JP2010243164A

JP2010243164A - 透光性部材、時計、および透光性部材の製造方法

Info

Publication number: JP2010243164A
Application number: JP2009088715A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Suzuki; 克己鈴木
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2010-10-28

Abstract

【課題】反射防止機能を備え、かつ硬度が十分に高く耐傷性が確保された透光性部材、これを備えた時計、および透光性部材の製造方法を提供する。
【解決手段】透光性部材１０は、基材１１の上に、窒化ケイ素からなる高屈折率層１２Ａ、１２Ｃと、酸化ケイ素からなる低屈折率層１２Ｂ、１２Ｄとが交互に積層されてなる反射防止層１２を備え、高屈折率層１２Ａ、１２Ｃの屈折率が１．９４〜２．０２であり、低屈折率層１２Ｂ、１２Ｄの屈折率が１．４６５〜１．４８０である。
【選択図】図１

Description

本発明は、カバーガラスなどの透光性部材、時計、および透光性部材の製造方法に関する。

従来、時刻表示などの視認性を高めるため、カバーガラス（風防）と呼ばれる透光性部材に反射防止層を形成することが知られている。この反射防止層は、屈折率の異なる無機物層が数層〜数十層積層されて構成されることが一般的であり、カバーガラスのように高い硬度が求められる場合には、光透過率が高いうえ低屈折率でかつ比較的硬度が高いＳｉＯ_２が反射防止層の最表層に成膜されることが多い。例えば、時計用カバーガラスの表面に、ＳｉＯ_２を最表層および最下層とし、ＳｉＯ_２層とＳｉ_３Ｎ_４層とが交互に積層された反射防止層を形成する技術が開示されている（特許文献１参照）。また、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなる層を最表層とし、窒化ケイ素からなる層を時計用カバーガラスの表面に形成してなる時計用風防ガラスも開示されている（特許文献２参照）。

特開２００４−２７１４８０号公報特開２００６−２７５５２６号公報

しかしながら、ＳｉＯ_２層とＳｉ_３Ｎ_４層が交互に積層された反射防止層を設けてなる従来の時計用カバーガラスでは、必ずしも反射防止効果が十分ではなかった。また、反射防止効果に影響を与える要因に関しても十分な知見がなかった。

そこで、本発明の目的は、反射防止機能に優れた透光性部材、これを備えた時計、および透光性部材の製造方法を提供することにある。

本発明者は、上述した反射防止層の硬度が低く耐傷性も十分ではない理由が、反射防止層を形成する各層（高屈折率層と低屈折率層）の屈折率に起因することを見出した。本発明は、以上の知見をもとに完成されたものである。
すなわち、本発明は、透光性を有する基材を備える透光性部材であって、前記基材表面の少なくとも一部には、窒化ケイ素からなる高屈折率層と、酸化ケイ素からなる低屈折率層とを交互に積層してなる反射防止層が形成され、前記高屈折率層の屈折率が１．９４〜２．０２であり、前記低屈折率層の屈折率が１．４６５〜１．４８０であることを特徴とする。
ここで、透光性部材としては、例えば、時計用カバー部材や計器用カバー部材あるいは眼鏡レンズ等の硬質で透明な部材が挙げられる。透光性部材の基材としては、サファイアガラス、石英ガラス、およびソーダガラス等が挙げられる。

本発明の透光性部材によれば、その基材表面に、屈折率が１．９４〜２．０２である高屈折率層（窒化ケイ素層）と、屈折率が１．４６５〜１．４８０である低屈折率層（酸化ケイ素層）とを交互に積層してなる反射防止層が形成されているので、優れた反射防止効果を奏することができる。また、前記した高屈折率層の屈折率が１．９８〜２．０１であるとさらに優れた反射防止効果を奏することができる。

本発明では、前記透光性部材は、カバー部材とされ、前記反射防止層が、前記カバー部材の内側の部分および外側の部分のうち、少なくとも外側の部分に形成されることが好ましい。
この構成の発明によれば、カバー部材の外側から入射する光の反射を入射側で防止できるため、カバー部材の内側である射出側の部分に反射防止層が形成された場合よりも良好な反射防止効果が得られる。

