JP2008260978A - 反射膜の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高い耐久性能が得られつつ、基板と形成膜との密着力を充分に確保することのできる反射膜の形成方法を提供する。
【解決手段】 基板上に酸化アルミニウムからなる第１のバリア層をイオンアシスト蒸着により形成する第１ステップと、該第１ステップにより形成された前記バリア層の上に金属材料からなる密着層及び反射層を順に形成する、または金属材料からなる反射層を形成する第２ステップと、該第２ステップにより形成された前記反射層の上に屈折力の異なる酸化物膜を積層してなる増反射層をイオンアシスト蒸着により形成する第３ステップと、を有する。
【選択図】 図１
【解決手段】 基板上に酸化アルミニウムからなる第１のバリア層をイオンアシスト蒸着により形成する第１ステップと、該第１ステップにより形成された前記バリア層の上に金属材料からなる密着層及び反射層を順に形成する、または金属材料からなる反射層を形成する第２ステップと、該第２ステップにより形成された前記反射層の上に屈折力の異なる酸化物膜を積層してなる増反射層をイオンアシスト蒸着により形成する第３ステップと、を有する。
【選択図】 図１
Description
本発明は樹脂等からなる基材表面に反射膜を形成するための反射膜の形成方法に関する。
従来、フラットパネルディスプレイやプロジェクタ等の光学系に使用される反射ミラーとして、基板上に所定の反射膜を形成した反射付基板が知られている。このような反射膜付基板は、一般に樹脂フィルムや樹脂基板等（以下、単に基板と記す）の表面にＡｇ（銀）やＡｌ（アルミ）の金属膜を蒸着させて得ることができる。基板表面に金属膜を形成する場合、基板と金属膜との間に、さらにＣｒ（クロム）等の金属膜を形成させておくことにより基板と金属膜との密着力を向上させる技術が知られている（特許文献１参照）。
特開２００２−２００７００号公報
このような金属膜付基板は、高い密着性を持つとともに耐久性も必要となる。しかしながら、上述したような基板上にクロム等の金属膜とＡｌやＡｇからなる金属膜とを順に形成した膜構成では、ある程度の密着力の向上は望めるものの、高い耐久性能を得つつ充分な密着力を確保することができるものではない。
上記従来技術の問題点に鑑み、高い耐久性能が得られつつ、基板と形成膜との密着力を充分に確保することのできる反射膜の形成方法を提供することを技術課題とする。
上記従来技術の問題点に鑑み、高い耐久性能が得られつつ、基板と形成膜との密着力を充分に確保することのできる反射膜の形成方法を提供することを技術課題とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１） 基板上に酸化アルミニウムからなる第１のバリア層をイオンアシスト蒸着により形成する第１ステップと、該第１ステップにより形成された前記バリア層の上に金属材料からなる密着層及び反射層を順に形成する、または金属材料からなる反射層を形成する第２ステップと、該第２ステップにより形成された前記反射層の上に屈折力の異なる酸化物膜を積層してなる増反射層をイオンアシスト蒸着により形成する第３ステップと、を有することを特徴とする。
（２） （１）の反射膜の形成方法において、前記増反射層は、基板側から順に酸化アルミニウム層、酸化チタン層、であることを特徴とする。
（３） （１）の反射膜の形成方法において、前記密着層は銅層であり，前記反射層は銀層からなることを特徴とする。
（４） （１）〜（３）の反射膜の形成方法は、前記増反射膜層の上にさらに二酸化ケイ素からなる保護層をイオンアシスト蒸着により形成する第４ステップを有することを特徴とする。
（１） 基板上に酸化アルミニウムからなる第１のバリア層をイオンアシスト蒸着により形成する第１ステップと、該第１ステップにより形成された前記バリア層の上に金属材料からなる密着層及び反射層を順に形成する、または金属材料からなる反射層を形成する第２ステップと、該第２ステップにより形成された前記反射層の上に屈折力の異なる酸化物膜を積層してなる増反射層をイオンアシスト蒸着により形成する第３ステップと、を有することを特徴とする。
（２） （１）の反射膜の形成方法において、前記増反射層は、基板側から順に酸化アルミニウム層、酸化チタン層、であることを特徴とする。
（３） （１）の反射膜の形成方法において、前記密着層は銅層であり，前記反射層は銀層からなることを特徴とする。
