JP5663220B2 - OPTICAL THIN FILM, ITS MANUFACTURING METHOD, AND OPTICAL MULTILAYER FILM - Google Patents

OPTICAL THIN FILM, ITS MANUFACTURING METHOD, AND OPTICAL MULTILAYER FILM Download PDF

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哲生 小崎
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本発明は、光学薄膜、その製造方法および光学多層膜に関し、特に、交互吸着により形成した光学薄膜、それを製造する方法およびそれを他の光学薄膜と積層して光学多層膜を製造する技術に関する。   The present invention relates to an optical thin film, a method for producing the same, and an optical multilayer film, and more particularly to an optical thin film formed by alternating adsorption, a method for producing the same, and a technique for producing an optical multilayer film by laminating it with other optical thin films. .

眼鏡・カメラなどの光学製品や、ディスプレイ装置の表示画面など、光学的・視覚的な現象を生じる機器には、光学薄膜を積層した様々な光学多層膜が利用されている。たとえば、ガラス材料等の表面に対する外光の反射を防ぎ、像の映り込みを防止するために、ディスプレイ装置をはじめとして、眼鏡・カメラなどの光学製品には反射防止膜が利用されている。この反射防止膜は、光学多層膜の代表的な一例である。   Various optical multilayer films in which optical thin films are laminated are used for optical products such as glasses and cameras, and devices that cause optical and visual phenomena such as display screens of display devices. For example, in order to prevent reflection of external light to the surface of a glass material or the like and to prevent reflection of an image, an antireflection film is used in optical products such as a display device and glasses / cameras. This antireflection film is a typical example of an optical multilayer film.

一般的な単層の反射防止膜の基本原理は、反射防止の対象となる光の波長λの1/4に相当する光路差を生じさせるのに適した厚みをもった基材より屈折率の低い層を基材表面に形成することにより、当該層の上面からの反射光と下面からの反射光の光路差dがλ/2となるようにし、逆位相の光を互いに干渉させて反射光強度を低下させるというものである。通常、高屈折率層と低屈折率層とを用いた積層構造を有する光学多層膜によって反射防止膜を形成することが多い。たとえば、下記の特許文献1および2には、多層構造体からなる反射防止膜が開示されている。また、下記の特許文献3には、ゾル−ゲル法により形成された層と交互吸着法により形成された層とを交互に積層してなる多層ヘテロ構造をもつ光学多層膜が開示されており、下記の特許文献4には、無機微粒子と有機系バインダーとを含有した膜を用いることにより、柔軟性を確保しつつ、表面の虹むらを解消する技術が開示されている。   The basic principle of a general single-layer antireflection film is that the refractive index is higher than that of a substrate having a thickness suitable for producing an optical path difference corresponding to ¼ of the wavelength λ of the light to be antireflection. By forming a low layer on the substrate surface, the optical path difference d between the reflected light from the upper surface of the layer and the reflected light from the lower surface is λ / 2, and the light of the opposite phase interferes with each other to reflect the reflected light. The strength is lowered. Usually, the antireflection film is often formed by an optical multilayer film having a laminated structure using a high refractive index layer and a low refractive index layer. For example, Patent Documents 1 and 2 below disclose antireflection films made of a multilayer structure. Patent Document 3 below discloses an optical multilayer film having a multilayer heterostructure in which layers formed by a sol-gel method and layers formed by an alternate adsorption method are alternately stacked. Patent Document 4 below discloses a technique for eliminating surface rainbow unevenness while ensuring flexibility by using a film containing inorganic fine particles and an organic binder.

反射防止膜の本質的な機能は、基材表面の反射率を低減することであるが、このような光学多層膜を工業製品として利用するためには、十分な耐摩耗性が確保できることと、製造コストを低減できることが要求される。そこで、たとえば、下記の特許文献5には、シリル化処理された無機酸化物微粒子を含有した層を用いることにより、耐摩耗性の向上を図った反射防止膜が開示されている。また、下記の特許文献6には、製造コストの低減を図るため、塗布によって均一な厚みをもった反射防止膜を高速生成するのに適した塗布組成物が開示されている。   The essential function of the antireflection film is to reduce the reflectance of the substrate surface, but in order to use such an optical multilayer film as an industrial product, sufficient wear resistance can be ensured, It is required that the manufacturing cost can be reduced. Thus, for example, Patent Document 5 below discloses an antireflection film that improves wear resistance by using a layer containing silylated inorganic oxide fine particles. Patent Document 6 below discloses a coating composition suitable for high-speed production of an antireflection film having a uniform thickness by coating in order to reduce manufacturing costs.

一般に、成膜工程には、様々なバリエーションがあり、どの成膜工程を採るかによって、生成される膜の品質、厚みの精度、製造コストなどが大きく異なってくる。たとえば、真空チャンバ内でのスパッタリングや蒸着などの手法を用いた成膜工程を採れば、膜厚を高い精度で制御することができるが、基材を真空チャンバ内に入れて作業を行う必要があるため、量産性に欠けることになり、製造コストは高くならざるを得ない。これに対して、膜形成材料を溶媒に溶かした成膜槽を用意し、基材をこの成膜槽に浸してから引き上げる方法(以下、溶液浸漬法と呼ぶ)は、量産性に富み、真空チャンバなどの大掛かりな装置も不要であるため、製造コストは大幅に低減できる。特に、膜形成材料の水溶液を用いた方法では、有機溶媒なども不要であり、製造コストが最も安価な方法と考えられる。   In general, there are various variations in the film formation process, and the quality, thickness accuracy, manufacturing cost, and the like of the generated film vary greatly depending on which film formation process is employed. For example, if a film forming process using a technique such as sputtering or vapor deposition in a vacuum chamber is adopted, the film thickness can be controlled with high accuracy. However, it is necessary to perform the work by placing the substrate in the vacuum chamber. For this reason, mass productivity is lacking, and manufacturing costs are inevitably high. On the other hand, a method of preparing a film forming tank in which a film forming material is dissolved in a solvent and pulling the substrate up after being immersed in this film forming tank (hereinafter referred to as a solution dipping method) is rich in mass productivity and vacuum. Since a large-scale apparatus such as a chamber is not necessary, the manufacturing cost can be greatly reduced. In particular, the method using an aqueous solution of a film forming material does not require an organic solvent, and is considered to be the method with the lowest manufacturing cost.

ところが、基材を溶液中へ浸漬させてから引き上げることにより、その表面に成膜を行うという従来の溶液浸漬法は、光学多層膜の製造プロセスに用いるには不適切である。その理由は、一般的な溶液浸漬法では、膜厚を正確に制御することができないためである。上述したように、反射防止膜では、その機能上、反射防止の対象となる光の波長λの1/4に相当する光路差を生じさせるのに適した厚みをもった層を基材表面に均一に形成することが非常に重要である。反射防止以外の他の用途に用いる光学薄膜や光学多層膜の場合も、その光学的な機能を正常に果たすためには、やはり各層の厚みの精度を十分に確保する必要がある。したがって、一般に、光学薄膜や光学多層膜を形成するためには、非常に高い精度で厚みを制御することが可能な成膜工程が必要になる。ところが、従来の溶液浸漬法では、基材表面に形成される膜の厚みは、基材の形状、溶液の濃度、浸漬時間、引き上げ時の重力の影響など、さまざまな要因によって左右されるため、たとえば、「波長λの1/4に相当する光路差を生じさせるのに適した厚みをもった膜」というような高い厚み精度をもった膜を形成することができなかった。   However, the conventional solution dipping method in which a substrate is dipped in a solution and then pulled up to form a film on the surface thereof is inappropriate for use in the manufacturing process of an optical multilayer film. This is because the film thickness cannot be accurately controlled by a general solution immersion method. As described above, in the antireflection film, a layer having a thickness suitable for causing an optical path difference corresponding to ¼ of the wavelength λ of light to be antireflection is formed on the surface of the base material. It is very important to form it uniformly. In the case of an optical thin film or an optical multilayer film used for other purposes other than antireflection, it is necessary to sufficiently secure the accuracy of the thickness of each layer in order to perform its optical function normally. Therefore, generally, in order to form an optical thin film or an optical multilayer film, a film forming process capable of controlling the thickness with very high accuracy is required. However, in the conventional solution dipping method, the thickness of the film formed on the surface of the substrate depends on various factors such as the shape of the substrate, the concentration of the solution, the dipping time, and the influence of gravity when pulling up, For example, a film having a high thickness accuracy such as “a film having a thickness suitable for causing an optical path difference corresponding to ¼ of the wavelength λ” cannot be formed.

そこで本出願人は、溶液浸漬法を用いて製造することが可能な光学多層膜を提供するべく、鋭意検討した結果に基づいて、特許文献7において、第1の屈折率を示す高屈折率層と、第1の屈折率よりも低い第2の屈折率を示す低屈折率層とからなる各光学薄膜を、基材上に積層してなる光学多層膜を形成する技術を提案している。   Therefore, the applicant of the present invention based on the result of earnest study to provide an optical multilayer film that can be manufactured by using a solution immersion method, in Patent Document 7, a high refractive index layer showing a first refractive index. And a technique for forming an optical multilayer film obtained by laminating each optical thin film comprising a low refractive index layer having a second refractive index lower than the first refractive index on a substrate.

この光学多層膜においては、高屈折率層を第1の材料と第2の材料との交互吸着膜によって構成し、低屈折率層を第3の材料と第4の材料との交互吸着膜によって構成すると共に、第1の材料層をPDDA(ポリジアリルアミンジメチルアンモニウムクロライド)によって構成し、第2の材料層をチタン化合物であるTALH(チタニウム(IV)ビス(アンモニウムラクト)ジヒドロキシド)で構成し、第3の材料層をPDDAによって構成し、第4の材料層を珪酸ナトリウムで構成している。   In this optical multilayer film, the high refractive index layer is composed of an alternating adsorption film of the first material and the second material, and the low refractive index layer is composed of an alternating adsorption film of the third material and the fourth material. The first material layer is composed of PDDA (polydiallylamine dimethylammonium chloride), and the second material layer is composed of TALH (titanium (IV) bis (ammonium lacto) dihydroxide) which is a titanium compound. The third material layer is made of PDDA, and the fourth material layer is made of sodium silicate.

特開2002−243902号公報JP 2002-243902 A 特開2007−052345号公報JP 2007-052345 A 特開2001−350015号公報JP 2001-350015 A 特開2005−148376号公報JP 2005-148376 A 特開2007−069471号公報JP 2007-069471 A 特開2006−096861号公報JP 2006-096861 A 特開2009−058703号公報JP 2009-058703 A

このような交互吸着により光学多層膜を作成する場合、前述した乾式法のように高真空を必要とせず、薄膜の機械強度や曲面への両面コーティングが問題となることもない。また、ゾル−ゲル法のように、有機溶媒中の製膜材料の安定性や温度・湿度により加水分解・重合反応が進行するために高度に温度・湿度等の環境制御が必要である上に、薄膜を安定化するための高温焼成なども必要ないため、樹脂基材への製膜にも向いている。また、作成される光学多層膜自体も機械的強度や光学特性にも優れているという特徴を有している。   When an optical multilayer film is produced by such alternate adsorption, a high vacuum is not required unlike the dry method described above, and the mechanical strength of the thin film and double-sided coating on a curved surface do not become a problem. In addition, as in the sol-gel method, environmental control such as temperature and humidity is highly necessary because the hydrolysis and polymerization reaction proceeds depending on the stability of film-forming materials in organic solvents and temperature and humidity. Since it does not require high-temperature baking for stabilizing the thin film, it is suitable for film formation on a resin substrate. In addition, the optical multilayer film itself is characterized by excellent mechanical strength and optical characteristics.

しかしながら、チタン酸化物の前駆体として使用しているTALHは乳酸部位の加水分解反応が速いために、チタニア粒子が析出して溶液が白濁してしまう現象が起こり、その結果、形成される光学多層膜には粒子析出に伴う表面粗さの増加(10nm以上)により透明性が低下するため、更なる改良が望まれていた。   However, since TALH used as a precursor of titanium oxide has a fast hydrolysis reaction at the lactic acid site, a phenomenon occurs in which titania particles are precipitated and the solution becomes clouded. As a result, an optical multilayer is formed. Since the transparency of the film decreases due to the increase in surface roughness (10 nm or more) accompanying particle precipitation, further improvement has been desired.

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、成膜材料として従来のチタンラクテートアンモニウム塩を使用したときよりも透明性に優れた、極めて透明性の高い光学薄膜及びそれを積層した光学多層膜を形成することができる技術を提供することを課題とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems. An optical thin film having excellent transparency and excellent transparency compared with the case where a conventional titanium lactate ammonium salt is used as a film forming material, and It is an object to provide a technique capable of forming a laminated optical multilayer film.

本発明は、水溶液中で多量体になる水溶性金属錯体であって、該水溶性金属錯体の原料がTi、Zr、Hfのいずれかの化合物であり、配位子がアセチルアセトン、ジアミン類、ピリジン類からなる群から選ばれた一種以上であるものを用いて形成されたことを特徴とする光学薄膜とすることにより前記課題を解決したものである。 The present invention relates to a water-soluble metal complex that becomes a multimer in an aqueous solution, wherein the raw material of the water-soluble metal complex is a compound of Ti, Zr, or Hf, and the ligand is acetylacetone, diamine, pyridine The above-mentioned problems are solved by forming an optical thin film characterized by being formed using at least one selected from the group consisting of a group .

ここで、前記化合物が、金属アルコキシド、有機酸塩、無機酸塩のいずれかであるとしてもよい。また、前記ジアミン類が、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸、1,2−プロパンジアミン、1,3−プロパンジアミンからなる群から選ばれた一種以上であるとしてもよく、更には、前記ピリジン類が、ピリジン、ビピリジンからなる群から選ばれた一種以上であるとしてもよい。 Here, before hear compound is a metal alkoxide, an organic acid salt may be either an inorganic acid salt. Also, the diamines ethylenediamine, ethylenediaminetetraacetic acid, 1,2-propanediamine, may be at least one selected from the group consisting of 1,3-propanediamine, further, the pyridines, It may be one or more selected from the group consisting of pyridine and bipyridine.

本発明は、また、電解質ポリマーの水溶液と、水溶液中で多量体になる水溶性金属錯体であって、該水溶性金属錯体の原料がTi、Zr、Hfのいずれかの化合物であり、配位子がアセチルアセトン、ジアミン類、ピリジン類からなる群から選ばれた一種以上であるものの水溶液に、基材を交互に浸すことにより交互吸着膜を形成することを特徴とする光学薄膜の製造方法とすることにより、同様に前記課題を解決したものである。 The present invention also provides an aqueous solution of an electrolyte polymer and a water-soluble metal complex that becomes a multimer in the aqueous solution, wherein the raw material of the water-soluble metal complex is a compound of any one of Ti, Zr, and Hf. A method for producing an optical thin film characterized in that an alternating adsorption film is formed by alternately immersing a base material in an aqueous solution of one or more selected from the group consisting of acetylacetone, diamines, and pyridines, and By doing so, the above-mentioned problem is solved in the same manner.

ここでは、前記電解質ポリマーを、ポリジアリルアミンジメチルアンモニウムクロライド、ポリアリルアミンハイドロクロライド、ポリエチルイミン、ポリアクリル酸、ポリスルホン酸からなる群の中から選択された材料によって構成してもよい。   Here, the electrolyte polymer may be made of a material selected from the group consisting of polydiallylamine dimethylammonium chloride, polyallylamine hydrochloride, polyethylimine, polyacrylic acid, and polysulfonic acid.

