JP2013254026A - 光学素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の光学素子(1)は、基材(10)と、この基材(10)の表面に設けられ複数の凸部(11)及び複数の凹部(12)を含む微細凹凸構造(10a)と、を有し、基準面(X)からの複数の凸部(11)の頂点(11a)の高さが200nm以上であり、複数の凸部(11)に含まれる任意の凸部(11)の頂点(11a)と当該任意の凸部(11)に最も近接する凸部(11)の頂点(11a)との間隔が、平面視において260nm未満であり、複数の凸部(11)又は複数の凹部(12)の配列パターンが、N方格子状であって、任意の凸部(11)と当該任意の凸部(11)に隣接するN個の凸部(11)との間に1個から(N−2)個の尾根が存在することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の一実施の形態に係る光学素子1の断面模式図である。図2は、本実施の形態に係る光学素子1の微細凹凸構造を示す模式的な斜視図である。図1に示すように、本実施の形態に係る光学素子1は、基材10と、この基材10の表面に設けられた微細凹凸構造10aと、を有する。微細凹凸構造10aは、光学素子1の基準面Xの面内方向(図1の左右方向及び奥行方向)に連続して延在するように設けられた複数の凸部11及び複数の凹部12を有する。
光学素子1に用いられる基材10には、(a)微細凹凸構造10aを構成する組成物との接着性が良いこと、(b)微細凹凸構造10aを構成する組成物との屈折率差が小さいこと、(c)微細凹凸構造10aを構成する組成物層のヘーズが小さいこと、が求められる。また、基材10には、(d)フレキシブル性を有し、(e)易加工性を有し、(f)高生産性を有し、(g)軽量であり、(h)高耐衝撃性を有し、(i)低価格であること、が求められる。
光学素子1の微細凹凸構造10aは、組成物により構成される。微細凹凸構造10aを構成する組成物の種類としては、光硬化組成物、熱硬化組成物、熱可塑組成物などから適宜選択することができる。これらの中でも、微細凹凸構造10aを構成する組成物としては、転写忠実性の観点から、光硬化組成物が好ましい。
微細凹凸構造10aを構成する組成物には、アクリル基及び/又はメタクリル基を含むシリコン化合物を含有しても良い。微細凹凸構造10aを構成する組成物の単量体成分合計100質量部に対し、アクリル基及び/又はメタクリル基を含むシリコン化合物を0.1質量部〜10質量部含有することが好ましく、0.2質量部〜5質量部含有することがより好ましく、0.3質量部〜2質量部含有することがさらに好ましい。0.1質量部以上含有させることで、硬化後の光学素子をスタンパーからの離型性をさらに向上でき、10質量部以下含有させることにより、光学素子1の微細凹凸構造10aを構成する組成物層、特に微細凹凸構造10aの強度を維持できる。
微細凹凸構造10aを構成する組成物として、光硬化組成物を用いる場合、光重合開始剤を含有することができる。光重合開始剤としては、例えば、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、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−1−プロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]−フェニル}−2−メチル−プロパン、フェニルグリオキシリックアシッドメチルエステル、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モリフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン、1,2−ジメチルアミノ−2−(4−メチル−ベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、ビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)チタニウム、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−2−(O−ベンゾイルオキシム)]エタノン、1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)などが挙げられるが、特に本発明においては、高感度で、低揮発性である2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、1,2−オクタンジオン、1−[4−(フェニルチオ)−2−(O−ベンゾイルオキシム)]エタノン、1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)などを好ましく用いることができる。