JP2018185394A - Antireflection film and optical element, optical system and optical device having the same - Google Patents
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Abstract
【課題】形成が容易で,波長帯域特性と入射角度特性に優れた反射防止膜およびそれを有する光学素子,光学系,光学機器を提供すること。【解決手段】錐台形状ないしは略錐台形状が使用最短波長よりも小さなピッチで配列した微細凹凸構造体を有する反射防止膜であって,該微細凹凸構造体は,実質的な屈折率が180nm以上の厚さにわたって連続的に変化するとみなせる領域を有しており,光学基板と該微細凹凸構造体との間には,少なくとも3種の異なる屈折率を有する4層からなる誘電体薄膜層が形成されていること。【選択図】図1An antireflection film that is easy to form and excellent in wavelength band characteristics and incident angle characteristics, and an optical element, an optical system, and an optical device having the same are provided. An antireflection film having a fine concavo-convex structure in which a frustum shape or a substantially frustum shape is arranged at a pitch smaller than the shortest wavelength used, and the fine concavo-convex structure has a substantial refractive index of 180 nm. It has a region that can be considered to change continuously over the above thickness, and a dielectric thin film layer composed of at least three layers having different refractive indexes is provided between the optical substrate and the fine concavo-convex structure. That it is formed. [Selection] Figure 1
Description
本発明は,レンズなどの光学素子の表面に形成される反射防止膜に関するものであり,特にサブ波長サイズの微細凹凸構造体を用いた反射防止膜およびそれを有する光学素子,光学系,光学機器に関するものである The present invention relates to an antireflection film formed on the surface of an optical element such as a lens, and in particular, an antireflection film using a fine concavo-convex structure having a sub-wavelength size, an optical element having the antireflection film, an optical system, and an optical device Is about
従来から光学素子の表面には,入射光の光量損失を低減し,フレアやゴーストなどの不要光発生を抑制するために,反射防止膜が形成されている。カメラ用レンズの反射防止膜としては,一般にマルチコートと呼ばれる誘電体多層膜が広く用いられている。これは屈折率の異なる薄膜をそれぞれ適切な膜厚で積層することで,各膜の表面・界面で発生する反射波の振幅と位相を制御し,それらを干渉させることで反射光を低減させる仕組みである。 Conventionally, an antireflection film has been formed on the surface of the optical element in order to reduce the light loss of incident light and suppress the generation of unnecessary light such as flare and ghost. As an antireflection film for a camera lens, a dielectric multilayer film called multi-coat is generally widely used. This is a mechanism to reduce the reflected light by controlling the amplitude and phase of the reflected wave generated on the surface and interface of each film by laminating thin films with different refractive indexes at appropriate thicknesses. It is.
したがって,干渉条件の最適化に使用した特定の波長および入射角の光線(設計光線)に対しては優れた反射防止性能を発揮することが可能である。しかし設計光線とは異なる波長や入射角の光線では,干渉条件が崩れてしまう。そのため,可視域全域(波長400〜700nm)のような広い波長帯域や0〜60°にわたるような広い入射角度範囲で高い反射防止性能を維持するのは困難であった。 Therefore, it is possible to exhibit excellent antireflection performance for a light beam having a specific wavelength and incident angle (design light beam) used for optimizing the interference condition. However, interference conditions are lost for light rays having a wavelength or incident angle different from the design light rays. Therefore, it is difficult to maintain high antireflection performance in a wide wavelength band such as the entire visible range (wavelength 400 to 700 nm) and a wide incident angle range such as 0 to 60 °.
一方,近年広く普及しているデジタルカメラでは,従来の写真フィルムに比べて表面反射率が高いCCDやCMOSセンサーなどの固体撮像素子を使用している。そのため,センサー面で反射した光が再びレンズ面で反射し,再度センサー面に到達することで生じる「デジタルゴースト」と呼ばれる不要光が発生しやすい傾向にある。 On the other hand, digital cameras that have become widespread in recent years use solid-state image sensors such as CCD and CMOS sensors, which have higher surface reflectance than conventional photographic films. For this reason, unnecessary light called “digital ghost” tends to be generated when the light reflected by the sensor surface is reflected again by the lens surface and reaches the sensor surface again.
さらに近年のデジタルカメラ用レンズは,高画質に加え,高スペック(ズーム倍率や明るさ)や携帯性(小型・軽量性)も同時に求めらるため,異常分散ガラスや高屈折率ガラス,非球面レンズや大曲率のレンズを多用する傾向にある。これらの中でも特に大曲率のレンズでは,周辺部などに大きな角度の光線が入射するため,従来のマルチコートでは反射を十分に低減することができず,フレアやゴースト等といった撮影画像の品位を低下させる不要光が発生する場合があった。 Furthermore, recent digital camera lenses require high specs (zoom magnification and brightness) and portability (small and light) in addition to high image quality, so anomalous dispersion glass, high refractive index glass, and aspherical surfaces are required. There is a tendency to frequently use lenses and lenses with large curvatures. Among these, especially in the case of a lens with a large curvature, a light beam with a large angle is incident on the periphery, etc., so the conventional multi-coat cannot sufficiently reduce the reflection, and the quality of the photographed image such as flare and ghost is lowered. In some cases, unnecessary light was generated.
こうした状況を背景として,マルチコートよりも波長帯域特性・入射角度特性に優れた,高性能な反射防止膜の実現が求められている。特許文献1には,微細凹凸構造体の外側に透明性材料からなる被覆層を備えたことで,反射防止性能を維持した上で,耐高温・高湿環境性および耐擦傷性に優れた反射防止膜を開示している。 Against this background, there is a demand for the realization of high-performance antireflection films that have better wavelength band characteristics and incident angle characteristics than multi-coat. In Patent Document 1, a coating layer made of a transparent material is provided on the outside of the fine concavo-convex structure, so that the antireflection performance is maintained and the reflection is excellent in high temperature / high humidity environment resistance and scratch resistance. A protective film is disclosed.
特許文献1は,その実施例4で,波長420〜680nmの範囲における平均反射率が0.05%の例を開示している。しかし,実施例4には入射角の記載がなく,上述の値はおそらく入射角0°であると考えるが,45°や60°といった,大きな入射角の際の性能が不明である。本出願人が実施例4について数値検証を行ったところ,入射角45°の反射率特性は大きく低下していた。 Patent Document 1 discloses an example in which the average reflectance in the wavelength range of 420 to 680 nm is 0.05% in Example 4. However, although there is no description of the incident angle in Example 4, it is considered that the above value is probably an incident angle of 0 °, but the performance at a large incident angle such as 45 ° or 60 ° is unknown. When the present applicant conducted numerical verification on Example 4, the reflectance characteristic at an incident angle of 45 ° was greatly reduced.
そこで本発明の目的は,以下に示す≪反射率規格1≫を満たすような,波長帯域特性と入射角度特性を両立した反射防止膜およびそれを有する光学素子,光学系,光学機器を提供することである。ただしこの反射率規格1において,波長400〜430nmの間に関しては波長400nmでの規格値と波長430nmでの規格値とを直線で結んだ値,波長670〜700nmの間に関しては波長670nmでの規格値と波長700nmでの規格値とを直線で結んだ値を規格とする。
≪反射率規格1≫
入射角度0〜45° の範囲の光線において,
(1) 波長430〜670nmの範囲において,反射率0.05%以下
(2) 波長400nmおよび700nmにおいて,反射率0.10%以下
入射角度60° の光線において,
(3) 波長430〜670nmの範囲において,反射率1.0%以下
(4) 波長400nmおよび700nmにおいて,反射率1.5%以下
Accordingly, an object of the present invention is to provide an antireflection film satisfying << reflectance standard 1 >> shown below, which has both wavelength band characteristics and incident angle characteristics, and an optical element, optical system, and optical apparatus having the same. It is. However, in this reflectance standard 1, for the wavelength range from 400 to 430 nm, the standard value at the wavelength of 400 nm and the standard value at the wavelength of 430 nm are connected by a straight line, and between the wavelength range of 670 to 700 nm, the standard at the wavelength of 670 nm. The value obtained by connecting the value and the standard value at a wavelength of 700 nm with a straight line is defined as the standard.
