反射防止階層構造
【課題】本発明の目的は、反射防止階層構造を提供することにある。
【解決手段】生物模倣型反射防止階層構造、複合反射防止階層構造、および生物模倣型反射防止階層構造のパターンを含む反射防止面が提供される。反射防止階層構造は、一次構造の1つまたは複数のクラスタ、および各一次構造上に形成された複数の二次構造を含む。一次構造は、約2マイクロメートルの主寸法を有するマイクロメートル範囲の寸法を有する。各二次構造は、ピッチおよび高さが約300ナノメートルであるナノメートル範囲の寸法を有する。
【解決手段】生物模倣型反射防止階層構造、複合反射防止階層構造、および生物模倣型反射防止階層構造のパターンを含む反射防止面が提供される。反射防止階層構造は、一次構造の1つまたは複数のクラスタ、および各一次構造上に形成された複数の二次構造を含む。一次構造は、約2マイクロメートルの主寸法を有するマイクロメートル範囲の寸法を有する。各二次構造は、ピッチおよび高さが約300ナノメートルであるナノメートル範囲の寸法を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2011年4月19日出願の米国特許出願第61/477,054号の優先権を主張する。
【０００２】
発明の分野
本発明は一般に反射防止構造に関し、より具体的には2部分反射防止階層構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
開示の背景
反射防止面は、太陽電池の集光効率を改善するために光起電力素子と共に、性能を改善するために光センサおよび光学素子と共に、コントラストを改善し、グレアを減少させ、「ゴースト」を防ぐためにディスプレイと共に使用することができる。秩序表面の構造化により反射防止面を作り出す従来のアプローチは「モスアイ」構造を使用している。「モスアイ」構造は、蛾などの夜行性昆虫の眼構造を模倣するものであり、眼構造は、眼表面上の突起の規則的配列による独特の反射防止特性を有する。「モスアイ」構造は、干渉リソグラフィー、フォトリソグラフィーおよびエッチング、ならびに成形などの製作技術を使用して人工的に作り出されている。一部の企業は、反射防止膜を作り出すために、これらの構造をプラスチック膜上に製造している。しかし、「モスアイ」構造を利用するこれらの膜は、典型的に反射率が可視光波長範囲(400〜800nm)内で約1%であり、また寸法変更が容易ではない。
【０００４】
したがって、1パーセント未満の反射率を実現し、複雑な製作なしに寸法変更可能である、反射防止膜が必要である。さらに、他の望ましい特徴および特性は、引き続く詳細な説明および添付の特許請求の範囲と、本開示の添付図面およびこの背景との組み合わせにより明らかになるであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、反射防止階層構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概要
詳細な説明によれば、生物模倣型反射防止階層構造が提供される。生物模倣型反射防止階層構造は、一次構造の1つまたは複数のクラスタ、および各一次構造上に形成された複数の二次構造を含む。一次構造はマイクロメートル範囲の寸法を有し、二次構造はナノメートル範囲の寸法を有する。
【０００７】
別の局面によれば、複合反射防止階層構造が提供される。複合反射防止階層構造は、約2マイクロメートルの主寸法を有する一次構造、および一次構造上に形成された1つまたは複数の二次構造を含む。各二次構造はピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する。
【０００８】
さらに別の局面によれば、反射防止面が提供される。反射防止面は、生物模倣型反射防止階層構造のパターンを含む。各生物模倣型反射防止階層構造は、一次構造および1つまたは複数の二次構造を含む。一次構造は約2マイクロメートルの主寸法を有する。二次構造は一次構造上に形成され、各二次構造はピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する。
【０００９】
より具体的には、本発明は以下を提供する。
（本発明１）は、
マイクロメートル範囲の寸法をそれぞれ有する一次構造の1つまたは複数のクラスタ; および
各一次構造上に形成され、ナノメートル範囲の寸法をそれぞれ有する、複数の二次構造
を含む、生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明２）は、各一次構造が約2マイクロメートルの主寸法を有する、本発明(1)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明３）は、複数の二次構造のそれぞれがピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する、本発明(1)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明４）は、一次構造および複数の二次構造が、可視光スペクトル内での反射を最小化するために空気/基板界面における急激な屈折率を減少させるための、形状変動および漸進的な屈折率変動を包含する、本発明(1)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明５）は、一次構造の1つまたは複数のクラスタが直径約2の六方充填クラスタのパターンを含む、本発明(4)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明６）は、複数の二次構造が、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する円錐形ナノ突起を含むパターンを含む、本発明(4)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明７）は、一次構造および複数の二次構造の反射特性が相乗的に相互作用して反射率を最小化する、本発明(1)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明８）は、一次構造の1つまたは複数のクラスタが直径約2の六方充填クラスタのパターンを含む、本発明(7)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明９）は、複数の二次構造が、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する円錐形ナノ突起を含むパターンを含む、本発明(7)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明１０）は、一次構造の高さおよび形状の改変ならびに複数の二次構造の高さおよび形状の改変が、所望の波長範囲にわたる反射率スペクトルの調節を提供することができる、本発明(1)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明１１）は、一次構造および複数の二次構造が、順次的ナノインプリントプロセスを使用して製作され、該順次的ナノインプリントプロセスが、順次的ナノインプリントプロセスの順序ごとに、温度、圧力および時間を含むプロセスパラメータの群より選択される製作パラメータを変動させる、本発明(1)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明１２）は、一次構造のクラスタが、180℃、圧力40バールで300秒間というプロセスパラメータで製作され、その後複数の二次構造が、155℃、圧力40バールで540秒間というプロセスパラメータで、一次構造のクラスタ上に合体階層構造として順次製作される、本発明(11)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明１３）は、一次構造のクラスタが、180℃、圧力40バールで300秒間というプロセスパラメータで製作され、その後複数の二次構造が、150℃、圧力40バールで、300秒〜780秒で変動する時間というプロセスパラメータで、一次構造のクラスタ上に異なる種類の非合体階層構造として順次製作される、本発明(11)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明１４）は、さらなる順次的ナノインプリントプロセス段階を通じて製作されるさらなる階層構造をさらに含む、本発明(1)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明１５）は、
約2マイクロメートルの主寸法を有する一次構造; ならびに
該一次構造上に形成され、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法をそれぞれ有する、1つまたは複数の二次構造
を含む、複合反射防止階層構造である。
（本発明１６）は、一次構造が六角形の形状を有する、本発明(15)の複合反射防止階層構造である。
（本発明１７）は、1つまたは複数の二次構造がそれぞれ円錐形の形状を有する、本発明(15)の複合反射防止階層構造である。
（本発明１８）は、
膜; ならびに
膜上に形成され、
約2マイクロメートルの主寸法を有する一次構造; ならびに
該一次構造上に形成され、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法をそれぞれ有する、1つまたは複数の二次構造
