(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ａｇのいずれか１種以上の遷移金属の不完全酸化物を含む無機レジストを形成する工程と、
前記無機レジストに対して紫外線又は可視光による露光用光の強度を変調して走査照射することにより、ホログラム像に対応してピッチが１μｍ未満とされるパターン露光を行う工程と、
露光後の前記無機レジストを現像して、側面の傾斜角度が前記基板の表面と平行な面に対し５０度以下とされ、深さが前記ホログラム像に対応して変調された凹凸パターンが形成された金型用の原盤を作製する工程と、
前記原盤からメッキにより金型を転写形成する工程と、
前記金型を、変形可能なホログラム材料層に押圧して前記金型の凹凸パターンを前記ホログラム材料層上に転写する工程と、
凹凸パターンが転写された前記ホログラム材料層を硬化する工程と、を含む
ホログラム基板の製造方法。
【請求項２】
前記ホログラム材料層として、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を用いる請求項１に記載のホログラム基板の製造方法。
【請求項３】
前記ホログラム材料層の上に反射層、保護層の少なくともいずれかを形成する請求項１又は２に記載のホログラム基板の製造方法。
【請求項４】
前記金型により転写する凹凸パターンを、該凹凸パターンに照明光を照射することにより虚像が認識されるホログラムパターンとする請求項１〜３のいずれかに記載のホログラム基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノインプリントにより表面に凹凸パターンが形成されたホログラム基板及びその製造方法、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやパーソナルコンピュータ等の記憶媒体としてカード状等の小型で薄型の補助記憶装置が種々使用されている。このような補助記憶装置に代表される電子機器、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）チップ等のメモリカードは、比較的小さくて高価な製品であり、その偽造品が大量に市場に出回ることが問題となっている。これら電子機器の製造元の真贋判定方法として、パッケージにホログラムシールを貼付する等の方法が取られている。
【０００３】
しかしながら、ホログラムシールは比較的簡単に模造することが可能で、そのため模造製品が製造され易い。模造製品が大量に生産されると、消費者は模造製品を正規品と誤認して購入してしまう。このため正規品の信頼性が保たれず、正規品の市場利益も確保されなくなってしまう。また本来の製造元が多大な損害を受けるという問題がある。
【０００４】
そのため、製品本体に直接記録され、簡単に真贋判定でき、かつ容易に複製されない方法で製品を保護する技術として、基板の表面に計算機ホログラムによる凹凸パターンが形成されたホログラム付カードが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、凹凸パターンによるホログラム形成層と接して、屈折率の異なる材料から成るホログラム効果層を設けたホログラム付ＩＣカードも提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００７−０１５１９６号公報
【特許文献２】特開２００３−２５６７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されたホログラム付カードにおいては、基板の表面に計算機ホログラムによる凹凸パターンを設けているが、凹凸パターンの角部が比較的先鋭であることから、この先鋭な角部における散乱によりホログラム像の視認性が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
特許文献２に記載されたホログラム付ＩＣカードにおいては、ホログラム形成層を設けると共に、このホログラム形成層とは屈折率の異なる材料より成るホログラム効果層を設けることで、視認性を向上させている。しかしながらこの場合は、ホログラム形成層とは異なる別の層を追加して設けることから、製造工程数が増加し、そのためコストが高くなるという問題がある。
【０００８】
以上の問題に鑑みて、本発明は、ホログラムを表示するにあたって、ホログラムを表示する凹凸パターンの散乱損失を抑え、視認性の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、ホログラム基板は、表面にホログラムを回折する凹凸パターンを有するホログラム層が形成され、凹凸パターンを、深さが変調されたパターンとし、且つ、凹凸パターンの凸部と凹部との境界をなだらかに形成して構成する。
【００１０】
