(57)【要約】【課題】光学用途に使用可能な８０ｎｍ〜１０００μｍ程度のオーダーで高い規則性を有し、高度な光制御が可能な光学用途に適した成形体の製造方法の提供。【解決手段】本発明によれば、マトリックスとマトリックス中に規則的に配設されマトリックスと屈折率が異なる複数の柱状構造体とを備え相分離構造を有する成形体１００の製造方法であって、光重合性組成物６を配置するステップと、光重合性組成物と光源１との間に、マスク孔が規則的に配列されたフォトマスク１０を配置するステップと、光源とフォトマスクとの間にフライアイレンズ４を配置した状態で、光源から平行光を光重合性組成物に向けて照射し、光重合性組成物を硬化させ成形体を得るステップと備え、光源からの光は、フライアイレンズの単レンズ配置パターンに由来した強度分布がきれいに重なり合った状態で光重合性組成物に照射される、成形体製造方法が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックスと該マトリックス中に規則的に配設され該マトリックスと屈折率が異なる複数の柱状構造体とを備え相分離構造を有する成形体の製造方法であって、
光硬化性モノマー又はオリゴマーと光重合開始剤とを含有する光重合性組成物を配置するステップと、
前記配置された光重合性組成物と光源との間に、マスク孔が規則的に配列されたフォトマスクを配置するステップと、
前記光源と前記フォトマスクとの間にフライアイレンズを配置した状態で、前記光源から平行光を前記配置された光重合性組成物に向けて照射し、前記光重合性組成物を硬化させ前記成形体を得るステップと、備え、
前記光源からの光は、前記フライアイレンズの単レンズ配置パターンに由来した強度分布がきれいに重なり合った状態で前記光重合性組成物に照射される、
ことを特徴とする成形体の製造方法。
【請求項２】
前記フォトマスクのマスク孔の配列規則と、前記フライアイレンズの単レンズの配列規則が一致している、
請求項１に記載の成形体の製造方法。
【請求項３】
前記フォトマスクのマスク孔の配列規則と、前記フライアイレンズの単レンズの配列規則が異なっている、
請求項１に記載の成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形体の製造方法に関し、詳細には、回折、散乱、干渉、偏光等の光学特性を有する光学物品として使用される光学シートや光学フィルム等の成形体の製造方法に関する。これら成形体は、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子や発光ダイオード素子等の発光素子の発光効率向上用として、あるいは発光色素を含有する波長変換フィルム等に用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックフィルムやシートに、一次元あるいは二次元の規則構造を形成して光制御板等の光学用途に使用する試みがなされている。
例えば、二次元の規則構造を形成する方法としては、ブロックポリマーをフィルムの厚さ方向に垂直な面内で整列配置させる方法が提案されている（非特許文献１）。
【０００３】
また、高い規則性を持つ二次元構造を有するフィルムの製造方法としては、膜状に維持した光重合性組成物に第１の光照射工程としてフォトマスクを通して平行光を照射し、第２の光照射工程としてフォトマスクを取り外して平行光を照射することで、マトリックス内に表面に垂直な方向に延びマトリックスとは異なる屈折率を有する柱状構造体が高い規則性をもって配列されているフィルムを製造する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
一方、光の波長オーダーの規則構造を有する二次元フォトニック結晶が、有機エレクトロルミネッセンス素子や発光ダイオード素子の発光効率向上に利用可能であることが示唆されている（例えば、非特許文献２）。そして、二次元フォトニック結晶では、二次元バンドギャップ効果により、面内に導波する光が禁制されることで、面内に垂直な方向へ光が放出されることが確認されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３４６３０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Maclomoecules 2003, 36, 3272-3288
【非特許文献２】Science, Vol.308, No.5726, pp.1296-1298(2005)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１記載の方法で製造されたフィルム等は、規則構造がｎｍオーダーの規則性を有しているため、８０ｎｍ〜１０００μｍ程度の規則性を必要とする一般の光学用途としては使用できないものであった。
【０００８】
また、特許文献１に記載された製造方法では、フォトマスクのマスク孔における回折によってフォトマスクのパターンが劣化することを防止するため、第１の光照射工程において、フォトマスクを光重合性組成物に対して１００μｍ以下の近距離に配置する必要がある。
【０００９】
