JPH09500981A - 先細の光重合導波路のアレイを製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は先細の、光重合された導波路のアレイを製造する方法に関する。この先細の導波路は直視装置および投影装置の中の表示手段として有用である。工程（ａ）で、不透明な領域と透明な領域のあるフォトマスクが基材に実質的に接して置かれる。工程（ｂ）で、その基材上に実質的に均一な厚みの光重合性混合物が置かれ、その基材は光重合性混合物とフォトマスクの間に位置し、ここで（ｉ）その光重合性混合物は少くとも一種の反応性単量体と光開始剤を含んでなり、そして（ｉｉ）その光開始剤は、次の工程（ｃ）中に、その光重合性混合物の厚み方向に、実質的に平行な光である放射線の勾配を形成させるのに十分な量で存在する。工程（ｃ）で、その光重合性混合物と基材は実質的に平行な光である放射線に対して実質的に固定された面内に保持され、その間にその光重合性混合物は、そのフォトマスクの透明な領域を通して、実質的に平行な光である放射線に先細の光重合導波路のアレイを生成するのに十分な時間露光され、その際（ｉ）その導波路の各々の細くなった端が基材から外側に延びており、（ｉｉ）その導波路の各々は基材に接した入光面とその入光面から遠位に出光面を有し、そして（ｉｉｉ）その導波路の各々の入光面の面積はその出光面の面積より大きい。工程（ｄ）で、フォトマスクと、工程（ｃ）中に、実質的に平行な光である放射線によって実質的に重合されなかった光重合性混合物が基材から除去される。

Description

【発明の詳細な説明】 先細の光重合導波路のアレイを製造する方法 発明の背景 本発明は先細の光重合導波路のアレイを製造する方法に関する。 この技術分野で、光透過性デバイス若しくは光導体（lightguides）としても 知られている導波路は、例えば投影ディスプレイ装置、オフ‐スクリーン・ディ スプレイ装置および直視ディスプレイのようなディスプレイ装置中で用いられて いる。例えば、米国特許第３，２１８，９２４号および同第３，２７９，３１４ 号明細書［発明者：ミラー（Mi11er）］および米国特許第４，７６７，１８６号 明細書［発明者：ブラッドレー，ジュニアー（Brad1ey,Jr.et al）等］参照。か かるディスプレイは、電算機端末、航空機コックピット・ディスプレイ、自動車 装置パネル、テレビジョン、およびテキスト、グラフィックス或いはビデオ情報 を提供する他のデバイスを含めて広範囲の用途に用いられている。 ディスプレイ・デバイスに使用する導波路を製造する方法は知られている。例 えば、米国特許第３，２１８，９２４号、同第３，２７９，３１４号および同第 ４，７６７，１８６号明細書には、投影スクリーンは、既知の方法および、リス ト圧縮成形法、射出成形法、押出成形法、熱ローラ加圧成形法、注型法および光 重合法で製造されることを教示している。米国特許第３，７６７，４４５号明細 書は、望ましい均一な断面の導波路形状に適合する表面を持った金型を作り、こ の金型を用いて透明な基材にエンボス加工を施し、そしてこのエンボスした基材 を屈折率の大きい材料で被覆することにより一体化光導波路を製造する方法を教 示している。 米国特許第５，２３０，９９０号明細書は、光透過性コアの長さ全部に亘って 均一な断面を有する透光性コアの光導波路アレイを製造する方法を教示している 。先ずフォトマスクを通してフォトレジストの層を露光し、その露光領域を溶解 し、未露光領域を加熱して平行に並んだ半円形隆起の列を形成させてレジスト・ マスターを作る。このレジストをそれが融けるまで加熱し、その液の表面張力に よって半円形断面の線若しくは半球形ビードの線を引く。かくして、この方法で 得られる形状は半円形の溝と半球形のドットだけである。次いで、このレジスト ・マ スターからスタンパーが作られる：即ち、スパッタリングン法でこのレジスト・ マスターの上に導電性フィルムを付けて金属マスターを生成さ、次いでこの金属 マスター上に金属フィルムを形成させて平行に並んだ半円形隆起の列を有するス タンパーが作られる。次いで、このスタンパーを用いて光導波路アレイが作られ る：即ち、このスタンパー上で屈折率の小さい材料を露光し、その硬化層を外し 、その硬化層の半円形の溝に屈折率の大きい材料を入れ、この屈折率の大きい材 料を硬化し、その屈折率の大きい材料の上に屈折率の小さい材料を乗せ、そして 硬化する。米国特許第４，９０２，０８６号、同第５，１１３，４７１号および 同第５，１３６，６７８号明細書も参照されたい。 特開昭６６−２４５１０６号公報（１９９１年１０月３１日公開）は、導波路 の長さ全体に亘って均一な断面を有し、その導波路が低屈折率の材料で隔てられ ている、高屈折率導波路を有する基材の光学プレートを製造する方法を教示して いる。この光学プレートは、基材の上に高屈折率の感光性樹脂を乗せ、その感光 性樹脂を酸素透過性が小さいシートで覆い、そしてその感光性樹脂をフォトマス クと酸素透過性の小さいシートを通して紫外線で露光し、均一な断面の導波路を 形成させる。未露光樹脂と酸素透過性の小さいシートを除き、そしてその導波路 の周囲に低屈折率の材料を入れる。 この特開昭６６−２４５１０６号公報の方法はディスプレイに利用した時、コ ントラストが小さく、見る角度が変わると見える色度が変化する導波路を生成す るので不利である。その導波路の入光末端で良好な集光を得るためには、特開昭 ６６−２４５１０６号公報に教示されているように、その入光末端で密に充填し なければならない。その断面は均一であるから、この密な充填配列はその導波路 の長さに沿って光学プレート全体に亘って続くことになる。これは、現像工程で 壁面領域から未露光の材料を除去するのが困難になり、さらに添加されるべきコ ントラスト向上材料のための空間がプレートの出光末端に準備できない。さらに 、均一な断面をを有する導波路は、それを通過する光の角度分布を増加させない 。本出願と共通に譲渡された米国特許出願第８６，４１４号明細書（出願日、１ ９９３年７月１日）に教示されているように、導波路はそのような角度分布を増 加させるべきであることが切望されることが多い。 均一な断面を有する光導波路を製造する他の方法が米国特許第４，７８３，１ ３６号および同第５，１３８，６８７号明細書；欧州特許公開第３５７３９６号 明細書（公開日１９９０年３月７日）；特開昭６８−２４１２１号公報（公開日 １９９３年２月２日）；および特開昭６８−１１９２０３号公報（公開日１９９ ３年５月１８日）に開示されれいる。 米国特許第４，７１２，８５４号明細書には、光ファイバーに連結するのに適 した光導波路を製造する二つの方法が開示されている。第１の方法は、屈折率漸 変タイプ（graded index type）の、光ファイバーに良く適合する特性を有する 光導波路を製造するために、光重合材料の深さ方向に屈折率の分布（profile） を生成させる第１紫外線露光工程と、その幅方向に屈折率の分布を生成させる第 ２紫外線露光工程とを含んでいる。この方法は二つの紫外線露光工程を必要とす るので不利である。加えて、レリーフ像が形成されず、その導波路は連続の重合 体フィルム若しくはその様なフィルムの数層のラミネートの中により屈折率の大 きい領域が存在する。それ故、光の導波路伝搬は厳密にそのフィルムの面に限定 され、フィルム面に垂直な伝搬は起きない。 １９８６年９月１９日に公開された特開昭６１−４２２４１号公報には、基材 を単量体溶液の容器の中を通して移動させ、同時にその溶液を、均一断面の光導 体を生成させるように、フォトマスクを通して紫外線で露光し、その基材上に光 導体のアレイ、即ち配列体（array）を製造する方法が教示されている。この過 程中、露光されている単量体溶液はフォトマスクと基材の間に位置し、そのフォ トマスクは紫外線と単量体溶液の間に位置している。露光の間、その基材は光源 から垂直方向に離れて行く。次いで、その基材は容器から取出され、ロッド状の 光導体の周囲に屈折率の低い材料が注がれ、硬化される。そのフォトマスクと単 量体溶液の間にレンズを置き、そのレンズを動かして、その光導体が基材からレ ンズ、フォトマスクおよび紫外線に向かって離れる方向に細くなるように、マス ク像の倍率を変えることにより、先細の（tapered）光導体が製造される。マス クとレンズの系のこの複雑な動きは、この方法の使用を不利にする。また、この 方法では、隣接する光導体の入光面間の中心間距離がその出光面間の中心間距離 と実質的に等しい先細の光導体を作ることができない。その結果、そのアレイの 入光面と出光面の面積を等しくすることができない。この特開昭６１−４２２４ １号公報の図から明らかなように、その細くなった端でのアレイの面積は、その 個々の素子の縮小比の二乗で減少する。それ故に、この方法は、表示の大きさが 収縮するのを非常に嫌う液晶ディスプレイ（ＬＣＤ´ｓ）のようなディスプレイ に使用するための先細の導波路アレイを作るためには使用できない。さらに、レ ンズを動かすことにより作られるアレイ中の個々の素子のの断面も均一でない。 そのレンズ系の光学軸に近い素子はそのアレイの周囲にある素子とは異なった断 面形状をしているのである。この効果も特開昭６１−４２２４１号公報の図には っきり示されている。その結果、このアレイの個々の素子は不均一な光学的性質 を持つことになる。これはディスプレイ系では非常に望ましくなく、その場合そ のような不均一性は画像の質を損う。 かくして、この技術分野で、改善された性質を有する、先細の光重合導波路を 製造する簡単な方法に対する需要が存在する。 発明の要約 本発明者は、この技術分野における前述の需要に応える、先細の光重合導波路 のアレイを製造する方法を開発した。工程（ａ）で、不透明な領域と透明な領域 のあるフォトマスクが基材に実質的に接して置かれる。工程（ｂ）で、その基材 上に実質的に均一な厚みの光重合性混合物が置かれ、その基材は光重合性混合物 とフォトマスクの間に位置し、ここで（ｉ）光重合性混合物は少くとも一種の反 応性単量体と光開始剤を含んでなり、そして（ｉｉ）その光開始剤は、次の工程 （ｃ）中に、その光重合性混合物の厚み方向に実質的に平行光である放射線の勾 配を形成させるのに十分な量存在する。工程（ｃ）で、その光重合性混合物と基 材は実質的に平行な光である放射線に対して実質的に固定された面内に保持され 、その間にその光重合性混合物は、そのフォトマスクの透明な領域を通して、実 質的に平行光である放射線に対して、先細の光重合導波路のアレイを生成するの に十分な時間露光され、その際（ｉ）その導波路の各々の細くなった端が基材か ら外側に延びており、（ｉｉ）その導波路の各々は基材に接した入光面とその入 光面から遠い出光面を有し、そして（ｉｉｉ）その導波路の各々の入光面の面積 はその出光面の面積より大きい。工程（ｄ）で、フォトマスクと、工程（ｃ）中 に、 実質的に平行な光である放射線によって実質的に重合しなかった光重合性混合物 が基材から除去される。 もう一つの態様では、工程（ａ）で実質的に均一な厚みの光重合性混合物をフ ォトマスク上に置き、ここでそのフォトマスクは、（ｉ）不透明な領域と透明な 領域を有し、（ｉｉ）その光重合性混合物は少くとも一種の反応性単量体と光開 始剤を含んでなり、そして（ｉｉｉ）その光開始剤は、次の工程（ｂ）中に、そ の光重合性混合物の厚み方向に実質的に平行な光である放射線の勾配を形成させ るのに十分な量で存在する。