本発明によるホログラム基板の製造方法は、基板上に、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ａｇのいずれか１種以上の遷移金属の不完全酸化物を含む無機レジストを、基板上に形成する工程と、無機レジストに対して紫外線又は可視光による露光用光の強度を変調して走査照射することにより、ホログラム像に対応してピッチが１μｍ未満とされるパターン露光を行う工程と、露光後の無機レジストを現像して、側面の傾斜角度が前記基板の表面と平行な面に対し５０度以下とされ、深さが前記ホログラム像に対応して変調された凹凸パターンが形成された金型用の原盤を作製する工程と、原盤からメッキにより金型を転写形成する工程と、金型を、変形可能なホログラム材料層に押圧して金型の凹凸パターンをホログラム材料層上に転写する工程と、凹凸パターンが転写されたホログラム材料層を硬化する工程と、を含むものとする。
【００１１】
更に、電子機器は、上述のホログラム基板を用いて筐体を構成する。
【００１２】
本発明によるホログラム基板及びこれを筐体として構成する電子機器は、深さが変調された凹凸パターンを有するホログラム層が形成され、特に凹凸パターンの凸部と凹部との境界をなだらかに形成することによって、凸部と凹部との境界の角部における散乱損失を抑制し、より明確なホログラム像を視認することが可能となる。
【００１３】
また本発明のホログラム基板の製造方法は、遷移金属の不完全酸化物を含む無機レジストのパターン露光、現像によって金型原盤を作製し、この金型原盤から転写形成した金型を用いてホログラム材料層に押圧してホログラム材料層を硬化する。このように、遷移金属の不完全酸化物を含む無機レジストを用いてパターン露光、現像を行う場合は、凸部と凹部との境界を比較的なだらかに、すなわち凸部や凹部の角部が丸みを帯びた形状となるように凹凸パターンを形成することができる。したがって、本発明のホログラム基板の製造方法によれば、凹凸パターンの境界の角部における散乱損失が抑制されることから、ホログラム材料層の他に別の層を追加して設けることなく、視認性に優れたホログラム基板を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ホログラムを表示する凹凸パターンの散乱損失を抑え、ホログラムの視認性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
先ず、本発明の第１の実施の形態として、本発明の実施の形態に係るホログラム基板及びその製造方法について説明する。図１は、この実施の形態に係るホログラム基板１０の概略斜視構成図である。この例においては、ホログラム基板１０は金属の例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）より成る基板１と、その表面に形成されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などのプラスチックや印刷インク等の樹脂より成るホログラム材料層２とから構成される。そしてこのホログラム材料層２の表面に、深さが変調された３次元形状の凹凸パターン５が形成されてホログラム部３が構成される。この凹凸パターン５は、深さが変調されると共に、凸部と凹部との境界がなだらかであり、すなわちその角部が丸みを帯びた形状として形成される。
【００１６】
このホログラム基板１０の凹凸パターン５に、太陽光や白熱灯などの光源２０からの光Ｌを照射すると、観察者の視点Ｅから見て、凹凸パターン５の方向に虚像Ｉを直接認識することができる。このような虚像を表示する凹凸パターン５は、例えば計算機ホログラムにより深さが変調されたパターンとして容易に設計することができる。
【００１７】
この実施の形態に係るホログラム基板１０の製造方法の一例を、図２及び図３の製造工程図を参照して説明する。
先ず、図２Ａ〜Ｄを参照して凹凸パターンを有する金型を製造する工程について説明する。図２Ａに示すように、Ｓｉ等より成る基板３１を用意し、この上に、基板３１の材料よりも熱伝導率が低いアモルファスＳｉ等より成る中間層３２を形成する。そしてこの中間層３２上に、遷移金属の不完全酸化物を含む例えばＷＯｘ、ＷＭｏＯｘより成る無機レジスト３３を形成する。
【００１８】
この無機レジスト３３としては、本出願人の出願に係る特許３８７９７２６号公報に記載されたレジスト材料を用いることができる。具体的な遷移金属としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ａｇ等が挙げられる。この中でも、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｂを用いることが好ましく、紫外線又は可視光により大きな化学的変化を得られるといった見地から特にＭｏ、Ｗを用いることが好ましい。
【００１９】
なお、遷移金属の不完全酸化物としては、１種の遷移金属の不完全酸化物の他に、第２の遷移金属を添加したもの、さらに複数種類の遷移金属を添加したもの、遷移金属以外の他の元素が添加されたもの等のいずれも利用することができ、特に複数種の金属元素を含むものが好ましい。
