KR101389914B1 - 광학 소자, 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법, 및 광전변환 장치 - Google Patents

광학 소자, 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법, 및 광전변환 장치 Download PDF

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키미타카 니시무라
타다오 스즈키
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Abstract

광학 소자는, 기체(基體; base) 표면에, 볼록부(凸部; high portion) 또는 오목부(凹部; lower portion)로 이루어지는 구조체가 가시광의 파장 이하의 미세 피치로 다수 배치되어 이루어진다. 각 구조체는, 기체 표면에서 복수열의 원호상(圓弧狀) 트랙을 이루도록 배치되어 있음과 동시에, 준육방 격자 패턴을 형성하고, 구조체는, 원호상 트랙의 원주 방향에 장축 방향을 가지는 타원추 또는 타원추대(타원뿔대) 형상이다.
석영 기판, 레지스트층, 원반, 노광 장치, 복제 기판, 금형, 광학 소자, 기체, 기판, 구조체, 광학 소자, 색소 증감형 태양 전지, 실리콘계 태양 전지.

Description

광학 소자, 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법, 및 광전 변환 장치{OPTICAL ELEMENT, METHOD FOR MANUFACTURING MASTER FOR MANUFACTURING OPTICAL ELEMENT, AND PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE}
본 발명은, 표면에 볼록부(凸部; high portion) 또는 오목부(凹部; lower portion)로 이루어지는 구조체가 가시광의 파장 이하의 미세 피치로 다수 배치되어 이루어지는 광학 소자, 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법 및, 광전 변환 장치에 관한 것이다.
종래부터, 유리, 플라스틱 등의 투광성 기재(基材; base material)를 이용한 광학 소자에서는, 광의 표면 반사를 억제하기 위한 표면 처리가 행해져 있는 것이 있다. 이런 종류의 표면 처리로서, 광학 소자 표면에 미세하고 또한 치밀한 요철(凹凸; uneven)(모스아이(moth eye); 나방(蛾)의 눈) 형상을 형성하는 방법이 있다(예를 들면, 「광기술 컨택트」 Vol.43, No.11(2005), 630-637 참조).
일반적으로, 광학 소자 표면에 주기적인 요철 형상을 설치한 경우, 이곳을 광이 투과할 때에는 회절이 발생하고, 투과광의 직진 성분이 대폭 감소한다. 그러 나, 요철 형상의 피치가 투과하는 광의 파장보다도 짧은 경우에는 회절은 발생하지 않고, 유효한 반사 방지 효과를 얻을 수가 있다.
도 29에, 상술한 표면 구조를 구비한 광학 소자의 개략 구성을 도시한다(예를 들면, 일본 특개2003-294910호 공보 참조). 이 광학 소자(101)는, 기체(基體; base)(102)의 표면에, 추체상(錐體狀)의 볼록부로 이루어지는 구조체(103)가 광(가시광)의 파장 이하의 미세 피치로 다수 배치된 구조를 가지고 있다. 이와 같은 표면 구조를 가지는 광학 소자(101)는, 구조체(103)의 사면부에서 공기층과의 계면에서의 굴절률의 완만한 변화를 일으키게 하고, 기체(102)의 표면측으로부터 입사하는 광의 반사를 효과적으로 방지한다. 또한, 구조체(103)는 볼록부 형상인 경우에 한정되지 않고, 오목부로 구성해도 동일한 작용이 얻어진다.
또, 구조체(103)의 단면 형상이나 배치 형태 등에 관계해서도 많은 제안이 이루어져 있다. 예를 들면 도 28에 도시한 광학 소자(101)에서는, 도시한 형상의 구조체(103)는, 해당(當該) 각 구조체를 격자 단위로 했을 때에 정방 격자 패턴을 형성하도록 배치된 예가 나타내어져 있다. 한편, 예를 들면 일본 특개2004-317922호 공보에는, 도 30에 도시하는 바와 같은 정육방 격자 패턴을 형성하도록 구조체(104)를 배치하는 예가 개시되어 있다. 또, 일본 특개2004-317922호 공보에는, 구조체의 형상을 원추상(圓錐狀)으로 형성하는 예가 나타내어져 있다.
그런데, 이들 광학 소자는, 각 구조체를 구성하는 표면 미세 구조를 가진 마스터 원기(原器)(원반)로부터 그의 복제 기판을 제작하고, 또 이것으로부터 성형용 금형을 제작함으로써, 성형에 의해 저렴하게 또한 대량으로 제조되는 것이 기대되 고 있다. 구체적으로는, 1개의 마스터 원기로부터, 자외선 경화 복제 기판을 제작하고, 이것으로부터 도금 기술에 의해 성형용 금형을 제작하고, 이 성형용 금형을 이용한 사출 성형에 의해서, 예를 들면 폴리카보네이트 수지제의 광학 소자를 대량으로 제조하는 것이 가능해진다.
마스터 원기의 제작 방법으로서는, 기판 위에 도포한 레지스트에 대해서 노광 및 현상 처리를 실시해서 레지스트 패턴을 형성한 후, 이 레지스트 패턴을 마스크로 한 드라이 에칭을 행한다. 그 후, 레지스트 패턴(혹은, 마스크 패턴)을 제거하는 것에 의해서, 기판 표면에 볼록부 또는 오목부로 이루어지는 구조체가 미세 피치로 배치된 표면 요철 구조가 형성된다. 또한, 마스터 원기를 구성하는 기판 재료로는, 석영 등의 무기 재료를 이용할 수가 있다.
마스터 원기의 제작에는, 기판 표면에 형성한 미세한 레지스트 패턴의 높은 형상 정밀도가 필요하게 된다. 가시광의 파장 이하의 미세 피치 패턴을 고정밀도로 형성하는 기술로서, 전자선 노광이 알려져 있다.
전자선 노광을 이용해서 제작한 모스아이 구조체로서는, 도 31에 도시하는 바와 같은 미세한 텐트 형상의 모스아이 구조체(피치 약 300㎚, 깊이 약 400㎚)가 개시되어 있다(NTT 어드밴스 테크놀러지(주)(NTT Advanced Technology Corporation), "파장 의존성이 없는 반사 방지체(모스아이)용 성형 금형 원반", [online], [평성19년(2007년) 8월 20일 검색], 인터넷<URL: http://keytech.ntt-at.co.jp/nano/prd_0016.html> 참조). 이 모스아이 구조체는, 예를 들면 Si(실리콘) 기판 위의 포토레지스트에 전자선 기록에 의해 요철 패턴을 형성하고, 요철 포 토레지스트 패턴을 마스크로 해서, Si 기판면의 이방성 에칭을 실시했다고 생각된다. 이 모스아이 구조체는 도 32에 도시하는 바와 같이 육방 격자상(格子狀)으로 형성되는 것에 의해, 가시광의 파장에서 매우 고성능인 반사 방지 효과(반사율 1% 이하)가 얻어지고 있다. 도 33은 해당 Si 원반의 반사율의 파장 의존 특성을 도시한다.
그러나, 전자선 노광은 작업시간이 길다고 하는 결점을 가지고 있으며, 공업적인 생산에는 적합하지 않다. 예를 들면, 제일 가는(가장 미세한) 패턴을 그릴 때에 사용하는 100㎀의 빔으로, 칼릭스아렌(Calixarene)과 같은 수십 mC/㎠의 도우즈량을 요구하는 레지스트에 그린 경우, 24시간 노광해도 한 변이 200㎛인 정방형을 다 칠(塗; fill)할 수 없다. 또, 현재 일반적으로 이용되고 있는 휴대전화용의 2.5인치 소형 디스플레이(50.8㎜×38.1㎜)의 면적을 노광하는 경우, 약 20일이나 필요하게 된다.
그래서, 마스터 원기를 더욱더 저코스트로 또한 단시간에 제작할 수 있는 기술이 바래지고(요망되고) 있다. 이 요망에 부응할 수 있도록, 레이저 노광에 의해 마스터 원기를 제작하는 기술이 제안되어 있다. 구체적으로는, 광 디스크의 마스터링 기술을 이용한 마스터 원기의 제작 기술이 여러가지 검토되고 있다.
예를 들면, 광 디스크의 마스터링 기술을 이용해서 직경 12㎝의 디스크형상의 Si 기판 위에 제작된 나노미터 사이즈의 미세 구조 광학 소자(모스아이 저반사 구조)가 개시되어 있다(일본 독립 행정 법인 산업 기술 종합 연구소, "나노미터 사이즈의 미세 가공을 가능하게 하는 탁상형 장치를 개발", [online], [평성19 년(2007년) 8월 20일 검색], 인터넷 <URL: http: //www.aist_j/press_release/pr2006/pr20060306/pr20060306.html> 참조). 이 방법에 의하면, 기판을 6m/s의 속도로 회전시키면서, 60㎒의 펄스 주파수로 레이저광을 조사하고, 광 빔 스폿의 6분의 1 이하의 50㎚의 도트 패턴을 600만 도트/s의 속도로 제작할 수 있다고 되어 있다. 도 34는 이 광학 소자의 나노도트 패턴의 제작 예를 도시하고 있다.
또, 정삼각형 모양(模樣)을 한 위상형 회절 격자와, 6영역의 톱니상(鋸齒狀) 회절 격자를 이용해서 레이저 빔을 6개의 레이저 빔으로 평행 분리하여, 이들 6개의 레이저 빔을 대물 렌즈에 의해 한점에 집광시키는 것에 의해 간섭시키고, 유리 원반 표면의 포토레지스트층에서, 6개의 스폿을 정육각형의 각 정점(頂点)에 형성하는 것이 개시되어 있다(예를 들면, 일본 특개2003-131390호 공보).
그렇지만, 상술한 기술로 제작된 광학 소자는, 반사율의 파장 의존 특성이 나쁘고, 1% 이하의 저반사율을 실현할 수 없기 때문에, 반사 방지 구조로서는 실용에 적합하지 않다. 이것은, 나노 도트 패턴의 밀도(개구율)가 낮고(50% 이하), 패턴 비형성부의 평면 영역에서의 프레넬(Fresnel) 반사가 크기 때문이라고 생각된다. 도 35는, 도 34에 도시한 광학 소자의 반사 특성을 도시하고 있다.
본 발명은 상술한 문제를 감안해서 이루어지고, 생산성이 높고, 반사 방지 특성이 뛰어난 광학 소자, 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법 및, 광전 변환 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자는, 종래 기술이 가지는 상술한 과제를 해결하기 위해서, 예의 검토를 행했다. 이하에 그 개요를 설명한다.
본 발명자들은, 광 디스크의 마스터링 기술을 응용해서 제작되는 광학 소자, 즉 원호상(圓弧狀)(원주상(圓周狀))으로 구조체가 배열된 광학 소자에 대해서, 반사 방지 특성을 향상하기 위해서, 검토를 행했다.
통상, 상기 광학 소자의 기술 분야에서는, 반사 방지 특성의 향상을 목적으로 하는 경우, 광학 소자에 설치되는 구조체의 형성은, 저면(底面)을 원으로 하는 원추체상(圓錐體狀)으로 하는 것이 바람직하다. 또, 이와 같은 형상이, 반사 방지 특성을 얻기 위해서는 이상(理想) 형상이라고 생각되고 있다. 또, 상기 형상의 구조체의 충전율을 높이기 위해서는, 구조체를 정육방 격자상으로 배치하는 것이 바람직하다고 생각된다.
그러나, 본 발명자들의 지견(知見)에 의하면, 광 디스크의 마스터링 기술을 응용해서 제작되는 광학 소자에서는, 상기와 같은 이상적인 원추체상으로 구조체를 형성하는 것은 곤란하며, 실제의 생산성을 고려하면, 원주 방향이 장축 방향으로 되는 타원을 밑면으로 하는 타원추체상으로 구조체를 제작하는 것이 유리하다.
또, 본 발명자들의 지견에 의하면, 상기 타원추체상의 구조체를 가지는 광학 소자는, 일반적인 원추체상의 구조체를 가지는 광학 소자와 거의 동등한 반사 방지 특성을 얻을 수가 있다.
그래서, 본 발명자들은, 상기 타원추체상의 구조체를 가지는 광학 소자에 대해서, 반사 방지 특성을 향상하기 위한 검토를 행했다. 구체적으로는, 육방 격자상으로 배치된 구조체의 충전율을 높이는 것을 검토했다. 그 결과, 광 디스크의 마스터링 기술을 응용한 레이저 노광에서는, 구조체 사이의 간격을 좁혀 가면, 원주 방향의 구조체 사이의 높이(깊이)가 작아지고, 원주 방향의 배치 피치 P1과, 인접하는 2개의 트랙에 배치된 구조체의 배치 피치 P2를 같은(同)정도의 피치로 짧게 할 수 없게 되기 때문에, 구조체를 정육방 격자상으로 배치하는 것이 곤란하게 되는 것을 찾아내기에 이르렀다.
