説明

光学多層膜基材

【課題】高屈折率膜と低屈折率膜との境界で剥離を起こさない光学多層膜基材を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の光学多層膜基材は、基材上に、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した光学多層膜を形成した光学多層膜基材において、下層に位置する高屈折率膜とその上層に位置する低屈折率膜との間に、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜を形成してなることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学多層膜基材、特に基材上に、高屈折率材料と低屈折率材料とを用いた光学多層膜を形成した光学多層膜基材に関するものである。
【背景技術】
【0002】
光学多層膜は、ガラス基板やプラスチック基板上に形成され、例えば、リフレクタ等の反射鏡の高反射膜、IRカットフィルタ等の光学フィルタの干渉膜、ディスプレイ等の反射防止膜として使用されている。これらの光学多層膜は、低屈折率の膜と、高屈折率の膜を交互に積層した多層膜からなり、低屈折率の膜材料としては、酸化ケイ素が、高屈折率の膜としては、酸化ニオブが代表的である。これらの膜材料は、比較的安価で、しかも安定した光学特性が得られるため、多用されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
【特許文献1】特開2001−116921号公報
【特許文献2】特開2006−337770号公報
【特許文献3】特開2007−35404号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、特許文献1〜3に記載の光学多層膜において、非常に低い確率ではあるが、酸化ケイ素膜と酸化ニオブ膜との境界で剥離が生じるという問題があった。またこの剥離傾向は、成膜速度とともに悪化することがわかった。
【0004】
本発明は、このような事情に鑑みて成されたものであり、高屈折率膜と低屈折率膜との境界で剥離を起こさない光学多層膜基材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者は、光学多層膜の剥離は、基材上に形成した下層に位置する高屈折率膜とその上層に位置する低屈折率膜との間で剥離することを発見し、高屈折率膜と低屈折率膜との間に低屈折率材料と高屈折率材料とからなる混合膜を形成することによって、高屈折率膜と低屈折率膜との境界で剥離を起こさないことを見出し、本発明として提案するものである。
【0006】
すなわち、本発明の光学多層膜基材は、基材上に、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した光学多層膜を形成した光学多層膜基材において、下層に位置する高屈折率膜とその上層に位置する低屈折率膜との間に、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜を形成してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明の光学多層膜は、上記した構成を有しているため、高屈折率膜と低屈折率膜との境界で剥離しにくい。すなわち、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜が高屈折率膜とおよび低屈折率膜との結合性を向上させ、剥離を防止するからである。その結果、成膜速度を上げても剥離することがない。尚、上記高屈折率材料と低屈折率材料は、それぞれ高屈折率膜を構成する材料と低屈折率膜を構成する材料と異なっていても良いが、同一であることがより好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
上記した構成において、下層に位置する低屈折率膜とその上層に位置する高屈折率膜の間にも、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜を形成してなることが好ましい。このようにすれば、より光学多層膜の剥離を防止する効果が増す。
【0009】
上記した構成において、基材が低屈折率膜と同じ成分を含有する材料からなり、基材と高屈折率膜との間にも、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜を形成してなることが好ましい。このようにすれば、基板と高屈折率膜との間の剥離を防止することができる。
【0010】
上記した構成において、混合膜は、物理膜厚が1〜30nmであることが好ましい。このようにすれば、混合膜を高屈折率膜と低屈折率膜との間に形成しても、低屈折率膜や高屈折率膜の膜数は変えることなく、わずかに膜厚を変化させるだけで、光学多層膜の光学特性は変化することが少なく、剥離を防止することができる。また混合膜を形成して膜数が増加しても、光学多層膜の全物理膜厚は、殆ど変化することがないため、剥離せずに成膜速度を上げられる分だけ、光学多層膜の生産効率が高くなる。すなわち、混合膜の物理膜厚が1nmよりも薄いと、高屈折率膜と低屈折率膜間の剥離を防止できず、30nmよりも厚いと光学多層膜の光学特性に大きく関与するようになり、低屈折率膜や高屈折率膜の膜数や膜厚を大きく変えないと所望の光学特性が得られなくなる。場合によっては、光学多層膜の全物理膜厚が厚くなることも考えられ、成膜速度を上げられることの生産効率上のメリットを享受できなくなることもある。混合膜の物理的膜厚のより好ましい範囲は、2〜20nmである。
【0011】
上記した構成において、混合膜中の高屈折率材料の含有比率は、質量%で、20〜80%であることが好ましい。すなわち高屈折率材料の含有比率が20%よりも低いと、混合膜と高屈折率膜との結合が弱くなり、80%よりも高いと、混合膜と低屈折率膜との結合が弱くなるため好ましくない。
【0012】
上記した構成において、混合膜は、高屈折率膜から低屈折率膜又は基材へ向かって高屈折率材料の含有率が100%から0%(低屈折率材料の含有率が0%から100%)に漸次変化した膜からなることが好ましい。このようにすれば、さらに高屈折率膜と低屈折率膜(基材)との間での剥離防止効果が高くなる。
【0013】
高屈折率膜や混合膜を構成する高屈折率材料としては、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ハフニウム又は酸化アルミニウムが、低屈折率膜や混合膜を構成する低屈折率材料としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム又はフッ化マグネシウムが使用可能であるが、特に、高屈折率膜が酸化ニオブ膜、低屈折率膜が酸化ケイ素膜、混合膜が酸化ニオブと酸化ケイ素の混合膜であることが好ましい。このようにすれば、光学多層膜の剥離防止効果が顕著になる。
【0014】
また、上記した構成において、基材が酸化ケイ素を含有する材料からなり、基材と酸化ニオブ膜との間にも、酸化ケイ素と酸化ニオブとからなる混合膜が形成されてなることが好ましい。このようにすれば、基板と酸化ニオブ膜との間の剥離を防止することができる。
【0015】
本発明の光学多層膜は、スパッタ法、物理蒸着法、イオンプレーティング法等の成膜方法によって形成することが可能である。
【実施例】
【0016】
以下に、本発明による実施例を、図および表に基づいて説明する。図1は、本発明の光学多層膜基材の説明図であり、図2は、実施例2のダイシング試験による剥離状態を示す写真であり、図3は、比較例2のダイシング試験による剥離状態を示す写真である。表1は、本発明の実施例1、2の膜構成を示し、表2は比較例1、2の膜構成を示す。尚、表1において、Lは酸化ケイ素膜を、Hは酸化ニオブ膜を、混合膜は、酸化ケイ素及び酸化ニオブからなる混合膜を示し、数字は物理膜厚(nm)を示す。
【0017】
【表1】

