(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入射する光学部品の表面に断面矩形状の主線状突起の間に断面矩形状の主溝が、幅の比が突起：溝：突起＝１：１：１で形成された基本単位を突起及び溝に直交する方向に連続して周期的に配列してなる周期構造において、
主線状突起各々の中央に幅を突起の幅の１／３に縮小した断面矩形状の副溝が形成されてなり、
前記副溝の両側の副線状突起各々に少なくとも幅をさらに縮小した断面矩形状の副副溝が形成されてなることを特徴とする透過率向上表面構造。
【請求項２】
前記副副溝の両側の副副線状突起各々に少なくとも幅をさらに縮小した断面矩形状の副副副溝が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の透過率向上表面構造。
【請求項３】
前記副副副溝の両側の副副副線状突起各々に少なくとも幅をさらに縮小した断面矩形状の副副副副溝が形成されてなることを特徴とする請求項２記載の透過率向上表面構造。
【請求項４】
前記主溝に対して前記副溝の深さがより浅いことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の透過率向上表面構造。
【請求項５】
光が入射する光学部品の表面に断面矩形状の主溝の間に断面矩形状の主線状突起が、幅の比が溝：突起：溝＝１：１：１で形成された基本単位を溝及び突起に直交する方向に連続して周期的に配列してなる周期構造において、
主溝各々の中央に幅を溝の幅の１／３に縮小した断面矩形状の副線状突起が形成されてなるり、
前記副線状突起の両側の副溝各々に少なくとも幅をさらに縮小した断面矩形状の副副線状突起が形成されてなることを特徴とする透過率向上表面構造。
【請求項６】
前記副副線状突起の両側の副副溝各々に少なくとも幅をさらに縮小した断面矩形状の副副副線状突起が形成されてなることを特徴とする請求項５記載の透過率向上表面構造。
【請求項７】
前記副副副線状突起の両側の副副副溝各々に少なくとも幅をさらに縮小した断面矩形状の副副副副線状突起が形成されてなることを特徴とする請求項６記載の透過率向上表面構造。
【請求項８】
前記主線状突起に対して前記副線状突起の高さがより低いことを特徴とする請求項５から７の何れか１項記載の透過率向上表面構造。
【請求項９】
前記基本単位のピッチが使用波長以上であることを特徴とする請求項１から８の何れか１項記載の透過率向上表面構造。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか１項記載の透過率向上表面構造を備えたことを特徴とする光学部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過率向上表面構造に関し、例えば太陽電池等の表面に適用して透過率を向上させ、光の利用効率の向上が図れる透過率向上表面構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学の分野において、多層膜やモスアイ構造（特許文献１）により反射防止して透過率を向上させる技術が知られている。
【特許文献１】特開２００３−２２２７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、多層膜やモスアイ構造は、波長依存性や入射角依存性により設計波長や設計入射角から外れると性能が落ちる問題がある。また、その作製上、多層膜は工程が多くなること、モスアイ構造は波長未満の微細構造を高アスペクト比（深さ／ピッチが高い）で作製しなければならず、比較的作製が難しい。
【０００４】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光が入射する光学部品の表面に周期構造を設けることにより、透過率を向上させて光の利用効率の向上を図る透過率向上表面構造に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する本発明の透過率向上表面構造は、光が入射する光学部品の表面に断面矩形状の主線状突起の間に断面矩形状の主溝が形成された基本単位を突起及び溝に直交する方向に連続して周期的に配列してなる周期構造において、
主線状突起各々に少なくとも幅を縮小した断面矩形状の副溝が形成されてなることを特徴とするものである。
【０００６】
この場合に、前記副溝の両側の副線状突起各々に少なくとも幅をさらに縮小した断面矩形状の副副溝が形成されていてもよい。
【０００７】
さらには、前記副副溝の両側の副副線状突起各々に少なくとも幅をさらに縮小した断面矩形状の副副副溝が形成されていてもよい。
【０００８】
さらに、形成された線状突起各々に同様の溝を設ける操作をさらに１回以上行って得られる表面構造を持つようにしてもよい。
