JPH04217203A - 合成樹脂製光学部品の多層反射防止膜とその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、合成樹脂製光学部品の
多層反射防止膜とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、レンズ等の光学部品の素材には、
無機ガラスに代えて、軽量でかつ加工の容易な合成樹脂
が多く用いられるようになった。ところが、この合成樹
脂製光学部品は、無機ガラスを素材としたものと同様に
光の反射が大きく、また軟らかいために、表面が傷つき
易いという問題がある。このため、合成樹脂製光学部品
には硬化保護を兼ねた反射防止膜を施す必要がある。

【０００３】一般に、反射防止膜は真空蒸着法により形
成するものであり、無機ガラスの場合には無機ガラスを
加熱して蒸着させることができるので、無機ガラスと蒸
着膜との密着性がよく、強固な膜を形成可能である。し
かしながら、合成樹脂の場合、合成樹脂の熱変形温度が
低いため、無機ガラスのような基板加熱ができない。一
般に、基板加熱ができないと、蒸着膜の基板に対する密
着性が悪くなるうえに、蒸着膜自体の耐久性が劣ってし
まうため、合成樹脂基板には成膜材料，成膜方法，膜構
成等を考慮した特別な反射防止膜を施す必要がある。

【０００４】従来、このような反射防止膜としては、例
えば、特開昭６０−２５７４０１号公報に開示されるよ
うに、合成樹脂基板側から第一層を一酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ）、第二層を酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２　）、第三
層をフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２　）とした三層構造
の多層反射防止膜が提案されている。この多層反射防止
膜は、第三層、すなわち直接大気と接する層（以下、最
表層という）が屈折率の低い（約１．３８）ＭｇＦ２　
からなっているので、反射防止効果は高いものの、基板
加熱ができないためにＭｇＦ２　がもろくなり、耐熱衝
撃試験でクラックが発生したり、耐熱擦傷性試験で摩耗
してしまうという問題点があった。

【０００５】また、特開昭６３−２２０１０１号公報に
開示されるように、合成樹脂基板側から第一層をＳｉＯ
、第二層をＺｒＯ２　、第三層をＳｉＯ２　とした三層
構造の多層反射防止膜が提案されている。この多層反射
防止膜は、最表層が基板加熱をしなくても十分な硬度を
得られるＳｉＯ２　からなっているので、耐久性は高い
が、ＭｇＦ２　に比べて屈折率が高い（約１．４６）た
めに，反射防止効果が劣ってしまうという問題点があっ
た。

【０００６】以上のことから、基板加熱なしでも耐久性
が高くかつ屈折率が低い蒸着膜が望まれているが、屈折
率が低い物質はごく限られており、適当な物質はなかっ
た。そこで、例えば、ＭｇＦ２　等の蒸着材料にＳｉＯ
２　を１０〜３０重量％添加して生成した混合物を基板
加熱なしに真空蒸着し、混合膜を形成する技術が、特開
昭６０−６４３０１号公報に開示されている。この技術
は、基板を加熱することなく、種々の耐久性が高い蒸着
膜を得ようとするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＳｉＯ２　は
、ＭｇＦ２に比べて融点が４４０℃も高い（ＳｉＯ２　
の融点は１７００℃、ＭｇＦ２　の融点は１２６０℃）
ので、ＭｇＦ２　とＳｉＯ２　との混合物を一つの蒸着
源として蒸着（一元蒸着）する通常の電子線加熱蒸着を
しても、ＳｉＯ２　がほとんど飛ばず、得られた混合膜
はおよそＭｇＦ２　膜に近い膜となってしまった。この
ため、このようにして得られる混合膜を合成樹脂製光学
部品の多層反射防止膜の最表層に用いても、前述のよう
な耐久性の問題（クラック、摩耗）が発生した。

【０００８】また、混合膜中のＳｉＯ２　の組成比を上
げるために、通常の一元蒸着で単に混合物へのＳｉＯ２
　の添加率を３０重量％以上に高めたとしても、蒸着時
にＳｉＯ２　が蒸着材料の表面を覆ってしまい、蒸着速
度が極端に遅くなったり、蒸着材料が割れてしまったり
するために、実用的ではなかった。さらに、ＭｇＦ２　
とＳｉＯ２　との混合物を、通常条件よりも強いパワー
としただけで電子加熱蒸着をした場合では、混合膜中の
ＳｉＯ２　の組成比は幾分上がるものの、再現性に乏し
く、反射防止膜の反射特性が安定しなかった。

