JPS63131101A - 多層反射防止膜 - Google Patents

多層反射防止膜

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JPS63131101A
JPS63131101A JP61278179A JP27817986A JPS63131101A JP S63131101 A JPS63131101 A JP S63131101A JP 61278179 A JP61278179 A JP 61278179A JP 27817986 A JP27817986 A JP 27817986A JP S63131101 A JPS63131101 A JP S63131101A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、透明基板の表面での光の反射を減少させるた
めにこの透明基板上に形成される多層構造の反射防止膜
に関するものであって、テレビ受像機などに用いられる
ブラウン管のフェース面や、このフェース面の前方に配
置される反射防止仮に適用するのに最適なものである。
〔発明の概要〕
本発明は、透明基板上にこの透明基板から遠ざかる方向
に向って第1の高屈折率膜、第1の低屈折率膜、第2の
高屈折率膜及び第2の低屈折率膜が順次積層された多層
反射防止膜において、上記第1及び第2の高屈折率膜の
うちの少くとも一方を、反応性スパッタリングを用いて
形成された高屈折率の第1の膜状体と、この第1の膜状
体よりも更に屈折率の高い第2の膜状体とを積層するこ
とにより構成することによって、高スルーブツト及び高
均一性、更に低コストで以って分光反射率特性に優れた
大面積の多層反射防止膜を提供することができるように
したものである。
〔従来の技術〕
一般に、カメラや双眼鏡等の光学機器においては、フレ
ヤーやゴーストといった現象を無くし、像のコントラス
トを向上させて鮮鋭度を増すために、レンズ等のガラス
基板の表面にコーテイング材と称する透明材料から成る
反射防止膜が被着形成されている。なお上記反射防止膜
は、周知のように、ガラス基板などの透明基板の表面で
の光の反射を減少させて、透過率を増加させるものであ
る。
このような反射防止膜は、上述の如きレンズ等の小面積
のもののみならず、大面積のものにも形成されており、
例えば、テレビ受像機などに用いられるブラウン管のフ
ェース面や、このフェース面の前方に配置される防爆ガ
ラス板の表面にも、上記反射防止膜が形成されている。
従来より一般に用いられている反射防止膜としては、単
層、2層及び3層構造のものがある。このうち構造が最
も簡単な単層反射防止膜は、単一波長に対してのみ反射
防止効果がある。しかし、通常用いられるガラス基板は
屈折率ng−1,52程度ということから、反射率を零
にする透明材料、即ち反射光の振幅条件である屈折率n
 、 = 2=1.23を満たす低屈折率膜が無い為、
残留反射が生ずる。
2層反射防止膜は、ガラス基板と低屈折率膜との間に高
屈折率膜を介在させた構造のものである。
この2層反射防止膜によれば、高屈折率膜の介在により
ガラス基板の見かけ上の屈折率を大きくとれるので、低
屈折率膜の材料の選択範囲が拡がって上記残留反射が解
消される。しかし、この2層反射防止膜の場合、反射防
止の効果は単−波長及びその近傍の狭い波長領域に限定
される。
3層反射防止膜は、反射防止の波長領域を拡げる上で有
効である。即ち、2層構造の場合の高屈折率膜とガラス
基板との間に中間の屈折率を有する膜を介在させた構造
とすることにより、2波長及びその中間波長領域におい
て反射率を零かまたは極めて小さくすることができる。
また、この様な3層構造とする場合、所望する反射防止
効果を得る上で、それぞれの膜を構成する各透明材料の
屈折率及び膜厚をある程度拡い範囲でとれる為、設計上
の自由度を向上させることができる。
ここで、2層若しくはそれ以上の多層構造とする場合、
各透明材料の屈折率及び膜厚の設定は、系統型てられた
手法が確立されていないので、一般的には反射光をベク
トル的に取り扱うベクトル法、あるいは複雑なマトリク
ス法等に基づき反射光の位相条件及び振幅条件を所望の
如く満たすよう試行錯誤的に行われている。
ところで、可視光の波長領域(波長;400〜700μ
m)に対する反射防止効果は3層構造のものでは十分得
ることができない。この要求を満たす為に、3層構造の
中屈折率膜を更に高屈折率膜と低屈折率膜(ガラス基板
側からの順番で)で置換した4層構造のものが開発され
ている。この場合も、各透明材料の屈折率及び膜厚の設
定は、勿論上述した如きベクトル法等に基づき試行錯誤
的に行われるが、所望す分光反射率特性を得るのに、一
般にはガラス基板側の高屈折率膜と低屈折率膜は薄目に
、またその上の高屈折率膜と低屈折率膜は厚目に構成さ
れる。
このような4層構造とすることにより膜の境界面が多く
なって光の干渉が強まる為、可視光全域に渡ってほぼ良
好な反射防止効果を得ることができる。またこの4層反
射防止膜によれば、設計の自由度を更に大きくとること
ができる。
次に、第3図〜第5図により、従来の4層反射防止膜及
び本発明の参考例における4層反射防止膜の構成及び分
光反射率特性について説明する。
まず第3図は、従来の4層反射防止膜を示すものであっ
て、この場合、代表的な低屈折率膜材料であるMgh 
(フッ化マグネシウムHn=1.38)が用いられてい
る。なおMgF tは、その特性上、その形成方法が一
般的に真空蒸着法に限定されるから、実用上の観点から
、反射防止膜が形成されるガラス基板も小面積のものに
限定されるという問題点がある。
図中、11はガラス基板(n= 1.52) 、12は
膜厚140人のZrO□(酸化ジルコニウム;n=2.
