JPH03107801A - プラスチック基材の反射防止膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はプラスチック光学部品の多層膜コーティングに
よる広帯域反射防止膜に関し、さらに詳しくは真空蒸着
法を用いて３層以上の多層膜を形成させた、特に耐熱性
および耐湿性に優れた広帯１或反躬防止膜に関する。

［従来の技術およびその課題］ 透光性に優れたプラスチック材料は、軽量で機械的強度
に優れていると共に、加工性がよく、かつ自由にデザイ
ンができることから、特にガラスの代替用として、光学
分野等において幅広く用いられている。

現在多く使用されている透明プラスチックとしては、熱
可塑性のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）　、ポリスチレン（
ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタク
リレート（ＰＭＭＡ）等や、熱硬化性のポリジエチレン
グリコールビスアリルカーボネート（ＣＲ−３９＞等が
ある。

これらのプラスチック類のうち、ポリメチルメタクリレ
ート（ＰＭＭＡ）は、光学部品として透明性、軽量性、
易加工性、耐衝撃性等に優れており、特に光の透過率は
他の樹脂と比べて最もよい。

しかしながら、このプラスチック基材には大きな欠点が
２つあり、その第１は表面硬度が低いため、摩擦や引っ
かきなどによってその表面が損傷を受けやすいことであ
る。また第２は、光学特性を与えるために、真空蒸着に
て金属膜を数層形成させた場合、密着性、耐ヒート試験
において、剥離クラック（膜のひびわれ）等が発生する
という問題が起きることである。

そこで、これらの欠点を改善するために、種々の方法が
提案されている。

例えば、第２の蒸着膜については、金属を真空中で気化
させて薄膜を形成する際、基材と金属薄膜との相性によ
り密着性が違ってくる。そこで通常、基材がガラスの場
合には、表面を洗浄水、アルコール等で洗浄して表面に
付いた油脂類を除いた後、真空蒸着を行う。その時、膜
付着性を強めるために、基材温度を３００〜５００℃ま
で上げ、ハードコート化する。しかし、この方法をその
ままプラスチック基材に適用するわけにはいかず、その
ため、プラスチック基材への蒸着膜の付着性はガラス基
村上の薄膜よりも弱く、剥離しやすい。

そこで、蒸着膜の耐ヒート試験による剥離等を改善する
方法として、真空蒸着にて金属物質を１０００〜２００
０人蒸着しためと、保護膜とされる塗料（架橋硬化樹脂
）をスピンコードもしくはディッピングにて塗布し、ざ
らに光（紫外線、波長：３６５　ｎｍ　）照射にて硬化
させるという方法がおり、このとき用いられる光源は、
高圧水銀灯もしくはメタルハライド（８０〜１２０Ｗ／
ｃｍ）でおる。

しかしながらこの場合には、蒸着される金属は光の干渉
を利用しない全反射金属（アルミニウム。

銅、クロム等）のものが多く、蒸着膜の上に数層の厚み
で塗料を塗布しても光学的に何ら影響はないが、光の干
渉を利用する反射防止膜上にはこの方法は適用すること
ができない。

その他、別の方法として、シリコン系樹脂や架橋性硬化
樹脂をプライマーとして考え、基材と蒸着膜の間に介在
させることにより、密着性、耐熱性を向上させる方法も
ある。しかしこの時のアンダーコート被膜の膜厚は、通
常３〜５塵の範囲で塗膜化されているため、光学用とし
て表面精度を必要とするものには適さない。

ここで、目的とする光学特性が反射防止膜とされる場合
、その特性は、単層コート、■コート（特定波長反射防
止〉、マルチコート（広帯域反射防止膜）の３種に分け
られる。その３種の光学特性図を第３図に示す。図中、
Ａは単層コート、Ｂはコート、Ｃはマルチコートの場合
をそれぞれ示す。

