光学系统的制作方法

专利名称：光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及包含氟化物的光学系统。
背景技术：
在光学透镜、显示器、光波导等光学系统中，为了抑制由反射所产生的光量损失等，而形成防反射膜。氟化镁(MgF2)的折射率低到1.38，防反射效果高，能够用真空蒸镀法容易地形成，当在加热到300℃的基材的表面上形成时具有足够的耐久性等，因此，广泛地作为低折射率的防反射材料来使用。
但是，当基材是塑料时，或者，当在基材上形成半导体等电路时，不能把基材加热到300℃以上。因此，在这样的低耐热性的基材上形成有氟化镁膜不能制造的光学系统。另外，使用特殊的溅射法来在低温下使氟化镁成膜的方法公开在日本专利公开公报特开平10-243802号公报中，但是，由此而得到的氟化镁膜的具体性状尚未明确。
而且，在光波导的领域中，在日本专利公开公报特开平10-90532号公报中公开了具有在主面上形成沟的低折射率的基片、填充在沟中的高折射率的透明树脂和覆盖主面的低折射率的树脂的光波导及其制造方法。但是，在该光波导中，使用折射率比较高的PMMA(polymethylmethacrylate折射率1.49)等作为基片。这样，作为填充在沟中的透明树脂，必须选择折射率比该基片更高的材料，而且，不能使用与基片发生反应的透明树脂，因此，能够使用的透明树脂是有限的。
而且，在触摸屏的领域中，在液晶显示器等电子显示器和在电子显示器上设置触摸屏的设备中，存在这样的问题由于在明亮环境下从周围入射到设备显示面中的外来光的反射，而使图象的对比度降低，由于周围环境的映入，而损害可视性。因此，通过防止设在其表面上的触摸屏的表面等上的界面反射，来谋求对比度的提高和可视性的改善。作为该防止界面反射的方法，这样的方法是公知的如果是液晶显示器，在构成偏光板的透明滤光板的表面上；如果是触摸屏，在表面的透明基片上，分别形成滤光板和以可见波长的1/4的厚度形成折射率低于基片的膜，通过衍射效应来降低反射的方法，以及，通过层叠折射率不同的两种以上的层，在宽广的波长范围内，进一步降低反射的方法。
作为在偏光板的表面或者触摸屏的表面上形成防反射膜的方法，有①通过真空蒸镀或者溅射来使氟化镁等氟化物成膜而成为防反射膜的方法；②通过涂敷溶解有低折射率的含氟聚合体等树脂的溶液后进行干燥制成防反射膜的方法(参照特开平6-115023号公报)等。
但是，在①的情况下，为了形成透射率及耐磨耗性高的氟化镁膜，需要300℃以上的高温，不能用于耐热温度低的偏光板和触摸屏。而且，通过真空蒸镀或者溅射等形成的氟化镁膜一般是具有柱状构造的多晶体，因此，成为比表面积为十几m2/g以上的多孔质。这样，具有吸水性高的缺点。即，由于随着周边温度和湿度的变化，水分向上述氟化镁膜的吸附量变化，因此存在随着所使用的环境条件膜的折射率变化(偏移)的问题。而且，在这样的膜的情况下，必须预想使用的环境条件，考虑到折射率的变化程度来进行成膜。而且，存在通过交替层叠能够在低温下成膜的氧化钛(TiO2)和氧化硅(SiO2)来形成防反射膜的方法，但是，在此情况下，为了在宽广的波长范围内实现低反射率，需要形成5层以上的膜，存在生产率低的问题。
而且，②的方法虽然能够以高的生产率来形成大面积的防反射膜，但是，含氟聚合体的硬度一般较低，存在耐磨耗性较低的缺点。因此，提出了在涂敷了含氟多官能聚合性单体之后，通过电子射线照射来使聚合硬化的方法(参照特开平8-48935号公报)。该方法能够提供硬度高并且耐磨耗性提高的含氟聚合体的膜，但是，存在通过电子射线照射而给基材等造成了着色等的损害的可能性。

发明内容
为了解决上述课题，本发明的第一目的是提供光学特性和耐磨耗性优良并且能够在低温下形成的光学系统。
本发明的第二目的是提供制造容易并且能够自由选择基材材料和填充材料的光波导。
本发明的第三目的是提供光学特性和耐磨耗性优良并且不会对基材造成损害的触摸屏。
本发明的第四目的是提供水分的吸附量小并不容易受到温度和湿度等环境条件变化的影响，具有稳定的光学特性的光学系统。
为了解决上述课题，本发明所涉及的光学系统，至少一部分由具有3nm以上并且10nm以下的结晶粒径的氟化物所构成。根据这样的构成，能够在低温下形成光学特性和耐磨耗性优良的氟化物，因此，能够使用低耐热性的基材来构筑光学特性和耐磨耗性优良的光学系统。
上述氟化物可以是氟化镁。根据这样的构成，由于氟化镁的折射率为1.38，因此，能够展宽光学系统的透射率控制范围。
上述氟化物可以形成在二氧化硅基材上。根据该构成，能够在二氧化硅基材上实现在低温下形成氟化物的光学系统，因此，能够抑制生产中的能量消耗量并且提高生产效率。
上述氟化物可以形成在树脂基材上。根据这样的构成，通过在树脂基材上形成氟化物膜，能够形成防反射膜等光学系统，因此，能够在片显示器等可变性基材上形成光学系统。
上述光学系统可以是介电体多层膜反射板。根据该构成，通过形成含上述氟化物的介电体多层膜构造，能够构筑把光的透射率和反射率控制为任意值的光学系统。
上述光学系统可以是光波导。根据该构成，能够构造制造容易的可以自由选择基材材料和填充材料的埋入型的光波导。
上述光学系统可以是防反射膜。
上述光学系统可以是用于显示器的偏光板。
上述光学系统可以是用于显示器的触摸屏。根据该构成，能够构筑光学特性和耐磨耗性优良并且制造时几乎不会对基材造成损害的触摸屏。
上述触摸屏可以配置具有氟化镁膜的偏光板和1/4波长板。
本发明所涉及的光学系统，在常温至100℃的范围内的温度中进行制造，并且，至少一部分由氟化物构成。根据该构成，由于光学特性和耐磨耗性优良的氟化物在低温下形成，因此能够使用低耐热性的基材来构筑光学特性和耐磨耗性优良的光学系统。
另外，本发明所涉及的光学系统，具有通过以下工序形成在上述基材上的氟化镁膜在配置在真空室内的偏置供给电极的前面设置基材；使氟化镁蒸发；把上述偏置供给电极作为一方电极来供给高频电压，而使上述真空室内发生等离子体；给上述偏置供给电极施加以具有负的平均值和正的最大值的波形变化并且具有100kHz以上2.45GHz以下的频率的偏置电压。根据该构成，通过施加正的脉冲状的偏置电压，使氟的分离被抑制，能够在低温下形成光学特性和耐磨耗性优良的氟化物膜，因此，能够使用低耐热性的基材来构成光学特性和耐磨耗性优良的光学系统。
本发明所涉及的光学系统，至少一部分由具有1m2/g以上并且5m2/g以下的比表面积的氟化物所构成。吸附在膜中的水分量与该膜的物理的比表面积大致对应，比表面积越小，所吸附的水分量越少。这样，上述那样构成的光学系统具有1～5m2/g这样的比较小的比表面积的氟化物，因此，能够充分抑制水分的吸附，难于受使用时的环境条件所左右，具有折射率变动少的良好的光学特性。
本发明所涉及的光学系统，上述一部分可以是表层部，即，至少表层部通过具有1～5m2/g的比表面积的氟化物所构成。在光学系统中，易于吸附水分的是该光学系统的表层部分。这样，这样构成的光学系统，通过具有比较小的比表面积的氟化物来构成易于吸附水分的表层部，因此，难于受湿度和温度等环境条件所左右，具有折射率变动少的良好的光学特性。