≪Reflectance standard 1≫
For light rays with an incident angle of 0 to 45 °,
(1) Reflectance of 0.05% or less in the wavelength range of 430 to 670 nm
(2) Reflectance of 0.10% or less at wavelengths of 400 nm and 700 nm
For rays with an incident angle of 60 °,
(3) Reflectance of 1.0% or less in the wavelength range of 430 to 670 nm
(4) Reflectance less than 1.5% at wavelengths of 400nm and 700nm
本発明の反射防止膜,およびそれを有する光学系,光学機器は、波長550nmにおける屈折率が1.65以上,2.20以下の光学基板に形成される反射防止膜であって,
錐台形状ないしは略錐台形状が250nm以下のピッチで規則的に配列した微細凹凸構造層を有し,
該微細構凹凸造層は,実質的な屈折率が180nm以上,300nm以下の範囲にわたって連続的に変化するとみなせる領域を有しており,
光学基板と該微細凹凸構造層との間には,少なくとも3種の屈折率を有する4層の誘電体薄膜が形成されていること
を特徴としている。
The antireflection film of the present invention, and the optical system and optical apparatus having the antireflection film are antireflection films formed on an optical substrate having a refractive index at a wavelength of 550 nm of 1.65 or more and 2.20 or less,
A frustum shape or a substantially frustum shape having a fine concavo-convex structure layer regularly arranged at a pitch of 250 nm or less,
The fine concavo-convex structure layer has a region where the substantial refractive index can be regarded as continuously changing over a range of 180 nm or more and 300 nm or less,
A four-layer dielectric thin film having at least three kinds of refractive indexes is formed between the optical substrate and the fine concavo-convex structure layer.
本発明によれば,優れた波長帯域特性と入射角度特性を両立した反射防止膜,およびそれを有する光学系,光学機器を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an antireflection film having both excellent wavelength band characteristics and incident angle characteristics, and an optical system and an optical apparatus having the antireflection film.
本発明の実施の形態を添付の図面にもとづいて説明する。説明中の屈折率は,すべて波長550nmにおける値である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. All the refractive indexes in the description are values at a wavelength of 550 nm.
図1は,本発明の反射防止膜の屈折率構造を概略的・模式的に示したものである。図2は,本発明の反射防止膜の断面を模式的に示したものであり,レンズ等の光学基板上に本発明の反射防止膜を適用した光学素子の表面部分を拡大して示したものである。光学基板11は,屈折率Nsubが1.65〜2.20の部材であり,その上に本発明の反射防止膜12が形成されている。反射防止膜12は,誘電体薄膜層13および微細凹凸構造層14からなり,光学基板11側から順に,第1層101,第2層102,第3層103,第4層104,第5層105,第6層106から構成されている。 FIG. 1 schematically and schematically shows the refractive index structure of the antireflection film of the present invention. FIG. 2 schematically shows a cross section of the antireflection film of the present invention, and shows an enlarged surface portion of an optical element to which the antireflection film of the present invention is applied on an optical substrate such as a lens. It is. The optical substrate 11 is a member having a refractive index N sub of 1.65 to 2.20, on which the antireflection film 12 of the present invention is formed. The antireflection film 12 includes a dielectric thin film layer 13 and a fine concavo-convex structure layer 14, and in order from the optical substrate 11 side, a first layer 101, a second layer 102, a third layer 103, a fourth layer 104, a fifth layer 105 and the sixth layer 106.
ここで微細凹凸構造層14は,ナノインプリント法やフォトリソグラフィ法などので形成された層であり,第6層106は微細な凹凸形状が形成(転写乃至エッチング)された部分であり,第5層105は凹凸が形成されずに残った下地層である。すなわち,微細凹凸構造層106と下地層105は同じ材質である。 Here, the fine concavo-convex structure layer 14 is a layer formed by a nanoimprint method or a photolithography method, and the sixth layer 106 is a portion where a fine concavo-convex shape is formed (transferred or etched), and the fifth layer 105 Is an underlying layer that remains without being uneven. That is, the fine concavo-convex structure layer 106 and the base layer 105 are made of the same material.
第1層101は屈折率N1が1.55〜1.95,膜厚D1が5.0〜40.0nmの値を有する薄膜層である。第2層102は屈折率N2が1.70〜2.40,膜厚D2が5.0〜40.0nmの値を有する薄膜層である。第3層103は屈折率N3が1.55〜1.95,膜厚D3が30.0〜110.0nmの値を有する薄膜層である。第4層104は屈折率N4が1.35〜1.55,膜厚D4が90.0nm以下の値を有する薄膜層である。第5層105は屈折率N5が1.35〜1.55,膜厚D5が90.0nm以下の値を有する薄膜層である。第6層106は,膜厚D6が180〜300nmの値を有し,ボトム(基板側)部分での屈折率が1.20〜1.50の範囲の値N6bからトップ(頂点側)部分での屈折率が1.015〜1.05の範囲の値N6tまで実質的に連続に変化する領域を有している。また,各屈折率および膜厚は以下の式を満たすことが好ましい。 The first layer 101 is a thin film layer having a refractive index N 1 of 1.55 to 1.95 and a film thickness D 1 of 5.0 to 40.0 nm. The second layer 102 is a thin film layer having a refractive index N 2 of 1.70 to 2.40 and a film thickness D 2 of 5.0 to 40.0 nm. The third layer 103 is a thin film layer having a refractive index N 3 of 1.55 to 1.95 and a film thickness D 3 of 30.0 to 110.0 nm. The fourth layer 104 is a thin film layer having a refractive index N 4 of 1.35 to 1.55 and a film thickness D 4 of 90.0 nm or less. The fifth layer 105 is a thin film layer having a refractive index N 5 of 1.35 to 1.55 and a film thickness D 5 of 90.0 nm or less. The sixth layer 106 has a thickness D 6 of 180 to 300 nm, and a refractive index at the bottom (substrate side) portion from a value N 6b in the range of 1.20 to 1.50, being refracted at the top (vertex side) portion. The rate has a region that changes substantially continuously up to a value N 6t in the range of 1.015 to 1.05. Moreover, it is preferable that each refractive index and film thickness satisfy | fill the following formula | equation.
0.14 ≦ N2−N1 ≦ 0.55
0.14 ≦ N2−N3 ≦ 0.55
0.14 ≦ N3−N4 ≦ 0.50
50nm ≦ D4+D5 ≦ 90nm
0.22 ≦ N6b−N6t ≦ 0.38
0.14 ≦ N 2 −N 1 ≦ 0.55
0.14 ≦ N 2 −N 3 ≦ 0.55
0.14 ≦ N 3 −N 4 ≦ 0.50
50 nm ≤ D 4 + D 5 ≤ 90 nm
0.22 ≦ N 6b −N 6t ≦ 0.38
ここで,「実質的に変化する」と表現したのは,第6層106を形成する材質の屈折率そのものが連続的に変化するのではなく,波長よりも小さな周期を有する凹凸構造体の空間充填率が,厚さ方向に連続的に変化することで,「有効屈折率」が連続に変化することを意味している。これは,光が自らの波長よりも小さなサイズの微細凹凸構造体を,その空間占有率に応じた「有効屈折率」を有する媒質として認識する性質によるものである。有効屈折率Neffは,波長よりも微細な凹凸構造を形成している材質の屈折率をNmとし,その材質の空間占有率をffとしたとき,Bruggemanの式 Here, the expression “substantially changes” means that the refractive index of the material forming the sixth layer 106 does not change continuously, but the space of the concavo-convex structure having a period smaller than the wavelength. This means that the “effective refractive index” changes continuously as the filling rate changes continuously in the thickness direction. This is due to the property that light recognizes a fine concavo-convex structure having a size smaller than its own wavelength as a medium having an “effective refractive index” corresponding to the space occupancy. The effective refractive index N eff is the Bruggeman equation, where N m is the refractive index of the material that forms a concavo-convex structure finer than the wavelength, and ff is the space occupancy of the material.
