WO2016159045A1 - 反射防止構造体 - Google Patents

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縄田晃史
北原淑行
田中覚
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Ｓｃｉｖａｘ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an antireflection structure that suppresses reflection of light on the surface.
  • the concavo-convex structure was not controlled and was not yet sufficient from the viewpoint of antireflection. Further, prevention of diffracted light caused by the uneven structure is not taken into consideration.
  • an object of the present invention is to provide an antireflection article that can further suppress the reflection of light.
  • the antireflection structure of the present invention is such that an antireflection uneven structure is formed on the surface of a base material made of a material that absorbs light, and the uneven structure is When the wavelength of light is ⁇ and the average pitch of the uneven structure is P, the structure satisfies P> ⁇ .
  • the material contains a light-absorbing component that absorbs the light, and the average particle diameter of the light-absorbing component is preferably half or less of the wavelength of the light.
  • the uneven structure is a structure satisfying P ⁇ 6 ⁇ .
  • the concavo-convex structure is preferably a structure satisfying H / P ⁇ 1, where H is the average depth of the concavo-convex structure.
  • the thickness of the substrate is L, it is preferable to satisfy L ⁇ ⁇ .
  • the uneven structure has an average pitch P of 10 ⁇ m or less.
  • the concavo-convex structure has a form that does not generate diffracted light.
  • the arrangement of the element structure of the uneven structure can be made random.
  • the concavo-convex structure is one in which either one or both of the size and shape of the element structure are adjusted so that the planar portion is smaller than when the size and shape of the element structure are constant. Some are preferred.
  • the shape of the concavo-convex structure can be formed such that the element structure becomes a cannonball shape obtained by rotating a parabola, or a line-and-space shape.
  • the cross-sectional shape of the line and space protrusions may be triangular.
  • an imprinting resin can be used as the base material.
  • the antireflection structure of the present invention can sufficiently suppress reflection of light by controlling the concavo-convex structure.
  • the antireflection structure 1 of the present invention has an antireflection uneven structure 3 formed on the surface of a base material 2 made of a material that absorbs light.
  • the wavelength of light is ⁇ and the average pitch of the concavo-convex structure 3 is P, the structure satisfies P> ⁇ .
  • the light here means light (electromagnetic wave) having a predetermined wavelength for which reflection is desired to be prevented. Therefore, when the light includes a plurality of electromagnetic waves having different wavelengths, it is necessary to configure the concavo-convex structure 3 so as to satisfy P> ⁇ for all wavelengths of light that are desired to be prevented from being reflected. That is, if the maximum wavelength of the electromagnetic wave contained in light is ⁇ max, the concavo-convex structure 3 may be configured to satisfy P> ⁇ max. For example, in order to prevent reflection of all electromagnetic waves with respect to visible light having a wavelength in the range of 380 nm to 780 nm, the concavo-convex structure 3 may be configured to satisfy P> 780 nm.
  • the base material 2 may have any shape depending on the purpose of use, but for example, a sheet-like material or a substrate-like material can be used.
  • the base material 2 is formed of a material that absorbs light.
  • the material that absorbs light refers to a material that absorbs light more than at least reflects light, but preferably has an extinction coefficient k of 0.4 or less, preferably 0.2 or less, more preferably It is preferable that it is 0.1 or less.
  • the material may contain a light-absorbing component that easily absorbs light. Examples of the light absorbing component include black pigments such as carbon black, aniline black, titanium black, and acetylene black.
  • the particle diameter of the light absorption component is sufficiently small with respect to the wavelength of light to be absorbed so that scattering and reflection do not occur.
  • the average particle diameter of the particles contained in the material should be less than or equal to one-half of the wavelength of light to be absorbed, more preferably less than or equal to one-fourth.
  • what is necessary is just to measure the average particle diameter of a light absorption component using a particle size distribution measuring apparatus.
  • an image imaging method in which an image of a particle is directly obtained with an electron microscope such as a transmission electron microscope (TEM) and converted into a particle size from the image image, or a particle group Is measured by a laser diffraction / scattering method in which a particle size distribution is obtained by calculation from an intensity distribution pattern of diffraction / scattered light emitted from the laser beam.
