JP7274799B2 - optical products - Google Patents
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Description
本発明は、微細な凹凸を有する膜が形成された光学製品に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical product on which a film having fine unevenness is formed.
特許文献1(特開2012-198330号公報)には、曲面を有する基材の最表面に、アルミニウム又はその化合物の微細な凹凸構造の層が、気相成膜及び60℃以上沸騰温度以下の水熱処理によって形成されることが記載されている。
その凹凸構造における凸部の平均高さは、5~1000nm(ナノメートル)程度である。
このような微細な凹凸構造の膜(モスアイ)における密度は、基材側から空気側に向かって低下する。よって、その膜の屈折率が徐々に変化する。従って、その膜は、光学的な界面を無くすような作用をしたり、低屈折率の薄膜と同様となるような作用をしたりする。その膜は、それらの作用により、反射防止効果を呈して、反射防止膜として使用可能である。
Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-198330) discloses that a layer having a fine uneven structure of aluminum or a compound thereof is formed on the outermost surface of a base material having a curved surface by vapor phase film formation and at a temperature of 60° C. or more and boiling temperature or less. It is described to be formed by hydrothermal treatment.
The average height of the projections in the uneven structure is about 5 to 1000 nm (nanometers).
The density of such a film having a fine uneven structure (moth-eye) decreases from the substrate side toward the air side. Therefore, the refractive index of the film gradually changes. Thus, the film may act to eliminate optical interfaces or act like a low refractive index thin film. The film exhibits an antireflection effect due to their action and can be used as an antireflection film.
上述の通り、アルミニウム又はその化合物により、アルミニウム又はその化合物製の微細な凹凸構造が形成されることは知られている。
しかし、他の材質、特にシリカ(SiO2)製の微細な凹凸構造の形成は、知られていない。
As described above, it is known that aluminum or its compound forms a fine concave-convex structure made of aluminum or its compound.
However, the formation of fine uneven structures made of other materials, particularly silica (SiO 2 ), is not known.
そこで、本開示の主な目的は、アルミニウム又はその化合物以外の材質に係る微細な凹凸構造の膜を有する光学製品を提供することである。 Accordingly, a main object of the present disclosure is to provide an optical product having a film with a fine uneven structure made of a material other than aluminum or a compound thereof.
上記目的を達成するために、基材と、前記基材の成膜面に直接又は間接的に形成される光学膜と、を備えており、前記光学膜は、Alの酸化物及びSiの酸化物から成るものであり、前記基材側に配置された、Alの酸化物が体積比率で過半数となる層であって薄膜状であるAlの酸化物層と、微細な凹凸構造を有する、Siの酸化物が体積比率で過半数となる層であるSiの酸化物層と、を有しており、前記Siの酸化物層は、Alの酸化物が体積比率で過半数となる前記微細な凹凸構造の核と、その核の一部又は全部を覆うSiの酸化物が体積比率で過半数となるコートと、を有しており、前記核は、前記Siの酸化物層において体積比率で過半数とならない状態でAlの酸化物を含有しており、前記光学膜に対して50°の入射角で入射する光の、420nm以上680nm以下の波長域における平均反射率が、2%以下である光学製品が提供される。 In order to achieve the above object, a substrate and an optical film formed directly or indirectly on a film formation surface of the substrate are provided, and the optical film comprises Al oxide and Si oxidation. and having a thin-film Al oxide layer in which Al oxide is the majority in volume ratio, and Si having a fine uneven structure, placed on the substrate side. and a Si oxide layer that is a layer in which the oxide of Al is the majority in volume ratio, and the Si oxide layer has the fine uneven structure in which the oxide of Al is the majority in volume ratio. and a coat covering part or all of the core and having a majority volume ratio of Si oxide , and the core does not constitute a majority volume ratio in the Si oxide layer. and an optical product having an average reflectance of 2% or less in a wavelength range of 420 nm or more and 680 nm or less of light incident on the optical film at an incident angle of 50°. provided.
本開示の主な効果は、アルミニウム又はその化合物以外の材質に係る微細な凹凸構造の膜を有する光学製品が提供されることである。 A main effect of the present disclosure is to provide an optical product having a film with a fine uneven structure made of a material other than aluminum or a compound thereof.
以下、本発明に係る実施の形態の例が、適宜図面を用いて説明される。
尚、本発明は、以下の例に限定されない。
Hereinafter, examples of embodiments according to the present invention will be described with appropriate reference to the drawings.
In addition, the present invention is not limited to the following examples.
[構成等]
図1に示されるように、本発明の光学製品1は、基材2と、基材2の成膜面F上に形成された光学膜4と、を備えている。尚、図面において、基材2の厚みに対して光学膜4の厚みが誇張されている。
光学製品1は、透光性を有する反射防止部材として用いられる。即ち、光学製品1において、光学膜4により、光学製品1への入射光I1(入射角θ)の強度に対する反射光R1の強度が抑制される。
尚、図1では、入射面と対向する反対側の面において入射光I1が透過する光である透過光I2と、当該面において入射光I1が反射する光である反射光R2と、が合わせて示されている。又、光学製品1は、反射防止部材以外に用いられても良い。
[Composition, etc.]