工程（ｂ）で、その光重合性混合物とフォトマスク は実質的に平行な光である放射線に対して実質的に固定された面内に保持され、 その間にその光重合性混合物は、そのフォトマスクの透明な領域を通して、実質 的に平行な光である放射線に対して先細の光重合導波路のアレイを生成するのに 十分な時間露光され、その際、（ｉ）その導波路の各々の細くなった端が基材か ら外側に延びており、（ｉｉ）その導波路の各々はフォトマスクに接した入光面 とその入光面から遠位に出光面を有し、そして（ｉｉｉ）その導波路の各々の入 光面の面積はその出光面の面積より大きい。工程（ｃ）で、工程（ｂ）中に、実 質的に平行な光である放射線によって実質的に重合されなかった光重合性混合物 がそのフォトマスクから除去される。 特開昭６１−４２２４１号公報の方法とは異なり、本発明の方法は、先細の光 導体を作るために露光工程中に光重合性混合物を動かす必要がないか、または複 雑なレンズ系を必要としないので便利である。さらに重要なことは、そのような 先細の導波路のアレイの入光面と出光面の面積が実質的に変化せず、個々の導波 路の先細の程度に殆ど依存しない。さらに加えて、個々の導波路はそのアレイ中 のその位置に無関係に実質的に同一であり、そのアレイ全体に亘って均一な光学 的性質を有している。 以下の本発明の説明、添付した図面および付記される特許請求の範囲から本発 明の他の利点が明らかになるであろう。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の実施において有用な基材を示している。 図２は、本発明の実施において有用なフォトマスクの側面図を示している。図 ２Ａは、そのフォトマスクを上から見た図である。 図３は、図１の基材と図２のフォトマスクを組み合せた図である。 図４は、図３に本発明の実施において有用な光重合性材料を組み合せた図であ る。 図５は、図４に本発明の方法を実施するのに有用なカバー・プレート付けた図 である。 図６は、実質的に平行な光への、図５の組み合わせ物の露光を例示したもので ある。 図７は、フォトマスクとカバー・プレートを取り外した後の、図６の組み合わ せ物を例示したものである。 図８は、図７の組み合わせ物からの未露光の重合性材料の除去を例示したもの である。 図９は、図８の処理で得られる組み合わせ物を例示したものである。 図９Ａは、本発明のもう一つに態様で得られる組み合わせ物を例示したもので ある。 図１０は、図９の組み合わせ物の大光量露光（flood exposure）を例示したも のである。 図１１は、本発明の方法で作られた、真直ぐな側壁を有する先細の導波路のア レイの分解断面図である。 図１２は、本発明の方法で作られた、直方形の断面を有する先細の導波路のア レイを透視的に見た図である。 図１３は、本発明の方法で作られた、円形の断面を有する先細の導波路のアレ イを透視的に見た図である。 図１４は、本発明の方法で作られた、真直ぐな側壁を有する単一の先細の導波 路の断面図である。 図１５は、本発明の方法で作られた、曲った側壁を有する先細の導波路のアレ イの分解断面図である。 図１６は、導波路の間の隙間領域に光を吸収する黒色の微粒子材料が含まれて いる、本発明の方法で作られた先細の導波路のアレイを示している。 図１７は、導波路アレイの出口面が透明な保護層で被覆されている、本発明の 方法で作られた先細の導波路のアレイを示している。 図１８は、導波路アレイの出口面がレンズのアレイを組み込んだ透明な保護層 で被覆されている、本発明の方法で作られた先細の導波路のアレイを示している 。 推奨される実施態様の説明 本発明の推奨される態様は、上記の図面を参照することにより、この技術分野 の習熟者に、より良く理解されるであろう。これらの図面に例示された本発明の 望ましい態様は包括的であることを、若しくはその開示された正確な形に本発明 を限定することを意図するものではない。これらの図面は、本発明の原理および その応用と実用を記述し、若しくは最も良く説明し、それによってこの技術分野 の習熟者に本発明を最も良く利用できるように選ばれたものである。 図１に例示されている導波路基材２は本発明の方法の実施に際して有用なもの である。導波路基材２は基材４と、場合により用いられる追加の接着促進相層６ を含んでいる。最低でも、基材４は波長範囲約４００から約７００ｎｍ光に透明 で、この可視光波長領域は製造される光導波路が作動するであろう最も望ましい 領域である。この基材４は、また、約２５０から約４００ｎｍの領域の紫外線も 透過し、これは多くの有用な光開始剤が光を吸収する領域である。さらに、約７ ００から約２０００ｎｍの近赤外領域でこの先細の導波路アレイを使用すること を望むならば、その領域でも同様に透明である基材４を使用することが推奨され る。基材４の屈折率は約１．４５から約１．６５の範囲である。その最も望まし い屈折率は約１．５０から約１．６０の範囲である。基材４は任意の透明な固体 材料から作られる。推奨される材料は市場から入手でき、透明な重合体材料、ガ ラスおよび溶融シリカなどである。有用な透明な重合体にはポリエステル、ポリ アクリレートおよびメタクリレート、ポリスチレンおよびポリカーボネートが含 まれる。これら材料に期待される性質はそのディスプレイ装置の通常の操作温度 における機械的安定性と光学的安定性である。ガラスと較べて、透明な重合体は 構造的屈曲性が追加の利点となり、製品を大きいシートに成形し、次いで切断し 、必要なら積層することができる。基材４用に推奨される材料はガラスとポリエ チレンテレフタレートのようなポリエステルである。基材４の厚みは広い範囲で 変 えられる。望ましくは、基材４の厚みは約１ミル（０．００１インチ、即ち２５ ミクロン）から１０ミル（０．０１インチ、即ち２５０ミクロン）である。 望ましくは、接着促進層６は光透過性で、その上に生成させられる導波路、特 に、例えば光架橋したアクリレート単量体材料のような重合体から生成される導 波路を基材４に強く接着させる有機材料である。そのような材料はこの技術分野 の習熟者には良く知られており、市場から入手可能で、この明細書では詳細には 説明されない。例えば、若し基材４がガラスで、導波路がアクリレート単量体材 料から作られるなら、適した接着促進層６は、そのガラス表面を３‐（トリメト キシシリル）プロピルメタクリレート、３‐アクリルオキシプロピルトリクロロ シランおよびトリメチルシリルプロピルメタクリレートなどの特定のシラン化合 物と反応させることにより生成せしめられる。若し基材４がポリエチレンテレフ タレート（ＰＥＴ）で、導波路がアクリレート単量体材料から作られるなら、接 着促進層６は、例えばホスタファン（Hostaphan）４５００［ヘキスト‐セラニ ーズ社（Hoechst-Celanese）のような接着処理したＰＥＴフィルムを用いること により提供される。若し基材４がエマルション塗装され、導波路がアクリレート 単量体材料から作られるなら、例えば接着促進層６は３‐アクリルオキシプロピ ルトリクロロシラン［ヒュルス・アメリカ社（Huls America）のＡ０３９６］か ら作られる。接着促進層６の厚みは広い範囲で変えられる。通常、接着促進層６ の厚みは常用の直視平板パネルディスプレイ装置（direct view flat panel dis play devices）のような最終用途に使用されるような厚みである。本発明の望ま しい態様では、接着促進層６の厚みは約１ミクロン未満である。若し裸の基材４ への導波路の接着が十分であることが確認されれば、接着促進層６は省略するこ とができる。 図２に例示されているフォトマスク８は本発明の方法に実施に有用なものであ る。フォトマスク８は、紫外線の空間分布、即ち光重合性材料の層の何処に紫外 線が当たるかを制御する。フォトマスク８は一つの表面上に不透明な領域１２と 透明な領域１４を有する透明な基材から構成され、フォトマスク８に向けられた 放射線が光重合性材料の希望の領域にのみ当たるようにされる。図２Ａに示され ているように、フォトマスク８は先細の導波路のアレイの希望のパターンを含ん でなる不透明な領域１２と透明な領域１４を有している。図２Ａ中のパターンは 多くの有用なパターンの一つであり、単に例示することを意図したものである。 多くの、透明および不透明領域の他のパターンが本発明の範囲内で有用である。 市場から入手できるフォトマスクが本発明で有用である。 本発明の一つの態様の第１工程で、図３に例示したように、フォトマスク８を 導波路基材２と実質的に接触させて置く。本明細書で用いられる“実質的な接触 ”という用語は、そのフォトマスク８と導波路基材２が本発明の方法の残りの工 程の間に分離しないことを意味する。二つの基材の間の実質的な接触を維持する ための任意の既知の方法が本発明で用いられる。例えば、イソプロパノール、メ タノール若しくは水のような液体をフォトマスク８と導波路基材２の間に塗り、 そしてゴムローラーを用いてフォトマスク８と導波路基材２を一緒に押し付ける 。二つに基材の間の実質的な接触を維持するための他の既知の方法は、機械的固 定法、真空接触法、静的接触法および非接触（off-contact）若しくは近接印刷 （proximity printing）、ソフトコンタクト印刷（soft contact printing）お よび走査を可能にするその他の方法である。 本発明の第１の態様の第２工程では、実質的に均一な厚みの光重合性混合物が 、その導波路基材が光重合性混合物とフォトマスクの間に位置するように、導波 路基材上に置かれる。この場合、光重合性混合物は反応性単量体若しくはそのよ うな単量体の混合物と光開始剤若しくはそのような光開始剤の混合物を含んでな り、そしてその光開始剤は、次の工程中にその光重合性混合物の厚み方向に実質 的に平行な光である放射線の勾配を形成させるのに十分な量で存在する。基材の 上に実質的に均一な厚みの光重合性材料を乗せるための任意の既知の方法が、本 発明の方法で用いられる。本明細書で用いられる“実質的に均一な厚み”という 用語は、その混合物の面積全体に亘って厚みの変動が約１０パーセント以下、そ してより望ましくは厚みの変動が約５パーセント以下であることを意味する。後 でより詳細に説明されるように、この光重合性混合物の厚みは光重合した先細の 導波路の希望の最終の長さであり、一方この厚みは導波路の入光面からの最小横 断距離である。望ましくは、光重合した先細の導波路の長さ或いは光重合性混合 物の厚みは約１から約４０００ミクロン、より望ましくは約１５から約１６００ ミク ロン、そして最も望ましくは約５０から約４００ミクロンである。 実質的に均一な厚みの光重合性材料を載せる方法は、スピン塗装、ローラー塗 装、ドクターナイフによる塗装、スロットを用いるパッチ塗装(patch coating) 、押出し塗装およびこれらに類する方法である。図４および図５はもう一つの方 法を例示するものである。スペーサ１６が導波路基材２の上に置かれる。このス ペーサ１６の高さは光重合した先細の導波路の希望の最終の長さである。次いで 、光重合性混合物１８は、その導波路基材２が、光重合性混合物１８とフォトマ スク８の間に位置するように導波路基材２の上に載せられる。 光重合性材料１８は二つの基本構成成分を含んでなる。第１の基本構成成分は 光重合性単量体、特に、透明で固体の重合体材料を与えるであろうエチレン系不 飽和単量体である。望ましい固体重合体材料は約１．４５から約１．