JP2013231780A

JP2013231780A - 反射防止構造及び光学部材

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Publication number: JP2013231780A
Application number: JP2012102611A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Ota; 佳実大田
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-11-14

Abstract

【課題】設計と異なる波長の光や斜め入射の光に対しても低い反射率を得ることができ、かつ機械的な強度や防汚性に優れた反射防止構造を提供する。
【解決手段】この反射防止構造は、媒質１と媒質２との境界に設けられ、少なくとも、媒質１に接する層Ａと、該層Ａに接する層Ｂとを備え、層Ａが媒質Ｃによって形成され、層Ｂが、媒質１と、媒質２又は媒質３とからなる反射防止波長域の最小波長以下の２次元凹凸構造（凸形微細構造４）を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細な２次元凹凸構造を有する反射防止構造、及び該反射防止構造を表面に有する光学部材に関する。

照明機器、ディスプレイ装置、情報機器、撮影機器などの光を利用する各種製品には、ガラスやプラスチックなどからなる透光性を有する光学部材が多く用いられている。これら光学部材は、光の方向を制御して集光する、製品内部を汚れや衝撃などから保護するなどの機能を有している。しかし一方で、光学部材に光が入射、或いは出射する際に界面で生じる反射光は、照明機器の効率を低下させる、ディスプレイ機器の視認性を低下させる、情報機器のノイズの原因となる、撮影機器による撮影画像の画質を低下させるなど、性能低下の一因ともなる。

即ち、これら光学部材の界面で生じる反射光は、空気など周囲の媒質の屈折率と光学部材の屈折率とが異なることに起因して生じる。これは、屈折率の異なる媒質に光が入射する際に、界面における波の連続性によって入射側へ戻る成分が生じるためである。

例えば、照明機器では、光学部材の表面で生じた反射光は光源側へと戻り、出射面から放射されずに吸収されてしまうことから、照明効率が低下する要因となる。また、ディスプレイ機器を備えた画像表示装置では、外光の一部がディスプレイ装置のパネル表面で反射され観察者へと届くために、本来このパネル表面から出射している光の割合が低下し、コントラストが低下する要因となる。

このため、従来では上記したような性能低下の原因となる光学部材の界面での反射を低減するために、光学部材の表面に薄膜をコーティングする方法が一般的に用いられている。光学部材の表面に薄膜をコーティングすることによって、周囲の媒質、薄膜、光学部材のそれぞれの界面で生じる反射光を干渉させて、入射側へと戻る光の振幅を低減させることができる。

ところで、近年、より優れた反射防止効果を得るために、上記の薄膜とは異なる技術として、光学部材の表面に微細な凹凸構造を形成して反射防止効果を得る技術が提案されている。

例えば、特許文献１に記載の技術では、光の波長以下の微細な反射防止構造を付与することにより、通常の材料にない反射防止に最適な屈折率を得て、干渉効果を利用し低い反射率を実現している。

また、例えば、特許文献２に記載の技術では、「モスアイ構造」と呼ばれる光の波長よりも小さい構造の形を制御することにより、段階的に屈折率を変化させる効果と、光の干渉効果を組み合わせて、低い反射率を実現している。

特開２００６−１３３７２２号公報特開２００６−１７１２１９号公報

ところで、薄膜を利用した反射防止技術は、限られた材料で干渉効果を利用するために、設計と異なる波長や斜め入射の光では反射率が上昇する問題があった。

また、前記特許文献１、２に記載の技術では、表面に光の波長よりも小さい微細な凹凸構造を付与するために、他の部材や指先等が接触した場合にこの構造が倒れたり、傷が生じたりするなど、強度が低い。また、表面の凹凸構造間に汚れが浸入した場合などの除去が困難であるなど、防汚性についても問題があった。

そこで、本発明は、設計と異なる波長の光や斜め入射の光に対しても低い反射率を得ることができ、かつ機械的な強度や防汚性に優れた反射防止構造、及び該反射防止構造を表面に有する光学部材を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、第１の媒質と第２の媒質との境界に設けられた反射防止構造であって、前記反射防止構造は、少なくとも、前記第１の媒質に接する第１の層と、該第１の層に接する第２の層とを備え、前記第１の層が第３の媒質によって形成され、前記第２の層が、前記第１の媒質と、前記第２の媒質又は前記第３の媒質とからなる反射防止波長域の最小波長以下の２次元凹凸構造を有していることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、反射防止波長域の任意の波長をλとして、前記第１の層の厚みをｄ_１としたときに、ｄ_１＜λ／１５であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、前記第２の層における、前記第１の媒質の占有する面積割合が６０％以上であることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、前記第２の層と前記第２の媒質との間に、第３の層を有し、該第３の層が、前記第１の媒質と、前記第２の媒質又は前記第３の媒質とからなる反射防止波長域の最小波長以下の２次元凹凸構造を有していることを特徴としている。