本发明所涉及的光学系统，上述氟化物可以是氟化镁。由于氟化镁的折射率比较小，因此，这样构成的光学系统，更有希望作为要求低折射率的光学系统。
本发明所涉及的光学系统，可以是防反射膜。这样构成光学系统，能够实现不容易受使用时的环境条件所左右，折射率变动少的良好的防反射膜。
本发明的上述的和其它的目的和优点通过下面结合附图的详细描述可以更加清楚。
附图的简要说明

图1是表示本发明的实施例1所涉及的光学系统的构成的断面图；图2A是表示能够制造图1所示的光学系统的成膜装置的简要构成的模式图；图2B是表示在图2A所示的成膜装置中从偏置电源单元所输出的偏置电压的波形的曲线图；图3是表示基材支架的电位的曲线图；图4是表示从偏置电源单元所输出的偏置电压的另一个波形的曲线图；图5是表示能够制造图1所示的光学系统的另一个成膜装置的简要构成的模式图；图6是对能够在玻璃基片上形成氟化镁薄膜的光学滤光板，表示该光学滤光板对偏置电压的脉冲频率的吸收率的依存性的曲线图；图7是表示对于能够在石英(二氧化硅)基片上形成氟化镁薄膜的光学滤光板的可见光区域中的光的吸收率的曲线图；图8表示氟化镁薄膜的结晶粒径的表；图9A是模式地表示耐磨耗试验装置的概要的透视图；图9B是表示耐磨耗性评价基准的图；图10A是表示使用本发明的实施例1的光学系统的多层膜的构成的图；图10B是表示图10A所示的多层膜的可见光区域中的反射率的图表；图11是使用本发明实施例1所涉及的光学系统的有源矩阵型液晶显示装置的断面图；图12A是介电体多层膜的断面概要图；图12B是表示介电体多层膜对波长的反射率和透射率的变化的曲线图；图13是表示图12A所示的液晶显示装置的TFT基片的制造工序的流程图；图14是表示作为本发明的实施例3所涉及的光学系统的光波导的构成的断面图；图15是表示图14所示的光波导的制造顺序的工序图；图16是使用作为本发明的实施例4所涉及的光学系统的防反射膜的光连接器的侧面图；图17是使用作为本发明的实施例5所涉及的光学系统的防反射膜的物镜的断面图；图18A是表示作为本发明的实施例6所涉及的光学系统的防反射构造的透视图；图18B是表示作为本发明的实施例6所涉及的光学系统的防反射构造的断面图；图19是表示作为本发明的实施例7所涉及的光学系统的偏光板的构造的断面图；图20是表示使用作为本发明的实施例8所涉及的光学系统的防反射膜的触摸屏的构造的断面图；以及图21是表示使用作为本发明的实施例9所涉及的光学系统的偏光板的触摸屏的构造的断面图。
具体实施例方式
下面参照附图来说明本发明的实施例。
实施例1图1是表示本发明的实施例1所涉及的光学系统的构成的断面图。如图1所示的那样，本实施例的光学系统101在基材102上形成由氟化物构成的膜(以下称为「氟化物膜」)103。基材102由玻璃、二氧化硅(SiO2)、树脂等材料构成。在该光学系统101中，可见光的透射率随氟化物膜103的膜厚而变化。这样，通过根据所要求的可见光的透射率来设定氟化物膜103的膜厚，能够制作具有任意可见光透射率的光学系统101。
而且，本实施例的特征之一是该氟化物膜103具有3nm以上并且10nm以下的结晶粒径。这表示该氟化物膜103在常温至100℃的范围的温度(以下称为「低温」)下形成。该氟化物膜103如后述那样具有一定的耐久性。在现有技术中，不能得到在低温下形成并且具有一定耐久性的氟化物膜，但是，本发明人锐意努力的结果是能够通过下述的离子镀装置来得到上述的氟化物膜103。这样，能够在低温下形成氟化物膜103，因此，对于玻璃基材等具有耐热性的基材、热塑性的树脂基材以及包含半导体电路的基材等的低耐热基材，能够构筑包含氟化物膜的各种光学系统。在此，作为氟化物，最好是氟化镁(MgF2)。氟化镁的折射率低到1.38，防反射效果高，在以适当的条件进行成膜时具有充分的耐久性。
下面说明本实施例的光学系统101的最佳制造装置的一例。图2A是表示能够制造光学系统101的成膜装置10的简要构成的模式图。该成膜装置10具有以能够根据离子镀来成膜为成膜方式的构成。
成膜装置10包括真空室1和电功率供给单元8，电功率供给单元8设有高频电源单元11和偏置电源单元12。
在真空室1内的上部配置从与基材5所成膜的表面相对的背面侧来保持所成膜的基材5的基材支架2。图2A所示的该基材支架2由导电性的材料所形成，以便于能够给真空室1内供给电功率。而且，上述基材支架2，如后面所述的那样，成为能够向真空室1内供给偏置电功率和高频电功率双方的电极。
而且，基材支架2通过未图示的电动机而进行旋转驱动，通过使基材支架2旋转，一边使基材5旋转一边进行成膜。
在真空室1内的下部，保持由氟化物构成的膜的材料物质，在真空室1内的空间中配置用于使该材料物质蒸发的蒸发源3。而且，在该成膜装置10中，设有未特别图示的真空泵等排气装置及气体供给装置，使真空室1内达到所需要的真空气氛。即，能够把真空室1内自如地调整与成膜条件相对应的所需要的真空气氛。
而且，真空室1通过导电性的材料所形成，该室壁被接地。
高频电源单元11的输出端子的一端经过旁路滤波器15而与基材支架2相连接，其输出端子的另一端接地。而且，从高频电源单元11所输出的高频功率被施加到基材支架2上。由此，在真空室1内生成等离子体，使从蒸发源3所蒸发的膜的材料物质被离子化(激发)。
旁路滤波器15设在高频电源单元11与基材支架2之间，使来自高频电源单元11的输出通到基材支架2侧，同时，阻止来自偏置电源单元12的输出被输入到高频电源单元11侧。
对于高频电源单元11的输出，其具体的电功率值和频率是根据将要成膜的膜的材料的种类和成膜条件来选择必要的电功率值和频率。
而且，在高频电源单元11与旁路滤波器15之间设置未图示的匹配盒。该匹配盒由包括电容器和线圈的公知的匹配电路所构成，通过调整该匹配盒，能够使高频电源单元11与真空室1侧的阻抗匹配。
偏置电源单元12包括波形生成器13和偏置电源14。波形生成器13生成用于从偏置电源单元12所输出的偏置电压的波形，输入到偏置电源14中。该波形生成器13使基本波形来发生恒定地取一定值的直流成分、各个频率的交流成分和方波或三角波等各种波形作为基本成分生成，而且，还能根据多个基本波形来合成为其它的基本波形。而且，根据由波形生成器13所生成的基本波形，通过偏置电源14而放大为预定大小的输出的偏置电压。
偏置电源14的输出端子的一端经过低通滤波器16而连接基材支架2上，其输出端子的另一端被接地。而且，从偏置电源14所输出偏置电压被施加到基材支架2上。
低通滤波器16设在偏置电源14与基材支架2之间，使来自偏置电源14的输出通到基材支架2侧，同时，阻止来自高频电源单元11的输出被输入偏置电源单元12。
下面，对从偏置电源单元12所输出的偏置电压进行说明。图2B表示偏置电压的波形的一例。在图2B中，横轴对应于时间(sec.)，纵轴对应于电压值(V)的大小。
