JP6642442B2 - 光学素子、光学複合素子及び保護フィルム付光学複合素子 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子、光学複合素子及び保護フィルム付光学複合素子に関する。
本願は、２０１４年１０月２４日に、日本に出願された特願２０１４−２１７１５１号と、２０１４年１０月２９日に、日本に出願された特願２０１４−２２０２３１号と、２０１４年１０月２９日に、日本に出願された特願２０１４−２２０２３２号と、２０１５年５月１９日に、日本に出願された特願２０１５−１０１９６８号と、に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

例えばパソコンなどのディスプレイの表面には、視認性向上のためのフィルム状の反射防止構造体が設けられることが多い。このような反射防止構造体として、透明基材（透明フィルム）の表面に多数の微小な凸部を密接して配置することにより、反射防止を図る方法が提案されている。この方法は、いわゆるモスアイ（ｍｏｔｈ ｅｙｅ（蛾の目）、登録商標）構造の原理を利用したものである。モスアイ構造は、入射光に対する屈折率を基板の厚み方向に連続的に変化させ、これにより屈折率の不連続界面を消失させて反射防止を図るものである。

反射防止構造体は、入射光に対する屈折率を連続的に変化できれば高い反射防止性能を実現できる。そのため、原理的には反射防止構造体は、微小な凸部に限られず、微小な凹部によって構成されるものであってもよい。

反射防止構造体による反射防止性能は、屈折率変化がより緩やかであると高くなる。そのため、微細な凸部又は凹部の構造体の幅に対する高さ又は深さの比（以下、アスペクト比という。）は大きいことが好ましい。

一方で、アスペクト比が大きくなると、微細な凸部又は凹部が構造的に弱くなり、形状を維持することが難しいという問題があった。アスペクト比が大きくなると、構造体を作製する際の困難さが増すという問題もあった。例えば、このような微細な形状は、ナノインプリント等の金型を用いた方法で作製することができる。しかしながらアスペクト比が高いと、金型から凸部又は凹部を転写する際に、その金型に樹脂等が目詰まりしてしまうという問題があった。

そのため、アスペクト比を高くすることなく、高い反射防止性能を得るために様々な検討がされている。
特許文献１では、凹凸構造の凸部の高さに特定のバラツキを持たせることにより、凹凸構造のうちアスペクト比が高い凸部の比率を抑えつつ、反射色が強くなることを抑制できることが記載されている。

また微細な凸部または凹部を有する反射防止構造体は、凸部同士の間又は凹部に微細な異物が付着し、反射防止効果が損なわれるという問題もある。

特許文献２では、微細凹凸構造の表面の水接触角を１４０°以上とすることにより、水汚れを付着しにくくした微細凹凸構造体が記載されている。

特開２０１４−０６６９７５号公報 特開２０１４−０７７０４０号公報

しかしながら、例えば特許文献１に記載の光学素子では、凸部の高さに特定の分布をもたせるために、大きさにバラツキのある凹凸構造を作製している。大きさにバラツキのある凹凸は、凹凸ピッチをランダムにしてしまい、所望する波長の光の透過率を高めることが難しい。また特許文献１に記載の光学素子は、汚れに対する対策も十分ではないため、汚れの付着を防止することもできない。

また特許文献２に記載の光学素子は、汚れた水等の水溶性の汚れには有効であるが、人間の皮脂やハンドクリーム等の油脂性の汚れには有効ではなかった。また反射防止性能も充分とは言えなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、反射防止性能及び防汚性に優れた光学素子を提供することを課題とする。

本発明者等は、鋭意研究の結果、複数の凹部と反対方向に突出する突出部を形成することで、反射防止性能及び防汚性に優れた光学素子を得ることができることを見出した。

本発明は、以下の発明を含む。
（１）本発明の一態様に係る光学素子は、使用環境下の光の波長以下の最頻ピッチで配列する複数の凹部を一面に有する光学素子であって、前記光学素子は、前記複数の凹部が所定の配列で並ぶドメインを平面視で複数有し、複数の前記ドメインに挟まれる領域及び／または前記ドメイン内の前記複数の凹部に囲まれる領域には、複数の突出部が形成され、平面視において前記複数の突出部の占める面積率が、１％〜１５％である。

（２）上記（１）に記載の光学素子において、前記複数の突出部の最頻高さが、前記複数の凹部の最頻深さの０．２倍以上０．８倍以下であってもよい。

（３）上記（１）又は（２）のいずれかに記載の光学素子において、前記複数の突出部のいずれかと隣接する凹部の個数が、前記複数の凹部の全個数に対し、１０％以上８０％以下であってもよい。

（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の光学素子において、前記複数の突出部の中に、隣接する前記突出部同士が一部で繋がった山脈状突出部を有してもよい。

（５）上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の光学素子において、前記ドメインが平面視でランダムに配置されていてもよい。

（６）本発明の一態様に係る光学複合素子は、上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の光学素子と、前記光学素子の前記複数の凹部及び前記複数の突出部が形成される面に、前記複数の凹部及び前記複数の突出部の形状を反映した第１コーティング層をさらに有する。

（７）本発明の一態様に係る光学複合素子は、上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の光学素子と、前記光学素子の前記複数の凹部及び前記複数の突出部が形成される面に、前記複数の凹部及び前記複数の突出部の形状全体を埋める第２コーティング層をさらに有する。

（８）本発明の一態様に係る光学複合素子は、上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の光学素子と、前記光学素子の前記複数の凹部及び前記複数の突出部が形成される面に、前記複数の突出部と接触する保護フィルムを有する。

（９）本発明の一態様に係る保護フィルム付光学複合素子は、上記（６）に記載の光学複合素子と、前記光学複合素子の前記第１コーティング層の内、前記突出部を被覆する部分と接触する保護フィルムを有する。

