JP2022093162A - 光学体、光学体の製造方法、積層体及びイメージセンサ - Google Patents

光学体、光学体の製造方法、積層体及びイメージセンサ Download PDF

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Abstract

Figure 2022093162000001
【課題】
可視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性に優れ、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能が良好である、光学体を提供する。
【解決手段】
上記課題を解決するべく、本発明は、基材20と、前記基材20上に形成された、色素を含む樹脂層30と、前記樹脂層30上に形成された、少なくとも一方の面に微細凹凸構造を有する反射防止層40と、を備えた光学体100であって、前記光学体100の、420~680nmの波長領域の光に対する平均分光透過率が60%以上であり、且つ、750~1400nmの波長領域の光に対する最低分光透過率が60%未満であることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、可視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性に優れるとともに、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能が良好である、光学体及びその製造方法、積層体並びにイメージセンサ、に関するものである。
スマートフォン、タブレットPC、カメラなどに搭載されている光学部材は、外部からの光の反射による視認性や画質の悪化(色ムラ、ゴースト等の発生)を回避するため、表示板やレンズ等の基材における光の入射面に対し、反射防止層を形成する等の、反射防止処理が施されることが一般的である。
ここで、従来の反射防止処理の一つとして、光の入射面に微細凹凸構造(モスアイ構造)を有する反射防止層を形成することで、反射率を低減する技術が知られている。
微細凹凸構造を有する薄膜を形成する技術としては、例えば、特許文献1に、ナノ構造の凹凸構造(11)を有するキャリア(10)と、凹凸構造(11)上に設けられた機能層(12)と、を転写により形成し、形成された凹凸構造の平均ピッチ及び機能層の条件について適正化を図ることによって、被処理体上に高精度に機能を付与することを目的とした、転写体に関する技術が開示されている。
ただし、特許文献1に開示された転写体については、可視光帯域の波長を有する光に対しては、高い反射防止性能を発揮できるものの、近赤外帯域のような長波長の光についても透過させていた。
上述の光学部材がCMOSイメージセンサ等の光学デバイスに用いられる場合、光学部材は広い波長帯域の受光感度を有することになる。そのため、イメージセンサのような光学部デバイスへの適用を考慮すると、可視光帯域の波長を有する光の反射を抑制し、透過性を改善するだけでなく、近赤外帯域の波長を有する光の入射を抑制できるような光学部材の開発が望まれていた。
国際公開第2013/187349号
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、可視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性に優れるとともに、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能が良好である、光学体及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、可視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性に優れるとともに、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能が良好である、積層体及びイメージセンサを提供することを目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、基材と、前記基材上に形成された、色素を含む樹脂層と、前記樹脂層上に形成された、少なくとも一方の面に微細凹凸構造を有する反射防止層と、を備える光学体について、該光学体の可視光領域の光に対する平均分光透過率及び近赤外領域の光に対する最低分光透過率について適正化を図ることによって、可視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性を高めることができるとともに、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能についても向上させることが可能になることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
(1)基材と、前記基材上に形成された、色素を含む樹脂層と、前記樹脂層上に形成された、少なくとも一方の面に微細凹凸構造を有する反射防止層と、を備えた光学体であって、前記光学体の、420~680nmの波長領域の光に対する平均分光透過率が60%以上であり、且つ、750~1400nmの波長領域の光に対する最低分光透過率が60%未満であることを特徴とする、光学体。
上記構成によって、可視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性、並びに、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能を向上させることができる。
(2)前記反射防止層は、両面に微細凹凸構造を有することを特徴とする、上記(1)に記載の光学体。
(3)前記樹脂層の貯蔵弾性率が、前記反射防止層の貯蔵弾性率よりも小さいことを特徴とする、上記(1)又は(2)に記載の光学体。
(4)前記樹脂層の厚さが、1μm以上であることを特徴とする、上記(1)~(3)のいずれかに記載の光学体。
(5)前記反射防止層の厚さが、0.2~1.0μmであることを特徴とする、上記(1)~(4)のいずれかに記載の光学体。
(6)前記反射防止層上に、さらに保持フィルムが形成されていることを特徴とする、上記(1)~(5)のいずれかに記載の光学体。
(7)可視光線の波長以下の凹凸周期の微細凹凸構造を有する保持フィルムを、硬化性樹脂に押圧した状態で硬化させることで、表面に微細凹凸構造を有する反射防止層を作製する工程と、
