JP2010204380A - Light reflecting mirror and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロジェクターやプロジェクションテレビ等において結像用および照明用として使用するのに好適な光反射鏡、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a light reflecting mirror suitable for use in imaging and illumination in a projector, a projection television, and the like, and a method for manufacturing the same.
映像を投写するプロジェクターをはじめとする種々の光学装置において、銀(Ag)あるいはアルミニウム(Al)を反射膜として有する光反射鏡が従来から使用されている。なかでも銀は可視光領域の反射率が高く、光反射鏡として優れた反射特性を有している。しかし、銀反射膜は波長約500nm以下の可視光領域において反射率が低く、また、水分等により腐食しやすく耐久性が劣っているという問題がある。 In various optical apparatuses such as projectors that project images, a light reflecting mirror having silver (Ag) or aluminum (Al) as a reflection film has been conventionally used. Among them, silver has a high reflectance in the visible light region and has excellent reflection characteristics as a light reflecting mirror. However, there is a problem that the silver reflective film has a low reflectance in the visible light region having a wavelength of about 500 nm or less, and is easily corroded by moisture or the like and has poor durability.
これらの問題を解決するために、水分を遮断して耐久性を向上させる目的で酸化アルミニウム(Al2O3)の層を設けたり、波長約500nm以下の可視光領域における反射率を向上させる目的で、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム及び二酸化ケイ素等からなる多層構造の反射率調整層を設けたりする方法が開示されている(特許文献1、2)。
To solve these problems, an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer is provided for the purpose of blocking moisture and improving durability, or improving the reflectance in the visible light region of a wavelength of about 500 nm or less. A method of providing a reflectance adjustment layer having a multilayer structure made of aluminum oxide, zirconium dioxide, silicon dioxide or the like is disclosed (
しかし、これらの方法は、波長約500nm以下の可視光領域における反射率の向上には効果があるものの、耐腐食性等の耐久性の点では十分ではなかった。特に、基材が樹脂製である場合には、樹脂は透湿性があるため、経時により徐々に水分が浸透して反射膜を腐食するという問題を十分には解決できていない。また、反射膜と、保護膜あるいは反射率調整層と称される層(膜)との密着性、及び該保護膜あるいは反射率調整層の緻密性が不十分であり、やはり、水分による腐食の問題を十分に解決できていない。 However, these methods are effective in improving the reflectance in the visible light region having a wavelength of about 500 nm or less, but are not sufficient in terms of durability such as corrosion resistance. In particular, when the substrate is made of a resin, the resin is moisture permeable, so that the problem that water gradually permeates with time and the reflective film is corroded cannot be sufficiently solved. In addition, the adhesion between the reflective film and a layer (film) called a protective film or a reflectance adjustment layer, and the denseness of the protective film or the reflectance adjustment layer are insufficient. The problem has not been solved sufficiently.
そこで本出願人は、反射膜表面の周辺部に突起部を設けて水分の侵入を防ぐ光反射鏡を開発し、特許出願を行った(特許文献3)。しかし、本技術はその用途あるいは適用場面が限られるため、より本質的な課題解決が望まれていた。 Therefore, the present applicant developed a light reflecting mirror that prevents protrusion of moisture by providing protrusions on the periphery of the surface of the reflecting film, and filed a patent application (Patent Document 3). However, since the use or application scene of this technology is limited, more essential problem solving has been desired.
以上のように、水分による光反射鏡の腐食を防ぎ、耐久性を向上させるという課題は依然として十分に解決されていない。そこで本発明の目的は、当該耐久性向上という課題を解決し、銀系光反射鏡の高反射率という利点を長期間維持できる光反射鏡及びその製造方法を提供することにある。 As described above, the problem of preventing corrosion of the light reflecting mirror due to moisture and improving durability has not been sufficiently solved. Accordingly, an object of the present invention is to solve the problem of improving the durability and to provide a light reflecting mirror that can maintain the advantage of high reflectivity of the silver-based light reflecting mirror for a long period of time and a method for manufacturing the same.
前記課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、反射膜として銀合金を用い、当該反射膜の表面粗さを、Ra値で2nm以下とすることにより、上記課題を解決できる高耐久性の光反射鏡を開発し、また、所定の工程を経ることによる当該光反射鏡の効果的な製造方法を確立して本発明を完成させた。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research, and as a result, a silver alloy is used as the reflection film, and the surface roughness of the reflection film is set to 2 nm or less in terms of Ra value. A highly durable light reflecting mirror that can be solved was developed, and an effective manufacturing method of the light reflecting mirror by establishing a predetermined process was established to complete the present invention.
すなわち、本発明の第1の発明によれば、基材表面に、密着性向上膜と、銀合金の反射膜と、反射増加膜とを有し、該反射増加膜と接触する側の該反射膜表面のRa値が2nm以下である、光反射鏡が提供される。 That is, according to the first invention of the present invention, the substrate surface has an adhesion improving film, a silver alloy reflective film, and a reflection increasing film, and the reflection on the side in contact with the reflection increasing film is provided. A light reflecting mirror having a Ra value on the film surface of 2 nm or less is provided.
第2の発明によれば、前記反射膜はビスマスを有する銀合金であることが好ましい。 According to the second invention, the reflective film is preferably a silver alloy having bismuth.
第3の発明によれば、前記基材は、ガラス、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、赤外線透過金属、アルミニウム、又は炭素鋼若しくは合金鋼等の超鋼材のいずれかであることが好ましい。 According to 3rd invention, it is preferable that the said base material is either super steel materials, such as glass, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, an infrared rays transparent metal, aluminum, carbon steel, or alloy steel.
第4の発明によれば、前記反射膜は、Ra値が2nm以下である側のX線回折による(111)ピーク強度がその他のピーク強度の合計の20倍以上であることが好ましい。 According to the fourth invention, it is preferable that the (111) peak intensity by X-ray diffraction on the side where the Ra value is 2 nm or less is 20 times or more of the total of other peak intensities.
第5の発明によれば、前記密着性向上膜は、Cu、Cr、CrO、Cr2O3、Y2O3、La2Ti3O8、SiO2、TiO2、及びAl2O3からなる群より選択される少なくとも一種であり、該密着性向上膜は単一層又は四層以下の多層膜であることが好ましい。 According to the fifth invention, the adhesion improving film is made of Cu, Cr, CrO, Cr 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 Ti 3 O 8 , SiO 2 , TiO 2 , and Al 2 O 3. Preferably, the adhesion improving film is a single layer or a multilayer film of four or less layers.
第6の発明によれば、前記反射増加膜は、ZrO2、Y2O3、MgF2、LaTiO3、La2Ti3O8、SiO2、TiO2、及びAl2O3からなる群より選択される少なくとも一種であり、該反射増加膜は単一層又は五層以下の多層膜であることが好ましい。 According to the sixth invention, the reflection increasing film is made of a group consisting of ZrO 2 , Y 2 O 3 , MgF 2 , LaTiO 3 , La 2 Ti 3 O 8 , SiO 2 , TiO 2 , and Al 2 O 3. It is at least one selected, and the reflection enhancing film is preferably a single layer or a multilayer film of five layers or less.
第7の発明によれば、前記銀合金の反射膜と前記反射増加膜との間に、Y2O3、MgF2、Al2O3又はSiO2から選択される中間膜を有することが好ましい。 According to the seventh invention, it is preferable that an intermediate film selected from Y 2 O 3 , MgF 2 , Al 2 O 3, or SiO 2 is provided between the silver alloy reflective film and the reflection increasing film. .
第8の発明によれば、前記基材の表面上に形成される前記各膜の最上層に、15〜40nmの撥水膜を有することが好ましい。 According to the eighth invention, it is preferable that the uppermost layer of each film formed on the surface of the substrate has a water repellent film of 15 to 40 nm.
第9の発明によれば、前記基材表面に、前記密着性向上膜を形成する工程と、前記銀合金の反射膜を形成する工程と、前記反射増加膜を形成する工程とを有し、これらすべての工程が連続して行われ、該すべての工程の間、基材の温度が70℃以下に保持される、前記光反射鏡の製造方法が提供される。 According to a ninth aspect of the invention, the method includes the step of forming the adhesion improving film on the surface of the base material, the step of forming the reflective film of the silver alloy, and the step of forming the reflection increasing film. All the steps are performed continuously, and the method of manufacturing the light reflecting mirror is provided in which the temperature of the substrate is maintained at 70 ° C. or lower during all the steps.
第10の発明によれば、前記光反射鏡の製造方法は、さらに前記中間膜を形成する工程を有することが好ましい。 According to a tenth aspect of the present invention, it is preferable that the method for manufacturing the light reflecting mirror further includes a step of forming the intermediate film.