偏置电压，如图2B所示的那样，电压值周期性的正负变动。若更详细地说，该偏置电压，在一个周期(TW1+T1)中的期间TW1中，形成取一定的正电压值(VP1)的正偏置，在该一个周期中的其他期间T1中，形成取一定的负电压值(-VB1)的负偏置，形成方形脉冲状的波形。
能够使用以上说明的成膜装置10来按以下那样进行成膜。在蒸发源3中装填由氟化物组成的膜的材料，同时，在基材支架2上设置基材5。当把基材5设置在基材支架2上时，把将要成膜的基材5的表面设置成与蒸发源3相对。
而且，通过蒸发源3使氟化物蒸发，并且使电功率供给单元8动作，把高频电功率经过基材支架2供给到真空室1内，而且，把偏置电压施加到基材支架2上。由此，能够在真空室1内使等离子体生成。而且，通过等离子体来使从蒸发源3蒸发的氟化物离子化(激发)，把氟化物的离子射入附着在基材5上，而在基材5的表面上形成氟化物膜。
在通过成膜装置10而在基材5上成膜的工序中，当在真空室1内存在等离子体的状态下给基材支架2施加高频电压时，在基材5的表面附近形成伴随着所谓自偏置的负电位。
而且，通过伴随着相应的自偏置的负电位以及偏置电压的负偏置，能够使带正电荷的氟化物向基材5加速。这样，能够通过偏置电压的负偏置来进一步加速氟化物的离子，能够使形成在基材5上的膜成为更致密的构造。
而且，当通过成膜装置10来执行成膜工序时，结合弱的氟容易从离子化的氟化物分离，但是，由于偏置电压在期间VW1期间取正偏置，能够把带负电荷的氟离子取入基材5。这样，能够防止形成在基材5上的膜中缺乏氟，能够防止伴随着氟的缺乏而产生的膜的功能的降低。
在此，对上述自偏置进行了简单说明。旁路滤波器15具有与高频电源单元11串联连接的隔直电容器(未图示)。该隔直电容器具有能够使电路的高频成分通过并隔断直流成分的功能。这样，当高频功率被供给真空室1内时，从根据该高频电功率而发生的等离子体流入基材支架2的电荷被蓄积在隔直电容器中。这样，在隔直电容器的两端产生由隔直电容器的电容量和电荷量确定的偏置电压，该偏置电压被施加到基材支架2上。而且，如果比较等离子体中存在的电子与离子时，由于电子一方以快的速度向基片支架侧移动，上述偏置电压在基材支架2侧成为负的一定值。在这样的设计中，把与等离子体相接触的电极(在此为基材支架2)上发生的电压称为自偏置。
下面，对该自偏置与从偏置电源单元12所输出的偏置电压的关系进行说明。隔直电容器和偏置电源单元12相对于基材支架2相互并联地连接。在这样的情况下，在自偏置和由偏置电源单元12所产生的偏置电压中，优势一方的电压支配性地施加到基材支架2上。在本实施例中，由偏置电源单元12所产生的偏置电压是优势的，该偏置电压支配性地施加到基材支架2上。图3是表示基材支架2的电位的曲线图。如图3所示的那样，基材支架2的电位VH大致对应于偏置电源单元12产生的偏置电压(参照图2B)，与其相同地变化。
下面参照图4来对偏置电压的另一个例子进行说明。图4表示偏置电压的另一个波形的例子。图4所示的偏置电压作为整体形成平滑的正弦波的波形，电压值周期性地正负变动。若更详细地说，该偏置电压，在一个周期(TW2+T2)中的期间TW2中，形成取正弦波的正电压值(有效值VP2)的正偏置，在该一个周期中的其他期间T2中，形成取正弦波的负电压值(有效值-VB2，VB2＞VP2)的负偏置。图4所示的波形的偏置电压能够通过在交流电压上加取负的一定电压值的直流电压来得到。
作为能够制造本实施例的光学系统101的成膜装置，并不仅限于上述成膜装置10。图5是表示能够制造上述光学系统101的其他成膜装置35的构成例的模式图。该成膜装置35与上述成膜装置10相同，作为成膜方式构成为能够根据离子镀来进行成膜。成膜装置35包括真空室36、高频电源(RF)37和偏置电源单元(DC)38。
在真空室36内的上部设置从与基材5的成膜表面相对的背面侧保持该成膜的基材5的基片支架39。基片支架39，在图5所示的例子中，构成为作为用于向真空室36内供给偏置电压的偏置供给电极。基片支架39由导电性的材料制成，以便于施加来自偏置电源单元38的偏置电压。
偏置电源单元38能够输出一定的正电压值的直流电压(DC)作为偏置电压。从该偏置电源单元38所输出的偏置电压被施加到基片支架39上，由此，能够象后述那样把带负电荷的氟的离子取入到基材5上。
在真空室36内的下部配置保持由氟化物构成的膜的材料物质并且使之蒸发到真空室36内的空间中的蒸发源3。该蒸发源3与上述成膜装置10中的蒸发源3的构成相同。
而且，在真空室36内的蒸发源3与基材5之间配置线圈状离子化电极40。线圈状离子化电极40连接在高频电源37上，能够经过线圈状离子化电极40来向真空室36内供给高频功率。
高频电源37的输出端子的一端经过匹配盒41与线圈状离子化电极40相连接，而其输出端子的另一端接地。匹配盒41由以电容器和线圈组成的公知的匹配电路所构成，通过调整该匹配盒41，能够使高频电源37与真空室36侧的阻抗匹配。该高频电源37应当使从蒸发源3蒸发并通过线圈状离子化电极40的内侧的膜的材料物质被离子化(激发)，向上述线圈状离子化电极40内供给使等离子体生成的高频电功率。
而且，真空室36能够通过未图示的真空泵等排气装置和气体供给装置使真空室36内成为所需要的真空气氛，这样，能够把真空室36内自如地调整为与成膜条件相适应的所需要的真空气氛。
能够使用以上说明的成膜装置35来象以下这样进行成膜在蒸发源3中装填由氟化物组成的膜的材料，同时，在基片支架39上设置基材5。而且，通过蒸发源3使氟化物蒸发，并且使高频电源37动作，经过线圈状离子化电极40向真空室36内供给高频功率，同时，使偏置电源单元38动作，给基片支架39施加正电压的直流电压。由此，在由线圈状离子化电极40围绕的空间内生成等离子体。而且，使从蒸发源3所的蒸发的氟化物通过上述等离子体被离子化(激发)，把氟化物的离子射入附着到基材5上，在基材5的表面上形成氟化物膜。
而且，当通过成膜装置35来执行成膜工序时，结合弱的氟原子容易从离子化的氟化物分离，但是，通过把从偏置电源单元38所输出的直流电压施加到基片支架39上，能够把带负电荷的氟的离子取入到基材5上。
下面对通过上述成膜装置10的优选的制造条件以及通过该成膜装置10所得到的氟化物膜的特性进行说明。而且，在以下的实施例中，在玻璃基片或者石英基片上形成氟化镁薄膜作为氟化物膜。
图6是对于在玻璃基片上形成氟化镁薄膜的光学滤光层，表示偏置电压的脉冲频率对该光学滤光层的吸收率的依赖性的曲线图。在图6中，横轴和纵轴分别表示波长和光的吸收率。而且，使用图2B所示波形的偏置电压，把其脉冲频率作为参数，以65kHz和100kHz的两级变化。其结果，如图6所示的那样，在脉冲频率为100kHz的情况下，与65kHz的情况相比，吸收率显著降低，得到具有良好的吸收率的光学滤光层。
