JP2017032852A

JP2017032852A - 反射防止膜及び光学部品

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Publication number: JP2017032852A
Application number: JP2015154089A
Authority: JP
Inventors: 佑一加茂; Yuichi Kamo; 大西　学; Manabu Onishi; 学大西
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2017-02-09

Abstract

【課題】広帯域で反射防止効果を有し、高温高湿下で膜剥がれのない耐湿性が良好な反射防止膜を提供する。
【解決手段】ガラス基板１１２上又は水晶基板上に、高屈折率材料と低屈折材料とが、交互に３層以上１２層以下に積層されてなる多層膜１０１〜１０８上に、ＭｇＦ_２層１０９が積層され、このＭｇＦ_２層１０９上に、Ｓｉ０_２層１１０が最上層として積層される。
【選択図】図１

Description

本発明は、可視域から赤外域までの広帯域で反射防止効果を有する反射防止膜及びそれを用いた光学部品に関する。

テレビカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等の光学機器に搭載されるレンズ、フィルタ、プリズム等の光学部品には、光透過率を向上させることを目的として、反射防止膜が施され、特に、可視域での反射を抑えることで、像の明るさや見え易さを向上させることができる。

最近、赤外線による光学機器の利用が盛んになっており、例えば、赤外線カメラは暗所での撮影に適しているので、店舗等の各種施設に設置され、防犯や防災のための監視カメラとして用いられる。このような赤外線による光学機器の利用の拡大に伴い、可視域及び赤外域に亘る広帯域の反射防止膜の開発が要望されている。

従来、反射防止膜を多層化して、より広い波長域で、光線の反射を低く抑えるようにしており、例えば、特許文献１には、反射防止膜を８層構造にして低反射の波長帯域を可視域から赤外域まで拡大した広帯域の反射防止膜が記載されている。

特許第２７１１６９７号公報

反射防止膜では、最上層を屈折率の低い層とすることによって、優れた反射防止効果が得られるので、上記特許文献１の反射防止膜では、最上層である第８層を、屈折率の低いＭｇＦ_２としている。

このようなＭｇＦ_２層を最上層とする多層の反射防止膜では、下記のように耐湿性に課題があることが分かった。

すなわち、本件出願人は、図４に示すように、ガラス基板１１２上に、低屈折材料であるＳｉＯ_２の薄膜と、高屈折率材料であるＴｉＯ_２の薄膜とを、第１層１０１から第８層１０８まで交互に積層し、最上層である第９層１０９にＭｇＦ_２の薄膜を積層した反射防止膜１１３を製造し、ダイシングした後、耐湿性を評価するために、高温高湿下、具体的には、温度６０℃、湿度９５％で２５０時間放置した。

その結果、ガラス基板の周縁部において、最上層である第９層のＭｇＦ_２層が、第８層のＴｉＯ_２層から剥離しているのが確認され、図５に示すように、膜が剥がれた箇所と剥がれていない箇所（非剥がれ箇所）との反射率特性を比較すると、剥離した箇所では、反射率特性が悪くなっていることが認められた。

本発明は、上記のような点に鑑みて為されたものであって、可視域から赤外域までの広帯域で反射防止効果を有し、耐湿性に優れた反射防止膜及びこれを備える光学部品を提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

すなわち、本発明の反射防止膜は、ガラス基板上又は水晶基板上に、高屈折率材料と低屈折材料とが、交互に３層以上１２層以下に積層されてなる多層膜上に、ＭｇＦ_２層が積層され、このＭｇＦ_２層上に、Ｓｉ０_２層が最上層として積層される。

可視域から赤外域までの広帯域で良好な反射防止効果を得るためには、前記最上層の物理膜厚は、４ｎｍ〜６０ｎｍであるのが好ましく、また、前記最上層の物理膜厚と前記ＭｇＦ_２層の物理膜厚との和が、９０ｎｍ〜１２０ｎｍであるのが好ましい。

本発明の反射防止膜は、波長帯域４５０ｎｍ〜９００ｎｍにおける反射率が、１％以下であるのが好ましい。

前記多層膜を構成する前記高屈折率材料は、ＴｉＯ_２であるのが好ましく、前記低屈折材料は、ＳｉＯ_２であるのが好ましい。

本発明の光学部品は、本発明に係る反射防止膜を備えている。

本発明の反射防止膜によると、ガラス基板上又は水晶基板上に、高屈折率材料と低屈折材料とが、交互に３層以上１２層以下に積層されてなる多層膜上に、ＭｇＦ_２層を積層し、その上に最上層としてＳｉ０_２層を積層するので、広帯域で反射防止効果を有しながら、ＭｇＦ_２層が最上層である場合に比べて、機械的強度及び膜の密着性を高めて、高温高湿下でも膜剥離のない良好な耐湿性の反射防止膜を得ることができる。