그래서, 본 발명자들은, 상기 정육방 격자상을 대신하는 구조체의 배치에 대해서 검토했다. 그 결과, 원주 방향으로 잡아늘여(引伸; enlarge)지고 일그러진 준육방(準六方) 격자상으로 구조체를 배치하는 것을 찾아내기에 이르렀다.
또, 구조체가 타원추(楕圓錐) 형상인 경우, 육방 격자상으로 배치하는 것이 아니라, 준육방 격자상으로 구조체를 배치하는 것이, 보다 지름 방향의 충전율을 높일 수도 있다.
본 발명은 이상의 검토에 의거하여 안출된 것이다.
즉, 본 발명의 광학 소자는,
기체 표면에, 볼록부 또는 오목부로 이루어지는 구조체가 광의 파장 이하의 미세 피치로 다수 배치되어 이루어지는 광학 소자로서,
각 구조체는, 기체 표면에서 복수열의 원호상 트랙을 이루도록 배치되어 있음과 동시에, 준육방 격자 패턴을 형성하고,
구조체는, 원호상 트랙의 원주 방향에 장축 방향을 가지는 타원추 또는 타원추대(타원뿔대) 형상인
것을 특징으로 한다.
본 발명의 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법은,
볼록부 또는 오목부로 이루어지는 구조체가 광의 파장 이하의 미세 피치로 다수 배치되어 이루어지는 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법으로서,
표면에 레지스트 층이 형성된 기판을 준비하는 제1 공정과,
기판을 회전시킴과 동시에, 레이저광을 기판의 회전 반경 방향으로 상대 이동시키면서, 레지스트 층에 레이저광을 간헐적으로 조사해서, 가시광 파장보다도 짧은 피치로 타원 형상의 잠상(潛像)을 형성하는 제2 공정과,
레지스트 층을 현상해서, 기판의 표면에 레지스트 패턴을 형성하는 제3 공정을 가지고,
제2 공정에서는, 인접하는 3열의 트랙 사이에서 준육방 격자 패턴을 구성하도록 잠상을 형성하는
것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서는, 표면에 가시광 파장 이하의 미세 피치로 다수 배치된 구조체가, 복수열의 원호상 트랙을 이루도록 배치되어 있음과 동시에, 인접하는 3열의 트랙 사이에서 준육방 격자 패턴을 형성하고 있으므로, 표면에서의 구조체의 충전 밀도를 높게 할 수 있으며, 이것에 의해 가시광의 반사 방지 효율을 높이고, 반사 방지 특성이 뛰어난 투과율이 지극히 높은 광학 소자를 얻을 수가 있다. 또, 구조체의 제작에 광 디스크의 기록 기술을 이용하고 있으므로, 상기 구성의 광학 소자 제작용 원반을 단시간에 효율좋게 제조할 수 있음과 동시에 기판의 대형화에도 대응할 수 있으며, 이것에 의해 광학 소자의 생산성 향상을 도모할 수가 있다. 또, 구조체의 미세 배열을 광 입사면 뿐만 아니라 광 출사면(出射面)에도 설치함으로써, 투과 특성을 보다 한층더 향상시킬 수가 있다.
또, 본 발명에 있어서, 제2 공정에서, 레지스트 층에 대한 레이저광의 조사 주기를 1트랙마다 변화시키면서 행하는 것에 의해, 인접하는 3열의 트랙 사이에서 구조체(잠상)를 준육방 격자 패턴형상으로 배치 형성하는 것이 가능해진다. 레이저광의 조사 주기는, 예를 들면 기판을 각속도 일정하게 회전시키고, 원주 방향의 구조체의 배치 피치가 일정하게 되도록 레이저광의 펄스 주파수를 최적화한다. 구체적으로는, 트랙 위치가 기판 중심으로부터 멀어짐에 따라서, 레이저광의 조사 주기가 짧아지도록 변조 제어한다. 이것에 의해, 기판 전면에서 공간 주파수가 균일한 나노패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
상기 방법으로 형성된 잠상을 현상하고, 얻어진 레지스트 패턴을 마스크로 하는 에칭 처리를 실시하는 것에 의해, 원호상 트랙의 원주 방향에 장축 방향을 가지는 타원추 또는 타원추대 형상의 구조체를 얻을 수가 있다. 특히, 이 타원추 또는 타원추대 형상의 구조체는, 중앙부의 기울기가 선단 부 및 저부(底部)의 기울기보다도 급준하게(가파르게) 형성되는 것이 바람직하고, 이것에 의해 내구성 및 전사성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또, 상기 방법에 의해, 동일 트랙 내에서의 구조체의 배치 피치가, 인접하는 2트랙 사이에서의 구조체의 배치 피치보다도 긴 준육방 격자 패턴을 얻을 수 있으며, 이것에 의해 구조체의 충전 밀도의 더 높은 향상을 도모할 수 있게 된다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 관계된 광학 소자는, 디스플레이, 태양 전지, 조명 장치 등의 여러가지 광 디바이스에서의 도광판(導光板) 혹은 도광창(導光窓)으로서 이용함으로써, 표면 반사가 적은 광 이용 효율이 뛰어난 광 디바이스를 구성하는 것이 가능해진다.
특히, 본 발명의 광전 변환 장치는,
광전 변환층과,
상기 광전 변환층의 수광부에 설치된 광 투과성의 광학 소자를 구비하고,
상기 광학 소자는, 수광면에, 광의 파장 이하의 미세 피치로 볼록부 또는 오목부로 이루어지는 구조체가 다수 배열되어 이루어지고,
상기 각 구조체는, 상기 광 입사면에서 복수열의 원호상 트랙을 이루도록 배치되어 있음과 동시에, 준육방 격자 패턴을 형성하고,
상기 구조체는, 상기 원호상 트랙의 원주 방향에 장축 방향을 가지는 타원추 또는 타원추대 형상인
것을 특징으로 한다.
상기 구성에서는, 넓은 파장 범위에 걸쳐서 뛰어난 광 투과 특성을 가지는 수광부를 구비한 광전 변환 장치를 구성할 수 있으므로, 광 이용 효율을 높일 수 있고, 광전 변환부에서의 발전 효율의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
이상 기술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 반사 방지 특성이 뛰어나고 투과율이 지극히 높은 광학 소자를 얻을 수가 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광학 소자의 개략 구성을 도시하는 도면으로서, 도 1의 (a)는 주요부 평면도, 도 1의 (b)는 A를 X방향에서 보았을 때의 주요부 사시도, 도 1의 (c)는 A를 Y방향에서 보았을 때의 주요부 사시도,
도 2는, 도 1에 도시한 광학 소자의 마더 기판 및 그의 주요부 확대 평면 모식도,
도 3의 (a)∼도 3의 (b)는, 도 2에 도시한 마더 기판으로부터의 본 발명에 관계된 광학 소자의 절출(切出; cut out) 예를 도시하는 도면,
도 4의 (a)∼도 4의 (e)는, 본 발명에 관계된 광학 소자 제작용 원반의 1제조 방법을 설명하기 위한 모식도,
도 5는, 본 발명에 관계된 광학 소자 제작용 원반의 1제조 공정에 적용되는 노광 장치의 개략 구성도,
도 6의 (a)∼도 6의 (e)는, 본 발명에 관계된 광학 소자 제작용 원반으로부터 그의 복제 기판, 성형용 금형 및 광학 소자의 제작 공정을 설명하기 위한 모식도,
도 7의 (a)∼도 7의 (e)는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 광학 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 모식도,
도 8은, 본 발명의 제3 실시형태에서 설명하는 광전 변환 장치로서의 색소 증감형 태양 전지의 개략 구성도,
도 9는, 본 발명의 제4 실시형태에서 설명하는 광전 변환 장치로서의 실리콘계 태양 전지의 개략 구성도,
도 10의 (a)∼도 10의 (b)는, 실리콘계 태양 전지의 Si 기판 표면에 본 발명의 적용예를 설명하는 주요부의 모식도,
도 11은, 본 발명의 실시예 2에서 제작한 각 샘플의 제작 조건을 도시하는 도면,
도 12는, 본 발명의 1실시예에서 제작한 샘플의 SEM 사진,
도 13은, 본 발명의 1실시예에서 제작한 샘플의 반사율의 파장 의존 특성을 도시하는 도면,
도 14는, 본 발명의 1실시예에서 제작한 샘플의 반사율의 파장 의존 특성을 도시하는 도면,
도 15는, 본 발명의 실시예 3에서 제작한 복제 기판의 1주면의 SEM 사진,
도 16은, 본 발명의 실시예 3에서 제작한 복제 기판의 단면의 SEM 사진,
도 17은, 본 발명의 실시예 5에서 제작한 각 샘플의 제작 조건을 도시하는 도면,
도 18은, 본 발명의 실시예 5에서 제작한 샘플 A1, A2, E1의 투과율의 파장 의존성을 도시하는 도면,
도 19는, 본 발명의 실시예 5에서 제작한 샘플 EW1의 투과율의 파장 의존성을 도시하는 도면,
도 20은, 본 발명의 실시예 5에서 제작한 샘플 FW1의 투과율의 파장 의존성 을 도시하는 도면,
도 21은, 본 발명의 실시예 6에서 제작한 각 샘플의 제작 조건을 도시하는 도면,
도 22는, 본 발명의 실시예 6에서 제작한 샘플 FW1의 투과율의 파장 의존성을 도시하는 도면,
도 23은, 본 발명의 실시예 6에서 제작한 샘플 GW1의 투과율의 파장 의존성을 도시하는 도면,
도 24는, 태양광의 스펙트럼과 일반적인 Si 태양 전지의 감도 분포와의 관계를 도시하는 도면,
도 25는, 본 발명의 실시예 7에서 제작한 샘플의 반사율의 파장 의존 특성을 도시하는 도면,
도 26의 (a)∼도 26의 (c)는, 본 발명의 실시예 8∼10의 광학 소자의 개략 구성을 도시하는 도면,
도 27은, 본 발명의 실시예 8∼10의 샘플의 각종 수치를 도시하는 도면,
도 28은, 본 발명의 실시예 8∼10의 반사율의 파장 의존성을 도시하는 도면,
도 29는, 종래의 광학 소자를 개략적으로 도시하는 사시도,
도 30은, 종래의 다른 광학 소자를 개략적으로 도시하는 주요부 평면도,
도 31은, 전자선 노광에 의해 제작된 종래의 광학 소자 제작용 원반의 단면 구조를 도시하는 도면(SEM 사진),
도 32는, 도 31에 도시한 종래의 광학 소자 제작용 원반의 주요부 평면도,
도 33은, 도 32에 도시한 종래의 광학 소자 제작용 원반을 기초로 제작된 광학 소자의 반사율의 파장 의존 특성을 도시하는 도면,
도 34는, 광 디스크의 기록 기술을 이용해서 제작된 종래의 광학 소자 제작용 원반의 주요부 평면도,
도 35는, 도 34에 도시한 종래의 광학 소자 제작용 원반을 기초로 제작된 광학 소자의 반사율의 파장 의존 특성을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 석영 기판, 2: 레지스트층, 4: 원반, 5: 노광 장치, 8: 복제 기판, 9: 금형, 10: 광학 소자, 11: 기체, 11W: 기판, 12: 구조체, 12a: 스커트부(skirt portion), 40: 광학 소자(도광창), 50: 색소 증감형 태양 전지, 60: 실리콘계 태양 전지.
이하, 본 발명의 각 실시형태에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 각 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 의거하여 여러가지 변형이 가능하다.
(제1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광학 소자(10)의 개략 구성도이다. 여기서, 도 1의 (a)는 광학 소자(10)의 주요부 평면도, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 X방향에서 본 광학 소자(10)의 주요부 사시도, 도 1의 (c)는 도 1의 (a)의 Y방향에 서 본 광학 소자(10)의 주요부 사시도이다.
본 실시형태의 광학 소자(10)는, 기체(11)의 표면에 볼록부로 이루어지는 구조체(12)가 가시광의 파장 이하의 미세 피치로 다수 배열된 구조(서브파장 구조)를 가지고 있다. 여기서, 가시광의 파장 이하라 함은, 약 400㎚ 이하의 파장을 나타낸다. 이 광학 소자(10)는, 기체(11)를 도 1의 (a)의 Z방향으로 투과하는 광에 대해서, 구조체(12)와 그 주위의 공기와의 계면에서의 반사를 방지하는 기능을 가지고 있다.
