JP5528591B2 - Electromagnetic wave transparent decorative parts - Google Patents
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Description
この発明は、電磁波を送受信する電子機器の筐体などに使用される電磁波透過性加飾部品に関するものである。 The present invention relates to an electromagnetic wave transmitting decorative part used for a housing of an electronic device that transmits and receives electromagnetic waves.
従来の電磁波透過性加飾部品においては、絶縁材料に導電材料の粒子が互いに接触しないように蒸着することにより金属光沢を得ていた（例えば、特許文献１）。 In conventional electromagnetic wave transmissive decorative parts, metallic luster has been obtained by evaporating the insulating material so that the particles of the conductive material do not contact each other (for example, Patent Document 1).
電磁波を送受信する装置においては、電磁波を遮蔽することなくアンテナの性能を十分に確保するために、金属部品の適用が制限されていた。一方、装置のデザイン性を高めるために、金属光沢を呈する電磁波透過性加飾部品が求められていた。前記特許文献１は絶縁材料に導電材料の粒子が互いに接触しないように蒸着することにより装飾部にて金属光沢を得ていた。しかしながら、従来の電磁波透過性加飾部品においては、装飾部が金属色に見えるよう絶縁部の全面に導電材料が形成されているが、導電材料の内部には電流が流れるため装飾部に照射される電磁波が損失を生じ、十分なアンテナ特性が得られないという問題があった。
In a device that transmits and receives electromagnetic waves, the application of metal parts has been limited in order to ensure sufficient antenna performance without shielding electromagnetic waves. On the other hand, in order to improve the design of the apparatus, there has been a demand for an electromagnetic wave transmitting decorative part exhibiting a metallic luster. In
この発明は、前述のような問題を解決するためになされたもので、電磁波を遮蔽することなく、クリアな金属光沢を呈する電磁波透過性加飾部品を得ることを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an electromagnetic wave transmitting decorative part that exhibits a clear metallic luster without shielding electromagnetic waves.
この発明に係る電磁波透過性加飾部品は、部品の表面に、膜厚が１００ｎｍ以下の透明体層と、膜厚が５ｎｍ以上、波長域４００ｎｍ〜８００ｎｍにおける平均透過率が６５％以下かつ平均反射率が２０％以上であるＳｉ層とＧｅ層の積層体を形成したものである。 The electromagnetic wave transmissive decorative component according to the present invention has a transparent layer having a film thickness of 100 nm or less, a film thickness of 5 nm or more, and an average transmittance of 65% or less and an average reflection in a wavelength range of 400 nm to 800 nm on the surface of the component. A stacked body of a Si layer and a Ge layer having a rate of 20% or more is formed.
この発明によれば、部品の表面に、膜厚が１００ｎｍ以下の透明体層と、膜厚が５ｎｍ以上、波長域４００ｎｍ〜８００ｎｍにおける平均透過率が６５％以下かつ平均反射率が２０％以上であるＳｉ層とＧｅ層の積層体を形成したため、電磁波を遮蔽することなく、クリアな金属光沢を呈する電磁波透過性加飾部品が実現可能となる。 According to this invention, the transparent layer having a film thickness of 100 nm or less, the film thickness of 5 nm or more, the average transmittance in the wavelength region of 400 nm to 800 nm is 65% or less, and the average reflectance is 20% or more on the surface of the component. Since a laminated body of a certain Si layer and Ge layer is formed, an electromagnetic wave transmitting decorative part that exhibits a clear metallic luster without shielding electromagnetic waves can be realized.
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係わる電磁波透過性加飾部品２０を示す断面図で、カーナビゲーション筐体の意匠を構成する部品である。
部品１の上に膜厚が１００ｎｍ以下の透明体層２と、半導体層または半金属層３が設けられている。部品１を構成する材料は、例えば、ＴｉＮのようなセラミックス基板、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ＰＣ樹脂とＡＢＳ樹脂のポリマーアロイ（ＰＣ＋ＡＢＳ樹脂）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ樹脂）、ポリアミド樹脂（ＰＡ樹脂）などの樹脂、またはガラス繊維などのフィラーを配合した樹脂、などの絶縁体かつ電波透過性を有するものである。なお、カーナビゲーション筐体等に用いられるこれらセラミックス部品、樹脂部品は、通常、顔料等の含有により所定の色を呈するように調整されている。
また、透明体層２は、電磁波を吸収しない非金属材料であって、波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの可視域において透明性を有するものである。例えば、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＦ３、ＹＦ３、ＹｂＦ３、ＺｎＳが代表として挙げられる。
さらに、半導体層または半金属層３としてはＧｅ、Ｓｉ、α-−Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅが代表として挙げられ、金属光沢を呈するものであれば、特に制限はないが、電磁波に影響を及ぼさない範囲として、半導体または半金属の導電率が１０３Ｓ／ｍ以下であれば、より好ましい。
ここで、半金属とは、金属性伝導を示すが、通常の金属より電気抵抗が大きい元素をいう。長周期型周期表においては、ホウ素とアスタチンを結ぶ斜めの線が金属と非金属との境界線であり、この境界線付近の元素（Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｐ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ）のうち、半導体（Ｇｅ、Ｓｉ、α−Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ）を除くものを意味する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electromagnetic wave transmissive
A
Moreover, the
Further, Ge, Si, α--Sn, Se, Te can be cited as representative examples of the semiconductor layer or the
Here, the semi-metal refers to an element that exhibits metallic conductivity but has a higher electrical resistance than a normal metal. In the long-period periodic table, an oblique line connecting boron and astatine is a boundary line between a metal and a non-metal, and elements (B, C, Si, P, Ge, As, Se, Sn, near the boundary line) , Te, Bi, Po, At) means those excluding semiconductors (Ge, Si, α-Sn, Se, Te).
