光学部材
【課題】基材表面に形成した高さの異なる複数の柱状突起からなる微細構造層の屈折率は基材の屈折率よりも低くて反射防止の効果があり、単層でありながら基材に入射する光の広い波長範囲において反射率のバラツキを抑えることが可能な光学部材を提供する。
【解決手段】少なくとも基材、および微細構造層を有する光学部材であって、前記微細構造層が高さの異なる複数の柱状突起からなる事を特徴とする光学部材。前記光学部材に入射する光の最短波長をλｍｉｎ、最長波長をλｍａｘとしたとき、前記微細構造層の前記柱状突起の高さＤが、式（１）を満たすことを特徴とする。
λｍｉｎ／４≦Ｄ≦λｍａｘ／４ ・・・（１）
【解決手段】少なくとも基材、および微細構造層を有する光学部材であって、前記微細構造層が高さの異なる複数の柱状突起からなる事を特徴とする光学部材。前記光学部材に入射する光の最短波長をλｍｉｎ、最長波長をλｍａｘとしたとき、前記微細構造層の前記柱状突起の高さＤが、式（１）を満たすことを特徴とする。
λｍｉｎ／４≦Ｄ≦λｍａｘ／４ ・・・（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高さの異なる複数の柱状突起からなる微細構造層を有する光学部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶テレビ、スマートフォン、携帯電話、ノートＰＣや携帯ゲーム機などのディスプレイ装置において、外光や照明光などが反射して視認性が著しく低下するという問題がある。また、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像素子において、フレアやゴーストなどのノイズが大きな問題となっている。
【０００３】
このような問題に対して、単層あるいは複層の反射防止膜の付いた光学部材が提案されている（特許文献１から４参照）。
【０００４】
特許文献１には、複数の光電変換素子とマイクロレンズとを備えた撮像素子において、マイクロレンズ上に形成された複数の柱状樹脂と柱状樹脂間に形成されたボイド（空隙）とを有するポーラス層が反射防止効果を有することが開示されている。ポーラス層は屈折率が下がり反射防止膜としての機能を有し、カバーガラス内面と撮像素子のマイクロレンズ表面との間での再反射光や散乱光を軽減してノイズが低減される。
【０００５】
特許文献２には、反射防止膜として、基材上に設けられた空隙を有する微粒子積層薄膜が開示されている。屈折率が約１．５２のガラスやプラスチック基板に対して、単層で十分な反射防止効果が得られる屈折率である１．２５〜１．３０の薄膜を形成するためには、屈折率が１．４８のシリカ微粒子からなる微粒子積層薄膜の空隙率を４３〜５３％にする必要がある。空隙率ρ０は次式（２）より求められる。
ρ０＝１−（ｎ１２−ｎ０２）／（ｎ２２−ｎ０２） ・・・（２）
ただし、ｎ０は光入射媒体の屈折率、ｎ１は前記微細構造体の屈折率、ｎ２は基材の屈折率である。
【０００６】
特許文献３には、柱状微小突起群を反射防止膜として適用した例が開示されている。例えばガラス基板の屈折率が１．５、基材に入射する光の波長が１５５０ｎｍの場合、理想的な反射防止層の屈折率は１．２２、厚さは約３２０ｎｍである。突起群で構成される層内の空気領域を広げることで、ガラス基板の反射防止層に従来用いられているＭｇＦ２の連続膜では困難な屈折率１．３以下の低屈折率層を実現できる。
【０００７】
特許文献４には、大気圧下において低コストで作製が可能で量産性に優れ、広い波長範囲をカバーする反射防止体が開示されている。基材側から順に設けられた中間層と低屈折率層とを備える反射防止体において、低屈折率層と中間層の屈折率を、基材の表面に選択的に凹部を形成して得られた凹凸構造によって等価的に規定している。例えば光入射媒体として屈折率が１．０である空気、基材として屈折率が１．５である樹脂材を用い、低屈折率層の屈折率を１．２、中間層の屈折率を１．４に設定する。この場合、低屈折率層における基材の体積密度、すなわち凸部の占有率は約０．３５、同様に中間層は約０．７７になる。したがって、凹部の体積密度、空隙率は低屈折率層において約０．６５、中間層において約０．２３となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２６１２６１号公報
【特許文献２】特開２００９−１１３４８４号公報
【特許文献３】特開２００９−１８７０２５号公報
【特許文献４】特開２０１０−２３７４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の技術においては、次のような不具合があった。
【００１０】
特許文献１によれば、マイクロレンズ上の透明樹脂層表面を酸素プラズマ雰囲気でドライエッチングすることにより、柱状樹脂が並んだ光学的なボイド（空隙）を有するポーラス層を形成している。ボイドは柱状樹脂間のピッチＶｐで表され、可視光域のおよそλ／４となるようにＶｐ＝０．１〜０．２μｍになっている。また、ポーラス層の厚みＶｔも可視光領域の光波長のλ／４（０．１〜０．２μｍ）になるように設定されている（特許文献１の図４）。ポーラス層ではボイドが存在することで樹脂層の屈折率が下がり反射防止膜としての機能を有する。マイクロレンズの反射率は、ポーラス層を形成しないものと比較して１／４の低反射率を示している。しかし、特許文献１中には、ボイドの体積密度（空隙率）は開示されておらず、具体的な屈折率の開示もない。
【００１１】
特許文献２によれば、屈折率が１．４８のシリカ微粒子を積層した微粒子積層膜において、空隙率を４３〜５３％とした場合に屈折率が１．２５〜１．３０となっている。しかし、微粒子積層膜は、まず基材面に電解質ポリマーまたは微粒子分散液のいずれか一方を塗布する工程Ａ、次に工程Ａで用いなかった電解質ポリマーまたは微粒子分散液を塗布する工程Ｂ、場合によっては工程Ａと工程Ｂを交互に１回以上行い、さらにアルコール性シリカゾル溶液を塗布する工程Ｃと少なくとも３工程以上を行って製造するため煩雑である。
【００１２】
特許文献３によれば、縦、横方向に整列され、高さの揃った柱状微小突起群を反射防止層に適用している。しかし、成形型を押圧して形成された高さの揃った柱状微小突起群が１層（特許文献３の図１３）では、入射光の波長によって反射率が異なるという問題を生じる。また、成形型を使った形成方法は、半導体プロセスのようなフォトリソグラフィやドライエッチングを必要としないが、柱状微小突起群の突起高さに対する突起の相当直径の比（アスペクト比）が４以上の成形型の製造は困難であり、押圧に対する耐久性も問題となる。
【００１３】
特許文献４によれば、基材側から順に設けられた中間層と低屈折率層とを備えた反射防止体によって４００〜７５０ｎｍの広い波長範囲で０．２５％以下の低い反射率を示している（特許文献４の図２）。しかし、低屈折率層と中間層の屈折率を、基材の表面に選択的に凹部を形成して得られた凹凸構造によって等価的に規定する場合、想定される屈折率は低屈折率層で１．２、中間層で１．４である。この場合、低屈折率層の基材の占有面積比率は約０．３５となり、具体的な数値の開示はないが凸部の幅（特許文献４図９の符号２６）は、反射を防止すべき光の最短波長λｍｉｎよりも短いピッチｘ１よりもさらに狭い。このため、凹凸構造をＵＶナノインプリントまたはフォトリソグラフィとドライエッチングで形成する場合、ＵＶナノインプリント用の型またはフォトリソグラフィ用のマスクの形成が困難であるという問題が生じる。
