在包括由诸如玻璃或塑料构成的透明基板的光学元件中，为了 减小光的表面反射以提高透光特性，采用了用于在光学元件的表面 上形成细而密的凸部(projection)和凹部(depression)(亚波长结 构：蛾眼结构)的方法。通常，在周期性的凸部和凹部被设置在光 学元件的表面上的情况下，光通过凸部和凹部并被折射，从而显著 减少了沿直线传播的光分量的量。然而，在凸部或凹部的间距小于 所透射的光的波长的情况下，不会发生折射。例如，在每个凸部呈 圆锥形的情况下，与凸部的间距和高度对应的单一波长光获得了有 效的抗反射作用和良好的透射特性。
例如，非专利文件1(NTT Advanced Technology Corporation site. http://keytech.ntt-at.co.jp/nano/prd_0016.html(于2006年5月21日访 问)，″Master Mold for Antireflective(Moth Eye)Structure Independent of Wavelength″)描述了一种用于制造上述光学元件的方法。通过电 子束光刻法将Si基板上的抗蚀剂形成为凹凸的抗蚀图样。使用所得 到的凹凸抗蚀图样作为掩模来使硅基板经过蚀刻，从而形成Si主模 (master mold)，该Si主模具有每一个均为如图15所示的细圆锥形 (间距：约300nm，深度：约400nm)的多个亚波长结构体。
所得到的上述Si主模也可以对具有宽的波长范围的光起到抗 反射作用。如图16所示，在可见区域中(见图17)，六方晶格中的 亚波长结构体的排列导致了极大的抗反射作用(反射率：1％以下)。 在图17中，l1表示Si主模的平坦部分的反射率，以及l2表示Si主 模的图样化部分的反射率。
如图18所示，制造了Si主模的Ni电铸压模。如图19所示， 在压模表面的预定区域R1中，压模具有凹凸的图样，该图样是Si 主模的表面的相反图样。凹凸的图样被转印到具有压模的透明聚碳 酸酯树脂上，从而获得目标光学元件(复制基板)。所得到的光学 元件也具有高抗反射作用(反射率：1％以下)(见图20)。在图20 中，l3表示除了图样外的部分的反射率，以及l4表示图样的反射率。 然而，非专利文件1没有描述光学元件的透射特性或具有光学元件 的显示器等的导光性能的改进。
近年来，已尝试将亚波长结构体的凹凸表面应用于各种光学装 置(例如，显示器、光电装置、光通信装置、太阳能电池、和照明 系统)的抗反射元件和高透射元件。在下文中，以下将描述作为应 用亚波长结构体的凹凸表面的实例的液晶显示器。
近年来，实际上已使用诸如液晶显示器(LCD)和等离子体显 示面板(PDP)的超薄显示器来替代阴极射线管(CRT)显示器。 实际上，由于低功耗操作和大彩色LCD面板的成本的降低，LCD 正加速普及。
在液晶显示器中，主要采用通过背光从面板的背面照亮透射型 彩色LCD面板以显示彩色图像的背光系统。发出白光的冷阴极荧 光灯(CCFL)经常被用作背光系统的光源。
冷阴极荧光灯在其荧光管中包含汞并且可能不利地影响环境。 因此，作为背光系统的光源，可能需要替代冷阴极荧光灯的光源。 由于近年来已开发出蓝色发光二极管，所以能购得发出为光的原色 的红光、绿光和蓝光的发光二极管(LED)。因此，LED有望作为 光源来替代冷阴极荧光灯。混合从LED发出的红光、绿光和蓝光 产生了具有极好色纯度的白光。
将LED用作背光系统的光源提高了通过彩色液晶显示面板的 有色光的色纯度。因而，期望颜色再生范围延伸到NTSC系统所指 定的程度或超过所指定的程度。
在发出红光、绿光和蓝光的LED用作被配置为照亮彩色LCD 面板的背光系统的光源的情况下，可能需要用于有效透射每种有色 光的技术。因此，如上所述，已尝试将亚波长结构体的凹凸表面应 用于LCD。
例如，日本专利第3723843号公开了一种抗反射滤光器(亚波 长结构体)，该滤光器是通过使抗蚀膜经过电子束光刻然后经过显 影以形成抗蚀图样、并使用预定蚀刻气体来通过抗蚀图样直接使第 二半导体层经过蚀刻而形成的。该专利文件还描述了具有抗反射滤 光器的半导体发光元件的发射强度比不具有抗反射滤光器的半导 体发光元件的发射强度大30％。
然而，电子束曝光不利地需要较长的操作时间并因而不适合于 工业制造。例如，在用于最细微图样的具有100pA的电子束电流 的电子束用于诸如需要几十mC/cm2剂量的杯芳烃的抗蚀剂的情况 下，即使在24小时曝光之后也没有完全使边长为200μm的正方形 曝光。在曝光通常用于移动电话的2.5英寸显示器的面积(50.8mm ×38.1mm)的情况下，要花费20天。
在非专利文件2中所描述的方法(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology site. http://aist.go.jp/aist_i/press_release/pr2006/pr20060306/pr20060306.ht ml(于2006年5月21日访问)，″Development of Desktop Apparatus Enabling Nanometer-Scale Microfabrication″)采用了光盘记录技术。 因而，可以高速且低成本地制造大面积光学元件。然而，通过该方 法制造所得到的光学元件具有较差的反射率取决波长的特性并且 反射率超过1％；因此，光学元件对于抗反射结构而言并不实用。 这可能是因为纳米点图样的密度(开口率，aperture ratio)较低(50％ 以下)。
除了上述的亚波长结构体之外，已尝试将无机多层膜应用于 LCD。例如，日本未审查专利申请公开第2006-145885号公开了由 氧化硅(SiO2)构成的低折射率介电层和由五氧化铌(Nb2O5)构 成的高折射率介电层经过堆叠而形成了具有上述光学特性的24层 滤光片，从而将红光(640nm)、绿光(530nm)和蓝光(450nm) 的透射率分别增大到80％、80％和50％。然而，这种滤光片不能充 分改善透射率特性。因而，期望进一步改善透射率特性，特别是改 善蓝光的透射率特性。

