光学部件的制作方法

1.本发明涉及一种具有将所入射的光作为平行光而射出的多个贯通孔的光学部件。


背景技术：

2.已知一种具有将所入射的光作为平行光而射出的多个贯通孔的光学部件。光学部件为相对于平板状的基板设置有多个沿基板的厚度方向贯通的贯通孔的部件，也被称为多孔板等。在光学部件中，作为一例，多个贯通孔以等间隔二维排列，排列有贯通孔的排列面的一面成为入射面，另一面成为射出面。
3.在日本特开2004-133308号公报中，记载有一种转印装置，其具有上述光学部件，并且利用来自光源的光将液晶显示器中所显示的图像转印在感光性记录介质上。在转印装置中，光学部件以作为贯通孔的排列面的一面的入射面与液晶显示器的图像显示面对置的姿势配置在液晶显示器与光源之间，来自光源的光入射于光学部件。光学部件通过各贯通孔对所入射的光进行准直从而作为大致平行光而射出。从光学部件射出的平行光入射于液晶显示器，通过液晶显示器的图像进行光调制而照射到感光性记录介质，从而感光性记录介质被面曝光。由此，显示在液晶显示器上的图像被转印于感光性记录介质。
4.关于日本特开2004-133308号公报中所记载的光学部件，其以孔的位置对齐的方式层叠多个形成有多个孔的薄板来制作。通过层叠各薄板的孔，形成贯通层叠有各薄板的层叠结构的光学部件的贯通孔。
5.对光学部件的贯通孔的内壁面实施黑色涂装，在入射于光学部件的贯通孔的光中，倾斜行进并入射于内壁面的大多数成分被吸收，向贯通孔的深度方向(对应于平板状的基板的厚度方向)直行的直行成分透过贯通孔而射出。
6.并且，在日本特开2011-85612号公报中涉及一种限制视场角的图像显示装置，并且公开有一种限制透射光的射出方向的范围的被称为超微细百叶窗(micro louver)的板状的光学部件。超微细百叶窗是使来自液晶显示装置的光大致准直后射出的部件，具有与上述光学部件相同的功能。超微细百叶窗具备多个透明部和以围绕各个透明部的方式而设置的光吸收层。在入射于透明部的光中，倾斜行进而入射于光吸收层的斜光成分的一部分被吸收，向透射部的厚度方向直行的直行成分透过透射部而射出。
7.在制作日本特开2011-85612号公报中所记载的超微细百叶窗的情况下，首先，对形成为薄板状的透明感光性树脂进行图案曝光，使所曝光的图案进行显影，由此形成隔开间隔而排列的多个透明部。然后，通过在各透明部之间的间隙填充黑色固化性树脂来形成光吸收层。由此，制作多个透明部隔开间隔而排列的超微细百叶窗。


技术实现要素：

8.发明要解决的技术课题
9.在日本特开2011-85612号公报中所记载的超微细百叶窗中，入射于透明部的光中的斜光成分的一部分被光吸收层吸收，但在透明部与光吸收层之间未形成有防反射结构。
若斜光成分在透明部与光吸收层的界面反射，则当然无法被光吸收层吸收，因此导致斜光成分从透明部射出。由于斜光成分不利于所入射的光的准直，因此期望尽可能降低。特别是，随着图像的高像素化而像素尺寸及像素间距越小，则斜光成分相对于画质的影响就越大，因此抑制斜光成分的必要性越高。
10.另一方面，如上所述，日本特开2004-133308号公报中所记载的光学部件的贯通孔通过层叠多个利用光刻形成有多个孔的薄板来形成。在各薄板上利用光刻形成孔的情况下，由于产生侧面蚀刻现象，在各薄板的孔的内壁面形成锥形状的凸起。因此，在通过使各个孔的位置一致地层叠多个薄板而得到的层叠结构的光学部件中，通过在贯通孔的内壁面产生与各薄板的数量对应的锥形状的凸起而形成凹凸。该凹凸具有防止贯通孔的内壁面上的斜光成分反射的效果。
11.然而，在如日本特开2004-133308号公报的光学部件那样的层叠结构中，通过形成在内壁面的凹凸获得了防止斜光成分反射的效果，但另一方面需要在制造过程中使各薄板的孔的位置一致。因此，像素尺寸及像素间距越小，则越难对位，有可能导致成品率降低。
12.本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种成品率比以往好且能够射出斜光成分得到抑制的平行光的光学部件。
13.用于解决技术课题的手段
14.本发明的光学部件是具备具有使光透过的多个贯通孔的单层基板、和形成于所述贯通孔的内壁面的至少一部分且包括条纹状的多个槽的防反射结构的光学部件。
15.在本发明的光学部件中，优选槽至少包括沿贯通孔的深度方向的条纹状的多个第一槽。
16.或者，在本发明的光学部件中，优选槽至少包括沿与贯通孔的深度方向交叉的方向的条纹状的多个第二槽。
17.在本发明的光学部件中，优选槽除了第一槽之外还包括沿与贯通孔的深度方向交叉的方向的条纹状的多个第二槽。
18.在本发明的光学部件中，优选多个第一槽的平均周期与多个第二槽的平均周期不同。
19.在本发明的光学部件中，优选基板为不透明材料。
20.在本发明的光学部件中，优选贯通孔的深度相对于开口的尺寸之比即纵横比大于20。
21.在本发明的光学部件中，优选贯通孔的开口的尺寸大于槽的平均周期。
22.在本发明的光学部件中，优选贯通孔的开口的尺寸为5～100μm。
23.在本发明的光学部件中，优选具备多个贯通孔，且多个孔的排列为正方排列。
24.在本发明的光学部件中，优选基板对光的透射率与贯通孔对光的透射率之差为70％以上。
25.在本发明的光学部件中，可以在贯通孔中填充有透明材料。
