JP7521884B2 - Optical filter and optical device - Google Patents

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Description

本発明は反射低減効果を発現する、光の可視波長よりも短いピッチで構成された微細構造体を備えた光学フィルタに関するものであり、更には、このような光学フィルタを備えた光学デバイスに関するものである。 The present invention relates to an optical filter having a microstructure with a pitch shorter than the visible wavelength of light, which exhibits a reflection reducing effect, and further relates to an optical device having such an optical filter.

各種様々な用途で使用されている光学フィルタは、フィルタ自身の反射に起因した問題を抱えていることが多い。例えば、撮像光学系などで使用される光学フィルタでは、フィルタを透過した光の一部が、他の部材によって反射され、光学フィルタの光出射面から、再び光学フィルタに入射される現象が起きる場合がある。このような場合に、光学フィルタがこの入射光の波長領域に反射率を持っていると、再度光を反射してしまい、これに起因した不具合を発生させることがある。従って、光学フィルタにおける反射低減機能の更なる強化が強く望まれている。 Optical filters used for a wide variety of applications often have problems caused by reflections from the filters themselves. For example, in optical filters used in imaging optical systems, a phenomenon may occur in which part of the light that passes through the filter is reflected by other components and enters the optical filter again from the light exit surface of the optical filter. In such a case, if the optical filter has a reflectance in the wavelength range of this incident light, the light will be reflected again, which may cause problems. Therefore, there is a strong demand for further strengthening the reflection reduction function of optical filters.

さらには、ディスプレイとして用いられる、表示パネルやタッチパネルなどのフィルタ等においても、外光による視認性の低下や、装置内の光源からの光取り出し効率などの問題を改善する目的で、反射を極力低減することが望まれている。 Furthermore, in filters for display panels, touch panels, and other devices used as displays, it is desirable to minimize reflection in order to improve problems such as reduced visibility due to external light and the efficiency of light extraction from the light source inside the device.

光がある物質に入射すると、入射する前後の物質の屈折率差に起因して、物質表面でフレネル反射と呼ばれる反射が起こる。このような反射は、物質間の屈折率差を小さくすることで低減することが可能である。この屈折率差を低減する方法の1つとして、物質の構造体形状を利用する方法が各種提案されている。微細構造体は、近年の微細加工技術の向上とともに作製されるようになってきており、モス・アイに代表されるこれらの微細構造体は、2つの物質間で構造体形状を連続的に変化させることで、物質間の屈折率を連続的に変化させ、反射の低減を図ったものである。 When light enters a material, a reflection called Fresnel reflection occurs on the material's surface due to the difference in refractive index between the materials before and after the light enters. This type of reflection can be reduced by reducing the difference in refractive index between the materials. As one method for reducing this difference in refractive index, various methods have been proposed that utilize the structural shape of the material. Microstructures have been produced in recent years with improvements in microfabrication technology, and these microstructures, typified by the moth eye, continuously change the structural shape between two materials, thereby continuously changing the refractive index between the materials and reducing reflection.

特許文献1には、光学フィルタに、このような微細構造体を用いることで反射率を低減する方法が開示されている。また、特許文献2、3には、このような反射低減効果を発現する微細構造体の剛性を改善する方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method for reducing reflectance by using such microstructures in optical filters. In addition, Patent Documents 2 and 3 disclose methods for improving the rigidity of microstructures that exhibit such a reflection-reducing effect.

特開2009-122216号公報JP 2009-122216 A 特開2007-241177号公報JP 2007-241177 A 特開2010-188584号公報JP 2010-188584 A

特許文献1で示されているような反射低減効果を持つ微細構造体は、真空成膜法などで薄膜を単層、または複数層を積層することにより作製する反射防止膜と比較し、低反射率を容易に実現でき、更には反射防止波長領域を拡げることなどが比較的容易で、入射角度による分光反射率の相違が小さいと言った様々なメリットを有しており、屈折率の変化を緩やかにすることで、より反射を低減させることが可能である。しかしながら、各構造体間のピッチは必要とする光の波長領域により制限される為、より高い反射率低減効果を得るには、構造体形状を高く、つまりアスペクト比を大きく取る必要があるが、このような形状とすると剛性が著しく低下してしまい、外力に対し耐久性が低くなる問題を抱えている。 Compared with anti-reflection films prepared by laminating a single or multiple thin layers using a vacuum deposition method or the like, microstructures with a reflection reduction effect as shown in Patent Document 1 have various advantages, such as being able to easily achieve low reflectance, being relatively easy to expand the anti-reflection wavelength range, and having small differences in spectral reflectance depending on the angle of incidence. By making the change in refractive index gentler, it is possible to further reduce reflection. However, since the pitch between each structure is limited by the required wavelength range of light, in order to achieve a higher reflectance reduction effect, it is necessary to make the structure shape tall, that is, to have a large aspect ratio, but such a shape significantly reduces rigidity, resulting in a problem of low durability against external forces.

これを解決する為に、例えば特許文献2では、微細構造体を形成している凸部と凸部の隙間を低屈折率材料で充填することにより、反射低減効果を発現する微細構造体における前述の剛性における問題を低減する方法が提案されている。しかしながら、保護膜やハードコート材料により、微細構造体間の隙間を埋めたり、微細構造体全体を覆ってしまったりする方法では、剛性は改善するものの、反射を低減する為に必要な屈折率変化を得ることが難しく、反射の低減効果を損ねてしまう問題がある。 To solve this problem, for example, Patent Document 2 proposes a method of filling the gaps between the convex portions forming the microstructure with a low refractive index material, thereby reducing the aforementioned rigidity problem in the microstructure that exhibits the reflection reduction effect. However, with methods that fill the gaps between the microstructures or cover the entire microstructure with a protective film or hard coat material, although rigidity is improved, it is difficult to obtain the refractive index change required to reduce reflection, and there is a problem that the reflection reduction effect is impaired.

また、特許文献3では、微細凹凸構造を備えた基材表面上に、密着層を介して撥水層を備えた構造体において、基材と密着層との間に緩衝層を形成することで、剛性を改善する方法が提案されている。このような緩衝層を設けることにより、外力によって密着層に亀裂が生じ、これが微細凹凸構造まで伝播してしまうことに起因して微細凹凸構造が破壊されるのを低減することはできるが、このような構成では、外力による直接的な微細構造の破壊に対する剛性までを改善することは難しい。 Patent Document 3 also proposes a method of improving the rigidity of a structure having a water-repellent layer on the surface of a substrate having a fine uneven structure, with an adhesive layer disposed therebetween, by forming a buffer layer between the substrate and the adhesive layer. By providing such a buffer layer, it is possible to reduce the destruction of the fine uneven structure caused by cracks occurring in the adhesive layer due to external forces and propagating to the fine uneven structure, but with this configuration it is difficult to improve the rigidity against direct destruction of the fine structure due to external forces.

以上より、本発明の目的は、反射低減効果を維持しつつ、外部との接触など、外力に対する耐久性を高めた光学フィルタを提供することにある。また、このような光学フィルタを用いることで耐久性を高めた光学デバイスを提供することにある。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an optical filter that maintains its reflection-reducing effect while improving durability against external forces, such as contact with the outside. It is also an object of the present invention to provide an optical device that uses such an optical filter and thus improves durability.

外部との接触機会を有する透明基板の片面側の最表層部に可視波長よりも短いピッチで配置された微細構造体Aを備え、
外部との接触機会を有さない前記基板のもう一方の面側の最表層部に可視波長よりも短いピッチで配置された微細構造体Bを備え、
前記微細構造体A及び前記微細構造体Bは、同一面上に同一形状の周期的な微細突起構造のみが配置され、
前記微細構造体Aのアスペクト比が前記微細構造体Bのアスペクト比よりも小さく、
前記基板と前記微細構造体Aとの間に、UVカット膜が形成され
前記UVカット膜の最表層と前記微細構造体Aの材料の屈折率差が、0.1以下であり、
前記UVカット膜の最表層は、SiO2であり、
前記微細構造体Aの材料が樹脂である
ことを特徴とする光学フィルタを搭載した光学デバイスであることを特徴とする。
The device includes microstructures A arranged at a pitch shorter than a visible wavelength on a top surface layer of one surface of a transparent substrate that has an opportunity for contact with the outside,
a microstructure B arranged at a pitch shorter than a visible wavelength on the outermost layer portion of the other surface side of the substrate, which does not have an opportunity for contact with the outside;
The microstructure A and the microstructure B each have only periodic microprotrusion structures of the same shape arranged on the same surface,
The aspect ratio of the microstructure A is smaller than the aspect ratio of the microstructure B,
A UV-cut film is formed between the substrate and the microstructure A ,
the difference in refractive index between the outermost layer of the UV-cut film and the material of the microstructure A is 0.1 or less;
The outermost layer of the UV-cut film is SiO2,
The material of the microstructure A is a resin.
The present invention is characterized in that it is an optical device equipped with an optical filter having the above-mentioned features.

