JPH11504987A - 混合酸化物の高屈折率光学被膜材料及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 式ＭＮ_xＯ_yの材料であって、Ｍ及びＮが、周期律表のIIIA、IVA及びVA族から選ばれる金属であり、Ｏは酸素であり、ｘ及びｙは、酸素／金属比が４未満で、ｙ／（１＋ｘ）の比が４未満である値を有し、前記材料が、単一酸化物相の形態にあり、検出可能な第二タイプの結晶構造の無い単一タイプの結晶構造のみを有し、かつ準化学量論的である材料。

Description

【発明の詳細な説明】 混合酸化物の高屈折率光学被膜材料及び方法 本発明は、混合酸化物の高屈折率被膜材料及び方法に関する。 米国特許第３，０３４，９２４号明細書には、ランタニドと遷移金属／金属酸 化物との混合物が開示されている。酸化ジルコニウムは、市販されている高屈折 率被膜材料である。然しながら、それは、高い溶融温度、高い粉末要求性及びそ れから造られる被膜の不均質性と言った、多くの欠点を有する。同時に、又、酸 化チタンも、高屈折率被膜材料として使用されている。酸化チタン被膜は、時に 、望ましくない吸収性を持つ。又、酸化ジルコニウムと酸化チタン粉末の混合物 も、市販品として利用出来る。然しながら、この混合物は多相材料である為、一 致した蒸発源を与えない。従って、これらの欠点を取り除いた、新規で且つ改善 された混合酸化物の高屈折率光学被膜材料に対する要望が存在する。 そこで、本発明の目的は、反射防止被膜で使用するのに特に適する混合酸化物 の高屈折率被膜材料を提供する事である。 本発明の他の目的は、低温で溶融することの出来る上記性質の材料及び方法を 提供する事である。 本発明の他の目的は、それ自身が、電子ビーム蒸発に適する上記性質の材料及 び方法を提供する事である。 本発明の他の目的は、酸素と共に反応的に蒸発して化学量論的材料を生成する 事の出来る上記性質の材料及び方法を提供する事である。 本発明の他の目的は、硬く、接着性のフィルムを用意する上記性質の材料及び 方法を提供する事である。 本発明の更なる目的及び特徴は、添付図面と合わせて、以下の記述から明らか となる。 図１は、本発明方法を示す流れ図である。 本発明の一般的な事例では、材料の組成物は、式ＭＮ_xＯ_yを有し、ここで、Ｍ 及びＮは、周期律表のIIIA、IVA及びVA族から選ばれる金属である。Ｏは酸素で あり、ｘ及びｙは、酸素／金属比が４未満であり、ｙ／（１＋ｘ）の比が、又 ４未満である様に選択される。この範疇に入る材料の組成物としては、例えば、 ＹＴｉ_xＯ_y、ＨｆＴｉ_xＯ_y及びＺｒＮｂ_xＯ_yが挙げられる。この様に、材料の組 成物は、二種類の金属／金属酸化物から成ることが分かる。然しながら、材料の 組成物は、簡単に、三種類以上の金属／金属酸化物から成る様にする事が出来る 。 上述の一般的事例の中に入る材料の１つの特定の組成物は、ＺｒＴｉ_xＯ_yであ り、ここで、ｘは一般に１．０であり、ｙは２．０〜３．９に変化する。又、０ 〜２．０の間のｙ値を持つその他の材料を配合する事も可能である。然しながら 、これらの材料は、性質が金属的であり、反応性蒸発を使用して、ＺｒＴｉＯ₄ の薄いフィルムを造るのに利用する事が非常に困難である。ｘの値が１．０以上 に増加すると、混合物は、よりチタンリッチとなり、相平衡図は一層複雑になる 。これは、材料が、準化学量論的である時に、特に顕著である。ｘの値が１．０ 以下に低下すると、材料は、純粋のジルコニアの性質を示し始め、本発明の材料 の特有の利点の１つを失って、溶融温度を増加する。 本発明の一実施態様では、１５．６重量％のＴｉ、１７．４重量％のＴｉＯ₂ 及び６７．０重量％のＺｒＯ₂の均質混合物が調製された。粉末材料は、図１の ステップ１１で示される様に、十分に混合した。