(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の層と第２の層とが基板側からこの順に積層され、前記第２の層が周辺媒質に接するように形成された反射防止膜において、
所定波長λ０に対する前記基板の屈折率をｎ０、前記周辺媒質の屈折率をｎ３とした場合において、前記所定波長λ０に対する前記第１の層の平均屈折率ｎ１および前記第２の層の平均屈折率ｎ２と、前記第１の層の膜厚ｄ１および前記第２の層の膜厚ｄ２とが下式を満たすように前記第１の層と前記第２の層とが形成されており、
前記第１の層が、同一の材料によって一様に形成されたべた膜であり、
前記第２の層が、互いに屈折率の異なる第１の部分と第２の部分とが面内方向に交互に配置されたものであることを特徴とする反射防止膜。
０．９６＜ｎ１／（ｎ０×ｎ０×ｎ３）１／３＜１．０４
０．９６＜ｎ２／（ｎ０×ｎ３×ｎ３）１／３＜１．０４
０．８＜ｄ１×ｎ１／（λ０／６）＜１．２
０．８＜ｄ２×ｎ２／（λ０／６）＜１．２
【請求項２】
基板上に第１の層と第２の層とが基板側からこの順に積層され、前記第２の層が周辺媒質に接するように形成された反射防止膜において、
所定波長λ０に対する前記基板の屈折率をｎ０、前記周辺媒質の屈折率をｎ３とした場合において、前記所定波長λ０に対する前記第１の層の平均屈折率ｎ１および前記第２の層の平均屈折率ｎ２と、前記第１の層の膜厚ｄ１および前記第２の層の膜厚ｄ２とが下式を満たすように前記第１の層と前記第２の層とが形成されており、
前記第１の層が、同一の材料によって一様に形成されたべた膜であり、
前記第２の層が、互いに屈折率の異なる第１の部分と第２の部分とが面内方向に交互に配置されたものであることを特徴とする反射防止膜。
０．９８＜ｎ１／（ｎ０×ｎ０×ｎ３）１／３＜１．０２
０．９８＜ｎ２／（ｎ０×ｎ３×ｎ３）１／３＜１．０２
０．９＜ｄ１×ｎ１／（λ０／６）＜１．１
０．９＜ｄ２×ｎ２／（λ０／６）＜１．１
【請求項３】
前記第２の層における前記第１の部分または前記第２の部分が空隙であることを特徴とする請求項１または２記載の反射防止膜。
【請求項４】
前記第１の層または前記第２の層が、前記所定波長λ０以下の周期を有する凹凸構造であることを特徴とする請求項１記載の反射防止膜。
【請求項５】
前記凹凸構造の凸部の側面が、該凸部が形成された面に対して垂直に形成されていることを特徴とする請求項４記載の反射防止膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に第１の層および第２の層の２層を積層した反射防止膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学素子の表面で生じる反射は、レンズなどの光の透過率の低下や、ゴーストやフレアなどの発生、もしくはディスプレーなどにおける外光の写り込みの原因になるため、高性能な反射防止が求められている。
【０００３】
そして、このような反射防止を実現する方法として、光学素子の表面に、単層または２層もしくは３層以上などの複数層の膜を積層し、その層の干渉効果を利用して反射を低減する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２６８１０３号公報
【特許文献２】特開平１０−２２７９０２号公報
【特許文献３】特開２０１０−２８１８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、たとえば単層によって反射防止膜を構成する場合、基板の屈折率ｎに対して単層の屈折率をｎ１／２とし、膜厚を設計波長λ０に対してλ０／４として構成されるが、入射する光の波長がこの設計波長λ０がずれた場合に、反射の増加が大きいものとなる。
【０００６】
