JP2006171344A - 光学膜 - Google Patents
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Abstract
【課題】 所望の光学特性を容易に得ることができ且つ耐久性を向上させることができる光学膜を提供する。
【解決手段】 反射型液晶基板20は、ガラス基板12と、ガラス基板12の内側主面上に形成された光学膜30とを有する。光学膜30は、ガラス基板12の内側主面上に分散して形成された複数の島状構造体31と、ガラス基板12の内側主面上又は島状構造体31上に形成された金属膜32と、金属膜32の内側主面上に分散して形成された複数の島状構造体33とを有する。金属膜32は、標準電極電位が正の値である銀である。島状構造体31及び島状構造体33の各々は、標準電極電位が負の値であるITOから成る。島状構造体31,33は、その平均ピッチが400〜900nmであり、その平均高さが2.0〜7.0nmである。
【選択図】 図2
【解決手段】 反射型液晶基板20は、ガラス基板12と、ガラス基板12の内側主面上に形成された光学膜30とを有する。光学膜30は、ガラス基板12の内側主面上に分散して形成された複数の島状構造体31と、ガラス基板12の内側主面上又は島状構造体31上に形成された金属膜32と、金属膜32の内側主面上に分散して形成された複数の島状構造体33とを有する。金属膜32は、標準電極電位が正の値である銀である。島状構造体31及び島状構造体33の各々は、標準電極電位が負の値であるITOから成る。島状構造体31,33は、その平均ピッチが400〜900nmであり、その平均高さが2.0〜7.0nmである。
【選択図】 図2
Description
本発明は、光学膜に関し、特に、表面に金属薄膜を被覆した反射型液晶表示装置又は反射・透過併用型液晶ガラス基板に好適に用いられる光学膜に関する。
従来、液晶表示装置は、これまでのCRTディスプレイに比べ薄型であり省スペース化できること、低電圧で作動すること、消費電力が少なく省エネルギー化できる等の特徴から、中小型機器のディスプレイを中心に幅広く用いられている。また、液晶表示装置のうち、特に、液晶表示面からの入射光を光源として利用する反射型液晶表示装置は、例えば、液晶層と、銀系合金を代表とする金属の薄膜を被覆した光学膜を有する光反射基板とで構成されており、従来必要とされていたバックライトが不要であることから、液晶表示装置の軽量化や薄型化に適しており、主として用いられている。
ここで、近年、さらなる視認性向上の観点から、光反射基板の低い光吸収率や酸化雰囲気等の厳しい環境下における耐久性の向上が要求されており、これらを満たすべく様々な研究が行われている。
例えば、ガラス基板の主面上に交互に繰り返し積層させた3層の酸化物薄膜と2層の銀薄膜とで構成された光学膜は、該2層の銀薄膜の結晶性を安定した配向とすることにより高温多湿下における銀薄膜の安定性を向上させている(特許文献1参照)。
また、他の光学膜は、透明基板上に積層された銀系の金属から成る熱線反射金属膜と、熱線反射金属膜上に積層されると共に珪素、ホウ素及びアルミニウムの群から選ばれる少なくとも1種の金属の窒化物から成る透明窒化膜とで構成され、この透明窒化膜により熱線反射金属膜が酸化するのを抑制している(特許文献2参照)。
さらに、他の光学膜は、透明基板の一方の主面上に形成されると共に酸化インジウム錫(Indium Tin Oxide、以下、「ITO」という)から成る透明高屈折率層と、透明高屈折率層上に積層された金属薄膜と、金属薄膜層上に積層される共にITOから成る透明高屈折率層とで構成され、このITOから成る透明高屈折率層により、隣接する金属薄膜の環境耐久性を高めている(特許文献3参照)。
特開2000−56127号公報
特開平6−345491号公報
特開平9−272172号公報
しかしながら、これらの光学膜のうち、特に、結晶性で安定化させた金属薄膜を有する光学膜は、酸化雰囲気中では物性値の酸化還元電位等の影響が大きいので金属薄膜の耐久性が低下してしまうという問題がある。また、金属の窒化物から成る透明窒化膜やITOから成る透明高屈折率層を有する光学膜は、光学膜全体の膜厚が増加することにより所望の光学特性を得ることが困難であり、また、透明窒化膜やITOから成る透明高屈折率層に存在する微小なピンホールによって金属薄膜が雰囲気中に曝され、金属薄膜の耐久性が低下するという問題がある。