本発明の一態様に係る光学素子は、複数の凹部と反対方向に突出する突出部を有することで、反射防止性能及び防汚性に優れた光学素子を得ることができる。

本発明の一態様に係る光学素子を模式的に示す平面図である。 本発明の一態様に係る光学素子を隣接する凹部の最深点を結ぶ直線で切断した断面模式図である。 本発明の一態様に係る光学複合素子を模式的に示す断面図である。 本発明の別の態様に係る光学複合素子を模式的に示す断面図である。 シミュレーションの方法を説明するための断面模式図である。 実施例１〜３及び比較例１〜３の光学素子の反射率の測定結果である。

（光学素子、光学複合素子）
図１は、本発明の一態様に係る光学素子を模式的に示した平面図である。
光学素子１の一面には、複数の凹部ｈ１〜ｈｎが形成されている。複数の凹部ｈ１〜ｈｎは、平面視で複数のドメインＣ_１〜Ｃ_ｎに区分されている。複数のドメインＣ_１〜Ｃ_ｎに挟まれる領域及び／又はドメイン内の複数の凹部ｈ１〜ｈｎに囲まれる領域の一部には、複数の突出部ｄ１〜ｄｎが形成されている。

光学素子１において凹部ｈ１〜ｈｎの格子方位は、各エリアＣ_１〜Ｃ_ｎの内では揃っているが、巨視的には揃っていない。そのため、多結晶の構造体のような構造を有する。

各ドメインＣ_１〜Ｃ_ｎ内では、複数の凹部ｈ１〜ｈｎは所定の配列で並んでいる。所定の配列は、図１に示すように三角格子状であることが好ましい。凹部ｈ１〜ｈｎが三角格子状に配列していると、凹部ｈ１〜ｈｎの配列密度が高まり、より良好な反射防止性能を得ることができる。三角格子状とは、隣接する３つの凹部の中心点が略正三角形の３つの頂点となる位置関係で整列していることを意味する。

略正三角形の３つの頂点となる位置関係とは、具体的に以下の条件を満たす関係をいう。まず、１つの凹部ｈ１の中心点ｔ１から隣接する凹部ｈ２の中心点ｔ２の方向に、長さが最頻ピッチＰと等しい長さの線分Ｌ１を引く。次いで中心点ｔ１から、線分Ｌ１に対して、６０゜の方向に、最頻ピッチＰと等しい長さの線分Ｌ２を引く。線分Ｌ２の終点から、最頻ピッチＰの１５％以内の範囲にもう一つの凹部ｈ３の中心点ｔ３があれば、これら３つの中心点は、略正三角形の３つの頂点となる位置関係にあると言える。

各凹部ｈ１〜ｈｎの中心点ｔ１〜ｔｎは以下のように求める。
ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の測定結果から傾き補正した基準面と平行に各凹部ｈ１〜ｈｎについて２０ｎｍ毎に複数の等高線を引き、各等高線の重心点（ｘ座標とｙ座標で決定される点）を求める。これらの各重心点の平均位置（各ｘ座標の平均とｙ座標の平均で決定される位点）を、凹部ｈ１〜ｈｎの中心点ｔ１〜ｔｎとする。

最頻ピッチＰは隣接する凹部間の距離であり、具体的には、以下のようにして求めることができる。
まず、光学素子１上における無作為に選択された領域で、一辺が最頻ピッチＰの３０〜４０倍の正方形の領域について、ＡＦＭイメージを得る。例えば、最頻ピッチが３００ｎｍ程度の場合、９μｍ×９μｍ〜１２μｍ×１２μｍの領域のイメージを得る。そして、このイメージをフーリエ変換により波形分離し、ＦＦＴ像（高速フーリエ変換像）を得る。ついで、ＦＦＴ像のプロファイルにおける０次ピークから１次ピークまでの距離を求める。

こうして求められた距離の逆数がこの領域における最頻ピッチＰである。このような処理を無作為に選択された合計２５カ所以上の同面積の領域について同様に行い、各領域における最頻ピッチを求める。こうして得られた２５カ所以上の領域における最頻ピッチＰ_１〜Ｐ_２５の平均値が最頻ピッチＰである。この際、各領域同士は、少なくとも１ｍｍ離れて選択されることが好ましく、より好ましくは５ｍｍ〜１ｃｍ離れて選択される。

凹部ｈ１〜ｈｎの最頻ピッチは、使用環境下の光の波長以下である。可視光を使用する場合は、最頻ピッチは５０ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。最頻ピッチが５０ｎｍ以上であれば、射出成型やナノインプリントで容易に形状を形成できる。最頻ピッチが３００ｎｍ以下であれば、良好な反射防止効果を得ることができる。

各ドメインＣ_１〜Ｃ_ｎの最頻面積Ｑ（各エリア面積の最頻値）は、以下の範囲であることが好ましい。
最頻ピッチＰが５００ｎｍ未満の時、１０μｍ×１０μｍのＡＦＭイメージ測定範囲内における最頻面積Ｑは、０．０２６μｍ^２〜６．５μｍ^２であることが好ましい。
最頻ピッチＰが５００ｎｍ以上１μｍ未満の時、１０μｍ×１０μｍのＡＦＭイメージ測定範囲内における最頻面積Ｑは、０．６５μｍ^２〜２６μｍ^２であることが好ましい。
最頻ピッチＰが１μｍ以上の時、５０μｍ×５０μｍのＡＦＭイメージ測定範囲内における最頻面積Ｑは、２．６μｍ^２〜６５０μｍ^２であることが好ましい。
最頻面積Ｑが好ましい範囲内であれば、反射防止性能の視野角依存性が高くなる問題を防止しやすい。

