CN113966409A - 带有防反射膜的光学构件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带有防反射膜的光学构件及其制造方法，所述带有防反射膜的光学构件在波长范围400nm～1000nm内具有优异的防反射功能，并且具有高可靠性。本发明为在基材(2)的表面形成有防反射膜(3)的带有防反射膜的光学构件，其特征在于，所述防反射膜交替层叠有低折射率层(4)与高折射率层(5)，所述低折射率层的密度为2.1g/cm3以上2.2g/cm3以下。所述低折射率层的折射率(波长550nm)优选为1.41～1.47。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有防反射膜的光学构件及其制造方法。
背景技术
在透镜等光学构件中，通常会在表面设置防反射膜。就防反射膜而言，例如，如专利文献1所记载，通过层叠折射率不同的多个层而形成。在专利文献1中，通过适当调整各层的折射率，能够进一步降低可见光区域至近红外线区域的折射率，能够进一步扩大防反射带域。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-163549号公报
发明内容
(发明要解决的技术问题)
在专利文献1中，将波长范围380nm～980nm的反射率设为1％以下，但根据近年来的需求，除了将防反射功能扩大至波长范围1000nm，对于涂层的高温高湿等可靠性也有严格要求。
本发明是基于以上的问题意识而完成的，其目的在于提供一种带有防反射膜的光学构件及其制造方法，所述带有防反射膜的光学构件在波长范围400nm～1000nm内具有优异的防反射功能，并且具有高可靠性。
(用于解决技术问题的技术手段)
本发明为一种带有防反射膜的光学构件，其中，在基材的表面形成有防反射膜。本发明的特征在于，所述防反射膜交替层叠有低折射率层与高折射率层，所述低折射率层的密度为2.1g/cm3以上2.2g/cm3以下。
在本发明中，优选的是，所述低折射率层的折射率(波长550nm)为1.41～1.47。
在本发明中，优选的是，所述低折射率层由SiO2单层或者含有SiO2的混合层形成。
在本发明中，优选的是，所述防反射膜的最外层为MgF2单层、SiO2单层、或者含有MgF2以及SiO2的至少一者的混合层。
在本发明中，优选的是，400nm以上1000nm以下的波长范围内的光谱反射率为1％以下。
本发明为一种带有防反射膜的光学构件的制造方法，其中，通过在基材的表面交替层叠低折射率层与高折射率层而成膜防反射膜，优选的是，不使用离子辅助沉积法而是通过气相沉积成膜所述低折射率层，并且通过离子辅助沉积法成膜所述高折射率层。
在本发明中，优选的是，在3×10-3Pa以上8×10-2Pa以下的范围内调整成膜所述低折射率层时的成膜时压力。
在本发明中，优选的是，单独使用SiO2或者使用含有SiO2的混合材料作为所述低折射率层的蒸发材料。
(发明的效果)
根据本发明，能够将波长范围400nm～1000nm内的光谱反射率控制在1％以下。
附图说明
图1为本实施方式的带有防反射膜的光学构件的示意图。
图2为本实施方式的带有防反射膜的光学构件的部分放大示意图。
图3为示出实施例1至实施例3以及比较例的波长与光谱反射率R的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，对用于实施本发明的实施方式(以下，仅称为“本实施方式”)进行详细说明。此外，在以下内容中存在使用“至(～)”的情况，其下限值以及上限值均包含在内。
<带有防反射膜的光学构件>
本申请发明人对带有防反射膜的光学构件的防反射功能进行了潜心研究，其结果是，开发了这样一种带有防反射膜的光学构件，即通过调节低折射率层的密度，在波长范围400nm至1000nm内具有优异的防反射功能，并且，具有高可靠性。也就是说，本实施方式的带有防反射膜的光学构件的特征在于，防反射膜为低折射率层与高折射率层的层叠结构，低折射率层的密度为2.1g/cm3以上2.2g/cm3以下。
图1为本实施方式的带有防反射膜的光学构件的示意图。图1所示的带有防反射膜的光学构件1具有基材2和防反射膜3而构成，所述防反射膜3形成于基材2的表面2a。
基材2为玻璃或者塑料等，特别优选为玻璃。虽然并未特别限定，但基材2例如为监控相机或者车载相机用的玻璃透镜。另外，成膜有防反射膜3的基材2的表面例如为非球面。图1的基材2例如为具有负屈光度(パワー)的凹凸透镜，但也可以为具有正屈光度的凹凸透镜，还可以为双凸透镜或者双凹透镜等。
