JPH1068802A

JPH1068802A - 反射防止膜及びその成膜法

Info

Publication number: JPH1068802A
Application number: JP8244080A
Authority: JP
Inventors: Yukiaki Kikuta; 幸明菊田; Hideki Shinohara; 英樹篠原; Hideki Takasu; 秀樹高須
Original assignee: Tokai Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】低光反射特性を有する反射防止膜を生産性良
く、かつ、低コストに生産すること。【解決手段】光学機能物体として偏光機能物体１１を
不活性ガスと酸素の雰囲気下に置き、その雰囲気におけ
る酸素分圧を制御しながらシリコン，チタン，ジルコニ
ウム，アルミニウムのうち選択された単一金属をスパッ
タリングにより蒸発させ、その単一金属の酸化物による
高屈折率の層と低屈折率の層とを交互に複数層にわたっ
て、その光学機能物体の表面に積層形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射防止膜の成膜
技術に関し、さらに詳しくは、液晶ディスプレイ等の各
種表示体の視認性を向上させる偏光フィルム等に用いら
れる反射防止膜及びその成膜法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】反射防止膜の成膜技術は、眼鏡レンズの
開発等によって培われた技術として発展し、その後各種
電気機器等の液晶ディスプレイへの応用開発が積極的に
進められている。

【０００３】図３は一般的に用いられている液晶ディス
プレイの断面構造を拡大して示したものである。この図
に示すように液晶ディスプレイ９は一対の透明なガラス
基板１３，１３の間に液晶１４が介設され両ガラス基板
１３，１３の外側の面に偏光フィルム１２，１２がそれ
ぞれ配置された構造となっている。

【０００４】この偏光フィルム１２，１２は、さらに同
図に拡大して示すように多層構造になっておりガラス基
板１３との貼り合わせ面から順番にセパレータ層２０、
粘着剤層１９、支持層１７、偏光子１８、支持層１７及
び表面処理層としての反射防止膜１６によって構成され
る。そして反射防止膜１６の表面には保護フィルム１５
が貼着される。

【０００５】この場合に偏光子１８は通常ポリビニルア
ルコール（ＰＶＡ）を主成分とする透明樹脂フィルムに
より構成され、支持層１７，１７は同じく透明樹脂フィ
ルムであるがトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）により
構成される。また反射防止膜１６と支持層１７との間に
は透明かつ防湿性を有する透明なアクリル系又はシリコ
ン系樹脂材料によるハードコート層（ＨＣ層）が設けら
れることもある。

【０００６】ここで偏光フィルム１２の一層をなす反射
防止膜１６は偏光フィルム１２の特性を次のような点で
向上させる働きを有している。すなわち反射防止膜１６
が外部からの入射光の反射を抑制し反射光を減少させる
ことによって液晶ディスプレイ９のバックライトの透過
率を偏光度には影響を与えることなく増加させる。ま
た、液晶ディスプレイ９の表面のぎらつきをなくしてし
まう。これによってディスプレイの表示画面が大変見や
すくなる。

【０００７】このような優れた偏光フィルム１２を得る
ために必要な反射防止膜１６の成膜法として真空蒸着法
を用いる手法が国内メーカの多くによって検討されてい
るが実用化には至っていない。一方、オプティカル・コ
ーティング・ラボラトリー・インク社（米国）等の海外
メーカではスパッタ法を応用した技術が既に実用化され
ている。この実用化されている技術は、そのほとんどが
バッチ式の蒸着法であり、その一部においてロール式の
検討が進められている。

【０００８】こうした状況下で製造されている反射防止
膜１６は良好な無反射条件を得るために主として多層構
造から形成されているものである。そのような反射防止
膜１６として特開平６−６７０１９号公報や特開昭５３
−３７０４５号公報に開示されている技術が挙げられる
が、以下に、これらについて簡単に説明する。

