JP2011242648A - 反射部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】銀反射膜を備える反射部材であって、優れた耐熱性を有する反射部材を提供する。
【解決手段】反射部材1は、反射部材本体11と、銀反射膜13と、第1の保護膜15とを備えている。銀反射膜13は、反射部材本体11の上に形成されている。銀反射膜13は、銀または銀を含む合金からなる。第1の保護膜15は、銀反射膜13の上に形成されている。第1の保護膜15は、Ti,TaまたはNbからなる。
【選択図】図1
【解決手段】反射部材1は、反射部材本体11と、銀反射膜13と、第1の保護膜15とを備えている。銀反射膜13は、反射部材本体11の上に形成されている。銀反射膜13は、銀または銀を含む合金からなる。第1の保護膜15は、銀反射膜13の上に形成されている。第1の保護膜15は、Ti,TaまたはNbからなる。
【選択図】図1
Description
本発明は、反射部材に関し、特に、銀反射膜を有する反射部材に関する。
従来、銀や、銀を含む合金からなる銀反射膜を備える反射部材が用いられている。銀反射膜は、例えば、アルミニウムからなる反射膜などと比較して、高い光反射率を有する。このため、銀反射膜を用いることにより、高い光反射率を有する反射部材を実現することができる。
しかしながら、銀反射膜は、耐候性、特に高温下における耐熱性が悪く、銀反射膜の光反射率が経時的に低下してしまうという問題がある。このような問題に鑑み、例えば、下記の特許文献1〜3などにおいて、銀反射膜の上に保護膜を形成することが記載されている。特許文献1〜3では、保護膜として、SiO2膜、Ni−Cr膜、Al2O3膜、TiO2膜などが記載されている。
しかしながら、銀反射膜の上に保護膜を設けたとしても、十分に優れた耐熱性を有する反射部材が得られない場合がある。
本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、銀反射膜を備える反射部材であって、優れた耐熱性を有する反射部材を提供することにある。
本発明に係る反射部材は、反射部材本体と、銀反射膜と、第1の保護膜とを備えている。銀反射膜は、反射部材本体の上に形成されている。銀反射膜は、銀または銀を含む合金からなる。第1の保護膜は、銀反射膜の上に形成されている。第1の保護膜は、Ti,TaまたはNbからなる。
本発明においては、銀反射膜の上に、Ti,TaまたはNbからなる第1の保護膜が形成されている。このため、反射部材が高温雰囲気中におかれた場合であっても、第1の保護膜によって空気中の酸素や硫黄から銀反射膜が好適に遮断される。よって、銀反射膜が空気中の酸素や硫黄と反応し、銀反射膜の光反射率が低下することを効果的に抑制することができる。従って、本発明に従い、銀反射膜の上に、Ti,TaまたはNbからなる第1の保護膜を形成することにより、優れた耐熱性を有する反射部材を得ることができる。特に優れた耐熱性を得る観点からは、第1の保護膜は、Tiからなるものであることが好ましい。
なお、銀を含む合金の具体例としては、例えば、Ag−Pd合金、Ag−Pd−Cu合金などが挙げられる。銀を含む合金における銀の含有量は、90質量%以上であることが好ましい。
本発明においては、反射部材は、銀反射膜と第1の保護膜との間に形成されており、酸化物からなる第2の保護膜をさらに備えていることが好ましい。酸化物からなる第2の保護膜を設けることにより、銀反射膜と第1の保護膜との間で、銀などのマイグレーションが生じ、銀反射膜の光反射率が低下することを効果的に抑制することができる。従って、より優れた耐熱性を実現することができる。
なお、本発明において、第2の保護膜は、酸化物からなるものである限りにおいて特に限定されないが、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウムまたは酸化タンタルからなるものであることが好ましい。この場合、第2の保護膜自体の耐熱性を高くできると共に、第2の保護膜と銀反射膜及び第1の保護膜との密着性を高くできるためである。
第2の保護膜は、金属Agや酸化銀などのAg成分を含まないものであることが好ましい。第2の保護膜がAg成分を含んでいる場合、第2の保護膜と銀反射膜及び第1の保護膜との間でマイグレーションが生じやすくなる場合があるためである。
本発明において、反射部材本体は、特に限定されないが、優れた耐熱性を有するものであることが好ましい。具体的には、反射部材本体は、例えば、ガラスからなるものであることが好ましく、珪酸塩系ガラスや珪酸塩系結晶化ガラスなどからなるものであることがより好ましい。
但し、その場合は、反射部材本体の上に銀反射膜を直接形成すると、銀反射膜の密着性が低くなりやすい。このため、反射部材本体と銀反射膜との間に下地膜が形成されていることが好ましい。下地膜は、反射部材本体と銀反射膜とに対する密着性に優れたものである限りにおいて特に限定されない。下地膜は、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムからなることが好ましい。