基材上に色素を含む硬化性樹脂を塗布した後、得られた反射防止層を、前記色素を含む硬化性樹脂に押圧した状態で硬化させることで、前記保持フィルムの付いた光学体を作製する工程と、
を含むことを特徴とする光学体の製造方法。
上記構成によって、可視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性に優れ、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能が良好である、光学体を、確実且つ効率的に得ることができる。
(8)可視光線の波長以下の凹凸周期の微細凹凸構造を有する保持フィルムと、
少なくとも一方の面に、前記保持フィルムの微細凹凸構造の形状に倣って形成された微細凹凸構造を有する反射防止層と、
前記反射防止層上に形成された、色素を含む樹脂層と、を備えることを特徴とする、積層体。
上記構成によって、可視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性、並びに、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能を向上させることができる。
(9)上記(1)~(6)のいずれかに記載の光学体を、外光入射部に備えることを特徴とする、イメージセンサ。
上記構成によって、可視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性、並びに、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能を向上させることができる。
本発明によれば、可視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性に優れるとともに、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能が良好である、光学体及びその製造方法を提供することが可能となる。また、本発明によれば、可視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性に優れるとともに、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能が良好である、積層体及びイメージセンサを提供することが可能となる。
(a)は、本発明の光学体の一実施形態を模式的に説明した断面図であり、(b)は、本発明の光学体の他の実施形態を模式的に説明した断面図である。 本発明の光学体の他の実施形態を模式的に説明した断面図である。 (a)及び(b)は、従来の光学体の実施形態を模式的に説明した断面図である。 (a)は、本発明の積層体の一実施形態を模式的に説明した断面図であり、(b)は、本発明の積層体の他の実施形態を模式的に説明した断面図である。 本発明の光学体及を製造する方法の一例を示したフロー図であり、(a)~(h)は各工程を示したものである。 実施例及び比較例の各サンプルの光学体について、波長に対する分光透過スペクトルを示したグラフである。
以下、本発明の実施形態の一例について、必要に応じて図面を用いながら具体的に説明する。なお、図1~5の中で開示した各部材については、説明の便宜のため、実際とは異なる縮尺及び形状で、模式的に表している。
<光学体>
まず、本発明の光学体の一実施形態について説明する。
本発明の光学体は、図1(a)及び(b)に示すように、少なくとも、基材20と、前記基材20上に形成された、色素を含む樹脂層30と、前記樹脂層30上に形成された、少なくとも一方の面(図1(a)及び(b)では両面)に微細凹凸構造を有する反射防止層40と、を備える光学体100である。
そして、本発明の光学体100は、420~680nmの波長領域の光に対する平均分光透過率が60%以上であり、且つ、750~1400nmの波長領域の光に対する最低分光透過率が60%未満であることを特徴とする。
前記樹脂層30及び前記反射防止層40の適正化を図り、光学体100の可視光帯域の波長を有する光の分光透過率を高めつつ、近赤外帯域の波長を有する光に対する分光透過率を低減することによって、可視光に対する反射防止性能及び透過性、並びに、近赤外光に対する吸収性能を向上させることができる。
加えて、厚さを任意に変えることが可能であり且つ弾力性を有する前記樹脂層30中に光を吸収するための、前記色素を含有させることによって、光学体100による近赤外光の吸収性能を高めつつ、光学体にクラック等の破損を防ぐことができる。
また、可視光に対する反射防止性能及び透過性をより高める観点から、前記光学体100の、420~680nmの波長領域の光に対する平均分光透過率は、65%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。
ここで、420~680nmの波長領域の光に対する平均分光透過率については、420~680nmの波長領域の光に対する分光透過率の平均値であり、平均値が60%以上であれば一部の波長で60%未満であることも許容される。ただし、より安定して高いレベルで可視光の反射防止性能及び透過性を向上させる観点からは、20~680nmの波長領域のいずれにおいても60%以上であることが好ましい。
なお、光学体100に入射した光に対する分光透過率については、市販の分光光度計(例えば、日本分光製V-770、V-570、オリンパス製USPM-CS01等)を用いて測定することができる。前記オリンパス製USPM-CS01の分光光度計を用いた測定法としては、透過ユニットを用いて380nm~1050nmの波長帯域の測定を行い、光量は180(任意の値)とすることができる。
さらに、近赤外光に対する吸収性能をより高める観点から、前記光学体100の、750~1400nmの波長領域の光に対する最低分光透過率は、50%以下であることが好ましく、40%以下であることがより好ましい。
ここで、750~1400nmの波長領域の光に対する最低分光透過率については、750~1400nmの波長領域の光に対する分光透過率の最低値であり、最低値が60%未満であれば一部の波長において分光透過率が60%以上であることも許容される。ただし、より高いレベルで近赤外光の吸収性能を向上させる観点からは、少なくとも720~1000nmの波長領域において60%未満であることが好ましい。
なお、光学体100に入射した光に対する分光透過率については市販の分光光度計(例えば、日本分光製V-770、V-570等)を用いて測定することができる。
以下、本発明の光学体100の一実施形態の構成部材について説明する。
(基板)
