KR20110111379A

KR20110111379A - 광학 소자, 표시 장치, 반사 방지 기능이 탑재된 광학 부품 및 원반

Info

Publication number: KR20110111379A
Application number: KR1020117013902A
Authority: KR
Inventors: 카즈야 하야시베; 소메이 엔도; 마키코 오이카와; 코이치로 시미즈
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-10-11
Also published as: US20120026591A1; JP5257066B2; BRPI0923027A2; CN102282482B; TW201040577A; JP2010156844A; RU2514152C2; CN102282482A; RU2011124925A; EP2372403A1; TWI409494B; EP2372403A4; WO2010074191A1

Abstract

광학 소자는, 기체{基體; base}와, 기체 표면에 다수 배열된 구조체를 구비한다. 구조체가, 뿔체{錐體} 형상의 오목부{凹部} 또는 볼록부{凸部}이다. 구조체가, 사용 환경하의 광의 파장 대역 이하의 피치로 배열됨과 동시에, 인접하는 구조체의 하부끼리가 접속되어 있다. 구조체의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률이, 기체를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리고 있다.

Description

광학 소자, 표시 장치, 반사 방지 기능이 탑재된 광학 부품 및 원반{OPTICAL ELEMENT, DISPLAY DEVICE, OPTICAL COMPONENT WITH ANTIREFLECTIVE FUNCTION, AND MASTER BOARD}

본 발명은, 광학 소자, 표시 장치, 반사 방지 기능이 탑재된{機能付} 광학 부품 및 원반{原盤}에 관한 것이다. 자세하게는, 구조체가 사용 환경하의 광의 파장 대역 이하의 피치로 배열된 광학 소자에 관한 것이다.

종래, 유리나 플라스틱 등의 투광성 기판을 이용한 광학 소자에서는, 광의 표면 반사를 억누르기 위한 표면 처리가 행해지고 있는 것이 있다. 이런 종류의 표면 처리로서, 광학 소자 표면에 미세하고 또한 치밀한 요철{凹凸} 구조(모스아이 구조)를 형성하는 것이 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. 그러나, 요철 형상의 피치가 투과하는 광의 파장보다도 짧은 경우에는 회절은 발생하지 않고, 예를 들면 요철 형상을 직사각형{矩形}으로 했을 때에, 그 피치나 깊이 등에 대응하는 단일 파장의 광에 대해서 유효한 반사 방지 효과를 얻을 수가 있다.

상술한 광학 소자는, 뛰어난 반사 방지 특성을 가지기 때문에, 태양 전지나 표시 장치에의 적용이 기대되고 있다. 반사 방지 특성을 고려한 요철 구조로서 이하의 것이 제안되어 있다.

전자선 노광을 이용해서 제작한 구조체로서는, 미세한 텐트 형상의 요철 구조체(피치 약 300㎚, 깊이 약 400㎚)가 제안되어 있다(예를 들면 NTT 어드밴스트 테크놀로지(주), "파장 의존성이 없는 반사 방지체(모스아이)용 성형 금형 원반", [online], [평성20년{2008년} 9월 1일 검색], 인터넷 <http://keytech.ntt-at.co.jp/nano/prd_0033.html> 참조).

또, 산업 기술 종합 연구소, 근접장{近接場} 광 응용 공학 연구 센터, 슈퍼 렌즈 테크놀로지팀은, 직경 100㎚, 깊이 500㎚ 이상의 나노홀 구조물을 제안하고 있다(예를 들면 독립 행정 법인 산업 기술 종합 연구소, "나노미터 사이즈의 미세 가공을 가능하게 하는 탁상형 장치를 개발", [online], [평성20년 9월 1일 검색], 인터넷 <http://aist.go.jp/aist_i/press_release/pr2006/pr20060306/pr20060306.html> 참조). 이와 같은 구조체는, 광 디스크의 기록 장치를 이용한 미세 구조체 형성 방법에 의해 형성할 수가 있다. 구체적으로는, 반도체 레이저(파장 406㎚)를 이용한 가시광 레이저 리소그래피법과 열{熱} 비선형 재료를 조합한 열 리소그래피 기술을 토대로 한 나노 가공 장치에 의해 형성할 수가 있다(예를 들면 독립 행정 법인 산업기술 종합 연구소, "나노미터 사이즈의 미세 가공을 가능하게 하는 탁상형 장치를 개발", [online], [평성20년 9월 1일 검색], 인터넷 <http://aist.go.jp/aist_i/press_release/pr2006/pr20060306/pr20060306.html> 참조).

또, 본 발명자들은, 조종{釣鐘; hanging bell} 형상이나 타원뿔대{楕圓錐台} 형상의 구조체를 제안하고 있다(예를 들면 국제 공개 제08/023816호 팜플렛 참조). 이 구조체에서는, 전자선 노광에 가까운 반사 방지 특성이 얻어진다. 또, 이 구조체는, 광 디스크의 원반 제작 프로세스와 에칭 프로세스를 융합한 방법에 의해 제작할 수가 있다.

근래{近年}에는, 액정 표시 장치 등의 각종 표시 장치의 시인성{視認性; visibility}을 더욱더 향상하는 것이 바래{望}지고 있고, 이와 같은 요망에 부응하기 위해서는, 상술한 광학 소자의 반사 방지 특성을 더욱더 향상하는 것이 중요하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 뛰어난 반사 방지 특성을 가지는 광학 소자, 표시 장치, 반사 방지 기능이 탑재된 광학 부품, 및 원반을 제공하는데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위해서, 제1 발명은,

기체{基體; base}와,

기체 표면에 다수 배열된 구조체

를 구비{備}하고,

구조체가, 뿔체{錐體} 형상의 오목부{凹部} 또는 볼록부{凸部}이고,

구조체가, 사용 환경하의 광의 파장 대역 이하의 피치로 배열됨과 동시에, 인접하는 구조체의 하부끼리가 접속되고,

구조체의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률이, 기체를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리고 있는, 반사 방지 기능을 가지는 광학 소자이다.

제2 발명은,

기체와,

기체 표면에 다수 배열된 구조체

를 구비하고,

구조체가, 기체 표면에서 한방향으로 늘어나{延}는 기둥모양{柱狀} 형상을 가지는 오목부 또는 볼록부이고,

구조체의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률이, 기체를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리고 있는 광학 소자이다.

제3 발명은,

광학 부품과,

광학 부품의 표면에 다수 배열된 구조체

를 구비하고,

구조체가, 뿔체 형상의 오목부 또는 볼록부이고,

구조체가, 사용 환경하의 광의 파장 이하의 피치로 배열됨과 동시에, 인접하는 구조체의 하부끼리가 접속되고,

구조체의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률이, 기체를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리고 있는 반사 방지 기능이 탑재된 광학 부품.

제4 발명은,

기체 표면에 다수 배열된 구조체

를 구비하고,

구조체가, 뿔체 형상의 오목부 또는 볼록부이고,

구조체에 의해서 성형된 광학 소자의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률의 변화가, 광학 소자의 기체를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리고 있는 원반이다.

본 발명에 있어서, S자 모양에는, 반전{反轉} S자 모양, 즉 Z자 모양도 포함된다. 또, 구조체가 기체 표면에 대해서 돌출한 볼록부인 경우, 구조체의 하부란, 구조체의 기체측 부분의 것을 말한다. 구조체가 기체 표면에 대해서 움푹 들어간 오목부인 경우, 구조체의 하부란, 구조체의 개구부측 부분의 것을 말한다.

제1, 제3 및 제4 발명에 있어서, 주{主}구조체를 사방 격자모양 또는 준{準}사방 격자모양으로 주기적으로 배치하는 것이 바람직하다. 여기서, 사방 격자란, 정사각 형상의 격자의 것을 말한다. 준사방 격자란, 정사각 형상의 격자와는 달리, 일그러진{歪} 정사각 형상의 격자의 것을 말한다. 구체적으로는, 구조체가 직선 위에 배치되어 있는 경우에는, 준사방 격자란, 정사각 형상의 격자를 직선모양의 배열 방향으로 잡아늘여서{引伸} 일그러뜨린 사방 격자의 것을 말한다. 구조체가 원호모양으로 배치되어 있는 경우에는, 준사방 격자란, 정사각 형상의 격자를 원호모양으로 일그러뜨린 사방 격자, 또는 정사각 형상의 격자를 원호모양으로 일그러뜨리고, 또한 원호모양의 배열 방향으로 잡아늘여서 일그러뜨린 사방 격자의 것을 말한다.

제1, 제3 및 제4 발명에 있어서, 구조체를 육방 격자모양 또는 준육방 격자모양으로 주기적으로 배치하는 것이 바람직하다. 여기서, 육방 격자란, 정육각 형상의 격자의 것을 말한다. 준육방 격자란, 정육각 형상의 격자와는 달라, 일그러진 정육각 형상의 격자의 것을 말한다. 구체적으로는, 구조체가 직선 위에 배치되어 있는 경우에는, 준육방 격자란, 정육각 형상의 격자를 직선모양의 배열 방향으로 잡아늘여서 일그러뜨린 육방 격자의 것을 말한다. 구조체가 원호모양으로 배치되어 있는 경우에는, 준육방 격자란, 정육각 형상의 격자를 원호모양으로 일그러뜨린 육방 격자, 또는 정육각 형상의 격자를 원호모양으로 일그러뜨리고, 또한 원호모양의 배열 방향으로 잡아늘여서 일그러뜨린 육방 격자의 것을 말한다.

제1∼제4 발명에서는, 뿔체 형상 또는 기둥모양 형상을 가지는 구조체를, 사용 환경하의 광의 파장 대역 이하의 피치로 배열함과 동시에, 인접하는 구조체의 하부끼리를 접합하고 있다. 이것에 의해, 구조체의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률의 변화를 매끄럽게 할 수가 있다. 따라서, 구조체의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률을, 기체를 향해서 서서히 증가시킴과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리도록 변화시킬 수가 있다. 또, 구조체의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률을, 기체를 향해서 서서히 증가시킴과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리도록 변화시킴으로써, 광에 있어서 경계{境界}가 명확하지 않게 되어, 기체 표면에서의 반사광을 저감할 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 뛰어난 반사 방지 특성을 가지는 광학 소자를 실현할 수 있다. 특히, 구조체의 높이가 큰 경우에, 뛰어난 반사 방지 특성이 얻어진다.

도 1의 (a)는, 본 발명의 제1 실시형태에 관계된 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 개략 평면도이다. 도 1의 (b)는, 도 1의 (a)에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 평면도이다. 도 1의 (c)는, 도 1의 (b)의 트랙 T1, T3, …에서의 단면도이다. 도 1의 (d)는, 도 1의 (b)의 트랙 T2, T4, …에서의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에 관계된 광학 소자의 굴절률 프로파일의 1예를 도시하는 그래프이다.
도 3은, 도 1에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 사시도이다.
도 4의 (a)는, 원뿔 형상 또는 원뿔대 형상을 가지는 구조체(3)의 배치의 1예를 도시하는 개략도이다. 도 4의 (b)는, 타원뿔 형상 또는 타원뿔대 형상을 가지는 구조체(3)의 배치의 1예를 도시하는 개략도이다.
도 5는, 구조체의 형상의 1예를 도시하는 단면도이다.
도 6의 (a)∼ 도 6의 (c)는, 변화점의 정의{定義}를 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (a)는, 본 발명의 제1 실시형태에 관계된 광학 소자를 제작하기 위한 롤 마스터의 구성의 1예를 도시하는 사시도이다. 도 7의 (b)는, 도 7의 (a)의 롤 마스터 표면을 확대해서 도시하는 평면도이다.
도 8은, 모스아이 패턴의 노광 공정에 이용하는 노광 장치의 구성의 1예를 도시하는 개략도이다.
도 9의 (a)∼ 도 9의 (c)는, 본 발명의 제1 실시형태에 관계된 광학 소자의 제조 방법의 1예를 설명하기 위한 공정도이다.
도 10의 (a)∼ 도 10의 (c)는, 본 발명의 제1 실시형태에 관계된 광학 소자의 제조 방법의 1예를 설명하기 위한 공정도이다.
도 11의 (a)는, 본 발명의 제2 실시형태에 관계된 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 개략 평면도이다. 도 11의 (b)는, 도 11의 (a)에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 평면도이다. 도 11의 (c)는, 도 11의 (b)의 트랙 T1, T3, …에서의 단면도이다. 도 11의 (d)는, 도 11의 (b)의 트랙 T2, T4, …에서의 단면도이다.
도 12의 (a)는, 본 발명의 제2 실시형태에 관계된 광학 소자를 제작하기 위한 디스크 마스터의 구성의 1예를 도시하는 평면도이다. 도 12의 (b)는, 도 12의 (a)의 디스크 마스터 표면을 확대해서 도시하는 평면도이다.
도 13은, 모스아이 패턴의 노광 공정에 이용하는 노광 장치의 구성의 1예를 도시하는 개략도이다.
도 14의 (a)는, 본 발명의 제3 실시형태에 관계된 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 개략 평면도이다. 도 14의 (b)는, 도 14의 (a)에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 평면도이다. 도 14의 (c)는, 도 14의 (b)의 트랙 T1, T3, …에서의 단면도이다. 도 14의 (d)는, 도 14의 (b)의 트랙 T2, T4, …에서의 단면도이다.
도 15의 (a)는, 본 발명의 제4 실시형태에 관계된 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 개략 평면도이다. 도 15의 (b)는, 도 15의 (a)에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 평면도이다. 도 15의 (c)는, 도 15의 (b)의 트랙 T1, T3, …에서의 단면도이다. 도 15의 (d)는, 도 15의 (b)의 트랙 T2, T4, …에서의 단면도이다.
도 16은, 도 15에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 사시도이다.
도 17의 (a)는, 본 발명의 제5 실시형태에 관계된 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 개략 평면도이다. 도 17의 (b)는, 도 17의 (a)에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 평면도이다. 도 17의 (c)는, 도 17의 (b)의 트랙 T1, T3, …에서의 단면도이다. 도 17의 (d)는, 도 17의 (b)의 트랙 T2, T4, …에서의 단면도이다.
도 18은, 도 17에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 사시도이다.
도 19는, 본 발명의 제6의 실시형태에 관계된 광학 소자의 구조체의 형상의 1예를 도시하는 단면도이다.
도 20은, 본 발명의 제7 실시형태에 관계된 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 단면도이다.
도 21은, 본 발명의 제8 실시형태에 관계된 액정 표시 장치의 구성의 1예를 도시하는 개략도이다.
도 22는, 본 발명의 제9 실시형태에 관계된 액정 표시 장치의 구성의 1예를 도시하는 개략도이다.
도 23은, 실시예1∼3, 비교예 1의 굴절률 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 24의 (a)∼ 도 24의 (c)는, 실시예1∼3의 구조체의 형상을 도시하는 도면이다.
도 25도는, 실시예1∼3, 비교예 1의 반사 특성을 도시하는 그래프이다.
도 26은, 구조체의 높이를 200㎚∼500㎚의 범위에서 바꾸었을 때의 실시예 3, 비교예 1의 반사 특성을 도시하는 그래프이다.
도 27의 (a)∼도 27의 (c)는, 실시예 4∼6의 구조체의 형상을 도시하는 도면이다.
도 28은, 비교예 2∼4의 굴절률 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 29는, 실시예 7, 비교예 2∼3의 반사 특성을 도시하는 그래프이다.
도 30의 (a)는, 실시예 8의 원반의 성형면의 AFM상{像}이다. 도 30의 (b)는, 도 30의 (a)에 도시한 AFM상의 단면 프로파일이다.
도 31은, 실시예 8, 비교예 5, 6의 반사 방지 특성을 도시하는 그래프이다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 이하의 순서로 설명한다.

