JPWO2015129129A1

JPWO2015129129A1 - 広帯域反射防止膜を有する光学部材

Info

Publication number: JPWO2015129129A1
Application number: JP2016505005A
Authority: JP
Inventors: 正章能勢; 宗矩川路; 孔二中村
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2017-03-30
Also published as: WO2015129129A1

Abstract

光学部材は、樹脂基板と、前記樹脂基板上に形成され、ＴｉＯ２からなる高屈折率層と、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３からなる低屈折率層と、の交互層を含む反射防止膜と、を有する。前記反射防止膜の総膜厚に占める前記低屈折率層の膜厚比率が６０％以上７２．５％以下であり、前記反射防止膜は、波長４２０ｎｍ〜９００ｎｍで入射角５°における平均反射率が１．５％以下の特性を有する。

Description

本発明は、広帯域反射防止膜を有する光学部材に関するものであり、更に詳しくは、可視域〜赤外域（波長４２０ｎｍ〜９００ｎｍ）に対応した反射防止膜を有する光学部材（例えば、プラスチックレンズ，光学フィルター等）に関するものである。

デジタルカメラの軽量・小型化には、プラスチックレンズの使用が有効である。しかし、プラスチックレンズにはガラスレンズと比べてコーティングが難しいという問題がある。例えば、ガラス基板に対する成膜では高温加熱が可能であるが、樹脂基板に対する成膜では基板自体の耐熱性が低いため高温加熱は不可能である。このため、成膜性や耐久性が低く、剥離やクラックが発生しやすいという問題がある。また、可視域〜赤外域に対応した反射防止膜を樹脂基板に形成する場合、その反射防止膜には多層膜化と高膜厚化が必要になる。このため、反射防止膜の耐熱温度（１００℃以上）及び高温高湿（８５℃８５％）の保障が問題となる。この耐熱性（１００℃）・耐高温高湿性（８５℃８５％）の保障は、スマートフォン（高機能携帯電話）用撮像レンズや車載レンズではその使用環境から必須のものとなっている。

上記のような問題を解決するため、従来より様々なタイプの反射防止膜を有する光学部材が提案されている。例えば特許文献１には、可視域反射防止膜の硬度及び耐傷性を向上させるために、ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃とからなる低屈折率材料にＩＡＤ（イオンアシストデポジション）処理を用いて成膜したプラスチック製の光学部材が提案されている。

特開２００９−１９９０２２号公報

しかし、特許文献１に記載の光学部材には、耐熱性及び耐高温高湿性が十分でないという問題がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、耐熱性及び耐高温高湿性の高い反射防止膜を有する光学部材を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の光学部材は、樹脂基板と、
前記樹脂基板上に形成され、ＴｉＯ₂からなる高屈折率層と、ＳｉＯ₂及びＡｌ₂Ｏ₃からなる低屈折率層と、の交互層を含む反射防止膜と、を有し、
前記反射防止膜の総膜厚に占める前記低屈折率層の膜厚比率が６０％以上７２．５％以下であり、
前記反射防止膜は、波長４２０ｎｍ〜９００ｎｍで入射角５°における平均反射率が１．５％以下の特性を有する。

本発明によれば、樹脂基板上の広帯域反射防止膜において低屈折率層をＳｉＯ₂及びＡｌ₂Ｏ₃で構成し、かつ、総膜厚に占める低屈折率層の膜厚比率を適正に規定する構成になっているため、耐熱性及び耐高温高湿性の高い反射防止膜を有する光学部材を実現することができる。

広帯域反射防止膜を有する光学部材の実施の形態を示す多層膜構成図。ポリカーボネイト樹脂製基板からなる光学部材の実施例１〜１１及び比較例１〜７の設計分光特性を示すグラフ。シクロオレフィン樹脂製基板からなる光学部材の実施例１２〜２２及び比較例８，９の設計分光特性を示すグラフ。

以下、本発明を実施した光学部材等を、図面を参照しつつ説明する。図１に、広帯域反射防止膜を有する光学部材の一実施の形態について、その反射防止膜ＡＲの積層構造を光学断面で模式的に示す。なお、成膜材料の表記に関しては、必要に応じて（図１等）、ＴｉＯ₂をＴｉＯ２とし、ＳｉＯ₂をＳｉＯ２とし、Ａｌ₂Ｏ₃をＡＬ２Ｏ３とし、ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃との混合物をＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ２＋ＡＬ２Ｏ３とする。

図１に示す光学部材ＫＢは、波長４２０ｎｍ〜９００ｎｍで入射角５°における平均反射率が１．５％以下の反射防止膜ＡＲを、樹脂基板Ｓ上に有している。その反射防止膜ＡＲは、例えば真空蒸着法での成膜により、ＴｉＯ₂(酸化チタン)からなる高屈折率層Ｈと、ＳｉＯ₂(酸化ケイ素)及びＡｌ₂Ｏ₃(酸化アルミニウム)からなる低屈折率層Ｌと、の交互層で構成されている。樹脂基板Ｓとしては、プラスチックレンズ，プラスチック平板等の合成樹脂製光学部材が挙げられ、樹脂基板Ｓを構成する材料としては、ポリカーボネイト樹脂，シクロオレフィン樹脂等が挙げられる。低屈折率層Ｌを構成する成膜材料としては、Ａｌ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂との混合物が挙げられ、また、高屈折率層Ｈを構成する成膜材料としてはＴｉＯ₂ベースの材料(蒸着材料としてＴｉ₂Ｏ₃，Ｔｉ₃Ｏ₅等)が挙げられる。