期望提供一种具有极好的抗反射特性的光学元件、用于高产率 高地制造光学元件的方法、被配置为形成光学元件的复制基板以及 用于制造复制基板的方法。
根据本发明的实施例，提供了一种光学元件，包括基体和以细 微的间距排列在基体的表面上的多个结构体，每个结构体均成凸部 或凹部的形式，其中，这些结构体构成多个弧形轨道(arc track)， 每相邻的三行弧形轨道上的结构体以四方晶格图样或准四方晶格 图样排列。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种被配置为形成光学元 件的复制基板，该基板包括基体和以细微的间距排列在基体的表面 上的多个结构体，每个结构体均成凸部或凹部的形式，其中，这些 结构体构成多个弧形轨道，每相邻的三行弧形轨道上的结构体以四 方晶格图样或准四方晶格图样排列。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于制造被配置为形 成光学元件的复制基板的方法，该复制基板包括以细微的间距排列 在复制基板的表面上的多个结构体，每个结构体均成凸部或凹部的 形式，该方法包括：第一步骤，准备基板，在基板的表面上包括抗 蚀层；第二步骤，在激光沿基板的径向相对移动的同时以及在旋转 基板的同时，通过用激光间断地照射抗蚀层，以小于可见光波长的 间距形成潜像；第三步骤，使抗蚀层显影以在基板的表面上形成抗 蚀图样；第四步骤，通过将抗蚀图样作为掩模来执行蚀刻以在基板 的表面上形成凹凸图样；以及第五步骤，转印基板的凹凸图样，以 形成复制基板，其中，在第二步骤中，在每相邻的三个轨道上的潜 像以四方晶格图样或准四方晶格图样排列。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于制造光学元件的 方法，该光学元件包括以细微的间距排列在光学元件的表面上的多 个结构体，每个结构体均成凸部或凹部的形式，该方法包括：第一 步骤，准备基板，在基板的表面上包括抗蚀层；第二步骤，在基板 的沿径向相对移动激光的同时以及在旋转基板的同时，通过用激光 间断地照射抗蚀层，以小于可见光波长的间距形成潜像；第三步骤， 使抗蚀层显影以在基板的表面上形成抗蚀图样；第四步骤，通过将 抗蚀图样作为掩模来执行蚀刻以在基板的表面上形成凹凸图样；第 五步骤，形成基板的复制基板并在复制基板的凹凸图样上形成金属 镀层；第六步骤，将金属镀层从复制基板上剥离，以形成具有转印 后的凹凸图样的金属模；以及第七步骤，用金属模形成透明基体， 该透明基体在透明基体的表面上具有凹凸图样，其中，在第二步骤 中，在每相邻的三个轨道上的潜像以四方晶格图样或准四方晶格图 样排列。
根据本发明的实施例，以细微的间距排列在基板的表面上的多 个结构体构成了多个弧形轨道，并且在每相邻的三个弧形轨道上的 结构体以四方晶格图样或准四方晶格图样排列，从而增大了结构体 在表面上的填充密度(packing density)和对可见光的抗反射效率。 从而，提供了具有极好的抗反射特性和极高的透射率的光学元件。 此外，可以采用光盘记录技术来形成结构体；因此，在短时间内能 够高效地制造被配置为形成具有上述结构的光学元件的主模。另 外，可以使用大尺寸的基板，从而提高了制造光学元件的生产率。
附图说明
图1～图1F是示出了根据本发明实施例的光学元件的结构的 示意图；
图2是图1A～图1F所示的光学元件的不完整放大透视图；
图3是示出了盘形光学元件的结构实例的示意平面图；
图4A～图4E是示出了用于制造被配置为形成光学元件的主模 的方法的示意截面图；
图5是在用于制造被配置为形成光学元件的主模的方法中所使 用的曝光装置的示意图；
图6A～图6E是示出了通过被配置为形成光学元件的主模来形 成光学元件的处理要点的示意图；
图7A和图7B示出了切断光学元件的步骤的示意图；
图8是示出了根据对比实例的被配置为形成光学元件的复制基 板的结构的示意平面图；
图9A和图9B是的被配置为形成根据实例1的光学元件的复 制基板的SES照片；
图10是示出了根据实例1的透射特性的图表；
图11是示出了根据实例2的透射特性的图表；
图12是示出了根据实例3的透射特性的图表；
图13是示出了根据比较实例的透射特性的图表；
图14是示出了根据实例1的反射特性的图表；
图15示出了根据现有技术的Si主模的结构；
图16示出了根据现有技术的Si主模的结构；
图17是示出了根据现有技术的在Si主模的波长和反射率之间 关系的图表；
图18是示出了根据现有技术的Si主模的Ni电铸压模 (electroformed stamper)的结构的示意性透视图；
图19是图17所示的Ni电铸压模的放大图；以及
图20是示出了根据现有技术的在光学元件的波长和反射率之 间关系的图表。

以下参考附图描述本发明的实施例。
光学元件的结构
图1A是示出了根据本发明实施例的光学元件1的结构实例的 示意性平面图。图1B是图1A所示的光学元件1的不完整放大平面 图。图1C是沿图1B中的轨道T1，T3，...而得到的截面图。图1D是 沿图1B中所示的轨道T2，T4，...而得到的截面图。图1E是示出了 在形成与图1B中所示的轨道T1，T3，...相对应的潜像时所使用的激 光的调制波形的示意图。图1F是示出了在形成与图1B中所示的轨 道T2，T4，...相对应的潜像时所使用的激光的调制波形的示意图。图 2是图1A所示的光学元件1的不完整放大透视图。光学元件1适 合用于各种光学装置，例如，显示器、光电装置、光通信装置(光 纤)、太阳能电池和照明系统。例如，光学元件1可以用于使具有 各种波长范围的光分量通过的光纤和显示器的导光管。此外，光学 元件1可以用于滤光片(亚波长结构体)，每个滤光片响应于入射 光的入射角和包括滤光片的背光系统(照亮显示面板)而具有不同 的透射率。
