Оптический элемент

Оптический элемент

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к оптическому элементу. Конкретнее, изобретение относится к оптическому элементу, в котором множество структур, сформированных из выступов или впадин, размещены на его поверхности с малым шагом, равным или меньше длины волны видимого света.

Уровень техники

Традиционно известны оптические элементы, включающие в себя светопропускающие подложки, состоящие из стекла, пластмассы или тому подобного, которые подвергаются поверхностной обработке для подавления отражения света поверхностью. В качестве такой обработки известен способ, в котором мелкие и плотные выступы и впадины (стрекозиный глаз) сформированы на поверхности оптического элемента (например, ссылка на «Optical and electrooptical engineering contact» (Оптический и электрооптический технический контакт). Vol.43, No. 11(2005), 630-637).

В общем, в случае, когда на поверхности оптического элемента выполнена форма с периодическими выступами и впадинами, когда свет проходит через эту поверхность, происходит дифракция, и благодаря этому количество прошедшего света, света, который проходит прямо, значительно снижается. Однако в случае, когда шаг формы с выступами и впадинами короче, чем длина волны проходящего света, дифракция не возникает, и можно получить полезный антиотражательный эффект для монохроматического света, соответствующего шагу, глубине или тому подобному этой формы с выступами и впадинами.

Поскольку структура типа "стрекозиный глаз" изготавливается путем воздействия электронным пучком, раскрыта структура типа "стрекозиный глаз" в виде мелких шатров (шаг: примерно 300 нм, глубина: примерно 400 нм) (например, в работе NTT Advanced Technology Corporation "Master mold for forming anti-reflective (moth-eye) structure having no wavelength dependency" (Исходная форма для образования антиотражательной структуры (стрекозиный глаз) без зависимости от длины волны), [online], [найдено 27 февраля 2008 года]. Internet<http://keytech.ntt-at.co.jp/nano/prd_0033.html>). Считается, что структура типа "стрекозиный глаз", например, должна изготавливаться следующим образом.

Сначала, формируется конфигурация из выступов и впадин путем фиксации электронного пучка на фоторезисте на кремниевой подложке, и эта кремниевая подложка протравливается с использованием конфигурации из выступов и впадин на фоторезисте в качестве маски. Таким образом, на поверхности подложки формируются мелкие структуры в виде шатров с размерами менее длины волны (шаг: примерно 300 нм, глубина: примерно 400 нм). Тем самым изготавливается кремниевая исходная форма (см. фиг.1А). Эти мелкие структуры размещены в конфигурации четырехугольной решетки или в конфигурации шестиугольной решетки.

Изготовленная таким образом кремниевая исходная форма может проявлять антиотражающий эффект для света с широким диапазоном длин волн. В частности, как показано на фиг.1В, когда мелкие структуры в виде шатров с размерами менее длины волны получены в форме шестиугольной решетки, высокий антиотражающий эффект (коэффициент отражения: 1% или менее) может быть получен в видимой области (см. фиг.2). На фиг.2 символы 1₁ и 1₂ указывают соответственно коэффициент отражения плоской части и коэффициент отражения структурированной части кремниевой исходной формы.

Затем изготавливается покрытая никелем матрица конечной кремниевой исходной формы (см. фиг.3). Как показано на фиг.4, на поверхности этой матрицы образуется конфигурация из выступов и впадин, перевернутая по отношению к конфигурации из выступов и впадин кремниевой исходной формы. Далее, с помощью этой матрицы конфигурация из выступов и впадин переносится на прозрачную поликарбонатную пластмассу. Благодаря этому получается запланированный оптический элемент (копия подложки). Этот оптический элемент может также проявлять антиотражающий эффект (коэффициент отражения: 1% или менее) (см. фиг.5). На фиг.5 символы 1₃ и 1₄ указывают соответственно коэффициент отражения в отсутствие указанной конфигурации и коэффициент отражения при наличии указанной конфигурации.

