JPH012004A

JPH012004A - 超狭帯域光学多層膜

Info

Publication number: JPH012004A
Application number: JP62-158258A
Authority: JP
Inventors: 和久本　正信
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Filing date: 1987-06-25
Publication date: 1989-01-06
Anticipated expiration: 2010-01-30

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】〔技術分野〕この発明は、特定波長の光を選択的に透過あるいは反射
する光学多層膜に関するものである。

〔背景技術〕

特定波長の光を選択的に透過あるいは反射する光学多層
膜１は、第７図（ａ）にみるように、目的とする光の波
長（λ）の１／４の厚みを有する高屈折率薄膜Ｈ＃と、
同じ厚みを有する低屈折率薄膜Ｌ＃とを、基板２上に交
互に積層することで形成されている。

しかし、このような光学多層膜では、帯域幅や反射率等
の特性を自由に制御することが難しい。

また、目的とする波長のピークにおける帯域幅が、第７
図（ｂ）にみるように広く、急峻なピークを得ることが
できない、と言う問題もある。特に、帯域幅（半値幅）
を１５０ｎｍ以下にすることは、従来の光学多層膜では
不可能に近い。

〔発明の目的〕

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、
帯域幅や反射率の設定をより大きな範囲で行うことがで
き、かつ、帯域幅を従来になく狭くすることのできる超
狭帯域光学多層膜を提供することを目的としている。

〔発明の開示〕

上記目的を達成するため、この発明は、基板表面に高屈
折率薄膜と低屈折率薄膜とが交互に積層された光学多層
膜であって、前記高屈折率薄膜の膜厚が低屈折率薄膜の
膜厚よりも厚く、全薄膜の平均膜厚の２倍近傍の波長の
光に対する強い選択的光学特性を有することを特徴とす
る超狭帯域光学多層膜を要旨としている。

以下に、この発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）にみるように、この発明の超狭帯域光学多
層膜１は、基板２表面に、高屈折率薄ｙ！Ｈと低屈折率
薄膜りとを交互に積層形成してなるものであるが、この
点は、従来のものとかわらない。

各薄膜１４．Ｌの材料としても、従来と同様の化合物を
使用することができる。

たとえば、高屈折率薄膜Ｈとしては、Ｔｉ０ｔ−、Ｃｅ
Ｏ□、ＺｒＯ＊、ＺｎＳ　％　ＶｚＯｓ等の、屈折率ｎ
が２．０〜２゜６程度の物質による薄膜が使用される。

低屈折率薄膜りとしては、ＣａＦｔ−、ＭｇＦｚ、５ｉ
ｆｔ、Ａｉｍ’ｓ等の、屈折率ｎが１．３〜１．６程度
の物質による薄膜が使用される。

そして、以上のような化合物の組み合わせ、および各薄
膜Ｈ，Ｌの膜厚を後述のように選んでやれば、必要とす
る波長の光を反射あるいは透過させることができるよう
になるのである。

以上のような各薄膜Ｈ，Ｌを形成する方法は、この発明
では特に限定されず、通常と同様の方法が採用される。

たとえば、抵抗加熱による真空蒸着法、電子ビーム加熱
による蒸着法、スパッタリング法、イオンブレーティン
グ法等の物理的蒸着法や、ＣＶＤ法等の化学的蒸着法等
を使用することができるのである。

これらの方法によるＷｌ＃膜の形成にあたっては、基板
を室温以上に加熱するようであってもよい。

一般に、基板温度が高ければ高い程、形成される薄膜の
硬度は高くなり、その耐久性も向上するからである。し
かしながら、あまり基板温度が高すぎると、作業性や生
産性が悪くなる恐れがある。

したがって、基板温度は、形成する薄膜の種類やその製
法にもよるが、室温〜３５０℃程度であることが好まし
い。

また、この発明では、焼成により上記物質となる有機金
属化合物の溶液を基板表面に塗布し焼成する方法を採用
することもできる。

この発明の超狭帯域光学多層膜は、上記のような両溝膜
Ｈ，Ｌのうち、高屈折率薄膜Ｈの膜厚が、低屈折率Ｗ／
＃膜りの膜厚よりも厚いことを特徴とする。

このように、高屈折率薄膜Ｈの膜厚が、低屈折率薄膜り
の膜厚よりも厚くなっていると、第１図（ｂ）に示した
ように、その吸収特性のλ／２の位置に、極めて帯域幅
の狭い、強い選択性を有するピークが得られる。ピーク
の形状（帯域幅や強度等）は、両溝膜Ｈ，Ｌを構成する
材料の組み合わせや、その膜厚比、層数等の条件によっ
て違うが、帯域幅く半値幅）５０〜６０ｎｗ＋程度、透
過率ｌＯ〜３０％と言う、これまでにない、極めて選択
性の強い、急峻なものとすることができる。