本発明の光学体100は、図1(a)及び(b)に示すように、基材20を備える。
ここで、前記基材20は、基本的には透明な基板である。透明な基板を用いることで、光の透過性等に悪影響を与えることがない。
なお、本明細書において「透明」とは、使用帯域(可視光及び近赤外光の帯域)に属する波長の光の透過率が高いことを意味し、例えば、当該光の透過率が70%以上であることを意味する。
前記基材20の材料としては、特に限定はされない。例えば、各種ガラス、化学強化ガラス、石英、水晶、サファイア、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー等が挙げられ、光学体100に要求される性能等に応じて適宜選択することができる。なお、本発明の実施例では、前記基材20として白板ガラスを用いて検証している。
また、前記基材20の形状については、図1(a)及び(b)に示すように、平坦な表面を有し、大きさや形についてはとくに限定されず、光学体1に要求される性能等に応じて適宜選択することができる。例えば、図1(a)及び(b)に示すような平板状や、レンズ状の曲面形状等にすることもできる。
さらに、前記基材20の厚さについても、特に限定はされず、例えば0.1~2.0mmの範囲とすることができる。
(樹脂層)
本発明の光学体100は、図1(a)及び(b)に示すように、前記基材20上に形成された樹脂層30を備える。
そして、本発明の光学体100では、前記樹脂層30が色素を含む。
前記樹脂層30が色素を含むことによって、特定波長を有する光の吸収性能を高めることができることから、近赤外光に対する分光透過率を抑えることが可能となる。
また、前記樹脂層30は、前記基材20と後述する反射防止層40との間に形成される接着層としての役目を果たすことができ、柔軟性のある層であるため、層中に色素を含む場合であっても、クラック等の破損を抑制できる。加えて、前記樹脂層30は、厚さTを適宜変えることで、光の吸収性能を所望の範囲に制御することができる。
一方、従来の光学体110では、図3(a)及び(b)に示すように、反射防止層41中に色素を含有させることが一般的であった。
その場合、前記反射防止層41の設計上、前記反射防止層41が数μm程度と薄い場合(図3(a))には、前記色素を十分に含有できずに所望の光吸収性能が得られないという問題がある。
また、前記反射防止層41は前記樹脂層30に比べて柔軟性がない(弾性率が高い)ため、前記反射防止層41を厚くした場合には、クラックが生じるおそれがあり、十分な耐久性を確保できないという問題がある。
なお、前記樹脂層30は、色素を含有すること以外は特に限定はされず、要求される性能に応じて適宜調整を行うことができる。
例えば、前記樹脂層30中に含有する色素の種類や含有量、また、前記樹脂層30を構成する樹脂の種類や、モノマー及びオリゴマーの種類、重合開始剤や添加剤の種類及び含有量、紫外線硬化性樹脂を材料として用いる場合には紫外線の照射時間、等を調整することができる。
また、前記樹脂層における色素の含有量としては、特に限定はされないが、30質量%以下が好適とする。30質量%を超えると、分散が十分でなく硬化が不完全になるおそれや、信頼性試験後のブリードアウトのおそれがある。
前記色素は、光を吸収するために前記樹脂層30中に含有される。色素の種類については、特に限定はされず、吸収する光の種類に応じて適宜選択することができる。
例えば、近赤外光を効率的に吸収する観点からは、ポリメチン骨格を伸ばしたシアニン色素、アルミニウムや亜鉛を中心に有するフタロシアニン系化合物、各種ナフタロシアニン系化合物、平面四配位構造を有するニッケルジチオレン錯体、スクアリウム色素、キノン系化合物、ジインモニウム化合物、アゾ化合物等を含有することが好ましく、これらの中でも、少なくともフタロシアニン系化合物を含有することが好ましい。これらの化合物は、一種単独で用いることもできるし、複数種を混合して用いることもできる。
前記フタロシアニン系化合物については、銅系フタロシアニン化合物(フタロシアニンブルー)や、高塩素化銅系フタロシアニン化合物(フタロシアニングリーン)、臭素化塩素化銅系フタロシアニン化合物等が挙げられる。これらのフタロシアニン系化合物は、一種単独で用いることもできるし、複数種を混合して用いることもできる。
なお、前記色素については、上述した各色素を調製して得ることもできるが、市販の色素を購入することもできる。
また、前記色素の含有量については、特に限定はされず、要求される性能(弾性率、製造性等)に応じて適宜調整することが可能である。
前記色素以外の、前記樹脂層30を構成する材料については、特に限定はされず、要求される性能(弾性率、製造性等)に応じて適宜選択することができる。
例えば、前記樹脂層30の樹脂として、硬化反応により硬化する樹脂組成物を用いることができる。その中でも、前記樹脂層30は、紫外線硬化性接着剤から形成されることが好ましい。高い接合性を実現できるとともに、良好な柔軟性を得ることができるためである。前記紫外線硬化性樹脂については、例えば、紫外線硬化性アクリレート系樹脂、紫外線硬化性エポキシ系樹脂等が挙げられる。
なお、前記樹脂層30の形成方法については、特に限定はされない。例えば、前記樹脂層30が紫外線硬化性接着剤からなる層である場合には、前記紫外線硬化性接着剤を後述する反射防止層40と圧着させた状態で紫外線を照射することによって、樹脂層30を形成できる。
また、前記樹脂層30の形状については、図1(a)及び(b)に示すように、少なくとも反射防止層40と接する面に微細凹凸構造を有する。前記樹脂層30の微細凹凸構造については、後述する反射防止層40の微細凹凸に応じて形成されるものであるため、凹凸の形成ピッチや凹凸高さ等の条件については、後述する反射防止層40の中で説明する条件と同様である。さらに、前記樹脂層30の表面形状は、図2に示すように、前記反射防止層40と接する面を平坦とすることもできる。
なお、前記樹脂層30の反射防止層40と接する面とは反対の面は、通常、平坦となっている。ただし、前記樹脂層30が接する基材40の表面形状に応じて、適宜変更することも可能である。
さらに、前記樹脂層30の厚さTは、より確実に光の吸収性能を高めることができる観点から、ある程度の厚さを有することが好ましく、具体的には、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましい。
また、前記樹脂層30の厚さTは、光学体100の薄膜化の観点から、30μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましい。