Однако воздействие электронным пучком имеет тот недостаток, что оно требует длительного времени работы и непригодно для промышленного производства. Формирование конфигурации из выступов и впадин путем фиксации электронным пучком и площадь, на которую можно воздействовать, зависят от величины тока электронного пучка и величины дозы, необходимой для резиста. Например, в случае, когда выполняется рисование с помощью пучка с током 100 пА, который используется при рисовании самой мелкой конфигурации на резисте, для которого требуется доза в несколько десятков микрокулонов на квадратный сантиметр, таком как каликсарен, даже если воздействие выполняется 24 часа, нельзя заполнить квадрат со стороной 200 мкм. Далее, для воздействия на квадрат размером 1 мм × 1 мм требуется 25 дней и считается, что такое воздействие ограничивается микроустройствами с размером в несколько сотен микрометров или менее.

Между тем, в случае, когда рисование выполняется с использованием пучка в 2 нА, что не намного больше, на химически усиленном резисте, на который можно воздействовать при примерно 100 мкК/см² или менее, таком как SAL601 или NEB-22, квадрат размером 2 нм × 2 нм можно зарисовать в течение одного часа или менее. Отметим, что требуемая доза изменяется в зависимости от подложки /условий проявки и т.п. В общем, для высокого разрешения требуется высокая величина дозы.

Однако даже в данном способе производства требуется достаточно много дней для обработки дисплея малого размера, что является недостатком, т.к. это неэффективно. Например, воздействие на область мобильного телефона с малым дисплеем (2,5 дюйма; 50,8 мм × 38,1 мм), который обычно используется в настоящее время, занимает 50,8×38,1/(2×2)=483,9 часов.

Технологическая группа Super-RENS, центр прикладных исследований оптики ближнего поля Национального института передовой промышленной науки и технологии (здесь и далее обозначаемый как «AIST»), добился успеха в разработке нанотехнологического устройства на основе метода термолитографии, в котором объединены способ литографии лазером видимого света с использованием полупроводникового лазера (длина волны: 406 нм) и термически нелинейный материал (например, см. работу Национального института AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) "Development of a Desktop Apparatus Enabling Nanometer-scale Microfabrication" (Разработка настольного устройства, обеспечивающего микропроизводство в масштабе нанометров) [online], [найдено 27 февраля 2008 года], Internet<http://aist.go.jp/aist_i/press_release/pr2006/pr20060306/pr20060306.html>).

Разработан метод высокоскоростной записи на дисковой подложке диаметром 12 см. Используя характеристики высокоскоростного недорогого метода производства оптических дисков на большой площади, AIST и Pulstec Industrial Co., Ltd., совместно работают над разработкой оптических элементов, имеющих мелкую структуру масштаба нанометров (структура типа стрекозиного глаза с малым отражением), которую можно изготавливать с высокой скоростью на большой площади и для изготовления которой можно снизить стоимость, и также работают над разработкой соответствующих устройств.

Метод термолитографии, в котором объединены способ литографии лазером видимого света и термически нелинейный материал, представляет собой способ, в котором используется температурное распределение, имеющее место в световом пятне. Когда подложка облучается светом, то, если эта подложка имеет свойство поглощать свет, световая энергия преобразуется в тепло. Свет, сфокусированный объективом на подложке, имеет Гауссово распределение интенсивности света, а распределение тепла, вырабатываемого благодаря поглощению света подложкой, имеет аналогичный профиль распределения температур.

Следовательно, при использовании в качестве светопоглощающего такого материала, который быстро изменяется благодаря теплу, вырабатываемому за счет поглощения света, возможно реализовать тонкую литографию с размером, равным или меньше диаметра светового пятна. В данном способе, когда изменение объема вещества вызывается в малой области фоторезиста путем термохимической реакции или тепловой диффузии вещества для выполнения литографии, трудно изготовить структуры с разрешением 100 нм или менее и с высоким значением отношения размеров, а также трудно достичь воспроизводимости. При этих обстоятельствах новые материал и технология обработки перепроверены и разработан метод термолитографии, который может надежно воспроизводить структуры в 100 нм или менее с высоким значением отношения размеров (аспектным отношением). Таким образом выполнено настольное устройство микрообработки с масштабом нанометров.

Устройство микрообработки в масштабе нанометров включает в себя вращательную ступень, одноосную ступень и узел автофокусировки, что обеспечивает высокоскоростную литографию в масштабе нанометров. Далее, для рисования лазерными пучками используется полупроводниковый лазер с длиной волны 405 нм, а в оптической системе для фокусировки света используется объектив с числовой апертурой (NA) 0,85, посредством чего реализуется весьма компактное устройство.