本発明は、更に、請求項1記載の第1の光学薄膜と、ドライプロセス又はウェットプロセスで成膜した第2の光学薄膜と、を各1層以上積層したことを特徴とする光学多層膜とすることにより、前記課題を解決したものである。   The present invention further includes an optical multilayer film, wherein the first optical thin film according to claim 1 and one or more second optical thin films formed by a dry process or a wet process are laminated. By doing so, the above-mentioned problems are solved.

ここでは、前記第1の光学薄膜が第1の屈折率を示す高屈折率層で、前記第2の光学薄膜が第1の屈折率よりも低い第2の屈折率を示す低屈折率層であり、前記高屈折率層を第1の材料と第2の材料との交互吸着膜によって構成し、前記低屈折率層を第3の材料と第4の材料との交互吸着膜によって構成し、前記第1の材料と第3の材料とを、それぞれ、ポリジアリルアミンジメチルアンモニウムクロライド、ポリアリルアミンハイドロクロライド、ポリエチルイミン、ポリアクリル酸、ポリスルホン酸からなる群の中から選択された材料によって構成してもよい。   Here, the first optical thin film is a high refractive index layer exhibiting a first refractive index, and the second optical thin film is a low refractive index layer exhibiting a second refractive index lower than the first refractive index. The high refractive index layer is constituted by an alternating adsorption film of a first material and a second material, and the low refractive index layer is constituted by an alternating adsorption film of a third material and a fourth material, The first material and the third material are each composed of a material selected from the group consisting of polydiallylamine dimethylammonium chloride, polyallylamine hydrochloride, polyethylimine, polyacrylic acid, and polysulfonic acid. Also good.

本発明によれば、水溶液中で多量体になる水溶性金属錯体を用いることにより溶液浸漬法を用いて成膜することができる上に、高い精度で厚みの制御を行うことができ、しかも極めて透明性が高い光学薄膜を提供することが可能となった。これは、金属錯体が水溶液中で多量体を構成しているため、加水分解反応が抑制されるためと考えられる。   According to the present invention, by using a water-soluble metal complex that becomes a multimer in an aqueous solution, it is possible to form a film by using a solution immersion method, and it is possible to control the thickness with high accuracy, and extremely It has become possible to provide an optical thin film with high transparency. This is thought to be because the hydrolysis reaction is suppressed because the metal complex forms a multimer in the aqueous solution.

特に、交互吸着膜を、ポリジアリルアミンジメチルアンモニウムクロライド、ポリアリルアミンハイドロクロライド、ポリエチルイミン、ポリアクリル酸、ポリスルホン酸からなる群の中から選択された電解質ポリマーを主成分とした層と、前記水溶性金属錯体を主成分とした層と、を交互に配した膜とすることにより、十分な耐摩耗性をもった膜を基材表面に均一に形成することが可能になる。   In particular, the alternately adsorbing membrane comprises a layer mainly composed of an electrolyte polymer selected from the group consisting of polydiallylamine dimethylammonium chloride, polyallylamine hydrochloride, polyethylimine, polyacrylic acid, and polysulfonic acid, and the water-soluble layer. By forming a film having a metal complex as a main component and alternating layers, a film having sufficient wear resistance can be uniformly formed on the substrate surface.

また、本発明に係る光学薄膜の製造方法では、基材を電解質ポリマーの水溶液を収容した成膜槽と、前記水溶性金属錯体の水溶液を収容した成膜槽とに、交互に複数回浸すことにより、交互吸着膜からなる高屈折率層もしくは低屈折率層を形成することができ、各成膜槽に浸した回数によって、膜厚の制御を行うことができる。したがって、量産性を向上させ、製造コストの低減を図ることができる。   In the method for producing an optical thin film according to the present invention, the base material is alternately immersed a plurality of times in a film formation tank containing an aqueous solution of an electrolyte polymer and a film formation tank containing an aqueous solution of the water-soluble metal complex. Thus, a high refractive index layer or a low refractive index layer composed of alternating adsorption films can be formed, and the film thickness can be controlled by the number of times of immersion in each film formation tank. Therefore, mass productivity can be improved and manufacturing cost can be reduced.

高屈折率層Hと低屈折率層Lとの積層構造をもった一般的な反射防止膜の構造を示す側断面図Side sectional view showing the structure of a general antireflection film having a laminated structure of a high refractive index layer H and a low refractive index layer L 一般的な交互吸着膜の製造原理を示す概念図Conceptual diagram showing the principle of manufacturing a general alternating adsorption film 図2に示す製造原理に基づいて、基材表面に電解質ポリマーが吸着する様子を示す概念図Conceptual diagram showing how the electrolyte polymer is adsorbed on the substrate surface based on the manufacturing principle shown in FIG. 図2に示す製造原理に基く2回目の浸漬処理におけるより具体的な吸着状態を示す概念図The conceptual diagram which shows the more concrete adsorption state in the 2nd immersion process based on the manufacturing principle shown in FIG. 図4に示す浸漬処理を合計6回行ったときに形成される交互吸着膜の構造を示す概念図The conceptual diagram which shows the structure of the alternating adsorption film formed when the immersion process shown in FIG. 4 is performed 6 times in total 本発明に係る反射防止膜の基本構造を示す側断面図Side sectional view showing the basic structure of an antireflection film according to the present invention 図6に示す層11および層13の原料となるPDDAの分子構造を示す図The figure which shows the molecular structure of PDDA used as the raw material of the layer 11 and the layer 13 which are shown in FIG. 図6に示す層12の原料となるACPTの分子構造を示す図The figure which shows the molecular structure of ACPT used as the raw material of the layer 12 shown in FIG. 図6に示す層14の原料となる珪酸ナトリウムの分子構造を示す図The figure which shows the molecular structure of the sodium silicate used as the raw material of the layer 14 shown in FIG. 図6に示す反射防止膜の片面反射率の実測値を示すグラフThe graph which shows the measured value of the single-sided reflectance of the antireflection film shown in FIG. 本発明において、PDDAの代わりに利用可能な電解質ポリマーのいくつかの例の分子構造を示す図The figure which shows the molecular structure of some examples of the electrolyte polymer which can be used instead of PDDA in this invention. 従来のTALHと本発明のACPTの各多層膜の表面状態を示す顕微鏡写真Photomicrograph showing the surface state of each multilayer film of conventional TALH and ACPT of the present invention 従来のTALHと本発明のACPTの各多層膜の表面粗さを原子間力顕微鏡で測定した結果のイメージデータを示す概念図The conceptual diagram which shows the image data of the result of having measured the surface roughness of each multilayer film of conventional TALH and ACPT of this invention with an atomic force microscope 従来のTALHと本発明のACPTの各多層膜の透過率を対比して示す線図Diagram showing contrast of transmittance of each multilayer film of conventional TALH and ACPT of the present invention 本発明のACPTからなる多層膜の反射防止特性を示す線図The diagram which shows the antireflection characteristic of the multilayer film which consists of ACPT of this invention

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

<<< §1.本発明に係る反射防止膜の基本構造 >>>
本発明は、様々な光学多層膜を溶液浸漬法を用いて成膜する技術に広く適用可能であるが、以下、本発明を反射防止膜の成膜技術に利用した実施形態を述べることにする。本発明に係る反射防止膜は、図1の側断面図に示されているように、基材10上に高屈折率層Hと低屈折率層Lとを積層した構造を有するものである。一般に、反射防止の対象となる光の波長λの4分の1に相当する光路差を生じさせるのに適した厚み(屈折率nを考慮した補正後の厚み)をもった反射防止膜を基材10の表面に形成しておくと、上方から光を照射した場合、膜の上面(大気との界面)からの反射光光路と、膜の下面(基材10との界面)からの反射光光路との間に、λ/2(半波長)の光路差を生じることになり、互いに打ち消し合うことになる。反射防止膜は、このような原理を利用して、基材10の表面からの反射を抑制するものである。
<<< §1. Basic structure of antireflection film according to the present invention >>
The present invention can be widely applied to a technique for forming various optical multilayer films using a solution immersion method. Hereinafter, embodiments in which the present invention is used for a technique for forming an antireflection film will be described. . The antireflection film according to the present invention has a structure in which a high-refractive index layer H and a low-refractive index layer L are laminated on a base material 10, as shown in the side sectional view of FIG. In general, an antireflection film having a thickness (corrected thickness in consideration of the refractive index n) suitable for generating an optical path difference corresponding to one-fourth of the wavelength λ of light to be antireflective is used. When formed on the surface of the material 10, when light is irradiated from above, the reflected light path from the upper surface of the film (interface with the atmosphere) and the reflected light from the lower surface of the film (interface with the substrate 10) An optical path difference of λ / 2 (half wavelength) is generated between the optical paths and cancel each other. The antireflection film suppresses reflection from the surface of the base material 10 using such a principle.

たとえば、基材表面に照射された光の反射を防止するのであれば、厚みがλ/(4・n)の膜を形成すればよい(nは膜の屈折率)。   For example, in order to prevent reflection of light irradiated on the substrate surface, a film having a thickness of λ / (4 · n) may be formed (n is the refractive index of the film).

また、図1に示すように、2層構造をもった反射防止膜も広く利用されている。たとえば、基材10上に、厚みλ/(4・nH)をもつ高屈折率層Hと厚みλ/(4・nL)をもつ低屈折率層Lとを積層した構造を有する反射防止膜では、入射角θ=0°の光に関して、図示の界面S0、S1、S2において反射する光が互いに弱め合い、良好な反射防止効果が得られることが知られている(nHは高屈折率層Hの屈折率、nLは低屈折率層Lの屈折率)。このため、この図1に示す構造をもった反射防止膜は、ディスプレイ装置をはじめとして、眼鏡・カメラなどの光学製品についても広く利用されている。   As shown in FIG. 1, an antireflection film having a two-layer structure is also widely used. For example, in an antireflection film having a structure in which a high refractive index layer H having a thickness λ / (4 · nH) and a low refractive index layer L having a thickness λ / (4 · nL) are laminated on the substrate 10. , It is known that the light reflected at the illustrated interfaces S0, S1, and S2 weakens each other with respect to light having an incident angle θ = 0 °, and a good antireflection effect is obtained (nH is a high refractive index layer H). NL is the refractive index of the low refractive index layer L). Therefore, the antireflection film having the structure shown in FIG. 1 is widely used not only for display devices but also for optical products such as glasses and cameras.

理論的には、大気と低屈折率層Lとの屈折率が異なれば界面S0での反射が生じ、低屈折率層Lと高屈折率層Hとの屈折率が異なれば界面S1での反射が生じ、高屈折率層Hと基材10との屈折率が異なれば界面S2での反射が生じる。したがって、各層の屈折率の大小関係は、図示の例どおりでなくても、理論的には、反射防止効果が得られることになる。たとえば、低屈折率層Lと基材10との屈折率が等しくてもよい。実用上は、図示のとおり、基材10上に高屈折率層Hと低屈折率層Lとを図示の順番で積層した構造が用いられることが多い。   Theoretically, if the refractive index of the atmosphere and the low refractive index layer L are different, reflection at the interface S0 occurs, and if the refractive index of the low refractive index layer L and the high refractive index layer H is different, the reflection at the interface S1. If the refractive index of the high refractive index layer H and the base material 10 are different, reflection at the interface S2 occurs. Therefore, even if the magnitude relationship between the refractive indexes of the layers is not as shown in the illustrated example, theoretically, an antireflection effect can be obtained. For example, the refractive index of the low refractive index layer L and the base material 10 may be equal. In practice, as shown in the figure, a structure in which a high refractive index layer H and a low refractive index layer L are laminated on the base material 10 in the order shown is often used.

また、本願における低屈折率層Lの「低屈折率」とは、高屈折率層Hとの比較において屈折率が低いことを意味し、本願における高屈折率層Hの「高屈折率」とは、低屈折率層Lとの比較において屈折率が高いことを意味するものであり、基材10を比較の対象とした「高低」を意味するものではない。ただ、実用上は、高屈折率層Hの材料としては、基材10よりも屈折率の高い材料が用いられ、低屈折率層Lの材料としては、基材10よりも屈折率の低い材料が用いられることが多い。   Further, the “low refractive index” of the low refractive index layer L in the present application means that the refractive index is low in comparison with the high refractive index layer H, and the “high refractive index” of the high refractive index layer H in the present application is Means that the refractive index is high in comparison with the low refractive index layer L, and does not mean “high or low” with the base material 10 as a comparison target. However, practically, a material having a higher refractive index than the base material 10 is used as the material for the high refractive index layer H, and a material having a lower refractive index than the base material 10 is used as the material for the low refractive index layer L. Is often used.

したがって、後述する各実施形態も、基材10の上面に、基材10の材料よりも屈折率の高い高屈折率層Hを形成し、その上面に、基材10の材料よりも屈折率の低い低屈折率層Lを形成した例となっている。なお、図1には、基材10の上面に、高屈折率層Hと低屈折率層Lとをそれぞれ1層ずつ積層してなる反射防止膜が示されているが、基材10の上面に、高屈折率層Hと低屈折率層Lとを交互に複数回積層した反射防止膜を形成するようにしてもよい。   Therefore, in each of the embodiments described later, a high refractive index layer H having a higher refractive index than the material of the base material 10 is formed on the upper surface of the base material 10, and the refractive index of the upper surface of the base material 10 is higher than that of the material of the base material 10. In this example, a low low refractive index layer L is formed. FIG. 1 shows an antireflection film formed by laminating one high refractive index layer H and one low refractive index layer L on the upper surface of the base material 10. Alternatively, an antireflection film in which the high refractive index layer H and the low refractive index layer L are alternately laminated a plurality of times may be formed.

要するに、本発明に係る反射防止膜は、第1の屈折率を示す高屈折率層Hと、この第1の屈折率よりも低い第2の屈折率を示す低屈折率層Lと、を基材上に積層してなる膜であり、各層の厚みが、反射防止効果を奏する寸法(反射防止の対象となる光の波長λの4分の1に相当する光路差を生じさせるのに適した寸法)に設定されていればよい。   In short, the antireflection film according to the present invention is based on the high refractive index layer H exhibiting the first refractive index and the low refractive index layer L exhibiting the second refractive index lower than the first refractive index. It is a film formed by laminating on a material, and the thickness of each layer is suitable for producing an optical reflection difference corresponding to one-fourth of the wavelength λ of light to be antireflective (the antireflection effect). It is only necessary to be set to (dimension).

なお、人間の可視波長域は、400nm〜650nm程度であり、理論的には、これらの波長域の光すべてを反射防止の対象となる光とすべきであるが、各層の厚みを決定する上では、代表的な波長λを定める必要がある。一般的な反射防止膜の設計では、上記可視波長域のほぼ中央付近にあり、肉眼による視感度の高い波長値として、λ=550nmを反射防止の対象となる光の波長として定めることが多い。したがって、後述する各実施形態においても、反射防止の対象となる光の波長λ=550nmに設定している。したがって、たとえば、図1に示す高屈折率層Hの屈折率がnH=1.8であったとすれば、その厚みは、550/(4×1.8)なる演算により、約76nmになる。   The visible wavelength range of human beings is about 400 nm to 650 nm, and theoretically, all light in these wavelength ranges should be the light to be subjected to antireflection, but in determining the thickness of each layer. Then, it is necessary to determine a representative wavelength λ. In general anti-reflection coating design, λ = 550 nm is often set as the wavelength of light to be anti-reflection as a wavelength value that is near the center of the visible wavelength range and has high visibility with the naked eye. Therefore, also in each of the embodiments described later, the wavelength λ of light that is an object of antireflection is set to 550 nm. Therefore, for example, if the refractive index of the high refractive index layer H shown in FIG. 1 is nH = 1.8, the thickness is about 76 nm by the calculation of 550 / (4 × 1.8).