本発明の目的は、所望の光学特性を容易に得ることができ且つ耐久性を向上させることができる光学膜を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1記載の光学膜は、基板の主面上に形成された光学膜において、前記基板の主面上に形成された金属膜と、前記金属膜の主面上に島状に分散して形成される複数の島状構造体及び前記金属膜と接する前記基板の主面上に島状に分散して形成される他の複数の島状構造体の少なくとも一方とを有し、前記島状構造体は、前記金属膜の金属と標準電極電位が異なる金属又は金属酸化物から成ることを特徴とする。
請求項2記載の光学膜は、請求項記載の1光学膜において、前記島状構造体は、その平均ピッチが400nm以上であることを特徴とする。
請求項3記載の光学膜は、請求項2記載の光学膜において、前記平均ピッチは400〜900nmであることを特徴とする。
請求項4記載の光学膜は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光学膜において、前記島状構造体の平均ピッチに対する等価円平均直径の比は、百分率で10〜90%であることを特徴とする。
請求項5記載の光学膜は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学膜において、前記島状構造体は、その平均高さが2.0〜7.0nmであることを特徴とする。
請求項6記載の光学膜は、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光学膜において、前記金属膜は標準電極電位が正の値である金属から成り、前記島状構造体は標準電極電位が負の値である金属又は金属酸化物から成ることを特徴とする。
請求項7記載の光学膜は、請求項6記載の光学膜において、前記標準電極電位が正の値である金属は、銀、クロム、及びアルミニウムから選択された少なくとも1つの材料から成ることを特徴とする。
請求項8記載の光学膜は、請求項7記載の光学膜において、前記標準電極電位が負の値である金属酸化物は酸化インジウム錫から成ることを特徴とする。
請求項9記載の光学膜は、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光学膜において、前記基板はガラスから成ることを特徴とする。
請求項10記載の光学膜は、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光学膜において、反射型液晶表示装置又は反射・透過併用型液晶装置用の光反射基板に用いられることを特徴とする。
請求項1記載の光学膜によれば、金属膜の主面上に島状に分散して形成される複数の島状構造体及び金属膜と接する基板の主面上に島状に分散して形成される他の複数の島状構造体の少なくとも一方とを有し、島状構造体は、金属膜の金属と標準電極電位が異なる金属又は金属酸化物から成るので、光学膜を薄く形成することができ、もって膜設計と光学特性の自由度を向上させることができ、加えて、島状構造体と金属膜との間に位相の異なる自由電子のプラズマ振動が発生し、島状構造体の酸化反応における酸化還元電位変化と金属膜の酸化反応における酸化還元電位変化とがほぼ平衡状態で停止することにより金属膜を防食することができ、もって光学膜の耐久性を向上させることができる。
請求項2記載の光学膜によれば、平均ピッチが400nm以上であるので、島状構造体中に存在する自由電子のプラズマ振動の波長である400nmと同等又はそれ以上とすることにより、金属膜を更に防食することができる。
請求項3記載の光学膜によれば、島状構造体の平均ピッチが400〜900nmであるので、金属膜を更に確実に防食することができる。
請求項4記載の光学膜によれば、島状構造体の平均ピッチに対する等価円平均直径の比は、百分率で10〜90%であるので、金属膜を更に確実に防食することができる。
請求項5記載の光学膜によれば、島状構造体は、その平均高さが2.0〜7.0nmであるので、金属膜を更に確実に防食することができる。
