JP2007052345A - Multilayered thin film structure with refractive index gradient and its manufacturing method - Google Patents

Multilayered thin film structure with refractive index gradient and its manufacturing method Download PDF

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啓 篠塚
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface structure by which problems of an antireflection film by optical design and problems of an antireflection structure by a sub-wavelength grid are solved at the same time and which has an excellent antireflection function and which can be industrially manufactured. <P>SOLUTION: A multilayered film structure comprises at least three layers of thin film layers each having ≥70% transmissivity at whole visible light regions and ≤380nm thickness. Further a refractive index of each layer at the visible light region is gradually changed between 1.0 and 2.5 in a direction from an uppermost layer being nearest to an external medium to a lowest layer being nearest to a base material so that an apparent refractive index may become larger. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、反射防止膜などの光学薄膜に利用し得るナノ粒子多層薄膜とその作成方法に関する。詳しくは、最上層薄膜表面から基材に至る空間に形成される薄膜各層の屈折率が、外部媒質である空気の屈折率1.0から基材の屈折率までの中間の屈折率を持つ薄膜層を多数介在させながら徐々に変化するとき、可視光反射率が著しく減少するというサブ波長格子の原理を利用した反射防止構造体とその作成方法に関する。本発明の方法とそれによって作成されている屈折率傾斜多層薄膜構造体は、従来の反射防止フィルム(ARフィルム)の設計と原理は一部同じであるが、方式が全く異なるものである。   The present invention relates to a nanoparticle multilayer thin film that can be used for an optical thin film such as an antireflection film and a method for producing the same. Specifically, a thin film in which the refractive index of each thin film layer formed in the space from the uppermost thin film surface to the base material has an intermediate refractive index from the refractive index 1.0 of air as the external medium to the refractive index of the base material The present invention relates to an antireflection structure utilizing the principle of a subwavelength grating, in which the visible light reflectance is remarkably reduced when it is gradually changed with a large number of layers interposed, and a method for producing the same. The method of the present invention and the gradient refractive index multilayer thin film structure produced thereby are partly the same in design and principle of the conventional antireflection film (AR film), but the system is completely different.

ディスプレイ表面やショーウィンドー・ショーケース、展示額縁などに設けられる光学用反射防止フィルムの開発は盛んに行われており、様々な材料や設計方法が利用され製品化されている。特にディスプレイの分野では、旧来の曲面表示であるCRTに代わり、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、リアプロジェクター、FED(フィールドエミッションディスプレイ)、OLED(有機EL)など種々の方式のFPD(フラットパネルディスプレイ)が登場し、携帯電話のような小型表示から大型テレビのような大画面表示まで用途も多種多様化しているが、これらの多くの用途で視認性向上のため画面の反射防止加工が用いられてきた。   The development of optical antireflection films on display surfaces, show windows, showcases, display frames, etc. has been actively conducted, and various materials and design methods have been used and commercialized. Especially in the display field, various types of FPD (Flat Panel Display) such as liquid crystal display, plasma display, rear projector, FED (Field Emission Display), OLED (Organic EL) have appeared instead of the conventional curved display CRT. However, there are a wide variety of applications ranging from small displays such as mobile phones to large screen displays such as large televisions. In many of these applications, antireflection processing of screens has been used to improve visibility.

反射防止層の作成方法は大きく分けてドライ法(真空成膜法)とウェット法(湿式成膜法)がある。ドライ法は蒸着やスパッタリングを用いて主として低屈折率の金属弗化物や金属酸化物を基材表面にコートする方法である。これは膜厚精度が高く、非常に高性能な反射防止効果を与えるが、生産性が低くコストが著しく高いという欠点を持ち合わせている。一方、近年は塗工により安く大量に生産が可能なウェット法の技術が進歩し、膜厚精度もある程度向上したため、多く用いられるようになってきた。
特許文献1〜3等にはディスプレイ表面に用いてコントラストを向上させたり、外光の映り込みを防止する廉価な反射防止膜が提案されている。ウェット法の問題としては、サブミクロン厚さの塗工を精度よくできない、塗工層は被塗工層を溶解してはならないので積層する場合には溶剤に制限がある、塗工層と被塗工層の接着性の確保が必要であるなどが挙げられる。
The method for forming the antireflection layer is roughly divided into a dry method (vacuum film forming method) and a wet method (wet film forming method). The dry method is a method of coating a substrate surface mainly with a low-refractive-index metal fluoride or metal oxide by vapor deposition or sputtering. This has high film thickness accuracy and provides a very high performance antireflection effect, but has the disadvantage of low productivity and high cost. On the other hand, in recent years, the wet process technology that enables mass production at low cost by coating has advanced, and the film thickness accuracy has improved to some extent.
Patent Documents 1 to 3 and the like propose inexpensive antireflection films that are used on the display surface to improve contrast and prevent reflection of external light. The problems with the wet method are that coating with a submicron thickness cannot be accurately performed, and the coating layer must not dissolve the coating layer. For example, it is necessary to ensure the adhesiveness of the coating layer.

従来用いられてきた反射防止層の設計原理を簡単に述べると以下の通りである(入射角ゼロ度、光学媒体の散乱・吸収はないとする)。これはドライ法とウェット法のARフィルムで共通となる原理である。   The design principle of the antireflection layer that has been conventionally used is briefly described as follows (assuming that the incident angle is zero degree and the optical medium is not scattered or absorbed). This is the principle that is common to the dry and wet AR films.

(1)屈折率の低い材料で強度反射率を低減する…式(1)
R=(n −n)/(n +n)…(1)
(1) Reducing the intensity reflectance with a material having a low refractive index (1)
R = (n f 2 −n 0 n s ) 2 / (n f 2 + n 0 n s ) 2 (1)

(2)表面と裏面の反射光の位相を半波長ずらして干渉効果により打ち消す…式(2)
(薄膜の屈折率が基材より小さい場合)
d=λ/4 …(2)
(2) The phase of the reflected light on the front surface and the back surface is shifted by a half wavelength and canceled by the interference effect (2)
(When the refractive index of the thin film is smaller than the base material)
n f d = λ / 4 (2)

式(1)及び式(2)において、n:外部媒質の屈折率、n:反射防止層の屈折率、
:基材の屈折率、R:反射率、d:反射防止層の厚さ、λ:入射光の波長、を表わす。
式(1)より、屈折率の低い材料を反射防止膜に用いると、反射率を低下できることが分かる
In Formula (1) and Formula (2), n 0 is the refractive index of the external medium, n f is the refractive index of the antireflection layer,
n s : Refractive index of substrate, R: reflectance, d: thickness of antireflection layer, λ: wavelength of incident light.
From formula (1), it can be seen that the reflectance can be lowered by using a material having a low refractive index for the antireflection film.

薄膜を付着した透明体の反射率を最小にするには、反射防止層表面と裏面の反射光の位相を半波長ずらして干渉効果により打ち消す効果を併用する。このための位相条件は、薄膜の屈折率が基材より小さい場合(低屈折材料)はnd=λ/4、薄膜の屈折率が基材より大きい場合(高屈折材料)はnd=λ/2となる。位相条件に合わせた厚さの薄膜層を形成することで、全体の反射率が最小になるよう設計する。ドライ法などで多用される2層以上の反射防止膜の設計は、各層の反射率が最小になる波長を組み合わせて反射率カーブをフラットにし、可視光全域をカバーするようなワイドバンド反射防止体とする。 In order to minimize the reflectance of the transparent body to which the thin film is attached, the effect of canceling out the interference effect by shifting the phase of the reflected light on the front and back surfaces of the antireflection layer by half wavelength is used in combination. Phase condition for this is, when the refractive index of the thin film is smaller than the base material (the low refractive material) n f d = λ / 4, the refractive index of the thin film is greater than the base material (high-refractive index material) is n f d = λ / 2. The total reflectance is designed to be minimum by forming a thin film layer having a thickness that matches the phase condition. The anti-reflective coating of two or more layers that is frequently used in the dry method, etc. is a wideband anti-reflective body that covers the entire visible light range by flattening the reflectivity curve by combining the wavelengths that minimize the reflectivity of each layer And

一方、SWG(Sub Wavelength Grating)或いはサブ波長格子は、全く別の反射防止構造として知られている。これは、断面が三角形状の微細な凹凸構造を表面に多数形成した場合、そのピッチが可視光の波長以下(380nm以下)、深さを200〜300nm以上にすると、深さ方向に屈折率が連続的に変化する無数の層が存在することと等価となり、フレネル反射が起こらなくなるというものである。光の反射は、主としてその入射面の屈折率の急激な変化により生じる。従って、光が入射する境界において屈折率が連続して滑らかに変化するような構造があれば、入射光は最終的に反射しなくなる。夜行性の蛾の複眼上にはこのような構造があり、夜間の光を反射せず最大限取り込む効果、及び目が反射して天敵に見つかるのを避ける効果を与えている。   On the other hand, SWW (Sub Wavelength Grating) or sub-wavelength grating is known as a completely different antireflection structure. This is because, when a large number of fine concavo-convex structures having a triangular cross section are formed on the surface, the refractive index is increased in the depth direction when the pitch is less than the wavelength of visible light (380 nm or less) and the depth is 200 to 300 nm or more. This is equivalent to the infinite number of continuously changing layers, and Fresnel reflection does not occur. The reflection of light is mainly caused by a sudden change in the refractive index of the incident surface. Therefore, if there is a structure in which the refractive index changes continuously and smoothly at the boundary where light enters, the incident light will eventually not be reflected. There is such a structure on the compound eye of the nocturnal moth, which gives the effect of capturing the light at night without reflecting it and the effect of avoiding the reflection of the eyes and finding them by natural enemies.

サブ波長格子による反射率の低減効果は大きく、可視光の全波長域に関して0.5%以下のほぼフラットな反射率特性となる。これはARフィルムの原理である、屈折率の低い材料で反射率を低減する効果を極限まで高めたものと言える。サブ波長格子のその他の長所は、反射光の位相差による打ち消しを行わないので、対象とする波長を可視光全域にすることができる点、入射角による影響が少ない点などが挙げられる。   The effect of reducing the reflectivity by the sub-wavelength grating is large, and the reflectivity characteristic is almost flat at 0.5% or less for the entire wavelength range of visible light. It can be said that this is the principle of the AR film, and the effect of reducing the reflectance with a material having a low refractive index is enhanced to the limit. Other advantages of the sub-wavelength grating include the fact that the wavelength of interest can be set to the entire visible light range because it is not canceled by the phase difference of the reflected light, and the influence of the incident angle is small.

サブ波長格子構造による反射防止体を用いた技術は、非特許文献1及び特許文献4に見られる。
これは、節足動物の複眼の表面をポリマーなどに押し付けて、反射防止構造の形状を転写するというものであり、直接的なパタン複製技術である。節足動物は蛾に限られていない。
また、特許文献5及び6には、光入射面に光の波長よりも小さい周期の周期構造を有する構造体が記載されている。この記載内容は、この構造が反射防止機能を始め様々な光学機能を発揮することに関するものである。反射防止は錐形の微細周期構造をつくることで可能になるとしている。しかしこの特許は製造法については触れていない。
Non-patent document 1 and patent document 4 show a technique using an antireflection body having a subwavelength grating structure.
This is a direct pattern replication technique in which the surface of the arthropod compound eye is pressed against a polymer or the like to transfer the shape of the antireflection structure. Arthropods are not limited to pupae.
Patent Documents 5 and 6 describe structures having a periodic structure with a period smaller than the wavelength of light on the light incident surface. This description relates to the fact that this structure exhibits various optical functions including an antireflection function. Antireflection is said to be possible by creating a conical fine periodic structure. However, this patent does not mention the manufacturing method.

特許文献7には、低屈折率ポリマー球状粒子をフィルム内に内添し、反射防止及び防眩特性を発現する技術が開示されている。この内容は、媒体になるフィルム材料と球状粒子の屈折率を選択し、サブ波長格子構造と同様の光学特性を発揮するというものである。   Patent Document 7 discloses a technique in which low refractive index polymer spherical particles are internally added in a film to exhibit antireflection and antiglare properties. The content is that the film material to be a medium and the refractive index of the spherical particles are selected, and the same optical characteristics as the sub-wavelength grating structure are exhibited.

:特開2001−21706号公報: JP 2001-21706 A :特開2002−71904号公報: JP 2002-71904 A :特開2002−55205号公報: JP 2002-55205 A :特開2003−139905号公報: JP-A-2003-139905 :特開2002−286906号公報: JP 2002-286906 A :特開2004−170508号公報: JP 2004-170508 A :特開2004−26974号公報: JP 2004-26974 A :Journal of Optical Society of America A, Vol.12, No.2, 333 (1995): Journal of Optical Society of America A, Vol.12, No.2, 333 (1995)

従来の光学計算で設計し、ドライ法・ウェット法によって作成する反射防止フィルムは、実際の製品として市場に広く流通しているが、以下の点で反射防止効果に限界があった。   Antireflection films designed by conventional optical calculations and prepared by the dry method / wet method are widely distributed in the market as actual products, but the antireflection effect is limited in the following points.