在图1中，防反射膜3在基材2的表面2a上成膜，但也可以形成于表面2a、2b两者。
以下，更详细地说明防反射膜3。
<防反射膜>
如图2所示，本实施方式的防反射膜3自基材2的表面(光学面)起交替层叠低折射率层4与高折射率层5，最上层成为与外部空气接触的最外层6。
各低折射率层4的折射率低于各高折射率层5的折射率。另一方面，高折射率层5的折射率可以高于基材2的折射率。另外，调整防反射膜3以使得反射率低于单独使用基材2情况下的反射率。
低折射率层4的密度为2.1g/cm3以上2.2g/cm3以下。如果超过密度范围的上限则无法获得所期望的低折射率(折射率过高)，如果低于下限则空隙变多。当空隙过多时，水分会进入空隙而影响膜的特性，或者空隙的存在会导致膜的密接性下降。另外，低折射率层4的密度优选为2.132g/cm3以上2.199g/cm3以下，更优选为2.132g/cm3以上2.191g/cm3以下，进一步优选为2.158g/cm3以上2.174g/cm3以下。
在本实施方式中，如后述，当通过气相沉积法成膜低折射率层4时，不使用离子辅助沉积(Ion Assisted Deposition：IAD)法。另一方面，当通过气相沉积法成膜高折射率层5时，使用离子辅助沉积法。由此，可以使低折射率层4的密度低至上述范围内。此外，就高折射率层5的密度而言，使用离子辅助沉积法与不使用离子辅助沉积法的情况相比密度变高。
在本实施方式中，能够将低折射率层4调整为比较低的密度，由此，能够减小低折射率层4的折射率。具体而言，低折射率层4的折射率(波长550nm)为1.41以上1.47以下，优选为1.4245以上1.469以下，更优选为1.4245以上1.464以下，进一步优选为1.4425以上1.4525以下。
这样，通过将低折射率层4的密度以及折射率控制为低至上述范围内，能够将400nm以上1000nm以下的波长范围内的光谱反射率控制为1％以下。在本实施方式中，可以将波长410nm～430nm的光谱反射率设为0.8％以下。另外，在本实施方式中，优选为将波长480nm～600nm的光谱反射率设为0.5以下，进一步，可以将波长650nm～1000nm的光谱反射率设为0.8以下。
在本实施方式中，并未限定低折射率层4与高折射率层5的合计总数，优选为约9层至19层，更优选为11层至15层。通过增加层数，能够扩大光谱反射率为1％以下的波长范围，但是当使用离子辅助沉积法成膜低折射率层4时，无法将成为1％以下的光谱反射率的波长范围扩大至波长1000nm，这从后述的实验可知。因此，本申请发明人不使用离子辅助沉积法成膜低折射率层4，并且使低折射率层4的密度低于现有技术，由此成功地将成为1％以下的光谱反射率的波长范围扩大至波长1000nm。
另外，在图1中，与基材2的表面接触的最下层使用低折射率层4，从与基材2的密接性的观点出发，能够适当选择最下层。也就是说，是否使用低折射率层4作为最下层是任意的。
接下来对低折射率层4以及高折射率层5的优选材质进行说明。
在本实施方式中，低折射率层4优选由SiO2单层或者含有SiO2的混合层形成。在防反射膜3内层叠的多个低折射率层4的材质既可以相同也可以不同。
另外，在本实施方式中，高折射率层5优选由选自ZrOx(x为1.5～2)、TiOx(x为1～2)、TaOx(x为2～2.5)以及NbOx(x为2～2.5)的单层或者含有两种以上的混合层形成。ZrOx优选使用ZrO2，TiOx优选使用Ti3O5、Ti2O5，TaOx优选使用Ta2O5，NbOx优选使用Nb2O5。上述的金属氧化物不必具有化学计量组成，只要氧的组成比例在上述x范围内即可。
在防反射膜3内层叠的多个高折射率层5的材质既可以相同也可以不同。
另外，在本实施方式中，防反射膜3的最外层6优选为MgF2单层、SiO2单层或者含有MgF2以及SiO2至少一者的混合层。最外层6为用于将层叠有低折射率层4与高折射率层5的防反射膜3的反射率控制在规定值内的调整层。也就是说，设置最外层6作为低折射率层4与高折射率层5的最上层，可以优化反射率。例如，在使用SiO2作为低折射率层4、使用Ta2O5作为高折射率层5的构成中，最外层6使用MgF2这一点从调整反射率的观点出发是适合的。如以下表1所示，MgF2的折射率可以低于SiO2。
[表1]
