(57)【要約】【課題】機械的な強度に優れた微細構造体及び当該微細構造体を有する光学部材を提供する。【解決手段】基材１の表面に周期的に凹部２１が形成されてなる微細構造体１００であって、凹部２１が形成される周期Ｐは、１７０ｎｍより小さいことを特徴とする。これにより、微細構造体１００に接触する物体が上から押す力及び当該物体との摩擦によって微細構造体１００の表面において横方向に加わる力を基材１の面全体で受けることができ、当該押す力及び横方向に加わる力によって微細構造が破壊されることを防ぐことができる。また、当該物体の表面に存在する凹凸が微細構造体の凹部に入り込むことを防ぐことができる。これにより、微細構造の凹部に入り込んだ当該物体の表面の凹凸によって微細構造が破壊されることを防ぐことができる。【選択図】図１
2016122113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に周期的に凹部が形成されてなる微細構造体であって、
前記微細構造体は、少なくとも１次元方向に連続しており、
前記凹部が形成される周期は、１７０ｎｍより小さいことを特徴とする微細構造体。
【請求項２】
前記基材の表面側の部分であって前記凹部が形成されている部分を凹部形成部とし、
前記凹部形成部は、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の何れか一つからなることを特徴とする、請求項１に記載の微細構造体。
【請求項３】
前記凹部は、前記基材の表面上における三角格子の格子点の位置に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の微細構造体。
【請求項４】
前記基材の表面側の部分であって前記凹部が形成されている部分を凹部形成部とし、
前記凹部形成部の有効屈折率をＮｅｆｆ、前記凹部形成部全体の体積に対する前記凹部形成部の前記凹部以外の部分の体積の比率である体積率をｒ、前記凹部形成部を形成する材料の屈折率をＮとした場合、前記有効屈折率を、Ｎｅｆｆ＝ｒＮ＋（１−ｒ）で表し、
前記微細構造体は、前記基材の表面側から２層以上の前記凹部形成部を備え、
一の前記凹部形成部の前記有効屈折率は、他の前記凹部形成部の前記有効屈折率と異なることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の微細構造体。
【請求項５】
前記一の凹部形成部における前記体積率は、前記他の凹部形成部における前記体積率と異なることを特徴とする、請求項４に記載の微細構造体。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の微細構造体を有する光学部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造体及び当該微細構造体を有する光学部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノスケールの領域における加工技術（以下、微細加工技術と称する。）が急速に進歩している。そこで、このような微細加工技術によって、光学素子や部材の性能を向上させる提案がなされている。特に、基材の表面にナノスケールで凹凸構造を付与した表面構造体は、反射防止機能、回折などによる光の角度変換や撥水機能など、従来にない高い性能を有することが期待されている。
【０００３】
例えば、照明、ディスプレイ、情報機器に代表される光を利用する機器には、ガラスやプラスチックなどからなる部材が多く用いられている。これら部材に光が入射、或いは出射する際に界面（光学部材の入射面）で生じる反射光は、効率の低下やノイズの増加など性能低下の一因となっている。光学部材の表面に薄膜を形成し、干渉を利用して反射を低減する方法が知られているが、適用波長域が狭い、斜め方向で入射する光線に対する反射防止効果が低いなどの課題があった。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１には、基材に光の波長よりも小さい周期で周期的な構造を形成することによって、擬似的に基材の屈折率を制御し、基材の反射率を低下させる手法が記載されている。
また、特許文献２には、基材に形成する、光の波長よりも小さい周期を有する周期的な構造（モスアイ構造）の形を制御することによって、基材の反射率を低くする手法が記載されている。
【０００５】
しかし、特許文献１や特許文献２に記載された、基材の表面に形成された微細な構造は、平滑な基材の表面に比べて機械的な強度に劣る。そのため、手で触れたり、布でふいたりすることによって、当該微細な構造が破壊されてしまうという問題がある。
そこで、特許文献３には、当該微細な構造を形成する樹脂として、弾性率のより高い樹脂を用いることによって、当該微細な構造の強度を向上させる手法が記載されている。
また、特許文献４には、基材の表面と、微細な構造との間に、当該微細な構造に加わった力を吸収するための中間層を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１０９１０３号公報
【特許文献２】特許第４３９８５０７号
【特許文献３】特許第４６８９７１８号