本発明の光学部品によると、可視域から赤外域までの広帯域で良好な反射防止効果を有すると共に、耐湿性が良好な反射防止膜を備えているので、テレビカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、車載カメラ等の光学機器に搭載されるレンズ、フィルタ、プリズム等に好適である。特に監視カメラの光学部品として好適である。

本発明によれば、ガラス基板上又は水晶基板上に、高屈折率材料と低屈折材料とが、交互に３層以上１２層以下に積層されてなる多層膜上に、ＭｇＦ_２層を積層し、その上に最上層としてＳｉ０_２層を積層するので、広帯域で反射防止効果を有しながら、機械的強度及び膜の密着性を高めて、高温高湿下でも膜剥離のない良好な耐湿性の反射防止膜を得ることができる。

図１は本発明の一実施形態に係る反射防止膜の膜構成を示す図である。図２は第１０層及び他の全ての層の物膜膜厚を変更した場合の反射率特性を示す図である。図３は第１０層の物理膜厚と、この第１０層の物理膜厚に第９層の物理膜厚を加算した物理膜厚との相関関係を示す図である。図４は従来例の膜構成を示す図である。図５は膜の剥離による反射率特性の劣化を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る反射防止膜の膜構成を示す図である。

この実施形態の反射防止膜１１１は、可視域及び赤外域の光線の反射を防止する広帯域の反射防止膜である。この反射防止膜１１１は、ガラス基板１１２上に、低屈折材料であるＳｉＯ_２からなる薄膜と高屈折率材料であるＴｉＯ_２からなる薄膜とを、第１層１０１から第８層１０８まで交互に積層して８層の多層膜を形成している。この多層膜は、８層に限らず、３層以上１２層以下であればよい。多層膜が、３層未満では所望の分光特性が得られず、１２層を超えると、膜の応力が大きくなって膜が剥離し易くなる。

この実施形態では、この多層膜上に、第９層１０９として低屈折材料であるＭｇＦ_２からなる薄膜を積層し、更に最上層である第１０層１１０としてＳｉＯ_２からなる薄膜を積層している。すなわち、上記図４の反射防止膜１１３の最上層のＭｇＦ_２層１０９の上に、最上層としてＳｉＯ_２からなる薄膜を積層したものである。

このように本実施形態では、上記特許文献１や図４のように最上層をＭｇＦ_２層とするのではなく、ＭｇＦ_２層上に、低屈折材料であるＳｉＯ_２層を積層して最上層としている。

ＭｇＦ_２層上に、ＳｉＯ_２層を積層して最上層とすることによって、可視域及び赤外域の広帯域で所望の反射率特性を有すると共に、機械的強度及び膜の密着性が高まり、高温高湿下でも膜剥離のない耐湿性に優れたものとなる。

この実施形態の反射防止膜１１１は、基板１１２上に、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の公知の方法によって成膜される。

この実施形態において、中心波長λ＝５１０ｎｍのときの各層１０１〜１１０の光学膜厚及び物理膜厚を下記表１に示す。また、従来例として、図４に示す最上層がＭｇＦ_２層である反射防止膜１１３における、中心波長λ＝５１０ｎｍのときの各層１０１〜１０９の光学膜厚及び物理膜厚を下記表２に示す。

なお、各層１０１〜１１０の屈折率ｎは、中心波長λ＝５１０ｎｍに対する屈折率であり、ＳｉＯ_２の屈折率は約１．４５、ＴｉＯ_２の屈折率は約２．３３、ＭｇＦ_２の屈折率は約１．３８である。ここでいう光学膜厚ｎｄは、次式により求められる。

ｎｄ＝ｎ×ｄ＝λ／４（ｎｄ：光学膜厚、ｄ：物理膜厚（ｎｍ）、ｎ：屈折率、λ：中心波長（ｎｍ））

この実施形態では、表１に示すように、最上層である第１０層１１０のＳｉＯ_２層の物理膜厚は、８．７６ｎｍである。

この第１０層１１０のＳｉＯ_２層の物理膜厚は、分光特性に影響のない程度の厚みとされる。

具体的には、所定の規格を満足できるように、第１０層１１０のＳｉＯ_２層の物理膜厚が規定される。

図２は、第１０層１１０のＳｉＯ_２層の物理膜厚を変更すると共に、他の全ての層、すなわち、第１層１０１〜第９層１０９の物理膜厚を変更した場合の反射率特性を示す図である。

図２において、ラインＬ１は規格を示し、ラインＬ２は第１０層１１０の物理膜厚４ｎｍの反射率特性を示し、ラインＬ３は第１０層１１０の物理膜厚８．７ｎｍの反射率特性を示し、ラインＬ４は第１０層１１０の物理膜厚１３ｎｍの反射率特性を示し、ラインＬ５は、第１０層１１０の物理膜厚６０ｎｍの反射率特性を示し、ラインＬ６は、第１０層１１０の物理膜厚６５ｎｍの反射率特性を示している。

