WO2006132414A1 - 反射率・透過率維持特性に優れた銀合金 - Google Patents

反射率・透過率維持特性に優れた銀合金 Download PDF

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Tomokazu Obata
Hiroshi Yanagihara
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Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K.
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    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Definitions

  • the present invention relates to a silver alloy suitable as a constituent material of a reflective film and a transmissive film provided in an optical recording medium, a display or the like.
  • the present invention relates to a silver alloy that can maintain reflectance and transmittance even in long-term use.
  • Silver is one of the precious metals and has long been used as a decorative material for ornaments, spectacle frames, etc., but it has a high light reflectivity, making it a reflective film (layer) in various industrial products. It is also used as a constituent material.
  • silver having a high reflectance is a suitable material in order to effectively use light from a light source-light emitting element.
  • Silver is also useful as a coating material for imparting a light reflecting function to building materials such as glass, films and sheets.
  • lighting devices such as reflectors for lighting fixtures and reflecting surfaces of reflectors for LED light emitting devices, which have been increasingly used in recent years.
  • silver Since an excellent light transmission property by appropriately adjusting its film thickness, it may be applied as a transmission film or a semi-transmission reflection film.
  • a transmission film or a semi-transmission reflection film For example, in the above application, it is possible to apply to a transmissive type / semi-transmissive type display device or to give a function of transmitting visible light while reflecting infrared rays in a glass building material.
  • silver has a problem that it changes to black due to corrosion that is poor in environmental resistance, thereby reducing reflectance.
  • the cause of this corrosion varies depending on the product to which it is applied, but generally there are humidity in the atmosphere.
  • silver has a problem that the reflectance and transmittance are lowered by heat. Although the mechanism of the decrease in reflectance / transmittance due to this heating is not clear, it has been confirmed that when a silver thin film is heated, local aggregation occurs in the thin film and the underlying layer is exposed. Yes. Therefore, the reflective / transmissive film of the display device may be heated, so heat resistance is also required. It is where it is done.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11-134715
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-109943
  • the degree of attenuation of reflectivity / transmittance becomes uneven due to the wavelength of incident light. This is because if the degree of attenuation of the reflectance / transmittance is not uniform depending on the incident light wavelength, a deviation occurs in the color of the reflected / transmitted light.
  • the silver alloy for the reflection / transmission film is excellent in environmental resistance at each wavelength and has a wide range of wavelengths (specifically, a visible light region of 400 to 800 nm). Reflectance ⁇ It is preferable that the transmittance is uniform.
  • the present invention has been made under the background as described above, and is a silver alloy that forms a reflection / transmission film used in display devices, building materials, lighting fixtures, and the like. Another object of the present invention is to provide a material that can function without lowering the reflectance. In addition, a material capable of maintaining a high reflectance with respect to light having a wide range of wavelengths is provided.
  • the environmental resistance refers to a property that suppresses a decrease in reflectance and transmittance due to the influence of the environment in which the silver alloy is placed, such as a heating atmosphere, a humidified atmosphere, and a sulfurized atmosphere. May be referred to as heat resistance, moisture resistance, and sulfidation resistance.
  • the inventors of the present invention who should solve the energetic problem, have selected suitable additive elements while mainly using silver.
  • aluminum which is an element having a lower melting point than silver as an additive element .
  • Indium, Tin, Bismuth, Gallium, Zinc, Strontium, Calcium, Germanium, Magnesium, Antimony, Lithium, and Phosphorus are extremely useful for improving environmental resistance, and have the effect of maintaining reflectance and transmittance. As a result, they have come up with the present invention.
  • the present invention comprises silver as a main component, and at least one aluminum, indium, tin, bismuth, gallium, zinc, strontium, calcium, germanium, magnesium, antimony, lithium, and phosphorus as the first additive element group. It is a silver alloy with excellent reflectivity and transmittance.
  • the moisture resistance required for reflective and permeable membranes is maintained at a high level.
  • the moisture resistance of the reflective film is remarkably increased. Can be improved.
  • the first additive element other than gallium, indium, tin, zinc, magnesium, and aluminum is also effective in improving moisture resistance.
  • the second additive element group is platinum, gold, rhodium, iridium, ruthenium, palladium, lead, copper, manganese, silicon, nickel, chromium, cobalt, yttrium, iron, scandium. , Zirconium, Titanium, Niobium, Molybdenum, Tantalum, Tandansten, Hafnium, Lanthanum, Cerium, Praseodymium, Neodymium, Samarium, Europium, Gadolinium, Tenolebium, Dysprosium, Honorium, Thulium, Ittenorebium, Boron, Erbium, Carbon These are preferably further added. These elements, together with the first additive element group, act in a more complex manner to improve environmental resistance.
  • a silver alloy to which palladium, dysprosium, copper, titanium, zirconium, manganese, gadolinium, enorebium, prasedium, samarium, lanthanum, and yttrium are added as a second additive element group is a thin film in a heating environment. It is a preferable alloy that can effectively suppress the aggregation phenomenon occurring in the material.
  • the component consisting of the second additive element group is added calorie mainly for the purpose of improving the heat resistance of the alloy. Is done. That is, these elements that ensure the heat resistance required for the thin film are added alone, or two, three, or more elements are selected and added.
  • the additive element concentration that is, the sum of the concentration of the first additive element group and the concentration of the second additive element group is preferably 0.01 to 20.0 atomic%. This is because if the added amount is less than 0.01 atomic%, the effect of improving the environmental resistance is not achieved, and if the additive element concentration exceeds 20.0 atomic%, the reflectivity / transmittance of the alloy itself deteriorates.
  • the present invention basically has high reflectance and transmittance, but there are many products that require the provision of a thin film with the maximum environmental resistance.
  • the maximum value of the additive element concentration is 20.0 atomic%.
  • the concentration of additive elements when improving the reflectance and transmittance while placing importance on environmental resistance is 10.0 atomic% or less.
  • the concentration of the additive element is 5.0 atomic% or less. In this way, it is possible to adjust the type and amount of additive elements in consideration of the required specifications for each product to which the thin film is applied.
