WO2015030015A1 - 光学多層膜付きガラス部材、近赤外線カットフィルタガラスおよび光学多層膜付きガラス部材の製造方法 - Google Patents

光学多層膜付きガラス部材、近赤外線カットフィルタガラスおよび光学多層膜付きガラス部材の製造方法 Download PDF

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満幸 舘村
彰規 櫻井
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旭硝子株式会社
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    • C23C14/08Oxides
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Definitions

  • the present invention relates to a glass member with an optical multilayer film used as a visibility correction filter for a solid-state imaging device such as a CCD or CMOS used for a digital still camera, a video camera, or the like.
  • the spectral sensitivity of solid-state imaging devices such as CCDs and CMOSs used in digital still cameras and video cameras is characterized by a strong sensitivity to near-infrared light compared to human visibility characteristics. Therefore, a visibility correction filter is used to match the spectral sensitivity of these solid-state image sensors to human visibility characteristics.
  • Patent Document 1 discloses a near-infrared cut filter glass in which Cu 2+ ions are present in a fluorophosphate glass to adjust spectral characteristics (see Patent Document 1). .
  • an optical device for the purpose of accurately determining the wavelength range to be transmitted and sharpening, an optical device in which a plurality of high refractive index layers and low refractive index layers are alternately laminated on the surface of the near infrared cut filter glass as described above.
  • a near-infrared cut filter is known that has a multilayer film, efficiently transmits wavelengths in the visible region (400 to 600 nm), and has excellent sharp-cut properties in the near-infrared region (700 nm) ( Patent Document 2).
  • an antireflection film may be provided on the surface of the near-infrared cut filter glass for the purpose of suppressing the reflection on the glass substrate surface and improving the transmittance.
  • a near-infrared cut filter glass in which Cu 2+ ions are present in the phosphate glass to adjust the spectral characteristics is also known, but the phosphate glass has poor chemical durability in a high-temperature and high-humidity environment.
  • an optical multilayer film formed on the surface of a phosphate glass is formed by using a sputtering method or an ion-assisted deposition method (Ion Assisted Deposition, or an ion-assisted deposition method), thereby providing a high-temperature and high-humidity environment. Improvements in chemical durability below are being investigated.
  • An optical multilayer film formed by sputtering or ion-assisted vapor deposition is characterized by a high film hardness because the film material is very dense. Therefore, when an optical multilayer film having high hardness is formed on the surface of the phosphate glass, the adhesion state between the glass and the optical multilayer film is weakened by the impact at the moment when the optical multilayer film is cut, and the optical multilayer film is peeled off from the glass. It is thought that the phenomenon occurs.
  • this phenomenon occurs remarkably in phosphate glass having a relatively high thermal expansion coefficient among phosphate glasses.
  • the temperature at which the optical multilayer film is formed on the glass is, for example, 150 ° C. or higher, which is higher than the room temperature. After the optical multilayer film is formed on the glass, the glass and the optical multilayer film are cooled to room temperature. Will be affected. For this reason, it is considered that stress concentration occurs at the interface between the glass and the optical multilayer film due to the difference in thermal expansion coefficient between the glass and the optical multilayer film. It is considered that the greater the thermal expansion coefficient of the phosphate glass is, the greater the degree of stress concentration is, so that the adhesion between the glass and the optical multilayer film becomes insufficient and the film is likely to peel off.
  • the optical multilayer film When the optical multilayer film is peeled off from the phosphate glass, moisture permeates from a small space formed between the glass and the membrane, and the penetrated moisture and the glass react to form a heterogeneous layer. In other words, if the adhesion between the phosphate glass and the optical multilayer film is not good, even if a highly dense optical multilayer film is formed on the surface of the phosphate glass, the glass surface becomes heterogeneous, particularly in a high temperature and high humidity environment. There is a risk that a glass with high chemical durability cannot be obtained.
  • the moisture is infiltrated into the film exposed to the cut surface of the near infrared cut filter glass, so that the glass is denatured, thereby causing a phenomenon that the optical multilayer film is peeled off from the phosphate glass. Therefore, the chemical durability in a high-temperature and high-humidity environment is reduced as described above.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and its object is to suppress film peeling between the glass and the optical multilayer film, and the glass with the optical multilayer film having high chemical durability in a high-temperature and high-humidity environment. It is providing the manufacturing method of a member, a near-infrared cut filter glass, and a glass member with an optical multilayer film.
  • the present invention is a glass member with an optical multilayer film in which an optical multilayer film is formed on a phosphate glass substrate, wherein an adhesion reinforcing film is formed between the phosphate glass substrate and the optical multilayer film,
  • the optical multilayer film is formed by a sputtering method or an ion-assisted vapor deposition method, and the adhesion enhancing film is formed by a vapor deposition method that does not use ion assist.
  • a glass member hereinafter sometimes referred to as a glass member with an optical multilayer film of the present invention.
  • the glass member with an optical multilayer film of the present invention wherein the phosphate glass substrate has an average coefficient of thermal expansion in the range of 100 to 300 ° C. of 85 to 125 ⁇ 10 ⁇ 7 K ⁇ 1 is provided. .
  • the glass member with an optical multilayer film of the present invention wherein the adhesion reinforcing film suppresses moisture permeation between the phosphate glass substrate and the optical multilayer film.
  • the adhesion reinforcing film includes a mixture of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ), magnesium fluoride (MgF 2 ), and oxidation.
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • ZrO 2 zirconium oxide
  • MgF 2 magnesium fluoride
  • oxidation oxidation.
  • the glass member with an optical multilayer film of the present invention and the adhesion enhancing film provides a material that does not substantially affect the optical characteristics of the optical multilayer film. Also provided is a glass member with an optical multilayer film according to the present invention, wherein the film thickness of the adhesion enhancing film is 30 nm to 200 nm.
  • the glass member with an optical multilayer film of the present invention wherein the optical multilayer film is at least one selected from the group consisting of an antireflection film, an infrared shielding film, an ultraviolet shielding film, an ultraviolet ray and an infrared shielding film.
  • the optical multilayer film is at least one selected from the group consisting of an antireflection film, an infrared shielding film, an ultraviolet shielding film, an ultraviolet ray and an infrared shielding film.
  • an optically enhanced film is formed on the phosphate glass substrate by an evaporation method that does not use ion assist, and then an optical multilayer film is formed on the adhesively strengthened film by a sputtering method or an ion-assisted vapor deposition method.
  • a method for producing a glass member with a multilayer film is provided.
  • a near-infrared cut filter glass comprising the glass member with an optical multilayer film.
  • the optical multilayer film is formed on the main surface of the glass substrate with the adhesion reinforcing film interposed therebetween, thereby generating the film peeling of the optical multilayer film and the chemical durability of the glass in a high temperature and high humidity environment.
  • a glass member with an optical multilayer film in which deterioration of the glass is suppressed and a near-infrared cut filter glass are provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a glass member 10 with an optical multilayer film according to an embodiment of the present invention.
  • a glass member 10 with an optical multilayer film shown in FIG. 1 includes a glass substrate 1, an adhesion reinforcing film 2 formed on the main surface of the glass substrate 1, and an optical multilayer film 3 formed on the adhesion reinforcing film 2. It has.
  • the glass member 10 with an optical multilayer film has the adhesion reinforcing film 2 interposed between the phosphate glass substrate 1 and the optical multilayer film 3, thereby improving the adhesion between them and suppressing the occurrence of film peeling. Yes.
  • the optical multilayer film 3 is appropriately selected according to the application, and examples thereof include an antireflection film having an antireflection function, an infrared shielding film, an ultraviolet shielding film, an ultraviolet ray and an infrared shielding film, and the like. Moreover, an antireflection film, an infrared shielding film, an ultraviolet shielding film, and a plurality of these functions may be provided.
  • an antireflection film, an infrared shielding film, an ultraviolet shielding film, and a plurality of these functions may be provided.
  • a laminated film in which low refractive index films and high refractive index films are alternately arranged is used.
  • a silicon oxide film or the like is used as the low refractive index film.
  • As the high refractive index film a metal oxide film made of at least one selected from the group consisting of niobium oxide, titanium oxide and tantalum oxide is used.
  • the optical multilayer film 3 is formed using a sputtering method or an ion-assisted vapor deposition method. Films formed by sputtering or ion-assisted vapor deposition have substantially smaller changes in spectral characteristics under high temperature and high humidity than films formed by vapor deposition without ion-assisted deposition. There is an advantage that a so-called non-shift film can be realized.
  • the film formed by the above method has a high film density, there is little room for moisture to permeate the film, and the glass substrate 1 can be protected from moisture.
  • the film formed by these methods has high hardness, it is difficult to be damaged, and it is excellent in handleability in a component assembling process or the like. Therefore, it is suitable as a method for forming an optical multilayer film of a near-infrared cut filter glass used as a visibility correction filter for a solid-state imaging device.
  • the film material, film thickness, and number of layers of the low refractive index film and the high refractive index film are appropriately set according to the required optical characteristics.
  • the optical multilayer film 3 has 15 or more layers and a total film thickness of 3 ⁇ m or more. In this case, the stress generated at the interface between the glass substrate 1 and the optical multilayer film 3 increases.
