JP2010079200A - 光学素子、反射防止機能付き光学部品、および原盤 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた反射防止特性を有する光学素子を提供する。
【解決手段】光学素子は、基体と、基体表面に多数配列された、凸部または凹部である構造体とを備える。構造体が、使用環境下の光の波長以下のピッチで配列され、構造体の深さ方向に対する実効屈折率が、基体に向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子、反射防止機能付き光学部品、および原盤に関する。詳しくは、構造体が使用環境下の光の波長以下のピッチで配列された光学素子に関する。

従来、ガラスやプラスチックなどの透光性基板を用いた光学素子においては、光の表面反射を抑えるための表面処理が行われているものがある。この種の表面処理として、光学素子表面に微細かつ緻密な凹凸構造（モスアイ構造）を形成するものがある（例えば非特許文献１参照）。

一般に、光学素子表面に周期的な凹凸形状を設けた場合、ここを光が透過するときには回折が発生し、透過光の直進成分が大幅に減少する。しかし、凹凸形状のピッチが透過する光の波長よりも短い場合には回折は発生せず、例えば凹凸形状を矩形としたときに、そのピッチや深さなどに対応する単一波長の光に対して有効な反射防止効果を得ることができる。

上述の光学素子は、優れた反射防止特性を有するため、太陽電池や表示装置への適用が期待されている。反射防止特性を考慮した凹凸構造として以下のものが提案されている。

電子線露光を用いて作製した構造体としては、微細なテント形状の凹凸構造体（ピッチ約３００ｎｍ、深さ約４００ｎｍ）が提案されている（例えば非特許文献２参照）。

また、産業技術総合研究所、近接場光応用工学研究センター、スーパーレンズテクノロジーチームは、直径１００ｎｍ、深さ５００ｎｍ以上のナノホール構造物を提案している（例えば非特許文献３参照）。このような構造体は、光ディスクの記録装置を用いた微細構造体形成方法により形成することができる。具体的には、半導体レーザー（波長４０６ｎｍ）を用いた可視光レーザーリソグラフィー法と熱非線形材料とを組み合わせた熱リソグラフィー技術をもとにしたナノ加工装置により形成することができる（例えば非特許文献３参照）。

また、本発明者らは、釣鐘形状や楕円錐台形状の構造体を提案している（例えば特許文献１参照）。この構造体では、電子線露光に近い反射防止特性が得られる。また、この構造体は、光ディスクの原盤作製プロセスとエッチングプロセスとを融合した方法により作製することができる。

「光技術コンタクト」Vol.43,No.11(2005),630-637参照

ＮＴＴアドバンストテクノロジ（株）、"波長依存性のない反射防止体（モスアイ）用成形金型原盤"、[online]、［平成２０年９月１日検索］、インターネット＜http://keytech.ntt-at.co.jp/nano/prd_0033.html＞

独立行政法人産業技術総合研究所、"ナノメータサイズの微細加工を可能とする卓上型装置を開発"、[online]、［平成２０年９月１日検索］、インターネット＜http://aist.go.jp/aist_i/press_release/pr2006/pr20060306/ pr20060306.html＞参照

国際公開第０８／０２３８１６号パンフレット

近年では、液晶表示装置などの各種表示装置の視認性をさらに向上することが望まれており、このような要望に応えるためには、上述の光学素子の反射防止特性をさらに向上することが重要である。

したがって、本発明の目的は、優れた反射防止特性を有する光学素子、反射防止機能付き光学部品、および原盤を提供することにある。

上述の課題を解決するために、第１の発明は、
基体と、
基体表面に多数配列された、凸部または凹部である構造体と
を備え、
構造体が、使用環境下の光の波長以下のピッチで配列され、
構造体の深さ方向に対する実効屈折率が、基体へ向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点を有する光学素子である。

第２の発明は、
基体と、
基体上に形成された薄膜と
を備え、
薄膜の深さ方向に対する実効屈折率が、基体に向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点を有する光学素子である。

第３の発明は、
光学素子と、
光学素子の光入射面に多数配列された、凸部または凹部である構造体と
を備え、
構造体が、使用環境下の光の波長以下のピッチで配列され、
構造体の深さ方向に対する実効屈折率が、基体へ向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点を有する反射防止機能付き光学素子である。

第４の発明は、
基体と、
基体表面に多数配列された、凸部または凹部である構造体と
を備え、
構造体は、光学素子の表面形成を成形するためのものであり、
構造体が、光学素子の使用環境下の光の波長以下のピッチで配列され、
構造体によって成形された光学素子の深さ方向に対する実効屈折率が、光学素子の基体に向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点を有する原盤である。

本発明において、深さ方向とは、基体表面から垂直に基体内部に向かう方向のことをいう。具体的には、構造体が凸部である場合、凸部の頂部から底部に垂直に向かう方向のことをいい、構造体が凹部である場合、凹部の開口部から底部に垂直に向かう方向のことをいう。

本発明において、四方格子とは、正四角形状の格子のことをいう。準四方格子とは、正四角形状の格子とは異なり、歪んだ正四角形状の格子のことをいう。具体的には、構造体が直線上に配置されている場合には、準四方格子とは、正四角形状の格子を直線状の配列方向に引き伸ばして歪ませた四方格子のことをいう。構造体が円弧状に配置されている場合には、準四方格子とは、正四角形状の格子を円弧状に歪ませた四方格子、または、正四角形状の格子を円弧状に歪ませ、かつ、円弧状の配列方向に引き伸ばして歪ませた四方格子のことをいう。

本発明において、六方格子とは、正六角形状の格子のことをいう。準六方格子とは、正六角形状の格子とは異なり、歪んだ正六角形状の格子のことをいう。具体的には、構造体が直線上に配置されている場合には、準六方格子とは、正六角形状の格子を直線状の配列方向に引き伸ばして歪ませた六方格子のことをいう。構造体が円弧状に配置されている場合には、準六方格子とは、正六角形状の格子を円弧状に歪ませた六方格子、または、正六角形状の格子を円弧状に歪ませ、かつ、円弧状の配列方向に引き伸ばして歪ませた六方格子のことをいう。

第１、第３、および第４の発明では、構造体の深さ方向に対する実効屈折率が、徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点を有するようにしているので、構造体の形状効果を活用しながら基体表面において干渉効果を発現させることができる。したがって、基体表面における反射光を低減することができる。

第２の発明では、薄膜の深さ方向に対する実効屈折率が、徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点を有するようにしているので、基体表面において干渉効果を発現させることができる。したがって、基体表面における反射光を低減することができる。

以上説明したように、本発明によれば、優れた反射防止特性を有する光学素子を実現できる。

本発明の実施形態について図面を参照しながら以下の順序で説明する。
１．第１の実施形態（直線状でかつ六方格子状に構造体を２次元配列した例）
２．第２の実施形態（円弧状でかつ六方格子状に構造体を２次元配列した例）
３．第３の実施形態（直線状でかつ四方格子状に構造体を２次元配列した例）
４．第４の実施形態（主構造体に加え副構造体をさらに配列した例）
５．第５の実施形態（凹形状の構造体を基体表面に形成した例）
６．第６の実施形態（柱状の構造体を１次元配列した例）
７．第７の実施形態（平行ステップを有する構造体の例）
８．第８の実施形態（構造体に代えて薄膜を設けた例）
９．第９の実施形態（表示装置に対する第１の適用例）
１０．第１０の実施形態（表示装置に対する第２の適用例）

＜１．第１の実施形態＞
［光学素子の構成］
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。図１Ｂは、図１Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。図１Ｃは、図１ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図である。図１Ｄは、図１ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。

この光学素子１は、ディスプレイ、光エレクトロニクス、光通信（光ファイバー）、太陽電池、照明装置などに用いる種々の光学部品に適用して好適なものある。具体的には例えば、光学部品としては、偏光子、レンズ、導光板、窓材、および表示素子のいずれか１種を挙げることができる。

光学素子１は、基体２と、この基体２の表面に形成された、凸部である構造体３とを備える。この光学素子１は、構造体３が設けられた基体表面に対して入射する光の反射を防止する機能を有している。以下では、図１に示すように、基体２の一主面内において直交する２つの軸をＸ軸、Ｙ軸と称し、基体２の一主面に垂直な軸をＺ軸と称する。また、構造体３間に空隙部２ａがある場合には、この空隙部２ａに微細凹凸形状を設けることが好ましい。このような微細凹凸形状を設けることで、光学素子１の反射率をさらに低減することができるからである。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の屈折率プロファイルの一例を示す。図２に示すように、構造体３の深さ方向（図１中、−Ｚ軸方向）に対する実効屈折率が、徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点Ｎ₁、Ｎ₂、・・・Ｎ_n（ｎ：２以上の整数）を有している。このようにすることで、光の干渉効果により反射光を低減し、光学素子の反射防止特性を向上することができる。深さ方向に対する実効屈折率の変化は、単調増加であることが好ましい。また、深さ方向に対する実効屈折率の変化が、構造体３の頂部側において、実効屈折率の傾きの平均値よりも急峻な状態になっていることが好ましく、さらには、構造体３の基体側においても急峻になっていることが好ましい。これにより、良好な光学特性を持ちつつ転写性を良くすることが可能となる。
以下、光学素子１を構成する基体２、および構造体３について順次説明する。