1. 제1 실시형태(직선모양으로 또한 육방 격자모양으로 구조체를 2차원 배치한 예)

2. 제2 실시형태(원호모양으로 또한 육방 격자모양으로 구조체를 2차원 배열한 예)

3. 제3 실시형태(직선모양으로 또한 사방 격자모양으로 구조체를 2차원 배열한 예)

4. 제4 실시형태(주구조체에 더하여 부{副}구조체를 더욱더 배열한 예)

5. 제5 실시형태(오목 형상의 구조체를 기체 표면에 형성한 예)

6. 제6 실시형태(기둥모양의 구조체를 1차원 배열한 예)

7. 제7 실시형태(구조체 대신에 박막을 설치한 예)

8. 제8 실시형태(표시 장치에 대한 제1 적용예)

9. 제9 실시형태(표시 장치에 대한 제2 적용예)

<1. 제1 실시형태>

[광학 소자의 구성]

도 1의 (a)는, 본 발명의 제1 실시형태에 관계된 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 개략 평면도이다. 도 1의 (b)는, 도 1의 (a)에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 평면도이다. 도 1의 (c)는, 도 1의 (b)의 트랙 T1, T3, …에서의 단면도이다. 도 1의 (d)는, 도 1의 (b)의 트랙 T2, T4, …에서의 단면도이다.

이 광학 소자(1)는, 디스플레이, 광 일렉트로닉스, 광 통신(광 파이버), 태양 전지, 조명 장치 등에 이용하는 갖가지 광학 부품에 적용해서 매우 적합{好適}한 것이다. 구체적으로는 예를 들면, 광학 부품으로서는, 편광{偏光} 소자, 렌즈, 도광판{導光板}, 창재{窓材}, 및 표시 소자의 어느 것인가 1종을 들 수가 있다. 편광 소자로서는, 예를 들면 편광자, 반사형 편광자를 들 수가 있다.

광학 소자(1)는, 기체(2)와, 이 기체(2)의 표면에 형성된 구조체(3)를 구비한다. 이 구조체는, 뿔체 형상의 볼록부이다. 인접하는 구조체(3)의 하부끼리가, 그의 하부끼리를 서로 겹치{重合}도록 해서 접합되어 있다. 인접하는 구조체(3)중, 가장{最} 인접하는 구조체(3)가, 트랙 방향으로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 위치에 가장 인접하는 구조체(3)를 배치하는 것이, 후술하는 제조 방법에서는 용이하기 때문이다. 이 광학 소자(1)는, 구조체(3)가 설치된 기체 표면에 대해서 입사{入射}하는 광의 반사를 방지하는 기능을 가지고 있다. 이하에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 기체(2)의 1주면{主面}내에서 직교하는 2개의 축을 X축, Y축이라고 칭하고, 기체(2)의 1주면에 수직인 축을 Z축이라고 칭한다. 또, 구조체(3) 사이에 공극부{空隙部}(2a)가 있는 경우에는, 이 공극부(2a)에 미세 요철 형상을 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같은 미세 요철 형상을 설치함으로써, 광학 소자(1)의 반사율을 더욱더 저감할 수가 있기 때문이다.

도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에 관계된 광학 소자의 굴절률 프로파일의 1예를 도시한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 구조체(3)의 깊이 방향(도 1중, -Z축 방향)에 대한 실효 굴절률이, 기체(2)를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 형상의 곡선을 그리도록 변화하고 있다. 즉, 굴절률 프로 프로파일이, 1개의 변곡점 N을 가지고 있다. 이 변곡점은, 구조체(3)의 측면의 형상에 대응하는 것이다. 이와 같이 실효 굴절률을 변화시킴으로써, 광에 있어서 경계가 명확하지 않게 되기 때문에 반사광을 저감하여, 광학 소자(1)의 반사 방지 특성을 향상할 수가 있다. 깊이 방향에 대한 실효 굴절률의 변화는, 단조{單調} 증가인 것이 바람직하다. 여기서, S자 모양에는, 반전 S자 모양, 즉 Z자 모양도 포함된다.

또, 깊이 방향에 대한 실효 굴절률의 변화가, 구조체(3)의 꼭대기부{頂部}측 및 기체측의 적어도 한쪽에서 실효 굴절률의 기울기{傾}의 평균값보다도 가파른{急峻} 것이 바람직하고, 구조체(3)의 꼭대기부측 및 기체측의 양쪽에서 상기 평균값보다도 가파른 것이 보다 바람직하다. 이것에 의해, 뛰어난 반사 방지 특성을 얻을 수가 있다.

이하, 광학 소자(1)를 구성하는 기체(2), 및 구조체(3)에 대해서 순차 설명한다.

(기체)

기체(2)는, 투명성을 가지는 투명 기체이다. 기체(2)의 재료로서는, 예를 들면 폴리카보네이트(PC)나 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등의 투명성 합성 수지, 유리 등을 주성분으로 하는 것을 들 수 있지만, 특히 이들 재료에 한정되는 것은 아니다.

기체(2)의 형상으로서는, 예를 들면 필름모양, 시트모양, 플레이트모양, 블록모양을 들 수가 있지만, 특히 이들 형상에 한정되는 것은 아니다. 기체(2)의 형상은, 디스플레이, 광 일렉트로닉스, 광 통신, 태양 전지, 조명 장치 등 소정의 반사 방지 기능이 필요하게 되는 각종 광학 디바이스의 본체 부분이나, 이들 광학 디바이스에 부착{取付}되는 시트나 필름모양 등의 반사 방지 기능 부품의 형상에 맞추어 선택 결정하는 것이 바람직하다.

(구조체)

도 3은, 도 1에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 사시도이다. 기체(2)의 표면에는, 볼록부인 구조체(3)가 다수 배열되어 있다. 이 구조체(3)는, 사용 환경하의 광의 파장 대역 이하의 짧은 피치, 예를 들면 가시광의 파장과 같은{同} 정도의 피치로 주기적으로 2차원 배치되어 있다. 사용 환경하의 광의 파장 대역은, 예를 들면 자외광의 파장 대역, 가시광의 파장 대역 또는 적외광의 파장 대역이다. 여기서, 자외광의 파장 대역이란 10㎚∼360㎚의 파장 대역, 가시광의 파장 대역이란 360㎚∼830㎚의 파장 대역, 적외광의 파장 대역이란 830㎚∼1㎜의 파장 대역을 말한다.

광학 소자(1)의 구조체(3)는, 기체(2)의 표면에서 복수 열{列}의 트랙 T1, T2, T3, …(이하 총칭해서 「트랙 T」라고도 말한다)을 이루는 바와 같은 배치 형태를 가진다. 여기서, 트랙이란, 구조체(3)가 열을 이루고 직선모양으로 이어진{連} 부분의 것을 말한다.

구조체(3)는, 인접하는 2개의 트랙 T 사이에서, 반{半}피치 어긋난 위치에 배치되어 있다. 구체적으로는, 인접하는 2개의 트랙 T 사이에서, 한쪽의 트랙(예를 들면 T1)에 배열된 구조체(3)의 중간 위치(반피치 어긋난 위치)에, 다른쪽의 트랙(예를 들면 T2)의 구조체(3)가 배치되어 있다. 그 결과, 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 인접하는 3열의 트랙(T1∼T3) 사이에서 a1∼a7의 각 점에 구조체(3)의 중심이 위치하는 육방 격자 패턴 또는 준육방 격자 패턴을 형성하도록 구조체(3)가 배치되어 있다. 이 제1 실시형태에서, 육방 격자 패턴이란, 정육각 형상의 격자 패턴의 것을 말한다. 또, 준육방 격자 패턴이란, 정육각 형상의 격자 패턴과는 달리, 트랙의 연재{延材; extending} 방향(X축 방향)으로 잡아늘여져서 일그러진 육방 격자 패턴의 것을 말한다.

구조체(3)가 준육방 격자 패턴을 형성하도록 배치되어 있는 경우에는, 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 동일 트랙(예를 들면 T1) 내에서의 구조체(3)의 배치 피치 P1(a1∼a2사이 거리)은, 인접하는 2개의 트랙(예를 들면 T1 및 T2) 사이에서의 구조체(3)의 배치 피치, 즉 트랙의 연재 방향에 대해서 ±θ방향에서의 구조체(3)의 배치 피치 P2(예를 들면 a1∼a7, a2∼a7사이 거리)보다도 길게 되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 구조체(3)를 배치함으로써, 구조체(3)의 충전{充塡} 밀도의 더 높은{更} 향상을 도모할 수 있게 된다.

구조체(3)의 하부는, 예를 들면 인접 관계에 있는 구조체(3)의 일부 또는 전부의 하부와 접합되어 있다. 이와 같이 구조체끼리의 하부를 접합함으로써, 구조체(3)의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률의 변화를 매끄럽게 할 수가 있다. 그 결과, S자 형상의 굴절률 프로파일이 가능해진다. 또, 구조체끼리의 하부를 접합함으로써, 구조체의 충전율을 높일 수가 있다. 또한, 도 1의 (b)에서는, 인접하는 모든 구조체(3)를 접합했을 때의 접합부의 위치가, 검은 동그라미 표시{黑丸印} 「●」로 도시되어 있다. 구체적으로는, 접합부는, 인접하는 모든 구조체(3) 사이, 동일 트랙내에서 인접하는 구조체(3) 사이(예를 들면 a1∼a2사이), 또는, 인접하는 트랙 사이의 구조체(3) 사이(예를 들면 a1∼a7사이, a2∼a7사이)에 형성된다. 매끄러운 굴절률 프로파일을 실현하고, 뛰어난 반사 방지 특성을 얻기 위해서는, 인접하는 모든 구조체(3) 사이에 접합부를 형성하는 것이 바람직하다. 후술하는 제조 방법에 의해 접합부를 용이하게 형성하기 위해서는, 동일 트랙내에서 인접하는 구조체(3) 사이에 접합부를 형성하는 것이 바람직하다. 구조체(3)가 육방 격자 패턴 또는 준육방 격자 패턴으로 주기적으로 배치되어 있는 경우에는, 예를 들면 구조체(3)가 6회 대칭으로 되는 방위에서 접합한다.

도 4의 (a)는, 원뿔 형상 또는 원뿔대 형상을 가지는 구조체(3)의 배치의 1예를 도시한다. 도 4의 (b)는, 타원뿔 형상 또는 타원뿔대 형상을 가지는 구조체(3)의 배치의 1예를 도시한다. 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 구조체(3)가, 그의 하부끼리를 서로 겹치도록 해서 접합되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 구조체(3)를 접합함으로써, S자 형상의 굴절률 프로파일을 얻을 수 있음과 동시에, 구조체(3)의 충전율을 향상할 수가 있다. 구조체끼리는, 굴절률을 고려한 광로{光路} 길이로 사용 환경하의 광의 파장 대역의 최대값의 1/4 이하의 부분에서 접합되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 뛰어난 반사 방지 특성을 얻을 수가 있다.

구조체(3)의 높이는, 투과시키는 광의 파장 영역에 따라{應} 적당히{適宜} 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 구조체(3)의 높이가, 사용 환경하의 광의 파장 대역의 최대값의 5/14이상 10/7이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 상기 최대값의 2/5이상 10/7이하, 더욱더 바람직하게는 상기 최대값의 3/7이상 10/7이하이다. 최대값의 5/14이상으로 하면, 가시역{可視域} 400㎚∼700㎚의 거의 전역에서 반사율을 0.3% 이하로 억제할 수 있다. 최대값의 2/5이상으로 하면, 가시역 400㎚∼700㎚에서 반사율을 0.1% 이하로 억제할 수 있다. 후술하는 제조 방법에서는, 최대값의 10/7이하로 하면, 구조체(3)의 성형이 용이하다. 가시광을 투과시키는 경우, 구조체(3)의 높이는 150㎚∼500㎚인 것이 바람직하다. 구조체(3)의 애스펙트비(높이 H/배치 피치 P)는, 0.81∼1.46의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 0.81 미만이면 반사 특성 및 투과 특성이 저하하는 경향이 있고, 1.46을 넘으면 광학 소자(1)의 제작시에 있어서 박리{剝離} 특성이 저하하여, 레플리카의 복제를 말끔히{綺麗} 없앨{取; 제거할} 수 없게 되는 경향이 있기 때문이다.

