JPH116901A - 反射防止膜 - Google Patents

反射防止膜

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JPH116901A
JPH116901A JP9159977A JP15997797A JPH116901A JP H116901 A JPH116901 A JP H116901A JP 9159977 A JP9159977 A JP 9159977A JP 15997797 A JP15997797 A JP 15997797A JP H116901 A JPH116901 A JP H116901A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学特性が良好で満足な反射色が得られる反
射防止膜を提供する。 【解決手段】 光学的に吸収がある材料から成る第1の
層1と、光学的に吸収がある材料から成る第2の層2
と、屈折率が1.3〜1.7の範囲である第3の層3と
が、基板11側から順次積層形成されて成る反射防止膜
10を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば支持層に被
着され、反射防止特性を有すると共に、さらに例えば電
磁波のもれや静電気の帯電等を防止する光学膜としての
反射防止膜に係わる。
【0002】
【従来の技術】従来、反射防止膜は、例えば空気とガラ
スとの光学的境界面における屈折率を減少させることが
好ましかったり、また、その必要がある光学や電気光学
の分野で広く使われている。これらの応用分野として
は、カメラのレンズ、コピー機械のプラテン(原稿台)
用パネル、その他の表示装置などがある。
【0003】各種の応用分野で使われる光学的な薄膜コ
ーティングには、マグネシウムフッ化物から成る膜等の
単一層コーティングや、1つの波長領域における屈折率
を最小にする2層のコーティングや、比較的広い波長領
域例えば可視光領域の範囲にわたって低い屈折率を生じ
る多層の広帯域コーティング等がある。
【0004】ここで、上述の2層のコーティングには、
例えば次のような構成が提案されている。まず、米国特
許第4422721号に開示された2層膜で構成される
反射防止膜(以下、反射防止膜Aとする)は、少なくと
も1つの低屈折率の材料から成る層例えばマグネシウム
フッ化物から成る層と、薄い透明な高屈折率で導電性を
有する材料から成る層、例えばインジウム錫酸化物(I
TO)、カドミウム錫酸塩、或いは錫アンチモン酸化物
から成る層とから構成され、光学基材の表面から順に低
屈折率の材料から成る層、薄い透明な高屈折率で導電性
を有する材料から成る層が被着して成る。導電性材料か
ら成る層は、1.0nm〜30.0nmの厚さを有し、
また低屈折率材料から成る層は、導電性材料から成る層
が劣化しないように、導電性材料から成る層の厚さに対
応させて膜厚が選定される。
【0005】この反射防止膜Aは、低い屈折率の層と高
い屈折率の層から成る2層膜によって、電気的に直接接
続できCRT(陰極線管)やコピー機等に最適な導電性
のある反射防止膜を提供している。
【0006】また、米国特許第4732454号に開示
された2層膜で構成される反射防止膜(以下、反射防止
膜Bとする)は、透明なプラスチックから成る基板と、
堅くてかつ引っかき傷に耐性であって、基板に被着され
る第1の層と、第1の層に密着すると共に酸素原子存在
下及び150℃以下における高周波放電によるスパッタ
法或いは真空蒸着法で構成される導電性材料から成る第
2の層と、この第2の層に密着すると共に第2の層の屈
折率より低い屈折率を有する第3の層とから成り、第2
の層がITOを含む構成である。
【0007】この反射防止膜Bは、光を伝搬できると共
に、プラスチックの保護層に被着させてCRT(陰極線
管)のフィルタからの電磁波のフィルタとして最適な反
射防止膜を提供している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
反射防止膜Aは、導電性が低いこと、及び広い周波数帯
域にわたり反射防止率が低い、という問題がある。また
上述の反射防止膜Bにおいても、同様に広い周波数帯域