をそれぞれ含む、生物模倣型反射防止階層構造のパターン
を含む、反射防止膜である。
（本発明１９）は、膜がポリカーボネート膜を含む、本発明(18)の反射防止面である。
（本発明２０）は、一次構造が六角形の形状を有し、1つまたは複数の二次構造がそれぞれ円錐形の形状を有する、本発明(18)の反射防止面である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、反射防止階層構造、複合反射防止階層構造、および生物模倣型反射防止階層構造のパターンを含む反射防止面を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
添付図面は、別々の図面を通じて同様の参照番号が同一のまたは機能的に同様の要素を参照し、以下の詳細な説明と共に本明細書に組み入れられて本明細書の一部を形成するものであり、様々な態様を例示すること、ならびに本発明の様々な原理および利点を説明することに役立つ。
【００１２】
【図１】本態様の反射防止階層構造の製作のためのナノインプリントプロセスのプロセス流れ図を示す。
【図２Ａ】本態様の反射防止階層構造を示し、本態様の一次構造のクラスタの左上正面斜視図を具体的に示す。
【図２Ｂ】本態様の反射防止階層構造を示し、本態様の一次構造上に形成された複数の二次構造の左上正面斜視図を具体的に示す。
【図２Ｃ】本態様の複合反射防止階層構造のz軸方向の断面図を示す。
【図３】図3Aおよび図3Bを含み、従来の反射防止「モスアイ」構造との比較での本態様の図2の反射防止階層構造の反射率のグラフを示し、図3Aは、可視光スペクトルにわたる本態様の反射防止階層構造の反射率を示すグラフであり、図3Bは、可視光スペクトルにわたる従来の反射防止「モスアイ」構造の反射率を示すグラフである。
【図４】本態様の反射防止階層構造を含む異なる反射防止構造およびそれらの対応する屈折率プロファイルの表を示す。
【図５】図5A〜図5Cを含み、「S」字形反射防止構造と放物形反射防止階層構造との比較を示し、図5Aは、「S」字形反射防止構造の左上正面斜視図を示し、図5Bは、放物形反射防止構造の左上正面斜視図を示し、図5Cは、図5Aおよび5Bの構造の反射率計算値、ならびに本態様の階層構造の反射率実験決定値のグラフである。
【図６】図6A〜図6Cを含み、本態様の反射防止階層構造の構成成分構造および複合構造の反射率測定値を示し、図6Aは、可視光スペクトルにわたる本態様の反射防止階層構造の個々の一次構造の反射率のグラフであり、図6Bは、可視光スペクトルにわたる本態様の反射防止階層構造の個々の二次構造の反射率のグラフであり、図6Cは、可視光スペクトルにわたる本態様の複合反射防止階層構造の反射率のグラフである。
【図７】図7A〜図7Cを含み、代替態様の非合体一次構造を含む反射防止階層構造の図および反射率を示し、図7Aは、300秒の二次構造インプリント時間での、非合体一次構造を含む複合反射防止階層構造の左上正面斜視図であり、図7Bは、780秒の二次構造インプリント時間での、非合体一次構造を含む複合反射防止階層構造の左上正面斜視図であり、図7Cは、可視光スペクトルにわたる図7Aおよび図7Bの複合構造の反射率のグラフである。
【００１３】
当業者は、図中の要素が単純さおよび明解さを目的として図示されており、必ずしも原寸通り描かれているわけではないということを認識するであろう。例えば、図中のいくつかの要素の寸法は、本態様および代替態様の理解を改善することに役立つように、他の要素に比べて誇張されていることがある。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
詳細な説明
以下の詳細な説明は本質的には単に例示的なものであり、本発明、または本発明の適用および使用を限定するようには意図されていない。さらに、前述の本発明の背景または以下の詳細な説明において提示される任意の理論に拘束されるという意図はない。
【００１５】
秩序表面の構造化により反射防止面を作り出す従来のアプローチは「モスアイ」構造を使用している。科学者は、蛾などの夜行性昆虫の眼が独特の反射防止特性を有することに注目した。「モスアイ」構造は、これらの夜行性昆虫の眼の生物学的構造を模倣する反射防止構造であった。そのような夜行性昆虫の眼は、隆起したナノ突起を有しており、ナノ突起は、高さが約300ナノメートルであり、六角形パターン内で中心間を約300ナノメートル離して間隔を空けられている。したがって科学者は、ナノ突起の規則的配列からなる生物模倣型「モスアイ」構造を開発した。「モスアイ」構造は、干渉リソグラフィー、フォトリソグラフィーおよびエッチングなどの異なる製作技術を使用して人工的に作り出されている。従来の反射防止膜を作り出すために「モスアイ」構造がプラスチック膜上に複製される。「モスアイ」構造を利用するこれらの膜は、可視光波長範囲(400〜800ナノメートル)にわたって約1パーセントの反射率を典型的に示す。
【００１６】
1パーセント未満の反射率を実現するために、いくつかのさらなるアプローチが開発された。例えば、より漸進的な屈折率プロファイルを作り出すために、高アスペクト比「モスアイ」構造が使用されている。しかし、そのような高アスペクト比構造の問題はそれらの丈夫さである。さらに、「S」字形突起を使用することによる突起の形状変動が開発された。このアプローチの不都合は、「S」字形を実現するために必要である、突起の拡幅とエッチングとの組み合わせを通じた比較的複雑な製作である。また、「ハエ」の複眼構造のバイオテンプレートからの直接複製が試みられた。しかし、ハエの眼のバイオテンプレートからの複製が寸法変更可能ではないことから、このアプローチは開発における概念実証段階でしかなく、実際の適用が限定されている。
【００１７】
本態様は、従来の「モスアイ」構造よりも良好な反射防止性能を実現するために、階層構造として知られる新規種類の反射防止構造を、複合「モスアイ」構造を形成するための生物模倣型反射防止構造の形態として使用する。この生物模倣型反射防止階層構造は、従来の「モスアイ」構造(典型的には二次元構造である)とは対照的に三次元構造である。さらに、三次元構造アプローチがz方向のさらなる変動を許容することから、本態様は、アスペクト比の変動を使用して、より漸進的な屈折率プロファイルをさらに作り出すことで、反射を最小化する。本態様の構造を使用することで、400〜800ナノメートルの可視光波長範囲にわたって0.16%〜0.67%の反射率(これに対して従来の「モスアイ」構造を使用する場合は0.36%〜1.4%の反射率)を実現することができる。
【００１８】
本態様の別の利点は、高アスペクト比構造の要件が必要ではなく、階層構造がより丈夫でより寸法変更可能になるということである。さらに、本態様の生物模倣型反射防止階層構造の製作は、順次的ナノインプリンティングなどの製造技術を通じて制御可能である。ナノインプリンティングは公知の寸法変更可能なパターン形成技術であり、本態様の生物模倣型反射防止階層構造を複雑な製作技術なしに製造可能にする。
【００１９】
図1を参照すると、プロセス流れ図100は、本態様の生物模倣型反射防止階層構造の製作のためのナノインプリントプロセスの4つの段階110、120、130、140を示す。生物模倣型反射防止階層構造は、特定のインプリント条件で2段階の順次的ナノインプリントプロセス100を使用して市販の自立型ポリカーボネート(PC)膜112上に製作される。段階110で、ナノインプリント一次構造用の金型114が設けられる。本態様の金型114は、直径1.8μm、ピッチ2μmおよびサグ0.7μmというおおよその寸法を有する凹面マイクロレンズ構造を含む。一次インプリントは、約180℃、40バールおよび300秒という温度、圧力および時間の条件で一次構造を形成する。段階120で金型から取り出した時点で、一次構造を含む一次パターン122がPC膜上で得られる。段階130で、一次インプリントパターン122に対して二次構造をナノインプリントすることで一次構造上に二次構造を形成するための金型132が設けられる。本態様の金型132は、高さ300nmおよびピッチ300nmというおおよその寸法を有する逆円錐形ナノ突起構造を含む。二次インプリントは、約155℃、40バールおよび540秒という温度、圧力および時間の条件で二次構造を形成する。段階140で金型から取り出した時点で、最終パターン142は、本態様の反射防止階層構造を含む。
【００２０】
本態様の生物模倣型複合反射防止階層構造は、制御可能な手段で順次的ナノインプリントプロセスを通じて製作可能な三次元構造である。従来のフォトリソグラフィーおよびエッチングを使用してそのような構造を製作することは困難かつ複雑であろう。また、パターン122、142において三次元構造を作り出すために三次元金型を必要としないことから、順次的ナノインプリントプロセス100を使用することは有利である。金型114、132は二次元金型でありうるものであり、以下で論じるナノインプリントプロセスの変形を通じて本態様の三次元構造を製作することができる。これにより金型の製造の複雑さが減少し、したがって本態様の反射防止膜の製造および規模適応性のコストが減少する。
【００２１】
本態様の反射防止階層構造は、一次構造と、一次構造上に形成された複数の二次構造とを組み合わせた、複合反射防止階層構造を含む。図2A〜図2Cを含む図2を参照すると、本態様の複合反射防止階層構造が示される。図2Aは、本開示の一次構造のクラスタの左上正面斜視図を示す。図2に示すパターンは、直径約2マイクロメートルの六方充填クラスタの一次構造を含む。段階120(図1)の一次インプリント後、一次パターン122は、直径約1.8μmおよびピッチ2μmの六方充填マイクロレンズ構造を含む。金型132による特定の二次インプリント条件を通じてこれらの一次構造がパターン形成されて、直径2μmの合体六方充填クラスタ202を形成する。