フィルム内の柱状構造体の間隔を小さくすべくフォトマスクのパターンを微細化していくと、フォトマスク孔を平行光が通過する際の回折によるパターンの劣化が、より顕著になる。このため、フォトマスクのパターンの微細化に応じて、フォトマスクと光重合性組成物の距離を近づけていく必要がある。そのため、特許文献１の方法では、柱状構造体の間隔を小さくする際に、フォトマスクと光重合性組成物の距離を必要な距離まで近づけるのが徐々に困難になるという問題があった。
【００１０】
また、非特許文献２に記載の二次元フォトニック結晶は、二次元フォトニック結晶の原理確認のためにミクロンオーダーの非常に小さい面積のサンプルを作製するのにとどまっている。したがって、大面積で安価に量産化可能な製造方法は提案されていない。
【００１１】
そこで、本発明は、光学用途に使用可能な８０ｎｍ〜１０００μｍ程度のオーダーで高い規則性を有し、高度な光制御が可能な光学用途に適した成形体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、
マトリックスと該マトリックス中に規則的に配設され該マトリックスと屈折率が異なる複数の柱状構造体とを備え相分離構造を有する成形体の製造方法であって、
光硬化性モノマー又はオリゴマーと光重合開始剤とを含有する光重合性組成物を配置するステップと、
前記配置された光重合性組成物と光源との間に、マスク孔が規則的に配列されたフォトマスクを配置するステップと、
前記光源と前記フォトマスクとの間にフライアイレンズを配置した状態で、前記光源から平行光を前記配置された光重合性組成物に向けて照射し、前記光重合性組成物を硬化させ前記成形体を得るステップと、備え、
前記光源からの光は、前記フライアイレンズの単レンズ配置パターンに由来した強度分布がきれいに重なり合った状態で前記光重合性組成物に照射される、
ことを特徴とする成形体の製造方法が提供される。
【００１３】
このような構成によれば、光学用途に使用可能な８０ｎｍ〜１０００μｍ程度のオーダーで高い規則性を有し、高度な光制御が可能な光学用途に適した成形体の製造方法を提供される。
【００１４】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記フォトマスクのマスク孔の配列規則と、前記フライアイレンズの単レンズの配列規則が一致している。
【００１５】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記フォトマスクのマスク孔の配列規則と、前記フライアイレンズの単レンズの配列規則が異なっている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光学用途に使用可能な８０ｎｍ〜１０００μｍ程度のオーダーで高い規則性を有し、高度な光制御が可能な光学用途に適した成形体の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の好ましい実施形態の製造方法で作製される成形体の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態の成形体の製造方法で用いられる光照射装置の構成の概略的な図面である。
【図３】視角（コリメーション半角）を説明するための図面である。
【図４】フライアイレンズの単レンズ配置パターンに由来した光強度分布を模式的に示す図面であり。
【図５】従来技術が解決しようとする問題点を説明するための図面である。
【図６】本発明の好ましい態様における、フライアイレンズ由来する光強度分布を加味した、フォトマスクのマスク孔を通過した光線の重なりを示す図面である。
【図７】本発明の好ましい態様における、フライアイレンズ由来する光強度分布を加味した、フォトマスクのマスク孔を通過した光線の重なりを示す図面である。
【図８】本発明の好ましい態様における、フライアイレンズ由来する光強度分布を加味した、フォトマスクのマスク孔を通過した光線の重なりを示す図面である。
【図９】本発明の好ましい態様における、フライアイレンズ由来する光強度分布を加味した、フォトマスクのマスク孔を通過した光線の重なりを示す図面である。
【図１０】柱状構造体が板状となる成形体を示す模式的な図面である。
【図１１】成形体の性能評価を行う装置の構成を示す図面である。
【図１２】実施例１で作製したサンプルの入射角と−1次回折光強度の関係を示すグラフである。
【図１３】実施例２で作製したサンプルの入射角と−1次回折光強度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態の成形体の製造方法について説明する。本実施形態の製造方法は、特許文献１の方法に類似するが、光重合性組成物に光を照射する光照射方法に特徴と有する。
先ず、本発明の好ましい実施形態の製造方法で作製される成形体１の構成を説明する。図１は成形体１００の構成を模式的に示す斜視図である。
【００１９】
成形体１００の特許文献１等に開示されている成形体と基本構造は、同一であり、図１に示されているように、成形体１００は薄板状のマトリックス１０１と、マトリックス１０１の内部に配置された複数の円柱状の柱状構造体１０２とから構成される。
