CN105308482A - 具备防反射膜的光学部件 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于获得一种具备制造适用性良好且具有充分光学特性的防反射膜的光学部件。在具备透明基材(30)、形成于透明基材(30)表面的防反射膜(40)的光学部件(1)中，防反射膜(40)具备折射率向厚度方向的透明基材(30)侧逐渐变大的折射率倾斜结构层(10)及配置于折射率倾斜结构层(10)与透明基材(30)之间并用于通过干涉作用抑制反射光的干涉层(20)，透明基材(30)的折射率与折射率倾斜结构层(10)的最靠透明基材侧的折射率不同，干涉层(20)的折射率沿厚度方向发生变化，在与折射率倾斜结构层(10)的边界及与透明基材(30)的边界具有与两者的折射率不连续的值，且折射率倾斜结构层侧与透明基材侧的值互不相同。

Description

具备防反射膜的光学部件
技术领域
本发明涉及一种在表面具备防反射膜的光学部件。
背景技术
以往，在利用玻璃、塑料等透光性部件的透镜(透明基材)中，为了降低因表面反射引起的透射光的损失，在光入射面设置有防反射结构体(防反射膜)。
例如，作为相对于可见光的防反射结构体，已知有电介质多层膜、比可见光的波长更短的间距(Pitch)的微细凹凸结构体(所谓的蛾眼结构)等(专利文献1～3等)。
专利文献1中，公开有基材上经由透明薄膜层形成有细微的凹凸膜的结构。凹凸膜为以氧化铝为主要成分的膜，透明薄膜层是含有氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、氧化锌中的至少一种的层。
专利文献2中公开有如下结构，即，其为在基材上经由中间层形成有凹凸结构层的结构，中间层为不同于凹凸结构层的材料，中间层中与凹凸结构层相邻的层具有与凹凸结构层的折射率大致相等的折射率。
通常，构成微细凹凸结构体的材料与透明基材的折射率不同。因此，用于透明基材的防反射时，需避免在防反射结构体与透明基材之间产生折射率高低差。具体而言，已知有如专利文献1那样在透明薄膜层中混合高折射率的化合物的方法，如专利文献2那样设置具有薄膜层与基材的中间的折射率的中间层的方法，或者如专利文献3所示，设置折射率从微细凹凸结构体向基材沿膜厚方向阶段性地发生变化的折射率倾斜薄膜层的方法。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2005-275372号公报
专利文献2：日本专利公开2010-66704号公报
专利文献3：日本专利公开2013-33241号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
并且，具备微细凹凸结构体作为防反射结构时，存在若微细凹凸的高度(深度)变大则结构上耐久性变差的问题，尤其在通过以勃姆石等氧化铝作为主要成分的凹凸膜构成微细凹凸结构体时，不易增大微细凹凸的高度(深度)。
本发明人等进一步发现，在微细凹凸结构体中，若折射率的变化率变得陡峭，则反射光暂留，无法获得充分的防反射性能。
如已述，为了基板的防反射而设置由具有不同于基板的折射率的材料构成的防反射结构体(防反射膜)时，以往例中，在基板与防反射结构体之间，为了减少两者的折射率差，利用具有两者之间的折射率的中间层或使折射率阶段性地发生变化的折射率倾斜薄膜，但为了获得充分的性能，需要使这些中间层或折射率倾斜薄膜层的膜厚相当大。厚膜化会导致制造时间、制造成本的上升，因此存在制造适用性较差的问题。并且，通过本发明人等的研究，发现仅通过在基板与防反射结构体之间具备用于缩小两者之间的折射率差的中间层等，无法说在微细凹凸结构体中存在折射率的变化率陡峭的部分时产生的反射光的抑制效果充分。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种具备生产适用性良好且具有充分的光学特性的防反射膜的光学部件。
用于解决技术课题的手段
本发明的光学部件，其为具备透明基材及形成于透明基材表面的防反射膜的光学部件，其中，
防反射膜具备：折射率向厚度方向的透明基材侧逐渐变大的折射率倾斜结构层、及配置于折射率倾斜结构层与透明基材之间并用于通过干涉作用抑制反射光的干涉层，
透明基材的折射率与折射率倾斜结构层的最靠透明基材侧的折射率不同，
