状对应的表面形状，或在与所述第1区域对应的部分具有与所述第 1区域的表面形状对应的表面形状，且在与所述第2区域对应的部分，与所述多个凹部或凸部的配置对应地进行部分开口 ；形成掩模层的工序，所述掩模层通过使与所述第1材料不同的第2材料气相沉积在所述反射材料层上，从而具有与所述第1区域及第2区域的表面形状对应的表面形状，或在与所述第1区域对应的部分具有与所述第1区域的表面形状对应的表面形状，且在与所述第2区域的对应的部分，与所述多个凹部或凸部的配置对应地进行部分开口 ；以及通过使所述掩模层暴露于可产生与第1材料的反应的反应性气体或液体中，至少在所述第2区域的位置上产生所述反应，由此得到由所述第1材料构成的第1层和由所述第2材料构成的第2层的工序。


图1是示意表示本发明的一方式的光学元件的一个例子的俯视图。图2是沿着图1所示的光学元件的II-II线的剖视图。图3是示意表示图1及图2所示的光学元件的制造方法的剖视图。图4是示意表示图1及图2所示的光学元件的制造方法的剖视图。图5是示意表示图1及图2所示的光学元件的制造方法的剖视图。图6是示意表示图1及图2所示的光学元件的制造方法的剖视图。图7是示意表示一变形例的光学元件的俯视图。图8是沿着图7所示的光学元件的VIII-VIII线的剖视图。图9是示意表示另一变形例的光学元件的俯视图。图10是沿着图9所示的光学元件的X-X线的剖视图。图11是示意表示本发明的另一方式的光学元件的一个例子的俯视图。图12是沿着图11所示的光学元件的XII-XII线的剖视图。图13是示意表示图11及图12所示的光学元件的制造方法的剖视图。图14是示意表示图11及图12所示的光学元件的制造方法的剖视图。图15是示意表示图11及图12所示的光学元件的制造方法的剖视图。图16是示意表示图11及图12所示的光学元件的制造方法的剖视图。图17是示意表示图11及图12所示的光学元件的制造方法的剖视图。图18是表示掩模层的有无与蚀刻速度之间的关系的一个例子的曲线图。
具体实施例方式以下参照附图对本发明的方式进行详细说明。再有，在各图中，对于发挥相同或类似的功能的构成要素附加同一参照符号，且在此省略重复的说明。图1是示意表示本发明的一方式的光学元件的一个例子的俯视图。图2是沿着图 1所示的光学元件的II-II线的剖视图。在图1及图2中，将与光学元件10的主面平行且相互正交的方向规定为X方向及Y方向，将与光学元件10的主面垂直的方向规定为Z方向。 此外，在图1中，将光学元件10中的与后述的第1区域Rl对应的部分作为显示部DPl，将与后述的第2区域R2对应的部分作为显示部DP2。图1及图2所示的光学元件10具备起伏结构形成层110、第1层120'和第2层 130'。在起伏结构形成层110的一方的主面上设有起伏结构。第1层120'部分地覆盖起伏结构形成层110的前面的主面。第2层130'覆盖第1层120'。再有，关于光学元件 10的结构等，后面将详细说明。接着，参照图3 图6对图1及图2所示的光学元件10的制造方法进行说明。图3 图6是示意表示图1及图2所示的光学元件的制造方法的剖视图。在该方法中，首先，如图3所示，准备具有包含相互邻接的第1区域Rl及第2区域 R2的主面的起伏结构形成层110。第1区域Rl是平坦的，或设有凹结构及/或凸结构。凹结构及凸结构分别由多个凹部及多个凸部构成。在第1区域Rl上设有多个凹部或凸部的情况下，这些多个凹部或凸部可以一维地排列，也可以二维地排列。此外，在此情况下，这些多个凹部或凸部可以规则地排列，也可以不规则地排列。图3描绘了在第1区域Rl设定多个凹部、且设有一维且规则地排列的多个槽时的情况。这些多个槽典型地形成有在以白色光照明时射出衍射光的衍射光栅或全息图。将这些多个槽的与长度方向垂直的断面的形状例如规定为V字形状及U字形状等顶端细小的形状或者规定为矩形状。图3中，作为一个例子，描绘了上述断面形状为V字形状的情况。将设在第1区域Rl上的多个槽的开口部的宽度规定在例如IOOnm 3000nm的范围内。此外，将这些多个槽的深度规定在例如20nm 1500nm的范围内。将这些多个槽的深度与开口部的宽度之比的平均值规定为例如0. 5以下，典型地规定在0. 05 0. 3的范围内。第2区域R2设有凹结构及/或凸结构。这些凹结构及凸结构分别由多个凹部及多个凸部构成。这些多个凹部或凸部可以一维地排列，也可以二维地排列。此外，这些多个凹部或凸部可以规则地排列，也可以不规则地排列。图3描绘了在第2区域R2设定多个凹部、且设有一维且规则地排列的多个槽的情况。将这些多个槽的与长度方向垂直的断面的形状例如规定为V字形状及U字形状等顶端细小的形状或者规定为矩形状。图3中，作为一个例子，描绘了上述断面形状为V字形状的情况。第2区域R2与第1区域Rl相比，表面积与表观上的面积之比更大。再有，在此， 所谓区域的“表观上的面积”，指的是该区域在与该区域平行的平面内的正投影的面积，即无视凹结构及凸结构的该区域的面积。此外，所谓区域的“表面积”，指的是考虑到凹结构及凸结构的该区域的面积。在第1区域Rl上设有多个凹部或凸部的情况下，第2区域R2的多个凹部或凸部典型地说，与第1区域Rl的多个凹部或凸部相比，凹部的深度与开口部的直径或宽度之比的平均值或高度与凸部的底部的直径或宽度之比的平均值更大。在图3所示的例子中，设在第2区域R2上的多个槽与设在第1区域Rl上的多个槽相比，槽的深度与开口部的宽度之比更大。将设在第2区域R2上的多个槽的开口部的宽度规定在例如IOOnm 3000nm的范围内。此外，将这些多个槽的深度规定在例如SOnm eOOOnm的范围内。当在区域Rl及区域R2双方都设有多个槽的情况下，设在第2区域R2上的多个槽的深度与开口部的宽度之比的平均值与设在第1区域Rl上的多个槽的深度与开口部的宽度之比的平均值相比更大。将设在第2区域R2上的多个槽的深度与开口部的宽度之比的平均值规定在例如0. 8 2. 0 的范围内，典型地规定在0. 8 1. 2的范围内。如果此值过大，则起伏结构形成层110的生
产率往往下降。起伏结构形成层110例如可通过将设有微细的凸部的模具挤压在树脂上来形成。 此时，这些凸部的形状为与设在区域R2、或者区域Rl和R2的双方上的凹部的形状对应的形状。起伏结构形成层110例如可通过将热塑性树脂涂布在基材上，一边对设有上述凸部的原版加热一边将原版推压在该基材上的方法来形成。在此情况下，作为上述热塑性树月旨，例如可使用丙烯酸系树脂、环氧系树脂、纤维素系树脂、乙烯基系树脂、它们的混合物、 或它们的共聚物。或者，起伏结构形成层110也可通过将热固性树脂层涂布在基材上，一边将设有上述凸部的原版推压在其上一边进行加热，然后取下原版的方法来形成。在此情况下，作为上述热固性树脂，例如，可使用聚氨酯树脂、三聚氰胺系树脂、环氧树脂、酚醛系树脂、它们的混合物、或它们的共聚物。再有，该聚氨酯树脂例如可通过在具有反应性羟基的丙烯酸多元醇及聚酯多元醇等中添加作为交联剂的聚异氰酸酯，使它们交联来得到。或者，起伏结构形成层110也可以通过将放射线固化树脂涂布在基材上，一边将原版推压在其上一边照射紫外线等放射线，使上述材料固化，然后取下原版的方法来形成。 或者，起伏结构形成层110也可以通过使上述组合物流入基材和原版之间，照射放射线而使上述材料固化，然后取下原版的方法来形成。放射线固化树脂典型地含有聚合性化合物和引发剂。作为聚合性化合物，例如使用可自由基光聚合的化合物。作为可自由基光聚合的化合物，例如使用具有烯键式不饱和键或烯键式不饱和基的单体、低聚物或聚合物。或者， 作为可自由基光聚合的化合物，也可以使用1，6_己二醇、新戊二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇五丙烯酸酯及二季戊四醇六丙烯酸酯等单体、环氧丙烯酸酯、氨基甲酸酯丙烯酸酯及聚酯丙烯酸酯等低聚物、 或氨基甲酸酯改性丙烯酸树脂及环氧改性变性丙烯酸树脂等聚合物。在作为聚合性化合物使用可自由基光聚合的化合物的情况下，作为引发剂，使用自由基光聚合引发剂。