JP2006010929A - 高反射鏡 - Google Patents
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Abstract
【課題】可視光域で高い反射率を有し、耐湿性や耐塩水性等の耐久性に優れ、かつ入射角依存性が小さい(光の入射角によって反射率が変動しにくい)高反射鏡の提供。
【解決手段】基板上に、銀膜、低屈折率膜、高屈折率膜がこの順で積層された高反射鏡であって、入射角が15度、45度、75度の各々の場合における、膜面反射率の可視光域全域の最低値の偏差が7%以内であることを特徴とする高反射鏡。前記銀膜の基板と反対側に密着改善膜を形成してもよい。
【選択図】図1
【解決手段】基板上に、銀膜、低屈折率膜、高屈折率膜がこの順で積層された高反射鏡であって、入射角が15度、45度、75度の各々の場合における、膜面反射率の可視光域全域の最低値の偏差が7%以内であることを特徴とする高反射鏡。前記銀膜の基板と反対側に密着改善膜を形成してもよい。
【選択図】図1
Description
本発明は、主としてプロジェクションテレビや携帯電話等の小型の液晶ディスプレィ用バックライトモジュールに用いられる高反射鏡に関する。
従来、フラットパネルディスプレィ等の電子機器に使用される反射鏡としてメタル膜を反射に利用した鏡が広く用いられている。電子機器の輝度向上および省エネルギー化のためには反射鏡の反射率を高くすることが重要である。例えば、携帯電話等に使用される液晶ディスプレィでは、バックライトを反射させる鏡が使用されているが、この鏡は軽量化のために基板としてフィルムが用いられ、反射率の高い反射鏡が求められる。また、プロジェクションテレビのような大画面のスクリーンへ画像を映し出すためには、光学系において複数枚の反射鏡が必要であるため、反射回数が増加するにつれて光量は低下する。その結果、最終的に得られる光量が小さくなり画面の輝度が低下するという問題点があり、従来よりもさらに反射率の高い反射鏡が求められる。
従来より、メタル膜の材料としてアルミニウムが用いられている。しかし、メタル膜の材料としてアルミニウムを使用した場合、光の入射角によって反射率が変化し、反射色がばらつく問題を生じる。
上記問題点を解決するために、アルミニウムよりも可視光域の反射率が高い銀をメタル膜の材料として使用することが行われている。しかし、銀はアルミニウムと比較して可視光域での反射率は高いものの、基板との密着性が悪いため耐湿性や耐塩水性等の耐久性が低く、また膜の強度も弱いため傷つきやすいという問題点があった。
メタル膜としてAg膜を用い、高反射率を有しかつ耐久性に優れた鏡として、ガラス基板上にAl2O3膜、Ag膜、Al2O3膜、TiO2膜と順に積層した高反射鏡が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。しかし、この高反射鏡は、Ag膜の基板と反対側のAl2O3膜を製造する場合に酸素を導入しているため銀が酸化されやすく、反射率が低くなるという問題がある。
また、Ag膜と基板との密着性を改善するために、AgにCe、Ndといった金属を混合させた反射膜も開示されている(例えば、特許文献2参照。)。しかし、この反射膜は銀の単膜であるため、Ag膜と基板との密着性について記載されているのみであり、Ag膜と他の層との密着性については全く評価されていない。
また、Ag膜の上にAl2O3膜、ZrO2膜、SiO2膜を形成した反射鏡が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。ここで、Al2O3膜はAg膜の耐久性を上げるための保護膜であり、ZrO2膜は反射効率向上のための膜であり、SiO2膜は保護膜である旨が記載されている。また、基板とAg膜との密着性を向上させるために、基材とAg膜との間に酸化クロムからなる膜を形成することが開示されている(例えば、特許文献4参照。)。また、Ag膜の上にAl2O3膜を形成し、さらに耐久性を向上させるために、酸化ジルコニウム、二酸化珪素、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化タングステン等の層を設けることが記載されている(例えば、特許文献5参照。)。また、耐久性向上のために、基板とAg膜との間に酸化ケイ素からなる下地膜を設けることが開示されている(例えば、特許文献6参照。)。しかし、これらの反射膜は可視光域の反射率が低いという点で問題がある。
本発明は、可視光域で高い反射率を有し、耐湿性や耐塩水性等の耐久性に優れ、かつ入射角依存性が小さい(光の入射角によって反射率が変動しにくい)、特に斜め入射の光に対して反射率の高い高反射鏡を提供することを目的とする。
本発明は以下に示す構成を提供する。
基板上に、銀膜、低屈折率膜、高屈折率膜がこの順で積層された高反射鏡であって、入射角が15度、45度、75度の各々の場合における、膜面反射率の可視光域全域の最低値の偏差が7%以内であることを特徴とする高反射鏡。
基板上に、銀膜、低屈折率膜、高屈折率膜がこの順で積層された高反射鏡であって、入射角が15度、45度、75度の各々の場合における、膜面反射率の可視光域全域の最低値の偏差が7%以内であることを特徴とする高反射鏡。
本発明の高反射鏡は、メタル膜の材料として銀を用いているので可視光域の反射率を高めることができ、さらに耐久性にも優れるのでディスプレィ用の光学部品として有用であり、ディスプレィの輝度向上および光学設計の容易化にも寄与する。また、入射角依存性が小さいため、特に反射回数が多いリアプロジェクションテレビ用の光学部品として有用である。また、光の入射角度によらず高反射率を有するため、特に液晶ディスプレィ用のバックライトモジュールとして有用である。