また、高屈折率材料からなる層と低屈折率材料からなる層とを基板側から２層積層した反射防止膜が提案されているが、この反射防止膜も入射光の波長が設計波長からずれた場合、反射が増加するという問題があり、また反射防止の帯域も狭い。
【０００７】
また、高屈折率材料からなる層と低屈折率層を３層以上積層した反射防止膜も提案されているが、このような反射防止膜においては、斜めからの光の入射に対して反射率が増加するという欠点がある。
【０００８】
また、平均屈折率を基板側から徐々に変化させるいわゆるモスアイ構造の反射防止膜が提案されているが、このような反射防止膜においては、一定の膜厚が必要であり、機械的強度が弱く、不安定な構造となってしまう問題がある。
【０００９】
また、たとえば特許文献１から特許文献３においては、基板側から段階的に屈折率を低下させた、２層を積層した反射防止膜が提案されているが、屈折率、膜厚の好適な構成は明らかではない。
【００１０】
本発明は、上記の問題に鑑み、従来よりも設計波長近傍での反射率を低減することができ、かつ安定した構造で簡易に構成することができる反射防止膜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】
【００１１】
本発明の反射防止膜は、基板上に第１の層と第２の層とが基板側からこの順に積層され、第２の層が周辺媒質に接するように形成された反射防止膜において、所定波長λ０に対する基板の屈折率をｎ０、周辺媒質の屈折率をｎ３とした場合において、所定波長λ０に対する第１の層の平均屈折率ｎ１および第２の層の平均屈折率ｎ２と、第１の層の膜厚ｄ１および第２の層の膜厚ｄ２とが下式を満たすように第１の層と第２の層とが形成されていることを特徴とする反射防止膜。
【００１２】
０．９６＜ｎ１／（ｎ０×ｎ０×ｎ３）１／３＜１．０４
０．９６＜ｎ２／（ｎ０×ｎ３×ｎ３）１／３＜１．０４
０．８＜ｄ１×ｎ１／（λ０／６）＜１．２
０．８＜ｄ２×ｎ２／（λ０／６）＜１．２
また、上記本発明の反射防止膜においては、所定波長λ０に対する第１の層の平均屈折率ｎ１および第２の層の平均屈折率ｎ２と、第１の層の膜厚ｄ１および第２の層の膜厚ｄ２とが下式を満たすように第１の層と第２の層とを形成することができる。
【００１３】
０．９８＜ｎ１／（ｎ０×ｎ０×ｎ３）１／３＜１．０２
０．９８＜ｎ２／（ｎ０×ｎ３×ｎ３）１／３＜１．０２
０．９＜ｄ１×ｎ１／（λ０／６）＜１．１
０．９＜ｄ２×ｎ２／（λ０／６）＜１．１
また、第１の層を、同一の材料によって一様に形成されたべた膜とし、第２の層を、互いに屈折率の異なる第１の部分と第２の部分とが面内方向に交互に配置されたものとすることができる。
【００１４】
また、第２の層における第１の部分または第２の部分を空隙とすることができる。
【００１５】
また、第１の層または第２の層を、所定波長λ０以下の周期を有する凹凸構造とすることができる。
【００１６】
また、凹凸構造の凸部の側面を、その凸部が形成された面に対して垂直に形成することができる。
【００１７】
また、第１の層をＭｇＦから形成することができる。
【００１８】
また、第２の層を樹脂から形成することができる。
【００１９】
また、本発明の光学素子は、上記本発明の反射防止を備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、上記本発明の光学素子においては、上記所定波長を、使用波長範囲の中心付近とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の反射防止膜および光学素子によれば、基板上に第１の層と第２の層とが基板側からこの順に積層され、第２の層が周辺媒質に接するように形成された反射防止膜において、所定波長λ０に対する基板の屈折率をｎ０、周辺媒質の屈折率をｎ３とした場合において、所定波長λ０に対する第１の層の平均屈折率ｎ１および第２の層の平均屈折率ｎ２と、第１の層の膜厚ｄ１および第２の層の膜厚ｄ２とが下式を満たすように第１の層と第２の層とが形成するようにしたので、従来の２層の反射防止膜と比較すると広い帯域での反射防止を実現することができ、特に、設計波長周辺に反射率の極小点を持たせることができ、使用波長範囲の中心付近での反射率をより低減することができる。なお、下式の条件式の根拠については、後で詳述する。