또한, 본 발명에 있어서 애스펙트비는, 이하의 식(1)에 의해 정의된다.

애스펙트비=H/P …(1)

단, H: 구조체(3)의 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: 트랙의 연재 방향의 배치 피치(트랙 연재 방향 주기), P2: 트랙의 연재 방향에 대해서 ±θ방향(단, θ=60°-δ, 여기서 δ는 바람직하게는 0°＜δ≤11°, 보다 바람직하게는 3°≤δ≤6°)의 배치 피치(θ방향 주기)

또, 구조체(3)의 높이 H는, 구조체(3)의 열 방향의 높이 H2로 한다(도 3 참조). 여기서, 열 방향이란, 기체 표면내에서, 트랙의 연재 방향(X축 방향)에 직교하는 방향(Y축 방향)의 것을 말한다. 구조체(3)의 트랙 연재 방향의 높이 H1은, 열 방향의 높이 H2보다도 작게 하는 것이 바람직하다. 후술하는 제조 방법에 의해 광학 소자(1)를 제작하는 경우, 구조체(3)의 트랙 연재 방향의 높이 H1을, 열 방향의 높이 H2보다도 작게 하는 것이 용이하기 때문이다.

도 3에서는, 구조체(3)는, 각각 동일한 형상을 가지고 있지만, 구조체(3)의 형상은 이것에 한정되는 것은 아니고, 기체 표면에 2종 이상의 형상의 구조체(3)가 형성되어 있어도 좋다. 또, 구조체(3)는, 기체(2)와 일체적으로 형성되어 있어도 좋다.

또한, 구조체(3)의 애스펙트비는 모두 동일한 경우에 한하지 않고, 구조체(3)가 일정의 높이 분포(예를 들면 애스펙트비 0.81∼1.46 정도의 범위)를 갖도록 구성되어 있어도 좋다. 높이 분포를 가지는 구조체(3)를 설치함으로써, 반사 특성의 파장 의존성을 저감할 수가 있다. 따라서, 뛰어난 반사 방지 특성을 가지는 광학 소자(1)를 실현할 수가 있다.

여기서, 높이 분포란, 2종 이상의 높이(깊이)를 가지는 구조체(3)가 기체(2)의 표면에 설치되어 있는 것을 의미한다. 즉, 기준으로 되는 높이를 가지는 구조체(3)와, 이 구조체(3)와는 다른{異} 높이를 가지는 구조체(3)가 기체(2)의 표면에 설치되어 있는 것을 의미한다. 기준과는 다른 높이를 가지는 구조체(3)는, 예를 들면 기체(2)의 표면에 주기적 또는 비{非}주기적(랜덤)으로 설치되어 있다. 그 주기성의 방향으로서는, 예를 들면 트랙의 연재 방향, 열 방향 등을 들 수 있다.

구조체(3)의 재료로서는, 예를 들면 자외선, 혹은 전자선에 의해 경화{硬化}하는 전리{電離} 방사선 경화형 수지, 또는 열에 의해 경화하는 열 경화형 수지를 주성분으로 하는 것이 바람직하고, 자외선으로 경화할 수 있는 자외선 경화 수지를 주성분으로 하는 것이 가장 바람직하다.

도 5는, 구조체의 형상의 1예를 도시하는 확대 단면도이다. 구조체(3)의 측면이, 기체(2)를 향해서 서서히 확대함과 동시에, 도 2에 도시한 S자 모양 곡선의 평방근{平方根}의 형상을 그리도록 변화하는 것이 바람직하다. 이와 같은 측면 형상으로 하는 것에 의해, 뛰어난 반사 방지 특성을 얻을 수가 있고, 또한 구조체(3)의 전사성{轉寫性}을 향상할 수가 있다.

구조체(3)의 꼭대기부(3t)는, 예를 들면 평면 형상, 또는 선단으로 감에 따라서{從} 가늘어지는 볼록 형상이다. 구조체(3)의 꼭대기부(3t)를 평면 형상으로 하는 경우, 단위 격자의 면적 S에 대한, 구조체 꼭대기부의 평면의 면적 St의 면적 비율{比率}(St/S)은, 구조체(3)의 높이가 높아짐에 따라서 작아지도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 광학 소자(1)의 반사 방지 특성을 향상할 수가 있다. 여기서, 단위 격자는, 예를 들면 육방 격자 또는 준육방 격자 등이다. 구조체 바닥면{底面}의 면적 비율(단위 격자의 면적 S에 대한, 구조체 바닥면의 면적 Sb의 면적 비율(Sb/S))은, 꼭대기부(3t)의 면적 비율에 가까운 것이 바람직하다. 또, 구조체(3)의 꼭대기부(3t)에, 구조체(3)보다도 굴절률이 낮은 저굴절률 층을 형성해도 좋고, 이와 같은 저굴절률 층을 형성함으로써, 반사율을 내리는 것이 가능해진다.

꼭대기부(3t) 및 하부(3b)를 제외한 구조체(3)의 측면은, 그 꼭대기부(3t)로부터 하부(3b)의 방향을 향해서, 제1 변화점 Pa 및 제2 변화점 Pb의 조{組}를 이 순서로 1개 가지는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 구조체(3)의 깊이 방향(도 1중, -Z축 방향)에 대한 실효 굴절률이, 1개의 변곡점을 가질 수가 있다.

여기서, 제1 변화점 및 제2 변화점은 이하와 같이 정의된다.

도 6의 (a), 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 구조체(3)의 꼭대기부(3t)로부터 하부(3b) 사이의 측면이, 구조체(3)의 꼭대기부(3t)로부터 하부(3b)를 향해서, 매끄러운 복수의 곡면을 불연속적으로 접합해서 형성되어 있는 경우에는, 접합점이 변화점으로 된다. 이 변화점과 변곡점은 일치하게 된다. 접합점에서는 정확하게는 미분 불가능하지만, 여기에서는, 이와 같은 극한으로서의 변곡점도 변곡점이라고 칭한다. 구조체(3)가 상술과 같은 곡면을 가지는 경우, 구조체(3)의 꼭대기부(3t)로부터 하부(3b)로 향하는 기울기가, 제1 변화점 Pa를 갈림길{境; 경계}로 해서 보다 완만하게 된 후, 제2 변화점 Pb를 갈림길로 해서 보다 급하게 되는 것이 바람직하다.

도 6의 (c)에 도시하는 바와 같이, 구조체(3)의 꼭대기부(3t)로부터 하부(3b) 사이의 측면이, 구조체(3)의 꼭대기부(3t)로부터 하부(3b)를 향해서, 매끄러운 복수의 곡면을 연속적으로 매끄럽게 접합해서 형성되어 있는 경우에는, 변화점은 이하와 같이 정의된다. 도 7의 (c)에 도시하는 바와 같이, 구조체의 측면에 존재하는 2개의 변곡점에서의 각각의 접선이 서로 교차하는 교점에 대해서, 곡선 위에서 가장 가까운 점을 변화점이라고 칭한다.

구조체(3)는, 그 꼭대기부(3t)로부터 하부(3b) 사이의 측면에, 1개의 스텝 St를 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이 1개의 스텝 St를 가짐으로써, 상술한 굴절률 프로파일을 실현할 수가 있다. 즉, 구조체(3)의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률을, 기체(2)를 향해서 서서히 증가시킴과 동시에, S자 형상의 곡선을 그리도록 변화시킬 수가 있다. 스텝으로서는, 예를 들면 경사{傾斜} 스텝 또는 평행 스텝을 들 수 있고, 경사 스텝이 바람직하다. 스텝 St를 경사 스텝으로 하면, 스텝 St를 평행 스텝으로 하는 것보다도, 전사성을 양호하게 할 수 있기 때문이다.

경사 스텝이란, 기체 표면에 대해서 평행하지 않고, 구조체(3)의 꼭대기부로부터 하부의 방향으로 향함에 따라서 측면이 넓어지도록 경사져 있는 스텝의 것을 말한다. 평행 스텝이란, 기체 표면에 대해서 평행한 스텝의 것을 말한다. 여기서, 스텝 St는, 상술한 제1 변화점 Pa 및 제2 변화점 Pb로 설정되는 구획이다. 또한, 스텝 St에는, 꼭대기부(3t)의 평면, 및 구조체 사이의 곡면 또는 평면을 포함하지 않는 것으로 한다.

구조체(3)가, 성형의 용이함의 관점에서, 인접하는 구조체(3)에 접합되어 있는 하부를 제외하고 축 대칭인 뿔체 형상, 또는 뿔체 형상을 트랙 방향으로 연신{延伸} 또는 수축시킨 뿔체 형상을 가지는 것이 바람직하다. 뿔체 형상으로서는, 예를 들면 원뿔 형상, 원뿔대 형상, 타원뿔 형상, 타원뿔대 형상 등을 들 수가 있다. 여기서, 뿔체 형상이란, 상술한 바와 같이, 원뿔 형상 및 원뿔대 형상 이외에도, 타원뿔 형상, 타원뿔대 형상을 포함하는 개념이다. 또, 원뿔대 형상이란, 원뿔 형상의 꼭대기부를 잘라낸{切落} 형상을 말하며, 타원뿔대 형상이란, 타원뿔의 꼭대기부를 잘라낸 형상의 것을 말한다. 또한, 구조체(3)의 전체 형상은, 이들 형상에 한정되는 것은 아니며, 구조체(3)의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률이, 기체(2)를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양으로 변화하는 바와 같은 형상이면 좋다. 또, 뿔체 형상에는, 완전한 뿔체 형상 뿐만 아니라, 상술한 바와 같이, 측면에 스텝 St를 가지는 뿔체 형상도 포함된다.

타원뿔 형상을 가지는 구조체(3)는, 바닥면이 장축{長軸}과 단축{短軸}을 갖는 타원형, 긴 원형{長圓形} 또는 계란형{卵型}의 뿔체 구조이고, 꼭대기부가 선단으로 감에 따라서 좁아지는 가늘어지는 볼록 형상을 가지는 구조체이다. 타원뿔대 형상을 가지는 구조체(3)는, 바닥면이 장축과 단축을 갖는 타원형, 긴 원형 또는 계란형의 뿔체 구조이고, 꼭대기부가 평면인 구조체이다. 구조체(3)를 타원뿔 형상 또는 타원뿔대 형상으로 하는 경우, 구조체(3)의 바닥면의 장축 방향이 트랙의 연재 방향(X축 방향)으로 되도록, 구조체(3)를 기체 표면에 형성하는 것이 바람직하다.

구조체(3)의 단면적은, 상술한 굴절률 프로파일에 대응하도록, 구조체(3)의 깊이 방향에 대해서 변화한다. 구조체(3)의 단면적은, 구조체(3)의 깊이 방향으로 향함에 따라서 단조롭게 증가하는 것이 바람직하다. 여기서, 구조체(3) 단면적이란, 구조체(3)가 배열된 기체 표면에 대해서, 평행한 절단면의 면적을 의미한다. 깊이가 다른 위치에서의 구조체(3)의 단면적 비율{割合}이, 해당 위치에 대응한 상기 실효 굴절률 프로파일에 상당하도록, 깊이 방향으로 구조체의 단면적을 변화시키는 것이 바람직하다.

[롤 마스터의 구성]

도 7은, 상술한 구성을 가지는 광학 소자를 제작하기 위한 롤 마스터의 구성의 1예를 도시한다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 롤 마스터(11)는, 원통모양 또는 원기둥모양{圓柱狀}의 원반(12)의 표면에 오목부인 구조체(13)가 다수 배열된 구성을 가지고 있다. 이 구조체(13)는, 광학 소자(1)의 사용 환경하의 광의 파장 이하, 예를 들면 가시광의 파장과 같은 정도의 피치로 주기적으로 2차원 배열되어 있다. 구조체(13)는, 예를 들면 원통모양 또는 원기둥모양의 원반(12)의 표면에 동심원모양 또는 스파이럴모양으로 배치되어 있다. 구조체(13)는, 예를 들면 인접 관계에 있는 구조체(3)의 일부 또는 전부의 하부와 접합되어 있다. 또한, 도 7의 (b)에서는, 인접하는 모든 구조체(3)를 접합했을 때의 접합부의 위치가, 검은 동그라미 표시 「●」로 도시되어 있다. 구조체(13)는, 상술한 기체(2)의 표면에 볼록부인 구조체(3)를 형성하기 위한 것이다. 원반(12)의 재료는, 예를 들면 유리를 이용할 수가 있지만, 이 재료에 특히 한정되는 것은 아니다.

[광학 소자의 제조 방법]

다음에, 도 8∼도 10을 참조하면서, 상술한 구성을 가지는 광학 소자의 제조 방법의 1예에 대해서 설명한다.

제1 실시형태에 관계된 광학 소자의 제조 방법은, 광 디스크의 원반 제작 프로세스와 에칭 프로세스를 융합한 방법이다. 이 제조 방법은, 원반에 레지스트 층을 형성하는 레지스트 성막 공정과, 레지스트 막에 모스아이 패턴의 잠상{潛像}을 형성하는 노광 공정과, 잠상이 형성된 레지스트 층을 현상{現像}하는 현상 공정과, 롤 마스터를 제작하는 에칭 공정과, 복제 기판을 제작하는 복제 공정을 구비한다.

(노광 장치의 구성)

우선, 도 8을 참조해서, 모스아이 패턴의 노광 공정에 이용하는 노광 장치의 구성에 대해서 설명한다. 이 노광 장치는, 광학 디스크 기록 장치를 베이스로 해서 구성되어 있다.