【０００９】
また、前記主溝に対して前記副溝の深さがより浅いようにしてもよい。
【００１０】
本発明のもう１つの透過率向上表面構造は、光が入射する光学部品の表面に断面矩形状の主溝の間に断面矩形状の主線状突起が形成された基本単位を溝及び突起に直交する方向に連続して周期的に配列してなる周期構造において、
主溝各々に少なくとも幅を縮小した断面矩形状の副線状突起が形成されてなることを特徴とするものである。
【００１１】
この場合に、前記副線状突起の両側の副溝各々に少なくとも幅をさらに縮小した断面矩形状の副副線状突起が形成されていてもよい。
【００１２】
さらには、前記副副線状突起の両側の副副溝各々に少なくとも幅をさらに縮小した断面矩形状の副副副線状突起が形成されていてもよい。
【００１３】
さらに、形成された溝各々に同様の線状突起を設ける操作をさらに１回以上行って得られる表面構造を持つようにしてもよい。
【００１４】
また、前記主線状突起に対して前記副線状突起の高さがより低いようにしてもよい。
【００１５】
また、前記基本単位のピッチが使用波長以上であるようにしてもよい。
【００１６】
本発明は、以上の透過率向上表面構造を備えた光学部品を含むものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上の本発明の透過率向上表面構造によると、簡単な構造で光が入射する光学部品の透過率を向上させて光の利用効率の向上を図ることができる。そして、本発明の透過率向上表面構造は、少ない工程で簡単に作製することができ、また、周期が比較的長く、アスペクト比が比較的小さいので作製がしやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の透過率向上表面構造は、光が入射する光学部品（太陽電池等の光を取り込む部分も含む。）の表面の構造に関するものであり、基本構造は、断面矩形の一方向（１次元）周期構造である。
【００１９】
まず、本発明の透過率向上表面構造を説明するための図１について、図１の図示のし方を説明する。横方向に（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の欄をとり、縦方向に（１）、（２−１）、（２−２）の欄をとる。図１の見方は、横欄と縦欄の交差で見るもので、（ａ）の（１）、（ａ）の（２−１）等と見る。そして、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）それぞれにつき、（１）は平面図、（２−１）、（２−２）は断面図であり、図１の（ａ）の（１）〜（２−２）は本発明の比較例であり、図１の（ｂ）の（１）〜（２−２）、（ｃ）の（１）〜（２−２）は本発明の透過率向上表面構造の例である。なお、平面図はｘ−ｙ面にとり、断面図はｘ−ｚ面にとっている。以下、図１の表面構造を順に説明する。
【００２０】
図１の（ａ）は、本発明の比較例であり、本発明の透過率向上表面構造（図１の（ｂ）、（ｃ））を説明する上で基本となるものである。この表面構造は、光学部品の表面にピッチ（周期）Λの基本単位が一方向（ｘ方向）に周期的に配置されている構造である。光学部品の屈折率がｎ2 で、その表面を覆う媒体の屈折率がｎ1 で、ｎ1 ＜ｎ2 のとき、この周期構造を溝型（凹型）と呼び、それとは反対に光学部品の屈折率がｎ1 で、その表面を覆う媒体の屈折率がｎ2 で、ｎ1 ＞ｎ2 のとき、この周期構造を突起型（凸型）と呼ぶことにする。溝型の場合には、周期構造の基本単位が断面矩形状の線状突起１、１の間に断面矩形状の溝２が配置され、突起型の場合には、断面矩形状の線状突起２の両側に断面矩形状の溝１、１が配置されていることになる。したがって、符号１は溝型の場合には、線状突起、突起型の場合には溝となる。また、符号２は溝型の場合には溝、突起型の場合には線状突起となる。以下の符号、１１、１２、１１１、１１２も同様。
【００２１】
図１の（ｂ）と（ｃ）においては、（１）の平面図は共通で、（２−１）と（２−２）は異なる構造の断面図である。
【００２２】
図１の（ｂ）の本発明の透過率向上表面構造の例においては、溝型の場合には、図１の（ａ）の構成の線状突起１の表面にさらに細かい溝１２が突起１と平行に設けられ、その溝１２の両側に微細な線状突起１１、１１が形成されている。すなわち、図１の（ａ）と同様に、周期構造の基本単位として、断面矩形状の主線状突起１、１の間に断面矩形状の主溝２が形成され、その主線状突起１、１各々に少なくとも幅を縮小した副溝１２が形成されてなるものである。
【００２３】