干涉层的折射率沿厚度方向发生变化，在与折射率倾斜结构层的边界及与透明基材的边界具有与两者的折射率不连续的值，且折射率倾斜结构层侧与透明基材侧的值互不相同。
即，本发明的光学部件中，在厚度方向上，将折射率倾斜结构层与干涉层的边界位置设为z1，将干涉层与透明基材的边界位置设为z2时，将位置z1中的折射率倾斜结构层的折射率设为n1(z1)、干涉层的折射率设为n2(z1)，将位置z2中的干涉层的折射率设为n2(z2)、透明基材的折射率设为n3时，为n1(z1)≠n3、n1(z1)≠n2(z1)、n2(z2)≠n3、n2(z1)≠n2(z2)。
尤其，优选透明基材的折射率大于折射率倾斜结构层的最靠透明基材侧的折射率(n1(z1)＜n3)，干涉层中，与所述折射率倾斜结构层的边界位置处的折射率大于与所述透明基材的边界位置处的折射率(n2(z1)＞n2(z2))。
或者，优选透明基材的折射率小于折射率倾斜结构层最靠透明基材侧的折射率(n1(z1)＞n3)，干涉层中，与折射率倾斜结构层的边界位置处的折射率小于与透明基材的边界位置处的折射率(n2(z1)＜n2(z2))。
折射率倾斜结构层中，具有厚度方向上的折射率的变化率Δn/Δd与防反射对象光的波长λ之间的关系成为λ×Δn/Δd＞1.5的部分时，本发明尤其有效。
防反射对象光是指在本发明的光学部件中需要防反射的光，根据用途而不同，例如为可见光、红外光等。
另外，优选干涉层由3种以上的元素构成，其组成比沿厚度方向发生变化，从而折射率沿厚度方向发生变化。
具体而言能够如下，即，干涉层由硅氧氮化物构成，氧与氮的组成比沿厚度方向发生变化，从而折射率沿厚度方向发生变化。
或者能够如下，即，干涉层为硅氧化物与钛氧化物的混合层，硅氧化物与钛氧化物的含有比例沿厚度方向发生变化，从而折射率沿厚度方向发生变化。
折射率倾斜结构层可由透明的微细凹凸结构体构成，所述透明的微细凹凸结构体具有间距比防反射对象光的波长更短的微细凹凸。
折射率倾斜结构层可由透明的微细凹凸结构体构成，所述透明的微细凹凸结构体具有周期比防反射对象光的波长更短的微细凹凸。
折射率倾斜结构层可由折射率从远离透明基材的一侧向靠近透明基材的一侧单调增加的折射率倾斜薄膜构成。
折射率倾斜结构层可由尺寸比防反射对象光的波长更小的透明微粒无规则地配置而成的微粒层构成。
发明效果
本发明的光学部件中，在折射率倾斜结构层与干涉层的边界、干涉层与基材的边界中，由于具有折射率不连续的折射率廓线，从而通过具有这2个折射率不连续的边界，能够干扰防反射对象光的因折射率倾斜结构层的最靠基材侧的折射率与基材的折射率之间的折射率差而产生的反射光和在折射率倾斜结构层中存在陡峭的折射率变化时产生的反射光等，从而能够使从折射率倾斜结构层的表面侧入射的防反射对象光向光学部件外部的反射光非常小。
附图说明
图1是表示本发明的光学部件的结构的剖面示意图。
图2是表示本发明的光学部件的折射率廓线的第1例的图。
图3是表示本发明的光学部件的折射率廓线的第1例的设计变更例的图。
图4是表示本发明的光学部件的折射率廓线的第2例的图。
图5是表示本发明的光学部件的折射率廓线的第2例的设计变更例的图。
图6是表示本发明的光学部件的折射率廓线的第3例的图。
图7是表示本发明的光学部件的折射率廓线的第4例的图。
图8是表示光学部件的第1实施方式的剖面示意图。
图9是表示光学部件的第2实施方式的剖面示意图。
图10是表示光学部件的第3实施方式的剖面示意图。
图11是表示光学部件的第4实施方式的剖面示意图。
图12是表示折射率廓线与反射率的模拟结果的图。
图13是表示比较例1的光学部件的折射率廓线的图。
图14是表示在比较例1的光学部件中，相对于波长540nm的光的反射率与倾斜膜厚的光学模拟结果的图。
图15是表示实施例1的光学部件的折射率廓线的图。
图16是表示实施例2的光学部件的折射率廓线的图。
图17是表示比较例2的光学部件的折射率廓线的图。
图18是表示实施例1、实施例2及比较例2的反射率的模拟结果的图。
图19是表示实施例3的光学部件的折射率廓线的图。
图20是表示比较例3的光学部件的折射率廓线的图。
图21是表示实施例3及比较例3的反射率的模拟结果的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的光学部件1的结构的剖面示意图。如图1所示，光学部件1由透明基材30及形成于透明基材30表面的防反射膜40构成。防反射膜40由折射率从表面侧向基材30侧逐渐变大的折射率倾斜结构层10及设置于该折射率倾斜结构层10与透明基材30之间且用于通过干扰来抑制反射光的干涉层20构成。