| SiO<sub>2</sub> | Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | MgF<sub>2</sub> | |
| 密度(g/cm<sup>3</sup>) | 2.2 | 8.73 | 3.2 |
| 折射率 | 1.47 | 2.16 | 1.39 |
此外，使用蒸发材料的折射率与密度，并使用下述式(1)计算膜密度。
膜密度＝(膜的折射率/蒸发材料的折射率)×蒸发材料的理论密度(1)
如表1所示，折射率为MgF2＜SiO2，但在本实施方式中，从可靠性或者各层间的密接性的观点出发，相比于MgF2，低折射率层4优选使用SiO2，作为防反射膜3的反射率的调整层，最外层6使用MgF2是适合的。
<带有防反射膜的光学构件的制造方法>
对图2所示的本实施方式的带有防反射膜的光学构件的制造方法进行说明。
在本实施方式中，在基材2的表面交替层叠低折射率层4与高折射率层5形成防反射膜3。
此时，不使用离子辅助沉积法而是通过气相沉积法成膜低折射率层4，并且通过离子辅助沉积法成膜高折射率层5。
由此，能够以低密度成膜低折射率层4，并且以高密度成膜高折射率层5。在此，“高密度”、“低密度”是指根据各层中是否应用离子辅助沉积法进行比较得出的密度。
对低折射率层4进行气相沉积时的气氛并没有限制，例如优选单独使用氧气、氩气或氮气，或者使用这些气体的混合气氛。
另外，在本实施方式中，优选在3×10-3Pa～8×10-2Pa的范围内调整成膜低折射率层4时的成膜时压力。更优选将成膜时压力设为3×10-3Pa～5.8×10-2Pa，进一步优选设为7.8×10-3Pa～5.8×10-2Pa，更进一步优选设为1.5×10-2Pa～3.2×10-2Pa。
由此，可以将已成膜的低折射率层4的密度设为2.1g/cm3以上2.2g/cm3以下，优选为2.132g/cm3～2.199g/cm3，更优选为2.132g/cm3～2.191g/cm3，进一步优选为2.158g/cm3～2.174g/cm3。
在本实施方式中，作为低折射率层4的蒸发材料，优选单独使用SiO2或者使用含有SiO2的混合材料。
另外，在本实施方式中，作为高折射率层5的蒸发材料，优选单独使用选自ZrO2、Ti3O5、Ta2O5以及Nb2O5的材料，或者使用含有两种以上的混合材料。
另外，在本实施方式中，作为最外层6的蒸发材料，优选单独使用选自MgF2以及SiO2的材料，或者使用含有两种以上的混合材料。作为最外层6的蒸发材料，优选选择MgF2。
综上所述，根据前面详述的本实施方式的带有防反射膜的光学构件1，能够降低低折射率层4的密度，并且能够降低折射率。而且，在本实施方式中，能够将波长范围400nm～1000nm的光谱反射率控制在1％以下。另外，根据本实施方式的带有防反射膜的光学构件1，各层的密接性优异，同时，即使在高温高湿的环境下也不容易产生剥离或者裂纹，能够获得高可靠性。
另外，根据本实施方式的带有防反射膜的光学构件1的制造方法，当成膜低折射率层4以及高折射率层5时，通过控制离子辅助沉积法的应用与否，能够简单地制造具有优异的防反射功能并且具有高可靠性的带有防反射膜的光学构件1。
另外，在本实施方式中未通过离子辅助沉积法成膜低折射率层，因此，当成膜防反射膜3时，能够减少离子枪的使用时间，从而能够减小成膜中的温度变化。由此，能够减小所成膜的防反射膜3的光反射特性的偏差。
实施例
以下，使用实施例以及比较例更具体地说明本实施方式。在实验中，制造以下所示的实施例1至实施例3以及比较例。
[实施例1至实施例3]
在实施例1至实施例3中，使用以下表2所示的材料，在比较例中，使用以下表3所示的材料，将表2、表3所示的SiO2成膜为低折射率层，将Ta2O5成膜为高折射率层，将MgF2成膜为最外层，得到防反射膜。此外，基材为使用BACD14玻璃(HOYA(株式会社)制造)成型的透镜。
[表2]
[表3]
在表2所示的实施例1至实施例3中，当成膜低折射率层时，通过真空气相沉积法而非离子辅助沉积法进行成膜。如表2所示，在实施例1中，SiO2的密度为2.191g/cm3，在实施例2中，SiO2的密度为2.158g/cm3，在实施例3中，SiO2的密度为2.132g/cm3。用于获得这些密度的真空气相沉积的成膜时压力如以下表4所示。如表4所示，通过改变成膜时压力，能够改变密度。
[表4]
另一方面，在比较例中，通过离子辅助沉积法成膜SiO2。表4所示的“有IAD”的数据适用于比较例。