(1)反射防止膜の材料として、屈折率の低い材料ほど効果が高い。しかし低屈折率材料の屈折率は、ポリマーで1.35程度(環状フッ素系樹脂)、無機物質で1.37程度(弗化マグネシウム)が最低で、それ以上低いものは存在しない。従って上記式(1)より、Rの値に限界が来る。 (1) As the material of the antireflection film, the lower the refractive index, the higher the effect. However, the refractive index of the low refractive index material is about 1.35 for polymers (cyclic fluororesin) and about 1.37 for inorganic substances (magnesium fluoride), and there is nothing lower than that. Therefore, the value of R is limited from the above equation (1).

(2)式(2)が対象とするのは、コヒーレントな単色光である。即ちコヒーレントでない自然光の場合は位相差による打ち消し効果が不完全になるため、反射率を波長に関して測定すると、反射率カーブと呼ばれる曲線を描くようになる。このカーブをできるだけフラットにするために、ドライ法などでは反射防止層を2層以上の構成にして下層の高屈折率層により位相を1/2λずらして重ねあわせる、などの工夫を行っている。実際に可視光の全波長域に関して良好な反射防止効果を得るためには、4〜5層の反射防止層が必要となるが、それでも反射率カーブを可視光全域でフラットにするのは容易ではない。 (2) The target of equation (2) is coherent monochromatic light. That is, in the case of natural light that is not coherent, the cancellation effect due to the phase difference is incomplete, and when the reflectance is measured with respect to the wavelength, a curve called a reflectance curve is drawn. In order to make this curve as flat as possible, the dry method or the like has been devised such that the antireflection layer has two or more layers and the phase is shifted by 1 / 2λ with the lower high refractive index layer. Actually, in order to obtain a good antireflection effect for the entire visible light wavelength range, 4 to 5 antireflection layers are required, but it is still difficult to flatten the reflectance curve over the entire visible light range. Absent.

(3)異なる屈折率の層からなる多層膜は、適応波長のみならず適応入射角の問題もある。式(2)は垂直入射に近い条件では有効であり、反射率を低減させるが、実際の使用状況ではあらゆる角度から自然光が入射することになるため、必ずしも計算通りの効果が得られるとはいえない。 (3) A multilayer film composed of layers having different refractive indexes has a problem of not only an adaptive wavelength but also an adaptive incident angle. Equation (2) is effective under conditions close to normal incidence and reduces the reflectivity. However, since natural light is incident from all angles in the actual usage situation, the calculated effect is not necessarily obtained. Absent.

前記段落0009で述べたサブ波長格子による反射防止構造体については次のような問題点がある。
(1)大面積のサブ波長格子の量産は、突起物のサイズ、要求される精度などから容易ではない。現状ではリソグラフィー法は低価格に量産することは難しく、ナノインプリント法によって作成する場合でも、スタンパーの稼働率やパタン転写可能面積から考えると生産性は高くならない。
The antireflection structure using the sub-wavelength grating described in paragraph 0009 has the following problems.
(1) Mass production of a large-area sub-wavelength grating is not easy due to the size of the protrusions and the required accuracy. At present, it is difficult to mass-produce the lithography method at a low price, and even when the nanoimprint method is used, the productivity does not increase in view of the availability of the stamper and the pattern transferable area.

(2)突起物の先端部は鋭く尖っているため破損し易く、突起物の間の溝には汚れ等が付着・蓄積しやすい。サブ波長格子の溝に汚れが蓄積した場合、その周辺では屈折率が徐々に変化する構造ではなくなってしまい、反射防止効果が低減する。
これら諸問題を内包しながらも、サブ波長格子の効果を得るためには微細な突起物の存在が不可欠であり、かつその構造体は最表面に位置する必要がある。
(2) Since the tip of the protrusion is sharp and sharp, it is easily damaged, and dirt or the like is likely to adhere and accumulate in the groove between the protrusions. When dirt accumulates in the groove of the sub-wavelength grating, the structure in which the refractive index gradually changes is no longer present around the groove, and the antireflection effect is reduced.
In order to obtain the effect of the sub-wavelength grating while including these various problems, the presence of fine protrusions is indispensable, and the structure needs to be positioned on the outermost surface.

(3)また、他の既存技術に見られる問題点としては、以下のことが考えられる。
特許文献4については、実際に工業生産を念頭に置いた場合、非常に小面積の型によるインプリントになるため効率性に劣るという欠点がある。
特許文献5及び特許文献6は、製造法については触れておらず、このような光学構造をいかにして実現するか明確に示していない。
特許文献7については、屈折率の異なる材料を組み合わせて、反射防止・防眩効果を有する表面の平坦なフィルムとする点では優れているが、すべての材料要素はポリマーであるため、この構造体の構成部位の屈折率下限はそれほど低くできない。したがって顕著な反射防止効果は得られないと考えられる。
(3) Moreover, the following can be considered as problems found in other existing technologies.
Patent Document 4 has a drawback in that when it is actually industrial production in mind, imprinting is performed using a mold having a very small area, resulting in poor efficiency.
Patent Document 5 and Patent Document 6 do not mention a manufacturing method, and do not clearly show how to realize such an optical structure.
Patent Document 7 is excellent in that a material having a different refractive index is combined to form a flat film having an antireflection / antiglare effect. However, since all the material elements are polymers, this structure The lower limit of the refractive index of the constituent part cannot be so low. Therefore, it is considered that a significant antireflection effect cannot be obtained.

本発明は、上記の、従来の光学設計による反射防止フィルムの問題点、及びサブ波長格子による反射防止構造体の問題点を同時に解決し、かつ、良好な反射防止機能を有する、工業的に生産可能な表面構造体を提供しようとするものである。   The present invention solves the above-mentioned problems of the antireflection film by the conventional optical design and the problems of the antireflection structure by the subwavelength grating at the same time, and has an excellent antireflection function and is industrially produced. It is intended to provide a possible surface structure.

上記の問題を解決するための手段として、外部媒質と基板の間に屈折率に段階的傾斜構造を持たせた多数の薄膜層からなる構造体を形成するとき、サブ波長格子と同等で、かつ従来のARフィルムより優れた反射防止効果を有し、表面は平滑であるためサブ波長格子の問題点であった防汚性、耐久性を大幅に高めた反射防止構造体を提供できることを見出し、本発明に至った。本発明は、以下の発明を包含する。   As a means for solving the above problem, when forming a structure composed of a plurality of thin film layers having a graded gradient structure between the external medium and the substrate, it is equivalent to a subwavelength grating, and It has been found that it has an antireflection effect superior to that of the conventional AR film, and since the surface is smooth, it is possible to provide an antireflection structure having greatly improved antifouling properties and durability, which are problems of subwavelength gratings. The present invention has been reached. The present invention includes the following inventions.

(1)可視光全域の透過率が70%以上で、厚さが380nm以下である薄膜層を少なくとも3層以上含む多層膜構造体であり、かつ各層の可視光領域の見かけ屈折率を外部媒体に最も近い最表層から基材に最も近い最下層方向に、1.0から2.5の間で段階的に見かけ屈折率を大きく変化させていることを特徴とする、屈折率傾斜多層薄膜。 (1) A multilayer structure including at least three thin film layers having a transmittance of 70% or more and a thickness of 380 nm or less over the entire visible light region, and the apparent refractive index of each layer in the visible light region A gradient refractive index multilayer thin film characterized in that the apparent refractive index is greatly changed stepwise from 1.0 to 2.5 in the direction from the outermost surface layer closest to the lowermost layer to the base material.

(2)前記多層膜構造体を構成する3層以上の薄膜層の中の少なくとも一層が、金属アルコキシドを用いたゾルゲル法の原理で作成されている平均直径380nm以下のナノ粒子を含有する低屈折率層であることを特徴とする、(1)項記載の屈折率傾斜多層薄膜。 (2) Low refraction in which at least one of the three or more thin film layers constituting the multilayer film structure contains nanoparticles having an average diameter of 380 nm or less prepared on the principle of a sol-gel method using a metal alkoxide The refractive index gradient multilayer thin film according to item (1), which is an index layer.

(3)前記多層膜構造体を構成する3層以上の薄膜層の中の少なくとも一層が、弗化マグネシウム(屈折率1.37)、弗化リチウム(屈折率1.39)、弗化カルシウム(屈折率1.43)及び弗化バリウム(屈折率1.48)から選ばれる無機粒子を主たる構成成分とするナノ粒子を含有する層であることを特徴とする、(1)項又は2項に記載の屈折率傾斜多層薄膜。 (3) At least one of the three or more thin film layers constituting the multilayer film structure is composed of magnesium fluoride (refractive index 1.37), lithium fluoride (refractive index 1.39), calcium fluoride ( Item (1) or Item 2, characterized in that it is a layer containing nanoparticles mainly composed of inorganic particles selected from refractive index 1.43) and barium fluoride (refractive index 1.48). The refractive index gradient multilayer thin film described.

(4)上記多層膜構造体を構成する薄膜層の中の少なくとも一層が、中空或いは多孔質の無機粒子を主たる構成成分とするナノ粒子を含有する層であることを特徴とする、(1)項〜(3)項のいずれか1項に記載の屈折率傾斜多層薄膜。 (4) At least one of the thin film layers constituting the multilayered film structure is a layer containing nanoparticles mainly composed of hollow or porous inorganic particles, (1) The refractive index gradient multilayer thin film according to any one of items 1 to (3).

(5)前記無機粒子が、平均粒径が3nmから380nmのナノ粒子であることを特徴とする、(3)項又は(4)項に記載の屈折率傾斜多層薄膜。 (5) The refractive index gradient multilayer thin film according to (3) or (4), wherein the inorganic particles are nanoparticles having an average particle diameter of 3 nm to 380 nm.

(6)前記ナノ粒子は、バインダーを使用するか若しくは粒子同士の熱融着によって粒子同士が固定されていることを特徴とする、(1)項〜(5)項のいずれか1項に記載の屈折率傾斜多層薄膜。 (6) The nanoparticle according to any one of items (1) to (5), wherein the nanoparticles are fixed to each other by using a binder or by heat fusion between the particles. Refractive index gradient multilayer thin film.

(7)前記多層膜構造体を構成する3層以上の薄膜層の中の少なくとも一層が低屈折率の有機高分子材料を塗工して形成されている薄膜層であることを特徴とする、(1)項又は(2)項に記載の屈折率傾斜多層薄膜。 (7) At least one of the three or more thin film layers constituting the multilayer film structure is a thin film layer formed by applying an organic polymer material having a low refractive index, The refractive index gradient multilayer thin film according to (1) or (2).

(8)前記外部媒体に最も近い最表層の上に、厚さ3〜10nmの防汚層が形成されていることを特徴とする(1)項〜(7)項のいずれか1項に記載の屈折率傾斜多層薄膜。 (8) The antifouling layer having a thickness of 3 to 10 nm is formed on the outermost surface layer closest to the external medium, according to any one of the items (1) to (7), Refractive index gradient multilayer thin film.

(9)前記(1)項〜(8)項に記載の屈折率傾斜多層薄膜から選ばれる1種を成膜する方法であって、
前記屈折率傾斜多層薄膜を形成している3層以上の薄膜層を成膜する際に、各薄膜層毎に、成膜時に使用する塗工液中のナノ粒子の2次凝集状態を制御して該塗工液から形成される各薄膜層内の粒子間隙を調整することによって平均体積空隙率が10〜95%の範囲内で、且つ可視光領域の見かけ屈折率が1.0から2.5の範囲内である層を形成すると共に、
各薄膜層を、外部媒体に最も近い最表層から基材に最も近い最下層方向に向かってそれらの可視光領域の見かけ屈折率が1.0から2.5の間で段階的に大きくなるように順次積層形成することを特徴とする、屈折率傾斜多層薄膜の成膜方法。
(9) A method of depositing one type selected from the gradient refractive index multilayer thin film according to (1) to (8),
When forming three or more thin film layers forming the gradient refractive index multilayer thin film, for each thin film layer, the secondary aggregation state of the nanoparticles in the coating liquid used at the time of film formation is controlled. By adjusting the particle gap in each thin film layer formed from the coating solution, the average volume porosity is in the range of 10 to 95%, and the apparent refractive index in the visible light region is 1.0 to 2. Forming a layer that is within the range of 5;
Each thin film layer is gradually increased in the visible refractive index in the range of 1.0 to 2.5 from the outermost layer closest to the external medium toward the lowermost layer closest to the substrate. The method for forming a gradient refractive index multilayer thin film is characterized by sequentially stacking layers.

(10)前記ナノ粒子として2種以上の異なる粒子径のナノ粒子を使用することを特徴とする(9)項記載の屈折率傾斜多層薄膜の成膜方法。 (10) The method according to (9), wherein two or more kinds of nanoparticles having different particle diameters are used as the nanoparticles.