Фиг.6 показывает наноточечную структуру, сформированную устройством с описанной выше конфигурацией. Показанный на фиг.6 результат получен путем облучения голубым светом импульсного лазера при вращении со скоростью 6 м/с (2.600-3.600 об/мин) для выполнения рисования. За счет возбуждения лазерного пучка с частотой импульсов 60 МГц устройство может формировать точечную структуру в 50 нм, что равно или менее одной шестой размера пятна лазерного пучка, со скоростью 6 миллионов точек/с. Скорость рисования обычного устройства литографии электронным пучком или тому подобного составляет примерно 0,2 м/с, а потому описанное выше устройство может формировать мелкие структуры в масштабе нанометров со скоростью в 30 раз выше, чем у обычного устройства. Далее, за счет объединения этого метода со способом сухого травления, используемым в обработке полупроводников, возможно сформировать структуру наноотверстий с диаметром 100 нм и глубиной 500 нм или более по всей поверхности подложки при размере оптического диска (диаметр: 12 см). Таким образом, с помощью описанного выше устройства возможно изготавливать форму для нанопечати, имеющей мелкий рисунок масштаба нанометров, на большой площади, с высокой скоростью и низкой стоимостью.

Далее, фиг.7 показывает пример, в котором для снижения коэффициента отражения света изготовлена мелкая структура, включающая в себя дисковую подложку из SiO₂ диаметром 12 см, имеющую антиотражающую функцию. Хотя и можно изготовить антиотражающую наноструктуру с высокой скоростью на большой площади при низкой стоимости, коэффициент отражения близок к 2%, т.е. данная структура является не неотражающей структурой, а низкоотражающей структурой.

Причиной того, что получена низкоотражающая структура, считается то, что плотность (апертурное отношение) наноотверстий низкая (50% или менее) и высокое френелевское отражение на плоскости, не являющейся наноотверстием. В противоположность этому, как показано на фиг.1А и 1В, когда наноструктуры в виде шатров сформированы в очень плотной упаковке, в конфигурации шестиугольной решетки может быть реализован эффект отсутствия отражения.

Раскрытие изобретения

Техническая задача

Как описано выше, формирование конфигурации из выступов и впадин путем записи электронным пучком и площадь воздействия зависят от величины тока электронного пучка и величины дозы, необходимой для резиста. Однако, даже когда воздействие выполняется на химически усиленном резисте, на который можно воздействовать пучком в 2 нА при примерно 100 мкК/см² или менее, оно занимает длительное время примерно 20 дней для экспонирования площади в 2,5 дюйма. То есть при воздействии электронным пучком требуется значительно больше дней для экспонирования даже малого размера дисплея, что является недостатком будучи неэффективным. Кроме того, даже в антиотражающем приборе, изготовленном за длительный период времени, если этот прибор имеет структуры с традиционными формами, имеются ограничения по антиотражающей способности.

В отношении разработки оптического элемента с мелкой структурой в масштабе нанометров (структура типа стрекозиного глаза с малым отражением) на основе метода термолитографии, в котором объединены способ литографии лазером видимого света, использующий полупроводниковый лазер (длина волны: 406 нм), и термически нелинейный материал и при котором используются характеристики высокоскоростного недорогого метода изготовления оптических дисков с большой площадью, возможно изготовление оптического элемента при высокой скорости с большой площадью, при котором стоимость может быть снижена, при этом коэффициент отражения близок к 2%, и тем самым данная структура не является неотражающей структурой, а является низкоотражающей структурой, что представляет собой недостаток.

За счет синхронизации генератора формата с контроллером вращения и переноса для генерирования сигнала и выполнения рисунка при постоянной угловой скорости (CAV) и с соответствующим шагом подачи, чтобы двумерные конфигурации были пространственно связаны друг с другом, возможно сформировать полностью шестиугольную решетку. Однако постоянная решетки изменяется следующим образом: 340 нм по внутренней окружности, 400 нм по срединной окружности и 460 нм по наружной окружности. Поэтому видимый свет дифрагирует на срединной окружности и наружной окружности из-за большой постоянной решетки (шага решетки) и нельзя получить антиотражающий эффект стрекозиного глаза, что является недостатком.

