JP2014002322A - 光学素子及び導電性光学素子 - Google Patents

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一樹 加藤
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Abstract

【課題】透明導電膜を形成したときに、透過率の低下や抵抗値の増大を招くことなく反射率を抑えることができる光学素子を提供する。
【解決手段】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、微細凹凸構造10aは断面視で正弦波形状を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、ディスプレイ搭載機器などの表示装置に用いられる光学素子及び導電性光学素子に関し、特に、表面に微細凹凸構造が設けられた光学素子及び導電性光学素子に関する。
近年、携帯型のディスプレイ搭載機器には、タッチパネルが搭載されてきている。このタッチパネルには、透明導電性フィルムが用いられている。この透明導電性フィルムには、液晶表示素子などの表示装置の表示品質を劣化させないために、高い透過率を有することが求められている。
透明導電性フィルムにおいては、透明導電性材料としてITO(Indium Tin Oxide)などが一般的に使用されている。このITOなどの透明導電性材料は、高い屈折率を有するため(例えば、屈折率1.9〜2.1程度)、透明導電性フィルムの反射率が高くなり、透過率が低下して、表示装置の表示品質が低下してしまう(特許文献1)。
この課題を解決するために、特許文献2には、凸部または凹部からなる構造体上に透明導電膜を形成してなる導電性光学素子が開示されている。
特開2008−165213号公報 特開2011−154338号公報
しかしながら、特許文献2で開示された発明における凹凸形状は、凹部が相対的に広くなっている。このように凹部が広い凹凸形状を有する基材上に透明導電膜を形成すると、凹部における透明導電膜の厚さが大きくなってしまうと共に、凹部から凸部に移行する領域が急峻に立ち上がる形状となる。このため、透明導電膜を形成するときに、凸部への膜付きが悪くなり、透明導電膜が均一に形成されない。その結果、透過率の低下や抵抗値の増大を招くことになる。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、透明導電膜を形成したときに、透過率の低下や抵抗値の増大を招くことなく反射率を抑えることができる光学素子及び導電性光学素子を提供することを目的とする。
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、前記微細凹凸構造は断面視で正弦波形状を有することを特徴とする。
本発明の光学素子においては、前記微細凹凸構造の前記凹部における曲率の変化率Tが、絶対値で0≦T≦5であることが好ましい。
本発明の光学素子においては、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が好ましい。
本発明の光学素子においては、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が好ましい。
本発明の光学素子においては、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が好ましい。
本発明の光学素子においては、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が好ましい。
本発明の光学素子においては、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以上存在することが好ましい。
Figure 2014002322
本発明の光学素子においては、前記凹部の凹部深さの標準偏差が3以上20以下であることが好ましい。
本発明の光学素子においては、前記凸部の凸部高さの標準偏差が3以上20以下であることが好ましい。
本発明の光学素子においては、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%以下であることが好ましい。
本発明の光学素子においては、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個存在することが好ましい。
本発明の光学素子においては、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%以下であることが好ましい。
本発明の光学素子においては、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%以下であることが好ましい。
本発明の光学素子においては、前記微細凹凸構造を有する基材が樹脂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以下であることが好ましい。
本発明の光学素子においては、前記樹脂組成物層が、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が好ましい。この場合において、前記樹脂組成物が光硬化組成物であることが好ましい。また、この場合において、光硬化前の前記光硬化組成物の50℃での粘度が100mPa・s以下であることが好ましい。
本発明の導電性光学素子は、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、前記微細凹凸構造上に形成された透明導電層と、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、前記微細凹凸構造は断面視で正弦波形状を有することを特徴とする。
本発明の導電性光学素子においては、前記微細凹凸構造を有する前記基材の表面と透明導電層との間に形成された透明絶縁膜を具備することが好ましい。
本発明の導電性光学素子の製造方法は、複数の凸部及び複数の凹部を含み、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、断面視で正弦波形状を有する微細凹凸構造を基材表面に設ける工程と、前記微細凹凸構造上に透明導電層を形成する工程と、波長355nmのエネルギー線を用いて前記透明導電層を部分的に除去する工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、複数の凸部及び複数の凹部を含み、所定領域において、基準面からの複数の凸部の頂点の高さが200nm以上であり、断面視で正弦波形状を有する微細凹凸構造を基材に設けるので、透明導電膜を形成したときに、透過率の低下や抵抗値の増大を招くことなく反射率を抑えることができる。
本実施の形態に係る光学素子の断面模式図である。 本実施の形態に係る微細凹凸構造を示す模式的な斜視図である。 本実施の形態に係る微細凹凸構造の配列パターンを示す平面模式図である。 分画の様子を示す概念図である。 充填率及び変曲点について示す概念図である。 単位格子と底面領域との関係を示す模式図である。 本実施の形態に係る導電性光学素子の断面模式図である。 本実施の形態に係る導電性光学素子の製造方法を説明するための図である。 本実施の形態に係る導電性光学素子の製造方法を説明するための図である。
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲内で適宜変更して実施することができる。
<光学素子の基本構造>
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。
微細凹凸構造10aは、複数の凸部11の頂点11aと複数の凹部12の底12aとの間に、基準面Xからの凸部11の頂点11aの高さと凹部12の底12aの高さとの中間の高さを有する領域(以下、「尾根」という)13を有する。この尾根13は、例えば、隣接する凸部11の頂点11a同士を繋ぐ線状の領域であって、凹部12の底12aより高さHが高い領域、又は隣接する凹部12の底12a同士を繋ぐ線状の領域であって、凸部11の頂点11aより高さHが低い領域である。凸部11の頂点11a同士を繋ぐU字状の尾根13の最下高さは、凸部11高さの20%〜80%とすることで、斜め入光の反射防止性能に優れ、凸部11の強度にも優れるナノ構造体を得ることができる。
なお、本明細書において、特に断りがない場合、高さHとは、基準面Xに垂直な方向における基準面Xと対象との間の距離とする。また、基準面Xとは、例えば、複数存在する凹部12の底12aのうち、最も低い点を含み、基材10の表面に略平行な平面である。なお、基準面Xの取り方についてはこれに限られない。
複数の凸部11の頂点11aは、微細凹凸構造10aの所定領域内において、いずれも基準面Xから200nm以上の高さHを有する。所定領域内とは、目視で確認できるサイズ以上の領域を意味する。具体的には、80μm□程度が目安となる。それより大きなサイズ範囲で微細凹凸構造の高さの低い凸部11が連続して存在すると、その部分の光学性能が低下し、光学素子としての品位を下げることになるためである。このように凸部11を設けることにより、正面から光学素子1に入光する入射光だけでなく、斜め方向から入光する入射光に対しても、反射防止性能の向上に必要な基準面Xからの凸部11の頂点11aの高さを十分に確保できるので、広い入射光角度範囲で優れた反射防止性能を発現できると共に、近赤外波長領域(700〜1000nm)での反射防止性能を向上させることができる。また、上記効果を一層発現する観点から、凸部11の頂点11aの高さは200nm以上であることが好ましく、260nm以上であることがより好ましく、300nm以上であることがさらに好ましく、400nm以上であることが特に好ましい。なお、「凸部11の頂点11a(又は凹部12の底12a)の高さH」とは、光学素子1の基準面Xに対する垂直方向における基準面Xから凸部11の頂点11a(又は凹部12の底12a)までの距離とする。