【特許文献４】国際公開２０１１／１２５６９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３又は特許文献４に記載の技術を用いても、基材上に形成された微細な構造自体の強度が変わるものではないため、基材上に十分な強度を有する微細な構造を形成することができないという問題は依然としてある。
また、特許文献４のように中間層を形成する場合、生産性が低下するという問題がある。
【０００８】
本発明は、以上の課題を鑑みてなされたものであり、機械的な強度に優れた微細構造体及び当該微細構造体を有する光学部材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】
【０００９】
本発明に係る微細構造体は、基材の表面に周期的に凹部が形成されてなる微細構造体であって、前記微細構造体は、少なくとも１次元方向に連続しており、前記凹部が形成される周期は、１７０ｎｍより小さいことを特徴とする。
本発明に係る微細構造体によれば、凹部が形成される周期が１７０ｎｍより小さいため、機械的な強度に優れた微細構造体を提供できる。具体的には、基材の表面に形成する微細構造を凹部とすることにより、微細構造体に接触する物体が上から押す力及び当該物体との摩擦によって微細構造体の表面において横方向に加わる力を基材の面全体で受けることができ、当該押す力及び横方向に加わる力によって微細構造が破壊されることを防ぐことができる。また、凹部が形成される周期を１７０ｎｍより小さくすることにより、微細構造体に接触する物体の表面に存在する凹凸が微細構造体の凹部に入り込むことを防ぐことができる。これにより、微細構造の凹部に入り込んだ物体の表面の凹凸によって微細構造が破壊されることを防ぐことができる。加えて、微細構造体は、少なくとも１次元方向に連続しており、例えば、ラインやホール構造を含む。
【００１０】
また、好ましくは、前記基材の表面側の部分であって前記凹部が形成されている部分を凹部形成部とし、前記凹部形成部は、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の何れか一つからなる。これにより、型を用いて光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂を成形することによって、簡便に微細構造を基材表面に形成することができる。
【００１１】
また、好ましくは、前記凹部は、前記基材の表面上における三角格子の格子点の位置に配置されている。これにより、あらゆる方向から力が加えられても微細構造が破壊されることを防ぐことができる。すなわち、微細構造体が強度の方向依存性を有してしまうことを防ぐことができる。また、微細構造体を反射防止のために用いる場合には、基材表面に凹部が形成される方向によって反射できる入射光の偏光方向が変わることを防ぐことができ、あらゆる偏光方向に対して反射防止性能を有する光学部材を形成することができる。
【００１２】
また、好ましくは、前記基材の表面側の部分であって前記凹部が形成されている部分を凹部形成部とし、前記凹部形成部の有効屈折率をＮｅｆｆ、前記凹部形成部全体の体積に対する前記凹部形成部の前記凹部以外の部分の体積の比率である体積率をｒ、前記凹部形成部を形成する材料の屈折率をＮとした場合、前記有効屈折率を、Ｎｅｆｆ＝ｒＮ＋（１−ｒ）とし、前記微細構造体は、前記基材の表面側から２層以上の前記凹部形成部を備え、一の前記凹部形成部の前記有効屈折率は、他の前記凹部形成部の前記有効屈折率と異なる。
これにより、各層の凹部形成部の界面で反射する反射光を干渉させることによって、反射光を大きく低減することができる。
【００１３】
また、好ましくは、前記一の凹部形成部における前記体積率は、前記他の凹部形成部における前記体積率と異なる。これにより、各層の凹部形成部における体積率を調整することにより、基材の表面側における性質を所望の性質とすることができる。例えば、基材の表面側から順に各層の凹部形成部における体積率を次第に大きくすることにより、幅広い波長域において反射光を低減することができる。
【００１４】
本発明に係る光学部材は、上記記載の微細構造体を有する。
これにより、機械的な強度に優れるとともに、光学性能に優れた光学部材を提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
機械的な強度に優れた微細構造体及び当該微細構造体を有する光学部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる微細構造体を示す斜視図である。
【図２】微細構造体に接触する物体によって微細構造体が受ける力を説明する断面図である。
【図３】チーズクロス「Ｍｉｌ Ｓｐｅｃ ＣＣＣ−ｃ−４４０製品番号Ｓ１２９０５」を電子顕微鏡によって撮像して得られた写真である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる微細構造体を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態３にかかる微細構造体を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態４にかかる微細構造体を示す斜視図である。
