JP3691106B2 - 光学薄膜 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光屈折率の異なる透明導電膜を積層して作製した光学薄膜並びにそれらを製造するために使用されるスパッタリングタ−ゲット材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種光学素子、特に、無反射コ−ティング膜、光学干渉フィルタ、ブラックリフレクタの製造には各種の光学薄膜が必要不可欠である。従来、これらを製造するために用いられている該薄膜は高い光屈折率を有する酸化チタン（ＴｉＯ₂）や低い光屈折率を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）を単層もしくは多重に積層したものが使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、このような光学薄膜は殆どが絶縁物であり、従ってその用途が限定され多様化するニ−ズに対応できないという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような社会的要請に応えるため、光屈折率が殆ど同じ値を持つため、やはりその用途が限定されていた従来形透明導電膜の欠点をカバ−する、種々の光屈折率を実現できる新しい透明導電膜を用いて作製した各種光学薄膜、並びにそれらを製造するために使用されるスパッタリングタ−ゲット材を提供することを目的とする。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】
この目的は、光屈折率約２．４のＺｎ₂Ｉｎ₂Ｏ₅を主成分とする透明導電膜またはその混晶組成の該膜、光屈折率約１．６のＩｎＧａＯ₃を主成分とする透明導電膜またはその混晶組成の該膜、あるいはまた光屈折率がいずれも約２．０の従来のＺｎＯ系、ＳｎＯ₂系、あるいはＩｎ₂Ｏ₃系該膜を積層して作製した無反射コ−ティング膜、光学干渉フィルタあるいは反射器（ブラックリフレクタ）を提供することにより、従来にない透明で導電性を有する全く新しい各種の光学薄膜を提供することにより達成できる。
【０００６】
本発明に成る光学薄膜の主要な部分を占める透明導電膜は、例えば高周波マグネトロンスパッタ法により作製することができる。本発明の該膜の製造方法としては、この方法に限定されるものではなく、イオンプレーティング法、真空蒸着法、化学気相結晶成長法やエレクトロンサイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを用いた有機金属化学気相結晶成長（ＭＯＣＶＤ）法等の公知の膜形成技術が利用できる。
【０００７】
【作用】
本発明で提案している光学薄膜を構成する透明導電膜の１つは従来利用されているＺｎＯ系、ＳｎＯ₂系、あるいはＩｎ₂Ｏ₃系であり、いずれの膜の光屈折率も約２．０とほぼ同じ値である。従ってこれらの膜だけでは無反射コ−ティング膜、光学干渉フィルタあるいは反射器（ブラックリフレクタ）といった高機能な薄膜を作製することはできない。そこで大きな光屈折率を有するＺｎ₂Ｉｎ₂Ｏ₅系透明導電膜と小さな光屈折率のＩｎＧａＯ₃系透明導電膜に着目すると、従来の上記透明導電膜が光学薄膜の構成要素としてにわかに重要性が高まってくることは明かである。即ち、従来型透明導電膜の上に、Ｚｎ₂Ｉｎ₂Ｏ₅透明導電膜を形成したり、あるいはＩｎＧａＯ₃透明導電膜を形成したり、あるいはＺｎ₂Ｉｎ₂Ｏ₅透明導電膜の上にＩｎＧａＯ₃系透明導電膜を形成することによって光閉じ込め効果や無反射コ−ティングが期待できる。しかも構成要素はいずれも透明導電膜であるという従来の光学薄膜に見られない新規な特徴を生み出すという作用効果がある。
【０００８】
以下、本発明を実施例により説明する。
【実施例 １】
