CN101952746B - 光学元件 - Google Patents

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Abstract

一种光学元件，设置有：基体；主结构，即凸部或凹部，以及副结构，主结构和副结构形成在所述基体表面上。主结构在基体表面上形成多行轨道，并且以等于或小于可见光波长的微细间距被周期性重复设置。副结构小于主结构，并且被设置在主结构之间、主结构的排列的空隙中或者主结构的表面上。

Description

光学元件
技术领域
本发明涉及一种光学元件。更具体而言，本发明涉及一种由凸部或凹部形成的多个结构以等于或小于可见光波长的微细间距(pitch)布置在其表面上的光学元件。
背景技术
传统上，已知包括由玻璃、塑料等构成的光透射性基板的光学元件，为了抑制光的表面反射，对该光学元件进行表面处理。作为这样的表面处理，已知一种方法，其中，在光学元件的表面上形成微细且致密的凸凹部(蛾眼)(例如，参照“OPTICAL ANDELECTRO-OPTICAL ENGINEERING CONTACT”，Vol.43，No.11(2005)，630-637)。
通常，在光学元件的表面上设置周期性凸凹形状的情况下，当光穿过表面时，发生衍射，从而透射光的直行光成分(lightcomponent)的量被显著降低。然而，在凸凹形状的间距比透射光的波长更短的情况下，并不发生衍射，并且对相应于凸凹形状的间距、深度等的单波长光可以获得有效的抗反射效果。
作为使用电子束曝光制造的蛾眼结构，微细帐篷形状的蛾眼结构(间距：约300nm，深度：约400nm)(例如，参照NTT AdvancedTechnology Corporation，“Master mold for forming anti-reflective(moth-eye)structure having no wavelength dependency”，[online]，[searched on February27，2008]，Internet<http://keytech.ntt-at.co.jp/nano/prd_0033.html>)。例如，蛾眼结构被认为如下制造。
首先，通过在Si基板上的光致抗蚀剂上的电子束记录来形成凸/凹图案，并且使用凸/凹光致抗蚀剂图案作为掩模来蚀刻Si基板。因此，在基板的表面上形成帐篷状的微细子波长结构(间距：约300nm，深度：约400nm)。由此制造了Si母版模型(主模，master mold)(参照图1A)。以四方晶格图案或六方晶格图案的方式布置微细结构。
由此制造的Si母版模型对具有宽波长范围的光可以具有抗反射效果。具体地，如图1B所示，当以六方晶格图案设置帐篷状的微细子波长结构时，可以在可见光区获得高的抗反射效果(反射率：1％以下)(参照图2)。在图2中，符号l1和l2分别表示Si母版模型的平坦部的反射率和图案化部的反射率。
接着，生产所得到的Si母版模型的镀Ni压模(Ni-platedstamper)(参照图3)。如图4所示，在压模的表面上形成与Si母版模型的凸/凹图案相反的凸/凹图案。接着，使用压模，将凸/凹图案转印至透明的聚碳酸酯树脂。从而，获得了期望的光学元件(复制基板)。该光学元件也可以具有高的抗反射效果(反射率：1％以下)(参照图5)。在图5中，符号l3和l4分别表示在没有图案的情况下的反射率和在存在图案的情况下的反射率。
然而，电子束曝光具有的缺点在于需要很长的操作时间，并且不适合于工业生产。通过电子束记录形成凸/凹图案和可以被曝光的面积取决于电子束的电流量和抗蚀剂所需的剂量。例如，在每平方厘米需要几十微库伦剂量的抗蚀剂(诸如杯芳烃)上使用在绘制最微细图案中使用的100pA的光束来执行绘图的情况下，即使进行曝光24小时，也不能填充具有200μm边长的正方形。此外，需要25天以上来曝光1mm×1mm的正方形，并且曝光被认为限于具有几百微米以下尺寸的微型器件。
同时，在使用基本上没有增加的2nA的光束在可以以约100μC/cm2以下被曝光的化学增幅型抗蚀剂(诸如SAL601或NEB-22)上进行绘图的情况下，可以在1小时以下绘制2mm×2mm的正方形。应当注意到，所需的剂量根据基板/显影条件等变化。通常，高剂量适合于高分辨率。
然而，即使在这样的生产方法中，也需要相当多天数来曝光很小的显示尺寸，因此，具有效率很低的缺点。例如，需要50.8×38.1/(2×2)＝483.9小时(约20天)来曝光目前通常使用的具有小型显示屏的移动电话(2.5英寸；50.8mm×38.1mm)的面积。
Super-RENS技术团队(先进工业科学和技术国家研究所(theNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology)(在下文中，称作“AIST”)的近场光学研究应用中心)已经在基于热平版印刷技术(其结合了使用半导体激光(波长：406nm)的可见光激光平版印刷方法和热非线性材料)开发纳米制造装置方面获得了成功(例如，参照先进工业科学和技术国家研究所，“Developmentof a Desktop Apparatus Enabling Nanometer-scale Microfabrication”，[online]，[searched on February27，2008]，Internet<http://aist.go.jp/aist_i/press_release/pr2006/pr20060306/pr20060306.html>)。
已经开发了在具有12cm直径的光盘基板上的高速记录的技术。利用光盘的高速/低成本/大面积制造技术的特性，AIST和Pulstec Industrial Co.，ltd.已经联合致力于具有纳米尺度微细结构(蛾眼低反射结构)的光学元件的开发以及装置的开发，其中光学元件可以在高速下以较大面积制造，并且可以降低成本。
将可见光激光平版印刷方法及热非线性材料结合的热平版印刷技术是一种利用在光斑处产生的温度分布的方法。当用光照射物质时，如果物质具有吸光性能，则光能被转换成热。通过透镜聚焦在基板上的光具有高斯光强度分布，并且由于通过物质进行的光吸收所生成的热分布具有类似的温度分布特征(profile)。
因此，通过使用由于光吸收所生成的热量而快速变化的材料作为光吸收材料，可以实现等于或小于光斑的直径尺寸的微细平版印刷。在该方法中，当由于热化学反应或物质的热扩散而在光致抗蚀剂的微小区域中引起物质体积的变化以进行平版印刷时，很难制造具有100nm以下的分辨率和很高的纵横比的结构，并且也很难实现再现性。在这些情况下，已经重新研究了新的材料和加工技术，并且已经开发了可以以高纵横比可靠地再生产100nm以下的结构的热平版印刷技术。从而，已经完成了桌面纳米尺度微型制造装置。
