JP2006337770A - 表面鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガラス基板にＡｌ膜を成膜した表面鏡は、ガラス基板とＡｌ膜との密着性が弱く、硬度、耐高温、耐湿性、耐塩水性のについて十分な耐久性を有していないため、リアプロジェクションテレビの反射鏡に用いることが困難であった。
また、また反射角度が大きい場合の可視光線全域(４００〜７００nm)における反射率が低いという欠点があり、表面鏡の反射角を大きくして、リアプロジェクションテレビの奥行きを小さくすることが困難であった。
【解決手段】ガラス基板の表面がイオンエッチング処理され、金属膜がＡｌ膜を該イオンエッチング処理したガラス基板表面に成膜されてなる表面鏡である。
金属酸化物膜は、Ａｌ膜の上にＳｉＯ_２膜、Ｎｂ₂Ｏ₅膜を順次積層してなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属膜と酸化物膜とが成膜されてなる、スクリーンの背面から画像を投影するリアプロジェクションテレビに用いる表面鏡に関する。

近年、大画面表示器用リアプロジェクションテレビ、フラットパネルディスプレイおよびプロジェクションテレビなど、大画面表示をする装置があるが、中でもリアプロジェクションテレビは、安価であるという理由から、かなりの普及がみられる。

リアプロジェクションは、ＣＲＴ等の表示画面を、光学系を用いてスクリーンに映すものであり、鏡を用いて表示光を反射させ、小さい奥行きで光路を長くして大きなスクリーンに映すようにしている。
リアプロジェクションテレビに用いられる鏡として、ガラス基板に銀鏡反応でＡｇ膜を成膜し、Ａｇ膜上に保護膜を形成してなる、いわゆる裏面鏡といわれるものと、ガラスの表面に金属膜を形成してその上に酸化物膜を形成して、酸化物膜の面から光を入射して、金属膜で反射させる表面鏡とが用いられている。

裏面鏡は、反射膜が耐久性のある保護膜を用いて保護されており、浴室などに用いることができるほど耐久性は良いが、光は、Ａｇ膜で反射する他にガラス面でも反射をするため、スクリーンに映し出される表示には２重像が生じるという問題や、ガラス基板による表示光の吸収のため、反射率が低いといった問題点がある。

表面鏡は、物理蒸着法などでガラス面に成膜されている金属膜に、ガラスを通過させず直接表示光を入射し反射させるため、２重像の問題もなく反射率も高い。

例えば、特許文献１には、Ａｇを主成分としてＰｄ、ＡｕおよびＲｕを添加した金属膜をスパッタリング法で作成される表面鏡が開示されている。

しかし、このような鏡は、一般家庭用で使用されるリアプロジェクションテレビに使用するには、貴金属を用いるため高価であり、また、高温・高湿雰囲気に対する耐久性に問題がある。

そこで、最近は金属膜にＡｌを用いた表面鏡が用いられている。例えば、Ａｌを用いた表面鏡として特許文献２では、基板にＴｉＯ2、ＡｌＯ₂、Ａｌ、ＴｉＯ₂の順に薄膜を積膜した反射鏡が提案しされている。この表面鏡の反射率は９０％以下であり、また、反射膜の硬度に難点がある。

また特許文献３には、基板にＳｉＯ₂、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｌ₂Ｏ_３の順に薄膜を積膜した反射鏡が提案されているが、この表面鏡の反射率も低く、リアプロジェクタテレビに用いることはできない。

そこで、一般的に用いられている表面鏡は、ガラス基板にＡｌ、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂の順に成膜した増反射タイプの反射鏡が使用されているが、この膜構成は、耐磨耗性能が劣り、表面が汚れた場合に布等で拭くこおとができない。

この欠陥を解決するものとして、特許文献４は、基板にＡｌ、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＳｉｘＮｙの順に薄膜を積膜した表面鏡が提案されている。この膜構成の表面鏡は、耐磨耗性の改善が見られるが、Ａｌ膜の構造は改善されていないので、十分な硬度や耐久性が得られていない。

更に、最近の市場の要求として、図１に示す様にプロジェクションテレビの奥行きｄを、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）や液晶表示装置（ＬＣＤ）と同じ程度に薄くする要請があり、これを解決するために光源と表面鏡との反射角度を高くする設計がされる様になってきた。