また、微細凹凸構造10aは、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P(ピッチ)が、平面視において260nm未満である。このように凸部11を設けることにより、回折現象の発生を抑制し、特定波長での反射率の上昇を抑制できるので、可視波長領域での反射防止性能を向上させることができる。近接する凸部11の頂点11a間の間隔Pとしては、上記効果を一層発現する観点から、230nm未満であることが好ましく、200nm未満であることがより好ましい。
微細凹凸構造10aは断面視で正弦波形状を有する。なお、正弦波形状は、厳密な正弦波形状を意味するものではなく、凸部11及び凹部12を含めて全てがなだらかな曲面で構成されており平面領域(断面視で直線部)を有さない状態をいう。微細凹凸構造10aは断面視で正弦波形状を有することにより、凹部12が広くなることを防止でき、凸部11及び凹部12に透明導電層を均一に形成することができる。これにより、透明導電層の透過率の低下や抵抗値の増大を防止することができる。ただし、微細凹凸構造10aの凸部11の頂部付近においては、凸部11の側面や凹部12とは異なり、必ずしも厳密になだらかな曲面で形成されていなくてもよい。そもそも、凸部11の頂部付近では透明導電層を構成する材料が均一に被着するためである。
微細凹凸構造の凹部における表面形状の曲率の変化率Tは、絶対値で0≦T≦5であることが好ましく、0≦T≦4であることがより好ましく、0≦T≦3であることが最も好ましい。変化率Tは、表面形状を多次曲線と見立てたときの二回微分の値である。
ここで、変化率Tの測定法について図1Bを用いて説明する。変化率Tは、次の(1)〜(5)のステップで求める。実際に変化率Tを測定するのは、光学素子の表面SEM顕微鏡観察により得られた任意の断面である。
(1)任意の凸部頂点から隣接する凸部頂部までの距離(ピッチP)を20等分する。
(2)各20点から、基材平面方向に垂直に垂線Yを下して、光学素子の微細凹凸表面Zと交わる点をプロットする。
(3)各プロット間の傾きを測定する。
(4)各プロット間の傾きの変化量を算出する。
(5)変化量の最大値(絶対値)を算出する(最大値を曲率の変化率Tとする)。
なお、曲率の変化率Tは、光学機能及び透明導電層形成後の導電特性を発揮させる領域すべてにおいて上記範囲を満たしていることが最も好ましいが、全体の90%以上が上記範囲を満たしていれば、十分な光学機能及び透明導電層形成後の導電特性を発揮する。実際は3次元構造であるため、機能や特性の低下が緩和されると考えられる。
また、本実施の形態に係る光学素子1においては、微細凹凸構造10aが基準面Xに対して直交する垂直方向からの平面視において、複数の凸部11及び複数の凹部12による任意の規則性を有する配列パターンを有する。
図3は、本実施の形態に係る微細凹凸構造10aの配列パターンの一例を示す平面模式図である。また、図3においては、複数の凸部11及び複数の凹部12によって構成される配列パターンが平面視において六方格子状である場合の一例を示している。
図3に示すように、六方格子状の配列パターンとは、基準面Xに対する垂直方向からの平面視において、微細凹凸構造10aの任意の一の凸部11に対して、当該凸部11に最も近接する凸部11が6個存在し、この6個の凸部11により六角形状14を形成する配列パターンである。この配列パターンにおいては、任意の凸部11−1と当該任意の凸部11−1に隣接する6個の凸部11−2〜11−7との間に4個の尾根13が存在している。また、任意の凸部11−1と当該任意の凸部11−1に隣接する4個の凸部11−2、凸部11−3、凸部11−5及び凸部11−6との間に尾根13が存在している。
このように、本実施の形態に係る光学素子1においては、複数の凸部11及び複数の凹部12による配列パターンが、平面視においてN方格子状であって(Nは4から8である)、任意の凸部11と当該任意の凸部に隣接する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。このように尾根13を設けることにより、凸部11の高さ及び対象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(以下、「充填率」ともいう)が向上するので高い反射防止性能を得ることが可能となる。また、斜めから入光する光に対しても、なだらかな屈折率勾配をもつ構造となるので、広い入射角度に対し高い反射防止性能を得ることができる。
なお、本実施の形態に係る光学素子1において、N方格子としては、複数の凸部11及び複数の凹部12による配列パターンであって、尾根13の分散を許容する格子形状であれば、配列パターンの単位格子の形状及び尾根13の分散構造に特に制限はない。N方格子としては、例えば、四方格子、六方格子、八方格子などが挙げられる。また、本明細書において、N方格子状とは、厳密なN方格子以外にも、本発明の効果を奏する範囲で、分散性を許容できる形状を含む。
配列パターンが、六方格子状である場合には、任意の凸部11と当該任意の凸部11に隣接する1個から5個の凸部11との間に尾根13が存在することが好ましい。この場合、任意の凸部11と当該任意の凸部11に隣接する6つの凸部11に属する3個又は4個の凸部11との間に尾根が存在し、任意の凸部11に隣接する6つの凸部11のうち、当該3個又は4個以外の凸部11が相互に隣接しないことがより好ましい。このように微細凹凸構造10aの複数の凸部11又は複数の凹部12が、平面視において六方格子状に配列されることにより、四方格子状に配列される場合と比較して、凸部11の間隔Pを同一にした場合の凸部11の充填密度を高くすることができる。これにより、複数の凸部11及び複数の凹部12の配列による光学異方性を低減できる共に、屈折率勾配をなだらかに形成しやすくなるので、可視光から近赤外光の広い領域で反射防止性能が向上する。なお、本明細書において、六方格子状とは、厳密な六方格子以外にも、本発明の効果を奏する範囲で、分散性を許容できる形状を含む。
また、複数の凸部11及び複数の凹部12によって構成される配列パターンは、平面視において四方格子状としてもよい。四方格子状の配列パターンとは、任意の一の凸部11に対して、当該凸部11に最も近接する凸部11が4個存在し、この4個の凸部11によって四角形状を形成する配列パターンである。配列パターンが、四方格子状である場合には、任意の凸部11と当該任意の凸部11に隣接する4個の凸部11に属する2個又は3個の凸部11との間に尾根13が存在し、任意の凸部に隣接する4つの凸部11のうち、当該2個の凸部11以外の凸部11が相互に隣接しないことが好ましい。なお、本明細書において、四方格子状とは、厳密な四方格子以外にも、本発明の効果を奏する範囲で、分散性を許容できる形状を含む。
また、凸部11及び凹部12の配列パターンが、四方格子や六方格子である場合においては、尾根13が基準面Xに属する2方向に向けて延在し、当該2方向において凸部11と尾根13とが交互に存在することが好ましい。このように尾根13を設けることにより、微細凹凸構造10aに規則性が生じる。この規則性により、当該微細凹凸構造10aの形状が反転されたナノパターンを有する金型からの転写によって光学素子1を製造する際に、金型のナノパターンへの安定した樹脂の充填が可能となると共に、転写後に金型からの光学素子1の剥離が容易となる。この結果、基材10の表面に均一に微細凹凸構造10aを転写することが可能となり、良好な光学性能を有する光学素子1を得ることができる。
微細凹凸構造10aの形状としては、複数の凸部11及び複数の凹部12を含む連続構造であって、本発明の効果が得られる範囲であれば特に限定されない。連続構造の種類としては、例えば、ラインアンドスペース構造、ドット構造、ハニカム構造、モスアイ構造などが挙げられる。これらの中でも、高い反射防止性能を得る観点から、ドット構造の1つであるモスアイ構造を適用することが好ましい。
また、微細凹凸構造10aの複数の凸部11及び複数の凹部12の形状としては、略円錐形状、略円錐台形状のいずれかであることが好ましい。これらの中でも、複数の凸部11及び複数の凹部12の形状としては、略円錐形状であることがより好ましい。略円錐形状としては、真円錐でも楕円錐でもよく、凸部11の頂点11a又は凹部12の底12aが丸みを帯びているものが好ましい。略円錐形状において凸部11の頂点11a又は凹部12の底12aに丸みを帯びさせることで、さらに反射防止性能を向上させることができる。略円錐形状としては、テント型(凸部11の稜線がへこんだ形状)、ベル型(凸部11の稜線が膨らんだ形状)が挙げられる。広い波長領域、特に、近赤外波長領域(700〜1000nm)で優れた反射防止性能を得られる観点から、ベル型がより好ましい。
光学素子1の基準面Xに対して垂直な方向からの平面視において、基準面Xからの高さが250nm以上となる領域が占める面積の比率は、対象領域の面積に対して5%以上であることが好ましい。この対象領域とは、複数個の単位格子を含む、2μm□以上の面積の任意の測定対象域である。高さが250nm以上の領域の面積の比率を5%以上にすることにより、広い入射光角度範囲で優れた反射防止性能を発現できる。また、基準面Xからの高さが250nm以上となる領域が占める面積の比率は、10%以上であるとより好ましく、30%以上であるとさらに好ましく、50%以上であると一層好ましい。また、高さが300nm以上となる領域の面積の比率は、対象領域の面積に対して5%以上であると好ましく、高さが350nm以上となる領域の面積の比率が5%以上であるとより好ましく、高さが500nm以上となる領域の面積の比率が5%以上であるとさらに好ましい。
