(57)【要約】  屈折率の変化を制御することにより、光の入射角に幅がある場合にも、光の反射を十分に抑制可能な光学部材を提供する。基材１と、所定の凹凸からなるモスアイ構造３と、基材１とモスアイ構造３の間に形成される１以上の緩衝層２とからなるものであって、基材１と媒質との間の屈折率変化を緩衝層２とモスアイ構造３によって調節することによって構成される。
2016006651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、所定の凹凸からなるモスアイ構造とからなる光学部材であって、  前記基材と前記モスアイ構造との間に、屈折率が前記基材の屈折率よりも低く前記モスアイ構造の材料の屈折率よりも高い材料からなる１以上の緩衝層が形成されていることを特徴とする光学部材。
【請求項２】
前記モスアイ構造の基材側の界面の位置を０、前記界面から前記モスアイ構造側への最短距離をｔ、前記モスアイ構造に最も近い前記緩衝層の屈折率をｎＢ、前記界面から距離ｔの位置における前記モスアイ構造の平均屈折率をｎｔ、前記界面から前記モスアイ構造の凸部頂点までの最短距離をｈ、前記モスアイ構造の表面と接する媒質の屈折率をｎＭとすると、屈折率ｎｔが下記式（１）2016006651.tif 000011
・・・式（１）を満たすように前記モスアイ構造の平均屈折率を調節したものであることを特徴とする請求項１記載の光学部材。
【請求項３】
前記基材と前記緩衝層の界面の位置を０、前記界面から前記モスアイ構造側への最短距離をｔ、前記基材の屈折率をｎＳ、前記界面から距離ｔの位置における緩衝層の屈折率又はモスアイ構造の平均屈折率をｎｔ、前記界面とモスアイ構造の凸部頂点までの最短距離をｈ、モスアイ構造の表面と接する媒質の屈折率をｎＭとすると、屈折率ｎｔが下記式（２）2016006651.tif 000012
・・・式（２）を満たすように緩衝層の屈折率およびモスアイ構造の平均屈折率を調節したものであることを特徴とする請求項１記載の光学部材。
【請求項４】
前記モスアイ構造は、錐体形状又は錐台形状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光学部材。
【請求項５】
基材と、所定の凹凸からなるモスアイ構造と、前記基材と前記モスアイ構造の間に形成される１以上の緩衝層と、からなる光学部材製造方法であって、  前記緩衝層の材料に、屈折率が前記基材の屈折率よりも低く前記モスアイ構造の材料の屈折率よりも高い材料を用いることを特徴とする光学部材製造方法。
【請求項６】
前記モスアイ構造の基材側の界面の位置を０、前記界面から前記モスアイ構造側への最短距離をｔ、前記モスアイ構造に最も近い前記緩衝層の屈折率をｎＢ、前記界面から距離ｔの位置における前記モスアイ構造の平均屈折率をｎｔ、前記界面から前記モスアイ構造の凸部頂点までの最短距離をｈ、前記モスアイ構造の表面と接する媒質の屈折率をｎＭとすると、屈折率ｎｔが下記式（１）2016006651.tif 000013
・・・式（１）を満たすように緩衝層の屈折率およびモスアイ構造の平均屈折率を調節することを特徴とする請求項５記載の光学部材製造方法。
【請求項７】
前記基材と前記緩衝層の界面の位置を０、前記界面から前記モスアイ構造側への最短距離をｔ、前記基材の屈折率をｎＳ、前記界面から距離ｔの位置における緩衝層の屈折率又はモスアイ構造の平均屈折率をｎｔ、前記界面とモスアイ構造の凸部頂点までの最短距離をｈ、モスアイ構造の表面と接する媒質の屈折率をｎＭとすると、屈折率ｎｔが下記式（２）2016006651.tif 000014
・・・式（２）を満たすように緩衝層の屈折率およびモスアイ構造の平均屈折率を調節することを特徴とする請求項５記載の光学部材製造方法。
【請求項８】
前記モスアイ構造を、錐体形状又は錐台形状にすることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の光学部材製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、表面における光の反射を抑えた光学部材およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  光を透過させるレンズやディスプレイ等の透過型の光学部材では、空気と接触する界面で太陽や照明などの光が反射し視認性を低下させることがある。