この柱状構造体１０２は、その軸線が薄板（フィルム）形状の成形体１００の厚さ方向に延びるように配向され、且つフィルム状の成形体表面に沿って８０ｎｍ〜１０００μｍ程度のオーダーで規則的に配列されている。
【００２０】
また、柱状構造体１０２はマトリックス１０１と異なる屈折率を有する。尚、マトリックス１０１と柱状構造体１０２と間で屈折率は連続的に変化している。
【００２１】
次に、本発明の好ましい実施形態の成形体の製造方法で用いられる光照射装置の構成について説明する。図２は本発明の好ましい実施形態の成形体の製造方法で用いられる光照射装置の構成の概略的な図面である。
【００２２】
この光照射装置は、光源であるランプ（超高圧水銀灯）１と、光源からの光を反射するダイクロイックミラー２と、ダイクロイックミラー２で反射した光を透過させるフライアイレンズシート４と、フライアイレンズシート４と透過した光を、光重合性組成物６に向けた反射する凹面鏡８とを備えている。凹面鏡８と光重合性組成物６の間には、フォトマスク１０が配置される。
【００２３】
この光照射装置では、光源１からの光は、一部がダイクロイックミラー２で反射した後にフライアイレンズ４を通過した後、凹面鏡８で反射し、フォトマスク１０を介して、膜状に配置された光重合性組成物６にその表面に垂直な方向から入射することになる。
【００２４】
フォトマスク１０に到達する光は、ある一定内の角度分布をもった擬似平行光であり、ピンホール（マスク孔１２）を通過した光には光源に由来する視角α（コリメーション半角）が存在する（図３）。フライアイレンズを透過した光は、フライアイレンズの単レンズ配置パターンに由来した光強度分布を有している。したがって、本実施形態で用いる上記光照射装置のように、光源１側にフライアイレンズ４が配置されているときには、ピンホール（マスク孔）を通過した視角を有する光は、その視角の中にフライアイレンズの単レンズ配置パターンに由来した光強度分布を生じることになる。
【００２５】
図４は、この光強度分布を模式的に示す図面であり、フライアイレンズ４を透過してフォトマスク１０のマスク孔１２を通過した光が、投射面１４においては円１６で示すような、フライアイレンズの単レンズ配置パターンに由来した強度の強い部分を有することを示している。
【００２６】
上述したように、特許文献１に記載の成形体の製造方法では、多数のピンホール（マスク孔）が規則的に配列された構成のフォトマスクを用いている。マスク孔を通過した光は、視角に基づいて広がっていくため、特許文献１に記載の成形体の製造方法では、隣り合うマスク孔１２、１２から出た光線同士が光重合性組成物６の表面で図５に示すように重なり合ってしまうことを防止すべく、フォトマスク１０を光重合性組成物６の表面に、十分に近づける必要があった。
【００２７】
本実施形態の成形体の製造方法では、特許文献１に記載と同様の、多数のマスク孔が規則的に配列された構成のフォトマスク１０を用いる。本実施形態の製造方法が、引用文献１の製造方法と最も異なる点は、隣り合うマスク孔１２から出た光線同士を、光重合性組成物６の表面上で、意図的に所定の条件で（すなち「きれいに」）重なり合わせることにある。
次に、この点について、説明する。
【００２８】
上述したように、本実施形態で用いる上記光照射装置のように、光源１側にフライアイレンズ４が配置されているときには、ピンホール（マスク孔）を通過した視角を有する光は、その視角の中にフライアイレンズの単レンズ配置パターンに由来した光強度分布を生じることになる。
本実施形態では、フライアイレンズの単レンズ配置パターンに由来したマスク孔通過光の強度分布が、光重合性組成物６上できれいに重なり合うようにフォトマスク１０等が配置される。
【００２９】
ここで、「フライアイレンズの単レンズ配置パターンに由来した強度分布が光重合性組成物６上できれいに重なり合う」とは、マスク孔を通過した光に含まれるフライアイレンズの単レンズ配置パターンに由来して生じた強度の高い部分が、重なり合うことを意味する。
【００３０】
以下、「フライアイレンズの単レンズ配置パターンに由来したマスク孔通過光の強度分布がきれいに重なり合う」状態について説明する。
図６は、フライアイレンズ由来する光強度分布を加味した、フォトマスクのマスク孔を通過した光線の重なりを示す断面図である。図５では、マスク孔を通過し光重合性組成物６に照射される光のうち、フライアイレンズに由来して強度が高くなった部分を実線で示している。
【００３１】
図６におけるaの位置は、特許文献１の製造方法で光重合性組成物を配置していた領域である。これに対し、本実施形態では、「フライアイレンズの単レンズ配置パターンに由来したマスク孔通過光の強度分布がきれいに重なり合う」位置であるｂ、ｃ、ｄ、eの位置に光重合性組成物６が配置されるように、フォトマスク１０、光重合性組成物６等が相対配置される。
図６から、特許文献１の方法に比して、フォトマスク１０を、光重合性組成物６から離して配置できることがわかる。
【００３２】
位置ｂでは、隣接したマスク孔１２の最も外側に位置する強度の高い部分同士が重なり合っており、光重合性組成物６上では、マスク孔１２の配列周期（間隔）の１／４の周期で、強度が高い部分が投射される。
【００３３】
