(57)【要約】【課題】蒸着材料中の酸素含有量を増やすことが非吸収性の層の形成に有利であるが、酸素含有量が過度に高い場合は望ましくない圧力の上昇をもたらすことになる。本発明の課題は、現実の蒸発工程を変更する必要なくこの矛盾を克服することのできる蒸着材料を提供することである。【解決手段】本発明は、Ｔａ2Ｏx（ｘ＝４．８１〜４．８８）を含む蒸着材料の提供、その蒸着材料の調製方法の提供、および高屈折率層を製造するためのその蒸着材料の使用に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔａ2Ｏx（ｘ＝４．８１〜４．８８）を含む蒸着材料。
【請求項２】
Ｔａ2Ｏ4.82を含む蒸着材料。
【請求項３】
Ｔａ2Ｏ5と混合物を基準として１．９〜３．１重量％のＴａとを混合し、圧縮または懸濁し、成形し、次いで、減圧下で混合物を焼結することによって得られる請求項１に記載の蒸着材料。
【請求項４】
Ｔａ2Ｏ5と混合物を基準として３重量％のＴａとを混合し、圧縮または懸濁し、成形し、次いで、減圧下で混合物を焼結することによって得られる請求項２に記載の蒸着材料。
【請求項５】
錠剤、ペレット、円板、先端を切った円錐、粒子、顆粒、ロッドまたは球形の形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の蒸着材料。
【請求項６】
Ｔａ2Ｏ5と混合物を基準として１．９〜３．１重量％のＴａとを混合し、前記混合物を圧縮または懸濁し、成形し、次いで、減圧下で焼結することを特徴とする請求項１に記載の蒸着材料の調製方法。
【請求項７】
Ｔａ2Ｏ5と混合物を基準として３重量％のＴａとを混合し、前記混合物を圧縮または懸濁し、成形し、次いで、減圧下で焼結することを特徴とする請求項２に記載の蒸着材料の調製方法。
【請求項８】
焼結が、減圧下、１３００〜１８００℃の温度で行われる請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
焼結が、減圧下、１４００〜１７００℃の温度で行われる請求項６から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
混合物が、錠剤、ペレット、円板、先端を切った円錐、粒子、顆粒、ロッドまたは球形に成形される請求項６から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
高屈折率層を製造するための、請求項１から５のいずれか一項に記載の蒸着材料の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｔａ2Ｏx（ｘ＝４．８１〜４．８８）を含む蒸着材料、その蒸着材料の調製方法、および高屈折率層を製造するためのそれらの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面を保護するために、または一定の光学特性を達成するために、光学部品には、通常、薄いコーティングが施される。この種の光学部品には、例えば、光学レンズ、眼鏡用レンズ、カメラ用レンズ、双眼鏡またはその他の光学機器のための、ビームスプリッタ、プリズム、ミラー、窓ガラスなどがある。このコーティングは、第１に、機械的、化学的または環境的影響による損傷を減少または防止するために、硬化することおよび／または化学的耐久性を増強することによって前記表面を処理するのに役立ち、しばしば、第２に、特に、眼鏡用レンズおよびカメラ用レンズの場合に、反射を減少させるのに役立つ。
【０００３】
これに関連して、酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ2Ｏ5）は、高屈折率層を製造するための、公知の、しばしば使用される材料である。Ｔａ2Ｏ5層は、通常、真空蒸着によって堆積される。この方法では、先ず、コーティングされるべき基板およびＴａ2Ｏ5が入っている容器が、適切な高真空蒸着装置内に設置され、次いで、装置は排気され、蒸着物質は、加熱および／または電子ビーム衝撃により蒸発するようにされ、蒸着材料は、薄層の形状で基板表面上に析出する。対応する装置および方法は、従来技術である。