作为该自由基光聚合引发剂，例如使用苯偶姻、苯偶姻甲醚及苯偶姻乙醚等苯偶姻系化合物，蒽醌及甲基蒽醌等蒽醌系化合物，苯乙酮、二乙氧基苯乙酮、 二苯甲酮、羟基苯乙酮、1-羟基环己基苯酮、α-氨基苯乙酮及2-甲基-1-(4-甲基苯硫基)-2-吗啉丙烷-1-酮等苯酮系化合物，苯偶酰二甲基缩酮，噻吨酮，酰基膦氧化物，或米蚩酮。或者，作为聚合性化合物，也可以使用可阳离子光聚合的化合物。作为可阳离子光聚合的化合物，例如可使用具备环氧基的单体、低聚物或聚合物、含有氧杂环丁烷骨架的化合物、或乙烯基醚类。在作为聚合性化合物使用可阳离子光聚合的化合物的情况下，作为引发剂，使用阳离子光聚合引发剂。作为该阳离子光聚合引发剂，例如可使用芳香族重氮盐、芳香族碘鐺盐、芳香族锍盐、芳香族锍盐、芳香族鳞盐或混合配位基金属盐。或者，作为聚合性化合物，也可以使用可自由基光聚合的化合物与可阳离子光聚合的化合物的混合物。在此情况下，作为引发剂，例如使用自由基光聚合引发剂与阳离子光聚合引发剂的混合物。或者，在此情况下，也可以使用可作为自由基光聚合及阳离子光聚合双方的引发剂发挥作用的聚合引发剂。作为这样的引发剂，例如使用芳香族碘鐺盐或芳香族锍盐。再有，将放射线固化树脂中引发剂所占的比例规定在例如0. 1 15质量％的范围内。放射线固化树脂也可以进一步含有增感色素、染料、颜料、聚合抑制剂、流平剂、消泡剂、防流挂剂、附着增加剂、涂面改性剂、增塑剂、含氮化合物、环氧树脂等的交联剂、脱模剂或它们的组合。此外，在放射线固化树脂中，为了提高其成形性，也可以进一步含有非反应性的树脂。作为该非反应性的树脂，例如能够使用上述的热塑性树脂及/或热固性树脂。起伏结构形成层110的形成中所使用的上述的原版例如采用电子束描绘装置或纳米压印装置进行制造。这样一来，能够高精度地形成上述的多个凹部或凸部。再有，通常通过转印原版的凹凸结构来制造反转版，通过转印该反转版的凹凸结构来制造复制版。另夕卜，根据需要，采用复制版作为原版制造反转版，通过转印该反转版的凹凸结构再制造复制版。在实际的制造中，通常使用这样得到的复制版。起伏结构形成层110典型地含有基材和形成于其上的树脂层。作为该基材，典型地使用薄膜基材。作为该薄膜基材，例如使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜及聚丙烯(PP)薄膜等塑料薄膜。或者，作为基材，也可以使用纸、合成纸、塑料复层纸或树脂浸渍纸。再有，基材也可以省略。作为树脂层，例如可用上述的方法来形成。将树脂层的厚度规定在例如0. 1 μ m 10 μ m的范围内。如果其厚度过厚，则容易产生因加工时的加压等造成的树脂的溢出及/或皱纹的形成。如果其厚度过薄，则有时难以形成所希望的凹结构及/或凸结构。此外，树脂层的厚度与应设在其主面上的凹部或凸部的深度或高度相等，或者比其大。将此厚度规定在例如凹部或凸部的深度或高度的1 10倍的范围内，典型地规定在其3 5倍的范围内。再有，关于起伏结构形成层110的形成，例如也可以采用日本专利第4194073号公报中公开的“压合法”、日本实用新型登录第2524092号公报中公开的“模铸法”、或日本特开2007-118563号公报中公开的“光聚合物法”。接着，如图4所示，使折射率与起伏结构形成层110的材料不同的第1材料气相沉积在整个区域Rl及R2上。由此，在起伏结构形成层110的包含区域Rl及R2的主面上形成反射材料层120。作为该第1材料，例如使用与起伏结构形成层110的材料的折射率之差为0. 2以上的材料。如果该差较小，则有时难产生起伏结构形成层110和后述的第1层120'的界面上的反射。作为第1材料，典型地使用选自Al、Sn、Cr、Ni、Cu、Au、Ag及它们的合金之中的至少一种金属材料。或者，作为透明性比较高的第1材料，也可以使用以下列举出的陶瓷材料或有机聚合物材料。再有，以下所示的化学式或化合物名称后记载的括号内的数值表示各材料的
折射率。也就是说，作为陶瓷材料，例如能够使用Sb2O3 (3. 0)、Fe2O3 (2. 7)、TiO2 (2. 6)、CdS (2. 6)、CeO2 (2. 3)、ZnS (2. 3)、PbCl2 (2. 3)、CdO (2. 2)、Sb2O3 (5)、WO3 (5)、SiO (5)、 Si2O3 (2. 5)、In2O3 (2. 0)、PbO (2. 6)、Ta2O3 (2. 4)、ZnO (2. 1)、ZrO2 (5)、MgO (1)、SiO2 (1. 45)、 Si2O2 (10)、MgF2 (4)、CeF3 (1)、CaF2 (1. 3 1· 4)、AlF3(I)、Al2O3 (1)或 GaO (2)。作为有机聚合物材料，例如能够使用聚乙烯(1.51)、聚丙烯(1.49)、聚四氟乙烯 (1.35)、聚甲基丙烯酸甲酯(1.49)或聚苯乙烯(1.60)。关于第1材料的气相沉积，例如采用真空蒸镀法、溅射法或化学气相沉积法(CVD 法)来进行。关于该气相沉积，在与起伏结构形成层110的主面平行的面内方向，以均勻的密度进行。具体地说，该气相沉积以第1区域Rl的位置上的第1材料的量与第1区域Rl的表观上的面积之比和第2区域R2的位置上的第1材料的量与第2区域R2的表观上的面积之比相等的方式进行。此外，在该气相沉积中，典型地按以下的方法确定假定起伏结构形成层110的主面只由平坦面构成时的膜厚(以下称为设定膜厚)。也就是说，以反射材料层120满足以下主要条件的方式确定该设定膜厚。第一，反射材料层120中的与第1区域Rl对应的部分要具有与第1区域Rl的表面形状对应的表面形状。在图4所示的例子中，该部分形成有表面形状与设在第1区域Rl 上的多个槽对应的连续膜。第二，反射材料层120中的与第2区域R2对应的部分要具有与第2区域R2的表面形状对应的表面形状，或者，与设在第2区域R2上的多个凹部或凸部的配置对应地进行部分开口。图4中作为一个例子描绘前者的情况。也就是说，在图4所示的例子中，该部分形成有表面形状与设在第2区域R2上的多个槽对应的连续膜。再有，如上所述，第2区域R2与第1区域Rl相比，表面积与表观上的面积之比更大。因此，在以反射材料层120具有与区域Rl及R2的表面形状对应的表面形状的方式确定上述设定膜厚的情况下，反射材料层120中的与第2区域R2对应的部分和与第1区域Rl 对应的部分相比，平均膜厚更薄。再有，这里，所谓层的“平均膜厚”，指的是该层的一方的表面上的各点和下垂到该层的另一方的表面的垂线的支脚之间的距离的平均值。此外，通过将上述的设定膜厚设定为更小的值，能够形成在与第1区域Rl对应的部分具有与第1区域Rl的表面形状对应的表面形状，且在与第2区域R2对应的部分与多个凹部或凸部的配置对应地进行部分开口的反射材料层120。反射材料层120的设定膜厚典型地与设在第2区域R2上的多个凹部或凸部的深度或高度相比更加减薄。此外，在第1区域Rl上设有多个凹部或凸部的情况下，该设定膜厚典型地与它们的深度或高度相比更加减薄。具体地说，将反射材料层120的设定膜厚规定在例如5nm 500nm的范围内，典型地规定在30nm 300nm的范围内。如果该设定膜厚过薄，则有时难产生起伏结构形成层 110和后述的第1层120'的界面上的反射。如果该设定膜厚过厚，则有时难以满足上述主要条件地形成反射材料层120。将反射材料层120中的与第1区域Rl对应的部分的平均膜厚例如规定在5nm 500nm的范围内，典型地规定在30nm 300nm的范围内。如果该平均膜厚过薄，则有时难以产生起伏结构形成层110和后述的第1层120'的界面上的反射。如果该平均膜厚过厚，则有时光学元件10的生产率下降。接着，如图5所示，使与反射材料层120的材料不同的第2材料气相沉积在反射材料层120上。由此，形成在中间夹着反射材料层120且与起伏结构形成层110相对的掩模层 130。作为该第2材料，典型地使用无机物。作为该无机物，例如可以列举出MgF2、Sn、 Cr、ZnS, ZnO, Ni、Cu、Au、Ag、Ti02、MgO、SiO2 及 Al2O30 特别是，在作为第 2 材料使用 MgF2 的情况下，能够更加提高掩模层130及第2层130'对基材的弯曲或冲击的随动性及耐擦伤性。或者，作为该第2材料，也可以使用有机物。