また、位置ｃでは、隣接したマスク孔１２の外側２つの強度の高い部分同士が重なり合っており、光重合性組成物６上では、マスク孔１２の配列周期（間隔）の１／３の周期で、強度が高い部分が投射される。
【００３４】
さらに、位置ｄでは、隣接したマスク孔１２の外側３つの強度の高い部分同士が重なり合っており、光重合性組成物６上では、マスク孔１２の配列周期（間隔）の１／４の周期で、強度が高い部分が投射される。
【００３５】
さらにまた、位置ｅでは、隣接したマスク孔１２の全ての高い部分同士が重なり合っており、光重合性組成物６上では、マスク孔１２の配列周期（間隔）と同一の周期で、強度が高い部分が投射される。
【００３６】
以上のように、フォトマスク１０と光重合性組成物６との間隔を調整することによって、フォトマスクのマスク孔の配列周期(間隔)に対して、所定の関係（例えば、１／ｎ倍：ただし、ｎは１以上の整数）で、強度の高い部分を光重合性組成物６の表面に結像させることができる。
【００３７】
ｎ＝１すなわちマスク孔１２の間隔ｘと光重合性組成物６の表面における強度の強い光の部分の間隔が等しい場合を図７に、ｎ＝２すなわちマスク孔１２の間隔ｘが光重合性組成物６の表面における強度の強い光の部分の間隔の２倍である場合を図８に、ｎ＝３すなわちマスク孔１２の間隔ｘが光重合性組成物６の表面における強度の強い光の部分の間隔の３倍である場合を図９にそれぞれ示す。
ここで示した図７、図８、図９はフライアイレンズが正方格子であり、且つ縦横各５個ずつで計２５個の単レンズの集合体である場合の断面図である。ｎは１以上であれば、任意の整数で本実施形態の製造方法に適用可能である。
【００３８】
光重合性組成物６の表面に結像したフライアイレンズ及びフォトマスクによるパターンは、その明暗の差によって光重合性組成物の表面（光源側面）付近に、組成比や架橋密度あるいは重合度の違いを生じさせる。つまり、明部で優先的に反応が進行して屈折率が暗部よりも上昇することになる。すると、屈折率が高い明部に光が集光されて導波モードとなり、面内を垂直に貫く方向に柱状構造体が成長していくことで柱状構造体を形成する。
【００３９】
また、より細かい周期構造を形成するためにｎを大きくする場合には、フライアイレンズを形成する単レンズの数を増やせば良い。これは、フライアイレンズを形成する単レンズの個数が少ない場合、ｎの数が増える（より細かくパターンを縮小しようとする）と光重合性組成物６の表面に結像する各点に集約される光線数（強度の高い部分の数すなわち図６における実線の本数）のバラつきが大きくなるため、光重合性組成物６の表面に結像する各点の光強度が異なり、各柱状構造体の屈折率にバラつきが生じるためである。
【００４０】
例えば、フライアイレンズが正方格子であり、縦横各５個で計２５個の単レンズの集合体である場合、ｎ＝１では各点に集まる光線の数は２５本で均一であるが、ｎ＝２の場合は４〜９本、ｎ＝３の場合は１〜４本、と各点に集まる光線の数にバラつきが生じる。
【００４１】
そこで、フライアイレンズが正方格子であり、縦横各７個で計４９個の単レンズの集合体である場合、ｎ＝１では各点は均一に４９本の光線が集積し、ｎ＝２の場合は９〜１６本、ｎ＝３の場合は４〜９本、と各点に集まる光線の数のばらつきは、縦横各５個で計２５個の単レンズの集合体である場合よりもバラつきが改善する。
【００４２】
また、光照射装置に由来する視角が小さいほうが本実施形態の製造方法においてフォトマスク１０と光重合性組成物６の表面との距離を大きくすることができる。
さらに、照射する光の波長は短波長のほうがフォトマスク１０のマスク孔１２の径を小さくしていった場合でも本実施形態の製造方法を用いることができる。
【００４３】
このようにフライアイレンズのパターンとフォトマスクのパターンの組み合わせを利用することで、従来のフォトマスクを用いた成形体の製造方法よりも短い周期で柱状構造体が配置された成形体を形成することが可能となる。これは、従来はフォトマスクの孔を透過した光が視角に従って広がる前に光重合性組成物に到達するようにするため、フォトマスクと光重合性組成物の距離を近づけていたが、本発明の製造方法を用いることによってフォトマスクと光重合性組成物の距離を従来よりも離すことが可能になったことによる。
【００４４】
また、本発明の製造方法によって作製した成形体の特徴は、微細な二次元の規則構造を有するだけでなく、面内に垂直な方向に非常にアスペクト比が高い柱状構造を有することである。
このアスペクト比の高い構造とすることによって、柱状構造体とマトリックスとの屈折率差が小さくても、高度な光制御が可能となる。
【００４５】
次に、フォトマスク１０のマスク孔１２の配置パターンとフライアイレンズ４の単レンズ配置パターンについて説明する。
マスク孔１２のパターンと、フライアイレンズのパターンが同じである場合、成形体内に形成されるパターンは、フォトマスクとフライアイレンズと同様である。
【００４６】
また、フライアイレンズ４の単レンズ配置パターンが、マスク孔１２のパターンと異なる場合、例えば、フライアイレンズ４の単レンズ配置パターンが正方格子状であり、マスク孔１２のパターンが三角格子である場合には、フォトマスク１０と光重合性組成物６の表面の距離を制御すると、柱状構造体の断面形状は円にはならず、複数の柱が一方向に連なり、板状となる。この場合、面内に垂直な方向から観察すると、マトリックス１０１’中に、縞模様に板状の柱状構造体１０２’が配列した構造の成形体１００’となる（図１０）。