なお、前記樹脂層30の厚さTは、積層方向において前記樹脂層30の厚さが最も大きい箇所の厚さTとする。図1(a)及び(b)では、前記反射防止層40と接する面に微細凹凸構造を有する場合には凸部の頂点から前記基材20との界面までの距離である。
さらにまた、クラック等の発生を防ぎ、光学体の耐久性を高める観点から、前記樹脂層30の貯蔵弾性率は、前記反射防止層40の貯蔵弾性率よりも小さいことが好ましい。より具体的には、前記樹脂層30の貯蔵弾性率が2000MPa以下であることが好ましく、1500MPa以下であることがより好ましい。一方、前記樹脂層30の製造容易性の観点からは、前記樹脂層30の貯蔵弾性率が、100MPa以上であることが好ましい。
(反射防止層)
本発明の光学体100は、図1(a)及び(b)に示すように、前記樹脂層30上に形成された、少なくとも一方の面に微細凹凸構造(モスアイ構造)を有する反射防止層40を、さらに備える。
前記反射防止層40が微細凹凸構造を有することによって、反射光の発生を抑えることができ、光学体100の反射防止性能及び透過性を高めることが可能となる。
前記反射防止層40は、図1(a)及び(b)に示すように、積層方向の両面に微細凹凸構造を有することもでき、図2に示すように、片面(入射面側)のみに微細凹凸構造を有することもできる。
ただし、より優れた反射防止性能及び透過性を実現する観点からは、前記反射防止層40が、積層方向の両面に微細凹凸構造を有することが好ましい。
前記光学体30の微細凹凸構造の、凸部及び凹部の条件は、特に限定はされない。例えば、図1に示すように、周期的(例えば、千鳥格子状、矩形格子状)に配置してもよく、また、ランダムに凹凸を配置することも可能である。さらに、凸部及び凹部の形状についても特に制限はなく、砲弾型、錐体型、柱状、針状などであってもよい。なお、凹部の形状とは、凹部の内壁によって形成される形状を意味する。
ここで、前記反射防止層40に形成された微細凹凸構造は、可視光線の波長以下(例えば、830nm以下)の凹凸周期(凹凸ピッチ)P、P’を有することが好ましい。前記微細凹凸構造の凹凸周期P、P’を、可視光波長以下とする、言い換えれば、前記微細凹凸構造をいわゆるモスアイ構造とすることによって、可視光領域における反射光の発生を抑えることができ、優れた反射防止性能を実現できる。
また、前記凹凸周期P、P’の上限については、より確実に可視光線の反射光を抑えることができる観点から、350nm以下であることが好ましく、280nm以下であることがより好ましい。また、前記凹凸周期P、P’の下限については、製造性や、より確実に可視光線の反射光を抑えることができる観点から、100nm以上であることが好ましく、150nm以上であることがより好ましい。
ここで、前記反射防止層40に形成された微細凹凸構造の凹凸周期P、P’は、隣り合う凸部間及び凹部間の距離の算術平均値である。ここで、前記微細凹凸構造の凹凸周期Pは、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)、あるいは断面透過型電子顕微鏡(断面TEM)などによって観察可能である。
また、隣り合う凸部間及び凹部間の距離の算術平均値を導出する方法としては、例えば、隣り合う凸部の組み合わせ、及び/又は、隣り合う凹部の組み合わせをそれぞれ複数個ピックアップし、各組み合わせを構成する凸部間の距離および凹部間の距離を測定し、測定値を平均する方法が挙げられる。
なお、前記反射防止層40の両面に形成された微細凹凸構造の凹凸周期P、P’は、図1(a)及び(b)に示すように、両面で同じ周期(P=P’)でも良いし、異なる周期とすることもできる。ただし、微細凹凸構造の凹凸周期P、P’が、それぞれの面で異なる場合であっても、いずれも可視光線の波長以下の凹凸周期であることが好ましい。
また、前記微細凹凸構造の平均凹凸高さ(凹部の深さ)H、H’は、190nm以上であることが好ましい。より確実に、優れた反射防止性能を得ることができるためである。また、前記微細凹凸構造の平均凹凸高さH、H’は、積層体の薄膜化の観点から、320nm以下であることが好ましい。
なお、前記微細凹凸構造の凹凸高さH、H’については、図1(a)及び(b)に示すように、凹部の底から凸部の頂点までの距離のことであり、平均凹凸高さについては、いくつか(例えば5カ所)の凹凸高さHを測定し、平均を算出することで得ることができる。
また、前記光学体30の微細凹凸構造が形成されていない微細凹凸構造の支持部分の厚み(凹部の底面から基材20との界面までの厚み)は、特に制限されず、10~9000nm程度とすることができる。
また、前記反射防止層40を構成する材料については、特に限定はされない。例えば、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物(光硬化性樹脂組成物、電子線硬化性樹脂組成物)、熱硬化性樹脂組成物等の、硬化反応により硬化する樹脂組成物であって、例えば重合性化合物と重合開始剤とを含有する樹脂組成物が挙げられる。
重合性化合物としては、例えば、(i)1モルの多価アルコールに対して、2モル以上の比率の(メタ)アクリル酸又はその誘導体を反応させて得られるエステル化物、(ii)多価アルコールと、多価カルボン酸又はその無水物と、(メタ)アクリル酸又はその誘導体とから得られるエステル化物、等を使用できる。
上記(i)としては、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)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、トリメチロールエタントリ(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、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、グリセリントリ(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、トリペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、アクリロイモノフォリン、ウレタンアクリレート等、が挙げられる。
上記(ii)としては、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール等の多価アルコールと、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、グルタル酸、セバシン酸、フマル酸、イタコン酸、無水マレイン酸等から選ばれる多価カルボン酸又はその無水物と、(メタ)アクリル酸又はその誘導体を反応させて得られるエステル化物等が挙げられる。
