(57)【要約】【課題】表面に微小空孔を形成することにより表面反射を抑制した反射防止膜を提供する。【解決手段】溶媒に不溶の有機樹脂材料中に溶媒に可溶性を有するナノサイズの無機材料微粒子を分散させて複合材料を形成するステップ（Ｓ１０５）と、複合材料を光学デバイス表面に膜状に形成するステップ（Ｓ１０６）と、膜状に形成された複合材料を溶媒に浸漬して無機材料微粒子を溶解除去し、微小空孔が形成された反射防止膜を形成するステップ（Ｓ１０９）とを備える。【選択図】図４
2011059550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長以上の光反射を抑制する光学デバイス表面に形成された反射防止膜であって、有機樹脂材料と、前記有機樹脂材料中に分散させた無機材料微粒子を溶媒により溶解除去して形成したナノサイズの微小空孔とを備えたことを特徴とする反射防止膜。
【請求項２】
前記微小空孔のサイズが１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の反射防止膜。
【請求項３】
所定の波長以上の光反射を抑制する反射防止膜の製造方法であって、溶媒に不溶の有機樹脂材料中に前記溶媒に可溶性を有するナノサイズの無機材料微粒子を分散させて複合材料を形成するステップと、前記複合材料を光学デバイス表面に膜状に形成するステップと、膜状に形成された前記複合材料を前記溶媒に浸漬して前記無機材料微粒子を溶解除去し、微小空孔が形成された反射防止膜を形成するステップとを備えたことを特徴とする反射防止膜の製造方法。
【請求項４】
前記無機材料微粒子が金属塩であることを特徴とする請求項３に記載の反射防止膜の製造方法。
【請求項５】
前記無機材料微粒子がフッ化物であることを特徴とする請求項３に記載の反射防止膜の製造方法。
【請求項６】
前記無機材料微粒子が金属であることを特徴とする請求項３に記載の反射防止膜の製造方法。
【請求項７】
前記有機樹脂材料中に分散させる前記無機材料微粒子の平均粒子径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の反射防止膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射防止膜とその製造方法に関し、特に、樹脂材料中に分散された無機微粒子を溶媒により溶解し、無機微粒子が除去されて形成された微小空孔により優れた反射抑制作用を利用した反射防止膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、低屈折率物質を等価的に形成する方法として多孔性シリカ膜を用いることが知られている。例を挙げると、多孔性のシリカ中の空孔率を高めることで実質的に屈折率を低下させフレネル反射率を低減化する構成が特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、高分子樹脂材料の溶液を流延ベルト上でキャスティングする際に結露させ、有機溶媒と水の沸点の差を用いて多孔性のハニカム構造を付与する構成が特許文献２に開示されている。
【０００４】
また、ポリマー材料に空孔形成の鋳型になるテンプレート剤と重合反応開始剤を混ぜたものを基板に塗布後硬化させ、テンプレート剤を有機溶媒で溶解除去し、実質的に屈折率を低下させてフレネル反射率を低減させる構成が特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１５３０９号公報
【特許文献２】特開２００６−７０２５４号公報
【特許文献３】特開２００６−６９２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示された多孔性シリカ膜を形成する際、密着性確保のためには基板の事前洗浄と表面処理が必要であることに加え、５０〜２０００ｎｍの成膜厚みでは基本的に平板状の基板に塗布する工程が必要であり、厚みの制御が困難であるという問題があった。
【０００７】
また、上記特許文献２に開示されたキャスティングによる多孔性のハニカム構造の形成方法は、脱溶媒処理が必要なため厚いフィルムの生産性に限界がある、また溶媒回収工程が必要など設備が大型化するという問題があった。
【０００８】