기체(11)는, 폴리카보네이트(PC)나 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등의 투명성 합성 수지, 유리 등의 투광성을 가지는 투명 기체이며, 그 형태는 특별히 한정되지 않고, 필름형상, 시트형상, 플레이트형상, 블록형상이더라도 좋다. 즉, 본 실시형태의 광학 소자(10)는, 디스플레이, 광 일렉트로닉스, 광 통신, 태양 전지, 조명 장치 등, 소정의 광의 투과 특성(반사 방지 기능)이 필요하게 되는 각종 광 디바이스에 적용되고, 이들 광 디바이스의 본체 부분이나, 이들 광 디바이스에 취부(取付; fit)되는 시트 혹은 필름형상의 도광 부재의 형상 등에 맞추어, 기체(11)의 형태가 결정된다.
구조체(12)는, 예를 들면 기체(11)와 일체적으로 형성되어 있다. 각 구조체(12)는 각각 동일한 형상을 가지고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 구조체(12)는, 저면이 장축과 단축을 가지는 타원형, 장원형(長圓形; oblong shape) 또는 계란형(卵型; oval shape)의 추체 구조이며, 정부(頂部)가 곡면인 타원추 형상, 혹은 저면이 장축과 단축을 가지는 타원형, 장원형 또는 계란형의 추체 구조이며, 정부가 평탄한 타원추대 형상인 것이 바람직하다. 이와 같은 형상으로 하면, 지름 방향의 충전율을 향상시킬 수 있기 때문이다. 또, 반사 특성 및 투과 특성의 향상의 관점에서 보면, 중앙부의 기울기가 저부 및 정부보다 급준한(가파른) 타원추대 형상(도 1의 (b), 도 1의 (c) 참조), 또는 정부가 평탄한 타원추대 형상(도 16 참조)인 것이 바람직하다.
구조체(12)는, 도시하는 볼록부 형상의 것에 한정되지 않고, 기체(11)의 표면에 형성한 오목부로 구성되어 있어도 좋다. 구조체(12)의 높이(깊이)는 특히 한정되지 않고, 투과시키는 광의 파장 영역에 따라서 적당히 설정되며, 예를 들면 236㎚∼450㎚ 정도의 범위로 설정된다.
구조체(12)의 애스펙트비(높이/배치 피치)는, 0.81∼1.46의 범위로 설정하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.94∼1.28의 범위이다. 0.81 미만이면 반사 특성 및 투과 특성이 저하하는 경향이 있으며, 1.46을 넘으면 광학 소자의 제작시에 있어서 박리 특성이 저하하고, 레플리카(repliac)의 복제가 훌륭(綺麗)하게 없애지지(제거되지) 않게 되는 경향이 있기 때문이다.
또, 구조체(12)의 애스펙트비는, 반사 특성을 보다 향상시키는 관점에서 보면, 0.94∼1.46의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
또, 구조체(12)의 애스펙트비는, 투과 특성을 보다 향상시키는 관점에서 보면, 0.81∼1.28의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 애스펙트비는, 이하의 식(1)에 의해 정의된다.
애스펙트비=H/P …(1)
단, H: 구조체의 높이, P: 평균 배치 피치(평균 주기)
여기서, 평균 배치 피치 P는 이하의 식(2)에 의해 정의된다.
평균 배치 피치 P=(P1+P2+P2)/3　…(2)
단, P1: 원주 방향의 배치 피치(원주 주기), P2: 원주 방향에 대해서 ±θ방향(단, θ=60°-δ, 여기서 δ는, 바람직하게는 0°〈δ≤11°, 보다 바람직하게는 3°≤δ≤6°)의 배치 피치(원주 60° 주기)
또, 구조체의 높이 H는, 구조체(12)의 반경 방향의 높이로 한다. 구조체(12)의 원주 방향의 높이는 반경 방향의 높이보다도 작고, 또 구조체(12)의 원주 방향 이외의 부분에서의 높이는 반경 방향의 높이와 거의 동일하기 때문에, 서브파장 구조체의 깊이를 반경 방향의 높이로 대표한다. 단, 구조체(12)가 오목부인 경우, 상기 식(1)에서의 구조체의 높이 H는, 구조체의 깊이 H로 한다.
또한, 구조체(12)의 애스펙트비는 모두 동일한 경우에 한정되지 않고, 각 구조체가 일정한 높이 분포(예를 들면, 애스펙트비 0.83∼1.46 정도의 범위)를 가지도록 구성되어 있어도 좋다. 높이 분포를 가지는 구조체(12)를 설치함으로써, 반사 특성의 파장 의존성을 저감할 수가 있다. 따라서, 뛰어난 반사 방지 특성을 가지는 광학 소자를 실현할 수가 있다.
여기서, 높이 분포라 함은, 2종 이상의 높이(깊이)를 가지는 구조체(12)가 기체(11)의 표면에 설치되어 있는 것을 의미한다. 즉, 기준으로 되는 높이를 가지는 구조체(12)와, 이 구조체(12)와는 다른 높이를 가지는 구조체(12)가 기체(11)의 표면에 설치되어 있는 것을 의미한다. 기준과는 다른 높이를 가지는 구조체(3)는, 예를 들면 기체(11)의 표면에 주기적 또는 비주기적으로(랜덤하게) 설치되어 있다. 그 주기성의 방향으로서는, 예를 들면 원주 방향, 반경 방향 등을 들 수 있다.
또, 도 1의 (b) 및 도 1의 (c)에 도시하는 바와 같이, 구조체(12)의 주연부(周緣部)에 스커트부(12a)를 설치하는 것이 바람직하다. 광학 소자의 제조 공정에서 광학 소자를 금형 등으로부터 용이하게 박리하는 것이 가능하게 되기 때문이다. 또, 스커트부(12a)는, 상기 박리 특성의 관점에서 보면, 완만하게 높이가 저하하는 곡면상(曲面狀)으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 스커트부(12a)는, 구조체(12)의 주연부의 일부에만 설치해도 좋지만, 상기 박리 특성의 향상의 관점에서 보면, 구조체(12)의 주연부 전부에 설치하는 것이 바람직하다. 또, 구조체(12)가 오목부인 경우에는, 스커트부(12a)는, 구조체(12)인 오목부의 개구 주연에 설치된 곡면으로 된다.
기체(11)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 디스크형상의 기판(11W)의 표면 거의 전역에 형성된 후, 도 3의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 기판(11W)으로부터 소정의 제품 사이즈에 맞추어 절출되어 형성된다. 구조체(12)는, 후술하는 바와 같은 광 디스크 기록 장치를 이용해서 기판(11W)에 형성한 노광 패턴을 기초로 형성된다. 따라서, 기판(11W)으로부터 기판(12)이 소정 사이즈로 절출되었을 때, 각 구조체(12)는, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 기체(11)의 표면에서 복수열의 원호상의 트랙 T1, T2, T3, …(이하 총칭해서 「트랙 T」라고도 말한다)을 이루는 바와 같은 배열 형태를 가진다. 이와 같은 배치 형태로 함으로써, 광 디스크의 마스터링 기술을 이용해서 구조체(12)를 제작할 수 있으므로, 종래의 기술에 비해 광학 소자의 생산성을 향상할 수가 있다. 또, 원호상의 배열에서도, 직선상(直線狀)의 배열의 경우와 비교해서 투과 특성 및 반사 특성에 차이는 보이지 않는다.
이 때, 각 구조체(12)는, 저면의 장축 방향이 트랙 T의 원주 방향을 향해서 배열되어 있다. 또, 각 구조체(12)의 저부에는, 예를 들면 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이 원호상 트랙 T의 원주 방향을 따라 연장하는 스커트부(12a)를 가지고 있다. 그리고, 트랙 T의 원주 방향(Y화살시(Y矢視; Y방향에서 보았을 때))에서의 구조체(12)의 높이 H1은, 원호상 트랙 T의 지름 방향(X화살시(X矢視; X방향에서 보았을 때))에서의 구조체(12)의 높이 H2보다도 작은 것이 바람직하다. 즉, 구조체(12)의 높이 H1, H2가 H1〈H2의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. H1≥H2의 관계를 만족시키도록 구조체(12)를 배열하면, 원주 방향의 배치 피치 P1을 길게 할 필요가 생기기 때문에, 원주 방향의 구조체(12)의 충전율이 저하하기 때문이다. 이와 같이 충전율이 저하하면, 반사 특성의 저하를 초래하게 된다.
각 구조체(12)는, 인접하는 2개의 트랙 T 사이에서, 한쪽의 트랙(예를 들면, T1)에 배열된 각 구조체(12)의 중간 위치(반피치 어긋난 위치)에, 다른쪽의 트랙(예를 들면, T2)의 구조체(12)가 배치되어 있다. 그 결과, 도 2에 도시하는 바와 같이, 인접하는 3열의 트랙(T1∼T3) 사이에서 a1∼a7의 각 점에 구조체(12)의 중심이 위치하는 준육방 격자 패턴을 형성하도록 각 구조체(12)가 배치되어 있다. 여기서 말하는 준육방 격자 패턴은, 정육방 격자 패턴과 달리, 트랙 T의 원호상을 따라 일그러지고, 또한 원주 방향으로 잡아늘여지고 일그러진 육방 격자 패턴을 의미한다. 이와 같은 준육방 격자상에, 타원추 형상 또는 타원추대 형상의 구조체(12) 를 배치함으로써, 정육방 격자상에 상기 형상의 구조체(12)를 배치하는 경우에 비해 지름 방향의 충전율을 높일 수가 있다.
각 구조체(12)가 상술한 준육방 격자 패턴을 형성하도록 배열되는 것에 의해, 도 2에 도시하는 바와 같이, 동일 트랙(예를 들면, T1) 내에서의 각 구조체(12)의 배치 피치 P1(예를 들면, a1-a2 사이 거리)는, 인접하는 2개의 트랙(예를 들면, T1 및 T2) 사이에서의 구조체(12)의 배치 피치 P2, 즉 원주 방향에 관해서, ±θ방향(단, θ=60°-δ, 여기서 δ는, 바람직하게는 0°〈δ≤11°, 보다 바람직하게는 3°≤δ≤6°)에서의 구조체(12)의 배치 피치 P2(예를 들면, a1-a7, a2-a7 사이 거리)보다도 길게 되어 있다.
동일 트랙 내에서의 각 구조체(3)는, 예를 들면 일정(certain)의 배치 피치 P1(a1-a2 사이 거리)로 설치되어 있으며, 그 배치 피치 P1은, 바람직하게는 300㎚∼350㎚, 보다 바람직하게는 315∼350㎚의 범위내이며, 예를 들면 약 330㎚로 선택된다. 300㎚ 미만이면 구조체 사이의 오목부가 얕아지고, 반사 특성이 저하해 버리며, 350㎚를 넘으면, 구조체 사이의 오목부가 넓어지고 구조체 사이에 평탄부가 발생하며, 반사 특성이 저하해 버리는 경향이 있다. 또, 원주 방향에 대해서 ±θ방향(단,θ=60°-δ, 여기서 δ는, 바람직하게는 0°〈δ≤11°, 보다 바람직하게는 3°≤δ≤6°)에서, 각 구조체(3)는, 예를 들면 일정의 배치 피치 P2(a1-a7(a2-a7) 사이 거리)로 설치되어 있으며, 그 배치 피치 P2는, 265∼300㎚의 범위 내인 것이 바람직하고, 예를 들면 약 300㎚로 선택된다. 265㎚ 미만이면 구조체 사이의 오목부가 얕아지고, 반사 특성이 저하해 버리며, 300㎚를 넘으면, 구조체 사이의 오목부가 넓어지고 구조체 사이에 평탄부가 발생하며, 반사 특성이 저하해 버리는 경향이 있다.
배치 피치의 비율 P1/P2는, 바람직하게는 1.00〈P1/P2≤1.32, 보다 바람직하게는 1.05≤P1/P2≤1.20, 가장 바람직하게는 1.10≤P1/P2≤1.17의 범위 내이다. 비율 P1/P2가 1.00 이하이면, 구조체 사이의 오목부가 얕아지고, 반사 특성이 저하해 버리며, 비율 P1/P2가 1.32를 넘으면, 구조체 사이의 오목부가 넓어지고 구조체 사이에 평탄부가 발생하며, 반사 특성이 저하해 버린다.