透明体層２、半導体層または半金属層３は、例えば、真空蒸着にて形成することができる。透明体層２を例として形成方法の一例を挙げる。真空蒸着装置の所定位置に部品１を設置し、所定の蒸着材料をタングステンにて形成されたフィラメントに設置する。真空蒸着装置を真空排気し、所定の真空度に到達したらタングステンフィラメントに通電を行い、蒸着材料を蒸発させ、透明体層２を形成する。
このような薄膜形成方法は、いわゆる、抵抗加熱方式と呼ばれる方法で、基板に対する熱影響を抑制することが可能で、樹脂部品への薄膜形成に適している。この他、真空蒸着においては、材料を電子ビームにて溶融させる方法もあるが、一般的には、蒸発材料の輻射熱が大きいため、熱影響をきらう部品を用いる場合には大きな真空槽が必要になる。また、上記抵抗加熱方式での真空蒸着に際し、イオンガンやアンテナ式ボンバード装置を用いて、部品１の表面をＡｒイオンやＯ２イオン等にて照射すると、透明体層２の膜密着性が向上し、好ましい。ここで、アンテナ式ボンバード装置とは蒸着室に円形コイルを設け、これを電極としてチャンバー全体にプラズマを生成させる装置を言う。
半導体層または半金属層３は透明体層２と同様にして形成することができる。特に、真空蒸着装置のような真空排気を必要とする工程においては、透明体層の形成と半導体層または半金属層の形成を連続的に行うことで、排気／大気開放の時間的ロスが生じることがないため、製造コストの上昇を抑制でき好適である。
The
Such a thin film forming method is a so-called resistance heating method, which can suppress the thermal effect on the substrate and is suitable for forming a thin film on a resin component. In addition, in vacuum deposition, there is a method of melting the material with an electron beam, but in general, since the radiant heat of the evaporation material is large, a large vacuum chamber is required when using components that are not affected by heat. Become. In addition, when the surface of the
The semiconductor layer or
図２は部品１をガラスとした場合のＧｅの透過率特性を示す図で、横軸は波長(ｎｍ)、縦軸は透過率（％）であり、特性曲線１１〜１７が各々Ｇｅ膜厚１ｎｍ、３ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、４０ｎｍ、１００ｎｍに対する透過率特性を示している。
図２から分かるように、Ｇｅは膜厚の増加と共に透過率が低下することが分かる。膜厚が５ｎｍより厚くなると、４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視域での平均透過率が６５％以下となる。発明者らの調査によれば、Ｇｅ膜厚が５ｎｍ程度から弱い金属光沢を呈し始め、１０ｎｍ〜４００ｎｍではっきりとした金属光沢を呈するようになる。よって、金属光沢を呈する加飾としては４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視域での平均透過率が６５％以下の場合に実現され、好ましくは５％程度以下となる。
FIG. 2 is a graph showing the transmittance characteristics of Ge when the
As can be seen from FIG. 2, the transmittance of Ge decreases with increasing film thickness. When the film thickness is thicker than 5 nm, the average transmittance in the visible region of 400 nm to 800 nm is 65% or less. According to the investigation by the inventors, the Ge film thickness starts to show a weak metallic luster from about 5 nm and becomes clear metallic luster at 10 nm to 400 nm. Therefore, the decoration exhibiting metallic luster is realized when the average transmittance in the visible region of 400 nm to 800 nm is 65% or less, and preferably about 5% or less.
図３は部品１をガラスとした場合のＧｅの反射率特性を示す図で、横軸は波長(ｎｍ)、縦軸は反射率（％）であり、特性曲線２１〜２９が各々Ｇｅ膜厚１ｎｍ、３ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍ、４００ｎｍ、１００ｎｍ、２０ｎｍ、４０ｎｍに対する反射率特性を示している。１０００ｎｍと４００ｎｍの反射率を示す特性曲線２５，２６はほとんど重なっている。
上述の通り、発明者らの調査によれば、Ｇｅ膜厚が５ｎｍ程度から弱い金属光沢を呈し始め、１０ｎｍ〜４００ｎｍではっきりとした金属光沢を呈するようになる。よって、金属光沢を呈する加飾としては４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視域での平均反射率が２０％以上の場合に実現され、好ましくは４０％程度以上となる。
FIG. 3 is a diagram showing the reflectance characteristics of Ge when the
As described above, according to the investigation by the inventors, the Ge film thickness starts to show a weak metallic luster from about 5 nm, and becomes clear metallic luster at 10 nm to 400 nm. Therefore, the decoration exhibiting metallic luster is realized when the average reflectance in the visible region of 400 nm to 800 nm is 20% or more, and preferably about 40% or more.
