光学薄膜及び光学薄膜の成膜方法
【課題】透明導電性物質層をイオンビームアシスト真空蒸着法によって成膜する場合、厳密な成膜速度の制御が難しいため、安定して高い導電性を得ることが難しかった。
【解決手段】イオンビーム量を、透明導電性物質層が着色しない範囲で連続的に変化させることで屈折率傾斜膜として、一つの透明導電性物質層の中に、最適な成膜速度とイオンビーム量の関係で成膜された膜厚部分を作ることを特徴とする光学薄膜を提供する。
【解決手段】イオンビーム量を、透明導電性物質層が着色しない範囲で連続的に変化させることで屈折率傾斜膜として、一つの透明導電性物質層の中に、最適な成膜速度とイオンビーム量の関係で成膜された膜厚部分を作ることを特徴とする光学薄膜を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性を有する薄膜を成膜させた光学薄膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
透明な基板上に透明な多層膜を設けて、表面反射率制御する技術は、特許文献１及び２に示されるように、広く用いられている。特に、レンズやカバーガラス等、空気に面する界面に設けることで基板の屈折率に因らない光学特性が得られることが特徴である。しかし、一方で空気に接すると空気中を浮遊している埃が付着してしまうため、設計した光学特性から性能が低下してしまうことが問題であった。埃の付着が起こる原因の一つとして、多層膜が若干の静電気を帯びることが挙げられる。透明な多層膜は、誘電体を積層して構成されることが多いことから、摩擦などの刺激によって誘電分極が起こり、表面に静電気を帯びやすい。対策として、表面から静電気を逃がすことによって、埃の付着を減らすことができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３４３７１６号公報
【特許文献２】特開平９−８０２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
酸化インジウムに少量の酸化錫を混合させた物質（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）に代表される透明導電性物質の薄膜を成膜する手法として、最も広く用いられているのはスパッタ法である。減圧条件で薄膜を成膜する手法として広く用いられている真空蒸着法は、透明導電性物質の成膜方法としてはあまり用いられていない。透明導電性物質を真空蒸着法で成膜する場合は、蒸着源を加熱して蒸発させるときに酸素の解離が起こってしまうため、基板に成膜するためには新たな酸化を補助しなければならない。基板上で何らかの反応を起こすために、同時にイオンビームを照射する手法として、イオンビームアシスト法が用いられる。酸化反応を起こす場合は、酸素イオンビームを照射することが多い。適度な酸化状態を作るためには、透明導電性物質の基板への成膜速度と、酸化反応を起こすための酸素イオンビーム量の関係が重要である。成膜速度が大きすぎて酸化が十分でないときは膜が着色し、成膜速度が小さくて酸化が十分になると、透明だが導電性の低い膜ができる。イオンビームアシスト法による真空蒸着法において、透明導電性物質の蒸着源の蒸発速度をコントロールするには蒸着源の加熱を、酸素イオンビーム量をコントロールするにはイオン源からの加速電流値をコントロールする。しかし、加熱量を制御しても細かい蒸発速度の制御までは難しいため、一定の成膜条件で高い導電性を有する透明導電性物質を安定に成膜することが難しくなっているのである。真空チャンバーにアルゴンや酸素を導入して、真空度を調節して改善を図ったが、成膜バッチによって導電性が変化することは抑えられず、安定して高い導電性を有する膜を成膜し続けることは、極めて困難であった。本発明では以上の課題を解決し、真空蒸着法での細かい条件変化にも対応できる透明導電性物質の成膜法を示す。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
まず、埃の付着を減少させる効果を作ることができるような膜の導電性について調べたところ、ほぼ１×１０8Ω／□（オーム／スクエア）以下の抵抗値であることを見出した。次に、真空蒸着法で、透明導電性物質の単層で常に高い導電性を有することができるような蒸着法を鋭意検討した。酸素イオンビーム量を制御することは容易であるが、透明導電性物質の蒸発速度を細かく制御することは困難であり、電子ビーム加熱の場合では、電子ビーム条件を一定に保っても、真空度等の要因によって蒸発速度は若干ずれることが多かった。成膜の度に真空度等の条件を一定にするのは時間がかかるため、生産性を落とすことになる。
【０００６】
本発明者は、一層の透明導電性物質層の中に、高い導電性を有する膜厚部分を作り出すことができれば、十分な導電性を持つ層を作ることができることを見出した。
【０００７】
蒸発速度は同一加熱条件でも変化しやすいので、酸素イオンビーム量を大きく変化させることで、成膜状態に変化をつけたところ、透明で比較的高い導電性を有する透明導電性物質層を作ることができた。一様に最適条件で成膜することができた透明導電性物質層に比べると導電性は低くなるが、成膜回数を重ねても導電性のばらつきは少なくて、必要なレベルを得るには十分であることがわかった。前記目的を達成するために、以下に示す発明をした。
【０００８】
第一に示す発明は、透明基板上に形成された、透明導電性物質の薄膜を含む透明な多層膜であって、前記透明導電性物質からなる薄膜の屈折率が、膜厚方向に１．９０から２．１５の範囲内で連続的に変化した屈折率傾斜膜を少なくとも１層含み、且つ多層膜の表面抵抗値が、１×１０8Ω／□以下であることを特徴とする光学薄膜に関するものである。
【０００９】