上で説明した様に、３成分の重 量％は、分子式ＺｒＴｉＯ_2.8を与える為に選ばれた。然しながら、Ｔｉ、Ｔｉ Ｏ₂及びＺｒＯ₂の割合は、分子式ＺｒＴｉＯ_y（ここで、ｙは２．０〜３．９の 範囲であり得る）を与える為に変える事が出来る。次いで、粉末を均質化してタ ブレット化した。 タブレットが、工程１２で示される様にして形成された後、タブレットは、適 当な方法で、例えば、誘電炉又は電子ビーム炉を使用して、工程１３で示される 様にして溶融しる。溶融工程中、三種類の粉末組成物は、反応して単一の酸化物 相を形成する。溶融工程は、工程１４で示される様に、例えば、直径が５ｃｍで 、長さが１５〜７５ｃｍの適当な寸法のインゴットを形成するのに使用出来る。 次いで、この材料を、このままの形状で、使用直前まで貯蔵する事も出来るし、 或いは、図１の工程１６で示される様に、このインゴットを、０．５〜５ｍｍ、 好ましくは約２ｍｍのサイズの粒体に破砕する事も出来る。又、所望ならば、破 砕 した材料を、そのままの形状で、使用直前まで貯蔵する事も出来る。 米国特許出願第０８／４３８，１９７号（１９９５年５月９日出願）に開示さ れている反射防止被膜層を形成するのにこの材料を利用する事が望ましいと考え てよい。この実施態様では、材料は、ＺｒＴｉＯ₄タイプの検出出来る結晶構造 を持たず、ジルコニア単独の立方晶系の結晶構造を有していた。粒体形態に破砕 されたインゴットは、通常の電子ガン蒸発器への供給源として供給され、米国特 許出願第０８／４３８，１９７号（１９９５年５月９日出願）に開示されている 様なタイプの反射防止被膜の高屈折率層を形成した。材料の蒸発中、過剰の酸素 を、被膜装置の真空室に導入し、準化学量論的材料を酸素と共に反応的に蒸発さ せ、化学量論的被膜を生成させた。 ＺｒＴｉＯ_2.8の形態の破砕されたインゴット材料は、凡そ１８００℃の温度 で溶融したが、この温度は、純粋の酸化ジルコニウムの融点より９００℃も低い 事が分かった。この低溶融沈着温度は、溶融源から基体上に放射される熱が少な くて済む為に、極めて有利である。例えば、１８００℃の温度の放射源は、２７ ００℃の放射源の全エネルギー量の１／４より少ない量を発生する。本発明の材 料の低沈着温度は、高速で、薄い重合基体材料へ適用される被膜を可能とし、こ のことは、ロールコーターを利用する反射防止被膜の高生産、低コスト生成を得 る為の明確な利点である。本発明のこの実施態様に関連して、酸化チタンを混合 物へ添加すると、一層低い溶融温度、例えば、酸化チタンを添加しない溶融温度 よりも、少なくとも凡そ９００℃低い温度となる事が分かった。 この材料は、凡そ２．０の屈折率を有する事が分かった。米国特許出願第０８ ／４３８，１９７号（１９９５年５月９日出願）に開示されている様な低屈折率 の材料と組合せると、形成される反射防止被膜は、硬く且つ、高屈折率材料であ る酸化ジルコニウムから造られるフィルムと同様な接着性である事が分かった。 本発明に関して配合されたその他の材料は、ＮｂＴｉ_0.5Ｏ₃であり、これはＮ ｂＴｉ_0.5Ｏ_y（ここで、ｙは０〜３．５の間で変動出来る）を生成する事が出来 る。ＮｂＴｉ_0.5Ｏ₃材料は、ＺｒＴｉＯ_Yと同様の方法で製造される。Ｎｂ₂Ｏ₅ 、Ｔｉ及びＴｉＯ₂粉末の均質混合物からタブレットを加圧成形した。次いで、 このタブレットをインゴット中で溶融し、電子ガン蒸発器の為の供給源 を用意する為に破砕された。２．０以外のＮｂ／Ｔｉ比が使用出来るが、酸素と 反応的に蒸発して化学量論的材料のＮｂＴｉ_0.5Ｏ_3.5（Ｎｂ₂ＴｉＯ₇）を生成す る事が出来るので、ＮｂＴｉ_0.5Ｏ₃が選択された。この材料は、凡そ２．０の屈 折率を有していた。又、反射防止被膜を造るのに使用した場合、例えば、Ｎｂ₂ Ｏ₅の２１００℃より２００℃低い１９００℃の低蒸発温度の望ましい性質を有 していた。 