Ａｌ表面反射鏡は反射角度を大きくすると、可視光反射率が低下してスクリーンの表示輝度が低くなるという問題や、短波長域や長波長域の反射率が落ち、色調が赤色あるいは青色に偏って、映像投射装置２の映像の色彩を再現しないという問題が生じた。
特開２００１−２２６７６５号公報 特開平６−５１１１０号公報 特開平６−１３０２１０号公報 特開平６−１３０２１０号公報

ガラス基板にＡｌ膜を成膜した表面鏡は、ガラス基板とＡｌ膜との密着性が弱く、硬度、耐高温、耐湿性、耐塩水性のについて十分な耐久性を有していないため、リアプロジェクションテレビの反射鏡に用いることが困難であった。

また、また反射角度が大きい場合の可視光線全域(４００〜７００nm)における反射率が低いという欠点があり、表面鏡の反射角を大きくして、リアプロジェクションテレビの奥行きを小さくすることが困難であった。

本発明の表面鏡は、このような耐久性と反射率の問題を解決することをかだいとした。

本発明の表面鏡は、ガラス基板に金属膜と金属酸化物膜とが成膜されてなる表面鏡において、ガラス基板の表面がイオンエッチング処理され、金属膜がＡｌ膜を該イオンエッチング処理したガラス基板表面に成膜されてなることを特徴とする表面鏡である。

また、本発明の表面鏡は、前記表面鏡において、金属酸化物膜が、Ａｌ膜の上にＳｉＯ_２膜、Ｎｂ₂Ｏ₅膜を順次積膜してなることを特徴とする表面鏡である。

また、本発明の表面鏡は、前記表面鏡において、ガラス基板とＡｌ膜との間にＳｉＯ_２膜が成膜されてなることを特徴とする表面鏡である。

また、本発明の表面鏡は、前記表面鏡において、Ａｌ膜が、Ａｌに対して、０〜５重量％以下のＭｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｎｄから選ばれる１種以上の金属を含んでなることを特徴とする表面鏡である。

本発明の表面鏡は、リアプロジェクションテレビが必要とする反射角度が大きい場合の可視域全域の高い反射率を有し、耐久性に優れた表面鏡を提供することを可能にする。

図３は、本発明の表面鏡が用いられる、リアプロジェクションテレビ１の構成を示す概略図である。リアプロジェクションテレビ１は、主に、ケーシング５の中に、映像投射装置２と、映像投射装置２から投射される映像を反射する反射鏡３、反射鏡３で反射される映像を映すスクリーン４等で構成される。映像投射装置２は、ＣＲＴ等の表示装置と映像を投射するための光学系で構成されている。

リアプロジェクションテレビの奥行きｄを小さくするためには、反射鏡の中心付近での表示像の光線の入射角αを４５±２５度にすることが望ましく、表面鏡反射率は、入射角４５度での反射率の大きいことが望ましい。

本発明の表面鏡の膜構成は、図１に示すような、ガラス基板に、Ａｌ膜１３、ＳｉＯ₂膜１４、Ｎｂ₂Ｏ₅膜１５が、この順に物理蒸着法で積膜されてなる表面鏡または、図２に示すように、ガラス基板１１に、ＳｉＯ₂膜１２、Ａｌ膜１３、ＳｉＯ₂膜１４、Ｎｂ₂Ｏ₅膜１５、がこの順に物理蒸着法で積膜されてなる表面鏡である。

ガラス基板１１には、Ａｌ膜１３あるいはＳｉＯ₂膜１２を成膜するガラス表面を、成膜する前にイオンエッチング処理したものを用いる。

ガラス基板１１にはフロート法で製作される板ガラスを用いることができる。
また高平坦度ガラスと呼ばれる表面のうねりの少ないガラスや、研磨した平坦度が優れたガラスも用いても良い。

イオンエッチング装置は、ＬＳＩ等の製造装置に用いられるものを用い、真空排気した状態で１〜１００Ｐａの圧力の活性ガスを導入し、高周波等の電源装置を用いて真空中にイオンを発生させ、ガラスにイオンを高速で衝突させることによりガラスの表面を薄くエッチングし改質を行うものである。このエッチングされたガラス表面は非常に活性が高く、このガラスの表面に成膜されるＡｌ膜の結晶構造を非常に緻密に規則正しい配列することができる。この処理の条件として、イオンエッチングの電圧は、６００Ｖ以上、処理時間としては３秒以上処理、活性ガスとしては酸素とアルゴンの混合気体を使用することが好ましい。

