(57)【要約】【課題】誘電体多層膜を構成する膜として用いた場合にも、良好な特性を発揮することができる光学膜及びその製造方法を提供する。【解決手段】Ｍｇを０．５〜１０カチオン％含有するチタン複合酸化物からなり、ルチル構造の結晶を含み、波長５５０ｎｍにおける屈折率が２．６以上であり、表面粗さＲａが１．６ｎｍ以下であることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇを０．５〜１０カチオン％含有するチタン複合酸化物からなり、ルチル構造の結晶を含み、波長５５０ｎｍにおける屈折率が２．６以上であり、表面粗さＲａが１．６ｎｍ以下である、光学膜。
【請求項２】
請求項１に記載の光学膜の製造方法であって、
基板を準備する工程と、
前記基板の温度を５５０℃以下とし、酸素分圧を０．１〜４Ｐａの範囲内にして、前記基板の上に物理的堆積法により前記光学膜を形成する工程とを備える、光学膜の製造方法。
【請求項３】
前記物理的堆積法が、パルスレーザー堆積法である、請求項２に記載の光学膜の製造方法。
【請求項４】
前記基板が、ガラス基板である、請求項２または３に記載の光学膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学膜及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高い屈折率を有する光学膜としては、酸化チタン膜が用いられている。また、高い屈折率を有する光学膜は、低い屈折率を有する光学膜と交互に積層して、反射防止膜やバンドパスフィルタなどの誘電体多層膜を構成する膜として用いられている。
【０００３】
特許文献１においては、酸化チタンの単体からなる酸化チタン膜よりも高い屈折率を有する光学膜として、ＡｌまたはＧａを含有するチタン複合酸化物からなり、ルチル構造の結晶を含む光学膜が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１５１０９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、誘電体多層膜を構成する膜として、高い屈折率を有する光学膜を用いる場合、どのような特性を有することが望ましいかに関して、従来十分に検討されていなかった。
【０００６】
本発明の目的は、誘電体多層膜を構成する膜として用いた場合にも、良好な特性を発揮することができる光学膜及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光学膜は、Ｍｇを０．５〜１０カチオン％含有するチタン複合酸化物からなり、ルチル構造の結晶を含み、波長５５０ｎｍにおける屈折率が２．６以上であり、表面粗さＲａが１．６ｎｍ以下であることを特徴としている。
【０００８】
本発明の製造方法は、上記本発明の光学膜の製造方法であって、基板を準備する工程と、基板の温度を５５０℃以下とし、酸素分圧を０．１〜４Ｐａの範囲内にして、基板の上に物理的堆積法により前記光学膜を形成する工程とを備えることを特徴としている。
【０００９】
上記物理的堆積法は、パルスレーザー堆積法であることが好ましい。
【００１０】
上記基板は、ガラス基板であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、誘電体多層膜を構成する膜として用いた場合にも、良好な特性を発揮することができる光学膜とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例の光学膜のＸ線回折パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
本発明の光学膜は、Ｍｇを０．５〜１０カチオン％含有するチタン複合酸化物からなる。Ｍｇの含有量が０．５カチオン％未満になると、波長５５０ｎｍにおける屈折率が小さくなり、また表面粗さＲａが大きくなる傾向にある。また、Ｍｇの含有量が１０カチオン％を超えると、ルチル構造の結晶が相対的に少なくなり、波長５５０ｎｍにおける屈折率が小さくなる傾向にある。本発明の光学膜は、Ｍｇを０．５〜８カチオン％含有することがさらに好ましく、Ｍｇを１〜７カチオン％含有することが特に好ましい。Ｍｇは、ＡｌやＧａと比較して、チタン酸化物に対する添加量が少ない場合でも、良好な特性を発揮することができる。
