(57)【要約】【課題】単純かつ容易に作製可能な構造で、従来の構造に比べて同等以上の反射抑制効果を持つ無反射構造体を提供する。【解決手段】反射を抑制すべき光が入射する表面に、その光の波長以下のピッチで配列される無数の錐体９からなる無反射構造体１を形成する。錐体９の高さはピッチより低く、アスペクト比は１以下である。また、錐体９の側面は、錐体９の底面周上の点と頂点とを結ぶ線に対して凹である。無反射構造体１は、リソグラフィーによるパターニングや、金型による形状の転写で作製される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
錐体が、反射を抑制すべき光の波長以下のピッチで配列され、
前記錐体の側面が、錐体の底面周上の点と頂点とを結ぶ線に対して凹であることを特徴とする無反射構造体。
【請求項２】
前記錐体のアスペクト比が１以下であることを特徴とする請求項１記載の無反射構造体。
【請求項３】
請求項１または２記載の無反射構造体を表面に形成したことを特徴とする光学素子。
【請求項４】
錐形状の孔が、反射を抑制すべき光の波長以下のピッチで配列され、
前記孔の側面が、孔入り口の周上の点と、孔の頂点とを結ぶ線に対して凸であることを特徴とする金型。
【請求項５】
基板の表面に金属膜を形成する工程（ａ）と、
前記金属膜の上に、感光性レジストを形成する工程（ｂ）と、
前記感光性レジストに微細構造を形成する工程（ｃ）と、
前記感光性レジストをマスクとして、前記金属膜に微細構造を形成する工程（ｄ）と、
前記感光性レジストを除去する工程（ｅ）と、
前記微細加工した金属膜をエッチングマスクとして、ウェットエッチングを行い、前記基板表面に微細構造を形成する工程（ｆ）と、
を具備することを特徴とする無反射構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の無反射構造体の表面に、金属層を形成する工程（ｇ）と、
前記無反射構造体を前記金属層より分離する工程（ｈ）と
を具備し、
前記金属層を金型とすることを特徴とする金型の製造方法。
【請求項７】
請求項４記載の金型を、成形型の内側に設ける工程（ｉ）と、
前記成形型の内部に流動状態の材料を充填する工程（ｊ）と、
前記材料より前記金型を離型する工程（ｋ）と、
を具備することを特徴とする、無反射構造体の製造方法。
【請求項８】
請求項４記載の金型を、軟化した材料に押しあてる工程（ｌ）と、
前記材料より前記金型を離型する工程（ｍ）と、
を具備することを特徴とする、無反射構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射を抑制すべき光の波長以下のピッチで錐体を配列した、反射防止効果を持つ無反射構造体等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
さまざまな光学機器において、光学素子への入射光の反射を抑制することが行われ、ロスの少ない光ファイバーの接続部、明るいレンズ、映りこみの少ないディスプレイなどが実現可能である。そのため、ガラスなどからなる光学素子においては、表面反射による戻り光を減少させ、かつ透過光を増加させるために表面処理が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の表面処理方法のひとつに、光学素子表面に、光学素子を構成する材料と屈折率の異なる物質の薄膜を、単層もしくは複数層成膜する方法がある。一般的には真空蒸着などの成膜方法によって、このような反射防止膜を形成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
別の表面処理方法として、光学素子表面に微細かつ緻密な凹凸形状を形成する方法がある（例えば、非特許文献１参照）。より広い波長域を有する光に対して反射防止効果を持ち、かつ入射角度依存性の小さい反射防止構造とするために、アスペクト比が１以上の錐形状を光学素子上に形成することが行われる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、アスペクト比が１以上の突起をできるだけ密に並べ、更に反射抑制効果を高めるために、形成する錐体を六角錐形状にし、各底面の六角形の外接円が２次元の最密構造をなし、かつ隣接する六角形の頂点同士が接するように配置した無反射構造体が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２７２５０５号公報（第２頁、第４頁）
