JP6491111B2 - 反射防止ガラス材料を製造するための気体の１価又は多価イオンのビームによる処理方法 - Google Patents

Description

本発明の主題は、気体の１価又は多価イオンのビームによるガラス材料の処理方法である。この方法は、長期にわたり、反射を低減すること、及び、可視範囲の波長のスペクトルにおける光透過率を向上することを目的とする。本発明の方法は、特に、レンズ又は板ガラスの透明基板の表面に適用され、９８％超の可視光透過率を特徴とする反射防止性能を該表面に付与することを目的とする。これらの条件下で、前記表面は可視範囲における優れた反射防止性能を呈する。

ガラス表面は入射光の約９５．５％を反射し、実際、光電池のエネルギー効率を低下させる、又は、コンピュータや携帯電話の平板状スクリーンを見づらくさせることが周知である。

ガラス表面におけるこの光の反射は、９０°の入射角でジオプターを通過する光線について、以下の反射（Ｒ）及び透過（Ｔ）係数を与えるフレネルの関係式によってより一般的に説明される：
Ｒ＝（（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１））^２；Ｔ＝４ ｎ１＊ｎ２／（ｎ２＋ｎ１）^２
式中、ｎ１及びｎ２はジオプターによって離間された媒体の反射指数である。
Ｒ＋Ｔ＝１であることが知られている（エネルギー保存則）。

空気（ｎ１＝１）及びガラス（ｎ２＝１．５４）について、これらの式によればＲ＝０．０４５及びＴ＝１−Ｒ＝０．９５５（４．５％のみ反射され、９５．５％が透過される）となる。

２つの面からなるガラス片についてはその２倍、２×４．５％＝９％の損失がある。この光エネルギーの損失は、光電池用途において無視できないものである。

金属酸化物を用いた蒸着による反射防止加工が存在するが、この利用は比較的複雑かつ高価である。例えば、レンズに関しては、金属酸化物の薄膜を真空下（１０^−５ｔｏｒｒ）で、オングストローム単位の精度で蒸着する加工が挙げられる。無塵室において、レンズはまず洗浄ラインで洗浄され、その後超音波で乾燥される。レンズは支持体に取り付けられ、処理室に入れられる。より低温で酸化物を蒸発（昇華）させるために、室内は真空にされる。蒸発は酸化物の加熱によるジュール効果によって、又は電子銃を用いて行われてよい。品質の完璧な制御と、真空、蒸発速度、及び蒸着される層厚の測定とが必要である。厚さは当然ながら一定であるべきである。フッ化マグネシウムＭｇＦ_２（指数１．３８）及び氷晶石Ｎａ_３ＡｌＦ_６（指数１．３５）といったその他のより安価なＰＶＤ蒸着も存在するが、その屈折率は理想的な指数に近づいているものの未だ完全に理想的とは言えず、本発明の方法がそれを可能にし得る。

「ガラス」とは、脆弱な（もろい）、可視光に対して透過的な硬質の材料又は合金を意味すると理解される。一般にガラスは、酸化ケイ素（シリカ、ＳｉＯ_２）と、砂という存在の主要な構成要素であるフラックスとで構成される。全ての種類のガラスの中で最も一般的なのはソーダ石灰ガラスである。物理的観点からは、ガラスは、ガラス転移現象を呈する非晶質材料（すなわち、非結晶性の材料）である。非常に高温であり得るその転移温度未満において、ガラスはガラス質の状態で存在する。

これは、好ましくは、妥当なコストでこのようなガラス材料の大量提供を可能にするような産業規模で容易に実行可能な方法による、非常に長期にわたって反射防止性能を付与するガラス材料の表面処理方法の必要性を生じる。

文献ＵＳ５２５００９８号は、イオンビームの照射から成るガラス材料の可視範囲における耐久性のある反射防止処理の方法を開示し、使用されるイオンは１価である。

本発明の目的は、比較的安価で、多数の用途に対応して表面を処理することを可能にする、ガラス材料の処理方法を提供することである。これらの用途の中でも、タッチスクリーン、眼鏡レンズ、光学装置のレンズ、建築物の窓、又は光ファイバーが言及される。

