JP2005031298A

JP2005031298A - 反射防止膜付き透明基板

Info

Publication number: JP2005031298A
Application number: JP2003195113A
Authority: JP
Inventors: Susumu Komura; 侑小村; Akinori Sakurai; 彰規桜井; Yutaka Nagano; 豊永野
Original assignee: Asahi Techno Glass Corp
Current assignee: AGC Techno Glass Co Ltd
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: JP4171362B2

Abstract

【課題】紫外線を充分反射でき、しかも廉価な反射防止膜付透明基板を提供すること。
【解決手段】光を通す透明基板の上に反射防止膜を設けた反射防止膜付き透明基板であって、前記反射防止膜は、高屈折率層と低屈折率層の６層から１０層の交互多層膜から成り、この交互多層膜は、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長範囲における反射率が０．５％以下、かつ、波長３５０ｎｍ以下の紫外線を最大限に反射するように最適設計され、しかも前記高屈折率誘電体層として３８０ｎｍ以下の紫外線を吸収する特性を有する誘電体物質を用いることにより、３５０ｎｍ以下に紫外線の遮蔽機能を増した反射防止膜を設けたことを特徴とする反射防止膜付き透明基板。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可視光の表面反射を防止する機能を有する反射防止膜を備えた透明基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射防止膜は、古くから、眼鏡、カメラ、望遠鏡などのレンズ、プリズム、光学計測機器のフィルタ類に広く用いられている。
【０００３】
一般的な反射防止膜としては、低屈折率誘電体をＬ、中屈折率誘電体をＭ，高屈折率誘電体をＨとし設計波長をλとすると、基板／（１／４）λ（Ｌ）厚の単層タイプ、基板／（１／２）λ（Ｈ）／（１／４）λ（Ｌ）の２層タイプ、基板／（１／４）λ（Ｍ）／（１／２）λ（Ｈ）／（１／４）λ（Ｌ）の３層タイプなどが多用されて、更に多層膜の広帯域タイプなどの膜構成が使われている。
【０００４】
従来、これらの反射防止膜は、一般的には、光学部品に入射する特定波長及び特定波長範囲の光の反射防止、及びそれに伴う透過率向上の目的に限られて用いられていた。これに対して、反射防止膜に他の機能を持たせたものも知られている。その１つには、可視光線以外に紫外光線にも反射防止効果を持たせたものもある（特許文献１参照）。
【０００５】
一方、液晶プロジェクタのような装置では内部の光路中に短波長の紫外線を遮断するフィルタを備えたものも知られている（特許文献２参照）。そのほか紫外線ランプ、エキシマレーザを使用したステッパなどの光学部品に用いられる紫外線反射防止膜も知られている。
【０００６】
これらの紫外線カットフィルタは、通常、石英、パイレックス（登録商標）、白板ガラスなどの透明基板に、屈折率の異なる層を交互に設けた誘電体多層膜を真空蒸着法やスパッタリング法で成膜したものが用いられあるいは偏光分離フィルタなど他の光学部品の一面又は両面に誘電体多層膜から成る紫外線反射膜を真空蒸着法やスパッタリング法で成膜したものが用いられる。しかし、これらの誘電体多層膜を用いた紫外線カットフィルタは非常に高価で装置本体の価格を上げる要因になっていた。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−７４９０５号公報
【０００８】
【特許文献２】特開２００１−２６４７２９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような従来の、種々の装置に用いられる反射防止膜付透明基板の問題点にかんがみてなされたもので、紫外線を充分反射でき、しかも廉価な反射防止膜付透明基板を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１によれば、光を通す透明基板の上に反射防止膜を設けた反射防止膜付き透明基板であって、前記反射防止膜は、高屈折率層と低屈折率層の６層から１０層の交互多層膜から成り、この交互多層膜は、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長範囲における反射率が０．５％以下、かつ、波長３５０ｎｍ以下の紫外線を最大限に反射するように最適設計され、しかも前記高屈折率誘電体層として３８０ｎｍ以下の紫外線を吸収する特性を有する誘電体物質を用いることにより、３５０ｎｍ以下に紫外線の遮蔽機能を増した反射防止膜を設けたことを特徴とする反射防止膜付き透明基板を提供する。
【００１１】
本発明の請求項２によれば、前記透明基板は、石英ガラス、サファイア、水晶、硼珪酸ガラス、又はソーダガラスにより構成されることを特徴とする請求項１記載の反射防止膜付き透明基板を提供する。
【００１２】
本発明の請求項３によれば、前記反射防止膜は、高屈折率層と低屈折率層の８層の交互多層膜から成り、これらの８層の厚さを前記透明基板側から、ｄ１、ｄ２、ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６，ｄ７，ｄ８とし、前記高屈折率層の屈折率をｎｈ、前記低屈折率層の屈折率をｎｌとするとき、上記屈折率の範囲を、１．３５≦ｎｌ≦１．５０、１．９０≦ｎｈ≦２．４５、ｎｌ−０．１≦ｎｓ≦ｎｈとし、第１乃至第８の各層の光学的膜厚を、０．０１λ_０≦ｄ１≦０．０４λ_０、（０．５／ｎｓ^３）λ_０≦ｄ２≦（０．８／ｎｓ^３）λ_０、０．０７λ_０≦ｄ３≦０．１２λ_０、０．０８λ_０≦ｄ４≦０．１４λ_０、０．１８λ_０≦ｄ５≦０．２８λ_０、０．０２λ_０≦ｄ６≦０．０７λ_０、０．１６λ_０≦ｄ７≦０．２２λ_０、０．２２λ_０≦ｄ８≦０．３０λ_０を満す膜構成とすることを特徴とする請求項１又は２記載の反射防止膜付き透明基板を提供する。
【００１３】
本発明の請求項４によれば、前記高屈折率層を構成する誘電体物質は、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５のいずれか１種あるいは両者の混合物を主成分とするものであり、前記低屈折率層を構成する誘電体物質は、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２のいずれかを主成分とするものであることを特徴とする請求項３記載の反射防止膜付き透明基板を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下に述べる実施例では真空蒸着法やスパッタリング法で膜を製作する場合について述べるが、他の方法によって成膜してもよいことは勿論である。
【００１５】
図１に示すようにこの透明基板４の上に、膜体６として、高屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層を交互に合計８層、設けた。この膜体６は、図示するように、透明基板４上に、高屈折率の誘電体物質層と低屈折率の誘電体物質層が交互に例えば８層、積層された構造とする。
【００１６】
透明基板４から順に、第１層１１、第２層１２、第３層１３、第４層１４、第５層１５、第６層１６、第７層１７、第８層１８が設けられる。第１層１１、第３層１３、第５層１５、第７層１７が高屈折率誘電体層であり、第２層１２、第４層１４、第６層１６、第８層１８が低屈折率誘電体層である。
【００１７】
高屈折率誘電体物質層の屈折率をｎｈ、低屈折率誘電体物質層の屈折率をｎｌ、透明基板の屈折率をｎｓとし、基板側から空気側へ重ねる、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８の各層の光学的膜厚を、ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８とする。
【００１８】
（実施例１）
実施例１では、透明基板の材料として石英ガラスを用いた。成膜法としては、五酸化チタン（Ｔｉ_２Ｏ_５）と二酸化珪素（ＳｉＯ_２）を蒸着剤として、使用し、酸素ガスを反応ガスとする反応性真空蒸着法を用いた。石英ガラス基板上に、高屈折率誘電体物質層として屈折率ｎｄ＝２．３０の酸化チタン（ＴｉＯ_２）を用い、低屈折率誘電体物質層として屈折率ｎｄ＝１．４６の二酸化珪素（ＳｉＯ_２）を用い、表１に示すような膜圧の交互多層膜を製作した。なお、設計波長λ_０は５２０ｎｍとした。
【００１９】
【表１】