（４） （１）〜（３）の反射膜の形成方法は、前記増反射膜層の上にさらに二酸化ケイ素からなる保護層をイオンアシスト蒸着により形成する第４ステップを有することを特徴とする。
本発明によれば、高い耐久性能が得られつつ、樹脂基板と形成膜との密着力を充分に確保することができる。
以下に図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態である金属膜付基板の一種である反射ミラー１００に形成される膜の積層構成を示す模式図である。
１は反射ミラー１００の基板であり、アクリル、ゼオネックス、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート等の一般的な樹脂材料やガラスが用いられる。また、基板１は板材の他、フィルム基板であってもよい。基板１の反射面側には多層膜が形成されている。本実施形態における多層膜は、基板側から順に下地層（バリア層）２、密着層３、反射層４、増反射層５、保護層６、撥水層７からなる。
１は反射ミラー１００の基板であり、アクリル、ゼオネックス、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート等の一般的な樹脂材料やガラスが用いられる。また、基板１は板材の他、フィルム基板であってもよい。基板１の反射面側には多層膜が形成されている。本実施形態における多層膜は、基板側から順に下地層（バリア層）２、密着層３、反射層４、増反射層５、保護層６、撥水層７からなる。
下地層２は、基板１から反射層４側に向う水分の移動を防ぎ（バリアする）、耐湿性を向上させるために設けられる層であり、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の薄膜からなる層にて形成されている。このような下地層（バリア層）２は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の物理膜厚を有していることが好ましい。下地層２の膜厚が１０ｎｍ未満の場合にはバリア層としての機能を果たすのが困難であり、２００ｎｍを越えてもバリア性能は殆ど向上せず生産性の面で不利である。
密着層３は基板１（下地層２）と反射層４との接着力を向上させるために金属膜からなる。このような密着層３に使用される金属材料としては、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）やクロム・ニッケル合金等のクロム系合金を用いることができる。密着層は１層膜であってもよいし、例えば、クロムからなる薄膜と銅からなる薄膜とを順に積層した２層膜とすることもできる。密着層３の物理膜厚は、好ましくは０．１ｎｍ〜２００ｎｍ、さらに好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍである。物理膜厚が２００ｎｍを超えても密着力は殆ど向上せず、生産性の面で不利である。また、物理膜厚が０．１ｎｍ未満では密着力に関する効果が得られない。なお、反射膜において、充分な密着性能が得られる場合には必ずしも密着層３を設ける必要はない。
反射層４は、入射する光を反射させるために設けられる金属膜からなる層である。このような反射層４に使用される金属材料としては、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。このような反射層の物理膜厚は、好ましくは１０ｎｍ〜３００ｎｍ、さらに好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。反射ミラー１００を得る場合、物理膜厚が３００ｎｍを超えても反射率は向上せず、クラックや生産性の面で不利である。また、物理膜厚が１０ｎｍ未満では所望する反射率を得ることが困難である。
増反射層５は、反射層４を保護するとともに反射特性を向上させるために設けられる層である。図示する増反射膜５ａは酸化アルミニウムからなり、増反射層の一部を形成するとともに、反射層４への水分の移動を防ぐ役目（下地層２と同機能）を持つ。このような増反射膜５ａは、バリヤ層として必要な膜厚を有するとともに増反射せるために必要な光学膜厚を持つ。また、増反射膜５ｂは増反射膜５ａの屈折率よりも高い屈折率を持つ高屈折率の酸化物膜である。具体的には酸化チタン（ＴｉＯ2）や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）等の高屈折率の金属酸化物が持ちいられる。増反射膜５ｂの膜厚（光学膜厚）は、前述した増反射膜５ａと組み合せた際に反射率が増加するような膜厚が用いられる。増反射膜５ａ，５ｂとも一般的には目的の波長（λ）に対して（１／４）λとなる光学膜厚で形成される。増反射層５はこのような低屈折率の薄膜層と高屈折率の薄膜層とが順に積層されることによってなり、反射特性を向上させる。