  • the silver alloy as the reflective film material according to the present invention described above can be manufactured by a melt forging method or a sintering method. It is possible to manufacture by a general method in which each raw material is weighed, melted and mixed, and manufactured by melting and forging. In addition, in the production by the sintering method, it is possible to produce by a general method in which each raw material is weighed and sintered.
  • the silver alloy according to the present invention is suitable for application to a display device such as a reflective film, a transmissive film, a liquid crystal display using a transflective film, and an organic EL display.
  • a display device such as a reflective film, a transmissive film, a liquid crystal display using a transflective film, and an organic EL display.
  • the optimum film thickness is selected depending on the application.
  • the force is preferably in the range of 40 to 500 A depending on the transmittance of the substrate. In particular, when high transmittance is expected, 50 to 120A.
  • the silver alloy according to the present invention is also suitable as a reflective film permeable film for glass, films, building materials and the like.
  • high reflectivity or high transmittance glass, film, building material and the like can be obtained by vapor deposition or bonding of the silver alloy according to the present invention on an appropriate support surface.
  • a support include glass plates with various compositions, various plastic films, plastic boards, ceramic boards, metal sheets and plates, including those that appear as so-called new materials.
  • the sputtering target made of a silver alloy according to the present invention can produce a display device such as a liquid crystal display or an organic EL display made of an alloy film having desirable characteristics, glass, a film, a building material, and the like.
  • the silver alloy according to the present invention is remarkably excellent in environmental resistance in a wide wavelength region. Therefore, the reflection film / transmission film with little decrease in reflectance / transmittance even after long-term use. ⁇ Semi-permeable films can be manufactured, and the lifetime of display devices and building materials equipped with reflective films and permeable films can be extended.
  • silver alloys having various compositions ranging from binary to quinary with silver as the main component were produced, and targets were produced from these to form thin films by sputtering.
  • the thin film was then subjected to corrosion tests (accelerated tests) under various environments, and changes in properties after the corrosion test were examined.
  • the alloy according to the present invention is not limited to the binary to quinary alloys targeted by the present embodiment, but may be any multi-element alloys. Depending on the product specifications, multi-component alloys with 6 or more elements can be manufactured. In its manufacture, there are no particular problems and mass production is possible.
  • each metal is weighed to a predetermined concentration, melted in a high-frequency melting furnace, and mixed to obtain an alloy. Then, this was put into a mold and solidified to form an ingot, which was forged, rolled, and heat treated, and then molded into a sputtering target. Target production by powder sintering is also possible.
  • the thin film was manufactured by placing a slide glass substrate (borosilicate glass) and a target in a sputtering apparatus, evacuating the apparatus to 5.0 X lCT 3 Pa, and then adding argon gas to 5. OX lO ⁇ Introduced up to Pa. As sputtering conditions, a film with a thickness of 1200 A was sputtered at 4 kW for 8 seconds and a film with a thickness of 120 A was sputtered at 0.4 kW for 8 seconds. . The film thickness distribution was within ⁇ 10%.
  • the evaluation of the properties of the manufactured thin film was conducted by conducting a corrosion test in which the thin film was exposed to various environments and evaluating the properties of the thin film before and after the test.
  • a composition test focusing on environmental resistance performance and a composition testing focusing on reflectivity 'transmittance were performed.
  • a salt water drop test and an adhesion test were conducted as the previous tests with a composition that emphasizes environmental resistance.
  • priority is given to ensuring durability in human living environments. That is, a product having a silver thin film needs to be maintained without deterioration in performance even if there is a corrosive factor such as a person touching it directly or a food or food adhering.
  • the salt water drop test and adhesion test conducted this time take into consideration such a use environment.
  • the salt water drop test is an accelerated test of deterioration on the assumption of the adhesion of seasonings such as human sweat, soy sauce, and miso. 10. Prepare a 0% NaCl aqueous solution (25 ° C), drop 2 or 3 drops onto the 120A silver alloy film immediately after film formation on a slide glass, and observe the change to judge the durability performance. . The evaluation was made by the following 0-5 grade evaluation.
  • Table 1 shows the evaluation results of the salt water dropping test and the adhesion test. For comparison, the table also shows the pure silver thin film and the test results.
  • the silver alloy thin film produced in the present embodiment has superior durability against salt water, better adhesion than pure silver thin film, and high environmental resistance. It was. This environmental resistance improves as the concentration of the additive element increases.
  • a silver alloy having a composition giving priority to transmittance and specific resistance was evaluated.
  • a thin film sample (film thickness 120A) deposited on a slide glass was placed on a hot plate, heated in air at 250 ° C for 1 hour, and the characteristics after heating were evaluated (heating test) ).
  • the thin film was exposed to an atmosphere at a temperature of 100 ° C and a humidity of 100%, and the characteristics after humidification were evaluated. In the humidification test, the exposure time was 24 hours.
  • the reflectance and transmittance were measured.
  • the reflectance was measured with a spectrophotometer, with the reflectance of a pure silver thin film immediately after film formation being 100, and the reflectance after film formation of various silver alloy thin films was evaluated as relative values.
  • the transmittance was measured with the same spectrophotometer, and the transmittance of each thin film was relatively evaluated with the transmittance of the substrate (borosilicate glass) on which the thin film was not formed being 100.
  • Tables 2 and 3 show the evaluation results of the reflectance and transmittance before and after the corrosion test. Each measured value is a value in the wavelength range of 400 nm, 550 nm, and 650 nm (visible light range: blue, yellow, and red wavelengths). For comparison, the table also shows the test results of thin films manufactured from a target made of pure silver.
  • the reflectance immediately after film formation of the silver alloy according to the present invention shows a high reflectance of 95% or more in the long wavelength region.
  • the optimum composition can be selected by selecting the type of additive element and the amount of additive element.
  • the pure silver thin film became cloudy in just a few seconds in the heating test and lost its brightness, resulting in a reflectance of 30%.
  • Even in the humidification test after 24 hours, some of the luster disappeared and became cloudy.
  • the silver alloy thin film according to the present invention maintains high reflectivity without loss of light and cloudiness after the heating test and after the humidification test. confirmed.