より具体的には、各ドメインＣ_１〜Ｃ_ｎ内に配置される凹部ｈ１〜ｈｎの数は、３個〜１０００個であることが好ましく、７個〜５００個であることがより好ましい。
ドメインＣ_１〜Ｃ_ｎのそれぞれは、同じ所定の形状であっても、異なる形状であってもよい。干渉縞等の発生を抑制する観点からは、ドメインＣ_１〜Ｃ_ｎのそれぞれは異なる形状であることが好ましい。

各ドメインＣ_１〜Ｃ_ｎは、図１に示すように、面積、形状及び格子方位がランダムに配置されていることが好ましい。面積のランダム性の度合いは、具体的には、以下の条件を満たすことが好ましい。

まず、ひとつのドメインの境界線が外接する最大面積の楕円を描き、その楕円を下記式（１）で表す。
Ｘ^２／ａ^２＋Ｙ^２／ｂ^２＝１…（１）

最頻ピッチＰが５００ｎｍ未満の時、１０μｍ×１０μｍのＡＦＭイメージ測定範囲内におけるπａｂの標準偏差は、０．０８μｍ^２以上であることが好ましい。
最頻ピッチＰが５００ｎｍ以上１μｍ未満の時、１０μｍ×１０μｍのＡＦＭイメージ測定範囲内におけるπａｂの標準偏差は、１．９５μｍ^２以上であることが好ましい。
最頻ピッチＰが１μｍ以上の時、５０μｍ×５０μｍのＡＦＭイメージ測定範囲内におけるπａｂの標準偏差は、８．５８μｍ^２以上であることが好ましい。

πａｂの標準偏差が好ましい範囲内であれば、反射光の平均化の効果に優れ、反射防止性能の視野角依存性が高くなる問題を防止しやすい。

各ドメインＣ_１〜Ｃ_ｎの形状のランダム性の度合いは、具体的には、前記式（１）におけるａとｂの比、ａ／ｂの標準偏差が０．１以上であることが好ましい。

ここまで凹部ｈ１〜ｈｎの配列、及び、凹部ｈ１〜ｈｎの配列に伴うドメインＣ_１〜Ｃ_ｎの配置について説明した。ここで図２の断面模式図を用いて、凹部ｈ１〜ｈｎの定義について説明する。また後述する突出部ｄ１〜ｄｎの定義についても説明する。図２は、任意の隣接する凹部の中心点を結ぶ直線で切断した本発明の一態様に係る光学素子の断面模式図である。

凹部ｈ１〜ｈｎは、標準面Ｎより図示下方に形成された空隙である。標準面Ｎは、ＡＦＭの傾き補正によりえられる基準面と平行な面であって、ＡＦＭから得られる凹部の表面最頻高さ位置の平面である。

ここで、ＡＦＭから得られる各高さ位置について説明する。ＡＦＭから得られる凹部の高さ情報は、底部最頻高さと、表面最頻高さがある。

底部最頻高さ及び表面最頻高さは、以下の手順で得る。まず、任意に選択した隣接する２つの凹部の中心点を通る断面をＡＦＭにより得る。ＡＦＭの断面から、２つの凹部の最深点の位置情報、及び、２つの凹部の間の突出した部分の最高点の位置情報を得る。同様の作業を任意の２５カ所で行う。この作業を行うことで、凹部の最深点の位置情報が５０カ所、突出した部分の最高点の位置情報が２５カ所得られる。得られた位置情報をヒストグラム化し、ガウス関数でフィッティングすることで、凹部の最深点の最頻の位置情報、及び、突出した部分の最高点の最頻の位置情報が得られる。この凹部の最深点の最頻の位置情報が底部最頻高さ、突出した部分の最高点の最頻の位置情報が表面最頻高さとなる。

同様の手順で凹部ｈ１〜ｈｎの最頻深さも測定する。ＡＦＭの断面から、２つの凹部の最深点の位置情報、及び、２つの凹部の間の突出した部分の最高点の位置情報の差（凹部の深さ）を測定する。任意の２５カ所で同様の作業を行い、ヒストグラム化し、ガウス関数でフィッティングする。ガウス関数のフィッティングにより凹部の最頻深さＤが算出される。この際、同時に凹部の深さの標準偏差１σも得られる。

凹部ｈ１〜ｈｎの最頻深さは、１００〜５００ｎｍであることが好ましい。最頻深さが５００ｎｍ以下であれば、射出成型やナノインプリントにおいて転写不良を起こしにくく、容易に作製することができる。最頻深さが１００ｎｍ以上であれば良好な反射防止性能を得ることができる。

凹部の深さの標準偏差１σは、凹部の深さの変動係数に対応する。変動係数は、８％未満であることが好ましく、５％未満であることがより好ましい。変動係数をこの範囲とすることにより射出成形やナノインプリントによりモールドへ材料充填する際に、空隙が生じにくい。

突出部ｄ１〜ｄｎは、次のように定義される。標準面Ｎより凹部の深さの標準偏差１σだけ、光学素子１と反対側に平行移動した面を規定面Ｍとする。光学素子１の一部が規定面Ｍより突出している場合、その位置における標準面Ｎより凹部ｈ１〜ｈｎと反対側に突出した部分を突出部ｄ１〜ｄｎとして定義する。すなわち、突出部は標準面Ｎから凹部の標準偏差１σ以上の高さを有する。