【０００９】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、基板加熱をしなくても耐久性が高くかつ
反射特性に優れた合成樹脂製光学部品の多層反射防止膜
とその製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】上記目的を達成するために、本発明は、合
成樹脂基板の表面に設けられ、大気側の最表層がＭｇＦ
２　とＳｉＯ２　との混合膜である合成樹脂製光学部品
の多層反射防止膜において、前記混合膜がＳｉＯ２を３
０〜７０重量含有するように構成した。

【００１１】また、合成樹脂基板の表面に設けられ、大
気側の最表層がＭｇＦ２　とＳｉＯ２　との混合膜であ
る合成樹脂製光学部品の多層反射防止膜を製造するにあ
たり、ＭｇＦ２　とＳｉＯ２　とを別個の蒸発源として
蒸着する２元蒸着により前記混合膜を形成することとし
た。

【００１２】本発明において、混合膜中のＳｉＯ２　の
含有率を３０〜７０重量％としたのは、この範囲外であ
ると、耐久性が高くかつ屈折率が低い最表層が得られな
いからである。一方、２元蒸着とは２種類の異なる蒸着
材料をそれぞれ別個の蒸発源から蒸発させ、２元からな
る混合膜を形成する蒸着方法をいう。

【００１３】本発明では、ＭｇＦ２　、ＳｉＯ２　共に
電子線加熱蒸着法により蒸着する。また、所望の組成比
を安定して得るためには、ＭｇＦ２　、ＳｉＯ２　それ
ぞれの蒸発源付近に水晶式膜厚監視計を設置して、蒸着
速度を監視、制御した方がよい。なお、この蒸着速度に
より混合膜中のＭｇＦ２　とＳｉＯ２　の組成比が決定
される。

【００１４】本発明において光学部品を形成する合成樹
脂としては、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカ
ーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、
アモルファスポリオリレフィン樹脂（Ａ−ＰＯ）、紫外
線（ＵＶ）硬化型樹脂等であればよい。

【００１５】

【作用】上記構成の合成樹脂製光学部品の多層反射防止
膜における最表層は、基板を加熱することなしに、Ｍｇ
Ｆ２　とＳｉＯ２　とをそれぞれ別々の蒸発源から蒸発
させて、所望の組成比を有するＭｇＦ２　とＳｉＯ２　
の混合膜を形成して成る。係る方法によれば、それぞれ
別々の条件で蒸発させることができるので、ＭｇＦ２　
とＳｉＯ２　のように融点が大きく異なる２種類の物質
の混合膜を容易に得ることができる。

【００１６】また、このようにして得られた混合膜は、
耐久性に劣るが屈折率が低いＭｇＦ２　と屈折率が高い
が耐久性に優れるＳｉＯ２　とを混合しているので、実
用レベルの耐久性を確保しつつ、屈折率がＳｉＯ２より
も低い蒸着膜となる。反射防止膜の場合、最表層の膜の
屈折率が低いほどピーク反射率が下がり、反射特性が向
上する。それゆえ、本発明のように、このような混合膜
を多層反射防止膜の最表層に用いることにより、耐久性
が高くかつ反射特性に優れた合成樹脂製光学部品の多層
反射防止膜を得ることができる。

【００１７】なお、混合膜中のＭｇＦ２　とＳｉＯ２　
との組成比を変えることにより、耐久性重視の膜、反射
特性重視の膜など、要求される品質に応じた膜物性の制
御が可能であるが、本発明の効果を充分に響し得るため
には、混合膜のＳｉＯ２　含有率が３０〜７０重量％で
なければならない。

【００１８】

【実施例１】直径１５ｍｍのＰＣ基板をチャンバー径が
８００ｍｍの真空蒸着装置に５００個セットした後、真
空蒸着チャンバー内を１×１０−５Ｔｏｒｒ以下の真空
に排気した。排気系にはコールドトラップ付きのディフ
ュージョンポンプあるいはクライオポンプを使用した。 しかる後に、ＰＣ基板の加熱を行うことなく、以下のよ
うな多層反射防止膜を形成した。