物理蒸着法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法等の方法を用いることができる。なかでも、成膜が容易なこと、膜の密着性が良好なこと等を勘案すればスパッタリング法が推奨される。

ガラス表面のＳｉＯ₂膜１２は、その上に形成されるＡｌ膜１３を直接ガラス基板に積膜するものより、Ａｌ膜の結晶性を更に高めるために成膜するもので、５０ｎｍ以下の膜厚とすることが好ましい。更に１００ｎｍ程度厚くした場合も特に問題はないがＡｌの結晶性は、５０ｎｍを越えても殆んど一定である。

Ａｌ膜１３は、表面鏡の反射膜であり、６０ｎｍ以上の膜厚にすれば９０％以上の可視光線反射率が得られ、また、６０ｎｍ以上で厚みを増やしても反射率は大きくならないので、膜厚は６０ｎｍとすれば十分である。但しそれ以上の膜厚としても、特に問題はない。

Ａｌ膜は、アルミニウムターゲットを用い、Ａｒガスなどの不活性雰囲気下でスパッタリングして得ることができる。

Ａｌ膜には、Ａｌの耐食性向上対策として、５重量％以下のＭｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｎｄから選ばれる１種以上の金属を含んだものを用いることができる。Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｎｄを含ませるには、アルミニウムターゲットにＭｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｎｄを含有させたターゲットを用い、Ａｒガス等の不活性雰囲気中で成膜することによって得られる。

但し、Ａｌ膜に含ませるＭｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｎｄが５重量％を越えると、Ａｌの結晶性が損なわれ反射率が低下するので好ましくない。

なお、耐久性能を向上させるためにＡｌ膜に含有させる、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｎｄは、Ａｌ膜の結晶の構造を崩し、反射率の低下となるので、含有量はできるだけ抑えることが好ましい。

Ａｌ膜の上のＳｉＯ₂膜１４は、Ａｌ膜１３と最上膜のＮｂ₂Ｏ₅膜１５との密着性を向上させる効果もある。

ＳｉＯ₂膜１４の厚みを３０ｎｍ以上にすれば、Ａｌ膜に直接Ｎｂ₂Ｏ₅膜を積膜したもの比べ、十分な硬度と耐高温・高湿性を有する表面鏡が得られる。またＮｂ2Ｏ5との屈折率の違いによる反射率の増反射効果を得るには、ＳｉＯ₂膜１４の厚みは、８０±４０ｎｍとすることが好ましい。

ＳｉＯ₂膜１４は、Ｓｉターゲットを用い、Ａｒガスに対して５０〜１００重量％の酸素含有雰囲気下でスパッタリングすることにより得られる。

Ｎｂ₂Ｏ₅膜１５は、ニオブターゲットを用い、Ａｒガスに対して５０〜１００重量％の酸素含有雰囲気下でスパッタリングすることにより得られ、金属膜の保護と増反射を目的として成膜される。

表面鏡１３をリアプロジェクションテレビに用いるためには、Ｎｂ₂Ｏ₅膜１５の厚みを３０ｎｍ以上とすることにより、十分な耐高温・高湿性と耐摩耗性が得られる。またＳｉＯ₂との屈折率の違いによる反射率の増反射効果を得るには、Ｎｂ₂Ｏ₅膜１５の厚みは６０±４０ｎｍとすることが好ましい。

本発明の表面鏡は、リアプロジェクションテレビの反射鏡に用いることを目的とする物であり、表面鏡を製造する工程において、プラズマエッチング装置を用いてガラス基板の表面をイオンエッチングし、該ガラス基板の表面を活性の高い表面に改質し、その上にＡｌ膜を成膜する。

イオンエッチング処理されたガラス基板の表面は、非常に活性が高く、このイオンエッチング処理されたガラス基板上にＡｌ膜を成膜すると、成膜されるＡｌ膜の結晶構造は、イオンエッチング処理されていないガラス基板に成膜したＡｌ膜よりも、非常に緻密で規則正しく配列されており、欠陥のない高密度のＡｌ膜が形成されることが、Ｘ線回折のピーク高さの結果から確認されている。
実施例１、実施例２および比較例１のＸ線回折のピーク高さを測定した結果を表２示すが、実施例１、２のＸ線回折のピーク高さは、比較例１のＸ線回折のピーク高さよりも高い結果を示す。

