JP2009031741A

JP2009031741A - 光学多層膜基材

Info

Publication number: JP2009031741A
Application number: JP2008082400A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Kubozaka; 衛窪坂
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】高屈折率膜と低屈折率膜との境界で剥離を起こさない光学多層膜基材を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の光学多層膜基材は、基材上に、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した光学多層膜を形成した光学多層膜基材において、下層に位置する高屈折率膜とその上層に位置する低屈折率膜との間に、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜を形成してなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学多層膜基材、特に基材上に、高屈折率材料と低屈折率材料とを用いた光学多層膜を形成した光学多層膜基材に関するものである。

光学多層膜は、ガラス基板やプラスチック基板上に形成され、例えば、リフレクタ等の反射鏡の高反射膜、ＩＲカットフィルタ等の光学フィルタの干渉膜、ディスプレイ等の反射防止膜として使用されている。これらの光学多層膜は、低屈折率の膜と、高屈折率の膜を交互に積層した多層膜からなり、低屈折率の膜材料としては、酸化ケイ素が、高屈折率の膜としては、酸化ニオブが代表的である。これらの膜材料は、比較的安価で、しかも安定した光学特性が得られるため、多用されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特開２００１−１１６９２１号公報特開２００６−３３７７７０号公報特開２００７−３５４０４号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載の光学多層膜において、非常に低い確率ではあるが、酸化ケイ素膜と酸化ニオブ膜との境界で剥離が生じるという問題があった。またこの剥離傾向は、成膜速度とともに悪化することがわかった。

本発明は、このような事情に鑑みて成されたものであり、高屈折率膜と低屈折率膜との境界で剥離を起こさない光学多層膜基材を提供することを目的とする。

本発明者は、光学多層膜の剥離は、基材上に形成した下層に位置する高屈折率膜とその上層に位置する低屈折率膜との間で剥離することを発見し、高屈折率膜と低屈折率膜との間に低屈折率材料と高屈折率材料とからなる混合膜を形成することによって、高屈折率膜と低屈折率膜との境界で剥離を起こさないことを見出し、本発明として提案するものである。

すなわち、本発明の光学多層膜基材は、基材上に、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した光学多層膜を形成した光学多層膜基材において、下層に位置する高屈折率膜とその上層に位置する低屈折率膜との間に、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜を形成してなることを特徴とする。

本発明の光学多層膜は、上記した構成を有しているため、高屈折率膜と低屈折率膜との境界で剥離しにくい。すなわち、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜が高屈折率膜とおよび低屈折率膜との結合性を向上させ、剥離を防止するからである。その結果、成膜速度を上げても剥離することがない。尚、上記高屈折率材料と低屈折率材料は、それぞれ高屈折率膜を構成する材料と低屈折率膜を構成する材料と異なっていても良いが、同一であることがより好ましい。

上記した構成において、下層に位置する低屈折率膜とその上層に位置する高屈折率膜の間にも、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜を形成してなることが好ましい。このようにすれば、より光学多層膜の剥離を防止する効果が増す。

上記した構成において、基材が低屈折率膜と同じ成分を含有する材料からなり、基材と高屈折率膜との間にも、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜を形成してなることが好ましい。このようにすれば、基板と高屈折率膜との間の剥離を防止することができる。

上記した構成において、混合膜は、物理膜厚が１〜３０ｎｍであることが好ましい。このようにすれば、混合膜を高屈折率膜と低屈折率膜との間に形成しても、低屈折率膜や高屈折率膜の膜数は変えることなく、わずかに膜厚を変化させるだけで、光学多層膜の光学特性は変化することが少なく、剥離を防止することができる。また混合膜を形成して膜数が増加しても、光学多層膜の全物理膜厚は、殆ど変化することがないため、剥離せずに成膜速度を上げられる分だけ、光学多層膜の生産効率が高くなる。すなわち、混合膜の物理膜厚が１ｎｍよりも薄いと、高屈折率膜と低屈折率膜間の剥離を防止できず、３０ｎｍよりも厚いと光学多層膜の光学特性に大きく関与するようになり、低屈折率膜や高屈折率膜の膜数や膜厚を大きく変えないと所望の光学特性が得られなくなる。場合によっては、光学多層膜の全物理膜厚が厚くなることも考えられ、成膜速度を上げられることの生産効率上のメリットを享受できなくなることもある。混合膜の物理的膜厚のより好ましい範囲は、２〜２０ｎｍである。