請求項５に記載の光学部材は、光学部材の前記第１の媒質からなる透光性基材上に、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射防止構造を有することを特徴としている。

本発明に係る反射防止構造によれば、設計と異なる波長の光や斜め入射の光に対しても低い反射率を得ることができ、かつ機械的な強度や防汚性に優れた反射防止構造を提供することができる。

また、本発明に係る光学部材によれば、光学部材の透光性基材上に本発明に係る反射防止構造を有しているので、高い反射防止効果のある光学部材を提供することができる。

次に、本発明に係る反射防止構造について説明する前に、例えば図２８に示すような、媒質１と媒質２の間に媒質３を有する場合の反射防止構造において、反射光が低減できる原理について以下に説明する。

図２８に示すように、媒質１側から光の波長と同等程度の厚さの媒質３を通り、媒質２へ光が入射する場合、媒質１と媒質３の界面、媒質３と媒質２の界面で、それぞれ入射側に戻る成分Ｉ_１、Ｉ_２が発生する。Ｉ_１、Ｉ_２の波の振幅が同じで、位相が逆になる場合、この２つの成分Ｉ_１、Ｉ_２は打ち消しあい、合成された反射光は低減される。

干渉によって反射光を低減するためには、それぞれの界面で入射側に戻る成分が、干渉によってそれぞれ打ち消しあう振幅を有する必要がある。この振幅は界面を形成している媒体の屈折率によって決まるため、望む振幅が得られる材料を用いればよいが、屈折率の低い材料など得ることが困難である場合が多い。

例えば、屈折率Ｎ_１＝１の空気と屈折率Ｎ_２＝１．５の基板の場合、屈折率が１．２２の薄膜を設けることによってＩ_１とＩ_２の振幅を等しくすることができる。しかし、低屈折率材料であるＭｇＦ_２であっても屈折率は１．３８であり、この場合、Ｉ_２に対してＩ_１の振幅が大きくなる。従って、反射防止効果が減少し、特に波長が異なる場合や斜め方向から入射した場合に反射率が上昇する。

また、媒質１と媒質２を用いて、反射防止波長域の最小波長以下の構造を設けることによって、通常の物質では実現不可能な、反射防止に効果的な屈折率を得ることが可能である。光の波長以下の構造では、光はその構造を認識することができず、構造を形成する媒体それぞれの平均的な媒質が存在するものとして振る舞う。

このとき、この平均的な媒質の屈折率は、有効屈折率をＮ_ｅｆｆとして、以下の式で求められる。
Ｎ_ｅｆｆ＝ｒ_１Ｎ_１＋ｒ_２Ｎ_２
ｒ_１、ｒ_２：媒質１、２の体積率
Ｎ_１、Ｎ_２：媒質１、２の屈折率

また、干渉の効果は、ベクトル図を用いて説明することができる。各界面での入射側に戻る成分を、例えば図２９で示すようなベクトルで表すことができる。このベクトルは、Ｘ軸の正方向からの傾きが波の位相を、長さが振幅を表し、波の重ね合わせはこのベクトルの和で表現される。よって、各界面での入射側に戻る成分をベクトルで表し、和を取ることによって反射光の波の振幅を考えることができる。

図３０（ａ）は、図２８に示した反射防止構造で、Ｎ_１＝１（空気）、Ｎ_２＝１．５、Ｎ_３＝１．２２とした場合のベクトルを表した図である。この図に示すように、Ｉ_１とＩ_２が同じ振幅で、逆の位相であるために、反射光はゼロとなる。ここで、Ｉ_１とＩ_２の振幅は、反射防止構造がない場合を「１」とするとその半分である。