  • the optical multilayer film 3 can be prevented from peeling from the glass substrate 1 by interposing the adhesion reinforcing layer 2 therebetween.
  • the antireflection film has, for example, about 1 to 6 layers and a total film thickness of about 1 ⁇ m, which is thinner than the above-described infrared shielding film, fine foreign substances are not present between the glass substrate 1 and the optical multilayer film 3. If present, cracks are likely to occur in the optical multilayer film 3 starting from minute foreign matter. Water may reach the glass substrate 1 through this crack. On the other hand, as described later, by interposing the adhesion enhancing film 2 between the glass substrate 1 and the optical multilayer film 3, it is possible to suppress the moisture that has entered through the cracks from reaching the glass substrate 1. The deterioration of the chemical durability of the glass member 10 with an optical multilayer film can be suppressed.
  • the adhesion-enhancing film 2 is interposed between the glass substrate 1 and the optical multilayer film 3 to improve the adhesion between them and suppress the occurrence of film peeling, and is an evaporation method that does not use ion assist. It is formed.
  • the adhesion reinforcing film 2 is a film having low hardness and high brittleness by being formed by an evaporation method that does not use ion assist. As a result, the physical properties of the glass substrate 1 and the adhesion reinforcing film 2 become close, and the stress concentration point when cutting the glass member 10 is from the interface between the glass substrate 1 and the optical multilayer film 3 and the adhesion reinforcing film 2 and the optical film. It moves in the direction of the interface with the multilayer film 3.
  • the adhesion reinforcing film 2 and the optical multilayer film 3 are different in hardness, they are similar in that they are thin films, so that peeling between the two layers hardly occurs.
  • the adhesion reinforcing film 2 suppresses the penetration of moisture between the glass substrate 1 and the optical multilayer film 3.
  • the glass member 10 may be used after being cut into small pieces after the adhesion reinforcing film 2 and the optical multilayer film 3 are formed on the glass substrate 1. In that case, the adhesion reinforcing film 2 is exposed on the cut surface of the glass member 10.
  • the adhesion enhancing film 2 has a property of preventing the penetration of moisture, the reaction between the glass substrate 1 and moisture hardly occurs, and the optical property of the glass member 10 is reduced. Changes in characteristics are suppressed.
  • the adhesion enhancing film 2 and the optical multilayer film 3 are formed in the state where the minute foreign matter is present on the surface of the glass substrate 1, the optical multilayer film 3 may be cracked due to the minute foreign matter.
  • the glass member 10 is placed in a high-temperature and high-humidity environment in such a state, moisture penetrates through the cracks.
  • the adhesion reinforcing film 2 has a property of suppressing moisture permeation, moisture can reach the glass substrate 1 or can be prevented from diffusing in the surface direction. Therefore, it is suppressed that the water
  • the adhesion reinforcing film 2 can suppress moisture permeation, for example, by the following method.
  • the refractive index A of the glass substrate 1 on which the adhesion reinforcing film 2 is formed is measured in a vacuum atmosphere.
  • the refractive index B is measured after the measured sample is left in an air atmosphere for 100 hours or more.
  • the value of the following formula (1) is less than 0.1, it can be said that the adhesion reinforcing film 2 can suppress moisture permeation.
  • the glass member 10 with an optical multilayer film according to the present invention improves the adhesion between the glass substrate 1 and the optical multilayer film 3 by interposing the adhesion reinforcing film 2, thereby preventing film peeling. Suppress.
  • the adhesion reinforcing film 2 suppresses the heterogeneity of the glass substrate 1 due to moisture and the peeling of the optical multilayer film 3 due to the heterogeneity of the glass substrate 1 due to the permeation of moisture.
  • the adhesion reinforcing film 2 is a film having low hardness and high brittleness.
  • the adhesion enhancing film 2 has such a film quality by being formed by an evaporation method that does not use ion assist.
  • the temperature of the glass substrate 1 when the adhesion reinforcing film 2 is formed on the glass substrate 1 is lower than the conditions used in the normal vapor deposition method. It is preferable to do.
  • the temperature of the glass substrate is usually about 200 ° C. to 350 ° C.
  • the temperature of the glass substrate 1 when forming the adhesion enhancing film 2 and the glass substrate 1 when forming the optical multilayer film 3 using an ion-assisted deposition method are used.
  • the difference with temperature becomes smaller. Therefore, it becomes possible to form both continuously and productivity becomes high.
  • the ion assist energy is added in the ion assist vapor deposition method, and the glass substrate temperature is preferably several tens of degrees lower than the vapor deposition method that does not use ion assist.
  • the degree of vacuum in the vapor deposition apparatus is higher than the conditions used in a vapor deposition method that does not use ion assist. However, it is preferable that the degree of vacuum is low.
  • an inert gas such as argon gas
  • a reactive gas such as oxygen gas
  • the adhesion reinforcing film 2 is at least one selected from the group consisting of a mixture of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ), magnesium fluoride (MgF 2 ), and aluminum oxide (Al 2 O 3 ). It is preferable to provide a film made of the above materials in the first layer on the glass substrate side. Moreover, it is preferable to form the adhesion enhancing film 2 by adjusting the film quality by controlling the degree of vacuum at the time of film formation in an evaporation method that does not use ion assist. By these, the adhesion reinforcement film
  • Magnesium fluoride is a very brittle film, and since it contains a fluorine component, it is hydrophobic and moisture hardly penetrates into the film.
  • magnesium fluoride is used as the adhesion strengthening film 3
  • moisture penetration is suppressed from the adhesion reinforcing film 3 exposed on the cut surface of the glass member 10. Is done. Therefore, it can suppress that the glass substrate 1 becomes heterogeneous by reaction with a water
  • Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and a mixture of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ) are films having low hardness and high brittleness, and the aluminum oxide component has water resistance. Moisture does not easily penetrate into the membrane. Thus, when aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and a mixture of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ) are used as the adhesion reinforcing film 3, the glass member 10 is placed in a high-temperature and high-humidity atmosphere.
  • the infiltration of moisture is suppressed from the adhesion reinforcing film 3 exposed on the cut surface of the glass member 10, so that the glass substrate 1 can be prevented from being heterogeneous by reaction with moisture.
  • moisture content does not reach the glass substrate 1 but glass. It can suppress that the board
  • the adhesion enhancing film 2 is preferably provided with a film having a refractive index of 1.70 or less, preferably 1.68 or less on the surface of the glass substrate.
  • the adhesion enhancing film formed on the surface of the glass substrate is formed immediately after the film forming process on the glass substrate surface is started. At the start of the film forming process, the state in the vapor deposition apparatus or the like is not stable, and the state of the formed film (for example, the refractive index) may not have desired characteristics.
  • the oxide film of the first layer on the glass substrate side have a refractive index of 1.68 or less, the difference from the refractive index (for example, 1.52) of the glass substrate 1 is small.
  • the influence on the spectral characteristics of the glass member can be reduced to a negligible level.
  • the oxide film having a refractive index of 1.68 or less include magnesium fluoride (MgF 2 , refractive index: 1.42), aluminum oxide (Al 2 O 3 , refractive index: 1.64), and aluminum oxide (Al 2 And a mixture film (refractive index: 1.67) of O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ).
  • the refractive index of the adhesion enhancing film 2 in the present invention refers to the refractive index at a wavelength of 500 nm.
  • the adhesion enhancing film 2 is preferably used with a physical film thickness of 30 nm to 200 nm.
  • the physical film thickness of the adhesion reinforcing film 2 is less than 30 nm, the effect of improving the adhesion between the glass substrate 1 and the optical multilayer film 3 cannot be obtained sufficiently.
  • membrane 2 exceeds 200 nm, the haze of the glass member 10 will increase and there exists a possibility that the external appearance may become a white and cloudy state, and is unpreferable.
  • the adhesion reinforcing film 2 may be composed of a single layer or a plurality of layers as long as a film made of the above-described material is provided on the surface of the glass substrate.
  • the adhesion reinforcing film 2 does not substantially affect the optical characteristics of the optical multilayer film 3. Thereby, even if the adhesion enhancing film 2 and the optical multilayer film 3 are designed independently, the adhesion enhancing film 2 does not affect the spectral characteristics of the glass member with the optical multilayer film. It should be noted that substantially no influence means that when the adhesion enhancing film 2 and the optical multilayer film 3 are separately designed, the spectral characteristics obtained by combining both the adhesion enhancing film 2 and the optical multilayer film 3 and the optical This means that the spectral characteristics of only the multilayer film 3 are not significantly different. Further, the adhesion reinforcing film 2 may constitute a part of the optical multilayer film 3.
  • the optical multilayer film 3 in contact with the glass substrate 1 is formed by a vapor deposition method without using ion assist, and the subsequent optical multilayer film 3 is formed by a vapor deposition method using ion assist.
  • the optical multilayer film 3 formed by a vapor deposition method that does not use ion assist that constitutes a part of the optical multilayer film 3 also serves as the adhesion reinforcing film 2, so that the adhesion between the glass substrate 1 and the optical multilayer film 3 can be improved. Contributes to improvement.
  • the ion-assisted deposition method is a method in which the high kinetic energy of ions is applied during film formation to form a dense film or increase the adhesion of the film.