これら重合性化合物は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
さらに、前記樹脂組成物が光硬化性の場合には、光重合開始剤としては、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジル、ベンゾフェノン、p-メトキシベンゾフェノン、2,2-ジエトキシアセトフェノン、α,α-ジメトキシ-α-フェニルアセトフェノン、メチルフェニルグリオキシレート、エチルフェニルグリオキシレート、4,4’-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、1-ヒドロキシーシクロヘキシルーフェニルーケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン等のカルボニル化合物;テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド等の硫黄化合物;2,4,6-トリメチルベンゾイルージフェニルーフォスフィンオキサイド、ベンゾイルジエトキシフォスフィンオキサイド;などが挙げられ、これらのうち1種以上を使用できる。
電子線硬化性の場合には、電子線重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、4,4-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、2,4,6-トリメチルベンゾフェノン、メチルオルソベンゾイルベンゾエート、4-フェニルベンゾフェノン、t-ブチルアントラキノン、2-エチルアントラキノン、2,4-ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、2,4-ジクロロチオキサントン等のチオキサントン;ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、ベンジルジメチルケタール、1-ヒドロキシシクロヘキシル-フェニルケトン、2-メチル-2-モルホリノ(4-チオメチルフェニル)プロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノン等のアセトフェノン;ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾインエーテル;2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)-2,4,4-トリメチルペンチルホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィンオキサイド;メチルベンゾイルホルメート、1,7-ビスアクリジニルヘプタン、9-フェニルアクリジンなどが挙げられ、これらのうち1種以上を使用できる。
熱硬化性の場合には、熱重合開始剤としては、例えばメチルエチルケトンパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t-ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、t-ブチルパーオキシオクトエート、t-ブチルパーオキシベンゾエート、ラウロイルパーオキサイド等の有機過酸化物;アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系化合物;前記有機過酸化物にN,N-ジメチルアニリン、N,N-ジメチル-p-トルイジン等のアミンを組み合わせたレドックス重合開始剤等が挙げられる。
これらの光重合開始剤、電子線重合開始剤、熱重合開始剤は単独で使用してもよく、これらを所望に組み合わせて用いてもよい。
また、重合開始剤の量は、重合性化合物100質量部に対し0.01~10質量部が好ましい。このような範囲であると、硬化が充分に進行するとともに、硬化物の分子量が適切となって充分な強度が得られ、また、重合開始剤の残留物等のために硬化物が着色するなどの問題も生じない。
さらに、前記樹脂組成物には、必要に応じて、非反応性のポリマーや活性エネルギー線ゾルゲル反応性成分を含むことができ、増粘剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、溶剤、無機フィラー等の各種添加剤を含むこともできる。
また、前記反射防止層40の厚さTは、光学体100の薄膜化の観点から、薄くすることが好ましい。具体的には、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましく、1.0μm以下であることが特に好ましい。
加えて、前記反射防止層40の厚さTは、反射防止性能をより確実に得る観点から、0.2μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがより好ましい。
(その他の層)
また、本発明の光学体100は、必要に応じて、上述した基材20、樹脂層30及び反射防止層40に加えて、その他の層も含むことも可能である。
例えば、前記基材20と前記反射防止層40に用いられる材料との間に屈折率差がある場合、界面反射を抑制するために屈折率調整層を1層又は複数層、積層させることも可能である。前記屈折率調整層の材料としては、金属酸化物からなる層や、一般的なシランカップリング材剤、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、溶媒等を含有するコーティング剤が挙げられる。さらにまた、前記反射防止層40上に保護層を設けることもできる。
さらに、本発明の光学体100は、前記基材20の片面に、上述した樹脂層30及び反射防止層40を設けているが、使用の目的に従って、前記基材20の他方の面に、多層反射防止膜(多層AR)や微細凹凸構造を有する反射防止層をさらに形成することもできる。例えば、前記反射防止層40は耐擦傷性や耐汚染性に懸念があるため、一般的に、表面が暴露し且つ汚染の可能性がある場所での使用は困難な場合があり、暴露する側に多層反射防止膜のような高耐久性のある施すことが可能となる。また、光学体100の両面から光が入射する場合に、優れた反射防止性能を実現できる。
さらにまた、本発明の光学体100は、前記反射防止層40上に、さらに保持フィルム50を形成することもできる。