  • TEM transmission electron microscope
  • the material of the base material 2 is preferably a material suitable for a manufacturing method capable of controlling the form of the concavo-convex structure 3 such as imprinting, embossing, injection molding or the like.
  • materials suitable for imprint processing include thermoplastic resins and thermosetting resins, and these resins may be used by containing the above-described light absorbing components.
  • the thickness L of the base material 2 becomes too small compared with the wavelength ⁇ of light, the light is easily transmitted through the base material 2, and the light absorption effect of the antireflection structure 1 is reduced. Therefore, it is preferable that the thickness of the base material 2 satisfies L ⁇ ⁇ .
  • the concavo-convex structure 3 is formed by forming a plurality of element structures capable of suppressing light reflection, and is formed on the surface of the substrate 2.
  • the form of the concavo-convex structure capable of suppressing light reflection includes the shape of the element structure of the concavo-convex structure 3, the pitch of the adjacent element structure, the depth of the element structure, the aspect ratio that is the ratio of pitch to depth, and the like. By appropriately controlling these, reflection of light can be suppressed.
  • the concavo-convex structure 3 has a form that does not generate diffracted light.
  • the average pitch P of the concavo-convex structure 3 is formed to be larger than the light wavelength ⁇ . This is because when the average pitch P of the concavo-convex structure 3 is smaller than the wavelength ⁇ of light, diffracted light may be generated by the concavo-convex structure 3.
  • P ⁇ 2 ⁇ , P ⁇ 3 ⁇ , P ⁇ 4 ⁇ , P ⁇ 5 ⁇ , P ⁇ 6 ⁇ , P ⁇ 7 ⁇ , P ⁇ 8 ⁇ , P ⁇ 9 ⁇ , and P ⁇ 10 ⁇ are increased. Better.
  • the average pitch P is preferably 10 ⁇ m or less.
  • the manufacturing of the concavo-convex structure 3 may be performed by sandblasting or the like. However, in such processing, the form of the concavo-convex structure 3 (arrangement, size, and shape of the element structure) is not controlled, and in some cases, reflected light And diffracted light may be generated. Therefore, it is preferable to use a method that can control the randomness of the form of the concavo-convex structure 3 so that diffracted light does not occur reliably. Examples of such a manufacturing method include imprint processing, embossing, injection molding, and the like. Of course, it is not limited to these.
  • the antireflection structure 1 has different reflectivities depending on the incident angle of light with respect to the concavo-convex structure 3 (an angle when the perpendicular direction to the antireflection structure is 0 °).
  • FIG. 2 is a simulation and comparison of the relationship between the incident angle ⁇ (°) of light with respect to the concavo-convex structure 3 and the light reflectance for each size of the concavo-convex structure 3.
  • the shape of the concavo-convex structure is a hole (element) formed of a parabolic rotating body that satisfies the following formula (1) when the depth is H and the width is D:
  • the depth H of the concavo-convex structure 3 was compared in the case of 0.5 ⁇ m, 1 ⁇ m, 1.5 ⁇ m, 2 ⁇ m, 2.5 ⁇ m, 3 ⁇ m, 3.5 ⁇ m, 4 ⁇ m, 4.5 ⁇ m, and 5 ⁇ m.
  • the thickness of the base material 2 was 100 ⁇ m.
  • the wavelength ⁇ of the light from the light source was 500 nm.
  • FIG. 6 is a simulation and comparison of the relationship between the incident angle ⁇ of light and the reflectance of light with respect to the concavo-convex structure 3 having a form of line and space for each wavelength of incident light.
  • FIG. 6A shows the result when the light from the light source is applied to the concavo-convex structure 3 at an incident angle with a line orthogonal to the line and space as an axis
  • FIG. 6B shows the line and space line.
  • the concavo-convex structure was a line-and-space structure composed of an isosceles triangle having a cross section having a height (depth) of 15 ⁇ m and a base length (width) of 10 ⁇ m.
  • the thickness of the base material 2 was 100 ⁇ m.
  • the wavelength ⁇ of the light from the light source was set to four types of 400 nm, 500 nm, 600 nm, and 700 nm.
