JP2009175481A - Antireflection optical member and optical module - Google Patents
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Abstract
【課題】微細な凹凸の周期構造を成形するに際して、金型からの転写が良好で、製造容易な反射特性に優れた反射防止光学部材の提供と該反射防止光学部材を用いた光モジュールを提供する。
【解決手段】成形金型を用いて、透光性基材の表面20にサブ波長の周期の微細な凹凸構造を成形して反射防止面とされる光学部材で、前記の凹凸構造は、サブ波長の周期で密に設けられた多数の微細な錐台形状の凹部21により形成される。錐台形状の凹部21は、ピッチをP、底面の幅をW、深さをH、入射光波長をλとしたとき、「0.35<(W/P)<0.7」および「0.25<(H/λ)<0.4」とする。
【選択図】図1Provided is an antireflection optical member that is excellent in reflection characteristics and can be easily manufactured when forming a periodic structure with fine irregularities, and an optical module using the antireflection optical member. To do.
An optical member having an antireflection surface formed by forming a fine concavo-convex structure with a sub-wavelength period on a surface 20 of a translucent substrate using a molding die, It is formed by a large number of fine frustum-shaped recesses 21 that are densely provided with a wavelength period. The frustum-shaped concave portion 21 has “0.35 <(W / P) <0.7” and “0” when the pitch is P, the bottom width is W, the depth is H, and the incident light wavelength is λ. .25 <(H / λ) <0.4 ”.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、透光性基材の表面に、反射防止用の微細な凹凸構造が形成された反射防止部材および該反射防止部材を用いた光モジュールに関する。 The present invention relates to an antireflection member in which a fine concavo-convex structure for antireflection is formed on the surface of a translucent substrate, and an optical module using the antireflection member.
近年の微細加工技術の進歩により、透光性基材からなる光学部材に対して、使用波長より微細なサブ波長の周期の凹凸構造(数百ナノメートル)の形成が可能となり、この微細な凹凸構造を用いて光学装置における表面反射を抑制できることが知られている。
例えば、特許文献1には、図9(A)に模式的に示すように、反射型液晶装置の面光源に、錐形状の微細な連続パターンからなる反射防止用の凹凸面を形成した導光板が開示されている。
Recent advances in microfabrication technology have enabled the formation of concave and convex structures (several hundreds of nanometers) with sub-wavelength periods smaller than the wavelength used for optical members made of translucent substrates. It is known that surface reflection in an optical device can be suppressed using the structure.
For example, in Patent Document 1, as schematically shown in FIG. 9A, a light guide plate in which an uneven surface for preventing reflection composed of a conical fine continuous pattern is formed on a surface light source of a reflective liquid crystal device. Is disclosed.
この装置は、反射型液晶手段1側に、フロントライトとして照明装置2が配置される。この照明装置2は、線状光源3、導光板4を備え、視認性を高めるために導光板4の裏面に微細な凹凸面からなる反射防止面5が形成されている。導光板4の一端側から入射された光は、導光板4の表面側に形成された反射面6で反射されて反射型液晶表示手段1に与えられる。次いで、反射型液晶表示手段1にて、光変調され、反射された光は、導光板4の裏面の反射防止面5により反射を防止され、且つ回析されずに導光板4内に入射され、透光面7を透過して視認される。
In this device, an
反射防止面5は、図9(B)に示すように、透光性基材の導光板4の表面に、微細な錐形状(4角錐)の突起8が連続的に形成され、突起8のパターンピッチPと突起8の高さDとしたときの比(D/P)をアスペクト比としている。このアスペクト比が、「1」より小さいと長波長側での反射率が上昇して反射による赤の干渉色が強くなり、「1」より大きいと反射率が小さくなるとともに反射による干渉色が無色になることが開示されている。
As shown in FIG. 9B, the
また、上記の微細な突起8による凹凸面を有する導光板4は、図9(C)に示すように、透光性の樹脂材9を上下の金型10,11により成形して形成される。下金型11には、反射防止面5の突起8を連続成形するためのパターンが形成されている。この下金型11側のパターンが正確に転写されない(突起8の山部と谷部の端部形状が鈍る)と、反射率が上昇するということも開示されている。
Further, the light guide plate 4 having an uneven surface by the
また、特許文献2には、図10(A),(B)に示すような液晶ディスプレイ等による各種表示部の窓材等に用いられる反射防止物品が開示されている。この反射防止物品は、基材12の表面に微細な凹凸13を設けて成り、微細な凹凸13の最凸部13aにおける周期をP、使用される可視光の最小波長をλmとしたとき、P≦λmとしている。また、微細凹凸13の最凸部13aから最凹部13bにいくにしたがって、基材12の水平面内での断面積が連続的に漸次増加していくように形成することが開示されている。
