JP2007058194A - 高反射率可視光反射部材及びそれを用いた液晶ディスプレイバックライトユニット並びに高反射率可視光反射部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の銀薄膜反射板よりも、特に可視光低波長側での反射率が高く、かつ耐久性に優れた可視光反射部材または反射フィルムを提供すること。
【解決手段】本発明は、基板に形成した銀薄膜と前記銀薄膜上に形成した窒化珪素保護膜からなる反射部材を提供する。銀薄膜は、（１１１）面を主要な面方位とする銀薄膜である。銀薄膜は、９９％以上が（１１１）面を主要な面方位とする銀薄膜が望ましい。銀薄膜の膜厚は、１００ｎｍから３５０ｎｍの範囲とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可視光光源を反射するために用いられる反射部材に関し、特に、画面対角で２８インチ以上の大型平面液晶ディスプレイバックライトユニットに用いられる反射板、もしくはリアプロジェクションテレビに用いられる反射部材として好適な可視光反射部材に関するものである。

可視光光源を反射するための反射板には、白色塗料を塗布したり、拡散ビーズを含有させた拡散反射板、金属研磨板や、金属原子を基板に積層し、薄膜化した反射板がある。

これら可視光反射板は、液晶ディスプレイ用バックライトユニット、リアプロジェクションテレビの反射板、室内蛍光灯用反射板、ＣＤ、ＤＶＤ等の記録メディアの反射層、車載用、室内用ミラー等、種々の用途に広く使用されている。

拡散反射板は、拡散反射のため、反射光の方向性が無く、例えば液晶ディスプレイ面内での輝度ムラを小さくすることができる利点があるが、反射光の方向性が無いために、壁面等で消失する光も多く、光の利用効率が悪い。そのため、例えば、画面対角で３０インチの平板ディスプレイにおいて、輝度を稼ぐためにＣＣＦＬを少なくとも１２本以上使用する必要があり、結果として電力消費量を増大させる欠点がある。ＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）の使用本数を極力少なくし、消費電力を少なくするためには、光反射方向（光指向性）を制御し、効率良く利用することができる反射板が求められている。

また、リアプロジェクションテレビにおいては、画面の輝度向上、および消費電力低減のために、指向性を持つ高反射板が求められている。

反射光に指向性を持たせるためには、金属面による反射を用いる必要がある。金属の反射板は、光の入射方向と反射面に対する垂線とが作る角、即ち、光の入射角と、光の出射方向と反射面に対する垂線とが作る角、即ち、出射角が等しいことが自然科学的に実証されており、反射面の設計に基づいて、反射方向を自由に制御可能である。

可視光領域の反射には、アルミニウムや銀が用いられる。銅や金は、それ自体が持つ低波長光の吸収のため、結果的に反射光に色がつくため好ましくない。アルミニウムと銀を比べると、例えば蒸着によって堆積させた薄膜において、５５０ｎｍの波長での反射率は銀で９８％、アルミニウムで９１％程度との報告がある。このように銀はアルミニウムに比べて高い反射率を示す。

しかし、蒸着で成膜した銀は可視光領域において、低波長側で若干反射率が低下するという問題点がある。例えば、波長４３０ｎｍでの銀およびアルミニウムの反射率はそれぞれ９５％、および９２％と報告されている。アルミニウムの反射率に比べ銀の反射率は、値そのものは高いが、銀の５５０ｎｍの波長の反射率に比べると相対的に低いことが分かる。また、銀はアルミニウムに比べて耐久性が悪いという欠点がある。すなわち、大気に曝されると、酸化や硫化の反応が進行しやすく、反射率の低下が起きるという問題点があった。

本発明の目的は、従来の銀薄膜反射板よりも、特に可視光低波長側での反射率が高く、かつ耐久性に優れた可視光反射部材または反射フィルムを提供することにある。

本発明の他の目的は、可視光低波長側での反射率が高く、かつ耐久性に優れた可視光反射部材または反射フィルムの製造方法を提供することである。

本発明の別の目的は、大型平板液晶ディスプレイバックライトユニット用反射板のような大型反射板に好適な耐久性に優れた高反射率可視光反射板または反射フィルムを提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、リアプロジェクションテレビの反射板に用いられる耐久性に優れた高反射率可視光反射板または反射フィルムを提供することにある。

本発明者等は、銀の面方位と可視光反射率の関係について鋭意研究を重ねる中で、銀薄膜上に、特定の窒化物の薄膜すなわち窒化珪素を銀上に成膜することで、反射率をほとんど低下させることなく、かつ反射率の経時変化が無いことを見出した。さらに、スパッタによる銀薄膜形成時において、基板へのイオン照射エネルギーを制御することにより、銀結晶の（１１１）面方位を多く残す銀薄膜において可視光の、特に４００ｎｍ程度の低い青側波長領域において反射率が向上することを見出した。