保護層６は耐磨耗性を向上させるために設けられる層であり、本実施形態では二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の薄膜にて形成されている。このような保護層６の物理膜厚は、好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍ、さらに好ましくは２０ｎｍ〜５０ｎｍである。
撥水層７は、耐湿性や耐塩水性を向上させるために設けられる層であり、含フッ素ケイ素化合物が用いられる。このような撥水層７の物理膜厚は１ｎｍ〜１０ｎｍ程度であればよい。なお、耐塩水性能が必要でない場合には、必ずしも撥水層７を設ける必要はない。
撥水層７は、耐湿性や耐塩水性を向上させるために設けられる層であり、含フッ素ケイ素化合物が用いられる。このような撥水層７の物理膜厚は１ｎｍ〜１０ｎｍ程度であればよい。なお、耐塩水性能が必要でない場合には、必ずしも撥水層７を設ける必要はない。
次に、このような反射膜付き基板を得るための成膜方法を説明する。多層膜を形成するには、通常、真空蒸着法等の一般的な成膜方法を用いることができるが、本実施形態で示すような反射膜性能に加えて耐磨耗性や耐湿性等の耐久性を向上させるための膜構成であると、真空蒸着法による成膜では十分な密着性能が得られない。本発明者らは鋭意研究の結果、反射膜の形成の際にイオンアシスト蒸着（ＩＡＤ：Ion Assisted Deposition）を用いて成膜を行うことによって、充分な密着性能が得られることを見出した。なお、密着層及び反射層に用いる金属膜は真空蒸着を用いてもよい。この際、真空蒸着機内にイオン銃とニュートラライザを設けておき、同一処理機内で、真空蒸着とイオンアシスト蒸着とができるように構成しておくことで、基板上に効率よく反射膜を形成することが可能となる。イオンアシスト蒸着を行う場合、真空（真空度１．０×１０-2〜１．０×１０-4Ｐａ程度）とされた蒸着機内において、イオン銃の中にＡｒ，Ｏ2を導入し、プラズマを発生させ、プラズマから電圧を印加したグリッドで＋イオンをイオン銃内から真空槽内へ引き出し、加速させ基板に照射する。また、イオン照射と同時に通常の真空蒸着と同様に電子ビームや抵抗加熱を用いて蒸着材料を加熱・蒸発させ、基板面に蒸着材料を蒸着させる。膜厚形成状況は水晶式膜厚計にて検知することができる。所定量の膜厚に達したら、蒸着物質を次の蒸着物質に切り替えて２層目の成膜を行う。また、イオンアシスト蒸着を行わない層（密着層、反射層）の成膜は通常の真空蒸着によって行う。この場合も膜厚は水晶式膜厚計にて検知する。
以下に、より具体的な実施例１〜５、および比較例１〜７を挙げ、本発明を説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
基板１として、シクロオレフィン系樹脂であるゼオノア（登録商標）（日本ゼオン（株））を使用し、前述したイオンアシスト蒸着機能付きの真空蒸着機を用いて、基板上に下地層（１層目）として、Ａｌ2Ｏ3膜を物理膜厚６８ｎｍにてイオンアシスト蒸着により形成した。次に密着層（２層目）としてＣｕ膜を物理膜厚４０ｎｍ、反射層（３層目）としてＡｇ膜を物理膜厚１５０ｎｍにて真空蒸着により順に形成した。さらに増反射層（４層目）としてＡｌ2Ｏ3膜を光学膜厚１１０ｎｍ（（１／４）λ ただしλ＝４４０ｎｍ）、ＴｉＯ2膜を光学膜厚１１０ｎｍ（（１／４）λ ただしλ＝４４０ｎｍ）にてこの順にイオンアシスト蒸着により積層、形成した。次に保護層（５層目）としてＳｉＯ2膜を物理膜厚２１ｎｍ（光学膜厚３０ｎｍ）としてイオンアシスト蒸着により形成し、さらに最外層としてＯＦ−１１０（オプトロン社製）を用いて物理膜厚１０ｎｍにて真空蒸着により、撥水層を形成し、反射膜付き基板（反射ミラー）を得た。
＜実施例１＞
基板１として、シクロオレフィン系樹脂であるゼオノア（登録商標）（日本ゼオン（株））を使用し、前述したイオンアシスト蒸着機能付きの真空蒸着機を用いて、基板上に下地層（１層目）として、Ａｌ2Ｏ3膜を物理膜厚６８ｎｍにてイオンアシスト蒸着により形成した。次に密着層（２層目）としてＣｕ膜を物理膜厚４０ｎｍ、反射層（３層目）としてＡｇ膜を物理膜厚１５０ｎｍにて真空蒸着により順に形成した。さらに増反射層（４層目）としてＡｌ2Ｏ3膜を光学膜厚１１０ｎｍ（（１／４）λ ただしλ＝４４０ｎｍ）、ＴｉＯ2膜を光学膜厚１１０ｎｍ（（１／４）λ ただしλ＝４４０ｎｍ）にてこの順にイオンアシスト蒸着により積層、形成した。次に保護層（５層目）としてＳｉＯ2膜を物理膜厚２１ｎｍ（光学膜厚３０ｎｍ）としてイオンアシスト蒸着により形成し、さらに最外層としてＯＦ−１１０（オプトロン社製）を用いて物理膜厚１０ｎｍにて真空蒸着により、撥水層を形成し、反射膜付き基板（反射ミラー）を得た。
