專利名稱：防反射膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有折射率范圍為1.9至2.1的基材并且被施加在光學(xué)部件上的防反射膜。
在市場上不斷地強烈需要小型化的裝置和設(shè)備，因此在光學(xué)工程設(shè)計中構(gòu)造在裝置和設(shè)備中的小型化光學(xué)部件是一個重要的目標(biāo)。為了制造小型的光學(xué)部件，需要使用較高折射率的光學(xué)材料，并且另外需要的是用于這類提高折射率的光學(xué)材料的改進的抗反射性能的成本降低的防反射膜。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中提出的一種防反射膜是一種多層結(jié)構(gòu)，其中七個組成層一個又一個地沉積于在可見波段附近的波長范圍內(nèi)在任意設(shè)計的基準(zhǔn)波長下折射率為1.4至1.9的基材上(參見下面列出的專利文獻1)。
由于其不包含薄的膜，因此這種膜結(jié)構(gòu)幾乎不會造成光學(xué)不均勻和制造的膜厚度的容許誤差，因此貫穿可見光波段而產(chǎn)生了增強的抗反射效果。
現(xiàn)有技術(shù)中的一些其他防反射膜具有多層結(jié)構(gòu)，其中等于或大于2.0的高折射率的基材在高折射率層和另一低折射率層交替而一層沉積在另一層上的六個組成層的下面。盡管折射率比下面的基材低，但離下面的基材最近的、第三和第五近的組成層是“高折射率”的膜，離下面的基材第二和第四近的組成層是“中等或低折射率”的膜，并且第六近的或者最上面的組成層是“低折射率”的膜(例如參見下面列出的專利文獻2)。在范圍從400nm至700nm的波長下即貫穿整個可見波段，該防反射膜可以成功地將反射率降至0.5％或者甚至更低。
另一個現(xiàn)有技術(shù)的防反射膜是三層疊層介電膜結(jié)構(gòu)，其中由序數(shù)表示的從主要是空氣的光進入介質(zhì)到光學(xué)部件本體表面而向下排列的第一、第二和第三組成膜具有它們各自的可以下式表示的相關(guān)的折射率n1、n2和n3n1＜n2＜n3并且具有它們各自的與設(shè)計的基準(zhǔn)波長相關(guān)的膜厚度(光譜測定的波長)n1d1、n2d2和n3d3(例如參見下面列出的專利文獻3)。僅僅借助于層疊在光學(xué)部件本體上的此三層疊層薄膜結(jié)構(gòu)，該防反射膜可以在寬的可見光波段中降低表面反射率，并且由于其加工方法并不復(fù)雜，還可以降低制造成本。
具有任何一種現(xiàn)有技術(shù)的防反射膜的光學(xué)裝置包括公開的具有這樣的防反射膜的一種該防反射膜由中間折射率膜層、覆蓋該中間折射率膜層的高折射率膜層，和進一步覆蓋該高折射率層的低折射率膜層組成，其中該中間折射率膜層由高和低折射率膜層的物質(zhì)的混合物制成(例如在下面列出的專利文獻4中)。這是明顯的，因為可見光波段內(nèi)的反射率和在設(shè)計中心波長下的反射率峰值保持小的，而這與基材的折射率無關(guān)。
<專利文獻1>
日本專利公開特開平10-20102中的權(quán)利要求和詳細(xì)描述<專利文獻2>
日本專利公開特開2000-347002中的權(quán)利要求和詳細(xì)描述<專利文獻3>
日本專利公開特開平4-260001中的權(quán)利要求和詳細(xì)描述<專利文獻4>
日本專利公開特開2003-202405中的權(quán)利要求和詳細(xì)描述公開于專利文獻1中的防反射膜是由在近可見波段的波長范圍內(nèi)在任意設(shè)計的基準(zhǔn)波長下折射率為1.4至1.9的基材上的七層組成的多層結(jié)構(gòu)，并且如果基材的折射率為2.0或更高，則反射率易于升至15至20％。
公開于專利文獻2中的防反射膜沉積在2.0或者甚至更大的高折射率基材上，并且該膜是由數(shù)目為6的層組成的多層結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致了增加的制造成本。
僅僅借助于沉積在光學(xué)部件本體上的三個薄的膜，公開于專利文獻3中的三層介電膜的防反射膜能夠降低在寬的可見光波段內(nèi)的表面反射率，并且由于其的加工方法并不復(fù)雜，因此還可以降低制造成本。然而，在折射率和膜厚度的這樣的要求下，該防反射膜當(dāng)沉積在折射率為1.90以上的基材上時不能在從400nm至700nm的可見波段內(nèi)保持其反射率為1％以下，這在可見波段內(nèi)獲得了不充分的抗反射效果。