本発明はこのように、ガラス材料の可視範囲における耐久性のある反射防止処理の方法であって、該方法が、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源によって発生される気体の１価及び多価イオンのビームによる照射によって構成され、前記ガラス材料の処理の温度はガラス転移温度以下であり、気体の前記１価及び多価イオンの、単位表面積あたりの注入量は、前記注入された層の屈折率ｎが、（ｎ１＊ｎ２）^１／２（ｎ１は空気の指数でありｎ２はガラスの指数である）と略等しくなるような、気体の１価及び多価イオンの原子濃度が得られるように、１０^１２個／ｃｍ^２から１０^１８個／ｃｍ^２までの範囲内で選択され；加速電圧は、ｐ＊λ／４＊ｎと等しい注入厚さｔ（ｔは、注入された気体の１価及び多価イオンの原子濃度が１％以上である注入領域に対応する注入厚さ、ｐは整数、λは入射波長、ｎは注入された層の指数）が得られるように、５ｋＶから１０００ｋＶまでの範囲内で選択される、方法を提供する。

本発明者らは、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源によって発生される気体の１価及び多価イオンのビームによる照射を含む、可視範囲における耐久性のある反射防止処理方法が、気体の１価イオンのビームによる照射を含む方法よりも効果的であることを確認することができた。

一の実施形態によれば、気体の１価及び多価イオンの前記ビームは、１０％の多価イオン、又は１０％よりも多くの多価イオンを含む。

一の実施形態によれば、前記イオンビームの気体の前記１価及び多価イオンは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）及びキセノン（Ｘｅ）からなる希ガス群の元素のイオンから選択される。

別の実施形態によれば、前記イオンビームの気体の前記１価及び多価イオンは、窒素（Ｎ_２）及び酸素（Ｏ_２）からなる群の気体のイオンから選択される。

気体の１価及び多価イオンの単位表面積あたりの注入量は、前記注入された層の屈折率ｎが、（ｎ１＊ｎ２）^１／２（ｎ１は空気の指数でありｎ２はガラスの指数である）と略等しくなるような、気体の１価及び多価イオンの原子濃度が得られるように、１０^１２個／ｃｍ^２から１０^１８個／ｃｍ^２までの範囲内で選択され、注入された層の屈折率は、ジオプターによって離間された媒体の指数の積の平方根に略等しい値に向かって低下される。これは、以下の式に反映される：ｎ＝（ｎ１＊ｎ２）^１／２（式中、ｎ１は空気の指数（ｎ１＝１）でありｎ２はガラスの指数）；ソーダ石灰ガラスの場合（ｎ２＝１．５４）、注入された層の指数（ｎ）は１．２４に略等しい必要がある。

本発明者らは、計算によって、注入されたイオンの原子濃度と観察された光学指数の低下との間に比例関係が存在するはずだと推定する。そしてこの関係はおよそ以下のようになる：
Ｎ＝ｎ１＊ｘ１＋ｎ２＊ｘ２ ここでｘ１＋ｘ２＝１
式中ｘ１は注入された層内のシリコン（ガラスを構成する原子の大部分を占める）平均原子濃度に対応し、ｘ２は注入された層内に存在するイオンの平均原子濃度に対応する。
これは以下のように表すこともできる：
Ｎ＝ｎ１＋（ｎ２−ｎ１）＊ｘ２
指数ｎ＝１．２４に近づけるためには、この式に基づいて、約５０％のイオン（ｘ２＝０．５）を注入する必要があるだろう。

本発明者らによる実験結果は、結果（すなわち、イオンの原子濃度約１０％）を得るために必要とされるイオンの数が５分の１であることを示す。
これは、以下の経験式で表される：
Ｎ＝ｎ１＋（ｎ２−ｎ１）＊５＊ｘ２

