JP2012150295A

JP2012150295A - Ａｇリフレクタ

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Publication number: JP2012150295A
Application number: JP2011009266A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Aramaki; 健一郎荒巻; Ryo Chiba; 良千葉; Kuniharu Takahashi; 邦治高橋
Original assignee: Kuramoto Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Kuramoto Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2012-08-09

Abstract

【課題】可視域から赤外域まで高反射率な光学特性を有するとともに、折り曲げても剥離を抑制できる密着性を有し、耐性が高く、スパッタリングによる成膜のための設備を簡易なものにすることができるＡｇリフレクタとその製造方法を提供する。
【解決手段】ステンレス基板と、その表面に設けられたＮｉＷ膜からなる密着層と、その表面に設けられたＡｇ膜からなる反射層と、その表面に設けられた第１のＩＴＯ膜と、その表面に設けられた第２のＩＴＯ膜と、その表面に順に設けられたＳｉＯ₂膜およびＮｂ₂Ｏ₅膜からなる増反射層とを備えることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上にＡｇ膜からなる反射層を設けたＡｇリフレクタとその製造方法に関する。

反射層としてＡｇ膜を設けたＡｇリフレクタは、波長による反射率の変化が比較的少なく、可視域から赤外域までの広い波長範囲で高い反射率を有していることから、光学装置等への使用が提案されている（特許文献１、２）。

しかしながら、従来のＡｇリフレクタは、Ａｇ膜と基板との密着力が低く、Ａｇ膜が基板から剥がれ易い等の問題点があった。また、使用される環境での耐性に問題点があった。

このような問題点に対処する技術として、特許文献１には、Ａｌ基板の表面に密着層として無電解Ｎｉメッキを施し、その上にＡｇ膜を蒸着し、その上に保護層としてＳｉＯ₂、ＭｇＦ₂、ＹＦ₃、ＳｉＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ等を形成したＡｇリフレクタが提案されている。

特許文献２には、ガラス基板の表面に密着層として厚み５０ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃膜等を設け、その上にＡｇ−Ｂｉ合金層、耐性向上のためのＩＴＯの単層からなる密着層、ＳｉＯ₂膜およびＮｂ₂Ｏ₅膜からなる増反射層とを備えるＡｇリフレクタが提案されている。

特開平７−１６８００８号公報特開２００７−３１０３３５号公報

しかしながら、上記したような従来技術においても密着性、耐性にさらなる改善の余地があった。特に、光学装置等への用途においては、様々な形状に加工可能な薄い金属基板等を用いて光学設計による光の有効活用を最大化することが望まれているが、このような基板を用いると、薄い金属基板へ直接に高密着の反射層を形成するため微細な曲げによっても反射層の剥離が生じやすくなる。

特許文献１の技術は、密着層として無電解Ｎｉメッキを施しているが、スパッタリングプロセスへの適用には難点がある。また光学装置としての使用環境での耐性や、特に曲げによっても反射層の剥離が生じないような折り曲げ耐性と高い反射特性との両立において改善の余地があった。

特許文献２の技術は、密着層として剛性のガラス基板の表面に密着層として厚み５０ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃膜等を設けているが、加工可能な薄い金属基板、例えばステンレス基板とＡｇ膜との密着に適した構成は開示されていない。

また、特許文献２の技術では成膜にロードロック式スパッタリング装置を用いている。ロードロック式スパッタリング装置は、トレイに搭載した基板をローラーで搬送し、スパッタ室を常に高真空に保ったまま処理が可能であることから、基板の上に密着層、Ａｇ膜からなる反射層、保護層、増反射層を連続成膜することは可能である。

しかしながら、ロードロック式スパッタリング装置は、それぞれのスパッタリングプロセスにおけるプロセスガスが異なり、また、成膜レートも異なるといった点に対処するため、少なくともゲートバルブで仕切られた３室以上のスパッタ室が必要で設備が大掛かりなものになる。

これに対して、途中で大気開放しても機能性に問題のない技術を確立できれば、バッチ式スパッタリング装置を２台程度用いて成膜することが可能であり、設備を簡易なものにすることができる。

