JP6077643B2 - 電磁波シールド板 - Google Patents

Description

本発明は、主にディスプレイの前面に設置し、電磁波のディスプレイへの侵入またはディスプレイから外部への放射を防止するための電磁波シールド板（電磁波シールドウィンドウ）に関する。

ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、ＣＲＴ（陰極線管）、ＶＦＤ（蛍光表示管）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などのディスプレイでは、その前面に板状やフィルム状の電磁波シールド部材が設置されている。電磁波シールド部材により、ディスプレイから発生する電磁波が外部に漏洩することを防止し、また、ディスプレイ外部からのノイズアタックによる誤作動などを防止している。このような電磁波シールド部材には、電磁波遮断（シールド）特性に加えて、ディスプレイの視認特性を確保するために高い透光性が要求される。透光性の電磁波シールド部材としては、透明導電性薄膜を基体全体に配置したものがあるが、優れたシールド特性と透光性を両立させることは困難であった。これを解決するため、金属の繊維をメッシュ状に編んだものをフィルム、ガラス、高分子基材に貼りつけたものが提案された。しかし、金属繊維の編み物はよじれが発生しやすく、ディスプレイと合わせるとモアレパタンの発生などがあり、視認特性が劣る場合があった。

従来、視認特性などを改善するために種々の提案がなされている。例えば、基板上に黒色顔料と軟化温度が５５０℃以下のガラス成分を含有する黒色層、および、銀（以下、Ａｇと記す）、アルミニウム（以下、Ａｌと記す）などの金属を含有する金属層を所定の製造方法により形成したものが提案されている（特許文献１参照）。また、透明高分子フィルム上に、真空プロセスで黒色層と、Ａｇ、銅（以下、Ｃｕと記す）、Ａｌなどの導電性金属層を形成し、その後に湿式法でエッチングして所定の開口率の光透過部分を形成した電磁波シールドフィルムが提案されている（特許文献２参照）。その他、Ａｌメッシュが積層された電磁波シールド部材において、メッシュ形成時のエッチングパタンの精度確保のために、表層のＡｌ酸化被膜の厚みをコントロール（０−１３Å）して開口部面積のばらつきをコントロールする技術が提案されている（特許文献３参照）。

特開２００５−３４０６１７号公報 特開２０００−２００９９４号公報 特開２０１０−８７１１９号公報

特許文献１では、その製造方法として、ガラス基板上に黒色顔料とガラス成分を含有する黒色層および金属層を塗布し、感光性工程でパタニングし、３５０〜５００℃で焼成を行なっている。この焼成を行う際に金属層が酸化してしまい抵抗値が上昇することにより、シールド特性が低下するおそれがある。金属層として、Ａｇなどの貴金属を使用すれば酸化は抑えられるものの、高価であり製品コストが高くなる。また、特許文献２では、基材に高分子フィルムを用いるため、ガラスと比較して光の透過率が悪く、着色する等のおそれもある。また、特許文献３のように、Ａｌ酸化被膜の厚みを０−１３Åの薄膜に制御するには、高度な生産技術を要し、実用的ではない。

基材として、高分子フィルムの代わりにガラスを用いれば、透明で透過率も高い。特にガラスとして、住宅用建材等としても使用されているソーダライムガラスが採用できれば、非常に安価に電磁波シールド板を製造できる。しかし、ソーダライムガラス中のＮａは、空気中の水分と反応してＮａＯＨができ、一部ガラスを溶解して、配線のＡｌ等とガラス中のＣａとが反応しガラス表面を徐々に拡散していき、ガラスの曇りを発生させ、外観を著しく損ねるという問題がある。このため、ソーダライムガラスを採用しつつ、高い耐環境性を有することも望まれる。