詳細には述べないが、理論と実験との間のこの差は、気体で満たされたナノ空洞の形成に加えて起きる、隙間の形成と凝集が、媒体の密度を低下させ、実際には屈折率を低下させることによって説明され得る。

一の実施形態によれば、（ｎ１＊ｎ２）^１／２にきわめて近い屈折率（ｎ）を得るために、本発明の方法では、気体の約１０％という最高の原子濃度を達成することが推奨される。

注入された層の屈折率の４倍によって割られた入射波長の整数倍に対応する注入厚さを得るため、気体の１価及び多価イオンの加速電圧は、したがって、５ｋＶ（キロボルト）から１０００ｋＶ（キロボルト）の間で選択される。以下においては、注入厚さとは、イオンの原子濃度が１％以上である注入領域を指す。
これは次の式によって表される：
ｔ＝ｐ＊λ／４＊ｎ 式中ｔは注入厚さ、ｐは整数、λは入射波長、ｎは注入された層の指数（（ｎ１＊ｎ２）^１／２に等しい）。

可視範囲を示す黄色の単色波（５６０ｎｍに等しい波長）では、注入厚さはｐ＊（５６０／４＊１．２４）（式中ｐは整数）、すなわちｐ＊１００ｎｍにおおよそ等しくなくてはならない。ｐ＝１の場合、注入厚さは１００ｎｍに等しく、ｐ＝２の場合、注入厚さは２００ｎｍに等しい。

本発明の方法によって推奨される処理は、入射波の反射係数の５０％以上、実際には９０％以上もの低下をもたらす。これは、ｎ１＝１（空気）及びｎ＝（ｎ２）^１／２である本発明の方法を採用することによって、また、式Ｒ_ｍ＝（ｎ^２−ｎ２）^２／（ｎ^２＋ｎ２）^２によって最低反射係数Ｒ_ｍを算出することによって、パラメータを調整すればＲ_ｍが理想的な値０、すなわち無反射、に近づくと予測されるからである。

比較として、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）を蒸着した層の指数は１．３５（１．２４よりわずかに高い）である。ＭｇＦ_２蒸着による別の反射防止処理は、反射係数を４％から１．２％へと低下させる、すなわち反射係数を６０％低下させる。

一の実施形態によれば、ガラス材料は、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、及びキセノン（Ｘｅ）からなる元素群に属する重希ガスイオンとして知られる気体の１価及び多価イオンで処理されるこの処理の目的は、気体の１価及び多価の希ガスイオンがガラスの密度を低下させる効果を有する領域を作成することである。この層は、下層にある正常なガラスのそれよりも低い屈折率を特徴とする。

本発明による気体の１価及び多価イオンの選択、ならびにこれら気体の１価及び多価イオンによる照射の条件の選択は、反射係数の低下と透過係数の向上とによって表されるガラス材料の屈折率の低下を有利に実現することを可能にする。これらの性質は、例えば光電池の性能向上、又は平板状タッチスクリーンの反射軽減のために非常に重要である。

本発明者らは、加速電圧と、気体の１価及び多価イオンの単位表面積あたりの注入量とに関して本発明によって選択された範囲が、気体の１価及び多価イオンの照射によって反射の低減（すなわち反射係数の低下）が可能となるような実験条件の選択を可能にすることを確認できた。

更に、本発明者らは、本発明による方法が低温、具体的には室温、で実行可能であることと、該方法の遂行中、ガラス材料の温度がその転移温度以下に保たれるのが望ましいことを確認できた。そのため、ガラス材料がその本体内で、その機械的性質に悪影響を及ぼす結晶学的変化を起こすことを有利に防止できる。