これらの光学特性を満足することと、耐熱性。

密着性を向上させるため、アンダーコート（架橋性硬化
樹脂）を使わずに、蒸着膜の物性を考えてそのまま真空
蒸着にて薄膜を形成させる方法が知られている。これら
の実用化されている膜構成の一例を第４図に示す。同図
において、第４図（ａ）は単層コートの場合を示し、第
４図（ｂ）は■コートの場合を示す。なお図中、１はＰ
ＭＭＡ基材、２はＳｉＯ２，３はＭｏＦ３．４はｃｅｏ
２である。しかしながら、第４図（ａ）の構造では十分
な反射防止ができず、第４図（ｂ）の構造では設定波長
ポイントのみの反射防止である。

そこで、これらの光学特性を改善して、単層。

■コート膜から広帯域マルチ反射防止膜とするための膜
構成が種々考案されてはいるが、膜構成上、問題とされ
る点が残されている。また最近では透明プラスチック材
料の耐熱グレードが市場にだされ、それに加えて薄膜の
強度化も検討されつつある。

第５図は、通常のガラス基材に対する広帯域反射防止膜
の膜構成を示したものであり、図中、５はガラス基材、
６はＡｌ２Ｏ２，７はＺｒＯ２，８はＣｅＦ３．９はＴ
　ｉ　０２をそれぞれ示す。この構成をそのままプラス
チックに適用すると、信頼性試験に問題が生じ、耐熱性
が悪く、５０　’Ｃはとでクランクが発生する。これは
プラスチック基材と膜物質との相性等が悪いためで、通
常ガラス基材に用いられている膜構成はプラスチック基
材には適用されない。

そこで、プラスチック基材に相性がよいと思われるＳｉ
Ｏ２をベース膜や低屈折率層として形成させたり、１種
の物質を等価膜としてＳｉＯ２を含めた２種の物質に置
き換える方法も提案され、実用化されている。例えば、
第６図（ａ）は、第５図（ａ）の低屈折率層にＳ　ｉ　
０２を形成させ、２層目の物質を等価膜に置き換えたも
のであり、また第６図（ｂ）は第５図（ｂ）の１層目を
等価膜に置き換えたものである。

しかしながら、これらＳ　ｉ　０２をベースとして改善
された広帯域反射防止膜は、一部のプラスチック基材、
即ちＣＲ−３９にしか適用されず、特に光学用として最
も多くの分野で利用されているポリメチルメタクリレー
ト（ＰＭＭＡ）基材上には形成できない。これは、広帯
域反射防止膜の条件とぎれるλ／２層が存在しているた
め、基材の膨張係数との違いにより、ヒート試験時のク
ラック発生の原因となるためである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者は、最近ガラスの代替用として需要の急増しつ
つあるプラスチック板およびレンズに、耐熱性に優れた
広帯域反射防止膜を形成させることを目的として鋭意研
究の結果、所望の光学特性を考えたうえで各層の膜厚を
薄膜化すること、つまり最上層以外の膜の合計を１／２
λ。以下とすることで光学膜の耐熱性を著しく向上し得
ることを見い出して本発明を完成した。

すなわち本発明は、基準設計の中心波長をλ。

とじ、プラスチック基材側から順に第１Ｍ、第２層、・
・・、第Ｎ層とする時、第１層から（Ｎ−１）層までに
ついてその膜厚の合計を１／２λ０以下とし、かつ最上
層の第Ｎ層を３　ｉ　Ｑ２　６０　ｗｔ％以上含有する
物質で、その膜厚を１１５λ０〜１／３λ０の範囲に形
成することを特徴とするプラスチック基材の反射防止膜
である。

本発明は各層における膜の内部応力をできるだけ最小限
に抑えること、つまり膜厚の増加に伴う全応力値の増加
を少なくするという知見から行われたものでおる。

本発明の方法において用いられるプラスチック基材とし
ては、光学特性に優れた樹脂が良く、例えば熱可塑性樹
脂のポリメチルメタクリレート。

ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、メ
チルメタクリレートと他のビニル七ツマ−との共重合体
等、また熱硬化性樹脂のポリジエチレングリコールビス
アリルカーボネート等が挙げられ、これらの樹脂を射出
成形法またはキャスト成形法によって製造された板また
はレンズである。