また、斜め入射の光に対する反射率が特に高いため、反射の角度を大きくしても反射率の低下が非常に小さく、プロジェクションテレビ用の光学部品に用いた場合、筺体を小さくでき有用である。
本発明の高反射鏡において、基板の種類は、特に制限されず、例えば、1)ソーダライムガラス等のガラス、2)PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート等のフィルムなどが挙げられる。ガラスを用いることが大面積であっても反りや曲がりが生じにくい点で好ましく、フィルムを用いることが軽量化できる点で好ましい。基板の厚さは、基板がガラスの場合は0.5〜8.0mmであることが高反射鏡の強度や使いやすさの点で好ましい。基板がフィルムの場合は30〜500μmであることが軽量化できる点で好ましい。基板の形状は、平面鏡、凹面鏡、凸面鏡、台形鏡などの各種の反射用光学部材の基体として求められる形状であれば特に限定されない。本発明の高反射鏡をスパッタリング法で形成する場合、スパッタリング法で形成された膜は、蒸着法等で形成された膜よりも膜の均一性に優れるため、大きい基板に膜を形成することが可能である。例えば、基板の面積が0.1〜5m2であるような大きい面積を有する基板であっても成膜することが可能であるため、特に大面積のプロジェクションテレビ用の光学部品として有用である。
光を有効に反射させる銀膜は、銀を主成分とする膜であり、銀を90at%以上含むことが可視光域の反射率の点で好ましい。銀膜を用いることで可視光域の反射率を高め、入射角による反射率の依存性を低減させることができる。銀膜は、銅等の不純物を含んでいてもよいが、その含有量は10at%以下であることが好ましい。なお、本発明において「可視光域」とは、400〜800nmの波長域を意味する。
また、銀膜は、銀とその他の金属との合金膜であってもよい。その他の金属としては、具体的にはAuが挙げられる。Auとの合金膜にすることにより銀膜の耐久性が向上するため好ましい。合金膜中のその他の金属の含有量は、0.5〜10at%であることが耐久性向上の点で好ましい。また、合金膜中における銀の含有量は、90at%以上であることが可視光域の反射率の点で好ましい。
銀膜の幾何学的膜厚(以下、単に膜厚という。)は、60〜200nm、特に80〜120nmであることが好ましい。60nm未満では可視光域の反射率が低下し、200nm超では表面の凹凸により光吸収が生じ、結果的に可視光域の反射率が低下するため好ましくない。
本発明の低屈折率膜は、波長550nmにおける屈折率が1.35〜1.75であることが好ましい。また、低屈折率膜は、反射率の点から透明な膜である必要があり、具体的には可視光域の消衰係数(以下、単に消衰係数という。)が0.01以下であり、0.008以下、特に0.005以下であることが好ましい。低屈折率膜の材料は具体的には、酸化珪素等の酸化物であることが光学的特性の変動が少ない点で好ましい。低屈折率膜の膜厚は、25〜60nm、特に28〜45nmであることが最適な反射率が得られる点で好ましい。また、低屈折率膜が酸化珪素膜であるとき、酸化珪素膜の珪素の含有量は、酸化珪素膜中の全金属および半導体元素に対して90質量%以上であることが所望の屈折率を有する膜を得ることができる点で好ましい。酸化珪素膜中にアルミニウム等の他の金属を含んでいてもよい。なお、屈折率とは複素屈折率の実数部を意味し、消衰係数とは可視光域における複素屈折率の虚数部を意味し、それぞれ分光エリプソメーター(例えば、VASE:J.A.Woollam社製)により測定できる。
前記低屈折率膜は単層でもよく、複数層からなっていてもよい。複数層からなる場合は、すべての層が、波長550nmにおける屈折率が1.35〜1.75であることが好ましい。低屈折率膜は複数層であってもそれぞれ透明である必要があり、すべての層の消衰係数が0.01以下であり、0.008以下、特に0.005以下であることが好ましい。また、複数層の膜厚の合計が、25〜60nm、特に28〜45nmであることが最適な反射率が得られる点で好ましい。
本発明の高屈折率膜は、波長550nmにおける屈折率が1.8〜2.8であることが好ましい。また、高屈折率膜は、反射率の点から透明な膜である必要があり、具体的には消衰係数が0.01以下であり、0.008以下、特に0.005以下であることが好ましい。高屈折率膜の材料は、具体的には、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化チタンおよび酸化スズからなる群から選ばれる1種以上であることが反射率の点で好ましい。特に、酸化ニオブであることが屈折率が高く、吸収率が低く、かつ成膜速度が速い点で好ましい。また、高屈折率膜の材料は、複合酸化物であってもよい。高屈折率膜の膜厚は、30〜65nm、特に40〜65nmであることが最適な反射率が得られる点で好ましい。高屈折率膜が酸化ニオブ膜であるとき、酸化ニオブ膜中のニオブの含有量は、酸化ニオブ膜中の全金属元素に対して90質量%以上であることが所望の屈折率膜を得ることができる点で好ましい。
前記高屈折率膜は単層でもよく、複数層からなっていてもよい。複数層からなる場合は、すべての層が、波長550nmにおける屈折率が1.8〜2.8であることが好ましい。高屈折率膜は複数層であってもそれぞれ透明である必要があり、すべての層の消衰係数が0.01以下であり、0.008以下、特に0.005以下であることが好ましい。また、複数層の膜厚の合計が、30〜65nm、特に40〜65nmであることが最適な反射率が得られる点で好ましい。
本発明においては、低屈折率膜と高屈折率膜とをこの順で1回積層した例を説明したが、1回のみならず、低屈折率膜と高屈折率膜とをこの順で複数回積層してもよい。複数回積層することにより、さらに反射率を向上させた高反射鏡を形成することができる。さらに基板から最も離れた層として、耐久性を向上させるための他の層を形成させることも可能である。