【００２２】
図2Bは、本開示の一次構造上に形成された複数の二次構造の左上正面斜視図210を示す。約300ナノメートルの高さおよび300ナノメートルのピッチを有する円錐形ナノ突起を一次パターン122上にナノインプリントすることで、各一次構造上に複数の二次構造を形成することにより、最終パターン142(図1)を得る。図2Cは、本態様の複合反射防止階層構造の断面図220を示し、z軸方向の構造変動を示す。
【００２３】
本態様の生物模倣型反射防止階層構造を含む製作された反射防止膜の、可視光スペクトル内の(すなわち400ナノメートル〜800ナノメートルの可視光波長範囲にわたる)反射率を、PC膜上の従来の「モスアイ」構造との比較で、二光束分光光度計を使用して測定した。図3Aおよび図3Bを含む図3は、従来の反射防止「モスアイ」構造との比較での本態様の図2の生物模倣型反射防止階層構造の反射率のグラフを示す。
【００２４】
図3Aを参照すると、グラフ300は、可視光スペクトルにわたる本態様の生物模倣型反射防止階層構造(画像302に示す)の反射率を示す。電磁波波長はx軸304に沿ってプロットされ、本態様の生物模倣型反射防止階層構造の反射率はy軸306に沿ってプロットされる。図3Bは、可視光スペクトルにわたる従来の反射防止「モスアイ」構造(画像312に示す)の反射率を示すグラフ310を示し、電磁波波長はx軸314に沿ってプロットされ、従来の構造の反射率はy軸316に沿ってプロットされる。図3Aおよび図3Bは、各トレース308、318上で、パターン形成膜142の生物模倣型反射防止階層構造302が「モスアイ」構造化PC膜との比較での全体的な反射率の改善を得て0.16%〜0.67%の範囲の反射率を実現する一方で、従来の技術が0.36%〜1.4%の範囲の反射率しか実現できないということを示す。画像302および312は、本態様のパターン形成膜142(画像302)および従来のパターン形成膜(画像312)の走査型電子顕微鏡画像である。
【００２５】
図3に示す本開示の生物模倣型反射防止階層構造を使用した際の全体的な反射率の有利な減少は、主に2つの要因、すなわち空気から本開示の新規三次元構造を使用する基板までの屈折率プロファイルの漸進的変化、ならびに一次構造(マイクロメートル範囲の寸法を有するマイクロレンズ構造)および二次構造(ナノメートル範囲の寸法を有する「モスアイ」構造)の相乗効果に起因しうる。図4を参照すると、本態様の反射防止階層構造を含む異なる反射防止構造およびそれらの対応する屈折率プロファイルの表400が示される。表400は、列402において構造の種類を列挙し、列404において対応する構造プロファイルを示し、列406において対応する屈折率プロファイルを示す。フレネルの法則は、空気/基板界面における屈折率の急激な変化が存在する場合に基板表面からの反射が起こると述べている。このことはナノ構造が存在しない行410に示されている。この反射を減少させる従来のアプローチは、行412に示す「モスアイ」構造(約300ナノメートルのピッチおよび高さを有する円錐形ナノ突起(金型132(図1)と同様の)を使用する。これらの二次元構造は、空気/基板界面において漸進的屈折率プロファイルを作り出すことで反射を減少させる。空気/基板界面における屈折率プロファイルがより漸進的になるほど、空気から基板までの急激な屈折率変化がなくなることから、反射の減少がより有効になる。
【００２６】
本態様の生物模倣型複合反射防止階層構造は三次元構造であり、これらの構造の特性を行414に示す。z方向のさらなる変動(断面図220(図2)参照)は、従来の二次元「モスアイ」構造よりも漸進的な実効屈折率プロファイルを可能にし、したがって反射をさらに最小化する。反射率を減少させるためにz方向のさらなる変動を使用する他のアプローチを行416に示す。より高いアスペクト比の「モスアイ」構造の使用を通じて、より漸進的な実効屈折率プロファイルを実現し、それにより反射率を減少させることができる。既に論じたように、現在、そのような構造は寸法変更可能ではなく、かつ/または複雑な製作技術を必要とすることがある。
【００２７】
上記で論じたように、反射防止構造の反射を減少させる別のアプローチは、構造の形状変動を使用する。反射の減少は、放物形構造との比較で「S」字形構造を使用することで実現することができる。図5A〜図5Cを含む図5は、「S」字形反射防止構造と放物形反射防止構造との比較を示す。図5Aは、「S」字形反射防止構造502の左上正面斜視図500を示す。図5Bは、放物形反射防止構造512の左上正面斜視図510を示す。
【００２８】
図5Cは、図5Bの構造の反射率計算値522、図5Aの構造の反射率計算値524、および本態様の階層構造の反射率実験決定値526のグラフ520である。本態様の階層構造は、その三次元構造の形状変動の一種と考えることができる。好ましくは、この三次元構造は、一次構造および二次構造を有する複合反射防止階層構造を含み、二次構造は円錐形ナノ突起を含む。したがって、グラフ520が、反射防止構造の形状の改変によって所望の波長範囲にわたる反射率スペクトルが調整されることを示していることがわかる。当業者は、このことが高さの改変についても当てはまることを理解するであろう。したがって、一次構造の高さおよび形状の改変ならびに二次構造の高さおよび形状の改変によって、所望の波長範囲にわたる反射率スペクトルの調節を提供することができる。
【００２９】
本態様の生物模倣型反射防止階層構造は、一次マイクロレンズ構造および二次「モスアイ」ナノ構造を含む。各一次構造、およびそのような各一次構造上に形成された複数の二次構造は、相乗的に相互作用して反射率を最小化する。図6A〜図6Cを含む図6は、本態様の反射防止階層構造の構成成分構造および複合構造の反射率測定値を示す。
【００３０】
図6Aは、本態様の反射防止階層構造の個々のマイクロレンズ一次構造の反射率のグラフ600であり、電磁波波長はx軸602に沿ってプロットされ、反射率はy軸604に沿ってプロットされる。トレース606は、可視光スペクトルにわたる反射率測定値を示す。図6Bは、本態様の反射防止階層構造の個々の「モスアイ」二次構造の反射率のグラフ610であり、電磁波波長はx軸612に沿ってプロットされ、反射率はy軸614に沿ってプロットされる。トレース616は、可視光スペクトルにわたる反射率測定値を示す。
【００３１】
図6Cは、本態様の複合反射防止階層構造の反射率のグラフであり、電磁波波長はx軸612に沿ってプロットされ、反射率はy軸614に沿ってプロットされる。トレース626は、可視光スペクトルにわたる反射率測定値を示す。
【００３２】
本態様の階層構造の一次構造と二次構造との両方の複合効果は、全体的な反射率の相乗的な減少を作り出す。例えば、階層構造において、400ナノメートルの短波長範囲で個々の「モスアイ」構造において見られる高反射率(1.5%)(領域617)を、低反射率(約0.4%)(領域607)を示すマイクロレンズ構造との複合効果を通じて抑制することができ、複合効果は領域627において見ることができる。同様に、階層構造において、個々の「モスアイ」構造の580ナノメートルでの反射ピーク(領域618)を、580ナノメートルでの反射谷(領域608)を示すマイクロレンズ構造との複合効果を通じて、領域628での効果を形成するように最小化することができる。
【００３３】
図7A〜図7Cを含む図7を参照すると、代替態様の非合体一次構造を含む本態様の反射防止階層構造の図および反射率が示される。代替態様の異なる種類の階層構造は、金型114、132(図1)を使用して、二次インプリントプロセス条件の変動を通じて製作することができる。例えば、150℃という比較的低い二次インプリント温度、および40バールという固定圧力で、非合体一次層構造を有する階層構造を製作することができる。二次インプリント時間の変動(例えば300秒〜780秒)により、一次層上に異なる二次構造が作り出される。図7Aは、300秒の二次構造インプリント時間での、非合体一次構造を含む複合反射防止階層構造の左上正面斜視図700を含む。走査型電子顕微鏡図702は部分704を含み、これは図706においてさらに拡大される。図7Bは、780秒の二次構造インプリント時間での、非合体一次構造を含む複合反射防止階層構造の左上正面斜視図710を含む。走査型電子顕微鏡図712は部分714を含み、これは図716においてさらに拡大される。
【００３４】
図7Cは、可視光スペクトルにわたる図7Aおよび図7Bの複合構造の反射率のグラフ720であり、電磁波波長はx軸722に沿ってプロットされ、反射率はy軸724に沿ってプロットされる。図7Aおよび図7Bの複合反射防止階層構造は、400ナノメートルという短波長範囲において、この波長で約1.4%の反射率を示す従来の「モスアイ」構造に比べて低い反射率(0.25%)を実現することができる。したがって、そのような複合反射防止階層構造は、紫外線/青色波長領域において低反射率を必要とする用途に好適でありうる。トレース726および728は、それぞれ300秒および780秒の二次インプリント時間での、非合体一次層を有するインプリント階層構造の反射率スペクトルを示す。
【００３５】