【０００４】
Ｔａ2Ｏ5は、上述の方法においては、融解および蒸発時に比較的大量の酸素を遊離するという不利な点を有する。これは一般に、式Ｔａ2Ｏ5-x（ｘ＝０．２〜０．４）の組成に到達するまで生じる。この正確な組成は、蒸発する間の物質の温度に、決定的に依存する。酸素の遊離により、蒸着ユニット内の圧力が上昇するが、これは、条件に大きく依存しうるのであり、蒸発の停止をもたらすこともありうる。
【０００５】
蒸発中に生じるこの圧力の上昇を防止するために、通常、Ｔａ2Ｏ5は前工程段階において予備融解される。この目的のために、Ｔａ2Ｏ5の一定量が容器内におかれ、そのＴａ2Ｏ5は減圧下で融解され、融液は放冷される。さらに、上述の工程段階によって、同様に予備融解するために、Ｔａ2Ｏ5が容器内に次いで置かれる。この手順は、蒸発工程用の融解された材料の必要量が得られるまで、繰り返される。融解温度および融解工程時間の長さに応じて、得られた蒸着材料は、Ｔａ2Ｏ4.6〜Ｔａ2Ｏ4.8の組成を有する。予備融解は、費用のかかる長い工程であり、従って、比較的大量の蒸着材料を準備するのには、適していない。
【０００６】
米国特許第４，１５６，６２２号には、Ｔａ2Ｏ5および元素状タンタルの混合物を太陽電池上に電子ビーム蒸着することにより、式Ｔａ2Ｏy（ｙ＝２．５〜４．８、好ましくは、ｙ＝３．３〜４．５）を有する亜酸化タンタルが得られることが開示されている。しかし、混合物に局部的な不均質が存在すると、種々の組成の亜酸化タンタルの堆積物が生じるために、できれば、均質な組成の層が得られるようにしなければならないときは、上述の方法は不利であることが分かった。従って、上述の方法を使用して層組成を厳密に制御することは達成できない。
【０００７】
特開平０４−３２５６６９（ＪＰ０４−３２５６６９）には、Ｔａ2Ｏ5およびＴａの焼結混合物が記載されており、Ｔａの割合は４〜５５重量％の間にある。これは、式Ｔａ2Ｏ2〜Ｔａ2Ｏ4.6を有する亜酸化タンタルに相当する。得られた亜酸化タンタルは、電子ビーム蒸発によって蒸発させられ、基板上に堆積させられた。特開昭６２−２０７９３７（ＪＰ６２−２０７９３７）には、Ｔａ2Ｏ5とＴａとの比が９：１である焼結されたＴａ2Ｏ5／Ｔａの混合物が開示されている。これは、式Ｔａ2Ｏ4.73で示される組成物に相当する。
【０００８】
しかし、上述した組成の亜酸化タンタルを使用することは、それと共に蒸着された層がスペクトルの可視域にしばしば吸収を示すので、不利であることが分かった。この影響は望ましくないものであり、次に、約４００℃の温度において、空気中でコーティングを加熱することにより、消失されうるのみである。このことは、エネルギー的に好ましくなく、加えて、所望の層の製造工程を長くする、さらなる工程段階を必要とすることを意味する。吸収層の形成を回避する別の方法は、イオン化酸素の形成を伴うイオンまたはプラズマ蒸着法を使用することである。従って、これらの特別な工程および必要な装置は、非常に複雑で、高価であり、所望の結果を達成するためには、正確な工程制御が必要となる。従って、これらの工程は、大規模の工業的利用には不適切である。
【特許文献１】米国特許第４，１５６，６２２号明細書
【特許文献２】特開平０４−３２５６６９号公報
【特許文献３】特開昭６２−２０７９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
集中的な研究により、蒸着材料中の酸素含有量を増やすことが、非吸収性の層の形成に有利であることが分かった。これとは対照的に、酸素含有量が過度に高い場合は、上述の望ましくない圧力の上昇をもたらす。従って、本発明の目的は、現実の蒸発工程を変更する必要なく、この矛盾を克服することのできる蒸着材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本目的は、本発明による蒸着材料によって、創意に富んだやり方で達成される。従って、本発明は、ｘ＝４．８１〜４．８８であるＴａ2Ｏxを含む蒸着材料に関する。さらに、本発明は、Ｔａ2Ｏ5を、混合物を基準として１．９〜３．１重量％のＴａと混合し、圧縮または懸濁し、成形し、次いで、減圧下で混合物を焼結することによって得られるＴａ2Ｏx（ｘ＝４．８１〜４．８８）を含む蒸着材料に関する。