이상과 같은 구성의 구조체(12)의 배열 구조는, 기체(11)의 표면 측에 형성되는 경우에 한정되지 않고, 기체(11)의 이면 측에도 이와 같이 구성할 수가 있다. 이 경우, 기체(11)를 투과하는 광의 입사면 및 출사면의 쌍방에 대해서 반사 방지 기능이 얻어지고, 투과 특성의 더욱더 높은 향상을 도모하는 것이 가능해진다. 본 실시형태에서는, 적어도 광 입사면 측에 상기 구조체(12)의 배열 구조가 설치되어 있는 것으로 한다.
다음에, 이상과 같이 구성되는 광학 소자(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는, 광학 소자 제작용 원반의 제조 공정과, 광학 소자 제작용 복제 기판의 제조 공정과, 광학 소자 제작용 금형의 제조 공정과, 광학 소자의 제작 공정을 통(經)해, 상술한 구성의 광학 소자(10)가 제조된다.
도 4의 (a)∼도 4의 (e)는, 광학 소자 제작용 원반의 제조 공정을 설명하기 위한 모식도이다.
우선, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 디스크형상(원반형상)의 석영 기 판(1)을 준비한다. 다음에, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 석영 기판(1)의 표면에 레지스트 층(2)을 형성한다. 레지스트 층(2)은, 유기 재료라도 좋고 무기 재료라도 좋다. 유기계 레지스트로서는, 예를 들면 노볼락계 레지스트나 화학 증폭형 레지스트를 이용할 수가 있다. 또, 무기계 레지스트로서는, 예를 들면 텅스텐이나 몰리브덴 등의 1종 또는 2종 이상의 전이금속(遷移金屬)으로 이루어지는 금속 산화물이 매우 적합(好適)하다.
다음에, 도 4의 (c)에 도시하는 바와 같이, 석영 기판(1)을 회전시킴과 동시에, 레이저광(노광 빔)(2b)을 레지스트 층(2)에 조사한다. 이 때, 레이저광(2b)을 석영 기판(1)의 반경 방향으로 이동시키면서, 레이저광을 간헐적으로 조사함으로써, 레지스트 층(2)을 전면에 걸쳐서 노광한다. 이것에 의해, 레이저광(2b)의 궤적에 따른 잠상(2a)이, 가시광 파장보다도 짧은 피치로 레지스트 층(2)의 전면에 걸쳐서 형성된다. 또한, 이 노광 공정의 상세에 대해서는 후술한다.
다음에, 석영 기판(1)을 회전시키면서, 레지스트 층(2) 위에 현상액을 적하(滴下)해서, 도 4의 (d)에 도시하는 바와 같이, 레지스트 층(2)을 현상 처리한다. 도시하는 바와 같이, 레지스트 층(2)을 포지티브형(型)의 레지스트에 의해 형성한 경우에는, 레이저광(2b)으로 노광한 노광부는, 비노광부와 비교해서 현상액에 대한 용해 속도가 늘어나므로, 노광부(잠상(2a))에 따른 패턴이 레지스트 층(2)에 형성된다.
다음에, 석영 기판(1) 위에 형성된 레지스트 층(2)의 패턴(레지스트 패턴)을 마스크로 해서, 석영 기판(1)의 표면을 에칭 처리하고, 도 4의 (e)에 도시하는 오 목부 패턴(3)을 형성한다. 에칭 방법은, 드라이 에칭에 의해서 행해진다. 이 때, 에칭 처리와 애싱(ashing) 처리를 번갈아(交互; alternately; 교대로) 행하는 것에 의해, 도시하는 추체상의 오목부(3)의 패턴을 형성할 수 있음과 동시에, 레지스트 층의 3배 이상의 깊이(선택비 3이상)의 석영 마스터를 제작할 수 있으며, 구조체의 고애스펙트비화를 도모할 수가 있다.
이상과 같이 해서, 본 실시형태의 광학 소자 제작용 원반(4)이 제조된다. 이 원반(4)은, 도 1에 도시한 광학 소자(10)를 형성하는 마스터이며, 오목부(3)로 이루어지는 표면 요철 구조가, 후술하는 복제 기판 및 성형 금형을 통해, 광학 소자(10)의 구조체(12)를 형성한다. 따라서, 원반(4)의 오목부(3)는, 원반(4)의 원주 방향으로 일그러진 준육방 격자 패턴을 형성하도록 배열되어 있다.
다음에, 도 4의 (c)에 도시한 노광 공정의 상세에 대해서, 도 5를 참조해서 설명한다. 도 5는, 노광 장치(5)의 개략 구성도이다. 본 실시형태에서는, 노광 장치(5)는, 광 디스크 기록 장치를 베이스로 해서 구성되어 있다.
도 5를 참조해서, 레이저 광원(21)은, 석영 기판(1)의 표면에 착막(着膜)된 레지스트 층(2)을 노광하기 위한 광원이며, 예를 들면 파장 λ=266㎚의 원자외선 레이저광(2b)을 발진하는 것이다. 레이저 광원(21)으로부터 출사된 레이저광(2b)은, 평행 빔인 채로 착막하며, 전기 광학 소자(EOM)(25)에 입사한다. EOM(25)를 투과한 레이저광(2b)은, 미러(22)에서 반사되고, 변조 광학계(23)에 인도(introduce)된다.
미러(22)는, 편광 빔 분할기로 구성되어 있고, 한쪽의 편광 성분을 반사하고 다른쪽의 편광 성분을 투과하는 기능을 가진다. 미러(22)를 투과한 편광 성분은 포토다이오드(24)에서 수광되고, 그 수광 신호에 의거하여 EOM(25)을 제어해서 레이저광(2b)의 위상 변조를 행한다.
변조 광학계(23)에서, 레이저광(2b)은, 집광 렌즈(26)에 의해, 석영(SiO2) 등으로 이루어지는 음향 광학 소자(AOM)(27)에 집광된다. 레이저광(2b)은, AOM(27)에 의해 강도 변조되고 발산한 후, 렌즈(28)에 의해서 평행빔화(collimate)된다. 변조 광학계(23)로부터 출사된 평행 노광 빔(2b)은, 미러(29)에 의해서 반사되고, 이동 광학 테이블(30) 위에 수평으로 또한 평행하게 인도된다.
이동 광학 테이블(30)은, 빔 익스팬더(31), 미러(32) 및 대물 렌즈(33)를 구비하고 있다. 이동 광학 테이블(30)에 인도된 레이저광(2b)은, 빔 익스팬더(31)에 의해 소망(所望)의 빔 형상으로 정형된 후, 미러(32) 및 대물 렌즈(33)를 거쳐서, 석영 기판(1) 위의 레지스트 층(2)에 조사된다. 석영 기판(1)은, 스핀들 모터(34)에 접속된 턴테이블(도시 생략) 위에 재치(載置; 얹어놓음)되어 있다. 그리고, 기판(1)을 회전시킴과 동시에, 레이저광(2b)을 기판(1)의 회전 반경 방향으로 이동시키면서, 레지스트 층(2)에 레이저광을 간헐적으로 조사하는 것에 의해, 레지스트 층(2)의 노광 공정이 행해진다. 형성된 잠상(2a)은, 원주 방향에 장축을 가지는 대략 타원형으로 된다. 레이저광(2b)의 이동은, 이동 광학 테이블(30)의 화살표 R 방향으로의 이동에 의해서 행해진다.
도 5에 도시한 노광 장치(5)에서는, 레지스트 층(2)에 대해서 도 2에 도시한 준육방 격자의 2차원 패턴으로 이루어지는 잠상(2a)을 형성하기 위한 제어 기구(37)를 구비하고 있다. 제어 기구(37)는, 레지스트 층(2)에 대한 레이저광(2b)의 조사 타이밍을 제어하는 극성(極性) 반전부(35)와, 이 극성 반전부(35)의 출력을 받아, AOM(27)을 제어하는 드라이버(36)를 구비하고 있다.
제어 기구(37)는, 잠상(2a)의 2차원 패턴이 공간적으로 링크하도록, 1트랙마다, AOM(27)에 의한 레이저광(2b)의 강도 변조와, 스핀들 모터(34)의 구동 회전 속도와, 이동 광학 테이블(30)의 이동 속도를 각각 동기시킨다. 기판(1)은, 각속도 일정(CAV)하게 회전 제어된다. 그리고, 스핀들 모터(34)에 의한 기판(1)의 적절한 회전수와, AOM(27)에 의한 레이저 강도의 적절한 주파수 변조와, 이동 광학 테이블(30)에 의한 레이저광(2b)의 적절한 이송 피치로 패터닝을 행한다. 이것에 의해, 레지스트 층(2)에 대해서 준육방 격자 패턴의 잠상(2a)을 형성한다.
예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 원주 방향의 배치 피치 P1을 330㎚, 원주 방향 약 60°방향(약 -60°방향)의 배치 피치 P2를 300㎚로 하려면, 이송 피치는 251㎚로 하면 좋다. 또한, P1을 315㎚, P2를 275㎚로 하려면, 이송 피치는 226㎚로 하면 좋다. 또, P1을 300㎚, P2를 265㎚로 하려면, 이송 피치는 219㎚로 하면 좋다.
또, 극성 반전부(35)의 제어 신호를, 공간 주파수(잠상(2a)의 패턴 밀도이며, P1: 330, P2: 300㎚, 또는 P1: 315㎚, P2: 275㎚, 또는 P1: 300㎚, P2: 265㎚)가 균일하게 되도록 서서히 변화시킨다. 보다 구체적으로는, 레지스트 층(2)에 대한 레이저광(2b)의 조사 주기를 1트랙마다 변화시키면서 노광을 행하고, 각 트랙 T 에서 P1이 거의 330㎚(혹은 315㎚, 300㎚)로 되도록 제어 기구(37)에서 레이저광(2b)의 주파수 변조를 행한다. 즉, 트랙 위치가 기판 중심으로부터 멀어짐에 따라서, 레이저광의 조사 주기가 짧아지도록 변조 제어한다. 이것에 의해, 기판 전면에서 공간 주파수가 균일한 나노패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
계속해서, 도 6을 참조해서, 광학 소자 제작용 원반(4)으로부터 광학 소자(10)가 제작될 때까지의 일련의 공정에 대해서 설명한다.
도 6은, 광학 소자 제작용 원반(4)으로부터 광학 소자(10)를 제작할 때까지의 개략 공정을 설명하기 위한 모식도이다. 광학 소자 제작용 원반(4)은, 상술한 바와 같이, 석영 기판(1)의 표면에 레지스트 층(2)의 패턴을 형성한 상태(도 6의 (a))부터, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하는 에칭 처리를 실시하고, 기판(1)의 표면에 오목부(3)를 포함하는 요철 구조를 형성함으로써 제작된다(도 6의 (b)).
여기서, 레지스트 층(2)의 패턴은, 기판(1)의 반경 방향과 원주 방향에서 현상 후의 층두께가 다르게 되어 있고, 반경 방향의 층두께보다도 원주 방향의 층두께가 얇다. 이것은, 노광 공정에서 기판(1)을 회전시키면서 레이저광(2b)을 조사하기 때문에, 레이저광(2b)의 조사 시간이 기판 반경 방향보다도 원주 방향 쪽이 길어지며, 이것이 현상 후에 있어서 레지스트 층(2)의 층두께의 차(違)로 되어 나타나기 때문이다. 그 후의 에칭 처리에서는, 기판(1)의 원주 방향과 반경 방향에서의 레지스트 층(2)의 층두께의 차에 의해서, 형성되는 오목부(3)에 형상의 이방성이 부가(付)된다.
다음에, 제작된 원반(4)의 요철 구조면에 자외선 경화 수지 등의 광 경화 수 지를 도포하고, 그 위에 아크릴판 등의 투명 기판을 겹쳐서 배치한다. 그리고, 투명 기판 위로부터 자외선을 조사하고 광 경화 수지를 경화시킨 후, 원반(4)으로부터 박리한다. 이것에 의해, 도 6의 (c)에 도시하는 바와 같이, 투명 기판(6) 위에 광 경화 수지(7)로 이루어지는 요철 구조가 전사된 광학 소자 제작용 복제 기판(8)이 제작된다.
다음에, 제작된 복제 기판(8)의 요철 구조면에 도전화 막을 무전해 도금법에 의해 형성한 후, 전해 도금법에 의해서 금속 도금층을 형성한다. 이들 무전해 도금막 및 전해 도금층의 구성 재료로는, 예를 들면 니켈(Ni)이 매우 적합하다. 도금층의 형성 후, 복제 기판(8)으로부터 박리하고, 필요에 따라서 외형 가공을 실시함으로써, 도 6의 (d)에 도시하는 바와 같은 광학 소자 제작용 금형(9)이 제작된다.