  • ion beam deposition and ion plating deposition are known. It has been.
  • an ion beam method is a method in which a deposition material is accelerated by ionized gas molecules irradiated from an ion gun and a film is formed on a substrate surface.
  • the ion plating method is a method of ionizing vaporized particles and accelerating the particles with an electric field to form a film on the substrate surface.
  • the vapor deposition method that does not use ion assist is a vacuum vapor deposition method that does not use an ion beam or ion plating as described above.
  • the glass substrate 1 uses phosphate glass.
  • Phosphate glass can be provided with spectral characteristics suitable as near-infrared cut filter glass by allowing Cu 2+ ions to be present in the glass.
  • the glass substrate 1 preferably has an average thermal expansion coefficient (hereinafter referred to as a thermal expansion coefficient) in the range of 100 to 300 ° C. of 85 to 125 ⁇ 10 ⁇ 7 K ⁇ 1 . Since the optical multilayer film 3 is formed by sputtering or ion-assisted vapor deposition, the thermal expansion coefficient of the formed film is considered to be very small. Therefore, if the thermal expansion coefficient of the glass substrate 1 is less than 85 ⁇ 10 ⁇ 7 K ⁇ 1 , the difference in thermal expansion coefficient from the optical multilayer film 3 is small, and the stress generated at the interface between the two is small.
  • a thermal expansion coefficient an average thermal expansion coefficient
  • the thermal expansion coefficient of the glass substrate 1 is 85 ⁇ 10 ⁇ 7 K ⁇ 1 or more, the difference in thermal expansion coefficient between the glass substrate 1 and the optical multilayer film 3 is large, and the stress generated at the interface between the two. Therefore, by using the adhesion reinforcing film 2, it is possible to suitably suppress the peeling of the optical multilayer film 3 from the glass substrate 1.
  • the thermal expansion coefficient of the glass substrate 1 exceeds 125 ⁇ 10 ⁇ 7 K ⁇ 1 , the composition range that can be vitrified is very narrow, and management during production of the glass substrate 1 becomes difficult.
  • the thermal expansion coefficient of the glass substrate 1 is more preferably 90 to 120 ⁇ 10 ⁇ 7 K ⁇ 1 , further preferably 95 to 110 ⁇ 10 ⁇ 7 K ⁇ 1 .
  • the phosphate glass of the glass substrate 1 is expressed in terms of mass% in terms of the following oxide, P 2 O 5 65 to 74%, Al 2 O 3 5 to 10%, B 2 O 3 0.5 to 3%.
  • the phosphate glass of the glass substrate 1 preferably contains a P (phosphorus) component, an Al (aluminum) component, an alkali metal component, and a Cu (copper) component, and no Mg (magnesium) component.
  • the P (phosphorus) component is a main component (glass-forming oxide) that forms glass, and is an essential component for improving near-infrared cutability.
  • the Al (aluminum) component is an essential component for enhancing the weather resistance of the glass.
  • the alkali metal component is an essential component for lowering the melting temperature of the glass.
  • a Cu (copper) component is an essential component for enhancing the near-infrared cutting property.
  • the Mg (magnesium) component is preferably not included because it may reduce near-infrared cutability by being contained.
  • the glass substrate 1 is prepared by melting and melting glass raw materials so as to have a desired glass composition, and then molding the molten glass. And after processing the external shape so that it may become a predetermined magnitude
  • a known method scribe, dicing, laser cutting, etc.
  • FIG. This embodiment is different from the above-described embodiment in that an adhesion reinforcing film and an optical multilayer film are provided on both surfaces of the glass substrate.
  • optical multilayer films 3 and 4 having the following functions are formed on each main surface of the glass substrate 1, and between the glass substrate 1 and the optical multilayer film 3 and An adhesion reinforcing film 2 is provided between the glass substrate 1 and the optical multilayer film 4.
  • a specific configuration of this embodiment is shown.
  • the antireflection film / adhesion reinforcing film / glass substrate / adhesion reinforcing film / antireflection film, antireflection film / adhesion strengthening are shown in the order of lamination from one surface of the glass member 20 to the other surface.
  • Film / glass substrate / adhesion enhancing film / infrared shielding film, infrared shielding film / adhesion enhancing film / glass substrate / adhesion enhancing film / infrared shielding film, infrared shielding film / adhesion enhancing film / glass substrate / adhesion enhancing film / ultraviolet and infrared For example, a shielding film.
  • Examples 1 to 7 and 11 to 15 are examples of the present invention
  • examples 8 to 10 are comparative examples
  • example 16 is a reference example.
  • As the glass substrate a plate-shaped phosphate glass (glass A and glass B, size 50 mm ⁇ 50 mm, thickness 0.3 mm) obtained by precision polishing was used.
  • Table 1 shows the glass compositions of Glass A and Glass B and the average thermal expansion coefficient in the range of 100 to 300 ° C.
  • the optical multilayer film was formed on one main surface of the glass substrate by an evaporation method using ion assist.
  • the temperature of the glass substrate was 128 ° C.
  • Tables 2 and 3 show the film configuration (film material, physical film thickness) of the optical multilayer film.
  • the optical multilayer film (optical multilayer film A) shown in Table 2 is composed of alternating films (36 layers) of TiO 2 and SiO 2 and functions as an infrared shielding film.
  • the optical multilayer film B is composed of one to ten optical multilayer films described in Table 2.
  • the optical multilayer film (optical multilayer film C) shown in Table 3 is composed of alternating films (six layers) of TiO 2 and SiO 2 and functions as an antireflection film.
  • the optical multilayer film is arranged such that the first layer (indicated as 1L in the table) is on the glass substrate side. Moreover, in each Example, the adhesion reinforcement
  • Evaluation of film adhesion of the glass members with optical multilayer films of Examples and Comparative Examples was performed as follows. First, using a general glass cutter (diamond cutter) on the surface of the optical multilayer film of the glass member, scratches having a distance of about 2 mm and a length of about 10 mm are formed in a lattice shape so as to reach the glass substrate. To do. Next, an adhesive tape (width: 12 to 19 mm) specified in JIS Z1522 is attached onto the lattice-shaped scratches, and this adhesive tape is quickly pulled in a direction perpendicular to the film surface of the optical multilayer film to form an optical multilayer film. The state of occurrence of peeling was confirmed.
  • the evaluation criteria for film adhesion are ⁇ when there is no film peeling, ⁇ ⁇ ⁇ when there is a slight amount of linear film peeling starting from a part of the lattice-like scratch, and one of the lattice-like scratches A case in which a planar film peeling starting from the portion partially occurred was indicated by ⁇ , and a case in which a planar film peeling occurred in most of the tape surface was indicated by ⁇ .
  • the high-temperature and high-humidity test of the glass members with optical multilayer films of Examples and Comparative Examples was performed as follows. After cutting the glass member into a size of 5 mm ⁇ 5 mm, the glass member is held for 120 hours in an atmosphere environment of temperature: 85 ° C. and humidity: 85%. Next, the glass member taken out from the atmosphere was visually observed to confirm the presence or absence of peeling or floating of the optical multilayer film. As evaluation criteria for the high-temperature and high-humidity test, an optical multilayer film that does not peel off or floats is marked with ⁇ , and an evaluation standard with x.
  • the pressure cooker pot test (PCT: pressure cooker test) of the glass member with an optical multilayer film of Examples and Comparative Examples was performed as follows. After the glass member is cut to a size of 5 mm ⁇ 5 mm or a scratch similar to the film adhesion test is formed so as to reach the glass substrate, the glass member is placed in a pressure cooker kettle, temperature: 121 ° C., humidity: 100 % RH, pressure: maintained at 2.1 atmospheres for 12 hours. Next, the glass member taken out from the atmosphere was visually observed to confirm the presence or absence of peeling or floating of the optical multilayer film. As an evaluation standard of PCT, a case where the optical multilayer film does not peel off or floats is indicated as ⁇ , and a case where it is present is indicated as ⁇ .
  • Example 1 Glass A is used as the glass substrate, and a magnesium fluoride (MgF 2 ) film (60 nm) is used as the adhesion reinforcing film by an evaporation method without using ion assist (vacuum degree during film formation: 1 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa). It formed in one main surface of the glass substrate.
  • MgF 2 magnesium fluoride
  • the above-described optical multilayer film A was formed by ion-assisted vapor deposition. The adhesion reinforcing film did not affect the optical characteristics of the optical multilayer film.
  • Example 2 Glass A is used as a glass substrate, and a magnesium fluoride (MgF 2 ) film (60 nm) is used as an adhesion-strengthening film by a vapor deposition method that does not use ion assist (degree of vacuum during film formation: 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa). It formed in one main surface of the glass substrate.
  • a magnesium fluoride (MgF 2 ) film 60 nm
  • ion assist degree of vacuum during film formation: 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa
  • Example 3 Glass A is used as a glass substrate, and a magnesium fluoride (MgF 2 ) film (60 nm) is used as an adhesion-strengthening film by an evaporation method that does not use ion assist (degree of vacuum during film formation: 2 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa). It formed in one main surface of the glass substrate.
  • the optical multilayer film A described above was formed by a sputtering method. The adhesion reinforcing film did not affect the optical characteristics of the optical multilayer film.