【００１４】
以上のように、従来の技術には、反射防止膜として高さの揃った柱状樹脂と空隙を有するポーラス層、または高さの揃った柱状微小突起群を適用した場合、単層では入射光の波長によって反射率が異なり、広い波長範囲において反射率のバラツキが大きいという課題がある。
【００１５】
また、微粒子または基材の体積密度を低く、空隙率を高くすることで低くすることで反射防止膜の屈折率を低くすることができるが、製造が困難である。さらに、空隙率を高くし過ぎると、機械的強度が低下するとう課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らの鋭意研究によって、前記目的は以下の手段によって達成される。
【００１７】
少なくとも基材、および微細構造層を有する光学部材であって、前記微細構造層が高さの異なる複数の柱状突起から成る事を特徴とする光学部材。
【００１８】
前記光学部材に入射する光の最短波長をλｍｉｎ、最長波長をλｍａｘとしたとき、前記微細構造層の前記柱状突起の高さＤが、式（１）を満たすことを特徴とする。
λｍｉｎ／４≦Ｄ≦λｍａｘ／４ ・・・（１）
【００１９】
前記柱状突起の間隔が不規則であることを特徴とする。
【００２０】
前記柱状突起は、高さ方向の断面形状において、柱状突起上部および柱状突起底部から柱状突起中央部に向かって円弧状に徐々に縮径していることを特徴とする。
【００２１】
少なくとも基材、および微細構造層を有し、前記微細構造層の空隙率をρ０、光入射媒体の屈折率をｎ０、前記微細構造層の屈折率をｎ１、前記基材の屈折率をｎ２としたとき、式（２）および式（３）を満たすことを特徴とする。
ρ０＝１−（ｎ１２−ｎ０２）／（ｎ２２−ｎ０２） ・・・（２）
ｎ１＝ａ×√ｎ２ （１．１１≦ａ≦１．１５） ・・・（３）
【００２２】
前記柱状突起は、高さ方向の断面形状において、柱状突起上部より柱状突起先端部に向かって円弧状に徐々に縮径していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、基材表面に形成した高さの異なる複数の柱状突起からなる微細構造層の屈折率は基材の屈折率よりも低くて反射防止の効果があり、単層でありながら基材に入射する光の広い波長範囲において反射率のバラツキを抑えることができる。
【００２４】
前記微細構造層をなす柱状突起の間隔は不規則なので、回折による反射光の色むらを抑えることができる。
【００２５】
前記微細構造層は、空隙率を変えることで屈折率を変化させることができる。微細構造層の最適な屈折率は基材の屈折率により決定される。空隙率をρ０、基材上に存在する光入射媒体の屈折率をｎ０、微細構造層の屈折率をｎ１、基材の屈折率をｎ２とした場合、上記式（２）および式（３）が成り立つ。空隙率が高くなり過ぎると、柱状突起の体積密度が低くなって微細構造層の機械的強度が低下するという問題が発生する。したがって、（３）式において、係数ａを１．１１以上１．１５以下にすることで空隙率が高くなり過ぎず、且つ、反射防止効果が得られる屈折率にすることができる。
【００２６】
本発明の微細構造層は、基材をドライエッチングすることで形成可能なので、煩雑な工程の繰り返しや、成形型による押圧あるいはＵＶナノインプリント、またはフォトリソグラフィとドライエッチングにより形成する従来の技術と比較して、製造方法が容易で、安価な光学部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の光学部材の一実施形態を示す模式断面図である。
【図２】本発明の光学部材における微細構造層をなす柱状突起の形状を示す模式断面図である。
【図３】本発明の光学部材における微細構造層をなす柱状突起の高さを説明する模式断面図である。
【図４】基材の屈折率ｎｓｕｂ＝１．５９における反射防止膜の屈折率と反射率の関係を示すグラフである。
【図５】基材の屈折率ｎｓｕｂ＝１．５９、反射防止膜の屈折率ｎａｒ＝１．２６における光の波長λと最適な膜厚Ｄａｒの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の光学部材における微細構造層の一実施形態を示す電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明の光学部材における微細構造層の一実施形態を示す模式上面図である。
【図８】本発明の一実施形態の光学部材における透過率を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態の光学部材における反射率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
【００２９】
本実施形態の光学部材１は、図１に示すように、基材２と、基材２上に形成された微細構造層３を有する。微細構造層３は高さの異なる複数の柱状突起４からなり、柱状突起４の間に空隙５を有する。微細構造層の屈折率ｎ１は、基材の屈折率ｎ２よりも低くなっており、基材に入射する光に対して反射防止効果を有する。
【００３０】
前記柱状突起４の形状について、図２を用いて説明する。柱状突起４は、図２（ａ）に示すように、上部より先端に向かって円弧状に徐々に縮径している。先端部の角は頂面と側面の二方向からエッチングが進行するため、角が丸くなって円弧状になる。また、図２（ｂ）に示すように、柱状突起４は、上部および底部から中央部に向かって円弧状に徐々に縮径した形状とすることもできる。
【００３１】
単層で高い反射防止効果（無反射）が得られる反射防止膜の屈折率ｎａｒは、基材の屈折率をｎｓｕｂ、光入射媒体（空気）の屈折率ｎａｉｒ＝１．００としたとき、式（４）から求められる。また、最適な膜厚Ｄａｒは基材に入射する光の波長をλとしたとき、式（５）から求められる。式（５）のように、反射防止膜の膜厚を光の波長λの１／４倍にすると、膜の表面の反射光と膜／基材境界面の反射光の位相が反転して反射が抑えられる。図４のグラフは、基材（ポリカーボネート）の屈折率ｎｓｕｂ＝１．５９における反射防止膜の屈折率と反射率の関係を示す。図２の横軸は反射防止膜の屈折率ｎａｒ、縦軸は反射率である。図２からわかるように、基材の屈折率より反射防止膜の屈折率が低い場合に反射防止の効果が得られる。反射率が理論上０％となるのは、式（４）からｎａｒ＝１．２６となる。ただし、このような低屈折率材料は通常は存在せず、特許文献１から４のような反射防止膜あるいは反射防止構造体に関する検討がなされている。図５のグラフは、基材の屈折率ｎｓｕｂ＝１．５９、反射防止膜の屈折率ｎａｒ＝１．２６における入射光の波長λと最適な膜厚Ｄａｒの関係を示す。図５の横軸は入射光の波長λ、縦軸は最適膜厚Ｄａｒである。図５からわかるように、光の波長によって最適な膜厚が変化する。
ｎａｒ＝√（ｎａｉｒ×ｎｓｕｂ）＝√ｎｓｕｂ ・・・（４）
Ｄａｒ＝λ／（４×ｎａｒ） ・・・（５）
【００３２】