第二に示す発明は、前記透明導電性物質が、酸化錫または酸化錫と該酸化錫の重量比で０．５％から１０％の酸化アンチモンを含ませた化合物からなり、且つ第一に示す発明の特徴を有する光学薄膜に関するものである。
【００１０】
第三に示す発明は、前記透明導電性物質が、酸化亜鉛または酸化亜鉛と該酸化亜鉛の重量比で１％から４５％の酸化錫を含ませた化合物からなり、且つ第一に示す発明の特徴を有する光学薄膜に関するものである。
【００１１】
第四に示す発明は、前記透明導電性物質が、酸化インジウムと該酸化インジウムの重量比で２％から１０％の酸化錫を含ませた化合物からなり、且つ第一に示す発明の特徴を有する光学薄膜。
【００１２】
第一乃至第四の発明によれば、多層膜として表面への埃の付着を減らす効果的な導電性を実現して、且つ光学薄膜として必要な透明度を有する多層膜を作ることに効果がある。
【００１３】
第五に示す発明は、透明基板上に、透明導電性物質の薄膜を含む透明な多層膜を成膜する方法であって、前記透明導電性物質を酸素イオンビームアシストしながら真空蒸着法によって成膜するとき、成膜速度を一定に保ちながら酸素イオンビームの量を成膜中に連続的に増大または減少させて、屈折率が膜厚方向に１．９０から２．１５の範囲内で連続的に変化させた屈折率傾斜膜を少なくとも１層以上成膜して、前記多層膜の表面抵抗値が１×１０8Ω／□以下であることを特徴とする光学薄膜の成膜方法に関するものである。
【００１４】
第六に示す発明は、前記屈折率傾斜膜を、酸素イオンビームアシストしながら真空蒸着法によって成膜するとき、酸素イオンビームの量を一定に保ちながら前記透明導電性物質の成膜速度を連続的に減少または増大させて成膜して、屈折率が膜厚方向に１．９０から２．１５の範囲内で連続的に変化させた屈折率傾斜膜を少なくとも１層以上成膜して、前記多層膜の表面抵抗値が１×１０8Ω／□以下であることを特徴とする光学薄膜の成膜方法に関するものである。
【００１５】
第五、第六の発明によれば、酸素イオンビームアシストしながら真空蒸着法によって、第一乃至第三に示した発明によって得られる多層膜を、満足する表面抵抗値と透明度を安定して成膜する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［実施例１］
図１−ａに酸化錫（ＳｎＯ2）層を含む多層膜を成膜したガラス基板のモデルを示す。図１−ｂにガラス基板に成膜された多層膜のモデルを示す。なお、便宜上図１−ａ、図１−ｂは誇張されて描かれている。屈折率１．５３のガラス基板の上に５層からなるＳｎＯ2層を含む多層膜を成膜した。その設計主波長λ０は５２０ｎｍである。
【００１７】
第１層１１に、０．０９λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層（屈折率１．４６）、
第２層１２に、０．１５λ０の光学的膜厚を持つＺｒＯ2層（屈折率２．０２）
第３層１３に、０．０５λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層、
第４層１４に、０．２６λ０の光学的膜厚を持つ屈折率傾斜膜のＳｎＯ2層（屈折率は、第３層側から第５層側へ向けて１．９８から２．０６へと変化する）、
第５層１５に、０．２７λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層
を順次積層してなる多層膜を成膜した。成膜した多層膜の膜厚は、２３０ｎｍから２４０ｎｍ程度である。第１層から第５層まで、蒸着源の加熱は電子ビームを照射することによって行い、各層の成膜中の条件は一定にした。第４層のＳｎＯ2層成膜には酸素イオンビーム照射を同時に行い、成膜中に酸素イオンビーム量を連続的に増大させた。表１に第４層の成膜条件を示す。
【００１８】
【表１】
加速電圧とは、酸素イオンを基板へ向けて引き出すときの電位差のことである。バイアス電流値とは、酸素イオンの持つ電荷を中和するための電荷移動量のことである。
【００１９】
７バッチの多層膜サンプルを同一条件で作製して、それらの表面抵抗値を測定した結果、６．０×１０6Ω／□から５．６×１０7Ω／□の値を示した。また多層膜の着色は無くて、ガラス基板の外観は透明であった。
【００２０】
［実施例２］
図２―ａに、酸化亜鉛（ＺｎＯ）中に重量比で４０％のＳｎＯ2を含む層を含む多層膜を成膜したプラスチック基板のモデルを示す。図２−ｂにプラスチック基板に成膜された多層膜のモデルを示す。なお、便宜上図２−ａ、図２−ｂは誇張されて描かれている。屈折率１．６０のプラスチック基板の上に、主に金属酸化物微粒子と有機珪素化合物からなる、屈折率１．６０のハードコート層２０をディッピング方式によって成膜して、加熱することで硬化させた。ハードコート層の上に５層からなるＺｎＯ中に重量比で４０％のＳｎＯ２を含む層を含む多層膜を成膜した。その設計主波長λ０は５１５ｎｍである。
【００２１】
第１層２１に、０．１０λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層（屈折率１．４６）、
第２層２２に、０．１６λ０の光学的膜厚を持つＺｎＯ中に重量比で４０％のＳｎＯ2を含む層（屈折率２．０８）、
第３層２３に、０．０５λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層、
第４層２４に、０．２８λ０の光学的膜厚を持つ屈折率傾斜膜のＺｎＯ中に重量比で４０％のＳｎＯ2を含む層（屈折率は、第３層側から第５層側へ向けて１．９９から２．０８へと変化する）
第５層２５に、０．２８λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層