다음에, 제작된 금형(9)을 사출 성형기의 성형 금형으로서 설치하고, 금형을 닫고 캐비티를 형성한 후, 폴리카보네이트 등의 용융 수지를 충전하는 것에 의해서, 도 2에 도시한 바와 같이, 기체(11)의 표면에 구조체(12)의 미세 배열 구조가 일체 형성된 디스크형상 기판이 제작된다(도 6의 (e)). 그 후, 제작된 기판을 소정 사이즈로 절출하는 것에 의해, 도 1에 도시한 형태의 서브파장 구조면을 구비한 광학 소자(10)가 제작된다.
또한, 원반(4)은, 기판(1)을 에칭 처리해서 형성하는 경우에 한정되지 않고, 레지스트 층(2)의 패턴이 형성된 기판(1)을 그대로 원반으로서 이용하는 것도 가능하다.
이상, 본 실시형태에 따르면, 기체(11)의 표면에 가시광 파장 이하의 미세 피치로 다수 배치된 구조체(12)가, 복수열의 원호상 트랙을 이루도록 배열되어 있음과 동시에, 인접하는 3열의 트랙 사이에서 준육방 격자 패턴을 형성하는 서브파장 구조체를 구성하고 있으므로, 기체(11) 표면에서의 구조체(12)의 충전 밀도를 높게 할 수 있으며, 이것에 의해 가시광의 반사 방지 효율을 높이고, 넓은 파장 범위에 걸쳐서 반사 방지 특성이 뛰어난 투과율이 지극히 높은 광학 소자(10)를 얻을 수가 있다.
또, 본 실시형태에 따르면, 광 디스크 기록 장치를 응용한 노광 장치(5)를 이용해서 광학 소자 제작용 원반(4)을 제작하도록 하고 있으므로, 상기 구성의 광학 소자(10)를 단시간에 효율좋게 제조할 수 있음과 동시에, 기판의 대형화에도 대응가능해지며, 이것에 의해 생산성의 향상을 도모할 수가 있다.
(제2 실시형태)
계속해서, 본 발명의 제2 실시형태에 대해서 설명한다.
도 7은, 기체(11)의 양면에 상기 구성의 서브파장 구조체가 형성된 광학 소자의 제조 방법을 설명하는 주요부의 개략 공정 단면도이다. 도 7의 (a)는, 석영 기판(1)의 표면에 레지스트 층(2)의 패턴 형성 공정, 도 7의 (b)는, 패터닝한 레지스트 층(2)을 마스크로 하는 에칭 처리를 실시하고, 기판(1)의 표면에 오목부(3)를 포함하는 요철 구조를 구비한 광학 소자 제작용 원반(4)을 제작하는 공정, 도 7의 (c)는, 투명 기판(6) 위에 광 경화 수지(7)로 이루어지는 요철 구조가 전사된 광학 소자 제작용 복제 기판(8)의 제작 공정, 도 7의 (d)는, 복제 기판(8)의 요철 구조 면에 도전화 막을 도금 성장시킨 후, 복제 기판(8)으로부터 박리함으로써 얻어지는 광학 소자 제작용 금형(9)의 제작 공정을 각각 도시하고 있다.
본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이 해서 제작되는 금형(9)을 2개 준비하고, 이들 금형(9)을 사출 성형기의 성형 금형으로서 설치한다. 이 때, 금형(9)의 각각의 요철 구조면 사이에 용융 수지가 충전되는 캐비티를 형성시키는 것에 의해서, 도 7의 (e)에 도시하는 바와 같이, 표면 및 이면에 구조체(12)의 미세 배열 구조가 일체 형성된 디스크형상 기판이 제작된다. 그 후, 기판(11W)을 소망의 형상으로 절출함으로써, 기체(11)의 양면에 서브파장 구조면을 구비한 광학 소자(40)가 제작된다.
본 실시형태의 광학 소자(40)에 의하면, 기체(11)의 양면에 서브파장 구조체가 형성되어 있으므로, 광학 소자(40)의 광 입사면 및 광 출사면의 쌍방에 광의 반사 방지 기능이 얻어지게 된다. 이것에 의해, 광의 투과 특성의 더 높은 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
본 실시형태의 광학 소자(40)는, 특히 태양 전지 등의 광전 변환 장치에서의 도광창, 액정 디스플레이에서의 도광판이나 광학적 기능 시트 혹은 필름, 조명 장치의 광 출사창 등의 각종 광 디바이스용 도광 부재에 이용하는 것에 의해, 광의 표면 반사 및 이면 반사를 방지해서 광 이용 효율의 향상에 크게 공헌하는 것이 가능해진다.
(제3 실시형태)
도 8은 본 발명의 제3 실시형태를 도시하고 있다. 본 실시형태에서는, 상술 한 제2 실시형태에서 설명한 구성의 광학 소자(40)를 도광창으로 이용한 색소 증감형 태양 전지(50)를 예로 들어 설명한다.
본 실시형태의 색소 증감형 태양 전지(50)는, 투명 도전막(41)을 구비한 도광창(40)과, 투명 도전막(41)의 대극(對極)을 이루는 (투명) 도전막(42)및 집전재(43)를 가지는 기판(44)과의 사이에, 금속 산화물 반도체층(45)과 전해질층(46)이 설치된 적층체로 구성되어 있다. 반도체층(45)은, 예를 들면 산화물 반도체 재료 및 증감 색소를 가진다. 또, 투명 도전막(41)과 도전막(42)은 도선으로 접속되어 있고, 암미터(ammeter)(전류계)(47)를 가지는 전류 회로가 형성되어 있다.
도광창(40)은, 유리 기판이나 투명 플라스틱 기판이 이용되며, 그의 외면측의 광 입사면(수광면) 및 내면측의 광 출사면에는, 상술한 제1 실시형태에서 설명한 구조체(12)의 준육방 격자상의 미세 배열 구조(서브파장 구조)가 설치되어 있다.
금속 산화물 반도체층(45)은, 금속 산화물 입자가 투명 도전막(41) 위에 소결(燒結)되어 이루어지는 광전 변환층을 구성한다. 금속 산화물 반도체층(45)의 구성 재료로서는, 예를 들면 TiO2, MgO, ZnO, SnO2, WO3, Nb2O5, TiSrO3 등의 금속 산화물을 들 수 있다. 또, 금속 산화물 반도체층(45) 위에는 증감 색소가 담지(擔持; support)되어 있으며, 상기의 금속 산화물 반도체는, 이 증감 색소에 의해서 증감된다. 증감 색소로서는, 증감 작용을 가져오는 것이면 특히 제한되지 않고, 예를 들면 비피리딘, 페난트린 유도체, 크산텐계 색소, 시아닌계 색소, 염기성 염 료, 포르피린계 화합물, 아조 염료, 프탈로시아닌 화합물, 안트라퀴논계 색소, 다환 퀴논계 색소 등을 들 수 있다.
전해질층(46)은, 전해질 중에, 적어도 1종류의 가역적(可逆的)으로 산화/환원 상태 변화를 일으키는 물질계(산화 환원계)가 용해되어 이루어진다. 전해질은, 액체 전해질이어도 좋고, 또는 이것을 고분자 물질 중에 함유시킨 겔상(gel) 전해질, 고분자 고체 물질, 무기의 고체 전해질이어도 좋다. 산화 환원계로서는, 예를 들면, I-/I3-, Br-/Br2라고 하는 할로겐류, 퀴논/하이드로퀴논, SCN-/(SCN)2라고 하는 의(擬; pseudo)할로겐류, 철(Ⅱ) 이온/철(Ⅲ) 이온, 동(銅)(Ⅰ) 이온/동(Ⅱ) 이온 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 용매로서는, 아세트니트릴 등의 니트릴계, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트 등의 카보네이트계, 감마 부티롤락톤, 피리딘, 디메틸아세트아미드, 그 밖의 극성 용매, 메틸프로필이미다졸륨-옥소(沃素)라고 하는 상온(常溫) 용융 염 혹은 그들의 혼합물이 사용가능하다.
상술한 구성의 색소 증감형 태양 전지(50)에서는, 도광창(40)의 수광면에서 수광한 광이, 금속 산화물 반도체층(45)의 표면에 담지된 증감 색소를 여기(勵起; excite)하고, 증감 색소는 금속 산화물 반도체층(45)에 전자를 신속하게 건네준다. 한편, 전자를 잃은 증감 색소는, 캐리어 이동층인 전해질층(46)의 이온으로부터 전자를 수취한다. 전자를 건네준 분자는, 대향 전극(對向電極)(42)으로부터 전자를 받는다. 이 상과 같이 해서, 전극(41, 42) 사이에 전류가 흐른다.
본 실시형태에 따르면, 색소 증감형 태양 전지(50)의 수광면이, 본 발명에 관계된 광학 소자로서의 도광창(40)으로 구성되어 있으므로, 수광면(광 입사면)에서 수광한 광의 표면 반사 및, 도광창(40)의 이면(광 출사면)에서의 투과광의 반사를 효과적으로 방지하는 것이 가능해지며, 이것에 의해 수광한 광의 이용 효율을 높이고, 광전 변환 효율 즉 발전 효율의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
또, 도광창(40)의 광 입사면 및 광 출사면은, 가시광 파장보다도 짧은 피치로 상기 구조체(12)(도 1)가 미세 배열된 서브파장 구조를 가지므로, 근자외광 영역으로부터 가시광 영역 및 근적외 영역에 감도를 가지는 광전 변환부의 광전 변환 효율을 효과적으로 높일 수가 있다.
(제4 실시형태)
도 9는 본 발명의 제4 실시형태를 도시하고 있다. 본 실시형태에서는, 광전 변환 장치로서 실리콘계 태양 전지(60)에 본 발명을 적용한 예에 대해서 설명한다.
도 9는 실리콘계 태양 전지(60)의 개략 구성을 도시하고 있다. 실리콘계 태양 전지(60)는, 실리콘 기판(61)과, 이 실리콘 기판(61)의 표면 및 이면에 형성된 투명 도전막(64, 65)과, 투명 도전막(64, 65) 사이에 접속된 부하(66)를 구비하고 있다. 실리콘 기판(61)은, n형 반도체층(62)과 p형 반도체층(63)을 가지는 접합형 Si 기판으로 이루어지고, 이들 n형 반도체층(62)과 p형 반도체층(63)의 pn 접합부(67)에서, n형 반도체층(62)에의 입사 광량에 따른 전기를 발생하는 광전 변환층을 구성하고 있다.
본 실시형태에서는, 수광면을 구성하는 n형 반도체층(62)의 표면이, 입사광의 파장 이하의 미세 피치로 구조체(12)(도 1)가 준육방 격자상으로 배열된 서브파 장 구조면으로 되어 있으며, n형 반도체층(62)의 입사면에서의 광의 반사를 방지하고, 투과 특성의 향상이 도모되고 있다. 이것에 의해, pn 접합부(67)에서의 광전 변환 효율을 높이는 것이 가능해진다.
또, 실리콘 기판(61)의 광 입사면에 형성되는 상기 구조체(12)(도 1)의 미세 배열 구조를 근자외광의 파장 이하의 미세 피치로 형성하는 것에 의해서, 근자외광 영역으로부터 근적외선 영역에 걸치는 넓은 범위에 걸쳐서 감도를 가지는 Si계 태양 전지에서 광전 변환 효율의 비약적인 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
상기 구성의 실리콘계 태양 전지(60)는, n형 반도체층(62)을 구성하는 실리콘 기판(61)의 표면을 직접 에칭 가공하는 것에 의해서 제작할 수가 있다. 도 10은 이 실리콘계 태양 전지의 제조 방법을 설명하는 주요부의 공정 단면도이다.
우선, 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(61)의 표면에 레지스트 층(70)을 형성하고, 상술한 제1 실시형태에서 설명한 광 디스크 기록 기술을 응용한 노광 기술과 현상 처리를 실시하는 것에 의해, 실리콘 기판(61)의 표면에 레지스트 층(70)의 마스크 패턴을 형성한다. 다음에, 제작한 레지스트 층(70)의 마스크 패턴을 마스크로 해서, 에칭 가스로 CF4 등의 플로로카본계 가스를 이용해서 에칭 처리를 실시하고, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(61)의 표면에 추체 형상의 오목부(71)로 이루어지는 요철 패턴을 형성한다. 이상과 같이 해서, 서브파장 구조면을 구비한 실리콘 기판(61)이 제작된다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명하겠지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
(실시예 1)
[원반의 제작]
석영 기판 위에, 화학 증폭형 또는 노볼락계 포지티브형 레지스트 층을 두께 150㎚ 정도 도포하고, 이 레지스트 층에, 도 5에 도시한 노광 장치(5)를 이용해서 준육방 격자 패턴의 잠상을 형성했다. 레이저광의 파장은 266㎚, 레이저 파워는, 0.50mJ/m로 했다. 그 후, 레지스트 층에 대해서 현상 처리를 실시하여, 레지스트 패턴을 제작했다. 현상액으로서는, 무기 알칼리성 현상액(토쿄 오우카사(東京應化社;TOKYO OHKA KOGYO CO.,LTD.)제)을 이용했다.
