(57)【要約】光学素子は、基体表面に、凸部又は凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置されてなる。各構造体は、基体表面において複数列の円弧状トラックをなすように配置されているとともに、準六方格子パターンを形成し、構造体は、円弧状トラックの円周方向に長軸方向を有する楕円錐又は楕円錐台形状である。
2008023816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体表面に、凸部又は凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置されてなる光学素子であって、
前記各構造体は、前記基体表面において複数列の円弧状トラックをなすように配置されているとともに、準六方格子パターンを形成し、
前記構造体は、前記円弧状トラックの円周方向に長軸方向を有する楕円錐又は楕円錐台形状である
ことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
同一トラック内における前記構造体の配置ピッチＰ１は、隣接する２つのトラック間における前記構造体の配置ピッチＰ２よりも長い
ことを特徴とする請求の範囲１に記載の光学素子。
【請求項３】
同一トラック内における前記構造体の配置ピッチをＰ１、隣接する２つのトラック間における前記構造体の配置ピッチをＰ２としたとき、
Ｐ１／Ｐ２が１．００＜Ｐ１／Ｐ２≦１．３２であることを特徴とする請求の範囲１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記各構造体は、前記円弧状トラックの円周方向に長軸方向をもち、中央部の傾きが先端部及び底部の傾きよりも急峻に形成された楕円錐又は楕円錐台形状である
ことを特徴とする請求の範囲１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記円弧状トラックの円周方向における前記構造体の高さ又は深さは、前記円弧状トラックの径方向における前記構造体の高さ又は深さよりも小さい
ことを特徴とする請求の範囲１に記載の光学素子。
【請求項６】
アスペクトの比が０．８１〜１．４６であることを特徴とする請求の範囲１に記載の光学素子。
【請求項７】
アスペクトの比が０．９４〜１．２８であることを特徴とする請求の範囲５に記載の光学素子。
【請求項８】
アスペクトの比が０．９４〜１．４６であることを特徴とする請求の範囲１に記載の光学素子。
【請求項９】
アスペクトの比が０．８１〜１．２８であることを特徴とする請求の範囲１に記載の光学素子。
【請求項１０】
同一トラック内における前記構造体の配置ピッチＰ１が３００ｎｍ〜３５０ｎｍであり、隣接する２つのトラック間における前記構造体の配置ピッチＰ２が２６５ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴とする請求の範囲１に記載の光学素子。
【請求項１１】
光入射面および光出射面の双方に前記多数の構造体が設けられている
ことを特徴とする請求の範囲１に記載の光学素子。
【請求項１２】
凸部又は凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置されてなる光学素子作製用原盤の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された基板を準備する第１の工程と、
前記基板を回転させるとともに、レーザ光を前記基板の回転半径方向に相対移動させながら、前記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する第２の工程と、
前記レジスト層を現像して、前記基板の表面にレジストパターンを形成する第３の工程とを有し、
前記第２の工程では、前記潜像を、前記基板の回転方向に長軸をもつ楕円形状に形成するとともに、隣接する３列のトラック間において準六方格子パターンを構成するように形成する
ことを特徴とする光学素子作製用原盤の製造方法。
【請求項１３】
前記第２の工程では、前記レジスト層に対するレーザ光の照射周期を１トラック毎に変化させながら行う
ことを特徴とする請求の範囲１２に記載の光学素子作製用原盤の製造方法。
【請求項１４】
同一トラック内における前記潜像の形成ピッチを、隣接する２つのトラック間における前記潜像の形成ピッチよりも長くする
ことを特徴とする請求の範囲１２に記載の光学素子作製用原盤の製造方法。
【請求項１５】
前記基板を角速度一定で回転させる
ことを特徴とする請求の範囲１２に記載の光学素子作製用原盤の製造方法。
【請求項１６】
前記第３の工程の後、前記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を施すことで、前記基板の表面に凹凸構造を形成する第４の工程を有する
ことを特徴とする請求の範囲１２に記載の光学素子作製用原盤の製造方法。
【請求項１７】
前記第４の工程では、前記レジストパターンのアッシング処理と前記基板表面のエッチング処理とを交互に行う
ことを特徴とする請求の範囲１６に記載の光学素子作製用原盤の製造方法。
【請求項１８】
前記アッシング処理の時間を一点に保持すると共に、前記エッチング処理の時間を徐々に長くしながら、前記レジストパターンのアッシング処理と前記基板表面のエッチング処理とを交互に行った後、
前記アッシング処理の時間を一点に保持すると共に、前記エッチング処理の時間を徐々に短くしながら、前記レジストパターンのアッシング処理と前記基板表面のエッチング処理とを交互に行う
ことを特徴とする請求の範囲１７に記載の光学素子作製用原盤の製造方法。
【請求項１９】
前記アッシング処理及び前記エッチング処理の時間をそれぞれ一定に保持しながら、前記レジストパターンのアッシング処理と前記基板表面のエッチング処理とを交互に行う
ことを特徴とする請求の範囲１７に記載の光学素子作製用原盤の製造方法。
【請求項２０】
光電変換層と、
前記光電変換層の受光部に設けられた光透過性の光学素子とを備え、
前記光学素子は、受光面に、可視光の波長以下の微細ピッチで凸部または凹部からなる構造体が多数配列されてなり、
前記各構造体は、前記光入射面において複数列の円弧状トラックをなすように配置されているとともに、準六方格子パターンを形成し、
前記構造体は、前記円弧状トラックの円周方向に長軸方向を有する楕円錐又は楕円錐台形状である
ことを特徴とする光電変換装置。
【請求項２１】
前記光電変換層は、第１の電極と第２の電極との間に、半導体層と電解質層の積層体が挟持されてなる
ことを特徴とする請求の範囲２０に記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に凸部又は凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置されてなる光学素子、光学素子作製用原盤の製造方法、および光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガラス、プラスチックなどの透光性基材を用いた光学素子においては、光の表面反射を抑えるための表面処理が行われているものがある。この種の表面処理として、光学素子表面に微細かつ緻密な凹凸（モスアイ；蛾の目）形状を形成する方法がある（例えば「光技術コンタクト」Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１１（２００５），６３０−６３７参照）。
一般に、光学素子表面に周期的な凹凸形状を設けた場合、ここを光が透過するときには回折が発生し、透過光の直進成分が大幅に減少する。しかし、凹凸形状のピッチが透過する光の波長よりも短い場合には回折は発生せず、有効な反射防止効果を得ることができる。
第２９図に、上述の表面構造を備えた光学素子の概略構成を示す（例えば特開２００３−２９４９１０号公報参照）。この光学素子１０１は、基体１０２の表面に、錐体状の凸部からなる構造体１０３が光（可視光）の波長以下の微細ピッチで多数配置された構造を有している。このような表面構造をもつ光学素子１０１は、構造体１０３の斜面部において空気層との界面における屈折率の緩やかな変化を生じさせ、基体１０２の表面側から入射する光の反射を効果的に防止する。なお、構造体１０３は凸部形状である場合に限られず、凹部で構成しても同様な作用が得られる。
また、構造体１０３の断面形状や配置形態などに関しても多くの提案がなされている。例えば第２８図に示した光学素子１０１においては、図示した形状の構造体１０３は、当該各構造体を格子単位としたときに正方格子パターンを形成するように配置された例が示されている。一方、例えば特開２００４−３１７９２２号公報には、第３０図に示すような正六方格子パターンを形成するように構造体１０４を配置する例が開示されている。また、特開２００４−３１７９２２号公報には、構造体の形状を円錐状に形成する例が示されている。
ところで、これらの光学素子は、各構造体を構成する表面微細構造をもったマスター原器（原盤）からその複製基板を作製し、更にこれから成形用金型を作製することで、成形により安価かつ大量に製造されることが期待されている。具体的には、１個のマスター原器から、紫外線硬化複製基板を作製し、これからメッキ技術により成形用金型を製作し、この成形用金型を用いた射出成形によって、例えばポリカーボネート樹脂製の光学素子を大量に製造することが可能となる。
マスター原器の製作方法としては、基板上に塗布したレジストに対して露光及び現像処理を施してレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとしたドライエッチングを行う。その後、レジストパターン（あるいはマスクパターン）を除去することによって、基板表面に凸部又は凹部からなる構造体が微細ピッチで配置された表面凹凸構造が形成される。なお、マスター原器を構成する基板材料には、石英等の無機材料を用いることができる。
マスター原器の製作には、基板表面に形成した微細なレジストパターンの高い形状精度が必要とされる。可視光の波長以下の微細ピッチパターンを高精度に形成する技術として、電子線露光が知られている。
電子線露光を用いて作製したモスアイ構造体としては、第３１図に示すような微細なテント形状のモスアイ構造体（ピッチ約３００ｎｍ、深さ約４００ｎｍ）が開示されている（ＮＴＴアドバンステクノロジ（株）、“波長依存性のない反射防止体（モスアイ）用成形金型原盤”、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１９年８月２０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｋｅｙｔｅｃｈ．ｎｔｔ−ａｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｎａｎｏ／ｐｒｄ＿００１６．ｈｔｍｌ＞参照）。このモスアイ構造体は、例えば、Ｓｉ（シリコン）基板上のフォトレジストに電子線記録により凹凸パターンを形成し、凹凸フォトレジストパターンをマスクとして、Ｓｉ基板面の異方性エッチングを施したと思われる。このモスアイ構造体は第３２図に示すように六方格子状に形成されることにより、可視光の波長において非常に高性能な反射防止効果（反射率１％以下）が得られている。第３３図は当該Ｓｉ原盤の反射率の波長依存特性を示す。