【００２０】
また、１種の遷移金属の不完全酸化物の他に、第２の遷移金属を添加したもの、さらに３種以上の遷移金属を添加したものの場合、結晶構造のある１種の遷移金属原子の一部が他の遷移金属原子で置換されたものと考えられるが、これら複数種類の遷移金属がとりうる化学量論組成に対して酸素含有量が不足しているか否かで不完全酸化物かどうかを判断することとする。
【００２１】
更に、遷移金属以外の他の元素としては、Ａｌ、Ｃ、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ等のうち少なくとも１種を使用可能である。２種以上の遷移金属を組み合せて用いることで、あるいは遷移金属以外の他の元素を添加することにより、遷移金属の不完全酸化物の結晶粒が小さくなるので、露光部と未露光部との境界部が明瞭となり、分解能の大幅な向上が図られる。また、露光感度を改善することができる。
【００２２】
このような材料より成る無機レジスト３３を用いる場合は、紫外線又は可視光に対する吸収を示すので、電子ビームやイオンビーム等の特殊な露光源を用いることなく露光することが可能である。また、遷移金属の不完全酸化物は低分子であるために、高分子からなる有機レジストに比べて未露光部と露光部との境界が明瞭となる。したがって、これをレジスト材料として用いることにより、ピッチや幅が１μｍ未満のいわゆるナノスケールの高精度なレジストパターンを得ることができる。更に、閾値以上のパワーであれば、照射強度に比例した幅及び深さの露光が可能であり、照射パワーの選定によって、深さの異なる凹凸パターンの潜像を露光により容易に形成することが可能である。
【００２３】
なお、基板としては、上述したシリコンの他、ガラス、ポリカーボネート等のプラスチック、アルミナチタンカーバイド、ニッケル等を用いることができる。
【００２４】
これらの材料より成る基板３１上に無機レジスト３３を形成する方法としてはスパッタリングが好ましい。スパッタリングによる場合、例えば遷移金属を含んだターゲットを用いて、Ａｒ＋Ｏ２雰囲気中でＯ２ガス流量を調整してスパッタを行う。Ｏ２ガス流量は例えばチャンバー内への導入ガスの全流量に対して５〜２０％とし、ガス圧は通常のスパッタリングのガス圧（１〜１０Ｐａ）として形成することができる。
【００２５】
無機レジスト３３の膜厚は任意に設定可能であるが、目的とする凹凸パターンのうち最大深さの凹部を十分形成できる厚さであればよい。
【００２６】
基板３１として単結晶シリコン等の熱伝導率が比較的大きい材料を用いる場合には、上述したように中間層３２として基板３１よりも熱伝導率の低い材料層を形成することが好ましい。中間層３２を設けることによって、露光時の無機レジスト３３への熱の蓄積を調整することができ、露光感度を適切に改善することができる。中間層３２としては、上述したアモルファスシリコンの他、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等を用いることが可能であり、スパッタリング、蒸着等により成膜できる。中間層３２の厚さについては、中間層３２に用いる材料の熱伝導率と、目的とする露光感度調整量とを考慮して適宜選定すればよい。
【００２７】
そしてこの無機レジスト３３に、所望のホログラム像に対応する凹凸パターンの露光を行う。露光方法としては、基板３１を支持台上に搭載して図２Ａに示すように露光用光Ｅを矢印ａで示すように走査照射する。走査素子として例えばガルバノミラーやポリゴンミラーを用いることで高速に面内を走査照射することが可能である。または、基板３１をｘ−ｙステージやターンテーブル等の移動ステージに搭載し、ステージを水平移動又は回転して露光用光を照射してもよく、或いは走査照射とステージの移動、回転とを組み合わせて相対的に走査照射を行ってもよい。上述したように、露光時のパワーを変調することによって、深さの異なる凹凸パターンの潜像を無機レジスト３３に形成することができる。
【００２８】
その後、現像処理を行って図２Ｂに示すように、無機レジスト３３の表面に凹凸パターン３５を表出させ、金型用の原盤３０を形成する。現像処理は、酸又はアルカリ等の液体によるウェットプロセス、又はプラズマ又は反応性イオンエッチング等のドライプロセスにより行うことができる。このとき凹凸パターン３５は、露光用光のパワーの変調によって深さが変調されると共に、特にその凸部と凹部との境界の角部が、なだらかに丸みを帯びた形状として形成される。
【００２９】
そして、図２Ｃに示すように、図示しないが剥離層、メッキ下地層等を形成した後、ニッケル等のメッキを行って、メッキ層３６を形成する。その後、図２Ｄに示すように、このメッキ層３６を剥離して、凹凸パターン３５の反転パターンである凹凸パターン４５が転写された金型４０を得ることができる。
【００３０】