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、可視域から赤外域まで高反射率な光学特性を有するとともに、折り曲げても剥離を抑制できる密着性を有し、耐性が高く、スパッタリングによる成膜のための設備を簡易なものにすることができるＡｇリフレクタとその製造方法を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明のＡｇリフレクタは、ステンレス基板と、その表面に設けられたＮｉＷ膜からなる密着層と、その表面に設けられたＡｇ膜からなる反射層と、その表面に設けられた第１のＩＴＯ膜と、その表面に設けられた第２のＩＴＯ膜と、その表面に順に設けられたＳｉＯ₂膜およびＮｂ₂Ｏ₅膜からなる増反射層とを備えることを特徴としている。

このＡｇリフレクタにおいて、ＮｉＷ膜、Ａｇ膜、第１のＩＴＯ膜、第２のＩＴＯ膜、ＳｉＯ₂膜、およびＮｂ₂Ｏ₅膜は、スパッタリングにより成膜されたものであることが好ましい。

このＡｇリフレクタにおいて、ＮｉＷ膜は、Ｗを１５〜２５質量％含有するＮｉＷ合金ターゲットを用いてスパッタリングにより成膜されたものであることが好ましい。

本発明のＡｇリフレクタの製造方法は、バッチ式スパッタリング装置を用いて、真空下でステンレス基板の表面に、密着層のＮｉＷ膜、反射層のＡｇ膜、および第１のＩＴＯ膜をこの順に成膜する工程と、この成膜後のステンレス基板を大気開放する工程と、バッチ式スパッタリング装置を用いて、真空下で第１のＩＴＯ膜の表面に、第２のＩＴＯ膜、増反射層のＳｉＯ₂膜、および増反射層のＮｂ₂Ｏ₅膜をこの順に成膜する工程とを含むことを特徴としている。

本発明のＡｇリフレクタおよびその製造方法によれば、Ａｇ膜の密着層としてＮｉＷを基板表面に形成しているので、ステンレス基板とＡｇ膜との密着力が大きく、様々な形状に加工しても曲げ等による反射層の剥離を抑制することができる。また、Ａｇ膜からなる反射層の上に第１のＩＴＯ膜と、その表面に設けられた第２のＩＴＯ膜とを積層することで、第１のＩＴＯ膜によりスパッタリングのプロセスにおけるＡｇ膜の劣化を防止するとともに、第２のＩＴＯ膜によりＡｇの硫化等に対する耐性を向上することができる。そしてバッチ式スパッタリング装置を２台程度使用して成膜することが可能であり、設備を簡易なものにすることができる。このように、本発明によれば、密着性と耐性が高く、増反射層により反射特性にも優れたＡｇリフレクタが提供される。

図１は、本発明のＡｇリフレクタの一例を示す断面図である。図２は、実施例で作製したＡｇリフレクタの４００〜７００ｎｍでの分光反射率を示し、増反射層を形成しなかった場合との比較を示している。図３は、実施例で作製したＡｇリフレクタの４００〜７００ｎｍでの分光反射率の入射角度依存性を示す。図４は、実施例で作製したＡｇリフレクタについて恒温恒湿試験を行った結果を示す。図５は、実施例で作製したＡｇリフレクタのＰＣＴ試験前後の４００〜７００ｎｍでの分光反射率を示す。図６は、実施例で作製したＡｇリフレクタの耐硫化試験前後の４００〜７００ｎｍでの分光反射率を示す。

以下に、本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明のＡｇリフレクタの一例を示す断面図である。このＡｇリフレクタ１は、ステンレス基板２と、その表面に設けられたＮｉＷ膜からなる密着層３と、その表面に設けられたＡｇ膜からなる反射層４と、その表面に設けられた第１のＩＴＯ膜５と、その表面に設けられた第２のＩＴＯ膜６と、その表面に順に設けられたＳｉＯ₂膜７およびＮｂ₂Ｏ₅膜８からなる増反射層９とを備えている。

