(57)【要約】【課題】筋の発生を抑制することができ、かつ、表面粗さ及び形状歪みを小さくすることが可能な、新規かつ改良された光学素子、光学素子の製造方法、及び光学素子製造用原盤を提供する。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基板と、基板の表面に形成された複数のマイクロレンズと、マイクロレンズ上に形成された中間層と、中間層上に形成された保護層と、を備え、保護層の算術平均粗さＲａは５ｎｍ以下であり、マイクロレンズの高さと保護層の高さとの差が一定となるばらつき一定領域がマイクロレンズのピッチに対して６０％以上であり、保護層に形成される筋の面積は、前記基板の表面のうち、前記マイクロレンズが形成された部分の面積の３０％以下である、光学素子が提供される。【選択図】図１
2016102835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面に形成された複数のマイクロレンズと、
前記マイクロレンズ上に形成された中間層と、
前記中間層上に形成された保護層と、を備え、
前記保護層の算術平均粗さＲａは５ｎｍ以下であり、
前記マイクロレンズの高さと前記保護層の高さとの差が一定となるばらつき一定領域の長さが前記マイクロレンズのピッチに対して６０％以上であり、
前記保護層に形成される筋の面積は、前記基板の表面のうち、前記マイクロレンズが形成された部分の面積の３０％以下である、光学素子。
【請求項２】
前記中間層を構成する材料の表面自由エネルギーは、２５ｍＪ／ｍ２以上である、請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記中間層は、酸化ニオブ、銀ビスマス、金、及び銅からなる群のうち少なくとも１種を含む、請求項２記載の光学素子。
【請求項４】
前記保護層は、二酸化ケイ素を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記マイクロレンズの頂点高さが０．７５μｍ以上、ピッチが０．０３〜０．３ｍｍ、扁平比が０．０４〜０．０９である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記マイクロレンズは、正方格子、長方格子、または六方格子状に配列されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
基板の表面に複数のマイクロレンズをマトリックス状に形成する工程と、
前記マイクロレンズ上に中間層を形成する工程と、
保護層を構成する材料が溶解した塗工液を前記中間層上にスピンコーティングすることで、前記中間層上に塗工液層を形成する工程と、
前記塗工液層を前記保護層に変換する工程と、を含み、
前記中間層の表面自由エネルギーは、２５ｍＪ／ｍ２以上であり、
前記塗工液の濃度は、前記中間層の表面自由エネルギーが３５ｍＪ／ｍ２以上となる場合、３〜２０質量％であり、前記中間層の表面自由エネルギーの大きさが２５ｍＪ／ｍ２以上３５ｍＪ／ｍ２未満となる場合、５〜１５質量％となり、
前記塗工液の塗工方向と、前記マイクロレンズの配列方向とのなす角度は、１５〜７５°である、光学素子の製造方法。
【請求項８】
基板の表面に複数のマイクロレンズをランダムに形成する工程と、
前記マイクロレンズ上に中間層を形成する工程と、
保護層を構成する材料が溶解した塗工液を前記中間層上に塗工することで、前記中間層上に塗工液層を形成する工程と、
前記塗工液層を前記保護層に変換する工程と、を含み、
前記中間層の表面自由エネルギーは、２５ｍＪ／ｍ２以上であり、
前記塗工液の濃度は、前記中間層の表面自由エネルギーが３５ｍＪ／ｍ２以上となる場合、３〜２０質量％であり、前記中間層の表面自由エネルギーの大きさが２５ｍＪ／ｍ２以上３５ｍＪ／ｍ２未満となる場合、５〜１５質量％となる、光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記中間層は、酸化ニオブ、銀ビスマス、金、及び銅からなる群のうち少なくとも１種を含む、請求項７または８に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記マイクロレンズの反転形状を有する転写部が複数形成された原盤を用いて前記基板を作製する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１１】
マイクロレンズの反転形状を有する転写部が複数形成された転写用原盤と、
前記転写部上に形成された中間層と、
前記中間層上に形成された保護層と、を備え、
前記保護層の算術平均粗さＲａは５ｎｍ以下であり、
前記転写部の高さと前記保護層の高さとの差が一定となるばらつき一定領域が前記転写部のピッチに対して６０％以上であり、
前記保護層に形成される筋の面積は、前記転写用原盤の表面のうち、前記転写部が形成された部分の面積の３０％以下である、光学素子製造用原盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、光学素子の製造方法、及び光学素子製造用原盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜３は、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ素子を開示する。マイクロレンズアレイ素子は、光を拡散させにくいという特性を有する。このため、マイクロレンズアレイ素子は、例えば液晶ディスプレイのバックライト上に配置される。これにより、液晶ディスプレイの正面輝度が向上する。
【０００３】
マイクロレンズアレイ素子には、マイクロレンズが形成された面上に保護層が形成される場合がある。マイクロレンズアレイ素子に保護層を形成することで、マイクロレンズが保護層によって保護される。また、マイクロレンズアレイ素子の強度が向上する。特許文献１に開示された技術では、スピンコーティング法を用いてマイクロレンズアレイ素子上に保護層を形成する。具体的には、保護層を構成する材料が分散した塗工液（ゾル）をマイクロレンズアレイ素子上にスピンコーティングし、その後、塗工液をベークする。これにより、マイクロレンズアレイ素子上に保護層を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５４３２０号公報
【特許文献２】特開２００４−１９１６１１号公報
【特許文献３】特開２００８−８３６８５号公報
【特許文献４】特開平１１−２４８９０６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、スピンコーティングで保護層を形成する場合、塗工液をマイクロレンズアレイ素子上にむらなく塗工することは非常に難しかった。このため、スピンコーティングで保護層を形成する場合、塗りムラに起因する筋が保護層表面に形成されやすいという問題があった。特に、マイクロレンズがマトリックス状に配列している場合、筋が非常に発生しやすかった。このような筋はマイクロレンズアレイ素子の光学特性を悪化させる。
【０００６】
一方、特許文献４には、カメラ等に使用される単レンズ表面に存在する加工痕を二酸化ケイ素等の膜で埋めることが開示されている。しかし、この技術はマイクロレンズよりもはるかに大きい単レンズを対象としている。さらに、特許文献４に開示された技術においても、スピンコーティング法を用いて上記の膜を形成している。したがって、特許文献４に開示された技術では、上記問題を何ら解決することができない。
【０００７】