このうち、透光性に優れたポリメチルメタクリレートは
特に好ましいものである。

これらのプラスチック基材の表面に真空蒸着にて膜を形
成する際には、基材表面上にやけ、指紋、油等の汚れが
存在する場合があるため、中性洗剤やフロン等にて洗浄
し、脱脂、および表面の水の脱水を行う。また、プラス
チック基材の種類によっては吸水率の非常に高いものが
あるため、洗浄終了後、予備乾燥をしてあくことが望ま
しい。

こうして前工程を終えた基材を真空蒸着するわ（プであ
るが、このとき用いる蒸着装置は公知のものでよく、排
気系については拡散ポンプ、クライオポンプどちらでも
よく、特に指定はない。

以上のように配備された基材をチャンバ内にセットし、
排気する。このとき蒸着開始真空度は２×１叶５　Ｔｏ
ｒｒ以下が望ましい。

最上層の第Ｎ層以外の層を形成する物質としては、高屈
折率層に例えば酸化セリウム（Ｃｅ０２　）、酸化チタ
ン（ＴｉＯ２）、Ｉｌ化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、五
酸化タンタル（Ｔａ２０５　）等、またはこれらの混合
物が挙げられる。また、低屈折率層に３　ｉ　０２　、
ＭｇＦ２等、またはこれらの混合物が挙げられる。

［実施例］ 次に本発明の実施例について説明する。

実施例１〜４．比較例１〜２ 本実施例においては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭ
ＭＡ）屈折率１．４９２、およびポリカーボネート（Ｐ
Ｃ）屈折率１．５９に本発明による反射防止膜を適用し
た例を示す。

上記の各基材を超音波洗浄後、蒸着槽に入れ、真空度１
．５Ｘ１０−５ＴＯｒｒまで排気し、第１表に示す膜構
成でそれぞれ蒸着した。

（以下余白） 机）　　ｎ　−ｎ３の合計０．４０１０５λ。−１ １／２．５λ０ 木２）ｎ　〜ｎ　の合計０．３５８４１λｏ’３ １／２゜８λ０ ＊３）ｎ　〜ｎ２の合計０．４２３４２λ。−１　／２
．３６λ。

帽　ｎ−ｎ３の合計０．３８４５１λ０−１／２．６λ
。

基準設計波長を５５０　ｎｍとした時の分光反射特性を
第１図および第２図に示す。第１図においてａは実施例
１の場合、ｂは実施例２の場合、Ｃは実施例３の場合で
おり、第２図は実施例４の場合でおる。いずれも広帯域
でしかも緑色の反射特性を持った良好な反射防止膜であ
る。

次にこれらの膜構成を３　ｉ　０．Ｃｅ０２Ｓ　ｉ　０
２の蒸着物質を使いコートした。

（以下余白） 得られた反射防止膜について、次に記載する条件でヒー
トサイクルテストおよび高温テストを行ったが、いずれ
の場合もクラック発生はなかった。

ヒートサイクルテスト条件； −１０〜＋８５°ＣＸｌ０サイクル 上記ヒートサイクルテスト条件を図示すると第７図のよ
うになる。同図は、縦軸に温度、横軸に時間をとったも
のである。

高温テスト条件：９０°Ｃにて１２０時間次に比較例と
して下記の第３表に示す反射防止膜を作製し、実施例１
，２の反射防止膜と共に、その高温高湿テストを行った
。その結果、８５°Ｃ／９５％、１２０時間の高温高湿
条件下で実施例１゜２は異常なし、比較例１，２は全面
剥離であった。

（以下余白〉 第３表 ７・・・Ｚｒ０２ ９・・・Ｔ　ｌ　０２ ８・・・ＣｅＦ３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基準設計の中心波長をλ＿０とし、プラスチック
   基材側から順に第１層、第２層、・・・、第Ｎ層とする
   時、第１層から（Ｎ−１）層までについてその膜厚の合
   計を１／２λ＿０以下とし、かつ最上層の第Ｎ層をＳｉ
   Ｏ＿２６０ｗｔ％以上含有する物質で、その膜厚を１／
   ５λ＿０〜１／３λ＿０の範囲に形成することを特徴と
   するプラスチック基材の反射防止膜。