JP2023075372A - 赤外線透過部材、及び赤外線透過部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】適切な反射防止膜を備えた赤外線透過部材を提供する。【解決手段】赤外線透過部材１は、波長が８μｍ以上１５μｍ以下の赤外線の平均透過率が３０％以上である赤外線透過部材であって、基材１０と、基材１０の少なくとも一方の表面に形成されて厚さが０．５μｍ以上３μｍ以下の有機膜１２と、を有する。有機膜１２は、炭素原子及び窒素原子を含み、炭素原子の含有量に対する窒素原子の含有量の比率が、モル比で、０．０４より大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線透過部材、及び赤外線透過部材の製造方法に関する。

Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳ、カルコゲナイドガラスなどの遠赤外透過材料は、赤外線カメラのレンズ材料などの光学素子として使用されている。特に大気の吸収が少なく、また人体の発する赤外線を効率よく感知できる８μｍ以上１５μｍ以下の波長の光を感知する赤外カメラは、自動車用センサ部品や監視カメラとして、大きな需要が期待されている。しかし、上述の遠赤外線透過材料は、例えば波長１０μｍでの屈折率が２～４程度と高いため、それらを光学素子として用いた場合には、片面で１０％以上２０％以下程度の、比較的高い反射が生じてしまうため、透過率が不十分となる場合がある。

それに対し、特許文献１には、金属フッ化物膜を含む４層膜からなる反射防止膜をコートする旨が記載されている。また、特許文献２には、高密度ポリエチレンの単層膜を用いた反射防止膜が記載されている。

特許３３６１６２１号公報 米国特許第６４４１９５６号明細書

しかし、特許文献１に記載の反射防止膜は、成膜のコストが高くなる。特許文献２の反射防止膜は、溶融温度が低く、耐熱性に問題がある。そのため、より適切な反射防止膜を備えた赤外線透過部材が求められている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、適切な反射防止膜を備えた赤外線透過部材、及び赤外線透過部材の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る赤外線透過部材は、波長が８μｍ以上１５μｍ以下の赤外線の平均透過率が３０％以上である赤外線透過部材であって、基材と、前記基材の少なくとも一方の表面に形成されて厚さが０．５μｍ以上３μｍ以下の有機膜と、を有し、前記有機膜は、炭素原子及び窒素原子を含み、炭素原子の含有量に対する窒素原子の含有量の比率が、モル比で、０．０４より大きい。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る赤外線透過部材の製造方法は、エチレンと窒素とをプラズマ化するステップと、前記プラズマ化したエチレンと窒素とを基材に供給して、前記基材の表面に、厚さが０．５μｍ以上３μｍ以下の有機膜を形成して赤外線透過部材を形成するステップと、を含み、前記赤外線透過部材の波長が８μｍ以上１５μｍ以下の赤外線の平均透過率が３０％以上である。

本発明によれば、適切な反射防止膜を備えた赤外線透過部材を提供できる。

図１は、本実施形態に係る赤外線透過部材の模式的な断面図である。 図２は、基材にＳｉを用いた場合の有機膜付き赤外線透過基材のＦＴＩＲの結果の一例を示すグラフである。 図３は、赤外線透過部材を製造する製造装置の構成の一例を示す図である。 図４は、本実施形態に係る赤外線透過部材の製造方法を説明するフローチャートである。 図５は、有機膜を形成する前の基材と例１の赤外線透過部材とのＦＴＩＲの測定結果を示すグラフである。 図６は、有機膜を形成する前の基材と例７の赤外線透過部材とのＦＴＩＲの測定結果を示すグラフである。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、数値については四捨五入の範囲が含まれる。

（赤外線透過部材）
図１は、本実施形態に係る赤外線透過部材の模式的な断面図である。図１に示す本実施形態に係る赤外線透過部材１は、赤外線を透過する部材である。ここでの赤外線は、波長が８μｍ以上１５μｍ以下の波長の光（電磁波）を指す。以降においても特に断りがない限り、赤外線とは、波長が８μｍ以上１５μｍ以下の波長の光（電磁波）を指す。赤外線透過部材１は、赤外線の平均透過率が、３０％以上であり、４０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。なお、ここでの平均透過率とは、その波長帯域（ここでは８μｍから１５μｍ）の、それぞれの波長の光の透過率の平均値である。

赤外線透過部材１は、例えば赤外線を検知する赤外カメラのレンズに用いられる。また例えば、赤外線透過部材１は、車両のガラスに取り付けられて、透過した赤外線を車両内の赤外カメラに導くものであってもよい。ただし、赤外線透過部材１の用途はこれらに限られず、任意の用途に用いられてもよい。

図１に示すように、赤外線透過部材１は、基材１０と、有機膜１２とを有する。赤外線透過部材１は、基材１０の一方の表面１０ａと他方の表面１０ｂとのそれぞれに、有機膜１２が積層されている。赤外線透過部材１の表面１０ａ、１０ｂは、赤外線透過部材１に入射する赤外線の光軸に対して交差する方向に延在する表面（主面）を指す。なお、有機膜１２は、基材１０の表面１０ａ、１０ｂの両方に積層されることに限られず、表面１０ａ、１０ｂの少なくとも一方に積層されていればよい。

有機膜１２の、基材１０に接着されている側の表面１２ａの反対側の表面１２ｂには、保護膜が積層されていてもよい。保護膜は、有機膜１２とは異なる材料で構成される膜である。保護膜は、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）や、炭素を含有する有機膜１２とは異なる材料や、酸化ケイ素、フッ化金属（ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＢａＦ_２、ＰｂＦ_２、ＬａＦ_３、ＹＦ_３など）などの無機膜であってよい。保護膜の厚さは、有機膜１２の厚さより薄い。なお、保護膜は、それぞれの有機膜１２の少なくとも一方に設けられていてよく、例えば、それぞれの有機膜１２に設けられていてもよいし、基材１０よりも外気側に積層される有機膜１２にのみ設けられてもよい。

