光学元件制作用模具及其制造方法、光学元件的制作方法_5

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223](作用效果)
[0224]所述光学元件的凹凸适当无规。因此,尽管设置似乎产生绕射光的微细间距的凹凸,也可以降低绕射光的指向性,从而可以抑制色移。
[0225]而且,光学元件的凹凸并非完全无规,在与模具10的各区域(:1?(:11相对应的范围内具有一定秩序。因此,可以容易调整光学元件的凹凸的间距,从而可以容易获得目标的光学功能。
[0226][第2实施形态]
[0227]在第I实施形态中,母材11的形状为平面的板状体。本实施形态中的模具20A包含具有凸曲面的母材21A。本实施形态中的模具20B包含具有凹曲面的母材2IB。以下,参照图9?图13,对本实施形态进行详细说明。
[0228]<光学元件制作用模具>
[0229]如图9所示,本实施形态的模具20A具备表面23A具有凸曲面的母材2IA及设置于母材2IA的表面23A的凹凸层22A。
[0230]如图10所示,本实施形态的模具20B具备表面23B具有凹曲面的母材21B及设置于母材2IB的表面23A的凹凸层22B。
[0231](母材)
[0232]作为母材21A及21B的材质,并无特别限制,例如可以使用第I实施形态所记载的材料。
[0233]表面23A具有凸曲面。凸曲面也可以为抛物面,也可以为球面。自与表面24A垂直的方向观察的情况下,凸曲面的形状不必必须为圆,也可以为将圆沿着单轴或复数个轴延伸的形状。凸曲面的长轴的长度也可以为30mm?1300mm,优选200mm?500mm。沿着长轴的剖面中的曲率半径也可以为30mm?3000mm,优选50mm?100mm0
[0234]表面23A的形状是例如利用将母材21A的表面利用加压法、切削及研磨法等方法进行加工而获得。
[0235]位于表面23A的相反位置的表面24A也可以为平坦面。
[0236]表面23B具有凹曲面。凹曲面也可以为抛物面,也可以为球面。自与表面24B垂直的方向观察的情况下,凹曲面的形状不必必须为圆,也可以为将圆沿着单轴或复数个轴延伸的形状。凹曲面的长轴的长度也可以为30mm?1300mm,优选200mm?500mm。沿着长轴的剖面中的曲率半径也可以为30mm?3000mm,优选50mm?100mm0
[0237]位于表面23B的相反位置的表面24B也可以为平坦面。
[0238]表面23B的形状是与表面23A相同地,利用将母材21B的表面利用加压法、切削及研磨法等方法进行加工而获得。
[0239](凹凸层)
[0240]凹凸层22A是将与光学元件的材料相接触的面设为凹凸面25A的层。凹凸层22B是将与光学元件的材料相接触的面设为凹凸面25B的层。凹凸层22A及22B是除了形成于具有凸曲面或凹曲面的表面23A或23B的方面以外,与第I实施形态所揭示的凹凸层12相同。
[0241]如图9及图10所示,在具有凸曲面或凹曲面的表面23A或23B的曲率相对于面积相对较大的情况下,形成于表面上的凹凸面25A或25B的凹部及凸部的轴向接近于表面23A或23B的法线方向。
[0242]相反,如图12及图13所示,在具有凸曲面或凹曲面的表面23A或23B的曲率相对于面积相对较小的情况下,形成于表面上的凹凸面25A或25B的凹部及凸部的轴向接近于与表面24A或表面24B(凹凸层22A或22B与表面24A或24B相接触的面)垂直的方向。
[0243](作用效果)
[0244]本实施形态的光学元件制作用模具20A及20B是利用下述凹凸层22A及22B的制作方法所形成,由此如母材21A及21B般表面上具有凹凸的情况下,也可以容易地调整凹凸的间距,从而可以容易地获得目标的光学功能。因此,尽管设置似乎产生绕射光的微细间距的凹凸,也可以降低绕射光的指向性,从而可以抑制色移。
[0245]<模具的制造方法>
[0246]对所述模具20A及20B的制造方法的一实施形态进行说明。
[0247]本实施形态的制造方法是与第I实施形态相同地,包括制膜步骤、粒子排列步骤及蚀刻步骤。关于与第I实施形态相同的步骤,省略说明。此外,在以下的说明中,作为一例子,对制作模具20A的方法进行说明。
