電波透過部材、調光素子、および調光窓材
【課題】電波透過性、耐擦傷性、および可視光透過性に優れる電波透過部材を提供すること。
【解決手段】透明基板２に電波透過性を有する導電層４が形成された電波透過部材１であって、前記導電層４は、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、およびＳｂから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層であり、かつシート抵抗が１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下であるもの。
【解決手段】透明基板２に電波透過性を有する導電層４が形成された電波透過部材１であって、前記導電層４は、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、およびＳｂから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層であり、かつシート抵抗が１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下であるもの。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波透過部材、調光素子、および調光窓材に係り、特に透明基板に導電層が形成されたものであって、十分な電波透過性、耐擦傷性、および可視光透過性を有する電波透過部材、およびこれを用いた調光素子、調光窓材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光の透過量を制御することのできる窓材として調光窓材が知られている。調光窓材は、例えば一対の導電層（電極層）を有する透明基板の間に液晶を含む調光層が配置された調光素子を有するものであり、この調光素子に印加する電圧を変化させることによって、光の透過量を制御するものである。調光素子には、液晶の配向方向を調節することにより、例えば電圧印加時に光が透過し、非印加時に光が散乱するモード、これとは反対に電圧印加時に光が散乱し、非印加時に光が透過するモード等があり、用途や目的に応じて種々のモードを選択することができる。
【０００３】
このような調光素子における導電層は、例えばＳｎがドープされたＩｎ酸化物（ＩＴＯ）、ＳｂがドープされたＳｎ酸化物（ＡＴＯ）、ＩｎがドープされたＺｎ酸化物（ＩＺＯ）、ＧａがドープされたＺｎ酸化物（ＧＺＯ）、Ｓｎ酸化物等からなるものとされている。また、このような導電層の厚さは、例えば１０〜５０００ｎｍとされている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５８０４０号公報
【特許文献２】特開２００９−３６９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、自動車、列車、航空機、建築物等の窓材に調光窓材を用いることが検討されている。このような部分に調光窓材を用いることで、必要時に車外等から見えなくなるようにしてプライバシーを確保したり、また日光を遮って温調機器の負担を軽減したりすることができる。
【０００６】
ところで、調光窓材、特に調光素子における導電層には、車内等において電波を利用した機器を使用できるように十分な電波透過性を有することが求められる。例えば、自動車の場合、車内でガレージオープナーや携帯電話機等を使用できるようにする必要がある。建築物等についても、室内で携帯電話機等を使用できるようにする必要がある。これらの機器はいずれも電波を利用することから、調光窓材、特に調光素子における導電層には、十分な電波透過性を有することが求められる。
【０００７】
調光素子の導電層としては、上記したＩＴＯ膜が代表的なものとして挙げられる。しかしながら、ＩＴＯ膜の場合、十分な電波透過性を得るためには、非常に薄くする必要がある。導電層を薄くした場合、安定した抵抗値を得ることが難しく、また調光素子等を製造する際の損傷によって抵抗値が変化しやすく、結果として本来の機能を得られなくなるおそれがある。
【０００８】
例えば、調光素子等の製造においては、導電層の周辺部分に電極を取り付けるために、予めこの部分をエタノールに浸漬したフェルト等で拭き取るようにして洗浄することがある。この際、導電層が薄いと、拭き取りによる損傷によって抵抗値が変化しやすくなる。また、調光素子等における導電層には、十分な電波透過性や耐擦傷性に加えて、十分な可視光透過性を有することも求められる。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、十分な電波透過性、耐擦傷性、および可視光透過性を有し、調光素子等の透明基板として好適に用いられる電波透過部材、およびこれを用いた調光素子、調光窓材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電波透過部材は、透明基板に電波透過性を有する導電層が形成された電波透過部材であって、前記導電層は、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、およびＳｂから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層からなり、かつシート抵抗が１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下であることを特徴としている。
【００１１】
前記導電層は、Ｓｎ酸化物の含有量が８０質量％以上９９質量％以下であることが好ましく、少なくともＧａおよびＩｎの酸化物を含有することが好ましい。また、前記導電層の表面にはＳｉ酸化物からなるキャップ層を有することが好ましく、前記導電層と前記キャップ層との間にはＳｉ酸化物以外の絶縁性酸化物からなるバリア層を有することが好ましい。
【００１２】
本発明の電波透過部材は、１５０℃、９０分の耐熱試験を行ったとき、前記導電層の試験前のシート抵抗に対する試験後のシート抵抗の抵抗比である抵抗変化率が０．６以上１．０以下であることが好ましい。また、本発明の電波透過部材は、エタノール拭き試験を行ったとき、前記導電層の試験前のシート抵抗に対する試験後のシート抵抗の抵抗比である抵抗変化率が１．０以上２．０以下であることが好ましい。
【００１３】