根据该实施例的光学元件1包括基体2和以等于或小于可见光 波长的细微间距(例如，约400nm)排列在基体2表面的多个结构 体3，每个结构体均成凸部或凹部形状。光学元件1用于防止从结 构体3和空气之间的界面沿负Z方向通过基体2的光的反射。
基体2是使光透射的透明基体。基体2由例如诸如聚碳酸酯 (PC)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或玻璃的透明合成树脂组 成。基体2的形状并不特别限定。基体2可以成膜、片、板或块的 形式。如上所述，根据本实施例的光学元件适合用于各种光学装置， 例如，显示器、光电装置、光通信装置、太阳能电池和照明系统， 它们都需要预定的抗反射功能。根据每个光学装置的主体的形状或 者根据以片状或膜的形式附着在每个光学装置上的抗反射元件的 形状来确定基体2的形状。
例如，结构体3与基体2构成整体。结构体3可以或不可以具 有相同的形状。例如，每个结构体3具有底面为具有长轴和短轴的 椭圆形、椭圆、或卵形的锥体结构。每个结构体3的顶部具有弯曲 的表面或平坦表面(下文中，统称为“椭圆截锥(缺顶椭圆锥体)”)。 具体地，椭圆截锥的中部优选地具有比椭圆截锥的顶部和底部的倾 斜度更陡峭的倾斜度。另外，优选地，椭圆截锥的倾斜度不陡峭， 并且椭圆截锥的倾斜度随着距椭圆截锥的顶部距离的增加而逐渐 增大。即，每个结构体3优选地成钟形椭圆截锥的形式。
例如，每个结构体3成凹部或凸部的形式。结构体3构成多个 弧形轨道，并且在每相邻三行的弧形轨道上的结构体以四方晶格图 样或准四方晶格图样排列。结构体3的高度或深度并不特别限定， 而是例如在约159nm～约312nm的范围内。例如，在相对于圆周 方向成约45°的方向上的间距在约275nm～约297nm的范围内。 例如，结构体3的纵横比(高度/间距)在约0.54～约1.13的范围 内。结构体3的纵横比可以或可以不相同。结构体3具有特定的高 度分布。
图3是示出了盘形光学元件1W的结构实例的示意性平面图。 如图3所示，光学元件1是通过基本上在盘形光学元件1W的整个 表面上形成结构体3、然后将盘形光学元件1切割成预定产品尺寸 而获得的。如下所述，根据使用通过改进光盘记录装置而获得的曝 光装置形成的曝光图样来形成结构体3。如上所述，通过将盘形光 学元件1W切成预定尺寸来制造光学元件1；因此，如图1B所示， 光学元件1的结构体3在基体2的表面上构成了多个弧形轨道T1， T2，T3，...(在下文中，统称为“轨道T”)。
例如，每个结构体3具有长轴平行于轨道T的圆周方向的底面。 例如，每个结构体3的底部可以具有沿弧形轨道T的圆周方向延伸 的尾部。例如，结构体3在相对于轨道T的圆周方向成45°的方向 上的高度H1低于结构体3在弧形轨道T的径向上的高度H2，即， H1＜H2。
在相邻轨道上的结构体3中，一个轨道(例如，T1)上的结构 体3排列在另一个轨道(例如，T2)上的相邻结构体3之间的中间 位置处。也就是说，在一个轨道(例如，T1)上的结构体3和在另 一个轨道(例如，T2)上的结构体3在圆周上相对于彼此偏移了一 半间距。如图1B所示，在每相邻的三个轨道(T1～T3)上的结构 体3以四方晶格图样或准四方晶格图样排列，其中，结构体3的中 心位于位置a1～a4。在圆周方向上的间距P2是在径向上的间距P1 的两倍。在相对于圆周方向成45°方向上的间距P3是在径向上的间 距P1的√2倍。例如，在径向上的间距P1为200nm。例如，在圆 周方向上的间距P2为400nm。例如，在相对于圆周方向成45°的 方向上的间距P3为283nm。
表述“四方晶格图样”表示沿轨道T的圆弧弯曲并且在圆周方 向上的间距P2是在径向上的间距P 1的两倍的四方晶格图样。表述 “准四方晶格图样”表示沿轨道T的圆弧弯曲并且在圆周方向上的 间距P2不是在径向上的间距P1的两倍的四方晶格图样。
表述“在圆周方向上的间距P1”表示结构体3在相邻轨道上的 间距(例如，轨道T1和T2之间的距离)。表述“在圆周方向上的 间距P2”表示在相同轨道(例如，T2)上的结构体3的间距(例 如，位置a2和a4之间的距离)。表述“在相对于圆周方向(约)45° 的方向上的间距P3”表示结构体3在相对于圆周方向(约)45°的 方向上的间距(例如，位置a1和a2之间的距离)。
用于制造光学元件的方法
以下将参考图4A～图7B描述用于制造具有上述结构的光学元 件的方法的实施例。在这种用于制造光学元件的方法中，通过被配 置为形成光学元件的主模的制造处理、被配置为形成光学元件的复 制基板的制造处理、被配置为形成光学元件的金属模的制造处理、 以及光学元件的制造处理，制造具有上述结构的光学元件1。
被配置为形成光学元件的主模的制造处理
如图4A所示，准备盘形式的基板11。例如，基板11为石英基 板。如图4B所示，在基板11的表面上形成抗蚀层12。抗蚀层12 由例如有机抗蚀剂或无机抗蚀剂构成。可以使用的有机抗蚀剂的实 例包括酚醛抗蚀剂和化学增强型抗蚀剂。
如图4C所示，在旋转基板11的同时用激光(曝光束)13照射 抗蚀层12。在激光13沿基板11的径向相对移动的同时，通过用激 光13间断地照射抗蚀层12来使抗蚀层12的整个表面曝光。从而， 与激光13的轨迹对应的潜像以小于可见光的波长的间距形成在抗 蚀层12的整个表面上。用以调制波形为正弦波形、矩形波形、或 锯齿形波形的方式进行强度调制的激光13照射抗蚀层12。可选地， 例如，激光13的调制波形的振幅可以周期性或非周期性地变化。 以下将描述曝光步骤的细节。
