JP2016528516A - Anti-reflective coating - Google Patents
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Abstract
本発明は、光学コーティングに関し、光通信および情報処理のためのディスプレイまたは他のデバイスの外表面からの可視光の反射を大幅に低減するために使用され得る。様々な実施形態における反射防止コーティングは、2層または3層からなり、これらの層は、様々な実施形態において2〜12ナノメートルに及ぶ厚さの1つの金属層と、ある特定の範囲内の屈折率および厚さを有する1つまたは2つの非金属層とを含み、金属層は、非金属層と基板との間、または非金属層間のいずれかに配置される。【選択図】図1The present invention relates to optical coatings and can be used to significantly reduce the reflection of visible light from the outer surface of a display or other device for optical communication and information processing. The anti-reflective coating in various embodiments consists of two or three layers, which in various embodiments have one metal layer ranging in thickness from 2 to 12 nanometers and within a certain range. Including one or two non-metallic layers having a refractive index and thickness, the metal layer being disposed either between the non-metallic layer and the substrate or between the non-metallic layers. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、光学コーティングに関し、特に、光通信および情報処理のためのディスプレイおよびデバイスから周囲光の反射を回避、もしくは、大幅に低減することができる反射防止光学コーティングに関する。 The present invention relates to optical coatings, and more particularly to anti-reflection optical coatings that can avoid or significantly reduce the reflection of ambient light from displays and devices for optical communication and information processing.
例えば、2004年にSPIE,Washington,USAによって発行されたP.W.Baumeisterの「Optical Coating Technology」頁1〜3、図1〜7、および頁4〜11、項4.3.2に記載された基板上の周知の反射防止コーティングは、基板屈折率未満の屈折率を有し、かつ四分の一波長の光学的厚さ(層の光学的厚さは、層の物理的厚さに層の屈折率を乗じた厚さである)の1つの非金属層を含む。この既知の反射防止コーティングは、周囲光残留反射をベア基板の4〜5%から1.5〜2%にまで減少させる。この1層反射防止コーティングの欠点は、残留反射が比較的高いことである。 For example, P.I., published in 2004 by SPIE, Washington, USA. W. The well-known anti-reflective coating on substrates described in Baumeister's “Optical Coating Technology” pages 1-3, FIGS. 1-7, and pages 4-11, section 4.3.2, has a refractive index less than the substrate refractive index. And one quarter-wave optical thickness (the optical thickness of the layer is the physical thickness of the layer multiplied by the refractive index of the layer) Including. This known anti-reflective coating reduces the ambient light residual reflection from 4-5% to 1.5-2% of the bare substrate. The disadvantage of this one-layer antireflection coating is that the residual reflection is relatively high.
例えば、2004年にSPIE,Washington,USAによって発行されたP.W.Baumeisterの「Optical Coating Technology」頁4〜12、項4.3.3.1に記載された基板上の別の周知の反射防止コーティングは、基板屈折率を超える屈折率を有する第1の非金属層と、第1の非金属層の屈折率未満の屈折率を有する第2の非金属層とを含み、第1の非金属層は、第2の非金属層と基板との間に配置される。この既知の反射防止コーティングは、周囲光残留反射をベア基板の4〜5%から0.5〜1%にまで減少させる。この2層反射防止コーティングの欠点は、必要とされる中間色調ではなく反射光の鮮やかな色にある。 For example, P.I., published in 2004 by SPIE, Washington, USA. W. Another known anti-reflective coating on a substrate, as described in Baumeister's “Optical Coating Technology” pages 4-12, Section 4.3.3.1, is a first non-metal having a refractive index greater than the substrate refractive index. And a second non-metallic layer having a refractive index less than that of the first non-metallic layer, wherein the first non-metallic layer is disposed between the second non-metallic layer and the substrate. The This known anti-reflection coating reduces the ambient light residual reflection from 4-5% of the bare substrate to 0.5-1%. The disadvantage of this two-layer anti-reflective coating lies in the bright color of the reflected light, not the required halftone.