作为该有机物，例如可使用重均分子量为1500以下的有机物。作为这样的有机物，例如可以列举出丙烯酸酯、氨基甲酸酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯等聚合性化合物。或者，作为这样的有机化合物，也可以使用在将这些聚合性化合物和引发剂混合，作为放射线固化树脂而进行气相沉积后，通过照射放射线使其聚合而成的有机化合物。或者，作为第2材料，也可以使用金属醇盐。或者，作为第2材料，也可以使用在气相沉积了金属醇盐后使其聚合而成的材料。此时，在气相沉积后，在聚合之前，也可以进行干燥处理。第2材料的气相沉积例如采用真空蒸镀法、溅射法或CVD法来进行。关于该气相沉积，在与起伏结构形成层110的主面平行的面内方向以均勻的密度进行。具体地说，该气相沉积以第1区域Rl的位置上的第2材料的量与第1区域Rl的表观上的面积之比和第2区域R2的位置上的第2材料的量与第2区域R2的表观上的面积之比相等的方式进行。此外，在该气相沉积中，按以下确定掩模层130的设定膜厚。也就是说，以掩模层 130满足以下主要条件的方式确定该设定膜厚。第1，掩模层130中的与第1区域Rl对应的部分要具有与第1区域Rl的表面形状对应的表面形状。在图5所示的例子中，该部分形成有表面形状与设在第1区域Rl上的多个槽对应的连续膜。第2，掩模层130中的与第2区域R2对应的部分要具有与第2区域R2的表面形状对应的表面形状，或者，与设在第2区域R2上的多个凹部或凸部的配置对应地进行部分开口。在图5中，作为一个例子描绘了后者的情况。也就是说，在图5所示的例子中，该部分在反射材料层120上形成有与设在第2区域R2上的多个槽的配置对应地进行部分开口的不连续膜。再有，如上所述，第2区域R2与第1区域Rl相比，表面积与表观上的面积之比更大。因此，在以掩模层130具有与区域Rl及R2的表面形状对应的表面形状的方式确定上述设定膜厚的情况下，掩模层130中的与第2区域R2对应的部分和与第1区域Rl对应的部分相比，平均膜厚更薄。此外，通过将上述的设定膜厚设定为更小的值，能够在与第1区域Rl对应的部分具有与第1区域Rl的表面形状对应的表面形状，且在与第2区域R2对应的部分形成与多个凹部或凸部的配置对应地进行部分开口的掩模层130。
掩模层130的设定膜厚典型地与设在第2区域R2上的多个凹部或凸部的深度或高度相比更加减薄。此外，在第1区域Rl上设有多个凹部或凸部的情况下，该设定膜厚典型地与它们的深度或高度相比更加减薄。而且，掩模层130的设定膜厚典型地与反射材料层120的设定膜厚相比更加减薄。具体地说，将掩模层130的设定膜厚规定在例如0. 3nm 200nm的范围内，典型地规定在3nm SOnm的范围内。如果该设定膜厚过薄，则掩模层130中的与第1区域Rl对应的部分的平均膜厚过度减小，有时反射材料层120中的与第1区域Rl对应的部分的掩模层130的保护作用并不充分。如果该设定膜厚过大，则有时反射材料层120中的与第2区域R2对应的部分的掩模层130的保护作用变得过剩。掩模层130中的与第1区域Rl对应的部分的平均膜厚典型地与反射材料层120 中的与第1区域Rl对应的部分的平均膜厚相比更加减小。将掩模层130中的与第1区域Rl对应的部分的平均膜厚规定在例如0. 3nm 200nm的范围内，典型地规定在3nm SOnm的范围内。如果该平均膜厚过薄，则有时反射材料层120中的与第1区域Rl对应的部分的掩模层130的保护作用并不充分，后述的第1 层120'中的与第1区域Rl对应的部分的平均膜厚过度减小。如果该设定膜厚过大，则有时反射材料层120中的与第2区域R2对应的部分的掩模层130的保护作用变得过剩。接着，将掩模层130暴露于可产生与反射材料层120的材料的反应的反应性气体或液体中。而且，至少在第2区域R2的位置，产生与反射材料层120的材料的上述反应。这里，对作为反应性气体或液体使用可溶解反射材料层120的材料的蚀刻液的情况进行说明。作为该蚀刻液，典型地使用氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液及氢氧化钾溶液等碱性溶液。或者，作为蚀刻液，也可以使用盐酸、硝酸、硫酸及乙酸等酸性溶液。如图5所示，掩模层130中的与第1区域Rl对应的部分形成连续膜，而与第2区域R2对应的部分形成部分开口的不连续膜。反射材料层120中的没有被掩模层130覆盖的部分与反射材料层120中的被掩模层130覆盖的部分相比，容易与反应性气体或液体接触。因此，前者与后者相比更容易被蚀刻。此外，如果将反射材料层120中的没有被掩模层130覆盖的部分除去，则在反射材料层120上产生与掩模层130的开口对应的开口。如果再继续蚀刻，则反射材料层120的蚀刻在各开口的位置向面内方向进展。其结果是，在第2区域R2上，反射材料层120中的支持掩模层130的部分与其上的掩模层130 —同被除去。因此，通过调整蚀刻液的浓度及温度以及蚀刻的处理时间等，如图6所示，能够只将反射材料层120中的与第2区域R2对应的部分除去。由此，可得到只覆盖区域Rl及R2 中的第1区域Rl的第1层120'。按以上可得到图1及图2所示的光学元件10。通过上述方法得到的光学元件10具有以下的特征。第1层120'为反射层，典型地由上述的第1材料构成。第1层120'只覆盖区域 Rl及R2中的第1区域R1。也就是说，将第1层120'仅设在与第1区域Rl对应的位置上。 此外，第2区域R2的位置上的第1材料的量与第2区域R2的表观上的面积之比为零。第1层120'具有与第1区域Rl的表面形状对应的表面形状。在图1及图2所示的例子中，第1层120'具有与设在第1区域Rl上的多个槽对应的表面形状。设在第1区
12域Rl上的多个槽典型地说，在第1层120'的表面形成有在用白色光照明时射出衍射光的衍射光栅或全息图。在此情况下，光学元件10的显示部DPl可显示与衍射光对应的颜色。 因此，在此情况下，能够实现更优良的防伪效果及装饰效果。第1层120'的轮廓在起伏结构形成层110的主面的正投影，其整体与第1区域 Rl的轮廓重合。也就是说，第1层120'与第1区域Rl的形状对应地形成图案。因此，通过以高的位置精度形成区域Rl及R2，能够得到以优良的位置精度形成的第1层120'。再有，在参照图3 图6说明的方法中，反射材料层120中的与第1区域Rl对应的部分被掩模层130覆盖。因此，即使在进行上述蚀刻处理的情况下，该部分的膜厚也几乎或完全不会减少。因此，第1层120'中的与第1区域Rl对应的部分的平均膜厚典型地和反射材料层120中的与第1区域Rl对应的部分的平均膜厚相等。也就是说，该平均膜厚在例如5nm 500nm的范围内，典型地在30nm 300nm的范围内。再有，区域Rl及R2的边界与第1层120'的轮廓之间的最短距离的最大值低于例如20 μ m,优选低于10 μ m,更优选低于3 μ m。第2层130'例如是通过气相沉积法而形成的层。第2层130'覆盖第1层120'。 第2层130'在中间夹着第1层120'地只与区域Rl及R2中的第1区域Rl整体相对。也就是说，第1层120 ‘的轮廓在起伏结构形成层110的主面上的正投影，其整体与第2层 130'的轮廓在上述主面上的正投影重合。此外，第2区域R2的位置上的第2材料的量与第2区域R2的表观上的面积之比为零。第2层130'中的与第1区域Rl对应的部分的平均膜厚与掩模层130中的与第1 区域Rl对应的部分的平均膜厚相等或更小。该平均膜厚在例如0. 3nm 200nm的范围内， 典型地在3nm 80nm的范围内。第2层130'例如起到保护第1层120'的作用。此外，如果设置第2层130‘，则与不设置第2层130'时相比，能够使光学元件10的伪造更加困难。此外，在使用着色的材料作为第2材料，且从第2层130 ‘侧观察光学元件10的情况下，第2层130'不对光学元件10的其它部分的色彩施加影响，可只使光学元件10中的设置第1层120'的部分的色彩变化。例如，在使用Al作为第1材料，且使用Sn或Cr作为第2材料的情况下，能够对光学元件10中的设有第1层120'的部分赋予带黑色的色彩。 