このような急峻なピークは、第７図（ｂ）に示した従来
の吸収特性のうち、波長λのピークよりも波長の短い領
域に存在していた、さざ波状の成分（リップル）のうち
の、一つの成分が大きくなったものである。

この現象は、両溝膜Ｈ，Ｌの膜厚に差をつけると、各界
面で発生する反射波の位相に変化が起こり、干渉によっ
て、このλ／２の成分の反射が強化されるために発生す
ると考えられる。

この現象は、両溝膜の膜厚比や材料によって影響される
ため、発生波長を厳密に理論より算出することは困難で
あるが、基本的には全薄膜の平均値の２倍近傍、すなわ
ち、従来で言うところの波長λのピーク（全薄膜の平均
値の４倍の波長の成分）の半分の波長（λ／２）近傍の
成分に発生する。

一方、波長λの従来のピークも、第１図（ｂ）にみるよ
うに、存在しない訳でなく、従来同様に存在するから、
この発明の超狭帯域光学多層膜は、結局、二つのピーク
をあわせ持つものとなる。

波長λ／２におけるピークの形状（帯域幅、強度等）は
、前述したように、両溝膜Ｈ，Ｌを構成する材料の組み
合わせや、その膜厚比、層数等の条件によって種々制御
することができる。

たとえば、高屈折率薄膜ＨとしてＴｉＯｘを、低屈折率
薄膜りとして５ｉｆｔを、それぞれ、使用し、合計の層
数を１０層、高屈折率薄膜Ｈの膜厚を３５０ｎｍ、低屈
折率薄膜りの膜厚を２５０ｎｏ＋とすると、透過率２５
〜３０％、帯域幅（半値幅）５０〜６０ｎｍのピークを
、波長６００ｎｍの位置に得ることができる。

一例として、第２図に、高屈折率薄膜ＨとしてＴｉＯｘ
を、低屈折率薄膜りとして５ｉｆｔを、それぞれ、使用
し、合計の層数を６〜１８層に変化させた際の光学特性
を示す。図にみるように、合計の層数を６層から増やし
て行くと、波長λ／２　（−６００ｎｍ近傍）にあるピ
ークの透過率を徐々に小さ（する（反射率を増大する）
ことができるようになる。これを、より判り易く、ピー
ク頂点の透過率のみであられすと、第４図のようになる
。

高屈折率薄膜Ｈと低屈折率薄膜りとの膜厚差は、前述し
たように、この発明における重要な因子であるが、高屈
折率薄膜Ｈの膜厚が、低屈折率薄膜りの膜厚よりも厚く
なっていれば、その比は特に限定されず、両溝膜の膜厚
比Ｈ：Ｌ＝１１近辺まで有効である。しかし、両者の比
Ｈ：Ｌが３：ｌ近辺からそれ以上になると、かえって、
両者の膜厚が同じである従来のものと特性が近くなって
しまう。したがって、膜厚比Ｈ：Ｌは、１．１＝１〜２
：ｌの範囲内であることが好ましい。

また、膜厚比Ｈ：Ｌは、上記範囲の中でも、１゜１：１
〜１．５：１の範囲内であることが、より好ましい。

両溝膜Ｈ，Ｌの膜厚比と、光学特性の関係を第３図に示
す。図にみるように、両溝膜ＨＳＬの膜厚が同じである
もの（，１：１）では、波長λ／２（＝５００ｎｍ近傍
）に特徴的なピークは見られない。その前後の成分と同
じくさざ波の一つがあるだけである。これに対し、両者
の膜厚比をＨ：Ｌ＝ｔ、ｉ：１にしたこの発明の超狭帯
域光学多層膜では、このλ／２の成分が急成長し、急峻
なピークを示す。両者の膜厚比をさらに大きくすると、
ピークはさらに大きくなり、その頂点の透過率は、Ｈ：
Ｌ＝１．５：１のとき２０％にもなるのである。これを
、より判り易く、ピーク頂点の透過率のみであられすと
、第５図のようになる。

なお、この際、ピークの帯域幅も、ピークが大きくなる
につれて拡がるが、第３図にみるように、それでも、半
値幅で１１００ｎを超えるものではない。つまり、急峻
なピークが維持されるのである。

高屈折率薄膜Ｈと低屈折率薄膜りの基板上における配列
は、この発明では特に限定されないが、第６図（ａ）に
みるように、最表層を低屈折率薄膜とし、その膜厚を他
の低屈折率薄膜のほぼ１／２とすることが好ましい。こ
のように両溝ＩＱＨ，Ｌを配置すると、第６図（ｂ）に
みるように、ピーク以外の、透過帯の分光特性をよりフ
ラ・７トにすることができるようになるからである。