これに対して、例えば図３０（ｂ）に示した図は、波長が異なる、斜めから入射するなどの反射防止の条件から外れた場合のベクトルを表したものである。この図に示すように、波長が異なる光や、斜めから入射する場合などは、Ｉ_１に対してＩ_２の位相がずれ、合成された波Ｉ_１＋Ｉ_２が発生し、この合成波の振幅の２乗分の反射光が発生することになる。しかし、この場合でもＩ_１とＩ_２の振幅が同じであることから打ち消し合いの効果が働き、低い反射率を実現可能である。

図３１（ａ）は、図２８に示した反射防止構造で、Ｎ_１＝１（空気）、Ｎ_２＝１．５、Ｎ_３＝１．３８（ＭｇＦ_２）とした場合のベクトルを表した図である。この場合、Ｉ_１の振幅｛（Ｎ_３−Ｎ_１）／（Ｎ_３＋Ｎ_１）｝／｛（Ｎ_２−Ｎ_１）／（Ｎ_２＋Ｎ_１）｝＝０．８であり、Ｉ_２の振幅｛（Ｎ_２−Ｎ_３）／（Ｎ_２＋Ｎ_３）｝／｛（Ｎ_２−Ｎ_１）／（Ｎ_２＋Ｎ_１）｝＝０．２である。Ｉ_１とＩ_２の振幅が異なるため、逆の位相であっても合成波Ｉ_１＋Ｉ_２が発生し、反射の低減効果が不十分となる。

また、図３１（ｂ）は、波長が異なる、斜めから入射するなどの反射防止の条件から外れた場合のベクトルを表したものである。この図に示すように、Ｉ_１に対してＩ_２の位相がずれた場合には、ほとんど打ち消しあいの効果が働かないため、反射防止効果が得られない。

本発明の実施形態１に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略断面図。本発明の実施形態１に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略斜視図。本発明の実施形態１の変形例に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略斜視図。本発明の実施形態１の反射防止構造による反射率の低減効果を説明するための図。本発明の実施形態１の反射防止構造による反射率の低減効果を説明するための図。本発明の実施形態２に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略斜視図。本発明の実施形態２の反射防止構造による反射率の低減効果を説明するための図。本発明の実施例１に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略斜視図本発明の実施例１に係る反射防止構造による反射率の算出結果を示す図。本発明の実施例２に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略斜視図。本発明の実施例２に係る反射防止構造による反射率の算出結果を示す図。本発明の実施例３に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略斜視図。本発明の実施例３に係る反射防止構造による反射率の算出結果を示す図。本発明の実施例４に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略斜視図。本発明の実施例４に係る反射防止構造による反射率の算出結果を示す図。本発明の実施例５に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略斜視図。本発明の実施例５に係る反射防止構造による反射率の算出結果を示す図。本発明の実施例６に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略斜視図。本発明の実施例６に係る反射防止構造による反射率の算出結果を示す図。本発明の実施例７に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略斜視図。本発明の実施例７に係る反射防止構造による反射率の算出結果を示す図。本発明の比較例１に係る反射防止構造を有していない光学部材を示す概略斜視図。本発明の比較例１に係る反射防止構造を有していない場合の反射率の算出結果を示す図。本発明の比較例２に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略斜視図。本発明の比較例２に係る反射防止構造による反射率の算出結果を示す図。本発明の比較例３に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略斜視図。本発明の比較例３に係る反射防止構造による反射率の算出結果を示す図。一般的な反射防止構造による反射率低減の原理を説明するための図。一般的な反射防止構造による反射率低減の原理を説明するための図。一般的な反射防止構造による反射率低減の原理を説明するための図。一般的な反射防止構造による反射率低減の原理を説明するための図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略断面図、図２は、その概略斜視図である。

図１、図２に示すように、本実施形態に係る反射防止構造は、第１の媒質としての媒質１と、光学部材（例えば、太陽電池や固体照明などの半導体基板や、情報機器などに用いられるレンズなど）の透光性基材としての媒質２（第２の媒質）との境界に設けられており、この反射防止構造は、第１の層としての層Ａと、第２の層としての層Ｂの２層を備えている。

媒質１は、例えば空気や水などであり、使用環境の周囲の媒体を選択することができる。

媒質２は、光学部材を構成する透光性基材であり、反射率を低減したい部材の材質を選択することができる。媒質２の材質としては、例えば、ガラス、Ｓｉやサファイヤなどの無機物、樹脂などが挙げられる。

