JP3446833B2

JP3446833B2 - 導電性光減衰反射防止被覆およびそれを施した物品

Info

Publication number: JP3446833B2
Application number: JP51707491A
Authority: JP
Inventors: ビョルナール，エリック・ジェイ
Original assignee: バイラテック・シン・フィルムズ・インコーポレイテッド
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1991-07-31
Publication date: 2003-09-16
Anticipated expiration: 2018-09-16
Also published as: EP0495979A1; EP0495979B1; CA2066043C; ATE143927T1; DE69122602T2; DE69122602D1; WO1992002364A1; CA2066043A1; US5091244A; JPH05502311A; DK0495979T3; EP0495979A4

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景この発明は薄膜反射防止被覆に関し、かつより特定的
には光を弱める導電性の反射防止被覆に関する。

ある物品は熱減少（reduction）、目の保護および改
良された視界のような様々な理由のために光を弱めるよ
うに製作される。これらの物品はまたその少なくとも１
つの表面上で反射防止被覆を必要とする。そのような物
品はサングラス、太陽制御用のつや出しおよびコントラ
スト増強（enhancement）フィルタを含む。

サングラスにおいて、光の減衰は明るい光から目を保
護し、かつ反射防止被覆は目に直面するレンズの表面か
らの反射された眩しい光を減少する。サングラスのため
の反射防止特性は通常は真空で堆積された透明な誘電膜
を含む多層被覆によって与えられる。光減衰の特徴はレ
ンズの固有の特性であり得る。この特徴はまたレンズを
染めることによって外部的に導入され得る。好ましく
は、サングラスは約90％の可視光を弱める。

太陽制御用のつや出しはたとえば乗物や建物の内部に
伝えられた太陽エネルギを弱める。これらのつや出しは
好ましくはそれらの内部表面上に低い反射処理を有し、
反射が拡散することを減少させる。低い放射率（Ｅ）被
覆は反射を減少させるために使用され得る。太陽制御の
ためのつや出しに対する光の減衰は光吸収ガラスを使用
することによって達成され得る。光減衰はまた真空で堆
積された金属膜または金属膜で被覆されかつ適当な接着
剤によってつや出しへと付着されたプラスチックシート
によって与えられ得る。光減衰は約50％の可視光であ
る。

コントラスト増強フィルタはしばしば画像コントラス
トを高めるためにかつビデオ表示端末（VDT）のスクリ
ーンから眩しい光を減少させるために使用される。この
フィルタはVDTオペレータとスクリーンとの間に位置さ
れる。コントラスト増強フィルタは光吸収ガラスから作
られ得る。そのガラスは約30％の入射光を透過すること
ができる。窓および光設備のような外部の源からの光は
フィルタを通りかつそれがスクリーンから反射される前
に弱められる。それがスクリーンから反射された後、オ
ペレータによって観察される前に再びフィルタを通過し
なければならない。第２の通過の後、光はそれがフィル
タなしであった場合の輝度の約10％にまで減衰される。
もしスクリーンの反射率が約４％であると、外部光源の
画像および対象物は99.5％以上減少され得る。

スクリーンの画像からの光はコントラスト増強フィル
タを１回だけ通過する。こうして、それは約70％のみ減
衰され得る。そのようにして、画像の視界が高められ
る。コントラスト増強フィルタはその外部仕上げ表面に
反射防止処理が与えられる場合にのみ効果的である。好
ましくは、その内部および外部表面の双方が処理される
べきである。反射防止処理は多層の反射防止被覆を含み
得る。そのような被覆は可視光に対して認められた視界
を有し得、それは通常明所視（photopic）反射または明
所視の視界と呼ばれ、それは約0.25％よりも少ない。約
0.15％よりも少ない明所視覚を有するフィルタが好まし
い。

コントラスト増強フィルタはガラスまたはプラスチッ
クから作られ得る。もしフィルタが陰極線管（CRT）に
密接して位置されると、それは静電荷を蓄積し得る。こ
うして、フィルタの一方または双方の表面が好ましく導
電性でありかつ静電荷の蓄積を妨げるように接地され
る。もしフィルタの表面に多層の反射防止被覆が設けら
れると、導電性は被覆の固有の特性であり得る。インジ
ウム錫の酸化物のような導電性の透光性のフィルムはそ
のような被覆に使用され得る。

導電性のフィルタの費用はVDTの費用の約30％であり
得る。これらのフィルタの高いコストがそれらの使用を
思いとどまらせる。

光吸収フィルムが反射防止層システムを構成するため
に使用され得るということは周知である。最も単純な光
吸収システムはガラスまたはプラスチック基板に接触し
てクロムまたはモリブデンのような低い反射率の金属膜
および低い反射率のフィルムに接触してフッ化マグネシ
ウムまたは二酸化ケイ素のような透光性の誘電材の層を
含む。これらの金属膜は約５ナノメートル（mn）のオー
ダで非常に薄くあり得る。そのような薄膜の光学的特性
は堆積工程の初期の部分の間金属が酸化しやすいために
制御することが困難である。その後に被覆の酸化または
腐食がまた起こり得る。薄い金属膜はまた不適当な導電
性および約40％のみの可視光の減衰を与え得る。

図１は約1.6nmの厚みのクロム膜および約75.4nmの厚
みの二酸化ケイ素膜を含む２層システムの計算された透
過（曲線Ａ）および反射（曲線Ｂ）値を示す。膜は約1.
52の屈折率を有するガラス基板上に堆積される。システ
ムの明所視反射は基板の反対側のシステムの側から、す
なわちシステムの空気側から観察されるときに約0.35％
である。明所視透過は約75％である。

別の反射防止システムは低いＥ被覆であり、それは銀
膜を含み、それは高い屈折率を有しかつ誘電膜によって
片側上に結合される。最も低い反対は銀の相対的に薄い
膜、たとえば６ないし8nm厚みで得られる。可視光の減
衰は、しかしながら無視してもよい。

銀誘電層システムは１つの付加的な銀膜を含むように
延在され得る。このことはシステムの導電性を増しかつ
その反射防止性能を改良する。銀膜は相対的に高い屈折
率の誘電材によって分離され得、それは約510nmの波長
で約２分の１の波長の光学的厚みを有し、それは可視ス
ペクトルのほぼ中間である。各々の銀幕はまた誘電材の
層によって結合されるであろう。各々の誘電層は約510n
mの波長で約４分の１の波長の屈折率を有するであろ
う。

