JP2007322767A - 反射防止構造、反射防止構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐傷付き性に優れると共に、微細構造の空間部分に皮脂などの汚れが侵入し難い構造を備え、優れた反射防止性能を長期に亘って発揮することができる反射防止構造と共に、このような構造を備えた反射防止構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】可視光線の波長よりも小さい略円形又は多角形底面を有する無数の錐体状微細突起１２又は錐体状微細凹部２２を備えた凸型又は凹型微細構造の空間部分、すなわち錐体状微細突起１２の周囲又は微細凹部２２の開口内に可視光線の波長よりも小さな粒子１３を粒子間に空隙ができるように充填し、当該充填部分の有効屈折率が１．１０〜１．３５となるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光の反射防止機能を発揮させることができる反射防止構造と、このような反射防止構造を備え、無反射パネルとして、例えば、自動車を始めとする種々の車両や、船舶、航空機などにおける各種メーター類や、ディスプレイ装置などに好適に使用することができる反射防止構造体、さらにはこのような反射防止構造体の製造方法に関するものである。

液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイなど各種のディスプレイ装置、身近な例では、家庭用テレビの画面に外光や室内の照明などの影が映り込むと、本来の映像の視認性が著しく低下することがある。

また、例えば自動車の運転席には、スピードメータや燃料計などの各種計器類をまとめて収納したディスプレイ部があり、当該ディスプレイ部の前面には、メーターフロントカバーが嵌め込まれているが、このカバーに、フロントウインドウやサイドウインドウを通して車外の景色が映り込むことによって、ディスプレイ部の各種表示が見づらくなることがあるため、ディスプレイの上方にメーターフードを配置して、メーターフロントカバーへの外光入射を防止するようにしている。

このような光の反射を防止するための構造としては、屈折率の異なる複数の薄膜から成る多層反射防止膜が知られているが、このような多層反射防止膜よりもさらに反射率を低下できるものとして、凹凸型微細構造を用いた反射防止構造の提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
当該特許文献１に記載の反射防止構造は、透明性成形品の表面に、透明性素材から成る無数の微細凹凸を光の波長以下のピッチで形成することにより、光の屈折率が厚み方向に変化するようにしたものであって、例えば波形あるいは鋸歯状の無数の微細凹凸が表面に形成されていることによって、凹凸の最表面では透明性素材の存在割合が限りなく０％に近いものとなって、実質的に空気の屈折率に等しくなる一方、凹凸の最底部では逆に空気の存在割合が限りなく０％に近いものとなって成形品の屈折率と等しくなり、中間部ではその断面における透明性素材の占める断面積に応じた屈折率となる結果、光の屈折率が当該反射防止構造の厚み方向に、空気の屈折率から透明性素材の屈折率の間で連続的に変化するようになることから、屈折率の異なる複数の薄膜から成る多層反射防止膜（この場合には屈折率が段階的に変化することになる）と同様の原理によって、当該反射防止膜よりも優れた反射防止性能を発揮するものとなる。

また、同様の原理による反射防止性能を有する形状として、凹型（穴型）の微細構造を用いた反射防止構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−２６７８１５号公報 特開２００４−１７７８０６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の反射防止構造においては、上記のように光の反射率の大幅な低下が可能であるものの、その表面に人の手が触れたり、表面を拭いたりするだけで、当該反射防止構造を構成する微細凹凸の先端が破壊されて、反射防止性能が損なわれ易く、耐傷付き性に劣るという問題点がある。
一方、上記特許文献２に記載の凹型微細構造においては、耐傷付き性には問題がないものの、穴状をなす凹部内に皮脂などの汚れが詰まった場合には、拭き取りが難しく、皮脂で凹型構造が埋まってしまうことによって、反射防止性能が著しく低下するという問題点がある。

本発明は、光の波長以下のピッチに形成した凸型あるいは凹型の微細構造を備えた従来の反射防止構造における上記課題を解決すべくなされたものであって、その目的とするところは、耐傷付き性に優れると共に、微細構造の空間部分に皮脂などの汚れが侵入し難い構造を備え、優れた反射防止性能を長期に亘って発揮することができる反射防止構造と共に、このような構造を備えた反射防止構造体及びその製造方法、さらには、上記反射防止構造を備えた自動車用部品、例えばメーターフロントカバーやウインドウガラスなどを提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた結果、微細構造の空間部分、すなわち、凸型微細構造においては微細突起の周囲空間部分に、凹型微細構造においては穴状をなす微細凹部の開口内に、例えばシリカ等のナノ粒子を充填することによって、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。

