JP7630689B2 - 凹凸構造体、光学部材及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、凹凸構造体、光学部材及び電子機器に関する。

近年、入射光の波長以下の平均周期を有する凹凸構造体を用いた光学部材が広く開発されている。このような凹凸構造体は、入射光の波長よりも大きな平均周期を有する凹凸構造体とは原理的に異なる特性を示すため、より高い特性を備える光学部材を実現できる可能性があると期待されている。

例えば、下記の特許文献１には、このような凹凸構造体として、入射光の波長以下の平均周期を有する柱状構造が形成された回折光学素子が開示されている。また、下記の特許文献１には、該回折光学素子を、レーザ干渉露光法を用いて空間選択的に露光を行うことで形成することが開示されている。

特開２００７－５７６２２号公報

しかし、上記の特許文献１に開示された光学回折素子は、凹凸構造がレーザ干渉露光法によって形成されるため、レーザ光の干渉パターンに対応する凹凸構造以外の任意の凹凸構造を形成することができなかった。特に、上記の特許文献１に開示された光学回折素子は、複数の凹部又は凸部から構成される凹凸集合体をさらに複数配列させたような複雑な凹凸構造を取り得なかった。

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、より複雑な凹凸構造を備える凹凸構造体、該凹凸構造体が設けられた光学部材、及び該凹凸構造体が設けられた電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基材の表面に設けられた複数の凹部又は凸部から構成される集合構造を複数備え、前記基材の表面にて前記凹部又は凸部が占める領域の平均幅は、可視光帯域に属する波長以下である、凹凸構造体が提供される。

前記基材の表面にて前記凹部又は凸部が占める領域の平均幅をａとし、前記凹部又は凸部の前記基材の表面と対向する底面又は天頂面の平均幅をｂとし、前記凹部又は凸部の前記基材の表面に対して垂直方向の長さをｈとする場合、前記基材の表面から前記垂直方向にｈ／２離れた位置における前記凹部又は凸部の断面の平均幅は、（ａ＋ｂ）／２以上であってもよい。

前記集合構造内で隣接する前記凹部又は凸部の重心間の平均距離は、該凹部又は凸部が前記基材の表面にて占める領域の平均幅をそれぞれｘ_１及びｘ_２とする場合に、０．６５（ｘ_１／２＋ｘ_２／２）以上２．０（ｘ１／２＋ｘ_２／２）以下であってもよい。

前記集合構造全体の平均幅は、０．２μｍ以上であってもよい。

前記基材の表面にて前記凹部又は凸部が占める領域の形状は、略円形状であってもよい。

前記集合構造内において、前記凹部又は凸部の前記基材の表面に対して垂直方向の長さの各々は、中心値が異なる少なくとも２以上のグループのいずれかに属してもよい。

前記集合構造内において、前記凹部又は凸部が前記基材の表面にて占める領域の平均幅の各々は、中心値が異なる少なくとも２以上のグループのいずれかに属してもよい。

前記凹部又は凸部の前記基材の表面に対して垂直方向の長さは、前記集合構造内で段階的に変化してもよい。

前記凹部又は凸部が前記基材の表面にて占める領域の平均幅は、前記集合構造内で段階的に変化してもよい。

前記凹部又は凸部の前記基材の表面に対して垂直方向の長さは、前記集合構造内で不規則に変化してもよい。

前記凹部又は凸部が前記基材の表面にて占める領域の平均幅は、前記集合構造内で不規則に変化してもよい。

前記集合構造の各々は、規則的に配列されてもよい。

前記集合構造の各々は、不規則的に配列されてもよい。

前記集合構造内において、前記凹部又は凸部の各々は、最密充填配置にて設けられてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記の凹凸構造体を用いた、又は前記凹凸構造体を転写した転写物を用いた、光学部材が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記の凹凸構造体を用いた、又は前記凹凸構造体を転写した転写物を用いた、電子機器が提供される。

上記構成によれば、凹凸部の配置及び垂直長さを高い精度及び高い再現性で制御することができる。

以上説明したように本発明によれば、より複雑な凹凸構造を備える凹凸構造体、該凹凸構造体が設けられた光学部材、及び該凹凸構造体が設けられた電子機器を提供することができる。

凹凸構造体が形成される基材を厚み方向に切断した断面図を示す。 凹凸構造体が形成される基材の一主面を垂直な方向から平面視した平面図を示す。 凹凸部の一例である凸部の具体的な構成を示す断面図である。 凹凸部の他の例である凹部の具体的な構成を示す断面図である。 凹凸部の各々の配置間隔を説明する平面図である。 凹凸部の大きさが同じ場合、又は凹凸部の大きさが異なる場合における凹凸部の配置の一例を示す模式図である。 凹凸構造体の一例を模式的に示す断面図及び平面図である。 凹凸構造体の他の例を模式的に示す断面図及び平面図である。 凹凸構造体の他の例を模式的に示す断面図及び平面図である。 凹凸構造体の他の例を模式的に示す断面図及び平面図である。 凹凸構造体の他の例を模式的に示す断面図及び平面図である。 実施例１～９に係る凹凸構造体における集合構造の模式的な斜視図である。 実施例１～９に係る凹凸構造体の模式的な平面図である。 比較例１に係る凹凸構造体における集合構造の模式的な斜視図である。 比較例１に係る凹凸構造体の模式的な平面図である。 実施例１における凸部の模式的な断面形状を示す説明図である。 実施例２における凸部の模式的な断面形状を示す説明図である。 実施例３における凸部の模式的な断面形状を示す説明図である。 実施例４における凸部の模式的な断面形状を示す説明図である。 実施例５における凸部の模式的な断面形状を示す説明図である。 実施例８における凸部の模式的な断面形状を示す説明図である。 実施例９における凸部の模式的な断面形状を示す説明図である。