を用いて算出することができる。すなわち,波長よりも小さなピッチで空間占有率が連続的に変化するような構造体では,実質的な屈折率(有効屈折率)が連続的に変化する膜とみなすことができる。 Can be used to calculate. That is, a structure in which the space occupancy continuously changes at a pitch smaller than the wavelength can be regarded as a film in which the substantial refractive index (effective refractive index) changes continuously.
また本発明では,上述の屈折率および膜厚を満たす反射防止膜であれば製法は特に限定しない。環境耐久性などを考慮すると,誘電体薄膜層13のうち少なくとも1層,好ましくは第1層101はスパッタリング法などのドライ成膜で形成したSiON(酸窒化珪素)膜乃至はAl2O3(酸化アルミニウム)膜を含有する膜が好ましい。また微細凹凸構造層14は,ナノインプリントなどの転写法を用いれば,第5層106と第6層106を同時に形成することができて好適である。 In the present invention, the production method is not particularly limited as long as it is an antireflection film satisfying the above-described refractive index and film thickness. In consideration of environmental durability, at least one of the dielectric thin film layers 13, preferably the first layer 101 is a SiON (silicon oxynitride) film formed by dry film formation such as sputtering or Al 2 O 3 ( A film containing an (aluminum oxide) film is preferred. In addition, if the fine uneven structure layer 14 uses a transfer method such as nanoimprint, it is preferable that the fifth layer 106 and the sixth layer 106 can be formed simultaneously.
上述のような屈折率構造をとることで,本発明の反射防止膜は,下記に示した≪反射率規格1≫を満たすような波長帯域特性と入射角度特性を両立した高い性能を実現することができる。 By adopting the refractive index structure as described above, the antireflection film of the present invention realizes high performance that satisfies both the wavelength band characteristics and the incident angle characteristics that satisfy the << reflectance standard 1 >> shown below. Can do.
≪反射率規格1≫
入射角度0〜45° の範囲の光線において,
(1) 波長430〜670nmの範囲において,反射率0.05%以下
(2) 波長400nmおよび700nmにおいて,反射率0.10%以下
入射角度60° の光線において,
(3) 波長430〜670nmの範囲において,反射率1.0%以下
(4) 波長400nmおよび700nmにおいて,反射率1.5%以下
≪Reflectance standard 1≫
For light rays with an incident angle of 0 to 45 °,
(1) Reflectance of 0.05% or less in the wavelength range of 430 to 670 nm
(2) Reflectance of 0.10% or less at wavelengths of 400 nm and 700 nm
For rays with an incident angle of 60 °,
(3) Reflectance of 1.0% or less in the wavelength range of 430 to 670 nm
(4) Reflectance less than 1.5% at wavelengths of 400nm and 700nm
ここで,本発明が高性能の基準とした反射率規格について説明する。本発明の反射防止膜は,波長430〜670nmでの反射率特性を重視しており,波長400〜430nmおよび波長670〜700nmでの特性は規格を緩和したものとしている。 Here, the reflectance standard on which the present invention is based on high performance will be described. The antireflection film of the present invention places importance on the reflectance characteristics at wavelengths of 430 to 670 nm, and the characteristics at wavelengths of 400 to 430 nm and wavelengths of 670 to 700 nm are relaxed.
これは,デジタルカメラ等で使用されるCCDやCMOSなどのイメージセンサーの分光感度特性を考慮したものである。すなわちカメラ用のイメージセンサーは,人間が見た映像を忠実に再現するため,波長430〜670nmの範囲では高い感度が有しているが,波長400〜430nmおよび波長670〜700nmでの感度は低くなるように設定されている。したがって波長400〜430nmおよび波長670〜700nmでの反射率特性が多少高くても,フレアやゴーストなどの不要光が撮影画像に影響を与えることがほとんどないため,同波長帯域の反射率規格は緩和することが可能である。 This takes into account the spectral sensitivity characteristics of image sensors such as CCD and CMOS used in digital cameras. In other words, image sensors for cameras have high sensitivity in the wavelength range of 430 to 670 nm in order to faithfully reproduce images viewed by humans, but low sensitivity at wavelengths of 400 to 430 nm and wavelengths of 670 to 700 nm. It is set to be. Therefore, even if the reflectance characteristics at wavelengths of 400 to 430 nm and wavelengths of 670 to 700 nm are somewhat high, unnecessary light such as flare and ghost hardly affects the captured image, so the reflectance standard for the same wavelength band is relaxed. Is possible.
そして,本発明の反射防止膜を形成した光学素子をカメラ用レンズなどの光学系に使用することで,フレアやゴーストなどの不要光・有害光の発生を抑制した高品位な光学系,光学装置が実現できる。 And, by using the optical element on which the antireflection film of the present invention is formed in an optical system such as a camera lens, a high-quality optical system and optical device that suppress the generation of unnecessary light and harmful light such as flare and ghost are suppressed. Can be realized.
以下,本発明の実施例を具体的に説明するが,各実施例の屈折率および膜厚は,表1にまとめて示してある。 Examples of the present invention will be specifically described below. The refractive index and film thickness of each example are shown in Table 1.
[実施例1]
図3は本発明実施例1の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性を示したものである。(a)は屈折率構造,(b),(c)は反射率特性を示す図であり,(b)はフルスケールを1.5%,(c)フルスケールを0.1%としている。
[Example 1]
FIG. 3 shows the refractive index structure and reflectance characteristics of the antireflection film of Example 1 of the present invention. (a) is a refractive index structure, (b) and (c) are diagrams showing reflectance characteristics, and (b) is 1.5% full scale and (c) 0.1% full scale.
本実施例における光学基板11は,株式会社住田光学ガラス製K-PSFn173である。各層の屈折率および膜厚は表1に示したとおりである。本実施例の反射防止膜は,可視波長帯域全域(波長400〜700nm)にわたって,高い反射防止性能を発揮しており,先に示した≪反射率規格1≫を満たしている。 The optical substrate 11 in the present embodiment is K-PSFn173 made by Sumita Optical Glass Co., Ltd. The refractive index and film thickness of each layer are as shown in Table 1. The antireflection film of this example exhibits high antireflection performance over the entire visible wavelength band (wavelength 400 to 700 nm), and satisfies the above-described << Reflectance standard 1 >>.
とくに波長430〜670nmの帯域において,
入射角0〜45°の光線では0.036%以下,
入射角60°の光線では0.85%以下
という優れた性能を達成している。
Especially in the wavelength range of 430 to 670 nm
0.036% or less for rays with an incident angle of 0 to 45 °,
Excellent performance of 0.85% or less is achieved for light rays with an incident angle of 60 °.
本実施例における第1層101および第3層103はSiON(酸窒化珪素)を用いている。第1層,第3層の材質は表1の屈折率を実現できればSiONに限定されないが,SiONは酸素と窒素の混合比率を調整することで,屈折率が1.4から2.0程度の範囲で任意に設定することができるため好適である。またSiONは,外部からの湿度の透過や硝材(光学基板)内部からのアルカリ成分などの溶出を抑制する能力が高い点でも好ましい材料である。同様の理由から,Al2O3(酸化アルミニウム)を用いてもよい。本実施例で,第1層および第3層は同じ屈折率となっているが,本発明はこれに限定されず,1.55から1.95の範囲でそれぞれ任意に設定することができる。 In the present embodiment, the first layer 101 and the third layer 103 are made of SiON (silicon oxynitride). The material of the first layer and the third layer is not limited to SiON as long as the refractive index shown in Table 1 can be realized, but SiON can be arbitrarily adjusted within the range of 1.4 to 2.0 by adjusting the mixing ratio of oxygen and nitrogen. It is preferable because it can be set. SiON is also a preferable material because it has a high ability to suppress moisture permeation from the outside and elution of alkali components from the inside of the glass material (optical substrate). For the same reason, Al 2 O 3 (aluminum oxide) may be used. In the present embodiment, the first layer and the third layer have the same refractive index, but the present invention is not limited to this and can be arbitrarily set in the range of 1.55 to 1.95.