레이저 광원(21)은, 기록 매체로서의 원반(12)의 표면에 착막{着膜}된 레지스트를 노광하기 위한 광원이며, 예를 들면 파장 λ=266㎚의 기록용 레이저광(15)을 발진{發振}하는 것이다. 레이저 광원(21)으로부터 출사{出射}된 레이저광(15)은, 평행 빔인 채 직진하고, 전기 광학 소자(EOM: Electro Optical Modulator)(22)에 입사한다. 전기 광학 소자(22)를 투과한 레이저광(15)은, 미러(23)에서 반사되고, 변조 광학계(25)에 인도{導}된다.

미러(23)는, 편광 빔 스플리터로 구성되어 있고, 한쪽의 편광 성분을 반사하고 다른쪽의 편광 성분을 투과하는 기능을 갖는다. 미러(23)를 투과한 편광 성분은 포토다이오드(24)에서 수광되고, 그 수광 신호에 의거해서 전기 광학 소자(22)가 제어되어 레이저광(15)의 위상 변조(phase modulation)가 행해진다.

변조 광학계(25)에서, 레이저광(15)은, 집광 렌즈(26)에 의해, 유리(SiO₂) 등으로 이루어지는 음향 광학 소자(AOM: Acoust-Optic Modulator)(27)에 집광된다. 레이저광(15)은, 음향 광학 소자(27)에 의해 강도 변조되고 발산{發散}한 후, 콜리메이터 렌즈(28)에 의해서 평행 빔화된다. 변조 광학계(25)로부터 출사된 레이저광(15)은, 미러(31)에 의해서 반사되고, 이동 광학 테이블(32) 위에 수평으로 또한 평행하게 인도된다.

이동 광학 테이블(32)은, 빔 익스팬더(33), 및 대물 렌즈(34)를 구비하고 있다. 이동 광학 테이블(32)에 인도된 레이저광(15)은, 빔 익스팬더(33)에 의해 원하는{所望} 빔 형상으로 정형된 후, 대물 렌즈(34)를 거쳐서, 원반(12) 위의 레지스트 층에 조사{照射}된다. 원반(12)은, 스핀들 모터(35)에 접속된 턴테이블(36) 위에 재치{載置; place}되어 있다. 그리고, 원반(12)을 회전시킴과 동시에, 레이저광(15)을 원반(12)의 높이 방향으로 이동시키면서, 레지스트 층에 레이저광(15)을 간헐적으로 조사하는 것에 의해, 레지스트 층의 노광 공정이 행해진다. 형성된 잠상은, 예를 들면 원주{圓周} 방향에 장축을 가지는 대략 타원형으로 된다. 레이저광(15)의 이동은, 이동 광학 테이블(32)의 화살표 R방향으로의 이동에 의해서 행해진다.

노광 장치는, 도 1의 (b)에 도시한 육방 격자 또는 준육방 격자의 2차원 패턴에 대응하는 잠상을 레지스트 층에 형성하기 위한 제어 기구(37)를 구비하고 있다. 제어 기구(37)는, 포매터(29)와 드라이버(30)를 구비한다. 포매터(29)는, 극성 반전부를 구비하고, 이 극성 반전부가, 레지스트 층에 대한 레이저광(15)의 조사 타이밍을 제어한다. 드라이버(30)는, 극성 반전부의 출력을 받아서, 음향 광학 소자(27)를 제어한다.

이 노광 장치에서는, 2차원 패턴이 공간적으로 링크하도록 1트랙마다 극성 반전 포매터 신호와 기록 장치의 회전 컨트롤러를 동기{同期}시켜 신호를 발생하고, 음향 광학 소자(27)에 의해 강도 변조하고 있다. 각속도{角速度} 일정(CAV: Constant Angular Velocity)에 적합한 회전수와 적절한 변조 주파수로 적절한 이송{送; feed} 피치로 패터닝하는 것에 의해, 육방 격자 또는 준육방 격자 패턴을 레지스트 층에 기록할 수가 있다.

이하, 본 발명의 제1 실시형태에 관계된 광학 소자의 제조 방법의 각 공정에 대해서 순차 설명한다.

(레지스트 성막 공정)

우선, 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 원통모양 또는 원기둥모양 등의 원반(12)을 준비한다. 이 원반(12)은, 예를 들면 유리 원반이다. 다음에, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이, 원반(12)의 표면에 레지스트 층(14)을 형성한다. 레지스트 층(14)의 재료로서는, 예를 들면 유기계 레지스트, 및 무기계 레지스트의 어느 것이나 이용할 수가 있다. 유기계 레지스트로서는, 예를 들면 노볼락계 레지스트, 화학 증폭형 레지스트를 이용할 수가 있다. 또, 무기계 레지스트로서는, 예를 들면 텅스텐이나 몰리브덴 등의 1종 또는 2종 이상의 전이{遷移; transition} 금속으로 이루어지는 금속 산화물을 이용할 수가 있다.

(노광 공정)

다음에, 도 9의 (c)에 도시하는 바와 같이, 상술한 노광 장치를 이용해서, 원반(12)을 회전시킴과 동시에, 레이저광(노광 빔)(15)을 레지스트 층(14)에 조사한다. 이 때, 레이저광(15)을 원반(12)의 높이 방향으로 이동시키면서, 레이저광(15)을 간헐적으로 조사함으로써, 레지스트 층(14)을 전면{全面}에 걸쳐서 노광한다. 이것에 의해, 레이저광(15)의 궤적에 따른 잠상(16)이, 예를 들면, 가시광 파장과 같은 정도의 피치로 레지스트 층(14)의 전면에 걸쳐서 형성된다.

(현상 공정)

다음에, 예를 들면, 원반(12)을 회전시키면서, 레지스트 층(14) 위에 현상액을 적하{滴下}해서, 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 레지스트 층(14)을 현상 처리한다. 레지스트 층(14)을 포지티브형의 레지스트에 의해 형성한 경우에는, 레이저광(15)으로 노광한 노광부는, 비{非}노광부와 비교해서 현상액에 대한 용해 속도가 늘어나므로, 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 잠상(노광부)(16)에 따른 패턴이 레지스트 층(14)에 형성된다.

(에칭 공정)

다음에, 예를 들면 원반(12) 위에 형성된 레지스트 층(14)의 패턴(레지스트 패턴)을 마스크로 해서, 원반(12)의 표면을 에칭 처리한다. 구체적으로는, 에칭 처리와 애싱{ashing} 처리를 번갈아{交互} 행하도록 한다. 이것에 의해, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이, 트랙의 연재 방향에 장축 방향을 갖는 타원뿔 형상 또는 타원뿔대 형상의 오목부, 즉 구조체(13)를 얻을 수가 있다. 또, 레지스트 층(14)의 3배 이상의 깊이(선택비 3이상)의 유리 마스터 등을 제작할 수 있고, 구조체(3)의 고{高}애스펙트비화를 도모할 수가 있다. 또, 에칭 처리 및 애싱 처리의 처리 시간을 적당히 조정함으로써, 구조체(13)의 측면에 스텝을 형성할 수가 있다. 에칭 방법으로서는, 드라이 에칭을 이용하는 것이 바람직하다. 드라이 에칭으로서는, 예를 들면 플라즈마 에칭, 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching: RIE) 등을 이용할 수가 있다. 또, 에칭 방법으로서는, 예를 들면 등방성 에칭 및 이방성 에칭의 어느 것이나 이용할 수가 있다.

이상에 의해, 육방 격자 패턴 또는 준육방 격자 패턴을 가지는 롤 마스터(11)가 얻어진다.

(복제 공정)

다음에, 롤 마스터(11)와, 자외선 경화 수지를 도포한 아크릴 시트 등의 기체(2)를 밀착시키고, 자외선을 조사하여 자외선 경화 수지를 경화시킨 후, 롤 마스터(11)로부터 기체(2)를 박리한다. 이것에 의해, 도 10의 (c)에 도시하는 바와 같이, 목적으로 하는 광학 소자(1)가 제작된다.

이 제1 실시형태에 의하면, 구조체(3)가 뿔체 형상을 가지고, 이 구조체(3)의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률이, 기체(2)를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리도록 변화한다. 이것에 의해, 구조체(3)의 형상 효과에 의해, 광에 있어서 경계가 명확하지 않게 되기 때문에, 반사광을 저감할 수 있다. 따라서, 뛰어난 반사 방지 특성을 얻을 수가 있다. 특히, 구조체(3)의 높이가 큰 경우에, 뛰어난 반사 방지 특성이 얻어진다. 구체적으로는, 구조체(3)의 높이가, 바람직하게는, 사용 환경하의 광의 파장 대역의 최대값의 5/14이상 10/7이하, 보다 바람직하게는 2/5이상 10/7이하, 더욱더 바람직하게는 3/7이상 10/7이하인 경우에, 특별히 뛰어난 반사 방지 특성이 얻어진다. 또, 인접하는 구조체(3)의 하부끼리를, 그 하부끼리가 서로 겹치도록 해서 접합하고 있으므로, 구조체(3)의 충전율을 올릴 수 있음과 동시에, 구조체(3)의 성형이 용이해진다.

구조체(3)의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률 프로파일을 S자 모양으로 변화시킴과 동시에, (준)육방 격자, 또는 (준)사방 격자의 배열로 구조체를 배치시키는 것이 바람직하다. 또, 각 구조체(3)는 축대칭의 구조, 또는 축대칭의 구조를 트랙 방향으로 연신 또는 수축시킨 구조로 하는 것이 바람직하다. 또, 인접하는 구조체(3)를 기체 부근에서 접합시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 보다 제조하기 쉽고, 고성능인 반사 방지 구조체를 제작할 수가 있다.

광 디스크의 원반 제작 프로세스와 에칭 프로세스를 융합한 방법을 이용해서, 광학 소자(1)를 제작하는 경우에는, 전자선 노광을 이용해서 광학 소자(1)를 제작한 경우에 비해, 원반 제작 프로세스에 요하는 시간(노광 시간)을 대폭 단축할 수가 있다. 따라서, 광학 소자(1)의 생산성을 대폭 향상할 수가 있다.

구조체(3)의 꼭대기부의 형상을 첨예{先銳; tapered shape: 끝이 날카롭고 뾰족함}가 아니라 평면 형상으로 한 경우에는, 광학 소자(1)의 내구성을 향상할 수가 있다. 또, 롤 마스터(11)에 대한 광학 소자(1)의 박리성을 향상할 수도 있다. 구조체(3)의 스텝을 경사 스텝으로 한 경우에는, 평행 스텝으로 한 경우에 비해 전사성을 향상할 수가 있다.

<제2 실시형태>

[광학 소자의 구성]

도 11의 (a)는, 본 발명의 제2 실시형태에 관계된 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 개략 평면도이다. 도 11의 (b)는, 도 11의 (a)에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 평면도이다. 도 11의 (c)는, 도 11의 (b)의 트랙 T1, T3, …에서의 단면도이다. 도 11의 (d)는, 도 11의 (b)의 트랙 T2, T4, …에서의 단면도이다.

제2 실시형태에 관계된 광학 소자(1)는, 트랙 T가 원호모양의 형상을 가지고, 구조체(3)가 원호모양으로 배치되어 있다. 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이, 인접하는 3열의 트랙(T1∼T3) 사이에서 a1∼a7의 각 점에 구조체(3)의 중심이 위치하는 준육방 격자 패턴을 형성하도록 구조체(3)가 배치되어 있다. 여기서, 준육방 격자 패턴이란, 정육방 격자 패턴과는 달리, 트랙 T의 원호모양을 따라{沿} 일그러진 육방 격자 패턴을 의미한다. 혹은, 정육방 격자 패턴과는 달리, 트랙 T의 원호모양을 따라 일그러지고, 또한 트랙의 연재 방향(X축 방향)으로 잡아늘여져서 일그러진 육방 격자 패턴을 의미한다.

상술한 것 이외의 광학 소자(1)의 구성은, 제1 실시형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

[디스크 마스터의 구성]

도 12는, 상술한 구성을 가지는 광학 소자를 제작하기 위한 디스크 마스터의 구성의 1예를 도시한다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 디스크 마스터(41)는, 원반모양의 원반(42)의 표면에 오목부인 구조체(43)가 다수 배열된 구성을 가지고 있다. 이 구조체(13)는, 광학 소자(1)의 사용 환경하의 광의 파장 대역 이하, 예를 들면 가시광의 파장과 같은 정도의 피치로 주기적으로 2차원 배열되어 있다. 구조체(43)는, 예를 들면 동심원모양 또는 스파이럴모양의 트랙 위에 배치되어 있다.

상술한 것 이외의 디스크 마스터(41)의 구성은, 제1 실시형태의 롤 마스터(11)와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

[광학 소자의 제조 방법]

우선, 도 13을 참조해서, 상술한 구성을 가지는 디스크 마스터(41)를 제작하기 위한 노광 장치에 대해서 설명한다.

이동 광학 테이블(32)은, 빔 익스팬더(33), 미러(38) 및 대물 렌즈(34)를 구비하고 있다. 이동 광학 테이블(32)에 인도된 레이저광(15)은, 빔 익스팬더(33)에 의해 원하는 빔 형상으로 정형된 후, 미러(38) 및 대물 렌즈(34)를 거쳐서, 원반모양{圓盤狀}의 원반(42) 위의 레지스트 층에 조사된다. 원반(42)은, 스핀들 모터(35)에 접속된 턴테이블(도시 생략) 위에 재치되어 있다. 그리고, 원반(42)을 회전시킴과 동시에, 레이저광(15)을 원반(42)의 회전 반경 방향으로 이동시키면서, 원반(42) 위의 레지스트 층에 레이저광을 간헐적으로 조사하는 것에 의해, 레지스트 층의 노광 공정이 행해진다. 형성된 잠상은, 원주 방향에 장축을 가지는 대략 타원형으로 된다. 레이저광(15)의 이동은, 이동 광학 테이블(32)의 화살표 R방향으로의 이동에 의해서 행해진다.