このシステムは米国特許第４、799、745号に説明され
た光透過、熱反射被覆にその機能において類似である。
この被覆の銀膜は最も低い可能な反射を与えるために相
対的に薄くなくてはならない。この被覆のための可視光
の減衰は約10％のオーダである。シート抵抗は約１平方
につき10オーム（10Ω／□）であり、大部分の目的に対
して適切な導電性を与える。

図２は２つの銀膜および３つの誘電層を含むシステム
のための透過（曲線Ｃ）および反射（曲線Ｄ）値を示
す。システムはガラス基板上に堆積される。基板から始
まる層シーケンスおよび物理的厚みは以下のとおりであ
り、すなわち酸化亜鉛（45.7nm）、銀（6.9nm）、酸化
亜鉛（85.3nm）、銀（18.4nm）および酸化亜鉛（43.3n
m）である。ガラス基板の屈折率は1.52である。

クロムのような高い光吸金属と銀または金のような低
い光吸収材との組合せを使用するシステムがまた構成さ
れ得る。そのような組合せは明所視透過の異なる値を許
容するが、少なくとも１つの表面から相対的に低い反射
をなおも与える。一般的にはしかしながら、銀、金また
は銅のような薄い軟金属膜を含むシステムは乏しい耐引
っかき性を有する。銀または銅の薄膜を含むシステムは
また腐食に弱くかつ保護されない表面上で使用されると
きには2,3ヶ月以内に劣化し得る。

上で説明された層システムは以下のうちのいずれかを
発生することができ、すなわち、（１）高い導電性およ
び低い反射、（２）適切な光減衰および低い反射、また
は（３）適切な光減衰および高い導電性である。これら
のシステムは高い導電性、低い反射および適切な光減衰
を有する単一の構造を与えはしない。

そのように、この発明の目的は導電性の、反射防止層
システムを提供することであり、それは可視光のための
広い範囲の減衰値を与えるが、さらに低い明所視反射を
与える。

１平方あたり約100オームよりも少ないシート抵抗を
有し得る光減衰、反射防止層システムを提供することは
この発明のさらなる目的である。

耐磨耗性および耐食性である導電性の、光減衰反射防
止層システムを提供することがこの発明のさらに別の目
的である。

建築上のガラス被覆のために使用される型のイン−ラ
イン被覆機械におけるDC反応性スパッタリングによって
堆積され得る耐食性、耐磨耗性で導電性、適切な光減衰
の反射防止システムを提供することもまたこの発明の目
的である。

この発明の付加的な目的および利点は以下に続く説明
において述べられ、かつその一部はその説明から明らか
であるか、またはこの発明の実施によって理解され得る
であろう。この発明の目的および利点は特に請求の範囲
において指摘される手段および組合せによって認識され
かつ理解され得る。

発明の概要上記目的を達成する本願発明の導電性光減衰反射防止
被覆は、物品のための被覆であって、可視光に実質的に
透光性のある材料を含みかつ510nmの波長の光に対して
1.35および1.9の間の屈折率ならびに480nmおよび560nm
の間の波長の光に対して４分の１の波長の光学的厚みを
有する第１の層と、実質的に遷移金属の窒化物を含みか
つ5nmおよび40nmの間の厚みを有する、第１の層に隣接
する第２の層と、この第２の層に隣接しかつ可視光に実
質的に透光性のある材料を含みかつ510nmの波長の光に
対して1.35および2.65の間の屈折率ならびに480nmおよ
び560nmの間の波長の光に対して、４分の１波長よりも
少ないかまたはそれに等しい光学的厚みを有する第３の
層と、5nmおよび40nmの間の厚みを有する遷移金属の窒
化物を実質的に含む、第３の層に隣接する第４の層とを
備え、第１の層が、第１ないし第４の層の最外層を構成
する。

本発明の導電性光減衰反射防止被覆は、第４の層の前
記第３の層と隣接する面とは反対側の面に隣接し、可視
光に実質的に透光性のある材料を含みかつ510nmの波長
の光に対して1.35および2.65の間の屈折率ならびに480n
mおよび560nmの間の波長の光に対して４分の１波長より
も少ないかまたはそれに等しい光学的厚みを有する第５
の層と、第５の層の前記第４の層とは反対側の面に隣接
する、実質的に遷移金属の窒化物を含みかつ5nmおよび4
0nmの間の厚みを有する第６の層とをさらに備え得る。

この発明の構造は導電性、光減衰の反射防止被覆を提
供する。構造の明所視反射は約0.25％よりも少なくなり
得る。その構造によって与えられる光減衰の割合は約50
および90％の間になり得る。構造の電気的シート抵抗は
１平方につき約200オームかまたはそれよりも少なくな
り得る。構造は耐磨耗性でありかつ耐食性である。

その構造は多くの応用に適当である高い導電性、低い
反射および光減衰を与える。この発明の構造は建築上の
ガラス被覆のために使用される型のイン−ライン被覆機
械におけるD.C.反応性スパッタリングによって商業的な
規模で適用され得る。

図面の説明組入れられ、かつ明細書の一部を構成する添付の図面
はこの発明の好ましい実施例を概略的に示し、かつそれ
とともに上で与えられた一般的な説明および以下に与え
られる好ましい実施例の詳細な説明はこの発明の原理を
説明するのに役立つ。

図１はクロムおよび二酸化ケイ素を含む２層の、光吸
収反射防止システムの波長の機能として、計算された反
射および透過値をグラフで示す。

図２は銀および酸化亜鉛膜を含む５層の光吸収反射防
止システムの波長の機能として、計算された反射および
透過値をグラフで示す。

図３はこの発明に従った４層システムを概略的に示
す。

図４は第１の層に二酸化ケイ素を、第２および第４の
層に窒化チタンをかつ第３の層に酸化錫を使用するこの
発明の実施例のために波長の機能として、計算された反
射および透過値をグラフで示す。