突起型の場合には、図１の（ａ）の構成の線状突起２の両側に配置された溝１、１の表面にさらに細かい線状突起１２が溝１と平行に設けられ、その線状突起１２の両側に微細な溝１１、１１が形成されている。すなわち、図１の（ａ）と同様に、周期構造の基本単位として、断面矩形状の主線状突起２の両側に断面矩形状の主溝１、１が形成され、その主溝１、１各々に少なくとも幅を縮小した副線状突起１２が形成されてなるものである。
【００２４】
図１の（ｂ）の（２−１）と（２−２）の構成の違いは、副溝１２（副線状突起１２）の深さ（高さ）が主溝２（主線状突起２）より浅いか、同じにしたかの違いであり、何れの構成をとってもよい。
【００２５】
以上の、図１の（ａ）の、断面矩形状の主線状突起（主溝）１、１の間に断面矩形状の主溝（主線状突起）２が形成された基本単位の、主線状突起（主溝）１、１に少なくとも幅を縮小した副溝（副線状突起）１２が形成されてなる本発明の透過率向上表面構造を変形１回の表面構造と呼ぶことにし、図１の（ａ）の表面構造を変形なしの表面構造と呼ぶことにする。
【００２６】
図１の（ｂ）の変形１回の表面構造に対して同様の変形を施したものが図１の（ｃ）の変形２回の表面構造である。すなわち、溝型の場合には、図１の（ｂ）の構成の副溝１２の両側の副線状突起１１各々に、少なくとも幅を縮小した副副溝１１２が形成されてなる表面構造である。また、突起型の場合には、図１の（ｂ）の構成の副線状突起１２の両側の副溝１１各々に、少なくとも幅を縮小した副副線状突起１１２が形成されてなる表面構造である。これを変形２回の表面構造と呼ぶことにする。この変形２回の表面構造も本発明の透過率向上表面構造の例である。
【００２７】
図１の（ｃ）の（２−１）と（２−２）の構成の違いは、副副溝１１２（副副線状突起１１２）の深さ（高さ）が副溝１２（副線状突起１２）より浅いか、同じにしたかの違いであり、この図１の（ｃ）の（２−２）の場合は、主溝２（主線状突起２）と副溝１２（副線状突起１２）と副副溝１１２（副副線状突起１１２）は深さ（高さ）が同じになっている。
【００２８】
図１の（ｃ）の副副溝１１２の両側の副副線状突起１１１（副副線状突起１１２の両側の副副溝１１１）各々に、同様にして少なくとも幅を縮小した副副副溝（副副副線状突起）が形成されてなる表面構造を変形３回の表面構造と呼ぶことにする。この変形３回の表面構造も本発明の透過率向上表面構造の例である。
【００２９】
以下、同様に変形４回以上の表面構造が得られ、これらも本発明の透過率向上表面構造である。
【００３０】
さて、以上のような変形１回以上の本発明の透過率向上表面構造を用いると、入射光の透過率が向上することを実施例に基づいて説明する。
【００３１】
図２は比較の基準として、空気中から屈折率３．６の媒質（Ｓｉ）の平面に入射するときの透過光全光の効率（透過全光効率）の入射角依存性を示す図である。入射光の偏光角は４５°である。なお、ここで、入射角は、図３に示すように、光線が入射する平面をｘ−ｙ面としたとき、その法線（ｚ軸）と入射光のなる角度であり、偏光角は、ｘ−ｙ面に垂直で入射光を含む平面を「入射面」としたとき、入射光の偏光ベクトル（電気ベクトル）と「入射面」のなす角である。なお、後で出てくる周期構造の表面への入射光の方位角は、周期方向をｘ方向としたとき、周期方向に対して入射面のなす角である。
【００３２】
図４に、本発明の変形１回の透過率向上表面構造（図１の（ｂ）の（２−１）の溝型の場合）と比較例（変形なし：図１の（ａ））の基本単位のピッチΛを変えたときの透過全光効率の入射角依存性を示す。透過全光効率は、図２の平面に入射するときの透過全光効率に対する差で示してある。基本単位中の幅の比は、本発明の変形１回の場合は、１：１：１：３：１：１：１、比較例の変形なしの場合は、１：１：１である。溝の最深部の深さは、ピッチΛの０．３倍であり、本発明の変形１回の場合の副溝１２の深さは、最深部の１／３である。この場合も空気中から屈折率３．６の媒質（Ｓｉ）へ入射するときの透過全光効率であり、使用波長をλとしている。入射光の方位角は０°、偏光角は４５°である。なお、図４の例えば「変形１回５」は、図１の（ｂ）の（２−１）構造で、Λ／λ＝５の場合を意味する。
【００３３】
図４から、全体的に変形１回の方が変形なしのものより透過全光効率が高いことが分かる。そして、使用波長λに対して基本単位のピッチΛが小さい方が、必ずしも順番通りではないものの、入射角約６０°以内で透過全光効率が高い傾向にあることが分かる。すなわち、使用波長λに対して基本単位のピッチΛが小さい方が透過全光効率が高い傾向にあるが、基本単位の寸法によらず、変形のあるもの（本発明の透過率向上表面構造）の方がないものに比べて透過率向上の効果があることが分かる。
【００３４】
次に、Λ／λ＝３の場合の変形なしに対して、変形１回、変形２回の溝型、突起型の透過全光効率の入射角依存性を図５〜図１０に示す。透過全光効率は、図２の平面に入射するときの透過全光効率に対する差で示してある。何れも空気中から屈折率３．６の媒質（Ｓｉ）へ入射するときの透過全光効率であり、偏光角は４５°である。