本発明の時計は、前述したいずれかの透光性部材を備え、前記透光性部材が、時計体を収容するケースに設けられることを特徴とする。
本発明の時計によれば、前述の透光性部材を備えることにより、前述と同様の作用および効果を享受できる。ここで、透光性部材は、例えばカバーガラス（風防）としてケースに設けられる。

本発明の透光性部材の製造方法は、反射防止層を形成するスパッタリング工程を備え、前記スパッタリング工程が、窒化ケイ素からなる高屈折率層と、酸化ケイ素からなる低屈折率層とを交互に積層する工程であり、前記スパッタリング工程において、雰囲気ガスのガス圧力を調整することにより、前記高屈折率層の屈折率と前記低屈折率層の屈折率を制御することを特徴とする。
本発明の透光性部材の製造方法によれば、スパッタリング工程において、雰囲気ガスのガス圧力を調整することにより高屈折率層の硬度と低屈折率層の屈折率を、前述した所定の範囲とすることができるので、前述した効果を奏する透光性部材を容易に製造することができる。

また、前記した透光性部材の製造方法では、前記スパッタリング工程においてシリコンターゲットを用いることが好ましい。
この構成の発明によれば、スパッタリングターゲットとしてシリコンを用いているので、雰囲気ガスおよび電圧等を変更するだけで窒化ケイ素からなる高屈折率層と、酸化ケイ素からなる低屈折率層をともに形成できるので簡便である。また、シリコンターゲットは導電性があるため、直流スパッタが可能であることから各屈折率層を高速に形成できる点でも好ましい。

このような本発明によれば、優れた反射防止機能を有する透光性部材、これをカバー部材として備えた時計、および透光性部材の製造方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係るカバーガラスの断面を示す模式図。本実施形態に係るカバーガラスを備えた時計の断面図。

以下、本発明の一実施形態を詳細に説明する。本実施形態の透光性部材は、時計用カバーガラス（以下、単に「カバーガラス」ともいう。）であり、図１には、透光性部材１０の断面図が示されている。図１において、透光性部材１０は、透明な基材１１と、その上に形成された反射防止層１２とを備えている。

〔基材１１の材質〕
基材１１の材質は無機酸化物であり、例えばサファイアガラス、石英ガラス、ソーダガラス等が挙げられる。時計用カバーガラスの材質としては、硬度や透明性の観点より特にサファイアガラスが好ましい。

〔反射防止層１２の構成〕
反射防止層１２は、基材１１の上に形成され、屈折率の異なる無機薄膜を交互に積層して得られる多層膜である。図１に示す透光性部材１０では、反射防止層１２は、１２Ａ（高屈折率層）、１２Ｂ（低屈折率層）、１２Ｃ（高屈折率層）、１２Ｄ（低屈折率層）の４層から構成されている。
ここで、高屈折率層１２Ａ、１２Ｃは、窒化ケイ素（ＳiＮx）により形成され、低屈折率層１２Ｂ、１２Ｄは酸化ケイ素（ＳiＯ_２）により形成されている。そして、高屈折率層１２Ａ、１２Ｃの屈折率は、いずれも１．９４〜２．０２であり、好ましくは１．９８〜２．０１である。また、低屈折率層１２Ｂ、１２Ｄの屈折率は、いずれも１．４６５〜１．４８０である。これらの屈折率を制御する方法については後述する。
なお、反射防止層１２は、４層である必要はなく、５層以上でもよい。反射防止効果を高める観点からは積層数が多い方が好ましい。ただし、あまり積層数が多くなると、透光性や生産性の観点より問題が生ずるおそれもあるので、好ましくは９層までの範囲である。

〔反射防止層１２の形成工程〕
基材１１の表面に上述した反射防止層１２を形成する際には、スパッタリング法が好適に用いられる。スパッタリング法としては、無機薄膜形成の際に用いられる通常の方法が適用できる。
ただし、前もって、スパッタリングによる成膜条件と形成される薄膜の屈折率との関係を把握しておく必要がある。以下に、シリコンターゲットを用いて直流スパッタリングを行った場合の例を示す。具体的には、雰囲気のガス圧を変えてサファイア製基材上に単層膜を形成し、各々の成膜条件下における該単層膜の硬度を測定する。表１に成膜条件と単層膜の屈折率との関係をまとめて示す。
ここで、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）単層膜の厚みは８７７ｎｍであり、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）単層膜の厚みは１１６６ｎｍである。なお、単層膜の屈折率は、エリプソメーターを用いて５５０ｎｍの波長で測定した。