６５の間の 屈折率を有し、市場から入手できるポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート 、ポリエステルおよびアクリレート若しくはメタクリレート系単量体の光重合に よって作られる重合体などである。さらに望ましい材料は約１．５０から約１． ６０の間の屈折率を有し、ウレタンアクリレートおよびメタクリレート、アクリ ル酸およびメタクリル酸のエステル類、エポキシアクリレートおよびメタクリレ ート、（ポリ）エチレングリコールアクリレートおよびメタクリレートおよびビ ニル基含有有機単量体である。橋架け密度、粘度、接着性、硬化速度および屈折 率などのようなこの組成物の性質を微調整するために、そしてこの組成物から製 造される光高分子の変色性、亀裂発生性および剥離性を減らすために、その光重 合性混合物用に単量体の混合物を利用するのが有効である。 有用なより望ましい単量体の例は、メチルメタクリレート、ｎ‐ブチルアクリ レート（BA）、２‐エチルヘキシルアクリレート（EHA）、イソデシルアクリレ ート、２‐ヒドロキシエチルアクリレート、２‐ヒドロキシプロピルアクリレー ト、シクロヘキシルアクリレート（CHA）、１，４‐ブタンジオール・ジアクリ レート、エトキシル化ビスフェノールＡ・ジアクリレート、ネオペンチルグリコ ール・ジアクリレート（NPGDA）、ジエチレングリコール・ジアクリレート（DEG DA）、ジエチレングリコール・ジメタクリレート（PEGDMA）、１，６‐ヘキサン ジオール・ジアクリレート（HDDA）、トリメチロールプロパン・トリアクリレー ト（TMPTA）、ペンタエリトリトール・トリアクリレート（PETA）、ペンタエリ トリトール・テトラアクリレート（PETTA）、フェノキシエチルアクリレート（ ＰＥＡ）、β‐カルボキシエチルアクリレート（β-CEA）、イソボルニルアクリ レート（IBOA）、テトラヒドロフルフリルアクリレート（THFFA）、プロピレン グリコール・モノアクリレート（MPPGA）、２‐（２‐エトキシエトキシ）エチ ルアクリレート（EOEOEA）、Ｎ‐ピニルピロリドン（NVP）、１，６‐ヘキサン ジオール・ジメタクリレート（HDDMA）、トリエチレングリコール・ジアクリレ ート（TEGDA）若しくはジメタクリレート（TEGDMA）、テトラエチレングリコー ル・ジアクリレート（TTEGDA）若しくはジメタクリレート（TTEGDMA）、ポリエ チレングリコール・ジアクリレート（PEGDA）若しくはジメタクリレート（PEGDM A）、ジプロピレングリコール・ジアクリレート（DPGDA）、トリプロピレングリ コール・ジアクリレート（TPGDA）、エトキシル化ネオペンチルグリコール・ジ アクリレート（NPEOGDA）、プロポキシル化ネオペンチルグリコール・ジアクリ レート（NPPOGDA）、脂肪族ジアクリレート（ADA）、アルコキシル化脂肪族ジア クリレート（AADA）、脂肪族カーボナート・ジアクリレート（ACDA）、トリメチ ロールプロパン・トリメタクリレート（TMPTMA）、エトキシル化トリメチロール プロパン・トリアクリレート（TMPEOTA）、プロポキシル化トリメチロールプロ パン・トリアクリレート（TMPPOTA）、グリセリルプロポキシル化・トリアクリ レート（GPTA）、トリス（２‐ヒドロキシエチル）イソシアヌレート・トリアク リレート（THEICTA）、ジペンタエリトリトール・ペンタアクリレート(DPEPA)、 ジトリメチロールプロパン・テトラアクリレート（DTMPTTA）、アルコキシル化 テトラアクリレート（ATTA）である。 特に有用なのは単量体の少くとも一つがジアクリレート若しくはトリアクリレ ートのような多官能性単量体であり、これらが反応したフォトポリマーの内部で 架橋網目を生じるような混合物である。本発明の方法で使用するのに最も推奨さ れる材料はエトキシル化ビスフェノール‐Ａジアクリレートおよびトリメチロー ルプロパン・トリアクリレートの光重合性混合物によって作られる橋架け重合体 である。最も望ましい材料の屈折率は約１．５３から約１．５６の範囲である。 この透明固体材料の屈折率が導波路素子全体に亘って均一であることは本質的に は重要でない。光条（striation）または散乱粒子若しくはドメインのような屈 折率が均一でないものを存在させることは、これらの不均質性が導波路アレイの 出口からの光の発散をさらに増加させる可能性があるので利点であり得る。 この光重合性材料中の単量体の量は広い範囲で変えられる。その単量体の量若 しくは単量体混合物の総量は、通常、その光重合性材料の約６０％から約９９． ８重量パーセントであり、望ましくはその光重合性材料の約８０％から約９９重 量パーセントであり、そしてより望ましくはその光重合性材料の約８５％から約 ９９重量パーセントである。 もう一つの基本成分として、この重合性材料１８は放射線照射で活性化されて 、その単量体を光重合させる活性化された種を生成する光開始剤を含んでいる。 この光開始剤系は光開始剤と、望ましくは、例えば近紫外領域、およびレーザー が励起し、そして多くの通常の光学材料が透過性である可視スペクトル領域も利 用できる領域にまでスペクトル応答を拡げる常用の増感剤を含んでいる。通常、 この光開始剤は放射線で活性化され、室温および室温以下（即ち、約２０から約 ２５℃）では、望ましくは熱的に不活性であるラジカル生成性の付加重合開始剤 である。 かかる開始剤の代表的例は米国特許第４，９４３，１１２号明細書およびその 中に引用されている文献に記載されている開始剤である。望ましいラジカル開始 剤は、１‐ヒドロキシ‐シクロヘキシル‐フェニルケトン［イルガキュア（Irga cure）１８４］、ベンゾイン、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾイン・イソプ ロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンジジメチル・ケタール（イルガキュア６ ５１）、α、α‐ジエチルオキシ・アセトフェノン、α，α‐ジメチルオキシ‐ α‐ヒドロキシアセトフェノン［ダロキュア（Darocur）１１７３］、１‐［４ ‐（２‐ヒドロキシエトキシ）フェニル］‐２‐ヒドロキシ‐２‐メチル‐プロ パン‐１‐オン（ダロキュア２９５９）、２‐メチル‐１‐［４‐（メチルチオ ）フェニル］‐２‐モルホリノ‐プロパン‐１‐オン（イルガキュア９０７）、 ２‐ベンジル‐２‐ジメチルアミノ‐１‐（４‐モルホリノフェニル）‐ブタン ‐１‐オン（イルガキュア３６９）、ポリ｛１‐［４‐（１‐メチルビニル）フ ェニル］‐２‐ヒドロキシ‐２‐メチル‐プロパン‐１‐オン｝［エサキュア（ Esacure） KIP］、［４‐（４‐メチルフェニルチオ）‐フェニル］フェニルメタノン［ク ヮンタキュア（Quantacure）BMS］、ジ‐カンファーキノンおよび５０％１‐ヒ ドロキシシクロヘキシルフェニルケトンと５０％ベンゾキノン（イルガキュア５ ００）である。 より望ましい光開始剤は、ベンジジメチル・ケタール（イルガキュア６５１） 、α、α‐ジエチルオキシ・アセトフェノン、α、α‐ジメチルオキシ‐α‐ヒ ドロキシアセトフェノン（ダロキュア１１７３）、１‐ヒドロキシ‐シクロヘキ シル‐フェニルケトン（イルガキュア１８４）、１‐［４‐（２‐ヒドロキシエ トキシ）フェニル］‐２‐ヒドロキシ‐２‐メチル‐プロパン‐１‐オン（ダロ キュアー２９５９）、２‐メチル‐１‐［４‐（メチルチオ）フェニル］‐２‐ モルホリノ‐プロパン‐１‐オン（イルガキュア９０７）、２‐ベンジル‐２‐ ジメチルアミノ‐１‐（４‐モルホリノフェニル）‐ブタン‐１‐オン（イルガ キュア３６９）および５０％１‐ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンと５ ０％ベンゾキノン（イルガキュア５００）である。最も望ましい光開始剤は光を 照射した時黄変する傾向がなく、その組成物の着色がＡＳＴＭ Ｄ１５４４‐８ ０に従って求めた、１９０℃の温度で２４時間露光した時のガードナー・スケー ルの値で８点以上にならない開始剤である。このような光開始剤はベンジジメチ ル・ケタール（イルガキュア６５１）、α、α‐ジメチルオキシ‐α‐ヒドロキ シアセトフェノン［ダロキュア１１７３］、１‐ヒドロキシ‐シクロヘキシル‐ フェニルケトン（イルガキュア１８４］、１‐［４‐（２‐ヒドロキシエトキシ ）フェニル］‐２‐ヒドロキシ‐２‐メチル‐プロパン‐１‐オン（ダロキュア ー２９５９）および５０％１‐ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンと５０ ％ベンゾキノン（イルガキュア５００）である。 次の工程の間に、光重合性混合物１８の厚みを通して実質的に平行な紫外線の 勾配を形成させるために存在しなければならない光開始剤の量は、その光重合性 材料の総重量の約０．１から約１２重量パーセントである。この光開始剤の量は 、望ましくはその光重合性材料の総重量の約０．５から約１２重量パーセント、 より望ましくはその光重合性材料の総重量の約０．５から約８重量パーセントで ある。望まれる勾配はその開始剤の濃度によってだけでなく、露光光源中に存在 す る照射波長の選択にも依存し、これらはこの技術分野の習熟者であれば調節し得 るであろう。 これら基本構成成分に加えて、この光重合性材料は安定剤、禁止剤、可塑剤、 光学的光沢剤、離型剤、連鎖移動剤、他の光重合性単量体およびこれらに類する もののような各種の追加成分を含んでいてもよい。 本発明の光重合性材料は、ＡＳＴＭ Ｄ４５３８‐９０Ａに決められた、空気 中、１９０℃で２４時間加熱劣化した後のひび割れと剥離、そしてそのような熱 劣化後の黄変（ＡＳＴＭ Ｄ１５４４‐８０に従って求めた、ガードナー・カラ ー・スケールで８以上の着色）のような性質の劣化を起こす分解を防ぐか、若し くは減らすための安定剤を含んでいるのが望ましい。かかる安定剤は紫外線吸収 剤、光安定剤および酸化防止剤である。 紫外線吸収剤は、２‐［２‐ヒドロキシ‐３，５‐ジ（１，１‐ジメチルベン ジル）フェニル］‐２‐Ｈ‐ベンゾトリアゾール［チヌビン（Tinuvin）９００ ］、ポリ（オキシ‐１，２‐エタンジイール）、α‐（３‐（３‐（２Ｈ‐ベン ゾトリアゾール‐２‐イール）‐５‐（１，１‐ジメチルエチル）‐４‐ヒドロ キシフェニル）‐１‐オキシプロピル）‐ω‐ヒドロキシ（チヌビン１１３０） 、および、２‐［２‐ヒドロキシ‐３，５‐ジ（１，１‐ジメチルプロピル）フ ェニル］‐２‐Ｈ‐ベンゾトリアゾール（チヌビン２３８）、のようなヒドロキ シフェニルベンゾトリアゾール、および、４‐メトキシ‐２‐ヒドロキシベンゾ フェノンや４‐ｎ‐オクトキシ‐２‐ヒドロキシベンゾフェノンのようなヒドロ キシベンゾフェノンである。光安定剤は、４‐ヒドロキシ‐２，２，６，６‐テ トラメチルピペリジン、４‐ヒドロキシ‐１，２，２，６，６‐ペンタメチルピ ペリジン、４‐ベンゾイルオキシ‐２，２，６，６‐テトラメチルピペリジン、 ビス（２，２，６，６‐テトラメチル‐４‐ピペリジニル）セバケート（チヌビ ン７７０）、ビス（１，２，２，６，６‐ペンタメチル‐４‐ピペリジニル）セ バケート（チヌビン２９２）、ビス（１，２，２，６，６‐ペンタメチル‐４‐ ピペリジニル）‐２‐ｎ‐ブチル‐２‐（３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル‐４‐ヒドロ キシベンジル）マロネート（チヌビン１４４）、およびコハク酸とＮ‐β‐ヒド ロキシ‐エチル‐２，２，６，６‐テトラメチル‐４‐ヒドロキシ‐ピペリジン （チ ヌビン６２２）とからのポリエステルのようなヒンダードアミン類である。