本発明によれば、可視光の波長サイズ以下のピッチで構成された反射低減効果を発現する微細構造体を透明基板両面それぞれの最表層部に配置することで、反射を低減した光学フィルタを得ることができる。このような光学フィルタを、基板の片方の面は、指やペンなどとの接触や、フィルタを駆動させる時に生じる隣接部材との擦れなど、外部との何らかコンタクトが有り、もう一方の面は外部とのコンタクトが無い、例えばタッチパネルなどの光学フィルタとして用いることで、外部とのコンタクトが無い面には、構造体高さが高く反射低減効果が高い微細構造体を配置し、外部とのコンタクトが有る面には、先の微細構造体よりも、アスペクト比が小さい微細構造体を配置することで、総体として、反射を低減しつつ、外力に対する耐久性を高めた光学フィルタ、及び光学デバイスを提供することができる。 According to the present invention, an optical filter with reduced reflection can be obtained by disposing microstructures with a pitch equal to or smaller than the wavelength of visible light on the outermost layer of each of both sides of a transparent substrate. By using such an optical filter as an optical filter for a touch panel or the like, where one side of the substrate has some contact with the outside, such as contact with a finger or pen, or rubbing with an adjacent member that occurs when the filter is driven, and the other side has no contact with the outside, a microstructure with a high structure height and a high reflection reduction effect is disposed on the side that has no contact with the outside, and a microstructure with a smaller aspect ratio than the previous microstructure is disposed on the side that has contact with the outside, an optical filter and optical device that, overall, reduces reflection while increasing durability against external forces can be provided.

ピラーアレイ状の微細周期構造体の説明図Illustration of a pillar array-shaped fine periodic structure 本実施例1で作製した光学フィルタの断面図Cross-sectional view of the optical filter produced in this Example 1. 本実施例1で作製した光学フィルタの分光反射率特性Spectral reflectance characteristics of the optical filter produced in this Example 1 本実施例2で作製した光学フィルタの断面図Cross-sectional view of the optical filter produced in this Example 2 本実施例2で作製した光学フィルタの分光反射率特性Spectral reflectance characteristics of the optical filter produced in this Example 2 本実施例4におけるタッチパネル断面の概略図1 is a schematic diagram of a cross section of a touch panel according to a fourth embodiment of the present invention;

本発明に係る微細構造体は、例えば図1に示したような、基板上に形成された、光の波長サイズよりも短いピッチで配置された無数の微細構造により構成される。また、本発明に係る光学フィルタは、前述の基板と微細構造体に加え、所定の光学特性を発現する光学膜を有しても良い。 The microstructure according to the present invention is composed of countless microstructures formed on a substrate and arranged at a pitch shorter than the wavelength of light, as shown in FIG. 1. The optical filter according to the present invention may also have an optical film that exhibits predetermined optical properties in addition to the substrate and microstructures described above.

微細構造体や光学フィルタを形成する為の基板としては、微細構造体や光学フィルタの基板としての強度や光学特性を有するものであれば良く、微細構造体の形成用の基体や、各種の光学膜の基体として機能可能であるものが利用される。このような基板としては、BK7やSFL-6などガラス系の材料からなる基板、またはPET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルホン)、PC(ポリカーボネート)、PO(ポリオレフィン)、PI(ポリイミド)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、及びTAC(トリアセチルセルロース)等から選択した樹脂材料からなる基板を用いることができる。また、ガラス基板と樹脂層との複合材料からなる基板や、有機材と無機材を混合させた有機無機ハイブリッド基板などを用いることもできる。 The substrate for forming the microstructure or optical filter may be any substrate having the strength and optical properties required for the microstructure or optical filter, and may function as a base for forming the microstructure or as a base for various optical films. Such substrates may be made of glass-based materials such as BK7 or SFL-6, or made of a resin material selected from PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PES (polyethersulfone), PC (polycarbonate), PO (polyolefin), PI (polyimide), PMMA (polymethyl methacrylate), and TAC (triacetyl cellulose). Substrates made of a composite material of a glass substrate and a resin layer, or an organic-inorganic hybrid substrate made by mixing organic and inorganic materials, may also be used.

以上のような基板上に微細構造体を形成する。本実施例において作製される微細構造体は、所望の光学フィルタの光学特性を得るために必要とされる、特には反射低減機能を有するものであり、可視光の波長よりも短いピッチで配列された凹凸形状を有したものである。このような構造体の1種として、ランダムに形成された針状体及び柱状体等の突起、階段形状に微細に形成された凹凸構造の突出部または凹部によって、大気や隣接する媒体との屈折率差を低減したものが含まれても良く、公知の微細構造体から目的に応じて任意に選択したものを用いることができる。 A microstructure is formed on the substrate as described above. The microstructure produced in this embodiment has a reflection reducing function, which is necessary to obtain the optical characteristics of the desired optical filter, and has a concave-convex shape arranged at a pitch shorter than the wavelength of visible light. One type of such structure may include randomly formed needle-shaped and columnar protrusions, or protrusions or recesses of a concave-convex structure finely formed in a staircase shape, which reduce the refractive index difference with the atmosphere or adjacent media, and any microstructure selected from known microstructures according to the purpose can be used.

また、これらの微細構造体は、基板両面において、それぞれの面の最表層部に配置されることで、必要な反射低減効果を発現することが可能である。
このような、基板を透過する光の波長よりも短い周期で配置された多数の突起や凹凸構造などからなる微細構造体であれば、熱ナノインプリント法や光ナノインプリント法などの方法を用いて再現性良く作製することができる。
Furthermore, by arranging these fine structures on the outermost layer of each of the two surfaces of the substrate, it is possible to achieve the necessary reflection reducing effect.
Such microstructures consisting of numerous protrusions or uneven structures arranged at a period shorter than the wavelength of light passing through the substrate can be fabricated with good reproducibility using methods such as thermal nanoimprinting and photo nanoimprinting.

さらに、本発明による構成の場合、微細構造体と基板との間などに必ず界面が形成されるが、反射低減効果を有する微細構造体を形成する場合、光学フィルタ総体としての反射を低減する為には、これら異なる物質間での界面反射も低減する必要がある。従って、界面を形成する2つの物質間の屈折率差はできるだけ小さくすることが望ましい。
以下、本発明の微細構造体、及び光学フィルタ、光学デバイスについて実施例に基づき具体的に説明する。
Furthermore, in the case of the configuration according to the present invention, an interface is necessarily formed between the microstructure and the substrate, etc., and when forming a microstructure having a reflection reducing effect, in order to reduce the reflection of the optical filter as a whole, it is necessary to reduce the interface reflection between these different materials as well. Therefore, it is desirable to make the refractive index difference between the two materials forming the interface as small as possible.
The microstructure, optical filter, and optical device of the present invention will be specifically described below with reference to examples.

(実施例1)
透明基板のそれぞれの面に、アスペクト比の異なる微細構造体を形成した実施例について、以下に詳しく記載する。
Example 1
An embodiment in which fine structures with different aspect ratios are formed on each surface of a transparent substrate will be described in detail below.

図2(a)に示す構成において、厚さ1.0mmのBK-7ガラスを基板10として、この基板10上の片面側の最表層部に微細構造体A11を、もう一方の面側の最表部に微細構造体B12を形成した。 In the configuration shown in FIG. 2(a), 1.0 mm thick BK-7 glass was used as the substrate 10, and microstructure A11 was formed on the outermost layer on one side of the substrate 10, and microstructure B12 was formed on the outermost layer on the other side.

微細構造体は、近年の微細加工技術の向上とともに作製されるようになってきた。このような構造体の1つである、反射防止効果を持つ微細構造体は、一般的にモス・アイ構造と呼ばれ、構造体の形状を擬似的に屈折率の変化が連続的となる形状とすることで、物質間の屈折率差に起因した反射の低減を図ったものである。 Microstructures have come to be produced in recent years with improvements in microfabrication technology. One such structure, a microstructure with an anti-reflective effect, is generally called a moth-eye structure, and aims to reduce reflections caused by differences in refractive index between materials by giving the structure a shape that simulates a continuous change in refractive index.