【図７】実施例１にかかる微細構造体を示す斜視図である。
【図８】実施例１におけるチーズクロス試験の結果を示す光学顕微鏡の観察結果である。
【図９】比較例１におけるチーズクロス試験の結果を示す光学顕微鏡の観察結果である。
【図１０】実施例２、３、４及び比較例２、３、４のチーズクロス試験の前後における反射率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明は、下記の実施の形態に限られるものではない。
【００１８】
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１にかかる微細構造体１００の斜視図を示す。図１に示すように、実施の形態１にかかる微細構造体１００は、基材１の表面に周期的に凹部２１が形成されてなる。ここで、基材１の表面側の部分であって凹部２１が形成されている部分を凹部形成部２とする。なお、基材１と凹部形成部２とは同じ材料から形成されてもよいし、異なる材料から形成されてもよい。具体的には、基材１と凹部形成部２とが同じ材料から形成される場合、基材１の表面に、直接に、凹部２１を周期的に形成してもよいし、基材１の表面に、凹部２１が周期的に形成された凹部形成部２を積層してもよい。一方、基材１と凹部形成部２とが異なる材料から形成される場合、基材１の表面に、凹部２１が周期的に形成された凹部形成部２を積層してもよいし、基材１の表面に凹部形成部２を形成した後、当該凹部形成部２に対して周期的に凹部２１を形成してもよい。
【００１９】
基材１を形成する材料は、基材１の生産性、微細構造体１００の製造方法、微細構造体１００に必要とされる強度等に応じて適宜選択可能な材料である。例えば、微細構造体１００を有する光学部材を製造する場合には、基材１を形成する材料として、反射率の低い材料を選択することができる。この場合、例えば、基材１を形成する材料として、ガラス（ケイ酸塩）、ケイ素（Ｓｉ）及びサファイア等の無機物、樹脂を選択することができる。基材１が樹脂フィルムからなる場合、基材１上に簡便に凹部２１を形成することができる。また、樹脂フィルムからなる凹部形成部２をガラス、無機物及び樹脂からなる基材１上に貼り付けてもよい。
【００２０】
凹部形成部２を形成する材料は、凹部形成部２の生産性、微細構造体１００の製造方法、微細構造体１００に必要とされる強度等に応じて適宜選択可能な材料である。例えば、ガラス、無機物からなる凹部形成部２に、エッチング等により凹部２１を形成してもよい。また、凹部形成部２を形成する材料としてＭｇＦ２等の低屈折率材料を用いることにより、凹部形成部２全体の体積に対する凹部形成部２の凹部２１以外の部分の体積の比率である体積率を高くすることができ、これにより、微細構造体１００の強度を高くすることができる。また、凹部形成部２は、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の何れか一つからなることが好ましい。これにより、型を用いて光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂を成形することによって、簡便に微細構造を基材１表面に形成することができる。すなわち、低コストで微細構造体１００を生産することができる。
【００２１】
また、凹部２１が形成される周期は、１７０ｎｍより小さいことが好ましい。また、凹部２１が形成される周期は、１００ｎｍ以上、１６０ｎｍ以下であることが好ましい。凹部２１が形成される周期が１００ｎｍより小さい場合、微細構造の作製が困難であるとともに、隣り合う凹部２１を隔てる壁が薄くなるため、微細構造体１００の強度が低下してしまう。また、凹部２１が形成される周期が１６０ｎｍより小さくすることにより、微細構造体に接触する物体の表面の凹凸が凹部２１に入り込むのをより確実に防ぐことができ、微細構造体１００の強度を高くすることができる。
【００２２】
実施の形態１にかかる微細構造体１００では、図１に示すように、各凹部２１は、基材１の表面上における正方格子の格子点の位置に配置されている。そして、各凹部２１が形成される周期Ｐは、１７０ｎｍより小さくなっている。
なお、実施の形態１では、基材１の表面に円柱形状の凹部２１が形成される例を挙げたが、基材１の表面に形成される構造はこれに限定されるものではない。例えば、四角柱等の円柱形状以外の凹部２１が基材１の表面に形成されてもよい。また、ライン状（線状、列状）の凹部２１が基材１の表面に形成されてもよい。基材１の表面に形成される凹部２１の形状は、製造方法や生産性等に応じて、適切な形状を選択することができる。
【００２３】
次に、図２を参照しながら、微細構造体３００に接触する物体によって微細構造体３００が受ける力について説明する。図２は、微細構造体３００に接触する物体によって微細構造体３００が受ける力を説明する断面図である。図２では、微細構造体３００に接触する物体として布２００を例に挙げている。なお、微細構造体３００は、本実施の形態１にかかる微細構造体１００と同様に、基材１の表面に凹部３０１が周期的に形成されてなるが、各凹部３０１が形成される周期は１７０ｎｍ以上となっている。