（基材）
基材１０は、赤外線を透過する部材である。図１の例では、基材１０は平板状であるが、それに限られず、形状は用途などに応じて適宜設定されてよい。例えばレンズに用いられる場合、基材１０は曲面形状となっていてよい。基材１０の厚さＤ１、すなわち表面１０ａと表面１０ｂとの間の長さも、用途に応じて設定されてよい。基材１０は、赤外線を透過する部材であり、赤外線の平均透過率が、３０％以上であることが好ましく、４０％以上であることがより好ましく、５０％以上であることがさらに好ましい。なお、上述の赤外線透過部材１の平均透過率が、赤外線透過部材１の全体における平均透過率を指すのに対し、基材１０の平均透過率は、基材１０単体での平均透過率を指す。基材１０は、１０μｍの波長の赤外線に対する屈折率が、例えば２以上４以下であるが、屈折率はそれに限られず任意であってよい。基材１０の材料は任意であるが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳ、カルゴゲナイドガラスなどであってよい。基材１０の厚さＤ１は、０．０５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることがより好ましい。厚さＤ１が０．０５ｍｍ以上であることで、基材１０の強度を十分に保ち、２０ｍｍ以下であることで、赤外線の透過率を適切に保つことができる。

なお、カルコゲナイトガラスの好ましい組成としては、原子％表示で、
Ｇｅ＋Ｇａ；７％～２５％、
Ｓｂ；０％～３５％、
Ｂｉ；０％～２０％、
Ｚｎ；０％～２０％、
Ｓｎ；０％～２０％、
Ｓｉ；０％～２０％、
Ｌａ；０％～２０％、
Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅ；５５％～８０％、
Ｔｉ；０．００５％～０．３％、
Ｌｉ＋Ｎａ＋Ｋ＋Ｃｓ；０％～２０％、
Ｆ＋Ｃｌ＋Ｂｒ＋Ｉ；０％～２０％含有する組成である。そして、このガラスは、１４０℃～５５０℃のガラス転移点（Ｔｇ）を有することが好ましい。

（有機膜）
有機膜１２は、反射防止膜（ＡＲ膜；Ａｎｔｉ Ｒｅｆｒｅｃｔｉｏｎ膜）である。有機膜１２は、基材１０による赤外線の反射を抑制する。有機膜１２の赤外線に対する屈折率は、基材１０の赤外線に対する屈折率よりも低いことが好ましい。例えば、有機膜１２は、１０μｍの波長の赤外線に対する屈折率が、２．７以下であることが好ましく、２．０以下であることがより好ましく、１．９以下であることが更に好ましい。ここで、基材１０単体での赤外線の平均反射率に対する、基材１０の一方の表面に有機膜１２を積層した赤外線透過部材１の赤外線の平均反射率の差分（平均反射率の減少量）を、有機膜１２の反射率減少値とする。この場合、有機膜１２の反射率減少値は、５％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましく、２０％以上であることが更に好ましい。このような反射率減少値とすることで、赤外線の反射を抑制することができる。なお、平均反射率とは、その波長帯域、ここでは８μｍから１５μｍの、それぞれの波長の光の反射率の平均値である。

有機膜１２の厚さＤ２は、０．５μｍ以上３μｍ以下であり、１．０μｍ以上２μｍ以下であることが好ましく、１．４μｍ以上１．８μｍ以下であることがより好ましい。厚さＤ２がこの範囲となることで、赤外線に対して適切に反射防止性を持たせることができる。

有機膜１２は、エチレン重合体の一部の原子を窒素原子に置換した部材であり、窒素含有エチレン重合体ともいえる。より詳しくは、有機膜１２は、エチレン重合体に含まれる炭素原子の一部を、窒素原子に置換した部材である。有機膜１２は、炭素原子と水素原子と窒素原子とを含む有機物の膜といえ、不純物を除き、炭素原子と水素原子と窒素原子を主成分とすることが好ましい。不純物としては、空気中に存在しエチレン重合体形成後に有機膜１２と結合する酸素等の原子があげられる。有機膜１２は、炭素原子の含有量に対する窒素原子の含有量の比率である窒素含有比率が、モル比で、０．０４より大きい。また、窒素含有比率は、０．０７以上０．４以下であることが好ましく、０．１以上０．３以下であることがより好ましく、０．２以上０．３以下であることが更に好ましい。窒素含有比率をこの数値範囲とすることで、耐熱性を向上させつつ、赤外線透過部材１の赤外線の透過率を担保できる。なお、有機膜１２の炭素原子、及び窒素原子の含有量は、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ；Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定してよい。

有機膜１２は、炭素原子と窒素原子との２重結合と、炭素原子と窒素原子との３重結合とを含むことが好ましい。

図２は、基材にＳｉを用いた場合の有機膜付き赤外線透過基材のＦＴＩＲの結果の一例を示すグラフである。有機膜１２の原子同士の結合は、ＦＴＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて検出できる。図２の横軸は波数であり、縦軸はそれぞれの波数の赤外光の透過率である。図２の赤外透過スペクトルＬ１は、窒素含有量がほとんどない通常のエチレン重合膜（ポリエチレン）を有機膜１２とした場合についてのＦＴＩＲの測定結果、すなわち波数毎の赤外光の赤外透過スペクトルの例を示している。赤外透過スペクトルＬ１は、波数２８００ｃｍ^－１以上３０００ｃｍ^－１以下の位置に、有機膜１２が無いＳｉのみを基材として測定した赤外線透過スペクトルには見られない吸収ピークＰ０を有する。吸収ピークＰ０は、有機膜１２の原子同士の結合により生じた赤外線吸収ピークである。吸収ピークＰ０は、炭素－炭素１重結合を有する炭素原子と水素原子の結合による赤外線の吸収を示しており、言い換えれば、通常のポリエチレンと同様、炭素－炭素の１重結合を持つ炭素原子が存在することを示すピークである。