【０００９】まず、特開平６−６７０１９号公報に開示
されている技術は反射防止層及びその製造方法に関する
ものであってジルコニウム（Ｚｒ）とケイ素（Ｓｉ）か
らなるターゲットを用いてアルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ
₂ ）と窒素（Ｎ₂ ）の雰囲気下で反応性直流スパッタリ
ングを行うことによりジルコニウム（Ｚｒ）とケイ素
（Ｓｉ）の窒化物被膜及び酸窒化物被膜を形成するもの
である。同公報によればアルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ
₂ ）と窒素（Ｎ₂ ）の混合割合を変化させることによっ
て屈折率が互いに異なる複数の透明膜を積層して反射防
止膜を形成する技術も開示されている。

【００１０】次に、特開昭５３−３７０４５号公報に開
示されている技術は反射防止されたプラスチックレンズ
に関するものである。この技術によれば反射防止のため
の被膜はプラスチックレンズ上に酸化ケイ素（ＳｉＯ
_x ：ｘ＝１〜２）からなる不均質被膜と該不均質被膜上
に二酸化ケイ素被膜（ＳｉＯ₂ ）を有したものであって
該不均質被膜はその表面に向かって酸化ケイ素（ＳｉＯ
₁ 又はＳｉＯ₂ ）の含有量が漸次増加するように形成さ
れているとともに、その表面部の最高屈折率が１．７乃
至２．０となるように形成されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た真空蒸着法によれば蒸着の際にガラス基板１３の温度
が高くなり、これが偏光子１８に悪影響を与えてしまう
という問題点が指摘されている。これは真空蒸着装置に
はガラス基板１３を冷却するための設備がないためガラ
ス基板１３の温度がガラス基板１３自体に悪影響を及ぼ
す程度に高くなった状況に対応することができないこと
による。

【００１２】これを防ぐには予め高温にならないような
条件設定をしておく必要があり、そうすると反射防止膜
１６についての最適な反射防止効果を与えることが可能
な高い温度設定にすることができなくなるため蒸着条件
が制約される。すなわち反射防止膜１６について最適な
反射防止特性を与えることができる条件で真空蒸着を行
うことができないという問題点が指摘される。さらに、
この真空蒸着法はスパッタ法と比べて膜厚制御が悪いと
いう問題点も指摘される。

【００１３】また、特開平６−６７０１９号公報に開示
されている技術はジルコニウム（Ｚｒ）とケイ素（Ｓ
ｉ）からなるターゲットを用いてアルゴン（Ａｒ）と酸
素（Ｏ₂ ）と窒素（Ｎ₂ ）の雰囲気下で反応性直流スパ
ッタリングを行うものであるが、これによれば複数の金
属ターゲットが必要となる。したがって複数の金属ター
ゲットの準備が必要であるとともに真空蒸着装置の金属
ターゲットの交換作業もしなければならず作業が複雑に
なるという問題点が指摘される。

【００１４】また、このように金属ターゲットを交換す
る際、被膜が形成される基板を真空状態から大気へ解放
せざるをえず、その回数が増えれば増えるほど大気中へ
解放されている時間が長くなり膜質や生産能率に悪影響
を与える。この悪影響を回避するために蒸着源又は金属
ターゲットを複数備えた真空予備室をもつ真空蒸着装置
を適用することが考えられるが、こうした装置は高額で
あるため生産コストが高くなってしまう。そうすると量
産時において金属ターゲットを複数使用する場合のター
ゲットコスト及び真空蒸着装置双方のコストが無視でき
なくなる。

【００１５】本発明の解決しようとする課題は、良好な
反射条件が得られる組成制御及び膜厚制御ができると共
に生産性の向上が図れ、かつ、コスト低減が可能な高性
能反射防止膜を提供すると共にその製法をも提供するこ
とにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の反射防止膜は、光学機能物体の表面に単一金
属の酸化物による高屈折率と低屈折率の層が交互に形成
されていることを要旨とするものである。