このステンンレス基板２への層形成には、大面積の基板にも成膜可能であり、膜厚の制御に優れ、かつ安定して長時間成膜が可能なスパッタリング法が用いられる。

スパッタリングは、バッチ式スパッタリング装置を用いて、３本／１台のターゲットにて、２台のバッチ式スパッタリング装置により成膜することができる。

バッチ式スパッタリング装置は、ロードロック式スパッタリング装置に比べて設備的に簡易的なものであり、また各層の成膜条件の許容幅が広く、途中で大気開放する工程があっても機能性になんら問題のない膜の成膜が可能である。ただし、大気開放の際における第1のＩＴＯ膜５の表面酸化ムラには注意する必要がある。

ステンレス基板２は、ＮｉＷ膜を成膜して密着性を高めることができ、折り曲げても反射層４が剥離することがないため様々な形状への加工も可能である。

密着層３は、ＮｉＷ膜からなる。スパッタリングは、Ｗを１５〜２５質量％含有するＮｉＷ合金ターゲットを用いることが好ましく、直流（ＤＣ）マグネトロンスパッタリングにより成膜することができる。

なお、大面積に成膜可能なスパッタリング方式を適用する場合、Ｎｉターゲットは磁性体でありマグネトロンスパッタリングが困難である。また、ＮｉＷ以外の他のＮｉ合金を用いた場合、白濁等を生じたりする場合がある。

密着層３の膜厚は、３〜１０ｎｍが好ましい。膜厚が小さ過ぎると密着性が低下する場合があり、膜厚が大き過ぎても密着性が低下する場合がある。

反射層４は、Ａｇ膜からなる。Ａｇ膜を用いることで、可視光域全般に渡って均一な高い反射率を維持でき、反射特性に優れたリフレクタになる。

反射層４の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１２０〜１８０ｎｍである。膜厚が小さ過ぎると光が透過して高反射率のリフレクタが得られず、膜厚が大き過ぎても反射特性はあまり向上せずコストや製造性等に影響する場合がある。

本発明においてＩＴＯ膜は、２層から構成される。１層目の第１のＩＴＯ膜５は、プロセス途中で一度大気開放されるときのＡｇ膜表面の劣化を防止する。

第１のＩＴＯ膜５の膜厚は、特に限定されないが、Ａｇ膜表面の劣化防止等の点を考慮すると、好ましくは１．５〜５ｎｍである。

第２のＩＴＯ膜６は、一度大気開放された薄膜積層基板への密着性を改善する。そして、次のプロセスであるＳｉＯ₂膜の成膜時に発生する酸素プラズマによるＡｇ膜表面へのダメージを抑制し、Ａｇリフレクタ１の耐性も改善する。

第２のＩＴＯ膜６の膜厚は、特に限定されないが、密着性や耐性の改善等を考慮すると、好ましくは１．５〜５ｎｍである。

第１のＩＴＯ層５および第２のＩＴＯ膜６は、ＳｎＯ₂を２〜１５ａｔ％含有するＩＴＯターゲットを用いて形成することが好ましい。また、酸素ガスを含んだガスを導入した酸化雰囲気中では、プラズマ中で活性化、イオン化した酸素ガスの影響で、Ａｇ膜の反射層３が酸化されて著しく劣化し、表面鏡の反射率が著しく低下するため、ＩＴＯを形成する際には、アルゴンガス等の希ガスのみの雰囲気中で成膜することが好ましい。

増反射層９は、光の干渉を利用した増反射作用により、入射角度依存度が小さく可視領域全域で高反射かつフラットな光学特性を実現する。また、増反射層９がＡｇ腐食を抑え、耐性も向上する。

増反射層９のＳｉＯ₂膜７およびＮｂ₂Ｏ₅膜８は、スパッタリング法により成膜される。これらの膜厚は、特に限定されないが、干渉による増反射等を考慮すると、好ましくは４０〜５０ｎｍである。

以上のＡｇリフレクタ１を製造する際には、バッチ式スパッタリング装置を使用し、３本／１台のターゲットにて、装置２台によって成膜する。まずバッチ式スパッタリング装置を用いて、真空下でステンレス基板２の表面に密着層３のＮｉＷ膜、反射層４のＡｇ膜、および第１のＩＴＯ膜５をこの順に成膜する。