請求項6記載の光学膜によれば、金属膜は標準電極電位が正の値である金属から成り、島状構造体は標準電極電位が負の値である金属又は金属酸化物から成るので、島状構造体が酸化される際に発生する自由電子のプラズマ振動と金属膜が酸化される際に発生する自由電子のプラズマ振動とが互いに打ち消しあうことによって夫々の酸化還元電位変化を停止させ、もって金属膜の耐久性を更に向上させることができる。
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、基板の主面上に形成された光学膜において、基板の主面上に形成された金属膜と、金属膜の主面上に島状に分散して形成される複数の島状構造体及び金属膜と接する基板の主面上に島状に分散して形成される他の複数の島状構造体の少なくとも一方とを有し、島状構造体は、金属膜の金属と標準電極電位が異なる金属又は金属酸化物から成ると、光学膜を薄く形成することができ、もって膜設計と光学特性の自由度を向上させることができ、加えて、島状構造体と金属膜との間に位相の異なる自由電子のプラズマ振動が発生し、島状構造体の酸化反応における酸化還元電位変化と金属膜の酸化反応における酸化還元電位変化とがほぼ平衡状態で停止することにより金属膜を防食することができ、もって光学膜の耐久性を向上させることができ、また複数の島状構造体が、その平均ピッチが400nm以上、好ましくは400〜900nmであると、島状構造体中に存在する自由電子のプラズマ振動の波長である400nmと同等又はそれ以上とすることにより、金属膜を更に防食することができること、さらに、金属膜は標準電極電位が正の値である金属から成り、島状構造体は標準電極電位が負の値である金属又は金属酸化物から成ると、島状構造体が酸化される際に発生する自由電子のプラズマ振動と金属膜が酸化される際に発生する自由電子のプラズマ振動とが互いに打ち消しあうことによって夫々の酸化還元電位変化を停止させ、もって金属膜の耐久性を更に向上させることができることを見い出した。
本発明は、上記研究結果に基づいてなされたものである。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る光学膜を有する反射型液晶装置の概略構成を示す断面図である。
図1において、反射型液晶装置1は、光を透過する一対のガラス基板11,12と、ガラス基板12の内側主面に積層され、入射光13を散乱させて反射光14として反射する光学膜30と、光学膜30とガラス基板11との間に満たされ、透過する光を制御する液晶層17とを備える。反射型液晶装置10の各構成要素のうちガラス基板12と光学膜30は後述する図2の反射型液晶基板20を構成し、光学膜30は図2を用いて詳細に説明する。
図2は、図1の反射型液晶基板20を示す図であり、(A)は部分切欠き斜視図であり、(B)は断面図である。
図2において、反射型液晶基板20は、例えば、厚さが0.55mmであって、ガラス基板12と、ガラス基板12の内側主面上に形成された光学膜30とを有する(図2(A))。
光学膜30は、ガラス基板12の内側主面上に分散して形成される複数の島状構造体31と、ガラス基板12の内側主面上又は島状構造体31上に形成される金属膜32と、金属膜32の内側主面上に分散して形成される複数の島状構造体33とを有する(図2(B))。
金属膜32は、標準電極電位が正の値である金属、銀、クロム、及びアルミニウムから選択された少なくとも1つの材料から成り、本実施例では、銀である。
島状構造体31及び島状構造体33の各々は、金属膜32の金属と標準電極電位が異なる金属又は金属酸化物、具体的には、標準電極電位が負の値である金属又は金属酸化物から成り、より具体的には、ITOから成る。これにより、島状構造体31,33が酸化される際に発生する自由電子のプラズマ振動と金属膜が酸化される際に発生する自由電子のプラズマ振動とが互いに打ち消しあうことによって夫々の酸化還元電位変化を停止させ、もって金属膜32の耐久性を更に向上させることができる。
島状構造体31,33は、その平均ピッチが400nm以上であり、好ましくは、平均ピッチは400〜900nmである。これにより、島状構造体31,33中に存在する自由電子のプラズマ振動の波長である400nmと同等又はそれ以上とすることにより、金属膜32を更に防食することができる。
また、島状構造体31,33の平均ピッチに対する等価円平均直径の比は、百分率で
10〜90%である。これにより、金属膜32を更に確実に防食することができる。
10〜90%である。これにより、金属膜32を更に確実に防食することができる。