を順次積層してなる多層膜を成膜した。成膜した多層膜の膜厚は、２４０ｎｍから２５５ｎｍ程度である。第１層から第５層まで、蒸着源の加熱は電子ビームを照射することによって行い、各層の成膜中の条件は一定にした。第２層と第４層のＺｎＯ中に重量比で４０％のＳｎＯ2を含む層の成膜には酸素イオンビーム照射を同時に行った。第２層は屈折率傾斜膜とせずに、一定条件で酸素イオンビーム照射を行ったのに対し、第４層は酸素イオンビーム量を連続的に増大させた。表２に第２層と第４層の成膜条件を示す。
【００２２】
【表２】
７バッチの多層膜サンプルを同一条件で作製して、それらの表面抵抗値を測定した結果、３．３×１０7Ω／□から８．８×１０7Ω／□の値を示した。また、多層膜の着色は無くて、プラスチック基板の外観は透明であった。
【００２３】
［実施例３］
図３−ａに、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層を含む多層膜を成膜したプラスチック基板のモデルを示す。図３−ｂにプラスチック基板に成膜された多層膜のモデルを示す。なお、便宜上図３−ａ、図３−ｂは誇張されて描かれている。屈折率１．６６のプラスチック基板上に、主に金属酸化物微粒子と有機珪素化合物からなる、屈折率１．６７のハードコート層３０をスピンコート方式によって成膜して、加熱することで硬化させた。ハードコート層の上に４層からなるＩｎ2Ｏ3に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層を含む多層膜を成膜した。その設計主波長λ０は５１０ｎｍである。
【００２４】
第１層３１に、０．１０λ０の光学的膜厚を持つＴｉＯ2層（屈折率２．４１）、
第２層３２に、０．０４λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層（屈折率１．４６）、
第３層３３に、０．２６λ０の光学的膜厚を持つＩｎ2Ｏ3に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層（屈折率は、第２層側から第４層側へ向けて２．０２から２．１２へと変化する）、
第４層３４に、０．２７λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層
を順次積層してなる多層膜を成膜した。成膜した多層膜の膜厚は、２００ｎｍから２１０ｎｍ程度である。第１層から第４層まで、蒸着源の加熱は電子ビームを照射することによって行い、第３層を成膜するときのみ電子ビーム量を連続的に減少させて成膜した。第１層と第３層の成膜には、酸素イオンビーム照射を同時に行い、成膜中の条件は一定にした。表３に第２層と第４層の成膜条件を示す。
【００２５】
【表３】
７バッチの多層膜サンプルを同一条件で作製して、それらの表面抵抗値を測定した結果、２．０×１０6Ω／□から３．６×１０7Ω／□の値を示した。また、多層膜の着色は無くて、ガラス基板の外観は透明であった。
【００２６】
［比較例１］
図４−ａにＺｎＯ層を含む多層膜を成膜したガラス基板のモデルを示す。図４−ｂにガラス基板に成膜された多層膜のモデルを示す。なお、便宜上図４−ａ、図４−ｂは誇張されて描かれている。屈折率１．５３のガラス基板の上に５層からなるＺｎＯ層を含む多層膜を成膜した。その設計主波長は５１５ｎｍである。
【００２７】
第１層４１に、０．０８λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層（屈折率１．４６）、
第２層４２に、０．１５λ０の光学的膜厚を持つＩｎ2Ｏ3に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層（屈折率２．１０）、
第３層４３に、０．０５λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層、
第４層４４に、０．２６λ０の光学的膜厚を持つＩｎ2Ｏ3に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層、
第５層４５に、０．２７λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層、
を順次積層してなる多層膜を成膜した。成膜した多層膜の膜厚は、２３５ｎｍから２４５ｎｍ程度である。第１層から第５層まで、蒸着源の加熱は電子ビームを照射することによって行った。第２層と第４層のＩｎ2Ｏ3に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層層成膜には酸素イオンビーム照射を同時に行った。表４に第２層と第４層の成膜条件を示す。
【００２８】
【表４】
７バッチの多層膜サンプルを同一条件で作製して、それらの表面抵抗値を測定した結果、８．９×１０5Ω／□から７．５×１０12Ω／□の値を示した。また、多層膜の着色は無くて、ガラス基板の外観は透明であった。
【００２９】
［比較例２］
図５−ａにＳｎＯ２に重量比で３％の酸化アンチモン（Ｓｂ2Ｏ3）を含む層を含む多層膜を成膜したガラス基板のモデルを示す。図５−ｂにガラス基板に成膜された多層膜のモデルを示す。なお、便宜上図５−ａ、図５−ｂは誇張されて描かれている。屈折率１．５３のガラス基板の上に５層からなるＳｎＯ2層を含む多層膜を成膜した。その設計主波長は５００ｎｍである。
【００３０】
第１層５１に、０．０８λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層（屈折率１．４６）、
第２層５２に、０．０８λ０の光学的膜厚を持つＳｎＯ2に重量比で３％のＳｂ2Ｏ3を含む層（屈折率１．９５）、
第３層５３に、０．０５λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層、
第４層５４に、０．４７λ０の光学的膜厚を持つＳｎＯ2に重量比で３％のＳｂ2Ｏ3を含む層、
第５層５５に、０．２５λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層、