本実施例1における微細構造体A11は、図1で示したような突起構造を周期的に配置したピラーアレイ状とし、構造体は釣鐘型のモス・アイ形状で高さ300nm、周期250nmとした。さらに、突起構造体の配列に関して、正方配列や三方(六方)配列などが考えられるが、三方配列の方が基板材料の露出面が少ないことなどから、反射低減効果が高いとされており、この理由から本実施例では三方配列とした。 The microstructure A11 in this Example 1 is a pillar array in which protrusion structures as shown in FIG. 1 are periodically arranged, and the structures have a bell-shaped moth-eye shape with a height of 300 nm and a period of 250 nm. Furthermore, while a square array or a trigonal (hexagonal) array can be considered for the arrangement of the protrusion structures, a trigonal array is considered to have a greater effect in reducing reflections, as the exposed surface area of the substrate material is smaller, and for this reason a trigonal array was used in this Example.

また、微細構造体B12は、図1で示したような突起構造を周期的に配置したピラーアレイ状とし、構造体は釣鐘型のモス・アイ形状で高さ500nm、周期250nmとした。さらに、突起構造体は反射低減効果が高いとされる三方配列とした。 The microstructure B12 is a pillar array in which protrusion structures as shown in FIG. 1 are periodically arranged, and the structure has a bell-shaped moth-eye shape with a height of 500 nm and a period of 250 nm. Furthermore, the protrusion structure is arranged in a three-sided arrangement, which is considered to have a high reflection reduction effect.

このように、微細構造体A11は構造高さを構造周期で割ったアスペクト比が1に近く、微細構造体B12と比較し、構造体としての剛性が強い。一方で、微細構造体B12は、アスペクト比が2と大きく、反射低減効果が大きい構造となっている。従って、これらを組合せることで、光学フィルタ14総体としての反射低減効果を維持しつつ、外力と何らかの接触がある面に対し、微細構造体A11の面側を配置することで、光学フィルタ14総体としての剛性を高めることができる。 In this way, the aspect ratio of microstructure A11, calculated by dividing the structural height by the structural period, is close to 1, and the structure has greater rigidity than microstructure B12. On the other hand, microstructure B12 has a large aspect ratio of 2, and is structured to have a greater reflection reduction effect. Therefore, by combining these, the reflection reduction effect of the optical filter 14 as a whole can be maintained, while the rigidity of the optical filter 14 as a whole can be increased by placing the surface side of microstructure A11 against a surface that is in some kind of contact with an external force.

ここで、光学フィルタの反射率をより低減したい場合や、微細構造体を構成する各界面における反射の影響を取り除きたい場合は、基板10と微細構造体A11、または基板10と微細構造体B12との界面など、影響を与える全ての界面での屈折率差を0.1以下とすることが望ましい。本実施例1でも、このような値となるように調整した。波長540nmのおける屈折率を例に取ると、基板10の屈折率は1.52、微細構造体A11、及び微細構造体B12の屈折率は約1.51であり、基板10と微細構造体A11、及び基板10と微細構造体B12との界面での屈折率差はそれぞれ0.01となる構成とした。このように、隣接した、異なる物質間界面での屈折率差を0.1以下にすることで、この界面での反射を著しく低減することが可能であり、より好ましくは本実施例1のように0.05以下となるように構成する。 Here, if it is desired to further reduce the reflectance of the optical filter or to eliminate the influence of reflection at each interface constituting the microstructure, it is desirable to set the refractive index difference at all influential interfaces, such as the interface between the substrate 10 and the microstructure A11, or the interface between the substrate 10 and the microstructure B12, to 0.1 or less. In this embodiment 1, the refractive index was adjusted to such a value. Taking the refractive index at a wavelength of 540 nm as an example, the refractive index of the substrate 10 is 1.52, the refractive index of the microstructure A11, and the refractive index of the microstructure B12 are about 1.51, and the refractive index difference at the interfaces between the substrate 10 and the microstructure A11, and the substrate 10 and the microstructure B12 is 0.01, respectively. In this way, by setting the refractive index difference at the interface between adjacent different substances to 0.1 or less, it is possible to significantly reduce the reflection at this interface, and more preferably, it is set to 0.05 or less as in this embodiment 1.

一方で、空気媒質などの一般的な環境下で使用される場合、微細構造体A11は屈折率が小さい方が、低減効果を大きくすることができる。従って、基板10よりも、微細構造体A11の屈折率は小さい方が好ましい。以上より、前述の屈折差と合わせ、微細構造体A11は基板よりも屈折率が小さく、さらに屈折率差が0.05以下であることが最も好ましい構成である。 On the other hand, when used in a general environment such as an air medium, the smaller the refractive index of the microstructure A11, the greater the reduction effect. Therefore, it is preferable that the refractive index of the microstructure A11 is smaller than that of the substrate 10. In view of the above, in addition to the refractive index difference described above, it is most preferable that the refractive index of the microstructure A11 is smaller than that of the substrate, and further the refractive index difference is 0.05 or less.

このような微細構造体の作製方法に関しては様々な作製方法が提案されているが、本実施例ではUV(紫外線)硬化樹脂を用いた光ナノインプリント法を選択した。 Various methods have been proposed for producing such microstructures, but in this example, we selected the photo-nanoimprint method using UV (ultraviolet) curable resin.

まずは、基板上にUV硬化樹脂を0.2μmのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)フィルタを介し適量滴下した後、スピンコート法により所定の膜厚となるように基板全面にUV硬化樹脂を塗工した。その後、この基板に、樹脂の硬化収縮を加味し、前述の形状を反転させ設計されたホールアレイ形状に離型処理を施した石英モールドを押し当て、少しの時間この状態を保持した後、そのままの状態でUV光を照射することで樹脂を硬化させ、微細構造体A11を作製した。このようなUV硬化樹脂は各種様々な材料を用いることができ、本実施例ではアクリル系のUV硬化樹脂を用いたが、フッ素系樹脂や、アクリル系樹脂にフッ素成分を添加した樹脂、またその他の樹脂を主成分とする材料を使用しても良いし、インプリントのプロセスによっては、SOGなどの無機系材料や、有機無機ハイブリッドタイプの材料を使用することも可能である。 First, an appropriate amount of UV-curable resin was dropped onto the substrate through a 0.2 μm PTFE (polytetrafluoroethylene) filter, and then the entire surface of the substrate was coated with the UV-curable resin by spin coating to a predetermined thickness. After that, a quartz mold that had been subjected to a release treatment to be designed as a hole array shape by inverting the above-mentioned shape and taking into account the cure shrinkage of the resin, was pressed against the substrate, and after maintaining this state for a short time, the resin was cured by irradiating it with UV light in this state, to produce the microstructure A11. Various types of materials can be used for such UV-curable resin. In this embodiment, an acrylic UV-curable resin was used, but fluorine-based resins, resins with fluorine components added to acrylic resins, and materials mainly composed of other resins may also be used, and depending on the imprint process, inorganic materials such as SOG and organic-inorganic hybrid materials can also be used.

