JPS63218513A - ＴｉＯｘ薄膜を用いた光学素子 - Google Patents

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、新規な薄膜状酸化チタン系物質に関する。

〔従来の技術〕

これまで酸化チタン系物質としては、ＴｉＯとＴｉＯ□
が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、Ｔ　ｉ　Ｏは真空薄膜堆積技術例えば真
空蒸着、スパッタリング、イオンブレーティングで薄膜
状に形成すると、紫色を呈しており光学薄膜としては問
題がある。

またＴ　ｉ　Ｏ！は同様に薄膜状に形成すると帯電する
という問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは鋭意研究した結果、偶然にもＴｉ０１Ｔ　
ｉ　Ｏｚのいずれの問題点も有しない新規な薄膜状酸化
チタン系物質を見い出し、本発明を成すに至った。

よって、本発明は、分子式：ＴｉＯｘ　　（１＜ｘ〈２
）で表わされる薄膜状酸化チタン系物質を提供する。

〔作用〕

この新規物質は薄膜状であることと、酸素原子の分析が
難しいことから、Ｘを特定することができないものの、
Ｘが１＜ｘ＜２の範囲内にあることは確かである。何故
ならば、 ■この新規物質は、蒸発源としてＴ　ｉ　Ｏを用い、真
空チャンバー内に少量の酸素ガスを導入した上で真空蒸
着することによって得られることと、■ＴｉＯは紫色を
呈するのに、この新規物質は無色透明であること、及び
■Ｔ　ｉ　Ｏ！は帯電するのに、この新規物質は帯電し
ないからである。

この新規物質は、蒸発源としてＴｉＯを用い、一旦真空
チャンバー内を高真空にした後、酸素ガスを導入して酸
素分圧を５Ｘ１０−’〜８Ｘ１０−’Ｔｏｒｒに設定し
て真空蒸着を行なうことによって基板上に形成される。

そして酸素分圧によって、この新規物質の屈折率ｎｄは
２．２〜２．４の間で変化する。ちなみにＴｉＯのｎｄ
は２．２〜２．３で、Ｔｉ０ｇのｎｄは２．２〜２．４
である。蒸発源のＴｉＯはＴ　ｉ　Ｏｚに比べ低い融点
を有するので真空蒸着の際に抵抗加熱で溶融させればよ
い、それに対してＴｉＯ□は高い融点を有するので電子
ビーム加熱を用いないと蒸着できない。電子ビーム加熱
は基板が荒れるという問題がある。例えば表面にスキン
層（内部とは結晶化度や密度の異なる層）を有する合成
樹脂基板上に電子ビーム加熱による蒸着でＴ　ｉ　Ｏ！
薄膜を形成すると、スキン層が劣化し、薄膜がスキン層
と共に基板から剥離するという剥離問題がある。この問
題は合成樹脂基板上に仮に無機誘電体薄膜が形成されて
いても、その薄膜がポーラス（多孔質）の場合には発生
する。

それに対して、本発明の新規物質を形成した合成樹脂基
板では、そのような剥離問題は発生しない。

製造できる。２０μｍより厚いと、膜中にクランクがは
いり易い。

本新規物質は、既述のように無色透明でｎｄ＝２．２〜
２．４の屈折率を有し、かつ帯電しないので、特に光学
薄膜として有用である。

従って、本発明は第二に分子式：ＴｉＯｘ　　（１＜ｘ
＜２）で表わされる薄膜状酸化チタン系物質を基板上に
形成してなる光学素子を提供する。

基板としては合成樹脂製でもガラス製でもその他の材料
で作られたものでもよいが、特にスキン層を有する合成
樹脂成形品の場合、本発明の薄膜の特徴が顕著に発揮さ
れる。

基板は単なる平板でもレンズ状でもプリズム状でもよい
、基板上に直接に本発明の薄膜を形成してもよいし、間
に他の薄膜を介して本発明の薄膜を形成してもよいし、
本発明の薄膜の上に他の光学薄膜を形成してもよい０本
発明の薄膜は、硬く透明なので単なる保護膜でもよいし
、それ単独で又は他の光学薄膜と積層した形で光学的機
能例えば、反射防止、反射増加、干渉フィルタ、偏光フ
ィルタなどの機能を持たせてもよい。このような機能は
、光学理論により、薄膜の膜厚及び屈折率、積層数、積
層順序等を変えて自由に設計できる。

以下、実施例によって本発明を説明するが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。

〔実施例１〕 直径８００鶴高さ８５０鶴の円筒形の真空チャンバー内
にＰＭＭＡ　（ポリメチルメタクリレート）基板及び蒸
発源としてＴｉＯをセットし、一旦２　Ｘ　１０−’Ｔ
ｏｒｒまで排気した後、酸素を４×１０−’Ｔｏｒｒま
で導入し、抵抗加熱により蒸着を行ない、基板上に光学
的膜厚λ／４（λは設計波長であり、ここではλ＝４８
８０人）の薄膜状Ｔｉ０Ｘを形成した。このＴｉＯｘの
ｎｄは２．３であった。