もちろん、互いの干渉によって光強度が弱められる効果は、位相が正確に半波長分ずれた光同士が干渉する場合に限られるわけではなく、位相が半波長に近いずれを生じていれば、光強度を弱める効果は十分に得られる。また、反射防止対象となる光の波長が、400nm〜650nmと広がっており、入射角θも様々になることも考慮すれば、各層の厚みは、特定条件下で算出された特定の値に正確に設定する必要はない。ただ、厚みの寸法が大幅にずれてしまうと、反射防止効果は得られなくなってしまう。   Of course, the effect of the light intensity being weakened by mutual interference is not limited to the case where light whose phases are accurately shifted by half a wavelength interfere with each other. The effect of reducing the strength is sufficiently obtained. In addition, considering that the wavelength of light to be antireflective extends from 400 nm to 650 nm and the incident angle θ varies, the thickness of each layer is accurately set to a specific value calculated under specific conditions. There is no need to set to. However, if the thickness dimension deviates significantly, the antireflection effect cannot be obtained.

したがって、反射防止膜を形成するためには、光の波長に近い寸法レベルでの膜厚制御が必須になる。このため、従来は、真空チャンバ内でのスパッタリングや蒸着など、膜厚制御に適した成膜工程を用いて反射防止膜を生成するのが一般的であった。しかしながら、真空チャンバを用いる成膜工程は、膜厚を高い精度で制御することができるという利点はあるが、基材を真空チャンバ内に入れて作業を行う必要があるため、量産性に欠け、製造コストが高騰するという問題がある。   Therefore, in order to form the antireflection film, it is essential to control the film thickness at a dimensional level close to the wavelength of light. For this reason, conventionally, an antireflection film has generally been generated using a film forming process suitable for film thickness control such as sputtering or vapor deposition in a vacuum chamber. However, the film forming process using the vacuum chamber has an advantage that the film thickness can be controlled with high accuracy, but it is necessary to put the base material in the vacuum chamber to perform the operation, so that the mass productivity is lacking. There is a problem that the manufacturing cost increases.

本発明の基本思想は、図1に示す高屈折率層Hおよび低屈折率層Lを、それぞれ交互吸着膜によって構成することにより、基材を溶液中に浸してから引き上げる方法(溶液浸漬法)により成膜を行うことができるようにし、かつ、膜厚を高い精度で制御することができるようにする、という点にある。このような手法を採れば、量産性を向上させることができ、真空チャンバなどの大掛かりの装置も不要であるため、製造コストは大幅に低減できる。   The basic idea of the present invention is a method in which a high refractive index layer H and a low refractive index layer L shown in FIG. Therefore, it is possible to form a film and to control the film thickness with high accuracy. If such a method is adopted, mass productivity can be improved, and a large-scale device such as a vacuum chamber is not necessary, so that the manufacturing cost can be greatly reduced.

このように、本発明を理解する上では、交互吸着膜についての理解を深めることが非常に重要である。そこで、次の§2では、この交互吸着膜の構成とその作成プロセスについて詳述する。   Thus, in understanding the present invention, it is very important to deepen the understanding of the alternately adsorbed film. Therefore, in the next section 2, the configuration of the alternating adsorption film and the process for producing the same will be described in detail.

<<< §2.交互吸着膜の構成とその作成プロセス >>>
交互吸着(Layer-by-Layer Electrostatic Self-Assembly)という手法を利用して複合有機薄膜を作成する方法は、もともと1992年にG.デッカーらによって発表された方法である(Decher.G, Hong.J.D. and J.Schmit: Thin Solid Films, 210/211, p.831(1992))。この方法では、正の電解質ポリマー(カチオン)の水溶液と、負の電解質ポリマー(アニオン)の水溶液とを別々の容器に用意し、これらの容器に、初期表面電荷を与えた基板(被成膜材料)を交互に浸すことにより、基板上に多層構造を有する複合有機超薄膜(交互吸着膜)が得られる。
<<< §2. Alternating adsorption film configuration and process for making it >>
A method for producing a composite organic thin film using a technique called layer-by-layer electrostatic self-assembly was originally described in 1992 by G.C. It is a method published by Decker et al. (Decher. G, Hong. JD and J. Schmit: Thin Solid Films, 210/211, p.831 (1992)). In this method, an aqueous solution of a positive electrolyte polymer (cation) and an aqueous solution of a negative electrolyte polymer (anion) are prepared in separate containers, and an initial surface charge is applied to these containers (film forming material). ) Are alternately immersed to obtain a composite organic ultrathin film (alternate adsorption film) having a multilayer structure on the substrate.

たとえば、被成膜材料となる基材としてガラス基板を用いた場合、このガラス基板の表面を親水処理して表面にOH−基を導入して、初期表面電荷として負の電荷を与える。そして、この表面が負に帯電したガラス基板を、正の電解質ポリマー水溶液に浸せば、クーロン力により、少なくとも表面電荷が中和されるまで正の電解質ポリマーが表面に吸着し、1層の超薄膜が形成される。こうして形成された超薄膜の表面部分は、正に帯電していることになる。そこで、今度はこのガラス基板を負の電解質ポリマー水溶液に浸せば、クーロン力により負の電解質ポリマーが吸着し、1層の超薄膜が形成されることになる。このようにして、ガラス基板を2つの容器に交互に浸すことにより、正の電解質ポリマーからなる超薄膜層と負の電解質ポリマーからなる超薄膜層とを交互に成膜することができ、多層構造をもった複合有機薄膜を形成することができる。   For example, when a glass substrate is used as a base material to be a film forming material, the surface of the glass substrate is subjected to a hydrophilic treatment to introduce OH-groups on the surface to give a negative charge as an initial surface charge. Then, if this negatively charged glass substrate is dipped in a positive electrolyte polymer aqueous solution, the positive electrolyte polymer is adsorbed on the surface by Coulomb force until at least the surface charge is neutralized. Is formed. The surface portion of the ultrathin film thus formed is positively charged. Therefore, this time, if this glass substrate is immersed in a negative electrolyte polymer aqueous solution, the negative electrolyte polymer is adsorbed by the Coulomb force, and one ultra-thin film is formed. In this way, by alternately immersing the glass substrate in two containers, it is possible to alternately form an ultrathin film layer made of a positive electrolyte polymer and an ultrathin film layer made of a negative electrolyte polymer. It is possible to form a composite organic thin film having

図2は、一般的な交互吸着膜の製造原理を示す概念図である。図において、第1の槽100には、正の電解質ポリマー(カチオン)の水溶液が入れられており、第2の槽200には、負の電解質ポリマー(アニオン)の水溶液が入れられている。ここで、ガラス基板などからなる基材10を用意し、その表面を親水処理して表面にOH−基を導入して、初期表面電荷として負の電荷を与える。図3(a)は、このようにして、基材10の表面が負に帯電した状態を示す概念図である。続いて、この負に帯電した基材10を第1の槽100内に入れると、基材10の表面に正の電解質ポリマーが接触し、クーロン力により吸着することになる。図3(b)は、正の電解質ポリマーが吸着した状態を示す概念図である。ここで、この基材10を第2の槽200内に入れると、今度は、基材10の表面に負の電解質ポリマーが接触し、クーロン力により吸着することになる。図3(c)は、負の電解質ポリマーが吸着した状態を示す概念図である。このように、基材10を第1の槽100と第2の槽200とに交互に浸漬させてゆけば、基材10の表面には、正の電界質ポリマーからなる層と負の電解質ポリマーからなる層とが交互に成膜されてゆくことになり、最終的に多層構造をもった交互吸着膜が形成される。   FIG. 2 is a conceptual diagram showing the manufacturing principle of a general alternating adsorption film. In the figure, an aqueous solution of a positive electrolyte polymer (cation) is placed in a first tank 100, and an aqueous solution of a negative electrolyte polymer (anion) is placed in a second tank 200. Here, the base material 10 which consists of a glass substrate etc. is prepared, the surface is hydrophilized, OH-group is introduce | transduced into the surface, and a negative charge is given as an initial surface charge. FIG. 3A is a conceptual diagram showing a state in which the surface of the substrate 10 is negatively charged in this way. Subsequently, when the negatively charged substrate 10 is placed in the first tank 100, the positive electrolyte polymer comes into contact with the surface of the substrate 10 and is adsorbed by the Coulomb force. FIG. 3B is a conceptual diagram showing a state in which the positive electrolyte polymer is adsorbed. Here, if this base material 10 is put in the 2nd tank 200, a negative electrolyte polymer will contact the surface of the base material 10 this time, and will adsorb | suck with a Coulomb force. FIG.3 (c) is a conceptual diagram which shows the state which the negative electrolyte polymer adsorb | sucked. Thus, if the base material 10 is alternately immersed in the 1st tank 100 and the 2nd tank 200, on the surface of the base material 10, the layer which consists of a positive electrophilic polymer, and a negative electrolyte polymer As a result, the alternating adsorption film having a multilayer structure is finally formed.

もっとも、図3に示す概念図は、原理を説明するために単純化したモデルを示すものであり、実際には、図4あるいは図5に示す概念図に近い状態で薄膜形成が行われるものと思われる。図4は、2回目の浸漬処理(第1の槽100から基材10を取り出し、第2の槽200に浸したときの処理)における吸着状態を示す概念図である。基材10の表面には、既に、1回目の浸漬処理によって、正の電解質ポリマーからなる第1層目の薄膜A1が形成されており、この薄膜A1によって作用するクーロン力により、第2の槽200内の負の電解質ポリマーbが表面に吸着することになる。基材10を第2の槽200内に一定時間浸漬させておけば、第2の槽200内の負の電解質ポリマーbが次々と表面に吸着し、第2層目の薄膜B2が形成されることになる。ただし、ある程度の時間が経過して、負の電解質ポリマーbからなる第2層目の薄膜B2が厚くなってくると、もはや薄膜A1によるクーロン力は作用しなくなり、その時点で吸着は飽和点を迎えることになる。   However, the conceptual diagram shown in FIG. 3 shows a simplified model for explaining the principle. In practice, the thin film is formed in a state close to the conceptual diagram shown in FIG. 4 or FIG. Seem. FIG. 4 is a conceptual diagram showing an adsorption state in the second immersion process (a process when the base material 10 is taken out from the first tank 100 and immersed in the second tank 200). The first layer thin film A1 made of a positive electrolyte polymer has already been formed on the surface of the base material 10 by the first dipping treatment, and the second tank is formed by the Coulomb force acting on the thin film A1. The negative electrolyte polymer b in 200 will be adsorbed on the surface. If the base material 10 is immersed in the second tank 200 for a certain period of time, the negative electrolyte polymer b in the second tank 200 is successively adsorbed on the surface, and a second layer of thin film B2 is formed. It will be. However, when a certain amount of time has passed and the second layer thin film B2 made of the negative electrolyte polymer b becomes thicker, the Coulomb force by the thin film A1 no longer acts, and at that time the adsorption reaches the saturation point. Will be greeted.

図5は、このような浸漬処理を合計6回行ったときに形成される交互吸着膜の構造を示す概念図である。ここで、奇数番目の層を構成する薄膜A1、A3、A5は、正の電解質ポリマーからなる層であり、偶数番目の層を構成する薄膜B2、B4、B6は、負の電解質ポリマーからなる層である。上述したように、電解質ポリマーの吸着は、クーロン力の作用によって生じるので、電気的中和によりクーロン力が作用しなくなるまでの十分な浸漬時間を確保するようにすれば、吸着は飽和点を迎えることになり、各層の厚みはそれ以上は増加しなくなる。別言すれば、各層の膜厚を所定値に正確に制御することができる。このように、溶液浸漬法を採るにもかかわらず、正確な膜厚制御が可能になる点が、交互吸着膜を用いる利点である。   FIG. 5 is a conceptual diagram showing the structure of the alternating adsorption film formed when such immersion treatment is performed a total of six times. Here, the thin films A1, A3, A5 constituting the odd-numbered layers are layers made of a positive electrolyte polymer, and the thin films B2, B4, B6 constituting the even-numbered layers are layers made of a negative electrolyte polymer. It is. As described above, the adsorption of the electrolyte polymer is caused by the action of the Coulomb force. Therefore, if a sufficient immersion time is secured until the Coulomb force stops acting due to electrical neutralization, the adsorption reaches the saturation point. As a result, the thickness of each layer no longer increases. In other words, the film thickness of each layer can be accurately controlled to a predetermined value. As described above, the fact that the film thickness can be accurately controlled regardless of the solution immersion method is an advantage of using the alternately adsorbing film.

なお、電解質ポリマーの吸着現象の進行状況は、溶液中の電解質ポリマーの濃度やpH値などの条件によって変化するので、各層における分子の充填密度も、これらの条件に左右されることになる。このため、吸着が飽和点を迎えるまでの十分な浸漬時間を確保した場合でも、実際に形成される層の厚みは、溶液中の電解質ポリマーの濃度やpH値などの条件によって異なる。したがって、量産化を行う場合は、常に特定の濃度および特定のpH値をもった電解質ポリマー溶液を用いるようにし、膜厚に変動が生じないように管理する必要がある。   Since the progress of the adsorption phenomenon of the electrolyte polymer changes depending on conditions such as the concentration of the electrolyte polymer in the solution and the pH value, the packing density of molecules in each layer also depends on these conditions. For this reason, even when sufficient immersion time until the adsorption reaches the saturation point is secured, the thickness of the actually formed layer varies depending on conditions such as the concentration of the electrolyte polymer in the solution and the pH value. Therefore, when mass production is performed, it is necessary to always use an electrolyte polymer solution having a specific concentration and a specific pH value, and manage the film thickness so as not to fluctuate.

なお、飽和点に達する前に基材を溶液層から引き上げた場合は、各層の厚みは、飽和点に達するまで浸漬させた場合の厚みよりも小さくなるが、その厚みは、浸漬時間によって制御することが可能である。したがって、成膜プロセス中に、浸漬時間を正確に制御することができれば、必ずしも飽和点を迎えるまで浸漬を行う必要はなく、途中で引き上げるようにしてもかまわない。   In addition, when the base material is pulled up from the solution layer before reaching the saturation point, the thickness of each layer is smaller than the thickness when immersed until reaching the saturation point, but the thickness is controlled by the immersion time. It is possible. Therefore, if the immersion time can be accurately controlled during the film formation process, it is not always necessary to perform the immersion until the saturation point is reached, and the immersion time may be raised halfway.

あるいは、基材10とともに、水晶振動子を各溶液槽に交互に浸漬させ、水晶振動子の表面にも基材10の表面と同等の交互吸着膜を形成させるようにすれば、水晶振動子の発振周波数の変化(形成された交互吸着膜の質量の変化に対応)をモニタすることにより、正確な膜厚制御を行うことも可能である。このような膜厚制御の手法は、たとえば、国際公開第WO00/13806号公報に開示されている。   Alternatively, if the quartz resonator is alternately immersed in each solution tank together with the base material 10 to form an alternate adsorption film equivalent to the surface of the base material 10 on the surface of the quartz resonator, By monitoring the change in the oscillation frequency (corresponding to the change in the mass of the alternately adsorbed film formed), it is possible to accurately control the film thickness. Such a film thickness control method is disclosed in, for example, International Publication No. WO 00/13806.