先に記載の本態様および代替態様の生物模倣型階層構造の使用は、改善された反射防止特性を有する丈夫で寸法変更が高度に可能な反射防止膜を提供する。そのような膜は、従来の「モスアイ」構造を伴って製造される膜よりも良好な反射率を実現することができる。実際、本態様の階層構造によって400ナノメートル〜800ナノメートルの可視光波長範囲にわたって0.16%〜0.67%の反射率が実現される一方、従来の「モスアイ」構造は400ナノメートル〜800ナノメートルの可視光波長範囲にわたって0.36%〜1.4%の反射率しか実現できない。
【００３６】
したがって、先に記載の本態様および代替態様の生物模倣型複合反射防止階層構造を含む反射防止膜は、ディスプレイ用途において「ゴースト」を防ぎ、グレアを減少させ、コントラストを改善することができる。光起電力用途において、そのような膜は、太陽電池の表面からの反射を最小化することでその集光効率を増大させることができる。さらに、そのような膜は、センサおよび光学素子または光素子において、反射を最小化することで素子性能を改善することができる。本態様および開示される代替態様は、自立型反射防止膜として直接使用することができ、あるいは、本態様および代替態様の生物模倣型複合反射防止階層構造を製品上に直接製造することで製品に適用されることも想定されうる。
【００３７】
したがって、1パーセント未満の反射率を実現し、複雑な製作なしに寸法変更可能である、反射防止膜が提供されたことがわかる。本態様および開示される代替態様の三次元反射防止階層構造は、空気/基板界面における急激な屈折率を減少させるための、構造の形状変動およびより漸進的な屈折率変動を提供する。好ましい態様および開示される代替態様の生物模倣型複合反射防止階層構造は、反射防止階層構造の一次層および二次層の反射率の相乗効果を通じて、従来の二次元「モスアイ」反射防止構造と区別され、それらよりも低い反射率性能を提供する。
【００３８】
本発明の前述の詳細な説明においていくつかの例示的態様を提示したが、製造パラメータまたは階層構造の形状およびサイズを変動させることを通じて形成される構造に関する変形を含む多数の変形が存在するということを認識すべきである。例示的態様が単に例であって、本発明の範囲、適用可能性、様相または構成を限定するようには決して意図されていないということをさらに認識すべきである。むしろ、前述の詳細な説明は、本発明の例示的態様を実行するための好都合なロードマップを当業者に提供するものであり、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲を逸脱することなく、例示的態様に記載される要素の機能および配置、ならびに製作方法に様々な変化を加えることができるということが理解されよう。
【符号の説明】
【００３９】
100 プロセス流れ図
110 段階
112 自立型ポリカーボネート(PC)膜
114 金型
120 段階
122 一次パターン
130 段階
132 金型
140 段階
142 最終パターン
200 左上正面斜視図
202 六方充填クラスタ
210 左上正面斜視図
212 複数の二次構造
220 断面図
300 グラフ
302 画像
304 x軸
306 y軸
308 トレース
310 グラフ
312 画像
314 x軸
316 y軸
318 トレース
400 表
402 列
404 列
406 列
410 行
412 行
414 行
416 行
500 左上正面斜視図
502 「S」字形反射防止構造
510 左上正面斜視図
512 放物形反射防止構造
522 反射率計算値
524 反射率計算値
526 反射率実験決定値
600 グラフ
602 x軸
604 y軸
606 トレース
607 領域
608 領域
610 グラフ
612 x軸
614 y軸
616 トレース
617 領域
618 領域
622 x軸
624 y軸
626 トレース
627 領域
628 領域
700 左上正面斜視図
702 走査型電子顕微鏡図
704 部分
706 図
710 左上正面斜視図
712 走査型電子顕微鏡図
714 部分
716 図
720 グラフ
722 x軸
724 y軸
726 トレース
728 トレース
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2011年4月19日出願の米国特許出願第61/477,054号の優先権を主張する。
【０００２】
発明の分野
本発明は一般に反射防止構造に関し、より具体的には2部分反射防止階層構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
開示の背景
反射防止面は、太陽電池の集光効率を改善するために光起電力素子と共に、性能を改善するために光センサおよび光学素子と共に、コントラストを改善し、グレアを減少させ、「ゴースト」を防ぐためにディスプレイと共に使用することができる。秩序表面の構造化により反射防止面を作り出す従来のアプローチは「モスアイ」構造を使用している。「モスアイ」構造は、蛾などの夜行性昆虫の眼構造を模倣するものであり、眼構造は、眼表面上の突起の規則的配列による独特の反射防止特性を有する。「モスアイ」構造は、干渉リソグラフィー、フォトリソグラフィーおよびエッチング、ならびに成形などの製作技術を使用して人工的に作り出されている。一部の企業は、反射防止膜を作り出すために、これらの構造をプラスチック膜上に製造している。しかし、「モスアイ」構造を利用するこれらの膜は、典型的に反射率が可視光波長範囲(400〜800nm)内で約1%であり、また寸法変更が容易ではない。
【０００４】
したがって、1パーセント未満の反射率を実現し、複雑な製作なしに寸法変更可能である、反射防止膜が必要である。さらに、他の望ましい特徴および特性は、引き続く詳細な説明および添付の特許請求の範囲と、本開示の添付図面およびこの背景との組み合わせにより明らかになるであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、反射防止階層構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概要
詳細な説明によれば、生物模倣型反射防止階層構造が提供される。生物模倣型反射防止階層構造は、一次構造の1つまたは複数のクラスタ、および各一次構造上に形成された複数の二次構造を含む。一次構造はマイクロメートル範囲の寸法を有し、二次構造はナノメートル範囲の寸法を有する。
【０００７】
別の局面によれば、複合反射防止階層構造が提供される。複合反射防止階層構造は、約2マイクロメートルの主寸法を有する一次構造、および一次構造上に形成された1つまたは複数の二次構造を含む。各二次構造はピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する。
【０００８】
さらに別の局面によれば、反射防止面が提供される。反射防止面は、生物模倣型反射防止階層構造のパターンを含む。各生物模倣型反射防止階層構造は、一次構造および1つまたは複数の二次構造を含む。一次構造は約2マイクロメートルの主寸法を有する。二次構造は一次構造上に形成され、各二次構造はピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する。
【０００９】
より具体的には、本発明は以下を提供する。
（本発明１）は、
マイクロメートル範囲の寸法をそれぞれ有する一次構造の1つまたは複数のクラスタ; および
各一次構造上に形成され、ナノメートル範囲の寸法をそれぞれ有する、複数の二次構造
を含む、生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明２）は、各一次構造が約2マイクロメートルの主寸法を有する、本発明(1)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明３）は、複数の二次構造のそれぞれがピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する、本発明(1)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明４）は、一次構造および複数の二次構造が、可視光スペクトル内での反射を最小化するために空気/基板界面における急激な屈折率を減少させるための、形状変動および漸進的な屈折率変動を包含する、本発明(1)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明５）は、一次構造の1つまたは複数のクラスタが直径約2の六方充填クラスタのパターンを含む、本発明(4)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明６）は、複数の二次構造が、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する円錐形ナノ突起を含むパターンを含む、本発明(4)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明７）は、一次構造および複数の二次構造の反射特性が相乗的に相互作用して反射率を最小化する、本発明(1)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明８）は、一次構造の1つまたは複数のクラスタが直径約2の六方充填クラスタのパターンを含む、本発明(7)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明９）は、複数の二次構造が、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