図５は図４に参照された実施例のために、波長の機能
として計測された反射および透過値をグラフで示す。

図６は窒化チタン膜のための交互の光学定数を使用す
るこの発明の実施例のために、波長の機能として、計算
された反射および透過値をグラフで示す。

図７は第１の層に二酸化ケイ素を使用し、第２および
第４の層に窒化チタンを使用し、かつ第３の層に二酸化
チタンを使用するこの発明の実施例のために波長の機能
として、計算された反射および透過値をグラフで示す。

図８は図７に参照されるが窒化チタンのより薄い膜を
使用する実施例のために波長の機能として、計算された
反射および透過値をグラフで示す。

図９は図８に参照された実施例のための波長の機能と
して、計測された反射および透過値をグラフで示す。

図10は第１の層に二酸化ケイ素を、第２および第４の
層に窒化チタンをかつ第３の層に二酸化ケイ素を使用す
るこの発明の実施例のための波長の機能として、計算さ
れた反射および透過値をグラフで示す。

図11は第１の層に酸化アルミニウム、第２および第４
の層に窒化チタンをかつ第３の層に二酸化ケイ素または
二酸化チタンを使用するこの発明の実施例のための波長
の機能として、計算された反射値をグラフで示す。

図12は第１の層に二酸化ケイ素を、第２および第４の
層に窒化チタンを、第３の層に二酸化ケイ素をかつ第５
の層に二酸化チタンを使用するこの発明の５層システム
のための波長の機能として、計算された反射および透過
値をグラフで示す。

図13は第１の層に二酸化ケイ素を、第２、第４および
第６の層に窒化チタンをかつ第３および第５の層に酸化
錫を使用するこの発明の６層システムのための波長の機
能として、計算された反射および透過値をグラフに示
す。

図14はこの発明に従う２層システムを概略的に示す。

図15は様々な被覆で窒化チタン層を使用する図14のシ
ステムの計算された反射および透過値をグラフで示す。

図16は窒化チタン層のための波長の機能として、計測
された反射および透過値をグラフで示す。

図17はビデオ表示スクリーンとともに使用されるコン
トラスト増強フィルタを概略的に示す。

図18はこの発明に従う４層システムで一方の側上に被
覆されかつ窒化チタンの単相で反対側上を被覆されるコ
ントラスト増強フィルタのための波長の機能として、計
測された反射および透過値を示す。

発明の詳細な説明この発明はある遷移金属の窒化物の層を使用して導電
性、光減衰の反射防止被覆を提供する。そのように、そ
れらは層システムの１つの構造において特性の範囲を与
え、それは通常特性のうちの２つを有する構造の組合せ
によって与えられ、基板がその他を有する。

窒化物を形成するものとして既知でありかつこの発明
に有用である遷移金属はチタン、ジルコニウム、ハフニ
ウム、バナジウム、タンタル、ニオブおよびクロムを含
む。これらの遷移金属の窒化物は金属と類似の光学的特
性を有し得、かつそれらは導電性の物品である。薄膜の
形状で、それらは硬い、耐磨耗性のかつ耐食性のもので
あり得る。

これらの膜を堆積する好ましい方法は窒素またはアン
モニアを含む大気における金属のDC反応性スパッタリン
グによるものである。膜はまた化学的気相成長によって
堆積され得る。窒化膜の特性は炭素の含有によって修飾
され得る。そのような材料は一般的には炭窒化物と呼ば
れる。炭素は膜の反射色、導電性またはその形態を変え
得る。この発明の構造は層を含み、それらは実質的には
遷移金属の窒化物を含み、すなわち大部分は遷移金属の
窒化物である。

遷移金属の窒化物の最も一般的な物品は窒化チタンで
ある。窒化チタンは時計および宝石に対するめっき材と
して広く使用される。それは一般的には「金トーン（go
ld tone）」めっきと呼ばれる。滑らかな磨かれた表面
上に堆積されるとき、金から区別することは非常に困難
である。金と違って、しかしながらそれは硬質でありか
つ高い度合いの耐引っかき性を有する。それはまた日常
の使用において出くわす大部分の腐食剤に耐える。

窒化物の光学的特性はProc SPIE Int.Soc.Opt.Eng.
の第401巻、375−81頁（1983）のバルコーネン（Valkon
en）らによる論文「薄い錫膜の選択的な透過」に述べら
れ、その全体のテキストは引用により援用される。

金属および光吸収材の光学的特性は複合屈折率、ｎ−
jkの点から一般的に特定される。ｎ（複合指数の実際の
部分）およびｋ（複合指数の想像上の部分）の値は金属
の光学定数と呼ばれる。それらは金属の異なる結晶性お
よび物理形状によって異なり得る。

窒化チタン膜の光学的特性は膜の厚みに依存する。こ
の発明の状況に有用な厚みにおいて、すなわち約５ない
し40nmで、遷移金属の窒化物の光学定数は約20％よりも
多くは変化し得ない。この発明は膜の厚みを調整するこ
とによって光学定数における変形を適応させるように構
成され得る。

窒化チタン膜および他の遷移金属の窒化物のための光
学定数はスパッタリングガスの流速、混合ガス比、スパ
ッタリング圧力およびスパッタリング電力のような方法
パラメータの機能として変化し得る。これらの変形は約
600nmよりも長い波長でより大きくなるであろう。約600
nmよりも少ない波長に対して、変形はたとえば約15％以
内のような相対的に狭い範囲で起こり得る。

表１は約15および25nmの厚みの窒化チタン膜のための
光学定数（ｎ、ｋ）を示す。これらの光学定数は既知の
厚みの膜の反射および透過計測によって決定された。膜
はチタンターゲットを使用してアルゴン／窒素の混合ガ
スを流し、平面マグネトロンからDC反応性スパッタリン
グによって堆積された。スパッタリング電圧は420ボル
トであり、スパッタリング圧力は3.17ミリトルでありア
ルゴンのための流速は１分間につき250標準立方センチ
メートル（sccm）であり、かつ窒素のための流速は220s
ccnmであった。25nmの厚みの膜は１分間に75インチの線
速度で堆積された。15nm膜は１分間につき136インチの
線速度で堆積された。

表１の光学定数は以下に説明されるこの発明の様々な
実施例の光学的特性を計算することにおいて使用され
た。遷移金属の膜はそれらの電気および反射特性に関し
て「金属のような」と説明され得る。約600nmよりも少
ない波長での光学定数の値は、しかしながら金属とは著
しく異なる。

