KR20170074883A

KR20170074883A - 광학 소자, 광학 복합 소자 및 보호 필름이 부착된 광학 복합 소자

Info

Publication number: KR20170074883A
Application number: KR1020177010900A
Authority: KR
Inventors: 코키 혼고; 케이 시노츠카
Original assignee: 오지 홀딩스 가부시키가이샤
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2017-06-30
Also published as: US20170307783A1; EP3211458A4; US10444407B2; EP3211458B1; JPWO2016063915A1; TW201622974A; WO2016063915A1; CN107076877A; TWI657927B; JP6642442B2; EP3211458A1

Abstract

이 광학 소자는 사용 환경하의 빛의 파장 이하의 최빈 피치로 배열되는 복수의 오목부를 일면에 갖는 광학 소자로서, 상기 광학 소자는 상기 복수의 오목부가 소정의 배열로 배열되는 도메인을 평면으로 보았을 때 복수 갖고, 복수의 상기 도메인에 끼워지는 영역 및/또는 상기 도메인 내의 상기 복수의 오목부에 둘러싸이는 영역에는 복수의 돌출부가 형성되고, 평면으로 보았을 때 상기 복수의 돌출부가 차지하는 면적률이 1％∼15％이다.

Description

광학 소자, 광학 복합 소자 및 보호 필름이 부착된 광학 복합 소자{OPTICAL ELEMENT, OPTICAL COMPOSITE ELEMENT, AND OPTICAL COMPOSITE ELEMENT HAVING ATTACHED PROTECTIVE FILM}

본 발명은 광학 소자, 광학 복합 소자 및 보호 필름이 부착된 광학 복합 소자에 관한 것이다.

본 출원은 2014년 10월 24일에 일본에 출원된 특허출원 2014-217151호와, 2014년 10월 29일에 일본에 출원된 특허출원 2014-220231호와, 2014년 10월 29일에 일본에 출원된 특허출원 2014-220232호와, 2015년 5월 19일에 일본에 출원된 특허출원 2015-101968호에 기초하는 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

예를 들면, 개인용 컴퓨터 등의 디스플레이의 표면에는 시인성 향상을 위한 필름 형상의 반사 방지 구조체가 형성되는 경우가 많다. 이러한 반사 방지 구조체로서 투명 기재(투명 필름)의 표면에 다수의 미소한 볼록부를 밀접하게 배치함으로써, 반사 방지를 도모하는 방법이 제안되고 있다. 이 방법은 이른바 모스 아이(moth eye(나방의 눈), 등록상표) 구조의 원리를 이용한 것이다. 모스 아이 구조는 입사광에 대한 굴절률을 기판의 두께 방향으로 연속적으로 변화시키고, 이로써 굴절률의 불연속 계면을 소실시켜 반사 방지를 도모하는 것이다.

반사 방지 구조체는 입사광에 대한 굴절률을 연속적으로 변화시킬 수 있으면, 높은 반사 방지 성능을 실현할 수 있다. 이 때문에, 원리적으로는 반사 방지 구조체는 미소한 볼록부에 한정되지 않고, 미소한 오목부에 의해 구성된 것이어도 된다.

반사 방지 구조체에 의한 반사 방지 성능은, 굴절률 변화가 보다 완만하면 높아진다. 이 때문에, 미세한 볼록부 또는 오목부의 구조체의 폭에 대한 높이 또는 깊이의 비(이하, 애스펙트 비라고 한다)는 큰 것이 바람직하다.

한편으로, 애스펙트 비가 커지면, 미세한 볼록부 또는 오목부가 구조적으로 약해져, 형상을 유지하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다. 애스펙트 비가 커지면, 구조체를 제작할 때 곤란함이 증가한다고 하는 문제도 있었다. 예를 들면, 이러한 미세한 형상은 나노 임프린트 등의 금형을 이용한 방법으로 제작할 수 있다. 그러나 애스펙트 비가 높으면, 금형으로부터 볼록부 또는 오목부를 전사할 때에, 그 금형에 수지 등이 클로깅된다고 하는 문제가 있었다.

이 때문에, 애스펙트 비를 높이지 않고 높은 반사 방지 성능을 얻기 위해서 다양한 검토가 이루어지고 있다.

특허문헌 1에서는, 요철 구조의 볼록부의 높이에 특정의 편차를 갖게 함으로써, 요철 구조 중 애스펙트 비가 높은 볼록부의 비율을 억제하면서, 반사색이 강해지는 것을 억제할 수 있다는 것이 기재되어 있다.

또한, 미세한 볼록부 또는 오목부를 갖는 반사 방지 구조체는, 볼록부끼리의 사이 또는 오목부에 미세한 이물질이 부착되어 반사 방지 효과가 저해된다고 하는 문제도 있다.

특허문헌 2에서는, 미세 요철 구조 표면의 수접촉각을 140°이상으로 함으로써, 물때가 부착되기 어렵게 한 미세 요철 구조체가 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2014-066975호 일본 공개특허공보 2014-077040호

그러나, 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 광학 소자에서는 볼록부의 높이에 특정의 분포를 갖게 하기 위해, 크기에 편차가 있는 요철 구조를 제작하고 있다. 크기에 편차가 있는 요철은, 요철 피치를 랜덤으로 하게 되어 원하는 파장의 빛 투과율을 높이는 것이 어렵다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 광학 소자는 오염물에 대한 대책도 충분하지 않기 때문에, 오염물의 부착을 방지할 수도 없다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 광학 소자는, 오염된 물 등의 수용성의 오염물에는 유효하지만, 인간의 피지나 핸드 크림 등의 유지성의 오염물에는 유효하지 않았다. 또한, 반사 방지 성능도 충분하다고는 말할 수 없었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 반사 방지 성능 및 방오성이 우수한 광학 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은 예의 연구한 결과, 복수의 오목부와 반대 방향으로 돌출하는 돌출부를 형성함으로써, 반사 방지 성능 및 방오성이 우수한 광학 소자를 얻을 수 있다는 것을 알아내었다.

본 발명은 이하의 발명을 포함한다.

(1) 본 발명의 일 양태에 따른 광학 소자는 사용 환경하의 빛의 파장 이하의 최빈 피치로 배열되는 복수의 오목부를 일면에 갖는 광학 소자로서, 상기 광학 소자는 상기 복수의 오목부가 소정의 배열로 배열되는 도메인을 평면으로 보았을 때 복수 갖고, 복수의 상기 도메인에 끼워지는 영역 및/또는 상기 도메인 내의 상기 복수의 오목부에 둘러싸이는 영역에는 복수의 돌출부가 형성되고, 평면으로 보았을 때 상기 복수의 돌출부가 차지하는 면적률이 1％∼15％이다.

(2) 상기 (1)에 기재된 광학 소자에 있어서, 상기 복수의 돌출부의 최빈 높이가 상기 복수의 오목부의 최빈 깊이의 0.2배 이상 0.8배 이하여도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)의 어느 하나에 기재된 광학 소자에 있어서, 상기 복수의 돌출부의 어느 하나와 인접하는 오목부의 개수가 상기 복수의 오목부의 전체 개수에 대해 10％ 이상 80％ 이하여도 된다.