As shown in FIG. 1, an
The
In FIG. 1, the transmitted light I2, which is the light that the incident light I1 is transmitted through the surface opposite to the incident surface, and the reflected light R2, which is the light that the incident light I1 is reflected from the surface, are combined. It is shown. Also, the
基材2は、光学製品1が形成されるベースであり、ここでは板状(基板)である。基材2は、透光性を有しており、基材2の可視域(ここでは400nm以上750nm以下)の波長を有する光である可視光の透過率は、ほぼ100%となっている。尚、基材2の形状は、平板状であっても良いし、曲板状であっても良いし、ブロック状等の板状以外であっても良い。
基材2の材料(材質)として、プラスチックが用いられ、ここでは熱硬化性樹脂であるポリカーボネート樹脂(PC)が用いられる。尚、基材2の材料はPCに限られず、例えばポリウレタン樹脂、チオウレタン樹脂、エピスルフィド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリ4-メチルペンテン-1樹脂、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート樹脂、あるいはこれらの組合せであっても良い。更に、基材2の材料は、ガラス等、プラスチック以外であっても良い。
The
Plastic is used as the material (material) of the
基材2の成膜面Fは、表面及び裏面に配置されており、光学膜4は、表面及び裏面に直接設けられている。尚、光学膜4は、表面及び裏面の一方に設けられても良いし、ブロック状の基材2等において3面以上設けられても良い。又、各光学膜4の少なくとも一方と基材2との間に、ハードコート膜等の中間膜が設けられても良い。かような中間膜が設けられた場合、光学膜4は、基材2に間接的に形成される。
裏面の光学膜4は、表面の光学膜4と同じ構成である。以下、表面の光学膜4が説明され、裏面の光学膜4の説明は、適宜省略される。
光学膜4は、基材2側から数えて(以下同様)1層目にアルミナ製のAl2O3層12を備え、2層目に微細な凹凸構造を有するシリカ製のSiO2層14を備えている。
あるいは、光学膜4は、1層目に、主成分がAl2O3の層であるAl2O3層を備え、2層目に、微細な凹凸構造を有する、主成分がSiO2の層であるSiO2層14を備えている。この場合、1層目と2層目の境界が不明瞭であることがある。又、典型的には、1層目の層において、基材2に近いほどAl2O3の成分比が高く、基材2から離れるほどAl2O3に対するSiO2の成分比が増加する。即ち、膜厚方向において、1層目の層のAl2O3に対するSiO2の成分比は、基材2からの距離に対し比例的な関係となる。1層目の層は、材質の分布にかかわらず、微細な凹凸構造を有さない薄膜状である層と捉え得る。あるいは、1層目の層は、微細な凹凸構造の基礎(土台)と捉え得る。又は、1層目の層は、微細な凹凸構造を有さない薄膜状であり、層内で材質が徐々に変わる層と捉え得る。更に、2層目の層は、Al2O3を、主成分と成らない状態で含有し得る。例えば、2層目の層は、Al2O3を主成分とする微細な凹凸構造の核(骨子)と、その核の一部又は全部を覆うSiO2を主成分とするコートと、を有し得る。2層目の層は、材質の分布にかかわらず、微細な凹凸構造を有する層と捉え得る。
SiO2層14の高さは、例えば1nm以上1000nm以下程度(ナノサイズオーダー)である。SiO2層14における微細な凹凸構造は、例えば毛羽状構造、ピラミッド群状構造、若しくは剣山状構造、又はこれらの組合せである。
The film formation surface F of the
The
The
Alternatively, the
The height of the SiO 2 layer 14 is, for example, about 1 nm or more and 1000 nm or less (nano-size order). The fine uneven structure in the SiO 2 layer 14 is, for example, a fluff-like structure, a pyramid group-like structure, a pin-like structure, or a combination thereof.
[製造方法等]
光学製品1は、図2に示される製造中間体20から製造される。製造中間体20は、基材2と、成膜面Fにそれぞれ成膜されたAl系製造中間膜22と、を備える。
各Al系製造中間膜22は、ここではAlN(窒化アルミニウム)製である。窒化アルミニウムにおけるAlとNとの元素比は、安定して存在するものであればどのようなものであっても良い。
尚、少なくとも一方のAl系製造中間膜22の材料(材質)は、AlN以外の、アルミニウム、アルミニウム合金、又はアルミニウムの化合物で良く、例えばAl,Al2O3,AlON(酸窒化アルミニウム)、あるいはこれらとAlNとを含む群から少なくとも2つを選択した組合せであっても良い。酸窒化アルミニウムにおけるAlとNとの元素比、AlとOとの元素比、及びOとNとの元素比についても、窒化アルミニウムの場合と同様である。複数のAl系製造中間膜22が存在する場合、一部のAl系製造中間膜22の材質が他のAl系製造中間膜22の材質と異なっていても良い。
アルミニウム合金,アルミニウム化合物は、アルミニウムを主成分とした合金,化合物であっても良い。ここで、主成分は、他の成分に対して、重量比率で過半数となる成分であっても良いし、体積比率で過半数となる成分であっても良いし、元素比で過半数となる成分であっても良い。かような主成分に関する事項は、Al系製造中間膜22以外についても、適宜妥当する。
[Manufacturing method, etc.]