にわたり反射防止率が低い。導電性が低いと、例えば反
射防止膜をCRTのパネル上に装着した場合に、静電気
の防止やCRTのパネルからの電磁波の出力防止に対す
る効力が少なくなる。
【0009】この問題を解決するために、先に提案した
2層膜構造の反射防止膜を図5に示す。
【0010】図5に示す反射防止膜50は、プラスチッ
ク等から成る支持層55の上に、光を吸収する導電性の
材料から成る第1の層51と、屈折率が2.0以下の材
料から成る第2の層52が積層されて成る。
【0011】第1の層51は、例えば窒化チタン、不純
物としてタングステンが混合された窒化チタン、ジルコ
ニウムの酸窒化物、インジウム鉛酸化物(ITO)等導
電性酸化物が添加された金属等の導電性の材料により構
成される。第2の層52は、例えばSiO2 等により構
成される。
【0012】このように反射防止膜50を構成すること
により、前述の反射防止膜Aや反射防止膜Bと比較し
て、高い導電性を有し、また広い周波数帯域において反
射防止率を高くすることができる。
【0013】しかしながら、上述の2層膜構造の反射防
止膜50には、主として次に挙げる2つの問題がある。
まず、2層膜構造の反射防止膜50は、前述の反射防止
膜Aや反射防止膜Bと比較すると高い導電性を有する
が、まだ導電性が充分ではない。反射防止膜に要求され
るシート抵抗の仕様は、従来は1000Ω/□であった
が、最近では270Ω/□と厳しくなっている。2層膜
構造では1000Ω/□の仕様は満足できるが、270
Ω/□の仕様は満足できない。
【0014】さらに、2層膜構造の反射防止膜50は、
反射色があまり満足できるものではない。2層膜の反射
防止膜50で得られる反射色は、要求される仕様の範囲
内ではあるが、許容範囲の境界付近でありマージンが少
ない。
【0015】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、光学特性が良好で、満足な反射色が得られる反
射防止膜を提供するものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の反射防止膜は、
光学的に吸収がある材料から成る第1の層と、光学的に
吸収がある材料から成る第2の層と、屈折率が1.3〜
1.7の範囲である第3の層とが、基板側から順次積層
形成されて成る構成である。
【0017】上述の本発明の構成によれば、光学的に吸
収のある材料から成る層が第1の層と第2の層との2層
により構成されるため、第2の層が第1の層の光学特性
を補完することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明は、光学的に吸収がある材
料から成る第1の層と、光学的に吸収がある材料から成
る第2の層と、屈折率が1.3〜1.7の範囲である第
3の層とが、基板側から順次積層形成されて成る反射防
止膜である。
【0019】また本発明は、上記反射防止膜において、
第1の層が導電性を有する構成とする。
【0020】また本発明は、上記反射防止膜において、
第1の層が窒化金属から成る構成とする。
【0021】また本発明は、上記反射防止膜において、
第1の層が窒化チタンから成る構成とする。
【0022】また本発明は、上記反射防止膜において、
第1の層がタングステンをドープした窒化チタンから成
る構成とする。
【0023】また本発明は、上記反射防止膜において、
第1の層の膜厚が2〜25nmである構成とする。
【0024】また本発明は、上記反射防止膜において、
第2の層が、短波長側における吸収率が長波長側におけ
る吸収率より大である材料から成る構成とする。
【0025】また本発明は、上記反射防止膜において、
第2の層の材料の屈折率nと消衰係数kが制御されて形
成された層である構成とする。
【0026】また本発明は、上記反射防止膜において、
第2の層が酸素の量xを調整された酸化硅素SiO
x (0<x<2)から成る構成とする。
【0027】また本発明は、上記反射防止膜において、
第2の層の膜厚が20〜110nmである構成とする。
【0028】また本発明は、上記反射防止膜において、
第3の層が二酸化珪素から成る構成とする。
【0029】また本発明は、上記反射防止膜において、