また、光学素子1において、下記式(1)により算出される高さの平均偏差は3以上8以下であることが好ましい。下記式(1)において、nは、対象領域を基準面Xから高さ方向に50nm毎の区分に分画した時に生じる分画数(区分数)である。対象領域とは、例えば、走査型プローブ顕微鏡などの測定機器により精度よく測定可能な領域をいい、より具体的には、例えば、2.0μm×2.0μmの領域をいう。ただし、対象領域はこれに限られない。下記式(1)において、Hiは、光学素子1の基準面Xに対し垂直な方向からの平面視において、第iの分画(第iの区分)に係る領域の面積が所定領域の面積に対して占める比率(分画比率)である。Haveは、全分画における比率Hiの総計をnで除した値、すなわち、各分画比率の相加平均値(ΣHi/n)である。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用いる。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、分画比率なしと扱う。
Figure 2014002322
図4は、分画の様子を示す模式図である。図4には、凸部11と凹部12とがそれぞれ一つずつ存在する領域を分画する例を示す。ただし、分画に係る領域はこれに限定されない。図4Aは分画の様子を示す平面視であり、図4Bは図4AのA−A´における断面プロファイルである。ここでは、凹部12の底の高さを基準(基準面:0nm)として、50nmまでの高さの領域を分画101(第1の区分)としている。また、50nmから100nmまでの高さの領域を分画102(第2の区分)としている。同様に、対象領域を分画103〜分画108に分画(区分け)している。この場合、対象領域が8個の高さ区分に分画されているため、nは8となる。また、Hiは対象領域の面積に対して分画iが占める面積の比率であるから、例えば、対象領域の面積が100であり、分画1の面積が10であるとすれば、H1は10(%)となる。
光学素子1において、上記式(1)を用いて算出される高さの平均偏差は3以上8以下であることが好ましい。高さの平均偏差が3以上であれば、スタンパからの剥離性を保持できるので、広い入射光角度範囲で優れた反射防止性能を発現できる。また、高さの平均偏差が8以下であれば、広い入射光角度範囲で優れた反射防止性能を発現でき、かつ広い波長領域で反射防止性能を向上させることができる。また、高さの平均偏差は3以上7以下が好ましく、3以上5以下がより好ましく、3以上4以下がさらに好ましい。
また、光学素子1は、高さと、対象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(以下、充填率と呼ぶ)との関係を示す曲線(以下、相関曲線と呼ぶ)において、変曲点を2以上有していることが好ましい。このように、高さと充填率との相関曲線において変曲点を2以上有することで、当該相関曲線が、高さの基準点と高さが最大となる点とを結ぶ直線に近づき、その傾きがなだらかになる。相関曲線の傾斜は、微細凹凸構造10aの傾斜に対応しており、なだらかな傾きの相関曲線は微細凹凸構造10aの傾斜がなだらかであることを意味する。このため、相関曲線において変曲点を2以上有するようにすることで、微細凹凸構造10aの傾斜をなだらかにして急峻な屈折率変化を抑制できる。これにより、反射防止性能が向上する。
図5は、充填率及び変曲点について示す概念図である。図5Aは光学素子1の平面図であり、図5Bは図5AのB−B´断面図である。図5Cは高さと充填率との相関曲線を示す模式図である。図5A、Bに示すように、高さHaの充填率は、平面視における高さHa以上の領域Dの面積の和をS、対象領域の面積をSとして、S/Sで表される。また、変曲点とは、相関曲線を、高さxと充填率yの関数y=f(x)としたときに、f’(x)の増減が変化する点(増加が減少に転じる点、又は減少が増加に転じる点)をいう。例えば、図5Cにおいて、xがxより小さい領域ではf’(x)は単調に減少している(xが大きくなると接線の傾きが負方向に変化している)のに対し、xがxより大きい領域ではf’(x)は単調に増加している(xが大きくなると接線の傾きが正方向に変化している)。つまり、点(x,f(x))においてf’(x)の増減が変化している。このように、f’(x)の増減が変化する点(x,f(x))を変曲点と呼ぶ。なお、10nm以下の範囲における微細な形状変化は無視できる。
光学素子1においては、凹部12の凹部深さ(すなわち、基準面Xからの凹部12の底12aまでの高さ)の標準偏差が3以上20以下であることが好ましい。また、光学素子1においては、凸部11の凸部高さ(すなわち、凸部11の頂点11aの高さ)の標準偏差が3以上20以下であることがより好ましい。凹部12の凹部深さ又は凸部11の凸部高さを上記範囲内にすることで、反射率の防止特性をより向上させることができる。
なお、凹部12の凹部深さ及び/又は凸部11の凸部高さの標準偏差を3以上20以下とする場合、相関曲線と相関曲線において高さの基準点及び高さが最大となる点を結ぶ直線とを比較すると、高さの基準点付近及び高さが最大となる点付近では相関曲線と直線とのずれが大きくなる。そこで、上述したように相関曲線中に停留点が2以上現れるように微細凹凸構造10aを形成することで、相関曲線と直線とが近づき、急峻な屈折率変化の無い、なだらかな相関曲線を得ることが可能となるため反射防止性能が向上する。
本実施の形態に係る光学素子1においては、上述したように、尾根13を有するので、湾曲に対する光学素子1の物理的強度が高まり、曲面画面を有するフレキシブルディスプレイなどへ適用が可能となる。そして、光学素子1をフレキシブルディスプレイなどに適用することにより、広い波長領域において高い反射防止性能を得ることができる。尾根13の高さの平均値としては、凸部11の高さの平均値に対して、20%以上80%以下であることが好ましい。尾根13の高さの平均値を上記範囲にすることにより、湾曲に対する光学素子1の強度と反射防止性能とをバランスよく備えた光学素子1が実現できる。尾根13の高さの平均値としては、30%以上70%であることがより好ましく、35%以上60%以下であることがさらに好ましい。
また、光学素子1においては、任意の凸部11と当該任意の凸部11に最も近接する複数の凸部11とからなる任意の1単位格子中、尾根13が4個又は8個存在することが好ましい。この構成により、反射防止性能をさらに向上させることができる。
また、微細凹凸構造10aは、尾根13が存在する方向と尾根13が存在しない方向とが併存していることが好ましい。すなわち、尾根13が表れる断面と、尾根13が現れない断面とが併存することが好ましい。このような構造をとることで、反射防止性能をさらに向上させることができる。
光学素子1においては、微細凹凸構造10aの単位格子において、単位格子の面積(Sall)と基準面Xから10nm以下の高さとなる底面領域の面積の総和(Sb)との比率(Sb/Sall)が、10%以下であることが好ましい。比率(Sb/Sall)を10%以下にすることで、広い波長領域での反射防止性能を向上することができる。図6に、単位格子と底面領域との関係を模式的に示す。また、比率(Sb/Sall)は5%以下であることがより好ましく、3%以下であることがさらに好ましく、底面領域が点であることが最も好ましい。なお、光学素子1の製造精度の限界により、比率(Sb/Sall)の下限は0.1%程度になるが、比率(Sb/Sall)は小さければ小さいほど好ましく、0.1%以下であれば特に好ましい。
単位格子の面積(Sall)は、例えば、表面SEM顕微鏡写真により求めることができる。また、凹部12の底面領域の面積(Sb)は、例えば、走査型プローブ顕微鏡を用いて求めることができる。底面領域の面積は、平面視における面積とする。
尾根13の高さの均一度は、基準面Xを基準(高さ=0nm)とする尾根13の高さの平均値(Kave)と、任意の点jにおける尾根の高さ(Kj)との差の絶対値(|Kave−Kj|)の相加平均値で表される。光学素子1において、尾根13の高さの均一度は60%以下が好ましく、40%以下がより好ましく、20%以下がさらに好ましく、10%以下が最も好ましい。60%以下であると反射防止性能を向上させることができる。尾根13の高さの均一度は、走査型プローブ顕微鏡により尾根13の高さを測定し、100個以上の測定値より算出することができる。
光学素子1において、凸部11又は凹部12の配列パターンが、六方格子の場合、任意の凸部11の頂点11a(又は凹部12の底12a)とこれに最も近接する6個の凸部11の頂点11a(又は凹部12の底12a)との間の間隔Pのうち、間隔Pの最大値(Pmax)と間隔Pの最小値(Pmin)との差を、間隔Pの平均値(Pave)で除した値[(Pmax−Pmin)/Pave]は20%以下であることが好ましく、(Pmax−Pmin)/Paveの値を20%以下にすることにより、凸部11又は凹部12の配列パターンの規則性が高まる。これは、単位格子の形状が正六角形へ近づくことを意味する。このように、凸部11又は凹部12の配列パターンの規則性を高めることにより、光学素子の反射防止性能の異方性を抑制することができる。(Pmax−Pmin)/Paveの値としては、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることがさらに好ましい。
また、凸部11又は凹部12の配列パターンが四方格子の場合、任意の凸部11の頂点11a(又は凹部12の底12a)とこれに最も近接する4個の凸部11の頂点11a(又は凹部12の底12a)との間の間隔Pのうち、間隔Pの最大値(Pmax)と間隔Pの最小値(Pmin)との差を、間隔Pの平均値(Pave)で除した値[(Pmax−Pmin)/Pave]は20%以下が好ましい。(Pmax−Pmin)/Paveの値を20%以下にすることにより、凸部11又は凹部12の配列パターンの規則性が高まる。これは、単位格子の形状が正方形へ近づくことを意味する。このように、凸部11又は凹部12の配列パターンの規則性を高めることにより、光学素子の反射防止性能の異方性を抑制することができる。(Pmax−Pmin)/Paveの値としては、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることがさらに好ましい。