なお、実用上は、基材10を第1の槽100から引き上げて第2の槽200へ移動させるとき、あるいは第2の槽200から引き上げて第1の槽100へ移動させるときに、純水などによるリンス浴を通すようにするのが好ましい。   In practice, when the base material 10 is lifted from the first tank 100 and moved to the second tank 200, or when it is lifted from the second tank 200 and moved to the first tank 100, pure water is used. It is preferable to pass through a rinsing bath.

また、G.デッカーらによる発表当初は、この交互吸着膜の形成方法は、正の電解質ポリマー(カチオン)水溶液と負の電解質ポリマー(アニオン)水溶液とに基材を交互に浸漬させる方法として把握されていたが、最近では、必ずしも電解質ポリマーの水溶液を用いる必要はないことも判明してきている。具体的には、無機電解質を用いた例や、有機溶媒などを用いた例も報告されている(たとえば、T.Ito, Y.Okayama, S.Shiratori: Thin Solid Films 393 (2001) 138)。したがって、本願明細書にいう「交互吸着膜」とは、正の電解質(カチオン)溶液と、負の電解質(アニオン)溶液とを別々の容器に用意し、これらの容器に基材を交互に浸漬させることにより、当該基材の表面に形成される膜を広く意味するものである。   G. At the beginning of the announcement by Decker et al., This alternate adsorption film formation method was understood as a method of alternately immersing the substrate in a positive electrolyte polymer (cation) aqueous solution and a negative electrolyte polymer (anion) aqueous solution, Recently, it has become clear that it is not always necessary to use an aqueous solution of an electrolyte polymer. Specifically, examples using inorganic electrolytes and examples using organic solvents have been reported (for example, T. Ito, Y. Okayama, S. Shiratori: Thin Solid Films 393 (2001) 138). Therefore, the “alternate adsorption film” referred to in the present specification means that a positive electrolyte (cation) solution and a negative electrolyte (anion) solution are prepared in separate containers, and the substrates are alternately immersed in these containers. By doing this, the film formed on the surface of the substrate is widely meant.

<<< §3.本発明に係る反射防止膜の構成 >>>
本発明に係る反射防止膜は、基本的には、図1に示すように、第1の屈折率を示す高屈折率層Hと、この第1の屈折率よりも低い第2の屈折率を示す低屈折率層Lと、を基材10上に積層して構成されるものであるが、その特徴は、高屈折率層Hおよび低屈折率層Lを、それぞれ交互吸着膜によって構成するようにした点にある。
<<< §3. Configuration of Antireflection Film According to the Present Invention >>
As shown in FIG. 1, the antireflection film according to the present invention basically has a high refractive index layer H exhibiting a first refractive index and a second refractive index lower than the first refractive index. The low-refractive index layer L shown in FIG. 1 is laminated on the base material 10 and is characterized in that the high-refractive index layer H and the low-refractive index layer L are configured by alternating adsorption films, respectively. It is in the point made.

図6は、本発明に係る反射防止膜の基本構造を示す側断面図である。この図6にHと記された部分は、図1に示す高屈折率層Hであり、図6にLと記された部分は、図1に示す低屈折率層Lである。§2で述べたとおり、交互吸着膜は、2種類の材料からなる層を交互に積層してなる構造を有しているため、高屈折率層Hは、第1の材料層11と第2の材料層12とを交互に積層した構造を有し、低屈折率層Lは、第3の材料層13と第4の材料層14とを交互に積層した構造を有している。   FIG. 6 is a side sectional view showing the basic structure of the antireflection film according to the present invention. The portion indicated by H in FIG. 6 is the high refractive index layer H shown in FIG. 1, and the portion indicated by L in FIG. 6 is the low refractive index layer L shown in FIG. As described in §2, since the alternating adsorption film has a structure in which layers of two kinds of materials are alternately stacked, the high refractive index layer H includes the first material layer 11 and the second material layer. The low refractive index layer L has a structure in which the third material layers 13 and the fourth material layers 14 are alternately stacked.

なお、図示の便宜上、図6では、図1に比べて、各層をその厚み方向に拡大して表示してあるが、やはり高屈折率層Hおよび低屈折率層Lの厚みが、いずれも反射防止の対象となる光の波長λの1/4に相当する光路差を生じさせるのに適した厚みをもった層である点に変わりはない。すなわち、この図6に示す例においても、λ=550nmを反射防止の対象となる光の波長とし、垂直上方から入射してくる光の反射を防止するという条件設定をするのであれば、高屈折率層Hの厚みを、550/(4・nH)nmに近い値に設定し、低屈折率層Lの厚みを、550/(4・nL)nmに近い値に設定すればよい(ここで、nH、nLは、後述するように、高屈折率層H、低屈折率層Lの層全体としての屈折率)。   For convenience of illustration, FIG. 6 shows each layer enlarged in the thickness direction as compared with FIG. 1, but the thicknesses of the high refractive index layer H and the low refractive index layer L are both reflected. There is no change in that the layer has a thickness suitable for producing an optical path difference corresponding to ¼ of the wavelength λ of the light to be prevented. That is, in the example shown in FIG. 6 as well, if λ = 550 nm is set as the wavelength of the light to be prevented from being reflected, and the conditions are set so as to prevent reflection of light incident from vertically above, high refraction The thickness of the refractive index layer H may be set to a value close to 550 / (4 · nH) nm, and the thickness of the low refractive index layer L may be set to a value close to 550 / (4 · nL) nm (here , NH, and nL are the refractive indexes of the high refractive index layer H and the low refractive index layer L as a whole, as will be described later).

また、図6では、高屈折率層Hおよび低屈折率層Lは、いずれも10枚分の材料層(溶液層に1回浸すことによって形成される吸着層)からなる例が示されているが(たとえば、高屈折率層Hは、第1の材料層11が5枚、第2の材料層12が5枚の合計10枚、低屈折率層Lは、第3の材料層13が5枚、第4の材料層14が5枚の合計10枚)、実際の材料層の枚数は、個々の材料に何を用いるか、溶液中の濃度をどの程度にするか、溶液のpH値をどの程度にするか、交互吸着膜形成プロセスにおける基材の引き上げタイミングをどうするか、といった条件によって異なることになる。これは、高屈折率層Hおよび低屈折率層Lの厚みは、光の波長λの1/4に相当する光路差を生じさせるのに適した厚みに設定する必要があり、しかも個々の材料層1枚分の厚みは、上記各条件によって左右されるためである。   Further, FIG. 6 shows an example in which each of the high refractive index layer H and the low refractive index layer L is composed of 10 material layers (adsorption layers formed by being immersed once in the solution layer). (For example, the high refractive index layer H includes five first material layers 11 and five second material layers 12 in total, and the low refractive index layer L includes five third material layers 13. The total number of the fourth material layer 14 is 10), and the actual number of the material layers is determined based on what is used for each material, the concentration in the solution, and the pH value of the solution. It depends on the conditions such as how much it should be and how to raise the substrate in the alternate adsorption film forming process. This is because the thickness of the high refractive index layer H and the low refractive index layer L must be set to a thickness suitable for producing an optical path difference corresponding to ¼ of the wavelength λ of the light, and the individual materials. This is because the thickness of one layer depends on the above conditions.

たとえば、§2で述べたとおり、交互吸着膜を形成するプロセスにおいて、飽和点に達する前に基材を溶液槽から引き上げた場合は、材料層1枚分の厚みは、浸漬時間に依存して異なる。早く引き上げれば、材料層1枚分の厚みは小さくなるので、所定の厚みをもった高屈折率層Hもしくは低屈折率層Lを形成するためには、浸漬時間が短くなる程、材料層の枚数を増やす(溶液槽に交互に浸す回数を増やす)必要がある。また、交互吸着膜を形成するプロセスにおいて、飽和点に達するまで基材を溶液槽に十分な時間だけ浸漬させた場合であっても、材料層1枚分の厚みは、材料の種類、溶液中の濃度、溶液のpH値に依存して異なるので、実際の材料層の枚数は、これらの条件によって異なることになる。   For example, as described in §2, in the process of forming the alternating adsorption film, when the base material is pulled up from the solution tank before reaching the saturation point, the thickness of one material layer depends on the immersion time. Different. If it is pulled up quickly, the thickness of one material layer becomes small. Therefore, in order to form the high refractive index layer H or the low refractive index layer L having a predetermined thickness, the shorter the immersion time, the shorter the material layer Need to be increased (increase the number of times of alternately immersing in the solution tank). Further, in the process of forming the alternately adsorbing film, even when the base material is immersed in the solution tank for a sufficient time until the saturation point is reached, the thickness of one material layer is determined depending on the type of material and the solution. Therefore, the actual number of material layers differs depending on these conditions.

要するに、高屈折率層Hは、最終的な厚みが、反射防止の対象となる光の波長λの1/4の光路差が生じる厚みとなるまで、第1の材料層11と第2の材料層12とを交互に積層させて構成すればよいのであり、低屈折率層Lも、同様の厚みとなるまで、第3の材料層13と第4の材料層14とを交互に積層させて構成すればよいのである。最終的に個々の材料層を何枚積層させればよいかは、個々の成膜条件ごとに試行錯誤で決定すればよい。   In short, the high-refractive index layer H has the first material layer 11 and the second material until the final thickness becomes a thickness that causes an optical path difference of ¼ of the wavelength λ of the light to be antireflection. The low refractive index layer L may be configured by alternately stacking the third material layer 13 and the fourth material layer 14 until the same thickness is obtained. What is necessary is just to comprise. The number of individual material layers to be finally stacked may be determined by trial and error for each film formation condition.

§6で述べる本発明の基本的実施形態の場合、第1の材料層をPDDA(ポリジアリルアミンジメチルアンモニウムクロライド)によって構成し、第2の材料層を水溶液中で多量体になる水溶性チタニウム錯体で構成し、第3の材料層をPDDAによって構成し、第4の材料層を珪酸ナトリウムで構成している。当該実施形態では、高屈折率層Hは、PDDAの材料層を15枚、アンモニウムシトラトペルオキソチタネート(IV):ammonium citratoperoxotitanate(以下、ACPTと称する)の材料層を15枚、交互に積層することにより構成され、低屈折率層Lは、PDDAの材料層を40枚、珪酸ナトリウムの材料層を40枚、交互に積層することにより構成されており、最終的に、合計110枚の積層構造体として、反射防止膜が形成されている。   In the case of the basic embodiment of the present invention described in §6, the first material layer is composed of PDDA (polydiallylaminedimethylammonium chloride), and the second material layer is composed of a water-soluble titanium complex that becomes a multimer in an aqueous solution. The third material layer is composed of PDDA, and the fourth material layer is composed of sodium silicate. In this embodiment, the high refractive index layer H is formed by alternately laminating 15 PDDA material layers and 15 ammonium citratoperoxotitanate (IV): ammonium citratoperoxotitanate (hereinafter referred to as ACPT) material layers. The low refractive index layer L is formed by alternately laminating 40 PDDA material layers and 40 sodium silicate material layers, and finally a total of 110 laminated structures. As shown, an antireflection film is formed.

<<< §4.本発明に係る反射防止膜の光学特性 >>>
本発明に係る反射防止膜は、図6に示すとおり、第1の材料層11、第2の材料層12、第3の材料層13、第4の材料層14という4種類の材料層からなる多層構造体であるのに対して、図1に示す反射防止膜は、高屈折率層Hと低屈折率層Lとの2層構造体である。このような観点から見れば、図1に示す構造体の物理的構成と図6に示す構造体の物理的構成とは大きく異なっている。しかしながら、本願発明者は、両者が、光学的には、ほぼ等しい振る舞いをする構造体であることを見出した。
<<< §4. Optical characteristics of antireflection film according to the present invention >>
As shown in FIG. 6, the antireflection film according to the present invention is composed of four types of material layers: a first material layer 11, a second material layer 12, a third material layer 13, and a fourth material layer 14. In contrast to the multilayer structure, the antireflection film shown in FIG. 1 is a two-layer structure of a high refractive index layer H and a low refractive index layer L. From this point of view, the physical structure of the structure shown in FIG. 1 is greatly different from the physical structure of the structure shown in FIG. However, the inventor of the present application has found that both are structures that behave optically in an equal manner.

すなわち、図6に示す構造体において、個々の材料層をそれぞれ個別の屈折率を有する光学的に独立した層であると考えると、光は、個々の材料層の各界面において反射することになる。たとえば、基材10の上面とその上方に位置する第1の材料層11との界面、そして当該第1の材料層11の上面とその上方に位置する第2の材料層12との界面、更に、当該第2の材料層12の上面とその上方に位置する第1の材料層11との界面、…といったものを考えると、これら各材料層の界面は、互いに屈折率が異なる材料層の境界となる面であるので、個々の界面で光の反射が生じることになる。   That is, in the structure shown in FIG. 6, if each material layer is considered to be an optically independent layer having an individual refractive index, light is reflected at each interface of each material layer. . For example, the interface between the upper surface of the base material 10 and the first material layer 11 positioned above it, the interface between the upper surface of the first material layer 11 and the second material layer 12 positioned above it, and Considering the interface between the upper surface of the second material layer 12 and the first material layer 11 located above the second material layer 12, the interface between these material layers is the boundary between the material layers having different refractive indexes. Therefore, reflection of light occurs at each interface.

しかしながら、実際には、この図6に示す構造体の光学的な振る舞いは、図1に示す構造体の光学的な振る舞いに近いものになる。すなわち、図6に多層構造体として示されている高屈折率層Hは、全体が所定の屈折率をもった単一の光学的な層として振る舞い、図6に多層構造体として示されている低屈折率層Lも、全体が所定の屈折率をもった単一の光学的な層として振る舞うことになり、結局、図6に示されている高屈折率層Hおよび低屈折率層Lからなる構造体は、図1に示す構造体と同様に、反射防止膜としての機能を果たすことができる。   However, in practice, the optical behavior of the structure shown in FIG. 6 is close to the optical behavior of the structure shown in FIG. That is, the high refractive index layer H shown as a multilayer structure in FIG. 6 behaves as a single optical layer having a predetermined refractive index as a whole, and is shown as a multilayer structure in FIG. The low refractive index layer L also behaves as a single optical layer having a predetermined refractive index as a whole. Eventually, from the high refractive index layer H and the low refractive index layer L shown in FIG. The resulting structure can function as an antireflection film, similarly to the structure shown in FIG.

このように、図6に示す多層の材料層からなる交互吸着膜が、図1に示す2層の反射防止膜と同等の光学的特性を有する理由について、現段階では、詳細な理論的考察はなされていない。ただ、本願発明者は、各材料層11、12、13、14の厚みが、光の波長に比べて非常に小さいため、個々の材料層単一では、光学的な振る舞いに関しては、固有の屈折率をもった単一の層としては機能しておらず、光の波長により近い厚みをもった高屈折率層Hというブロック単位、もしくは低屈折率層Lというブロック単位で、はじめて固有の屈折率をもった単一の層として機能するのではないかと考えている。   As described above, at this stage, the detailed theoretical consideration about the reason why the alternating adsorption film composed of the multilayer material layers shown in FIG. 6 has the same optical characteristics as the two-layer antireflection film shown in FIG. Not done. However, since the thickness of each material layer 11, 12, 13, 14 is very small compared to the wavelength of light, the inventor of the present application has a unique refraction in terms of optical behavior in each individual material layer. It is not functioning as a single layer having a refractive index, and it is a unique refractive index for the first time in a block unit called a high refractive index layer H or a block unit called a low refractive index layer L having a thickness closer to the wavelength of light I think that it may function as a single layer.