また、導電性金属層に用いる金属として、Ｃｕは耐蝕性に劣るため使用分野が制限される。また、Ａｇは上述のとおり高価である。これらに対してＡｌは、耐食性に優れ、ガラスとの熱膨張係数のマッチングも高分子フィルムより優れる。しかし、Ａｌの可視光反射率が高いため、電磁波シールド板の反射率が上がってしまい、ディスプレイの視認特性が劣るという問題がある。このような問題に対し、特許文献２では、Ｃｕ、コバルト（以下、Ｃｏと記す）、クロム（以下、Ｃｒと記す）、モリブデン（以下、Ｍｏと記す）、チタン（以下、Ｔｉと記す）などの酸化物（酸化物を構成する金属の単体を含む場合がある）を材料とした黒色層を形成して反射率の低減を図っているが、基材としてガラスを用いる場合には、これらの酸化物（および金属）では良好な黒色膜が得られない。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、安価でありながら、優れたシールド特性とディスプレイの視認特性を両立でき、必要に応じて高い耐環境性も付与し得る電磁波シールド板を提供することを目的とする。

本発明の電磁波シールド板は、ガラス基板上に、中間層を形成し、その上にＡｌからなる導電層を形成してなる電磁波シールド板であって、上記中間層および上記導電層は、スパッタリングまたは真空蒸着で形成された後に湿式エッチングにより開口部が形成されており、上記中間層が、Ｃｒ、Ｍｏ、およびタングステン（以下、Ｗと記す）から選ばれる少なくとも１つの金属と、珪素（以下、Ｓｉと記す）の酸化物、Ａｌの酸化物、およびＴｉの酸化物から選ばれる少なくとも１つの酸化物との混合物からなることを特徴とする。

上記ガラス基板がソーダライムガラス基板であり、上記開口部の形成後の上記中間層および上記導電層を含むガラス面全体に、インジウム錫オキサイド（以下、ＩＴＯと記す）の層が形成されていることを特徴とする。

上記中間層が、Ｍｏと、Ａｌの酸化物との混合物、または、Ｗと、Ｓｉの酸化物との混合物からなることを特徴とする。特に、上記中間層が、Ｍｏと、Ａｌの酸化物との混合物であり、該混合物の全量に対するＡｌの酸化物の含有量が２〜１６重量％であることを特徴とする。

上記中間層の層厚が５ｎｍ〜５００ｎｍであり、上記導電層の層厚が５００ｎｍ〜５０００ｎｍであることを特徴とする。

上記電磁波シールド板は、温度６０℃で相対湿度９５％の条件下に放置して１０００時間経過後においてガラス面に曇りを生じないことを特徴とする。

本発明の電磁波シールド板は、ガラス基板上に、中間層を形成し、その上にＡｌからなる導電層を形成してなり、中間層および導電層は、スパッタリングまたは真空蒸着で形成された後に湿式エッチングにより開口部が形成され、中間層が、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷから選ばれる少なくとも１つの金属と、Ｓｉの酸化物、Ａｌの酸化物、およびＴｉの酸化物から選ばれる少なくとも１つの酸化物との混合物からなる。特に、ガラス基板の採用により透過率が高く、所定組成の中間層の形成により、Ａｌ導電層を採用しながらも可視光の反射率を大幅に低減させることができる。この結果、優れたシールド特性とディスプレイの視認特性を両立できる。

また、ガラス基板としてソーダライムガラス基板を採用し、開口部の形成後の中間層および導電層を含むガラス面全体にＩＴＯの層を形成することで、ソーダライムガラス面が直接大気中の水蒸気に接触することがない。このため、材料原価を安価としながら、高い耐環境性を有し、高温高湿環境下などにおいても、ガラスの曇りの発生を防止できる。

本発明の電磁波シールド板の一例を示す模式的な断面図である。 導電層形成面の拡大図である。 本発明の電磁波シールド板の他の例を示す模式的な断面図である。 中間層の有無が反射率の分光特性に与える影響を示す図である。 中間層の混合物組成比が反射率に与える影響を示す図である。 高温高湿試験後のガラス表面の電子顕微鏡写真を示す図である。