本発明の高反射鏡は、銀膜の基板側に下地膜を形成してもよい。下地膜を形成することにより、銀膜と基板との密着性を高めることが可能となり、耐久性の優れる高反射鏡を得ることができる。下地膜の材料は、基板と銀膜との密着性の点から、酸化物、酸窒化物および窒化物からなる群から選ばれる1種以上であることが好ましく、具体的には酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニオブおよび酸化クロムからなる群から選ばれる1種以上であることが好ましい。また、酸化珪素は銀との密着性が劣るため、酸化珪素膜と銀膜とは接触しないような構成であれば下地膜として使用することが可能である。また、下地膜の材料は、複合酸化物であってもよい。下地膜の膜厚は、1〜20nm、特に2〜10nm、さらには3〜7nmであることが好ましい。1nm未満では密着性向上の効果が現われにくく、20nm超では表面の凹凸が大きくなり反射率が低くなるため好ましくない。また、前記下地膜は単層でもよく、複数層からなっていてもよい。複数層である場合は、膜厚の合計が上記範囲であることが好ましい。
下地膜が酸化亜鉛膜である場合、酸化亜鉛膜中の亜鉛の含有量は、酸化亜鉛膜中の全金属元素に対して90質量%以上であることが好ましい。酸化亜鉛膜中に他の金属を含んでいてもよい。他の金属を含有することでさらに基板と銀膜との密着性を改善できる。他の金属としては、アルミニウム、ガリウム、スズ、チタン、シリコン等が挙げられ、その含有量は、酸化物換算で2〜10質量%であることが基板と銀膜との密着性を改善できる点で好ましい。
本発明の高反射鏡は、銀膜の基板と反対側に密着改善膜を設けることが好ましい。密着改善膜により、銀膜の酸化を防止し、高反射鏡の耐湿性の向上に寄与するとともに、低屈折率膜と銀膜との密着性をも向上させることができる。密着改善膜は、反射率の点から透明な膜であることが好ましく、具体的には消衰係数が0.1以下であり、好ましくは0.05以下、特に好ましくは0.02以下である。密着改善膜の材料は、基板と銀膜との密着性の点から消衰係数が0.1以下の酸化物であり、具体的には、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、酸化アルミニウムおよび酸化チタンからなる群から選ばれる1種以上であることが好ましい。また、酸化珪素は銀との密着性が劣るため、酸化珪素膜と銀膜とは接触しないような構成であれば下地膜として使用することが可能である。また、密着改善膜の材料は、複合酸化物であってもよく、例えば、ATOやITOが例示される。密着改善膜の膜厚は、3〜14nm、特に4〜12nm、さらには4〜6nmであることが好ましい。3nm未満では密着性向上および酸化防止の効果が現われにくく、14nm超では表面の凹凸が大きくなり反射率が低くなるため好ましくない。前記密着改善膜は単層でもよく、複数層からなっていてもよい。複数層である場合は、膜厚の合計が上記範囲であることが好ましい。
密着改善膜が酸化亜鉛膜である場合、酸化亜鉛膜中の亜鉛の含有量は、酸化亜鉛膜中の全金属元素に対して90質量%以上であることが好ましい。酸化亜鉛膜中に他の金属を含んでいてもよい。他の金属を含有することでさらに基板と銀膜との密着性を改善できる。他の金属としては、具体的には、ガリウム、スズ、シリコンおよびチタンからなる群から選ばれる1種以上が挙げられ、他の金属の含有量は、酸化物換算で合計で3〜10質量%であることが応力緩和の点で好ましい。なお、他の金属として、アルミニウムは、可視光域での吸収がある点で好ましくない。
密着改善膜がガリウム、スズおよびチタンからなる群から選ばれる1種以上を含む酸化亜鉛膜(以下、GSTZO膜という。)である場合、さらにシリコンを含んでいてもよい。シリコンを含有させることで膜が還元されにくくなり、安定的な光学特性を有する膜を形成できる。GSTZO膜中のシリコンの含有量は、GSTZO膜中の全金属元素に対して0.05〜1質量%であることが好ましい。
さらに、密着改善膜の基板と反対側に酸化防止膜を形成することが好ましい。酸化防止膜を形成することで、銀膜の酸化をより効果的に防止でき、反射率をさらに高めることが可能となる。酸化防止膜は、反射率および密着性の点で消衰係数が0.01以下、特に0.001以下であることが好ましい。また、酸化が表面で生じ内部まで酸素が拡散しないことが好ましい。上記点を考慮すると、酸化防止膜の材料はアルミニウム、イットリウム、ジルコニウム、ハフニウムからなる群から選ばれる1種以上の酸化物、またはアルミニウムの窒化物または酸窒化物であることが好ましい。酸化防止膜の材料は窒化シリコンであってもよい。また、反射率が低下しない点で酸化後の屈折率が1.8よりも小さいことが好ましいことから酸化防止膜の材料は酸化アルミニウムであることが好ましい。前記酸化防止膜は単層でもよく、複数層からなっていてもよい。また、アルミニウムにMg、Si、Zr等との金属をドープさせてもよい。
特に密着改善膜を若干の吸収が存在する膜(例えば、GSTZO膜)とした場合、銀膜との密着性は十分となるが、密着改善膜の吸収により、高反射鏡の反射率は少ないながらも低下する。よって、密着改善膜を薄い膜厚(例えば1〜3nm)で形成し、さらにその上に吸収がほとんどない酸化防止膜を形成すれば、さらに反射率向上が可能となるため好ましい。
酸化防止膜が酸化アルミニウム膜である場合、酸化アルミニウム膜を形成する方法として、アルミニウム膜をまず形成し、その後、上層の膜を形成する際に槽内に存在する酸素によりアルミニウム膜を酸化することで酸化アルミニウム膜とする方法が例示される。上記方法は、酸素の存在しない雰囲気でアルミニウム膜を形成でき、銀膜の酸化を防止でき好ましい。また、アルミニウム膜を形成しても密着性が良好な点は維持されるため好ましい。酸化アルミニウム膜の膜厚は、0.5〜6nm、特に0.5〜3nmであることが好ましい。