本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の反射防止構造は、略円形又は多角形底面を有する無数の錐体状微細突起を備え、当該突起の底面、又は底面に外接する円の直径Ｄが可視光線の波長より短い３８０ｎｍ以下である凸型微細構造の空間部分に、可視光線の波長よりも小さなナノ粒子をその粒子間に空隙ができるように充填し、当該ナノ粒子を充填した部分の有効屈折率が１．１０〜１．３５であることを特徴とし、同じく本発明の反射防止構造は、略円形又は多角形の開口部を有する無数の錐体状微細凹部を備え、当該凹部の開口部、又は開口部に外接する円の直径Ｄが同様に３８０ｎｍ以下である凹型微細構造の空間部分に、同様のナノ粒子をその粒子間に空隙ができるように充填し、当該ナノ粒子を充填した部分の有効屈折率が１．１０〜１．３５であることを特徴としている。

また、本発明の反射防止構造体は、本発明の上記反射防止構造を透明基材の少なくとも一方の面に備えていることを特徴とし、当該反射防止構造体の製造方法においては、上記の微細構造を備えた成形型を準備し、この成形型を透明基材のガラス移転に点以上に加熱した状態で上記基材に押し当てたり、上記成形型と透明基材の間に活性エネルギー線硬化性樹脂を介在させた状態で活性エネルギー線を照射したりすることによって、当該透明基材の表面に上記した微細構造を形成し、当該微細構造の空間部分に、上記粒子を充填するようにしている。

さらに、本発明の自動車用部品は、上記反射防止構造を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、可視光線の波長よりも小さい微細構造の空間部分、すなわち、凸型微細構造においては微細突起の周囲空間部分に、凹型微細構造においては穴状をなす微細凹部の開口内部に、可視光線の波長よりも小さいナノ粒子を空隙を有する状態に充填し、当該充填部分の有効屈折率を１．１０〜１．３５の範囲となるようにしたことから、屈折率の連続的変化に基づく光反射防止機能を確保しながら、微細構造の空間部分にナノ粒子が埋まって、その表面を平坦なものとすることができ、突起の変形や凹部開口内への皮脂の侵入が防止されることによって、耐傷付き性及び耐汚れ性が向上し、反射防止機能を長期に亘って維持することができる。

また、本発明の反射防止構造体は、その少なくとも一方の表面に、上記反射防止構造を備えたものであるから、光の反射率を大幅に低減して、室外景色などの映り込みを防止することができ、自動車を始めとする各種の部品、例えばメーターフロントカバーに適用した場合には、外光を遮断するためのフードを廃止したフードレスメーターを実現することができるようになる。

以下、本発明の反射防止構造やこれを適用した反射防止構造体について、その製造方法と共に、さらに詳細に説明する。

本発明の反射防止構造は、上記したように、略円形若しくは多角形底面を有する無数の錐体状微細突起、又は略円形若しくは多角形をなす開口部を有する無数の錐体状微細凹部を備えた凸型又は凹型微細構造の空間部分に、可視光線の波長よりも小さな粒子をその粒子間に空隙ができ、その有効屈折率が１．１０〜１．３５となるように充填した構造のものであって、微細突起の周囲に存在するナノ粒子によって微細突起先端部の変形や破損が防止されると共に、微細凹部の開口内部にナノ粒子が存在することによって皮脂などの汚れが侵入する余地がなくなることから、反射防止性能が長期に亘って維持されることになる。

図１は、上記反射防止構造を備えた本発明の反射防止構造体の形態例を示す概略断面図であって、図１（ａ）は、錐体状微細突起を備えた凸形微細構造のものを示し、図１（ｂ）は、錐体状微細凹部を備えた凹型微細構造のものを示す。

図１（ａ）において、凸型微細構造から成る反射防止構造体１０は、透明基材１１上に、この例では円錐状をなし、底面径Ｄ、高さＨの寸法を有する無数の錐体状微細突起１２が、ピッチＡ（底面の中心間距離）で、密に（例えば、六方細密状態に）配置されており、このような凸形微細構造の空間部分、すなわち各錐体状微細突起１２の周囲には、可視光線の波長よりも小さいナノ粒子１３が空隙ができるように充填されており、各錐体状微細突起１２がその先端部まで、これらナノ粒子１３と空隙によって埋め尽くされ、当該反射防止構造体１０の表面が平坦面となっている。