  • the transmittance evaluation regarding the thin film made of the silver alloy according to the present invention, when the rate of change immediately after the film formation and after the corrosion test are compared, all the rate of change is lower than that in the case of pure silver. Gu It was confirmed that the silver alloy was superior to pure silver at each wavelength. Overall, the power that increases the transmittance in the short wavelength range. The difference between the transmittance at the short wavelength of 400 nm and the transmittance at the long wavelength of 650 nm is 28% for pure silver. Smaller than this value for silver alloys. Thus, the low difference in transmittance due to wavelength is a great advantage when white light is to be obtained as transmitted light.
  • the reflective film made of silver lowers the reflectance due to humidity and heat, local aggregation occurs in the humidified and heated thin film, and the underlying layer is exposed.
  • This phenomenon occurs. Therefore, it is preferable to examine the presence or absence of agglomeration during humidification and heating in consideration of the quality of the reflectance maintenance characteristic.
  • the manufactured thin film is first left in a cooling atmosphere at room temperature or lower (preferably 10 ° C) (20 to 30 minutes), and the thin film is sufficiently cooled together with the substrate.
  • the surface morphology of the thin film after exposure and drying after exposure to a heating environment is observed.
  • the humidification environment is an atmosphere with a temperature of 100 ° C and a humidity of 100%.
  • the exposure time is preferably 20 minutes.
  • the heating environment is an air atmosphere at 250 ° C. In this case, the exposure time is preferably 60 minutes.
  • the surface morphology after humidification and heating is observed, and the degree of occurrence of silver aggregation occurring on the surface of the thin film after humidification and heating is evaluated (this aggregation occurs in the form of black dots) For this reason, it will be referred to as a black spot in the following).
  • the size of the sunspots to be counted is preferably 1 to 10 ⁇ m. In this way, it is possible to facilitate the evaluation by clarifying the evaluation target.
  • the evaluation of the degree of occurrence of black spots may be, for example, by taking a photograph of the surface of the thin film and performing image processing on this to calculate the area ratio of black spots.
  • the surface condition of the silver thin film immediately after film formation is used as a reference (in this case, almost no black spots are generated).
  • the humidified environment is an atmosphere at a temperature of 100 ° C and a humidity of 100%.
  • the interval was set to 20 minutes.
  • various silver alloy thin films of 120A and 1200A were manufactured, and after cooling, the thin film was exposed to the humidified environment, and then the surface morphology of the thin film was observed with an optical microscope (1200 A is a humidification test only).
  • the level is set to “Level 1”, and the evaluation is made on a five-point scale in order of worse surface condition (in order of increasing black spots).
  • the film characteristics were determined. Table 4 shows some of the results.
  • the first additive element group to be added to silver is preferably gallium, tin, indium, or zinc.
  • the element group copper, noradium, and niobium may be preferable.
  • a sulfidation test is performed in order to evaluate reflectance maintenance characteristics under a sulfidation atmosphere.
  • An experiment was conducted to evaluate the reflectivity after the test.
  • the thin film was immersed in a 0.01% sodium sulfide aqueous solution (temperature 25 ° C) for 1 hour. The results are shown in Table 5. From this test result, it was confirmed that the alloy thin film according to this embodiment tends to improve the sulfidation resistance in all wavelength regions.
  • the present invention is useful as a material for a reflective film of various members that require high reflectivity.
  • Liquid crystal panel components are required to reflect uniform white light from the back side of the panel.
  • Ag_0.2% Ga-0.3% Pd which is an example of the present invention, was formed on a PET film (30 cm ⁇ 30 cm) having a thickness of 1200 A on a 100 ⁇ m-thick PET film.
  • the reflectivity immediately after deposition was as high as 91% or more, and there was little deterioration after the environmental test.
  • the adhesion of the thin film to the PET film was sufficient and reached a practical level.
  • the reflectance can be improved by about 10% by changing the reflective film material from the conventional aluminum to the silver alloy according to the present invention.
  • a silver alloy thin film Ag-3.5% Ga-l. 7% Er is formed at a thickness of 1200 A on the concave surface below the light emitting element, a high reflectance can be obtained.
  • the present invention is also useful as a reflective film for headlamps such as automobiles and general lighting equipment.
  • the present invention is useful in the field of solar cells.
  • thin-film solar cells generally form a unit by forming a transparent front electrode layer, an amorphous silicon layer, and a back electrode layer on a transparent substrate. These are connected in series and parallel for use as a power source.
  • the light incident on the transparent substrate undergoes photoelectric conversion in the power generation layer formed of the amorphous silicon multilayer.
  • the reflected light from the back electrode is also reused for power generation. There is a request to do. For this reason, the thin film forming the back electrode was required to have a high reflectance at each wavelength.
  • An ITO thin film 2000A is formed on a transparent substrate (30cm x 30cm) made of borosilicate glass with a thickness of 1mm to form a transparent front electrode, and then an amorphous silicon power generation layer is formed with a thickness of 1 ⁇ ⁇ ⁇
  • a transparent substrate (30cm x 30cm) made of borosilicate glass with a thickness of 1mm to form a transparent front electrode, and then an amorphous silicon power generation layer is formed with a thickness of 1 ⁇ ⁇ ⁇
  • the back electrode was formed with a thickness of 1200A.
  • a diffusion preventing layer and a protective layer are appropriately formed between the layers.
  • the solar cell having such a structure can generate power more efficiently by the action of the back electrode made of a silver alloy and has long-term weather resistance.
  • the present invention is useful for this type of solar cell.
  • the transparent front electrode layer as an example of the present invention, Ag_l. 0% Ga-0. 5% Cu can be formed with a thickness of 100 A to form an electrode.
  • a double-sided solar cell can be obtained as a transparent back electrode in which the back electrode is not totally reflected.
  • a transparent electrode is formed by using the silver alloy thin film according to the present invention alone or in combination with an ITO thin film as a multilayer film. be able to.
  • the present invention is also useful as a reflective film for building materials having a light reflecting function.
  • glass and films for providing sunlight reflecting function to window glass etc. as energy saving measures and environmental protection measures.
  • Ag-l 0% Ga-0. 5% Cu was formed at a thickness of 120 A on a 50 ⁇ thick PET film (50 cm ⁇ 5 Ocm) to obtain a transflective film.
  • the transmittance is 53% or more.
  • the present invention is a silver alloy that is also useful for decorative articles. Silver, when left indoors, turns black, so silver ornaments required fine care.