【００２０】
この膜体６の反射特性の測定結果を図２に示した。図２において、横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は反射率（％）を表す。また、上記膜体６の透過率特性の測定結果を図３に示す。図３において横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は透過率（％）を示す。
【００２１】
図２によれば、この膜体では４３０ｎｍ以上の領域において反射率が低くなっており、可視域４５０ｎｍから６５０ｎｍの領域で反射率が０．５％以下であることがわかる。また、図３によれば、この膜体では、波長３５０ｎｍより短波長の紫外線の透過率を大幅に減らすことができた。
【００２２】
石英ガラス基板の透過率は図４に示すように、９０％以上の一様に高い透過率の特性を有しており、このような特性を有する石英ガラス基板に上記膜体を設けることによって所望の特性の光を得ることができる。
【００２３】
（実施例２）
実施例２では、透明基板として、サファイアを用いた。成膜法として金属ニオブとポリシリコンをターゲットとして用い、アルゴン（Ａｒ）ガスをスパッタリングガスとし、酸素ガスを反応ガスとする反応マグネトロンスパッタリング法を用いた。サファイア基板上に高屈折率誘電体物質層として五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）（屈折率ｎｄ＝２．３４）低屈折率誘電体物質層として二酸化珪素（ＳｉＯ_２）（屈折率ｎｄ＝１．４７）を用い、設計中心波長λ_０＝５２０ｎｍで各層の厚さが表２に示す交互多層膜の膜体を製作した。
【００２４】
【表２】

