(57)【要約】【課題】成形する光学製品に反射防止構造の正確な転写が可能で、反射防止効果に優れた光学製品を成形することができる成形金型及び成形方法を提供する。【解決手段】繰り返しピッチと高さが可視光の波長未満である微細凹凸からなる反射防止構造２０が直接形成されたオリジナル原盤１０から転写された第１転写反射防止構造２１を有するスタンパ１１から転写された第２転写反射防止構造２２を有するマザー原盤１２を成形金型として用いる。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返しピッチと高さが可視光の波長未満である微細凹凸からなる反射防止構造が直接形成されたオリジナル原盤からの転写の繰り返しによる前記オリジナル原盤の反射防止構造と同一形状の反射防止構造を有することを特徴とする成形金型。
【請求項２】
請求項１記載の成形金型において、
前記オリジナル原盤の反射防止構造が、フォトレジストを露光、現像して得られた微細凹凸であることを特徴とする成形金型。
【請求項３】
請求項１又は２記載の成形金型において、
前記オリジナル原盤の反射防止構造と同一形状の反射防止構造が、前記オリジナル原盤から転写された第１転写反射防止構造を有するスタンパから転写されたものであることを特徴とする成形金型。
【請求項４】
繰り返しピッチと高さが可視光の波長未満である微細凹凸からなる反射防止構造が直接形成されたオリジナル原盤からの転写の繰り返しによる前記オリジナル原盤の反射防止構造と同一形状の反射防止構造を有する成形金型を用いて、繰り返しピッチと高さが可視光の波長未満である微細凹凸からなる反射防止構造が転写された光学製品を成形することを特徴とする成形方法。
【請求項５】
請求項４記載の成形方法において、
前記成形金型に加熱可塑化した樹脂をピストンによって射出して成形することを特徴とする成形方法。
【請求項６】
請求項４記載の成形方法において、
前記成形金型上に光硬化性樹脂を塗布する塗布工程と、前記光硬化性樹脂上に光学基板を乗せ、前記成形金型と前記光学基板との間に圧力をかけて前記光硬化性樹脂を押し広げる展延工程と、前記光硬化性樹脂を硬化させる硬化工程と、前記金型から硬化した光硬化性樹脂を剥離させる離型工程とを有することを特徴とする成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形金型及び成形方法に関し、特に、表面に反射防止構造が形成された光学製品を成形する成形金型及び成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の携帯機器の表示装置を保護するカバーウインドウでは、表面での光の反射が表示装置の読み取りを困難にするため、カバーウインドウの表面に反射防止膜を設けることが行われている。
【０００３】
このようなカバーウインドウ等の光学製品に設けられる反射防止膜は、真空装置内で真空蒸着等の物理的成膜で形成される場合が殆どであり、大がかりな設備が必要である上に成膜に時間がかかるため、成膜コストが高いという問題がある。
【０００４】
また、反射防止膜と光学製品の基材とは、熱膨張率が異なる材質であるため、反射防止膜に剥離やクラックが生じやすく、耐久性に劣るという問題がある。
【０００５】
そのため、反射防止膜に代えて、微細凹凸の繰り返しピッチと高さが可視光の波長未満であるいわゆるＭｏｔｈｅｙｅ（モスアイ、蛾の眼）構造を採用することが試みられている。モスアイ構造は、微細な凹凸により、基板外側の媒体の屈折率から基板の屈折率まで漸次変化する領域となり、極めて低反射率の反射防止構造である。また、例えば射出成形に用いる金型からの転写で形成できるため、低コストであり、しかも、剥離するおそれが無く、耐久性に優れる。
【０００６】
表面にモスアイ構造を有する光学製品を成形できる成形金型の製造工程について、図３を参照して説明する。
【０００７】
まず、図３（ａ）に示すように、ガラス原盤１００上にフォトレジストを塗布し、レーザ光干渉法により露光を行い、微細凹凸のパターンの硬化部と未硬化部を得る。露光後、現像を行い、硬化部又は未硬化部を除去することによって、モスアイ構造のレジストパターン２０をオリジナル原盤１０として得る。