高さの異なる複数の柱状突起は、フォトリソグラフィやUVナノインプリントによりマスク層を形成せずに、基材を直接ドライエッチングすることで形成する。「高さの異なる」とは、図６のように、微細構造層を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した際に、例えば柱状突起の最大高さが２００ｎｍ、最小高さが５０ｎｍで、最大と最小の高さの範囲内で各柱状突起の高さが不規則になっている様子を表す。このように、高さの異なる複数の柱状突起からなる微細構造層は、入射光の波長範囲（例えば、４００ｎｍから７００ｎｍ）の１／４に対応する高さ範囲の柱状突起を備えている。また、ドライエッチングすることで形成された柱状突起同士の間隔（ピッチ）も不規則になっている。ピッチはおよそ１００ｎｍ以下になっていて、少なくとも入射光（例えば、４００ｎｍから７００ｎｍ）の波長範囲より十分に小さい。柱状突起の高さや太さは、ドライエッチング条件によって変更することが可能である。微細構造層の空隙率もドライエッチング条件によって変化させる。
【００３３】
なお、柱状突起の高さＤとは、図３に示すように、柱状突起４の凸部周辺の凹部底面と凸部頂点とがなす、基材表面に対して鉛直方向の間隔（符号６の矢印）と定義する。凹部底面が平坦でなく円弧状になっている場合、もっとも間隔が広くなる点で規定する。このように定義することで、凹部底面が面一でない場合および凸部頂点が面一でない場合でも柱状突起の高さを規定することができる。また、ある凸部周辺の凹部底面が面一でない場合には、断面を見た際に凹部底面２面間の高さ方向の中間位置Mと頂面の間隔を高さと定義する。
【００３４】
ドライエッチングに用いる装置は、半導体装置の製造に使用されるドライエッチングが適宜利用可能である。反応性イオンエッチングやイオンビームエッチング装置の他に、スパッタ装置の逆スパッタ機能などを利用できる。また、ドライエッチングに用いる装置のプラズマ発生機構は、平行平板型、ＥＣＲ型やＩＣＰ型などを適宜利用すればよい。ドライエッチングに用いるガスは、アルゴン、窒素、酸素あるいはフッ素系ガス、またはそれらのガスの混合ガスである。
【００３５】
微細構造層は、基材を直接ドライエッチングして形成するので、基材と同種の材料からなる。また、基材をドライエッチングする際、基材を保持するホルダ、ホルダを載置するステージや、装置チャンバー内の防着板が基材と一緒に削られ、その極一部が微細構造層に付着することがある。微細構造層をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ、ＥＳＣＡ）にて分析を行うと、例えばホルダの成分であるアルミ、ステージを構成する鉄やクロムなどが検出され、微細構造層に含まれていると考えられる。さらに、フッ素系ガスをドライエッチングに用いた場合にはフッ素が検出され、微細構造層に含まれていると考えられる。その他のガスも微細構造層に含まれている可能性があるが、ＥＳＣＡでは検出されないか、検出されたとしても基材由来のものと分離が難しい。これらの成分は、基材よりもエッチングレートが遅く、基材がエッチングされる際にマスクとして機能している。また、エッチング初期に形成される凸部の側壁の保護膜として機能し、凸部以外の凹部のエッチングが進むことで柱状突起が高さ（深さ）方向に成長する。
【００３６】
微細構造層の空隙率は、柱状突起の無い凹部の面積比率から算出した。図７は微細構造層の上面の模式図であり、黒い部分が凹部を表す。黒い部分の面積を、柱状突起を表す白い部分と黒い部分を足した面積（一画像の面積）で除して１００を乗じて算出した値を空隙率（単位：％）としている。なお、微細構造層は高さの異なる柱状突起からなるため、高さ方向の位置によって空隙率が変化してしまうことが懸念される。しかし、例えば得られた空隙率ρ０＝３３．８％の微細構造層の屈折率ｎ１は、式（２）から得られた値と、エリプソメータ（ＤＨＡ−ＯＬＸ、（株）溝尻光学工業所製、レーザー波長：６３２．８ｎｍ）で測定した値がほぼ一致しており（算出値：１．４１、測定値：１．４２）、高さ方向の位置の変化による影響は少ない。
【００３７】
本実施形態の光学部材に用いる基材としては、透明で、ドライエッチングにより柱状突起が形成されるものが望ましい。例えば、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリメチルメタクリレート（アクリル樹脂）、変性アクリル、酢酸セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリオレフィンなどの樹脂材料を用いることができる。基材は厚さ０．３ｍｍ以下のフィルム状であっても、０．３ｍｍを超える板状でもよい。または、レンズ、マイクロレンズや光導波路などの光学素子を基材としてもよい。さらに、スマートフォンなどのディスプレイの保護フィルムに用いられるハードコートや、透明導電性フィルムの裏面（非導電面）側に適用することが可能である。ハードコートに適用した際は、外光の反射を抑えて視認性の向上が期待できる。また、透明導電性フィルムの裏面に適用した際は、入射光の反射を抑えて透過率の向上が期待できる。このように、保護フィルムや透明導電性フィルムなどの機能性フィルム、およびディスプレイなどの筐体ガラスあるいはプラスチックなど、表裏どちらか一方の面にだけ適用することも可能である。
【実施例】
【００３８】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３９】
［実施例１］
基材として厚さ０．８ｍｍのポリカーボネート板（住友ベークライト（株）製ポリカエース）を用いた本発明の第一の実施形態について説明する。ドライエッチングはスパッタ装置Ｃ−７９６０Ｍ（旧アネルバ（株）、現キヤノンアネルバ（株）製）の逆スパッタ機能を利用した。まず、基材をアルミ製のホルダに固定し、チャンバー内に搬送した。ガスはアルゴンと酸素の混合ガスで、流量はそれぞれ４５ｓｃｃｍと５ｓｃｃｍである。メインバルブの開度を制御して、チャンバー内の圧力を１．４Ｐａにした。印加したＲＦパワーは４００Ｗである。この条件にて７分間、基材にドライエッチング処理を行った。この処理により、図６に示すような、高さの異なる複数の柱状突起からなる微細構造層が形成され、光学部材が製造された。このとき、空隙率は３３．８％であった。また、柱状突起の高さＤは、最大が２００ｎｍ、最小が５０ｎｍの間で変化していた。なお、基材のエッチングレートは約３０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００４０】
この空隙率ρ０＝３３．８％の微細構造層の屈折率ｎ１は式（２）から、ｎ１＝１．４１となる。したがって、係数ａ＝１．１２となり、式（３）を満たす（式（３）を満たす微細構造層を有する光学部材の一例）。ここで、光入射媒体は空気であり屈折率ｎ０＝１．００、基材はポリカーボネートであって屈折率ｎ２＝１．５９である。
【００４１】
本実施例１の微細構造層を有する光学部材の透過率を紫外可視分光光度計（Ｖ−６６０、日本分光（株）製）で測定した結果を図８に示す。図８の横軸は光の波長λ（単位：ｎｍ）を表し、測定波長は４００ｎｍから７００ｎｍである（反射を防止すべき入射光の波長範囲の一例）。この際、柱状突起の高さＤは、２００ｎｍから５０ｎｍの間で変化しており、式（１）を満たす（１００nm≦D≦１７５ｎｍ、式（１）を満たす微細構造層を有する光学部材の一例。）。縦軸は透過率（単位：％）を表す。微細構造層は基材の一方の面にのみ形成されており、光は微細構造層側から入射させ、もう一方の基材表面から出射した光の強度比から透過率が算出されている。なお、光の入射角度は０°である（基材表面に対して垂直入射）。本実施例１の光学部材の透過率は、基材の透過率より向上しており、その透過率が向上した分を反射率が低減した分と考えられる。