本発明の電磁波シールド板の一例を図１および図２に基づいて説明する。図１は、電磁波シールド板の一例を示す模式断面図であり、各層の厚みは説明のために実際よりも誇張して厚く記載している。また、図２は、導電層形成面の拡大図である。図１に示すように、この形態の電磁波シールド板１は、ガラス基板２の上に、中間層３を形成し、その上にＡｌからなる導電層４を形成している。中間層３および導電層４は、スパッタリングまたは真空蒸着で形成された後に湿式エッチングにより開口部５が形成されている。

ガラス基板２は、透光性絶縁基板であり、ソーダライムガラス、石英ガラス、硼珪酸ガラス、アルカリ成分を含まない無アルカリガラスなどを採用できる。本発明では、高い透過率を有し、かつ、一般建材の窓ガラスに使用され非常に安価であることから、ソーダライムガラスを用いることが好ましい。 また、ガラス基板２の厚みは、０．２〜１．８ｍｍ程度、好ましくは０．５〜１．２ｍｍ程度である。

中間層３は、（１）Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる少なくとも１つの金属と、（２）Ｓｉの酸化物、Ａｌの酸化物、Ｔｉの酸化物から選ばれる少なくとも１つの酸化物との混合物からなる層である。Ｓｉの酸化物としてはＳｉＯ_２が、Ｔｉの酸化物としてはＴｉＯ_２が、Ａｌの酸化物としてはＡｌ_２Ｏ_３が、それぞれ挙げられる。この中間層３は、上記の混合物の固体ターゲット（蒸着材）を用いて、真空プロセスである、真空蒸着またはスパッタリングによりガラス基板２の表面に形成される。特に、均一な膜の形成が可能であり、安定的なシールド特性および視認特性を確保しやすいことから、スパッタリングによる成膜を行なうことが好ましい。スパッタリングは、上記固体ターゲットに加速したアルゴンイオンを衝突させて、ターゲット表面から飛び出した原子または分子をガラス基板上に付着して成膜する。

上記中間層は、可視光の干渉により入射光を吸収して黒色に見える層（黒色層）である。Ａｌ導電層は、可視光（波長約４００〜７００ｎｍ）の反射率が極めて高く、ギラツキを生じやすいため、ガラス基板上にＡｌ導電層のみを形成する場合では、ディスプレイの視認特性を著しく低下させる。本発明では、上記中間層を、ガラス基板とＡｌ導電層との間に介在させることで、可視光の反射率を低減させている。

上記中間層の有無による反射率の分光特性の一例を図４に示す。図４において、「中間層あり」は、ソーダライムガラス基板（０．７ｍｍ）に、ＭｏとＡｌ_２Ｏ_３との混合物（Ａｌ_２Ｏ_３が１０重量％含まれる）のターゲットを用いてスパッタリングで中間層（１００ｎｍ）を形成し、その上に、純度９９％のＡｌ導電層（１０００ｎｍ）をスパッタリングで形成したものである。また、「中間層なし」は、上記構成において、中間層を形成せずにＡｌ導電層（１０００ｎｍ）のみを形成したものである。図４に示すように、中間層なしの場合は、ガラス基板よりも大幅に反射率を高めてしまい、視認特性を悪くしてしまう。これに対して、上記中間層を設けることで、ガラス基板単体より寧ろ反射率が低くなり良好なことが分かる。また、全波長に対して分光特性がほぼフラットであり着色もないことが分かる。

また、中間層の混合物組成比は、反射率等に影響を与える。よって、所望の組成比の膜を形成するために、成膜時には、金属と酸化物のそれぞれを予め所望の組成比で略均一に混合した混合物の状態の固体ターゲットを用いることが好ましい。本発明では、中間層において、酸化物を構成する金属種と、金属単体の金属種とが異なるため、金属単体の固体ターゲットを用い、アルゴンと酸素の混合ガスを用いるような方法では上記組成の膜は成膜できない。