13)から成る第1の高屈折率膜、13は膜厚310人
のMgF tから成る第1の低屈折率膜、14は膜厚1
320人のZr0tから成る第2の高屈折率膜、また1
5は膜厚940人のMghから成る第2の低屈折率膜で
ある。
第5図のaは、上記の如く構成された第3図に示す従来
例の分光反射率特性を示したものである。
同図より明らかな様に、この従来例の場合、斜線領域で
示されるMIL規格を十分溝たし、また可視光のほぼ全
波長領域に渡って優れた特徴を有している。
ここにおいて、第1及び第2の高屈折率膜及び2.14
の材料としては、上記Zr0tの他、TazOs (酸
化タンタルHn=2.15) 、Pr1e目(酸化プラ
セオジム: n = 2.20) 、Ti0x(酸化チ
タン;n=2.35)等の真空蒸着または反応性直流ス
パッタリングに好適な透明材料を用いることができる。
次に、第4図は本発明の参考例における4Ji反射防止
膜を示すものであって、この場合、ガラス基板として大
面積の基板を用い、高屈折率膜及び低屈折率膜をそれぞ
れ反応性直流スパッタリングを用いて形成している。
なお、反応性直流スパッタリングに好適な低屈折率膜の
材料の代表的なものとしては、5iOz(酸化シリコン
:n=1.455)が挙げられるが、このSiO□の屈
折率はn=1.455で低屈折率膜としては比較的大き
い為、高屈折率膜の材料としては組み合せの都合上、n
−2,3〜2.5のものを用いる必要がある。この為、
この参考例では、上記範囲の屈折率を有し且つ反応性直
流スパッタリングに好適な透明材料であるTiOx(酸
化チタン;n=2.35)を用いて4層反射防止膜を形
成している。
第4図において、11はガラス基板、12.13は膜厚
110人のTi01から成る第1の高屈折率膜及び膜厚
360人のSiO2から成る第1の低屈折率膜であり、
また14.15は膜厚1120人のTi01から成る第
2の高屈折率膜及び膜厚900人のSiO□から成る第
2の低屈折率膜である。
この大面積化された第4図に示す参考例の場合、分光反
射率特性は第5図のbで示す如く、第3図に示す上述の
従来例に匹敵する優れたものであって、この場合にもM
IL規格を十分溝たしている。
ここで、第1及び第2の低屈折率膜13.15としては
、上記SiO□単体の他、反応性直流スパッタリングに
好適なSiO□を主成分とする透明材料を用いることが
でき、また第1及び第2の高屈折率膜及び2.14とし
ては、上記TiO□単体の他、同様のスパッタリングに
適したTiO2を主成分と透明材料を適宜用いることが
できる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、第3図に示す上述の従来例では、低屈折
率膜にMgF、を用いているので、この低屈折率膜を形
成するのに一般的に真空蒸着法に依存せざるを得す、こ
の為反射防止膜の大面積化が図れなくて、その適用範囲
がレンズ等の小面積のものに制限されるという問題があ
った。
また、第4図に示す上述の参考例の場合は、反応性直流
スパッタリング法を用いている為に大面積化が図れて、
寸法の大きいガラス基板(例えば、ブラウン管の前方に
配置する反射防止板)への適用ができるものの、製作時
の技術的な制約から?IgF。
を使用していないので、これに起因した問題が生ずる。
即ち、5iOzの屈折率はn=1.455で低屈折率膜
としては比較的大きい為、高屈折率膜の材料として比較
的屈折率の高いTiO□を用いる必要があるが、Ti0
gは反応性直流スパッタリングレートが小さいので、第
2の高屈折率膜及び4を特に厚く形成する必要があるこ