気体の１価及び多価イオンの単位表面積あたりの注入量の、本発明による注入量範囲内での選択は、想定されるガラス材料からなる試料が、例えばＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ_２、又はＯ_２といった気体の１価及び多価イオンのうちの一つによって照射される、先行するキャリブレーション段階によって行われてよい。このガラス材料の照射は、材料の様々な領域において、気体の１価及び多価イオンの、本発明による範囲内における複数の注入量で行われてよい。その後、処理済みの領域は、処理済みの表面における多かれ少なかれ目立った反射に応じた適切な注入量を選択するために、観察される。

処理済みの領域のこのような観察は、例えば反射光（例えばネオン管）の入射角１０°での裸眼による観察といった単純な観察技術、もしくは干渉分光法のようなより複雑な技術によって行うことができる。

いかなる理論にも拘束されることを望むものではないが、注入厚さの屈折率の低下というこの現象は、屈折率が１にきわめて近い注入された気体で満たされた「ナノ空洞」の出現によって説明可能であると考えられる。これは、気体の１価及び多価イオンが化学的に不活性であり、特定の原子濃度閾値未満（１％未満と推定される）でガラス内に溶解されるためである。この濃度閾値を上回った途端に、気体で満たされたナノ空洞が形成され、注入された層の指数の低下につながる。

組み合わせられ得る別の実施形態によれば：
・気体の１価及び多価イオンの単位表面積あたりの注入量は１０^１５個／ｃｍ^２以上、例えば１０^１６個／ｃｍ^２以上である；
・気体の１価及び多価イオンの加速電圧は５ｋＶから２００ｋＶの間である；
・気体の１価及び多価イオンのビームは１０％の多価イオン、又は１０％よりも多くの多価イオンを含む；
・加速電圧は、ｐ＊１００ｎｍ（ｐは整数）に等しい注入厚さが得られるように選択される；
・気体の１価及び多価イオンの、単位表面積あたりの注入量は、注入されるイオンの原子濃度が１０％（±５％の不確実性）に等しくなるように選択される；一の実施形態によれば、気体の１価及び多価イオンの、単位表面積あたりの注入量の選択と、加速電圧の選択とは、あらかじめ行われる計算によって行われ、該計算が、注入されるイオンの原子濃度を１０％（±５％の不確実性）に等しくするための気体の１価及び多価イオンの単位表面積あたりの注入量を、注入深さに応じた選択されたイオンの注入プロファイルから評価することを可能にする；
・ガラス材料が、気体の１価及び多価イオンのビームに対して、０．１ｍｍ／ｓと１０００ｍｍ／ｓとの間である速度Ｖ_Ｄで移動可能である；一の実施形態によれば、ガラス材料の同一領域が、気体の１価及び多価イオンの前記ビームの下方で、Ｎ（複数）回にわたり、速度Ｖ_Ｄで移動される。

本発明によれば、気体の１価及び多価イオンは、コンパクトかつエネルギー消費が少ないという利点のある電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源によって発生される。

本発明は更に、上記の実施形態のいずれかによる処理方法でイオンが注入された面を１以上含み、可視範囲における入射波の反射が半分未満に低減されるガラス部品をも対象とする。

本発明は更に、タッチスクリーン、眼鏡レンズ、光学装置のレンズ、建築物の窓、及び光ファイバーからなる群から選択されるバルクガラス部品を処理するための、上記の実施形態のいずれかによる処理方法の利用をも対象とする。

本発明のその他の特徴及び利点が、添付の図面によって図示される非限定的な実装例についての説明において明らかになるだろう。
図１ａ及び１ｂは、反射防止層がある場合とない場合の入射波の伝播を示す図である。 注入深さに応じた様々なイオンの注入プロファイルを示す図である。 注入深さに応じた様々なイオンの注入プロファイルを示す図である。 特定の加速電圧についての、イオン注入量に応じた処理後の向上Ｇ（％）の変動を示す図である。 注入深さに応じた様々なイオンの注入プロファイルを示す図である。 特定の加速電圧についての、イオン注入量に応じた処理後の向上Ｇ（％）の変動を示す図である。 注入深さに応じた様々なイオンの注入プロファイルを示す図である。 特定の加速電圧についての、イオン注入量に応じた処理後の向上Ｇ（％）の変動を示す図である。 注入深さに応じた様々なイオンの注入プロファイルを示す図である。