光重合開始剤の配合比は、光硬化組成物中の単量体成分合計100質量部に対し、0.1質量部〜5.0質量部であることが好ましい。これら光重合開始剤は単独で適用することも可能であるが、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
微細凹凸構造10aを構成する組成物として、光硬化組成物を用いる場合、光硬化組成物には、光重合促進剤及び光増感剤などと組み合わせて使用することもできる。例えば、光増感剤としては、n−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミン、トリ−n−ブチルホスフィン、アリルチオ尿素、s−ベンジスイソチウロニウム−p−トルエンスルフィネート、トリエチルアミン、ジエチルアミノエチルメタクリレート、トリエチレンテトラミン、4,4’−ビス(ジアルキルアミノ)ベンゾフェノン、N,N−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル、N,N−ジメチルアミノ安息香酸イソアミルエステル、ペンチル−4−ジメチルアミノベンゾエート、トリエチルアミン、トリエタノールアミンなどのアミン類のような光増感剤を1種あるいは2種以上組み合わせて用いることができる。
微細凹凸構造10aを構成する組成物として、光硬化組成物を用いる場合、光硬化組成物は、ろ過などの手法により、異物を除去したものであることが好ましい。ろ過に使用するフィルター孔径は1μm以下がより好ましく、0.5μm以下がさらに好ましい。また、フィルターの異物捕捉効率は、99.9%以上であることが好ましい。異物を除去することにより、スタンパーの凹凸部への充填率や光硬化反応率を向上し、光学素子1の微細凹凸構造10aの構造欠陥を実用上問題がないレベルに減少させることができる。
微細凹凸構造10aを構成する組成物として、光硬化組成物を用いる場合、硬化前の光硬化組成物の50℃における粘度が100mPa・s以下であることが好ましい。粘度を100mPa・s以下にすることで、基材表面へ光硬化組成物をロールツーロール方式により塗布する場合、光硬化組成物層の厚み均一性を高めることができ、またスタンパーの凹凸構造部への光硬化組成物の充填率を高めることができ、結果として光学素子への転写忠実性を高めることができる。粘度は、50mPa・s以下であることがより好ましく、20mPa・sであることがさらに好ましい。また、目的とする光硬化組成物層の厚みを得るために、光硬化組成物中へさらに減粘剤又は増粘剤を添加することで、上記基材の粘度範囲で、適宜粘度調整をしてもよい。
微細凹凸構造10aを構成する組成物として、光硬化組成物を用いる場合、光学素子1の製造に用いるスタンパーの凹凸構造面の表面温度は、25℃〜100℃が好ましく、30℃〜80℃がより好ましく、35℃〜70℃がさらに好ましく、40℃〜65℃が最も好ましい。スタンパーの凹凸構造面の表面温度を25℃以上にすることで、光硬化組成物の粘度を下げることができるため、基材と光硬化組成物との付着性と、光硬化後の光学素子1のスタンパーからの離型性とを向上できる。また、スタンパーの凹凸構造面の表面温度を100℃以下にすることで、基材の熱変形を抑制することができる。また、スタンパーの凹凸構造面の表面温度は、略一定に調節されていることが好ましい。
微細凹凸構造10aを構成する組成物層の厚みは、0.4μm〜10μm以下であることが好ましい。10μm以下とすることにより、カールを抑制し、折り曲げた際のクラックを抑制できる。組成物層の厚みを0.4μm以上にすることにより、基材と凹凸部を構成する組成物との密着性を向上させ、スタンパーの凹凸構造を基材へ転写する際の未転写部分の発生を防止できる。また凹凸部を構成する組成物層の厚みを4μm以下にすることで、高温高湿条件下で生じる凹凸部を構成する組成物層のクラック発生と、高温高湿下での凹凸部を構成する組成物の収縮に起因するカール発生とを抑制できる。樹脂層の厚みは、0.5μm〜7μm以下であることがより好ましく、0.8μm〜4μm以下であることがさらに好ましい。