光学部件1中，透明基材30的折射率与折射率倾斜结构层10的最靠透明基材30侧的折射率不同，干涉层20的折射率沿厚度方向发生变化，在与折射率倾斜结构层10的边界及与透明基材30的边界具有与两者的折射率不连续的值，且折射率倾斜结构层10侧与透明基材30侧的值互不相同。
即，光学部件1中，在厚度方向上，将折射率倾斜结构层10与干涉层20的边界位置设为z1，将干涉层20与透明基材30的边界位置设为z2时，将位置z1中的折射率倾斜结构层10的折射率(折射率倾斜结构层的最靠透明基材侧的折射率)设为n1(z1)、干涉层20的折射率(干涉层20的最靠折射率倾斜结构层10侧的折射率)设为n2(z1)，将位置z2中的干涉层20的折射率(干涉层20的最靠基材30侧的折射率)设为n2(z2)、透明基材30的折射率设为n3时，为n1(z1)≠n3、n1(z1)≠n2(z1)、n2(z2)≠n3、n2(z1)≠n2(z2)。
本发明的光学部件中，其折射率廓线在折射率倾斜结构层10与干涉层20的边界位置z1及干涉层20与透明基材30的边界位置z2不连续，且折射率在干涉层20中沿厚度方向发生变化，由此使在防反射膜40内部及防反射膜40与基材30之间产生的反射光相互干扰，其结果，抑制入射到光学部件的防反射对象光的反射光。
图2表示本发明的光学部件的折射率廓线的第1例。
图2所示的折射率廓线中，透明基材30的折射率n3大于折射率倾斜结构层10的最靠透明基材侧的折射率n1(z1)，在干涉层20中，与折射率倾斜结构层10的边界位置z1的折射率n2(z1)大于与透明基材30的边界位置z2的折射率n2(z2)。即，为n1(z1)＜n3且n2(z1)＞n2(z2)。
在各层的边界位置z1、z2，折射率不连续，本例中，干涉层20的折射率在边界位置z1中大于折射率倾斜结构层10的最靠透明基材侧的折射率n1(z1)，随着朝向厚度方向的透明基材侧而变小，在边界位置z2，变得小于透明基材30的折射率n3。
图3表示本发明的光学部件的折射率廓线的第1例的设计变更例。
图3所示的折射率廓线与上述的第1例的情况下的折射率廓线同样地，边界位置处的折射率的关系满足n2(z2)≠n3、n2(z1)≠n2(z2)、n1(z1)＜n3、n2(z1)＞n2(z2)。满足该条件时，干涉层20不限于图2所示的第1例，还可具有如图3所示的折射率廓线n2(z)。
图3所示的干涉层的折射率廓线n2(z)中，a在边界位置z1中大于折射率倾斜结构层10的最靠透明基材侧的折射率n1(z1)，随着朝向厚度方向的透明基材侧而变小，但在边界位置z2中，大于透明基材30的折射率n3。
廓线b与第1例同样地，在边界位置z1中大于折射率倾斜结构层10的最靠透明基材侧的折射率n1(z1)，随着朝向厚度方向的透明基材侧而变小，在边界位置z2中小于透明基材30的折射率n3，但折射率并不以恒定倾斜度减少，而是在边界附近平缓地变化，在中心急剧变化。
廓线c在边界位置z1中小于折射率倾斜结构层10的最靠透明基材侧的折射率n1(z1)，随着朝向厚度方向的透明基材侧而变小，在边界位置z2中，小于透明基材30的折射率n3。
另外，若满足边界位置处的折射率的关系，则干涉层中的厚度方向的折射率的变化无需单调减少，可以是有增减的廓线。另外，在边界位置z1或者z2中，优选折射率差为足以抵消在折射率倾斜结构层中存在陡峭的折射率变化时产生的反射光的程度的大小。例如，如在折射率倾斜结构层中由于陡峭的折射率变化而产生1％的反射时，优选在边界位置z1及z2中有如具有相同程度的反射强度的折射率差。例如，当基材的折射率为1.84时，为了具有1％的反射强度，需要约0.3的折射率差。
图4表示本发明的光学部件的折射率廓线的第2例。
图4所示的折射率廓线中，透明基材30的折射率n3小于折射率倾斜结构层10的最靠透明基材30侧的折射率n1(z1)，在干涉层20中，与折射率倾斜结构层10的边界位置z1中的折射率n2(z1)小于与透明基材30的边界位置z2中的折射率n2(z2)。即，为n1(z1)＞n3且n2(z1)＜n2(z2)。