第2層102はTiO2(酸化チタニウム)を用いているが,これも屈折率が1.70から2.40の範囲の誘電体薄膜であればこれに代用することができる。たとえば,ZrO2(酸化ジルコニウム),SiN(窒化珪素),SiONなどを単体ないしはこれらの混合材料として用いることができる。ただし,第2層の屈折率N2は,第1層の屈折率N1および第3層の屈折率N3よりも大きな値であることが好ましく,0.14以上大きな値に設定することがさらに好ましい。第1層,第3層に加え,第2層もSiONを用いる場合は,酸素と窒素の混合比率を制御することで上述の屈折率範囲を満たすようにすればよい。 TiO 2 (titanium oxide) is used for the second layer 102, but this can also be substituted for a dielectric thin film having a refractive index in the range of 1.70 to 2.40. For example, ZrO 2 (zirconium oxide), SiN (silicon nitride), SiON, etc. can be used alone or as a mixed material thereof. However, the refractive index N 2 of the second layer is preferably larger than the refractive index N 1 of the first layer and the refractive index N 3 of the third layer, and more preferably set to a value greater than 0.14. . When SiON is used for the second layer in addition to the first layer and the third layer, the above refractive index range may be satisfied by controlling the mixing ratio of oxygen and nitrogen.
また,第4層104はSiO2(酸化珪素)を用いているが,これも屈折率が1.35から1.55の範囲の誘電体薄膜であればこれに代用することができる。例えば,MgF2(フッ化マグネシウム),SiONを用いることができる。ただし,第4層の屈折率N4は,第3層の屈折率N3よりも小さな値であることが好ましく,0.15以上小さな値に設定することがさらに好ましい。 The fourth layer 104 is made of SiO 2 (silicon oxide), which can be substituted for a dielectric thin film having a refractive index in the range of 1.35 to 1.55. For example, MgF 2 (magnesium fluoride) or SiON can be used. However, the refractive index N 4 of the fourth layer is preferably a value smaller than the refractive index N 3 of the third layer, and more preferably set to a value smaller than 0.15.
また本発明では,誘電体薄膜層13の成膜方法は限定しないが,真空蒸着法やスパッタリング法,分子線エピタキシー(MBE)法,プラズマCVD法など任意の方法を用いることができる。誘電体薄膜の形成においては,材料が同じでも成膜条件(基板温度や到達真空度など)に応じて屈折率および屈折率分散が若干変動してしまう。そのような場合は,上記の膜の光学膜厚(屈折率×物理膜厚)の値が一致するように膜厚を修正すれば,ほぼ同様の高い性能が得られる。 In the present invention, the method for forming the dielectric thin film layer 13 is not limited, but any method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, or a plasma CVD method can be used. In forming a dielectric thin film, even if the material is the same, the refractive index and the refractive index dispersion slightly vary depending on the film forming conditions (substrate temperature, ultimate vacuum, etc.). In such a case, substantially the same high performance can be obtained by correcting the film thickness so that the optical film thickness (refractive index × physical film thickness) value of the above film matches.
微細凹凸構造層14は,アクリルを主成分とする樹脂(屈折率1.493)にナノインプリント法で微細凹凸形状を転写することで形成した膜である。第6層106は微細凹凸形状が転写された部分であり,第5層105は構造が転写されずに下部に残った下地層である。第6層106の凹凸形状は,錐台形状(円錐や四角錐,六角錐の頂点を切り落とした形状)をピッチ250nm以下の周期で規則的に配列したものである。高さ(膜厚)D6を229.0nm,ボトム部分での空間占有率(FFb)を59.7%,トップ部分での空間占有率(FFt)を4%としたことで,屈折率が1.288から1.018にわたって連続的に変化する層となっている。 The fine concavo-convex structure layer 14 is a film formed by transferring a fine concavo-convex shape to a resin (refractive index: 1.493) mainly composed of acrylic by a nanoimprint method. The sixth layer 106 is a portion to which the fine concavo-convex shape has been transferred, and the fifth layer 105 is a base layer that remains under the structure without being transferred. The uneven shape of the sixth layer 106 is a regular arrangement of frustum shapes (conical shapes, quadrangular pyramids, and hexagonal pyramidal apexes cut off) with a pitch of 250 nm or less. The refractive index is 1.288 by setting the height (film thickness) D 6 to 229.0 nm, the space occupancy at the bottom (FF b ) to 59.7%, and the space occupancy at the top (FF t ) to 4%. It is a layer that changes continuously from 1.018 to 1.018.
良好な反射率特性を得るためにはFFtは小さな値であることが好ましい。トップ部分が錐形状であれば,屈折率は空気と同じ1.0となり,そこでの反射をゼロにすることができるためである。しかしナノインプリントなどの成形においては,型の製法や耐久性,成形後の離型性を考慮すると0%に近いFFtの実現は実質困難である。そこで本実施例では,4%としている。ただし,本発明のFFtは4.0%に限定されるものではなく,1〜9%の範囲で設定すれば,型の耐久性や成形後の利形成と反射防止性能を両立することができる。 In order to obtain good reflectance characteristics, FF t is preferably a small value. This is because if the top portion is conical, the refractive index is 1.0, the same as air, and the reflection there can be zero. However, in molding such as nanoimprint, it is practically difficult to achieve FF t close to 0% considering the mold manufacturing method, durability, and mold release after molding. Therefore, in this embodiment, it is 4%. However, the FFt of the present invention is not limited to 4.0%, and if it is set in the range of 1 to 9%, it is possible to achieve both the durability of the mold, the formation of profit after molding, and the antireflection performance.
さらに第6層の高さ(膜厚)D6は高いほど反射防止性能(とくに大きな入射角での性能)を高くすることができる。しかし凹凸高さを大きくすると,ナノインプリント法やゾル−ゲル法において,成形時の離型性が低くなることから,本発明では,
180nm ≦ D6 ≦ 300nm
となるように設定している。さらに好ましくは,
210nm ≦ D6 ≦ 270nm
の範囲に設定するとよい。
Yet a six-layer height (thickness) D 6 can be increased higher antireflection performance (especially performance at a large incident angle). However, if the height of the irregularities is increased, in the present invention, in the nanoimprint method and the sol-gel method, the releasability at the time of molding is lowered.
180nm ≤ D 6 ≤ 300nm
It is set to become. More preferably,
210nm ≤ D 6 ≤ 270nm
It is good to set it in the range.
離型性の観点では,高さだけではなく,アスペクト比(高さ/ピッチ)も重要である。アスペクト比が大きくなると離型性が低くなるため,ピッチは100〜250nmの範囲内に設定することが好ましい。 From the viewpoint of releasability, not only the height but also the aspect ratio (height / pitch) is important. As the aspect ratio increases, the releasability decreases, so the pitch is preferably set in the range of 100 to 250 nm.
また同様に,ナノインプリントにおいて型の製法を考えると,厳密な錐台形を実現することは困難であり,実際には図12に示したようにボトム部分およびトップ部分が鈍って丸味を帯びた形状となってしまう。そのような場合は,図13に示したように錐台形の形状からズレが生じ始めたポイント201から上の部分を,錐形の傾きをそのまま延長して形成できる同体積の錐台形202(図中破線で記載)に置換することで,ほぼ等価の錐台形状に換算することができる。ボトム部分についても同じ考え方を適用すれば良い。すなわち微細構造層の形状が丸味を帯びた形状になってしまう場合,上述の方法で置換した錐台形形状が先に説明したような数値範囲に入るように設定すれば,本発明の効果を得ることができる。 Similarly, considering the mold manufacturing method in nanoimprint, it is difficult to realize a strict frustum shape. In fact, as shown in FIG. 12, the bottom part and the top part are dull and rounded. turn into. In such a case, as shown in FIG. 13, a frustum 202 having the same volume that can be formed by extending the inclination of the cone as it is is formed above the point 201 where the deviation starts from the shape of the frustum. By substituting with a middle broken line), it can be converted into an almost equivalent frustum shape. The same idea can be applied to the bottom part. That is, when the shape of the microstructure layer is rounded, the effect of the present invention can be obtained by setting the frustum shape replaced by the above method to be in the numerical range as described above. be able to.