ところで、光学膜の設計においては通常、ベースとなる基板を規定して計算させる必要があり、本発明においてはガラス基板を用いている。ガラス基板は光学業界において最も一般的に用いられるものであるため、その光学特性（屈折率、吸収係数）は詳細に知られており、非常に扱いやすいものである。一方、カーナビゲーション用筐体や携帯電話用筐体に用いられるセラミックス材料（ガラス基板を除く）や樹脂材料の場合、通常は顔料等によって着色され、その光学特性は一定しておらず、光学材料として扱うのはガラス基板に比して困難である。さらに、樹脂材料はこのような顔料等の添加による強制的な着色のみならず、成型時の圧力、温度、時間等により、光学特性が変わることが知られており、ガラス基板のように安定した光学特性を有するものではない。そのため、通常のセラミックス部品や樹脂部品に対して上述した膜形成を実施しても、ガラス基板をベースとした光学シミュレーションで得られた反射特性が得られない場合が生じる。 By the way, in designing an optical film, it is usually necessary to calculate by defining a base substrate. In the present invention, a glass substrate is used. Since glass substrates are the most commonly used in the optical industry, their optical properties (refractive index, absorption coefficient) are known in detail and are very easy to handle. On the other hand, ceramic materials (excluding glass substrates) and resin materials used in car navigation housings and mobile phone housings are usually colored with pigments, etc., and their optical properties are not constant, so optical materials It is difficult to handle as compared with a glass substrate. Furthermore, the resin material is known not only to be forcedly colored by the addition of such pigments, but also to change its optical properties depending on the pressure, temperature, time, etc. at the time of molding, and is stable like a glass substrate. It does not have optical properties. For this reason, even if the above-described film formation is performed on a normal ceramic part or resin part, the reflection characteristics obtained by the optical simulation based on the glass substrate may not be obtained.
図４はＴｉＮとガラスの透過率特性及び反射率特性を比較した図であり、特性曲線３１はガラスの反射率、特性曲線３２はＴｉＮの透過率、特性曲線３３はＴｉＮの反射率、特性曲線３４はガラスの透過率を示している。図４より、ガラス基板は可視域において高い透明性を有し、反射、透過共に平坦なスペクトルを有していることが分かる。一方、ＴｉＮ基板はガラス基板に比して可視域における透明性が低く、反射、透過共にスペクトルは平坦ではなく、色を持つことが分かる。
FIG. 4 is a diagram comparing the transmittance characteristics and reflectance characteristics of TiN and glass. The
図５は樹脂基板の反射率特性を比較した図であり、特性曲線４１が各々黒樹脂基板の反射率、特性曲線４２が赤樹脂基板の反射率を示している。図５より、黒樹脂基板は可視域において低い反射率を有し、比較的平坦なスペクトルを有していることが分かる。一方、赤樹脂基板は３８０ｎm〜５８０ｎｍにおいて黒樹脂基板とほぼ同等の低い反射率を有し、６５０ｎｍ〜７８０ｎｍにおいては７０％以上の高い反射率を有しており、比較的ＴｉＮ基板に近い反射スペクトルを有していることが分かる。
このように、樹脂基板の場合には、添加される顔料等により様々な着色が可能である。このことは、樹脂基板のスペクトルは添加される顔料によって様々に変化し、一様ではないことを意味している。本発明はそのような問題を解決するためになされたもので、セラミックス材料表面や樹脂材料表面に、屈折率が安定している透明体層を設け、下地基板の光学特性の影響を低減し、光学シミュレーションで得られた反射特性を再現性良く実現できる電波透過型加飾樹脂基板を実現するものである。
FIG. 5 is a graph comparing the reflectance characteristics of the resin substrates. The
Thus, in the case of a resin substrate, various coloring is possible by the pigment etc. which are added. This means that the spectrum of the resin substrate varies depending on the pigment added and is not uniform. The present invention was made in order to solve such a problem. A transparent body layer having a stable refractive index is provided on the ceramic material surface or the resin material surface to reduce the influence of the optical characteristics of the base substrate. The present invention realizes a radio wave transmitting decorative resin substrate that can realize the reflection characteristics obtained by optical simulation with good reproducibility.