しかし、電子線露光は作業時間が長いという欠点を有しており、工業的な生産には適さない。例えば、一番細いパターンを描くときに使う１００ｐＡのビームで、カリックスアレーンのような数十ｍＣ／ｃｍ２のドーズ量を要求するレジストへ描いた場合、２４時間露光しても一辺が２００μｍの正方形を塗りつぶせない。また、現在一般的に用いられている携帯電話用の２．５インチ小型ディスプレイ（５０．８ｍｍ×３８．１ｍｍ）の面積を露光する場合、約２０日も要することになる。
そこで、マスター原器を更に低コストかつ短時間で作製できる技術が望まれている。この要望に応えるべく、レーザ露光によりマスター原器を作製する技術が提案されている。具体的には、光ディスクのマスタリング技術を利用したマスター原器の作製技術が種々検討されている。
例えば、光ディスクのマスタリング技術を利用して直径１２ｃｍのディスク状のＳｉ基板上に作製されたナノメータサイズの微細構造光学素子（モスアイ低反射構造）が開示されている（独立行政法人産業技術総合研究所、“ナノメータサイズの微細加工を可能とする卓上型装置を開発”、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１９年８月２０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｓｔ＿ｊ／ｐｒｅｓｓ＿ｒｅｌｅａｓｅ／ｐｒ２００６／ｐｒ２００６０３０６／ｐｒ２００６０３０６．ｈｔｍｌ＞参照）。この方法によれば、基板を６ｍ／ｓの速さで回転させながら、６０ＭＨｚのパルス周波数でレーザ光を照射し、光ビームスポットの６分の１以下の５０ｎｍのドットパターンを６００万ドット／ｓの速度で作製できるとある。第３４図はこの光学素子のナノドットパターンの作製例を示している。
また、正三角形模様をした位相型回折格子と、６領域の鋸歯状回折格子とを用いてレーザビームを６本のレーザビームに平行分離して、これらの６つのレーザビームを対物レンズにより一点に集光させることにより干渉させ、ガラス原盤表面のフォトレジスト層において、６つのスポットを正六角形の各頂点に形成することが開示されている（例えば特開２００３−１３１３９０号公報）。
しかしながら、上述の技術で作製された光学素子は、反射率の波長依存特性が悪く、１％以下の低反射率を実現できないため、反射防止構造としては実用に向かない。これは、ナノドットパターンの密度（開口率）が低く（５０％以下）、パターン非形成部の平面領域でのフレネル反射が大きいためと考えられる。第３５図は、第３４図に示した光学素子の反射特性を示している。
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、生産性が高く、反射防止特性に優れた光学素子、光学素子作製用原盤の製造方法、および光電変換装置を提供することを課題とする。
【発明の開示】
【０００３】
本発明者は、従来技術が有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。以下にその概要を説明する。
本発明者らは、光ディスクのマスタリング技術を応用して作製される光学素子、すなわち、円弧状（円周状）に構造体が配列された光学素子について、反射防止特性を向上すべく、検討を行った。
通常、上記光学素子の技術分野では、反射防止特性の向上を目的とする場合、光学素子に設けられる構造体の形成は、底面を円とする円錐体状とすることが望まれる。また、このような形状が、反射防止特性を得るためには理想形状と考えられている。更に、上記形状の構造体の充填率を高めるためには、構造体を正六方格子状に配置することが望ましいと考えられる。
しかし、本発明者らの知見によれば、光ディスクのマスタリング技術を応用して作製される光学素子では、上記のような理想的な円錐体状に構造体を形成することは困難であり、実際の生産性を考慮すると、円周方向が長軸方向となる楕円を底面とする楕円錐体状に構造体を作製することが有利である。
また、本発明者らの知見によれば、上記楕円錐体状の構造体を有する光学素子は、一般的な円錐体状の構造体を有する光学素子とほぼ同等な反射防止特性を得ることができる。
そこで、本発明者らは、上記楕円錐体状の構造体を有する光学素子について、反射防止特性を向上するための検討を行った。具体的には、六方格子状に配置された構造体の充填率を高めることを検討した。その結果、光ディスクのマスタリング技術を応用したレーザ露光では、構造体間の間隔を狭めていくと、円周方向の構造体間の高さ（深さ）が小さくなり、円周方向の配置ピッチＰ１と、隣接する２つのトラックに配置された構造体の配置ピッチＰ２とを同程度のピッチに短くできなくなるため、構造体を正六方格子状に配置することが困難になることを見出すに至った。
そこで、本発明者らは、上記正六方格子状に代わる構造体の配置について検討した。その結果、円周方向に引き伸ばされ歪んだ準六方格子状に構造体を配置することを見出すに至った。
また、構造体が楕円錐形状である場合、六方格子状に配置するのではなく、準六方格子状に構造体を配置した方が、より径方向の充填率を高めることもできる。
本発明は以上の検討に基づいて案出されたものである。
即ち、本発明の光学素子は、
基体表面に、凸部又は凹部からなる構造体が光の波長以下の微細ピッチで多数配置されてなる光学素子であって、
各構造体は、基体表面において複数列の円弧状トラックをなすように配置されているとともに、準六方格子パターンを形成し、
構造体は、円弧状トラックの円周方向に長軸方向を有する楕円錐又は楕円錐台形状である
ことを特徴とする。
本発明の光学素子作製用原盤の製造方法は、
凸部又は凹部からなる構造体が光の波長以下の微細ピッチで多数配置されてなる光学素子作製用原盤の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された基板を準備する第１の工程と、
基板を回転させるとともに、レーザ光を基板の回転半径方向に相対移動させながら、レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで楕円形状の潜像を形成する第２の工程と、
レジスト層を現像して、基板の表面にレジストパターンを形成する第３の工程とを有し、
第２の工程では、隣接する３列のトラック間において準六方格子パターンを構成するように潜像を形成する
ことを特徴とする。
本発明においては、表面に可視光波長以下の微細ピッチで多数配置された構造体が、複数列の円弧状トラックをなすように配置されているとともに、隣接する３列のトラック間において準六方格子パターンを形成しているので、表面における構造体の充填密度を高くすることができ、これにより可視光の反射防止効率を高め、反射防止特性に優れた透過率の極めて高い光学素子を得ることができる。また、構造体の作製に光ディスクの記録技術を利用しているので、上記構成の光学素子作製用原盤を短時間で効率良く製造することができるとともに基板の大型化にも対応でき、これにより、光学素子の生産性の向上を図ることができる。また、構造体の微細配列を光入射面だけでなく光出射面にも設けることで、透過特性をより一層向上させることができる。
また、本発明において、第２の工程において、レジスト層に対するレーザ光の照射周期を１トラック毎に変化させながら行うことにより、隣接する３列のトラック間において構造体（潜像）を準六方格子パターン状に配置形成することが可能となる。レーザ光の照射周期は、例えば、基板を角速度一定で回転させ、円周方向の構造体の配置ピッチが一定となるようにレーザ光のパルス周波数を最適化する。具体的には、トラック位置が基板中心から遠ざかるに従い、レーザ光の照射周期が短くなるように変調制御する。これにより、基板全面において空間周波数が一様なナノパターンを形成することが可能となる。
上記方法で形成された潜像を現像し、得られたレジストパターンをマスクとするエッチング処理を施すことにより、円弧状トラックの円周方向に長軸方向をもつ楕円錐又は楕円錐台形状の構造体を得ることができる。特に、この楕円錐又は楕円錐台形状の構造体は、中央部の傾きが先端部及び底部の傾きよりも急峻に形成されるのが好ましく、これにより、耐久性及び転写性を向上させることが可能となる。
また、上記方法により、同一トラック内における構造体の配置ピッチが、隣接する２トラック間における構造体の配置ピッチよりも長い準六方格子パターンを得ることができ、これにより、構造体の充填密度の更なる向上を図れるようになる。
以上のような構成の本発明に係る光学素子は、ディスプレイ、太陽電池、照明装置などの種々の光デバイスにおける導光板あるいは導光窓として用いることで、表面反射の少ない光利用効率の優れた光デバイスを構成することが可能となる。
特に、本発明の光電変換装置は、
光電変換層と、
前記光電変換層の受光部に設けられた光透過性の光学素子とを備え、
前記光学素子は、受光面に、光の波長以下の微細ピッチで凸部または凹部からなる構造体が多数配列されてなり、
前記各構造体は、前記光入射面において複数列の円弧状トラックをなすように配置されているとともに、準六方格子パターンを形成し、
前記構造体は、前記円弧状トラックの円周方向に長軸方向を有する楕円錐又は楕円錐台形状である
ことを特徴とする。
上記構成においては、広い波長範囲にわたって優れた光透過特性を有する受光部を備えた光電変換装置を構成することができるので、光利用効率が高められ、光電変換部における発電効率の向上を図ることが可能となる。