Further,
この他、特許文献3には、図11に示すように、第1端子15aに発光素子14の下面電極をボンディングして固定し、上面電極をワイヤボンディングで第2端子15bに接続して搭載され、その外側を透明樹脂からなるレンズ16で封止し、レンズ16の所定領域の表面部分に反射防止用の微細構造16aを形成した発光ダイオードが開示されている。反射防止用の微細構造16aは、図9(B)で説明したのと同様な微細な錐形状の突起を連続的に形成した形状のものである。
上述の図9〜図11に示したように、光学部材の表面に錐形状の突起をサブ波長の微細構造で連続的に形成することにより、光学部材を透過する波長の光が反射するのを防止することが可能とされている。しかしながら、反射防止用の微細な錐形状の突起は、通常、ガラスや半導体基材からなる金型を用いて成形される。このための金型としては、図12(A)及び図12(B)に示すように、金型基材17の所定の領域部分17aに錐形状の凹部18を、微細パターンのエッチング等により形成している。
As shown in FIGS. 9 to 11 described above, by continuously forming conical projections with a sub-wavelength microstructure on the surface of the optical member, light having a wavelength that passes through the optical member is reflected. It is possible to prevent. However, the fine cone-shaped projections for preventing reflection are usually formed using a mold made of glass or a semiconductor substrate. As a mold for this purpose, as shown in FIGS. 12A and 12B, a
そして、上述の金型を用いて、透明樹脂19を充填して錐形状の微細な突起を、所定の周期で密に連続成形する場合、図12(C)に示すように、金型基材に設けられた微細な錐形状の凹部18の最深部に空気18aが残留して、空気の逃げを塞ぐ形となって樹脂19が十分流れ込まずに、充填が不完全のままとなったりすることがある。このため、図9(引用文献1)でも開示されているように、金型からの転写率が悪くなり、所定の反射特性が得られないことがある。
When the above-described mold is used and the
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、微細な凹凸の周期構造を成形するに際して、金型からの転写が良好で、製造容易な反射特性に優れた反射防止光学部材の提供と該反射防止光学部材を用いた光モジュールの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides an anti-reflection optical member that is excellent in reflection characteristics that can be easily transferred from a mold and can be easily manufactured when forming a periodic structure with fine irregularities. An object of the present invention is to provide an optical module using the antireflection optical member.
本発明による反射防止光学部材は、成形金型を用いて、透光性基材の表面にサブ波長の周期の微細な凹凸構造を成形して反射防止面とされる光学部材で、前記の凹凸構造は、サブ波長の周期で密に設けられた多数の微細な錐台形状の凹部により形成されている。錐台形状の凹部は、ピッチをP、底面の幅をW、深さをH、入射光波長をλとしたとき、「0.35<(W/P)<0.7」および「0.25<(H/λ)<0.4」を満足していることが好ましい。
前記の錐台形状は、多角錐台形状で、好ましくは4角錐台形状で、この他、円錐台形状で形成されていてもよい。
The antireflection optical member according to the present invention is an optical member that forms an antireflection surface by forming a fine concavo-convex structure with a sub-wavelength period on the surface of a translucent substrate using a molding die. The structure is formed by a large number of fine frustum-shaped recesses that are densely provided with a sub-wavelength period. The frustum-shaped concave portions have a pitch of P, a width of the bottom surface of W, a depth of H, and a wavelength of incident light of λ, “0.35 <(W / P) <0.7” and “0.3. It is preferable that 25 <(H / λ) <0.4 ”is satisfied.
The frustum shape is a polygonal frustum shape, preferably a quadrangular frustum shape, and may be a truncated cone shape.
また、上記の反射防止光学部材を、レーザ素子等の光素子を搭載した光モジュールの光学系路に用いることにより光の反射防止機能を備えたものとすることができる。なお、反射防止光学部材の屈折率がn、入射光波長がλであるとき、錐台形状の凹部のピッチP≦λ/(1+n)とすることで、回折光の発生を抑制するようにしてもよい。 Further, the antireflection optical member can be provided with a light antireflection function by using it in an optical system path of an optical module on which an optical element such as a laser element is mounted. When the refractive index of the antireflection optical member is n and the incident light wavelength is λ, the pitch of the frustum-shaped recesses is set to be P ≦ λ / (1 + n) so as to suppress the generation of diffracted light. Also good.