ともあって生産性が極めて低くなり、この為にコスト高
になるという問題があった。
なお高屈折率膜の材料としてTi0z以外にZrO2、
TazQs 、PrbO□等を用いることも考えられる
が、これらZr0z、Ta205 、Pr、、0.は屈
折率が2.2以下であるから、第4図に示す4層反射防
止膜において、高屈折率膜及び2.14として例えばT
a、0.を用いた本発明の別の参考例の場合には、その
分光反射率特性は第6図の様になる。そしてこの場合、
同図より明らかなように、MIL規格に対し殆んど余裕
がないかまたはこれを満たし得ない波長領域(図示のC
)が生じて、その分光反射率特性が悪くなる。
なお、第6図にその分光反射率特性を示す上述の別の参
考例の場合には、第1及び第2の高屈折率膜及び2.1
4として用いるTazOsの膜厚を各々140人、及び
1130人とすると共に、第1及び第2の低屈折率膜1
3.15として用いるSiO□の膜厚を各々270人、
及び850人として構成している。
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、実用
上の観点からも大面積の透明基板に適用できると共に、
均一に且つ効率良く高屈折率膜及び低屈折率膜を形成し
得る多層反射防止膜を提供することを目的とする。
〔問題を解決するための手段〕
本発明は、ガラス基板、合成樹脂基板などの透明基板の
表面での光の反射を減少させるためにこの透明基板上に
形成される反射防止膜であって、第1の高屈折率膜、第
1の低屈折率膜、第2の高屈折率膜及び第2の低屈折率
膜から多層に構成され、これらの膜が透明基板上にこの
透明基板から遠ざかる方向に向って上記記載の順序で順
次形成された多層反射防止膜において、上記第1及び第
2の高屈折率膜のうちの少くとも一方が、反応性スパッ
タリングを用いて形成された高屈折率の第1の膜状体と
、この第1の膜状体よりも更に屈折率の高い第2の膜状
体とを積層することにより構成されていることを特徴と
する多層反射防止膜に係るものである。
以上のように構成された本発明によれば、少くとも1つ
の高屈折率膜を構成する第1及び第2の膜状体のうちの
比較的屈折率の低い方の第1の膜状体を反応性スパッタ
リングを用いて形成するようにしたので、スパッタリン
グレートを高くすることが可能であり、この為にスルー
プットを向上させることができる。また上記反応性スパ
ッタリングで形成した第1の膜状体の他にこれよりも更
に屈折率の高い第2の膜状体を上記少くとも1つの高屈
折率膜に具備させたので、優れた分光反射率特性を得る
ことができる。
なお本発明においては、第1及び第2の高屈折重膜のう
ちの一方が他方に較べて充分厚く構成され、また上記一
方の高屈折率膜のみが第1及び第2の膜状体から成り、
またこの第1の膜状体が上記第2の膜状体に較べて充分
厚く構成され、しかも第1及び第2の低屈折率膜のうち
の上記一方の高屈折率膜のすぐ外側に存在する低屈折率
膜が他方の低屈折率膜に較べて充分厚く構成されている
のが好ましい。そしてこの様に構成することによって、
より一層スループットを向上させることができ、またよ
り一層優れた分光反射率特性を得ることができる。
また上記第1の膜状体を形成するための反応性スパッタ
リングとしては、特に上記第1の膜状体をTa5ksの
単体又はこれを主成分とする物質を用いる場合には、ス
パッタリングレートを高くし得る反応性直流スパッタリ
ングを用いるのが好ましい。
〔実施例〕
以下、第1図及び第2図により、本発明の一実施例を詳
細に説明する。
第1図において、11は大面積のガラス基板(n=1.