したがって、本発明によれば、基板に形成した銀薄膜と、前記銀薄膜上に形成した窒化珪素膜を含む反射部材が得られる。

前記銀薄膜は、（１１１）面を主要な面方位とする銀薄膜であり、望ましくは前記銀薄膜は、９９％以上が（１１１）面を主要な面方位とする銀薄膜からなる。

また、望ましくは、銀薄膜は、波長４３０ｎｍにおいて９６％以上の反射率を有する。

前記銀薄膜の膜厚は、１００ｎｍから３５０ｎｍの範囲の膜厚であることが望ましい。

また、窒化珪素膜はその膜厚が５ｎｍから８ｎｍの範囲であることが望ましい。

前記基板は、プラスチック材料を用いる場合には、０．７ｍｍから２ｍｍ厚のプラスチック材料が望ましい。

前記基板は可撓性のある樹脂を用い反射部材をフィルムにすることができる。前記基板が可撓性のある樹脂の場合、４０μ以上の厚みが望ましい。

前記銀薄膜は、不活性ガスのプラズマによるターゲット銀試料のスパッタにより形成されるのが望ましく、不活性ガスにはアルゴン又はキセノンを使用するのが望ましい。

前記銀薄膜の形成の前には、前記基板にプラズマ中のアルゴンイオンを照射して基板表面のクリーニングを行う。

前記窒化珪素膜は、プラズマ用ガスとアンモニアの混合ガスを供給してプラズマを生成し、シランガスをプラズマで励起し、アンモニアとのＣＶＤによって成膜する。

本発明者らは、また、（２００）面を主要な面方位とする銀薄膜が可視光の低波長側で反射率が向上するのを見出した。

本発明によれば、（２００）面を主要な面方位とする銀薄膜であることを特徴とする反射部材が得られる。

望ましくは、（１００）面配向に対する（２００）面配向の比が５００以上である。

望ましくは、（２００）面を主要な配向とする銀の結晶薄膜は、結晶性基板の上に形成される。結晶性基板としてSi基板が望ましい。

また、（２００）面を主要な面方位とする銀薄膜は基板を加熱して形成するとよい。

本発明によれば、基板に形成した銀薄膜と前記銀薄膜上に形成した窒化珪素膜を含む反射部材を液晶ディスプレイバックライトユニットの反射部材に使用したことを特徴とするバックライトユニットが得られる。

本発明によれば、また、基板に形成した銀薄膜と前記銀薄膜上に形成した窒化珪素膜を含む反射部材をプロジェクション型液晶ディスプレイ装置の反射部材に使用することを特徴とるすプロジェクション型液晶ディスプレイ装置が得られる。

プロジェクション型液晶ディスプレイ装置として、リアプロジェクション型液晶ディスプレイ装置に適用できる。

また、本発明によれば、基板に形成した銀薄膜と前記銀薄膜上に形成した窒化珪素膜を含む反射部材の製造方法において、不活性ガスのプラズマによるターゲット銀試料のスパッタにより銀薄膜を形成することを特徴とする反射部材の形成方法が得られる。

また、望ましくは、前記窒化珪素膜は、プラズマ用ガスとアンモニアの混合ガスを供給してプラズマを生成し、シランガスをプラズマで励起し、アンモニアとのＣＶＤによって成膜する。

さらに、本発明によれば、基板に形成した銀薄膜と、前記銀薄膜上に形成した窒化珪素膜を含む反射部材の製造方法において、処理室内に設置したターゲット及び基板載置台と、前記ターゲットに供給する第１の直流電源と、ターゲットを介して処理室内部に高周波を供給する高周波電源と、前記処理室にプラズマを生成するガスを供給する手段とを含むＲＦ−ＤＣ結合型スパッタ装置を使用し、前記ターゲットに設置した銀の試料と前記載置台との空間に不活性ガスを供給してプラズマを生成し、前記銀のスパッタリングによって前記基板表面に銀薄膜を形成することを特徴とする反射部材の製造方法が得られる。

前記第１の直流電源と前記高周波電源の出力を調整して前記基板に堆積する銀の成膜レートとイオン照射量を制御して銀薄膜が形成される。

前記不活性ガスとしてアルゴンガスまたは、キセノンガスを使用するのが望ましい。

前記基板載置台を介して第２の直流電源を供給し、プラズマ電位と基板電圧の差分で規定されるアルゴン照射エネルギーを設定する。

前記アルゴン照射エネルギーは、１５ｅＶ以下であるのが望ましい。

成膜される銀原子１個に対するキセノンイオン照射量である規格化イオン照射量を１から３の範囲で成膜することが望ましい。

本発明によれば、また、前記銀薄膜形成後、マイクロ波で励起されたプラズマをシャワー状に放出する上段シャワープレートと、前記上段シャワープレートの下段に載置台と対向して配置され反応性ガスを供給する複数のノズルを有する配管を所定の開口部が形成されるようにグリッド状に配列した下段シャワープレートとを有するマイクロ波プラズマ処理装置を用い、前記上段シャワープレートから供給されるアルゴンガス及びアンモニアガスでプラズマを生成し、前記下段シャワープレートから供給されるシランガスとの反応によって前記銀薄膜上に窒化珪素膜を形成することを特徴とする反射部材の製造方法が得られる。

望ましくは、前記窒化珪素膜の形成後、プラズマを励起した状態でシランガスの供給を停止し，ＮＨラジカルを大量に発生させ前記窒化珪素膜へ照射し強固なシリコン−窒素結合を形成する。

本発明によれば、基板に銀結晶の（１１１）面方位の配向を多く残す銀薄膜を形成することによって、高鏡面反射率を実現できる。また、銀薄膜上に、特定の窒化物の薄膜すなわち窒化珪素を銀上に成膜することで、反射率をほとんど低下させることなく、耐食性に優れた可視光反射部材を実現することができる。

また、本発明によれば、銀のスパッタリングにより銀薄膜を成膜することにより、可視光の低波長域で高反射率を実現できる。

また、本発明では、基板に（２００）面方位の配向を多く含んだ銀結晶を成膜することによって、高反射率を実現することもできる。

次に本発明について、実施例を用いて説明する。

図１を参照すると、本発明の第１の実施例に係る可視光反射板１００は、基板１０１の一表面上に形成された反射層１０２を有している。図示された基板1０１は、０．７〜２ｍｍの厚さを有するプラスチック材料（具体的にはシクロオレフィンポリマー）によって形成されている。基板はシクロオレフィンポリマーに限らず、金属、ガラス、セラミックス、及び他のプラスチック材料が使用可能である。基板の大きさ、厚さも規定されるものではないが、その基板としての強度を考慮すると、樹脂のような可撓性のあるものであれば、４０μｍ以上の厚さの基板が好ましい。金属やガラス、セラミック材料であれば、１００μｍ以上の厚さの基板が好ましい。基板は平面ないしは曲面によって形成される。その実質的平坦部あるいは曲面部によって、光の方向性は規定されるため、その表面粗さが可視光領域低波長側波長の４００ｎｍの１／１０である４０ｎｍ以下であることが好ましく、波長の１／２０である２０ｎｍ以下であれば更に好ましい。反射層１０２上には窒化珪素よりなる表面保護膜１０３が形成されている。