纳米尺度微型制造装置包括旋转台、单轴台以及自动聚焦单元，其能够实现纳米尺度高速平版印刷。此外，波长为405nm的半导体激光被用作用于绘图的激光束，并且在用于聚焦光线的光学系统中使用具有0.85的数值孔径(NA)的物镜，从而实现非常紧凑的装置。
图6示出了通过具有上述构成的装置形成的纳米点图案。在以6m/s(2,600～3,600rpm)的速率旋转的同时，通过照射蓝色脉冲激光以进行绘图来获得图6中所示的结果。通过以60MHz的脉冲频率驱动激光束，装置可以以6百万点/s的速率来形成等于或小于光束斑点尺寸的六分之一的50nm的点图案。普通电子束平版印刷装置等的绘图速率为约0.2m/s，因此，上述装置可以以高于普通装置30倍的速度形成纳米尺度的微细结构。此外，通过将该技术与在半导体工艺中所使用的干蚀刻方法组合，可以在具有光盘尺寸(直径：12cm)的基板的整个表面上形成直径为100nm并且深度为500nm以上的纳米孔结构。以这种方式，使用上述装置，可以在很大面积上以高速和低成本来制造具有纳米尺度微细图案的用于纳米压印的模型(mold)。
此外，图7示出了这样的一个实例，其中，制造包括直径为12cm的SiO2光盘基板的具有抗反射功能的微细结构，以减小光反射率。虽然可以以高速/大面积/低成本来制造抗反射纳米结构，但是反射率接近2％，因此，这种结构不是非反射结构，而是低反射结构。
人们认为产生低反射结构的原因是纳米孔的密度(孔径比)很低(50％以下)，并且除了纳米孔之外的平面处的菲涅耳反射很高。相反，如图1A和图1B所示，当以最紧密堆积、六方晶格图案的方式形成帐篷状纳米结构时，可以实现非反射效果。
发明内容
技术问题
如上所述，通过电子束记录进行的凸/凹部图案的形成和曝光面积取决于电子束的电流量和抗蚀剂所需的剂量。然而，即使当对化学增幅型抗蚀剂(其可以在约100μC/cm2以下通过2nA的光束进行曝光)进行曝光时，也需要约20天的长时间来曝光2.5英寸的面积。即，在电子束曝光过程中，需要相当大量的天数来曝光甚至很小的显示尺寸，因此具有效率低的缺点。此外，即使在很长的时间内制造的抗反射装置中，如果该装置具有传统形状的结构，则存在抗反射性能的限制。
此外，关于基于热平版印刷技术的纳米尺度微细结构光学元件(蛾眼低反射结构)的开发，热平版印刷技术结合了使用半导体激光(波长：406nm)的可见光激光平版印刷法和热非线性材料，该技术利用光盘的高速/低成本/大面积制造技术的特性，使得能在高速下以大面积来制造光学元件，并且该技术能够降低成本，但其缺点是反射率接近于2％，因此，这种结构不是非反射结构，而是低反射结构。
此外，通过使格式发生器与旋转&平移控制器同步来生成信号并以CAV和适当的导孔间距(feed pitch)进行图案化，使得二维图案空间上彼此连接，可以形成完整的六方晶格。然而，晶格常数如下改变：内周长为340nm，中间周长为400nm，并且外周长为460nm。因此，在中间周长和外周长处，由于很大的晶格常数(晶格间距)，所以可见光被衍射，并且不能获得蛾眼抗反射效果，这是其缺点。
因此，本发明的一个目的是提供一种具有高生产率和优异的抗反射特性的光学元件。
技术方案
为了克服上述问题，本发明提供了一种光学元件，包括：基体；以及设置在基体表面上的主结构(primary structure)和副结构(second structure)，主结构和副结构中的每一个为凸部或凹部，其中，主结构构成基体表面上的多行轨道，并且以等于或小于可见光波长的微细间距周期性地重复排列；并且副结构的尺寸小于主结构。
在这样的情况下，优选地，主结构通过微细突出(凸起)形状的副结构而彼此连接。此处，优选地，主结构以六方晶格图案或准六方晶格图案、或者以四方晶格图案或准四方晶格图案排列，并且在晶格排列中，主结构的相邻部分通过副结构而彼此连接。
此外，优选地，副结构具有比主结构的排列周期更高的空间频率成分。在这种情况下，副结构的频率成分(频率分量)优选为主结构的频率成分的两倍以上，更优选为四倍以上。此外，在这样的情况下，优选地，副结构的频率成分被选择成使得不为主结构的频率的整数倍。在排列副结构中，当在主结构之间产生空隙时，副结构优选被形成为使得填充该空隙。此外，可以在主结构的表面上设置副结构。在这样的情况下，优选地，副结构具有约10nm～150nm的深度。
此外，优选地，使用具有比基体和主结构更低折射率的材料来形成副结构。在这种情况下，优选地，在主结构之间的空隙中或在主结构的表面上形成副结构。
在本发明中，优选地，以四方晶格图案或以准四方晶格图案来周期性排列主结构。此处，术语“四方晶格”是指规则的四方晶格。术语“准四方晶格”是指与规则四方晶格不同的被扭曲的规则四方晶格。
例如，在线性排列主结构的情况下，术语“准四方晶格”是指通过沿线性排列方向(轨道方向)拉伸和扭曲规则的四方晶格而获得的四方晶格。在以弧形排列主结构的情况下，术语“准四方晶格”是指通过以弧形形状扭曲规则的四方晶格而获得的四方晶格，或者是指通过沿线性排列方向(轨道方向)拉伸和扭曲规则的四方晶格并以弧形形状扭曲它而获得的四方晶格。
在本发明中，优选地，以六方晶格图案或以准六方晶格图案来周期性排列主结构。此处，术语“六方晶格”是指规则的六方晶格。术语“准六方晶格”是指与规则的六方晶格不同的被扭曲的规则六方晶格。
例如，在线性排列主结构的情况下，术语“准六方晶格”是指通过沿线性排列方向(轨道方向)拉伸和扭曲规则的六方晶格而获得的六方晶格。在以弧形形状排列主结构的情况下，术语“准六方晶格”是指通过以弧形形状扭曲规则的六方晶格而获得的六方晶格，或者是指通过沿线性排列方向(轨道方向)拉伸和扭曲规则的六方晶格并以弧形形状扭曲它而获得的六方晶格。
在本发明中，每个主结构的底面优选为椭圆形状或圆形形状。此处，术语“椭圆”不仅包括数学上定义的完美椭圆，而且还包括轻微扭曲的椭圆(诸如长椭圆形(oblong)和卵形)。术语“圆形”不仅包括数学上定义的完美圆形(真圆)，而且还包括轻微扭曲的圆形。
在本发明中，术语“6次对称方位(orientations of 6-foldsymmetry)”是指60°×n(其中，n为1～6的整数)的方位。此外，术语“基本上6次对称方位”是指(60°×n)±δ(其中，n为1～6的整数；并且0°＜δ≤11°，优选为3°≤δ≤6°)的方位。
在本发明中，术语“4次对称方位”是指90°×n(其中，n为1～4的整数)的方位。此外，术语“基本上4次对称方位”是指(90°×n)°±δ(其中，n为1～4的整数；并且0°＜δ≤11°)的方位。