52)から成る透明基板、12.13は膜厚75人のT
i0z(n = 2.35 )から成る第1の高屈折率
膜及び膜厚395人のSiOg(n =1.455 )
から成る第1の低屈折率膜であり、これらの膜12.1
3はガラス基板11の見かけの屈折率を変化させる働き
をする。また、14aは膜厚1015人のTazOs(
n = 2.15 )から成る第1の膜状体、14bは
膜厚180人のTiO□から成る第2の膜状体であって
、これら第1及び第2の膜状体14a、14bによって
第2の高屈折率膜が構成されている。更に15は960
人のStowから成る第2の低屈折率膜である。
この5層反射防止膜において、上記膜12.13.14
a、14b、15を構成する透明材料は、可視光の波長
領域で反射率を零もしくは極めて小さくする為に、反射
光の位相条件及び振幅条件を所望する如く満たすよう材
料選択されると共に、膜厚が各々設定されている。
また上記5層反射防止膜の製造に際しては、反応性マグ
ネトロンスパッタリング法を用いて、85%Ar−15
%0□の混合ガスを雰囲気ガスとして圧力5 X 10
−3Torrの条件下で反応性直流スバ・ツタリングを
行うようにしている。
この5jQ2−TiQz  78gOs系の5層膜中で
膜厚が厚くて最もスパッタリング時間を要する第2の高
屈折率膜中の第1の膜状体14aはTa、O,から成っ
ているが、このTa20gのスパッタリングレートが大
きい為にTazOsのスパッタリングに要する時間は約
5分程度で済む。一方、第2の高屈折率膜全体をTiO
□で構成した場合(SiO2−TiO□系の構成となり
、第4図に示す前述の参考例と同一となる)には、前述
の如(TiOgのスパッタリングレートが低い為、本実
施例と同一の製造条件により形成しても、第2の高屈折
率膜Ti0zのスパッタリングに要する時間は約27分
となる。
このように、本実施例によれば、スパッタリングレート
の高い↑atogから成る第1の膜状体14aを厚目に
すると共にスパッタリングレートの低いTiO2から成
る第2の膜状体14bを薄目にして第2の高屈折率膜を
構成しているので、それぞれの膜12.13.14a、
14b、15を流れ作業で形成することができるインラ
イン型スパッタリング装置でこの5層反射防止膜を製造
する場合、これら5つの膜全体の形成スピードを、第4
図に示す5tO1−TiOg系の4層反射防止膜の4つ
の膜12.13.14.15の全体の形成スピードに比
べて、はぼ5倍以上にすることができる。
第2図は、上述した本実施例のSing  Ti0z−
Ta、OS系の5層反射防止膜の分光反射率特性を示し
たものである。同図より明らかなように、本実施例にお
ける5層反射防止膜は斜線領域で示されるMIL規格を
十分溝たしており、また可視光のほぼ全波長領域に渡り
優れた特性を有している。
なお、上記実施例において、MIL規格を満たす分光反
射率特性を得るのに、TiO,から成る第1の高屈折率
膜及び2が75±10人、5iOtから成る第1の低屈
折率膜13が395±20人、Ta、05から成る第2
の高屈折率膜の第1の膜状体14aが1015±10人
、TiO2から成る第2の高屈折率膜の第2の膜状体1
4bが180±IO人、更に第2の低屈折率膜5iOz
15が960±20人の範囲となるように各膜厚を拡げ
ることができるが、本発明が上記範囲に必ずしも限定さ
れるものではないことは云う迄もない。
また、TazOsから成る第2の高屈折率膜の第1の膜
状体14aとTiO2から成る第2の高屈折率膜の第2
の膜状体14bとを上下逆にしてもほぼ同様の効果を得
ることができたが、上述の実施例の場合のように、Ti
e、から成るより高屈折率の第2の膜状体14. bが
第2の低屈折率膜15側である方がより優れた分光反射
率特性となることが判明した。
また膜12.13の組と、膜14a、14b。
15の組とを上下逆にしてもほぼ同様の効果を得ること
ができたが、上述の実施例の場合のように、膜12.1
3の組がガラス基板11側である方がより優れた分光反
射率特性となることが判明した。
更にまた、第1の高屈折率膜及び2としてTiO□を用
いたが、屈折率が2.2〜2.5の他の透明材料、ある
いはTaz05 、Zr0z、Inz03  (酸化イ
ンジウム; n = 2.00 ) 、5nOz (酸
化スズ;n=2.00)、Pr60++s 5bzOt
  (酸化アンチモン;n=1.95  )、Nd、0
3(酸化ネオジム; n =1.90)等の単体または
これらの混合物で屈折率が好ましくは1.9〜2.2の
範囲の透明材料を用いることができる。またその膜厚は
選択される材料により適宜設定することができる。
また、第2の高屈折率膜の第1の膜状体14aとしては
、上記Ta2O,の他、Zr0z、Inz03.5nO
z、Pr60目、5b203 、Nd2O,1等の単体
またはこれらの混合物でその屈折率が好ましくは1.9
〜2.2の範囲にあり且つ第2の高屈折率膜の第2の膜
状体14bよりもスパッタリングレートの高い透明材料
を用いることができる。更に、第2の高屈折率膜の第2