さらに、塗工液をマイクロレンズアレイ素子上にむらなく塗工することは非常に難しいことから、保護層表面が粗くなりやすいという問題もあった。保護層の表面粗さが大きいと、マイクロレンズアレイ素子の光学特性が悪化しやすい。例えば、回折による色分離が発生しやすい。また、同様の理由により、保護層形成後のマイクロレンズ形状が歪みやすいという問題もあった。また、このような形状歪みも、マイクロレンズアレイ素子の光学特性を悪化させる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、筋の発生を抑制することができ、かつ、表面粗さ及び形状歪みを小さくすることが可能な、新規かつ改良された光学素子、光学素子の製造方法、及び光学素子製造用原盤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基板と、基板の表面に形成された複数のマイクロレンズと、マイクロレンズ上に形成された中間層と、中間層上に形成された保護層と、を備え、保護層の算術平均粗さＲａは５ｎｍ以下であり、マイクロレンズの高さと保護層の高さとの差が一定となるばらつき一定領域の長さがマイクロレンズのピッチに対して６０％以上であり、保護層に形成される筋の面積は、基板の表面のうち、マイクロレンズが形成された部分の面積の３０％以下である、光学素子が提供される。
【００１０】
ここで、中間層を構成する材料の表面自由エネルギーは、２５ｍＪ／ｍ２以上であってもよい。
【００１１】
また、中間層は、酸化ニオブ、銀ビスマス、金、及び銅からなる群のうち少なくとも１種を含んでいてもよい。
【００１２】
また、保護層は、二酸化ケイ素を含んでいてもよい。
【００１３】
また、マイクロレンズの頂点高さが０．７５μｍ以上、ピッチが０．０３〜０．３ｍｍ、扁平比が０．０４〜０．０９であってもよい。
【００１４】
また、マイクロレンズは、正方格子、長方格子、または六方格子状に配列されていてもよい。
【００１５】
本発明の他の観点によれば、基板の表面に複数のマイクロレンズをマトリックス状に形成する工程と、マイクロレンズ上に中間層を形成する工程と、保護層を構成する材料が溶解した塗工液を中間層上にスピンコーティングすることで、中間層上に塗工液層を形成する工程と、塗工液層を保護層に変換する工程と、を含み、中間層の表面自由エネルギーは、２５ｍＪ／ｍ２以上であり、塗工液の濃度は、中間層の表面自由エネルギーが３５ｍＪ／ｍ２以上となる場合、３〜２０質量％であり、中間層の表面自由エネルギーの大きさが２５ｍＪ／ｍ２以上３５ｍＪ／ｍ２未満となる場合、５〜１５質量％となり、塗工液の塗工方向と、マイクロレンズの配列方向とのなす角度は、１５〜７５°である、光学素子の製造方法が提供される。
【００１６】
本発明の他の観点によれば、基板の表面に複数のマイクロレンズをランダムに形成する工程と、マイクロレンズ上に中間層を形成する工程と、保護層を構成する材料が溶解した塗工液を中間層上に塗工することで、中間層上に塗工液層を形成する工程と、塗工液層を保護層に変換する工程と、を含み、中間層の表面自由エネルギーは、２５ｍＪ／ｍ２以上であり、塗工液の濃度は、中間層の表面自由エネルギーが３５ｍＪ／ｍ２以上となる場合、３〜２０質量％であり、中間層の表面自由エネルギーの大きさが２５ｍＪ／ｍ２以上３５ｍＪ／ｍ２未満となる場合、５〜１５質量％となる、光学素子の製造方法が提供される。
【００１７】
ここで、中間層は、酸化ニオブ、銀ビスマス、金、及び銅からなる群のうち少なくとも１種を含んでいてもよい。
【００１８】
また、マイクロレンズの反転形状を有する転写部が複数形成された原盤を用いて基板を作製してもよい。
【００１９】
本発明の他の観点によれば、マイクロレンズの反転形状を有する転写部が複数形成された転写用原盤と、転写部上に形成された中間層と、中間層上に形成された保護層と、を備え、保護層の算術平均粗さＲａは５ｎｍ以下であり、転写部の高さと保護層の高さとの差が一定となるばらつき一定領域が転写部のピッチに対して６０％以上であり、保護層に形成される筋の面積は、基板の表面のうち、マイクロレンズが形成された部分の面積の３０％以下である、光学素子製造用原盤が提供される。
【００２０】
上記観点によって提供される光学素子では、保護層の算術平均粗さＲａは５ｎｍ以下であり、ばらつき一定領域の長さはマイクロレンズのピッチに対して６０％以上であり、保護層に形成される筋の面積は、基板の表面のうち、マイクロレンズが形成された部分の面積の３０％以下である。したがって、本発明に係る光学素子は、筋の発生を抑制することができ、かつ、表面粗さ及び形状歪みを小さくすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、筋の発生を抑制することができ、かつ、表面粗さ及び形状歪みを小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学素子の構成を示す断面図である。
【図２】同実施形態に係るマイクロレンズの開口面の形状例を示す平面図である。
【図３】マイクロレンズの高さ、ピッチを示す断面図である。
【図４】光学素子の製造プロセスを示す断面図である。
【図５】スピンコーティング装置への基板の設置方法を示す平面図である。
【図６】塗工方向とマイクロレンズの配列方向との対応関係を示す平面図である。
【図７】測定位置とマイクロレンズの高さとの対応関係を保護層の有無毎に示すグラフである。
【図８】光学素子の反射特性の測定方法を概略的に示す説明図である。
【図９】光学素子の反射特性を示すグラフである。
【図１０】測定位置とマイクロレンズの高さとの対応関係を保護層の有無毎に示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る原盤の構成を示す断面図である。
【図１２】本発明者が検討したスピンコーティング法の一例を示す平面図である。
【図１３】保護層上に形成された筋の一例を示す写真である。
【図１４】本発明者が検討したスピンコーティング法の一例を示す平面図である。
【図１５】保護層上に形成された筋の一例を示す写真である。
【図１６】筋が形成される位置を示す平面図である。
【図１７】本発明者が検討したスピンコーティング法の一例を示す平面図である。
【図１８】本発明者が検討したスピンコーティング法の一例を示す平面図である。
【図１９】保護層の一例を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２４】
＜１．本発明者による検討＞
上述したように、スピンコーティング法を用いてマイクロレンズアレイ素子上に保護層を形成した場合、筋が非常に発生しやすいという問題があった。この問題は、マイクロレンズがマトリックス状に配置されている場合に特に顕著であった。そこで、本発明者は、筋が発生する原因について鋭意検討し、その結果、本実施形態に係る光学素子等に想到した。そこで、まず、本発明者が行った検討について説明する。
【００２５】
本発明者は、図１２に示すマイクロレンズアレイ素子５００（以下、「光学素子５００」とも称する）を用意した。光学素子５００は、図示しない基板と、基板の一方の表面上にマトリックス状に配列された複数のマイクロレンズ５１０とで構成される。マイクロレンズ５１０の開口面（マイクロレンズ５１０の光軸に垂直な断面）の形状は正方形となっている。このため、マイクロレンズ５１０は正方格子状に配列している。また、マイクロレンズ５１０は互いに隙間なく配列されている。また、マイクロレンズ５１０はマトリックス状（ここでは正方格子状）に配置されているので、互いに直交する方向（図１２中のｘ方向、ｙ方向）に配列されているといえる。すなわち、マイクロレンズ５１０の配列方向はｘ方向及びｙ方向となる。以下、ｘ方向の配列方向を配列方向ｘ、ｙ方向の配列方向を配列方向ｙとも称する。
【００２６】
本発明者は、スピンコーティング法を用いて光学素子５００上に保護層を形成した。具体的には、スピンコーティング装置の金属プレート上に光学素子５００を設置した。ここで、金属プレートの回転軸３１０が光学素子５００の中心を通るように、光学素子５００を設置した。そして、光学素子５００の中心に塗工液６００を滴下し、金属プレート３００を矢印３２０方向に回転させた。これにより、光学素子５００上に塗工液６００を塗工（スピンコーティング）した。ここで、ポリシラザン溶液を塗工液６００とした。スピンコーティング法による塗工を行う場合、塗工液６００は、金属プレートの回転軸３１０を中心として放射状に（矢印ＦＬ方向に）移動する。以下、塗工液６００の移動方向を「塗工方向」とも称する。矢印ＦＬは、塗工液６００の塗工方向を示す。その後、ポリシラザンを硬化させることで、図１３に示すように、光学素子５００上に保護層６１０を形成した。図１３に示すように、保護層６１０には、十字状に伸びる筋Ｘが形成されている。