光学素子1の製造に用いられる光学素子原版の作製方法としては、レーザ光を用いた干渉露光法、電子線描画法、機械加工切削法、ドライエッチング法、リソグラフィー法などが挙げられる。凹凸部の形状、ピッチ、又は高さ、凹凸部の配列パターンやその規則性/不規則性、原版大きさ、コストなどの目的に応じて、任意に作製方法を選択することができる。凹凸部が規則性のある配列パターンで、かつ大面積な原版を得たい場合、レーザ光を用いた干渉露光法が好ましい。
原版の凹凸構造や配列パターンを転写したスタンパーは、原版から、電鋳法や上記のナノインプリント法などにより作製することができる。解像度の点では、電鋳法及び光硬化組成物を使用した光ナノプリント法が好ましい。
光学素子1は、上記凹凸構造パターンを有する原版又はスタンパーから転写して、作製することができる。光学素子1の作製方法として、ナノインプリント法が好ましい。ナノインプリント法の種類として、マイクロコンタクトプリント(ソフトリソグラフィー)、室温ナノインプリント、リバースナノインプリント、熱ナノインプリント、光(UV)ナノプリントが挙げられる。微細凹凸構造10aを形成する樹脂の種類として、光硬化組成物、熱硬化組成物、熱可塑組成物、ゾルゲル反応物などを挙げられるが、解像度、重ね合わせ精度、連続転写性の点で、光硬化組成物を使用した光ナノインプリント法がより好ましい。また、簡単で安価な装置で大量生産できる点で、熱可塑組成物を使用した熱ナノインプリント法が好ましい。熱ナノインプリント法の成形方法として、押出成形(エンボスロールの凹凸構造面を転写)、キャスト成形法(エンボスロールの凹凸構造面を転写)、プレス成形法、射出成形法などが好ましい。
光ナノインプリント法における光硬化組成物の基材への塗布方法として、例えば、ロールコーター法、(マイクロ)グラビアコーター法、エアドクターコーター法、ブレ−ドコーター法、ナイフコーター法、ロッドコーター法、カーテン(フロー)コーター法、キスコーター法、ビードコーター法、キャストコーター法、ロータリースクリーン法、浸漬コーティング法、スロットオリフィスコーター法、バーコード法、スプレーコーティング法、スピンコーティング法、押出コーターなどが挙げられる。生産性を高め、大面積の光学素子を得るためには、ロールツーロール方式を用い、塗布方法は上記から適宜選択して、光学素子を含むフィルムロールを得ることが好ましい。また、ロールツーロール方式は、生産性、凸部11の高さ及び凹部12の高さ、のそれぞれの標準偏差を20以下に制御するという点においてバッチ方式より優れるため好ましい。
また、ロールツーロール方式で製造された光学素子1を含む樹脂フィルムロールは、幅10cm以上かつ長さ50m以上であることが好ましい。ロール幅は、10cm以上200cm以下がより好ましく、20cm以上200cm以下がさらに好ましく、50cm以上200cm以下が最も好ましい。また、ロール長さは、50m以上10000m以下がより好ましく、200m以上10000m以下がさらに好ましく、500m以上10000m以下が最も好ましい。樹脂フィルムロールの幅10cmかつ長さ50m以上にすることで、小型から大型までの多種多様な大きさの光学素子1を、大量に提供することができる。ロール幅が200cmを超える場合、微細凹凸構造を構成する組成物層の厚み均一性が低下する場合があり、ロール長が10000mを超える場合、ロール巻取機の軸ブレにより巻取精度が低下する場合や、ロール質量の増加によりロール巻取機の軸強度が不足して破損する場合がある。このため、上記幅及び長さの樹脂フィルムロールとすることが望ましい。
微細凹凸構造10aを構成する組成物として、光硬化組成物を用いる場合、光学素子1を作製する方法としては、基材に光硬化組成物を薄膜状に塗布した後、基材の光硬化組成物塗布面とスタンパーの凹凸構造面とを接触させることで、スタンパーの凹凸構造面と基材間に光硬化組成物を充填し、その後UV照射する方法がある。また、スタンパーの凹凸構造面に光硬化組成物を塗布して、スタンパーの凹凸構造内も充填した後、基材と接触させて、その後UV照射する方法がある。また、基材とスタンパーの凹凸構造面との両方に光硬化組成物を薄膜状に塗布した後、基材の光硬化組成物塗布面とスタンパーの凹凸構造面を接触させて、その後UV照射する方法がある。選択する塗布方法に応じて、塗布する順序は適宜選択することができる。
本発明の光学素子の製造の際の光硬化に用いる露光光源の種類としては、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、ケミカルランプ、UV−LED、無電極UVランプが好ましい。また、長時間露光時の発熱を抑える観点から、可視波長以上の波長をカットするフィルター(バンドパスフィルターを含む)を利用することが好ましい。