公開于專利文獻4中的用于光學(xué)裝置的防反射膜是一種由以下層組成的三層結(jié)構(gòu)中間折射率層、覆蓋該中間折射率層的高折射率層，和進一步覆蓋該高折射率層的低折射率層。然而，在用于基材-0.25λ薄膜-0.5λ薄膜-0.25λ薄膜-空氣的排列的組成膜厚度(即光譜測定的波長)的要求下，施加在折射率為1.90以上的基材上的防反射膜不能在從400nm至700nm的可見波段內(nèi)將反射率保持為1％以下，這在可見波段內(nèi)獲得了不充分的抗反射效果。
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的防反射膜的上述缺點而做出了本發(fā)明，因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種出于將光學(xué)部件小型化的目的而可以施加在高折射率的光學(xué)材料上的增強的抗反射性能的防反射膜。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣一種成本降低的多層結(jié)構(gòu)的防反射膜出于有助于膜厚度的總控制的目的而使得該防反射膜的層數(shù)目減少并且層的厚度增加，并且其可以簡化的方法制造以降低制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種防反射膜，該防反射膜具有覆蓋在基材上并且以由序數(shù)第一至第三表示的順序而一層沉積在另一層上的三層組成層，其中在可見波段中和附近的波長范圍內(nèi)在任意設(shè)計的基準(zhǔn)波長λ下，基材和沉積在其上的組成層的每一層的折射率‘n’和光學(xué)膜厚度(光譜測定的波長)‘nd’如下給出折射率‘n’ 光學(xué)膜厚度‘nd’基材 1.90≤ns≤2.10第一層1.54≤n1≤2.000.465λ≤n1d1≤0.575λ第二層1.95≤n2≤2.630.490λ≤n2d2≤0.508λ第三層1.35≤n3≤1.550.245λ≤n3d3≤0.255λ本發(fā)明的第一方面的特征在于-滿足n3＜n1＜n2或者n1＜ns＜n2，-第一層由Y2O3或Al2O3制成，-第二層由ZrO2和TiO2的混合物、TiO2、Ta2O5、Nb2O5等的任一種制成，-第三層由SiO2或MgF2制成，和/或-通過濺射、離子輔助沉積和離子電鍍的任何方式生產(chǎn)第一至第三層。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，防反射膜沉積在折射率為1.90以上并且由光學(xué)材料制成的基材上，并且該防反射膜具有第一至第三層。該防反射膜的特征在于-第一層由選自Y2O3(氧化釔)和Al2O3(三氧化鋁)的材料制成，其以比第三層更大的光學(xué)膜厚(光譜測定的波長)覆蓋基材，-第二層由選自ZrO2(二氧化鋯)、TiO2(二氧化鈦)、它們的混合物、Ta2O5(五氧化鉭)和Nb2O5(五氧化鈮)的材料制成，其以比第三層更大的光學(xué)膜厚覆蓋基材，和/或-第三層由選自SiO2(二氧化硅)、MgF2(氟化鎂)和CaF2(氟化鈣)的材料制成。
本發(fā)明的第二方面進一步特征在于通過濺射、離子輔助沉積和離子電鍍的任何方式生產(chǎn)第一至第三層。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種防反射膜具有折射率ns為2.10以下的基材、折射率n1小于ns的第一層、折射率n2大于ns的第二層，和折射率n3小于ns的第三層，并且該防反射膜的特征在于-可見波段中反射率的最大值為0.5％以下。
本發(fā)明的第三方面的防反射膜的特征在于-貫穿可見光波段在較短和較長波長范圍的極端區(qū)域中反射率急劇下降或升高，-第一層的光學(xué)膜厚(光譜測定的波長)n1d1為第三層的n3d3的兩倍大，而第二層的光學(xué)膜厚n2d2為n3d3的兩倍大，-第三層的折射率n3小于基材、第一層和第二層的折射率ns、n1和n2的任何一個，和/或-第一層的折射率n1小于基材、第二層和第三層的折射率ns、n2和n3的任何一個。