窒化チタンと一般の金属との光学的特性の間の差異は
表１の値ｎ、ｋを表２に示されるいくつかの一般の金属
に対する値ｎ、ｋと比較することによって理解され得
る。

薄い金属膜の反射率および透過を計算するための式は
複雑である。以下の「親指の法則」はしかしながらこの
発明の理解において助けを与えることができる。

厚い不透明の膜または磨かれたバルク材の形状の金属
の反射率または明るさはk/nの比に直接比例し、すなわ
ちこの比率が高くなれば、金属がより明るくなる。薄い
金属膜を介する光の透過はｎの値が減少するに従って増
加し、かつｋの値が減少するに従って少なくなる。銀は
相対的に厚い膜の形状で高度に反射しかつ相対的に薄膜
の形状で透光性を有する。k/nの相対的に低い値を有す
るクロム膜は高度に反射しない。クロム膜はまた大変強
度に光吸収性を有する。

窒化チタン膜はまた非常に光を吸収性の高いものであ
る。しかしながら、膜のためのｎおよびｋの値はそれら
が約50％の可視光を吸収するように少なくとも約30nmの
厚みでなければならない。他方、4nmの厚みのクロム膜
は約50％の可視光を吸収し得る。約25nmまたはそれ以上
の厚みの窒化チタン膜はこの発明の低いシート抵抗の目
的に、すなわち１平方あたり約200オームかそれよりも
少ないものにかなうであろう。そのように、それらは適
切な導電性を与え静電荷の蓄積を防ぐ。それらはまた十
分な光減衰も与えるであろう。

図３に示されるように、この発明の構造15の好ましい
システムはガラスまたはプラスチック基板28上に堆積さ
れた４つの膜20、22、26および24を含む。第１のおよび
最外膜20は実質的には可視光に透光性がありかつ約510n
mの波長で好ましくは約1.9よりも少ない屈折率を有す
る。その光学的厚みは約480nmおよび560nmの間の波長で
の約４分の１の波長である。膜26はまた可視光に実質的
に透光性がありかつ約510nmの波長で約1.35および約2.6
5の範囲における屈折率を有する。その光学的厚みは約4
80および560nmの間の波長で約４分の１の波長よりも少
ないかまたはそれに等しい。膜の光学的厚みは膜の屈折
率が増加するに従って少なくなり得る。

層22および24は遷移金属の窒化膜であり、各々は約５
および40nmの間の物理的厚みを有する。正確な厚みは必
要とされる光減衰および反射の度合いに、かつ透光性の
膜20および26の屈折率に依存するであろう。構造15は矢
印Ａの方向に沿って観察者または観察器具29によって観
察されるとき、最も低い反射率を有するように設計され
る。基板28を介して観察されるとき構造の反射率はより
高くなり得る。

この発明に従う層システムの詳細な例は以下に説明さ
れる。例は遷移金属の窒化物成分のために窒化チタンを
使用する。表３ないし11において、この発明に従う異な
る構造が以下に述べられかつ説明され、TiN（１）およ
びTiN（２）によって示される材料は15nmおよび25nmの
厚みの膜のために表１に載せられる光学定数ｎおよびｋ
をそれぞれに有する。すべての表において、基板は約51
0nmの波長で約1.52の屈折率を有するガラスであると推
定される。すべての計算に対して、図面に示される結果
は単一の表面または境界を介する透過および反射値であ
る。すべての計算において、層システムは約425nmから
約675nmの範囲の波長、すなわち可視スペクトルの一般
的に認められる限界の範囲内で最も低い可能な反射を生
じるように最適化されてきた。

好ましい構造15は２つの窒化チタン（TiN）膜22およ
び24、二酸化ケイ素（SiO₂）膜20および錫／酸化物（Sn
O₂）膜26を含み得る。この構造の詳細は表３に与えら
れ、かつ図４は構造の計算された反射（曲線Ｅ）および
透過（曲線Ｆ）値を示す。図５は表３に詳細に説明され
るように構成される実際の構造15のための計測された反
射（曲線Ｈ）および透過（曲線Ｉ）値を示す。構造が約
35％の透過、すなわち約65％の光減衰を与えるというこ
とは理解され得る。構造はまた約0.12％の明所視反射率
を有し、より優れた反射防止特性を与える。この構造は
また１平方につき約66オームのシート抵抗を有し、良好
な導電性を与える。

上で説明されたように、表３の窒化膜の厚みは表１に
与えられた窒化チタンに対する光学定数を使用して計算
された。TiN（１）およびTiN（２）層に対して、15およ
び25nmの厚みの膜のための値がそれぞれに使用された。
実際に、しかしながら表３の12.7nmおよび20.9nmの膜に
対する光学定数値は僅かに異なり得る。さらに、たとえ
混合ガスおよび流速が名目上同じであるとしても、もし
構造が異なるスパッタリング装置によって堆積される
と、構造の計算された光学的特性と実際の光学的特性
（ｎ、ｋ）との間のいくつかの差異に遭遇し得る。実際
に、そのような差異は膜の厚みを変化させることによっ
て調節され得る。連続的な、イン−ライン被覆をシステ
ムを使用することによって、このことは試行錯誤で３時
間以内に達成され得る。

堆積の間、基板は定速、すなわち線速度で機械を介し
て輸送される。各々の陰極でのスパッタリング状態は基
板が陰極または陰極の群に露出される時間の間材料の所
望の厚みを堆積するように設定される。２、３％の厚み
における変形はスパッタリング電力を調整することによ
って達成され得る。

計算された構造から実際の構造への相対的に単純な調
整はこの発明の重要な特徴である。調整は通常必要とさ
れる反射率レベルに達成するために窒化膜のいずれか１
つの厚みの変更を第１に伴う。窒化膜の元来の厚み比は
調整の間維持される。反射防止領域は第３の膜26、すな
わち窒化膜22と24との間の透光性の厚みを調整すること
によって所望の波長範囲へと回復する。第３の膜の厚み
は通常窒化膜に対して反対のセンスにおいて調整され得
る。