使用实施例1至实施例3以及比较例研究了波长与反射率之间的关系。通过奥林巴斯(株式会社)制的显微镜型光谱测定仪(USPM-RUIII)测定反射率。在实验中，测定了入射角为0°时入射光线的光谱反射率。
图3为示出实施例1至实施例3以及比较例中的波长与反射率的关系的曲线图。
如图3所示，可知相较于比较例，实施例1至实施例3能够扩大1％以下的光谱反射率R的波长范围。具体而言，可知在实施例中，在400nm～1000nm的波长范围内，能够将光谱反射率设为1％以下。另外，可知在实施例中，能够将波长480nm～600nm的光谱反射率设为0.5以下，进一步，能够将波长650nm～1000nm的光谱反射率设为0.8以下。
基于表4的实验结果求得优选的成膜时压力、密度以及折射率。也就是说，如表4所示，可知当不通过离子辅助沉积法成膜SiO2时，如果成膜时压力设为8.2×10-2Pa，则密度低至2.098，低折射率层容易产生气孔。因此，根据表4的实验结果将成膜时压力设为3×10-3Pa～8×10-2Pa，优选设为3×10-3Pa～5.8×10-2Pa，更优选设为7.8×10-3Pa～5.8×10-2Pa，进一步优选设为1.5×10-2Pa～3.2×10-2Pa。
另外，低折射率层的密度设为2.1g/cm3～2.2g/cm3，优选设为2.132g/cm3～2.199g/cm3，更优选设为2.132g/cm3～2.191g/cm3，进一步优选设为2.158g/cm3～2.174g/cm3。
另外，低折射率层的折射率(波长550nm)设为1.41～1.47，优选设为1.4245～1.469，更优选设为1.4245～1.4640，进一步优选设为1.4425～1.4525。
另外，如比较例所示，可知在通过离子辅助沉积法成膜SiO2(低折射率层)的情况下，利用离子枪的辐射热量加热成膜中的基材，从而使成膜中的温度变化变大。另一方面，如本发明实施例所示，可知在不通过离子辅助沉积法成膜SiO2(低折射率层)的情况下，能够减少离子枪的使用时间，因此，成膜中的温度变化变小。如本发明实施例所示，可知通过减小成膜中的温度变化，能够减少所成膜的防反射膜的特性偏差。
接下来，使用实施例2进行高温高湿试验。实验条件为温度60°、湿度90％、实验时间240小时。试验后没有发现剥离或者裂纹等外观异常情况。由此，能够获得高可靠性的带有防反射膜的光学构件。
(产业上的可利用性)
优选将本发明的带有防反射膜的光学构件应用于车载相机用等玻璃透镜。
本申请基于2019年8月8日申请的特愿2019-146114。其内容全部包含于本文。
Claims (8)
1.一种带有防反射膜的光学构件，其为在基材的表面形成有防反射膜的带有防反射膜的光学构件，其特征在于，
所述防反射膜交替层叠有低折射率层与高折射率层，
所述低折射率层的密度为2.1g/cm3以上2.2g/cm3以下。
2.根据权利要求1所述的带有防反射膜的光学构件，其特征在于，
所述低折射率层的折射率(波长550nm)为1.41～1.47。
3.根据权利要求1或2所述的带有防反射膜的光学构件，其特征在于，
所述低折射率层由SiO2单层或者含有SiO2的混合层形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的带有防反射膜的光学构件，其特征在于，
所述防反射膜的最外层为MgF2单层、SiO2单层、或者含有MgF2以及SiO2的至少一者的混合层。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的带有防反射膜的光学构件，其特征在于，
400nm以上1000nm以下的波长范围内的光谱反射率为1％以下。
6.一种带有防反射膜的光学构件的制造方法，其为在基材的表面交替层叠低折射率层与高折射率层而成膜防反射膜的带有防反射膜的光学构件的制造方法，其特征在于，
不使用离子辅助沉积法而是通过气相沉积成膜所述低折射率层，并且通过离子辅助沉积法成膜所述高折射率层。
7.一种带有防反射膜的光学构件的制造方法，其特征在于，
在3×10-3Pa以上8×10-2Pa以下的范围内调整成膜所述低折射率层时的成膜时压力。
8.根据权利要求6或7所述的带有防反射膜的光学构件的制造方法，其特征在于，
单独使用SiO2或者使用含有SiO2的混合材料作为所述低折射率层的蒸发材料。
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