本発明によれば、銀合金反射膜表面のRa値が2nm以下であるので、反射増加膜との密着性が向上し、また、本発明の光反射鏡を構成する各々の膜が緻密に形成されることによって、銀合金からなる反射膜への水分の侵入を高度に防止するという効果を奏する。さらに、本発明に係る銀合金は水分に対する耐腐食性が銀より優れるため、水分が多少反射膜に侵入したとしても、従来の銀反射膜のように腐食による白化等の劣化を起こすことなく、反射率を良好に維持できるという飛躍的な効果を奏する。 According to the present invention, since the Ra value on the surface of the silver alloy reflecting film is 2 nm or less, the adhesion with the reflection increasing film is improved, and each film constituting the light reflecting mirror of the present invention is densely formed. By doing so, it is possible to highly prevent moisture from entering the reflective film made of a silver alloy. Furthermore, since the silver alloy according to the present invention has better corrosion resistance to moisture than silver, even if moisture penetrates into the reflective film somewhat, without causing deterioration such as whitening due to corrosion as in the conventional silver reflective film, There is a dramatic effect that the reflectance can be maintained well.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。まず、本発明の光反射鏡の断面図を表した図1により、本発明の光反射鏡を構成する各層(膜)の形成について説明する。まず、基材50の表面上に、図3に示した薄膜形成装置を用いて密着性向上膜51、反射膜52、及び反射増加膜53を形成させる。好ましくはこの順番で積層させて形成させるのがよい(図1)。さらに、より耐久性を向上させたい場合は、中間膜54及び撥水膜55を図2に示したように形成させる。基材及び各膜の材質又は組成、及び各膜の形成方法を以下に順を追って説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. First, formation of each layer (film | membrane) which comprises the light reflection mirror of this invention with reference to FIG. 1 showing sectional drawing of the light reflection mirror of this invention is demonstrated. First, the
基材50は、その表面に密着性向上膜、反射膜、及び反射増加膜、並びに必要であればさらに、中間膜や撥水膜等の薄膜を積層させて形成する基板となるものであり、これらの薄膜を形成できればその材質は特に限定されないが、例えば、ガラス、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、赤外線透過金属、アルミニウム、又は炭素鋼若しくは合金鋼等の超鋼材を挙げることができる。これらの合金鋼としては、クロム鋼、ニッケルクロム鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼等のステンレス鋼、及びマンガンモリブデン鋼などを挙げることができる。又これらの鋳鋼を挙げることもできる。前記薄膜との密着性を高くする上で、該基材の表面は平滑であることが好ましく、例えばガラス材であれば、その表面研磨品が好適である。前記赤外線透過金属としては、シリコン、ゲルマニウム、及びカルコゲナイトガラス等が表面平滑度及び前記薄膜との密着性の点で好適である。
The
前記熱可塑性樹脂としては、ポリアクリル酸エステル若しくはポリメタクリル酸エステル等のアクリル樹脂、ABS樹脂、又はポリカーボネート若しくはナイロン等のエンジニアリングプラスチック、あるいはポリフェニレンスルファイド等のスーパーエンジニアリングプラスチックなどを使用することができる。 As the thermoplastic resin, acrylic resin such as polyacrylic acid ester or polymethacrylic acid ester, ABS resin, engineering plastic such as polycarbonate or nylon, super engineering plastic such as polyphenylene sulfide, or the like can be used.
前記熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、又はポリウレタン等を使用することができる。あるいは、前記熱硬化性樹脂は、これらの熱硬化性樹脂と、不飽和ポリエステル樹脂及び該樹脂を硬化させる硬化剤、熱可塑性樹脂、無機充填剤、並びに強化繊維から選択される少なくとも一種以上とを含む、樹脂組成物であってもよい。 As the thermosetting resin, phenol resin, epoxy resin, polyurethane, or the like can be used. Alternatively, the thermosetting resin includes these thermosetting resins and at least one selected from unsaturated polyester resins and curing agents that cure the resins, thermoplastic resins, inorganic fillers, and reinforcing fibers. It may be a resin composition.
本発明の密着性向上膜51は、上記基材の表面上に形成される。該密着性向上膜は、Cu、Cr、CrO、Cr2O3、Y2O3、La2Ti3O8、SiO2、TiO2、及びAl2O3からなる群より選択される少なくとも一種であり、一層以上であることが好ましい。水分の浸透を防ぐ点で二層以上であることがより好ましい。一方、それ以上であっても効果が望めない点、及び経済性の点で四層以下であることが好ましい。
The
高い密着性の点では、Cu(銅)、Cr(クロム)、及びY2O3(酸化イットリウム)が好ましい。また、Cuの場合には、その膜厚が50nm以上及び80nm以下が、水分遮断効果の点で好ましい。Cr又はY2O3の場合は、膜形成性の点で18nm以上及び70nm以下であることが好ましい。これらの元素、酸化物、又はその両者によって、各好適な膜厚の二層以上の密着性向上膜を形成することが、耐腐食性の点でより好ましい。なお、光反射鏡を軽量にする点及び経済性の点で、密着性向上膜の膜厚の合計は200nm以下が好ましい。 In terms of high adhesion, Cu (copper), Cr (chromium), and Y 2 O 3 (yttrium oxide) are preferable. In the case of Cu, the film thickness is preferably 50 nm or more and 80 nm or less from the viewpoint of the moisture blocking effect. In the case of Cr or Y 2 O 3 , it is preferably 18 nm or more and 70 nm or less from the viewpoint of film formation. It is more preferable in terms of corrosion resistance to form two or more layers of adhesion improving films each having a suitable thickness with these elements, oxides, or both. The total thickness of the adhesion improving film is preferably 200 nm or less from the viewpoint of reducing the weight of the light reflecting mirror and the economical efficiency.
密着性向上膜51は、上記のように反射膜52と基材50との密着性を高めると共に、水分が基材50を透過して反射膜52に浸透することを有効に防止する機能を有する。
The
本発明の銀合金の反射膜52は、密着性向上膜51の表面上に形成される。銀合金としては、ビスマス(Bi)、金、銅、パラジウム、又はプラチナの、一種又は二種以上を含有する合金が好ましい。水分に対する耐腐食性及び高い分光反射率の点で、ビスマス含有銀合金が好ましい。可視光領域において97%以上の反射率が得られる点で、Ag−Bi(ビスマス)合金がより好ましく、Biの含有量が0.5〜5%であることがさらに好ましい。
The
銀合金の反射膜52の厚さは、光の透過率が低く高い反射率が得られる点で、70nm以上が好ましく、100nm以上がより好ましい。一方、200nmを超えても反射率が向上せず、また材料コストの点においても、200nm以下が好ましく、150nm以下がより好ましい。
The thickness of the silver alloy
銀合金の反射膜52と、該反射膜52の表面に形成される反射増加膜との密着性を高め、光反射鏡の周辺端部からの水分の浸透を防止する点、及び高い反射率を確保する点で、前記反射膜52の反射増加膜形成側の表面は、その表面粗さが、Ra値で2nm以下であることが好ましい。ここで、Ra値とは、JIS B 0601−2001で規定される算術平均粗さのことをいう。表面が完全平滑であり、それを測定できればRa値は0nmであるので、実質的には不可能であるがRa値の理想値は0nmといえる。すなわち、該Ra値は、2nm以下であれば0nmに近ければ近いほうが好ましい。なお、本発明においてRa値は、原子間力顕微鏡(AFM)による観察によって測定される。原子間力顕微鏡とは、探針を付けたカンチレバーを試料表面に近づけると、原子間力によってカンチレバーがたわむのを利用して、その変位をレーザー反射光で検知し、表面の凹凸をナノメーターオーダーで画像化することができる顕微鏡をいう。このような原子間力顕微鏡で測定される表面粗さが2nm以下であるということは、前記銀合金の反射膜52が理想的な平滑面に近いことを意味する。
It improves the adhesion between the silver alloy
前記反射膜52の、Ra値が2nm以下である側の表面のX線回折による(111)ピーク強度は、その他のピーク強度の合計の20倍以上である。このことは、銀合金結晶の配向性が高くかつ結晶密度が高く緻密であり、さらに銀合金の反射膜の性質が均質であることを意味している。これにより、反射率低下の大きな原因となる光の膜内への吸収や散乱が抑制される。光の吸収は、光のエネルギーが膜内で熱に変換されて失われることを意味し、膜内に不純物等の欠陥が多いほど当該光の吸収が多くなる。したがって、前記ピーク強度の規定は、該不純物等の欠陥の少なさを規定しているものである。
The (111) peak intensity by X-ray diffraction of the surface of the
本発明の反射増加膜53は、密着性向上膜51とは反対側の反射膜52の表面に形成される。該反射増加膜は、ZrO2、Y2O3、MgF2、LaTiO3、La2Ti3O8、SiO2、TiO2、及びAl2O3からなる群より選択される少なくとも一種であり、一層以上であることが好ましい。銀合金の反射膜の反射率を補完し、可視光領域での反射率を向上させる点で、屈折率の異なる化合物を用いて二層以上の多層膜とすることがより好ましい。一方、それ以上であっても効果が望めない点、及び経済性の点で五層以下であることが好ましい。前記反射増加膜53の膜厚は、その屈折率および光の波長によって適宜決定されるが、反射率向上の点で、反射増加膜を形成する各層一層当たり10〜70nmであるのが好ましい。
The
なお、前記反射増加膜53は、反射膜52を保護する保護膜としての効果も有し、大気中に含まれる水分等が反射膜52に浸透するのを防ぎ、反射膜52に腐食等が発生するのを有効に防止することができる。したがって、反射増加膜を三層以上形成する場合は、反射率と水分の浸透防止のバランスの点で、一層当たりの膜厚は10nm以上20nm以下が好ましく、18nm以下がより好ましい。
The
さらに、必要であれば、図2に示したように反射膜52と反射増加膜53の間に、Y2O3、MgF2又はSiO2から選択される中間膜54を形成することもできる。中間膜とは反射膜と反射増加膜の両者に対する密着性が高く、水分の浸透をより高度に防止する機能を果たす。当該機能を有効に発揮するために、その膜厚は20nm以上、好ましくは50nm以上、より好ましくは65nm以上である。また、それ以上であっても性能向上が認められないので100nm以下であることが好ましい。
Furthermore, if necessary, an
さらに、中間膜が金属酸化物である場合は、その充填密度が0.98以上であることが、前記機能を発揮する上で好ましい。なお、充填密度については、後述の実施例で詳述する。 Furthermore, when the intermediate film is a metal oxide, the filling density is preferably 0.98 or more in order to exhibit the function. The packing density will be described in detail in examples described later.