たとえば、後述する基本的実施形態の場合、高屈折率層Hは合計30枚の材料層からなるので(材料層11、12を交互に15回ずつ積層してなるので)、λ/(4・nH)=80nm程度に設定すると、1枚の材料層の厚みは、わずか2nm程度にしかならない。この程度の微小な厚みしかもたない1枚の材料層は、光学的な挙動に関しては、もはや固有の屈折率をもった単一の層として機能することはできないものと考えられる。したがって、光学的な現象を考える上では、材料層11、12といった1枚1枚の材料層をミクロ的に捉えた見方をするのは適切ではなく、マクロ的な見地から把握する必要がある。   For example, in the case of the basic embodiment described later, since the high refractive index layer H is composed of a total of 30 material layers (since the material layers 11 and 12 are alternately laminated 15 times each), λ / (4 · nH) = about 80 nm, the thickness of one material layer is only about 2 nm. It is considered that a single material layer having such a small thickness can no longer function as a single layer having an intrinsic refractive index in terms of optical behavior. Therefore, in considering the optical phenomenon, it is not appropriate to take a microscopic view of each material layer such as the material layers 11 and 12, and it is necessary to grasp from a macro viewpoint.

ここで、図6の構造体をマクロ的な見地で観察すれば、高屈折率層Hは、微小な厚みをもった第1の材料層11と第2の材料層12とを交互に繰り返し配置した構造を有しているので、全体としては、第1の材料と第2の材料との融合材料からなる1つの光学的な層として振る舞い、低屈折率層Lは、微小な厚みをもった第3の材料層13と第4の材料層14とを交互に繰り返し配置した構造を有しているので、全体としては、第3の材料と第4の材料との融合材料からなる1つの光学的な層として振る舞うのではないかと考えられる。   Here, if the structure shown in FIG. 6 is observed from a macro viewpoint, the high refractive index layer H is configured such that the first material layer 11 and the second material layer 12 having a minute thickness are alternately arranged repeatedly. As a whole, it behaves as one optical layer made of a fusion material of the first material and the second material, and the low refractive index layer L has a minute thickness. Since the third material layer 13 and the fourth material layer 14 have a structure in which the third material layer 14 and the fourth material layer 14 are alternately and repeatedly arranged, one optical device made of a fusion material of the third material and the fourth material as a whole. It is thought that it may behave as a typical layer.

したがって、図6の上方からの入射光があった場合の実際の光の挙動は、マクロ的な見地における層の境界部分である界面S0、S1、S2において光の反射が生じるものとして取り扱えばよいことになる。もちろん、実際には、界面S0、S1、S2の位置のみにおいて光が反射しているわけではなく、ミクロ的な見地からは、より複雑な現象が生じているものと考えられるが、本願発明者は、少なくとも反射防止膜としての光学的挙動を捉える上では、界面S0、S1、S2において光の反射が生じるものとして取り扱って問題ないものと考えている。結局、図6に示す構造体の反射防止膜としての光学的特性は、図1に示す従来の反射防止膜の光学的特性とほぼ同じものになる。   Therefore, the actual behavior of light when there is incident light from above in FIG. 6 may be treated as light reflection occurs at the interfaces S0, S1, and S2, which are the boundary portions of the layers in a macro view. It will be. Of course, actually, the light is not reflected only at the positions of the interfaces S0, S1, and S2, and it is considered that a more complicated phenomenon occurs from a microscopic viewpoint. Is considered that there is no problem in treating light at the interfaces S0, S1, and S2 as reflecting light at least for capturing the optical behavior as an antireflection film. As a result, the optical characteristics of the structure shown in FIG. 6 as the antireflection film are almost the same as those of the conventional antireflection film shown in FIG.

高屈折率層Hの層全体としての屈折率は、第1の材料の屈折率と第2の材料の屈折率とに基づいて決定される(両者の平均的な値になるのではないかと予想される)。同様に、低屈折率層Lの層全体としての屈折率は、第3の材料の屈折率と第4の材料の屈折率とに基づいて決定される(やはり、両者の平均的な値になるのではないかと予想される)。ここで、高屈折率層Hの屈折率(層全体としての屈折率)は、低屈折率層Lの屈折率(層全体としての屈折率)よりも高く設定する必要があるので、第1〜第4の材料としては、そのような設定が可能となるように、所定の屈折率をもつ材料を選択する必要がある。   The refractive index of the high refractive index layer H as a whole is determined based on the refractive index of the first material and the refractive index of the second material (it is expected that the average value of both will be obtained). ) Similarly, the refractive index of the low refractive index layer L as a whole is determined based on the refractive index of the third material and the refractive index of the fourth material (again, an average value of both). Is expected). Here, the refractive index of the high refractive index layer H (the refractive index of the entire layer) needs to be set higher than the refractive index of the low refractive index layer L (the refractive index of the entire layer). As the fourth material, it is necessary to select a material having a predetermined refractive index so that such setting is possible.

具体的には、第1の材料の屈折率および第2の材料の屈折率が、いずれも、第3の材料の屈折率および第4の材料の屈折率よりも高くなるような材料選定を行うのが1つの方法であるが、必ずしもそのような条件を満たす選定方法に限定されるわけではない。たとえば、第2の材料の屈折率と第4の材料の屈折率が等しくても、第1の材料の屈折率が第3の材料の屈折率よりも高ければ、高屈折率層Hの屈折率が低屈折率層Lの屈折率よりも高くなるように設定できる。   Specifically, the material selection is performed such that the refractive index of the first material and the refractive index of the second material are both higher than the refractive index of the third material and the refractive index of the fourth material. This is one method, but is not necessarily limited to a selection method that satisfies such conditions. For example, even if the refractive index of the second material and the refractive index of the fourth material are equal, if the refractive index of the first material is higher than the refractive index of the third material, the refractive index of the high refractive index layer H Can be set to be higher than the refractive index of the low refractive index layer L.

<<< §5.各材料層として好ましい材料 >>>
本発明に係る反射防止膜は、たとえば、図6に示す例のように、第1の屈折率nHを示す高屈折率層Hと、第1の屈折率よりも低い第2の屈折率nLを示す低屈折率層Lと、を基材10上に積層するという基本構成を有している。図6に示す例は、高屈折率層Hと低屈折率層Lとを1層ずつ積層した2層構造のものであるが、もちろん、高屈折率層H/低屈折率層L/高屈折率層H/低屈折率層L/…というように、それぞれを複数層ずつ積層するような構成を採ってもよい。
<<< §5. Preferred materials for each material layer >>
The antireflection film according to the present invention has, for example, a high refractive index layer H exhibiting a first refractive index nH and a second refractive index nL lower than the first refractive index, as in the example shown in FIG. And a low refractive index layer L shown in FIG. The example shown in FIG. 6 has a two-layer structure in which a high refractive index layer H and a low refractive index layer L are laminated one by one, but of course, high refractive index layer H / low refractive index layer L / high refractive index. A structure in which a plurality of layers are stacked, such as a refractive index layer H / a low refractive index layer L /.

本発明の重要な特徴は、図示のとおり、高屈折率層Hを、第1の材料層11と第2の材料層12とを交互に積層した交互吸着膜によって構成し、低屈折率層Lを、第3の材料層13と第4の材料層14とを交互に積層した交互吸着膜によって構成した点である。そこで、ここでは、各材料層を構成する材料として、どのような材料を用いればよいか、という点を検討してみる。   An important feature of the present invention is that, as shown in the figure, the high refractive index layer H is constituted by an alternating adsorption film in which the first material layers 11 and the second material layers 12 are alternately laminated, and the low refractive index layer L Is constituted by an alternating adsorption film in which the third material layer 13 and the fourth material layer 14 are alternately laminated. Therefore, here, it will be examined what kind of material should be used as the material constituting each material layer.

まず、反射防止膜としての機能を果たすための光学的な見地からは、それぞれ特定の条件を満たす固有の屈折率をもった材料を用いる必要がある。すなわち、前述したとおり、高屈折率層Hの屈折率(層全体としての屈折率)が、低屈折率層Lの屈折率(層全体としての屈折率)よりも高くなるように、第1〜第4の材料を選択する必要がある。   First, from an optical point of view to fulfill the function as an antireflection film, it is necessary to use a material having a specific refractive index that satisfies specific conditions. That is, as described above, the refractive index of the high refractive index layer H (the refractive index of the entire layer) is higher than the refractive index of the low refractive index layer L (the refractive index of the entire layer). A fourth material needs to be selected.

一方、反射防止膜を形成するプロセスを考慮すると、第1〜第4の材料は、交互吸着膜を形成するのに適した材料である必要がある。交互吸着膜の成膜原理は、図2を参照しながら、§2で説明したとおり、正の電解質(カチオン)溶液と、負の電解質(アニオン)溶液とを別々の容器に用意し、これらの容器に基材を交互に浸漬させる、というものである。前述したとおり、各材料は必ずしも水溶性ポリマーである必要はないが、少なくとも電解質である必要がある。また、第1の材料と第2の材料との関係、第3の材料と第4の材料との関係は、一方が正の電解質であるのに対して他方が負の電解質である必要がある。   On the other hand, considering the process of forming the antireflection film, the first to fourth materials need to be materials suitable for forming the alternating adsorption film. As described in section 2 with reference to FIG. 2, the alternating adsorption film is formed by preparing a positive electrolyte (cation) solution and a negative electrolyte (anion) solution in separate containers. The base material is alternately immersed in the container. As described above, each material does not necessarily need to be a water-soluble polymer, but it needs to be at least an electrolyte. In addition, regarding the relationship between the first material and the second material, and the relationship between the third material and the fourth material, one must be a positive electrolyte while the other must be a negative electrolyte. .

また、産業上の製品として反射防止膜を供給することを考えると、実用に耐え得る耐久性が必要になる。すなわち、ディスプレイ画面、眼鏡・カメラなどの光学製品などに用いる反射防止膜としては、容易に傷つかない十分な硬度を確保する必要がある。更に、ディスプレイ画面、眼鏡・カメラなどの用途では、膜形成の対象となる基材が透明であることが前提となるので、反射防止膜自身も透明な材料から構成される必要がある。   Further, considering that an antireflection film is supplied as an industrial product, durability that can withstand practical use is required. That is, as an antireflection film used for optical products such as display screens and glasses / cameras, it is necessary to ensure sufficient hardness so that they are not easily damaged. Furthermore, in applications such as display screens, glasses / cameras, etc., it is premised that the substrate on which the film is to be formed is transparent, so the antireflection film itself must also be made of a transparent material.

これらの諸条件を総合的に考慮した結果、本願発明者は、本発明に係る反射防止膜を形成する上では、第1の材料および第3の材料を電解質ポリマー(具体的には、ポリジアリルアミンジメチルアンモニウムクロライド、ポリアリルアミンハイドロクロライド、ポリエチルイミン、ポリアクリル酸、ポリスルホン酸など)を主成分とした材料によって構成し、第2の材料および第4の材料を無機電解質を主成分とした材料によって構成するのが好ましいと考えている。その理由は、次のとおりである。   As a result of comprehensively considering these various conditions, the present inventor used an electrolyte polymer (specifically, polydiallylamine) as the first material and the third material in forming the antireflection film according to the present invention. Dimethylammonium chloride, polyallylamine hydrochloride, polyethylimine, polyacrylic acid, polysulfonic acid, etc.), and the second material and the fourth material are composed of inorganic electrolyte as a main component. I think it is preferable to configure. The reason is as follows.

まず、第2の材料および第4の材料を無機電解質を主成分とした材料によって構成する第1の理由は、多様な屈折率を有する透明材料の組み合わせを用意できるからである。電解質ポリマーも、材料ごとにそれぞれ固有の屈折率を有しているが、一般的には、多くの電解質ポリマーの屈折率はいずれも1.5〜1.6程度であり、互いに屈折率が大きく異なる2つの材料を選択することは困難である。これに対して、無機電解質の屈折率は比較的広く分布しているため、互いに屈折率が大きく異なる2つの材料を選択することが可能になる。本発明では、互いに屈折率が異なる高屈折率層Hと低屈折率槽Lとを用意する必要があるので、第2の材料および第4の材料を無機電解質を主成分とした材料によって構成すると好都合である。   First, the first reason that the second material and the fourth material are made of a material mainly composed of an inorganic electrolyte is that a combination of transparent materials having various refractive indexes can be prepared. The electrolyte polymer also has a specific refractive index for each material, but in general, the refractive indexes of many electrolyte polymers are all about 1.5 to 1.6, and the refractive indexes are large. It is difficult to select two different materials. On the other hand, since the refractive index of the inorganic electrolyte is relatively widely distributed, it is possible to select two materials having greatly different refractive indexes. In the present invention, since it is necessary to prepare a high refractive index layer H and a low refractive index tank L having different refractive indexes, the second material and the fourth material are made of a material mainly composed of an inorganic electrolyte. Convenient.

第2の材料および第4の材料を無機電解質を主成分とした材料によって構成する第2の理由は、産業製品として実用化する上で、容易に傷つかない十分な硬度を確保する上で有利になるためである。一般に、ポリマー層は無機材料層に比べて硬度が低いため、ポリマー層のみから形成した反射防止膜は傷つきやすい。第2の材料および第4の材料を無機電解質を主成分とした材料によって構成すれば、第2の材料層12および第4の材料層14の部分によって十分な硬度が確保できる。具体的には、酸化金属などの金属の化合物は、第2の材料および第4の材料として用いるのに最適である。   The second reason why the second material and the fourth material are composed of a material mainly composed of an inorganic electrolyte is advantageous for practical use as an industrial product and for ensuring sufficient hardness that is not easily damaged. Because it becomes. In general, since the polymer layer has a lower hardness than the inorganic material layer, the antireflection film formed only from the polymer layer is easily damaged. If the second material and the fourth material are composed of a material mainly composed of an inorganic electrolyte, sufficient hardness can be secured by the portions of the second material layer 12 and the fourth material layer 14. Specifically, a metal compound such as a metal oxide is optimal for use as the second material and the fourth material.

一方、第1の材料および第3の材料を電解質ポリマーを主成分とした材料によって構成する理由は、交互吸着膜の円滑な成膜を促す上で効果があるためである。もともと、交互吸着膜は、2種類の電解質ポリマー水溶液を用いて発案されたものであり、均一な成膜を行うという観点からは、すべての材料を電解質ポリマーによって構成するのが好ましい。そこで、本発明を実施する上では、第1の材料および第3の材料を電解質ポリマーとすることで、円滑な成膜を促すようにするのが好ましい。具体的には、ポリジアリルアミンジメチルアンモニウムクロライド、ポリアリルアミンハイドロクロライド、ポリエチルイミン、ポリアクリル酸、ポリスルホン酸のいずれかを第1の材料および第3の材料として用いた場合に、均一な膜形成が可能になった。   On the other hand, the reason why the first material and the third material are made of a material whose main component is an electrolyte polymer is that there is an effect in promoting smooth film formation of the alternating adsorption film. Originally, the alternately adsorbing film was conceived using two types of electrolyte polymer aqueous solutions, and from the viewpoint of uniform film formation, it is preferable that all materials are constituted by the electrolyte polymer. Therefore, in carrying out the present invention, it is preferable to promote smooth film formation by using the first material and the third material as electrolyte polymers. Specifically, when any one of polydiallylamine dimethylammonium chloride, polyallylamine hydrochloride, polyethylimine, polyacrylic acid, and polysulfonic acid is used as the first material and the third material, uniform film formation is achieved. It became possible.