その後、基板の表裏を反転させ、基板上のもう一方の面に、UV硬化樹脂を0.2μmのPTFEフィルタを介し適量滴下した後、スピンコート法により所定の膜厚となるように基板全面に塗工し、樹脂の硬化収縮を加味し、前述の形状を反転させ設計されたホールアレイ形状に離型処理を施した石英モールドを押し当て、少しの時間この状態を保持した後、そのままの状態でUV光を照射することで樹脂を硬化させ、微細構造体B12を作製した。
ここで、基板10と、微細構造体A11や微細構造体B12との密着性を向上させる必要がある場合は、プライマー処理を行い、図2(b)に示すように、基板10と微細構造体A11や、基板10と微細構造体B12との界面に密着層13を設けることも可能であるし、またはどちらか一方の界面のみに密着層13を設けることも可能である。このようなプライマー溶液の例としては、シランカップリング剤をベースに、IPAや硝酸等を適量加え、さらに密着力を強化する目的で、TEOSを加えたものなどを用いることができる。これを、0.2μmのPTFEフィルタを介し基板上に滴下し、スピンコートにより極薄膜となるように塗工した後、所定の条件で乾燥処理等を行い、密着層13を形成する。さらに、下地となる基板10に何らかの悪影響を与えない範囲であれば、プライマー液をより均一に塗工する為に、プライマー液塗工前に、UVオゾンなどによる親水化処理を施しても良い。また、このようなプロセスによる塗工を行う際、マスキングを施したり、プロセスをインクジェット法やグラビア法、マイクロコンタクトプリント法などに変えたりすることで、塗工領域を制限することも可能である。この際、前述のように、反射低減を必要とする場合は、隣接する界面での屈折率差は0.1以下に調整されることが好ましく、0.05以下が更に望ましい。
The substrate was then turned over, and an appropriate amount of UV-curable resin was dropped onto the other side of the substrate through a 0.2 μm PTFE filter, and then the resin was applied to the entire surface of the substrate by spin coating to a specified film thickness. Taking into account the cure shrinkage of the resin, the above-mentioned shape was inverted and a quartz mold that had been treated with a release agent was pressed against the designed hole array shape. This state was maintained for a short time, and then the resin was cured by irradiating it with UV light in that state, producing microstructure B12.
Here, if it is necessary to improve the adhesion between the substrate 10 and the microstructure A11 or the microstructure B12, a primer treatment is performed, and as shown in FIG. 2(b), an adhesion layer 13 can be provided at the interface between the substrate 10 and the microstructure A11 or between the substrate 10 and the microstructure B12, or an adhesion layer 13 can be provided only at one of the interfaces. Examples of such primer solutions include a silane coupling agent-based solution to which an appropriate amount of IPA or nitric acid is added, and TEOS is added for the purpose of further enhancing adhesion. This is dropped onto the substrate through a 0.2 μm PTFE filter, and applied by spin coating to form an extremely thin film, and then dried under specified conditions to form the adhesion layer 13. Furthermore, in order to apply the primer liquid more uniformly, a hydrophilization treatment using UV ozone or the like may be performed before applying the primer liquid, as long as it does not have any adverse effect on the substrate 10 that is the base. Furthermore, when coating by such a process, it is also possible to limit the coating area by applying a mask or by changing the process to an inkjet method, a gravure method, a microcontact printing method, etc. In this case, as described above, if reflection reduction is required, the refractive index difference at the adjacent interfaces is preferably adjusted to 0.1 or less, more preferably 0.05 or less.

以上によって作製された光学フィルタ14の分光反射率特性を(株)日立ハイテクノロジーズ社製の分光光度計U4100を用い測定した結果が図3である。400nm~700nmの可視波長領域における分光反射率が0.7%以下になり、本実施例1で作製された光学フィルタは非常に低い反射率を実現できた。 The spectral reflectance characteristics of the optical filter 14 produced as described above were measured using a spectrophotometer U4100 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, and the results are shown in Figure 3. The spectral reflectance in the visible wavelength range of 400 nm to 700 nm was 0.7% or less, and the optical filter produced in this Example 1 was able to achieve a very low reflectance.

これを、指やペンなどの接触や、フィルタを駆動させる時に生じる隣接部材との擦れなど、外部との接触機会がある面に対し、微細構造体A11の面側を配置し、接触機会を有さない面側に微細構造体B12を配置することで、光学フィルタ14総体として低反射特性を維持しつつ、外力に対する剛性を高めることが可能である。
また、本実施例1では、ナノインプリントプロセスを2回繰り返すことで、基板の両面に微細構造体を形成したが、スピンコートや、ディップコートなどにより樹脂を基板表裏へ塗工した後、両面を同時にUVナノインプリントすることでも同様の微細構造体を形成することができる。
By placing the microstructure A11 on the surface that has the opportunity for contact with the outside, such as through contact with a finger or pen, or rubbing against adjacent parts when the filter is operated, and placing the microstructure B12 on the surface that does not have the opportunity for contact, it is possible to increase the rigidity against external forces while maintaining the low reflection characteristics of the optical filter 14 as a whole.
In addition, in this Example 1, the nanoimprint process was repeated twice to form a microstructure on both sides of the substrate, but a similar microstructure can also be formed by applying resin to the front and back of the substrate by spin coating, dip coating, or the like, and then performing UV nanoimprinting on both sides simultaneously.

(実施例2)
多層薄膜により構成された、紫外線をカットする光学膜であるUVカット膜に、反射低減効果を発現する微細構造体を設けた、UVカットフィルタを作製した実施例について、以下に詳しく記載する。
Example 2
An embodiment of a UV cut filter in which a microstructure that exhibits a reflection reducing effect is provided on a UV cut film, which is an optical film that cuts ultraviolet rays and is composed of a multi-layer thin film, is fabricated will be described in detail below.

撮影装置などの光学系に用いられている光学フィルタにでは、近年における固体撮像素子の高感度化、高精細化等に伴い、フィルタ自身の反射に起因した、ゴーストやフレア等の撮影画像への不具合が生ずる可能性が高まってきており、可視波長領域など、所定の波長領域における分光反射率を従来以上に低減することが1つの大きな課題となっている。 In optical filters used in the optical systems of imaging devices and the like, the sensitivity and definition of solid-state imaging elements in recent years have led to an increased likelihood of defects in captured images, such as ghosts and flares, caused by reflections from the filters themselves. One major challenge is to reduce the spectral reflectance in a specific wavelength range, such as the visible wavelength range, more than ever before.

このようなフィルタについて、図4に示すように、透明基板上にUVカット膜21を形成し、基板の最表層部となるUVカット膜21の上に微細構造体A22を配置し、さらに基板のもう一方の面の最表層部に微細構造体B23を配置し、光学フィルタ25を形成した。図4に示す構成において、厚さ1.0mmのPMMA樹脂を基板20として、この基板20上にUVカット膜21を形成し、この上に微細構造体A22を形成した。本実施例のような光学フィルタ25に用いる基板の光学特性としては、可視光波長領域における全光線透過率89%以上が好ましく、91%以上がさらに好ましい。 For such a filter, as shown in Figure 4, a UV cut film 21 is formed on a transparent substrate, a microstructure A22 is placed on the UV cut film 21 which is the outermost layer of the substrate, and a microstructure B23 is placed on the outermost layer of the other side of the substrate to form an optical filter 25. In the configuration shown in Figure 4, a 1.0 mm thick PMMA resin is used as the substrate 20, a UV cut film 21 is formed on this substrate 20, and a microstructure A22 is formed on this. As optical characteristics of the substrate used for the optical filter 25 of this embodiment, a total light transmittance of 89% or more in the visible light wavelength range is preferable, and 91% or more is even more preferable.

最初に、基板20の片面側に、真空蒸着法により複数の薄膜を積層したUVカット膜21を形成した。真空蒸着法は、膜厚を比較的に容易に制御でき、かつ可視光波長領域において散乱が非常に小さく、分光透過率の波長依存性を小さい値に制御することが可能な利点を有している。しかし、真空蒸着法に限定されず、スパッタリング法、IAD法、IBS法、イオンプレーティング法、クラスタ蒸着法等の成膜方法においても成膜が可能であり、目的や条件等を考慮し、最も適当な成膜方法を選択すればよい。 First, a UV-cut film 21 was formed by laminating multiple thin films by vacuum deposition on one side of a substrate 20. The vacuum deposition method has the advantages that the film thickness can be controlled relatively easily, scattering is very small in the visible light wavelength range, and the wavelength dependency of the spectral transmittance can be controlled to a small value. However, the method is not limited to vacuum deposition, and film formation can also be performed by sputtering, IAD, IBS, ion plating, cluster deposition, and other deposition methods, and the most appropriate deposition method can be selected taking into consideration the purpose, conditions, etc.