そこで、従来では、光の反射を抑えるために、光学部材の表面をコーティングしたり、表面にモスアイ構造を設けたりすることが行われてきた（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−５１６０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、従来のものでは、光の反射を抑える能力がまだ十分ではなく、更なる性能の向上が望まれている。また、従来のものは光の入射角が一定の場合についての反射を考慮するのみで、光の入射角に幅がある場合については考慮されていなかった。例えば、光の入射角が０°（垂直）に近いときは光の反射を抑えることができたが、入射角が大きくなるにつれて反射を十分に抑えることができなかった。したがって、レンズのように曲率があり、光の入射角に幅があるような場合には、光の反射を十分に抑えることができるものではなかった。【０００５】  そこで本発明では、光の反射を更に抑えることができる光学部材およびその製造方法を提供することを目的とする。また、光の入射角に幅がある場合にも、光の反射を十分に抑えることができる光学部材および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】
【０００６】  上記目的を達成するために、本発明の光学部材は、基材と、所定の凹凸からなるモスアイ構造とからなるものであって、前記基材と前記モスアイ構造との間に、屈折率が前記基材の屈折率よりも低く前記モスアイ構造の材料の屈折率よりも高い材料からなる１以上の緩衝層が形成されていることを特徴とする。【０００７】  この場合、前記モスアイ構造の基材側の界面の位置を０、前記界面から前記モスアイ構造側への最短距離をｔ、前記モスアイ構造に最も近い前記緩衝層の屈折率をｎＢ、前記界面から距離ｔの位置における前記モスアイ構造の平均屈折率をｎｔ、前記界面から前記モスアイ構造の凸部頂点までの最短距離をｈ、前記モスアイ構造の表面と接する媒質の屈折率をｎＭとすると、屈折率ｎｔが下記式（１）2016006651.tif 000003
・・・式（１）を満たすように前記モスアイ構造の平均屈折率を調節したものである方が好ましい。【０００８】  また、前記基材と前記緩衝層の界面の位置を０、前記界面から前記モスアイ構造側への最短距離をｔ、前記基材の屈折率をｎＳ、前記界面から距離ｔの位置における緩衝層の屈折率又はモスアイ構造の平均屈折率をｎｔ、前記界面とモスアイ構造の凸部頂点までの最短距離をｈ、モスアイ構造の表面と接する媒質の屈折率をｎＭとすると、屈折率ｎｔが下記式（２）2016006651.tif 000004
・・・式（２）を満たすように緩衝層の屈折率およびモスアイ構造の平均屈折率を調節したものである方が好ましい。【０００９】  また、前記モスアイ構造は、錐体形状又は錐台形状である方が好ましい。【００１０】  また、本発明の光学部材製造方法は、基材と、所定の凹凸からなるモスアイ構造と、前記基材と前記モスアイ構造の間に形成される１以上の緩衝層と、からなる光学部材の製造方法であって、前記緩衝層の材料に、屈折率が前記基材の屈折率よりも低く前記モスアイ構造の材料の屈折率よりも高い材料を用いることを特徴とする。【００１１】  この場合、前記モスアイ構造の基材側の界面の位置を０、前記界面から前記モスアイ構造側への最短距離をｔ、前記モスアイ構造に最も近い前記緩衝層の屈折率をｎＢ、前記界面から距離ｔの位置における前記モスアイ構造の平均屈折率をｎｔ、前記界面から前記モスアイ構造の凸部頂点までの最短距離をｈ、前記モスアイ構造の表面と接する媒質の屈折率をｎＭとすると、屈折率ｎｔが下記式（１）2016006651.tif 000005
・・・式（１）を満たすように緩衝層の屈折率およびモスアイ構造の平均屈折率を調節する方が好ましい。【００１２】  また、前記基材と前記緩衝層の界面の位置を０、前記界面から前記モスアイ構造側への最短距離をｔ、前記基材の屈折率をｎＳ、前記界面から距離ｔの位置における緩衝層の屈折率又はモスアイ構造の平均屈折率をｎｔ、前記界面とモスアイ構造の凸部頂点までの最短距離をｈ、モスアイ構造の表面と接する媒質の屈折率をｎＭとすると、屈折率ｎｔが下記式（２）・・・式（２）2016006651.tif 000006
を満たすように緩衝層の屈折率およびモスアイ構造の平均屈折率を調節する方が好ましい【００１３】  また、前記モスアイ構造を、錐体形状又は錐台形状にする方が好ましい。
【発明の効果】
【００１４】  本発明の光学部材は、屈折率の変化を制御することにより、光の入射角に幅がある場合にも、光の反射を十分に抑制可能な光学部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の光学部材を示す側面断面図である。