  • FIG. 7B a simulation is also performed for a line-and-space structure including an isosceles triangle whose cross section has a height (depth) of 1.5 ⁇ m and a base length (width) of 1 ⁇ m. went.
  • the result is shown in FIG.
  • FIG. 8A shows a result when light from a light source is applied to the concavo-convex structure 3 at an incident angle with a line orthogonal to the line and space as an axis
  • FIG. 8B shows a line and space line. The result when light from the light source is applied to the concavo-convex structure 3 at an incident angle as an axis is shown.
  • Fig. 6 shows that reflection is sufficiently suppressed.
  • the reflectance decreases as the line and space constituting the concavo-convex structure is larger.

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Abstract

　光の反射を十分に抑えることができる反射防止物品を提供する。反射の防止を望む所定波長の光を吸収する材料からなる基材２の表面に反射防止用の凹凸構造３が形成された反射防止構造体１であって、凹凸構造３は、光の波長をλ、凹凸構造３の平均ピッチをＰとすると、Ｐ＞λ、好ましくはＰ≧６λを満たす構造である。また、凹凸構造は、当該凹凸構造の平均深さをＨとすると、Ｈ／Ｐ≧１を満たす構造である方が好ましい。

Description

反射防止構造体
　本発明は、表面における光の反射を抑えた反射防止構造体に関するものである。
　カメラや液晶ディスプレイ等の光学素子においては、表面の光反射が問題となることがある。例えば、カメラのレンズユニット内には、一定の光量に絞って光を撮像素子に送る役割を持つ固定絞りがあるが、絞りの表面で光反射が生じると迷光となり鮮明な撮像を損なうため、表面の低反射性が要求される。また、固定絞りの内周端面等は、光路上に位置するため、レンズユニット内の不要な光がその端面で反射すると、撮像素子に入射してフレアやゴーストといった撮像不良が起こる。この撮像不良を防止するために、内周端面部の反射防止処理が施された固定絞り等が求められている。
　従来、樹脂からなる基板の表面に、微細柱状結晶からなる凹凸構造を有する酸化チタン膜を形成した黒色被覆膜がある（例えば、特許文献１参照）。
国際公開番号ＷＯ２０１０／０２６８５３
　しかしながら、当該凹凸構造は制御されたものではなく、反射防止の観点では、まだ十分なものではなかった。また、凹凸構造によって生じる回折光の防止については考慮されていない。
　そこで本発明では、光の反射を更に抑えることができる反射防止物品を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の反射防止構造体は、光を吸収する材料からなる基材の表面に反射防止用の凹凸構造が形成されたものであって、前記凹凸構造は、前記光の波長をλ、前記凹凸構造の平均ピッチをＰとすると、Ｐ＞λを満たす構造であることを特徴とする。
　この場合、前記材料は、前記光を吸収する光吸収成分を含有するものであり、当該光吸収成分の平均粒径が、当該光の波長の２分の１以下である方が好ましい。また、前記凹凸構造は、Ｐ≧６λを満たす構造である方が好ましい。また、前記凹凸構造は、前記凹凸構造の平均深さをＨとすると、Ｈ／Ｐ≧１を満たす構造である方が好ましい。また、前記基材の厚みをＬとすると、Ｌ≧λを満たす方が好ましい。また、前記凹凸構造は、平均ピッチＰが１０μｍ以下である方が好ましい。