The
Each Al-based production
The material of at least one of the Al-based production
Aluminum alloys and aluminum compounds may be alloys or compounds containing aluminum as a main component. Here, the main component may be a component with a majority weight ratio, a majority volume ratio, or a majority element ratio with respect to other components. It can be. Matters relating to such main components also apply appropriately to materials other than the Al-based production
図3は、光学製品1の製造方法に係る模式図である。図3では、簡潔な説明のため、成膜面Fが片面のみとなっている。
図3(A)に示される基材2の成膜面Fに対し、図3(B)に示されるように、Al系製造中間膜22が成膜される。Al系製造中間膜22は、物理蒸着法(Physical Vapor Deposition(PVD),真空蒸着及びスパッタリング等)により、基材2に直接形成される。尚、基材2の両面にAl系製造中間膜22を成膜すれば、基材2の両面に光学膜4が形成される。
FIG. 3 is a schematic diagram of the method for manufacturing the
As shown in FIG. 3B, an Al-based production
AlN製のAl系製造中間膜22がDCスパッタ成膜装置でのDCスパッタにより形成される場合が、以下説明される。
即ち、まず、Al製の板状のターゲットがセットされて成膜室が真空引きされ、前処理として、ラジカル源から、O2ガスが、高周波電圧が印加されラジカル酸素となった状態で所定流量(例えば500ccm(Cubic Centimeter per Minute))で所定時間(例えば30秒間)成膜室に供給されることで、基材2のクリーニングが行われる。より詳しくは、かようなラジカル酸素の照射により、基材2に有機物等が付着していたとしても、有機物等はラジカル酸素及びプラズマで発生する紫外線によって分解剥離される。かようなクリーニングにより、後に形成する膜の密着性が向上する。
そして、Al系製造中間膜22が、所定のプロセス条件でスパッタされる。ここでは、Alのスパッタ源がアルゴンガス(Arガス)の導入と共に作動し、ラジカル源として窒素ガス(N2ガス)が成膜室に導入される。尚、スパッタ源に代えて、あるいはスパッタ源と共に、ラジカル源においてArガスが導入されても良い。Arガスは、Ar以外の希ガスに係るものとされても良い。かようなArガスに係る変更は、他の成膜においても適宜行われても良い。
A case where the Al-based production
That is, first, a plate-shaped target made of Al is set and the film formation chamber is evacuated, and as a pretreatment, O 2 gas is supplied from a radical source to a predetermined flow rate in a state in which a high frequency voltage is applied and becomes radical oxygen. The cleaning of the
Then, the Al-based production
又、Al2O3製等のAl系製造中間膜22は、蒸着により形成されても良い。
Al製のAl系製造中間膜22の蒸着においては、真空状態の成膜室内において、Alの顆粒が電子ビーム(EB)により加熱されても良い。
Al2O3製のAl系製造中間膜22の蒸着においては、真空状態の成膜室内において、O2ガスが導入され、Alの顆粒がEBにより加熱されても良い。
Also, the Al-based production
In vapor deposition of the Al-based production
In the vapor deposition of the Al-based production
かようなAl系製造中間膜22付きの基材2、即ち製造中間体20は、図3(C)に示されるように、槽T内の溶液SLに浸漬される。
溶液SLは、微量のSiO2(シリカ)が水(H2O)に溶けたものであり、換言すれば、微量のシリカの水溶液である。
すると、図3(D)に示されるように、Al系製造中間膜22は、Al2O3層12に変化しつつ、基材2と反対側に、微細な凹凸構造を有するSiO2層14を発生させる。即ち、Al系製造中間膜22は、Al2O3層12及びSiO2層14となる。
より詳しくは、Al系製造中間膜22は、溶液SLにおける水との部分的な溶解を伴った反応によりAl2O3層12に変化しつつ、溶液SLにおける微量のSiO2を、基材2と反対側において徐々に吸着し、微細な凹凸構造を有するように集める。Al系製造中間膜22は、溶液SL中において、SiO2製の多数の微細な毛羽、角錐、円錐、針状体等を、膜厚方向に成長させる。尚、浸漬時の製造中間体20の姿勢(向き)は、図3で示されるような水平姿勢に限られない。又、同時に浸漬される製造中間体20の個数は、複数であっても良い。
溶液SLにおけるSiO2の濃度は、主にSiO2層14をより良好に形成する観点から、例えば、10mg/l(ミリグラム毎リットル)以下であり、更には2mg/l以下である。
溶液SLの温度は、毛羽状構造等をなるべく短時間で得る観点から、ここでは90℃である。又、溶液SLの温度は、例えば80℃以上100℃以下であり、又は90℃以上100℃以下である。100℃以上とするには、加圧等の特殊な処理を水に施すか、水以外を用いるかしなければならず、手間がかかる。
又、溶液SLへの浸漬時間は、Al2O3層12及びSiO2層14をなるべく短時間で得る観点から、例えば2秒間以上10分間以下であり、又は5秒間以上5分間以下であり、あるいは15秒間以上3分間以下である。浸漬時間が短いと、Al2O3層12及びSiO2層14が十分に得られず、浸漬時間が長いと、処理時間が長くなり効率がその分悪くなる。
The
The solution SL is a solution in which a trace amount of SiO 2 (silica) is dissolved in water (H 2 O), in other words, an aqueous solution of a trace amount of silica.
Then, as shown in FIG. 3(D), the Al-based production
More specifically, the Al-based production
The concentration of SiO 2 in the solution SL is, for example, 10 mg/l (milligrams per liter) or less, more preferably 2 mg/l or less, mainly from the viewpoint of better formation of the SiO 2 layer 14 .