【００２７】
本発明者は、光学素子５００の金属プレート上の設置位置を変更して同様の処理を試みた。具体的には、図１４に示すように、光学素子５００を回転軸３１０から離れた位置に設置した。また、回転軸３１０を通る直線Ｌ５０と配列方向ｙとが平行になるように光学素子５００の設置位置を調製した。この場合、配列方向ｙ上に存在する１列のマイクロレンズ群５２０は直線Ｌ５０上に配置される。
【００２８】
そして、光学素子５００のうち、回転軸３１０に最も近い端部に塗工液６００を滴下し、金属プレートを矢印３２０方向に回転させた。この場合も塗工液は回転軸３１０から放射状に移動する。矢印ＦＬは、塗工方向の一例を示す。その後、上記と同様の工程により保護層６１０を形成した。その結果を図１５に示す。この場合でも、保護層６１０上に筋Ｘが形成された。
【００２９】
本発明者は、図１３、図１５に示す筋Ｘの位置を調査したところ、筋Ｘは、マイクロレンズ５１０の配列に沿って形成されていることがわかった。例えば、図１５に示す筋Ｘは、図１６に示すように、マイクロレンズ群５２０に沿って形成される。本発明者は、この理由として、以下のものを考えた。すなわち、マイクロレンズ５１０は基板上にマトリックス状に配置されているので、塗工液は、マイクロレンズ５１０の配列方向に沿って移動しやすい。言い換えれば、塗工液は、光学素子５００の表面領域のうち、塗工方向とマイクロレンズ５１０の配列方向とが揃っている位置を移動しやすい。図１４の場合、マイクロレンズ群５２０の配列方向と塗工方向とが揃っているので、塗工液はマイクロレンズ群５２０上を移動しやすい。この結果、マイクロレンズ群５２０上の塗工量（塗工厚み）と他の領域での塗工量とに差が生じ、結果として、マイクロレンズ群５２０上に筋Ｘが発生する。
【００３０】
そこで、本発明者は、図１７に示すように、マイクロレンズ群５２０をその配列方向（直線Ｌ７０で示す方向）が直線Ｌ５０と交差するように配置した。ここで、マイクロレンズ群５２０の配列方向と直線Ｌ５０とのなす角度を１０°に設定した。この場合、マイクロレンズ群５２０上の塗工方向（矢印ＦＬで示す方向）とマイクロレンズ群５２０の配列方向とのなす角度も１０°となる。しかし、この場合であっても、図１６に示す筋Ｘが形成された。
【００３１】
そこで、本発明者は、図１８に示すように、光学素子５００の全域で塗工方向と配列方向ｘ、ｙとのなす角度が１５〜７５°となるように光学素子５００の設置位置を調製した。詳細な設置方法は後述するが、図１８に示す例では、直線Ｌ５０と配列方向ｘ、ｙとのなす角度を４５°とした。また、光学素子５００の全域で塗工方向と配列方向ｘ、ｙとのなす角度を１５〜７５°とした。なお、塗工方向と配列方向ｘとのなす角度、及び塗工方向と配列方向ｙ方向とのなす角度の両方が１５〜７５°となる必要がある。そして、光学素子５００のうち、回転軸３１０に最も近い領域に塗工液６００を滴下し、金属プレートを矢印３２０方向に回転させた。この結果、図１９に示すように、筋Ｘのない保護層６１０が形成された。
【００３２】
このように、本発明者は、光学素子５００の全域で塗工方向と配列方向ｘ、ｙとのなす角度が１５〜７５°となる場合、筋Ｘが形成されないことを見出した。さらに、本発明者は、保護層６１０の表面粗さと形状歪みについても検討したところ、塗工液に対する親和性が高い（濡れ性が高い）中間層を光学素子５００上に形成することを見出した。この場合、塗工液は円滑に光学素子５００上を移動するので、より塗りムラがすくなくなる。この結果、表面粗さが小さくなり、形状歪みが低減される。本発明者は、これらの知見の下、本実施形態に係る光学素子等に想到した。以下、本実施形態について説明する。
【００３３】
＜２．第１の実施形態＞
（２−１．光学素子の構成）
次に、図１〜図３に基づいて、第１の実施形態に係る光学素子１の構成について説明する。光学素子１は、基板１０と、複数のマイクロレンズ２０と、中間層３０と、保護層４０とを備える。基板１０は、例えば矩形の樹脂シートであり、基板１０の表面１０ａに複数のマイクロレンズ２０が形成される。
【００３４】
マイクロレンズ２０は、基板１０の表面１０ａにマトリックス状またはランダムに形成される。マイクロレンズ２０は、凸レンズとなっている。また、マイクロレンズ２０の開口面の形状は特に制限されず、様々な形状を取りうる。図２に一例を示す。図２（ａ）〜（ｃ）はマトリックス状配列の例を示し、図２（ｄ）はランダム配列の一例を示す。図２（ａ）に示す例では、開口面が正方形となっている。したがって、この例では、マイクロレンズ２０は基板１０上に正方格子状に配列されている。図２（ｂ）に示す例では、開口面が長方形となっている。したがって、この例では、マイクロレンズ２０は基板１０上に長方格子状に配列されている。図２（ｃ）に示す例では、開口面が正六角形となっている。したがって、この例では、マイクロレンズ２０は基板１０上に六方格子状に配列されている。図２（ａ）〜（ｃ）のｘ軸、ｙ軸は、マイクロレンズ２０の配列方向を示す。図２（ｄ）では、マイクロレンズ２０がランダムに配列されており、開口面が円形となっている。また、マイクロレンズ２０間には平坦部２１が形成されている。
【００３５】
マイクロレンズ２０の頂点高さ、ピッチ、及び扁平比は特に制限されないが、頂点高さが０．７５μｍ以上、ピッチが０．０３〜０．３ｍｍ、扁平比が０．０４〜０．０９であることが好ましい。これらの条件が全て満たされる場合に、光学素子１の反射特性が向上する。
【００３６】
ここで、図３に基づいて、マイクロレンズ２０の高さ、頂点高さ、ピッチ及び扁平比について説明する。図３は、マイクロレンズ２０の頂点Ｔを通り、かつ、いずれかの配列方向に平行な垂直断面（側断面）を示す。マイクロレンズ２０の高さは、マイクロレンズ２０の表面上の各点から基点Ｂまでの光軸方向距離である。頂点高さＨは、マイクロレンズ２０の表面上の各点の内、頂点Ｔから基点Ｂまでの光軸方向距離である。ここで、光軸方向距離は、マイクロレンズ２０の光軸方向に沿った方向の距離を意味する。また、マイクロレンズ２０の頂点Ｔは、マイクロレンズ２０の表面上の各点のうち、基板１０の表面１０ａからもっとも離れた位置に存在する点である。基点Ｂは、マイクロレンズ２０の表面上の各点のうち、基板１０の表面１０ａに最も近い位置に存在する点である。基点Ｂは、マイクロレンズ２０間の境界に位置する。ピッチＨは、配列方向上で隣接するマイクロレンズ２０の頂点間距離である。すなわち、ピッチＨは、配列方向ｘ、ｙのそれぞれに対して規定される。扁平比は、以下の数式（１）で示される。
（扁平比）＝Ｈ／（Ｐ／２）・・・（１）
【００３７】
また、マイクロレンズ２０の稜線部（レンズ面を構成する部分）は円弧形状であることが好ましい。後述する実施例では、稜線部を全て円弧形状とした。稜線部には平坦部が含まれていても良いが、その幅は１μｍ以下であることが好ましい。
【００３８】
中間層３０は、マイクロレンズ２０上に形成（積層）される。中間層３０は、保護層４０の塗工液の塗りムラを低減するものである。したがって、中間層３０は、塗工液に対する親和性が高い（濡れ性が高い）。具体的には、中間層３０は、表面自由エネルギーが２５ｍＪ／ｍ２以上、好ましくは３５ｍＪ／ｍ２以上である材料を用いて形成される。また、中間層３０を構成する材料はアモルファス材料であることが好ましい。これらの条件が満たされる材料によって中間層３０を形成した場合、塗工液がより均等に塗工される。表面自由エネルギーの上限値に特に制限はない。
【００３９】
上記条件を満たす物質としては、酸化ニオブ、銀ビスマス、金、及び銅等が挙げられる。酸化ニオブの表面自由エネルギーは３７．７ｍＪ／ｍ２であり、銀ビスマスの表面自由エネルギーは２８．５ｍＪ／ｍ２である。金の表面自由エネルギーは１４１０ｍＪ／ｍ２であり、銅の表面自由エネルギーは１６７０ｍＪ／ｍ２である。中間層３０は、これらの材料のいずれか一種のみで構成されていてもよく、混合物で構成されていてもよい。また、中間層３０の層厚は、本実施形態の効果を損なわない範囲内であれば特に制限されない。例えば、中間層３０の層厚は５〜５０ｎｍであってもよい。