或者，在使用Al作为第1材料，且使用ZnS作为第2材料的情况下，能够对光学元件10中的设有第1层120'的部分赋予带黄色的色彩。再有，在第1层120'的平均膜厚较小的情况下，即使在从起伏结构形成层110侧观察光学元件10时，也能够得到这些效果。再有，以上，对在区域Rl及R2双方设有规则地排列的多个槽的情况进行了说明， 但区域Rl及R2的构成并不局限于此。例如，第1区域Rl也可以是平坦的。在此情况下，例如，可如镜面地看见显示部 DPI。再有，在此情况下，第1区域Rl的表面积与表观上的面积之比等于1。或者，第1区域Rl也可以设有二维排列的多个凹部或凸部。在此情况下，这些凹部或凸部典型地说顶端细小的。例如，这些凹部或凸部具有圆锥、棱锥、圆锥台、棱锥台、椭圆抛物面或旋转抛物面形状。这些凹部或凸部的侧壁可以是光滑的，也可以是台阶状的。或者，这些凹部或凸部也可以是圆柱及棱柱状等柱状。此外，二维排列的凹部或凸部可以规则地排列的，也可以不规则地排列的。在前者的情况下，这些凹部或凸部典型地在第1层120'的表面上形成有在以白色光照明时射出衍射光的衍射光栅或全息图。在第1区域Rl上设有二维排列的凹部或凸部的情况下，这些凹部或凸部例如排列成正方格子状。或者，这些凹部或凸部也可以排列成矩形格子状或三角格子状。在第1区域Rl上设有二维排列的多个凹部或凸部的情况下，将这些凹部的开口部的直径的平均值或这些凸部的底部的直径的平均值规定在例如IOOnm 3000nm的范围内。 此外，将这些凹部的深度的平均值或这些凸部的高度的平均值规定在例如20nm 1500nm 的范围内。将这些凹部的深度与直径之比的平均值或这些凸部的高度与底部的直径之比的平均值规定在例如0. 5以下，典型地规定在0. 05 0. 3的范围内。此外，第2区域R2也可以设有二维排列的多个凹部或凸部。作为这些多个凹部或凸部，除凹部的深度与直径之比的平均值或凸部的高度与底部的直径之比的平均值更大以夕卜，能够采用与前面就第1区域Rl的多个凹部或凸部所说明的构成相同的构成。在第2区域R2上设有二维排列的多个凹部或凸部的情况下，将这些凹部的开口部的直径的平均值或这些凸部的底部的直径的平均值规定在例如IOOnm 3000nm的范围内。 此外，将这些凹部的深度的平均值或这些凸部的高度的平均值规定在例如80nm 6000nm 的范围内。将这些凹部的深度与直径之比的平均值或这些凸部的高度与底部的直径之比的平均值规定在例如0. 8 2. 0的范围内，典型地规定在0. 8 1. 5的范围内。再有，设在区域Rl及R2上的多个凹部或凸部也可以形成起伏全息图、衍射光栅、 亚波长光栅、微型透镜、偏振元件、聚光元件、散射元件、扩散元件或它们的组合。此外，以上就反射材料层120具有与区域Rl及R2的表面形状对应的表面形状，掩模层130中的与第1区域Rl对应的部分具有与该第1区域Rl的表面形状对应的表面形状， 掩模层130中的与第2区域R2对应的部分与设在第2区域R2上的多个凹部或凸部的配置对应地进行部分开口的构成进行了说明，但这些层的构成并不局限于此。例如，也可以采用反射材料层120和掩模层130的双方具有与区域Rl及R2的表面形状对应的表面形状的构成。在此情况下，如前所述，反射材料层120和掩模层130中的与第2区域R2对应的部分分别与这些层中的与第1区域Rl对应的部分相比，平均膜厚更小。一般地说，掩模层130中的平均膜厚更小的部分与平均膜厚更大的部分相比，容易使反应性气体或液体透过。此外，反应性气体或液体和第2材料反应，在将该反应的生成物从掩模层130立即除去的情况下，能够只在第2区域R2上使掩模层130开口。因此，即使在这种情况下，通过调整蚀刻液的浓度及温度以及蚀刻的处理时间等， 也能制造图1及图2所示的光学元件10。或者，也可以采用反射材料层120和掩模层130的双方在与第1区域Rl对应的部分具有第1区域Rl的表面形状，在与第2区域R2对应的部分与设在第2区域R2上的多个凹部或凸部的配置对应地进行部分开口的构成。即使在这种情况下，通过调整蚀刻液的浓度及温度以及蚀刻的处理时间等，也能制造图1及图2所示的光学元件10。此外，以上就将反射材料层120及掩模层130中的与第2区域R2对应的部分完全除去的情况进行了说明，但也可以残留这些部分的一部分。例如，通过更加缩短供蚀刻处理的时间，也可以使第2区域R2的位置上的第1材料的量与第2区域R2的表观上的面积之比大于零，且与第1区域Rl的位置上的第2材料的量与第1区域Rl的表观上的面积之比相比较更加减小。或者，同样，也可以使第2区域R2的位置上的第2材料的量与第2区域 R2的表观上的面积之比大于零，且与第1区域Rl的位置上的第2材料的量与第1区域Rl 的表观上的面积之比相比较更加减小。再者，以上就反射材料层120及第1层120'具有单层结构的情况进行了说明，但这些层也可以具有多层结构。由此，例如在光学元件10中，第1层120'也可以形成多层干涉膜。在此情况下，第1层120'例如含有从起伏结构形成层110侧依次层叠有镜面层、 间隔物层和半透镜层而成的多层膜。镜面层是金属层，典型地含有金属的单质或合金。作为镜面层所含有的金属，例如可以列举出铝、金、铜及银。作为该金属，特别优选的是铝。将镜面层的厚度规定在例如 300nm以下，典型地规定在20 200nm的范围内。间隔物层典型地含有电介质材料。该电介质材料的折射率优选为1.65以下。此夕卜，该电介质材料优选是透明的。作为这样的电介质材料，例如可以列举出Si02&MgF2。将间隔物层的厚度规定在例如5 500nm的范围内。半透镜层是具有光透过性的反射层，典型地含有金属的单质、合金、金属氧化物或金属硫化物。作为半透镜层所含有的金属或合金，例如可以列举出铝、镍、Inocel (注册商标)、氧化钛(TiO2)、硫化锌( 、硫化钼(MoS2)及氧化铁(III) (Fe2O3)。将半透镜层的厚度规定在例如5 SOnm的范围内。该厚度在使用透明性高的高折射率材料即氧化钛等金属氧化物或硫化锌等金属硫化盐的情况下，优选规定在30 SOnm的范围内。此外，该厚度在使用反射率及光遮蔽性高的铝等金属的情况下，优选规定在5 45nm的范围内。此外，以上就掩模层130及第2层130'具有单层结构的情况进行了说明，但这些层也可以具有多层结构。由此，例如在光学元件10中，第2层130'也可以形成多层干涉膜。或者，第1层120'和第2层130'的层叠结构也可以形成多层干涉膜。在这些情况下，如果利用参照图3 图6所说明的方法，则能稳定地且以高的位置精度形成多层干涉膜。在参照图3 图6所说明的方法中，在形成第1层120'和第2层130'后，也可以重复参照图4及图6所说明的工序。这样一来，在第1区域Rl上，能够得到第1层120' 和第2层130'交替层叠的结构。这样一来，例如可在第1区域Rl上形成多层干涉膜。在此情况下，也能稳定地且以高的位置精度形成多层干涉膜。此外，以上就使用蚀刻液作为反应性气体或液体的情况进行了说明，但反应性气体或液体并不局限于此。例如，作为反应性气体或液体，也可以使用可使反射材料层120的材料气化的蚀刻气体。或者，作为反应性气体或液体，也可以使用通过与第1材料的反应，使反射材料层 120的一部分变化成由与第1材料不同的材料构成的层的气体或液体。在此情况下，例如， 可使该部分变化成由与第1材料不同的材料构成的层，以代替将反射材料层120中的与第 2区域R2对应的部分除去。作为这样的反应性气体或液体，例如能够使用可使第1材料氧化的氧化剂。作为该氧化剂，例如可使用氧、臭氧，或卤素、或二氧化氯、次卤酸、亚卤酸(亜〃 口 >酸)、碱式卤酸(次〃 口 7 >酸)、高卤酸及其盐等卤化物，过氧化氢、过硫酸盐类、过氧化碳酸盐类、过氧化硫酸盐类及过氧化磷酸盐类等无机过氧化物，过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、 过氧化氢异丙苯、二异丙苯过氧化氢、过甲酸、过乙酸及过安息香酸等有机过氧化物，铈盐、 Mn(III)^Mn(IV)及Mn(VI)盐、银盐、铜盐、铬盐、钴盐、重铬酸盐、铬酸盐、高锰酸盐、邻羧基过苯甲酸镁、氯化铁及氯化铜等金属或金属氧化物，或硝酸、硝酸盐、溴酸盐、高碘酸盐及碘酸盐等无机酸或无机酸盐。