図２の赤外透過スペクトルＬ２は、基材にＳｉを用いた場合の窒素を含有した有機膜１２付き赤外線透過基材のＦＴＩＲの測定結果、すなわち波数毎の赤外光の赤外透過スペクトルの例を示している。赤外透過スペクトルＬ２は、ポリエチレンを使用した場合の赤外透過スペクトルＬ１と同様に、有機膜１２が無いＳｉのみを基材として測定した赤外線透過スペクトルには見られない、有機膜１２に起因する吸収ピークＰ０を有する。ただし、有機膜１２の赤外透過スペクトルＬ２の吸収ピークＰ０の強度（高さ）は、ポリエチレンの赤外透過スペクトルＬ１の吸収ピークＰ０の強度より小さくなっている。すなわち、有機膜１２は、炭素原子が窒素原子に置換した分だけ、ポリエチレンよりも、炭素－炭素の１重結合を持つ炭素原子の数が少ない。

赤外透過スペクトルＬ２は、有機膜１２が無いＳｉのみを基材として測定した赤外線透過スペクトルには見られない、有機膜１２に起因する第１吸収ピークＰ１及び第２吸収ピークＰ２を有する。第１吸収ピークＰ１は、波数１５５０ｃｍ^－１以上１７００ｃｍ^－１以下の位置に存在するピークである。第１吸収ピークＰ１は、炭素原子と窒素原子との２重結合による赤外線の吸収を示しており、言い換えれば、炭素原子と窒素原子との２重結合が存在することを示すピークである。第２吸収ピークＰ２は、波数２１６０ｃｍ^－１以上２２００ｃｍ^－１以下の位置に存在するピークである。第２吸収ピークＰ２は、炭素原子と窒素原子との３重結合による赤外線の吸収を示しており、言い換えれば、炭素原子と窒素原子との３重結合が存在することを示すピークである。

ここで、第１吸収ピークＰ１のピーク高さを、高さＰＤ１とし、第２吸収ピークＰ２のピーク高さを高さＰＤ２とし、赤外透過スペクトルＬ２の５００ｃｍ^－１から４０００ｃｍ^－１の透過率の最大値を、最大高さＰＤとする。高さＰＤ１は、例えば、赤外透過スペクトルＬ２が第１吸収ピークＰ１で落ち始める位置と、第１吸収ピークＰ１の頂点位置との、透過率の差分である。同様に、高さＰＤ２は、赤外透過スペクトルＬ２が第２吸収ピークＰ２で落ち始める位置と、第２吸収ピークＰ２の頂点位置との、透過率の差分である。この場合、高さＰＤ１は、最大高さＰＤに対して、５％以上であることが好ましく、５％以上３０％以下であることがより好ましい。また、高さＰＤ２は、高さＰＤ１より小さいことが好ましく、例えば、高さＰＤ１に対して、１％以上６０％以下であることが好ましく、３％以上３０％以下であることがより好ましく、５％以上２０％以下であることが更に好ましい。

このように、赤外透過スペクトルＬ２によって、有機膜１２が、炭素原子と窒素原子との２重結合と、炭素原子と窒素原子との３重結合とを含んでいることを確認できる。有機膜１２の炭素原子同士の単結合を炭素原子と窒素原子の単結合に置き換えた場合、結合エネルギーが増大し熱分解が抑制でき耐熱性が向上するが、有機膜１２は、炭素原子同士の単結合が炭素原子と窒素原子との２重結合に置換されているため、更に熱分解が抑制されて、ポリエチレンに対して耐熱性を向上できる。また、有機膜１２は、末端の炭素原子と水素原子の単結合が炭素原子と窒素原子との３重結合に置換されるため、末端の炭素原子と窒素原子との３重結合により、更に熱分解が抑制されて、ポリエチレンに対して耐熱性を向上できる。

有機膜１２は、上述のような窒素含有エチレン重合体の単層（１層）で構成されているが、窒素含有エチレン重合体が複数積層されていてもよい。また、有機膜１２と基材１０との間に、有機膜１２とは異なる材質の膜が形成されていてもよい。

このように、有機膜１２は、厚さＤ２が０．５μｍ以上３μｍ以下であり、炭素原子及び窒素原子を含む。そして、有機膜１２は、窒素含有比率が、０．０４より大きい。そのため、有機膜１２は、赤外線の反射を抑制して、基材１０に対する反射防止膜として適切に機能する。さらに言えば、有機膜１２は、炭素原子及び窒素原子を含む部材であるため、コストの増加も抑えられる。また、有機膜１２は、窒素含有比率が０．０４より大きいため、ポリエチレンに対して耐熱性を高くすることができる。

（赤外線透過部材の製造方法）
次に、赤外線透過部材１の製造方法について説明する。図３は、赤外線透過部材を製造する製造装置の構成の一例を示す図である。図３に示すように、製造装置２０は、配管３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃと、配管３２と、ＭＦＣ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃと、噴射管３６と、電源４０と、電磁波発生部４２と、積層室５０と、台座部５２と、排出管５４とを備える。