図６は、透明体層２にＭｇＦ２を用いた場合の例で、Ｇｅ（３２．６１ｎｍ）／ＭｇＦ２／ＴｉＮ基板構造の電磁波透過性加飾部品の反射率をＭｇＦ２（透明体）の膜厚との関係で表した図である。図中、特性曲線５１はＭｇＦ２膜厚０ｎｍの場合、特性曲線５２はＭｇＦ２膜厚４０ｎｍの場合、特性曲線５３はＭｇＦ２膜厚１００ｎｍの場合、特性曲線５４はＭｇＦ２膜厚１５０ｎｍの場合、特性曲線５５はＧｅ（３２．６１ｎｍ）／ガラス基板の場合を表している。
FIG. 6 is an example in the case of using MgF 2 for the
図７は、透明体層２にＹｂＦ３を用いた場合の例で、Ｇｅ（３２．６１ｎｍ）／ＹｂＦ３／ＴｉＮ基板構造の電磁波透過性加飾部品の反射率をＹｂＦ３（透明体）の膜厚との関係で表した図である。図中、特性曲線６１はＹｂＦ３膜厚０ｎｍの場合、特性曲線６２はＹｂＦ３膜厚３５ｎｍの場合、特性曲線６３はＹｂＦ３膜厚１００ｎｍの場合、特性曲線６４はＹｂＦ３膜厚１５０ｎｍの場合、特性曲線６５はＧｅ（３２．６１ｎｍ）／ガラス基板の場合を表している。
FIG. 7 shows an example in which YbF 3 is used for the
図８は、透明体層２にＺｎＳを用いた場合の例で、Ｇｅ（３２．６１ｎｍ）／ＺｎＳ／ＴｉＮ基板構造の電磁波透過性加飾部品の反射率をＺｎＳ（透明体）の膜厚との関係で表した図である。図中、特性曲線７１はＺｎＳ膜厚０ｎｍの場合、特性曲線７２はＺｎＳ膜厚２０ｎｍの場合、特性曲線７３はＺｎＳ膜厚４０ｎｍの場合、特性曲線７４はＺｎＳ膜厚８０ｎｍの場合、特性曲線７５はＧｅ（３２．６１ｎｍ）／ガラス基板の場合を表している。
FIG. 8 shows an example of the case where ZnS is used for the
図６〜８より、透明体層２を設けることで、ＴｉＮ基板のような吸収を有し、フラットでない反射特性を呈する基板において、全ての場合において反射率が向上することが分かる。特に、約２０ｎｍ以上の透明体層２を設けることにより、ガラス基板を用いた場合とほぼ同等の反射率が得られている。
一方、本発明の目的は金属調の電磁波透過性加飾部品を得ることにあるため、膜厚の上限については光の干渉の影響を考慮する必要がある。図６〜８より、ＭｇＦ２の場合（屈折率１．３８：ａｔ６００ｎｍ）で約１５０nｍ、ＹｂＦ３の場合（屈折率１．５２：ａｔ６００ｎｍ）で約１５０nｍ、ＺｎＳの場合（屈折率２．３３：ａｔ６００ｎｍ）で約８０ｎｍ、すなわち屈折率が１．３８〜２．３３（ａｔ６００ｎｍ）の透明体層２の膜厚が約１００ｎｍになると干渉の影響が大きくなる。反射率特性が光の干渉の影響を受けてフラットでなくなると、色度バランスがくずれ、外観上、何らかの色を呈することを意味する。
すなわち、金属光沢を得るためには、干渉の影響が出ない範囲の透明体膜厚とすることが好ましい。以上より、概ね１．３〜２．４の屈折率（ａｔ６００ｎｍ）を有する透明体層２の膜厚は１００ｎｍ以下が好ましく、４０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲がより好適と言える。
6 to 8, it can be seen that the provision of the
On the other hand, since the object of the present invention is to obtain a metallic-tone electromagnetic wave transmissive decorative part, it is necessary to consider the influence of light interference for the upper limit of the film thickness. 6 to 8, in the case of MgF 2 (refractive index 1.38: at 600 nm), about 150 nm, in the case of YbF 3 (refractive index 1.52: at 600 nm), about 150 nm, in the case of ZnS (refractive index 2.33: When the thickness of the
That is, in order to obtain a metallic luster, it is preferable to set the transparent film thickness within a range in which the influence of interference does not occur. From the above, the film thickness of the
なお、顔料等により着色された樹脂部品に対し、基板の保護や膜密着性の改善を目的として透明の樹脂を上塗りする場合もあり、一種の透明体層の形成と言えなくもないが、カーナビゲーション用筐体や携帯電話用筐体のような曲率や凹凸を有する部品に１００ｎｍ以下の薄膜を均一に形成することは困難である。そのため、部品の保護や膜密着性の改善を目的として樹脂部品に上塗りされる透明樹脂は、通常、厚みが１０μｍ以上になり、透明性に問題が生じる。また、樹脂の塗布／乾燥工程が必要となるため、コスト上昇の原因ともなる。これに対し、本発明に係わる透明体層２は厚みが１００ｎｍ以下と薄く、加飾のための層形成の際の蒸着工程に組み込むことができるため、実質的に工数が増加することがなく、コスト上昇は最小に抑えられ、コスト的な問題も生じない。
A transparent resin may be overcoated on a resin component colored with a pigment or the like for the purpose of protecting the substrate or improving the film adhesion. It is difficult to uniformly form a thin film having a thickness of 100 nm or less on a component having curvature or unevenness, such as a navigation case or a mobile phone case. Therefore, a transparent resin that is overcoated on a resin part for the purpose of protecting the part or improving film adhesion usually has a thickness of 10 μm or more, which causes a problem in transparency. In addition, since a resin coating / drying step is required, the cost increases. On the other hand, since the
次に、これら半導体層または半金属層３により加飾を行うことによるメリットにつき説明する。従来、部品の加飾は、部品表面にＡｌやＳｎのような金属材料を形成することにより行われてきた。その理由は、金属膜の場合、上記Ｇｅにて説明したように、膜厚の増加と共に透過率が低下し金属光沢を呈する特性を有しているため、加飾の際の膜厚制御が容易となるからである。しかしながら、これら加飾部品をカーナビゲーションや携帯電話のようなアンテナ装置の筐体として使用する場合には以下のような問題が生ずる。ここでは携帯電話を例として説明する。
すなわち、近年の携帯電話の筐体はデザイン性を重視することから、携帯電話と基地局との間で電波を送受信するためのアンテナが筐体の内部に配置されていることが多く、金属膜を形成した加飾部品は使用が制限され、筐体外観のデザイン面で制約となっていた。最近、この問題を解消するために、これら金属膜を島状に形成する、いわゆる、不連続蒸着技術が開発され、実用化されてきている。
Next, the merit by performing decoration with these semiconductor layers or
That is, since the case of a mobile phone in recent years places importance on design, an antenna for transmitting and receiving radio waves between the mobile phone and a base station is often disposed inside the case. Use of the decorative parts that form the shape is restricted, and the design of the exterior of the housing is restricted. Recently, in order to solve this problem, a so-called discontinuous deposition technique for forming these metal films in an island shape has been developed and put into practical use.