【００４２】
図９に本実施例１の微細構造層を有する光学部材の反射率を示す。反射率は、微細構造層が形成されたときの反射率である。横軸は光の波長λ（単位：ｎｍ）、縦軸は反射率（単位：％）を表している。この反射率は、基材であるポリカーボネートの屈折率ｎ２＝１．５９から算出される片面の反射率（５．２％）から、図８の各波長の透過率向上分を差し引いた値となっている。図９のように、本実施例１の光学部材は反射防止層として機能する微細構造層は、単層でありながら広い波長範囲における反射率のバラツキが小さい。表１に反射率の平均値、並びに標準偏差σをそれぞれ示す。λ＝４００ｎｍから５０ｎｍ毎に７００ｎｍまで７点の平均反射率は１．８％、標準偏差σは０．２１％であった。
【００４３】
【表１】
【００４４】
［実施例２］
本発明の第２の実施形態について説明する。なお、基材やドライエッチングに用いた装置および透過率測定装置ならびに反射率の算出方法などは実施例１と同様なため、説明を省略する。ドライエッチング条件も同様であるが、処理時間を６分４０秒とした。柱状突起の高さＤは、最大が１９０ｎｍ、最小が４０ｎｍの間で変化していた（式（１）を満たす微細構造層を有する光学部材の一例。）。本実施例２において微細構造層の空隙率ρ０＝２６．３％、屈折率ｎ１＝１．４５となる。また、係数ａ＝１．１５となる（式（３）を満たす微細構造層を有する光学部材の一例）。平均反射率は２．４％、反射率の標準偏差σは０．２９％である（図９、表１）。
【００４５】
［実施例３］
本発明の第３の実施形態について説明する。なお、基材やドライエッチングに用いた装置および透過率測定装置ならびに反射率の算出方法などは実施例１および２と同様なため、説明を省略する。ドライエッチング条件はアルゴンと酸素の混合ガスは同様であるが、混合比率を保ったまま流量とメインバルブの開度を調整し、圧力を０．７Ｐａにした。また、処理時間は７分とした。柱状突起の高さＤは、最大が２００ｎｍ、最小が６０ｎｍの間で変化していた（式（１）を満たす微細構造層を有する光学部材の一例。）。本実施例３において微細構造層の空隙率ρ０＝３７．８％、屈折率ｎ１＝１．３９となる。また、係数ａ＝１．１１となる（式（３）を満たす微細構造層を有する光学部材の一例）。平均反射率は１．４％、反射率の標準偏差σは０．３０％である（図９、表１）。
【００４６】
このように、実施例１から３によれば、本発明の光学部材は反射率が基材より低く、単層でありながら広い光の波長範囲において反射率のバラツキが小さい（σ≦０．３％）。
【００４７】
［比較例１］
比較例１について説明する。なお、基材やドライエッチングに用いた装置および透過率測定装置ならびに反射率の算出方法などは、実施例１から３と同様なため、説明を省略する。ドライエッチング条件も実施例１から３と同様である。処理時間は１０分３０秒とした。柱状突起の高さＤは、最大が３００ｎｍ、最小が１８０ｎｍの間で変化していた。本比較例１において、微細構造層の空隙率ρ０＝３９．５％、屈折率ｎ１＝１．３８となる。また、係数ａ＝１．１０となる。平均反射率は４．３％、反射率の標準偏差σは０．７１％である（図９、表１）。本比較例１の柱状突起は、最大高さが３００ｎｍであり、柱状突起の倒壊および柱状突起同士の凝集が発生している。そのため、空隙率が高くなっている。したがって、係数ａは実施例３よりも低くなっている。しかし、柱状突起の最大高さが２００ｎｍを超え、さらに高さ変化の範囲も式（１）を満たしていないため、反射率低減の効果が小さく、光の広い波長範囲において反射率のバラツキが大きい。
【００４８】
［比較例２］
比較例２について説明する。なお、基材やドライエッチングに用いた装置および透過率測定装置ならびに反射率の算出方法などは、実施例１から３、および比較例１と同様なため、説明を省略する。ドライエッチング条件は、アルゴンと酸素の混合ガスは同様であるが、混合比率を保ったまま流量とメインバルブの開度を調整し、圧力を４．０Ｐａにした。処理時間は3分３０秒とした。柱状突起の高さＤは、最大が９０nm、最小が２０ｎｍの間で変化していた。本比較例２において、微細構造層の空隙率ρ０＝２５．０％、屈折率ｎ１＝１．４６となる。また、係数ａ＝１．１６となる。平均反射率は３．９％、反射率の標準偏差σは０．４０％である（図９、表１）。空隙率が小さく、屈折率が小さいため、反射率低減の効果は小さい。また、柱状突起の最大高さが１００ｎｍ未満で、さらに高さ変化の範囲も式（１）を満たしていないため、光の広い波長範囲において反射率のバラツキが大きい。
【００４９】
以上、実施形態に則して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、柱状突起は、高さ方向の断面形状において、柱状突起上部および柱状突起底部から、柱状突起中央部に向かって円弧状に徐々に縮径させても良い。ドライエッチング条件において、チャンバー内の圧力を変更することで上記形状が得られる。例えば、圧力を１．４Ｐａから２．６Ｐａに変更することで、上記の形状が得られた。この場合、柱状突起底部の太さが細くならないため、柱状突起の倒壊や突起同士が凝集する事態を招くことがない。また、柱状突起上部も細くならないため、不要に空隙率が高まることがない。柱状突起中央部の空隙率が高くなった分だけ、屈折率は低くなり、反射率の低減効果が高くなる。
【００５０】
また、柱状突起は、高さ方向の断面形状において、柱状突起上部より柱状突起先端部に向かって円弧状に徐々に縮径している。先端部の角は頂面と側面の二方向からエッチングが進行するため、角が丸くなって円弧状になる。この場合、柱状突起上部において、光入射媒体（空気）から徐々に屈折率が高くなるため、反射防止の効果が得られる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 光学部材
２ 基材
３ 微細構造層
４ 柱状突起
５ 空隙
６ 凹部底面と凸部頂の間隔（高さ）を表す矢印記号
Ｍ ある凸部周辺凹部２面（点）間の中間位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高さの異なる複数の柱状突起からなる微細構造層を有する光学部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶テレビ、スマートフォン、携帯電話、ノートＰＣや携帯ゲーム機などのディスプレイ装置において、外光や照明光などが反射して視認性が著しく低下するという問題がある。また、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像素子において、フレアやゴーストなどのノイズが大きな問題となっている。
【０００３】
このような問題に対して、単層あるいは複層の反射防止膜の付いた光学部材が提案されている（特許文献１から４参照）。
【０００４】
特許文献１には、複数の光電変換素子とマイクロレンズとを備えた撮像素子において、マイクロレンズ上に形成された複数の柱状樹脂と柱状樹脂間に形成されたボイド（空隙）とを有するポーラス層が反射防止効果を有することが開示されている。ポーラス層は屈折率が下がり反射防止膜としての機能を有し、カバーガラス内面と撮像素子のマイクロレンズ表面との間での再反射光や散乱光を軽減してノイズが低減される。
【０００５】