(4) 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 광학 소자에 있어서, 상기 복수의 돌출부 중에, 인접하는 상기 돌출부끼리가 일부에서 연결된 산맥 형상 돌출부를 가져도 된다.

(5) 상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 광학 소자에 있어서, 상기 도메인이 평면으로 보았을 때 랜덤으로 배치되어 있어도 된다.

(6) 본 발명의 일 양태에 따른 광학 복합 소자는, 상기 (1) 내지 (5) 의 어느 하나에 기재된 광학 소자와, 상기 광학 소자의 상기 복수의 오목부 및 상기 복수의 돌출부가 형성되는 면에, 상기 복수의 오목부 및 상기 복수의 돌출부의 형상을 반영한 제1 코팅층을 추가로 갖는다.

(7) 본 발명의 일 양태에 따른 광학 복합 소자는, 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 광학 소자와, 상기 광학 소자의 상기 복수의 오목부 및 상기 복수의 돌출부가 형성되는 면에, 상기 복수의 오목부 및 상기 복수의 돌출부의 형상 전체를 메우는 제2 코팅층을 추가로 갖는다.

(8) 본 발명의 일 양태에 따른 광학 복합 소자는, 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 광학 소자와, 상기 광학 소자의 상기 복수의 오목부 및 상기 복수의 돌출부가 형성되는 면에, 상기 복수의 돌출부와 접촉하는 보호 필름을 갖는다.

(9) 본 발명의 일 양태에 따른 보호 필름 부착 광학 복합 소자는, 상기 (6)에 기재된 광학 복합 소자와, 상기 광학 복합 소자의 상기 제1 코팅층 내, 상기 돌출부를 피복하는 부분과 접촉하는 보호 필름을 갖는다.

본 발명의 일 양태에 따른 광학 소자는 복수의 오목부와 반대 방향으로 돌출하는 돌출부를 가짐으로써, 반사 방지 성능 및 방오성이 우수한 광학 소자를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 광학 소자를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 광학 소자를 인접하는 오목부의 최심점을 잇는 직선으로 절단한 단면 모식도이다.
도 3는 본 발명의 일 양태에 따른 광학 복합 소자를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 양태에 따른 광학 복합 소자를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 6은 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 광학 소자의 반사율 측정 결과이다.

(광학 소자, 광학 복합 소자)

도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 광학 소자를 모식적으로 나타낸 평면도이다.

광학 소자(1)의 일면에는 복수의 오목부(h1∼hn)가 형성되어 있다. 복수의 오목부(h1∼hn)는 평면으로 보았을 때 복수의 도메인(C₁∼C_n)으로 구분되어 있다. 복수의 도메인(C₁∼C_n)에 끼워지는 영역 및/또는 도메인 내의 복수의 오목부(h1∼hn)에 둘러싸이는 영역의 일부에는 복수의 돌출부(d1∼dn)가 형성되어 있다.

광학 소자(1)에 있어서, 오목부(h1∼hn)의 격자 방위는 각 에어리어(C₁∼C_n) 내에서는 고르지만, 거시적으로는 고르지 않다. 이 때문에, 다결정 구조체와 같은 구조를 갖는다.

각 도메인(C1∼C_n) 내에서는 복수의 오목부(h1∼hn)는 소정의 배열로 배열되어 있다. 소정의 배열은 도 1에 나타난 바와 같이 삼각 격자 형상인 것이 바람직하다. 오목부(h1∼hn)가 삼각 격자 형상으로 배열되어 있으면, 오목부(h1∼hn)의 배열 밀도가 높아져, 보다 양호한 반사 방지 성능을 얻을 수 있다. 삼각 격자 형상이란, 인접하는 3개의 오목부의 중심점이 대략 정삼각형의 3개의 정점이 되는 위치 관계로 정렬되어 있는 것을 의미한다.

대략 정삼각형의 3개의 정점이 되는 위치 관계란, 구체적으로 이하의 조건을 만족하는 관계를 말한다. 우선, 하나의 오목부(h1)의 중심점(t1)으로부터 인접하는 오목부(h2)의 중심점(t2)의 방향으로 길이가 최빈 피치(P)와 동일한 길이의 선분(L1)을 긋는다. 이어서, 중심점(t1)으로부터 선분(L1)에 대해 60°의 방향으로 최빈 피치(P)와 동일한 길이의 선분(L2)을 긋는다. 선분(L2)의 종점으로부터, 최빈 피치(P)의 15％ 이내의 범위에 또 하나의 오목부(h3)의 중심점(t3)이 있으면, 이들 3개의 중심점은 대략 정삼각형의 3개의 정점이 되는 위치 관계에 있다고 할 수 있다.

각 오목부(h1∼hn)의 중심점(t1∼tn)은 이하와 같이 구한다.

AFM(원자간력 현미경)의 측정 결과로부터 기울기 보정한 기준면과 평행하게 각 오목부(h1∼hn)에 대해 20㎚마다 복수의 등고선을 긋고, 각 등고선의 중심점(x좌표와 y좌표로 결정되는 점)을 구한다. 이들 각 중심점의 평균 위치(각 x좌표의 평균과 y좌표의 평균으로 결정되는 점의 위치)를 오목부(h1∼hn)의 중심점(t1∼tn)으로 한다.

최빈 피치(P)는 인접하는 오목부 사이의 거리이며, 구체적으로는 이하와 같이 구할 수 있다.

우선, 광학 소자(1) 상에 있어서의 무작위로 선택된 영역에서, 한 변이 최빈 피치(P)의 30∼40배인 정방형인 영역에 대해 AFM 이미지를 얻는다. 예를 들면, 최빈 피치가 300㎚정도의 경우, 9㎛×9㎛∼12㎛×12㎛인 영역의 이미지를 얻는다. 그리고, 이 이미지를 푸리에 변환에 의해 파형 분리하고, FFT상(고속 푸리에 변환상)을 얻는다. 이어서, FFT상의 프로파일에 있어서서 0차 피크부터 1차 피크까지의 거리를 구한다.

이렇게 구해진 거리의 역수가 이 영역에 있어서의 최빈 피치(P)이다. 이러한 처리를 무작위로 선택된 합계 25개소 이상의 동일 면적의 영역에 대해 동일하게 행하여, 각 영역에 있어서의 최빈 피치를 구한다. 이렇게 얻어진 25개소 이상의 영역에 있어서의 최빈 피치(P₁∼P₂₅)의 평균값이 최빈 피치(P)이다. 이 때, 각 영역끼리는 적어도 1㎜ 떨어져서 선택되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5㎜∼1㎝ 떨어져서 선택된다.