例えば、2004年にSPIE,Washington,USAによって発行されたP.W.Baumeisterの「Optical Coating Technology」頁1〜14、項1.3.1.3に記載された基板上の更に別の周知の反射防止コーティングは、高反射率の層と低反射率の層を交互に積層した一組の層(4層以上)を含む。この既知の反射防止コーティングは、周囲光残留反射をベア基板の4〜5%から0.1〜0.5%にまで減少させる。この多層反射防止コーティングの欠点は、調整困難な多くの蒸着層に起因する比較的高い製造コストにある。 For example, P.I., published in 2004 by SPIE, Washington, USA. W. Further known anti-reflective coatings on substrates described in Baumeister's “Optical Coating Technology” pages 1-14, Section 1.3.1.3, alternate high and low reflectivity layers. A set of layers (4 layers or more) laminated to each other. This known anti-reflective coating reduces ambient light residual reflection from 4-5% of the bare substrate to 0.1-0.5%. The disadvantage of this multilayer anti-reflective coating lies in the relatively high production costs due to many deposited layers that are difficult to adjust.
高透過性だが可視域パネル内の反射熱(赤外域)が米国特許第4,327,967号に開示されている。このパネルは、ガラス基板上に蒸着した2以上の屈折率を有する1つの非金属層と、この非金属層上に蒸着した金層と、反射色の中性のために金層を被覆する他の金属の薄層とを含む。このパネルの欠点は、可視域での比較的高い反射(>8%)である。 Reflective heat (infrared region) in the visible panel, which is highly transmissive, is disclosed in US Pat. No. 4,327,967. This panel is composed of one non-metallic layer having a refractive index of 2 or more deposited on a glass substrate, a gold layer deposited on the non-metallic layer, and a gold layer coated for neutrality of the reflected color. A thin layer of metal. The disadvantage of this panel is the relatively high reflection (> 8%) in the visible range.
本発明の目的は、基板上への反射防止コーティングが、必要とされる中間色調で0.1〜0.5%まで低い可視光の周囲光残留反射を提供することである。 It is an object of the present invention that an anti-reflective coating on the substrate provides ambient light residual reflection of visible light as low as 0.1-0.5% at the required midtones.
本発明の他の目的は、必要とされる中間色調での低い周囲光残留反射を提供しながら、反射防止コーティングの複数層(3層以下)の量を最小限にすることであり、したがって、これは低コストを確保する。 Another object of the present invention is to minimize the amount of multiple layers (3 layers or less) of the anti-reflective coating while providing low ambient light residual reflection at the required midtones, thus This ensures a low cost.
本発明の第1の実施形態によれば、可視光に対するこれらの目的は、2〜5ナノメートルの厚さの1つの金属層と、1.3〜1.6の反射率および40〜80ナノメートルの厚さを有する1つの非金属層とを含む基板上の反射防止コーティングであって、金属層が非金属層と基板との間に配置される反射防止コーティングで実現される。 According to the first embodiment of the invention, these objectives for visible light are one metal layer with a thickness of 2-5 nanometers, a reflectivity of 1.3-1.6 and 40-80 nanometers. An anti-reflective coating on a substrate comprising one non-metallic layer having a thickness of meters, wherein the metal layer is implemented with an anti-reflective coating disposed between the non-metallic layer and the substrate.
本発明の第2の実施形態によれば、可視光に対するこれらの目的は、2〜12ナノメートルの厚さの1つ金属層と、1.7以下の屈折率および30〜100ナノメートルの厚さを有する第1の非金属層と、1.7を超える屈折率および10〜50ナノメートルの厚さを有する第2の非金属層とを含む基板上の反射防止コーティングであって、第2および第1の非金属層の屈折率の差が0.3以上で、第2の非金属層が基板上に配置され、金属層が第2の非金属層上に配置され、第1の非金属層が金属層上に配置される反射防止コーティングで実現される。 According to the second embodiment of the present invention, these objects for visible light include one metal layer with a thickness of 2-12 nanometers, a refractive index of 1.7 or less and a thickness of 30-100 nanometers. An anti-reflective coating on a substrate comprising a first non-metallic layer having a thickness and a second non-metallic layer having a refractive index greater than 1.7 and a thickness of 10 to 50 nanometers, And the first non-metallic layer has a refractive index difference of 0.3 or more, the second non-metallic layer is disposed on the substrate, the metallic layer is disposed on the second non-metallic layer, Realized with an anti-reflective coating in which the metal layer is disposed on the metal layer.
本発明は、提示された技術的解決の全ての権利範囲に完全に網羅されることなく、かつそれらを限定されることなく、反射防止コーティングのいくつか実施形態を示す図面によって明確にされる。 The present invention is clarified by the drawings showing some embodiments of the anti-reflective coating, without being completely covered by the full scope of the proposed technical solution and without being limited thereto.