在本发明中，主结构被排列在基体的表面上，使得主结构构成多行轨道，并且以等于或小于可见光波长的微细间距被周期性重复，并且尺寸小于主结构的副结构被设置在基体的表面上。因此，可以获得与传统的光学元件相比具有高抗反射特性的光学元件。
有益效果
如上所述，根据本发明，可以实现具有高生产率和优异的抗反射特性的光学元件。
附图说明
图1A和图1B是每个示出了传统的Si母版模型的结构的照片。
图2是示出了传统的Si母版模型的反射率的波长依赖性的曲线图。
图3是示出了传统的Si母版模型的镀Ni压模的结构的示意图。
图4是示出了图3所示的镀Ni压模的放大图的照片。
图5是示出了传统的光学元件的反射率的波长依赖性的曲线图。
图6是示出了使用传统装置所形成的纳米点图案的照片。
图7是示出了制造包括具有直径为12cm的SiO2光盘基板的、具有抗反射功能的微细基板以降低光反射率的一个实例的曲线图。
图8A是示出了根据本发明的第一实施方式的光学元件的结构实例的示意性平面图；图8B是图8A所示的光学元件的部分放大平面图；图8C是沿图8B所示的轨道T1、T3、...所截取的截面图；以及图8D是沿图8B所示的轨道T2、T4、...所截取的截面图。
图9是示出了图8A所示的光学元件的部分放大透视图。
图10A和图10B是每个示出了主结构的排列实例的示意图。
图11A是示出了滚动母版(roll master)的结构实例的透视图；并且图11B是示出了图11A所示的滚动母版的部分放大平面图。
图12是示出了曝光装置的结构实例的示意图。
图13A～图13C是示出了用于制造根据本发明的第一实施方式的光学元件的方法实例的过程的示图。
图14A～图14C是示出了用于制造根据本发明的第一实施方式的光学元件的方法实例的过程的示图。
图15A是示出了根据本发明的第二实施方式的光学元件的结构实例的示意性平面图；图15B是示出了图15A所示的光学元件的部分放大平面图；图15C是示出了沿图15B所示的轨道T1、T3、...所截取的截面图；以及图15D是示出了沿图15B所示的轨道T2、T4、...所截取的截面图。
图16A是示出了光盘母版的结构实例的透视图；并且图16B是示出了图16A所示的光盘母版的部分放大平面图。
图17是示出了曝光装置的结构实例的示意图。
图18A是示出了根据本发明的第三实施方式的光学元件的结构实例的示意性平面图；图18B是示出了图18A所示的光学元件的部分放大平面图；图18C是沿图18B所示的轨道T1、T3、...所截取的截面图；以及图18D是沿图18B所示的轨道T2、T4、...所截取的截面图。
图19A是示出了根据本发明的第四实施方式的光学元件的结构实例的示意性平面图；图19B是图19A所示的光学元件的部分放大平面图；图19C是沿图19B所示的轨道T1、T3、...所截取的截面图；以及图19D是沿图19B所示的轨道T2、T4、...所截取的截面图。
图20A是示出了根据本发明的第五实施方式的光学元件的结构实例的示意性平面图；图20B是图20A所示的光学元件的部分放大平面图；图20C是沿图20B所示的轨道T1、T3、...所截取的截面图；以及图20D是沿图20B所示的轨道T2、T4、...所截取的截面图。
图21是实施例1的光学元件的SEM照片。
图22是示出了实施例3的光学元件的反射特性的曲线图。
图23是实施例2的光学元件的SEM照片。
图24A和图24B是实施例4的光学元件的SEM照片。
图25是实施例5的光学元件的SEM照片。
图26A是实施例5的光学元件的AFM图像；并且图26B示出了图26A所示的AFM图像的截面分布。
图27是示出了试验例1的模拟结果的曲线图。
图28是示出了试验例2的模拟结果的曲线图。
图29是示出了试验例3的模拟结果的曲线图。
图30是示出了试验例4的模拟结果的曲线图。
图31是示出了试验例5的模拟结果的曲线图。
具体实施方式
下面，将参照附图描述本发明的实施方式。应当注意，在下面的实施方式中，在所有附图中，将通过相同的参考数字来表示相同或相应的部分。
(1)第一实施方式
(1-1)光学元件的结构
图8A是示出了根据本发明的第一实施方式的光学元件的结构实例的示意性平面图。图8B是图8A所示的光学元件的部分放大平面图。图8C是沿图8B所示的轨道T1、T3、...所截取的截面图。图8D是沿图8B所示的轨道T2、T4、...所截取的截面图。
光学元件1适用于诸如显示器、光电装置、光通信装置(光纤)、太阳能电池和照明装置的各种光学装置。例如，光学元件1可以用于适合于防止具有可见光波长范围的光的反射的抗反射基板和导光板。此外，光学元件1可以用于具有根据入射光的入射角的透射率的滤光器和包括该滤光器的背光系统。
光学元件1包括基体2以及设置在基体2的表面上的作为凸部的主结构3和副结构4。光学元件1具有防止沿图8的Z方向穿过基体2的光从主结构3与它们周围的空气之间的界面反射的功能。此处，术语“等于或小于可见光的波长”是指约400nm以下的波长。
下面，将以所述顺序来描述构成光学元件1的基体2、主结构3以及副结构4。
(基体)
基体2是具有透明性的透明基体。例如，基体2主要由诸如聚碳酸酯(PC)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的透明合成树脂或玻璃构成，但是用于基体2的材料并不特别限制于此。例如，基体2可以为膜、片、板或块的形状，但是基体2的形状并不特别限定于此。优选地，基体2的形状根据需要预定的抗反射功能的诸如显示器、光电装置、光通信装置、太阳能电池和照明装置的各种光学装置中的每一个的主体或根据附接至每个光学装置的片或膜状的抗反射部件的形状来适当地选择。
(主结构)
优选地，每个主结构3具有椭圆锥形的圆锥结构，其中，底面以具有长轴和短轴的椭圆形、长椭圆形或卵形形状，并且顶部具有曲面；或者具有截顶的椭圆锥形状的圆锥结构，其中，底面以具有长轴和短轴的椭圆形、长椭圆形或卵形形状，并且顶部具有平坦面。当采用这样的形状时，优选地，在基体的表面上设置主结构3，使得主结构3的底面的长轴朝向轨道延伸方向(X方向)。在本说明书中，可能存在轨道延伸方向被适当地称作“轨道方向”的情况。
例如，作为凸部的许多主结构3以基本上等于可见光波长的间距被周期性排列在基体2的表面上。光学元件1的主结构3被排列在基体2的表面上，使得构成多行轨道T1、T2、T3、...(在下文中，也可以被统称作“轨道T”)。此处，术语“轨道”是指主结构3被线性排列在行中的部分。此外，术语“列方向”是指在基体2的成形表面上与轨道延伸方向(X方向)正交的方向(Y方向)。
在本说明书中，排列间距P1、排列间距P2和排列间距P3具有如下含义：
排列间距P1：沿轨道延伸方向(X方向)排列的主结构3的排列间距
排列间距P2：沿关于轨道延伸方向的±θ方向排列的主结构3的排列间距