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。

<１．凹凸構造体の構成>
まず、図１Ａ及び図１Ｂを参照して、本発明の一実施形態に係る凹凸構造体の構成について説明する。図１Ａは、本実施形態に係る凹凸構造体の縦構造の一例を示す断面図であり、図１Ｂは、本実施形態に係る凹凸構造体の平面構造の一例を示す平面図である。なお、図１Ａは、凹凸構造体が形成される基材を厚み方向に切断した断面図を示し、図１Ｂは、凹凸構造体が形成される基材の一主面を垂直な方向から平面視した平面図を示す。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、凹凸構造体２０は、シート状の基材１０の一主面に、凹凸部２００を複数集合させた集合構造２１０が複数配列されることで構成される。

凹凸構造体２０は、例えば、光学部材として用いられる。凹凸構造体２０は、例えば、導光板、光拡散板、マイクロレンズアレイ、フレネルレンズアレイ、回折格子、又は反射防止フィルムなどの光学部材として用いられてもよい。また、凹凸構造体２０を光学部材として用いる場合、凹凸構造体２０は、例えば、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、テレビジョン装置、ウェアラブルデバイス、スマートフォン又はタブレット端末などの電子機器に用いられてもよい。

基材１０は、例えば、透明性を有する材料で構成される。基材１０は、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタアクリレート、トリアセチルセルロース（ＴｒｉＡｃｅｔｙｌｅＣｅｌｌｕｌｏｓｅ：ＴＡＣ）、環状オレフィンポリマー（Ｃｙｃｌｉｃ Ｏｌｅｆｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＣＯＰ）若しくは環状オレフィンコポリマー（Ｃｙｃｌｉｃ Ｏｌｅｆｉｎ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ：ＣＯＣ）などの有機樹脂、又は石英ガラス、ソーダライムガラス若しくは鉛ガラスなどの透明なガラス材料にて構成されてもよい。なお、「透明」とは、可視光帯域（おおよそ３６０ｎｍ～８３０ｎｍ）に属する波長を有する光の透過率が高い（例えば、光の透過率が７０％以上である）ことを表す。

凹凸部２００は、基材１０の厚み方向に落ち窪んだ凹構造、又は基材１０の厚み方向に突出した凸構造である。なお、図２Ｂ以外では、凹凸部２００として凸構造のみを図示するが、凹凸部２００は凹構造であってもよいことは言うまでもない。このような凹凸構造体２０の凹凸形状が反転した構造体は、例えば、凹凸構造体２０を原盤（又はレプリカ原盤）とするインプリント技術を用いて、有機樹脂等に凹凸形状を転写することで容易に形成することができる。

凹凸部２００の基材１０の表面に対して垂直方向の長さ（すなわち、凹部の深さ又は凸部の高さ。以下では垂直長さとも称する）は、中心値が異なる少なくとも２以上のグループのいずれかに属するように設けられる。例えば、図１Ａに示すように、凹凸部２００は、垂直長さが最も長い第１の凸部２２２と、垂直長さが最も短い第３の凸部２２６と、垂直長さが第１の凸部２２２及び第３の凸部２２６の中間である第２の凸部２２４と、を含んでもよい。第１の凸部２２２、第２の凸部２２４、及び第３の凸部２２６は、垂直長さが形成ばらつき以上の差を有するように設けられ、集合構造２１０は、異なる垂直長さにて設けられた複数種の凹凸部２００を含むように設けられる。すなわち、凹凸部２００の各々は、ランダムな垂直長さに形成されるのではなく、所望の垂直長さとなるように制御されて形成され得る。なお、凹凸部２００は、４種以上の垂直長さにて設けられてもよいことは言うまでもない。

ここで、凹凸部２００の基材１０の表面にて占める領域の大きさは、凹凸部２００の垂直長さが長くなるほど、より大きくなるように設けられ得る。例えば、第１の凸部２２２は、基材１０の表面にて占める領域の大きさが最も大きくなるように形成され、第３の凸部２２６は基材１０の表面にて占める領域の大きさが最も小さくなるように形成され、第２の凸部２２４は基材１０の表面にて占める領域の大きさが第１の凸部２２２及び第３の凸部２２６の中間の大きさとなるように形成されてもよい。すなわち、凹凸部２００は、垂直長さが大きくなるほど、基材１０の表面にて占める領域が大きくなるように設けられてもよい。したがって、凹凸部２００の基材１０の表面にて占める領域の大きさも、中心値が異なる少なくとも２以上のグループのいずれかに属するように設けられることになる。