高周波マグネトロンスパッタ法によりコーニング７０５９ガラス上に作成された平均可視光透過率８５％、電気抵抗率４×１０^-4Ωcmの特性を持つＺｎＯ：Ａｌ（Ａｌ＝２ｗｔ％）薄膜の上に、同じ作製条件で厚さ約１００ｎｍのＩｎＧａＯ₃透明導電膜を形成した。また、Ｚｎ₂Ｉｎ₂Ｏ₅透明導電膜の上にも同様に該ＩｎＧａＯ₃透明導電膜を約８０ｎｍ形成し、無反射コ−ティング層を作製することができた。いずれの場合でも、膜が剥がれたりする事なく平滑な膜形成を実現できた。また、ＳｎＯ2系、Ｉｎ2Ｏ3系およびＩＴＯ系の内少なくとも１種の酸化物系透明導電膜と該透明導電膜を積層して成膜することは何ら支障なかった。
【０００９】
【実施例 ２】
実施例１の方法、条件でＺｎ₂Ｉｎ₂Ｏ₅／ＩｎＧａＯ₃／Ｚｎ₂Ｉｎ₂Ｏ₅のλ／４型多層膜から成るファブリ・ペロー形干渉フィルタを作成した。この場合もＺｎ₂Ｉｎ₂Ｏ₅とＩｎＧａＯ₃とのなじみは良く、剥がれたりすることはなかった。また５００nmを中心波長に持つ単色フィルターを構成したところ、最大透過率は８０％であった。さらに５％透過率における波長幅は１５０nmであった。いずれの値も実用上十分なものである。またコーニングガラス基板の替わりに無反射コーティング層や一般の光学フィルタ−用コーティング層が形成された基板上にも同様に支障なくＺｎ₂Ｉｎ₂Ｏ₅薄膜を形成することができた。
【００１０】
【実施例 ３】
実施例１の方法、条件で、ａ−Ｓｉや単結晶Ｓｉ太陽電池用透明電極、ＥＬＤおよびＬＣＤ用透明電極として使用されている酸化物系透明導電膜上に、あるいはそれらの透明電極としてλ／４厚のＺｎ₂Ｉｎ₂Ｏ₅透明導電膜を形成した。その結果該酸化物系のみを使用した場合に比べ表面反射率を０．５％以下におさえる無反射コーティングを実現できた。
【００１１】
【実施例 ４】
実施例２と同様にして、λ／４厚のＺｎＯ：Ａｌ透明導電膜とＺｎ₂Ｉｎ₂Ｏ₅透明導電膜とを交互に多重積層し、それぞれの光屈折率と膜厚を精密に制御して成膜した結果、波長１４００nmでシャープな赤外線遮断特性をもつフィルタや、ＬＣＤ用カラーフィルタとして有望な可視光域の任意の波長でシャープなバンドパス特性を有する単色フィルタを形成することができた。
【００１２】
実施例１〜４の光学薄膜の作製において、用いた各種透明導電膜は該膜の原料粉末から成るタ−ゲット材を用い高周波マグネトロンスパッタ法により作製したが、同様の結果は焼結体タ−ゲットを用いた直流マグネトロンスパッタ法によっても作製できることを確認した。
【００１３】
本発明になる光学薄膜は、前記実施例のみに限定されるものではなく、種々の組み合わせから成る装飾用ガラスコ−ティング膜、可視光選択透過膜、導電性を利用する新しいその他の光学薄膜、透明帯電防止膜等種々の用途に利用できる事は言うまでもない。
【発明の効果】
本発明によれば、約２．４という高い光屈折率と１０^-4Ωcm台という抵抗率を有するこれまでにない新しい透明導電膜から成る光学薄膜を提供でき、多くのオプトエレクトロニクス素子の高機能化を図ることが可能となった。簡単な成膜プロセスに加え、該膜は多様なエッチング特性を持っているためパタ−ニングも単純となり低コスト化が図れるという効果がある。たとえば太陽電池の受光面に該膜を利用することにより光閉じ込め効果がえられ、活性層側界面を凹凸にする等の工程は不要となる。該膜の組成を制御することにより抵抗率や光屈折率を制御することができる。その結果、光学薄膜に対する多様なニ−ズに対応できる効果が得られた。

Claims (3)

1. 透明基体上に作成された平均可視光透過率８５％、電気抵抗率４×１０^{- 4} Ωcmの特性を持つＺｎＯ：Ａｌ（Ａｌ＝２ｗｔ％）薄膜の上に、ＩｎＧａＯ₃ からなる透明導電膜を形成したことを特徴とする光学薄膜。
2. 透明基体上に作成されたＺｎ₂ Ｉｎ₂ Ｏ₅ からなる透明導電膜の上に、ＩｎＧａＯ₃ からなる透明導電膜を形成したことを特徴とする光学薄膜。
3. 透明基体上に作成されたＺｎ₂ Ｉｎ₂ Ｏ₅ からなる透明導電膜の上に、ＩｎＧａＯ₃ からなる透明導電膜を形成し、さらにその上にＺｎ₂ Ｉｎ₂ Ｏ₅ からなる透明導電膜を形成したことを特徴とする光学薄膜。