光学素子1において、高さ200nm以上の凸部11におけるピッチPと高さHの比で定義されるアスペクト比(H/P)の平均値は、0.67以上10以下が好ましく、1以上5以下が好ましい。アスペクト比の平均値を0.67以上にすることで、反射防止性能を向上でき、アスペクト比の平均値を10以下にすることで、光学素子作製時にスタンパからの剥離性を保持でき、微細凹凸構造10aの高さの平均偏差が小さい光学素子を得ることができる。
図7は、本発明の実施の形態に係る導電性光学素子を示す断面模式図である。図7Aに示すように、本発明に係る導電性光学素子は、基材10と、基材10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10aと、微細凹凸構造10a上に形成された透明導電層21と、を有し、微細凹凸構造10aの所定領域において、基準面Xからの複数の凸部11の頂点の高さHが200nm以上であり、微細凹凸構造10aは断面視で正弦波形状を有する。
微細凹凸構造10aについては上記と同じであるので詳細な説明は省略する。また、基準面Xからの複数の凸部11の頂点の高さHや断面視における正弦波形状についても上記と同じであるので詳細な説明は省略する。
次に、上記実施の形態に係る光学素子1に用いられる材料などについて詳細に説明する。
<基材>
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。
上記(a)〜上記(c)の要件を満たす材料として、ガラス、樹脂が挙げられる。また、上記(a)〜上記(c)の要件に加え、上記(d)〜上記(g)の要件を満たす材料として、樹脂が挙げられる。なお、光学素子1に用いられる基材はこれに限定されない。使用目的や用途に応じて、ガラス、セラミック、金属などの無機材料、樹脂などの有機材料を任意に選択することができる。
光学素子1においては、透過性が要求される場合と非透過性が要求される場合がある。このため、目的や用途に応じて基材10の種類を選択することが望ましい。透過性が必要な場合、目的とする波長領域で基材10が実質的に透明である必要がある。この場合、基材10としては、透明な樹脂やガラスを用いることが好ましい。さらに屈曲性を要求される場合には、基材10としては、透明な樹脂を用いることが好ましい。また、非透過性が必要な場合、目的とする波長領域で基材が不透明である必要がある。この場合、基材10としては、セラミック、金属、不透明な樹脂を用いることが好ましい。さらに、屈曲性が要求され、上記(d)〜上記(g)を満たすためには、不透明な樹脂を用いることが好ましい。
上記透明な樹脂としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA樹脂)、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂(PC樹脂)、ポリスチレン樹脂(PS樹脂)、メタクリル酸メチル−スチレン樹脂(MS樹脂)、スチレン系樹脂、シクロオレフィン系樹脂(COP樹脂)、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET樹脂)、ポリエチレンナフタレート樹脂(PEN樹脂)、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、トリアセチルセルロース樹脂(TAC樹脂)、ポリイミド樹脂あるいはアクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。これらの中でも、特に、PMMA樹脂、アクリル系樹脂、PC樹脂、PS樹脂、スチレン系樹脂、COP樹脂、PET樹脂、PEN樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、TAC樹脂が好ましい。
上記不透明な樹脂としては、例えば、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)樹脂、AAS(アクリロニトリル・アクリルゴム・スチレン)樹脂、AES(アクリロニトリル・エチレン−プロピレンジエン・スチレン)樹脂、ACS(アクリロニトリル・塩素化ポリエチレン・スチレン)樹脂、ゴム含有スチレン系樹脂、ゴム含有アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂、架橋ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂などが挙げられる。また、不透明な樹脂としては、ABS樹脂(又は、AAS樹脂、AES樹脂、ACS樹脂、ゴム含有スチレン系樹脂)/ポリアミド樹脂、ABS樹脂(又は、AAS樹脂、AES樹脂、ACS樹脂、ゴム含有スチレン系樹脂)/アクリル系樹脂などのアロイを挙げることができる。
基材10が樹脂の場合、目的とする要件を損なわない範囲で、必要に応じて添加剤を用いてもよい。添加剤は、樹脂に直接含有させてもよく、樹脂で構成された基材10の表面に別の層として形成してもよい。添化剤の種類としては、例えば、有機粒子、無機粒子、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、防曇剤、及び易接着剤などを挙げることができる。
光学素子1の非透過性を向上させるために、基材10の樹脂中に黒色の顔料及び/又は染料を含有させてもよい。また、微細凹凸構造10aの非形成面に黒色塗料を塗装してもよい。
また、目的とする要件を損なわない範囲で、樹脂で構成された基材10の表面に、バリア性樹脂層をコーティングなどにより形成してもよい。樹脂で構成された基材10の表面に、バリア性樹脂層を形成することにより、熱、光、水分、酸素、二酸化炭素、窒素、水素などの劣化要因から基材10を保護することができる。
基材10がガラスの場合、シランカップリング剤やプライマー処理やUV処理などの表面処理を施してもよい。また、これら表面処理は、組み合わせて用いてもよい。
また、基材10としては、表面コーティングや接着層や干渉低減層が形成されているものを使用してもよい。また、本発明において基材10としては、基材10に直接微細凹凸構造が設けられているものや、基材10上に微細凹凸構造を持つ別の層が設けられているものを含む。
基材10の形状としては、板、シート、フィルム、薄膜、織物、不織布、その他任意の形状及びこれらを複合化したものを、使用目的に応じて適宜選択することができる。屈曲性が必要な場合には、基材10は、シート、フィルム、薄膜、織物、不織布とすることが好ましい。
基材10の厚みは、使用目的に応じて適宜選択することができる。光学素子1の薄肉化又はフレキシブル化が要求される場合、基材10の厚みは350μm以下とすることが好ましく、120μm以下とすることがより好ましく、80μm以下とすることがさらに好ましく、40μm以下とすることが最も好ましい。また、取り扱い容易性の点で、基材10の厚みは、10μm以上であることが好ましい。
<微細凹凸構造を構成する組成物>
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に用いられる光硬化組成物中の単量体及びオリゴマー(以下、単量体成分ともいう。)の種類としては、反応速度と連続生産性の観点から、ラジカル重合系単量体成分がより好ましい。また、スタンパの凹凸構造パターン深部での反応性を高める観点から、ラジカル重合系単量体へ反応寿命の長いカチオン重合系単量体成分を混合してもよい。光硬化用のカチオン重合系単量体としては、重合性官能基としてエポキシ基やビニルオキシ基、オキセタニル基、オキサゾリル基などを有する単量体が好ましい。
ラジカル系単量体成分としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、t−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、イソアミルアクリレート、n−ラウリルアクリレート、イソミリスチルアクリレート、ステアリルアクリレート、n−ブトキシエチルアクリレート、ブトキシジエチレングリコールアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、カプロラクトンアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、ベンジルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート4級化物、アクリル酸、2−アクリロイロキシエチルコハク酸、2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−アクリロイロキシエチルフタル酸、2−アクリロイロキシエチル2−ヒドロキシエチルフタル酸、ネオペンチルグリコールアクリル酸安息香酸エステル、2−アクリロイロキシエチル2−ヒドロキシプロピルフタレート、グリシジルアクリレート、2−アクリロイロキシエチルアシッドホスフェート、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アクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、PEG#200ジアクリレート、PEG#400ジアクリレート、PEG#600ジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、3−メチル−1,5−ペンタンジオールジアクリレート、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、1,10−デカンジオールジアクリレート、グリセリンジアクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクリロイロキシプロピルアクリレート、ビスフェノールA−EO付加物ジアクリレート、トリフロロエチルアクリレート、テトラフルオロペンチルアクリレート、オクタフルオロペンチルアクリレート、パーフロロオクチルエチルアクリレート、ノニルフェノール−EO付加物アクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート、トリメチロールプロパンアクリル酸安息香