本発明によれば、透光性樹脂等の基材表面にサブ波長の周期の微細な凹凸構造を成形するに際して、金型側の基準面に対して凸となる錐台形状の多数の凸部を形成することで、凹となる底部分は金型の基準面で互いに連通した状態となるため、樹脂の成形時に凹となる底部分に空気が残らないようにすることができる。この結果、金型の微細な凹凸構造を良好に転写させて、反射防止機能を向上させることができる。 According to the present invention, when forming a fine concavo-convex structure with a sub-wavelength period on the surface of a substrate such as a translucent resin, a large number of frustum-shaped convex portions that are convex with respect to the reference surface on the mold side Since the bottom portions that are concave are in communication with each other on the reference surface of the mold, it is possible to prevent air from remaining on the bottom portions that are concave when the resin is molded. As a result, the fine concavo-convex structure of the mold can be transferred satisfactorily and the antireflection function can be improved.
また、凹となる底部分は錐の先端部分を切り取った錐台形状としているため、金型に鋭利な先端形状がなくなり、錐台形状の高低差も小さくすることができるので、取り扱いがよい。なお、金型面に微細な錐台形状の多数の凹部を形成するより、微細な錐台形状の多数の凸部を形成する方が、製造上は容易であり金型作製のコストを低減することができる。
また、この反射防止用の凹凸周期構造を光モジュールの光学系に用いることにより、光学特性を向上させ、光モジュールの製造コストを低減させることができる。
Moreover, since the bottom part which becomes a concave is made into the frustum shape which cut off the front-end | tip part of a cone, since the sharp front-end | tip shape is lost in a metal mold | die and the height difference of a frustum shape can also be made small, handling is good. Note that it is easier to manufacture and reduce the cost of mold manufacture than forming a large number of fine frustum-shaped convex portions on the mold surface rather than forming a large number of fine frustum-shaped concave portions on the mold surface. be able to.
In addition, by using this irregular structure for reflection prevention in the optical system of the optical module, the optical characteristics can be improved and the manufacturing cost of the optical module can be reduced.
図により本発明の実施の形態を説明する。図1(A)は本発明による金型成形により形成された透光基材の表面上の凹凸構造の一例を示す図、図1(B)は他の凹凸構造の例を示す図である。図中、20は透光性基材の表面、21は4角錐台形状の凹部、21aは上端、21bは底部、22は円錐台形状の凹部、を示す。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a view showing an example of a concavo-convex structure on the surface of a light-transmitting substrate formed by molding according to the present invention, and FIG. 1B is a view showing an example of another concavo-convex structure. In the figure, 20 indicates the surface of the translucent substrate, 21 indicates a quadrangular pyramid-shaped recess, 21a indicates an upper end, 21b indicates a bottom, and 22 indicates a truncated cone-shaped recess.
本発明の反射防止光学部材は、透光性の樹脂基材に、使用波長より小さいサブ波長の周期で多数の凹凸を連続的に密に形成した構造(以下、凹凸周期構造という)を設けて構成される。本発明においては、特に、この凹凸周期構造を、図1(A)に示すように、透光性基材の表面20から基材内に向けて錐台形状(例えば、微細な4角錐台形状)の凹部21を、X方向とY方向に周期的に連続させて形成している。なお、この凹部21のX方向の配列ピッチをPx、Y方向の配列ピッチをPy、また、凹部21の深さをHとする。
The antireflection optical member of the present invention is provided with a structure (hereinafter referred to as a concavo-convex periodic structure) in which a number of irregularities are continuously and densely formed on a translucent resin base material with a sub-wavelength period smaller than the use wavelength. Composed. In the present invention, in particular, the concave-convex periodic structure has a frustum shape (for example, a fine quadrangular frustum shape) from the
X方向の配列ピッチPxとY方向の配列ピッチPyは、使用される波長領域の最小波長λminより小さい距離となるようにされる。なお、配列ピッチPxと配列ピッチPyは、同じであってもよく、波長領域の最小波長λminより小さければ異なっていてもよい。また、この凹部21は、基材表面20から内部に向けて次第に凹部断面が縮小される錐台形状で形成される。
The arrangement pitch Px in the X direction and the arrangement pitch Py in the Y direction are set to be smaller than the minimum wavelength λmin of the wavelength region to be used. The arrangement pitch Px and the arrangement pitch Py may be the same or different as long as they are smaller than the minimum wavelength λmin in the wavelength region. Further, the
具体的な錐台形状の凹部21としては、図1(A)に示すように4角錐台形状とすることにより容易に実現することができるが、この他、3角錐台形状、6角錐台形状(ハニカム形状)、5角錐台形状と6角錐台形状の混合等の各種の多角錐台形状で形成することができる。なお、これらの多角錐台形状は、基材表面20の上端21aから底部21bまで、正確な多角錐台形状を維持していなくてもよく、少なくとも基材表面20側で形状が確保されていればよい。さらには、図1(B)に示すような円錐台形状としてもよい。
The concrete frustum-shaped
上記の凹部21による周期構造は、図9(B)で示したような凸部の周期構造を反転させた形状(錐台形状)となる。両者の凹凸周期構造の形状に関して、凸部側の形状で比べると、図9(B)では凸部頂部が4角錐頂点の点状となるのに対し、本発明の図1(A)では、凸部頂部に相当する部位は線状の稜線となる。しかし、両者とも連続形成するピッチ(Px,PyとP)を使用する波長領域の最小波長λminより小さくすることにより、同様な反射防止機能を持たせることが可能となる。
The periodic structure by the
図2は、本発明による反射防止部材を成形する金型と樹脂成形体の一例を説明する図である。図2(A)は金型を示し、図2(B)は樹脂成形体を示す。図中、30は金型、30a,30bはV溝、31は4角錐台、31aは台形頂面、31bは台形基部、32は基準面を示し、その他の符号は、図1で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。 FIG. 2 is a view for explaining an example of a mold and a resin molded body for molding the antireflection member according to the present invention. FIG. 2A shows a mold, and FIG. 2B shows a resin molded body. In the figure, 30 is a mold, 30a and 30b are V-grooves, 31 is a quadrangular pyramid, 31a is a trapezoidal top surface, 31b is a trapezoid base, 32 is a reference surface, and other symbols are used in FIG. The description will be omitted by using the same reference numerals.
