[发明专利]蒸镀材料及利用该材料制得的光学薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及用于在基材上形成光学薄膜的蒸镀材料及使用该材料形成的光学薄膜，特别是涉及用于形成透过可见光及近紫外区域且具有高折射率的光学薄膜的蒸镀材料及使用该材料形成的光学薄膜。

背景技术

本说明书中，光学薄膜是指应用在具有光的波长大小厚度的膜上发生的光的干涉现象，以赋予防止反射或增加反射等功能而形成的薄膜。

这样的光学薄膜为了显现所期望的光学性能，基于预先设计的膜构造，通过在基材上设置单层膜或者二～百层程度的叠层膜而形成。由此，对于相机镜头、眼镜镜片等光学元件，能够赋予防止反射、增加反射、窄波长区域的光过滤、偏振光控制等光学性能。这样的光学薄膜的形成方法有真空蒸镀法及溅射法，但是多使用在成膜速度及成本方面优异的真空镀膜法。在真空镀膜法中，通过在真空中利用电阻加热或电子束加热等加热装置气化装填在舟或坩埚等容器中的蒸镀材料，在基材上形成膜。对应于其加热装置，真空蒸镀法又被区分为电阻加热蒸镀法和电子束蒸镀法。其中，电子束蒸镀法原理上也能够蒸镀高熔点或低蒸气压的材料，因此经常被使用。再者，蒸镀材料是指在真空蒸镀法中用于成膜的蒸镀源，根据形成的膜的折射率的高低程度，通常分类为高折射率材料、中折射率材料及低折射率材料。

另一方面，即使在仅使用某种特定的折射率材料的情况，通过成膜条件的变更将形成的膜的折射率设定为所期望的值，具体而言，可做成具有比材料更低的折射率的膜。例如，使用高折射率材料，假设有意地以形成中折射率的膜的方式设定成膜条件时(放宽致密性)，即使得到的膜相当于中折射率，其填充密度也较小，易于吸收大气中的水分，因此，折射率的变动大，另外，到结束其变动为止需要较长时间。由此，通常膜的折射率不是通过成膜条件的设定、而是通过适当的材料的选择、组合来决定。

高折射率材料，特别是作为能够形成折射率在2.1以上，使可见光区域透过的膜的材料，公知的是钛、铌或者钽的氧化物，或者由这些氧化物构成的多元系氧化物、或钛和锆的二元系氧化物。此外，本文中的“多元系氧化物”是指含有二种以上的金属元素的混合氧化物、复合氧化物及固溶体氧化物等。

但是，使用钛、铌或者钽系的材料形成的膜虽然在可见光区域的光透过性上没有问题，但是在近紫外波长区域吸收大，对于也在近紫外区域使用的光学元件难以适用。

另外，对于蒸镀材料而言，根据该材料所具有的熔点及蒸气压力，可分类为材料固体不经过熔融而直接气化(升华性)的材料、熔融且很快气化(半熔融性)的材料、经过熔融状态后气化(熔融性)的材料三种。其中，能够使蒸镀过程成为最稳定的过程的是熔融性材料。这是因为通过熔融形成以容器内壁为铸型的柱状熔池，由此得到平滑的蒸发面，通过该蒸发面易于控制材料蒸气的发生速度(蒸发速度)，容易形成均一且均质的膜。

上述的钛和锆的二元系氧化物没有升华性而且是半熔融性的材料，使用该二元系氧化物难以形成均一并且均质的膜。

因此，若是在上述的钛、铌或者钽系材料中添加规定量的在近紫外区域不吸收的添加物的组成的多元系材料，则可以说还存在解决上述课题的可能性。

但是，多元系材料在使用真空蒸镀法时，由于各成分的蒸气压不同，从而不按照材料的组成(各成分的比例)蒸发是常见的。即，蒸发的蒸气的组成和材料的组成未必一致。因此，随着蒸镀时间及蒸镀次数，其材料组成变化，随之形成的膜组成也变化，因此，难以多次连续制作具有所期望特性的膜的情况较多。这种情况是如光过滤器等膜层数多的成膜操作那样，为了将一次装填到容器中的蒸镀材料尽可能用尽，必须尽量减少材料的补给次数时特别提到。此外，本说明书中，将蒸镀材料一次装填到容器中后，到下一次补给为止完成的多次的蒸镀称为“连续蒸镀”。此外，即使是熔融性材料，在随着蒸镀时间及蒸镀次数其材料组成发生变化那样的多元系材料的情况下，也不适合连续蒸镀。

另一方面，多元系的膜也可以使用多个加热蒸发源，通过独立蒸发成为各元素成分的蒸镀材料形成(多元蒸镀)。但是，多元蒸镀由于用于得到所期望的膜组成的蒸镀条件的最佳化困难，另外，成本也高，因此，实际上在研究用途以外几乎没被使用。

因此，在关于光学薄膜的大量文献中虽然记载了各种各样的多元系膜的例示，但是在使用真空蒸镀法时，实际上通过连续蒸镀制作具有一定的特性的多元系的膜并不容易。