【0018】
【表2】

【0019】
図1に示すように、実施例1の光学多層膜基材10は、ガラス基材G側から、酸化ニオブ膜1と酸化ケイ素膜2とを交互に積層してあり、ガラス基材Gと酸化ニオブ膜1との間、及び酸化ニオブ膜1と酸化ケイ素膜2との全ての間に、酸化ニオブと酸化ケイ素との混合膜3を形成してあり、実施例2は、実施例1と同様の膜構成であるが、ガラス基板G上に酸化ケイ素膜2を形成してある点が実施例1と異なる。
【0020】
一方、比較例1の光学多層膜基材は、ガラス基材側から、酸化ニオブ膜と酸化ケイ素膜とを交互に積層してあり、ガラス基材と酸化ニオブ膜との間、及び酸化ニオブ膜と酸化ケイ素膜との全ての間には、酸化ニオブと酸化ケイ素との混合膜は形成しておらず(図示せず)、比較例2は、比較例1と同様の膜構成であるが、ガラス基板上に酸化ケイ素膜を形成してある点が比較例1と異なる。
【0021】
これら全ての膜は、スパッタ法を用いて形成したものであり、酸化ニオブと酸化ケイ素との混合膜中の酸化ニオブの含有率は、質量%表示で、55%である。また実施例1及び比較例1のガラス基板は、結晶化ガラス(日本電気硝子社製、ネオセラム:N−0)を使用し、実施例2及び比較例2のガラス基板は無アルカリガラス(日本電気硝子社製、OA−10)を使用した。
【0022】
また、実施例3として、混合膜が、酸化ニオブ膜から酸化ケイ素膜(基板ガラス)へ向かって酸化ニオブの含有率が100%から0%(酸化ケイ素の含有率が0%から100%)に漸次変化した膜からなっている以外は実施例2と同様に構成されている試料も作成した。
【0023】
実施例1及び比較例1の光学多層膜(リフレクタの反射膜)の剥離性を調べるために、テープによる引き剥がしテストを行った。具体的には、上記した実施例1及び比較例1の光学多層膜を80℃−80%の高温高湿雰囲気に24時間放置後、さらに615℃で15分間保持−室温で15分間放置を3回繰り返す熱処理サイクル試験を行った後、膜表面に粘着テープ(3M社製、スコッチテープ:610−PK)を貼り付けて引き剥がし、膜が剥離するかどうかを調べ、300個の試験体中に膜剥がれが発生した個数で剥離性を評価した。その結果を、表3に示す。
【0024】
【表3】