なお、異なる垂直長さにて形成された複数種の凹凸部２００（図１Ａでは、第１の凸部２２２、第２の凸部２２４、及び第３の凸部２２６）の各々は、１つの集合構造２１０内に少なくとも１種以上設けられていればよい。例えば、１つの集合構造２１０は、第１の凸部２２２、第２の凸部２２４、及び第３の凸部２２６の各々をすべて含むように構成されてもよい。または、１つの集合構造２１０は、第１の凸部２２２、第２の凸部２２４、及び第３の凸部２２６のいずれかにて構成されてもよい。集合構造２１０内にて、第１の凸部２２２、第２の凸部２２４、及び第３の凸部２２６の各々が設けられる数及び配置は、集合構造２１０又は凹凸構造体２０が実現する機能に基づいて、適宜制御することが可能である。

例えば、集合構造２１０は、集合構造２１０内で凹凸部２００の垂直長さが段階的に変化するように構成されてもよい。すなわち、集合構造２１０は、所定の方向に沿って凹凸部２００の垂直長さが徐々に変化するように設けられてもよい。具体的には、凹凸部２００の垂直長さは、集合構造２１０全体で所定の方向に沿って弧を描くように、又は直線となるように変化してもよい。同様に、集合構造２１０は、凹凸部２００の基材１０の表面にて占める領域の大きさ又は平均幅も段階的に変化するように構成されてもよい。

または、例えば、集合構造２１０は、凹凸部２００の垂直長さが不規則に変化するように構成されてもよい。すなわち、集合構造２１０は、凹凸部２００の垂直長さがランダムに変化するように設けられてもよい。具体的には、凹凸部２００の垂直長さは、集合構造２１０全体で規則性が見られないように変化してもよい。同様に、集合構造２１０は、凹凸部２００の基材１０の表面にて占める領域の大きさ又は平均幅もランダムに変化するように構成されてもよい。

集合構造２１０は、複数の凹凸部２００が集合することで構成される。例えば、図１Ｂに示すように、集合構造２１０は、基材１０の表面における平面形状が略円形状である複数の凹凸部２００が最密充填配置されることで構成されてもよい。このような場合、集合構造２１０の全体の平均幅は、例えば、少なくとも０．２μｍ以上に形成され、好ましくは可視光帯域に属する波長よりも大きく形成され得る。集合構造２１０の各々は、凹凸部２００の各々の間隔よりも広い間隔で互いに離隔されてもよく、例えば、可視光帯域に属する波長よりも大きい間隔で互いに離隔されてもよい。

基材１０の表面にて凹凸部２００が占める領域の平面形状は、上述したように、略円形状であってもよいが、例えば、楕円形状、又は多角形形状などであってもよい。また、集合構造２１０内における凹凸部２００の配置は、上述したように最密充填配置であってもよいが、四方格子状配置、六方格子状配置、又は千鳥格子状配置などであってもよい。基材１０の表面における凹凸部２００の平面形状、及び凹凸部２００の集合構造２１０内における配置は、集合構造２１０又は凹凸構造体２０が実現する機能に基づいて、適宜制御することが可能である。

凹凸部２００の各々は、基材１０の表面における領域の平均幅が可視光帯域に属する波長以下となるように設けられてもよい。また、集合構造２１０内での凹凸部２００の各々の間隔は、同様に、可視光帯域に属する波長以下となるように設けられてもよい。具体的には、凹凸部２００の領域の平均幅及び間隔は、１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であってもよい。凹凸部２００の領域の平均幅及び間隔が上記の範囲である場合、集合構造２１０及び凹凸構造体２０は、可視光帯域に属する入射光の反射を抑制する、いわゆるモスアイ構造として機能することができる。

集合構造２１０の各々は、規則的に配列されてもよい。例えば、図１Ｂに示すように、集合構造２１０の各々は、凹凸部２００の構成及び配置が同一の集合構造２１０が所定の間隔を置いて規則的に配列されてもよい。または、集合構造２１０の各々は、不規則的に配列されてもよい。例えば、集合構造２１０の各々は、互いにランダムな大きさの間隔を置いて不規則的に配列されてもよい。集合構造２１０の各々の配列は、凹凸構造体２０が実現する機能に基づいて、適宜制御することが可能である。

<２．凹部又は凸部の構成>
続いて、図２Ａ～図４を参照して、集合構造２１０内における凹凸部２００の構成について、より具体的に説明する。

まず、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、凹凸部２００の具体的な構成について説明する。図２Ａは、凹凸部２００の一例である凸部２００１の具体的な構成を示す断面図であり、図２Ｂは、凹凸部２００の他の例である凹部２００２の具体的な構成を示す断面図である。なお、図２Ａ及び図２Ｂでは、凸部２００１及び凹部２００２は、基材１０の面内方向に等方的な立体形状をしているものとする。