26.在本发明的光学部件中，优选槽设置在贯通孔中的至少一个开口端。
27.在本发明的光学部件中，优选防反射结构为不规则的结构。
28.在本发明的光学部件中，优选在基板的表面和背面中的至少一个面上，在除了贯通孔的开口以外的部分形成有微细凹凸结构。
29.在本发明的光学部件中，优选微细凹凸结构为不规则的结构。
30.在本发明的光学部件中，优选在基板中，在形成有微细凹凸结构的面上设置有保护层。
31.在本发明的光学部件中，优选防反射结构的槽的深度比微细凹凸结构的凹部深度更深。
32.在本发明的光学部件中，优选基板为硅。
33.发明效果
34.根据本发明，能够提供一种能够成品率良好地制造且能够射出斜光成分得到抑制的平行光的光学部件。
附图说明
35.图1是一实施方式的光学部件的立体图。
36.图2是图1所示的光学部件的沿ii-ii线剖切的剖面示意图。
37.图3是贯通孔的一例的内壁面放大图。
38.图4是贯通孔的另一例的内壁面放大图。
39.图5是贯通孔的又一例的内壁面放大图。
40.图6是光学部件的说明图。
41.图7是设计变更例的光学部件的剖视图。
42.图8是其他设计变更例的光学部件的剖视图。
43.图9是用于说明光学部件的使用例的图。
44.图10是表示光学部件的制造方法的工序的图。
45.图11是表示具有微细凹凸结构的基板的制作工序的图。
46.图12是表示针对包含氧化铝的水合物的微细凹凸层的穿透处理的工序的图。
47.图13是表示掩模形成工序的一例的图。
48.图14是表示掩模形成工序的另一例的图。
49.图15是表示凹部的内壁面的图。
50.图16是用于说明蚀刻工序的图。
51.图17是用于说明蚀刻工序的图。
52.图18是表示凹部的内壁面的另一例的图。
53.图19是表示在实证实验中制作的结构体的一部分的扫描型显微镜照片。
54.图20是放大了图19所示的结构体的一部分的扫描型显微镜照片。
55.图21是进一步放大了图20所示的结构体的一部分的扫描型显微镜照片。
具体实施方式
56.以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。另外，为了便于视觉辨认，将各层的膜厚或它们的比率适当地改变而进行了描绘，这并不一定反映实际膜厚或比率。在本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指将记载于“～”前后的数值作为下限值及上限值而包含的范围。
57.本发明的光学部件具备：单层基板，具有使光透过的多个贯通孔；及防反射结构，
形成于贯通孔的内壁面的至少一部分且包括条纹状的多个槽。
58.图1是一实施方式的光学部件1的立体图，图2是示意性表示图1所示的光学部件1的沿ii-ii线剖切的剖面的图。光学部件1具备：单层基板10，具有使光透过的多个贯通孔21；及防反射结构25，形成于贯通孔21的内壁面21b的至少一部分且包括多个条纹状的槽24。贯通孔21从基板10的一面10a贯通到另一面10b而设置，基板10在一面10a及另一面10b具有贯通孔21的开口。防反射结构25由凹凸结构构成，所述凹凸结构由形成于内壁面21b的多个条纹状的槽24即凹部和槽24之间的凸部构成。在本光学部件1中，光学部件1的一面1a和另一面1b与基板10的一面10a和另一面10b一致。
[0059]“单层基板”是指设置有贯通孔21的基板10本身为单层，而不是指基板10由层叠多个层而构成，当然不是指光学部件1为单层。因此，不排除通过在基板10的表面设置保护层或者实施涂装，使光学部件1整体由多个层构成。本光学部件1中，由于设置有贯通孔21的基板10为单层，因此如日本特开2004-133308号公报1中所记载的光学部件，与通过层叠多个利用光刻形成有多个孔的薄板而形成的情况相比，能够以高成品率进行制造。
[0060]
并且，“条纹状的槽”是指，相对于内壁面21b中在贯通孔21的中心轴侧最凸的面凹陷的部分沿一个方向(在图2所示的例中，为深度方向z)连续形成的槽，并且沿一个方向的槽的长度为与一个方向正交的方向的槽的宽度的3倍以上的槽。在贯通孔21的中心轴侧“最凸的面”是指，例如，在通过对刚形成贯通孔21后的内壁面21b实施加工而形成条纹状的槽的情况下，在内壁面21b中，与条纹状的槽相邻而残留的未加工的面成为“最凸的面”。并且，槽24可以为在长度方向上宽度没有变化的槽，也以为在长度方向上宽度变化的槽。在槽24的宽度变化的情况下，用于与槽24的长度进行比较的槽24的宽度设为最宽部分的宽度。
[0061]
在图2中，作为一例，构成防反射结构25的多个条纹状的槽24表示沿贯通孔21的深度方向z的条纹状的槽24。在图3～5中示意性表示条纹状的槽24的形状的例。另外，图3～图5是表示贯通孔21的内壁面21b的一部分的立体图，使纸面的上下方向与贯通孔21的深度方向z一致。
[0062]
图3是放大表示图2所示的槽24的示意图。图3所示的槽是沿贯通孔21的深度方向z的条纹状的多个第一槽24a。另外，在本说明书中，“沿贯通孔21的深度方向的条纹状的第一槽24a”不限于沿与图3所示的深度方向平行的方向延伸的槽，还包括沿相对于深度方向在
±
30
°