また、やはり必要であれば、基材の表面上に形成される前記各膜の最上層に、15〜40nmの撥水膜55を形成することができる。膜厚がこの範囲であれば、水分の浸透を効果的に防止し、光反射鏡の耐腐食性および耐久性をより向上させることができる。該撥水膜はフッ素含有化合物、あるいはフッ素及びケイ素を含有する化合物によって形成させることが好ましい。
If necessary, a
上記各々の膜(薄膜)を、基材50上に形成させ、光反射鏡を作成する方法について以下に詳述する。図3は本発明の光反射鏡を作製するのに使用する薄膜形成装置の概略を示している。なお、図3のチャンバー11については、その断面図によりその内部を概略的に示している。以下の薄膜形成方法は、蒸発材料9及び必要ならば成膜条件を変えることにより、一つの薄膜形成装置で連続的に基材50上に膜形成を行えるようにしたものである。
A method of forming each of the above films (thin films) on the
まず、基材50の表面に密着性向上膜51の薄膜を形成する場合について説明する。図3に示す薄膜形成装置におけるチャンバ11内の下部には、蒸発材料9を収容保持して加熱蒸発させるためのボート1が配置されている。また、ボート1による加熱の代わりに電子銃27により電子ビームを照射して蒸発材料9を蒸発させる、るつぼ26も配置されている。この蒸発材料9を保持したボート1又は蒸発材料9を保持したるつぼ26を蒸発源20と称する。この蒸発源20に対向するように、チャンバ11内の上部には、基材50を保持するための基材保持部2が設けられている。密着性向上膜51を形成するための蒸発材料9としては、Cu、Cr、CrO、Cr2O3、Y2O3、La2Ti3O8、SiO2、TiO2、又はAl2O3を用いることができる。密着性向上膜51を膜成分の異なる多層にする場合は、これらの金属又は金属酸化物の薄膜を以下に述べる方法により基材50の上に順次形成する。
First, the case where the thin film of the
基材保持部2は導電性材料からなっていて、高周波電力供給電源(RF)5からの高周波電力が、マッチング装置(MN)4及び直流遮蔽フィルタとしてのコンデンサ7を介して印加されるようになっている。なお、コンデンサ7は、可変コンデンサを用いてマッチング回路の一部として機能させてもよい。さらに、基材保持部2には、直流電圧印加電源(DC)6の陰極側が、高周波遮蔽フィルタとしてのコイル8を介して接続されている。高周波電力供給電源5の基材保持部2とは反対側の端子は直流電圧印加電源6の陽極側と接続されていて、これらは接地されている。
The
ボート1は、例えば、それ自身が電気抵抗の高い材料からなっていて、例えば交流電源からなる加熱電源3からの電力供給を受けて、蒸発材料9を蒸発させるための熱を発生する。ボート1には、さらに、直流電圧印加電源6の陽極側が接続されている。また、別の方法として、上記したように、電子銃27から電子ビームをるつぼ26に収容保持した蒸発材料9に照射して蒸発材料9を蒸発させることもできる。図3において、電子銃27から、るつぼ26に保持された蒸発材料9への点線矢印は電子ビームの照射の様子を表している。
The
チャンバ11内の空間は、排気ダクト12および排気バルブ13を介して真空ポンプ14によって排気され、薄膜形成期間中において、所定の真空状態とされる。チャンバ11内に不活性ガス(例えばアルゴンガス等)及び反応性ガス(例えば酸素ガス)を供給するために、チャンバ11には、流量制御装置(MFC)24及びガス供給配管25を介して、不活性ガス供給源21及び反応性ガス供給源23が接続されている。不活性ガス供給源21からの供給/停止は、弁21aを開閉することによって行われる。反応性ガス供給源23からの供給/停止は、弁23aを開閉することによって行われる。なお、反応性ガスは、CrO、Y2O3、SiO2、TiO2、及びAl2O3等の金属酸化物の密着性向上膜を形成するときのみ供給し、Cu及びCrの密着性向上膜を形成するときは、反応性ガスは供給せず、不活性ガスのみ供給する。
The space in the
チャンバ11内の真空度は、真空度計15によって計測され、この真空度計15の出力に基づき、流量制御装置24は、マイクロコンピュータ等からなる制御装置30によって制御されるようになっている。これにより、不活性ガス供給源21及び反応性ガス供給源23からのガス供給量は、チャンバ11内の真空度が所定値に保持されるように制御される。緻密な密着性向上膜51を得るためには、チャンバ11内の膜(層)形成時の真空度は1.0×10−3〜5.0×10−2Pa、好ましくは5.0×10−3〜3.0×10−2Paであるのがよい。また、酸素ガス濃度は約1.0×10−2〜3.0×10−2Paの範囲内で調整される。
The degree of vacuum in the
基材50の表面における薄膜の形成速度を計測するために、基材保持部2に関連して膜厚モニタ17が設けられている。この膜厚モニタ17の出力信号は、制御装置30に入力されていて、この制御装置30は、膜厚モニタ17の出力に基づいて加熱電源3の出力を制御するようになっている。こうして、薄膜の形成速度が所望の値となるように、ボート1への通電量の制御、又は電子銃27の電流値を調整することによる電子ビーム量の制御により、蒸発材料9の蒸発量が調整される。緻密な密着性向上膜51を得るためには、当該薄膜の形成速度は1〜20Å/秒、好ましくは2〜15Å/秒であるのがよい。以下に、ボート1の加熱による蒸発材料9の蒸発を例として、膜形成の手順及びそのときのチャンバー11内の様子をさらに詳しく説明する。
In order to measure the thin film formation speed on the surface of the
高周波電力供給電源5は、例えば周波数10〜50MHzの高周波電源でよいが、例えば13.56MHzに設定すればよく、放電電極としての基材保持部2の単位面積(cm2)当たり、出力20〜200mW、好ましくは25〜150mWの高周波電力を基材保持部2に印加する。好ましい出力範囲は、蒸発材料9の種類及び基材保持部2の大きさによって変化するため、前記範囲内で適切に設定する。これに応じた高周波電界がチャンバ11内で形成されることによって、チャンバ11内ではガス供給配管25から供給されるガスおよび蒸発材料9から蒸発した蒸発物からなるプラズマが生成することになる。このプラズマ中のイオン化された粒子のうち、正に帯電したものは、直流電圧印加電源6から基材保持部2に印加された直流バイアスによって、基材50の表面へと引き寄せられる。直流電圧印加電源6からの印加電圧は100〜400V、好ましくは180〜230Vであるのがよい。
The high-frequency
一方、プラズマ中の解離した電子は、直流電圧印加電源6の陽極側に接続されたボート1へと引き寄せられることになる。このとき、蒸発源20からは蒸発材料9が継続的に蒸発しているので、蒸発粒子と電子との衝突により、プラズマの足が蒸発源20に下りたような形状の発光体が蒸発源20の近傍に見られる。そして、蒸発源20の近傍に集まった電子は、接地され陽極側に接続されているボート1に吸い込まれ、ボート1上の蒸発材料9に衝突する。これによって、蒸発材料9は、ボート1による加熱と、電子の衝突とによってその蒸発が促進されることになる。すなわち、蒸発材料9への集中的な電子衝突によって低温で蒸発を促進させる効果(デポジションアシスト効果)が得られる。
On the other hand, the dissociated electrons in the plasma are attracted to the
図3に示されるように、チャンバ11は、直流電圧印加電源6および高周波電力供給電源5のいずれにも接続されておらず、また接地もされていない。すなわち、チャンバ11は、電気的に浮遊状態となっている。このため、基材保持部2とチャンバ11との間での高周波放電が起こることもなく、チャンバ11内のプラズマ中の荷電粒子がチャンバ11の内壁に引き寄せられることもない。従って、プラズマ中の陽イオン化した粒子またはプラスに荷電した粒子は、基材50の表面へと効率的に導かれ、プラズマ中の負の荷電粒子である電子は、ボート1上の蒸発材料9へと集中的に導かれることになる。これにより、良好な薄膜形成を実現できるとともに、電子ビームによる蒸発材料9の蒸発促進を効率的に行える。さらには、チャンバ11の内壁に蒸発材料が付着することを抑制することができる。
As shown in FIG. 3, the
チャンバ11内においてプラズマが安定すると、蒸発材料9へのプラズマから電子ビームの照射によって、蒸発材料9はプラズマに吸上げられるように蒸発する。そこで、基材50に付着する蒸発材料9の付着速度を一定に保持するために、膜厚モニタ17の出力に基づき、制御装置30は、加熱電源3の出力を下げる。すなわち、ボート1への通電電流または通電電圧を下げる。これにより、蒸発速度が調節される。
When the plasma is stabilized in the
プラズマから供給される電子ビームにより蒸発材料9の蒸発が促進されるので、ボート1の加熱電流値は低く抑えることができるため、比較的低い加熱温度で蒸発材料9の蒸発を継続して維持することができ、プラズマの作用を利用した蒸着による薄膜形成を行うことができる。
Since the evaporation of the