特許文献２には、反射防止膜として、基材上に設けられた空隙を有する微粒子積層薄膜が開示されている。屈折率が約１．５２のガラスやプラスチック基板に対して、単層で十分な反射防止効果が得られる屈折率である１．２５〜１．３０の薄膜を形成するためには、屈折率が１．４８のシリカ微粒子からなる微粒子積層薄膜の空隙率を４３〜５３％にする必要がある。空隙率ρ０は次式（２）より求められる。
ρ０＝１−（ｎ１２−ｎ０２）／（ｎ２２−ｎ０２） ・・・（２）
ただし、ｎ０は光入射媒体の屈折率、ｎ１は前記微細構造体の屈折率、ｎ２は基材の屈折率である。
【０００６】
特許文献３には、柱状微小突起群を反射防止膜として適用した例が開示されている。例えばガラス基板の屈折率が１．５、基材に入射する光の波長が１５５０ｎｍの場合、理想的な反射防止層の屈折率は１．２２、厚さは約３２０ｎｍである。突起群で構成される層内の空気領域を広げることで、ガラス基板の反射防止層に従来用いられているＭｇＦ２の連続膜では困難な屈折率１．３以下の低屈折率層を実現できる。
【０００７】
特許文献４には、大気圧下において低コストで作製が可能で量産性に優れ、広い波長範囲をカバーする反射防止体が開示されている。基材側から順に設けられた中間層と低屈折率層とを備える反射防止体において、低屈折率層と中間層の屈折率を、基材の表面に選択的に凹部を形成して得られた凹凸構造によって等価的に規定している。例えば光入射媒体として屈折率が１．０である空気、基材として屈折率が１．５である樹脂材を用い、低屈折率層の屈折率を１．２、中間層の屈折率を１．４に設定する。この場合、低屈折率層における基材の体積密度、すなわち凸部の占有率は約０．３５、同様に中間層は約０．７７になる。したがって、凹部の体積密度、空隙率は低屈折率層において約０．６５、中間層において約０．２３となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２６１２６１号公報
【特許文献２】特開２００９−１１３４８４号公報
【特許文献３】特開２００９−１８７０２５号公報
【特許文献４】特開２０１０−２３７４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の技術においては、次のような不具合があった。
【００１０】
特許文献１によれば、マイクロレンズ上の透明樹脂層表面を酸素プラズマ雰囲気でドライエッチングすることにより、柱状樹脂が並んだ光学的なボイド（空隙）を有するポーラス層を形成している。ボイドは柱状樹脂間のピッチＶｐで表され、可視光域のおよそλ／４となるようにＶｐ＝０．１〜０．２μｍになっている。また、ポーラス層の厚みＶｔも可視光領域の光波長のλ／４（０．１〜０．２μｍ）になるように設定されている（特許文献１の図４）。ポーラス層ではボイドが存在することで樹脂層の屈折率が下がり反射防止膜としての機能を有する。マイクロレンズの反射率は、ポーラス層を形成しないものと比較して１／４の低反射率を示している。しかし、特許文献１中には、ボイドの体積密度（空隙率）は開示されておらず、具体的な屈折率の開示もない。
【００１１】
特許文献２によれば、屈折率が１．４８のシリカ微粒子を積層した微粒子積層膜において、空隙率を４３〜５３％とした場合に屈折率が１．２５〜１．３０となっている。しかし、微粒子積層膜は、まず基材面に電解質ポリマーまたは微粒子分散液のいずれか一方を塗布する工程Ａ、次に工程Ａで用いなかった電解質ポリマーまたは微粒子分散液を塗布する工程Ｂ、場合によっては工程Ａと工程Ｂを交互に１回以上行い、さらにアルコール性シリカゾル溶液を塗布する工程Ｃと少なくとも３工程以上を行って製造するため煩雑である。
【００１２】
特許文献３によれば、縦、横方向に整列され、高さの揃った柱状微小突起群を反射防止層に適用している。しかし、成形型を押圧して形成された高さの揃った柱状微小突起群が１層（特許文献３の図１３）では、入射光の波長によって反射率が異なるという問題を生じる。また、成形型を使った形成方法は、半導体プロセスのようなフォトリソグラフィやドライエッチングを必要としないが、柱状微小突起群の突起高さに対する突起の相当直径の比（アスペクト比）が４以上の成形型の製造は困難であり、押圧に対する耐久性も問題となる。
【００１３】
特許文献４によれば、基材側から順に設けられた中間層と低屈折率層とを備えた反射防止体によって４００〜７５０ｎｍの広い波長範囲で０．２５％以下の低い反射率を示している（特許文献４の図２）。しかし、低屈折率層と中間層の屈折率を、基材の表面に選択的に凹部を形成して得られた凹凸構造によって等価的に規定する場合、想定される屈折率は低屈折率層で１．２、中間層で１．４である。この場合、低屈折率層の基材の占有面積比率は約０．３５となり、具体的な数値の開示はないが凸部の幅（特許文献４図９の符号２６）は、反射を防止すべき光の最短波長λｍｉｎよりも短いピッチｘ１よりもさらに狭い。このため、凹凸構造をＵＶナノインプリントまたはフォトリソグラフィとドライエッチングで形成する場合、ＵＶナノインプリント用の型またはフォトリソグラフィ用のマスクの形成が困難であるという問題が生じる。
【００１４】
以上のように、従来の技術には、反射防止膜として高さの揃った柱状樹脂と空隙を有するポーラス層、または高さの揃った柱状微小突起群を適用した場合、単層では入射光の波長によって反射率が異なり、広い波長範囲において反射率のバラツキが大きいという課題がある。
【００１５】
また、微粒子または基材の体積密度を低く、空隙率を高くすることで低くすることで反射防止膜の屈折率を低くすることができるが、製造が困難である。さらに、空隙率を高くし過ぎると、機械的強度が低下するとう課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らの鋭意研究によって、前記目的は以下の手段によって達成される。
【００１７】
少なくとも基材、および微細構造層を有する光学部材であって、前記微細構造層が高さの異なる複数の柱状突起から成る事を特徴とする光学部材。
【００１８】
前記光学部材に入射する光の最短波長をλｍｉｎ、最長波長をλｍａｘとしたとき、前記微細構造層の前記柱状突起の高さＤが、式（１）を満たすことを特徴とする。
λｍｉｎ／４≦Ｄ≦λｍａｘ／４ ・・・（１）
【００１９】
前記柱状突起の間隔が不規則であることを特徴とする。
【００２０】
前記柱状突起は、高さ方向の断面形状において、柱状突起上部および柱状突起底部から柱状突起中央部に向かって円弧状に徐々に縮径していることを特徴とする。
【００２１】
少なくとも基材、および微細構造層を有し、前記微細構造層の空隙率をρ０、光入射媒体の屈折率をｎ０、前記微細構造層の屈折率をｎ１、前記基材の屈折率をｎ２としたとき、式（２）および式（３）を満たすことを特徴とする。
ρ０＝１−（ｎ１２−ｎ０２）／（ｎ２２−ｎ０２） ・・・（２）
ｎ１＝ａ×√ｎ２ （１．１１≦ａ≦１．１５） ・・・（３）
【００２２】
前記柱状突起は、高さ方向の断面形状において、柱状突起上部より柱状突起先端部に向かって円弧状に徐々に縮径していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、基材表面に形成した高さの異なる複数の柱状突起からなる微細構造層の屈折率は基材の屈折率よりも低くて反射防止の効果があり、単層でありながら基材に入射する光の広い波長範囲において反射率のバラツキを抑えることができる。