排列间距P3：轨道的排列间距
在两个邻近轨道T中，在一个轨道上排列的主结构3从另一个轨道上排列的主结构3偏移半个间距。具体地，在两个邻近轨道T中，在一个轨道(例如，T1)上排列的主结构3之间的中间位置处(在偏移了半个间距的位置处)，设置其它轨道(例如，T2)上的主结构3。结果，如图8B所示，在三个邻近行的轨道(T1～T3)中，主结构3被排列成使得形成具有被定位在点a1～a7的主结构3的中心的六方晶格图案或准六方晶格图案。术语“准六方晶格图案”指的是与规则的六方晶格图案不同的沿轨道延伸方向(X方向)被拉伸和扭曲的六方晶格图案。
当排列主结构3使得形成准六方晶格图案时，如图8B所示，在相同轨道(例如，T1)上的主结构3的排列间距P1(a1与a2之间的距离)比两个邻近轨道(例如，T1和T2)之间的主结构3的排列间距，即，在关于轨道延伸方向的θ方向上的主结构3的排列间距P2(例如，a1与a7或a2与a7之间的距离))更长。通过以这样的方式排列主结构3，可以进一步改善主结构3的堆积密度。
主结构3的高度(深度)没有特别限制，并且根据待透射的光的波长范围适当设定，例如在约236～450nm的范围内。主结构3的纵横比(高度H/排列间距P)优选被设定在0.81～1.46的范围内，并且更优选在0.94～1.28的范围内。其原因为，如果纵横比小于0.81，则反射特性和透射特性倾向于降低；并且如果纵横比超过1.46，则在光学元件1的制造过程中，剥离性能被降低，并且倾向于很难适当地去除所复制的复制品。
此外，从进一步改善反射特性的观点来看，主结构3的纵横比优选被设定在0.94～1.46的范围内。此外，从进一步改善透射特性的观点来看，主结构3的纵横比优选被设定在0.81～1.28的范围内。
在本发明中，通过下面的表达式(1)来定义纵横比：
纵横比＝H/P       ...(1)
其中，H为主结构3的高度，并且P为平均排列间距(平均周期)，通过下面的表达式(2)来定义平均排列间距P：
平均排列间距P＝(P1+P2+P2)/3   ...(2)
其中，P1为轨道延伸方向上的排列间距(轨道延伸方向上的周期)，并且P2为在关于轨道延伸方向的±θ方向(其中，θ＝60°-δ，其中优选0°＜δ≤11°，并且更优选3°≤δ≤6°)上的排列间距。
此外，主结构3的高度H被定义为主结构3的列方向上的高度。主结构3的轨道延伸方向上的高度小于列方向上的高度。此外，除了位于主结构3之间的部分或位于主结构3的轨道延伸方向上的部分之外的部分的高度基本上与列方向上的高度相同。因此，由列方向上的高度来表示主结构3的高度。然而，在主结构3为凹部的情况下，表达式(1)中的主结构3的高度H被认为是主结构3的深度H。
主结构3的形状并不限制于附图中所示的凸部，并且主结构3可以是设置在基体2的表面中的凹部。主结构3的高度没有特别限制，并且例如为约420nm，更具体地为236～450nm。当主结构3具有凹部形状时，主结构3的深度被认为代替高度。
在这样的主结构3中，考虑到抗反射功能，优选地，折射率在深度(z)方向上平滑变化。例如，在包括抛物线曲面的椭圆锥或截顶椭圆锥形状中，折射率在深度方向上随着z线性改变，并且折射率可以平滑变化。此外，在这样的情况下，由于主结构3的顶部形状不尖锐，所以可以获得足以实际使用的耐久性。在具有圆锥形状或四角棱锥形状的主结构3中，折射率与深度方向上z的平方成比例变化。在这样的情况下，由于主结构3的顶部形状很尖锐，所以耐久性被劣化，并且长波长侧上的反射率被劣化。因此，其中n(z)在抛物线曲面的情况下的变化与在圆锥曲面的情况下的变化之间的中间水平处变化的折射率分布是优选的。在包括具有椭圆锥或截顶椭圆锥形状的主结构并设置有副结构4的光学元件中，由于可以获得这样的平缓的折射率分布，所以可以实现满意的耐久性，并且可以获得优异的抗反射特性。
在图8中，主结构3具有相同的形状。然而，主结构3的形状并不限制于此。具有两种以上不同形状的主结构3可以被设置在基体的表面上。此外，可以将主结构3与基体2一体形成。
另外，主结构3可以不必具有相同的纵横比。主结构3可以被构造成具有一定的高度分布(例如，在约0.83～1.46范围内的纵横比)。通过设置具有所述高度分布的主结构3，可以降低反射特性的波长依赖性。因此，可以实现具有优异的抗反射特性的光学元件1。
术语“高度分布”意味着在基体2的表面上设置具有两种以上不同高度(深度)的主结构3。即，意味着在基体2的表面上设置具有参考高度的主结构3和具有与参考高度不同高度的主结构3。例如，在基体2的表面上周期性或非周期性(随机)地设置具有与参考高度不同高度的主结构3。作为周期性的方向，例如，可以提及轨道延伸方向、列方向等。
(副结构)
副结构4是具有比主结构3更小高度的结构，并且例如为微细突出部。此外，当副结构4的高度为考虑到折射率而选择的光路长度并且为所使用波长的约四分之一以下时，可以提供抗反射功能，并且副结构4的高度为例如约为10～150nm。作为用于副结构4的材料，例如，可以使用与用于基体2和主结构3相同的材料，但是，优选地，使用具有比基体2和主结构3更低折射率的材料。其原因在于可以进一步降低反射率。上面，已经主要进行了主结构3和副结构4都为凸部的情况的描述。然而，凸部和凹部可以颠倒，并且主结构3和副结构4同时可以为凹部。此外，凸凹关系在主结构3与副结构4之间可以颠倒。具体地，当主结构3为凸部时，副结构4可以为凹部。当主结构3为凹部时，副结构4可以为凸部。
例如，副结构4被设置在主结构3之间。具体地，优选地，在主结构3的最邻近部上设置副结构4，并且通过设置在最邻近部上的副结构4使主结构3彼此连接。以这种方式，可以改善主结构3的堆积密度。此外，优选地，副结构4的空间频率成分高于从主结构3的周期所转换的频率成分。具体地，副结构4的空间频率成分优选为从主结构3的周期所转换的频率成分的2倍以上，并且更优选为4倍以上。优选地，副结构4的空间频率成分不为主结构3的频率成分的整数倍。
从易于形成副结构4的观点来看，如图8B所示，副结构4优选被排列在通过黑圆圈(黑圆点)所表示的位置处，其中，椭圆锥形、截顶椭圆锥形等的主结构3彼此邻近布置。在这样的排列中，可以在主结构3的所有邻近部分上形成或仅在诸如T1或T2的轨道延伸方向上形成副结构4。当以六方晶格图案或以准六方晶格图案周期性地排列主结构3时，例如，主结构3沿着6次对称方位彼此邻近布置。在这样的情况下，优选地，在邻近部分上设置副结构4，并且通过副结构4使主结构3彼此连接。此外，从改善堆积密度的观点来看，优选地，在图8B所示的主结构3之间的间隙2a中形成副结构4。可以在主结构3的邻近部分和间隙2a中同时形成副结构4。此外，形成副结构4的位置并不特别限制于上述实施例。可以在主结构3的整个表面上形成副结构4。