UVカット膜21を構成する薄膜材料として、SiO2やTiO2、Al2O3など、Ti、Nb、Ta、Zr、Ni、Cr、W、Mo、Au、Ag、Cu、Mg、Al、またはこれらの合金などの、金属化合物により構成された層に加え、最表層の反射低減を目的として、比較的屈折率が低く環境性にも優れるMgF2などを用いることが可能であるが、本実施例ではSiO2とTiO2膜の交互層で、基板直上と、最表層をSiO2層とした9層膜となる積層構造とした。このように、本実施例2ではUVカット膜21の最表層はSiO2層としたが、これらに限らず、例えばAl2O3や、SiOなど酸価を変えたもの、SiNなど、SiやAl、Mgの金属化合物や、これらを混合させた層などを適宜選択することが可能である。同様にTi、Nb、Ta、Zr、Ni、Cr、W、Mo、Au、Ag、Cuなどの金属化合物であっても良い。 As the thin film material constituting the UV cut film 21, in addition to layers composed of metal compounds such as SiO2, TiO2, Al2O3, Ti, Nb, Ta, Zr, Ni, Cr, W, Mo, Au, Ag, Cu, Mg, Al, or alloys thereof, it is possible to use MgF2, which has a relatively low refractive index and is environmentally friendly, for the purpose of reducing the reflection of the outermost layer, but in this embodiment, a layered structure is used in which the alternating layers of SiO2 and TiO2 films are layered directly on the substrate and the outermost layer is a SiO2 layer, resulting in a nine-layer film. Thus, in this embodiment 2, the outermost layer of the UV cut film 21 is a SiO2 layer, but it is not limited to these, and it is possible to appropriately select layers such as Al2O3, SiO, etc. with different acid values, SiN, metal compounds of Si, Al, Mg, and layers in which these are mixed. Similarly, it may be a metal compound such as Ti, Nb, Ta, Zr, Ni, Cr, W, Mo, Au, Ag, or Cu.

ここで、このようなUVカット膜21の膜構成において、本実施例では、UVカット膜21の最表層となるSiO2層と微細構造体A22との界面での反射を無視し、それ以外の界面での可視波長領域の反射を光干渉効果により相殺させることで、それ以外の界面での総体的な反射を可能な限り小さくする膜構成とした。これは以下の理由からである。詳細は後述するが、光学膜最表層と微細構造体との屈折率差を小さくすることで、この界面での反射を可能な限り低減し、微細構造体の反射低減効果を利用することで、媒質(空気)から光学膜最表層までの反射を理想的に低減する。次に、光学膜における基板側に向かう最表層以降では、最表層と微細構造体との界面以外の界面の光干渉効果により反射を低減する。そして、これら2つの反射低減構成を組合せることにより、光学フィルタ総体としての反射を低減させる。筆者らは、このようなタイプの光学フィルタにおいて、全ての界面の中で、最表層と、最表層との屈折率差が大きい空気などの入射媒質、との界面での反射が、光学フィルタとしての反射に与える影響が最も大きく、この部分の反射を十分に低減し、さらに他の全ての界面の反射を相殺させる構成とすることで、光干渉効果により形成される反射を低減すれば、光学フィルタとしての総体的な反射をより小さくできる。従って、本実施例の構成であれば、光学フィルタ総体としての反射を著しく低減させることが可能となる。 Here, in the film configuration of the UV cut film 21, in this embodiment, the reflection at the interface between the SiO2 layer, which is the outermost layer of the UV cut film 21, and the fine structure A22 is ignored, and the reflection in the visible wavelength region at other interfaces is offset by the light interference effect, so that the overall reflection at other interfaces is as small as possible. This is for the following reasons. Although the details will be described later, by reducing the refractive index difference between the outermost layer of the optical film and the fine structure, the reflection at this interface is reduced as much as possible, and by utilizing the reflection reduction effect of the fine structure, the reflection from the medium (air) to the outermost layer of the optical film is ideally reduced. Next, after the outermost layer toward the substrate side of the optical film, the reflection is reduced by the light interference effect of the interfaces other than the interface between the outermost layer and the fine structure. Then, by combining these two reflection reduction configurations, the reflection of the optical filter as a whole is reduced. The authors have found that in this type of optical filter, among all the interfaces, the reflection at the interface between the outermost layer and the incident medium such as air, which has a large refractive index difference from the outermost layer, has the greatest effect on the reflection as an optical filter, and by sufficiently reducing the reflection at this portion and offsetting the reflection at all other interfaces, the reflection formed by the optical interference effect can be reduced, thereby making it possible to further reduce the overall reflection as an optical filter. Therefore, with the configuration of this embodiment 2 , it is possible to significantly reduce the reflection as an optical filter as a whole.

ここで、反射低減の観点からUVカット膜21の最表層であるSiO2層と微細構造体A22との屈折率差をそれぞれ0.1以下となるように構成した。波長540nmのおける屈折率を例に取ると、微細構造体A22の屈折率は1.51、UVカット膜21の最表層であるSiO2層の屈折率は1.46であり、UVカット膜21と微細構造体A22と界面での屈折率差は0.05となる構成とした。このように、隣接した、異なる物質間界面での屈折率差を0.1以下にすることで、この界面での反射を著しく低減することが可能であり、より好ましくは本例のように0.05以下となるように構成する。また、基板20と微細構造体B23の540nmにおける屈折率はそれぞれ1.52、1.51となっており、前述と同様の理由から、両者の屈折率差を0.01とした。 Here, from the viewpoint of reducing reflection, the refractive index difference between the SiO2 layer, which is the outermost layer of the UV cut film 21, and the microstructure A22 is set to 0.1 or less. Taking the refractive index at a wavelength of 540 nm as an example, the refractive index of the microstructure A22 is 1.51, and the refractive index of the SiO2 layer, which is the outermost layer of the UV cut film 21, is 1.46, and the refractive index difference at the interface between the UV cut film 21 and the microstructure A22 is set to 0.05. In this way, by setting the refractive index difference at the interface between adjacent different substances to 0.1 or less, it is possible to significantly reduce the reflection at this interface, and more preferably, it is set to 0.05 or less as in this example. In addition, the refractive indexes of the substrate 20 and the microstructure B23 at 540 nm are 1.52 and 1.51, respectively, and for the same reason as above, the refractive index difference between the two is set to 0.01.

以上のように作製されたUVカット膜21上に微細構造体A22を形成した。微細構造体の作製は、本実施例ではUV硬化樹脂を用いた光ナノインプリント法を選択した。 A microstructure A22 was formed on the UV-cutting film 21 prepared as described above. In this example, the photo-nanoimprint method using a UV-curable resin was selected to fabricate the microstructure.

ここで、本実施例2における微細構造体A22は、図1で示したような突起構造を周期的に配置したピラーアレイ状とし、構造体は釣鐘型のモス・アイ形状で高さ300nm、周期250nmとした。さらに、突起構造体は反射低減効果が高いとされる三方配列とした。 Here, the microstructure A22 in this Example 2 is a pillar array in which protrusion structures as shown in FIG. 1 are periodically arranged, and the structure has a bell-shaped moth-eye shape with a height of 300 nm and a period of 250 nm. Furthermore, the protrusion structure is arranged in a three-sided arrangement, which is considered to have a high reflection reduction effect.

また、微細構造体B23は、図1で示したような突起構造を周期的に配置したピラーアレイ状とし、構造体は釣鐘型のモス・アイ形状で高さ500nm、周期250nmとした。さらに、突起構造体は反射低減効果が高いとされる三方配列とした。 The microstructure B23 is a pillar array in which protrusion structures as shown in FIG. 1 are periodically arranged, and the structure has a bell-shaped moth-eye shape with a height of 500 nm and a period of 250 nm. Furthermore, the protrusion structures are arranged in a three-sided arrangement, which is considered to have a high reflection reduction effect.

このように、微細構造体A22は構造高さを構造周期で割ったアスペクト比が1に近く、微細構造体B23と比較し、構造体としての剛性が強い。一方で、微細構造体B23は、アスペクト比が2と大きく、反射低減効果が大きい構造となっている。従って、これらを組合せることで、光学フィルタ25総体としての反射低減効果を維持しつつ、外力と何らかの接触がある面に対し、微細構造体A22の面側を配置することで、光学フィルタ25総体としての剛性を高めることができる。 In this way, the aspect ratio of microstructure A22, calculated by dividing the structural height by the structural period, is close to 1, and the structure has greater rigidity than microstructure B23. On the other hand, microstructure B23 has a large aspect ratio of 2, and is structured to have a greater reflection reduction effect. Therefore, by combining these, the reflection reduction effect of the optical filter 25 as a whole can be maintained, while the surface side of microstructure A22 is placed against a surface that is in some kind of contact with an external force, thereby increasing the rigidity of the optical filter 25 as a whole.