また、酸化防止層が窒化アルミニウム膜である場合、窒化アルミニウム膜を形成する方法として、槽内に窒素を含有させながらアルミニウムを成膜させることにより窒化アルミニウム膜とする方法が例示される。窒化アルミニウム膜の膜厚は0.5〜10nmであることが好ましい。
特に、密着改善膜をGSTZO膜とし、酸化防止膜を酸化アルミニウム膜とすることで、耐久性向上および反射率向上の両方の効果を得ることができるため特に好ましい。
本発明の高反射鏡は、前述したとおり、基板の片面に、銀膜、低屈折率膜、高屈折率膜の構成を含む多層膜を形成しているが、これらの多層膜を基板の両面に設けてもよい。また、両面に有する多層膜の構成は、同じであってもよく、異なっていてもよい。
本発明の高反射鏡は、高反射鏡の空気に接する層への膜面の入射光に対する反射率(以下、膜面反射率という。)の可視光域全域における最低値が、入射角が0〜75度の範囲で85%以上、特に88%以上であることが好ましい。具体的には、膜面反射率の可視光域全域における最低値が、入射角が15度、45度、75度においてすべて85%以上、特に88%以上、さらには91%以上であることが好ましい。また、膜面反射率の可視光域全域における最高値が、入射角が0〜75度の範囲で95%以上、特に96%以上であることが好ましい。具体的には、膜面反射率の可視光域全域における最高値が、入射角が15度、45度、75度においてすべて95%以上、特に96%以上であることが好ましい。本発明の高反射鏡は、膜面反射率が上記のように高い値となるため、プロジェクションテレビや液晶ディスプレィのような電子機器において反射を繰り返しても、輝度を下げることなく画像を映し出すことが可能となる。なお、入射角とは、膜面に対して垂直な線に対する角度を意味する。
さらに、本発明の高反射鏡は、入射角に対する反射率の入射角依存性が小さいという特質を有する。上記特質により、反射角度をより大きくしても反射率の低下が小さいので、例えば、プロジェクションテレビや液晶ディスプレィのような電子機器において反射を繰り返す場合であっても、高反射鏡が入る筺体を小さくすることができる。入射角依存性とは、光の入射角による反射率の変動をいう。具体的には、入射角が15度、45度、75度の各々の場合における、膜面反射率の可視光域全域の最高値または最低値の偏差を測定することで入射角依存性を判断することが可能である。上記最高値の入射角偏差が2%以内、特に1%以内であることが入射角依存性が小さい点で好ましい。上記最低値の入射角偏差が7%以内であり、特に5%以内であることが入射角依存性が小さい点で好ましい。
本発明の高反射鏡は、金属ターゲットおよび金属酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。高反射鏡が、基板から順に、銀膜、密着改善膜、酸化防止膜、低屈折率膜、高屈折率膜のような構成を有する場合の高反射鏡の製造方法を下記に説明する。まず、基板上に、1)下地膜を金属ターゲットを用いて反応性スパッタリング法により形成し、2)この下地膜の上に銀膜を銀または銀合金のターゲットを用いてスパッタリング法により形成し、3)この銀膜の上に密着改善膜を金属酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法により形成し、4)この密着改善膜の上に酸化防止膜を金属ターゲットを用いてスパッタリング法により形成し、5)この酸化防止膜の上に低屈折率膜を金属ターゲットを用いて反応性スパッタリング法により形成し、6)この低屈折率膜の上に高屈折率膜を金属ターゲットを用いて反応性スパッタリング法により形成する。3)の密着改善膜を形成する場合、銀の酸化を防止し、反射率の低下を防止するため、酸素等の酸化性ガスが存在しない雰囲気で密着改善膜を形成することが好ましい。密着改善膜を形成する場合、スパッタガス中の酸化性ガスの含有量は、10体積%以下であることが好ましい。
本発明の高反射鏡10は、図1に示すとおり、基板1から順に、銀膜2、密着改善膜3、酸化防止膜4、低屈折率膜5、高屈折率膜6のような構成を有する。
スパッタリング法としては、交流(AC)または直流(DC)スパッタリング法を用いることができる。DCスパッタリング法には、パルスDCスパッタリング法を含む。ACスパッタリング法またはパルスDCスパッタリング法は異常放電の防止の点で有効である。また、緻密な膜を形成できる点では、ACまたはDC反応性スパッタリング法が有効である。また、蒸着法と比較して、スパッタリング法は大面積の基板に成膜でき、かつ膜厚の膜面分布の偏差が小さく、反射を繰り返しても面内の明るさにおいて偏差が少ない点で優れている。
本発明の高反射鏡は、フラットパネルディスプレィ、プロジェクションテレビ、携帯電話等に用いられる表示ディスプレィ等の光源の反射部材として有効である。
以下に、本発明の高反射鏡の実施例(例1、2、5、6)、比較例(例3、4)について詳細に説明する。ただし、本発明は上記実施例に限定されない。
(例1)
真空槽内に、基板として清浄化したソーダライムガラス板(100mm×100mm×2mm厚)を設置し、ターゲットとしてアルミニウムを添加した酸化亜鉛ターゲット(酸化アルミニウムの含有率3質量%、酸化亜鉛の含有率97質量%)、Auを添加した銀合金ターゲット(Au含有率2at%、銀の含有率98at%)、ガリウムおよびシリコンを添加した酸化亜鉛ターゲット(酸化ガリウムの含有率5.7質量%、酸化珪素の含有率0.1%、酸化亜鉛の含有率94.2質量%)、金属シリコンターゲット(ボロンドープの多結晶ターゲット、シリコンの含有率99.999質量%)、金属ニオブターゲット(ニオブの含有率99.9質量%)、アルミニウム合金ターゲット(アルミニウムの含有率99.99質量%)をそれぞれカソード上部の基板の対向位置に設置し、真空槽内を2×10−3Paまで排気した。ターゲット表面のサイズは、それぞれ177.8mm×381mmであった。そして、下記のA)〜F)の膜を順に形成することにより高反射鏡を得た。