図２Ａに示すように、凸部２００１は、長球の回転楕円体を極付近及び赤道付近で回転軸と垂直な面で切断した立体形状にて設けられてもよい。換言すると、凸部２００１は、砲弾型の立体形状で設けられてもよい。

図２Ａにおいて、凸部２００１の基材１０の表面における幅をａとし、及び凸部２００１の天頂部の平坦面の幅をｂとし、基材１０の表面から凸部２００１の天頂部の平坦面までの距離（すなわち、凸部２００１の高さ）をｈとする。このとき、基材１０の表面からｈ／２の高さの凸部２００１の幅ｗは、（ａ＋ｂ）／２以上となることが好ましい。また、基材１０の表面からｈ／２の高さの凸部２００１の幅ｗは、（ａ＋ｂ）／２の１．２倍以上となることがより好ましい。

凸部２００１の形状が上述した条件を満たす場合、凸部２００１は、基材１０の表面から天頂部へ向かう輪郭が外側に膨らんだ立体形状で設けられることになる。このような形状の凸部２００１によれば、集合構造２１０及び凹凸構造体２０の反射防止特性をより向上させることができる。なお、ｗの上限は特に限定しないが、凸部２００１の形状を考慮すると、ｗの上限は例えばａである。ただし、凹凸構造体２０の反射防止特性を考慮すると、ｗは、例えば、（ａ＋ｂ）／２の１．４１倍以下であることが好ましい。しかしながら、ｗの上限は、凹凸構造体２０の用途によって、適宜選択することが可能である。

一方、図２Ｂに示すように、凹部２００２は、図２Ａで示した凸部２００１を基材１０の表面を対称面として上下反転させた形状にて設けられてもよい。例えば、凹部２００２は、底面が平坦なお椀型の窪み形状にて設けられてもよい。

図２Ｂにおいて、凹部２００２の基材１０の表面における幅をａとし、及び凹部２００２の底部の平坦面の幅をｂとし、基材１０の表面から凹部２００２の底部の平坦面までの距離（すなわち、凹部２００２の深さ）をｈとする。このとき、基材１０の表面からｈ／２の深さの凹部２００２の幅ｗは、凸部２００１の場合と同様に、（ａ＋ｂ）／２以上となることが好ましい。また、基材１０の表面からｈ／２の深さの凹部２００２の幅ｗは、凸部２００１の場合と同様に、（ａ＋ｂ）／２の１．２倍以上となることがより好ましい。

凹部２００２の形状が上述した条件を満たす場合、凹部２００２は、基材１０の表面から底部へ向かう輪郭が外側に膨らんだ立体形状で設けられることになる。このような形状の凹部２００２を備える集合構造２１０及び凹凸構造体２０は、凹凸形状を反転させた転写物の反射防止特性をより向上させることができる。なお、ｗの上限は特に限定しないが、凹部２００２の形状を考慮すると、ｗの上限は例えばａである。ただし、凹凸構造体２０の反射防止特性を考慮すると、ｗは、例えば、（ａ＋ｂ）／２の１．４１倍以下であることが好ましい。しかしながら、ｗの上限は、凹凸構造体２０の用途によって、適宜選択することが可能である。

次に、図３及び図４を参照して、集合構造２１０内における凹凸部２００の配置の具体的な構成について説明する。図３は、凹凸部２００の各々の配置間隔を説明する平面図である。図４は、凹凸部２００の大きさが同じ場合、又は凹凸部２００の大きさが異なる場合における凹凸部２００の配置の一例を示す模式図である。

図３を参照して、隣接する凹凸部２００の配置間隔について説明する。図３に示すように、１つの凹凸部２００－１の基材１０の表面における幅をｘ_１、凹凸部２００－１に隣接する凹凸部２００－２の基材１０の表面における幅をｘ_２とする。このとき、凹凸部２００－１の重心と、凹凸部２００－２の重心との平均距離ｉは、０．６５（ｘ_１／２＋ｘ_２／２）以上２．０（ｘ_１／２＋ｘ_２／２）以下となることが好ましい。また、凹凸部２００－１の重心と、凹凸部２００－２の重心との平均距離ｉは、０．８（ｘ_１／２＋ｘ_２／２）以上１．２（ｘ_１／２＋ｘ_２／２）以下となることがより好ましい。

隣接する凹凸部２００の重心間の平均距離ｉが上述した条件を満たす場合、隣接する凹凸部２００は、互いに適切な重なり又は間隔を置いて設けられることになるため、集合構造２１０及び凹凸構造体２０の反射防止特性をより向上させることができる。例えば、重心間の平均距離ｉが０．６５（ｘ_１／２＋ｘ_２／２）未満である場合、隣接する凹凸部２００は、互いの重なりが大きくなりすぎることで凹凸部２００の実質的な垂直長さが減少し、集合構造２１０及び凹凸構造体２０の反射防止特性が低下するため好ましくない。また、重心間の平均距離ｉが２．０（ｘ_１／２＋ｘ_２／２）超である場合、隣接する凹凸部２００は、互いの間隔が大きくなりすぎることで凹凸部２００の間の平坦面が増加し、集合構造２１０及び凹凸構造体２０の反射防止特性が低下するため好ましくない。