表１は、実施例１、実施例２および比較例１の可視域における反射率の測定結果である。表１に示すように、実施例１や実施例２のイオンエッチングされたガラス表面上に成膜されたＡｌ膜は、比較例１のイオンエッチング処理されていないＡｌ膜よりも反射角度に依存せずまた人間の目が感知する可視領域（４００〜７００ｎｍ）において非常に高い反射率を得ることができる。

またこのイオンエッチングされたガラス上に成膜されたＡｌ膜は、イオンエッチング処理されていないＡｌ膜よりも硬度、耐高温、耐湿性、耐塩水性が非常に優れている。

以下本発明の一例として、スパッタリング法を採用した具体的実施例を詳述す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。

実施例１
洗浄、乾燥した厚み３ｍｍ、サイズ６００ｍｍ×６００ｍｍのフロート法板ガラスを用いて図２に示す膜構成の表面鏡３を作製した。成膜は全てスパッタリング法で行った。
最初に、高周波電源装置はシャナイダー製（出力３ｋ、２Ａ）を用い、Ａｒ１００(ｓｃｃｍ)、酸素７０(ｓｃｃｍ)で真空圧０．１０ｐａの雰囲気において、電圧は１０００ｖを印加して反応性プラズマを発生させ、その下をイオンエッチング装置とガラスとの角度を４５度に保って、約1(mm/min)の速度でガラスを通過させ、ガラス表面の改質を行った。

次にアドバンスエナジー製のＭＦ（中周波）電源を用いて、Ｓｉターゲットを取り付けたデュアルカソード用いて、アルゴン２００(ｓｃｃｍ)、酸素１５６(ｓｃｃｍ)真空度０．１８(pa)の雰囲気において厚み３０ｎｍのＳｉ０2膜１２を成膜した。
次いでＳｉＯ₂膜の上に、同様の電源を用いて、Ａｌターゲットを取り付けたデュアルカソード用いて、Ａｒ３００(ｓｃｃｍ)の雰囲気で厚み８０ｎｍのＡｌ膜１３を成膜した。

次いで、厚み８０ｎｍのＳｉＯ₂膜１４を、同様の電源、カソードを使用しＳｉターゲットを用いて、Ａｒ３００(ｓｃｃｍ)、酸素７０(ｓｃｃｍ)、圧力０．４６（ｐａ）の雰囲気で成膜した。

さらに、ＳｉＯ₂膜１４の上に、Ｎｂターゲットを用いて、Ｎｂ₂Ｏ₅膜を６０ｎｍ成膜した。成膜は同様の電源、カソードを使用しＮｂターゲットを用いてＡｒ３００(ｓｃｃｍ)、酸素１２０(ｓｃｃｍ)、圧力０．２８（ｐａ）の雰囲気で成膜した。

得られて表面鏡の可視光線反射率は、分光光度計 （Ｕ−４００ 型．日立製作所製）により可視光線波長による反射率を測定したところ、表１に示すように、全波長にわたり９０％を超える反射率が得られた。特に４００ｎｍにおける反射率が９０％を超えており、忠実に青色を再現することが可能な反射鏡であった。

また、日本分光株式会社製の自動絶対反射測定装置Ｖ５５０を用いて４５度入射の反射率測定を実施し、表１に示す結果を得た。

表１に示すように、４５度入射においても、全波長にわたり９０．０％以上の反射率が得られ、反射率が入射角度によってほとんど変化しないことが確認された。
実施例１の反射鏡の耐久性
密着性：接着テープ （スコッチメンディングテープ ３Ｍ＃８００）を膜上に貼着後、これを引き剥がし、４５ｍｍφ当たりの成膜した膜の剥離、膜に発生したピンホール数（個数）を顕微鏡で観察、測定した。

その結果、膜の剥離はなく、また、ピンホールの数も０で、膜の板ガラスへの密着性に問題の無いことが確認された。

硬度：膜表面に６枚重ねのネルを介在させて４５０ｇ／ｃｍ^２の重錘を乗せ、これをストローク距離１００ｍｍで５００回往復摺動して、該摺動部の透過率の変化を測定した。試験前、試験後とも透過率は０％で、従って試験による透過率の変化も０％であり、膜の硬度に問題のないことが確認された。