以上述べたように、本発明によれば、反射防止特性に優れ透過率の極めて高い光学素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は、本発明の第１の実施形態による光学素子の概略構成を示す図、第１図Ａは要部平面図、第１図ＢはＡをＸ方向から見たときの要部斜視図、第１図ＣはＡをＹ方向から見たときの要部斜視図、第２図は、第１図に示した光学素子のマザー基板及びその要部拡大平面模式図、第３図Ａ〜第３図Ｂは、第２図に示したマザー基板からの本発明に係る光学素子の切り出し例を示す図、第４図Ａ〜第４図Ｅは、本発明に係る光学素子作製用原盤の一製造方法を説明するための模式図、第５図は、本発明に係る光学素子作製用原盤の一製造工程に適用される露光装置の概略構成図、第６図Ａ〜第６図Ｅは、本発明に係る光学素子作製用原盤からその複製基板、成形用金型及び光学素子の作製工程を説明するための模式図、第７図Ａ〜第７図Ｅは、本発明の第２の実施形態による光学素子の製造工程を説明するための模式図、第８図は、本発明の第３の実施形態において説明する光電変換装置としての色素増感型太陽電池の概略構成図、第９図は、本発明の第４の実施形態において説明する光電変換装置としてのシリコン系太陽電池の概略構成図、第１０図Ａ〜第１０図Ｂは、シリコン系太陽電池のＳｉ基板表面に本発明の適用例を説明する要部の模式図、第１１図は、本発明の実施例２において作製した各サンプルの作製条件を示す図、第１２図は、本発明の一実施例において作製したサンプルのＳＥＭ写真、第１３図は、本発明の一実施例において作製したサンプルの反射率の波長依存特性を示す図、第１４図は、本発明の一実施例において作製したサンプルの反射率の波長依存特性を示す図、第１５図は、本発明の実施例３において作製した複製基板の一主面のＳＥＭ写真、第１６図は、本発明の実施例３において作製した複製基板の断面のＳＥＭ写真、第１７図は、本発明の実施例５において作製した各サンプルの作製条件を示す図、第１８図は、本発明の実施例５において作製したサンプルＡ１，Ａ２，Ｅ１の透過率の波長依存性を示す図、第１９図は、本発明の実施例５において作製したサンプルＥＷ１の透過率の波長依存性を示す図、第２０図は、本発明の実施例５において作製したサンプルＦＷ１の透過率の波長依存性を示す図、第２１図は、本発明の実施例６において作製した各サンプルの作製条件を示す図、第２２図は、本発明の実施例６において作製したサンプルＦＷ１の透過率の波長依存性を示す図、第２３図は、本発明の実施例６において作製したサンプルＧＷ１の透過率の波長依存性を示す図、第２４図は、太陽光のスペクトルと一般的なＳｉ太陽電池の感度分布との関係を示す図、第２５図は、本発明の実施例７において作製したサンプルの反射率の波長依存特性を示す図、第２６図Ａ〜第２６図Ｃは、本発明の実施例８〜１０の光学素子の概略構成を示す図、第２７図は、本発明の実施例８〜１０のサンプルの各種数値を示す図、第２８図は、本発明の実施例８〜１０の反射率の波長依存性を示す図、第２９図は、従来の光学素子を概略的に示す斜視図、第３０図は、従来の他の光学素子を概略的に示す要部平面図、第３１図は、電子線露光により作製された従来の光学素子作製用原盤の断面構造を示す図（ＳＥＭ写真）、第３２図は、第３１図に示した従来の光学素子作製用原盤の要部平面図、第３３図は、第３２図に示した従来の光学素子作製用原盤をもとに作製された光学素子の反射率の波長依存特性を示す図、第３４図は、光ディスクの記録技術を利用して作製された従来の光学素子作製用原盤の要部平面図、第３５図は、第３４図に示した従来の光学素子作製用原盤をもとに作製された光学素子の反射率の波長依存特性を示す図である。
【符号の説明】
【０００５】
１    石英基板
２    レジスト層
４    原盤
５    露光装置
８    複製基板
９    金型
１０    光学素子
１１    基体
１１Ｗ    基板
１２    構造体
１２ａ    裾部
４０    光学素子（導光窓）
５０    色素増感型太陽電池
６０    シリコン系太陽電池
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の各実施形態に限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
（第１の実施形態）
第１図は本発明の第１の実施形態による光学素子１０の概略構成図である。ここで、第１図Ａは光学素子１０の要部平面図、第１図Ｂは第１図ＡのＸ方向から見た光学素子１０の要部斜視図、第１図Ｃは第１図ＡのＹ方向から見た光学素子１０の要部斜視図である。
本実施形態の光学素子１０は、基体１１の表面に凸部からなる構造体１２が可視光の波長以下の微細ピッチで多数配列された構造（サブ波長構造）を有している。ここで、可視光の波長以下とは、約４００ｎｍ以下の波長を示す。この光学素子１０は、基体１１を第１図ＡのＺ方向に透過する光について、構造体１２とその周囲の空気との界面における反射を防止する機能を有している。
基体１１は、ポリカーボネート（ＰＣ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の透明性合成樹脂、ガラス等の透光性を有する透明基体であり、その形態は特に限られず、フィルム状、シート状、プレート状、ブロック状でもよい。即ち、本実施形態の光学素子１０は、ディスプレイ、光エレクトロニクス、光通信、太陽電池、照明装置など、所定の光の透過特性（反射防止機能）が必要とされる各種光デバイスに適用され、これら光デバイスの本体部分や、これらの光デバイスに取り付けられるシートあるいはフィルム状の導光部材の形状などに合わせて、基体１１の形態が決定される。
構造体１２は、例えば、基体１１と一体的に形成されている。各構造体１２はそれぞれ同一の形状を有しているが、これに限られない。構造体１２は、底面が長軸と短軸をもつ楕円形、長円形または卵型の錐体構造で、頂部が曲面である楕円錐形状、もしくは底面が長軸と短軸をもつ楕円形、長円形または卵型の錐体構造で、頂部が平坦である楕円錐台形状であることが好ましい。このような形状にすると、径方向の充填率を向上させることができるからである。また、反射特性および透過特性の向上の観点からすると、中央部の傾きが底部及び頂部より急峻な楕円錐台形状（第１図Ｂ、第１図Ｃ参照）、または、頂部が平坦な楕円錐台形状（第１６図参照）であることが好ましい。
構造体１２は、図示する凸部形状のものに限られず、基体１１の表面に形成した凹部で構成されていてもよい。構造体１２の高さ（深さ）は特に限定されず、透過させる光の波長領域に応じて適宜設定され、例えば２３６ｎｍ〜４５０ｎｍ程度の範囲に設定される。
構造体１２のアスペクト比（高さ／配置ピッチ）は、０．８１〜１．４６の範囲に設定することが好ましく、より好ましくは０．９４〜１．２８の範囲である。０．８１未満であると反射特性および透過特性が低下する傾向にあり、１．４６を超えると光学素子の作製時において剥離特性が低下し、レプリカの複製が綺麗に取れなくなる傾向があるからである。
また、構造体１２のアスペクト比は、反射特性をより向上させる観点からすると、０．９４〜１．４６の範囲に設定することが好ましい。
また、構造体１２のアスペクト比は、透過特性をより向上させる観点からすると、０．８１〜１．２８の範囲に設定することが好ましい。
なお、本発明においてアスペクト比は、以下の式（１）により定義される。
アスペクト比＝Ｈ／Ｐ・・・（１）
但し、Ｈ：構造体の高さ、Ｐ：平均配置ピッチ（平均周期）
ここで、平均配置ピッチＰは以下の式（２）により定義される。
平均配置ピッチＰ＝（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ２）／３  ・・・（２）
但し、Ｐ１：円周方向の配置ピッチ（円周周期）、Ｐ２：円周方向に対して±θ方向（但し、θ＝６０°−δ、ここで、δは、好ましくは０°＜δ≦１１°、より好ましくは３°≦δ≦６°）の配置ピッチ（円周６０°周期）
また、構造体の高さＨは、構造体１２の半径方向の高さとする。構造体１２の円周方向の高さは半径方向の高さよりも小さく、また、構造体１２の円周方向以外の部分における高さは半径方向の高さとほぼ同一であるため、サブ波長構造体の深さを半径方向の高さで代表する。但し、構造体１２が凹部である場合、上記式（１）における構造体の高さＨは、構造体の深さＨとする。
なお、構造体１２のアスペクト比は全て同一である場合に限らず、各構造体が一定の高さ分布（例えばアスペクト比０．８３〜１．４６程度の範囲）をもつように構成されていてもよい。高さ分布を有する構造体１２を設けることで、反射特性の波長依存性を低減することができる。したがって、優れた反射防止特性を有する光学素子を実現することができる。
ここで、高さ分布とは、２種以上の高さ（深さ）を有する構造体１２が基体１１の表面に設けられていることを意味する。すなわち、基準となる高さを有する構造体１２と、この構造体１２とは異なる高さを有する構造体１２とが基体１１の表面に設けられていることを意味する。基準とは異なる高さを有する構造体３は、例えば基体２の表面に周期的または非周期的（ランダム）に設けられている。その周期性の方向としては、例えば円周方向、半径方向などが挙げられる。
また、第１図Ｂおよび第１図Ｃに示すように、構造体１２の周縁部に裾部１２ａを設けることが好ましい。光学素子の製造工程において光学素子を金型などから容易に剥離することが可能になるからである。また、裾部１２ａは、上記剥離特性の観点からすると、なだらかに高さが低下する曲面状とすることが好ましい。
なお、裾部１２ａは、構造体１２の周縁部の一部にのみ設けてもよいが、上記剥離特性の向上の観点からすると、構造体１２の周縁部の全部に設けることが好ましい。また、構造体１２が凹部である場合には、裾部１２ａは、構造体１２である凹部の開口周縁に設けられた曲面となる。
基体１１は、第２図に示すように、ディスク状の基板１１Ｗの表面ほぼ全域に形成された後、第３図Ａ，Ｂに示すように、基板１１Ｗから所定の製品サイズに合わせて切り出されて形成される。構造体１２は、後述するような光ディスク記録装置を用いて基板１１Ｗに形成した露光パターンをもとに形成される。従って、基板１１Ｗから基板１２が所定サイズに切り出された際、各構造体１２は、第１図Ａに示したように、基体１１の表面において複数列の円弧状のトラックＴ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・（以下総称して「トラックＴ」ともいう。）をなすような配列形態を有する。このような配置形態にすることで、光ディスクのマスタリング技術を利用して構造体１２を作製することができるので、従来の技術に比べて光学素子の生産性を向上することができる。また、円弧状の配列でも、直線状の配列の場合と比べて透過特性および反射特性に差異はみられない。
このとき、各構造体１２は、底面の長軸方向をトラックＴの円周方向に向けて配列されている。また、各構造体１２の底部には、例えば、第１図Ｂに示すように円弧状トラックＴの円周方向に沿って延びる裾部１２ａを有している。そして、トラックＴの円周方向（Ｙ矢視）における構造体１２の高さＨ１は、円弧状トラックＴの径方向（Ｘ矢視）における構造体１２の高さＨ２よりも小さいことが好ましい。即ち、構造体１２の高さＨ１、Ｈ２がＨ１＜Ｈ２の関係を満たすことが好ましい。Ｈ１≧Ｈ２の関係を満たすように構造体１２を配列すると、円周方向の配置ピッチＰ１を長くする必要が生じるため、円周方向の構造体１２の充填率が低下するためである。このように充填率が低下すると、反射特性の低下を招くことになる。
各構造体１２は、隣接する２つのトラックＴ間において、一方のトラック（例えばＴ１）に配列された各構造体１２の中間位置（半ピッチずれた位置）に、他方のトラック（例えばＴ２）の構造体１２が配置されている。その結果、第２図に示すように、隣接する３列のトラック（Ｔ１〜Ｔ３）間においてａ１〜ａ７の各点に構造体１２の中心が位置する準六方格子パターンを形成するように各構造体１２が配置されている。ここでいう準六方格子パターンは、正六方格子パターンと異なり、トラックＴの円弧状に沿って歪み、かつ、円周方向に引き伸ばされ歪んだ六方格子パターンを意味する。このような準六方格子状に、楕円錐形状または楕円錐台形状の構造体１２を配置することで、正六方格子状に上記形状の構造体１２を配置する場合に比べて径方向の充填率を高めることができる。