図１の反射層１０２は、図２に示すRF-DC結合型スパッタ装置を用いて成膜した銀薄膜である。図２を用いて銀成膜手順を順次説明する。処理室２０１には、銀ターゲット２０２、および銀ターゲットの裏に効率的にプラズマを励起するための磁石２０３が装着されており、銀ターゲット２０２は、整合器２０６を介して高周波電源２０５が接続されている。高周波電源の周波数は、２MHｚから２００MHｚの間から選ばれるが、高密度で低電子温度なプラズマを励起するという点から、できるだけ高い周波数であることが望ましい。本実施例において、周波数は１００MHzとした。銀ターゲット２０２には、前記高周波電源とは別に、高周波フィルター２０７を介してターゲット用直流電源２０８も接続されており、前記銀ターゲットに直流電圧を印加することが可能となっている。このターゲット用直流電源２０８と高周波電源２０５の出力を調節することで、被処理基板へ堆積する銀の成膜レートとイオン照射量を制御することが可能となっている。

処理室２０１を吸気窓２０９に接続された図示しないターボポンプ及びその下流に直列に接続された図示しないドライポンプにより処理室２０１の内部を減圧状態に排気した。

厚さ２ｍｍのシクロオレフィン基板２０４を、処理室２０１にゲートバルブ（図示せず）を介して接続された仕込み室（図示せず）に搬送し、仕込み室を減圧にした後に、ゲートバルブを開けてステージ２０１５の上に装着した。ステージ２０１５と基板２０４の表面は図示しないアルミニウム製の爪で接続されており、基板が絶縁物であっても銀の堆積が始まった瞬間から、基板印加用直流電源２０１２の電圧を銀表面に印加することが可能である。

基板を処理室に搬送した後に、ガス供給ポート２０１０より、アルゴンガスを３８０ｃｃ／分の割合で処理室へ導入し、処理室内の圧力を１２ｍTorrとした。銀薄膜へ、例えば導入ガスに含まれた不純物が混入すると反射率が低下する。よって、導入するアルゴンガスの純度は限りなく高い方が望ましい。本実施例においては水分濃度１ｐｐｂ以下のアルゴンを用いた。

銀を成膜する前に、基板表面に付着した水分や有機物などを取るために、基板表面クリーニングを行うことが望ましい。よって、本実施例においては、銀ターゲットに２分間高周波電力を５０W印加してプラズマ２０１４を励起し、アルゴンイオンを基板表面へ照射することで表面の水分や有機物を除去した。

クリーニングを行った後、高周波電力を１００W、ターゲット用直流電源に−１５０V、基板用直流電源に＋３０Vを２０秒印加することで、成膜される銀原子1個に対するアルゴンイオン照射量すなわち規格化イオン照射量を１．６、プラズマ電位と基板電圧の差分で規定されるアルゴンイオン照射エネルギーを１５eVに設定し、銀を基板に成膜し、仕込室より基板を取り出した。銀の膜厚は走査型電子顕微鏡で確認したところ１３０ｎｍであった。

図３は、（ａ）及び（ｂ）に上記による方法で、基板用直流電源の電圧を変化させて１３０ｎｍ堆積した銀薄膜の反射率の光の波長依存性の測定結果を示す。イオン照射エネルギーは、プラズマ電位と基板バイアス電位の差で規定され、基板バイアスを上げるとイオン照射エネルギーは減少する。プラズマ電位は、基板バイアス電圧が-20V、+20V、＋30Vでそれぞれ+30V、+40V、＋45Vとなるため、イオン照射エネルギーはそれぞれ50eV、20eV、15eVとなる。この結果より、基板用直流電源の電圧が＋３０V、即ちアルゴンイオン照射エネルギーが１５eV以下の時に反射率が高い値を示すことが分かった。

図４には、銀薄膜の反射率（波長４３０ｎｍ、５５０ｎｍ、７００ｎｍ）の膜厚依存性を示す。膜厚は、成膜時間を変化させることで制御した。図４より、膜厚が１００ｎｍ以下となると、反射率が低下し、膜厚が１００ｎｍから３５０ｎｍの間であれば反射率が安定していることが分かった。よって、使用する銀のコストを考えると、膜厚は１００ｎｍから３００ｎｍの間であることが好ましい。

次に銀薄膜を形成した基板をRF-DC結合型スパッタ装置から取り出し、図５に示すプラズマCVD用マイクロ波プラズマ処理装置を用いて窒化珪素の表面保護膜を形成した。なお、本実施例においては、銀薄膜を形成する装置と表面保護膜を形成する装置は独立しており、銀成膜後、窒化膜成膜前に一度大気に晒しているが、両装置をクラスター化して、大気に曝すことなく連続的に成膜を行うことが望ましい。

図５を用いて成膜手順を順次説明する。図示されたマイクロ波プラズマ処理装置は複数の排気ポート５０１を介して排気される処理室５０２を有し、前記処理室５０２中には被処理基板５０３を保持する保持台５０４が配置されている。処理室５０２を均一に排気するため、処理室５０２は保持台５０４の周囲にリング状の空間を規定しており、複数の排気ポート５０１は空間に連通するように等間隔で、すなわち、被処理基板５０３に対して軸対称に配列されている。この排気ポート５０１の配列により、処理室５０２を排気ポート５０１より均一に排気することができる。