酸化 防止剤は、１，３，５‐トリメチル‐２，４，６‐トリス（３，５‐ジ‐ｔ‐ブ チル）‐４‐ヒドロキシベンジル）ベンゼン、１，１，３‐トリス‐（２‐メチ ル‐４‐ヒドロキシ‐５‐ｔ‐ブチルフェニル）ブタン、４，４´‐ブチリデン ‐ビス‐（６‐ｔ‐ブチル‐３‐メチル）フェノール、４，４´‐チオビス‐（ ６‐ｔ‐ブチル‐３‐メチル）フェノール、トリス‐（３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル ‐４‐ヒドロキシベンジル）イソシアヌレート、セチル‐３，５‐ジ‐ｔ‐ブチ ル‐４‐ヒドロキシベンゼン［シアソーブ（Cyasorb）ＵＶ２９０８］、３，５ ‐ジ‐ｔ‐ブチル‐４‐ヒドロキシ安息香酸、１，３，５‐トリス‐（ｔ‐ブチ ル‐３‐ヒドロキシ‐２，６‐ジメチルベンジル）（シアソーブ１７９０）、ス テアリル‐３‐（３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル‐４‐ヒドロキシフェニル）プロピオ ネート［イルガノックス（Irganox）１０７６］、ペンタエリトリトール・テト ラキス‐（３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル‐４‐ヒドロキシフェニル）（イルガノック ス１０１０）、チオジエチレン‐ビス‐（３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル‐４‐ヒドロ キシ）ヒドロシンナメート（イルガノックス１０３５）のような置換フェノール 類である。 本発明で用いられる望ましい安定剤は酸化防止剤である。望ましい酸化防止剤 は、１，３，５‐トリメチル‐２，４，６‐トリス（３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル） ‐４‐ヒドロキシベンジル）ベンゼン、１，１，３‐トリス‐（２‐メチル‐４ ‐ヒドロキシ‐５‐ｔ‐ブチルフェニル）ブタン、４，４´‐ブチリデン‐ビス ‐（６‐ｔ‐ブチル‐３‐メチル）フェノール、４，４´‐チオビス‐（６‐ｔ ‐ブチル‐３‐メチル）フェノール、トリス‐（３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル‐４‐ ヒドロキシベンジル）イソシアヌレート、セチル‐３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル‐４ ‐ヒドロキシベンゼン（シアソーブＵＶ２９０８）、３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル‐ ４‐ヒドロキシ安息香酸、１，３，５‐トリス‐（ｔ‐ブチル‐３‐ヒドロキシ ‐２，６‐ジメチルベンジル）（シアソーブ１７９０）、ステアリル‐３‐（３ ，５‐ジ‐ｔ‐ブチル‐４‐ヒドロキシフェニル）プロピオネート（イルガノッ クス１０７６）、ペンタエリトリトール・テトラビス‐（３，５‐ジ‐ｔ‐ブチ ル‐４‐ヒドロキシフェニル）（イルガノックス１０１０）、および、チオジエ チレン‐ビス‐（３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル‐４‐ヒドロキシ）ヒドロシンナメー ト（イル ガノックス１０３５）のような置換フェノール類から選ばれる。最も望ましい安 定剤はペンタエリトリトール・テトラキス‐（３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル‐４‐ヒ ドロキシフェニル）（イルガノックス１０１０）、チオジエチレン‐ビス‐（３ ，５‐ジ‐ｔ‐ブチル‐４‐ヒドロキシ）ヒドロシンナメート（イルガノックス １０３５）および、ステアリル‐３‐（３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル‐４‐ヒドロキ シフェニル）プロピオネート（イルガノックス１０７６）、である。 この組成物中の安定剤の量は広い範囲で変えられ、通常その光重合性材料の約 ０．１から約１０重量％である。望ましくは、安定剤の量はその光重合性材料の 約０．１から約５重量％、そしてより望ましくはその光重合性材料の約０．２か ら約３重量％である。 図５に例示されているように、カバープレート２０が光重合性混合物の上に置 かれ、そしてスペーサ１６と接触するまで下に押し付けられる。カバープレート ２０はカバー基材２２と離型層２４から成る。カバー基材２２はガラス、石英、 溶融シリカ、重合体シートまたは金属シートのような任意の材料から作られる。 離型層２４はテフロンＡＦ（登録商標）のようなフッ素化重合体、ポリシロキサ ン若しくはポリエチレンテレフタレートなどの未処理の重合体フィルムである。 本発明のもう一つの態様では、導波路基材２は用いられず、光重合性材料１８ がフォトマスク８（示されていない）の上に直接置かれる。 本発明方法の両態様の次の工程で、実質的に平行な光である紫外線に対して実 質的に動かないように維持しながら、光重合性混合物は、そのフォトマスクの透 明な領域を通して、実質的に平行な光である放射線に先細の光重合導波路のアレ イを生成するのに十分な時間露光される。その際、（ｉ）その導波路の各々の細 くなった端は基材若しくはフォトマスクから外側に延びており、（ｉｉ）その導 波路の各々は基材若しくはフォトマスクに接した入光面とその入光面から遠位に 出光面を有し、そして（ｉｉｉ）その導波路の各々の入光面の面積はその出光面 の面積より大きくなっている。図５のアセンブリーは、次いで、図６に例示され ているように、実質的に平行ま光である放射線に露光される。本明細書で用いら れる“実質的に平行な光である”という用語は、光源を出る光が露光される系の 光学軸から１０度以上それないことを意味する。 光重合性材料は所要波長、所要強さの放射線に所要時間露出される。本明細書 で用いられる“放射線（actinic radiation）”とは、可視、紫外若しくは赤外 スペクトル領域の光、さらに電子ビーム、イオンまたは中性子ビーム若しくはＸ 線として定義されるものである。放射線は非コヒーレント光でも、例えばレーザ からの光のようなコヒーレント光でもよい。 放射線の光源および露光方法、時間、波長および強さは、希望の重合度、光高 分子の屈折率およびこの技術分野の普通の習熟者に知られている他のファクター に依存して広い範囲で変えらることができる。このような常用の光重合法および 操業パラメータはこの技術分野で良く知られている。例えば、以下の文献を参照 されたい：エス．ピー．パーパス編“放射線硬化：科学と技術”、プレナム出版 、ニューヨーク、ニューヨーク州（S.P．Pappas Ed.“Radiation Curing: Scien ce and Technology，“Plenum Press，New York，NY）；デー．アール．ランデ ル編“重合体の放射線硬化ＩＩ”、ロイヤル・ソサイアティー オブ ケミスト リー、ケンブリッジ、マサチューセッツ州（D.R．Randell Ed．“Radiation Cur ing of Polymers，II”，Royal Society of Chemistry，Cambridge，Mass）；お よびシー．イー．ホイルおよびジェー．エフ．クリストル編“高分子材料の放射 線硬化、米国化学会（C,E．Hoyle and J.F．Kristle，Ed．“Radiation Curing of Polymeric Materials”，American Chemical Society）。従って、本明細書 では重合法と操作を詳しくは説明しない。 放射線の光源とその波長は広い範囲で変えられ、そして任意の常用の波長と光 源が用いられる。その光化学的励起は、加工される前に普通に遭遇する放射線（ 例えば、室内光）の露光では、その重合性材料が加工前に早期に重合しないよう に、比較的短い波長（若しくは、高いエネルギー）で行われるのが望ましい。か くして、紫外線（波長３００〜４００ｎｍ）への露光および深紫外線（波長１９ ０〜３００ｎｍ）による露光が推奨される。便利な光源は加工用に希望される波 長を選別するのに適した光フィルターを取り付けた高圧キセノンまたは水銀‐キ セノン・アークランプである。また、短波長のコヒーレント放射線も本発明を実 施するために有用である。３５０ｎｍ近傍の幾つかの波長で“ＵＶ”モードで操 作されるアルゴンイオン・レーザも望ましい。また、波長２５７ｎｍ近傍の出 力を有する周波数二倍化アルゴンイオン・レーザも望ましい。電子ビーム若しく はイオンビーム励起も用いられる。最も望ましい放射線は、水銀、キセノン若し くは水銀‐キセノン・ランプによって発生させられるような３５０‐４００ｎｍ 領域の紫外線である。 実質的に平行な光である放射線２６はフォトマスク８の透明な領域を通り抜け て、図６に例示されているようにフォトマスク８の透明な領域１４と同一線上に 並んでいる、光重合性混合物の露光された領域２８に光重合を誘起する。フォト マスク８の不透明な領域１２によって実質的に平行な光である放射線２６から遮 蔽されている光重合性混合物の領域では、光反応が起きないか、場合によっては 限られた反応しか起きない。 露光された領域２８が適切な先細の形状を有するためには、光重合性混合物１ ８の紫外線のその波長における吸光度が、放射線照射中にそのフィルム全体に亘 って放射線強度の勾配が確立されるのに十分な程大きくなければならない。即ち 、光反応の開始を誘起するために光重合性混合物１８中で利用できる放射線の量 は、光重合性混合物１８の吸光度が有限であるために、フォトマスク８側からカ バープレート２０側に向かって減少する。この放射線の勾配が光重合性混合物１ ８の厚みを横断して起きる光重合反応の量に勾配を生じさせ、そしてそれにより 現像した導波路はユニークな先細の幾何学的形状の構造になり、そしてその幾何 学的形状は本発明の方法で容易に得られる。 光重合性混合物１８の厚みを横断して起きる光重合反応の量におけるこの勾配 は、さらにその光重合性混合物１８中に溶けた酸素ガスの存在によって影響され 、このような酸素は光重合過程で生成するラジカルによって全ての酸素が消費さ れた領域中を除いて、光重合反応を抑えたり停止させたりする作用をする。光重 合反応の進行中における溶解酸素ガスのこのような作用は、この技術分野の習熟 者にはよく知られている。さらにまた、この光高分子構造体に必要な幾何学的形 状は自己‐集光過程によりさらに影響を受ける。即ち、フォトマスク８に最も近 い光重合性混合物１８の表面に当たった光は、その表面で光重合を開始し、そし てその固体化した高分子材料の屈折率は、その液状の単量体の屈折率より大きい ので、その中を通る光を屈折する作用を奏する。このようにして、その層のカバ ー プレートにより近い光重合性混合物に当たる光による架空像（aerial image）が そのフォトマスクにより近く位置している既に重合した材料による屈折によって 変えられる。この効果は、得られる重合構造体が、それに画像形成性の光（imag ing light）が向かって来るフォトマスク側からカバープレート２０側に向かっ て狭くなる原因になる。 