各構造体１２が上述した準六方格子パターンを形成するように配列されることにより、第２図に示すように、同一トラック（例えばＴ１）内における各構造体１２の配置ピッチＰ１（例えばａ１−ａ２間距離）は、隣接する２つのトラック（例えばＴ１及びＴ２）間における構造体１２の配置ピッチＰ２、即ち円周方向に関して、±θ方向（但し、θ＝６０°−δ、ここで、δは、好ましくは０°＜δ≦１１°、より好ましくは３°≦δ≦６°）における構造体１２の配置ピッチＰ２（例えばａ１−ａ７，ａ２−ａ７間距離）よりも長くなっている。
同一トラック内における各構造体３は、例えば一定の配置ピッチＰ１（ａ１−ａ２間距離）で設けられており、その配置ピッチＰ１は、好ましくは３００ｎｍ〜３５０ｎｍ、より好ましくは３１５〜３５０ｎｍの範囲内であり、例えば約３３０ｎｍに選ばれる。３００ｎｍ未満であると構造体間の凹部が浅くなり、反射特性が低下してしまい、３５０ｎｍを超えると、構造体間の凹部が広がり構造体間に平坦部が発生し、反射特性が低下してしまう傾向にある。また、円周方向に対して±θ方向（但し、θ＝６０°−δ、ここで、δは、好ましくは０°＜δ≦１１°、より好ましくは３°≦δ≦６°）において、各構造体３は、例えば一定の配置ピッチＰ２（ａ１−ａ７（ａ２−ａ７）間距離）で設けられており、その配置ピッチＰ２は、２６５〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましく、例えば約３００ｎｍに選ばれる。２６５ｎｍ未満であると構造体間の凹部が浅くなり、反射特性が低下してしまい、３００ｎｍを超えると、構造体間の凹部が広がり構造体間に平坦部が発生し、反射特性が低下してしまう傾向にある。
配置ピッチの比率Ｐ１／Ｐ２は、好ましくは１．００＜Ｐ１／Ｐ２≦１．３２、より好ましくは１．０５≦Ｐ１／Ｐ２≦１．２０、最も好ましくは１．１０≦Ｐ１／Ｐ２≦１．１７の範囲内である。比率Ｐ１／Ｐ２が１．００以下であると、構造体間の凹部が浅くなり、反射特性が低下してしまい、比率Ｐ１／Ｐ２が１．３２を超えると、構造体間の凹部が広がり構造体間に平坦部が発生し、反射特性が低下してしまう。
以上のような構成の構造体１２の配列構造は、基体１１の表面側に形成される場合に限られず、基体１１の裏面側にも同様に構成することができる。この場合、基体１１を透過する光の入射面および出射面の双方に対して反射防止機能が得られ、透過特性の更なる向上を図ることが可能となる。本実施形態では、少なくとも光入射面側に上記構造体１２の配列構造が設けられているものとする。
次に、以上のように構成される光学素子１０の製造方法について説明する。本実施形態では、光学素子作製用原盤の製造工程と、光学素子作製用複製基板の製造工程と、光学素子作製用金型の製造工程と、光学素子の作製工程とを経て、上述した構成の光学素子１０が製造される。
第４図Ａ〜第４図Ｅは、光学素子作製用原盤の製造工程を説明するための模式図である。
まず、第４図Ａに示すように、ディスク状（円盤状）の石英基板１を準備する。次に、第４図Ｂに示すように、石英基板１の表面にレジスト層２を形成する。レジスト層２は、有機材料でもよいし無機材料でもよい。有機系レジストとしては、例えばノボラック系レジストや化学増幅型レジストを用いることができる。また、無機系レジストとしては、例えば、タングステンやモリブデン等の１種又は２種以上の遷移金属からなる金属酸化物が好適である。
次に、第４図Ｃに示すように、石英基板１を回転させるとともに、レーザ光（露光ビーム）２ｂをレジスト層２に照射する。このとき、レーザ光２ｂを石英基板１の半径方向に移動させながら、レーザ光を間欠的に照射することで、レジスト層２を全面にわたって露光する。これにより、レーザ光２ｂの軌跡に応じた潜像２ａが、可視光波長よりも短いピッチでレジスト層２の全面にわたって形成される。なお、この露光工程の詳細については後述する。
次に、石英基板１を回転させながら、レジスト層２上に現像液を滴下して、第４図Ｄに示すように、レジスト層２を現像処理する。図示するように、レジスト層２をポジ型のレジストにより形成した場合には、レーザ光２ｂで露光した露光部は、非露光部と比較して現像液に対する溶解速度が増すので、露光部（潜像２ａ）に応じたパターンがレジスト層２に形成される。
次に、石英基板１の上に形成されたレジスト層２のパターン（レジストパターン）をマスクとして、石英基板１の表面をエッチング処理し、第４図Ｅに示す凹部パターン３を形成する。エッチング方法は、ドライエッチングによって行われる。このとき、エッチング処理とアッシング処理を交互に行うことにより、図示する錐体状の凹部３のパターンを形成することができるとともに、レジスト層の３倍以上の深さ（選択比３以上）の石英マスターを作製でき、構造体の高アスペクト比化を図ることができる。
以上のようにして、本実施形態の光学素子作製用原盤４が製造される。この原盤４は、第１図に示した光学素子１０を形成するマスターであり、凹部３からなる表面凹凸構造が、後述する複製基板及び成形金型を経て、光学素子１０の構造体１２を形成する。従って、原盤４の凹部３は、原盤４の円周方向に歪んだ準六方格子パターンを形成するように配列されている。
次に、第４図Ｃに示した露光工程の詳細について、第５図を参照して説明する。第５図は、露光装置５の概略構成図である。本実施形態では、露光装置５は、光ディスク記録装置をベースにして構成されている。
第５図を参照して、レーザ光源２１は、石英基板１の表面に着膜されたレジスト層２を露光するための光源であり、例えば波長λ＝２６６ｎｍの遠紫外線レーザ光２ｂを発振するものである。レーザ光源２１から出射されたレーザ光２ｂは、平行ビームのまま着膜し、電気光学素子（ＥＯＭ）２５へ入射する。ＥＯＭ２５を透過したレーザ光２ｂは、ミラー２２で反射され、変調光学系２３に導かれる。
ミラー２２は、偏光ビームスプリッタで構成されており、一方の偏光成分を反射し他方の偏光成分を透過する機能をもつ。ミラー２２を透過した偏光成分はフォトダイオード２４で受光され、その受光信号に基づいてＥＯＭ２５を制御してレーザ光２ｂの位相変調を行う。
変調光学系２３において、レーザ光２ｂは、集光レンズ２６により、石英（ＳｉＯ２）等からなる音響光学素子（ＡＯＭ）２７に集光される。レーザ光２ｂは、ＡＯＭ２７により強度変調され発散した後、レンズ２８によって平行ビーム化される。変調光学系２３から出射された平行露光ビーム２ｂは、ミラー２９によって反射され、移動光学テーブル３０上に水平かつ平行に導かれる。
移動光学テーブル３０は、ビームエキスパンダ３１、ミラー３２及び対物レンズ３３を備えている。移動光学テーブル３０に導かれたレーザ光２ｂは、ビームエキスパンダ３１により所望のビーム形状に整形された後、ミラー３２及び対物レンズ３３を介して、石英基板１上のレジスト層２へ照射される。石英基板１は、スピンドルモータ３４に接続されたターンテーブル（図示略）の上に載置されている。そして、基板１を回転させるとともに、レーザ光２ｂを基板１の回転半径方向に移動させながら、レジスト層２へレーザ光を間欠的に照射することにより、レジスト層２の露光工程が行われる。形成された潜像２ａは、円周方向に長軸を有する略楕円形になる。レーザ光２ｂの移動は、移動光学テーブル３０の矢印Ｒ方向への移動によって行われる。
第５図に示した露光装置５においては、レジスト層２に対して第２図に示した準六方格子の２次元パターンからなる潜像２ａを形成するための制御機構３７を備えている。制御機構３７は、レジスト層２に対するレーザ光２ｂの照射タイミングを制御する極性反転部３５と、この極性反転部３５の出力を受けて、ＡＯＭ２７を制御するドライバ３６を備えている。
制御機構３７は、潜像２ａの２次元パターンが空間的にリンクするように、１トラック毎に、ＡＯＭ２７によるレーザ光２ｂの強度変調と、スピンドルモータ３４の駆動回転速度と、移動光学テーブル３０の移動速度とをそれぞれ同期させる。基板１は、角速度一定（ＣＡＶ）で回転制御される。そして、スピンドルモータ３４による基板１の適切な回転数と、ＡＯＭ２７によるレーザ強度の適切な周波数変調と、移動光学テーブル３０によるレーザ光２ｂの適切な送りピッチとでパターニングを行う。これにより、レジスト層２に対して準六方格子パターンの潜像２ａを形成する。
例えば、第２図に示したように、円周方向の配置ピッチＰ１を３３０ｎｍ、円周方向約６０°方向（約−６０°方向）の配置ピッチＰ２を３００ｎｍにするには、送りピッチは２５１ｎｍにすればよい。なお、Ｐ１を３１５ｎｍ、Ｐ２を２７５ｎｍにするには、送りピッチは２２６ｎｍにすればよい。また、Ｐ１を３００ｎｍ、Ｐ２を２６５ｎｍにするには、送りピッチは２１９ｎｍにすればよい。
更に、極性反転部３５の制御信号を、空間周波数（潜像２ａのパターン密度であり、Ｐ１：３３０、Ｐ２：３００ｎｍ、または、Ｐ１：３１５ｎｍ、Ｐ２：２７５ｎｍ、または、Ｐ１：３００ｎｍ、Ｐ２：２６５ｎｍ）が一様になるように徐々に変化させる。より具体的には、レジスト層２に対するレーザ光２ｂの照射周期を１トラック毎に変化させながら露光を行い、各トラックＴにおいてＰ１がほぼ３３０ｎｍ（あるいは３１５ｎｍ、３００ｎｍ）となるように制御機構３７においてレーザ光２ｂの周波数変調を行う。即ち、トラック位置が基板中心から遠ざかるに従い、レーザ光の照射周期が短くなるように変調制御する。これにより、基板全面において空間周波数が一様なナノパターンを形成することが可能となる。
続いて、第６図を参照して、光学素子作製用原盤４から光学素子１０が作製されるまでの一連の工程について説明する。
第６図は、光学素子作製用原盤４から光学素子１０を作製するまでの概略工程を説明するための模式図である。光学素子作製用原盤４は、上述したように、石英基板１の表面にレジスト層２のパターンを形成した状態（第６図Ａ）から、このレジストパターンをマスクとするエッチング処理を施し、基板１の表面に凹部３を含む凹凸構造を形成することで作製される（第６図Ｂ）。
ここで、レジスト層２のパターンは、基板１の半径方向と円周方向とで現像後の層厚が異なっており、半径方向の層厚よりも円周方向の層厚が薄い。これは、露光工程において基板１を回転させながらレーザ光２ｂを照射するため、レーザ光２ｂの照射時間が基板半径方向よりも円周方向の方が長くなり、これが現像後においてレジスト層２の層厚の違いとなって現れるからである。その後のエッチング処理においては、基板１の円周方向と半径方向でのレジスト層２の層厚の違いによって、形成される凹部３に形状の異方性が付される。
次に、作製された原盤４の凹凸構造面に紫外線硬化樹脂等の光硬化樹脂を塗布し、その上にアクリル板等の透明基板を重ねて配置する。そして、透明基板の上から紫外線を照射し光硬化樹脂を硬化させた後、原盤４から剥離する。これにより、第６図Ｃに示すように、透明基板６の上に光硬化樹脂７からなる凹凸構造が転写された光学素子作製用複製基板８が作製される。
次に、作製された複製基板８の凹凸構造面に導電化膜を無電解めっき法により形成した後、電解めっき法によって金属めっき層を形成する。これら無電解めっき膜及び電解めっき層の構成材料には、例えばニッケル（Ｎｉ）が好適である。めっき層の形成後、複製基板８から剥離し、必要に応じて外形加工を施すことで、第６図Ｄに示すような光学素子作製用金型９が作製される。