【００２４】
図２に示すように、微細構造体３００を布２００で拭く場合、微細構造体３００には、凹部３０１に入り込んだ布２００の繊維が凹部３０１の壁面を横方向に押す力Ｆ１、布２００と微細構造体３００との摩擦によって微細構造体３００の表面において横方向に加わる力Ｆ２、微細構造体３００を上から押す力Ｆ３が加わる。特に、凹部３０１に入り込んだ布２００の繊維は、微細構造体３００の１箇所に大きな力Ｆ１を加えることとなる。
【００２５】
このうち、押す力Ｆ１及び摩擦によって加わる力Ｆ２は、人が布２００に加える圧力に比例する。そして、本実施の形態１にかかる微細構造体１００は基材１の表面に凹部２１を形成することによってなるため、力Ｆ１及び力Ｆ２を凹部形成部２の面全体で受けることができる。
【００２６】
また、本実施の形態１にかかる微細構造体１００では、凹部２１が形成される周期は１７０ｎｍより小さいため、布２００の繊維が凹部２１に入り込むことを防ぐことができる。
図３に、チーズクロス（Ｍｉｌ Ｓｐｅｃ ＣＣＣ−ｃ−４４０製品番号Ｓ１２９０５）を電子顕微鏡によって撮像して得られた写真を示す。図３に示すようなチーズクロス等の布を構成する繊維の直径は数１０μｍ以上であり、繊維そのものが微細構造体３００の凹部３０１に入り込むことは考えられない。しかしながら、当該繊維の表面には微細な凹凸があり、当該凹凸が微細構造体３００の凹部３０１に入り込むことが考えられる。チーズクロス等の布を構成する繊維表面の凹凸の直径は数１００ｎｍであるため、微細構造体１００の凹部２１を形成する周期を１７０ｎｍより小さくすることにより、繊維表面の凹凸が凹部２１に入り込むことを防ぐことができる。これにより、微細構造体１００の微細構造が破壊されることを防ぐことができる。
【００２７】
また、微細構造体１００の凹部２１を形成する周期を入射光の波長以下とすることで、反射防止性能を有する光学部材を製造することができる。具体的には、凹部形成部２の有効屈折率Ｎｅｆｆは、凹部形成部２の屈折率Ｎと空気の屈折率との間の範囲で調節可能であるため、（１）式で表すことができる。
【数１】
2016122113.tif 000003
ここで、ｒは、凹部形成部２全体の体積に対する凹部形成部２の凹部２１以外の部分の体積の比率である体積率である。
また、Ｎは、凹部形成部２を形成する材料の屈折率である。
また、空気の屈折率は１である。
【００２８】
換言すれば、凹部形成部２は、疑似的に、空気の屈折率と凹部形成部２を形成する材料の屈折率Ｎと間の値の凹有効屈折率Ｎｅｆｆを有するとみなすことができる。そのため、空気と凹部形成部２との界面における反射光と、凹部形成部２と基材１との界面における反射光とを干渉させることができ、微細構造体１００における光の反射を低減することができる。すなわち、反射防止性能を有する微細構造体１００を得ることができる。
【００２９】
また、（１）式から分かるように、体積率ｒが大きいほど、有効屈折率Ｎｅｆｆは、凹部形成部２を形成する材料の屈折率Ｎに近くなる。そのため、凹部形成部２の体積率ｒを調整することにより、所望する値の有効屈折率Ｎｅｆｆを有する微細構造体１００を得ることができる。
また、上述の通り、凹部形成部２の体積率ｒは、凹部形成部２の有効屈折率Ｎｅｆｆを決定する。そして、凹部形成部２の体積率ｒが１０％より小さい場合及び９０％より大きい場合、空気と凹部形成部２との間及び凹部形成部２と基材１との間で、光反射を防止するために必要な屈折率差を得ることができない。そのため、凹部形成部２の体積率ｒは１０％以上９０％以下であることが好ましい。更に望ましくは、２０％から６０％である。凹部形成部２の体積率ｒが当該範囲である場合に、高い反射防止効果を得ることができる。
【００３０】
また、凹部形成部２の高さ（層の厚さ）Ｈは、それぞれ、５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましい。凹部形成部２の高さが当該範囲である場合に、高い反射防止効果を得ることができる。
【００３１】
実施の形態２．
次に、図４を参照しながら、本発明の実施の形態２にかかる微細構造体１００Ａについて説明する。図４は、実施の形態２にかかる微細構造体１００Ａを示す平面図である。図４に示すように、実施の形態２にかかる微細構造体１００Ａは凹部２１の配置のみが実施の形態１にかかる微細構造体１００と異なる。そのため、同様の構成については同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
【００３２】
図４に示すように、微細構造体１００Ａでは、基材１の表面上における三角格子の格子点の位置に、凹部２１が配置されている。なお、微細構造体１００Ａにおいて、各凹部２１が形成される周期Ｐは、当該三角格子を構成する三角形の高さ方向に沿った長さである。そして、微細構造体１００Ａにおいて、各凹部２１が形成される周期Ｐは、１７０ｎｍより小さい。
【００３３】