The temperature of the solution SL is 90° C. here from the viewpoint of obtaining the fluff-like structure and the like in as short a time as possible. Also, the temperature of the solution SL is, for example, 80° C. or higher and 100° C. or lower, or 90° C. or higher and 100° C. or lower. In order to raise the temperature to 100° C. or higher, the water must be subjected to a special treatment such as pressurization, or a solution other than water must be used, which is troublesome.
Further, the immersion time in the solution SL is, for example, 2 seconds or more and 10 minutes or less, or 5 seconds or more and 5 minutes or less, from the viewpoint of obtaining the Al 2 O 3 layer 12 and the SiO 2 layer 14 in as short a time as possible, Alternatively, it is 15 seconds or more and 3 minutes or less. If the immersion time is too short, the Al 2 O 3 layer 12 and the SiO 2 layer 14 will not be sufficiently obtained, and if the immersion time is too long, the processing time will be longer and the efficiency will be lowered accordingly.
その後、図3(E)に示されるように、Al2O3層12及びSiO2層14付きの基材2が槽Tから取り出され、乾燥されることで、図3(F)に示されるように、光学製品1が完成する。
After that, as shown in FIG. 3(E), the
次いで、本発明の好適な実施例、及び本発明に属さない比較例が説明される。
尚、本発明は、以下の実施例に限定されない。又、本発明の捉え方により、下記の実施例が実質的には比較例となったり、下記の比較例が実質的には実施例となったりすることがある。
Next, preferred examples of the present invention and comparative examples not belonging to the present invention will be described.
In addition, the present invention is not limited to the following examples. Moreover, depending on how the present invention is understood, the following examples may substantially become comparative examples, and the following comparative examples may substantially become working examples.
[実施例1]
≪実施例1の製造等≫
実施例1は、上述の実施形態に対応する。
実施例1において、AlN製のAl系製造中間膜22は、次の表1における項目名の行を除いて最も上の行に示されるプロセス条件でのDCスパッタにより、PC製の板状の基材2の両面に、それぞれ物理膜厚72nmで成膜された。
そして、製造中間体20は、0.06mg/lのシリカを含有する90℃の溶液SLに、3分間浸漬され、乾燥を経て光学製品1に係る実施例1とされた。
特に、溶液SLのシリカ濃度は、次のようにして把握された。即ち、モリブデン青吸光分光法の青発色原理に基づく株式会社共立理化学研究所製パックテストシリカ(低濃度)により、溶液SLのシリカ濃度が測られた。このパックテストシリカ(低濃度)は、0.5~20mg/lの範囲内で、サンプル中のシリカ濃度を測定可能である。シリカ濃度が0.5mg/lより低い場合は、サンプルとして取り分けた溶液SLの溶媒(H2O)が加熱蒸発により濃縮され、濃縮溶液の体積減少量が測定されると共に濃縮溶液のシリカ濃度が測定されて、その測定濃度に対し溶媒の体積減少分を加味した計算により濃縮前のサンプルに係る溶液SLのシリカ濃度が把握された。
[Example 1]
≪Production of Example 1, etc.≫
Example 1 corresponds to the embodiment described above.
In Example 1, the Al-based production
Then, the production intermediate 20 was immersed in a 90° C. solution SL containing 0.06 mg/l silica for 3 minutes and dried to obtain Example 1 of the
In particular, the silica concentration of solution SL was determined as follows. That is, the silica concentration of the solution SL was measured using Pack Test Silica (low concentration) manufactured by Kyoritsu Rikagaku Kenkyusho Co., Ltd. based on the principle of blue color development in molybdenum blue absorption spectroscopy. This pack test silica (low concentration) can measure the silica concentration in the sample within the range of 0.5 to 20 mg/l. When the silica concentration is lower than 0.5 mg/l, the solvent (H 2 O) of the solution SL taken as a sample is concentrated by heat evaporation, the volume reduction of the concentrated solution is measured, and the silica concentration of the concentrated solution is measured. The silica concentration of the solution SL of the sample before concentration was determined by calculating the volume reduction of the solvent in consideration of the measured concentration.
≪実施例1の特性等≫
図4は、実施例1の基材2の成膜面Fに対して垂直に(入射角θ=0°で)入射する可視域及び隣接域の光の片面反射率のグラフである。
図5は、実施例1の基材2の成膜面Fに対して垂直に入射する可視域及び隣接域の光の透過率(表面の光学膜4、基材2、裏面の光学膜4を透過した透過光I2の強度の入射光I1の強度に対する比率)のグラフである。
これらのグラフによれば、実施例1において、可視光に対する低反射(例えば可視域全域で1%以下)が実現していることが分かる。
<<Characteristics of Example 1>>
FIG. 4 is a graph of single-sided reflectance of light in the visible region and the adjacent region that is incident perpendicularly (at an incident angle θ=0°) to the film formation surface F of the
FIG. 5 shows the transmittance of light in the visible region and the adjacent region (the
These graphs show that Example 1 achieves a low reflection of visible light (for example, 1% or less in the entire visible range).
