JP3560638B2

JP3560638B2 - 反射膜

Info

Publication number: JP3560638B2
Application number: JP11057994A
Authority: JP
Inventors: 浩池田; 健川俣; 宣明三田村; 文二秋元; 佳樹新田; 利明生水
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-04-26
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: JPH07294710A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、反射膜として用いられる光学薄膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レンズ，ミラー，プリズムなどの光学部品の素材として、これまでのガラスに代えて樹脂製部品を用いる頻度が高くなっている。これらの樹脂製部品などの光学部品に用いる反射膜は数多く提案されており、例えば特開平２−６６１５７号公報に開示されたものが知られている。これは空気側から樹脂製基板側へ順にＣｅＯ_２，ＣｅＦ_３，Ａｌという３層構成を採るものであるが、金属層（Ａｌ）に加え、低屈折率物質（ＣｅＦ_３）と高屈折率物質（ＣｅＯ_２）とを組み合わせた構成により、金属層のみの場合よりも反射率を向上させたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、一般に反射膜としては、ＡｌやＡｇ等の金属層に加え、低屈折率物質と高屈折率物質とを組み合わせた層を設けることによって、金属層だけの場合よりも高い反射率を得ることができる。
【０００４】
基板が熱に強いガラスの場合、反射膜に関しては、充分な膜の密着強度を得るために一般に基板を２００〜３００℃程度にまで加熱した状態で高屈折率物質としてＺｒＯ_２，ＴｉＯ_２等を用いて光学薄膜を形成する方法が採られている。しかしながら、樹脂製の基板を用いた場合には、基板の耐熱性が低いため基板加熱は行えない。さらに、融点が高いＴｉＯ_２やＺｒＯ_２では、通常のガラス基板上に膜を形成するのと同じ装置セッティングでは蒸発源からの輻射熱で樹脂基板が加熱され、基板の表面がダメージを受けて膜の密着性が劣化したり、光学部品にとって最も重要な面精度を劣化させるおそれがある。これは、特に熱に弱いアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を用いた場合に顕著である。
【０００５】
また、従来ガラス基板に用いられていた膜構成をそのまま樹脂基板に適用すると、樹脂基板はガラス基板と比較して膨張率が大きいため膜に大きな応力がかかり、クラックが発生しやすいという問題点もあった。なおこれらの点は、基板が合成樹脂以外の例えばＣＣＤ等の光学デバイスまたはそれとガラスなどとの接合品の場合にも同様である。すなわち、ＣＣＤ等の半導体デバイスでは高熱によってデバイス自体が破壊されるおそれがあり、また、接合品では接合部の強度が劣化したり剥離するおそれがあるため、蒸発源からの輻射熱の少ない成膜が要求されるのである。
【０００６】
その対策としては、蒸発源から基板までの距離を長くしたり、蒸発源と基板との間に遮蔽板を設けて蒸発源からの輻射熱の影響を少なくする方法が考えられる。しかし、上記方法はいずれも成膜装置の大幅な改造が必要となるため、従来のガラス基板用の成膜装置をそのまま使用することができないという不具合がある。また、前記の方法では特に蒸着時間が長くなり、生産性の観点でも好ましくない。
【０００７】
そこで、蒸発源からの輻射熱の低い材料を用いれば前述の問題点を解決することができる。ここで従来技術に挙げたＣｅＯ_２はこの条件を満たす材料である。しかし、ＣｅＯ_２は傷つきやすく耐湿性が低いうえ、短波長域に大きな吸収（光学的膜厚１３０ｎｍの場合、波長４００ｎｍで２〜４％）があるという欠点がある。また、通常のガラス基板上に光学薄膜を設ける場合においても、高い密着強度を得るための基板加熱は成膜時間の増大となり、成膜コストの上昇を招くものであった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、樹脂性基板や，ＣＣＤ等の光学デバイス，又はガラス等を基板として、密着性が高く、基板の面精度を劣化させず、基板に熱によるダメージを与えること無く、従来の装置を用いて容易に成膜することができ、高い光学特性を有し、生産性もよく、耐久性、特に耐湿性の優れた光学薄膜を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の反射膜は、真空蒸着法によりＭｏＯ _３およびＷＯ _３の少なくとも一方の物質を含む層とＳｉ酸化物からなる層とを交互に形成した増反射層を有することを特徴としている。