而且，虽然在本实施例中未表示，但脉冲频率为65kHz的情况与未施加正偏置时大致相同。而且，在后述的图7中表示了脉冲频率为350kHz并使用石英基片的情况。而且，虽然对脉冲频率为350kHz以上的情况没有表示，但是，理论上，最好在尽可能短的周期中，经过短期间而存在正偏置期间。这样，脉冲频率越高越好。但是，当脉冲频率过高时，真空室中的等离子体放电变得不稳定，因此，在实用上，最好为2.45GHz以下。但是，当该脉冲频率为2.45GHz时，最好使用ECR(electron cyclotron resonance)装置。
图7是表示在石英(二氧化硅)基片上形成氟化镁薄膜的光学滤光层的可见光区域中的光的吸收率的曲线图，偏置电压的脉冲频率为350kHz。该光学滤光层的吸收率(在图7中用实线表示)，把偏置电压的脉冲频率为350kHz和使用石英基片的情况相结合，与图6所示的光学滤光层的吸收率相比，得到较低的吸收率。而且，作为参考，示出了石英的吸收率(在图7中用虚线表示)。
图8是表示氟化镁薄膜的结晶粒径的表。如图8所示的那样，在300℃下蒸镀的氟化镁薄膜的结晶粒径为12～20nm(纳米)。而且，在常温(基片未加热)下蒸镀的氟化镁薄膜没有结晶化，不能计算结晶粒径。与此相对，本实施例的成膜装置所形成的氟化镁薄膜的结晶粒径为3～10nm。这样，本实施例中的氟化镁薄膜具有现有技术没有的结晶粒径。这主要是因为本实施例的氟化镁薄膜通过离子镀而以比较低的温度(大致100℃以下)形成的。
图9是用于说明耐磨耗性试验的图，图9A是模式地表示耐磨耗试验装置的概要的透视图，图9B是表示耐磨耗性评价基准的图。
如图9A所示的那样，上述耐磨耗性试验装置包括可往复运动的可动台202、立设在该可动台202的背部的杆206、保持在上述杆206上以便于位于上述可动台202的上方并且在与上述可动台202相对的下部安装了钢丝绒204(在此使用#0000的)的压紧件205。当进行耐磨耗试验时，在可动台202的上表面放置试料(形成薄膜的基材)203，压下压紧件205，以预定载荷(在此为700g)压紧上述试料。而且，使可动台202往复运动，通过钢丝绒204来摩擦试料上表面。
耐磨耗性，如图9B所示的那样，通过分为A～D四级来进行。在此，A级为「不带伤」，B级为「带少量伤」，C级为「带伤，存在膜的剥离」，D级为「膜几乎剥离」。
因此，在由如图2A所示那样的成膜装置10所形成的氟化镁膜上，在上述特性的基础上，还具有这样的光学特性比表面积为1～5m2/g，与环境条件无关，折射率不容易变动。上述氟化镁膜具有的上述光学特性按以下说明那样的理由而得到即，每当生成上述氟化镁膜时，如上述那样，带正电荷的氟化物离子和带负电荷的氟离子同时向基材5加速，撞击到该基材5的成膜面上。通过该撞击，在基材5的成膜面上，发生结晶成长和结晶破坏两种现象。
实际上，根据所生成的氟化镁膜表层的SEM照片，虽然确认了与现有技术相同形成柱状结晶，但是，根据X线衍射峰值，与现有的膜相比，没有确认突出的结晶性，暗示了上述两种现象产生。这样，该两种现象同时产生的结果，一般，使膜的比表面积增加的结晶粒面，结晶柱等的成长被抑制，可以预测本实施例所涉及的氟化镁膜的比表面积变得较小。
因此，本发明人对上述氟化镁膜的比表面积进行实际测定。当比表面积的测定时，使用Kr气体所产生的气体吸附法。作为比表面积的测定法，具有重量法、液体吸附法以及气体吸附法等，但是，其中，气体吸附法是比较容易，是高精度的。
下面对气体吸附法进行简要说明。通过气体吸附法所求出的单位重量的表面积(比表面积)S由下式(1)提供S＝Nm·σ…(1)其中，Nm单分子层吸附量，σ吸附分子的占有截面积在膜表面存在的原子与在膜内部存在的原子相比，相邻的原子较少，为了抵消该不均衡，膜表面的原子吸附在周边存在的气体分子。把该现象称为气体吸附。假定提供该气体吸附而吸附在膜表面上的分子无间隙地排列，根据占有膜表面的吸附分子的数量和一个吸附分子占有的截面积，能够算出膜表面积。作为吸附分子，是惰性的，不会在与膜表面之间引起化学反应，希望分子直径充分地小到能进入到膜表面的凹凸的程度(在本实施例中，至少小于水分子)。因此在本实施例中，使用Kr分子。
而且，为了算出上述表面积S，必须取得占有表面的吸附分子的数量，因此，在本实施例中，使用B.E.T式。该B.E.T式由下式(2)提供P/V(P0-P)＝1/Vmc+(C-1)/Vmc×P/P0…(2)其中，V吸附分子数量Vm单分子吸附量P吸附平衡压P0饱和蒸汽压C常数当实际求表面积时，首先，为了除去附着在本实施例所涉及的氟化镁膜的表面上的水分等杂质，在真空中对该氟化镁膜进行加热处理。在真空容器中把加热处理后的氟化镁膜冷却到预定温度，分段地导入Kr气体。通过分数量等级导入Kr气体，Kr气体被吸附在氟化镁膜的表面上。在该工序中，制作描绘容器内的压力和Kr分子的吸附量的吸附等温线，根据该吸附等温线和上式(1)，(2)能够得到表面积。
其结果，与例如通过真空蒸镀法而制成的氟化镁膜的比表面积为几十m2/g相对，本实施例所涉及的氟化镁膜的比表面积为1～5m2/g。这样，根据上述预测，上述氟化镁膜的比表面积与现有的膜相比，变得极小。而且，可以预测到与现有技术相比，上述氟化镁膜的高次构造是致密的，而且，表面形状变得更平滑。
这样，上述氟化镁膜，与现有的膜相比，比表面积较小，因此，水分子难于进入结晶间，吸附在膜内的水分量较少。其结果，具有受湿度和温度等周边的环境条件影响较少并且折射率难于变动的光学特性。
而且，如果附加到参考上，一般，气体的比表面积为1m2/g。这样，比表面积为1～5m2/g的本实施例所涉及的氟化镁膜，由于抑制了由吸水所引起的折射率的变动，是极其优良的，通过用于各种光学系统，而发挥优良的光学特性。
图10是用于说明本实施例的光学系统的多层膜的使用例的图，图10A是表示多层膜的构成的图，图10B是表示在基片上所形成的多层膜的可见光区域中的反射率的图表。如图10A所示的那样，本实施例的多层膜这样构成在基片上依次形成Al2O3(折射率n＝1.63)、ZrO2(折射率n＝2.00)以及MgF2(折射率n＝1.38)的各膜。该多层膜的反射率如图10B所示的那样是良好的。而且，对该多层膜，在图2的成膜装置10中，预备分别包括上述三个膜的处理的三个蒸发源，依次使用各个蒸发源，在基片上依次形成各膜。
实施例2本发明的实施例2表示了在用于显示器的介电体多层膜反射板中使用本发明的光学系统的例子。
图11是使用本发明实施例所涉及的光学系统的有源矩阵型液晶显示装置的断面图。本实施例中的液晶显示装置是半透射的反射型液晶显示装置。
在图11中，SI表示半导体层，PX表示象素电极，TFT表示薄膜晶体管，DE表示薄膜晶体管的漏极电极，SE表示薄膜晶体管的源极电极，TH表示用于连接源极电极和象素电极的通孔。而且，POL表示偏光板，SUB1，SUB2表示透明绝缘基片，BM表示遮光图形，CF表示滤色器，OC表示覆盖膜，CE表示共用电极，LC表示液晶层，ORI1，ORI2表示取向膜，GI表示栅绝缘膜，PAS表示薄膜晶体管的表面保护膜，NSI表示用于保证薄膜晶体管的源极电极及漏极电极与半导体层SI的接触的电极，RX表示由SiO2，SiN，MgF2组成的介电体多层膜反射板，NF表示相位差板。