在曝光步骤中，例如，通过在每个轨道上改变激光13照射抗 蚀层12的照射周期来使在每三个相邻轨道上的潜像(结构体)14 优选地以四方晶格图样或准四方晶格图样排列。通过在以恒定的角 速度旋转基板11的同时以使在圆周方向上的间距P2固定的方式使 激光13的脉冲频率最优化来调整激光13的照射周期。具体地，以 激光13的照射周期随着轨道位置从基板的中心开始退后而减小的 方式控制调制。如图3所示，这产生了相对于弧形轨道的圆周方向 倾斜45°的正方形或菱形的纳米图样(nanopattern)，该纳米图样在 基体的整个表面上具有均匀的空间频率。
如图4D所示，在旋转基板11的同时将显影液滴到抗蚀层12 上以使抗蚀层12显影。从而，抗蚀层12形成为四方晶格图样或准 四方晶格图样形式的抗蚀图样。在抗蚀层12由正性抗蚀剂构成的 情况下，与未曝光部分的溶解率相比，曝光于激光13中的曝光部 分在显影液中具有更高的溶解率，从而抗蚀层12被形成为与曝光 部分(潜像14)对应的图样。
如图4E所示使用，形成在基板11上的抗蚀层12的图样(抗 蚀图样)作为掩模，使基板11的表面经过蚀刻，从而在基板上形 成以四方晶格图样或准四方晶格图样排列的凹部15a。在这种情况 下，例如，重复进行蚀刻和抛光(ashing)产生了每个均为椭圆截 锥形式的凹部的图样15a的图样并产生了具有深度为抗蚀层12的 厚度三倍以上(选择比为3以上)的凹部15a的主模，从而导致每 个结构体3的纵横比增大。
如上所述，使潜像14显影并将抗蚀图样作为掩模来对潜像14 进行蚀刻以形成结构体3，每个结构体3均成例如具有长轴平行于 弧形轨道的圆周方向的底面的椭圆截锥形式。在每个均为椭圆截锥 形式的结构体3中，椭圆截锥的中部具有比椭圆截锥的顶部和底部 的倾斜度更陡峭的倾斜度，从而提高了持久性和转印特性。此外， 可以得到在圆周方向上的间距P2等于在径向上的间距P1的四方晶 格图样、在圆周方向上的间距P2长于在径向上的间距P1的准四方 晶格图样等，从而提高了结构体3的填充密度。
因此，制造了被配置为形成光学元件的目标主模15。主模15 是被配置为形成图1A所示的光学元件1的原盘(master)。也就是 说，基于具有主模15的凹部15a的凹凸表面形成了光学元件1的 结构体3。因此，主模15的凹部15a以沿主模15的圆周弯曲的四 方晶格图样或类四方晶格图样排列。
参考图5，以下将描述图4C所示的曝光步骤的细节。图5所 示的曝光装置是通过改进光盘记录装置而获得的。
激光器21是用于使基板11的表面上的抗蚀层12曝光于激光 的光源。例如，激光器21产生波长λ为266nm的远紫外线激光13。 从激光器21发出的激光13是平行光束并沿直线传播以进入电光调 制器(EOM)22。通过电光调制器22的激光13从反射镜23反射 并接着导向光学调制系统25。
反射镜22由用于使一个偏振成分反射并使其他偏振成分透射 的偏振光束分光镜形成。在光电二极管24上接收通过反射镜23的 偏振成分。基于接收到的偏振成分的信号来控制电光调制器22以 执行相位调制。
在光学调制系统25中，在由例如石英(SiO2)构成的声光调 制器(AOM)27上的聚光透镜26使激光13聚集。透镜28使经声 光调制器27调制的发散激光12平行。从光学调制系统25发出的 激光13从反射镜31反射并在水平方向上平行地导向移动光学台 32。
移动光学台32包括光束扩展器33、反射镜34和物镜35。通 过光束扩展器33使导向移动光学台32的激光14被形成为所期望 的光束波面并使激光14通过反射镜34和物镜35入射到基板11上 的抗蚀层12。基板11被置于连接至主轴电机36的转盘(未示出) 上。在激光13沿基板11的径向相对移动的同时以及在基板11旋转 的同时，通过用激光13间断地照射抗蚀层12来执行使抗蚀层12 曝光的曝光步骤。所得到的潜像14中的每一个均成长轴平行于圆 周方向的近似椭圆形的形式。通过使移动光学台32沿由箭头R所 示的方向移动来移动激光13。
图5所示的曝光装置包括用于在抗蚀层12中形成潜像14的控 制机构37，潜像14对应于图1B所示的四方晶格图样或准四方晶 格图样的二维图样。控制机构37包括格式器29和驱动器30。格式 器29包括极性反转单元。极性反转单元控制用激光13照射抗蚀层 12的时间。驱动器30基于来自极性反转单元的输出来控制声光调 制器27。
控制机构37以使潜像14的二维图样空间连接的方式，在每个 轨道上使通过声光调制器27对激光13进行的强度调制、主轴电机 36的旋转速度和移动速度同步。控制基板11以使其以恒定角速度 (CAV)旋转。通过声光调制器27对激光13的强度适当地进行频 率调制、以通过主轴电机36控制的基板11的适当旋转次数以及以 通过移动光学台32控制的激光13的适当馈送间距(feed pitch)，、 图样化抗蚀层12。从而，在抗蚀层12中形成了具有四方晶格图样 或准四方晶格图样的潜像14。
例如，在圆周方向上的间距P2被设定为400nm以及将在相对 于圆周方向成(约)45°的方向上的间距P3设定为283nm的情况 下，可以将馈送间距设定为200nm。此外，逐渐地改变来自极性反 转控制单元的控制信号，以得到均匀的空间频率(潜像14的图样 密度，在圆周方向上的间距P2：400nm)。更具体地，在每个轨道 上改变用激光13照射抗蚀层12的照射周期的同时、以及在通过控 制机构37以在每个轨道上圆周方向上的间距P2为约400nm的方 式对激光13进行频率调制的同时，执行曝光。也就是说，以激光 的照射周期随着轨道位置从基板的中心退后而减小的方式来控制 调制。这在基板的整个表面上产生具有均匀空间频率的纳米图样。
以下将参考图6A～图6E描述从主模15制造光学元件1的处 理。
如上所述，通过在基板11的表面上形成抗蚀层12的图样(图 6A)以及将该抗蚀层作为掩模来执行蚀刻以在基板11的表面上形 成具有凹部15a的凹凸图样(图6B)，形成了主模15。