以上のような、この発明の超狭帯域光学多層膜は、必要
外の波長の光を透過し、それ以外の必要とする光を反射
するミラー（いわゆる、グイクロイックミラー）や、必
要外の波長の光をカットする、照明用色温度変換フィル
タ、光学機器用フィルタ等のフィルタとして用いること
ができる。

つぎに、この発明の実施例について説明する。

（実施例１）高屈折率薄膜Ｈとして厚み３５０ｎｍのＴｉＯｘ膜を、
低屈折率薄膜りとして厚み２５０ｎｍの５ｉｎｓ膜を、
それぞれ使用し、これらを交互に９層積層したあと、最
上層に透過帯の分光特性をフラットにするため厚み１２
５ｎｍの５ｉｆｔ膜を積層して、第６図（ａｌにみる層
構成の超狭帯域光学多層膜を得た。このものは、第６図
（ｂｌにみるように、波長５５０ｎ＋ｍに、帯域幅（半
値幅）５０ｒ＋ｌｌ＋と言う極めて急峻なピークを有し
ており、単色ミラーとして使用することができた。

（実施例２）上記実施例１と同じ層構成の超狭帯域光学多層膜をフィ
ルタとして使用したところ、放射成分より緑色光成分の
みを取り除いて色温度を調整でき、明るい赤色光を透過
するものが得られた。

〔発明の効果〕

この発明の超狭帯域光学多層膜は、以上のようであり、
基板表面に高屈折率Ｗｉ膜と低屈折率薄膜とが交互に積
層された光学多層膜であうで、前記高屈折率薄膜の膜厚
が低屈折率薄膜の膜厚よりも厚く、全薄膜の平均膜厚の
２倍近傍の波長の光に対する強い選択的光学特性を有す
るた゛め、帯域幅や反射率の設定をより大きな範囲で行
うことができ、かつ、帯域幅を従来になく狭（すること
のできるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌはこの発明の超狭帯域光学多層膜の層構成
の一例を説明する層構成図、第１図（ｂ）はこの層構成
における光学特性の一例をあられすグラフ、第２図は多
層膜の層数と光学特性の関係をあられすグラフ、第３図
は高低両屈折率薄膜の膜厚比と光学特性の関係をあられ
すグラフ、第４図は多層膜の層数とピーク頂点の透過率
との関係をあられすグラフ、第５図は膜厚比とピーク頂
点の透過率との関係をあられすグラフ、第６図（ａｌは
最表層の低屈折率薄膜の膜厚をその他の低屈折率薄膜の
１／２とした実施例の層構成を説明する層構成図、第６
図（ｂ）はこの層構成における光学特性の一例をあられ
すグラフ、第７図（７ｋ）は従来の光学多層膜の層構成
の一例を説明する層構成図、第７図（ｂｌはこの層構成
における光学特性の一例をあられすグラフである。２・・・基板　Ｈ・・・高屈折率薄膜　Ｌ・・・低屈折
率薄ｌｌ１１・・・超狭帯域光学多層膜代理人　弁理士　　松　本　武　彦第１図（ｂ）ｉ　長　［ｎｍ）８２図第３図壇　長　（前］第４図第５図ＪＩＩＪｌ比（高／低）第６図（ｂ）波　　長　　〔ｎｍ〕第７図＜ａ）之（ｂ）壌　長　（ｎ）手続補正書（自発昭和６３年　２月２４日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板表面に高屈折率薄膜と低屈折率薄膜とが交互
に積層された光学多層膜であって、前記高屈折率薄膜の
膜厚が低屈折率薄膜の膜厚よりも厚く、全薄膜の平均膜
厚の２倍近傍の波長の光に対する強い選択的光学特性を
有することを特徴とする超狭帯域光学多層膜。
（２）高屈折率薄膜（Ｈ）と低屈折率薄膜（Ｌ）の膜厚
比Ｈ：Ｌが、１．１：１〜２：１の範囲内である特許請
求の範囲第１項記載の超狭帯域光学多層膜。
（３）最表層が低屈折率薄膜であり、その膜厚が他の低
屈折率薄膜のほぼ１／２である特許請求の範囲第１項ま
たは第２項記載の超狭帯域光学多層膜。
（４）必要外の波長の光を透過し、必要とする波長の光
を反射するミラーに用いられている特許請求の範囲第１
項から第３項までのいずれかに記載の超狭帯域光学多層
膜。
（５）必要外の波長の光をカットするフィルタに用いら
れている特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれ
かに記載の超狭帯域光学多層膜。