する円錐形ナノ突起を含むパターンを含む、本発明(7)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明１０）は、一次構造の高さおよび形状の改変ならびに複数の二次構造の高さおよび形状の改変が、所望の波長範囲にわたる反射率スペクトルの調節を提供することができる、本発明(1)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明１１）は、一次構造および複数の二次構造が、順次的ナノインプリントプロセスを使用して製作され、該順次的ナノインプリントプロセスが、順次的ナノインプリントプロセスの順序ごとに、温度、圧力および時間を含むプロセスパラメータの群より選択される製作パラメータを変動させる、本発明(1)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明１２）は、一次構造のクラスタが、180℃、圧力40バールで300秒間というプロセスパラメータで製作され、その後複数の二次構造が、155℃、圧力40バールで540秒間というプロセスパラメータで、一次構造のクラスタ上に合体階層構造として順次製作される、本発明(11)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明１３）は、一次構造のクラスタが、180℃、圧力40バールで300秒間というプロセスパラメータで製作され、その後複数の二次構造が、150℃、圧力40バールで、300秒〜780秒で変動する時間というプロセスパラメータで、一次構造のクラスタ上に異なる種類の非合体階層構造として順次製作される、本発明(11)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明１４）は、さらなる順次的ナノインプリントプロセス段階を通じて製作されるさらなる階層構造をさらに含む、本発明(1)の生物模倣型反射防止階層構造である。
（本発明１５）は、
約2マイクロメートルの主寸法を有する一次構造; ならびに
該一次構造上に形成され、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法をそれぞれ有する、1つまたは複数の二次構造
を含む、複合反射防止階層構造である。
（本発明１６）は、一次構造が六角形の形状を有する、本発明(15)の複合反射防止階層構造である。
（本発明１７）は、1つまたは複数の二次構造がそれぞれ円錐形の形状を有する、本発明(15)の複合反射防止階層構造である。
（本発明１８）は、
膜; ならびに
膜上に形成され、
約2マイクロメートルの主寸法を有する一次構造; ならびに
該一次構造上に形成され、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法をそれぞれ有する、1つまたは複数の二次構造
をそれぞれ含む、生物模倣型反射防止階層構造のパターン
を含む、反射防止膜である。
（本発明１９）は、膜がポリカーボネート膜を含む、本発明(18)の反射防止面である。
（本発明２０）は、一次構造が六角形の形状を有し、1つまたは複数の二次構造がそれぞれ円錐形の形状を有する、本発明(18)の反射防止面である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、反射防止階層構造、複合反射防止階層構造、および生物模倣型反射防止階層構造のパターンを含む反射防止面を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
添付図面は、別々の図面を通じて同様の参照番号が同一のまたは機能的に同様の要素を参照し、以下の詳細な説明と共に本明細書に組み入れられて本明細書の一部を形成するものであり、様々な態様を例示すること、ならびに本発明の様々な原理および利点を説明することに役立つ。
【００１２】
【図１】本態様の反射防止階層構造の製作のためのナノインプリントプロセスのプロセス流れ図を示す。
【図２Ａ】本態様の反射防止階層構造を示し、本態様の一次構造のクラスタの左上正面斜視図を具体的に示す。
【図２Ｂ】本態様の反射防止階層構造を示し、本態様の一次構造上に形成された複数の二次構造の左上正面斜視図を具体的に示す。
【図２Ｃ】本態様の複合反射防止階層構造のz軸方向の断面図を示す。
【図３】図3Aおよび図3Bを含み、従来の反射防止「モスアイ」構造との比較での本態様の図2の反射防止階層構造の反射率のグラフを示し、図3Aは、可視光スペクトルにわたる本態様の反射防止階層構造の反射率を示すグラフであり、図3Bは、可視光スペクトルにわたる従来の反射防止「モスアイ」構造の反射率を示すグラフである。
【図４】本態様の反射防止階層構造を含む異なる反射防止構造およびそれらの対応する屈折率プロファイルの表を示す。
【図５】図5A〜図5Cを含み、「S」字形反射防止構造と放物形反射防止階層構造との比較を示し、図5Aは、「S」字形反射防止構造の左上正面斜視図を示し、図5Bは、放物形反射防止構造の左上正面斜視図を示し、図5Cは、図5Aおよび5Bの構造の反射率計算値、ならびに本態様の階層構造の反射率実験決定値のグラフである。
【図６】図6A〜図6Cを含み、本態様の反射防止階層構造の構成成分構造および複合構造の反射率測定値を示し、図6Aは、可視光スペクトルにわたる本態様の反射防止階層構造の個々の一次構造の反射率のグラフであり、図6Bは、可視光スペクトルにわたる本態様の反射防止階層構造の個々の二次構造の反射率のグラフであり、図6Cは、可視光スペクトルにわたる本態様の複合反射防止階層構造の反射率のグラフである。
【図７】図7A〜図7Cを含み、代替態様の非合体一次構造を含む反射防止階層構造の図および反射率を示し、図7Aは、300秒の二次構造インプリント時間での、非合体一次構造を含む複合反射防止階層構造の左上正面斜視図であり、図7Bは、780秒の二次構造インプリント時間での、非合体一次構造を含む複合反射防止階層構造の左上正面斜視図であり、図7Cは、可視光スペクトルにわたる図7Aおよび図7Bの複合構造の反射率のグラフである。
【００１３】
当業者は、図中の要素が単純さおよび明解さを目的として図示されており、必ずしも原寸通り描かれているわけではないということを認識するであろう。例えば、図中のいくつかの要素の寸法は、本態様および代替態様の理解を改善することに役立つように、他の要素に比べて誇張されていることがある。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
詳細な説明
以下の詳細な説明は本質的には単に例示的なものであり、本発明、または本発明の適用および使用を限定するようには意図されていない。さらに、前述の本発明の背景または以下の詳細な説明において提示される任意の理論に拘束されるという意図はない。
【００１５】
秩序表面の構造化により反射防止面を作り出す従来のアプローチは「モスアイ」構造を使用している。科学者は、蛾などの夜行性昆虫の眼が独特の反射防止特性を有することに注目した。「モスアイ」構造は、これらの夜行性昆虫の眼の生物学的構造を模倣する反射防止構造であった。そのような夜行性昆虫の眼は、隆起したナノ突起を有しており、ナノ突起は、高さが約300ナノメートルであり、六角形パターン内で中心間を約300ナノメートル離して間隔を空けられている。したがって科学者は、ナノ突起の規則的配列からなる生物模倣型「モスアイ」構造を開発した。「モスアイ」構造は、干渉リソグラフィー、フォトリソグラフィーおよびエッチングなどの異なる製作技術を使用して人工的に作り出されている。従来の反射防止膜を作り出すために「モスアイ」構造がプラスチック膜上に複製される。「モスアイ」構造を利用するこれらの膜は、可視光波長範囲(400〜800ナノメートル)にわたって約1パーセントの反射率を典型的に示す。
【００１６】
1パーセント未満の反射率を実現するために、いくつかのさらなるアプローチが開発された。例えば、より漸進的な屈折率プロファイルを作り出すために、高アスペクト比「モスアイ」構造が使用されている。しかし、そのような高アスペクト比構造の問題はそれらの丈夫さである。さらに、「S」字形突起を使用することによる突起の形状変動が開発された。このアプローチの不都合は、「S」字形を実現するために必要である、突起の拡幅とエッチングとの組み合わせを通じた比較的複雑な製作である。また、「ハエ」の複眼構造のバイオテンプレートからの直接複製が試みられた。しかし、ハエの眼のバイオテンプレートからの複製が寸法変更可能ではないことから、このアプローチは開発における概念実証段階でしかなく、実際の適用が限定されている。
【００１７】
本態様は、従来の「モスアイ」構造よりも良好な反射防止性能を実現するために、階層構造として知られる新規種類の反射防止構造を、複合「モスアイ」構造を形成するための生物模倣型反射防止構造の形態として使用する。この生物模倣型反射防止階層構造は、従来の「モスアイ」構造(典型的には二次元構造である)とは対照的に三次元構造である。さらに、三次元構造アプローチがz方向のさらなる変動を許容することから、本態様は、アスペクト比の変動を使用して、より漸進的な屈折率プロファイルをさらに作り出すことで、反射を最小化する。本態様の構造を使用することで、400〜800ナノメートルの可視光波長範囲にわたって0.16%〜0.67%の反射率(これに対して従来の「モスアイ」構造を使用する場合は0.36%〜1.4%の反射率)を実現することができる。
【００１８】