また、上記特許文献３に開示された構成では、鋳型として用いるテンプレート剤の凝集を避けながらナノポア構造のポリマー膜の重合を進めるため、それぞれの材料の粘度、重量比などのパラメータに制約があり適用可能な材料が限られるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、少なくとも表面に微小空孔を形成することにより表面反射を抑制した反射防止膜とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために、本発明の反射防止膜は、所定の波長以上の光反射を抑制する光学デバイス表面に形成された反射防止膜であって、有機樹脂材料と、有機樹脂材料中に分散させた無機材料微粒子を溶媒により溶解除去して形成したナノサイズの微小空孔とを備えている。
【００１１】
また、本発明の反射防止膜の製造方法は、所定の波長以上の光反射を抑制する反射防止膜の製造方法であって、溶媒に不溶の有機樹脂材料中に溶媒に可溶性を有するナノサイズの無機材料微粒子を分散させて複合材料を形成するステップと、複合材料を光学デバイス表面に膜状に形成するステップと、膜状に形成された複合材料を溶媒に浸漬して無機材料微粒子を溶解除去し、微小空孔が形成された反射防止膜を形成するステップとを備えている。
【００１２】
これらの構成により、膜表面に光の波長以下の大きさの複数の微小空孔が形成されるので、優れた表面反射を抑制し、同時に有機樹脂材料の屈折率と空孔率によって決まる膜の等価屈折率を低下させ、より反射抑制効果に優れた反射防止膜を実現することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、光の反射が少ない反射防止膜を安価に、容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１、２、３における基板上に形成された反射防止膜を有する光学デバイスの断面図である。
【図２】同反射防止膜の前駆体である膜状複合材料の部分拡大断面図である。
【図３】図２に示す膜状複合材料を反射防止膜として形成した場合の部分拡大断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１、２、３における反射防止膜の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
実施の形態１における反射防止膜およびその製造方法について、図１、図２、図３および図４を用いて説明する。
【００１７】
図１は実施の形態１における基板１０１上に形成された反射防止膜１１０を有する光学デバイス１００の断面図、図２は反射防止膜１１０の前駆体である膜状複合材料１０２の部分拡大断面図、図３は図２に示す膜状複合材料１０２を反射防止膜１１０として形成した場合の部分拡大断面図、図４は実施の形態１における反射防止膜１１０の製造方法を示すフローチャートである。
【００１８】
図１に示すように、反射防止膜１１０はガラス等の光学材料などの基板１０１上に積層形成されている。
【００１９】
実施の形態１においては、反射防止膜１１０の前駆体となる有機樹脂材料１０３と無機材料微粒子１０４とが複合化された膜状複合材料１０２では、有機樹脂材料１０３として溶媒としての水に不溶のアクリル系樹脂を用い、溶媒である水に可溶性を有する無機材料微粒子１０４として、平均粒子径が１００ｎｍで可視光の短波長側の波長４００ｎｍの１／３以下に微粒化された塩化ナトリウムを用いている。
【００２０】
図４を用いて、光学デバイス１００の基板１０１に、反射防止膜１１０を形成する製造方法について説明する。図４に示すように、有機樹脂材料１０３と無機材料微粒子１０４とを準備する（ステップＳ１０１、ステップＳ１０２）。このとき、無機材料微粒子１０４の粒径としては、平均粒子径が１００ｎｍであり、可視光の短波長側波長４００ｎｍの１／３以下の粒径となるようにしている。
【００２１】
次に、この塩化ナトリウムの無機材料微粒子１０４を有機樹脂材料１０３であるアクリル系樹脂に対して可溶性を有する有機溶媒液に添加して分散させ、無機材料微粒子分散有機溶媒液を準備する（ステップＳ１０３）。
【００２２】
続いて、有機樹脂材料１０３を無機材料微粒子分散有機溶媒液に添加する（ステップＳ１０４）。有機溶媒が有機樹脂材料１０３を溶解するので、十分に撹拌することにより、有機樹脂材料１０３と無機材料微粒子１０４とが均一に混合され、液状のままで複合材料化される（ステップＳ１０５）。
【００２３】
液状の複合材料の粘度を調整した上で、スプレー法、あるいはスピンコート法、または浸漬法により光学デバイス１００の基板１０１の表面上に塗布する（ステップＳ１０６）。その後、有機溶媒を揮発飛散させて除去することで、光学デバイス１００の基板１０１の表面に固化して図２に示すような構造の膜状複合材料１０２が形成される（ステップＳ１０７）。
【００２４】