突出部ｄ１〜ｄｎの最頻高さＨは、凹部ｈ１〜ｈｎの最頻深さの０．２倍以上０．８倍以下であることが好ましく、０．３倍以上０．５倍以下であることがより好ましい。

突出部ｄ１〜ｄｎの最頻高さとは、標準面Ｎから突出部ｄ１〜ｄｎの頂点までの高さＨの最頻値を意味する。突出部ｄ１〜ｄｎの最頻高さＨは、任意の２５カ所の突出部ｄ１〜ｄｎの高さを測定し、その最頻値を求めることで得る。任意の２５カ所の突出部ｄ１〜ｄｎは、一辺が最頻ピッチＰの３０〜４０倍の正方形の複数枚のＡＦＭイメージから、任意に抽出する。

突出部ｄ１〜ｄｎの最頻高さＨがこの範囲内にあれば、耐擦傷性及び反射防止性能の高い光学素子を得ることができる。突出部ｄ１〜ｄｎの最頻高さを所定の高さ以上にすることで、屈折率を段階的に変化させ、反射防止性能をより高めることができる。また突出部ｄ１〜ｄｎの最頻高さを所定の高さ以下にすることで、突出部ｄ１〜ｄｎのアスペクト比が高くなりすぎることを抑制し、耐擦傷性を高めることができる。

突出部ｄ１〜ｄｎの形状は、凹部ｈ１〜ｈｎと反対側に突出するに従い、その断面積が連続的又は段階的に小さくなっていることが好ましい。また断面視で、突出部ｄ１〜ｄｎの側面ｄａは、凹部ｈ１〜ｈｎを構成する傾斜面ｈａと連続していることが好ましい。ここで連続しているとは、突出部ｄ１〜ｄｎの側面ｄａと凹部ｈ１〜ｈｎを構成する傾斜面ｈａの接続部分で、斜面に折れ曲がり等が生じていないことを意味する。具体的には、断面視で接続部分に接線が引けることを意味する。

ここで凹部ｈ１〜ｈｎの形状は、標準面Ｎに平行な切断面で見たとき、切断面における光学素子１が占める面積比率が、凹部ｈ１〜ｈｎの底部に向かうに従って、連続的又は段階的に大きくなっていることが好ましい。換言すると、凹部を形成する空隙のサイズが、底部に向かうに従い、連続的又は段階的に小さくなっていることが好ましい。具体的な例としては、凹部の形状が錐体、錐台、半球、紡錘体及びこれらの組合せ形状等を挙げることができる。

図１に戻って、突出部ｄ１〜ｄｎは、平面視するとドメインＣ_１〜Ｃ_ｎの境界領域及び／または各ドメインＣ_１〜Ｃ_ｎ内の複数の凹部ｈ１〜ｈｎに囲まれた領域の一部に存在する。

例えばドメインＣ_１〜Ｃ_ｎの境界領域に突出部が存在する場合、突出部は４つ以上の凹部によって囲まれることが多い。この場合、符号ｄ４に示すように、隣接する突出部同士が一部で繋がることがある。以下、このように連結した突出部を山脈状突出部ｄ４という。

山脈状突出部ｄ４は、隣接する突出部同士が繋がっているため、構造的に強い。そのため、山脈状突出部４を有することで光学素子１の耐擦傷性を高めることができる。また製造過程における破損等を抑制することができる。

各ドメインＣ_１〜Ｃ_ｎ内の複数の凹部ｈ１〜ｈｎに囲まれた領域に存在する突出部は、３つの凹部により囲まれることが多い。ドメイン内に形成される突出部は、凹部の配列の局所的な乱れによって形成されることが多いためである。この部分に形成される突出部は、符号ｄ２及びｄ３に示すように、独立して存在することが多く、錐状の形状をしている。錐状の形状は、円錐状、三角錐状、四角錐状、六角錐状等のいずれの形状でもよい。

平面視で突出部ｄ１〜ｄｎの占める面積率は、１％〜１５％であることが好ましく、５％〜１０％であることがより好ましい。

凹部ｈ１〜ｈｎの配列が不揃いとなる部分は、境界部を生み出す。境界部では、なだらかな屈折率変化を得るための凹凸形状が乱れるため、境界部は反射を生み出す原因となる。しかしながら、この部分に突出部ｄ１〜ｄｎを設けることで、反射防止性能を高めることができる。また突出部ｄ１〜ｄｎが全面に存在しないことで、光学素子１の表面に汚れが付着することを抑制することができる。一般に光学素子表面に付着する汚れのサイズは、凹部ｈ１〜ｈｎに比べて大きい。すなわち、突出部ｄ１〜ｄｎを有する光学素子表面に付着した汚れは、起立する突出部ｄ１〜ｄｎの先端で支持され、光学素子表面全体に付着しない。そのため、汚れと光学素子１との接触面積を低減することができ、付着した汚れの除去等が容易になる。

平面視における突出部ｄ１〜ｄｎの面積率は、標準面Ｎにおける突出部ｄ１〜ｄｎの占める面積の比率である。具体的には、以下の手順で求める。
光学素子１上における無作為に選択された領域で、一辺が最頻ピッチＰの３０〜４０倍の正方形の領域について、ＡＦＭイメージを得る。得られたＡＦＭイメージから突出部ｄ１〜ｄｎを抽出する。抽出された突出部ｄ１〜ｄｎの平坦面Ｎにおける面積を求め、全体の面積で割ることにより、突出部ｄ１〜ｄｎの面積率が算出される。

また複数の突出部ｄ１〜ｄｎに隣接する凹部ｈ１〜ｈｎの個数は、複数の凹部の全個数に対し、１０％以上８０％未満であることが好ましく、２０％以上７０％以下であることがより好ましい。

突出部の出現頻度をこの範囲内とすることにより、耐擦傷性及び反射防止性能の高い光学素子を得ることができる。例えば、突出部同士が繋がり、模式的に突出部のピッチが使用環境下の光の波長以上となることを避け、反射防止性能が劣化することが避けることができる。また射出成形やナノインプリント等の形状転写によって、光学素子１を製造する場合に良好な離形性を有し、容易に作製することができる。