【００２５】
このようにして製作された膜体の反射特性の測定結果を図５に示した。同図において、横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は反射率（％）を表す。また、上記膜体の透過率特性の測定結果を図６に示す。図６において横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は透過率（％）を示す。
【００２６】
図５によれば、この膜体では４２５ｎｍ程度以上の領域において反射率が低くなっており、可視域４５０ｎｍから６５０ｎｍの領域で反射率が０．５％以下となっていることがわかる。また、図６によれば、この膜体では、波長３５０ｎｍより短波長の紫外線の透過率を大幅に減らすことができた。
【００２７】
透明基板として、サファイア基板を用いるとき、波長４５０ｎｍから６５０ｎｍの範囲の反射防止性能を、反射率０．５％以下にし、波長３５０ｎｍ以下の紫外線カット特性を最大にするようにし、設計中心波長λ_０を波長５００ｎｍから５５０ｎｍの範囲にあって、８層構造の膜体とする。この膜体は、基板側から空気側へ高屈折率誘電体物質層と低屈折率の誘電体物質層を交互に重ねる。
【００２８】
本発明のこの実施例によれば、透明基板であるサファイア基板を用いているので熱伝導性が良好であり、たとえ熱が生じても放熱することができ、温度上昇をある程度抑えることができる効果がある。また、サファイア基板に本発明による反射防止膜を施すことにより３５０ｎｍより短波長の紫外線透過率を大幅に減ずることが可能となる。本発明の反射防止膜により可視域の反射防止特性を有し、かつ紫外線カットフィルタ特性の２特性を併せ持つ反射防止膜を安価に製造することができる。
【００２９】
上記のように、高屈折率誘電体物質層の屈折率をｎｈ、低屈折率誘電体物質層の屈折率をｎｌ、透明基板の屈折率をｎｓとし、基板側から空気側へ重ねる、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８の各層の光学的膜厚を、ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８とするとき、上記屈折率の範囲を、１．３５≦ｎｌ≦１．５０、１．９０≦ｎｈ≦２．４５、ｎｌ−０．１≦ｎｓ≦ｎｈ、第１乃至第８の各層の光学的膜厚を、０．０１λ_０≦ｄ１≦０．０４λ_０、（０．５／ｎｓ^３）λ_０≦ｄ２≦（０．８／ｎｓ^３）λ_０、０．０７λ_０≦ｄ３≦０．１２λ_０、０．０８λ_０≦ｄ４≦０．１４λ_０、０．１８λ_０≦ｄ５≦０．２８λ_０、０．０２λ_０≦ｄ６≦０．０７λ_０、０．１６λ_０≦ｄ７≦０．２２λ_０、０．２２λ_０≦ｄ８≦０．３０λ_０を満す膜構成が好ましいことがわかった。
【００３０】
ここで基板と反射防止膜との密着性を向上させるために、基板側と第１層の高屈折率誘電体層の間にＳｉＯ_２層を光学的特性に影響を与えない厚さで付加することは差し支えない。ここで、光学的膜厚とは、幾何学的膜厚と屈折率の積である。
【００３１】
第２層が、（０．５／ｎｓ^３）λ_０≦ｄ２≦（０．８／ｎｓ^３）λ_０の範囲で好ましい、即ち第２層が大きく基板の屈折率に依存し、基板の屈折率の３乗に反比例した、膜厚が所望の光学特性の付与に最適となる。
【００３２】
このことは、望ましい光学特性が得られる各層の光学膜厚を最適化するソフトウェアを用いて、各種基板に対する多層膜設計を行なった結果から、発明者が共通概念として抽出し数式化した。第２層以外は基板屈折率にかかわらず、所定の数値範囲で最適特性が得られるのに対して、第２層のみは基板屈折率により最適膜厚が大きく異なることを意味している。
【００３３】
なお、上記実施例１、実施例２の説明では、高屈折率誘電体物質層と低屈折率誘電体物質層の膜を８層に構成した場合について説明した。しかし本発明ではこれに限られず、一般的には６から１０層により交互多層膜を構成すればよい。交互多層膜が６層を下回ると３５０ｎｍ以下の近紫外域の紫外線をカットする機能が充分でなく、１０層を超えると生産性が悪くなるためである。
【００３４】
３８０ｎｍ以下の紫外線を吸収する特性を有する高屈折率の誘電体物質としては、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５のいずれか一種あるいは両者の混合物がもっとも望ましい。しかし、これらとＺｒＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｐｒ_２Ｏ_３，Ｐｒ_６Ｏ_１１、Ｔａ_２Ｏ_５など他の物質との混合物であってもよい。これら他の物質との混合物では、紫外線吸収特性を維持するためにＴｉＯ_２，Ｎｂ_２Ｏ_５の割合は５０％以上が必要である。またこれらＴｉＯ_２，Ｎｂ_２Ｏ_５は、その成膜法によっては酸素不足の状態であるＴｉＯｘ（１．８＜ｘ＜２．０）やＮｂ_２Ｏｘ（４．５＜ｘ＜５．０）となる場合がありこのような場合も本発明に含まれる。
【００３５】
低屈折率層を構成する誘電体物質としては二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）のいずれかを主成分とするものを用いる。
【００３６】
上述の実施例では、透明基板として石英ガラスやサファイアを用いた場合について述べたが、本発明では、水晶、硼珪酸ガラス、又はソーダガラスにより透明基板を構成してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、紫外線を充分反射でき、しかも廉価な反射防止膜付透明基板を得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による反射防止膜の構造を示す図。
【図２】本発明の実施例１の反射特性の測定結果を示す図。
【図３】本発明の実施例１の透過特性の測定結果を示す図。
【図４】本発明に透明基板として用いる石英ガラスの透過特性を示す図。
【図５】本発明の実施例２の反射特性の測定結果を示す図。
【図６】本発明の実施例２の透過特性の測定結果を示す図。
【符号の説明】
４・・・透明基板、６・・・膜体、１１・・・第１層、１２・・・第２層、１３・・・第３層、１４・・・第４層、１５・・・第５層、１６・・・第６層、１７・・・第７層、１８・・・第８層。