的范围内具有倾斜的方向延伸的槽。并且，多个第一槽24a可以相互平行，也可以相互不平行。并且，第一槽24a的宽度可以以随着向深度方向前进而变窄的方式变化，或者也可以以变宽的方式变化。与第一槽24a的凹深度d1相邻的第一槽24a之间的距离p1可以均相同，也可以不相同。将相邻的第一槽24a彼此之间的距离p1的平均称为第一槽24a的平均周期。
[0063]
并且，作为构成光学部件1所具备的防反射结构的多个条纹状的槽24，不限于沿如上所述的深度方向z的第一槽24a。如图4所示，可以为沿与深度方向z交叉的方向的条纹状的多个第二槽24b。图4所示的第二槽24b为沿与深度方向z正交的方向的条纹状的槽，并且是沿与基板10的一面10a平行的方向延伸的槽。但是，第二槽24b只要是与深度方向z交叉的方向即可，不限于与深度方向z正交的槽。与第一槽24a同样地，多个第二槽24b可以相互平行，也可以相互不平行。第二槽24b的宽度也可以在槽24b延伸的方向上变化。将与第二槽24b的凹深度d2相邻的第二槽24b彼此之间的距离p2的平均称为第二槽24b的平均周期。
[0064]
而且，作为构成光学部件1所具备的防反射结构的多个条纹状的槽24，如图5所示，可以包括以网格状组合沿贯通孔21的深度方向的条纹状的多个第一槽24a及沿与深度方向交叉的方向的条纹状的多个第二槽24b的槽。另外，在图5中，第一槽24a的平均周期与第二槽24b的平均周期大致相同，但第一槽24a与第二槽24b的平均周期也可以不同。
[0065]
第一槽24a彼此之间的距离p1及第二槽24b彼此之间的距离p2可以是规则的，也可以是不规则的。但是，由于槽彼此之间的距离不规则能够抑制光的干涉，因此优选。
[0066]
另外，条纹状的槽24是统称形成在包括第一槽24a及第二槽24b的内壁面上的槽的概念，在本说明书中，在简称为槽24的情况下，以第一槽24a及第二槽24b这两者为对象。
[0067]
在能够观察贯通孔21的内壁面21b的位置切割基板10，并利用扫描型电子显微镜(scanning electron microscope、sem)从正面观察内壁面21b，由此测量条纹状的槽24的平均周期。在sem图像中，在观察到条纹状的槽24的区域中，测定任意的10个部位的槽24之间的距离，将所测定的距离进行平均而得的值设为槽24的平均周期。条纹状的槽24的平均周期，例如，为几nm～1μm，但可以为10nm～800nm，也可以为10nm～400nm，还可以为10nm～200nm。另外，优选的平均周期根据适用本部件的光的波长λ而不同，平均周期优选为使用波长λ以下，进一步更优选为使用波长的一半以下(λ/2以下)。例如，为了在波长380nm～780nm的可见光的范围内获得防反射效果，条纹状的槽24的平均周期优选为最短波长380nm以下，进一步更优选为最短波长380mm的一半即190nm以下。槽24的凹深度，例如，为几nm～1μm，但可以为10nm～800nm，也可以为10nm～400nm，还可以为10nm～200nm。并且，从更有效地获得防反射的观点出发，在设为使用波长λ的情况下，槽24的凹深度优选为λ/4以上，进一步更优选为λ/2以上。例如，为了在波长380nm～780nm的可见光的范围内获得防反射效果，槽24的凹深度优选为最长波长780nm的λ/4即195nm以上，更优选为λ/2以上即390nm以上。在此，槽24的凹深度是从槽24的最凹陷的部位到槽24之间的凸部的位置的槽深度方向的距离。
[0068]
本光学部件1例如能够用作将所入射的光作为平行光而射出的准直器。如在图6中示意性表示，在从光学部件1的一面1a入射的光中，入射于贯通孔21并沿其深度方向行进的直行成分l1直接通过贯通孔21而从光学部件1的另一面1b射出。另一方面，相对于贯通孔21倾斜入射的斜光成分l2在贯通孔21内部入射于其内壁面21b。由于具备在内壁面21b形成有条纹状的多个槽24的防反射结构25，因此入射于内壁面21b的斜光成分l2几乎不会反射。在贯通孔21的内壁面21b不具备防反射结构25的情况下，如在图6中用虚线所示，斜光成分l2中的至少一部分在内壁面21b反射1次或多次并从贯通孔21射出。由于根据本光学部件1，能够抑制入射于内壁面21b的光的反射，其结果，能够抑制如入射于贯通孔21的内壁面21b的倾斜入射的光从光学部件1的另一面1b射出。因此，根据本光学部件1，能够射出充分抑制了入射光中的斜光成分的平行光。
[0069]
优选基板10对于准直的对象的光的透射率与贯通孔21的透射率之差为70％以上。基板10的透射率是指除了基板的贯通孔21以外的部分中的光的透射率。若基板10的透射率与贯通孔21的透射率之差为70％以上，则能够有效地取出成为平行光的射出光。
[0070]
优选基板10为不透明材料。若基板10为不透明材料，则吸收入射于基板10的一面10a、另一面10b的光、以及入射于贯通孔21的内壁面21b的光，因此能够抑制光在贯通孔21之间的混合的同时能够进一步提高准直。在此，不透明是指，相对于准直的对象的光的透射率小于30％。作为对象的光，主要假设可见光，但也以为红外光或者紫外光。作为相对于可
见光不透明的材料，例如，可以举出硅。关于可适用于基板10的硅晶片，能够容易获取并且易于操作。
[0071]