なお、凹凸部２００の基材１０の表面における平面形状が円又は楕円である場合、上記のｘ_１及びｘ_２は、凹凸部２００の平面形状の円又は楕円の直径又は長径であり得る。また、このような場合、凹凸部２００の重心は、凹凸部２００の平面形状の円又は楕円の中心であり得る。一方、凹凸部２００の基材１０の表面における平面形状が多角形である場合、上記のｘ_１及びｘ_２は、凹凸部２００の平面形状の多角形の外接円の直径であってもよい。また、このような場合、凹凸部２００の重心は、凹凸部２００の平面形状の外接円の中心であってもよい。

図４を参照して、複数の凹凸部２００の各々の間隔について説明する。図４に示すように、例えば、凹凸部２００の基材１０の表面に占める領域の大きさが略一定である場合（凹凸部２００Ａの場合）、凹凸部２００Ａは、最密充填配置となるように、凹凸部２００の基材１０の表面に占める領域の大きさと同じ間隔を置いて設けられてもよい。

例えば、凹凸部２００の基材１０の表面に占める領域の大きさが変動する場合（凹凸部２００Ｂの場合）、凹凸部２００Ｂは、一定の間隔を置いて設けられてもよい。このような場合、凹凸部２００Ｂは、最密充填配置にはならないものの、凹凸部２００Ｂの形成が容易になる。

例えば、凹凸部２００の基材１０の表面に占める領域の大きさが変動する場合（凹凸部２００Ｃの場合）、凹凸部２００Ｃは、凹凸部２００の各々の基材１０の表面に占める領域の大きさに応じて制御された間隔を置いて設けられてもよい。このような場合、凹凸部２００Ｃは、凹凸部２００の基材１０の表面に占める領域の大きさが変動する場合でも、最密充填配置を実現することができる。本実施形態によれば、凹凸部２００の各々の配置及び基材１０の表面における大きさを高い精度で制御することができる。したがって、凹凸部２００の基材１０の表面に占める領域の大きさが変動する場合（凹凸部２００Ｃの場合）でも、凹凸部２００を最密充填配置にて形成することが可能である。

以上に説明したように、凹凸構造体２０の凹凸部２００は、複数種の異なる垂直長さにて形成される。すなわち、凹凸部２００の垂直長さは、中心値が異なる複数のグループのいずれかに属するように設けられる。したがって、凹凸構造体２０では、凹凸部２００の各々の垂直長さは、凹凸部２００ごとに所定の垂直長さになるように高い精度で制御されることになる。また、凹凸構造体２０は、複数の凹凸部２００から構成される集合構造２１０が互いに離隔されるように設けられる。このため、凹凸部２００の形成位置は、集合構造２１０内と、集合構造２１０間とで異なる間隔で設けられるように高い精度で制御されることになる。したがって、本実施形態に係る凹凸構造体２０は、より複雑な凹凸形状を備えることができる。

<３．凹凸構造体の具体例>
次に、図５～図９を参照して、本実施形態に係る凹凸構造体２０の具体例について説明する。図５～図９は、本実施形態に係る凹凸構造体２０の一例を模式的に示す断面図及び平面図である。なお、図５～図９の平面図では、ドットハッチングが濃い円ほど、より高さが高い凸部に対応することを表す。

（第１の具体例）
図５に示すように、凹凸構造体２１は、凸部２０１を四方格子状に配列した集合構造２１１が所定の間隔を置いて設けられた構造であってもよい。凹凸構造体２１では、集合構造２１１内の凸部２０１の高さが第１の方向に段階的に増加又は減少するように設けられ、第１の方向と直交する第２の方向では、凸部２０１の高さが略同一の高さとなるように設けられる。したがって、図５に示す凹凸構造体２１では、集合構造２１１は、第１の方向において全体として三角波様（のこぎり歯様）の形状を示す構造として形成され得る。このような凹凸構造体２１は、例えば、モスアイ構造による反射防止能を備えた回折素子として用いることが可能である。

（第２の具体例）
図６に示すように、凹凸構造体２２は、凸部２０２を四方格子状に配列した集合構造２１２が所定の間隔を置いて設けられた構造であってもよい。凹凸構造体２２では、集合構造２１２内の凸部２０２の高さが集合構造２１２の中央に向かうほど段階的に増加するように設けられる。したがって、図６に示す凹凸構造体２２では、集合構造２１２は、全体として凸レンズ様の形状を示す構造として形成され得る。このような凹凸構造体２２は、例えば、モスアイ構造による反射防止能を備えたマイクロレンズアレイとして用いることが可能である。

