JP3969743B2

JP3969743B2 - 低反射薄膜基板

Info

Publication number: JP3969743B2
Application number: JP53000497A
Authority: JP
Inventors: 忠勝鈴木
Original assignee: KURAMOTO CO., LTD.
Current assignee: KURAMOTO CO., LTD.
Priority date: 1996-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2017-02-26
Also published as: KR100497628B1; WO1997031290A1; EP0901032A4; EP0901032A1; KR19990087252A; TW445303B

Description

技術分野
この発明は、低反射薄膜基板に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、遮光性と光反射防止性を有する光学薄膜に係わる分野、たとえば液晶パネル用カラーフィルター基板の製造に特に有用なブラックマトリックス、あるいはプロジェクターの製造に有用なプロジェクター枠等に用いられる低反射金属・合金系薄膜基板に関するものである。
背景技術
カラー液晶パネルは、情報機器の表示装置等において広範囲にわたって利用されており、近年の情報化社会の進展に伴い、ますます大画面で、高い精細を目指した開発が繰り広げられている。
このようなカラー液晶パネルにおいては、画面のコントラストを上げたり、発色効果を高めて表示画像を鮮明化するために、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各カラーフィルター画素間には、反射性が少なく、遮光性が良好なブラックマトリックスが配設されている。
従来、このブラックマトリックスは、例えばクロム等の金属ターゲットをスパッタリングして、金属層等を積層した低反射薄膜基板を、公知のフォトリソグラフィ技術を用いたエッチングによるパターニングを行うことで製造されている。このような積層低反射薄膜基板として、酸化クロム層とクロム金属層を積層したものが知られてもいる。
この場合、多層に積層し光干渉により反射率を抑え、一方積層の中に反射率が高く透過性が少ないクロム金属層を含むことから光遮蔽機能を有するものである。
また、ブラックマトリックスについては、表示パネルへの顔や背景の映り込みを極力押さえて画像を見やすくするために低反射化し、同時にパネル内部のバックライトからの光が透過すると色調がはっきりしなくなるために光学濃度を一定水準以上に保つことが求められている。
この観点からも、反射率が低く、一定の光学濃度を保つ低反射薄膜基板を製造するために、クロム金属の含まれた材料をターゲットとしてスパッタリング成膜することが代表的な技術として従来から知られ、利用されている。
しかしながら、一般的に六価以外の原子価をもつクロムは毒性は少ないものの、六価の原子価をもつクロムは人体への毒性が強く、環境を汚染するという問題があり、世論を鑑みて最近は、液晶パネルの製造工程においてクロム金属の使用を自粛する機運にあり、クロム成分を含まない低反射薄膜基板が求められている。
しかもまた、公知の低反射クロム薄膜は、極小反射率が０．５％以下（波長は６００ｎｍ近辺）、光学濃度は４．０以上あるものの、波長が４００〜７００ｎｍ（可視光のほぼ全域）における平均反射率（例えば波長が１ｎｍ間隔ごとの反射率を合算し、測定点数で割って得た値）は１．５％以上で、最大反射率は５％を超えているのが現状である。なお、この反射率はオリンパス光学工業（株）製の顕微分光ＯＳＰ−ＳＰ２００を用い、アルミ薄膜をリファレンスとして測定して確認したものであり、ガラス面からの反射率は含んでいない。
一般に、極小反射率が０．５％以下で、最大反射率が５％を超えるときの低反射薄膜基板は、反射色に、最大反射率を示す波長の影響が出てしまう。実際、たとえば、波長が４００〜７００ｎｍの範囲において、最大反射率を示す波長が、短波長側の４００ｎｍ（付近）にある時は反射色に青紫色が強調され、長波長側の７００ｎｍ（付近）にあるときは反射色に赤色が強調されてしまう。
このような低反射薄膜基板をプロジェクター枠として使用する場合は、スクリーンに映し出される枠も青紫色か赤色を帯びてしまうという欠点がある。
また、低反射薄膜基板として樹脂を用いることも提案されているが、この樹脂の場合には無機材料と比較すると耐光性や耐熱性の点で劣るので、強力光源によって光学特性が著しく劣化するという問題がある。
このため、最近では、上記クロム基板の場合のような環境上の問題がなく、しかも、可視光のほぼ全域において反射率が低く、耐光性にも優れた低反射薄膜基板の実現が求められていた。
発明の開示
上記課題を解決するために、この発明は、透明ガラス基板上に、ＮｉとＦｅとの合金、ＮｉとＭｏとの合金、ＮｉとＷとの合金、およびＮｉとＣｕとの合金のうちのいずれかをターゲット材料とし、真空成膜装置内において不活性ガス、酸素または酸化炭素ガスの少なくとも１種以上のガス雰囲気下でスパッタリングにより薄膜が多層成膜されており、可視光域において極小反射率が０．１２％以下、光学濃度が４．１以上であることを特徴とする低反射薄膜基板を提供する。
