(57)【要約】【課題】高い耐擦傷性を有し、かつ光学ガラス基板上に成膜可能な反射防止膜を提供する。【解決手段】光学ガラスからなる基板１００上に複数の薄膜が積層されて形成された反射防止膜１０は、薄膜のうち、基板１００側から数えた第１層１及び第３層３は、SiO2/Al2O3混合物からなり、基板１００側から数えた第２層２及び第４層４は、Ti/La複合酸化物からなり、最も外側の第５層５はMgF2からなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ガラスからなる基板上に複数の薄膜が積層されて形成された反射防止膜であって、
前記薄膜のうち、前記基板側から数えた第１層及び第３層は、SiO2/Al2O3混合物からなり、
前記基板側から数えた第２層及び第４層は、Ti/La複合酸化物からなり、
最も外側の第５層はMgF2からなることを特徴とする反射防止膜。
【請求項２】
前記反射防止膜の設計波長をλとするとき、
前記第１層の光学膜厚は、（0.20〜0.40）×λ/４、
前記第２層の光学膜厚は、（0.25〜0.45）×λ/４、
前記第３層の光学膜厚は、（0.25〜0.40）×λ/４、
前記第４層の光学膜厚は、（1.90〜2.25）×λ/４、
前記第５層の光学膜厚は、（1.00〜1.03）×λ/４、
にそれぞれ設定されている事を特徴とする請求項１に記載の反射防止膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ガラス基板部品の表面に形成される反射防止膜に関し、特にSiO2/Al2O3混合物と
Ti/La複合酸化物を用いた積層薄膜からなる反射防止膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学ガラス基板の製造工程においては、ガラス基板表面に反射防止膜を形成する際に、２００℃程度に加熱成膜する事によって、形成する反射防止膜の耐摩耗性、耐擦傷性、耐密着性等の膜強度を高めることが行われている。
【０００３】
近年は、より高強度な膜を得る目的で、プラズマを利用した薄膜形成法などの手法で膜強度を高める技術も盛んに研究されている。さらに、高硬度で耐擦傷性に優れた二酸化ケイ素（SiO2）を含む層を保護層として最外層に形成して、高強度の膜を得る技術が広く行われている。
【０００４】
二酸化ケイ素を使用して高強度の膜を得る技術の例として、特許文献１に記載の多層膜の製造方法を挙げることができる。特許文献１においては、多層膜の最外層が二酸化ケイ素からなる層であり、この最外層に接触する層が屈折率１．８以上の高屈折率層である基材を有する多層膜を製造するにあたって、酸素雰囲気中で二酸化ケイ素を蒸発物として真空蒸着することによって多層膜を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３６６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の多層膜の製造方法は、基板がプラスチックに限定された低温加熱状態での製造方法である。また、成膜される表面にハードコートを施すことが必要なため、光学ガラス基板への適用は困難であり、適用した場合でも耐擦傷性が不十分であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、高い耐擦傷性を有し、かつ光学ガラス基板上に成膜可能な反射防止膜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】
【０００８】
本発明の反射防止膜は、光学ガラスからなる基板上に複数の薄膜が積層されて形成された反射防止膜であって、前記薄膜のうち、前記基板側から数えた第１層及び第３層は、SiO2/Al2O3混合物からなり、前記基板側から数えた第２層及び第４層は、Ti/La複合酸化物からなり、最も外側の第５層はMgF2からなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の反射防止膜においては、第１層及び第３層を構成する低屈折材料がSiO2の分子構造のすき間をAl2O3（アルミナ）が埋めるように含有されるため、膜密度が高くなり、より第１層及び第３層の硬度が高くなる。また、第２層及び第４層を構成する高屈折率材料がTi/La複合酸化物からなり、特別な成膜方法（例えばイオンアシスト蒸着等）を用いずとも、通常の電子銃蒸着でも高密度の膜となる。これらがMgF2（フッ化マグネシウム）からなる第５層と組み合わされて、全体として高い耐擦傷性を発揮する。