例如，在使用Cu作为反射材料层120'的材料的情况下，通过使反射材料层120' 中的至少与第2区域R2对应的部分与氧化剂反应，能够使该部分变化成由Cu氧化物构成的层。或者，在使用Al作为反射材料层120'的材料的情况下，通过使反射材料层120'中的至少与第2区域R2对应的部分与氧化剂反应，能够使该部分变化成由勃姆石等Al氧化物构成的层。或者，作为上述的反应性气体或液体，也可以使用可使反射材料层120'的材料还原的还原剂。作为该还原剂，例如可使用硫化氢、二氧化硫、氟化氢、醇、羧酸、氢气、氢等离子体、远距离氢等离子体、二乙基硅烷、乙基硅烷、二甲基硅烷、苯基硅烷、硅烷、双硅烷、氨基硅烷、硼烷、二硼烷、铝烷、锗烷、联氨、氨、胼、甲基胼、1，1_ 二甲基胼、1，2_ 二甲基胼、叔丁基胼、苄基胼、2-联氨基乙醇、1-正丁基-1-苯基胼、苯基胼、1-萘基胼、4-氯苯基胼、1， 1- 二苯基胼、对胼基苯磺酸、1，2- 二苯基胼、乙酰胼或苯酰胼。再有，在参照图3 图6所说明的方法中，也可以在通过蚀刻处理等形成第1层 120'后除去第2层130'。该第2层130'的除去例如在担心基于第1材料和第2材料的离子化倾向的差异的第1材料的离子化的情况下是有效的。图7是示意表示一变形例的光学元件的俯视图。图8是沿着图7所示的光学元件的VIII-VIII线的剖视图。图7及图8所示的光学元件10除使起伏结构形成层110的主面所包含的区域Rl及R2的构成不同以外，能够利用与参照图3 图6所说明的方法相同的方法进行制造。在图7及图8所示的光学元件10中，第1区域Rl具有与“TP”的微型文字对应的轮廓。第1区域Rl具备由平坦面构成的平坦区域FR和具备多个凹部或凸部的凹凸区域 UR0平坦区域FR对凹凸区域UR进行了饰边。在图7中，将光学元件10中的与平坦区域 FR对应的部分作为显示部DPF，将光学元件10中的与凹凸区域UR对应的部分作为显示部 DPU。对显示部DPU进行了饰边的显示部DPF的宽度例如在10 μ m 2000 μ m的范围内，典型地在50 μ m 1000 μ m的范围内。为了形成这样的显示部DPF，需要以非常高的位置精度形成第1层120'。因此，采用以往的布图方法制造这样的光学元件10是不可能的， 或是非常困难的。另一方面，如果采用先前参照图3 图6所说明的方法，则如上所述，能够以高的位置精度形成第1层120'。因此，如果采用此种方法，即使是上述微型文字这样的微细的图像，也可使其以优良的分辨率来显示。图9是示意表示另一变形例的光学元件的俯视图。图10是沿着图9所示的光学1元件的X-X线的剖视图。在图9中，将光学元件10中的与后述的第1子区域SRl对应的部分作为显示部DSPl，将与第2子区域SR2对应的部分作为显示部DSP2。图9及图10所示的光学元件10除以下方面以外，具有与图1及图2所示的光学元件10相同的构成。也就是说，在图9及图10所示的光学元件10中，第1区域Rl包含第1子区域SRl 和第2子区域SR2。第1子区域SRl与第2区域R2邻接，沿着区域Rl及R2间的边界延伸。 第2子区域SR2在中间夹着第1子区域SRl而与第2区域R2邻接。第2子区域SR2的轮廓典型地具有沿着第1区域Rl的轮廓的形状。第1层120'仅设在与第2子区域SR2对应的位置上。也就是说，只有区域Rl及 R2中的第2子区域SR2被第1层120'覆盖。而且第1层120'中的与第2子区域SR2对应的部分具有与第2子区域SR2的表面形状对应的表面形状。第1层120'中的与第2子区域SR2对应的部分的平均膜厚例如在5nm 500nm 的范围内，典型地在5nm 300nm的范围内。如果该平均膜厚过小，则有时难以产生起伏结构形成层110和第1层120'的界面上的反射。如果该平均膜厚过大，则光学元件10的生产率有时下降。第2层130'典型地与整个第1区域Rl相对。也就是说，第2层130'典型地包含覆盖第1层120'的第1部分Pl和从第1部分Pl朝其外侧突出的第2部分P2。而且第 1层120'的轮廓在起伏结构形成层110的主面上的第1正投影典型地具有沿着气相沉积层的轮廓在上述主面上的第2正投影的形状，且被第2正投影包围。因此，例如在第2材料着色的情况下，通过光学元件10中的与第1子区域SRl对应的部分DSRl和与第2子区域SR2对应的部分DSR2，能够使其显示不同的色彩。该色彩的差异例如能够通过采用显微镜观察光学元件10来确认。或者，在第1子区域SRl所占的面积较大的情况下，能够用肉眼观察到该色彩的差异。这样一来，参照图9及图10所说明的光学元件10可发挥特殊的光学效果。再有，第2层130'中的与第2子区域SR2对应的部分的平均膜厚例如在0.3nm 200nm的范围内，典型地在3nm 80nm的范围内。图9及图10所示的光学元件10例如可按以下的方法进行制造。也就是说，在参照图3及图5所说明的工序后，对蚀刻液的浓度及温度以及蚀刻处理的时间等进行调整，由此可在反射材料层120中的与第1区域Rl对应的部分产生侧面蚀刻。由此，可与反射材料层120及掩模层130中的与第2区域R2对应的部分一起，将反射材料层120中的与第1子区域SRl对应的部分除去。这样一来，可得到图9及图10所示的光学元件10。上述侧面蚀刻从反射材料层120中的与第1区域Rl对应的部分的轮廓朝其内侧， 以大致均勻的速度进行。因此，通过该侧面蚀刻除去的部分的宽度即第1子区域SRl的轮廓和第1区域Rl的轮廓之间的距离的偏差比较小。因此，典型地说，第2子区域SR2的轮廓具有典型地沿着第1区域Rl的轮廓的形状。因此，即使在采用这样的方法的情况下，也能够以高的位置精度形成第1层120'。此外，反射材料层120中的与第1区域Rl对应的部分被掩模层130覆盖，因而即使在产生从侧面的侧面蚀刻的条件下，也几乎或完全不会产生从其主面的蚀刻。因此，即使在采用这样的方法的情况下，也能够稳定地形成第1层120'。
再有，以上就第1层120'的轮廓在起伏结构形成层110的主面上的第1正投影具有沿着气相沉积层的轮廓在上述主面上的第2正投影的形状，且被第2正投影包围的构成进行了说明，但第1层120'及第2层130'的构成并不局限于此。例如，在以横切第1 区域Rl的方式切断蚀刻后的结构的情况下，第1正投影的一部分与第2正投影的一部分重合，第1正投影的剩余部分具有沿着第2正投影的剩余部分的形状，且被第2正投影包围。图11是示意表示本发明的另一方式的光学元件的一个例子的俯视图。图12是沿着图11所示的光学元件的XII-XII线的剖视图。图13 图17是示意表示图11及图12 所示的光学元件的制造方法的剖视图。再有，在图11中，将光学元件10中的与后述的第3 区域R3对应的部分作为显示部DP3。以下，参照图13 图17对图11及图12所示的光学元件10的制造方法进行说明。首先，如图13所示，准备具有包含第1区域R1、第2区域R2和第3区域R3的主面的起伏结构形成层110。该起伏结构形成层110除还包含第3区域R3以外，具有与参照图 3所说明的起伏结构形成层相同的构成。第3区域R3上设有多个凹部或凸部。而且第3区域R3与第1区域Rl相比，表面积与表观上的面积之比更大。该第3区域R3典型地具有与第2区域R2相同的构成。接着，如图14所示，使第1材料气相沉积在整个区域Rl R3上。由此，形成反射材料层120。该反射材料层120的形成与参照图4所说明的形成同样地进行。在图14所示的例子中，反射材料层120中的与第1区域Rl对应的部分上形成有连续膜，该连续膜具有与设在第1区域Rl上的多个槽对应的表面形状。此外，反射材料层120中的与区域R2及 R3对应的部分上形成有连续膜，该连续膜具有与设在这些区域R2及R3上的多个槽对应的表面形状。接着，如图15所示，使第2材料气相沉积在反射材料层120上。由此，形成掩模层 130。该掩模层130的形成与参照图5所说明的形成同样地进行。在图15所示的例子中，掩模层130中的与第1区域Rl对应的部分上形成有连续膜，该连续膜具有与设在第1区域Rl上的多个槽对应的表面形状。