在抗蚀层12的图样中，在显影之后，在基板11的径向上的厚 度不同于在相对于圆周方向成(约)45°的方向上的厚度，并且在圆 周方向上的厚度小于在径向上的厚度。关于此的原因如下：由于在 曝光步骤中，在旋转基板11的同时用激光13照射了抗蚀层12，所 以在圆周方向上激光13的照射时间比在相对于圆周方向成(约) 45°的方向上激光13的照射时间长，从而导致在显影之后抗蚀层12 的厚度差异。在随后的蚀刻中，抗蚀层12在圆周方向上的厚度和 在相对于圆周方向成(约)45°的方向上的厚度之间的差异使凹部 15a具有了形状各向异性。
被配置为形成光学元件的复制基板的制造处理
将诸如紫外线固化树脂的可光致固化树脂涂到所得到的主模 15上的凹凸图样上。诸如丙烯酸树脂板的透明基板被布置在可光致 固化树脂上。通过用例如通过透明基板的紫外线进行照射来使可光 致固化树脂固化。然后，将固化树脂从主模15剥离出来。从而， 如图6C所示，形成了被配置为形成光学元件的复制基板16，复制 基板16具有在透明基板16a的主表面上的结构体16b，结构体16b 由可光致固化树脂构成。
被配置为形成光学元件的金属模的制造处理
通过在复制基板16的凹凸图样上进行无电镀而形成了导电给 予(conductivity-imparting)膜，然后，通过电镀在该导电给予膜上 形成金属镀层。通过进行无电镀而得到的膜和通过进行电镀形成的 层适当地由例如镍(Ni)构成。在形成了金属镀层之后，将金属镀 层从复制基板16剥离，如果必要，进行外形加工。从而，如图6D 所示，制造了被配置为形成光学元件的金属模17，金属模17具有 排列在其主表面上的凹部17a。
光学元件的制造处理
被配置为形成光学元件的所得到的金属模17被置于注射成型 机的预定位置处。在封闭该冲模以形成空腔之后，填充诸如聚碳酸 酯的熔融树脂。在使熔融树脂冷却之后，打开冲模以去除固化的树 脂。从而，如图6E所示，制造了与排列在基体2的主表面上的结 构体3构成整体的盘形光学元件1W。
切割处理
将盘形光学元件1W切割成预定的产品尺寸。例如，在盘形光 学元件1W成直径为200nm的圆形的情况下，如图7A所示，可以 将盘形光学元件1W切割为用于移动电话的四个光学元件1(例如， 2.5英寸长)。可选地，如图7B所示，可以将盘形光学元件1W切 割为两个用于便携式游戏装置的光学元件1(例如，4.3英寸长)。 从而，制造了如图1A所示的光学元件1。
根据该实施例，以等于或小于可见光波长的细微间距排列在基 体2的表面上的多个结构体3构成了多个弧形轨道，并且在每相邻 的三行弧形轨道上的结构体3以四方晶格图样或准四方晶格图样排 列，从而增大了结构体3在基体3的表面上的填充密度和可见光的 抗反射效率。从而，提供了具有极好抗反射特性和极高的透射率的 光学元件1。
此外，根据该实施例，每个结构体3成如上所述的椭圆截锥的 形式，从而与图15所示的现有技术中每个具有圆锥形的亚波长结 构体相比，得到了更高的持久性。而且，复制基板16、金属模17 和光学元件1具有转印特性得到改善的凹凸图样。
此外，根据该实施例，利用基于光盘记录装置的曝光装置来制 造主模15；因此，在短时间内高效地制造了具有上述结构的光学元 件1。另外，可以制造具有大尺寸的光学元件1，从而提高了生产 率。此外，可以在短时间内以低成本制造主模15。
此外，根据该实施例，通过在每个轨道上改变用激光13照射 抗蚀层12的照射周期来使在每相邻的三个弧形轨道上的潜像14以 四方晶格图样或准四方晶格图样排列。显影所得到的潜像14。将所 得到的抗蚀图样作为掩模来进行蚀刻。这产生了每个均成椭圆截锥 的形式并且以正方形或菱形图样相对于弧形轨道的圆周方向倾斜 45°排列的结构体3。具体地，在每个均成椭圆截锥形式的结构体3 中，椭圆截锥的中部优选地具有比椭圆截锥的顶部和底部的倾斜度 更陡峭的倾斜度，从而提高了持久性和转印特性。可以获得结构体 3在相同轨道上的间距为结构体3在相邻轨道上的间距两倍的四方 晶格图样。可选地，可以获得结构体3在相同轨道上的间距等于或 大于结构体3相邻轨道上的间距的两倍的准四方晶格图样。
实例
尽管以下将描述本发明的实例，但是本发明并不限于这些实 例。在以下实例中，使用相同的参考标号来示出与上述实施例中所 描述的元件等同的元件。
在实例1～实例3中，亚波长结构体3以四方晶格图样或准四 方晶格图样排列，并且形成了被配置为形成光学元件的复制基板 16，复制基板16具有亚波长结构体3的三种不同的空间频率。在 比较实例中，亚波长结构体3以准四方晶格图样排列，并且形成了 复制基板16。
实例1
被配置为形成光学元件的主模的制造
以抗蚀层12具有约150nm的厚度的方式将化学增强型或酚醛 正性抗蚀剂涂在石英基板11上。通过图5所示的曝光装置在抗蚀 层12中形成以准四方晶格图样排列的潜像14，其中，在准四方晶 格图样中，在径向上的间距P1(径向上的周期)为190nm，在圆 周方向上的间距P2(圆周方向上的周期)为400nm，以及在相对 于圆周方向成45°的方向上的间距P3(在相对于圆周方向成45°的 方向上的周期)为275nm。将激光13的波长设定为266nm。将激 光功率设定为0.50mJ/m。改变用激光13照射抗蚀层12的照射周 期。然后，使抗蚀层12显影以形成呈准四方晶格形式的抗蚀图样。 将无机碱性显影液(由Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd制造)用作显影 液。
重复通过氧气抛光去除抗蚀图样以增大开口的直径的处理以 及通过在CHF3气氛中进行等离子体蚀刻来蚀刻石英基板11的处 理。在逐渐增大构成准四方晶格图样并与石英基板11的表面相通 的开口的直径的同时，继续进行蚀刻。由于抗蚀图样的遮蔽而没有 对剩余区域进行蚀刻。从而，形成了成椭圆截锥形状(类似钟形) 的凹部15a。通过调整蚀刻时间来改变蚀刻量。然后，通过氧抛光 来完全去除抗蚀图样。
以下将描述上述抛光和蚀刻的细节。如下执行抛光和蚀刻： (1)进行氧气抛光五秒钟并进行CHF3蚀刻一分钟；(2)进行氧气 抛光五秒钟并进行CHF3蚀刻两分钟；(3)进行氧气抛光五秒钟并 进行CHF3蚀刻三分钟；以及(4)进行氧气抛光五秒钟并进行CHF3 蚀刻四分钟。然后，执行氧化抛光10秒以完全去除抗蚀图样。