この装置における薄膜形成の特徴は、不活性ガスのチャンバ11への供給方法にある。すなわち、薄膜形成の初期段階においては、ガス供給配管25から比較的大きな流量でチャンバ11へガスが供給され、蒸発材料9からの蒸発が活発になると、ガス供給配管25からのガス供給量が減少させられ、これにより、蒸発材料9からの蒸発が活発でない薄膜形成の初期段階においては、ガス供給配管25から供給される不活性ガスのプラズマがチャンバ11内に形成される。蒸発材料9からの蒸発が活発になると、ガス供給配管25からのガス供給量が減少し、蒸発材料9からの蒸発粒子が支配的となった組成のプラズマがチャンバ11内に形成されるに至る。
A feature of thin film formation in this apparatus is a method for supplying an inert gas to the
このようにして、薄膜形成の初期段階に不活性ガスをチャンバ11に導入することにより、チャンバ11内に安定したプラズマを速やかに形成することができる。これによって、プラズマの作用を利用した薄膜形成を初期段階から行うことができるので、良好な密着性を有する密着性向上膜51の薄膜を基材50の表面に形成することができる。
In this manner, by introducing the inert gas into the
図4は、薄膜形成のより具体的なプロセスを説明するための図である。この図には、薄膜を基材50の表面に形成する場合に、不活性ガス供給源21から不活性ガスをチャンバ11内に供給しながら薄膜形成を行うプロセスの一例が記載されている。具体的には、図4の(a)はアルゴンガス又は酸素ガスの供給量の時間変化を示し、図4の(b)はチャンバ11内の真空度の時間変化を示し、図4の(c)はボート1又は電子銃27の加熱電流値の時間変化を示している。また、T1は蒸発材料9の蒸発に先立ちチャンバー内の気体(空気)を排気して減圧にする期間、T2は蒸発材料9を蒸発させるために、ボートを加熱する期間又は電子銃により電子ビームを蒸発材料9に照射する期間、T3は蒸発した蒸発材料9により膜形成が進行する期間、を示す。
FIG. 4 is a diagram for explaining a more specific process for forming a thin film. This figure describes an example of a process for forming a thin film while supplying an inert gas from the inert
薄膜形成処理の開始前の期間T1には、制御装置30は、排気バルブ13を開き、真空ポンプ14によりチャンバ11内が減圧にされて、チャンバ11内の真空度が例えば約10−3Paに保持される。この状態から、制御装置30は、時刻t10に弁21a、23aを開いて、不活性ガス供給源21及び反応性ガス供給源23からのガスの供給を開始させる。このガス供給が開始された後には、制御装置30は、真空度計15の出力信号をモニタすることによって、チャンバ11内の真空度を、例えば1.5×10−2Paに保持するように流量制御装置24を制御する。
In the period T1 before the start of the thin film formation process, the
これによって、ボート1への通電が開始されて蒸発材料9が加熱される期間T2には、高周波電力供給電源5から印加される高周波電界によって、チャンバ11内でプラズマが生成される。このプラズマ中のイオン化された不活性ガスの原子や分子は、直流電圧印加電源6から基材保持部2に与えられている直流バイアスによって、基材50へと導かれる。この不活性ガスの原子や分子が基材50に衝突することによって、期間T2中に基材50の望ましくない昇温が生じる場合には、基材50の下方にシャッタ18を設けて、基材50に向かう不活性ガスを阻止すればよい。
Thus, plasma is generated in the
期間T2には、制御装置30は加熱電源3を制御して、ボート1への通電を開始する。これに伴って、ボート1への加熱電流値が上昇し、期間T2の終期には、例えば電流値が極大に達するようにする。チャンバ11内におけるプラズマが安定する時刻t11において、制御装置30の制御下にある駆動装置(図示せず)によってシャッタ18が開かれ、これにより、薄膜の形成が開始される。蒸発材料9の蒸発により、蒸発粒子がプラズマ中へと導かれることになるから、一定の流量でガス供給配管25からチャンバ11内にガスを供給すれば、チャンバ11内の真空度が低下する。
In the period T2, the
ところが、制御装置30は、チャンバ11内の真空度が一定値(例えば1.5×10−2Pa)に保持されるように流量制御装置24を制御して、ガス供給配管25を介するガス供給量を調整する。その結果、蒸発材料9からの蒸発量の増大に伴って、参照符号Aで示すように、チャンバ11への不活性ガス導入量が減少していく。従って、薄膜形成が行われている期間T3の初期においては、プラズマの組成は、不活性ガスに支配されているが、このプラズマの組成は、速やかに蒸発材料9の蒸発物によって支配された組成へと変化していく。なお、反応性ガスを使用する場合には、蒸発材料9からの蒸発量の増大に伴って、チャンバ11への反応性ガス導入量は増加することになる。したがって、密着性向上膜51が金属酸化物のような酸化膜の場合には、ガス供給量は、参照符号Cで示すような時間変化を示すように制御される。
However, the
一方、プラズマからの電子の供給によって、蒸発材料9からの蒸発が促進されるので、膜厚モニタ17の出力に基づくフィードバック制御によって、加熱電源3からボート1に供給される電流が参照符号Bで示すように減少することになる。このため、蒸発材料9は、通常の蒸着やイオンプレーティングにおけるよりも低温状態でその蒸発が進行することになるから、蒸発源20からの輻射熱によって基材50が過度に昇温されることがない。
On the other hand, since the evaporation from the evaporating
以上のように、この実施形態によれば、チャンバ11に不活性ガスを導入した状態で薄膜形成を開始することにより、薄膜形成の初期段階からチャンバ11内に良好なプラズマを生成させることができる。これにより、蒸発材料は初期段階からプラズマの作用を受けながら基材50に効率的に導かれる。その結果、密着性の良好な、Cu、Cr、CrO、Cr2O3、Y2O3、La2Ti3O8、SiO2、TiO2、及びAl2O3からなる群より選択される少なくとも一種を有する、密着性向上膜51の薄膜を効率よく形成することができる。密着性向上膜51を多層膜とする場合には、上記の薄膜形成操作を繰り返すことによって、所望の層数の多層膜を形成する。
As described above, according to this embodiment, good plasma can be generated in the
密着性向上膜51の形成後、蒸発源20のボート1又はるつぼ26に蒸発材料9として銀合金材料を収容保持させ、密着性向上膜51の形成と同様にして、基材50上の密着性向上膜51の表面に銀合金層を形成させ、反射膜52を得る。このとき、不活性ガスは供給するが、酸素ガス等の反応性ガスは供給しない。緻密な銀合金の反射膜52を得る場合、チャンバ11内の真空度は1.0×10−3〜5.0×10−2Pa、好ましくは5.0×10−3〜3.0×10−2Paであるのがよく、反射膜52の形成速度は3〜20Å/秒、好ましくは5〜15Å/秒であるのがよい。
After the formation of the
銀合金の反射膜52を形成した後、密着性向上膜51の形成と同様にして、反射膜52の表面に反射増加膜53を形成する。反射増加膜53を形成するための蒸発材料9としては、ZrO2、Y2O3、MgF2、LaTiO3、La2Ti3O8、SiO2、TiO2、又はAl2O3を用いることができる。反射増加膜53を膜成分の異なる多層にする場合は、これらの化合物の薄膜を銀合金の反射膜52の上に順次形成する。
After the silver alloy
必要に応じて中間膜54、撥水膜55、又はその両者を形成する場合は、蒸発源20のボート1又はるつぼ26に蒸発材料9として上記した化合物を収容保持させ、上記密着性向上膜51の形成に準拠した操作によって膜形成を行う。これらの膜が金属酸化物でない場合は、反応性ガスである酸素ガスは供給しない。
When the
ボート1又はるつぼ26への前記各蒸発材料9の供給には、例えばコート材料供給器(図示せず)からボート1に密着性向上膜51、反射膜52、反射増加膜53の各材料をこの順に供給し、それぞれ所定の成膜条件にて順次蒸発を行わせ、基板50の表面に連続的に膜形成を行わせてもよい。なお、中間膜54、撥水膜55、又はこの両者も形成するときは、同様にその形成順に連続的に膜形成を行わせてもよい。
For supplying each of the evaporating
これらの薄膜形成の間、基材50は70℃以下に保持されている。従って、樹脂性の基材であっても、熱による基材の変形等の影響を受けることなく、樹脂性基材の表面に前記した各膜(層)51〜55を良好に形成できる。例えば、ポリカーボネートの耐熱温度は120〜130℃、ポリメタクリル酸メチルの耐熱温度は80℃程度であるので、これらの素材の樹脂基材に対して前記の各膜(層)51〜55を、順次良好に積層形成することができる。