処理室５０２上には、保持台５０４の処理基板５０３に対応する位置に、処理室５０２の外壁の一部として、低マイクロ波誘電損失（誘電損失が１×１０^−４以下）である誘電体のアルミナよりなり、多数の開口部、即ちガス放出孔５０５が形成された板状のシャワープレート５０６がシールリング５０７を介して取り付けられている。更に、処理室５０２には、シャワープレート５０６の外側、即ち、シャワープレート５０６に対して保持台５０４とは反対側に、マイクロ波誘電損失が少ない（誘電損失が１×１０^−４以下）、誘電体のアルミナよりなるカバープレート５０８が、別のシールリング５０９を介して取り付けられている。シャワープレート５０６の上面と、カバープレート５０８との間には、プラズマ励起ガスを充填する空間５０１０が形成されている。すなわち、前記カバープレート５０８において、前記カバープレート５０８の前記シャワープレート５０６側の面に多数の突起物５０１１が形成され、さらに前記カバープレート５０８の周辺も前記突起物５０１１と同一面まで突起している突起リング５０１２が形成されているため、前記シャワープレート５０６と前記カバープレート５０８の間に前記空間５０１０が形成される。前記ガス放出孔５０５は前記空間５０１０に配置されている。

シャワープレート５０６の内部には処理室５０２の外壁に設けられたプラズマ励起ガス供給ポート５０１３に連通するプラズマ励起ガスの供給通路５０１４が形成されている。プラズマ励起ガス供給ポート５０１３に供給されたアルゴンやクリプトンやキセノン等のプラズマ励起ガスは、供給通路５０１４から前記空間５０１０を介してガス放出孔５０５に供給され、処理室５０２内へ導入される。

カバープレート５０８の、シャワープレート５０６と接している面の反対の面には、プラズマ励起のためのマイクロ波を放射するラジアルラインスロットアンテナが設置されている。ラジアルラインスロットアンテナは、アルミナよりなる遅波板５０１８が多数のスリット５０１７が開口されている厚さ０．３ｍｍの銅板５０１６とアルミのプレート５０１９とで挟み込まれ、かつ中央にマイクロ波を供給するための同軸導波管５０２０が配置される構造となっている。

マイクロ波電源（図示せず）より発生した２．４５ＧＨｚのマイクロ波はアイソレータ・整合器（いずれも図示せず）を介して前記同軸導波管５０２０へ供給され、前記遅波板５０１８内を中央から周辺へ向かって前記スリット５０１７より前記カバープレート５０８側へ放射しながら伝播する。結果として多数に配置されたスリット５０１７より実質的に均一にマイクロ波がカバープレート５０８側に放射される。放射されたマイクロ波は、前記カバープレート５０６、前記空間５０１０または前記突起物５０１１、前記シャワープレート５０６を介して前記処理室２へ導入され、プラズマ励起ガスを電離することで高密度プラズマが生成される。

図示されたプラズマ処理装置では、処理室５０２中、シャワープレート５０６と被処理基板５０３との間に導体構造物５０１５が配置されている。この導体構造物５０１５は、外部の処理ガス源（図示せず）が処理室５０２に形成された処理ガス通路５０２２を介して処理ガスを供給する多数のノズル５０２３が形成されている。ノズルは、供給された処理ガスを、導体構造物５０１５と被処理基板５０３との間の空間に放出する。導体構造物５０１５には隣接するノズルとの間に、前記シャワープレート５０６の前記導体構造物５０１５の側の面でマイクロ波により励起されたプラズマを前記被処理基板３と前記導体構造物５０１５との間の空間に拡散により効率よく通過させるような大きさの開口部５０２４が形成されている。

このような構造を有する導体構造物５０１５からノズルを介して処理ガスを前記空間に放出した場合、放出された処理ガスは前記空間に流入したプラズマによって励起される。ただし、前記シャワープレート５０６からのプラズマ励起ガスがシャワープレート５０６と導体構造物５０１５との間の空間から、導体構造物５０１５と被処理基板５０３との間の空間へ向かって流れているため、処理ガスがシャワープレート５０６と導体構造物５０１５との間の空間へ戻る成分は少なく、高密度プラズマに晒されることによる過剰解離によるガス分子の分解が少なく、かつ処理ガスが堆積性ガスであってもシャワープレート５０６への堆積によるマイクロ波導入効率の劣化などが起こりづらいため、高品質な基板処理が可能である。

本実施例においては、まず基板表面のクリーニングのため、被処理基板５０３を保持台５０４に設置した後、板状シャワープレート５０６のガス放出孔５０５よりアルゴンを４００ｃｃ／分の割合で導入し、前記導体構造物５０１５のノズルより、前記導体構造物５０１５と被処理基板５０３との間の空間に、アルゴンを１２０ｃｃ／分の割合で導入し、図示しない圧力調整バルブにより、処理室内の圧力を２００ｍＴｏｒｒに設定した。次に同軸導波管５０２０へ、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を２ｋＷ導入し、ラジアルラインスロットアンテナの多数のスリット５０１７により、実質的に均一にマイクロ波電力を処理室５０２の内部に導入し、アルゴンプラズマを３０秒励起した。アルゴンイオンが低エネルギーのイオン照射エネルギーで照射されたため、銀表面の水分や有機物が除去された。