この後、膜状複合材料１０２を溶媒である水に浸漬し、有機樹脂材料１０３中にある塩化ナトリウムからなる無機材料微粒子１０４を溶解、除去する（ステップＳ１０８）。この結果、少なくとも表面には、無機材料微粒子１０４が除去されて、微小空孔１０５が形成された反射防止膜１１０を完成させることができる（ステップＳ１０８）。
【００２５】
したがって、反射防止膜１１０は、その表面に波長以下の大きさで微小空孔１０５が形成された構造を有するため、表面反射を抑制して反射防止効果を発現することができる。なお、図３には、反射防止膜１１０の表面について示しているが、溶媒である水の浸透によって反射防止膜１１０の内部にも微小空孔１０５が形成される。その結果、有機樹脂材料１０３単体の屈折率よりも小さな等価屈折率を発現し、反射防止膜１１０の反射抑制効果をさらに高めることができる。
【００２６】
さらに、実施の形態１では無機材料微粒子１０４の平均粒子径を可視光の短波長側波長４００ｎｍの１／３以下としている。そのため、反射防止膜１１０の微小空孔１０５の径は、可視光の短波長側波長よりも小さな径となり、可視光の表面反射を十分に抑制することができる。
【００２７】
すなわち、実施の形態１における反射防止膜とその製造方法によれば、反射防止膜表面に形成された微細な微小空孔によって表面反射を抑えている。さらに、有機樹脂材料の屈折率と空孔率によって決まる膜の等価屈折率を、空孔率を増加させて有機樹脂材料単体の場合よりも低下させている。それらの結果として、可視光反射を抑制した反射防止膜を実現することができる。
【００２８】
なお、上述の説明では、溶媒に可溶性を有するナノサイズの無機材料微粒子１０４として、塩化ナトリウムを例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、塩化ナトリウムに代えて塩化カリウム、臭化カリウム等の塩を用いても同様にして反射防止膜１１０を得ることができる。
【００２９】
また、溶媒として水を例に挙げて説明したが、水に代えて無機材料微粒子１０４に対して可溶性を有する各種の酸を用いることもできる。
【００３０】
また、図４のステップＳ１０３におけるアクリル系樹脂材料に対しては可溶で無機材料微粒子に対しては不溶な有機溶媒としてはアセトン、クロロホルム等を利用できる。
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、アクリル樹脂中に分散させたナノサイズの塩化ナトリウムのような無機材料微粒子を溶媒の水や酸等で溶解して除去することで、波長以下の所定のピッチを有する複数の微小空孔が形成されているので、優れた反射抑制効果を有する反射防止膜を得ることができる。
【００３２】
（実施の形態２）
実施の形態２における反射防止膜およびその製造方法について、図１、図２、図３および図４を用いて説明する。なお、実施の形態２における反射防止膜およびその製造方法が実施の形態１と異なるのは、有機樹脂材料の材料組成と、無機材料微粒子の材料組成とが異なるのみである。そのため、実施の形態１と同様の図１〜図４を用いて説明する。
【００３３】
すなわち、図１は実施の形態２における基板２０１上に形成された反射防止膜２１０を有する光学デバイス２００の断面図、図２は反射防止膜２１０の前駆体である膜状複合材料２０２の部分拡大断面図、図３は図２に示す膜状複合材料２０２を反射防止膜２１０として形成した場合の部分拡大断面図、図４は実施の形態２における反射防止膜２１０の製造方法を示すフローチャートである。
【００３４】
図１に示すように、反射防止膜２１０はガラス等の光学材料などの基板２０１上に積層形成されている。
【００３５】
実施の形態２においては、反射防止膜２１０の前駆体となる有機樹脂材料２０３と無機材料微粒子２０４とが複合化された膜状複合材料２０２では、有機樹脂材料２０３として酸である溶媒に不溶のシクロオレフィンポリマー系樹脂を用いている。そして、溶媒である酸に可溶性を有する無機材料微粒子１０４として、平均粒子径が４０ｎｍで可視光の短波長側の波長４００ｎｍの１／１０以下に微粒化されたフッ化マグネシウムを用いている。
【００３６】
図４を用いて、光学デバイス２００の基板２０１に、反射防止膜２１０を形成する製造方法について説明する。図４に示すように、有機樹脂材料２０３と無機材料微粒子２０４とを準備する（ステップＳ１０１、ステップＳ１０２）。このとき、無機材料微粒子２０４の粒径としては、平均粒子径が４０ｎｍであり、可視光の短波長側波長４００ｎｍの１／１０以下の粒径となるようにしている。
【００３７】