薄膜晶体管所配置侧的透明绝缘基片SUB1被称为TFT基片，经过液晶层LC与该TFT基片相对配置的相对侧的透明绝缘基片SUB2被称为CF基片。
在本实施例中，如图11所示的那样，CF基片(透明绝缘基片)SUB2在该液晶层LC侧的表面上形成遮光图形BM，以便于首先在TFT上的象素电极的间隙中描画各个象素电极，在决定该遮光图形BM的实质的象素区域的开口部中形成滤色器CF。而且，形成例如由树脂膜构成的覆盖膜OC，以便于覆盖遮光图形BM以及滤色器CF，在该覆盖膜OC的表面上形成共用信号电极CE，在该共用信号电极CE的表面上进一步形成取向膜ORI2。在CF基片SUB2的外侧的表面(与液晶层LC侧相对的表面)上形成偏光板POL。
而且，在CF基片SUB2中的进一步的TFT基片SUB1侧，配置反交错的薄膜晶体管TFT。在该薄膜晶体管TFT中，当在扫描信号线GL上施加薄膜晶体管TFT的阈值以上的电压时，半导体层SI成为导通状态，薄膜晶体管TFT的图象信号电极DE与源极电极SE之间成为导通的。此时，施加在图象信号线DL上的电压被传递到象素电极PX上。而且，扫描信号线GL的电压在薄膜晶体管TFT的阈值电压以下时，该薄膜晶体管TFT的图象信号电极DE与源极电极SE之间成为绝缘的，施加在图象信号线DL上的电压不会传递到象素电极PX上，象素电极PX保持图象信号电极DE与源极电极SE导通状态时所传递的电压。而且，在图象信号电极DE及源极电极SE与硅层Si之间，形成由掺入了磷等杂质的硅膜构成的电极NSI。
通孔TH形成在薄膜晶体管的表面保护膜PAS上，象素电极PX和源极电极SE经过通孔TH而电气连接。象素电极PX具有使从偏光板POL侧入射的光被反射的功能，使用该反射光进行显示。
取向膜ORI1，ORI2具有通过用摩擦法等对其表面进行处理而使液晶层LC沿一定方向取向的功能。
偏光板POL具有把入射的光变换为直线偏振光的功能。从偏光板POL侧入射的光通过液晶层LC而由介电体多层膜RX进行反射，再次经过液晶层LC而到达偏光板POL。液晶层LC具有折射率各向异性，液晶层LC的折射率各向异性随施加在液晶层LC上的电场，其特性变化。
例如，在液晶上不施加电场的状态下，进行白显示，在这样的标准白型的液晶显示装置中，在对液晶层LC施加电场时，通过偏光板POL而由介电体多层膜RX进行反射并再次到达偏光板POL的光，经过液晶层LC，由此，成为相对于偏光板POL的吸收轴平行的偏振光。该偏振光被偏光板POL所吸收，不会射出到反射型液晶显示装置之外，因此，成为黑显示。另一方面，在未给液晶层LC施加电场的状态下，由介电体多层膜RX进行反射而到达偏光板POL的光经过液晶层LC，由此，成为相对于偏光板POL的吸收轴垂直的偏振光。该偏振光被偏光板POL所吸收，不会出射到反射型液晶显示装置之外，因此，成为白显示。
而且，如果使用来自配置在TFT基片SUB1侧的未图示的后光学组件的光，在该光到达象素电极PX之前，使用相位差板NF等使该光成为圆偏振光，由此，能够不使用外部光进行显示。在此，象素电极PX和介电体多层膜RX的透射率可以通过控制该介电体多层膜RX的膜厚来进行任意变更。该介电体多层膜RX的透射率和反射率具有权衡关系，但是，该介电体多层膜RX构成本实施例的光学系统，如在实施例1中使用图10B说明的那样，成为吸收率比较低的。因此，能够把透射率和反射率之和设计成接近于100％的值。
在图12中表示了上述介电体多层膜RX的具体的设计例子和该介电体多层膜RX的光学特性。而且，图12A是上述介电体多层膜RX的端面概要图，图12B是表示介电体多层膜对波长的反射率和透射率的变化的曲线图。
图12A所示的介电体多层膜RX，从接近于液晶层LC侧向接近于介电体多层膜RX，依次配置Al2O3，SiN，MgF2，各自的膜厚为160nm，70nm，80nm。在此，为了给配置在比介电体多层膜RX更接近于TFT基片SUB1侧的象素电极PX、薄膜晶体管的表面保护膜PAS以及栅绝缘膜GI分别赋予反射特性，在该介电体多层膜RX的设计中，对它们的反射特性进行考虑。象素电极PX、薄膜晶体管的表面保护膜PAS以及栅绝缘膜GI分别由ITO，SIN，SiN所构成，其膜厚为60nm，350nm，350nm。图12A所示的介电体多层膜RX的反射率和透射率，如图12B所示的那样，当作为重视透射率的设计时，具有透射率88％，反射率18％这样良好的透射率。而且，在该设计中，虽然作为重视透射率的设计，但是，可以通过调整介电体多层膜的层数、材料以及膜厚，能够设计具有任意透射率及反射率的介电体多层膜。
图13是表示成为上述这样的构成的液晶显示装置的TFT基片SUB1侧的制造工序的流程图。在本实施例中，具体地说，经过(A)～(F)的6步的光刻工序，完成液晶显示装置的TFT基片SUB1侧。下面，按工序顺序进行说明。
准备透明绝缘基片SUB1，在其表面整个区域中，通过例如溅射法，使Cr膜形成为100～300nm最好160nm的膜厚。接着，使用光刻技术，腐蚀Cr膜，在栅极电极GE、扫描信号线GL以及未图示的扫描信号线用端子GTM形成区域中形成扫描信号线GL的延伸部。
在执行了工序A的透明绝缘基片SUB1的表面全部区域上，通过例如等离子CVD法，使成为扫描信号线GL的氮化硅膜形成为200～700nm最好350nm的膜厚。而且，在该栅绝缘膜GI的表面全部区域上，通过例如等离子CVD法，依次层叠50～300nm最好200nm膜厚的非晶硅膜以及10～100nm最好20nm膜厚的作为n型杂质掺入磷的非晶硅膜。接着，使用光刻技术，腐蚀非晶硅膜，在象素区域内形成岛状图形SI。
在执行了工序B的透明绝缘基片SUB1的表面全部区域上，通过例如溅射法，使Cr膜形成为100～300nm最好160nm的膜厚。接着，使用光刻技术，腐蚀Cr膜，在象素区域内，在薄膜晶体管TFT的图象信号电极DE、源极电极SE、图象信号线DL以及未图示的图象信号引线用端子DTM形成区域中形成图象信号线DL的延伸部。然后，把腐蚀了Cr膜的图形作为掩模，腐蚀作为n型杂质掺入磷的非晶硅膜。
在执行了工序C的透明绝缘基片SUB1的表面全部区域上，通过例如等离子CVD法，使成为薄膜晶体管TFT的表面保护膜PAS的氮化硅膜形成为200nm～900nm最好350nm的膜厚。接着，使用光刻技术，腐蚀表面保护膜PAS，在象素区域内形成用于使该薄膜晶体管TFT的源极电极SE的一部分露出的通孔TH。与此同时，在未图示的扫描信号引线用端子GTM形成区域内，使个别通孔TH贯通，到达位于位于表面保护膜PAS的下层的栅绝缘膜GI。在未图示的图象信号引线用端子DTM形成区域中形成用于使图象信号线DL的延伸部露出的个别通孔TH。