次に、バッチ式スパッタリング装置を大気開放する。その後、さらにバッチ式スパッタリング装置を用いて、真空下で第１のＩＴＯ膜５の表面に、第２のＩＴＯ膜６、増反射層９のＳｉＯ₂膜７、および増反射層７のＮｂ₂Ｏ₅膜８をこの順に成膜する。

成膜後、Ａｇリフレクタ１をアニールすることもできる。アニールすることで、密着性をより高めることができる。アニール温度は、好ましくは３００℃以上、より好ましくは３３０℃以上、さらに好ましくは３３０〜４００℃である。

このようにして製造される本発明のＡｇリフレクタ１は、光学装置等に好適に用いることができる。

以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
＜実施例１＞
ＬＣＤバックライトユニット導光板として用いられるＡｇリフレクタを作製した。ステンレス板表面を平滑に鏡面化加工した。ここではリフレクタの反射率に大きく影響を及ぼすため、表面粗さＲａ＝１ｎｍ以下の鏡面化加工を行っている。

バッチ式スパッタリング成膜装置を用いて、ＮｉＷ膜からなる密着層、Ａｇ膜からなる反射層、第１および第２のＩＴＯ膜、およびＳｉＯ₂膜およびＮｂ₂Ｏ₅膜からなる増反射層を上記のステンレス基板に成膜した。

成膜は、３本／１台のターゲットにて、２台のバッチ式スパッタリング成膜装置によって行った。それぞれのターゲットの成膜は、ＤＣマグネトロンスパッタ法により行った。

バッチ式スパッタリング成膜装置の真空チャンバ内に、ターゲットとして、ＮｉＷターゲット、Ａｇターゲット、および第１のＩＴＯターゲットを取り付け、ロータリーポンプおよびクライオポンプを用いて真空チャンバ内を排気した。

４００×５００ｃｍ角のステンレス基板をバッチ式スパッタリング成膜装置の成膜治具にセットした。このステンレス基板を成膜装置に入れ、真空排気した真空計を用いて、真空チャンバ内の到達真空度が６．７×１０^-4Ｐａ以下であることを確認した。真空チャンバ内にアルゴン導入し、所定の圧力になるようにガス流量を調整した。

ＮｉＷターゲットにＤＣ電圧を印加してプラズマを発生させ、ＮｉＷターゲットをスパッタし、ステンレス基板上に密着層として膜厚５ｎｍのＮｉＷ膜を成膜した。

次いで雰囲気ガスをアルゴンのみにし、ＡｇターゲットにＤＣ電圧を印加して、Ａｇターゲット上に基板を通過させて、膜厚１５０ｎｍのＡｇ膜を積層した。

その後、ＩＴＯターゲットにＤＣ電圧を印加して、膜厚１．５ｎｍの第１のＩＴＯ膜を積層した。この第１のＩＴＯ膜は、プロセス途中で一度大気開放される時のＡｇ膜表面の劣化を防止するものである。

次に、第1のＩＴＯ膜の表面酸化ムラが発生しないように、大気導入分布が均一になるよう大気開放した。

その後、ＩＴＯターゲット、Ｓｉターゲット、およびＮｂ₂Ｏ₅タ−ゲットを取り付けたバッチ式スパッタリング成膜装置の真空チャンバ内に、ＮｉＷ膜とＡｇ膜と第１のＩＴＯ膜を成膜したステンレス基板を設置した状態で、ロータリーポンプおよびクライオポンプを用いて真空チャンバ内を排気した。

そして雰囲気ガスとしてアルゴン導入し、ＩＴＯターゲットにＤＣ電圧を印加して、膜厚１．５ｎｍの第２のＩＴＯ膜を積層した。この第２のＩＴＯ膜は、一度大気開放された薄膜積層基板への密着性を改善し、そして次のプロセスであるＳｉＯ₂膜の成膜時に発生する酸素プラズマによるＡｇ膜表面へのダメージを抑制するものである。