  • Example 4 Glass A is used as a glass substrate, and a mixture film (60 nm) of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ) is used as an adhesion-strengthening film by an evaporation method that does not use ion assist (vacuum during film formation). Degree: 9 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa) on one main surface of the glass substrate.
  • the optical multilayer film A described above was formed by a sputtering method. The adhesion reinforcing film did not affect the optical characteristics of the optical multilayer film.
  • Example 5 Glass A is used as a glass substrate, and a mixture film (60 nm) of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ) is used as an adhesion-strengthening film by an evaporation method that does not use ion assist (vacuum during film formation). Degree: 2 ⁇ 10 ⁇ 2 Pa) on one main surface of the glass substrate.
  • the optical multilayer film A described above was formed by a sputtering method. The adhesion reinforcing film did not affect the optical characteristics of the optical multilayer film.
  • Example 6 Glass A is used as the glass substrate, and a magnesium fluoride (MgF 2 ) film (60 nm) is used as the adhesion reinforcing film by an evaporation method without using ion assist (vacuum degree during film formation: 1 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa). It formed in one main surface of the glass substrate.
  • the optical multilayer film C described above was formed by a sputtering method. The adhesion reinforcing film did not affect the optical characteristics of the optical multilayer film.
  • Example 7 Glass A is used as a glass substrate, and a mixture film (60 nm) of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ) is used as an adhesion-strengthening film by an evaporation method that does not use ion assist (vacuum during film formation). Degree: 9 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa) on one main surface of the glass substrate.
  • the optical multilayer film C described above was formed by a sputtering method. The adhesion reinforcing film did not affect the optical characteristics of the optical multilayer film.
  • Example 8 The optical multilayer film A described above was formed on one main surface of the glass substrate (glass A) by an ion-assisted vapor deposition method without using an adhesion reinforcing film.
  • Example 9 The optical multilayer film A described above was formed on one main surface of the glass substrate (glass A) by an evaporation method without using an ion-assisted film without using an adhesion reinforcing film.
  • Example 10 The optical multilayer film C described above was formed on one main surface of the glass substrate (glass A) by a sputtering method without using an adhesion reinforcing film.
  • Example 11 On one main surface of the glass substrate (glass A), as an adhesion strengthening film, a titanium oxide (TiO 2 ) film (10 nm) and a silicon oxide (SiO 2 ) film are ion-assisted in this order from the glass substrate side. It formed by the vapor deposition method which does not use. Next, the above-described optical multilayer film A was formed by ion-assisted vapor deposition.
  • TiO 2 titanium oxide
  • SiO 2 silicon oxide
  • Example 12 A titanium oxide (TiO 2 ) film (60 nm) was formed as an adhesion enhancing film on one main surface of the glass substrate (glass A) by an evaporation method without using ion assist. Next, the above-described optical multilayer film B was formed by a sputtering method.
  • Example 13 A silicon oxide (SiO 2 ) film (60 nm) was formed as an adhesion enhancing film on one main surface of the glass substrate (glass A) by an evaporation method without using ion assist. Next, the above-described optical multilayer film B was formed by a sputtering method.
  • Example 14 On one main surface of the glass substrate (glass A), a magnesium fluoride (MgF 2 ) film (60 nm) was formed as an adhesion reinforcing film by an evaporation method without using ion assist. Next, the optical multilayer film C described above was formed by a vapor deposition method without using ion assist.
  • MgF 2 magnesium fluoride
  • Example 15 A deposition film (60 nm) of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ) is used as an adhesion-strengthening film on one main surface of a glass substrate (glass A) for an evaporation method without using ion assist. Formed. Next, the optical multilayer film C described above was formed by a vapor deposition method without using ion assist.
  • Example 16 The optical multilayer film A described above was formed by sputtering on one main surface of the glass substrate (glass B) without using an adhesion reinforcing film.
  • the number in parentheses after each film is the film thickness of the film.
  • Table 4 summarizes the results of film adhesion, high-temperature and high-humidity test, and PCT evaluation results of the above-described Examples, Comparative Examples, and Reference Examples.