（基体）
基体２は、透明性を有する透明基体である。基体２の材料としては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの透明性合成樹脂、ガラスなどを主成分とするものが挙げられるが、特にこれらの材料に限定されるものではない。

基体２の形状としては、例えば、フィルム状、シート状、プレート状、ブロック状を挙げることができるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。基体２の形状は、ディスプレイ、光エレクトロニクス、光通信、太陽電池、照明装置など所定の反射防止機能が必要とされる各種光学デバイスの本体部分や、これらの光学デバイスに取り付けられるシートやフィルム状などの反射防止機能部品の形状に合わせて選択決定することが好ましい。

（構造体）
図３は、図１に示した光学素子の一部を拡大して表す斜視図である。基体２の表面には、凸部である構造体３が多数配列されている。この構造体３は、使用環境下の光の波長以下の短いピッチ、例えば可視光の波長と同程度のピッチで周期的に２次元配置されている。使用環境下の光は、例えば、紫外光、可視光、赤外光である。ここで、紫外光とは１０ｎｍ〜３６０ｎｍの波長範囲を有する光、可視光とは３６０ｎｍ〜８３０ｎｍの光、赤外光とは８３０ｎｍ〜１ｍｍの光をいう。

光学素子１の構造体３は、基体２の表面において複数列のトラックＴ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・（以下総称して「トラックＴ」ともいう。）をなすような配置形態を有する。ここで、トラックとは、構造体３が列をなして直線状に連なった部分のことをいう。

構造体３は、隣接する２つのトラックＴ間において、半ピッチずれた位置に配置されている。具体的には、隣接する２つのトラックＴ間において、一方のトラック（例えばＴ１）に配列された構造体３の中間位置（半ピッチずれた位置）に、他方のトラック（例えばＴ２）の構造体３が配置されている。その結果、図１Ｂに示すように、隣接する３列のトラック（Ｔ１〜Ｔ３）間においてａ１〜ａ７の各点に構造体３の中心が位置する六方格子パターンまたは準六方格子パターンを形成するように構造体３が配置されている。この第１の実施形態において、六方格子パターンとは、正六角形状の格子パターンのことをいう。また、準六方格子パターンとは、正六角形状の格子パターンとは異なり、トラックの延在方向（Ｘ軸方向）に引き伸ばされ歪んだ六方格子パターンのことをいう。

構造体３が準六方格子パターンを形成するように配置されている場合には、図１Ｂに示すように、同一トラック（例えばＴ１）内における構造体３の配置ピッチＰ１（ａ１〜ａ２間距離）は、隣接する２つのトラック（例えばＴ１およびＴ２）間における構造体３の配置ピッチ、すなわちトラックの延在方向に対して±θ方向における構造体３の配置ピッチＰ２（例えばａ１〜ａ７，ａ２〜ａ７間距離）よりも長くなっていることが好ましい。このように構造体３を配置することで、構造体３の充填密度の更なる向上を図れるようになる。

構造体３の高さ（深さ）は特に限定されず、透過させる光の波長領域に応じて適宜設定される。構造体３の高さが、使用環境下の光の波長の平均値以下であることが好ましい。具体的には、可視光を透過させる場合、構造体３の高さ（深さ）は１５０ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。構造体３のアスペクト比（高さＨ／配置ピッチＰ）は、０．８１〜１．４６の範囲に設定することが好ましい。０．８１未満であると反射特性および透過特性が低下する傾向にあり、１．４６を超えると光学素子１の作製時において剥離特性が低下し、レプリカの複製が綺麗に取れなくなる傾向があるからである。

なお、本発明においてアスペクト比は、以下の式（１）により定義される。
アスペクト比＝Ｈ／Ｐ・・・（１）
但し、Ｈ：構造体３の高さ、Ｐ：平均配置ピッチ（平均周期）
ここで、平均配置ピッチＰは以下の式（２）により定義される。
平均配置ピッチＰ＝（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ２）／３ ・・・（２）
但し、Ｐ１：トラックの延在方向の配置ピッチ（トラック延在方向周期）、Ｐ２：トラックの延在方向に対して±θ方向（但し、θ＝６０°−δ、ここで、δは、好ましくは０°＜δ≦１１°、より好ましくは３°≦δ≦６°）の配置ピッチ（θ方向周期）

また、構造体３の高さＨは、構造体３の列方向の高さＨ２とする（図３参照）。ここで、列方向とは、基体表面内において、トラックの延在方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｙ軸方向）のことをいう。後述する製造方法により光学素子１を作製する場合、構造体３のトラック延在方向の高さＨ１は、列方向の高さＨ２よりも小さくすることが好ましい。このような高さの関係とすると、後述する製造方法では、構造体３のトラック延在方向以外の部分における高さは、列方向の高さＨ２とほぼ同一となる。このため、構造体３の高さＨを列方向の高さＨ２で代表する。

図３では、構造体３は、それぞれ同一の形状を有しているが、構造体３の形状はこれに限定されるものではなく、基体表面に２種以上の形状の構造体３が形成されていてもよい。また、構造体３は、基体２と一体的に形成されていてもよい。

なお、構造体３のアスペクト比は全て同一である場合に限らず、構造体３が一定の高さ分布（例えばアスペクト比０．８３〜１．４６程度の範囲）をもつように構成されていてもよい。高さ分布を有する構造体３を設けることで、反射特性の波長依存性を低減することができる。したがって、優れた反射防止特性を有する光学素子１を実現することができる。

ここで、高さ分布とは、２種以上の高さ（深さ）を有する構造体３が基体２の表面に設けられていることを意味する。すなわち、基準となる高さを有する構造体３と、この構造体３とは異なる高さを有する構造体３とが基体２の表面に設けられていることを意味する。基準とは異なる高さを有する構造体３は、例えば基体２の表面に周期的または非周期的（ランダム）に設けられている。その周期性の方向としては、例えばトラックの延在方向、列方向などが挙げられる。

構造体３の材料としては、例えば、紫外線、もしくは電子線により硬化する電離放射線硬化型樹脂、または熱により硬化する熱硬化型樹脂を主成分とするものが好ましく、紫外線で硬化できる紫外線硬化樹脂を主成分とするものが最も好ましい。

図４は、構造体の形状の一例を示す断面図である。構造体３は、この構造体３の頂部３ｔから底部３ｂに向かって徐々に広がる曲面を有していることが好ましい。このような形状にすることにより、転写性を良好にすることができるからである。

構造体３の頂部３ｔは、例えば、平面、または凸状の曲面、好ましくは、凸状の曲面である。このように凸状の曲面とすることで、光学素子１の耐久性を向上することができる。また、構造体３の頂部３ｔに、構造体３よりも屈折率が低い低屈折率層を形成してもよく、このような低屈折率層を形成することで、反射率を下げることが可能となる。

構造体３の曲面は、その頂部３ｔから底部３ｂの方向に向かって、第１の変化点Ｐａおよび第２の変化点Ｐｂの組をこの順序で２つ以上有することが好ましい。これにより、構造体３の深さ方向（図１中、−Ｚ軸方向）に対する実効屈折率が、２つ以上の変曲点を有することができる。ここでは、頂部３ｔの頂点も第１の変化点Ｐａといい、底部３ｂの底点も第２の変化点Ｐｂという。

また、頂部３ｔおよび底部３ｂを除く構造体３の側面には、該構造体３の頂部３ｔから底部３ｂの方向に向かって、第１の変化点および第２の変化点の組みがこの順序で１つ以上形成されていることが好ましい。この場合、構造体３の頂部３ｔから底部３ｂに向かう傾きが、第１の変化点Ｐａを境にしてより緩やかになった後、第２の変化点Ｐｂを境にしてより急になることが好ましい。また、上述のように、第１の変化点Ｐａおよび第２の変化点Ｐｂの組みをこの順序で１つ以上形成する場合、構造体３の頂部３ｔを凸状の曲面とする、もしくは構造体３の底部３ｂに、徐々に減衰して広がる裾部３ｃを形成することが好ましい（図４参照）。