このとき、上記錐体状微細突起１２の底面径Ｄは、３８０ｎｍ以下とすることが必要であり、これによって反射防止機能を確保することができる。
また、底面の中心間距離で表わされるピッチＡについても、３８０ｎｍ以下とすることが望ましく、これによって反射防止機能が確保される。

また、上記微細突起１２の頂点から底面に下ろした垂線の距離、すなわち微細突起１２の高さＨについては、１５０〜１５００ｎｍの範囲とすることが望ましい。
すなわち、微細突起１２の高さが１５０ｎｍに満たない場合は、十分な反射防止性が発揮できない問題がある一方、１５００ｎｍを超えると、成形性が難しくなるが、これ以上の反射防止効果が望めないという不都合が生じることがあることによる。

一方、図１（ｂ）に示した凹型微細構造から成る反射防止構造体２０は、透明基材１１の表面に、この例では円錐状をなし、開口径Ｄ、深さＨの寸法を有する無数の錐体状微細凹部２２が、ピッチＡ（開口部の中心間距離）で、密に（例えば、六方細密状態に）配置されており、このような凹型微細構造の空間部分、すなわち上記微細凹部２２の開口内に、ナノ粒子１３が同様に充填されており、各錐体状微細凹部２２がそのの開口面まで、これらナノ粒子１３と空隙によって埋められており、当該反射防止構造体２０の表面が、上記した凸形微細構造から成る反射防止構造体１０と同様に平坦となっている。

このとき、上記錐体状微細凹部２２の開口径Ｄは、３８０ｎｍ以下とすることが必要であり、これによって反射防止機能を確保することができる。
また、開口部の中心間距離で表わされるピッチＡについても、３８０ｎｍ以下とすることが望ましく、これによって反射防止機能が確保される。

また、上記微細凹部２２の底部の最低点から開口面までの距離、すなわち微細凹部２２の深さＨについては、上記した凸形微細構造から成る反射防止構造体１０の場合と同様に１５０〜１５００ｎｍの範囲とすることが望ましい。

なお、上記反射防止構造体１０及び２０における錐体状微細突起１２及び凹部２２の形状については、何れも円錐形、すなわち底部及び開口部の形状が円形のものについて説明したが、これら底部及び開口部の形状が多角形の場合（突起及び凹部形状が角錐形）については、その多角形に外接する円の直径Ｄを上記した３８０ｎｍ以下の値となるようにする必要がある。

また、この場合のピッチについては、隣接する多角形の重心点間の距離をピッチＡとし、これを上記のような値とすることが望ましい。
なお、多角形である底面及び開口部の重心の位置は、一般的な線形代数の計算で求めることができ、多角形の各頂点の位置ベクトルの総和を頂点数で割ったものとなる。すなわち、ｎ角形における重心の位置ｇは、ｇ＝（Σａ）／ｎで求めることができる。

上記錐体状微細突起１２の周囲の空間部分、及び上記錐体状微細凹部２２の開口内部に充填されるナノ粒子１３としては、例えばシリカやアルミナ、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、樹脂粒子等の透明粒子を用いることができ、これら粒子をバインダーと共に適当な溶媒中に分散させたスラリーを凸型あるいは凹型微細構造の上に塗布することによって、空間部分や開口内部に充填し、粒子間に空隙を形成した状態に固着させることができる。
そして、このようなナノ粒子１３と空隙から成る充填部分の有効屈折率が１．１０〜１．３５、より望ましくは１．１０〜１．２５の範囲内となるようにすることによって、当該充填部分以外の部位との間に屈折率よりも低いものとなり、当該構造体の表面から厚み方向に向かう屈折率の連続的変化に基づく光反射防止機能が発揮されることになる。

なお、上記ナノ粒子１３としては、１〜５０ｎｍの大きさを備え、当該粒子自体の屈折率が１．３５〜１．５５の範囲内のものを使用することが望ましい。
すなわち、ナノ粒子１３の径が１ｎｍに満たない場合には、含まれる空隙が少なくなるため、光の透過率が低くなり、５０ｎｍを超えると、微細凹部に充填しにくくなる傾向がある。一方、屈折率が１．５５を超えると、ナノ粒子１３と空隙から成る充填部分の有効屈折率を上記の範囲内とすることが難しくなることによる。