微細構造の配列については,六方配列,正方配列など,上述の屈折率の範囲を満たせばどのような配列でも良い。錐台形の形状も,円錐台,楕円錐台,多角錐台などどのような形状でも上述の屈折率の範囲を満たせばどのような形状でも良い。 As for the arrangement of the fine structure, any arrangement such as a hexagonal arrangement and a square arrangement may be used as long as the above refractive index range is satisfied. The frustum shape may be any shape such as a frustum, an elliptic frustum, or a polygonal frustum as long as the refractive index range is satisfied.
また本実施例では,微細凹凸構造層13の材料としてアクリルを主成分とする樹脂を用いたが,本発明はこれに限定されない。アクリル以外の材料として,ポリカーボネイトやポリスチレン,シクロオレフィンポリマーなど,上述の屈折率条件,膜厚条件を満たし,微細構造が転写・形成可能な光学材料であれば何を用いても本発明の効果を発現することができる。硬化方式についても紫外線硬化樹脂や熱硬化性樹脂,熱可塑性樹脂などいずれの方法でも良い。また,スピンオングラス(SOG)などのゾル−ゲル材料を用いても良い。 In this embodiment, a resin mainly composed of acrylic is used as the material of the fine concavo-convex structure layer 13, but the present invention is not limited to this. Any material other than acrylic, such as polycarbonate, polystyrene, cycloolefin polymer, etc., that satisfies the above-mentioned refractive index conditions and film thickness conditions and can transfer and form a microstructure can be used. Can be expressed. The curing method may be any method such as an ultraviolet curable resin, a thermosetting resin, or a thermoplastic resin. A sol-gel material such as spin-on-glass (SOG) may be used.
[実施例2]
図4は本発明実施例2の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性を示したものである。本実施例における基板屈折率,各層の屈折率および膜厚は表1に示したとおりである。
[Example 2]
FIG. 4 shows the refractive index structure and reflectance characteristics of the antireflection film of Example 2 of the present invention. The substrate refractive index, the refractive index of each layer, and the film thickness in this example are as shown in Table 1.
光学基板11は,実施例1と同じく株式会社住田光学ガラス製K-PSFn173である。第1層101および第3層103はSiON(酸窒化珪素),第2層102はTiO2(酸化チタニウム),第4層104はSiO2(酸化珪素)を用いている。また,微細凹凸構造層14の材料としては,ポリカーボネイトを主成分とする樹脂(屈折率1.588)を用いている。第6層106の凹凸形状は,高さ(膜厚)D6が228.1nm,ボトム部分での空間占有率(FFb)を52.9%,トップ部分での空間占有率(FFt)を4%としたことで,屈折率が1.300から1.020にわたって連続的に変化する層となっている。 The optical substrate 11 is K-PSFn173 made by Sumita Optical Glass, as in Example 1. The first layer 101 and the third layer 103 use SiON (silicon oxynitride), the second layer 102 uses TiO 2 (titanium oxide), and the fourth layer 104 uses SiO 2 (silicon oxide). Further, as the material of the fine concavo-convex structure layer 14, a resin (refractive index: 1.588) mainly composed of polycarbonate is used. The uneven shape of the sixth layer 106 has a height (film thickness) D 6 of 228.1 nm, a space occupancy rate (FF b ) of 52.9% at the bottom part, and a space occupancy ratio (FF t ) of 4% at the top part. As a result, the refractive index continuously changes from 1.300 to 1.020.
本実施例の反射防止膜は,可視波長帯域全域(波長400〜700nm)にわたって,高い反射防止性能を発揮しており,≪反射率規格1≫を満たしている。 The antireflection film of this example exhibits high antireflection performance over the entire visible wavelength band (wavelength 400 to 700 nm) and satisfies << reflectance standard 1 >>.
とくに波長430〜670nmの帯域において,
入射角0〜45°の光線では0.036%以下,
入射角60°の光線では0.86%以下
という優れた性能を達成している。
Especially in the wavelength range of 430 to 670 nm
0.036% or less for rays with an incident angle of 0 to 45 °,
Excellent performance of 0.86% or less is achieved for light rays with an incident angle of 60 °.
[実施例3]
図5は本発明実施例3の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性を示したものである。本実施例における基板屈折率,各層の屈折率および膜厚は表1に示したとおりである。
[Example 3]
FIG. 5 shows the refractive index structure and reflectance characteristics of the antireflection film of Example 3 of the present invention. The substrate refractive index, the refractive index of each layer, and the film thickness in this example are as shown in Table 1.
本実施例における光学基板11は,株式会社オハラ製S-LAH79である。第1層101および第3層103はSiON(酸窒化珪素),第2層102はTiO2(酸化チタニウム),第4層104はSiO2(酸化珪素)を用いている。また,微細凹凸構造層14の材料としては,アクリルを主成分とする樹脂(屈折率1.493)を用いている。第6層106の凹凸形状は,高さ(膜厚)D6が231.0nm,ボトム部分での空間占有率(FFb)を61.9%,トップ部分での空間占有率(FFt)を4%としたことで,屈折率が1.299から1.018にわたって連続的に変化する層となっている。 The optical substrate 11 in this embodiment is S-LAH79 manufactured by OHARA INC. The first layer 101 and the third layer 103 use SiON (silicon oxynitride), the second layer 102 uses TiO 2 (titanium oxide), and the fourth layer 104 uses SiO 2 (silicon oxide). As the material of the fine concavo-convex structure layer 14, a resin (refractive index: 1.493) containing acrylic as a main component is used. The uneven shape of the sixth layer 106 has a height (film thickness) D 6 of 231.0 nm, a space occupancy (FF b ) of 61.9% at the bottom, and a space occupancy (FF t ) of 4% at the top. Thus, the layer has a refractive index continuously changing from 1.299 to 1.018.
本実施例の反射防止膜は,可視波長帯域全域(波長400〜700nm)にわたって,高い反射防止性能を発揮しており,≪反射率規格1≫を満たしている。 The antireflection film of this example exhibits high antireflection performance over the entire visible wavelength band (wavelength 400 to 700 nm) and satisfies << reflectance standard 1 >>.
とくに波長430〜670nmの帯域において,
入射角0〜45°の光線では0.040%以下,
入射角60°の光線では0.90%以下
という優れた性能を達成している。
Especially in the wavelength range of 430 to 670 nm
0.040% or less for rays with an incident angle of 0 to 45 °,
Excellent performance of 0.90% or less is achieved for light rays with an incident angle of 60 °.
[実施例4]
図6は本発明実施例4の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性を示したものである。本実施例における基板屈折率,各層の屈折率および膜厚は表1に示したとおりである。
[Example 4]
FIG. 6 shows the refractive index structure and reflectance characteristics of the antireflection film of Example 4 of the present invention. The substrate refractive index, the refractive index of each layer, and the film thickness in this example are as shown in Table 1.
本実施例における光学基板11は,株式会社オハラ製S-LAH58である。第1層101および第3層103はSiON(酸窒化珪素),第2層102はTa2O5(5酸化タンタル),第4層104はSiO2(酸化珪素)を用いている。また,微細凹凸構造層14の材料としては,アクリルを主成分とする樹脂(屈折率1.493)を用いている。第6層106の凹凸形状は,高さ(膜厚)D6が247.7nm,ボトム部分での空間占有率(FFb)を68.9%,トップ部分での空間占有率(FFt)を4.0%としたことで,屈折率が1.335から1.018にわたって連続的に変化する層となっている。 The optical substrate 11 in this embodiment is S-LAH58 manufactured by OHARA INC. The first layer 101 and the third layer 103 use SiON (silicon oxynitride), the second layer 102 uses Ta 2 O 5 (tantalum pentoxide), and the fourth layer 104 uses SiO 2 (silicon oxide). As the material of the fine concavo-convex structure layer 14, a resin (refractive index: 1.493) containing acrylic as a main component is used. The uneven shape of the sixth layer 106 has a height (film thickness) D 6 of 247.7 nm, a space occupancy ratio (FF b ) of 68.9% at the bottom part, and a space occupancy ratio (FF t ) of 4.0% at the top part. As a result, the refractive index continuously changes from 1.335 to 1.018.