さらに突出部ｄ１〜ｄｎに隣接する凹部ｈ１〜ｈｎの個数が多いということは、突出部ｄ１〜ｄｎが全体に点在していることを意味する。その結果、いずれの部分においても、付着する汚れを突出部ｄ１〜ｄｎの先端で支持することができ、防汚性を高めることができる。

なお、突出部に隣接しているか否かは以下のように判断する。まず平面視で突出部の標準面Ｎにおける外縁部から凹部の最頻ピッチ分だけ離れた範囲を描く。その範囲内に、凹部の中心点が存在する場合、その凹部は突出部に隣接していると判断する。

凹部ｈ１〜ｈｎの全個数は、以下の手順で求める。光学素子１の任意の箇所で、一辺が最頻ピッチＰの３０〜４０倍の正方形のＡＦＭイメージを２５カ所で得る。そして、それぞれのＡＦＭイメージ内の凹部ｈ１〜ｈｎの数を測定し、平均化する。突出部に隣接する凹部ｈ１〜ｈｎの個数は、それぞれの画像において突出部ｄ１〜ｄｎと隣接する凹部ｈ１〜ｈｎの数を数え、平均化する。

光学素子１の材料は、特に制限するものではない。有機物でも無機物でもよく、有機物の場合、例えば一般に用いられるＵＶ硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を用いることができる。無機物の場合、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、Ｎｉ、スピンオングラス等を用いることができる。その他、有機金属化合物、金属アルコキシド化合物、又はこれらの酸化物等を用いることができる。

また光学素子１は単体で存在する必要はない。別の部材又は層を光学素子１にさらに設けた光学複合素子としてもよい。
光学複合素子の一例として、光学素子１の凹部ｈ１〜ｈｎが形成された面と反対側の面に、支持基体を設けてもよい。支持基体は、フィルム状、シート状、プレート状、ブロック状、レンズ状等のいずれの形状でもよく、使用用途に合わせて変更することができる。

支持基体の材質は、特に限定されない。例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル樹脂等の合成樹脂、ガラス、半導体等の無機膜などを用いることができる。ポリカーボネートは、耐熱性が高いという利点を有する。一方で、ポリカーボネートはその他の材料と比較して加工性が劣るため、支持基体と光学素子を同一の材料とする場合は、その他の材料を用いてもよい。

支持基体と光学素子の屈折率差は小さいことが好ましい。具体的は、屈折率差が０．１以内であることが好ましく、屈折率差が無い（同一の材料からなる）ことがより好ましい。屈折率差が大きい場合は、支持基体と光学素子の間に、支持基体と光学素子の間の屈折率を有する中間層を挿入してもよい。中間層は段階的に屈折率が変化するように組み合わされた多層の構成でもよく、接着層又は粘着層を兼ねていてもよい。

支持基体の光学素子１が形成されている面と反対側の面には、ＡＲ処理、ＡＧ処理等の別の反射防止処理を施してもよい。ＡＲ処理とは、処理膜の界面で反射した光同士の干渉を利用した反射防止方法である。例えば、蒸着、スパッタ等のドライコーティングやウェットコーティング等の手段により、支持基体の一面に屈折率の異なる層を複数積層することでＡＲ処理を施すことができる。ＡＧ処理とは、散乱を利用した反射防止処理である。例えば、支持基体の一面に微粒子を含有させた層をコーティングしたり、支持基体の一面の表面粗度を高めることで、ＡＧ処理を施すことができる。また反射防止処理に加えて、抗菌コート処理及び防汚処理等を行ってもよい。

光学素子１が設けられた面と反対側の面に、別の反射防止処理が施された光学複合素子は、例えば表示装置等の表面を保護する透明保護部材として利用することができる。具体的には、表示装置の視認側に透明保護部材を設置する態様が考えられる。

表示装置の視認側に透明保護部材を設置すると、透明保護部材の表示装置と対向する面は外部に露出しないため、汚れが発生しにくい。それに対し、透明保護部材の視認側の面は、人の接触等に伴う皮脂や埃等により汚れが発生しやすい。そのため、視認側にはＡＲ処理、ＡＧ処理等の反射防止膜を設け、表示装置側には、光学素子１を設けることが好ましい。

また光学複合素子１０の別の例として、図３に示すように、光学素子１の凹部ｈ１〜ｈｎが形成された面に、複数の凹部ｈ１〜ｈｎ及び複数の突出部ｄ１〜ｄｎの形状を反映した第１コーティング層２をさらに設けてもよい。ここで「反映」とは、複数の凹部ｈ１〜ｈｎ及び複数の突出部ｄ１〜ｄｎの形状を完全に反映させることまでは要しない。複数の凹部ｈ１〜ｈｎ及び複数の突出部ｄ１〜ｄｎの形状に対する形状変化率が、凹部及び突出部の延在方向に対して１０％以内であり、延在方向と垂直な面方向に対して１０％以内であれば、十分に反映と言うことができる。

第１コーティング層２は、用途に応じて種々変更することができる。例えば、フッ素等の単分子膜により第１コーティング層２を形成することにより、防汚性をより高めることができる。フッ素等の単分子膜は、例えば、フッ素原子を含む高分子材料が溶媒中に溶けた離型剤等を塗布し、乾燥させることで得ることができる。

この他にも、例えば図４に示すように、光学素子１の凹部ｈ１〜ｈｎを埋める第２コーティング層３をさらに有する光学複合素子１１としてもよい。第２コーティング層３は、例えば光学素子１より低屈折率の材料を用いることができる。低屈折率材料で充填することで、表面に凹凸形状を有する光学素子１より防汚性、耐擦傷性を高めることができる。第２コーティング層３は、例えば、低粘度状態にした材料を塗布又は押し付け、凹部に材料を充填することで得ることができる。