配管３０Ａは、エチレン含有ガスＧＡが流れる配管である。配管３０Ｂは、窒素含有ガスＧＢが流れる配管である。配管３０Ｃは、不活性ガスＧＣが流れる配管である。配管３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃには、それぞれＭＦＣ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃが設けられる。ＭＦＣ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）は、ガス流量を制御する装置である。ＭＦＣ３４Ａは、配管３０Ａを流れるエチレン含有ガスＧＡの流量を調整し、ＭＦＣ３４Ｂは、配管３０Ｂを流れる窒素含有ガスＧＢの流量を調整し、ＭＦＣ３４Ｃは、配管３０Ｃを流れる不活性ガスＧＣの流量を調整する。

エチレン含有ガスＧＡは、エチレン気体を含むガスである。本実施形態では、エチレン含有ガスＧＡは、エチレンとアルゴンを含むガスであるが、エチレンに加えて、アルゴン以外の希釈用のガスを含むガスであってもよい。希釈用のガスは、例えば、ヘリウムなどの希ガスや窒素である。また、エチレン含有ガスＧＡは、エチレンのみを含んでもよいため、少なくともエチレンを含むガスであるといえる。窒素含有ガスＧＢは、窒素成分を含むガスであり、窒素ガス（Ｎ_２）、アンモニアガス、シアンガスなどの分子中に窒素成分を含むガスを少なくとも１種類含むガスである。窒素含有ガスＧＢは、窒素ガスのみを含むことが好ましいが、他の成分のガスも含んでよい。不活性ガスＧＣは、本実施形態ではアルゴンであるが、アルゴン以外の不活性ガスであってもよい。

配管３２は、配管３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃに接続される配管であり、配管３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃからエチレン含有ガスＧＡ、窒素含有ガスＧＢ、不活性ガスＧＣが流入する。噴射管３６は、配管３２に接続されて、配管３２からガスが流入する。

電源４０は、電磁波を発生させるための電源である。電磁波発生部４２は、噴射管３６の外周部に取り付けられる。電磁波発生部４２は、電源４０に接続されて、電源４０からの電力によって、電磁波を発生させる。電磁波発生部４２が発生させる電磁波は、例えば周波数が２．４ＧＨｚ以上２．５ＧＨｚ以下のマイクロ波である。電磁波発生部４２は、噴射管３６内に向けて電磁波を照射する。噴射管３６内に流入したガスは、電磁波によってプラズマ化する。

積層室５０は、内部に台座部５２を収納するチャンバである。台座部５２には、基材１０が配置されている。噴射管３６は、配管３２に接続されている箇所と反対側の先端部３６Ａが、積層室５０内に設けられている。先端部３６Ａは、台座部５２の基材１０が配置される箇所と対向した位置に設けられている。先端部３６Ａからは、台座部５２に向けて、噴射管３６内で生成されたプラズマが噴射される。排出管５４は、積層室５０に接続されており、排出管５４から積層室５０内の気体が排出される。

図４は、本実施形態に係る赤外線透過部材の製造方法を説明するフローチャートである。図４に示すように、本製造方法においては、積層室５０内の台座部５２に基材１０を配置して（ステップＳ１０）、図示しないポンプによって、積層室５０内の空気を排出する。本製造方法では、積層室５０内の圧力を２００Ｐａ以下にすることが好ましい。

そして、本製造方法では、ＭＦＣ３４Ｃを制御して、配管３０Ｃから配管３２を介して、噴射管３６に不活性ガスＧＣを流入させて、不活性ガスＧＣをプラズマ化する（ステップＳ１２）。具体的には、噴射管３６に不活性ガスＧＣを流入させつつ、電源４０から電磁波発生部４２に電力を供給することで、噴射管３６内の不活性ガスＧＣに電磁波を照射させて、不活性ガスＧＣをプラズマ化する。そして、本製造方法では、不活性ガスＧＣのプラズマを先端部３６Ａから台座部５２の基材１０に噴射する（ステップＳ１４）。これにより、基材１０の表面から有機物が除去される。不活性ガスＧＣのプラズマを基材１０に噴射する期間は任意であってよいが、例えば１分以上１０分以下程度であってよい。なお、ステップＳ１２、１４は必須の工程ではない。

その後、本製造方法では、不活性ガスＧＣの流入を停止して、ＭＦＣ３４Ａ、３４Ｂを制御して、配管３０Ａ、３０Ｂから配管３２に、エチレン含有ガスＧＡと窒素含有ガスＧＢとを流入させて、エチレン含有ガスＧＡと窒素含有ガスＧＢとを混合する（ステップＳ１６）。これにより、配管３２で、エチレン含有ガスＧＡと窒素含有ガスＧＢとの混合ガスＧが生成される。本製造方法においては、混合ガスＧにおけるエチレンの含有量は、混合ガスＧ全体に対して、モル比で０．１％以上１０％以下が好ましく、混合ガスＧ全体に対して、モル比で０．５％以上２％以下となるように、エチレン含有ガスＧＡと窒素含有ガスＧＢとを供給することが好ましい。また、混合ガスＧ中の窒素の含有量は、混合ガスＧ全体に対して、モル比で２０％以上であることが好ましい。混合ガスＧ中の窒素の含有量の上限は特になく例えばエチレン以外のガスがすべて窒素であってもよい。

そして、配管３２から噴射管３６に混合ガスＧを流入させて、混合ガスＧをプラズマ化する（ステップＳ１８）。具体的には、噴射管３６に混合ガスＧを流入させつつ、電源４０から電磁波発生部４２に電力を供給することで、噴射管３６内の混合ガスＧに電磁波を照射させて、混合ガスＧをプラズマ化する。そして、本製造方法では、混合ガスＧのプラズマＰＬを先端部３６Ａから台座部５２の基材１０に噴射する。これにより、基材１０の表面に、有機膜１２が形成されて、赤外線透過部材１が製造される。なお、混合ガスＧのプラズマＰＬを基材１０に噴射する期間は、有機膜１２の膜厚が所定の値になるように、ガス条件、電力条件に伴い調整され、例えば５分以上３０分以下程度であってよい。また、電源４０から電磁波発生部４２への電力は、成膜面積１ｃｍ^２あたり、１Ｗ以上１００Ｗ以下であることが好ましく、３Ｗ以上５０Ｗ以下であることが更に好ましい。電力をこの範囲とすることで、適切にプラズマを形成できる。また、基材１０と電磁波発生部４２の下端との距離は、５ｍｍ以上２００ｍｍ以下とすることが好ましく、２０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下とすることがより好ましい。距離をこの範囲に保つことで、有機膜１２を適切に形成できる。