도 13에 도시한 노광 장치에서는, 레지스트 층에 대해서 도 11에 도시한 육방 격자 또는 준육방 격자의 2차원 패턴으로 이루어지는 잠상을 형성하기 위한 제어 기구(37)를 구비하고 있다. 제어 기구(37)는, 포매터(29)와 드라이버(30)를 구비한다. 포매터(29)는, 극성 반전부를 구비하고, 이 극성 반전부가, 레지스트 층에 대한 레이저광(15)의 조사 타이밍을 제어한다. 드라이버(30)는, 극성 반전부의 출력을 받아서, 음향 광학 소자(27)를 제어한다.

제어 기구(37)는, 잠상의 2차원 패턴이 공간적으로 링크하도록, 1트랙마다, AOM(27)에 의한 레이저광(15)의 강도 변조와, 스핀들 모터(35)의 구동 회전 속도와, 이동 광학 테이블(32)의 이동 속도를 각각 동기시킨다. 원반(42)은, 각속도 일정(CAV)에 회전 제어된다. 그리고, 스핀들 모터(35)에 의한 원반(42)의 적절한 회전수와, AOM(27)에 의한 레이저 강도의 적절한 주파수 변조와, 이동 광학 테이블(32)에 의한 레이저광(15)의 적절한 이송 피치로 패터닝을 행한다. 이것에 의해, 레지스트 층에 대해서 육방 격자 패턴, 또는 준육방 격자 패턴의 잠상이 형성된다.

또, 극성 반전부의 제어 신호를, 공간 주파수(잠상의 패턴 밀도이며, P1: 330, P2: 300㎚, 또는 P1: 315㎚, P2: 275㎚, 또는 P1: 300㎚, P2: 265㎚)가 고르게{一樣; 균일하게} 되도록 서서히 변화시킨다. 보다 구체적으로는, 레지스트 층에 대한 레이저광(15)의 조사 주기를 1트랙마다 변화시키면서 노광을 행하고, 각 트랙 T에서 P1이 거의 330㎚(혹은 315㎚, 300㎚)로 되도록 제어 기구(37)에서 레이저광(15)의 주파수 변조를 행한다. 즉, 트랙 위치가 원반모양의 원반(42)의 중심으로부터 멀어짐에 따라서, 레이저광의 조사 주기가 짧아지도록 변조 제어한다. 이것에 의해, 기판 전면에서 공간 주파수가 고른{균일한} 나노패턴을 형성하는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명의 제2 실시형태에 관계된 광학 소자의 제조 방법의 1예에 대해서 설명한다.

우선, 상술한 구성을 가지는 노광 장치를 이용해서, 원반모양의 원반 위에 형성된 레지스트 층을 노광하는 것 이외는, 제1 실시형태와 마찬가지로 해서 디스크 마스터(41)를 제작한다. 다음에, 이 디스크 마스터(41)와, 자외선 경화 수지를 도포한 아크릴 시트 등의 기체(2)를 밀착시키고, 자외선을 조사하여 자외선 경화 수지를 경화시킨 후, 디스크 마스터(41)로부터 기체(2)를 박리한다. 이것에 의해, 원반모양의 광학 소자가 얻어진다. 다음에, 이 원반모양의 광학 소자로부터, 직사각형 모양 등의 소정 형상의 광학 소자(1)를 잘라낸다. 이것에 의해, 목적으로 하는 광학 소자(1)가 제작된다.

이 제2 실시형태에 의하면, 직선모양으로 구조체(3)를 배열한 경우와 마찬가지로, 생산성이 높고, 뛰어난 반사 방지 특성을 가지는 광학 소자(1)를 얻을 수가 있다.

<제3 실시형태>

도 14의 (a)는, 본 발명의 제3 실시형태에 관계된 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 개략 평면도이다. 도 14의 (b)는, 도 14의 (a)에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 평면도이다. 도 14의 (c)는, 도 14의 (b)의 트랙 T1, T3, …에서의 단면도이다. 도 14의 (d)는, 도 14의 (b)의 트랙 T2, T4, …에서의 단면도이다.

제3 실시형태에 관계된 광학 소자(1)는, 구조체(3)가, 인접하는 3열의 트랙 사이에서 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴을 이루고 있는 점에서, 제1 실시형태의 것과는 다르다. 여기서, 준사방 격자 패턴이란, 정사방 격자 패턴과 달리, 트랙의 연재 방향(X축 방향)으로 잡아늘여져서 일그러진 사방 격자 패턴을 의미한다. 구조체(3)가 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 주기적으로 배치되어 있는 경우에는, 예를 들면 구조체(3)가 4회 대칭으로 되는 방위에서 인접한다. 또, 사방 격자를 보다 잡아늘여서 일그러뜨리는 것에 의해, 동일 트랙의 구조체(3)에 대해서도 인접시키는 것이 가능해지며, 4회 대칭으로 되는 방위에 더하여 동일 트랙 방향의 2개소에서도 인접한 충전 밀도가 높은 배치가 이루어진다.

인접하는 2개의 트랙 T 사이에서, 한쪽의 트랙(예를 들면 T1)에 배열된 구조체(3)의 중간 위치(반피치 어긋난 위치)에, 다른쪽의 트랙(예를 들면 T2)의 구조체(3)가 배치되어 있다. 그 결과, 도 14의 (b)에 도시하는 바와 같이, 인접하는 3열의 트랙(T1∼T3) 사이에서 a1∼a4의 각 점에 구조체(3)의 중심이 위치하는 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴을 형성하도록 구조체(3)가 배치되어 있다.

구조체(3)의 높이는, 투과시키는 광의 파장 영역에 따라 적당히 설정되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 가시광을 투과시키는 경우, 이 제조 방법에서는 구조체(3)의 높이는 150㎚∼500㎚인 것이 바람직하다. 트랙 T에 대해서 θ방향의 피치 P2는, 예를 들면 275㎚∼297㎚ 정도이다. 또, 구조체(3)가 일정의 높이 분포를 갖도록 구성되어 있어도 좋다.

동일 트랙 내에서의 구조체(3)의 배치 피치 P1은, 인접하는 2개의 트랙 사이에서의 구조체(3)의 배치 피치 P2보다도 긴 것이 바람직하다. 또, 동일 트랙 내에서의 구조체(3)의 배치 피치를 P1, 인접하는 2개의 트랙사이에서의 구조체(3)의 배치 피치를 P2로 했을 때, 비율 P1/P2가, 1.4＜P1/P2≤1.5의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 수치 범위로 함으로써, 타원뿔 또는 타원뿔대 형상을 가지는 구조체의 충전율을 향상할 수가 있으므로, 반사 방지 특성을 향상할 수가 있다.

제3 실시형태에서는, 상술한 제1 실시형태와 마찬가지로, 생산성이 높고, 뛰어난 반사 방지 특성을 가지는 광학 소자(1)를 얻을 수가 있다.

<제4 실시형태>

도 15의 (a)는, 본 발명의 제4 실시형태에 관계된 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 개략 평면도이다. 도 15의 (b)는, 도 15의 (a)에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 평면도이다. 도 15의 (c)는, 도 15의 (b)의 트랙 T1, T3, …에서의 단면도이다. 도 15의 (d)는, 도 15의 (b)의 트랙 T2, T4, …에서의 단면도이다. 도 16은, 도 15에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 사시도이다.

제4 실시형태에 관계된 광학 소자(1)는, 기체(2)의 표면에 형성된 부구조체(4)를 더 구비하고, 이 부구조체(4)에 의해 구조체 끼리를 접속하고 있는 점에서, 제1 실시형태의 것과는 달라 있다. 상술한 제1 실시형태와 마찬가지 부분에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다. 또한, 제4 실시형태에서는, 구조체(3)와 부구조체(4)와의 혼동을 회피하기 위해서, 구조체(3)를 주구조체(3)라고 칭한다.

부구조체(4)는, 주구조체보다도 작은 오목부 또는 볼록부, 예를 들면 주구조체(3)보다도 낮은 높이를 가지는 미소한 돌출부이다. 또, 부구조체(4)의 높이는, 굴절률을 고려한 광로 길이로, 사용 환경하의 광의 파장 대역의 최대값의 1/4정도 이하이면 반사 방지의 기능에 기여하고, 예를 들면 10㎚∼150㎚ 정도이다. 부구조체(4)의 재료로서는, 예를 들면 기체(2) 및 주구조체(3)의 재료와 동일한 재료를 이용할 수도 있지만, 기체(2) 및 주구조체(3)보다 굴절률의 낮은 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 반사율을 보다 저감할 수가 있기 때문이다. 또, 상술한 설명에서는, 주로 주구조체(3)와 부구조체(4)가 모두 볼록 형상인 경우에 대해서 설명했지만, 주구조체(3)와 부구조체(4)가 오목 형상이더라도 좋다. 또, 주구조체(3)와 부구조체(4)의 오목부와 볼록부의 관계가, 거꾸로 되어 있도록 해도 좋다. 구체적으로는, 주구조체(3)가 볼록부인 경우에는, 부구조체(4)가 그것과는 반대로 오목부이고, 주구조체(3)가 오목부인 경우에는, 부구조체(4)가 그것과는 반대로 볼록부이도록 해도 좋다.

부구조체(4)는, 예를 들면 주구조체 사이의 일부 또는 전부에 설치된다. 구체적으로는, 부구조체(4)는 주구조체(3)의 최인접부에 설치되고, 이 최인접부에 설치된 부구조체(4)에 의해 주구조체(3) 사이가 접속되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 주구조체(3)의 충전율을 향상시킬 수가 있다. 또, 부구조체(4)를 주구조체 사이 이외의 부분에 설치하도록 해도 좋다. 부구조체(4)의 공간적 주파수 성분은, 주구조체(3)의 주기로부터 환산되는 주파수 성분보다 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 부구조체(4)의 공간적 주파수 성분은, 주구조체(3)의 주기로부터 환산되는 주파수 성분의 2배 이상인 것이 바람직하고, 4배 이상인 것이 더욱더 바람직하다. 이와 같은 부구조체(4)의 공간 주파수 성분은, 주구조체(3)의 주파수 성분의 정수배차{整數倍次}로 되지 않는 것이 바람직하다.

부구조체(4)는, 부구조체(4)의 형성하기 쉬움의 관점에서, 도 15의 (b) 에 도시한 바와 같이, 타원뿔 형상 또는 타원뿔대 형상 등의 주구조체(3)가 인접하는 검은 동그라미 표시 「●」의 위치의 일부 또는 전부에 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 배치하는 경우, 부구조체(4)는, 인접하는 모든 구조체(3) 사이, 동일 트랙내에서 인접하는 구조체(3) 사이(예를 들면 a1∼a2사이), 또는 인접하는 트랙 사이의 구조체(3) 사이(예를 들면 a1∼a7사이, a2∼a7사이)에 형성된다. 주구조체(3)가 육방 격자 패턴 또는 준육방 격자 패턴으로 주기적으로 배치되어 있는 경우에는, 예를 들면 주구조체(3)가 6회 대칭으로 되는 방위에서 인접한다. 이 경우, 인접부에 부구조체(4)가 설치되고, 이 부구조체(4)에 의해 주구조체(3) 사이가 접속되는 것이 바람직하다. 또, 도 15의 (b)에 도시하는 바와 같이, 주구조체(3) 사이에 공극부(2a)가 존재하는 경우에는, 충전율을 향상시키는 관점에서, 주구조체(3) 사이의 공극부(2a)에 부구조체(4)를 형성하는 것이 바람직하다. 주구조체(3)의 인접부와 공극부(2a)의 양쪽에 부구조체(4)를 형성하도록 해도 좋다. 또한, 부구조체(4)를 형성하는 위치는, 상술한 예에 특히 한정되는 것은 아니고, 주구조체(3)의 표면 전체에 부구조체(4)를 형성하도록 해도 좋다.

또, 반사 특성 및 투과 특성의 향상의 관점에서 보면, 부구조체(4)의 표면에, 미소한 볼록부 및 오목부의 적어도 1종, 예를 들면 미소한 요철부(4a)를 형성하는 것이 바람직하다.

또, 반사 방지 기능이 양호하고 파장 의존성이 적은 광학 소자(1)를 얻으려면, 부구조체(4)의 미소한 요철부(4a)는, 주구조체(3)의 주기보다도 짧은, 고주파의 공간적 주파수 성분을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 16에 도시한 바와 같이, 물결친{波打; corrugated} 미소한 요철부(4a)인 것이 바람직하다. 미소한 요철부(4a)는, 예를 들면 광학 소자의 제조 공정에서의 RIE(Reactive Ion Etching) 등의 에칭의 조건이나, 원반의 재료를 적당히 선택하는 것에 의해 형성할 수가 있다. 예를 들면, 원반의 재료로서 파이렉스{Pyrex}(등록상표) 유리를 이용하는 것에 의해, 요철부(4a)를 형성할 수가 있다.

제4 실시형태에서는, 기체(2)의 표면에 부구조체(4)를 더 형성하고 있으므로, S자 모양의 굴절률 프로파일을 얻을 수가 있다. 따라서, 뛰어난 반사 방지 특성을 얻을 수가 있다. 단, 제1 실시형태에 관계된 광학 소자(1)는, 인접하는 구조체 끼리를 직접 접합하고 있으므로, 제4 실시형태에 관계된 광학 소자(1)에 비해서 충전율이 높다. 따라서, 제1 실시형태에 관계된 광학 소자(1)는, S자 형상의 굴절률 프로파일을 제4 실시형태에 관계된 광학 소자(1)에 비해서 매끄럽게 변화시킬 수가 있다. 이 때문에, 구조체(3)의 높이가 큰 경우에는, 제1 실시형태에 관계된 광학 소자(1)는, 제4 실시형태에 관계된 광학 소자(1)에 비해서 뛰어난 반사 방지 특성을 얻을 수가 있다.