ここで、上記した有効屈折率とは、構造体水平方向の一辺の長さが可視光線の上限の波長である７８０ｎｍより大きく、構造体垂直方向の長さが１〜１０ｎｍである単位体積で空間を分割したときの単位体積内の屈折率の平均値を意味し、該単位体積内で分布する屈折率の平均を計算することによって求めることができる。

上記図１（ａ）及び（ｂ）においては、円錐状をなす微細突起１２、あるいは微細凹部２２を備えた反射防止構造、すなわち錐体状微細突起１２あるいは凹部２２の側部縦断面形状が直線をなすものについて説明したが、本発明においては、直線のみならず、曲線をなすもの、すなわち微細突起１２あるいは微細凹部２２の側面が２次曲面（底面あるいは開口部が多角形）あるいは３次曲面（底面あるいは開口部が円形）を有するものであってもよく、本発明においては、このような曲面から成る側面を有する角錐や円錐状のものをも含めた形状を『錐体状』と称することにしている。

すなわち、本発明の反射防止構造においては、凸型微細構造を例として説明すると、個々の錐体状微細突起１２の高さをＨ、微細突起１２の底面の径（底面が多角形であるときは、その多角形に外接する円の径）をＤとし、図２に示すように、錐体状微細突起１２の頂点を通る垂直断面における底辺をＸ軸上に、頂点をＺ軸上にとり、稜線上のＸ座標値を以下のようなｎ次の線形式（１）又は（２）で表わしたときに、当該線形式における次数ｎを１．１〜５の範囲とすることが望ましい。より望ましい範囲としては、１．５〜４の範囲であり、さらに望ましい範囲は、２〜４の範囲である。
Ｘ＝（Ｄ／２）×｛１−（Ｚ／Ｈ）^ｎ｝・・・（１）

図３（ａ）は、ポリメチルメタクリエート基材の両面に、高さＨ＝７５０ｎｍ、底面径Ｄ＝ピッチＡ＝２５０ｎｍの上記線形式（１）で表わされる円錐近似形状をなし、次数ｎが異なる種々の形状の突起を形成した場合に、上記次数ｎと平均反射率（波長：３８０〜７８０ｎｍ）の関係を示したものであって、この図から明らかなように、次数ｎが１．１〜５の範囲で反射率を従来のものよりも低下させることができることが判る。

上記線形式（１）においては、次数ｎが１を超えると、錐体状微細突起１２の断面形状は、図４（ａ）に示すように側面が外側に膨出した釣鐘形となり、次数ｎが１の場合には、図４（ｂ）に示すように突起の稜線形状が直線となり、完全な円錐や角錐形状となる。また、次数ｎが１よりも小さい場合には、図４（ｃ）に示すように、側面が内側に凹んだ形状となる。
すなわち、次数ｎが１．１〜５であって、錐体状微細突起１２が釣鐘形をなすときの反射率が、円錐形や角錐形の場合よりも小さいものとなる。

また、錐体状微細突起１２の頂点を通る垂直断面における底辺をＸ軸上に、頂点をＺ軸上にとり、稜線上のＺ座標値を以下のようなｎ次の線形式（２）で表わすこともできる。

図３（ｂ）は、図５に示すように、ポリメチルメタクリエート基材の両面に、距離Ｈ（深さ）＝７５０ｎｍ、開口径Ｄ＝ピッチＡ＝２５０ｎｍの上記線形式（２）で表わされる円錐近似形状をなし、次数ｎが異なる種々の形状の微細凹部２２を形成した場合に、上記次数ｎと平均反射率（波長：３８０〜７８０ｎｍ）の関係を示したものであって、この図から明らかなように、当該線形式における次数ｎを１．１〜５の範囲とすることが望ましい。より望ましい範囲としては、１．５〜４の範囲であり、さらに望ましい範囲は、２〜４の範囲である。
Ｚ＝｛Ｈ／（Ｄ／２）^ｎ｝×Ｘ^ｎ ・・・（２）