另外，若基板10的至少一面10a、另一面10b及贯通孔21的内壁面21b被实施了黑色涂装，则吸收入射于基板10的一面10a、另一面10b及贯通孔21的内壁面的光。因此，即使未涂装的基板本身为透明材料，通过实施黑色涂装，基板10实质上成为具有与不透明材料相同的透射率。并且，贯通孔21可以为空腔，也可以在贯通孔21中填充透明材料。
[0072]
如图2所示的多个贯通孔21中的两端的贯通孔21所示，条纹状的槽24可以沿深度方向遍及整个区域而设置，也可以如其他贯通孔21所示，设置在至少一部分上。在局部设置槽24的情况下，在贯通孔21的深度方向上，例如，设置在相对于其深度d占据1％以上且50％以下的区域即可。并且，在局部设置槽24的情况下，在贯通孔21的深度方向上可以设置在任何位置。槽24可以设置在贯通孔21的深度方向上的开口端，也可以设置在比开口端更靠内部。并且，设置的部分不限于一处，可以分散地设置在多处。在此，开口端是指包括位于基板10的一面10a或者另一面10b的贯通孔21的开口，且从该开口相对于深度d为1％的范围。另外，在形成有槽24的区域测定条纹状的槽24的平均周期。
[0073]
若将槽24设置在各个贯通孔21的内壁面21b的至少一部分上，则能够至少一部分抑制从各个贯通孔21的一端入射于贯通孔21内的光中的斜光成分在内壁面21b上的反射。另外，沿相对于贯通孔21的深度方向大幅倾斜的方向行进的斜光成分在贯通孔21的开口端入射于内壁面21b。因此，若至少在开口端设置槽24，则可以抑制大幅倾斜的斜光成分的反射，因此能够促进准直，从而优选。
[0074]
优选贯通孔21的深度d相对于开口的尺寸a之比即纵横比d/a大于20。贯通孔21成为锥形形状，在基板10的一面10a上的开口的尺寸与另一面10b上的开口的尺寸不同的情况下，将较小的开口的尺寸定义为该贯通孔21的开口的尺寸a。另外，将开口的尺寸设为开口的当量圆直径。若贯通孔21的纵横比大于20，则大部分的斜光成分在贯通孔21内入射于内壁面21b而被吸收，因此能够充分地提高光的准直。
[0075]
优选贯通孔21的开口的尺寸大于槽24的平均周期。贯通孔21的开口的尺寸例如为5μm～1000μm，优选为5μm～500μm，进一步优选为5μm～100μm。
[0076]
而且，在光学部件1中，在作为基板10的表面和背面中的一个面的一面10a的除了贯通孔21的开口以外的部分形成有具有防反射功能的微细凹凸结构30。
[0077]
由于微细凹凸结构30具有防反射功能，因此在本例的光学部件1中，能够抑制入射于一面10a的除了贯通孔21的开口以外的部分的光的反射。该微细凹凸结构30可以包括规则排列的凹凸，优选为不规则的结构。若微细凹凸结构为不规则的结构，则能够抑制光的干涉。在此，“不规则的结构”是指，例如，如凸部32的大小或形状不同或者相邻的多个凸部32之间的距离即排列间距不均匀等，凸部32的大小、形状及排列间距中的至少一个为不规则的结构。微细凹凸结构30的平均周期大概为1μm以下。在此，微细凹凸结构30的平均周期是指多个凸部32之间的距离的平均。凸部32之间的距离是指，在关注于一个凸部32的情况下，与位于最靠近该凸部32的凸部之间的距离，并且是该两个凸部的顶点之间的距离。另外，具体而言，在微细凹凸结构30表面的扫描型电子显微镜(scanning electron microscope、sem)图像中，测定任意的10个部位的凸部32之间的距离，将对所测定的距离进行平均而得的值设为微细凹凸结构30的平均周期。微细凹凸结构30的平均周期例如为几nm～1μm，但可
以为10nm～800nm，也可以为10nm～400nm，还可以为10nm～200nm。另外，优选的平均周期根据适用本部件的光的波长λ而不同，平均周期优选为使用波长λ以下，进一步更优选为使用波长的一半以下(λ/2以下)。例如，为了在波长380nm～780nm的可见光的范围内获得防反射效果，条纹状的槽24的平均周期优选为最短波长380nm以下，进一步更优选为最短波长380mm的一半即190nm以下。微细凹凸结构30的凹凸差e例如为几nm～1μm，但可以为10nm～800nm，也可以为10nm～400nm，还可以为10nm～200nm。并且，从更有效地获得防反射的观点出发，在设为使用波长λ的情况下，微细凹凸结构30的凹凸差e优选为λ/4以上，进一步更优选为λ/2以上。例如，为了在波长380nm～780nm的可见光的范围内获得防反射效果，槽24的凹深度优选为最长波长780nm的λ/4即195nm以上，更优选为λ/2以上即390nm以上。
[0078]
另外，如本光学部件1，在具备微细凹凸结构30的情况下，优选设置在贯通孔21的内壁面21b的防反射结构25的槽24的凹部深度d(d1、d2)比微细凹凸结构30的凹凸差e深。在从光学部件1的一面10a入射的光中，相对于内壁面21b入射的斜光成分的入射角整体上大于光向微细凹凸结构30的入射角。相对于入射角大的光，凹凸的凹凸差越大防反射的效果越高。因此，通过使形成于贯通孔21的内壁面21b的条纹状的凹部的深度比微细凹凸结构30的凹凸差更深，对于以大的入射角入射的斜光成分可以获得充分的防反射效果。
[0079]
在本发明的光学部件中，微细凹凸结构30并不是必须的，但更优选在基板的表面和背面中的至少一个面具备上述的微细凹凸结构30。通过在基板的表面和背面的至少一个面具备微细凹凸结构30，如上所述，能够抑制入射于除了贯通孔以外的部分的光的反射。表面和背面的至少一个中的反射光相对于透过贯通孔21的平行光成为噪声成分。因此，通过利用微细凹凸结构30抑制反射光，能够减少噪声成分混入透过贯通孔21的平行光。