因此，制造了被配置为形成光学元件的主模(具有亚波长结构 体的石英原盘)15，主模15具有准四方晶格图样，其中，在径向 上的间距P1(径向上的周期)为190nm，在圆周方向上的间距P2 (圆周方向上的周期)为400nm，在相对于圆周方向成45°的方向 上的间距P3(在相对于圆周方向成45°的方向上的周期)为275nm， 每个凹部的深度在220nm～312nm的范围内，以及每个凹部的纵 横比在0.80～1.13的范围内。
被配置为形成光学元件的复制基板的制造
将紫外线固化树脂涂到所得到的主模15上。使丙烯酸板16a 与紫外线固化树脂紧密接触。通过用紫外线照射树脂来使紫外线固 化树脂固化。剥离主模15。然后，再次将紫外线固化树脂涂到主模 15上。使被配置为形成光学元件的所得到的复制基板16的平坦表 面与紫外线固化树脂紧密接触。通过用紫外线照射树脂来使紫外线 固化树脂固化。剥离主模15。从而，制造了在每个表面上具有准四 方晶格图样的复制基板16(具有由UV固化树脂构成的亚波长结构 体的复制基板)。
实例2
被配置为形成光学元件的制造
除了潜像14以四方晶格图样(其中，径向上的间距P1(径向 上的周期)为200nm，在圆周方向上的间距P2(圆周方向上的周 期)为400nm，以及在相对于圆周方向成45°的方向上的间距P3 (在相对于圆周方向成45°的方向上的周期)为283nm)排列之外， 如实例1形成呈四方晶格形式的抗蚀图样。
接着，如下执行抛光和蚀刻：(1)进行氧气抛光五秒钟并进行 CHF3蚀刻一分钟；(2)进行氧气抛光五秒钟并进行CHF3蚀刻两分 钟；(3)进行氧气抛光五秒钟并进行CHF3蚀刻三分钟；以及(4) 进行氧气抛光五秒钟并进行CHF3蚀刻四分钟。然后，执行氧化抛 光10秒以完全去除抗蚀图样。
因此，制造了被配置为形成光学元件的主模15，主模15具有 四方晶格图样，其中，在径向上的间距P 1(径向上的周期)为200 nm，在圆周方向上的间距P2(圆周方向上的周期)为400nm，在 相对于圆周方向成45°的方向上的间距P3(在相对于圆周方向成45° 的方向上的周期)为283nm，每个凹部的深度在178nm～220nm 的范围内，以及每个凹部的纵横比在0.63～0.78的范围内。
被配置为形成光学元件的复制基板的制造
除了使用上述的主模15之外，如实例1制造被配置为形成光 学元件的复制基板16，在复制基板16的每个表面上具有四方晶格 图样。
实例3
被配置为形成光学元件的主模的制造
除了潜像14以四方晶格图样(其中，径向上的间距P1(径向 上的周期)为210nm，在圆周方向上的间距P2(圆周方向上的周 期)为420nm，以及在相对于圆周方向成45°的方向上的间距P3 (在相对于圆周方向成45°的方向上的周期)为297nm)排列之外， 如实例1形成成四方晶格形式的抗蚀图样。
接着，如下执行抛光和蚀刻：(1)进行氧气抛光五秒钟并进行 CHF3蚀刻一分钟；(2)进行氧气抛光五秒钟并进行CHF3蚀刻两分 钟；(3)进行氧气抛光五秒钟并进行CHF3蚀刻三分钟；以及(4) 进行氧气抛光五秒钟并进行CHF3蚀刻四分钟。然后，执行氧化抛 光10秒，以完全去除抗蚀图样。
从而，制造了被配置为形成光学元件的主模15，主模15具有 四方晶格图样，其中，在径向上的间距P 1(径向上的周期)为210 nm，在圆周方向上的间距P2(圆周方向上的周期)为420nm，在 相对于圆周方向成45°的方向上的间距P3(在相对于圆周方向成45° 的方向上的周期)为297nm，每个凹部的深度在159nm～212nm 的范围内，以及每个凹部的纵横比在0.54～0.71的范围内。
被配置为形成光学元件的复制基板的制造
除了使用上述主模15之外，如实例1制造被配置为形成光学 元件的复制基板16，复制基板16在其每个表面上具有四方晶格图 样。
比较实例
除了潜像14以准四方晶格图样(其中，在圆周方向上的间距 P2(圆周方向上的周期)为330nm，以及在相对于圆周方向成60° 的方向上的间距P3(在相对于圆周方向成60°的方向上的周期)为 300nm)排列之外，如实例1形成呈准四方晶格形式的抗蚀图样。
接着，如下执行抛光和蚀刻：(1)进行氧气抛光四秒钟并进行 CHF3蚀刻一分钟；(2)进行氧气抛光四秒钟并进行CHF3蚀刻1.5 分钟；(3)进行氧气抛光四秒钟并进行CHF3蚀刻两分钟；(4)进 行氧气抛光四秒钟并进行CHF3蚀刻三分钟；(5)进行氧气抛光四 秒钟并进行CHF3蚀刻四分钟；以及(6)进行氧气抛光四秒钟并进 行CHF3蚀刻五分钟。然后，执行氧化抛光10秒，以完全去除抗蚀 图样。
因此，如图8所示，制造了被配置为形成光学元件的主模15， 主模15具有准六方晶格图样，其中，在圆周方向上的间距P2(圆 周方向上的周期)为330nm，在相对于圆周方向成60°的方向上的 间距P3(在相对于圆周方向成60°的方向上的周期)为300nm，每 个凹部的深度在3009nm～380nm的范围内，以及每个凹部的纵横 比在0.96～1.22的范围内。
被配置为形成光学元件的复制基板的制造
除了使用上述主模15以及使用折射率为1.59的聚碳酸酯基板 16a之外，如实例1制造被配置为形成光学元件的复制基板16，在 复制基板16的每个表面上具有准六方晶格图样。
形状的评价1
用扫描电子显微镜(SEM)观察在实例1中制造的所得到的复 制基板16。图9A和图9B示出了结果。图9A是不完整的平面SEM 照片。图9B是当在相对于图9A的圆周方向成45°的方向上观看时 的不完整的透视SEM照片。
图9A和图9B示出了以下情况。
