JP2006106720A - 反射膜 - Google Patents
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Abstract
【課題】 Agが有する高い反射特性を維持したままで、耐熱性や耐候性を向上させ、さらに膜表面が傷の付きにくい反射膜を安価に提供する。
【解決手段】 基板上に形成される反射膜であって、0.1〜1.0原子%のSi、0.1〜0.5原子%のCuを含有し残部実質的にAgからなるAg合金膜と該Ag合金膜を覆う酸化珪素膜とからなり、前記Ag合金膜の膜厚は60nm以上、前記酸化珪素膜の膜厚は50〜200nmで構成される反射膜である。
【選択図】 図1
【解決手段】 基板上に形成される反射膜であって、0.1〜1.0原子%のSi、0.1〜0.5原子%のCuを含有し残部実質的にAgからなるAg合金膜と該Ag合金膜を覆う酸化珪素膜とからなり、前記Ag合金膜の膜厚は60nm以上、前記酸化珪素膜の膜厚は50〜200nmで構成される反射膜である。
【選択図】 図1
Description
本発明は、例えば液晶ディスプレイ(以下、LCDという)を表示させるための発光ダイオード(以下、LEDという)ランプ、平面蛍光ランプ等の高い輝度と低消費電力の要求される光源や、映像を拡大投射させて表示するフロントプロジェクタ−やリアプロジェクションTV等の平面表示装置や、家庭照明や自動車用ヘッドランプ等に利用されるLEDランプ、光の利用効率を向上することが必要な太陽電池基板等の分野において、高い光学反射と耐熱性、耐候性を要求される反射シ−ト、反射レンズ、反射基板等に用いられる反射膜に関するものである。
従来、光学反射を利用するリアプロジェクションTV、反射型LCDや液晶TV用のバックライトに用いられるLEDランプや太陽電池基板等の反射シ−ト、反射レンズ、反射基板等の反射膜にはAlやAl合金膜が用いられていた。
さらに高輝度で高精細、低消費電力かつ高寿命な表示装置を得ることを目的として、Al系よりさらに高反射なAgを主体とした反射膜を利用する方法が提案されている。Agそのものは耐候性が低く硫化、塩化により変色しやすい。また、耐熱性が低く加熱により粒成長が起こり白濁し易く、さらに、柔らかいために傷が付きやすい等の問題がある。このような種々の問題により、工業的に使用する上での扱いが難しいために、Ag膜の表面に酸化物膜を形成し保護膜として用いるとともに、多層に形成することでAg本来の反射特性を維持する等の改良や、Agに種々の元素を加えAgを合金化して反射膜とすることが提案されている。
例えば、Agに0.1wt%以上3wt%以下のPdを含有しさらに種々の遷移金属を0.1〜3wt%含有することにより、耐熱性と低抵抗、密着性、耐薬品性等の特性を改善したAg合金の提案がなされている(例えば、特許文献1参照)。この提案は添加元素によりAgの特性を大幅に改善したという点で優れたものである。
また、例えば、Agの耐湿性や密着性の改善のために、下地膜を酸化膜であるICO膜、キャップ膜を2層以上絶縁膜で形成した液晶表示素子の反射膜が提案されている(例えば、特許文献2参照)。この提案は密着性の改善と反射光の黄色味を改善できる点で優れている。
また、酸化物の下地膜上にAgを形成し、その保護膜として、Al2O3、TiO2等を積層して反射膜とした高反射ミラ−、高反射ミラ−光学系が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
特開2001−192752号公報
特開2003−195286号公報
特開2003−121623号公報
また、例えば、Agの耐湿性や密着性の改善のために、下地膜を酸化膜であるICO膜、キャップ膜を2層以上絶縁膜で形成した液晶表示素子の反射膜が提案されている(例えば、特許文献2参照)。この提案は密着性の改善と反射光の黄色味を改善できる点で優れている。
また、酸化物の下地膜上にAgを形成し、その保護膜として、Al2O3、TiO2等を積層して反射膜とした高反射ミラ−、高反射ミラ−光学系が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
上述の特許文献では、Alより高い反射特性を有する反射膜として、Agを合金化することやAg系膜と酸化物膜を積層することが提案されているが、Agに添加元素を加えて合金化する場合に、高価なPd等の元素を加えるために、Ag合金膜が高価になるとともに反射率が低下するという問題がある。また、酸化物等の保護膜を多層に形成した場合、工程の複雑化、積層膜の膜厚制御等の煩雑さにより歩留まりが低下しやすいという課題がある。また、保護膜として用いる酸化物によってはその形成時にAgと反応し、Agの反射特性を低下させてしまう問題があり、Agのもつ高い反射特性を十分に引き出せるAg合金と保護膜の組合せは得られていなかった。