【００２４】
前記微細構造層をなす柱状突起の間隔は不規則なので、回折による反射光の色むらを抑えることができる。
【００２５】
前記微細構造層は、空隙率を変えることで屈折率を変化させることができる。微細構造層の最適な屈折率は基材の屈折率により決定される。空隙率をρ０、基材上に存在する光入射媒体の屈折率をｎ０、微細構造層の屈折率をｎ１、基材の屈折率をｎ２とした場合、上記式（２）および式（３）が成り立つ。空隙率が高くなり過ぎると、柱状突起の体積密度が低くなって微細構造層の機械的強度が低下するという問題が発生する。したがって、（３）式において、係数ａを１．１１以上１．１５以下にすることで空隙率が高くなり過ぎず、且つ、反射防止効果が得られる屈折率にすることができる。
【００２６】
本発明の微細構造層は、基材をドライエッチングすることで形成可能なので、煩雑な工程の繰り返しや、成形型による押圧あるいはＵＶナノインプリント、またはフォトリソグラフィとドライエッチングにより形成する従来の技術と比較して、製造方法が容易で、安価な光学部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の光学部材の一実施形態を示す模式断面図である。
【図２】本発明の光学部材における微細構造層をなす柱状突起の形状を示す模式断面図である。
【図３】本発明の光学部材における微細構造層をなす柱状突起の高さを説明する模式断面図である。
【図４】基材の屈折率ｎｓｕｂ＝１．５９における反射防止膜の屈折率と反射率の関係を示すグラフである。
【図５】基材の屈折率ｎｓｕｂ＝１．５９、反射防止膜の屈折率ｎａｒ＝１．２６における光の波長λと最適な膜厚Ｄａｒの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の光学部材における微細構造層の一実施形態を示す電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明の光学部材における微細構造層の一実施形態を示す模式上面図である。
【図８】本発明の一実施形態の光学部材における透過率を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態の光学部材における反射率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
【００２９】
本実施形態の光学部材１は、図１に示すように、基材２と、基材２上に形成された微細構造層３を有する。微細構造層３は高さの異なる複数の柱状突起４からなり、柱状突起４の間に空隙５を有する。微細構造層の屈折率ｎ１は、基材の屈折率ｎ２よりも低くなっており、基材に入射する光に対して反射防止効果を有する。
【００３０】
前記柱状突起４の形状について、図２を用いて説明する。柱状突起４は、図２（ａ）に示すように、上部より先端に向かって円弧状に徐々に縮径している。先端部の角は頂面と側面の二方向からエッチングが進行するため、角が丸くなって円弧状になる。また、図２（ｂ）に示すように、柱状突起４は、上部および底部から中央部に向かって円弧状に徐々に縮径した形状とすることもできる。
【００３１】
単層で高い反射防止効果（無反射）が得られる反射防止膜の屈折率ｎａｒは、基材の屈折率をｎｓｕｂ、光入射媒体（空気）の屈折率ｎａｉｒ＝１．００としたとき、式（４）から求められる。また、最適な膜厚Ｄａｒは基材に入射する光の波長をλとしたとき、式（５）から求められる。式（５）のように、反射防止膜の膜厚を光の波長λの１／４倍にすると、膜の表面の反射光と膜／基材境界面の反射光の位相が反転して反射が抑えられる。図４のグラフは、基材（ポリカーボネート）の屈折率ｎｓｕｂ＝１．５９における反射防止膜の屈折率と反射率の関係を示す。図２の横軸は反射防止膜の屈折率ｎａｒ、縦軸は反射率である。図２からわかるように、基材の屈折率より反射防止膜の屈折率が低い場合に反射防止の効果が得られる。反射率が理論上０％となるのは、式（４）からｎａｒ＝１．２６となる。ただし、このような低屈折率材料は通常は存在せず、特許文献１から４のような反射防止膜あるいは反射防止構造体に関する検討がなされている。図５のグラフは、基材の屈折率ｎｓｕｂ＝１．５９、反射防止膜の屈折率ｎａｒ＝１．２６における入射光の波長λと最適な膜厚Ｄａｒの関係を示す。図５の横軸は入射光の波長λ、縦軸は最適膜厚Ｄａｒである。図５からわかるように、光の波長によって最適な膜厚が変化する。
ｎａｒ＝√（ｎａｉｒ×ｎｓｕｂ）＝√ｎｓｕｂ ・・・（４）
Ｄａｒ＝λ／（４×ｎａｒ） ・・・（５）
【００３２】
高さの異なる複数の柱状突起は、フォトリソグラフィやUVナノインプリントによりマスク層を形成せずに、基材を直接ドライエッチングすることで形成する。「高さの異なる」とは、図６のように、微細構造層を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した際に、例えば柱状突起の最大高さが２００ｎｍ、最小高さが５０ｎｍで、最大と最小の高さの範囲内で各柱状突起の高さが不規則になっている様子を表す。このように、高さの異なる複数の柱状突起からなる微細構造層は、入射光の波長範囲（例えば、４００ｎｍから７００ｎｍ）の１／４に対応する高さ範囲の柱状突起を備えている。また、ドライエッチングすることで形成された柱状突起同士の間隔（ピッチ）も不規則になっている。ピッチはおよそ１００ｎｍ以下になっていて、少なくとも入射光（例えば、４００ｎｍから７００ｎｍ）の波長範囲より十分に小さい。柱状突起の高さや太さは、ドライエッチング条件によって変更することが可能である。微細構造層の空隙率もドライエッチング条件によって変化させる。
【００３３】
なお、柱状突起の高さＤとは、図３に示すように、柱状突起４の凸部周辺の凹部底面と凸部頂点とがなす、基材表面に対して鉛直方向の間隔（符号６の矢印）と定義する。凹部底面が平坦でなく円弧状になっている場合、もっとも間隔が広くなる点で規定する。このように定義することで、凹部底面が面一でない場合および凸部頂点が面一でない場合でも柱状突起の高さを規定することができる。また、ある凸部周辺の凹部底面が面一でない場合には、断面を見た際に凹部底面２面間の高さ方向の中間位置Mと頂面の間隔を高さと定義する。
【００３４】
ドライエッチングに用いる装置は、半導体装置の製造に使用されるドライエッチングが適宜利用可能である。反応性イオンエッチングやイオンビームエッチング装置の他に、スパッタ装置の逆スパッタ機能などを利用できる。また、ドライエッチングに用いる装置のプラズマ発生機構は、平行平板型、ＥＣＲ型やＩＣＰ型などを適宜利用すればよい。ドライエッチングに用いるガスは、アルゴン、窒素、酸素あるいはフッ素系ガス、またはそれらのガスの混合ガスである。
【００３５】