[0248](制膜步骤)
[0249]制膜步骤是在母材21A的表面23A上制膜随后成为凹凸层22A的无机膜的步骤。
[0250]作为制膜步骤中的无机膜的制膜方法,也可以为溅镀或真空蒸镀等物理气相蒸镀法(PVD法)、化学气相蒸镀法(CVD法)、电镀法(电解、无电解)的任一种,但就对具有凸面的表面23A的制膜性的方面而言,优选溅镀。
[0251]关于制膜步骤中的其他条件,与第I实施形态相同。
[0252](粒子排列步骤、固定步骤)
[0253]关于粒子排列步骤及固定步骤,也与第I实施形态相同。
[0254][蚀刻步骤]
[0255]蚀刻步骤是将复数个粒子M作为蚀刻掩膜而将无机膜进行干式蚀刻的步骤。蚀刻步骤的具体方法与第I实施形态相同。
[0256]在蚀刻步骤中,首先,如图1lA所示,蚀刻气体通过构成单粒子膜F的各粒子M的间隙而到达无机膜12b的表面,在该部分形成沟槽,与各粒子M相对应的位置分别显现圆柱12c。若继而继续蚀刻,那么各圆柱12c上的粒子M也慢慢被蚀刻而减少,同时,无机膜12b的沟槽也进一步加深(图11B)。继而,最终各粒子M由蚀刻而消失,在无机膜12b的单面形成多个圆锥状的凸部En(图11C)。
[0257]作为干式蚀刻中使用的蚀刻气体,可以使用与第I实施形态相同的蚀刻气体。关于进行干式蚀刻的蚀刻装置及蚀刻条件,也与第I实施形态相同。
[0258](作用效果)
[0259]根据包括所述制膜步骤、粒子排列步骤及蚀刻步骤的光学元件制作用模具的制造方法,可以制造形成复数个区域的面积、形状及结晶方位为无规的凹凸的模具。
[0260]而且,所述制造方法是在设置于母材的表面上的无机膜上直接形成凹凸的方法而非利用电铸转印凹凸的方法,故而可以简化模具的制造。而且,根据所述制造方法,也可以在射出成形的模具表面上形成微细凹凸,故而也可以制造两面形成凹凸的板状的光学元件。
[0261]此外,在所述制造方法中,将粒子M用作蚀刻掩膜,故而如母材21A及21B般表面上具有凹凸的情况下,也可以将蚀刻掩膜的厚度设为大致一定。由此,可以将凹凸层中的凹凸的间距设为目标值。
[0262]<光学元件的制作方法>
[0263]作为使用所述模具的光学元件的制造方法,可以应用纳米压印法、加压成形法、射出成形法、电铸法等。只要应用这些方法,那么可以再现性良好地大量生产高精度地形成周期晶格结构而适合于展现视角限制功能的形状转印体(复制品)。
[0264]在所述光学元件的制造方法之中,就尤其适合于微细凹凸的转印的方面而言,优选纳米压印法、射出成形法。
[0265]作为利用使用所述实施形态的模具的纳米压印法而制作光学元件的具体方法,可以列举第I实施形态所揭示的方法。
[0266]利用使用本实施形态的模具,可以制作凹透镜或凸透镜的表面上形成微细凹凸的光学元件。
[0267]S卩,利用所述方法所形成的光学元件的光射出面的微细凹凸的最频间距、最频高度及形状是根据光学元件的用途而决定。在光学元件为抗反射体的情况下,微细凹凸的最频间距优选根据所使用的光的波长而进行调整。例如,在使用波长为400nm?750nm左右的可见光的情况下,优选50nm以上300nm以下的间距的凹凸。此外,只要微细凹凸的间距为50nm以上150nm以下,那么可以减少可见光区域中的绕射光。在使用波长750nm左右?1000nm以下的红外区域的情况下,优选500nm以上5000nm以下的最频间距的凹凸。
[0268]根据光学元件的用途而决定微细凹凸的最佳纵横比。例如,在利用该模具制造有机EL或薄膜装置中使用的绕射晶格的情况下,凹凸中的凸部En的纵横比优选0.1?1.0。例如,在利用该模具制造抗反射体的情况下,凹凸中的凸部纵横比更优选0.5?4.0,进一步优选1.0?3.0。
[0269]在利用该模具制造有机EL或薄膜装置中使用的绕射晶格的情况下,凸部的最频高度H优选1nm?500nm之间,进一步优选15nm?150nm。只要最频高度H在优选范围内,那么可以获得有机EL或薄膜装置的光提取效率提高的效果。而且,在利用该模具制造以可见光为对象的抗反射体的情况下,凸部的最频高度H优选25nm?1200nm之间,进一步优选120nm?500nm。而且,于利用该模具制造以红外光为对象的抗反射体的情况下,凸部的最频高度H优选250nm?1000nm之间,进一步优选750nm?lOOOOnm。只要最频高度H在优选范围内,那么可以获得抗反射性能提高的效果。