次に、作製された金型９を射出成形機の成形金型として設置し、金型を閉じキャビティを形成した後、ポリカーボネート等の溶融樹脂を充填することによって、第２図に示したように、基体１１の表面に構造体１２の微細配列構造が一体形成されたディスク状基板が作製される（第６図Ｅ）。その後、作製された基板を所定サイズに切り出すことにより、第１図に示した形態のサブ波長構造面を備えた光学素子１０が作製される。
なお、原盤４は、基板１をエッチング処理して形成する場合に限らず、レジスト層２のパターンが形成された基板１をそのまま原盤として用いることも可能である。
以上、本実施形態によれば、基体１１の表面に可視光波長以下の微細ピッチで多数配置された構造体１２が、複数列の円弧状トラックをなすように配列されているとともに、隣接する３列のトラック間において準六方格子パターンを形成するサブ波長構造体を構成しているので、基体１１表面における構造体１２の充填密度を高くすることができ、これにより可視光の反射防止効率を高め、広い波長範囲にわたって反射防止特性に優れた透過率の極めて高い光学素子１０を得ることができる。
更に、本実施形態によれば、光ディスク記録装置を応用した露光装置５を用いて光学素子作製用原盤４を作製するようにしているので、上記構成の光学素子１０を短時間で効率よく製造することができるとともに、基板の大型化にも対応可能となり、これにより生産性の向上を図ることができる。
（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。
第７図は、基体１１の両面に上記構成のサブ波長構造体が形成された光学素子の製造方法を説明する要部の概略工程断面図である。第７図Ａは、石英基板１の表面にレジスト層２のパターン形成工程、第７図Ｂは、パターニングしたレジスト層２をマスクとするエッチング処理を施し、基板１の表面に凹部３を含む凹凸構造を備えた光学素子作製用原盤４を作製する工程、第７図Ｃは、透明基板６の上に光硬化樹脂７からなる凹凸構造が転写された光学素子作製用複製基板８の作製工程、第７図Ｄは、複製基板８の凹凸構造面に導電化膜をめっき成長させた後、複製基板８から剥離することで得られる光学素子作製用金型９の作製工程をそれぞれ示している。
本実施形態では、上述のようにして作製される金型９を２つ用意し、これらの金型９を射出成形機の成形金型として設置する。このとき、金型９のそれぞれの凹凸構造面の間に溶融樹脂が充填されるキャビティを形成させることによって、第７図Ｅに示すように、表面および裏面に構造体１２の微細配列構造が一体形成されたディスク状基板が作製される。その後、基板１１Ｗを所望の形状に切り出すことで、基体１１の両面にサブ波長構造面を備えた光学素子４０が作製される。
本実施形態の光学素子４０によれば、基体１１の両面にサブ波長構造体が形成されているので、光学素子４０の光入射面および光出射面の双方に光の反射防止機能が得られることになる。これにより、光の透過特性の更なる向上を図ることが可能となる。
本実施形態の光学素子４０は、特に、太陽電池等の光電変換装置における導光窓、液晶ディスプレイにおける導光板や光学的機能シートあるいはフィルム、照明装置の光出射窓などの各種光デバイス用の導光部材に用いることにより、光の表面反射および裏面反射を防止して光利用効率の向上に大きく貢献することが可能となる。
（第３の実施形態）
第８図は本発明の第３の実施形態を示している。本実施形態では、上述の第２の実施形態において説明した構成の光学素子４０を導光窓に用いた色素増感型太陽電池５０を例に挙げて説明する。
本実施形態の色素増感型太陽電池５０は、透明導電膜４１を備えた導光窓４０と、透明導電膜４１の対極をなす（透明）導電膜４２及び集電材４３を有する基板４４との間に、金属酸化物半導体層４５と電解質層４６とが設けられた積層体で構成されている。半導体層４５は、例えば酸化物半導体材料及び増感色素を有する。また、透明導電膜４１と導電膜４２は導線で接続されており、アンメータ（電流計）４７を有する電流回路が形成されている。
導光窓４０は、ガラス基板や透明プラスチック基板が用いられ、その外面側の光入射面（受光面）および内面側の光出射面には、上述の第１の実施形態で説明した構造体１２の準六方格子状の微細配列構造（サブ波長構造）が設けられている。
金属酸化物半導体層４５は、金属酸化物粒子が透明導電膜４１上に焼結されてなる光電変換層を構成する。金属酸化物半導体層４５の構成材料としては、例えばＴｉＯ２、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＳｒＯ３などの金属酸化物が挙げられる。また、金属酸化物半導体層４５上には増感色素が担持されており、上記の金属酸化物半導体は、この増感色素によって増感される。増感色素としては、増感作用をもたらすものであれば特に制限されず、例えば、ビピリジン、フェナントリン誘導体、キサンテン系色素、シアニン系色素、塩基性染料、ポルフィリン系化合物、アゾ染料、フタロシアニン化合物、アントラキノン系色素、多環キノン系色素等が挙げられる。
電解質層４６は、電解質中に、少なくとも１種類の可逆的に酸化／還元の状態変化を起こす物質系（酸化還元系）が溶解されてなる。電解質は、液体電解質であってもよいし、又はこれを高分子物質中に含有させたゲル状電解質、高分子固体物質、無機の固体電解質であってもよい。酸化還元系としては、例えば、Ｉ−／Ｉ３−、Ｂｒ−／Ｂｒ２といったハロゲン類、キノン／ハイドロキノン、ＳＣＮ−／（ＳＣＮ）２といった擬ハロゲン類、鉄（ＩＩ）イオン／鉄（ＩＩＩ）イオン、銅（Ｉ）イオン／銅（ＩＩ）イオン等を挙げることができるが、これらに限られるものではない。溶媒としては、アセトニトリル等のニトリル系、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等のカーボネート系、ガンマブチロラクトン、ピリジン、ジメチルアセトアミド、その他の極性溶媒、メチルプロピルイミダゾリウム−ヨウ素といった常温溶融塩あるいはそれらの混合物が使用可能である。
上述の構成の色素増感型太陽電池５０においては、導光窓４０の受光面で受光した光が、金属酸化物半導体層４５の表面に担持された増感色素を励起し、増感色素は金属酸化物半導体層４５へ電子を速やかに渡す。一方、電子を失った増感色素は、キャリア移動層である電解質層４６のイオンから電子を受け取る。電子を渡した分子は、対向電極４２から電子を受け取る。以上のようにして、電極４１，４２間に電流が流れる。
本実施形態によれば、色素増感型太陽電池５０の受光面が、本発明に係る光学素子としての導光窓４０で構成されているので、受光面（光入射面）で受光した光の表面反射および、導光窓４０の裏面（光出射面）における透過光の反射を効果的に防止することが可能となり、これにより受光した光の利用効率を高め、光電変換効率すなわち発電効率の向上を図ることが可能となる。
また、導光窓４０の光入射面および光出射面は、可視光波長よりも短いピッチで上記構造体１２（第１図）が微細配列されたサブ波長構造を有するので、近紫外光領域から可視光領域および近赤外領域に感度をもつ光電変換部の光電変換効率を効果的に高めることができる。
（第４の実施形態）
第９図は本発明の第４の実施形態を示している。本実施形態では、光電変換装置としてシリコン系太陽電池６０に本発明を適用した例について説明する。
第９図はシリコン系太陽電池６０の概略構成を示している。シリコン系太陽電池６０は、シリコン基板６１と、このシリコン基板６１の表面および裏面に形成された透明導電膜６４，６５と、透明導電膜６４，６５間に接続された負荷６６を備えている。シリコン基板６１は、ｎ型半導体層６２とｐ型半導体層６３とを有する接合型Ｓｉ基板からなり、これらｎ型半導体層６２とｐ型半導体層６３のｐｎ接合部６７において、ｎ型半導体層６２への入射光量に応じた電気を発生する光電変換層を構成している。
本実施形態では、受光面を構成するｎ型半導体層６２の表面が、入射光の波長以下の微細ピッチで構造体１２（第１図）が準六方格子状に配列されたサブ波長構造面とされており、ｎ型半導体層６２の入射面における光の反射を防止し、透過特性の向上が図られている。これにより、ｐｎ接合部６７における光電変換効率を高めることが可能となる。
また、シリコン基板６１の光入射面に形成される上記構造体１２（第１図）の微細配列構造を近紫外光の波長以下の微細ピッチで形成することによって、近紫外光領域から近赤外線領域にわたる広い範囲にわたって感度をもつＳｉ系太陽電池において光電変換効率の飛躍的な向上を図ることが可能となる。
上記構成のシリコン系太陽電池６０は、ｎ型半導体層６２を構成するシリコン基板６１の表面を直接エッチング加工することによって作製することができる。第１０図はこのシリコン系太陽電池の製造方法を説明する要部の工程断面図である。
まず、第１０図Ａに示すように、シリコン基板６１の表面にレジスト層７０を形成し、上述の第１の実施形態において説明した光ディスク記録技術を応用した露光技術と現像処理を施すことにより、シリコン基板６１の表面にレジスト層７０のマスクパターンを形成する。次に、作製したレジスト層７０のマスクパターンをマスクとして、エッチングガスにＣＦ４等のフロロカーボン系ガスを用いてエッチング処理を施し、第１０図Ｂに示すように、シリコン基板６１の表面に錐体形状の凹部７１からなる凹凸パターンを形成する。以上のようにして、サブ波長構造面を備えたシリコン基板６１が作製される。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。
【実施例１】
【０００７】
［原盤の作製］
石英基板上に、化学増幅型またはノボラック系ポジ型レジスト層を厚さ１５０ｎｍ程度塗布し、このレジスト層に、第５図に示した露光装置５を用いて準六方格子パターンの潜像を形成した。レーザ光の波長は２６６ｎｍ、レーザパワーは、０．５０ｍＪ／ｍとした。その後、レジスト層に対して現像処理を施して、レジストパターンを作製した。現像液としては、無機アルカリ性現像液（東京応化社製）を用いた。
次に、Ｏ２アッシングによりレジストパターンを除去し開口径を広げるプロセスと、ＣＨＦ３ガス雰囲気中でのプラズマエッチングで石英基板をエッチングするプロセスを繰り返し行った。その結果、石英基板の表面が露出している準六方格子パターン径が徐々に広がりながら、エッチングが進行し、その他の領域はレジストパターンがマスクとなりエッチングされず、第６図Ｂに模式的に示したような断面略三角形状の凹部が形成された。エッチング量はエッチング時間によって変化させた。最後に、Ｏ２アッシングによりレジストパターンを完全に除去した。
以上のようにして、円周方向ピッチＰ１が３３０ｎｍ、円周方向約６０°方向（約−６０°方向）ピッチＰ２が３００ｎｍ、深さ２５０ｎｍ程度から４５０ｎｍ程度の凹部準六方格子パターンを有するサブ波長構造体マスター（原盤）を作製した。
［複製基板の作製］
次に、作製したサブ波長構造体マスター上に紫外線硬化樹脂を塗布した後、アクリル板を紫外線硬化樹脂上に密着させた。そして、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させ、石英マスターから剥離した。以上のようにして、凸部準六方格子パターンを有するサブ波長構造体紫外線硬化複製基板を作製した。
［成形用金型の作製］