오목부(h1∼hn)의 최빈 피치는 사용 환경하의 빛의 파장 이하이다. 가시광을 사용하는 경우는, 최빈 피치는 50㎚∼300㎚인 것이 바람직하다. 최빈 피치가 50㎚이상이면, 사출 성형이나 나노 임프린트를 이용하여 용이하게 형상을 형성할 수 있다. 최빈 피치가 300㎚ 이하이면, 양호한 반사 방지 효과를 얻을 수 있다.

각 도메인(C₁∼C_n)의 최빈 면적(Q)(각 에어리어 면적의 최빈값)은 이하의 범위인 것이 바람직하다.

최빈 피치(P)가 500㎚ 미만일 때, 10㎛×10㎛의 AFM 이미지 측정 범위 내에 있어서의 최빈 면적(Q)은 0.026㎛²∼6.5㎛²인 것이 바람직하다.

최빈 피치(P)가 500㎚ 이상 1㎛ 미만일 때, 10㎛×10㎛의 AFM 이미지 측정 범위 내에 있어서의 최빈 면적(Q)은 0.65㎛²∼26㎛²인 것이 바람직하다.

최빈 피치(P)가 1㎛ 이상일 때, 50㎛×50㎛의 AFM 이미지 측정 범위 내에 있어서의 최빈 면적(Q)은 2.6㎛²∼650㎛²인 것이 바람직하다.

최빈 면적(Q)이 바람직한 범위 내이면, 반사 방지 성능의 시야각 의존성이 높아지는 문제를 방지하기 쉽다.

보다 구체적으로는, 각 도메인(C₁∼C_n) 내에 배치되는 오목부(h1∼hn)의 수는, 3개∼1000개인 것이 바람직하고, 7개∼500개인 것이 보다 바람직하다.

도메인(C₁∼C_n)의 각각은, 동일한 소정의 형상이어도 되고, 상이한 형상이어도 된다. 간섭 무늬 등의 발생을 억제하는 관점에서는 도메인(C₁∼C_n)의 각각은 상이한 형상인 것이 바람직하다.

각 도메인(C₁∼C_n)은 도 1에 나타내는 바와 같이, 면적, 형상 및 격자 방위가 랜덤으로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 면적의 랜덤성의 정도는, 구체적으로는 이하의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

우선, 하나의 도메인의 경계선이 외접하는 최대 면적의 타원을 그리고, 그 타원을 하기 식(1)로 나타낸다.

X²／a²＋Y²／b²＝1 …(1)

최빈 피치(P)가 500㎚ 미만일 때, 10㎛×10㎛의 AFM 이미지 측정 범위 내에 있어서의 πab의 표준 편차는 0.08㎛² 이상인 것이 바람직하다.

최빈 피치(P)가 500㎚ 이상 1㎛ 미만일 때, 10㎛×10㎛의 AFM 이미지 측정 범위 내에 있어서의 πab의 표준 편차는 1.95㎛² 이상인 것이 바람직하다.

최빈 피치(P)가 1㎛ 이상일 때, 50㎛×50㎛의 AFM 이미지 측정 범위 내에 있어서의 πab의 표준 편차는 8.58㎛² 이상인 것이 바람직하다.

πab의 표준 편차가 바람직한 범위 내이면, 반사광의 평균화 효과가 우수하고, 반사 방지 성능의 시야각 의존성이 높아지는 문제를 방지하기 쉽다.

각 도메인(C₁∼C_n)의 형상의 랜덤성의 정도는, 구체적으로는 상기 식(1)에 있어서의 a와 b의 비, a／b의 표준 편차가 0.1 이상인 것이 바람직하다.

여기까지 오목부(h1∼hn)의 배열 및 오목부(h1∼hn)의 배열에 따른 도메인(C₁∼C_n)의 배치에 대해 설명하였다. 여기서, 도 2의 단면 모식도를 이용하여 오목부(h1∼hn)의 정의에 대해 설명한다. 또한, 후술하는 돌출부(d1∼dn)의 정의에 대해서도 설명한다. 도 2는, 임의의 인접하는 오목부의 중심점을 잇는 직선으로 절단한 본 발명의 일 양태에 따른 광학 소자의 단면 모식도이다.

오목부(h1∼hn)는 표준면(N)으로부터 도시한 하방에 형성된 공극이다. 표준면(N)은 AFM의 기울기 보정에 의해 얻어지는 기준면과 평행한 면으로서, AFM로부터 얻어지는 오목부의 표면 최빈 높이 위치의 평면이다.

여기서, AFM로부터 얻어지는 각 높이 위치에 대해 설명한다. AFM로부터 얻어지는 오목부의 높이 정보는 바닥부 최빈 높이와 표면 최빈 높이가 있다.

바닥부 최빈 높이 및 표면 최빈 높이는 이하의 수순으로 얻는다. 우선, 임의로 선택한 인접하는 2개의 오목부의 중심점을 통과하는 단면을 AFM에 의해 얻는다. AFM의 단면으로부터, 2개의 오목부의 최심점의 위치 정보 및 2개의 오목부 사이 돌출된 부분의 최고점의 위치 정보를 얻는다. 동일한 작업을 임의의 25개소에서 행한다. 이 작업을 행함으로써, 오목부의 최심점의 위치 정보 50개소, 돌출된 부분의 최고점의 위치 정보 25개소가 얻어진다. 얻어진 위치 정보를 히스토그램화하여 가우스 함수로 피팅함으로써, 오목부의 최심점의 최빈 위치 정보 및 돌출된 부분의 최고점의 최빈 위치 정보가 얻어진다. 이 오목부의 최심점의 최빈 위치 정보가 바닥부 최빈 높이, 돌출된 부분의 최고점의 최빈 위치 정보가 표면 최빈 높이가 된다.

동일한 수순으로 오목부(h1∼hn)의 최빈 깊이도 측정한다. AFM의 단면으로부터 2개의 오목부의 최심점 위치 정보 및 2개의 오목부 사이 돌출된 부분의 최고점 위치 정보의 차(오목부의 깊이)를 측정한다. 임의의 25개소에서 동일한 작업을 행하여 히스토그램화하고 가우스 함수로 피팅한다. 가우스 함수의 피팅에 의해, 오목부의 최빈 깊이(D)가 산출된다. 이 때, 동시에 오목부의 깊이의 표준 편차(1σ)도 얻어진다.

오목부(h1∼hn)의 최빈 깊이는 100∼500㎚인 것이 바람직하다. 최빈 깊이가 500㎚ 이하이면, 사출 성형이나 나노 임프린트에 있어서 전사 불량을 일으키기 어렵고, 용이하게 제작할 수 있다. 최빈 깊이가 100㎚ 이상이면 양호한 반사 방지 성능을 얻을 수 있다.

오목부 깊이의 표준 편차(1σ)는 오목부 깊이의 변동 계수에 대응한다. 변동 계수는 8％ 미만인 것이 바람직하고, 5％ 미만인 것이 보다 바람직하다. 변동 계수를 이 범위로 함으로써, 사출 성형이나 나노 임프린트에 의해 몰드에 재료를 충전할 때에 공극이 발생하기 어렵다.