真空槽内に、基板として清浄化したソーダライムガラス板(100mm×100mm×2mm厚)を設置し、ターゲットとしてアルミニウムを添加した酸化亜鉛ターゲット(酸化アルミニウムの含有率3質量%、酸化亜鉛の含有率97質量%)、Auを添加した銀合金ターゲット(Au含有率2at%、銀の含有率98at%)、ガリウムおよびシリコンを添加した酸化亜鉛ターゲット(酸化ガリウムの含有率5.7質量%、酸化珪素の含有率0.1%、酸化亜鉛の含有率94.2質量%)、金属シリコンターゲット(ボロンドープの多結晶ターゲット、シリコンの含有率99.999質量%)、金属ニオブターゲット(ニオブの含有率99.9質量%)、アルミニウム合金ターゲット(アルミニウムの含有率99.99質量%)をそれぞれカソード上部の基板の対向位置に設置し、真空槽内を2×10−3Paまで排気した。ターゲット表面のサイズは、それぞれ177.8mm×381mmであった。そして、下記のA)〜F)の膜を順に形成することにより高反射鏡を得た。
A)・・・(下地膜(酸化亜鉛膜)の形成)
スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力1kWの条件で、アルミニウムを添加した酸化亜鉛ターゲットを用いて、ガラス基板上にアルミニウムドープ酸化亜鉛膜を5nmの膜厚で形成した。アルミニウムドープ酸化亜鉛膜の成分はターゲットと同等であった。
スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力1kWの条件で、アルミニウムを添加した酸化亜鉛ターゲットを用いて、ガラス基板上にアルミニウムドープ酸化亜鉛膜を5nmの膜厚で形成した。アルミニウムドープ酸化亜鉛膜の成分はターゲットと同等であった。
B)・・・(銀合金膜の形成)
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力1kWの条件で、Auを添加した銀合金ターゲットを用いて、下地膜上に銀合金膜を100nmの膜厚で形成した。銀合金膜の成分はターゲットと同等であった。
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力1kWの条件で、Auを添加した銀合金ターゲットを用いて、下地膜上に銀合金膜を100nmの膜厚で形成した。銀合金膜の成分はターゲットと同等であった。
C)・・・(密着改善膜(酸化亜鉛膜)の形成)
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力1kWの条件で、ガリウムおよびシリコンを添加した酸化亜鉛ターゲットを用いて、銀合金膜上にガリウムおよびシリコンドープ酸化亜鉛膜(波長550nmにおける屈折率:1.99、消衰係数:0.017)を1.5nmの膜厚で形成した。ガリウムドープ酸化亜鉛膜の成分はターゲットと同等であった。
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力1kWの条件で、ガリウムおよびシリコンを添加した酸化亜鉛ターゲットを用いて、銀合金膜上にガリウムおよびシリコンドープ酸化亜鉛膜(波長550nmにおける屈折率:1.99、消衰係数:0.017)を1.5nmの膜厚で形成した。ガリウムドープ酸化亜鉛膜の成分はターゲットと同等であった。
D)・・・(酸化防止膜(アルミニウム膜)の形成)
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力0.3kWの条件で、アルミニウム合金ターゲットを用いて、密着改善膜上にアルミニウム膜1nmの膜厚で形成した。アルミニウム膜の成分はターゲットと同等であった。
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力0.3kWの条件で、アルミニウム合金ターゲットを用いて、密着改善膜上にアルミニウム膜1nmの膜厚で形成した。アルミニウム膜の成分はターゲットと同等であった。
E)・・・(低屈折率膜(酸化珪素膜)の形成)
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとして酸素ガスを450sccmの速度で真空槽内へ導入し、ACスパッタリング法により、投入電力2kWの条件で、金属シリコンターゲットを用いて、酸化防止膜上に酸化珪素膜(波長550nmにおける屈折率:1.46、消衰係数:0)を30nmの膜厚で形成した。
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとして酸素ガスを450sccmの速度で真空槽内へ導入し、ACスパッタリング法により、投入電力2kWの条件で、金属シリコンターゲットを用いて、酸化防止膜上に酸化珪素膜(波長550nmにおける屈折率:1.46、消衰係数:0)を30nmの膜厚で形成した。
F)・・・(高屈折率膜(酸化ニオブ膜)の形成)
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとして酸素ガスを450sccm真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力2kWの条件で、金属ニオブターゲットを用いて、低屈折率膜上に酸化ニオブ膜(波長550nmにおける屈折率:2.30、消衰係数:0)を43nmの膜厚で形成した。