であってもよい。
【００４０】
保護層４０は、中間層３０上に形成される。保護層４０は、例えば、マイクロレンズ２０を保護し、かつ、光学素子１の強度を向上するために設けられる。保護層４０は、後述する製造方法により製造されるので、保護層４０の表面には筋Ｘはほとんど形成されない。具体的には、保護層４０に形成される筋の面積は、基板１０の表面１０ａのうち、マイクロレンズ２０が形成された部分の面積（以下、「基準面積」とも称する）の３０％以下である。ここで、「筋の面積」は、より詳細には、筋を基板１０の表面１０ａに投影することで形成される投影面の面積である。後述する実施例では、保護層４０に形成される筋の面積は基準面積の３０％以下になる。また、表面粗さも小さくなる。具体的には、保護層４０の算術平均粗さＲａは５ｎｍ以下である。
【００４１】
また、形状歪みも小さくなる。具体的には、マイクロレンズ２０の高さと保護層４０の高さとの差（以下、「高さ変動量」とも称する）が一定となるばらつき一定領域の長さがマイクロレンズ２０のピッチに対して６０％以上となる。ここで、保護層４０の高さは、保護層４０の表面上の各点から保護層４０の基点（保護層４０の表面上の各点のうち、マイクロレンズ２０の基点Ｂ上に配置される点）までの光軸方向距離を意味する。保護層４０がマイクロレンズ２０上に均一の厚さで積層された場合、保護層４０の高さはマイクロレンズ２０の高さとほとんど同じになる。したがって、高さ変動量はマイクロレンズ２０の全域にわたってほぼゼロになる。しかし、実際には、マイクロレンズ２０の頂点側よりも基点側に多くの保護層４０が積層されやすいので、保護層４０の高さは減少しやすい。したがって、高さ変動量はゼロ以外の値をとりうる。ただし、例えば保護層４０が基点以外の領域で均一に積層された場合、基点以外の領域での高さ変動量はゼロ以外の値となるが、ほぼ同じ値となる。この場合、形状歪みは小さいといえる。一方、この領域でも保護層４０が均一に積層されなかった場合、高さ変動量がばらつく。この場合、形状歪みは大きいといえる。したがって、マイクロレンズ２０上の領域のうち、高さ変動量が一定である領域（すなわち、ばらつき一定領域）が広いほど、形状歪みが小さいといえる。本第１の実施形態に係る保護層４０は、ばらつき一定領域の長さがマイクロレンズ２０のピッチの６０％以上となる。ここで、ばらつき一定領域の長さは、マイクロレンズの頂点を通り、かつ、いずれかの配列方向に平行な垂直断面におけるばらつき一定領域の長さを意味する。また、配列方向ｘ、ｙのピッチが異なる場合、ばらつき一定領域の長さは、少なくとも短い方のピッチの６０％以上である。ばらつき一定領域の長さは、長い方のピッチの６０％以上であることが好ましい。
【００４２】
保護層４０の材料は、上記効果を得ることができる材料であれば特に制限されないが、例えば二酸化ケイ素等が挙げられる。
【００４３】
（２−２．光学素子の製造方法）
次に、図４〜図６に基づいて、光学素子１の製造方法について説明する。
【００４４】
（２−２−１．原盤の作製）
まず、図４（ａ）に示すように、複数の転写部１１０を有する原盤１００を作製する。具体的には、原盤用基板（例えば、Ｎｉ−Ｐめっきが施された金属板）１００ａを準備し、この表面１００ｂを機械的に切削する。切削は、例えばエンドミル２００を用いて行われる。エンドミル２００は、軸体２００ａと、軸体２００ａの周面に設けられた切削刃２００ｂとを有する。そして、エンドミル２００を回転させながら切削刃２００ｂを原盤用基板１００ａの表面１００ｂに押し当てることで、原盤用基板１００ａの表面１００ｂを切削する。直線２００ｃはエンドミル２００の回転軸を示し、矢印Ａ１はエンドミル２００の回転方向を示す。これにより、原盤用基板１００ａに複数の転写部１１０を形成する。すなわち、原盤１００を作製する。
【００４５】
ここで、転写部１１０は、マイクロレンズ２０の反転形状を有する。具体的には、転写部１１０及び切削前の表面１００ｂで囲まれる空間１１０ａは、マイクロレンズ２０と同一の形状を有する。したがって、切削刃２００ｂの形状、切削量等を適宜選択することで、各種の開口面、ピッチ、頂点高さ、扁平比を有するマイクロレンズ２０を形成することができる。
【００４６】
（２−２−２．マイクロレンズの形成）
次に、図４（ｂ）に示すように、原盤１００を用いて基板１０上に複数のマイクロレンズ２０を形成する。例えば、硬化前のＵＶ硬化樹脂２０ｃを転写部１１０内の空間に流し込む。ついで、基板１０の表面１０ａと原盤１００とでＵＶ硬化樹脂２０ｃを挟み込む。ついで、ゴムロールを基板１０上で走行させることで、基板１０をニップする。ついで、ＵＶ硬化樹脂２０ｃにＵＶ光を照射することで、ＵＶ硬化樹脂２０ｃを硬化させる。これにより、基板１０上にマイクロレンズ２０を形成する。なお、原盤１００を用いて基板１０上にマイクロレンズ２０を形成する方法は上記に限定されない。例えば、特許文献２に開示されている方法は本実施形態にも好適に適用可能である。
【００４７】
（２−２−３．中間層の形成）
次に、図４（ｃ）に示すように、マイクロレンズ２０上に中間層３０を形成する。中間層３０をマイクロレンズ２０上に形成する方法は特に制限されないが、例えばスパッタリング法（真空スパッタリング法）等が挙げられる。真空スパッタリング法では、中間層３０を構成する材料（例えば上述した酸化ニオブ、銀ビスマス等）とマイクロレンズ２０が形成された基板１０とを真空チャンバ内に設置する。そして、中間層３０を構成する材料をスパッタリングすることで、マイクロレンズ２０上に中間層３０を形成する。
【００４８】
（２−２−４．塗工液層の形成）
次に、図４（ｄ）に示すように、保護層４０の塗工液を中間層３０上にコーティングすることで、塗工液層４０ａを中間層３０上に形成する。塗工液を中間層３０上にコーティングする方法としては、スピンコーティング法が挙げられる。
【００４９】
ここで、図５及び図６に基づいて、本実施形態のスピンコーティング法について説明する。まず、図５に示すように、金属プレート３００上に基板１０（マイクロレンズ２０が形成されたもの）を設置する。ここで、設置方法は以下のとおりである。
【００５０】
まず、金属プレート３００の回転軸３１０をマーキングし、回転軸３１０を通る直線Ｌ１を金属プレート３００上に引く。ついで、直線Ｌ１を通り、かつ、直線Ｌ１と所定の角度ａ１をなす直線Ｌ２を金属プレート３００上に引く。ここで、角度ａ１は、１５°より大きく７５°より小さい角度となる。角度ａ１をこの範囲の値とし、かつ、以下の処理を行うことで、基板１０上の全領域で塗工方向と配列方向ｘ、ｙとのなす角度を１５〜７５°とすることができる。すなわち、塗工方向と配列方向ｘとのなす角度、塗工方向と配列方向ｙとのなす角度を全て１５〜７５°とすることができる。図５の例では、角度ａ１は４５°となっている。
【００５１】
ついで、基板１０のいずれかの頂点が直線Ｌ１、Ｌ２の交点Ｐ１に配置され、かつ、マイクロレンズ２０の配列方向ｘ、ｙのいずれかが直線Ｌ２に並行になるように、基板１０を金属プレート３００上に設置する。図５の例では、配列方向ｙが直線Ｌ２に平行になっている。
【００５２】
ついで、基板１０の他の頂点のうち、直線Ｌ１に下ろした垂線の長さが最も長い頂点Ｐ２と回転軸３１０とを通る直線Ｌ３を金属プレート３００上に引く。この直線Ｌ３は、点Ｐ２における塗工方向を示す。さらに、この直線Ｌ３と配列方向ｘ、ｙとのなす角度ａ２、ａ３は、塗工方向と配列方向ｘ、ｙとのなす角度の最大値、または最小値を示す。したがって、この角度ａ２、ａ３が１５〜７５°となれば、他の領域での塗工方向と配列方向ｘ、ｙとのなす角度も必然的に１５〜７５°となる。
【００５３】
そこで、直線Ｌ３と配列方向ｘ、ｙとのなす角度ａ２、ａ３を測定し、角度ａ２、ａ３が１５〜７５°となるように、基板１０の位置を調整する。例えば、直線Ｌ１、Ｌ２の交点Ｐ１の位置を調整する。
【００５４】