다음에, O2 애싱에 의해 레지스트 패턴을 제거하고 개구 지름을 넓히는 프로세스와, CHF3 가스 분위기 중에서의 플라즈마 에칭으로 석영 기판을 에칭하는 프로세스를 되풀이(반복)해서 행했다. 그 결과, 석영 기판의 표면이 노출되어 있는 준육방 격자 패턴 지름이 서서히 넓어지면서, 에칭이 진행하고, 그의 다른 영역은 레지스트 패턴이 마스크로 되어 에칭되지 않고, 도 6의 (b)에 모식적으로 도시한 바와 같은 단면이 대략 삼각 형상인 오목부가 형성되었다. 에칭량은 에칭 시간에 따라서 변화시켰다. 최후에, O2 애싱에 의해 레지스트 패턴을 완전히 제거했다.
이상과 같이 해서, 원주 방향 피치 P1이 330㎚, 원주 방향 약 60°방향(약 -60°방향) 피치 P2가 300㎚, 깊이 250㎚ 정도부터 450㎚ 정도의 오목부 준육방 격자 패턴을 가지는 서브파장 구조체 마스터(원반)를 제작했다.
[복제 기판의 제작]
다음에, 제작한 서브파장 구조체 마스터 위에 자외선 경화 수지를 도포한 후, 아크릴판을 자외선 경화 수지 위에 밀착시켰다. 그리고, 자외선을 조사해서 자외선 경화 수지를 경화시키고, 석영 마스터로부터 박리했다. 이상과 같이 해서, 볼록부 준육방 격자 패턴을 가지는 서브파장 구조체 자외선 경화 복제 기판을 제작했다.
[성형용 금형의 제작]
다음에, 제작한 서브파장 구조체 자외선 경화 복제 기판의 요철 패턴 위에, 무전계 도금법에 의해 니켈 피막으로 이루어지는 도전화 막을 형성했다. 그리고, 도전화 막이 형성된 복제 기판을 전기주조(電鑄) 장치에 설치하고, 전기 도금법에 의해 도전화 막 위에 300±5㎛ 정도 두께의 니켈 도금층을 형성했다. 계속해서, 복제 기판으로부터 니켈 도금층을 커터 등을 이용해서 박리한 후, 전사된 요철 구조면을 아세톤으로 세정하고, 오목부 준육방 격자 패턴을 가지는 서브파장 구조체 Ni 금속 마스터(성형용 금형)를 제작했다.
[광학 소자의 제작]
다음에, 제작한 서브파장 구조체 Ni 금속 마스터를 이용해서 폴리카보네이트 수지의 사출 성형 기판을 제작하고, 표면에 볼록부 준육방 격자 패턴을 가지는 서브파장 구조체 성형 복제 기판을 얻었다. 그 후, 이 복제 기판을 소정 사이즈로 절출하여, 본 발명에 관계된 광학 소자를 제작했다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 원반 제작 공정에서, CHF3 가스의 플라즈마 에칭 시간을 바꾸어, 공간 주파수(원주 주기(배치 피치 P1) 330㎚, 원주 60° 주기(배치 피치 P2) 300㎚)가 균일한 준육방 격자 패턴의 서브파장 구조체 석영 마스터 A, B를 제작했다. 또, 공간 주파수(P1: 350㎚, 피치 P2: 300㎚)가 균일한 준육방 격자 패턴의 서브파장 구조체 석영 마스터 D를 제작했다.
다음에, 상기 서브파장 구조체 석영 마스터 A의 자외선 경화 복제 기판 A1과, 서브파장 구조체 석영 마스터의 자외선 경화 복제 시트 B1과, 서브파장 구조체 석영 마스터 A, D의 성형 복제 기판(폴리카보네이트, 굴절률 1.59) A2, D2를, 각각 제작했다. 석영 마스터 A, B, D의 에칭 시간과, 자외선 경화 복제 기판(시트) A1, B1 및 성형 복제 기판 A2, D2의 요철 구조의 형태를, 도 11에 정리해서 도시한다. 또한, 각 샘플의 패턴 높이는, AFM(원자간력 현미경)의 단면 프로파일로부터 측정했다.
도 11에서, 구조체의 원주 방향의 높이(깊이)는 반경 방향의 높이(깊이)보다도 작고, 또 서브파장 구조체의 원주 방향 이외의 부분의 높이(깊이)가 반경 방향의 높이(깊이)와 거의 동일했기 때문에, 서브파장 구조체의 깊이를 반경 방향의 높이(깊이)로 대표했다.
또, 도 11에서의 애스펙트비, 평균 배치 피치는, 상술한 바와 같이 이하의 식(1), (2)에 의해 정의된다.
애스펙트비=H/P　…(1)
단, H: 원주 방향의 구조체의 높이, P: 평균 배치 피치(평균 주기)
평균 배치 피치 P=(P1+P2+P2)/3=(330+300+300)/3=310 …(2)
단, P1: 원주 방향의 배치 피치(원주 주기), P2: 원주 방향에 대해서 ±θ방향(단, θ=60°-δ)의 배치 피치
또한, 이하의 실시예에서도 애스펙트비, 배치 피트는 마찬가지로 정의된다.
도 12는, 자외선 경화 복제 기판 A1의 SEM 사진이다. 도 12에 도시하는 서브파장 구조체 형상은, 중앙부의 기울기가 정부 및 저부의 기울기보다도 급준한(가파른) 타원추 형상이다. 또, 서브파장 구조체는, 준육방 격자상으로 배열되어 있다. 이와 같은 형상의 구조체는, 석영 마스터 A의 에칭 공정에서, 구조체의 선단부로부터 중앙부에 걸쳐서 에칭 시간을 길게, 구조체의 중앙부로부터 저부에 걸쳐서 서서히 에칭 시간을 짧게 함으로써 얻을 수가 있다. 구체적으로는, 이하의 처리를 순서대로 행했다. 또한, 다른 석영 마스터 B, D는, 그 형상에 따라서 에칭 시간 또는 사이클수를 적당히 조정하는 것 이외는, 석영 마스터 A와 마찬가지로 해서 제작했다.
1. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 1분
2. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 2분
3. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 3분
4. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 4분
5. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 3분
6. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 2분
7. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 1분
8. O2 애싱 15초
또한, 패턴의 원주 방향의 높이는, 반경 방향의 높이보다 작았다. 또, 패턴의 원주 방향 이외의 부분의 높이가 반경 방향의 높이와 거의 동일했기 때문에, 패턴의 높이를 반경 방향의 높이로 대표했다.
(반사율의 평가)
각 샘플의 반사율 평가를 장치(일본 분광사(日本分光社; JASCO Corporation)제 「V-500」)를 이용해서 평가했다. 각 샘플의 반사율의 파장 특성을 도 13의 (a), 도 13의 (b), 도 14의 (a) 및 도 14의 (b)에 도시한다.
도 13의 (a)는, 샘플 A1의 반사 특성을 도시하고 있다. 샘플 A1의 반사율에 파장 의존성이 있지만, 가시광 영역(400∼780㎚)에서는 평균 반사율이 0.45%이며, 충분히 작은 값으로 되어 있다.
도 13의 (b)는, 샘플 B1의 반사 특성을 도시하고 있다. 샘플 B1도 반사율에 파장 의존성이 있고, 장파장 측에서 반사율이 올라가고 있지만, 780㎚ 이하의 가시광 영역에서도 1% 미만, 디스플레이의 파장 영역(R: 650㎚, G: 530㎚, B: 440㎚)에서는, 반사율이 0.6% 미만으로 충분한 특성이 얻어지고 있다.
도 14의 (a)는, 샘플 A2의 반사 특성을 도시하고 있다. 샘플 A2에 관해서 는, 샘플 A1과 마찬가지 파장 의존성과 반사율이 얻어졌다. 이 결과로부터, 샘플 A1과 샘플 A2는 요철 구조면에 대해서 마찬가지 전사성이라는 것이 확인된다.
도 14의 (b)는, 샘플 D2의 반사 특성을 도시하고 있다. 샘플 D2에 관해서는, 반사율의 파장 의존성이 있지만, 가시광 영역에서는 0.40%의 평균 반사율이며, 충분히 작은 값으로 되어 있다. 공간 주파수가 P1: 350㎚, P2: 300㎚인 준육방 격자 패턴에서도, 뛰어난 반사 방지 특성이 얻어지는 것이 확인되었다.
이상의 결과로부터, 공간 주파수가, P1: 330∼350㎚, P2: 300㎚인 경우에 대해서, 충분한 반사 방지 특성을 얻을 수 있었다. 바꾸어말하면, P1/P2의 값이 1.1∼1.17인 복제 기판에서, 충분한 반사 방지 특성을 얻을 수가 있었다.
또, 모스아이 형상은, 육방 격자 패턴이 일그러진 볼록 형상의 타원추형이며, 애스펙트비가 1.25∼1.46인 패턴 높이 분포에서, 매우 뛰어난 반사 방지 특성을 얻을 수가 있었다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 원반 제작 공정에서, CHF3 가스의 플라즈마 에칭 시간을 일정하게 해서, 공간 주파수(원주 주기(배치 피치 P1) 330㎚, 원주 60° 주기(배치 피치 P2) 300㎚)가 균일한 준육방 격자 패턴의 서브파장 구조체 석영 마스터 C를 제작했다. 또한, 서브파장 구조체 석영 마스터 C의 오목부에는, 깊이 분포를 갖게 했다.
다음에, 상기 서브파장 구조체 석영 마스터 C의 자외선 경화 복제 기판 C1을 제작했다. 석영 마스터 C의 에칭 시간과 자외선 경화 복제 기판 C1의 요철 구조의 형태를, 도 11에 도시한다. 또한, 각 샘플의 패턴 높이는, AFM(원자간력 현미경)의 단면 프로파일로부터 측정했다.
도 11에서, 구조체의 원주 방향의 높이(깊이)는 반경 방향의 높이(깊이)보다도 작고, 또 서브파장 구조체의 원주 방향 이외의 부분의 높이(깊이)가 반경 방향의 높이(깊이)와 거의 동일했기 때문에, 서브파장 구조체의 깊이를 반경 방향의 높이(깊이)로 대표했다.
또, 도 11에서의 애스펙트비, 평균 배치 피치는, 상술한 식(1), (2)에 의해 정의된다.
도 15, 도 16은, 자외선 경화 복제 기판 C의 SEM 사진이다. 도 15에 도시하는 바와 같이, 구조체는, 준육방 격자상으로 배치되어 있다. 또, 구조체는, 타원추대 형상을 가지고 있다. 이와 같은 형상의 구조체는, 레지스트 마스크에 개구를 설치하고, 석영 마스터 C의 에칭 공정에서, 애싱 시간, 에칭 시간을 일정하게 함으로써 얻을 수가 있다. 구체적으로는, 이하의 처리를 순서대로 행했다.
1. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 2.5분
2. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 2.5분
3. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 2.5분
4. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 2.5분
5. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 2.5분
6. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 2.5분
7. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 2.5분
8. O2 애싱 5초, CHF3 에칭 2.5분
9. O2 애싱 15초
(반사율의 평가)
각 샘플의 반사율 평가를 장치(일본 분광사제 「V-500」)를 이용해서 평가했다. 그 결과를 도 13의 (c)에 도시한다.
도 13의 (c)는, 샘플 C1의 반사 특성을 도시하고 있다. 샘플 C1에 관해서는, 장파장 측도 안정하고, 파장 의존성이 거의 없으며, 반사율도 매우 낮은 결과가 얻어졌다. 가시광 영역에서도 0.35% 미만, 평균 반사율은 0.3%이며, 매우 뛰어난 반사 방지 특성이 얻어지고 있다. 파장 의존성이 적은 이유는, 요철 구조의 육방 격자 패턴의 일그러짐(歪; distortion)과 요철 구조의 높이 분포(깊이 분포)가 크기 때문이라고 생각된다.
또, 반사율 저감의 이유로서는, 타원추대의 폭이 넓기 때문에, 충전율을 높이는 것이 가능한 형상이라는 것도 생각된다.