[0080]
图7及图8表示另一实施方式的光学部件2及3的剖面示意图。对与图1的光学部件1相同的要素标注相同的符号并省略详细的说明。
[0081]
光学部件2不仅在基板10的一面10a还在另一面10b的除了贯通孔21的开口以外的部分形成有微细凹凸结构30。如此，通过在基板10的表面和背面这两方具备具有防反射功能的微细凹凸结构30，能够抑制在基板10的表面和背面这两方入射于除了贯通孔21的开口以外的部分的光的反射。因此，与在表面和背面中的一个上设置微细凹凸结构30的情况相比，能够减少噪声成分混入透过贯通孔21的平行光。
[0082]
另外，如在图8所示的另一例的光学部件3，本发明的光学部件还可以在微细凹凸结构30的表面具备保护层35。通过具备保护层35，能够保护微细凹凸结构，并能够提高耐久性。作为保护层35，优选透明的硬涂层膜，例如能够使用pet(polyethylene terephthalate：聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜等。
[0083]
将本发明的光学部件的用途的一例示于图9。如图9所示，本发明的光学部件3能够用于将显示在液晶显示器101的图像转印到感光性记录介质102的转印装置100中。在图9中，示出具备有光学部件3的情况，但也能够使用图6所示的光学部件1或图7所示的光学部件2。在转印装置100中，光学部件3以设置有贯通孔21的基板10的一个面10a与液晶显示器101的图像显示面对置的姿势配置在液晶显示器101与感光性记录介质102之间，来自液晶显示器101的光入射于此。光学部件3通过各贯通孔21对入射于光学部件3的光进行准直而作为大致平行光射出。感光性记录介质102通过从各贯通孔21射出的光进行面曝光。由此，显示在液晶显示器101上的图像被转印于感光性记录介质102。
[0084]
另外，优选贯通孔21的大小及排列间距与液晶显示器101的像素的大小及像素间距相对应地形成。因此，在液晶显示器101的像素为正方排列的情况下，优选基板10中的贯通孔21的排列也为正方排列。特别是，若液晶显示器101的像素与贯通孔21以1:1相对应，则能够在不产生像素之间的光的混合的情况下获得更高清晰的曝光图像。
[0085]
光学部件3中，由于在来自液晶显示器101的光入射的面10a上具备微细凹凸结构30，因此抑制了入射于除了贯通孔21以外的面10a上的光在面10a上的反射，所入射的光几乎被基板10吸收。另一方面，从基板10的一个面10a入射于贯通孔21的光中的直行成分直接从另一面10b射出并透过保护层35而照射到感光性记录介质102。另一方面，入射于贯通孔21的光中的斜光成分在贯通孔21的内部入射于内壁面21b。由于光学部件3在贯通孔21的内壁面21b具备防反射结构25，因此入射于该内壁面21b的斜光成分也不会反射而几乎被基板10吸收。并且，存在从基板10的另一面10b射出而照射到感光性记录介质102的光的一部分被感光性记录介质102反射而返回到光学部件3侧的情况，但由于光学部件3在基板10的另一面10b也具备微细凹凸结构30，因此能够防止入射于另一面10b的光的反射，抑制被再次反射而朝向感光性记录介质。因此，光学部件3能够仅将从液晶显示器101发出的光的直行成分引导至感光性记录介质102，从而能够获得渗色少且高转印精度的图像。
[0086]
并且，在光学部件3中，在与感光性记录介质102对置的基板10的另一面10b具备保护层35来保护微细凹凸结构30，因此能够防止感光性记录介质102与光学部件3接触时的微细凹凸结构30的损伤。
[0087]
接着，对本发明的光学部件的制造方法进行说明。在此，参考图10-图18，对用于制造光学部件2的制造方法的一例进行说明。如图10所示，制造工序具备基板准备工序(st1)、掩模形成工序(st2)、干式蚀刻工序(st3)及掩模去除工序(st4)。
[0088]
＜基板准备工序＞
[0089]
首先，如图10的st1所示，准备在一面10a具备具有1μm以下的平均周期的微细凹凸结构30的基板10。将基板准备工序的一例示于图11。一例的基板准备工序包括：在被加工基板9的一面形成含铝的薄膜的工序(st12)；通过对含铝的薄膜进行温水处理而使其变化为含氧化铝的水合物的微细凹凸层的工序(st13)；从微细凹凸层侧对被加工基板9的一面进行蚀刻的工序(st14)；及去除微细凹凸层的工序(st15)。
[0090]
首先，如图11的st12所示，在被加工基板9的一面形成含铝的薄膜50(以下，称为含al的薄膜50。)。
[0091]
含al的薄膜50例如是由铝、酸化铝、氮化铝及铝合金中的任意一种构成的薄膜，但只要是通过后工序的温水处理而变化为含勃姆石等氧化铝的水合物的微细凹凸层的材料即可。另外，“铝合金”是指包含硅(si)、铁(fe)、铜(cu)、锰(mn)、镁(mg)、锌(zn)、铬(cr)、钛(ti)及镍(ni)等元素中的至少1种且以铝为主成分的化合物或固溶体。含al的薄膜50中，从形成凹凸结构的观点出发，优选铝相对于所有金属元素的成分比为80摩尔％以上。