を順次積層してなる多層膜を成膜した。成膜した多層膜の膜厚は、２６０ｎｍから２７０ｎｍ程度である。第１層から第５層まで、蒸着源の加熱は電子ビームを照射することによって行った。第２層と第４層のＳｎＯ2に重量比で３％のＳｂ2Ｏ3を含む層の成膜には酸素イオンビーム照射を同時に行った。表５に第２層と第４層の成膜条件を示す。
【００３１】
【表５】
７バッチの多層膜サンプルを同一条件で作製して、それらの表面抵抗値を測定した結果、３．１×１０5Ω／□から８．３×１０7Ω／□の値を示した。ただし、多層膜の着色が起こったサンプルが有り、そのガラス基板の外観は少し茶色がかっていた。
【００３２】
実施例と比較例を比較する。
【００３３】
実施例１，２は、透明導電性物質層を成膜するときに、蒸着源加熱条件を一定にしながら酸素イオンビーム量を成膜開始から徐々に増やしていくことで屈折率傾斜膜としたのに対し、実施例３は、酸素イオンビーム量を一定にしながら蒸着源加熱条件を徐々に減らしていくことで屈折率傾斜膜とした。一方、比較例１，２は、透明導電性物質層を一定の酸素イオンビーム量と蒸着源加熱条件の下で成膜することで、屈折率が均一になるように成膜した。実施例１乃至３のように透明導電性物質層を屈折率傾斜膜とした場合、多層膜は透明で、且つ表面抵抗値は１桁のばらつきで収まっている。それに対して、比較例１のように、酸素イオンビーム量を多い条件で一定に保った場合は、多層膜は透明であるが、表面抵抗値のばらつきが大きくなってしまった。比較例２のように、酸素イオンビーム量を少ない条件で一定に保った場合は、表面抵抗値は小さくなるが、着色するサンプルが発生した。
【００３４】
酸素イオンビーム量が多いと、透明導電性物質の酸化が過剰になりやすく、電荷の移動に必要な分子格子欠陥を消滅させてしまうため、透明ではあるが抵抗が大きい膜を作ってしまう場合がある。逆に、酸素イオンビーム量が少ないと、透明導電性物質の酸化が不足しがちで、金属状態に近くなるため抵抗は小さくなるが、膜が着色する場合がある。比較例１、２とも、実施例の表面抵抗値よりも小さい値を示して、且つ外観も良好であったサンプルがあるのは、真空度や基板の状態と絡んで、生じた最適な条件で成膜できたものである。しかし、制御しきれない要因が変わってしまうと、不良なサンプルも作ってしまうことが問題である。
【００３５】
以上から、透明導電性物質層を成膜するときに、酸素イオンビーム量や成膜速度を連続的に変化させる手法は、効果的な導電性を安定して作ることのできる手法であることを確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例１に示した、ガラス基板表面に成膜された被膜のモデル。
【図２】実施例２に示した、プラスチック基板表面に成膜された被膜のモデル。
【図３】実施例３に示した、プラスチック基板表面に成膜された被膜のモデル。
【図４】比較例１に示した、ガラス基板表面に成膜された被膜のモデル。
【図５】比較例２に示した、ガラス基板表面に成膜された被膜のモデル。
【符号の説明】
【００３７】
１１，１３，１５…ＳｉＯ2層
１２…ＺｒＯ2層
１４…屈折率傾斜膜のＳｎＯ2層
２０…ハードコート層
２１，２３，３５…ＳｉＯ2層
２２…ＺｎＯ中に重量比で４０％のＳｎＯ2を含む層
２４…屈折率傾斜膜のＺｎＯ中に重量比で４０％のＳｎＯ2を含む層
３０…ハードコート層
３２，３４…ＳｉＯ2層
３１…ＴｉＯ2層
３３…屈折率傾斜膜のＩｎ2Ｏ3に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層
４１，４３，４５…ＳｉＯ2層
４２，４４…Ｉｎ2Ｏ3に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層
５１，５３，５５…ＳｉＯ2層
５２，５４…ＳｎＯ2に重量比で３％のＳｂ2Ｏ3を含む層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性を有する薄膜を成膜させた光学薄膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
透明な基板上に透明な多層膜を設けて、表面反射率制御する技術は、特許文献１及び２に示されるように、広く用いられている。特に、レンズやカバーガラス等、空気に面する界面に設けることで基板の屈折率に因らない光学特性が得られることが特徴である。しかし、一方で空気に接すると空気中を浮遊している埃が付着してしまうため、設計した光学特性から性能が低下してしまうことが問題であった。埃の付着が起こる原因の一つとして、多層膜が若干の静電気を帯びることが挙げられる。透明な多層膜は、誘電体を積層して構成されることが多いことから、摩擦などの刺激によって誘電分極が起こり、表面に静電気を帯びやすい。対策として、表面から静電気を逃がすことによって、埃の付着を減らすことができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３４３７１６号公報
【特許文献２】特開平９−８０２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