第２コーティング層３でコーティングした光学複合素子１１は、例えば太陽電池、発光ダイオード等の層構成の一部として用いることもできる。

これらの他にも、光学素子１の凹部ｈ１〜ｈｎが形成された面を覆う保護フィルム等を設けてもよい。保護フィルム等を設けることで、搬送時に光学素子１の凹凸形状が傷つくことを避けることができる。
保護フィルムは複数の突出部の先端部と接触するように光学素子１の凹部ｈ１〜ｈｎが形成された面を覆う。貼着側に粘着材料を有する保護フィルムを光学素子１に貼着する場合、複数の突出部により、光学素子１の凹部ｈ１〜ｈｎと粘着材料とのクリアランスが保たれる。その結果、粘着材料が凹部を埋めて反射防止特性が低下することを防止できる。また保護フィルムは、図３に示す第１コーティング層２を施した光学複合素子１０の凹凸面側に貼着してもよい。

光学素子１は、パソコン、携帯電話、デジタルカメラなどにおける各種ディスプレイ（例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、リアプロジェクター、ＦＥＤ、ＯＬＥＤなどのＦＰＤ）、ショーウィンドウなどの窓ガラス、展示額縁、各種表示窓、光学レンズ、太陽電池、道路・交通標識や看板を構成する光学材料などの表面に適用する反射防止体として使用できるし、このような反射防止体を製造するためのナノインプリント用モールドの原版として使用することもできる。

（光学素子の製造方法）
以下に、光学素子の製造方法について説明する。本発明の一態様に係る光学素子は、所定の形状を有するモールドを１回又は複数回転写することで得ることができる。このモールドは、基板上に多数の粒子を２次元的に配列させたエッチングマスクを用いることで作製することができる。

エッチングマスクは、例えばＬＢ法（ラングミュア−ブロジェット法）を利用した方法により基板上に作製する。具体的には、溶剤中に粒子が分散した分散液を水槽内の液面に滴下する滴下工程と、溶剤を揮発させることにより粒子からなる単粒子膜Ｆを形成する単粒子膜形成工程と、単粒子膜を基板上に移し取る移行工程とを有する方法により製造できる。

まずクロロホルム、メタノール、エタノール、メチルエチルケトンなどの揮発性の高い溶剤のうちの１種以上からなる疎水性の有機溶剤中に、表面が疎水性の粒子を加えて分散液を調製する。この分散液を、水槽内に貯留された液体の液面に滴下する（滴下工程）。滴下された分散液は、分散媒である溶剤が揮発するとともに、粒子が液面上に単層で展開し、２次元的に最密充填した単粒子膜を形成する（単粒子膜形成工程）。

滴下工程において、分散液は水槽内の液面の複数箇所に同時に滴下する。同時に滴下された分散液は、滴下された場所を中心にそれぞれ液面上に単層で展開する。その結果、粒子が所定の配列で並ぶドメインが複数形成される。ドメインは通常、不定形となる。

液面の複数箇所から同時に形成されたドメインは、成長して隣接したドメインと接する。この際、ドメイン同士が同じ粒子配列となることは少なく、異なる粒子配列となる。その結果、ドメイン間には隙間が発生する。

光学素子の凹部は、単粒子膜がエッチングされることによりモールド表面に形成される凸部に対応する。すなわち、凹部の最頻ピッチ、ドメインの数、ドメインの面積等は、単粒子膜の状態に影響を受ける。そのため、凹部の最頻ピッチは、使用する粒子の平均粒子径によって制御することができる。またドメインの数及びドメインの面積等は、同時に滴下する分散液の位置間隔、滴下速度、滴下工程終了時間等によって制御することができる。ドメイン同士が接し始めてから、滴下を終了するまでの時間を短くすると、山脈状突出部の出現頻度を高めることができる。滴下の間隔を狭くするとドメインの数が増え、ドメインの面積は小さくなる。

次いで、形成された単粒子膜をエッチング対象物である基板上に移行する。
単粒子膜を基板上に移し取る具体的な方法には特に制限はなく、例えば、疎水性の基板を単粒子膜に対して略平行な状態に保ちつつ、上方から降下させて単粒子膜に接触させ、疎水性である単粒子膜と基板との親和力により、単粒子膜を基板に移行させることができる。

基板上に移行された単粒子膜は、単粒子エッチングマスクとして機能する。単粒子エッチングマスクが片面に設けられた基板を、気相エッチングして表面加工し（エッチング工程）、基板の片面に凸部を形成する。

具体的には、エッチングガスは、エッチングマスクを構成する粒子の隙間を通り抜けて基板の表面に到達する。そのため、その部分に溝が形成され、各粒子に対応する位置にそれぞれ円柱が現れる。気相エッチングを進めると、各円柱上の粒子も徐々にエッチングされて小さくなる。そのため、さらにエッチングを続けることにより、凸部が形成される。

この凸部は、転写により光学素子１の凹部ｈ１〜ｈｎになる。そのため光学素子１の凹部ｈ１〜ｈｎの形状および平均深さは、エッチング時間、エッチングガスの種類、粒子の材質、基板の材質及びこれらの組合せにより制御できる。

エッチングマスクを構成する粒子は、特に限定されない。例えば金粒子、コロイダルシリカ粒子等を用いることができる。エッチングガスは、一般に用いられるものを用いることができる。例えば、Ａｒ、ＳＦ_６、Ｆ_２、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃｌ_２、ＣＣｌ_４、ＳｉＣｌ_４、ＢＣｌ_２、ＢＣｌ_３、ＢＣ_２、Ｂｒ_２、Ｂｒ_３、ＨＢｒ、ＣＢｒＦ_３、ＨＣｌ、ＣＨ_４、ＮＨ_３、Ｏ_２、Ｈ_２、Ｎ_２、ＣＯ、ＣＯ_２などを使用できる。