[0270](作用效果)
[0271]所述光学元件的凹凸适当无规。因此,尽管设置似乎产生绕射光的微细间距的凹凸,也可以降低绕射光的指向性,从而可以抑制色移。
[0272]而且,光学元件的凹凸并非完全无规,在与模具20A及20B的各区域(^?Cn相对应的范围内具有一定秩序。因此,可以容易地调整光学元件的凹凸的间距,从而可以容易地获得目标的光学功能。
[0273]另外,利用使用本实施形态的模具,可以制作凹透镜或凸透镜的表面上形成微细凹凸的光学元件。
[0274]<其他实施形态>
[0275]此外,本发明的模具并不限定于所述第I及第2实施形态。
[0276]例如,母材的形状并无特别限制,也可以为圆柱体。而且,在第2实施形态中,对仅母材21A的其中一个表面23A具有凸曲面的例子进行了说明,但两者的表面也可以具有凸曲面。在第2实施形态中,对仅母材21B的其中一个表面23B具有凹曲面的例子进行了说明,但两者的表面也可以具有凹曲面。
[0277]而且,在第2实施形态中,对母材21A具有一个凸曲面的例子进行了说明,但母材21A也可以具有两个以上的凸曲面。同样地,在第2实施形态中,对母材21B具有一个凹曲面的例子进行了说明,但母材21B也可以具有两个以上的凹曲面。
[0278]而且,也可以将第2实施形态中的具有微细凹凸的模具本身用作抗反射体或绕射晶格等光学元件。在第2实施形态中,对仅母材21A的其中一个表面23A具有凸曲面的例子进行了说明,但将模具本身用作抗反射体或绕射晶格等光学元件的情况下,两者的表面也可以具有凸曲面。同样地,在第2实施形态中,母材21B的两者的表面也可以具有凹曲面。
[0279]在以上的本发明中,在使用本发明的模具而制造光学元件时,导致微细凹凸面随时间产生劣化。
[0280]本发明的模具是具有设置于母材上的凹凸层的结构,故而利用干式蚀刻而去除随时间产生劣化的凹凸层,重新对凹凸层在与各实施形态相同的条件下进行加工而制作,由此可以再利用母材而再制作相同的模具。
[0281]在如此再利用母材的情况下,母材与凹凸层的蚀刻率的比率为100?10000,优选
1000 ?10000ο
[0282][实施例]
[0283][实施例1]
[0284]准备平均粒径为400.7nm且粒径的变动系数为3.3%的球形胶体二氧化硅的13.4质量%水分散液(分散液)。此外,平均粒径及粒径的变动系数是根据将利用使用MalvernInstruments Ltd公司制造的Zetasizer Nano-ZS的粒子动态光散射法所求得的粒度分布拟合到高斯曲线所获得的波峰而求出。
[0285]继而,将该分散液利用孔径1.2 μ m的薄膜过滤器进行过滤后,在通过薄膜过滤器的分散液中添加浓度0.8质量%的己基三甲氧基硅烷的水解物水溶液,在约40°C下进行反应4小时30分钟。此时,以使苯基三乙氧基硅烷的质量成为胶体二氧化硅粒子的质量的0.02倍的方式,混合分散液与水解水溶液。
[0286]继而,在反应结束后的分散液中,添加体积为该分散液的体积的4倍的甲基异丁基酮并进行充分搅拌,对经疏水化的胶体二氧化硅进行油相萃取。
[0287]准备不锈钢板(两面镜面研磨)作为母材,在母材表面上溅镀W,制膜无机膜,获得被加工体。
[0288]将经油层萃取的疏水化胶体二氧化硅分散液,以滴加速度0.0lml/sec滴加到具备计测单粒子膜的表面压的表面压力感测器及将单粒子膜向沿着液面的方向压缩的可移动阻片的水槽(LB槽装置)中的液面(使用水作为下层水,水温25°C)。此外,在水槽的下层水中,预先沿着大致铅垂方向浸渍被加工体。
[0289]其后,将超音波(输出50W,频率1500kHz)自下层水中朝向水面照射10分钟而促进粒子进行二维地最密填充,并且使作为分散液的溶剂的甲基异丁基酮挥发,从而在水面上形成单粒子膜。
[0290]继而,将该单粒子膜利用可移动阻片进行压缩直至扩散压成为SOmN
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