耐湿性能：５０℃、９５％ＲＨの雰囲気中に２４時間放置するという高温・高湿試験を行い、曇りその他の膜の外観変化を観察したが、問題となるような外観の変化は認められず、耐高温・高湿性が十分であることを確認した。

耐高温性能：７０℃の雰囲気中に２４時間放置するという高温試験を行い、曇りその他の膜の外観変化を観察したが、問題となるような外観の変化は認められず、耐高温性が十分であることを確認した。

耐高低温性能：４０℃、３０％ＲＨの雰囲気中に２４時間放置後、１時間自然放置後、−１０℃の雰囲気中に２４時間放置後、１時間自然放置するというサイクルを１サイクルとして２サイクル実施する高低温サイクル試験を行い、曇りその他の膜の外観変化を観察したが、問題となるような外観の変化は認められず、耐高低温サイクル性が十分であることを確認した。

耐塩水性能：３５℃の雰囲気中に５％塩水雰囲気に２４０時間放置するという塩水噴霧試験を行い、曇りその他の膜の外観変化を観察したが、問題となるような外観の変化は認められず、耐塩水性が十分であることを確認した。この塩水噴霧試験は表面鏡に対して最も過酷なテストであり、通常は２４時間合格すれば問題無しと言われているものであり、実施例１はこの１０倍もの期間劣化が生じないことから耐久性は非常に優れたものであると言える。

実施例２
図１に示す膜構成の反射鏡を作製した。実施例１とはガラス基板とＡｌ膜との間にＳｉＯ2を成膜しないこと以外は全く同じ条件で、実施例２の表面鏡を作製した。

実施例２の表面鏡の可視光線反射率は、分光光度計 （Ｕ−４００ 型．日立製作所製）により可視光線波長による反射率を測定したところ、全波長にわたり９０％を超える反射率が得られた。

また、日本分光株式会社製の自動絶対反射測定装置Ｖ５５０で入射角度４５度の反射率を結果、表１に示す４５度においても、全波長にわたり８８．０％以上の反射率が得られた。

実施例１と比較すると、反射率は０．３〜１．５％小さいものであり、大差のない反射特性を示した。

実施例２の表面鏡について実施例１と同じ耐久性試験を実施した結果、実施例１と同様に十分耐久性のあることを確認した。

比較例１
ガラス基板のイオンエッチング処理を実施しない他は、全て実施例１と同様の成膜を行い、表面鏡を作製した。実施例１と同様の反射率の測定と耐久性試験を行った。

反射率の測定結果は表１に示す様になり、実施例１や実施例２と比較すると、短波長、長波長において反射率が低く、また更に角度が付いた場合は更に低くなっている。

比較例１の表面鏡について実施例１と同じ耐久性試験を実施した。密着性、耐湿性能、耐高温性能、耐高低温性能については、実施例１と同様の結果であったが、硬度試験で、試験前後の透過率はともに０％を示したものの無数の微細な傷が発生したこと、耐塩水性能試験で、７日目後周辺部に白濁が見られ、１０日目に全体が白く曇り、反射率の低下が見られ、実施例１や実施例２に比較して劣る結果であった。

本発明の実施例１および比較例１の表面鏡の膜構成を示す概略断面図である。 本発明の実施例２の表面鏡の膜構成を示す顔略断面図である。 リアプロジェクションテレビの構成を示す概略図である。

符号の説明

１ リアプロジェクションテレビ
２ 映像投射装置
３ 表面鏡
４ スクリーン
５ ケーシング
１０ 反射膜
１１ ガラス基板
１２ ＳｉＯ₂膜
１３ Ａｌ膜
１４ ＳｉＯ₂膜
１５ Ｎｂ₂Ｏ₅膜

Claims (4)

1. ガラス基板に金属膜と金属酸化物膜とがこの順に成膜されてなるリアプロジェクションテレビに用いる表面鏡において、ガラス基板の表面がイオンエッチングにより改質され、金属膜がＡｌ膜であることを特徴とする表面鏡。
2. 金属酸化物膜が、Ａｌ膜の上にＳｉＯ_２膜、Ｎｂ₂Ｏ₅膜を順次積層してなることを特徴とする請求項１に記載の表面鏡。
3. ガラス基板とＡｌ膜との間にＳｉＯ_２膜が成膜されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の表面鏡。
4. Ａｌ膜が、Ａｌに対して、５重量％以下のＭｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｎｄから選ばれる１種以上の金属を含んでなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表面鏡。