酸エステル、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート、テトラフルフリルアルコールオリゴアクリレート、エチルカルビトールオリゴアクリレート、1,4−ブタンジオールオリゴアクリレート、1,6−ヘキサンジオールオリゴアクリレート、トリメチロールプロパンオリゴアクリレート、ペンタエリスリトールオリゴアクリレート、ペンタメチルピペリジルアクリレート、テトラメチルピペリジルアクリレート、パラクミルフェノール−EO変性アクリレート、N−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタルイミド、イソシアヌル酸−EO変性ジアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、イソアミルメタクリレート、n−ラウリルメタクリレート、イソミリスチルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、n−ブトキシエチルメタクリレート、ブトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシトリエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、トリプロピレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、カプロラクトンメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェノキシエチルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート4級化物、メタクリル酸、2−メタクリロイロキシエチルコハク酸、2−メタクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−メタクリロイロキシエチルフタル酸、2−メタクリロイロキシエチル2−ヒドロキシエチルフタル酸、ネオペンチルグリコールメタクリル酸安息香酸エステル、2−メタクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシプロピルフタレート、グリシジルメタクリレート、2−メタクリロイロキシエチルアシッドホスフェート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、PEG#200ジメタクリレート、PEG#400ジメタクリレート、PEG#600ジメタクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、3−メチル−1,5−ペンタンジオールジメタクリレート、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、1,10−デカンジオールジメタクリレート、グリセリンジメタクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクリロイロキシプロピルメタクリレート、ビスフェノールA−EO付加物ジメタクリレート、トリフロロエチルメタクリレート、テトラフルオロペンチルメタクリレート、オクタフルオロペンチルメタクリレート、パーフロロオクチルエチルメタクリレート、ノニルフェノール−EO付加物メタクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジメタクリレート、トリメチロールプロパンメタクリル酸安息香酸エステル、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジメタクリレート、テトラフルフリルアルコールオリゴメタクリレート、エチルカルビトールオリゴメタクリレート、1,4−ブタンジオールオリゴメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールオリゴメタクリレート、トリメチロールプロパンオリゴメタクリレート、ペンタエリスリトールオリゴメタクリレート、ペンタメチルピペリジルメタクリレート、テトラメチルピペリジルメタクリレート、パラクミルフェノール−EO変性メタクリレート、N−メタクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタルイミド、イソシアヌル酸−EO変性ジメタクリレート、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、1,4−ビス{[(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ]メチル}ベンゼン、3−エチル−3−{[(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ]メチル}オキセタン、3−エチル−3−(2−エチルヘキシロキシメチル)オキセタン、3−エチル−3−(フェノキシメチル)オキセタン、3−エチル−3−(シクロヘキシロキシ)メチルオキセタン、オキセタニルシルセスキオキサン、オキセタニルシリケート、フェノールノボラックオキセタン、1,3−ビス[(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ]ベンゼンなどが挙げられる。
微細凹凸構造10aを構成する組成物の組成は、微細凹凸構造10aを構成する組成物中の単量体成分合計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が20質量部〜60質量部、N−ビニル基を有する単量体成分が5質量部〜40質量部、その他単量体成分が0〜75質量部であることが好ましい。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の含有量を20質量部以上にすることにより、微細凹凸構造10aを構成する組成物部分が高強度になり、また高架橋密度となるため、微細凹凸構造10aを構成する組成物部分からの未反応単量体及び低重合度オリゴマーのブリードアウトや副生成物の生成を最低限抑制することができる。また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の含有量を60質量部以下とすることで、微細凹凸構造10aを構成する組成物の粘度上昇を抑制でき、スタンパの凹凸パターンへの組成物の充填率低下を防止できる。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1種以上の単量体成分の含有量は、微細凹凸構造10aを構成する組成物中の単量体成分合計100質量部中、25質量部〜50質量部であることがより好ましく、30質量部〜40質量部であることがさらに好ましい。
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は、例えばトリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、プロポキシ化グリセルトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、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、トリスアクリロイルオキシエチルフォスフェート、3官能以上のポリエステルアクリレートオリゴマー、3官能以上のウレタンアクリレートオリゴマー、3官能以上のエポキシアクリレートオリゴマー、トリメチロールプロパントリメタアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリメタアクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリメタアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタアクリレート、プロポキシ化グリセルトリメタアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラメタアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラメタアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタアクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリメタアクリレート、トリスメタアクリロイルオキシエチルフォスフェート、3官能以上のポリエステルメタアクリレートオリゴマー、3官能以上のウレタンメタアクリレートオリゴマー、3官能以上のエポキシメタアクリレートオリゴマーなどが挙げられる。ここで、エトキシ化及びプロポキシ化された単量体成分とは、単量体1分子当たり、1〜20当量の1種以上のエトキシ基及び/又はプロポキシ基を含む単量体成分をさす。
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の中でも、トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリメタアクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリメタアクリレートは諸物性のバランスが良いので好ましい。中でもトリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタアクリレートが、硬化後のスタンパからの硬化成形体の離型性に優れるため、より好ましい。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は、1種類又は2種類以上用いても良い。