ここで、第１の変化点および第２の変化点は以下のように定義される。
図５Ａ、図５Ｂに示すように、構造体３の頂部３ｔから底部３ｂの間の面が、構造体３の頂部３ｔから底部３ｂに向かって、滑らかな複数の曲面を不連続的に接合して形成されている場合には、接合点が変化点となる。この変化点と変曲点は一致することになる。接合点では正確には微分不可能であるが、ここでは、このような極限としての変曲点も変曲点と称する。構造体３が上述のような曲面を有する場合、図４に示すように、構造体３の頂部３ｔから底部３ｂに向かう傾きが、第１の変化点Ｐａを境にしてより緩やかになった後、第２の変化点Ｐｂを境にしてより急になることが好ましい。

図５Ｃに示すように、構造体３の頂部３ｔから底部３ｂの間の面が、構造体３の頂部３ｔから底部３ｂに向かって、滑らかな複数の曲面を連続的に滑らかに接合して形成されている場合には、変化点は以下のように定義される。図５Ｃに示すように、変曲点・頂点・底点におけるそれぞれの接線が互いに交わる交点に対して、曲線上で最も近い点を変化点と称する。また、上述のように、頂部３ｔにおいては頂点が第１の変化点となり、底部３ｂにおいては底点が第２の変化点となる。

構造体３は、その頂部３ｔから底部３ｂの間の面に、好ましくは２つ以上の傾斜ステップＳｔ、より好ましくは２つ以上１０以下の傾斜ステップＳｔを有することが好ましい。具体的には、構造体３は、その頂部３ｔから底部３ｂの間に、頂部３ｔもしくは底部３ｂ、または頂部３ｔと底部３ｂの双方を含む２つ以上のステップを有することが好ましい。傾斜ステップＳｔが２つ以上であると、構造体３の深さ方向（図１中、−Ｚ軸方向）に対する実効屈折率が、２つ以上の変曲点Ｎ₁、Ｎ₂、・・・Ｎ_n（ｎ：２以上の整数）を有することができる。また、傾斜ステップＳｔが１０以下であれば、構造体３を作製するのを容易にできる。

傾斜ステップＳｔとは、基体表面に対して平行ではなく傾斜しているステップのことをいう。ステップＳｔを基体表面に対して平行とするよりも、ステップＳｔを基体表面に対して傾斜させることにより、転写性を良好にすることができる。ここで、傾斜ステップＳｔは、上述の第１の変化点Ｐａおよび第２の変化点Ｐｂで設定される区画である。また、傾斜ステップＳｔとは、図４に示すように、頂部３ｔにおける突出部と、底部３ｂにおける裾部３ｃとを含む概念である。すなわち、頂部３ｔにおいて第１の変化点Ｐａおよび第２の変化点で設定される区画、および底部３ｂにおいて第１の変化点Ｐａおよび第２の変化点Ｐｂで設定される区画も傾斜ステップＳｔと称する。

構造体３の全体形状としては、例えば、錐体形状を挙げることができる。錐体形状としては、円錐形状、円錐台形状、楕円錐形状、楕円錐台形状、頂部に曲率を持たせた円錐形状、頂部に曲率を持たせた楕円錐形状を挙げることができる。ここで、錐体形状とは、上述のように、円錐形状および円錐台形状以外にも、楕円錐形状、楕円錐台形状、頂部に曲率を持たせた円錐形状、および頂部に曲率を持たせた楕円錐形状を含む概念である。また、円錐台形状とは、円錐形状の頂部を切り落とした形状をいい、楕円錐台形状とは、楕円錐の頂部を切り落とした形状のことをいう。なお、構造体３の全体形状は、これらの形状に限定されるものではなく、構造体３の深さ方向に対する実効屈折率が、基体２に向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点を有するような形状であればよい。

楕円錐形状を有する構造体３は、底面が長軸と短軸をもつ楕円形、長円形または卵型の錐体構造で、頂部が曲面である構造体である。楕円錐台形状を有する構造体３は、底面が長軸と短軸をもつ楕円形、長円形または卵型の錐体構造で、頂部が平坦である構造体である。構造体３を楕円錐形状または楕円錐台形状とする場合、構造体３の底面の長軸方向がトラックの延在方向（Ｘ軸方向）となるように、構造体３を基体表面に形成することが好ましい。

構造体３の断面積は、上記屈折率プロファイルに対応するように、構造体３の深さ方向に対して変化する。構造体３の断面積は、構造体３の深さ方向に向かうに従って単調に増加することが好ましい。ここで、構造体３断面積とは、構造体３が配列された基体表面に対して、平行な切断面の面積を意味する。

［ロールマスタの構成］
図６は、上述の構成を有する光学素子を作製するためのロールマスタの構成の一例を示す。図６に示すように、ロールマスタ１１は、円筒状または円柱状の原盤１２の表面に凹部である構造体１３が多数配列された構成を有している。この構造体１３は、光学素子１の使用環境下の光の波長以下、例えば可視光の波長と同程度のピッチで周期的に２次元配列されている。構造体１３は、例えば、円筒状または円柱状の原盤１２の表面に同心円状またはスパイラル状に配置されている。構造体１３は、上述の基体２の表面に凸部である構造体３を形成するためのものである。原盤１２の材料は、例えばガラスを用いることができるが、この材料に特に限定されるものではない。

［光学素子の製造方法］
次に、図７〜図９を参照しながら、上述の構成を有する光学素子の製造方法の一例について説明する。

第１の実施形態に係る光学素子の製造方法は、光ディスクの原盤作製プロセスとエッチングプロセスとを融合した方法である。この製造方法は、原盤にレジスト層を形成するレジスト成膜工程と、ロール原盤露光装置を用いてレジスト膜にモスアイパターンの潜像を形成する露光工程と、潜像が形成されたレジスト層を現像する現像工程と、プラズマエッチングなどを用いてロールマスタを製作するエッチング工程と、紫外線硬化樹脂により複製基板を製作する複製工程とを備える。このとき、エッチング工程ではＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いても良い。

（露光装置の構成）
まず、図７を参照して、モスアイパターンの露光工程に用いるロール原盤露光装置の構成について説明する。このロール原盤露光装置は、光学ディスク記録装置をベースとして構成されている。

レーザー光源２１は、記録媒体としての原盤１２の表面に着膜されたレジストを露光するための光源であり、例えば波長λ＝２６６ｎｍの記録用のレーザー光１５を発振するものである。レーザー光源２１から出射されたレーザー光１５は、平行ビームのまま直進し、電気光学素子（ＥＯＭ：Electro Optical Modulator）２２へ入射する。電気光学素子２２を透過したレーザー光１５は、ミラー２３で反射され、変調光学系２５に導かれる。

ミラー２３は、偏光ビームスプリッタで構成されており、一方の偏光成分を反射し他方の偏光成分を透過する機能をもつ。ミラー２３を透過した偏光成分はフォトダイオード２４で受光され、その受光信号に基づいて電気光学素子２２が制御されてレーザー光１５の位相変調が行われる。

変調光学系２５において、レーザー光１５は、集光レンズ２６により、ガラス（ＳｉＯ₂）などからなる音響光学素子（ＡＯＭ：Acoust-Optic Modulator）２７に集光される。レーザー光１５は、音響光学素子２７により強度変調され発散した後、コリメータレンズ２８によって平行ビーム化される。変調光学系２５から出射されたレーザー光１５は、ミラー３１によって反射され、移動光学テーブル３２上に水平かつ平行に導かれる。

移動光学テーブル３２は、ビームエキスパンダ３３、および対物レンズ３４を備えている。移動光学テーブル３２に導かれたレーザー光１５は、ビームエキスパンダ３３により所望のビーム形状に整形された後、対物レンズ３４を介して、原盤１２上のレジスト層へ照射される。原盤１２は、スピンドルモータ３５に接続されたターンテーブル３６の上に載置されている。そして、原盤１２を回転させるとともに、レーザー光１５を原盤１２の高さ方向に移動させながら、レジスト層へレーザー光１５を間欠的に照射することにより、レジスト層の露光工程が行われる。形成された潜像は、例えば、円周方向に長軸を有する略楕円形になる。レーザー光１５の移動は、移動光学テーブル３２の矢印Ｒ方向への移動によって行われる。

露光装置は、図１Ｂに示した六方格子または準六方格子の２次元パターンに対応する潜像をレジスト層に形成するための制御機構３７を備えている。制御機構３７は、フォーマッタ２９とドライバ３０とを備える。フォーマッタ２９は、極性反転部を備え、この極性反転部が、レジスト層に対するレーザー光１５の照射タイミングを制御する。ドライバ３０は、極性反転部の出力を受けて、音響光学素子２７を制御する。