得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性（４５度反射率）を検査した。また、耐久性評価として、密着性試験、磨耗性試験、耐湿性試験を行った。密着性試験は、クロスカットテープ試験によって行った。クロスカットテープ試験は基板面（成膜面）に１ｍｍ間隔で切れ目を入れて１ｍｍ2マス目を１００個形成し、粘着テープをレンズ面に押し当てたあと、勢いよく剥がしマス目が基板面に何個残っているかを調べることにより、密着性の評価を行うものである（JIS K5400準拠）。マス目が全て残っていれば○、マス目が一つでも剥がれていれば×とした。また、磨耗性試験は、MIL-M-13508に準拠して行った。磨耗性試験後、外観検査及び反射率を再度測定し、外観が良好で反射率の低下が１％以内であれば○、それ以外は×とした。また、耐湿性試験は、室温６０℃、湿度９５％との雰囲気中に成膜後の基板を２４０時間置き、その後、外観検査及び反射率を再度測定し、外観が良好で反射率の低下が１％以内であれば○、それ以外は×とした。その結果を表１に示す。また、反射率特性を図２に示す。
＜実施例２＞
実施例２では、撥水層を形成しないこと以外は、すべて実施例１と同じ条件とした。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
実施例２では、撥水層を形成しないこと以外は、すべて実施例１と同じ条件とした。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
＜実施例３＞
実施例３では、撥水層を形成せず、密着層にクロム・ニッケル合金（クロメル）を用いたこと以外は、全て実施例１と同じ条件とした。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
実施例３では、撥水層を形成せず、密着層にクロム・ニッケル合金（クロメル）を用いたこと以外は、全て実施例１と同じ条件とした。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
＜実施例４＞
実施例４では、撥水層を形成せず、密着層にニッケル（Ｎｉ）を用いたこと以外は、全て実施例１と同じ条件とした。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
実施例４では、撥水層を形成せず、密着層にニッケル（Ｎｉ）を用いたこと以外は、全て実施例１と同じ条件とした。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
＜実施例５＞
実施例５では、撥水層及び密着層を形成しないこと以外は、全て実施例１と同じ条件とした。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
実施例５では、撥水層及び密着層を形成しないこと以外は、全て実施例１と同じ条件とした。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
＜比較例１＞
比較例１では、実施例２と同じ膜構成としたが、イオンアシスト蒸着は行わず、すべての層に対して真空蒸着を用いて成膜を行った。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
比較例１では、実施例２と同じ膜構成としたが、イオンアシスト蒸着は行わず、すべての層に対して真空蒸着を用いて成膜を行った。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
＜比較例２＞
比較例２では、実施例３と同じ膜構成としたが、イオンアシスト蒸着は行わず、すべての層に対して真空蒸着を用いて成膜を行った。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
比較例２では、実施例３と同じ膜構成としたが、イオンアシスト蒸着は行わず、すべての層に対して真空蒸着を用いて成膜を行った。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