  • the notation “IAD” indicates “ion-assisted deposition”.
  • the adhesion between the glass substrate and the optical multilayer film can be improved by interposing an adhesion reinforcing film formed by a vapor deposition method that does not use ion assist between the glass substrate and the optical multilayer film. Can be improved.
  • a magnesium fluoride film or the like that can suppress moisture permeation between the glass substrate and the optical multilayer film is used as the adhesion strengthening film, film peeling or floating may occur in a high-temperature and high-humidity test or PCT. It does not occur, and high weather resistance in a high-temperature and high-humidity environment can be imparted to the glass member.
  • the adhesion between the glass substrate and the optical multilayer film may be insufficient unless an adhesion reinforcing film is used.
  • the film adhesion is Although good, in the high-temperature and high-humidity test or PCT, film peeling or floating occurs, and sufficient weather resistance of the glass member in a high-temperature and high-humidity environment cannot be obtained.
  • Example 13 when a film (SiO 2 ) that can suppress the penetration of moisture between the glass substrate and the optical multilayer film is used as the adhesion reinforcing film, Although satisfactory, film adhesion cannot be obtained sufficiently, and there is a concern about film peeling when the glass substrate is cut.
  • the glass member with optical multilayer film and near-infrared cut filter glass of the present invention have high adhesion between the glass substrate and the optical multilayer film, and film peeling is suppressed when, for example, the glass member with optical multilayer film is cut.
  • a glass member with an optical multilayer film and a near-infrared cut filter glass having high chemical durability in a high-temperature and high-humidity environment can be obtained, which is useful as a visibility correction filter for a solid-state imaging device such as a CCD or CMOS. is there.

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Abstract

 ガラスと光学多層膜との膜ハガレを抑制し、高温高湿の環境下における化学的耐久性が高い光学多層膜付きガラス部材、および近赤外線カットフィルタガラスを提供すること。 燐酸塩ガラス基板上に光学多層膜が形成された光学多層膜付きガラス部材であって、前記燐酸塩ガラス基板と前記光学多層膜との間に密着強化膜が形成されており、前記光学多層膜は、スパッタリング法もしくはイオンアシスト蒸着法により形成されたものであり、前記密着強化膜は、イオンアシストを用いない蒸着法にて形成されたものである。

Description

光学多層膜付きガラス部材、近赤外線カットフィルタガラスおよび光学多層膜付きガラス部材の製造方法
 本発明は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラなどに利用されるCCDやCMOSなどの固体撮像素子の視感度補正フィルタとして利用される光学多層膜付きガラス部材に関する。
 デジタルスチルカメラやビデオカメラに利用されているCCDやCMOSなどの固体撮像素子の分光感度は、人間の視感度特性と較べて近赤外域の光に対し強い感度を持つ特徴がある。そこで、これら固体撮像素子の分光感度を人間の視感度特性に合わせるための視感度補正フィルタが用いられている。
 このような視感度補正フィルタとして、特許文献1には、弗燐酸塩ガラス中にCu2+イオンを存在させて、分光特性を調整した近赤外線カットフィルタガラスが開示されている(特許文献1参照)。
 また、透過する波長域を正確に決定し、かつシャープにすることを目的として、上記のような近赤外線カットフィルタガラスの表面に、高屈折率層と低屈折率層とを複数交互積層した光学多層膜を設け、可視域の波長(400~600nm)を効率的に透過し、かつ近赤外域の波長(700nm)のシャープカット性に優れた特性を有する近赤外線カットフィルタが知られている(特許文献2参照)。その他、ガラス基板表面の反射を抑制し透過率を向上させることを目的として、近赤外線カットフィルタガラスの表面に反射防止膜が設けられる場合もある。
特開平06-16451号公報 特開平02-213803号公報
 燐酸塩ガラス中にCu2+イオンを存在させて、分光特性を調整した近赤外線カットフィルタガラスも知られているが、燐酸塩ガラスは、高温高湿の環境下における化学的耐久性が乏しい。
  この課題に対し、燐酸塩ガラスの表面に形成する光学多層膜をスパッタリング法やイオンアシスト蒸着法(Ion Assisted Deposition、イオンアシストを用いた蒸着法)を用いて形成することで、高温高湿の環境下における化学的耐久性を向上することが検討されている。光学多層膜をスパッタリング法やイオンアシスト蒸着法を用いて形成すると、膜を構成する物質が高い入射エネルギーを持ってガラスの成膜対象面に入射するため、膜の緻密度が高い、つまり隙間の少ない膜構造となる。そのため、空気中に存在する水分等が膜を透過する余地が少なく、燐酸塩ガラスを水分等から保護する効果が得られる。
 しかしながら、ガラス中にCu2+イオンを存在させた燐酸塩ガラスに対し、光学多層膜をスパッタリング法やイオンアシスト蒸着法を用いて形成した近赤外線カットフィルタガラスは、ガラスと光学多層膜との密着性が十分でない。例えばガラス基板を小片に切断する際に光学多層膜がガラスから剥れる現象が発生しやすいことが確認された。
 スパッタリング法やイオンアシスト蒸着法にて形成される光学多層膜は、膜物質が非常に緻密に構成されるため、膜の硬度が高いという特徴がある。そのため、燐酸塩ガラスの表面に硬度の高い光学多層膜を形成した場合、光学多層膜が切断される瞬間の衝撃によってガラスと光学多層膜との密着状態が弱まり、ガラスから光学多層膜が剥れる現象が発生するものと考えられる。
 また、この現象は、燐酸塩ガラスの中でも熱膨張係数が比較的高い燐酸塩ガラスに顕著に発生する。ガラスに光学多層膜を形成する際の温度は、例えば150℃以上と常温と比較して高く、ガラスに光学多層膜が形成された後に常温まで冷却されることでガラスと光学多層膜は温度差の影響を受けることになる。そのため、ガラスと光学多層膜との熱膨張係数の相違に起因して、両者の界面に応力集中が起こるものと考えられる。燐酸塩ガラスの熱膨張係数が大きいほど、前記応力集中の程度も大きくなることで、ガラスと光学多層膜との密着性が十分でなくなり、膜の剥がれが発生しやすいと考えられる。
 燐酸塩ガラスから光学多層膜が剥れると、ガラスと膜との間に生じたわずかな空間から水分が浸透し、浸透した水分とガラスが反応し異質層が形成される。
  つまり、燐酸塩ガラスと光学多層膜の密着性が良くないと、緻密性の高い光学多層膜を燐酸塩ガラスの表面に形成しても、特に高温高湿の環境下においてガラス表面が異質化するおそれがあり化学的耐久性が高いガラスは得られない。
 また、燐酸塩ガラスと光学多層膜との密着性が良く、近赤外線カットフィルタガラスの切断後に膜剥がれが生じない場合であっても、膜自体に水分が浸透し易いと同様の問題が生じる。つまり、近赤外線カットフィルタガラスの切断面に露出した膜に水分が浸透することでガラスが変質し、それにより燐酸塩ガラスから光学多層膜が剥れる現象が発生する。そのため、前述と同様に高温高湿の環境下での化学的耐久性が低下する。
 燐酸塩ガラスに光学多層膜を形成する際、ガラスと膜との間にノジュールと呼ばれる微小異物が存在することがある。この微小異物は、これの存在のみでは光学多層膜付きガラスの光学特性に影響を及ぼさない。しかしながら、微小異物は、微小異物の上に形成される光学多層膜にクラックを生じさせることがある。そして、光学多層膜付きガラスが高温高湿の雰囲気下にある場合、前記クラックを通じて水分がガラスにまで到達し、光学多層膜との界面側に位置するガラス表面が水分との反応により異質層となり、光学多層膜付きガラスの光学特性を劣化させるおそれがある。
 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラスと光学多層膜との膜ハガレを抑制し、高温高湿の環境下における化学的耐久性が高い光学多層膜付きガラス部材、近赤外線カットフィルタガラスおよび光学多層膜付きガラス部材の製造方法を提供することである。