此外，从改善反射特性和透射特性的观点来看，优选地，在副结构4的表面上形成至少一种类型的微细凸部和凹部，例如，微细凸凹部4a。
此外，为了获得具有良好的抗反射功能和很小波长依赖性的光学元件1，副结构4的微细凸部或凹部优选被形成为使得具有比主结构3的周期更短的高频率波的空间频率成分。例如，优选地，副结构4包括具有如图9所示的微细凹部和凸部的波纹状的微细凸凹部4a。例如，可以通过在将在后面描述的光学元件制造工艺中适当地选择诸如RIE(活性离子蚀刻)的蚀刻条件或用于母版的材料来形成微细凸凹部4a。具体地，作为用于母版的材料，优选使用派热克斯玻璃(Pyrex glass)。
虽然在上面的实例中已经描述了设置副结构4的情况，但是可以采用这样的一种构造，其中，例如在椭圆锥形或截顶椭圆锥形的主结构3彼此接触的部分中，对应于光路长度的约四分之一以下的主结构3的下部具有比该周期更大的形状(参照图10A和图10B)。即，代替设置副结构4，可以采用邻近的主结构3的下部彼此重叠的构造。此外，在这样的情况下，作为主结构3的排列，诸如图8B中所示的椭圆形状是优选的。以这种方式，通过将连接(接合)数增加至6，可以增加堆积密度。此外，可以从每个结构的顶部朝向深度方向平滑地改变折射率分布。
另外，可以采用这样的一种构造，其中，邻近主结构3的下部彼此重叠，并且在基体2的表面上形成副结构4。
(1-2)滚动母版的结构
图11示出了用于制造具有上述结构的光学元件的滚动母版的结构的实例。如图11所示，滚动母版11具有这样的一种结构，其中，作为凹部的多个主结构13以基本上等于可见光波长的间距被排列在圆柱形母版12的表面上。主结构13被用于在基体上形成作为凸部的主结构3。虽然附图中没有示出，但是在圆柱形母版12的表面上形成作为比主结构13更浅的凹部的副结构。副结构被用于在基体上形成作为凸部的副结构4。副结构4优选被排列在通过黑圆圈所表示的位置处，其中，例如，椭圆锥形、截顶椭圆锥形等的主结构13彼此邻近布置。
作为用于母版12的材料，例如，可以使用玻璃，但是材料并不限制于此。使用将在后面描述的滚动母版曝光装置，通过使极性反转格式器信号与记录装置的旋转控制器同步从而生成用于每个轨道的信号并以CAV和适当的导孔间距进行绘图，使得二维图案被彼此空间连接，可以记录六方晶格图案或准六方晶格图案。通过适当地设定极性反转格式器信号的频率和辊(roll)的旋转数，在期望的记录区域中形成具有均匀空间频率的晶格图案。
(1-3)用于制造光学元件的方法
接着，参照图12～图14，将描述用于制造具有上述结构的光学元件的方法的实例。
用于制造根据第一实施方式的光学元件的方法包括：在母版上形成抗蚀剂层的抗蚀剂层形成步骤；使用滚动母版曝光装置在抗蚀剂层上形成蛾眼图案的潜像的曝光步骤；显影设置有潜像的抗蚀剂层的显影步骤；使用等离子蚀刻生产滚动母版的蚀刻步骤；以及使用紫外线可固化树脂制备复制基板的复制步骤。
(曝光装置的结构)
首先，将参照图12描述在蛾眼图案曝光步骤中所使用的滚动母版曝光装置的结构。基于光盘记录装置来构造滚动母版曝光装置。
激光光源21是用于曝光在作为记录介质的母版12的表面上所形成的抗蚀剂层的光源，并且例如振荡用于以266nm波长λ记录的激光束15。从激光光源21所发射的激光束15，作为准直光束沿直线前进以进入电光调制器(EOM)22。透射通过电光调制器22的激光束15被镜子23反射，然后被引导至光学调制系统25。
镜子23包括偏振光分束器，并且具有反射一种偏振成分并且透射其它偏振成分的功能。透射通过镜子23的偏振成分被光电二极管24接收，并且基于所接收的偏振成分的信号来控制电光调制器22，以进行激光束15的相位调制。
在光学调制系统25中，激光束15通过聚光透镜26被聚焦在由玻璃(SiO2)等构成的声光调制器(AOM)27上。激光束15被声光调制器27强度调制并且被分散，然后通过透镜28被准直。从光学调制系统25发射的激光束15由镜子31反射，并被水平和平行地引导到移动光学台32上。
移动光学台32包括光束扩展器33和物镜34。被引导至移动光学台32的激光束15通过光束扩展器33被成形为期望的光束形状(形式)，然后通过物镜34照射母版12上的抗蚀剂层。母版12被置于连接至主轴马达35的转盘36上。当旋转母版12并沿母版12的高度方向移动激光束15时，抗蚀剂层被激光束15间歇性照射，以执行抗蚀剂层的曝光步骤。例如，所得到的潜像具有基本上在圆周方向上具有长轴的椭圆形状。通过沿由箭头R表示的方向移动所述移动光学台32来移动激光束15。
曝光装置包括控制机构37，用于形成与图8B中所示的六方晶格或准六方晶格的二维图案相对应的潜像。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，并且极性反转单元控制用激光束15照射抗蚀剂层的照射定时。驱动器30响应于来自极性反转单元的输出来控制声光调制器27。
在滚动母版曝光装置中，使极性反转格式器信号与记录装置的旋转控制器同步，从而生成用于每个轨道的信号，使得二维图案被空间上彼此连接，并且通过声光调制器27执行强度调制。通过以恒定角速度(CAV)以及以适当的旋转数、适当的调制频率和适当的导孔间距进行图案化，可以记录六方晶格图案或准六方晶格图案。
将以下面的顺序来描述在用于制造根据本发明的第一实施方式的光学元件的方法中的各个步骤。
(抗蚀剂层形成步骤)
首先，如图13A所示，制备圆柱形母版12。例如，母版12为玻璃母版。接着，如图13B所示，在母版12的表面上形成抗蚀剂层14。作为用于抗蚀剂层14的材料，例如，可以使用有机抗蚀剂或无机抗蚀剂。作为有机抗蚀剂，例如，可以使用酚醛树脂抗蚀剂(novolac resist)或化学增幅型抗蚀剂。此外，作为无机抗蚀剂，例如，可以使用包含一种或两种以上过渡金属的金属氧化物。
(曝光步骤)
接着，如图13C所示，使用上述滚动母版曝光装置，在旋转母版12的同时，用激光束(曝光光束)15照射抗蚀剂层14。在该步骤中，当沿母版12的高度方向移动激光束15时，抗蚀剂层14被激光束15间歇性照射，以曝光抗蚀剂层14的整个表面。结果，以基本上等于可见光波长的间距在抗蚀剂层14的整个表面上形成伴随激光束15的轨迹的潜像16。
(显影步骤)
接下来，当旋转母版12时，显影剂被逐滴施加在抗蚀剂层14上。从而，如图14A所示，抗蚀剂层14经受显影处理。如该图所示，在使用正型抗蚀剂形成抗蚀剂层14的情况下，与非曝光部相比，暴露于激光束15的曝光部在显影剂中具有增加的溶解速度。结果，在抗蚀剂层14上形成对应于潜像(曝光部)16的图案。
(蚀刻步骤)