本発明の実装の例によれば、ソーダ石灰ガラスの試料が研究の対象とされており、一部の試料には１価及び多価のヘリウムイオン、別の試料には１価及び多価のアルゴンイオン、更に別の試料には窒素Ｎ_２の１価及び多価イオンが用いられた。

これらの気体の１価及び多価イオンが、ＥＣＲ源から放出された。

ソーダ石灰ガラスの分類には、シリカＳｉＯ_２、一般的にＣａＯ及びＮａ_２Ｏの形状で製造に用いられるカルシウム及びナトリウム、を基にしたガラスが含まれる。これらのガラスは最も広く用いられているものであり、瓶や窓ガラスの製造に用いられ、ガラス製造のおよそ９０％を占める。

本発明者らは、以下によって第１シリーズの試験を行った。
・Ｈｅ^＋及びＨｅ^２＋イオンを含む１価及び多価のヘリウムイオンのビーム、強度１ｍＡ；加速電圧３５ｋＶ；Ｈｅ^＋エネルギー３５ｋｅＶ、Ｈｅ^２＋エネルギー７０ｋｅＶ。処理注入量は１０^１６、３×１０^１６、及び６×１０^１６個／ｃｍ^２に等しい。
・Ａｒ^＋、Ａｒ^２＋、及びＡｒ^３＋イオンを含む１価及び多価のアルゴンイオンのビーム、強度１ｍＡ；加速電圧３５ｋＶ；Ａｒ^＋エネルギー３５ｋｅＶ、Ａｒ^２＋エネルギー７０ｋｅＶ、Ａｒ^３＋エネルギー１０５ｋｅＶ。処理注入量は１０^１６、５×１０^１６、及び１０^１７個／ｃｍ^２に等しい。

処理された試料はビームに対して移動速度１２０ｍｍ／ｓ、リターンごとの横方向の進行４ｍｍ（ビームの直径４０ｍｍの１０％）で移動する。処理は、必要な注入量を達成するために、複数回にわたって行われる。

試料表面の反射防止性能は、ガラス表面への像の反射を観察することで、裸眼によって定性的に評価可能であり、また、干渉計測法を用いることによって定量的にも評価可能である：例えば、５６０ｎｍの単色光が両面を処理されたガラス薄片に特定の入射角で投射され、レンズの焦点面で入れ子になった一組の環の形で得られた像が分析される。薄片のジオプターの反射係数は、明環の細さを測定することで推定可能である（最大強度である中程の高さ）。

本発明者らは、異なる注入量で処理された、僅かに傾いた表面上のネオン管の光の反射を裸眼で観察することによる定性試験を行った。このネオン管の反射された像は約１０°の角度で観察された。

これらの定性試験から、より低いコントラストに関するネオンの反射は、アルゴンの場合には３×１０^１６個／ｃｍ^２、ヘリウムの場合には１０^１７個／ｃｍ^２程度の注入量で見られるようになることが判明する。

本発明者らによって作成された半経験的データに基づいた多価イオンの注入のシミュレータで行われた試験では、上掲の処理条件において、以下、ヘリウム（注入プロファイルは図２を参照）については表１、アルゴン（注入プロファイルは図３を参照）については表２に示すような結果が得られた。

本発明の方法によって推奨されるように、イオンの加速電圧の調整は、注入厚さを約１００ｎｍの倍数に調整するように計算される。これらの挿入値（加速電圧、注入量）は経験的調整段階において、反射係数の最適な低下を可能にする正確な干渉法（上述の方法を参照）を用いてより細かく調整できる。

図１ａは、ジオプターを通過する間、入射波（Ｉ）が伝送波（Ｔ）と強反射波（Ｒ）とに分割される様子を実線で示す。図１ｂは本発明の方法によって形成された反射防止層（ＡＲ）が反射波（Ｒ）を弱く返す様子を点線で示す。