次に、プラズマを消すことなく、即ち、シャワープレート５０６の放出孔５０５および前記導体構造物５０１５のノズルによるアルゴンガスの導入、及びマイクロ波電力を止めることなく、連続的に追加でシャワープレート５０６の放出孔５０５よりアンモニアガスを４０ｃｃ／分、及びおよび前記導体構造物５０１５のノズルからシランガスを、それぞれ２０ｃｃ／分の割合で２０秒導入した。圧力は２００ｍＴｏｒｒに設定した。低電子温度の拡散プラズマ空間にシランガスを導入することでシランガスの過剰解離を抑制することにより、高品質な窒化珪素を８ｎｍ堆積させた。次に、窒化珪素の最表面を強固なシリコン−窒素結合にするために、プラズマを消すことなく、シランガスの導入のみを止め、アルゴンおよびアンモニアガスのプラズマを３０秒励起した。このことにより、ＮＨラジカルを大量に発生させ被処理基板へ照射することで、基板最表面に強固なシリコン−窒素結合を形成させ、表面保護膜を形成した。

なお、成膜時間を変化させることで堆積される窒化珪素の膜厚を変化させた結果、窒化珪素膜厚を５ｎｍ、８ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍとした場合の、波長４３０ｎｍの光の反射率はそれぞれ９６．５％、９６．２％、９４．０％、９０．０％となり、窒化珪素の膜厚が厚ければ厚いほど反射率が低下することが分かった。よって、窒化珪素による銀の腐食耐性に対する保護効果が得られる限り、窒化珪素の膜厚は薄い方が望ましく、９６％以上の反射率を得るためには８ｎｍ程度以下であることが望ましい。

このようにして形成した図１に示す反射部材の、各波長すなわち青（４３０nm）、緑（５５０nm）、赤（７００nm）の形成直後の反射率、および２つの劣化加速試験後、すなわち純水１００℃煮沸３時間、および高温高湿度（温度６０℃、湿度９０％）試験１０００時間後の反射率を図６にそれぞれ示す。同図からも分かるように、反射率が全く劣化していない。

なお、窒化珪素保護膜が５ｎｍの場合は、純水100℃煮沸３時間で波長４３０ｎｍの光の反射率で９６．５％から９６．２％とわずかに劣化し、また保護膜が無い場合においては、純水100℃煮沸１０分行っただけで反射率が９０％以下となっていることも同時に確認しており、保護膜による耐性向上が明らかとなった。

本発明の第２の実施例について、図面を参照して説明する。なお、第１の実施例と重複する部分はその説明を適宜省略する。

図７を参照すると、本発明の第２の実施例に係る可視光反射板７００は、基板７０１の一表面上に形成された反射層７０２を有している。図示された基板７０１は、0.7〜2ｍｍの厚さを有するプラスチック材料（具体的にはシクロオレフィンポリマー）によって形成されている。反射層７０２上には窒化珪素よりなる表面保護膜７０３が形成されている。

図示された反射層７０２は、（１１１）面を主要な面方位とした銀薄膜である。（１１１）面を主要な面方位とした銀薄膜は、図２に示すRF-DC結合型スパッタ装置を用いて成膜した。本実施例においては、基板表面クリーニングおよび銀成膜時にアルゴンガスの替わりにキセノンガスを用いた。また、基板直流電圧を電気的浮遊状態にして銀成膜を行った。基板電位を浮遊状態にすることは、基板用直流電源が不要でありコスト削減につながると同時に、基板が大型化したときに安定した基板電位を確保しやすいという点で利点がある。

図８に、波長４３０ｎｍの光の反射率と規格化イオン照射量の依存性を、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガスを用いた場合について示す。キセノンを用いて規格化イオン照射量が２程度のときに高い反射率を示している。

また、図９に、規格化イオン照射量と比抵抗の関係を、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガスを用いた場合について示す。イオン照射量が１から２程度の時に、銀のバルク値１．５９μΩｃｍを示していた。よって、本実施形態においては、規格化イオン照射量を２に設定して銀薄膜を形成した。

銀薄膜形成後に窒化珪素からなる表面保護膜を形成して作成した反射部材の、各波長の反射率と劣化加速試験結果を図１０に示す。図１０に示す通り、本実施形態において高反射率で劣化の全く発生しない反射部材が実現できた。

図１１の（ａ）に、一般的な蒸着装置で成膜した膜厚１３０nmの銀薄膜、および本実施例において成膜した銀薄膜のＸ線回折解析の結果を示す。さらに、同図の（ｂ）に本実施例において作成された反射部材の、表面保護膜形成前、及び表面保護膜形成後、および劣化加速試験（純粋１００℃煮沸３時間）後の結果も併せて示す。図から分かる通り、本実施例において得られた銀薄膜は９９％以上が（１１１）面を有しているのに対し、蒸着で得られた銀は（１１１）面方位が９５％以下であり、（１１１）面以外にも、（２００）面、（３１１）面および（２２２）面を有していることが分かった。また、表面保護膜形成後および劣化加速試験後も銀が９９％以上（１１１）面を有していることが確認された。このように、全く劣化の発生しない反射部材が実現できた。

次に本発明の第３の実施例について説明する。なお、第一および第二の実施形態と重複する部分は適宜説明を省略する。

図１２に示す本発明の第３の実施例に係る可視光反射板１２００は、基板１２０１の一表面上に形成された反射層１２０２を有している。図示された基板１２０１は、0.7〜2ｍｍの厚さを有するプラスチック材料（具体的にはシクロオレフィンポリマー）によって形成されている。反射層１２０２上には窒化珪素よりなる表面保護膜１３０３が形成されている。

図示された反射層１２０２は、（１１１）面を主要な面方位とした銀薄膜である。（１１１）面を主要な面方位とした銀薄膜は、図２に示すRF-DC結合型スパッタ装置を用いて成膜した。本実施例においては、基板を処理室に搬送した後に、ガス供給ポート２１０より、アルゴンガスを７９０ｃｃ／分の割合で処理室へ導入し、処理室内の圧力を３０ｍTorrとして銀薄膜を成膜した。