微細構造体１００Ａにおいて、各凹部２１は、基材１の表面上における三角格子の格子点の位置に形成されている。これにより、あらゆる方向から力が加えられても微細構造が破壊されることを防ぐことができる。すなわち、微細構造体１００Ａが強度の方向依存性を有してしまうことを防ぐことができる。また、微細構造体１００Ａを反射防止のために用いる場合には、基材１表面に凹部２１が形成される方向によって反射できる入射光の偏光方向が変わることを防ぐことができ、あらゆる偏光方向に対して反射防止性能を有する光学部材を形成することができる。
【００３４】
実施の形態３．
次に、図５を参照しながら、本発明の実施の形態３にかかる微細構造体１００Ｂについて説明する。図５は、実施の形態３にかかる微細構造体１００Ｂを示す斜視図である。図５に示すように、実施の形態３にかかる微細構造体１００Ｂは２層の凹部形成部２Ａ、２Ｂを備える点のみが実施の形態１にかかる微細構造体１００と異なる。そのため、同様の構成については同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
【００３５】
図５に示すように、実施の形態３にかかる微細構造体１００Ｂは、基材１の表面に２層の凹部形成部２Ａ、２Ｂが形成されてなる。なお、基材１の表面に３層以上の凹部形成部２が形成されてもよい。
実施の形態３では、基材１表面に上側から順に、凹部形成部２Ａ、２Ｂが形成されている。また、凹部形成部２Ａの有効屈折率と凹部形成部２Ｂの有効屈折率とは異なる。
【００３６】
具体的には、凹部形成部２Ａ、２Ｂの有効屈折率Ｎｅｆｆは、凹部形成部２Ａ、２Ｂの屈折率Ｎと空気の屈折率との間の範囲で調節可能であるため、上記（１）式で表すことができる。なお、（１）式において、ｒは、凹部形成部２Ａ、２Ｂ全体の体積に対する凹部形成部２Ａ、２Ｂの凹部２１Ａ、２１Ｂ以外の部分の体積の比率である体積率であり、Ｎは、凹部形成部２Ａ、２Ｂを形成する材料の屈折率である。
【００３７】
よって、凹部形成部２Ａ、２Ｂを屈折率Ｎの値が異なる材料により形成することによって、凹部形成部２Ａの有効屈折率Ｎｅｆｆと凹部形成部２Ｂの有効屈折率Ｎｅｆｆとを異ならせてもよい。また、凹部形成部２Ａの体積率ｒと凹部形成部２Ｂの体積率ｒとを異ならせることにより、凹部形成部２Ａの有効屈折率Ｎｅｆｆと凹部形成部２Ｂの有効屈折率Ｎｅｆｆとを異ならせてもよい。
そして、微細構造体１００Ｂを光学部材として用いる場合、凹部形成部２Ａの有効屈折率Ｎｅｆｆと凹部形成部２Ｂの有効屈折率Ｎｅｆｆとを異ならせることにより、空気と凹部形成部２Ａとの界面における反射光と、凹部形成部２Ａと凹部形成部２Ｂとの界面における反射光と、凹部形成部２Ｂと基材１との界面における反射光とを干渉させることができ、微細構造体１００Ｂにおける光の反射を低減することができる。
【００３８】
また、（１）式から分かるように、体積率ｒが大きいほど、有効屈折率Ｎｅｆｆは、凹部形成部２Ａ、２Ｂを形成する材料の屈折率Ｎに近くなる。そのため、例えば、凹部形成部２Ａ、２Ｂ及び基材１が同じ屈折率Ｎの材料からなる場合、凹部形成部２Ａの体積率ｒよりも凹部形成部２Ｂの体積率ｒが大きくなるようにして、有効屈折率Ｎｅｆｆが空気側から基材１側に向かうにつれて徐々に変化するようにしてもよい。例えば、図５に示す微細構造体１００Ｂでは、凹部形成部２Ａに形成される凹部２１Ａの体積よりも、凹部形成部２Ｂに形成される凹部２１Ｂの体積の方を小さくすることによって、凹部形成部２Ａの有効屈折率Ｎｅｆｆよりも凹部形成部２Ｂの有効屈折率Ｎｅｆｆの方がより基材１の屈折率Ｎと近い値となるようにしている。これにより、例えば、微細構造体１００Ｂを光学部材として用いる場合、光の反射を低減することができる。
【００３９】
また、上述の通り、凹部形成部２Ａ、２Ｂの有効屈折率Ｎｅｆｆは、凹部形成部２Ａ、２Ｂの屈折率Ｎと空気の屈折率との間の範囲で調節可能であるが、基材１の屈折率と空気の屈折率との間であることが好ましい。さらに、基材１の屈折率をＮｓとし、凹部形成部２Ａを形成する材料の屈折率をＮ１とし、凹部形成部２Ｂを形成する材料の屈折率をＮ２とした場合、次の（２）式及び（３）式を満たすことが好ましい。
【数２】
2016122113.tif 000004
【数３】
2016122113.tif 000005
【００４０】
また、さらに、次の（４）式及び（５）式を満たすことが好ましい。
【数４】
2016122113.tif 000006
【数５】
2016122113.tif 000007
これにより、空気と基材１との間で、有効屈折率Ｎｅｆｆを空気の屈折率から基材１の屈折率Ｎｓに徐々に近づけることができ、微細構造体１００Ｂを光学部材として用いる場合、幅広い波長範囲の光に対して反射を低減することができる。
【００４１】
また、上述の通り、凹部形成部２Ａ、２Ｂの体積率ｒは、凹部形成部２Ａ、２Ｂの有効屈折率Ｎｅｆｆを決定する。そして、凹部形成部２Ａ、２Ｂの体積率ｒが１０％より小さい場合及び９０％より大きい場合、空気と凹部形成部２Ａとの間、凹部形成部２Ａと凹部形成部２Ｂとの間、及び凹部形成部２Ｂと基材１との間で、光反射を防止するために必要な屈折率差を得ることができない。そのため、凹部形成部２Ａの体積率ｒは２０％以上７０％以下であり、凹部形成部２Ｂの体積率ｒは４０％以上８０％以下であることが好ましい。凹部形成部２Ａ、２Ｂの体積率ｒが当該範囲である場合に、高い反射防止効果を得ることができる。さらに、凹部形成部２Ａの体積率ｒは２０％以上５０％以下であり、凹部形成部２Ｂの体積率ｒは５０％以上８０％以下であることが好ましい。