【００１５】
本発明の光学膜は、ルチル構造の結晶を含んでいる。本発明の光学膜は、アモルファス構造や、アナターゼ構造の結晶を含んでいてもよいが、これらよりも多くルチル構造の結晶を含んでいることが好ましい。これにより、波長５５０ｎｍにおける屈折率をより高くすることができ、表面粗さＲａをより小さくすることができる。
【００１６】
本発明の光学膜は、波長５５０ｎｍにおける屈折率が２．６以上である。したがって、可視光領域における屈折率が高いため、反射防止膜などの誘電体多層膜を構成する膜として用いた場合に、良好な反射防止特性等を得ることができる。あるいは反射ミラーとして用いた場合に、波長幅が広がり、反射率が高くなり、良好な赤外線カットフィルター特性等を得ることができる。波長５５０ｎｍにおける屈折率は、２．６３以上であることがさらに好ましく、２．６５以上であることが特に好ましい。波長５５０ｎｍにおける屈折率の上限値は特に設定されるものではないが、一般には２．７２である。
【００１７】
また、本発明の光学膜は、波長４００ｎｍにおける屈折率が２．８以上であることが好ましく、２．９以上であることがさらに好ましく、３．０以上であることが特に好ましい。波長４００ｎｍにおける屈折率の上限値は特に設定されるものではないが、一般には３．２５である。
【００１８】
本発明の光学膜は、表面粗さＲａが１．６ｎｍ以下である。したがって、誘電体多層膜を構成する膜として用いた場合に、積層する膜界面における凹凸を小さくすることができ、この凹凸によって光が散乱するのを抑制することができる。このため、良好な特性を有する誘電体多層膜を形成することができる。表面粗さＲａは、１．５ｎｍ以下であることが好ましく、１．３ｎｍ以下であることがさらに好ましく、１．２ｎｍ以下であることがより好ましく、１．０ｎｍ以下であることが特に好ましい。表面粗さＲａの下限値は特に設定されるものではないが、一般には０．１ｎｍである。
【００１９】
本発明の光学膜においては、Ｘ線回折におけるルチル型酸化チタン結晶の（１１０）面に対応するピークの半値幅が、１．３°以下であることが好ましい。ピークの半値幅が大きくなりすぎると、ルチル構造の結晶が少なくなり、屈折率が低下する場合がある。ピークの半値幅は、０．９〜１．３°の範囲内であることがさらに好ましい。ピークの半値幅が小さくなりすぎると、ルチル構造の結晶が大きくなり、表面粗さＲａが大きくなる場合がある。
【００２０】
本発明の製造方法では、基板の温度を５５０℃以下とし、酸素分圧を０．１〜４Ｐａの範囲内にして、基板の上に物理的堆積法により光学膜を形成する。基板の温度は、３００〜５３０℃の範囲内であることがさらに好ましく、３５０〜５００℃の範囲内であることがより好ましい。基板の温度が低すぎると、ルチル構造の結晶が少なくなり、屈折率が低下しやすい。また、基板の温度が高すぎると、ルチル構造の結晶が大きくなり、表面粗さＲａが大きくなりやすい。酸素分圧は、０．２〜２．５Ｐａの範囲内であることがさらに好ましく、０．３〜１．５Ｐａの範囲内であることがより好ましい。酸素分圧が低すぎると、形成された光学膜が十分に酸化されずに光吸収が大きくなる場合がある。酸素分圧が高すぎると、ルチル構造の結晶が少なくなり、屈折率が低下する場合がある。
【００２１】
光学膜は、物理的堆積法により形成することができる。物理的堆積法の具体例としては、パルスレーザー堆積法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法などが挙げられる。特に、パルスレーザー堆積法が好ましく用いられる。
【００２２】
基板としては、特に限定されず、例えば、ガラスや、高耐熱性プラスチック、樹脂、フィルムなどが挙げられる。ガラス基板が特に好ましく用いられる。
【００２３】
光学膜の厚みは、特に限定されないが、例えば、５〜１０００ｎｍ程度とすることができる。
【００２４】
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００２５】
（実施例１及び２）
［ターゲットの作製］