図１３に、波長４３０ｎｍの光の反射率の、規格化イオン照射量依存性を処理室圧力１２ｍＴｏｒｒ、２０ｍＴｏｒｒ、３０ｍＴｏｒｒについて示してある。基板電位は電気的浮遊状態としている。圧力が２０ｍＴｏｒｒ、および３０ｍＴｏｒｒの時にはアルゴンガスで基板電位を電気的浮遊状態にした場合に、規格化イオン照射量が１から２程度の時に高い反射率が得られている。本実施例においては、処理室圧力を３０ｍＴｏｒｒとし、規格化イオン照射量を１．６に設定して銀薄膜を形成した。アルゴンガスはキセノンガスに比べてコスト低減の点で好ましい。

銀薄膜形成後に窒化珪素からなる表面保護膜を形成して作成した反射部材の、各波長の反射率と劣化加速試験結果を図１４に示す。図１４に示す通り、本実施例において高反射率で劣化の全く発生しない反射部材が実現できた。

次に本発明の第４の実施例について説明する。なお、前述した実施例と重複する部分は適宜説明を省略する。

図１７は、第４の実施例の可視光反射板で、基板１７０１には、Siを使用している。表面保護膜１７０３は窒化珪素の膜である。反射膜１７０２は、銀膜であるが、この実施例では反射膜の銀の結晶構造は主として（２００）面の配向を有する。

２インチ径の純銀をターゲットにし、２５ｍｍ×２５ｍｍのSiウエハを成膜基板として、Ａｒ圧力１２ｍＴｏｒｒ、ターゲットＤＣを−１５０Ｖ，ＲＦとして１００ＭＨｚの高周波を１００Ｗ供給し、Ｓｉ基板をフローテイングとし、加熱して、スパッタリングによって厚さ３００ｎｍ成膜した。

基板加熱温度を変えることによって得られる反射膜の特性を調べた。図１８はその特性を示すもので、右縦軸は波長４３０ｎｍにおけるその反射率を示す。同図から明らかなように、加熱により短波長での反射率が向上するが、特に、１００℃以上で改善が見られる。

さらに、同図には、得られる銀膜のＸ線回折によるピーク強度（左縦軸）の基板温度依存性を示してある。これらピークは配向が（２００）面及び（１００）面からのピーク強度である。

基板温度１００℃以上で反射率が向上するのは、（２００）面の配向が強くなるためと考えられる。

図１９は、（２００）面の配向と（１１１）面の配向のピーク強度比の温度依存性を示す。図１８及び図１９から、特に反射率の改善が見られる１００℃での（１１１面の）配向に対する（２００）面の配向の比は約５００で、この比が５００以上になるように成膜することが望ましい。

また、図２０は、室温で成膜した場合と、２００℃で成膜した場合の反射率の波長依存性を示す。室温で成膜した場合に比べ２００℃での成膜では（２００）面の配向が強く、短波長側の反射率低下が少ないことがわかる。

銀スパッタ膜は基板温度を上げることによって、スパッタ粒子が基板に到達してから、熱エネルギーを受けてマイグレーションし、（２００）面に配向しやすくなる。特に、Si基板などの結晶性の基板では、基板の配向の影響を受けて（２００）面に配向しやすくなり、それに伴って反射率も向上すると考えられる。

なお、上記実施例では、Si基板を用いたが、非晶質材料の基板例えばガラス基板の場合でも、基板温度を上げることによって銀の結晶構造（２００）面の配向の比率を上げることによって、反射率を高めることができる。

図１５を参照して、本発明の可視光反射部材を使用した大型平板液晶ディスプレイのバックライトユニットの実施例について説明する。図示されたバックライトユニット１５２０は、陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）１５０１、１５０２、ＣＣＦＬ１５０１、１５０２の上部に間隔を置いて位置付けられた拡散板１５０３、拡散板１５０３の表裏面に施された拡散塗料１５０４、１５０５とを備えている。更に、本発明の可視光反射部材１５０６は、ＣＣＦＬ１５０１、１５０２を挟んで拡散板１５０３と対向するように配置され、ここでは、製造される反射部材に光指向性を持たせるために、数ミクロン幅のギザギザが転写されたフレネル構造を有するプラスチック材料によって形成された基板上に、銀薄膜からなる反射部材、及び窒化珪素からなる表面保護膜を形成した。なお、光指向性を持たせるために、フレネル構造以外の表面形状を有する基板を用いることが可能であるのは言うまでもない。ただし、面構造は、基板面のどの部分も銀膜及び窒化珪素膜の成膜時にイオン照射を受けプラズマが基板面の凹凸部分にも入り込んで基板面の全部の部分に接触できるような構造が望ましい。

図示されたバックライトユニット１５２０において、矢印で示すように、互いに隣接するＣＣＦＬ１５０１、１５０２からの光は、反射部材１５０６によって反射される。また、当該可視光反射部材１５０６のフレネル構造によって、凹面鏡と同等の反射を行うので、反射光が広がることがなく拡散板１５０３に入射するので、一段と明るい全面光を得ることが出来る。したがって、図示されたバックライトユニットは大型平板液晶ディスプレイバックライトユニット用反射板に最適である。また、ＣＣＦＬの必要数を従来より減らすことが出来、ディスプレイの省エネルギー化をもたらすことができる。