Таким образом, цель настоящего изобретения состоит в получении оптического элемента с высокой производительностью и прекрасными антиотражательными характеристиками.

Техническое решение

Чтобы преодолеть описанные выше проблемы, настоящее изобретение предлагает оптический элемент, включающий в себя основание, первичные структуры и вторичные структуры, расположенные на поверхности основания, причем каждая из первичных структур и вторичных структур представляет собой выступ или впадину, при этом первичные структуры составляют множество рядов дорожек на поверхности основания и размещены, периодически повторяясь с мелким шагом, равным или меньше, чем длина волны видимого света, а вторичные структуры меньше по размеру, чем первичные структуры.

В этом случае, предпочтительно, первичные структуры соединены друг с другом вторичными структурами, имеющими мелкую выступающую форму. Предпочтительно, первичные структуры расположены в конфигурации шестиугольной решетки или квазишестиугольной решетки либо в конфигурации четырехугольной решетки или квазичетырехугольной решетки, при таком решетчатом размещении смежные участки первичных структур соединены друг с другом вторичными структурами.

Предпочтительно, вторичные структуры имеют пространственную частоту, более высокую, чем период размещения первичных структур. В этом случае частота вторичных структур предпочтительно вдвое или больше, а более предпочтительно вчетверо или больше превышает частоту первичных структур. В этом случае, предпочтительно, частота вторичных структур выбрана так, чтобы она не была целым кратным частоте первичных структур. Когда между первичными структурами создаются зазоры, вторичные структуры предпочтительно формируются так, чтобы заполнять эти зазоры. Вторичные структуры могут предусматриваться на поверхностях первичных структур. В этом случае, предпочтительно, вторичные структуры имеют глубину примерно 10-150 нм.

Предпочтительно, вторичные структуры формируются с использованием материала с более низким коэффициентом преломления, чем основание и первичные структуры. В этом случае, предпочтительно, вторичные структуры формируются в зазорах между первичными структурами или на поверхностях первичных структур.

В настоящем изобретении, предпочтительно, первичные структуры размещены периодически в конфигурации четырехугольной решетки или квазичетырехугольной решетки. Выражение «четырехугольная решетка» относится к регулярной четырехугольной решетке. Выражение «квазичетырехугольная решетка» относится к регулярной четырехугольной решетке, которая искажена в отличие от регулярной четырехугольной решетки.

Например, в случае, когда первичные структуры размещены линейно, выражение «квазичетырехугольная решетка» относится к четырехугольной решетке, полученной растягиванием и искажением регулярной четырехугольной решетки в направлении линейного размещения (в направлении дорожки). В случае, когда первичные структуры размещены в форме дуги, выражение «квазичетырехугольная решетка» относится к четырехугольной решетке, полученной растягиванием регулярной четырехугольной решетки в форму дуги, либо относится к четырехугольной решетке, полученной растягиванием и искажением регулярной четырехугольной решетки в направлении линейного размещения (в направлении дорожки) и искажением в форме дуги.

В настоящем изобретении, предпочтительно, первичные структуры размещены периодически в конфигурации шестиугольной решетки или квазишестиугольной решетки. Здесь выражение «шестиугольная решетка» относится к регулярной шестиугольной решетке. Выражение «квазишестиугольная решетка» относится к регулярной шестиугольной решетке, которая искажена в отличие от регулярной шестиугольной решетки.

Например, в случае, когда первичные структуры размещены линейно, выражение «квазишестиугольная решетка» относится к шестиугольной решетке, полученной растягиванием и искажением регулярной шестиугольной решетки в направлении линейного размещения (в направлении дорожки). В случае, когда первичные структуры размещены в форме дуги, выражение «квазишестиугольная решетка» относится к шестиугольной решетке, полученной растягиванием регулярной шестиугольной решетки в форму дуги, либо относится к шестиугольной решетке, полученной растягиванием и искажением регулярной шестиугольной решетки в направлении линейного размещения (в направлении дорожки) и искажением в форме дуги.

В настоящем изобретении нижняя поверхность каждой первичной структуры предпочтительно имеет форму эллипса или окружности. Здесь выражение «эллипс» включает в себя не только математически определенные идеальные эллипсы, но также слегка искаженные эллипсы (такие, как продолговатые фигуры и овалы). Выражение «окружность» включает в себя не только математически определенные идеальные окружности (истинные окружности), но также слегка искаженные окружности.