次に、このフッ化マグネシウムの無機材料微粒子２０４を有機樹脂材料２０３であるシクロオレフィンポリマー系樹脂に対して可溶性を有する有機溶媒液に添加して分散させ、無機材料微粒子分散有機溶媒液を準備する（ステップＳ１０３）。
【００３８】
続いて、有機樹脂材料２０３を無機材料微粒子分散有機溶媒液に添加する（ステップＳ１０４）。有機溶媒が有機樹脂材料２０３を溶解するので、十分に撹拌することにより、有機樹脂材料２０３と無機材料微粒子２０４とが均一に混合され、液状のままで複合材料化される（ステップＳ１０５）。
【００３９】
液状の複合材料の粘度を調整した上で、スプレー法、あるいはスピンコート法、または浸漬法により光学デバイス２００の基板２０１の表面上に塗布する（ステップＳ１０６）。その後、有機溶媒を揮発飛散させて除去することで、光学デバイス２００の基板２０１の表面に固化して図２に示すような構造の膜状複合材料２０２が形成される（ステップＳ１０７）。
【００４０】
この後、膜状複合材料２０２を溶媒である硝酸水溶液に浸漬し、有機樹脂材料２０３中にあるフッ化マグネシウムからなる無機材料微粒子２０４を溶解、除去する（ステップＳ１０８）。この結果、少なくとも表面には、無機材料微粒子２０４が除去されて、微小空孔２０５が形成された反射防止膜２１０を完成させることができる（ステップＳ１０８）。
【００４１】
したがって、反射防止膜２１０は、その表面に波長以下の大きさで微小空孔２０５が形成された構造を有するため、表面反射を抑制して反射防止効果を発現することができる。なお、図３には、反射防止膜２１０の表面について示しているが、溶媒である硝酸水溶液の浸透によって反射防止膜２１０の内部にも微小空孔２０５が形成される。その結果、有機樹脂材料２０３単体の屈折率よりも小さな等価屈折率を発現し、反射防止膜２１０の反射抑制効果をさらに高めることができる。
【００４２】
さらに、実施の形態２では無機材料微粒子２０４の平均粒子径を可視光の短波長側波長４００ｎｍの１／１０以下としている。そのため、反射防止膜２１０への斜入射に対する反射をより抑制し、可視光の表面反射を十分に抑制することができる。
【００４３】
なお、上述の説明では、溶媒に可溶性を有するナノサイズの無機材料微粒子２０４として、フッ化マグネシウムを例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、フッ化マグネシウムに代えてフッ化カルシウムを用いても同様に反射防止膜２１０を得ることができる。フッ化カルシウムを無機材料微粒子２０４として用いる場合は、溶媒として硝酸のような酸に代えて水を用いることもできる。
【００４４】
また、シクロオレフィンポリマー系樹脂材料に対しては可溶で無機材料微粒子に対しては不溶な有機溶媒としてシクロヘキサン等を利用できる。
【００４５】
（実施の形態３）
実施の形態３における反射防止膜およびその製造方法について、図１、図２、図３および図４を用いて説明する。なお、実施の形態３における反射防止膜およびその製造方法が実施の形態１および実施の形態２と異なるのは、有機樹脂材料の材料組成と、無機材料微粒子の材料組成とが異なるのみである。そのため、実施の形態１と同様の図１〜図４を用いて説明する。
【００４６】
すなわち、図１は実施の形態３における基板３０１上に形成された反射防止膜３１０を有する光学デバイス３００の断面図、図２は反射防止膜３１０の前駆体である膜状複合材料３０２の部分拡大断面図、図３は図２に示す膜状複合材料３０２を反射防止膜３１０として形成した場合の部分拡大断面図、図４は実施の形態３における反射防止膜３１０の製造方法を示すフローチャートである。
【００４７】
図１に示すように、反射防止膜３１０はガラス等の光学材料などの基板３０１上に積層形成されている。
【００４８】
実施の形態３においては、反射防止膜３１０の前駆体となる有機樹脂材料３０３と無機材料微粒子３０４とが複合化された膜状複合材料３０２では、有機樹脂材料３０３として酸である溶媒に不溶のポリスチレン樹脂を用いている。そして、溶媒である酸に可溶性を有する無機材料微粒子３０４として、平均粒子径が１０ｎｍで可視光の短波長側の波長４００ｎｍの１／３０以下に微粒化されたアルミニウムを用いている。
【００４９】
図４を用いて、光学デバイス３００の基板３０１に、反射防止膜３１０を形成する製造方法について説明する。図４に示すように、有機樹脂材料３０３と無機材料微粒子３０４とを準備する（ステップＳ１０１、ステップＳ１０２）。このとき、無機材料微粒子３０４の粒径としては、平均粒子径が１０ｎｍであり、可視光の短波長側波長４００ｎｍの１／３０以下の粒径となるようにしている。
【００５０】