【００１７】この場合に光学機能物体としてはガラス材
料あるいは高分子フィルム等により形成される透明な偏
光フィルムを適用し、単一金属としてはシリコン，チタ
ン，ジルコニウム，アルミニウムのうちの選ばれた一種
類の金属を適用することが望ましい。

【００１８】そうすることにより本発明の反射防止膜
は、シリコン，チタン，ジルコニウム，アルミニウムの
うちの選ばれた一種類の金属の酸化物による高屈折率と
低屈折率の層が交互に適当な厚さで積層されるが、それ
らの各酸化物層は選択される金属に応じてそれぞれシリ
コンオキサイド（ＳｉＯ_x ），酸化チタン（ＴｉＯ
_y ），酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_z ），酸化アルミニウ
ム（ＡｌＯ_w ）の化学式で表される。

【００１９】ここに高屈折率と低屈折率とで表される複
数の屈折率は不活性ガス及び酸素雰囲気下における酸素
分圧を制御することによって与えられ、高屈折率の層と
低屈折率の層とを交互に積層することは反射防止膜全体
として入射光の反射特性の改善に寄与している。例えば
シリコン（Ｓｉ）を金属ターゲットとしてシリコンオキ
サイド（ＳｉＯ_x ）を積層して反射防止膜を構成する
と、この反射防止膜は約５００ｎｍ及び約６２０ｎｍの
波長の入射光に対して非常に良好な反射特性を示すこと
がわかっている。

【００２０】また、本発明の反射防止膜の成膜法の１つ
目は、光学機能物体を不活性ガスと酸素とが含まれる減
圧下に置き、その減圧下で不活性ガスイオンを加速して
その単一金属のターゲットに衝突させることによりその
単一金属をスパッタ蒸発させ、その際酸素の分圧を制御
することによりその単一金属の酸化物による高屈折率と
低屈折率の層を交互にその光学機能物体の表面に形成す
るようにしたことを要旨とするものである。

【００２１】さらに、本発明の反射防止膜の成膜法の２
つ目は光学機能物体を不活性ガスによる減圧下に置き、
酸素イオンガンより出射される酸素イオンを単一金属の
ターゲットに衝突させることによりその単一金属をスパ
ッタ蒸発させ、その際酸素イオン量を制御することによ
りその単一金属の酸化物による高屈折率と低屈折率の層
を交互にその光学機能物体の表面に形成するようにした
ことを要旨とするものである。

【００２２】このように本発明の「反射防止膜の成膜
法」には、不活性ガスイオンによる単一金属のスパッタ
蒸発を利用した、いわゆるスパッタリング方法と、酸素
イオンガンより出射される酸素イオンによる単一金属の
スパッタ蒸発を利用したいわゆるイオンミキシング方法
とが含まれている。

【００２３】ここで反射防止膜を形成する単一金属の酸
化物による高屈折率と低屈折率の各酸化物層の構成元素
はすべて同一の種類によって構成されたものでなければ
ならない。本発明の反射防止膜成膜法は、これによって
各酸化物層を光学機能物体の表面に形成させる際におけ
る装置やターゲットの取り替え等の作業の煩雑さの解消
及び偏光フィルムの生産性の向上と生産コストの低減を
実現するものである。

【００２４】さらに各酸化物層の屈折率は組成制御及び
膜厚制御に影響を受けるが、これは酸素の分圧あるいは
酸素イオン量の制御及びスパッタ蒸発させる時間調整に
より簡単かつ正確に調整することが可能でなければなら
ない。本発明の反射防止膜の成膜法は、これにより所期
する物理的性質を生産性良く得るものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施の形態を図
面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施例
に係る反射防止膜１０の断面構造を拡大して示す図であ
る。同図に示す反射防止膜１０は図３に示す従来の反射
防止膜１６に代えて偏光フィルム１２を構成する層のう
ちの一層としたものであり、主として液晶ディスプレイ
への適用がなされるものである。