本実施例の反射防止膜は,可視波長帯域全域(波長400〜700nm)にわたって,高い反射防止性能を発揮しており,≪反射率規格1≫を満たしている。 The antireflection film of this example exhibits high antireflection performance over the entire visible wavelength band (wavelength 400 to 700 nm) and satisfies << reflectance standard 1 >>.
とくに波長430〜670nmの帯域において,
入射角0〜45°の光線では0.042%以下,
入射角60°の光線では0.86%以下
という優れた性能を達成している。
Especially in the wavelength range of 430 to 670 nm
0.042% or less for rays with an incident angle of 0 to 45 °,
Excellent performance of 0.86% or less is achieved for light rays with an incident angle of 60 °.
[実施例5]
図7は本発明実施例5の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性を示したものである。本実施例における基板屈折率,各層の屈折率および膜厚は表1に示したとおりである。
[Example 5]
FIG. 7 shows the refractive index structure and reflectance characteristics of the antireflection film of Example 5 of the present invention. The substrate refractive index, the refractive index of each layer, and the film thickness in this example are as shown in Table 1.
本実施例における光学基板11は,実施例4と同じ株式会社オハラ製S-LAH58である。第1層101および第3層103はSiON(酸窒化珪素),第2層102はTa2O5(5酸化タンタル)を用いている。また,微細凹凸構造層14の材料としては,アクリルを主成分とする樹脂(屈折率1.493)を用いている。 The optical substrate 11 in this example is S-LAH58 manufactured by OHARA INC. As in Example 4. The first layer 101 and the third layer 103 are made of SiON (silicon oxynitride), and the second layer 102 is made of Ta 2 O 5 (tantalum pentoxide). As the material of the fine concavo-convex structure layer 14, a resin (refractive index: 1.493) containing acrylic as a main component is used.
本実施例では,第5層105の膜厚D5を72.3nmとしたことで,第4層104の膜厚をゼロにしている点が特徴である。ナノインプリント法などで微細凹凸構造層14を形成した際,下地層(第5層)105の膜厚を高精度に制御可能である場合,第4層104を省略することが可能である。第6層106の凹凸形状は,高さ(膜厚)D6が251.1nm,ボトム部分での空間占有率(FFb)を71.0%,トップ部分での空間占有率(FFt)を4.0%としたことで,屈折率が1.346から1.018にわたって連続的に変化する層となっている。 In this embodiment, since the film thickness D 5 of the fifth layer 105 and 72.3Nm, that has a thickness of the fourth layer 104 to zero is characterized. When the fine concavo-convex structure layer 14 is formed by the nanoimprint method or the like, the fourth layer 104 can be omitted if the film thickness of the underlayer (fifth layer) 105 can be controlled with high accuracy. The uneven shape of the sixth layer 106 has a height (film thickness) D 6 of 251.1 nm, a space occupancy rate (FF b ) of 71.0% at the bottom, and a space occupancy rate (FF t ) of 4.0% at the top. As a result, the refractive index continuously changes from 1.346 to 1.018.
本実施例の反射防止膜は,可視波長帯域全域(波長400〜700nm)にわたって,高い反射防止性能を発揮しており,≪反射率規格1≫を満たしている。 The antireflection film of this example exhibits high antireflection performance over the entire visible wavelength band (wavelength 400 to 700 nm) and satisfies << reflectance standard 1 >>.
とくに波長430〜670nmの帯域において,
入射角0〜45°の光線では0.044%以下,
入射角60°の光線では0.86%以下
という優れた性能を達成している。
Especially in the wavelength range of 430 to 670 nm
0.044% or less for rays with an incident angle of 0 to 45 °,
Excellent performance of 0.86% or less is achieved for light rays with an incident angle of 60 °.
[実施例6]
図8は本発明実施例6の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性を示したものである。本実施例における基板屈折率,各層の屈折率および膜厚は表1に示したとおりである。
[Example 6]
FIG. 8 shows the refractive index structure and reflectance characteristics of the antireflection film of Example 6 of the present invention. The substrate refractive index, the refractive index of each layer, and the film thickness in this example are as shown in Table 1.
本実施例における光学基板11は,株式会社オハラ製S-LAH65Vである。第1層101および第3層103はAl2O3(酸化アルミニウム),第2層102はZrO2(酸化ジルコニウム),第4層104はSiO2(酸化珪素)を用いている。また,微細凹凸構造層14の材料としては,アクリルを主成分とする樹脂(屈折率1.493)を用いている。第6層106の凹凸形状は,高さ(膜厚)D6が251.0nm,ボトム部分での空間占有率(FFb)を72.6%,トップ部分での空間占有率(FFt)を4%としたことで,屈折率が1.354から1.018にわたって連続的に変化する層となっている。 The optical substrate 11 in this embodiment is S-LAH65V manufactured by OHARA INC. The first layer 101 and the third layer 103 are made of Al 2 O 3 (aluminum oxide), the second layer 102 is made of ZrO 2 (zirconium oxide), and the fourth layer 104 is made of SiO 2 (silicon oxide). As the material of the fine concavo-convex structure layer 14, a resin (refractive index: 1.493) containing acrylic as a main component is used. The uneven shape of the sixth layer 106 has a height (film thickness) D 6 of 251.0 nm, a space occupancy rate (FF b ) at the bottom portion of 72.6%, and a space occupancy rate at the top portion (FF t ) of 4%. Thus, the layer has a refractive index that continuously changes from 1.354 to 1.018.
本実施例の反射防止膜は,可視波長帯域全域(波長400〜700nm)にわたって,高い反射防止性能を発揮しており,≪反射率規格1≫を満たしている。 The antireflection film of this example exhibits high antireflection performance over the entire visible wavelength band (wavelength 400 to 700 nm) and satisfies << reflectance standard 1 >>.
とくに波長430〜670nmの帯域において,
入射角0〜45°の光線では0.045%以下,
入射角60°の光線では0.91%以下
という優れた性能を達成している。
Especially in the wavelength range of 430 to 670 nm
0.045% or less for rays with an incident angle of 0 to 45 °,
Excellent performance of 0.91% or less is achieved for light rays with an incident angle of 60 °.
[実施例7]
図9は本発明実施例7の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性を示したものである。本実施例における基板屈折率,各層の屈折率および膜厚は表1に示したとおりである。
[Example 7]
FIG. 9 shows the refractive index structure and reflectance characteristics of the antireflection film of Example 7 of the present invention. The substrate refractive index, the refractive index of each layer, and the film thickness in this example are as shown in Table 1.
本実施例における光学基板11は,株式会社オハラ製S-LAL14である。第1層101および第3層103はSiON(酸窒化珪素),第2層102もSiON(酸窒化珪素),第4層104はSiO2(酸化珪素)を用いている。ただし,第1層101および第3層103と第2層102は,酸素と窒素の混合比率が異なっているため,屈折率の異なる膜となっている。また,微細凹凸構造層14の材料としては,アクリルを主成分とする樹脂(屈折率1.493)を用いている。第6層106の凹凸形状は,高さ(膜厚)D6が258.1nm,ボトム部分での空間占有率(FFb)を65.5%,トップ部分での空間占有率(FFt)を4.0%としたことで,屈折率が1.317から1.018にわたって連続的に変化する層となっている。 The optical substrate 11 in this embodiment is S-LAL14 manufactured by OHARA INC. The first layer 101 and the third layer 103 use SiON (silicon oxynitride), the second layer 102 uses SiON (silicon oxynitride), and the fourth layer 104 uses SiO 2 (silicon oxide). However, the first layer 101, the third layer 103, and the second layer 102 are films having different refractive indexes because the mixing ratio of oxygen and nitrogen is different. As the material of the fine concavo-convex structure layer 14, a resin (refractive index: 1.493) containing acrylic as a main component is used. The uneven shape of the sixth layer 106 has a height (film thickness) D 6 of 258.1 nm, a space occupancy ratio (FF b ) of 65.5% at the bottom part, and a space occupancy ratio (FF t ) of 4.0% at the top part. Thus, the layer has a refractive index continuously changing from 1.317 to 1.018.