ついで、塗工液を調整する。塗工液は、保護層４０を構成する材料（この材料には、保護層４０自体の材料のみならず、保護層４０の前駆体となる材料も含まれる。以下同様）を含むものである。保護層４０を構成する材料は特に制限されない。このような材料としては、ポリシラザン等が挙げられる。
【００５５】
塗工液の濃度（すなわち、保護層４０を構成する材料の濃度）が低いほど塗りムラが小さくなる傾向がある。すなわち、濃度が低い程表面粗さ、形状歪みが小さくなる傾向がある。ただし、濃度が低すぎるとかえって表面粗さ等が悪化する。また、中間層３０の表面自由エネルギーが小さい場合、低濃度の塗工液は、中間層３０上に塗工しにくい（もしくは塗工できない）。このため、濃度は所定の範囲内の値とする必要がある。また、濃度範囲は中間層３０の表面自由エネルギーによって変動する。
【００５６】
具体的には、中間層３０の表面自由エネルギーが大きいほど、濃度範囲が広くなる傾向がある。例えば、表面自由エネルギーが３５ｍＪ／ｍ２以上となる場合、濃度範囲は３〜２０質量％（塗工液の総質量に対する値）である。また、表面自由エネルギーの大きさが２５ｍＪ／ｍ２以上３５ｍＪ／ｍ２未満となる場合、濃度範囲は５〜１５質量％となる。
【００５７】
ついで、塗工液を基板１０上の領域のうち、回転軸３１０に最も近い領域に滴下する。図５の例では、塗工液を点Ｐ１近傍に滴下する。そして、図６に示すように、金属プレート３００を矢印３２０方向に回転させる。これにより、塗工液が基板１０上を移動する。すなわち、塗工液が基板１０上に塗工される。ここで、図６に示すように、基板１０上の各領域を移動する塗工液の塗工方向と配列方向ｘ、ｙとのなす角度は１５〜７５°となる。例えば、直線Ｌ１上を移動する塗工液の塗工方向（矢印ＦＬ１が示す方向）と配列方向ｘ、ｙとのなす角度は４５°となる。また、直線Ｌ４上を移動する塗工液の塗工方向（矢印ＦＬ２が示す方向）と配列方向ｘとのなす角度ａ５は１５〜７５°となる。また、直線Ｌ５上を移動する塗工液の塗工方向（矢印ＦＬ３が示す方向）と配列方向ｙとのなす角度ａ６は１５〜７５°となる。
【００５８】
図５に示す位置調整は、マイクロレンズ２０がマトリックス状に配列される場合に行われるものである。すなわち、マイクロレンズ２０がマトリックス状に配列される場合、塗工液はマイクロレンズ２０の配列方向に沿って流れやすいという特性がある。このため、塗工液が特定の列のマイクロレンズ群に集中して流れることを防止する必要がある。そこで、本第１の実施形態では、図５に示す位置調整を行う。一方、マイクロレンズ２０がランダム状に配列される場合、図５に示すような位置調整は不要である。マイクロレンズ２０がランダム状に配列される場合、そもそも配列方向が規定できないので、上記の問題は発生しない。ただし、中間層３０がない場合には、表面粗さ及び形状歪みが大きくなる可能性がある。したがって、マイクロレンズ２０がランダム状に配列された場合であっても、中間層３０は必要である。
【００５９】
なお、中間層３０上に塗工液を塗工する他の方法としては、ディップコーティング法が挙げられる。ディップコーティング法では、基板１０を塗工液溜めに浸漬する。その後、マイクロレンズ２０の配列方向のいずれかと引き上げ方向とが平行になるように、基板１０を塗工液溜めから引き上げる。これにより、中間層３０上に塗工液を均等に塗工することができる。上述したように、塗工液はマイクロレンズ２０の配列方向に流れやすい。したがって、上記のように基板１０を引き上げることで、各マイクロレンズ２０上に（すなわち中間層３０上に）均等に塗工液を塗工することができる。なお、マイクロレンズ２０がランダムに配列されている場合、引き上げ方向は限定されない。
【００６０】
（２−２−５．保護層の形成）
次に、図４（ｅ）に示すように、塗工液層４０ａを保護層４０に変換する。塗工液層４０ａがポリシラザン溶液となる場合、塗工液層４０ａを室温で放置することで、ポリシラザンを二酸化ケイ素に転化することができる。すなわち、塗工液層４０ａを保護層４０に変換することができる。以上の工程により、光学素子１を作製する。
【００６１】
このように、第１の実施形態によれば、マイクロレンズ２０上に所定の表面自由エネルギーを有する中間層３０を形成し、さらに、中間層３０上に特定の塗工方法により保護層４０を形成する。このため、保護層４０内の筋の発生を抑制することができ、かつ、表面粗さ及び形状歪みを小さくすることができる。さらに、マイクロレンズ２０の頂点高さ、ピッチ、及び扁平比が特定の条件を満たすので、反射特性が向上する。
【００６２】
なお、本第１の実施形態は、マイクロレンズ２０のようにレンズ形状が非常に小さい（直径が非常に短く、高さが非常に低い）場合に特に好適である。具体的には、マイクロレンズ２０の高さ（単位はｍｍ）の数値と保護層４０の表面粗さ（単位はｎｍ）の数値との比（高さ／表面粗さ）が０．０２５以下の場合には、本実施形態による効果が顕著に現れる。この場合、マイクロレンズ２０が非常に小さいので、保護層４０の層厚が厚くなると、形状歪みが大きくなりやすい。本実施形態では、保護層４０を薄くかつ均一に塗工することができるので、形状歪みを小さくすることができる。なお、例えば特許文献４では、単レンズに本実施形態と同様の組成を有する膜を形成するが、単レンズに形成される膜は、単レンズの高さに対して非常に厚くなる。このため、このような技術を単にマイクロレンズ２０に適用した場合、形状歪みが非常に大きくなる。
【００６３】
＜３．第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。上述した第１の実施形態では、マイクロレンズ２０上に中間層３０及び保護層４０を設けることで、表面粗さ及び形状歪みを小さくし、筋の発生を抑制している。しかし、この方法では、マイクロレンズ２０が形成された基板１０を作製する毎に中間層３０及び保護層４０が必要になるので、光学素子１の作製に手間がかかる。この一方で、上述した原盤１００上に中間層３０及び保護層４０を形成してしまえば、後はこの原盤１００を用いてマイクロレンズ２０を作製するだけで第１の実施形態と同様の特性を有する光学素子が作成可能になる。すなわち、原盤１００に形成された保護層４０では、表面粗さ及び形状歪みが小さく、筋の発生も抑制されている。したがって、原盤１００の形状が転写された光学素子も、必然的にこれらの特性を有する。
【００６４】
図１１は、第２の実施形態に係る原盤１５０を示す。原盤１５０は、第１の実施形態で示した原盤（転写用原盤）１００と、原盤１００上に形成された中間層３０と、中間層３０上に形成された保護層４０とを備える。中間層３０及び保護層４０は第１の実施形態と同様の特徴を有する。概略的には、中間層３０を構成する材料の表面自由エネルギーは２５ｍＪ／ｍ２以上である。また、保護層４０の算術平均粗さＲａは５ｎｍ以下である。また、転写部１１０の高さと保護層４０の高さとの差が一定となるばらつき一定領域の長さは転写部１１０のピッチに対して６０％以上である。また、保護層４０に形成される筋の面積は、原盤１００の表面のうち、転写部１１０が形成された部分の面積（基準面積）の３０％以下である。
【００６５】
ここで、転写部１１０の高さは、上記マイクロレンズ２０の高さに相当するパラメータである。具体的には、転写部１１０の高さは、転写部１１０の表面から基点（マイクロレンズ２０の基点に対応する点）までの光軸方向距離である。また、保護層４０の高さは、保護層４０の表面から基点（保護層４０の表面上の各点のうち、転写部１１０の基点上に存在する点）までの距離である。転写部１１０のピッチは、上記マイクロレンズ２０のピッチに対応するパラメータである。具体的には、転写部１１０のピッチは、配列方向上で隣接する転写部１１０の頂点間距離である。転写部１１０の頂点は、マイクロレンズ２０の頂点に対応する点である。「筋の面積」は、筋を基準面（原盤１００の表面に平行な面）に投影することで形成される投影面の面積である。「基準面積」は、転写部１１０を基準面に投影することで形成される投影面の面積である。中間層３０及び保護層４０は、第１の実施形態と同様の方法により形成可能である。例えば、スピンコーティングにおいては、基板１０の代わりに、原盤１００を金属プレート３００上に設置する。
【実施例】
【００６６】
（１．実施例１）