돌출부(d1∼dn)는 다음과 같이 정의된다. 표준면(N)으로부터 오목부 깊이의 표준 편차(1σ)만큼 광학 소자(1)와 반대측으로 평행 이동한 면을 규정면(M)으로 한다. 광학 소자(1)의 일부가 규정면(M)보다 돌출되어 있는 경우, 그 위치에 있어서의 표준면(N)보다 오목부(h1∼hn)와 반대쪽으로 돌출된 부분을 돌출부(d1∼dn)로서 정의한다. 즉, 돌출부는 표준면(N)으로부터 오목부의 표준 편차(1σ) 이상의 높이를 갖는다.

돌출부(d1∼dn)의 최빈 높이(H)는 오목부(h1∼hn)의 최빈 깊이의 0.2배 이상 0.8배 이하인 것이 바람직하고, 0.3배 이상 0.5배 이하인 것이 보다 바람직하다.

돌출부(d1∼dn)의 최빈 높이란, 표준면(N)으로부터 돌출부(d1∼dn)의 정점까지의 높이(H)의 최빈값을 의미한다. 돌출부(d1∼dn)의 최빈 높이(H)는 임의의 25개소의 돌출부(d1∼dn)의 높이를 측정하여 그 최빈값을 구함으로써 얻는다. 임의의 25개소의 돌출부(d1∼dn)는 한 변이 최빈 피치(P)의 30∼40배인 정방형의 복수 매의 AFM 이미지로부터 임의로 추출한다.

돌출부(d1∼dn)의 최빈 높이(H)가 이 범위 내이면, 내찰상성 및 반사 방지 성능이 높은 광학 소자를 얻을 수 있다. 돌출부(d1∼dn)의 최빈 높이를 소정의 높이 이상으로 함으로써, 굴절률을 단계적으로 변화시키고, 반사 방지 성능을 보다 높일 수 있다. 또한, 돌출부(d1∼dn)의 최빈 높이를 소정의 높이 이하로 함으로써, 돌출부(d1∼dn)의 애스펙트 비가 지나치게 높아지는 것을 억제하여, 내찰상성을 높일 수 있다.

돌출부(d1∼dn)의 형상은 오목부(h1∼hn)와 반대측으로 돌출됨에 따라, 그 단면적이 연속적 또는 단계적으로 작아지는 것이 바람직하다. 또한, 단면으로 보았을 때, 돌출부(d1∼dn)의 측면(da)은 오목부(h1∼hn)를 구성하는 경사면(ha)과 연속되어 있는 것이 바람직하다. 여기서 연속되어 있다는 것은, 돌출부(d1∼dn)의 측면(da)과 오목부(h1∼hn)를 구성하는 경사면(ha)의 접속 부분에서, 경사면에 절곡 등이 발생하지 않는 것을 의미한다. 구체적으로는, 단면으로 보았을 때 접속 부분에 접선을 그을 수 있는 것을 의미한다.

여기서 오목부(h1∼hn)의 형상은 표준면(N)에 평행한 절단면으로 보았을 때, 절단면에 있어서의 광학 소자(1)가 차지하는 면적 비율이 오목부(h1∼hn)의 바닥부를 향함에 따라, 연속적 또는 단계적으로 커지는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 오목부를 형성하는 공극의 사이즈가 바닥부를 향함에 따라, 연속적 또는 단계적으로 작아지는 것이 바람직하다. 구체적인 예로는, 오목부의 형상이 추체, 추대, 반구, 방추체 및 이들 조합의 형상 등을 들 수 있다.

도 1로 돌아와서, 돌출부(d1∼dn)는 평면으로 보면 도메인(C₁∼C_n)의 경계 영역 및/또는 각 도메인(C₁∼C_n) 내의 복수의 오목부(h1∼hn)에 둘러싸인 영역의 일부에 존재한다.

예를 들면, 도메인(C₁∼C_n)의 경계 영역에 돌출부가 존재하는 경우, 돌출부는 4개 이상의 오목부에 의해 둘러싸이는 경우가 많다. 이 경우, 부호(d4)에 나타내는 바와 같이, 인접하는 돌출부끼리가 일부에서 연결되는 경우가 있다. 이하, 이와 같이 연결된 돌출부를 산맥 형상 돌출부(d4)라고 한다.

산맥 형상 돌출부(d4)는 인접하는 돌출부끼리가 연결되어 있기 때문에 구조적으로 강하다. 이 때문에, 산맥 형상 돌출부(d4)를 가짐으로써, 광학 소자(1)의 내찰상성을 높일 수 있다. 또한, 제조 과정에 있어서의 파손 등을 억제할 수 있다.

각 도메인(C₁∼C_n) 내의 복수의 오목부(h1∼hn)에 둘러싸인 영역에 존재하는 돌출부는, 3개의 오목부에 의해 둘러싸이는 경우가 많다. 도메인 내에 형성되는 돌출부는, 오목부 배열의 국소적인 흐트러짐에 의해 형성되는 경우가 많기 때문이다. 이 부분에 형성되는 돌출부는 부호(d2 및 d3)에 나타내는 바와 같이, 독립적으로 존재하는 경우가 많고, 뿔의 형상을 하고 있다. 뿔의 형상은 원추상, 삼각추상, 사각추상, 육각추상 등 어느 형상이어도 된다.

평면으로 보았을 때 돌출부(d1∼dn)가 차지하는 면적률은 1％∼15％인 것이 바람직하고, 5％∼10％인 것이 보다 바람직하다.

오목부(h1∼hn)의 배열이 고르지 않은 부분은 경계부를 만들어낸다. 경계부에서는 완만한 굴절률 변화를 얻기 위한 요철 형상이 흐트러지기 때문에, 경계부는 반사를 일으키는 원인이 된다. 그러나, 이 부분에 돌출부(d1∼dn)를 형성함으로써, 반사 방지 성능을 높일 수 있다. 또한, 돌출부(d1∼dn)가 전면에 존재하지 않음으로써, 광학 소자(1)의 표면에 오염물이 부착되는 것을 억제할 수 있다. 일반적으로, 광학 소자 표면에 부착되는 오염물의 사이즈는 오목부(h1∼hn)에 비해 크다. 즉, 돌출부(d1∼dn)를 갖는 광학 소자 표면에 부착된 오염물은 기립한 돌출부(d1∼dn)의 선단에서 지지되어 광학 소자 표면 전체에 부착되지 않는다. 이 때문에, 오염물과 광학 소자(1)의 접촉 면적을 저감할 수 있어 부착된 오염물의 제거 등이 용이해진다.

평면으로 보았을 때의 돌출부(d1∼dn)의 면적률은, 표준면(N)에 있어서의 돌출부(d1∼dn)가 차지하는 면적의 비율이다. 구체적으로는 이하의 수순으로 구한다.

광학 소자(1) 상에 있어서의 무작위로 선택된 영역에서, 한 변이 최빈 피치(P)의 30∼40배인 정방형의 영역에 대해 AFM 이미지를 얻는다. 얻어진 AFM 이미지로부터 돌출부(d1∼dn)를 추출한다. 추출된 돌출부(d1∼dn)의 평탄면(N)에 있어서의 면적을 구하고, 전체 면적으로 나눔으로써 돌출부(d1∼dn)의 면적률이 산출된다.