本実施例の反射防止膜は,可視波長帯域全域(波長400〜700nm)にわたって,高い反射防止性能を発揮しており,≪反射率規格1≫を満たしている。 The antireflection film of this example exhibits high antireflection performance over the entire visible wavelength band (wavelength 400 to 700 nm) and satisfies << reflectance standard 1 >>.
とくに波長430〜670nmの帯域において,
入射角0〜45°の光線では0.033%以下,
入射角60°の光線では0.76%以下
という優れた性能を達成している。
Especially in the wavelength range of 430 to 670 nm
0.033% or less for rays with an incident angle of 0 to 45 °,
Excellent performance of 0.76% or less is achieved for light rays with an incident angle of 60 °.
[実施例8]
図10は本発明実施例8の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性を示したものである。本実施例における基板屈折率,各層の屈折率および膜厚は表1に示したとおりである。
[Example 8]
FIG. 10 shows the refractive index structure and reflectance characteristics of the antireflection film of Example 8 of the present invention. The substrate refractive index, the refractive index of each layer, and the film thickness in this example are as shown in Table 1.
本実施例における光学基板11は,実施例7と同じく株式会社オハラ製S-LAL14である。第1層101および第3層103はSiON(酸窒化珪素),第2層102もSiON(酸窒化珪素),第4層104はMgF2(フッ化マグネシウム)を用いている。ただし,第1層101および第3層103と第2層102は,酸素と窒素の混合比率が異なっているため,屈折率の異なる膜となっている。 The optical substrate 11 in this example is S-LAL14 manufactured by OHARA INC. As in Example 7. The first layer 101 and the third layer 103 are made of SiON (silicon oxynitride), the second layer 102 is made of SiON (silicon oxynitride), and the fourth layer 104 is made of MgF 2 (magnesium fluoride). However, the first layer 101, the third layer 103, and the second layer 102 are films having different refractive indexes because the mixing ratio of oxygen and nitrogen is different.
本実施例では,第4層104の膜厚D4を73.2nmとしたことで,第5層105(微細凹凸構造層の下地層)の膜厚をゼロにしている点が特徴である。ナノインプリント法などで微細凹凸構造層14の下地層(第5層)105の膜厚をゼロにできる場合は,第4層104を厚く制御することで高い反射防止性能を実現することができる。微細凹凸構造層14(本実施例は第5層105が存在しない)の材料としては,アクリルを主成分とする樹脂(屈折率1.493)を用いている。第6層106の凹凸形状は,高さ(膜厚)D6が249.3nm,ボトム部分での空間占有率(FFb)を72.9%,トップ部分での空間占有率(FFt)を4.0%としたことで,屈折率が1.275から1.018にわたって連続的に変化する層となっている。 In this embodiment, since the film thickness D 4 of the fourth layer 104 and 73.2Nm, that has a thickness of the fifth layer 105 (base layer of the fine unevenness layer) to zero is characterized. When the film thickness of the underlying layer (fifth layer) 105 of the fine concavo-convex structure layer 14 can be made zero by nanoimprinting or the like, high antireflection performance can be realized by controlling the fourth layer 104 to be thick. As a material for the fine concavo-convex structure layer 14 (the fifth layer 105 does not exist in this embodiment), a resin (refractive index: 1.493) containing acrylic as a main component is used. The uneven shape of the sixth layer 106 has a height (film thickness) D 6 of 249.3 nm, a space occupancy rate (FF b ) of 72.9% at the bottom, and a space occupancy rate (FF t ) of 4.0% at the top. Thus, the layer has a refractive index continuously changing from 1.275 to 1.018.
本実施例の反射防止膜は,可視波長帯域全域(波長400〜700nm)にわたって,高い反射防止性能を発揮しており,≪反射率規格1≫を満たしている。 The antireflection film of this example exhibits high antireflection performance over the entire visible wavelength band (wavelength 400 to 700 nm) and satisfies << reflectance standard 1 >>.
とくに波長430〜670nmの帯域において,
入射角0〜45°の光線では0.031%以下,
入射角60°の光線では0.68%以下
という優れた性能を達成している。
Especially in the wavelength range of 430 to 670 nm
0.031% or less for rays with an incident angle of 0 to 45 °,
Excellent performance of 0.68% or less is achieved for light rays with an incident angle of 60 °.
本発明実施例1〜8においては,第6層106の凹凸形状におけるトップ部分での空間占有率(FFt)をすべて4.0%としたが,本発明はこれに限定されるものではなく,1.0〜9.0%の範囲で設定すればよい。また,第5層105および第6層106は,アクリルないしはポリカーボネイトを主成分とする樹脂をナノインプリント法などで形成した場合を示したが,本発明はこれに限定されるものではなく,ゾル−ゲル法などで形成した無機材料でも構わない。さらに凹凸形状の形成方法も,フォトリソグラフィとエッチングを組み合わせた方法などでもよい。 In Examples 1 to 8 of the present invention, the space occupancy ratio (FF t ) in the top portion of the uneven shape of the sixth layer 106 was set to 4.0%, but the present invention is not limited to this, and 1.0 What is necessary is just to set in the range of -9.0%. Further, although the fifth layer 105 and the sixth layer 106 show the case where a resin mainly composed of acrylic or polycarbonate is formed by a nanoimprint method or the like, the present invention is not limited to this, and the sol-gel is not limited thereto. An inorganic material formed by a method or the like may be used. Further, the method of forming the uneven shape may be a method combining photolithography and etching.
[実施例9]
図11は,本発明の反射ぼうしまくを形成した光学素子(レンズ)を光学装置(カメラ)に適用した場合の概略図である。図9において,デジタルカメラ2001は,本発明の反射防止膜を形成したレンズ1001を用いたことで,フレアやゴースト等の有害光の発生を低減しているため,高品位な画像を得ることができる。
[Example 9]
FIG. 11 is a schematic view when the optical element (lens) on which the reflection mask of the present invention is formed is applied to an optical device (camera). In FIG. 9, since the digital camera 2001 uses the lens 1001 having the antireflection film of the present invention to reduce the generation of harmful light such as flare and ghost, a high-quality image can be obtained. it can.
11 光学基板(レンズ)
12 反射防止膜
13 誘電体薄膜層
14 微細凹凸構造層
101 第1層
102 第2層
103 第3層
104 第4層
105 第5層(下地層)
106 第6層(微細構造層)
1001 光学系
2001 光学装置(カメラ)
11 Optical substrate (lens)
12 Anti-reflective coating
13 Dielectric thin film layer
14 Fine relief structure layer
101 1st layer
102 2nd layer
103 3rd layer
104 4th layer
105 5th layer (underlayer)
106 6th layer (fine structure layer)
1001 optical system
2001 Optical device (camera)
Claims (12)
該微細凹凸構造体は,屈折率が180nm以上の厚さにわたって連続的に変化するとみなせる領域を有しており,
光学基板と該微細凹凸構造体との間には,少なくとも3種の異なる屈折率を有する4層からなる誘電体薄膜層が形成されていること
を特徴とする反射防止膜。 An antireflection film having a fine concavo-convex structure in which a frustum shape or a frustum shape is arranged at a pitch smaller than the shortest wavelength used,
The fine concavo-convex structure has a region where the refractive index can be regarded as continuously changing over a thickness of 180 nm or more,
An antireflection film, wherein a dielectric thin film layer comprising four layers having at least three different refractive indexes is formed between an optical substrate and the fine concavo-convex structure.