<제5 실시형태>

도 17의 (a)는, 본 발명의 제5 실시형태에 관계된 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 개략 평면도이다. 도 17의 (b)는, 도 17의 (a)에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 평면도이다. 도 17의 (c)는, 도 17의 (b)의 트랙 T1, T3, …에서의 단면도이다. 도 17의 (d)는, 도 17의 (b)의 트랙 T2, T4, …에서의 단면도이다. 도 18은, 도 17에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 사시도이다.

제5 실시형태에 관계된 광학 소자(1)는, 오목부인 구조체(3)가 기체 표면에 다수 배열되어 있는 점에서, 제1 실시형태의 것과는 달라 있다. 이 구조체(3)의 형상은, 제1 실시형태에서의 구조체(3)의 볼록 형상을 반전해서 오목 형상으로 한 것이다. 따라서, 구조체(3)의 깊이 방향(도 17중, -Z축 방향)에 대한 실효 굴절률은, 기체(2)를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리도록 변화한다. 또한, 상술한 바와 같이 구조체(3)를 오목부로 한 경우, 오목부인 구조체(3)의 개구부(오목부의 입구 부분)를 하부, 기체(2)의 깊이 방향의 최하부(오목부의 가장 깊은 부분)를 꼭대기부라고 정의한다. 즉, 비실체적인 공간인 구조체(3)에 의해 꼭대기부, 및 하부를 정의한다. 이 때, 도 2에서의 실효 굴절률은 하부로부터 꼭대기부를 향해서 서서히 증가하게 된다. 또, 제5 실시형태에서는, 구조체(3)가 오목부이기 때문에, 식(1) 등에서의 구조체(3)의 높이 H는, 구조체(3)의 깊이 H로 된다.

이 제5 실시형태에서, 상기 이외의 것은, 제1 실시형태와 마찬가지이다.

이 제5 실시형태에서는, 제1 실시형태에서의 볼록 형상의 구조체(3)의 형상을 반전해서 오목 형상으로 하고 있으므로, 제1 실시형태와 마찬가지 효과를 얻을 수가 있다.

또, 제5 실시형태에서는, 인접하는 구조체(3)의 하부를 접합하고, 인접하는 구조체 사이를 하부에서 관통시키고 있다. 이 때문에, 제5 실시형태에 관계된 광학 소자(1)에서는, 인접하는 구조체 사이 모두에 얇은 벽이 형성되어 있는 광학 소자에 비해, 구조체 사이의 벽을 파손할 가능성이 낮다. 따라서, 내구성을 향상시킬 수가 있다.

<제6 실시형태>

도 19는, 본 발명의 제6 실시형태에 관계된 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 사시도이다. 도 19에 도시하는 바와 같이, 제6 실시형태에 관계된 광학 소자(1)는, 기체 표면에서 한방향으로 연재된 기둥모양의 구조체(5)를 가지고, 이 구조체(5)가 기체(2) 위에 1차원 배열되어 있는 점에서, 제1 실시형태의 것과는 달라 있다. 또한, 상술한 제1 실시형태와 마찬가지 부분에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.

구조체(5)의 깊이 방향(도 19중, -Z축 방향)에 대한 실효 굴절률이, 기체(2)를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리도록 변화한다. 즉, 굴절률 프로프로파일이, 1개의 변곡점 N을 가지고 있다. 또, 기둥모양의 구조체 사이의 일부를 서로 겹쳐서 접합, 또는 기둥모양의 구조체 사이의 일부를 부구조체에 의해 접속하도록 해도 좋다. 이 때, 기둥모양의 구조체 자체의 굵기를 변조해서, 구조체 사이의 일부를 서로 겹쳐서 접합해도 좋다.

구조체(5)는, 한방향(Y축 방향)으로 고르게 연재된 기둥면{柱面; cylindrical surface}을 가진다. 능선 방향에 수직으로 구조체(5)를 절단한 단면(XZ 단면)은, 도 2에 도시하는 굴절률 프로파일과 동일 또는 상사형{相似形}으로 되는 바와 같은 단면 형상으로 되어 있다.

제6 실시형태에 의하면, 깊이 방향에 대한, 능선 방향의 실효 굴절률의 변화가, 기체(2)를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리고 있으므로, 구조체(5)의 형상 효과에 의해, 광에 있어서 경계가 명확하지 않게 되어 반사광을 저감할 수 있다. 따라서, 뛰어난 반사 방지 특성을 가지는 광학 소자(1)를 실현할 수 있다.

<제7 실시형태>

도 20은, 본 발명의 제7 실시형태에 관계된 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 단면도이다. 도 20에 도시하는 바와 같이, 제7 실시형태에 관계된 광학 소자(1)는, 구조체(3) 대신에, 경사막(6)을 기체 위에 형성하고 있는 점에서, 제1 실시형태의 것과는 달라 있다. 또한, 상술한 제1 실시형태와 마찬가지 부분에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.

경사막(6)은, 구성 재료의 조성을 깊이 방향(두께 방향)으로 서서히 변화시킴으로써, 깊이 방향에 대한 굴절률을 서서히 변화시킨 막이다. 경사막(6)의 표면측의 굴절률이, 기체측(계면측)의 굴절률에 비해서 낮아져 있다. 깊이 방향에 대한 실효 굴절률은, 기체(2)를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 형상의 곡선을 그리도록 변화한다. 이와 같이 함으로써, 광에 있어서 경계가 명확하지 않게 되어 반사광을 저감할 수 있다. 따라서, 광학 소자의 반사 방지 특성을 저감할 수가 있다.

경사막(6)은, 예를 들면 스퍼터링법에 의해 성막할 수가 있다. 스퍼터링법에 의한 성막 방법으로서는, 예를 들면 2종류의 타겟 재료를 동시에, 또한 소정의 비율로 스퍼터링시키는 방법, 프로세스 가스의 유량{流量}을 변화시키면서 반응성 스퍼터링함으로써, 막중에 포함되는 프로세스 가스의 함유량을 적당히 변화시키는 방법을 들 수 있다.

제7 실시형태에 의하면, 상술한 제1 실시형태와 마찬가지 효과를 얻을 수가 있다.

<제8 실시형태>

[액정 표시 장치의 구성]

도 21은, 본 발명의 제8 실시형태에 관계된 액정 표시 장치의 구성의 1예를 도시한다. 도 21에 도시하는 바와 같이, 이 액정 표시 장치는, 광을 출사하는 백라이트(53)와, 백라이트(53)로부터 출사된 광을 시간적 공간적으로 변조해서 화상을 표시하는 액정 패널(51)을 구비한다. 액정 패널(51)의 양면에는 각각, 광학 부품인 편광자(51a, 51b)가 설치되어 있다. 액정 패널(51)의 표시면 측에 설치된 편광자(51b)에는, 광학 소자(1)가 설치되어 있다. 본 발명에서는, 광학 소자(1)가 1주면에 설치된 편광자(51b)를 반사 방지 기능이 탑재된 편광자(52)라고 칭한다. 이 반사 방지 기능이 탑재된 편광자(52)는, 반사 방지 기능이 탑재된 광학 부품의 1예이다.

이하, 액정 표시 장치를 구성하는 백라이트(53), 액정 패널(51), 편광자(51a, 51b), 및 광학 소자(1)에 대해서 순차 설명한다.

(백라이트)

백라이트(53)로서는, 예를 들면 직하형 백라이트, 에지형 백라이트, 평면 광원형 백라이트를 이용할 수가 있다. 백라이트(53)는, 예를 들면 광원, 반사판, 광학 필름 등을 구비한다. 광원으로서는, 예를 들면 냉음극 형광관(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL), 열음극 형광관(Hot Cathode Fluorescent Lamp: HCFL), 유기 일렉트로루미네센스(Organic ElectroLuminescence: OEL), 무기 일렉트로루미네센스(IEL:Inorganic ElectroLuminescence) 및 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 등이 이용된다.

(액정 패널)

액정 패널(51)로서는, 예를 들면 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic: TN) 모드, 슈퍼 트위스티드 네마틱(Super Twisted Nematic:STN) 모드, 수직 배향(Vertically Aligned: VA) 모드, 수평 배열(In-Plane Switching: IPS) 모드, 광학 보상 벤드 배향(Optically Compensated Birefringence: OCB) 모드, 강유전성(Ferroelectric Liquid Crystal: FLC) 모드, 고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal: PDLC) 모드, 상{相} 전이형 게스트·호스트(Phase Change Guest Host: PCGH) 모드 등의 표시 모드의 것을 이용할 수가 있다.

(편광자)

액정 패널(51)의 양면에는, 예를 들면 편광자(51a, 51b)가 그의 투과축이 서로 직교하도록 해서 설치된다. 편광자(51a, 51b)는, 입사하는 광중 직교하는 편광 성분의 한쪽만을 통과시키고, 다른쪽을 흡수에 의해 차폐하는 것이다. 편광자(51a, 51b)로서는, 예를 들면 폴리비닐 알콜계 필름, 부분 포르말화 폴리비닐 알콜계 필름, 에틸렌·초산 비닐 공중합체계 부분 비누화 필름 등의 친수성 고분자 필름에, 요오드{沃素}나 이색성{二色性} 염료 등의 이색성 물질을 흡착시켜서 1축 연신시킨 것을 이용할 수가 있다. 편광자(51a, 51b)의 양면에는, 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 필름 등의 보호층을 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 보호층을 설치하는 경우, 광학 소자(1)의 기체(2)가 보호층을 겸하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 반사 방지 기능이 탑재된 편광자(52)를 박형화할 수 있기 때문이다.

(광학 소자)

광학 소자(1)는, 상술한 제1∼제7 실시형태의 어느 것인가의 것과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

제8 실시형태에 의하면, 액정 표시 장치의 표시면에 광학 소자(1)를 설치하고 있으므로, 액정 표시 장치의 표시면의 반사 방지 기능을 향상할 수가 있다. 따라서, 액정 표시 장치의 시인성을 향상할 수가 있다.

<제9 실시형태>

[액정 표시 장치의 구성]

도 22는, 본 발명의 제9 실시형태에 관계된 액정 표시 장치의 구성의 1예를 도시한다. 이 액정 표시 장치는, 액정 패널(51)의 앞면{前面} 측에 앞면 부재(54)를 구비하고, 액정 패널(51)의 앞면, 앞면 부재(54)의 앞면 및 이면의 적어도 1개의 면에, 광학 소자(1)를 구비하는 점에서, 제8 실시형태의 것과는 달라 있다. 도 22에서는, 액정 패널(51)의 앞면과, 앞면 부재(54)의 앞면 및 이면의 모든 면에, 광학 소자(1)를 구비하는 예가 도시되어 있다. 액정 패널(51)과 앞면 부재(54) 사이에는, 예를 들면 공기층이 형성되어 있다. 상술한 제8 실시형태와 마찬가지 부분에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다. 또한, 본 발명에 있어서, 앞면이란 표시면으로 되는 측의 면, 즉 관찰자측으로 되는 면을 나타내고, 이면이란 표시면과 반대로 되는 측의 면을 나타낸다.

앞면 부재(54)는, 액정 패널(51)의 앞면(관찰자측)에 기계적, 열적, 및 내후적{耐候的; weather-resistant} 보호나, 의장성{意匠性}을 목적으로 해서 이용하는 프런트 패널 등이다. 앞면 부재(54)는, 예를 들면 시트모양, 필름모양, 또는 판모양을 가진다. 앞면 부재(54)의 재료로서는, 예를 들면 유리, 트리아세틸 셀룰로오스(TAC), 폴리에스테르(TPEE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 폴리아미드(PA), 아라미드, 폴리에틸렌(PE), 폴리아크릴레이트, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리프로필렌(PP), 디아세틸 셀룰로오스, 폴리염화 비닐, 아크릴 수지(PMMA), 폴리카보네이트(PC) 등을 이용할 수가 있지만, 특히 이들 재료에 한정되는 것은 아니고, 투명성을 가지는 재료이면 이용할 수가 있다.

제9 실시형태에 의하면, 제8 실시형태와 마찬가지로, 액정 표시 장치의 시인성을 향상할 수가 있다.

[실시예]

이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예에 대해서 이하의 순서로 설명한다.

1. 굴절률 프로파일 및 구조체의 형상에 대한 검토

2. 구조체의 다른 형상에 대한 검토

3. 굴절률 프로파일의 스텝의 개수{個數}에 대한 검토

4. 샘플을 실제로 제작하고서의 반사 특성의 검토

<1. 굴절률 프로파일 구조체의 형상에 대한 검토>

S자 형상을 가지는 굴절률 프로파일을 상정{想定}하고, 이 굴절률 프로파일을 실현하는 구조체의 형상을 시뮬레이션에 의해 구했다. 또, 상기 굴절률 프로파일과 반사율과의 관계를 시뮬레이션에 의해 검토를 행했다.

<실시예 1>

도 23에 도시하는 바와 같이, 실효 굴절률이 S자 모양의 곡선을 그리는 굴절률 프로파일을 상정했다. 다음에, 상기 굴절률 프로파일을 실현하는 구조체의 형상을 구했다. 그 결과를 도 24의 (a)에 도시한다.

<실시예 2>

도 23에 도시하는 바와 같이, 실효 굴절률이 S자 모양을 그림과 동시에, 실시예 1에 비해서 선단이 가파르게 변화하는 굴절률 프로파일을 상정했다. 다음에, 상기 굴절률 프로파일을 실현하는 구조체의 형상을 구했다. 그 결과를 도 24의 (b)에 도시한다.