【０００８】
次に、図３（ｂ）に示すように、レジストパターンに電鋳によりニッケル等の金属のメッキを施す。金属メッキをオリジナル原盤１０から剥離することによって、オリジナル原盤１０のモスアイ構造から転写された第１転写反射防止構造２１を有するスタンパ１１が得られる。このスタンパ１１は、直接成形金型として用いられるが、通常は、スタンパ１１を原盤として更にマザー原盤、チャイルド原盤を作製し、チャイルド原盤を成形金型として用いる。
【０００９】
図３（ｃ）に示すように、スタンパ１１の表面処理を行った後、スタンパの表面にニッケル等の金属メッキを施す。スタンパ１２から金属メッキを剥離してレジストパターン２０と同一形状の第２転写反射防止構造２２を有するマザー原盤１２を得る。
【００１０】
次に、図３（ｄ）に示すように、マザー原盤１２の表面処理を行った後、マザー原盤の表面にニッケル等の金属メッキを施す。マザー原盤１２から金属メッキを剥離してスタンパ１２の第１転写反射防止構造２２と同一形状の第３転写反射防止構造２３を有するチャイルド原盤１３を得る。
【００１１】
図３（ｅ）に示すように、チャイルド原盤１３を成形金型として用いることによって、図３（ａ）に示したフォトレジストに形成されたモスアイ構造２０を光学製品３０に転写することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、チャイルド原盤１３を成形金型として用いて得られた光学製品３０の反射防止構造による反射防止効果は、不十分であることが認められる。射出成形の樹脂温度等の成形条件で、ある程度反射防止効果が改善される。このため、チャイルド原盤１３の反射防止構造２３が、十分に光学製品３０に転写されていないものと考えられる。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、成形する光学製品に反射防止構造の正確な転写が可能で、反射防止効果に優れた光学製品を成形することができる成形金型を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、かかる成形金型を用いた光学製品の成形方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、成形金型として、従来のチャイルド原盤の代わりにマザー原盤を用いることが有効であることを知見した。
【００１６】
即ち、フォトレジストに形成されたモスアイ構造は、レーザ光干渉法による露光により、微細凹凸の頂上部が細くなる一方、底面部が広くなるという傾向がある。その結果、フォトレジストの微細凹凸を反転した構造のチャイルド原盤の微細凹凸は、逆に頂上部が広くなる一方、底面が狭く、谷が細く切れ込んだような構造となる。このような微細凹凸を有するチャイルド原盤の微細凹凸の細い底面に樹脂が入り込み難く、その結果、十分に微細凹凸の転写が行われていないものと考えられる。
【００１７】
これに対して、マザー原盤の微細凹凸は、フォトレジストのモスアイ構造の形状と同一形状で、微細凹凸の頂上部が細くなる一方、底面部が広くなる。そのため、底面部に樹脂が入り込みやすくなり、その結果、微細凹凸の転写が正確に行われる。微細凹凸が正確に転写される結果、マザー原盤の反射防止効果はチャイルド原盤よりも良好である。
【００１８】
なお、従来、マザー原盤を成形金型として用いることはない。なぜなら、マザー原盤を成形金型として用いると、本来の凹凸を転写できるスタンパの反転の転写になるからである。そのため、マザー原盤は、チャイルド原盤を作製するためにだけ用いられている。ところが、モスアイ構造の転写では、単に凹凸の転写であるので、スタンパの反転の転写でも差し支えない。そのため、マザー原盤を成形金型として用いることが可能になった。
【００１９】