図1では、2〜5ナノメートルの厚さの1つの金属層1と、1.3〜1.6の反射率および40〜80ナノメートルの厚さを有する1つの非金属層2とを含む可視光に対する基板3への反射防止コーティングであって、金属層1が非金属層2と基板3との間に配置される反射防止コーティングの第1の実施形態が示される。
1 includes one
反射防止コーティングは、次のように機能する。周囲白色光4は、反射防止コーティングに入り、「空気と非金属層2との界面」、「非金属層2と金属層1との界面」、「金属層1と基板3との界面」の各界面から反射される。反射光の弱め合う干渉の結果として、反射光5の全強度は、ある特定かつ適切に選択された非金属層1の厚さおよび屈折率、ならびに金属の光学特性およびその厚さにおいて非常に低くなる。
The anti-reflective coating functions as follows. Ambient
好ましくは、金属層は、金Au、銀Ag、アルミニウムAl、銅Cu、クロムCr、チタンTi、ニッケルNi、マンガンMn、モリブデンMo、ビスマスBi、スズSn、ロジウムRh、白金Pt、アンチモンSb、およびこれらの物質の任意の合金または固溶体を含む群から選択される金属から作製される。基板3および先述の非金属層2とより良好に付着するために、金属層1は、1ナノメートル以下の厚さを有し、かつクロムCr、チタンTi、ニッケルNi、バナジウムV、ジルコニウムZr、ハフニウムHf、ニオブNb、モリブデンMo、およびこれらの物質の任意の混合物、合金、または固溶体を含む群から選択される材料から作製された副層をさらに含むことができる。
Preferably, the metal layer comprises gold Au, silver Ag, aluminum Al, copper Cu, chromium Cr, titanium Ti, nickel Ni, manganese Mn, molybdenum Mo, bismuth Bi, tin Sn, rhodium Rh, platinum Pt, antimony Sb, and Made from a metal selected from the group comprising any alloy or solid solution of these materials. In order to better adhere to the
金属層1の厚さは、どの金属が使用されるかということ、ならびに非金属層2の厚さおよび屈折率に依存し、2〜5ナノメートルの範囲となる。2ナノメートル未満の金属厚は、可視反射対非金属層のみに大きな影響を与えない。5ナノメートルを超える金属厚は、「青色」および「赤色」波長域での可視反射、およびそれ故の可視白色光の全反射を増加させ、望ましくない鮮やかな色の反射光も発生させる。
The thickness of the
熱蒸着、電子ビーム蒸着、粉砕、イオンビーム、陰極粉砕、プラズマ気相化学成長による成膜など、良く知られた方法が基板3への金属層1の成膜に使用されうる。
Well-known methods such as thermal evaporation, electron beam evaporation, pulverization, ion beam, cathode pulverization, and film formation by plasma vapor chemical growth can be used to form the
非金属層2は、マグネシウム、カルシウム、バリウム、アルミニウム、フッ化ランタン、MgF2、CaF2、AlF3、LaF3、SiО2、および先述の物質の任意の混合物、合金、または固溶体を含む群から選択される物質から作製される。アクリレートポリマーおよびフルオロポリマーからなる有機ポリマー基も使用される。ここには記載されていない1.6以下の屈折率を有する他の材料が使用可能である。
非金属層2の厚さは、非金属物質の種類、主にその屈折率、ならびに金属層1の厚さおよび種類に依存し、その範囲は40〜80ナノメートルである。熱蒸着、電子ビーム蒸着、粉砕蒸着、イオンビーム、陰極粉砕、プラズマ気相化学成長による成膜など、良く知られている方法が、非金属層2の成膜に使用されうる。湿式塗布方法も使用できる。
The thickness of the
基板3(ディスプレイまたは他のデバイスの外表面)は、誘電材料、例えば、ガラスまたはポリマーから作製される。 The substrate 3 (the outer surface of the display or other device) is made from a dielectric material, for example glass or polymer.
図2では、図1による反射防止コーティングの周囲可視光反射スペクトルが示される。白色光の残留反射が0.35%以下であり、ほぼ中間色調を有する(可視スペクトル領域内の均一反射に起因する)ことが明確に見える。 In FIG. 2, the ambient visible light reflection spectrum of the antireflection coating according to FIG. 1 is shown. It can clearly be seen that the residual reflection of white light is 0.35% or less and has a nearly neutral tone (due to the uniform reflection in the visible spectral region).