つまり、この発明によって低反射薄膜基板は、製造工程においてクロム系金属を用いずに得られるばかりでなく、光学濃度や反射率等の特性もクロム系金属を用いて成膜したときの特性と比較して何ら遜色がなく、さらに、可視光の広い波長にわたって反射率が低く、分光反射率曲線の形状は広範囲に平坦化した結果をも得られている。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の低反射薄膜基板を例示した２層構造の断面概要図である。
第２図は、低反射薄膜基板における光の波長と反射率の関係を例示した図であり、曲線Ａは、実施例１の低反射ニッケル−鉄合金薄膜基板であり、曲線Ｂは比較のための低反射クロム薄膜によるものである。
第３図は、この発明の低反射薄膜基板を例示した３層構造の断面概要図である。
第４図は、低反射薄膜基板における光の波長と反射率の関係を例示した図であり、曲線Ｃは、実施例２の低反射ニッケル−モリブデン合金薄膜基板であり、曲線Ｄは実施例３の低反射ニッケル−タングステン合金薄膜基板によるものである。
第５図は、低反射薄膜基板における光の波長と反射率の関係を例示した図であり、曲線Ｅは、実施例４の低反射ニッケル−銅合金薄膜基板によるものである。
発明を実施するための最良の形態
この発明の値反射薄膜基板は、上記のとおり、これまでの薄膜としては全くしられていない光学特性をもつ低反射薄膜基板であることを本質的な特徴としている。しかも、クロム成分を一切含まない。
この発明の低反射薄膜基板は、低反射クロム薄膜基板と同様に、多層に積層し、たとえば２〜７層程度とする。この場合、各層の膜厚が適宜に選択される。
スパッタリングは、いわゆる反応性スパッタとして実施することができ、アルゴン等の希ガスを含めた窒素等の不活性ガス、酸素ガス、ＣＯ、ＣＯ₂等の酸化炭素ガスがそのための雰囲気の代表例として示される。
ターゲット材としては、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｍｏ、Ｎｉ−Ｗ、Ｎｉ−Ｃｕの合金が例示され、これらのターゲット材が促進的添加成分として、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎの１種以上を含んでいてもよい場合のスパッタリングでは、２層のスパッタ成膜の場合で、第１層（透明ガラス基板上）：３０〜６０ｎｍ、第２層：７０〜１６０ｎｍ、また、３層のスパッタ成膜で、第１層：１〜６０ｎｍ、第２層：２０〜８０ｎｍ、第３層：８０〜１５０ｎｍとすることがそれぞれ考慮される。
以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明する。もちろん、この発明は以下の実施の形態によって限定されるものではない。
実施例
実施例１
透明基板として、透明ガラス基板（コーニング社製の薄板ガラス１７３７材）を用い、洗浄して清浄表面を得た後、この透明ガラス基板を、バッチ式反応性スパッタリング装置のニッケル（８０ｗｔ％）−鉄（２０ｗｔ％）合金から成るスパッタリングターゲットに対向するように装着した。
２．０×１０^-6Ｔｏｒｒ以下になるまで排気を行い、次いで、窒素ガス３６０ｓｃｃｍと酸素ガス４０ｓｃｃｍを導入し、その雰囲気中においてスパッタ電力５ｋｗで７．５分間のスパッタリングを行い、添付の第１図に示したように透明ガラス基板（３）上に成膜した。また基板の加熱は行わなかった。前記のニッケル−鉄合金をターゲットとするこの反応性ガススパッタリングによって第１層（１）を透明ガラス基板（３）上に膜厚４４ｎｍで成膜した。
続いて、アルゴンガス２００ｓｃｃｍを導入し、成膜圧力１．７±０．３ｍＴｏｒｒの雰囲気中で、基板を加熱をしないで、スパッタ電力５ｋｗで約１２分間のスパッタリングを行った。前記のニッケル−鉄合金をターゲットとするこの反応性ガススパッタリングによって第２層（２）を第１層（１）上に膜厚１１０ｎｍで成膜した。
得られた２層構造の低反射薄膜基板（４）の膜厚は約１５４ｎｍであった。光学濃度は４．３であり遮光性に優れたものであった。
また、この低反射薄膜基板の波長と反射率の関係は第２図の曲線Ａに示される通りであり、可視光域（波長４００〜７００ｎｍ）における極小反射率は、波長が約６００ｎｍのときに０．０５％以下、最大反射率は６．３％以下と極めて低かった。なお、反射率の測定にはオリンパス光学工業（株）製の顕微分光ＯＳＰ−ＳＰ２００を用い、アルミ薄膜をリファレンスとして測定したものであり、硝子面から反射率は含んでいない。以下の実施例についても同様である。
比較のために、クロム金属をスパッタリングターゲットとしたときに得られた低反射クロム薄膜基板の反射率曲線Ｂを第２図に併記する。
この発明による低反射薄膜基板は、第２図の曲線ＡおよびＢの対比からも明らかなように、低反射クロム薄膜基板と比べると、極小反射率等の光学特性に関して何ら遜色がない。
尚、上記の第１層は導入ガスの種類や導入ガス流量比を適宜変化させることで多層構造にしても低反射薄膜基板が得られる。
ターゲット材料としては、上記実施例に示したニッケル−鉄合金のほかに、ニッケル−モリブデン（２８ｗｔ％）、ニッケル−タングステン（１９．１ｗｔ％）、銅やその他の元素を含むニッケル合金等も有用であることが同様にして確認された。
実施例２
ニッケル（７２ｗｔ％）−モリブデン（２８ｗｔ％）合金から成るスパッタリングターゲットを用い、実施例１と同様の透明ガラス基板とスパッタリング装置を用いて成膜を行った。