During the formation of these thin films, the
このように、この薄膜形成方法によれば、チャンバ11内へプラズマを形成するためのガスが供給されるので、薄膜形成初期においてチャンバ11内に速やかにプラズマを生成することができる。これによって、薄膜形成の初期段階から、プラズマの作用を利用した各膜(層)51〜55の作製が可能となり、密着性および耐久性に優れた反射鏡を得ることができる。また、チャンバ11内へのガス供給量は、薄膜形成初期に多く、その後は少なくするため、チャンバ11内に供給された不活性ガスの原子や分子が基材50に衝突することによる基材50の温度上昇を抑制することができる。
Thus, according to this thin film forming method, the gas for forming plasma is supplied into the
さらに、直流印加電圧電源6から印加される直流電界により、プラズマ中のプラスに帯電した粒子または陽イオン化した粒子は、基材50方向へと加速されて飛来し、基材50と衝突し、基材50表面に堆積する。これによって、被膜の形成がなされることになる。一方、負の電荷をもつ電子は、陽極側となるボート1へと加速されて、ボート1上の蒸発材料9に集中的に衝突して、蒸発材料9に蒸発のためのエネルギーを与える。こうして、熱エネルギーに代わる高いエネルギーを得た蒸発材料9は、低温でも容易に蒸発して、チャンバ11内のプラズマ形成領域へと蒸発していく。すなわち、チャンバ11内に形成されたプラズマ中の電子が蒸発材料9へと導かれ、これによって材料の蒸発を促進する、いわゆるデポジションアシスト効果が得られるため、抵抗加熱等による蒸発材料9の加熱エネルギーを格段に低減することができる。その結果、基材50の温度上昇を抑制することができるので、より低温状態での薄膜形成が可能になる。
Further, positively charged particles or positively-charged particles in the plasma are accelerated toward the
蒸発材料9からの蒸発量は、加熱手段に与えるエネルギーおよび直流電圧印加電源6の出力を前記範囲内に制御することによって調整される。また、蒸発材料9の粒子の基材50への衝突エネルギーは、直流電圧印加電源6の出力を前記範囲内に制御することによって調整される。これにより、蒸着物質には、基材50等表面への単なる堆積でなく、基材50等表面に形成された蒸着物質層の原子または分子配列を安定な状態に再配列させるのに充分なエネルギーを与えることができる。さらに、蒸着物質の粒子に、基材50等内に浸透して順応させるのに充分なエネルギーも与えることができる。
The amount of evaporation from the evaporating
このため、本発明では、平滑で膜内欠陥が殆どなく、緻密で密着性に優れた膜51〜55が得られる。すなわち、銀合金反射膜52においては、緻密な結晶構造が得られ、その表面のRa値が2nm以下であるので、反射増加膜53又は中間膜54との密着性が向上し、光反射鏡周辺部からの水分の浸入を高度に防止することができる。また、その他の膜についても、緻密な結晶構造の膜が得られるため、基材側及び反射増加膜側からの水分の浸透も高度に防ぐことができる。
For this reason, in the present invention, the
本発明では、基材の形状は特に制限されない。従って、例えば図5に示すような複雑な形状の樹脂製基材56を用いて、その表面に前記した膜51〜53、また、必要に応じて54、55を含む多層膜57を直接形成することができる。また、本発明は、非球面ミラーなどを作製するのに好適である。
In the present invention, the shape of the substrate is not particularly limited. Therefore, for example, by using a
本発明における銀合金反射膜は、結晶の配向性が良好(一方向に揃っている)であるので、以下のような利点がある。
(1)波長が420〜700nmでの広い波長帯域(略可視光領域)での光の反射率が97%以上と高い。
(2)光の入射角が10〜50°の範囲において反射率の変化量が0.5%以下と小さい。
(3)樹脂製基材及び他の膜等との密着性に優れる。
(4)密着性に優れることから、銀合金自体の水分に対する高い耐腐食性と相まって、腐食による白化等の劣化を起こすことなく、反射率を長期間良好に維持できるという、耐久性に優れる飛躍的な効果を奏する。
Since the silver alloy reflective film in the present invention has good crystal orientation (aligned in one direction), it has the following advantages.
(1) The reflectance of light in a wide wavelength band (substantially visible light region) at a wavelength of 420 to 700 nm is as high as 97% or more.
(2) In the range where the incident angle of light is 10 to 50 °, the change in reflectance is as small as 0.5% or less.
(3) Excellent adhesion to resinous substrates and other films.
(4) Because of its excellent adhesiveness, coupled with the high corrosion resistance to moisture of the silver alloy itself, a leap of excellent durability that can maintain good reflectivity for a long time without causing deterioration such as whitening due to corrosion. The effect is effective.
本発明の光反射鏡は、その優れた特性を利用して、様々な用途に好適に使用することができる。例えば、プロジェクター等の球面又は非球面ミラーなど高反射率が要求されるミラー用途に好適である。 The light reflecting mirror of the present invention can be suitably used for various applications by utilizing its excellent characteristics. For example, it is suitable for mirror applications requiring high reflectivity such as a spherical or aspherical mirror such as a projector.
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated, this invention is not limited to a following example.
<光反射鏡の製造>
1.製造例1
基材として厚さ5mmのポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)の板を使用し、図3に示す薄膜形成装置を用いて、該基材上に下記(1)〜(5)の順に各膜(層)を直接積層し、光反射鏡を製造した。
(1)密着性向上膜51:クロム(Cr)(厚さ20nm)及び銅(Cu)(厚さ60nm)の2層を、この順に積層した。
(2)反射膜52:銀−ビスマス(Ag−Bi)合金(株式会社コベルコ科研製「Ag−1.0at%Bi合金(ビスマス:1.9wt%)」)(厚さ120nm)をCu膜上に積層した。
(3)中間膜54:酸化アルミニウム(Al2O3)(厚さ54nm)をAg−Bi膜上に積層した。
(4)反射増加膜53:二酸化ジルコニウム(ZrO2)(厚さ15nm)、二酸化ケイ素(SiO2)(厚さ15nm)、ZrO2(厚さ20nm)、及びSiO2(厚さ15nm)の4層を、この順にAl2O3膜上に積層した。
(5)撥水膜:MERCK社製Substance WR1 Patinal(商標)(フッ素ケイ素化合物)(厚さ20nm)をSiO2膜上に積層した。
各層の形成条件は以下の通りである。
<Manufacture of light reflector>
1. Production Example 1
Using a polymethyl methacrylate resin (PMMA) plate having a thickness of 5 mm as a base material, each film (in order of the following (1) to (5) on the base material using the thin film forming apparatus shown in FIG. Layer) was directly laminated to produce a light reflector.