まずは、基板上にUV硬化樹脂を0.2μmのPTFEフィルタを介し適量滴下した後、スピンコート法により所定の膜厚となるように基板全面にUV硬化樹脂を塗工した。その後、この基板に、樹脂の硬化収縮を加味し、前述の形状を反転させ設計されたホールアレイ形状に離型処理を施した石英モールドを押し当て、少しの時間この状態を保持した後、そのままの状態でUV光を照射することで樹脂を硬化させ、微細構造体A22を作製した。このようなUV硬化樹脂は各種様々な材料を用いることができ、本実施例ではアクリル系のUV硬化樹脂を用いた。 First, an appropriate amount of UV-curable resin was dropped onto the substrate through a 0.2 μm PTFE filter, and then the entire surface of the substrate was coated with the UV-curable resin by spin coating to a specified film thickness. After that, taking into account the cure shrinkage of the resin, a quartz mold that had been subjected to a release treatment to create a hole array shape designed by inverting the above-mentioned shape was pressed against this substrate, and after maintaining this state for a short time, the resin was cured by irradiating it with UV light in this state, producing the microstructure A22. A variety of materials can be used for such UV-curable resin, and in this example, an acrylic UV-curable resin was used.

その後、基板の表裏を反転させ、基板上のもう一方の面に、UV硬化樹脂を0.2μmのPTFEフィルタを介し適量滴下した後、スピンコート法により所定の膜厚となるように基板全面に塗工し、樹脂の硬化収縮を加味し、前述の形状を反転させ設計されたホールアレイ形状に離型処理を施した石英モールドを押し当て、少しの時間この状態を保持した後、そのままの状態でUV光を照射することで樹脂を硬化させ、微細構造体B23を作製した。
ここで、基板20とUVカット膜24や、基板20と微細構造体B23、UVカット膜と微細構造体A22など、各層の密着性を向上させる必要がある場合は、プライマー処理を行い、各界面に密着層を設けることも可能である。さらに、下地層に何らかの悪影響を与えない範囲であれば、プライマー液をより均一に塗工する為に、プライマー液塗工前に、UVオゾンなどによる親水化処理を施しても良い。また、このようなプロセスによる塗工を行う際、マスキングを施したり、プロセスをインクジェット法やグラビア法、マイクロコンタクトプリント法などに変えたりすることで、塗工領域を制限することも可能である。この際、前述のように、反射低減を必要とする場合は、隣接する界面での屈折率差は0.1以下に調整されることが好ましく、0.05以下が更に望ましい。
The substrate was then turned over, and an appropriate amount of UV-curable resin was dropped onto the other side of the substrate through a 0.2 μm PTFE filter, and then the resin was applied to the entire surface of the substrate by spin coating to a specified film thickness. Taking into account the cure shrinkage of the resin, the above-mentioned shape was inverted and a quartz mold that had been treated with a release agent was pressed against the designed hole array shape. This state was maintained for a short time, and then the resin was cured by irradiating it with UV light in that state, producing microstructure B23.
Here, when it is necessary to improve the adhesion of each layer, such as between the substrate 20 and the UV cut film 24, between the substrate 20 and the microstructure B23, or between the UV cut film and the microstructure A22, a primer treatment can be performed to provide an adhesion layer at each interface. Furthermore, in order to apply the primer liquid more uniformly, a hydrophilization treatment using UV ozone or the like may be performed before applying the primer liquid, as long as it does not have any adverse effect on the undercoat layer. In addition, when applying the primer liquid by such a process, it is also possible to limit the application area by applying masking or changing the process to an inkjet method, a gravure method, a microcontact printing method, or the like. In this case, as described above, when reflection reduction is required, the refractive index difference at the adjacent interfaces is preferably adjusted to 0.1 or less, and more preferably 0.05 or less.

また、UVカットフィルタのように紫外波長の一部領域に吸収や反射を持つフィルタの場合、使用するUV光の波長によっては、フィルタの基板側から光を照射した場合、フィルタがその光の少なくとも一部を吸収または反射してしまい、十分な光が樹脂まで届かない場合がある。従って、そのような場合はモールド側からUV光を照射する必要があり、必要なUV光の波長を十分に透過する材質のモールドを選択する必要がある。 In addition, in the case of filters that have absorption or reflection in a certain range of ultraviolet wavelengths, such as UV cut filters, depending on the wavelength of UV light used, when light is irradiated from the substrate side of the filter, the filter may absorb or reflect at least a portion of the light, and sufficient light may not reach the resin. Therefore, in such cases, it is necessary to irradiate UV light from the mold side, and to select a mold made of a material that sufficiently transmits the required wavelengths of UV light.

以上によって作製された光学フィルタ23の分光反射率特性を(株)日立ハイテクノロジーズ社製の分光光度計U4100を用い測定した結果が図6である。紫外波長領域では良好なUVカット機能を保ちつつ、UVカット機能を持たせることを考慮し透過阻止波長領域とした450nm~700nmの可視波長領域における分光反射率は0.8%以下となっており、本実施例2で作製された光学フィルタは非常に低い反射率を実現できた。 The spectral reflectance characteristics of the optical filter 23 produced as described above were measured using a spectrophotometer U4100 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, and the results are shown in Figure 6. While maintaining good UV blocking function in the ultraviolet wavelength region, the spectral reflectance in the visible wavelength region of 450 nm to 700 nm, which is set as the transmission blocking wavelength region in consideration of providing UV blocking function, is 0.8% or less, and the optical filter produced in this Example 2 was able to achieve a very low reflectance.

これを、指やペンなどの接触や、フィルタを駆動させる時に生じる隣接部材との擦れなど、外部との接触機会がある面に対し、微細構造体A22の面側を配置し、接触機会を有さない面側に微細構造体B23を配置することで、光学フィルタ25総体として低反射特性を維持しつつ、外力に対する剛性を高めることが可能である。 By placing the microstructure A22 on the surface that is likely to come into contact with the outside, such as through contact with a finger or pen, or rubbing against adjacent parts when the filter is operated, and by placing the microstructure B23 on the surface that is not likely to come into contact with the outside, it is possible to increase the rigidity against external forces while maintaining the low reflection characteristics of the optical filter 25 as a whole.

また、本実施例2では、ナノインプリントプロセスを2回繰り返すことで、基板の両面に微細構造体を形成したが、スピンコートや、ディップコートなどにより樹脂を基板表裏へ塗工した後、両面を同時にUVナノインプリントすることでも同様の微細構造体を形成することができる。また、本実施例2ではUVカット膜を基板上の一方の面のみに形成したが、これに限らず基板両面へ分割配置することも可能である。さらには、異なる透過阻止波長域を持つ複数のUVカット膜に分けて、これらを基板両面に分割配置することも可能である。 In addition, in this Example 2, the nanoimprint process was repeated twice to form microstructures on both sides of the substrate, but similar microstructures can also be formed by applying resin to the front and back of the substrate by spin coating or dip coating, and then performing UV nanoimprinting on both sides simultaneously. In addition, in this Example 2, the UV-cut film was formed on only one side of the substrate, but this is not limited to this, and it is also possible to divide and place the film on both sides of the substrate. Furthermore, it is also possible to divide the UV-cut film into multiple films with different transmission blocking wavelength ranges and divide and place these on both sides of the substrate.

(実施例3)
先の本実施例2においては、反射低減効果を持つ微細構造体を備えたUVカット機能付きの光学フィルタについて述べたが、この他の光学膜においても、同様の効果を得ることが可能である。
Example 3
In the above-mentioned second embodiment, an optical filter with a UV cut function having a microstructure with a reflection reducing effect has been described, but the same effect can be obtained with other optical films.

例えば、AR膜、IR(赤外線)カット膜、UVIRカット膜、カラーフィルタ膜、蛍光フィルタ膜、ND(Neutral Density)膜、その他のバンドパスフィルタ膜やエッジフィルタ膜などへ適用できる。更には、水蒸気等のバリア膜などを適用することも可能である。 For example, it can be applied to AR films, IR (infrared) cut films, UVIR cut films, color filter films, fluorescent filter films, ND (neutral density) films, other bandpass filter films, edge filter films, etc. Furthermore, it can also be applied to barrier films against water vapor, etc.

基板の片面側の最表層部となる、これらの光学膜上に、反射低減効果を発現する微細構造体を形成する。ここで、微細構造体と界面を形成する光学膜の最表層との屈折率差を小さく構成し、更に各光学膜は、光学膜の最表層と微細構造体との界面での反射を無視した、それ以外の界面からの光干渉効果により形成される反射を可能な限り小さくする積層構成とする。 Microstructures that exhibit a reflection-reducing effect are formed on these optical films, which form the outermost layer on one side of the substrate. Here, the refractive index difference between the microstructures and the outermost layer of the optical film that forms the interface is small, and each optical film has a layered structure that ignores reflections at the interface between the outermost layer of the optical film and the microstructures and minimizes reflections caused by optical interference effects from other interfaces.