本発明の両実施態様の最終工程で、その露光工程中に、実質的に平行な光であ る放射線に露光されなかった光重合性混合物が除去される。フォトマスク８、ス ペーサ１６および離型層２４を持つカバープレート２０は、図７に例示されたよ うに除去される。未反応の単量体は図８に例示したような容器３２の中でアセト ン、メタノール或いはイソプロパノールのような適当な溶剤で洗い流され、導波 路基材２の上に光重合した領域２８のパターンが残る。選ばれた単量体によって は、水‐系の溶媒を使用することも可能である。本発明の第１の実施態様におけ るこの残った最終構造物は、図９に例示されているように、導波路基材２上の光 重合した領域２８から成る。本発明の他の実施態様では、図９Ａに例示されてい るように、フォトマスク８上に光重合した領域２８のパターンが残る。先細の光 重合した導波路２８のアレイを含むこの最終構造物は、場合によっては、その光 高分子材料を更に硬化させるために、図１０に例示したように紫外線３４で、現 像後大量露光させることもある。 工業的バッチ式製造ラインでは、フォトマスクと、若し用いるなら基材とは第 １段階で接触させておく。次いで、このアセンブリーは平行紫外線光源が置かれ ている第２段階に進められる。光重合性混合物は基材若しくはフォトマスクの上 に置かれ、そしてそのフォトマスクの透明領域を通して実質的に平行な光である 放射線に露光される。次いで、この露光されたアセンブリは第３段階に進み、そ こでフォトマスクと未露光の光重合性混合物が除去される。 工業的連続式製造ラインでは、光重合性混合物は可撓性基材と可撓性カバープ レート（示されていない）の間に押し出される。次いで、このアセンブリーは二 つのローラの間を進むが、その一つのローラーはその上に不透明な領域と透明な 領域を有するフォトマスクと、そのローラー内に入れられた放射線源を含んでい る。この光重合性混合物は、フォトマスクの透明な領域を通して、実質的に平行 な光である放射線に露光される。次いで、カバープレートがその露光されたアセ ンブリーから外され、そしてこの露光されたアセンブリーはもう一つのローラー の回りを進みながら溶媒の浴の中を通り、未露光混合物が除去される。 図１１は、図１０に示した先細の光重合した導波路２８のアレイから作られた 画像ディスプレイ装置３６の分解断面図を示す。この画像ディスプレイ装置３６ は基材４、接着促進層６および先細の導波路２８のアレイから構成される。この 先細の導波路２８は入光面３８、出光面４０、側壁４２を有し、そして導波路の 屈折率より低い屈折率の間隙領域４４で分離されている。先細の各導波路２８の 入光面３８は接着促進層６に隣接して位置し、各導波路２８の出光面４０の面積 より大きく、先細の構造になっている。 図１１に示したように、先細の各導波路２８の入光面３８の面積は出光面４０ の面積より大きく、そしてそのアレイ中の隣接導波路２８の入光面３８の間の中 心間距離はその出光面間の中心間距離に等しいか、実質的に等しく、導波路２８ の出光面４０から出て来る光の角度分布は導波路２８の入光面３８に入る光の角 度分布より大きい。ＬＣＤ（示されていない）のような変調装置によって形成さ れる像の解像が、それが画像ディスプレイ装置３６を横断する時に分解されない ようにするために、隣接導波路２８の入光面３８の間の中心間距離はその変調装 置の隣接画素間の中心間距離に等しいか、それ以下であることが望ましい。図１ １で、側壁４２は直線として示されているが、側壁４２の形は直線でも曲線でも よい。 画像ディスプレイ装置３６の表面に平行な面での先細の導波路２８の断面は正 方形、直方形、任意の正多角形、円形若しくは長円形である。図１２は透視して 見た直方形断面を有する先細の導波路２８から成るアレイを示す。図１３は円形 断面を有する先細の導波路２８から成るアレイの類似の透視図を示す。導波路２ ８全体の形状の例は直円錐、直長円錐、正方錐、正長方錐で、それらの完全な形 若しくは頭部を切取った形である。 先細の導波路２８のアレイの光学的性質、即ち観る角度の関数としてのコント ラストおよび色度の変化は、個々の導波路２８の形状、大きさおよび物理的配列 によって決まる。図１１で、隣接導波路２８の入光面の間の中心間距離は隣接導 波路２８の出光面の間の中心間距離に等しいか、若しくは実質的に等しい。それ 故、入光面３８でアレイに入って来る光学像はこのアレイを通過した後に拡大も 縮小もされない。 図１１、図１２および図１３に示されたアレイの先細の導波路２８はそれら導 波路の間の空隙領域より大きい屈折率を有している。（図１１に示した）入光面 を通って導波路２８に入り、そしてその後その導波路の側壁４２に（Snellの法 則で規定されるような）臨界角度以上の角度で投射する光線は、一回またはそれ 以上の回数側壁４２から全内部反射し、そして、殆どの場合、出光面４０を通っ て導波路２８から出て来る。極く一部の光線は側壁４２を通り抜けるか、若しく は入光面の方に反射されて戻る。先細の導波路２８の作用機能は全内部反射を利 用しないレンズと異なる。 導波路２８は、出光面４０の面積が入光面３８の面積より小さくなるようにテ ーパーを有するから、出光面４０から出る光の角度分布は入光面３８を入る光の 角度分布より大きい。変調装置の出光面に置かれた、先細の導波路２８のアレイ を有する画像ディスプレイ装置３６は、変調装置から出光する光の角度分布を、 その変調装置からの像がより高い角度で観ることができるように角度分布を変え るであろう。各導波路２８の出光面４０の面積は入光面３８の面積の約１から約 ６０パーセントであることが望ましい。出光面４０の面積は入光面３８の面積の 約３から約４０パーセントであることがより望ましい。出光面４０の面積は入光 面３８の面積の約４から約２０パーセントであることが最も望ましい。 画像ディスプレイ装置３６が高い全光流量を持つようにするために、全導波路 の入光面３８の面積の和がそのアレイの基材４の総面積の４０パーセントより大 きいことが望ましい。画像ディスプレイ装置３６中の全導波路の入光面３８の面 積の和がそのアレイの基材４の総面積の６０パーセントより大きいことがより望 ましい。画像ディスプレイ装置３６中の全導波路の入光面３８の面積の和がその アレイの基材４の総面積の８０パーセントより大きいことが最も望ましい。 先細の導波路２８の間の間隙領域の屈折率は先細の導波路２８の屈折率より小 さくなければならない。間隙領域用の望ましい材料は屈折率１．００の空気およ び屈折率約１．３０から１．４０の範囲フッ素重合体材料である。最も望ましい 材料は空気である。 図１４に、入光面３８、出光面４０および真直ぐな側壁４２を有する単一の先 細の導波路２８が示されている。若し、この図中の、先細の真直ぐな側壁４２を 両側壁が交差するまで延長すると、テーパー角度４６を形成する。テーパー角度 ４６のの望ましい値は約２度から約１４度の範囲である。テーパー角度４６のよ り望ましい値は約４度から約１２度の範囲である。テーパー角度４６の最も望ま しい値は約６度から約１０度である。 先細の導波路２８の長さ４８は導波路の入光面３８を横切る最小横断距離であ る５０の寸法に依存する。例えば、若し入光面３８が正方形なら、寸法５０は正 方形の一辺の長さである。若し入光面３８が長方形なら、寸法５０はその長方形 の二辺の短い方の寸法のである。寸法５０の具体的な値は変調装置の隣接画素間 の中心間距離に依存して広い範囲で変えることができる。変調装置によって形成 される像の解像性が落ちないようにするために、寸法５０は変調装置の隣接画素 間の中心間距離に等しいか、それより小さくなければならない。例えば、若し変 調装置中の隣接画素間の中心間距離が２００ミクロンなら、寸法５０は一般に約 ５ミクロンから２００ミクロンの範囲であり、より望ましくは約１５ミクロンか ら２００ミクロンであり、最も望ましくは約２５ミクロンから１００ミクロンで ある。 寸法５０が一旦設定されると、長さ４８は寸法５０に対する長さ４８の比によ って特定化される。寸法５０に対する長さ４８の比は、入光面３８に入る光の角 度分布に較べて、出光面から出る光の角度分布が如何に大きく増加することが望 まれるかに依存して広い範囲で変えられる。寸法５０に対する長さ４８の比は、 通常、約０．２５から約２０である。寸法５０に対する長さ４８の比は約１から 約８であることがより望ましく、寸法５０に対する長さ４８の比が約２から約４ であることが最も望ましい。 本発明のさらなる態様が図１５に例示される。画像ディスプレイ装置３６は基 材４、接着促進層６および個々の先細の導波路２８から成る。導波路２８は図１ １に示されたような真直ぐな側壁の代わりに曲がった側壁５２を有する。出光面 ５４の面積と入光面５６の面積の間の望ましい相関性は、真直ぐな側壁の先細の 導波路２８について前に述べた望ましい相関性と同じである。特に、各導波路２ ８の出光面５４の面積は入光面５６の面積の約１から約６０パーセントであるの が望ましい。出光面５４の面積は入光面５６の面積の約３から約４０パーセント であるのがより望ましい。出光面５４の面積は入光面５６の面積の約４から約２ ０パーセントであるのが最も望ましい。 図１６に、先細の導波路２８の間の空隙領域４４が、例えば吸光性の黒い微粒 子状材料５８のような吸光性の材料で充填されている、本発明の推奨される態様 が示されている。空隙領域４４中に吸光性材料を使用することにより、直視ディ スプレイ装置はより大きいコントラストを有し、そして室光が視る人の方に反射 して返ってくるのが少なくなる。空隙領域４４の充填用に、導波路の側壁４２と 接触する黒色材料の面積を最小にするために、連続の黒色材料ではなく吸光性の 粒子５８を用いるのが望ましい。空隙領域４４中に連続の黒色材料を用いると、 導波路２８を透過した光に対する過剰吸光損失が生じる。任意の吸光性材料が吸 光性黒色粒子を製造するのに用いられる。これら材料は黒色であることによって 同定される。 有用な吸光性黒色微粒子材料の例はカーボンランブラック粉末、カーボンブラ ックとトナーの混合物およびカーボンブラックと含ふっ素重合体の混合物である 。先細の光重合した導波路のアレイの出光側で見ると、この吸光性黒色微粒子材 料はそのアレイを無光沢の暗黒色（dark matte black）の外観に見せ、良好な光 透過性を提供し、殆ど反射がない。 一つの態様では、吸光性黒色微粒子材料５８はその中に吸光性黒色微粒子材料 を含む屈折率の小さい重合体を用いることにより、導波路２８の間の空隙領域４ ４に封じ込められている。吸光性黒色微粒子材料の懸濁液若しくはエマルション を作ることが可能である。これらの場合、この黒色粒子用の担体材料はその個々 の先細の導波路の屈折率より低い屈折率を有することが是非望まれる。この屈折 率のより小さい充填材は、この先細の導波路を通して進む光の全内部反射(tir) が起きることを可能にする。さらに望ましくは、その屈折率は推奨される先細の 導波路の屈折率より少くとも０．１単位小さいことが推奨される。その屈折率は 推奨される先細の導波路の屈折率より少くとも０．２若しくはそれ以上小さいこ とが最も望ましい。例えば、デュポン社（DuPont Corporation）から入手できる テフロンＡＦ（Teflon AF：登録商標）のような非晶性テフロンの懸濁液と、溶 媒に懸濁したカーボンランプブラック粉末が先細の導波路のアレイの上に塗布さ れる。次いで、溶媒が蒸発され、そのテフロンは光学的緩衝材として作用する。 他の例では、含フッ素重合体のエマルションと水に懸濁されたカーボンランプブ ラック粉末が用いられる。