本発明の目的は、Agが有する高い反射特性を維持したままで、耐熱性や耐候性を向上させ、さらに膜表面が傷の付きにくい反射膜を安価に提供することである。
本発明の目的は、Agが有する高い反射特性を維持したままで、耐熱性や耐候性を向上させ、さらに膜表面が傷の付きにくい反射膜を安価に提供することである。
本発明者は、Agの有する硫化、塩化による変色等の耐候性、加熱による白濁等の耐熱性、膜が柔らかいために傷が付きやすい等の問題を改善し、高い反射率を有する反射膜をより安価に得られる構成を得るために、Ag合金の材質とその保護膜の材質の最適な組合せを検討した。その結果、反射膜として、AgにSiとCuとを適量加えたAg合金膜と酸化珪素の保護膜とを積層するとともに、各々の膜厚範囲を最適に構成することで高い反射特性を維持し、耐熱性、耐候性を大きく改善できることを見いだし本発明に到達した。
すなわち、本発明は、基板上に形成される反射膜であって、0.1〜1.0原子%のSi、0.1〜0.5原子%のCuを含有し残部実質的にAgからなるAg合金膜と該Ag合金膜を覆う酸化珪素膜とからなり、前記Ag合金膜の膜厚は60nm以上、前記酸化珪素膜の膜厚は50〜200nmで構成される反射膜である。
すなわち、本発明は、基板上に形成される反射膜であって、0.1〜1.0原子%のSi、0.1〜0.5原子%のCuを含有し残部実質的にAgからなるAg合金膜と該Ag合金膜を覆う酸化珪素膜とからなり、前記Ag合金膜の膜厚は60nm以上、前記酸化珪素膜の膜厚は50〜200nmで構成される反射膜である。
本発明によれば、上記した特定組成のAg合金膜と酸化珪素膜を保護膜とした構成とすることにより、高反射と高耐候性、高耐熱性を有した反射膜を安価に提供することが可能である。このため、高精細、低消費電力が要求されるFPD分野や高輝度が要求される照明や自動車用のLEDランプの反射膜として有効であり、産業上の利用価値は高い。
本発明の反射膜は、Agの耐熱性、耐候性を向上させるために、Agに対してSi、Cuを添加した合金組成を有するAg合金膜とこのAg合金膜を覆う酸化珪素膜からなる。
Si、Cuの添加によってAg合金膜の特性が改善する理由は明確ではないが、次のように推測される。
Si、Cuの添加によってAg合金膜の特性が改善する理由は明確ではないが、次のように推測される。
AgにSiを添加した場合、SiはAgと分離する元素であるため、Ag合金膜とした場合にAgの結晶粒界や表面に析出し易く、Ag原子の移動を妨げることにより、Ag合金膜の結晶粒を微細化させるとともに耐熱性の向上に効果のあると考えられる。さらに、Cuを添加することにより、耐候性をも改善することができる。CuはAgに対して高温域で固溶し、低温域で分離する元素であるとともに、Siとは固溶域を有し化合物を形成する元素である。よって、これらの元素を複合添加することにより、Ag合金膜の結晶粒を微細化するとともに、加熱時にSiおよびCuがAgのマトリクスから分離し、Ag合金膜の結晶粒界や膜表面へ析出することで、結晶粒の成長が抑制されるとともに膜表面を被覆し保護するものと考えられ、耐侯性が改善されるものと推測される。また、Agマトリクスから分離しAg合金膜の結晶粒界や膜表面へ析出するSiやCuは、膜表面を被覆保護し、酸化珪素膜の不飽和SiとAgとの界面拡散反応をも抑制する効果があると考えられる。
また、Agの有する高反射という特性を維持しつつ、上記の効果を得るためには、Siは0.1〜1.0原子%、Cuを0.1〜0.5原子%の範囲で複合添加することが必要である。Siは単独で添加した場合、反射率の低下が大きいが、Cuと上記添加量の範囲内で複合添加することで、耐候性、耐熱性を向上させながら、高い反射特性を維持できる。この複合添加の効果は本発明の重要な特徴の一つである。またAg合金膜の膜厚としては60nm以上とするのがよい。それは、Ag合金膜の膜厚が60nm未満であると膜厚が薄いために光が透過し反射率が低下してしまうためである。また、膜厚の上限は特に限定しないが、要求される反射率、成膜の生産性や製造コストを考慮すると300nmが望ましい。また、特に高い反射特性を安定的に得るには膜厚を100〜250nmとすることがさらに望ましい。
さらに、本発明の反射膜は、上述のAg合金膜を覆う酸化珪素膜からなる。酸化物の保護膜としては、本発明の酸化珪素膜以外に、ITO(Indium-Tin-Oxide)、酸化アルミニュウム(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)等も考えられるが、ITOや酸化チタンでは、本発明のAgにSiとCuを複合添加したAg合金膜の上に、これらの酸化物をスパッタリング等により形成した場合、可視光域である光学波長400〜700nmでのAg合金膜の反射率の低下が大きく高反射が維持できない。また、酸化アルミニュウム(Al2O3)は、ITOや酸化チタンより高反射が得られることがあるが、膜厚に対する反射率の変化が大きい。このため本発明で規定するAg合金膜に対しては、酸化珪素膜が反射率の低下が最も少なく適している。なお、本発明の酸化珪素膜は、ほぼSiO2の組成を有するタ−ゲットを用いて形成するシリコンの酸化物であり、スパッタリングで一般的に形成されるSiOXとしてXが1.6〜2.2の組成範囲の膜であればよい。