さらに、基板の表裏を変え、基板上のもう一方の面の最表層部にも、反射低減効果を発現する微細構造体を形成する。この際、微細構造体は基板上の最表層部に配置されれば、十分な反射低減効果を発現することが可能であり、最初の面と同様のコンセプトで光学膜を形成し、その上に微細構造体を形成することも可能であるし、基板直上に微細構造体を形成することも可能である。さらに、必要であれば、これら各界面の任意の位置に密着層を挿入しても良い。これにより、光学フィルタ総体として反射を低減した光学フィルタを得ることができる。 Furthermore, the substrate is turned over, and a microstructure that exhibits a reflection-reducing effect is also formed on the outermost layer of the other surface of the substrate. In this case, if the microstructure is placed on the outermost layer of the substrate, it is possible to exhibit a sufficient reflection-reducing effect. It is also possible to form an optical film with the same concept as the first surface and then form the microstructure on top of it, or to form the microstructure directly on the substrate. Furthermore, if necessary, an adhesive layer may be inserted at any position on each of these interfaces. This makes it possible to obtain an optical filter that reduces reflection as a whole.

これを、指やペンなどの接触や、フィルタを駆動させる時に生じる隣接部材との擦れなど、外部との接触機会がある面に対し、構造高さを構造周期で割ったアスペクト比が小さい方の微細構造体が形成された面側を配置し、接触機会を有さない面側に、もう一方の微細構造体が形成された面側を配置することで、光学フィルタ総体として低反射特性を維持しつつ、外力に対する剛性を高めることが可能である。ここで、反射低減効果と外力に対する耐久性の2つの観点から、外部との接触機会がある面に配置される微細構造体のアスペクト比は1に近い値であることが好ましく、概ね0.8~1.2の範囲であることが特に好ましい。さらに、外部との接触機会を有さない面に配置される微細構造体のアスペクト比は反射低減効果が高い方が良い為、微細構造体のアスペクト比は1以上であることが望ましく、1.2以上であることが特に望ましい。 By arranging the surface on which the microstructures with the smaller aspect ratio (the structural height divided by the structural period) are formed on a surface that has an opportunity for contact with the outside, such as contact with a finger or pen, or rubbing against adjacent members that occurs when the filter is driven, and arranging the surface on which the other microstructures are formed on a surface that has no opportunity for contact, it is possible to increase the rigidity against external forces while maintaining the low reflection characteristics of the optical filter as a whole. Here, from the two viewpoints of reflection reduction effect and durability against external forces, it is preferable that the aspect ratio of the microstructures arranged on the surface that has an opportunity for contact with the outside be close to 1, and it is particularly preferable that it is in the range of approximately 0.8 to 1.2. Furthermore, since the aspect ratio of the microstructures arranged on the surface that has no opportunity for contact with the outside is better for a high reflection reduction effect, it is preferable that the aspect ratio of the microstructures be 1 or more, and it is particularly preferable that it be 1.2 or more.

このような光学膜は、例えばIRカット膜とUVカット膜など、異なる機能を持つ複数の光学膜を基板両面に分割して配置することも可能である。さらには、例えばIRカット膜などでは、異なる透過阻止波長域を持つ複数のIRカット膜に分けて、これらを基板両面に分割配置することも可能である。 Such optical films can be divided into multiple optical films with different functions, such as an IR cut film and a UV cut film, and placed on both sides of the substrate. Furthermore, for example, an IR cut film can be divided into multiple IR cut films with different transmission blocking wavelength ranges, and these can be divided and placed on both sides of the substrate.

(実施例4)
次に、タッチパネルを1枚の基板とみなし、その基板両面に、アスペクト比の異なる微細構造体を形成した実施例について、図7を用いて以下に説明する。
Example 4
Next, an embodiment in which a touch panel is regarded as a single substrate and microstructures with different aspect ratios are formed on both sides of the substrate will be described below with reference to FIG.

図7はタッチパネルの一例となる断面の概略図である。樹脂やガラスなどで構成されたベースとなる基板40上に、スペーサを介し、ITOなどが形成された2枚の導電フィルムが構成されている。図7における基板40は、この下側に配置される不図示の光源の保護板としての要素も果たしている。また、基板40の下面は封止される構造となる為、基本的には外部とのコンタクトを持つことはない。逆に、図7における上部導電フィルム43の上面は、人の指や、タッチペンなどが触れる面となる。本実施例4では、基板40は2.0mmの厚さを持つPET樹脂を用いたが、PC樹脂やその他の樹脂でも良いし、ガラス系の材料や、無機と有機のハイブリッド材料でも良く、基板の厚さを含め、タッチパネルの基板として機能可能な材料であれば、適宜選択することが可能である。 Figure 7 is a schematic diagram of a cross section of an example of a touch panel. Two conductive films on which ITO or the like is formed are configured via spacers on a base substrate 40 made of resin, glass, or the like. The substrate 40 in Figure 7 also serves as a protective plate for a light source (not shown) located below it. In addition, since the lower surface of the substrate 40 is sealed, it basically does not have contact with the outside. Conversely, the upper surface of the upper conductive film 43 in Figure 7 is the surface that is touched by a human finger or a touch pen. In this Example 4, the substrate 40 is made of PET resin with a thickness of 2.0 mm, but it may be PC resin or other resins, glass-based materials, or inorganic and organic hybrid materials. Any material that can function as a substrate for a touch panel, including the thickness of the substrate, can be appropriately selected.

ここで、このタッチパネル全体を1枚の基板と見なし、図7に示すように、基板に対し光の入出力面となる各面の最表層部分に、微細構造体A41と、微細構造体B42を形成した。本実施例4における微細構造体A41は、図1で示したような突起構造を周期的に配置したピラーアレイ状とし、構造体は釣鐘型のモス・アイ形状で高さ300nm、周期250nmとした。さらに、突起構造体は反射低減効果が高いとされる三方配列とした。
また、微細構造体B42は、図1で示したような突起構造を周期的に配置したピラーアレイ状とし、構造体は釣鐘型のモス・アイ形状で高さ500nm、周期250nmとした。さらに、突起構造体は反射低減効果が高いとされる三方配列とした。
Here, the entire touch panel was regarded as a single substrate, and as shown in Fig. 7, a microstructure A41 and a microstructure B42 were formed on the outermost layer of each surface that serves as the light input/output surface for the substrate. The microstructure A41 in this Example 4 was a pillar array in which protrusion structures as shown in Fig. 1 were periodically arranged, and the structures had a bell-shaped moth-eye shape with a height of 300 nm and a period of 250 nm. Furthermore, the protrusion structures were arranged in a three-sided arrangement, which is considered to have a high reflection reduction effect.
The microstructure B42 was a pillar array in which the protrusion structures shown in Fig. 1 were periodically arranged, and the structure had a bell-shaped moth-eye shape with a height of 500 nm and a period of 250 nm. Furthermore, the protrusion structures were arranged in a three-sided arrangement, which is considered to have a high reflection reducing effect.

このように、微細構造体A41は構造高さを構造周期で割ったアスペクト比が1に近く、微細構造体B42と比較し、構造体としての剛性が強い。一方で、微細構造体B42は、アスペクト比が2と大きく、反射低減効果が大きい構造となっている。従って、これらを組合せることで、光学フィルタ46総体としての反射低減効果を維持しつつ、外力と何らかの接触がある面に対し、微細構造体A41の面側を配置することで、光学フィルタ46総体としての剛性を高めることができる。 In this way, the aspect ratio of microstructure A41, calculated by dividing the structural height by the structural period, is close to 1, and the rigidity of the structure is stronger than that of microstructure B42. On the other hand, microstructure B42 has a large aspect ratio of 2, and is a structure with a large reflection reduction effect. Therefore, by combining these, the reflection reduction effect of the optical filter 46 as a whole can be maintained, while the rigidity of the optical filter 46 as a whole can be increased by placing the surface side of microstructure A41 against a surface that is in some kind of contact with an external force.

このような微細構造体A41、微細構造体B42の作製は、本実施例ではUV硬化樹脂を用いた光ナノインプリント法を選択した。 In this embodiment, the photo-nanoimprint method using a UV-curable resin was selected to fabricate the microstructures A41 and B42.