上述した多数の錐台形状の凹部からなる凹凸周期構造は、図2(A)に示すように、多数の4角錐台31を金型30の基準面32から突出するように形成される。4角錐台31は、4角錐の頂部分をきりとった状態の台形頂面31aと、基準面32とほぼ同じ位置の台形基部31bからなっている。この4角錐台31は、マトリックス状に密接して配列され、隣接する4角錐台31との間にV溝30a,30bがある形状となる。
The concave / convex periodic structure including a large number of frustum-shaped concave portions described above is formed such that a large number of
樹脂成形体の基材表面20は、図2(B)に示すように、上記の金型30に設けたマトリックス状に配列された4角錐台31が転写されて、図1で説明したように、4角錐台形状の凹部21をマトリックス状に配した凹凸周期構造が得られる。なお、凹部21の上端21aは、金型30のV溝30a,30bとにより格子線状の稜線となるように成形され、その高さ位置が基材表面20に一致する。また、凹部21の底部21bは、金型30の台形頂面31aによって平坦に成形される。
As shown in FIG. 2, the
本発明は、上記したように、成形された樹脂基材の反射防止用の微細な凹凸周期構造を、樹脂基材側が凹部となるようにしているので、これを成形する金型側は、凸部で形成することができる。これにより、凸部の基部は金型の基準面と同じ位置となるので、図12(C)で説明したような、凹部の最深部に空気が残留して、空気の逃げを塞ぐのを回避することができる。この結果、金型側の微細な凹凸周期構造を精度よく樹脂基材側に転写させることができ、反射特性の良好な光学部材が得られる。 In the present invention, as described above, since the fine uneven periodic structure for preventing reflection of the molded resin base material is a concave portion on the resin base side, the mold side for molding the convex structure is convex. The part can be formed. As a result, the base of the convex portion is located at the same position as the reference surface of the mold, so that air remains in the deepest portion of the concave portion as described in FIG. can do. As a result, the fine uneven periodic structure on the mold side can be accurately transferred to the resin base material side, and an optical member having good reflection characteristics can be obtained.
金型の表面に微細な凹部を形成するには、微細なパターンによってエッチングするなどの手間とコストがかかるが、金型の表面に微細な錐台形状の凸部を形成することは、最新の精密な機械加工技術によれば容易に行うことができる。例えば、図2(A)のような微細な4角錐台31を連続的にマトリクス状に密に形成する場合、金型の表面をX方向に研削して微小なV溝30aを複数形成した後、これと直交するY方向に同様な微小なV溝30bを複数形成することによって、容易に微細な4角錐を所定のピッチで密に形成することができる。この後、必要に応じて4角錐の頂部分をZ方向に研削する。すなわち、凹凸周期構造を成形するための金型としては、壁面に凹部を形成するよりは、凸部を形成する方が容易であり、また、精度も高いものとすることができ、特にサブ波長の微細な凹凸周期構造に対しては、精度のよい金型を安価に形成することが可能となる。
Forming fine concave portions on the mold surface requires labor and cost such as etching with a fine pattern, but forming the fine frustum-shaped convex portions on the mold surface is the latest This can be done easily with precision machining techniques. For example, in the case where the fine
図3および図4は、錐台形状の凹凸周期構造による反射率を等高線で表した図である。図3(A)および図4(A)に示すように、例えば、錐台形状の凹部の周期(ピッチ)をP,深さをH、底部の幅をW、入射される光波長のλを設計パラメータとし、(W/P)および(H/λ)を代表パラメータとする。図3(B)および図4(B)は、横軸に(W/P)をとり、縦軸に(H/λ)をとったときの、入射角θx=θy=0の場合の反射率を等高線0.1%〜2.0%で示している。 FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams showing the reflectivity of the frustum-shaped irregular periodic structure by contour lines. As shown in FIG. 3A and FIG. 4A, for example, the period (pitch) of the frustum-shaped concave portion is P, the depth is H, the bottom width is W, and the incident light wavelength is λ. Design parameters are used, and (W / P) and (H / λ) are representative parameters. 3B and 4B show the reflectance when the incident angle θx = θy = 0 when (W / P) is taken on the horizontal axis and (H / λ) is taken on the vertical axis. Are indicated by contour lines of 0.1% to 2.0%.