【００２６】図１において符号１乃至５はシリコン，チ
タン，ジルコニウム，アルミニウムのうちの選ばれた一
種類の金属の酸化物の層（以下、「酸化物層」とする）
であり、酸化物層１乃至５は偏光機能物体１１上に酸化
物層１から符号の順番に高屈折率の酸化物層と低屈折率
の酸化物層が交互に積層されている。このように反射防
止膜１０は多層構造となっており各層の成分元素はその
成分比率が異なるが、いずれも同一元素からなるもので
あり、シリコン，チタン，ジルコニウム，アルミニウム
のうちのいずれが選ばれるかに応じて、シリコンオキサ
イド（ＳｉＯ_x），酸化チタン（ＴｉＯ_y ），酸化ジル
コニウム（ＺｒＯ_z ），酸化アルミニウム（ＡｌＯ_w ）
で表されるものである。

【００２７】偏光機能物体１１としては本実施例におい
ては試験的にガラス板が適用されているが、偏光機能を
有するものであれば他のガラス材料又は透明なアクリル
系若しくはシリコン系の高分子フィルム等が適用されて
もよいものである。

【００２８】次に本発明の一実施の形態に係る反射防止
膜１０の成膜法の１つ目について説明する。この１つ目
の成膜法は反応性スパッタリング技術を利用したもので
ある。まず、酸化物層１を形成するには偏光機能物体１
１を不活性ガス（アルゴン）と酸素（Ｏ₂ ）とが含まれ
る減圧下に置き、その減圧下で不活性ガスイオン（アル
ゴンイオン）を加速する。この際、酸化物層１の屈折率
が所望の値になるように蒸着装置を操作して酸素分圧を
制御することにより組成制御を行う。

【００２９】そして、シリコン（Ｓｉ），チタン（Ｔ
ｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），アルミニウム（Ａｌ）の
うちのいずれか一種類の金属を金属ターゲットとしてこ
の不活性ガスイオン（アルゴンイオン）をその金属ター
ゲットに衝突させる。そうすることにより、その金属タ
ーゲットがスパッタ蒸発して雰囲気中の酸素（Ｏ₂ ）に
より酸化され、その酸化物が酸化物層１として偏光機能
物体１１に蒸着する。この際、蒸着時間を制御すること
で、酸化物層１の膜厚制御が行われる。

【００３０】次いで酸化物層１の上に酸化物層２乃至酸
化物層５を順番に酸化物層１と同様にして蒸着させる。
この際、酸化物層１乃至酸化物層５が高屈折率の層と低
屈折率の層とが交互に積層されるように、各酸化物層に
ついての不活性ガスイオン（アルゴンイオン）の加速時
における酸素分圧の制御による組成制御及び酸化物の蒸
着時間の制御による膜厚制御が最適になるように蒸着装
置を操作する。このように組成制御及び膜厚制御によっ
て各酸化物層の屈折率差を発生させているから所期する
物理的特性が得られ易く、具体的には反射防止膜１０の
反射特性に反映される。

【００３１】次の表１は偏光機能物体としてガラス板を
適用し上述の反応性スパッタリング技術に基づいて単一
の金属ターゲットとしてシリコン（Ｓｉ）を用いて各酸
化物層としてシリコンオキサイド（ＳｉＯ_x ）を蒸着及
び積層して得られた反射防止膜の各酸化物層の屈折率と
膜厚とをまとめて示したものである。

【００３２】この光学薄膜は屈折率が１．５３のガラス
板の表面に第１層目の酸化物層として膜厚が４４．８ｎ
ｍで屈折率が１．６３のシリコンオキサイドを蒸着し、
次いで第２層目の酸化物層として膜厚が１１４．２ｎｍ
で屈折率が１．９５のシリコンオキサイドを蒸着し、さ
らに第３層目の酸化物層として膜厚が１５６．６ｎｍで
屈折率が１．４６のシリコンオキサイドを蒸着する。