図２は、Ｈｅ^＋及びＨｅ^２＋イオンのビーム、ならびに３５ｋＶの加速電圧によって得られた１０^１７個／ｃｍ^２の注入量に対応するヘリウムイオンの注入プロファイルを示す。Ｈｅ^＋／Ｈｅ^２＋イオンの分布は９０％／１０％である。オングストロームで表される注入深さが横軸に、％で表される注入されたヘリウムイオンの原子濃度が縦軸に示される。約２００ｎｍ（すなわち１００ｎｍの２倍）の注入厚さにおいて、ヘリウムイオンの原子濃度は約１０％（±５％）に達する。注入厚さは、注入されたヘリウムイオンの原子濃度が１％以上である領域に該当する。実験によって確認されたとおり、これらの特徴は注入層に反射防止性能を付与する。

図３は、Ａｒ^＋、Ａｒ^２＋及びＡｒ^３＋イオンのビーム、ならびに３５ｋＶの加速電圧によって得られた３＊１０^１６個／ｃｍ^２の注入量に対応するアルゴンイオンの注入プロファイルを示す。Ａｒ^＋／Ａｒ^２＋／Ａｒ^３＋イオンの分布は６０％／３０％／１０％である。オングストロームで表される注入深さが横軸に、％で表される注入されたヘリウムイオンの原子濃度が縦軸に示される。約１００ｎｍ（すなわち１００ｎｍの１倍）の注入厚さにおいて、アルゴンイオンの原子濃度は約１０％（±５％）に達する。注入厚さｔは、注入されたヘリウムイオンの原子濃度が１％以上である領域に対応する。実験によって確認されたとおり、これらの特徴は注入層に反射防止性能を付与する。

更に、反射防止処理を評価するべく、ソーダ石灰ガラスに属するガラス製のジオプターを通じた光の透過の処理後の増加Ｇ（％）をより高い精度で定量化するための特性評価手段を用いて第２シリーズの試験が行われた。定義として、Ｇは、処理後の光透過係数の増加（つまり、処理前と処理後の透過係数の差）に対応する増加（％）を表す。

用いられたイオンは、窒素（Ｎ_２）とアルゴン（Ａｒ）の２種類であった。

窒素については、加速電圧を２０及び３５ｋＶに調整することで、２種類の処理深さが試験された。

アルゴンについては、１種類の加速電圧は３５ｋＶの１種類のみが採用された。

各種類のイオンについて、異なる加速電圧で、複数の注入量が採用された。結果を以下の表に示す：

図４は、窒素（Ｎ_２）による２０ｋＶでの処理後の増加Ｇ（％）を縦軸に、異なる注入量を１０^１７個／ｃｍ^２の単位で横軸に示した。光透過係数が９６％から９８％へと２％増加しつつも光反射係数が４％から２％へと半分に減っていることから、０．４×１０^１７個／ｃｍ^２の注入量が特に好適であると思われる。線Ａは、注入されたイオンの原子濃度が１０％に等しくなる注入量を示し、線Ｂ及びＣはそれぞれ、注入されたイオンの原子濃度が５％と１５％に等しくなる注入量を示す。光透過の最大増大に対応する、この曲線の飽和閾値は線Ａ上に位置する。線Ｂ及びＣはこの閾値の両側に位置する。

図５は、Ｎ^＋、Ｎ^２＋、及びＮ^３＋イオンのビームと加速電圧２０ｋＶで得られた、０．５＊１０^１７個／ｃｍ^２の注入量に対応する窒素イオンでシミュレーションされた注入プロファイルを示す。Ｎ^＋／Ｎ^２＋／Ｎ^３＋イオンの分布は５８％／３１％／１１％に等しいと推定される。オングストロームで表される注入深さは横軸に、％で表される注入された窒素イオンの原子濃度は縦軸に示される。窒素イオンの原子濃度は、約２００ｎｍ（すなわち、１００ｎｍの２倍）の注入厚さにわたって約１０％に達する。注入厚さｔは、注入された窒素イオンの原子濃度が１％以上である領域に対応する。実験は、注入されるイオンの最大濃度と処理深さとに関するこれらの処理特性が、窒素イオンを注入された層に反射防止性能を付与することを実証する。