【００４２】
また、凹部形成部２Ａ、２Ｂの高さ（層の厚さ）は、それぞれ、５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましい。さらに、凹部形成部２Ａの高さは９０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であり、凹部形成部２Ｂの高さは７０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。凹部形成部２Ａ、２Ｂの高さが当該範囲である場合に、高い反射防止効果を得ることができる。
【００４３】
次に、図６を参照しながら、本発明の実施の形態４にかかる微細構造体１００Ｃについて説明する。図６は、実施の形態４にかかる微細構造体１００Ｃを示す斜視図である。図６に示すように、実施の形態４にかかる微細構造体１００Ｃは、２層目の平坦層２Ｃが凹部を有しない点のみが実施の形態３にかかる微細構造体１００Ｂと異なる。そのため、同様の構成については同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
【００４４】
図６に示すように、実施の形態４にかかる微細構造体１００Ｃは、基材１と凹部形成部２Ａとの間に平坦層２Ｃを有している。なお、基材１の表面に２層以上の凹部形成部２及び平坦層２Ｃが形成されてもよい。
実施の形態４では、基材１表面に上側から順に、凹部形成部２Ａ、平坦層２Ｃが形成されている。また、凹部形成部２Ａの有効屈折率と平坦層２Ｃの屈折率とは異なる。
【００４５】
なお、凹部形成部２Ａと平坦層２Ｃとは屈折率が同じ材料から形成されてもよいし、屈折率が異なる材料から形成されてもよい。凹部形成部２Ａと平坦層２Ｃとが屈折率が同じ材料から形成されても、凹部形成部２Ａに凹部２１Ａを形成することによって、凹部形成部２Ａの有効屈折率と平坦層２Ｃの屈折率とを異ならせることができる。
そして、微細構造体１００Ｃを光学部材として用いる場合、凹部形成部２Ａの有効屈折率Ｎｅｆｆと平坦層２Ｃの屈折率とを異ならせることにより、空気と凹部形成部２Ａとの界面における反射光と、凹部形成部２Ａと平坦層２Ｃとの界面における反射光と、平坦層２Ｃと基材１との界面における反射光とを干渉させることができ、微細構造体１００Ｃにおける光の反射を低減することができる。
【００４６】
また、平坦層２Ｃの屈折率は、凹部形成部２Ａの有効屈折率と基材１の屈折率との間であることが好ましい。これにより、例えば、微細構造体１００Ｃを光学部材として用いる場合、光の反射を低減することができる。
【００４７】
また、平坦層２Ｃの高さ（層の厚さ）は、凹部形成部２Ａと同様に、５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましい。さらに、凹部形成部２Ａの高さは９０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であり、平坦層２Ｃの高さは７０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。凹部形成部２Ａ及び平坦層２Ｃの高さが当該範囲である場合に、高い反射防止効果を得ることができる。
上述した層の厚さの好ましい範囲は、例えば、以下に説明する平坦層２Ｃの層の厚さと反射防止効果との関係に基づいて導出することができる。
平坦層２Ｃの表側（凹部形成部２Ａ側）と裏側（基材側）それぞれの界面で生じる反射振幅は、界面を構成する屈折率で決定される。詳細には、入射側の屈折率と透過側の屈折率を用いて、垂直入射の反射振幅を所定の計算式を用いて算出する。また、平坦層２Ｃが２つの層から構成される場合（入射側と透過側との間に別の層が挿入された場合）にも、同様に所定の計算式を用いて反射振幅を算出する。
ここで、反射光を干渉によって打ち消しあうためには、２つ（平坦層２Ｃが２層から構成される場合には３つ）の波の振幅（反射振幅）が等しく、位相が反転している必要がある。位相が反転する最初の条件は、半波長分だけ波が進んだ場合となる。平坦層２Ｃの媒質内（屈折率Ｎ１とする）での光の波長はλ／Ｎ１（λは真空中の光の波長）となる。そのため、条件はλ／（２Ｎ１）となる。一方、厚さｄの層の表・裏における界面では、裏面からの反射光は表面に対して、２ｄだけ波が多く進む。従って、位相が反転する層の厚さｄは、（λ／４Ｎ１）となる。入射側の媒質は空気層であることから屈折率を１とし、透過側の屈折率を設定して（例えば、屈折率１．５）、好適な層の厚さを算出することができる。
【００４８】
次に、実施の形態１〜４に係る微細構造体１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの製造において、基材１の表面に凹部２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを形成するために使用する型の製造方法について説明する。