N−ビニル基を有する単量体成分は、微細凹凸構造10aを構成する組成物中の単量体成分合計100質量部中、15質量部〜38質量部含有することがより好ましく、25質量部〜35質量部含有することがさらに好ましい。N−ビニル基を有する単量体成分を5質量部以上含有することにより、成型体の基材への付着性を向上できる、かつ硬化後の成型体のスタンパからの離型性を良好にすることができ、また40質量部以下含有することにより、未反応単量体及び低重合度オリゴマーの成型体からブリードアウトを最低限抑制でき、また成型体の過度の吸湿も抑制でき、成型体の耐湿特性を向上することができる。
N−ビニル基を有する単量体成分としては、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルピロリドン、及びN−ビニルカプロラムタムが、特に好ましく用いることができる。N−ビニル基を有する単量体成分は、1種類又は2種類以上用いても良い。
<シリコーン系化合物>
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ー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ーン化合物を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。
アクリル基及び/又はメタクリル基を含むシリコーン化合物の種類として、例えばシリコーンアクリレート系化合物を挙げることができる。ポリジメチルシロキサン骨格にアクリル基を結合させた、BYK−UV3500、BYK−UV3570(ビックケミー・ジャパン社製)、ebecryl350(ダイセル・サイテック社製)が、硬化後の光学素子1の微細凹凸構造10aを構成する組成物層からのブリードアウトも少なく、より好ましい。
<光重合開始剤>
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。
<光増感剤>
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。
<光硬化組成物のろ過>
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。
<光硬化組成物の粘度>
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。
<スタンパの表面温度>
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のスタンパからの離型性とを向上できる。また、スタンパ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。
表面温度を略一定に調整する手段として、温調機を付属したスタンパを用いることができる。スタンパの凹凸構造面の表面温度を一定に維持することで、凹凸部を構成する組成物の粘度も一定に保つことができるため、凹凸部を構成する組成物層の厚みの均一性を高めることができ、スタンパから光学素子1への転写忠実性を向上することができる。
<微細凹凸構造を構成する組成物層の厚み>
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。
微細凹凸構造10aを構成する組成物層の厚みは、基材とスタンパ間の押つけ圧力、スタンパの凹凸構造面の表面温度、微細凹凸構造10aを構成する組成物の温度と粘度などにより、調節することができる。
<原版の作製方法>
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。
干渉露光法とは、特定の波長のレーザ光を角度θ’の2つの方向から照射して形成される干渉縞を利用した露光法であり、角度θ’を変化させることで使用するレーザの波長で制限される範囲内で様々なピッチを有する凹凸格子の構造を得ることができる。干渉露光に使用できるレーザとしては、TEM00モードのレーザを挙げることができる。TEM00モードのレーザを発振できる紫外光レーザとしては、アルゴンレーザ(波長364nm,351nm,333nm)や、YAGレーザの4倍波(波長266nm)などが挙げられる。
原版の材料の種類として、石英ガラス、紫外線透過ガラス、サファイア、ダイヤモンド、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーン材、フッ素樹脂、シリコーンウエハ、SiC基板、マイカ基板などが挙げられ、目的に応じて選択することができる。
ナノパターン転写時の離型性をより向上させるために、原版に離型処理を行っても良い。離型処理剤としては、シランカップリング系離型剤が好ましく、フッ素含有離型剤であることがより好ましい。市販されている離型剤の例としては、ダイキン工業社製のオプツールDSX、デュラサーフHD1101やHD2101、住友スリーエム社製のノベック、信越化学工業製のKP−801M、KBM−7103、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製のTSL−8257などが挙げられる。
<スタンパの作製方法>
原版の凹凸構造や配列パターンを転写したスタンパは、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。
また、ナノインプリント法により、転写を繰り返すことができる。転写を繰り返すことで、(1)転写した凹凸部構造パターン転写物を複数個製造でき、及び/又は(2)凹凸部パターンが反転した反転転写型を得ることができる。
<光学素子の作製方法>
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。
<光硬化組成物の塗布方法>
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。
<樹脂ロール>
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。
<塗布する順序>
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の凹凸構造面とを接触させることで、スタンパ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、スタンパの凹凸構造面に光硬化組成物を塗布して、スタンパ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。
<露光光源>
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。
露光光源の積算光量としては、300mJ/cm以上であることが好ましく、光硬化組成物の光硬化反応率を高くする目的で、800mJ/cm〜6000mJ/cmであることがより好ましく、光による樹脂劣化性を防ぐため、800mJ/cm〜3000mJ/cmであることがさらに好ましい。
<透明導電層>
導電性光学素子においては、図7に示すように、微細凹凸構造を有する基材(図1参照)上に透明導電層が形成されている。透明導電層21を構成する材料としては、ITO、ZnO、SnO、InO、IGZOなどを挙げることができる。また、透明導電層21の厚さとしては、透明性、信頼性の高さ、導電性向上などを考慮すると、15nm〜70nmであることが好ましく、20nm〜50nmであることがより好ましいが、考慮すべき特性により厚みは任意に調整することが可能である。また、導電性光学素子においては、図7Bに示すように、微細凹凸構造を有する基材10の表面と透明導電層21との間に透明絶縁膜22を設けても良い。透明絶縁膜22を設けることにより、ITOを波長355nmのレーザで部分的に除去する際に、下層の微細凹凸構造を保護することができる。透明絶縁膜22を構成する材料としては、SiO、SiO、MgO、TiOなどを挙げることができる。また、透明絶縁膜22の厚さとしては、微細凹凸構造の保護を考慮すると、3nm〜50nmであることが好ましい。
<導電性光学素子の製造方法>
本発明の導電性光学素子の製造方法においては、複数の凸部及び複数の凹部を含み、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、断面視で正弦波形状を有する微細凹凸構造を基材表面に設け、前記微細凹凸構造上に透明導電層を形成し、波長355nmのエネルギー線を用いて前記透明導電層を部分的に除去する。
例えば、図8Aに示すように、基材10上に微細凹凸構造を設けるための組成物層30を形成し、組成物層30に上述したようにして微細凹凸構造30aを設け、その上に透明導電層21を形成してなる導電性光学素子の微細凹凸構造30a側からレーザ光を照射する。これにより、図8Bに示すように、透明導電層21を部分的に除去して透明導電層が存在しない領域21aを設ける。また、図9Aに示すように、導電性光学素子の微細凹凸構造30a側と反対の側からレーザ光を照射する。これにより、図9Bに示すように、透明導電層21を部分的に除去して透明導電層が存在しない領域21aを設ける。
基材に微細凹凸構造を形成する方法については上述した通りである。微細凹凸構造を設けた基材上に透明導電層を形成する方法としては、スパッタリング、イオンプレーティング、真空蒸着などの物理蒸着法のほか、プラズマCVD、熱CVD、光CVDなどの化学蒸着法などの方法を挙げることができる。また、透明導電層を形成する前に透明絶縁膜を形成する方法としては、スパッタリング、イオンプレーティング、真空蒸着などの物理蒸着法のほかプラズマCVD、熱CVD、光CVDなどの化学蒸着法などの方法を挙げることができる。また、本発明の方法において、透明導電層を部分的に除去する方法としては、レーザ(エネルギー線)を照射するレーザ加工などを挙げることができる。この場合において、波長355nmのレーザ(YAGレーザ)を用いることが好ましい。この波長のレーザを用いることにより、微細凹凸構造を破損することなく透明導電層を部分的に除去することができる。このため、透明導電層が存在する部分と透明導電層が存在しない部分との境界での反射率差が大きくなることを防止でき、絶縁回路部分が目立ち表示品質が低下するのを防止できる。なお、レーザ加工の際のパワーについては、絶縁信頼性、微細凹凸構造の損傷などを考慮すると、0.5W〜5Wであることが望ましい。