【００１０】
前記反射防止膜の設計波長をλとするとき、前記第１層の光学膜厚は、（0.20〜0.40）×λ/４、前記第２層の光学膜厚は、（0.25〜0.45）×λ/４、前記第３層の光学膜厚は、（0.25〜0.40）×λ/４、前記第４層の光学膜厚は、（1.90〜2.25）×λ/４、前記第５層の光学膜厚は、（1.00〜1.03）×λ/４、にそれぞれ設定されてもよい。この場合、耐擦傷性を保持しつつ、可視域で高い反射防止効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の反射防止膜によれば、高い耐擦傷性を有し、かつ光学ガラス基板上に成膜可能な反射防止膜を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態の反射防止膜の構成を示す図である。
【図２】同反射防止膜の実施例１の層構成を示す表である。
【図３】比較例の反射防止膜の層構成を示す表である。
【図４】実施例１の反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図５】比較例の反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図６】実施例１及び比較例の反射防止膜の表面硬さを示す表である。
【図７】（ａ）は同反射防止膜の実施例２の層構成を示す表であり、（ｂ）は実施例２の反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図８】（ａ）は同反射防止膜の実施例３の層構成を示す表であり、（ｂ）は実施例３の反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図９】（ａ）は同反射防止膜の実施例４の層構成を示す表であり、（ｂ）は実施例４の反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は同反射防止膜の実施例５の層構成を示す表であり、（ｂ）は実施例５の反射防止膜の反射率特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態について、図１から図１０（ｂ）を参照して説明する。図１は、本実施形態の反射防止膜１０の構成を示す図である。
本実施形態の反射防止膜１０は、光学ガラス基板１００の面上に、複数の薄膜が積層されて形成されたものであり、光学ガラス基板１００に接触する第１層１と、第１層１上に形成される第２層２と、第２層２上に形成される第３層３と、第３層３上に形成される第４層４と、第４層４上に形成される最外層の第５層５とを備えている。
【００１４】
この５つの層のうち、第１層１及び第３層３は、低屈折率材料としてのSiO2/Al2O3混合物で形成されている。このような混合物としては、例えばメルク社製の商品名サブスタンスＬ５を好適に採用することができる。SiO2/Al2O3混合物は、例えばサブスタンスＬ５の場合アルミナが数パーセント含有されているため、その屈折率は波長５００ナノメートル（ｎｍ）の光に対して１．４８と、SiO2のみの場合における波長５００ｎｍの光に対して１．４６という値よりも若干高いが、反射防止膜を形成する上では大きな問題はない。一方、アルミナが数パーセント含有されているため、SiO2のみで形成される場合と比較して、薄膜の膜質が緻密となり、硬度が高くなる。
【００１５】
第２層２及び第４層４は、高屈折率材料として、チタン（Ti）及びランタン（La）を含むTi/La複合酸化物を用いて形成されている。このような混合物としては、例えばメルク社製の商品名サブスタンスＨ４を好適に採用することができる。Ti/La複合酸化物の屈折率は、サブスタンスＨ４の場合、波長５００ｎｍの光に対して２．１程度である。Ti/La複合酸化物を用いると、電子銃を用いた真空蒸着でも高密度な膜が得られ、成膜された薄膜は高硬度で平滑性が高い。
【００１６】