このロール原盤露光装置では、２次元パターンが空間的にリンクするように１トラック毎に極性反転フォーマッタ信号と記録装置の回転コントロラーとを同期させ信号を発生し、音響光学素子２７により強度変調している。角速度一定（ＣＡＶ：Constant Angular Velocity）で適切な回転数と適切な変調周波数と適切な送りピッチとでパターニングすることにより、六方格子または準六方格子パターンをレジスト層に記録することができる。

以下、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の製造方法の各工程について順次説明する。
（レジスト成膜工程）
まず、図８Ａに示すように、円筒状または円柱状の原盤１２を準備する。この原盤１２は、例えばガラス原盤である。次に、図８Ｂに示すように、原盤１２の表面にレジスト層１４を形成する。レジスト層１４の材料としては、例えば、有機系レジスト、および無機系レジストのいずれも用いることができる。有機系レジストとしては、例えば、ノボラック系レジスト、化学増幅型レジストを用いることができる。また、無機系レジストとしては、例えば、タングステンやモリブデンなどの１種または２種以上の遷移金属からなる金属酸化物を用いることができる。

（露光工程）
次に、図８Ｃに示すように、上述したロール原盤露光装置を用いて、原盤１２を回転させると共に、レーザー光（露光ビーム）１５をレジスト層１４に照射する。このとき、レーザー光１５を原盤１２の高さ方向に移動させながら、レーザー光１５を間欠的に照射することで、レジスト層１４を全面にわたって露光する。これにより、レーザー光１５の軌跡に応じた潜像１６が、例えば、可視光波長と同程度のピッチでレジスト層１４の全面にわたって形成される。

（現像工程）
次に、原盤１２を回転させながら、レジスト層１４上に現像液を滴下して、図９Ａに示すように、レジスト層１４を現像処理する。レジスト層１４をポジ型のレジストにより形成した場合には、レーザー光１５で露光した露光部は、非露光部と比較して現像液に対する溶解速度が増すので、図９Ａに示すように、潜像（露光部）１６に応じたパターンがレジスト層１４に形成される。

（エッチング工程）
次に、原盤１２の上に形成されたレジスト層１４のパターン（レジストパターン）をマスクとして、原盤１２の表面をエッチング処理する。これにより、図９Ｂに示すように、トラックの延在方向に長軸方向をもつ楕円錐形状または楕円錐台形状の凹部、すなわち構造体１３を得ることができる。エッチング方法は、例えばドライエッチングによって行われる。このとき、エッチング処理とアッシング処理を交互に行うことにより、例えば、錐体状の構造体１３のパターンを形成することができるとともに、レジスト層１４の３倍以上の深さ（選択比３以上）のガラスマスターを作製でき、構造体３の高アスペクト比化を図ることができる。また、エッチング処理およびアッシング処理の処理時間を適宜調整することで、構造体１３の曲面に傾斜ステップを形成することができる。
以上により、六方格子パターンまたは準六方格子パターンを有するロールマスタ１１が得られる。

（複製工程）
次に、ロールマスタ１１と紫外線硬化樹脂を塗布したアクリルシートなどの基体２を密着させ、紫外線を照射し紫外線硬化樹脂を硬化させた後、ロールマスタ１１から基体２を剥離する。これにより、図９Ｃに示すように、目的とする光学素子１が作製される。

この第１の実施形態によれば、各構造体３によって特徴付けられる、深さ方向に対する実効屈折率の変化が、基体２に向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点Ｎ₁、Ｎ₂、・・・Ｎ_n（ｎ：２以上の整数）を持っているので、構造体３の形状効果を活用しながら光の干渉効果を組み合わせて反射光を低減できる。したがって、優れた反射防止特性を有する光学素子を実現できる。

また、光ディスクの原盤作製プロセスとエッチングプロセスとを融合した方法を用いて、光学素子１を作製する場合には、電子線露光を用いて光学素子１を作製した場合に比べて、原盤作製プロセスに要する時間（露光時間）を大幅に短縮することができる。したがって、光学素子１の生産性を大幅に向上することができる。

また、構造体３の頂上部の形状を先鋭でなく滑らかな形状、例えば高さ方向に向けて突出する滑らかな曲面とした場合には、光学素子１の耐久性を向上することができる。また、ロールマスタ１１に対する光学素子１の剥離性を向上することもできる。

また、構造体３のステップを傾斜ステップとした場合には、平行ステップとした場合に比べて転写性を向上することができる。なお、平行ステップについては後述する。

＜第２の実施形態＞
［光学素子の構成］
図１０Ａは、本発明の第２の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。図１０Ｃは、図１０ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図である。図１０Ｄは、図１０ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。

第２の実施形態に係る光学素子１は、トラックＴが円弧状の形状を有し、構造体３が円弧状に配置されている。図１０Ｂに示すように、隣接する３列のトラック（Ｔ１〜Ｔ３）間においてａ１〜ａ７の各点に構造体３の中心が位置する準六方格子パターンを形成するように構造体３が配置されている。ここで、準六方格子パターンとは、正六方格子パターンとは異なり、トラックＴの円弧状に沿って歪んだ六方格子パターンを意味する。あるいは、正六方格子パターンとは異なり、トラックＴの円弧状に沿って歪み、かつ、トラックの延在方向（Ｘ軸方向）に引き伸ばされ歪んだ六方格子パターンを意味する。
上述した以外の光学素子１の構成は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

［ディスクマスタの構成］
図１１は、上述の構成を有する光学素子を作製するためのディスクマスタの構成の一例を示す。図１１に示すように、ディスクマスタ４１は、円盤状の原盤４２の表面に凹部である構造体４３が多数配列された構成を有している。この構造体１３は、光学素子１の使用環境下の光の波長以下、例えば可視光の波長と同程度のピッチで周期的に２次元配列されている。構造体４３は、例えば、同心円状またはスパイラル状のトラック上に配置されている。
上述した以外のディスクマスタ４１の構成は、第１の実施形態のロールマスタ１１と同様であるので説明を省略する。

［光学素子の製造方法］
図１２は、上述の構成を有するディスクマスタを作製するための露光装置の構成の一例を示す概略図である。

移動光学テーブル３２は、ビームエキスパンダ３３、ミラー３８および対物レンズ３４を備えている。移動光学テーブル３２に導かれたレーザー光１５は、ビームエキスパンダ３３により所望のビーム形状に整形された後、ミラー３８および対物レンズ３４を介して、円盤状の原盤４２上のレジスト層へ照射される。原盤４２は、スピンドルモータ３５に接続されたターンテーブル（図示略）の上に載置されている。そして、原盤４２を回転させるとともに、レーザー光１５を原盤４２の回転半径方向に移動させながら、原盤４２上のレジスト層へレーザー光を間欠的に照射することにより、レジスト層の露光工程が行われる。形成された潜像は、円周方向に長軸を有する略楕円形になる。レーザー光１５の移動は、移動光学テーブル３２の矢印Ｒ方向への移動によって行われる。

図１２に示した露光装置においては、レジスト層に対して図１１に示した六方格子または準六方格子の２次元パターンからなる潜像を形成するための制御機構３７を備えている。制御機構３７は、フォーマッタ２９とドライバ３０とを備える。フォーマッタ２９は、極性反転部を備え、この極性反転部が、レジスト層に対するレーザー光１５の照射タイミングを制御する。ドライバ３０は、極性反転部の出力を受けて、音響光学素子２７を制御する。

制御機構３７は、潜像の２次元パターンが空間的にリンクするように、１トラック毎に、ＡＯＭ２７によるレーザー光１５の強度変調と、スピンドルモータ３５の駆動回転速度と、移動光学テーブル３２の移動速度とをそれぞれ同期させる。原盤４２は、角速度一定（ＣＡＶ）で回転制御される。そして、スピンドルモータ３５による原盤４２の適切な回転数と、ＡＯＭ２７によるレーザー強度の適切な周波数変調と、移動光学テーブル３２によるレーザー光１５の適切な送りピッチとでパターニングを行う。これにより、レジスト層に対して六方格子パターン、または準六方格子パターンの潜像が形成される。

更に、極性反転部の制御信号を、空間周波数（潜像のパターン密度であり、Ｐ１：３３０、Ｐ２：３００ｎｍ、または、Ｐ１：３１５ｎｍ、Ｐ２：２７５ｎｍ、または、Ｐ１：３００ｎｍ、Ｐ２：２６５ｎｍ）が一様になるように徐々に変化させる。より具体的には、レジスト層に対するレーザー光１５の照射周期を１トラック毎に変化させながら露光を行い、各トラックＴにおいてＰ１がほぼ３３０ｎｍ（あるいは３１５ｎｍ、３００ｎｍ）となるように制御機構３７においてレーザー光１５の周波数変調を行う。即ち、トラック位置が円盤状の原盤４２の中心から遠ざかるに従い、レーザー光の照射周期が短くなるように変調制御する。これにより、基板全面において空間周波数が一様なナノパターンを形成することが可能となる。
上述した以外の光学素子の製造方法は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