В настоящем изобретении выражение «ориентации шестикратной симметрии» означает ориентации 60°×n (где n есть целое число от 1 до 6). Выражение «ориентации практически шестикратной симметрии» означает ориентации (60°×n)±δ (где n есть целое число от 1 до 6, и 0°<δ≤11°, предпочтительно 3°≤δ≤6°).

В настоящем изобретении выражение «ориентации четырехкратной симметрии» означает ориентации 90°×n (где n есть целое число от 1 до 4). Выражение «ориентации практически четырехкратной симметрии» означает ориентации (90°×n)±δ (где n есть целое число от 1 до 4, и 0°<δ≤11°).

В настоящем изобретении первичные структуры размещены на поверхности основания так, что эти первичные структуры составляют множество рядов дорожек и повторяются периодически с мелким шагом, равным или меньше, чем длина волны видимого света, а вторичные структуры, меньшие по размеру, чем первичные структуры, расположены на поверхности основания. Поэтому можно получить оптический элемент с высокими антиотражательными характеристиками по сравнению с традиционными оптическими элементами.

Технический результат

Как описано выше, согласно настоящему изобретению можно получить оптический элемент с высокой производительностью и прекрасными антиотражательными характеристиками.

Краткое описание чертежей

Фиг.1А и 1В - фотографии, каждая из которых показывает структуру традиционной кремниевой исходной формы.

Фиг.2 - график, показывающий зависимость коэффициента отражения от длины волны для традиционной кремниевой исходной формы.

Фиг.3 - схема, показывающая структуру покрытой никелем матрицы традиционной кремниевой исходной формы.

Фиг.4 - фотография, показывающая увеличенный вид покрытой никелем матрицы, показанной на фиг.3.

Фиг.5 - график, показывающий зависимость коэффициента отражения от длины волны для традиционного оптического элемента.

Фиг.6 - фотография, показывающая наноточечный рисунок, сформированный с помощью традиционного устройства.

Фиг.7 - график, показывающий пример, в котором для снижения коэффициента отражения света изготовлена тонкая структура на дисковой подложке из SiO₂ диаметром 12 см, имеющая антиотражательную функцию.

Фиг.8А - схематический вид сверху примера структуры оптического элемента согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг.8В - частичное увеличение вида сверху оптического элемента, показанного на фиг.8А; фиг.8С - вид в поперечном сечении вдоль дорожек Т1, Т3,…, показанных на фиг.8В; а фиг.8D - вид в поперечном сечении вдоль дорожек Т2, Т4,…, показанных на фиг.8В.

Фиг.9 - частичный увеличенный вид в перспективе оптического элемента, показанного на фиг.8А.

Фиг.10А и 10B - схемы размещения первичных структур.

Фиг.11А - вид в перспективе примера структуры валика-оригинала; а фиг.11В -частичный увеличенный вид сверху валика-оригинала, показанного на фиг.11А.

Фиг.12 - пример структуры устройства экспонирования.

Фиг.13А-13С - виды, иллюстрирующие процессы в примере способа изготовления оптического элемента согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.14А-14С - виды, иллюстрирующие процессы в примере способа изготовления оптического элемента согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.15А - вид сверху примера структуры оптического элемента согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения; фиг.15В - частичный увеличенный вид сверху оптического элемента, показанного на фиг.15А; фиг.15С - поперечное сечение вдоль дорожек Т1, Т3,…, показанных на фиг.15В; а фиг.15D - поперечное сечение вдоль дорожки Т2, Т4,…, показанной на фиг.15В.

Фиг.16А - вид в перспективе примера структуры валика-оригинала; а фиг.16В - частичный увеличенный вид сверху валика-оригинала, показанного на фиг.16А.

Фиг.17 - пример структуры устройства экспонирования.

Фиг.18А - вид сверху примера структуры оптического элемента согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения; фиг.18В - частичный увеличенный вид сверху оптического элемента, показанного на фиг.18А; фиг.18С - поперечное сечение вдоль дорожек Т1, Т3,…, показанных на фиг.18В; а фиг.18D - поперечное сечение вдоль дорожки Т2, Т4,…, показанной на фиг.18В.