高屈折率層Ｈ（成膜材料：Ｔｉ酸化物，例えばＴｉＯ₂）と、低屈折率層Ｌ（成膜材料：ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃）と、の積層構造を有する薄膜の設計においては、Ｈ／Ｌの膜厚比率を変更しても、同じ分光特性を得ることが可能である。そこで、４２０ｎｍ〜９００ｎｍの波長領域において入射角５°での平均反射率が１．５％以下となるように、Ｈ／Ｌの膜厚比率を変更する反射防止膜ＡＲの設計を行った結果、耐熱性と耐高温高湿性との両立が可能な高い信頼性と、Ｈ／Ｌの膜厚比率と、の関係を見出し本発明に至った。

つまり、本発明に係る光学部材ＫＢは、反射防止膜ＡＲの総膜厚に占める低屈折率層Ｌの膜厚比率が６０％以上７２．５％以下であることを特徴としている。この構成によって、耐熱性及び耐高温高湿性の高い反射防止膜を有する光学部材ＫＢを実現することが可能となる。膜厚比率が６０％を下回ると、耐熱性が低下し（後述する比較例１〜５）、膜厚比率が７２．５％を上回ると、耐高温高湿性が低下する（後述する比較例６〜９）。したがって、膜厚比率は６０％〜７２．５％であれば、耐熱性と耐高温高湿性との両立が可能となる。また、複数の光学面を有する光学系において反射防止膜が複数存在すると、面間反射が生じて透過率が低下してしまうので、前記平均反射率を１．５％以下に抑えることによって、透過率の維持も可能となる。

図１に示す反射防止膜ＡＲは１５層の積層構造を有しているが、層数はこれに限らない。透過率は層数に応じて変化させることができるので、例えば、反射防止膜ＡＲの層数が１０層以上２０層以下ならば、反射防止膜ＡＲの総膜厚は３２０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることが好ましい。総膜厚が３２０ｎｍを下回ると、波長域４２０ｎｍ〜９００ｎｍの平均反射率１．５％以下の反射防止膜ＡＲの設計が困難になり、総膜厚が８００ｎｍを上回ると、総膜厚が大きすぎて信頼性，生産性等が低下し、コストアップを招くおそれがある。

低屈折率層Ｌが、ＳｉＯ₂：９０〜９９重量％と、Ａｌ₂Ｏ₃：１〜１０重量％と、を含むことが好ましい。Ａｌ₂Ｏ₃の混合割合の増大に伴って、耐熱性や耐傷性が向上する。このため、ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃との混合割合として、Ａｌ₂Ｏ₃が１重量％を下回るとＡｌ₂Ｏ₃による耐熱性や耐傷性の効果が得られなくなり、Ａｌ₂Ｏ₃が１０重量％を上回ると成膜速度が安定せず、かつ、成膜外観（スプラッシュ）に著しく不利になる。したがって、Ａｌ₂Ｏ₃の混合割合は１〜１０重量％が好ましい。

樹脂基板Ｓがシクロオレフィン樹脂又はポリカーボネイト樹脂からなることが好ましい。撮像レンズを構成する場合、高屈折率材料と低屈折率材料との組み合わせが必要となるので、低屈折率材料としてシクロオレフィン樹脂、高屈折率材料としてポリカーボネイト樹脂を、それぞれ樹脂基板Ｓとして用いることが好ましい。そのような樹脂基板Ｓとしてのプラスチックレンズ上に、前述した構成を有する反射防止膜ＡＲを設ければ、反射防止膜ＡＲに高い信頼性を有するプラスチックレンズを得ることができる。そして、そのようなプラスチックレンズを撮像レンズに用いれば、それを搭載するデジタルカメラの軽量・小型化が可能になるとともに、高い反射防止効果を安定かつ高い信頼性で得ることが可能となる。

以下、本発明に係る光学部材の構成等を、実施例１〜２２及び比較例１〜９を挙げて更に具体的に説明する。

各数値例（実施例１〜２２，比較例１〜９）に対応する反射防止膜について、そのコンストラクションデータを表１〜表６に示し、設計分光特性を図２，図３のグラフに示す。なお、表１〜表６において膜厚ゼロと表記されている場合は、その層が存在しないことを意味する。したがって、比較例５，実施例１１，実施例２２は層数１０層、実施例９，１０，２０，２１は層数１４層、その他は層数１５層である。