ここで、前記保持フィルム50は、前記反射防止層40の微細凹凸構造を形成するために用いられるフィルムである。前記保持フィルム50は、光学体100の製造時、前記反射防止層40と一体化した状態で用いられ、光学体100の構成要素となることもある。
<積層体>
次に、本発明の積層体について説明する。
本発明の積層体10は、図4(a)及び(b)に示すように、可視光線の波長以下の凹凸周期の微細凹凸構造を有する保持フィルム50と、
少なくとも一方の面に、前記保持フィルム50の微細凹凸構造の形状に倣って形成された微細凹凸構造を有する反射防止層40と、
前記反射防止層40上に形成された、色素を含む樹脂層30と、を備える。
本発明の積層体10は、光学体の材料として用いた際、可視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性を高めることができるとともに、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能についても向上させることができる。
なお、前記反射防止層40及び前記樹脂層30については、本発明の光学体100の中で説明した内容と同様である。
前記保持フィルム50は、上述したように、前記反射防止層40の微細凹凸構造を形成するために用いられるフィルムである。前記保持フィルム50が可視光線の波長以下の凹凸周期を有することで、インプリントにより形成された前記反射防止層40の微細凹凸構造も可視光線の波長以下の凹凸周期を有することになり、優れた反射防止性能が得られる。
ここで、前記保持フィルム50の材料については、特に限定はされないが、前記反射防止層40を構成する硬化性樹脂等の樹脂を押圧し、微細凹凸構造を成型できる程度の強度を有することが好ましく、前記反射防止層40を硬化させるためのエネルギー線(熱線、紫外線等)を透過できる材料であることが好ましい。
具体的には、前記保持フィルム50は、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース、PMMA等の材料から構成することができる。
また、前記保持フィルム50の微細凹凸構造を有する表面には、フッ素等を含む離型膜との密着を向上させることを目的として、Si膜やITO(酸化インジウムスズ)膜が形成されていてもよい。さらに、前記保持フィルム50と前記反射防止層40との間に、フッ素等を含有する離型剤のコーティングを形成することもできる。
なお、前記保持フィルム50が有する微細凹凸構造の凹凸周期や、凹凸高さの条件については、特に限定はされず、上述した反射防止層40に形成する微細凹凸構造の条件に従って決定される。
<光学体の製造方法>
次に、本発明の光学体の製造方法について説明する。
本発明の光学体の製造方法は、図5に示すように、可視光線の波長以下の凹凸周期の微細凹凸構造を有する保持フィルム50A、50Bを、硬化性樹脂40’に押圧した状態で硬化させることで、表面に微細凹凸構造を有する反射防止層40を作製する工程(図5(a)~(e))と、
基材20上に色素を含む硬化性樹脂30’を塗布した後、得られた反射防止層40を、前記色素を含む硬化性樹脂30’に押圧した状態で硬化させることで、前記保持フィルム50A、50Bの付いた光学体100’を作製する工程(図5(f)~(g))と、
を含むことを特徴とする。
上記製造工程を経ることで、視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性に優れ、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能が良好である、光学体を、確実且つ効率的に製造することが可能となる。
反射防止層40を作製する工程において、前記可視光線の波長以下の凹凸周期の微細凹凸構造を有する保持フィルム50A、50Bについては、上述したように、前記反射防止層40の微細凹凸構造を形成するために用いられるフィルムであり、その条件については、本発明の積層体の中で説明した通りである。
また、図5(b)に示すように、前記保持フィルム50A、50Bの微細凹凸構造の上層51として、Si層やITO膜、離型剤のコーティング等を形成することもできる。
また、反射防止層40を作製する工程において、前記保持フィルム50A、50Bを前記硬化性樹脂40’に押圧する条件は、特に限定はされない。例えば、図5(c)に示すように、前記保持フィルム50A、50Bを前記硬化性樹脂40’が前記硬化性樹脂40’を挟んだ状態で、ロールによる加圧を行うことによって、両側から保持フィルム50A、50Bを押圧させることができる。
さらに、反射防止層40を作製する工程において、前記硬化性樹脂40’を硬化させる条件については、特に限定はされず、要求される性能に応じて、硬化性樹脂40’及びエネルギー線の種類や条件を選択できる。前記硬化性樹脂40’の種類については、本発明の光学体の中で説明した内容と同様である。また、前記エネルギー線の種類については、例えば、紫外線、熱線、湿気等が挙げられ、硬化性樹脂40’の種類によって決められる。なお、前記エネルギー線の照射は、前記保持フィルム50A、50Bによる押圧後に限られず、押圧と同じタイミングで行うこともできる。
前記硬化性樹脂40’が硬化した後、図5(e)に示すように、一方の保持フィルム50Bを取り除くことで、前記反射防止層40が得られる。前記保持フィルム50A、50Bの上層51として、離型剤のコーティングが施されている場合には、保持フィルム50Bを取り除く作業が容易になる。なお、他方の保持フィルム50Aは、その後の工程で、前記色素を含む硬化性樹脂30’とともに、積層体10を形成し、光学体100’の構成要素となるため、この工程では取り除かれない。
光学体100’を作製する工程では、図5(f)に示すように、前記基材20上に、色素を含む硬化性樹脂30’が塗布された後、前記保持フィルム50Aと一体化した反射防止層40を、前記硬化性樹脂30’に押圧させる。
その後、図5(g)に示すように、前記反射防止層40を前記色素を含む硬化性樹脂30’に押圧した状態で硬化させるが、硬化の条件については、特に限定はされず、要求される性能に応じて、硬化性樹脂30’及びエネルギー線の種類や条件を選択できる。前記硬化性樹脂30’の種類については、本発明の光学体の中で説明した内容と同様である。また、前記エネルギー線の種類については、例えば、紫外線、熱線、湿気等が挙げられ、硬化性樹脂30’の種類によって決められる。なお、前記エネルギー線の照射は、前記反射防止層40による押圧後に限られず、押圧と同じタイミングで行うこともできる。