次に、このようにして作製した金型４０を用いて、ホログラム基板を形成する工程を説明する。先ず、図３Ａに示すように、ＵＳＢチップ等の電子機器の筐体として利用可能なＳＵＳやプラスチック樹脂等より成る基板１を用意し、この基板１の表面の例えば所定領域に、印刷等によってプラスチック樹脂、印刷インキ等より成るホログラム材料層２を形成する。基板１とホログラム材料層２とは同一の材料により一体に構成してもよい。
【００３１】
次に、ホログラム材料層２を変形可能な状態とする。ホログラム材料層２が熱硬化性樹脂より成る場合はそのままでもよく、印刷インキ等の熱可塑性樹脂である場合は、基板１を加熱してホログラム材料層２を半硬化状態とする。また、例えば基板１及びホログラム材料層２が共にプラスチック樹脂等より成る場合は、プラスチック樹脂の少なくとも表面を半硬化状態とする。このときの加熱条件はホログラム材料層２又は基板１の材料により適宜選定すればよい。この状態で、ホログラム材料層２の上側に金型４０を配置し、図３Ｂに示すように、金型４０を基板１側にナノインプリント法により押圧して、基板１のホログラム材料層２に凹凸パターンを転写する。
【００３２】
この後、図３Ｃに示すように、金型４０をホログラム材料層２から剥離する。基板１上のホログラム材料層２の表面には、金型４０の凹凸パターン４５の反転パターンである凹凸パターン５が形成される。この後ホログラム材料層２を硬化する。すなわちホログラム材料層２が熱可塑性樹脂である場合は冷却し、熱硬化性樹脂より成る場合は加熱して硬化する。
【００３３】
そして、図３Ｄに示すように、凹凸パターン５の上に、光透過性の樹脂等の材料より成る保護層６を塗布等により形成する。なお、必要に応じて凹凸パターン５と保護層６との間に反射層を設けてもよい。反射層の材料としては、金属、合金等の例えばＡｕ、Ａｇ、Ａｌなどを用いることができ、スパッタリング等により形成される。以上の工程により、表面に凹凸パターン５が形成されたホログラム部３を有するホログラム基板１０を得ることができる。
【００３４】
このようにして形成されたホログラム基板１０は、表面のホログラム部３を構成する凹凸パターン５が、上述したように凹部と凸部との境界がなだらかで、角部が丸みを帯びた形状として形成される。これについて図４を参照して説明すると、通常の有機レジストを用いる場合は、凹凸パターンは図４Ａに示すように有機レジスト５３の凸部と凹部との境界の角部が比較的先鋭となる。この場合凹凸の側面である斜面５５Ｓの水平面に対する角度αは７０°から８０°程度である。これに対し、図４Ｂに示すように、無機レジスト３３を用いる場合は、凹凸の側面である斜面３５Ｓの水平面に対する角度βは比較的緩やかな５０°程度とすることができ、その角部はなだらかな丸みを帯びた形状となる。
【００３５】
また、露光領域が近接して一部が重複するようなパターンの場合も形状が異なる。図５Ａに示すように、有機レジスト５３の場合は、凹凸の境界が比較的急峻であり、２つの凹部の間の凸部も角部が比較的先鋭となる。一方、図５Ｂに示すように、無機レジスト３３を用いる場合は、全体的になだらかな形状となって、隣接する凹部の間の凸部も角部が丸みを帯びたなだらかな形状となる。
【００３６】
したがって、遷移金属の不完全酸化物を含む無機レジストを用いることによって形成した金型を用いて凹凸パターン５を作製することで、この凹凸パターン５に照明光を照射したときの散乱損失を抑えることができ、ホログラム像の視認性の向上を図ることができる。
【００３７】
なお、有機レジストを用いる場合は、現像やパターンエッチング後に凹部の表面が比較的粗面化されるため、深さの変調された凹凸パターンを形成することが難しい。したがって、通常は有機レジストの厚さに相当する深さの凹凸パターンとされ、すなわち深さが均一となる。これに対して無機レジスト３３を用いる場合は、凹部の表面が比較的滑らかであり、深さの異なる凹凸パターンを良好な表面性をもって形成することが可能となる。
【００３８】
また、本実施の形態において、図３Ｄに示すように、凹凸パターン５を埋め込んで保護膜６を形成することで、微細な凹凸パターン５の形状が保護されると同時に、複製が困難になるという利点を有する。更に、図示しないが凹凸パターン５上に反射層を設ける場合は、より視認性の向上を図ることができる。基板１を光沢性のある金属より構成する場合は、反射層を省略しても十分な良好にホログラム像を視認することが可能である。
【００３９】
以上説明したホログラム基板は、メモリーカード等の補助記憶装置に代表される種々の電子機器の筐体に適用することができる。図６に上述の実施の形態に係るホログラム基板を筐体に用いる電子機器の例の概略断面構成図を示す。
【００４０】