図3では、本発明の第2の実施形態が示され、可視光に対する基板3上への反射防止コーティングは、2〜12ナノメートルの厚さの1つ金属層1と、1.7以下の屈折率および30〜100ナノメートルの厚さを有する第1の非金属層2と、1.7を超える屈折率および10〜50ナノメートルの厚さを有する第2の非金属層6とを含み、0.3以上の第2および第1の非金属層関の屈折率の差を有し、第2の非金属層6が基板3上に配置され、金属層1が第2の非金属層6上に配置され、第1の非金属層2が金属層1上に配置される。
In FIG. 3, a second embodiment of the present invention is shown, wherein the anti-reflective coating on the
反射防止コーティングは、次のように機能する。周囲白色光4は、反射防止コーティングに入り、「空気と非金属層2との界面」、「非金属層2と金属層1との界面」、「金属層1と第2の非金属層6との界面」、「第2の非金属層6と基板3との界面」の各界面から反射される。反射光の弱め合う干渉の結果として、反射光5の全強度は、金属および非金属材料の適切な選択、非金属層2および6のそれらの厚さおよび屈折率に対して非常に低くなる。
The anti-reflective coating functions as follows. Ambient
好ましくは、金属層は、金Au、銀Ag、アルミニウムAl、銅Cu、クロムCr、チタンTi、ニッケルNi、マンガンMn、モリブデンMo、ビスマスBi、スズSn、ロジウムRh、白金Pt、アンチモンSb、および先述の物質の任意の混合物、合金、固溶体、または金属間化合物を含む群から選択される金属から作製される。先述の非金属層6および先述の非金属層2へ良港に付着させるために、金属層1は、1ナノメートル以下の厚さを有し、かつクロムCr、チタンTi、ニッケルNi、バナジウムV、ジルコニウムZr、ハフニウムHf、ニオブNb、モリブデンMo、および先述の物質の任意の混合物、合金、固溶体、または金属間化合物を含む群から選択される材料から作製された副層をさらに含むことができる。
Preferably, the metal layer comprises gold Au, silver Ag, aluminum Al, copper Cu, chromium Cr, titanium Ti, nickel Ni, manganese Mn, molybdenum Mo, bismuth Bi, tin Sn, rhodium Rh, platinum Pt, antimony Sb, and Made from a metal selected from the group comprising any mixture, alloy, solid solution, or intermetallic compound of the foregoing materials. In order to adhere the
金属層1の厚さは、金属の種類、ならびに非金属層2および6の厚さおよび屈折率に依存し、2〜12ナノメートルである。2ナノメートル未満の金属厚は、可視反射と非金属層に大きな影響を与えない。12ナノメートルを超える金属厚は、「青色」および「赤色」波長域での可視反射、およびそれによって可視白色光の全反射を増加させ、望ましくない反射光の鮮やかな色も発生させる。
The thickness of the
非金属層6上への金属層1の成膜に使用される方法は、マグネトロンスパッタリング、熱蒸着、電子ビーム、粉砕、イオンビーム、陰極粉砕、(プラズマ成長)化学気相成長による蒸着などが知られている。
Known methods for forming the
非金属層2および6の成膜に使用される方法は、マグネトロンスパッタリング、熱蒸着、電子ビーム蒸着、ゾルゲル、(プラズマ成長)化学気相成長などが知られている。
Known methods for forming the
1.7以下の屈折率を有する非金属層2は、マグネシウム、カルシウム、バリウム、アルミニウム、フッ化ランタン、MgF2、CaF2、BaF2、AlF3、LaF3、二酸化ケイ素SiО2、および先述の物質の任意の混合物、合金、または固溶体、ならびにアクリレートポリマーおよびフルオロポリマーからなる有機ポリマー基を含む群から選択される材料から作製される。アクリレートポリマーおよびフルオロポリマーからなる有機ポリマー基も使用される。ここには記載されない1.7以下の屈折率を有する他の材料も使用可能である。
The
非金属層2の厚さは、非金属材料の種類、主にその屈折率および厚さ、ならびに金属層1の種類に依存し、30〜100ナノメートルである。1.7を超える屈折率を有する第2の非金属層6は、サファイアAl2O3、二酸化チタンTiO2、硫化亜鉛ZnS、五酸化タンタルТа2О5、セレン化亜鉛ZnSe、ガリウムリンGaP、窒化ガリウムGaN、インジウムスズ酸化物ITO、五酸化ニオブNb2O5、モリブデン酸鉛PbMoO4、窒化ホウ素BN、窒化ケイ素Si3N4、窒化アルミニウムAlN、ケイ素Si、ゲルマニウムGe、セレンSe、半導体A3B5型、半導体A2B6型、半導体A5B6型(ヒ素、アンチモン、およびビスマスカルコゲニド)、ならびに先述の物質の任意の混合物または固溶体を含む群から選択される材料から作製される。
The thickness of the
非金属層6の厚さは、層2および6の両方の非金属材料の種類、主にその反射率、ならびに金属層1の厚さおよび種類に依存し、10〜50ナノメートルとなる。
The thickness of the
第2および第1の非金属層の屈折率間の差は、0.3以上である。0.3より小さい差は、「青色」および「赤色」波長域での可視反射、および可視白色光の全反射を増加させ、望ましくない鮮やかな色の反射光をも発生させる。 The difference between the refractive indices of the second and first non-metallic layers is 0.3 or greater. Differences less than 0.3 increase the visible reflection in the “blue” and “red” wavelength regions, and the total reflection of visible white light, and also produce undesirable brightly colored reflected light.