酸化インジウムに少量の酸化錫を混合させた物質（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）に代表される透明導電性物質の薄膜を成膜する手法として、最も広く用いられているのはスパッタ法である。減圧条件で薄膜を成膜する手法として広く用いられている真空蒸着法は、透明導電性物質の成膜方法としてはあまり用いられていない。透明導電性物質を真空蒸着法で成膜する場合は、蒸着源を加熱して蒸発させるときに酸素の解離が起こってしまうため、基板に成膜するためには新たな酸化を補助しなければならない。基板上で何らかの反応を起こすために、同時にイオンビームを照射する手法として、イオンビームアシスト法が用いられる。酸化反応を起こす場合は、酸素イオンビームを照射することが多い。適度な酸化状態を作るためには、透明導電性物質の基板への成膜速度と、酸化反応を起こすための酸素イオンビーム量の関係が重要である。成膜速度が大きすぎて酸化が十分でないときは膜が着色し、成膜速度が小さくて酸化が十分になると、透明だが導電性の低い膜ができる。イオンビームアシスト法による真空蒸着法において、透明導電性物質の蒸着源の蒸発速度をコントロールするには蒸着源の加熱を、酸素イオンビーム量をコントロールするにはイオン源からの加速電流値をコントロールする。しかし、加熱量を制御しても細かい蒸発速度の制御までは難しいため、一定の成膜条件で高い導電性を有する透明導電性物質を安定に成膜することが難しくなっているのである。真空チャンバーにアルゴンや酸素を導入して、真空度を調節して改善を図ったが、成膜バッチによって導電性が変化することは抑えられず、安定して高い導電性を有する膜を成膜し続けることは、極めて困難であった。本発明では以上の課題を解決し、真空蒸着法での細かい条件変化にも対応できる透明導電性物質の成膜法を示す。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
まず、埃の付着を減少させる効果を作ることができるような膜の導電性について調べたところ、ほぼ１×１０8Ω／□（オーム／スクエア）以下の抵抗値であることを見出した。次に、真空蒸着法で、透明導電性物質の単層で常に高い導電性を有することができるような蒸着法を鋭意検討した。酸素イオンビーム量を制御することは容易であるが、透明導電性物質の蒸発速度を細かく制御することは困難であり、電子ビーム加熱の場合では、電子ビーム条件を一定に保っても、真空度等の要因によって蒸発速度は若干ずれることが多かった。成膜の度に真空度等の条件を一定にするのは時間がかかるため、生産性を落とすことになる。
【０００６】
本発明者は、一層の透明導電性物質層の中に、高い導電性を有する膜厚部分を作り出すことができれば、十分な導電性を持つ層を作ることができることを見出した。
【０００７】
蒸発速度は同一加熱条件でも変化しやすいので、酸素イオンビーム量を大きく変化させることで、成膜状態に変化をつけたところ、透明で比較的高い導電性を有する透明導電性物質層を作ることができた。一様に最適条件で成膜することができた透明導電性物質層に比べると導電性は低くなるが、成膜回数を重ねても導電性のばらつきは少なくて、必要なレベルを得るには十分であることがわかった。前記目的を達成するために、以下に示す発明をした。
【０００８】
第一に示す発明は、透明基板上に形成された、透明導電性物質の薄膜を含む透明な多層膜であって、前記透明導電性物質からなる薄膜の屈折率が、膜厚方向に１．９０から２．１５の範囲内で連続的に変化した屈折率傾斜膜を少なくとも１層含み、且つ多層膜の表面抵抗値が、１×１０8Ω／□以下であることを特徴とする光学薄膜に関するものである。
【０００９】
第二に示す発明は、前記透明導電性物質が、酸化錫または酸化錫と該酸化錫の重量比で０．５％から１０％の酸化アンチモンを含ませた化合物からなり、且つ第一に示す発明の特徴を有する光学薄膜に関するものである。
【００１０】
第三に示す発明は、前記透明導電性物質が、酸化亜鉛または酸化亜鉛と該酸化亜鉛の重量比で１％から４５％の酸化錫を含ませた化合物からなり、且つ第一に示す発明の特徴を有する光学薄膜に関するものである。
【００１１】
第四に示す発明は、前記透明導電性物質が、酸化インジウムと該酸化インジウムの重量比で２％から１０％の酸化錫を含ませた化合物からなり、且つ第一に示す発明の特徴を有する光学薄膜。
【００１２】
第一乃至第四の発明によれば、多層膜として表面への埃の付着を減らす効果的な導電性を実現して、且つ光学薄膜として必要な透明度を有する多層膜を作ることに効果がある。
【００１３】
第五に示す発明は、透明基板上に、透明導電性物質の薄膜を含む透明な多層膜を成膜する方法であって、前記透明導電性物質を酸素イオンビームアシストしながら真空蒸着法によって成膜するとき、成膜速度を一定に保ちながら酸素イオンビームの量を成膜中に連続的に増大または減少させて、屈折率が膜厚方向に１．９０から２．１５の範囲内で連続的に変化させた屈折率傾斜膜を少なくとも１層以上成膜して、前記多層膜の表面抵抗値が１×１０8Ω／□以下であることを特徴とする光学薄膜の成膜方法に関するものである。
【００１４】
第六に示す発明は、前記屈折率傾斜膜を、酸素イオンビームアシストしながら真空蒸着法によって成膜するとき、酸素イオンビームの量を一定に保ちながら前記透明導電性物質の成膜速度を連続的に減少または増大させて成膜して、屈折率が膜厚方向に１．９０から２．１５の範囲内で連続的に変化させた屈折率傾斜膜を少なくとも１層以上成膜して、前記多層膜の表面抵抗値が１×１０8Ω／□以下であることを特徴とする光学薄膜の成膜方法に関するものである。
【００１５】
第五、第六の発明によれば、酸素イオンビームアシストしながら真空蒸着法によって、第一乃至第三に示した発明によって得られる多層膜を、満足する表面抵抗値と透明度を安定して成膜する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［実施例１］
図１−ａに酸化錫（ＳｎＯ2）層を含む多層膜を成膜したガラス基板のモデルを示す。図１−ｂにガラス基板に成膜された多層膜のモデルを示す。なお、便宜上図１−ａ、図１−ｂは誇張されて描かれている。屈折率１．５３のガラス基板の上に５層からなるＳｎＯ2層を含む多層膜を成膜した。その設計主波長λ０は５２０ｎｍである。
【００１７】
第１層１１に、０．０９λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層（屈折率１．４６）、