（第３の具体例）
図７に示すように、凹凸構造体２３は、凸部２０３を四方格子状に配列した集合構造２１３が所定の間隔を置いて設けられた構造であってもよい。凹凸構造体２３では、集合構造２１３内の凸部２０３の高さが集合構造２１３の中央に向かうほど段階的に増加するように設けられ、かつ凸部２０３の高さが所定の範囲に収まるように同心円状に高さが減少する形状にて設けられる。したがって、図７に示す凹凸構造体２３では、集合構造２１３は、全体としてフレネルレンズ様の形状を示す構造として形成され得る。このような凹凸構造体２３は、例えば、モスアイ構造による反射防止能を備えたフレネルレンズアレイとして用いることが可能である。

（第４の具体例）
図８に示すように、凹凸構造体２４は、凸部２０４を四方格子状に配列した集合構造２１４が所定の間隔を置いて設けられた構造であってもよい。凹凸構造体２４では、集合構造２１４内の凸部２０４の高さが不規則に（ランダムに）なるように設けられる。ただし、凸部２０４の高さは、中心値が異なる複数のグループのいずれかに属するように設けられるため、より厳密には、異なる高さを有する凸部２０４の配置が集合構造２１４内で不規則に（ランダムに）なるように設けられる。したがって、図８に示す凹凸構造体２４では、集合構造２１４は、全体として凸部２０４の高さが不規則なモスアイ構造として形成され得る。このような凹凸構造体２４は、例えば、干渉光及び回折光が少ない反射防止フィルム又は光拡散板として用いることが可能である。

（第５の具体例）
図９に示すように、凹凸構造体２５は、凸部２０５を不規則的な（ランダムな）配置にて配列した集合構造２１５が所定の間隔を置いて設けられた構造であってもよい。凹凸構造体２５では、図８に示した凹凸構造体２４と同様に、異なる高さを有する凸部２０５の配置が集合構造２１５内で不規則に（ランダムに）なるように設けられる。したがって、図９に示す凹凸構造体２５では、集合構造２１５は、全体として凸部２０５の高さ及び配置が不規則なモスアイ構造として形成され得る。凹凸構造体２５は、例えば、干渉光及び回折光がより少ない反射防止フィルム又は光拡散板として用いることが可能である。なお、図８に示す凹凸構造体２５は、図８に示す凹凸構造体２４よりも規則性が低いため、意図しない回折光又は干渉光の発生をより抑制することができる。

<４．凹凸構造体の製造方法>
続いて、本実施形態に係る凹凸構造体２０の製造方法について簡単に説明する。

本実施形態に係る凹凸構造体２０は、レーザ光による熱リソグラフィを用いて、基材１０の外周面に凹凸構造に対応するレジストパターンを形成した後、該レジストパターンをマスクとして基材１０をエッチングすることで製造することができる。

または、本実施形態に係る凹凸構造体２０は、電子線描画装置などを用いた電子線リソグラフィ、フォトリソグラフィを用いたマルチパターニング、又はダイヤモンドバイトを用いた超微細切削加工などの公知の微細加工技術を用いて製造されてもよい。

さらには、本実施形態に係る凹凸構造体２０は、上述した製造方法にて形成された凹凸構造体２０を原盤として用いたインプリント技術によって製造されてもよい。具体的には、凹凸構造体２０（すなわち、原盤）をシート状の樹脂等に押圧し、表面の凹凸形状を転写することで原盤と凹凸形状が反転した転写物を製造してもよい。

以下では、実施例及び比較例を参照しながら、本実施形態に係る凹凸構造体について、さらに具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本実施形態に係る凹凸構造体及びその製造方法の実施可能性及び効果を示すための一条件例であり、本実施形態に係る凹凸構造体及びその製造方法が以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１～９）
以下の工程により、実施例１～９に係る凹凸構造体に対応する原盤を作製し、インプリント技術を用いて、作製した原盤の転写物（実施例１～９に係る凹凸構造体）を作製した。

具体的には、まず、円筒形状の石英ガラスにて構成された基材（軸方向長さ１００ｍｍ、外周面の肉厚４．５ｍｍ）の外周面に、スパッタ法でタングステン酸化物を５５ｎｍにて成膜し、レジスト層を形成した。次に、露光装置を用いて、波長４０５ｎｍの半導体レーザ光源からのレーザ光によって熱リソグラフィを行い、実施例１～９の各々に対応する潜像をレジスト層に形成した。

続いて、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）２．３８質量％水溶液（東京応化工業社製）を用いて、露光後の基材を２７℃、９００秒で現像処理することにより、潜像部分のレジスト層を溶解し、実施例１～９の各々に対応する凹凸構造をレジスト層に形成した。次に、現像後のレジスト層をマスクにして、ＣＨＦ_３ガス（３０ｓｃｃｍ）を用いて、ガス圧０．５Ｐａ、投入電力１５０Ｗにて反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）を行い、基材を３０分間エッチングした。その後、残存したレジスト層を除去した。

以上の工程により、外周面に凹凸構造が形成された原盤を作製し、作製した原盤を用いて転写物を作製した。具体的には、転写装置を用いて、原盤の外周面に形成された凹凸構造を紫外線硬化樹脂に転写することで、実施例１～９に係る転写物を作製した。なお、転写物のシート状基材には、ポリエチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＥＴ）フィルムを用い、紫外線硬化樹脂は、メタルハライドランプにより、１０００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を１分間照射することで硬化させた。