또한, 복수의 돌출부(d1∼dn)에 인접하는 오목부(h1∼hn)의 개수는 복수의 오목부 전체 개수에 대해, 10％ 이상 80％ 미만인 것이 바람직하고, 20％ 이상 70％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

돌출부의 출현 빈도를 이 범위 내로 함으로써, 내찰상성 및 반사 방지 성능이 높은 광학 소자를 얻을 수 있다. 예를 들면, 돌출부끼리가 연결되어 모식적으로 돌출부의 피치가 사용 환경하의 빛의 파장 이상이 되는 것을 피하고, 반사 방지 성능의 열화를 피할 수 있다. 또한, 사출 성형이나 나노 임프린트 등의 형상 전사에 의해 광학 소자(1)를 제조하는 경우에 양호한 이형성을 가져 용이하게 제작할 수 있다.

또한, 돌출부(d1∼dn)에 인접하는 오목부(h1∼hn)의 개수가 많다는 것은, 돌출부(d1∼dn)가 전체에 점재되어 있는 것을 의미한다. 그 결과, 어느 부분에 있어서도 부착되는 오염물을 돌출부(d1∼dn)의 선단에서 지지할 수 있어 방오성을 높일 수 있다.

또한, 돌출부에 인접하고 있는지 여부는 이하와 같이 판단한다. 우선, 평면으로 보았을 때, 돌출부의 표준면(N)에 있어서의 외연부로부터 오목부의 최빈 피치 분만큼 떨어진 범위를 그린다. 그 범위 내에 오목부의 중심점이 존재하는 경우, 그 오목부는 돌출부에 인접하고 있다고 판단한다.

오목부(h1∼hn)의 전체 개수는 이하의 수순으로 구한다. 광학 소자(1)의 임의의 개소에서, 한 변이 최빈 피치(P)의 30∼40배인 정방형의 AFM 이미지를 25개소에서 얻는다. 그리고, 각각의 AFM 이미지 내의 오목부(h1∼hn)의 수를 측정하여 평균화한다. 돌출부에 인접하는 오목부(h1∼hn)의 개수는 각각의 화상에 있어서 돌출부(d1∼dn)과 인접하는 오목부(h1∼hn)의 수를 세어 평균화한다.

광학 소자(1)의 재료는 특별히 제한되는 것은 아니다. 유기물이어도 되고, 무기물이어도 되며, 유기물의 경우, 예를 들면, 일반적으로 사용되는 UV 경화성 수지, 열가소성 수지, 열경화성 수지 등을 사용할 수 있다. 무기물의 경우, Si, SiO₂, SiON, Ni, 스핀 온 글래스 등을 사용할 수 있다. 그 밖에, 유기 금속 화합물, 금속 알콕시드 화합물, 또는 이들의 산화물 등을 사용할 수 있다.

또한, 광학 소자(1)는 단독으로 존재할 필요는 없다. 다른 부재 또는 층을 광학 소자(1)에 추가로 형성한 광학 복합 소자이어도 된다.

광학 복합 소자의 일 예로서, 광학 소자(1)의 오목부(h1∼hn)가 형성된 면과 반대측 면에 지지기체를 형성해도 된다. 지지기체는 필름상, 시트상, 플레이트상, 블록상, 렌즈상 등의 어느 형태여도 되며, 사용 용도에 맞추어 변경할 수 있다.

지지기체의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리카보네이트(PC), 아크릴 수지 등의 합성 수지, 유리, 반도체 등의 무기막 등을 사용할 수 있다. 폴리카보네이트는 내열성이 높다고 하는 이점을 갖는다. 한편으로, 폴리카보네이트는 그 밖의 재료와 비교하여 가공성이 떨어지기 때문에, 지지기체와 광학 소자를 동일한 재료로 하는 경우는 그 밖의 재료를 이용해도 된다.

지지기체와 광학 소자의 굴절률 차는 작은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 굴절률 차가 0.1 이내인 것이 바람직하고, 굴절률 차가 없는(동일한 재료로 이루어진다) 것이 보다 바람직하다. 굴절률 차가 큰 경우는, 지지기체와 광학 소자의 사이에, 지지기체와 광학 소자의 사이의 굴절률을 갖는 중간층을 삽입해도 된다. 중간층은 단계적으로 굴절률이 변화하도록 조합된 다층의 구성이어도 되며, 접착층 또는 점착층을 겸하여도 된다.

지지기체의 광학 소자(1)가 형성되어 있는 면과 반대쪽 면에는, AR 처리, AG 처리 등의 다른 반사 방지 처리를 행해도 된다. AR 처리란, 처리막의 계면에서 반사된 빛끼리의 간섭을 이용한 반사 방지 방법이다. 예를 들면, 증착, 스퍼터 등의 드라이 코팅이나 웨트 코팅 등의 수단에 의해, 지지기체의 일면에 굴절률이 상이한 층을 복수 적층함으로써 AR 처리를 실시할 수 있다. AG 처리란, 산란을 이용한 반사 방지 처리이다. 예를 들면, 지지기체의 일면에 미립자를 함유시킨 층을 코팅하거나 지지기체의 일면의 표면 조도를 높임으로써 AG 처리를 실시할 수 있다. 또한, 반사 방지 처리에 추가로, 항균 코트 처리 및 방오 처리 등을 행해도 된다.

광학 소자(1)가 형성된 면과 반대측 면에 다른 반사 방지 처리가 실시된 광학 복합 소자는, 예를 들면, 표시 장치 등 표면을 보호하는 투명 보호 부재로서 이용할 수 있다. 구체적으로는, 표시장치의 시인측에 투명 보호 부재를 형성하는 양태가 고려된다.

표시장치의 시인측에 투명 보호 부재를 형성하면, 투명 보호 부재의 표시장치와 대향하는 면은 외부에 노출되지 않기 때문에 오염물이 발생하기 어렵다. 그에 대해, 투명 보호 부재의 시인측의 면은 사람의 접촉 등에 따른 피지나 먼지 등에 의해 오염물이 발생하기 쉽다. 이 때문에, 시인측에는 AR 처리, AG 처리 등의 반사 방지막을 형성하고, 표시장치 측에는 광학 소자(1)를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 광학 복합 소자(10)의 다른 예로서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 광학 소자(1)의 오목부(h1∼hn)가 형성된 면에, 복수의 오목부(h1∼hn) 및 복수의 돌출부(d1∼dn)의 형상을 반영한 제1 코팅층(2)을 추가로 형성해도 된다. 여기서, 「반영」이란, 복수의 오목부(h1∼hn) 및 복수의 돌출부(d1∼dn)의 형상을 완전히 반영시키는 것까지는 필요로 하지 않는다. 복수의 오목부(h1∼hn) 및 복수의 돌출부(d1∼dn)의 형상에 대한 형상 변화율이, 오목부 및 돌출부의 연재 방향에 대해 10％ 이내이고, 연재 방향과 수직한 면 방향에 대하여 10％ 이내이면, 충분한 반영이라고 할 수 있다.