<실시예 3>

도 23에 도시하는 바와 같이, 실효 굴절률이 S자 모양을 그림과 동시에, 실시예 1에 비해서 선단이 크게 가파르게 변화하는 굴절률 프로파일을 상정했다. 다음에, 상기 굴절률 프로파일을 실현하는 구조체의 형상을 구했다. 그 결과를 도 24의 (c)에 도시한다.

<비교예 1>

도 23에 도시하는 바와 같이, 직선 형상의 굴절률 프로파일을 상정했다. 다음에, 상기 굴절률 프로파일을 실현하는 구조체의 형상을 구했다. 그 결과, 조종형의 구조체(도시 생략)가 얻어졌다.

(반사율의 평가 1)

우선, 상술한 각각의 굴절률 프로파일에 대해서, 구조체 높이를 300㎚로 한 경우의 반사율을 구했다. 그 결과를 도 25에 도시한다. 또한, 도 23에서는, 광학 두께를 구조체의 바닥면을 기준으로 한 것으로 하고 있기 때문에, 도 2와는 굴절률 프로파일의 증감 관계가 반대로 되어 있다.

도 25도로부터 이하의 것을 알 수 있다.

직선 형상의 굴절률 프로파일(비교예 1)에서는, 가시역 400㎚∼700㎚의 거의 전범위에서, 반사율이 R＞0.1%로 되어 있다. 이것에 대해서, S자 형상의 굴절률 프로파일(실시예1∼3)에서는, 가시역 400㎚∼700㎚의 거의 전범위에서, 반사율이 R＜0.1%로 되어 있다. 특히, 기체측 및 공기측의 단{端}에서, S자 형상의 굴절률 프로파일이, 갑자기 변화하고 있는 것(실시예 2, 3)이, 가시역에서의 반사율의 방지 효과가 양호하다.

(반사율의 평가 2)

다음에, 실시예1∼3 중에서 특성이 좋았던 굴절률 프로파일(실시예 3)과, 직선모양의 굴절률 프로파일(비교예 1)에서, 구조체 높이를 변화시켰을 때의 반사 특성을 구했다. 그 결과를 도 26에 도시한다.

도 26으로부터 이하의 것을 알 수 있다.

구조체 높이가 200㎚이면, S자 형상의 굴절률 프로파일(실시예 3)에서는, 직선모양의 굴절률 프로파일(비교예 1)에 비해서 반사율이 높아지고 반사 특성이 악화된다.

구조체의 높이가 250㎚이면, S자 형상의 굴절률 프로파일(실시예 3)에서는, 단파장 측에서 반사율이 내려가고, 직선모양의 굴절률 프로파일(비교예 1)에 비해서 가시역 400㎚∼700㎚에서의 반사율의 평균값이 향상한다. 따라서, 구조체 높이를 파장 700㎚의 5/14(250㎚) 이상으로 하면, S자 형상의 굴절률 프로파일이 효과적으로 기능하고, 가시역 400㎚∼700㎚ 전범위에서 반사율 R＜0.3%의 반사 성능을 얻을 수가 있다. 또, 파장 범위를 400㎚∼550㎚로 했을 때는, 구조체 높이를 파장 550㎚의 5/14(∼200㎚) 이상으로 하면, 반사율 R＜0.3%의 성능을 얻을 수가 있다.

구조체 높이가 300㎚, 400㎚, 500㎚이면, S자 형상의 굴절률 프로파일(실시예 3)에서는, 직선모양의 굴절률 프로파일(비교예 1)에 비해서, 가시역 400㎚∼700㎚에서의 반사율이 낮아지고 반사 특성이 향상한다. 구체적으로는, 가시역 400㎚∼700㎚에서 보다 뛰어난 반사 방지 효과(R＜0.1%)를 얻을 수가 있다.

구조체 높이 300㎚에서는, 파장 대역의 장파장 단{端} 700㎚에서 반사율이 0.08% 정도로 된다. 따라서, 구조체 높이를 파장 700㎚의 2/5(280㎚) 이상, 바람직하게는3/7(300㎚) 이상으로 하면, S자 형상의 굴절률 프로파일이 보다 효과적으로 기능하고, 가시역 400㎚∼700㎚에서 반사율 R＜0.1%의 반사 성능을 얻을 수가 있다.

구조체의 높이의 최대값은, 실제의 만들기 쉬움의 점에서 보면, 가시광 대역에 대해서는, 1.0㎛ 정도(피치: 700㎚이고, 애스펙트: 1.4에 상당)인 것이 바람직하다. 따라서, 구조체 높이를 파장 700㎚의 10/7(1㎛) 이하로 하는 것이 바람직하다.

이상의 점을 고려하면, 구조체의 높이가, 사용 환경하의 광의 파장 대역의 최대값의 5/14이상 10/7이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 최대값의 2/5이상 10/7이하, 더욱더 바람직하게는 최대값의 3/7이상 10/7이하이다.

(구조체 형상의 평가)

도 24의 (a)∼ 도 24의 (c) 및 도 25도로부터 이하의 것을 알 수 있다.

도 23에 도시하는 굴절률 프로파일을 실현하는 구조체의 형상은, S자 형상의 굴절률 프로파일의 평방근을 취한 단면 형상으로, 기체측을 향해서 서서히 넓어지는 형상의 구조체를 형성하게 된다. 또, 도 24의 (a)∼도 24의 (c)에 도시하는 구조체 중에서도, 정상부{頂上部}가 플랫한 원뿔대 형상의 것은(실시예2: 도 24의 (b), 실시예3: 도 24의 (c)), 특히 양호한 반사 방지 특성을 얻을 수가 있다.

또, 도 24에 도시하는 바와 같이, 구조체의 하부에서 플랫한 형상(3a)이 있는 것이 지시하는 바와 같이, 인접 구조체 사이에서, 구조체의 하부가 접합되어 있다. 이와 같이 함으로써, 기체를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리는 굴절률 프로파일을 실현할 수가 있다. 또한, 구조체의 하부를 접촉시키는 대신에, 부구조체 등의 미세한 구조체를 기체 표면에 설치하도록 해도 좋다.

<2. 구조체의 다른{他} 형상에 대한 검토>

도 24의 (a)∼도 24의 (c)에 도시한 것 이외의 구조체 형상을 계산에 의해 구했다.

<실시예 4>

실시예 3의 구조체(3)를 Y축 방향으로 1.5배 잡아늘인 구조체를 구했다. 그 결과를 도 27의 (a)에 도시한다.

<실시예 5>

실시예 3의 구조체(3)를 X축 방향으로 1.5배 잡아늘인 구조체를 구했다. 그 결과를 도 27의 (b)에 도시한다.

<실시예 6>

실시예 2의 구조체(3)의 요철을 반전시킨 형상을 구했다. 그 결과를 도 27의 (c)에 도시한다.

(구조체 형상의 평가)

X축 방향 및 Y축 방향으로 늘린 구조체 형상이나, 요철을 반전시킨 구조체 형상이라도, 실시예 2, 3과 거의 마찬가지 굴절률 프로파일이 얻어진다. 따라서, 도 27의 (a)∼도 27의 (c)에 도시한다 구조체 형상(실시예 4∼6)이라도, 뛰어난 반사 방지 특성이 얻어진다.

또, 실시예 4∼5와 같이, X축 방향 및 Y축 방향으로 늘린 구조체 형상으로 함으로써, 제조하기 쉽고, 또한 충전율을 올릴 수가 있다.

<3. 굴절률 프로파일의 스텝의 개수에 대한 검토>

2개 이상의 변곡점을 가지는 굴절률 프로파일과, 1개의 변곡점을 가지는 굴절률 프로파일(S자 형상의 굴절률 프로파일)과의 반사 스펙트럼을 구하고, 그 결과를 비교하는 검토를 행했다.

<실시예 7>

S자 형상을 가지는, 실시예 3과 마찬가지 굴절률 프로파일, 즉 1개의 변곡점을 가지는 굴절률 프로파일을 상정했다.

<비교예 2>

도 28에 도시하는 바와 같이, 비교예 1과 마찬가지 굴절률 프로파일, 즉 직선 형상의 굴절률 프로파일을 상정했다.

<비교예 3>

도 28에 도시하는 바와 같이, 3개의 변곡점을 가지는 굴절률 프로파일을 상정했다.

<비교예 4>

도 28에 도시하는 바와 같이, 5개의 변곡점을 가지는 굴절률 프로파일을 상정했다.

(반사율의 평가)

상술한 각각의 굴절률 프로파일에 대해서, 구조체 높이를 500㎚로 한 경우의 반사율을 구했다. 그 결과를 도 29에 도시한다. 또한, 도 28에서는, 광학 두께를 구조체의 바닥면을 기준으로 한 것으로 하고 있기 때문에, 도 2와는 굴절률 프로파일의 증감 관계가 반대로 되어 있다.

도 29로부터 이하의 것을 알 수 있다.

구조체의 높이가 500㎚인 경우에는, S자 형상의 굴절률 프로파일(실시예 7)에서는, 2이상의 변곡점을 가지는 굴절률 프로파일(비교예 3, 비교예 4), 및 직선 형상의 굴절률 프로파일(비교예 2)에 비해서, 뛰어난 반사 방지 효과가 얻어진다.

또한, 구조체의 높이가 500㎚ 이상인 경우에는, S자 형상의 굴절률 프로파일(실시예 7)에서는, 2이상의 변곡점을 가지는 굴절률 프로파일(비교예 3, 비교예 4), 및 직선 형상의 굴절률 프로파일(비교예 2)에 비해서, 뛰어난 반사 방지 효과가 얻어지는 경향이 있다.

<4. 샘플을 실제로 제작하고서의 반사 특성의 검토>

이하의 실시예 8에서, 광학 시트의 구조체의 높이 H, 배치 피치 P1, P2, 및 애스펙트비는 이하와 같이 해서 구했다.

우선, 제작한 광학 시트의 표면 형상을, 원자간력{原子間力} 현미경(AFM: Atomic Force Microscope)에 의해 관찰했다. 그 후, AFM의 단면 프로파일로부터 구조체의 높이 H, 및 배치 피치 P1, P2를 구했다. 또, 이들의 높이 H, 및 배치 피치 P2를 이용해서, 애스펙트비(=높이 H/배치 피치 P2)를 구했다.

(실시예 8)

우선, 외경 126㎜의 유리 롤 원반을 준비하고, 이 유리 롤 원반의 표면에 이하와 같이 해서 레지스트 층을 착막했다. 즉, 시너로 포토레지스트를 1/10로 희석하고, 이 희석 레지스트를 디핑법에 의해 유리 롤 원반의 원기둥면 위에 두께 70㎚ 정도로 도포하는 것에 의해, 레지스트 층을 착막했다. 다음에, 기록 매체로서의 유리 롤 원반을, 도 8에 도시한 롤 원반 노광 장치에 반송{搬送}하고, 레지스트 층을 노광하는 것에 의해, 1개의 나선모양{螺旋狀}으로 이어짐과 동시에, 인접하는 3열의 트랙 사이에서 준육방 격자 패턴을 이루는 잠상이 레지스트 층에 패터닝되었다.

구체적으로는, 준육방 격자모양의 노광 패턴이 형성되어야 할 영역에 대해서, 상기 유리 롤 원반 표면까지 노광하는 파워 0.50㎽/m의 레이저광을 조사하여 오목 형상의 준육방 격자모양의 노광 패턴을 형성했다. 또한, 트랙열의 열방향의 레지스트 층의 두께는 60㎚ 정도, 트랙의 연재 방향의 레지스트 두께는 50㎚ 정도였다.

다음에, 유리 롤 원반모양의 레지스트 층에 현상 처리를 시행{施}해서, 노광한 부분의 레지스트 층을 용해시켜 현상을 행했다. 구체적으로는, 도시하지 않은 현상기{現像機}의 턴테이블 위에 미{未}현상의 유리 롤 원반을 재치하고, 턴테이블마다 회전시키면서 유리 롤 원반의 표면에 현상액을 적하해서 그 표면의 레지스트 층을 현상했다. 이것에 의해, 레지스트 층이 준육방 격자 패턴으로 개구되어 있는 레지스트 유리 롤 원반이 얻어졌다.

다음에, 롤 에칭 장치를 이용하여, 레지스트 유리 롤 원반에 대해서, 에칭 처리와 애싱 처리를 번갈아 행했다. 이것에 의해, 뿔체모양의 구조체(오목부)의 패턴이 형성되었다. 이 때, 에칭 처리와 애싱 처리와의 처리 시간을 적당히 조정함으로써, 구조체의 측면에 1개의 스텝을 형성했다. 이것에 의해, 구조체의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률이, 기체를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리도록 변화하는 형상이 얻어졌다. 제작한 원반의 성형면의 형상을 도 30의 (a), 도 30의 (b)에 도시한다. 이와 같은 구조체 형상의 측정은, AFM(주사형 원자간력 현미경)에 의한 평가 외에, SEM(주사형 전자 현미경) 등에 의해서도 관찰할 수가 있다.

또한, 롤 에칭 장치는, 원기둥모양의 전극을 가지는 플라즈마 에칭 장치이며, 이 원기둥모양의 전극을 통모양의 유리 롤 원반의 공동{空洞}내에 삽입하고, 유리 롤 원반의 기둥면에 대해서 플라즈마 에칭을 시행하도록 구성되어 있다.

최후에, O₂애싱에 의해 완전하게 레지스트 층을 제거하는 것에 의해, 오목형상의 준육방 격자 패턴을 가지는 모스아이 유리 롤 마스터가 얻어졌다. 열방향에서의 오목부의 깊이는, 트랙의 연재 방향에서의 오목부의 깊이보다 깊었다.