２．０×１０^-6Ｔｏｒｒ以下になるまで排気を行い、ついで、窒素ガス３００ｒｃｃｍと酸素ガス１００ｓｃｃｍを導入し、成膜圧力が約２．３ｍＴｏｒｒの雰囲気中においてスパッタ電力７．０ｋｗで６１５秒間のスパッタリングを行った。また基板温度は約２００℃とした。前記のニッケル−モリブデン合金をターゲットとするこの反応性ガススパッタリングによって、添付の第３図に示したように第１層（１１）を透明ガラス基板（３）上に膜厚４１ｎｍで成膜した。
続いて、アルゴンガス２４０ｓｃｃｍ、窒素ガス１６０ｓｃｃｍ、酸素ガス４０ｓｃｃｍを導入し、成膜圧力が約３．３ｍＴｏｒｒの雰囲気中においてスパッタ電力８．３ｋｗで２８０秒間のスパッタリングを行った。前記のニッケル−モリブデン合金をターゲットとするこの反応性ガススパッタリングによって第２層（１２）を第１層（１１）上に膜厚４１ｎｍで成膜した。
引き続いて、窒素ガス２００ｓｃｃｍを導入し、成膜圧力が約１．２ｍＴｏｒｒの雰囲気中においてスパッタ電力８．３ｋｗで１３３０秒間のスパッタリングを行った。前記のニッケル−モリブデン合金をターゲットとするこの反応性ガススパッタリングによって第３層（１３）を第２層（１２）上に膜厚１１５ｎｍで成膜した。
尚、第３層（１３）を作製するときに用いた窒素ガス２００ｓｃｃｍの代わりにアルゴンガスや、アルゴンと窒素あるいは酸素との混合ガスを導入しても良い。得られた３層構造の低反射薄膜基板（１４）の膜厚は１９７ｎｍ、光学濃度は４．１であり遮光性に優れたものであった。
また、この低反射薄膜基板の波長と反射率の関係は、第４図の曲線Ｃに示される通りであり、可視光域（波長４００〜７００ｎｍ）における極小反射率は波長が６００ｎｍのときに０．０５％以下、最大反射率は４．７％と極めて低かった。
実施例３
ニッケル（８０．９ｗｔ％）−タングステン（１９．１ｗｔ％）合金から成るスパッタリングターゲットを用い実施例１と同様の透明ガラス基板とスパッタリング装置を用いて成膜を実施した。
２．０×１０^-6Ｔｏｒｒ以下になるまで排気を行い、ついで、窒素ガス３４０ｓｃｃｍと酸素ガス６０ｓｃｃｍを導入し、成膜圧力が約２．３ｍＴｏｒｒの雰囲気中においてスパッタ電力８．３ｋｗで１９５秒間のスパッタリングを行った。また基板温度は約２００℃とした。前記のニッケル−タングステン合金をターゲットとするこの反応性ガススパッタリングによって、添付の第４図に示したように第１層（１１）を透明ガラス基板（３）上に膜厚１７ｎｍで成膜した。
続いて、アルゴンガス１２０ｓｃｃｍ、窒素ガス２４０ｓｃｃｍ、酸素ガス４０ｓｃｃｍを導入し、成膜圧力が約２．５ｍＴｏｒｒの雰囲気中においてスパッタ電力８．３ｋｗで２３８秒間のスパッタリングを行った。前記のニッケル−タングステン合金をターゲットとするこの反応性ガススパッタリングによって第２層（１２）を第１層（１１）上に膜厚３２ｎｍで成膜した。
引き続いて、アルゴンガス２００ｓｃｃｍを導入し、成膜圧力が約２．０ｍＴｏｒｒの雰囲気中においてスパッタ電力８．３ｋｗで４００秒間のスパッタリングを行った。前記のニッケル−タングステン合金をターゲットとするこの反応性ガススパッタリングによって第３層（１３）を第２層（１２）上に膜厚１００ｎｍで成膜した。
得られた３層構造の低反射薄膜基板（１４）の膜厚は１４９ｎｍ、光学濃度は４．２であり遮光性に優れたものであった。
また、この低反射薄膜基板の波長と反射率の関係は、第４図の曲線Ｄに示される通りであり、可視光域（波長４００〜７００ｎｍ）における極小反射率は波長が６１０ｎｍのときに０．１２％以下、最大反射率は６．８８％と極めて低かった。
実施例４
ニッケル（５５ｗｔ％）−銅（４５ｗｔ％）合金から成るスパッタリングターゲットを用い実施例１と同様の透明ガラス基板とスパッタリング装置を用いて成膜を実施した。
２．０×１０^-6Ｔｏｒｒ以下になるまで排気を行い、ついで、窒素ガス２４０ｓｃｃｍと酸素ガス８０ｓｃｃｍ、及びアルゴンガス８０ｓｃｃｍを導入し、成膜圧力が約２．５ｍＴｏｒｒの雰囲気中においてスパッタ電力６．０ｋｗで３３０秒間のスパッタリングを行った。また基板温度は約２００℃とした。前記のニッケル−銅合金をターゲットとするこの反応性ガススパッタリングによって、添付の第１図に示したように第１層（１）を透明ガラス基板（３）上に膜厚４５ｎｍで成膜した。
続いて、アルゴンガス１４０ｓｃｃｍ、窒素ガス６０ｓｃｃｍを導入し、成膜圧力が約２．０ｍＴｏｒｒの雰囲気中においてスパッタ電力８．３ｋｗで５５０秒間のスパッタリングを行った。前記のニッケル−銅合金をターゲットとするこの反応性ガススパッタリングによって第２層（２）を第１層（１）上に膜厚１４０ｎｍで成膜した。
得られた２層構造の低反射薄膜基板（４）の膜厚は１８５ｎｍ、光学濃度は４．１であり遮光性に優れたものであった。
また、この低反射薄膜基板の波長と反射率の関係は、第５図の曲線Ｅに示される通りであり、可視光域（波長４００〜７００ｎｍ）における極小反射率は波長が６１０ｎｍのときに０．１１％以下、最大反射率は６．０６％と極めて低かった。
産業上の利用可能性
この発明により、カラー液晶パネルやプロジェクターの製造工程におけるクロム金属の使用を自粛する機運に合致した、クロム成分を含まず、また、光学濃度や反射率等の特性もクロム系金属を用いて成膜したときの特性と比較して遜色がない低反射薄膜基板が提供される。さらに、この低反射薄膜基板は、可視光の広い波長にわたって反射率が低く、分光反射率曲線の形状も広範囲に平坦化した結果を有していて、従来と同等の機能だけでなく、より高機能な薄膜基板としてその利用が期待される。