(11)前記成膜時に使用する塗工液はバインダー成分を含有しており、前記ナノ粒子相互間のバインダー成分の含有量を変化させて平均体積空隙率が10〜95%の範囲で、可視光領域の見かけ屈折率が1.0から2.5の間である薄膜層を形成することを特徴とする(9)項又は(10)項に記載の屈折率傾斜多層薄膜の成膜方法。 (11) The coating liquid used at the time of film formation contains a binder component, and the content of the binder component between the nanoparticles is changed so that the average volume porosity is in the range of 10 to 95% and visible. The method for forming a gradient refractive index multilayer thin film according to (9) or (10), wherein a thin film layer having an apparent refractive index in the optical region of 1.0 to 2.5 is formed.

(12)前記(10)項及び(11)項に記載の方法を組み合わせることにより、平均体積空隙率が10〜95%の範囲で、可視光領域の見かけ屈折率が1.0から2.5の間である薄膜層を形成することを特徴とする(9)項記載の屈折率傾斜多層薄膜の成膜方法。 (12) By combining the methods described in the items (10) and (11), the apparent refractive index in the visible light region is 1.0 to 2.5 in the range of the average volume porosity of 10 to 95%. A method for forming a gradient refractive index multilayer thin film according to item (9), wherein a thin film layer between the layers is formed.

(13)前記成膜時に使用する塗工液中のナノ粒子の2次凝集状態を制御して該塗工液から形成される各薄膜層内の粒子間隙を調整する手段が、金属アルコキシドのゾルゲル法を応用して上記粒子間の空隙率をコントロールする方法であることを特徴とする(9)項〜(13)項のいずれか1項に記載の屈折率傾斜多層薄膜の成膜方法。 (13) A means for controlling the secondary aggregation state of the nanoparticles in the coating liquid used at the time of film formation and adjusting the particle gap in each thin film layer formed from the coating liquid is a metal alkoxide sol-gel The method for forming a gradient refractive index multilayer thin film according to any one of (9) to (13), wherein the method is applied to control the porosity between the particles.

(14)前記金属アルコキシドのゾルゲル法は、金属アルコキシドを水中に加え、水溶液として加水分解し、該水溶液に相溶性の低い有機溶媒を加えて強攪拌することで水相を有機溶媒相中に微細な分散胞として分散させてO/Wエマルションとし、各分散胞中で金属アルコキシド分子間の脱水縮合による重合を進める方法である、(13)項記載の屈折率傾斜多層薄膜の成膜方法。 (14) The metal alkoxide sol-gel method includes adding a metal alkoxide to water, hydrolyzing it as an aqueous solution, adding an organic solvent having low compatibility to the aqueous solution, and vigorously stirring the aqueous phase into the organic solvent phase. The method of forming a graded refractive index multilayer thin film according to (13), wherein the dispersion vesicles are dispersed into O / W emulsions and polymerization is carried out by dehydration condensation between metal alkoxide molecules in each dispersion vesicle.

本発明に記載の方法で得られる見かけ屈折率に段階的傾斜構造を持たせた構造体は、サブ波長格子と同等の反射防止効果を有することが示された。これは従来のARフィルムより優れた反射防止特性を有し、表面は平滑であるためサブ波長格子の問題点であった防汚性、耐久性を大幅に高めた反射防止構造体である。また、従来のARフィルムのように入射光と反射光の位相を半波長ずらして干渉により反射防止効果を高める手法を伴わないため、波長依存性が少なく、可視光全域に関して反射防止効果が得られる。   It was shown that the structure having a graded gradient structure in the apparent refractive index obtained by the method described in the present invention has an antireflection effect equivalent to that of the subwavelength grating. This is an antireflection structure that has antireflection properties superior to those of conventional AR films and has a smooth surface, and thus has significantly improved antifouling properties and durability, which are problems of subwavelength gratings. Further, unlike the conventional AR film, the phase of incident light and reflected light is shifted by a half wavelength and a method for enhancing the antireflection effect by interference is not involved, so that there is little wavelength dependence and an antireflection effect can be obtained for the entire visible light region. .

本発明に拠れば、光入射面の最外層から順に見かけ屈折率を徐々に大きくする反射防止層を数層形成し、外部媒質(空気)の屈折率1.0から段階的に基板の屈折率に近づけていく構造体を形成することによって前記問題を解決することができる。
具体的には、例えば石英基板〔屈折率1.45(λ=600nm)〕上に形成された5層からなる構造体の場合、最上層に見かけ屈折率1.1程度の低屈折率層、次に1.2程度の第2層、1.3程度の第3層が続き、石英基板と接する面には見かけ屈折率1.4程度の第4層が配置されるようにして、外部媒質から基板までの空間の屈折率を傾斜させる。この断続的な屈折率傾斜構造は、サブ波長格子の原理である連続的な屈折率傾斜構造と等価となり、最終的にフレネル反射をほぼゼロにする。反射防止構造の各層の目標とする見かけ屈折率は、外部媒質と基板との屈折率の差を層数で均等割りした値で、ほぼ直線的な屈折率の傾斜を付けることが好ましい。
According to the present invention, several antireflection layers that gradually increase the apparent refractive index are formed in order from the outermost layer of the light incident surface, and the refractive index of the substrate is gradually increased from the refractive index 1.0 of the external medium (air). The above-mentioned problem can be solved by forming a structure that approaches the surface.
Specifically, for example, in the case of a five-layer structure formed on a quartz substrate [refractive index 1.45 (λ = 600 nm)], a low refractive index layer having an apparent refractive index of about 1.1 is formed on the uppermost layer. Next, a second layer of about 1.2 and a third layer of about 1.3 continue, and a fourth layer having an apparent refractive index of about 1.4 is disposed on the surface in contact with the quartz substrate. The refractive index of the space from the substrate to the substrate is tilted. This intermittent refractive index gradient structure is equivalent to the continuous refractive index gradient structure which is the principle of the sub-wavelength grating, and finally makes Fresnel reflection almost zero. The target apparent refractive index of each layer of the antireflection structure is preferably a value obtained by dividing the difference in refractive index between the external medium and the substrate by the number of layers, and has a substantially linear refractive index gradient.

各層の厚さは等しくすることが好ましく、かつ各塗工層で形成される反射防止構造全体の厚さは、最低150nm(ナノメートル)以上、好ましくは200〜2000nmである。その理由は、各層の厚さが不均一であると、サブ波長格子の原理と同様の屈折率の直線的な傾斜構造が得られなくなるからであり、かつ反射防止構造全体の厚さが150nmより小さい場合は、可視光の波長から考えて、屈折率の変化が急激に起こることとなり、サブ波長格子の効果が得られず、フレネル反射が生じる結果となるからである。原理的に、通常のARフィルムのように入射光と反射光の位相を半波長ずらして干渉させて打ち消すという効果は、サブ波長格子及び本発明の屈折率傾斜構造体は行わないため、塗工各層の厚さには厳密な計算値は求められない。しかし、おおよそ100nm程度が良好な結果を与えることが光学的な計算で確認される。   The thickness of each layer is preferably equal, and the total thickness of the antireflection structure formed by each coating layer is at least 150 nm (nanometers), preferably 200 to 2000 nm. The reason is that if the thickness of each layer is not uniform, a linearly inclined structure having a refractive index similar to the principle of the sub-wavelength grating cannot be obtained, and the total thickness of the antireflection structure is less than 150 nm. In the case where it is small, the refractive index changes abruptly in view of the wavelength of visible light, and the effect of the sub-wavelength grating cannot be obtained, resulting in Fresnel reflection. In principle, the effect of canceling the phase of incident light and reflected light by shifting them by half a wavelength as in the case of a normal AR film is not performed by the sub-wavelength grating and the gradient index structure of the present invention. No exact calculation is required for the thickness of each layer. However, it is confirmed by optical calculation that about 100 nm gives a good result.

本発明において、反射防止層を構成する成分として無機ナノ粒子が使用される。無機ナノ粒子の粒径が可視光の波長以上の大きさ、具体的には粒径が380nmより大きいと、反射光が散乱(拡散反射)するためフィルムの可視光透過性(透明性)が低下して好ましくない。従って、本発明で用いる無機粒子は可視光の波長以下の直径、詳しくは100nm以下の直径、さらに詳しくは50nm以下の直径が望ましい。この範囲の粒径を有するものはいわゆるナノ粒子とされる。実質的に本発明の無機ナノ粒子の直径は3nmを下限とするものとする。粒子に用いる材質は、それ自体がマクロな塊の状態で光学的に透明である必要はない。粒子径が規定のサイズを満足していれば、可視光の波長より十分小さいため散乱は起こらず、光学的に透明になる。   In the present invention, inorganic nanoparticles are used as a component constituting the antireflection layer. When the particle size of the inorganic nanoparticles is larger than the wavelength of visible light, specifically, the particle size is larger than 380 nm, the reflected light is scattered (diffuse reflection), so the visible light transparency (transparency) of the film is lowered. It is not preferable. Accordingly, it is desirable that the inorganic particles used in the present invention have a diameter of not more than the wavelength of visible light, specifically, a diameter of 100 nm or less, and more specifically a diameter of 50 nm or less. Those having a particle size in this range are so-called nanoparticles. The diameter of the inorganic nanoparticles of the present invention is substantially 3 nm. The material used for the particles need not be optically transparent in the form of a macro lump. If the particle diameter satisfies the specified size, the particle size is sufficiently smaller than the wavelength of visible light, so that no scattering occurs and the film becomes optically transparent.

以上述べた無機粒子が形成する各層の見かけ屈折率は、次のような要素で決定される。すなわち、粒子を構成する固体物質のもつ固有の屈折率と、その粒子内部及び粒子間の空隙率である。各層の見かけの屈折率は空隙に含まれる空気の屈折率(n=約1.00)と粒子を構成する固体物質の屈折率の体積比を用いた相加平均に他ならず、空隙率をコントロールすることで各層を意図した屈折率に設計することができる。   The apparent refractive index of each layer formed by the inorganic particles described above is determined by the following factors. That is, the intrinsic refractive index of the solid substance constituting the particle, and the porosity inside and between the particles. The apparent refractive index of each layer is nothing but an arithmetic mean using the volume ratio of the refractive index of the air contained in the void (n = about 1.00) and the refractive index of the solid material constituting the particle, By controlling, each layer can be designed to have an intended refractive index.

必要な屈折率を有する塗工層を作成するための具体策として、本発明では金属アルコキシドのゾルゲル法を応用して上記粒子間の空隙率をコントロールする方法を提唱する。すなわち、金属アルコキシドを水中に加え水溶液とし加水分解する。加水分解のための触媒としては酸とアルカリの両方が使用可能であるが、アミノシラン系の金属アルコキシドの加水分解は触媒がなくても十分進行する。この水溶液に相溶性の低い有機溶媒を加え、強攪拌することで水相を有機溶媒相中に微細な分散胞として分散させO/Wエマルションとし、各分散胞中で金属アルコキシド分子間の脱水縮合による重合を進める。重合過程で金属アルコキシドは水溶成分→ゾル→ゲルの順に高分子量化しつつ粒径を持つようになる。エマルションの粒径は攪拌回転数、攪拌時間、容器の形状などによって影響されるが、通常のエマルションの粒径は約400nm以上である。仮に粒径400nmのエマルション中に0.04vol%の金属アルコキシド成分が含まれる場合、ゲル化・乾燥後の粒子の直径は30nmとなりナノ粒子のサイズになる。   As a specific measure for producing a coating layer having a necessary refractive index, the present invention proposes a method of controlling the porosity between the particles by applying a sol-gel method of metal alkoxide. That is, a metal alkoxide is added to water to make an aqueous solution and hydrolyzed. Although both acid and alkali can be used as a catalyst for hydrolysis, hydrolysis of aminosilane-based metal alkoxide proceeds sufficiently even without a catalyst. By adding an organic solvent with low compatibility to this aqueous solution and stirring vigorously, the aqueous phase is dispersed as fine dispersed cells in the organic solvent phase to form an O / W emulsion, and dehydration condensation between metal alkoxide molecules in each dispersed cell. Proceed with polymerization. In the polymerization process, the metal alkoxide has a particle size with increasing molecular weight in the order of water-soluble component → sol → gel. The particle size of the emulsion is affected by the number of rotations of stirring, the stirring time, the shape of the container, etc., but the particle size of a normal emulsion is about 400 nm or more. If an emulsion having a particle size of 400 nm contains 0.04 vol% of a metal alkoxide component, the diameter of the particles after gelation / drying is 30 nm, which is the size of nanoparticles.