다음에, 상기 모스아이 유리 롤 마스터와, 자외선 경화 수지를 도포한 TAC(트리아세틸 셀룰로오스) 시트를 밀착시키고, 자외선을 조사하여 경화시키면서 박리했다. 이것에 의해, 복수의 구조체가 1주면에 배열된 광학 시트가 얻어졌다. 이 광학 시트의 구조체의 높이 H는 230㎚, 배치 피치 P1은 300㎚, 배치 피치 P2는 270, 애스펙트비(H/P2)는 0.9였다.

이상에 의해, 목적으로 하는 광학 시트가 제작되었다.

(반사율의 평가)

상술한 바와 같이 해서 제작한 광학 시트의 반사율을 일본 분광{日本分光; JASCO Corporation}의 평가 장치(V-550)를 이용해서 평가했다. 그 결과를 도 31에 도시한다.

(비교예 5)

원뿔 형상을 가지는 복수의 구조체가 표면에 배열된 광학 시트의 반사 특성을 시뮬레이션에 의해 구했다. 그 결과를 도 31에 도시한다.

이하에, 시뮬레이션의 조건을 나타낸다.

배치: 육방 격자

높이 H: 200㎚

배치 피치 P1, P2: 300㎚

애스펙트비(H/P2): 0.7

형상: 원뿔 형상(S차 형상의 굴절률 프로파일을 가지고 잇지 않은 형상)

편광: 무편광

(비교예 6)

조종 형상을 가지는 복수의 구조체가 표면에 배열된 광학 시트의 반사 특성을 시뮬레이션에 의해 구했다. 그 결과를 도 31에 도시한다.

이하에, 시뮬레이션의 조건을 나타낸다.

배치: 육방 격자

높이 H: 300㎚

배치 피치 P1, P2: 300㎚

애스펙트비(H/P2): 1.0

형상: 조종 형상(S차 형상의 굴절률 프로파일을 가지고 있지 않은 형상)

편광: 무편광

표 1에, 실시예 8, 비교예 5, 6의 광학 시트의 구성을 나타낸다.

도 31로부터 이하의 것을 알 수 있다.

실시예 8에서는, 400㎚∼650㎚의 파장 대역의 장파장 측에서, 반사율이 약간 상승하는 경향이 있지만, 대략 400㎚∼650㎚의 파장 대역에서 비교예 5보다도 지극히 낮은 반사율이 얻어지고 있다. 구체적으로는, 사람{人間}의 시감도{視感度}가 가장 높은 파장 550㎚에서 반사율 0.2% 이하의 저반사 특성이 실현되고 있다. 또한, 장파장 측에서의 반사율의 증가는, 구조체의 높이에 기인하는 것으로서, 실시예 8의 구조체의 높이를 비교예 6과 마찬가지의 300㎚ 정도의 높이로 하면 억제할 수가 있다.

이것에 대해서, 비교예 5에서는, 400㎚∼650㎚의 파장 대역에서 파장의 증가에 수반{伴}해서 반사율이 서서히 증가하는 경향이 있다. 또, 비교예 6에서는, 400㎚∼650㎚의 파장 대역의 장파장 측에서의 반사율의 증가가 억제되고 있지만, 상기 파장 대역 전체에서는 실시예 8이 뛰어난 반사 방지 특성이 얻어지고 있다. 특히, 사람의 시감도가 가장 높은 파장 550㎚에서의 반사 방지 특성의 점에서는, 실시예 8이 비교예 6보다도 뛰어나다. 또한, 실시예 8의 구조체의 높이를 비교예 6과 마찬가지의 300㎚ 정도의 높이로 하면, S차 형상의 굴절률 프로파일을 가지는 구조체가, 반사 방지 특성의 점에서 뛰어난 것이 현저하게 된다.

이상에 의해, 구조체의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률이 기체를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리도록 함으로써, 뛰어난 반사 방지 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대해서 구체적으로 설명했지만, 본 발명은, 상술한 실시형태 및 실시예에 한정되는 것은 아니고, 구하는 성능이 다른 경우에 따라, 본 발명의 기술적 사상에 의거하는 각종 변형이 가능하다.

예를 들면, 상술한 실시형태 및 실시예에서 든 수치, 형상, 재료 및 구성 등은 어디까지나 예에 불과하며, 필요에 따라 이것과 다른 수치, 형상, 재료 및 구성 등을 이용해도 좋다.

또, 상술한 실시형태의 각 구성은, 본 발명의 주지{主旨}를 일탈하지 않는 한, 서로 조합하는 것이 가능하다.

또, 상술한 실시형태에서는, 본 발명을 액정 표시 장치에 적용하는 경우를 예로서 설명했지만, 본 발명은 액정 표시 장치 이외의 각종 표시 장치에 대해서도 적용가능하다. 예를 들면, CRT(Cathode Ray Tube) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이(Plasma Display Panel:PDP), 일렉트로루미네센스(Electro Luminescence:EL) 디스플레이, 표면 전도형 전자 방출 소자 디스플레이(Surface-conduction Electron-emitter Display: SED) 등의 각종 표시 장치에 대해서도 본 발명은 적용가능하다.

또, 상술한 실시형태에서는, 광 디스크의 원반 제작 프로세스와 에칭 프로세스를 융합한 방법에 의해, 광학 소자(1)를 제작하는 경우를 예로서 설명했다. 그렇지만, 광학 소자(1)의 제작 방법은 이것에 한정되는 것은 아니고, 깊이 방향에 대한 실효 굴절률이 기체를 향해 서서히 증가함과 동시에, S자 형상의 굴절률 프로파일을 가지는 광학 소자를 제작할 수 있는 것이면 좋다. 예를 들면, 전자선 노광 등을 이용해서 광학 소자를 제작하도록 해도 좋고, 또 실효 굴절률이 서서히 변화하도록, 중공 실리카 등의 비율을 바꾸면서 배합시킨 경사막이나, 반응성 스퍼터에 의한 경사막을 코팅함으로써 제작해도 좋다.

또, 상술한 실시형태에서, 기체(2)의 구조체(3)가 형성된 면 위에, 저굴절률 층을 더 형성하도록 해도 좋다. 저굴절률 층은, 기체(2), 구조체(3), 및 부구조체(4)를 구성하는 재료보다 낮은 굴절률을 가지는 재료를 주성분으로 하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 저굴절률 층의 재료로서는, 예를 들면 불소계 수지 등의 유기계 재료, 또는 LiF, MgF₂등의 무기계의 저굴절률 재료를 들 수 있다.

또, 상술한 실시형태에서, 열 전사에 의해 광학 소자를 제작하도록 해도 좋다. 구체적으로는, 열가소성 수지를 주성분으로 하는 기체를 가열하고, 이 가열에 의해 충분히 부드러워진 기체에 대해서, 롤 마스터(11)나 디스크 마스터(41) 등의 도장(몰드)를 꽉 누르{押當}는 것에 의해, 광학 소자(1)를 제작하는 방법을 이용하도록 해도 좋다.

또, 상술한 실시형태에서는, 편광자에 본 발명을 적용해서 반사 방지 기능이 탑재된 편광자로 하는 경우를 예로서 설명했지만, 본 발명은 이 예에 한정되는 것은 아니다. 편광자 이외에도, 렌즈, 도광판, 창재, 표시 소자 등에 본 발명을 적용해서 반사 방지 기능이 탑재된 광학 부품으로 하는 것이 가능하다.

또, 상술한 실시형태에서, 굴절률 프로파일이 1개의 변곡점을 가지는 S자 형상인 경우에 대해서 설명했지만, 이 S자 형상의 굴절률 프로파일의 양단{兩端} 중의 적어도 한쪽에 변곡점을 더 설치하도록 해도 좋다. 이와 같은 대략 S자 모양의 굴절률 프로파일로 한 경우에도, 뛰어난 반사 방지 특성을 얻을 수가 있다. 특히, 구조체(3)의 높이가 낮은 경우에 반사 방지 특성의 효과가 현저한 것으로 된다. 굴절률 프로파일의 일단{一端}의 변곡점은, 예를 들면 구조체(3)의 꼭대기부를 곡면모양의 돌출부로 하는 것에 의해 얻을 수가 있다. 타단{他端}의 변곡점은, 예를 들면 구조체(3)의 하부에 기체측으로 향함에 따라서 넓어지는 옷자락부{hem}를 형성하는 것에 의해 얻을 수가 있다.

1: 광학 소자, 2: 기체, 2a: 공극부, 3: 구조체, 주구조체, 3t: 꼭대기부, 3b: 바닥부, 3c: 옷자락부, 4: 부구조체, 4a: 요철부, 5: 구조체, 6: 경사막, 11: 롤 마스터, 12: 원반, 13: 구조체, 12a: 공극부, 51: 액정 패널, 51a: 편광자, 51b: 편광자, 52: 반사 방지 기능이 탑재된 편광자, 53: 백라이트, 54: 앞면 부재, Pa: 제1 변화점, Pb: 제2 변화점, N: 변곡점, St: 스텝.

Claims

기체{基體; base}와,
상기 기체 표면에 다수 배열된 구조체
를 구비{備}하고,
상기 구조체가, 뿔체{錐體} 형상의 오목부{凹部} 또는 볼록부{凸部}이고,
상기 구조체가, 사용 환경하의 광의 파장 대역 이하의 피치로 배열됨과 동시에, 인접하는 상기 구조체의 하부끼리가 접속되고,
상기 구조체의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률이, 상기 기체를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리고 있는, 반사 방지 기능을 가지는 광학 소자.
제1항에 있어서,
상기 구조체가, 타원뿔 형상을 가지고,
상기 구조체의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률이, 1개의 변곡점을 가지고,
상기 변곡점은, 상기 구조체의 측면 형상에 대응하는 것인 광학 소자.
제1항에 있어서,
상기 구조체는, 그 구조체의 측면에 1개의 스텝을 가지는 광학 소자.
제1항에 있어서,
상기 구조체의 측면이, 상기 기체를 향해서 서서히 확대함과 동시에, 상기 S자 모양 곡선의 평방근{平方根}의 형상을 그리도록 변화하는 광학 소자.
제1항에 있어서,
상기 사용 환경하의 광의 파장 대역이, 가시광의 파장 대역인 광학 소자.
제1항에 있어서,
상기 구조체의 높이가, 사용 환경하의 광의 파장 대역의 최대값의 5/14이상인 광학 소자.
제1항에 있어서,
상기 구조체의 높이가, 사용 환경하의 광의 파장 대역의 최대값의 2/5이상인 광학 소자.
제1항에 있어서,
상기 구조체의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률의 변화가, 상기 구조체의 입사{入射}측 및 기체측의 적어도 한쪽에서, 상기 실효 굴절률의 기울기{傾}의 평균값보다도 가파른{急峻} 광학 소자.
제1항에 있어서,
인접하는 상기 구조체의 하부끼리가, 그 하부끼리를 서로 겹치{重合}도록 해서 접합되어 있는 광학 소자.
제1항에 있어서,
인접하는 상기 구조체 사이에 배치된 부{副}구조체를 더 구비하고,
상기 부구조체는, 상기 구조체보다도 작은 오목부 또는 볼록부이고,
상기 구조체의 하부끼리가, 상기 부구조체에 의해 접속되어 있는 광학 소자.
제1항에 있어서,
상기 구조체중, 가장{最}인접하는 구조체가, 트랙 방향으로 배치되어 있는 광학 소자.
제1항에 있어서,
상기 구조체가, 인접하는 상기 구조체에 접속되어 있는 상기 하부를 제외하고 축대칭인 뿔체 형상, 또는 상기 뿔체 형상을 트랙 방향으로 연신{延伸} 또는 수축시킨 뿔체 형상을 가지는 광학 소자.
제1항에 있어서,
상기 구조체가, 사방 격자모양 또는 준{準}사방 격자모양으로 주기적으로 배치되어 있는 광학 소자.
제1항에 있어서,
상기 구조체가, 육방 격자모양 또는 준육방 격자모양으로 주기적으로 배치되어 있는 광학 소자.
기체와,
상기 기체 표면에 다수 배열된 구조체
를 구비하고,
상기 구조체가, 상기 기체 표면에서 한방향으로 늘어나{延}는 기둥모양{柱狀} 형상을 가지는 오목부 또는 볼록부이고,
상기 구조체가, 사용 환경하의 광의 파장 대역 이하의 피치로 배열됨과 동시에, 인접하는 상기 구조체의 하부끼리가 접속되고,
상기 구조체의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률이, 상기 기체를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리고 있는 광학 소자.
제1항 내지 제15항중 어느 한항에 기재된 광학 소자를 구비하는 표시 장치.
광학 부품과,
상기 광학 부품의 표면에 다수 배열된 구조체
를 구비하고,
상기 구조체가, 뿔체 형상의 오목부 또는 볼록부이고,
상기 구조체가, 사용 환경하의 광의 파장 이하의 피치로 배열됨과 동시에, 인접하는 상기 구조체의 하부끼리가 접속되고,
상기 구조체의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률이, 상기 기체를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리고 있는 반사 방지 기능이 탑재된{機能付} 광학 부품.
제17항에 있어서,
상기 광학 부품이, 편광{偏光} 소자, 렌즈, 도광판{導光板}, 창재{窓材} 및 표시 소자의 어느 것인가 1종인 반사 방지 기능이 탑재된 광학 부품.
기체와,
상기 기체 표면에 다수 배열된 구조체
를 구비하고,
상기 구조체가, 뿔체 형상의 오목부 또는 볼록부이고,
상기 구조체가, 사용 환경하의 광의 파장 이하의 피치로 배열됨과 동시에, 인접하는 상기 구조체의 하부끼리가 접속되고,
상기 구조체에 의해서 성형된 광학 소자의 깊이 방향에 대한 실효 굴절률이, 상기 광학 소자의 기체를 향해서 서서히 증가함과 동시에, S자 모양의 곡선을 그리고 있는 원반{原盤}.
제19항에 있어서,
상기 기체가, 원반모양{圓盤狀}, 원통모양 또는 원기둥모양을 가지는 원반.