【図２】本発明の光学部材の光学特性を示す図である。
【図３】従来の光学部材の光学特性を示す図である。
【図４】本発明の光学部材を示す側面断面図である。
【図５】従来の光学部材を示す側面断面図である。
【図６】式（Ａ）、式（Ｂ）を説明する図である。
【図７】式（Ｂ）を満たす光学部材の光学特性を示す図である。
【図８】式（Ｂ）を満たさない光学部材の光学特性を示す図である。
【図９】式（Ｂ）を満たす光学部材を説明する図である。
【図１０】式（Ｂ）を満たさない光学部材を説明する図である。
【図１１】式（２）を満たす本発明の光学部材の光学特性を示す図である。
【図１２】式（２）を満たさない光学部材の光学特性を示す図である。
【図１３】式（２）を満たす本発明の光学部材を説明する図である。
【図１４】式（２）を満たさない光学部材を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】  本発明の光学部材は、基材１と、所定の凹凸からなるモスアイ構造３と、基材１とモスアイ構造３の間に形成される１以上の緩衝層２とからなるものであって、基材１と媒質との間の屈折率変化を緩衝層２とモスアイ構造３によって調節したものである。
【００１７】  ここで光学部材とは、光を透過させる表面を有するものを言い、例えば、レンズ、プリズム、フィルタ、ミラー、ディスプレイ等が該当する。
【００１８】  基材１とは、光学部材としての所定の機能を有するものである。形状は特に限定されず、ディスプレイのような板状や、レンズのような曲面状等、光学部材の機能や用途に合わせて自由に設計できる。材料としても、光学部材の機能や用途に合わせて自由に選択できるが、例えば、４００ｎｍ〜７８０ｎｍの可視光領域で光学的に透明な材料は、さまざまな光学用途に用いることができるため好ましい。紫外光領域において用いる場合には、紫外線の透過率が高い石英ガラスやサファイアガラスを含む材料を用いることが好ましい。
【００１９】  媒質とは、光が伝播する場となる物質・物体を意味し、光学部材の表面（モスアイ構造３の表面）と接する空気等の気体や、水等の液体等を意味するが、真空であっても良い。
【００２０】  モスアイ構造３とは、「蛾の目」の形態に似た微細な凹凸構造のことである。光は屈折率の変化が大きい部分で反射し易い。一方、モスアイ構造３の凹凸を可視光領域の波長より小さい周期で形成すれば、光は、凹凸の高さ方向の任意の位置における媒質の屈折率とモスアイ構造３に用いられる材料の屈折率を平均した平均屈折率がその位置における屈折率であるかのように振る舞うことが知られている。したがって、モスアイ構造３の凹凸を、平均屈折率が緩やかに変化するように形成すれば、急激な屈折率変化を無くすことができ、入射した光の反射を抑制することができる。凹凸構造としては、円錐等の錐体形状や、錐体から、当該錐体と頂点を共有する相似に縮小した錐体を取り除いた立体図形である錐台形状、あるいはこれらの側面を外側に膨らましたような砲弾形状等が用いられる。もちろん、これらに限られるものではない。モスアイ構造の作製方法は、従来から知られている任意の方法を用いればよく、ナノインプリントや射出成型、フォトリソグラフィー等の技術を用いれば良い。
【００２１】  ここで、モスアイ構造３は、屈折率の変化が緩やかである程、表面における光の反射を抑えることができる。したがって、モスアイ構造３に用いられる材料の屈折率が同じであれば、基材１の表面とモスアイ構造３の凸部頂点までの距離が長いほど、光の反射を抑えることができる。しかしながら、モスアイ構造３のみで当該距離を長くするのは、加工上の制約があり難しい。そこで、本発明の光学部材では、図１に示すように、基材１とモスアイ構造３との間に、屈折率が基材１の屈折率よりも低くモスアイ構造３の材料の屈折率よりも高い材料からなる１以上の緩衝層２を形成した。また、２以上の緩衝層２を形成する場合には、基材１側の緩衝層２の屈折率をモスアイ構造３側の緩衝層２の屈折率よりも高くなるように配列する。このように構成する理由は、モスアイ構造３に屈折率の低い材料を用いることができ、屈折率変化を小さくすることができるからである。なお、緩衝層２やモスアイ構造３の材料は、自由に選択できるが、例えば、シロキサン系材料によって屈折率を調節したものを用いることができる。