また、各数値例を構成する樹脂基板と成膜材料について、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率Ｎｄを以下に示す。
樹脂基板：
ポリカーボネイト樹脂基板（ＥＰ５０００） …Ｎｄ＝１．６３５
シクロオレフィン樹脂基板（ＡＰＥＬ） …Ｎｄ＝１．５４５
成膜材料：
ＴｉＯ₂ …Ｎｄ＝２．２２８
ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃ …Ｎｄ＝１．４７５

各数値例（実施例１〜２２，比較例１〜９）のサンプルを作製し、その性能評価を行った。成膜を行うに際し、まず樹脂基板（EP-5000/APL 5514ML）を真空蒸着装置に配置し、１．３×１０^-3Ｐａまで排気した。そして、各数値例の層番号（表１〜表６）の材料で所定の膜厚の層を形成した。実験内容（成膜材料，成膜条件，樹脂基板）を以下に示し、評価結果を表７，表８に示す。また表９に、反射防止膜ＡＲの総膜厚の良好範囲と、低屈折率層Ｌ（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃）の膜厚比率の良好範囲を示す。

各数値例の設計反射率は、図２，図３に示すように、４２０ｎｍ〜９００ｎｍで１．５％以下であった。耐熱温度が１００℃以上で、かつ、８５℃８５％１０００ｈの外観が良好（○）である領域は、実施例１〜２２に示す範囲（表９）であった。総膜厚に占める低屈折率層Ｌの膜厚比率は６０％以上７２．５％以下であった。

［成膜材料］
高屈折率材料としてＴｉ₃Ｏ₅を用い、低屈折率材料としてＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃を用いた。Ｔｉ₃Ｏ₅は、富士チタン工業社製のＴＯＰ（商品名）であり、ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃は、Merck社製のSubstance L5（商品名）である。

［成膜条件］
真空蒸着装置としてBMC-1100（シンクロン社製）を用い、到達真空度を１．３×１０^-3Ｐａとした。イオン銃としてRIS-120（シンクロン社製）を用いてＩＡＤを行った。成膜材としてＴＯＰ（商品名）を用いた際には、真空度を２×１０^-2Ｐａとし、蒸着速度を３．５Å／Ｓｅｃとし、ＩＡＤ条件として、酸素ガスを導入し、加速電圧５００Ｖ、加速電流を２５０ｍＡとした。また、成膜材としてSubstance L5（商品名）を用いた際には、真空度を８×１０^-3Ｐａとし、蒸着速度を５．０Å／Ｓｅｃとし、ＩＡＤを行わなかった。なお、低屈折率材料（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃）として用いたSubstance L5の組成は、ＳｉＯ₂：９７重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：３重量％である。

［樹脂基板］
樹脂基板として、ポリカーボネイト樹脂とシクロオレフィン樹脂を用いた。ポリカーボネイト樹脂は、三菱ガス化学（株）製のユピゼーダ EP-5000（商品名）であり、シクロオレフィン樹脂は、三井化学（株）製のAPL 5514ML（商品名）である。

性能評価は、成膜後半年常温常湿で放置した後、下記試験（耐熱温度試験，高温高湿試験）をそれぞれ実施することにより行った。

［耐熱温度試験］
熱風乾燥炉を８０℃に設定して３０分放置し、取り出し１０分後に顕微鏡で薄膜のクラックを観察し、クラックが発生した温度を記録した。その際、同じサンプルを５℃毎に温度を上げてクラックが発生するまで試験、観察を繰り返した。薄膜の耐熱温度は経時変化の影響を埋めるため、成膜後１８０日経過したサンプルにて評価した。表７及び表８に、クラックが発生した直前の試験温度を示す。

［高温高湿試験（８５℃８５％）］
高温高湿槽を８５℃８５％に設定して１０００時間放置した後取り出し、２４時間常温常湿に放置し顕微鏡にてクラック，膜浮き等の欠陥を観察した（観察倍率＝２００倍）。耐高温高湿性の評価は、クラック，膜浮き等の欠陥が観察されなかった場合を○：良好とし、クラック，膜浮き等の欠陥が観察された場合を×：不良とした。

ＫＢ光学部材
ＡＲ反射防止膜
Ｈ高屈折率層
Ｌ低屈折率層
Ｓ樹脂基板

Claims

樹脂基板と、
前記樹脂基板上に形成され、ＴｉＯ₂からなる高屈折率層と、ＳｉＯ₂及びＡｌ₂Ｏ₃からなる低屈折率層と、の交互層を含む反射防止膜と、を有し、
前記反射防止膜の総膜厚に占める前記低屈折率層の膜厚比率が６０％以上７２．５％以下であり、
前記反射防止膜は、波長４２０ｎｍ〜９００ｎｍで入射角５°における平均反射率が１．５％以下の特性を有する、光学部材。
前記反射防止膜の総膜厚が３２０ｎｍ以上８００ｎｍ以下、層数が１０層以上２０層以下である請求項１記載の光学部材。
前記低屈折率層が、ＳｉＯ₂：９０〜９９重量％と、Ａｌ₂Ｏ₃：１〜１０重量％と、を含む請求項１又は２記載の光学部材。
前記樹脂基板がシクロオレフィン樹脂又はポリカーボネイト樹脂からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学部材。