図９は従来のアンテナ装置における装飾部を表わす断面図であり、８０は装飾部、８１は絶縁部、８２は導電材料の粒子を表わす。従来のアンテナ装置における装飾部８０においては、導電材料８２は粒子状で接続しないように形成されているため、一部電波は装飾部８０を透過することになる。
しかしながら、装飾部８０が金属色に見えるよう絶縁部８１の全面に導電材料８２が形成されており、導電材料８２の内部には電流が流れるため装飾部８０に照射される電磁波が損失を生じ、十分なアンテナ特性が得られないという問題があった。
また、一般的には、蒸着物質が不連続となるのは、〜数１０Å以下程度の極薄膜においてであり、通常、１００Åを超えるような膜厚においてはこれら島が接触してしまうことから、アンテナ特性が損なわれるようになる。従って、一般的には、前述の不連続蒸着には厚みの制限が存在する。膜厚に制限が存在すると、アンテナ装置の筐体のような矩形部材、曲面を有する部材の全面に均一に膜形成することが困難で、歩留まりの低下に繋がる。
この他、レーザや露光技術を用いて金属膜にパターン形成し不連続を実現する方法も考えられるが、コストが上昇するため、適用範囲は制限される。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a decorative portion in a conventional antenna device, where 80 is a decorative portion, 81 is an insulating portion, and 82 is a particle of a conductive material. In the
However, the
In general, the vapor deposition material is discontinuous in an ultrathin film of about ˜10 Å or less, and these islands usually come into contact at a film thickness exceeding 100 、. Antenna characteristics are impaired. Therefore, in general, there is a thickness limitation in the discontinuous deposition described above. When the film thickness is limited, it is difficult to form a film uniformly on the entire surface of a rectangular member or curved member such as a casing of the antenna device, which leads to a decrease in yield.
In addition, although a method of realizing pattern discontinuity by forming a pattern on a metal film using a laser or an exposure technique is also conceivable, since the cost increases, the application range is limited.
本発明に係わる電磁波透過性加飾部品はこのような問題を解決することを目的として開発されたものである。すなわち、従来の導電材料に変えて半導体膜もしくは半金属膜を用いるため、電磁波透過性加飾部品が電磁波の透過を遮断することがなく、アンテナ装置の筐体として、金属光沢を確保した上で所定のアンテナ特性を容易に確保することができる。また、従来の不連続蒸着に比して、半導体膜もしくは半金属膜の膜厚の制限が厳しくないため製造が容易で製造コストが低減されるという利点がある。 The electromagnetic wave transmitting decorative part according to the present invention has been developed for the purpose of solving such problems. That is, since a semiconductor film or a semi-metal film is used instead of the conventional conductive material, the electromagnetic wave transmitting decorative part does not block the transmission of the electromagnetic wave, and the metallic luster is secured as the casing of the antenna device. Predetermined antenna characteristics can be easily ensured. In addition, as compared with the conventional discontinuous vapor deposition, there is an advantage that the production is easy and the production cost is reduced because the film thickness of the semiconductor film or the semimetal film is not strictly limited.
金属膜、半導体膜と電磁波との透過、遮蔽の関係は概ね以下のように理解することができる。すなわち、携帯電話にて使用される電磁波はセンチ波、極超短波と呼ばれ、波長範囲で言うと概ね１ｍｍ〜１ｍ程度である。金属膜の場合、これら電磁波が照射されると、自由電子がバリアを作り（分極作用）、膜中への進入を防ぐ。そのため、電磁波は金属膜により反射されることになる。一方、半導体膜の場合、金属膜のような自由電子を持たないため、金属膜にて生じる分極作用が生じることはない。半導体においては、例えば、Ｓｉが約１．１ｅＶ（波長１１２７ｎｍの電磁波が持つエネルギーに相当）、Ｇｅが約０．７ｅＶ（波長１８５０ｎｍの電磁波が持つエネルギーに相当）のバンドギャップを有し、バンドギャップに相当する波長より長い波長の電磁波は吸収されることがないため、これら半導体を表面に形成しても、アンテナ装置にて使用される電磁波は筐体を透過することが可能となる。 The relationship between transmission and shielding between the metal film, the semiconductor film, and the electromagnetic wave can be generally understood as follows. In other words, electromagnetic waves used in mobile phones are called centimeter waves and ultrashort waves, and are approximately 1 mm to 1 m in the wavelength range. In the case of a metal film, when these electromagnetic waves are irradiated, free electrons create a barrier (polarization action) and prevent entry into the film. Therefore, the electromagnetic wave is reflected by the metal film. On the other hand, in the case of a semiconductor film, since it does not have free electrons like a metal film, the polarization effect generated in the metal film does not occur. In a semiconductor, for example, Si has a band gap of about 1.1 eV (corresponding to the energy of an electromagnetic wave having a wavelength of 1127 nm) and Ge has a band gap of about 0.7 eV (corresponding to the energy of an electromagnetic wave having a wavelength of 1850 nm). Therefore, even when these semiconductors are formed on the surface, the electromagnetic waves used in the antenna device can pass through the housing.