　また、前記凹凸構造は、回折光が生じない形態にしたものである方が良い。例えば、前記凹凸構造の要素構造の配置をランダムにすることができる。この場合、前記凹凸構造は、前記要素構造の大きさ及び形状が一定の場合に比べ平面部が少なくなるように、当該要素構造の大きさ及び形状のいずれか一方又は両方が調節されたものである方が好ましい。
　また、前記凹凸構造の形状は、要素構造が放物線を回転させた砲弾形状になるように形成したり、ラインアンドスペース形状にしたりすることができる。前記ラインアンドスペースの凸部の断面形状は、三角形にすれば良い。
　また、前記基材の材料は、インプリント用樹脂を用いることができる。
　本発明の反射防止構造体は、凹凸構造を制御することにより、光の反射を十分に抑制することができる。
本発明の反射防止構造体を示す斜視図である。 本発明の反射防止構造体の反射特性を示すグラフである。 本発明の反射防止構造体を示す平面図である。 図３のＩ－Ｉ線方向から見た凹凸構造の形状を示す説明図である。 本発明の別の反射防止構造体を示す斜視図である。 本発明の別の反射防止構造体の反射特性を示すグラフである。 凹凸構造の断面の形状を示す説明図である。 別の反射防止構造体の反射特性を示すグラフである。
　本発明の反射防止構造体１は、図１に示すように、光を吸収する材料からなる基材２の表面に反射防止用の凹凸構造３が形成されたものであって、凹凸構造３は、光の波長をλ、凹凸構造３の平均ピッチをＰとすると、Ｐ＞λを満たす構造である。
　なお、ここでいう光とは、反射の防止を望む所定波長の光（電磁波）を意味する。したがって、光が波長の異なる複数の電磁波を含む場合には、反射の防止を望む総ての光の波長に対しＰ＞λを満足するように凹凸構造３を構成する必要がある。すなわち、光に含まれる電磁波の最大波長をλmaxとすると、凹凸構造３をP＞λmaxを満たすように構成すれば良い。例えば、波長が３８０ｎｍ～７８０ｎｍの範囲にある可視光について、総ての電磁波の反射を防止したい場合には、凹凸構造３をＰ＞７８０ｎｍを満たすように構成すれば良い。
　基材２は、使用目的に応じてどのような形状でも良いが、例えば、シート状のものや基板状のものなどを用いることができる。また、基材２は光を吸収する材料で形成される。光を吸収する材料とは、少なくとも光を反射するよりも光を吸収する割合が大きい材料をいうが、好ましくは、消衰係数ｋが０．４以下、好ましくは０．２以下、更に好ましくは０．１以下であることが好ましい。当該材料は、光を吸収し易い光吸収成分を含有するものでも良い。光吸収成分としては、例えば、カーボンブラックやアニリンブラック、チタンブラック、アセチレンブラック等の黒色顔料が該当する。また、光吸収成分の粒径は、散乱や反射が生じないように、吸収する光の波長に対して十分に小さいことが好ましい。具体的には、材料に含まれる粒子の平均粒径が、吸収する光の波長の２分の１以下、更に好ましくは４分の１以下であるのが良い。なお、光吸収成分の平均粒径は、粒度分布測定装置を用いて測定すれば良い。粒度分布測定装置の測定原理としては、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の電子顕微鏡で直接、粒子の画像を取得し、その画像イメージから粒子の大きさに換算する画像イメージング法や、粒子群にレーザ光を照射し、そこから発せられる回折・散乱光の強度分布パターンから計算によって粒度分布を求めるレーザ回折・散乱法により測定するものがある。
　また、基材２の材料は、インプリント加工やエンボス加工、射出成形等、凹凸構造３の形態を制御できる製法に適した材料が好ましい。例えば、インプリント加工に適した材料としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等があり、これらの樹脂に上述した光吸収成分を含有させで用いれば良い。また、基材２の厚みＬが光の波長λと比較して小さくなり過ぎると当該光は基材２を透過し易くなり、反射防止構造体１の光吸収効果が低くなる。したがって、基材２の厚みは、Ｌ≧λを満たす方が好ましい。
　凹凸構造３は、光の反射を抑制できる要素構造を複数形成したもので、基材２の表面に形成される。光の反射を抑制できる凹凸構造の形態としては、凹凸構造３の要素構造の形状や隣合う要素構造のピッチ、要素構造の深さ、ピッチと深さの比であるアスペクト比等がある。これらを適切に制御することにより、光の反射を抑制することができる。