中間層の混合物組成比としては、混合物の全量（金属単体＋酸化物）に対する酸化物の含有量が２〜１６重量％であることが好ましい。酸化物の含有量が２重量％未満の場合、金属光沢が出始めて反射率の低減が図れないおそれがある。一方、酸化物の含有量が１６重量％をこえる場合、白濁が出始めて反射率の低減が図れないおそれがある。

中間層の混合物組成比の影響の一例を図５に示す。図５は、ソーダライムガラス基板（０．７ｍｍ）に、ＭｏとＡｌ_２Ｏ_３との混合物のターゲットを用いてスパッタリングで中間層（１００ｎｍ）を形成し、その上に、純度９９％のＡｌ導電層（１０００ｎｍ）をスパッタリングで形成したものであり、上記混合物におけるＡｌ_２Ｏ_３の量（重量％）を変化させた際の可視光（波長５００ｎｍ）の反射率の変化を測定したものである。混合物組成比には最適範囲があり、中間層にＭｏとＡｌ_２Ｏ_３との混合物を用いる場合、図５に示すように、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が２〜１６重量％が好ましく、５〜１５重量％がより好ましく、８〜１２重量％が特に好ましい。

中間層の膜厚は、５ｎｍ〜５００ｎｍが適当である。５ｎｍ未満であると、十分な黒色化が図れず、反射率の低減を図れない場合がある。一方、５００ｎｍをこえると、可視光の干渉効果による反射光低減効果が得られないおそれがある。より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。なお、膜厚は、中間層材料の屈折率に応じて各材料ごとに決められる。

導電層４は、上記中間層３の上（ガラス基板接触側の反対側）に形成されるＡｌからなる層である。導電層４は、中間層３と同様に、Ａｌの固体ターゲット（蒸着材）を用いて、真空プロセスである、真空蒸着またはスパッタリングにより形成される。導電層の膜厚は、５００ｎｍ〜５０００ｎｍが適当である。５００ｎｍ未満であると、所望のシールド特性を確保できない場合がある。一方、５０００ｎｍをこえると、シールド特性には優れるものの、工数が増えて製造コストが高くなる。より好ましくは８００ｎｍ〜３５００ｎｍである。

図１および図２に示す、中間層３および導電層４の開口部５は、湿式エッチングにより形成される。一例として、エッチングパタンのマスク層をレジスト材料を用いてスクリーン印刷などにより形成し、所定のエッチング液を用いて湿式エッチングにより開口部に相当する部分を除去することで得られる。エッチング液としては、中間層と導電層の両材料を同時にエッチングできる液を選択すると製造効率に優れる。例えば、りん酸系エッチング液が好適である。図２では、開口部５の形状、すなわちエッチングパタンを格子状としているが、これに限定されるものではない。格子状とする場合、通常、線幅Ｗとして５〜５０μｍ、線ピッチＰとして５０〜５００μｍが選ばれる。開口率を小さくすればシールド特性は向上するが、ディスプレイの透過率が悪くなるので、要求特性に応じて開口率は決められる。

本発明の電磁波シールド板の他の例を図３に基づいて説明する。図３は、電磁波シールド板の他の例を示す模式断面図であり、図１と同様に、各層の厚みは説明のために実際よりも誇張して厚く記載している。図３に示すように、この形態の電磁波シールド板１は、ソーダライムガラスからなるガラス基板２の上に、中間層３を形成し、その上にＡｌからなる導電層４を形成し、中間層３および導電層４には、これらがスパッタリングまたは真空蒸着で形成された後に湿式エッチングにより開口部５が形成されている。この形態では、さらに、開口部５の形成後の中間層３および導電層４を含むガラス面に、ＩＴＯ層６が形成されている。なお、ＩＴＯ層は、ガラス基板において少なくとも導電層等が形成された面（図３参照）に形成されていればよく、それ以外の面に更に形成してもよい。