在各层的边界位置z1、z2中，折射率不连续，本例中，在干涉层20中，折射率在边界位置z1中小于折射率倾斜结构层10的最靠透明基材侧的折射率n1(z1)，随着朝向厚度方向的透明基材侧而变大，在边界位置z2中变得大于透明基材30的折射率n3。
图5表示本发明的光学部件的折射率廓线的第2例的设计变更例。
图5所示的折射率廓线与上述的第2例的情况下的折射率廓线同样地，边界位置处的折射率的关系满足n2(z2)≠n3、n2(z1)≠n2(z2)、n1(z1)＞n3、n2(z1)＜n2(z2)。满足该条件时，干涉层20不限于图4所示的第2例，也可具有如图5所示的折射率廓线。
图5所示的干涉层的折射率廓线n2(z)中，d在边界位置z1中大于折射率倾斜结构层10的最靠透明基材侧的折射率n1(z1)，随着朝向厚度方向的透明基材侧而变大，在边界位置z2中大于透明基材30的折射率n3。
廓线e与第2例同样地，在边界位置z1中小于折射率倾斜结构层10的最靠透明基材侧的折射率n1(z1)，随着朝向厚度方向的透明基材侧而变大，在边界位置z2中变得大于透明基材30的折射率n3，但折射率并不以恒定倾斜度增加，而是在边界附近平缓地变化，在中心急剧变化。
廓线f在边界位置z1中小于折射率倾斜结构层10的最靠透明基材侧的折射率n1(z1)，随着朝向厚度方向的透明基材侧而变大，但在边界位置z2中小于透明基材30的折射率n3。
另外，若满足边界位置处的折射率的关系，则干涉层中的厚度方向的折射率的变化无需单调增加，也可以是有增减的廓线。另外，在边界位置z1或者z2中，优选折射率差为足以抵消在折射率倾斜结构层中存在陡峭的折射率变化时产生的反射光的程度的大小。例如，如在折射率倾斜结构层中由于陡峭的折射率变化而产生1％的反射时，优选在边界位置z1及z2中有如具有相同程度的反射强度的折射率差。例如，当基材的折射率为1.84时，为了具有1％的反射强度，需要约0.3的折射率差。
图6表示本发明的光学部件的折射率廓线的第3例。
图6所示的干涉层的折射率廓线n2(z)中，g、h在边界位置处的折射率的关系均与上述第1例的情况同样，为n2(z2)≠n3、n2(z1)≠n2(z2)、n1(z1)＜n3，但在成为n2(z1)＜n2(z2)这一点上与第1例不同。本发明只要具备在边界位置具有不连续性的干涉层，则也可以具有如图6所示的折射率廓线n2(z)。
然而，当为n1(z1)＜n3时，如图2、图3所示，当为n2(z1)＞n2(z2)的折射率廓线时，更具有抑制反射光的效果，由此较优选(参考后述、实施例)。
图7表示本发明的光学部件的折射率廓线的第4例。
图7所示的干涉层的折射率廓线n2(z)中，i、j在边界位置处的折射率的关系均与上述的第2例的情况同样，为n2(z2)≠n3、n2(z1)≠n2(z2)、n1(z1)＞n3，但在成为n2(z1)＞n2(z2)这一点上与第2例不同。本发明只要具备在边界位置具有不连续性的干涉层，则也可以具有如图6所示的折射率廓线n2(z)。
然而，当为n1(z1)＞n3时，如图2、图3所示，当为n2(z1)＜n2(z2)的折射率廓线时，更具有抑制反射光的效果，由此较优选。
作为透明基材30，能够使用玻璃或塑料等。在此，“透明”是指，相对于在光学部件所要防反射的光(防反射对象光)的波长为透明(内部透射率为大致10％以上)。
干涉层20只要满足上述廓线，则不限材料、成膜方法。
例如，能够通过以如逐渐改变3种元素的混合比的真空成膜法形成薄膜来获得干涉层。具体而言，利用反应性溅射法，对SiOxNy，逐渐改变x、y的比来进行成膜，由此能够获得折射率沿厚度方向逐渐发生变化的干涉层。或者，利用金属模式溅射法，对SiO2、TiOx混合膜，逐渐改变SiO2与TiOx的混合比来进行成膜，由此能够获得折射率沿厚度方向逐渐发生变化的干涉层。并且，作为其他方法，还能够通过在基材上依次涂膜不同折射率的多种溶液来获得沿厚度方向进行所希望的折射率变化的干涉层。作为涂膜方法，例如可举出旋涂法、浸涂法、喷涂法、喷墨法等。
折射率倾斜结构层10中，只要折射率从光学部件的表面侧向透明基材侧逐渐变大，则不限其材料及成膜方法。
例如，作为折射率倾斜结构层10，能够使用以往已知的微细凹凸结构体。微细凹凸结构体的防反射効果来自有效折射率的连续变化，因此能够遍及较宽的波长范围及较宽的光线入射角而获得防反射特性。
优选微细凹凸结构的尺寸小于防反射对象光的波长。例如，作为如用于可见光的防反射的微细凹凸结构体，能够使用100～300nm周期的突起排列、凹坑排列、微粒排列或结构尺寸为100nm～300nm左右的无规则突起、无规则凹坑、无规则板状晶体结构、无规则配置的微粒。