<<< §6.基本的実施形態に係る反射防止膜 >>>
§5で述べた事情から、本願発明者は、図6に示す反射防止膜において、第1の材料層11および第3の材料層13を電解質ポリマーを主成分とした材料によって構成し、第2の材料層12および第4の材料層14を無機電解質を主成分とした材料によって構成するのが最良であると考えている。そうすれば、第2の材料層12および第4の材料層14により、十分な硬度を確保することができ、第2の材料と第4の材料として相互に屈折率が大きく異なる材料を選択することができるようになり、また、電解質ポリマーからなる第1の材料層11および第3の材料層13がバインダー層としての役割を果たし、交互吸着膜の円滑な成膜(均一な膜形成)を促すことができるようになる。
<<< §6. Antireflective coating according to basic embodiment >>
In view of the situation described in §5, the inventor of the present application configures the first material layer 11 and the third material layer 13 of a material mainly composed of an electrolyte polymer in the antireflection film shown in FIG. It is considered best to form the material layer 12 and the fourth material layer 14 of a material mainly composed of an inorganic electrolyte. Then, sufficient hardness can be ensured by the second material layer 12 and the fourth material layer 14, and materials having different refractive indexes are selected as the second material and the fourth material. In addition, the first material layer 11 and the third material layer 13 made of the electrolyte polymer serve as a binder layer, and smooth film formation (uniform film formation) of the alternately adsorbed films can be achieved. Can be encouraged.

なお、前述したとおり、電解質ポリマーの屈折率には大差がないので、実質的には、第1の材料層11および第3の材料層13は、同一の屈折率をもった電解質ポリマーを用いてかまわない。すなわち、第1の材料や第3の材料は、単に、バインダー層としての役割を果たすことができればよいので、屈折率に関する配慮を行わなくてもかまわない。したがって、実用上は、第1の材料と第3の材料とを、同一の電解質ポリマーによって構成してもかまわない。   As described above, since there is no great difference in the refractive index of the electrolyte polymer, the first material layer 11 and the third material layer 13 are substantially made of an electrolyte polymer having the same refractive index. It doesn't matter. In other words, the first material and the third material need only be able to serve as a binder layer, and thus there is no need to consider the refractive index. Therefore, practically, the first material and the third material may be composed of the same electrolyte polymer.

本発明の基本的実施形態では、第1の材料層11および第3の材料層13を、ともにPDDAによって構成している。このPDDA(ポリジアリルアミンジメチルアンモニウムクロライド)は、図7に記載した構造式で示される水溶性の正の電解質ポリマーであり、その水溶液は、図2に示す第1の槽100内のカチオン水溶液として利用することができる。   In the basic embodiment of the present invention, both the first material layer 11 and the third material layer 13 are made of PDDA. This PDDA (polydiallylamine dimethylammonium chloride) is a water-soluble positive electrolyte polymer represented by the structural formula shown in FIG. 7, and its aqueous solution is used as a cationic aqueous solution in the first tank 100 shown in FIG. can do.

このように、第1の材料層11の屈折率と第3の材料層13の屈折率とが同一でも(すなわち、第1の材料と第3の材料とを、PDDAのような同一材料によって構成しても)、第2の材料層12の屈折率が、第4の材料層14の屈折率よりも高くなるような材料選定を行えば、高屈折率層Hの屈折率nH(層全体としての屈折率)が、低屈折率層Lの屈折率nL(層全体としての屈折率)よりも高くなるような設定が可能になる。   Thus, even if the refractive index of the first material layer 11 and the refractive index of the third material layer 13 are the same (that is, the first material and the third material are made of the same material such as PDDA). However, if the material is selected such that the refractive index of the second material layer 12 is higher than the refractive index of the fourth material layer 14, the refractive index nH of the high refractive index layer H (as the entire layer) Can be set to be higher than the refractive index nL of the low refractive index layer L (the refractive index of the entire layer).

なお、基材10の屈折率との関係については、実用上は、高屈折率層Hの屈折率nH(層全体としての屈折率)が基材10の屈折率よりも高くなるようにし、低屈折率層Lの屈折率nL(層全体としての屈折率)が基材10の屈折率よりも低くなるように設定するのが好ましい。そのためには、第2の材料層12の材料(無機電解質)として、基材10の屈折率よりも高い屈折率をもった材料を選定し、第4の材料層14の材料(無機電解質)として、基材10の屈折率よりも低い屈折率をもった材料を選定するとよい。   In terms of the relationship with the refractive index of the substrate 10, the refractive index nH of the high refractive index layer H (the refractive index of the entire layer) is practically lower than the refractive index of the substrate 10. It is preferable to set the refractive index nL of the refractive index layer L (the refractive index of the entire layer) to be lower than the refractive index of the substrate 10. For this purpose, a material having a refractive index higher than that of the base material 10 is selected as the material (inorganic electrolyte) of the second material layer 12, and the material (inorganic electrolyte) of the fourth material layer 14 is selected. A material having a refractive index lower than that of the substrate 10 may be selected.

本発明の基本的実施形態では、第2の材料層12を、ACPT(アンモニウムシトラトペルオキソチタネート(IV))から生成されるチタン化合物によって構成し、第4の材料層14を珪酸ナトリウムで構成している。ACPTは、図8に記載した構造式で示される4核錯体からなる水溶性の負の電解質であり、その水溶液は、図2に示す第2の成膜槽200内のアニオン水溶液として利用することができる。このACPTは、酸化チタンの前駆体として知られる材料であり、このACPT水溶液内に基材10を浸漬させて引き上げると、酸化チタンを含むチタン化合物(酸化チタン「TiO」の他、チタン酸「Ti(OH)」などの化合物を含む)の膜が形成される。 In the basic embodiment of the present invention, the second material layer 12 is composed of a titanium compound generated from ACPT (ammonium citatoperoxotitanate (IV)), and the fourth material layer 14 is composed of sodium silicate. ing. ACPT is a water-soluble negative electrolyte composed of a tetranuclear complex represented by the structural formula shown in FIG. 8, and its aqueous solution should be used as an anion aqueous solution in the second film formation tank 200 shown in FIG. Can do. This ACPT is a material known as a precursor of titanium oxide. When the substrate 10 is dipped in the ACPT aqueous solution and pulled up, a titanium compound containing titanium oxide (titanium oxide “TiO 2 ”, titanate “ A film of a compound including a compound such as “Ti (OH) 4 ” is formed.

一方、珪酸ナトリウム(NaSiO)は、図9に記載した構造式で示される水溶性の負の電解質であり、その水溶液は、やはり図2に示す第2の槽200内のアニオン水溶液として利用することができる。この珪酸ナトリウムの水溶液内に基材10を浸漬させて引き上げると、珪酸ナトリウムの膜が形成される。 On the other hand, sodium silicate (Na 2 SiO 3 ) is a water-soluble negative electrolyte represented by the structural formula shown in FIG. 9, and its aqueous solution is also used as an anion aqueous solution in the second tank 200 shown in FIG. Can be used. When the base material 10 is dipped in the aqueous solution of sodium silicate and pulled up, a sodium silicate film is formed.

結局、本発明の基本的実施形態に係る反射防止膜は、図6に示すような層構造を有しており、第1の材料層11は電解質ポリマーであるPDDAからなる層であり、第2の材料層12は無機電解質である酸化チタンを主成分とした層であり、第3の材料層13は電解質ポリマーであるPDDAからなる層であり、第4の材料層14は無機電解質である珪酸ナトリウムを主成分とした層である。   As a result, the antireflection film according to the basic embodiment of the present invention has a layer structure as shown in FIG. 6, and the first material layer 11 is a layer made of PDDA which is an electrolyte polymer. The material layer 12 is a layer mainly composed of titanium oxide, which is an inorganic electrolyte, the third material layer 13 is a layer made of PDDA, which is an electrolyte polymer, and the fourth material layer 14 is silicic acid, which is an inorganic electrolyte. This is a layer mainly composed of sodium.

ここで、一般的な測定値としては、PDDAの屈折率は、1.5〜1.6、酸化チタンの屈折率は、1.7〜2.0、珪酸ナトリウムの屈折率は、1.50〜1.52であるが、基本的実施形態として作成した反射防止膜の場合の実測値は、高屈折率層Hの層全体としての屈折率nHは、1.8、低屈折率層Lの層全体としての屈折率nLは、1.5であった。そこで、高屈折率層Hの厚みは、λ=550nm、nH=1.8を用いて、λ/(4・nH)=76nmに設定し、低屈折率層Lの厚みは、λ=550nm、nL=1.5を用いて、λ/(4・nL)=92nmに設定した。   Here, as general measurement values, the refractive index of PDDA is 1.5 to 1.6, the refractive index of titanium oxide is 1.7 to 2.0, and the refractive index of sodium silicate is 1.50. Although the measured value in the case of the antireflection film prepared as the basic embodiment is about 1.52, the refractive index nH of the high refractive index layer H as a whole is 1.8, and the low refractive index layer L The refractive index nL of the entire layer was 1.5. Therefore, the thickness of the high refractive index layer H is set to λ / (4 · nH) = 76 nm using λ = 550 nm and nH = 1.8, and the thickness of the low refractive index layer L is λ = 550 nm, Using nL = 1.5, λ / (4 · nL) = 92 nm was set.

図10は、このような基本的実施形態に係る反射防止膜の片面反射率の実測値を示すグラフであり、横軸が波長(単位nm)、縦軸が片面反射率(単位%)を示している。実線で示すグラフG1が、上述した基本的実施形態に係る反射防止膜の特性を示している。反射防止加工が何ら施されていない一般的なガラス板の片面反射率は4%程度であるのに対して、この基本的実施形態に係る反射防止膜では、波長域500〜600nm付近の片面反射率が1%以下となっており、十分な反射防止効果が得られている。   FIG. 10 is a graph showing measured values of the single-sided reflectance of the antireflection film according to such a basic embodiment, in which the horizontal axis represents the wavelength (unit: nm) and the vertical axis represents the single-sided reflectance (unit:%). ing. A graph G1 indicated by a solid line indicates the characteristics of the antireflection film according to the basic embodiment described above. The single-sided reflectance of a general glass plate that has not been subjected to any antireflection processing is about 4%, whereas in the antireflection film according to this basic embodiment, single-sided reflection in the wavelength range of 500 to 600 nm. The rate is 1% or less, and a sufficient antireflection effect is obtained.

なお、破線で示すグラフG2は、基材10上に高屈折率層Hのみを形成したサンプル(すなわち、図6に示す基本的実施形態から、低屈折率層Lを取り去った構造をもつサンプル)についての反射率の測定結果を示している。図示のとおり、当該サンプルでは、広範囲の波長にわたって片面反射率が8%以上となっており、むしろ反射率を増加させる効果が生じており、反射防止膜としては機能していない。これは、この基本的実施形態に係る材料の場合、高屈折率層Hの屈折率が1.8程度であり、ガラス基板の屈折率(1.5程度)より高いため、高屈折率層H単独では、反射率が8%程度にまで上昇したものと考えられる。少なくとも基本的実施形態に係る材料を用いた場合、高屈折率層Hと低屈折率層Lとの2層構造を採らないと、反射防止膜としての効果は得られない結果となった。   In addition, the graph G2 shown with a broken line is a sample in which only the high refractive index layer H is formed on the substrate 10 (that is, a sample having a structure in which the low refractive index layer L is removed from the basic embodiment shown in FIG. 6). The measurement result of the reflectance about is shown. As shown in the figure, the sample has a single-sided reflectance of 8% or more over a wide range of wavelengths, and rather has an effect of increasing the reflectance, and does not function as an antireflection film. This is because, in the case of the material according to this basic embodiment, the refractive index of the high refractive index layer H is about 1.8, which is higher than the refractive index of the glass substrate (about 1.5). Alone, it is considered that the reflectance has increased to about 8%. When the material according to at least the basic embodiment is used, the effect as an antireflection film cannot be obtained unless a two-layer structure of the high refractive index layer H and the low refractive index layer L is adopted.

<<< §7.基本的実施形態に係る反射防止膜の製造方法 >>>
ここでは、§6で述べた基本的実施形態に係る反射防止膜の具体的な製造プロセスを説明する。本発明に係る反射防止膜は、互いに屈折率の異なる複数の層(交互吸着膜からなる層)を積層した構造を有しており、特に、基本的実施形態に係る反射防止膜では、図6に示すように、第1の光学薄膜である高屈折率層Hと第2の光学薄膜である低屈折率層Lとの2層構造を採る。
<<< §7. Manufacturing method of antireflection film according to basic embodiment >>
Here, a specific manufacturing process of the antireflection film according to the basic embodiment described in §6 will be described. The antireflection film according to the present invention has a structure in which a plurality of layers having different refractive indexes (layers composed of alternating adsorption films) are stacked. In particular, in the antireflection film according to the basic embodiment, FIG. 2, a two-layer structure of a high refractive index layer H that is a first optical thin film and a low refractive index layer L that is a second optical thin film is employed.

ここで、高屈折率層Hを形成するには、電解質ポリマーの水溶液を収容した第1の成膜槽と、第1の水溶性無機電解質の水溶液を収容した第2の成膜槽とを用意し、表面に反射防止膜を形成する対象となる基材10を、第1の成膜槽内の水溶液と第2の成膜槽内の水溶液とに交互に複数回浸すことにより第1の交互吸着膜を形成し、これを高屈折率層Hとすればよい。一方、低屈折率層Lを形成するには、電解質ポリマーの水溶液を収容した第3の成膜槽と、第1の水溶性無機電解質とは屈折率が異なる第2の水溶性無機電解質の水溶液を収容した第4の成膜槽とを用意し、表面に上記第1の交互吸着膜(高屈折率層H)が形成された基材を、第3の成膜槽内の水溶液と第4の成膜槽内の水溶液とに交互に複数回浸すことにより第2の交互吸着膜を形成し、これを低屈折率層Lとすればよい。   Here, in order to form the high refractive index layer H, a first film formation tank containing an aqueous solution of an electrolyte polymer and a second film formation tank containing an aqueous solution of a first water-soluble inorganic electrolyte are prepared. Then, the substrate 10 to be formed with an antireflection film on the surface is immersed in the aqueous solution in the first film formation tank and the aqueous solution in the second film formation tank alternately multiple times, so that the first alternating An adsorption film may be formed and used as the high refractive index layer H. On the other hand, in order to form the low refractive index layer L, an aqueous solution of a second water-soluble inorganic electrolyte having a refractive index different from that of the third film-forming tank containing an aqueous solution of an electrolyte polymer and the first water-soluble inorganic electrolyte. And a substrate having the surface on which the first alternating adsorption film (high refractive index layer H) is formed, the aqueous solution in the third film formation tank and the fourth. A second alternating adsorption film may be formed by alternately immersing it in the aqueous solution in the film forming tank several times, and this may be used as the low refractive index layer L.

具体的には、図7の構造式で示されるPDDAの水溶液を収容した第1の成膜槽と、図8の構造式で示されるACPTの水溶液を収容した第2の成膜槽とを用意し、基材10となるガラス基板などを、交互に複数回浸すことにより高屈折率層Hを形成し、PDDAの水溶液を収容した第3の成膜槽と、図9の構造式で示される珪酸ナトリウムの水溶液を収容した第4の成膜槽とを用意し、表面に高屈折率層Hが形成されているガラス基板を、交互に複数回浸すことにより低屈折率層Lを形成すればよい。   Specifically, a first film formation tank containing an aqueous PDDA solution represented by the structural formula of FIG. 7 and a second film formation tank containing an ACPT aqueous solution represented by the structural formula of FIG. 8 are prepared. Then, a high refractive index layer H is formed by alternately immersing a glass substrate or the like serving as the base material 10 a plurality of times, and a structural formula shown in FIG. 9 shows a PDDA aqueous solution. A fourth film formation tank containing an aqueous solution of sodium silicate is prepared, and a low refractive index layer L is formed by alternately immersing a glass substrate having a high refractive index layer H formed on the surface a plurality of times. Good.