【００３３】そして、第４層目（膜厚が９６．６ｎｍで
屈折率が１．９５のシリコンオキサイド）と第５層目
（膜厚が６９．８ｎｍで屈折率が１．４６のシリコンオ
キサイド）は第２層目と第３層目の繰り返しであるが蒸
着時間を制御することでその膜厚を変えた状態でさらに
蒸着することにより、その光学薄膜は形成されている。

【００３４】

【表１】

【００３５】図２は、このようにして得られた光学薄膜
に４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲に波長を有する光波を
それぞれ入射させ、その反射率を測定した結果を示した
ものである。横軸に入射光の波長（ｎｍ）をとり縦軸に
反射率（％）をとっている。同図のグラフによれば光学
薄膜の反射率は入射光の波長が４００ｎｍ〜６５０ｎｍ
の範囲にあるときに１％を切る値を示しており、結果と
しては良好であった。そして、その入射光の波長が５０
０ｎｍ及び６２０ｎｍである場合に非常に優れた入射光
反射特性を示し、例えば、波長が５００ｎｍの場合には
反射率が０．１２％という結果になった。

【００３６】この実施例によればガラス板に複数のシリ
コンオキサイドが積層されているが、いずれの層も同一
の種類の構成元素であるため酸素分圧及び蒸着時間を制
御するだけで所期する物理的性質の反射防止膜が得られ
る。さらに金属ターゲットを交換することがないため成
膜途中にガラス板やシリコンオキサイドが大気と接触す
ることがなく、一定の品質の維持が可能であるとともに
交換作業等の手間が省かれ作業能率及び生産効率が向上
する。

【００３７】また組成制御及び膜厚制御をいろいろと変
化させた反射防止膜を製造し、図２と同様なデータを作
成しておけば特定の入射光の波長に対して特定の反射率
を示す反射防止膜を必要に応じて調整することを効率良
く行うことが可能になる。

【００３８】次に本発明の一実施の形態に係る反射防止
膜１０の成膜法の２つ目について説明する。この２つ目
の成膜法はイオンミキシング技術を利用したものであ
る。まず、酸化物層１を形成するには偏光機能物体１１
を不活性ガス（アルゴン）による減圧下に置き、酸素イ
オンガンより出射される酸素イオン（Ｏ^2-）をシリコン
（Ｓｉ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ア
ルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれか一種類の金属を金
属ターゲットとして、その金属ターゲットに衝突させ
る。この際、酸化物層１の屈折率が所望の値になるよう
に蒸着装置を操作して酸素イオン量を制御することによ
り組成制御を行う。

【００３９】そうすることにより、その金属ターゲット
がスパッタ蒸発して酸素イオンガンより出射される酸素
イオンにより酸化され、その酸化物が酸化物層１として
偏光機能物体１１に蒸着する。この際、蒸着時間を制御
することで酸化物層１の膜厚制御が行われる。

【００４０】次いで酸化物層２乃至酸化物層５を上述の
１つ目の成膜法と同様にして積層するが、各酸化物層に
ついての組成制御は酸素イオンガンより出射される酸素
イオン量の制御により行うようにし、膜厚制御は上述と
同様にして酸化物の蒸着時間の制御により行うようにし
ている。この２つ目の成膜法によっても組成制御及び膜
厚制御によって各酸化物層の屈折率差を発生させている
から所期する物理的特性が生産性良く得られ易い。ま
た、金属ターゲットを交換することがないため成膜途中
に大気と接触することがなく、品質維持や交換作業等の
手間が軽減され生産効率が向上する。

【００４１】以上、実施例について説明したが本発明は
上記実施例に何等限定されるものではなく本発明の趣旨
を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、
上記実施例では金属ターゲットとしてシリコン（Ｓｉ）
を用いたが、これに代えて、アルミニウム，ジルコニウ
ム，チタン等を用いてもよい。さらに、上述した測定結
果を利用して反射防止膜を製造すれば被膜が形成される
光学機能物体（例えば、偏光フィルム）を他の蒸着装置
へ交換するための作業は必要ない。したがって、成膜途
中に大気との接触がなく、その分、膜質向上及び生産能
率向上に寄与するものである。また、金属ターゲットが
単一で済むため量産時におけるターゲットコストを抑え
ることが可能である。