제1 코팅층(2)은 용도에 따라 다양하게 변경할 수 있다. 예를 들면, 불소 등의 단분자막에 의해 제1 코팅층(2)을 형성함으로써, 방오성을 보다 높일 수 있다. 예를 들면, 불소 등의 단분자막은 불소 원자를 포함하는 고분자 재료가 용매 중에 용해된 이형제 등을 도포하여 건조시킴으로써 얻을 수 있다.

그 밖에도, 예를 들면, 도 4에 나타난 바와 같이, 광학 소자(1)의 오목부(h1∼hn)를 메우는 제2 코팅층(3)을 추가로 갖는 광학 복합 소자(11)로 해도 된다. 제2 코팅층(3)은 예를 들면, 광학 소자(1)보다 저굴절률의 재료를 사용할 수 있다. 저굴절률 재료로 충전함으로써, 표면에 요철 형상을 갖는 광학 소자(1)보다 방오성, 내찰상성을 높일 수 있다. 제2 코팅층(3)은 예를 들면, 저점도 상태로 된 재료를 도포 또는 내리눌러서 오목부에 재료를 충전함으로써 얻을 수 있다.

제2 코팅층(3)에서 코팅한 광학 복합 소자(11)은, 예를 들면, 태양 전지, 발광 다이오드 등의 층 구성의 일부로서 이용할 수도 있다.

이들 외에도, 광학 소자(1)의 오목부(h1∼hn)가 형성된 면을 덮는 보호 필름 등을 형성해도 된다. 보호 필름 등을 형성함으로써, 반송 시에 광학 소자(1)의 요철 형상이 손상되는 것을 피할 수 있다.

보호 필름은 복수의 돌출부의 선단부와 접촉하도록 광학 소자(1)의 오목부(h1∼hn)가 형성된 면을 덮는다. 첩착측에 점착 재료를 갖는 보호 필름을 광학 소자(1)에 첩착하는 경우, 복수의 돌출부에 의해, 광학 소자(1)의 오목부(h1∼hn)와 점착 재료의 틈새가 유지된다. 그 결과, 점착 재료가 오목부를 메워서 반사 방지 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 보호 필름은 도 3에 나타내는 제1 코팅층(2)을 형성한 광학 복합 소자(10)의 요철면 쪽에 첩착해도 된다.

광학 소자(1)는 개인용 컴퓨터, 휴대 전화, 디지털 카메라 등에 있어서의 각종 디스플레이(예를 들면, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 리어 프로젝터, FED, OLED 등의 FPD), 쇼 윈도우 등의 창 유리, 전시 액자, 각종 표시창, 광학 렌즈, 태양 전지, 도로·교통 표지나 간판을 구성하는 광학 재료 등의 표면에 적용하는 반사 방지체로서 사용할 수 있고, 이러한 반사 방지체를 제조하기 위한 나노 임프린트용 몰드의 원판으로서 사용할 수도 있다.

(광학 소자의 제조 방법)

이하에, 광학 소자의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 일 양태에 따른 광학 소자는 소정의 형상을 갖는 몰드를 1회 또는 복수회 전사함으로써 얻을 수 있다. 이 몰드는 기판 상에 다수의 입자를 2차원적으로 배열시킨 에칭 마스크를 이용함으로써 제작할 수 있다.

에칭 마스크는 예를 들면, LB법(랭뮤어 블로젯법)을 이용한 방법에 의해 기판 상에 제작한다. 구체적으로는, 용제 중에 입자가 분산된 분산액을 수조 내의 액면에 적하하는 적하 공정과, 용제를 휘발시킴으로써 입자로 이루어지는 단입자막(F)를 형성하는 단입자막 형성 공정과, 단입자막을 기판 상에 옮기는 이행 공정을 갖는 방법에 의해 제조할 수 있다.

우선, 클로로포름, 메탄올, 에탄올, 메틸에틸케톤 등의 휘발성이 높은 용제 중 1종 이상으로 이루어지는 소수성 유기 용제 중에, 표면이 소수성인 입자를 첨가하여 분산액를 조제한다. 이 분산액을 수조 내에 저류된 액체의 액면에 적하한다(적하 공정). 적하된 분산액은 분산매인 용제가 휘발됨과 함께, 입자가 액면 상에 단층으로 전개되어, 2차원적으로 최밀 충전된 단입자막을 형성한다(단입자막 형성 공정).

적하 공정에 있어서, 분산액은 수조 내의 액면의 복수 개소에 동시에 적하된다. 동시에 적하된 분산액은 적하된 장소를 중심으로 각각 액면 상에 단층으로 전개된다. 그 결과, 입자가 소정의 배열로 배열되는 도메인이 복수 형성된다. 도메인은 통상, 부정형이 된다.

액면의 복수 개소로부터 동시에 형성된 도메인은, 성장하여 인접한 도메인과 접한다. 이 때, 도메인끼리가 같은 입자 배열이 되는 경우는 적고, 상이한 입자 배열이 된다. 그 결과, 도메인 사이에는 간극이 발생한다.

광학 소자의 오목부는 단입자막이 에칭됨으로써, 몰드 표면에 형성되는 볼록부에 대응한다. 즉, 오목부의 최빈 피치, 도메인의 수, 도메인의 면적 등은 단입자막 상태에 영향을 받는다. 이 때문에, 오목부의 최빈 피치는 사용하는 입자의 평균 입자경에 의해 제어할 수 있다. 또한, 도메인의 수 및 도메인의 면적 등은 동시에 적하되는 분산액의 위치 간격, 적하 속도, 적하 공정 종료 시간 등에 의해 제어할 수 있다. 도메인끼리가 접하기 시작하여 적하를 종료할 때까지의 시간을 짧게 하면, 산맥 형상 돌출부의 출현 빈도를 높일 수 있다. 적하 간격을 좁게 하면 도메인의 수가 증가하여 도메인의 면적은 작아진다.

이어서, 형성된 단입자막을 에칭 대상물인 기판 상으로 이행한다.

단입자막을 기판 상으로 옮기는 구체적인 방법에는 특별히 제한은 없고, 예를 들면, 소수성의 기판을 단입자막에 대해 대략 평행인 상태로 유지하면서, 상방으로부터 강하시켜 단입자막에 접촉시키고, 소수성인 단입자막과 기판의 친화력에 의해, 단입자막을 기판으로 이행시킬 수 있다.

기판 상에 이행된 단입자막은, 단입자 에칭 마스크로서 기능한다. 단입자 에칭 마스크가 한쪽 면에 형성된 기판을 기상 에칭하여 표면 가공처리하고(에칭 공정), 기판의 한쪽 면에 볼록부를 형성한다.