上記金属アルコキシドのゾルゲル法の応用で用いる金属アルコキシドとしては、機能性シラン(シリル化剤)や、いわゆるシランカップリング剤などを用いる。例えば、テトラメトキシシラン(屈折率1.37)、テトラエトキシシラン(屈折率1.38)、モノメチルトリメトキシシラン(屈折率1.37)、モノメチルトリエトキシシラン(屈折率1.38)、ジメチルジメトキシシラン(屈折率1.37)、ジメチルジエトキシシラン(屈折率1.38)、フェニルトリメトキシシラン(屈折率1.47)、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。コアの金属は特にシリコンである必要はなく、チタネート系など他のものでもよい。   As the metal alkoxide used in the application of the sol-gel method of the metal alkoxide, functional silane (silylating agent), so-called silane coupling agent, or the like is used. For example, tetramethoxysilane (refractive index 1.37), tetraethoxysilane (refractive index 1.38), monomethyltrimethoxysilane (refractive index 1.37), monomethyltriethoxysilane (refractive index 1.38), dimethyldimethoxy Silane (refractive index 1.37), dimethyldiethoxysilane (refractive index 1.38), phenyltrimethoxysilane (refractive index 1.47), 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3 -Glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, etc. are mentioned. The core metal does not have to be silicon, but may be other materials such as titanate.

上記各分散胞中の水溶成分が徐々にゲル化していく現象が起きるため、分散液全体では複数のナノ粒子が同時に生成することになる。この際、金属アルコキシドのゲル化と並行して、有機溶媒の揮発を行っていく。最終的には水と有機溶媒は完全に気化して除去し、ナノ粒子同士を低密度な状態で接合・成膜化する。ゲル化の状態を予め調節することで、ナノ粒子同士が接触する際にまだ脱水縮合できるようにすると、ナノ粒子同士は溶媒の乾燥とともに自動的に接着する。   Since a phenomenon occurs in which the water-soluble component in each dispersion vesicle gradually gels, a plurality of nanoparticles are generated simultaneously in the entire dispersion. At this time, the organic solvent is volatilized in parallel with the gelation of the metal alkoxide. Finally, water and the organic solvent are completely vaporized and removed, and the nanoparticles are bonded and formed into a film at a low density. When the gelation state is adjusted in advance so that dehydration condensation can still be performed when the nanoparticles are in contact with each other, the nanoparticles are automatically bonded together with the drying of the solvent.

このようにして得られる塗工層空間中の空隙率及び見かけ屈折率をコントロールするためには、金属アルコキシドの種類、水相中の金属アルコキシド濃度、有機溶剤中の水相エマルションのサイズ、水相と有機溶剤相の比率などを調節する。例えば、分散液中の水相中の金属アルコキシド濃度を高くして生成するナノ粒子のサイズを大きくした場合、乾燥後の成膜の空隙率は比較的大きくなり見かけ屈折率は小さくなる。逆に水相中の金属アルコキシド濃度を低くして生成するナノ粒子のサイズを小さくした場合、乾燥後の成膜は比較的緻密になり空隙率は小さくなるため、見かけ屈折率は使用する金属アルコキシドの塊(バルク)の値に近くなる。   In order to control the porosity and apparent refractive index in the coating layer space thus obtained, the type of metal alkoxide, the concentration of metal alkoxide in the aqueous phase, the size of the aqueous emulsion in the organic solvent, the aqueous phase And adjust the ratio of organic solvent phase. For example, when the size of the generated nanoparticles is increased by increasing the metal alkoxide concentration in the aqueous phase in the dispersion, the porosity of the film after drying is relatively large and the apparent refractive index is small. Conversely, when the size of the nanoparticles formed by reducing the concentration of the metal alkoxide in the aqueous phase is reduced, the film formation after drying becomes relatively dense and the porosity decreases, so the apparent refractive index is the metal alkoxide used. Close to the value of the bulk.

球の充填を考えると、粒径が変化しても密度は不変の筈であるが、実際のゾルゲル法では上記のように粒径が小さいほど高密度で緻密な層を形成する。生成するナノ粒子同士を完全にゲル化する前に接着する方法では、粒界は点接着とならず粒子表面がある程度の面積を使った面接着になる。したがって、ナノ粒子の粒径が小さいときは粒子数が多くなり、接着に使用される粒子表面の合計面積も拡大し、塗工層内の空隙率が低下する。一方、ナノ粒子の粒径が大きいと粒子数は少なくなり、接着に使用される粒子表面の合計面積はそれほど大きくならない。この原理を用いることで、ゾルゲル法で作成するナノ粒子からなる塗工層の密度を調整することができる。   Considering the filling of spheres, the density should not change even if the particle size changes. However, in the actual sol-gel method, as the particle size is smaller as described above, a denser and denser layer is formed. In the method in which the generated nanoparticles are bonded before they are completely gelled, the grain boundary is not point bonded but the surface of the particle is surface bonded using a certain area. Therefore, when the particle size of the nanoparticles is small, the number of particles increases, the total area of the particle surface used for adhesion increases, and the porosity in the coating layer decreases. On the other hand, when the particle size of the nanoparticles is large, the number of particles decreases, and the total area of the particle surfaces used for adhesion does not increase so much. By using this principle, it is possible to adjust the density of the coating layer made of nanoparticles prepared by the sol-gel method.

上記のゾルゲル法の応用で得られる材料は、スピンコート法、スリットダイコート法、ディップコート法、キャップコート法などで塗工し、基材表面で薄膜化する。例えば、スピンコート法は、数ナノメートル〜数百ナノメートルまでの塗工厚さを精度よくコントロール可能であり再現性も良いが、大面積の塗工に向かないバッチ式であるため、量産に向かないなどの欠点もある。例えば、スリットダイコート法は、連続塗工が可能であるため大面積・量産向きであるが、厚さ100ナノメートル以下の塗工層を精度よく作れないという欠点がある。何れかの方法、或いは組み合わせたやり方でも良いが、塗工は第一層から下塗りの層を溶かさないように順次重ねて塗っていく。新たな塗工層が下塗りの層を溶かしてしまうと、膜厚精度が維持できず、設計通りの反射防止効果が得られなくなるからである。このためには、一層毎に塗工層を完全にゲル化し、固着していく必要がある。   The material obtained by application of the sol-gel method is applied by spin coating, slit die coating, dip coating, cap coating, etc., and thinned on the surface of the substrate. For example, the spin coating method can accurately control the coating thickness from several nanometers to several hundred nanometers and has good reproducibility, but it is a batch system that is not suitable for large-area coatings. There are also disadvantages such as not suitable. For example, the slit die coating method is suitable for large areas and mass production because continuous coating is possible, but has a drawback that a coating layer having a thickness of 100 nanometers or less cannot be formed with high accuracy. Any method or a combination of these methods may be used, but the coating is sequentially performed in layers so as not to dissolve the undercoat layer from the first layer. This is because if the new coating layer dissolves the undercoat layer, the film thickness accuracy cannot be maintained, and the designed antireflection effect cannot be obtained. For this purpose, the coating layer must be completely gelled and fixed for each layer.

本発明では、上述のゾルゲル法を応用した低屈折率層に、さらに次のような光学層を組み合わせて、全体の屈折率傾斜構造を形成することもできる。すなはち、
(1)フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリエステル、アクリル、オレフィン系樹脂などの低屈折率有機高分子材料を溶剤塗工した層
(2)弗化マグネシウム(屈折率1.37)、弗化リチウム(屈折率1.39)、弗化カルシウム(屈折率1.43)、弗化バリウム(屈折率1.48)、二酸化珪素(屈折率1.44)などのナノ粒子を有機・または無機バインダーで固定、若しくは熱融着した層
In the present invention, the entire refractive index gradient structure can be formed by further combining the following optical layer with the low refractive index layer to which the sol-gel method is applied. Sunahachi,
(1) Layer coated with low refractive index organic polymer material such as fluorine resin, silicone resin, polyester, acrylic, olefin resin, etc. (2) Magnesium fluoride (refractive index 1.37), lithium fluoride Nanoparticles such as (refractive index 1.39), calcium fluoride (refractive index 1.43), barium fluoride (refractive index 1.48), silicon dioxide (refractive index 1.44) with organic or inorganic binder Fixed or heat-sealed layer

(3)弗化マグネシウム(屈折率1.37)、弗化リチウム(屈折率1.39)、弗化カルシウム(屈折率1.43)、弗化バリウム(屈折率1.48)、二酸化珪素(屈折率1.44)などの低屈折率無機物質を真空蒸着あるいはスパッタリング等の手段で薄膜形成した層
(4)ナノポーラスシリカ(屈折率1.27)などの中空或いは多孔質のナノ粒子を有機・或いは無機バインダーで固定、若しくは熱融着した層、
を上記ゾルゲル法による低屈折率層と組み合わせる方法である。以下に詳細を記す。
(3) Magnesium fluoride (refractive index 1.37), lithium fluoride (refractive index 1.39), calcium fluoride (refractive index 1.43), barium fluoride (refractive index 1.48), silicon dioxide ( A layer in which a low refractive index inorganic substance such as a refractive index of 1.44) is formed into a thin film by means such as vacuum deposition or sputtering. (4) Hollow or porous nanoparticles such as nanoporous silica (refractive index of 1.27) Or a layer fixed with an inorganic binder or heat-sealed,
Is combined with the low refractive index layer by the sol-gel method. Details are described below.

本発明の反射防止層を形成するための材料として、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリエステル、アクリル、オレフィン系樹脂などを用いることができる。例えば、テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソール共重合体(屈折率1.35)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(屈折率1.34)、ポリメタクリル酸トリフルオロエチル(屈折率1.42)、ポリテトラフルオロエチレン(屈折率1.35〜1.38)、ポリ酢酸ビニル(屈折率1.45〜1.47)、ポリメタクリル酸イソブチル(屈折率1.49)、ポリ−4−メチルペンテン−1(屈折率1.47)などが一部の具体例として挙げることができるが、これらに限定されるものではない。   As a material for forming the antireflection layer of the present invention, fluorine resin, silicone resin, polyester, acrylic, olefin resin and the like can be used. For example, tetrafluoroethylene-perfluorodioxole copolymer (refractive index 1.35), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (refractive index 1.34), polytrifluoroethyl methacrylate (refractive index 1). .42), polytetrafluoroethylene (refractive index 1.35 to 1.38), polyvinyl acetate (refractive index 1.45 to 1.47), polyisobutyl methacrylate (refractive index 1.49), poly-4 -Methylpentene-1 (refractive index 1.47) can be mentioned as a specific example, but is not limited thereto.

このような有機高分子材料を用いる場合、屈折率は最低でも1.34程度までしかないので、さらに他の低屈折率層と組み合わせて、全体の屈折率傾斜構造体を完成する必要がある。これらの低屈折率有機高分子材料を反射防止層として薄膜化するためには、適当な溶剤に所定濃度で溶解し、既に述べたスピンコート法、スリットダイコート法、ディップコート法、キャップコート法、バーコート法などで塗工する。   When such an organic polymer material is used, since the refractive index is only about 1.34, it is necessary to complete the entire refractive index gradient structure in combination with another low refractive index layer. In order to make these low-refractive-index organic polymer materials into a thin film as an antireflection layer, they are dissolved in an appropriate solvent at a predetermined concentration, and the spin coating method, slit die coating method, dip coating method, cap coating method already described, Apply by the bar coat method.

本発明の反射防止層を形成するための材料として、無機粉体、無機粒子、無機微粒子、或いはナノ粒子などを用いることができる。例えば、弗化マグネシウム(屈折率1.37)、弗化リチウム(屈折率1.39)、弗化カルシウム(屈折率1.43)、弗化バリウム(屈折率1.48)、二酸化珪素(屈折率1.44)などを一部の具体例として挙げることができるが、これらに限定されるものではない。このような無機材料を用いる場合、屈折率は最低でも1.37程度までしかないので、さらに他の低屈折率層と組み合わせて、全体の屈折率傾斜構造体を完成する必要がある。   As a material for forming the antireflection layer of the present invention, inorganic powder, inorganic particles, inorganic fine particles, or nanoparticles can be used. For example, magnesium fluoride (refractive index 1.37), lithium fluoride (refractive index 1.39), calcium fluoride (refractive index 1.43), barium fluoride (refractive index 1.48), silicon dioxide (refractive) The rate 1.44) can be cited as some specific examples, but is not limited thereto. When such an inorganic material is used, since the refractive index is only about 1.37, it is necessary to complete the entire refractive index gradient structure in combination with another low refractive index layer.

上述の無機粒子を用いて反射防止層を形成する場合、粒径が可視光の波長以上の大きさ、具体的には粒径が380nm以上の大きさでは、反射光が散乱(拡散反射)するためフィルムの可視光透過性(透明性)が低下して好ましくない。従って、本発明で用いる無機粒子は可視光の波長以下の直径、詳しくは100nm以下の直径、さらに詳しくは、50nm以下の直径が望ましいが、この範囲の粒径を有するものは、いわゆるナノ粒子とされる。実質的に本発明の無機ナノ粒子の直径は3nmを下限とするものとする。   When the antireflection layer is formed using the above-described inorganic particles, the reflected light is scattered (diffuse reflection) when the particle diameter is larger than the wavelength of visible light, specifically, when the particle diameter is larger than 380 nm. Therefore, the visible light transmittance (transparency) of the film is lowered, which is not preferable. Therefore, it is desirable that the inorganic particles used in the present invention have a diameter less than the wavelength of visible light, specifically a diameter of 100 nm or less, more specifically a diameter of 50 nm or less. Is done. The diameter of the inorganic nanoparticles of the present invention is substantially 3 nm.