これらの粒子およびエッチングガスは、エッチングされる基体に合わせて変更することができる。例えばエッチングマスクを構成する粒子として金粒子を選択し、基体としてガラス基板を選択してこれらを組み合わせた場合、エッチングガスにＣＦ_４、ＣＨＦ_３などのガラスと反応性のあるものを用いると、金粒子のエッチング速度が相対的に遅くなり、ガラス基板のほうが選択的にエッチングされる。

エッチングマスクは、ドメインを有している。ドメイン間に形成される隙間は、エッチングマスクを構成する粒子間の隙間より大きい。そのため、ドメイン間に形成される隙間部分では、エッチングマスクを構成する粒子間の隙間部分よりエッチングが進み、深い凹部が形成される。

このドメイン間に形成される隙間部分に形成される深い凹部は、転写により光学素子１のドメインＣ_１〜Ｃ_ｎに挟まれた領域に形成される突出部となる。突出部ｄ１〜ｄｎの高さは、主にエッチング条件によって凹部の深さを制御することにより制御できる。

例えば、エッチング時のガス組成を変更することでドメイン間に形成される隙間部分に形成される凹部の深さをより深くすることができる。より具体的には、モールドとなる元の基板としてＳｉを選択して、通常Ｃｌ_２：ＣＦ_４＝５０：５０とするガス組成に対して、ＣＨＦ_３を加えてＣｌ_２：ＣＦ_４：ＣＨＦ_３＝５０：４５：５〜５０：１０：４０のガス組成に変更することで、ドメイン間に形成される隙間部分に形成される凹部の深さをより深くすることができる。

上述のように、突出部はドメインＣ_１〜Ｃ_ｎ間の領域以外に、ドメインＣ_１〜Ｃ_ｎ内にも形成される。ドメインＣ_１〜Ｃ_ｎ内に形成される突出部の高さ及び出現頻度は、エッチングマスクを構成する粒子の粒子径バラツキによって制御できる。

エッチングマスクを構成する粒子の粒子バラツキは、エッチングマスクにおける所定のドメイン内に配列する粒子の配列を乱す原因となる。そのため、この配列が乱れたエッチングマスクを用いてエッチング工程を行うと、粒子間の隙間のサイズにバラツキが生じ、エッチングの進行状態が変化する。粒子間の隙間のサイズが大きい部分では、深い凹部が形成される。この深い凹部は、転写により光学素子１のドメインＣ_１〜Ｃ_ｎ内に形成される突出部ｄ１〜ｄｎとなる。

ドメインＣ_１〜Ｃ_ｎ内に形成される突出部ｄ１〜ｄｎを得るためには、粒子径のＣＶ値（変動係数）が３％〜２０％であることが好ましく、５％〜１０％であることがより好ましい。

こうして得られたモールドを１回又は複数回転写することで、突出部が形成された光学素子１を簡便に得ることができる。

突出部ｄ１〜ｄｎの高さは、転写の条件を変更することによっても制御することができる。転写の際に、モールドに対する成形材料の充填率を高くすると、モールドに形成された深い凹部への充填性も高まり、形成される突出部の高さを高くすることができる。これに対し、転写の際に、モールドに対する成形材料の充填率を低くすると、モールドに形成された深い凹部へ成形材料が充填されにくくなり、形成される突出部の高さを低くすることができる。モールドに対する成形材料の充填率は、加える圧力、成形材料の粘度、処理温度等により制御できる。

光学素子の反射防止性能をシミュレーションにより確認した。最初にシミュレーションの方法について説明する（Applied Optics, Vol.26,No.6 1142-1146(1987)、Applied Optics, Vol.32,No.7 1154-1167(1993)など参照。）。
屈折率ｎ_０の物質と、屈折率ｎ_ｓの物質の界面への光が入射した際の反射について考える。このとき屈折率ｎ_ｓの物体は、図５で示すように凹部形状を有する。

まず図５に示すように、凹部を有する反射防止層を基準点側からＮ層に分けてスライスし、基準点側から第１層、・・・第Ｎ層までを有する層構造とみなす。第ｊ番目の層は、幅ｑの空気の領域と幅１−ｑの反射防止層の領域が繰り返してなる。このときの幅は第ｊ−１層との界面の幅とする。この第ｊ番目の層における実効屈折率をｎ_ｊ、この層の厚さをｄ_ｊとした。このとき、ｎ_ｊは屈折率ｎ_０、ｎ_ｓおよび幅ｑから求めることができる。ｄ_ｊは、凹部の最頻深さを層数Ｎで割ることで求めることができる。

第ｊ番目の層に波長λの光が入射角φ_ｊで入射したとし、以下の式（２）で示すトランスファー行列を計算する。

ここでδ_ｊ、ω_ｊは以下の式（３）および式（４）である。

光の通過する順番に従い、各層のトランスファー行列を左から掛ける演算を第１層から第Ｎ層まで繰り返し行う。この操作は式（５）で示すことができる。なお、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは計算した結果の値である。

上記手順を用いて計算されたＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いると、このスライスした複数層の反射率を以下のように示すことができる。

［反射防止特性］
（実施例１）
突出部を有する光学素子の５°反射スペクトルを上述のシミュレーションにより求めた。その結果を図６に示す。このとき、凹部の深さは３００ｎｍ、凹部のピッチ１２０ｎｍ、凹部の直径１００ｎｍ、突出部の高さ１００ｎｍ、突出部の占める面積率を１５％とした。光は屈折率１．０の空気から、屈折率１．５の界面に入射角５°で入射するものとし、反射防止層の材料の屈折率も１．５とした。凹部の深さ、ピッチ、直径、及び突出部の高さはシミュレーションであるため固定値であるが、実際には最頻値に対応する。