次に、作製したサブ波長構造体紫外線硬化複製基板の凹凸パターン上に、無電界メッキ法によりニッケル皮膜でなる導電化膜を形成した。そして、導電化膜が形成された複製基板を電鋳装置に設置し、電気メッキ法により導電化膜上に３００±５μｍ程度の厚さのニッケルメッキ層を形成した。続いて、複製基板からニッケルメッキ層をカッター等を用いて剥離した後、転写された凹凸構造面をアセトンで洗浄し、凹部準六方格子パターンを有するサブ波長構造体Ｎｉ金属マスター（成形用金型）を作製した。
［光学素子の作製］
次に、作製したサブ波長構造体Ｎｉ金属マスターを用いてポリカーボネート樹脂の射出成形基板を作製し、表面に凸部準六方格子パターンを有するサブ波長構造体成形複製基板を得た。その後、この複製基板を所定サイズに切り出して、本発明に係る光学素子を作製した。
【実施例２】
【０００８】
本実施例では、原盤作製工程において、ＣＨＦ３ガスのプラズマエッチング時間を変えて、空間周波数（円周周期（配置ピッチＰ１）３３０ｎｍ、円周６０°周期（配置ピッチＰ２）３００ｎｍ）が一様な準六方格子パターンのサブ波長構造体石英マスターＡ，Ｂを作製した。また、空間周波数（Ｐ１：３５０ｎｍ、ピッチＰ２：３００ｎｍ）が一様な準六方格子パターンのサブ波長構造体石英マスターＤを作製した。
次に、上記サブ波長構造体石英マスターＡの紫外線硬化複製基板Ａ１と、サブ波長構造体石英マスターの紫外線硬化複製シートＢ１と、サブ波長構造体石英マスターＡ，Ｄの成形複製基板（ポリカーボネート、屈折率１．５９）Ａ２，Ｄ２を、それぞれ作製した。石英マスターＡ，Ｂ，Ｄのエッチング時間と、紫外線硬化複製基板（シート）Ａ１，Ｂ１及び成形複製基板Ａ２，Ｄ２の凹凸構造の形態を、第１１図にまとめて示す。なお、各サンプルのパターン高さは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の断面プロファイルから測定した。
第１１図において、構造体の円周方向の高さ（深さ）は半径方向の高さ（深さ）よりも小さく、また、サブ波長構造体の円周方向以外の部分の高さ（深さ）が半径方向の高さ（深さ）とほぼ同一であったことから、サブ波長構造体の深さを半径方向の高さ（深さ）で代表した。
また、第１１図におけるアスペクト比、平均配置ピッチは、上述したように以下の式（１）、（２）により定義される。
アスペクト比＝Ｈ／Ｐ  ・・・（１）
但し、Ｈ：円周方向の構造体の高さ、Ｐ：平均配置ピッチ（平均周期）
平均配置ピッチＰ＝（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ２）／３＝（３３０＋３００＋３００）／３＝３１０  ・・・（２）
但し、Ｐ１：円周方向の配置ピッチ（円周周期）、Ｐ２：円周方向に対して±θ方向（但し、θ＝６０°−δ）の配置ピッチ
なお、以下の実施例においてもアスペクト比、配置ピットは同様に定義される。
第１２図は、紫外線硬化複製基板Ａ１のＳＥＭ写真である。第１２図に示すサブ波長構造体形状は、中央部の傾きが頂部及び底部の傾きよりも急峻な楕円錐形状である。また、サブ波長構造体は、準六方格子状に配列されている。このような形状の構造体は、石英マスターＡのエッチング工程において、構造体の先端部から中央部にかけてエッチング時間を長く、構造体の中央部から底部にかけて徐々にエッチング時間を短くすることで得ることができる。具体的には、以下の処理を順に行った。なお、他の石英マスターＢ，Ｄは、その形状に応じてエッチング時間またはサイクル数を適宜調整する以外は石英マスターＡと同様にして作製した。
１．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング１分
２．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング２分
３．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング３分
４．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング４分
５．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング３分
６．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング２分
７．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング１分
８．Ｏ２アッシング１５秒
なお、パターンの円周方向の高さは、半径方向の高さよりも小さかった。また、パターンの円周方向以外の部分の高さが半径方向の高さとほぼ同一であったことから、パターンの高さを半径方向の高さで代表した。
（反射率の評価）
各サンプルの反射率評価を装置（日本分光社製「Ｖ−５００」）を用いて評価した。各サンプルの反射率の波長特性を第１３図Ａ、第１３図Ｂ、第１４図Ａ及び第１４図Ｂに示す。
第１３図Ａは、サンプルＡ１の反射特性を示している。サンプルＡ１の反射率に波長依存性があるが、可視光領域（４００〜７８０ｎｍ）では平均反射率が０．４５％であり、十分に小さい値となっている。
第１３図Ｂは、サンプルＢ１の反射特性を示している。サンプルＢ１も反射率に波長依存性があり、長波長側で反射率が上がっているが、７８０ｎｍ以下の可視光領域でも１％未満、ディスプレイの波長領域（Ｒ：６５０ｎｍ、Ｇ：５３０ｎｍ、Ｂ：４４０ｎｍ）では、反射率が０．６％未満と十分な特性が得られている。
第１４図Ａは、サンプルＡ２の反射特性を示している。サンプルＡ２に関しては、サンプルＡ１と同様の波長依存性と反射率が得られた。この結果から、サンプルＡ１とサンプルＡ２は凹凸構造面について同様な転写性であることが確認される。
第１４図Ｂは、サンプルＤ２の反射特性を示している。サンプルＤ２に関しては、反射率の波長依存性があるが、可視光領域では０．４０％の平均反射率であり、十分に小さい値となっている。空間周波数がＰ１：３５０ｎｍ、Ｐ２：３００ｎｍの準六方格子パターンでも、優れた反射防止特性が得られることが確認された。
以上の結果から、空間周波数が、Ｐ１：３３０〜３５０ｎｍ、Ｐ２：３００ｎｍである場合について、十分な反射防止特性を得ることができた。換言すれば、Ｐ１／Ｐ２の値が１．１〜１．１７の複製基板において、十分な反射防止特性を得ることができた。
更に、モスアイ形状は、六方格子パターンが歪んだ凸形状の楕円錐形であり、アスペクト比が１．２５〜１．４６のパターン高さ分布において、非常に優れた反射防止特性を得ることができた。
【実施例３】
【０００９】
本実施例では、原盤作製工程において、ＣＨＦ３ガスのプラズマエッチング時間を一定にして、空間周波数（円周周期（配置ピッチＰ１）３３０ｎｍ、円周６０°周期（配置ピッチＰ２）３００ｎｍ）が一様な準六方格子パターンのサブ波長構造体石英マスターＣを作製した。なお、サブ波長構造体石英マスターＣの凹部には、深さ分布を持たせた。
次に、上記サブ波長構造体石英マスターＣの紫外線硬化複製基板Ｃ１とを作製した。石英マスターＣのエッチング時間と、紫外線硬化複製基板Ｃ１の凹凸構造の形態を、第１１図に示す。なお、各サンプルのパターン高さは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の断面プロファイルから測定した。
第１１図において、構造体の円周方向の高さ（深さ）は半径方向の高さ（深さ）よりも小さく、また、サブ波長構造体の円周方向以外の部分の高さ（深さ）が半径方向の高さ（深さ）とほぼ同一であったことから、サブ波長構造体の深さを半径方向の高さ（深さ）で代表した。
また、第１１図におけるアスペクト比、平均配置ピッチは、上述した式（１）、（２）により定義される。
第１５図、第１６図は、紫外線硬化複製基板ＣのＳＥＭ写真である。第１５図に示すように、構造体は、準六方格子状に配置されている。また、構造体は、楕円錐台形状を有している。このような形状の構造体は、レジストマスクに開口を設け、石英マスターＣのエッチング工程において、アッシング時間、エッチング時間を一定にすることで得ることができる。具体的には、以下の処理を順に行った。
１．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング２．５分
２．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング２．５分
３．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング２．５分
４．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング２．５分
５．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング２．５分
６．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング２．５分
７．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング２．５分
８．Ｏ２アッシング５秒、ＣＨＦ３エッチング２．５分
９．Ｏ２アッシング１５秒
（反射率の評価）
各サンプルの反射率評価を装置（日本分光社製「Ｖ−５００」）を用いて評価した。その結果を第１３図Ｃに示す。
第１３図Ｃは、サンプルＣ１の反射特性を示している。サンプルＣ１に関しては、長波長側も安定し、波長依存性がほとんどなく、反射率も非常に低い結果が得られた。可視光領域でも０．３５％未満、平均反射率は０．３％であり、非常に優れた反射防止特性が得られている。波長依存性が少ない理由は、凹凸構造の六方格子パターンの歪みと、凹凸構造の高さ分布（深さ分布）が大きいためと考えられる。
また、反射率低減の理由としては、楕円錐台の幅が広いため、充填率を高めることが可能な形状であることも考えられる。
実施例２および実施例３の構造体を比較すると、実施例２および実施例３の構造体を基板の上方から観察した場合には、実施例２の構造体は細くて小さい丸に見えるのに対して、実施例３の構造体は大きい丸に見える。すなわち、実施例３の構造体は実施例２の構造体に比して体積が大きいように見える。したがって、実施例３の構造体は、実施例２の構造体に比して充填率を高くできる。
【実施例４】
【００１０】
［原盤の作製］
石英基板上に、化学増幅型またはノボラック系ポジ型レジスト層を厚さ１５０ｎｍ程度塗布し、このレジスト層に、第５図に示した露光装置５を用いて準六方格子パターンの潜像を形成した。レーザ光の波長は２６６ｎｍ、レーザパワーは、０．５０ｍＪ／ｍとした。その後、レジスト層に対して現像処理を施して、レジストパターンを作製した。現像液としては、無機アルカリ性現像液（東京応化社製）を用いた。
次に、Ｏ２アッシング（５秒）によりレジストパターンを除去し開口径を広げるプロセスと、ＣＨＦ３ガス雰囲気中でのプラズマエッチング（３分）で石英基板をエッチングするプロセスを繰り返し行った。その結果、石英基板の表面が露出している準六方格子パターン径が徐々に広がりながらエッチングが進行し、その他の領域はレジストパターンがマスクとなりエッチングされず、第６図Ｂに模式的に示したような断面略三角形状の凹部３が形成された。エッチング量はエッチング時間によって変化させた。最後に、Ｏ２アッシングによりレジストパターンを完全に除去した。
