JP2005227469A

JP2005227469A - 高反射鏡

Info

Publication number: JP2005227469A
Application number: JP2004034974A
Authority: JP
Inventors: Naoko Shin; 奈緒子進; Takuji Oyama; 卓司尾山
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】可視光域で高い反射率を有し、耐湿性、特に高温高湿の条件にさらされた後でも高い反射率を維持できる高反射鏡の提供。
【解決手段】フィルム基板上に、下地膜、銀膜、酸化防止膜、保護膜がこの順で積層された高反射鏡であって、前記酸化防止膜が酸化物膜であり、かつ前記酸化防止膜の消衰係数が０．１以下であり、前記保護膜の消衰係数が０．０１以下であることを特徴とする高反射鏡。前記下地膜が酸化物膜であり、スパッタリング法により形成され、かつスパッタリング法におけるスパッタガスは酸化性ガスを実質的に含まないことが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、主として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、これら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。

反射鏡のメタル膜の材料として、従来より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。また、反射率を高くするためには低屈折率膜と高屈折率膜とを積層させ、多層構造とすることが有効であることが知られており、またこのような多層構造とすることで耐擦傷性等の向上も期待できるが成膜プロセスが複雑になるといった問題があった。

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、フィルム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いという問題点があった。

メタル膜としてＡｇ膜を用いた、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Ａｌ_２Ｏ_３膜、Ａｇ膜、Ａｌ_２Ｏ_３膜、ＴｉＯ_２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。）。また、ポリカの基板上にＴｉＯ_ｘ膜、Ａｇ膜、Ａｌ_２Ｏ_３膜、ＴｉＯ_２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４参照。）。また、ポリカの基板上にＣｒＯ_ｘ膜、Ａｇ膜、Ａｌ_２Ｏ_３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６参照。）。しかし、これらの高反射鏡は、Ａｇ膜の基板と反対側のＡｌ_２Ｏ_３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、基板との密着力を向上させるために、Ａｇ膜と基板との間に金属としてクロム、ニッケル、チタン系合金を成膜した反射鏡が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、この反射鏡は下地膜とＡｇ膜のみの積層構造であり、保護膜は塩化ビニル等のフィルムをラミネートした後の密着性評価であり、保護膜として酸化物膜を形成した構造での評価はされていない。

特開２００３−４９１９号公報特開２００２−２２６９２７号公報特開２００２−２００７００号公報特開２００２−５５２１３号公報特開平２−１０９００３号公報特開２００１−３４３５１０号公報特開２００３−２９７１２２号公報

本発明は、可視光域で高い反射率を有し、耐湿性、特に高温高湿の条件にさらされた後でも高い反射率を維持できる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（１）〜（３）を提供する。
（１）フィルム基板上に、下地膜、銀膜、酸化防止膜、保護膜がこの順で積層された高反射鏡であって、前記酸化防止膜が酸化物膜であり、かつ前記酸化防止膜の消衰係数が０．１以下であり、前記保護膜の消衰係数が０．０１以下であることを特徴とする高反射鏡。
（２）前記下地膜が酸化物膜であり、スパッタリング法により形成され、かつスパッタリング法におけるスパッタガスは酸化性ガスを実質的に含まない（１）に記載の高反射鏡。
（３）前記下地膜の幾何学的膜厚が１〜５０ｎｍであり、前記銀膜の幾何学的膜厚が６０〜３００ｎｍであり、前記酸化防止膜の幾何学的膜厚が２〜１２ｎｍであり、前記保護膜の幾何学的膜厚が５〜５０ｎｍである請求項１または２に記載の高反射鏡。

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、さらに耐湿性、特に高温高湿の条件にさらされた後でも高い反射率を維持できるのでディスプレィ用の光学部品、特に使用環境の厳しい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。

本発明の高反射鏡において、フィルム基板の種類は、特に制限されず、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）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。フィルム基板の厚さは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、拡散面、凹面、凸面、台形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。また、フィルム基板は、プラズマ処理等を施すことが基板との密着性を向上できる点で好ましい。

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、４００〜７００ｎｍ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は、６０〜３００ｎｍ、特に８０〜２００ｎｍ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、３００ｎｍ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。

本発明の保護膜は、波長５５０ｎｍにおける屈折率が２．１以下であることが好ましい。また、保護膜は、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。また、保護膜は単層でも、複数の層から形成されていてもよい。保護膜は具体的には、酸化珪素膜等の酸化物膜であることが光学的特性の変動が少ない点で好ましい。保護膜の幾何学的膜厚は、５〜５０ｎｍ、特に１０〜２５ｎｍ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、保護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・半導体元素に対して９０質量％以上であることが所望の保護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、ＷＶＡＳＥ３２ＴＭ）：Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製）により測定できる。