もう一つの例では、カーボンランプブラック粉末と混 合された屈折率の小さいフッ素化ポリウレタン樹脂が用いられる。この吸光性黒 色微粒子材料混合物は、通常、加熱若しくは赤外線で硬化され、硬化後その表面 がバフ研磨で綺麗にされる。 図１７に、先細の導波路２８の出光面末端の上に保護層６０が付いている本発 明のもう一つの態様が示されている。保護層６０は導波路２８の出光面の機械的 損傷を防ぎ、吸光性微粒子材料５８を導波路２８の間隙領域４４に封じ込めるの にも役立つ。保護層６０は押出し成形された若しくはラミネートされたオーバー コートである。保護層は吸光性黒色微粒子材料５８で間隙領域４４を充填する前 に導波路２８の出光面に塗布されることもある。保護層６０は、例えば基材４を 作るのに用いられる材料のような透明なバッキング材６２と、場合によっては、 そして望ましくは、画像ディスプレイ装置３６の表面から、周囲光のスペクトル 反射を減らす、フッ化マグネシウムのような材料からつくられている反射防止膜 （anti-reflective film）６４から成る。反射防止塗料は先細の導波路２８の出 光端と間隙領域４４の上で直接蒸発させることもできる。有用な反射防止塗料の 例は、本出願と共通に譲渡された米国特許第４，０５１，７６９；５，１１８， ５７９；５，１３９，８７９；および５，１７８，９５５；号明細書［発明者： アーロニ（Aharoni）等］に教示されている含フッ素重合体である。 図１８に、発散レンズ６８のアレイを含む保護層６６を用いる、本発明の一つ の態様が例示されている。個々のレンズ６８は基材７０の上に形成され、そして 先細の導波路２８の出光端と心合せされている。レンズ６８はオーバーコート層 ７２より屈折率の小さい材料から成る。発散レンズ６８のアレイと画像ディスプ レイ装置３６を組合せることの利点は、視角が広がるであろうことである。 本発明の方法で製造される先細の導波路のアレイは、本明細書で引用参照する ものとされる、本出願と共通に譲渡された米国特許出願第８６，４１４号（出願 日：１９９３年、７月１日、）の直視平面パネルディスプレイ装置中の画像ディ スプレイ装置として用いられる。このようなディスプレイ装置は電算機端末、テ レビジョン、航空機コックピット・ディスプレイ、自動車装置パネル、およびテ キスト、グラフィックス或いはビデオ情報を提供する他のデバイスで用いられる 。加えて、本発明の方法で製造される先細の導波路のアレイは道路標識、陰極線 管（CRT）ディスプレイ、デッドフロント・ディスプレイ（dead front displays ）、および平面パネルディバイスの範疇に属しない他のテキスト、グラフィック 若しくはビデオ情報ディスプレイのような他の情報ディスプレイ装置の光学的特 性を変えたり或いは改善するために、または照明装置の輝度若しくは光学的特性 を変えたり或いは改善するために用いられる。 工業用製造方の一つの代替法で、上に説明した光化学的製造法が小規模で先細 の導波路マスターを製造するために用いられる。次いで、この先細の導波路マス ターを用いて、テーパーが逆に付けらえている導波路の金型を作る。そのような テーパー逆に付けらえている導波路の金型を作る方法は、この技術分野の習熟者 には良く知られている。｛例えば、［ミハエル テー．ゲイル（Michael T．Gal e等による、Applied Optics 第３２巻、第１４号、第２５２６頁（１９９３年） の“Continuous-relief Diffractive Optical Elements for Two-dimensional A rray Generation”］を参照されたい｝。通常、この金型はニッケル金属を無電 解析出させることにより作られる。この型からさらに複数の金属の型が製造する ことができる。各逐次金型世代はその前の金型とは逆の断面形状（profile pola rity）を提供する。先細の導波路の製造は、マスター型とは逆の断面形状の金型 に光重合性混合物を充填し、次いでその混合物を放射線に露光することにより行 われる。次いで、得られる構造物は金型から分離され、これは元の先細の導波路 マスターの実質的に正確なレプリカである。この復刻構造物は、支持物なしに（ free standing）作ることもできるし、ガラス若しくはポリエステルフィルムの ような基材の上で、光重合性混合物に基材を乗せ重合前に成形することによって 作ることもできる。金型成形法からのレプリカを使用することの決定は、製造さ れる導波路アレイの正確な寸法、さらに製造規模によって管理される。本発明の 方 法で説明される次の工程は、元の若しくは復刻された先細の導波路アレイに適用 される。 以下の特定の実施例は特に本発明を例示するために提示されるもので、本発明 をこれら実施例に限定するために提示されたと考えるべきではない。 実施例Ｉ 薄いプラスチックフィルム上での先細の導波路のアレイの製造が達成され、こ れはその薄いことと経済性の両面から最も望ましい物であった。光リソグラフィ ー法で作った、中心間の幅が５０ミクロンで４５ミクロン幅の透明な正方形の二 次元格子の付いたマスク（５”×５”×０．０９”）を使用した。正方形の間の ５ミクロン幅のスペースは紫外線および可視光線に対して不透明である。このマ スクの上に数滴のメタノールを塗布し、次いで１００ミクロンの厚みのポリ（エ チレンテレフタレート）（PET）フィルムを押し付けた。このＰＥＴフィルムは 重合する単量体溶液に対して、そのフィルムを反応性で接着性にする超薄膜表面 処理によって調製された。このような表面‐活性化フィルムはこの技術分野の習 熟者には知られているものである。メタノールの表面張力は緩やかだが、しっか りとこのフィルムをマスクに接着させる。このマスクと表面‐活性化ＰＥＴフィ ルムがこのアレイ基材サブアセンブリを構成する。 別の５”×５”×０．２５”の無地のガラス板に感圧接着剤を用いてＰＥＴフ ィルムを張り付けた。これは離型フィルム・サブアセンブリを構成する。この離 型フィルム・サブアセンブリを、ねじ穴（threaded holes）の付いた黒い金属プ ラットフォームの上に、フィルム側を上にして置いた。この離型フィルムの上面 の端の周囲に１ｃｍ×３ｃｍ×２００ミクロン（厚み）の金属スペーサを置いた 。大体１ミリリットルの光重合性単量体の溶液をこの離型フィルムの中心に入れ た。この単量体溶液は６２部のエトキシル化ビスフェノールＡジアクリレート、 ３１部のトリメチロールプロパン・トリアクリレート、１部のペンタエリトリト ールテトラビス（３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル‐４‐ヒドロキシフェニル）（イルガ ノックス１０１０）酸化防止剤、２部のα，α‐ジメチルオキシ‐α‐ヒドロキ シ・アセトフェノン（ダロキュア１１７３）光開始剤、２部のベンジジメチル・ ケタール（イルガキュア６５１）光開始剤、および２部の５０％１‐ヒドロキシ シク ロヘキシルフェニルケトンと５０％ベンゾフェノン（イルガキュア５００）光開 始剤から成る。次いで、アレイ基材サブアセンブリを単量体溶液の上にＰＥＴフ ィルム側を下にして置いた。この全組立てアセンブリの上部に５”×５”×０． ２５”の透明なガラス板を置き、金属のクランプとねじを用いてこれら板を一緒 に、十分且つ均等に締め付けて離型フィルムとアレイ基材の間に２００ミクロン の厚みの単量体溶液の層を作らせた。 ここで、この全組立てアセンブリを紫外線／可視光線（UV-vis）露光系の平行 光にするレンズの下に置いた。このＵＶ‐ｖｉｓ系は１００ワット水銀‐キセノ ン・ランプを含み、この組立てアセンブリの５”×５”の全面積に８５ｍＷ／ｃ ｍ²の強さの平行光で一様の全‐スペクトル光を均等に配光した。この試料は０. ７６秒の間照射された。次いで、この組立てアセンブリを解体し、ここで生成し た先細の光導波路のアレイを持つが、未だ素子の間の間隙領域が単量体溶液で覆 われているＰＥＴフィルムをイソプロパノールの浴中にその上面を下にして入れ 、１０分間放置した。イソプロパノールはこの単量体に対しては比較的貧溶媒で あるが、この光導波路素子の反射壁の均等で温和な現像が可能であるという利点 がある。残留単量体を除いた後、この先細の光導波路を窒素気流中で乾燥し、窒 素ガスでパージした密閉容器の中に入れ、ＵＶ‐ｖｉｓ線下でさらに２０秒間強 く硬化した。 この先細の光導波路を電子顕微鏡と光学顕微鏡を用いて評価した。個々の光導 波路は頭部を切り取った正方錐体の形状を有することが観測された。これら素子 の高さは２００ミクロンであった。この光導波路の小さい方の出光面の幅は２０ ミクロンであった。その反射側壁は非常に平滑で、出光面の下１６０ミクロンの 深さのところで一緒につながっている。この導波路の入光面は１００ミクロンの 厚みのＰＥＴアレイ基材の界面に位置しており、そしてこの実施例では、説明し たように、入光面は全部互いに融着しているが、その入光面の幅は５０ミクロン であった。この光導波路のテーパー角は１２度であった。 実施例ＩＩ 上記実施例Ｉを本実施例の出発点とした。その先細の光導波路は吸光材料であ るカーボン・ランプブラックで十分に被覆された。このランプブラック粉末の平 均粒径は光導波路の寸法５０ミクロンより遥かに小さかった。この粉末は柔軟な 装置、ここでは手袋を付けた指を用いて注意して撫でつけて、先細の光導波路の アレイの間隙領域の中に入れられた。過剰分は同じ装置で除去された。この光導 波路は非常に頑丈なので、目に見える損傷を起こすことなくこのランプブラック を広げることができる。この先細の光導波路のアレイの出光面を見ると、ランプ ブラックはこのアレイを無光沢の暗黒色に見えさせる。黒くなって見える表面積 の割合の測定値は８５％であった。 透過率の測定は、ガウス形状分布で、そして全発散角が６度のヘリウム‐ネオ ンレーザビームを先細の光導波路のアレイを通過させることにより測定された。 この光が導波路の入光面側から出光面側に向かって伝搬した場合の透過率は６０ ％であった。 先細の光導波路の別のアレイでさらに実験した。この場合、アレイの半分がラ ンプブラック粉末で充填され、もう半分は黒色の液状エポキシ樹脂で充填された 。エポキシ樹脂が乾燥した後、この二つの試料を比較した。ランプブラックを充 填したアレイの領域は、入光面側から見た場合、非常に透過性に見え、そしてそ のアレイは入光面側から出光面側に６０％の透過を示す。黒色エポキシ樹脂を充 填したアレイの領域は、入光面側側から見た場合、非常に透過性が小さく見え、 そしてそのアレイは入光面側から出光面側に約１５％の透過を示す。これは、先 細の導波路のアレイを通して光をうまく伝搬させるには、吸光性材料の選択が非 常に重要であることを示す。吸光性材料がランプブラック粉末の場合、その粉末 は導波路側壁の表面積のほんの小部分でだけ直接接触し、全内部反射の現象が進 行するのを妨げない。光は導波路の入光端から入り、その導波路の側壁で反射し 、そして出光面を通って出て行くことにより、その導波路を透過する。吸光性材 料が黒色エポキシ樹脂の場合、その屈折率は反射性の側壁と釣り合っており、側 壁を通して光がつながり、その吸光性材料で吸収される。 実施例ＩＩＩ 上記実施例ＩＩを本実施例の出発点とした。ランプブラック粉末を充填した間 隙領域を有する先細の導波路のアレイを、感圧接着剤を付けて調製したＰＥＴフ ィルムの小片で被覆した。この感圧接着剤はこの光導波路の出光面と屈折率の釣 合っ た界面を形成する。