【００２２】
０．９６＜ｎ１／（ｎ０×ｎ０×ｎ３）１／３＜１．０４
０．９６＜ｎ２／（ｎ０×ｎ３×ｎ３）１／３＜１．０４
０．８＜ｄ１×ｎ１／（λ０／６）＜１．２
０．８＜ｄ２×ｎ２／（λ０／６）＜１．２
特に、可視光範囲で用いた場合、視感度の高い緑光付近の反射率をより低減することができ、視認できる反射光をより低減することができる。
【００２３】
また、膜厚を上式のように設定したので膜厚を薄くすることができる。
【００２４】
また、たとえば第１の層または第２の層を凹凸構造を有するものとした場合には、はっ水性を向上することができ、防汚効果を奏することができる。
【００２５】
また、モスアイ構造と比較するとアスペクト比の低い構造とすることができるので、機械強度の強い構造を実現でき、また型の離型性を良くすることができ、製造適正を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の反射防止膜の一実施形態の概略構成を示す斜視図
【図２】本発明の反射防止膜の一実施形態の設計思想を説明するための図
【図３】本発明の反射防止膜の一実施形態の製造工程を説明するための図
【図４】本発明の反射防止膜の一実施例の反射率の計算結果を示す図
【図５】本発明の反射防止膜の第１および第２の層の屈折率の条件式を説明するための計算結果を示す図
【図６】本発明の反射防止膜の第１および第２の層の膜厚の条件式を説明するための計算結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の反射防止膜の一実施形態について詳細に説明する。図１は、本実施形態の反射防止膜の概略構成を示すものである。
【００２８】
本実施形態の反射防止膜１は、図１に示すように、透明なガラス基板１０上に、第１の層１２と第２の層１４とをガラス基板１０側から順に積層したものである。
【００２９】
まず、本実施形態の反射防止膜１の基本的な設計思想について、図２を用いて説明する。本実施形態の反射防止膜１は、第１の層１２および第２の層１４の設計波長λ０に対する平均屈折率が、ガラス基板１０側から光入射側の周辺媒質（たとえば空気）に向けて等比級数的に減少するように構成されるものである。具体的には、図２に示すように、たとえばガラス基板１０の屈折率ｎ０＝ｎ、第２の層１４に接する周辺媒質（空気）の屈折率ｎ３＝１とした場合に、第１の層１２の平均屈折率ｎ１＝ｎ２／３、第１の層１２の平均屈折率ｎ２＝ｎ１／３となるように第１の層１２と第２の層１４とが構成される。すなわち、第１の層１２および第２の層１４は、設計波長λ０に対する第１の層１２の平均屈折率ｎ１が（ｎ０×ｎ０×ｎ３）１／３の近傍となるとともに、第２の層１４の平均屈折率ｎ２が（ｎ０×ｎ３×ｎ３）１／３の近傍となるように構成される。
【００３０】
そして、さらに第１の層１２とガラス基板１０との界面における入射光Ｌの反射光Ｒ１が、空気と第２の層１４との界面における入射光Ｌの反射光Ｒ３に対して（２／３）・λ０の光路長差を生じるとともに、第２の層１４と第１の層１２との界面における入射光Ｌの反射光Ｒ２が、空気と第２の層１４との界面における入射光Ｌの反射光Ｒ３に対して（１／３）・λ０の光路長差を生じるように、第１の層１２の膜厚ｄ１と第２の層１４の膜厚ｄ２とが設定される。すなわち、第１の層１２および第２の層１４は、ｎ１×ｄ１がλ０／６の近傍となるとともに、ｎ２×ｄ２がλ０／６の近傍となるように構成される。なお、反射光Ｒ１と反射光Ｒ２と反射光Ｒ３の強度（振幅）はほぼ同じである。