第1の層、第2の層及び第3の層のうち、少なくとも1
層以上が、異なる光学特性を有する複数の膜から成る複
層構造を成す構成とする。
【0030】また本発明は、上記反射防止膜において、
第3の層の膜厚が1〜110nmである構成とする。
【0031】また本発明は、上記反射防止膜において、
基板と第1の層との間に酸化硅素から成る密着層が配置
され、密着層の膜厚が0.1〜10nmである構成とす
る。
【0032】以下、図面を参照して本発明の反射防止膜
の一例を説明する。図1に示す反射防止膜10は、プラ
スチック等から成る支持層11の上に、光学的に吸収が
ある材料から成る第1の層1と、光学的に吸収がある材
料から成る第2の層2と、屈折率が1.3〜1.7の範
囲である第3の層3が順次積層されて成る。
【0033】第1の層1は、光学的に吸収がある材料に
より構成する。そして、好ましくは導電性材料、より好
ましくは窒化金属例えば窒化チタンや窒化ジルコニウ
ム、不純物としてタングステンが混合された窒化チタン
等の材料により構成される。また、第1の層の膜厚は、
好ましくは2〜25nmとする。
【0034】第2の層2は、例えば酸化硅素等により構
成され、光学的に吸収があるように構成される。また、
第2の層2の膜厚は、好ましくは20〜110nmとす
る。
【0035】酸化硅素を光学的に吸収があるようにする
ためには、SiOx (0<x<2)のxの値を調整す
る。二酸化窒素SiO2 は透明であるが、xを減らすと
光学的に吸収を有するようになる。好ましくは、充分な
吸収があるようにxを1.0程度とする。
【0036】その他の酸化物セラミックについても、酸
素の量を調整することにより光学的に吸収を有するよう
にすることができる。
【0037】第3の層3は、屈折率が1.3〜1.7の
材料、例えばSiO2 (屈折率1.45)により構成さ
れる。このような材料は、屈折率が低く、また第2の層
との密着性が良好で耐久性が高い等の特徴を有する。こ
の他例えば二フッ化マグネシウム(MgF2 、屈折率
1.38)、酸化アルミニウム(Al2 3 、屈折率
1.67)等を用いてもよい。また、第3の層3の膜厚
は、好ましくは1〜110nmとする。
【0038】即ち本例においては、先に提案した反射防
止膜50と同様に、第1の層1にタングステンをドープ
した窒化チタン等の光学的に吸収がある導電性の材料を
用いて、先に提案した反射防止膜50の第2の層52を
2層に分けて、第2の層2及び第3の層3として構成し
ている。そして、第2の層2を吸収のある材料によって
構成することにより、吸収のある材料によって構成され
た第1の層1の光学特性を補完することができるため、
吸収のある材料により構成された層が第1の層51のみ
である従来の2層構造の反射防止膜50よりも、光学特
性を向上させることができる。
【0039】第2の層2は、その紫側即ち短波長側での
吸収が、赤側即ち長波長側での吸収より強い光学特性を
有することが好ましい。これにより、効果的に第1の層
1の屈折率nと消衰係数kを補正することができる。前
述の2層構造の反射防止膜50においては、第1の層5
1の窒化チタン膜を最も良好な特性にしたものであって
も、まだ反射色を最適にしつつ反射率を低くするための
理想的なnとkの値からは実際の値がかけ離れていた。
即ち、2層構造の反射防止膜50では、理想的なnとk
を有する材料がなかった。これに対して、3層構造の反
射防止膜10では、第2の層2の光学特性を、第1の層
1の光学特性を補正するように構成することにより、反
射防止膜10全体の光学特性を従来より向上させること
ができる。
【0040】これにより、新たに設けた吸収層である第
2の層2が第1の層1の光学的不完全さを補うため、第
1の層1の厚さをより厚くすることができるようにな
る。これにより、反射防止膜10の反射色を向上させて
より理想的な色にしたり、導電性の材料により第1の層
1を構成したときには導電性を向上させることができ
る。さらに、成膜コストは2層構造の反射防止膜と同等
かそれ以下である。
【0041】第2の層2として有用な膜はSiOx であ
る。この材料は、硬く、密着が良く、一般的なターゲッ
トとスパッタ装置で作製することができる。第2の層2