本製造方法においては、基材１０上に有機膜１２を形成する際に、又は、基材１０上に有機膜１２を形成した後に、有機膜１２を所定温度で、所定時間加熱することが好ましい。所定温度は、１００℃以上２５０℃以下であることが好ましく、１３０℃以上２２０℃以下であることがより好ましい。また、所定時間は、任意であってよいが、５分以上６０分以下であることが好ましく、１０分以上３０分以下であることがより好ましい。このように有機膜１２を所定温度で加熱することにより、それ以降に有機膜１２が所定温度まで加熱されたとしても、有機膜１２が劣化して赤外線の透過率が低下することが抑制される。また、加熱（熱アニール）によりダングリングボンドによる熱吸収部位を除去して、透過率向上効果も期待できる。

このように、本製造方法においては、混合ガスＧをプラズマ化して基材１０に噴射する。本製造方法では、エチレンと窒素の混合ガスＧをプラズマ化することで、窒素分子が乖離して窒素原子が生成されて、エチレンの炭素原子を窒素原子に適切に置換して、有機膜１２を適切に形成できる。なお、本製造方法では、エチレンと窒素を先に混合してから噴射管３６に流入させるが、それに限られず、エチレンと窒素をそれぞれ別々に噴射管３６に流入させてもよい。また、以上説明した製造方法を用いることで、赤外線透過部材１を適切に製造できるが、赤外線透過部材１の製造方法は以上の説明に限られない。

（本実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態に係る赤外線透過部材１は、波長が８μｍ以上１５μｍ以下の赤外線の平均透過率が３０％以上であり、基材１０と、基材１０の少なくとも一方の表面に形成される有機膜１２とを有する。有機膜１２は、厚さＤ２が０．５μｍ以上３μｍ以下であり、炭素原子及び窒素原子を含み、炭素原子の含有量に対する窒素原子の含有量の比率（窒素含有比率）が、モル比で、０．０４より大きい。そのため、有機膜１２は、赤外線の反射を抑制して、基材１０に対する反射防止膜として適切に機能する。さらに言えば、有機膜１２は、炭素原子及び窒素原子を含む部材であるため、コストの増加も抑えられる。また、有機膜１２は、窒素含有比率が０．０４より大きいため、ポリエチレンに対して耐熱性を高くすることができる。このように、本実施形態に係る赤外線透過部材１は、より適切な反射防止膜を備える。

有機膜１２は、炭素原子の含有量に対する窒素原子の含有量の比率（窒素含有比率）が、モル比で０．０７以上０．４以下であることが好ましく、モル比で０．１以上０．３以下であることがより好ましく、モル比で０．２以上０．３以下であることが更に好ましい。本実施形態に係る赤外線透過部材１は、窒素含有比率がこの範囲となることで、赤外線の透過率を担保しつつ、耐熱性を高くすることができる。

有機膜１２は、炭素原子と窒素原子との２重結合と、炭素原子と窒素原子との３重結合とを含むことが好ましい。本実施形態に係る赤外線透過部材１は、有機膜１２がこのような結合を含むことで、耐熱性を高くすることができる。

赤外線透過部材１を５００ｃｍ^－１以上４０００ｃｍ^－１以下の範囲でＦＴＩＲを用いて測定した赤外透過スペクトルＬ２は、第１吸収ピークＰ１と第２吸収ピークＰ２とを有することが好ましい。第１吸収ピークＰ１は、波数１５５０ｃｍ^－１以上１７００ｃｍ^－１以下に位置するピークであり、赤外透過スペクトルＬ２の最大値（最大高さＰＤ）に対して５％以上の高さとなる。第２吸収ピークＰ２は、波数２１６０ｃｍ^－１以上２２００ｃｍ^－１以下に位置し、第１吸収ピークＰ１より高さが低い。本実施形態に係る赤外線透過部材１は、赤外透過スペクトルＬ２がこのようなピークを有することで、耐熱性を高くすることができる。

有機膜１２は、厚さＤ２が１．４μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。有機膜１２の厚さＤ２をこの範囲とすることで、赤外線の反射を適切に抑制できる。

赤外線透過部材１は、有機膜１２の基材１０側とは反対側の表面１２ｂに、有機膜１２よりも薄い保護膜が形成されてもよい。赤外線透過部材１は、保護膜を備えることで、有機膜１２を適切に保護できる。

本実施形態に係る赤外線透過部材１の製造方法は、エチレンと窒素とをプラズマ化するステップと、プラズマ化したエチレンと窒素とを基材１０に供給して、基材１０の表面に、厚さが０．５μｍ以上３μｍ以下の有機膜１２を形成して赤外線透過部材１を形成するステップと、を含む。本製造方法は、８μｍ以上１５μｍ以下の赤外線の平均透過率が３０％以上となる赤外線透過部材１を製造する。本製造方法は、エチレンと窒素とをプラズマ化することで、窒素分子が乖離して窒素原子が生成されて、エチレンの炭素原子と窒素原子を適切に置換して、有機膜１２を適切に形成できる。