Фиг.19А - вид сверху примерной структуры оптического элемента согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг.19В - частичный увеличенный вид сверху оптического элемента, показанного на фиг.19А; фиг.19С -поперечное сечение вдоль дорожек Т1, Т3,… показанных на фиг.19В; а фиг.19D - поперечное сечение вдоль дорожки Т2, Т4,…, показанной на фиг.19В.

Фиг.20А - вид сверху примерной структуры оптического элемента согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг.20В - частичный увеличенный вид сверху оптического элемента, показанного на фиг.20А; фиг.20С - поперечное сечение вдоль дорожек Т1, Т3,…, показанных на фиг.20В; а фиг.20D - поперечное сечение вдоль дорожки Т2, Т4,…, показанной на фиг.20В.

Фиг.21 - фотография оптического элемента из Примера 1 с электронного сканирующего микроскопа (SEM).

Фиг.22 - график, показывающий отражательные характеристики оптического элемента из Примера 3.

Фиг.23 - фотография оптического элемента из Примера 2 с электронного сканирующего микроскопа (SEM).

Фиг.24А и 24В - фотография оптического элемента из Примера 4 с электронного сканирующего микроскопа (SEM).

Фиг.25 - фотография оптического элемента из Примера 5 с электронного сканирующего микроскопа (SEM).

Фиг.26А - изображение оптического элемента из Примера 5 с атомно-силового микроскопа (АРМ); а фиг.26В - профиль сечения изображения с атомно-силового микроскопа, показанного на фиг.26А.

Фиг.27 - график, показывающий результаты моделирования тестового примера 1.

Фиг.28 - график, показывающий результаты моделирования тестового примера 2.

Фиг.29 - график, показывающий результаты моделирования тестового примера 3.

Фиг.30 - график, показывающий результаты моделирования тестового примера 4.

Фиг.31 - график, показывающий результаты моделирования тестового примера 5.

Наилучшие варианты осуществления изобретения

Ниже описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. Отметим, что одинаковые или соответствующие части обозначены одними и теми же ссылочными позициями по всем чертежам в приведенных ниже вариантах осуществления.

(1) Первый вариант осуществления

(1-1) Структура оптического элемента

Фиг.8А представляет собой схематичный вид сверху примера структуры оптического элемента согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг.8В - частичный увеличенный вид сверху оптического элемента, показанного на фиг.8А. Фиг.8С - поперечное сечение вдоль дорожек T1, T3,…, показанных на фиг.8В. Фиг.8D - поперечное сечение вдоль дорожки Т2, Т4,…, показанной на фиг.8В.

Оптический элемент 1 подходящим образом используется для различных оптических устройств, таких как дисплеи, оптоэлектронные приборы, устройства оптической связи (оптические волокна), солнечные элементы и осветительные приборы. Например, оптический элемент 1 можно использовать для антиотражающих подложек и световодных пластин, которые пригодны для предотвращения отражения света в диапазоне длин волн видимого света. Оптический элемент 1 можно использовать для оптических фильтров с коэффициентом пропускания, соответствующим углу падения падающего света, и в системах задней подсветки, включающих в себя эти оптические фильтры.

Оптический элемент 1 включает в себя основание 2, первичные структуры 3, которые представляют собой выступы, и вторичные структуры 4, расположенные на поверхности основания 2. Оптический элемент 1 имеет функцию предотвращения отражения света, проходящего через основание 2 в направлении Z на фиг.8 от границ раздела между первичными структурами 3 и окружающим воздухом. Выражение «равно или меньше, чем длина волны видимого света» означает длину волны примерно 400 нм или менее.

Основание 2, первичные структуры 3 и вторичные структуры 4, составляющие оптический элемент 1, описаны ниже в этом порядке.

(Основание)

Основание 2 представляет собой прозрачное основание. Основание 2 состоит, в основном, из синтетического полимера, такого как поликарбонат (PC) или полиэтилентерефталат (PET), либо стекла, хотя материал для основания 2 не ограничен конкретно ими. Основание 2 может быть, например, в виде пленки, листа, пластины или блока, хотя форма основания 2 не ограничена конкретно ими. Предпочтительно, форма основания 2 соответственно выбирается в зависимости от основного тела каждого из различных оптических приборов, таких как дисплеи, оптоэлектронные приборы, устройства оптической связи, солнечные элементы и осветительные приборы, для которых требуется заданная антиотражающая функция, либо в зависимости от формы листового или пленочного антиотражающего элемента, прикрепленного к каждому из оптических приборов.