このようにして得られた光学体100’は、その後、図5(h)に示すように、前記反射防止層40に付着した保持フィルム50Aを取り除くことによって、イメージセンサ等に用いられる態様の光学体100を得ることができる。また、得られた光学体100については、必要に応じて、その後、洗浄等の各種処理を施すこともできる。
<光学デバイス>
本発明の光学デバイスは、上述した本発明の光学体を備えることを特徴とする。これによって、可視光帯域の波長を有する光に対する優れた反射防止性能及び透過性を実現しつつ、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能も向上できる結果、可視光帯域から近赤外帯域までの広い波長範囲での光学特性を向上できる。
なお、本発明の光学デバイスは、上述した本発明の光学体を部品として備えること以外は特に限定はされず、デバイスの種類や、要求される性能等に応じて、他の部品を適宜備えることができる。
ここで、前記光学デバイスについては、特に限定はされない。例えば、撮像素子若しくは撮像モジュール等のデバイス、イメージセンサ、赤外線等を用いたセンサ等のデバイスが挙げられ、これらのデバイスを備えた、スマートフォン、パソコン、ポータブルゲーム機、テレビ、ビデオカメラ、自動車・飛行機等の移動手段等も含まれる。これらの中でも、前記光学デバイスは、イメージセンサであることが好ましい。
前記イメージセンサ中に、本発明の光学体を備える場合には、該光学体を外光入射部に設けることができる。これによって、可視光帯域から近赤外帯域までの広い波長範囲での光学特性をより確実に向上させることができる。
次に、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
(比較例1)
図3(a)に示すように、厚さ1.1mmのガラス基材(松浪硝子工業(株)製「スライドグラスS1127」)20上に、貯蔵弾性率が2GPaであり、厚さTが1μm、微細凹凸構造の凹凸周期Pが150~230nmの範囲、凹凸高さが200nmであり、近赤外光吸収材料である色素を含有する反射防止層40を形成することで、比較例1のサンプルとなる光学体110を作製した。
ここで、反射防止層40を構成する硬化性樹脂については、東亞合成(株)製「UVX-6366」(ペンタエリストールテトラアクリレートを主剤としたハードコート用樹脂)と、テトラヒドロフルフリルアルコール(THFA)と、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート(HDDA)とを、6:2:2の割合で混合し、近赤外光吸収材料としてフタロシアニン系色素(山田化学工業(株)「FDN005」)を2質量%、紫外線硬化開始剤であるBASF社製「Irgacure 184」(1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)を2質量%添加した硬化性樹脂組成物を用いた。
また、前記反射防止層40の微細凹凸構造は、微細凹凸構造を有する保持フィルム50Aを用いて転写成型することで形成した。該保持フィルム50Aは、厚さ125μmの透明ポリエステルフィルム(東洋紡(株)「コスモシャインA4300」)からなり、保持フィルムの微細凹凸構造の表面には、厚さ20nmのSi膜をスパッタリングにより形成した後、該Si膜上に、フッ素離型剤(3M社製「Novec(登録商標)1720」)をコーティングしたものを用いた。なお、比較例1のサンプルでは、前記反射防止層40は、片面(光の入射面)のみ、微細凹凸構造が形成されている。
さらに、前記反射防止層40の形成条件については、前記保持フィルム50Aを500g/5cm角で押圧し、押圧後、点光源UVランプ(浜松ホトニクス(株)「LC-8」)によって紫外線を1000mJで、360秒照射し、その後、保持フィルム50Aを除去することによって、光学体110を形成した。
(比較例2)
図3(b)に示すように、厚さ1.1mmのガラス基材(松浪硝子工業(株)製「スライドグラスS1127」)20上に、貯蔵弾性率が2GPaであり、厚さTが3μm、微細凹凸構造の凹凸周期Pが150~230nm、凹凸高さが200nmであり、近赤外光吸収材料である色素を含有する反射防止層40を形成することで、比較例2のサンプルとなる光学体110を作製した。
なお、その他の条件(硬化性樹脂の組成、保持フィルム50Aの条件、反射防止層40の形成条件等)は、全て比較例1と同様である。
(実施例1)
図1(a)に示すように、厚さ1.1mmのガラス基材(松浪硝子工業(株)製「スライドグラスS1127」)20上に、貯蔵弾性率が1GPaであり、厚さTが5μmであり、近赤外光吸収材料である色素を含有する樹脂層30、貯蔵弾性率が2GPaであり、厚さTが1μm、微細凹凸構造の凹凸周期Pが150~230nmの範囲、凹凸高さが200nmである反射防止層40を形成することで、実施例1のサンプルとなる光学体100を作製した。
ここで、反射防止層40を構成する硬化性樹脂については、東亞合成(株)製「UVX-6366」(ペンタエリストールテトラアクリレートを主剤としたハードコート用樹脂)と、テトラヒドロフルフリルアルコール(THFA)と、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート(HDDA)とを、6:2:2の割合で混合し、紫外線硬化開始剤であるBASF社製「Irgacure 184」(1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)を2質量%添加した硬化性樹脂組成物を用いた。
また、前記反射防止層40の微細凹凸構造は、図5(a)~(c)に示すように、微細凹凸構造を有する保持フィルム50A、50Bを用いて転写成型することで形成した。該保持フィルム50A、50Bは、いずれも、厚さ125μmの透明ポリエステルフィルム(東洋紡(株)「コスモシャインA4300」)からなり、保持フィルムの微細凹凸構造の表面には、厚さ20nmのSi膜をスパッタリングにより形成した後、該Si膜上に、フッ素離型剤(3M社製「Novec(登録商標)1720」)をコーティングしたものを用いた。なお、比較例1のサンプルでは、前記反射防止層40は、片面(光の入射面)のみ、微細凹凸構造が形成されている。
さらに、前記反射防止層40の形成条件については、図5(c)~(d)に示すように、前記保持フィルム50Aを500g/5cm角で押圧し、押圧後、点光源UVランプ(浜松ホトニクス(株)「LC-8」)によって紫外線を1000mJで、360秒照射し、その後、保持フィルム50Bを除去することによって、光学体110を形成した。