此外，掩模层130中的与区域R2及R3对应的部分在反射材料层120上形成有不连续膜，该不连续膜与设在这些区域R2及R3上的多个槽的配置对应地进行部分开口。接着，如图16所示，形成只与区域R2及R3中的第3区域R3相对的覆盖层140。 覆盖层140也可以再与第1区域Rl的至少一部分相对。图16中描绘了覆盖层140与第3 区域R3的整体及第1区域Rl的一部分相对时的情况。该覆盖层140的形成能够采用公知的图案形成方法来进行。作为该图案形成方法，例如可使用苯胺印刷法、凹版印刷法、喷墨印刷法、平版印刷法或防伪凹版印刷法。作为该覆盖层140的材料，例如使用上述的热塑性树脂、热固性树脂或放射线固化树脂。或者， 作为该覆盖层140的材料，使用聚碳酸酯、聚酰胺及聚酰亚胺等耐热树脂、它们的混合物或它们的共聚物。再有，为了形成可印刷上述材料的涂料，也可以在通过水及有机溶剂等溶剂将树脂溶解后，根据需要添加染料、颜料、流平剂、消泡剂、防流挂剂、附着增加剂、涂面改性齐U、增塑剂、含氮化合物、环氧树脂等的交联剂或它们的组合。然后，将掩模层130及覆盖层140暴露于可产生与反射材料层120的材料的反应的反应性气体或液体中。而且至少在第2区域R2的位置，产生与反射材料层120的材料的反应。这里，作为反应性气体或液体的一个例子，对使用可将反射材料层120的材料溶解的蚀刻液的情况进行说明。如图16所示，掩模层130中的与第1区域Rl对应的部分上形成有连续膜，而与第 2区域R2对应的部分形成有部分开口的不连续膜。起因于此，反射材料层120中的与第2 区域R2对应的部分和与第1区域Rl对应的部分相比，容易被蚀刻。此外，如图16所示，在掩模层130中的与第3区域R3对应的部分上形成覆盖层 140。另一方面，在掩模层130中的与第2区域R2对应的部分上没有形成有覆盖层140。起因于此，反射材料层120中的与第2区域R2对应的部分和与第3区域R3对应的部分相比， 容易被蚀刻。因此，通过调整蚀刻液的浓度及温度以及蚀刻的处理时间等，则如图17所示，能够只将反射材料层120中的与第2区域R2对应的部分除去。再有，此时，伴随着反射材料层120中的与第2区域R2对应的部分的除去，还可将掩模层130中的与第2区域R2对应的部分除去。这样一来，便得到图11及图12所示的光学元件10。该光学元件10包含起伏结构形成层110、第1层120'、第2层130'和覆盖层 140。在该光学元件10中，在第1区域Rl以外的区域即第3区域R3上也存在第1层120'。 因此，例如通过在第3区域R3设置可发挥与全息图、衍射光栅、亚波长光栅、零级衍射滤波器及偏振分离滤波器等对应的光学效果的多个凹部或凸部，能够得到具有更特殊的视觉效果的光学元件10。光学元件10也可以再具有保护膜。作为光学元件10，也可以对其表面施加防反射处理。此外，在制造光学元件10时，也可以对构成光学元件10的层的至少1个表面实施电晕处理、火焰处理或等离子处理。再有，以上说明的种种方式及变形例也可以组合其中两个以上而应用。此外，以上说明的技术也可以与部分设置反射层所用的公知的工艺组合使用。作为该公知的工艺，例如可使用通过采用激光而以图案状的方式除去反射层的激光法。或者， 作为该工艺，也可以使用在以图案状的方式于反射层上设置了掩模后，将反射层中的没有被掩模覆盖的部分除去的方法。或者，作为该工艺，也可以使用在层或基材的主面上以图案状的方式设置掩模，遍及整个上述主面而形成反射层，然后，将反射层中的位于掩模上的部分与掩模一起除去的方法。再有，这些掩模的形成例如利用印刷法或光致抗蚀剂法来进行。光学元件10也可以作为粘结标签的一部分使用。该粘结标签具备光学元件10和设在光学元件10的背面上的粘结层。或者，光学元件10也可以作为转印箔的一部分使用。该转印箔具备光学元件10 和可剥离地支持光学元件10的支持体层。光学元件10也可以支撑在物品上使用。例如，光学元件10也可以支撑在塑料制的卡等上。或者，光学元件10也可以包埋在纸中使用。也可以将光学元件10破碎成鳞片状而作为颜料的一成分使用。光学元件10也可以以防伪以外的目的使用。例如，光学元件10还能够作为玩具、 学习教材或装饰品使用。实施例
<掩模层的有无与蚀刻速度的关系>首先，对掩模层130的有无与反射材料层120中的与区域Rl及R2对应的部分的蚀刻速度的差异的关系进行了调查。(层叠体LBl的制造)按以下的方法制造了起伏结构形成层110、反射材料层120和掩模层130的层叠体。首先，作为紫外线固化型树脂的材料，准备含有50.0质量份的氨基甲酸酯(甲基) 丙烯酸酯、30. 0质量份的甲乙酮、20. 0质量份的乙酸乙酯、1. 5质量份的光引发剂的组合物。作为氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯，使用多官能性且分子量为6000的材料。作为光引发剂，使用 Ciba Specialty 公司生产的 “Irgacure 184”。接着，在厚度为23 μ m的透明PET薄膜上用凹版印刷法涂布上述组合物，使干燥膜厚达到1 μ m。接着，一边使设有多个凸部的原版支撑在印刷滚筒的圆筒面上，将该原版推压在上述的涂膜上，一边从PET薄膜侧照射紫外线。由此，使上述的紫外线固化树脂固化。此时，压力机压力为^gf/cm2，压力机温度为80°C，推压速度为IOm/分钟。此外，紫外线的照射采用高温水银灯，以300mJ/cm2的强度进行。按以上的方法得到了具有包含区域Rl及R2的主面的起伏结构形成层110。关于该起伏结构形成层110的第1区域R1，在其整体上形成了规则地排列的多个槽。这些槽的断面形状为V字形状。此外，这些槽的间距为lOOOnm。另外，这些槽的开口部的宽度为lOOOnm，深度为lOOnm。也就是说，在第1区域Rl上形成了槽的深度与开口部的宽度之比为lOOnm/lOOOnm = 0. 1的多个槽。此外，关于该起伏结构形成层110的第2区域R2，在其整体上形成了以正方格子状排列的多个凹部。这些凹部的形状为棱锥状。此外，这些凹部的最小中心间距离为333nm。 而且，这些凹部的开口部的宽度为333nm，深度为333nm。也就是说，在第2区域R2上形成了槽的深度与开口部的宽度之比为333nm/333nm =1.0的多个凹部。接着，在起伏结构形成层110的上述主面上，真空蒸镀Al作为第1材料。这样一来，便形成反射材料层120。再有，此时，反射材料层120的设定膜厚为50nm。然后，在反射材料层120的与起伏结构形成层110相反侧的主面上，真空蒸镀MgF2 作为第2材料。这样一来，便形成掩模层130。再有，此时，MgF2的设定膜厚为20nm。按以上的方法得到了起伏结构形成层110、反射材料层120和掩模层130的层叠体。以下，将这样制造的层叠体称为“层叠体LB1”。(层叠体LB2的制造比较例)除了省略掩模层130的形成以外，与层叠体LBl同样地制造起伏结构形成层110 和反射材料层120的层叠体。以下，将该层叠体称为“层叠体LB2”。(评价)对层叠体LBl及LB2进行采用氢氧化钠水溶液的蚀刻处理。此时，使氢氧化钠水溶液的温度依次变化，对各温度下的情况进行以下的评价。也就是说，对直到上述层叠体中的与第1区域Rl对应的部分的透过率达到20%的时间Tl、和直到与第2区域R2对应的部分的透过率达到80%的时间T2进行了测定。图18中示出了测定结果。再有，氢氧化钠水