この第２の実施形態によれば、直線状に構造体３を配列した場合と同様に、反射防止特性に優れた光学素子１を得ることができる。

＜第３の実施形態＞
図１３Ａは、本発明の第３の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。図１３Ｂは、図１３Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。図１３Ｃは、図１３ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図である。図１３Ｄは、図１３ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。

第３の実施形態に係る光学素子１は、構造体３が、隣接する３列のトラック間において四方格子パターンまたは準四方格子パターンをなしている点において、第１の実施形態のものとは異なっている。ここで、準四方格子パターンとは、正四方格子パターンと異なり、トラックの延在方向（Ｘ軸方向）に引き伸ばされ歪んだ四方格子パターンを意味する。構造体３が四方格子パターンまたは準四方格子パターンに周期的に配置されている場合には、例えば、構造体３が４回対称となる方位で隣接する。また、四方格子をより引き伸ばし歪ませることにより、同一トラックの構造体に対しても隣接させることが可能となり、４回対称となる方位に加えて同一トラック方向の２箇所でも隣接した充填密度の高い配置がなされる。

隣接する２つのトラックＴ間において、一方のトラック（例えばＴ１）に配列された構造体３の中間位置（半ピッチずれた位置）に、他方のトラック（例えばＴ２）の構造体３が配置されている。その結果、図１３Ｂに示すように、隣接する３列のトラック（Ｔ１〜Ｔ３）間においてａ１〜ａ４の各点に構造体３の中心が位置する四方格子パターンまたは準四方格子パターンを形成するように構造体３が配置されている。

構造体３の高さ（深さ）は特に限定されず、透過させる光の波長領域に応じて適宜設定される。例えば、可視光を透過させる場合、構造体３の高さ（深さ）は１５０ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。トラックＴに対してθ方向のピッチＰ２は、例えば、２７５ｎｍ〜２９７ｎｍ程度である。構造体３のアスペクト比（高さＨ／配置ピッチＰ）は、例えば、０．５４〜１．１３程度である。更に、構造体３のアスペクト比は全て同一である場合に限らず、構造体３が一定の高さ分布をもつように構成されていてもよい。

同一トラック内における構造体３の配置ピッチＰ１は、隣接する２つのトラック間における構造体３の配置ピッチＰ２よりも長いことが好ましい。また、同一トラック内における構造体３の配置ピッチをＰ１、隣接する２つのトラック間における構造体３の配置ピッチをＰ２としたとき、比率Ｐ１/Ｐ２が、１．４＜Ｐ１／Ｐ２≦１．５の関係を満たすことが好ましい。このような数値範囲にすることで、楕円錐または楕円錐台形状を有する構造体の充填率を向上することができるので、反射防止特性を向上することができる。

第３の実施形態では、上述の第１の実施形態と同様に、反射防止特性に優れた光学素子１を得ることができる。

＜第４の実施形態＞
図１４Ａは、本発明の第４の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。図１４Ｂは、図１４Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。図１４Ｃは、図１４ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図である。図１４Ｄは、図１４ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。図１５は、図１４に示した光学素子の一部を拡大して表す斜視図である。

第４の実施形態に係る光学素子１は、基体２の表面に形成された副構造体４をさらに備える点において、第１の実施形態のものとは異なっている。上述の第１の実施形態と同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。なお、第４の実施形態では、構成体３と副構造体４との混同を回避するために、構造体３を主構造体３と称する。

副構造体４は、主構造体３よりも低い高さを有する構造体、例えば微小な突出部である。
また、副構造体４の高さは、屈折率を考慮した光路長で、使用環境下の光の波長の１／４程度以下であれば反射防止の機能に寄与し、例えば、１０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度である。副構造体４の材料としては、例えば、基体２および主構造体３の材料と同一の材料を用いることもできるが、基体２および主構造体３より屈折率の低い材料を用いることが好ましい。反射率をより低減することができるからである。また、上述の説明では、主として主構造体３と副構造体４とが共に凸形状である場合について説明したが、主構造体３と副構造体４とが凹形状であってもよい。さらには、主構造体３と副構造体４の凹部と凸部の関係が、さかさまになっているようにしてもよい。具体的には、主構造体３が凸部である場合には、副構造体４がそれとは反対に凹部であり、主構造体３が凹部である場合には、副構造体４がそれとは反対に凸部であるようにしてもよい。

副構造体４は、例えば主構造体３間に設けられる。具体的には、副構造体４は主構造体３の最隣接部に設けられ、この最隣接部に設けられた副構造体４により主構造体３間が接続されることが好ましい。このようにすることで、主構造体３の充填率を向上させることができる。また、副構造体４の空間的周波数成分は、主構造体３の周期から換算される周波数成分より高いことが好ましい。具体的には、副構造体４の空間的周波数成分は、主構造体３の周期から換算される周波数成分の２倍以上であることが好ましく、４倍以上であることがさらに好ましい。このような副構造体４の空間周波数成分は、主構造体３の周波数成分の整数倍次とならないことが好ましい。

副構造体４は、副構造体４の形成しやすさの観点から、図１４Ｂに示したように、楕円錐形状または楕円錐台形状などの主構造体３が隣接する黒丸印「●」の位置に配置されることが好ましい。このように配置する場合、副構造体４は、主構造体３の隣接部全てに形成する、もしくはＴ１、Ｔ２などのトラック延在方向のみに形成するようにしてもよい。主構造体３が六方格子パターンまたは準六方格子パターンに周期的に配置されている場合には、例えば、主構造体３が６回対称となる方位で隣接する。この場合、隣接部に副構造体４が設けられ、この副構造体４により主構造体３間が接続されることが好ましい。また、図１４Ｂに示すように、主構造体３間に空隙部２ａが存在する場合には、充填率を向上させる観点から、主構造体３間の空隙部２ａに副構造体４を形成することが好ましい。主構造体３の隣接部と空隙部２ａの両方に副構造体４を形成するようにしてもよい。なお、副構造体４を形成する位置は、上述の例に特に限定されるものではなく、主構造体３の表面全体に副構造体４を形成するようにしてもよい。

また、反射特性および透過特性の向上の観点からすると、副構造体４の表面に、微小な凸部および凹部の少なくとも１種、例えば微小な凹凸部４ａを形成することが好ましい。
また、反射防止機能が良好で波長依存性が少ない光学素子１を得るには、副構造体４の微小な凸部または凹部は、主構造体３の周期よりも短い、高周波の空間的周波数成分を有するように形成されることが好ましい。例えば、図１５に示したように、微小な凹部と凸部とを有する、波打った微小な凹凸部４ａであることが好ましい。微小な凹凸部４ａは、例えば、光学素子の製造工程におけるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などのエッチングの条件や、原盤の材料を適宜選択することにより形成することができる。例えば、原盤の材料としてパイレックス（登録商標）ガラスを用いることにより、凹凸部４ａを形成することができる。

第４の実施形態では、基体２の表面に副構造体４をさらに形成しているので、上述の第１の実施形態に比べて反射防止特性をさらに向上することができる。

＜第５の実施形態＞
図１６Ａは、本発明の第５の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。図１６Ｂは、図１６Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図である。図１６Ｃは、図１６ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図である。図１６Ｄは、図１６ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。図１７は、図１６に示した光学素子の一部を拡大して表す斜視図である。

第５の実施形態に係る光学素子１は、凹部である構造体３が基体表面に多数配列されている点において、第１の実施形態のものとは異なっている。この構造体３の形状は、第１の実施形態における構造体３の凸形状を反転して凹形状としたものである。したがって、構造体３の深さ方向（図１６中、−Ｚ軸方向）に対する実効屈折率は、基体に向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点Ｎ₁、Ｎ₂、・・・Ｎ_n（ｎ：２以上の整数）を有している。なお、上述のように構造体３を凹部とした場合、凹部である構造体３の開口部（凹部の入り口部分）を底部、基体２の深さ方向の最下部（凹部の最も深い部分）を頂部と定義する。すなわち、非実体的な空間である構造体３により頂部、および底部を定義する。このとき、図２における実効屈折率は底部から頂部に向かって徐々に増加することになる。 この第５の実施形態において、上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。

この第５の実施形態では、第１の実施形態における凸形状の構造体３の形状を反転して凹形状としているので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第６の実施形態＞
図１８は、本発明の第６の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す斜視図である。図１８に示すように、第６の実施形態に係る光学素子１は、基体表面にて一方向に延在された柱状の構造体５を有し、この構造体５が基体２上に１次元配列されている点において、第１の実施形態のものとは異なっている。なお、上述の第１の実施形態と同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