計算された構造が最適な低い反射結果を与えるであろ
う異なる厚みの値の範囲を有し得るということもまた決
定されてきた。そのような２つの構造の間の差異は透過
の異なる値として理解され得る。この発明の構造の特性
が、実際の最適化が相対的に単純であることの理由とな
り得るということが信じられる。

図３の計算された値と図４の計測された結果との間の
一致は良好である。いずれかの所与の波長での差異は曲
線の波長の変位によって主に説明され得る。計測された
曲線Ｈは計算された曲線Ｅと比較されるとき約２ないし
３％だけより長い波長へと変位される。

表３の構造のサンプルは１時間の間塩化ナトリウム
（NaCl）の５％溶液における煮沸に耐えた。構造はまた
MIL−Ｃ−675Aの標準摩耗試験の50回のこすりに曝され
たときいずれの損害も示さなかった。こうして、構造は
耐食性および耐磨耗性を示した。

層システムはスチルボースキー（Szczyrbowski）らに
よる「薄い錫層の光学的および電気的特性」（Optical
and Electrical Properties of Thin TiN−Laye
rs）の論文、バキュームテクニック（Vakuum Techni
k）、37、14−18（1988）において与えられる。この構
造は表４に示される。TiN（３）はスチルボースキー値
およびTiN（１）、表１の15nm厚みの膜に対する光学定
数値を示す。この構造に対する反射（曲線Ｊ）および透
過（曲線Ｋ）値は図６に示される。

表４の構造は約0.1％の明所視反射率を有し得る。表
４の構造はこの発明が表１の特定的な光学定数に限定さ
れないということを示す。

この発明のコンテキストにおいて、層26（図３を参照
されたい）は約1.35および2.65から間の屈折率値を有し
得る。ある値は好ましい、すなわち1.9および2.35の間
の値であるが、すべての値が容認できる低い反射を与え
得る。層26に対する異なる屈折率は層22および24の異な
る厚みによって補償され、最適反射減少を与える。いず
れかの所与の屈折率に対して、層の厚みの組合せの１つ
以上が低い反射を与え得る。組合せにおける差異はまた
異なる透過値という結果に終わり得る。この機構は構造
のための光減衰の所望の値を発生するために使用され得
る。以下の例はこの原理を説明するために役に立つ。

表５はこの発明の別の実施例を詳細に示す。計算され
た反射（曲線Ｌ）および透過（曲線Ｍ）値は図７に示さ
れる。この実施例において約510nmの波長での約2.35の
屈折率を有する二酸化チタン（TiO₂）が膜26のために使
用されてきた。

表５の構造は約0.16の計算された明所視反射率および
約30％の明所視透過を有し得る。窒化チタン層の全体の
厚みが約41nmであるということが理解され得る。表３の
実施例において、窒化チタンの全体の厚みは約34nmであ
りかつ明所視透過は約35％である。表５の実施例におけ
る付加的な窒化チタン材は可視光のより大きな減衰を与
える。このことは図４の透過値を図７のそれらと比較す
ることによって理解され得る。

表６はこの発明の別の実施例の詳細を示し、ここでは
窒化物層はより薄いものである。

構造は約0.08％の計算された明所視反射および約48％
の計算された明所視透過を有する。反射（曲線Ｎ）およ
び透過（曲線Ｏ）の計算された値は図８に示される。表
６の構造の計測された反射（曲線Ｐ）および透過（曲線
Ｑ）値は図９に示される。これらの曲線から理解され得
るように、表６の構造は低い反射を与える一方で高い透
過を与える。表６の構造の導電性は表５のそれよりも低
いものであるが、静電荷の蓄積を防ぐためにはなおも適
切であろう。

表７はこの発明のさらに別の実施例をさらに詳細に示
す。計算された反射（曲線Ｒ）および透過（曲線Ｓ）値
は図10において示される。約510nmの波長で約1.46の屈
折率を有する二酸化ケイ素（SiO₂）が層26を形成するた
めに使用されてきた。

構造の明所視反射率は約0.2％であり得る。窒化チタ
ン層の全体の厚みは約51nmであり約15％の明所視透過を
与える。表７の構造を表５の構造と比較することによっ
て、実質的に異なる屈折率を有する材料が第３の膜のた
めに使用され得るが、一方で非常に低い反射値をなおも
達成するということが理解され得る。

一般的に、外膜20の屈折率が低くなるにつれて、シス
テムからの反射がより低くなるであろう。層20の屈折率
は1.35の低さであり得るが、そのような低い値を有する
材料は実際的なものとして十分に耐久性のあるものでは
あり得ない。もし膜20の屈折率が約1.46よりも大きい
と、膜26のために可能な屈折率値の範囲はより狭くな
る。特定的に、相対的に高い屈折率の膜のみが１％の約
４分の１かまたはそれよりも少ない明所視反射率を生じ
得る。例を使用して、表８はシステムの構成を示し、こ
こでは外部膜20は酸化アルミニウム（AL₂O₃）である。
酸化アルミニウム膜は約510nmの波長で約1.65の屈折率
を有し得る。膜26は酸化錫であり、それは約510nmの波
長で約1.92の屈折率を有し得る。構造の明所視反射率は
約0.49％であり得る。

表９は層システムまたは構造の詳細を載せ、ここでは
外部膜20は酸化アルミニウムでありかつ膜26は二酸化チ
タンであり、それは約510nmの波長で約2.35の屈折率を
有し得る。このシステムの明所視反射率は約0.3％であ
る。

図11は表８および９の構造のため計算された反射値
（曲線Ｕおよび曲線Ｔ）をそれぞれに示す。

第１の層20の屈折率に対する実際的な上限が十分に高
い反射率を有する透光性の材料の有効性によって決定さ
れるということが上の例から明らかになるべきである。
実際に、可視光に対して実質的に透光性がある材料に対
する最も高い屈折率は約2.65であり得、それはほぼ二酸
化チタンのルチル結晶形状の屈折率である。

約1.9の屈折率を有する内部膜20、窒化チタン膜22お
よび24ならびに約2.65の屈折率を有する膜26は約0.75％
かまたはそれよりも少ない反射率を有し得る。0.75％の
反射率はサングラスなどのようなある適用に対して容認
され得る。