當(dāng)?shù)谝粚拥恼凵渎食^下限時，在整個可見波段中反射率不利地升高，并且當(dāng)其超過上限時，在可見波段內(nèi)反射區(qū)的寬度變窄。當(dāng)?shù)谝粚拥墓鈱W(xué)膜厚超過下限時，在范圍為520至650nm的可見波段中峰值反射率不利地達到大于0.5％，并且當(dāng)其超過上限時，在范圍為450至500nm的可見波段中峰值反射率達到大于0.5％。
當(dāng)?shù)诙拥恼凵渎食^下限時，在范圍為420至460nm和570至650nm的可見波段中峰值反射率容易達到大于0.5％，并且當(dāng)其超過上限時，在可見波段內(nèi)反射區(qū)的寬度變窄。當(dāng)?shù)诙拥墓鈱W(xué)膜厚度超過下限時，在范圍為420至470nm的可見波段中峰值反射率不利地達到大于0.5％，并且當(dāng)其超過上限時，在范圍為550至620nm的范圍內(nèi)峰值反射率容易達到大于0.5％。
當(dāng)本發(fā)明的第三層的折射率超過下限時，在可見波段內(nèi)反射區(qū)的寬度不利地變窄，并且當(dāng)其超過上限時，在整個可見波段中反射率升高。當(dāng)?shù)谌龑拥墓鈱W(xué)膜厚度超過下限時，在范圍為550至620nm的可見波段中峰值反射率容易升高，并且當(dāng)其超過上限時，在范圍為420至470nm的范圍內(nèi)峰值反射率升高。
本發(fā)明的要求n3＜n2＜n1是以更少數(shù)目的組成層貫穿可見波段獲得抗反射效果的那些，并且如果沒有滿足該要求，則反射區(qū)的寬度變窄同時反射率僅僅局部升高，這最終帶來色彩不均衡的差的反射性能。
本發(fā)明的要求n1＜n2＜n3是確定具有反射率的反射區(qū)的良好平衡的寬度的那些，并且如果沒有滿足該要求，則造成了低的反射率/窄的反射帶寬或者升高的反射率/寬的反射帶寬的不平衡。因此，根據(jù)本發(fā)明，將每一組成層的折射率、光學(xué)膜厚(光譜測定的波長)和材料在組合上最優(yōu)化，所得的防反射膜可以使可見光波段變寬并且將其中的反射率降至峰值小于約0.5％和平均值小于約0.2％。
因此，本發(fā)明提供了一種可以被施加在高折射率的光學(xué)部件上的增強的抗反射性能的防反射膜，以使光學(xué)產(chǎn)品小型化。
此外，本發(fā)明提供了這樣一種成本降低的多層層疊結(jié)構(gòu)的防反射膜出于有助于膜厚度的總控制而使得該防反射膜的層數(shù)目減少并且層的厚度增加，并且其可以簡化的方法制造以降低制造成本。


圖1闡述了根據(jù)本發(fā)明的防反射膜的結(jié)構(gòu)；
圖2是示出防反射膜的第一優(yōu)選實施方案以及比較例1和2的防反射膜的反射率的圖；圖3是示出防反射膜的第二優(yōu)選實施方案的反射率的圖；圖4是示出防反射膜的第三優(yōu)選實施方案的反射率的圖；圖5是示出防反射膜的第四優(yōu)選實施方案的反射率的圖；圖6是示出防反射膜的第五優(yōu)選實施方案的反射率的圖；和圖7是示出防反射膜的第六優(yōu)選實施方案的反射率的圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將結(jié)合附圖來描述實施本發(fā)明的最佳方式。假定在可見波段內(nèi)和附近的波長范圍內(nèi)任意設(shè)計基準(zhǔn)波長λ，如圖1中所示，三層一層接一層地沉積在基材1上；具體而言，中間折射率的第一層2覆蓋基材1，高折射率的第二層3覆蓋第一層2，并且低折射率的第三層4覆蓋第二層3。
<實施方案1>
如下表中詳述的那樣，根據(jù)本發(fā)明的一個例舉的防反射膜的基材折射率為1.90，并且光譜測定的波長λ為510nm表1

圖2示出了在光束入射角范圍為0至10度的情況下防反射膜的第一個實施方案的反射率。正如將從圖2中實線的反射率特性曲線中看出的那樣，與貫穿可見光波段的峰值相比，該防反射膜有效地降低了在較短和較長的波長區(qū)域中的反射率，并且其使得在更短和更長波長的極端區(qū)域中特性曲線急劇陡峭地傾斜。以這種方式，可以貫穿可見光波段將反射率保持至約0.5％或者甚至以下，并且平均值低至約0.2％。
<比較例1>
在圖2中，對于其中第二層的折射率為2.50、其余的構(gòu)成類似于實施方案1中的那些構(gòu)造的防反射膜而言，給出了虛線的圖A。該比較例1導(dǎo)致可見光透過波段變窄而使峰值反射率升至高達0.7％。
<比較例2>
在圖2中，對于其中基材的折射率為1.80、其余的構(gòu)成類似于實施方案1中的那些構(gòu)造的防反射膜而言，給出了虛線的圖B。與比較例1相比，該比較例2提供了稍有提高的可見光透過波段的寬度，但仍然導(dǎo)致峰值反射率超過0.5％。