図6は、実施例1の基材2の成膜面Fに対する入射角θを様々に変化させた場合の可視域及び隣接域の光の両面反射率(主に反射光R1,R2の合計強度の入射光I1の強度に対する比率)のグラフである。
又、図7は、横軸を入射角θとし、縦軸を可視域内の特定域の反射率の平均(平均反射率)とした、両面反射率の入射角度依存性に係るグラフである。ここで、当該特定域は、420nm以上680nm以下である。以下、各種の平均反射率は、全てこの特定域で算出される。
これらのグラフによれば、実施例1において、入射角θ=45°までは垂直入射と同程度で低反射(例えば可視域全域で2%以下)が実現し、入射角θ=50°においても可視域での平均反射率が2%以下となる程度に低反射が実現していることが分かる。即ち、実施例1における低反射は、広範囲の入射角θにおいて実現しており(モスアイの特徴)、実施例1における低反射の入射角依存性は、0°以上50°以下の範囲において低いと言える。
FIG. 6 shows the double-sided reflectance of light in the visible region and the adjacent region (mainly the total intensity of reflected light R1 and R2 to the intensity of the incident light I1).
FIG. 7 is a graph showing the incidence angle dependence of the double-sided reflectance, with the horizontal axis representing the incident angle θ and the vertical axis representing the average of the reflectances in the specific region within the visible range (average reflectance). Here, the specific region is 420 nm or more and 680 nm or less. Hereinafter, various average reflectances are all calculated in this specific region.
According to these graphs, in Example 1, up to an incident angle θ = 45°, low reflection (for example, 2% or less in the entire visible range) is realized at the same level as normal incidence, and even at an incident angle θ = 50° It can be seen that low reflection is achieved to the extent that the average reflectance in the visible range is 2% or less. That is, the low reflection in Example 1 is realized in a wide range of incident angles θ (feature of moth-eye), and the incidence angle dependency of low reflection in Example 1 is low in the range of 0° to 50°. I can say
更に、次の要領で、実施例1における光学膜4の構造及び成分が観察された。
即ち、PC製基板の片面に、実施例1と同じ製法で光学膜4を作製し、銅製の試料ホルダに入る大きさに、Ga(ガリウム)ビームでカットした(FIB(Focused Ion Beam)加工)。そして、光学膜4付き基板が試料ホルダに入れられ、光学膜4の構造を保存するため、光学膜4付きカット基板に、カーボン製の保護膜を被せて、観察対象が作成された。
この観察対象が、透過電子顕微鏡(TEM)で観察されると共に、この観察対象への特性X線の照射により、光学膜4の元素分析が行われた。
Furthermore, the structure and components of the
That is, an
This observation target was observed with a transmission electron microscope (TEM), and elemental analysis of the
図8は、特性X線に係るスペクトラムのグラフである。
図8から、観察対象は、C(炭素原子)、O(酸素原子)、Cu(銅)、Ga(ガリウム)、Al(アルミニウム原子)、Si(ケイ素原子)を含有することが分かる。
これらのうち、Cuは、試料ホルダに由来する。又、Gaは、FIB加工に由来する。更に、Cは、保護膜に由来する。よって、光学膜4は、O、Al、Siを含有する。
FIG. 8 is a spectrum graph of characteristic X-rays.
From FIG. 8, it can be seen that the observation target contains C (carbon atom), O (oxygen atom), Cu (copper), Ga (gallium), Al (aluminum atom), and Si (silicon atom).
Of these, Cu originates from the sample holder. Also, Ga originates from the FIB processing. Furthermore, C originates from the protective film. Therefore, the
図9は、TEMの観察像である。図10は、図9の観察範囲に対し、CのKα線の強度分布に応じ、画素の濃さをその画素の位置における強度が強いほど比例的に濃くした画像(C-Kα線オーバーラップ画像)である。図11は、OのKα線についての図10同様図(O-Kα線オーバーラップ画像)である。図12は、AlのKα線についての図10同様図(Al-Kα線オーバーラップ画像)である。図13は、SiのKα線についての図10同様図(Si-Kα線オーバーラップ画像)である。
これらの図によれば、基板(画像最下部を占める横長矩形部)の上に層が存在し、その層の上に微細な凹凸構造が存在することが分かる。又、Cが、基板と、層及び微細な凹凸構造以外の部分(保護膜に相当)とに存在することが分かる。更に、Oが、層及び微細な凹凸構造に存在することが分かる。又更に、Alが、基板上の層に存在することが分かる。加えて、Siが、微細な凹凸構造に存在することが分かる。
FIG. 9 is a TEM observation image. FIG. 10 is an image (C-Kα ray overlap image) in which the density of pixels is proportionally increased as the intensity at the position of the pixel increases according to the intensity distribution of the Kα ray of C with respect to the observation range of FIG. ). FIG. 11 is a diagram similar to FIG. 10 (O-Kα line overlap image) for the O Kα line. FIG. 12 is a diagram similar to FIG. 10 (Al-Kα ray overlapped image) for the Kα ray of Al. FIG. 13 is a diagram similar to FIG. 10 (Si-Kα ray overlapped image) for the Kα ray of Si.
According to these figures, it can be seen that a layer exists on the substrate (horizontally long rectangular portion occupying the bottom of the image), and a fine concave-convex structure exists on the layer. In addition, it can be seen that C exists in the substrate and the portion (corresponding to the protective film) other than the layer and the fine concave-convex structure. Furthermore, it can be seen that O exists in the layer and the fine relief structure. Furthermore, it can be seen that Al is present in the layer on the substrate. In addition, it can be seen that Si exists in the fine uneven structure.