  • a silver alloy according to the present invention for example, Ag_0.5% Ga-0.3% Cu
  • the silver alloy according to the present invention can be used as the spectacle frame material.
  • the power of eyeglass frames has two aspects: practical and decorative. Sterling silver turned black during use, so it was not practical.
  • the silver alloy according to the present invention it is possible to realize a spectacle frame that has the same metallic luster and texture as pure silver and does not discolor body sweat and oil for a long time unlike pure silver, and has corrosion resistance.
  • the present invention is also useful for providing metal reflection and texture to plastic watch frames, automobile emblems and the like for coating decorative items.

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Abstract

 本発明は、銀を主成分とし、第1の添加元素群としてアルミニウム、インジウム、錫、ビスマス、ガリウム、亜鉛、ストロンチウム、カルシウム、ゲルマニウム、マグネシウム、アンチモン、リチウム、リンを少なくとも1種含んでなる反射率及び透過率に優れる銀合金である。ここで、第1の添加元素群は、ガリウム、インジウム、錫、亜鉛が好ましく、更に、第2の添加元素群として、パラジウム、ジスプロシウム、銅の少なくとも1種を添加するのが好ましい。また、これら添加元素濃度の合計は、0.01~20.0原子%とすることが好ましい。

Description

明 細 書
反射率 ·透過率維持特性に優れた銀合金
技術分野
[0001] 本発明は、光記録媒体、ディスプレイ等に設けられる反射膜'透過膜の構成材料と して好適な銀合金に関する。特に、長期の使用においても反射率及び透過率を維 持することができる銀合金に関する。
背景技術
[0002] 銀は、貴金属の一つであり古くから装飾品、眼鏡フレーム等の装飾用材料として利 用されているが、光反射率が高いことを利用して各種工業製品における反射膜 (層) の構成材料としても利用されている。
[0003] 例えば、液晶ディスプレイ、有機 ELディスプレイ等の表示デバイスにおいては、光 源-発光素子からの光を有効に利用するために反射率の高い銀は好適な材料である 。また、ガラス、フィルム、シート等の建材に光反射機能を付与するための被覆材料と しても銀は有用である。この他、照明器具の反射鏡や近年になって応用例が増加し ている LED発光装置のリフレタターの反射面等照明装置への適用の可能性も期待 できる。
[0004] また、銀は、その膜厚を適宜に調整することで優れた光透過性を有することから、透 過膜又は半透過反射膜としての適用の可能性もある。例えば、上記用途において、 透過型'半透過型の表示デバイスへの適用や、ガラス建材において赤外線を反射さ せつつ可視光線を透過させる機能を付与させることも可能となる。
[0005] 一方、銀は耐環境性に乏しぐ腐食により黒色に変色して反射率'透過率を低下さ せるという問題がある。この腐食の要因としては、その適用される製品により詳細は異 なるが、一般的には、大気中の湿度等がある。
[0006] また、銀は熱によっても反射率 ·透過率が低下するという問題がある。この加熱によ る反射率 ·透過率低下の機構は定かではないが、銀薄膜を加熱した場合、薄膜に局 所的な凝集が生じ、下地層が露出するという現象が生じることが確認されている。従 つて、表示デバイスの反射 ·透過膜は加熱を受ける可能性があるため、耐熱性も要求 されるところである。
[0007] そこで、以上のような銀の耐環境性の問題に対応すベぐ従来から、耐環境性を向 上させた反射膜用の銀合金の開発が行われている。これらの多くは銀を主成分とし て、これに貴金属等の添カ卩元素を 1種又は 2種以上添カ卩するものである。
特許文献 1 :特開平 11一 134715号公報
特許文献 2:特開 2000— 109943号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] これらの銀合金については、耐環境性能、耐熱性の一応の改善がみられている。し 力 ながら、これらの銀合金であっても使用環境下によつては全く劣化しないという訳 ではない。そして、反射率 ·透過率の低下についてこれを完全に保証するものではな ぐより高い耐環境性を有する材料が求められる。
[0009] また、特に、表示デバイスへの利用を考慮する場合においては、入射光波長により 反射率 ·透過率の減衰の程度が不均一となることも避けるべきである。反射率 ·透過 率の減衰の程度が入射光波長により不均一であると、反射 ·透過した光の色に偏差 が生じることとなるからである。即ち、反射'透過膜用の銀合金には、各波長において 耐環境性に優れており、かつ広範囲の波長の光(具体的には、 400〜800nmの可 視光領域)につレ、て反射率 ·透過率が均一であることが好ましレ、。
[0010] 本発明は、以上のような背景の下になされたものであり、表示デバイス、建材、照明 器具等で使用される反射'透過膜を形成する銀合金であって、長期の使用によって も反射率を低下させること無く機能することのできる材料を提供することを目的とする 。また、広範囲の波長の光に対して高い反射率を維持できる材料を提供する。尚、本 発明において、耐環境性とは、加熱雰囲気、加湿雰囲気、硫化雰囲気等、その銀合 金が置かれる環境の影響による反射率及び透過率の低下を抑制する性質をレ、い、 耐熱性、耐湿性、耐硫化性とも称することがある。