<保護フィルム>
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。
<屈折率>
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。
また基材10に粘着層が付与されている場合、基材10と粘着層の屈折率差も、上記と同様な理由で、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。
<全光線透過率、ヘーズ>
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。
ヘーズとは、全光線透過率に対する拡散透過率の比率で定義される。ヘーズが小さいことは、光が光学素子1を透過した時の拡散光が少ないこと、言い換えると全光線透過率に対する直線透過率の比率が高いことを意味する。光学素子1に透明な基材を使用した場合、界面で屈折や反射を低減できるためヘーズが減少し、全光線透過率が上昇するため、光学素子1の見た目の透明性が高まる。
<レーザ加工後の反射率>
レーザ加工後の反射率は、測定面積が8μmφと小さい領域の測定が可能な大塚電子株式会社製の反射分光膜厚計FE3000により測定することが出来る。透明材料において反射率が低いということは、言い換えると透過率の向上を意味し視認性の向上につながる。
<表面抵抗率>
表面抵抗率は、株式会社三菱化学アナリテック社製の抵抗率計・ロレスタGP MCP−T610により測定した。なお、表面抵抗率は、JIS−K7194準拠やJIS−K6911準拠した装置、及び環境にて測定することで、信頼性の高い表面抵抗率を得ることができる。必要な導電性は、用途により異なるが、電磁波遮断用は2.5Ω/□程度、タッチパネル電極は、50Ω/□〜1000Ω/□程度の表面抵抗率が要求される。透明導電層の厚みが同一の状態で表面抵抗率が低いということは、透明導電層の厚みを薄くできるなど、高透過、低コスト化が期待できるので好ましい。
<曲率の変化率>
光学素子の表面SEM顕微鏡観察により得られた断面を用意し、次の(1)〜(5)の手順で、曲率の変化率を求める。
(1)任意の凸部頂点から隣接する凸部頂部までの距離(ピッチ)を20等分する。
(2)各20点から、基材平面方向に垂直に垂線を下して、光学素子の凹凸表面と交わる点をプロットする。
(3)各プロット間の傾きを測定する。
(4)各プロット間の傾きの変化量を算出する。
(5)変化量の最大値(絶対値)を算出する(最大値を曲率の変化率とする)。
<用途>
本発明の光学素子は、任意の目的又は用途に使用できる。例えば、光学素子を導電性光学素子としてタッチパネルに利用する場合は、透過率の低下や抵抗値の増大を招くことなく反射率を抑えることができる。これにより、視認性に優れた高透過のタッチパネルを得ることができる。さらに、視野角改善性にも優れるため、電磁波防止シールドにも好適に用いることができる。また、本光学素子は、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。
以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
(実施例1)
上記実施の形態に係る導電性光学素子を作製し、作製した導電性光学素子の特性を測定、評価した。以下、作製した導電性光学素子の概略及び評価結果について述べる。
(凹凸構造を構成する組成物)
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ーン化合物としてシリコー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。
(原版の作製方法)
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。
(スタンパロールA)
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(平板状、厚み0.2mm)を作製した。当該スタンパにおいて、凹凸構造の凸部頂点間の間隔(ピッチ)は290nm、高さは300nmであった。また、1μmあたりの凸部の個数は12個であった。また、当該スタンパにおいて、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ロールAを得た。該スタンパロール表面には、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。
(光学素子の作製方法)
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(富士フィルム社製、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/cm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、硬化物をスタンパロールから剥離し、スタンパ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。また、同様の方法にて透明基材としてPETフィルム(東洋紡績社製、A4300、厚み100μm、幅250mm)を用いレーザ加工後の反射率評価用のサンプルも作成した。レーザ加工後の評価にPET基材を用いる理由は、TACに対しPETの方がレーザ耐性に優れるためである。
上述のようにして得られた光学素子の特性を評価した。
(配列パターン、尾根の有無及びピッチ測定)
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。その結果、ピッチは290nmであった。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。
(凸部高さの平均値)
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。
次に、得られた測定値を解析モードにて、Flatten Order0で傾き補正し、Bearingで、凸部の高さ、凹凸構造の高さの平均偏差、尾根の高さなどを算出した。ここで、凸部の高さの平均値は300nmであることを確認した。
(凸部高さ及び凹部高さの標準偏差)
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。
Figure 2014002322
凹部高さの標準偏差は、上記の走査型プローブ顕微鏡を用いて測定した凹部及び凸部の形状に関するデータを基に、近接する40個の凹部の底の高さを取得し、その標準偏差を求めた。
凸部高さの標準偏差は、上記の走査型プローブ顕微鏡を用いて測定した凹部及び凸部の形状に関するデータを基に、上記凹部高さの標準偏差を算出する際に対象とした領域において近接する40個の凸部の頂部の高さを取得し、その標準偏差を求めた。
(曲率の変化率の測定)
光学素子の表面SEM顕微鏡観察により得られた断面を用意し、次の(1)〜(5)の手順で、曲率の変化率を求めた。
(1)任意の凸部頂点から隣接する凸部頂部までの距離(ピッチ)を20等分する。
(2)各20点から、基材平面方向に垂直に垂線を下して、光学素子の凹凸表面と交わる点をプロットする。
(3)各プロット間の傾きを測定する。
(4)各プロット間の傾きの変化量を算出する。
(5)変化量の最大値(絶対値)を算出する(最大値を曲率の変化率とする)。
その結果、曲率の変化率は2.5であった。
次いで、上記のようにして得られた光学素子の微細凹凸構造上にスパッタリングによりITO膜を厚さ30nm形成した。このとき、スパッタリングの条件は、DCスパッタ、電力100W、アルゴン流量45sccm、酸素流量2sccm、真空度3×10−4Pa、プレスパッタ時間5分(パージ)、本スパッタ時間3分とした。その後、YAGレーザ(Coherent社製)を用いて、パワー2.5W、繰り返し周波数50kHz、スキャン1000mm/秒の条件でITO膜を部分的に除去した。このようにして実施例1の導電性光学素子を作製した。
(ITO膜の付き回り)
実施例1の導電性光学素子の凹部におけるITO膜の付き回りを断面SEMにより観察したところ、微細凹凸構造の凸部に形成されたITO膜と微細凹凸構造の凹部に形成されたITO膜の厚さが25nm〜30nmでほぼ同じであり、微細凹凸構造上にほぼ均一にITO膜が形成されていた。
(全光線透過率)
実施例1の導電性光学素子について、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。その結果、95.48%であった。
(ヘーズ測定)
実施例1の導電性光学素子について、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。その結果、0.24%であった。
(レーザ加工後の反射率差)
実施例1のレーザ加工後の反射率測定は、光学素子の透明基材にPETフィルムを用いたサンプルを使用した。レーザ加工後の微細凹凸構造面の反射率は、大塚電子株式会社製の反射分光膜厚計FE3000を用いた。測定条件は、絶対反射率測定、測定モードはマニュアル、対物レンズを25倍にした後、アルミニウムを参照としてベースラインを調整し、他の参照として反射率が既知のBK7の反射率も測定し装置が正常であることを確認した。次に、反射分光膜厚計のステージに凹凸構造面を上に測定サンプルを設置し、ITOを積層した微細凹凸構造面に測定フォーカスが一致するように高さを調節し反射率を測定した。同様にITOを除去した凹凸構造面に測定フォーカスが一致するように高さを調整し反射率を測定した。それぞれ測定した測定波長550nmの反射率の差を絶対値で示し、レーザ加工後の反射率差とした。
上記項目に関する評価結果を下記表1に示す。
(実施例2)
ITO膜の厚さを60nmにすること以外は実施例1と同様にして実施例2の導電性光学素子を作製した。この導電性光学素子について、実施例1と同様の評価を行った。その結果を下記表1に併記する。なお、実施例2の導電性光学素子の凹部におけるITO膜の付き回りを断面SEMにより観察したところ、微細凹凸構造の凸部に形成されたITO膜と微細凹凸構造の凹部に形成されたITO膜の厚さが45nm〜60nmでほぼ同じであり、微細凹凸構造上にほぼ均一にITO膜が形成されていた。また、光学素子の微細凹凸構造の凹部における曲率の変化率は2.5であった。