[0092]
含al的薄膜50的厚度根据在后工序中获得的微细凹凸层的所期望的厚度设定即可。例如，含al的薄膜50的厚度为0.5～60nm，优选为2～40nm，尤其优选为5～20nm。
[0093]
关于形成含al的薄膜50的方法，并没有特别限定。例如，能够使用电阻加热蒸镀法、电子束蒸镀法及溅射法等一般的成膜方法。
[0094]
接着，如图11的st13所示，在温水处理工序中，对含al的薄膜50进行温水处理。例
如，如图11的st13所示，利用热板58对容器55中的纯水56进行加热，使形成有含al的薄膜50的被加工基板9整体浸渍在温水中。通过进行温水处理，如图11的st14所示，能够使含al的薄膜50变化为含氧化铝的水合物的微细凹凸层52。该微细凹凸层52具有以不规则的形状及配置形成的多个凸部及多个凹部。能够通过含al的薄膜50的材料、形成厚度及温水处理条件控制凹凸结构层的凸部的大小、凸部之间的平均的距离(即凹凸的平均周期)，但其平均周期大概为1μm以下。
[0095]
在此，“温水处理”是指将温水作用于含有铝的薄膜的处理。温水处理例如为将形成有含有铝的薄膜50的层叠体浸渍于室温的水之后煮沸水的方法、将上述层叠体浸渍于维持在高温的温水中的方法、或者暴露在高温水蒸气的方法等。如上所述，在本实施方式中，利用热板58对容器55中的纯水56进行加热，并连同被加工基板9浸渍于温水中。浸渍于温水中的时间及温水的温度可以根据所期望的凹凸结构适当设定。标准时间为1分钟以上，尤其优选为3分钟以上且15分以下。温水的温度优选为60℃以上，尤其优选为高于90℃的高温。存在温度越高处理的时间越短的倾向。例如，若将厚度10nm的含有铝的薄膜在100℃的温水中煮沸3分钟，则可以获得凸部之间的距离为50nm～300nm、凸部的高度为50nm～100nm的不规则的凹凸结构。
[0096]
而且，如图11的st15所示，通过从微细凹凸层52侧对形成有含氧化铝的水合物的微细凹凸层52的被加工基板9的表面进行利用了蚀刻气体g2的蚀刻，如st1所示，能够获得在一面10a具备微细凹凸结构30的基板10。若从微细凹凸层52的表面实施蚀刻，则微细凹凸层52的表面的凹凸形状由于蚀刻引起的溶解侵蚀而渐渐后退，溶解侵蚀以反映了微细凹凸层52的凹凸的形态作用于被加工基板9的表面。由此，在被加工基板9的表面形成有反映了微细凹凸层52的形态的微细凹凸结构30。另外，“反映了”微细凹凸层52的凹凸形状是指，不需要在与该凹凸形状的凸部或凹部分别1对1对应的位置处具有凸部或凹部的所谓转印程度的位置精度而是与某些起伏具有类似性的程度的状态。
[0097]
在该蚀刻工序中，例如，优选使用反应性离子蚀刻、反应性离子束蚀刻等。优选在基板10的蚀刻速率比微细凹凸层52的蚀刻速率大的条件下实施蚀刻。作为相对于基板10的蚀刻效率高的蚀刻气体g2，例如，可以举出与蚀刻气体g1相同的氟系气体或氯系气体。
[0098]
另外，优选在上述被加工基板9的蚀刻工序之前，进行对微细凹凸层52进行蚀刻的穿透处理，直到被加工基板9的表面的至少一部分露出为止。具体而言，如图12所示，在形成微细凹凸层52之后(st14)，对微细凹凸层52进行蚀刻(st40)，在微细凹凸层52的凹部的至少一部分中，使被加工基板9的表面露出(st41)。在该穿透处理中，为了有效地对微细凹凸层52进行蚀刻，使用相对于氧化铝水合物的蚀刻效率高的蚀刻气体g3。作为蚀刻气体g3，例如，使用包含氩(ar)及三氟甲烷(chf3)的气体。之后，为了在被加工基板9的表面形成微细凹凸结构30，如图12的st42所示，使用蚀刻气体g2从微细凹凸层52侧进行相对于被加工基板9的表面的蚀刻，由此获得在一面10a具备微细凹凸结构30的基板10(st1)。通过进行穿透处理，能够大幅缩短基板的蚀刻工序的时间，因此能够提高作为制造工序整体的制造效率。
[0099]
掩模去除工序优选包括使用了硫酸h2so4与过氧化氢h2o2的混合物即硫酸过氧化氢例如kanto chemical co.,inc.制sh-303的清洗工序。若使用硫酸过氧化氢，则能够有效地去除在蚀刻工序之后所残留的微细凹凸层52。
[0100]
另外，关于在表面具有微细凹凸结构的基板的制作方法，并不限于上述。使cr等微
粒子不规则地附着在平板状的被加工基板上，并将粒子作为掩模对基板表面进行蚀刻，由此可以制作在表面具有微细凹凸结构的基板。并且，在被加工基板的表面形成树脂层，将具有凹凸图案的铸模的凹凸图案按压在树脂层上，从而在树脂层上转印凹凸图案，由此在基板的表面形成基于树脂层的掩模，将该树脂层作为掩模而对被加工基板的表面进行蚀刻，由此可以制作在表面具有微细凹凸结构的基板。但是，如上所述，根据形成包含氧化铝水合物的微细凹凸结构的手法，能够简单地制作1μm以下的不规则的微细凹凸，因此能够有效地制作具有微细凹凸结构的基板。
[0101]
＜掩模形成工序＞
[0102]
接着，如图10的st2所示，在掩模形成工序中，在微细凹凸结构30上形成具有开口图案41的掩模42。
[0103]
关于掩模形成工序中的形成掩模42的方法及掩模材料，并没有特别限定，但优选掩模42由有机材料构成。若使用有机材料，则能够以容易的方法形成具有所期望的开口图案的掩模42。以下，对利用有机材料形成掩模42的方法简单地进行说明。