（比較例１）
マスクを用いた露光によるフォトリソグラフィを用いて比較例１に対応する潜像をレジスト層に形成した以外は、実施例１～９と同様の方法にて転写物（比較例１に係る凹凸構造体）を作製した。

ここで、実施例１～９に係る凹凸構造体に形成された凹凸構造の模式的な形状を図１０Ａ及び図１０Ｂに示し、比較例１に係る凹凸構造体に形成された凹凸構造の模式的な形状を図１１Ａ及び図１１Ｂに示す。図１０Ａは、実施例１～９に係る凹凸構造体における集合構造の模式的な斜視図であり、図１０Ｂは、実施例１～９に係る凹凸構造体の模式的な平面図である。図１１Ａは、比較例１に係る凹凸構造体における集合構造の模式的な斜視図であり、図１１Ｂは、比較例１に係る凹凸構造体の模式的な平面図である。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、実施例１～９に係る凹凸構造体は、複数の凸部を集合した集合構造を複数配列することで設けられる。具体的には、凹凸構造体は、基材の表面から垂直方向に突出する凸部が平面上に最密充填となるように配置された集合構造の各々が互いに離隔して配列することで設けられる。集合構造は、中心に位置する凸部の方が段階的に高くなるように設けられることにより、全体として凸レンズ様の形状となるように設けられる。

ここで、実施例１～９に係る凹凸構造体は、以下の表１で示すように、凸部の立体形状、及び隣接する凸部の重心間の平均距離がそれぞれ異なる。ただし、実施例１～９に係る凹凸構造体は、全体として同一の凸レンズ様の形状となるように設けられる。

図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、比較例１に係る凹凸構造体は、基材の表面から垂直方向に突出する単一の凸部を複数配列することで設けられる。具体的には、凹凸構造体は、円錐を底面に平行な平面で切断し、小円錐部分を除いた円錐台の形状を互いに離隔して配列することで設けられる。したがって、比較例１に係る凹凸構造体、及び実施例１～９に係る凹凸構造体は、凸レンズ様の構造体が単一の凸部で構成されるか、又は複数の凸部から構成されるかという点で互いに相違する。

（評価結果）
上記で作製した実施例１～９及び比較例１に係る凹凸構造体の評価を行った。具体的には、実施例１～９及び比較例１に係る凹凸構造体の微細構造の形状を原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）及び走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）にて観察した。

また、実施例１～９に係る凹凸構造体では、ＡＦＭによって凸部の形状を計測し、凸部の天頂部の平坦面の平均幅ｂ、基材表面における凸部の領域の平均幅ａ、及び凸部の高さをｈとした場合のｈ／２における凸部の平均幅ｗを算出した。さらに、実施例１～９に係る凹凸構造体では、ＳＥＭによって隣接する凸部の重心間の平均距離を算出した。なお、ａ、ｂ、ｗ、重心間の平均距離は、１つの集合構造内での凸部の各々の平均値として算出した。

さらに、分光光度計（日本分光社製Ｖ５００）を用いて、実施例１～９及び比較例１に係る凹凸構造体の表面反射スペクトルを測定した。下記の表１では、波長３８０ｎｍ～７８０ｎｍの間での反射率の最小値を示す。なお、波長３８０ｎｍ～７８０ｎｍの間での反射率の最小値は、１％以下となることがより好ましい。

以下の表１にて、実施例１～９に係る凹凸構造体の凸部の形状及び重心間距離の測定結果、及び実施例１～９及び比較例１に係る凹凸構造体の反射率の測定結果を示す。また、ＡＦＭの測定結果から判断した実施例１～５、実施例８～９に係る原盤における凹部（転写物では凸部に対応する）の模式的な断面形状を図１２Ａ～図１２Ｇに示す。図１２Ａ～図１２Ｇは、それぞれ、実施例１～５、実施例８～９に係る原盤における凹部（転写物では凸部に対応する）の模式的な断面形状を示す説明図である。なお、図１２Ａ～図１２Ｇに示す形状は、模式的なものであるため、実際の原盤又は転写物の凹凸構造の形状とは完全には一致しないことがあり得る。

表１の結果を参照すると、実施例１～９に係る凹凸構造体は、凸レンズ様の構造体が複数の凸部が集合した集合構造として形成されているため、比較例１に係る凹凸構造体と比較して、反射率が低下することがわかる。すなわち、実施例１～９に係る凹凸構造体は、比較例１に係る凹凸構造体に対して、高い反射防止効果を得られることがわかる。

また、実施例１、４、５に係る凹凸構造体を比較すると、ｈ／２における凸部の幅ｗが（ａ＋ｂ）／２よりも小さくなり、凸部が細った形状になるほど反射率が増加し、反射防止効果が低下することがわかる。