従って、請求項１記載の発明は、繰り返しピッチと高さが可視光の波長未満である微細凹凸からなる反射防止構造が直接形成されたオリジナル原盤からの転写の繰り返しによる前記オリジナル原盤の反射防止構造と同一形状の反射防止構造を有することを特徴とする成形金型を提供する。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の成形金型において、前記オリジナル原盤の反射防止構造が、フォトレジストを露光、現像して得られた微細凹凸であることを特徴とする成形金型を提供する。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の成形金型において、前記オリジナル原盤の反射防止構造と同一形状の反射防止構造が、前記オリジナル原盤から転写された第１転写反射防止構造を有するスタンパから転写されたものであることを特徴とする成形金型を提供する。
【００２２】
請求項４記載の発明は、繰り返しピッチと高さが可視光の波長未満である微細凹凸からなる反射防止構造が直接形成されたオリジナル原盤からの転写の繰り返しによる前記オリジナル原盤の反射防止構造と同一形状の反射防止構造を有する成形金型を用いて、繰り返しピッチと高さが可視光の波長未満である微細凹凸からなる反射防止構造が転写された光学製品を成形することを特徴とする成形方法を提供する。
【００２３】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の成形方法において、前記成形金型に加熱可塑化した樹脂をピストンによって射出して成形することを特徴とする成形方法を提供する。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の成形方法において、前記成形金型上に光硬化性樹脂を塗布する塗布工程と、前記光硬化性樹脂上に光学基板を乗せ、前記成形金型と前記光学基板との間に圧力をかけて前記光硬化性樹脂を押し広げる展延工程と、前記光硬化性樹脂を硬化させる硬化工程と、前記金型から硬化した光硬化性樹脂を剥離させる離型工程とを有することを特徴とする成形方法を提供する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の成形金型及び成形方法の実施の形態について説明するが、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２６】
本発明の成形金型の一実施形態の表面を拡大した断面を図１（ｄ）に示す。この成形金型１の反射防止構造を転写する面には、いわゆるモスアイと呼ばれている、繰り返しピッチと高さが可視光の波長未満である微細凹凸からなる反射防止構造２２が設けられている。
【００２７】
本発明の成形金型１は、例えば従来のマザー原盤１２であり、その微細凹凸による第２転写反射防止構造２２は、例えば、図３に示したように、微細凹凸からなる反射防止構造２０が直接形成されたオリジナル原盤１０から転写された第１転写反射防止構造２１を有するスタンパー１１から転写されている。本発明の成形金型（マザー原盤１２）１の第２転写反射防止構造２２は、オリジナル原盤１０のフォトレジストに形成された反射防止構造２０と同一形状である。ここで、同一形状とは、物理的に全く同一形状という意味ではなく、転写精度の範囲内での同一形状を意味する。
【００２８】
この反射防止構造２２の微細凹凸の繰り返し長さ（ピッチ）ｐは、反射防止を行う光の波長より短い必要がある。可視光の反射防止では４００ｎｍよりピッチＰが短い必要がある。また、凹凸の高さｈは、可視光の最大波長の４０％未満である必要がある。可視光の最大波長は８００ｎｍであるから、凹凸の高さｈは３２０ｎｍより低くなければならない。更に、凸部の形状は、側面が斜めかテーパー状になっている必要がある。通常は、微細凹凸のピッチｐ、高さｈ共に、１００〜３００ｎｍ、好ましくは１５０〜２５０ｎｍの範囲であることが望ましい。
【００２９】
図１（ｄ）に示す成形金型１は、断面が波状に形成された微細凹凸が形成された反射防止構造２２を示している。第２転写反射防止構造２２は、この微細凹凸の断面形状が連なっている山脈状の構造であっても良く、あるいは突起状に凸部がそれぞれピラミッド状に独立していても良い。反射防止構造２２の断面形状は波状に限られず、上記モスアイ構造の必要条件を満足すれば、制限はない。
【００３０】