層Ａは、媒質１との略平坦な界面を有する第３の媒質としての媒質３によって平坦状に形成されており、作製方法や強度によって選択することができる。媒質３の材質としては、例えばガラス、Ｓｉやサファイヤなどの無機物、樹脂などが挙げられる。なお、層Ａを形成する媒質として、前記媒質２と同じ材質を用いてもよい。

層Ｂは、媒質２上に形成した媒質２からなる２次元に配列された反射防止波長域の最小波長以下の凸形微細構造４と、各凸形微細構造４の間に位置する媒質１によって構成されている。なお、凸形微細構造４を前記媒質３と同じ材質で形成してもよい。凸形微細構造４は所定の周期で格子状に配列されている。

層Ｂの凸形微細構造４は、本実施形態では円柱状に形成されている。また、図３に示すように、層Ｂに媒質２（又は媒質３）からなる２次元に配列された反射防止波長域の最小波長以下の円形孔状の凹形微細構造４ａを設けてよい。このように凹形微細構造４ａとすることによって、構造の繋がった平坦面が上面にあるため、製造時に傷つき難く、生産性が向上する。更に、円柱状の凸形微細構造３や円形穴状の凹形微細構造４ａ以外にも、例えば、四角柱状の凸形微細構造や四角穴状の凹形微細構造としてもよい。このように、層Ｂは２次元に配列された凹凸構造を有している。

層Ｂの凹凸構造（凸形微細構造４、凹形微細構造４ａ）は、例えば、ガラス、無機物などを用いて、エッチングなどで形成することができる。

層Ｂの凹凸構造（凸形微細構造４、凹形微細構造４ａ）の製造方法としては、例えば、フォトリソグラフィーによるレジストの露光後に、レジストをマスクにしてエッチングする。また、電子線リソグラフィーによるレジストの露光後に、レジストをマスクにしたエッチングを行う。更に、粒子を配列させ、粒子をマスクにしたエッチングを行う。これらの製造方法によって、反射防止波長域の最小波長以下の凹凸構造（図１では円柱状の凸形微細構造３）を形成することができる。

また、層Ｂの凹凸構造（凸形微細構造４、凹形微細構造４ａ）は、光硬化性樹脂や熱硬化性、熱可塑性樹脂などを用いて型から転写することで形成することもできる。この場合は、媒質２（光学素子の構成する透光性基材）の形と層Ｂの凹凸構造を一括で転写することが可能であり、生産性の向上と低コスト化を図ることができる。

層Ｂの凹凸構造（凸形微細構造４、凹形微細構造４ａ）の大きさ（凸部の間隔や凹部の間隔）は、反射防止波長域の最小波長以下に設定されている。この層Ｂの凹凸構造の大きさが最小波長より大きいと、回折光が発生し、反射率の上昇や着色の原因となる。

層Ｂの凹凸構造（凸形微細構造４、凹形微細構造４ａ）の大きさは、反射防止波長域の最小波長以下の範囲で、生産性や構造の強度に応じて適切に選択可能であり、例えば、波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの可視光に対しては、最小波長の３８０ｎｍ以下、望ましくは３００ｎｍ以下、更に望ましくは２５０ｎｍ以下の大きさに形成する。

層Ｂの凹凸構造（凸形微細構造４、凹形微細構造４ａ）の大きさが３００ｎｍ以下の場合には、斜め入射の光に対しても回折光の発生を抑制可能であり、また２５０ｎｍ以下の場合には、周期的な構造であっても幅広い入射角度に対して回折光が生じない。

なお、層Ｂの２次元に配列される凹凸構造（凸形微細構造４、凹形微細構造４ａ）の周期性に関しては、例えばフォトリソグラフィーや電子線リソグラフィーによる製造の場合には、規則的な構造の作製が容易である。

層Ｂの有効屈折率Ｎ_ｅｆｆ２は、媒質１と、媒質２又は媒質３の屈折率と、それぞれの占有する体積割合（体積率）から、以下の式によって決定される。
Ｎ_ｅｆｆ２＝ｒ_ＡＮ_Ａ＋ｒ_ＢＮ_Ｂ
ただし、ｒ_Ａ：媒質１の体積率
ｒ_Ｂ：媒質２の体積率
Ｎ_Ａ：媒質１の屈折率
Ｎ_Ｂ：媒質２の屈折率
または、Ｎ_ｅｆｆ２＝ｒ_ＡＮ_Ａ＋ｒ_ＣＮ_Ｃ
ただし、ｒ_Ａ：媒質１の体積率
ｒ_Ｃ：媒質３の体積率
Ｎ_Ａ：媒質１の屈折率
Ｎ_Ｃ：媒質３の屈折率