【００１１】
さらに、本発明は、Ｔａ2Ｏ5が、混合物を基準として１．９〜３．１重量％のＴａと混合され、前記混合物が、圧縮または懸濁され、成形され、次いで、減圧下で焼結される、本発明による蒸着材料を調製するための方法に関する。
【００１２】
また、本発明は、本発明による蒸着材料を高屈折率層の製造のために使用することに関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明による蒸着材料は、多くの点で有利である。従って、蒸着材料の調製に使用されたＴａ2Ｏ5およびＴａの混合物は、融解の間中非常に良好な挙動を示し、その過程で均質で緻密な融液が形成される。コーティングの組成変動のない均質なコーティングを達成することができるためには、このことは特に重要である。電子ビーム蒸着を使用した本発明による蒸着材料を使用することによって、追加の後処理を必要とすることなく、非吸収性の層が得られる。同時に、蒸着材料の蒸発中に、ほんの僅かの圧力の増大が観測され、すなわち、僅かな量の酸素が遊離するだけであり、所望の工程パラメータの制御および維持が単純化され、改善される。本発明による蒸着材料における、タンタルの酸素に対する比を特定のものにすることにより、前記の有利な点を組み合わせることが、ともかく可能になり、従って、この比は本発明にとって極めて重要である。
【００１４】
本発明による蒸着材料は、Ｔａ2Ｏx（ｘ＝４．８１〜４．８８）を含み、好ましくは、蒸着材料はＴａ2Ｏ4.82を含む。後者は、Ｔａ2Ｏ5を、混合物を基準として、３重量％のＴａと混合し、圧縮または懸濁し、成形し、次いで、減圧下で混合物を焼結することによって得られる。驚いたことに、この組成の蒸着材料は、それから高屈折率の非吸収性の層を製造するのに、非常に特に適していることが分かった。
【００１５】
上述の蒸着材料を調製するための本発明による方法において、Ｔａ2Ｏ5は、混合物を基準として、１．９〜３．１重量％のＴａと混合され、その混合物が、圧縮または懸濁され、成形され、次いで、減圧下で焼結される。Ｔａ2Ｏ4.82を含む好ましい実施形態を調製するためには、Ｔａ2Ｏ5は、混合物を基準として３重量％のＴａと混合され、その混合物は、圧縮または懸濁され、成形され、次いで、減圧下で焼結される。
【００１６】
上述のＴａ2Ｏ5およびＴａの混合物は、それ自体が公知である適切な圧縮方法を用いて、緻密化され、成形される。しかし、また、適切な担体媒質中に混合された成分の懸濁液を調製し、それを成形し、次いで、乾燥することができる。適切な担体媒質は、例えば、水であり、もし必要ならば、ポリビニルアルコール、メチルセルロースまたはポリエチレングリコールなどの結合剤、および場合により、例えば、湿潤剤または泡止め剤などの助剤が添加される。懸濁の後で、成形が行われる。ここでは、押出成形、射出成形または噴霧乾燥などの、種々の、公知の技法が使用されうる。得られた成形体は乾燥され、例えば、焼結（ｂｕｒｎｉｎｇ−ｏｕｔ）により結合剤が除去される。これは、混合物の取り扱い性および計量性をより良くするという理由で行われる。従って、混合物が成形される形状には制限がない。適切な形状は、簡単な取り扱いおよび良好な計量性を容易にするすべての形状であり、これらは、特に、本発明による蒸着材料を用いた基板の連続コーティングおよびこのために必要な補給工程(topping-up process)において、特別な役割を果たす。従って、好ましい形状は、種々の錠剤形状、ペレット、円板、先端を切った円錐、粒子または顆粒、ロッドまたは球形である。
【００１７】
成形された混合物は、次に、焼結される。焼結工程は、１３００〜１８００℃の温度において減圧下で、および好ましくは１４００〜１７００℃の温度において１Ｐａ未満の残留圧力下で、実行される。