【００４７】
縞模様が形成可能なこれらの方法を用いる場合、フライアイレンズの単レンズ配置パターンにおける規則配列ピッチとフォトマスクのパターンの規則配列ピッチを考慮して１／ｎ（ｎは１以上の整数）のピッチで縞状規則構造を形成可能である。
【００４８】
このように、フライアイレンズ４の単レンズ配置パターンが、マスク孔１２のパターンと異なる場合は、柱状構造体の配置パターンが、フライアイレンズ４の単レンズ配置パターンともマスク孔１２のパターンとも違う成形体を作製可能である。
【００４９】
次に、本発明の好ましい実施形態の製造方法に用いる光照射装置の詳細を説明する。
（光源および光学系）
光照射装置に用いる光源のランプ１の種類は、使用する波長帯によって適宜選定される。ランプ１具体例としては、例えば、高圧UVランプ、超高圧UVランプ、低圧UVランプ、Deep UVランプ、キセノンフラッシュランプ、キセノンショートアークランプ、エキシマランプ、メタルハライドランプ、希ガス蛍光ランプ、ハロゲンヒータランプ、ハロゲンランプなどが挙げられる。
【００５０】
また、使用する波長を限定するためにバンドパスフィルタ等を使用しても良い。光源の下流側には、ダイクロイックミラー２を配置し、光重合性組成物６に熱線が到達しないようにすることが好ましい。
【００５１】
フライアイレンズ４は、上述のように、単レンズの個数が多いほうがより微細な周期構造を形成可能になる。フライアイレンズ４が有する単レンズの個数は、単レンズが正方格子に配列されている場合には縦横各５個以上で合計２５個以上、三角格子に配列されている場合には合計１９個以上の単レンズの集合体を用いるのが好ましい。
さらに、フライアイレンズ４に用いる単レンズの形状は、特に限定されず、シリンドリカルレンズやフレネルレンズなど種々のレンズを用いることができる。
【００５２】
光照射装置全体の構成によって、光重合性組成物６に到達する光の視角が決定するが、視角がフォトマスクから光重合性組成物までの距離を決定するため、フォトマスク１０と光重合性組成物６の距離を大きく取るためには、視角が小さくなるように、光照射装置を構成することが望ましい。具体的には、光重合性組成物６の表面での視角が好ましくは３．０度以より好ましくは１．５度以下であり、さらに好ましくは１．０度以下とされる。
【００５３】
（フォトマスク）
フォトマスク１０は、フォトリソグラフィー法で使用されているもの等が使用できる。マスク孔１２のパターンや孔径のサイズ、ピッチ、形状は特に限定されるものではない。マスク孔の形状は、例えば、円形、三角形や四角形、六角形、八角形などの多角形でもよい。マスク孔１２が円形の場合、孔径は４０ｎｍ〜５００μｍが好ましく、さらに好ましくは１００ｎｍ〜１０μｍであり、ピッチは８０ｎｍ〜１０００μｍが好ましく、さらに好ましくは２００ｎｍ〜２０μｍである。また、ピッチに対するマスク孔１２の径は特に限定されるものではない。
【００５４】
以下、本発明の好ましい実施形態の製造方法に用いられる光重合性組成物について説明する。
【００５５】
（多官能モノマー）
光重合性組成物には、多官能モノマーが含まれることが好ましい。このような多官能モノマーとしては、（メタ）アクリロイル基を含む（メタ）アクリルモノマーや、ビニル基、アリル基等を含有するものが特に好ましい。
【００５６】
多官能モノマーの具体例としては、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、水添ジシクロペンタジエニルジ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、多官能のエポキシ（メタ）アクリレート、多官能のウレタン（メタ）アクリレート、ジビニルベンゼン、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルトリメリテート、ジアリルクロレンデート、Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンビスマレイミド、ジアリルフタレート等が挙げられ、これらを単独であるいは２種以上の混合物として使用することができる。
【００５７】
分子内に３個以上の重合性炭素−炭素二重結合を有する多官能性モノマーは、重合度差による架橋密度の粗密がより大きくなりやすく、柱状構造体が形成されやすくなるので好ましい。
【００５８】
特に好ましい３個以上の重合性炭素−炭素二重結合を有する多官能性モノマーとしては、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレートがある。
【００５９】
光重合性組成物として２種以上の多官能モノマーあるいはそのオリゴマーを使用する場合には、それぞれの単独重合体としたときに互いに屈折率が異なるものを使用することが好ましく、その屈折率差が大きいものを組み合わせることがより好ましい。
【００６０】
光学的ローパスフィルタ１で高い回折効率が得られるようにする為には、マトリックスと柱状構造体との屈折率差を大きくとることが必要である。また、重合過程でモノマーが拡散することにより屈折率差が大きくなるので、拡散定数の差が大きい組み合わせが好ましい。