【特許文献２】特開２００６−１７１２２９号公報
【非特許文献１】菊田久雄、岩田耕一、「波長より細かな格子構造による光制御」、光学、日本光学会、１９９８年、第２７巻、第１号、p.１２―１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、アスペクト比が大きくなると、微細加工が難しくなるといった問題がある。また、金型などに加工し、その形状を転写して大面積化やコスト削減を進めようとしてもアスペクト比が大きいと、金型と表面加工物との離れが悪く、正確に型が形成できないといった問題があった。
【０００８】
本発明は、前述した問題点にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、低いアスペクトで高い反射防止性能を実現する無反射構造体等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するために、第１の発明は、錐体が、反射を抑制すべき光の波長以下のピッチで配列され、前記錐体の側面が、錐体の底面周上の点と頂点とを結ぶ線に対して凹であることを特徴とする無反射構造体である。
また、前記錐体のアスペクト比が１以下であることが望ましい。
また、光学素子の表面に形成することが好ましい。
【００１０】
第２の発明は、錐形状の孔が、反射を抑制すべき光の波長以下のピッチで配列され、前記孔の側面が、孔入り口の周上の点と、孔の頂点とを結ぶ線に対して凸であることを特徴とする金型である。
【００１１】
第３の発明は、基板の表面に金属膜を形成する工程と、前記金属膜の上に、感光性レジストを形成する工程と、前記感光性レジストに微細構造を形成する工程と、前記感光性レジストをマスクとして、前記金属膜に微細構造を形成する工程と、前記感光性レジストを除去する工程と、前記微細加工した金属膜をエッチングマスクとして、ウェットエッチング法により、前記基板表面に微細構造を形成する工程と、を具備することを特徴とする無反射構造体の製造方法である。
【００１２】
第４の発明は、無反射構造体の表面に、金属層を形成する工程と、前記無反射構造体を前記金属層より分離する工程と、を備える事を特徴とする金型の製造方法である。
【００１３】
第５の発明は、金型を、成形型の内側に設ける工程と、前記成形型の内部に流動状態の材料を充填する工程と、前記材料より前記金型を離型する工程と、を具備することを特徴とする、無反射構造体の製造方法である。
【００１４】
第６の発明は、金型を、軟化した材料に押しあてる工程と、前記金型を離型する工程と、を備えることを特徴とする、無反射構造体の製造方法である。
【００１５】
光の波長以下のピッチに錐体を配置することにより、錐体の底面から頂点に至る領域に、錐体の屈折率から錐体外部の屈折率に、屈折率が傾斜する屈折率傾斜膜を有する効果と等しい効果を生じさせることができる。そのため、無反射構造体の内部と外部の界面において、屈折率差に起因する反射を抑制することができる。
【００１６】
錐体の側面形状を最適化し、錐体の底面周上の点と頂点とを結ぶ線に対して凹構造をとることで、アスペクト比が１以下の錐体でも、十分な反射率低減の効果を発現させることができる。
【００１７】
電子線による直接描画などによる微細加工や金型による形状の転写などで無反射構造体が作製されるが、錐体のアスペクト比が１以下であるので、従来開示されているアスペクト比が１以上の構造に比べて、作製が容易である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、低いアスペクトで高い反射防止性能を実現する無反射構造体等を提供可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態に係る無反射構造体１を示す図であり、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ無反射構造体１の斜視図、平面図、正面図である。図１（ａ）に示すように、無反射構造体１は、基板７と、その上に配列する多数の錐体９からなる。錐体９は図１（ｂ）に示すように３００ｎｍのピッチで単純格子状に配列している。また、錐体９は、図１（ｃ）に示すように、直径３００ｎｍ高さ２８０ｎｍの円錐であって、錐体９の側面は、円錐の底面の周上の一点と頂点を結んだ母線１０から見て、凹形状となっている。そのアスペクト比は約０．９３であり、１以下である。
【００２０】
錐体９の底面は、円形または六角形などの多角形であることが好ましい。