次に、このアルミニウムの無機材料微粒子３０４を有機樹脂材料３０３であるポリスチレン樹脂に対して可溶性を有する有機溶媒液に添加して分散させ、無機材料微粒子分散有機溶媒液を準備する（ステップＳ１０３）。
【００５１】
続いて、有機樹脂材料３０３を無機材料微粒子分散有機溶媒液に添加する（ステップＳ１０４）。有機溶媒が有機樹脂材料３０３を溶解するので、十分に撹拌することにより、有機樹脂材料３０３と無機材料微粒子３０４とが均一に混合され、液状のままで複合材料化される（ステップＳ１０５）。
【００５２】
液状の複合材料の粘度を調整した上で、スプレー法、あるいはスピンコート法、または浸漬法により光学デバイス３００の基板３０１の表面上に塗布する（ステップＳ１０６）。その後、有機溶媒を揮発飛散させて除去することで、光学デバイス３００の基板３０１の表面に固化して図２に示すような構造の膜状複合材料３０２が形成される（ステップＳ１０７）。
【００５３】
この後、膜状複合材料３０２を溶媒である塩酸水溶液に浸漬し、有機樹脂材料３０３中にあるアルミニウムからなる無機材料微粒子３０４を溶解、除去する（ステップＳ１０８）。この結果、少なくとも表面には、無機材料微粒子３０４が除去されて、微小空孔３０５が形成された反射防止膜３１０を完成させることができる（ステップＳ１０８）。
【００５４】
したがって、反射防止膜３１０は、その表面に波長以下の大きさで微小空孔３０５が形成された構造を有するため、表面反射を抑制して反射防止効果を発現することができる。なお、図３には、反射防止膜３１０の表面について示しているが、溶媒である塩酸水溶液の浸透によって反射防止膜３１０の内部にも微小空孔３０５が形成される。その結果、有機樹脂材料３０３単体の屈折率よりも小さな等価屈折率を発現し、反射防止膜３１０の反射抑制効果をさらに高めることができる。
【００５５】
さらに、実施の形態３では、無機材料微粒子３０４の平均粒子径を所定の波長の１／３０以下としている。そのため、反射防止膜３１０への斜入射に対する反射をより一層抑制すると共に、無機材料微粒子３０４を溶解した後の微小空孔３０５により散乱を抑制することができる。
【００５６】
なお、上述の説明では、溶媒に可溶性を有するナノサイズの無機材料微粒子３０４として、アルミニウムを例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、アルミニウムに代えて鉄、銅、亜鉛等の金属でも同様にして反射防止膜３１０を得ることができる。
【００５７】
ただし、無機材料微粒子３０４として鉄、銅、亜鉛等の金属を用いる場合は、塩酸に代えてそれぞれに最適な酸を溶媒として用いる必要がある。
【００５８】
また、ポリスチレン樹脂材料に対しては可溶で無機材料微粒子に対しては不溶な有機溶媒としてベンジン、トルエン等を利用できる。
【００５９】
以上説明したように、本発明によれば、ポリスチレン樹脂中に分散させたナノサイズのアルミニウムのような無機材料微粒子を溶媒の水や酸等で溶解して除去することで、波長以下の所定のピッチを有する複数の微小空孔が形成されているので、優れた反射抑制効果を有する反射防止膜を得ることができる。
【００６０】
なお、上述した実施の形態１、２、３においては、樹脂材料として、それぞれ、アクリル樹脂、シクロオレフィンポリマー系樹脂、ポリスチレン樹脂を例に挙げ、これらの材料が光学的に略透明であることとして説明した。したがって、光学的に透明であることによって、反射防止膜をレンズやプリズムなどの光学デバイスに形成したり、プラズマ表示素子や液晶表示素子などの素子表面に形成することができる。その結果、外光の反射を低減し、フレアや迷光の少ないコントラストの良好な画像を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明における反射防止膜およびその製造方法によれば、可視光反射を十分に抑制した反射防止膜を実現し、レンズやプリズムなどの光学デバイス、プラズマ表示素子や液晶表示素子などの画像表示装置などに有用である。
【符号の説明】
【００６２】
１００，２００，３００    光学デバイス
１０１，２０１，３０１    基板
１０２，２０２，３０２    膜状複合材料
１０３，２０３，３０３    有機樹脂材料
１０４，２０４，３０４    無機材料微粒子
１０５，２０５，３０５    微小空孔
１１０，２１０，３１０    反射防止膜
【図１】
2011059550.tif 000003
【図２】
2011059550.tif 000004
【図３】
2011059550.tif 000005
【図４】
2011059550.tif 000006