また、実施例１、６～８に係る凹凸構造体を比較すると、重心間の平均距離が上述した好ましい範囲よりも狭い場合、凸部同士の重なりが増加し、凸部の実質的な高さが減少するため、反射率が増加し、反射防止効果が低下することがわかる。一方、実施例１、９に係る凹凸構造体を比較すると、重心間の平均距離が上述した好ましい範囲よりも広い場合、凸部の間の平坦部が増加するため、反射率が増加し、反射防止効果が低下することがわかる。

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。

例えば、本実施形態に係る凹凸構造体２０は、光学部材として用いることも可能であり、本実施形態に係る凹凸構造体２０を搭載した電子機器も本発明の範疇に含まれる。

１０ 基材
２０、２１、２２、２３、２４、２５ 凹凸構造体
２００ 凹凸部
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５ 凸部
２１０、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５ 集合構造

Claims (15)

1. 基材の表面に設けられた複数の凸部から構成される集合構造を複数備え、
   前記基材の表面にて前記凸部が占める領域の平均幅は、可視光帯域に属する波長以下であり、
   前記集合構造内において、前記凸部の高さが前記集合構造の中央に向かうほど段階的に増加し、かつ、前記集合構造の外周側で前記凸部の高さが所定の範囲に収まるように同心円状に減少するように前記凸部が設けられており、前記集合構造は、全体としてフレネルレンズ様の構造体として形成されており、
   前記個々の集合構造が、それぞれ１つのフレネルレンズとして機能し、かつ、前記集合構造それぞれを構成する前記複数の凸部が、反射防止機能を有するモスアイ構造として機能し、かつ、前記複数の集合構造からなる凹凸構造体の全体が、前記モスアイ構造による反射防止機能を兼ね備えたフレネルレンズアレイとして機能するよう構成され、
   前記複数の集合構造は、前記基材の表面上に相互に離隔して配列されており、
   相互に隣接する前記複数の集合構造の間隔は、個々の前記集合構造内において相互に隣接する前記複数の凸部の間隔よりも広い、凹凸構造体。
2. 基材の表面に設けられた複数の凸部から構成される集合構造を複数備え、
   前記基材の表面にて前記凸部が占める領域の平均幅は、可視光帯域に属する波長以下であり、
   前記集合構造内において、前記凸部の高さが前記集合構造の第１の方向に沿って段階的に増加又は減少するように前記凸部が設けられており、前記集合構造は、全体として三角波様の構造体として形成されており、
   前記個々の集合構造が、それぞれ１つの回折格子として機能し、かつ、前記集合構造それぞれを構成する前記複数の凸部が、反射防止機能を有するモスアイ構造として機能し、かつ、前記複数の集合構造からなる凹凸構造体の全体が、前記モスアイ構造による反射防止機能を兼ね備えた回折素子として機能するよう構成され、
   前記複数の集合構造は、前記基材の表面上に相互に離隔して配列されており、
   相互に隣接する前記複数の集合構造の間隔は、個々の前記集合構造内において相互に隣接する前記複数の凸部の間隔よりも広い、凹凸構造体。
3. 相互に隣接する前記複数の集合構造の間は、平坦面である、請求項１又は２に記載の凹凸構造体。
4. 前記基材の表面にて前記凸部が占める領域の平均幅をａとし、前記凸部の前記基材の表面と対向する天頂面の平均幅をｂとし、前記凸部の前記基材の表面に対して垂直方向の長さをｈとする場合、
   前記基材の表面から前記垂直方向にｈ／２離れた位置における前記凸部の断面の平均幅は、（ａ＋ｂ）／２以上である、請求項１～３のいずれか一項に記載の凹凸構造体。
5. 前記集合構造内で隣接する前記凸部の重心間の平均距離は、該凸部が前記基材の表面にて占める領域の平均幅をそれぞれｘ_１及びｘ_２とする場合に、０．６５（ｘ_１／２＋ｘ_２／２）以上２．０（ｘ_１／２＋ｘ_２／２）以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の凹凸構造体。
6. 前記集合構造全体の平均幅は、０．２μｍ以上である、請求項１～５のいずれか一項に記載の凹凸構造体。
7. 前記基材の表面にて前記凸部が占める領域の形状は、略円形状である、請求項１～６のいずれか一項に記載の凹凸構造体。
8. 前記凸部の高さは、前記集合構造内で段階的に変化する、請求項１～７のいずれか一項に記載の凹凸構造体。
9. 前記凸部が前記基材の表面にて占める領域の平均幅は、前記集合構造内で段階的に変化する、請求項１～７のいずれか一項に記載の凹凸構造体。
10. 前記凸部が前記基材の表面にて占める領域の平均幅は、前記集合構造内で不規則に変化する、請求項１～７のいずれか一項に記載の凹凸構造体。
11. 前記集合構造の各々は、規則的に配列される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の凹凸構造体。
12. 前記集合構造の各々は、不規則的に配列される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の凹凸構造体。
13. 前記集合構造内において、前記凸部の各々は、最密充填配置にて設けられる、請求項１～１２のいずれか一項に記載の凹凸構造体。
14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載の凹凸構造体を備える、光学部材。
15. 請求項１～１３のいずれか一項に記載の凹凸構造体を備える、電子機器。

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