＜比較例３＞
比較例３では、実施例４と同じ膜構成としたが、イオンアシスト蒸着は行わず、すべての層に対して真空蒸着を用いて成膜を行った。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
比較例３では、実施例４と同じ膜構成としたが、イオンアシスト蒸着は行わず、すべての層に対して真空蒸着を用いて成膜を行った。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
＜比較例４＞
比較例４では、実施例５と同じ膜構成としたが、イオンアシスト蒸着は行わず、すべての層に対して真空蒸着を用いて成膜を行った。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
比較例４では、実施例５と同じ膜構成としたが、イオンアシスト蒸着は行わず、すべての層に対して真空蒸着を用いて成膜を行った。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
＜比較例５＞
比較例５では、下地層（Ａｌ2Ｏ3膜）を形成しない以外は実施例２と同じ膜構成としたが、イオンアシスト蒸着は行わず、すべての層に対して真空蒸着を用いて成膜を行った。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
比較例５では、下地層（Ａｌ2Ｏ3膜）を形成しない以外は実施例２と同じ膜構成としたが、イオンアシスト蒸着は行わず、すべての層に対して真空蒸着を用いて成膜を行った。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
＜比較例６＞
比較例６では、保護層（ＳｉＯ2膜）を形成しない以外は実施例２と同じ膜構成としたが、イオンアシスト蒸着は行わず、すべての層に対して真空蒸着を用いて成膜を行った。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
比較例６では、保護層（ＳｉＯ2膜）を形成しない以外は実施例２と同じ膜構成としたが、イオンアシスト蒸着は行わず、すべての層に対して真空蒸着を用いて成膜を行った。得られた反射膜付き基板を分光光度計にて測定し、その反射特性を検査した。また、実施例１と同様に耐久性評価を行った。その結果を表１に示す。
＜結果＞
実施例１〜５では、何れも反射率９５％以上を確保するとともに、高い耐久性能、高密着力を得ることができている。これに対し比較例１〜４では、同じ膜構成であり、反射率９５％以上を確保するものの、充分な密着力を得ることができず、好ましくない。また、比較例５及び比較例６では密着性、耐久性（耐磨耗性・耐湿性）ともに良くない結果となった。
実施例１〜５では、何れも反射率９５％以上を確保するとともに、高い耐久性能、高密着力を得ることができている。これに対し比較例１〜４では、同じ膜構成であり、反射率９５％以上を確保するものの、充分な密着力を得ることができず、好ましくない。また、比較例５及び比較例６では密着性、耐久性（耐磨耗性・耐湿性）ともに良くない結果となった。
１ 基板
２ 下地層
３ 密着層
４ 反射層
５ 増反射層
６ 保護層
７ 撥水層
１００ 反射ミラー
２ 下地層
３ 密着層
４ 反射層
５ 増反射層
６ 保護層
７ 撥水層
１００ 反射ミラー
Claims (4)
- 基板上に酸化アルミニウムからなる第１のバリア層をイオンアシスト蒸着により形成する第１ステップと、該第１ステップにより形成された前記バリア層の上に金属材料からなる密着層及び反射層を順に形成する、または金属材料からなる反射層を形成する第２ステップと、該第２ステップにより形成された前記反射層の上に屈折力の異なる酸化物膜を積層してなる増反射層をイオンアシスト蒸着により形成する第３ステップと、を有することを特徴とする反射膜の形成方法。
- 請求項１の反射膜の形成方法において、前記増反射層は、基板側から順に酸化アルミニウム層、酸化チタン層、であることを特徴とする反射膜の形成方法。
- 請求項１の反射膜の形成方法において、前記密着層は銅層であり，前記反射層は銀層からなることを特徴とする反射膜の形成方法。
- 請求項１〜３の反射膜の形成方法は、前記増反射膜層の上にさらに二酸化ケイ素からなる保護層をイオンアシスト蒸着により形成する第４ステップを有することを特徴とする反射膜の形成方法。
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