【００３１】
そして、上述したような設計思想に基づいて、本実施形態の反射防止膜１における第１の層１２と第２の層１４は、設計波長λ０に対する第１の層１２の平均屈折率ｎ１および第２の層１４の平均屈折率ｎ２が下式（１）および（２）を満たすとともに、第１の層１２の膜厚ｄ１および第２の層１４の膜厚ｄ２が下式（３）および（４）を満たすように形成される。なお、下式（１）〜（４）の数値の根拠については、後で詳述する。
【００３２】
０．９６＜ｎ１／（ｎ０×ｎ０×ｎ３）１／３＜１．０４  ・・・（１）
０．９６＜ｎ２／（ｎ０×ｎ３×ｎ３）１／３＜１．０４  ・・・（２）
０．８＜ｄ１×ｎ１／（λ０／６）＜１．２          ・・・（３）
０．８＜ｄ２×ｎ２／（λ０／６）＜１．２          ・・・（４）
なお、周辺媒質は空気に限らずその他の媒質でもよい。
【００３３】
次に、本実施形態の反射防止膜１の一実施例を、図３を参照しながら説明する。
【００３４】
本実施例の反射防止膜１は、可視光の範囲（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の反射防止のために構成されたものであり、可視光の範囲の中心波長λ０＝５５０ｎｍを設計波長として構成されたものである。
【００３５】
ガラス基板１０の材料としては、ＳＨＯＴＴ社 Ｎ−ＳＫ１６を用いる。このガラス基板１０の設計波長λ０での屈折率は１．６２２であり、第１の層１２および第２の層１４を設けない場合における反射率は５．６％である。なお、この反射率は空気界面とし、垂直入射時の反射率である。
【００３６】
第１の層１２は、図３に示すように、ガラス基板１０上にＭｇＦ２を真空蒸着によって６６ｎｍ（膜厚ｄ１）成膜することによって形成する。このＭｇＦ２からなる第１の層１２はべた膜で形成され、設計波長λ０に対する屈折率は１．３８３（屈折率ｎ１）である。
【００３７】
第２の層１４は、図３に示すように、第１の層１２上にナノインプリントを用いて樹脂材料を凹凸構造にパターニングすることによって形成される。樹脂材料としてＵＶ硬化樹脂を用いることができ、ここでは屈折率１．５１の樹脂材料を用いる。このような樹脂材料としては、たとえば東洋合成工業社  ＵＶナノインプリント用樹脂ＰＡＫ−０２などを用いることができる。
【００３８】
第２の層１４の凹凸構造は、具体的には、面内方向において凸部１４ａを２００ｎｍ周期（図１および図３に示すＰ＝２００ｎｍ）で直交する方向に配置することによって構成される。このとき１つの凸部１４ａの上面は１１８ｎｍ四方で、高さｈ（膜厚ｄ２）は７８ｎｍで形成される。また、凸部１４ａは、その側面が凸部１４ａが形成される面に対して略垂直（垂直を含む）となるように形成される。
【００３９】
ここで、第２の層１４の凹凸構造は上述した可視光の範囲の波長以下の周期であるため、第２の層１４は、光学的には、凸部１４ａと空隙である凹部との体積比率によって決定される平均屈折率を有する膜とみなされる。したがって、上述したように屈折率１．５１の樹脂材料によって上記凹凸構造を形成した場合には、第２の層１４は、平均屈折率１．１７７（屈折率ｎ２）の膜とみなすことができる。
【００４０】
上記のように構成された実施例の反射防止膜１の上式（１）〜（４）の条件式の値は、以下の通りである。
【００４１】
ｎ１／（ｎ０×ｎ０×ｎ３）１／３＝１．００１８
ｎ２／（ｎ０×ｎ３×ｎ３）１／３＝１．００１８
ｄ１×ｎ１／（λ０／６）＝０．９９５８
ｄ２×ｎ２／（λ０／６）＝１．００１５
そして、上記実施例の反射防止膜１の反射率を、多層膜のフレネル反射率の計算方法で計算した結果を図４に示す。図４に示すように、可視光の範囲内で０．６％以下の反射率であり、設計波長λ０＝５５０ｎｍでほぼ０．１％以下であった。