また、上記反射膜を用いた本発明の表面反射鏡は、ＭｏＯ _３およびＷＯ _３の少なくとも一方の物質を含む層とＳｉ酸化物からなる層とを交互に形成した増反射層と、前記増反射層のＳｉ酸化物からなる層に接して形成した金属層とを有することを特徴ととしている。
また、上記反射膜を用いた本発明の裏面反射鏡は、ＭｏＯ _３およびＷＯ _３の少なくとも一方の物質を含む層とＳｉ酸化物からなる層とを交互に形成した増反射層と、前記増反射層のＳｉ酸化物からなる層に接して形成した金属層とを有することを特徴としている。
【００１０】
【作用】
ＭｏＯ_３およびＷＯ_３は、低いエネルギーで容易に蒸発させることができるので、蒸発源からの輻射熱を低く抑えることができる。従って熱によるダメージを基板に与えることがない。また、従来技術で示したＣｅＯ_２よりも傷つきにくく、耐湿性も比較的高い。
【００１１】
【実施例１】
まず、本発明の具体的な実施例を説明する前に、本発明の概要を説明する。
本発明の反射膜の概要は、真空蒸着法により形成されたＭｏＯ_３またはＷＯ_３の少なくともいずれか一方の物質を含む層と、Ｓｉ酸化物からなる層とを交互に形成した増反射層を有することを特徴としている。
また、本発明の表面反射鏡および裏面反射鏡は、上記反射膜の増反射層のＳｉ酸化物からなる層に接して形成した金属層を有することを特徴としている。
なお、ＭｏＯ_３およびＷＯ_３は従来、薄膜の形態で用いられる場合には、電界をかけることによって光線透過率の変化するエレクトロクロミック（ＥＣ）効果を有する材料として知られており研究されている。しかし、これは電気的性質に着目したものであり、光学的性質に着目した適用すなわち光学薄膜用材料としてはほとんど注目されていなかった。
ＭｏＯ_３およびＷＯ_３は、低いエネルギーで容易に蒸発させることができるので、蒸発源からの輻射熱を低く抑えることができる。従って熱によるダメージを基板に与えることがない。また、従来技術で示したＣｅＯ_２よりも傷つきにくく、耐湿性も比較的高い。さらに、完全に酸化した状態であれば、可視光域での光の吸収もほとんどなく、屈折率は１．８５〜２．１程度（成膜条件によって変化する）であり、高屈折率物質として充分である。このように、ＭｏＯ_３，ＷＯ_３を高屈折率物質として使用し、充分な性能を有する光学薄膜を形成することが可能である。
【００１２】
なお、ＭｏＯ_３，ＷＯ_３を用いて光学薄膜を構成する場合、他の誘電体との混合物にしてもよいことは勿論である。ＭｏＯ_３とＷＯ_３との混合物でもよいし、ＭｏＯ_３と他の誘電体，ＷＯ_３と他の誘電体，またはＭｏＯ_３とＷＯ_３と他の誘電体という混合物を用いることが可能である。この場合、特にＡｌ_２Ｏ_３との混合により耐ヒートサイクル性や機械的強度が向上することが確認できた。
【００１３】
また、ＭｏＯ_３，ＷＯ_３を用いた光学薄膜を長期間高湿度下に放置すると密着性が劣化するという問題を生じるが、最表層に撥水処理層を設けて内部に水分が供給されにくくすることで解決できる。撥水効果を有する層の材料や形成方法は、十分な撥水効果および耐久性が得られれば特に限定するものではない。また、層の厚さは、光学薄膜の機能を担う程度たとえば光学的膜厚１０〜２５０ｎｍ程度に厚くしてもよいし、光学的に影響を及ぼさない１０ｎｍ以下のものでもよい。
【００１４】
また、樹脂基板の場合に発生しやすい膜のクラックは、基板側の第１層目に光学的膜厚ｎｄが２ｎｍ以上の酸化物層を設けることで解決できる。このＳｉの酸化物層は、ＳｉＯｘ（ｘ＝１〜２）の組成のいずれのものでもよい。このクラック防止効果は、第１層目のシリコン酸化物層が、基板の膨張・収縮により膜にかかる応力を緩和するために得られるものである。しかし、光学的膜厚ｎｄが２ｎｍ未満では、この作用が充分に得られずヒートサイクル試験によりクラックが発生してしまう。
【００１５】
低屈折率物質としては、特に制限はないが合成樹脂層への密着強度および耐久性の点からＳｉ酸化物、特にＳｉＯ_２がもっとも望ましい。
【００１６】
さらに、本発明を通常の光学ガラス基板に適用した場合は、成膜時に基板加熱を行う必要がないため、生産性の向上を図ることができる。
【００１７】