また、本発明においては、反射部材は、第1の保護膜の第2の保護膜とは反対側の表面の上に形成されている第3の保護膜をさらに備えていることが好ましい。Ti,TaまたはNbからなる第1の保護膜は、酸化物からなる保護膜に較べて、一般的に機械的耐久性が低い。このため、第3の保護膜を設けることにより、第1の保護膜が損傷することを効果的に抑制することができる。その結果、より高い耐熱性を得ることができる。
第3の保護膜は、第1の保護膜よりも高硬度であることが好ましい。具体的には、第3の保護膜は、酸化物または窒化物からなるものであることが好ましい。より具体的には、第3の保護膜は、例えば、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素または窒化ケイ素からなることが好ましい。
本発明によれば、銀反射膜を備える反射部材であって、優れた耐熱性を有する反射部材を提供することができる。
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図1に示す反射部材1を例に挙げて説明する。但し、反射部材1は、単なる例示である。本発明に係る反射部材は、反射部材1に何ら限定されない。
図1は、本実施形態に係る反射部材1の略図的断面図である。
本実施形態に係る反射部材1は、反射部材本体11側から入射した光を、銀反射膜13によって反射する部材である。
反射部材1は、反射部材本体11を備えている。反射部材本体11は、太陽光など、反射部材1により反射させようとする光を透過するものである。反射部材本体11は、反射部材1の機械的強度を担保するための部材である。反射部材本体11は、反射部材1の機械的強度を担保できるものである限りにおいて特に限定されない。反射部材本体11は、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂などにより形成することができる。なかでも、反射部材本体11は、熱膨張率が低く、かつ優れた耐熱性を有するものであることが好ましいため、珪酸塩系ガラスや珪酸塩系結晶化ガラスなどのガラスまたはセラミックスからなることが好ましい。反射部材本体11の30℃〜380℃における熱膨張係数は、−5×10−7/K〜90×10−7/Kの範囲内であることが好ましい。
反射部材本体11の厚みt1は、反射部材1の機械的強度を担保できる厚みである限りにおいて特に限定されない。反射部材本体11の厚みt1は、例えば、0.1mm〜10mm程度とすることができる。
反射部材本体11の上には、銀反射膜13が形成されている。銀反射膜13は、反射部材1の反射特性を専ら担う膜である。銀反射膜13は、銀または銀を含む合金からなる。銀を含む合金において、銀の含有量は、90質量%以上であることが好ましい。なお、銀を含む合金の具体例としては、例えば、Ag−Pd合金、Ag−Pd−Cu合金などが挙げられる。
銀反射膜13の厚みt3は、例えば、100nm以上であることが好ましく、150nm以上であることがより好ましい。銀反射膜13の厚みt3が小さすぎると、銀反射膜13の光反射率が低くなりすぎる場合があるためである。但し、銀反射膜13の厚みt3が厚すぎると、銀反射膜13の形成に要するコストが高くなる。このため、銀反射膜13の厚みt3は、500nm以下であることが好ましく、300nm以下であることがより好ましい。
銀反射膜13と反射部材本体11との間には、下地膜12が設けられている。この下地膜12は、銀反射膜13と反射部材本体11との密着強度を向上する機能を有する。このため、下地膜12と銀反射膜13との密着強度、及び反射部材本体11と銀反射膜13との密着強度のそれぞれが、銀反射膜が反射部材本体の上に直接形成された場合の銀反射膜と反射部材本体との密着強度よりも高くなるような材料により下地膜12が形成されている。下地膜12の材質は、反射部材本体11と銀反射膜13との種類等に応じて適宜選択することができる。下地膜12は、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムからなることが好ましい。
下地膜12の厚みt2は、銀反射膜13と反射部材本体11との密着強度が向上するような厚みである限りにおいて特に限定されない。下地膜12は、例えば、10nm以上500nm以下とすることができる。
銀反射膜13の上には、第1の保護膜15が形成されている。第1の保護膜15は、Ti,TaまたはNbからなる。このため、第1の保護膜15は、空気中の酸素や硫黄の透過性が低い。よって、第1の保護膜15を銀反射膜13の上に形成することにより、銀反射膜13を空気中の酸素や硫黄から好適に保護することができるため、銀反射膜13が空気中の酸素や硫黄と反応し、銀反射膜13の光反射率が低下することを効果的に抑制することができる。従って、優れた耐熱性を得ることができる。特に優れた耐熱性を得る観点からは、第1の保護膜15がTiからなるものであることがより好ましい。
第1の保護膜15の厚みt5は、30nm〜1000nmであることが好ましく、50nm〜500nmであることがより好ましく、100nm〜400nmであることがさらに好ましい。第1の保護膜15の厚みt5が薄すぎると、上記酸素及び硫黄の遮断効果が十分に得られなくなる場合がある。第1の保護膜15の厚みt5が厚すぎると、反射部材1の光反射率が低くなりすぎたり、第1の保護膜15が剥離しやすくなったりする場合がある。