【００２２】  基材１上に緩衝層２を形成する方法は、基材１と緩衝層２を均一に密着できるものであればどのような方法を用いても良く、例えば、屈折率を調整した熱硬化性材料をスピンコートし、加熱することで形成することができる。
【００２３】  図２及び図３は、基材１とモスアイ構造３の間の緩衝層２の有無における光学特性を示したものである。光学特性としては、光の波長と入射光に対する反射光の強度の割合（反射光／入射光）との関係について測定した。光は、光学部材に入射角０°（光学部材に対して垂直）で光を照射し、その入射角０°の方向における反射光の強度と波長との関係を測定した。波長は、可視光域である４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲について測定した。
【００２４】  また、光学部材としては、図４に示すように、屈折率が1.59のガラス（PCD51）からなる基材１と、屈折率が1.52のシロキサン系材料からなる緩衝層２と、屈折率が1.47のシロキサン系材料からなるモスアイ構造３とで構成された光学部材（実施例１）と、図５に示すように、屈折率が1.59のガラスからなる基材１と、屈折率が1.47のシロキサン系材料からなるモスアイ構造３とで構成された光学部材（比較例１）を用いた。この際、モスアイ構造３としては、高さが220ｎｍ、底面の直径が250nmの砲弾形状の凹凸をピッチが250nmの三角配列としたものを用いた。モスアイ構造は、ナノインプリント技術により作製した。また、実施例１におけるモスアイ構造３と緩衝層２との間にあるモスアイ構造３の残膜の厚さは20nm、緩衝層２の厚さは35nmで、比較例１のモスアイ構造３と基材１との間にあるモスアイ構造３の残膜の厚さは160nmであった。実験は大気下で行った。すなわち、媒質は屈折率が1.000の空気である。
【００２５】  図２及び図３に示すように、実施例１の緩衝層２を設けた光学部材の方が、比較例１の緩衝層２がない光学部材より反射がかなり抑えられていることがわかる。
【００２６】  また、本発明者等が鋭意研究した結果、モスアイ構造３は、モスアイ構造３の基材１側の界面の位置を０、界面からモスアイ構造３側への最短距離をｔ、基材１の屈折率をｎS、界面から距離ｔの位置におけるモスアイ構造３の平均屈折率をｎｔ、界面からモスアイ構造３の凸部頂点までの最短距離をｈ、モスアイ構造３の表面と接する媒質の屈折率をｎMとすると、屈折率ｎｔが下記式（Ａ）に近い程、広範な角度からの光の反射を抑える効果が高いことがわかった。2016006651.tif 000007
・・式（Ａ）
【００２７】  また、当該屈折率ｎｔは、基材１の屈折率ｎSと媒質の屈折率ｎMの差（ｎS−ｎM）の１５％以下の誤差であれば、従来のものと比較して広範な角度からの光の反射を抑える効果が十分に高いことがわかった。これを式で表すと下記式（Ｂ）となる。2016006651.tif 000008
・・・式（Ｂ）  なお、モスアイ構造３において、式（Ａ）を満たすような凹凸構造は円錐等の錐体である。図６に、式（Ａ）及び式（Ｂ）と、式（Ａ）を満たすモスアイ構造３との関係を図示する。
【００２８】  図７は、式（Ｂ）を満たす光学部材（実施例２）、図８は式（Ｂ）を満たさない光学部材（比較例２）の光学特性をシミュレーションした結果である。光学特性としては、光の波長と入射光に対する反射光の強度の割合（反射光／入射光）との関係について計算した。光は、光学部材に入射角０°、１５°、３０°、４５°で光を照射し、入射角０°の方向における反射光の強度と波長との関係を計算した。波長は、可視光域である４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲について計算した。なお、シミュレーションには、シノプシス社（synopsys, Inc）製のソフトDiffractMODを用いた。
【００２９】  また、シミュレーションには、光学部材として、基材１及びモスアイ構造３に用いられる材料の屈折率が1.52であるとした。また、当該光学部材のモスアイ構造３は、高さ450ｎｍ、直径200nmの円錐状の凹凸をピッチ200nmで三角配列としたもの（図９参照）と、高さ450ｎｍ、直径200nmで平均屈折率が直線的に変化する砲弾形状の凹凸をピッチ200nmで三角配列としたもの（図１０参照）を用いた。なお、光学部材の表面にある媒質は屈折率が1.00の空気とした。
【００３０】  図７と図８の結果を比較すると、実施例２の光学部材の方が、光の入射角が変わっても十分に光の反射を抑えていることがわかる。