光学素子1の微細凹凸構造10aを有する面及び/又は微細凹凸構造10aを有しない面に対し、保護フィルムを貼合しても良い。保護フィルムを貼合することで、使用するために保護フィルムを剥がすまでの期間、微細凹凸構造10aの形状を保護し、異物の付着を防止できる。保護フィルムに必要な性能は、(1)剥離時に、微細凹凸構造10aを有する面に保護フィルムの粘着層が残らないこと、又は残っても反射率や透過率に影響を与えないこと、(2)光学素子1の特に微細凹凸構造10aを有する面を傷つけるような異物を含有しないこと、又は傷つけても反射率や透過率に影響を与えないことである。光学素子1に対し、上記性能を持つ保護フィルムから任意に選択して用いることができる。
基材10と微細凹凸構造10aを構成する組成物層の屈折率差は、両者の界面での屈折や反射を低減するために、0.2以下が好ましく、0.1以下がより好ましく、0.05以下がさらに好ましく、0.02以下が最も好ましい。また、基材10と微細凹凸構造10aを構成する組成物層との間に、易接着性を有する中間層を加えても良い。中間層の屈折率を、基材10と微細凹凸構造10aを構成する組成物層それぞれの屈折率の間にすることで、中間層がない場合と比較し、干渉を低減でき、干渉縞の発生を抑制できる。
光学素子1に透過性が必要な場合、微細凹凸構造10aを有する光学素子1のヘーズ、基材のみのヘーズ、及び光学素子1のヘーズから基材10のヘーズを引いた値(以下、Δヘーズとする)は、片面のみに微細凹凸構造10aが形成されている場合、それぞれ1.5%以下が好ましく、1.0%以下がより好ましく、0.5%以下がさらに好ましい。特にΔヘーズを1.5%以下にするためには、上記屈折率差を0.2以下にする以外に、基材10表面に反射防止性能を有する凹凸形状を有する構造を付与することが有効である。Δヘーズを低下させることで、光学素子1の全光線透過率を向上させることができる。
反射防止性能は、正反射率、及び(正+拡散)反射率で評価することができる。これらの値は、いずれも低い方が好ましい。
光学素子1は、任意の目的又は用途に使用できる。例えば、光学素子1をディスプレイ装置などの表示装置に用いる場合、ヘーズが減少して全光線透過率が上昇するため、鮮明な画像を視認することができる。光学素子1を太陽電池に用いる場合、全光線透過率が上昇するため、光利用効率を向上させることができる。光学素子1を照明装置に用いる場合、同様に全光線透過率が上昇するため、光利用効率を向上させることができ、照度を向上し、又は消費電力を低減することができる。光学素子1を複写機用途に配設する場合、全光線透過率が上昇し、反射率が低減するので、複写精度の向上させることができ、又は照度の向上により消費電力を低減することができる。光学素子1をタッチパネル用に利用する場合は、光学素子1の微細凹凸構造10aに導電化層を被覆することで、微細凹凸構造が無い場合に比べ、反射率を低減させることが可能となり、視認性に優れた高透過のタッチパネルを作成できる。また、光学素子1は、幅10cm以上、かつ長さ50m以上である樹脂フィルムロールとして用いることができる。
上記実施の形態に係る光学素子を作製し、作製した光学素子の特性を測定、評価した。以下、作製した光学素子の概略及び評価結果について述べる。
1分子中に3個以上のアクリル基及び/又はメタクリル基を含有する単量体成分としてトリメチロールプロパントリアクリレートを32質量部、N−ビニル基を含有する単量体成分としてN−ビニル−2−ピロリドン(NVP)を32質量部、その他の単量体成分として1,9−ノナンジオールジアクリレートを33質量部、光重合開始剤として2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製、ダロキュアTPO)を2質量部、アクリル基を含有するシリコン化合物としてシリコンジアクリレートを1質量部配合し、孔径1μmのフィルターを用いて異物をろ過して凹凸構造を構成する組成物を作製した。得られた凹凸構造を構成する光硬化組成物の50℃での粘度は5mPa・sであった。当該粘度は、E型粘度計(東機産業社製、型番:RE550L)を用いて50℃で測定した。
均一な厚みのフォトレジスト層が形成されているガラスプレートへ、レーザ干渉露光法により、ビームスプリッターで分けられた2本のレーザ光を照射して干渉稿を得た。次に、ガラスプレートを60°回転して同様に干渉稿を得た。その後、フォトレジストを現像して凹部及び凸部を含むモスアイ状の連続構造を有する原版を作製した。当該原版において、凹部及び凸部の配列パターンは、それぞれ六方格子状であった。