表１より、ガス圧により窒化ケイ素単層膜および酸化ケイ素単層膜の屈折率を制御できることがわかる。
従って、上述した成膜条件と膜の屈折率との関係を把握しておくことで、屈折率が１．９４〜２．０２ある高屈折率層（窒化ケイ素層）１２Ａ、１２Ｃと、屈折率が１．４６５〜１．４８０である低屈折率層（酸化ケイ素層）１２Ｂ、１２Ｄとを基材１１の上に交互に積層することができる。
基材１１の上に前記した４層からなる反射防止層１２が形成されることにより、透光性部材１０が製造される。

ここで、前記したスパッタリングを行う際には、基材１１を１００℃以上に加熱する加熱工程を備えることが、反射防止層の硬度や密着性の向上の観点より好ましい。
また、反射防止層１２をスパッタリングにより形成する前に、基材１１に対して表面の付着物を除去する逆スパッタリング工程を備えると、基材１１の表面を清浄にすることができるので、基材１１と反射防止層１２との密着性向上の観点より好ましい。

〔時計の構成〕
図２に、透光性部材１０を備えた時計の断面図を示す。
図２に示すように、本実施形態の時計１００において、透光性部材１０は、時計体（ムーブメント）１０３を収容するケース１０４に、カバーガラス１０２として設けられる。ケース１０４には裏蓋１０５が設けられている。
ここで、本実施形態のカバーガラス１０２の体表面部は、前面部１０２Ａ、後面部１０２Ｂ、および側面部１０２Ｃからなる。前面部１０２Ａは、カバーガラス１０２の外側の部分に相当する。後面部１０２Ｂは、カバーガラス１０２の内側の部分に相当し、文字板１０６および指針１０７に対向する。
本実施形態においては、カバーガラス１０２の前面部１０２Ａに、前述の反射防止層１２が位置している。

上述の実施形態によれば以下の効果を奏する。
（１）透光性部材１０は、透光性を有する基材１１と、反射防止層１２とを含んで構成され、反射防止層１２は、１．９４〜２．０２の屈折率を有する高屈折率層（窒化ケイ素層）１２Ａ、１２Ｃと、１．４６５〜１．４８０の屈折率を有する低屈折率層（酸化ケイ素層）１２Ｂ、１２Ｄとが交互に積層された構成を有する。それ故、反射防止層１２は、優れた反射防止機能を備えている。また、前記した高屈折率層１２Ａ、１２Ｃの屈折率が１．９８〜２．０１であるとさらに優れた反射防止効果を奏することができる。

（２）時計１００において、透光性部材１０が、カバーガラス１０２としてケース１０４に設けられているので、透光性部材１０の反射防止機能によって情報の視認性が向上する。なお、カバーガラス１０２が耐傷性にも優れているので、長期間にわたってカバーガラス１０２自体の透明性および反射防止性を維持できる。

本発明は、以上述べた実施形態には限定されず、本発明の目的を達成できる範囲で種々の改良および変形を行うことが可能である。
前記実施形態では、透光性部材１０が時計の風防としてのカバーガラス１０２に適用された例を示した。しかし、本発明が適用される透光性部材は、風防としてのカバーガラスに限定されない。機械式時計などでは、裏蓋が設けられる位置にカバー部材としての透光性部材が設けられ、この透光性部材を介して時計体の内部の機構を視認可能なシースルーバック仕様とされていることがある。このような場合、この透光性部材の製造方法として本発明を適用できる。
なお、透光性部材の基材としては、高硬度のサファイアガラスが好適であるが、このほか、石英ガラス、ソーダガラス等の使用も検討してよい。

本発明の透光性部材は、時計に使用されるカバー部材に限らず、携帯電話、携帯情報機器、計測機器、デジタルカメラ、プリンター、ダイビングコンピューター、脈拍計等の各種機器における情報表示部のカバー部材として好適に使用できる。
なお、本発明の透光性部材は、カバー部材には限定されない。本発明に係る反射防止層は、透光性部材の基材において反射防止機能が要求される任意の箇所に形成される。

以下に、実施例および比較例により、本発明をより詳細に説明する。具体的には、時計用カバーガラスの基材として一般的なサファイアガラスを用い、その表面に所定の反射防止層を形成した後、各種の評価を行った。