(1) Adhesion improving film 51: Two layers of chromium (Cr) (
(2) Reflective film 52: Silver-bismuth (Ag-Bi) alloy (“Ag-1.0 at% Bi alloy (bismuth: 1.9 wt%)” manufactured by Kobelco Research Institute, Inc.) (thickness 120 nm) on the Cu film Laminated.
(3) Intermediate film 54: Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) (
(4) Reflection increasing film 53: 4 of zirconium dioxide (ZrO 2 ) (
(5) Water-repellent film: A MERCK Substance WR1 Pattern (trademark) (fluorine silicon compound) (
The conditions for forming each layer are as follows.
(1)密着性向上膜51
蒸発材料9:Cr、Cu(まずCr膜を下記操作により形成後、Cu膜を同操作によってCr膜上に形成した)
チャンバ11内への導入ガス:アルゴンガス
高周波電力供給電源5からの基材保持部2への印加電力:周波数13.56MHzで31.6mW/cm2(基材保持部2の単位面積当たりの印加電力)
直流印加電源6:陰極側を基材保持部2に接続し、陽極側をボート1に接続
直流印加電源6から基材保持部2への印加電圧:200V
チャンバ11:接地されていない電気的に浮遊状態
密着性向上膜の形成速度:3Å/秒(Cr)、6Å/秒(Cu)
(a)密着性向上膜形成の初期段階(図4のt10〜T2)
チャンバ11内の真空度:1.5×10−3Pa以下(t10時)
加熱電源3からボート1への通電電流:280A(T2終期)
(b)密着性向上膜形成段階(図4のT3)
チャンバ11内の真空度:1.5×10−2Pa以下
加熱電源3からボート1への通電電流:210A(T3終期)
このようにして、厚さ20nmのCr膜及び厚さ60nmのCu膜からなる2層の密着性向上膜を、基材50上に形成した。この密着性向上膜形成の全期間を通じて基材50の温度は、40℃で反応するサーモシールが僅かに反応したことから、40〜45℃程度に保持されていた。
(1)
Evaporating material 9: Cr, Cu (First, after forming the Cr film by the following operation, the Cu film was formed on the Cr film by the same operation)
Gas introduced into the chamber 11: Argon gas High frequency power supply power applied from the
DC application power source 6: The cathode side is connected to the base
Chamber 11: Electrically floating state adhesion improving film not grounded Rate of formation: 3 Å / sec (Cr), 6 Å / sec (Cu)
(A) Initial stage of adhesion improving film formation (t10 to T2 in FIG. 4)
Degree of vacuum in the chamber 11: 1.5 × 10 −3 Pa or less (at t10)
Energizing current from the
(B) Adhesion improving film forming stage (T3 in FIG. 4)
Degree of vacuum in the chamber 11: 1.5 × 10 −2 Pa or less Current flowing from the
In this way, a two-layer adhesion improving film composed of a 20 nm thick Cr film and a 60 nm thick Cu film was formed on the
(2)反射膜52
蒸発材料9:Ag−Bi
チャンバ11内への導入ガス:アルゴンガス
高周波電力供給電源5からの基材保持部2への印加電力:周波数13.56MHzで31.6mW/cm2(基材保持部2の単位面積当たりの印加電力)
直流印加電源6:陰極側を基材保持部2に接続し、陽極側をボート1に接続
直流印加電源6から基材保持部2への印加電圧:200V
チャンバ11:接地されていない電気的に浮遊状態
反射膜の形成速度:10Å/秒
(a)反射膜形成の初期段階(図4のt10〜T2)
チャンバ11内の真空度:1.5×10−3Pa以下(t10時)
加熱電源3からボート1への通電電流:280A(T2終期)
(b)反射膜形成段階(図4のT3)
チャンバ11内の真空度:1.5×10−2Pa以下
加熱電源3からボート1への通電電流:210A(T3終期)
このようにして、厚さ120nmのAg−Bi合金膜を、Cu膜上に形成した。この反射膜形成の全期間を通じて基材50の温度は、40℃で反応するサーモシールが僅かに反応したことから、40〜45℃程度に保持されていた。
(2)
Evaporating material 9: Ag-Bi
Gas introduced into the chamber 11: Argon gas High frequency power supply power applied from the
DC application power source 6: The cathode side is connected to the base
Chamber 11: Formation rate of electrically floating reflective film not grounded: 10 Å / sec (a) Initial stage of reflective film formation (t10 to T2 in FIG. 4)
Degree of vacuum in the chamber 11: 1.5 × 10 −3 Pa or less (at t10)
Energizing current from the
(B) Reflective film formation stage (T3 in FIG. 4)
Degree of vacuum in the chamber 11: 1.5 × 10 −2 Pa or less Current flowing from the
In this way, an Ag—Bi alloy film having a thickness of 120 nm was formed on the Cu film. The temperature of the
(3)中間膜54
蒸発材料9:Al2O3
チャンバ11内への導入ガス:酸素ガス
高周波電力供給電源5からの基材保持部2への印加電力:周波数13.56MHzで52.6mW/cm2(基材保持部2の単位面積当たりの印加電力)
直流印加電源6:陰極側を基材保持部2に接続し、陽極側をボート1に接続
直流印加電源6から基材保持部2への印加電圧:200V
チャンバ11:接地されていない電気的に浮遊状態
中間膜の形成速度:4Å/秒
(a)中間膜形成の初期段階(図4のt10〜T2)
チャンバ11内の真空度:1.5×10−3Pa以下(t10時)
加熱電源3からボート1への通電電流:350A(T2終期)
(b)中間膜形成段階(図4のT3)
チャンバ11内の真空度:1.5×10−2Pa以下
加熱電源3からボート1への通電電流:230A(T3終期)
このようにして、厚さ54nmのAl2O3膜を、Ag−Bi合金膜上に形成した。この中間膜形成の全期間を通じて基材50の温度は、40℃未満に保持されていた。
(3)
Evaporating material 9: Al 2 O 3
Gas introduced into the chamber 11: Oxygen gas RF power
DC application power source 6: The cathode side is connected to the base
Chamber 11: Formation rate of electrically floating intermediate film that is not grounded: 4 Å / sec (a) Initial stage of intermediate film formation (t10 to T2 in FIG. 4)
Degree of vacuum in the chamber 11: 1.5 × 10 −3 Pa or less (at t10)
Energizing current from the
(B) Intermediate film formation stage (T3 in FIG. 4)
Degree of vacuum in the chamber 11: 1.5 × 10 −2 Pa or less Current flowing from the
In this way, an Al 2 O 3 film having a thickness of 54 nm was formed on the Ag—Bi alloy film. The temperature of the
(4)反射増加膜53
蒸発材料9:ZrO2、SiO2、ZrO2、SiO2(この順で形成)
チャンバ11内への導入ガス:酸素ガス
高周波電力供給電源5からの基材保持部2への印加電力:周波数13.56MHzで52.6(SiO2成膜時)、又は79(ZrO2成膜時)mW/cm2(基材保持部2の単位面積当たりの印加電力)
直流印加電源6:陰極側を基材保持部2に接続し、陽極側をボート1に接続
直流印加電源6から基材保持部2への印加電圧:200V(SiO2)、300V(ZrO2)
チャンバ11:接地されていない電気的に浮遊状態
反射増加膜の形成速度:7Å/秒(SiO2)、2Å/秒(ZrO2)
(a)反射増加膜形成の初期段階(図4のt10〜T2)
チャンバ11内の真空度:1.5×10−3Pa以下(t10時)
加熱電源3からボート1への通電電流:350A(T2終期)
(b)反射増加膜形成段階(図4のT3)
チャンバ11内の真空度:1.5×10−2Pa以下
加熱電源3からボート1への通電電流:230A(T3終期)
このようにして、ZrO2膜(厚さ15nm)、SiO2膜(厚さ15nm)、ZrO2膜(厚さ20nm)、及びSiO2膜(厚さ15nm)からなる4層の反射増加膜を、Al2O3膜上に形成した。この反射増加膜形成の全期間を通じて基材50の温度は、40℃未満に保持されていた。
(4)
Evaporating material 9: ZrO 2 , SiO 2 , ZrO 2 , SiO 2 (formed in this order)
Gas introduced into the chamber 11: Applied power from the oxygen gas high-
DC application power source 6: The cathode side is connected to the
Chamber 11: Formation rate of an electrically floating reflection increasing film that is not grounded: 7 Å / sec (SiO 2 ), 2 Å / sec (ZrO 2 )
(A) Initial stage of reflection increasing film formation (t10 to T2 in FIG. 4)
Degree of vacuum in the chamber 11: 1.5 × 10 −3 Pa or less (at t10)
Energizing current from the
(B) Reflection increasing film formation stage (T3 in FIG. 4)
Degree of vacuum in the chamber 11: 1.5 × 10 −2 Pa or less Current flowing from the
In this way, a four-layer reflection increasing film composed of a ZrO 2 film (
(5)撥水膜55
蒸発材料9:MERCK社製Substance WR1 Patinal(商標)