そして、以上の観察事項を適宜合わせれば、基板上の層の主成分がAlの酸化物であり、微細な凹凸構造の主成分がSiの酸化物であることが分かる。更に、それらの安定性等の他の観察事項を考え合わせれば、基板上の層の主成分はAl2O3であり、微細な凹凸構造はSiO2の主成分であると言える。
又、次より説明される実施例2~38等の観察結果を適宜考慮すると、Al系製造中間膜22の材質及び膜厚、溶液SLの温度等の各種の製造条件の違いにより、基板上のAl2O3の層(基板側の層)と微細な凹凸構造のSiO2の層(凹凸層)とは、明確に2層として分かれる場合があるし、厳密には2層に分かれず、成分が膜厚方向(膜に垂直な方向)の位置に応じて徐々に変化する場合もある、と言える。
後者の場合、各種の膜の境界が不明瞭であることがある。又、この場合、典型的には、基板側の層において、基板に近いほどAl2O3の成分比が高く、基板から離れるほどAl2O3に対するSiO2の成分比が増加する。即ち、膜厚方向において、Al2O3に対するSiO2の成分比は、基板からの距離に対し比例的な関係となる。
更に、凹凸層は、Al2O3を、主成分と成らない状態で含有し得る。例えば、凹凸層は、Al2O3を主成分とする微細な凹凸構造の核(骨子)と、その核の一部又は全部を覆うSiO2を主成分とするコートと、を有し得る。
If the above observations are properly combined, it can be seen that the main component of the layer on the substrate is Al oxide, and the main component of the fine uneven structure is Si oxide. Furthermore, considering other observations such as their stability, it can be said that the main component of the layer on the substrate is Al 2 O 3 and the fine relief structure is mainly SiO 2 .
In addition, considering the observation results of Examples 2 to 38, etc., which will be explained below, the difference in the material and film thickness of the Al-based production
In the latter case, the boundaries of the various membranes may be blurred. In this case, typically, in the layer on the substrate side, the component ratio of Al 2 O 3 is higher the closer to the substrate, and the component ratio of SiO 2 to Al 2 O 3 increases as the distance from the substrate increases. That is, in the film thickness direction, the component ratio of SiO 2 to Al 2 O 3 is proportional to the distance from the substrate.
Further, the uneven layer can contain Al 2 O 3 in a state that does not form the main component. For example, the rugged layer may have a nucleus (skeleton) of a fine rugged structure mainly composed of Al 2 O 3 and a coat mainly composed of SiO 2 covering part or all of the nucleus.
[実施例2~38及び比較例1]
≪実施例2~37の製造等≫
実施例2~37及び比較例1は、実施例1と同様にそれぞれ製造された。但し、次の表2~表9に示されるように、実施例2~37及び比較例1は、溶液SLのシリカ濃度、Al系製造中間膜22の材質、基材2の材質、溶液SLの温度、及びAl系製造中間膜22の物理膜厚の少なくとも何れかが、実施例1と異なる。
実施例2~37及び比較例1のAl系製造中間膜22は全てDCスパッタにより形成され、それらのプロセス条件は、Al系製造中間膜22の材質毎に分かれており、上記の表1に示されている。尚、表1には、変更例として、蒸着の場合のプロセス条件が合わせて示されている。
[Examples 2 to 38 and Comparative Example 1]
≪Production of Examples 2 to 37, etc.≫
Examples 2-37 and Comparative Example 1 were prepared in the same manner as Example 1, respectively. However, as shown in the following Tables 2 to 9, in Examples 2 to 37 and Comparative Example 1, the silica concentration of the solution SL, the material of the Al-based production
All of the Al-based production
≪実施例2~37及び比較例1の特性等≫
図14は、実施例2~6における可視域及び隣接域の光の垂直入射での片面反射率に係るグラフである。図15は、実施例7~11における図14同様図である。図16は、実施例12~16における図14同様図である。図17は、実施例17~20における図14同様図である。図18は、実施例21~26における図14同様図である。図19は、実施例27~31における図14同様図である。図18は、実施例32~37及び比較例1における図14同様図である。
又、表2~表9の各最下行に、それぞれの平均反射率が示される。
これらのグラフ及び表によれば、比較例1では、平均反射率が9%を超えて10%に迫っており、可視光に対する反射の抑制が十分であるとは言い難いことが分かる。
これに対し、実施例2~37において、実施例1と同様に、可視光に対する低反射が実現していることが分かる。
そして、種々の観察により、実施例2~37においても、実施例1と同様に、入射角度依存性の低い状態で低反射が実現し、又微細な凹凸構造がSiO2製(微細な凹凸構造の主成分がSiO2の層)であり、更に微細な凹凸構造と基板との間にAl2O3製の(主成分がAl2O3の)層が存在することが確認された。
特に、Al系製造中間膜22がAlNである場合において、様々なAl系製造中間膜22の物理膜厚、及び溶液SLの温度で、反射防止に係る光学膜4が形成された(実施例1~20)。
又、Al系製造中間膜22がAl2O3(実施例23~28,30~31)、Al(実施例29)であっても、反射防止に係る光学膜4が形成された。
更に、基板が白板ガラスであっても、反射防止に係る光学膜4が形成された(実施例21~29)。
<<Characteristics of Examples 2 to 37 and Comparative Example 1>>
FIG. 14 is a graph showing single-sided reflectance at normal incidence of light in the visible range and adjacent range in Examples 2 to 6. FIG. FIG. 15 is a view similar to FIG. 14 in Examples 7-11. FIG. 16 is a view similar to FIG. 14 in Examples 12-16. FIG. 17 is a view similar to FIG. 14 in Examples 17-20. FIG. 18 is a view similar to FIG. 14 in Examples 21-26. FIG. 19 is a view similar to FIG. 14 in Examples 27-31. FIG. 18 is a diagram similar to FIG. 14 for Examples 32 to 37 and Comparative Example 1. FIG.