また、透明な酸化物膜は、その屈折率や吸光係数等の光学特性と膜厚により反射特性が変化する。そこで、高い反射率を得るには酸化珪素膜の膜厚は、50〜200nmである。さらに可視光域である光学波長400〜700nm範囲において均一で高い反射率を得るためには、酸化珪素膜の膜厚は120〜170nmとすることが望ましい。この膜厚の範囲内であれば高い反射率とともに、Ag合金の有する耐候性の低さと柔らかいために傷が付きやすい等の問題を改善できる。
また、上記の反射膜を得るためのAg合金膜および酸化珪素膜の形成方法としては、タ−ゲット材をスパッタリングする方法が最適である。スパッタリング法はタ−ゲット材とほぼ同じ組成の膜を形成できるため、本発明のAg合金膜や酸化珪素膜を安定に形成することが可能となる。また、上記の反射膜を得るための基板としては、表面の平滑なガラス基板、樹脂基板や目的のランプの支持体等スパッタリングで薄膜を形成できるものであれば良い。
AgにSiとCuとを表1に示す所定量添加したAg合金タ−ゲット材を用いて、ガラス基板上にAg合金膜を形成し、さらにその上に種々の膜厚の酸化珪素(SiO2)膜をスパッタリングにより形成した。また比較のために、純Ag、AgPdCu膜も形成した。形成した反射膜の反射率を分光測色計(ミノルタ製、CM−2002)で可視光域(波長400〜700nm)の平均反射率と短波長である400nm時の反射率を測定した。また、膜の傷付き性については、先端半径12.5μm触針を100mgの荷重で走査した後の膜表面のスクラッチの状況を観察した。測定した結果を表1に示す。
次に、表1の試料から試料No.1,6,13、14の反射膜を選び、耐熱性評価として、250℃、1時間の大気加熱を行った。また、耐候性評価として、大気中に30日間放置した。それぞれの反射膜の反射率を分光測色計(ミノルタ製、CM−2002)で可視光域(波長400〜700nm)の平均反射率と短波長である400nm時の反射率を測定した。さらに、実施例1の反射膜とそれぞれの反射膜の膜表面形態を比較観察し、変化が無いものを「変化無し」、黄色化しているものを「黄色化」、白濁しているものを「白濁」と評価して、反射率とともに表2に示す。
表1、表2に示すように、Agに対して所定量のSiとCuとを複合添加したAg合金膜上に酸化珪素を所定の膜厚で形成した本発明の反射膜である試料No.1〜8および18では、平均反射率で99%以上、400nmの反射率で92%以上、平均反射率と400nmの反射率との差が7%以下という高い反射率が耐熱性評価後、耐候性評価後も維持され、傷の付きにくい反射膜であることがわかる。また、Ag合金膜の膜厚は60nm以上、酸化珪素膜の膜厚は50〜200nmとすることで、高い反射性が維持できることも分かる。
また、表1の試料No.7の反射膜を選び、屋外での長時間の耐久性を確認するために、耐候性試験として、温度85℃、相対湿度85%の雰囲気条件の高温高湿器中に放置した際の分光反射特性の変化を実施例1と同様の分光測色計を用いて測定した。その結果を図1に示す。
図1からは、本発明の反射膜は、高温高湿中に300時間放置しても可視光域(波長400〜700nm)における分光反射特性に殆ど変化がないことがわかる。すなわち、本発明の反射膜が高い耐候性を有していることがわかる。
実施例1と同様の方法で、Ag-0.2原子%Si-0.2原子%Cu組成で膜厚200nmのAg合金膜を形成した上に、膜厚を変化させて酸化珪素(SiO2)膜をスパッタリングにより形成し反射膜を作製した。作製したそれぞれの反射膜に関して、実施例1と同様の分光測色計を用いて可視光域(波長400〜700nm)での分光反射特性を測定した。その結果を図2に示す。
図2からは、Ag合金膜上に酸化珪素膜を形成した本発明の反射膜は高い反射特性を有しているが、酸化珪素の膜厚により可視光域の反射率が変化することがわかる。反射特性としては、可視光域の全域で高い反射率を有すること、すなわちフラットで高い反射特性が最も望ましく、酸化珪素膜の膜厚を120nm、150nmで形成した反射膜が光学波長400nmの低波長側での反射率の低下が少なく、望ましい反射特性を有していることがわかる。
Claims (1)
- 基板上に形成される反射膜であって、0.1〜1.0原子%のSi、0.1〜0.5原子%のCuを含有し残部実質的にAgからなるAg合金膜と該Ag合金膜を覆う酸化珪素膜とからなり、前記Ag合金膜の膜厚は60nm以上、前記酸化珪素膜の膜厚は50〜200nmで構成されることを特徴とする反射膜。
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