課題を解決するための手段
[0011] 力かる課題を解決すベぐ本発明者等は、銀を主体としつつ、好適な添加元素の 選定を行った。その結果、添加元素として、銀よりも低融点の元素であるアルミニウム 、インジウム、錫、ビスマス、ガリウム、亜鉛、ストロンチウム、カルシウム、ゲルマニウム 、マグネシウム、アンチモン、リチウム、リンの添加により、耐環境性の向上に著しく有 用であり、反射率 ·透過率維持の効果があることを見出し、本発明に想到するに至つ た。
[0012] 本発明は、銀を主成分とし、第 1の添カ卩元素群としてアルミニウム、インジウム、錫、 ビスマス、ガリウム、亜鉛、ストロンチウム、カルシウム、ゲルマニウム、マグネシウム、 アンチモン、リチウム、リンを少なくとも 1種含んでなる反射率及び透過率に優れる銀 合金である。
[0013] 本発明者等の検討によれば、第 1の添カ卩元素群として挙げられる低融点の元素の 中でもガリウム、インジウム、錫、亜鉛、マグネシウム、アルミニウムを添カ卩した銀合金 において、反射'透過膜に要求される耐湿性を高い次元で保持することが確認され ている。これらの元素を単独、若しくは、これらの群から 2元素、 3元素又はそれ以上 の多元素を選択し、組合せて「第 1の添加元素群」として使用することにより、反射膜 の耐湿性を著しく向上させることができる。また、ガリウム、インジウム、錫、亜鉛、マグ ネシゥム、アルミニウム以外の上記第 1の添カ卩元素も耐湿性向上にそれぞれ効果が ある。
[0014] そして本発明においては第 2の添カ卩元素群として、白金、金、ロジウム、イリジウム、 ルテニウム、パラジウム、鉛、銅、マンガン、シリコン、ニッケル、クロム、コバルト、イット リウム、鉄、スカンジウム、ジルコニウム、チタン、ニオブ、モリブデン、タンタル、タンダ ステン、ハフニウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジゥム、サマリウム、ユーロ ピウム、ガドリニウム、テノレビゥム、ジスプロシウム、ホノレミゥム、ツリウム、イツテノレビゥム 、ホウ素、エルビウム、炭素の少なくとも 1種を、更に添カ卩したものが好ましい。これら の元素は、第 1の添加元素群と共に更に複合的に耐環境性の向上に作用する。
[0015] 特に、第 2の添加元素群としてパラジウム、ジスプロシウム、銅、チタン、ジルコユウ ム、マンガン、ガドリニウム、エノレビゥム、プラセォジゥム、サマリウム、ランタン、イツトリ ゥムを添加する銀合金は、加熱環境中において薄膜材料中で発生する凝集現象を 有効に抑制することができ、好ましい合金である。
[0016] 第 2の添加元素群からなる成分は、特に合金の耐熱性の向上を主目的として添カロ される。即ち、薄膜に要求される耐熱性を確保すベぐこれらの元素を単独で、若しく は、 2元素、 3元素又はそれ以上の多元素を選択して添加される。
[0017] そして添加元素濃度、即ち第 1の添加元素群の濃度と第 2の添加元素群の濃度と の合計は、 0. 01〜20. 0原子%とするのが好ましレ、。 0. 01原子%未満の添加量で は耐環境性向上の効果がなぐまた添加元素濃度が 20. 0原子%を超えると、合金 自体の反射率 ·透過率が悪化するからである。ここで、本発明に係る銀合金からなる 薄膜を用いる商品は、実際には各種様々あり、要求される特性仕様も様々なものが ある。この点、本発明は、基本的に、反射率、透過率が高いものであるが、耐環境性 能が最大となった薄膜を備えることを要求する商品も多レ、。かかる場合の添加元素 濃度の最大値は、 20. 0原子%である。一方、耐環境性能を重視しつつ、反射率、 透過率を向上させる場合の添加元素濃度は、 10. 0原子%以下である。更に、反射 率、透過率を最優先する場合は、添加元素濃度は 5. 0原子%以下である。このよう に、薄膜が適用される商品ごとの要求仕様を考慮して、添加元素の種類、添加量を 調整すること力 Sできる。
[0018] 以上説明した本発明に係る反射膜材料としての銀合金は、溶解铸造法、焼結法に より製造可能である。溶解铸造法による製造においては特段に困難な点はなぐ各 原料を秤量し、溶融混合して铸造する一般的な方法により製造可能である。また、焼 結法による製造においても、特に困難な点はなぐ各原料を枰量し、焼結する一般的 な方法により製造可能である。
[0019] 本発明に係る銀合金は、反射膜、透過膜、半透過反射膜を使用する液晶ディスプ レイ、有機 ELディスプレイ等の表示デバイスへの適用に好適である。これらの用途へ 適用する場合、その膜厚は用途によって最適値が選ばれる。一般的には、反射膜の 場合は 1000〜: 1200Aとするのが好ましい。透過膜の場合は、基板の透過率にもよ る力 40〜500Aの範囲とするのが好ましい。また、特に高透過率を期待する場合 には、 50〜: 120Aとする。
[0020] 本発明に係る銀合金は、ガラス、フィルム、建材等の反射膜透過膜としても好適で ある。この場合、適宜の支持体表面に本発明に係る銀合金を蒸着又は接合すること で高反射率又は高透過率のガラス、フィルム、建材等を得ることができる。支持体とし ては、各種組成のガラス板、各種プラスチックフィルム、プラスチックボード、セラミック ス板、金属シートや板等があり、いわゆる新素材として登場するものも含まれる。
[0021] そして、上記用途に対して本発明に係る銀合金からなる薄膜を形成する場合、スパ ッタリング法が適用可能である。従って、本発明に係る銀合金からなるスパッタリング ターゲットは、好ましい特性を有する合金膜からなる液晶ディスプレイ、有機 ELデイス プレイ等の表示デバイスやガラス、フィルム、建材等を製造することができる。
発明の効果
[0022] 以上説明したように、本発明に係る銀合金は、広い波長領域において耐環境性に 著しく優れている為、長期使用によっても反射率 ·透過率の低下の少ない反射膜 ·透 過膜 ·半透過膜を製造することができ、反射膜、透過膜等を備える表示デバイス、建 材等の寿命を長期化できる。