第２層１２に、０．１５λ０の光学的膜厚を持つＺｒＯ2層（屈折率２．０２）
第３層１３に、０．０５λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層、
第４層１４に、０．２６λ０の光学的膜厚を持つ屈折率傾斜膜のＳｎＯ2層（屈折率は、第３層側から第５層側へ向けて１．９８から２．０６へと変化する）、
第５層１５に、０．２７λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層
を順次積層してなる多層膜を成膜した。成膜した多層膜の膜厚は、２３０ｎｍから２４０ｎｍ程度である。第１層から第５層まで、蒸着源の加熱は電子ビームを照射することによって行い、各層の成膜中の条件は一定にした。第４層のＳｎＯ2層成膜には酸素イオンビーム照射を同時に行い、成膜中に酸素イオンビーム量を連続的に増大させた。表１に第４層の成膜条件を示す。
【００１８】
【表１】
加速電圧とは、酸素イオンを基板へ向けて引き出すときの電位差のことである。バイアス電流値とは、酸素イオンの持つ電荷を中和するための電荷移動量のことである。
【００１９】
７バッチの多層膜サンプルを同一条件で作製して、それらの表面抵抗値を測定した結果、６．０×１０6Ω／□から５．６×１０7Ω／□の値を示した。また多層膜の着色は無くて、ガラス基板の外観は透明であった。
【００２０】
［実施例２］
図２―ａに、酸化亜鉛（ＺｎＯ）中に重量比で４０％のＳｎＯ2を含む層を含む多層膜を成膜したプラスチック基板のモデルを示す。図２−ｂにプラスチック基板に成膜された多層膜のモデルを示す。なお、便宜上図２−ａ、図２−ｂは誇張されて描かれている。屈折率１．６０のプラスチック基板の上に、主に金属酸化物微粒子と有機珪素化合物からなる、屈折率１．６０のハードコート層２０をディッピング方式によって成膜して、加熱することで硬化させた。ハードコート層の上に５層からなるＺｎＯ中に重量比で４０％のＳｎＯ２を含む層を含む多層膜を成膜した。その設計主波長λ０は５１５ｎｍである。
【００２１】
第１層２１に、０．１０λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層（屈折率１．４６）、
第２層２２に、０．１６λ０の光学的膜厚を持つＺｎＯ中に重量比で４０％のＳｎＯ2を含む層（屈折率２．０８）、
第３層２３に、０．０５λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層、
第４層２４に、０．２８λ０の光学的膜厚を持つ屈折率傾斜膜のＺｎＯ中に重量比で４０％のＳｎＯ2を含む層（屈折率は、第３層側から第５層側へ向けて１．９９から２．０８へと変化する）
第５層２５に、０．２８λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層
を順次積層してなる多層膜を成膜した。成膜した多層膜の膜厚は、２４０ｎｍから２５５ｎｍ程度である。第１層から第５層まで、蒸着源の加熱は電子ビームを照射することによって行い、各層の成膜中の条件は一定にした。第２層と第４層のＺｎＯ中に重量比で４０％のＳｎＯ2を含む層の成膜には酸素イオンビーム照射を同時に行った。第２層は屈折率傾斜膜とせずに、一定条件で酸素イオンビーム照射を行ったのに対し、第４層は酸素イオンビーム量を連続的に増大させた。表２に第２層と第４層の成膜条件を示す。
【００２２】
【表２】
７バッチの多層膜サンプルを同一条件で作製して、それらの表面抵抗値を測定した結果、３．３×１０7Ω／□から８．８×１０7Ω／□の値を示した。また、多層膜の着色は無くて、プラスチック基板の外観は透明であった。
【００２３】
［実施例３］
図３−ａに、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層を含む多層膜を成膜したプラスチック基板のモデルを示す。図３−ｂにプラスチック基板に成膜された多層膜のモデルを示す。なお、便宜上図３−ａ、図３−ｂは誇張されて描かれている。屈折率１．６６のプラスチック基板上に、主に金属酸化物微粒子と有機珪素化合物からなる、屈折率１．６７のハードコート層３０をスピンコート方式によって成膜して、加熱することで硬化させた。ハードコート層の上に４層からなるＩｎ2Ｏ3に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層を含む多層膜を成膜した。その設計主波長λ０は５１０ｎｍである。
【００２４】
第１層３１に、０．１０λ０の光学的膜厚を持つＴｉＯ2層（屈折率２．４１）、
第２層３２に、０．０４λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層（屈折率１．４６）、
第３層３３に、０．２６λ０の光学的膜厚を持つＩｎ2Ｏ3に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層（屈折率は、第２層側から第４層側へ向けて２．０２から２．１２へと変化する）、
第４層３４に、０．２７λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層
を順次積層してなる多層膜を成膜した。成膜した多層膜の膜厚は、２００ｎｍから２１０ｎｍ程度である。第１層から第４層まで、蒸着源の加熱は電子ビームを照射することによって行い、第３層を成膜するときのみ電子ビーム量を連続的に減少させて成膜した。第１層と第３層の成膜には、酸素イオンビーム照射を同時に行い、成膜中の条件は一定にした。表３に第２層と第４層の成膜条件を示す。
【００２５】
【表３】
７バッチの多層膜サンプルを同一条件で作製して、それらの表面抵抗値を測定した結果、２．０×１０6Ω／□から３．６×１０7Ω／□の値を示した。また、多層膜の着色は無くて、ガラス基板の外観は透明であった。