このような微細凹凸による反射防止構造２２は、光学的には、微細凹凸における屈折率が表面から基板に向かって連続的に変化した場合と同様に作用する。即ち、表面から基板への屈折率の変化は、微細凹凸の高さにおける外部の媒質（通常は空気）と基板の混ざり方で決定される。例えば、凸部の頂上付近では殆ど空気の屈折率であるが、基板側に行くに従い基板の屈折率に漸次接近する連続的な屈折率変化を示す。その結果、視角による色変化が少ない極めて良好な反射防止構造である。
【００３１】
次に、本発明の成形金型の製造方法について図１を参照しながら説明する。まず、図１（ａ）に示すように、例えば平滑に研磨されたガラス原盤１００上にフォトレジストを塗布し、レーザ光干渉法により露光を行い、微細凹凸のパターンの硬化部と未硬化部を得る。露光後、現像を行い、硬化部又は未硬化部を除去することによって、モスアイ構造の反射防止構造２０が直接形成されたレジストパターンをオリジナル原盤１０として得る。フォトレジストに形成された反射防止構造２０は、レーザ光干渉法による露光により、微細凹凸の頂上部２０１が細くなる一方、底面部２０２が広くなるという傾向がある。この現象は、レーザー光のパワー強度がフォトレジスト表面で強く、フォトレジストの中を進むに従って弱くなり、その結果、フォトレジスト表面で露光量が大きくなって頂上部２０１が浸食され、フォトレジストの深さ方向へ進むに従って露光量が小さくなって深さ方向への浸食が弱くなり、底面部２０２が広がるためであると考えられる。
【００３２】
次に、図１（ｂ）に示すように、レジストパターン１０の電鋳を行う。まず、ニッケル−リン無電解メッキやニッケルスパッタ等により表面電極処理を行う。その上にニッケル等の金属の電気メッキを施す。金属メッキをオリジナル原盤１０から剥離することによって、オリジナル原盤１０のモスアイ構造２０を反転して転写された第１転写反射防止構造２１（図３参照）を有するスタンパ１１が得られる。
【００３３】
次に、図１（ｃ）に示すように、電鋳の剥離のための処理として、スタンパ１１の表面を酸化処理等して金属の酸化被膜を形成する。そして、電鋳としてスタンパ１１の表面にニッケル等の金属メッキを施す。スタンパ１１から金属メッキを剥離してマザー原盤１２を得ることができる。このマザー原盤１２は、スタンパ１１を原盤として作製されるため、壊れても補充が可能である。
【００３４】
マザー原盤１２の第２転写反射防止構造２２は、オリジナル原盤１０のフォトレジストの微細凹凸の形状と同一形状で、微細凹凸の頂上部２２１が細くなる一方、底面部２２２が広くなる。一方、チャイルド原盤１３の反射防止構造２３（図３参照）は、凹凸の頂上部が広い一方、底面が狭く、谷が細く切れ込んだような構造である。このような構造では、アスペクト比ｈ／ｐが１より高く、凹凸の谷が深い場合、成形時に溶融樹脂は底面部に入り込むことが困難になる。
【００３５】
本発明のマザー原盤１２を成形金型１として用いると、図１（ｅ）に示すように、アスペクト比ｈ／ｐが１より高くても成形時に広い底面部２２２に樹脂が入り込みやすくなる。その結果、微細凹凸の第２転写反射防止構造２２の転写が正確に行われた光学製品３１を得ることができる。微細凹凸が正確に転写される結果、マザー原盤１２を成形金型として用いて得られた光学製品３１の反射防止効果は、チャイルド原盤１３を成形金型として用いて得られた光学製品３０よりも良好である。
【００３６】
実際にポリカーボネート樹脂の射出成形により基板を試作し、マザー原盤１２の反射防止効果がチャイルド原盤１３よりも良好であることを確認した。図２に、反射防止構造を設けていない成形金型を用いて成形した基板の反射率のグラフ４１、チャイルド原盤１３を成形金型として成形した基板の反射率のグラフ４２、マザー原盤１２を成形金型として成形した基板の反射率のグラフ４３を示す。
【００３７】
両面に反射防止構造を設けていない基板の反射率は、可視光線の範囲で９〜１０％程度である。片面にチャイルド原盤１３を用いて反射防止構造を設けた基板の反射率は、可視光線の範囲で５．２〜７％程度である。片面にマザー原盤１２を用いて反射防止構造を設けた基板の反射率は、可視光線の範囲で４．５〜６％程度である。マザー原盤１２を用いた反射防止構造の方が、チャイルド原盤１３を用いた反射防止構造より１％程度反射防止効果に優れる。なお、この試作におけるオリジナル原盤１０の反射防止構造２０は、正確なモスアイ構造が形成されていない可能性があり、反射率は今後改良される可能性がある。