〔比較例１〕 酸素を導入しないほかは実施例１と同様にしてλ／４の
膜厚のＴ　ｉ　Ｏ薄膜を形成した。このＴｉＯ膜のｎｄ
は２．３であった。

〔比較例２〕 蒸発源としてＴｉｏＯ代りにＴｉｅ、を用い、抵抗加熱
の代りに電子ビームが加熱を用い、酸素を導入しないほ
かは実施例１と同様にしてλ／４の膜厚のＴｉ０１薄膜
を形成した。このＴｉＯ２膜のｎｄは２．２であった。

〔試験例１〕 実施例１、比較例１．２で製造した薄膜について、帯電
性、外観及び基板との密着性を調べた。

帯電性は、斉藤工機■製帯電量測定器ＤＹＮＡＣ３−４
１０４を使用し、印加電圧８ＫＶで測定した。密着性は
、薄膜表面に市販のセロハンテープを手で押して貼り付
けた後、テープの一端を持って勢いよく剥し、薄膜の様
子を観察した。

′″ｈ６（ＤＮＮ’ＡＧ’ｉｔ七社・　１人〔実施例２
；反射防止膜〕 直径８００ｍ高さ８５０ｆｉの真空チャンバー内に、Ｐ
ＭＭＡ基板をセットし、２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒまで
排気後、酸素を４　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒまで導入し抵
抗加熱によりＴｉＯを蒸発し、ＴｉＯｘ　　（１＜ｘ＜
２）をλ／４（波長λ：４８８０人）蒸着した。

次に酸素導入をやめ、再度Ｉ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒま
で排気後、Ｓ　＝　Ｏｔを電子ビーム加熱でλ／４（波
長λ：　４８８０人）蒸着した。このＴｉＯｘ　ｓ　５
ｔＯ０の屈折率ｎｄは２．３２．１．４６であった。

この２層膜の構造を第１図に、反射率を第２図に示す。

〔実施例３；反射防止膜〕 実施例２と同じチャンバー内に、Ｐ　Ｍ　Ｍ　Ａ基板を
セントし、２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒまで排気後、酸素
を６　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒまで導入し、抵抗加熱によ
りＳｔＯを蒸発させ５ｔｙｘ　　（１＜ｘ＜２）をλ／
４（波長λ：５５００人）蒸着した。次に実施例１と同
様にＴｉＯｘ　　（１＜ｘ＜２）をλ／２（波長λ：　
５５００人）蒸着した。最後に５ｉＣｈを電子ビームで
λ／４（波長λ：　５５００人）蒸着した。

この５ｔｙｘ　５ＴｉＯｘ　ｓ　５ｔｏｔの屈折率はｎ
ｄは、１．６５．２．３２．１．４６であった。この３
層膜の反射率を第３図に示す。

〔実施例４；反射膜〕 実施例２と同じチャンバー内に、ＰＭＭＡ基板をセント
し、２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒまで排気後、Ａｌを抵抗
加熱で０．２μ−蒸着し、次に酸素を２×１０−　’Ｔ
ｏｒｒまで導入し、抵抗加熱によりＳｉＯを蒸発させ５
ｔｙｘ　　（１＜ｘ＜２）をλ／４（波長７８６３２８
人）蒸着した。最後に実施例１と同様にＴｉＯｘ　　（
１＜Ｘ＜２）をλ／４（波長７８６３２８人）蒸着した
。

この反射膜の反射率を第４図に示す。

実施例２〜４で製造した光学素子について次のような試
験を行ない、光学薄膜の密着性、耐湿性、耐擦傷性を調
査した。

〔試験例２層密着性〕 薄膜表面にセロハンテープを貼った後、思い切り剥して
、密着性を測定した。実施例２〜４のうち剥離するもの
はなかった。

（試験例３；耐湿性） 実施例２〜４で製作した光学素子を、７５℃−９０％Ｒ
Ｈの恒温恒温器内に、５００時間放置後、試験例２と同
様に密着性を測定したが、剥離するものはなかった。ま
た、反射率も変化なかった。

〔試験例４；耐擦傷性〕 実施例２〜４で製作した光学素子表面を、スチールウー
ル（＃００００）で荷重２００ｇｆを負荷し３０回擦っ
た後、試験例２と同様に密着性を測定したが、剥離する
ものはなかった。また、反射率も変化なかった。

実施例１〜４ではＰＭＭＡ基板について示したが、ポリ
スチレン、ポリカーボネート基板を用いても、結果は変
わらなかった。また、実施例２．３ではＳ　ｉ　Ｏｔを
使用したが、ＳｉＯｘ　　（１＜ｘ〈２）でも同じ結果
が得られた。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、無色透明でｎｄ−２，２
〜２．４の新規で有用なＴｉＯｘ　　（ｌａｘ＜２）薄
膜が初めて提供される。

この薄膜は、合成樹脂基板に対する密着性がよく、耐湿
性、耐擦傷性に優れている。

また、実施例２〜４では２層、３層構成の光学素子につ
いて示したが、４層以上の多層光学素子についても適用
できるため、本発明では所望の光学特性を有する、合成
樹脂製多層光学素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例２にかかる光学素子の概略断面図である
。 第２〜４図は実施例２〜４の光学素子の分光反射特性を
示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　分子式：ＴｉＯ＿ｘ（ただし１＜ｘ＜２）で表わさ
   れる薄膜状酸化チタン系物質。 ２　基板上に分子式：ＴｉＯ＿ｘ（ただし１＜ｘ＜２）
   で表わされる薄膜状酸化チタン系物質を形成してなる光
   学素子。