プラズマ化するステップにおいては、２．４ＧＨｚ以上２．５ＧＨｚ以下の電磁波をエチレンと窒素とに照射することで、エチレンと窒素とをプラズマ化することが好ましい。このような電磁波を照射することで、エチレンと窒素を適切にプラズマ化できる。

本製造方法は、有機膜１２を形成する際に、又は有機膜１２を形成した後に、有機膜１２を１００℃以上２５０℃以下の温度で加熱することが好ましく、有機膜１２を１３０℃以上２２０℃以下の温度で加熱することがより好ましい。使用前に有機膜１２を加熱しておくことで、使用時に有機膜１２が加熱されたとしても、有機膜１２が劣化して赤外線の透過率が低下することが抑制される。

（実施例）
次に、実施例について説明する。

（例１）
例１においては、基材として、２５ｍｍ幅で厚さが０．５ｍｍの、片面を研磨したシリコンを使用した。この基材をＦＴＩＲで８μｍ以上１５μｍ以下の波長の赤外線に対する透過率を測定して、平均透過率を算出した。基材の平均透過率は、４５．１％であった。なお、ＦＴＩＲ用の装置として、ThermoFisher社製 NICOLET３８０を用いた。その後、基材をエタノールで洗浄後、図３に示すような台座部５２にセットして、積層室５０内圧力を１００Ｐａに調整した。また、基材１０と電磁波発生部４２の下端との距離が５０ｍｍとなるように、台座部５２の高さを調整した。そして、不活性ガスＧＣとしてのアルゴンガスを、１ＳＬＭの流量で噴射管３６に流し、８０Ｗの電力で２．４５ＧＨｚの電磁波を発生させてアルゴンガスに照射して、アルゴンガスをプラズマ化して、基材に１分間吹き付けた。これにより基材上の有機物を除去し、その後、アルゴンガスを窒素含有ガスＧＢに切り替えて、１ＳＬＭの流量の窒素含有ガスＧＢと、０．０８ＳＬＭの流量のエチレン含有ガスＧＡとを、噴射管３６に流した。窒素含有ガスＧＢは窒素ガスとした。エチレン含有ガスＧＡは、アルゴンガスとエチレンガスとの混合ガスとし、エチレン含有ガスＧＡ中のエチレンガスの含有量は９％とした。そして、２５Ｗの電力で２．４５ＧＨｚの電磁波を発生させて、エチレン含有ガスＧＡと窒素含有ガスＧＢとの混合ガスＧに照射してプラズマ化し、基材に２０分間吹き付けた。これにより、基材上に、窒素含有エチレン重合体である有機膜を形成して、例１の赤外線透過部材を製造した。

例１の赤外線透過部材の有機膜の一部を剥がし、厚さ（膜段差）を触針式膜厚計（ブルガー社製DEKTAK）で測定したところ、１６００ｎｍであった。また、キーエンス社製走査電子顕微鏡（VE-9800）に取り付けたＥＤＸ（OXFORD INSTRUMENT社製 INCAx-act）で加速電圧１０ｋＶの条件で、例１の有機膜の組成を測定したところ、炭素原子の含有量に対する窒素原子の含有量の比率（窒素含有比率）が、モル比で、０．１０であった。

例１の赤外線透過部材をＦＴＩＲで測定した。図５は、有機膜を形成する前の基材と例１の赤外線透過部材とのＦＴＩＲの測定結果を示すグラフである。図５の赤外透過スペクトルＬ３が、有機膜を形成する前の基材の赤外透過スペクトルであり、赤外透過スペクトルＬ４が、例１の赤外線透過部材の赤外透過スペクトルである。図５に示すように、例１の赤外線透過部材の赤外透過スペクトルＬ４は、波数１６３０ｃｍ^－１付近に、炭素原子と窒素原子の２重結合を示す第１吸収ピークが観察され、波数２１３０ｃｍ^－１～２１６０ｃｍ^－１付近に、炭素原子と窒素原子の３重結合を示す第２吸収ピークが観察された。

また、例１の赤外線透過部材のＦＴＩＲの測定結果から、８μｍ以上１５μｍ以下の波長の平均透過率を算出すると、５２．４％であり、約７％の反射抑制効果が確認された。また、例１の赤外線透過部材を、大気中１５０℃で１時間加熱して、ＦＴＩＲを測定し、８μｍ以上１５μｍ以下の平均透過率を算出すると、５３．１％（加熱前から０．７％の上昇）であった。これは、有機膜中の水分が脱離したことにより水分による吸収が減ったためと考えられる。更に、例１の赤外線透過部材を、大気中２００℃で１時間加熱、大気中２５０℃で１時間加熱して、ＦＴＩＲを測定し、８μｍ以上１５μｍ以下の平均透過率を算出した。２００℃で１時間加熱したものの平均透過率は、５２．７％（加熱前から０．３％の上昇）であり、２５０℃で１時間加熱したものの平均透過率は、５０．５％（加熱前から１．９％の減少）であった。耐熱温度の判断基準を、加熱前（成膜初期）と比較して、平均透過率の減少率が１％未満とすると、例１での耐熱温度は、２００℃といえる。

（例２）
例２は、混合ガスＧを３０Ｗの電力でプラズマ化して、基材に１５分照射した点以外は、例１と同じ条件で赤外線透過部材を準備した。例２における有機膜の、触針式膜厚計による厚さの測定結果は、１６００ｎｍであり、ＥＤＸでの測定による窒素含有比率は、モル比で、０．１１であった。例２では、成膜初期の平均透過率は、５２．８％であり、大気中１５０℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５３．２％（加熱前から０．４％の上昇）であり、大気中２００℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５２．９％（加熱前から０．１％の上昇）であり、大気中２５０℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５１．４％（加熱前から１．４％の減少）であった。耐熱温度の判断基準を、加熱前（成膜初期）時と比較して、平均透過率の減少率が１％未満とすると、例２での耐熱温度は、２００℃といえる。