從比較例1和2中可以知道，防反射膜的第一個實施方案是有利的，因為其提供了寬的可見光透過波段并且給出了沒有反射率峰值以及反射率低于0.5％的平坦的特性曲線。
<實施方案2>
如下表中詳述的那樣，本發(fā)明的另一個或第二個實施方案的基材折射率為2.00并且光譜測定的波長λ為510nm表2

圖3示出了在光束入射角范圍為0至10度的情況下防反射膜的第二個實施方案的反射率。該防反射膜的實施方案具有其分別升至2.00和2.35的基材折射率和第二層折射率。正如可從圖3的實線的反射率特性曲線中看出的那樣，貫穿可見光透過波段的整個寬度有指向相對中間的兩個峰，其中這兩個峰的反射率水平為0.3％或者甚至更低。另外，該防反射膜顯著地降低了在峰周圍的三個谷底中的反射率。此外，該防反射膜使得在可見光波段的相反側(cè)更短和更長波長區(qū)域中特性曲線急劇陡峭地傾斜，并且其還使得反射率有效地降低。在該情況下，可以將反射率保持在低至約0.2％或者甚至更低。尤其是在可見光波段內(nèi)，在峰頂?shù)姆瓷渎嗜匀槐槐３衷诩s0.3％或者甚至更低。
<實施方案3>
如下表中詳述的那樣，根據(jù)本發(fā)明的防反射膜的另一個或第三個實施方案的基材折射率為2.10并且光譜測定的波長λ為510nm表3

圖4示出了在光束入射角范圍為0至10度的情況下防反射膜的第三個實施方案的反射率。該防反射膜的實施方案的基材折射率為2.10，第二層折射率為2.40，并且第二層的材料被限于TiO2。與第二個實施方案相比，防反射膜的第三個實施方案展現(xiàn)出由其中貫穿可見光波段有兩個峰的非常相似的特性曲線表現(xiàn)出的性能；更具體而言，該特性曲線示出了從峰到谷底的向上和向下的強烈對比，反之亦然，并且谷底的反射率的降低更加顯著。與峰相比，該特性曲線在較短和較長波長區(qū)域中的傾斜更加陡峭，并且進一步全面的回顧得出了這樣的結(jié)論即使在可見光波段中的峰下，反射率也達到低至約0.4％或者更低，并且平均值可被降至約0.2％。
<實施方案4>
如下表中詳述的那樣，根據(jù)本發(fā)明的防反射膜的又一個或第四個實施方案的基材折射率為2.00并且光譜測定的波長λ為510nm表4

圖5示出了在光束入射角范圍為0至10度的情況下防反射膜的第四個實施方案的反射率。該防反射膜的實施方案的基材折射率為2.00，第一層折射率為1.63，第二層折射率為2.23，第三層折射率為1.39，并且第一、第二和第三層的材料分別為Al2O3、Ta2O5和MgF2。圖5中與防反射膜的第四個實施方案相關(guān)的特性曲線是圖3和4中與防反射膜的第二和第三個實施方案相關(guān)的特性曲線的中值曲線。即使在可見光透過波段的峰頂，防反射膜的第四個實施方案的反射率也達到低至約0.4％或者更低，并且平均值可被降至約0.2％。由于其他顯著點與前述實施方案的那些類似，因此省略了關(guān)于它們的細(xì)節(jié)。
<實施方案5>
如下表中詳述的那樣，根據(jù)本發(fā)明的防反射膜的再一個或第五個實施方案的基材折射率為2.00并且光譜測定的波長λ為510nm表5

圖6示出了在光束入射角范圍為0至10度的情況下防反射膜的第五個實施方案的反射率。該防反射膜的實施方案的基材折射率為2.00，第二層折射率為2.10，并且第二層的材料是ZrO2和TiO3的混合物，或者CeO2。貫穿從范圍為400nm至700nm的整個可見光透過波段，防反射膜的第五個實施方案展現(xiàn)出平均值低至0.3％的反射率。
<實施方案6>
如下表中詳述的那樣，根據(jù)本發(fā)明的防反射膜的再一個或第六個實施方案的基材折射率為2.10并且光譜測定的波長λ為510nm表6

圖7示出了在光束入射角范圍為0至10度的情況下防反射膜的第六個實施方案的反射率。該防反射膜的實施方案的基材折射率為2.10，第二層折射率為2.23，并且第二層的材料被限于Ta2O5。貫穿范圍從400nm至700nm的整個可見光透過波段，防反射膜的第六個實施方案展現(xiàn)出平均值低至0.5％的反射率。
本發(fā)明并不限于上述的實施方案，而可以將任何材料施加在基材上，只要其具有落在所附的權(quán)利要求1所限定的范圍內(nèi)的折射率即可。對于每一組成層而言，可以使用除了在優(yōu)選實施方案的上下文中描述的那些之外的任何材料，只要其獲得了類似的效果?？梢愿淖兠恳唤M成層的折射率和膜厚的最佳值，以適用于在不同情形的基礎(chǔ)上選擇的材料。
權(quán)利要求