 本発明は、燐酸塩ガラス基板上に光学多層膜が形成された光学多層膜付きガラス部材であって、前記燐酸塩ガラス基板と前記光学多層膜との間に密着強化膜が形成されており、前記光学多層膜は、スパッタリング法もしくはイオンアシスト蒸着法により形成されたものであり、前記密着強化膜は、イオンアシストを用いない蒸着法にて形成されたものであることを特徴とする光学多層膜付きガラス部材(以下、本発明の光学多層膜付きガラス部材ということがある)を提供する。
 また、本発明の光学多層膜付きガラス部材であって、前記燐酸塩ガラス基板は、100~300℃の範囲における平均熱膨張係数が85~125×10-7-1であるものを提供する。
 また、本発明の光学多層膜付きガラス部材であって、前記密着強化膜は、前記燐酸塩ガラス基板と前記光学多層膜との間への水分の浸透を抑制するものを提供する。
 また、本発明の光学多層膜付きガラス部材であって、前記密着強化膜は、酸化アルミニウム(Al)と酸化ジルコニウム(ZrO)との混合物、弗化マグネシウム(MgF)、および酸化アルミニウム(Al)からなる群から選ばれる少なくとも一種以上の材料からなるものを提供する。
 また、本発明の光学多層膜付きガラス部材であって、前記密着強化膜は、前記光学多層膜の光学特性に実質的に影響を与えないものを提供する。
 また、本発明の光学多層膜付きガラス部材であって、前記密着強化膜の膜厚が、30nm~200nmであるものを提供する。
 また、本発明の光学多層膜付きガラス部材であって、前記光学多層膜は、反射防止膜、赤外線遮蔽膜、紫外線遮蔽膜、紫外線および赤外線遮蔽膜からなる群から選ばれる少なくとも一種であるものを提供する。
 また、燐酸塩ガラス基板上にイオンアシストを用いない蒸着法により密着強化膜を形成し、次いで当該密着強化膜上にスパッタリング法もしくはイオンアシスト蒸着法により光学多層膜を形成することを特徴とする光学多層膜付きガラス部材の製造方法を提供する。
 また、前記光学多層膜付きガラス部材からなる近赤外線カットフィルタガラスを提供する。
 本発明によれば、ガラス基板の主表面に密着強化膜を介在して光学多層膜を形成することにより、光学多層膜の膜ハガレの発生および高温高湿の環境下におけるガラスの化学的耐久性の劣化が抑制された光学多層膜付きガラス部材、および近赤外線カットフィルタガラスが提供される。
本発明の実施形態に係る光学多層膜付きガラス部材の構成を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係る光学多層膜付きガラス部材の構成を示す模式図である。
 以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
  図1は、本発明の実施形態に係る光学多層膜付きガラス部材10の構成を示す模式図である。図1に示す光学多層膜付きガラス部材10は、ガラス基板1と、ガラス基板1の主表面に形成された密着強化膜2と、密着強化膜2の上に形成された光学多層膜3とを具備している。光学多層膜付きガラス部材10は、燐酸塩ガラス基板1と光学多層膜3との間に前記密着強化膜2が介在することで、両者の密着性を向上させ、膜ハガレの発生を抑制している。
 光学多層膜3は、用途に応じて適宜に選択されるものであり、例えば反射防止機能を有する反射防止膜、赤外線遮蔽膜、紫外線遮蔽膜、紫外線および赤外線遮蔽膜等が挙げられる。また、反射防止膜、赤外線遮蔽膜、紫外線遮蔽膜、およびこれら複数の機能を備えるものであってもよい。このような機能を有する光学多層膜3には、例えば低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に配置した積層膜が用いられる。低屈折率膜としては酸化珪素膜等が用いられる。高屈折率膜としては酸化ニオブ、酸化チタンおよび酸化タンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種からなる金属酸化物膜等が用いられる。
 光学多層膜3は、スパッタリング法やイオンアシスト蒸着法を用いて形成される。スパッタリング法やイオンアシスト蒸着法にて形成された膜は、イオンアシストを用いない蒸着法にて形成された膜と比較し、高温高湿下における分光特性変化が非常に小さく、実質的に分光変化がない、いわゆるノンシフト膜の実現が可能であるという利点がある。また、前記方法で形成された膜は、膜の緻密度が高いため、水分が膜を透過する余地が少なく、ガラス基板1を水分から保護することができる。また、これら方法で形成された膜は、硬度が高いため傷が付きにくく、部品組込み工程等における取扱性にも優れている。そのため、固体撮像素子の視感度補正フィルタとして用いられる近赤外線カットフィルタガラスの光学多層膜の形成方法として好適である。
 光学多層膜3は、要求される光学特性に応じて、低屈折率膜および高屈折率膜の膜材料、膜厚や積層数が適宜に設定される。
  赤外線遮蔽膜のような複雑な分光特性が要求される場合、光学多層膜3は、層数が15以上であり総膜厚は3μm以上となる。この場合、ガラス基板1と光学多層膜3との界面に生じる応力が大きくなる。これに対し、後述するとおり、密着強化層2を両者の間に介在させることにより、ガラス基板1から光学多層膜3が剥れるのを抑制することができる。
 また、反射防止膜は、例えば層数が1~6程度で、総膜厚が1μm程度と前述の赤外線遮蔽膜に比べて薄いため、ガラス基板1と光学多層膜3との間に微小異物が存在すると、微小異物を起点に光学多層膜3にクラックが生じやすい。このクラックを通じて水分がガラス基板1に達するおそれがある。これに対し、後述するとおり、ガラス基板1と光学多層膜3との間に密着強化膜2を介在させることで、クラックを通じて浸入した水分がガラス基板1に到達するのを抑制することができるため、光学多層膜付きガラス部材10の化学的耐久性の劣化を抑制することができる。
 密着強化膜2は、ガラス基板1と光学多層膜3との間に介在させることで両者の密着性を向上させ、膜ハガレの発生を抑制するものであり、イオンアシストを用いない蒸着法にて形成されたものである。
  密着強化膜2は、イオンアシストを用いない蒸着法で形成されることにより硬度が低く、脆性の大きい膜となる。これにより、ガラス基板1と密着強化膜2との物性が近くなり、ガラス部材10を切断する際の応力集中ポイントが、ガラス基板1と光学多層膜3との界面から、密着強化膜2と光学多層膜3との界面方向に移動する。密着強化膜2と光学多層膜3とは、それぞれの硬度は異なるものの、薄膜である点で類似することから、両者の層間においては剥離が発生し難い。
 密着強化膜2は、ガラス基板1と光学多層膜3との間への水分の浸透を抑制するものである。
  ガラス部材10は、ガラス基板1に密着強化膜2および光学多層膜3を形成した後に、小片に切断して用いられることがある。その場合、ガラス部材10の切断面には、密着強化膜2が露出した状態となる。ガラス部材10が高温高湿の環境下に置かれた場合、密着強化膜2が水分の浸透が抑制される性質を持つと、ガラス基板1と水分との反応が起こり難く、ガラス部材10の光学特性の変化が抑制される。
 また、ガラス基板1の表面に微小異物が存在した状態で、密着強化膜2および光学多層膜3を形成すると、前記微小異物に起因して光学多層膜3にクラックが生じることがある。このような状態でガラス部材10が高温高湿の環境下に置かれると、クラックを通じて水分が浸透する。しかしながら、密着強化膜2が水分の浸透を抑制する性質を持つと、水分がガラス基板1に到達したり、到達した水分が面方向に拡散することを抑制することができる。そのため、クラックから浸透した水分とガラス基板1とが反応して異質化することを抑制し、これによりガラス部材10の光学特性の変化が抑制される。
 密着強化膜2が水分の浸透を抑制できるか否か、については、例えば、以下の方法により確認することができる。ガラス基板1に密着強化膜2を形成したものを、真空雰囲気下で屈折率Aを測定する。次いで、測定したサンプルを大気雰囲気下に100時間以上放置した上で屈折率Bを測定する。下記(1)式の値が、0.1未満である場合、密着強化膜2が水分の浸透を抑制できるということができる。
  (屈折率B-屈折率A)/屈折率B ・・・(1)
 雰囲気中の水分は、真空雰囲気下ではほとんどないのに対し、大気雰囲気下では一定量の水分が存在する。そのため、大気雰囲気下で密着強化膜2に水分が浸透すると、密着強化膜3中の真空雰囲気下では水分が存在していなかった部分に水分に入り込むことになり、屈折率が増加する。これを利用して、密着強化膜2の水分の浸透の有無を確認することができる。
 前述のとおり、本発明の光学多層膜付きガラス部材10は、ガラス基板1と光学多層膜3との間に密着強化膜2を介在させることで両者の密着性を向上させ、膜ハガレの発生を抑制する。また、密着強化膜2は、水分の浸透がされることによって水分に起因するガラス基板1の異質化や、ガラス基板1の異質化に伴う光学多層膜3の剥離が抑制される。
 密着強化膜2は、硬度が低く、脆性の大きい膜である。前述のとおり、密着強化膜2はイオンアシストを用いない蒸着法で形成することで、このような膜質となる。蒸着法において、一層硬度が低く、脆性の大きい膜を得るには、ガラス基板1に密着強化膜2を形成する際のガラス基板1の温度を通常の蒸着法にて用いる条件よりも低い温度とすることが好ましい。
  具体的には、イオンアシストを用いない蒸着法を用いて燐酸塩ガラス基板に薄膜を成形する場合、通常、ガラス基板の温度は通常200℃~350℃程度とする。これに対し、本発明においては、成膜時のガラス基板の温度を120℃以上、200℃未満として密着強化膜2を形成することが好ましく、120℃~160℃のガラス基板の温度とすることが更に好ましい。
 また、ガラス基板の温度を前記条件とすることで、密着強化膜2を形成する際のガラス基板1の温度と、イオンアシスト蒸着法を用いて光学多層膜3を形成する際のガラス基板1の温度との差が小さくなる。そのため、両者を連続して形成することが可能となり、生産性が高くなる。なお、これは、イオンアシスト蒸着法ではイオンアシストのエネルギーが加算される関係で、ガラス基板温度は、イオンアシストを用いない蒸着法と比較し、数十度低いことが好ましいためである。
 また、イオンアシストを用いない蒸着法において、一層硬度が低く、脆性の大きい膜を得るための別の方法として、蒸着装置内の真空度を通常のイオンアシストを用いない蒸着法にて用いる条件よりも、低い真空度とすることが好ましい。具体的には、密着強化膜2を形成する際には10sccm以上の不活性ガス(アルゴンガスなど)もしくは反応性ガス(酸素ガスなど)を導入して形成を行うことが好ましい。
 密着強化膜2は、酸化アルミニウム(Al)と酸化ジルコニウム(ZrO)との混合物、弗化マグネシウム(MgF)、および酸化アルミニウム(Al)からなる群から選ばれる少なくとも一種以上の材料からなる膜をガラス基板側の第1層に備えることが好ましい。また、密着強化膜2は、イオンアシストを用いない蒸着法において、成膜時の真空度をコントロールすることで、膜質を調整して形成を行うことが好ましい。これらにより、硬度が低く、脆性が大きい密着強化膜2を得ることができる。