次に、雰囲気をアルゴンおよび酸素混合ガスとし、増反射層として、Ｓｉターゲットをスパッタして膜厚４４ｎｍのＳｉＯ₂膜を積層し、Ｎｂ₂Ｏ₅タ−ゲットをスパッタして膜厚４４ｎｍのＮｂ₂Ｏ₅膜を積層した。
＜比較例１＞
ＳｉＯ₂膜とＮｂ₂Ｏ₅膜の増反射層を設けなかった以外は実施例１と同様にしてＡｇリフレクタを製造した。
＜比較例２＞
密着層としてのＮｉＷ膜を設けなかった以外は実施例１と同様にしてＡｇリフレクタを製造した。

以上のようにして得られたＡｇリフレクタについて次の評価を行った。
１．分光反射率
４００〜７００ｎｍでの分光反射率を測定した。その結果を図２および図３に示す。図２は増反射膜を形成しなかった場合（比較例１）との対比、図３は入射角度依存性を示している。このように入射角度依存度が小さく可視領域全域で高反射かつフラットな光学特性が得られた。
２．耐性
Ａｇリフレクタについて表１に示す条件でＰＣＴ試験、高温放置試験、耐硫化試験、恒温恒湿試験を行った。分光反射率の変化率（波長５５０ｎｍ）を表１に示す。また、６５℃−９０％恒温恒湿試験を行い各波長（４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ）での恒温恒湿試験を行った。その結果を図４に示す。またＰＣＴ試験前後の４００〜７００ｎｍでの分光反射率を図５に、耐硫化試験前後の４００〜７００ｎｍでの分光反射率を図６に示す。

表１および図４〜６より、このＡｇリフレクタは耐性を有し、特にＡｇ膜使用で懸念される硫化については、使用される環境の耐性を十分有していた。
３．密着性
住友３Ｍ＃６１０テープを使用したピーリング試験を行った。ピーリング試験の結果は次の基準により評価した。
○：Ａｇ膜の剥離なし
△：Ａｇ膜がやや剥離
×：Ａｇ膜の相当部分が剥離
その結果を表２に示す。

表２より、密着層としてＮｉＷ膜を設けた実施例１では、高温放置後も密着性を有し、さらに９０°に曲げた場合にもＡｇ膜の剥離は見られなかった。

１Ａｇリフレクタ
２ステンレス基板
３密着層
４反射層
５第１のＩＴＯ膜
６第２のＩＴＯ膜
７ＳｉＯ₂膜
８Ｎｂ₂Ｏ₅膜
９増反射層

Claims

ステンレス基板と、その表面に設けられたＮｉＷ膜からなる密着層と、その表面に設けられたＡｇ膜からなる反射層と、その表面に設けられた第１のＩＴＯ膜と、その表面に設けられた第２のＩＴＯ膜と、その表面に順に設けられたＳｉＯ₂膜およびＮｂ₂Ｏ₅膜からなる増反射層とを備えることを特徴とするＡｇリフレクタ。
ＮｉＷ膜、Ａｇ膜、第１のＩＴＯ膜、第２のＩＴＯ膜、ＳｉＯ₂膜、およびＮｂ₂Ｏ₅膜は、スパッタリングにより成膜されたものであることを特徴とする請求項１に記載のＡｇリフレクタ。
ＮｉＷ膜は、Ｗを１５〜２５質量％含有するＮｉＷ合金ターゲットを用いてスパッタリングにより成膜されたものであることを特徴とする請求項２に記載のＡｇリフレクタ。
バッチ式スパッタリング装置を用いて、真空下でステンレス基板の表面に、密着層のＮｉＷ膜、反射層のＡｇ膜、および第１のＩＴＯ膜をこの順に成膜する工程と、この成膜後のステンレス基板を大気開放する工程と、バッチ式スパッタリング装置を用いて、真空下で第１のＩＴＯ膜の表面に、第２のＩＴＯ膜、増反射層のＳｉＯ₂膜、および増反射層のＮｂ₂Ｏ₅膜をこの順に成膜する工程とを含むことを特徴とするＡｇリフレクタの製造方法。