この発明の他の実施例は４つの層以上を含み得る。た
とえば、第５の膜か窒化チタン膜24と基板28との間に加
えられ得る。そのような構造の詳細は表10に示される。
この構造のための反射（曲線Ｖ）および透過（曲線Ｗ）
値は図12に示される。

表10の構造は各々の構造における最初の４つの層の材
料が同じであるので表３の構造と比較され得る。理解さ
れるように、酸化錫層の（SnO₂）の付加的な層は窒化チ
タン層の厚みを増加させることによってかつその間の酸
化錫層の厚みを減少させることによって適応される。

図12の曲線を図４のそれらと比較することによって、
第５の層の付加が反射防止性能における重要な改良また
は可視光の減衰における重要な差異を生じ得ないという
ことが示される。第５の層の屈折率が約510nmの波長で
1.35から2.65へと変形された上で説明された５層構造の
変形は調査されてきた。屈折率のすべての値に対して、
層の厚みシーケンスが確率され、それは約0.25％の明所
視反射率を生じ得るということが決定されてきた。屈折
率のすべての値に対して，第５の層の厚みは約480nmか
ら560nmの波長の範囲において８分の１の波長よりも少
ないものであった。

この発明の別の実施例は６つの層を含む。この実施例
は可視光に対して実質的に透光性の材料の膜によって分
離された３つの遷移金属の窒化物層を含む。そのような
構造の層システムは表11を参照することによって示され
る。構造の反射（曲線Ｘ）および透過（曲線Ｙ）値は図
13に示される。

表11の構造は約0.1％の明所視反射率を有し得る。反
射率は表３の４つの膜構造よりも著しく低いわけではな
い。しかしながら、付加的な窒化チタン層は４つの膜構
造のための約35％と比較して約17％の明所視透過を与え
る。

上で説明された実施例のいずれかにおいて、１つまた
はそれ以上の透光性の材料をより薄い層の組合せ、すな
わちほぼ同じ全体の光学的厚みを有するが異なる屈折率
を有する副層に取換えることが可能であり得る。この技
法は特定の屈折率を有する材料の層をシミュレーション
する方法として当該技術において周知である。この技法
は、屈折率のいずれかの所望の値を有する材料が存在し
ない、容易に堆積されない、または適当な物理的特性を
有さないときに使用され得る。そのような修飾はこの発
明の真意および範囲から逸脱することなしに可能であ
る。

上で説明された実施例のために与えられた反射率値は
基板から遠く離れた構造の側から観察された値である。
光吸収膜を含む構造が構造の異なる側面上で異なる反射
値を有し得るということは周知である。

窒化チタンまたは別の遷移金属の窒化物を含む構造は
被覆された物品または装置の基板側から観察されるよう
に反射を減少させるように設計され得る。そのような構
造は２つの層のみを必要とし、その１つは窒化物層であ
り、非常に低い明所視反射を与える。

この発明のそのような実施例は図14に示される。構造
25は基板32上に堆積された窒化物30の薄膜を含む。可視
光に実質的に透光性のある材料の膜34は窒化膜30上に堆
積される。膜の厚みは矢印Ａの方向において観察される
ように可視光に対して最も低い反射率を与えるように調
整される。窒化物層30は約６および9nmの厚みの間であ
り得る。好ましくは、それは約8nmの厚みである。透光
性の層は２および15nmの間の厚みであり、それは透光性
の材料の屈折率に依存する。この層の屈折率は約510nm
の波長で約1.35および2.65の間である。

層30は窒化チタンであり得、かつ層34は二酸化ケイ
素、酸化錫または二酸化チタンであり得る。窒化チタン
の光学定数は15nmの厚みの膜に対して表１に示される物
品であり得る。層34の厚みは約510nmの波長で約2.35の
屈折率を有する二酸化チタンに対しては約2.5nmであ
り、かつ約510nmの波長で約1.46の屈折率を有する二酸
化ケイ素に対しては約10.8nmであり得る。

図15は窒化チタン膜（曲線Ｚ）および二酸化ケイ素
（曲線AA）、酸化錫（曲線BB）または二酸化チタン（曲
線CC）で覆われた窒化チタン膜の計算された反射率を示
す。図15における反射率値は０ないし１％のスケールで
示され、異なる被覆材で得られた反射における差異を強
調する。理解され得るように、反射値は層34の異なる被
覆の屈折率の広い範囲に対して非常に低いものである。
約510nmの波長で約1.35から約2.65の範囲におけるいず
れかの屈折率は効果的な被覆を生じるために使用され得
る。

図16はガラス基板（Ｎ＝1.52）上の約80nmの厚みの窒
化チタンの単一膜のための計測された反射（曲線DD）お
よび透過（曲線EE）値を示す。図面は基板（曲線FF）の
被覆されない表面からの反射を含む。計測された反射曲
線DD（図16）は計算された曲線Ｚ（図15）と比較され得
る。計測された曲線DDは計算された曲線Ｚとほぼ同じで
ある最小値を示す。計測された曲線の最小値は計算され
た曲線よりも大きな波長で起こる。計測されたデータは
基板を介して見られるときの反射に対するものである。

上で説明された実施例において、窒化チタンは遷移金
属の窒化物として使用された。しかしながら、遷移金属
の窒化物のいずれかがこの発明の構造において使用され
得るということが明らかになるであろう。たとえば、他
の遷移金属の窒化物は透過の異なるレベルまたはシート
抵抗の異なる値を与えるために有用であり得る。それは
また構造において２つまたはそれ以上の異なる遷移金属
の窒化物を使用するために有用であり得る。

上で説明された実施例において、金属酸化物が透光性
の材料として使用されてきた。しかしながら、他の材
料、たとえば窒化ケイ素のような実質的に透光性の窒化
物、またはシリコン酸窒化物のような酸窒化物が使用さ
れ得るということが明らかになるであろう。フッ化物ま
たはサルフィドのような材料もまた使用され得るが、そ
れらは反応性スパッタリングによって容易に堆積され得
ない。

この発明の被覆はコントラスト増強フィルタを構成す
るために使用され得る。そのようなフィルタはもしそれ
らが両方の表面上で反射防止被覆を有するなら最大限に
効果的である。光減衰、反射防止被覆は一方の表面にの
み適用され得る。他方の表面は別の型の反射防止被覆を
受け取り得る。この他の被覆は図14に示されるこの発明
の２層の実施例であり得るかまたは窒化チタンの単一膜
であり得る。