構造体５の深さ方向（図１８中、−Ｚ軸方向）に対する実効屈折率が、基体２に向けて徐々に増加するとともに、深さ方向に対して２つ以上の変曲点Ｎ₁、Ｎ₂、・・・Ｎ_n（ｎ：２以上の整数）を有している。

構造体５は、一方向（Ｙ軸方向）に一様に延在された曲面を有する。稜線方向に垂直に構造体５を切断した断面（ＹＺ断面）は、図２に示す屈折率プロファイルと相似形になるような断面形状となっている。

第６の実施形態によれば、深さ方向に対する、稜線方向の実効屈折率の変化が、基体２に向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点Ｎ₁、Ｎ₂、・・・Ｎ_n（ｎ：２以上の整数）を持っているので、構造体５の形状効果を活用しながら光の干渉効果により反射光を低減できる。したがって、優れた反射防止特性を有する光学素子を実現できる。

＜第７の実施形態＞
図１９に、本発明の第７の実施形態に係る光学素子の構造体の形状の一例を示す。図１９に示すように、構造体３は、その頂点３ｔから底部３ｂの間の面に、好ましくは平行ステップｓｔおよび傾斜ステップＳｔの少なくとも一方を２つ以上、より好ましくは平行ステップｓｔおよび傾斜ステップＳｔの少なくとも一方を２つ以上１０以下有することが好ましい。平行ステップｓｔおよび傾斜ステップＳｔの少なくとも一方が２つ以下であると、構造体３の深さ方向（図１中、−Ｚ軸方向）に対する実効屈折率が、２つ以上の変曲点を有することができる。また、平行ステップｓｔおよび傾斜ステップＳｔの少なくとも一方が１０以下であれば、作製するのを容易にできる。

平行ステップｓｔとは、基体表面に対して平行なステップのことをいう。ここで、平行ステップｓｔは、上述の第１の変化点Ｐａおよび第２の変化点Ｐｂで設定される区画である。なお、平行ステップｓｔには、平面状の頂部３ｔおよび底部３ｂを含まないものとする。すなわち、頂部３ｔおよび底部３ｂを除く、構造体３の頂点３ｔから底部３ｂの間に形成されたステップのうちで、基体表面に対して平行なステップのことを平行ステップという。
第７の実施形態において、上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。

＜第８の実施形態＞
図２０は、本発明の第８の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す断面図である。図２０に示すように、第８の実施形態に係る光学素子１は、構造体３に代えて、傾斜膜６を基体上に形成している点において、第１の実施形態のものとは異なっている。なお、上述の第１の実施形態と同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

傾斜膜６は、構成材料の組成を深さ方向（厚さ方向）に徐々に変化させることで、深さ方向に対する屈折率を徐々に変化させた膜である。傾斜膜６の表面側の屈折率が、基体側（界面側）の屈折率に比して低くなっている。深さ方向に対する実効屈折率は、基体２に向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点Ｎ₁、Ｎ₂、・・・Ｎ_n（ｎ：２以上の整数）を有している。このようにすることで、光の干渉効果により反射光を低減できる。したがって、光学素子の反射防止特性を低減することができる。

傾斜膜６は、例えばスパッタリング法により成膜することができる。スパッタリング法による成膜方法としては、例えば、２種類のターゲット材料を同時に、かつ所定の比率でスパッタリングさせる方法、プロセスガスの流量を変化させながら反応性スパッタリングすることで、膜中に含まれるプロセスガスの含有量を適宜変化させる方法が挙げられる。

第８の実施形態によれば、上述の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第９の実施形態＞
［液晶表示装置の構成］
図２１は、本発明の第９の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す。図２１に示すように、この液晶表示装置は、光を出射するバックライト５３と、バックライト５３から出射された光を時間的空間的に変調して画像を表示する液晶パネル５１とを備える。液晶パネル５１の両面にはそれぞれ、偏光子５１ａ、５１ｂが設けられている。液晶パネル５１の表示面側に設けられた偏光子５１ｂには、光学素子１が設けられている。本発明では、光学素子１が一主面に設けられた偏光子５１ｂを反射防止機能付き偏光子５２と称する。この反射防止機能付き偏光子５２は、反射防止機能付き光学部品の一例である。
以下、液晶表示装置を構成するバックライト５３、液晶パネル５１、偏光子５１ａ、５１ｂ、および光学素子１について順次説明する。

（バックライト）
バックライト５３としては、例えば直下型バックライト、エッジ型バックライト、平面光源型バックライトを用いることができる。バックライト５３は、例えば、光源、反射板、光学フィルムなどを備える。光源としては、例えば、冷陰極蛍光管（Cold Cathode Fluorescent Lamp：ＣＣＦＬ）、熱陰極蛍光管（Hot Cathode Fluorescent Lamp：ＨＣＦＬ）、有機エレクトロルミネッセンス（Organic ElectroLuminescence：ＯＥＬ）、無機エレクトロルミネッセンス（ＩＥＬ：Inorganic ElectroLuminescence）および発光ダイオード(Light Emitting Diode：ＬＥＤ)などが用いられる。

（液晶パネル）
液晶パネル５１としては、例えば、ツイステッドネマチック（Twisted Nematic：ＴＮ）モード、スーパーツイステッドネマチック（Super Twisted Nematic：ＳＴＮ）モード、垂直配向（Vertically Aligned：ＶＡ）モード、水平配列（In-Plane Switching：ＩＰＳ）モード、光学補償ベンド配向（Optically Compensated Birefringence：ＯＣＢ）モード、強誘電性（Ferroelectric Liquid Crystal：ＦＬＣ）モード、高分子分散型液晶（Polymer Dispersed Liquid Crystal：ＰＤＬＣ）モード、相転移型ゲスト・ホスト（Phase Change Guest Host：ＰＣＧＨ）モードなどの表示モードのものを用いることができる。

（偏光子）
液晶パネル５１の両面には、例えば偏光子５１ａ、５１ｂがその透過軸が互いに直交するようにして設けられる。偏光子５１ａ、５１ｂは、入射する光のうち直交する偏光成分の一方のみを通過させ、他方を吸収により遮へいするものである。偏光子５１ａ、５１ｂとしては、例えば、ポリビニルアルコール系フィルム、部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルムなどの親水性高分子フィルムに、ヨウ素や二色性染料などの二色性物質を吸着させて一軸延伸させたものを用いることができる。偏光子５１ａ、５１ｂの両面には、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムなどの保護層を設けることが好ましい。このように保護層を設ける場合、光学素子１の基体２が保護層を兼ねる構成とすることが好ましい。このような構成とすることで、反射防止機能付き偏光子５２を薄型化できるからである。

（光学素子）
光学素子１は、上述の第１〜第８の実施形態のいずれかのものと同様であるので説明を省略する。

第９の実施形態によれば、液晶表示装置の表示面に光学素子１を設けているので、液晶表示装置の表示面の反射防止機能を向上することができる。したがって、液晶表示装置の視認性を向上することができる。

＜第１０の実施形態＞
［液晶表示装置の構成］
図２２は、本発明の第１０の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す。この液晶表示装置は、液晶パネル５１の前面側に前面部材５４を備え、液晶パネル５１の前面、前面部材５４の前面および裏面の少なくとも１つの面に、光学素子１を備える点において、第７の実施形態のものとは異なっている。図２２では、液晶パネル５１の前面、ならびに前面部材５４の前面および裏面のすべての面に、光学素子１を備える例が示されている。液晶パネル５１と前面部材５４との間には、例えば空気層が形成されている。上述の第７の実施形態と同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。なお、本発明において、前面とは表示面となる側の面、すなわち観察者側となる面を示し、裏面とは表示面と反対となる側の面を示す。

前面部材５４は、液晶パネル５１の前面（観察者側）に機械的、熱的、および耐候的保護や、意匠性を目的として用いるフロントパネルなどである。前面部材５４は、例えば、シート状、フィルム状、または板状を有する。前面部材５４の材料としては、例えば、ガラス、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエステル（ＴＰＥＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、アラミド、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン（ＰＰ）、ジアセチルセルロース、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などを用いることができるが、特にこれらの材料に限定されるものではなく、透明性を有する材料であれば用いることができる。

第１０の実施形態によれば、第９の実施形態と同様に、液晶表示装置の視認性を向上することができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

本発明の実施例について以下の順序で説明する。
１．構造体形状についての検討
２．変曲点と反射率との関係についての検討（１）
３．変曲点と反射率との関係についての検討（２）

＜１．構造体形状についての検討＞
実効屈折率が単調に増加するとともに、２個以上の変曲点を有する構造体形状についてシミュレーションにより検討を行った。なお、以下の実施例における構造体のピッチは、図２３Ａに示すように、矩形状の格子の短辺の長さとする。但し、図２３Ｂに示すように、格子が正方格子である場合には、特に辺を区別せずに、両辺の長さをピッチと称する。