ＩＴＯ層６は、中間層３および導電層４と同様に、真空プロセスである、真空蒸着またはスパッタリングにより形成される。ＩＴＯは、Ｉｎ_２Ｏ_３：ＳｎＯ_２＝９５：５（重量％）の混合物であるが、特に組成は限定されず使用できる。ＩＴＯ層の膜厚は、５ｎｍ〜５００ｎｍが適当である。５ｎｍ未満であると、耐環境性を十分に確保できないおそれがある。５００ｎｍをこえると、ＩＴＯの着色層により透過率が低下してしまうおそれがある。

ＩＴＯ層をコーティングすることにより、ソーダライムガラス面が直接大気中の水蒸気に接触することがなく、ソーダガラス中のＮａのＮａＯＨ化が起こらない。また、Ａｌ導電層＋中間層の前面がＩＴＯ層で覆われているため、Ａｌと硝子中のＣａとＮａＯＨの反応が起こらない。これらの結果、ガラスの曇りの発生を防止できる。これは、６０℃、相対湿度９５％の高温高湿試験を行うことで顕著に効果が確認できる。図６に、６０℃、相対湿度９５％で１０００時間試験後のガラス表面の電子顕微鏡写真を示す。図６の上図がＩＴＯ層なしの場合（後述の実施例１に該当）、下図がＩＴＯ層ありの場合（後述の実施例２に該当）である。図６に示すように、ＩＴＯ層がない場合、ガラス表面が大きく曇っているが、ＩＴＯ層を設けたものは、ほとんど変化がなく良好である。また、ＩＴＯ層がないものでは、中間層のＭｏの一部が、開口部部分に移動して結晶化していることが確認された。

本発明の電磁波シールド板は、主に、ＰＤＰ、ＣＲＴ、ＶＦＤ、ＬＣＤなどのディスプレイの前面に配置するシールドウィンドウとして利用するものである。

［実施例１］
厚さ０．７ｍｍのソーダライムガラス基板に、ＭｏとＡｌ_２Ｏ_３との混合物（Ａｌ_２Ｏ_３が１０重量％含まれる）のターゲットを用いてスパッタリングで中間層を形成した。中間層の膜厚は１００ｎｍとした。次に、純度９９％のＡｌ導電層をスパッタリングで形成した。導電層の膜厚は１０００ｎｍとした。その後、線幅１０μｍ、線ピッチ３００μｍで格子状パタンをりん酸系エッチング液を用いて湿式同時エッチングにより形成した。開口率は９３％であった。

［実施例２］
実施例１のパタン形成面の全面にＩＴＯ層をスパッタリングで形成した。ＩＴＯ層の膜厚は１００ｎｍとした。

［実施例３］
厚さ０．７ｍｍのソーダライムガラス基板に、ＷとＳｉＯ_２との混合物（ＳｉＯ_２が１０重量％含まれる）のターゲットを用いてスパッタリングで中間層を形成した。中間層の膜厚は１５０ｎｍとした。次に、純度９９％のＡｌ導電層をスパッタリングで形成した。導電層の膜厚は３０００ｎｍとした。その後、線幅１０μｍ、線ピッチ１００μｍで格子状パタンをりん酸系エッチング液を用いて湿式同時エッチングにより形成した。開口率は７４％であった。さらに、このパタン形成面の全面にＩＴＯ層をスパッタリングで形成した。ＩＴＯ層の膜厚は１００ｎｍとした。

［比較例１］
厚さ０．７ｍｍのソーダライムガラス基板に、純度９９％のＡｌ導電層をスパッタリングで形成した。導電層の膜厚は１０００ｎｍとした。その後、線幅１０μｍ、線ピッチ３００μｍで格子状パタンをりん酸系エッチング液を用いて湿式同時エッチングにより形成した。開口率は９３％であった。