以上のようにして、円周方向ピッチＰ１が３３０ｎｍ、円周方向約６０°方向（約−６０°方向）ピッチＰ２が３００ｎｍ、深さ２７０ｎｍ程度から４００ｎｍ程度の凹部準六方格子パターンを有するサブ波長構造体マスター（原盤）を作製した。
［複製基板の作製］
次に、作製したサブ波長構造体マスター上に紫外線硬化樹脂を塗布した後、アクリル板を紫外線硬化樹脂上に密着させた。そして、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させ、石英マスターから剥離した。以上のようにして、凸部準六方格子パターンを有するサブ波長構造体紫外線硬化複製基板を作製した。
［成形用金型の作製］
次に、作製したサブ波長構造体紫外線硬化複製基板の凹凸パターン上に、無電解めっき法によりニッケル皮膜でなる導電化膜を形成した。そして、導電化膜が形成された複製基板を電鋳装置に設置し、電気めっき法により導電化膜上に３００±５μｍ程度の厚さのニッケルめっき層を形成した。続いて、複製基板からニッケルめっき層をカッター等を用いて剥離した後、転写された凹凸構造面をアセトンで洗浄し、凹部準六方格子パターンを有するサブ波長構造体Ｎｉ金属マスター（成形用金型）を作製した。
［光学素子の作製］
次に、作製したサブ波長構造体Ｎｉ金属マスターを用いてポリカーボネート樹脂の射出成形基板を作製し、表面に凸部準六方格子パターンを有するサブ波長構造体成形複製基板を得た。その後、この複製基板を所定サイズに切り出して、本発明に係る光学素子を作製した。
【実施例５】
【００１１】
本実施例では、原盤作製工程において、ＣＨＦ３ガスのプラズマエッチング時間を変えて、空間周波数（円周周期（配置ピッチＰ１）３３０ｎｍ、円周約６０°周期（配置ピッチＰ２）３００ｎｍ）が一様な準六方格子パターンのサブ波長構造体石英マスターＡ，Ｅを作製した。また、空間周波数（Ｐ１：３１５ｎｍ、Ｐ２：２７５ｎｍ）が一様な準六方格子パターンのサブ波長構造体石英マスターＦを作製した。
次に、上記サブ波長構造体石英マスターＡ，Ｅ，Ｆの紫外線硬化複製基板Ａ１，Ｅ１，Ｆ１と、サブ波長構造体石英マスターＡの成形複製基板（ポリカーボネート、屈折率１．５９）Ａ２を、それぞれ作製した。さらに、両面にサブ波長構造体が設けられた紫外線硬化複製基板（第６図Ｃにおいて透明基板６の両面に紫外線硬化樹脂７からなる凹凸構造が転写された複製基板）ＥＷ１、ＦＷ１をそれぞれ作製した。石英マスターＡ，Ｅ，Ｆのエッチング時間と、紫外線硬化複製基板Ａ１，Ｅ１，Ｆ１及び成形複製基板Ａ２の凹凸構造の形態を、第１７図にまとめて示す。
各サンプルのパターン高さは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の断面プロファイルから測定した。なお、パターンの円周方向の高さは、半径方向の高さよりも小さかった。また、パターンの円周方向以外の部分の高さが半径方向の高さとほぼ同一であったことから、パターンの高さを半径方向の高さで代表した。
（透過率の評価）
各サンプルの透過率評価を日本分光社製測定装置「Ｖ−５００」を用いて評価した。各サンプルの透過率の波長特性を第１８図〜第２０図に示す。
第１８図ＡはサンプルＡ１の透過特性を示している。サンプルＡ１は透過率に波長依存性がほとんどなく、波長（４４０ｎｍ〜８００ｎｍ）では平均透過率が９５〜９６％であり、十分な特性が得られている。
第１８図ＢはサンプルＡ２の透過特性を示している。サンプルＡ２は、波長４５０ｎｍ以下の透過率特性がやや悪いが、ディスプレイの波長領域（Ｒ：６５０ｎｍ、Ｇ：５３０ｎｍ、Ｂ：４５０ｎｍ）では、平均透過率が９５〜９６％であり、十分な特性が得られている。また、サンプルＡ２に関しては、紫外線硬化複製基板サンプルＡ１と同様の波長依存性と透過率が得られた。この結果から、サンプルＡ１とサンプルＡ２は凹凸構造面について同様な転写性であることが確認される。
第１８図Ｃは、サンプルＥ１の透過特性を示している。サンプルＥ１に関しては、波長依存性がほとんどなく、透過率も非常に高く安定した結果が得られた。波長（４３０〜８００ｎｍ）でも、平均透過率は９５〜９６％であり、非常に優れた透過特性が得られている。
第１９図は、サンプルＥＷ１の透過特性と光の入射角依存特性を示している。両面にサブ波長構造体を設けた紫外線硬化複製基板サンプルＥＷ１の透過特性は、裏面反射がないため、サンプルＥ１に比べて更に向上している。入射角０度では、波長４３０〜８００ｎｍでは平均透過率が９９％であり、非常に十分な特性が得られている。また、入射角が増加しても、青色の波長（４５０ｎｍ）において、入射角２０度で透過率９６％、入射角３０度で透過率９３．５％と十分な特性となっている。
特開２００６−１４５８８５号公報（特許文献１）では、誘電体薄膜の積層構造によって、赤色ＬＥＤ光（６４０ｎｍ）、緑色ＬＥＤ光（５３０ｎｍ）、青色ＬＥＤ光（４５０ｎｍ）の透過率を、８０％、８０％、５０％と向上させていたが、本発明の実施例では、上記透過率がそれぞれ９９％、９９％、９９％であり、格段に透過特性を向上させている。入射角依存性も少なく、±２０〜３０度まで十分な透過特性が得られている。
特に、青色光（４５０ｎｍ）の透過特性は５０％から９９％と２倍の性能になっている。このことは、青色光吸収による素子の劣化が起こりにくいと考えられる。これにより、極めて信頼性の高い光学フィルタ素子、又はこの光学フィルタ素子を用いたＬＥＤディスプレイを提供することができる。また、ニオブ（Ｎｂ）等の希土類を用いていないため、環境汚染の問題のない光学フィルタ素子、又はこの光学フィルタ素子を用いたＬＥＤディスプレイを提供することができる。
次に、第２０図は、サンプルＦＷ１の透過特性と入射角依存特性を示している。両面にサブ波長構造体を設けた紫外線硬化複製基板サンプルＦＷ１の透過特性は、波長依存性はほとんどなく、可視光領域（４００〜８００ｎｍ）では平均透過率が９８％であり、格段に優れた透過特性となっている。空間周波数がＰ１：３１５ｎｍ、Ｐ２：２７５ｎｍの準六方格子パターンでも、格段に優れた透過特性が得られることが確認された。従って、ＬＥＤディスプレイ以外にも、多くの蛍光ランプディスプレイや照明装置の導光素子などの多くの応用商品に適用可能である。
以上の結果から、空間周波数が、Ｐ１：３１５〜３３０ｎｍ、Ｐ２：２７５〜３００ｎｍである場合について、十分な透過特性を得ることができた。換言すれば、Ｐ１／Ｐ２の値が１．０５〜１．２の複製基板において、十分な透過特性を得ることができた。
更に、サブ波長構造体形状は、六方格子パターンが歪んだ凸形状の楕円錐であり、アスペクト比が０．９４〜１．２８のパターン高さ分布において、非常に優れた透過特性を得ることができた。
【実施例６】
【００１２】
本実施例では、原盤作製工程において、ＣＨＦ３ガスのプラズマエッチング時間を変えて、空間周波数（円周周期（配置ピッチＰ１）３１５ｎｍ、円周約６０°周期（配置ピッチＰ２）２７５ｎｍ）が一様な準六方格子パターンのサブ波長構造体石英マスターＦを作製した。また、空間周波数（Ｐ１：３００ｎｍ、Ｐ２：２６５ｎｍ）が一様な準六方格子パターンのサブ波長構造体石英マスターＧを作製した。
次に、上記サブ波長構造体石英マスターＦの紫外線硬化複製基板Ｆ１と、サブ波長構造体石英マスターＧの成形複製基板（ポリカーボネート、屈折率１．５９）Ｇ１を、それぞれ作製した。さらに、両面にサブ波長構造体が設けられた紫外線硬化複製基板（第６図Ｃにおいて透明基板６の両面に紫外線硬化樹脂７からなる凹凸構造が転写された複製基板）ＦＷ１，ＧＷ１をそれぞれ作製した。石英マスターＦ，Ｇのエッチング時間と、紫外線硬化複製基板Ｆ１及び成形複製基板Ｇ１の凹凸構造の形態を、第２１図に示す。
第２１図において、太陽電池Ｈのサンプルは、第１０図に示したように、レジスト塗布されたＳｉ基板（太陽電池材料）を空間周波数（円周方向（Ｐ１）３００ｎｍ、円周約６０°方向（Ｐ２）３３０ｎｍ）が一様な準六方格子パターンでパターニングした後、ＣＦ４ガスのプラズマエッチングを行い、表面に準六方格子パターンのサブ波長構造体を形成したものである。
各サンプルのパターン高さは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の断面プロファイルから測定した。なお、パターンの円周方向の高さは、半径方向の高さよりも小さかった。また、パターンの円周方向以外の部分の高さが半径方向の高さとほぼ同一であったことから、パターンの高さを半径方向の高さで代表した。
（透過率の評価）
各サンプルの透過率評価を日本分光社製測定装置「Ｖ−５００」を用いて評価した。各サンプルの透過率の波長特性を第２２図及び第２３図に示す。
第２２図は、サンプルＦＷ１の透過特性を示している。なお、このサンプルＦＷ１は、上述の実施例２において説明したサンプルＦＷ１と同一のものであり、第２２図は、第２０図よりも波長範囲を拡大して示したものである。第２２図に示したように、サンプルＦＷ１に関しては、波長４００〜１２００ｎｍでの透過率は概ね９８％あり、十分な特性が得られている。また、短波長（３５０〜４００ｎｍ）の領域で透過率は徐々に減少するが、波長３５０ｎｍでも７０％程度透過する十分な特性が得られている。さらに、角度依存性が少なく、±３０度の入射角度までほとんど透過特性が変わらないことがわかった。
一方、第２３図は、サンプルＧＷ１の透過特性を示している。サンプルＧＷ１に関しても同様に、波長４００〜１２００ｎｍでの透過率は９８％あり、十分な特性が得られている。
また、短波長（３５０〜４００ｎｍ）の領域で透過率は徐々に減少するが、波長３５０ｎｍでも９０％程度透過する十分な特性が得られている。
さらに、角度依存性が少なく、±３０度の入射角度までほとんど透過特性が変わらないことがわかった。
第２４図は、太陽光のスペクトルと一般的なＳｉ太陽電池の感度スペクトルを示している（出典：「熱光起電力（ＴＰＶ）発電システム」インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅｃｈ．ｔｏｈｏｋｕ．ａｃ．ｊｐ／ｍｅｃｈ−ｌａｂｓ／ｙｕｇａｍｉ／ｒｅｓｅａｒｃｈ／ｔｐｖ／ｔｐｖ＿ｉｎｆｏ．ｈｔｍｌ＞）。第２４図に示すように、太陽光のスペクトルは波長３５０〜１２００ｎｍの範囲にわたって分布している。従って、波長３５０〜１２００ｎｍに広い波長範囲にわたって優れた透過率特性を有する本実施例に係るサンプルＦＷ１及びＧＷ１を太陽電池用の導光窓として用いることで、光利用効率を高められ、発電効率の向上に大きく貢献することが可能となる。また、太陽電池以外にも、多くの光センサー用の導光窓などにも本発明は適用可能である。
以上の結果から、空間周波数が、Ｐ１：３００〜３１５ｎｍ、Ｐ２：２６５〜２７５ｎｍである場合について、十分な透過特性を得ることができた。更に、サブ波長構造体形状は、六方格子パターンが歪んだ凸形状の楕円錐であり、アスペクト比が１．０９〜１．１９のパターン高さ分布において、非常に優れた透過特性を得ることができた。