層Ｂは２次元に配列された凹凸構造から成っており、層Ｂにおける媒質１と、媒質２又は媒質３の面積割合が、層Ｂの有効屈折率を決定する。また、層Ｂの有効屈折率は、層Ａと層Ｂの界面、層Ｂと媒質１の界面における反射波の振幅を決定する。

層Ｂにおける媒質１の占有する面積割合は、６０％以上であることが望ましい。これより面積割合が大きいと、層Ｂと媒質１の界面における反射波を打ち消すことができ、高い反射防止効果が得られる。更に望ましくは、層Ｂにおける媒質１の占有する面積割合は６５％以上である。

層Ｂの厚さｄ_２は、層Ａと層Ｂの界面における反射波と、層Ｂと媒質１の界面における反射波の位相の差を決定する。この厚さが大きいと、位相の差が大きくなって打ち消しあいの効果が得られない。また、作製が困難となる。望ましくは、反射防止波長域の任意の波長をλとして、層Ｂの厚さｄ_２は、λ／４以下（ｄ_２＜λ／４）が望ましい。

また、本発明の反射防止構造における層Ａは、媒質３によって構成される。媒質３の屈折率は、媒質２よりも低い方が望ましいが、材料の硬さや強度等を勘案して決定すればよい。

層Ａの厚さｄ₁は、媒質１とＡ層の界面における反射波と、層Ａと層Ｂの界面における反射波の位相の差を決定する。層Ａの厚さｄ₁が０の場合は、半位相だけずれるために２つの波が打ち消しあう。また、層Ａの厚さｄ₁が大きいと、この位相からのずれが大きくなって打ち消しあいの効果が得られない。

よって、望ましくは、反射防止波長域の任意の波長をλとして、層Ａの厚さｄ₁がλ／１５以下（ｄ₁＜λ／１５）の場合は、打ち消しあいの効果が働き、高い反射防止効果が得られる。更に望ましくは、層Ａの厚さｄ₁は、λ／２０以下（ｄ₁＜λ／２０）である。

また、層Ａは、例えば、別の基板上に形成した薄膜を層Ｂの上に転写することによって形成可能である。薄膜の形成方法は、スピンコートやスパッタ、蒸着など一般的に用いられる方法を用いることが可能である。

実施形態１の反射防止構造（層Ａ、層Ｂ）を用いた場合、図４に示すように、媒質１と層Ａの界面、層Ａと層Ｂの界面、層Ｂと媒質２の界面でそれぞれ入射側に戻る成分Ｉ_Ａ１、Ｉ_１２、Ｉ_２Ｂが発生する。図５に示したベクトルを用いて、本発明の反射防止構造の効果について説明する。

図５（ａ）は、本発明の反射防止構造を用いた場合のベクトルを表した図である。本発明の反射防止構造では、媒質１と層Ａの界面において、反射防構造を設けない場合と同じ振幅で入射側に戻る成分が発生する。

しかしながら、層Ａと層Ｂの界面において、屈折率が高い媒質から屈折率が低い媒質へと光が進行するために、反対の位相を有した成分が発生し、媒質１と層Ａの界面における成分と打ち消しあう。また、層Ｂと媒質２の界面における成分が、残りの成分を打ち消すように働くため、合成波Ｉ_Ａ１＋Ｉ_１２＋Ｉ_２Ｂが小さくなり、高い反射防止効果が得られる。

また、図５（ｂ）は、波長が異なる、斜めから入射するなどの反射防止の条件から外れた場合のベクトルを表したものである。実施形態１の反射防止構造においては、屈折率が低い媒質から高い媒質へと入射する際に生じるＩ_Ａ１とＩ_２Ｂと、屈折率が高い媒質から低い媒質へと入射する際に生じるＩ_１２が逆の位相を取ることを利用しているため、波長や入射角度による位相ずれの影響を小さくすることが可能である。

従って、この場合でもＩ_Ａ１とＩ_１２とＩ_２Ｂによる打ち消し合いの効果が働き、低い反射率を実現可能である。

このように、実施形態１の反射防止構造は、異なる波長の光や斜め入射の光に対しても低い反射率を得ることができ、また、２次元凹凸構造を有する層Ｂの上に平坦な層Ａの面が存在するため、機械的な強度や、防汚性についても優れている。