粒子に用いる材質は、それ自体がマクロな塊の状態で光学的に透明である必要はない。粒子径が規定のサイズを満足していれば、可視光の波長より十分小さいため散乱は起こらず、光学的に透明になる。粒子の形状はどのようなものでも良いが、長径と短径のアスペクト比が10以内であるほうが光学的等方性を得るために好ましい。本発明では目的の屈折率を有する反射防止層を形成するために、異なる屈折率を持つ2種類以上の無機ナノ粒子を所定の比率で混合して用いてもよい。   The material used for the particles need not be optically transparent in the form of a macro lump. If the particle diameter satisfies the specified size, the particle size is sufficiently smaller than the wavelength of visible light, so that no scattering occurs and the film becomes optically transparent. The particles may have any shape, but the aspect ratio of the major axis to the minor axis is preferably within 10 to obtain optical isotropy. In the present invention, in order to form an antireflection layer having a target refractive index, two or more kinds of inorganic nanoparticles having different refractive indexes may be mixed and used at a predetermined ratio.

このような無機ナノ粒子を低密度に充填して低屈折率層を作成する。密度のコントロールで、必要な見かけ屈折率を有する塗工層を作成する。これはナノ粒子間に残る空間を空気(屈折率1.0)が占めるため、層全体の見かけ屈折率が低下するためである。低密のナノ粒子層を形成するためには、希薄なバインダー液中に単分散したナノ粒子を塗布し、分散媒体を蒸発させることによって粒子同士をバインダー成分で付着・固定する。乾燥過程で、無機ナノ粒子の粒界に残るバインダー成分が粒子同士を結合させる。
蒸発の過程で無機ナノ粒子が2次凝集体を形成すると、凝集体内部にバインダー成分が詰まるなどして実質上粒径が大きくなることがあり、光学的透明性が失われ、かつ低密度でなくなるため低屈折率も実現できなくなる。また、膜厚の精度も低下して好ましくない。従って、できるだけ単分散の状態を維持しつつ分散媒体を気化させなければならない。
Such inorganic nanoparticles are filled at a low density to form a low refractive index layer. A coating layer having a required apparent refractive index is prepared by controlling the density. This is because air (refractive index of 1.0) occupies the space remaining between the nanoparticles, so that the apparent refractive index of the entire layer is lowered. In order to form a low-density nanoparticle layer, monodispersed nanoparticles are applied in a dilute binder liquid, and the dispersion medium is evaporated to adhere and fix the particles with a binder component. During the drying process, the binder component remaining at the grain boundaries of the inorganic nanoparticles binds the particles together.
When inorganic nanoparticles form secondary aggregates in the course of evaporation, the aggregates may be clogged with binder components, resulting in substantial increase in particle size, loss of optical transparency, and low density. Therefore, a low refractive index cannot be realized. In addition, the accuracy of the film thickness is lowered, which is not preferable. Therefore, the dispersion medium must be vaporized while maintaining the monodispersed state as much as possible.

単分散の状態を保った層を形成するには、粒子近傍のζ(ゼータ)電位が大きくなるようコントロールし、粒子間に働く斥力を常に維持するようにしながら分散媒体を気化させるのが効果的な方法である。このため、微量のゼータ電位コントロール剤の添加を行い、粒子間の斥力をコントロールする。この方法は、溶媒の除去過程において粒子同士が凝集するまでの時間を遅らせ、かつ層内の粒子の充填率が下がるため、低密度・低屈折率の反射防止層を形成するのに有利である。   In order to form a monodispersed layer, it is effective to vaporize the dispersion medium while controlling the zeta potential in the vicinity of the particles so that the repulsive force acting between the particles is always maintained. It is a simple method. For this reason, a small amount of zeta potential control agent is added to control repulsive force between particles. This method is advantageous for forming an antireflection layer having a low density and a low refractive index because it delays the time until the particles aggregate in the process of removing the solvent and the filling rate of the particles in the layer decreases. .

密度をコントロールするための他の手段として、異なる粒径をもつ粒子を2種類以上混合し、反射防止層として用いる方法がある。この方法では、粒径の比較的大きな粒子だけで反射防止層を構成する場合は空隙率が高くなるため見かけの屈折率は低くなり、粒径の比較的大きな粒子と小さな粒子を組み合わせた場合は空隙率が低くなるため見かけの屈折率は高くなる。ここでいう粒径の大小は、相対的なサイズの相違を指しているので具体的に記述する必要はない。ただし、粒径が5nm近傍以下になると、分散体の溶媒を乾燥・気化する際に粒界がなくなる、或いは不明瞭になる現象が起きる。別の言い方をすれば、造膜性が現われてくる。このような粒径を限界粒子径というが、この条件を満たす粒子のみを使用した場合は、結果的に反射防止層の空隙率が著しく減少するため、見かけ屈折率は大きくなる。   As another means for controlling the density, there is a method in which two or more kinds of particles having different particle diameters are mixed and used as an antireflection layer. In this method, when the antireflection layer is composed only of particles having a relatively large particle size, the apparent refractive index is low because the porosity is high, and when particles having a relatively large particle size are combined with small particles, The apparent refractive index increases because the porosity decreases. The size of the particle diameter here refers to a difference in relative size and need not be specifically described. However, when the particle size is about 5 nm or less, a phenomenon occurs in which the grain boundary disappears or becomes unclear when the solvent of the dispersion is dried and vaporized. In other words, the film-forming property appears. Although such a particle size is called a critical particle size, when only particles satisfying this condition are used, the void ratio of the antireflection layer is remarkably reduced as a result, so that the apparent refractive index is increased.

その他、ナノ粒子間に残留するバインダー材料の量を変えることで粒子間の空隙率を調整する方法がある。これは、予め使用するバインダー材料の濃度を幾種類か設定し、分散媒体気化後の残留固形分量をコントロールすることで、各塗工層の粒子間空隙の閉塞率を決めるというものである。   In addition, there is a method of adjusting the porosity between particles by changing the amount of the binder material remaining between the nanoparticles. This is to determine the blockage rate of the interparticle voids in each coating layer by setting several concentrations of the binder material to be used in advance and controlling the residual solid content after vaporizing the dispersion medium.

バインダー材料は、各反射防止層を形成するナノ粒子の粒界を接着するために十分な量が必要であるが、過剰に使用してはならない。これは、バインダー成分が塊になって可視光の波長よりも大きな直径を有するようになると、反射防止層の色付き、散乱光の発生、反射防止効果の低減等の影響が現われるためである。また、バインダー成分は、分散媒体の気化時にマイグレーションによって主に厚さ方向、乾燥条件によっては面内方向に移動することがある。これは乾燥時に熱源に近い場所、すなはち、乾燥速度が部分的に速い場所にバインダー液が移動することによって起こるので、熱風乾燥でも風乾でも基本的に不可避である。しかし、熱風乾燥の場合は乾燥温度を下げることによりマイグレーションを低減できるし、風乾を用いればより効果的にマイグレーションを防ぐことができる。最も理想的なのは、凍結乾燥によって分散媒体を昇華させる手法である。この場合、マイグレーションはゼロになると考えられるが、生産効率が低いのであまり現実的ではない。   A sufficient amount of the binder material is required to adhere the grain boundaries of the nanoparticles forming each antireflection layer, but it should not be used in excess. This is because when the binder component becomes a lump and has a diameter larger than the wavelength of visible light, influences such as coloring of the antireflection layer, generation of scattered light, and reduction of the antireflection effect appear. Further, the binder component may move mainly in the thickness direction due to migration during vaporization of the dispersion medium and in the in-plane direction depending on the drying conditions. Since this occurs when the binder liquid moves to a place close to the heat source during drying, that is, a place where the drying speed is partially high, it is basically inevitable whether it is hot air drying or air drying. However, in the case of hot air drying, migration can be reduced by lowering the drying temperature, and migration can be prevented more effectively by using air drying. The most ideal method is to sublimate the dispersion medium by freeze drying. In this case, the migration is considered to be zero, but it is not so realistic because the production efficiency is low.

無機ナノ粒子を結合して反射防止層にするために用いるバインダー(接着剤)成分は、金属アルコキシドを用いることができる。例えばテトラメトキシシラン(屈折率1.37)、テトラエトキシシラン(屈折率1.38)、モノメチルトリメトキシシラン(屈折率1.37)、モノメチルトリエトキシシラン(屈折率1.38)、ジメチルジメトキシシラン(屈折率1.37)、ジメチルジエトキシシラン(屈折率1.38)、フェニルトリメトキシシラン(屈折率1.47)、などの機能性シラン(シリル化剤)が挙げられる。コアの金属は、特にシリコンである必要はなく、チタネート系など他のものでもよい。   A metal alkoxide can be used as a binder (adhesive) component used for bonding the inorganic nanoparticles to form an antireflection layer. For example, tetramethoxysilane (refractive index 1.37), tetraethoxysilane (refractive index 1.38), monomethyltrimethoxysilane (refractive index 1.37), monomethyltriethoxysilane (refractive index 1.38), dimethyldimethoxysilane Examples thereof include functional silanes (silylating agents) such as (refractive index 1.37), dimethyldiethoxysilane (refractive index 1.38), and phenyltrimethoxysilane (refractive index 1.47). The core metal does not have to be silicon, and may be other materials such as titanate.

無機ナノ粒子を結合する有機物質バインダーの例として、アクリル系、エポキシ系、酢酸ビニル系、シリコーン系、ポリウレタン系などの接着剤が挙げられる。ただし、本発明に使用できるバインダーの形態は溶液タイプに限るということである。バインダーがエマルションタイプの場合、粒径は通常400nm以上になるため、溶媒乾燥後に接着剤の固形成分の塊が無機ナノ粒子の中に現われ、かつその直径から可視光を散乱することがあるからである。   Examples of the organic material binder that binds the inorganic nanoparticles include acrylic, epoxy, vinyl acetate, silicone, and polyurethane adhesives. However, the form of the binder that can be used in the present invention is limited to the solution type. When the binder is an emulsion type, the particle size is usually 400 nm or more, so that a lump of the solid component of the adhesive appears in the inorganic nanoparticles after solvent drying and may scatter visible light from its diameter. is there.

無機ナノ粒子は塗工前に分散媒体中にバインダー成分とともに分散させるが、この時の分散媒体としては水、有機溶剤、あるいは水と有機溶剤の混合系を用いる。水と混合する有機溶剤は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ブチレングリコール、グリセリン、などのアルコール類、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、フェノール類、アミン類、ケトン類などが挙げられるが、特にこれに限定するものではない。塗工液分散媒体中の有機溶剤混合比は、通常50%以下がよいが、好ましくは30%以下にする。ナノ粒子が無機物である場合は、水または水と有機溶剤の混合系を使用する。また、ナノ粒子が有機物・無機物いずれの場合でも、分散媒体が分散物(粒子)を過度に溶解してはならず、分散媒体の分散物(粒子)に対する溶解度積は0.01程度以下が好ましい。   Inorganic nanoparticles are dispersed together with a binder component in a dispersion medium before coating. As the dispersion medium at this time, water, an organic solvent, or a mixed system of water and an organic solvent is used. Organic solvents mixed with water include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, butylene glycol, glycerin, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, phenols, amines, ketones, etc. However, the present invention is not particularly limited thereto. The organic solvent mixing ratio in the coating liquid dispersion medium is usually 50% or less, preferably 30% or less. When the nanoparticles are inorganic, water or a mixed system of water and an organic solvent is used. Further, regardless of whether the nanoparticles are organic or inorganic, the dispersion medium must not dissolve the dispersion (particles) excessively, and the solubility product of the dispersion medium with respect to the dispersion (particles) is preferably about 0.01 or less. .

何れの場合でも、上述のゾルゲル法の応用と組み合わせることで、容易に低屈折率層を形成することができる。これは、例えば有機高分子材料を溶剤塗工する場合は、屈折率は最低1.35程度にしかならないため、表層に位置する見かけ屈折率1.1程度の低屈折率層を作成するのに本発明のゾルゲル法の応用を組み合わせるのが有効であるからである。ナノ粒子や中空ナノ粒子を用いて低密度層を作成すると、ある程度の低屈折率層を作成することができる。しかし、屈折率制御の容易さに関して本発明のゾルゲル法の応用は優れるため、より簡便に最表層付近の屈折率が1.1近くである積層構造を作成することが可能となる。   In any case, the low refractive index layer can be easily formed by combining with the application of the sol-gel method described above. This is because, for example, when an organic polymer material is coated with a solvent, the refractive index is only about 1.35 at least, so that a low refractive index layer having an apparent refractive index of about 1.1 is formed on the surface layer. This is because it is effective to combine the application of the sol-gel method of the present invention. When a low density layer is formed using nanoparticles or hollow nanoparticles, a certain low refractive index layer can be formed. However, since the application of the sol-gel method of the present invention is excellent with respect to the ease of controlling the refractive index, it is possible to more easily create a laminated structure having a refractive index near the outermost layer near 1.1.