本態様の別の利点は、高アスペクト比構造の要件が必要ではなく、階層構造がより丈夫でより寸法変更可能になるということである。さらに、本態様の生物模倣型反射防止階層構造の製作は、順次的ナノインプリンティングなどの製造技術を通じて制御可能である。ナノインプリンティングは公知の寸法変更可能なパターン形成技術であり、本態様の生物模倣型反射防止階層構造を複雑な製作技術なしに製造可能にする。
【００１９】
図1を参照すると、プロセス流れ図100は、本態様の生物模倣型反射防止階層構造の製作のためのナノインプリントプロセスの4つの段階110、120、130、140を示す。生物模倣型反射防止階層構造は、特定のインプリント条件で2段階の順次的ナノインプリントプロセス100を使用して市販の自立型ポリカーボネート(PC)膜112上に製作される。段階110で、ナノインプリント一次構造用の金型114が設けられる。本態様の金型114は、直径1.8μm、ピッチ2μmおよびサグ0.7μmというおおよその寸法を有する凹面マイクロレンズ構造を含む。一次インプリントは、約180℃、40バールおよび300秒という温度、圧力および時間の条件で一次構造を形成する。段階120で金型から取り出した時点で、一次構造を含む一次パターン122がPC膜上で得られる。段階130で、一次インプリントパターン122に対して二次構造をナノインプリントすることで一次構造上に二次構造を形成するための金型132が設けられる。本態様の金型132は、高さ300nmおよびピッチ300nmというおおよその寸法を有する逆円錐形ナノ突起構造を含む。二次インプリントは、約155℃、40バールおよび540秒という温度、圧力および時間の条件で二次構造を形成する。段階140で金型から取り出した時点で、最終パターン142は、本態様の反射防止階層構造を含む。
【００２０】
本態様の生物模倣型複合反射防止階層構造は、制御可能な手段で順次的ナノインプリントプロセスを通じて製作可能な三次元構造である。従来のフォトリソグラフィーおよびエッチングを使用してそのような構造を製作することは困難かつ複雑であろう。また、パターン122、142において三次元構造を作り出すために三次元金型を必要としないことから、順次的ナノインプリントプロセス100を使用することは有利である。金型114、132は二次元金型でありうるものであり、以下で論じるナノインプリントプロセスの変形を通じて本態様の三次元構造を製作することができる。これにより金型の製造の複雑さが減少し、したがって本態様の反射防止膜の製造および規模適応性のコストが減少する。
【００２１】
本態様の反射防止階層構造は、一次構造と、一次構造上に形成された複数の二次構造とを組み合わせた、複合反射防止階層構造を含む。図2A〜図2Cを含む図2を参照すると、本態様の複合反射防止階層構造が示される。図2Aは、本開示の一次構造のクラスタの左上正面斜視図を示す。図2に示すパターンは、直径約2マイクロメートルの六方充填クラスタの一次構造を含む。段階120(図1)の一次インプリント後、一次パターン122は、直径約1.8μmおよびピッチ2μmの六方充填マイクロレンズ構造を含む。金型132による特定の二次インプリント条件を通じてこれらの一次構造がパターン形成されて、直径2μmの合体六方充填クラスタ202を形成する。
【００２２】
図2Bは、本開示の一次構造上に形成された複数の二次構造の左上正面斜視図210を示す。約300ナノメートルの高さおよび300ナノメートルのピッチを有する円錐形ナノ突起を一次パターン122上にナノインプリントすることで、各一次構造上に複数の二次構造を形成することにより、最終パターン142(図1)を得る。図2Cは、本態様の複合反射防止階層構造の断面図220を示し、z軸方向の構造変動を示す。
【００２３】
本態様の生物模倣型反射防止階層構造を含む製作された反射防止膜の、可視光スペクトル内の(すなわち400ナノメートル〜800ナノメートルの可視光波長範囲にわたる)反射率を、PC膜上の従来の「モスアイ」構造との比較で、二光束分光光度計を使用して測定した。図3Aおよび図3Bを含む図3は、従来の反射防止「モスアイ」構造との比較での本態様の図2の生物模倣型反射防止階層構造の反射率のグラフを示す。
【００２４】
図3Aを参照すると、グラフ300は、可視光スペクトルにわたる本態様の生物模倣型反射防止階層構造(画像302に示す)の反射率を示す。電磁波波長はx軸304に沿ってプロットされ、本態様の生物模倣型反射防止階層構造の反射率はy軸306に沿ってプロットされる。図3Bは、可視光スペクトルにわたる従来の反射防止「モスアイ」構造(画像312に示す)の反射率を示すグラフ310を示し、電磁波波長はx軸314に沿ってプロットされ、従来の構造の反射率はy軸316に沿ってプロットされる。図3Aおよび図3Bは、各トレース308、318上で、パターン形成膜142の生物模倣型反射防止階層構造302が「モスアイ」構造化PC膜との比較での全体的な反射率の改善を得て0.16%〜0.67%の範囲の反射率を実現する一方で、従来の技術が0.36%〜1.4%の範囲の反射率しか実現できないということを示す。画像302および312は、本態様のパターン形成膜142(画像302)および従来のパターン形成膜(画像312)の走査型電子顕微鏡画像である。
【００２５】
図3に示す本開示の生物模倣型反射防止階層構造を使用した際の全体的な反射率の有利な減少は、主に2つの要因、すなわち空気から本開示の新規三次元構造を使用する基板までの屈折率プロファイルの漸進的変化、ならびに一次構造(マイクロメートル範囲の寸法を有するマイクロレンズ構造)および二次構造(ナノメートル範囲の寸法を有する「モスアイ」構造)の相乗効果に起因しうる。図4を参照すると、本態様の反射防止階層構造を含む異なる反射防止構造およびそれらの対応する屈折率プロファイルの表400が示される。表400は、列402において構造の種類を列挙し、列404において対応する構造プロファイルを示し、列406において対応する屈折率プロファイルを示す。フレネルの法則は、空気/基板界面における屈折率の急激な変化が存在する場合に基板表面からの反射が起こると述べている。このことはナノ構造が存在しない行410に示されている。この反射を減少させる従来のアプローチは、行412に示す「モスアイ」構造(約300ナノメートルのピッチおよび高さを有する円錐形ナノ突起(金型132(図1)と同様の)を使用する。これらの二次元構造は、空気/基板界面において漸進的屈折率プロファイルを作り出すことで反射を減少させる。空気/基板界面における屈折率プロファイルがより漸進的になるほど、空気から基板までの急激な屈折率変化がなくなることから、反射の減少がより有効になる。
【００２６】
本態様の生物模倣型複合反射防止階層構造は三次元構造であり、これらの構造の特性を行414に示す。z方向のさらなる変動(断面図220(図2)参照)は、従来の二次元「モスアイ」構造よりも漸進的な実効屈折率プロファイルを可能にし、したがって反射をさらに最小化する。反射率を減少させるためにz方向のさらなる変動を使用する他のアプローチを行416に示す。より高いアスペクト比の「モスアイ」構造の使用を通じて、より漸進的な実効屈折率プロファイルを実現し、それにより反射率を減少させることができる。既に論じたように、現在、そのような構造は寸法変更可能ではなく、かつ/または複雑な製作技術を必要とすることがある。
【００２７】
上記で論じたように、反射防止構造の反射を減少させる別のアプローチは、構造の形状変動を使用する。反射の減少は、放物形構造との比較で「S」字形構造を使用することで実現することができる。図5A〜図5Cを含む図5は、「S」字形反射防止構造と放物形反射防止構造との比較を示す。図5Aは、「S」字形反射防止構造502の左上正面斜視図500を示す。図5Bは、放物形反射防止構造512の左上正面斜視図510を示す。
【００２８】
図5Cは、図5Bの構造の反射率計算値522、図5Aの構造の反射率計算値524、および本態様の階層構造の反射率実験決定値526のグラフ520である。本態様の階層構造は、その三次元構造の形状変動の一種と考えることができる。好ましくは、この三次元構造は、一次構造および二次構造を有する複合反射防止階層構造を含み、二次構造は円錐形ナノ突起を含む。したがって、グラフ520が、反射防止構造の形状の改変によって所望の波長範囲にわたる反射率スペクトルが調整されることを示していることがわかる。当業者は、このことが高さの改変についても当てはまることを理解するであろう。したがって、一次構造の高さおよび形状の改変ならびに二次構造の高さおよび形状の改変によって、所望の波長範囲にわたる反射率スペクトルの調節を提供することができる。
【００２９】
本態様の生物模倣型反射防止階層構造は、一次マイクロレンズ構造および二次「モスアイ」ナノ構造を含む。各一次構造、およびそのような各一次構造上に形成された複数の二次構造は、相乗的に相互作用して反射率を最小化する。図6A〜図6Cを含む図6は、本態様の反射防止階層構造の構成成分構造および複合構造の反射率測定値を示す。
【００３０】
図6Aは、本態様の反射防止階層構造の個々のマイクロレンズ一次構造の反射率のグラフ600であり、電磁波波長はx軸602に沿ってプロットされ、反射率はy軸604に沿ってプロットされる。トレース606は、可視光スペクトルにわたる反射率測定値を示す。図6Bは、本態様の反射防止階層構造の個々の「モスアイ」二次構造の反射率のグラフ610であり、電磁波波長はx軸612に沿ってプロットされ、反射率はy軸614に沿ってプロットされる。トレース616は、可視光スペクトルにわたる反射率測定値を示す。
【００３１】