(実施例3)
スタンパロールにおける微細凹凸構造の凸部頂点間の間隔(ピッチ)を240nm、高さを290nmとし、1μmあたりの凸部の個数を20個とすること以外は実施例1と同様にして実施例3の導電性光学素子を作製した。この導電性光学素子について、実施例1と同様の評価を行った。その結果を下記表1に併記する。なお、実施例3の導電性光学素子の凹部におけるITO膜の付き回りを断面SEMにより観察したところ、微細凹凸構造の凸部に形成されたITO膜と微細凹凸構造の凹部に形成されたITO膜の厚さが25nm〜30nmでほぼ同じであり、微細凹凸構造上にほぼ均一にITO膜が形成されていた。また、光学素子の微細凹凸構造の凹部における曲率の変化率は3.0であった。
(実施例4)
ITO膜の厚さを60nmにすること以外は実施例3と同様にして実施例4の導電性光学素子を作製した。この導電性光学素子について、実施例1と同様の評価を行った。その結果を下記表1に併記する。なお、実施例4の導電性光学素子の凹部におけるITO膜の付き回りを断面SEMにより観察したところ、微細凹凸構造の凸部に形成されたITO膜と微細凹凸構造の凹部に形成されたITO膜の厚さが45nm〜60nmでほぼ同じであり、微細凹凸構造上にほぼ均一にITO膜が形成されていた。また、光学素子の微細凹凸構造の凹部における曲率の変化率は3.0であった。
(実施例5)
実施例1において作製した光学素子の微細凹凸構造上にスパッタリングにより透明絶縁膜であるSiO膜を厚さ5nmで形成した。このとき、スパッタリングの条件は、RFスパッタ、電力0.77kW、アルゴン流量10sccm、真空度2×10−3Pa以下、プレスパッタ時間2分(パージ)、本スパッタ時間36秒とした。次いで、SiO膜上にITO膜を厚さ30nm形成した。このとき、スパッタリングの条件は、DCスパッタ、電力100W、アルゴン流量45sccm、酸素流量2sccm、真空度3×10−4Pa、プレスパッタ時間5分(パージ)、本スパッタ時間3分とした。その後、YAGレーザ(Coherent社製)を用いて、パワー2.5W、繰り返し周波数50kHz、スキャン1000mm/秒の条件でITO膜を部分的に除去した。このようにして実施例5の導電性光学素子を作製した。この導電性光学素子について、実施例1と同様の評価を行った。その結果を下記表1に併記する。なお、実施例5の導電性光学素子の凹部におけるITO膜の付き回りを断面SEMにより観察したところ、微細凹凸構造の凸部に形成されたITO膜と微細凹凸構造の凹部に形成されたITO膜の厚さが25nm〜30nmでほぼ同じであり、微細凹凸構造上にほぼ均一にITO膜が形成されていた。また、光学素子の微細凹凸構造の凹部における曲率の変化率は2.5であった。
(比較例1)
比較例1のスタンパロールは、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スタンパロールを作製した。
比較例1の微細凹凸構造の凸部頂点間の間隔(ピッチ)を200nm、高さを310nmで、1μmあたりの凸部の個数を30個とすること以外は実施例1と同様にして比較例1の導電性光学素子を作製した。この導電性光学素子について、実施例1と同様の評価を行った。その結果を下記表1に併記する。なお、比較例1の導電性光学素子の凹部におけるITO膜の付き回りを断面SEMにより観察したところ、微細凹凸構造の凸部に形成されたITO膜の方が微細凹凸構造の凹部に形成されたITO膜の厚さよりも薄く、凹部近傍の傾斜部のITO厚みは、凹部より更に薄く、凸部と傾斜部の厚さの差が15nm程度であった。また、光学素子の微細凹凸構造の凹部における曲率の変化率は5.5であった。
(比較例2)
ITO膜の厚さを60nmにすること以外は比較例1と同様にして比較例2の導電性光学素子を作製した。この導電性光学素子について、実施例1と同様の評価を行った。その結果を下記表1に併記する。なお、比較例1の導電性光学素子の凹部におけるITO膜の付き回りを断面SEMにより観察したところ、微細凹凸構造の凸部に形成されたITO膜の方が微細凹凸構造の凹部に形成されたITO膜の厚さよりも薄く、凹部近傍の傾斜部のITO厚みは、凹部より更に薄く、凸部と傾斜部の厚さの差が40nm程度であった。また、光学素子の微細凹凸構造の凹部における曲率の変化率は5.5であった。
Figure 2014002322
表1から分かるように、実施例1〜実施例5の導電性光学素子では、ITO膜の透過率の低下や抵抗値の増大を防止できた。これは、微細凹凸構造の凸部に形成されたITO膜と微細凹凸構造の凹部に形成されたITO膜の厚さがほぼ同じであり、微細凹凸構造上にほぼ均一にITO膜が形成されていたためであると考えられる。ITO膜の厚さがほぼ均一になったのは、光学素子の微細凹凸構造が断面視で正弦波形状を有しており、凹部が広くなることが防止できているからであると考えられる。一方、比較例1、比較例2の導電性光学素子では、ITO膜の透過率の低下や抵抗値の増大がみられた。これは、微細凹凸構造の凸部に形成されたITO膜の厚さの方が微細凹凸構造の凹部に形成されたITO膜の厚さより厚かったためであると考えられる。ITO膜の厚さに偏りが生じたのは、光学素子の微細凹凸構造の凹部が広くなっており、凸部と凹部の境界でのITO膜の付き回りが悪いためであると考えられる。また、実施例1〜実施例5の導電性光学素子では、レーザ加工後の反射率差が小さいものとなっていた。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
1 光学素子
10 基材
10a,30a 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
21 透明導電層
30 組成物層

Claims (20)

  1. 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、前記微細凹凸構造は断面視で正弦波形状を有することを特徴とする光学素子。
  2. 前記微細凹凸構造の前記凹部における曲率の変化率Tが、絶対値で0≦T≦5であることを特徴とする請求項1記載の光学素子。
  3. 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請求項1記載の光学素子。
  4. 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3記載の光学素子。
  5. 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3記載の光学素子。
  6. 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3記載の光学素子。
  7. 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3から請求項6のいずれかに記載の光学素子。
    Figure 2014002322
  8. 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7記載の光学素子。
  9. 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7又は請求項8記載の光学素子。
  10. 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9のいずれかに記載の光学素子。
  11. 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10のいずれかに記載の光学素子。
  12. 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11のいずれかに記載の光学素子。
  13. 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12のいずれかに記載の光学素子。
  14. 前記微細凹凸構造を有する基材が樹脂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13のいずれかに記載の光学素子。
  15. 前記樹脂組成物層が、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14のいずれかに記載の光学素子。
  16. 前記樹脂組成物が光硬化組成物であることを特徴とする請求項14又は請求項15記載の光学素子。
  17. 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16に記載の光学素子。
  18. 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、前記微細凹凸構造上に形成された透明導電層と、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、前記微細凹凸構造は断面視で正弦波形状を有することを特徴とする導電性光学素子。
  19. 前記微細凹凸構造を有する前記基材の表面と透明導電層との間に形成された透明絶縁膜を具備することを特徴とする請求項18記載の導電性光学素子。
  20. 複数の凸部及び複数の凹部を含み、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、断面視で正弦波形状を有する微細凹凸構造を基材表面に設ける工程と、前記微細凹凸構造上に透明導電層を形成する工程と、波長355nmのエネルギー線を用いて前記透明導電層を部分的に除去する工程と、を有することを特徴とする導電性光学素子の製造方法。
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