更に、この反射防止構造は、媒質Ａと媒質Ｂ、または媒質Ｃの体積率によってのみ決定される有効屈折率の異なる層によって形成され、特殊な異種材料を用いる必要がないため、生産性が高い。

また、本実施形態の反射防止構造を有する光学部材によれば、高い反射防止効果を得ることができる光学部材を提供することができる。このように、本発明の反射防止構造を有する光学部材は表面の反射を低く抑えることができるために、例えば照明や太陽電池、表示素子、情報機器などの高効率化、高品位化、低ノイズ化を実現することが可能となる。なお、ここで光学部材とは、例えば太陽電池や固体照明などの半導体基板や、情報機器などに用いられるレンズなどが挙げられる。

〈実施形態２〉
図６は、本発明の実施形態２に係る反射防止構造を有する光学部材を示す概略斜視図である。

図６に示した実施形態２の反射防止構造では、層Ｂと媒質２との間に第３の層としての層Ｃを有し、層Ｂと層Ｃによって２次元に配列された反射防止波長域の最小波長以下の凸形微細構造４’を形成している。他の構成は実施形態１と同様である。

この凸形微細構造４’はその高さ方向において幅（径）の異なる円柱が２段に形成されている。なお、凸形微細構造４’を、その高さ方向において幅の異なる四角柱が２段に形成された形状としてもよい。また、凸形微細構造４’以外にも、円形孔や四角形孔が２段に形成された凹形微細構造でもよい。

層Ｃにおける２次元に配列された凹凸構造は、実施形態１で述べた層Ｂの凹凸構造の製造方法と同様にして形成することが可能である。また、２段の径の異なる凹凸構造を有した型から転写するなど、層Ｂと一括で作製することも可能である。

層Ｂの有効屈折率Ｎ_ｅｆｆ３は、前記した層Ｂと同様に、媒質１と、媒質２又は媒質３の屈折率と、それぞれの占有する体積割合（体積率）から、以下の式によって決定される。
Ｎ_ｅｆｆ３＝ｒ_ＡＮ_Ａ＋ｒ_ＢＮ_Ｂ
ただし、ｒ_Ａ：媒質１の体積率
ｒ_Ｂ：媒質２の体積率
Ｎ_Ａ：媒質１の屈折率
Ｎ_Ｂ：媒質２の屈折率
または、Ｎ_ｅｆｆ３＝ｒ_ＡＮ_Ａ＋ｒ_ＣＮ_Ｃ
ただし、ｒ_Ａ：媒質１の体積率
ｒ_Ｃ：媒質３の体積率
Ｎ_Ａ：媒質１の屈折率
Ｎ_Ｃ：媒質３の屈折率

層Ｃは２次元に配列された凹凸構造から成っており、層Ｃにおける媒質１と、媒質２又は媒質３の面積割合が、層Ｃの有効屈折率を決定する。また、層Ｃの有効屈折率は、層Ｂと層Ｃの界面、層Ｃと媒体１の界面における反射波の振幅を決定する。

層Ｃにおける媒質１の占有する面積割合は、４０％以下であることが望ましい。これより面積割合が小さいと、層Ｃと媒質１の界面における反射波は、干渉による反射防止効果において補助的に用いることができ、高い反射防止効果を得ることができる。更に望ましくは、層Ｃにおける媒質１の占有する面積割合は３０％以下である。

本実施形態の反射防止構造は、層Ｂと媒質２との間に層Ｃを有し、層Ｂと層Ｃによって２次元に配列された反射防止波長域の最小波長以下の凸形微細構造４’を形成している。これにより、図７に示すように、媒質１と層Ａの界面、層Ａと層Ｂの界面、層Ｂと層Ｃの界面、層Ｃと媒質２の界面でそれぞれ入射側に戻る成分Ｉ_Ａ１、Ｉ_１２、Ｉ_２３、Ｉ_２Ｂが発生する。

このように、本実施形態の反射防止構造においても、実施形態１の反射防止構造と同様に、Ｉ_Ａ１とＩ_１２とＩ_２Ｂによる打ち消し合いの効果が働き、低い反射率を実現可能である。