の成膜にあたっては、スパッタ中に光学的モニターで透
過率等を測定し、フィードバックすることによりnとk
を制御して成膜するとよい。成膜のコントロールは、具
体的には酸素の流量等で行うとよい。
【0042】この例では、第1の層1は導電性を有する
材料であり、3層構造の反射防止膜10は2層構造の反
射防止膜50と比較して第1の層1の厚さを3倍にする
ことができる。これにより導電性を3倍にすることがで
き、270Ω/□の仕様にも対応することができる。
【0043】ここで3層構造の反射防止膜としては、例
えば国際特許#PCT/JP95/02550におい
て、3層構造の反射防止膜が示されているが、この場合
には第2の層は透明な材料即ち吸収のない材料とされて
いる。
【0044】本発明においては、第2の層2として、S
iOx 等の吸収のある材料から成る膜を用いた。この第
2の層2は、光学特性と電気特性で独特の有利な特性を
示すもので、上述の特許には示されていない。
【0045】ここで、第1の層1の材料として、実際に
成膜されたタングステンをドープした窒化チタンの材料
分析を行った。窒化チタンはTiNx y と記述するこ
とができる。分析の結果、x=0.85、y=0.02
3であった。さらに、酸素の分析も行ったところ、組成
はTiN0.850.023 0.26であった。尚、酸素は残留
ガスのコンタミネーションに起因するもので、光学特性
や電気特性に与える影響は少ない。
【0046】表1は、例えばBK7から成る基板上に形
成した、典型的な2層構造の反射防止膜及び3層構造の
反射防止膜における、各層の材料及び膜厚の設計条件を
比較して示す。尚、表1中、TiN(W)はタングステ
ンをドープした窒化チタンを示す。PET(ポリエチレ
ンテレフタレート)から成る基板上に反射防止膜を形成
する場合における各層の材料及び膜厚設計も、このBK
7基板上の場合とほとんど同じである。
【0047】尚、これらの基板等による支持層11と第
1の層1との間に、密着性を改善する目的で、酸化硅素
から成る密着層を配置してもよい。この酸化硅素は例え
ば酸素が過剰のSiOy (y>2)により形成し、密着
層の膜厚は、安定して製造できかつなるべく薄くなるよ
うに0.1〜10nmとする。
【0048】
【表1】
【0049】計算に用いた屈折率nと消衰係数kの値を
表2に示す。表2に示した値は、一般的なタングステン
をドープした窒化チタン、SiOx、SiO2 の測定値
である。
【0050】
【表2】
【0051】表2の一般的な値から、さらにSiOx
nとkの値を最適化することにより、3層構造の反射防
止膜10の光学特性をより向上させることができる。一
方、窒化チタンの光学特性の改善によっても、2層構造
の反射防止膜50、3層構造の反射防止膜10共に特性
が向上するが、この窒化チタンの光学特性の改善は、実
際には実現することがかなり困難であり、実現できたと
しても安定して製造できる製造プロセスの確立が困難で
ある。
【0052】尚、図示しないが、上述の第1の層、第2
の層及び第3の層の3つの層のうち、少なくとも1層
が、異なる光学特性を有する複数の膜が積層された複層
構造を成した構成をとってもよい。
【0053】次に、2層構造の反射防止膜50と、3層
構造の反射防止膜10の各種特性を比較して表3及び図
2〜図4及び図6〜図8に示す。図2〜図4は3層構造
の反射防止膜10の場合の特性(理論値T3及び実測値
M3)を示し、図6〜図8は2層構造の反射防止膜50
の場合の特性(理論値T2)を示す。図2及び図6は光
の波長と反射防止膜10,50の反射率の関係を示し、
図3及び図7は反射防止膜10,50の反射色を示し、
図4及び図8は光の波長と反射防止膜10,50の透過
率との関係を示す。
【0054】
【表3】
【0055】表3において、2層構造の反射防止膜50
の数値は、計算値(理論値)であるが、これまでの経験
から、計算値と実測値とはかなり一致することがわかっ
ている。一方、表3中、3層構造の反射防止膜10の数
値は、実測値である。
【0056】表3より、反射色を最適化したときには、
3層構造の反射防止膜10の方が反射率を低くすること
ができ、2層構造の反射防止膜50より優れていること