上記した構成において、混合膜中の高屈折率材料の含有比率は、質量％で、２０〜８０％であることが好ましい。すなわち高屈折率材料の含有比率が２０％よりも低いと、混合膜と高屈折率膜との結合が弱くなり、８０％よりも高いと、混合膜と低屈折率膜との結合が弱くなるため好ましくない。

上記した構成において、混合膜は、高屈折率膜から低屈折率膜又は基材へ向かって高屈折率材料の含有率が１００％から０％（低屈折率材料の含有率が０％から１００％）に漸次変化した膜からなることが好ましい。このようにすれば、さらに高屈折率膜と低屈折率膜（基材）との間での剥離防止効果が高くなる。

高屈折率膜や混合膜を構成する高屈折率材料としては、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ハフニウム又は酸化アルミニウムが、低屈折率膜や混合膜を構成する低屈折率材料としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム又はフッ化マグネシウムが使用可能であるが、特に、高屈折率膜が酸化ニオブ膜、低屈折率膜が酸化ケイ素膜、混合膜が酸化ニオブと酸化ケイ素の混合膜であることが好ましい。このようにすれば、光学多層膜の剥離防止効果が顕著になる。

また、上記した構成において、基材が酸化ケイ素を含有する材料からなり、基材と酸化ニオブ膜との間にも、酸化ケイ素と酸化ニオブとからなる混合膜が形成されてなることが好ましい。このようにすれば、基板と酸化ニオブ膜との間の剥離を防止することができる。

本発明の光学多層膜は、スパッタ法、物理蒸着法、イオンプレーティング法等の成膜方法によって形成することが可能である。

以下に、本発明による実施例を、図および表に基づいて説明する。図１は、本発明の光学多層膜基材の説明図であり、図２は、実施例２のダイシング試験による剥離状態を示す写真であり、図３は、比較例２のダイシング試験による剥離状態を示す写真である。表１は、本発明の実施例１、２の膜構成を示し、表２は比較例１、２の膜構成を示す。尚、表１において、Ｌは酸化ケイ素膜を、Ｈは酸化ニオブ膜を、混合膜は、酸化ケイ素及び酸化ニオブからなる混合膜を示し、数字は物理膜厚（ｎｍ）を示す。

図１に示すように、実施例１の光学多層膜基材１０は、ガラス基材Ｇ側から、酸化ニオブ膜１と酸化ケイ素膜２とを交互に積層してあり、ガラス基材Ｇと酸化ニオブ膜１との間、及び酸化ニオブ膜１と酸化ケイ素膜２との全ての間に、酸化ニオブと酸化ケイ素との混合膜３を形成してあり、実施例２は、実施例１と同様の膜構成であるが、ガラス基板Ｇ上に酸化ケイ素膜２を形成してある点が実施例１と異なる。

一方、比較例１の光学多層膜基材は、ガラス基材側から、酸化ニオブ膜と酸化ケイ素膜とを交互に積層してあり、ガラス基材と酸化ニオブ膜との間、及び酸化ニオブ膜と酸化ケイ素膜との全ての間には、酸化ニオブと酸化ケイ素との混合膜は形成しておらず（図示せず）、比較例２は、比較例１と同様の膜構成であるが、ガラス基板上に酸化ケイ素膜を形成してある点が比較例１と異なる。

これら全ての膜は、スパッタ法を用いて形成したものであり、酸化ニオブと酸化ケイ素との混合膜中の酸化ニオブの含有率は、質量％表示で、５５％である。また実施例１及び比較例１のガラス基板は、結晶化ガラス（日本電気硝子社製、ネオセラム：Ｎ−０）を使用し、実施例２及び比較例２のガラス基板は無アルカリガラス（日本電気硝子社製、ＯＡ−１０）を使用した。