図１６を参照して、本発明の可視光反射部材を使用したリアプロジェクションテレビ１６００の実施例について説明する。高圧水銀ランプからなる光源１６０１より発する光は、液晶パネル１６０２を介し青、緑、赤からなる光束に変換される。光束は第一の可視光反射部材１６０３により反射され、投射レンズ１６０４へ入射する。ここで、第一の可視光反射部材１６０３はシクロオレフィンポリマーからなる基板と、銀薄膜からなる反射層と窒化珪素からなる表面保護層を有している。投射レンズ１６０４により拡大された光束は、第二の可視光反射部材１６０５により投影スクリーン１６０６へ入射され、画像に変換された。ここで、第二の可視光反射部材１６０５はシクロオレフィンポリマーからなる基板と、銀薄膜からなる反射層と窒化珪素からなる表面保護層を有している。本実施例によるリアプロジェクションテレビは、反射部材による光の損失が減ったため、テレビ画像の輝度の向上、および低消費電力化を実現できた。

本発明の反射膜について、実施例５及び６では、フラットデイスプレイのバックライト、リアプロジェクションテレビへの適用について説明したが、これらへの応用に限らず、車両用ヘッドライトの反射膜、プロジェクターランプ用反射膜、ミラープロジェクションアライナー用反射膜、多重反射光学機器用反射膜にも適用できる。

本発明の第１の実施例に係る可視光反射部材の断面図である。 本発明の実施に使用するRF-DC結合型スパッタ装置の模式図である。 本発明の第１の実施例における銀薄膜の反射率の光の波長依存性の測定結果を示す図である。 本発明の第１の実施例で得られた銀薄膜の反射率の膜厚依存性を示す図である。 本発明の実施例において窒化珪素膜の成膜に用いるマイクロ波プラズマ処理装置の模式図である。 本発明の第１の実施例で得られた可視光反射部材の膜形成直後、純水１００℃煮沸３時間、および高温高湿度試験１０００時間後の反射率を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る可視光反射部材の断面図である。 本発明の第２の実施例における銀薄膜の波長４３０ｎｍの光の反射率と規格化イオン照射量の依存性を示す図である。 本発明の第２の実施例における規格化イオン照射量と比抵抗の関係を、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガスを用いた場合について示す図である。 本発明の第２の実施例における銀薄膜形成後に窒化珪素からなる表面保護膜を形成して作成した反射部材の、各波長の反射率と劣化加速試験結果を示す図である。 一般的な蒸着装置で成膜した銀薄膜、および本発明の第２の実施例において成膜した銀薄膜の銀由来面方位のピーク、並びに第２の実施例において作成された反射部材の、表面保護膜形成前、及び表面保護膜形成後、および劣化加速試験（純粋１００℃煮沸３時間）後のＸ線回折解析の結果を示す図である。 本発明の第３の実施例に係る可視光反射部材の断面図である。 波長４３０ｎｍの光の反射率の、規格化イオン照射量依存性を処理室圧力をパラメータとして表示した図である。 本発明の第３の実施例における銀薄膜形成後に窒化珪素からなる表面保護膜を形成して作成した反射部材の、各波長の反射率と劣化加速試験結果を示す図である。 本発明の可視光反射部材を使用した大型平板液晶ディスプレイのバックライトユニットの実施例を示す模式図である。 本発明の可視光反射部材を使用したリアプロジェクションテレビの実施例を示す模式図である。 第４の実施例の可視光反射部材の断面図である。 第４の実施例における銀膜の反射率及びＸ線回折強度の成膜基板温度依存性を示す図である。 第４実施例における銀膜の（２００）配向と（１１１）配向のピーク強度比の成膜基板温度依存性を示す図である。 第４実施例における室温で成膜した場合と、２００℃で成膜した場合の反射率の波長依存性を示す図である。

符号の説明

１００、７００、１２００、１７００ 反射部材
１０１、７０１，１２０１、１７０１ 基板
１０２、７０２、１２０２、１７０２ 銀薄膜
１０３、７０３、１２０３、１７０３ 窒化珪素膜
２００ ＲＦ−ＤＣ結合型スパッタ装置
２０１ 処理室
２０２ 銀ターゲット
２０４ 基板
２０５ 高周波電源
２０８ ターゲット用直流電源
５００ プラズマＣＶＤ用マイクロ波処理装置
５０３ 被処理基板
５０４ 保持台
５０６ 上段シャワープレート
１５０１，１５０２ 冷陰極蛍光ランプ
１５０３ 拡散板
１５０６ 反射部材
１５２０ バックライトユニット
１６００ リアプロジェクション液晶ディスプレイ
１６０３，１６０５ 可視光反射部材
１６０６ 投影スクリーン
２０１１ 基板用直流電源
２０１５ 載置台（ステージ）
５０１５ 導体構造物（下段シャワープレート）

Claims (37)