を示す。2層構造の反射防止膜50でも、反射率をより
低くすることができるが、反射率を低くするように構成
した場合には、反射色が悪くなってしまう。
【0057】また表3より、3層構造の反射防止膜10
のシート抵抗は、2層構造の反射防止膜50のシート抵
抗よりかなり低い。これは、導電性の第1の層1が厚い
ことによる。2層構造の反射防止膜50は、前述のシー
ト抵抗の仕様である270Ω/□を満足しないが、3層
構造の反射防止膜10は充分なセーフティマージンを有
して仕様を満足する。
【0058】尚、このシート抵抗の計算には、窒化チタ
ンの体積抵抗値2×10-4Ωcmを用いた。これは窒化
チタンの典型的な値である。最小の抵抗値1×10-4Ω
cmを有する窒化チタンを用いれば、2層構造の反射防
止膜50でも仕様を満足することが可能であるが、最小
の抵抗値の窒化チタンを大量に用意することが困難であ
るため、この条件では大量生産が困難である。
【0059】一方、3層構造の反射防止膜10の欠点
は、表3、図4及び図8に示すように、2層構造の反射
防止膜50よりも透過率が低くなることである。しかし
ながら、ディスプレーへの用途ではこの差はさほど重要
ではない。CRT用のガラスにおける反射防止膜も含め
た全層における透過率は、40〜50%であることか
ら、反射防止膜の透過率が50%以上であれば、ガラス
基板の方の透過率を制御することにより、全層における
透過率を最適化できる。表3及び図4から、3層構造の
反射防止膜10は、50%以上の透過率が確保できるこ
とがわかり、全層における透過率を最適化することが可
能である。
【0060】また、図3及び図7より、3層構造の反射
防止膜10と2層構造の反射防止膜50のいずれにおい
ても、反射色は最適値(x=0.25,y=0.25)
に対して±0.03以内である。実際に製造した2層構
造の反射防止膜50では、図7に示した理論値T2より
も赤い位置(図7中xが増加した位置)になる傾向があ
り、最適値との差が大きくなることがある。これに対し
て、3層構造の反射防止膜10では、実測値M3が最適
値に対して±0.03以内であり、充分なマージンを有
することがわかる。
【0061】前述の2層構造の反射防止膜50を形成す
る場合には、反射防止膜50における吸収が少ないた
め、ガラス基板における吸収があることが必要不可欠で
ある。これに対して、3層構造の反射防止膜を形成する
場合には、透明或いは若干の吸収を持つ基板が最適であ
る。製造コスト、均一性や制御性を考慮すると、吸収は
ガラス基板ではなく反射防止膜にある方がよいと考えら
れる。
【0062】一方、膜の材料費や製造コストは、おおよ
そ膜厚から推定することができる。表3より、2層構造
の反射防止膜50も、3層構造の反射防止膜10も、ほ
ぼ同程度の膜厚であるので、これらの成膜コストは同じ
くらいであることが予想される。尚、より正確に成膜コ
ストを比較するならば、使用する成膜装置と成膜の工程
内容も考慮する必要がある。
【0063】ここで、全工程中で通常SiO2 の成膜工
程が最も時間がかかるため、SiO2 の厚さが製造コス
トに大きく影響する。3層構造の反射防止膜10では、
2層構造の反射防止膜50に対して、SiO2 の一部を
SiOx で置き換えているため、SiOx の成膜レート
がSiO2 の成膜レートより高いことから、製造コスト
の面で有利に働く。ただし、SiO2の成膜レートとS
iOx の成膜レートは、それぞれ成膜方法に依存するの
で簡単には比較できない。使用する成膜装置と成膜の工
程内容次第では、3層構造の反射防止膜10を2層構造
の反射防止膜50より低い成膜コストとすることも可能
であると考えられる。
【0064】本発明の反射防止膜は、上述の例に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でそ
の他様々な構成が取り得る。
【0065】
【発明の効果】上述の本発明による反射防止膜によれ
ば、第2の層で第1の層の光学特性を補完して光学特性
を制御することができるので、反射率を低くすることが
でき、良好な反射色を充分なマージンを有して得ること
ができる。
【0066】また、第2の層で光学特性を制御すること
ができるので、第1の層の光学特性の条件が緩和され、