【００４２】

【発明の効果】本発明の反射防止膜によれば、光学機能
物体の表面にシリコン等の単一金属による高屈折率と低
屈折率の酸化物層をスパッタリングにより形成するよう
にしたものであるから、反射光を低減できて偏光フィル
ムとしての光透過特性の向上（偏光度に影響を与えるこ
となく）に寄与するものである。

【００４３】また本発明の反射防止膜の成膜法によれば
単一金属の酸化物層を酸素濃度の制御のみによって行う
ものであるからターゲットの交換が不要で生産性良く反
射防止膜を生産できるものである。しかもスパッタリン
グ法によるものであるから従来の真空蒸着法に較べて膜
厚制御も良好に行えるものであり、その品質は安定して
いる。したがって、これを液晶ディスプレイ等の各種表
示体の偏光フィルム等に適用することは極めて有益なも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る反射防止膜１０の
構造を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施例として得られた光学薄膜の反
射率の測定結果を示す図である。

【図３】従来一般に知られる液晶ディスプレイやその表
面に用いられる偏光フィルムの構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１，２，３，４，５酸化物層９液晶ディスプレイ１０反射防止膜１１偏光機能物体１２偏光フィルム１３ガラス基板１４液晶１５保護フィルム１６反射防止膜１７支持層１８偏光子１９粘着剤層２０セパレータ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学機能物体の表面に単一金属の酸化物
による高屈折率と低屈折率の層が交互に形成されている
ことを特徴とする反射防止膜。
【請求項２】前記光学機能物体が透明基板であること
を特徴とする請求項１に記載の反射防止膜。
【請求項３】前記光学機能物体が偏光フィルムである
ことを特徴とする請求項１に記載の反射防止膜。
【請求項４】前記単一金属がシリコン，チタン，ジル
コニウム，アルミニウムのうちの選ばれた一種類の金属
であることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の反
射防止膜。
【請求項５】光学機能物体を不活性ガスと酸素とが含
まれる減圧下に置き、その減圧下で不活性ガスイオンを
加速して単一金属のターゲットに衝突させることにより
その単一金属をスパッタ蒸発させ、その際酸素の分圧を
制御することによりその単一金属の酸化物による高屈折
率と低屈折率の層を交互に前記光学機能物体の表面に形
成するようにしたことを特徴とする反射防止膜の成膜
法。
【請求項６】前記光学機能物体が透明基板であること
を特徴とする請求項５に記載の反射防止膜の成膜法。
【請求項７】前記光学機能物体が偏光フィルムである
ことを特徴とする請求項５に記載の反射防止膜の成膜
法。
【請求項８】前記単一金属がシリコン，チタン，ジル
コニウム，アルミニウムのうちの選ばれた一種類の金属
であることを特徴とする請求項５，６又は７に記載の反
射防止膜の成膜法。
【請求項９】光学機能物体を不活性ガスによる減圧下
に置き、酸素イオンガンより出射される酸素イオンを単
一金属のターゲットに衝突させることによりその単一金
属をスパッタ蒸発させ、その際酸素イオン量を制御する
ことによりその単一金属の酸化物による高屈折率と低屈
折率の層を交互に前記光学機能物体の表面に形成するよ
うにしたことを特徴とする反射防止膜の成膜法。
【請求項１０】前記光学機能物体が透明基板であるこ
とを特徴とする請求項９に記載の反射防止膜の成膜法。
【請求項１１】前記光学機能物体が偏光フィルムであ
ることを特徴とする請求項９に記載の反射防止膜の成膜
法。
【請求項１２】前記単一金属がシリコン，チタン，ジ
ルコニウム，アルミニウムのうちの選ばれた一種類の金
属であることを特徴とする請求項９，１０又は１１に記
載の反射防止膜の成膜法。