以上の事から、ここに、新規にして、改良された種類の混合酸化物の高屈折率 光学被膜材料と、多くの望ましい特徴を有する被膜材料の適用方法が提供された 事が分かる。特に、材料の蒸発にとって必要とされるその低温の故に、それ自身 がロール被膜操作に適する。それ自身が、単一相材料であり、従って、分晶化が 避けられるが故に、電子ガン蒸発器に適する。又、特に、それ自身が反射防止被 膜での使用に適する、硬く且つ耐久性である材料を提供する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デロング ラッセル イー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95401 サンタ ローザ ブロードムーア ストリート 301 (72)発明者 ラガリー シャーロッテ アール アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95448 ヒールズバーグ フックシア ウ ェイ 305

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．式ＭＮ_xＯ_yで示される材料であって、Ｍ及びＮが、周期律表のIIIA、IVA及 びVA族から選ばれる金属であり、Ｏは酸素であり、ｘ及びｙは、酸素／金属比が ４未満で、ｙ／（１＋ｘ）の比が４未満である値を有し、前記材料が、単一酸化 物相の形態にあり、第二タイプの有意な結晶構造の無い単一タイプの結晶構造の みを有し、かつ準化学量論的である事を特徴とする材料。 ２．ＭがＺｒであり、ＮがＴｉであり、該材料が、ＺｒＴｉＯ₄タイプの有意な 結晶構造を持たない、立方晶系のジルコニア結晶構造のみを有し、かつ準化学量 論的である、請求項１記載の材料。 ３．ｘが１であり、ｙが０〜３．９である、請求項２記載の材料。 ４．ＭがＮｂであり、ＮがＴｉであり、該材料が、Ｎｂ₂Ｏ₅またはＴｉＯ₂タイ プの有意な結晶構造を伴わない、ＮｂＯ₂（二酸化ニオブ）タイプの結晶構造の みを有する、請求項１記載の材料。 ５．ｘが０．５であり、ｙが０〜３．５である、請求項４記載の材料。 ６．前記材料が、式ＮｂＴｉ_0.5Ｏ_3.0を有する、請求項４記載の材料。 ７．光学的な薄いフィルム被膜の製造に使用するのに適する、請求項１記載の材 料。 ８．式ＬＭ_xＮ_zＯ_yで示される材料であって、Ｌ、Ｍ及びＮが、周期律表のIIIA 、IVA及びVA族から選ばれる金属であり、Ｏは酸素であり、ｘ、ｚ及びｙは、酸 素／金属比が４未満で、ｙ／（１＋ｘ＋ｚ）の比が４未満である値を有し、前記 材料が、第二タイプの有意な結晶構造の無い単一酸化物相の結晶構造のみを有し 、かつ準化学量論的である事を特徴とする材料。 ９．光学的な薄いフィルム被膜の製造に使用するのに適する、請求項８記載の材 料。 10．基体の表血に光学被膜を製造する方法であって、二種類の金属／金属酸化物 から粉末を形成し、混合して均質混合物とし、均質な粉末混合物をタブレットに 加圧し、該タブレットを溶融し、溶融したタブレットをインゴットに成形し、該 インゴットを粒体に破砕し、酸素の存在下で該粒体を蒸発させ、基体上に光学被 膜の形態で、化学量論的材料を生成させる事を特徴とする方法。 11．蒸発工程が、電子ビーム蒸発で行われる、請求項１０記載の方法。 12．蒸発工程が、熱的蒸発で行われる、請求項１０記載の方法。 13．粉末用の金属／金属酸化物が、周期律表のIIIA、IVA及びVA族から選ばれる 、請求項１０記載の方法。 14．均質に混合された粉末のタブレットが、混合物の融点以上に加熱される、請 求項１０記載の方法。 15．粒体を蒸発温度に加熱して基体上に沈着させる、請求項１０記載の方法。