本記事では、光学薄膜についてわかりやすく解説します。得られる効果から種類、身近に使われている例などを紹介しますので、専門書を読む前にご覧いただくと、理解が深まります。
聞き馴染みのない言葉かと思いますが、日常生活に欠かせない技術です。専門用語は噛み砕いて、わかりやすく解説しておりますので、これから成膜・半導体分野に足を踏み入れたい方もぜひご覧ください。
目次
光学薄膜とは？
光学薄膜とは、光学部品（レンズなど）の表面に用いられる薄膜技術です。主に光の反射や透過などを制御するために成膜され、膜の厚みや材料によりコントロールします。
聞き馴染みがない言葉かと思いますが、私たちの生活には欠かせない技術です。例えば、インターネット通信で使用する光ファイバーには、100層以上の光学薄膜が使用されています。
また、メガネやミラーなどにも使用されているケースがあり、意外に身近な存在です。身近な例については後述しますので、そちらをご覧ください。
では、光学薄膜を成膜すると、どういった効果が得られるのでしょうか？次の項目で解説します。
光学薄膜で得られる3つの効果
光学薄膜を使用すると、材料により多くの効果を得られます。特に代表的なのは、以下の3つの効果です。
- 反射防止効果
- 色調調整効果
- 光学フィルター効果
それぞれ見ていきましょう。
1.反射防止効果
この反射防止効果は、光の反射を防ぐ効果を持ちます。大きく2つの方法があり、光を散乱させるアンチグレア（AG）、光の干渉で打ち消すアンチリフクレクション（AR）のいずれかが使用されることがほとんどです。
2.色調調整効果
光学薄膜には色調調整効果もあります。薄膜により、光の屈折率が変わり、人の目には色が変わっているように見えます。この効果を利用して、サングラスなどのレンズでは、眩しさを軽減できる仕組みになっています。
3.光学フィルター効果
光学フィルター効果は、薄膜をフィルターとして利用し、特定の波長の光を通過・遮断させる効果です。特に赤外線のフィルターとして多く利用され、人感センサー、ガス検出のフィルターなどに応用されます。
光学薄膜の成膜方法
光学薄膜の成膜方法では、主に気相プロセスと呼ばれる製造プロセスが採用されます。気相プロセスの中でも多岐に渡り、一般的には以下のような方法で成膜することが多いです。
- 蒸着法
- スパッタリング法
- CVD法
蒸着法
蒸着法は、真空にした容器の中で、金属・酸化物などの成膜材料を蒸発させて成膜する方法です。真空にすることから真空蒸着法と呼ばれることもあります。
昔からの方法ですが、成膜速度が速く、フッ化物など剥がれやすい物質も成膜可能など、今でも使われる場面があります。
スパッタリング法
スパッタリング法は、イオンを成膜材料にぶつけて、跳ね返った原子を成膜する方法です。蒸着法では困難な材料でも成膜可能で、膜の付着強度も強いため工業製品に広く使われています。
CVD法
CVD法は化学気相成長法とも呼ばれる方法で、化学反応を利用して成膜する方法です。比較的高温で成膜するため、密着度が高い、凹凸のある基板でも成膜可能などのメリットがあります。
反面、熱に弱い材料は採用できないなどの弱点もあるため、一般的にはスパッタリング法かCVD法のどちらかを選択することが多いです。
成膜方法には今紹介した以外にも多くの種類があります。詳しくは以下の記事で解説しているため、あわせてご覧ください。
光学薄膜が使用されている身近な製品の例
次に、光学薄膜が使用されている身近な製品の例を見ていきましょう。
メガネのレンズ
メガネのレンズには、反射防止コーティングが採用されています。反射防止コーティングは、裏面からの映り込みを防ぎ、まぶしさを抑える効果を持っています。さらに、前面からの光の透過率を高めて、クリアーな視界を保つなどメリットが多いことが特徴です。
車のバックミラー
車のバックミラーには、防眩ミラーという種類があります。このミラーにも光学薄膜が使われており、黄色から赤の範囲にある光の反射を防ぐ特徴を持ちます。つまり、後続車のライトのまぶしさを抑えてくれるということです。
コピー機
コピー機の光学系には、反射防止ではなく、反射を増強させるコーティングがされています。光学系の中に何枚かの鏡が使われており、反射するごとに光が弱まるため、コーティングを施すことでその減少率を下げるということです。
まとめ
光学薄膜とは、高額部品の表面に成膜する薄膜のことです。主に光の反射・屈折・透過などを制御します。
光学薄膜は反射防止効果や色調調整効果、光学フィルター効果など材料によって様々な効果が得られることも特徴です。これらの効果はメガネのレンズや防眩ミラー、コピー機などに使用されています。
光学薄膜の成膜には、専門的な装置が必要になります。菅製作所の製品でも一部対応可能なものがございますので、ぜひお問い合わせください。
参考サイト
- https://www.tokaioptical.com/optical_thin_film/technology01/
- https://evort.jp/store/ocj/library/optical-thin-film
- https://www.agc.com/products/electoric/optical_coating/top.html
- https://jvia.gr.jp/vacuum/files/kougaku.pdf
参考書籍
- はじめての薄膜作製技術