本発明の高反射鏡は、銀膜のフィルム基板側に下地膜を形成する。下地膜を形成することにより、銀膜とフィルム基板との密着性を高めることが可能となり、耐湿性の優れる高反射鏡を得ることができる。下地膜は、フィルム基板と銀との密着性の点から、酸化物膜であることが好ましく、スパッタリング法により形成され、かつスパッタガスは酸素を実質的に含まないことがフィルム基板に影響を与えない点で好ましい。下地膜は、具体的には酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化ニオブ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、下地膜は単層でも、複数の層であってもよい。下地層の膜厚は、１〜５０ｎｍ、特に３〜１５ｎｍ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、５０ｎｍ超では表面の凹凸が大きくなり反射率が低くなったり、内部応力が高くなって密着性が低下したりするため好ましくない。

下地膜は、スパッタリング法により形成され、かつスパッタリング法におけるスパッタガスは酸化性ガスを実質的に含まないことが好ましい。スパッタガスが酸化性ガスを実質的に含まない条件とは、フィルム基板に密着性等の影響を与えるような酸化性ガスがスパッタガス中に含まれていないことを意味し、具体的には、スパッタガス中に酸化性ガスが１８体積％以下であることが好ましい。スパッタガスとしては、希ガスであることが好ましく、アルゴン等が例示される。酸化性ガスとしては、具体的には、酸素、二酸化炭素等が例示される。よって、下地膜を形成する際に用いられるターゲットは、スパッタガス中に酸化性ガスを実質的に含まなくとも酸化物膜が形成できる点で、酸化チタン等の酸化物ターゲットやＴｉＯ_ｘ（１．５≦ｘ＜２．０）ターゲット等の酸素欠損ターゲットであることが好ましい。

本発明の高反射鏡は、銀膜の基板と反対側に酸化防止膜を設ける。酸化防止膜により、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、保護膜と銀膜との密着性をも向上させることができる。酸化防止膜は、反射率の点から透明な膜であることが必要であり、具体的には消衰係数が０．１以下であり、好ましくは０．０８以下、特に好ましくは０．０５以下である。酸化防止膜の材料は、銀膜との密着性の点から酸化物であり、具体的には、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、酸化シリコン、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、酸化防止膜の材料は、複合酸化物であってもよい。酸化防止膜は、単層であっても、複数の層であってもよい。酸化防止膜の膜厚は、２〜１２ｎｍ、特に４〜６ｎｍであることが好ましい。２ｎｍ未満では密着性向上の効果が現われにくく、１２ｎｍ超では反射率が低くなるため好ましくない。

酸化防止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。他の金属としては、具体的には、ガリウム、スズ、チタン、シリコン、アルミニウム、イットリウムが挙げられ、その含有量は、酸化亜鉛膜中の全金属元素に対して３〜１０質量％であることが応力緩和の点で好ましい。酸化防止膜を形成する場合、下層である銀膜の酸化を防止するため、酸素等の酸化性ガスが存在しない雰囲気で酸化防止膜を形成することが好ましい。

本発明の高反射鏡は、前述したとおり、フィルム基板の片面に、銀膜、保護膜の構成を含む多層膜を形成しているが、これらの多層膜をフィルム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、該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、入射角によらず、８５％以上、特に８８％以上であることが好ましい。本発明の高反射鏡は、入射角に依存することなく、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。また、膜面反射率は、可視光域の人間の感ずる反射率を明確に表すことができる点で、ＪＩＳ−Ｚ８７０１（１９８２年）に規定する視感反射率を使用することが多い。

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、フィルム基板から順に、下地膜、銀膜、酸化防止膜、保護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、フィルム基板上に、１）下地膜を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、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）この銀膜の上に酸化防止膜を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）この酸化防止膜の上に保護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。

スパッタリング法としては、交流（ＡＣ）、直流（ＤＣ）または高周波（ＲＦ）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。

本発明の積層体は、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）、および比較例（例２〜４）について詳細に説明する。ただし、本発明は下記実施例に限定されない。

（例１）
真空槽内に、基板として、アクリルハードコートを施した平坦なＰＥＴフィルムを設置し、ターゲットとしてＴｉＯ_ｘターゲット、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％、酸化亜鉛の含有率９４．３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％）、金属チタンターゲット（チタンの含有率９９．９９質量％）をそれぞれカソード上部のフィルム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５０．８ｍｍ×１７７．８ｍｍであった。そして、下記のＡ）〜Ｅ）の処理を行うことにより高反射鏡を得た。

Ａ）・・・（フィルム基板の前処理工程）
スパッタリングガスとしてアルゴンガスを８０ｓｃｃｍ、酸素ガスを２０ｓｃｃｍの流量で真空槽内へ導入し、投入電力０．３ｋＷ、フィルムの搬送速度０．３３ｍ／ｍｉｎの条件でＲＦプラズマ処理を行った。