ＴｉＯ２（株式会社高純度化学研究所製、純度９９％）とＭｇＯ（株式会社高純度化学研究所製、純度９９．９％）とを、原子比でＭｇ／Ｔｉ＝２．７／９７．３となるように混合して、酸化物粉末１０ｇを得た。酸化物粉末１０ｇと２−プロパノール３０ｃｃとを部分安定化ジルコニア製の容器に入れ、遊星型ボールミル装置で１時間混合し、スラリーとした。スラリーを乾燥し、８０ＭＰａで一軸プレスした後、２７０ＭＰａの圧力で静水圧プレスし、１５００℃で、３６時間、大気中で焼成して、ターゲットを得た。
【００２６】
［光学膜の成膜］
次に、上記作製のターゲットを用い、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法により、以下の条件で、無アルカリガラス基板（日本電気硝子株式会社製のＯＡ−１０Ｇ、１５ｍｍ角、０．７ｍｍ厚）の上に光学膜を成膜した。
【００２７】
雰囲気：酸素
酸素分圧：０．５Ｐａ
雰囲気の圧力：１．５×１０−５Ｐａ以下（チャンバー内に酸素を供給する直前のチャンバー内の圧力）
ターゲットと基板との距離：５０ｍｍ
成膜時の無アルカリガラス基板の温度：３００℃（実施例１）、３５０℃（実施例２）
レーザー：波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー（レーザーパワー：２００ｍＪ／パルス、レーザーの周波数：５Ｈｚ）
成膜時間：２５分
【００２８】
得られた光学膜の厚みは、１０１．６ｎｍ（実施例１）、１０３．３ｎｍ（実施例２）であった。光学膜の組成とターゲットの組成を、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）により測定した。その結果、光学膜における組成とターゲット組成は、ほぼ同一でＭｇ／Ｔｉ＝２．７／９７．３であることが確認された。
【００２９】
［光学特性評価］
分子エリプソメトリーにより、波長４００ｎｍ及び波長５５０ｎｍにおける光学膜の屈折率ｎを測定した。なお、分子エリプソメトリーによる評価には、Ｊ．Ａ．  Ｗｏｏｌｌａｍ  Ｊａｐａｎ製のＭ−２０００を用いた。表１に、実施例１及び２の波長４００ｎｍ及び波長５５０ｎｍにおける光学膜の屈折率ｎをそれぞれ示す。
【００３０】
［表面粗さＲａの測定］
分光エリプソメトリーにより作製された光学モデルから表面粗さＲａを算出した。分光エリプソメトリーにはＪ．Ａ．  Ｗｏｏｌｌａｍ  Ｊａｐａｎ製のＭ−２０００を用いた。
【００３１】
表１に、実施例１及び２の表面粗さＲａの測定値を示す。
【００３２】
［Ｘ線回折測定］
実施例１及び２の光学膜について、Ｘ線回折パターンを測定した。Ｘ線回折測定は、Ｘ線回折装置（Ｂｒｕｋｅｒ  ＡＸＳ製  Ｄ８  Ａｄｖａｎｃｅ）を用い、α−２θ（α＝２°）法で行った。光源としては、Ｃｕ−Ｋα線（出力４０ｋＶ−４０ｍＡ）を用いた。光学系は平行ビーム光学系とした。走査範囲２θ＝２０〜５０°、走査速度１°／分とした。
【００３３】
図１に、実施例１及び２の光学膜のＸ線回折パターンを示す。
【００３４】
各実施例の光学膜のＸ線回折パターンについて、ルチル型酸化チタン結晶の（１１０）面に対応するピークの半値幅を求め、半値幅の測定値を表１に示した。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表１に示すように、本発明に従う実施例１及び２の光学膜は、Ｍｇを０．５〜１０カチオン％の範囲内で含有し、波長５５０ｎｍにおける屈折率が２．６以上であり、表面粗さＲａが１．６ｎｍ以下であることがわかる。また、図１に示すように、実施例１及び２の光学膜は、ルチル構造の結晶を含むことがわかる。
【００３７】
また、表１に示すように、Ｘ線回折におけるルチル型酸化チタン結晶の（１１０）面に対応するピークの半値幅が、１．３°以下である実施例１及び２の光学膜は、波長５５０ｎｍにおける屈折率が２．６以上であり、表面粗さＲａが１．６ｎｍ以下であることがわかる。また、実施例１及び２の光学膜は、波長４００ｎｍにおける屈折率が２．８以上であることがわかる。
【図１】
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