図3は、金型から樹脂成形への転写率が100%(理想状態)で行われた場合を想定したもので、反射率が最も小さくなる領域が2箇所あることを示している。1つはE点で示す(W/P,H/λ)=(0.4,0.7)付近と、もう1つは、F点で示す(W/P,H/λ)=(0.55,0.32)付近である。本発明の課題である金型からの転写が良好で、製造容易を考慮すると、錐台形の深さHが浅く、底面の幅Wが大きいFの方が最適と言える。したがって、このF点を中心とした網掛け部分、「0.35<(W/P)<0.7」および「0.25<(H/λ)<0.4」の範囲となるように、各パラメータを設定するのが望ましい。 FIG. 3 assumes that the transfer rate from the mold to the resin molding is 100% (ideal state), and shows that there are two regions where the reflectance is the smallest. One is in the vicinity of (W / P, H / λ) = (0.4, 0.7) indicated by point E, and the other is indicated by point F (W / P, H / λ) = (0 .55, 0.32). Considering that the transfer from the mold, which is the subject of the present invention, is good and easy manufacture is possible, it can be said that F having a small frustum-shaped depth H and a large bottom surface width W is optimal. Therefore, the shaded portion centering on this point F is in the range of “0.35 <(W / P) <0.7” and “0.25 <(H / λ) <0.4”. It is desirable to set each parameter.
なお、上記の凹部を錐形状(先端部分をきりとらない形状)とした場合は、図3の等高線から推定(W/P=0と同等)すると、本発明の錐台形とした場合と同程度の反射率とするには、「(H/λ)≧0.6」とする必要がある。本発明では、上記のように「0.25<(H/λ)<0.4」であるので、錐形状より深さHを低く形成することができ、この観点からも製造性が向上されるといえる。 In addition, when the above-mentioned concave portion has a conical shape (a shape in which the tip portion is not cut), when estimated from the contour lines in FIG. 3 (equivalent to W / P = 0), it is about the same as the frustum shape of the present invention. In order to obtain a reflectivity of “(H / λ) ≧ 0.6”, it is necessary to satisfy the above condition. In the present invention, since “0.25 <(H / λ) <0.4” as described above, the depth H can be formed lower than the cone shape, and the productivity is also improved from this viewpoint. It can be said.
上記の図3(B)では、樹脂成形の転写率が100%で行われることを前提としたものであるが、実際上は難しいことから、転写率が80%程度で成形された状態での検証を行った。なお、転写率とは、図4(A)のように、点線で示す部分(成形樹脂の上部の稜線部分)の形状が欠落または鈍った状態を除いた、全体に対する割合を言う。
図4(B)は、金型から樹脂成形への転写率が80%で行われた場合のもので、反射率が最も小さくなる領域は、図3(B)の場合と同様にE’点とF’点の2箇所にある。
In FIG. 3 (B) above, it is assumed that the transfer rate of resin molding is performed at 100%. However, since it is difficult in practice, the transfer rate is about 80%. Verification was performed. Note that the transfer rate refers to a ratio with respect to the whole excluding a state in which the shape of the portion indicated by the dotted line (ridge line portion on the upper part of the molding resin) is missing or blunted as shown in FIG.
FIG. 4B shows the case where the transfer rate from the mold to the resin molding is 80%, and the region where the reflectance is the smallest is the point E ′ as in the case of FIG. And F ′ point.