【００３５】
図５、図６はそれぞれ変形なしで、溝型、突起型の場合であり、図５は使用波長λに対する溝の最深部の深さが０．６０、図６は使用波長λに対する線状突起の最高部の高さが０．５５であり、これらの最深部の深さ、最高部の高さの数字は、深さ又は高さを小さい方から増加させていったときに透過全光効率が最初にピークを与える深さ又は高さである（図１７参照）。以下、図７〜図１０についても同じ。
【００３６】
図７、図８はそれぞれ変形１回で、溝型、突起型の場合であり、図７は使用波長λに対する溝の最深部の深さが０．７０、図８は使用波長λに対する線状突起の最高部の高さが０．８５である。
【００３７】
図９、図１０はそれぞれ変形２回で、溝型、突起型の場合であり、図９は使用波長λに対する溝の最深部の深さが０．７０、図１０は使用波長λに対する線状突起の最高部の高さが０．８０である。
【００３８】
なお、基本単位中の幅の比は、変形なしで、１：１：１、変形１回で、１：１：１：３：１：１：１、変形２回で、１：１：１：３：１：１：１：９：１：１：１：３：１：１：１であり、溝の深さ（線状突起の高さ）は、変形１回で、浅い溝（低い線状突起）は最深部（最高部）の１／３、変形２回で、２番目に浅い溝（低い線状突起）は最深部（最高部）の１／３、１番目に浅い溝（低い線状突起）は最深部（最高部）の１／９である。
【００３９】
次に、Λ／λ＝１の場合について、図５〜図１０と同様の図を図１１〜図１６に示す。この場合も、透過全光効率は、図２の平面に入射するときの透過全光効率に対する差で示してある。何れも空気中から屈折率３．６の媒質（Ｓｉ）へ入射するときの透過全光効率であり、偏光角は４５°である。
【００４０】
図１１、図１２はそれぞれ変形なしで、溝型、突起型の場合であり、図１１は使用波長λに対する溝の最深部の深さが０．２０、図１２は使用波長λに対する線状突起の最高部の高さが０．２５であり、これらの最深部の深さ、最高部の高さの数字は、深さ又は高さを小さい方から増加させていったときに透過全光効率が最初にピークを与える深さ又は高さである（図１８参照）。以下、図１３〜図１６についても同じ。
【００４１】
図１３、図１４はそれぞれ変形１回で、溝型、突起型の場合であり、図１３は使用波長λに対する溝の最深部の深さが０．３０、図１４は使用波長λに対する線状突起の最高部の高さが０．２５である。
【００４２】
図１５、図１６はそれぞれ変形２回で、溝型、突起型の場合であり、図１５は使用波長λに対する溝の最深部の深さが０．４０、図１６は使用波長λに対する線状突起の最高部の高さが０．３０である。
【００４３】
なお、基本単位中の幅の比は、変形なしで、１：１：１、変形１回で、１：１：１：３：１：１：１、変形２回で、１：１：１：３：１：１：１：９：１：１：１：３：１：１：１であり、溝の深さ（線状突起の高さ）は、変形１回で、浅い溝（低い線状突起）は最深部（最高部）の１／３、変形２回で、２番目に浅い溝（低い線状突起）は最深部（最高部）の１／３、１番目に浅い溝（低い線状突起）は最深部（最高部）の１／９である。
【００４４】
次に、溝（線状突起）の最深部（最高部）をｄとし、その最深部（最高部）ｄに対する透過光全光の効率（透過全光効率）の依存性をΛ／λ＝３、１の場合についてそれぞれ図１７、図１８に示す。図１７、図１８の「凹］、「凸」はそれぞれ溝型、突起型を意味し、それらの後の「０」、「１」、「２」はそれぞれ変形なし、変形１回、変形２回を意味する。なお、基本単位中の幅の比は、変形なしで、１：１：１、変形１回で、１：１：１：３：１：１：１、変形２回で、１：１：１：３：１：１：１：９：１：１：１：３：１：１：１である。
【００４５】
図５〜図１８の結果から、本発明の変形１回、２回の表面構造の方が、溝型、突起型何れの場合も、方位角によらず全体に、変形なしの比較例（図１の（ａ））より、透過全光効率が高いことが分かる。
【００４６】
次に、最適化した実施例を２つ示す。図１９はその１例の透過全光効率の入射角依存性を示す。透過全光効率は、図２の平面に入射するときの透過全光効率に対する差で示してある。この例は、Λ／λ＝１の溝型であり、変形２回で、空気中から屈折率３．６の媒質（Ｓｉ）へ偏光角４５°で入射するものとし、使用波長λに対する溝の最深部の深さが０．９５で、その最深部の深さの値は、深さを小さい方から増加させていったときに透過全光効率が２番目にピークを与える深さであり、基本単位中の幅の比は、１：１：１：３：１：１：１：９：１：１：１：３：１：１：１であり、溝の深さは、２番目に浅い溝は最深部の１／３、１番目に浅い溝は最深部の１／９である。
【００４７】