この導波路のアレイは依然として上記実施例ＩＩと同様に６ ０パーセントの透過率を示した。かくして、この先細の光導波路のアレイは保護 層でぴつたりと覆われ、その導波路が損傷することなく、また粉末の吸光性材料 を減損することなしに洗浄し、曲げ、そして手で取扱うことができた。 実施例ＩＶ 上記実施例ＩＩを本実施例の出発点とした。ランプブラック粉末を充填した間 隙領域を有する先細の導波路のアレイを、普通認識カードのラミネーションに用 いられる感熱プラスチック・ラミネーションフィルムの小片で被覆した。このラ ミネートフィルムは光導波路の出光面と屈折率の釣り合った界面を形成する。こ の導波路のアレイは依然として上記実施例ＩＩと同様に６０パーセントの透過率 を示した。かくして、この先細の光導波路のアレイは保護層でぴつたりと覆われ 、その導波路が損傷することなく、また粉末の吸光性材料を減損することなしに 洗浄し、曲げ、そして手で取扱うことができた。 実施例Ｖ 上記実施例ＩＶを本実施例の出発点とした。出光面から見た場合、ラミネート 保護フィルムが見ている人の背後からの光を反射して見ている人の眼に返す、連 続の空気‐プラスチック界面を提供する。この実施例は上記実施例Ｉで使用した のと同じ光重合性単量体溶液の層で覆われた。次いで、このアレイと単量体溶液 の上に反射防止膜を有するガラス板を置いた。ＵＶ‐ｖｉｓ線でこの単量体溶液 を硬化した後は、保護用のラミネート・プラスチックフィルム、さらには反射防 止被膜の付いたガラス板を有するこの先細の光導波路のアレイは、非常により黒 く見えるようになった。これは見ている人の眼に到達する反射スプリアス光（re flected spurious light）が減少することに因る。 実施例ＶＩ 上記実施例ＩＶを本実施例の出発点とした。吸光性の黒色材料を有する、保護 被膜を付けた先細の光導波路のアレイを、ガウス形状分布で、全発散角が６度の ヘリウム‐ネオン・レーザビームの前に置いた。このレーザビームは入光面から 出光面に伝搬した。この出光面は、次いで広いパターンに変換されることが拡散 視野スクリーン上で観察された。このパターンを、ビデオフレーム把持計測器（ v ideo frame grabbing instrumentation）と計算機プログラムを用いて解析した 。解析の結果は、この先細の光導波路が光を中心のレーザビームスポットを中心 とする広い出光パターンに変換することを示した。シングルレーザビームを使用 することと導波路の幾何学的形状とによって、この出光パターンは４重対称で強 さが大体等しい８つのスポットを含んでいた。最高スポット強度領域の全角度分 布は４０度であった。この先細の導波路の全出光パターンは、その入ったレーザ ビームの開度は６度に過ぎないのに、出て来る光の強さが約６０度の全角度に亘 って比較的スムースに減少しながら変化することを示した。 ランベルト・デフューザー（lambertian diffuser）は先細の光導波路のアレ イの絶対表示特性を試験するための目標となる。そのレーザビームと同一線上を 伝搬する光の強さを１に標準化した。全角度６０度でこの先細の光導波路のアレ イは理想的なランベルトデフューザーの強さの５０％を提供した。全角度４０度 でこの先細の光導波路のアレイは理想的なランベルトデフューザーの強さの１７ ％を提供した。このランベルトデフューザーは強い散乱の機構で作動し、一つの 面に入射した光の４７％だけを前方に送るに過ぎないことに留意しなければなら ない。 実施例ＶＩＩ 実施例Ｉを本実施例の出発点とした。５部のカーボン・ランプブラック［デグ ッサ社（Degussa Corporation）］、２０部のフルオロリンク‐Ｔ（Fluoro1ink- T）、８０部のフルオロリンク‐Ｂ［オウシモント社（Ausimont Corporation） ］および０．００５部の硬化剤・ジブチルスズジラウレートを混合して黒色充填 混合物を調製した。このフッ素化ポリウレタン混合物はこの光高分子の先細の導 波路の屈折率より約０．２単位小さい屈折率を持つ。次いで、この混合物は柔軟 な装置、ここでは手袋を付けた指を用いて先細の光導波路のアレイの間隙領域の 中に入れられた。過剰分は同じ装置で除去され、そして吸取り紙で綺麗にされた 。この円錐の頭表面はこの黒色混合物が付いていないことが分かった。次いで、 黒色充填混合物を充填した間隙領域を有する先細の光導波路のアレイを５０℃の オーブンの中で２時間硬化した。 この先細の導波路のアレイの出光面を見ると、この黒色充填混合物はこのアレ イを無光沢の暗黒色に見えさせる。黒くなって見える表面積の割合の測定値は８ ５％であった。 透過率の測定は、ガウス形状分布で、全発散角が６度のヘリウム‐ネオンレー ザビームを先細の光導波路のアレイを通過させることにより測定された。この光 がこの導波路の入光面側から出光面側に向かって伝搬した場合の透過率は５７％ であった。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１０月１３日 【補正内容】補正された差し替え用紙第８頁の翻訳文：原翻訳文第７頁１７行〜第８頁２０行 （さらに、約７００・・・ような厚みである。）と差し替える さらに、約７００から約２０００ｎｍの近赤外領域でこの先細の導波路アレイを 使用することを望むならば、その領域でも同様に透明である基材４を使用するこ とが推奨される。基材４の屈折率は約１．４５から約１．６５の範囲である。そ の最も望ましい屈折率は約１．５０から約１．６０の範囲である。基材４は任意 の透明な固体材料から作られる。推奨される材料は市場から入手でき、透明な重 合体材料、ガラスおよび溶融シリカなどである。有用な透明な重合体にはポリエ ステル、ポリアクリレートおよびメタクリレート、ポリスチレンおよびポリカー ボネートが含まれる。これら材料に期待される性質はそのディスプレイ装置の通 常の操作温度における機械的安定性と光学的安定性である。ガラスと較べて、透 明な重合体は構造的屈曲性が追加の利点となり、製品を大きいシートに成形し、 次いで切断し、必要なら積層することができる。基材４用に推奨される材料はガ ラスとポリエチレンテレフタレートのようなポリエステルである。基材４の厚み は広い範囲で変えられる。望ましくは、基材４の厚みは約１ミル（２５ミクロン ）から１０ミル（２５０ミクロン）である。 望ましくは、接着促進層６は光透過性で、その上に生成させられる導波路、特 に、例えば光架橋したアクリレート単量体材料のような重合体から生成される導 波路を基材４に強く接着させる有機材料である。そのような材料はこの技術分野 の習熟者には良く知られており、市場から入手可能で、この明細書では詳細には 説明されない。例えば、若し基材４がガラスで、導波路がアクリレート単量体材 料から作られるなら、適した接着促進層６は、そのガラス表面を３‐（トリメト キシシリル）プロピルメタクリレート、３‐アクリルオキシプロピルトリクロロ シランおよびトリメチルシリルプロピルメタクリレートなどの特定のシラン化合 物と反応させることにより生成せしめられる。若し基材４がポリエチレンテレフ タレート（ＰＥＴ）で、導波路がアクリレート単量体材料から作られるなら、接 着促進層６は、例えばホスタファン（Hostaphan）４５００［ヘキスト‐セラニ ーズ社（Hoechst-Celanese）のような接着処理したＰＥＴフィルムを用いること により提供される。若し基材４がエマルション塗装され、導波路がアクリレート 単量体材料から作られるなら、例えば接着促進層６は３‐アクリルオキシプロピ ルトリクロロシラン［ヒュルス・アメリカ社（Huls America）のＡ０３９６］か ら作られる。接着促進層６の厚みは広い範囲で変えられる。通常、接着促進層６ の厚みは常用の直視平板パネルディスプレイ装置（direct view flat panel dis play devices）のような最終用途に使用されるような厚みである。補正された差し替え用紙第２７頁の翻訳文：原翻訳文第２６頁１０行〜第２７頁 １４行（このマスクの上に・・・１０分間放置した。）と差し替える このマスクの上に数滴のメタノールを塗布し、次いで１００ミクロンの厚みのポ リ（エチレンテレフタレート）（PET）フィルムを押し付けた。このＰＥＴフィ ルムは重合する単量体溶液に対して、そのフィルムを反応性で接着性にする超薄 膜表面処理によって調製された。このような表面‐活性化フィルムはこの技術分 野の習熟者には知られているものである。メタノールの表面張力は緩やかだが、 しっかりとこのフィルムをマスクに接着させる。このマスクと表面‐活性化ＰＥ Ｔフィルムがこのアレイ基材サブアセンブリを構成する。 別の１２．７ｃｍ×１２．７ｃｍ×０．６４ｃｍの無地のガラス板に感圧接着 剤を用いてＰＥＴフィルムを張り付けた。これは離型フィルム・サブアセンブリ を構成する。この離型フィルム・サブアセンブリを、ねじ穴（threaded holes） の付いた黒い金属プラットフォームの上に、フィルム側を上にして置いた。この 離型フィルムの上面の端の周囲に１ｃｍ×３ｃｍ×２００ミクロン（厚み）の金 属スペーサを置いた。大体１ミリリットルの光重合性単量体の溶液をこの離型フ ィルムの中心に入れた。この単量体溶液は６２部のエトキシル化ビスフェノール Ａジアクリレート、３１部のトリメチロールプロパン・トリアクリレート、１部 のペンタエリトリトールテトラビス（３，５‐ジ‐ｔ‐ブチル‐４‐ヒドロキシ フェニル）（イルガノックス１０１０）酸化防止剤、２部のα，α‐ジメチルオ キシ‐α‐ヒドロキシ・アセトフェノン（ダロキュア１１７３）光開始剤、２部 のベンジジメチル・ケタール（イルガキュア６５１）光開始剤、および２部の５ ０％１‐ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンと５０％ベンゾフェノン（イ ルガキュア５００）光開始剤から成る。次いで、アレイ基材サブアセンブリを単 量体溶液の上にＰＥＴフィルム側を下にして置いた。この全組立てアセンブリの 上部に１２．７ｃｍ×１２．７ｃｍ×０．６４ｃｍの透明なガラス板を置き、金 属のクランプとねじを用いてこれら板を一緒に、十分且つ均等に締め付けて離型 フィルムとアレイ基材の間に２００ミクロンの厚みの単量体溶液の層を作らせた 。 ここで、この全組立てアセンブリを紫外線／可視光線（UV-vis）露光系の平行 光にするレンズの下に置いた。このＵＶ‐ｖｉｓ系は１００ワット水銀‐キセノ ン・ランプを含み、この組立てアセンブリの１２．７ｃｍ×１２．７ｃｍの全面 積に８５ｍＷ／ｃｍ²の強さの平行光で一様の全‐スペクトル光を均等に配光し た。この試料は０．７６秒の間照射された。次いで、この組立てアセンブリを解 体し、ここで生成した先細の光導波路のアレイを持つが、未だ素子の間の間隙領 域が単量体溶液で覆われているＰＥＴフィルムをイソプロパノールの浴中にその 上面を下にして入れ、１０分間放置した。補正された差し替え用紙第３３〜３５頁（請求の範囲）の翻訳文：原翻訳文第３ ２〜３４頁と差し替える 請求の範囲 １．