次に、本発明の反射防止構造による反射率の低減効果を評価するために、以下に示す実施例１〜７と比較用の比較例１〜３の反射防止構造を作製した。

なお、反射率の低減効果を評価するために、RCWA(厳密結合波解析)法による電磁波解析シミュレーションソフトDiffract MOD（R-Soft社）を用いて、反射率計算を行った。

この反射率計算における条件を、以下のように設定した。
入射する光は可視光とし、波長の範囲を３８０〜７８０ｎｍとした。また、媒質１を空気（屈折率ｎ＝１）、媒質２をガラス（屈折率ｎ＝１．５２）とした。光は媒質１から媒質２に向かって、媒質１と媒質２の界面の法線方向からの傾斜角を０°、４０°、６０°とし、それぞれの入射角度での反射率を算出した。以下の表は、実施例１〜７と比較例１〜３の反射防止構造による、波長３８０〜７８０ｎｍでの平均反射率の評価結果である。

〈実施例１〉
実施例１では、図８に示した反射防止構造（図３と同じ構成の反射防止構造）において、層Ｂの２次元に配列された凹形微細構造４ａは、媒質２で形成された径１８０ｎｍ、深さ（厚さ）５５ｎｍ、周期２００ｎｍの円形孔状構造体である。

層Ａは、媒質３によって厚さ３０ｎｍに形成されている。なお、媒質２と媒質３は、屈折率１．５２の同じ材料である。図９は、実施例１における反射率の算出結果を示す図である。

〈実施例２〉
実施例２では、図１０に示した反射防止構造（図１、図２と同じ構成の反射防止構造）において、層Ｂの２次元に配列された凸形微細構造４は、媒質２で形成された径１００ｎｍ、高さ（厚さ）５５ｎｍ、周期２００ｎｍの円柱状構造体である。

層Ａは、媒質３によって厚さ２０ｎｍに形成されている。なお、媒質２と媒質３は、屈折率１．５２の同じ材料である。図１１は、実施例２における反射率の算出結果を示す図である。

〈実施例３〉
実施例３では、図１２に示した反射防止構造（図１、図２と同じ構成の反射防止構造）において、層Ｂの２次元に配列された凸形微細構造４は、媒質２で形成された径１００ｎｍ、高さ（厚さ）７０ｎｍ、周期２００ｎｍの円柱状構造体である。

層Ａは、媒質３によって厚さ２０ｎｍに形成されている。なお、媒質２と媒質３は、屈折率１．５２の同じ材料である。図１３は、実施例３における反射率の算出結果を示す図である。

〈実施例４〉
実施例４では、図１４に示した反射防止構造（図１、図２と同じ構成の反射防止構造）において、層Ｂの２次元に配列された凸形微細構造４は、媒質２で形成された径１４０ｎｍ、高さ（厚さ）７０ｎｍ、周期２００ｎｍの円柱状構造体である。

層Ａは、媒質３によって厚さ２０ｎｍに形成されている。なお、媒質２と媒質３は、屈折率１．５２の同じ材料である。図１５は、実施例４における反射率の算出結果を示す図である。

〈実施例５〉
実施例５では、図１６に示した反射防止構造（図３と同じ構成の反射防止構造）において、層Ｂの２次元に配列された凹形微細構造４ａは、媒質２で形成された径１８０ｎｍ、深さ（厚さ）５５ｎｍ、周期２００ｎｍの円形孔状構造体である。

層Ａは、媒質３によって厚さ３０ｎｍに形成されている。なお、媒質２は屈折率１．５２の材料、媒質３は屈折率１．４０の材料である。図１７は、実施例５における反射率の算出結果を示す図である。

〈実施例６〉
実施例６では、図１８に示した反射防止構造（図６と同じ構成の反射防止構造）において、層Ｂの２次元に配列された凸形微細構造４’は、媒質２で形成された径１７０ｎｍ、高さ（厚さ）１００ｎｍの円柱（層Ｃ）の上に、径１００ｎｍ、高さ（厚さ）５５ｎｍの円柱を重ねた２段の円柱状構造体である。

層Ａは、媒質３によって厚さ２０ｎｍに形成されている。なお、媒質２と媒質３は、屈折率１．５２の同じ材料である。図１９は、実施例６における反射率の算出結果を示す図である。