（例３）
例３は、基材１０と電磁波発生部４２の下端との距離が１００ｍｍとなるように台座部５２の高さを調整し、窒素含有ガスＧＢとして窒素４０％、アルゴン６０％の混合ガスとし、窒素含有ガスＧＢの流量を２．５ＳＬＭとし、エチレン含有ガスＧＡとして３％のエチレンを含むヘリウム混合ガスとし、エチレン含有ガスＧＡを０．５ＳＬＭで流した混合ガスＧを、１５０Ｗの電力でプラズマ化して、基材に１３分照射した点以外は、例１と同じ条件で赤外線透過部材を準備した。例３における有機膜の、触針式膜厚計による厚さの測定結果は、１３００ｎｍであり、ＥＤＸでの測定による窒素含有比率は、モル比で、０．１３であった。例３では、成膜初期の平均透過率は、５０．６％であり、大気中１５０℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５２．１％（加熱前から１．５％の上昇）であり、大気中２００℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５１．５％（加熱前から０．９％の上昇）であり、大気中２５０℃で１時間加熱した後の平均透過率は、４８．７％（加熱前から１．９％の減少）であった。耐熱温度の判断基準を、加熱前（成膜初期）時と比較して、平均透過率の減少率が１％未満とすると、例３での耐熱温度は、２００℃といえる。

（例４）
例４は、混合ガスＧを４０Ｗの電力でプラズマ化して、基材に１０分照射した点以外は、例１と同じ条件で赤外線透過部材を準備した。例４における有機膜の、触針式膜厚計による厚さの測定結果は、１８００ｎｍであり、ＥＤＸでの測定による窒素含有比率は、モル比で、０．１３であった。例４では、成膜初期の平均透過率は、５１．８％であり、大気中１５０℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５２．９％（加熱前から１．１％の上昇）であり、大気中２００℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５３．２％（加熱前から１．４％の上昇）であり、大気中２５０℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５２．５％（加熱前から０．７％の上昇）であった。耐熱温度の判断基準を、加熱前（成膜初期）時と比較して、平均透過率の減少率が１％未満とすると、例４での耐熱温度は、２５０℃以上といえる。

（例５）
例５は、基材１０と電磁波発生部４２の下端との距離が１００ｍｍとなるように台座部５２の高さを調整し、窒素含有ガスＧＢとして窒素４０％、アルゴン６０％の混合ガスとし、窒素含有ガスＧＢの流量を１．２ＳＬＭとし、エチレン含有ガスＧＡとして例１と同様に３％のエチレンを含むヘリウム混合ガスとし、エチレン含有ガスＧＡを０．２５ＳＬＭで流した混合ガスＧを形成後、積層室５０内の圧力を５０Ｐａに調整し、混合ガスＧを１５０Ｗの電力でプラズマ化して、基材に９分照射した点以外は、例１と同じ条件で赤外線透過部材を準備した。例５における有機膜の、触針式膜厚計による厚さの測定結果は、１６００ｎｍであり、ＥＤＸでの測定による窒素含有比率は、モル比で、０．２２であった。例５では、成膜初期の平均透過率は、４９．９％であり、大気中１５０℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５２．８％（加熱前から２．９％の上昇）であり、大気中２００℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５２．１％（加熱前から２．２％の上昇）であり、大気中２５０℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５０．８％（加熱前から０．９％の上昇）であった。耐熱温度の判断基準を、加熱前（成膜初期）時と比較して、平均透過率の減少率が１％未満とすると、例５での耐熱温度は、２５０℃以上といえる。

（例６）
例６は、基材１０と電磁波発生部４２の下端との距離が１００ｍｍとなるように台座部５２の高さを調整し、窒素含有ガスＧＢとして窒素４０％、アルゴン６０％の混合ガスとし、窒素含有ガスＧＢの流量を１．２ＳＬＭとし、エチレン含有ガスＧＡとして例１と同様に３％のエチレンを含むヘリウム混合ガスとし、エチレン含有ガスＧＡを０．１３ＳＬＭで流した混合ガスＧを形成後、積層室５０内の圧力を５０Ｐａに調整し、混合ガスＧを１９０Ｗの電力でプラズマ化して、基材に８分照射した点以外は、例１と同じ条件で赤外線透過部材を準備した。例６における有機膜の、触針式膜厚計による厚さの測定結果は、１４００ｎｍであり、ＥＤＸでの測定による窒素含有比率は、モル比で、０．３１であった。例６では、成膜初期の平均透過率は、４９．９％であり、大気中１５０℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５２．５％（加熱前から２．６％の上昇）であり、大気中２００℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５２．１％（加熱前から２．２％の上昇）であり、大気中２５０℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５０．４％（加熱前から０．５％の上昇）であった。耐熱温度の判断基準を、加熱前（成膜初期）時と比較して、平均透過率の減少率が１％未満とすると、例６での耐熱温度は、２５０℃以上といえる。

（例７)
例７では、例１と同じ基材をエタノールで洗浄後、１ＳＬＭの流量のアルゴンガスと、０．１７ｓｃｃｍの流量のエチレン含有ガスＧＡとを、噴射管３６に流し、窒素ガスを流さなかった。エチレン含有ガスＧＡは、アルゴンガスとエチレンガスとの混合ガスであり、エチレン含有ガスＧＡ中のエチレンガスの含有量は９％とした。そして、積層室５０の圧力を３５０Ｐａとして、５０Ｗの電力で２．４５ＧＨｚの電磁波を発生させて、エチレンガスに照射してプラズマ化し、基材に４分間吹き付けた。これにより、基材上に、有機膜を形成して、例７の赤外線透過部材を製造した。なお、例７では、基材を両面研磨とした。