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとして酸素ガスを450sccm真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力2kWの条件で、金属ニオブターゲットを用いて、低屈折率膜上に酸化ニオブ膜(波長550nmにおける屈折率:2.30、消衰係数:0)を43nmの膜厚で形成した。
なお、D)で形成したアルミニウム膜は、E)で形成した酸化珪素膜の形成時に酸化されて酸化アルミニウム膜(波長550nmにおける屈折率:1.77、消衰係数:0)となっていることが確認された。
形成された高反射鏡の耐久性を下記の方法で評価し、(1)〜(4)の結果を表1に、(5)の結果を表2に示す。
形成された高反射鏡の耐久性を下記の方法で評価し、(1)〜(4)の結果を表1に、(5)の結果を表2に示す。
(1)高温耐湿試験
形成した高反射鏡を50mm角に切り出しサンプルに供した。温度50℃、相対湿度95%の雰囲気中にサンプルを24時間放置し、放置後の膜剥離や腐食の有無を確認した。○:膜の剥離もなく、腐食の検出も見られなかった。×:膜に剥離や腐食の検出が見られた。
形成した高反射鏡を50mm角に切り出しサンプルに供した。温度50℃、相対湿度95%の雰囲気中にサンプルを24時間放置し、放置後の膜剥離や腐食の有無を確認した。○:膜の剥離もなく、腐食の検出も見られなかった。×:膜に剥離や腐食の検出が見られた。
(2)塩水試験
形成した高反射鏡を50mm角に切り出しサンプルとして供した。塩化ナトリウムを5質量%含有した塩水中にサンプルを24時間浸漬させ、浸漬後の膜剥離や腐食の有無を確認した。○:膜の剥離もなく、腐食の検出も見られなかった。×:膜に剥離や腐食の検出が見られた。
形成した高反射鏡を50mm角に切り出しサンプルとして供した。塩化ナトリウムを5質量%含有した塩水中にサンプルを24時間浸漬させ、浸漬後の膜剥離や腐食の有無を確認した。○:膜の剥離もなく、腐食の検出も見られなかった。×:膜に剥離や腐食の検出が見られた。
(3)テープ剥離試験
形成した高反射鏡の膜面に、接着テープNo.610(住友3M社製)を手の力で強く貼り付け、勢い良く剥がした後の膜剥離の有無を確認した。○:膜の剥離がなかった。×:膜の剥離が見られた。
形成した高反射鏡の膜面に、接着テープNo.610(住友3M社製)を手の力で強く貼り付け、勢い良く剥がした後の膜剥離の有無を確認した。○:膜の剥離がなかった。×:膜の剥離が見られた。
(4)ガーゼ擦り試験
形成した高反射鏡の膜面に、ガーゼI(日本薬局製)で手の力で強く20回擦り付け、擦り付け後の膜剥離や傷の有無を確認した。○:膜の剥離もなく、傷の検出も見られなかった。×:膜に剥離や傷の検出が見られた。
形成した高反射鏡の膜面に、ガーゼI(日本薬局製)で手の力で強く20回擦り付け、擦り付け後の膜剥離や傷の有無を確認した。○:膜の剥離もなく、傷の検出も見られなかった。×:膜に剥離や傷の検出が見られた。
(5)膜面反射率
形成した高反射鏡の膜面反射率を、入射角15度、45度、75度の各角度において、分光光度計ART−25GT(分光計器社製)を用いて測定し、可視光域全域における最低値および最高値を算出した。なお、入射角とは、膜面に対して垂直な線に対する角度を意味する。
形成した高反射鏡の膜面反射率を、入射角15度、45度、75度の各角度において、分光光度計ART−25GT(分光計器社製)を用いて測定し、可視光域全域における最低値および最高値を算出した。なお、入射角とは、膜面に対して垂直な線に対する角度を意味する。
(例2)
例1において、酸化防止膜としてアルミニウム膜を形成するかわりに、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを200sccmおよび窒素ガスを200sccm真空槽内へ導入し、AC反応性スパッタリング法により、投入電力0.5kWの条件で、アルミニウム合金ターゲットを用いて酸化防止膜として窒化アルミニウム膜(波長550nmにおける屈折率:1.93、消衰係数:0)を1nmの膜厚で形成した以外は、例1と同様に処理して高反射鏡を形成した。形成された高反射鏡を例1と同様の方法で評価した。(1)〜(4)の結果を表1に、(5)の結果を表2に示す。
例1において、酸化防止膜としてアルミニウム膜を形成するかわりに、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを200sccmおよび窒素ガスを200sccm真空槽内へ導入し、AC反応性スパッタリング法により、投入電力0.5kWの条件で、アルミニウム合金ターゲットを用いて酸化防止膜として窒化アルミニウム膜(波長550nmにおける屈折率:1.93、消衰係数:0)を1nmの膜厚で形成した以外は、例1と同様に処理して高反射鏡を形成した。形成された高反射鏡を例1と同様の方法で評価した。(1)〜(4)の結果を表1に、(5)の結果を表2に示す。
(例3)(比較例)
例1において、D)・・・酸化防止膜を形成しない以外は例1と同様に処理して高反射鏡を形成する。形成された高反射鏡を例1と同様の方法で評価する。(1)〜(4)の結果を表1に、(5)の結果を表2に示す。
例1において、D)・・・酸化防止膜を形成しない以外は例1と同様に処理して高反射鏡を形成する。形成された高反射鏡を例1と同様の方法で評価する。(1)〜(4)の結果を表1に、(5)の結果を表2に示す。
(例4)(比較例)
真空槽内に、基板として清浄化したソーダライムガラス板(100mm×100mm×2mm厚)を設置し、ターゲットとしてアルミニウムを添加した酸化亜鉛ターゲット(酸化アルミニウムの含有率3質量%、酸化亜鉛の含有率97質量%)、銀ターゲット(銀の含有率100at%)、アルミニウム合金ターゲット(アルミニウムの含有率99.99質量%)、ジルコニウムターゲット(ジルコニウムの含有率99.99質量%)、金属シリコンターゲット(ボロンドープの多結晶ターゲット、シリコンの含有率99.999質量%)をそれぞれカソード上部の基板の対向位置に設置し、真空槽内を2×10−3Paまで排気した。ターゲット表面のサイズは、それぞれ177.8mm×381mmであった。そして、下記のA)〜E)の膜を順に形成することにより高反射鏡を得た。