〈実施例７〉
実施例７では、図２０に示した反射防止構造において、層Ｂの２次元に配列された凹形微細構造４ａ’は、媒質２で形成された径１００ｎｍ、深さ（厚さ）１１０ｎｍの孔（層Ｃ）の上に、径１８０ｎｍ、深さ（厚さ）５５ｎｍの孔を重ねた２段の円形孔状構造体である。

層Ａは、媒質３によって厚さ２０ｎｍに形成されている。なお、媒質２と媒質３は、屈折率１．５２の同じ材料である。図２１は、実施例６における反射率の算出結果を示す図である。

〈比較例１〉
比較例１では、図２２に示すように、媒質２によって形成された光学部材の透光性基材に可視光を入射させた場合である（反射防止構造を設けていない）。なお、媒体２の屈折率は１．５２である。図２３は、比較例１における反射率の算出結果を示す図である。

〈比較例２〉
比較例２では、図２４に示すように、媒質２によって形成された光学部材の透光性基材の上に、３層の多層薄膜（膜厚８４ｎｍ、膜厚１３８ｎｍ、膜厚１００ｎｍの３層）１０からなる反射防止構造を設けた構成である。図２５は、比較例２における反射率の算出結果を示す図である。

〈比較例３〉
比較例３では、図２６に示すように、媒質２によって形成された光学部材の透光性基材の上に、媒質２で形成された径１４０ｎｍ、高さ（厚さ）１１２ｎｍの円柱１１を周期２００ｎｍで格子状に配列した構造を備えている。図２７は、比較例３における反射率の算出結果を示す図である。

上記の表に示しように、実施例１〜７における本発明の反射防止構造を設けることにより、高い反射防止効果を得ることができる。また、層Ａと層Ｂの厚みを調整することによって、特に目的とする波長や入射角度において低い反射率を実現することができる。

例えば、実施例１のように長波長域での反射率を低減した場合や、実施例３のように斜入射での反射率を特に低減した場合や、実施例２、４、５のように可視光の波長域全体での低減効果を得られる場合などである。

また、実施例６、７のように、層Ｃを設けることによってさらに斜入射においての反射防止効果を向上させることが可能となる。更に、実施例７では、層Ｂ及び層Ｃの厚みと有効屈折率を調整することにより、可視光の波長域全体での低い反射率と、反射率の波長依存性の低減を実現している。これにより、反射率の低減効果のみならず、着色を抑制することができ、視認性や外観品位が向上する。

一方、比較例１では、反射防止構造を設けていないため、反射率が高く、視認性の低下や情報機器におけるノイズの原因となる等の問題が生じる。また、比較例２のような多層の反射防止膜を設けた構成では、斜入射では反射率の低減効果が低く、反射率の波長依存性が大きいため、着色や外観品位の低下などの問題が生じる。更に、比較例３のような光の波長以下の構造のみによる反射防止構造では、低い反射率が実現可能であるものの、この構造が表面に露出しているので、機械的な強度に劣り、また、汚れに対して弱いなどの使用上の問題が生じる。

１媒体（第１の媒体）
２媒体（第２の媒体）
３媒体（第３の媒体）
４凸形微細構造（２次元凹凸構造）
４ａ凹形微細構造（２次元凹凸構造）
Ａ層（第１の層）
Ｂ層（第２の層）
Ｃ層（第３の層）

Claims

第１の媒質と第２の媒質との境界に設けられた反射防止構造であって、
前記反射防止構造は、少なくとも、前記第１の媒質に接する第１の層と、該第１の層に接する第２の層とを備え、
前記第１の層が第３の媒質によって形成され、
前記第２の層が、前記第１の媒質と、前記第２の媒質又は前記第３の媒質とからなる反射防止波長域の最小波長以下の２次元凹凸構造を有していることを特徴とする反射防止構造。
反射防止波長域の任意の波長をλとして、前記第１の層の厚みをｄ_１としたときに、
ｄ_１＜λ／１５
であることを特徴とする請求項１に記載の反射防止構造。
前記第２の層における、前記第１の媒質の占有する面積割合が６０％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射防止構造。
前記第２の層と前記第２の媒質との間に、第３の層を有し、
該第３の層が、前記第１の媒質と、前記第２の媒質又は前記第３の媒質とからなる反射防止波長域の最小波長以下の２次元凹凸構造を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の反射防止構造。
光学部材の前記第２の媒質からなる透光性基材上に、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射防止構造を有することを特徴とする光学部材。