の膜状体14bとしては、上記TiO□の他、その屈折
率が好ましくは2.2〜2.5の他の透明材料を用いる
ことができる。この場合、第1及び第2の膜状体14a
、14bの何れの膜厚も、上記第1の高屈折率膜及び2
の場合と同様に、選択される材料により適宜設定するこ
とができる。
また更に、第1の低屈折率膜13としては、上記5iO
zの他、^j2zo+(酸化アルミニウム; n =1
.64)の単体、またはこれらの混合物、若しくはこれ
らの一方又は両方を主成分とする透明材料でその屈折率
が好ましくは1.44〜1.65の範囲のものを用いる
ことができる。また第2の低屈折率膜15としては、S
iO□の単体の他、SiO□とA/z(hとの混合物、
あるいは5iftを主成分とする透明材料でその屈折率
が好ましくは1644〜1.50の範囲のものを適宜選
択して用いることができる。
〔発明の効果〕
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、分光反
射率特性に優れた大面積の多層反射防止膜を、高スルー
プツト及び高均一性、更に低コストで以って提供でき、
従って極めて実用的である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における多層反射防止膜を示
す一部分の断面図、第2図は第1図に示す多層反射防止
膜の分光反射率特性図、第3図は従来例の多層反射防止
膜を示す一部分の断面図、第4図は本発明の参考例にお
ける多層反射防止膜を示す一部分の断面図、第5図は第
3図に示す従来例及び第4図に示す参考例の分光反射率
特性図、また第6図は本発明の別の参考例におけるSi
n、 −Ta、OS系の多層反射防止膜の分光反射率特
性図である。 なお図面に用いた符号において、 11−・−・・・−・・・−・ガラス基板(透明基板)
12−−−・−・・−・・・−・・−第1の高屈折率膜
及び3−・−・−−−−−・・−一−−−・第1の低屈
折率膜14a・・・−・−・・・・−第1の膜状体14
b・−−−−−・−・−・−・−第2の膜状体15・・
・・・−・−・・・−・−・・−第2の低屈折率膜であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、透明基板の表面での光の反射を減少させるためにこ
    の透明基板上に形成される反射防止膜であって、第1の
    高屈折率膜、第1の低屈折率膜、第2の高屈折率膜及び
    第2の低屈折率膜から多層に構成され、これらの膜が透
    明基板上にこの透明基板から遠ざかる方向に向って上記
    記載の順序で順次積層された多層反射防止膜において、 上記第1及び第2の高屈折率膜のうちの少くとも一方が
    、反応性スパッタリングを用いて形成された高屈折率の
    第1の膜状体と、この第1の膜状体よりも更に屈折率の
    高い第2の膜状体とを積層することにより構成されてい
    ることを特徴とする多層反射防止膜。 2、上記第1の膜状体の屈折率が1.9〜2.2であり
    、上記第2の膜状体の屈折率が2.2〜2.5である特
    許請求の範囲第1項記載の多層反射防止膜。 3、上記第1及び第2の低屈折率膜の屈折率がいずれも
    1.44〜1.50である特許請求の範囲第1項記載の
    多層反射防止膜。 4、上記第1の低屈折率膜の屈折率が1.50〜1.6
    5であり、上記第2の低屈折率膜の屈折率が1.44〜
    1.50である特許請求の範囲第1項記載の多層反射防
    止膜。 5、上記第2の高屈折率膜のみが上記第1の膜状体及び
    第2の膜状体を積層することにより構成されている特許
    請求の範囲第1項記載の多層反射防止膜。 6、上記第1の高屈折率膜の屈折率が1.9〜2.2で
    ある特許請求の範囲第5項記載の多層反射防止膜。 7、上記第1の高屈折率膜の屈折率が2.2〜2.5で
    ある特許請求の範囲第1項記載の多層反射防止膜。 8、上記第1の膜状体として、Ta_2O_5、ZrO
    _2、In_2O_3、SnO_2、Pr_6O_1_
    1、Sb_2O_3、Nd_2O_3の単体のいずれか
    、またはこれらの混合物を用いると共に、上記第2の膜
    状体として、TiO_2を用いることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の多層反射防止膜。 9、上記第1の低屈折率膜として、SiO_2、Al_
    2O_3の単体のいずれか、またはこれらの混合物、若
    しくはこれらの一方又は両方を主成分とする物質を用い
    ることを特徴とする特許請求の範囲第3項または第4項
    記載の多層反射防止膜。 10、上記第2の低屈折率膜として、SiO_2、また
    はSiO_2とAl_2O_3との混合物、若しくはS
    iO_2を主成分とする物質を用いることを特徴とする
    特許請求の範囲第4項に記載の多層反射防止膜。
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