（１−１．光学素子の作製）
次に、第１の実施形態の実施例１を説明する。実施例１では、まず、以下の工程により実施例１に係る光学素子１を作製した。
【００６７】
（１−１−１．原盤の作製）
まず、図４（ａ）に示す工程によって原盤１００を作製した。具体的には、Ｎｉ−Ｐめっきが施された金型を原盤用基板１００ａとして準備し、原盤用基板１００ａを単結晶ダイヤモンドで形成されたエンドミル２００で切削することで、原盤１００を作製した。ここで、転写部１１０の開口面（マイクロレンズ２０の開口面に相当する面）の形状は正方形とした。また、マイクロレンズ２０の頂点高さが４．１μｍ、ピッチが１２９．０μｍとなるように、切削条件を調製した。
【００６８】
（１−１−２．マイクロレンズの形成）
ついで、図４（ｂ）に示す工程によって基板１０の表面１０ａにマイクロレンズ２０を形成した。具体的には、硬化前のＵＶ硬化樹脂２０ｃ（東亞合成株式会社製アロニックス）を転写部１１０内の空間に流し込んだ。ついで、基板１０（東洋紡株式会社製ＰＥＴフィルム）の表面１０ａと原盤１００とでＵＶ硬化樹脂２０ｃを挟み込んだ。ついで、ゴムロールを基板１０上で走行させることで、基板１０をニップした。ついで、ＵＶ硬化樹脂２０ｃにＵＶ光を照射することで、ＵＶ硬化樹脂２０ｃを硬化させた。これにより、基板１０の表面１０ａにマイクロレンズ２０を形成した。
【００６９】
（１−１−３．中間層の形成）
ついで、図４（ｃ）に示す工程によってマイクロレンズ２０上に中間層３０を形成した。具体的には、真空スパッタリング法により酸化ニオブをマイクロレンズ２０上に積層することで、中間層３０を形成した。ここで、スパッタ装置は、キヤノンアネルバ株式会社製ＳＰＣ−５３０Ｈを用いた。また、スパッタ量は、基板１０の裏面１０ｂに膜厚３０ｎｍの酸化ニオブを積層する時のスパッタ量と同様とした。
【００７０】
ここで、酸化ニオブの表面自由エネルギーを以下の方法で測定したところ、３７．７ｍＪ／ｍ２であった。すなわち、酸化ニオブ膜に対する純水及びｎ−ヘキサデカンの接触角を測定した。ここで、測定装置には協和界面化学株式会社製ＤＭ−７０１を使用した。そして、測定された接触角と、以下の数式（１）、（２）（いわゆるオーウェンス式）とに基づいて、酸化ニオブの表面自由エネルギーを測定した。
【００７１】
Ｅ（１＋ｃｏｓθ）＝２＊（ａ＊Ｅ１）１／２＋２＊（ｂ＊Ｅ２）１／２・・・（１）
Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ２・・・（２）
【００７２】
数式（１）、（２）中、Ｅは固体（ここでは酸化ニオブ）の表面自由エネルギー、Ｅ１は固体の表面自由エネルギーの分散力成分、Ｅ２は固体の表面自由エネルギーの水素結合成分を示す。ａは液体（ここでは純水またはｎ−ヘキサデカン）の表面自由エネルギーの分散力成分（既知）、ｂは液体の表面自由エネルギーの水素結合成分（既知）、θは固体と液体との接触角（測定値）を示す。したがって、２種類の液体に対して測定された接触角と、数式（１）、（２）とに基づいて、Ｅ１、Ｅ２の連立方程式を作製し、これを解くことでＥ１、Ｅ２を求めることができる。そして、これらの和が酸化ニオブの表面自由エネルギーとなる。以下の実施例では、同様の方法により各物質の表面自由エネルギーを求めた。
【００７３】
（１−１−４．塗工液層の形成）
ついで、図４（ｄ）〜図６に示す工程によって、中間層３０上に塗工液層４０ａを形成した。ここで、塗工液はポリシラザンを含む有機溶液（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ株式会社製無機シラザンコーティング剤ＮＬ１２０Ａ、濃度２０質量％）とした。また、直線Ｌ１、Ｌ２のなす角度ａ１を４５°とした。また、直線Ｌ３と配列方向ｘ、ｙとのなす角度が１５〜７５°の範囲内の値となるように基板１０の設置位置を調製した。また、金属プレート３００の回転数は１０００ｒｐｍとした。
【００７４】
（１−１−５．保護層の形成）
ついで、図４（ｅ）に示す工程によって、塗工液層４０ａを保護層４０に変換した。具体的には、塗工液層４０ａが塗工された基板１０を室温で１２時間以上放置することで、ポリシラザンを二酸化ケイ素に転化させ、溶媒を除去した。これにより、塗工液層４０ａを保護層４０に変換した。以上の工程により、実施例１に係る光学素子１を作製した。
【００７５】
（１−２．頂点高さ、ピッチ、及び扁平比の測定）
つぎに、マイクロレンズ２０の頂点高さ及びピッチを測定した。測定は、株式会社菱化システム製Ｖｅｒｔ  ｓｃａｎを用いた。この結果、頂点高さは４．１μｍ、ピッチは１２９．０μｍ、扁平比は、０．０６となった。
【００７６】
（１−３．表面粗さの測定）
つぎに、保護層４０の表面粗さを測定した。具体的には、マイクロレンズ２０の頂点を通り、かつ、配列方向ｙに平行な垂直断面を株式会社菱化システム製Ｖｅｒｔ  ｓｃａｎで観察した。そして、マイクロレンズ２０の頂点を中心とした長さ５０μｍの測定範囲を設定し、この測定範囲内で保護層４０の高さを測定した。ここで、保護層４０の高さは、保護層４０の表面から保護層４０の基点（保護層４０の表面上の各点のうち、マイクロレンズ２０の基点Ｂ上に配置される点）までの光軸方向距離を意味する。測定間隔（サンプリング間隔）は０．１５μｍとした。そして、各測定位置（サンプリング位置）での高さの算術平均値を算出し、測定位置毎に算術平均値との差を算出した。そして、算出された差の算術平均値を表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａとした。
【００７７】
（１−３．マイクロレンズ形状歪みの評価）
つぎに、マイクロレンズ形状の形状歪みを測定した。まず、上述した１−１−１．〜１−１−２．の工程で得た光学素子（以下、「裸光学素子」とも称する）に対して以下の処理を行った。裸光学素子では、マイクロレンズ２０上に中間層３０及び保護層４０が形成されていない。すなわち、マイクロレンズ２０の頂点を通り、かつ、配列方向ｙに平行な垂直断面を株式会社菱化システム製Ｖｅｒｔ  ｓｃａｎで観察した。そして、あるマイクロレンズ２０の一方の基点Ｂから他方の基点Ｂまでの間（すなわち配列方向ｙのピッチ）を測定範囲とし、一方の基点Ｂの測定位置を基準位置（＝０μｍ）とした。測定間隔（サンプリング間隔）は０．１５μｍとした。そして、各測定位置でマイクロレンズ２０の高さを測定した。
【００７８】
さらに、光学素子１（中間層３０上に保護層４０を形成したもの）について同様の処理を行った。すなわち、上記と同様の断面を観察した。そして、高さを測定したマイクロレンズ２０上の保護層４０に着目し、この保護層４０の一方の基点から他方の基点までの間を測定範囲とした。さらに、一方の基点の測定位置を基準位置（＝０μｍ）とした。測定間隔（サンプリング間隔）は０．１５μｍとした。そして、各測定位置で保護層４０の高さを測定した。
【００７９】
その結果を図７に示す。図７のグラフＬ２０は、「コーティングなし」すなわち裸光学素子の測定結果を示し、グラフＬ２１は、「コーティングあり」すなわち光学素子１の測定結果を示す。グラフＬ２０、Ｌ２１から明らかな通り、光学素子１における保護層４０の高さは、裸光学素子におけるマイクロレンズ２０の高さよりも低い。この理由としては、保護層４０がマイクロレンズ２０の頂点付近よりも基点付近に多く積層されたことが挙げられる。グラフＬ２２は、高さ変動量、すなわちマイクロレンズ２０の高さと保護層４０の高さとの差を示す。
【００８０】
高さ変動量は、保護層４０の形成によってどの程度高さが変動したことを示す値であるから、この値が測定位置によらず一定であれば、形状歪みは小さいといえる。そこで、本実施例では、以下の方法により形状歪みを評価した。すなわち、まず、高さ変動量の算術平均値を算出した。この結果、実施例１では、算術平均値は１．０μｍとなった。ついで、この算術平均値からの差分がプラスマイナス０．１２５μｍの範囲内となる場合には、高さ変動量が一定であると判定した。そして、高さ変動量が一定となる領域（すなわち、「ばらつき一定領域」）の長さを測定した。実施例１では、ばらつき一定領域の長さは９７μｍとなった。