在被配置为形成光学元件的复制基板中，多个亚波长结构体 16b以准四方晶格图样排列在透明基体上。亚波长结构体16b是每 个均成椭圆截锥形式的凸部，其中，椭圆截锥顶部的倾斜度平缓并 且椭圆截锥的倾斜度随距椭圆截锥顶部的距离的增大而逐渐增大。 具有这种形状的亚波长结构体16b可以通过在主模的制造处理中使 蚀刻时间随着距顶部的距离的增大而逐渐地增大而获得。
形状的评价2
用原子力显微镜(AFM)观察在实例1～3和比较实例中制造 的复制基板16。根据通过AFM观察到的界面轮廓确定每个复制基 板16的亚波长结构体的高度。表1示出了结果。结构体在相对于 每个图样的圆周方向成45°的方向上的高度低于结构体在其径向上 的高度。结构体在除了相对于每个图样的圆周方向成45°的方向之 外的方向上的高度基本上与在其径向上的结构体的高度相同。因 此，图样在径向上的高度表示每个图样的高度。
  实例1   实例2   实例3   比较实例   晶格图样   准四方晶格   图样   四方晶格图   样   四方晶格图   样   准六方晶格   图样   蚀刻时间   10分钟   10分钟   10分钟   16.5分钟   径向上的间   距P1   190nm   200nm   210nm   -   圆周方向上   的间距P2   400nm   400nm   420nm   330nm   相对于圆周   方向成约45°   的方向上的   间距P3   275nm   283nm   297nm   -   相对于圆周   方向成约60°   的方向上的   间距P3   -   -   -   300nm   高度H   220～312nm   178～220nm   159～212nm   300～380nm   平均间距P   275nm   283nm   297nm   310nm   纵横比(H/P)   0.80～1.13   0.63～0.78   0.54～0.71   0.96～1.22
表1示出了以下情况。
蚀刻时间的改变导致产生了不同形状的亚波长结构体16b。因 此，可以通过改变蚀刻时间来制造具有目标特性的光学元件1。
透射和反射特性的评价
测量在实例1～实例3和比较实例中制造的每个复制基板16 的透射率。测量了在实例1中制造的复制基板16的反射率。图10～ 图14示出了结果。用紫外可见分光光度计进行测量(由JASCO公 司制造的Model V-500)。
图10～图14示出了关于在实例1～实例3和比较实例中制造 的复制基板11的特性的以下情况。
在实例1中，如图10所示，复制基板示出了在低入射角(0° 和10°)的情况下透射率与波长的依从关系。然而，复制基板在420 nm～800nm的波长范围内具有98％～99％的平均透射率并因而具 有极好的透光特性。在波长为350nm(紫外线范围)时，复制基板 在低入射角为0°时具有85％的透射率以及在高入射角60°时具有 72％的透射率。即，复制基板具有作为紫外线导光管的充分特性。
在实例2中，如图11所示，复制基板示出了在低入射角(0° 和10°)的情况下透射率与波长的依从关系。然而，复制基板在440 nm～800nm的波长范围内具有98％的平均透射率并因而具有极好 的透光特性。在波长为350nm(紫外线范围)时，复制基板在低入 射角为0°时具有84％的透射率以及在高入射角60°时具有74％的透 射率。即，复制基板具有作为紫外线导光管的充分特性。
在实例3中，如图12所示，复制基板示出了在低入射角(0° 和10°)的情况下透射率与波长的依从关系。然而，复制基板在440 nm～800nm的波长范围内具有98％的平均透射率并因而具有极好 的透光特性。在波长为350nm(紫外线范围)时，复制基板在低入 射角为0°时具有84％的透射率以及在高入射角60°时具有81％的透 射率。即，复制基板具有作为紫外线导光管的充分特性。
在比较实例中，如图13所示，在入射角为50°以上时，蓝光(450 nm)的透光特性会退化。此外，在紫外线区域中，透光特性会退化。
在实例1中，如图14所示，复制基板在高入射角(40°～60°) 以及在更长波长时具有稍差的反射率。然而，复制基板在低入射角 (5°～30°)时具有约0.3％的平均反射率并因而具有极好的反射率 特性。
参考图10～图14，在实例1～3和比较实例中制造的复制基板 16与日本专利第3723843号和日本专利未审查专利申请公开第 2006-145885号中所述的光学元件的对比表明了以下情况。
专利文件1中所描述的光学元件与在实例1～实例3中的每一 个中所制造的复制基板16的比较表明了以下不同之处。专利文件1 中所述的光学元件具有抗反射滤光器(亚波长结构体)并因而仅在 50°～60°的角度范围内(仅在10°内)具有极好的透光特性。在实 例1～实例3中的每一个中制造的复制基板16中，亚波长结构体 16以四方晶格图样或准四方晶格图样排列，从而减小了入射角的依 存关系，从而导致在0°～±40°的角度范围内具有极好的透光特性。
在日本未审查专利申请公开第2006-145885号中所描述的光学 元件和在实例1～实例3中的每一个中制造的复制基板16的比较表 明了以下不同之处。在专利文件2中所描述的光学元件中，介电层 被堆叠形成具有上述光学特性的24层滤光片，从而使红光(640 nm)、绿光(530nm)和蓝光(450nm)的透射率分别增大到80％、 80％和50％。相反，在实例1～实例3中的每一个中所制造的复制 基板16具有以四方晶格图样或准四方晶格图样排列的亚波长结构 体3，从而使红光(640nm)、绿光(530nm)和蓝光(450nm)的 透射率分别增大到99％、99％和99％。具体地，对于蓝光(450nm)， 复制基板16的透射率是专利文件2中所描述的光学元件的透射率 的两倍。这可以防止由于蓝光(450nm)的吸收而导致的元件劣化， 从而导致滤光片元件和显示器具有非常高的依赖性。此外，没有使 用诸如铌(Nb)的稀土元素，从而导致光学元件和显示器对环境影 响小。