ここで、等価円とは、図3に示すように、島状構造体のガラス基板又は金属膜の主面に接する面において、当該面の形状の差し渡し距離の最大値を直径とする円を示し、等価円平均直径とは、ガラス基板又は金属膜から任意に選択された少なくとも10個以上の島状構造体における等価円の直径の平均値を示す。
また、島状構造体の平均ピッチとは、ガラス基板又は金属膜から任意に選択された少なくとも10個以上の島状構造体において、一の島状構造体の等価円の中心と、一の島状構造体から最も近い他の島状構造体の等価円の中心との距離(島状構造体間の距離)を平均した値を示す。
金属膜32は、その厚さが10〜500nm、例えば25nmであり、島状構造体31は、その平均高さが2.0〜7.0nmであり、島状構造体33は、その平均高さが2.0〜7.0nmである。これにより、金属膜32を更に確実に防食することができる。また、島状構造体31及び島状構造体33は、その平均高さが、夫々、3,0〜5.0nmであるのが好ましい。これにより、金属膜32を更に確実に防食することができる。
ここで、島状構造体の平均高さとは、ガラス基板又は金属膜から任意に選択された少なくとも10個以上の島状構造体において、ガラス基板又は金属膜の主面と島状構造体の最高点との距離を平均した値を示す。
次に、反射型液晶基板20の製造方法を説明する。
図4は、図2の反射型液晶基板20の製造方法を示すフローチャートである。
図4において、まず、フロート法により製造された厚さが0.55mmの板ガラスを所定の寸法に切断してガラス基板12を作製し(ステップS1)(図5(A))、スパッタリング法を用いてガラス基板12の一方の主面上に分散して複数の島状構造体31を形成する(ステップS2)(図5(B))。
具体的には、複数の島状構造体31は、その等価円平均直径が、例えば130nmであり、平均高さは、例えば3nmとなるように形成される。また、島状構造体31は、その平均ピッチが520nmとなるように、且つ、島状構造体31の平均ピッチに対する等価円平均直径の比が百分率で25%となるように形成される。
次に、島状構造体31が形成されたガラス基板12の主面上に、スパッタリング法を用いてその厚みが25nmとなるように金属膜32を形成し(ステップS3)(図5(C))、さらに、スパッタリング法を用いて金属膜32の主面上に分散して複数の島状構造体33を形成する(ステップS4)(図5(D))。
具体的には、複数の島状構造体33は、その等価円平均直径が、例えば130nmであり、平均高さは、例えば3nmとなるように形成される。また、島状構造体33は、その平均ピッチが520nmとなるように、且つ、島状構造体33の平均ピッチに対する等価円平均直径の比が百分率で25%となるように形成される。
本実施の形態によれば、ガラス基板12の内側主面上に形成される金属膜32の主面上に分散して形成される複数の島状構造体33及び金属膜32と接するガラス基板12の内側主面上に島状に分散して形成される複数の島状構造体31が、金属膜32の金属と標準電極電位が異なる金属又は金属酸化物から成るので、光学膜を薄く形成することができ、もって膜設計と光学特性の自由度を向上させることができ、加えて、島状構造体33と金属膜32との間及び島状構造体31と金属膜32との間に位相の異なる自由電子のプラズマ振動が発生し、島状構造体の酸化反応における酸化還元電位変化と金属膜の酸化反応における酸化還元電位変化とがほぼ平衡状態で停止することにより金属膜32を防食することができ、もって光学膜の耐久性を向上させることができる。また、島状構造体33と金属膜32との間及び島状構造体31と金属膜32との間で発生するプラズマ振動の干渉により金属膜32が防食されるので、島状構造体33を構成する複数のドットが金属膜32上に均一に形成されず部分的にドットが欠落した場合であっても、ドットが欠落した部分の周囲に形成されたドットによる干渉効果により金属膜32を防食することができる。