第1の層の膜厚を厚く形成することができる。そして、
第1の層を厚く形成することができるので、第1の層を
導電性の材料により構成したときには、反射防止膜を高
い導電性を有する膜とすることができる。従って、例え
ばCRT等の陰極線管の表面の導電膜として用いたとき
に、表面からの電磁波出力防止の効果が大きくなる。
【0067】また、2層構造の反射防止膜と比較して、
同等または少ない製造コストで反射防止膜を製造するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による3層構造の反射防止膜の一例の概
略構成図である。
【図2】図1の3層構造の反射防止膜における光の波長
と反射率との関係を示す図である。
【図3】図1の3層構造の反射防止膜における反射色を
示す図である。
【図4】図1の3層構造の反射防止膜における光の波長
と透過率との関係を示す図である。
【図5】2層構造の反射防止膜の一例を示す概略構成図
である。
【図6】図5の2層構造の反射防止膜における光の波長
と反射率との関係を示す図である。
【図7】図5の2層構造の反射防止膜における反射色を
示す図である。
【図8】図5の2層構造の反射防止膜における光の波長
と透過率との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 第1の層、2 第2の層、3 第3の層、10 反
射防止膜、11 支持層、50 反射防止膜、51 第
1の層、52 第2の層、55 支持層

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学的に吸収がある材料から成る第1の
    層と、 光学的に吸収がある材料から成る第2の層と、 屈折率が1.3〜1.7である材料から成る第3の層と
    が、 基板側から順次積層形成されて成ることを特徴とする反
    射防止膜。
  2. 【請求項2】 上記第1の層が導電性を有することを特
    徴とする請求項1に記載の反射防止膜。
  3. 【請求項3】 上記第1の層が窒化金属から成ることを
    特徴とする請求項1に記載の反射防止膜。
  4. 【請求項4】 上記第1の層が窒化チタンから成ること
    を特徴とする請求項1に記載の反射防止膜。
  5. 【請求項5】 上記第1の層がタングステンをドープし
    た窒化チタンから成ることを特徴とする請求項1に記載
    の反射防止膜。
  6. 【請求項6】 上記第1の層の膜厚が2〜25nmであ
    ることを特徴とする請求項1に記載の反射防止膜。
  7. 【請求項7】 上記第2の層が、短波長側における吸収
    率が長波長側における吸収率より大である材料から成る
    ことを特徴とする請求項1に記載の反射防止膜。
  8. 【請求項8】 上記第2の層の材料の屈折率nと消衰係
    数kが制御されて形成された層であることを特徴とする
    請求項1に記載の反射防止膜。
  9. 【請求項9】 上記第2の層が酸素の量xを調整された
    酸化硅素SiOx (0<x<2)から成ることを特徴と
    する請求項1に記載の反射防止膜。
  10. 【請求項10】 上記第2の層の膜厚が20〜110n
    mであることを特徴とする請求項1に記載の反射防止
    膜。
  11. 【請求項11】 上記第3の層が二酸化珪素から成るこ
    とを特徴とする請求項1に記載の反射防止膜。
  12. 【請求項12】 上記第1の層、上記第2の層及び上記
    第3の層のうち、少なくとも1層以上が、異なる光学特
    性を有する複数の膜から成る複層構造を成すことを特徴
    とする請求項1に記載の反射防止膜。
  13. 【請求項13】 上記第3の層の膜厚が1〜110nm
    であることを特徴とする請求項1に記載の反射防止膜。
  14. 【請求項14】 上記基板と上記第1の層との間に酸化
    硅素から成る密着層が配置され、該密着層の膜厚が0.
    1〜10nmであることを特徴とする請求項1に記載の
    反射防止膜。
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