交互に浸す回数は、既に述べたとおり、反射防止膜として機能するのに必要な厚みが得られるよう定めるようにする。実際には、試行錯誤により、最適な回数を決定すればよい。ここで述べる基本的実施形態の場合、PDDAの水溶液を収容した第1の成膜槽と、ACPTの水溶液を収容した第2の成膜槽とに、それぞれ15回ずつ浸して、合計30枚の材料層からなる高屈折率層Hを形成した後、PDDAの水溶液を収容した第3の成膜槽と、珪酸ナトリウムの水溶液を収容した第4の成膜槽とに、それぞれ40回ずつ浸して、合計80枚の材料層からなる低屈折率層Lを形成している。   As described above, the number of times of alternately dipping is determined so as to obtain a thickness necessary for functioning as an antireflection film. Actually, the optimum number of times may be determined by trial and error. In the case of the basic embodiment described here, a total of 30 sheets are immersed in the first film formation tank containing the PDDA aqueous solution and the second film formation tank containing the ACPT aqueous solution, 15 times each. After forming the high refractive index layer H made of the material layer, each was immersed 40 times in the third film formation tank containing the PDDA aqueous solution and the fourth film formation tank containing the sodium silicate aqueous solution. The low refractive index layer L composed of a total of 80 material layers is formed.

なお、基本的実施形態では、その後、当該ガラス基板全体を加熱する焼成工程を付加している。この焼成工程は、第1の交互吸着膜および第2の交互吸着膜のいずれか一方、もしくは双方を焼成して水分を除去することを目的とする工程である。この焼成工程は、必ずしも必要な工程ではないが、ここで述べる基本的実施形態の場合、第2の材料層12の屈折率および硬度を高める上では非常に効果的である。   In the basic embodiment, a baking step for heating the entire glass substrate is added thereafter. This firing step is a step intended to remove moisture by firing one or both of the first alternating adsorption film and the second alternating adsorption film. This firing step is not necessarily a necessary step, but in the case of the basic embodiment described here, it is very effective in increasing the refractive index and hardness of the second material layer 12.

第2の材料層12は、第2の成膜槽に収容されたACPTの水溶液を原料として形成される酸化チタンを主成分とする層である。前述したとおり、ACPTは酸化チタンの前駆体であるが、焼成工程を行うことにより、酸化チタンの形成が促進され、第2の材料層12の屈折率および硬度が高められるものと考えられる。焼成工程を付加すると、膜厚が若干縮むことになるので、当該厚みの縮小寸法を考慮して、各材料層の積層枚数を決定する必要がある(すなわち、焼成前の段階では、最終製品の厚みよりも若干厚めになるようにしておく)。   The second material layer 12 is a layer mainly composed of titanium oxide formed using an ACPT aqueous solution contained in the second film formation tank as a raw material. As described above, ACPT is a precursor of titanium oxide, but it is considered that the formation of titanium oxide is promoted and the refractive index and hardness of the second material layer 12 are increased by performing the firing step. When the baking process is added, the film thickness is slightly reduced. Therefore, it is necessary to determine the number of layers of each material layer in consideration of the reduced size of the thickness (that is, in the stage before baking, the final product It should be slightly thicker than the thickness).

<<< §8.材料の変形例 >>>
これまで述べた基本的実施形態では、第1の材料層11および第3の材料層13を、図7の構造式で示されるPDDA(ポリジアリルアミンジメチルアンモニウムクロライド)によって構成したが、第1の材料層11および第3の材料層13は、この他にも様々な電解質ポリマーによって構成することが可能である。たとえば、図11(a)の構造式で示されるポリアリルアミンハイドロクロライド(PAH)や、図11(b)の構造式で示されるポリエチルイミン(PEI)は、いずれも正の電解質ポリマー(カチオン)となりうる材料であり、第1の成膜槽および第3の成膜槽として、これらの水溶液を収容した槽を用いてもかまわない。
<<< §8. Material modification >>>
In the basic embodiment described so far, the first material layer 11 and the third material layer 13 are constituted by PDDA (polydiallylamine dimethyl ammonium chloride) represented by the structural formula of FIG. In addition to this, the layer 11 and the third material layer 13 can be composed of various electrolyte polymers. For example, polyallylamine hydrochloride (PAH) represented by the structural formula of FIG. 11 (a) and polyethylimine (PEI) represented by the structural formula of FIG. 11 (b) are both positive electrolyte polymers (cations). As the first film formation tank and the third film formation tank, tanks containing these aqueous solutions may be used.

また、図11(c)の構造式で示されるポリアクリル酸(PAA)や、図11(d)の構造式で示されるポリスルホン酸(PSS)は、負の電解質ポリマー(アニオン)となりうる材料であり、やはり第1の成膜槽および第3の成膜槽として、これらの水溶液を収容した槽を用いることができる。ただ、この場合、第2の成膜槽および第4の成膜槽に用意する無機電解質の水溶液は、正の電解質(カチオン)となり得る水溶液にする必要がある。   In addition, polyacrylic acid (PAA) represented by the structural formula of FIG. 11 (c) and polysulfonic acid (PSS) represented by the structural formula of FIG. 11 (d) are materials that can be a negative electrolyte polymer (anion). Also, as the first film formation tank and the third film formation tank, tanks containing these aqueous solutions can be used. However, in this case, the aqueous solution of the inorganic electrolyte prepared in the second film formation tank and the fourth film formation tank needs to be an aqueous solution that can be a positive electrolyte (cation).

また、これまで述べた基本的実施形態では、第2の材料層12を酸化チタンを主成分とする層によって構成し、第4の材料層14を珪酸ナトリウムを主成分とする層によって構成したが、第2の材料層12および第4の材料層14は、この他にも様々な無機電解質材料(たとえば、金属の化合物)によって構成することが可能である。   In the basic embodiment described so far, the second material layer 12 is constituted by a layer mainly composed of titanium oxide, and the fourth material layer 14 is constituted by a layer mainly composed of sodium silicate. In addition, the second material layer 12 and the fourth material layer 14 can be made of various inorganic electrolyte materials (for example, metal compounds).

特に、高屈折率層H(第1の光学薄膜)を構成するための第2の材料層12としては、4,5族金属の酸化物の微粒子や金属アルコキシドが適していると思われ、具体的には、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、テルル、タンタル、ニオブなどの酸化物を用いるのが好ましい。そのためには、第2の成膜槽として、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、テルル酸化物、タンタル酸化物、ニオブ酸化物の各前駆体(いずれも親和性の前駆体)の水溶液を収容した槽を用いるようにすればよい。   In particular, the second material layer 12 for constituting the high refractive index layer H (first optical thin film) is considered to be suitable for group 4 or 5 metal oxide fine particles or metal alkoxide. Specifically, it is preferable to use oxides such as titanium, zirconium, hafnium, tellurium, tantalum, and niobium. For this purpose, an aqueous solution of titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, tellurium oxide, tantalum oxide, niobium oxide precursors (all of which are affinity precursors) is used as the second film formation tank. What is necessary is just to use the tank which accommodated.

このような前駆体としては、水溶液中で多量体になる水溶性金属錯体を用いることが好適である。この水溶性金属錯体の原料としては前記4A族元素の化合物が好ましく、配位子としてはカルボン酸、アセチルアセトン、ジアミン類、ピリジン類からなる群から選ばれた一種以上にすることが好ましい。   As such a precursor, it is preferable to use a water-soluble metal complex that becomes a multimer in an aqueous solution. As the raw material for the water-soluble metal complex, the group 4A element compound is preferable, and the ligand is preferably one or more selected from the group consisting of carboxylic acid, acetylacetone, diamines, and pyridines.

この4A族元素としては、前記チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)のいずれかにすることができ、その化合物としては、金属アルコキシド、有機酸塩、無機酸塩のいずれかを挙げることができる。   The 4A group element can be any of the titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf), and the compound includes any of metal alkoxide, organic acid salt, and inorganic acid salt. Can be mentioned.

また、配位子を構成する前記ジアミン類としては、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸、1,2−プロパンジアミン、1,3−プロパンジアミンからなる群から選ばれた一種以上を、更に、前記ピリジン類としては、ピリジン、ビピリジンからなる群から選ばれた一種以上を、それぞれ挙げることができる。 As the pre-Symbol diamines that make up the ligand, ethylenediamine, ethylenediaminetetraacetic acid, 1,2-propanediamine, at least one selected from the group consisting of 1,3-propanediamine, further, the pyridine Examples of the class include one or more selected from the group consisting of pyridine and bipyridine.

より具体的には、チタン酸化物の前駆体としては、図8の構造式で示されるACPT(アンモニウムシトラトペルオキソチタネート(IV)):示性式は((NH)[Ti(C)(O)]・8HO)で表される水溶性のチタニウムペルオキソ錯体の水溶液を第2の成膜槽用の水溶液として用いる。 More specifically, as a precursor of titanium oxide, ACPT (ammonium citatoperoxotitanate (IV)) represented by the structural formula of FIG. 8: The formula is ((NH 4 ) 8 [Ti 4 (C An aqueous solution of a water-soluble titanium peroxo complex represented by 6 H 4 O 7 ) 4 (O 2 ) 4 ] · 8H 2 O) is used as the aqueous solution for the second film formation tank.

一方、低屈折率層L(第2の光学薄膜)を構成するための第4の材料層14としては、珪酸ナトリウム(NaSiO)以外の珪酸化合物を用いることも可能であり、その水溶液を第4の成膜槽用の水溶液として用いることもできる。たとえば、エポキシ側鎖やアミン基などの官能基をもったオリゴシリケート(Oligosilsesquioxane)や、Na、Kなどの珪酸塩(シリケート塩)を、第4の材料層14として用いることもできる。 On the other hand, as the fourth material layer 14 for constituting the low refractive index layer L (second optical thin film), a silicate compound other than sodium silicate (Na 2 SiO 3 ) can be used, and its aqueous solution. Can also be used as an aqueous solution for the fourth film formation tank. For example, an oligosilicate (Oligosilsesquioxane) having a functional group such as an epoxy side chain or an amine group, or a silicate (silicate salt) such as Na or K can be used as the fourth material layer 14.

<<< §9.反射防止膜以外への適用 >>>
これまで述べた実施形態では、本発明を反射防止膜に適用した例を述べたが、本発明に係る技術は、反射防止膜のみに限定されるものではなく、この他にも様々な光学多層膜に広く適用可能な技術である。具体的には、反射防止膜の他、様々な光学フィルタ(たとえば、NDフィルタ、バンドパスフィルタ、ショートウエーブパスフィルタ(短波長域透過フィルタ)、ロングウエーブパスフィルタ(長波長域透過フィルタ)、マイナスフィルタなど)、ミラー、ハーフミラー、各種の偏光板(偏光ビームスプリッター(PBS)など)、保護膜(表面保護のために形成されるいわゆるバリアー膜)等にも適用することが可能である。
<<< §9. Application to other than anti-reflective coating >>>
In the embodiments described so far, the example in which the present invention is applied to the antireflection film has been described. However, the technology according to the present invention is not limited to the antireflection film, and various other optical multilayers can be used. This technology can be widely applied to membranes. Specifically, in addition to the antireflection film, various optical filters (for example, ND filter, band pass filter, short wave pass filter (short wavelength band pass filter), long wave pass filter (long wavelength band pass filter), minus The present invention can also be applied to filters, etc., mirrors, half mirrors, various polarizing plates (polarizing beam splitter (PBS), etc.), protective films (so-called barrier films formed for surface protection), and the like.

<第1の成膜槽>
PDDAを10mM/lの濃度で含み、水酸化ナトリウムによってpH値を5.5に調整した水溶液を用意した。
<First film formation tank>
An aqueous solution containing PDDA at a concentration of 10 mM / l and having a pH value adjusted to 5.5 with sodium hydroxide was prepared.

<第2の成膜槽>
ACPTを1重量%の濃度で含み、硝酸によってpH値を7.2に調整した水溶液を用意した。
<Second film formation tank>
An aqueous solution containing ACPT at a concentration of 1% by weight and having a pH value adjusted to 7.2 with nitric acid was prepared.

<第3の成膜槽>
PDDAを10mM/lの濃度で含み、水酸化ナトリウムによってpH値を10に調整した水溶液を用意した。
<Third film formation tank>
An aqueous solution containing PDDA at a concentration of 10 mM / l and having a pH value adjusted to 10 with sodium hydroxide was prepared.

<第4の成膜槽>
珪酸ナトリウムを0.1重量%の濃度で含み、塩酸によってpH値を10に調整した水溶液を用意した。
<Fourth film formation tank>
An aqueous solution containing sodium silicate at a concentration of 0.1% by weight and having a pH value adjusted to 10 with hydrochloric acid was prepared.

基材10となるガラス基板の表面を、水酸化カリウムによって親水処理して表面にOH−基を導入して、初期表面電荷として負の電荷を与える。これを、第1の成膜槽に10分間(交互吸着の飽和点に達する時間に比べて十分長い時間)浸した後に引き上げ、純水のリンス浴を経由して、第2の成膜槽に10分間(交互吸着の飽和点に達する時間に比べて十分長い時間)浸した後に引き上げ、純水のリンス浴に浸した。この交互吸着の作業を合計15回繰り返した。その後、第3の成膜槽に10分間(交互吸着の飽和点に達する時間に比べて十分長い時間)浸した後に引き上げ、純水のリンス浴を経由して、第4の成膜槽に10分間(交互吸着の飽和点に達する時間に比べて十分長い時間)浸した後に引き上げ、純水のリンス浴に浸した。この交互吸着の作業を合計40回繰り返した。その後、自然乾燥を行い、更に、200℃の恒温槽に5時間収容して焼成工程を行った。   The surface of the glass substrate used as the base material 10 is subjected to a hydrophilic treatment with potassium hydroxide to introduce an OH group into the surface, thereby giving a negative charge as an initial surface charge. This is dipped in the first film formation tank for 10 minutes (a time sufficiently longer than the time for reaching the alternate adsorption saturation point) and then pulled up, and then passed through the pure water rinse bath to the second film formation tank. After soaking for 10 minutes (a time sufficiently longer than the time for reaching the saturation point of the alternate adsorption), it was pulled up and immersed in a pure water rinse bath. This alternate adsorption operation was repeated a total of 15 times. Thereafter, it is dipped in the third film formation tank for 10 minutes (a time sufficiently longer than the time for reaching the saturation point of the alternate adsorption) and then pulled up, and then passed through the pure water rinse bath to the fourth film formation tank for 10 minutes. After soaking for a minute (a time sufficiently longer than the time to reach the saturation point of the alternate adsorption), it was lifted and immersed in a pure water rinse bath. This alternate adsorption operation was repeated 40 times in total. Thereafter, it was naturally dried, and further subjected to a baking step by being housed in a thermostat at 200 ° C. for 5 hours.