 弗化マグネシウムは、非常に脆性の大きい膜であり、かつフッ素成分を含有しているため疎水性があり、膜中に水分が浸透し難い。これにより、弗化マグネシウムを密着強化膜3として用いると、ガラス部材10を高温高湿の雰囲気下に置いた場合、ガラス部材10の切断面に露出した密着強化膜3から、水分の浸入が抑制される。よって、ガラス基板1が水分との反応で異質化することを抑制できる。また、ガラス基板1に存在する微小異物に起因する光学多層膜3のクラックから浸透した水分に対しても、水分を遮蔽する効果を備えるため、水分がガラス基板1に到達することがなく、ガラス基板1が水分との反応で異質化することを抑制できる。
 酸化アルミニウム(Al)、および酸化アルミニウム(Al)と酸化ジルコニウム(ZrO)との混合物は、硬度が低く脆性の大きい膜であり、酸化アルミニウム成分が耐水性を備えるため、膜中に水分が浸透し難い。これにより、酸化アルミニウム(Al)、および酸化アルミニウム(Al)と酸化ジルコニウム(ZrO)との混合物を密着強化膜3として用いると、ガラス部材10を高温高湿の雰囲気下に置いた場合、ガラス部材10の切断面に露出した密着強化膜3から、水分の浸入が抑制されるため、ガラス基板1が水分との反応で異質化することを抑制できる。
  また、ガラス基板1に存在する微小異物に起因する光学多層膜3のクラックから浸透した水分に対しても、水分を遮蔽する効果を備えるため、水分がガラス基板1に到達することがなく、ガラス基板1が水分との反応で異質化することを抑制できる。
 密着強化膜2は、屈折率が1.70以下、好ましくは1.68以下の膜をガラス基板の表面に備えることが好ましい。ガラス基板の表面に形成される密着強化膜は、ガラス基板面への成膜工程を開始した直後に成形されるものである。成膜工程の開始時は、蒸着装置内の状態等が安定しておらず、形成される膜の状態(例えば、屈折率等)が所望の特性とならないおそれがある。前記ガラス基板側の第1層の酸化物膜を屈折率1.68以下とすることで、ガラス基板1の屈折率(例えば、1.52)との差が小さい。そのため、前述のように成膜工程に起因して密着強化膜2の膜の状態が所望の特性から多少変動しても、ガラス部材としての分光特性に与える影響を無視できる程度に小さくすることができる。屈折率が1.68以下の酸化物膜としては、弗化マグネシウム(MgF、屈折率:1.42)、酸化アルミニウム(Al、屈折率:1.64)、酸化アルミニウム(Al)と酸化ジルコニウム(ZrO)との混合物膜(屈折率:1.67)が挙げられる。なお、本発明における密着強化膜2の屈折率は、波長500nmにおける屈折率をいうものである。
 密着強化膜2は、30nm~200nmの物理膜厚で用いることが好ましい。密着強化膜2の物理膜厚が30nm未満であると、ガラス基板1と光学多層膜3との密着性を高める効果が十分得られない。また、密着強化膜2の物理膜厚が200nmを超えると、ガラス部材10のヘイズが増加し、外観が白く曇った状態となるおそれがあり好ましくない。
 密着強化膜2は、上述の材料からなる膜をガラス基板の表面に備えれば、単層で構成されていても複数層で構成されていてもよい。
 密着強化膜2は、光学多層膜3の光学特性に実質的に影響を与えないことが好ましい。これにより、密着強化膜2と光学多層膜3とをそれぞれ独立して設計したとしても、密着強化膜2が光学多層膜付きガラス部材の分光特性に影響を及ぼすことがない。なお、実質的に影響を与えないとは、密着強化膜2と光学多層膜3とをそれぞれ別に設計した場合において、密着強化膜2と光学多層膜3との両者が合わさった分光特性と、光学多層膜3のみの分光特性とが大きく相違しないことをいう。
  また、密着強化膜2は、光学多層膜3の一部を構成してもよい。これにより、密着強化膜2の光学特性への影響を考慮する必要がなくなる。例えば、少なくとも光学多層膜3のガラス基板1と接する膜を、イオンアシストを用いない蒸着法にて形成し、それ以降の光学多層膜3をイオンアシストを用いた蒸着法にて形成する。この場合、光学多層膜3の一部を構成するイオンアシストを用いない蒸着法で形成した光学多層膜3が密着強化膜2を兼ねることで、ガラス基板1と光学多層膜3との密着性の向上に寄与する。
 イオンアシスト蒸着法は、成膜中にイオンの持つ高い運動エネルギーを作用させて緻密な膜としたり、膜の密着力を高める方法であり、例えばイオンビーム蒸着法やイオンプレーティング蒸着法などが知られている。例えば、イオンビームによる方法は、イオン銃から照射されるイオン化されたガス分子により被着材料を加速し、基板表面に成膜する方法である。また、イオンプレーティングによる方法は、蒸気化した粒子をイオン化し、電場により粒子を加速して基板表面に成膜する方法である。一方、イオンアシストを用いない蒸着法は、上記したような、イオンビームやイオンプレーティングを用いない真空蒸着法である。
 ガラス基板1は、燐酸塩ガラスを用いる。燐酸塩ガラスは、ガラス中にCu2+イオンを存在させることで、近赤外線カットフィルタガラスとして好適な分光特性を備えることができる。
 ガラス基板1は、100~300℃の範囲における平均熱膨張係数(以下、熱膨張係数という)が85~125×10-7-1であることが好ましい。
  光学多層膜3は、スパッタリング法もしくはイオンアシスト蒸着法にて形成されるため、形成される膜の熱膨張係数は非常に小さいと考えられる。そのため、ガラス基板1の熱膨張係数が85×10-7-1未満であれば、光学多層膜3との熱膨張係数の相違は小さく、両者の界面に発生する応力も小さい。これに対し、ガラス基板1の熱膨張係数が85×10-7-1以上である場合、ガラス基板1と光学多層膜3との熱膨張係数の相違が大きく、両者の界面に発生する応力も大きいため、密着強化膜2を用いることで、ガラス基板1から光学多層膜3が剥離することを好適に抑制することができる。
 また、ガラス基板1の熱膨張係数が125×10-7-1を超えるとガラス化が可能な組成範囲が非常に狭く、ガラス基板1を製造する際の管理が難しくなるため好ましくない。
  ガラス基板1の熱膨張係数は、90~120×10-7-1がより好ましく、95~110×10-7-1が更に好ましい。
 ガラス基板1の燐酸塩ガラスは、一例として、下記酸化物換算の質量%表示で、P 65~74%、Al 5~10%、B 0.5~3%、LiO 0~10%、NaO 3~10%、LiO+NaO 3~15%、MgO 0~2%、CaO 0~2%、SrO 0~5%、BaO 3~9%、MgO+CaO+SrO+BaO 3~15%、CuO 0.5~20%、を含み、KOを実質的に含まず、NaO/(LiO+MgO+CaO+SrO+BaO) 0.5~3のガラスが挙げられるが、これに限られることはない。
 ガラス基板1の燐酸塩ガラスは、P(リン)成分、Al(アルミニウム)成分、アルカリ金属成分およびCu(銅)成分を含み、Mg(マグネシウム)成分を含まないことが好ましい。
 P(リン)成分は、ガラスを形成する主成分(ガラス形成酸化物)であり、近赤外線カット性を高めるための必須成分である。
  Al(アルミニウム)成分は、ガラスの、耐候性を高めるための必須成分である。
  アルカリ金属成分は、ガラスの溶融温度を低くするための必須成分である。
  Cu(銅)成分は、近赤外線カット性を高めるための必須成分である。
  Mg(マグネシウム)成分は、含有させることで近赤外線カット性を低下させるおそれがあるため、含まないことが好ましい。
 ガラス基板1は、所望のガラス組成となるように、ガラス原料を調合、溶融し、次いで溶融したガラスを成形する。そして、所定の大きさとなるよう外形を加工してガラス基板を作製した後、ガラス基板のガラス表面をラッピングし、次いでポリッシングする。次いで、これらガラス基板1に密着強化膜2および光学多層膜3を形成した後、所定の製品サイズとなるよう光学多層膜付きガラス部材10を、公知の方法(スクライブ、ダイシング、レーザー切断等)を用いて切断する。
 次に、本発明の他の実施形態を図2に示す。この実施形態は、ガラス基板の両面に密着強化膜および光学多層膜を備える点で上述の実施形態と相違する。
  この実施形態の光学多層膜付きガラス部材20としては、ガラス基板1のそれぞれの主表面に以下の機能を備える光学多層膜3、4を形成し、ガラス基板1と光学多層膜3との間およびガラス基板1と光学多層膜4との間に密着強化膜2を備える。この実施態様の具体的な構成を示す。ガラス部材20の一方の面から他方の面に向けて、積層する順に構成を示すと、例えば、反射防止膜/密着強化膜/ガラス基板/密着強化膜/反射防止膜、反射防止膜/密着強化膜/ガラス基板/密着強化膜/赤外線遮蔽膜、赤外線遮蔽膜/密着強化膜/ガラス基板/密着強化膜/赤外線遮蔽膜、赤外線遮蔽膜/密着強化膜/ガラス基板/密着強化膜/紫外線および赤外線遮蔽膜等である。
 以下に、本発明を実施するための具体的な態様について説明する。なお、以下の説明は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿った形での改変であれば可能である。
 実施例および比較例の光学多層膜付きガラス部材として、以下のガラス基板と光学多層膜を用いた。なお、例1~例7および例11~例15は本発明の実施例、例8~例10は比較例、例16は参考例である。
  ガラス基板として、板状の燐酸塩ガラス(ガラスAおよびガラスB、大きさ50mm×50mm、厚さ0.3mm)の主表面を精密研磨したものを用いた。ガラスAおよびガラスBのガラス組成および100~300℃の範囲における平均熱膨張係数を表1に示す。
  光学多層膜として、イオンアシストを用いた蒸着法にて前記ガラス基板の一方の主表面に形成した。イオンアシスト蒸着法を用いてガラス基板上に光学多層膜を形成した際のガラス基板の温度は128℃であった。光学多層膜の膜構成(膜材料、物理膜厚)を表2および表3に示す。表2に記載の光学多層膜(光学多層膜A)は、TiOとSiOとの交互膜(36層)により構成され、赤外線遮蔽膜として機能する。光学多層膜Bは、表2に記載の光学多層膜の1層から10層により構成される。表3に記載の光学多層膜(光学多層膜C)は、TiOとSiOとの交互膜(6層)により構成され、反射防止膜として機能する。なお、光学多層膜は、第1層目(表では、1Lと表記)がガラス基板側となる配置である。
  また、各実施例において、以下に述べる密着強化膜を前記ガラス基板と前記光学多層膜との間に設けた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 実施例および比較例の光学多層膜付きガラス部材の膜密着性の評価は、以下のようにして実施した。まず、ガラス部材の光学多層膜の膜面上に一般的なガラス切り(ダイアモンドカッター)を用いて、間隔約2mm、長さ10mm程度の傷をガラス基板に到達するようにして、格子状に形成する。次いで、JIS Z1522で規定された粘着テープ(幅12~19mm)を格子状の傷上に貼り付け、この粘着テープを光学多層膜の膜面に対して垂直方向に素早く引張り、光学多層膜の膜ハガレの発生の様子を確認した。
 膜密着性の評価基準として、膜ハガレが全くないものを○、格子状の傷の一部を起点とした線状の膜ハガレがわずかに発生したものを○~△、格子状の傷の一部を起点とした面状の膜ハガレが部分的に発生したものを△、面状の膜ハガレがテープ面の大部分に発生したものを×とした。