图8、9是第1及第2实施方式的光学部件2、3的示意剖视图。其中，折射率倾斜结构层10由微细凹凸结构体形成。
作为微细凹凸结构体，如图8的第1实施方式的示意剖视图所示，可由透明的微细凹凸结构体12构成，该透明的微细凹凸结构体具有间距P比防反射对象光的波长更短的微细凹凸。只要微细凹凸的凸间间距P比防反射对象光的波长短，则无需恒定，也可以是无规则的凹凸形状。这种微细凹凸结构体12能够通过铝化合物的水热处理等方法制作。
并且，作为微细凹凸结构体，如图9的第2实施方式的示意剖视图所示，可由透明的微细凹凸结构体14构成，该透明的微细凹凸结构体具有周期T比防反射对象光的波长更短的微细凹凸。微细凹凸结构体14以周期T连续形成而成。这种微细凹凸结构体14能够通过纳米压印、电子束光刻等方法制作。
而且，如图10示出的第3实施方式的光学部件4的示意立体图，作为折射率倾斜结构层10，还能够由尺寸比防反射对象光的波长更小的透明微粒16a无规则地配置而成的微粒层16构成。如本例，若透明微粒为球状，直径D的尺寸为比防反射对象光的波长更小即可。透明微粒16a例如能够由空心二氧化硅形成。
并且，作为折射率倾斜结构层10，不限于由微细凹凸结构体构成，如图11示出的第4实施方式的光学部件5的示意剖视图，也可由折射率从远离透明基材的一侧向靠近透明基材的一侧单调增加的折射率倾斜薄膜层18构成。这种折射率倾斜薄膜层18与上述的干涉层同样地，例如能够通过利用基于反应性溅射的SiOxNy膜或基于金属模式溅射的SiO2、TiOx混合膜来获得从与基材相等的折射率至1.45左右的折射率为止的折射率倾斜膜，并通过在其上例如混合MgF2与SiO2来进行成膜，从而获得至1.37左右的折射率为止的折射率倾斜膜。
另一方面，本发明人等发现，在折射率逐渐增加的折射率倾斜结构层中，若折射率的变化率变得陡峭，则无法视为折射率变化有效地连续，存在导致产生某一程度的(0.5％以上)的反射的问题。
参考图12，对折射率廓线与反射光的产生进行研究。图12是折射率逐渐增加至与基材相同的折射率的廓线，是表示针对该折射率变化的倾斜度不同的3模式的折射率分布与此时的反射率的模拟结果的曲线图。
图12中，上段所示的a中，折射率遍及折射率倾斜区域的厚度Δd＝250nm而单调增加，折射率的最小值与最大值之差为Δn＝0.84。将反射对象光设为可见光的大致400nm～700nm时，防反射对象光中的最大波长λ＝700nm下的折射率的变化率为λ×Δn/Δd＝2.4。此时，相对于400nm～700nm的波长的最大反射率为0.7％。
中段所示的b中，折射率遍及折射率倾斜区域的厚度Δd＝387.5nm而单调增加，折射率的最小值与最大值之差为Δn＝0.84。将反射对象光设为可见光的大致400nm～700nm时，防反射对象光中的最大波长λ＝700nm下的折射率的变化率为λ×Δn/Δd＝1.5。此时，相对于400nm～700nm的波长的最大反射率为0.5％。
并且，下段所示的c中，折射率遍及折射率倾斜区域的厚度Δd＝630nm而单调增加，折射率的最小值与最大值之差为Δn＝0.84。将反射对象光设为可见光的大致400nm～700nm时，防反射对象光中的最大波长λ＝700nm下的折射率的变化率为λ×Δn/Δd＝0.9。此时，相对于400nm～700nm的波长的最大反射率为0.2％。
通过上述模拟，可知随着折射率的变化率变得陡峭，反射率变大。作为防反射膜，优选反射率遍及防反射对象光的全波长域而小于0.5％，因此如上段及中段所示的例子那样具有最大反射率成为0.5％以上的折射率的变化率即折射率的变化率成为λ×Δn/Δd≥1.5的折射率倾斜层，在本说明书中定义为无法视为完全的蛾眼结构。另外，防反射对象光的最大波长下的折射率的变化率满足上述式时，比其短的其他波长的折射率的变化率当然满足上述式。
上述为基于模拟的结果，但实际上，由微细凹凸结构体构成折射率的倾斜区域的一部分时，折射率倾斜结构层的最靠基材侧的折射率并不一定与基材相同。因此，如在以往技术项中说明，提出了在折射率倾斜结构层与基材之间具备如连结两者的折射率的折射率倾斜层或中间层的结构。
可知若根据以往的结构，取图12的下段所示的平缓的折射率的变化率，则成为完全的蛾眼结构，能够将反射光抑制至0.2％。