また、表面に準六方格子パターンのサブ波長構造体を有する太陽電池Ｈ（円周周期（配置ピッチＰ１）３３０ｎｍ、円周約６０°周期（配置ピッチＰ２）３００ｎｍ、深さ２５１ｎｍ、アスペクト比０．８５）のパターン部の反射率（５度入射）は、Ｓｉ基板の平坦部の反射率（４０％程度）と比べ格段に少なく、２％程度である。サブ波長構造体を有する太陽電池Ｈは反射率の角度依存性が少ないため、１．５〜２倍程度の効率が期待できる。
【実施例７】
【００１３】
アスペクト比（Ｈ／Ｐ）を、０．５８、０．７５、０，９２、１．０８、１．２５、１．４２、１、５８にそれぞれ変える以外は、実施例１と同様にして紫外線硬化複製基板サンプルを得た。
（反射率の評価）
各サンプルの反射率評価を装置（日本分光社製「Ｖ−５００」）を用いて評価した。各サンプルの反射率の波長特性を第２５図に示す。なお、第２５図では、全ての反射を「１」とした反射率を示している。第２５図から、アスペクト比（Ｈ／Ｐ）が小さくなると長波長側における反射率が高くなることがわかる。
以下、図２６〜２８を参照しながら、実施例８〜１０について説明する。
【実施例８】
【００１４】
第２６図Ａに示すように、裾部を有していない構造体が一主面に準六方格子状に設けられた光学素子について反射特性を求めた。なお、第２７図に示すように、パターン深さ４２０ｎｍ、周期３３０ｎｍ、アスペクト比１．２７に設定した。その結果を第２８図に示す。
【実施例９】
【００１５】
第２６図Ｂに示すように、裾部の有する構造体が一主面に設けられた光学素子について反射特性を求めた。なお、第２７図に示すように、パターン深さ４２０ｎｍ、周期３３０ｎｍ、アスペクト比１．２７に設定した。また、裾部は、基本構造の外側１割を深さ７０ｎｍの範囲で傾斜させた。その結果を第２８図に示す。
【実施例１０】
【００１６】
第２６図Ｃに示すように、構造体を設けていない透明平板について反射特性を求めた。その結果を第２８図に示す。
（反射特性の評価）
構造体を設けた実施例８，９は、構造体を設けていない実施例１０に比べて反射率を大幅に低減できる。また、構造体に裾部を設けた実施例９は、構造体に裾部を設けていない実施例８とほぼ等しい反射率を得ることできる。なお、実施例９の光学素子のように構造体に裾部を設けると、光学素子の製造工程において光学素子の金型からの剥離が容易になる傾向がある。
以上の結果から、反射率を低減し、かつ、光学素子の金型からの剥離を容易にするためには、構造体に裾部を設けることが好ましい。
以上、この発明の実施形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態および実施例において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
また、本発明は、硼珪酸ガラスなどからなる超微細加工体などにも適用可能である。このような加工体としては、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄｅ  ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの固体撮像素子のカバーガラスが挙げられる。第２２図に示すように、可視光における透過率が高いことから、本発明は上記カバーガラスに適用して好適であると考えられる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３３】
2008023816.tif 000053
【図３５】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３４】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年7月28日(2009.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体表面に、凸部又は凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置されてなる光学素子であって、
前記各構造体は、前記基体表面において複数列の円弧状トラックをなすように配置されているとともに、準六方格子パターンを形成し、
前記構造体は、前記円弧状トラックの円周方向に長軸方向を有する楕円錐又は楕円錐台形状であることを特徴とする、反射防止特性を有する光学素子。
【請求項２】
同一トラック内における前記構造体の配置ピッチＰ１は、隣接する２つのトラック間における前記構造体の配置ピッチＰ２よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
同一トラック内における前記構造体の配置ピッチをＰ１、隣接する２つのトラック間における前記構造体の配置ピッチをＰ２としたとき、
Ｐ１／Ｐ２が１．００＜Ｐ１／Ｐ２≦１．３２であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記各構造体は、前記円弧状トラックの円周方向に長軸方向をもち、中央部の傾きが先端部及び底部の傾きよりも急峻に形成された楕円錐又は楕円錐台形状であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記円弧状トラックの円周方向における前記構造体の高さ又は深さは、前記円弧状トラックの径方向における前記構造体の高さ又は深さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
アスペクトの比が０．８１〜１．４６であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
アスペクトの比が０．９４〜１．２８であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項８】
アスペクトの比が０．９４〜１．４６であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項９】
アスペクトの比が０．８１〜１．２８であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項１０】
同一トラック内における前記構造体の配置ピッチＰ１が３００ｎｍ〜３５０ｎｍであり、隣接する２つのトラック間における前記構造体の配置ピッチＰ２が２６５ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項１１】
光入射面および光出射面の双方に前記多数の構造体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項１２】
凸部又は凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置されてなる光学素子作製用原盤の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された基板を準備する第１の工程と、
前記基板を回転させるとともに、レーザ光を前記基板の回転半径方向に相対移動させながら、前記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する第２の工程と、
前記レジスト層を現像して、前記基板の表面にレジストパターンを形成する第３の工程とを有し、
前記第２の工程では、前記潜像を、前記基板の回転方向に長軸をもつ楕円形状に形成するとともに、隣接する３列のトラック間において準六方格子パターンを構成するように形成することを特徴とする、反射防止特性を有する光学素子の作製用原盤の製造方法。
【請求項１３】
前記第２の工程では、前記レジスト層に対するレーザ光の照射周期を１トラック毎に変化させながら行う
ことを特徴とする請求項１２に記載の光学素子の作製用原盤の製造方法。
【請求項１４】
同一トラック内における前記潜像の形成ピッチを、隣接する２つのトラック間における前記潜像の形成ピッチよりも長くすることを特徴とする請求項１２に記載の光学素子の作製用原盤の製造方法。
【請求項１５】
前記基板を角速度一定で回転させることを特徴とする請求項１２に記載の光学素子の作製用原盤の製造方法。
【請求項１６】
前記第３の工程の後、前記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を施すことで、前記基板の表面に凹凸構造を形成する第４の工程を有することを特徴とする請求項１２に記載の光学素子の作製用原盤の製造方法。
【請求項１７】
前記第４の工程では、前記レジストパターンのアッシング処理と前記基板表面のエッチング処理とを交互に行うことを特徴とする請求項１６に記載の光学素子の作製用原盤の製造方法。
【請求項１８】
前記アッシング処理の時間を一点に保持すると共に、前記エッチング処理の時間を徐々に長くしながら、前記レジストパターンのアッシング処理と前記基板表面のエッチング処理とを交互に行った後、
前記アッシング処理の時間を一点に保持すると共に、前記エッチング処理の時間を徐々に短くしながら、前記レジストパターンのアッシング処理と前記基板表面のエッチング処理とを交互に行うことを特徴とする請求項１７に記載の光学素子の作製用原盤の製造方法。
【請求項１９】
前記アッシング処理及び前記エッチング処理の時間をそれぞれ一定に保持しながら、前記レジストパターンのアッシング処理と前記基板表面のエッチング処理とを交互に行うことを特徴とする請求項１７に記載の光学素子の作製用原盤の製造方法。
【請求項２０】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学素子を備える表示装置。
【請求項２１】
凸部又は凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで多数配置されてなる光学素子作製用原盤の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された基板を準備する第１の工程と、
前記基板を回転させるとともに、レーザ光を前記基板の回転半径方向に相対移動させながら、前記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する第２の工程と、
前記レジスト層を現像して、前記基板の表面にレジストパターンを形成する第３の工程と、
前記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を施すことで、前記基板の表面に凹凸構造を形成する第４の工程と、
前記基板に形成された凹凸構造を樹脂材料に転写することで、光学素子を作製する第５の工程とを有し、
前記第２の工程では、前記潜像を、前記基板の回転方向に長軸をもつ楕円形状に形成するとともに、隣接する３列のトラック間において準六方格子パターンを構成するように形成することを特徴とする、反射防止特性を有する光学素子の製造方法。
【国際調査報告】
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2008023816.tif 000062
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