その結果、ガラス基板上に、厚み75nmの高屈折率層Hと厚み80nmの低屈折率層Lとからなる反射防止膜が形成された。当該反射防止膜の片面反射率の特性は、図10のグラフG1に示すとおりである。また、当該反射防止膜の硬度を測定したところ、硬度は3H以上であることが確認できた。これは一般的な反射防止膜(硬度2B〜HB)に比べてかなり硬いことを示しており、耐摩耗性が大幅に向上していることになる。同じ条件で、同じプロセスを繰り返し実施したところ、いずれも同じ性能をもつ反射防止膜を形成することができた。   As a result, an antireflection film composed of a high refractive index layer H having a thickness of 75 nm and a low refractive index layer L having a thickness of 80 nm was formed on the glass substrate. The single-sided reflectance characteristics of the antireflection film are as shown in the graph G1 of FIG. Further, when the hardness of the antireflection film was measured, it was confirmed that the hardness was 3H or more. This indicates that it is considerably harder than a general antireflection film (hardness 2B to HB), and the wear resistance is greatly improved. When the same process was repeated under the same conditions, an antireflection film having the same performance could be formed.

また、比較のために、前記特許文献7と同様の方法により形成したTALHを使った同構成の光学多層膜を用意した。   For comparison, an optical multilayer film having the same configuration using TALH formed by the same method as in Patent Document 7 was prepared.

本実施例の交互吸着膜に用いた水溶性チタニウム錯体:ACPT(アンモニウムシトラトペルオキソチタネート(IV))は、水溶液中でTi元素に酸素が配位されたペルオキソ錯体を形成し、しかも水溶液中では8量体を構成していることから、Ti元素と配位子の加水分解反応が抑制されるものと考えられる。なお、ACPTが水溶液中で8量体を形成していることについては、Inorg.Chem.2001,40.891-894に、Masato Kakihana等により発表された論文中に記載されている。   The water-soluble titanium complex ACPT (ammonium citatoperoxotitanate (IV)) used in the alternating adsorption film of this example forms a peroxo complex in which oxygen is coordinated to Ti element in an aqueous solution. Since the octamer is constituted, it is considered that the hydrolysis reaction between the Ti element and the ligand is suppressed. The fact that ACPT forms an octamer in an aqueous solution is described in a paper published by Masato Kakihana et al. In Inorg. Chem. 2001, 40.891-894.

従って、単量体として水溶液中に存在する前記従来のTALHに比べてチタニア粒子の析出する速度が遅いために水溶液の透明性も高い。交互吸着膜にした際も粒子の析出が緩和されるため、図12(a)、(b)に従来のTALHで構成される光学多層膜と、本発明によるACPTで構成される光学多層膜の電子顕微鏡写真をそれぞれ示すように、ACPTの方が表面の析出粒子が極めて微細であることが分った。   Accordingly, the transparency of the aqueous solution is high because the rate of precipitation of titania particles is slower than that of the conventional TALH present in the aqueous solution as a monomer. Since the precipitation of particles is alleviated even when the alternate adsorption film is used, the optical multilayer film composed of the conventional TALH and the optical multilayer film composed of ACPT according to the present invention are shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b). As shown in each of the electron micrographs, it was found that the ACPT had finer precipitated particles on the surface.

同じ2つの光学多層膜の表面を原子間力顕微鏡で測定した結果を図13の(a)、(b)にそれぞれ示すように、表面粗さが数nm程度、例えば5.3nmと極めて低いことが分った。   As shown in FIGS. 13A and 13B, the surface roughness of the same two optical multilayer films is measured with an atomic force microscope, and the surface roughness is as low as several nm, for example, 5.3 nm. I found out.

また、同じ光学多層膜について透過率を測定したところ、図14に示すように波長450nmにおいて従来のTALH(a)が70%であったのに対し、本発明によるACPT(b)では90%であり、可視光域において透過率が90%以上という、極めて透明性に優れた多層膜が形成されていることが分った。   Further, when the transmittance was measured for the same optical multilayer film, the conventional TALH (a) was 70% at a wavelength of 450 nm as shown in FIG. 14, whereas the ACPT (b) according to the present invention was 90%. In other words, it was found that a multilayer film having a very high transparency with a transmittance of 90% or more in the visible light region was formed.

本実施例で作製した光学多層膜は、水溶性の金属酸化物の前駆体と高分子電解質とからなる薄膜であり、吸着量を制御することで、基材10となるガラス基板の表面は平面であっても、曲面であっても均一にコーティングすることができる。また、水溶液中の媒質の自己集合による吸着であるため、真空蒸着法のような大掛かりな装置が不要であり、有機溶媒を使用していないために低環境負荷である。   The optical multilayer film produced in this example is a thin film composed of a water-soluble metal oxide precursor and a polymer electrolyte, and the surface of the glass substrate serving as the substrate 10 is flat by controlling the amount of adsorption. Even a curved surface can be uniformly coated. In addition, since adsorption is performed by self-assembly of a medium in an aqueous solution, a large-scale apparatus such as a vacuum deposition method is unnecessary, and an organic solvent is not used, so that the environmental load is low.

この多層膜は常温製膜において1.71を示し高い屈折率を示すことから、光学多層膜の高屈折率層として有望である。低屈折率層に高分子電解質と珪酸ナトリウムからなる多層膜と高屈折率層にACPTからなる多層膜を組み合わせた反射防止膜は、図15に示すように、520nm付近に最大透過率98%を示した。   Since this multilayer film has a high refractive index of 1.71 when formed at room temperature, it is promising as a high refractive index layer of an optical multilayer film. As shown in FIG. 15, the antireflection film in which the low refractive index layer is combined with a multilayer film made of a polymer electrolyte and sodium silicate and the high refractive index layer is made of ACPT has a maximum transmittance of 98% near 520 nm. Indicated.

従って、常温製膜でも十分な光学特性を有することから、有機材料からなる基材に対しても有効に利用できる。   Therefore, since it has sufficient optical properties even at room temperature, it can be effectively used for a substrate made of an organic material.

また、加熱処理(200℃)することにより無機化合物の結合が強化されることになり、密着性(テープ試験による剥離なし)、耐湿性(温度:60度、湿度:90%、72時間のテープ試験による剥離なし)についても優れた特性を示した。   Also, the heat treatment (200 ° C.) strengthens the bonding of the inorganic compound, adhesion (no peeling by tape test), moisture resistance (temperature: 60 degrees, humidity: 90%, 72 hours of tape) Excellent properties were also exhibited for the case of no peeling by test.

以上のことから、本発明に係る方法を用いれば、かなり精度の高い膜厚制御下で、反射防止膜の量産を行うことが可能であることがわかる。しかも、その成膜プロセスは、常温常圧下で、水溶液に浸漬する方法によって実行することができるため、製造コストを大幅に低減させることができる。   From the above, it can be seen that if the method according to the present invention is used, it is possible to mass-produce the antireflection film under a highly accurate film thickness control. And since the film-forming process can be performed by the method immersed in aqueous solution under normal temperature normal pressure, a manufacturing cost can be reduced significantly.

なお、前記実施形態では、ACPTからなる光学薄膜を2層構造の反射防止膜を構成する例として説明したが、これに限定されず、3層以上の光学多層膜としても、場合によっては単層として透明性の高い保護膜としてもよい。   In the above-described embodiment, the optical thin film made of ACPT has been described as an example of constituting an antireflection film having a two-layer structure. However, the present invention is not limited to this. It is good also as a highly transparent protective film.

また、第1の光学薄膜を構成する水溶液中で多量体となる水溶性金属錯体としては、8量体を構成するACPTに限らず、2量体以上で水溶液中に存在する金属錯体であれば任意である。   The water-soluble metal complex that becomes a multimer in the aqueous solution that constitutes the first optical thin film is not limited to ACPT that constitutes the octamer, and any metal complex that exists in the aqueous solution as a dimer or more. Is optional.

また、第2の光学薄膜の成膜に用いるドライプロセスとしては、真空蒸着法、スパッタリング法等を使用することができ、又、ウェットプロセスとしては、ディッピング法、スピンコート法等を使用することができる。   In addition, as a dry process used for forming the second optical thin film, a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like can be used. As a wet process, a dipping method, a spin coating method, or the like can be used. it can.

また、第1の光学薄膜と、第2の光学薄膜とを各1層以上を積層した光学多層膜としては、それぞれ1層以上含まれていれば層数も層構造も任意であり、4層構造の場合であれば、
1層目:請求項1に記載の第1の光学薄膜(高屈折率層)
2層目:ドライプロセスで成膜した第2の光学薄膜(中間屈折率層)
3層目:ドライプロセスで成膜した第2の光学薄膜(低屈折率層)
4層目:ウェットプロセスで成膜した第2の光学薄膜(超低屈折率層)
あるいは、
1層目:ドライプロセスで成膜した第2の光学薄膜(中間屈折率層)
2層目:請求項1に記載の第1の光学薄膜(高屈折率層)
3層目:ドライプロセスで成膜した第2の光学薄膜(低屈折率層)
4層目:ウェットプロセスで成膜した第2の光学薄膜(超低屈折率層)
を具体例として挙げることができる。
In addition, the optical multilayer film in which one or more layers of the first optical thin film and the second optical thin film are laminated, and the number of layers and the layer structure are arbitrary as long as one or more layers are included. If it is a structure,
First layer: the first optical thin film (high refractive index layer) according to claim 1
Second layer: second optical thin film (intermediate refractive index layer) formed by a dry process
Third layer: second optical thin film (low refractive index layer) formed by a dry process
Fourth layer: second optical thin film (ultra low refractive index layer) formed by a wet process
Or
First layer: second optical thin film (intermediate refractive index layer) formed by a dry process
Second layer: the first optical thin film (high refractive index layer) according to claim 1
Third layer: second optical thin film (low refractive index layer) formed by a dry process
Fourth layer: second optical thin film (ultra low refractive index layer) formed by a wet process
Can be given as a specific example.

更に、第1の光学薄膜と、第2の光学薄膜とを各1層以上を積層した光学多層膜の具体例としては、2層以上の光学薄膜、反射防止膜、光学フィルタ等を挙げることができる。   Furthermore, specific examples of the optical multilayer film in which one or more layers of the first optical thin film and the second optical thin film are laminated include an optical thin film having two or more layers, an antireflection film, an optical filter, and the like. it can.

10…基材(たとえば、ガラス基板)
11…第1の材料層
12…第2の材料層
13…第3の材料層
14…第4の材料層
100…第1の槽
200…第2の槽
A1、A3、A5…薄膜
B2、B4、B6…薄膜
b…電解質ポリマー
G1、G2…反射率を示すグラフ
H…高屈折率層
L…低屈折率層
nH…高屈折率層の屈折率
nL…低屈折率層の屈折率
S0、S1、S2…層の界面
λ…反射防止の対象となる光の波長
10 ... Base material (for example, glass substrate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... 1st material layer 12 ... 2nd material layer 13 ... 3rd material layer 14 ... 4th material layer 100 ... 1st tank 200 ... 2nd tank A1, A3, A5 ... Thin film B2, B4 , B6 ... thin film b ... electrolyte polymer G1, G2 ... graph showing reflectance H ... high refractive index layer L ... low refractive index layer nH ... refractive index of high refractive index layer nL ... refractive index of low refractive index layer S0, S1 , S2: layer interface λ: wavelength of light to be antireflection

Claims (8)

水溶液中で多量体になる水溶性金属錯体であって、該水溶性金属錯体の原料がTi、Zr、Hfのいずれかの化合物であり、配位子がアセチルアセトン、ジアミン類、ピリジン類からなる群から選ばれた一種以上であるものを用いて形成されたことを特徴とする光学薄膜。 A water-soluble metal complex that becomes a multimer in an aqueous solution, wherein the raw material of the water-soluble metal complex is a compound of Ti, Zr, or Hf, and the ligand is acetylacetone, a diamine, or a pyridine An optical thin film formed using at least one selected from the group consisting of: 記化合物が、金属アルコキシド、有機酸塩、無機酸塩のいずれかであることを特徴とする請求項に記載の光学薄膜。 Before hear compound is a metal alkoxide, an optical thin film according to claim 1, wherein the organic acid salt, either an inorganic acid salt. 前記ジアミン類が、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸、1,2−プロパンジア
ミン、1,3−プロパンジアミンからなる群から選ばれた一種以上であることを特徴とする
請求項に記載の光学薄膜。
2. The optical thin film according to claim 1 , wherein the diamine is at least one selected from the group consisting of ethylenediamine, ethylenediaminetetraacetic acid, 1,2-propanediamine, and 1,3-propanediamine.
前記ピリジン類が、ピリジン、ビピリジンからなる群から選ばれた一種以上であることを特徴とする請求項に記載の光学薄膜。 The optical thin film according to claim 1 , wherein the pyridine is at least one selected from the group consisting of pyridine and bipyridine. 電解質ポリマーの水溶液と、
水溶液中で多量体になる水溶性金属錯体であって、該水溶性金属錯体の原料がTi、Zr、Hfのいずれかの化合物であり、配位子がアセチルアセトン、ジアミン類、ピリジン類からなる群から選ばれた一種以上であるものの水溶液に、
基材を交互に浸すことにより交互吸着膜を形成することを特徴とする光学薄膜の製造方法。
An aqueous solution of an electrolyte polymer;
A water-soluble metal complex that becomes a multimer in an aqueous solution, wherein the raw material of the water-soluble metal complex is a compound of Ti, Zr, or Hf, and the ligand is acetylacetone, a diamine, or a pyridine In an aqueous solution of one or more selected from
A method for producing an optical thin film, comprising alternately adsorbing films formed by alternately immersing a substrate.
前記電解質ポリマーを、ポリジアリルアミンジメチルアンモニウムクロライド、ポリアリルアミンハイドロクロライド、ポリエチルイミン、ポリアクリル酸、ポリスルホン酸からなる群の中から選択された材料によって構成することを特徴とする請求項に記載の光学薄膜の製造方法。 Said electrolyte polymer, polydiallylamine dimethyl ammonium chloride, polyallylamine hydrochloride, polyethylenimine, polyacrylic acid, according to claim 5, characterized in that configured by a material selected from the group consisting of polysulfonic acid Manufacturing method of optical thin film. 請求項1記載の第1の光学薄膜と、
ドライプロセス又はウェットプロセスで成膜した第2の光学薄膜と、
を各1層以上積層したことを特徴とする光学多層膜。
A first optical thin film according to claim 1;
A second optical thin film formed by a dry process or a wet process;
An optical multilayer film characterized by laminating one or more layers.
前記第1の光学薄膜が第1の屈折率を示す高屈折率層で、前記第2の光学薄膜が第1の屈折率よりも低い第2の屈折率を示す低屈折率層であり、
前記高屈折率層を第1の材料と第2の材料との交互吸着膜によって構成し、前記低屈折率層を第3の材料と第4の材料との交互吸着膜によって構成し、
前記第1の材料と第3の材料とを、それぞれ、ポリジアリルアミンジメチルアンモニウムクロライド、ポリアリルアミンハイドロクロライド、ポリエチルイミン、ポリアクリル酸、ポリスルホン酸からなる群の中から選択された材料によって構成したことを特徴とする請求項に記載の光学多層膜。
The first optical thin film is a high refractive index layer exhibiting a first refractive index, and the second optical thin film is a low refractive index layer exhibiting a second refractive index lower than the first refractive index;
The high refractive index layer is constituted by an alternating adsorption film of a first material and a second material, and the low refractive index layer is constituted by an alternating adsorption film of a third material and a fourth material,
The first material and the third material are each composed of a material selected from the group consisting of polydiallylaminedimethylammonium chloride, polyallylamine hydrochloride, polyethylimine, polyacrylic acid, and polysulfonic acid. The optical multilayer film according to claim 7 .
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