20溶液的浓度为0. lmol/L，其液温从高至低依次为60°C、50°C、40°C、30°C及25°C。图18是表示掩模层的有无与蚀刻的速度的关系的一个例子的曲线图。图18中描绘了层叠体LBl及LB2各自的时间Tl及T2的测定结果和用式Tl = T2表示的直线。再有， 各曲线上的数据以朝远离原点的方向氢氧化钠水溶液的温度下降的方式排列。在该测定中，Tl的值越大，反射材料层120中的与第1区域RGl对应的部分的蚀刻的速度越低。此外，T2的值越小，反射材料层120中的与第2区域RG2对应的部分的蚀刻的速度越快。因此，T1/T2的比值越大，蚀刻的选择性越高。从图18得知，层叠体LB2在氢氧化钠水溶液的温度高的区域，T1/T2比大致等于 1。也就是说，在该区域，蚀刻的选择性低。而且，在氢氧化钠水溶液的温度低的区域，随着使其温度降低，T1/T2比逐渐增大。也就是说，在该区域，通过降低氢氧化钠水溶液的温度，能够提高蚀刻的选择性。因此，在采用层叠体LB2的情况下，为了高稳定性地制造光学元件， 需要降低氢氧化钠水溶液的温度。但是，在此情况下，蚀刻处理所需的时间长到不能容许的程度。因而得知在此情况下，兼顾光学元件的制造的生产率和稳定性是不可能的，或是非常困难的。另一方面，层叠体LBl不管氢氧化钠水溶液的温度的高低，T1/T2的比值都大。也就是说，层叠体LBl不管氢氧化钠水溶液的温度的高低，蚀刻的选择性都高。因而得知在采用层叠体LBl的情况下，能以短的蚀刻处理时间稳定地制造光学元件。也就是说，在此情况下，可使光学元件的制造的生产率和稳定性得以兼顾。<反射材料层的除去的选择性及反射层的位置精度的评价>首先，按以下的方法制造光学元件ODl 0D9。(例1光学元件ODl的制造)对前面所述的层叠体LBl进行蚀刻处理。具体地说，在浓度为0. lmol/L、液温为 60°C的氢氧化钠水溶液中将该层叠体LBl暴露经过7秒钟。由此，将反射材料层120及掩模层130中的与第2区域R2对应的部分除去。按以上的方法制造光学元件10。以下，将该光学元件10称为“光学元件0D1”。该光学元件ODl具有由起伏结构形成层110、只覆盖区域Rl及R2中的第1区域Rl整体的第 1层120'和覆盖第1层120'整体的第2层130'构成的层叠结构。此外，在该光学元件ODl中，第1层120'的平均膜厚为50nm。另外，第2层130' 的平均膜厚为20nm。(例2光学元件0D2的制造)除了将设在第2区域R2上的多个凹部的最小中心间距离规定为200nm，将这些凹部的开口部的宽度规定为200nm，将深度规定为160nm以外，与光学元件ODl同样地制造光学元件。以下，将该光学元件称为“光学元件0D2”。在该光学元件0D2中，设在第1区域Rl上的槽的深度与开口部的宽度之比为 lOOnm/lOOOnm = 0. 1。此外，设在第2区域R2上的多个凹部的深度与开口部的宽度之比为 160nm/200nm = 0. 8。此外，在该光学元件0D2中，第1层120'的平均膜厚为50nm。另外，第2层130' 的平均膜厚为20nm。(例3光学元件0D3的制造)
除了将设在第1区域Rl上的多个槽的间距规定为300nm，将这些槽的开口部的宽度规定为300nm，将深度规定为lOOnm，同时将设在第2区域R2上的多个凹部的最小中心间距离规定为375nm，将这些凹部的开口部的宽度规定为375nm，将深度规定为300nm以外，与光学元件ODl同样地制造光学元件。以下，将该光学元件称为“光学元件0D3”。在该光学元件0D3中，设在第1区域Rl上的槽的深度与开口部的宽度之比为 100nm/300nm = 0. 33。此外，设在第2区域R2上的多个凹部的深度与开口部的宽度之比为 300nm/375nm = 0. 8。此外，在该光学元件0D3中，第1层120'的平均膜厚为50nm。另外，第2层130' 的平均膜厚为20nm。(例4光学元件0D4的制造)除了将设在第2区域R2上的多个凹部的最小中心间距离规定为300nm，将这些凹部的开口部的宽度规定为300nm，将深度规定为300nm以外，与光学元件0D3同样地制造光学元件。以下，将该光学元件称为“光学元件0D4”。在该光学元件0D4中，设在第1区域Rl上的槽的深度与开口部的宽度之比为 100nm/300nm = 0. 33。此外，设在第2区域R2上的多个凹部的深度与开口部的宽度之比为 300nm/300nm = 1. O。此外，在该光学元件0D4中，第1层120'的平均膜厚为50nm。另外，第2层130' 的平均膜厚为20nm。(例5光学元件0D5的制造)首先，与前面对层叠体LBl的叙述同样地形成具有除了区域Rl及R2还含有第3 区域R3的主面的起伏结构形成层110。作为该起伏结构形成层110上的区域Rl及R2，采用与层叠体LBl时同样的构成。另外，作为第3区域R3，采用与第2区域R2同样的构成。接着，与前面对层叠体LBl的叙述同样地形成反射材料层120及掩模层130。然后，采用凹版印刷法，形成只与区域Rl R3中的第3区域R3的整体及第1区域Rl的一部分相对的覆盖层140。继续，与前面对光学元件ODl的叙述同样地进行蚀刻处理。由此，通过只将反射材料层120及掩模层130中的与第2区域R2对应的部分除去，形成反射层120及气相沉积层 130。以下，将这样得到的光学元件称为“光学元件0D5”。在该光学元件0D5中，设在第1区域Rl上的槽的深度与开口部的宽度之比为 lOOnm/lOOOnm = 0. 1。此外，设在区域R2及R3上的凹部的深度与开口部的宽度之比为 333nm/333nm = 1. O。此外，在该光学元件0D5中，第1层120'的平均膜厚为50nm。另外，第2层130' 的平均膜厚为20nm。(例6光学元件0D6的制造比较例)除了使用层叠体LB2以代替层叠体LB1，将其在浓度为0. lmol/L、液温为30°C的氢氧化钠水溶液中暴露经过60秒钟以代替在浓度为0. lmol/L、液温为60°C的氢氧化钠水溶液中暴露经过7秒钟以外，与对光学元件ODl的叙述同样地制造光学元件。以下，将该光学元件称为“光学元件0D6”。(例7光学元件0D7的制造比较例)
除了将反射材料层120的设定膜厚规定为20nm以外，与对光学元件0D6的叙述同样地制造光学元件。以下，将该光学元件称为“光学元件0D7”。(例8光学元件0D8的制造比较例)除了将反射材料层120的设定膜厚规定为SOnm以外，与对光学元件0D6的叙述同样地制造光学元件。以下，将该光学元件称为“光学元件0D8”。(例9光学元件0D9的制造比较例)在此例中，除了按以下的方法形成掩模层130以外，与对光学元件ODl的叙述同样地制造光学元件。也就是说，在此例中，取代采用气相沉积法在反射材料层120整体上形成掩模层 130，而采用凹版印刷法形成掩模层130。具体地说，首先，准备含有50. 0质量份的氯乙烯-乙酸乙烯共聚物树脂、30. 0质量份的甲乙酮、20. 0质量份的乙酸乙酯的组合物。然后， 将该组合物凹版印刷在反射材料层120中的与第1区域Rl对应的部分所形成的图案上。再有，该印刷以掩模层130的平均膜厚达到Ι.Ομπι的方式进行。以下，将这样得到的光学元件称为“光学元件0D9”。(评价)首先，就光学元件ODl 0D9，分别对反射材料层120的除去的选择性进行了评价。 具体地说，分别对光学元件ODl 0D9进行了与区域Rl及R2对应的部分的可见光透过率的测定。另外，将光学元件中的与第1区域Rl对应的部分的可见光透过率在20%以下、且与第2区域R2对应的部分的可见光透过率在90%以上者评价为“0Κ”，将在其以外者评价为“NG”，其结果见下表1。表1
,I _ ^^ _ I反射材料层I掩模层的I反射材料I 光学第1区域第2区域ΛΑ、α,π#「 反射层的一 1 的设定膜厚设定膜厚层的除去 ^mjterfp 兀件的纵横比的纵横比 、 、 位置精度 ____(nm)__(nm) 的选择性__
ODl 0.1__LO__50__20__OK__OK
OD2 0.1__08__50__20__OK__OK
OD3 0.33__08__50__20__OK__OK
OD4 0.33__LO__50__20__OK__OK
OD5 0.1__LO__50__20__OK__OK
OD6 0.1__LO__50__O__NG__OK
OD7 0.1__LO__20__O__NG__OK
OD8 0.1__LO__80__O__NG__OK
OD9 0.1__LO__50__1 00__OK__NG再有，在表1中，所谓“纵横比”，指的是槽的深度与开口部的宽度之比的平均值。由表1得知，在光学元件0D6 0D8中，反射材料层120的除去的选择性并不充分。 也就是说，在这些光学元件0D6 0D8中，光学元件中的与第1区域Rl对应的部分的可见光透过率大于20%或与第2区域R2对应的部分的可见光透过率小于90%。另一方面，在光学元件ODl 0D5及0D9中，反射材料层120的除去的选择性高。接着，就光学元件ODl 0D9，分别对反射层120的位置精度进行了评价。具体地说，对各光学元件测定了区域Rl及R2的边界和第1层120'的轮廓的最短距离的最大值。 另外，将该值低于20 μ m者评价为“0K”，将该值在20 μ m以上者评价为“NG”，其结果见上表