発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下、本発明の好適な実施形態を比較例と共に説明する。ここでは、銀を主要成 分とする 2元系〜 5元系の各種の組成の銀合金を製造し、これからターゲットを製造 してスパッタリング法にて薄膜を形成した。そして、この薄膜について種々の環境下 での腐食試験 (加速試験)を行い、腐食試験後の特性の変化について検討した。尚 、本発明に係る合金は、本実施形態が対象とする、 2元系〜 5元系の合金に限られる ものではなぐそれ以上の多元系のものとしても良レ、。商品仕様に応じて 6元系以上 の多元系合金も製造可能である。そして、その製造においては、特段の問題はなく 量産も可能である。
[0024] 銀合金の製造は、各金属を所定濃度になるように秤量し、高周波溶解炉中で溶融 させて混合して合金とする。そして、これを铸型に铸込んで凝固させインゴットとし、こ れを鍛造、圧延、熱処理した後、成形してスパッタリングターゲットとした。また、粉末 焼結法によるターゲット製造も可能である。
[0025] 薄膜の製造は、スライドガラス基板(ホウ珪酸ガラス)及びターゲットをスパッタリング 装置に設置し、装置内を 5. 0 X lCT3Paまで真空に引いた後、アルゴンガスを 5. O X lO^Paまで導入した。スパッタリング条件として、直流 4kWで 8秒間のスパッタで膜 厚 1200Aのものと、直流 0. 4kWで 8秒間のスパッタで膜厚 120Aのものを成膜した 。尚、膜厚分布は ± 10%以内であった。
[0026] 製造した薄膜の特性の評価'検討は、薄膜を種々の環境中に暴露する腐食試験を 行い、試験前後の薄膜の特性を評価することで行なった。本実施形態では、製造し た各種の銀合金 tt薄膜について、耐環境性能を重視する組成の試験、及び、反射率' 透過率を重視する組成の試験を行った。
[0027] A:耐環境性能重視の組成
耐環境性能を重視する組成にっレ、ての試験として、塩水滴下試験と密着性試験を 行った。銀合金薄膜を備える商品の実用性に関しては、人間の居住環境における耐 久性の確保が優先される。即ち、銀薄膜を有する商品は、人が直接に手で触れる、 飲食物等が付着する等の腐食要因があっても性能の劣化がなく維持されることが必 要である。今回行った塩水滴下試験と密着性試験は、このような使用環境を考慮す るものである。
[0028] 塩水滴下試験は、人間の汗や醤油、味噌等の調味料の付着を想定し、劣化の加 速試験を行うものである。 10. 0%の NaCl水溶液(25°C)を作製し、スライドガラス上 の成膜直後の銀合金薄膜 120A上に 2〜3滴滴下し、その変化を観察し耐久性能を 判定するものである。評価は次の 0〜 5段階評価で判定した。
「5」 :取良' · ·はがれ無し
「4」 : 良 . •一部はがれ
「3」 :普通- · ·半分はがれ
「1」 - ·
「0」 . _ ^布 · · ·全面はがれ
上記塩水滴下試験で、評価 3以上のものについて、更に基板に対する薄膜の密着 性を評価する試験を行った。密着性試験は、各組成のスライドガラス上の薄膜試料( 膜厚 120 A)で、下記環境に暴露後の 3種類の試料について行った。
(1)成膜直後の試料
(2)成膜後、ホットプレート上で大気中、 250°Cで 1時間加熱した加熱試験後の試料
(3)成膜後、温度 100°C、湿度 100%の雰囲気中に 24時間暴露した加湿試験後の 各試料については、基板上の薄膜に、メタルマスクの専用冶具を用いてカツターナ ィフにより lmmピッチで 11本の刻み線を入れてクロスカットし、 1mm角のマス目を 10 0マス(縦横 10 X 10)形成した。そして、クロスカット部を覆うように市販のセロハンテ ープを貼り付け、十分に押圧して密着させた後、一気に面に直角方向に剥がした。 テープを剥がした後、残ったマスの数を数え、 5段階で評価した。
「5」 :取 R . ' 'はがれ無し
「4」 : 良 · · '一部はがれ
「3」 • -並曰旭ヽ豪 · - .' '半分はがれ
「1」 • >ft · · •一部残り
「0」 :取恶. ' •全面はがれ
[0031] 以上の塩水滴下試験、密着性試験の評価結果を表 1に示す。表中には比較のた め純銀薄膜にっレ、ての試験結果も示してレ、る。
[0032] [表 la]
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000010_0001
[qi¾ [εεοο]
6
Z.lZ.ll£/900idf/X3d M Z£l/900i OAV
Figure imgf000011_0001
[0035] これらの試験結果から、本実施形態で製造した銀合金薄膜は、 、ずれも純銀薄膜 よりも塩水に対する耐久性に優れ、密着性も良好となり、高い耐環境性を有すること が確認された。この耐環境性は、添加元素の濃度の上昇に伴い向上する。
[0036] B:反射率及び诱渦率重視の組成
次に、透過率、比抵抗を優先する組成の銀合金の評価を行った。この評価でも、ス ライドガラス上に成膜した薄膜試料 (膜厚 120A)をホットプレート上に載置し、大気 中で 250°Cで 1時間加熱し、加熱後の特性を評価した (加熱試験)。また、薄膜の耐 湿性を検討するための加湿試験として、薄膜を温度 100°C、湿度 100%の雰囲気中 に暴露し、加湿後の特性を評価した。加湿試験は、暴露時間を 24時間とした。
[0037] そして、腐食試験後に、反射率及び透過率を測定した。反射率の測定は、分光光 度計により、成膜直後の純銀薄膜の反射率を 100とし、その相対値として各種銀合 金薄膜成膜後の反射率を評価した。また、透過率の測定は、同じ分光光度計により 行い、薄膜を形成していない基板(ホウ珪酸ガラス)の透過率を 100として、各薄膜の 透過率を相対評価した。
[0038] 腐食試験前後の反射率、透過率の評価結果を表 2、表 3に示す。各測定値は、波 長 400nm、 550nm、 650nm (可視光領域【こおレヽて、青色、黄色、赤色の波長【こネ目 当する。)における値である。また、表中には比較のため純銀からなるターゲットから 製造した薄膜にっレ、ての試験結果も示してレ、る。
[0039] [表 2]
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000014_0001
[0041] 本発明に係る銀合金の成膜直後の反射率は、長波長域では 95%以上の高い反 射率を示している。添カ卩元素の種類、添カ卩量の選択により最適組成を選ぶことができ る。また、腐食試験では純銀薄膜は、加熱試験においてわずか数秒で白濁しその光 沢を失ってしまい 30%の反射率になった。加湿試験でも 24時間後には一部光沢を 失い白濁した。一方、本発明に係る銀合金薄膜は、加熱試験後や加湿試験後も光 沢を失わず白濁することもなく高反射率を維持していることが、 目視判定及び各波長 の実測データからも確認された。