少くとも一種の反応性単量体と光開始剤を含んでなる実質的に均一な厚み の光重合性混合物（１８）を基材（２）の上に置き；該基材を、不透明な領域（ １２）と透明な領域（１４）を有するフォトマスク（８）と実質的に接触させて 置き；該光重合性混合物（１８）を、該フォトマスク（８）の透明な領域（１４ ）を通して、実質的に平行な光である放射線（２６）に、該光重合性混合物（１ ８）と該基材（２）を該放射線（２６）に対して実質的に固定された面内に保持 しながら、該光重合性混合物（１８）の露光領域（２８）を重合させるのに十分 な時間露光させ；そして該フォトマスク（８）と、該放射線（２６）によって実 質的に重合されなかった光重合性混合物（１８）を該基材（２）から除去する方 法において、該光開始剤は、該露光中に、該光重合性混合物（１８）の厚み方向 に、実質的に平行な光である放射線の勾配を形成させるのに十分な量で存在し、 それによって先細の導波路（２８）のアレイが生成され、その際 （ｉ）該導波路の各々の細くなった端が該基材（２）から外側に延びており; （ii）該導波路の各々は該基材（２）に接した入光面（３８）と該入光面から 遠位の位置にある出光面（４０）を有し、そして （iii）該導波路の各々の入光面（３８）の面積はその出光面（４０）の面積 より大きい ことを特徴とする上記の方法。 ２．工程（ｂ）の後で、実質的に均一な厚みの光重合性混合物（１８）の上に カバープレート（２０）を置く、請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．先細の光重合された導波路（２８）の間に吸光性材料を塗布する工程（ｅ ）をさらに含む、請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．放射線（２６）が紫外線である、請求の範囲第１項に記載の方法。 ５．単量体がメチルメタクリレート、ｎ‐ブチルアクリレート、２‐エチルヘ キシルアクリレート、イソデシルアクリレート、２‐ヒドロキシエチルアクリレ ート、２‐ヒドロキシプロピルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、１ ，４‐ブタンジオール・ジアクリレート、エトキシル化ビスフェノールＡ・ジア クリレート、ネオペンチルグリコール・ジアクリレート、ジエチレングリコール ・ジアクリレート、ジエチレングリコール・ジメタクリレート、１，６‐ヘキサ ンジオール・ジアクリレート、トリメチロールプロパン・トリアクリレート、ペ ンタエリトリトール・トリアクリレート、ペンタエリトリトール・テトラアクリ レートおよびそれらの混合物より成る群から選ばれる、請求の範囲第１項に記載 の方法。 ６．単量体がエトキシル化ビスフェノールＡ・ジアクリレートとトリメチロー ルプロパン・トリアクリレートとの混合物である、請求の範囲第１項に記載の方 法。 ７．光開始剤がベンジジメチル・ケタール；α、α‐ジエチルオキシ・アセト フェノン；α、α‐ジメチルオキシ‐α‐ヒドロキシアセトフェノン；５０％の １‐ヒドロキシシクロヘキシル‐フェニルケトンと５０％のベンゾフェノン；１ −ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン；１‐［４‐（２‐ヒドロキシ エトキシ）フェニル］‐２‐ヒドロキシ‐２‐メチル‐プロパン‐１‐オン；２ ‐メチル‐１‐［４‐（メチルチオ）フェニル］‐２‐モルホリノ‐プロパン‐ １‐オン；および２‐ベンジル‐２‐ジメチルアミノ‐１‐（４‐モルホリノフ ェニル）‐ブタン‐１‐オンより成る群から選ばれる、請求の範囲第１項に記載 の方法。 ８．光開始剤がベンジジメチル・ケタール；α、α‐ジメチルオキシ‐α‐ヒ ドロキシアセトフェノン；５０％の１‐ヒドロキシシクロヘキシル‐フェニルケ トンと５０％のベンゾフェノン；１‐ヒドロキシ‐シクロヘキシル‐フェニルケ トン；および１‐［４‐（２‐ヒドロキシエトキシ）フェニル］‐２‐ヒドロキ シ‐２‐メチル‐プロパン‐１‐オンより成る群から選ばれる、請求の範囲第１ 項に記載の方法。 ９．光開始剤が光重合性混合物の総重量を基に約０．５から約１２重量パーセ ントの量で存在する、請求の範囲第１項に記載の方法。 １０．光開始剤が光重合性混合物の総重量を基に約０．５から約８重量パーセ ントの量で存在する、請求の範囲第１項に記載の方法。 １１．光重合性混合物（１８）がフォトマスク（８）の上に直接置かれ、基材 （２）が使用されない、請求の範囲第１項に記載の方法。 １２．先細の光重合された導波路（２８）のアレイからフォトマスク（８）を 除かない、請求の範囲第１１項に記載の方法。 【手続補正書】 【提出日】１９９６年５月８日 【補正内容】 請求の範囲 １．少くとも一種の反応性単量体と光開始剤を含んでなる実質的に均一な厚み の光重合性混合物（１８）を基材（２）の上に置き；該基材を、不透明な領域（ １２）と透明な領域（１４）を有するフォトマスク（８）と実質的に接触させて 置き；該光重合性混合物（１８）を、該フォトマスク（８）の透明な領域（１４ ）を通して、実質的に平行な光である放射線（２６）に、該光重合性混合物（１ ８）と該基材（２）を該放射線（２６）に対して実質的に固定された面内に保持 しながら、該光重合性混合物（１８）の露光領域（２８）を重合させるのに十分 な時間露光させ；そして該フォトマスク（８）と、該放射線（２６）によって実 質的に重合されなかった光重合性混合物（１８）を該基材（２）から除去する方 法において、該光開始剤は、該露光中に、該光重合性混合物（１８）の厚み方向 に、実質的に平行な光である放射線の勾配を形成させるのに十分な量で存在し、 それによって先細の導波路（２８）のアレイが生成され、その際 （ｉ）該導波路の各々の細くなった端が該基材（２）から外側に延びており; （ii）該導波路の各々は該基材（２）に接した入光面（３８）と該入光面から 遠位の位置にある出光面（４０）を有し、そして （iii）該導波路の各々の入光面（３８）の面積はその出光面（４０）の面積 より大きい ことを特徴とする上記の方法。 ２．先細の光重合された導波路（２８）の間に吸光性材料を塗布する工程（ｅ ）をさらに含む、請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．光重合性混合物（１８）がフォトマスク（８）の上に直接置かれ、基材（ ２）が使用されない、請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．先細の光重合された導波路（２８）のアレイからフォトマスク（８）を除 かない、請求の範囲第３項に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ファーム，ポール・マイケル アメリカ合衆国ニュージャージー州07960, モーリスタウン，サウス・ストリート 320，アパートメント ３エイチ (72)発明者 マクファーランド，マイケル・ジェームズ アメリカ合衆国ニュージャージー州07882, ワシントン，ムスコネトコング・リバー 148 【要約の続き】 基材に接した入光面とその入光面から遠位に出光面を有 し、そして（ｉｉｉ）その導波路の各々の入光面の面積 はその出光面の面積より大きい。工程（ｄ）で、フォト マスクと、工程（ｃ）中に、実質的に平行な光である放 射線によって実質的に重合されなかった光重合性混合物 が基材から除去される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．次の： （ａ）不透明な領域と透明な領域を有するフォトマスクを基材に実質的に接触 させて置き； （ｂ）該基材上に実質的に均一な厚みの光重合性混合物を置き、ここで該基材 は該光重合性混合物と該フォトマスクの間に位置し、ここで （ｉ）該光重合性混合物は少くとも一種の反応性単量体と光開始剤を含ん でなり、そして （ii）該光開始剤は、次の工程（ｃ）中に、該光重合性混合物の厚み方向 に、実質的に平行な光である放射線の勾配を形成させるのに十分なな量で存在し ； （ｃ）該光重合性混合物と該基材は、実質的に平行な光である該放射線に対し て実質的に固定された面内に保持され、その間に該光重合性混合物は、該フォト マスクの透明な領域を通して、実質的に平行な光である該放射線に先細の光重合 導波路のアレイを生成するのに十分な時間露光され、その際 （ｉ）該導波路の各々の細くなった端が該基材から外側に延びており； （ii）該導波路の各々は該基材に接した入光面と該入光面から遠位の位置 にある出光面を有し、そして （iii）該導波路の各々の入光面の面積はその出光面の面積より大きく； そして （ｄ）該フォトマスクと、工程（ｃ）中に、実質的に平行な光である該放射線 によって実質的に重合されなかった光重合性混合物を該基材から除去する、 工程を含んでなる方法。 ２．工程（ｂ）の後で、実質的に均一な厚みの光重合性混合物の上にカバープ レートを置く、請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．先細の光重合された導波路のアレイの上に吸光性材料を塗布する工程（ｅ ）をさらに含む、請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．放射線が紫外線である、請求の範囲第１項に記載の方法。 ５．単量体がメチルメタクリレート、ｎ‐ブチルアクリレート、２‐エチルヘ キシルアクリレート、イソデシルアクリレート、２‐ヒドロキシエチルアクリレ ート、２‐ヒドロキシプロピルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、１ ，４‐ブタンジオール・ジアクリレート、エトキシル化ビスフェノールＡ・ジア クリレート、ネオペンチルグリコール・ジアクリレート、ジエチレングリコール ・ジアクリレート、ジエチレングリコール・ジメタクリレート、１，６‐ヘキサ ンジオール・ジアクリレート、トリメチロールプロパン・トリアクリレート、ペ ンタエリトリトール・トリアクリレート、ペンタエリトリトール・テトラアクリ レートおよびそれらの混合物より成る群から選ばれる、請求の範囲第１項に記載 の方法。 ６．単量体がエトキシル化ビスフェノールＡ・ジアクリレートとトリメチロー ルプロパン・トリアクリレートとの混合物である、請求の範囲第１項に記載の方 法。 ７．光開始剤がベンジジメチル・ケタール；α、α‐ジエチルオキシ・アセト フェノン；α、α‐ジメチルオキシ‐α‐ヒドロキシアセトフェノン；５０％の １‐ヒドロキシシクロヘキシル‐フェニルケトンと５０％のベンゾフェノン；１ −ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン；１‐［４‐（２‐ヒドロキシ エトキシ）フェニル］‐２‐ヒドロキシ‐２‐メチル‐プロパン‐１‐オン；２ ‐メチル‐１‐［４‐（メチルチオ）フェニル］‐２‐モルホリノ‐プロパン‐ １‐オン；および２‐ベンジル‐２‐ジメチルアミノ‐１‐（４‐モルホリノフ ェニル）‐ブタン‐１‐オンより成る群から選ばれる、請求の範囲第１項に記載 の方法。 ８．光開始剤がベンジジメチル・ケタール；α、α‐ジメチルオキシ‐α‐ヒ ドロキシアセトフェノン；５０％の１‐ヒドロキシシクロヘキシル‐フェニルケ トンと５０％のベンゾフェノン；１‐ヒドロキシ‐シクロヘキシル‐フェニルケ トン；および１‐［４‐（２‐ヒドロキシエトキシ）フェニル］‐２‐ヒドロキ シ‐２‐メチル‐プロパン‐１‐オンより成る群から選ばれる、請求の範囲第１ 項に記載の方法。 ９．光開始剤が光重合性混合物の総重量を基に約０．５から約１２重量パーセ ントの量で存在する、請求の範囲第１項に記載の方法。 １０．光開始剤が光重合性混合物の総重量を基に約０．５から約８重量パーセ ントの量で存在する、請求の範囲第１項に記載の方法。