上記原版から、電鋳法により凹凸構造を転写して、ニッケルメッキされたモスアイ状の凹凸連続構造を有するスタンパー(平板状、厚み0.2mm)を作製した。当該スタンパーにおいて、凹凸構造の凸部頂点間の間隔(ピッチ)は240nm、高さは310nmであった。また、当該スタンパーにおいて、凹部及び凸部の配列パターンは、それぞれ六方格子状であった。その後、当該スタンパーを円筒状に加工して、凹部及び凸部を含むモスアイ状連続構造を有するスタンパーロールAを得た。該スタンパーロール表面には、離型剤(ダイキン工業社製、デュラサーフHD−2101Z)を用いて、離型処理を行った。
グラビアコーターを用いて、透明基材上に幅200mm、厚み0.5μmになるように上記凹凸構造を構成する組成物を塗布した。塗布は、ロールツーロール方式で連続的に行った。透明基材としてはTACフィルム(富士フイルム社製、フジタック、厚み80μm、幅250mm)を用いた。その後、TACフィルムの凹凸構造を構成する組成物の塗布面と上記スタンパーロールAのモスアイ状の連続構造の形成面とを接触させ、フィルム側からメタルハライドランプ(ウシオ電機製、型番:UVC−2519−1MNSC7−MS01)を用いて光量1J/cm2の条件でUV光を照射し、上記凹凸構造を構成する組成物を光硬化させた。その後、硬化物をスタンパーロールから剥離し、スタンパーロールのモスアイ状連続構造面が転写されたモスアイ状連続構造面を有するTACフィルムロール(長さ250m)を得た。上記モスアイ状連続構造面を有するTACフィルムロールの作製において、UV光照射時のスタンパーロールの表面温度は約50℃で安定しており、また光硬化反応率は80%以上あることを、IRスペクトル(アクリル基及び/又はメタクリル基の2重結合に基づく吸収)で確認した。
表面SEM顕微鏡観察によって、高さ200nm以上の凸部の頂点(最高点)と当該凸部の頂点に最も近接する高さ200nm以上の凸部の頂点との間の距離をピッチとして測定した。なお、凸部に頂点がなく平面が存在する場合、該平面の重心を頂点とした。また、表面SEM写真により、尾根の有無及び単位格子中の尾根数を判断した。また、単位格子の面積(Sall)を求めた。
まず、凹部及び凸部の形状を、走査型プローブ顕微鏡(Digital Instruments社製、型式:Nano Scope IIIa)を用いて測定した。カンチレバーとして、Nano WORLD社製、型式:SSS−NCH−10を用い、スキャンレートを0.50Hzとし、Tappingモードで測定を行った。測定領域は、2.0μm×2.0μmとした。また、測定点数は256点×256点(合計65536点)とした。これにより、各測定点の高さと、対応する平面方向の位置情報を得た。
また、凹凸構造の高さの平均偏差は、凹部の最下点の高さを基準(高さ=0nm)として、測定領域を高さ方向に50nm毎の区分に分画した時に生じる分画数(区分数)をnとし、第iの分画(第iの区分)に係る面積が、測定領域の面積に対して占める比率(分画比率)をHiとし、全分画における比率Hiの総計をnで除した値をHaveとして下記式(1)から算出した。なお、分画比率は、小数第2位を四捨五入して小数点以下1桁までを有効数字として求めた。また、分画比率がゼロである場合、すなわち小数第2位を四捨五入する前の分画比率が0.50%未満の場合は、分画比率なしと扱った。
光学素子の凹凸構造が形成されている面の裏面(凹凸構造が形成されていない面)を、黒色塗料スプレーを用いて黒色に塗工した後、凹凸構造が形成されている面(黒色非塗工面)に関して正反射率を測定した。測定は、分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製、型式:U−4100)を用いて行った。具体的には、S波偏光光又はP波偏光光を入射させた場合それぞれについて、入射光角度20°、45°、55°、60°及び波長範囲400〜1000nm(1nm毎)における正反射率を測定し、正反射率の角度及び波長依存性を調べた。S波偏光光の正反射率とP波偏光光の正反射率の平均値を、各入射光角度・波長での平均反射率とした。
基材が透明の場合、凹凸構造が形成されている光学素子、及び基材について、JIS K7136に準拠したヘーズメーター(日本電色工業社製、型式:NDH2000)を用いて、それぞれの全光線透過率を測定値した。