微細構造層は、基材を直接ドライエッチングして形成するので、基材と同種の材料からなる。また、基材をドライエッチングする際、基材を保持するホルダ、ホルダを載置するステージや、装置チャンバー内の防着板が基材と一緒に削られ、その極一部が微細構造層に付着することがある。微細構造層をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ、ＥＳＣＡ）にて分析を行うと、例えばホルダの成分であるアルミ、ステージを構成する鉄やクロムなどが検出され、微細構造層に含まれていると考えられる。さらに、フッ素系ガスをドライエッチングに用いた場合にはフッ素が検出され、微細構造層に含まれていると考えられる。その他のガスも微細構造層に含まれている可能性があるが、ＥＳＣＡでは検出されないか、検出されたとしても基材由来のものと分離が難しい。これらの成分は、基材よりもエッチングレートが遅く、基材がエッチングされる際にマスクとして機能している。また、エッチング初期に形成される凸部の側壁の保護膜として機能し、凸部以外の凹部のエッチングが進むことで柱状突起が高さ（深さ）方向に成長する。
【００３６】
微細構造層の空隙率は、柱状突起の無い凹部の面積比率から算出した。図７は微細構造層の上面の模式図であり、黒い部分が凹部を表す。黒い部分の面積を、柱状突起を表す白い部分と黒い部分を足した面積（一画像の面積）で除して１００を乗じて算出した値を空隙率（単位：％）としている。なお、微細構造層は高さの異なる柱状突起からなるため、高さ方向の位置によって空隙率が変化してしまうことが懸念される。しかし、例えば得られた空隙率ρ０＝３３．８％の微細構造層の屈折率ｎ１は、式（２）から得られた値と、エリプソメータ（ＤＨＡ−ＯＬＸ、（株）溝尻光学工業所製、レーザー波長：６３２．８ｎｍ）で測定した値がほぼ一致しており（算出値：１．４１、測定値：１．４２）、高さ方向の位置の変化による影響は少ない。
【００３７】
本実施形態の光学部材に用いる基材としては、透明で、ドライエッチングにより柱状突起が形成されるものが望ましい。例えば、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリメチルメタクリレート（アクリル樹脂）、変性アクリル、酢酸セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリオレフィンなどの樹脂材料を用いることができる。基材は厚さ０．３ｍｍ以下のフィルム状であっても、０．３ｍｍを超える板状でもよい。または、レンズ、マイクロレンズや光導波路などの光学素子を基材としてもよい。さらに、スマートフォンなどのディスプレイの保護フィルムに用いられるハードコートや、透明導電性フィルムの裏面（非導電面）側に適用することが可能である。ハードコートに適用した際は、外光の反射を抑えて視認性の向上が期待できる。また、透明導電性フィルムの裏面に適用した際は、入射光の反射を抑えて透過率の向上が期待できる。このように、保護フィルムや透明導電性フィルムなどの機能性フィルム、およびディスプレイなどの筐体ガラスあるいはプラスチックなど、表裏どちらか一方の面にだけ適用することも可能である。
【実施例】
【００３８】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３９】
［実施例１］
基材として厚さ０．８ｍｍのポリカーボネート板（住友ベークライト（株）製ポリカエース）を用いた本発明の第一の実施形態について説明する。ドライエッチングはスパッタ装置Ｃ−７９６０Ｍ（旧アネルバ（株）、現キヤノンアネルバ（株）製）の逆スパッタ機能を利用した。まず、基材をアルミ製のホルダに固定し、チャンバー内に搬送した。ガスはアルゴンと酸素の混合ガスで、流量はそれぞれ４５ｓｃｃｍと５ｓｃｃｍである。メインバルブの開度を制御して、チャンバー内の圧力を１．４Ｐａにした。印加したＲＦパワーは４００Ｗである。この条件にて７分間、基材にドライエッチング処理を行った。この処理により、図６に示すような、高さの異なる複数の柱状突起からなる微細構造層が形成され、光学部材が製造された。このとき、空隙率は３３．８％であった。また、柱状突起の高さＤは、最大が２００ｎｍ、最小が５０ｎｍの間で変化していた。なお、基材のエッチングレートは約３０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００４０】
この空隙率ρ０＝３３．８％の微細構造層の屈折率ｎ１は式（２）から、ｎ１＝１．４１となる。したがって、係数ａ＝１．１２となり、式（３）を満たす（式（３）を満たす微細構造層を有する光学部材の一例）。ここで、光入射媒体は空気であり屈折率ｎ０＝１．００、基材はポリカーボネートであって屈折率ｎ２＝１．５９である。
【００４１】
本実施例１の微細構造層を有する光学部材の透過率を紫外可視分光光度計（Ｖ−６６０、日本分光（株）製）で測定した結果を図８に示す。図８の横軸は光の波長λ（単位：ｎｍ）を表し、測定波長は４００ｎｍから７００ｎｍである（反射を防止すべき入射光の波長範囲の一例）。この際、柱状突起の高さＤは、２００ｎｍから５０ｎｍの間で変化しており、式（１）を満たす（１００nm≦D≦１７５ｎｍ、式（１）を満たす微細構造層を有する光学部材の一例。）。縦軸は透過率（単位：％）を表す。微細構造層は基材の一方の面にのみ形成されており、光は微細構造層側から入射させ、もう一方の基材表面から出射した光の強度比から透過率が算出されている。なお、光の入射角度は０°である（基材表面に対して垂直入射）。本実施例１の光学部材の透過率は、基材の透過率より向上しており、その透過率が向上した分を反射率が低減した分と考えられる。
【００４２】
図９に本実施例１の微細構造層を有する光学部材の反射率を示す。反射率は、微細構造層が形成されたときの反射率である。横軸は光の波長λ（単位：ｎｍ）、縦軸は反射率（単位：％）を表している。この反射率は、基材であるポリカーボネートの屈折率ｎ２＝１．５９から算出される片面の反射率（５．２％）から、図８の各波長の透過率向上分を差し引いた値となっている。図９のように、本実施例１の光学部材は反射防止層として機能する微細構造層は、単層でありながら広い波長範囲における反射率のバラツキが小さい。表１に反射率の平均値、並びに標準偏差σをそれぞれ示す。λ＝４００ｎｍから５０ｎｍ毎に７００ｎｍまで７点の平均反射率は１．８％、標準偏差σは０．２１％であった。
【００４３】
【表１】
【００４４】
［実施例２］
本発明の第２の実施形態について説明する。なお、基材やドライエッチングに用いた装置および透過率測定装置ならびに反射率の算出方法などは実施例１と同様なため、説明を省略する。ドライエッチング条件も同様であるが、処理時間を６分４０秒とした。柱状突起の高さＤは、最大が１９０ｎｍ、最小が４０ｎｍの間で変化していた（式（１）を満たす微細構造層を有する光学部材の一例。）。本実施例２において微細構造層の空隙率ρ０＝２６．３％、屈折率ｎ１＝１．４５となる。また、係数ａ＝１．１５となる（式（３）を満たす微細構造層を有する光学部材の一例）。平均反射率は２．４％、反射率の標準偏差σは０．２９％である（図９、表１）。
【００４５】
［実施例３］
本発明の第３の実施形態について説明する。なお、基材やドライエッチングに用いた装置および透過率測定装置ならびに反射率の算出方法などは実施例１および２と同様なため、説明を省略する。ドライエッチング条件はアルゴンと酸素の混合ガスは同様であるが、混合比率を保ったまま流量とメインバルブの開度を調整し、圧力を０．７Ｐａにした。また、処理時間は７分とした。柱状突起の高さＤは、最大が２００ｎｍ、最小が６０ｎｍの間で変化していた（式（１）を満たす微細構造層を有する光学部材の一例。）。本実施例３において微細構造層の空隙率ρ０＝３７．８％、屈折率ｎ１＝１．３９となる。また、係数ａ＝１．１１となる（式（３）を満たす微細構造層を有する光学部材の一例）。平均反射率は１．４％、反射率の標準偏差σは０．３０％である（図９、表１）。