本発明の反射防止膜は、必要に応じて、屈折率傾斜多層薄膜の全層を積層した後、最上層を形成している最も屈折率の低い塗工層上に、さらに防汚層を設けることができる。防汚層は、その厚さが10nm以下、好ましくは3〜5nmとし、塗工法あるいは蒸着法によって成膜することによって形成される。防汚層は、その厚さが重要であり、3〜5nmとすることにより、最表面に位置しながら反射防止効果には関与しない、光学的に無視できる層となる。厚さが上記数値を超えると、反射・散乱などの光学的な影響が現れるため、好ましくない。   The antireflection film of the present invention is provided with an antifouling layer on the coating layer having the lowest refractive index, which is the uppermost layer, after laminating all the layers of the gradient refractive index multilayer thin film, if necessary. be able to. The antifouling layer has a thickness of 10 nm or less, preferably 3 to 5 nm, and is formed by forming a film by a coating method or a vapor deposition method. The thickness of the antifouling layer is important. By setting the thickness to 3 to 5 nm, the antifouling layer is an optically negligible layer that is located on the outermost surface and does not participate in the antireflection effect. If the thickness exceeds the above numerical value, an optical influence such as reflection / scattering appears, which is not preferable.

防汚層を形成するための素材には、最表面に形成される層であるが故に、耐薬品性、拭き取り性、耐候性、硬度等を兼ね備えた性能が要求されるが、極めて薄い層でなければならないことから、この層に求められる最低限の性能は拭き取り性と硬度である。広く用いられる層形成素材は、フッ素樹脂や金属アルコキシシランなどであり、これらは希薄溶液として塗工法で最上層上に付与される。他に、金属や金属酸化物を蒸着法又はスパッタリング法で薄膜として積層してもよい。このような防汚層を設けることによって、汚染防止の他に、表面強度の向上を図ることができる。特に屈折率1.1程度を目指す反射防止層の最上層は低密度の状態のナノ粒子で形成されているために強度不足が懸念されるが、このような防汚層をその上に設けることで、粒子の脱落防止、低密度構造の破損防止、粒子間への皮脂等の汚れ物質の侵入防止、その他使用上考えられる表面汚れの定着防止効果が得られ、本発明の屈折率傾斜多層薄膜構造体をより強固な実用品に仕上げることができる。     Since the material for forming the antifouling layer is a layer formed on the outermost surface, it is required to have chemical resistance, wiping properties, weather resistance, hardness, etc., but it is an extremely thin layer. The minimum performance required for this layer is wipeability and hardness. Widely used layer-forming materials are fluororesins and metal alkoxysilanes, and these are applied as a dilute solution on the top layer by a coating method. In addition, a metal or a metal oxide may be laminated as a thin film by a vapor deposition method or a sputtering method. By providing such an antifouling layer, the surface strength can be improved in addition to preventing contamination. In particular, since the uppermost layer of the antireflection layer aiming at a refractive index of about 1.1 is formed of nanoparticles in a low density state, there is a concern about insufficient strength. However, such an antifouling layer should be provided thereon. Therefore, it is possible to prevent particles from falling off, prevent damage to low-density structures, prevent entry of dirt substances such as sebum between the particles, and other anti-fixing effects of surface dirt that can be considered in use. The structure can be finished into a stronger practical product.

また、本発明の屈折率傾斜多層薄膜構造体の各層間の接着力を高めるため、有機・無機プライマー、あるいはシランカップリング剤などを用いることも有効である。ただし、使用に際しては各層との接着性の有無を予め確認しておくことが重要であり、かつ使用は非常に希薄な状態で行って単分子層に近い極薄の層間接着層を形成するのが理想的である。この理由は、接着層が光学的な影響を与える厚さになると計算通りの屈折率傾斜構造とはならないからである。   It is also effective to use an organic / inorganic primer, a silane coupling agent, or the like in order to increase the adhesion between the layers of the gradient refractive index multilayer thin film structure of the present invention. However, when using it, it is important to check in advance whether there is adhesion with each layer, and the use should be performed in a very dilute state to form an extremely thin interlayer adhesive layer close to a monomolecular layer. Is ideal. This is because when the thickness of the adhesive layer has an optical influence, the refractive index gradient structure as calculated is not obtained.

以下に本発明の具体的特徴を詳細に説明するため、実施例を記載する。なお、本発明はその主旨を再現しようとする限り、これらの実施例に限定されるものではない。また、各実施例及び比較例中の部は質量部を示す。   In order to explain specific features of the present invention in detail, examples will be described below. Note that the present invention is not limited to these examples as long as the gist of the present invention is reproduced. Moreover, the part in each Example and a comparative example shows a mass part.

実施例1
(第1層)
モノメチルトリメトキシシランを0.001体積%で水中に加え、酢酸で1時間加水分解した。この水溶液とメチルエチルケトンを35部対65部で混合し、ホモジナイザーで強攪拌してエマルション(強攪拌ディスパージョン)とした。その後、回転数を弱めて攪拌を続けながら温度60℃で3時間保持し、水相中での金属アルコキシドのゲル化を進めた。ゲル化がある程度進んだところで、スピンコーターにて1500rpmで光学用石英基板上に分散体を塗工して成膜した。次に、石英基板ごとヒーター上で120℃、5分間の加熱・乾燥を施し、金属アルコキシドのゲル化の続き、及び溶剤、水を気化させる工程を行った。こうして得られた第1層は、塗工層厚さは平均約97nm、見かけ屈折率1.36(シングルビーム・エリプソメーターによる測定)であった。第1層の詳細を表1に示す。
Example 1
(First layer)
Monomethyltrimethoxysilane was added to water at 0.001% by volume and hydrolyzed with acetic acid for 1 hour. This aqueous solution and methyl ethyl ketone were mixed at 35 parts to 65 parts and stirred vigorously with a homogenizer to obtain an emulsion (strong stirring dispersion). Thereafter, the number of rotations was weakened and the temperature was maintained at 60 ° C. for 3 hours while continuing the stirring, so that the metal alkoxide was gelled in the aqueous phase. When gelation progressed to some extent, a dispersion was applied onto an optical quartz substrate with a spin coater at 1500 rpm to form a film. Next, the quartz substrate was heated and dried at 120 ° C. for 5 minutes on a heater to continue the gelation of the metal alkoxide and vaporize the solvent and water. The first layer thus obtained had an average coating layer thickness of about 97 nm and an apparent refractive index of 1.36 (measured by a single beam ellipsometer). Details of the first layer are shown in Table 1.

(第2層)
モノメチルトリメトキシシランを0.003体積%で水中に加え、酢酸で1時間加水分解した。この水溶液とメチルエチルケトンを25部対75部で混合し、ホモジナイザーで強攪拌してエマルション(強攪拌ディスパージョン)とした。その後、回転数を弱めて攪拌を続けながら温度60℃で3時間保持し、水相中での金属アルコキシドのゲル化を進めた。ゲル化がある程度進んだところで、スピンコーターにて1500rpmで分散体を上記光学用石英基板上の第1層上に塗工して成膜した。次に石英基板ごとヒーター上で120℃、5分間の加熱・乾燥を施し、金属アルコキシドのゲル化の続きおよび溶剤、水を気化させる工程を行った。こうして得られた第2層は、塗工層厚さは平均約99nm、見かけ屈折率1.30(シングルビーム・エリプソメーターによる測定)であった。第2層の詳細を表1に示す。
(Second layer)
Monomethyltrimethoxysilane was added to water at 0.003% by volume and hydrolyzed with acetic acid for 1 hour. This aqueous solution and methyl ethyl ketone were mixed in 25 parts to 75 parts and stirred vigorously with a homogenizer to obtain an emulsion (strong stirring dispersion). Thereafter, the number of rotations was weakened and the temperature was maintained at 60 ° C. for 3 hours while continuing the stirring, so that the metal alkoxide was gelled in the aqueous phase. When gelation progressed to some extent, the dispersion was applied onto the first layer on the optical quartz substrate with a spin coater at 1500 rpm to form a film. Next, the quartz substrate was heated and dried at 120 ° C. for 5 minutes on a heater, followed by gelation of the metal alkoxide and a step of vaporizing the solvent and water. The second layer thus obtained had an average coating layer thickness of about 99 nm and an apparent refractive index of 1.30 (measured with a single beam ellipsometer). Details of the second layer are shown in Table 1.

(第3層)
モノメチルトリメトキシシランを0.009体積%で水中に加え、酢酸で1時間加水分解した。この水溶液とメチルエチルケトンを17部対83部で混合し、ホモジナイザーで強攪拌してエマルション(強攪拌ディスパージョン)とした。その後、回転数を弱めて攪拌を続けながら温度60℃で3時間保持し、水相中での金属アルコキシドのゲル化を進めた。ゲル化がある程度進んだところで、スピンコーターにて1500rpmで分散体を上記光学用石英基板上の第2層上に塗工して成膜した。次に石英基板ごとヒーター上で120℃、5分間の加熱・乾燥を施し、金属アルコキシドのゲル化の続きおよび溶剤、水を気化させる工程を行った。こうして得られた第3層は、塗工層厚さは平均約103nm、見かけ屈折率1.23(シングルビーム・エリプソメーターによる測定)であった。第3層の詳細を表1に示す。
(3rd layer)
Monomethyltrimethoxysilane was added to water at 0.009% by volume and hydrolyzed with acetic acid for 1 hour. This aqueous solution and methyl ethyl ketone were mixed in 17 parts to 83 parts and stirred vigorously with a homogenizer to obtain an emulsion (strong stirring dispersion). Thereafter, the number of rotations was weakened and the temperature was maintained at 60 ° C. for 3 hours while continuing the stirring, so that the metal alkoxide was gelled in the aqueous phase. When gelation progressed to some extent, the dispersion was applied onto the second layer on the optical quartz substrate by a spin coater at 1500 rpm to form a film. Next, the quartz substrate was heated and dried at 120 ° C. for 5 minutes on a heater, followed by gelation of the metal alkoxide and a step of vaporizing the solvent and water. The third layer thus obtained had an average coating layer thickness of about 103 nm and an apparent refractive index of 1.23 (measured by a single beam ellipsometer). Details of the third layer are shown in Table 1.

(第4層)
モノメチルトリメトキシシランを0.02体積%で水中に加え、酢酸で1時間加水分解した。この水溶液とメチルエチルケトンを12部対88部で混合し、ホモジナイザーで強攪拌してエマルション(強攪拌ディスパージョン)とした。その後、回転数を弱めて攪拌を続けながら温度60℃で3時間保持し、水相中での金属アルコキシドのゲル化を進めた。ゲル化がある程度進んだところで、スピンコーターにて1500rpmで分散体を上記光学用石英基板上の第3層上に塗工して成膜した。次に石英基板ごとヒーター上で120℃、5分間の加熱・乾燥を施し、金属アルコキシドのゲル化の続きおよび溶剤、水を気化させる工程を行った。こうして得られた第4層は、塗工層厚さは平均約100nm、見かけ屈折率1.16(シングルビーム・エリプソメーターによる測定)であった。第4層の詳細を表1に示す。
(Fourth layer)
Monomethyltrimethoxysilane was added to water at 0.02% by volume and hydrolyzed with acetic acid for 1 hour. This aqueous solution and methyl ethyl ketone were mixed in 12 parts to 88 parts and stirred vigorously with a homogenizer to obtain an emulsion (strong stirring dispersion). Thereafter, the number of rotations was weakened and the temperature was maintained at 60 ° C. for 3 hours while continuing the stirring, so that the metal alkoxide was gelled in the aqueous phase. When gelation progressed to some extent, the dispersion was applied onto the third layer on the optical quartz substrate by a spin coater at 1500 rpm to form a film. Next, the quartz substrate was heated and dried at 120 ° C. for 5 minutes on a heater, followed by gelation of the metal alkoxide and a step of vaporizing the solvent and water. The fourth layer thus obtained had an average coating layer thickness of about 100 nm and an apparent refractive index of 1.16 (measured by a single beam ellipsometer). Details of the fourth layer are shown in Table 1.