基材が透明の場合、凹凸構造が形成されている光学素子、及び基材について、JIS K7136に準拠したヘーズメーター(日本電色工業社製、型式:NDH2000)を用いて、それぞれのヘーズを測定値した。また、光学素子のヘーズから基材のヘーズを引いた値を、Δヘーズとした。
走査型プローブ顕微鏡から得た微細凹凸構造の高さに関するデータをテキスト変換で抜き出して、高さが最小となる位置が基準面となるようにデータを補正した後、高さを10nm毎の区分に区切り、各区分の面積と、対象領域全体の面積から、高さと充填率との関係を示す相関曲線を得た。ここでは、65536個のテキストデータに対してMicrosoft社製Excel2003の分析ツールにあるヒストグラム解析を実施し、その累積度数を相関曲線とした。なお、このような離散データ(ここでは、10nm区分の離散データ)を連続関数に近似して相関曲線を得るために、多項近似法、離散データを直線で内挿する方法、その他の一般的な近似法を用いることができる。図15に、高さと充填率との相関曲線を示す。なお、図15に示す相関曲線において変曲点の数は4個であった。
実施例1で使用したスタンパーロールAの代わりに、モスアイ状連続構造の形状、配列パターンが異なるスタンパーロールB、Cを用いて、それぞれのスタンパーロールから、モスアイ状連続構造面を有するTACフィルムロールを得た。作製条件は、スタンパーロールが異なる点を除き、全て実施例1と同一とした。また、得られた光学素子に対して、実施例1と同様の特性評価を行った。ここで、凸部の高さは200nm以上であることを確認した。評価結果を表1に示す。また、図10に、凸部の最高点位置を0nmとして微細凹凸構造の深さ分布を示す(実施例2〜実施例3)。評価結果を下記表1及び下記表2に示す。また、図16、図17に、高さと充填率との相関曲線を示す。なお、図16及び図17に示す相関曲線において変曲点の数は4個であった。
比較例1の微細凹凸構造は、レーザ光を利用したリソグラフィ法により作成した。フォトレジストが均一に形成された基材を回転させた条件で、基材の回転速度とレーザパルスが出射する繰り返し周波数を調整し、レーザ露光を実施した。次に露光の済んだ基材の現像とエッチングを実施することで尾根の無い微細凹凸構造を得た。このレーザ光を利用したリソグラフィ法により原版を作製したこと以外は実施例1と同様にして光学素子を作製した。比較例1に係る光学素子の微細凹凸構造の電子顕微鏡写真を図11に示す。なお、図11Aは、微細凹凸構造を上面から撮像した電子顕微鏡写真であり、図11Bは、図11Aの微細凹凸構造の断面写真である。図11A及び図11Bから分かるように、比較例1に係る光学素子の微細凹凸構造は、上面視にて六方格子状の配列パターンを有する一方、各凸部の周囲が凹部によって囲まれており、各凸部間及び各凹部間に尾根が設けられていない。ここで、凸部の高さは200nm以上であることを確認した。評価結果を下記表1及び下記表2に示す。また、なお、比較例1に係る光学素子は、走査型プローブ顕微鏡による凹凸構造の一部の評価項目については未測定である。
10 基材
10a 微細凹凸構造
11 凸部
11a 頂点
12 凹部
12a 底
13 尾根
14 六角形状
30 凹部と尾根との間の断面
31 凹部と凸部との間の断面
32 凸部と尾根との間の断面
また、本発明の光学素子は、基材と、前記基材の表面に設けられ複数の凸部及び複数の凹部を含む微細凹凸構造と、を有し、前記微細凹凸構造の所定領域において、基準面からの前記複数の凸部の頂点の高さが200nm以上であり、隣接する前記複数の凸部間の間隔が平面視において260nm未満であり、前記複数の凸部又は前記複数の凹部の配列パターンが、四方格子状であって、前記任意の凸部と当該任意の凸部に隣接する4個の凸部に属する2個又は3個の凸部との間に尾根が存在し、前記任意の凸部に隣接する4個の凸部のうち、前記2個又は3個の凸部以外の凸部が相互に隣接しないことを特徴とする。
Claims (19)
- 基材と、前記基材の表面に設けられ複数の凸部及び複数の凹部を含む微細凹凸構造と、を有し、
前記微細凹凸構造の所定領域において、基準面からの前記複数の凸部の頂点の高さが200nm以上であり、
隣接する前記複数の凸部間の間隔が平面視において260nm未満であり、
前記複数の凸部又は前記複数の凹部の配列パターンがN方格子状であって、
前記任意の凸部と当該任意の凸部に隣接するN個の凸部との間に1個から(N−2)個の尾根が存在することを特徴とする光学素子(Nは4から8である)。 - 前記配列パターンが、六方格子状であって、前記任意の凸部と当該任意の凸部に隣接する1個から5個の凸部との間に尾根が存在することを特徴とする請求項1記載の光学素子。