【００４２】
次に、上式（１）〜（４）の条件式の値の根拠について、以下に説明する。
【００４３】
上式（１）におけるｎ１／（ｎ０×ｎ０×ｎ３）１／３をａ１とし、上式（２）におけるｎ２／（ｎ０×ｎ３×ｎ３）１／３とａ２として、上述した実施例１の構成を基準として、第１の層１２の屈折率ｎ１と第２の層１４の屈折率ｎ２とを変化させることによって上記ａ１およびａ２を変化させたときの設計波長λ０での反射率を計算した結果を図５に示す。
【００４４】
上式（３）におけるｄ１×ｎ１／（λ０／６）をｂ１とし、上式（４）におけるｄ２×ｎ２／（λ０／６）とｂ２として、上述した実施例１の構成を基準として、第１の層１２の膜厚ｄ１と第２の層１４の膜厚ｄ２とを変化させることによって上記ｂ１およびｂ２を変化させたときの設計波長λ０での反射率を計算した結果を図６に示す。
【００４５】
図５および図６に示す結果より、上式（１）〜（４）の条件式の値を満たすように第１の層１２および第２の層１４を構成するようにした場合には、反射率を０．１％程度にすることができ、十分な反射防止効果を奏することができるといえる。
【００４６】
なお、さらに下式（５）〜（８）の条件式の値を満たすように第１の層１２および第２の層１４を構成するようにした場合には、さらに高性能な反射防止効果を奏することができる。
【００４７】
０．９８＜ｎ１／（ｎ０×ｎ０×ｎ３）１／３＜１．０２  ・・・（５）
０．９８＜ｎ２／（ｎ０×ｎ３×ｎ３）１／３＜１．０２  ・・・（６）
０．９＜ｄ１×ｎ１／（λ０／６）＜１．１          ・・・（７）
０．９＜ｄ２×ｎ２／（λ０／６）＜１．１          ・・・（８）
なお、上記実施例の反射防止膜１においては、第２の層１４の凹凸構造をナノプリントを用いて形成するようにしたが、これに限らず、その他の既存のプロセスを用いて凹凸構造を形成するようにしてもよい。また、第２の層１４に限らず、第１の層１２も、第２の層１４と同様に、凹凸構造を有するものとしてもよい。
【００４８】
また、上記実施例の反射防止膜１においては、第２の層１４を凸部１４ａと空隙である凹部によって構成するようにしたが、凹部の部分は必ずしも空隙である必要はなく、上述した条件式の屈折率ｎ２を満たすように凸部１４ａとは異なる屈折率の材料によって充填するようにしてもよい。
【００４９】
また、低屈折率の層を形成する方法としては、上述したような凹凸構造を形成する方法に限らず、たとえばシリカエアロゲルや中空粒子を含む材料など平均屈折率の低い材料から低屈折率の層を形成するようにしてもよいし、ベーマイト膜など平均屈折率の低い膜を用いるようにしてよい。また、これらの低屈折率の層を積層するようにしてもよい。また、基材にエッチング処理を施して表面に２段階に凹凸構造を施すことによって低屈折率の層を形成するようにしてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態の反射防止膜１は光学素子に設けることができる。光学素子としては、たとえばレンズ、プリズム、フィルタ、窓材などがある。そして、上述した設計波長λ０を光学素子の使用波長範囲の中心付近とすることによって、その光学素子に適した反射防止膜１を構成することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１     反射防止膜
１０   ガラス基板
１２   第１の層
１４   第２の層
１４ａ 凸部
【図１】
0005780973.tif 000002
【図２】
0005780973.tif 000003
【図３】
0005780973.tif 000004
【図４】
0005780973.tif 000005
【図５】
0005780973.tif 000006
【図６】
0005780973.tif 000007