該反射防止膜が形成される光学基板(レンズ)の屈折率をNsubとし,光学基板から順に,
屈折率がN1,膜厚がD1の値を有する第1層,
屈折率がN2,膜厚がD2の値を有する第2層,
屈折率がN3,膜厚がD3の値を有する第3層,
屈折率がN4,膜厚がD4の値を有する第4層,
屈折率がN5の値を有する材料から形成され,膜厚がD5の値を有する第5層(下地層)と,
周期が300nm以下で,膜厚(微細凹凸構造の高さ)がD6である第6層(微細凹凸構造層)とが一体(同素材)で形成されており,
第6層において,微細構造層の下部での空間充填率をFFb,有効屈折率をN6b,上部での空間充填率をFFt,有効屈折率をN6tとしたとき,
各層の屈折率および膜厚が以下の条件を満たすことを特徴とする反射防止膜。
1.65 ≦ Nsub ≦ 2.20,
1.50 ≦ N1 ≦ 2.00,
1.65 ≦ N2 ≦ 2.40,
1.50 ≦ N3 ≦ 2.00,
1.30 ≦ N4 ≦ 1.60,
1.30 ≦ N5 ≦ 1.60,
1.20 ≦ N6b ≦ 1.60, 1.015 ≦N6t ≦ 1.050, 180nm ≦D7
N4< N1 < N2
N4< N3 < N2
0.22 ≦ N6b−N6t ≦ 0.50 The antireflection film according to claim 1,
The refractive index of the optical substrate (lens) on which the antireflection film is formed is N sub, and in order from the optical substrate,
A first layer having a refractive index of N 1 and a thickness of D 1 ;
A second layer having a refractive index of N 2 and a thickness of D 2 ;
A third layer having a refractive index of N 3 and a film thickness of D 3 ;
A fourth layer having a refractive index of N 4 and a thickness of D 4 ;
A fifth layer (underlayer) having a refractive index of N 5 and a film thickness of D 5 ;
Period at 300nm or less, are formed to a thickness of the sixth layer (the height of the fine unevenness) is D 6 (fine unevenness layer) are integrally (same material),
In the sixth layer, when the space filling factor at the bottom of the microstructure layer is FF b , the effective refractive index is N 6b , the space filling factor at the top is FF t , and the effective refractive index is N 6t ,
An antireflection film characterized in that the refractive index and film thickness of each layer satisfy the following conditions.
1.65 ≤ N sub ≤ 2.20,
1.50 ≤ N 1 ≤ 2.00,
1.65 ≤ N 2 ≤ 2.40,
1.50 ≤ N 3 ≤ 2.00,
1.30 ≤ N 4 ≤ 1.60,
1.30 ≤ N 5 ≤ 1.60,
1.20 ≤ N 6b ≤ 1.60, 1.015 ≤ N 6t ≤ 1.050, 180nm ≤ D 7
N 4 <N 1 <N 2
N 4 <N 3 <N 2
0.22 ≦ N 6b −N 6t ≦ 0.50
各層の屈折率および膜厚が以下の条件を満たすことを特徴とする反射防止膜。
1.65 ≦ Nsub ≦ 2.20,
1.55 ≦ N1 ≦ 1.95, 5.0nm ≦ D1 ≦ 40.0nm,
1.70 ≦ N2 ≦ 2.40, 5.0nm ≦ D2 ≦ 40.0nm,
1.55 ≦ N3 ≦ 1.95, 30.0nm ≦ D3 ≦ 110.0nm,
1.35 ≦ N4 ≦ 1.55, D4≦ 90.0nm,
1.35 ≦ N5 ≦ 1.55, D5≦ 90.0nm,
1.20 ≦ N6b ≦ 1.50, 1.015 ≦N6t ≦ 1.050, 180nm ≦ D7≦ 300.0nm
0.14 ≦ N2−N1 ≦ 0.55
0.14 ≦ N2−N3 ≦ 0.55
0.14 ≦ N3−N4 ≦ 0.50
50nm ≦ D4+D5 ≦ 90nm
0.22 ≦ N6b−N6t ≦ 0.38 The antireflection film according to claim 2,
An antireflection film characterized in that the refractive index and film thickness of each layer satisfy the following conditions.
1.65 ≤ N sub ≤ 2.20,
1.55 ≤ N 1 ≤ 1.95, 5.0 nm ≤ D 1 ≤ 40.0 nm,
1.70 ≤ N 2 ≤ 2.40, 5.0 nm ≤ D 2 ≤ 40.0 nm,
1.55 ≤ N 3 ≤ 1.95, 30.0 nm ≤ D 3 ≤ 110.0 nm,
1.35 ≤ N 4 ≤ 1.55, D 4 ≤ 90.0nm,
1.35 ≤ N 5 ≤ 1.55, D 5 ≤ 90.0nm,
1.20 ≤ N 6b ≤ 1.50, 1.015 ≤ N 6t ≤ 1.050, 180 nm ≤ D 7 ≤ 300.0 nm
0.14 ≦ N 2 −N 1 ≦ 0.55
0.14 ≦ N 2 −N 3 ≦ 0.55
0.14 ≦ N 3 −N 4 ≦ 0.50
50nm ≤ D 4 + D 5 ≤ 90nm
0.22 ≦ N 6b −N 6t ≦ 0.38
入射角度0〜45° の範囲の光線において,
波長430〜670nmの範囲において,反射率0.05%以下で,かつ,
波長400nmおよび700nmにおいて,反射率0.10%以下
入射角度60° の光線において,
波長430〜670nmの範囲において,反射率1.0%以下で,かつ,
波長400nmおよび700nmにおいて,反射率1.5%以下
の性能を満たすこと
を特徴とする請求項2または3に記載の反射防止膜。 The antireflection film is
For light rays with an incident angle of 0 to 45 °,
In the wavelength range of 430 to 670 nm, the reflectance is 0.05% or less, and
At a wavelength of 400 nm and 700 nm, for a light beam with a reflectance of 0.10% and an incident angle of 60 °,
In the wavelength range of 430 to 670 nm, the reflectance is 1.0% or less, and
The antireflection film according to claim 2, wherein the antireflection film satisfies a performance of a reflectance of 1.5% or less at wavelengths of 400 nm and 700 nm.
SiON(酸窒化珪素)乃至はAl2O3(酸化アルミニウム)のいずれかであること
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の反射防止膜。 The first layer and the third layer are:
5. The antireflection film according to claim 1, wherein the antireflection film is any one of SiON (silicon oxynitride) or Al 2 O 3 (aluminum oxide).
TiO2(酸化チタニウム),Ta2O5(5酸化タンタル),ZrO2(酸化ジルコニウム),SiN(窒化珪素),SiON(酸窒化珪素)のいずれかを含有する膜であること
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の反射防止膜。 The third layer is
It is a film containing any one of TiO 2 (titanium oxide), Ta 2 O 5 (tantalum pentoxide), ZrO 2 (zirconium oxide), SiN (silicon nitride), and SiON (silicon oxynitride). The antireflection film according to any one of claims 1 to 4.
SiO2(酸化珪素),MgF2(フッ化マグネシウム),SiON(酸窒化珪素)のいずれかであること
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の反射防止膜。 The fourth layer is
The antireflection film according to any one of claims 1 to 4, wherein the antireflection film is any one of SiO 2 (silicon oxide), MgF 2 (magnesium fluoride), and SiON (silicon oxynitride).
エネルギー硬化性樹脂材料からなり
ナノインプリント法乃至はフォトリソグラフィ法で形成された層であること
を特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の反射防止膜。 The fifth and sixth layers are:
The antireflection film according to claim 1, wherein the antireflection film is a layer made of an energy curable resin material and formed by a nanoimprint method or a photolithography method.
無機材料からなり
ゾル−ゲル法で形成された層であること
を特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のに記載の反射防止膜。 The fifth and sixth layers are:
The antireflection film according to claim 1, wherein the antireflection film is a layer made of an inorganic material and formed by a sol-gel method.
を特徴とする光学素子。 An optical element, wherein the antireflection film according to any one of claims 1 to 9 is formed.
を特徴とする光学系。 An optical system comprising the optical element according to claim 10.
を特徴とする光学機器。 An optical apparatus comprising the optical system according to claim 8.
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