【００６１】
なお、３種以上の多官能モノマーあるいはオリゴマーを使用する場合は、それぞれの単独重合体の少なくともいずれか２つの屈折率差が上記範囲内となるようにすればよい。また、単独重合体の屈折率差が最も大きい２つのモノマーあるいはオリゴマーは、高い回折効率を得る為に、重量比で１０：９０〜９０：１０の割合で用いることが好ましい。
【００６２】
（単官能モノマー）
また、光重合性組成物には、上記のような多官能モノマーあるいはオリゴマーとともに、分子内に１個の重合性炭素−炭素二重結合を有する単官能モノマーあるいはオリゴマーを使用してもよい。このような単官能モノマーあるいはオリゴマーとしては、（メタ）アクリロイル基を含む（メタ）アクリルモノマーや、ビニル基、アリル基等を含有するものが特に好ましい。
【００６３】
単官能モノマーの具体例としては、例えば、メチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、エチルカルビトール（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル（メタ）アクリレート、イソボニル（メタ）アクリレート、フェニルカルビトール（メタ）アクリレート、ノニルフェノキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリロイルオキシエチルサクシネート、（メタ）アクリロイルオキシエチルフタレート、フェニル（メタ）アクリレート、シアノエチル（メタ）アクリレート、トリブロモフェニル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、トリブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、ｐ−ブロモベンジル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、トリフルオロエチル（メタ）アクリレート、２，２，３，３−テトラフルオロプロピル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート化合物；スチレン、ｐ−クロロスチレン、ビニルアセテート、アクリロニトリル、Ｎ−ビニルピロリドン、ビニルナフタレン等のビニル化合物；エチレングリコールビスアリルカーボネート、ジアリルフタレート、ジアリルイソフタレート等のアリル化合物等が挙げられる。
【００６４】
これら単官能モノマーあるいはオリゴマーは光学的ローパスフィルタ１に柔軟性を付与するために用いられ、その使用量は多官能モノマーあるいはオリゴマーとの合計量のうち１０〜９９質量％の範囲が好ましく、１０〜５０質量％の範囲がより好ましい。
【００６５】
（ポリマー、低分子化合物）
また、光重合性組成物には、前記多官能モノマーあるいはオリゴマーと重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物を含む均一溶解混合物を用いることもできる。
重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物としては、例えば、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ナイロン等のポリマー類、トルエン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアルコール、エチルアルコール、酢酸エチル、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランのような低分子化合物、有機ハロゲン化合物、有機ケイ素化合物、可塑剤、安定剤のような添加剤等が挙げられる。
【００６６】
これら重合性炭素−炭素二重結合を持たない化合物は、光学的ローパスフィルタ１を製造する際に光重合性組成物の粘度を調節し取り扱い性を良くする為や、光重合性組成物中のモノマー成分比率を下げて、硬化性を良くする為に用いられ、その使用量は多官能モノマーあるいはオリゴマーとの合計量のうち１〜９９質量％の範囲とすることが好ましく、取り扱い性も良くしつつ規則的な配列を持った柱状構造体を形成させる為には１〜５０質量％の範囲がより好ましい。
【００６７】
（開始剤）
光重合性組成物に使用する光重合開始剤は、紫外線等の活性エネルギー線を照射して重合を行う通常の光重合で用いられるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、ベンゾフェノン、ベンジル、ミヒラーズケトン、２−クロロチオキサントン、ベンゾインエチルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、ｐ−ｔ−ブチルトリクロロアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピルフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１、ジベンゾスベロン等が挙げられる。
【００６８】