[0042] また、透過率の評価についても、本発明に係る銀合金からなる薄膜について、成膜 直後と腐食試験後の変化率を比較してみると、全て純銀の場合の変化率よりも低ぐ 各波長で銀合金が純銀に優っていることが確認された。また、全般的にみると、短波 長域では透過率が高くなつている力 短波長 400nmの透過率と長波長 650nmの透 過率との差をみると、純銀の場合は 28%と大きぐ銀合金の場合はこの値よりも小さ レ、。このように波長による透過率低下の差が低いことは、透過光として白色光を得よう とする場合に大きな利点となる。
[0043] ところで、本発明者等によれば、銀からなる反射膜が湿度や熱により反射率を低下 させる要因として、加湿、加熱された薄膜に局所的な凝集が生じ、下地層が露出する という現象が生じることもその一つであると考えている。従って、反射率維持特性の良 否を考慮すれば、この加湿、加熱時の凝集の有無を検討することが好ましいといえる
[0044] そこで、本実施形態では、加湿、加熱による凝集発生の有無を検討するための試 験を行なった。この試験は、製造後の薄膜を、まず、室温以下 (好ましくは 10°C)の冷 却雰囲気に放置し (20〜30分)、基板と共に薄膜を十分冷却し、これを所定の加湿 環境又は加熱環境に暴露し、取出 ·乾燥後の薄膜の表面形態を観察するものである 。加湿環境としては、温度 100°C、湿度 100%の雰囲気であり、この場合の暴露時間 は 20分間とするのが好ましい。また、加熱環境としては、 250°Cの大気雰囲気であり 、この場合の暴露時間は 60分間とするのが好ましい。
[0045] そして、加湿、加熱後の表面形態を観察し、加湿、加熱後に薄膜表面に生じる銀の 凝集の発生度合いを評価する(尚、この凝集は、黒色の点状となって生じていること から、以下において黒点と称する。)。この際、カウントの対象とする黒点のサイズは 1 〜: 10 μ mのものを対象とすることが好ましレ、。このように評価対象を明確とすることで 、評価の便宜を図ることができる。
[0046] 黒点の発生度合いの評価は、例えば、薄膜表面の写真を撮影し、これを画像処理 して黒点の面積率を算出することによつても良い。より簡便な方法として、成膜直後の 銀薄膜の表面状態を基準とし (この場合、黒点はほとんど発生していない)、これに対 する加湿、加熱後の表面状態を相対的に判定して数段階のレベル分けを行って評 価する方法がある。
[0047] 本実施形態では、加湿環境として、温度 100°C、湿度 100%の雰囲気とし、暴露時 間は 20分間に設定した。本実施形態での薄膜の模擬的評価では、 120A、 1200A の各種銀合金薄膜を製造し、これを冷却後、上記加湿環境に暴露し、その後の薄膜 の表面形態を光学顕微鏡で観察した(1200 Aは加湿試験のみ行なった)。そして、 成膜直後の銀薄膜の表面状態を基準として「レベル 1」とし、これよりも表面状態が不 良な順(黒点が多い順)で 5段階評価し、レベル 1〜レベル 5に区分して膜の特性を 判定した。表 4はその結果の一部を示す。
[表 4]
膜厚 : 1 200 A
Figure imgf000017_0001
[0049] この試験の結果から、黒点発生抑制の観点から、銀に添加する第 1の添加元素群 としては、ガリウム、錫、インジウム、亜鉛が好ましぐこれに更に添加する第 2の添カロ 元素群としては、銅、ノ ラジウム、ニオブが好ましいことが考えられる。
[0050] 本実施形態では、更に、硫化雰囲気下での反射率維持特性を評価すべく硫化試 験を行って試験後の反射率を評価した。硫化試験は、薄膜を 0. 01 %硫化ナトリウム 水溶液(温度 25°C)に 1時間浸漬した。その結果を表 5に示すが、この試験結果から 、全ての波長域において、本実施形態に係る合金薄膜は耐硫化性が向上する傾向 があることが確認できた。
[表 5]
Figure imgf000018_0001
[0052] また、この硫化試験後の試料については、基板に対する各薄膜の密着性を評価す る試験を行った。この試験は、上記の密着性試験と同様、薄膜をクロスカットし、 lmm 角のマス目を 100マス形成した。そして、セロハンテープを貼り付け、密着させて一気 に剥がした。評価の方法は上記と同様、 5段階で評価した。表 4は、この密着性試験 の結果を示す。
[0053] [表 6]
Figure imgf000019_0001
この結果、純銀薄膜の場合、腐食試験後には薄膜が基板から全面剥がれが生じる ことがわかる。これに対し、本発明に係る銀合金の場合、密着性が大きく改善されて おり、特に、環境試験実施後も成膜直後と同様に全くはがれない強い密着力を得る ことが可能になった。これは、コーティング材と考えた場合の長期使用を可能とするた めに大いに有効である。
産業上の利用可能性 [0055] 本発明は、高い反射率が要求される各種の部材の反射膜用の材料として有用であ る。液晶パネル用の部品では、パネル裏面側からの均一な白色光を反射することが 要求される。例えば、 100 x m厚の PETフィルム(30cm X 30cm)に、本発明の一例 である Ag_0. 2%Ga-0. 3%Pdを 1200Aの厚みで形成した。成膜直後の反射率 は 91%以上と高反射率であり、環境試験後の劣化も少なかった。 PETフィルムに対す る薄膜の密着力も十分であり、実用レベルに達していた。
[0056] また、高輝度の LED素子やレーザー素子では、ダイオードの発光効率向上と同時 に、反射材の反射効率の向上が要求されている。この点、反射膜材料を従来のアル ミニゥムから本発明に係る銀合金に変更することで、反射率を 10%程向上させること ができる。例えば、発光素子下部の凹面に、銀合金薄膜 Ag— 3. 5%Ga- l . 7%Er を膜厚 1200 Aで形成した際、高い反射率を得ることができる。そして、本発明は、自 動車等のヘッドランプ用、一般照明器具用の反射膜としても有用である。