基板(ディスプレイまたは他のデバイスの外表面)は、誘電材料、例えば、ガラスまたはポリマーから作製される。 The substrate (the outer surface of the display or other device) is made from a dielectric material such as glass or polymer.
図4では、図3による反射防止コーティングの周囲光反射スペクトルが示される。白色光の残留反射が0.2%以下であり、中間色調を有する(可視スペクトル領域内の均一反射に起因する)ことが明確に見える。 In FIG. 4, the ambient light reflection spectrum of the antireflection coating according to FIG. 3 is shown. It can clearly be seen that the residual reflection of white light is less than 0.2% and has an intermediate tone (due to uniform reflection in the visible spectral region).
本明細書で記載される反射防止コーティングの集約属性によって確保された技術的結果は、周囲光残留反射を必要とされる中間色調で0.1〜0.5%まで低下することができる。同様に、反射防止コーティングは3層以下となり、低コストを確保する。 The technical results ensured by the aggregated attributes of the anti-reflective coating described herein can be reduced to 0.1-0.5% in intermediate tones where ambient light residual reflection is required. Similarly, the anti-reflective coating has three layers or less to ensure low cost.
この結果は、非金属層の厚さ、それらの屈折率、および金属層の厚さの最適なバランスによって実現される。 This result is achieved by an optimal balance of non-metallic layer thicknesses, their refractive index, and metallic layer thickness.
Claims (9)
2〜5ナノメートルの1つ金属層と、
1.3〜1.6の反射率および40〜80ナノメートルの厚さを有する1つの非金属層と、を含み、
前記金属層が前記非金属と基板との間に配置される、反射防止コーティング。 An anti-reflective coating on a substrate for visible light,
One metal layer of 2-5 nanometers,
One non-metallic layer having a reflectivity of 1.3 to 1.6 and a thickness of 40 to 80 nanometers,
An anti-reflective coating, wherein the metal layer is disposed between the non-metal and the substrate.
2〜12ナノメートルの厚さの1つ金属層と、
1.7以下の屈折率および30〜100ナノメートルの厚さを有する第1の非金属層と、
1.7を超える屈折率および10〜50ナノメートルの厚さを有する第2の非金属層と、を含み、
0.3以上の第2および第1の非金属層の屈折率間の差を有し、
第2の非金属層が基板上に配置され、前記金属層が第2の非金属層上に配置され、第1の非金属層が前記金属層上に配置される、反射防止コーティング。 An anti-reflective coating on a substrate for visible light,
One metal layer with a thickness of 2-12 nanometers;
A first non-metallic layer having a refractive index of 1.7 or less and a thickness of 30 to 100 nanometers;
A second non-metallic layer having a refractive index greater than 1.7 and a thickness of 10 to 50 nanometers,
Having a difference between the refractive indices of the second and first non-metallic layers of 0.3 or more;
An antireflective coating, wherein a second non-metallic layer is disposed on the substrate, the metallic layer is disposed on the second non-metallic layer, and the first non-metallic layer is disposed on the metallic layer.
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