- 前記配列パターンが、六方格子状であって、前記任意の凸部と当該任意の凸部に隣接する6個の凸部に属する3個又は4個の凸部との間に尾根が存在し、前記任意の凸部に隣接する6個の凸部のうち、前記3個又は4個以外の凸部が相互に隣接しないことを特徴とする請求項1記載の光学素子。
- 前記配列パターンが、四方格子状であって、前記任意の凸部と当該任意の凸部に隣接する4個の凸部に属する2個又は3個の凸部との間に尾根が存在し、前記任意の凸部に隣接する4個の凸部のうち、前記2個の凸部以外の凸部が相互に隣接しないことを特徴とする請求項1記載の光学素子。
- 平面視において、前記所定領域の面積に対し、前記基準面から250nm以上の高さを有する領域の占める面積の比率が5%以上であり、
前記微細凹凸構造を前記基準面から高さ方向に50nm毎の区分に分画したときに生じる分画数をn、前記所定領域における全分画が平面視において占める面積に対して第iの分画が平面視において占める面積の比率をHi、全分画における比率Hiの総計をnで除した値をHaveとしたときに、下記式(1)で表される高さの平均偏差が3以上8以下であり、
前記微細凹凸構造において、高さと前記所定領域の平面視において当該高さ以上の領域が占める面積の割合との関係を示す曲線において、変曲点が2以上存在することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の光学素子。
- 前記凹部の凹部深さの標準偏差が3以上20以下であることを特徴とする請求項5記載の光学素子。
- 前記凸部の凸部高さの標準偏差が3以上20以下であることを特徴とする請求項5又は請求項6記載の光学素子。
- 前記凸部の凸部高さの平均値に対する前記尾根の高さの平均値が、20%以上80%以下であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の光学素子。
- 前記任意の凸部と当該任意の凸部に最も近接する複数の凸部とからなる任意の1単位格子中、尾根が4個又は8個存在することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の光学素子。
- 前記微細凹凸構造の単位格子において、前記単位格子の面積(Sall)と前記基準面から10nm以下の高さの底面領域の面積の総和(Sb)との比(Sb/Sall)が、10%以下であることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれかに記載の光学素子。
- 前記任意の凸部の頂点と当該任意の凸部に最も近接する6個又は4個の凸部の頂点との間隔のうち、最大値と最小値との差を当該間隔の平均値で除した値[(Pmax−Pmin)/Pave]が20%以下であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれかに記載の光学素子。
- 前記微細凹凸構造が組成物層によって構成されており、前記樹脂組成物層の厚みが、0.4μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれかに記載の光学素子。
- 前記組成物層が、100質量部中、1分子中に3個以上のアクリル基及び/又はメタクリル基を有する1種類以上の単量体成分を20質量部〜60質量部、N−ビニル基を有する単量体成分を5質量部〜40質量部、その他単量体成分を0〜75質量部含む組成物を硬化させてなることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれかに記載の光学素子。
- 前記組成物が、光硬化組成物であることを特徴とする請求項12又は請求項13記載の光学素子。
- 光硬化前の前記光硬化組成物の50℃での粘度が100mPa・s以下であることを特徴とする請求項14に記載の光学素子。
- 請求項1から請求項15のいずれかに記載の光学素子を含み、幅10cm以上、かつ長さ50m以上であることを特徴とする樹脂フィルムロール。
- 請求項1から請求項15のいずれかに記載の光学素子を備えたことを特徴とする表示装置。
- 請求項1から請求項15のいずれかに記載の光学素子を備えたことを特徴とする照明装置。
- 請求項1から請求項15のいずれかに記載の光学素子を備えたことを特徴とする太陽電池。
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