구체적으로는, 에칭 가스는 에칭 마스크를 구성하는 입자의 간극을 빠져 나가 기판의 표면에 도달한다. 이 때문에, 그 부분에 홈이 형성되어 각 입자에 대응하는 위치에 각각 원기둥이 나타난다. 기상 에칭을 진행하면, 각 원기둥 상의 입자도 서서히 에칭되어 작아진다. 이 때문에, 더욱 에칭을 계속함으로써, 볼록부가 형성된다.

이 볼록부는 전사에 의해 광학 소자(1)의 오목부(h1∼hn)가 된다. 이 때문에, 광학 소자(1)의 오목부(h1∼hn)의 형상 및 평균 깊이는 에칭 시간, 에칭 가스의 종류, 입자의 재질, 기판의 재질 및 이들의 조합에 의해 제어할 수 있다.

에칭 마스크를 구성하는 입자는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 금 입자, 콜로이드실리카 입자 등을 사용할 수 있다. 에칭 가스는 일반적으로 이용되는 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, Ar, SF₆, F₂, CF₄, C₄F₈, C₅F₈, C₂F₆, C₃F₆, C₄F₆, CHF₃, CH₂F₂, CH₃F, C₃F₈, Cl₂, CCl₄, SiCl₄, BCl₂, BCl₃, BC₂, Br₂, Br₃, HBr, CBrF₃, HCl, CH₄, NH₃, O₂, H₂, N₂, CO, CO₂ 등을 사용할 수 있다.

이들 입자 및 에칭 가스는 에칭되는 기체에 맞추어 변경할 수 있다. 예를 들면, 에칭 마스크를 구성하는 입자로서 금 입자를 선택하고, 기체로서 유리 기판을 선택하여 이들을 조합한 경우, 에칭 가스로 CF₄, CHF₃ 등의 유리와 반응성이 있는 것을 사용하면, 금 입자의 에칭 속도가 상대적으로 느려져, 유리 기판 쪽이 선택적으로 에칭된다.

에칭 마스크는 도메인을 가지고 있다. 도메인 사이에 형성되는 간극은 에칭 마스크를 구성하는 입자 사이의 간극보다 크다. 이 때문에, 도메인 사이에 형성되는 간극 부분에서는 에칭 마스크를 구성하는 입자 사이의 간극 부분보다 에칭이 진행되어 깊은 오목부가 형성된다.

이 도메인 사이에 형성되는 간극 부분에 형성되는 깊은 오목부는, 전사에 의해 광학 소자(1)의 도메인(C1∼C_n)에 끼워진 영역에 형성되는 돌출부가 된다. 돌출부(d1∼dn)의 높이는, 주로 에칭 조건에 의해 오목부의 깊이를 제어함으로써 제어할 수 있다.

예를 들면, 에칭 시의 가스 조성을 변경함으로써 도메인 사이에 형성되는 간극 부분에 형성되는 오목부의 깊이를 보다 깊게 할 수 있다. 보다 구체적으로는, 몰드가 되는 원 기판으로서 Si를 선택하고, 통상 Cl₂：CF₄＝50：50으로 하는 가스 조성에 대해, CHF₃를 첨가하여 Cl₂：CF₄：CHF₃＝50：45：5∼50：10：40의 가스 조성으로 변경함으로써, 도메인 사이에 형성되는 간극 부분에 형성되는 오목부의 깊이를 보다 깊게 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 돌출부는 도메인(C₁∼C_n)간의 영역 이외에, 도메인(C₁∼C_n) 내에도 형성된다. 도메인(C₁∼C_n) 내에 형성되는 돌출부의 높이 및 출현 빈도는, 에칭 마스크를 구성하는 입자의 입자경 편차에 의해 제어할 수 있다.

에칭 마스크를 구성하는 입자의 입자 편차는, 에칭 마스크에 있어서의 소정의 도메인 내에 배열하는 입자의 배열을 흩뜨리는 원인이 된다. 이 때문에, 이 배열이 흐트러진 에칭 마스크를 이용하여 에칭 공정을 행하면, 입자 사이의 간극의 사이즈에 편차가 생기고, 에칭의 진행 상태가 변화한다. 입자 사이의 간극의 사이즈가 큰 부분에서는, 깊은 오목부가 형성된다. 이 깊은 오목부는 전사에 의해 광학 소자(1)의 도메인(C₁∼C_n) 내에 형성되는 돌출부(d1∼dn)가 된다.

도메인(C₁∼C_n) 내에 형성되는 돌출부(d1∼dn)를 얻기 위해서는 입자경의 CV값(변동 계수)가 3％∼20％인 것이 바람직하고, 5％∼10％인 것이 보다 바람직하다.

이렇게 얻어진 몰드를 1회 또는 복수회 전사함으로써, 돌출부가 형성된 광학 소자(1)를 간편하게 얻을 수 있다.

돌출부(d1∼dn)의 높이는 전사의 조건을 변경함으로써도 제어할 수 있다. 전사 시에 몰드에 대한 성형 재료의 충전율을 높이면, 몰드에 형성된 깊은 오목부로의 충전성도 높아져, 형성되는 돌출부의 높이를 높게 할 수 있다. 이에 대해, 전사 시에 몰드에 대한 성형 재료의 충전율을 낮추면, 몰드에 형성된 깊은 오목부에 성형 재료가 충전되기 어려워져, 형성되는 돌출부의 높이를 낮게 할 수 있다. 몰드에 대한 성형 재료의 충전율은 가하는 압력, 성형 재료의 점도, 처리 온도 등에 의해 제어할 수 있다.

실시예

광학 소자의 반사 방지 성능을 시뮬레이션에 의해 확인하였다. 먼저, 시뮬레이션 방법에 대해 설명한다(Applied Optics, Vol.26, No.6 1142-1146(1987), Applied Optics, Vol.32, No.7 1154-1167(1993) 등 참조). 굴절률 n₀의 물질과 굴절률 n_s의 물질의 계면에 대한 빛이 입사했을 때의 반사에 대해서 고려한다. 이 때, 굴절률 n_s의 물체는 도 5에서 나타난 바와 같이 오목부 형상을 갖는다.

우선, 도 5에 나타난 바와 같이, 오목부를 갖는 반사 방지층을 기준점 측으로부터 N층으로 나누어 슬라이스하고, 기준점 측으로부터 제1층, …제N층까지를 갖는 층 구조로 간주한다. 제j번째의 층은, 폭 q의 공기의 영역과 폭 1-q의 반사 방지층의 영역이 반복하여 이루어진다. 이 때의 폭은 제j-1층과의 계면의 폭으로 한다. 이 제j번째의 층에 있어서의 실효 굴절률을 n_j, 이 층의 두께를 d_j로 하였다. 이 때, n_j는 굴절률 n₀, n_s 및 폭 q로부터 구할 수 있다. d_j는 오목부의 최빈 깊이를 층수 N으로 나누는 것으로 구할 수 있다.

제j번째의 층에 파장(λ)의 빛이 입사각(φ_j)으로 입사한 것으로 하여, 이하의 식(2)에서 나타내는 트랜스퍼 행렬을 계산한다.