図６は、窒素（Ｎ_２）による３５ｋＶでの処理後の増加Ｇ（％）を縦軸に、異なる注入量を１０^１７個／ｃｍ^２の単位で横軸に示した。ここでも、光透過係数が９６％から９７．７％へと１．７％増加しつつも光反射係数が４％から２．３％へと約半分に減っていることから、０．７５×１０^１７個／ｃｍ^２の注入量が特に好適であると思われる。線Ａは、注入されたイオンの原子濃度が１０％に等しくなる注入量を示し、線Ｂ及びＣはそれぞれ、注入されたイオンの原子濃度が５％と１５％に等しくなる注入量を示す。光透過の最大増大に対応する曲線の頂点は、線Ａ上に位置する。線Ｂ及びＣはこの頂点の両側に位置する。

図７は、Ｎ^＋、Ｎ^２＋、及びＮ^３＋イオンのビームと加速電圧３５ｋＶで得られた、０．７５＊１０^１７個／ｃｍ^２の注入量に対応する窒素イオンでシミュレーションされた注入プロファイルを示す。Ｎ^＋／Ｎ^２＋／Ｎ^３＋イオンの分布は５８％／３１％／１１％に等しいと推定される。オングストロームで表される注入深さは横軸に、％で表される注入された窒素イオンの原子濃度は縦軸に示される。窒素イオンの原子濃度は、約３００ｎｍ（すなわち、１００ｎｍの３倍）の注入厚さにわたって約１０％に達する。注入厚さｔは、注入された窒素イオンの原子濃度が１％以上である領域に対応する。実験は、注入されるイオンの最大濃度と処理深さとに関するこれらの処理特性が、窒素イオンを注入された層に反射防止性能を付与することを実証する。

図８は、アルゴン（Ａｒ）による３５ｋＶでの処理後の増加Ｇ（％）を縦軸に、異なる注入量を１０^１７個／ｃｍ^２の単位で横軸に示した。光透過係数が９６％から９７．９％へと１．９％増加しつつも光反射係数が４％から２．１％へと約半分に減っていることから、０．７５×１０^１７個／ｃｍ^２、実際にはより少なくてもよい、の注入量が特に好適であると思われる。線Ａは、注入されたイオンの原子濃度が１５％に等しくなる注入量を示し、線Ｂ及びＣはそれぞれ、注入されたイオンの原子濃度が１０％と２０％に等しくなる注入量を示す。光透過の最大増大に対応する、この曲線の飽和閾値は、濃度が予想された１０％よりもやや高い１５％である線Ａ上に位置する。しかしながら、曲線は、０．５×１０^１７ｃｍ^２以上の注入量から得られた有限個の結果による外挿の結果であることが指摘される。この外挿は、０．７５×１０^１７個／ｃｍ^２未満（例えば、０．１、０．２、及び０．５×１０^１７個／ｃｍ^２）のより少ない注入量で得られた結果により補完及び精密化される必要がある。この場合、飽和閾値が、１０％の周辺である注入されるイオンの原子濃度に対応する約０．５×１０^１７個／ｃｍ^２の周辺に位置する少ない注入量の範囲へと移動する可能性が高く、予想により近づく。