これら光重合開始剤の使用量は、その他の光重合性組成物の重量に対して０.００１〜１０質量％の範囲とする事が好ましく、光学的ローパスフィルタ１の透明性を落とさないようにする為に０.０１〜５質量％とする事がより好ましい。
【００６９】
上述した光照射装置、原材料を用いて本実施形態の成形体製造方法が実施される。
具体的には、先ず、光硬化性モノマー又はオリゴマーと光重合開始剤とを含有する光重合性組成物を、成形型に注入あるいは基板に塗布するなどして薄膜状に配置し、配置された光重合性組成物６と光源１との間に、マスク孔１２が規則的に配列されたフォトマスクとを配置する。そして、光源１とフォトマスク１２の間にフライアイレンズ４を配置した状態で、光源１から平行光を、配置された光重合性組成物６に向けて照射し、光重合性組成物を硬化させ成形体１００を得る。
なお、光源からの光は、例えば図６に例示されているようなフライアイレンズの単レンズ配置パターンに由来した強度分布がきれいに重なり合った状態で光重合性組成物に照射される。
なお、光の照射時間等は、特許文献１等に記載されている公知の成形体製造方法と同様である。
【００７０】
フォトマスクは、成形型に注入あるいは基板に塗布するなどして薄膜状に配置された光重合性組成物から所定厚のギャップ（空気層）を解して配置されるものである。フォトマスクの配置方法は、ギャップ層の厚さなどのフォトマスクと光重合性組成物との位置関係が正確に保持されれば、どのような方法でもよい。
変形例としては、光重合性組成物をガラス板に挟みこみ平行光を照射して樹脂を硬化させる構成において、このガラス板の厚みを調整することにより、光重合性組成物とフォトマスクとの距離を調整してもよい。
【００７１】
以下、本発明の好ましい実施形態の製造方法によって作製した成形体１００の光学的性能について説明する。
成形体は、高い規則性を持って配列した柱状構造体を有するため、レーザー光のように直進性の高い単色光を入射させると、明瞭な回折スポットを観察することができる。
【００７２】
そして、成形体１００はアスペクト比の高い柱状構造体を有するため、ブラッグ回折格子としての性質を有する。そのため、成形体１００はレーザー光を入射させると０次と１次の回折光を生じ、２次以降の多次回折光はほとんど生じないという特徴をもつ。
【００７３】
さらに、成形体１００はブラッグ回折格子であるため、特定の入射角において強い１次回折光を生じる傾向にあり、ブラッグの回折条件である式（１）の入射角において強い回折光を生じる。
２ｎΛ・sinθ＝ ｍλ    式（１）
ｎは屈折率、Λは回折格子の規則周期、θは入射角、ｍは回折次数、λは入射光の波長である。
【００７４】
この回折光強度の入射角度依存性は、柱状構造体アスペクト比が高く、配列する規則周期が小さくなるほど顕著となる。そして、式（１）からもわかる通り、回折光強度が極大となる入射角度は、柱状構造体の配列する規則周期が小さくなるほど大きくなっていく。さらにある一定以上の領域まで柱状構造体の配列する規則周期を小さくすると、成形体１００の面内を導波する光が、面内に対して垂直に近い方向に放出される。これは、成形体１００の面内を導波する光線が、ブラッグ回折格子によって回折され、面内から放出される現象といえる。これは、成形体１００が二次元フォトニック結晶としての特徴を有し、成形体１００の面内を導波する光がフォトニックバンドギャップにより存在できなくなり、成形体１００の外部に放出される、とも言い換えられる。
【００７５】
このよう現象は、一般的には、成形体１００の構造の規則周期と光の波長が近いオーダーの領域で起こると考えられている。
【００７６】
このような成形体１００の光学的性質は、高度な光制御が必要な発光素子などに利用可能である。具体的には、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子や発光ダイオード素子等の発光素子、あるいは発光色素を用いた波長変換フィルム等の、発光取出し効率向上に用いることができる。これは、成形体１００の構造が、面内に光が導波することを防ぐ構造となっているためで、発光部、もしくは発光部と発光素子外との間に存在する種々の層に成形体１００を適用すれば発光取出し効率が向上する。
【００７７】
（光学特性評価）
成形体１００は前述の通り、ブラッグ回折格子としての性質を有するため、レーザーを成形体１００に入射させ、その１次回折光を確認することで目的の規則周期を持つ成形体１００を作製できたか確認可能である。そこで、成形体１００に対してレーザー光を入射させ、その１次回折光を観測した。レーザー光が成形体１００に入射する際の入射角度を徐々に変えていき、ブラッグの回折条件から導き出した−１次回折光が現れる角度にフォトダイオードを設置して、−１次回折光強度を連続的に観測する。評価に用いる装置の概略的な構成を図１１に示す。
【００７８】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれる。
【実施例】
【００７９】
以下に、本発明を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