実施例１〜３および比較例１のサンプルについて、シールド特性をＫＥＣ法で測定し、代表的な周波数として３０ＭＨｚでのシールド特性を表１に示した。また可視光（５００ｎｍ）の反射率を測定し、中間層の効果を確認した。さらに、ＩＴＯ層の効果を確認するために、温度６０℃で相対湿度９５％の条件下で１０００時間放置する高温高湿試験を行い、ガラス面の曇りの発生の有無を目視で確認した。これらの結果を表１に併記する。

表１に示すように、各実施例は、可視光の反射率が小さく視認特性に優れ、かつ、シールド特性に優れることが分かる。特に、ＩＴＯ層を形成した実施例２および実施例３では、高温高湿試験でもガラス面に曇りの発生が認められず、耐環境性にも優れることが分かる。

次に、本発明の電磁波シールド板と、従来より使用されている高分子フィルムに金属Ｃｕ箔を接着してエッチングでパタン化したシールド部材との比較を行った。

［比較例２］
基材としてポリカーボネートを使用し、１５μｍのＣｕ箔を貼りつけ、エッチングで線幅１０μｍ、線ピッチ３００μｍを形成して、シールド部材を得た。この比較例２および実施例１について、シールド部材に必要とされる、透過率、反射率、シールド特性の各数値を以下の表２に示す。なお、表中の「基材」は基材のみを、「製品」は導電層等を形成したものを、それぞれ評価した。

表２に示すとおり、実施例１は比較例２と比較してガラスの透過率が優れるため製品透過率も良好である。また、実施例１は、中間層の効果で可視光の反射率も小さく、シールド特性は従来同等であった。さらに、実施例１はガラスであるため、カールする、折れ曲がる等がなく、比較例２に対して取扱い性に優れる。

本発明の電磁波シールド板は、安価であり、優れたシールド特性とディスプレイの視認特性を両立でき、必要に応じて高い耐環境性も付与し得るので、電磁波の遮断を必要とする任意の箇所に使用でき、特に、ＰＤＰ、ＣＲＴ、ＶＦＤ、ＬＣＤなどのディスプレイの前面に設置する用途に好適に利用できる。

１ 電磁波シールド板
２ ガラス基板
３ 中間層
４ 導電層
５ 開口部
６ ＩＴＯ層

Claims (6)

1. ガラス基板上に、中間層を形成し、その上にアルミニウムからなる導電層を形成してなる電磁波シールド板であって、
   前記中間層および前記導電層は、スパッタリングまたは真空蒸着で形成された後に湿式エッチングにより開口部が形成されており、
   前記中間層が、クロム、モリブデン、およびタングステンから選ばれる少なくとも１つの金属と、珪素の酸化物、およびアルミニウムの酸化物から選ばれる少なくとも１つの酸化物との混合物からなることを特徴とする電磁波シールド板。
2. 前記ガラス基板がソーダライムガラス基板であり、前記開口部の形成後の前記中間層および前記導電層を含むガラス面全体に、インジウム錫オキサイドの層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電磁波シールド板。
3. 前記中間層が、モリブデンと、アルミニウムの酸化物との混合物、または、タングステンと、珪素の酸化物との混合物からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電磁波シールド板。
4. 前記中間層が、モリブデンと、アルミニウムの酸化物との混合物であり、該混合物の全量に対する前記アルミニウムの酸化物の含有量が２〜１６重量％であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電磁波シールド板。
5. 前記中間層の層厚が５ｎｍ〜５００ｎｍであり、前記導電層の層厚が５００ｎｍ〜５０００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の電磁波シールド板。
6. 前記電磁波シールド板は、温度６０℃で相対湿度９５％の条件下に放置して１０００時間経過後においてガラス面に曇りを生じないことを特徴とする請求項２記載の電磁波シールド板。

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