여기서, δ_j, ω_j는 이하의 식(3) 및 식(4)이다.

빛이 통과하는 순번에 따라 각 층의 트랜스퍼 행렬을 왼쪽에서 곱하는 연산을 제1층에서 제N층까지 반복하여 행한다. 이 조작은 식(5)로 나타낼 수 있다. 또한, A, B, C, D는 계산한 결과의 값이다.

상기 수순를 이용하여 계산된 A, B, C, D를 이용하면, 이 슬라이스한 복수 층의 반사율을 이하와 같이 나타낼 수 있다.

[반사 방지 특성]

(실시예 1)

돌출부를 갖는 광학 소자의 5^о 반사 스펙트럼을 상술한 시뮬레이션에 의해 구했다. 그 결과를 도 6에 나타낸다. 이 때, 오목부의 깊이는 300㎚, 오목부의 피치 120㎚, 오목부의 직경 100㎚, 돌출부의 높이 100㎚, 돌출부가 차지하는 면적률을 15％로 하였다. 빛은 굴절률 1.0의 공기로부터 굴절률 1.5의 계면에 입사각 5^о로 입사하는 것으로 하고, 반사 방지층의 재료의 굴절률도 1.5로 하였다. 오목부의 깊이, 피치, 직경 및 돌출부의 높이는 시뮬레이션이기 때문에 고정값이지만 실제로는 최빈값에 대응한다.

(실시예 2)

실시예 2에서는 돌출부가 차지하는 면적률을 2％로 한 점만이 실시예 1과 상이하다. 실시예 2의 광학 소자의 5^о 반사 스펙트럼을 상술한 시뮬레이션에 의해 구했다. 그 결과를 도 6에 나타낸다.

(실시예 3)

실시예 3에서는 돌출부의 높이를 30㎚로 한 점만이 실시예 1과 상이하다. 실시예 3의 광학 소자의 5^о 반사 스펙트럼을 상술한 시뮬레이션에 의해 구했다. 그 결과를 도 6에 나타낸다.

(비교예 1)

비교예 1에서는 돌출부를 형성하지 않았다. 즉, 돌출부가 차지하는 면적률을 0％로 한 점이 실시예 1과 상이하다. 비교예 1의 광학 소자의 5^о 반사 스펙트럼을 상술한 시뮬레이션에 의해 구했다. 그 결과를 도 6에 나타낸다.

(비교예 2)

비교예 2에서는 돌출부가 차지하는 면적률을 18.8％로 한 점만이 실시예 1과 상이하다. 비교예 2의 광학 소자의 5^о 반사 스펙트럼을 상술한 시뮬레이션에 의해 구했다. 그 결과를 도 6에 나타낸다.

(비교예 3)

비교예 3에서는 돌출부가 차지하는 면적률을 18.8％로 한 점만이 실시예 3과 상이하다. 비교예 3의 광학 소자의 5^о 반사 스펙트럼을 상술한 시뮬레이션에 의해 구했다. 그 결과를 도 6에 나타낸다.

[방오성]

실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 각각의 방오성을 시험하였다. 방오성의 시험은 이하의 수순으로 행하였다.

폴리카보네이트 판의 표면에 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 광학 소자를 전사 형성하였다. 구조면의 각 5개소에 피지를 부착시켜 10분간 방치한 후, 에탄올에 의해 세정 제거를 행하였다. 피지의 잔존 상태를 육안에 의해 평가하였다. 그 결과를 표 1에 정리하였다. 표 1에 대해 「○」는 피지의 잔존을 확인할 수 없는 경우이며, 「△」은 피지의 윤곽만이 약간 확인되는 경우이며, 「×」는 피지의 잔존을 확인할 수 있는 경우이다.

예를 들면, 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 결과를 비교하면, 광학 특성으로는 돌출부가 차지하는 면적률이 높아진 만큼 양호해지는 것을 알 수 있다. 동일하게, 실시예 3, 비교예 1 및 비교예 3을 비교해도 동일한 경향을 얻을 수 있다.

이에 대해, 비교예 2 및 비교예 3에 나타난 바와 같이, 돌출부의 면적률이 지나치게 높으면, 방오성의 관점에서는 바람직하지 않다. 돌출부의 면적률이 지나치게 높으면, 오염물과 돌출부의 선단이 접촉하는 빈도가 높아지기 때문이라고 생각할 수 있다. 비교예 1과 같이 돌출부가 없는 경우는, 오목부의 표준면 전체가 오염물과 접촉하게 되기 때문에 이 경우도 오염물은 떨어지기 어려운 것이라고 생각할 수 있다.

1: 광학 소자, 2: 제1 코팅층, 3: 제2 코팅층, 10, 11: 광학 복합 소자, h1∼hn: 오목부, d1∼dn: 돌출부, t1∼tn: 중심점, C₁∼C_n:에어리어

Claims

사용 환경하의 빛의 파장 이하의 최빈 피치로 배열되는 복수의 오목부를 일면에 갖는 광학 소자로서,
상기 광학 소자는 상기 복수의 오목부가 소정의 배열로 배열되는 도메인을 평면으로 보았을 때 복수 갖고,
복수의 상기 도메인에 끼워지는 영역 및/또는 상기 도메인 내의 상기 복수의 오목부에 둘러싸이는 영역에는 복수의 돌출부가 형성되고,
평면으로 보았을 때 상기 복수의 돌출부가 차지하는 면적률이 1％∼15％인 광학 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 돌출부의 최빈 높이가 상기 복수의 오목부의 최빈 깊이의 0.2배 이상 0.8배 이하인 광학 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 돌출부 중 어느 하나와 인접하는 오목부의 개수가 상기 복수의 오목부의 전체 개수에 대해 10％ 이상 80％ 이하인 광학 소자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 돌출부 중에, 인접하는 상기 돌출부끼리가 일부에서 연결된 산맥 형상 돌출부를 갖는 광학 소자.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도메인이 평면으로 보았을 때 랜덤으로 배치되어 있는 광학 소자.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 광학 소자와,
상기 광학 소자의 상기 복수의 오목부 및 상기 복수의 돌출부가 형성되는 면에, 상기 복수의 오목부 및 상기 복수의 돌출부의 형상을 반영한 제1 코팅층을 추가로 갖는 광학 복합 소자.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 광학 소자와,
상기 광학 소자의 상기 복수의 오목부 및 상기 복수의 돌출부가 형성되는 면에, 상기 복수의 오목부 및 상기 복수의 돌출부의 형상 전체를 메우는 제2 코팅층을 추가로 갖는 광학 복합 소자.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 광학 소자와,
상기 광학 소자의 상기 복수의 오목부 및 상기 복수의 돌출부가 형성되는 면에, 상기 복수의 돌출부와 접촉하는 보호 필름을 갖는 광학 복합 소자.
제 6 항의 광학 복합 소자와,
상기 광학 복합 소자의 상기 제1 코팅층 내, 상기 돌출부를 피복하는 부분과 접촉하는 보호 필름을 갖는 보호 필름 부착 광학 복합 소자.