図１１は電磁波を十分に透過させるために必要な半導体または半金属に求められる導電率について検討した結果である。図１０に示した１次元の計算モデルに基づき、左方からの平面波が半導体層または半金属層（誘電率εｒ、導電率σ）に垂直に入射した場合の透過損Ｔを算出した。ただし半導体層または半金属層の厚さは１００ｎｍとした。
なお、誘電率εｒは１、１６、５０の場合について求めたが、透過損Ｔに対してほとんど影響しない。電磁波を十分に透過し、携帯電話としての機能を満足する透過損Ｔのしきい値を−０．１ｄＢ以下とすると、半導体または半金属に求められる導電率は１０３Ｓ／ｍ以下であることが分かる。本実施の形態１で説明したＧｅまたはＳｉの導電率はそれぞれ２．１Ｓ／ｍ（ａｔ ３００Ｋ）、３．１６×１０−４Ｓ／ｍ（ａｔ ３００Ｋ）であり、いずれも１０３Ｓ／ｍよりはるかに低い。
FIG. 11 shows the results of studying the electrical conductivity required for a semiconductor or semimetal necessary for sufficiently transmitting electromagnetic waves. Based on the one-dimensional calculation model shown in FIG. 10, the transmission loss T was calculated when the plane wave from the left was incident perpendicularly to the semiconductor layer or the semimetal layer (dielectric constant εr, conductivity σ). However, the thickness of the semiconductor layer or the semimetal layer was 100 nm.
The dielectric constant εr was obtained for the cases of 1, 16, and 50, but has little influence on the transmission loss T. When the threshold value of transmission loss T that sufficiently transmits electromagnetic waves and satisfies the function as a mobile phone is −0.1 dB or less, the electrical conductivity required for a semiconductor or a semimetal is 10 3 S / m or less. I understand. The conductivity of Ge or Si described in the first embodiment is 2.1 S / m (at 300 K) and 3.16 × 10 −4 S / m (at 300 K), respectively, and 10 3 S / m. Much lower.
なお、上記実施の形態１においては部品１を構成する材料としては上記に挙げた樹脂に限らず、その他の熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂、さらにはセラミックスなどの他の絶縁体でも特に問題はなく、同様の効果を奏することはいうまでもない。
また、半導体層または半金属層３の成膜方法として真空蒸着法を用いた方法につき説明したが、半導体層または半金属層３の製法としてはこれに限られることはなく、部品表面に熱的損傷を与えない方法であればいずれの方法でも良く、スパッタ法、イオンプレーティング法、スピンコート法などの物理的方法や、ＣＶＤ法、メッキ法などの化学的方法を用いることも可能であることは言うまでもない。
さらに、上記実施の形態１においては、カーナビゲーション筐体への適用例を示したが、例えばカメラ、携帯用音楽再生機、携帯用ゲーム機、携帯用の通信機、ラジオ、テレビ、ノート型パソコン、ノート型ワープロ、ビデオカメラ、電子手帳、各種の赤外線式または無線式リモートコントローラ、電卓、自動車用電子制御機器など、各種電磁波を送受信する電子機器に適用することが可能であることは言うまでもない。
Ｇｅ、Ｓｉを代表とする半導体は電磁波のみならず、近赤外〜遠赤外光を透過する特性を有するため、例えば、赤外線センサーを利用する機器の筐体としても同様の効果を奏することは言うまでもない。
In the first embodiment, the material constituting the
Moreover, although the method using the vacuum evaporation method as the film forming method of the semiconductor layer or the
Furthermore, in the first embodiment, an example of application to a car navigation housing has been shown. For example, a camera, a portable music player, a portable game machine, a portable communication device, a radio, a television, a notebook personal computer. Needless to say, the present invention can be applied to electronic devices that transmit and receive various electromagnetic waves, such as notebook word processors, video cameras, electronic notebooks, various infrared or wireless remote controllers, calculators, and electronic control devices for automobiles.
Since semiconductors represented by Ge and Si have the property of transmitting not only electromagnetic waves but also near-infrared to far-infrared light, for example, the same effect can be obtained as a housing of a device using an infrared sensor. Needless to say.