(Первичная структура)

Предпочтительно, каждая первичная структура 3 имеет коническую структуру в форме эллиптического конуса, в которой нижняя поверхность имеет форму эллипса, продолговатой фигуры или овала с большой осью и малой осью, а вершина имеет искривленную поверхность; либо коническую структуру в форме усеченного эллиптического конуса, в которой нижняя поверхность имеет форму эллипса, продолговатой фигуры или овала с большой осью и малой осью, а вершина имеет плоскую поверхность. Когда применяется такая форма, первичная структура 3 располагается на поверхности основания так, что большая ось нижней поверхности первичной структуры 3 направлена в направлении распространения дорожек (в направлении X). В данном описании могут быть случаи, когда направление распространения дорожек соответственно называется «направлением дорожки».

Например, много первичных структур 3, которые представляют собой выступы, размещено периодически на поверхности основания 2 с шагом, практически равным длине волны видимого света. Первичные структуры 3 оптического элемента 1 размещены на поверхности основания 2 так, что они составляют множество рядов дорожек T1, T2, Т3,… (здесь и далее они могут коллективно называться «дорожки Т»). Выражение «дорожка» относится к участку, в котором первичные структуры 3 размещены линейно в ряд. Выражение «направление столбца» относится к направлению (направлению Y), ортогональному к направлению распространения дорожек (направлению X) на сформированной поверхности основания 2.

В данном описании шаг Р1 размещения, шаг Р2 размещения и шаг Р3 размещения означают следующее.

Шаг Р1 размещения: шаг размещения первичных структур 3, размещенных в направлении распространения дорожек (направлении X).

Шаг Р2 размещения: шаг размещения первичных структур 3, размещенных в направлении ±θ по отношению к направлению распространения дорожек.

Шаг Р3 размещения: шаг размещения дорожек.

В двух смежных дорожках Т первичные структуры 3, размещенные на одной дорожке, сдвинуты на половину шага от первичных структур 3, размещенных на другой дорожке. Конкретно, в двух смежных дорожках Т в промежуточных положениях (в положениях, сдвинутых на половину шага) между первичными структурами 3, размещенными на одной дорожке (к примеру, Т1), расположены первичные структуры 3 на другой дорожке (к примеру, Т2). В результате, как показано на фиг.8 В, в трех смежных рядах дорожек (Т1-Т3) первичные структуры 3 размещены так, что они образуют конфигурацию шестиугольной решетки или квазишестиугольной решетки с центрами первичных структур 3, располагающимися в точках а1-а7. Выражение «конфигурация квазишестиугольной решетки» означает, в отличие от конфигурации регулярной шестиугольной решетки, конфигурацию шестиугольной решетки, которая растянута и искажена в направлении распространения дорожек (в направлении X).

Когда первичные структуры 3 размещены так, чтобы образовывать конфигурацию квазишестиугольной решетки, как показано на фиг.8 В, шаг Р1 размещения (расстояние между а1 и а2) первичных структур 3 на одной и той же дорожке (к примеру, Т1) длиннее, чем шаг размещения первичных структур 3 между двумя смежными дорожками (к примеру, Т1 и Т2), то есть шаг Р2 размещения (к примеру, расстояние между а1 и а7 или а2 и а7) первичных структур 3 в направлении θ по отношению к направлению распространения дорожек. При размещении первичных структур 3 таким образом плотность упаковки первичных структур 3 может быть улучшена.

Высота (глубина) первичных структур 3 не ограничена конкретно и устанавливается соответствующим образом в соответствии с диапазоном длин волн падающего света, например в диапазоне примерно 236-450 нм. Отношение размеров (высота Н / шаг Р размещения) первичных структур 3 предпочтительно устанавливается в диапазоне от 0,81 до 1,46, а более предпочтительно в диапазоне от 0,94 до 1,28. Причина этого состоит в том, что если отношение размеров меньше 0,81, характеристики отражения и характеристики пропускания имеют тенденцию уменьшаться, а если отношение размеров превышает 1,46, уменьшается показатель выхода при изготовлении оптического элемента 1 и затрудняется правильное удаление воспроизведенной копии.