실시예 2 및 실시예 3의 구조체를 비교하면, 실시예 2 및 실시예 3의 구조체를 기판의 위쪽으로부터 관찰한 경우에는, 실시예 2의 구조체는 가늘고 작은 동그 라미로 보이는데 대해, 실시예 3의 구조체는 큰 동그라미로 보인다. 즉, 실시예 3의 구조체는 실시예 2의 구조체에 비해 체적이 큰 것처럼 보인다. 따라서, 실시예 3의 구조체는, 실시예 2의 구조체에 비해 충전율을 높게 할 수 있다.
(실시예 4)
[원반의 제작]
석영 기판 위에, 화학 증폭형 또는 노볼락계 포지티브형 레지스트 층을 두께 150㎚ 정도 도포하고, 이 레지스트 층에, 도 5에 도시한 노광 장치(5)를 이용해서 준육방 격자 패턴의 잠상을 형성했다. 레이저광의 파장은 266㎚, 레이저 파워는, 0.50mJ/m로 했다. 그 후, 레지스트 층에 대해서 현상 처리를 실시하여, 레지스트 패턴을 제작했다. 현상액으로서는, 무기 알칼리성 현상액(토쿄 오우카사제)을 이용했다.
다음에, O2 애싱(5초)에 의해 레지스트 패턴을 제거하고 개구 지름을 넓히는 프로세스와, CHF3 가스 분위기 중에서의 플라즈마 에칭(3분)으로 석영 기판을 에칭하는 프로세스를 되풀이해서 행했다. 그 결과, 석영 기판의 표면이 노출되어 있는 준육방 격자 패턴 지름이 서서히 넓어지면서 에칭이 진행하고, 그의 다른 영역은 레지스트 패턴이 마스크로 되어 에칭되지 않고, 도 6의 (b)에 모식적으로 도시한 바와 같은 단면이 대략 삼각 형상인 오목부(3)가 형성되었다. 에칭량은 에칭 시간에 따라서 변화시켰다. 최후에, O2 애싱에 의해 레지스트 패턴을 완전히 제거했다.
이상과 같이 해서, 원주 방향 피치 P1이 330㎚, 원주 방향 약 60°방향(약 -60°방향) 피치 P2가 300㎚, 깊이 270㎚ 정도부터 400㎚ 정도의 오목부 준육방 격자 패턴을 가지는 서브파장 구조체 마스터(원반)를 제작했다.
[복제 기판의 제작]
다음에, 제작한 서브파장 구조체 마스터 위에 자외선 경화 수지를 도포한 후, 아크릴판을 자외선 경화 수지 위에 밀착시켰다. 그리고, 자외선을 조사해서 자외선 경화 수지를 경화시키고, 석영 마스터로부터 박리했다. 이상과 같이 해서, 볼록부 준육방 격자 패턴을 가지는 서브파장 구조체 자외선 경화 복제 기판을 제작했다.
[성형용 금형의 제작]
다음에, 제작한 서브파장 구조체 자외선 경화 복제 기판의 요철 패턴 위에, 무전해 도금법에 의해 니켈 피막으로 이루어지는 도전화 막을 형성했다. 그리고, 도전화 막이 형성된 복제 기판을 전기주조 장치에 설치하고, 전기 도금법에 의해 도전화 막 위에 300±5㎛ 정도 두께의 니켈 도금층을 형성했다. 계속해서, 복제 기판으로부터 니켈 도금층을 커터 등을 이용해서 박리한 후, 전사된 요철 구조면을 아세톤으로 세정하고, 오목부 준육방 격자 패턴을 가지는 서브파장 구조체 Ni 금속 마스터(성형용 금형)를 제작했다.
[광학 소자의 제작]
다음에, 제작한 서브파장 구조체 Ni 금속 마스터를 이용해서 폴리카보네이트 수지의 사출 성형 기판을 제작하고, 표면에 볼록부 준육방 격자 패턴을 가지는 서브파장 구조체 성형 복제 기판을 얻었다. 그 후, 이 복제 기판을 소정 사이즈로 절출해서, 본 발명에 관계된 광학 소자를 제작했다.
(실시예 5)
본 실시예에서는, 원반 제작 공정에서, CHF3 가스의 플라즈마 에칭 시간을 바꾸어, 공간 주파수(원주 주기(배치 피치 P1) 330㎚, 원주 약 60° 주기(배치 피치 P2) 300㎚)가 균일한 준육방 격자 패턴의 서브파장 구조체 석영 마스터 A, E를 제작했다. 또, 공간 주파수(P1: 315㎚, P2: 275㎚)가 균일한 준육방 격자 패턴의 서브파장 구조체 석영 마스터 F를 제작했다.
다음에, 상기 서브파장 구조체 석영 마스터 A, E, F의 자외선 경화 복제 기판 A1, E1, F1과, 서브파장 구조체 석영 마스터 A의 성형 복제 기판(폴리카보네이트, 굴절률 1.59) A2를, 각각 제작했다. 또, 양면에 서브파장 구조체가 설치된 자외선 경화 복제 기판(도 6의 (c)에서 투명 기판(6)의 양면에 자외선 경화 수지(7)로 이루어지는 요철 구조가 전사된 복제 기판) EW1, FW1을 각각 제작했다. 석영 마스터 A, E, F의 에칭 시간과, 자외선 경화 복제 기판 A1, E1, F1 및 성형 복제 기판 A2의 요철 구조의 형태를, 도 17에 정리해서 도시한다.
각 샘플의 패턴 높이는, AFM(원자간력 현미경)의 단면 프로파일로부터 측정했다. 또한, 패턴의 원주 방향의 높이는, 반경 방향의 높이보다도 작았다. 또, 패턴의 원주 방향 이외의 부분의 높이가 반경 방향의 높이와 거의 동일했기 때문에, 패턴의 높이를 반경 방향의 높이로 대표했다.
(투과율의 평가)
각 샘플의 투과율 평가를 일본 분광사제 측정 장치 「V-500」을 이용해서 평가했다. 각 샘플의 투과율의 파장 특성을 도 18∼도 20에 도시한다.
도 18의 (a)는 샘플 A1의 투과 특성을 도시하고 있다. 샘플 A1은 투과율에 파장 의존성이 거의 없고, 파장(440㎚∼800㎚)에서는 평균 투과율이 95∼96%이며, 충분한 특성이 얻어지고 있다.
도 18의 (b)는 샘플 A2의 투과 특성을 도시하고 있다. 샘플 A2는, 파장 450㎚ 이하의 투과율 특성이 약간 나쁘지만, 디스플레이의 파장 영역(R: 650㎚, G: 530㎚, B: 450㎚)에서는, 평균 투과율이 95∼96%이며, 충분한 특성이 얻어지고 있다. 또, 샘플 A2에 관해서는, 자외선 경화 복제 기판 샘플 A1과 같은 파장 의존성과 투과율이 얻어졌다. 이 결과로부터, 샘플 A1과 샘플 A2는 요철 구조면에 대해서 마찬가지 전사성이라는 것이 확인된다.
도 18의 (c)는, 샘플 E1의 투과 특성을 도시하고 있다. 샘플 E1에 관해서는, 파장 의존성이 거의 없고, 투과율도 매우 높고 안정한 결과가 얻어졌다. 파장(430∼800㎚)에서도, 평균 투과율은 95∼96%이며, 매우 뛰어난 투과 특성이 얻어지고 있다.
도 19는, 샘플 EW1의 투과 특성과 광의 입사각 의존 특성을 도시하고 있다. 양면에 서브파장 구조체를 설치한 자외선 경화 복제 기판 샘플 EW1의 투과 특성은, 이면 반사가 없기 때문에, 샘플 E1에 비해 더욱더 향상되어 있다. 입사각 0도(度)에서는, 파장 430∼800㎚에서는 평균 투과율이 99%이며, 매우 충분한 특성이 얻어지고 있다. 또, 입사각이 증가해도, 청색의 파장(450㎚)에서, 입사각 20도에서 투 과율 96%, 입사각 30도에서 투과율 93.5%로 충분한 특성으로 되어 있다.
일본 특개2006-145885호 공보(특허 문헌 1)에서는, 유전체 박막의 적층 구조에 의해서, 적색 LED광(640㎚), 녹색 LED광(530㎚), 청색 LED광(450㎚)의 투과율을, 80%, 80%, 50%로 향상시키고 있었지만, 본 발명의 실시예에서는, 상기 투과율이 각각 99%, 99%, 99%이며, 현격(格段)히 투과 특성을 향상시키고 있다. 입사각 의존성도 적고, ±20∼30도까지 충분한 투과 특성이 얻어지고 있다.
특히, 청색광(450㎚)의 투과 특성은 50%부터 99%로 2배의 성능으로 되어 있다. 이것은, 청색광 흡수에 의한 소자의 열화(劣化; deterioration)가 일어나기 어렵다고 생각된다. 이것에 의해, 지극히 신뢰성이 높은 광학 필터 소자, 또는 이 광학 필터 소자를 이용한 LED 디스플레이를 제공할 수가 있다. 또, 니오븀(Nb) 등의 희토류를 이용하고 있지 않기 때문에, 환경 오염의 문제가 없는 광학 필터 소자, 또는 이 광학 필터 소자를 이용한 LED 디스플레이를 제공할 수가 있다.
다음에, 도 20은, 샘플 FW1의 투과 특성과 입사각 의존 특성을 도시하고 있다. 양면에 서브파장 구조체를 설치한 자외선 경화 복제 기판 샘플 FW1의 투과 특성은, 파장 의존성은 거의 없고, 가시광 영역(400∼800㎚)에서는 평균 투과율이 98%이며, 현격히 뛰어난 투과 특성으로 되어 있다. 공간 주파수가 P1: 315㎚, P2: 275㎚인 준육방 격자 패턴에서도, 현격히 뛰어난 투과 특성이 얻어지는 것이 확인되었다. 따라서, LED 디스플레이 이외에도, 많은 형광 램프 디스플레이나 조명 장치의 도광 소자 등의 많은 응용 상품에 적용가능하다.
이상의 결과로부터, 공간 주파수가, P1: 315∼330㎚, P2: 275∼300㎚인 경우 에 대해서, 충분한 투과 특성을 얻을 수 있었다. 바꾸어말하면, P1/P2의 값이 1.05∼1.2인 복제 기판에서, 충분한 투과 특성을 얻을 수가 있었다.
또, 서브파장 구조체 형상은, 육방 격자 패턴이 일그러진 볼록 형상의 타원추이며, 애스펙트비가 0.94∼1.28인 패턴 높이 분포에서, 매우 뛰어난 투과 특성을 얻을 수가 있었다.
(실시예 6)
본 실시예에서는, 원반 제작 공정에서, CHF3 가스의 플라즈마 에칭 시간을 바꾸어, 공간 주파수(원주 주기(배치 피치 P1) 315㎚, 원주 약 60° 주기(배치 피치 P2) 275㎚)가 균일한 준육방 격자 패턴의 서브파장 구조체 석영 마스터 F를 제작했다. 또, 공간 주파수(P1: 300㎚, P2: 265㎚)가 균일한 준육방 격자 패턴의 서브파장 구조체 석영 마스터 G를 제작했다.
다음에, 상기 서브파장 구조체 석영 마스터 F의 자외선 경화 복제 기판 F1과, 서브파장 구조체 석영 마스터 G의 성형 복제 기판(폴리카보네이트, 굴절률 1.59) G1을, 각각 제작했다. 또, 양면에 서브파장 구조체가 설치된 자외선 경화 복제 기판(도 6의 (c)에서 투명 기판(6)의 양면에 자외선 경화 수지(7)로 이루어지는 요철 구조가 전사된 복제 기판) FW1, GW1을 각각 제작했다. 석영 마스터 F, G의 에칭 시간과, 자외선 경화 복제 기판 F1 및 성형 복제 기판 G1의 요철 구조의 형태를, 도 21에 도시한다.
도 21에서, 태양 전지 H의 샘플은, 도 10에 도시한 바와 같이, 레지스트 도 포된 Si 기판(태양 전지 재료)을 공간 주파수(원주 방향(P1) 300㎚, 원주 약 60°방향(P2) 330㎚)가 균일한 준육방 격자 패턴으로 패터닝한 후, CF4 가스의 플라즈마 에칭을 행하고, 표면에 준육방 격자 패턴의 서브파장 구조체를 형성한 것이다.
각 샘플의 패턴 높이는, AFM(원자간력 현미경)의 단면 프로파일로부터 측정했다. 또한, 패턴의 원주 방향의 높이는, 반경 방향의 높이보다도 작았다. 또, 패턴의 원주 방향 이외의 부분의 높이가 반경 방향의 높이와 거의 동일했기 때문에, 패턴의 높이를 반경 방향의 높이로 대표했다.