在执行了工序D的透明绝缘基片SUB1的表面全部区域上，通过例如溅射法，以60nm的膜厚形成作为透明导电膜的多晶ITO膜。接着，使用光刻技术，腐蚀ITO膜，在象素区域内，形成经过通孔TH而与源极电极SE相连接的象素电极PX。而且，在未图示的扫描信号引线用端子GTM上以及图象信号引线用端子DTM上分别形成端子保护用衬垫电极。
在执行了工序E的透明绝缘基片SUB1的表面全部区域上，使用实施例1的成膜装置10，分别依次形成80nm，70nm，160nm的膜厚的MgF2，SiN，Al2O3。接着，使用光刻技术，腐蚀上述层叠膜，使未图示的扫描信号引线用端子GTM及图象信号引线用端子DTM露出。
通过以上所示的工序，液晶显示装置的TFT基片SUB1侧完成。
另一方面，在CF基片SUB2侧，形成由通过颜料分散法而制作的滤色器CF以及Cr类或者有机材料构成的遮光图形BM。然后，形成成为平坦化层的覆盖膜，使液晶显示装置的TFT基片SUB1侧和CF基片SUB2侧相贴合，然后在其中间封入液晶层LC，而且，在CF基片SUB2的外侧配置偏光板POL，同时，在TFT基片SUB1的外侧配置相位差板，由此，构成半透射的反射型液晶显示装置。
实施例3本发明的实施例3表示了把本发明的光学系统用于光波导的例子。
图14是表示作为本实施例所涉及的光学系统的光波导的构成的断面图。该光波导201具有由具有沟部210的聚合物材料构成的光波导基片218；在该光波导基片218的表面上成膜的MgF2(氟化镁)膜214；由填充在上述沟部210中的透明树脂所构成的芯体212；兼做上部保护板245和上述光波导基片218的粘接层的包层246以及上述上部保护板245。芯体212的折射率高于MgF2膜214以及包层246，由芯体212、MgF2膜214以及包层246形成光波导。
图15是表示本实施例所涉及的光波导201的制作程序的工序图。首先，说明用于射出成型的模具的制作程序。使用掩模232使涂敷在玻璃基片236上的光致抗蚀剂234曝光。接着，使光致抗蚀剂234显影，去除曝光部分的光致抗蚀剂234。接着，在光致抗蚀剂234上进行镀镍(Ni)238，制作镍的模具240。接着，使用该模具240来使树脂材料射出成型，形成用于形成芯体的沟部210所形成的光波导基片218。接着，使用实施例1的成膜装置10，在该光波导基片218上使MgF2膜214成膜。接着，涂敷芯体材料212’以便于埋入沟部210，通过紫外线照射或者加热，使芯体材料212’被固化。接着，把固化的芯体材料212’研磨到沟部210的上端，去除沟部210之外的芯体材料212’。该研磨后，隔着成为折射率低于芯体材料212’的包层246的透明树脂，粘贴上部保护板245，借此制成光波导201。
这样，根据本实施例，如果使用通过实施例1的成膜装置10施加正脉冲偏置的等离子体离子镀法，不必加热光波导基片218，就能使透明性优良并且耐磨耗性优良的MgF2膜214成膜，因此，能够在使用耐热性低的基片材料特别是使用树脂材料的光波导基片218上使MgF2膜214成膜，能够作为包层起作用。
而且，由无机材料构成的MgF2膜214比由树脂构成的芯体材料212’硬，也可以作为研磨时的研磨停止膜起作用。即，在不使用MgF2膜214的情况下，存在这样的可能性难于使研磨正好在芯体材料212’与成型基片(光波导基片)218的边界上停止，而使成型基片218被研磨，易于引起沟部210变浅。而且，当研磨厚度随场所而不同时，引起沟部210的深度在局部上变化的问题。但是，如本实施例那样，通过使用MgF2膜214，不会使沟部210的深度减少，能够均匀地研磨芯体材料212’。
而且，在本实施例中，使用PMMA来对光波导基片218进行射出成型。在此情况下，在树脂的光波导基片218上MgF2膜214形成，在其上涂敷液体状的透明树脂的芯体材料212’，使之固化，而形成芯体212，为此，作为芯体212的材料，可以使用其折射率大于MgF2膜214的折射率的材料，光波导基片218的材料可以不由芯体212决定而自由选择。这样，在现有技术中，能够使用难于作为折射率高的光波导基片218而使用的聚碳酸酯(PC折射率1.59)。在使用PC的情况下，能够形成耐热性以及耐湿性优于使用PMMA时的光波导201。而且，除了PMMA、PC之外，也可以使用适合于在成为包层材料的基片218上成型的透明聚合物，可以使用聚苯乙烯、环状聚烯烃等。
而且，由于在芯体材料212’与光波导基片218之间插入了MgF2膜214，芯体材料212’与光波导基片218不会发生反应。因此，能够使用会与光波导基片218的材料发生反应或者溶解的材料作为芯体材料212’，在芯体212中可以使用光损失少的材料。特别是，在通常的树脂材料中，为了降低光吸收大的红外线波长下的光损失，使用用氟置换氢的氟化材料是有效的。但是，在通过氟化而降低了折射率的情况下，由于折射率小于在现有的射出成型中使用的成型用树脂，不能使用上述氟化材料作为芯体。但是，MgF2膜214，由于在从可见光到红外波长中，折射率低到1.38左右，进行射出成型而在表面上使该MgF2膜214成膜的树脂材料对于低折射率的芯体212也能其到包层的作用。而且，由于上述MgF2膜214的比表面积小到1～5m2/g，具有遮挡水分和空气进入芯体212的效果，在光波导的可靠性提高上是有效的。
在本实施例中使用的射出成型法是与在光盘基片的制作中使用的公知的方法大致相同的方法，能够在短时间内大量制作光波导基片218。在此，在本实施例中，为了在沟部210的侧面使MgF2膜214成膜，因此，希望在射出成型中，沟部210的侧面不是垂直地形成，而是形成为具有角度。但是，光波导201的制作方法并不仅限于本实施例的射出成型，也可以通过冲压等来形成芯体212用的沟部210。
而且，在本实施例中，通过研磨固化的芯体材料212’，大大减薄了芯体212以外场所中的MgF2膜214与包层246之间的芯体材料212’，抑制导波光漏出。但是，在能够足够薄地形成光波导基片218与包层246之间的其余部分的芯体材料212’的情况下，可以省略研磨工序。例如，使用上部保护板245而从上部压紧芯体材料212’，并且，进行加热或者紫外线照射，使芯体材料212’固化，由此，能够使涂敷在光波导基片218以及上部保护板245之间的沟部210之外处的芯体材料212’的厚度足够薄。在此情况下，可以省略研磨工序以及包层246的形成，能够使用折射率小的上部保护板245作为包层。或者，通过刮涂芯体材料212’来搔去光波导基片218中的沟部210之外处的芯体材料212’，由此，能够省略研磨工序。
而且，在本实施例中，使用形成了沟部210的光波导基片218，对在沟部210中形成的光波导进行说明。但是，也可以在树脂制的平板构成的基片上使MgF2膜214成膜，在MgF2膜214上涂敷芯体材料，进行固化，使用反应性离子腐蚀等加工方法来加工芯体材料，通过在其上形成包层而形成光波导。即使这样来制作光波导，也可以与本实施例相同，使用施加正脉冲偏置的等离子离子镀法，不必加热基片，也能在树脂基片上形成透明性优良并且耐磨耗性优良的MgF2膜，因此，能够自由地选择树脂基片的材料。