【００２６】
［比較例１］
図４−ａにＺｎＯ層を含む多層膜を成膜したガラス基板のモデルを示す。図４−ｂにガラス基板に成膜された多層膜のモデルを示す。なお、便宜上図４−ａ、図４−ｂは誇張されて描かれている。屈折率１．５３のガラス基板の上に５層からなるＺｎＯ層を含む多層膜を成膜した。その設計主波長は５１５ｎｍである。
【００２７】
第１層４１に、０．０８λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層（屈折率１．４６）、
第２層４２に、０．１５λ０の光学的膜厚を持つＩｎ2Ｏ3に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層（屈折率２．１０）、
第３層４３に、０．０５λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層、
第４層４４に、０．２６λ０の光学的膜厚を持つＩｎ2Ｏ3に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層、
第５層４５に、０．２７λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層、
を順次積層してなる多層膜を成膜した。成膜した多層膜の膜厚は、２３５ｎｍから２４５ｎｍ程度である。第１層から第５層まで、蒸着源の加熱は電子ビームを照射することによって行った。第２層と第４層のＩｎ2Ｏ3に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層層成膜には酸素イオンビーム照射を同時に行った。表４に第２層と第４層の成膜条件を示す。
【００２８】
【表４】
７バッチの多層膜サンプルを同一条件で作製して、それらの表面抵抗値を測定した結果、８．９×１０5Ω／□から７．５×１０12Ω／□の値を示した。また、多層膜の着色は無くて、ガラス基板の外観は透明であった。
【００２９】
［比較例２］
図５−ａにＳｎＯ２に重量比で３％の酸化アンチモン（Ｓｂ2Ｏ3）を含む層を含む多層膜を成膜したガラス基板のモデルを示す。図５−ｂにガラス基板に成膜された多層膜のモデルを示す。なお、便宜上図５−ａ、図５−ｂは誇張されて描かれている。屈折率１．５３のガラス基板の上に５層からなるＳｎＯ2層を含む多層膜を成膜した。その設計主波長は５００ｎｍである。
【００３０】
第１層５１に、０．０８λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層（屈折率１．４６）、
第２層５２に、０．０８λ０の光学的膜厚を持つＳｎＯ2に重量比で３％のＳｂ2Ｏ3を含む層（屈折率１．９５）、
第３層５３に、０．０５λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層、
第４層５４に、０．４７λ０の光学的膜厚を持つＳｎＯ2に重量比で３％のＳｂ2Ｏ3を含む層、
第５層５５に、０．２５λ０の光学的膜厚を持つＳｉＯ2層、
を順次積層してなる多層膜を成膜した。成膜した多層膜の膜厚は、２６０ｎｍから２７０ｎｍ程度である。第１層から第５層まで、蒸着源の加熱は電子ビームを照射することによって行った。第２層と第４層のＳｎＯ2に重量比で３％のＳｂ2Ｏ3を含む層の成膜には酸素イオンビーム照射を同時に行った。表５に第２層と第４層の成膜条件を示す。
【００３１】
【表５】
７バッチの多層膜サンプルを同一条件で作製して、それらの表面抵抗値を測定した結果、３．１×１０5Ω／□から８．３×１０7Ω／□の値を示した。ただし、多層膜の着色が起こったサンプルが有り、そのガラス基板の外観は少し茶色がかっていた。
【００３２】
実施例と比較例を比較する。
【００３３】
実施例１，２は、透明導電性物質層を成膜するときに、蒸着源加熱条件を一定にしながら酸素イオンビーム量を成膜開始から徐々に増やしていくことで屈折率傾斜膜としたのに対し、実施例３は、酸素イオンビーム量を一定にしながら蒸着源加熱条件を徐々に減らしていくことで屈折率傾斜膜とした。一方、比較例１，２は、透明導電性物質層を一定の酸素イオンビーム量と蒸着源加熱条件の下で成膜することで、屈折率が均一になるように成膜した。実施例１乃至３のように透明導電性物質層を屈折率傾斜膜とした場合、多層膜は透明で、且つ表面抵抗値は１桁のばらつきで収まっている。それに対して、比較例１のように、酸素イオンビーム量を多い条件で一定に保った場合は、多層膜は透明であるが、表面抵抗値のばらつきが大きくなってしまった。比較例２のように、酸素イオンビーム量を少ない条件で一定に保った場合は、表面抵抗値は小さくなるが、着色するサンプルが発生した。
【００３４】
酸素イオンビーム量が多いと、透明導電性物質の酸化が過剰になりやすく、電荷の移動に必要な分子格子欠陥を消滅させてしまうため、透明ではあるが抵抗が大きい膜を作ってしまう場合がある。逆に、酸素イオンビーム量が少ないと、透明導電性物質の酸化が不足しがちで、金属状態に近くなるため抵抗は小さくなるが、膜が着色する場合がある。比較例１、２とも、実施例の表面抵抗値よりも小さい値を示して、且つ外観も良好であったサンプルがあるのは、真空度や基板の状態と絡んで、生じた最適な条件で成膜できたものである。しかし、制御しきれない要因が変わってしまうと、不良なサンプルも作ってしまうことが問題である。
【００３５】
以上から、透明導電性物質層を成膜するときに、酸素イオンビーム量や成膜速度を連続的に変化させる手法は、効果的な導電性を安定して作ることのできる手法であることを確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例１に示した、ガラス基板表面に成膜された被膜のモデル。