実施例１では、ベンジルアクリレート（大阪有機化学工業株式会社製）４０質量部と、エトキシ化ポリプロピレングリコールジメタクリレート（商品名：１２０６PE、新中村化学工業株式会社製）３０質量部、多官能ウレタンアクリレート（商品名：U-2PPA、新中村化学工業株式会社製）からなる混合物に、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（商品名：IRGACURE１８４、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製）１．０質量部を溶解させ光重合性組成物を得た。
【００８０】
得られた光重合性組成物を、１００ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍのガラス基板上にバーコーターを用いて塗工した。バーコーターは、ワイヤーNo.４０（テスター産業株式会社製）を用いた。次いで、１．０μｍの正方形の光通過域が２．０μｍピッチで三角格子状に配列したフォトマスクを、光重合性組成物とフォトマスクの距離が１３５μｍになるように配置した。フォトマスクの上部方向から、フライアイレンズが三角格子に配列した平行光照射機を用いて紫外平行光を１２００ｍＪ／ｃｍ2照射した。その後、フォトマスクを取り外し、更に１２００ｍＪ／ｃｍ2紫外平行光を照射して光重合性組成物を重合硬化し成形体を得た。
【００８１】
得られた成形体は、厚みが６０μｍであり、透過型光学顕微鏡で観察したところ、三角格子状に柱状構造体が配列していることを確認できた。また、成形体に対して５３２nmの緑色レーザー光を入射させたところ、入射角１５．４度で−１次回折光強度が極大となった。そこで、ブラッグの条件式を満たす入射角が１５．４度である場合のブラッグ回折格子の規則周期を算出したところ、１．００μｍとなり、フォトマスクの規則周期の１／２の規則周期を持つブラッグ回折格子を作製できたことがわかった。実施例１で作製したサンプルの入射角と−1次回折光強度の関係を図１２に示す。
【００８２】
（実施例２）
実施例２では、実施例1と同様の光重合性組成物を用い、フォトマスクのパターンと、フォトマスクと光重合性組成物表面の距離のみを変え、他は実施例１と同様の方法と装置で成形体を作製した。
フォトマスクは、２．０μｍ角の正方形の光通過域が４．０μｍピッチで三角格子状に配列したものを用い、光重合性組成物とフォトマスクの距離が２７０μｍになるように配置した。
【００８３】
得られた成形体は、厚みが６０μｍであり、透過型光学顕微鏡で観察したところ、三角格子状に柱状構造体が配列していることを確認できた。また、成形体に対して５３２nmの緑色レーザー光を入射させたところ、入射角７．４度で−１次回折光強度が極大となった。そこで、ブラッグの条件式を満たす入射角が７．４度である場合のブラッグ回折格子の規則周期を算出したところ、２．０６μｍとなり、フォトマスクの規則周期の１／２の規則周期を持つブラッグ回折格子を作製できたことがわかった。実施例２で作製したサンプルの入射角と−1次回折光強度の関係を図１３に示す。
【００８４】
（実施例３）
実施例３では、実施例1と同様の光重合性組成物を用い、フォトマスクのパターンと、フォトマスクと光重合性組成物表面の距離のみを変え、他は実施例１と同様の方法と装置で成形体を作製した。
【００８５】
フォトマスクは、２．０μｍ角の正方形の光通過域が５．０μｍピッチで正方格子状に配列したものを用い、光重合性組成物表面とフォトマスクの距離が２９０μｍになるように配置した。
得られた成形体は、厚みが６０μｍであり、透過型光学顕微鏡で面内から垂直な方向から観察した時に、縞模様に板状の柱状構造体が配列していることを確認できた。
【００８６】
（実施例４）
実施例４では、実施例1と同様の光重合性組成物を用い、フォトマスクのパターンと、フォトマスクと光重合性組成物の距離、フライアイレンズのパターンを変更し、他は実施例１と同様の方法で成形体を作製した。
フォトマスクは、２．０μｍ角の正方形の光通過域が５．０μｍピッチで正方格子状に配列したものを用い、光重合性組成物表面とフォトマスクの距離が２３５μｍになるように配置した。フライアイレンズは、単レンズが正方格子状に配列したものを用いた。
【００８７】
得られた成形体は、厚みが６０μｍであり、透過型光学顕微鏡で観察したところ、２．５μｍピッチで正方格子状に柱状構造体が配列しており、フォトマスクの規則周期の１／２のピッチの成形体を作製できていることを確認できた。
【００８８】
（比較例１）
比較例１では、実施例４と比較して、光重合性組成物表面とフォトマスクとの距離のみを変えて実験を行った。
フォトマスクと光重合性組成物表面の距離を２００μｍとし、実施例４よりも３５μｍフォトマスクを近付けた。得られた成形体は、厚みが６０μｍであり、透過型光学顕微鏡で観察したところ、５．０μｍピッチで正方格子状に柱状構造体が配列しており、フォトマスクのピッチの１／２のピッチの成形体は作製できなかった。
【符号の説明】
【００８９】
１００：成形体
１０１：マトリックス
１０２：柱状構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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