チャンバ11内への導入ガス:無
撥水膜の形成速度:7Å/秒
撥水膜の形成時には導入ガスを使用していないので、図4(a)に相当するガス供給量は全期間0であり、図4(b)に相当するチャンバ11内の真空度は全期間5.0×10−2Pa以下である。
(a)撥水膜形成の初期段階(図4のt10〜T2に相当)
加熱電源3からボート1への通電電流:350A(T2終期)
(b)撥水膜形成段階(図4のT3に相当)
加熱電源3からボート1への通電電流:230A(T3終期)
このようにして、厚さ20nmの前記撥水膜を、反射増加膜最外層のSiO2膜上に形成した。この撥水膜形成の全期間を通じて基材50の温度は、40℃未満に保持されていた。
(5)
Evaporating material 9: MERCK Substance WR1 Patinal (trademark)
Gas introduced into the chamber 11: Formation speed of the non-water-repellent film: 7 Å / sec Since the introduced gas is not used when forming the water-repellent film, the gas supply amount corresponding to FIG. Yes, the degree of vacuum in the
(A) Initial stage of water repellent film formation (corresponding to t10 to T2 in FIG. 4)
Energizing current from the
(B) Water repellent film formation stage (corresponding to T3 in FIG. 4)
Energizing current from the
In this way, the water repellent film having a thickness of 20 nm was formed on the outermost SiO 2 film of the reflection increasing film. The temperature of the
2.製造例2
基材として厚さ5mmのポリカーボネート(PC)の板を使用し、図3に示す薄膜形成装置を用いて、該基材上に下記(1)〜(4)の順に各膜(層)を直接積層し、光反射鏡を製造した。
(1)密着性向上膜51:クロム(Cr)(厚さ20nm)及び銅(Cu)(厚さ60nm)の2層を、この順に積層した。
(2)反射膜52:銀−ビスマス(Ag−Bi)合金(製造例1と同じもの)(厚さ120nm)をCu膜上に積層した。
(3)中間膜54:フッ化マグネシウム(MgF2)(厚さ74nm)をAg−Bi膜上に積層した。
(4)反射増加膜53:二酸化ジルコニウム(ZrO2)(厚さ15nm)、二酸化ケイ素(SiO2)(厚さ15nm)、ZrO2(厚さ20nm)、及びSiO2(厚さ15nm)の4層を、この順にMgF2膜上に積層した。
2. Production Example 2
A polycarbonate (PC) plate having a thickness of 5 mm is used as a base material, and each film (layer) is directly applied on the base material in the order of (1) to (4) below using the thin film forming apparatus shown in FIG. Laminated to produce a light reflector.
(1) Adhesion improving film 51: Two layers of chromium (Cr) (
(2) Reflective film 52: A silver-bismuth (Ag-Bi) alloy (same as in Production Example 1) (thickness 120 nm) was laminated on the Cu film.
(3) Intermediate film 54: Magnesium fluoride (MgF 2 ) (thickness 74 nm) was laminated on the Ag—Bi film.
(4) Reflection increasing film 53: 4 of zirconium dioxide (ZrO 2 ) (
(1)密着性向上膜51、(2)反射膜52、及び(4)反射増加膜53は、製造例1と同様にして膜を形成させた。
The (1)
(3)中間膜54
蒸発材料9:MgF2
チャンバ11内への導入ガス:アルゴンガス
高周波電力供給電源5からの基材保持部2への印加電力:周波数13.56MHzで52.6mW/cm2(基材保持部2の単位面積当たりの印加電力)
直流印加電源6:陰極側を基材保持部2に接続し、陽極側をボート1に接続
直流印加電源6から基材保持部2への印加電圧:250V
チャンバ11:接地されていない電気的に浮遊状態
中間膜の形成速度:8Å/秒
(a)中間膜形成の初期段階(図4のt10〜T2)
チャンバ11内の真空度:1.5×10−3Pa以下(t10時)
加熱電源3からボート1への通電電流:350A(T2終期)
(b)中間膜形成段階(図4のT3)
チャンバ11内の真空度:1.5×10−2Pa以下
加熱電源3からボート1への通電電流:230A(T3終期)
このようにして、厚さ74nmのMgF2を、Ag−Bi合金膜上に形成した。この中間膜形成の全期間を通じて基材50の温度は、40℃未満に保持されていた。
(3)
Evaporation material 9: MgF 2
Gas introduced into the chamber 11: Argon gas High frequency power supply power applied to the
DC application power source 6: The cathode side is connected to the base
Chamber 11: Formation speed of electrically floating intermediate film not grounded: 8 Å / sec (a) Initial stage of intermediate film formation (t10 to T2 in FIG. 4)
Degree of vacuum in the chamber 11: 1.5 × 10 −3 Pa or less (at t10)
Energizing current from the
(B) Intermediate film formation stage (T3 in FIG. 4)
Degree of vacuum in the chamber 11: 1.5 × 10 −2 Pa or less Current flowing from the
In this manner, MgF 2 having a thickness of 74 nm was formed on the Ag—Bi alloy film. The temperature of the
3.比較製造例1
銀の反射膜とするため、反射膜52の形成において、蒸発材料9を銀(Ag)とする以外は製造例1と同条件で各膜を形成して光反射鏡を製造した。
3. Comparative production example 1
In order to obtain a silver reflective film, each film was formed under the same conditions as in Production Example 1 except that the
製造例1、2及び比較製造例1で製造した光反射鏡について、以下の評価試験を行った。なお、反射膜52の、表面粗さ及びX線回折による(111)ピーク強度は、各製造例において、反射膜52を形成するまでは同じで、その段階で膜形成を終了させたものを用意して測定した。また、中間膜54の充填密度は、製造例1の中間膜形成条件と同じ条件で、ガラス板上に中間膜のみを形成させたものを用意して測定した。
The following evaluation tests were performed on the light reflecting mirrors manufactured in Manufacturing Examples 1 and 2 and Comparative Manufacturing Example 1. In addition, the surface roughness and the (111) peak intensity by X-ray diffraction of the
<評価試験>
1.反射膜52の表面粗さ
製造例1、2で形成したAg−Bi合金膜、及び比較製造例1で形成したAg膜の表面状態を原子間力顕微鏡(AFM、デジタル・インスツルメンツ社製のNano Scope II)で観察し、膜表面の凹凸をナノメーターオーダーで画像化し、これから算術平均粗さ(Ra) を調べた。
<Evaluation test>
1. Surface roughness of the
2.反射膜52のX線回折による(111)ピーク強度
製造例1、2で形成したAg−Bi合金膜、及び比較製造例1で形成したAg膜について、X線回折装置(理学電気社製のRINT1400V型)を用い、X線出力50kV‐200mA、測定範囲2θ=10°〜100°、発光スリット−散乱スリット−受光スリット:1°−1°−0.3mmにて測定した。
2. X-ray diffractometer (RINT1400V manufactured by Rigaku Corporation ) for the Ag-Bi alloy film formed in (111) peak intensity production examples 1 and 2 and the Ag film formed in comparative production example 1 by X-ray diffraction of the
3.中間膜54の充填密度
製造例1の中間膜形成条件と同じ条件で、ガラス板上に中間膜のみを形成してAl2O3中間膜の充填密度を耐湿試験にて測定した。すなわち、この測定方法は、温度60℃、湿度90%の環境下に金属酸化膜を24時間放置し、放置前と放置後とで反射率の変化を測定し、反射率の変化から屈折率の変化を求めるものである。屈折率の変化が小さいほど、充填密度が大きいことになる。例えば屈折率nsのガラス板にコートした場合、反射率Rは次式で表される。
3. Filling density of the
δ=(2π/λ)nf・dcosθ、
λ:光波長、
d:金属酸化膜の厚さ、
θ:光の入射角
このRの測定ピーク値から式:nf2=ns(1+R1/2)/(1−R1/2)によってnfの測定値が求められる。一方、充填密度Pに関する金属酸化膜の屈折率は次式で表される。
δ = (2π / λ) nf · d cos θ,
λ: optical wavelength,
d: thickness of the metal oxide film,
θ: incident angle of light From this measured peak value of R, the measured value of nf is obtained by the formula: nf 2 = ns (1 + R 1/2 ) / (1−R 1/2 ). On the other hand, the refractive index of the metal oxide film with respect to the packing density P is expressed by the following equation.
nv:気孔内の水蒸気の屈折率で1.33
このnfの測定値と充填密度Pに関する屈折率(理論値)の差からPを求める。
例えば、Pを1.00、0.99、0.98等と変化させて、式:nf=Pnm+(1−P )nvに代入していき、この理論値と測定値が一致したときのPを金属酸化膜の充填密度として特定することによって求められる。測定の結果、反射率の変化が0.2%以内であったため、充填密度は0.98以上、より正確には0.99以上と判断される。
nv: 1.33 in refractive index of water vapor in the pores
P is obtained from the difference between the measured value of nf and the refractive index (theoretical value) regarding the packing density P.