（実施例２）
実施例２では、突出部の占める面積率を２％とした点のみが実施例１と異なる。実施例２の光学素子の５°反射スペクトルを上述のシミュレーションにより求めた。その結果を図６に示す。

（実施例３）
実施例３では、突出部の高さを３０ｎｍとした点のみが実施例１と異なる。実施例３の光学素子の５°反射スペクトルを上述のシミュレーションにより求めた。その結果を図６に示す。

（比較例１）
比較例１では、突出部を設けなかった。すなわち、突出部の占める面積率が０％とした点が実施例１と異なる。比較例１の光学素子の５°反射スペクトルを上述のシミュレーションにより求めた。その結果を図６に示す。

（比較例２）
比較例２では、突出部の占める面積率を１８．８％とした点のみが実施例１と異なる。比較例２の光学素子の５°反射スペクトルを上述のシミュレーションにより求めた。その結果を図６に示す。

（比較例３）
比較例３では、突出部の占める面積率を１８．８％とした点のみが実施例３と異なる。比較例３の光学素子の５°反射スペクトルを上述のシミュレーションにより求めた。その結果を図６に示す。

［防汚性］
実施例１〜３及び比較例１〜３のそれぞれの防汚性を試験した。防汚性の試験は以下の手順で行った。
ポリカーボネート板の表面に実施例１〜３及び比較例１〜３の光学素子を転写形成した。構造面の各５か所に皮脂を付着させて１０分間放置した後、エタノールにより洗浄除去を行った。皮脂の残存状態を目視によって評価した。その結果を表１にまとめた。表１において「○」は皮脂の残存が確認できない場合であり、「△」は皮脂の輪郭のみが僅かに確認される場合であり、「×」は皮脂の残存が確認できる場合である。

例えば、実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２の結果を比較すると、光学特性としては、突出部の占める面積率が高まるほど良好になることが分かる。同様に、実施例３、比較例１及び比較例３を比較しても同様の傾向が得られている。

これに対し比較例２及び比較例３に示すように、突出部の面積率が高すぎると、防汚性の観点からは好ましくない。突出部の面積率が高すぎると、汚れと突出部の先端とが触れ合う頻度が高まるためと考えられる。比較例１のように突出部が無い場合は、凹部の標準面全体が、汚れと触れ合うことになるため、この場合も汚れは落ちにくいものと考えられる。

１：光学素子、２：第１コーティング層、３：第２コーティング層、１０，１１：光学複合素子、ｈ１〜ｈｎ：凹部、ｄ１〜ｄｎ：突出部、ｔ１〜ｔｎ：中心点、Ｃ_１〜Ｃ_ｎ：エリア

Claims (10)

1. 使用環境下の光の波長以下の最頻ピッチで配列する複数の凹部を一面に有する光学素子であって、
   前記光学素子は、前記複数の凹部が所定の配列で並ぶドメインを平面視で複数有し、
   複数の前記ドメインに挟まれる領域及び／または前記ドメイン内の前記複数の凹部に囲まれる領域には、複数の突出部が形成され、
   平面視において前記複数の突出部の占める面積率が、１％〜１５％であり、
   前記複数の突出部は、標準面より前記複数の凹部の深さの標準偏差１σ以上突出しており、前記標準面から凹部と反対側に突出した部分であり、
   前記標準面は、ＡＦＭの傾き補正によりえられる基準面と平行な面であって、ＡＦＭから得られる前記複数の凹部の表面最頻高さ位置における平面であり、
   前記表面最頻高さ位置は、任意に選択した隣接する２つの凹部の中心点を通る２５カ所のＡＦＭ断面画像から２つの凹部の間の突出した部分の最高点の位置情報を得、得られた位置情報をヒストグラム化し、ヒストグラムをガウス関数でフィッティングして得られる突出した部分の最高点の最頻の位置情報であり、
   前記面積率は、ＡＦＭにより無作為に選択された一辺が最頻ピッチＰの３０〜４０倍の正方形の領域における前記標準面全体の面積に対して前記複数の突出部が占める面積率である、光学素子。
2. 前記複数の突出部は、平面視でランダムに存在する、請求項１に記載の光学素子。
3. 前記複数の突出部の最頻高さが、前記複数の凹部の最頻深さの０．２倍以上０．８倍以下である請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記複数の突出部のいずれかと隣接する凹部の個数が、前記複数の凹部の全個数に対し、１０％以上８０％以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子。
5. 前記複数の突出部の中に、隣接する前記突出部同士が一部で繋がった山脈状突出部を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子。
6. 前記ドメインが平面視でランダムに配置されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学素子と、
   前記光学素子の前記複数の凹部及び前記複数の突出部が形成される面に、前記複数の凹部及び前記複数の突出部の形状を反映した第１コーティング層をさらに有する光学複合素子。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学素子と、
   前記光学素子の前記複数の凹部及び前記複数の突出部が形成される面に、前記複数の凹部及び前記複数の突出部の形状全体を埋める第２コーティング層をさらに有する光学複合素子。
9. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学素子と、
   前記光学素子の前記複数の凹部及び前記複数の突出部が形成される面に、前記複数の突出部と接触する保護フィルムと、を有する光学複合素子。
10. 請求項７に記載の光学複合素子と、
    前記光学複合素子の前記第１コーティング層の内、前記突出部を被覆する部分と接触する保護フィルムを有する保護フィルム付光学複合素子。

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