本発明に用いられる基板には、光学ガラスの他、アクリル，ポリカーボネート，アモルファスポリオレフィン，ＣＲ−３９，エネルギー硬化型樹脂などの合成樹脂、ＣＣＤ等の耐熱性が低い光学デバイスや光学部材、接合品などを含む。また、膜の形成には真空蒸着法を用いるとよい。
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明に係る反射膜の実施例を説明する。まず、本発明の実施例１を説明する。本実施例は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）基板上に表面反射鏡を設けた例である。各層の膜厚を表１に示す。
【００１９】
【表１】
［実施例１］
λ＝５００ｎｍ
ＳｉＯ_２０．２９２９λ
ＷＯ_３０．１７９３λ
ＳｉＯ_２０．２７６８λ
ＷＯ_３０．２３９８λ
ＳｉＯ_２０．２２３４λ
Ａｌ６０ｎｍ
ＰＭＭＡ
【００２０】
真空槽内にアクリル樹脂製基板をセットし、１×１０^−４Ｐａまで排気する。次に、抵抗加熱蒸着法によってＡｌ膜を物理的膜厚で６０ｎｍ成膜し、それに引き続き電子線加熱蒸着法によって表１に示す光学的膜厚の増反射層を成膜した。このとき基板の加熱は行わなかった。増反射層としては、ＷＯ_３およびＳｉＯ_２を使用した。本実施例の反射膜は、テープ剥離テストによって充分な密着強度を有することが確認された。本実施例の反射膜の膜側からの０゜入射時の反射率を図１に示す。また、本発明の反射膜について５０℃９０％の高温高湿試験、７０〜−４０℃のヒートショック試験を行ったところ、試験前後で反射率および密着強度の変化は見られなかった。
【００２１】
【実施例２】
次に、本発明の実施例２を説明する。本実施例は、ポリカーボネート（ＰＣ）基板に裏面反射鏡を設けた例である。各層の膜厚を表２に示す。
【００２２】
【表２】
［実施例２］
λ＝５００ｎｍ
ＰＣ
ＳｉＯ_２０．４５４６λ
ＷＯ_３０．２７５３λ
ＳｉＯ_２０．３２７８λ
Ａｌ６０ｎｍ
【００２３】
真空槽内にポリカーボネート樹脂製基板をセットし、１×１０^−４Ｐａまで排気する。次に、電子線加熱蒸着法によって表２に示す光学的膜厚の増反射層を成膜し、それに引き続き抵抗加熱蒸着法によってＡｌ膜を物理的膜厚で６０ｎｍ成膜した。増反射層としては、ＷＯ_３およびＳｉＯ_２を使用した。本実施例の反射膜は、テープ剥離テストによって充分な密着強度を有することが確認された。本実施例の反射膜の基板からの４５゜入射時の反射率を図２に示す。また、本発明の反射膜について実施例１と同様の試験を行ったが、試験前後で反射率および密着強度の変化は見られなかった。
【００２４】
【実施例３】
次に、本発明の実施例３を説明する。本実施例は、アモルファスポリオレフィン基板に表面反射鏡を設けた例である。各層の膜厚を表３に示す。
【００２５】
【表３】
［実施例３］
λ＝７８０ｎｍ
撥水層１０ｎｍ
ＳｉＯ_２０．５６９８λ
ＭｏＯ_３０．２６４６λ
ＳｉＯ_２０．２５４７λ
Ａｌ６０ｎｍ
ＳｉＯ_２０．０５λ
アモルファスポリオレフィン
【００２６】
真空槽内にアモルファスポリオレフィン樹脂製基板をセットし、１×１０^−４Ｐａまで排気する。次に、電子線加熱蒸着法によって密着層としてＳｉＯ_２を光学的膜厚で０．０５λ成膜し、それに引き続き抵抗加熱蒸着法によってＡｌ膜を物理的膜厚で６０ｎｍ成膜し、さらに表３に示す光学的膜厚の増反射層を成膜した。増反射層としては、ＭｏＯ_３およびＳｉＯ_２を使用した。そして増反射層の上には撥水層として弗素系樹脂を抵抗加熱蒸着法によって物理的膜厚で１０ｎｍ成膜した。本実施例の反射膜は、テープ剥離テストによって充分な密着強度を有することが確認された。本実施例の反射膜の膜側からの４５゜入射時の反射率を図３に示す。また、本発明の反射膜について実施例１と同様の試験を行ったが、試験前後で反射率および密着強度の変化は見られなかった。
【００２７】
【実施例４】
次に、本発明の実施例４を説明する。本実施例は、屈折率１．５２のガラス基板に裏面反射鏡を設けた例である。各層の膜厚を表４に示す。
【００２８】
【表４】
［実施例４］
λ＝５００ｎｍ
ガラスｎ＝１．５２
ＳｉＯ_２０．４０１９λ
ＷＯ_３＋Ａｌ_２Ｏ_３０．２５５１λ
ＳｉＯ_２０．１２０２λ
ＷＯ_３＋Ａｌ_２Ｏ_３０．１５６３λ
ＳｉＯ_２０．４１９２λ
ＷＯ３＋Ａｌ２Ｏ３０．２８０５λ
ＳｉＯ２０．３１９８λ
Ａｌ６０ｎｍ
【００２９】