【００１９】まず、電子線加熱蒸着法によりＺｒＯ２　
と酸化チタン（ＴｉＯ２　）の混合物（ＺｒＯ２　：Ｔ
ｉＯ２　＝９：１）を蒸着速度１．５ｎｍ／ｓｅｃで蒸
発させ、光学的膜厚にして２６０ｎｍ蒸着して第一層を
形成した。続いて、ＭｇＦ２　を電子線加熱蒸着法によ
り、蒸着速度１．０ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させると同時に
、ＳｉＯ２　を電子線加熱蒸着法により、蒸着速度１．
０ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させる、いわゆる２元蒸着法によ
り、光学的膜厚にして１３０ｎｍ蒸着して第二層を形成
した。この時、各々の蒸着速度は蒸発源付近に設置した
水晶式膜厚監視計により、±５％に制御した。

【００２０】このようにして得られたＭｇＦ２　とＳｉ
Ｏ２　との混合膜の組成比は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光
法）で分析した結果、ＭｇＦ２　：ＳｉＯ２　＝５：５
であり、屈折率は約１．４２０であった。本実施例の多
層反射防止膜の構成を表１を示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【実施例２】直径１５ｍｍのＰＭＭＡ基板をチャンバー
径が８００ｍｍの真空蒸着装置に５００個セットした後
、真空蒸着チャンバー内を１×１０−５Ｔｏｒｒ以下の
高真空に排気した。排気系にはコールドトラップ付きの
ディフュージョンポンプあるいはクライオポンプを使用
した。しかる後に、ＰＭＭＡ基板の加熱を行うことなく
、以下のような多層反射防止膜を蒸着した。

【００２３】まず、チャンバー内に５×１０−５Ｔｏｒ
ｒの圧力で酸素ガスを導入した後、抵抗加熱蒸着法によ
りＳｉＯを蒸着速度０．５ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させ、光
学的膜厚にして９０ｎｍ蒸着して第一層を形成した。続
いて、電子線加熱蒸着法によりＺｒＯ２　とＴｉＯ２　
の混合物（ＺｒＯ２　：ＴｉＯ２　＝９：１）を蒸着速
度１．５ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させ、光学的膜厚にして２
４０ｎｍ蒸着して第二層を形成した。さらに、ＭｇＦ２
　を電子線加熱蒸着法により、蒸着速度１．０ｎｍ／ｓ
ｅｃで蒸発させると同時に、ＳｉＯ２　を電子線加熱蒸
着法により、蒸着速度１．０ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させる
、いわゆる２元蒸着法により、光学的膜厚にして１２２
ｎｍ蒸着して第三層を形成した。この時、各々の蒸着速
度は蒸発源付近に設置した水晶式膜厚監視計により、±
５％に制御した。

【００２４】このようにして得られたＭｇＦ２　とＳｉ
Ｏ２　との混合膜の組成比は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光
法）で分析した結果、ＭｇＦ２　：ＳｉＯ２　＝５：５
であり、屈折率は約１．４２０であった。本実施例の多
層反射防止膜の構成を表２に示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【実施例３】実施例２と同様の条件で、ＰＭＭＡ基板上
に第二層まで蒸着した後、ＭｇＦ２　を電子線加熱蒸着
法により、蒸着速度０．６ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させ、光
学的膜厚にして１２２ｎｍ蒸着して第三層を形成し、多
層反射防止膜を得た。この時、各々の蒸着速度は、実施
例２と同様に±５％に制御した。

【００２７】このようにして得られたＭｇＦ２　とＳｉ
Ｏ２　との混合膜の組成比は、ＭｇＦ２　：ＳｉＯ２　
＝７：３であり、屈折率は約１．４０４であった。本実
施例の多層反射防止膜の構成を表３に示す。