当該型の製造方法としては、フォトリソグラフィーや電子線リソグラフィーによってレジストを露光・現像し、レジストをマスクにしてエッチングすることにより当該型を製造する方法、配列させた粒子をマスクにしてエッチングすることにより当該型を製造する方法などが挙げられる。また、アルミの陽極酸化によって作製した穴状（ホール状）の構造を転写し、転写した構造から電気鋳造によって反転形状を得ることによっても、当該型を製造することができる。
【００４９】
［実施例１］
次に、本発明の実施例１にかかる微細構造体１００Ｄについて説明する。図７は、本発明の実施例１にかかる微細構造体１００Ｄを示す斜視図である。
図７に示すように実施例１にかかる微細構造体１００Ｄは、基材１の表面にライン状（線状、列状）の凹部２１Ｄが形成されたものである。凹部２１Ｄが形成される周期は１５０ｎｍであり、凹部２１Ｄの幅は７５ｎｍであり、凹部２１Ｄの深さは２００ｎｍである。また、隣り合う凹部２１Ｄを隔てる壁部２２の幅は７５ｎｍである。ここで、基材１において凹部２１Ｄが形成される部分を凹部形成部２Ｄとする。凹部２１Ｄの深さは２００ｎｍであるため、凹部形成部２Ｄの高さ（層の厚さ）は２００ｎｍである。
【００５０】
実施例１では、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）フィルム上に光硬化性樹脂（サンユレック株式会社製、ＲＬ９４９２）を形成し、石英モールドを用いて当該光硬化性樹脂からなる凹部形成部２Ｄを成形することにより、微細構造体１００Ｄを製造した。また、高圧水銀ランプを用いてエネルギー量３０００ｍＪ／ｃｍ２の光を照射することにより、光硬化性樹脂を硬化した。
【００５１】
実施例１にかかる微細構造体１００Ｄの機械的強度を調べるため、以下のチーズクロス試験を行った。チーズクロス試験では、チーズクロス（Ｍｉｌ Ｓｐｅｃ ＣＣＣ−ｃ−４４０製品番号Ｓ１２９０５）を摩耗試験機（株式会社東洋精機製作所製）に取り付け、１ｃｍ２に３０ｇ、１００ｇ、５００ｇの荷重をかけて、凹部２１Ｄのラインと直交する方向に１００回摺動させ、光学顕微鏡を用いて傷の有無を確認した。
【００５２】
図８に、実施例１のチーズクロス試験の結果を示す。図８の写真は、光学顕微鏡を用いて１００倍の倍率で観察した結果である。凹部形成部２Ｄを形成する光硬化樹脂の体積率ｒに応じて凹部形成部２Ｄの有効屈折率が変わるため、周期的に凹部２１Ｄを形成した領域（図８の破線で囲むパターン領域）では、反射光の薄膜干渉が生じる。そのため、周期的に凹部２１Ｄを形成した領域（図８の破線で囲むパターン領域）は青く視認される。図８に示すように、実施例１にかかる微細構造体１００Ｄは、モールド由来の傷を有している。しかし、実施例１にかかる微細構造体１００Ｄでは、荷重３０ｇ及び１００ｇにおいてチーズクロスによって摩耗されたことによる傷は観察されず、また、荷重５００ｇにおいてチーズクロスによって摩耗されたことによる傷も僅かであった。換言すれば、実施例１にかかる微細構造体１００Ｄは、チーズクロス等の布によってもその微細構造が破壊されにくく、機械的強度に優れていることがわかった。
【００５３】
［比較例１］
次に、比較例１にかかる微細構造体は、凹部が形成される周期が２００ｎｍであり、凹部の幅が１００ｎｍであり、隣り合う凹部を隔てる壁部の幅は１００ｎｍである点のみが、実施例１にかかる微細構造体１００Ｄと異なる。よって、説明簡略化のため、詳細な説明は省略する。比較例１にかかる微細構造体の製造方法及び条件、チーズクロス試験の条件は実施例１と同様である。
【００５４】
図９に、比較例１のチーズクロス試験の結果を示す。図９に示すように、比較例１にかかる微細構造体では、荷重３０ｇにおいてチーズクロスによって摩耗されることにより、微細構造（パターン）が破壊されている。また、比較例１にかかる微細構造体では、荷重１００ｇにおいてチーズクロスによって摩耗されることにより、ほぼ全面の微細構造が破壊されており、ほぼ全面において微細構造がない状態となっている。さらに、比較例１にかかる微細構造体では、荷重５００ｇにおいてチーズクロスによって摩耗されることにより、微細構造は全て破壊されていた。図９に示す結果から、凹部を形成する周期が２００ｎｍの場合、チーズクロス等の布によって拭いただけで簡単に微細構造が破壊されてしまい、実用に適さないことがわかる。
【００５５】
［実施例２］
次に、本発明の実施例２にかかる微細構造体について説明する。実施例２にかかる微細構造体は、基材の表面に直径１２０ｎｍ、深さ１００ｎｍの円柱形状の凹部が形成されたものである。また、凹部が形成される周期は１５０ｎｍである。また、実施例２にかかる微細構造体において、各凹部は、基材の表面上における三角格子の格子点の位置に配置されている。
【００５６】
また、実施例２では、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）フィルム上に光硬化性樹脂（サンユレック株式会社製、ＲＬ９４９２）を形成し、Ｓｉモールド（シリコンモールド）を用いて当該光硬化性樹脂からなる凹部形成部を成形することにより、微細構造体を製造した。また、高圧水銀ランプを用いてエネルギー量３０００ｍＪ／ｃｍ２の光を照射することにより、光硬化性樹脂を硬化した。
【００５７】