然而，此时，需将折射率倾斜部分设为630nm的厚度，非常厚，若仅通过微细凹凸结构体形成这种厚度，则存在耐久性降低的问题，而即使与折射率倾斜层组合，也由于需要加厚厚度，因此存在制造适用性降低的问题。
并且，实际的微细凹凸结构体的折射率的变化率并不一定遍及厚度方向的整个区域而恒定，而是产生细微增减(参考后述的图15等)，若存在折射率在局部急剧发生变化的满足折射率的变化率λ×Δn/Δd≥1.5的部位，则基于该部分的反射率成为0.5％以上。
本发明中，通过在折射率倾斜结构层与基材之间插入如上述的干涉层，能够获得缩小整个防反射膜的厚度的效果，而且在具备具有折射率的变化率为λ×Δn/Δd≥1.5的部分的折射率倾斜结构层时，增大抵消在折射率倾斜结构层内产生的反射光的薄膜干扰光的振幅来，并能够以更薄的折射率倾斜薄膜厚度获得宽频的防反射特性。
实施例
以下，对本发明的具体实施例及比较例进行说明。另外，以下内容中，根据“光学薄膜的基础理论(小桧山光信)、OptronicsCO.，LTD.(2011)”中记载的方法进行光学模拟。但是，未考虑折射率的波长分散，使用了相对于夫琅和费的e线(546.1nm)的值。
[比较例1]
首先对具备以往的防反射膜的比较例1进行研究。
进行如下情况下的光学模拟，即，作为透明基材使用玻璃基板(OHARAINC.制造的S-LAH55V)，防反射膜由作为对氧化铝膜进行水热处理来获得的微细凹凸结构体的勃姆石膜、及具有平缓地连结勃姆石膜与玻璃基板的折射率的折射率变化的折射率倾斜膜构成。
将该比较例1的折射率廓线示于图13。如图13所示，折射率倾斜膜的基板侧的折射率与基板相等，微细凹凸结构体侧的折射率与相邻的微细凹凸结构体即勃姆石膜相等。本模拟中，用作图13的微细凹凸结构体的折射率廓线的是如下值，该值从通过椭圆偏振光谱仪对如下制作的勃姆石膜测定的值获得，即，以电子回旋溅射(MESAftyCorporation制造的AFTEX6000)形成氧化铝膜40nm，在沸水中浸渍5分钟并进行温水处理。
对于这种折射率廓线的光学部件，作为防反射指标，将相对于波长540nm的光的反射率与倾斜膜厚的光学模拟结果示于图14。如图14所示，可知为了获得反射率小于0.5％的良好的防反射性能，需要至少200nm左右的倾斜膜厚。这还与之前说明的形成完全的蛾眼时的条件的记述对应。
[实施例1]
作为实施例1，通过以下方法制作具有图8所示的层结构且图15所示的折射率廓线的光学部件。本实施例1满足上述本发明的折射率廓线的第1例的条件，即n2(z2)≠n3、n2(z1)≠n2(z2)、n1(z1)＜n3且n2(z1)＞n2(z2)。
作为透明基材30，使用玻璃基板(OHARAINC.製S-LAH55V：n3＝1.84)，在其上通过电子回旋溅射(MESAftyCorporation制造的AFTEX6000)形成由硅氧氮化物薄膜(SiOxNy膜)构成的折射率逐渐发生变化的干涉层20。通过调整溅射时的氧气与氮气的混合比，改变硅氧氮化物中的氧、氮的组成比，调整干涉层的折射率。
图15的干涉层区域所示的折射率在厚度方向的分布中最靠基材侧(位置z2)的折射率为1.47，在最远离基材的一侧(位置z1)为1.61，遍及厚度70nm而逐渐发生变化。为了实现该分布，将干涉层20分为各层厚度4.7nm的15层的薄膜层来进行了成膜。以折射率0.01的间隔，并以各层的折射率成为规定值的条件依次进行了成膜。
之后，以电子回旋溅射形成了氧化铝膜40nm。
将形成有上述薄膜的玻璃基板在沸水中浸渍5分钟来进行了温水处理。在温水处理之后，最上层的氧化铝膜成为膜厚250nm的凹凸勃姆石层。该凹凸勃姆石为微细凹凸结构体12。通过椭圆偏振光谱仪测定了该微细凹凸结构体12的折射率。图15的折射率廓线的折射率倾斜结构层区域中，在微细凹凸结构部中示出有通过测定获得的折射率分布。
微细凹凸结构体12的折射率的变化率并不恒定，在折射率的变化陡峭的部分，相对于防反射对象光波长域(在此，假定为可见光450nm～700nm。)中的最大波长λ＝700nm的折射率的变化率λ×Δn/Δd超过2。即，微细凹凸结构体12的折射率变化并不充分平滑，是不完全的蛾眼。本实施例1的光学部件的反射率的模拟结果示于后述的图18。
[实施例2]