Io由表1得知，在光学元件0D9中，反射层120的位置精度并不充分。也就是说，在该光学元件0D9中，区域Rl及R2的边界和第1层120'的轮廓的最短距离的最大值在20 μ m 以上。另外，在光学元件ODl 0D8中，反射层120的位置精度高。如上所述，在光学元件ODl 0D5中，反射材料层120的除去的选择性和第1层 120'的位置精度双方均优良。进一步的优势及变形对本领域技术人员来说是容易的。因此，本发明在其更宽的侧面，不应限定于这里叙述的特定的记载或代表性的方式。因此，在不脱离由权利要求书及其等同置换的范围所规定的本发明包括的概念上的真意或范围的范围内，可以进行各式各样的变形。符号说明10光学元件110起伏结构形成层120反射材料层120' 第1层130掩模层130' 第2层140 覆盖层DPl 显示部DP2 显示部DP3 显示部DPF 显示部DPU 显示部DSP 1显示部DSP2 显示部Pl 第1部分P2 第2部分Rl 第1区域R2 第2区域R3 第3区域SRl 第1子区域SR2 第2子区域
2权利要求
1.一种光学元件，其具备以下各层起伏结构形成层，该层具有包含相互邻接的第ι区域及第2区域的主面，所述第1区域包含第1子区域及第2子区域，所述第1子区域与所述第2区域邻接，且沿着所述第1区域及第2区域间的边界延伸，所述第2子区域在中间夹着所述第1子区域而与所述第2区域邻接，所述第2区域设有多个凹部或凸部，而且与所述第1区域相比，表面积与表观上的面积之比更大；第1层，该层由折射率与所述起伏结构形成层的材料不同的第1材料构成，至少覆盖所述第2子区域，与所述第2子区域对应的部分具有与所述第2子区域的表面形状对应的表面形状，所述第2区域的位置上的所述第1材料的量与所述第2区域的表观上的面积之比为零，或者和所述第2子区域的位置上的所述第1材料的量与所述第2子区域的表观上的面积之比相比更小；以及第2层，该层由与所述第1材料不同的第2材料构成，覆盖所述第1层，所述第2区域的位置上的所述第2材料的量与所述第2区域的表观上的面积之比为零，或者和所述第2 子区域的位置上的所述第2材料的量与所述第2子区域的表观上的面积之比相比更小。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述第1区域设有多个凹部或凸部，所述第 2区域的所述多个凹部或凸部与所述第1区域的所述多个凹部或凸部相比较，凹部的深度与开口部的直径或宽度之比的平均值或凸部的高度与底部的直径或宽度之比的平均值更大。
3.根据权利要求2所述的光学元件，其中，在所述第1区域的所述多个凹部或凸部中， 这些凹部的深度与开口部的直径或宽度之比的平均值或这些凸部的高度与底部的直径或宽度之比的平均值为0.5以下，在所述第2区域的所述多个凹部或凸部中，这些凹部的深度与开口部的直径或宽度之比的平均值或这些凸部的高度与底部的直径或宽度之比的平均值在0.8 2.0的范围内。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的光学元件，其中，所述第2区域的所述多个凹部或凸部被二维地排列。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的光学元件，其中，所述第2层中的与所述第2子区域对应的部分的平均膜厚在0. 3nm 200nm的范围内。
6.根据权利要求1 4中任一项所述的光学元件，其中，所述第2层是用气相沉积法形成的层。
7.根据权利要求1 6中任一项所述的光学元件，其中，所述第1层仅设在与所述第2 子区域对应的位置上或仅设在与所述第1区域对应的位置上。
8.根据权利要求1 7中任一项所述的光学元件，其中，对于所述第1层的轮廓在所述主面上的第1正投影，其整体与所述第2层的轮廓在所述主面上的第2正投影重合；或者， 所述第1正投影具有沿着所述第2正投影的形状，且被所述第2正投影包围；或者，所述第 1正投影的一部分与所述第2正投影的一部分重合，所述第1正投影的剩余部分具有沿着所述第2正投影的剩余部分的形状，且被所述第2正投影包围。
9.根据权利要求1 8中任一项所述的光学元件，其中，所述第1区域和所述第2区域的边界与所述第1层的轮廓的最短距离的最大值低于20 μ m。
10.一种光学元件的制造方法，其包含以下工序形成起伏结构形成层的工序，该起伏结构形成层具有包含相互邻接的第1区域及第2 区域的主面，所述第2区域设有多个凹部或凸部，与所述第1区域相比较，表面积与表观上的面积之比更大；形成反射材料层的工序，所述反射材料层通过使折射率与所述起伏结构形成层的材料不同的第1材料气相沉积在所述第1区域及第2区域的整体上，从而具有与所述第1区域及第2区域的表面形状对应的表面形状，或在与所述第1区域对应的部分具有与所述第1 区域的表面形状对应的表面形状，且在与所述第2区域对应的部分，与所述多个凹部或凸部的配置对应地进行部分开口；形成掩模层的工序，所述掩模层通过使与所述第1材料不同的第2材料气相沉积在所述反射材料层上，从而具有与所述第1区域及第2区域的表面形状对应的表面形状，或在与所述第1区域对应的部分具有与所述第1区域的表面形状对应的表面形状，且在与所述第 2区域的对应的部分，与所述多个凹部或凸部的配置对应地进行部分开口 ；以及通过使所述掩模层暴露于可产生与所述第1材料的反应的反应性气体或液体中，至少在所述第2区域的位置上产生所述反应，由此得到由所述第1材料构成的第1层和由所述第2材料构成的第2层的工序。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，通过所述反应部分地除去所述反射材料层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，通过所述反射材料层的所述部分的除去，使所述第1层作为只覆盖所述第1区域及第2区域中的所述第1区域的层而得到。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，通过所述反应使所述反射材料层的一部分变化为由与所述第1材料不同的材料构成的层。
14.根据权利要求10 13中任一项所述的方法，其中，在与所述第1区域对应的部分上，以具有5nm 500nm的范围内的平均膜厚的方式形成所述反射材料层，在与所述第1区域对应的部分上，以具有0. 3nm 200nm的范围内的平均膜厚的方式形成所述掩模层。
15.根据权利要求10 14中任一项所述的方法，其中，所述起伏结构形成层的所述主面还含有第3区域，所述第3区域设有多个凹部或凸部， 与所述第1区域相比较，表面积与表观上的面积之比更大；所述反射材料层通过使所述第1材料气相沉积在所述第1区域 第3区域的整体上而形成；所述方法还包括在产生所述反应之前，形成只与所述第2区域及第3区域中的所述第 3区域相对的覆盖层的工序。
全文摘要
本发明提供一种能够稳定地且以高的位置精度形成反射层的光学技术。本发明的光学元件包含起伏结构形成层、第1层和第2层，所述第1层由折射率与所述起伏结构形成层的材料不同的第1材料构成，所述第2层由与所述第1材料不同的第2材料构成，并覆盖所述第1层，所述第2区域的位置上的所述第2材料的量与所述第2区域的表观上的面积之比为零，或者和所述第2子区域的位置上的所述第2材料的量与所述第2子区域的表观上的面积之比相比更小。
文档编号G02B5/32GK102460236SQ201080026768
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月17日 优先权日2009年6月18日
发明者久保章, 屋铺一寻, 梅崎浩司, 泽村力 申请人:凸版印刷株式会社