この実施形態のラインＬ１で示される規格は、波長４５０ｎｍ〜９００ｎｍに亘って反射率が１％以下である。

ラインＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５で示される第１０層１１０の物理膜厚４ｎｍ、８．７ｎｍ、１３ｎｍ、６０ｎｍでは、規格を満足することができるが、ラインＬ６で示される第１０層１１０の物理膜厚６５ｎｍでは、波長６２０ｎｍ前後、及び、４８０ｎｍ前後で規格を満足することができない。

したがって、規格を満足させるためには、第１０層１１０のＳｉＯ_２層の物理膜厚は、６０ｎｍ以下である必要がある。なお、第１０層１１０のＳｉＯ_２層の物理膜厚４ｎｍ以下の場合、充分な機械的強度を得られなくなってしまう。

以上のことを考慮すると、第１０層１１０のＳｉＯ_２層の物理膜厚は、４ｎｍ以上６０ｎｍ以下であるのが好ましい。

図３は、上記図２のように、第１０層１１０のＳｉＯ_２層の物理膜厚を変更すると共に、他の全ての層１０１〜１０９の物理膜厚を変更した場合に、第１０層１１０のＳｉＯ_２層の物理膜厚と、この物理膜厚に第９層１０９のＭｇＦ_２層の物理膜厚を加算した物理膜厚との相関関係を示す図である。

この図３に示すように、第１０層１１０のＳｉＯ_２層の物理膜厚が厚くなっていくにつれて、第９層１０９のＭｇＦ_２層の物理膜厚と第１０層１１０のＳｉＯ_２層の物理膜厚とを加算した物理膜厚は、１１０ｎｍから徐々に小さくなり、第１０層１１０のＳｉＯ_２層の物理膜厚が約３０ｎｍ以上では、約１００ｎｍで略一定となっている。

上記規格を満足するためには、第１０層１１０のＳｉＯ_２層の物理膜厚が変化しても、第９層１０９のＭｇＦ_２層の物理膜厚と第１０層１１０のＳｉＯ_２層の物理膜厚とを加算した物理膜厚は、９０ｎｍ〜１２０ｎｍであるのが好ましく、より好ましくは、１００〜１１０ｎｍである。

この実施形態の反射防止膜１１１は、次のような機械的強度の規格、すなわち、よく脱脂されたクリーニングペーパーにて、荷重４．９Ｎ／ｃｍ^２（５００ｇ／ｃｍ^２）で２００回擦っても表面に傷がつかないという規格を満足し、十分な機械的強度を有している。

また、高温高湿下、具体的には、温度６０℃、湿度９５％で２５０時間放置しても膜の剥がれが認められず、上記図５のような反射率特性の劣化も見られず、耐湿性が良好であった。

以上のように本実施形態の反射防止膜１１１は、可視域から赤外域までの広帯域に亘って高い反射防止効果を有すると共に、優れた耐湿性を有しているので、高湿度雰囲気で用いられる光学部品、例えば、レンズ、フィルタ、プリズム等に最適である。

上記実施形態では、ガラス基板１１２を用いたが、ガラス基板１１２に代えて、水晶基板を用いてもよい。

また、第１層１０１〜第８層１０８で構成される多層膜は、高屈折材料として、ＴｉＯ₂に代えて、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５等を用いてもよく、低屈折率材料としてＳｉＯ₂に代えて、ＭｇＦ_２、ＡｌＦ_３等を用いてもよい。

上記のように多層膜は８層に限らず、また、低屈折材料からなる薄膜と高屈折率材料からなる薄膜との積層の順序も上記に限定されるものではない。

１０１〜１１０第１層〜第１０層
１１１，１１３反射防止膜
１１２ガラス基板

Claims

ガラス基板上又は水晶基板上に、高屈折率材料と低屈折材料とが、交互に３層以上１２層以下に積層されてなる多層膜上に、ＭｇＦ_２層が積層され、このＭｇＦ_２層上に、Ｓｉ０_２層が最上層として積層される、
ことを特徴とする反射防止膜。
前記最上層の物理膜厚が、４ｎｍ〜６０ｎｍである、
請求項１に記載の反射防止膜。
前記最上層の物理膜厚と前記ＭｇＦ_２層の物理膜厚との和が、９０ｎｍ〜１２０ｎｍである、
請求項１または２に記載の反射防止膜。
波長帯域４５０ｎｍ〜９００ｎｍにおける反射率が、１％以下である、
請求項１ないし３のいずれか記載の反射防止膜。
前記多層膜を構成する前記高屈折率材料が、ＴｉＯ_２であり、前記低屈折材料が、ＳｉＯ_２である、
請求項１ないし４のいずれか記載の反射防止膜。
前記請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の反射防止膜を備える、
ことを特徴とする光学部品。