Claims

透明ガラス基板上に、第１の層および第２の層の２層の薄膜がその順に成膜され、
第１の層および第２の層は、それぞれＮｉとＦｅの合金、ＮｉとＭｏの合金、ＮｉとＷの合金、およびＮｉとＣｕの合金のいずれかを同じターゲット材料としてスパッタリングにより形成されたものであり、かつ、それぞれスパッタリングの際の、不活性ガス、酸素または酸化炭素ガスの少なくとも１種以上よりなる導入雰囲気ガス種を異ならせたことにより異なる光学的性質を有し、
第１の層の膜厚は３０〜６０ｎｍ、第２の層の膜厚は７０〜１６０ｎｍであり、
可視光域において極小反射率が０．１２％以下、光学濃度が４．１以上であることを特徴とする低反射薄膜基板。
透明ガラス基板上に、第１の層、第２の層および第３の層がその順に成膜され、
第１の層、第２の層および第３の層は、それぞれＮｉとＦｅの合金、ＮｉとＭｏの合金、ＮｉとＷの合金、およびＮｉとＣｕの合金のいずれかを同じターゲット材料としてスパッタリングにより形成されたものであり、かつ、それぞれスパッタリングの際の、不活性ガス、酸素または酸化炭素ガスの少なくとも１種以上よりなる導入雰囲気ガス種を異ならせたことにより異なる光学的性質を有し、
第１の層の膜厚は１〜６０ｎｍ、第２の層の膜厚は２０〜８０ｎｍ、第３の層の膜厚は８０〜１５０ｎｍであり、
可視光域において極小反射率が０．１２％以下、光学濃度が４．１以上であることを特徴とする低反射薄膜基板。