図６においては、ＵＳＢメモリやメモリーカード等に適用可能な電子機器１００を示す。この電子機器１００は、図６に示すように、外形がスティック状やカード状で、内部に中空部１０３を有する基板１０１と、基板１０１の表面に形成されたホログラム材料層１０２、内部に配置される記憶素子や制御回路を含む電子部品１０４、電子部品１０４から外部に導出される端子部１０５とを有する。中空部１０３には保護材料等が充填されていてもよい。また電子部品１０４の少なくとも一部が基板１０１の内面と接触する構成でもよい。図示の例においては基板１０１を金属等より成る基板１０１と印刷部等より成るホログラム材料層１０２とより構成する例を示すが、プラスチック樹脂等より基板とホログラム材料層とを一体に構成してもよい。そしてこの場合ホログラム材料層１０２の一部の表面に、凹凸パターン１１５より成るホログラム部１１０が形成される。このホログラム部１１０の凹凸パターン１１５は、前述した遷移金属の不完全酸化物を含む無機レジストを用いて形成した金型によりインプリントされて作製され、深さが変調されると共に、凹凸の境界がなだらかな形状とされる。
【００４１】
このような凹凸パターン１１５を表面に形成した筐体を用いて電子機器１００を構成することによって、太陽光や白熱灯などの一般的な照明光によりホログラムの虚像が認識され、容易に真贋を判別することができる。このとき、凹凸パターン１１５の角部における散乱損失が抑制されるので、従来のホログラムパターンを設ける電子機器と比べて、視認性の向上を図ることができる。
【００４２】
なお、図６においては凹凸パターン１１５上に反射膜や保護膜等を設けていないが、もちろんこれらの光機能膜が凹凸パターン１１５上に形成されていてもよい。反射膜を設けることにより像の視認性を更に向上させることができ、また保護膜を設けることにより他の物体との接触や押圧等による凹凸パターン１１５の損傷を抑制ないしは回避することができる。
【００４３】
以上説明したように、本発明のホログラム基板を用いて製品を構成することによって、従来のシール貼付等の方法による場合と比べて複製が難しく、真贋判定の信頼性を向上することができる。またその判定に際し、特殊な光源等を必要としないので、一般の使用者が容易に判定することができる。
【００４４】
また、本発明のホログラム基板の製造方法によれば、遷移金属の不完全酸化物を含む無機レジストを用いて凹凸パターンを形成することから、凹凸パターンの角部における散乱損失に起因する視認性の低下を抑制することができる。したがって、視認性に優れたホログラムによる真贋判別を行うことが可能となる。ホログラムを表示するナノスケールの微細なパターンは容易に複製されず、真贋判定の信頼性が高い。万が一複製されても微細な凹凸形状が歪むので、正確にホログラムのコピーがなされない。
【００４５】
また、凹凸パターン上に反射膜が形成されることでホログラムの視認性を更に向上することができる。また凹凸パターンを埋め込んで光透過性の保護膜を形成することにより、微細形状が保護されると同時に複製を困難にすることができる。
【００４６】
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、例えばホログラム基板の表面のホログラム部を設けない領域に他の層や構造を設けるなど、本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。
また、ホログラム基板を筐体に適用する装置としては、上述した電子機器に限定されるものではなく、その他各種形状の補助記憶装置、更には補助記憶装置を組み込むデジタルカメラやコンピュータ等、各種の真贋判定を必要とする製品に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るホログラム基板の概略斜視構成図である。
【図２】Ａ〜Ｄは本発明の一実施の形態に係るホログラム基板の製造方法の工程図である。
【図３】Ａ〜Ｄは本発明の一実施の形態に係るホログラム基板の製造方法の工程図である。
【図４】Ａ及びＢは比較例及び本発明の実施形態例による凹凸パターンの一例の概略断面構成図である。
【図５】Ａ及びＢは比較例及び本発明の実施形態例による凹凸パターンの一例の概略断面構成図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るホログラム基板を筐体とする電子機器の概略断面構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
１．基板、２．ホログラム材料層、３．ホログラム部、５．凹凸パターン、６．保護層、１０．ホログラム基板、３０．原盤、３１．基板、３２．中間層、３３．無機レジスト、３５．凹凸パターン、３６．保護層、４０．金型、１００．電子機器、１０１．基板、１０２．ホログラム材料層、１０３．中空部、１０４．電子部品、１０５．端子部、１１０．ホログラム部、１１５．凹凸パターン
【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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