本発明の上記反射防止構造を透明基材の片面、望ましくは両面に設けることによって、反射防止構造体とすることができ、このような構造体を各種ディスプレイ装置のパネルや、ショウウインドウや展示ケースなどの透明パネルに適用することによって、外光や室内照明の反射を低減し、反射像の映り込みを効果的に防止して、映像や表示、内部展示物の視認性を向上させることができる。
また、自動車を始めとする各種の部品、例えば、ウインドウやルーフのガラス、メーターフロントカバー、ヘッドランプ、リヤフィニッシャー、液晶などの表示装置の最前面に用いるフィルムなど適用することによって、同様の反射防止効果を得ることができる。

本発明の上記反射防止構造体を製造するに際しては、上記のような錐体状微細突起１２あるいは微細凹部２２から成る凸型あるいは凹型微細構造を備えた成形型を用意し、この成形型を成形しようとする透明基材のガラス移転点以上に加熱した上で、上記基材に押し当てることによって（熱ナノインプリント法）、あるいは上記成形型と透明基材の間に、活性エネルギー線硬化性樹脂を介在させた状態で、紫外線のような活性エネルギー線を照射し、当該樹脂を硬化させることによって（ＵＶナノインプリント法）、上記透明基材の表面に上記のような凸型あるいは凹型微細構造を成形することができ、これら微細構造の上に、シリカやアルミナなどの粒子をバインダーと共に溶媒中に分散させたスラリーを塗布することによって、空間部分や開口内部に充填し、乾燥することによって粒子間に空隙を備えた状態に固着させることができる。

上記透明基材の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニール、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ガラス強化ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶性ポリマー、フッ素樹脂、ポリアレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアミドビスマレイミド、ポリビスアミドトリアゾール等の熱硬化性樹脂、及びこれらを２種以上ブレンドした材料を用いることができる。
なお、透明基材としては、必ずしも無色透明である必要はなく、着色することも可能である。

また、例えば紫外線などの照射によって重合を開始して、硬化する活性エネルギー線硬化樹脂としては、例えば、紫外線硬化型アクリルウレタン系樹脂、紫外線硬化型ポリエステルアクリレート系樹脂、紫外線硬化型エポキシアクリレート樹脂、紫外線硬化型ポリオールアクリレート樹脂、紫外線硬化型エポキシ樹脂などを挙げることができ、必要に応じて活性エネルギー線を照射することによってラジカルを発生する重合開始剤を用いることもでき、より強固に固めるためイソシアネートのような硬化剤を加えることもできる。
なお、ここで用いられる活性エネルギー線としては、代表的には、紫外線やＸ線、その他電子線、電磁波などが挙げられ、特に限定されるものではないが、安全性や作業の簡便さから、可視光線や紫外線が用いられることが多い。

また、ガラス等の無機系透明材料を用いることも可能であり、この場合には、有機シランを用いたゾル−ゲル法によって、上記のような反射防止構造を当該無機系材料の表面に形成する方法や、本発明の反射防止構造を備えた型に溶融した無機系透明材料を流し込む方法によって基材表面に凸型あるいは凹型微細構造を形成することができる。
なお、必要に応じて、溶融した無機系透明材料を流し込んだのち、冷却しないうちに同様の反射防止構造を有する第２の型を押し当てる、または両面に型を押し当てた無機系透明材料を軟化点まで加熱し、圧力をかけて形状を転写することによって、基材の両面に凸型あるいは凹型微細構造を形成することができる。

以下に、実施例に基づいて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
市販の電子線描画装置で作成した凹型金型を使用した熱ナノインプリント法によって、ポリメチルメタクリレートの両面に、円形をなす底面の直径Ｄが２５０ｎｍ、底面の中心点間のピッチＡが２５０ｎｍ、頂点から底面に下ろした垂線の距離（高さ）Ｈが７５０ｎｍであって、次数ｎが１．１次の線形式（１）で表わされる稜線形状を有する無数の錐体状微細突起を備えた凸型微細構造を転写した。

次に、この凸型微細構造を備えた上記ポリメチルメタクリレート基材の一方の面に、平均粒子径が１３ｎｍであって、その屈折率が１．４６であるシリカ粒子５４重量部とポリメチルフェニルシラン６重量部をメタノール５０重量部中に分散させたスラリーを塗布し、紫外線照射後、１００℃に加熱して乾燥させ、上記微細構造の空間部分に上記シリカ粒子と空隙から成る有効屈折率が１．２０の部分を形成し、反射防止構造体を作製した。