1.一種防反射膜，其具有覆蓋在基材上并且以由序數(shù)第一至第三表示的順序而一層沉積在另一層上的三層組成層，其中在可見波段內(nèi)和附近的波長范圍內(nèi)在任意設(shè)計的基準(zhǔn)波長λ下，該基材和沉積在其上的組成層的每一層的折射率‘n’和光學(xué)膜厚(光譜測定的波長)‘nd’如下給出折射率‘n’ 光學(xué)膜厚度‘nd’基材 1.90≤ns≤2.10第一層1.54≤n1≤2.000.465λ≤n1d1≤0.575λ第二層1.95≤n2≤2.630.490λ≤n2d2≤0.508λ第三層1.35≤n3≤1.550.245λ≤n3d3≤0.255λ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防反射膜，其中滿足n3＜n1＜n2或者n1＜ns＜n2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的防反射膜，其中通過濺射、離子輔助沉積和離子電鍍的任何方式生產(chǎn)第一至第三層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的防反射膜，其中第一層由Y2O3或Al2O3制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的防反射膜，其中第二層由ZrO2和TiO2的混合物、TiO2、Ta2O5、Nb2O5等的任一種制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防反射膜，其中第三層由SiO2或MgF2制成。
7.一種防反射膜，其沉積在折射率為1.90以上并且為光學(xué)材料的基材上，并且具有第一至第三層；該第一層由選自Y2O3和Al2O3的材料制成，其以比第三層更大的光學(xué)膜厚(光譜測定的波長)覆蓋基材，該第二層由選自ZrO2、TiO2、它們的混合物、Ta2O5和Nb2O5的材料制成，其以比第三層更大的光學(xué)膜厚覆蓋基材，該第三層由選自SiO2、MgF2和CaF2的材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的防反射膜，其中通過濺射、離子輔助沉積和離子電鍍的任何方式生產(chǎn)第一至第三層。
9.一種防反射膜，其具有折射率ns為2.10以下的基材、折射率n1小于ns的第一層、折射率n2大于ns的第二層，和折射率n3小于ns的第三層，可見波段內(nèi)反射率的最大值為0.5％以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的防反射膜，其中貫穿可見光波段在較短和較長波長范圍的極端區(qū)域反射率急劇下降或升高。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求2、權(quán)利要求6、權(quán)利要求8、權(quán)利要求9和權(quán)利要求10的任一項所述的防反射膜，其中第一層的光學(xué)膜厚(光譜測定的波長)n1d1為第三層的n3d3的兩倍，而第二層的光學(xué)膜厚度n2d2為n3d3的兩倍。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至權(quán)利要求10的任一項所述的防反射膜，其中第三層的折射率n3小于基材、第一層和第二層的折射率ns、n1和n2的任何一個。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至權(quán)利要求10的任一項所述的防反射膜，其中第一層具有的折射率n1小于基材、第二層和第三層的折射率ns、n2和n3的任何一個。
全文摘要
本發(fā)明提供一種防反射膜，其可以用作用于將光學(xué)部件小型化的具有高折射率的光學(xué)材料。由于層數(shù)少且層厚大，可以容易地控制該防反射膜的膜厚。該防反射膜可以以低的成本通過簡單的制造成本制造。該防反射膜具有在可見區(qū)或其附近的波長范圍內(nèi)在任意設(shè)計的參考波長λ下折射率為1.90≤n
文檔編號G02B1/10GK1985190SQ20058002390
公開日2007年6月20日 申請日期2005年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月26日
發(fā)明者渡邊育久, 白井義行 申請人:株式會社騰龍