【００８１】
そして、ばらつき一定領域が全測定範囲（すなわちマイクロレンズ２０の配列方向ｙのピッチ。実施例１では約１３０μｍ）の８０％以上であれば形状歪みを「極小」と評価した。ばらつき一定領域が全測定範囲の６０％以上８０％未満であれば形状歪みを「小」と評価した。ばらつき一定領域が全測定範囲の５０％以上６０％未満であれば形状歪みを「中」と評価した。ばらつき一定領域が全測定範囲の４０％以上５０％未満であれば形状歪みを「大」と評価した。ばらつき一定領域が全測定範囲の４０％未満であれば形状歪みを「極大」と評価した。実施例１では、ばらつき一定領域は全測定範囲の７５％となるので、形状歪みは「小」となった。
【００８２】
（１−４．筋の有無の評価）
光学素子１の表面を目視で観察することで、筋の有無を確認した。筋の面積が基準面積の３０％を超えるものは「×」と評価し、筋の面積が基準面積の３０％以下となるものは「○」と評価した。実施例１では筋は確認できなかったので、「○」となった。
【００８３】
（１−５．反射特性の評価）
光学素子１の反射特性を以下の方法で測定、評価した。測定には、株式会社ラムダビジョン製のゴニオフォトメータを使用した。また、測定は以下の手順で行った。図８に示すように、試験台４００に光学素子１を設置した。そして、光学素子１に垂線を下ろし、これを第１基準線Ｌ１０とした。そして、第１基準線Ｌ１０とのなす角度が−３０°となる直線Ｌ４１０上に送信器４１０を配置した。ここで、図８における角度は、左回転方向を正方向とする。そして、送信器４１０から光学素子１に測定光を照射した。測定光の波長は３００〜１１７０ｎｍの算術平均値とした。測定光は、基準線Ｌ１０と光学素子１との交点、すなわち反射点Ｐ１０で反射する。
【００８４】
一方、基準線Ｌ１０とのなす角度が＋３０°となる直線Ｌ４２０上に受光器４２０を配置した。そして、受光器４２０に測定光を受光させた。そして、受光器４２０を直線Ｌ４２０からプラスマイナス２０°の範囲で移動させ、各位置で測定光を受光させた。ここで、受光器４２０の位置（反射方位）は、受光器４２０と反射点Ｐ１０とを結ぶ直線と直線Ｌ４１０とのなす角度で示される。そして、送信器４１０が照射した測定光の強度と、受光器４２０が受光した測定光の強度とに基づいて反射率（％）を測定した。その結果を図９に示す。
【００８５】
図９の横軸は反射方位を示し、縦軸は反射率を示す。グラフＬ３０は実施例１の測定結果を示す。グラフＬ３１は後述する比較例１の測定結果を示す。グラフＬ４０は設計値、すなわち高さ２．８μｍ、ピッチ１２９．０μｍの光学素子１が有する反射特性の理論値である。
【００８６】
光学素子１は、トップハット型の反射特性を有することが好ましいとされている。すなわち、ある反射方位の範囲内で反射率が一様に高くなり、他の範囲ではなるべく小さな反射率になることが好ましい。本実施例では、反射方位５０〜７０°で反射率が一様に大きくなり、他の反射方位ではなるべく小さな反射率になることが好ましい。そこで、本実施例では、以下のように反射特性を評価した。すなわち、反射方位５０〜７０°における反射率の算術平均値を算出した。また、他の反射方位の範囲（５０°未満、７０°超の範囲）における反射率の算術平均値を算出した。そして、前者が後者の５倍以上であれば、反射特性がトップハット型であると評価した。実施例１では、前者が後者の７．０倍となった。したがって、反射特性はトップハット型となった。
【００８７】
さらに、光学素子１は、反射角度範囲が直線Ｌ４２０を中心としてプラスマイナス７．５°の範囲以上、かつプラスマイナス４５°の範囲以下であることが好ましいとされている。ここで、反射角度範囲は、反射率が５．０Ｅ−５％以上となる反射方位の範囲を意味する。そして、反射角度範囲がこの条件を満たす場合には、反射角度範囲が良好と評価した。そして、反射特性がトップハット型となり、かつ、反射角度範囲が良好となる場合に、反射特性を「○」と評価し、これらの条件のうち少なくとも一方が満たされない場合に、反射特性を「×」と評価した。
【００８８】
（２．実施例２）
上記１−１−４．において、ポリシラザンを含む有機溶液の濃度を５質量％とした他は、実施例１と同様の処理を行った。
【００８９】
（３．実施例３）
上記１−１−４．において、ポリシラザンを含む有機溶液の濃度を３質量％とした他は、実施例１と同様の処理を行った。
【００９０】
（４．実施例４）
上記１−１−３．において、中間層３０の材料を銀ビスマスとし、１−１−４．において、ポリシラザンを含む有機溶液の濃度を５質量％とした他は、実施例１と同様の処理を行った。
【００９１】
（４．実施例５）
上記１−１−３．において、中間層３０の材料を銀ビスマスとし、１−１−４．において、ポリシラザンを含む有機溶液の濃度を１５質量％とした他は、実施例１と同様の処理を行った。
【００９２】
（６．実施例６）
上記１−１−４．において、直線Ｌ１、Ｌ２のなす角度を２２．５°とした他は、実施例１と同様の処理を行った。
【００９３】
（７．実施例７）
上記１−１−１．において、開口面の形状を正六角形とし、１−１−４．において、直線Ｌ１、Ｌ２のなす角度を３０°とした他は、実施例１と同様の処理を行った。
【００９４】
（８．実施例８）
上記１−１−１．において、開口面の形状を長方形とした他は実施例１と同様の処理を行った。なお、作製された光学素子１において、配列方向ｘのピッチは４０．０μｍ、配列方向ｙのピッチは１２９．０μｍとなった。なお、実施例２〜８は、実施例１に対して頂点高さ及びピッチを実質的に変更していない。したがって、反射特性は実施例１からほぼ変動しない。そこで、実施例２〜８では、反射特性以外の特性を評価した。
【００９５】
（９．実施例９）
マイクロレンズ２０の頂点高さが１．８μｍ、ピッチが９０．０μｍとなるように１−１−１．の切削条件を調製した他は、実施例１と同様の処理を行った。
【００９６】
（１０．実施例１０）
マイクロレンズ２０の頂点高さが７．８μｍ、ピッチが１７４．０μｍとなるように１−１−１．の切削条件を調製した他は、実施例１と同様の処理を行った。
【００９７】
（１１．実施例１１）
マイクロレンズ２０の頂点高さが０．７５μｍ、ピッチが３０．０μｍとなるように１−１−１．の切削条件を調製した他は、実施例１と同様の処理を行った。なお、上述したように、実施例８、９、１０は、実施例１に対して頂点高さ及びピッチだけを変更したので、反射特性のみが変動しうる。そこで、実施例８、９、１０では、反射特性のみを評価した。
【００９８】
（１２．比較例１）
比較例１では、保護層４０を形成しなかった他は実施例１と同様の処理を行った。なお、比較例１では中間層３０及び保護層４０を形成していないことから、形状歪みは評価しなかった。また、表面粗さはマイクロレンズ２０の高さに基づいて測定した。なお、図９のグラフＬ３１は、比較例１の反射特性を示す。比較例１では、反射方位５０〜７０°における反射率の算術平均値は、他の反射方位の範囲（５０°未満、７０°超の範囲）における反射率の算術平均値の２．３倍となった。したがって、反射特性は「×」となった。
【００９９】
（１３．比較例２）
上記１−１−４．において、ポリシラザンを含む有機溶液の濃度を１質量％とした他は、実施例１と同様の処理を行った。
【０１００】
（１４．比較例３）
上記１−１−３．において、中間層３０を構成する材料を銀ビスマス（表面自由エネルギー＝２８．５ｍＪ／ｍ２）とした他は、実施例１と同様の処理を行った。図１０に比較例３の形状歪みの評価結果を示す。具体的には、図１０のグラフＬ２３は、「コーティングなし」すなわち裸光学素子の測定結果を示し、グラフＬ２４は、「コーティングあり」すなわち光学素子１の測定結果を示す。グラフＬ２３、Ｌ２４から明らかな通り、光学素子１における保護層４０の高さは、裸光学素子におけるマイクロレンズ２０の高さよりも低い。この理由としては、保護層４０がマイクロレンズ２０の頂点付近よりも基点付近に多く積層されたことが挙げられる。グラフＬ２５は、高さ変動量を示す。比較例３では、高さ変動量の算術平均値は１．５μｍとなった。また、ばらつき一定領域の長さは５３μｍとなった。したがって、ばらつき一定領域は全測定範囲（すなわちマイクロレンズ２０の配列方向ｙのピッチ。比較例３では約１３０μｍ）の４１％となるので、形状歪みは「大」となった。