接下来，使用在母版12上形成的抗蚀剂层14的图案(抗蚀剂图案)作为掩模，使母版12的表面经受蚀刻处理。从而，如图14B所示，可以获得具有指向在轨道延伸方向的长轴的椭圆锥形状或截顶椭圆锥形状的凹部，即，主结构13。作为蚀刻方法，例如，进行干法蚀刻。在该步骤中，通过交替地执行蚀刻处理和灰化处理，例如，可以形成圆锥形主结构13的图案，并且也可以生产具有抗蚀剂层14的三倍以上的深度(选择性：3以上)的玻璃母版，从而实现主结构3的高纵横比。从而，可以获得具有六方晶格图案或准六方晶格图案的滚动母版11。
(复制步骤)
接下来，使滚动母版11和已经施加了紫外线可固化树脂的聚丙烯酸酯薄片等彼此紧密接触，并且在通过用紫外光照射来固化树脂的同时，从滚动母版上分离所述薄片。从而，如图14C所示，生产了所期望的光学元件1。
根据第一实施方式，在基体的表面上形成主结构3，使得主结构3以等于或小于可见光波长的微细间距被周期性地重复，并构成多行轨道，并且在基体的表面上设置尺寸小于主结构3的副结构4。因此，可以实现具有高生产率和优异的抗反射特性的光学元件1。
(2)第二实施方式
(2-1)光学元件的结构
图15A是示出了根据本发明的第二实施方式的光学元件的结构实例的示意性平面图。图15B是图15A所示的光学元件的部分放大平面图。图15C是沿图15B所示的轨道T1、T3、...所截取的截面图。图15D是沿图15B所示的轨道T2、T4、...所截取的截面图。
在根据第二实施方式的光学元件1中，轨道T具有弧形形状，并且主结构3以弧形形状排列。如图15B所示，在三个邻近行的轨道(T1～T3)中，排列主结构3以形成具有被定位在点a1～a7处的主结构3的中心的准六方晶格图案。术语“准六方晶格图案”是指与规则的六方晶格图案不同的沿轨道T的弧形形状被扭曲的六方晶格图案，或者是指与规则的六方晶格图案不同的沿轨道T的弧形形状被扭曲并沿轨道延伸方向(X方向)被拉伸和扭曲的六方晶格图案。
除了上面已经描述的之外，光学元件1的结构与第一实施方式中的相同，并且省略其描述。
(2-2)光盘母版的结构
图16示出了用于制造具有上述结构的光学元件的光盘母版的结构实例。如图16所示，光盘母版41具有一种结构，其中，作为凹部的多个主结构43以基本上等于可见光波长的间距被排列在光盘状的母版42的表面上。主结构42被设置在同心或螺旋轨道上。
除了上面已经描述的之外，光盘母版41的结构与第一实施方式中的滚动母版11相同，并且省略其描述。
(2-3)用于制造光学元件的方法
图17是示出了用于生产具有上述结构的光盘母版的曝光装置的实例的示意图。
移动光学台32包括光束扩展器33、镜子38以及物镜34。被引导至移动光学台32的激光束13通过光束扩展器33被成形为期望的光束形状，然后通过镜子38和物镜34照射光盘状母版42上的抗蚀剂层。母版42被置于与主轴马达35连接的转台(未示出)上。在旋转母版42并沿母版42旋转的径向移动光束15的同时，母版42上的抗蚀剂层被激光束间歇地照射，以进行抗蚀剂层的曝光步骤。所得到的潜像基本上具有在圆周方向上具有长轴的椭圆形状。通过沿由箭头R表示的方向移动所述移动光学台32来移动激光束15。
图17所示的曝光装置包括控制机构37，用于形成与图16所示的六方晶格或准六方晶格图案的二维图案相对应的潜像。控制机构37包括极性反转单元和驱动器30，所述极性反转单元控制用激光束15照射抗蚀剂层的照射定时，所述驱动器30响应于来自极性反转单元的输出来控制AOM 27。
控制机构37使通过AOM 27的激光束15的强度调制、主轴马达35的驱动旋转速度以及对于每个轨道的移动光学台32的移动速度同步，使得潜像的二维图案被彼此空间上连接。母版42被控制成以恒定角速度(CAV)旋转。以通过主轴马达35进行的母版42的适当的旋转数、以通过AOM 27进行的激光强度的适当的频率调制以及以通过移动光学台32进行的激光束15的适当的导孔间距来进行图案化。因此，在抗蚀剂层上形成六方晶格图案或准六方晶格图案的潜像。
例如，为了获得330nm的圆周方向上的排列间距P1和在关于300nm的圆周方向约60°的方向上(在约-60°的方向上)的排列间距P2，导孔间距被设定为251nm。同时，为了获得315nm的P1和275nm的P2，导孔间距被设定为226nm。此外，为了获得300nm的P1和265nm的P2，导孔间距被设定为219nm。
此外，极性反转单元的控制信号被逐渐改变，使得空间频率(潜像的图案密度：P1：330，P2：300nm；或者P1：315nm，P2：275nm；或者P1：300nm，P2：265nm)变得均匀。更具体地说，在改变对于每个轨道在抗蚀剂层上激光束15的照射周期的同时进行曝光，并且通过控制机构37来进行激光束15的频率调制，使得在每个轨道T上，P1变为约330nm(或者315nm、300nm)。即，控制调制使得激光束的照射周期随着轨道位置变得远离光盘状母版42的中心而变得更短。因此，可以形成空间频率在整个基板上是均匀的纳米图案。
除了上面已经描述的之外，用于制造所述光学元件的方法与第一实施方式中的相同，并且省略其描述。
根据第二实施方式，与主结构3被线性排列的情况一样，可以获得具有优异的透射率和反射率的光学元件1。
(3)第三实施方式
图18A是示出了根据本发明的第三实施方式的光学元件的结构实例的示意性平面图。图18B是图18A所示的光学元件的部分放大平面图。图18C是沿图18B所示的轨道T1、T3、...所截取的截面图。图18D是沿图18B所示的轨道T2、T4、...所截取的截面图。
根据第三实施方式的光学元件1与第一实施方式的不同在于：在三个邻近行的轨道中，主结构3形成四方晶格图案或准四方晶格图案。术语“准四方晶格图案”是指与规则的四方晶格图案不同的在轨道延伸方向(X方向)上被拉伸和扭曲的四方晶格图案。当主结构3以四方晶格图案或准四方晶格图案被周期性排列时，例如，主结构3沿4次对称方位彼此邻近布置。此外，通过拉伸和扭曲四方晶格，主结构也可以邻近相同的轨道上的所述主结构布置，并且实现了具有高堆积密度的排列，其中，一个主结构不仅沿4次对称方位而且在相同轨道上的两个位置处与主结构邻近布置。在这样的情况下，优选地，在邻近部上设置副结构4，并且通过副结构4使主结构3彼此连接。
在两个邻近轨道T中，在一个轨道(例如，T1)上布置的主结构3之间的中间位置处(在偏移了半个间距的位置处)，设置在其它轨道(例如，T2)上的主结构3。结果，如图18B所示，在三个邻近行的轨道(T1～T3)中，排列主结构3，使得形成具有被定位在点a1～a4处的主结构3的中心的四方晶格图案或准四方晶格图案。
主结构3的高度或深度没有特别限制，并且例如为约159～312nm。例如，在关于轨道T的θ方向上的间距P2为约275～297nm。例如，主结构3的纵横比(高度H/排列间距P)为约0.54～1.13。此外，主结构3可以不必具有相同的纵横比。主结构3可以被构造成具有一定的高度分布。