図6Cは、本態様の複合反射防止階層構造の反射率のグラフであり、電磁波波長はx軸612に沿ってプロットされ、反射率はy軸614に沿ってプロットされる。トレース626は、可視光スペクトルにわたる反射率測定値を示す。
【００３２】
本態様の階層構造の一次構造と二次構造との両方の複合効果は、全体的な反射率の相乗的な減少を作り出す。例えば、階層構造において、400ナノメートルの短波長範囲で個々の「モスアイ」構造において見られる高反射率(1.5%)(領域617)を、低反射率(約0.4%)(領域607)を示すマイクロレンズ構造との複合効果を通じて抑制することができ、複合効果は領域627において見ることができる。同様に、階層構造において、個々の「モスアイ」構造の580ナノメートルでの反射ピーク(領域618)を、580ナノメートルでの反射谷(領域608)を示すマイクロレンズ構造との複合効果を通じて、領域628での効果を形成するように最小化することができる。
【００３３】
図7A〜図7Cを含む図7を参照すると、代替態様の非合体一次構造を含む本態様の反射防止階層構造の図および反射率が示される。代替態様の異なる種類の階層構造は、金型114、132(図1)を使用して、二次インプリントプロセス条件の変動を通じて製作することができる。例えば、150℃という比較的低い二次インプリント温度、および40バールという固定圧力で、非合体一次層構造を有する階層構造を製作することができる。二次インプリント時間の変動(例えば300秒〜780秒)により、一次層上に異なる二次構造が作り出される。図7Aは、300秒の二次構造インプリント時間での、非合体一次構造を含む複合反射防止階層構造の左上正面斜視図700を含む。走査型電子顕微鏡図702は部分704を含み、これは図706においてさらに拡大される。図7Bは、780秒の二次構造インプリント時間での、非合体一次構造を含む複合反射防止階層構造の左上正面斜視図710を含む。走査型電子顕微鏡図712は部分714を含み、これは図716においてさらに拡大される。
【００３４】
図7Cは、可視光スペクトルにわたる図7Aおよび図7Bの複合構造の反射率のグラフ720であり、電磁波波長はx軸722に沿ってプロットされ、反射率はy軸724に沿ってプロットされる。図7Aおよび図7Bの複合反射防止階層構造は、400ナノメートルという短波長範囲において、この波長で約1.4%の反射率を示す従来の「モスアイ」構造に比べて低い反射率(0.25%)を実現することができる。したがって、そのような複合反射防止階層構造は、紫外線/青色波長領域において低反射率を必要とする用途に好適でありうる。トレース726および728は、それぞれ300秒および780秒の二次インプリント時間での、非合体一次層を有するインプリント階層構造の反射率スペクトルを示す。
【００３５】
先に記載の本態様および代替態様の生物模倣型階層構造の使用は、改善された反射防止特性を有する丈夫で寸法変更が高度に可能な反射防止膜を提供する。そのような膜は、従来の「モスアイ」構造を伴って製造される膜よりも良好な反射率を実現することができる。実際、本態様の階層構造によって400ナノメートル〜800ナノメートルの可視光波長範囲にわたって0.16%〜0.67%の反射率が実現される一方、従来の「モスアイ」構造は400ナノメートル〜800ナノメートルの可視光波長範囲にわたって0.36%〜1.4%の反射率しか実現できない。
【００３６】
したがって、先に記載の本態様および代替態様の生物模倣型複合反射防止階層構造を含む反射防止膜は、ディスプレイ用途において「ゴースト」を防ぎ、グレアを減少させ、コントラストを改善することができる。光起電力用途において、そのような膜は、太陽電池の表面からの反射を最小化することでその集光効率を増大させることができる。さらに、そのような膜は、センサおよび光学素子または光素子において、反射を最小化することで素子性能を改善することができる。本態様および開示される代替態様は、自立型反射防止膜として直接使用することができ、あるいは、本態様および代替態様の生物模倣型複合反射防止階層構造を製品上に直接製造することで製品に適用されることも想定されうる。
【００３７】
したがって、1パーセント未満の反射率を実現し、複雑な製作なしに寸法変更可能である、反射防止膜が提供されたことがわかる。本態様および開示される代替態様の三次元反射防止階層構造は、空気/基板界面における急激な屈折率を減少させるための、構造の形状変動およびより漸進的な屈折率変動を提供する。好ましい態様および開示される代替態様の生物模倣型複合反射防止階層構造は、反射防止階層構造の一次層および二次層の反射率の相乗効果を通じて、従来の二次元「モスアイ」反射防止構造と区別され、それらよりも低い反射率性能を提供する。
【００３８】
本発明の前述の詳細な説明においていくつかの例示的態様を提示したが、製造パラメータまたは階層構造の形状およびサイズを変動させることを通じて形成される構造に関する変形を含む多数の変形が存在するということを認識すべきである。例示的態様が単に例であって、本発明の範囲、適用可能性、様相または構成を限定するようには決して意図されていないということをさらに認識すべきである。むしろ、前述の詳細な説明は、本発明の例示的態様を実行するための好都合なロードマップを当業者に提供するものであり、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲を逸脱することなく、例示的態様に記載される要素の機能および配置、ならびに製作方法に様々な変化を加えることができるということが理解されよう。
【符号の説明】
【００３９】
100 プロセス流れ図
110 段階
112 自立型ポリカーボネート(PC)膜
114 金型
120 段階
122 一次パターン
130 段階
132 金型
140 段階
142 最終パターン
200 左上正面斜視図
202 六方充填クラスタ
210 左上正面斜視図
212 複数の二次構造
220 断面図
300 グラフ
302 画像
304 x軸
306 y軸
308 トレース
310 グラフ
312 画像
314 x軸
316 y軸
318 トレース
400 表
402 列
404 列
406 列
410 行
412 行
414 行
416 行
500 左上正面斜視図
502 「S」字形反射防止構造
510 左上正面斜視図
512 放物形反射防止構造
522 反射率計算値
524 反射率計算値
526 反射率実験決定値
600 グラフ
602 x軸
604 y軸
606 トレース
607 領域
608 領域
610 グラフ
612 x軸
614 y軸
616 トレース
617 領域
618 領域
622 x軸
624 y軸
626 トレース
627 領域
628 領域
700 左上正面斜視図
702 走査型電子顕微鏡図
704 部分
706 図
710 左上正面斜視図
712 走査型電子顕微鏡図
714 部分
716 図
720 グラフ
722 x軸
724 y軸
726 トレース
728 トレース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロメートル範囲の寸法をそれぞれ有する一次構造の1つまたは複数のクラスタ; および
各一次構造上に形成され、ナノメートル範囲の寸法をそれぞれ有する、複数の二次構造
を含む、生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項２】
各一次構造が約2マイクロメートルの主寸法を有する、請求項1記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項３】
複数の二次構造のそれぞれがピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する、請求項1記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項４】
一次構造および複数の二次構造が、可視光スペクトル内での反射を最小化するために空気/基板界面における急激な屈折率を減少させるための、形状変動および漸進的な屈折率変動を包含する、請求項1記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項５】
一次構造の1つまたは複数のクラスタが直径約2の六方充填クラスタのパターンを含む、請求項4記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項６】
複数の二次構造が、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する円錐形ナノ突起を含むパターンを含む、請求項4記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項７】
一次構造および複数の二次構造の反射特性が相乗的に相互作用して反射率を最小化する、請求項1記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項８】
一次構造の1つまたは複数のクラスタが直径約2の六方充填クラスタのパターンを含む、請求項7記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項９】
複数の二次構造が、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する円錐形ナノ突起を含むパターンを含む、請求項7記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項１０】