また、前記樹脂層30については、紫外線硬化性樹脂(東亜合成製「17CO-029」)に、近赤外光吸収材料としてフタロシアニン系色素(山田化学工業(株)「FDN005」)を2質量%、紫外線硬化開始剤であるBASF社製「Irgacure 184」(1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)を2質量%添加した硬化性樹脂組成物を用いた。
さらにまた、前記樹脂層30の形成条件については、図5(f)に示すように、前記基材20上に、上記硬化性樹脂組成物をスポイトにより滴下・塗布した後、図5(g)に示すように、前記保持フィルム50Aと一体化した反射防止層40を500g/5cm角の圧力で押圧し、押圧後、平面型エキシマランプ(浜松ホトニクス(株)「EX-400」)によって紫外線を1000mJで、360秒照射することによって、光学体100’を形成した。その後、保持フィルム50Aを除去することによって、光学体100を得た。
(実施例2)
図1(b)に示すように、厚さ1.1mmのガラス基材(松浪硝子工業(株)製「スライドグラスS1127」)20上に、貯蔵弾性率が1GPaであり、厚さTが15μmであり、近赤外光吸収材料である色素を含有する樹脂層30、貯蔵弾性率が2GPaであり、厚さTが1μm、微細凹凸構造の凹凸周期Pが150~230nmの範囲、凹凸高さが200nmである反射防止層40を形成することで、実施例2のサンプルとなる光学体100を作製した。
なお、その他の条件(硬化性樹脂の組成、保持フィルム50A、50Bの条件、反射防止層40の形成条件、樹脂層30の形成条件等)は、全て実施例1と同様である。
(評価)
各実施例及び各比較例で得られた積層体の各サンプルについて、以下の評価を行った。評価結果を表1に示す。
(1)光学特性
得られた光学体の各サンプルについて、分光光度計(日本分光(株)V-570)によって、分光透過スペクトルを測定した。得られた結果を図6に示す。
(2)耐久性
得られた光学体の各サンプルについて、-40℃で15分 保持した後、85℃に雰囲気温度を3分で上昇させ、85℃で15分保持するサイクルを、300 サイクル実施するヒートショック試験を実施した。ヒートショック試験後、各サンプルの状態を光学顕微鏡にて観察し、以下の基準に従って評価した。評価結果を表1に示す。
○:クラックが発見されない
×:クラックが発見された
Figure 2022093162000002
図1の結果から、比較例及び実施例の光学体は、いずれも可視光領域の波長を有する光に対しては、優れた透過性を有し、反射防止性能にも優れることがわかる。一方、近赤外領域の波長を有する光に対しては、実施例1及び2の光学体については、いずれも透過率を低く抑えることができている(吸収性能に優れる)一方、比較例1及び2の光学体については、透過率を抑えることができておらず、近赤外領域の波長を有する光を十分に吸収できていないことがわかる。
また、表1から、本発明の範囲に含まれる比較例1及び実施例1~2の光学体については、十分な耐久性を有することがわかる。一方、比較例2のサンプルは、色素を含有する反射防止層にクラックが発生し、十分な耐久性が得られなかったことがわかる。
本発明によれば、可視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性に優れ、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能が良好である、光学体及びその製造方法を提供することが可能となる。また、本発明によれば、可視光帯域の波長を有する光に対する反射防止性能及び透過性に優れ、近赤外帯域の波長を有する光に対する吸収性能が良好である、積層体及びイメージセンサを提供することが可能となる。
10 積層体
20 基材
30 樹脂層
30’ 硬化性樹脂
40、41 反射防止層
40’ 硬化性樹脂
50、50A、50B 保持フィルム
51 上層
100、100’ 光学体
110 光学体
樹脂層の厚さ
反射防止層の厚さ
P、P’ 反射防止層における微細凹凸構造の凹凸周期
H、H’ 反射防止層における微細凹凸構造の凹凸高さ

Claims (9)

  1. 基材と、
    前記基材上に形成された、色素を含む樹脂層と、
    前記樹脂層上に形成された、少なくとも一方の面に微細凹凸構造を有する反射防止層と、を備えた光学体であって、
    前記光学体の、420~680nmの波長領域の光に対する平均分光透過率が60%以上であり、且つ、750~1400nmの波長領域の光に対する最低分光透過率が60%未満であることを特徴とする、光学体。
  2. 前記反射防止層は、両面に微細凹凸構造を有することを特徴とする、請求項1に記載の光学体。
  3. 前記樹脂層の貯蔵弾性率が、前記反射防止層の貯蔵弾性率よりも小さいことを特徴とする、請求項1又は2に記載の光学体。
  4. 前記樹脂層の厚さが、1μm以上であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の光学体。
  5. 前記反射防止層の厚さが、0.2~1.0μmであることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の光学体。
  6. 前記反射防止層上に、さらに保持フィルムが形成されていることを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の光学体。
  7. 可視光線の波長以下の凹凸周期の微細凹凸構造を有する保持フィルムを、硬化性樹脂に押圧した状態で硬化させることで、表面に微細凹凸構造を有する反射防止層を作製する工程と、
    基材上に色素を含む硬化性樹脂を塗布した後、得られた反射防止層を、前記色素を含む硬化性樹脂に押圧した状態で硬化させることで、前記保持フィルムの付いた光学体を作製する工程と、
    を含むことを特徴とする光学体の製造方法。
  8. 可視光線の波長以下の凹凸周期の微細凹凸構造を有する保持フィルムと、
    少なくとも一方の面に、前記保持フィルムの微細凹凸構造の形状に倣って形成された微細凹凸構造を有する反射防止層と、
    前記反射防止層上に形成された、色素を含む樹脂層と、を備えることを特徴とする、積層体。
  9. 請求項1~6のいずれか1項に記載の光学体を、外光入射部に備えることを特徴とする、イメージセンサ。
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