 実施例および比較例の光学多層膜付きガラス部材の高温高湿試験は、以下のようにして実施した。ガラス部材を、5mm×5mmのサイズに切断した後、温度:85℃、湿度:85%の雰囲気環境下に120時間保持する。次いで、前記雰囲気から取り出したガラス部材を目視で観察し、光学多層膜のハガレや浮きの有無を確認した。高温高湿試験の評価基準として、光学多層膜のハガレや浮きがないものを○、有るものを×とした。
 実施例および比較例の光学多層膜付きガラス部材の加圧クッカー釜テスト(PCT:プレッシャークッカー・テスト)は、以下のようにして実施した。ガラス部材を、5mm×5mmのサイズに切断もしくは膜密着性試験と同様の傷をガラス基板に到達するように形成した後、ガラス部材を加圧クッカー釜に入れ、温度:121℃、湿度:100%RH、圧力:2.1気圧の雰囲気環境下に12時間保持する。次いで、前記雰囲気から取り出したガラス部材を目視で観察し、光学多層膜のハガレや浮きの有無を確認した。PCTの評価基準として、光学多層膜のハガレや浮きがないものを○、有るものを×とした。
 (例1)
  ガラス基板としてガラスAを用い、密着強化膜として、弗化マグネシウム(MgF)膜(60nm)を、イオンアシストを用いない蒸着法(成膜時の真空度:1×10-4Pa)にてガラス基板の一方の主表面に形成した。次いで、前述の光学多層膜Aをイオンアシスト蒸着法により形成した。なお、密着強化膜は、光学多層膜の光学特性に影響を及ぼさなかった。
 (例2)
  ガラス基板としてガラスAを用い、密着強化膜として、弗化マグネシウム(MgF)膜(60nm)を、イオンアシストを用いない蒸着法(成膜時の真空度:1×10-3Pa)にてガラス基板の一方の主表面に形成した。次いで、前述の光学多層膜Aをイオンアシスト蒸着法により形成した。なお、密着強化膜は、光学多層膜の光学特性に影響を及ぼさなかった。
 (例3)
  ガラス基板としてガラスAを用い、密着強化膜として、弗化マグネシウム(MgF)膜(60nm)を、イオンアシストを用いない蒸着法(成膜時の真空度:2×10-3Pa)にてガラス基板の一方の主表面に形成した。次いで、前述の光学多層膜Aをスパッタリング法により形成した。なお、密着強化膜は、光学多層膜の光学特性に影響を及ぼさなかった。
 (例4)
  ガラス基板としてガラスAを用い、密着強化膜として、酸化アルミニウム(Al)と酸化ジルコニウム(ZrO)との混合物膜(60nm)を、イオンアシストを用いない蒸着法(成膜時の真空度:9×10-3Pa)にてガラス基板の一方の主表面に形成した。次いで、前述の光学多層膜Aをスパッタリング法により形成した。なお、密着強化膜は、光学多層膜の光学特性に影響を及ぼさなかった。
 (例5)
  ガラス基板としてガラスAを用い、密着強化膜として、酸化アルミニウム(Al)と酸化ジルコニウム(ZrO)との混合物膜(60nm)を、イオンアシストを用いない蒸着法(成膜時の真空度:2×10-2Pa)にてガラス基板の一方の主表面に形成した。次いで、前述の光学多層膜Aをスパッタリング法により形成した。なお、密着強化膜は、光学多層膜の光学特性に影響を及ぼさなかった。
 (例6)
  ガラス基板としてガラスAを用い、密着強化膜として、弗化マグネシウム(MgF)膜(60nm)を、イオンアシストを用いない蒸着法(成膜時の真空度:1×10-4Pa)にてガラス基板の一方の主表面に形成した。次いで、前述の光学多層膜Cをスパッタリング法により形成した。なお、密着強化膜は、光学多層膜の光学特性に影響を及ぼさなかった。
 (例7)
  ガラス基板としてガラスAを用い、密着強化膜として、酸化アルミニウム(Al)と酸化ジルコニウム(ZrO)との混合物膜(60nm)を、イオンアシストを用いない蒸着法(成膜時の真空度:9×10-3Pa)にてガラス基板の一方の主表面に形成した。次いで、前述の光学多層膜Cをスパッタリング法により形成した。なお、密着強化膜は、光学多層膜の光学特性に影響を及ぼさなかった。
 (例8)
  ガラス基板(ガラスA)の一方の主表面に、密着強化膜を用いず、前述の光学多層膜Aをイオンアシスト蒸着法により形成した。
 (例9)
  ガラス基板(ガラスA)の一方の主表面に、密着強化膜を用いず、前述の光学多層膜Aをイオンアシストを用いない蒸着法により形成した。
 (例10)
  ガラス基板(ガラスA)の一方の主表面に、密着強化膜を用いず、前述の光学多層膜Cをスパッタリング法により形成した。
 (例11)
  ガラス基板(ガラスA)の一方の主表面に、密着強化膜として、ガラス基板側から酸化チタン(TiO)膜(10nm)、酸化珪素(SiO)膜を(100nm)の順で、イオンアシストを用いない蒸着法にて形成した。次いで、前述の光学多層膜Aをイオンアシスト蒸着法により形成した。
 (例12)
  ガラス基板(ガラスA)の一方の主表面に、密着強化膜として、酸化チタン(TiO)膜(60nm)を、イオンアシストを用いない蒸着法にて形成した。次いで、前述の光学多層膜Bをスパッタリング法により形成した。
 (例13)
  ガラス基板(ガラスA)の一方の主表面に、密着強化膜として、酸化珪素(SiO)膜(60nm)を、イオンアシストを用いない蒸着法にて形成した。次いで、前述の光学多層膜Bをスパッタリング法により形成した。
 (例14)
  ガラス基板(ガラスA)の一方の主表面に、密着強化膜として、弗化マグネシウム(MgF)膜(60nm)を、イオンアシストを用いない蒸着法にて形成した。次いで、前述の光学多層膜Cをイオンアシストを用いない蒸着法により形成した。
 (例15)
  ガラス基板(ガラスA)の一方の主表面に、密着強化膜として、酸化アルミニウム(Al)と酸化ジルコニウム(ZrO)との混合物膜(60nm)を、イオンアシストを用いない蒸着法にて形成した。次いで、前述の光学多層膜Cをイオンアシストを用いない蒸着法により形成した。
 (例16)
  ガラス基板(ガラスB)の一方の主表面に、密着強化膜を用いず、前述の光学多層膜Aをスパッタリング法により形成した。
 なお、上記した例において、各膜の後の括弧書きで表記した数字は、その膜の膜厚である。
 上述した実施例、比較例および参考例の膜密着性、高温高湿試験、PCTの評価結果を表4にまとめて示す。
 なお、同表において、「IAD」の表記は、「イオンアシスト蒸着法」を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表4に記載の評価結果から、ガラス基板と光学多層膜との間にイオンアシストを用いない蒸着法にて形成した密着強化膜を介在することで、ガラス基板と光学多層膜との密着性を向上することができる。また、密着強化膜として、ガラス基板と光学多層膜との間への水分の浸透を抑制することができる弗化マグネシウム膜等を用いると、高温高湿試験やPCTにおいて、膜のハガレや浮きが発生せず、ガラス部材に高温高湿の環境下における高い耐候性を付与することができる。
 光学多層膜の物理膜厚が薄い場合(例えば、光学多層膜Cの場合)、厚い場合(例えば、光学多層膜Aの場合)と比較して、高温高湿試験やPCTの結果が悪くなる傾向がある。これは、光学多層膜が薄いために、ガラス基板上のノジュールの影響が顕著に表れることが理由として考えられる。しかしながら、例6や例7に示すように、密着強化膜を用いることで、光学多層膜が薄い場合であっても、高温高湿試験やPCTにおいて良好な結果が得られる。
 他方、例8~10に示すように、密着強化膜を用いないと、ガラス基板と光学多層膜との密着性が不十分な場合がある。
  また、例11および例12に示すように、密着強化膜として、ガラス基板と光学多層膜との間への水分の浸透を抑制することができない膜(TiO)を用いると、膜密着性は良好であるものの、高温高湿試験やPCTにおいて、膜のハガレや浮きが発生し、ガラス部材の高温高湿の環境下における十分な耐候性が得られない。
 また、例13に示すように、密着強化膜として、ガラス基板と光学多層膜との間への水分の浸透を抑制することができる膜(SiO)を用いると、高温高湿試験やPCTは良好であるものの、膜密着性が十分得られずガラス基板を切断する際に、膜ハガレが懸念される。
 本発明の光学多層膜付きガラス部材および近赤外線カットフィルタガラスは、ガラス基板と光学多層膜との密着性が高く、例えば光学多層膜付きガラス部材を切断する際に膜ハガレが抑制される。また、高温高湿の環境下における化学的耐久性が高い光学多層膜付きガラス部材および近赤外線カットフィルタガラスを得ることができ、CCDやCMOSなどの固体撮像素子の視感度補正フィルタ等として有用である。
 なお、2013年8月29日に出願された日本特許出願2013-178049号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。

Claims (9)

  1.  燐酸塩ガラス基板上に光学多層膜が形成された光学多層膜付きガラス部材であって、前記燐酸塩ガラス基板と前記光学多層膜との間に密着強化膜が形成されており、
    前記光学多層膜は、スパッタリング法もしくはイオンアシスト蒸着法により形成されたものであり、前記密着強化膜は、イオンアシストを用いない蒸着法にて形成されたものであることを特徴とする光学多層膜付きガラス部材。
  2.  前記燐酸塩ガラス基板は、100~300℃の範囲における平均熱膨張係数が85~125×10-7-1であることを特徴とする請求項1に記載の光学多層膜付きガラス部材。
  3.  前記密着強化膜は、前記燐酸塩ガラス基板と前記光学多層膜との間への水分の浸透を抑制することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光学多層膜付きガラス部材。
  4.  前記密着強化膜は、酸化アルミニウム(Al)と酸化ジルコニウム(ZrO)との混合物、弗化マグネシウム(MgF)、および酸化アルミニウム(Al)からなる群から選ばれる少なくとも一種以上の材料からなることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の光学多層膜付きガラス部材。
  5.  前記密着強化膜は、前記光学多層膜の光学特性に実質的に影響を与えないことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の光学多層膜付きガラス部材。
  6.  前記密着強化膜の膜厚が、30nm~200nmであることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の光学多層膜付きガラス部材。
  7.  前記光学多層膜は、反射防止膜、赤外線遮蔽膜、紫外線遮蔽膜、紫外線および赤外線遮蔽膜からなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の光学多層膜付きガラス部材。
  8.  請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の前記光学多層膜付きガラス部材からなる近赤外線カットフィルタガラス。
  9.  燐酸塩ガラス基板上にイオンアシストを用いない蒸着法により密着強化膜を形成し、次いで当該密着強化膜上にスパッタリング法もしくはイオンアシスト蒸着法により光学多層膜を形成することを特徴とする光学多層膜付きガラス部材の製造方法。
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