図２０はその別の例の図１９と同様の透過全光効率の入射角依存性を示す。この例は、Λ／λ＝１の突起型であり、変形１回で、空気中から屈折率３．６の媒質（Ｓｉ）へ偏光角４５°で入射するものとし、使用波長λに対する線状突起の高さは、最高部で０．２８９、２番目に低い線状突起は０．０９８２６で、その最高部の高さの値は、高さが小さい方から増加させていったときに透過全光効率が最初のピークを与える深さであり、基本単位中の幅の比は、０．１１５６：０．１０８８：０．１１５６：０．３２００：０．１１５６：０．１０８８：０．１１５６である。
【００４８】
以上、本発明の透過率向上表面構造を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。また、本発明の透過率向上表面構造は、フォトリソグラフィーを利用したり、エンボス加工により比較的簡単に作製することができる。また、本発明の透過率向上表面構造はレンズ等の光学部品の表面だけでなく、光を効率的に入射させる必要のある透明、半透明の部品（例えば太陽電池）等の表面に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の透過率向上表面構造を説明するための図である。
【図２】比較の基準として空気中から屈折率３．６の媒質の平面に入射するときの透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図３】入射角、偏光角、方位角を説明するための図である。
【図４】本発明の変形１回の透過率向上表面構造と比較例の基本単位のピッチを変えたときの透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図５】Λ／λ＝３の場合の変形なしで溝型の透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図６】Λ／λ＝３の場合の変形なしで突起型の透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図７】Λ／λ＝３の場合の変形１回で溝型の透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図８】Λ／λ＝３の場合の変形１回で突起型の透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図９】Λ／λ＝３の場合の変形２回で溝型の透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図１０】Λ／λ＝３の場合の変形２回で突起型の透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図１１】Λ／λ＝１の場合の変形なしで溝型の透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図１２】Λ／λ＝１の場合の変形なしで突起型の透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図１３】Λ／λ＝１の場合の変形１回で溝型の透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図１４】Λ／λ＝１の場合の変形１回で突起型の透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図１５】Λ／λ＝１の場合の変形２回で溝型の透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図１６】Λ／λ＝１の場合の変形２回で突起型の透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図１７】Λ／λ＝３の場合の溝（線状突起）の最深部（最高部）に対する透過全光効率の依存性を示す図である。
【図１８】Λ／λ＝１の場合の溝（線状突起）の最深部（最高部）に対する透過全光効率の依存性を示す図である。
【図１９】最適化した１つの実施例の透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【図２０】最適化した他の実施例の透過全光効率の入射角依存性を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…線状突起（溝）
２…溝（線状突起）
１１…副線状突起（副溝）
１２…副溝（副線状突起）
１１１…副副線状突起（副副溝）
１１２…副副溝（副副線状突起）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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