　また、凹凸構造３は、回折光が生じない形態にする方が好ましい。例えば、凹凸構造３の平均ピッチＰは、光の波長λより大きく形成する。これは、凹凸構造３の平均ピッチＰが光の波長λに比較して小さいと当該凹凸構造３によって回折光が生じることがあるためである。確実に回折光の発生を防止するには、Ｐ≧２λ、Ｐ≧３λ、Ｐ≧４λ、Ｐ≧５λ、Ｐ≧６λ、Ｐ≧７λ、Ｐ≧８λ、Ｐ≧９λ、Ｐ≧１０λと大きくする方が良い。ただし、平均ピッチＰが大きすぎると人間の目で凹凸構造を識別することが可能になることや、凹凸構造の頂点部や底部が、光の波長に対して平面と近似できる大きさとなり反射抑制効果が低くなるため、平均ピッチＰは１０μｍ以下である方が好ましい。
　また、回折光の発生を防止する別の方法としては、凹凸構造３の要素構造の配置をランダムにする方法がある。ただし、凹凸構造３の要素構造の大きさや形状が同じままで、配置だけをランダムにすると、要素構造間に隙間が生じ平面となる部分が生じる。当該平面では光が反射し易くなるという問題がある。したがって、要素構造間に平面となる部分が生じない方が好ましい。そのためには、凹凸構造の要素構造の大きさ及び形状が一定の場合に比べ平面部が少なくなるように、当該要素構造の大きさ及び形状のいずれか一方又は両方を調節する方が良い。
　凹凸構造３の製造は、サンドブラストによる加工等でも良いが、このような加工では、凹凸構造３の形態（要素構造の配置や大きさ、形状）の制御はされておらず、場合によっては反射光や回折光が生じることもある。したがって、好ましくは凹凸構造３の形態のランダム性を制御し、確実に回折光が生じない形態とできる方法が好ましい。そのような製造方法としては、例えば、インプリント加工やエンボス加工、射出成形等が挙げられる。もちろん、これらに限定されるわけではない。
　また、反射防止構造体１は、凹凸構造３に対する光の入射角（反射防止構造体に対する垂直方向を０°とした場合の角度）に応じて反射率が異なる。図２は、凹凸構造３に対する光の入射角φ（°）と光の反射率との関係を、凹凸構造３の大きさごとにシミュレーションし比較したものである。ここで、反射防止構造体１の基材２は、透明な樹脂（屈折率ｎ＝１．５、消衰係数ｋ＝０）にカーボン粒子（屈折率ｎ＝２、消衰係数ｋ＝１）を体積比で２０％混ぜた材料を用いることを想定した。また、材料の屈折率ｎと消衰係数ｋは、樹脂とカーボンの体積比から下記の計算によりｎ＝１．６、ｋ＝０．２とした。
ｎ＝１．５×（１－０．２）＋２×０．２＝１．６
ｋ＝０＋１×０．２＝０．２
　凹凸構造の形状は、図１、図３、図４に示すように、深さをＨ、幅をＤとしたとき下記式（１）を満たす放物線の回転体からなる砲弾形状からなる穴（要素構造）をピッチＰ＝Ｈとなるように三角配置で複数配列するハニカム構造とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
また、凹凸構造３の深さＨは、０．５μｍ、１μｍ、１．５μｍ、２μｍ、２．５μｍ、３μｍ、３．５μｍ、４μｍ、４．５μｍ、５μｍの場合について比較した。基材２の厚みは、１００μｍとした。また、光源の光の波長λは５００ｎｍとした。
　なお、シミュレーションには、シノプシス社（synopsys, Inc）製のソフトDiffractMODを用いた。
　図２より、凹凸構造を構成する穴を大きくする程、反射率は低下することがわかる。また、凹凸構造を構成する穴が大きい程、入射角が大きくなっても、反射率を十分におさえていることがわかる。入射角８５度において、深さＨ＝λ（５００ｎｍ）の時と比較し、Ｈ＝２λになると反射率が大きく下がり、Ｈ＝３λになると約半分になる。Ｈ＝６λになると反射率は３５％未満になる。
　また、反射防止構造体１の凹凸構造３は、図５に示すようなラインアンドスペース形状であっても良い。この場合、反射防止特性は異方性が生じる等の欠点もあるが、凹凸構造３の強度を上げることができるという利点がある。図６は、形態がラインアンドスペースである凹凸構造３に対する光の入射角φと光の反射率との関係を、入射光の波長ごとにシミュレーションし比較したものである。図６（ａ）は、ラインアンドスペースと直交する線を軸とした入射角度で光源の光を凹凸構造３に当てた場合の結果を示し、図６（ｂ）は、ラインアンドスペースのラインを軸とした入射角度で光源の光を凹凸構造３に当てた場合の結果を示す。反射防止構造体１の基材２は、透明な樹脂（屈折率ｎ＝１．５、消衰係数ｋ＝０）にカーボン粒子（屈折率ｎ＝２、消衰係数ｋ＝１）を体積比で２０％混ぜた材料を用いることを想定した。また、材料の屈折率ｎと消衰係数ｋは、樹脂とカーボンの体積比から下記の計算によりｎ＝１．６、ｋ＝０．２とした。