【００３１】  したがって、本発明の光学部材では、基材１とモスアイ構造３の間に緩衝層２があることを考慮して、モスアイ構造３の基材１側の界面（凹凸の底面）の位置を０、界面からモスアイ構造３側への最短距離をｔ、モスアイ構造３に最も近い緩衝層２の屈折率をｎＢ、界面から距離ｔの位置におけるモスアイ構造３の平均屈折率をｎｔ、界面からモスアイ構造３の凸部頂点までの最短距離をｈ、モスアイ構造３の表面と接する媒質の屈折率をｎＭとすると、屈折率ｎｔが下記式（１）2016006651.tif 000009
・・・式（１）を満たすようにモスアイ構造３の平均屈折率を調節する方が好ましい。なお、式（１）を満たす限り、モスアイ構造３の凹凸は円錐以外の錐体形状や錐台形状、砲弾形状等、任意の形状を適用することができる。また、誤差は１０％以下、８％以下、５％以下、３％以下、２％以下、１％以下と、小さい方が好ましい。
【００３２】  また、式（１）では、モスアイ構造３の高さのみを考慮しているが、好ましくは、緩衝層２の厚さと屈折率も考慮する方が良い。すなわち、基材１と緩衝層２の界面の位置を０、界面からモスアイ構造側への最短距離をｔ、基材１の屈折率をｎＳ、界面から距離ｔの位置における緩衝層２の屈折率又はモスアイ構造３の平均屈折率をｎｔ、当該界面とモスアイ構造３の凸部頂点までの最短距離をｈ、モスアイ構造３の表面と接する媒質の屈折率をｎＭとすると、屈折率ｎｔが下記式（２）2016006651.tif 000010
・・・式（２）を満たすように緩衝層２の屈折率およびモスアイ構造３の平均屈折率を調節する方がより好ましい。この場合にも、誤差は１０％以下、８％以下、５％以下、３％以下、２％以下、１％以下と、小さい方が好ましい。
【００３３】  図１１は、式（２）を満たす光学部材（実施例３）、図１２は式（２）を満たさない光学部材（比較例２）の光学特性をシミュレーションした結果である。光学特性としては、光の波長と入射光に対する反射光の強度の割合（反射光／入射光）との関係について計算した。光は、光学部材に入射角０°、１５°、３０°、４５°で光を照射し、入射角０°の方向における反射光の強度と波長との関係を計算した。波長は、可視光域である４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲について計算した。なお、シミュレーションには、シノプシス社（synopsys, Inc）製のソフトDiffractMODを用いた。
【００３４】  また、シミュレーションには、光学部材として、図１３に示すように、基材１の屈折率が1.52、第１緩衝層21の屈折率が1.473、第２緩衝層22の屈折率が1.385、モスアイ構造３に用いられる材料の屈折率が1.38のもの（実施例３）と、図１４に示すように、緩衝層がなく、基材１の屈折率が1.52、モスアイ構造３に用いられる材料の屈折率が1.38のもの（比較例３）とを用いた。また、当該光学部材のモスアイ構造３は、実施例３及び比較例３のいずれも、高さ366ｎｍ、直径200nmの円錐から、頂点を共有する高さ73ｎｍ、直径40ｎｍの相似に縮小した円錐を取り除いた高さが293nmの円錐台をピッチ200nmで三角配列としたものを用いた。また、第１緩衝層21及び第２緩衝層22の膜厚はどちらも42nmとした。なお、光学部材の表面にある媒質は屈折率が１の空気とした。
【００３５】  図１１と図１２の結果を比較すると、実施例３の光学部材の方が、光の入射角が変わっても十分に光の反射を抑えていることがわかる。
【符号の説明】
【００３６】  １  基材  ２  緩衝層  ３  モスアイ構造  21  第１緩衝層  22  第２緩衝層
【図１】
2016006651.tif 000015
【図２】
2016006651.tif 000016
【図３】
2016006651.tif 000017
【図４】
2016006651.tif 000018
【図５】
2016006651.tif 000019
【図６】
2016006651.tif 000020
【図７】
2016006651.tif 000021
【図８】
2016006651.tif 000022
【図９】
2016006651.tif 000023
【図１０】
2016006651.tif 000024
【図１１】
2016006651.tif 000025
【図１２】
2016006651.tif 000026
【図１３】
2016006651.tif 000027
【図１４】
2016006651.tif 000028
【国際調査報告】
2016006651.tif 000029
2016006651.tif 000030