【０１０１】
（１５．比較例４）
中間層３０の表面にフッ素系離型剤（ダイキン工業株式会社製ＨＤ２１００ＴＨ）を塗工することで離型処理を施した他は、比較例３と同様の処理を行った。
【０１０２】
（１６．比較例５）
比較例５では、上記１−１−４．の塗工液を以下の工程で準備した。すなわち、ＵＶ硬化樹脂（東亞合成株式会社製アロニックス）をエタノールに溶解することで、ＵＶ硬化樹脂の濃度が１０質量％（エタノール溶液の総質量に対する値）であるエタノール溶液を調製した。これを塗工液とした。また、比較例５では、上記１−１−５．において、窒素パージした状態で塗工液層４０ａにＵＶ光を照射することで、アクリル系硬化樹脂を硬化させた。これにより、保護層４０を形成した。上記以外は実施例１と同様の処理を行った。
【０１０３】
（１７．比較例６）
比較例６では、ＵＶ硬化樹脂の濃度を５質量％とした他は比較例５と同様の処理を行った。
【０１０４】
（１８．比較例７）
比較例７では、１−１−３．におけるスパッタ量を、基板１０の裏面１０ｂに膜厚１００ｎｍの酸化ニオブを積層する時のスパッタ量と同様とした。さらに、比較例７では、保護層４０を形成しなかった。したがって、比較例７では、中間層３０の一部を実質的に保護層４０とした。それ以外は実施例１と同様の処理を行った。
【０１０５】
（１９．比較例８）
上記１−１−４．において、直線Ｌ１、Ｌ２のなす角度を１０°とした他は、実施例１と同様の処理を行った。なお、比較例１〜８は、実施例１に対して頂点高さ及びピッチを実質的に変更していない。したがって、反射特性は実施例１からほぼ変動しない。そこで、反射特性の評価は比較例１についてのみ行い、比較例２〜８では、反射特性以外の特性を評価した。
【０１０６】
（２０．比較例９）
マイクロレンズ２０の頂点高さが１．３μｍ、ピッチが８５．０μｍとなるように１−１−１．の切削条件を調製した他は、実施例１と同様の処理を行った。
【０１０７】
（２１．比較例１０）
マイクロレンズ２０の頂点高さが１０．８μｍ、ピッチが２１５μｍとなるように１−１−１．の切削条件を調製した他は、実施例１と同様の処理を行った。なお、上述したように、比較例９、１０は、実施例１に対して頂点高さ及びピッチだけを変更したので、反射特性のみが変動しうる。そこで、比較例９、１０では、反射特性のみを評価した。
【０１０８】
（２２．評価）
表１、２に実施例１〜８及び比較例１〜８の構造及び評価を示す。表３に実施例１、９〜１１及び比較例１、９、１０の構造及び評価を示す。
【０１０９】
【表１】
2016102835.tif 000003
【０１１０】
【表２】
2016102835.tif 000004
【０１１１】
【表３】
2016102835.tif 000005
【０１１２】
表１、表２、表３によれば、本実施例に係る光学素子１は、いずれも良好な結果が得られている。例えば、実施例１〜８と比較例１とを比較すると、本実施形態に係る中間層３０及び保護層４０をマイクロレンズ２０上に形成することで、表面粗さを改善することができる。また、筋は発生せず、形状歪みも小さい。
【０１１３】
また、実施例１〜８と比較例２〜３とを比較すると、中間層３０の表面自由エネルギーに応じて適切な塗工液の濃度範囲が存在することがわかる。また、実施例１〜８と比較例４とを比較すると、表面自由エネルギーは２５ｍＪ／ｍ２であることが好ましいことがわかる。また、実施例１〜８と比較例５〜７とを比較すると、保護層４０の材料としては二酸化ケイ素等が好ましいことがわかる。また、実施例１〜８と比較例８とを比較すると、直線Ｌ１、Ｌ２のなす角度は１５〜７５°であることが必要であることがわかる。
【０１１４】
また、反射特性に関しては、マイクロレンズ２０の高さ、ピッチ、及び扁平比が所定範囲内の値となる場合に、好ましい反射特性が得られていることがわかる。
【０１１５】
（２３．実施例１２）
（２３−１．光学素子の作製）
次に、第２の実施形態に対応する実施例１２を説明する。実施例１２では、まず、以下の工程により実施例１２に係る光学素子１を作製した。
【０１１６】
（２３−１−１．原盤の作製）
まず、実施例１の（１−１−１．原盤の作製）と同様の工程によって原盤１００を作製した。ここで、マイクロレンズ２０の頂点高さが４．１μｍ、ピッチが１２９．０μｍとなるように、切削条件を調製した。
【０１１７】
（２３−１−２．中間層の形成）
ついで、真空スパッタリング法により酸化ニオブを原盤１００上に積層することで、中間層３０を形成した。ここで、スパッタ装置は、実施例１と同様の装置を使用し、スパッタ量は、原盤１００の裏面に膜厚３０ｎｍの酸化ニオブを積層する時のスパッタ量と同様とした。
【０１１８】
（２３−１−３．塗工液層の形成）
ついで、基板１０の代わりに中間層３０が形成された原盤１００を用いた他は実施例１の（１−１−４．塗工液層の形成）と同様の処理を行った。これにより、中間層３０上に塗工液層を形成した。
【０１１９】
（２３−１−４．保護層の形成）
ついで、実施例１の（１−１−５．保護層の形成）と同様の処理を行うことで、塗工液層を保護層４０に変換した。以上の工程により、実施例１２に係る原盤１５０を作製した。
【０１２０】
（２３−１−５．マイクロレンズの形成）
ついで、図４（ｂ）に示す工程と同様の工程によって基板１０の表面１０ａにマイクロレンズ２０を形成した。具体的には、硬化前のＵＶ硬化樹脂２０ｃ（東亞合成株式会社製アロニックス）を転写部１１０内の空間に流し込んだ。ここで、転写部１１０は、中間層３０及び保護層４０で覆われている。ついで、基板１０（東洋紡株式会社製ＰＥＴフィルム）の表面１０ａと原盤１５０とでＵＶ硬化樹脂２０ｃを挟み込んだ。ついで、ゴムロールを基板１０上で走行させることで、基板１０をニップした。ついで、ＵＶ硬化樹脂２０ｃにＵＶ光を照射することで、ＵＶ硬化樹脂２０ｃを硬化させた。これにより、基板１０の表面１０ａにマイクロレンズ２０を形成した。
【０１２１】
（２３−２．評価）
実施例１と同様の処理により、光学素子１の各特性（表面粗さ、マイクロレンズ形状歪み、筋の有無、反射特性）を評価した。原盤１５０の構成を表４に、光学素子１の評価を表５にそれぞれ示す。
【０１２２】
【表４】
2016102835.tif 000006
【０１２３】
【表５】
2016102835.tif 000007
【０１２４】
実施例１２によれば、原盤１００に中間層３０、保護層４０を形成した場合であっても、光学素子１の特性が良好になることがわかった。
【０１２５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１２６】
１      光学素子
１０      基板
２０      マイクロレンズ
３０      中間層
４０      保護層
【図１】
2016102835.tif 000008
【図２】
2016102835.tif 000009
【図３】
2016102835.tif 000010
【図４】
2016102835.tif 000011
【図５】
2016102835.tif 000012
【図６】
2016102835.tif 000013
【図７】
2016102835.tif 000014
【図８】
2016102835.tif 000015
【図９】
2016102835.tif 000016
【図１０】
2016102835.tif 000017
【図１１】
2016102835.tif 000018
【図１２】
2016102835.tif 000019
【図１４】
2016102835.tif 000020
【図１６】
2016102835.tif 000021
【図１７】
2016102835.tif 000022
【図１８】
2016102835.tif 000023
【図１３】
2016102835.tif 000024
【図１５】
2016102835.tif 000025
【図１９】
2016102835.tif 000026