また、実施例２では、実施例１と同様に、１ｃｍ２に１００ｇの荷重をかけて、チーズクロス試験を行った。そして、分光光度計（株式会社日立ハイテクノロジーズ製Ｕ４０００）を用いて、チーズクロス試験前と後の微細構造体に入射角１２°で光線を入射させた際の絶対反射率を測定した。その結果を図１０のグラフに示す。図１０は、縦軸にチーズクロス試験前後の絶対反射率（％）の差を示している。図１０に示すように、チーズクロス試験の前後において実施例２にかかる微細構造体の絶対反射率に差がなく、実施例２にかかる微細構造体は機械的強度に優れていることがわかった。
【００５８】
［比較例２］
次に、比較例２にかかる微細構造体について説明する。比較例２にかかる微細構造体は、基材の表面に直径１５０ｎｍ、深さ１００ｎｍの円柱形状の凹部が形成されたものである。また、凹部が形成される周期は２００ｎｍである。また、比較例２にかかる微細構造体において、各凹部は、基材の表面上における正方格子の格子点の位置に配置されている。比較例２にかかる微細構造体の製造方法及び条件、チーズクロス試験の条件、反射率の測定条件は実施例２と同様である。比較例２のチーズクロス試験前後の絶対反射率の差を図１０に示す。
図１０に示すように、チーズクロス試験の前後において比較例２にかかる微細構造体の絶対反射率が大きく変化しており、比較例２にかかる微細構造体は機械的強度が弱く実用的ではないことがわかった。
【００５９】
［実施例３、４］
次に、本発明の実施例３、４にかかる微細構造体について説明する。実施例３、４にかかる微細構造体は、実施例２にかかる微細構造体と同様の微細構造を有している。
実施例３は、光硬化性樹脂として、モノマーＭ３１５（東亞合成株式会社製）に開始剤としてイルガギュア１８４（チバスペシャリティーケミカルズ株式会社製）を１％配合した樹脂を用いた点のみが実施例２と異なる。また、実施例４は、光硬化性樹脂として、モノマーＭ３２５（東亞合成株式会社製）に開始剤としてイルガギュア１８４（チバスペシャリティーケミカルズ株式会社製）を１％配合した樹脂を用いた点のみが実施例２と異なる。その他の微細構造体の製造方法及び条件、チーズクロス試験の条件、反射率の測定条件は実施例２と同様である。実施例３、４のチーズクロス試験前後の絶対反射率の差を図１０に示す。
図１０に示すように、チーズクロス試験の前後において実施例３、４にかかる微細構造体の絶対反射率に差がなく、実施例３、４にかかる微細構造体は機械的強度に優れていることがわかった。
【００６０】
［比較例３、４］
次に、比較例３、４にかかる微細構造体について説明する。比較例３、４にかかる微細構造体は、比較例２にかかる微細構造体と同様の微細構造を有している。
比較例３は、光硬化性樹脂として、モノマーＭ３１５（東亞合成株式会社製）に開始剤としてイルガギュア１８４（チバスペシャリティーケミカルズ株式会社製）を１％配合した樹脂を用いた点のみが比較例２と異なる。また、比較例４は、光硬化性樹脂として、モノマーＭ３２５（東亞合成株式会社製）に開始剤としてイルガギュア１８４（チバスペシャリティーケミカルズ株式会社製）を１％配合した樹脂を用いた点のみが比較例２と異なる。その他の微細構造体の製造方法及び条件、チーズクロス試験の条件、反射率の測定条件は比較例２と同様である。比較例３、４のチーズクロス試験前後の絶対反射率の差を図１０に示す。
図１０に示すように、チーズクロス試験の前後において比較例３、４にかかる微細構造体の絶対反射率が大きく変化しており、比較例３、４にかかる微細構造体は機械的強度が弱く実用的ではないことがわかった。
【００６１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、基材の表面に凹部が形成される周期は、例えば、基材の横方向と縦方向とで異なっていてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１  基材
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｄ  凹部形成部
２Ｃ  平坦層
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｄ  凹部
２２  壁部
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ  微細構造体
２００  布
３００  微細構造体
Ｐ  周期
【図１】
2016122113.tif 000008
【図２】
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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１０】
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【図３】
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【図８】
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【図９】
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