[0104]
在一例的掩模形成工序中，包括光致抗蚀剂涂布工序、光致抗蚀剂曝光工序及光致抗蚀剂显影工序。如图13的st21所示，在基板10的一面10a涂布正型的光致抗蚀剂40。如图13的st22所示，在光致抗蚀剂40上配置曝光掩模47，对形成光致抗蚀剂40的开口的部分40a照射激光束l并进行曝光。之后，通过对光致抗蚀剂40进行显影，能够仅溶解光致抗蚀剂40的曝光部分40a而形成开口，从而能够形成具有开口图案41的掩模42(st2)。
[0105]
或者，在另一例的掩模形成工序中，可以包括树脂层的涂布工序及凹凸图案向树脂层的转印工序。如图14的st23所示，在基板10的一面10a例如涂布由光固化性树脂组合物构成的树脂层46。然后，如图14的st24所示，使用具有与应形成的掩模42的开口图案41相对应的凹凸图案的压印用模具48，将该凹凸图案面按压在树脂层46上，在树脂层46上转印凹凸图案。之后，如图14的st25所示，通过对树脂层46照射紫外光49而使树脂层46固化，然后通过剥离压印用模具48，能够获得在基板10上具有开口图案41的掩模42(st2)。
[0106]
＜干式蚀刻工序＞
[0107]
之后，如图10的st3所示，在干式蚀刻工序中，利用在掩模形成工序中所形成的掩模42对基板10的一面10a进行使用了蚀刻气体g1的干式蚀刻。通过该干式蚀刻，在基板10的一面10a形成与掩模42的开口图案相对应的贯通孔21。
[0108]
在干式蚀刻工序中，优选反应性离子蚀刻。为了使相对于基板10的蚀刻速率大于相对于掩模42的蚀刻速率，优选使用相对于基板10的蚀刻效率高的蚀刻气体g1。具体而言，可以举出氟系气体或氯系气体。作为氟系气体，例如能够使用三氟甲烷(cfh3)或者六氟化硫黄(sf6)，作为氯系气体，例如能够使用氯气(cl2)。
[0109]
若相对于在一面10a具备微细凹凸结构30的基板10通过干式蚀刻而形成贯通孔21，则如图15所示，在贯通孔21的内壁面21b形成与微细凹凸结构30的凹凸相对应的条纹状的槽24。图15是包括光学部件1的一个贯通孔21的部分的剖视图。在贯通孔21的内壁面21b上形成有具有与微细凹凸结构30的凸部32的宽度或凸部32的间隔几乎相对应的宽度且沿贯通孔21的深度方向的条纹状的槽24。图15中是用灰色的阴影线表示的部分相对于用白色表示的部分成为凹陷的槽24。条纹状的槽24的宽度在深度方向的表层侧具有与凸部32的宽度或凸部32的间隔几乎相对应的宽度，在深层侧其宽度逐渐变窄。
[0110]
关于形成如图15所示的条纹状的槽24的理由，概略地说，是由于微细凹凸结构30的多个凸部32与掩模42的相互作用。参考图16及图17，对形成如图所示的条纹状的槽24的原理进行说明。在图16及图17中，左图表示在干式蚀刻工序前的基板10的一面的微细凹凸结构30上形成有掩模42的状态，右图表示在干式蚀刻工序后去除了掩模的状态。在各图中，上图为从凸部32的上方观察结构体时的俯视图，下图为侧视图。
[0111]
首先，图16的例表示如下情况：在基板10上形成有掩模42时，在与掩模42的开口部分的内壁面42a相对应的边界b附近，微细凹凸结构30的多个凸部32的整体没有被掩模42覆盖。即，在图16左图中，掩模42的开口部分的内壁面42a形成为绕过形成为大致圆锥状的凸部32的下端部分。
[0112]
如图16左图的上图所示，在掩模42的内壁面42a上，绕过凸部32的部分比相邻的凸部32的之间的部分更向掩模42的内部侧凹陷。若在该状态下为了形成贯通孔21而进行蚀刻，则在边界b附近，未设置有掩模42的凸部32的部分由于蚀刻而向深度方向被削除。另一方面，被掩模42保护的部分不会被削除。因此，在边界b附近，与多个凸部32相对应的部分沿深度方向进行蚀刻，在贯通孔21的内壁面21b上，形成具有与凸部32的宽度几乎相对应的宽度且沿深度方向的条纹状的槽24。如此，在图16的例中，由于掩模42的内壁面42a形成为绕过多个凸部32，因此通过被掩模42覆盖的部分与存在未被掩模42覆盖的凸部32的部分的侵蚀速度之差，在贯通孔21的内壁面21b形成槽24。
[0113]
图17的例表示如下情况：在基板10上形成有掩模42时，在与掩模42的开口部分的内壁面42a相对应的边界b附近，微细凹凸结构30的多个凸部32的一半被掩模42覆盖。即，如图17左图的边界b所示，掩模42的开口部分的内壁面42a在俯视观察时形成为直线。在这种情况下，圆锥状的凸部32的一部分，在本例中凸部32的一半被掩模42覆盖。另一方面，凸部32的剩余的部分成为未被掩模42覆盖的露出部分。若在该状态下为了形成贯通孔21而进行蚀刻，则在边界b附近，与未被掩模42覆盖的凸部32的露出部分相对应的部分首先从凸部32开始侵蚀，在凸部32被侵蚀之后，开始有助于形成贯通孔21的深度方向的侵蚀。另一方面，未设置有凸部32的部分从刚开始蚀刻之后，开始有助于形成贯通孔21的深度方向的侵蚀。如此，在边界b附近，未设置有凸部32的部分与设置有凸部32的部分相比，基于蚀刻的侵蚀更快。因此，侵蚀速度快的部分在贯通孔21的内壁面21b上，成为具有与凸部32的间隔几乎相对应的宽度且沿深度方向的条纹状的槽24。如此，在图17的例中，在与掩模42的内壁面42a相对应的边界b附近，通过存在凸部32的部分与不存在凸部32的部分的侵蚀速度之差，在贯通孔21的内壁面21b形成槽24。