真空槽内に屈折率１．５２のガラス基板をセットし、１×１０^−４Ｐａまで排気する。次に、電子線加熱蒸着法によって表４に示す光学的膜厚の増反射層を成膜し、それに引き続き抵抗加熱蒸着法によってＡｌ膜を物理的膜厚で６０ｎｍ成膜した。増反射層としては、ＷＯ_３とＡｌ_２Ｏ_３と混合物（重量混合比９５：５）およびＳｉＯ_２を使用した。本実施例の反射膜は、成膜時に基板の加熱を行っていなかったが、テープ剥離テストによって充分な密着強度を有することが確認された。本実施例の反射膜の基板からの４５゜入射時の反射率を図４に示す。また、本発明の反射膜について実施例１と同様の試験を行ったが、試験前後で反射率および密着強度の変化は見られなかった。
【００３０】
【比較例１】
比較例１では、実施例１と同様の方法で膜材料だけをＷＯ_３からＣｅＯ_２に変更して成膜した。各層の膜厚を表５に、反射膜の膜側からの０゜入射時の反射率を図５に示す。
【００３１】
【表５】
［比較例１］
λ＝５００ｎｍ
ＳｉＯ_２０．２９２９λ
ＣｅＯ_２０．１７９３λ
ＳｉＯ_２０．２７６８λ
ＣｅＯ_２０．２３９８λ
ＳｉＯ_２０．２２３４λ
Ａｌ６０ｎｍ
ＰＭＭＡ
【００３２】
本比較例では、成膜直後では、テープ剥離テストによって充分な密着強度を有することが確認されたものの、５０℃９０％の高温高湿試験、７０〜−４０℃のヒートショック試験を行ったところ、いずれの試験でも試験後のテープ剥離テストによって膜の剥離がみられ、密着強度が低下していることが確認された。
【００３３】
【比較例２】
比較例２では、実施例４と同様の方法で膜材料だけをＷＯ_３からＣｅＯ_２に変更して成膜した。各層の膜厚を表６に、反射膜の膜側からの４５゜入射時の反射率を図６に示す。
【００３４】
【表６】
［比較例２］
λ＝５００ｎｍ
ガラスｎ＝１．５２
ＳｉＯ_２０．４０１９λ
ＣｅＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３０．２５５１λ
ＳｉＯ_２０．１２０２λ
ＣｅＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３０．１５６３λ
ＳｉＯ_２０．４１９２λ
ＣｅＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３０．２８０５λ
ＳｉＯ_２０．３１９８λ
Ａｌ６０ｎｍ
【００３５】
本比較例では、成膜直後では、テープ剥離テストによって充分な密着強度を有することが確認されたものの、５０℃９０％の高温高湿試験、７０〜−４０℃のヒートショック試験を行ったところ、いずれの試験でも試験後のテープ剥離テストによって膜の剥離がみられ、密着強度が低下していることが確認された。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の反射膜によれば、基板上にＰＶＤ法（物理的蒸着法）によりＭｏＯ_３およびＷＯ_３の少なくとも一方の物質を含む層とＳｉ酸化物からなる層とを交互に形成した増反射層を有する構成としたことにより、従来の成膜装置をそのまま使用して、蒸発源からの輻射熱を低く抑えた成膜が可能になる。従って、本発明の反射膜、表面反射鏡および裏面反射鏡は、基板の熱ダメージによる膜の密着性劣化や面精度の劣化、接合品の接着強度劣化、またはデバイスの性能劣化などを生じることなく、しかも優れた生産性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の反射率を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例２の反射率を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例３の反射率を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例４の反射率を示すグラフである。
【図５】本発明の比較例１の反射率を示すグラフである。
【図６】本発明の比較例２の反射率を示すグラフである。

Claims

真空蒸着法によりＭｏＯ_３およびＷＯ_３の少なくとも一方の物質を含む層とＳｉ酸化物からなる層とを交互に形成した増反射層を有することを特徴とする反射膜。
ＭｏＯ _３およびＷＯ _３の少なくとも一方の物質を含む層とＳｉ酸化物からなる層とを交互に形成した増反射層と、前記増反射層のＳｉ酸化物からなる層に接して形成した金属層とを有することを特徴とする表面反射鏡。
ＭｏＯ _３およびＷＯ _３の少なくとも一方の物質を含む層とＳｉ酸化物からなる層とを交互に形成した増反射層と、前記増反射層のＳｉ酸化物からなる層に接して形成した金属層とを有することを特徴とする裏面反射鏡。