【００２１】
錐体９のピッチは、可視光の反射を抑制するため、３００ｎｍとしているが、抑制すべき波長が変化すればそれに伴ってピッチを変化させてもよい。例えば、赤外線の反射を抑制したければ、ピッチをより大きくすればよく、紫外線の反射を抑制したければ、ピッチはより小さくすればよい。
【００２２】
錐体９の高さは、アスペクト比に直接影響する。アスペクト比が高いと、反射防止効果はより高くなり、アスペクト比が低いと、容易に製作でき、金型などへの加工や、金型を用いた形状の転写が行いやすくなる。
【００２３】
錐体９の配列は、単純格子に限らず、最密格子としてもよい。
【００２４】
基板７および錐体９の材質は、さまざまな光学材料が利用可能である。好ましくは石英ガラスをはじめとするガラス、光学素子に用いられる結晶、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂である。
【００２５】
第１の実施の形態によれば、錐体９の側面形状が平坦な場合よりも高い反射防止性能が得られる。そのため、アスペクト比を１以下にしても、十分な反射防止効果が得られる。
【００２６】
次に、無反射構造体１の製造方法について説明する。
図２は、無反射構造体１の製造工程を示す図である。図２（ａ）に示すように、基板７の表面を平滑にする。その後、図２（ｂ）に示すように、基板７の上に金属層１１を形成する。その後、図２（ｃ）に示すように、金属層１１の上にレジスト層１３を形成する。
【００２７】
図２（ｄ）に示すように、レジスト層１３にパターニングを行い、現像し、円柱形状のレジストマスク１５を形成する。その後、ウェットエッチングにより金属層１１をパターニングし、レジストマスク１５を除去し、図２（ｅ）に示すように金属マスク１７を形成する。その後、希フッ酸によるウェットエッチングを行い、図２（ｆ）に示すような基板７の上に錐体９を有する無反射構造体１を得る。
【００２８】
パターニングは、電子線による直接描写、Ｘ線リソグラフィー、フォトリソグラフィーにより行われることが好ましい。
【００２９】
金属層１１および金属マスク１７の材料として、クロム、ニッケル、アルミニウム、カーボン、タンタル、モリブデン、鉄、プラチナ、金などが挙げられる。
【００３０】
レジスト層１３およびレジストマスク１５の材料として、一般的なレジスト材料を用いることができるが、好ましくはポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）である。
【００３１】
ウェットエッチングにより等方的にエッチングされるため、錐体９の側壁が母線１０に対して凹形状を有する無反射構造が形成される（図１（ａ）、図２（ｆ））。
【００３２】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る無反射構造体２の製造方法を示す図である。無反射構造体２は、図３（ｆ）に示すように基板２５上に、錐体２７を有し、無反射構造体１と同様の構造を有している。無反射構造体２は、無反射構造体１から作られた複製金型２３を用いて大量生産が可能である。
【００３３】
図３を用いて、無反射構造体２の製造工程を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、無反射構造体１を用意する。無反射構造体１は、基板７の上に錐体９を有しており、錐体９の側面は、円錐の底面の周上の一点と頂点を結んだ母線１０から見て、凹形状となっている。
【００３４】
図３（ｂ）に示すように、錐体９の表面に無電解めっきを行い、無電解めっき層１９を形成する。その後、図３（ｃ）に示すように、無電解めっき層１９を利用して、電解めっきを行い、めっき層２１を形成する。図３（ｄ）に示すように、基板７を取り外し、複製金型２３を得る。
【００３５】
複製金型２３は、無反射構造体１の構造を転写したものである。その後、図３（ｅ）に示すように、複製金型２３を用いて、基板２５に構造を転写し、錐体２７を形成し、図３（ｆ）に示すように、無反射構造体２を得る。
【００３６】
無電解めっきは、無電解Ｎｉ／Ｂ溶液を用いて、ニッケルの無電解めっき層１９を形成するのがよい。
【００３７】
電解めっきは、無電解めっき層１９を有する無反射構造体１を、スルファミン酸ニッケル電解液に浸漬し、ニッケルのめっき層２１を形成するのがよい。
【００３８】
無反射構造体１は石英ガラスでできているので、導電性を有さない。そのため、無電解めっきを行った後、電解めっきを行うことが好ましい。
【００３９】