この場合も、錐台形の深さHが浅く、底面の幅Wが大きいF’の方が最適とすることができる。このF’点を中心とした網掛け部分は、図の網掛け部分の領域とほぼ一致している。したがって、上記の転写率100%の場合の最適範囲である「0.35<(W/P)<0.7」および「0.25<(H/λ)<0.4」は、転写率が80%で行われた場合においても適用することができる。 Also in this case, F ′ having a smaller frustum-shaped depth H and a larger bottom surface width W can be optimized. The shaded portion centered on the F ′ point substantially coincides with the shaded area in the figure. Therefore, “0.35 <(W / P) <0.7” and “0.25 <(H / λ) <0.4”, which are the optimum ranges when the transfer rate is 100%, are the transfer rates. This can also be applied to the case where the value is 80%.
図5は、図1(A)の微細な4角錐台形状の凹凸周期構造による反射特性と、ARコートによる反射特性を比較して示した図である。
図5(A)は、反射率の波長依存性を示す図で、横軸に入射光波長、縦軸に反射率(%)をとり、光の入射角(図1のθx、θy)を0度としたときの特性を示し、光通信システムで用いられる波長1.31μmが最適値となるようにしたときの、波長依存性を示す反射特性である。太線は上述した本発明による凹凸周期構造による反射特性で、細線がARコートによる反射特性である。
FIG. 5 is a diagram comparing the reflection characteristics of the fine quadrangular pyramid-shaped concave-convex periodic structure of FIG. 1A and the reflection characteristics of the AR coat.
FIG. 5A is a diagram showing the wavelength dependency of the reflectance. The horizontal axis represents the incident light wavelength, the vertical axis represents the reflectance (%), and the incident angle of light (θx, θy in FIG. 1) is 0. This is a reflection characteristic showing the wavelength dependency when the wavelength of 1.31 μm used in the optical communication system is set to an optimum value. The thick line is the reflection characteristic due to the above-described uneven periodic structure according to the present invention, and the thin line is the reflection characteristic due to the AR coating.
また、図5(B)は、反射率の入射角依存性を示す図で、横軸に光入射角(図1のθx,θy)、縦軸に反射率(%)をとり、図1のPx=Py=0.4λとし、光波長1.31μmとしたときの特性を示したものである。そして、図5(A)と同様に、太線が上述した本発明による凹凸周期構造による反射特性で、細線がARコートによる反射特性である。また、実線はz方向に電界成分をもたないTEモードによる反射率を示し、点線はz方向に磁界成分をもたないTMモードによる反射率を示している。この図5(B)によれば、本発明においては、TEモードとTMモードとも大きな差はなく、光の入射角が35度以下であれば、反射率を0.2%以下に抑えることができる。 FIG. 5B shows the incident angle dependence of the reflectance. The horizontal axis represents the light incident angle (θx, θy in FIG. 1), and the vertical axis represents the reflectance (%). The characteristics when Px = Py = 0.4λ and the light wavelength is 1.31 μm are shown. As in FIG. 5A, the thick line is the reflection characteristic due to the above-described uneven periodic structure according to the present invention, and the thin line is the reflection characteristic due to the AR coating. The solid line shows the reflectivity by the TE mode having no electric field component in the z direction, and the dotted line shows the reflectivity by the TM mode having no magnetic field component in the z direction. According to FIG. 5B, in the present invention, there is no significant difference between the TE mode and the TM mode, and if the incident angle of light is 35 degrees or less, the reflectance can be suppressed to 0.2% or less. it can.
図5(A)および図5(B)の反射特性に示すように、本発明による凹凸周期構造は、波長依存性並びに入射角依存性とも、ARコート(Anti-Reflection Coat)と同等以上の良好な反射特性を有している。このため、本発明による凹凸周期構造を用いることにより、ARコーティングを不要とし、低コスト化を可能とする。 As shown in the reflection characteristics of FIGS. 5 (A) and 5 (B), the uneven periodic structure according to the present invention has a wavelength dependency and an incident angle dependency that are as good as or better than an AR coat (Anti-Reflection Coat). Has excellent reflection characteristics. For this reason, by using the concave-convex periodic structure according to the present invention, the AR coating is unnecessary and the cost can be reduced.
また、微細な凹凸周期構造の周期が長くなると、透過光、反射光以外に、回折光が発生し、光学特性を低下させる一因となる。そこで、微細な凹凸周期構造が形成される樹脂の屈折率をnとすると、凹凸周期構造のピッチP(図1の凹部のピッチPx,Py)が、「λ/(1+n)」以下となるようにして、回折光の発生を抑制することが望ましい。 In addition, if the period of the fine uneven periodic structure is increased, diffracted light is generated in addition to transmitted light and reflected light, which is a cause of lowering optical characteristics. Therefore, when the refractive index of the resin on which the fine concavo-convex periodic structure is formed is n, the pitch P of the concavo-convex periodic structure (the pitches Px and Py of the recesses in FIG. 1) is less than “λ / (1 + n)”. Thus, it is desirable to suppress the generation of diffracted light.