【００３８】
本発明の成形金型は、例えば射出成形法や２Ｐ（Ｐｈｏｔｏ　Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）法の金型として用いることができる。射出成形法は、熱可塑性樹脂をホッパーからシリンダー中に送り出し、この中で加熱可塑化してピストンによって金型へ射出し、冷却固化させた後取り出す成形方法である。
【００３９】
２Ｐ法は、まず、塗布工程で、モスアイ構造が形成されている金型上に光硬化性樹脂を塗布する。次に、展延工程で、塗布した光硬化性樹脂の上に光学基板を載せ、金型と光学基板との間に圧力をかけて光学基板で光硬化性樹脂を押し広げる。次に、硬化工程で、光学基板側又は金型側から紫外線ランプ等で紫外線、可視光線等を照射して光硬化性樹脂を硬化させた後、離型工程で、光学基板を金型から剥離してモスアイ構造が転写された光学製品を得る。この２Ｐ法は、転写精度が極めて高精度であることが知られており、微細凹凸を高精度に形成することができる。
【００４０】
光学製品の中で反射防止が必要とされる部分の金型の一部又は全部に本発明の成形金型を用いることにより、モスアイ構造を有する光学製品を大量に成形することができる。本発明の成形金型は、曲率の大きな曲面に微細凹凸を転写することは困難である。光学基板を金型から離型するときに微細凹凸に影響を与えない範囲の曲面は許容される。
【００４１】
光学製品としては、携帯機器の表示装置を保護するために表示装置の前面に配置されるカバーウインドウ、各種の光学素子や表示装置の保護カバー等を例示することができる。
【００４２】
樹脂素材としては、成形できる熱可塑性、熱硬化性、光硬化性の光透過性樹脂が選択される。具体的には、ポリスチレン、ポリ（メチル）メタクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が用いられる。
【００４３】
本発明の成形金型を用いて成形された光学製品の反射防止構造は、オリジナル原盤に形成された微細凹凸の凹凸が反転した形状を有する。この点で、スタンパやチャイルド原盤を成形金型として成形された光学製品と相違する。
【００４４】
上記説明では、オリジナル原盤から２回目の転写原盤であるマザー原盤を成形金型として用いていたが、チャイルド原盤から転写された原盤、即ち、オリジナル原盤から４回目の転写原盤、更にオリジナル原盤から６回目、８回目の転写原盤も、オリジナル原盤と同一形状の微細凹凸からなる反射防止構造を有するため、同様に成形金型として使用可能である。
【００４５】
また、フォトレジストのレーザービーム干渉による露光に代えて、規則的なナノホール配列が自己規制的に形成された陽極酸化アルミナをマスクとして高速原子線によりエッチングすることにより、微細凹凸パターンを形成することも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の成形金型は、成形する光学製品に反射防止構造の正確な転写が可能であり、反射防止効果に優れた光学製品を成形することができる。
【００４７】
本発明の成形方法によれば、成形する光学製品に反射防止構造の正確な転写が可能であり、反射防止効果に優れた光学製品を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形金型の製造工程を示すフローチャートである。
【図２】反射防止構造による反射防止効果を示すグラフである。
【図３】従来の成形金型の製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　本発明の成形金型
１０　　　　　　　　オリジナル原盤
１１　　　　　　　　スタンパ
１２　　　　　　　　マザー原盤（本発明の成形金型）
１３　　　　　　　　チャイルド原盤
２０　　　　　　　　反射防止構造
２１　　　　　　　　第１転写反射防止構造
２２　　　　　　　　第２転写反射防止構造
２３　　　　　　　　第３転写反射防止構造
１００　　　　　　　ガラス原盤
【図１】
2004050792.tif 000003
【図２】
2004050792.tif 000004
【図３】
2004050792.tif 000005