〔実施例１〜６、比較例１〜６〕
（基材の前処理）
サファイアガラスを１２０℃の熱濃硫酸に１０分間浸漬した後、純水でよく洗浄し、１２０℃に設定されたオーブンで、大気中３０分間乾燥した。次に、このサファイアガラスをスパッタ装置内部に載置した後、１２０℃に加熱しながら装置内部を１０^−６Ｔｏｒｒの圧力とした。続いて、装置内にＡｒガスを導入し、０．８ｍＴｏｒｒで逆スパッタしてサファイアガラス表面をクリーニングした。

（反射防止層形成工程）
シリコンをターゲットとし、以下の条件でリアクティブスパッタリングを行い、高屈折率層と低屈折率層からなる反射防止層（４層）を、サファイアガラス製基材の表面に形成した。反射防止層の具体的構成は、実施例１〜６および比較例１〜６についていずれも以下の通りである。
ＳｉＯ_２(88ｎｍ)/ＳｉＮｘ(91ｎｍ)/ＳｉＯ_２(12ｎｍ)/ＳｉＮｘ(27ｎｍ)//基材
成膜条件としては、前述の実施形態における表１より以下の表２および表３に示す条件を採用した。

〔評価項目および評価方法〕
前記で得られた各基材に対し、表面の反射率を以下のようにして測定した。結果を表２および表３に示す。
＜反射率（％）の測定法＞
基材表面に対して９０°の入射角で入射する標準光の反射率を求め、この反射率と、入射角９０°の場合の視感感度とを可視光領域の各波長において掛け合わせた値の積算値に基づいて算出した。時計用のガバーガラスとして適用する場合、実用上０．４％以下であることが望まれる。

〔評価結果〕
表２に示す実施例１〜６の結果から、高屈折率層と低屈折率層の各屈折率を規定した本発明のカバーガラスは、反射率がいずれも０．４％以下である。それ故、文字板や指針などの視認性に優れた時計用として好適であることが理解できる。一方、表３に示す比較例１〜６の結果より、高屈折率層と低屈折率層の各屈折率のうちいずれかが本発明で規定する範囲をはずれると反射率が０．４％を超えてしまい、実用上好ましくないことがわかる。

１０…透光性部材、１１…基材、１２…反射防止層、１２Ａ，１２Ｃ…高屈折率層、１２Ｂ，１２Ｄ…低屈折率層、１００…時計、１０２…カバーガラス、１０２Ａ…前面部、１０２Ｂ…後面部、１０２Ｃ…側面部、１０４…ケース、１０５…裏蓋、１０６…文字板、１０７…指針

Claims

透光性を有する基材を備える透光性部材であって、
前記基材表面の少なくとも一部には、
窒化ケイ素からなる高屈折率層と、酸化ケイ素からなる低屈折率層とを交互に積層してなる反射防止層が形成され、
前記高屈折率層の屈折率が１．９４〜２．０２であり、
前記低屈折率層の屈折率が１．４６５〜１．４８０である
ことを特徴とする透光性部材。
請求項１に記載の透光性部材において、
前記高屈折率層の屈折率が１．９８〜２．０１である
ことを特徴とする透光性部材。
請求項１または請求項２に記載の透光性部材において、
前記透光性部材は、カバー部材とされ、
前記反射防止層が、前記カバー部材の内側の部分および外側の部分のうち、少なくとも外側の部分に形成された
ことを特徴とする透光性部材。
請求項３に記載の透光性部材を備え、
前記透光性部材が、時計体を収容するケースに設けられた
ことを特徴とする時計。
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の透光性部材の製造方法であって、
反射防止層を形成するスパッタリング工程を備え、
前記スパッタリング工程が、窒化ケイ素からなる高屈折率層と、酸化ケイ素からなる低屈折率層とを交互に積層する工程であり、
前記スパッタリング工程において、雰囲気ガスのガス圧力を調整することにより、前記高屈折率層の屈折率と前記低屈折率層の屈折率を制御する
ことを特徴とする透光性部材の製造方法。
請求項５に記載の透光性部材の製造方法であって、
前記スパッタリング工程では、シリコンターゲットを用いる
ことを特徴とする透光性部材の製造方法。