真空槽内に、基板として清浄化したソーダライムガラス板(100mm×100mm×2mm厚)を設置し、ターゲットとしてアルミニウムを添加した酸化亜鉛ターゲット(酸化アルミニウムの含有率3質量%、酸化亜鉛の含有率97質量%)、銀ターゲット(銀の含有率100at%)、アルミニウム合金ターゲット(アルミニウムの含有率99.99質量%)、ジルコニウムターゲット(ジルコニウムの含有率99.99質量%)、金属シリコンターゲット(ボロンドープの多結晶ターゲット、シリコンの含有率99.999質量%)をそれぞれカソード上部の基板の対向位置に設置し、真空槽内を2×10−3Paまで排気した。ターゲット表面のサイズは、それぞれ177.8mm×381mmであった。そして、下記のA)〜E)の膜を順に形成することにより高反射鏡を得た。
A)・・・(酸化亜鉛膜の形成)
スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力1kWの条件で、アルミニウムを添加した酸化亜鉛ターゲットを用いて、ガラス基板上にアルミニウムドープ酸化亜鉛膜を5nmの膜厚で形成した。アルミニウムドープ酸化亜鉛膜の成分はターゲットと同等であった。
スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力1kWの条件で、アルミニウムを添加した酸化亜鉛ターゲットを用いて、ガラス基板上にアルミニウムドープ酸化亜鉛膜を5nmの膜厚で形成した。アルミニウムドープ酸化亜鉛膜の成分はターゲットと同等であった。
B)・・・(銀膜の形成)
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力1kWの条件で、銀ターゲットを用いて、酸化亜鉛膜上に銀膜を100nmの膜厚で形成した。銀膜の成分はターゲットと同等であった。
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力1kWの条件で、銀ターゲットを用いて、酸化亜鉛膜上に銀膜を100nmの膜厚で形成した。銀膜の成分はターゲットと同等であった。
C)・・・(酸化アルミニウム膜の形成)
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとして酸素ガスを450sccmの速度で真空槽内へ導入し、AC反応性スパッタリング法により、投入電力2kWの条件で、金属アルミニウムターゲット(アルミニウムの含有率99.99質量%)を用いて、銀膜上に酸化アルミニウム膜(波長550nmにおける屈折率:1.7、消衰係数:0)を69nmの膜厚で形成する。
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとして酸素ガスを450sccmの速度で真空槽内へ導入し、AC反応性スパッタリング法により、投入電力2kWの条件で、金属アルミニウムターゲット(アルミニウムの含有率99.99質量%)を用いて、銀膜上に酸化アルミニウム膜(波長550nmにおける屈折率:1.7、消衰係数:0)を69nmの膜厚で形成する。
D)・・・(酸化ジルコニウム膜の形成)
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとして酸素ガスを450sccmの速度で真空槽内へ導入し、AC反応性スパッタリング法により、投入電力2kWの条件で、金属ジルコニウムターゲット(ジルコニウムの含有率99.99質量%)を用いて、酸化アルミニウム膜上に酸化ジルコニウム膜(波長550nmにおける屈折率:2.11、消衰係数:0)を57nmの膜厚で形成する。
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとして酸素ガスを450sccmの速度で真空槽内へ導入し、AC反応性スパッタリング法により、投入電力2kWの条件で、金属ジルコニウムターゲット(ジルコニウムの含有率99.99質量%)を用いて、酸化アルミニウム膜上に酸化ジルコニウム膜(波長550nmにおける屈折率:2.11、消衰係数:0)を57nmの膜厚で形成する。
E)・・・(酸化珪素膜の形成)
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとして酸素ガスを450sccmの速度で真空槽内へ導入し、ACスパッタリング法により、投入電力2kWの条件で、金属シリコンターゲットを用いて、酸化ジルコニウム膜上に酸化珪素膜(波長550nmにおける屈折率:1.46、消衰係数:0)を20nmの膜厚で形成する。
残存ガスを排気後、スパッタリングガスとして酸素ガスを450sccmの速度で真空槽内へ導入し、ACスパッタリング法により、投入電力2kWの条件で、金属シリコンターゲットを用いて、酸化ジルコニウム膜上に酸化珪素膜(波長550nmにおける屈折率:1.46、消衰係数:0)を20nmの膜厚で形成する。
形成された高反射鏡を例1と同様の方法で評価する。(1)〜(4)の結果を表1に、(5)の結果を表2に示す。
(例5)
例1において、密着改善膜としてガリウムおよびシリコンドープ酸化亜鉛膜を形成するかわりに、残存ガスを排気後、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力1kWの条件で、スズを添加した酸化インジウムターゲット(酸化スズの含有率10質量%)を用いて、スズドープ酸化インジウム膜(波長550nmにおける屈折率:1.96、消衰係数:0.021)を10nmの膜厚で形成する以外は、例1と同様に処理して高反射鏡を形成した。スズドープ酸化インジウム膜の成分はターゲットと同等であった。形成された高反射鏡を例1と同様の方法で評価した。(1)〜(4)の結果を表1に、(5)の結果を表2に示す。