図９は、Ａｒ^＋、Ａｒ^２＋及びＡｒ^３＋イオンのビームと加速電圧３５ｋＶで得られた、０．７５＊１０^１７個／ｃｍ^２の注入量に対応するアルゴンイオンでシミュレーションされた注入プロファイルを示す。Ａｒ^＋／Ａｒ^２＋／Ａｒ^３＋イオンの分布は６６％／２４％／１０％に等しいと推定される。オングストロームで表される注入深さは横軸に、％で表される注入された窒素イオンの原子濃度は縦軸に示される。アルゴンイオンの原子濃度は、約１００ｎｍ（すなわち、１００ｎｍの１倍）の注入厚さにわたって約１５％に達する。注入厚さｔは、注入された窒素イオンの原子濃度が１％以上である領域に対応する。実験は、注入されるイオンの最大濃度と処理深さとに関するこれらの処理特性が、アルゴンイオンを注入された層に反射防止性能を付与することを実証する。

この処理方針から、窒素が、ヘリウムやアルゴン等の希ガスイオンで得られるものに比肩する反射防止性能の獲得を可能にすることが明らかになる。詳細には述べないが、これは、希ガスの場合と同様、窒素Ｎ_２分子で満たされたナノ空洞の形成によって説明可能であるかもしれない。予備研究は、酸素（Ｏ_２）等、その他の二原子気体でも同じ効果が得られることを示している。

Claims (11)

1. ガラス材料の可視範囲における耐久性のある反射防止処理の方法であって、
   前記方法が、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源によって発生される気体の１価及び多価イオンのビームによる照射によって構成され、
   前記ガラス材料の処理の温度はガラス転移温度以下であり、
   気体の前記１価及び多価イオンの、単位表面積あたりの注入量は、前記注入された層の屈折率ｎが、（ｎ１＊ｎ２）^１／２（ｎ１は空気の屈折率でありｎ２はガラスの屈折率である）と略等しくなるような、気体の１価及び多価イオンの原子濃度が得られるように、１０^１２個／ｃｍ^２から１０^１８個／ｃｍ^２までの範囲内で選択され、
   加速電圧は、ｐ＊λ／４＊ｎと等しい注入厚さｔ（ｔは、注入された気体の１価及び多価イオンの原子濃度が１％以上である注入領域に対応する注入厚さ、ｐは整数、λは入射波長、ｎは注入された層の屈折率）が得られるように、５ｋＶから１０００ｋＶまでの範囲内で選択される、
   方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記イオンビームの気体の前記１価及び多価イオンは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）及びキセノン（Ｘｅ）からなる群の元素のイオンから選択される、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記イオンビームの気体の前記１価及び多価イオンは、窒素（Ｎ_２）及び酸素（Ｏ_２）からなる群の気体のイオンから選択される、方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法であって、気体の１価及び多価イオンの前記ビームは、１０％の多価イオン、又は１０％よりも多くの多価イオンを含む、方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法であって、気体の１価及び多価イオンの、単位表面積あたりの前記注入量は、注入されるイオンの原子濃度が１０％（±５％の不確実性）に等しくなるように選択される、方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、気体の１価及び多価イオンの、単位表面積あたりの前記注入量の前記選択及び前記加速電圧の前記選択は、あらかじめ行われる計算によって行われ、前記計算は、注入されるイオンの原子濃度を１０％（±５％の不確実性）に等しくするための気体の１価及び多価イオンの単位表面積あたりの前記注入量を、注入深さに応じた選択されたイオンの注入プロファイルから評価することを可能にする、方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法であって、前記ガラス材料は、気体の１価及び多価イオンの前記ビームに対して、０．１ｍｍ／ｓと１０００ｍｍ／ｓとの間である速度Ｖ_Ｄで移動可能である、方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、前記ガラス材料の同一領域は、気体の１価及び多価イオンの前記ビームの下方で、Ｎ（複数）回にわたり、速度Ｖ_Ｄで移動される、方法。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法であって、前記ガラス材料は、ソーダ石灰ガラスの群から選択される、方法。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法でイオンが注入された面を１以上含むガラス部品の製造方法であって、前記可視範囲における入射波の反射が半分未満に低減される、製造方法。
11. タッチスクリーン、眼鏡レンズ、光学装置のレンズ、建築物の窓、及び光ファイバーからなる群から選択されるバルクガラス部品を処理するための、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の処理方法の利用。

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