For example, P is changed to 1.00, 0.99, 0.98, etc., and is substituted into the formula: nf = Pnm + (1-P) nv, and P when the theoretical value and the measured value coincide with each other is calculated. Is determined as the packing density of the metal oxide film. As a result of the measurement, since the change in reflectance was within 0.2%, it is determined that the packing density is 0.98 or more, more precisely 0.99 or more.
4.可視光領域の反射率
製造例1、2及び比較製造例1で製造した光反射鏡について、下記耐久性試験前の可視光領域(420〜690nm)での反射率を、光度計((株)日立製作所製の分光光度計U−4000)にて測定した。また、耐久性試験後も、測定できる状態にある光反射鏡については測定した。
4). Reflectivity in the visible light region (420 to 690 nm) before the durability test described below for the light reflecting mirrors manufactured in the reflectance manufacturing examples 1 and 2 and comparative manufacturing example 1 in the visible light region. Measured with a spectrophotometer U-4000 manufactured by Hitachi, Ltd. Moreover, it measured about the light reflection mirror in the state which can be measured after a durability test.
5.耐久性試験1(塩水噴霧試験)
試験片(各製造例による光反射鏡)の設置角度のみ下記の通りとし、その他はJIS Z2371に準拠して塩水噴霧試験を行った。下記条件で24時間塩水噴霧後、各試験片の外観を観察して評価した。
(1)試験温度:35℃±2℃
(2)噴霧液:5%中性塩水(pH6.5〜7.2)
(3)噴霧量:1〜2mL/80cm2/h
(4)塩:JIS K8150に規定する特級の塩化ナトリウム
(5)試験片の角度:鉛直面に対して45°で膜コート面が下向き
5. Durability test 1 (salt spray test)
Only the installation angles of the test pieces (light reflecting mirrors according to the respective production examples) were as follows, and the others were subjected to a salt spray test in accordance with JIS Z2371. After spraying salt water for 24 hours under the following conditions, the appearance of each test piece was observed and evaluated.
(1) Test temperature: 35 ° C ± 2 ° C
(2) Spray solution: 5% neutral saline (pH 6.5 to 7.2)
(3) Spray amount: 1 to 2 mL / 80 cm 2 / h
(4) Salt: Special grade sodium chloride specified in JIS K8150 (5) Angle of test piece: 45 ° with respect to vertical surface, membrane coating surface facing downward
6.耐久性試験2(塩水浸漬試験)
製造例1、2及び比較製造例1で製造した光反射鏡について、市販の工業用塩の3%水溶液を調製し、該3%塩水溶液への浸漬試験を行った。試験室の室温は25℃、湿度は27%であった。各光反射鏡を該塩水中に浸漬し、1時間毎に取出して外観を観察した。さらに、製造例1及び2の光反射鏡については、48時間浸漬後の可視光領域の反射率を、上記方法と同様にして測定した。
6). Durability test 2 (salt water immersion test)
For the light reflectors produced in Production Examples 1 and 2 and Comparative Production Example 1, a commercially available 3% aqueous solution of industrial salt was prepared, and an immersion test in the 3% aqueous salt solution was performed. The room temperature of the test room was 25 ° C. and the humidity was 27%. Each light reflecting mirror was immersed in the salt water and taken out every hour to observe the appearance. Further, for the light reflecting mirrors of Production Examples 1 and 2, the reflectance in the visible light region after 48 hours of immersion was measured in the same manner as described above.
<評価結果>
各製造例で製造した光反射鏡についての、上記評価試験の結果を表1に示す。表から明らかなように、製造例1及び2による光反射鏡は、比較製造例1によるものと比較して、顕著にその耐久性が優れている。
<Evaluation results>
Table 1 shows the results of the above evaluation tests for the light reflecting mirrors manufactured in the respective manufacturing examples. As is apparent from the table, the light reflecting mirrors according to Production Examples 1 and 2 are significantly superior in durability compared to those according to Comparative Production Example 1.
本発明の光反射鏡は、その優れた特性を利用して、下記に例示するような様々な用途に好適に使用することができる。
A.プロジェクター装置用の反射鏡。
B.DLPプロジェクター用のライトトンネル(角筒状の基体の内面に銀膜および透明誘電体層を形成した光学部品)。
C.天体望遠鏡、双眼鏡などの反射鏡。
D.各種光学装置のアルミニウム反射層を用いた反射鏡の代替品。
E.樹脂製基材を使用できるので、成形により表面に所定の凹凸が形成された異形樹脂基材に反射膜を被覆した高反射異形ミラー等。
The light reflecting mirror of the present invention can be suitably used for various applications as exemplified below by utilizing its excellent characteristics.
A. Reflector for projector equipment.
B. A light tunnel for a DLP projector (an optical component in which a silver film and a transparent dielectric layer are formed on the inner surface of a rectangular tube-shaped substrate).
C. Reflectors such as astronomical telescopes and binoculars.
D. An alternative to reflectors that use aluminum reflective layers in various optical devices.
E. Since a resin base material can be used, a highly reflective deformed mirror in which a deformed resin base material with predetermined irregularities formed on the surface by coating with a reflective film is used.
1:ボート、2:基材保持部、3:加熱電源、4:マッチング装置、5:高周波電力供給電源、6:直流電圧印加電源、7:コンデンサ、8:コイル、9:蒸発材料、10:基材、11:チャンバ、12:排気ダクト、13:排気バルブ、14:真空ポンプ、15:真空度計、17:膜厚モニタ、18:シャッタ、20:蒸発源、21:不活性ガス供給源、23:反応性ガス供給源、24:流量制御装置、25:ガス供給配管、26:るつぼ、27:電子銃、50:基材、51:密着性向上膜、52:反射膜、53:反射増加膜、54:中間膜、55:撥水膜、56:樹脂製基材、57:多層膜 1: boat, 2: base material holding unit, 3: heating power source, 4: matching device, 5: high-frequency power supply power source, 6: DC voltage application power source, 7: capacitor, 8: coil, 9: evaporation material, 10: Substrate, 11: chamber, 12: exhaust duct, 13: exhaust valve, 14: vacuum pump, 15: vacuum gauge, 17: film thickness monitor, 18: shutter, 20: evaporation source, 21: inert gas supply source , 23: reactive gas supply source, 24: flow rate control device, 25: gas supply piping, 26: crucible, 27: electron gun, 50: substrate, 51: adhesion improving film, 52: reflection film, 53: reflection Increase film, 54: intermediate film, 55: water repellent film, 56: resin base material, 57: multilayer film
Claims (10)
前記銀合金の反射膜を形成する工程と、
前記反射向上膜を形成する工程とを有し、
これらすべての工程が連続して行われ、
該すべての工程の間、基材の温度が70℃以下に保持される、
請求項1〜8いずれか一項に記載の光反射鏡を製造する方法。 Forming the adhesion improving film on the substrate surface;
Forming a reflective film of the silver alloy;
Forming the reflection enhancing film,
All these steps are performed in succession,
During all the steps, the temperature of the substrate is kept below 70 ° C.
The method to manufacture the light reflection mirror as described in any one of Claims 1-8.
前記銀合金の反射膜を形成する工程と、
前記中間膜を形成する工程と、
前記反射向上膜を形成する工程とを有し、
これらすべての工程が連続して行われ、
該すべての工程の間、基材の温度が70℃以下に保持される、
請求項1〜8いずれか一項に記載の光反射鏡を製造する方法。 Forming the adhesion improving film on the substrate surface;
Forming a reflective film of the silver alloy;
Forming the intermediate film;
Forming the reflection enhancing film,
All these steps are performed in succession,
During all the steps, the temperature of the substrate is kept below 70 ° C.
The method to manufacture the light reflection mirror as described in any one of Claims 1-8.
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