作为实施例2，通过以下方法制作了图8所示的结构的光学部件且具有图16所示的折射率廓线的光学部件。本实施例2满足上述本发明的折射率廓线的第3例的条件，即n2(z2)≠n3、n2(z1)≠n2(z2)、n1(z1)＜n3且n2(z1)＜n2(z2)。
作为透明基材30，使用玻璃基板(OHARAINC.制造的S-LAH55V)，在其上通过电子回旋溅射(MESAftyCorporation制造的AFTEX6000)形成由硅氧氮化物薄膜(SiOxNy膜)构成的折射率逐渐发生变化的干涉层20。通过调整溅射时的氧气与氮气的混合比，改变硅氧氮化物中的氧、氮的组成比，调整干涉层的折射率。
图16的干涉层区域所示的折射率在厚度方向的分布在最靠近基材(位置z2)侧为1.60，在最远离基材的一侧(位置z1)为1.47，遍及厚度88nm而逐渐发生变化。为了实现该分布，将干涉层20分为各层厚度6.3nm的14层的薄膜层来进行了成膜。以折射率0.01的间隔，并以各层的折射率成为规定值的条件依次进行了成膜。
之后，与实施例1同样地以电子回旋溅射形成氧化铝膜40nm，将形成有薄膜的基板在沸水中浸渍5分钟来进行温水处理。温水处理之后，最上层的氧化铝膜成为膜厚250nm的凹凸勃姆石层。该凹凸勃姆石为微细凹凸结构体12。以椭圆偏振光谱仪测定了该微细凹凸结构体12的折射率。图16的折射率廓线的折射率倾斜结构层区域中，在微细凹凸结构部示出有通过测定获得的折射率分布。
微细凹凸结构体12的折射率的变化率并不恒定，在折射率的变化陡峭的部分，相对于防反射对象光波长域(在此，假定为可见光450nm～700nm。)中的最大波长λ＝700nm的折射率的变化率λ×Δn/Δd超过2。即，微细凹凸结构体12的折射率变化并不充分平滑，是不完全的蛾眼。本实施例2的光学部件的反射率的模拟结果示于后述的图18。
[比较例2]
与比较例1大致同样地，进行如下情况下的光学模拟，即，作为透明基材使用玻璃基板(OHARAINC.制造的S-LAH55V)，防反射膜由作为对氧化铝膜进行水热处理来获得的微细凹凸结构体的勃姆石膜、及具有平缓地连结勃姆石膜与玻璃基板的折射率的折射率变化的折射率倾斜膜构成。
将比较例2的折射率廓线示于图17。在此，为了与实施例2的设置有干涉层的情况进行比较，为了设为接近实施例2的干涉层的膜厚的条件，将折射率倾斜膜的膜厚设为102nm。
图18表示针对实施例1、实施例2及比较例2的光学部件，假定的防反射对象光的波长域(在此，为450nm～700nm)中的反射率的模拟结果。
可知具备干涉层的实施例1、实施例2的光学部件的反射率与比较例2的反射率相比，得到了充分的抑制。
并且可知，实施例1相对于实施例2，为更小的膜厚且示出较低的反射率。实施例及比较例中，作为微细凹凸结构体，认为例如利用由氟化镁与二氧化硅的混合物并通过溶胶凝胶法获得的多孔质折射率倾斜膜时，也可获得相同的结果。
[实施例3]
作为实施例3，通过以下方法制作了图9所示的层结构且具有图19所示的折射率廓线的光学部件。本实施例3满足上述本发明的折射率廓线的第2条件，即n2(z2)≠n3、n2(z1)≠n2(z2)、n1(z1)＞n3且n2(z1)＜n2(z2)。
作为透明基材30，使用合成石英(n3＝1.46)，在透明基材30的表面上通过分别调整成膜速率的金属模式溅射形成了由硅氧化物与钛氧化物的混合物构成的干涉层。
图19的干涉层区域所示的折射率在厚度方向的分布在最靠基材侧(位置z2)为1.70，在最远离基材的一侧(位置z1)为1.45，遍及厚度75nm而逐渐发生变化。为了实现该分布，将干涉层20分为各层厚度5.8nm的13层的薄膜层来进行了成膜。以折射率0.02的间隔，并以各层的折射率成为规定值的条件依次进行了成膜。
之后，在干涉层20上，作为折射率倾斜结构层而形成了如下微细凹凸结构体14，即，对专利文献WO05/014696所示的折射率1.7的光固化性树脂，通过UV光学压印法，将周期(T)250nm且高度250nm的圆锥排列成二维状而成。该圆锥状微细凹凸结构中，相对于防反射对象光波长域(在此，假定为可见光450nm～700nm。)中的最大波长λ＝700nm的折射率的变化率λ×Δn/Δd超过1.9，因此该圆锥状微细凹凸结构体的折射率变化陡峭，是不完全的蛾眼。本实施例3的光学部件的反射率的模拟结果示于后述的图21。
[比较例3]
作为比较例3，制作了代替实施例3中的干涉层而具备连结折射率倾斜结构层的最靠基材侧的折射率与基材的折射率之间的折射率倾斜膜的光学部件。图20中示出比较例3的折射率廓线。