なお、得られた反射防止構造体の他方の面には、シリカ粒子スラリーを塗布することなく、凸型微細構造のままとした。
そして、シリカ粒子を充填した側の面から光を入射した時の反射率を測定した結果、０．５３％であった。

また、下記の要領によって、シリカ粒子を充填した反射防止構造面の鉛筆引っ掻き試験と汚れ拭き取り試験を実施したところ、何れも良好な結果が得られた。これらの結果を表１に示す。

〔鉛筆引っ掻き試験〕
ＪＩＳ Ｋ ５６００−５−４に基づく鉛筆硬度試験と同様の装置と条件のもとに、ＨＢの鉛筆を用いて、試験面を１ｋｇ荷重で引っ掻き、目視によって傷が確認できないものを○、傷付が確認できたものを×として評価した。
〔汚れ拭き取り試験〕
０．１ｍＬのスクワラン（屈折率１．４５）を試験面に滴下し、キムワイプで塗り伸ばした後、ミクロスター（帝人社製）を用いて１０往復させ、油脂汚れを拭き取り、拭き取り後のサンプルの反射率を測定した。

（実施例２）
上記実施例１に用いた凹型の金型形状を反転させた凸型金型を用いたこと以外は、上記実施例１と同様の操作を繰り返し、ポリメチルメタクリレートの表面に、円形をなす開口部を有し、上記実施例１の錐体状微細突起と同一寸法形状の錐体状微細凹部を無数に備えた凹型微細構造を転写すると共に、当該微細凹部の開口内にシリカ粒子を同様に充填して有効屈折率が１．２０の部分を形成すると共に、裏面側には上記実施例１と同様の凸型微細構造を転写して、本例の反射防止構造体を作製した。

そして、シリカ粒子を充填した側の面から光を入射した時の反射率を測定した結果、０．５６％であった。
また、シリカ粒子を充填した反射防止構造面の鉛筆引っ掻き試験と汚れ拭き取り試験を同様に行ったところ、何れも良好な結果が得られた。これらの結果を表１に併せて示す。

（実施例３）
線形式（１）における次数ｎを３次とすると共に、Ｈを２５０ｎｍとした凸型金型を用いたこと以外は、上記実施例２と同様の操作を繰り返し、ポリメチルメタクリレートの表面に、無数の錐体状微細凹部を備えた凹型微細構造を転写し、上記微細凹部の開口内にシリカ粒子を同様の方法によって充填することにより有効屈折率が１．２０の部分を形成すると共に、裏面側に上記実施例１と同様の凸型微細構造を転写して、本例の反射防止構造体とした。

そして、シリカ粒子を充填した側の面から光を入射した時の反射率を測定したところ、０．４６％であった。
また、同様に、シリカ粒子を充填した反射防止構造面の鉛筆引っ掻き試験と汚れ拭き取り試験を行った結果、何れも良好な結果が得られた。これらの結果を表１に併せて示す。

（実施例４）
市販の電子線描画装置で作成した凸型金型を使用した熱ナノインプリント法によって、ポリメチルメタクリレートの両面に、円形をなす開口部の直径Ｄが２５０ｎｍ、開口部の中心点間のピッチＡが２５０ｎｍ、開口面から最底部までの距離（深さ）Ｈが７５０ｎｍであって、次数ｎが２次の線形式（２）で表わされる稜線形状を有する無数の錐体状微細凹部を備えた凹型微細構造を転写した。

次に、上記凹型微細構造を備えた上記ポリメチルメタクリレート基材の一方の面に、上記同様のシリカ粒子スラリーを塗布することによって、上記微細凹部の開口内に上記シリカ粒子と空隙から成る有効屈折率が１．２０の部分を形成し、反射防止構造体を作製した。
そして、シリカ粒子を充填した側の面から光を入射した時の反射率を測定した結果、０．３１％であった。なお、得られた反射防止構造体の他方の面には、シリカ粒子スラリーを塗布することなく、凹型微細構造のままとした。

また、同様の方法によって、鉛筆引っ掻き試験と汚れ拭き取り試験を実施したところ、何れも良好な結果が得られた。これらの結果を表１に併せて示す。

（比較例１）
円形底面の直径Ｄを５００ｎｍ、底面の中心間のピッチＡを５００ｎｍとした以外は上記実施例１と同様の凹型金型を用いて、ポリメチルメタクリレート基板の表面に無数の錐体状微細突起を備えた凸型微細構造を転写し、この上に上記シリカ粒子スラリーを塗布することによって、当該微細構造の空間部分に上記シリカ粒子と空隙から成る有効屈折率が１．２０の部分を形成すると共に、裏面側に上記実施例１と同様の凸型微細構造を転写して、本例の反射防止構造体とした。