在相同轨道中的主结构3的排列间距P1优选比两个邻近轨道之间的主结构3的排列间距P2更长。此外，优选地，比率P1/P2满足关系1.4＜P1/P2≤1.5，其中，P1为相同轨道中的主结构3的排列间距，并且P2为两个邻近轨道之间的主结构3的排列间距。通过选择这样的数值范围，可以改善具有椭圆锥或截顶椭圆锥形的结构的堆积密度。因此，可以改善抗反射特性。
在第三实施方式中，可以与第一实施方式中一样获得具有优异透射率和反射率的光学元件1。
(4)第四实施方式
图19A是示出了根据本发明的第四实施方式的光学元件的结构实例的示意性平面图。图19B是图19A所示的光学元件的部分放大平面图。图19C是沿图19B所示的轨道T1、T3、...所截取的截面图。图19D是沿图19B所示的轨道T2、T4、...所截取的截面图。
根据第四实施方式的光学元件1与第一实施方式的不同在于，在设置有主结构3的基体表面上设置低折射率层5。低折射率层5主要由具有比构成基体2、主结构3和副结构4的材料更低折射率的材料构成。作为用于低折射率层4的材料，可以使用传统上已知的诸如氟基树脂的有机材料或诸如LiF或MgF2的无机低折射率材料。
在第四实施方式中，与第一实施方式相比，可以进一步降低反射率。
(5)第五实施方式
图20A是示出了根据本发明第五实施方式的光学元件的结构实例的示意性平面图。图20B是图20A中所示的光学元件的部分放大平面图。图20C是沿图20B所示的轨道T1、T3、...所截取的截面图。图20D是沿图20B中所示的轨道T2、T4、...所截取的截面图。
根据第五实施方式的光学元件1与第一实施方式的不同在于，在主结构3和副结构4的表面上形成微细凸凹形状6。当光学元件1具有空隙2a时，优选地，也在空隙2a中形成微细凸凹形状6。
在第五实施方式中，与第一实施方式相比，可以进一步降低反射率。
[实施例]
将基于实施例来具体地描述本发明。然而，应当理解，本发明不仅仅被限制于所述实施例。
(实施例1)
首先，制备具有126mm外径的玻璃滚动母版，并且如下在玻璃母版的表面上形成抗蚀剂层。即，用稀释剂将光抗蚀剂稀释至1/10，并且通过浸渍将被稀释的抗蚀剂施加到玻璃滚动母版的圆柱表面上至约130nm的厚度，形成了抗蚀剂层。接着，作为记录介质的玻璃母版被传送至图12所示的滚动母版曝光装置，并且抗蚀剂被曝光。因此，在抗蚀剂中图案化在三个邻近轨道中螺旋延伸并形成准六方晶格图案的潜像。
具体地，通过用具有0.50mW/m功率的激光束照射待形成准六方晶格图案的区域，从而曝光玻璃滚动母版的表面。因此，形成具有凹部的准六方晶格图案。在关于行轨道的列方向上的抗蚀剂厚度为约120nm，并且在轨道延伸方向上的抗蚀剂厚度为约100nm。
接下来，在玻璃滚动母版上的抗蚀剂经受显影处理，其中，经曝光部分中的抗蚀剂被溶解以进行显影。具体地，未显影的玻璃滚动母版置于显影机(未示出)的转台上，并且在与转台一起旋转玻璃滚动母版的同时，将显影剂逐滴施加在玻璃滚动母版的表面上，以显影表面上的抗蚀剂。从而，获得抗蚀剂层在准六方晶格图案具有开口的抗蚀剂玻璃母版。
接着，使用滚动等离子蚀刻，在CHF3气氛中进行等离子蚀刻。从而，蚀刻仅在从玻璃滚动母版的表面上的抗蚀剂层所曝光的准六方晶格图案部中进行，并且由于光抗蚀剂用作掩模，所以其它区域没有被蚀刻。因此，获得了椭圆锥形凹部。在该处理中，通过改变蚀刻时间来改变图案中的蚀刻量(深度)。最后，通过利用O2灰化完全去除光抗蚀剂，获得了具有包括凹部的六方晶格图案的蛾眼玻璃滚动母版。列方向上凹部的深度大于轨道延伸方向上的凹部的深度。
接着，使蛾眼玻璃滚动母版与已经施加了紫外线可固化树脂的聚丙烯酸酯薄片彼此紧密接触，并且在通过用紫外光照射来固化树脂的同时，使所述薄片与滚动母版分开。从而，制造了光学元件。
(形状的评估)
利用扫描电子显微镜(SEM)来观察如上所述制造的光学元件。在图21中示出了其结果。由图21中显而易见的是，轨道方向上的主结构通过副结构而彼此连接。
(实施例2)
通过调节极性反转格式器信号的频率、辊的旋转数、适当的导孔间距以及用于每个轨道的曝光点，通过图案化抗蚀剂层而在抗蚀剂层中记录四方晶格图案。除此之外，以与实施例1中相同的方式，制造光学元件。
(实施例3)
通过调节极性反转格式器信号的频率、辊的旋转数、适当的导孔间距以及用于每个轨道的曝光点，通过图案化抗蚀剂层而在抗蚀剂层中记录准六方晶格图案。除此之外，以与实施例1中相同的方式，制造光学元件。
(实施例4)
通过调节极性反转格式器信号的频率、辊的旋转数、适当的导孔间距以及用于每个轨道的曝光点并通过调节用于蚀刻和灰化的条件，通过图案化具有比实施例1中更小的开口的抗蚀剂层而在抗蚀剂层中记录准六方晶格图案。除此之外，以与实施例1中相同的方式，制造光学元件。
(实施例5)
通过调节极性反转格式器信号的频率、辊的旋转数、适当的导孔间距以及用于每个轨道的曝光点并通过调节用于蚀刻和灰化的条件，通过图案化具有比实施例1中更小的开口的抗蚀剂层而在抗蚀剂层中记录准六方晶格图案。除此之外，以与实施例1中相同的方式，制造光学元件。
(实施例6)
通过调节极性反转格式器信号的频率、辊的旋转数、适当的导孔间距以及用于每个轨道的曝光点，通过图案化抗蚀剂层而在抗蚀剂层中记录准六方晶格图案。除此之外，以与实施例1中相同的方式，制造母版。
(形状的评估)
利用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)来观察由此制造的实施例1～5的光学元件和实施例6的母版的凸凹表面(设置有结构的表面)。通过用AFM观察的截面分布来确定每个实施例中的结构的高度和间距。其结果示于表1中。
Figure GPA00001055842700321
图22是示出了实施例3的光学元件的反射特性的示图。由图22显而易见的是，获得了高抗反射效果，即，在可视区中1.0％以下，并且特别地，在中心波长区域中0.1％以下。
由图23显而易见的是，主结构沿着4次对称方位彼此邻近布置，并且在所有的邻近部处，所述结构彼此连接。
由从图24A和图24B显而易见的是，突出部(副结构)被设置在主结构的底部上，并且突出部(副结构)沿主结构的顶部至底部的方向被延长。也显而易见的是，在主结构的顶部中形成了微细孔(副结构)。即，显而易见的是，副结构设置在光学元件的整个表面(设置有结构的表面)上。
由图25显而易见的是，在沿主结构的顶部至底部的方向延长的突出部(副结构)等被设置在光学元件的整个表面上。应当注意，代替突起部(凸部)，可以形成凹部作为副结构。
由图26显而易见的是，在母版的表面上以准六方晶格图案来形成结构(凹部)，并且结构(凹部)的深度是各向异性的。