図６は、有機膜を形成する前の基材と例７の赤外線透過部材とのＦＴＩＲの測定結果を示すグラフである。図６の赤外透過スペクトルＬ５が、例７の赤外線透過部材の赤外透過スペクトルである。図６に示すように、例７の赤外線透過部材の赤外透過スペクトルＬ５は、波数１６３０ｃｍ^－１付近の第１吸収ピークと、波数２１３０ｃｍ^－１～２１６０ｃｍ^－１付近の第２吸収ピークとが観察されなかった。すなわち、例７では、炭素と窒素の２重結合及び３重結合が観察されなかったといえる。

例７における有機膜の、触針式膜厚計による厚さの測定結果は、１６００ｎｍであり、ＥＤＸでの測定による窒素含有比率は、モル比で、０．０３であった。例７では、成膜初期の平均透過率は、５９．３％であり、大気中１５０℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５８．０％（加熱前から１．３％の低下）であり、大気中２００℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５５．０％（加熱前から４．３％の低下）であった。耐熱温度の判断基準を、加熱前（成膜初期）時と比較して、平均透過率の減少率が１％未満とすると、例７での耐熱温度は、１５０℃以下といえる。

（例８）
例８は、積層室５０の圧力を２４０Ｐａとして、混合ガスＧを４０Ｗの電力でプラズマ化して、基材に３．５分照射した点と、基材を片面研磨とした以外は、例７と同じ条件で赤外線透過部材を準備した。例８における有機膜の、触針式膜厚計による厚さの測定結果は、１８００ｎｍであり、ＥＤＸでの測定による窒素含有比率は、モル比で、０．０４であった。例８では、成膜初期の平均透過率は、５２．９％であり、大気中１５０℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５２．２％（加熱前から０．７％の低下）であり、大気中２００℃で１時間加熱した後の平均透過率は、５０．２％（加熱前から２．７％の低下）であり、大気中２５０℃で１時間加熱した後の平均透過率は、４４．７％（加熱前から８．２％の減少）であった。耐熱温度の判断基準を、加熱前（成膜初期）時と比較して、平均透過率の減少率が１％未満とすると、例８での耐熱温度は、１５０℃といえる。

以上の例１から例８の結果を、表１に示す。実施例である例１から例６では、耐熱温度が２００℃となっており、耐熱性を十分に満たすことが分かる。比較例である例７、例８は、耐熱温度が１５０℃以下となり、耐熱性を十分に満たさないことが分かる。

以上、本発明の実施形態及び実施例を説明したが、この実施形態及び実施例の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１ 赤外線透過部材
１０ 基材
１２ 有機膜

Claims (11)

1. 波長が８μｍ以上１５μｍ以下の赤外線の平均透過率が３０％以上である赤外線透過部材であって、
   基材と、
   前記基材の少なくとも一方の表面に形成されて厚さが０．５μｍ以上３μｍ以下の有機膜と、を有し、
   前記有機膜は、炭素原子及び窒素原子を含み、炭素原子の含有量に対する窒素原子の含有量の比率が、モル比で、０．０４より大きい、
   赤外線透過部材。
2. 前記有機膜は、炭素原子の含有量に対する窒素原子の含有量の比率が、モル比で０．０７以上０．４以下である、請求項１に記載の赤外線透過部材。
3. 前記有機膜は、炭素原子の含有量に対する窒素原子の含有量の比率が、モル比で０．１以上０．３以下である、請求項２に記載の赤外線透過部材。
4. 前記有機膜は、炭素原子の含有量に対する窒素原子の含有量の比率が、モル比で０．２以上０．３以下である、請求項３に記載の赤外線透過部材。
5. 前記赤外線透過部材を５００ｃｍ^－１以上４０００ｃｍ^－１以下の範囲でＦＴＩＲを用いて測定した赤外透過スペクトルが、波数１５５０ｃｍ^－１以上１７００ｃｍ^－１以下に、前記赤外透過スペクトルの最大値に対して５％以上の高さとなる第１吸収ピークを有し、波数２１６０ｃｍ^－１以上２２００ｃｍ^－１以下に、前記第１吸収ピークより高さが低い第２吸収ピークを有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の赤外線透過部材。
6. 前記有機膜は、厚さが１．４μｍ以上２μｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の赤外線透過部材。
7. 前記有機膜の前記基材側とは反対側の表面に、前記有機膜よりも薄い保護膜が形成される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の赤外線透過部材。
8. エチレンと窒素とをプラズマ化するステップと、
   前記プラズマ化したエチレンと窒素とを基材に供給して、前記基材の表面に、厚さが０．５μｍ以上３μｍ以下の有機膜を形成して赤外線透過部材を形成するステップと、
   を含み、前記赤外線透過部材の波長が８μｍ以上１５μｍ以下の赤外線の平均透過率が３０％以上である、
   赤外線透過部材の製造方法。
9. 前記プラズマ化するステップにおいて、２．４ＧＨｚ以上２．５ＧＨｚ以下の電磁波をエチレンと窒素とに照射することで、エチレンと窒素とをプラズマ化する、請求項８に記載の赤外線透過部材の製造方法。
10. 前記有機膜を形成する際に、又は前記有機膜を形成した後に、前記有機膜を１００℃以上２５０℃以下の温度で加熱する、請求項８又は請求項９に記載の赤外線透過部材の製造方法。
11. 前記有機膜を形成する際に、又は前記有機膜を形成した後に、前記有機膜を１３０℃以上２２０℃以下の温度で加熱する、請求項１０に記載の赤外線透過部材の製造方法。

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