図6は、上記の錐台形状の凹部からなる微細な凹凸周期構造を、金型を用いて光モジュール部品に成形し、反射面とする例を示す図である。図中、23は光素子、24は回路基板、33,33a,33bは上金型、34は錐台形状の凸部、35は内壁面、36は減圧用ダクト、37は下金型、38a,38bは成形空間を示す。 FIG. 6 is a diagram showing an example in which the fine concave-convex periodic structure composed of the frustum-shaped concave portions is formed into an optical module component using a mold to form a reflective surface. In the figure, 23 is an optical element, 24 is a circuit board, 33, 33a and 33b are upper molds, 34 is a frustum-shaped convex part, 35 is an inner wall surface, 36 is a duct for decompression, 37 is a lower mold, 38a , 38b indicate molding spaces.
光モジュール部品は、例えば、回路基板24上に発光素子または受光素子などの光素子23が搭載され、これを透光性の樹脂基材で封止するとともに、その樹脂表面の光学系路に微細な凹凸周期構造による反射防止面が形成されるものとする。透光性の樹脂基材を成形する金型は、例えば、図6(A)に示すように、上金型33と下金型37とからなり回路基板24を上下から挟むことにより、上下金型33,37との間に、樹脂が充填される成形空間38a,38bが形成される。また、上下金型33,37のいずれかの部分に、成形樹脂の注入口(図示せず)と減圧用ダクト36が設けられる。
The optical module component includes, for example, an
上金型33の内壁面35には、光学部材の光学的な系路となる部分に、反射防止用の微細な凹凸周期構造を成形するための錐台形状の凸部34が所定のピッチと高さで連続的に密に形成される。この凸部34は、上金型33の内壁面35に対して凸となるように形成され、例えば、図2(A)で示したような、微細な4角錐台形状の突起を周期的に並べた形状で形成することができる。そして、上下金型33,37の成形空間38a,38bを減圧して透光性の樹脂を充填すると、上記の微細な4角錐台形状の凸部34を成形樹脂に転写したときに、上述した図1(A)に示すような微細な4角錐台形状の凹部からなる凹凸周期構造が樹脂基材の上面に形成される。なお、樹脂の成形後、上金型33は矢印で示すように上方向から取り外される。
On the
図6(B)は、他の成形例を示し、光学部材の光素子23の光学的な系路が、側面方向にある場合の例である。この場合、例えば、上金型は、上方向から取り外す上金型33aと、横方向から取り外す上金型33bの2つの金型を組合わせて構成される。上金型33bには、図6(A)の場合と同様に、凸部34がその内壁面35に対して凸となるように、微細な4角錐台形状の突起を連続的に並べた形状で形成される。これにより、成形された透光性の樹脂基材の側面に、微細な4角錐台形状の凹部からなる凹凸周期構造が形成される。樹脂の成形後、上金型33aは矢印で示すように上方向から取り外され、上金型33bは矢印で示す横方向から取り外される。
FIG. 6B shows another example of molding, in which the optical system path of the
図7は、光通信に用いられる光モジュールに、上述した反射防止用の微細な凹凸周期構造を適用する例を示す図である。図中、25は光デバイス、25aはステム、25bはリードピン、25cはキャップ、25dは透光窓部、27はスリーブ、27aは集光レンズ、27bは嵌合部、27cはフェルール挿入部、28はファイバフェルールを示す。その他の符号は、図1で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which the above-described fine uneven periodic structure for preventing reflection is applied to an optical module used for optical communication. In the figure, 25 is an optical device, 25a is a stem, 25b is a lead pin, 25c is a cap, 25d is a transparent window portion, 27 is a sleeve, 27a is a condensing lens, 27b is a fitting portion, 27c is a ferrule insertion portion, 28 Indicates a fiber ferrule. Description of other reference numerals is omitted by using the same reference numerals as those used in FIG.