例1において、密着改善膜としてガリウムおよびシリコンドープ酸化亜鉛膜を形成するかわりに、残存ガスを排気後、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力1kWの条件で、スズを添加した酸化インジウムターゲット(酸化スズの含有率10質量%)を用いて、スズドープ酸化インジウム膜(波長550nmにおける屈折率:1.96、消衰係数:0.021)を10nmの膜厚で形成する以外は、例1と同様に処理して高反射鏡を形成した。スズドープ酸化インジウム膜の成分はターゲットと同等であった。形成された高反射鏡を例1と同様の方法で評価した。(1)〜(4)の結果を表1に、(5)の結果を表2に示す。
(例6)
例1において、密着改善膜としてガリウムおよびシリコンドープ酸化亜鉛膜を形成するかわりに、残存ガスを排気後、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力1kWの条件で、アンチモンを添加した酸化スズターゲット(酸化アンチモンの含有率3質量%)を用いて、アンチモンドープ酸化スズ膜(波長550nmにおける屈折率:2.17、消衰係数:0.039)を10nmの膜厚で形成する以外は、例1と同様に処理して高反射鏡を形成した。アンチモンドープ酸化スズ膜の成分はターゲットと同等であった。形成された高反射鏡を例1と同様の方法で評価した。(1)〜(4)の結果を表1に、(5)の結果を表2に示す。
例1において、密着改善膜としてガリウムおよびシリコンドープ酸化亜鉛膜を形成するかわりに、残存ガスを排気後、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを300sccmの速度で真空槽内へ導入し、DCスパッタリング法により、投入電力1kWの条件で、アンチモンを添加した酸化スズターゲット(酸化アンチモンの含有率3質量%)を用いて、アンチモンドープ酸化スズ膜(波長550nmにおける屈折率:2.17、消衰係数:0.039)を10nmの膜厚で形成する以外は、例1と同様に処理して高反射鏡を形成した。アンチモンドープ酸化スズ膜の成分はターゲットと同等であった。形成された高反射鏡を例1と同様の方法で評価した。(1)〜(4)の結果を表1に、(5)の結果を表2に示す。
また、各々の例の膜構成を表3に示す。
例1、2、5および6の高反射鏡は、若干吸収を有する密着改善層を薄く成膜し、さらに吸収をほとんど有さない酸化防止層を積層するためさらに光学特性に優れる。また、可視光域全域において膜面反射率の最低値が91%以上と高く、最高値が97%以上と高く、かつ最低値の入射角偏差が3%以下、最高値の入射角偏差が0.5%以下と小さい。
これに対し、例3の高反射鏡は、酸化防止膜を有しないため、光学特性が良好でない。例4の高反射鏡は、15度入射の場合の可視光域全域における膜面反射率の最低値が73.8%と低く、好ましくない。
本発明の高反射鏡は、プロジェクションテレビや携帯電話等の小型の液晶ディスプレィ用バックライトモジュールに用いられる高反射鏡として有用である。
1:基板
2:銀膜
3:密着改善膜
4:酸化防止膜
5:低屈折率膜
6:高屈折率膜
10:高反射鏡
2:銀膜
3:密着改善膜
4:酸化防止膜
5:低屈折率膜
6:高屈折率膜
10:高反射鏡
Claims (10)
- 基板上に、銀膜、低屈折率膜、高屈折率膜がこの順で積層された高反射鏡であって、入射角が15度、45度、75度の各々の場合における、膜面反射率の可視光域全域の最低値の偏差が7%以内であることを特徴とする高反射鏡。
- 前記銀膜の基板と反対側に密着改善膜が形成され、前記密着改善層の基板と反対側に酸化防止層が形成されてなる請求項1に記載の高反射鏡。
- 前記密着改善膜の材料が酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、酸化アルミニウムおよび酸化チタンからなる群から選ばれる1種以上である請求項2に記載の高反射鏡。
- 前記密着改善膜が酸化亜鉛膜であり、前記酸化亜鉛膜は他の金属を含み、かつ前記他の金属はガリウム、スズおよびチタンからなる群から選ばれる1種以上である請求項2に記載の高反射鏡。
- 前記ガリウム、スズおよびチタンからなる群から選ばれる1種以上の含有量は、酸化亜鉛膜中の全金属元素に対して合計で3〜10質量%である請求項4に記載の高反射鏡。
- 前記酸化防止膜の材料は、アルミニウム、イットリウム、ジルコニウム、ハフニウムからなる群から選ばれる1種以上の酸化物、アルミニウムの窒化物または酸窒化物、および窒化シリコンからなる群から選ばれる1種以上である請求項2〜5いずれかに記載の高反射鏡。
- 前記密着改善膜の膜厚が1〜3nmであり、前記酸化防止膜の材料が酸化アルミニウムであり、かつ前記酸化防止膜の膜厚が0.5〜6nmである請求項2〜6いずれかに記載の高反射鏡。
- 前記密着改善膜の膜厚が1〜3nmであり、前記酸化防止膜の材料が窒化アルミニウムであり、かつ前記酸化防止膜の膜厚が0.5〜10nmである請求項2〜6いずれかに記載の高反射鏡。
- 前記密着改善膜が酸化性ガスが存在しない雰囲気でスパッタリング法により形成される請求項2〜8いずれかに記載の高反射鏡。
- 請求項1〜9いずれかに記載の高反射鏡が、表示ディスプレィの光源の反射部材として使用される表示ディスプレィ。
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