基板２５がアクリル樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリオレフィンなどの樹脂材料により形成されている場合には、複製金型２３を用いた基板２５への構造の転写には、射出成形や、キャスト成形を用いることができる。
【００４０】
ここで、射出成形とは、軟化させた樹脂材料を、圧力をかけて金型に充填して、樹脂の成型を行う方法をいう。
【００４１】
また、キャスト成形とは、溶液に溶解させた樹脂材料を、型に流し込み固化させ樹脂を成型する方法をいう。
【００４２】
基板２５がホウケイ酸ガラスなどのガラス材料により形成されている場合には、基板２５が軟化する温度にて複製金型２３を用いてプレス成型することで、基板２５に複製金型２３の構造を転写することができる。
【００４３】
このような第２の実施の形態では、複製金型２３を、樹脂やガラスなどを直接成形する金型として用いることができ、電子ビーム描画などの高コストで生産性の低い方法によらずに、無反射構造体２を製造することが可能になる。
【００４４】
また、第２の実施の形態においては、無反射構造体１の錐体９のアスペクト比が１以下であるため、基板７と複製金型２３は容易に分離される。また、複製金型２３は、無反射構造体１の構造を精密に転写する。
【実施例】
【００４５】
次に本発明の実施例を説明する。
＜実施例１＞
石英ガラスを２０ｍｍ×２０ｍｍ×１．０ｍｍの大きさに切り出し、表面を光学研磨し、基板を得た。この基板の表面に、スパッタリング法を用いてクロムの薄膜を形成した。次に、このクロム薄膜の表面に、スピンコート法を用いて、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）レジスト膜を０．３μｍの厚みで形成した。さらに、このＰＭＭＡレジスト膜に直接、電子ビームにて、図１（ｂ）で示す配置を持つ円形状を描画した。この結果、ＰＭＭＡレジスト膜を、円形状を単位とするピッチ３００ｎｍの微細構造に加工した。
【００４６】
続いて、クロム薄膜にウェットエッチングを行い、円形状を単位とする微細構造を持つエッチングマスクに加工した。エッチング液として、フッ化水素酸（５０ｗｔ％）とフッ化アンモニウム水溶液（４０ｗｔ％）を１：１０に混合したバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いてエッチングした。このとき、室温（２５℃）で、約１００ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレートで石英ガラスを等方的にエッチングすることができた。エッチングマスクは、基板がエッチングされ、錐体が形成されると、基板から剥離し、自動的になくなった。これらの処理により、基板の表面に、ピッチ３００ｎｍ、アスペクト比が１以下である高さ２８０ｎｍの錐形状を単位とする構造が形成された。また、ウェットエッチングによる等方的なエッチングであるので、錐形状の側面が、母線より凹の錐体を有する無反射構造体１が形成された。
【００４７】
形成された無反射構造体１の表面を検査したところ、エッチング後の表面荒れは少なく、エッチング前の研磨面とほぼ等しい表面粗さを保っていた。また、無反射構造体１が形成された基板７表面の垂直入射の場合の反射率を測定したところ、波長が６００ｎｍの光について０．８６％の値を示した。
【００４８】
（比較例１）
別の石英ガラス基板３０に、上記と同様にエッチングマスクを形成し、ＣＨＦ３とＯ２の混合ガスによる異方性のドライエッチングにより、基板３０とエッチングマスクを同時にエッチングすることで、図４（ａ）に示すようなアスペクト比が１の錐体２９を有する無反射構造体３を作製した。錐体２９の側面は母線３１と同じであり、錐体２９は円錐形状である。無反射構造体３を用いて波長６００ｎｍの光について反射率を測定したところ、１．１１％であった。
【００４９】
（比較例２）
別の石英ガラス基板３４に、上記と同様にエッチングマスクを形成し、ＣＨＦ３とＯ２の混合ガスによる異方性のドライエッチングにより、基板３４とエッチングマスクも同時にエッチングすることで、図４（ｂ）に示すようなアスペクト比が１.５程度の錐体３３を有する無反射構造体４を作製した。比較例１とは、ＣＨＦ３とＯ２の混合比を変え、Ｃｒマスクのエッチング速度が遅くなる条件においてエッチングを行った。錐体３３の側面は母線３５と同じであり、錐体３３は円錐形状である。無反射構造体４を用いて波長６００ｎｍの光について反射率を測定したところ、０．８４％であった。