(투과율의 평가)
각 샘플의 투과율 평가를 일본 분광사제 측정 장치 「V-500」을 이용해서 평가했다. 각 샘플의 투과율의 파장 특성을 도 22 및 도 23에 도시한다.
도 22는, 샘플 FW1의 투과 특성을 도시하고 있다. 또한, 이 샘플 FW1은, 상술한 실시예 2에서 설명한 샘플 FW1과 동일한 것이며, 도 22는, 도 20보다도 파장 범위를 확대해서 도시한 것이다. 도 22에 도시한 바와 같이, 샘플 FW1에 관해서는, 파장 400∼1200㎚에서의 투과율은 대체로 98%이며, 충분한 특성이 얻어지고 있다. 또, 단파장(350∼400㎚)의 영역에서 투과율은 서서히 감소하지만, 파장 350㎚에서도 70% 정도 투과하는 충분한 특성이 얻어지고 있다. 또, 각도 의존성이 적고, ±30도의 입사 각도까지 거의 투과 특성이 변함없다는 것을 알 수 있었다.
한편, 도 23은, 샘플 GW1의 투과 특성을 도시하고 있다. 샘플 GW1에 관해서도 마찬가지로, 파장 400∼1200㎚에서의 투과율은 98%이며, 충분한 특성이 얻어지 고 있다.
또, 단파장(350∼400㎚)의 영역에서 투과율은 서서히 감소하지만, 파장 350㎚에서도 90% 정도 투과하는 충분한 특성이 얻어지고 있다.
또, 각도 의존성이 적고, ±30도의 입사 각도까지 거의 투과 특성이 변함없다는 것을 알 수 있었다.
도 24는, 태양광의 스펙트럼과 일반적인 Si 태양 전지의 감도 스펙트럼을 도시하고 있다(출전(出典): 「열광 기전력(Thermo Photo Voltaic)(TPV) 발전 시스템」 인터넷＜URL:http://www.mech.tohoku.ac.jp/mech-labs/yugami/research/tpv/tpv_info.html>). 도 24에 도시하는 바와 같이, 태양광의 스펙트럼은 파장 350∼1200㎚의 범위에 걸쳐서 분포하고 있다. 따라서, 파장 350∼1200㎚의 넓은 파장 범위에 걸쳐서 뛰어난 투과율 특성을 가지는 본 실시예에 관계된 샘플 FW1 및 GW1을 태양 전지용 도광창으로서 이용함으로써, 광 이용 효율을 높일 수 있고, 발전 효율의 향상에 크게 공헌하는 것이 가능해진다. 또, 태양 전지 이외에도, 많은 광 센서용 도광창 등에도 본 발명은 적용가능하다.
이상의 결과로부터, 공간 주파수가, P1: 300∼315㎚, P2: 265∼275㎚인 경우에 대해서, 충분한 투과 특성을 얻을 수가 있었다. 또, 서브파장 구조체 형상은, 육방 격자 패턴이 일그러진 볼록 형상의 타원추이며, 애스펙트비가 1.09∼1.19인 패턴 높이 분포에서, 매우 뛰어난 투과 특성을 얻을 수가 있었다.
또, 표면에 준육방 격자 패턴의 서브파장 구조체를 가지는 태양 전지 H(원주 주기(배치 피치 P1) 330㎚, 원주 약 60° 주기(배치 피치 P2) 300㎚, 깊이 251㎚, 애스펙트비 0.85)의 패턴부의 반사율(5도 입사)은, Si 기판의 평탄부의 반사율(40% 정도)과 비교해서 현격히 적고, 2% 정도이다. 서브파장 구조체를 가지는 태양 전지 H는 반사율의 각도 의존성이 적기 때문에, 1.5∼2배 정도의 효율을 기대할 수 있다.
(실시예 7)
애스펙트비(H/P)를, 0.58, 0.75, 0, 92, 1.08, 1.25, 1.42, 1.58로 각각 바꾸는 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 해서 자외선 경화 복제 기판 샘플을 얻었다.
(반사율의 평가)
각 샘플의 반사율 평가를 장치(일본 분광사제 「V-500」)를 이용해서 평가했다. 각 샘플의 반사율의 파장 특성을 도 25에 도시한다. 또한, 도 25에서는, 모든 반사를 「1」로 한 반사율을 도시하고 있다. 도 25로부터, 애스펙트비(H/P)가 작아지면 장파장 측에서의 반사율이 높아지는 것을 알 수 있다.
이하, 도 26∼도 28을 참조하면서, 실시예 8∼10에 대해서 설명한다.
(실시예 8)
도 26의 (a)에 도시하는 바와 같이, 스커트부를 가지지 않는 구조체가 한 주면에 준육방 격자상으로 설치된 광학 소자에 대해서 반사 특성을 구했다. 또한, 도 27에 도시하는 바와 같이, 패턴 깊이 420㎚, 주기 330㎚, 애스펙트비 1.27로 설정했다. 그 결과를 도 28에 도시한다.
(실시예 9)
도 26의 (b)에 도시하는 바와 같이, 스커트부가 가지는 구조체가 한 주면에 설치된 광학 소자에 대해서 반사 특성을 구했다. 또한, 도 27에 도시하는 바와 같이, 패턴 깊이 420㎚, 주기 330㎚, 애스펙트비 1.27로 설정했다. 또, 스커트부는, 기본 구조의 외측 1할(割)을 깊이 70㎚의 범위에서 경사시켰다. 그 결과를 도 28에 도시한다.
(실시예 10)
도 26의 (c)에 도시하는 바와 같이, 구조체를 설치하고 있지 않은 투명 평판에 대해서 반사 특성을 구했다. 그 결과를 도 28에 도시한다.
(반사 특성의 평가)
구조체를 설치한 실시예 8, 9는, 구조체를 설치하고 있지 않은 실시예 10에 비해 반사율을 대폭 저감할 수 있다. 또, 구조체에 스커트부를 설치한 실시예 9는, 구조체에 스커트부를 설치하고 있지 않은 실시예 8과 거의 똑같은 반사율을 얻을 수가 있다. 또한, 실시예 9의 광학 소자와 같이 구조체에 스커트부를 설치하면, 광학 소자의 제조 공정에서 광학 소자의 금형으로부터의 박리가 용이하게 되는 경향이 있다.
이상의 결과로부터, 반사율을 저감하고, 또한 광학 소자의 금형으로부터의 박리를 용이하게 하기 위해서는, 구조체에 스커트부를 설치하는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대해서 구체적으로 설명했지만, 본 발명은, 상술한 실시형태 및 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 의거하는 각종 변형이 가능하다.
예를 들면, 상술한 실시형태 및 실시예에서 든 수치는 어디까지나 예에 불과하며, 필요에 따라서 이것과 다른 수치를 이용해도 좋다.
또, 본 발명은, 붕규산 유리 등으로 이루어지는 초미세 가공체 등에도 적용가능하다. 이와 같은 가공체로서는, 예를 들면 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 등의 고체 촬상 소자의 커버 유리를 들 수 있다. 도 22에 도시하는 바와 같이, 가시광에서의 투과율이 높기 때문에, 본 발명은 상기 커버 유리에 적용해서 매우 적합하다고 생각된다.
본 발명은, 표면에 볼록부 또는 오목부로 이루어지는 구조체가 가시광의 파장 이하의 미세 피치로 다수 배치되어 이루어지는 광학 소자, 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법 및, 광전 변환 장치에 관한 기술분야 등에서 이용가능하다.

Claims (21)

  1. 기체 표면에, 볼록부(凸部; high portion) 또는 오목부(凹部; lower portion)로 이루어지는 구조체가 가시광의 파장 이하의 미세 피치로 다수 배치되어 이루어지는 광학 소자로서,
    상기 각 구조체는, 상기 기체 표면에서 복수열의 원호상(圓弧狀) 트랙을 이루도록 배치되어 있음과 동시에, 준육방 격자 패턴을 형성하고,
    상기 구조체는, 상기 원호상 트랙의 원주 방향에 장축 방향을 가지는 타원추 또는 타원추대(楕圓錐台) 형상인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    동일 트랙 내에서의 상기 구조체의 배치 피치 P1은, 인접하는 2개의 트랙 사이에서의 상기 구조체의 배치 피치 P2보다도 긴 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    동일 트랙 내에서의 상기 구조체의 배치 피치를 P1, 인접하는 2개의 트랙 사이에서의 상기 구조체의 배치 피치를 P2로 했을 때,
    P1/P2가 1.00〈P1/P2≤1.32인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각 구조체는, 상기 원호상 트랙의 원주 방향으로 장축 방향을 가지고, 중앙부의 기울기가 선단부 및 저부(底部)의 기울기보다도 급준하게(가파르게) 형성된 타원추 또는 타원추대 형상인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원호상 트랙의 원주 방향에서의 상기 구조체의 높이 또는 깊이는, 상기 원호상 트랙의 지름 방향에서의 상기 구조체의 높이 또는 깊이보다도 작은 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    애스펙트의 비가 0.81∼1.46인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    애스펙트의 비가 0.94∼1.28인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    애스펙트의 비가 0.94∼1.46인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    애스펙트의 비가 0.81∼1.28인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    동일 트랙 내에서의 상기 구조체의 배치 피치 P1이 300㎚∼350㎚이고, 인접하는 2개의 트랙 사이에서의 상기 구조체의 배치 피치 P2가 265㎚∼300㎚인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    광 입사면(入射面) 및 광 출사면(出射面)의 쌍방에 상기 다수의 구조체가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  12. 볼록부 또는 오목부로 이루어지는 구조체가 가시광의 파장 이하의 미세 피치로 다수 배치되어 이루어지는 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법으로서,
    표면에 레지스트 층이 형성된 기판을 준비하는 제1 공정과,
    상기 기판을 회전시킴과 동시에, 레이저광을 상기 기판의 회전 반경 방향으로 상대 이동시키면서, 상기 레지스트 층에 레이저광을 간헐적으로 조사해서, 가시광 파장보다도 짧은 피치로 잠상(潛像)을 형성하는 제2 공정과,
    상기 레지스트 층을 현상해서, 상기 기판의 표면에 레지스트 패턴을 형성하는 제3 공정을 가지고,
    상기 제2 공정에서는, 상기 잠상을, 상기 기판의 회전 방향에 장축을 가지는 타원 형상으로 형성함과 동시에, 인접하는 3열의 트랙 사이에서 준육방 격자 패턴 을 구성하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 공정에서는, 상기 레지스트 층에 대한 레이저광의 조사 주기를 1트랙마다 변화시키면서 행하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    동일 트랙 내에서의 상기 잠상의 형성 피치를, 인접하는 2개의 트랙 사이에서의 상기 잠상의 형성 피치보다도 길게 하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 기판을 각속도 일정하게 회전시키는 것을 특징으로 하는 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제3 공정후, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하는 에칭 처리를 실시함으로써, 상기 기판의 표면에 요철(凹凸; uneven) 구조를 형성하는 제4 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제4 공정에서는, 상기 레지스트 패턴의 애싱(ashing) 처리와 상기 기판 표면의 에칭 처리를 번갈아(交互; alternately) 행하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 애싱 처리의 시간을 일점에 보존유지함과 동시에, 상기 에칭 처리의 시간을 서서히 길게 하면서, 상기 레지스트 패턴의 애싱 처리와 상기 기판 표면의 에칭 처리를 번갈아 행한 후,
    상기 애싱 처리의 시간을 일점으로 보존유지함과 동시에, 상기 에칭 처리의 시간을 서서히 짧게 하면서, 상기 레지스트 패턴의 애싱 처리와 상기 기판 표면의 에칭 처리를 번갈아 행하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 애싱 처리 및 상기 에칭 처리의 시간을 각각 일정하게 보존유지하면서, 상기 레지스트 패턴의 애싱 처리와 상기 기판 표면의 에칭 처리를 번갈아 행하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법.
  20. 광전 변환층과,
    상기 광전 변환층의 수광부에 설치된 광 투과성의 광학 소자를 구비하고,
    상기 광학 소자는, 수광면에, 가시광의 파장 이하의 미세 피치로 볼록부 또는 오목부로 이루어지는 구조체가 다수 배열되어 이루어지고,
    상기 각 구조체는, 수광면에서 복수열의 원호상 트랙을 이루도록 배치되어 있음과 동시에, 준육방 격자 패턴을 형성하고,
    상기 구조체는, 상기 원호상 트랙의 원주 방향에 장축 방향을 가지는 타원추 또는 타원추대 형상인 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 광전 변환층은, 제1 전극과 제2 전극 사이에, 반도체층과 전해질층의 적층체가 협지(挾持; sandwich)되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
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