【００２８】

【表３】

【００２９】

【実施例４】実施例２と同様の条件で、ＰＭＭＡ基板上
に第二層まで蒸着した後、ＭｇＦ２　を電子線加熱蒸着
法により、蒸着速度０．６ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させると
同時に、ＳｉＯ２　を電子線加熱蒸着法により、蒸着速
度１．４ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させ、光学的膜厚にして１
２２ｎｍ蒸着して第三層を形成し、多層反射防止膜を得
た。この時、各々の蒸着速度は、実施例２と同様に±５
％に制御した。

【００３０】このようにして得られたＭｇＦ２　とＳｉ
Ｏ２　との混合膜の組成比は、ＭｇＦ２　：ＳｉＯ２　
＝３：７であり、屈折率は約１．４３６であった。本実
施例の多層反射防止膜の構成を表４に示す。

【００３１】

【表４】

【００３２】

【比較例１】実施例１と同様の条件で、ＰＣ基板上に第
一層まで蒸着した後、ＭｇＦ２　を電子線加熱蒸着法に
より、蒸着速度１．５ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させ、光学的
膜厚にして１３０ｎｍ蒸着して第二層を形成し、多層反
射防止膜を得た。

【００３３】このようにして得られたＭｇＦ２　膜の屈
折率は約１．３８０であった。本比較例の多層反射防止
膜の構成を表５に示す。

【００３４】

【表５】

【００３５】

【比較例２】実施例１と同様の条件で、ＰＣ基板上に第
一層まで蒸着した後、ＳｉＯ２　を電子線加熱蒸着法に
より、蒸着速度１．５ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させ、光学的
膜厚にして１３０ｎｍ蒸着して第二層を形成し、多層反
射防止膜を得た。

【００３６】このようにして得られたＳｉＯ２　膜の屈
折率は約１．４６０であった。本比較例の多層反射防止
膜の構成を表６に示す。

【００３７】

【表６】

【００３８】

【比較例３】実施例２と同様の条件で、ＰＭＭＡ基板上
に第二層まで蒸着した後、ＭｇＦ２　を電子線加熱蒸着
法により、蒸着速度１．５ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させ、光
学的膜厚にして１２２ｎｍ蒸着して第三層を形成し、多
層反射防止膜を得た。

【００３９】このようにして得られたＭｇＦ２　膜の屈
折率は約１．３８０であった。本比較例の多層反射防止
膜の構成を表７に示す。

【００４０】

【表７】

【００４１】

【比較例４】実施例２と同様の条件で、ＰＭＭＡ基板上
に第二層まで蒸着した後、ＳｉＯ２　を電子線加熱蒸着
法により、蒸着速度１．５ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させ、光
学的膜厚にして１２２ｎｍ蒸着して第三層を形成し、多
層反射防止膜を得た。

【００４２】このようにして得られたＳｉＯ２　膜の屈
折率は約１．４６０であった。本比較例の多層反射防止
膜の構成を表８に示す。

【００４３】

【表８】

【００４４】

【比較例５】実施例２と同様の条件で、ＰＭＭＡ基板上
に第二層まで蒸着した後、ＭｇＦ２　を電子線加熱蒸着
法により、蒸着速度１．６ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させると
同時に、ＳｉＯ２　を電子線加熱蒸着法により、蒸着速
度０．４ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させる、いわゆる２元蒸着
法により、光学的膜厚にして１２２ｎｍ蒸着して第三層
を形成し、多層反射防止膜を得た。この時、各々の蒸着
速度は、蒸発源付近に設置した水晶式膜厚監視計により
、±５％に制御した。

【００４５】このようにして得られたＭｇＦ２　とＳｉ
Ｏ２　との混合膜の組成比は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光
法）で分析した結果、ＭｇＦ２　：ＳｉＯ２　＝８：２
であり、屈折率は約１．３９６であった。本比較例の多
層反射防止膜の構成を表９に示す。

【００４６】

【表９】

【００４７】実施例２と同様の条件で、ＰＭＭＡ基板上
に第二層まで蒸着した後、ＭｇＦ２　にＳｉＯ２　を３
０重量％添加した混合物を電子線加熱蒸着法により、蒸
着速度１．５ｎｍ／ｓｅｃで蒸発させ、光学的膜厚にし
て１２２ｎｍ蒸着して第三層を形成し、多層反射防止膜
を得た。