＜実施例１−１〜１−３＞
構造体を六方格子状に配列した場合について、構造体の深さ方向に対する実効屈折率が単調に増加するとともに、２個の変曲点を有する構造体形状について検討した。その結果を図２４Ａ〜図２４Ｃに示す。

＜実施例２−１〜２−３＞
構造体を六方格子状に配列した場合について、構造体の深さ方向に対する実効屈折率が単調に増加するとともに、３個の変曲点を有する構造体形状について検討した。その結果を図２５Ａ〜図２５Ｃに示す。

＜実施例３−１〜３−３＞
構造体を六方格子状に配列した場合について、構造体の深さ方向に対する実効屈折率が単調に増加するとともに、５個の変曲点を有する構造体形状について検討した。その結果を図２６Ａ〜図２６Ｃに示す。

＜実施例４−２〜４−３＞
構造体を正方格子状に配列した場合について、構造体の深さ方向に対する実効屈折率が単調に増加するとともに、５個の変曲点を有する構造体形状について検討した。その結果を図２７Ａ〜図２７Ｃに示す。

＜実施例５＞
構造体を準六方格子状に配列した場合について、構造体の深さ方向に対する実効屈折率が単調に増加するとともに、３個の変曲点を有する構造体形状について検討した。その結果を図２８に示す。

＜実施例６＞
構造体を準六方格子状に配列した場合について、構造体の深さ方向に対する実効屈折率が単調に増加するとともに、５個の変曲点を有する構造体形状について検討した。その結果を図２９に示す。

＜実施例７＞
構造体を六方格子状に配列した場合について、構造体の深さ方向に対する実効屈折率が単調に増加するとともに、３個の変曲点を有する構造体形状の凹凸が反転している形状について検討した。その結果を図３０に示す。

図２４〜図３０から、変曲点と構造体の形状との間に以下の関係があることがわかる。
実施例１−１〜１−３（変曲点２個、六方格子）：頂部の傾斜ステップと、構造体の曲面に傾斜ステップが１個存在する。
実施例２−１〜２−３（変曲点３個、六方格子）：頂部の傾斜ステップと、構造体の曲面に傾斜ステップが１個と、底部の傾斜ステップが存在する。
実施例３−１〜３−３（変曲点５個、六方格子））：頂部の傾斜ステップと、構造体の曲面に傾斜ステップが２個と、底部の傾斜ステップが存在する。
実施例４−１〜４−３（変曲点５個、正方格子）：頂部の傾斜ステップと、構造体の曲面に傾斜ステップが２個と、底部の傾斜ステップが存在する。
実施例５（変曲点３個、準六方格子）：頂部の傾斜ステップと、構造体の曲面に傾斜ステップが１個と、底部の傾斜ステップが存在する。
実施例６（変曲点５個、準六方格子）：頂部の傾斜ステップと、構造体の曲面に傾斜ステップが２個と、底部の傾斜ステップが存在する。

＜２．変曲点と反射率との関係についての検討（１）＞
変曲点を有する屈折率プロファイルを想定し、この屈折率プロファイルに基づき、変曲点と反射率との関係をシミュレーションにより検討を行った。

＜実施例８〜１０＞
まず、図３１、図３２に示すように、構造体の深さ方向に対する実効屈折率の変曲点が２個、３個、５個となる屈折率プロファイルを想定した。なお、図３１、図３２では、光学厚さを構造体の底面を基準としたものとしているため、図２とは屈折率プロファイルの関係が反対になっている。次に、この屈折率プロファイルに基づき、光学素子の反射率を求めた。なお、構造体の高さは２５０ｎｍとした。その結果を図３３に示す。

＜比較例１＞
まず、図３１に示すように、構造体の深さ方向に対する実効屈折率の変曲点が１個となる屈折率プロファイルを想定した。次に、この屈折率プロファイルに基づき、光学素子の反射率を求めた。なお、構造体の高さは２５０ｎｍとした。その結果を図３３に示す。

＜比較例２＞
まず、図３１に示すように、構造体の深さ方向に対する実効屈折率の変曲点がなく、実効屈折率が直線状となる屈折率プロファイルを想定した。次に、この屈折率プロファイルに基づき、光学素子の反射率を求めた。なお、構造体の高さは２５０ｎｍとした。その結果を図３３に示す。

図３１〜図３３から、変曲点の数と反射率との間に以下の関係があることがわかる。
比較例１（変曲点１個）：長波長側で反射率が大きくなる。
比較例２（変曲点なし）：スペクトル全体（特に短波長側）で反射率が大きくなる。
実施例８（変曲点２個）：長波長側で反射率が多少上昇する傾向があるが、この上昇幅は比較例１に比して小さい。可視光域４００ｎｍ〜７００ｎｍのほぼ全体で反射率が０．１％以下となる。
実施例９（変曲点３個）：長波長側での反射率の上昇幅は小さく、可視光域４００ｎｍ〜７００ｎｍの全体で反射率が０．１％以下となる。
実施例１０（変曲点５個）：波長５００ｎｍ近傍で反射率は多少上昇するが、短波長側や長波長側での反射率は極めて低くなる。波長３５０〜８００ｎｍの広範囲にわたって反射率が低下する。

＜３．変曲点と反射率との関係についての検討（２）＞
変曲点を有する屈折率プロファイルを想定し、この屈折率プロファイルに基づき、変曲点と反射率との関係をシミュレーションにより検討を行った。

＜実施例１１〜１２＞
まず、図３４に示すように、構造体の深さ方向に対する実効屈折率の変曲点が２個、３個となる屈折率プロファイルを想定した。次に、この屈折率プロファイルに基づき、光学素子の反射率を求めた。なお、構造体の高さは２５０ｎｍとした。その結果を図３５に示す。

＜比較例３＞
まず、図３４に示すように、構造体の深さ方向に対する実効屈折率の変曲点が１個となる屈折率プロファイルを想定した。次に、この屈折率プロファイルに基づき、光学素子の反射率を求めた。なお、構造体の高さは２５０ｎｍとした。その結果を図３５に示す。

＜比較例４＞
まず、図３４に示すように、構造体の深さ方向に対する実効屈折率の変曲点がなく、実効屈折率が直線状となる屈折率プロファイルを想定した。次に、この屈折率プロファイルに基づき、光学素子の反射率を求めた。なお、構造体の高さは２５０ｎｍとした。その結果を図３５に示す。

図３４および図３５から、変曲点の数と反射率との間に以下の関係があることがわかる。
比較例３（変曲点１個）：長波長側で反射率が大きくなる。
比較例４（変曲点なし）：スペクトル全体（特に短波長側）での反射率が大きくなる。
実施例１１（変曲点２個）：長波長側で反射率が多少上昇する傾向があるが、この上昇幅は比較例１に比して小さい。可視光域４００ｎｍ〜７００ｎｍのほぼ全体で反射率が０．１％以下となる。
実施例１２（変曲点３個）：長波長側での反射率の上昇幅は小さく、可視光域４００ｎｍ〜７００ｎｍの全体で反射率が０．１％以下となる。

以上、本発明の実施形態および実施例について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の実施形態および実施例において挙げた数値、形状、材料および構成などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値、形状、材料および構成などを用いてもよい。

また、上述の実施形態の各構成は、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

また、上述の実施形態では、本発明を液晶表示装置に適用する場合を例として説明したが、本発明は液晶表示装置以外の各種表示装置に対しても適用可能である。例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、プラズマディスプレイ（Plasma Display Panel：ＰＤＰ）、エレクトロルミネッセンス（Electro Luminescence：ＥＬ）ディスプレイ、表面伝導型電子放出素子ディスプレイ（Surface-conduction Electron-emitter Display：ＳＥＤ）などの各種表示装置に対しても本発明は適用可能である。

また、上述の実施形態では、光ディスクの原盤作製プロセスとエッチングプロセスとを融合した方法により、光学素子１を作製する場合を例として説明した。しかしながら、光学素子１の作製方法はこれに限定されるものではなく、深さ方向に対する実効屈折率が基体に向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点を有する光学素子を作製できるものであればよい。例えば、電子線露光などを用いて光学素子を作製するようにしてもよく、また、実効屈折率が徐々に変化するように、中空シリカ等の比率を変えつつ配合させた傾斜膜や、反応性スパッタによる傾斜膜をコーティングすることで作製しても良い。

また、上述の実施形態において、基体２の構造体３が形成された面上に、低屈折率層をさらに形成するようにしてもよい。低屈折率層は、基体２、構造体３、および副構造体４を構成する材料より低い屈折率を有する材料を主成分としていることが好ましい。このような低屈折率層の材料としては、例えばフッ素系樹脂などの有機系材料、またはＬｉＦ、ＭｇＦ₂などの無機系の低屈折率材料が挙げられる。