本実施の形態では、ガラス基板12の内側主面上に形成される金属膜32の主面上に分散して形成される複数の島状構造体33と、金属膜32と接するガラス基板12の内側主面上に島状に分散して形成される複数の島状構造体31とを有するが、これに限るものではなく、金属膜32の内側主面上に島状に分散して形成される複数の島状構造体33及び金属膜32と接するガラス基板12の内側主面上に島状に分散して形成される複数の島状構造体31の少なくとも一方を有していてもよい。光学膜30が複数の島状構造体33のみを有する場合は、主として金属膜32の内側主面上を防食することができ、また、光学膜30が複数の島状構造体33のみを有する場合は、主としてガラス基板と接する金属膜32の主面上を防食することができる。これにより、光学膜を更に薄く形成することができ、加えて、光学膜の耐久性を向上させることができる。
本実施の形態では、光学膜30は反射型液晶装置1に用いられるが、これに限るものではなく、外光の光量が大きいときは外光の反射光を利用し、外光の光量が小さいときはバックライトの光を利用する反射・透過併用型液晶装置に用いられてもよい。-
本実施の形態では、島状構造体33は、金属膜32の主面上に島状に形成されるが、これに限るものではなく、島状構造体33と標準電極電位が異なる金属又は金属酸化物から成る固体の表面に形成されてもよい。これにより、様々な用途に用いられる金属又は金属酸化物から成る固体を防食することができ、もって容易に金属の耐久性を向上させることができる。
本実施の形態では、島状構造体33は、金属膜32の主面上に島状に形成されるが、これに限るものではなく、島状構造体33と標準電極電位が異なる金属又は金属酸化物から成る固体の表面に形成されてもよい。これにより、様々な用途に用いられる金属又は金属酸化物から成る固体を防食することができ、もって容易に金属の耐久性を向上させることができる。
以下、本発明の実施例を説明する。尚、本実施例では、金属膜32の内側主面上に島状に分散して形成される複数の島状構造体33のみを有する光学膜を用いて実験を行なった。
まず、第1の実施例として、ガラス基板12の一方の主面上に形成された厚さ25nmの銀から成る金属膜32に、スパッタリング法を用いて、金属膜32の被覆体として平均ピッチが、例えば、520nmとなるようにITOから成る島状構造体33を形成させたサンプルを作製した。
次いで、第1の比較例として、ガラス基板12の主面上に形成された厚さ25nmの銀から成る金属膜32に、スパッタリング法を用いて厚みが10nmのITO膜を成膜させたサンプルを作製し、さらに、第2の比較例として、ガラス基板12の主面上に形成された厚さ25nmの銀から成る金属膜32のみを形成したサンプルを作製した。
次に、これらのサンプルを室温にて10質量%HCl水溶液に15分間浸漬し、金属膜32が腐食されたか否かを判定した。結果を表1に示す。
表1において、○は金属膜32が腐食されなかったこと、×は金属膜32が腐食されたことを示す。
表1によれば、ガラス基板12の主面上に形成された銀製の金属膜32の主面上に分散して形成された複数の島状構造体33が金属膜32と標準電極電位が異なるITOから成ると、光学膜32を薄く形成することができ、もって膜設計と光学特性の自由度を向上させることができ、加えて、光学膜の耐久性を向上させることができることが分かった。
次に、第2の実施例として、ガラス基板12の一方の主面上に形成された厚さ25nmの銀から成る金属膜32に、スパッタリング法を用いて、金属膜32の被覆体として平均ピッチが900nmとなるようにITOから成る島状構造体33を形成させたサンプルを作製し、第3の実施例として、ガラス基板12の一方の主面上に形成された厚さ25nmの銀から成る金属膜32に、平均ピッチが520nmとなるようにITOから成る島状構造体33を形成させたサンプルを作製し、第4の実施例として、ガラス基板12の一方の主面上に形成された厚さ25nmの銀から成る金属膜32に、平均ピッチが420nmとなるようにITOから成る島状構造体33を形成させたサンプルを作製し、第5の実施例として、ガラス基板12の一方の主面上に形成された厚さ25nmの銀から成る金属膜32に、平均ピッチが410nmとなるようにITOから成る島状構造体33を形成させたサンプルを作製した。次いで、第3の比較例として、ガラス基板12の主面上に形成された厚さ25nmの銀から成る金属膜32に、スパッタリング法を用いて、金属膜32の被覆体として平均ピッチが400nmとなるようにITOから成る島状構造体33を形成させたサンプルを作製した。