最外層の第５層５は、MgF2を用いて形成されている。MgF2からなる薄膜は高い耐擦傷性を有することが知られている。また、MgF2は同時に低屈折率材料としても広く知られており、反射防止膜１０全体の反射率特性に大きく寄与する。
【００１７】
上述した反射防止膜１０の各層１ないし５は、光学ガラス基板１００を加熱して行う真空蒸着により好適に積層して形成することが可能である。各層の薄膜を形成する方法としては、真空蒸着のほか、スパッタリング、イオンプレーティング等も適用可能である。
【００１８】
SiO2/Al2O3混合物及びTi/La複合酸化物からなる薄膜の特性を調べるために、これらの薄膜が形成された基板に対して発生させる応力を以下の方法で測定した。
別々のシリコンウエハー上に、真空蒸着によりSiO2/Al2O3混合物の薄膜及びTi/La複合酸化物をそれぞれ厚さ３００ｎｍに成膜し、成膜前後におけるシリコンウエハーの反り量を応力測定器（商品名Dektak：（株）アルバック製）を用いて行った。
測定の結果、SiO2/Al2O3混合物からなる薄膜はシリコンウエハーに対して圧縮応力を示し、Ti/La複合酸化物からなる薄膜はシリコンウエハーに対して引張り応力を示した。従って、これらが交互に積層された反射防止膜１０は、内部応力が互いに相殺され、膜全体の破壊が起きにくい構成となっている。
【００１９】
本実施形態においては、上述のような特性を持つSiO2/Al2O3混合物からなる薄膜（以下、「SiO2/Al2O3薄膜」と称する。）及びTi/La複合酸化物からなる薄膜（以下、「Ti/La薄膜」と称する。）をそれぞれ第１層１及び第３層３、及び第２層２及び第４層４に配置することで、内部応力を互いに相殺させている。さらに、最外層の第５層に高い耐擦傷性を有するMgF2からなる薄膜を配置してさらに強度が高められている。
【００２０】
反射防止効果を最適化するために、屈折率ｎと物理的膜厚ｄとの積で表される反射防止膜１０の各層の光学膜厚は、それぞれ所定の範囲に設定されている。
具体的には反射防止膜１０の設計波長をλとするとき、第１層１の光学膜厚は、（0.20〜0.40）×λ/４、第２層２の光学膜厚は、（0.25〜0.45）×λ/４、第３層３の光学膜厚は、（0.25〜0.40）×λ/４、第４層４の光学膜厚は、（1.90〜2.25）×λ/４、第５層５の光学膜厚は、（1.00〜1.03）×λ/４の範囲内にそれぞれ設定されている。このようにすることで、440nmから650nmの波長域においては、0．35%以下という好適な平均反射率を実現できる。
【００２１】
続いて、本実施形態の反射防止膜について、実施例を用いてさらに説明する。
（実施例１）
図２は、実施例１の反射防止膜の層構成を示す表である。第１層１及び第３層３を形成するSiO2/Al2O3薄膜の材料としては、上述のサブスタンスＬ５を用いた。一方、第２層２及び第４層４を形成するTi/La薄膜の材料としては、上述のサブスタンスＨ４を用いた。第５層はMgF2を用いて形成した。設計波長λは５００ｎｍとし、各層の光学膜厚を、λ/４に図２に記載の係数を乗じた値に設定した。
【００２２】
光学ガラス基板１００としては、商品名Ｓ−ＢＳＬ７（屈折率１．５１６３３、株式会社オハラ製）を使用し、これを３００℃に加熱して、第１層１から第５層５を、順番に電子銃蒸着を用いて、それぞれ上記の光学膜厚となるように成膜した。
【００２３】
（比較例）
実施例１の反射防止膜と比較するため、一般的な５層構成の反射防止膜を作製した。
光学ガラス基板としては、実施例１と同一のＳ−ＢＳＬ７を使用した。第１層及び第３層の材料としてメルク社製の二酸化チタン（TiO2）を使用し、第２層及び第４層の材料としてメルク社製のアルミナ（Al2O3）を使用した。第５層は実施例１と同様にMgF2を用いて形成した。
設計波長λは実施例１と同様５００ｎｍとし、各層の光学膜厚を、λ/４に図３に記載の係数を乗じた値に設定して、真空蒸着法により各層を成膜して比較例の反射防止膜を得た。
【００２４】
上記実施例１及び比較例について、反射率及び表面硬さを検討した結果を以下に示す。
図４及び図５は、それぞれ実施例１及び比較例の４００ｎｍから７００ｎｍの波長領域における反射率を示すグラフである。実施例１及び比較例の平均反射率は、それぞれ０．２８％、０．３７％であり、反射防止膜としては問題ない性能が確保されていた。