【００１８】
形成された成形焼結製品は、貯蔵、輸送および蒸発装置内への移動の間は、その形状のまま留まっており、次いで行われる融解および蒸発工程を通じて、その組成は安定している。
【００１９】
また、本発明は、蒸着材料を高屈折率層の製造のために使用することに関する。適切な基板はすべて、特に、種々のガラスまたはプラスチックなどの知られた適切な材料からなりうる、円板、プリズム、フィルム、例えば光学レンズ、眼鏡レンズおよび対物鏡などの成形された基板は、本発明による蒸着材料によってコーティングされうる。従って、本発明による蒸着材料を使用することは、基板が真空装置に導入され、そこを支配している温度および圧力条件下で安定のまま存在する限り、コーティングされることになる基板の性質、寸法、形状、材料、および表面状態に関して、いかなる制約をも受けることはない。しかし、堆積層の密度を大きくするために、蒸着材料が予熱された基板に衝突するように、コーティングの前およびその間中、基板を暖めることが有利であることが分かった。その性質に応じて、使用される基板は３００℃までの温度に加熱される。しかし、この方法は、それ自体公知である。
【００２０】
使用される蒸着法は、通常、高真空蒸着法であり、蒸発ルツボまたはボートとして公知でもある適切な容器内の蒸着材料が、コーティングされるべき基板と共に真空装置内に導入される。
【００２１】
次いで、装置が排気され、加熱および／または電子ビーム衝撃により、蒸着材料が蒸発するようにされる。この方法においては、蒸着材料は、薄層の形状で基板上に析出する。
【００２２】
本発明による蒸着材料を使用する場合は、コーティングにおいて複雑な方法、例えばイオン衝撃（イオン蒸着、プラズマ蒸着）を使用する必要はない。これにより、装置の複雑さが低減され、従って、コーティングのコストが削減され、同時に、品質のよい高屈折率層が得られる。
【実施例】
【００２３】
以下の実施例は、本発明をより詳細に説明するように意図されたものであり、本発明を制限するものではない。
実施例１
蒸着材料の調製
酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）９７重量％およびタンタル金属粉末３重量％の粉末を、水を添加したボールミル内で激しく混合する。次いで、混合物を乾燥し、１〜４ｍｍの粒径を有する粒子に変換する。粒子は、高温真空炉内で１×１０-4ｍｂａｒ未満の圧力において１Ｋ／分の加熱速度で１６５０℃まで加熱し、この温度で３２時間保持する。次いで、材料は５Ｋ／分の速度で冷却する。２５℃まで冷却した後、真空炉を空気でいっぱいにし、材料を取り出す。得られた蒸着材料は、硬い、暗黒色のＴａ2Ｏ4.82の組成を有する粒子からなる。
実施例２
高屈折率層を製造するための蒸着材料の使用
市販の蒸着ユニット（ライボルト（Ｌｅｙｂｏｌｄ）社のＬ５６０）に、清浄な石英基板を装填する。実施例１からの蒸着材料を電子ビーム蒸着デバイスの水冷された銅ルツボ中に導入する。蒸着ユニットは、１×１０-5ｍｂａｒの圧力まで排気する。次いで、基板加熱を２００℃に設定する。１時間後、約１６０℃の一様な基板温度に到達する。次いで、２×１０-4ｍｂａｒの圧力が確立されるまで、酸素が、制御バルブを使用してユニット内に導入される。次いで、蒸着材料を遮蔽板の下で融解し、蒸発温度まで加熱する。融解および蒸発の間中、圧力の上昇および融液の液滴による撥ね散らしは生じない。次いで、遮蔽板を開ける。蒸着速度は、振動石英の層厚み測定器を使用して、０．２ｎｍ／秒に調節する。次いで、物質は、２３０ｎｍの層厚みになるまで、この蒸着速度で蒸発させる。次いで、蒸発を停止する。
【００２４】
この蒸着材料を使用して堆積した層は、５００ｎｍにおいて２．０５の屈折率を有する。この層は、均質であり、すなわち、屈折率は層厚み全体に亘って一定である。この層は、３５０ｎｍを超える波長で、可視スペクトル領域における吸収を示さない。吸収は、約３００ｎｍから紫外スペクトル領域に向かって急勾配で上昇するのみである。