次に、島状構造体33を形成させた金属膜32の主面を走査型電子顕微鏡により観察し、15000〜20000倍の倍率で写真撮影を行い、金属膜32の主面を撮影した写真を焼き付けた印画紙上で対角線を引き、この対角線上にある複数の島状構造体33のうち10〜20個の島状構造体を測定対象として選択し、この選択された各島状構造体から等価円平均直径及び平均ピッチを求めた。尚、印画紙上の島状構造体が小さく、等価円の決定が困難な場合は、先に島状構造体間の距離を測定し、この距離から求められた平均ピッチを等価円平均直径とした。
また、ガラス基板12の一方の主面上に金属膜32及び島状構造体33を形成させたサンプルの断面を走査型電子顕微鏡により観察し、観察された複数の島状構造体33のうち10〜20個の島状構造体を測定対象として選択し、この選択された各島状構造体から平均高さを求めた。
第2の実施例において、島状構造体33は、平均等価円直径が90nmであり、その平均高さは2.0nmであった。第3の実施例において、島状構造体33は、平均等価円直径が130nmであり、その平均高さは3.0nmであった。第4の実施例において、島状構造体33は、平均等価円直径が210nmであり、その平均高さは5.0nmであった。第5の実施例において、島状構造体33は、平均等価円直径が290nmであり、その平均高さは7.0nmであった。
次に、これらのサンプルを室温にて10質量%HCl水溶液に15分間浸漬し、金属膜32が腐食されたか否かを判定した。結果を表2に示す。
表2において、○は金属膜32が腐食されなかったこと、×は金属膜32が腐食されたことを示す。
表2によれば、複数の島状構造体33が、その平均ピッチが400nm以上、好ましくは400〜900nmであると、島状構造体33中に存在する自由電子のプラズマ振動の波長である400nmと同等又はそれ以上とすることにより、金属膜32を更に防食することができることが分かった。また、島状構造体33の平均ピッチに対する等価円平均直径の比は、百分率で10〜90%であると、金属膜32を更に確実に防食することができることが分かった。さらに、島状構造体33は、その高さが2.0〜7.0nmであると、金属膜32を更に確実に防食することができることが分かった。
11,12 基板
20 反射型液晶基板
30 光学膜
31、33 島状構造体
32 金属膜
20 反射型液晶基板
30 光学膜
31、33 島状構造体
32 金属膜
Claims (10)
- 基板の主面上に形成された光学膜において、前記基板の主面上に形成された金属膜と、前記金属膜の主面上に島状に分散して形成される複数の島状構造体及び前記金属膜と接する前記基板の主面上に島状に分散して形成される他の複数の島状構造体の少なくとも一方とを有し、
前記島状構造体は、前記金属膜の金属と標準電極電位が異なる金属又は金属酸化物から成ることを特徴とする光学膜。 - 前記島状構造体は、その平均ピッチが400nm以上であることを特徴とする請求項1記載の光学膜。
- 前記平均ピッチは400〜900nmであることを特徴とする請求項2記載の光学膜。
- 前記島状構造体の平均ピッチに対する等価円平均直径の比は、百分率で10〜90%であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光学膜。
- 前記島状構造体は、その平均高さが2.0〜7.0nmであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学膜。
- 前記金属膜は標準電極電位が正の値である金属から成り、前記島状構造体は標準電極電位が負の値である金属又は金属酸化物から成ることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光学膜。
- 前記標準電極電位が正の値である金属は、銀、クロム、及びアルミニウムから選択された少なくとも1つの材料から成ることを特徴とする請求項6記載の光学膜。
- 前記標準電極電位が負の値である金属酸化物は酸化インジウム錫から成ることを特徴とする請求項7記載の光学膜。
- 前記基板はガラスから成ることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光学膜。
- 反射型液晶表示装置又は反射・透過併用型液晶装置用の光反射基板に用いられることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光学膜。
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