与实施例3同样地，作为透明基材30，使用合成石英(n3＝1.46)，在透明基材30的表面上通过分别调整成膜速率的金属模式溅射形成由硅氧化物与钛氧化物的混合物构成的折射率倾斜膜。
图20的折射率倾斜膜区域所示的折射率在厚度方向的分布在最靠基材侧为1.66，在最远离基材的一侧为1.54，遍及厚度120nm而逐渐发生变化。为了实现该分布，将折射率倾斜膜分为各层厚度9.2nm的13层的薄膜层来进行了成膜。以折射率0.02的间隔，并以各层的折射率成为规定值的条件依次进行了成膜。
之后，与实施例1同样地形成了圆锥状微细凹凸结构体14。
图21表示针对实施例3及比较例3的光学部件，假定的防反射对象光的波长域(在此，为450nm～700nm)中的反射率的模拟结果。
具备干涉层的实施例3的光学部件的反射率与比较例3的反射率相比，在450nm～700nm的范围内被抑制为0.3％以下，尤其在500nm～650nm的范围内为平坦。并且，实施例3的干涉层中，以比比较例3的折射率倾斜膜更薄的薄膜实现了上述反射光抑制效果，本发明有明显的优异性。

Claims (11)

1.一种光学部件，其具备透明基材及形成于该透明基材表面的防反射膜，所述光学部件的特征在于，
所述防反射膜具备：折射率向厚度方向的透明基材侧逐渐变大的折射率倾斜结构层、及配置于该折射率倾斜结构层与所述透明基材之间并用于通过干涉作用抑制反射光的干涉层，
所述透明基材的折射率与所述折射率倾斜结构层的最靠透明基材侧的折射率不同，
所述干涉层的折射率沿厚度方向发生变化，在与所述折射率倾斜结构层的边界及与所述透明基材的边界具有与两者的折射率不连续的值，且所述折射率倾斜结构层侧与所述透明基材侧的值互不相同。
2.根据权利要求1所述的光学部件，其中，
所述透明基材的折射率大于所述折射率倾斜结构层的最靠透明基材侧的折射率，
所述干涉层中，与所述折射率倾斜结构层的边界位置处的折射率大于与所述透明基材的边界位置处的折射率。
3.根据权利要求1所述的光学部件，其中，
所述透明基材的折射率小于所述折射率倾斜结构层的最靠该透明基材侧的折射率，
所述干涉层中，与所述折射率倾斜结构层的边界位置处的折射率小于与所述透明基材的边界位置处的折射率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学部件，其中，
所述折射率倾斜结构层中，具有厚度方向上的折射率的变化率Δn/Δd与防反射对象光的波长λ之间的关系成为λ×Δn/Δd＞1.5的部分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学部件，其中，
所述干涉层由3种以上的元素构成，通过其组成比沿所述厚度方向发生变化，从而折射率沿该厚度方向发生变化。
6.根据权利要求5所述的光学部件，其中，
所述干涉层由硅氧氮化物构成，氧与氮的组成比沿所述厚度方向发生变化，从而折射率沿该厚度方向发生变化。
7.根据权利要求5所述的光学部件，其中，
所述干涉层为硅氧化物与钛氧化物的混合层，该硅氧化物与钛氧化物的含有比例沿所述厚度方向发生变化，从而折射率沿该厚度方向发生变化。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学部件，其中，
所述折射率倾斜结构层由透明的微细凹凸结构体构成，所述透明的微细凹凸结构体具有间距比防反射对象光的波长更短的微细凹凸。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的光学部件，其中，
所述折射率倾斜结构层由透明的微细凹凸结构体构成，所述透明的微细凹凸结构体具有周期比防反射对象光的波长更短的微细凹凸。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的光学部件，其中，
所述折射率倾斜结构层由折射率从远离所述透明基材的一侧向靠近透明基材的一侧单调增加的折射率倾斜薄膜构成。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的光学部件，其特征在于，
所述折射率倾斜结构层由尺寸比防反射对象光的波长更小的透明微粒无规则地配置而成的微粒层构成。
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