なお、反射防止膜が形成された基板の変形を干渉計で測定したところ、いずれについても変形は生じていなかった。また、基板上の反射防止膜を顕微鏡によって観察したところ、いずれについても膜の破壊は確認されなかった。
【００２５】
図６は、実施例１及び比較例の表面硬さを示す表である。表面硬さの指標としては、硬さ（Hardness）及びヤング率（Modulus）を用い、いずれもナノインデンター（MTSシステムズ社製、NanoIndenter XP）を用いて計測した。
実施例１の反射防止膜の硬さは９．４９ギガパスカル（ＧＰａ）、ヤング率は１１９．５ＧＰａであった。一方比較例の反射防止膜の硬さは８．２９ＧＰａ、ヤング率は９７．７４ＧＰａであり、いずれも実施例１の反射防止膜が勝っていた。したがって、実施例１の反射防止膜は比較例の反射防止膜より高い硬度を有し、耐擦傷性が高いことが確認された。
【００２６】
以上のように、本実施形態の反射防止膜によれば、良好な反射防止性能を確保しつつ、高い耐擦傷性を有する反射防止膜を提供することができる。
【００２７】
続いて、実施例１と異なる膜厚構成の反射防止膜について、実施例２から５を用いて説明する。
（実施例２）
図７（ａ）に実施例２の反射防止膜の層構成を示す。設計波長及び各層を構成する材料は実施例１と同一であり、各層の光学膜厚は、λ／４に図７（ａ）記載の係数を乗じた値となるように設定した。
光学ガラス基板１００としては、商品名Ｓ−ＢＡＬ３５（屈折率１．５８９１３、株式会社オハラ製）を使用し、真空蒸着によって成膜を行った。
図７（ｂ）は実施例２の反射防止膜の、４００ｎｍから７００ｎｍの波長領域における反射率を示すグラフである。平均反射率は、０．２８％であり、良好な反射防止性能が確保されていた。
【００２８】
（実施例３）
図８（ａ）に実施例３の反射防止膜の層構成を示す。設計波長及び各層を構成する材料は実施例１と同一であり、各層の光学膜厚は、λ／４に図８（ａ）記載の係数を乗じた値となるように設定した。
光学ガラス基板１００としては、商品名Ｓ−ＬＡＬ１４（屈折率１．６９６８０、株式会社オハラ製）を使用し、真空蒸着によって成膜を行った。
図８（ｂ）は実施例３の反射防止膜の、４００ｎｍから７００ｎｍの波長領域における反射率を示すグラフである。平均反射率は、０．２１％であり、良好な反射防止性能が確保されていた。
【００２９】
（実施例４）
図９（ａ）に実施例４の反射防止膜の層構成を示す。設計波長及び各層を構成する材料は実施例１と同一であり、各層の光学膜厚は、λ／４に図９（ａ）記載の係数を乗じた値となるように設定した。
光学ガラス基板１００としては、商品名Ｓ−ＴＩＨ１１（屈折率１．７８４７２、株式会社オハラ製）を使用し、真空蒸着によって成膜を行った。
図９（ｂ）は実施例２の反射防止膜の、４００ｎｍから７００ｎｍの波長領域における反射率を示すグラフである。平均反射率は、０．２９％であり、良好な反射防止性能が確保されていた。
【００３０】
（実施例５）
図１０（ａ）に実施例２の反射防止膜の層構成を示す。設計波長及び各層を構成する材料は実施例１と同一であり、各層の光学膜厚は、λ／４に図１０（ａ）記載の係数を乗じた値となるように設定した。
光学ガラス基板１００としては、商品名Ｓ−ＬＡＨ５８（屈折率１．８８３、株式会社オハラ製）を使用し、真空蒸着によって成膜を行った。
図１０（ｂ）は実施例２の反射防止膜の、４００ｎｍから７００ｎｍの波長領域における反射率を示すグラフである。平均反射率は、０．２８％であり、良好な反射防止性能が確保されていた。
【００３１】
以上のように、本発明の反射防止膜は、真空蒸着法によっても問題なくガラス基板上に形成することができるので、特別な装置変更等を行わずとも、高い耐擦傷性を有した膜を製造することができる。
また、各層の光学膜厚が所定の範囲に設定されているので、反射防止性能を損なうことなく優れた反射率特性を得ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  第１層
２  第２層
３  第３層
４  第４層
５  第５層
１０  反射防止膜
１００  光学ガラス基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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