Also, the bottom row of each of Tables 2 to 9 shows the average reflectance of each.
According to these graphs and tables, in Comparative Example 1, the average reflectance exceeded 9% and approached 10%, and it can be seen that it is difficult to say that suppression of reflection to visible light is sufficient.
On the other hand, in Examples 2 to 37, as in Example 1, low reflection of visible light is realized.
From various observations, it was found that in Examples 2 to 37, as in Example 1, low reflection was realized with low incident angle dependence, and the fine uneven structure was made of SiO 2 (fine uneven structure It was confirmed that a layer of Al 2 O 3 (mainly composed of Al 2 O 3 ) was present between the fine uneven structure and the substrate.
In particular, when the Al-based production
Further, even when the Al-based manufacturing
Furthermore, even when the substrate was white plate glass, the
≪溶液の温度等・実施例2,7,10,15,18≫
溶液SLの温度の変化による特性の変化が、上述の実施例2,7,10,15,18の比較により見出される。
実施例2,7,10,15,18は、シリカ濃度(0.06mg/l)、Al系製造中間膜22の材質(AlN)、基板材料(PC)、Al系製造中間膜22の物理膜厚(78.5~78.51nm)において共通し、溶液SLの温度において、順に95,90,85,80,75℃となって互いに相違する。
<<Solution temperature, etc., Examples 2, 7, 10, 15, 18>>
Changes in properties due to changes in temperature of solution SL are found by comparison of Examples 2, 7, 10, 15 and 18 above.
In Examples 2, 7, 10, 15, and 18, the silica concentration (0.06 mg/l), the material (AlN) of the Al-based production
図21は、実施例2,7,10,15,18における垂直入射の片面反射率に係るグラフである。
図22は、実施例2,7,10,15,18における平均反射率に係るグラフである。
これらの図によれば、溶液SLの温度が80℃以上であると、80℃未満の場合(実施例18)に比べて片面反射率の低減がより一層図られることが分かる。
FIG. 21 is a graph of single-sided reflectance for normal incidence in Examples 2, 7, 10, 15, and 18. FIG.
FIG. 22 is a graph of average reflectance in Examples 2, 7, 10, 15, and 18. FIG.
These figures show that when the temperature of the solution SL is 80° C. or higher, the single-sided reflectance can be further reduced as compared with the case where the temperature is lower than 80° C. (Example 18).
≪溶液のシリカ濃度等・実施例32~37,比較例1≫
溶液SLの温度の変化による特性の変化が、上述の実施例32~37及び比較例1の比較により見出される。
実施例32~37及び比較例1は、Al系製造中間膜22の材質(AlN)、基板材料(PC)、溶液SLの温度(90℃)、Al系製造中間膜22の物理膜厚(78.5nm)において共通し、溶液SLのシリカ濃度において、順に0.003,0.06,0.5,1,2,10,20mg/lとなって互いに相違する。
溶液SLのシリカ濃度は、純度の極めて高い純水(実施例32)若しくは純度が通常程度である純水(実施例33)をそのまま用い、あるいは後者の純水に対し、適量のシリカゲルを投入したうえで十分に撹拌することで調整された。前者の純水及び後者の純水において、微量のシリカは完全に排除されずに残っている。
尚、シリカ濃度の把握は、実施例1の説明において述べた通りになされた。
<<Silica concentration of solution, etc., Examples 32 to 37, Comparative example 1>>
Changes in properties due to changes in the temperature of the solution SL are found by comparing Examples 32-37 and Comparative Example 1 above.
In Examples 32 to 37 and Comparative Example 1, the material (AlN) of the Al-based production
For the silica concentration of solution SL, pure water with extremely high purity (Example 32) or pure water with normal purity (Example 33) was used as it was, or an appropriate amount of silica gel was added to the latter pure water. It was adjusted by stirring well. In the former pure water and the latter pure water, a small amount of silica remains without being completely removed.
The determination of the silica concentration was made as described in the explanation of Example 1.
上述の図20は、丁度実施例32~37及び比較例1について示されている。
図23は、実施例32~37及び比較例1における平均反射率(縦軸)と溶液SLのシリカ濃度(横軸)との関係が示されるグラフである。
表10は、実施例32~37及び比較例1における溶液SLのシリカ濃度と平均反射率との関係が示される表である。
The aforementioned FIG. 20 just shows Examples 32 to 37 and Comparative Example 1. FIG.
23 is a graph showing the relationship between the average reflectance (vertical axis) and the silica concentration (horizontal axis) of the solution SL in Examples 32 to 37 and Comparative Example 1. FIG.
Table 10 is a table showing the relationship between the silica concentration of the solution SL and the average reflectance in Examples 32 to 37 and Comparative Example 1.