接下来，使用RCWA(严格耦合波分析)模拟来检测结构的高度与反射率之间的关系。
(试验例1)
进行RCWA模拟，其中，相对于轨道间距P1以85％、90％、95％和99％来改变主结构底面的直径。其结果示于图27中。
在下面的条件下进行模拟：
主结构的形状：钟形
偏光：非偏光
折射率：1.48
轨道间距P1：320nm
主结构的高度：365nm
纵横比：1.14
主结构排列：六方晶格
由图27显而易见的是，当主结构底面的直径改变并且堆积密度降低时，反射率劣化。
(试验例2)
除了作为具有0.3纵横比的低突出部的副结构设置在轨道方向上的主结构之间之外，如在试验例1中一样进行RCWA模拟。其结果示于图28中。
由图28显而易见的是，当由低突出部形成的副结构布置在轨道方向上的主结构之间时，即使堆积密度降低，反射率也可以被抑制至很低。
(试验例3)
具有与主结构高度的四分之一相对应的尺寸的副结构设置在轨道方向上的主结构之间，并且以相同的比例排列具有各个高度的主结构。图29的曲线图中示出了各个高度下的结果以及给出深度分布的情况下的结果(平均值)。
主结构的形状：钟形
偏光：非偏光
折射率：1.48
轨道间距P1：320nm
主结构底面的直径：轨道间距P1的90％
纵横比：0.93、1.00、1.14和1.30(深度：分别为0.270、0.320、0.385和0.415μm)
主结构排列：六方晶格
由图29显而易见的是，当作为低突出部的副结构设置在轨道方向上的主结构之间，并且主结构被构造成具有高度分布时，可以获得具有很小波长依赖性的低反射特性。
(试验例4)
关于不包括副结构的情况和副结构的空间频率的次数被设定为2.3和4.8的情况进行RCWA模拟。其结果示于图30中。
在下面的条件下进行模拟：
主结构的形状：钟形
偏光：非偏光
折射率：1.50
轨道间距P1：320nm
主结构的高度：365nm
纵横比：1.14
主结构排列：六方晶格
由图30显而易见的是，当副结构的次数增加时，可以获得与不包括副结构的情况相比具有很小波长依赖性和低反射率的光学特性。
(试验例5)
关于主结构的底部没有被彼此接合的情况和主结构的底部彼此重叠并结合的情况来进行RCWA模拟，主结构在每种情况下以六方晶格图案排列并具有钟形结构。其结果示于图31中。
在下面的条件下进行模拟：
主结构的形状：钟形
偏光：非偏光
折射率：1.50
轨道间距P1：320nm
主结构的高度：365nm
纵横比：1.14
主结构排列：六方晶格
由图31显而易见的是，关于主结构的底部没有彼此接合的情况以及主结构的底部彼此重叠并接合的情况，主结构在每种情况下以六方晶格图案排列并具有钟形结构，在底部彼此接合的情况下，可以获得良好的抗反射特性。
上面已经具体地描述了本发明的实施方式和实施例。然而，应当注意，本发明并不限于上述实施方式和实施例，并且可以基于本发明的技术精神进行各种替换。
例如，在上述实施方式和实施例中描述的数值、形状、材料等仅为实例，并且可以根据需要使用与上述不同的数值、形状、材料等。

Claims (17)

1.一种光学元件，包括：
基体；以及
主结构和副结构，设置在所述基体的表面上，各个所述主结构和副结构为凸部或凹部，
其中，所述主结构在所述基体的表面上构成多行轨道，并且以等于或小于可见光波长的微细间距周期性地重复排列；并且
所述副结构的尺寸小于所述主结构；
所述副结构设置在所述主结构之间；
所述主结构以六方晶格图案或以准六方晶格图案周期性排列；
所述主结构沿6次对称或基本上6次对称的方位彼此相邻；
所述主结构的相邻部分通过所述副结构而彼此连接；并且
所述副结构的重复排列的频率成分高于所述主结构的周期性排列的频率成分。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述副结构设置在所述主结构之间以及所述主结构的排列的空隙中。
3.一种光学元件，包括：
基体；以及
主结构和副结构，设置在所述基体的表面上，各个所述主结构和副结构为凸部或凹部，
其中，所述主结构在所述基体的表面上构成多行轨道，并且以等于或小于可见光波长的微细间距周期性地重复排列；
所述副结构的尺寸小于所述主结构；
所述副结构设置在所述主结构的表面上；并且
所述副结构的重复排列的频率成分高于所述主结构的周期性排列的频率成分。
4.根据权利要求1或3所述的光学元件，其中，所述副结构的重复排列的频率成分是所述主结构的周期性排列的频率成分的两倍以上。
5.根据权利要求4所述的光学元件，其中，所述副结构的重复排列的频率成分是所述主结构的周期性排列的频率成分的四倍以上。
6.根据权利要求1或3所述的光学元件，其中，所述主结构的顶部的平均折射率分布n(z)在所述主结构具有包括抛物线曲面形状的结构的情况下的变化与所述主结构具有包括圆锥曲面形状的情况下的变化之间的中间水平上变化。
7.根据权利要求1或3所述的光学元件，其中，所述副结构具有在10nm～150nm范围内的深度。
8.根据权利要求1或3所述的光学元件，其中，所述副结构主要由具有比所述基体和所述主结构更低折射率的材料构成。
9.根据权利要求1或3所述的光学元件，其中，凸部-凹部关系在所述主结构与所述副结构之间颠倒。
10.根据权利要求3所述的光学元件，其中，所述副结构是在所述主结构的表面上延长的凸部或凹部。
11.根据权利要求10所述的光学元件，其中，所述凸部或所述凹部沿所述主结构的顶部至底部的方向延伸。
12.根据权利要求3所述的光学元件，其中，所述副结构是设置在所述主结构的顶部的孔。
13.根据权利要求1或3所述的光学元件，其中，所述主结构具有椭圆锥形状或截顶椭圆锥形状；并且
每个主结构的底面为具有沿所述轨道延伸方向的长轴的椭圆形状。
14.一种显示装置，包括根据权利要求1或3所述的光学元件。
15.一种太阳能电池，包括根据权利要求1或3所述的光学元件。
16.一种照明装置，包括根据权利要求1或3所述的光学元件。
17.一种光学元件，包括：
基体；以及
主结构和副结构，设置在所述基体的表面上，各个所述主结构和副结构为凸部或凹部，
其中，所述主结构在所述基体的表面上构成多行轨道，并且以等于或小于可见光波长的微细间距被周期性地重复排列；
所述副结构的尺寸小于所述主结构；
所述副结构设置在所述主结构之间；
所述主结构以四方晶格图案或以准四方晶格图案周期性地排列；
所述主结构沿4次对称或基本上4次对称的方位彼此相邻；
所述主结构的相邻部分通过所述副结构而彼此连接；并且
所述副结构的重复排列的频率成分高于所述主结构的周期性排列的频率成分。
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