また、実施例３として、混合膜が、酸化ニオブ膜から酸化ケイ素膜（基板ガラス）へ向かって酸化ニオブの含有率が１００％から０％（酸化ケイ素の含有率が０％から１００％）に漸次変化した膜からなっている以外は実施例２と同様に構成されている試料も作成した。

実施例１及び比較例１の光学多層膜（リフレクタの反射膜）の剥離性を調べるために、テープによる引き剥がしテストを行った。具体的には、上記した実施例１及び比較例１の光学多層膜を８０℃−８０％の高温高湿雰囲気に２４時間放置後、さらに６１５℃で１５分間保持−室温で１５分間放置を３回繰り返す熱処理サイクル試験を行った後、膜表面に粘着テープ（３Ｍ社製、スコッチテープ：６１０−ＰＫ）を貼り付けて引き剥がし、膜が剥離するかどうかを調べ、３００個の試験体中に膜剥がれが発生した個数で剥離性を評価した。その結果を、表３に示す。

表３からわかるように、実施例１は、３００個の試験体中１個も膜剥がれが発生しなかった。表１、２から判るように、実施例１は、比較例１と比べ膜数は略２倍になっているが、光学多層膜としての物理膜厚は、略同じであるため、成膜時間を比較例１の略半分にすることができた（成膜速度を比較例１の略２倍にすることができた）。

一方、比較例１は、１／６の確率で膜剥がれが生じた。

実施例２、３及び比較例２の光学多層膜（ＩＲカットフィルタ）の剥離性を調べるために、ダイシング試験を行った。具体的には、光学多層膜が形成された側に、ダイヤモンドブレードを備えたダイシングマシンで十字に光学多層膜を完全に貫通するように溝を形成し、溝の端面に膜剥がれがないかどうかを調べた。

図２、３からわかるように、実施例２では、溝の端縁にほとんど膜剥がれは観察されなかったが、比較例２では、溝の端縁において、膜剥がれの発生が観察された。また実施例３も実施例１と同様に膜剥がれは観察されなかった。さらに、表１、２から判るように、実施例２は、比較例２と比べ膜数は２倍になっているが、光学多層膜としての物理膜厚は、略同じであるため、成膜時間を比較例２の略半分にすることができた（成膜速度を比較例２の略２倍にすることができた）。

また、実施例２、３及び比較例２の光学多層膜（ＩＲカットフィルタ）の剥離性を定量的に評価するために、ダイシング試験後に、上記と同様のテープによる引き剥がしテストを行い剥離性を評価した。その結果を表４に示す。

表４からわかるように、比較例２では、全数膜剥がれが発生したが、実施例２では、膜剥がれの発生率は２割にとどまり、実施例３においては、膜剥がれは全く発生しなかった。

本発明の光学多層膜基材の説明図である。実施例２のダイシング試験による剥離状態を示す写真である。比較例２のダイシング試験による剥離状態を示す写真である。

符号の説明

Ｇガラス基板
１酸化ニオブ膜
２酸化ケイ素膜
３混合膜
１０光学多層膜基材

Claims

基材上に、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した光学多層膜を形成した光学多層膜基材において、下層に位置する高屈折率膜とその上層に位置する低屈折率膜との間に、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜を形成してなることを特徴とする光学多層膜基材。
下層に位置する低屈折率膜とその上層に位置する高屈折率膜の間にも、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の光学多層膜基材。
基材が低屈折率膜と同じ成分を含有する材料からなり、基材と高屈折率膜との間にも、高屈折率材料と低屈折率材料とからなる混合膜を形成してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学多層膜基材。
混合膜は、物理膜厚が１〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学多層膜基材。
高屈折率膜が酸化ニオブ膜、低屈折率膜が酸化ケイ素膜、混合膜が酸化ニオブと酸化ケイ素の混合膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学多層膜基材。
基材が酸化ケイ素を含有する材料からなり、基材と酸化ニオブ膜との間にも、酸化ケイ素と酸化ニオブとからなる混合膜が形成されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学多層膜基材。
混合膜中の高屈折率材料の含有比率は、質量％で、２０〜８０％であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学多層膜基材。
混合膜は、高屈折率膜から低屈折率膜又は基材へ向かって高屈折率材料の含有率が１００％から０％に漸次変化した膜からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学多層膜基材。