これらの図及び表によれば、溶液SLの温度が10mg/l以下であると、10mg/lを超える場合(比較例1)に比べて片面反射率の低減がより一層図られることが分かる。又、溶液SLの温度が2mg/l以下であると、2mg/lを超える場合(実施例37,比較例1)に比べて片面反射率の低減が更に図られることが分かる。
尚、比較例1では、溶液SL中でAl系製造中間膜22の変化が起こらず、Al系製造中間膜22は層状のAlNのままであった。
又、上述の実施例及び比較例とは別に、参考例として、溶液SLが90℃に加温された水道水とされたものに対し、実施例32~37及び比較例1と同様(溶液SLのシリカ濃度を除く)であるAl系製造中間膜22が3分間浸漬された。この参考例は、比較例1と同様に、反射率の抑制効果を発揮せず、Al系製造中間膜22の変化が起こらなかった。この水道水のシリカ濃度は、20mg/lであった。
These figures and tables show that when the temperature of the solution SL is 10 mg/l or less, the single-sided reflectance is further reduced compared to when it exceeds 10 mg/l (Comparative Example 1). Further, it can be seen that when the temperature of the solution SL is 2 mg/l or less, the single-sided reflectance is further reduced compared to when it exceeds 2 mg/l (Example 37, Comparative Example 1).
In Comparative Example 1, the Al-based production
In addition to the above-described examples and comparative examples, as a reference example, the solution SL was tap water heated to 90 ° C. Similar to Examples 32 to 37 and Comparative Example 1 (solution SL (excluding the silica concentration of 2000) was immersed for 3 minutes. Similar to Comparative Example 1, this reference example did not exhibit the effect of suppressing the reflectance, and the Al-based production
≪まとめ等≫
実施例1~37は、基材2(基板)と、その成膜面Fに直接形成される光学膜4と、を備えており、光学膜4は、基材2側に配置されたAl2O3製の層であるAl2O3層12と、微細な凹凸構造を有するSiO2製の層であるSiO2層14と、を有しているか、あるいは基材2(基板)と、その成膜面Fに直接形成される光学膜4と、を備えており、光学膜4は、基材2側に配置された、主成分がAl2O3の層であるAl2O3層12と、微細な凹凸構造を有する、主成分がSiO2の層であるSiO2層14と、を有している。
よって、入射角度依存性が低い状態で反射防止作用を呈する光学膜4付きの基材2(光学製品1)が提供される。
≪Summary, etc.≫
Examples 1 to 37 include a substrate 2 (substrate) and an
Therefore, the substrate 2 (optical product 1) with the
実施例1~37の製造方法は、アルミニウム、アルミニウム合金、又はアルミニウムの化合物であるAl系製造中間膜22を、基材2(基板)に成膜する工程と、Al系製造中間膜22付きの基材2を、シリカの水溶液(溶液SL)に浸漬する工程と、を備えており、溶液SLにおけるシリカの濃度は、比較例1(20mg/l)と異なり、10mg/l以下である。よって、入射角度依存性が低い状態で反射防止作用を呈する、SiO2製の微細な凹凸構造を含む光学膜4を有する光学製品1が得られる。
又、実施例1~17,21~37の製造方法において、溶液SL(水溶液)は、80℃以上100℃以下である。更に、実施例1~37の製造方法において、Al系製造中間膜22は、Al、Al2O3、AlN及びAlONの少なくとも何れかである。よって、より一層良好な反射防止作用を呈する光学膜4を有する光学製品1が得られる。
The manufacturing methods of Examples 1 to 37 consisted of a step of forming an Al-based manufacturing
In the production methods of Examples 1 to 17 and 21 to 37, the solution SL (aqueous solution) has a temperature of 80°C or higher and 100°C or lower. Furthermore, in the manufacturing methods of Examples 1 to 37, the Al-based manufacturing
1・・光学製品、2・・基材、12・・Al2O3層、14・・SiO2層、22・・Al系製造中間膜、F・・成膜面、SL・・溶液(水溶液)。
1
Claims (1)
前記基材の成膜面に直接又は間接的に形成される光学膜と、
を備えており、
前記光学膜は、
Alの酸化物及びSiの酸化物から成るものであり、
前記基材側に配置された、Alの酸化物が体積比率で過半数となる層であって薄膜状であるAlの酸化物層と、
微細な凹凸構造を有する、Siの酸化物が体積比率で過半数となる層であるSiの酸化物層と、
を有しており、
前記Siの酸化物層は、Alの酸化物が体積比率で過半数となる前記微細な凹凸構造の核と、その核の一部又は全部を覆うSiの酸化物が体積比率で過半数となるコートと、を有しており、
前記核は、前記Siの酸化物層において体積比率で過半数とならない状態でAlの酸化物を含有しており、
前記光学膜に対して50°の入射角で入射する光の、420nm以上680nm以下の波長域における平均反射率が、2%以下である
ことを特徴とする光学製品。 a substrate;
an optical film directly or indirectly formed on the film-forming surface of the substrate;
and
The optical film is
It consists of an oxide of Al and an oxide of Si ,
an Al oxide layer in the form of a thin film, which is arranged on the substrate side and is a layer in which the Al oxide is the majority in volume ratio;
a Si oxide layer, which is a layer in which Si oxide is the majority in volume ratio, and which has a fine uneven structure ;
and
The Si oxide layer comprises a nucleus of the fine uneven structure in which the Al oxide is the majority in volume ratio, and a coat in which the Si oxide partially or wholly covers the nucleus and the Si oxide is the majority in volume ratio. , and
The nucleus contains an Al oxide in a state that does not constitute a majority of the volume ratio in the Si oxide layer,
An optical product, wherein an average reflectance of light incident on the optical film at an incident angle of 50° in a wavelength range of 420 nm or more and 680 nm or less is 2% or less.
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