[0057] 本発明は、太陽電池の分野で有用である。各種太陽電池の中で、薄膜型太陽電 池においては、一般的に透明基板上に透明前面電極層、アモルファスシリコン層多 層、裏面電極層を形成してユニットとしている。これを直列並列に接続し電源として用 レ、ている。そして、透明基板を入射してきた光がアモルファスシリコン多層で形成され た発電層で光電変換をするが、この時の発電効率をより一層高める為に、裏面電極 での反射光をも発電に再利用したいと言う要望がある。この為、裏面電極を形成する 薄膜には、各波長における高い反射率が求められた。また、数十年に及ぶ長期間の 屋外での使用に耐え得る高レベルの耐環境性が求められた。この点、従来の裏面電 極には、アルミニウムが用いられることが多かった力 この要求を十分に満足してはい なかった。また、純銀の使用も検討できる力 アルミニウムよりは 10%程度反射率の向 上は得られたが、数十年単位の屋外環境を想定した環境試験には十分耐えられな 力 た。本発明によれば、これら諸問題を解決し、長期間の屋外での実用を可能に すること力 Sできる。
[0058] 例えば、 1. 1mm厚のホウ珪酸ガラスからなる透明基板(30cm X 30cm)に、 ITO 薄膜 2000Aを形成して透明前面電極とし、その後アモルファスシリコンの発電層を 1 Ο μ ΐη厚で形成し、本発明の一例として Ag— 1. 5%Ga- 2. 0%Cu— 1. 3%Erの 裏面電極を 1200Aの厚みで形成した。適宜、各層の間には拡散防止層、保護層を 形成している。かかる構成の太陽電池は、銀合金からなる裏面電極の作用によりより 効率的な発電ができると共に、長期の耐候性を有するものである。
[0059] また、太陽電池の分野では、近年、両面型の太陽電池が検討されており、この形式 の太陽電池でも本発明は有用である。この場合、例えば、透明前面電極層として、本 発明の一例として Ag_ l . 0%Ga-0. 5%Cuを 100 Aの厚みで形成し電極とするこ とができる。また、透過率とのバランスを考慮しつつ、 200 A位までの適用は可能で ある。同様に、裏面電極を全反射ではなぐ透明裏面電極として両面型の太陽電池 を得ることができる。
[0060] 一方、シリコン単結晶型太陽電池の電極形成においても、本発明に係る銀合金薄 膜を単独で用いたり、 ITO薄膜と併用し多層膜として用いる等することで、透明電極 を形成することができる。
[0061] 更に、本発明は、光反射機能を有する建材の反射膜としても有用である。近年の省 エネルギー対策や環境保護対策として窓ガラス等に太陽光反射機能を付与する為 のガラスやフィルムが求められている。例えば、 50 μ ηι厚の PETフィルム(50cm X 5 Ocm)に Ag— l . 0%Ga-0. 5%Cuを 120 Aの厚みで形成し、半透過反射フィルム とした。この場合の透過率は 53%以上となる。
[0062] 最後に、本発明は、装飾品についても有用な銀合金である。銀は、室内でも放置 すると黒く変色するので、銀製の装飾品は細かい手入れが必須であった。本発明に 係る銀合金 (例えば、 Ag_0. 5%Ga-0. 3%Cu)を装飾品用に金属素材として使 用した場合、装飾品の変色が防止でき、長期間保持することができた。また、メガネフ レーム材として、本発明に係る銀合金を使用できる。メガネフレームには実用と装飾 の 2面性がある力 純銀では使用中に黒く変色してしまうため実用的ではな力つた。 本発明に係る銀合金により、純銀と同様の金属光沢と質感を持ち、純銀とは異なり身 体の汗や油脂にも長期間変色しなレ、、耐腐食性のあるメガネフレームを実現できる。 また、本発明は、装飾品のコーティング用として、プラスチック製の腕時計フレームや 自動車のエンブレム等に対し、メタルの反射や質感を与えるためにも有用である。

Claims

請求の範囲
[I] 銀を主成分とし、第 1の添加元素群としてアルミニウム、インジウム、錫、ビスマス、ガリ ゥム、亜鉛、ストロンチウム、カルシウム、ゲルマニウム、マグネシウム、アンチモン、リ チウム、リンを少なくとも 1種含んでなる反射率及び透過率に優れる銀合金。
[2] 第 1の添加元素群は、ガリウム、インジウム、錫、亜鉛、マグネシウム、アルミニウムで ある請求項 1記載の銀合金。
[3] 更に、第 2の添加元素群として、白金、金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、パラジゥ ム、鉛、銅、マンガン、シリコン、ニッケル、クロム、コバルト、イットリウム、鉄、スカンジ ゥム、ジルコニウム、チタン、ニオブ、モリブデン、タンタノレ、タングステン、ハフニウム、 ランタン、セリウム、プラセォジゥム、ネオジゥム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリユウ ム、テルビウム、ジスプロシウム、ホノレミゥム、ツリウム、イッテルビウム、ホウ素、ェルビ ゥム、炭素の少なくとも 1種を添加する請求項 1又は請求項 2記載の銀合金。
[4] 第 2の添加元素群は、パラジウム、ジスプロシウム、銅、チタン、ジルコニウム、マンガ ン、ガドリニウム、エルビウム、プラセォジゥム、サマリウム、ランタン、イットリウムの少な くとも 1種である請求項 3記載の銀合金。
[5] 添加元素濃度の合計が、 0. 01〜20. 0原子%である請求項 1〜請求項 4のいずれ 力 4項に記載の銀合金。
[6] 添加元素濃度の合計が、 0. 01〜: 10. 0原子%である請求項 5記載の銀合金。
[7] 請求項 1〜請求項 6のいずれか 1項に記載の銀合金からなる薄膜を備える表示デバ イス。
[8] 請求項 1〜請求項 6のいずれ力 1項に記載の銀合金力 なる薄膜と、該薄膜を支持 する支持体からなる建材。
[9] 請求項 1〜請求項 6のいずれ力 1項に記載の銀合金からなる薄膜を備える液晶パネ ル。
[10] 請求項 1〜請求項 6のいずれ力 1項に記載の銀合金からなる薄膜を備える LED素子
[I I] 請求項 1〜請求項 6のいずれ力 1項に記載の銀合金からなる薄膜を備えるレーザー 素子。
[12] 請求項 1〜請求項 6のいずれ力 1項 ί
[13] 請求項 1 〜請求項 6のいずれ力 1項 ί
[14] 請求項 1 〜請求項 6のいずれ力 1項 ί
[15] 請求項 1 〜請求項 6のいずれ力 1項 ί
[16] 請求項 1 〜請求項 6のいずれ力 1項 ί
[17] 請求項 1 〜請求項 6のいずれ力 1項 ί
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