Claims

光を通す透明基板の上に反射防止膜を設けた反射防止膜付き透明基板であって、
前記反射防止膜は、高屈折率層と低屈折率層の６層から１０層の交互多層膜から成り、この交互多層膜は、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長範囲における反射率が０．５％以下、かつ、波長３５０ｎｍ以下の紫外線を最大限に反射するように最適設計され、しかも前記高屈折率誘電体層として３８０ｎｍ以下の紫外線を吸収する特性を有する誘電体物質を用いることにより、３５０ｎｍ以下に紫外線の遮蔽機能を増した反射防止膜を設けたことを特徴とする反射防止膜付き透明基板。
前記透明基板は、石英ガラス、サファイア、水晶、硼珪酸ガラス、又はソーダガラスにより構成されることを特徴とする請求項１記載の反射防止膜付き透明基板。
前記反射防止膜は、高屈折率層と低屈折率層の８層の交互多層膜から成り、これらの８層の厚さを前記透明基板側から、ｄ１、ｄ２、ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６，ｄ７，ｄ８とし、前記高屈折率層の屈折率をｎｈ、前記低屈折率層の屈折率をｎｌとするとき、
上記屈折率の範囲を、１．３５≦ｎｌ≦１．５０、１．９０≦ｎｈ≦２．４５、ｎｌ−０．１≦ｎｓ≦ｎｈとし、
第１乃至第８の各層の光学的膜厚を、０．０１λ_０≦ｄ１≦０．０４λ_０、（０．５／ｎｓ^３）λ_０≦ｄ２≦（０．８／ｎｓ^３）λ_０、０．０７λ_０≦ｄ３≦０．１２λ_０、０．０８λ_０≦ｄ４≦０．１４λ_０、０．１８λ_０≦ｄ５≦０．２８λ_０、０．０２λ_０≦ｄ６≦０．０７λ_０、０．１６λ_０≦ｄ７≦０．２２λ_０、０．２２λ_０≦ｄ８≦０．３０λ_０を満す膜構成とすることを特徴とする請求項１又は２記載の反射防止膜付き透明基板。
前記高屈折率層を構成する誘電体物質は、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５のいずれか１種あるいは両者の混合物を主成分とするものであり、前記低屈折率層を構成する誘電体物質は、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２のいずれかを主成分とするものであることを特徴とする請求項３記載の反射防止膜付き透明基板。