[0114]
如上所示，在贯通孔21的内壁面21b上形成如图15所示的条纹状的槽24的理由，是由于微细凹凸结构30的多个凸部32与掩模42的相互作用。
[0115]
认为在与实际的掩模42的内壁面42a相对应的边界b中，混合存在如图16所示在微细凹凸结构30的凸部32未形成有掩模42的状态、和如图17所示凸部32的一部分被掩模42覆盖的状态。在图16的例及图17的例中的任意一个的情况下，均通过微细凹凸结构30的多个凸部32与掩模42的相互作用，在贯通孔21的内壁面21b形成沿深度方向的多个条纹状的槽24。因此，在本制造工序中，形成于内壁面21b的条纹状的槽24的宽度及槽24的形成间隔如上所述根据微细凹凸结构30的凸部32的宽度及凸部32的间隔而变化。
[0116]
另外，作为形成相对于基板纵横比高的凹部的方法，也可以在上述干式蚀刻工序
中进行一般的交替使用蚀刻气体和蚀刻保护气体的基于所谓博世工艺(bosch process)的蚀刻。根据博世工艺，能够有效地形成纵横比高的贯通孔。另外，已知若利用博世工艺形成贯通孔，则在贯通孔的内壁面形成被称为扇形(scallops)的沿与深度方向几乎垂直相交的方向延伸的条纹状的槽在深度方向重复的结构。
[0117]
如上所述，通过利用博世工艺对在表面具备微细凹凸结构30的面形成贯通孔21，除了上述所说明的图15所示的深度方向的条纹状的第一槽24a之外，还能够形成与深度方向几乎垂直相交的条纹状的第二槽24b。即，如图18所示，在贯通孔21的内壁面21b形成用灰色的阴影线表示的第一槽24a、和用右下斜线阴影线表示的条纹状的第二槽24b组合而成的网格状的凹凸。在这种情况下，在图18中灰色的阴影线和右下斜线阴影线重叠的部分中，第一槽24a和第二槽24b重叠，形成相加了各自的槽的深度而成为更深的槽的部分，形成有复杂的形状的凹凸的第二槽24b的平均周期能够通过调整蚀刻气体与蚀刻保护气体的切换时间而进行控制。
[0118]
另外，使用在表面不具有微细凹凸结构的基板进行上述掩模形成工序及干式蚀刻工序，若在干式蚀刻工序中进行基于博世工艺的蚀刻，则能够形成不具备沿深度方向的条纹状的第一槽24a而仅具备如图6所示的与深度方向几乎垂直相交的条纹状的第二槽24b的贯通孔21。
[0119]
＜掩模去除工序＞
[0120]
最后，如图10的st4所示，在掩模去除工序中，通过将剥离液60喷射到基板10上来去除在干式蚀刻工序后所残留的掩模42。掩模去除优选包括干式蚀刻工序或使用了硫酸过氧化氢的清洗工序。
[0121]
用于去除掩模的干式蚀刻工序例如是在用于形成前述的凹部的干式蚀刻工序之后，切换成相对于掩模的蚀刻性高的蚀刻气体而进行蚀刻的工序。利用干式蚀刻去除掩模能够从仅通过切换气体而对基板进行蚀刻的工序切换为掩模的去除工序，因此作业效率高。
[0122]
并且，若利用使用了硫酸过氧化氢的清洗工序，则能够以高清洗力有效地去除在用于形成前述的凹部的干式蚀刻工序之后所残留的掩模42。
[0123]
通过以上的工序，能够获得图10的st5所示的光学部件1。
[0124]
以下，对实证了根据上述制造方法在基板上形成凹部，并且在凹部的壁面即贯通孔形成条纹状的槽的实验进行说明。
[0125]
使用硅晶片作为被加工基板，首先，制作了在表面具有微细凹凸结构的基板。具体而言，首先，通过溅射法在被加工基板的表面形成了铝薄膜。将铝薄膜的厚度设为10nm。之后，作为温水处理，在沸腾的纯水中连同基板浸渍3分钟，使铝薄膜变化为含氧化铝的水合物的微细凹凸层。之后，从微细凹凸层的表面使用ar气体与chf3气体的混合气体进行穿透处理，使用sf6气体与chf3气体的混合气体进行反应性离子蚀刻，在被加工基板的表面形成了微细凹凸结构。如此，获得了在表面具有微细凹凸结构的基板。
[0126]
之后，在表面具有微细凹凸结构的基板的微细凹凸结构上涂布光致抗蚀剂，在光致抗蚀剂上配置具有规定开口的曝光掩模并进行了光致抗蚀剂的激光曝光。而且，通过进行显影处理，形成了具有开口图案的掩模。之后，使用该掩模进行将sf6气体与chf3气体的混合气体用作蚀刻气体的反应性离子蚀刻，在基板的表面形成了凹部。
[0127]
最后，进行硫酸过氧化氢清洗，去除了掩模。
[0128]
图19是表示如上制作的结构体的一部分的sem图像。如图19所示，结构体在基板的表面具有多个凹部。凹部的开口设为一边为20μm的正方形状。在此，形成了10μm的深度的凹部。
[0129]
图20是放大了图19中的一个凹部的内壁面部分的sem图像，图21是进一步放大了图20的内壁面的上部的sem图像。根据图20及图21可知，在基板的表面形成有微细凹凸结构。并且，根据图21可知，在凹部的内壁面形成有对应于表面的微细凹凸结构而形成的条纹状的槽(在图像中，为以相对深色观察到的部分)。
[0130]
如此，根据上述制造方法，能够获得在贯通孔的内壁面具备条纹状的槽的光学部件。
[0131]
2020年3月25日申请的日本专利申请2020-055018的所有公开内容通过参考而被并入本说明书中。
[0132]
本说明书中所记载的所有文献、专利申请及技术标准与具体地且分别地记载通过参考而被并入的各个文献、专利申请及技术标准的情况相同程度地，通过参考被并入本说明书中。