ｎ＝１．５×（１－０．２）＋２×０．２＝１．６
ｋ＝０＋１×０．２＝０．２
　凹凸構造は、図７（ａ）に示すように、断面が高さ（深さ）が１５μｍ、底辺の長さ（幅）が１０μｍである二等辺三角形からなるラインアンドスペース構造とした。基材２の厚みは、１００μｍとした。
　また、光源の光の波長λは４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍの４種類とした。
　また、図７（ｂ）に示すように、断面が高さ（深さ）が１．５μｍ、底辺の長さ（幅）が１μｍである二等辺三角形からなるラインアンドスペース構造についても、シミュレーションを行った。その結果を図８に示す。図８（ａ）は、ラインアンドスペースと直交する線を軸とした入射角度で光源の光を凹凸構造３に当てた場合の結果を示し、図８（ｂ）は、ラインアンドスペースのラインを軸とした入射角度で光源の光を凹凸構造３に当てた場合の結果を示す。
　なお、シミュレーションには、シノプシス社（synopsys, Inc）製のソフトDiffractMODを用いた。
　図６より、反射を十分に抑えていることがわかる。また、図８と比較すると、凹凸構造を構成するラインアンドスペースが大きい方が、反射率は低下することがわかる。
　１　反射防止構造体
　２　基材
　３　凹凸構造

Claims (13)

  1. 　光を吸収する材料からなる基材の表面に反射防止用の凹凸構造が形成された反射防止構造体であって、
    　前記凹凸構造は、前記光の波長をλ、前記凹凸構造の平均ピッチをＰとすると、Ｐ＞λを満たす構造であることを特徴とする反射防止構造体。
  2. 　前記材料は、前記光を吸収する光吸収成分を含有するものであり、当該光吸収成分の平均粒径が、当該光の波長の２分の１以下であることを特徴とする請求項１記載の反射防止構造体。
  3. 　前記凹凸構造は、Ｐ≧６λを満たす構造であることを特徴とする請求項１又は２記載の反射防止構造体。
  4. 　前記凹凸構造は、当該凹凸構造の平均深さをＨとすると、Ｈ／Ｐ≧１を満たす構造であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の反射防止構造体。
  5. 　前記基材の厚みをＬとすると、Ｌ≧λを満たすことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の反射防止構造体。
  6. 　前記凹凸構造は、平均ピッチＰが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の反射防止構造体。
  7. 　前記凹凸構造は、回折光が生じない形態にしたものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の反射防止構造体。
  8. 　前記凹凸構造は、当該凹凸構造の要素構造の配置をランダムにしたことを特徴とする請求項７記載の反射防止構造体。
  9. 　前記凹凸構造は、前記要素構造の大きさ及び形状が一定の場合に比べ平面部が少なくなるように、当該要素構造の大きさ及び形状のいずれか一方又は両方が調節されたものであることを特徴とする請求項８記載の反射防止構造体。
  10. 　前記凹凸構造の要素構造は、放物線を回転させた砲弾形状であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の反射防止構造体。
  11. 　前記凹凸構造は、ラインアンドスペース形状であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の反射防止構造体。
  12. 　前記ラインアンドスペースの凸部の断面形状は、三角形であることを特徴とする請求項１１記載の反射防止構造体。
  13. 前記基材の材料は、インプリント用樹脂であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の反射防止構造体。
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