Ｂ）・・・（下地膜（酸化チタン膜）の形成）
スパッタリングガスとしてアルゴンガスを１００ｓｃｃｍの流量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０．５ｋＷの条件で、ＴｉＯ_ｘターゲットを用いて、ＰＥＴフィルム上に酸化チタン膜を１０ｎｍの膜厚で形成した。酸化チタン膜の成分はターゲットと同等であった。

Ｃ）・・・（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１００ｓｃｃｍの流量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０．５ｋＷの条件で、金を添加した銀合金ターゲットを用いて、下地膜上に銀膜を１５０ｎｍ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。

Ｄ）・・・（酸化防止膜（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１００ｓｃｃｍの流量で真空槽内へ導入し、ＤＣスパッタリング法により銀膜上にガリウムドープ酸化亜鉛膜（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。

Ｅ）・・・（保護膜（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アルゴンガスを５０ｓｃｃｍ、酸素ガスを５０ｓｃｃｍ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０．５ｋＷ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２０ｎｍの膜厚で形成した。酸化珪素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の耐久性を下記の方法で評価し、（１）〜（３）の結果を表１に示す。

（１）高温耐湿試験
形成した高反射鏡を５０ｍｍ×１００ｍｍに切り出しサンプルに供した。温度６０℃、相対湿度９０％の雰囲気中にサンプルを１００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）テープ剥離試験
形成した高反射鏡の膜面をカッターを用いて切断し、ます目を１００個形成した。接着テープ（ニチバン社製）を手の力で強く膜面に貼り付け、勢い良く剥がした後の膜面のます目の剥離の有無を確認した。全く剥離がない場合を１００/１００、全て剥離の場合を０/１００とした。剥離試験は成膜後および高温耐湿試験後に行った。

（３）視感反射率
カラーアナライザー（ＴＯＰＳＣＡＮ：東京電色製）を用いて反射率を測定し、ＪＩＳ−Ｚ８７０１（１９８２年）に規定する三刺激値の色度Ｙを計算により求め視感反射率とした。測定はＳＣＩ方式で行った。視感反射率は成膜後および高温耐湿試験後に測定した。

（例２）（比較例）
例１において、下地膜を形成する方法として、酸化チタンターゲットを用いる代わりに、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを１００ｓｃｃｍ真空槽内へ導入し、ＤＣスパッタリング法により、投入電力０．５ｋＷの条件で金属チタンターゲット（チタンの含有率９９．９９質量％）を用いて下地膜としてチタン膜を４９ｎｍ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）〜（３）の結果を表１に示す。

（例３）（比較例）
下地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）〜（３）の結果を表１に示す。

（例４）（比較例）
例１において、下地膜である酸化チタン膜を形成する方法として、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを５０ｓｃｃｍおよび酸素ガスを５０ｓｃｃｍ真空槽内へ導入し、ＤＣ反応性スパッタリング法により投入電力０．５ｋＷの条件で、金属チタンターゲット（チタンの含有率９９．９９９ａｔ％）を用いて酸化チタン膜を形成する以外は例１と同様に処理して高反射鏡を形成した。形成された高反射鏡を例１と同様の方法で評価した。（１）〜（３）の結果を表１に示す。

例１の高反射鏡は、メタル膜の材料として銀を用いているため、可視光域において反射率が高くなっており、不活性ガスによるスパッタリングにより得られた下地膜の形成により耐湿性等の耐久性に優れている。

これに対し、例２では、下地層として酸化物膜ではない金属チタン膜を用いているため、密着性が十分でなくフィルム基板との間で剥離等が見られ、例３では、下地層がないため、銀膜とフィルム基板との間の密着性が十分でなく剥離が見られ、例４では、下地層を反応性スパッタリング法により形成するため、反応性スパッタリングでスパッタガスとして用いられる酸素がフィルムに影響を及ぼし、銀膜とフィルム基板との間で剥離等が見られ好ましくない。

本発明の高反射鏡は、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。

Claims

フィルム基板上に、下地膜、銀膜、酸化防止膜、保護膜がこの順で積層された高反射鏡であって、前記酸化防止膜が酸化物膜であり、かつ前記酸化防止膜の消衰係数が０．１以下であり、前記保護膜の消衰係数が０．０１以下であることを特徴とする高反射鏡。
前記下地膜が酸化物膜であり、スパッタリング法により形成され、かつスパッタリング法におけるスパッタガスは酸化性ガスを実質的に含まない請求項１に記載の高反射鏡。
前記下地膜の幾何学的膜厚が１〜５０ｎｍであり、前記銀膜の幾何学的膜厚が６０〜３００ｎｍであり、前記酸化防止膜の幾何学的膜厚が２〜１２ｎｍであり、前記保護膜の幾何学的膜厚が５〜５０ｎｍである請求項１または２に記載の高反射鏡。