【図２】実施例２に示した、プラスチック基板表面に成膜された被膜のモデル。
【図３】実施例３に示した、プラスチック基板表面に成膜された被膜のモデル。
【図４】比較例１に示した、ガラス基板表面に成膜された被膜のモデル。
【図５】比較例２に示した、ガラス基板表面に成膜された被膜のモデル。
【符号の説明】
【００３７】
１１，１３，１５…ＳｉＯ2層
１２…ＺｒＯ2層
１４…屈折率傾斜膜のＳｎＯ2層
２０…ハードコート層
２１，２３，３５…ＳｉＯ2層
２２…ＺｎＯ中に重量比で４０％のＳｎＯ2を含む層
２４…屈折率傾斜膜のＺｎＯ中に重量比で４０％のＳｎＯ2を含む層
３０…ハードコート層
３２，３４…ＳｉＯ2層
３１…ＴｉＯ2層
３３…屈折率傾斜膜のＩｎ2Ｏ3に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層
４１，４３，４５…ＳｉＯ2層
４２，４４…Ｉｎ2Ｏ3に重量比で５％のＳｎＯ2を含む層
５１，５３，５５…ＳｉＯ2層
５２，５４…ＳｎＯ2に重量比で３％のＳｂ2Ｏ3を含む層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に形成された、透明導電性物質の薄膜を含む透明な多層膜であって、前記透明導電性物質からなる薄膜の屈折率が、膜厚方向に１．９０から２．１５の範囲内で連続的に変化した屈折率傾斜膜を少なくとも１層含み、且つ多層膜の表面抵抗値が、１×１０8Ω／□（オーム／スクエア）以下であることを特徴とする光学薄膜。
【請求項２】
前記透明導電性物質が、酸化錫または酸化錫と該酸化錫の重量比で０．５％から１０％の酸化アンチモンを含ませた化合物からなることを特徴とする、請求項１記載の光学薄膜。
【請求項３】
前記透明導電性物質が、酸化亜鉛または酸化亜鉛と該酸化亜鉛の重量比で１％から４５％の酸化錫を含ませた化合物からなることを特徴とする、請求項１記載の光学薄膜。
【請求項４】
前記透明導電性物質が、酸化インジウムと該酸化インジウムの重量比で２％から１０％の酸化錫を含ませた化合物からなることを特徴とする、請求項１記載の光学薄膜。
【請求項５】
透明基板上に、透明導電性物質の薄膜を含む透明な多層膜を成膜する方法であって、前記透明導電性物質を酸素イオンビームアシストしながら真空蒸着法によって成膜するとき、成膜速度を一定に保ちながら酸素イオンビームの量を成膜中に連続的に増大または減少させて前記透明導電性物質を成膜して、屈折率が膜厚方向に１．９０から２．１５の範囲内で連続的に変化させた屈折率傾斜膜を少なくとも１層以上成膜して、前記多層膜の表面抵抗値が１×１０8Ω／□以下であることを特徴とする光学薄膜の成膜方法。
【請求項６】
前記屈折率傾斜膜を、酸素イオンビームアシストしながら真空蒸着法によって成膜するとき、酸素イオンビームの量を一定に保ちながら前記透明導電性物質の成膜速度を連続的に減少または増大させて成膜して、屈折率が膜厚方向に１．９０から２．１５の範囲内で連続的に変化させた屈折率傾斜膜を少なくとも１層以上成膜して、前記多層膜の表面抵抗値が１×１０8Ω／□以下であることを特徴とする光学薄膜の成膜方法。
【請求項１】
透明基板上に形成された、透明導電性物質の薄膜を含む透明な多層膜であって、前記透明導電性物質からなる薄膜の屈折率が、膜厚方向に１．９０から２．１５の範囲内で連続的に変化した屈折率傾斜膜を少なくとも１層含み、且つ多層膜の表面抵抗値が、１×１０8Ω／□（オーム／スクエア）以下であることを特徴とする光学薄膜。
【請求項２】
前記透明導電性物質が、酸化錫または酸化錫と該酸化錫の重量比で０．５％から１０％の酸化アンチモンを含ませた化合物からなることを特徴とする、請求項１記載の光学薄膜。
【請求項３】
前記透明導電性物質が、酸化亜鉛または酸化亜鉛と該酸化亜鉛の重量比で１％から４５％の酸化錫を含ませた化合物からなることを特徴とする、請求項１記載の光学薄膜。
【請求項４】
前記透明導電性物質が、酸化インジウムと該酸化インジウムの重量比で２％から１０％の酸化錫を含ませた化合物からなることを特徴とする、請求項１記載の光学薄膜。
【請求項５】
透明基板上に、透明導電性物質の薄膜を含む透明な多層膜を成膜する方法であって、前記透明導電性物質を酸素イオンビームアシストしながら真空蒸着法によって成膜するとき、成膜速度を一定に保ちながら酸素イオンビームの量を成膜中に連続的に増大または減少させて前記透明導電性物質を成膜して、屈折率が膜厚方向に１．９０から２．１５の範囲内で連続的に変化させた屈折率傾斜膜を少なくとも１層以上成膜して、前記多層膜の表面抵抗値が１×１０8Ω／□以下であることを特徴とする光学薄膜の成膜方法。
【請求項６】
前記屈折率傾斜膜を、酸素イオンビームアシストしながら真空蒸着法によって成膜するとき、酸素イオンビームの量を一定に保ちながら前記透明導電性物質の成膜速度を連続的に減少または増大させて成膜して、屈折率が膜厚方向に１．９０から２．１５の範囲内で連続的に変化させた屈折率傾斜膜を少なくとも１層以上成膜して、前記多層膜の表面抵抗値が１×１０8Ω／□以下であることを特徴とする光学薄膜の成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２０２６２６（Ｐ２００６−２０２６２６Ａ）
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３７０６（Ｐ２００５−１３７０６）
【出願日】平成１７年１月２１日（２００５．１．２１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２１日（２００５．１．２１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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