С точки зрения дальнейшего улучшения отражательных характеристик, отношение размеров первичных структур 3 предпочтительно устанавливается в диапазоне от 0,94 до 1,46. С точки зрения дальнейшего улучшения характеристик пропускания, отношение размеров первичных структур 3 предпочтительно устанавливается в диапазоне от 0,81 до 1,28.

В настоящем изобретении отношение размеров (аспектное отношение) определяется приведенным ниже выражением (1):

где Н - высота первичных структур 3, а Р - средний шаг размещения (средний период), и средний шаг размещения определяется приведенным ниже выражением (2):

где P1 - шаг размещения в направлении распространения дорожек (период в направлении распространения дорожек), а Р2 - шаг размещения в направлении ±θ по отношению к направлению распространения дорожек (где θ=60°-δ, и предпочтительно 0°<δ≤11°, а более предпочтительно 3°≤δ≤6°) (период в направлении θ).

Высота Н первичных структур 3 определяется как высота в направлении столбца первичных структур 3. Высота в направлении распространения дорожек первичных структур 3 меньше, чем высота в направлении столбцов. Высота других участков, не расположенных между первичными структурами 3, или участков, расположенных в направлении распространения дорожек первичных структур 3, практически такая же, как и высота в направлении столбцов. Поэтому высота первичных структур 3 представляется высотой в направлении столбцов. Однако в случае, когда первичные структуры 3 являются впадинами, высота Н первичных структур 3 в выражении (1) считается глубиной Н первичных структур 3.

Форма первичных структур 3 не ограничивается выступами, показанными на чертежах, и первичные структуры 3 могут быть впадинами, расположенными на поверхности основания 2. Высота первичных структур 3 не ограничивается конкретно и, например, составляет примерно 420 нм, конкретнее 236-450 нм. Когда первичные структуры 3 имеют форму впадин, глубина первичных структур 3 рассматривается вместо высоты.

В такой первичной структуре 3, с учетом антиотражательной функции, предпочтительно коэффициент преломления изменяется постепенно в направлении глубины (z). Например, при эллиптической конической или усеченной эллиптической конической форме, включающей в себя параболическую искривленную поверхность, коэффициент преломления изменяется линейно в зависимости от z в направлении глубины, и коэффициент преломления может изменяться постепенно. В этом случае, поскольку форма вершины первичной структуры 3 не является острой, можно получить долговечность, достаточную для практического использования. В первичной структуре 3 с конической формой или четырехгранной пирамидальной формой коэффициент преломления изменяется пропорционально квадрату z в направлении глубины. В этом случае, поскольку форма вершины первичной структуры 3 является острой, долговечность ухудшается и коэффициент отражения на больших длинах волн ухудшается. Поэтому предпочтителен профиль коэффициента преломления, в котором n(z) изменяется на среднем уровне между изменением для случая параболической искривленной поверхности и изменением для случая конической искривленной поверхности. В оптическом элементе, включающем первичные структуры с эллиптической конической или усеченной эллиптической конической формой и содержащем вторичные структуры 4, может быть достигнута удовлетворительная долговечность, поскольку можно получить такой мягкий профиль коэффициента преломления и можно получить превосходные антиотражательные характеристики.

На фиг.8 первичные структуры 3 имеют одинаковую форму. Однако форма первичных структур 3 не ограничивается этим. Первичные структуры 3 с двумя или более разными формами могут располагаться на поверхности основания. Первичные структуры 3 могут быть сформированы как единое целое с основанием 2.

Помимо этого, первичные структуры 3 могут не обязательно иметь одно и то же аспектное отношение. Первичные структуры 3 могут быть выполнены так, чтобы иметь некоторое распределение по высоте (например, аспектное отношение в диапазоне от 0,83 до 1,46). За счет обеспечения первичных структур 3 с распределением по высоте можно снизить зависимость отражательных характеристик от длины волны. Следовательно, можно реализовать оптический элемент 1 с превосходными антиотражательными характеристиками.

Выражение «распределение по высоте» означ