一次構造の高さおよび形状の改変ならびに複数の二次構造の高さおよび形状の改変が、所望の波長範囲にわたる反射率スペクトルの調節を提供することができる、請求項1記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項１１】
一次構造および複数の二次構造が、順次的ナノインプリントプロセスを使用して製作され、該順次的ナノインプリントプロセスが、順次的ナノインプリントプロセスの順序ごとに、温度、圧力および時間を含むプロセスパラメータの群より選択される製作パラメータを変動させる、請求項1記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項１２】
一次構造のクラスタが、180℃、圧力40バールで300秒間というプロセスパラメータで製作され、その後複数の二次構造が、155℃、圧力40バールで540秒間というプロセスパラメータで、一次構造のクラスタ上に合体階層構造として順次製作される、請求項11記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項１３】
一次構造のクラスタが、180℃、圧力40バールで300秒間というプロセスパラメータで製作され、その後複数の二次構造が、150℃、圧力40バールで、300秒〜780秒で変動する時間というプロセスパラメータで、一次構造のクラスタ上に異なる種類の非合体階層構造として順次製作される、請求項11記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項１４】
さらなる順次的ナノインプリントプロセス段階を通じて製作されるさらなる階層構造をさらに含む、請求項1記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項１５】
約2マイクロメートルの主寸法を有する一次構造; ならびに
該一次構造上に形成され、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法をそれぞれ有する、1つまたは複数の二次構造
を含む、複合反射防止階層構造。
【請求項１６】
一次構造が六角形の形状を有する、請求項15記載の複合反射防止階層構造。
【請求項１７】
1つまたは複数の二次構造がそれぞれ円錐形の形状を有する、請求項15記載の複合反射防止階層構造。
【請求項１８】
膜; ならびに
膜上に形成され、
約2マイクロメートルの主寸法を有する一次構造; ならびに
該一次構造上に形成され、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法をそれぞれ有する、1つまたは複数の二次構造
をそれぞれ含む、生物模倣型反射防止階層構造のパターン
を含む、反射防止膜。
【請求項１９】
膜がポリカーボネート膜を含む、請求項18記載の反射防止面。
【請求項２０】
一次構造が六角形の形状を有し、1つまたは複数の二次構造がそれぞれ円錐形の形状を有する、請求項18記載の反射防止面。
【請求項１】
マイクロメートル範囲の寸法をそれぞれ有する一次構造の1つまたは複数のクラスタ; および
各一次構造上に形成され、ナノメートル範囲の寸法をそれぞれ有する、複数の二次構造
を含む、生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項２】
各一次構造が約2マイクロメートルの主寸法を有する、請求項1記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項３】
複数の二次構造のそれぞれがピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する、請求項1記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項４】
一次構造および複数の二次構造が、可視光スペクトル内での反射を最小化するために空気/基板界面における急激な屈折率を減少させるための、形状変動および漸進的な屈折率変動を包含する、請求項1記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項５】
一次構造の1つまたは複数のクラスタが直径約2の六方充填クラスタのパターンを含む、請求項4記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項６】
複数の二次構造が、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する円錐形ナノ突起を含むパターンを含む、請求項4記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項７】
一次構造および複数の二次構造の反射特性が相乗的に相互作用して反射率を最小化する、請求項1記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項８】
一次構造の1つまたは複数のクラスタが直径約2の六方充填クラスタのパターンを含む、請求項7記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項９】
複数の二次構造が、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法を有する円錐形ナノ突起を含むパターンを含む、請求項7記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項１０】
一次構造の高さおよび形状の改変ならびに複数の二次構造の高さおよび形状の改変が、所望の波長範囲にわたる反射率スペクトルの調節を提供することができる、請求項1記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項１１】
一次構造および複数の二次構造が、順次的ナノインプリントプロセスを使用して製作され、該順次的ナノインプリントプロセスが、順次的ナノインプリントプロセスの順序ごとに、温度、圧力および時間を含むプロセスパラメータの群より選択される製作パラメータを変動させる、請求項1記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項１２】
一次構造のクラスタが、180℃、圧力40バールで300秒間というプロセスパラメータで製作され、その後複数の二次構造が、155℃、圧力40バールで540秒間というプロセスパラメータで、一次構造のクラスタ上に合体階層構造として順次製作される、請求項11記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項１３】
一次構造のクラスタが、180℃、圧力40バールで300秒間というプロセスパラメータで製作され、その後複数の二次構造が、150℃、圧力40バールで、300秒〜780秒で変動する時間というプロセスパラメータで、一次構造のクラスタ上に異なる種類の非合体階層構造として順次製作される、請求項11記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項１４】
さらなる順次的ナノインプリントプロセス段階を通じて製作されるさらなる階層構造をさらに含む、請求項1記載の生物模倣型反射防止階層構造。
【請求項１５】
約2マイクロメートルの主寸法を有する一次構造; ならびに
該一次構造上に形成され、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法をそれぞれ有する、1つまたは複数の二次構造
を含む、複合反射防止階層構造。
【請求項１６】
一次構造が六角形の形状を有する、請求項15記載の複合反射防止階層構造。
【請求項１７】
1つまたは複数の二次構造がそれぞれ円錐形の形状を有する、請求項15記載の複合反射防止階層構造。
【請求項１８】
膜; ならびに
膜上に形成され、
約2マイクロメートルの主寸法を有する一次構造; ならびに
該一次構造上に形成され、ピッチおよび高さにおいて約300ナノメートルの寸法をそれぞれ有する、1つまたは複数の二次構造
をそれぞれ含む、生物模倣型反射防止階層構造のパターン
を含む、反射防止膜。
【請求項１９】
膜がポリカーボネート膜を含む、請求項18記載の反射防止面。
【請求項２０】
一次構造が六角形の形状を有し、1つまたは複数の二次構造がそれぞれ円錐形の形状を有する、請求項18記載の反射防止面。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２２６３５３（Ｐ２０１２−２２６３５３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−９４９８６（Ｐ２０１２−９４９８６）
【出願日】平成２４年４月１８日（２０１２．４．１８）
【出願人】（５０８３０５０２９）エージェンシー フォー サイエンス， テクノロジー アンド リサーチ (36)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９４９８６（Ｐ２０１２−９４９８６）
【出願日】平成２４年４月１８日（２０１２．４．１８）
【出願人】（５０８３０５０２９）エージェンシー フォー サイエンス， テクノロジー アンド リサーチ (36)
【Ｆターム（参考）】
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