【００４８】このようにして得られたＭｇＦ２　とＳｉ
Ｏ２　の混合膜の組成比は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法
）で分析した結果、ＭｇＦ２　：ＳｉＯ２　＝９．８：
０．２であり、屈折率は約１．３８２であった。本比較
例の多層反射防止膜の構成を表１０に示す。

【００４９】

【表１０】

【００５０】実施例１〜４及び比較例１〜６の多層反射
防止膜の反射特性を図１〜図１０に示した。本発明の多
層反射防止膜は、基板および最表層以外の膜構成が同一
の場合、最表層がＳｉＯ２　で構成されている多層反射
防止膜に比べて著しく反射特性が向上している（例えば
、実施例１と比較例２、実施例２・３・４と比較例４）
。

【００５１】次に上記実施例１〜４及び比較例１〜６の
多層反射防止膜について以下のような方法で、耐熱衝撃
性、耐擦傷性を評価した。

【００５２】（１）耐熱衝撃性；温度が−３０℃と７０
℃の環境下に交互に３０分間ずつ放置するサイクルを１
０サイクル行った後、外観性能とテープテストによる密
着性を評価した。

【００５３】（２）耐擦傷性；フレオンで湿らせたシル
ボン紙をおよそ５０ｇ重の加重で５０往復こすった後、
外観性能を評価した。

【００５４】実施例１〜４及び比較例１〜６の多層反射
防止膜について、耐熱衝撃性、耐擦傷性を評価した結果
は表１１に示す通りである。

【００５５】

【表１１】

【００５６】表１１の結果からわかるように、本発明の
多層反射防止膜は、最表層がＭｇＦ２　で構成されてい
る多層反射防止膜に比べて、耐熱衝撃性及び耐擦傷性に
関して優れており、最表層がＳｉＯ２　で構成された多
層反射防止膜と比べても遜色のない耐久性を有していた
。

【００５７】なお、比較例５、６の結果から、ＭｇＦ２
　とＳｉＯ２　の混合物を蒸着して混合膜を形成した場
合や本発明にある組成比の範囲外でＭｇＦ２　とＳｉＯ
２　の２元蒸着により混合膜を形成した場合は、本発明
の目的を満足するような多層反射防止膜を得ることがで
きなかった。

【００５８】以上のように、本発明の合成樹脂製光学部
品の多層反射防止膜とその製造方法によれば、最表層に
ＭｇＦ２　とＳｉＯ２　との２元蒸着により、ＳｉＯ２
　を３０〜７０重量％含有するように形成した混合膜を
設けているので、基板加熱をしなくても耐久性が高くか
つ反射特性に優れた多層反射防止膜となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１で得た多層反射防止膜の反射
特性図である。

【図２】本発明の実施例２で得た多層反射防止膜の反射
特性図である。

【図３】本発明の実施例３で得た多層反射防止膜の反射
特性図である。

【図４】本発明の実施例４で得た多層反射防止膜の反射
特性図である。

【図５】比較例１で得た多層反射防止膜の反射特性図で
ある。

【図６】比較例２で得た多層反射防止膜の反射特性図で
ある。

【図７】比較例３で得た多層反射防止膜の反射特性図で
ある。

【図８】比較例４で得た多層反射防止膜の反射特性図で
ある。

【図９】比較例５で得た多層反射防止膜の反射特性図で
ある。

【図１０】比較例６で得た多層反射防止膜の反射特性図
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　合成樹脂基板の表面に設けられ、大気
   側の最表層がフッ化マグネシウムと二酸化ケイ素との混
   合膜である合成樹脂製光学部品の多層反射防止膜におい
   て、前記混合膜が二酸化ケイ素を３０〜７０重量％含有
   することを特徴とする合成樹脂製光学部品の多層反射防
   止膜。
2. 【請求項２】　　合成樹脂基板の表面に設けられ、大気
   側の最表層がフッ化マグネシウムと二酸化ケイ素との混
   合膜である合成樹脂製光学部品の多層反射防止膜を製造
   するにあたり、フッ化マグネシウムと二酸化ケイ素とを
   別個の蒸発源として蒸着する２元蒸着により前記混合膜
   を形成することを特徴とする合成樹脂製光学部品の多層
   反射防止膜の製造方法。