实施例4本发明的实施例4表示把本发明的光学系统用于光连接器中所使用的防反射膜的例子。
图16是使用作为本实施例所涉及的光学系统的防反射膜的光连接器的侧面图。如图16所示的那样，在光连接器354上固定光纤352，在该光纤352的顶端面上形成由MgF2膜构成的防反射膜314。
在此情况下，使用实施例的施加正脉冲偏置的等离子体离子镀法来进行成膜，由此，不必加热光纤352就能形成防反射膜314。因此，作为光纤352，可以在由树脂覆盖的光纤和芯体由塑料形成的塑料光纤上施加使用MgF2膜的防反射包覆。
而且，在由塑料构成的光连接器354上固定光纤352之后，能够形成防反射膜314。特别是，在塑料光纤中，使用施加正脉冲偏置的等离子体离子镀法来形成由耐磨耗性优良的MgF2膜构成的防反射膜314，由此，在相互连接光纤的情况下，因不会给该防反射膜314和光纤造成损伤，而使耐久性优良。
实施例5本发明的实施例5是表示把本发明的光学系统用于在物镜中所使用的防反射膜的例子。
图17是使用作为本实施例所涉及的光学系统的防反射膜的物镜的断面图。在图17中，在物镜456的光入射面460上形成全息图458。形成该全息图458的物镜456能够相对于波长不同的入射光改变焦点位置。这样，该物镜456使用例如能够兼用作光盘(CD)的物镜和DVD的物镜的双焦点透镜。
本实施例所示的物镜456通过射出成型透明树脂而制成。在该物镜456的表面上，使用实施例1的施加正脉冲偏置的等离子体离子镀法来形成MgF2膜，该MgF2膜构成防反射膜414a，414b。
通过使用上述等离子体离子镀法，不必加热树脂制的物镜456，就能形成防反射膜414a，414b。而且，由于成膜时的成膜离子的真空室内的移动在直进性上优良，能够在全息图458的沟构造的深处上也均匀性良好地成膜。而且，为了对波长不同的入射光都能达到防反射效果，在所使用的光的波长中，希望反射率较低，由此，防反射膜414a最好成为包含MgF2膜的介电体多层构造。
而且，根据上述等离子体离子镀法，即使不加热物镜456，也能形成耐磨耗性优良的MgF2膜414a，414b，因此，能够防止对物镜456造成损伤，物镜456的清洁是容易的。而且，在作为CD或者DVD等光盘的物镜透镜而使用的情况下，即使万一与该光盘相接触，也能防止给透镜造成损伤。
在本实施例中，对使用全息图458并且作为双焦点透镜而使用的情况进行了例示，但是，例如，即使光源波长变动，也能作为焦点位置不变动的消色透镜而使用。
而且，由上述等离子体离子镀法所产生防反射膜并不仅限于单透镜，也可以是透镜阵列。例如，如在微透镜阵列上镀防反射膜，则也能够用在液晶投影中的积分仪或者光阀等上。而且，通过对树脂进行成型，并不仅限于全息图，也能一体地成型透镜阵列、凹面镜、反射镜、棱镜等，能够用于这些光透射部的防反射膜。即使是构成这样的复杂的构成的光学部件，通过由上述等离子体离子镀法中的成膜离子的优良的直进性，能够形成良好的防反射膜。
实施例6本发明的实施例6表示了把本发明的光学系统用于防反射构造的例子。
图18是表示作为本发明所涉及的光学系统的防反射构造的图，图18A是透视图，图18B是断面图。在图18中，在本实施例中，通过射出成型树脂基片501，形成在波长以下的周期下成为凹凸的表面构造，成为防反射构造548。
在所希望的波长中，不会产生一次以上的衍射光，仅成为0次光这样的光栅周期小的锥状的二维光栅548成为防反射构造。反射率变小的锥形的对比度依赖于构成基片501的媒质的折射率，但是，通常希望为1以上。但是，在这样高的对比度中，陡峭地形成锥部的顶上和底部是困难的，平坦部易于产生。
因此，在顶点或者底部存在乎坦部，在防反射不充分的情况下，如图18B所示的那样，在基片501的表面上形成折射率小于该基片501的MgF2膜514，由此，能够进一步降低反射率。通过使用实施例1的施加正脉冲偏置的等离子体离子镀法，即使对于这样的高对比度的构造，不必埋入锥形构造，也能形成MgF2膜。
这样的细微构造，不仅在防反射中，也可以在偏振光元件、波长选择滤光片等光学元件中所形成。这样，通过在这些光学元件中形成MgF2膜514，能够达到良好的防反射效果。由MgF2膜所产生的防反射效果当然对于通常的透射型衍射光栅和全息图也是有效的。
实施例7本发明的实施例7表示了把本发明的光学系统用于在显示器中所使用的偏光板的例子。
图19是表示作为本实施例所涉及的光学系统的偏光板的构造的断面图。在图19中，本实施例的偏光板601具有延伸聚乙烯醇(PVA)薄膜，由其吸收碘，赋予偏振光功能的偏光膜602；被覆该偏光膜602的两个表面，保护该偏光膜602的三乙酰基纤维素(TAC)等保护薄膜603，604。而且，可以在偏光膜602上使用两色性有机染料来取代碘。
而且，偏光板601在观察者侧的保护薄膜603的表面上进一步形成防反射膜614。该防反射膜614通过在保护薄膜603的表面上依次层叠氧化铝(Al2O3)层605、氧化锆(ZrO2)层606、氟化镁(MgF2)层607来形成。
该防反射膜614使用实施例1的施加正脉冲偏置的等离子体离子镀法，并且，在通过干涉效果以便于在宽广的波长范围内使反射率降低的膜厚条件下进行成膜。此时，由于实质上在常温下成膜，不会伴随着由热引起的偏光板601的性能老化，能够形成耐磨耗性高并且透射率大的氟化镁的膜。这样，通过使用该偏光板601，即使在明亮的环境下，能够实现对比度高、反射比较少的可视性良好的显示器。
实施例8本发明的实施例8表示了把本发明的光学系统用于在触摸屏上所使用的防反射膜的例子。
图20是表示使用作为本实施例所涉及的光学系统的防反射膜的触摸屏的构造的断面图。在图20中，触摸屏701配置在电子显示器的表面，并且是通过检测由手指和输入笔等接触的位置后根据该信号来进行输入操作的部件。作为触摸屏701的方式，光学式、超声波式、电磁感应式、电阻膜式、静电电容式是公知的，但是，在与液晶显示器的组合中，大多使用电阻膜式，本实施例所涉及的触摸屏701就是电阻膜式。
本实施例的触摸屏701包括在一面形成透明导电膜704的玻璃等平坦的透明材料所构成的透明基片702；和由在相同的一面上形成透明导电膜705的聚酯树脂等构成的透明树脂基片703，所述基板703通过插入垫片706设置一定的空隙，并配置成使上述透明导电膜704、705相对。
在电阻膜式的上述触摸屏701中，当使用者按压透明树脂基片703时，相对的透明导电膜704，705相互接触。根据该接触位置的电位，未图示的控制装置判断屏上的接触位置。
在本实施例所涉及的触摸屏701中，进一步在透明树脂基片703的外表面上依次形成氧化铝(Al2O3)层707、氧化锆(ZrO2)层708、氟化镁(MgF2)层709，这些层707～709构成防反射膜710。该防反射膜710使用实施例1的施加正脉冲偏置的等离子体离子镀法，并且，在利用干涉效应在宽广的波长范围内使反射率降低的那样的膜厚条件下进行成膜。