図17に示されるように、コントラスト増強フィルタ50
はVDTスクリーン52の前に配置され得る。フィルタ50は
透光性の基板40を含み、それは表３の４層構造15でその
表面42上で被覆される。基板40の表面46は２層構造25で
被覆され得る。構造25は約7.8nmの厚みの窒化チタンの
層を含み得る。

被覆15および25の低い反射側面は観察者またはオペレ
ータ54に面する。観察の方向は矢印Ａによって示され
る。フィルタ50の光減衰特性はスクリーン52からの反射
56の抑制を引き起こす。

図18はコントラスト増強フィルタ50の計測された透過
（曲線GG）および反射（曲線HH）値を示す。反射計測は
矢印Ａの方向においてなされた。表面40および46は１平
方につき約150および250オームのシート抵抗をそれぞれ
に有する。そのように、もし表面40が電気的に接地され
ると、静電荷の蓄積が妨げられるであろう。

コントラスト増強フィルタはこの発明の唯一の応用で
ある。この発明が太陽抑制つや出し、サングラスおよび
保護アイウエア（eyewear）を含む他の応用において使
用され得るということが発明された実施例から明らかに
なるであろう。この発明の実施例は物品または装置の一
方または両方の表面上で使用され得る。この発明の実施
例は反対側の表面上で薄膜干渉被覆の別の型を有する物
品の１つの表面上で使用され得る。この発明の実施例は
また反対側の表面上で化学エッチングのような反射防止
処理を有する物品の１つの表面上で使用され得る。被覆
組合せの選択は物品の特定の要求によって決定される。

上で説明された実施例を構成するように使用される材
料はまた商業的に使用可能なスパッタリング陰極を使用
して商業的に利用可能な機械において堆積され得るしか
つそうされてきた。材料はまた連続する、イン−ライン
スパッタリングまたは他の機械において堆積され得る。
材料はDC反応性スパッタリングまたは他の方法によって
堆積され得る。膜の光学的特性は、しかしながら、すで
に説明されたように異なり得、かつその差異は適当な膜
の厚みを決定する際に考慮されなければならない。

表３および表６、ならびに図14および図17の被覆また
は構造を堆積するために使用される機械はイン−ライン
スパッタ被覆機械であった。機械は真空ロックによって
分離された５つの別個のチャンバを含む。各々のチャン
バは３つまでのスパッタリング陰極を含み得、それらは
平面マグネトロンまたは回転円筒マグネトロンであり得
る。装置は長さ２メートルに幅１メートルまでの基板を
許容するであろう。上で説明された実施例において、窒
化チタン膜は平面マグネトロンを使用して堆積された。
二酸化ケイ素および酸化錫膜は回転円筒マグネトロンを
使用して堆積された。

上で説明されたイン−ラインスパッタリング機械はカ
リフォルニアフェアフィールド（Fairfield）のエア
コ・コーティング・テクノロジーズ・インコーポレーテ
ッド（Airco Coating Technologies Inc.）によって
供給された修飾されたD1モデルコーター（coater）であ
る。機械への修飾は以下のものを含み、すなわち原型の
エドワーズ（Edwards）油拡散ポンプとバリアン（Varia
n）（パラアルト、カリフォルニア）モデル185油拡散ポ
ンプとの取り換えであり、それによってポンピング容量
において２層の増加を与え、真空ロックトンネルにわた
る別個のポンプアパーチャの付加を含み、それによって
真空ロックの基板の通過の間に圧力変動を減少させ、原
型のプラスチック製の気体入口管とステンレス鋼の管と
の置き換えをさらに含む。回転マグネトロンにはアーク
抑制構造および遮へいが装備され、それはディッキー
（Dickey）らによる「回転マグネトロンスパッタリング
システムにおけるアーク抑制のためのシールディング」
（Shielding for Arc Suppression in Rotating
Magnatron Sputtering Systems）と題された1990年８
月10日の日付で出題された同時継続出願連続番号第
号に、かつスティーブンソン（Stevenson）ら
による「回転円筒マグネトロンのための片持ちばり装
着」（Cantilever Mount For Rotating Cylindrica
l Magnetrons）と題された1990年８月10日の日付で出
願された同時継続出願連続番号第号に説
明され、両方の出願はこの発明の意図される譲受人に譲
渡され得、かつこれらの２つの出願の全体の開示は引用
により援用される。回転マグネトロンにはまたカリフォ
ルニア、フェアフィールドのエアコ・コーディング・テ
クノロジーズ・インコーポレーテッドから利用可能な電
子アークタイバータが装備され得る。