ところで、銀はマイグレーションしやすいため、例えばTi,TaまたはNbからなる第1の保護膜を銀反射膜の上に直接形成した場合、金属からなる第1の保護膜と銀反射膜との間でマイグレーションが生じ、銀反射膜の光反射率が低くなってしまう場合がある。
それに対して本実施形態では、銀反射膜13と、金属からなる第1の保護膜15との間に酸化物からなる第2の保護膜14が設けられている。従って、銀反射膜13からのAgのマイグレーションを効果的に抑制することができる。その結果、反射部材1の光反射率の低下を抑制することができる。
第2の保護膜14は、Agのマイグレーションを抑制できると共に、銀反射膜13及び第1の保護膜15に対する密着強度が高く、かつ優れた耐熱性を有するものであることが好ましい。従って、第2の保護膜14は、例えば、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウムまたは酸化タンタルからなるものであることが好ましい。また、第2の保護膜14は、金属Agや酸化銀などのAg成分を含まないものであることが好ましい。
第2の保護膜14の厚みt4は、Agのマイグレーションを抑制できる限りにおいて特に限定されない。第2の保護膜14の厚みt4は、例えば、10nm〜100nm程度であることが好ましい。第2の保護膜14の厚みt4が薄すぎると、Agのマイグレーションを十分に抑制できない場合がある。第2の保護膜14の厚みt4が厚すぎると、第2の保護膜14が剥離しやすくなる場合がある。
本実施形態では、第1の保護膜15の上には、第3の保護膜16が形成されている。この第3の保護膜16により、Ti,TaまたはNbからなり、低硬度である第1の保護膜15が好適に保護されている。従って、より高い耐熱性を得ることができる。
第3の保護膜16は、特に限定されないが、第1の保護膜15よりも高硬度な膜であることが好ましい。従って、第3の保護膜16は、例えば、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素または窒化ケイ素からなることが好ましい。
第3の保護膜16の厚みt6は、第1の保護膜15を好適に保護できるような厚みである限りにおいて特に限定されず、例えば、100nm〜1000nm程度とすることができる。
本実施形態において、下地膜12、銀反射膜13、第1〜第3の保護膜14〜16のそれぞれの形成方法は特に限定されない。下地膜12、銀反射膜13、第1〜第3の保護膜14〜16のそれぞれは、例えば、蒸着法、スパッタリング法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法などの薄膜形成法により形成することができる。なお、Ti,TaまたはNbからなる第1の保護膜15は、不活性ガス雰囲気または還元性雰囲気で形成することが好ましい。また、銀反射膜13の形成後に、銀反射膜13を、例えば、100℃〜200℃程度で熱処理することが好ましい。そのようにすることで、銀反射膜13における銀の粒成長を促進できる。その結果、より高い光反射率を得ることができる。
(変形例)
図2は、変形例に係る反射部材の略図的断面図である。
図2は、変形例に係る反射部材の略図的断面図である。
上記実施形態では、銀反射膜13と反射部材本体11との間に下地膜12が形成されており、さらに、第1の保護膜15の両側に第2及び第3の保護膜14,16が形成されている例について説明した。但し、本発明において、下地膜12並びに第2及び第3の保護膜14,16は必ずしも必須ではない。下地膜12並びに第2及び第3の保護膜14,16の少なくとも一つが形成されていなくてもよい。また、例えば、図2に示すように、下地膜12並びに第2及び第3の保護膜14,16が形成されておらず、反射部材本体11と、銀反射膜13と第1の保護膜15とにより反射部材が構成されていてもよい。
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
(実施例1)
本実施例1では、第2及び第3の保護膜14,16が形成されていないこと以外は、図1に示す上記実施形態に係る反射部材1と同様の構成を有する反射部材を下記の要領で作製した。具体的には、ガラス基板の上に、厚み20nmのAl2O3膜を、スパッタリング法により形成した。次に、Al2O3膜の上に、厚み150nmの銀反射膜を、スパッタリング法により形成した。最後に、銀反射膜の上に、厚み150nmのTi膜を、スパッタリング法により形成することにより実施例1に係る反射部材を作製した。
本実施例1では、第2及び第3の保護膜14,16が形成されていないこと以外は、図1に示す上記実施形態に係る反射部材1と同様の構成を有する反射部材を下記の要領で作製した。具体的には、ガラス基板の上に、厚み20nmのAl2O3膜を、スパッタリング法により形成した。次に、Al2O3膜の上に、厚み150nmの銀反射膜を、スパッタリング法により形成した。最後に、銀反射膜の上に、厚み150nmのTi膜を、スパッタリング法により形成することにより実施例1に係る反射部材を作製した。
(実施例2)
Ti膜に替えて、厚み150nmのNb膜を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして実施例2に係る反射部材を作製した。