根据本实施例，能够在最表面上形成耐磨耗性高并且透射率大的MgF2层709，因此，能够实现在宽广的波长范围下表面的反射率小、表面的耐磨耗性高的触摸屏701。
而且，通过把该触摸屏701与电子显示器相组合，即使在明亮的环境下，也能实现对比度高、反射比较少的可视性良好的显示器。
实施例9本发明的实施例9表示把本发明的光学系统用于在触摸屏中所使用的偏光板中的例子。
图21是是表示使用作为本实施例所涉及的光学系统的偏光板的触摸屏的构造的断面图。在图21中，与图20相同标号的构成要素表示相同或者相当的构成要素。
图21所示的触摸屏801包括与图20所示的触摸屏701相同构成的透明基片702，703和透明导电膜704，705。该透明导电膜705，705通过蒸镀或者溅射而形成，作为其材料，可以使用铟锡氧化物等金属氧化物或者金、钯、铝、银等金属。这些金属氧化物和金属的薄膜一般折射率较大，通过垫片706所形成的空隙与透明导电膜704、705的界面反射大于触摸屏801的表面反射。
本实施例的触摸屏801，取代图20所示的触摸屏701中的防反射膜710，在透明树脂基片703的外表面上依次层叠1/4波长板803及偏光板601，而且，在透明基片702的外表面上根据需要而配置1/4波长板802。偏光板601是实施例7的偏光板(参照图19)，在最外层具有通过实施例1的施加正脉冲的等离子体离子镀法所形成的防反射膜。偏光板601和1/4波长板803构成所谓圆偏光板，具有以下的作用从外部入射到偏光板601中的光，由偏光板601吸收特定的直线偏振光成分，偏光轴与其垂直的直线偏振光成分透射。透射偏光板601的直线偏振光通过1/4波长板803，由此，成为大致圆偏振光。该光的一部分在透明树脂基片703与透明导电膜705的界面上以及透明导电膜705与空气的界面上进行反射，但是，在反射时，相位偏移π，圆偏振光的方向成为反方向。该反射光再次通过1/4波长板803，由此，变换为由偏光板601所吸收的直线偏振光，由于被偏光板601所吸收，不会泄漏到外部。即，在触摸屏801的各个界面上发生的反射由构成圆偏振光板的偏光板601和1/4波长板803所吸收，不会泄漏到外部。
而且，在触摸屏801的最表面上的反射通过由氟化镁等所构成的多层膜而抑制得较低，因此，从外部所入射的光的反射变得极少。而且，由于最表面是耐磨耗性高的氟化镁，因此，实现了耐磨耗性高的触摸屏(参照图19)。
而且，当配置在触摸屏801下的电子显示器是液晶显示器时，显示光一般是直线偏振光。这样，在液晶显示器的情况下，通过在触摸屏801的最里面配置1/4波长板802，通过配置在触摸屏801的表面侧的1/4波长板803和配置在里面侧的1/4波长板的共同作用，显示光被变换为能够通过偏光板601的直线偏振光。通过这样的构成，由于液晶显示器的显示光难于被偏光板601所吸收，因此，显示成为明亮的。
如从以上说明所看到的那样，根据本实施例的触摸屏801，通过圆偏振光的作用，抑制了在触摸屏801的各个界面上的反射。这样，在把该触摸屏801和电子显示器相组合的情况下，即使在明亮的环境下，也能实现对比度高、反射少的可视性良好的显示器。
本发明以上述那样的形态来实施，其到以下这样的效果第一，能够提供光学特性和耐磨耗性优良，并且能够在低温下形成的光学系统。
第二，能够提供制作容易并且可以自由选择基片材料和填充材料的光波导。
第三，能够提供光学特性和耐磨耗性优良，并且不会给基材造成损害的触摸屏。
第四，能够提供水分的吸附量少，难于受温度和湿度等环境条件所影响的，具有稳定的光学特性的光学系统。
虽然本发明的优选实施例已经进行了表示和说明，但是，应当指出的是，本领域的技术人员可以在不背离本发明的精神的条件下进行变化和变型，本发明的范围由权利要求书限定。
权利要求
1.一种光学系统，其特征在于，至少一部分由具有3nm以上并且10nm以下的结晶粒径的氟化物所构成。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，上述氟化物是氟化镁。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，上述氟化物形成在二氧化硅基材上。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，上述氟化物形成在树脂基材上。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，是介电体多层膜反射板。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，是光波导。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，是防反射膜。
8.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，是用于显示器的偏光板。
9.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，是用于显示器的触摸屏。
10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，上述触摸屏配置具有氟化镁膜的偏光板和1/4波长板。
11.一种光学系统，其特征在于，在常温至100℃的范围内的温度中进行制造，并且，至少一部分由氟化物构成。
12.一种光学系统，其特征在于，包括通过以下工序形成在上述基材上的氟化镁膜在配置在真空室内的偏置供给电极的前面设置基材的工序、使氟化镁蒸发的工序、通过把上述偏置供给电极作为一方电极供给高频电压使上述真空室内发生等离子体的工序、向上述偏置供给电极施加以具有负的平均值和正的最大值的波形变化并且具有100kHz以上2.45GHz以下的频率的偏置电压工序。
13.一种光学系统，其特征在于，至少一部分由具有1m2/g以上并且5m2/g以下的比表面积的氟化物所构成。
14.根据权利要求13所述的光学系统，其特征在于，上述一部分是表层部。
15.根据权利要求13所述的光学系统，其特征在于，上述氟化物是氟化镁。
16.根据权利要求13所述的光学系统，其特征在于，是防反射膜。
全文摘要
本发明提供光学特性和耐磨耗性优良、并且能够在低温下形成的光学系统。在用于把可见光透射率调整为任意值的光学系统(101)中，使光学系统(101)的至少一部分由具有3nm以上并且10nm以下的结晶粒径的氟化物(103)构成。该氟化物(103)还具有1～5m
文档编号G02B1/11GK1424598SQ0215695
公开日2003年6月18日 申请日期2002年9月20日 优先权日2001年9月20日
发明者堀崇展, 床本勋, 梶山博司, 加藤明, 鬼泽贤一, 阿部诚, 广田升一, 杉田辰哉, 足立昌哉, 近藤克巳 申请人:新明和工业株式会社, 株式会社日立制作所