以上のように、本発明の実施の形態１によれば、部品１の表面に、膜厚が１００ｎｍ以下の透明体層２と、膜厚が５ｎｍ以上、波長域４００ｎｍ〜８００ｎｍにおける平均透過率が６５％以下かつ平均反射率が２０％以上である半導体層または半金属層３を形成することで、電磁波を遮断することなくデザイン性を高めることが可能な電磁波透過性加飾部品が低コストかつ容易に実現できる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the
実施の形態２．
図１２は本発明の実施の形態２に係わる電磁波透過性加飾部品を示す断面図で、部品１の上に透明体層２が設けられ、透明体層２の上には半導体層または半金属層としてＳｉ層４、Ｇｅ層５からなる積層体が設けられている。かかる構成とすることで、Ｇｅ層単体よりも高い反射率が実現可能となる。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an electromagnetic wave transmitting decorative part according to
図１３は部品１をガラス基板とした場合のＧｅ／Ｓｉ多層膜の反射率特性を示す図で、特性曲線９１はＧｅ膜厚３２．６１ｎｍ/Ｓｉ膜厚７．４５ｎｍ/ガラス基板、特性曲線９２はＧｅ膜厚３２．６１ｎｍ／ガラス基板、特性曲線９３はＧｅ膜厚１４．６７ｎｍ／Ｓｉ膜厚１９．７８ｎｍ／ガラス基板、特性曲線９４はＧｅ膜厚１０．０ｎｍ／Ｓｉ膜厚２２．７１ｎｍ／ガラス基板である。横軸は波長(ｎｍ)、縦軸は反射率（％）である。
Ｇｅ単体で最も高い反射率が得られるＧｅ膜厚３２．６１ｎｍ／ガラス基板よりも、所定の膜厚のＳｉを下地に形成し、Ｇｅ／Ｓｉ／ガラス基板の構成とした場合のほうが高い反射率が得られることが分かる。最も高い反射率が得られるＧｅ膜厚１４．６７ｎｍ／Ｓｉ膜厚１９．７８ｎｍ／ガラス基板の場合で、Ｇｅ層単独の場合に比して平均で約１０％程度の反射率向上が実現される。
FIG. 13 is a diagram showing the reflectance characteristics of the Ge / Si multilayer film when the
Higher reflectivity when Ge of a predetermined thickness is formed on the base and a Ge / Si / glass substrate configuration than a Ge film thickness of 32.61 nm / glass substrate that provides the highest reflectivity with Ge alone It can be seen that In the case of a Ge film thickness of 14.67 nm / Si film thickness of 19.78 nm / glass substrate that provides the highest reflectivity, an improvement in reflectivity of about 10% on average is realized compared to the case of a Ge layer alone. .
また、図１３から分かるように、Ｇｅ単体の場合に比して、Ｇｅ膜厚１４．６７ｎｍ／Ｓｉ膜厚１９．７８ｎｍ／ガラス基板の構成の方が可視域全域に渡りフラットな反射率特性を示す。このことは金属光沢の観点から見ると好ましい。
すなわち、Ｇｅ単体の場合に比して、Ｇｅ膜厚１４．６７ｎｍ／Ｓｉ膜厚１９．７８ｎｍ／ガラス基板の構成の方が色を持たない、よりクリアで明るい金属光沢が実現されることになる。発明者らの調査により、これらＧｅ／Ｓｉ／ガラス基板の構成がＧｅ層単体に比して反射率特性に効果的であるのは、Ｇｅ層５の膜厚がほぼ３５ｎｍ以下の場合に限られ、Ｇｅ層５の膜厚が３５ｎｍを超えるとＧｅ膜厚３２．６１ｎｍ／ガラス基板よりも高い反射率が得られなくなることが分かっている。
また、Ｇｅ膜厚が１ｎｍ以下になると短波長域と長波長域での反射率特性のバランスがくずれ、可視域全域においてはむしろ反射率が下がることが確認されている。さらに、Ｓｉ膜厚にも制限があり、５ｎｍ以下及び３０ｎｍ以上の厚みではＳｉ／Ｇｅ／ガラス基板の構成としてもＧｅ膜厚３２．６１ｎｍ／ガラス基板よりも高い反射率が得られなくなることが分かっている。
以上の結果、発明者らは、ガラス基板上に５ｎｍ〜３０ｎｍのＳｉ層４を形成し、その後、１ｎｍ〜３５ｎｍのＧｅ層５を形成することにより、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍにおいて５５％以上の平均反射率を有し、Ｇｅ層単体に比して、クリアな金属光沢を呈する電磁波透過性加飾部品が実現されることを見出した。
Further, as can be seen from FIG. 13, the configuration of the Ge film thickness of 14.67 nm / Si film thickness of 19.78 nm / glass substrate has a flat reflectance characteristic over the entire visible range as compared with the case of Ge alone. Show. This is preferable from the viewpoint of metallic luster.
That is, compared to the case of Ge alone, the Ge film thickness of 14.67 nm / Si film thickness of 19.78 nm / glass substrate has a clearer and brighter metallic luster that has no color. . According to the investigation by the inventors, the configuration of these Ge / Si / glass substrates is more effective for the reflectance characteristics than the Ge layer alone when the thickness of the
Further, it has been confirmed that when the Ge film thickness is 1 nm or less, the balance between the reflectance characteristics in the short wavelength region and the long wavelength region is lost, and the reflectance is rather lowered in the entire visible region. Furthermore, there is a limit to the Si film thickness, and it is understood that, when the thickness is 5 nm or less and 30 nm or more, the Si / Ge / glass substrate cannot obtain a higher reflectance than the Ge film thickness of 32.61 nm / glass substrate. ing.