Ti膜に替えて、厚み150nmのNb膜を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして実施例2に係る反射部材を作製した。
(比較例1)
Ti膜を形成しなかったこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例1に係る反射部材を作製した。
Ti膜を形成しなかったこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例1に係る反射部材を作製した。
(比較例2)
Ti膜に替えて、厚み150nmのAl膜を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例2に係る反射部材を作製した。
Ti膜に替えて、厚み150nmのAl膜を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例2に係る反射部材を作製した。
(比較例3)
Ti膜に替えて、厚み150nmのCu膜と、厚み150nmのAl膜との積層体を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例3に係る反射部材を作製した。
Ti膜に替えて、厚み150nmのCu膜と、厚み150nmのAl膜との積層体を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例3に係る反射部材を作製した。
(比較例4)
Ti膜に替えて、厚み100nmのSi膜を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例4に係る反射部材を作製した。
Ti膜に替えて、厚み100nmのSi膜を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例4に係る反射部材を作製した。
(比較例5)
Ti膜に替えて、厚み10nmのSi膜と、厚み100nmのSiN膜との積層体を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例5に係る反射部材を作製した。
Ti膜に替えて、厚み10nmのSi膜と、厚み100nmのSiN膜との積層体を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例5に係る反射部材を作製した。
(比較例6)
Ti膜に替えて、厚み100nmのSi膜と、厚み150nmのTi膜との積層体を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例6に係る反射部材を作製した。
Ti膜に替えて、厚み100nmのSi膜と、厚み150nmのTi膜との積層体を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例6に係る反射部材を作製した。
(比較例7)
Ti膜に替えて、厚み100nmのSiN膜を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例7に係る反射部材を作製した。
Ti膜に替えて、厚み100nmのSiN膜を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例7に係る反射部材を作製した。
(比較例8)
Ti膜に替えて、厚み150nmのTiN膜を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例8に係る反射部材を作製した。
Ti膜に替えて、厚み150nmのTiN膜を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして比較例8に係る反射部材を作製した。
(耐熱試験1)
実施例1及び比較例1,2のそれぞれにおいて作製した反射部材を湿度85%で、25℃、100℃または200℃の恒温槽に120時間放置した。その後、各反射部材に、波長400nm〜2500nmの光が入射角12°で入射したときの平均光反射率を、日立製作所社製U−4000を用いて測定した。結果を、図3に示す。
実施例1及び比較例1,2のそれぞれにおいて作製した反射部材を湿度85%で、25℃、100℃または200℃の恒温槽に120時間放置した。その後、各反射部材に、波長400nm〜2500nmの光が入射角12°で入射したときの平均光反射率を、日立製作所社製U−4000を用いて測定した。結果を、図3に示す。
図3に示すように、25℃では、実施例1及び比較例1,2のいずれの反射部材においても、ほぼ同様の光反射率であった。しかしながら、加熱温度が高くなるにつれ、保護膜を形成していない比較例1やAl膜を保護膜として形成した比較例2では、光反射率が低下する傾向にあった。これは、保護膜を形成していない比較例1やAl膜を保護膜として形成した比較例2においては、銀反射膜が劣化したものと考えられる。なかでも、Al膜を保護膜として形成した比較例2で、光反射率が大きく低下した理由は、Al膜と銀反射膜との間でAlとAgのマイグレーションが生じ、銀反射膜の光反射率が低下してしまったためであると考えられる。
それに対して、Ti膜を第1の保護膜として形成した実施例1では、200℃まで加熱した場合であってもほとんど光反射率は低下しなかった。この結果から、Ti膜を第1の保護膜として形成することにより、優れた耐熱性が得られることが分かる。