【００４６】
このように、実施例１から３によれば、本発明の光学部材は反射率が基材より低く、単層でありながら広い光の波長範囲において反射率のバラツキが小さい（σ≦０．３％）。
【００４７】
［比較例１］
比較例１について説明する。なお、基材やドライエッチングに用いた装置および透過率測定装置ならびに反射率の算出方法などは、実施例１から３と同様なため、説明を省略する。ドライエッチング条件も実施例１から３と同様である。処理時間は１０分３０秒とした。柱状突起の高さＤは、最大が３００ｎｍ、最小が１８０ｎｍの間で変化していた。本比較例１において、微細構造層の空隙率ρ０＝３９．５％、屈折率ｎ１＝１．３８となる。また、係数ａ＝１．１０となる。平均反射率は４．３％、反射率の標準偏差σは０．７１％である（図９、表１）。本比較例１の柱状突起は、最大高さが３００ｎｍであり、柱状突起の倒壊および柱状突起同士の凝集が発生している。そのため、空隙率が高くなっている。したがって、係数ａは実施例３よりも低くなっている。しかし、柱状突起の最大高さが２００ｎｍを超え、さらに高さ変化の範囲も式（１）を満たしていないため、反射率低減の効果が小さく、光の広い波長範囲において反射率のバラツキが大きい。
【００４８】
［比較例２］
比較例２について説明する。なお、基材やドライエッチングに用いた装置および透過率測定装置ならびに反射率の算出方法などは、実施例１から３、および比較例１と同様なため、説明を省略する。ドライエッチング条件は、アルゴンと酸素の混合ガスは同様であるが、混合比率を保ったまま流量とメインバルブの開度を調整し、圧力を４．０Ｐａにした。処理時間は3分３０秒とした。柱状突起の高さＤは、最大が９０nm、最小が２０ｎｍの間で変化していた。本比較例２において、微細構造層の空隙率ρ０＝２５．０％、屈折率ｎ１＝１．４６となる。また、係数ａ＝１．１６となる。平均反射率は３．９％、反射率の標準偏差σは０．４０％である（図９、表１）。空隙率が小さく、屈折率が小さいため、反射率低減の効果は小さい。また、柱状突起の最大高さが１００ｎｍ未満で、さらに高さ変化の範囲も式（１）を満たしていないため、光の広い波長範囲において反射率のバラツキが大きい。
【００４９】
以上、実施形態に則して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、柱状突起は、高さ方向の断面形状において、柱状突起上部および柱状突起底部から、柱状突起中央部に向かって円弧状に徐々に縮径させても良い。ドライエッチング条件において、チャンバー内の圧力を変更することで上記形状が得られる。例えば、圧力を１．４Ｐａから２．６Ｐａに変更することで、上記の形状が得られた。この場合、柱状突起底部の太さが細くならないため、柱状突起の倒壊や突起同士が凝集する事態を招くことがない。また、柱状突起上部も細くならないため、不要に空隙率が高まることがない。柱状突起中央部の空隙率が高くなった分だけ、屈折率は低くなり、反射率の低減効果が高くなる。
【００５０】
また、柱状突起は、高さ方向の断面形状において、柱状突起上部より柱状突起先端部に向かって円弧状に徐々に縮径している。先端部の角は頂面と側面の二方向からエッチングが進行するため、角が丸くなって円弧状になる。この場合、柱状突起上部において、光入射媒体（空気）から徐々に屈折率が高くなるため、反射防止の効果が得られる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 光学部材
２ 基材
３ 微細構造層
４ 柱状突起
５ 空隙
６ 凹部底面と凸部頂の間隔（高さ）を表す矢印記号
Ｍ ある凸部周辺凹部２面（点）間の中間位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも基材、および微細構造層を有する光学部材であって、前記微細構造層が高さの異なる複数の柱状突起からなる事を特徴とする光学部材。
【請求項２】
前記光学部材に入射する光の最短波長をλｍｉｎ、最長波長をλｍａｘとしたとき、前記微細構造層の前記柱状突起の高さＤが、式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学部材。
λｍｉｎ／４≦Ｄ≦λｍａｘ／４ ・・・（１）
【請求項３】
前記柱状突起の間隔が不規則であることを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の光学部材。
【請求項４】
前記柱状突起は、高さ方向の断面形状において、柱状突起上部および柱状突起底部に対して柱状突起中央部が縮径していることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の光学部材。
【請求項５】
少なくとも基材、および微細構造層を有し、前記微細構造層の空隙率をρ０、光入射媒体の屈折率をｎ０、前記微細構造層の屈折率をｎ１、前記基材の屈折率をｎ２としたとき、式（２）および式（３）を満たすことを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の光学部材。
ρ０＝１−（ｎ１２−ｎ０２）／（ｎ２２−ｎ０２） ・・・（２）
ｎ１＝ａ×√ｎ２ （１．１１≦ａ≦１．１５） ・・・（３）
【請求項１】
少なくとも基材、および微細構造層を有する光学部材であって、前記微細構造層が高さの異なる複数の柱状突起からなる事を特徴とする光学部材。
【請求項２】
前記光学部材に入射する光の最短波長をλｍｉｎ、最長波長をλｍａｘとしたとき、前記微細構造層の前記柱状突起の高さＤが、式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学部材。
λｍｉｎ／４≦Ｄ≦λｍａｘ／４ ・・・（１）
【請求項３】
前記柱状突起の間隔が不規則であることを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の光学部材。
【請求項４】
前記柱状突起は、高さ方向の断面形状において、柱状突起上部および柱状突起底部に対して柱状突起中央部が縮径していることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の光学部材。
【請求項５】
少なくとも基材、および微細構造層を有し、前記微細構造層の空隙率をρ０、光入射媒体の屈折率をｎ０、前記微細構造層の屈折率をｎ１、前記基材の屈折率をｎ２としたとき、式（２）および式（３）を満たすことを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の光学部材。
ρ０＝１−（ｎ１２−ｎ０２）／（ｎ２２−ｎ０２） ・・・（２）
ｎ１＝ａ×√ｎ２ （１．１１≦ａ≦１．１５） ・・・（３）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１０９２２８（Ｐ２０１３−１０９２２８Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５３１３（Ｐ２０１１−２５５３１３）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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