この発明は多数の実施例に関して説明されたきた。こ
の発明はしかしながら描写されかつ説明された実施例に
限定されない。むしろ、この発明の範囲は添付の請求の
範囲によって規定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 1/10 - 1/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物品のための被覆であって、可視光に実質的に透光性のある材料を含みかつ510nmの
波長の光に対して1.35および1.9の間の屈折率ならびに4
80nmおよび560nmの間の波長の光に対して４分の１波長
の光学的厚みを有する第１の層と、実質的に遷移金属の窒化物を含みかつ5nmおよび40nmの
間の厚みを有する、前記第１の層に隣接する第２の層
と、前記第２の層に隣接しかつ可視光に実質的に透光性のあ
る材料を含みかつ510nmの波長の光に対して1.35および
2.65の間の屈折率ならびに480nmおよび560nmの間の波長
の光に対して４分の１波長よりも少ないかまたはそれに
等しい光学的厚みを有する第３の層と、 5nmおよび40nmの間の厚みを有する遷移金属の窒化物を
実質的に含む、前記第３の層に隣接する第４の層とを備
え、前記第１の層が、前記第１ないし第４の層の最外層を構
成する、導電性光減衰反射防止被覆。
【請求項２】前記第４の層の前記第３の層と隣接する面
とは反対側の面に隣接し、可視光に実質的に透光性のあ
る材料を含みかつ510nmの波長の光に対して1.35および
2.65の間の屈折率ならびに480nmおよび560nmの間の波長
の光に対して４分の１波長よりも少ないかまたはそれに
等しい光学的厚みを有する第５の層と、前記第５の層の前記第４の層とは反対側の面に隣接す
る、実質的に遷移金属の窒化物を含みかつ5nmおよび40n
mの間の厚みを有する第６の層とをさらに備え、前記第６の層の前記第５の層が隣接する面とは反対側の
面が、基板の表面上にある、請求項１に記載の導電性光
減衰反射防止被覆。
【請求項３】前記第４の層の前記第３の層とは反対側の
面に隣接し、可視光に実質的に透光性のある材料からな
る第７の層をさらに含み、該第７の層が1.35から2.65の
範囲内の屈折率および480nmから560nmの範囲内の波長の
光に対して８分の１波長よりも少ない光学的厚みを有す
る、請求項２に記載の導電性光減衰反射防止被覆。
【請求項４】前記第１の層および前記第３の層が金属酸
化物を含み、前記第２の層および前記第４の層が窒化チ
タンを含む、請求項１に記載の導電性光減衰反射防止被
膜。
【請求項５】前記第３の層とは反対側において前記第４
の層と隣接する、金属酸化物の第５の層をさらに含み、
該第５の層は、510nmの波長の光に対して1.35および2.6
5の間の屈折率ならびに480nmないし560nmの間の波長の
光に対して８分の１波長よりも短い光学的厚みを有す
る、請求項４に記載の導電性光減衰反射防止被覆。
【請求項６】金属酸化物を含む前記第１および第３の層
の少なくともひとつが、異なる屈折率を有する少なくと
も２つの副層を有する、請求項４または５に記載の導電
性光減衰反射防止被覆。
【請求項７】前記導電性光減衰反射防止被膜が、基板の
ための導電性、反射減少被膜であり、さらに、前記第３の層とは反対側において前記第４の層と隣接す
る、可視光に実質的に透光性のある材料を含みかつ510n
mの波長の光に対して1.35および2.65の間の屈折率なら
びに480nmおよび560nmの間の波長に対して４分の１波長
よりも少ないかまたはそれに等しい光学的厚みを有する
第５の層と、前記第４の層とは反対側において前記第５の層と隣接す
る、実質的に窒化チタンを含みかつ5nmおよび40nmの間
の厚みを有する第６の層と、前記第５の層とは反対側において前記第６の層に隣接す
る、可視光に実質的に透光性のある材料を含みかつ510n
mの波長の光に対して1.35および2.65の間の屈折率なら
びに480nmおよび560nmの間の波長の光に対して８分の１
波長よりも少ない光学的厚みを有する第７の層とをさら
に備え、前記第７の層が、前記第５の層とは反対側の面において
基板と対向する、請求項４に記載の導電性光減衰反射防
止被膜。
【請求項８】前記第３の層とは反対側において前記第４
の層に隣接し、可視光に実質的に透光性のある材料を含
みかつ510nmの波長の光に対して1.35および2.65の間の
屈折率ならびに480nmおよび560nmの間の波長の光に対し
て４分の１波長よりも少ないかまたはそれに等しい光学
的厚みを有する第５の層と、前記第４の層とは反対側において前記第５の層に隣接
し、実質的に遷移金属の窒化物を含みかつ5nmおよび40n
mの間の厚みを有する第６の層とをさらに備えた、請求
項１に記載の導電性光減衰反射防止被覆。
【請求項９】遷移金属の窒化物を含む前記第２および第
４の層が、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニ
ウム、窒化バナジウム、窒化ニオブ、窒化タンタルおよ
び窒化クロムからなる群から選択された材料を含む、請
求項１に記載の導電性光減衰反射防止被覆。
【請求項１０】前記第２および第４の層か窒化チタンを
含む、請求項１に記載の導電性光減衰反射防止被覆。
【請求項１１】前記第３の層と反対側において前記第４
の層に隣接するとともに、可視光に実質的に透光性のあ
る材料を含み、510nmの波長の光に対して1.35ないし2.6
5の間の屈折率および480nmから560nmの範囲内の波長の
光に対しての８分の１波長よりも短い光学的厚みを有す
るし第５の層をさらに備えた、請求項１に記載の導電性
光減衰反射防止被覆。
【請求項１２】可視光に実質的に透光性のある材料のう
ちの少なくとも１つの層が異なる屈折率を有する少なく
とも２つの副層を含む、請求項１に記載の導電性光減衰
反射防止被覆。
【請求項１３】前記第２の層および前記第４の層を構成
する遷移金属の窒化物のいずれかが、２つ以上の異なる
遷移金属の窒化物を含む、請求項１に記載の導電性光減
衰反射防止被覆。
【請求項１４】透光性のある基板と、前記基板の１つの表面上に形成された、請求項１に記載
の導電性光減衰反射防止被覆とを備えた、導電性光減衰
反射防止被覆を施した物品。
【請求項１５】前記第３の層と反対側において前記第４
の層に隣接する、可視光に実質的に透光性のある材料を
含みかつ510nmの波長の光に対して1.35および2.65の間
の屈折率ならびに480nmから560nmの範囲内の波長の光に
対して４分の１波長よりも少ないかまたはそれに等しい
光学的厚みを有する第５の層と、前記第４の層と反対側において前記第５の層に隣接す
る、遷移金属の窒化物を実質的に含みかつ5nmおよび40n
mの間の厚みを有する第６の層とをさらに備えた、請求
項14に記載の導電性光減衰反射防止被膜を施した物品。
【請求項１６】前記導電性光減衰反射防止被覆に対向す
る前記基板の表面に、反射防止処理をさらに含む、請求
項14または15に記載の導電性光減衰反射防止被膜を施し
た物品。
【請求項１７】前記反射防止処理が多層反射防止被覆で
ある、請求項16に記載の導電性光減衰反射防止被膜を施
した物品。
【請求項１８】前記多層反射防止被覆が、前記基板に隣接する、遷移金属の窒化物を実質的に含み
かつ5nmから15nmの範囲内の厚みを有する窒化物層と、前記窒化物層に隣接するとともに、可視光に実質的に透
光性のある材料を含み、510nmの波長の光に対して1.35
から2.65の範囲内の屈折率ならびに2nmから15.1nmの範
囲内の厚みを有する層とを備えた、請求項17に記載の導電性光減衰反射防止被膜
を施した物品。