光モジュールは、図7に示すように、例えば、光デバイス25に光ファイバとの接続を形成するスリーブ27を取付けて構成される。光デバイス25は、同軸型のCAN型パッケージで形成され、外部回路への接続用のリードピン25bを設けたステム25aに、半導体発光素子あるいは半導体受光素子等の光素子23を搭載し、これに、透光窓部25dを有するキャップ25cで覆って形成される。
As shown in FIG. 7, the optical module is configured, for example, by attaching a
スリーブ27は、例えば、光デバイス25と結合する嵌合部27bと、光ファイバとの接続を形成するフェルール挿入部27cと、光デバイス25内の光素子23とファイバフェルール28との光結合を形成する集光レンズ27aを、透光性の樹脂で一体に成形して形成されるとする。光素子23とファイバフェルール28の先端との間で、信号光の光伝送が形成されるが、集光レンズ27aの表面で信号光の反射が生じないように、レンズ表面に反射防止構造が形成される。
For example, the
集光レンズ27aの反射防止構造に、上述した微細な凹凸周期構造を用いることにより、信号光の反射を効率よく低減し、また、光モジュールを安価に製造することが可能となる。反射防止用の凹凸周期構造は、集光レンズ27aの所定の領域のレンズ表面からレンズ内に向けて、図1で説明した、例えば、微細な4角錐台形状の凹部21を周期的に連続形成してなる。また、この凹部21の配列ピッチや深さは、図1(A)で説明したのと同様に、光素子23で信号光として用いられる波長より、小さいピッチで形成し、その深さを所定の値で形成することにより、反射防止機能をもたせることができる。
By using the fine uneven periodic structure described above for the antireflection structure of the
図8は、図7に示すスリーブ27を、金型を用いて成形する例を示す図である。図中、39は上金型、39aは基部成形部、39bは円筒成形部、39cはレンズ成形部、39dは樹脂充填口、39eは減圧用ダクト、40は錐台形状の凸部、41は下金型、41aは円筒成形部、42a〜42dは成形空間を示す。
FIG. 8 is a diagram showing an example in which the
スリーブを成形する金型は、図6で説明したのと同様に、上金型39と下金型41からなる。上金型39は、スリーブの円柱状の基部を成形する基部成形部39a、光デバイスの嵌合部27bを成形する円筒成形部39b、集光レンズ27aを成形するレンズ成形部39c、透光性の樹脂基材を充填する樹脂充填口39d、金型内を真空引きして減圧するための減圧ダクト39eを有している。また、下金型41は、フェルール挿入部27cを成形する円筒成形部41aを有している。
The mold for molding the sleeve is composed of an
上金型39のレンズ成形部39cの所定領域の表面には、反射防止用の微細な凹凸周期構造を成形するための微細な錐台形状の凸部40が、所定のピッチと高さで形成される。この凸部40は、上金型39の凹状の内壁球面に対して凸となるように形成され、例えば、図2(A)で示したような、微細な4角錐台形状の突起を球状の内壁面に周期的に並べたもので形成することができる。なお、この微細な錐台形状の凸部40は、レンズ成形部39cの凹状球面に沿って形成されるため、領域の周縁側では、成形後の型抜きの際に、成形された凹部21の形状が変形を受けないように、凸部側面の角度を考慮する必要がある。
On the surface of a predetermined region of the
上記のように構成された金型は、上金型39と下金型41とを閉じることにより、スリーブ27に対応した形状の成形空間42a〜42dが形成される。金型内の空気を真空引きすることにより減圧して、上記の成形空間内に透光性の樹脂基材を樹脂充填口39dから充填する。上記の微細な錐台形状の凸部40は、成形樹脂に転写されて、図7に示すように集光レンズ27aの所定領域に微細な錐台形状の凹部21を成形することができる。これにより、集光レンズ27aの成形と同時に、レンズ表面に、反射防止用の凹凸周期構造を形成することができ、安価な方法で反射防止機能をもたせることができる。なお、図7における傾斜面27dや、図8における下金型の円筒部底面41bのように光軸と交わる面に本発明の凹凸周期構造による反射防止機能を備えてもよい。
In the mold configured as described above,
20…透光性基材の表面、21…4角錐台形状の凹部、21a…上部、21b…底部、22…円錐台形状の凹部、23…光素子、24…回路基板、25…光デバイス、25a…ステム、25b…リードピン、25c…キャップ、25d…透光窓部、27…スリーブ、27a…集光レンズ、27b…嵌合部、27c…フェルール挿入部、27d…傾斜面、28…ファイバフェルール、30…金型、30a,30b…V溝、31…4角錐台、31a…台形頂面、31b…台形基部、32…基準面、33、33a,33b…上金型、34…錐台形状の凸部、35…内壁面、36…減圧用ダクト、37…下金型、38a,38b…成形空間、39…上金型、39a…基部成形部、39b…円筒成形部、39c…レンズ成形部、39d…樹脂充填口、39e…減圧用ダクト、40…錐台形状の凸部、41…下金型、41a…円筒成形部、41b…円筒部底面、42a〜42d…成形空間。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記凹凸構造は、サブ波長の周期で密に設けられた多数の微細な錐台形状の凹部により形成されていることを特徴とする反射防止光学部材。 An optical member that uses a molding die to mold a fine concavo-convex structure with a sub-wavelength period on the surface of a translucent substrate to serve as an antireflection surface,
2. The antireflection optical member according to claim 1, wherein the concavo-convex structure is formed by a large number of fine frustum-shaped concave portions provided densely with a sub-wavelength period.
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