(耐熱試験2)
上記実施例1,2及び比較例2〜8のそれぞれにおいて作製した反射部材を、100℃、200℃または300℃の恒温槽に120時間放置した。その後、各反射部材に、波長400nm〜2500nmの光が入射角12°で入射したときの平均光反射率を、日立製作所社製U−4000を用いて測定した。そして、耐熱試験実施後の平均光反射率が、93%以上である場合を「○」とし、93%未満である場合または銀反射膜と保護膜との間で剥離した場合を「×」として評価した。結果を下記の表1に示す。
上記実施例1,2及び比較例2〜8のそれぞれにおいて作製した反射部材を、100℃、200℃または300℃の恒温槽に120時間放置した。その後、各反射部材に、波長400nm〜2500nmの光が入射角12°で入射したときの平均光反射率を、日立製作所社製U−4000を用いて測定した。そして、耐熱試験実施後の平均光反射率が、93%以上である場合を「○」とし、93%未満である場合または銀反射膜と保護膜との間で剥離した場合を「×」として評価した。結果を下記の表1に示す。
(剥離試験)
上記実施例1,2及び比較例2〜8のそれぞれにおいて作製した反射部材の下地膜、銀反射膜及び保護膜を貫通するようにカッターナイフで5本の傷を、5mmの間隔で入れ、スリーエム社製#610スコッチテープを5本の傷を跨るように貼った後に、上記スコッチテープを剥がす作業を5回繰り返した。その結果、銀反射膜と保護膜との間で剥離したものを「×」とし、剥離が生じなかったものを「○」として評価した。結果を下記の表1に示す。
上記実施例1,2及び比較例2〜8のそれぞれにおいて作製した反射部材の下地膜、銀反射膜及び保護膜を貫通するようにカッターナイフで5本の傷を、5mmの間隔で入れ、スリーエム社製#610スコッチテープを5本の傷を跨るように貼った後に、上記スコッチテープを剥がす作業を5回繰り返した。その結果、銀反射膜と保護膜との間で剥離したものを「×」とし、剥離が生じなかったものを「○」として評価した。結果を下記の表1に示す。
上記表1に示すように、保護膜として、Al膜またはCu膜/Al膜を設けた比較例2、3では、200℃の耐熱性試験で平均光反射率が93%未満となった。また、保護膜として、Si膜,Si膜/SiN膜またはSi膜/Ti膜を設けた比較例4〜6では、いずれも200℃の耐熱試験実施後に銀反射膜とSi膜との間で剥離が発生した。保護膜としてSiN膜またはTiN膜を設けた比較例7、8では、剥離試験で銀反射膜と保護膜との間で剥離した。この結果から、SiN膜やTiN膜を保護膜として設けた場合は、反射部材の機械的耐久性が低くなることが分かる。
それに対して、Ti膜またはNb膜を保護膜として設けた実施例1,2では、剥離試験において剥離が生じることがなく、200℃の耐熱性試験後においても、平均光反射率は93%以上であった。特に、Ti膜を保護膜として設けた実施例1では、300℃の耐熱性試験後においても、平均光反射率は93%以上を維持していた。この結果から、Ti膜またはNb膜を保護膜として設けることにより、高い機械的耐久性と高い耐熱性が得られ、Ti膜を保護膜として設けた場合は、特に高い耐熱性が得られることが分かる。
1…反射部材
11…反射部材本体
12…下地膜
13…銀反射膜
14…第2の保護膜
15…第1の保護膜
16…第3の保護膜
11…反射部材本体
12…下地膜
13…銀反射膜
14…第2の保護膜
15…第1の保護膜
16…第3の保護膜
Claims (9)
- 反射部材本体と、
前記反射部材本体の上に形成されており、銀または銀を含む合金からなる銀反射膜と、
銀反射膜の上に形成されており、Ti,TaまたはNbからなる第1の保護膜と、
を備える、反射部材。 - 前記第1の保護膜は、Tiからなる、請求項1に記載の反射部材。
- 前記銀反射膜と前記第1の保護膜との間に形成されており、酸化物からなる第2の保護膜をさらに備える、請求項1または2に記載の反射部材。
- 前記第2の保護膜は、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウムまたは酸化タンタルからなる、請求項3に記載の反射部材。
- 前記第2の保護膜は、Ag成分を含まない、請求項3または4に記載の反射部材。
- 前記反射部材本体は、ガラスからなり、
前記反射部材本体と前記銀反射膜との間に形成されている下地膜をさらに備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の反射部材。 - 前記下地膜は、酸化チタン、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムからなる、請求項6に記載の反射部材。
- 前記第1の保護膜の前記第2の保護膜とは反対側の表面の上に形成されている第3の保護膜をさらに備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載の反射部材。
- 前記第3の保護膜は、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素または窒化ケイ素からなる、請求項8に記載の反射部材。
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