そして、シリカ粒子を充填した側の面から光を入射した時の反射率を測定した結果、１．７８％という高い反射率となった。
また、同様に、シリカ粒子を充填した反射防止構造面の鉛筆引っ掻き試験と汚れ拭き取り試験を行ったところ、油脂汚れ拭き取り後も反射率の増加は認められず、いずれも良好な結果が得られた。これらの結果を表１に併せて示す。

（比較例２）
上記実施例２において使用したものと同様の凸型金型を用いて、同様の方法を繰り返し、ポリメチルメタクリレート基材の両面に実施例２の表面側と同じ形状寸法の錐体状微細凹部を無数に備えた凹型微細構造を転写し、シリカ粒子スラリーを塗布することなく、本例の反射防止構造体とした。

そして、当該反射防止構造体の反射率を測定した結果、０．１０％であった。
また、同様の鉛筆引っ掻き試験と汚れ拭き取り試験を行った結果、鉛筆引っ掻き試験では、傷発生が確認されると共に、油脂汚れ拭き取り後の反射率の増加が認められ、汚れ除去性にも劣ることが確認された。これらの結果を表１に併せて示す。

（比較例３）
上記実施例２において使用したものと同様の凸型金型を用いて、同様の操作を繰り返し、ポリメチルメタクリレートの表面に、実施例２の表面側と同じ形状寸法の錐体状微細凹部を無数に備えた凹型微細構造を転写し、その上に平均粒子径が１０ｎｍ、屈折率が１．４６であるシリカ粒子４９．５重量部ととポリメチルフェニルシラン０．５重量部ををメタノール５０重量部中に分散させたスラリーを塗布し、紫外線照射後、１００℃に加熱して乾燥させ、上記微細凹部の開口内にシリカ粒子と空隙から成る有効屈折率が１．４５の部分を形成すると共に、裏面側に上記実施例１と同様の凸型微細構造を転写して、本例の反射防止構造体とした。

そして、得られた反射防止構造体のシリカ粒子を充填した側の面から光を入射した時の反射率を測定した結果、３．８７％という高い値となった。
一方、シリカ粒子を充填した反射防止構造面の鉛筆引っ掻き試験と汚れ拭き取り試験を同様に行ったところ、油脂汚れ拭き取り後も反射率の増加は認められず、いずれも良好な結果が得られた。これらの結果を表１に併せて示す。

表１から明らかなように、所定の寸法形状の錐体状微細突起や凹部を備えた凸型あるいは凹型微細構造の空間部分にシリカ粒子を空隙をもって充填し、当該充填部分の屈折率を所定の値となるようにした実施例１〜４においては、優れた反射防止機能を有すると共に、耐傷付き性及び汚れ除去性に優れるのに対し、錐体状微細凹部のピッチが大きい比較例１においては、耐傷付き性や汚れ除去性には優れるものの、反射防止性能に劣り、シリカ粒子が充填されていない比較例２においては、反射防止性能には優れるものの、耐傷付き性及び汚れ除去性に劣り、シリカ充填部分の有効屈折率が高い比較例３においては、耐傷付き性や汚れ除去性には優れるものの、反射防止性能に劣ることが判明した。

本発明の反射防止構造体の形態例として、錐体状微細突起を備えた凸型微細構造（ａ）と錐体状微細凹部を備えた凹型微細構造（ｂ）を示すそれぞれ断面図である。 （ａ） 本発明の反射防止微細構造における錐体状微細突起の稜線形状をｎ次の線形式（１）で表した説明図である。（ｂ） 本発明の反射防止微細構造における錐体状微細突起の稜線形状をｎ次の線形式（２）で表した説明図である。 （ａ） 微粒子を充填していない錐体状微細突起の稜線形状をｎ次の線形式（１）で表した場合に、次数ｎと平均反射率の関係を示すグラフである。（ｂ） 微粒子を充填していない錐体状微細凹部の稜線形状をｎ次の線形式（２）で表した場合に、次数ｎと平均反射率の関係を示すグラフである。 （ａ）（ｂ）及び（ｃ）は、ｎ次の線形式（１）で表した錐体状微細突起における稜線形状変化について次数ｎとの関係を示した概略図である。 基材表面に形成した錐体状微細凹部の形状例を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 反射防止構造体（凸型微細構造）
１１ 透明基材
１２ 錐体状微細突起
１３ 粒子（＋空隙）
２０ 反射防止構造体（凹型微細構造）
２２ 錐体状微細凹部