1. 基板に形成した銀薄膜と、前記銀薄膜上に形成した窒化珪素膜を含むことを特徴とする反射部材。
2. 前記銀薄膜は、（１１１）面を主要な面方位とする銀薄膜であることを特徴とする請求項１記載の反射部材。
3. 前記銀薄膜は、９９％以上が（１１１）面を主要な面方位とする銀薄膜であることを特徴とする請求項２記載の反射部材。
4. 前記銀薄膜は、波長４３０ｎｍにおいて９６％以上の反射率を有することを特徴とする請求項１記載の反射部材。
5. 前記銀薄膜の膜厚は、１００ｎｍから３５０ｎｍの範囲の膜厚であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１の請求項記載の反射部材。
6. 前記窒化珪素膜の膜厚は５ｎｍから８ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１の請求項記載の反射部材。
7. 前記基板は、０．７ｍｍから２ｍｍ厚のプラスチック材料であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１の請求項記載の反射部材
8. 前記基板は可撓性のある樹脂であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１の請求項記載の反射部材。
9. 前記基板は４０μ以上の厚みを有することを特徴とする請求項８記載の反射部材。
10. 前記銀薄膜は、不活性ガスのプラズマによるターゲット銀試料のスパッタにより形成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１の請求項記載の反射部材。
11. 前記不活性ガスはアルゴンであることを特徴とする請求項１０記載の反射部材。
12. 前記不活性ガスは、キセノンであることを特徴とする請求項１０記載の反射部材。
13. 前記基板にプラズマ中のアルゴンイオンを照射して基板表面のクリーニングを行った後に前記銀薄膜が形成されることを特徴とする請求項１１記載の反射部材。
14. 前記窒化珪素膜は、プラズマ用ガスとアンモニアの混合ガスを供給してプラズマを生成し、シランガスをプラズマで励起し、アンモニアとのＣＶＤによって成膜することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１の請求項記載の反射部材。
15. 前記銀薄膜は、（２００）面を主要な面方位とする銀薄膜であることを特徴とする請求項１記載の反射部材。
16. 前記銀薄膜は（１００）面の配向を含み、前記（１００）面配向に対する（２００）面配向の比が５００以上であることを特徴とする請求項１５記載の反射部材。
17. 前記基板はSi基板又は非結晶質材料であることを特徴とする請求項１５記載の反射部材。
18. 請求項１乃至１７のいずれか１の請求項記載の反射部材を液晶ディスプレイバックライトユニットの反射部材に使用したことを特徴とするバックライトユニット。
19. 請求項１８記載のバックライトユニットにおいて、前記基板はフレネル構造を有する基板であることを特徴とするバックライトユニット。
20. 請求項１乃至１７のいずれか１の請求項記載の反射部材をプロジェクション型液晶ディスプレイ装置の反射部材に使用することを特徴とるすプロジェクション型液晶ディスプレイ装置。
21. 請求項２０記載のプロジェクション型液晶ディスプレイ装置は、リアプロジェクション型であることを特徴とするプロジェクション型液晶ディスプレイ装置。
22. 請求項１５又は１６のいずれか１の請求項記載の反射部材を用いた車両用ヘッドライト用反射鏡。
23. 請求項１５又は１６のいずれか１の請求項記載の反射部材を用いたプロジェクタ用反射鏡。
24. 請求項１５又は１６のいずれか１の請求項記載の反射部材を用いたミラープロジェクションアライナー用反射鏡。
25. 請求項１５又は１６のいずれか１の請求項記載の反射部材を用いた多重反射光学機器用反射鏡。
26. 基板に形成した銀薄膜と前記銀薄膜上に形成した窒化珪素膜を含む反射部材の製造方法において、不活性ガスのプラズマによるターゲット銀試料のスパッタにより銀薄膜を形成することを特徴とする反射部材の製造方法。
27. 前記窒化珪素膜は、プラズマ用ガスとアンモニアの混合ガスを供給してプラズマを生成し、シランガスをプラズマで励起し、アンモニアとのＣＶＤによって成膜することを特徴とする請求項２６記載の反射部材の製造方法。
28. 基板に形成した銀薄膜と前記銀薄膜上に形成した窒化珪素膜を含む反射部材の製造方法において、処理室内に設置したターゲット及び基板載置台と、前記ターゲットに供給する第１の直流電源と、ターゲットを介して処理室内部に高周波を供給する高周波電源と、前記処理室にプラズマを生成するガスを供給する手段とを含むＲＦ−ＤＣ結合型スパッタ装置を使用し、前記ターゲットに設置した銀の試料と前記載置台との空間に不活性ガスを供給してプラズマを生成し、前記銀のスパッタリングによって前記基板表面に銀薄膜を形成することを特徴とする反射部材の製造方法。
29. 前記第１の直流電源と前記高周波電源の出力を調整して前記基板に堆積する銀の成膜レートとイオン照射量を制御して銀薄膜を形成することを特徴とする請求項２８記載の反射部材の製造方法。
30. 前記不活性ガスとしてアルゴンを使用することを特徴とする請求項２８記載の反射部材の製造方法。
31. 前記基板表面に銀薄膜を形成する前に基板表面を処理室内にアルゴンのプラズマを生成し、アルゴンイオンを前記基板表面に照射してクリーニングを行うことを特徴とする請求項３０記載の反射部材の製造方法。
32. 前記基板載置台を介して第２の直流電源を供給し、プラズマ電位と基板電圧の差分で規定されるアルゴン照射エネルギーを設定することを特徴とする請求項３１記載の反射部材の製造方法。
33. 前記アルゴン照射エネルギーが１５ｅＶ以下であることを特徴とする請求項３２記載の反射部材の製造方法。
34. 前記不活性ガスとしてキセノンを使用することを特徴とする請求項２９記載の反射部材の製造方法。
35. 成膜される銀原子１個に対するキセノンイオン照射量である規格化イオン照射量を１から３の範囲で成膜することを特徴とする請求項３３記載の反射部材の製造方法。
36. 請求項２８乃至３４のいずれか１に記載の反射部材の製造方法において、前記銀薄膜形成後、マイクロ波で励起されたプラズマをシャワー状に放出する上段シャワープレートと、前記上段シャワープレートの下段に載置台と対向して配置され反応性ガスを供給する複数のノズルを有する配管を所定の開口部が形成されるようにグリッド状に配列した下段シャワープレートとを有するマイクロ波プラズマ処理装置を用い、前記上段シャワープレートから供給されるアルゴンガス及びアンモニアガスでプラズマを生成し、前記下段シャワープレートから供給されるシランガスとの反応によって前記銀薄膜上に窒化珪素膜を形成することを特徴とする反射部材の製造方法。
37. 前記窒化珪素膜の形成後、プラズマを励起した状態でシランガスの供給を停止し、ＮＨラジカルを大量に発生させ前記窒化珪素膜へ照射し強固なシリコン−窒素結合を形成することを特徴とする請求項３６記載の反射部材の製造方法。
    

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