As a result of the above, the inventors formed an
次に、実施の形態１と同様にして、部品１がセラミックスや着色された樹脂部品のような平坦な反射特性を有しない場合に、透明体層２を設ける効果につき説明する。
図１４は、透明体層にＭｇＦ２を用いた場合の例で、Ｇｅ（１４．６７ｎｍ）／Ｓｉ（１９．５８ｎｍ）／ＭｇＦ２／ＴｉＮ基板構造の電磁波透過性加飾部品の反射率をＭｇＦ２（透明体）の膜厚との関係で表した図である。図中、特性曲線１０１はＭｇＦ２膜厚０ｎｍの場合、特性曲線１０２はＭｇＦ２膜厚２０ｎｍの場合、特性曲線１０３はＭｇＦ２膜厚１００ｎｍの場合、特性曲線１０４はＭｇＦ２膜厚１５０ｎｍの場合、特性曲線１０５はＧｅ（１４．６７ｎｍ）／Ｓｉ（１９．５８ｎｍ）／ガラス基板の場合を表している。
Next, in the same manner as in the first embodiment, the effect of providing the
FIG. 14 shows an example in which MgF 2 is used for the transparent body layer. The reflectivity of the electromagnetic wave transmissive decorative component having the Ge (14.67 nm) / Si (19.58 nm) / MgF 2 / TiN substrate structure is shown in FIG. It is the figure represented by the relationship with the film thickness of 2 (transparent body). In the figure, the
図１５は、透明体層にＹｂＦ３を用いた場合の例で、Ｇｅ（１４．６７ｎｍ）／Ｓｉ（１９．５８ｎｍ）／ＹｂＦ３／ＴｉＮ基板構造の電磁波透過性加飾部品の反射率をＹｂＦ３（透明体）の膜厚との関係で表した図である。図中、特性曲線１１１はＹｂＦ３膜厚０ｎｍの場合、特性曲線１１２はＹｂＦ３膜厚２０ｎｍの場合、特性曲線１１３はＹｂＦ３膜厚８０ｎｍの場合、特性曲線１１４はＹｂＦ３膜厚１３５ｎｍの場合、特性曲線１１５はＧｅ（１４．６７ｎｍ）／Ｓｉ（１９．５８ｎｍ）／ガラス基板の場合を表している。
FIG. 15 shows an example in which YbF 3 is used for the transparent body layer, and the reflectance of the electromagnetic wave transmissive decorative component having the Ge (14.67 nm) / Si (19.58 nm) / YbF 3 / TiN substrate structure is shown as YbF. It is the figure represented by the relationship with the film thickness of 3 (transparent body). In the figure, the
図１６は、透明体層にＺｎＳを用いた場合の例で、Ｇｅ（１４．６７ｎｍ）／Ｓｉ（１９．５８ｎｍ）／ＺｎＳ／ＴｉＮ基板構造の電磁波透過性加飾部品の反射率をＺｎＳ（透明体）の膜厚との関係で表した図である。図中、特性曲線１２１はＺｎＳ膜厚０ｎｍの場合、特性曲線１２２はＺｎＳ膜厚１５ｎｍの場合、特性曲線１２３はＺｎＳ膜厚４０ｎｍの場合、特性曲線１２４はＺｎＳ膜厚６０ｎｍの場合、特性曲線１２５はＧｅ（１４．６７ｎｍ）／Ｓｉ（１９．５８ｎｍ）／ガラス基板の場合を表している。
FIG. 16 shows an example of the case where ZnS is used for the transparent body layer. The reflectance of the electromagnetic wave transmitting decorative part having a Ge (14.67 nm) / Si (19.58 nm) / ZnS / TiN substrate structure is shown as ZnS (transparent It is the figure represented by the relationship with the film thickness of a body. In the figure, the
図１４〜１６から分かるように、透明体層２を設けることで、ＴｉＮ基板のようなフラットでない反射特性を有する基板において、全ての場合において反射率が向上する。特に、約２０ｎｍ以上の透明体層を設けることにより、ガラス基板を用いた場合とほぼ同等の反射率が得られている。一方、膜厚が約６０ｎｍになると干渉の影響が大きくなる。
すなわち、金属光沢を得るためには、概ね１．３〜２．４の屈折率（ａｔ６００ｎｍ）を有する透明体層２の膜厚は６０ｎｍ以下が好ましく、２０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲がより好適と言える。
As can be seen from FIGS. 14 to 16, the provision of the
That is, in order to obtain metallic luster, the thickness of the
以上、本発明の実施の形態２によれば、部品１の表面に、膜厚が６０ｍｍ以下の透明体層２と、膜厚が５ｎｍ〜３０ｎｍのＳｉ層４と、膜厚が１ｎｍ〜３５ｎｍのＧｅ層５を形成することで、実施の形態１の効果に加え、よりクリアな金属光沢を有する電磁波透過性加飾部品が低コストかつ容易に実現できる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the
１ 部品、２ 透明体層、３ 半導体層または半金属層、４ Ｓｉ層、５ Ｇｅ層、８０ 装飾部、８１ 絶縁部、８２ 導電材料 1 part, 2 transparent body layer, 3 semiconductor layer or semi-metal layer, 4 Si layer, 5 Ge layer, 80 decorative part, 81 insulating part, 82 conductive material
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| CN106835030A (en) * | 2016-12-13 | 2017-06-13 | 西南技术物理研究所 | Infrared high antireflection film structure of wide-angle multiband and preparation method thereof |
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