Claims (15)

1. 略円形又は多角形底面を有する無数の錐体状微細突起を備え、上記底面又は底面に外接する円の直径Ｄが３８０ｎｍ以下である凸型微細構造の空間部分に、可視光線の波長よりも小さなナノ粒子を空隙ができるように充填し、当該ナノ粒子を充填した部分の有効屈折率が１．１０〜１．３５であることを特徴とする反射防止構造。
2. 上記底面の重心点間のピッチＡが３８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の反射防止構造。
3. 上記錐体状微細突起の頂点から底面に下ろした垂線の距離Ｈが１５０ｎｍ〜１５００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射防止構造。
4. 上記錐体状微細突起の頂点を含み、底面に垂直な断面における頂点と底辺を結ぶ線の線形式が次式（１）で表わされ、次数ｎが１．１〜５であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の反射防止構造。
   Ｘ＝（Ｄ／２）×｛１−（Ｚ／Ｈ）^ｎ｝・・・（１）
5. 上記錐体状微細突起の頂点を含み、底面に垂直な断面における頂点と底辺を結ぶ線の線形式が次式（２）で表わされ、次数ｎが１．１〜５であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の反射防止構造。
   Ｚ＝｛Ｈ／（Ｄ／２）^ｎ｝×Ｘ^ｎ ・・・（２）
6. 略円形又は多角形の開口部を有する無数の錐体状微細凹部を備え、上記開口部又は開口部に外接する円の直径Ｄが３８０ｎｍ以下である凹型微細構造の空間部分に、可視光線の波長よりも小さなナノ粒子を空隙ができるように充填し、当該ナノ粒子を充填した部分の有効屈折率が１．１０〜１．３５であることを特徴とする反射防止構造。
7. 上記開口部の重心点間のピッチＡが３８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の反射防止構造。
8. 上記錐体状微細凹部の最底部から開口面までの距離Ｈが１５０ｎｍ〜１５００ｎｍであることを特徴とする請求項６又は７に記載の反射防止構造。
9. 上記錐体状微細凹部の最底部を含み、開口面に垂直な断面における底部頂点と開口端を結ぶ線の線形式が次式（１）で表わされ、次数ｎが１．１〜５であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つの項に記載の反射防止構造。
   Ｘ＝（Ｄ／２）×｛１−（Ｚ／Ｈ）^ｎ｝・・・（１）
10. 上記錐体状微細凹部の最底部を含み、開口面に垂直な断面における底部頂点と開口端を結ぶ線の線形式が次式（２）で表わされ、次数ｎが１．１〜５であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つの項に記載の反射防止構造。
    Ｚ＝｛Ｈ／（Ｄ／２）^ｎ｝×Ｘ^ｎ ・・・（２）
11. 上記空間部分に充填するナノ粒子の１次粒子径が１〜５０ｎｍ、屈折率が１．３５〜１．５５であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つの項に記載の反射防止構造。
12. 請求項１〜１１のいずれか１つの項に記載の反射防止構造を透明基材の少なくとも一方の面に備えていることを特徴とする反射防止構造体。
13. 請求項１〜１１のいずれか１つの項に記載の微細構造を備えた成形型を透明基材のガラス移転点以上に加熱した状態で上記基材に押し当て、当該基材の表面に形成した上記微細構造の空間部分に粒子を充填することを特徴とする反射防止構造体の製造方法。
14. 請求項１〜１１のいずれか１つの項に記載の微細構造を備えた成形型と透明基材の間に活性エネルギー線硬化性樹脂を介在させた状態で活性エネルギー線を照射し、当該基材の表面に形成した上記微細構造の空間部分に粒子を充填することを特徴とする反射防止構造体の製造方法。
15. 請求項１〜１１のいずれか１つの項に記載の反射防止構造を備えていることを特徴とする自動車用部品。

Images