(第5層)
モノメチルトリメトキシシランを0.04体積%で水中に加え、酢酸で1時間加水分解した。この水溶液とメチルエチルケトンを7部対93部で混合し、ホモジナイザーで強攪拌してエマルション(強攪拌ディスパージョン)とした。その後回転数を弱めて攪拌を続けながら温度60℃で3時間保持し、水相中での金属アルコキシドのゲル化を進めた。ゲル化がある程度進んだところで、スピンコーターにて1500rpmで分散体を上記光学用石英基板上の第4層上に塗工して成膜した。次に石英基板ごとヒーター上で120℃、5分間の加熱・乾燥を施し、金属アルコキシドのゲル化の続きおよび溶剤、水を気化させる工程を行った。こうして得られた第5層は、塗工層厚さは平均約102nm、見かけ屈折率1.09(シングルビーム・エリプソメーターによる測定)であった。第5層の詳細を表1に示す。
(5th layer)
Monomethyltrimethoxysilane was added to water at 0.04% by volume and hydrolyzed with acetic acid for 1 hour. This aqueous solution and methyl ethyl ketone were mixed in a ratio of 7 parts to 93 parts, and stirred vigorously with a homogenizer to obtain an emulsion (strong stirring dispersion). Thereafter, the number of rotations was reduced and the temperature was kept at 60 ° C. for 3 hours while continuing the stirring, so that the metal alkoxide was gelled in the aqueous phase. When gelation progressed to some extent, the dispersion was coated on the fourth layer on the optical quartz substrate with a spin coater at 1500 rpm to form a film. Next, the quartz substrate was heated and dried at 120 ° C. for 5 minutes on a heater, followed by gelation of the metal alkoxide and a step of vaporizing the solvent and water. The fifth layer thus obtained had an average coating layer thickness of about 102 nm and an apparent refractive index of 1.09 (measured with a single beam ellipsometer). Details of the fifth layer are shown in Table 1.

上記の方法に従って製造された5層積層構造の塗工層を形成した光学用石英基板について、可視光全域にわたる反射率を測定した。結果を図1に示す。図1の反射率測定結果から、本発明の実施例1で製造したものの反射強度は可視光全域に関して3%以下となり、非常に低反射率の光学特性を発揮していると評価できる。また、通常のARコート処理された反射防止フィルムなどとは異なり、低波長域・高波長域のいずれにおける反射率も著しく減少している。この様に反射率に波長依存性がないという特徴は、サブ波長格子に見られるものであり、本発明の実施例1が塗工法によってサブ波長格子と同等の効果を与えていることがわかる。言い換えると、金属アルコキシドのゲル化を応用した方法と多層塗工を組み合わせることで、サブ波長格子効果を得ることが出来たことがわかる。
なお、前記第1層から第5層の各単独層の厚さ及び見かけ屈折率は、積層構造を形成する場合における各層の形成条件と同様の条件で光学用石英基板上に各単独層を形成して測定した。
With respect to the optical quartz substrate on which the coating layer having a five-layer structure manufactured according to the above method was formed, the reflectance over the entire visible light range was measured. The results are shown in FIG. From the reflectance measurement result of FIG. 1, the reflection intensity of the product manufactured in Example 1 of the present invention is 3% or less with respect to the entire visible light region, and it can be evaluated that the optical characteristics of very low reflectance are exhibited. In addition, unlike ordinary antireflection films treated with AR coating, the reflectance in both the low wavelength region and the high wavelength region is significantly reduced. Such a characteristic that the reflectance is not wavelength-dependent is seen in the sub-wavelength grating, and it can be seen that Example 1 of the present invention gives the same effect as the sub-wavelength grating by the coating method. In other words, it can be seen that the sub-wavelength grating effect can be obtained by combining the method of applying the gelation of the metal alkoxide with the multilayer coating.
The thickness and apparent refractive index of each single layer from the first layer to the fifth layer are the same as the formation conditions of each layer in the case of forming a laminated structure, and each single layer is formed on the optical quartz substrate. And measured.

Figure 2007052345
Figure 2007052345

実施例2
(第1層)
平均粒子径20nm、屈折率1.44のシリカ粒子をホモジナイザーを用いて1体積%で水中に分散液とし、これに酢酸1.0ppmを用いて1時間加水分解したモノメトキシシランを0.14体積%で添加し、塗工液とした。この塗工液を1500rpmで光学用石英板(厚さ1.5mm)上にスピンコートし、溶媒である水を風乾により気化して除き、バインダーとして用いるアルコキシシランを無機粒子と反応させるため、120℃で5分間加熱した。このようにして形成された第1層は、塗工層厚さが平均で約102nm、見かけ屈折率1.35(シングルビーム・エエイプソメーターによる測定)であった。詳細を表2に示す。
Example 2
(First layer)
Silica particles having an average particle diameter of 20 nm and a refractive index of 1.44 were dispersed in water at 1% by volume using a homogenizer, and 0.14 volume of monomethoxysilane hydrolyzed with 1.0 ppm of acetic acid for 1 hour. % To give a coating solution. This coating solution is spin-coated on an optical quartz plate (thickness: 1.5 mm) at 1500 rpm, water as a solvent is removed by air drying, and alkoxysilane used as a binder is reacted with inorganic particles. Heat at 5 ° C. for 5 minutes. The first layer thus formed had an average coating layer thickness of about 102 nm and an apparent refractive index of 1.35 (measured with a single beam aepsometer). Details are shown in Table 2.

(第2層)
平均粒径20nm、屈折率1.44のシリカ粒子をホモジナイザーを用いて1体積%で水中に分散液とし、これに酢酸1.0ppmを用いて1時間加水分解したモノメチルトリメトキシシランを0.13体積%で添加し、塗工液とした。この塗工液を1500rpmで光学用石英基板(厚さ1.5mm)上にスピンコートし、溶媒である水を風乾により気化して除き、バインダーとして用いるアルコキシシランを無機粒子と反応させるため、120℃で5分間の加熱を施した。こうして得られた第2層は、塗工層厚さは平均約99nm、見かけ屈折率1.27(シングルビーム・エリプソメーターによる測定)であった。詳細を表2に示す。
(Second layer)
Silica particles having an average particle size of 20 nm and a refractive index of 1.44 were dispersed in water at 1% by volume using a homogenizer, and monomethyltrimethoxysilane hydrolyzed with 1.0 ppm of acetic acid for 1 hour to 0.13. It added by volume% and was set as the coating liquid. This coating liquid is spin-coated on an optical quartz substrate (thickness 1.5 mm) at 1500 rpm, water as a solvent is removed by air drying, and alkoxysilane used as a binder is reacted with inorganic particles. Heating was performed at 5 ° C. for 5 minutes. The second layer thus obtained had an average coating layer thickness of about 99 nm and an apparent refractive index of 1.27 (measured by a single beam ellipsometer). Details are shown in Table 2.

(第3層)
平均粒径20nm、見かけ屈折率1.27のナノポーラスシリカ粒子をホモジナイザーを用いて1体積%で水中に分散液とし、これに酢酸1.0ppmを用いて1時間加水分解したモノメチルトリメトキシシランを0.12体積%で添加し、塗工液とした。この塗工液を1500rpmで光学用石英基板(厚さ1.5mm)上にスピンコートし、溶媒である水を風乾により気化して除き、バインダーとして用いるアルコキシシランを無機粒子と反応させるため、120℃で5分間の加熱を施した。こうして得られた第3層は、塗工層厚さは平均約98nm、見かけ屈折率1.19(シングルビーム・エリプソメーターによる測定)であった。詳細を表2に示す。
(3rd layer)
A nanoporous silica particle having an average particle diameter of 20 nm and an apparent refractive index of 1.27 was dispersed in water at 1% by volume using a homogenizer, and monomethyltrimethoxysilane hydrolyzed with 1.0 ppm of acetic acid for 1 hour to 0%. It was added at 12% by volume to obtain a coating solution. This coating liquid is spin-coated on an optical quartz substrate (thickness 1.5 mm) at 1500 rpm, water as a solvent is removed by air drying, and alkoxysilane used as a binder is reacted with inorganic particles. Heating was performed at 5 ° C. for 5 minutes. The third layer thus obtained had an average coating layer thickness of about 98 nm and an apparent refractive index of 1.19 (measured by a single beam ellipsometer). Details are shown in Table 2.

(第4層)
平均粒径20nm、屈折率1.27のナノポーラスシリカ粒子をホモジナイザーを用いて1体積%で水中に分散液とし、これに酢酸1.0ppmを用いて1時間加水分解したモノメチルトリメトキシシランを0.14体積%で添加し、塗工液とした。この塗工液を1500rpmで光学用石英基板(厚さ1.5mm)上にスピンコートし、溶媒である水を風乾により気化して除き、バインダーとして用いるアルコキシシランを無機粒子と反応させるため、120℃で5分間の加熱を施した。こうして得られた第4層は、塗工層厚さは平均約100nm、見かけ屈折率1.11(シングルビーム・エリプソメーターによる測定)であった。詳細を表2に示す。
(Fourth layer)
A nanoporous silica particle having an average particle size of 20 nm and a refractive index of 1.27 was dispersed in water at 1% by volume using a homogenizer, and monomethyltrimethoxysilane hydrolyzed with 1.0 ppm of acetic acid for 1 hour was added to 0.1%. It added by 14 volume% and was set as the coating liquid. This coating liquid is spin-coated on an optical quartz substrate (thickness 1.5 mm) at 1500 rpm, water as a solvent is removed by air drying, and alkoxysilane used as a binder is reacted with inorganic particles. Heating was performed at 5 ° C. for 5 minutes. The fourth layer thus obtained had an average coating layer thickness of about 100 nm and an apparent refractive index of 1.11 (measured with a single beam ellipsometer). Details are shown in Table 2.

なお、前記第1層から第4層の各単独層の厚さ及び見かけ屈折率は、積層構造を形成する場合における各層の形成条件と同様の条件で光学用石英基板上に各単独層を形成して測定した。   The thickness and the apparent refractive index of each single layer from the first layer to the fourth layer are the same as the formation conditions of each layer in the case of forming a laminated structure, and each single layer is formed on the optical quartz substrate. And measured.

Figure 2007052345
Figure 2007052345

また、上記実施例2において、シリカ、ナノポーラスシリカ等の材料は以下に記載したものを使用した。
(シリカ粒子)
商品名:カタロイドS1−50
製造元:触媒化成(株)
平均粒径:約20nm
50%水分散系
In Example 2, the materials described below were used as materials such as silica and nanoporous silica.
(Silica particles)
Product Name: Cataloid S1-50
Manufacturer: Catalyst Kasei Co., Ltd.
Average particle diameter: about 20 nm
50% aqueous dispersion

(ナノポーラスシリカ)
製造元:住友大阪セメント(株)
平均粒径:約30nm
7.7%水分散系
(Nanoporous silica)
Manufacturer: Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd.
Average particle size: about 30nm
7.7% aqueous dispersion

上記の方法に従って製造された4層積層構造の塗工層を形成した光学用石英基板について、可視光全域にわたる反射率を測定した。結果を図2に示す。
図2の反射率測定結果から、本発明の実施例2の反射強度は可視光全域に関して3%以下となり、非常に低反射率の光学特性を発揮しているといえる。また、通常のARコート処理された反射防止フィルムなどとは異なり、低波長・高波長の反射率が著しく減少している。この様に反射率に波長依存性がないという特徴は、サブ波長格子に見られるものであり、本発明の実施例2が塗工法でサブ波長格子と同等の効果を与えていることがわかる。言い換えると、市販のナノ粒子と多層塗工を組み合わせることで、サブ波長格子効果を得ることが出来た。
With respect to the optical quartz substrate on which the coating layer having a four-layer structure manufactured according to the above method was formed, the reflectance over the entire visible light range was measured. The results are shown in FIG.
From the reflectance measurement results of FIG. 2, it can be said that the reflection intensity of Example 2 of the present invention is 3% or less with respect to the entire visible light range, and exhibits very low reflectance optical characteristics. Also, unlike ordinary AR-coated antireflection films, the reflectance at low and high wavelengths is significantly reduced. Such a characteristic that the reflectance is not wavelength-dependent is seen in the sub-wavelength grating, and it can be seen that Example 2 of the present invention gives the same effect as the sub-wavelength grating by the coating method. In other words, the subwavelength grating effect could be obtained by combining commercially available nanoparticles and multilayer coating.

比較例1
市販のARコートフィルム〔商品名、日本化薬製 KAYACOAT ARS−D250TG−125(単層タイプ:このフィルムはウェットコート法でつくられている)〕を入手し、反射率特性を大塚電子製MCPD100で測定したところ、図3のような反射率カーブが得られた。図3から明らかなように、低波長・高波長側での反射率が高く波長依存性が見られるため、全波長領域で反射防止効果が高いとはいえない。
Comparative Example 1
Obtain a commercially available AR coating film [trade name, KAYACOAT ARS-D250TG-125 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) (single layer type: this film is made by the wet coating method)], and reflectivity characteristics with MCPD100 manufactured by Otsuka Electronics As a result of the measurement, a reflectance curve as shown in FIG. 3 was obtained. As is apparent from FIG. 3, the reflectance on the low wavelength / high wavelength side is high and wavelength dependence is seen, so that the antireflection effect is not high in all wavelength regions.