在比较实例中所制造的复制基板16和在实例1～实例3中的每 一个中所制造的复制基板16的相似之处在于，以晶格图样排列的 亚波长结构体3的形成导致复制基板16对于红光(640nm)、绿光 (530nm)和蓝光(450nm)分别具有99％、99％和99％的透射率。 在比较实例中所制造的复制基板16和在实例1～实例3中的每一个 中所制造的复制基板16的不同之处如下所描述的：在实例1～实例 3中的每一个中所制造的复制基板16，以四方晶格图样或准四方晶 格图样排列的亚波长结构体3的形成导致了复制基板16在透射率 取决与波长的情况下具有极好的透光特性，即，从可见光区域到紫 外线区域(350nm～400nm)具有约90％的平均透射率。此外，在 可见光区域(350nm～800nm)内，复制基板16具有95％的平均 透射率，这是极好的透光特性。相反，在比较实例中所制造的复制 基板16中，以准六方晶格图样排列的亚波长结构体3的形成导致 了复制基板16具有极好的透光特性。然而，在入射角为50°以上时， 蓝光(450nm)的透光性能退化。此外，在紫外线区域中，透光特 性退化。
根据上述结果，四方晶格图样或准四方晶格图样导致了极好的 透光特性，在该图样中，在相对于圆周方向成(约)45°的方向上的 间距P3(在相对于圆周方向成(约)45°的方向上的周期)为275nm (实例1)、283nm(实例2)或297nm(实例3)。也就是说，当 在相对于圆周方向成(约)45°的方向上的间距P3(在相对于圆周 方向成(约)45°的方向上的周期)在275nm～297nm的范围内时， 获得了极好的透光特性。
此外，亚波长结构体在基体上以四方晶格图样或准四方晶格图 样排列，其中，亚波长结构体具有每个均呈椭圆截锥形式的凸部， 并且图样具有亚波长结构体的高度分布，以及高度分布在纵横比方 面在0.54～1.13的范围内。从而，获得了极好的透光特性。
此外，可以提供在可见光区域(波长：350nm～800nm)中具 有极好的透光特性的光学元件。因此，将光学元件1应用于诸如显 示器(例如，具有LED和荧光灯的显示器)的光学装置和应用在 照明系统中使用的导光元件导致这些显示器和光学装置的性能的 改善。
在实例4中，制造了被配置形成光学元件的金属模17。通过利 用金属模17进行注射成型来制造盘型光学元件1W。
实例4
被配置为形成光学元件的主模的制造
以抗蚀层12具有约150nm厚度的方式将化学增强型或酚醛正 性抗蚀剂涂在石英基板11上。利用图5所示的曝光装置在抗蚀层 12中形成了以四方晶格图样或准四方晶格图样排列的潜像14。将 激光13的波长设定为266nm。将激光功率设定为0.50mJ/m。在每 个轨道上改变用激光13照射抗蚀层12的照射周期。然后，使抗蚀 层12显影以形成呈四方晶格或准四方晶格形式的抗蚀图样。将无 机碱性显影液(由Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd制造)用作显影液。
重复执行通过氧气抛光(五秒钟)去除抗蚀图样以增大开口的 直径的处理和通过在CHF3气氛中进行等离子体蚀刻(三分钟)来 蚀刻石英基板11的处理。在构成四方晶格图样或准四方晶格图样 并与石英基板11的表面相通的开口的直径逐渐减小的同时，继续 进行蚀刻。剩余区域由于抗蚀图样的掩模而未被蚀刻。从而，如图 6B示意性显示，形成了每个的横截面均为三角形的凹部15a。通过 调整蚀刻时间改变了蚀刻量。然后，通过氧气抛光完全去除了抗蚀 图样。
从而，制造了被配置为形成光学元件的主模15，主模15具有 构成四方晶格图样或准四方晶格图样的凹部，在上述图样中，在径 向上的间距P1(径向上的周期)为200nm，在圆周方向上的间距 P2(圆周方向上的周期)为400nm，在相对于圆周方向成45°的方 向上的间距P3(在相对于圆周方向成45°的方向上的周期)为283 nm，每个凹部的深度在159nm～283nm的范围内。
被配置为形成光学元件的复制基板的制造
将紫外线固化树脂涂到所得到的主模15上。使丙烯酸树脂板 与紫外线固化树脂紧密接触。通过用紫外线照射树脂来使紫外线固 化树脂固化。剥离石英主模。从而，制造了具有构成四方晶格图样 或准四方晶格图样的凸部的复制基板16.
被配置为形成光学元件的金属模的制造
由镍构成的导电膜是通过在复制基板16的凹凸图样上进行无 电镀而形成的。具有导电膜的复制基板16被置于电铸装置中。通 过在导电膜上进行电镀来形成厚度为约300±5μm的镍镀层。然后， 利用切割器将镍镀层从复制基板16剥离。利用丙酮清洗转印后的 凹凸图样。从而，制造了被配置为形成光学元件的金属模(具有亚 波长结构体的Ni模)17，金属模17具有构成四方晶格图样或准四 方晶格图样的凹部。
光学元件的制造
用所得到的金属模17制造由聚碳酸酯树脂构成的注射成型基 板，从而得到了在其表面上具有凸部的盘形光学元件1W，凸部以 四方晶格图样或准四方晶格图样排列。然后，将盘形光学元件1W 切割为预定尺寸。从而，制造了目标光学元件1。
光学元件的评价
对所得到的光学元件1的透光特性和反射特性进行评价。结果 显示光学元件1具有与上述实例1～实例3中制造的复制基板16一 样的极好透光特性和反射特性。
在详细描述本发明的实施例和实例的同时，本发明并不限于上 述实施例或实例。可以对本发明的技术思想进行各种改变。
例如，在上述实施例和实例中所使用的值仅是示例性的。如果 需要，也可以使用其他值。
在上述实施例和实例的每一个中，基板经过了蚀刻以形成被配 置为形成光学元件的主模。可选地，具有图样化的抗蚀层的基板可 以被用作主模，而不进行任何处理。
本领域技术人员应了解，根据设计要求和其它因素，可以进行 各种修改、组合、子组合和改进，均应包含在本发明的权利要求或 等同物的范围内。
相关申请的交叉参考
本发明包含于2007年6月6日向日本专利局提交的日本专利 申请JP 2007-150817的主题，其全部内容结合于此作为参考