まずは、基板上部となる上部導電フィルム43上にUV硬化樹脂を0.2μmのPTFEフィルタを介し適量滴下した後、スピンコート法により所定の膜厚となるようにUV硬化樹脂を塗工した。その後、これに樹脂の硬化収縮を加味し、前述の形状を反転させ設計されたホールアレイ形状に離型処理を施した石英モールドを押し当て、少しの時間この状態を保持した後、そのままの状態でUV光を照射することで樹脂を硬化させ、微細構造体A41を作製した。このようなUV硬化樹脂は各種様々な材料を用いることができ、本実施例では反射低減の観点から屈折率の低いフッ素成分が添加されたアクリル系のUV硬化樹脂を用いた。 First, an appropriate amount of UV-curable resin was dropped onto the upper conductive film 43, which is the upper part of the substrate, through a 0.2 μm PTFE filter, and then the UV-curable resin was applied to a specified film thickness by spin coating. After that, taking into account the cure shrinkage of the resin, the above-mentioned shape was inverted and a quartz mold that had been subjected to a release treatment was pressed against the designed hole array shape, and after maintaining this state for a short time, the resin was cured by irradiating it with UV light in this state, producing the microstructure A41. Various types of materials can be used for such UV-curable resin, and in this example, an acrylic UV-curable resin with a fluorine component added to it, which has a low refractive index, was used to reduce reflection.

その後、基板の表裏を反転させ、図7における基板40下部となる面に、UV硬化樹脂を0.2μmのPTFEフィルタを介し適量滴下した後、スピンコート法により所定の膜厚となるように基板全面に塗工し、樹脂の硬化収縮を加味し、前述の形状を反転させ設計されたホールアレイ形状に離型処理を施した石英モールドを押し当て、少しの時間この状態を保持した後、そのままの状態でUV光を照射することで樹脂を硬化させ、微細構造体B42を作製した。 Then, the substrate was turned over, and an appropriate amount of UV-curable resin was dropped through a 0.2 μm PTFE filter onto the surface that would become the lower part of substrate 40 in FIG. 7, and then the entire substrate was coated with a predetermined film thickness by spin coating. Taking into account the cure shrinkage of the resin, the above-mentioned shape was inverted and a quartz mold that had been subjected to a release treatment was pressed against the designed hole array shape. This state was maintained for a short time, and then UV light was irradiated in this state to cure the resin, producing microstructure B42.

ここで、前述のように、基板40と微細構造体B42や、上部導電フィルム43と微細構造体A41など、各界面での屈折率差は0.1以下に調整されることが好ましく、0.05以下が更に望ましい。 As mentioned above, the refractive index difference at each interface, such as between the substrate 40 and the microstructure B42, or between the upper conductive film 43 and the microstructure A41, is preferably adjusted to 0.1 or less, and more preferably 0.05 or less.

さらに、各層の密着性を向上させる必要がある場合は、プライマー処理を行い、各界面に密着層を設けることも可能である。さらに、下地層に何らかの悪影響を与えない範囲であれば、プライマー液をより均一に塗工する為に、プライマー液塗工前に、UVオゾンなどによる親水化処理を施しても良い。また、このようなプロセスによる塗工を行う際、マスキングを施したり、プロセスをインクジェット法やグラビア法、マイクロコンタクトプリント法などに変えたりすることで、塗工領域を制限することも可能である。この場合も、前述のように、隣接する各界面での屈折率差は0.1以下に調整されることが好ましく、0.05以下が更に望ましい。 Furthermore, if it is necessary to improve the adhesion of each layer, a primer treatment can be performed to provide an adhesion layer at each interface. Furthermore, to ensure a more uniform application of the primer liquid, a hydrophilic treatment using UV ozone or the like can be performed before the primer liquid is applied, so long as it does not adversely affect the undercoat layer. When applying the primer liquid using such a process, it is also possible to limit the application area by applying masking or changing the process to an inkjet method, gravure method, microcontact printing method, or the like. In this case, as mentioned above, it is preferable that the refractive index difference at each adjacent interface is adjusted to 0.1 or less, and more preferably 0.05 or less.

また同様に、本実施例2で作製したようなUVカット膜を、例えば基板40上に形成することで、UVカット機能を付加したパネルとすることも可能であるし、本実施例3に記載した各種の光学膜をこれらのパネルに適用することも可能である。 Similarly, it is possible to form a UV-cut film such as that produced in this Example 2 on, for example, the substrate 40, to provide a panel with UV-cut functionality, and it is also possible to apply the various optical films described in this Example 3 to these panels.

更には、これらに限らず、他の光学デバイスや光学装置であっても、本実施例1~3で記載されたような、基板両面で異なるアスペクト比を持つ、可視波長よりも短いピッチで配置された反射低減効果を持つ微細構造体を備えた光学フィルタを用いることで、十分な反射低減効果を維持しつつ、外力に対する剛性を高めることが可能である。 Furthermore, not limited to these, even in other optical devices or optical equipment, by using an optical filter equipped with microstructures having a reflection reduction effect arranged at a pitch shorter than the visible wavelength and having different aspect ratios on both sides of the substrate as described in the first to third embodiments, it is possible to increase the rigidity against external forces while maintaining a sufficient reflection reduction effect.

例えば、条件によってフィルタを出し入れするなど、フィルタが周囲との相対位置を変化させる場面がある光学フィルタであれば、駆動時に何らかの部材と接触する可能性があるが、このような機構に本実施例1~3の光学フィルタを適宜配置すれば、非常に小さい反射を維持したまま、外部との接触に対し、耐久性を高めた光学デバイスを実現できる。 For example, if the optical filter is one in which the relative position to the surroundings changes, such as when the filter is inserted or removed depending on the conditions, there is a possibility that the filter may come into contact with some component when driven. However, by appropriately arranging the optical filters of Examples 1 to 3 in such a mechanism, an optical device with improved durability against contact with the outside world can be realized while maintaining very low reflection.

10.20.40.基板
11.22.41.微細構造体A
12.23.42.微細構造体B
13.24.密着層
14.25.46.光学フィルタ
21.UVカット膜
41.上部導電フィルム
42.下部導電フィルム
43.スペーサ

10.20.40. Substrate 11.22.41. Microstructure A
12.23.42. Microstructure B
13. 24. Adhesion layer 14. 25. 46. Optical filter 21. UV cut film 41. Upper conductive film 42. Lower conductive film 43. Spacer

Claims (3)

外部との接触機会を有する透明基板の片面側の最表層部に可視波長よりも短いピッチで配置された微細構造体Aを備え、
外部との接触機会を有さない前記基板のもう一方の面側の最表層部に可視波長よりも短いピッチで配置された微細構造体Bを備え、
前記微細構造体A及び前記微細構造体Bは、同一面上に同一形状の周期的な微細突起構造のみが配置され、
前記微細構造体Aのアスペクト比が前記微細構造体Bのアスペクト比よりも小さく、
前記基板と前記微細構造体Aとの間に、UVカット膜が形成され
前記UVカット膜の最表層と前記微細構造体Aの材料の屈折率差が、0.1以下であり、
前記UVカット膜の最表層は、SiO2であり、
前記微細構造体Aの材料が樹脂である
ことを特徴とする光学フィルタを搭載した光学デバイス。
The device includes microstructures A arranged at a pitch shorter than a visible wavelength on a top surface layer of one surface of a transparent substrate that has an opportunity for contact with the outside,
a microstructure B arranged at a pitch shorter than a visible wavelength on the outermost layer portion of the other surface side of the substrate, which does not have an opportunity for contact with the outside;
The microstructure A and the microstructure B each have only periodic microprotrusion structures of the same shape arranged on the same surface,
The aspect ratio of the microstructure A is smaller than the aspect ratio of the microstructure B,
A UV-cut film is formed between the substrate and the microstructure A ,
the difference in refractive index between the outermost layer of the UV-cut film and the material of the microstructure A is 0.1 or less;
The outermost layer of the UV-cut film is SiO2,
The material of the microstructure A is a resin.
An optical device equipped with an optical filter.
前記微細構造体の材料の屈折率が、前記基板の屈折率よりも低いことを特徴とする、
請求項に記載の光学デバイス。
The refractive index of the material of the microstructure is lower than the refractive index of the substrate.
The optical device of claim 1 .
前記光学フィルタを構成する各層の界面の一部に密着層を設けたことを特徴とする、
請求項1または2に記載の光学デバイス。
An adhesive layer is provided at a part of the interface between each layer constituting the optical filter.
3. An optical device according to claim 1 or 2 .
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