比較例2
市販のARコートフィルム〔商品名、ソニーケミカル製 AR1−1215(PETベース:多層タイプ)〕を入手し、反射率特性を大塚電子製MCPD100で測定したところ、図4のような反射率カーブが得られた。このフィルムはスパッタリング法で作成されているARフィルムであり、反射率が1%程度の領域が430〜600nmの範囲と、比較例1のものよりも広域となっているが、依然として低波長・高波長側での反射率が著しく高く波長依存性が見られるため、全波長領域で反射防止効果が高いとはいえない。
Comparative Example 2
When a commercially available AR coat film [trade name, AR1-1215 (PET base: multi-layer type) manufactured by Sony Chemical Co., Ltd.] was obtained and the reflectance characteristics were measured with MCPD100 manufactured by Otsuka Electronics, a reflectance curve as shown in FIG. 4 was obtained. It was. This film is an AR film prepared by a sputtering method, and the region where the reflectivity is about 1% is a range of 430 to 600 nm, which is wider than that of Comparative Example 1, but it is still low wavelength and high Since the reflectance on the wavelength side is remarkably high and wavelength dependency is seen, it cannot be said that the antireflection effect is high in all wavelength regions.

比較例3
スタンプ式ナノプリント法で作成されたサブ波長格子構造体〔NTT-AT製テスト品(PCベース)〕を入手し、反射率特性を大塚電子製MCPD100で測定したところ、図5のような反射率カーブが得られた。このフィルムは波長依存性が見られず、可視光全域において2%以下の低反射率を実現している。しかし、この構造体の製作には、ナノレベルの表面凹凸加工が施されている型が必要であること、また、該型表面の凹凸形状を基材面に一定時間押圧転写する操作が必要であること等の理由から、コスト高で生産速度も遅いため商業的規模での生産に適していないという問題がある。
Comparative Example 3
A sub-wavelength grating structure [test product manufactured by NTT-AT (PC base)] prepared by the stamp-type nanoprint method was obtained, and its reflectance characteristics were measured with an MCPD100 manufactured by Otsuka Electronics. A curve was obtained. This film shows no wavelength dependence and realizes a low reflectance of 2% or less over the entire visible light range. However, the fabrication of this structure requires a mold with nano-level surface unevenness processing, and also requires an operation of pressing and transferring the uneven surface of the mold surface to the substrate surface for a certain period of time. For some reason, there is a problem that it is not suitable for production on a commercial scale because of its high cost and slow production speed.

比較例4
東海光学(株)がインターネット上で公開している多層構造のARコートフィルム(多層構造体)は、図5に示される反射率を有しているとされている。このフィルムは、蒸着法で作成されたARフィルムであり、反射率が1%以下の領域が420〜640nmの比較的に広い範囲にある。しかし、可視光領域400〜800nm全域を対象とすると、低波長域や高波長域での反射率は依然として高く、波長依存性が見られるため、全波長域での反射率が低いとはいえない。
Comparative Example 4
The multilayer AR coating film (multilayer structure) published by Tokai Optical Co., Ltd. on the Internet is said to have the reflectance shown in FIG. This film is an AR film prepared by a vapor deposition method, and a region having a reflectance of 1% or less is in a relatively wide range of 420 to 640 nm. However, when the entire visible light region of 400 to 800 nm is targeted, the reflectance in the low wavelength region and the high wavelength region is still high and the wavelength dependence is seen, so it cannot be said that the reflectance in the entire wavelength region is low. .

以上の実施例及び比較例から明らかなように、本発明の屈折率傾斜多層薄膜構造体は、従来のARフィルムより優れた反射防止特性を有しており、塗工法によって形成されている層表面が平滑であるためサブ波長格子の問題点であった防汚性、耐久性を大幅に高めた反射防止構造体である。また、従来のARフィルムのように入射光と反射光の位相を半波長ずらして干渉により反射防止効果を高める手法を伴わないため、波長依存性が少なく、可視光全域に関して反射防止効果が得られる。   As is clear from the above examples and comparative examples, the gradient refractive index multilayer thin film structure of the present invention has antireflection characteristics superior to those of conventional AR films, and is a layer surface formed by a coating method. Is an anti-reflection structure with significantly improved antifouling properties and durability, which are problems of sub-wavelength gratings. Further, unlike the conventional AR film, the phase of incident light and reflected light is shifted by a half wavelength and a method for enhancing the antireflection effect by interference is not involved, so that there is little wavelength dependence and an antireflection effect can be obtained for the entire visible light region. .

実施例1で作成した屈折率傾斜多層薄膜の反射特性を示す図The figure which shows the reflective characteristic of the refractive index gradient multilayer thin film produced in Example 1 実施例2で作成した屈折率傾斜多層薄膜の反射特性を示す図The figure which shows the reflective characteristic of the refractive index gradient multilayer thin film produced in Example 2 比較例1のARコートフィルムの反射特性を示す図The figure which shows the reflective characteristic of AR coat film of the comparative example 1 比較例2のARコートフィルムの反射特性を示す図The figure which shows the reflective characteristic of AR coat film of the comparative example 2 比較例3のサブ波長構造体の反射特性を示す図The figure which shows the reflective characteristic of the subwavelength structure of the comparative example 3 比較例4のARコートフィルムの反射特性を示す図The figure which shows the reflective characteristic of AR coat film of the comparative example 4

Claims (13)

可視光全域の透過率が70%以上で、厚さが380nm以下である薄膜層を少なくとも3層以上含む多層膜構造体であり、かつ各層の可視光領域の見かけ屈折率を外部媒体に最も近い最表層から基材に最も近い最下層方向に、1.0から2.5の間で段階的に見かけ屈折率を大きく変化させていることを特徴とする、屈折率傾斜多層薄膜。   A multilayer film structure including at least three thin film layers having a transmittance of 70% or more over the entire visible light range and a thickness of 380 nm or less, and the apparent refractive index of each layer in the visible light region is closest to the external medium A gradient refractive index multilayer thin film characterized in that the apparent refractive index is greatly changed stepwise from 1.0 to 2.5 in the direction of the lowermost layer closest to the base material from the outermost layer. 前記多層膜構造体を構成する3層以上の薄膜層の中の少なくとも一層が、金属アルコキシドを用いたゾルゲル法の原理で作成されている平均粒径380nm以下のナノ粒子を含有する低屈折率層であることを特徴とする、請求項1に記載の屈折率傾斜多層薄膜。   Low refractive index layer containing nanoparticles having an average particle size of 380 nm or less, wherein at least one of the three or more thin film layers constituting the multilayer structure is prepared by the principle of a sol-gel method using a metal alkoxide The gradient refractive index multilayer thin film according to claim 1, wherein 前記多層膜構造体を構成する3層以上の薄膜層の中の少なくとも一層が、弗化マグネシウム(屈折率1.37)、弗化リチウム(屈折率1.39)、弗化カルシウム(屈折率1.43)及び弗化バリウム(屈折率1.48)から選ばれる無機粒子を主たる構成成分とするナノ粒子を含有する層であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の屈折率傾斜多層薄膜。   At least one of the three or more thin film layers constituting the multilayer structure is composed of magnesium fluoride (refractive index 1.37), lithium fluoride (refractive index 1.39), calcium fluoride (refractive index 1). .43) and a nanoparticle containing inorganic particles selected from barium fluoride (refractive index: 1.48) as a main constituent, the refractive index gradient according to claim 1 or 2. Multilayer thin film. 上記多層膜構造体を構成する薄膜層の中の少なくとも一層が、中空或いは多孔質の無機粒子を主たる構成成分とするナノ粒子を含有する層であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の屈折率傾斜多層薄膜。   At least one of the thin film layers constituting the multilayer film structure is a layer containing nanoparticles mainly composed of hollow or porous inorganic particles. The refractive index gradient multilayer thin film according to any one of the above items. 前記無機粒子が、平均粒径が3nmから380nmのナノ粒子であることを特徴とする、請求項3又は4に記載の屈折率傾斜多層薄膜。   The refractive index gradient multilayer thin film according to claim 3 or 4, wherein the inorganic particles are nanoparticles having an average particle diameter of 3 nm to 380 nm. 前記ナノ粒子は、バインダーを使用するか若しくは粒子同士の熱融着によって粒子同士が固定されていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の屈折率傾斜多層薄膜。   The refractive index gradient multilayer thin film according to any one of claims 1 to 5, wherein the nanoparticles are fixed to each other by using a binder or by thermal fusion of the particles. 前記多層膜構造体を構成する3層以上の薄膜層の中の少なくとも一層が低屈折率の有機高分子材料を塗工して形成されている薄膜層であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の屈折率傾斜多層薄膜。   2. The thin film layer formed by coating at least one of the three or more thin film layers constituting the multilayer film structure with an organic polymer material having a low refractive index. The refractive index gradient multilayer thin film of any one of -6. 前記請求項1〜7に記載の屈折率傾斜多層薄膜から選ばれる1種を成膜する方法であって、
前記屈折率傾斜多層薄膜を形成している3層以上の薄膜層を成膜する際に、各薄膜層毎に、成膜時に使用する塗工液中のナノ粒子の2次凝集状態を制御して該塗工液から形成される各薄膜層内の粒子間隙を調整することによって平均体積空隙率が10〜95%の範囲内で、且つ可視光領域の見かけ屈折率が1.0から2.5の範囲内である層を形成すると共に、
各薄膜層を、外部媒体に最も近い最表層から基材に最も近い最下層方向に向かってそれらの可視光領域の見かけ屈折率が1.0から2.5の間で段階的に大きくなるように順次積層形成することを特徴とする、屈折率傾斜多層薄膜の成膜方法。
A method for forming a film selected from the gradient refractive index multilayer thin film according to claim 1,
When forming three or more thin film layers forming the gradient refractive index multilayer thin film, for each thin film layer, the secondary aggregation state of the nanoparticles in the coating liquid used at the time of film formation is controlled. By adjusting the particle gap in each thin film layer formed from the coating solution, the average volume porosity is in the range of 10 to 95%, and the apparent refractive index in the visible light region is 1.0 to 2. Forming a layer that is within the range of 5;
Each thin film layer is gradually increased in the visible refractive index in the range of 1.0 to 2.5 from the outermost layer closest to the external medium toward the lowermost layer closest to the substrate. The method for forming a gradient refractive index multilayer thin film is characterized by sequentially stacking layers.
前記ナノ粒子として2種以上の異なる粒子径のナノ粒子を使用することを特徴とする請求項8記載の屈折率傾斜多層薄膜の成膜方法。   9. The method according to claim 8, wherein two or more kinds of nanoparticles having different particle diameters are used as the nanoparticles. 前記成膜時に使用する塗工液はバインダー成分を含有しており、前記ナノ粒子相互間のバインダー成分の含有量を変化させて平均体積空隙率が10〜95%の範囲で、可視光領域の見かけ屈折率が1.0から2.5の間である薄膜層を形成することを特徴とする請求項8又は9に記載の屈折率傾斜多層薄膜の成膜方法。   The coating liquid used at the time of film formation contains a binder component, and the average volume porosity is in the range of 10 to 95% by changing the content of the binder component between the nanoparticles. 10. The method for forming a graded refractive index multilayer thin film according to claim 8, wherein a thin film layer having an apparent refractive index of 1.0 to 2.5 is formed. 前記請求項9及び請求項10に記載の方法を組み合わせることにより、平均体積空隙率が10〜95%の範囲で、可視光領域の見かけ屈折率が1.0から2.5の間である薄膜層を形成することを特徴とする請求項8記載の屈折率傾斜多層薄膜の成膜方法。   A thin film having an average volume porosity in the range of 10 to 95% and an apparent refractive index in the visible light region of 1.0 to 2.5 by combining the methods according to claim 9 and claim 10 9. The method for forming a graded refractive index multilayer thin film according to claim 8, wherein a layer is formed. 前記成膜時に使用する塗工液中のナノ粒子の2次凝集状態を制御して該塗工液から形成される各薄膜層内の粒子間隙を調整する手段が、金属アルコキシドのゾルゲル法を応用して上記粒子間の空隙率をコントロールする方法であることを特徴とする請求項8〜請求項10のいずれか1項に記載の屈折率傾斜多層薄膜の成膜方法。   A means for controlling the secondary aggregation state of the nanoparticles in the coating liquid used at the time of forming the film and adjusting the particle gap in each thin film layer formed from the coating liquid is based on the metal alkoxide sol-gel method. The method for forming a gradient refractive index multilayer thin film according to any one of claims 8 to 10, wherein the method is a method of controlling the porosity between the particles. 前記金属アルコキシドのゾルゲル法は、金属アルコキシドを水中に加え、水溶液として加水分解し、該水溶液に相溶性の低い有機溶媒を加えて強攪拌することで水相を有機溶媒相中に微細な分散胞として分散させてO/Wエマルションとし、各分散胞中で金属アルコキシド分子間の脱水縮合による重合を進める方法である、請求項12記載の屈折率傾斜多層薄膜の成膜方法。


In the sol-gel method of the metal alkoxide, a metal alkoxide is added to water, hydrolyzed as an aqueous solution, an organic solvent having low compatibility is added to the aqueous solution, and the aqueous phase is finely dispersed in the organic solvent phase. The method of forming a gradient refractive index multilayer thin film according to claim 12, wherein the film is dispersed as an O / W emulsion and polymerization is performed by dehydration condensation between metal alkoxide molecules in each dispersion cell.


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