また、上述の実施形態では、基体表面に凸形状の構造体３を有する構成を例として説明したが、基体表面に凹形状の構造体を有する構成としてもよい。但し、構造体３が凹部である場合、式（１）などにおける構造体３の高さＨは、構造体３の深さＨとなる。

また、上述の実施形態において、熱転写により光学素子を作製するようにしてもよい。具体的には、熱可塑性樹脂を主成分とする基体を加熱し、この加熱により十分に柔らかくなった基体に対して、ロールマスタ１１やディスクマスタ４１などの判子（モールド）を押し当てることにより、光学素子１を作製する方法を用いるようにしてもよい。

図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図、図１Ｂは、図１Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図、図１Ｃは、図１ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図、図１Ｄは、図１ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の屈折率プロファイルの一例を示すグラフである。 図３は、図１に示した光学素子の一部を拡大して表す斜視図である 図４は、構造体の形状の一例を示す断面図である。 図５Ａ〜図５Ｃは、変化点の定義を説明するための図である。 図６Ａは、本発明の第１の実施形態に係る光学素子を作製するためのロールマスタの構成の一例を示す斜視図、図６Ｂは、図６Ａのロールマスタ表面を拡大して示す平面図である。 図７は、モスアイパターンの露光工程に用いるロール原盤露光装置の構成の一例を示す概略図である。 図８Ａ〜図８Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。 図９Ａ〜図９Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。 図１０Ａは、本発明の第２の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図、図１０Ｂは、図１０Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図、図１０Ｃは、図１０ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図、図１０Ｄは、図１０ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。 図１１Ａは、本発明の第２の実施形態に係る光学素子を作製するためのディスクマスタの構成の一例を示す平面図、図１１Ｂは、図１１Ａのディスクマスタ表面を拡大して示す平面図である。 図１２は、モスアイパターンの露光工程に用いるロール原盤露光装置の構成の一例を示す概略図である。 図１３Ａは、本発明の第３の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図、図１３Ｂは、図１３Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図、図１３Ｃは、図１３ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図、図１３Ｄは、図１３ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。 図１４Ａは、本発明の第３の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図、図１４Ｂは、図１４Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図、図１４Ｃは、図１４ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図、図１４Ｄは、図１４ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。 図１５は、図１４に示した光学素子の一部を拡大して表す斜視図である。 図１６Ａは、本発明の第５の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す概略平面図、図１６Ｂは、図１６Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す平面図、図１６Ｃは、図１６ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図、図１６Ｄは、図１６ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。 図１７は、図１６に示した光学素子の一部を拡大して表す斜視図である。 図１８は、本発明の第６の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す斜視図である。 図１９は、本発明の第７の実施形態に係る光学素子の構造体の形状の一例を示す断面図である。 図２０は、本発明の第８の実施形態に係る光学素子の構成の一例を示す断面図である。 図２１は、本発明の第９の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す概略図である。 図２２は、本発明の第１０の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す概略図である。 図２３は、実施例における構造体のピッチを示す概略図である。 図２４は、実施例１−１〜１−３の構造体形状を示す斜視図である。 図２５は、実施例２−１〜２−３の構造体形状を示す斜視図である。 図２６は、実施例３−１〜３−３の構造体形状を示す斜視図である。 図２７は、実施例４−１〜４−３の構造体形状を示す斜視図である。 図２８は、実施例５の構造体形状を示す斜視図である。 図２９は、実施例６の構造体形状を示す斜視図である。 図３０は、実施例７の構造体形状を示す斜視図である。 図３１は、実施例８〜１０、比較例１〜２の屈折率プロファイルを示すグラフである。 図３２は、実施例８〜１０、比較例１〜２の屈折率プロファイルにおける変曲点の位置を示すグラフである。 図３３は、実施例８〜１０、比較例１〜２の反射率の波長依存性を示すグラフである。 図３４は、実施例１１〜１２、比較例３〜４の屈折率プロファイルを示すグラフである。 図３５は、実施例１１〜１２、比較例３〜４の反射率の波長依存性を示すグラフである。

符号の説明

１ 光学素子
２ 基体
２ａ 空隙部
３ 構造体、主構造体
３ｔ 頂部
３ｂ 底部
３ｃ 裾部
４ 副構造体
４ａ 凹凸部
５ 構造体
６ 傾斜膜
１１ ロールマスタ
１２ 原盤
１３ 構造体
１２ａ 空隙部
５１ 液晶パネル
５１ａ 偏光子
５１ｂ 偏光子
５２ 反射防止機能付き偏光子
５３ バックライト
５４ 前面部材
Ｐａ 第１の変化点
Ｐｂ 第２の変化点
Ｎｎ 変曲点
Ｓｔ 傾斜ステップ
ｓｔ 平行ステップ

Claims (23)

1. 基体と、
   上記基体表面に多数配列された、凸部または凹部である構造体と
   を備え、
   上記構造体が、使用環境下の光の波長以下のピッチで配列され、
   上記構造体の深さ方向に対する実効屈折率が、上記基体に向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点を有する光学素子。
2. 上記構造体は、該構造体の頂部から底部の間に、頂部もしくは底部、または頂部と底部の双方を含む２つ以上のステップを有する請求項１記載の光学素子。
3. 上記ステップは、上記基体の表面に対して傾斜した傾斜ステップである請求項２記載の光学素子。
4. 上記構造体は、該構造体の頂部から底部に向かって広がる曲面を有する請求項１記載の光学素子。
5. 上記頂部および上記底部を除く上記構造体の側面には、該構造体の頂部から底部の方向に向かって、第１の変化点および第２の変化点の組みがこの順序で１つ以上形成され、
   上記構造体の頂部から底部に向かう傾きが、上記第１の変化点を境にしてより緩やかになった後、上記第２の変化点を境にしてより急になる請求項４記載の光学素子。
6. 上記構造体の頂部は、凸状の曲面である請求項５記載の光学素子。
7. 上記構造体は、該構造体の底部に、徐々に減衰して広がる裾部を有する請求項５記載の光学素子。
8. 上記構造体の深さ方向に対する実効屈折率の変化が、上記構造体の頂部側において、上記実効屈折率の傾きの平均値よりも急峻な状態になっている請求項１記載の光学素子。
9. 上記構造体の深さ方向に対する実効屈折率の変化が、上記構造体の基体側において、上記実効屈折率の傾きの平均値よりも急峻な状態になっている請求項１記載の光学素子。
10. 上記使用環境下の光が、可視光である請求項１記載の光学素子。
11. 上記構造体の高さが、上記使用環境下の光の波長の平均値以下である請求項１記載の光学素子。
12. 上記構造体は錐体形状を有し、
    上記構造体は、上記基体表面に２次元配列されている請求項１記載の光学素子。
13. 上記錐体形状は、頂部に曲率を持たせた円錐形状、または楕円錐形状である請求項１２記載の光学素子。
14. 上記錐体形状は、円錐台形状、または楕円錐台形状である請求項１２記載の光学素子。
15. 上記構造体が、六方格子状、または準六方格子状に周期的に配置されている請求項１２記載の光学素子。
16. 上記構造体が、四方格子状、または準四方格子状に周期的に配置されている請求項１２記載の光学素子。
17. 上記構造体は、上記基体表面にて一方向に伸びる柱状の形状を有し、
    上記柱状の構造体は、上記基体表面に１次元配列されている請求項１記載の光学素子。
18. 請求項１〜１７のいずれか１項に記載の光学素子を備える表示装置。
19. 基体と、
    上記基体上に形成された薄膜と
    を備え、
    上記薄膜の深さ方向に対する実効屈折率が、上記基体に向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点を有する光学素子。
20. 光学部品と、
    上記光学部品の光入射面に多数配列された、凸部または凹部である構造体と
    を備え、
    上記構造体が、使用環境下の光の波長以下のピッチで配列され、
    上記構造体の深さ方向に対する実効屈折率が、上記基体に向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点を有する反射防止機能付き光学部品。
21. 上記光学部品が、偏光子、レンズ、導光板、窓材、および表示素子のいずれか１種である請求項２０記載の反射防止機能付き光学部品。
22. 基体と、
    上記基体表面に多数配列された、凸部または凹部である構造体と
    を備え、
    上記構造体は、光学素子の表面形成を成形するためのものであり、
    上記構造体が、上記光学素子の使用環境下の光の波長以下のピッチで配列され、
    上記構造体によって成形された光学素子の深さ方向に対する実効屈折率が、上記光学素子の基体に向けて徐々に増加するとともに、２つ以上の変曲点を有する原盤。
23. 上記基体が、円盤状、円筒状または円柱状を有する請求項２２記載の原盤。