【0025】
表3からわかるように、実施例1は、300個の試験体中1個も膜剥がれが発生しなかった。表1、2から判るように、実施例1は、比較例1と比べ膜数は略2倍になっているが、光学多層膜としての物理膜厚は、略同じであるため、成膜時間を比較例1の略半分にすることができた(成膜速度を比較例1の略2倍にすることができた)。
【0026】
一方、比較例1は、1/6の確率で膜剥がれが生じた。
【0027】
実施例2、3及び比較例2の光学多層膜(IRカットフィルタ)の剥離性を調べるために、ダイシング試験を行った。具体的には、光学多層膜が形成された側に、ダイヤモンドブレードを備えたダイシングマシンで十字に光学多層膜を完全に貫通するように溝を形成し、溝の端面に膜剥がれがないかどうかを調べた。
【0028】
図2、3からわかるように、実施例2では、溝の端縁にほとんど膜剥がれは観察されなかったが、比較例2では、溝の端縁において、膜剥がれの発生が観察された。また実施例3も実施例1と同様に膜剥がれは観察されなかった。さらに、表1、2から判るように、実施例2は、比較例2と比べ膜数は2倍になっているが、光学多層膜としての物理膜厚は、略同じであるため、成膜時間を比較例2の略半分にすることができた(成膜速度を比較例2の略2倍にすることができた)。
【0029】
また、実施例2、3及び比較例2の光学多層膜(IRカットフィルタ)の剥離性を定量的に評価するために、ダイシング試験後に、上記と同様のテープによる引き剥がしテストを行い剥離性を評価した。その結果を表4に示す。
【0030】
表4からわかるように、比較例2では、全数膜剥がれが発生したが、実施例2では、膜剥がれの発生率は2割にとどまり、実施例3においては、膜剥がれは全く発生しなかった。
【0031】
【表4】

【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の光学多層膜基材の説明図である。
【図2】実施例2のダイシング試験による剥離状態を示す写真である。
【図3】比較例2のダイシング試験による剥離状態を示す写真である。
【符号の説明】
【0033】
G ガラス基板
1 酸化ニオブ膜
2 酸化ケイ素膜
3 混合膜
10 光学多層膜基材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材上に、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した光学多層膜を形成した光学多層膜基材において、下層に位置する高屈折率膜とその上層に位置する低屈折率膜との間に、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜を形成してなることを特徴とする光学多層膜基材。
【請求項2】
下層に位置する低屈折率膜とその上層に位置する高屈折率膜の間にも、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜を形成してなることを特徴とする請求項1に記載の光学多層膜基材。
【請求項3】
基材が低屈折率膜と同じ成分を含有する材料からなり、基材と高屈折率膜との間にも、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜を形成してなることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学多層膜基材。
【請求項4】
混合膜は、物理膜厚が1〜30nmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光学多層膜基材。
【請求項5】
高屈折率膜が酸化ニオブ膜、低屈折率膜が酸化ケイ素膜、混合膜が酸化ニオブと酸化ケイ素の混合膜であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光学多層膜基材。
【請求項6】
基材が酸化ケイ素を含有する材料からなり、基材と酸化ニオブ膜との間にも、酸化ケイ素と酸化ニオブとからなる混合膜が形成されてなることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光学多層膜基材。
【請求項7】
混合膜中の高屈折率材料の含有比率は、質量%で、20〜80%であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の光学多層膜基材。
【請求項8】
混合膜は、高屈折率膜から低屈折率膜又は基材へ向かって高屈折率材料の含有率が100%から0%に漸次変化した膜からなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の光学多層膜基材。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2009−31741(P2009−31741A)
【公開日】平成21年2月12日(2009.2.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−82400(P2008−82400)
【出願日】平成20年3月27日(2008.3.27)
【出願人】(000232243)日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Fターム(参考)】