【００５０】
（比較例３）
別の石英ガラス基板を、無反射構造を形成せずに、平滑に研磨した平面のみの基板５を得た。基板５を用いて波長６００ｎｍの光について反射率を測定したところ、４．６５％であった。
【００５１】
さらに、無反射構造体１、３、４、および基板５を用いて、波長６００ｎｍの光を、角度を変えて入射した場合の反射率も測定した。その結果を表１に示す。実施例１の反射率は、入射角度が大きくなっても、他の比較例に比べて反射率が非常に低く、正面からの入射光の反射率の低減のみならず、斜めからの入射光に対する反射率も抑制できている。
【００５２】
【表１】
2009098237.tif 000003
【００５３】
＜実施例２＞
実施例１で作製された無反射構造体１には導電性がないので、無電解のＮｉめっき用溶液に浸漬し、無反射構造体１の表面にニッケルの無電解めっき層を形成した。次に、無電解めっき層を形成したマスタ金型をスルファミン酸ニッケル電解液に浸漬し、電気めっきを行ってマスタ金型の表面にニッケルめっき層を形成した。その後、ニッケルめっきしたマスタ金型を塩基溶液に浸漬し、無反射構造体１を引き離し、複製金型２３を得た。
この複製金型２３を用いて、エポキシ樹脂表面に無反射構造体２を形成した。６００ｎｍの波長の反射率は０．９２％であった。比較として、表面加工していないエポキシ樹脂の反射率が５．９７％であったので、複製金型２３を用いても性能に優れた無反射構造体が形成できた。
【００５４】
以上、添付図面を参照しながら、本発明にかかる無反射構造体の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示し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えることは明らかであり、そ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。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、レンズ素子、プリズム素子およびミラー素子などの光学素子の表面、ディスプレイの表面、光ファイバー間の接続部などに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１の実施の形態に係る無反射構造体１を示す図。
【図２（ａ）】無反射構造体１の製造工程を示す図。
【図２（ｂ）】無反射構造体１の製造工程を示す図。
【図２（ｃ）】無反射構造体１の製造工程を示す図。
【図２（ｄ）】無反射構造体１の製造工程を示す図。
【図２（ｅ）】無反射構造体１の製造工程を示す図。
【図２（ｆ）】無反射構造体１の製造工程を示す図。
【図３（ａ）】第２の実施の形態に係る無反射構造体２の製造工程を示す図。
【図３（ｂ）】第２の実施の形態に係る無反射構造体２の製造工程を示す図。
【図３（ｃ）】第２の実施の形態に係る無反射構造体２の製造工程を示す図。
【図３（ｄ）】第２の実施の形態に係る無反射構造体２の製造工程を示す図。
【図３（ｅ）】第２の実施の形態に係る無反射構造体２の製造工程を示す図。
【図３（ｆ）】第２の実施の形態に係る無反射構造体２の製造工程を示す図。
【図４】各種の比較例を示す図。
【符号の説明】
【００５７】
１、２、３、４………無反射構造体
５、７、２５、３０、３４………基板
９、２７、２９、３３………錐体
１０、３１、３５………母線
１１………金属層
１３………レジスト層
１５………レジストマスク
１７………金属マスク
１９………無電解めっき層
２１………めっき層
２３………複製金型
【図１】
2009098237.tif 000004
【図２（ａ）】
2009098237.tif 000005
【図２（ｂ）】
2009098237.tif 000006
【図２（ｃ）】
2009098237.tif 000007
【図２（ｄ）】
2009098237.tif 000008
【図２（ｅ）】
2009098237.tif 000009
【図２（ｆ）】
2009098237.tif 000010
【図３（ａ）】
2009098237.tif 000011
【図３（ｂ）】
2009098237.tif 000012
【図３（ｃ）】
2009098237.tif 000013
【図３（ｄ）】
2009098237.tif 000014
【図３（ｅ）】
2009098237.tif 000015
【図３（ｆ）】
2009098237.tif 000016
【図４】
2009098237.tif 000017