本発明の調光素子は、表面に導電層を有する一対の透明基板と、前記一対の透明基板間に配置された調光層とを有し、前記一対の透明基板が互いの導電層が対向するように配置されたものであって、前記透明基板が上記した本発明の電波透過部材であることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の調光窓材は、一対の透明な外側基板間に調光素子が配置された調光窓材であって、前記調光素子が上記した本発明の調光素子であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、およびＳｂから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層からなり、かつシート抵抗が１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下である導電層を透明基板に形成して電波透過部材とすることで、十分な電波透過性、耐擦傷性、および可視光透過性を有するものとすることができる。また、このような電波透過部材を用いて調光素子または調光窓材とすることで、十分な電波透過性を有するものとしつつ、信頼性等についても十分なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の電波透過部材の一例を示す断面図。
【図２】導電層のシート抵抗と電波遮蔽性能との関係を示す図。
【図３】導電層の厚さとシート抵抗との関係を示す図。
【図４】導電層の厚さと、エタノール拭き試験による導電層のシート抵抗変化（抵抗差）および電波透過部材の可視光透過率との関係を示す図。
【図５】本発明のキャップ層を有する電波透過部材を示す断面図。
【図６】本発明のキャップ層およびバリア層を有する電波透過部材を示す断面図。
【図７】本発明の調光素子および調光窓材の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の電波透過部材の一例を示す断面図である。
本発明の電波透過部材１は、透明基板２の一方の主面に、例えば下地層３を介して電波透過性を有する導電層４が形成されたものである。
【００１９】
透明基板２は、透明性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばガラス、高分子フィルム等からなるものとすることができる。ガラスとしては、二酸化ケイ素を主成分とする一般的なガラスの他、種々の組成の無機材料からなる無機ガラス、透明なアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機材料からなる樹脂ガラスが挙げられる。また、高分子フィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系フィルム、ポリプロピレン等のポリオレフィン系フィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、アクリル樹脂系のフィルム、ポリエーテルサルフォンフィルム、ポリアリレートフィルム、ポリカーボネートフィルム等が挙げられる。これらの中でも、透明性に優れ、成形性、接着性、加工性等にも優れることから、ポリエチレンテレフタレートフィルムが好適に用いられる。
【００２０】
なお、透明基板２の下地層３が設けられる表面には、図示しないが易接着層が形成されていてもよい。易接着層としては、例えばコロナ放電により表面を物理的に荒らすとともに官能基を作る方法、インラインコートにより特定の化合物を塗布し、透明基板２との密着性に優れる薄層を形成する方法等により得られるものが挙げられる。
【００２１】
下地層３は、導電層４を形成するための下地となるものであって、例えばＳｉ酸化物（ＳｉＯ２）からなるものである。下地層３の厚さは必ずしも限定されるものではないが、後述するように導電層４のシート抵抗変化を抑制する観点から５ｎｍ以上が好ましく、通常は２０ｎｍ以下で十分である。下地層３は、真空蒸着法、反応性蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理気相折出法、プラズマＣＶＤ法等の化学気相折出法等により形成することができる。なお、本発明の電波透過部材１については、必ずしも下地層３が設けられている必要はなく、透明基板２に導電層４が直接形成されていてもよい。
【００２２】
導電層４は、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、およびＳｂから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有するＳｎ酸化物（ＳｎＯ２）主成分層であり、かつシート抵抗が１５００以上６０００Ω／□以下のものである。ここで、Ｓｎ酸化物主成分層とは、Ｓｎ酸化物を５０質量％以上含有する層を意味する。
【００２３】
このような導電層４についても、真空蒸着法、反応性蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理気相折出法、プラズマＣＶＤ法等の化学気相折出法等により形成することができる。通常、Ｓｎ酸化物を主成分とし、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、およびＳｂから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有するターゲットを用い、スパッタ法により雰囲気中のＯ２濃度を例えば４〜７体積％として成膜することで、所定の組成およびシート抵抗を有するものを得ることができる。
【００２４】
本発明では、導電層４の組成およびシート抵抗を所定のものとすることで、十分な電波透過性、耐擦傷性、および可視光透過性を有するものとすることできる。すなわち、導電層４のシート抵抗を１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下とすることで、例えば調光素子等の導電層に用いた場合に、素子の駆動を良好に行いつつ、電波透過性も十分なものとすることができる。また、所定の組成とすることで、シート抵抗を１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下とした場合の厚さも適度なものとすることができ、十分な耐擦傷性を有するもの、具体的には有機溶剤を用いた拭き取り等によるシート抵抗変化が小さいものとすることができる。さらに、所定の組成とすることで、可視光透過性も十分なものとすることができる。また、所定の組成とすることで、長期間放置した場合のシート抵抗変化も小さいものとすることができる。これにより、調光素子等に用いた場合に、電波透過性を向上させつつ、十分な製造性や信頼性を有するものとすることができる。
【００２５】
導電層４、すなわちＳｎ酸化物主成分層におけるＳｎ酸化物の含有量は、８０質量％以上９９質量％以下が好ましく、８５質量％以上９７質量％以下が好ましい。Ｓｎ酸化物の含有量を８０質量％以上９９質量％以下とすることで、上記した諸特性のバランスに優れるものとすることができる。
【００２６】
導電層４は、例えばＧａおよびＩｎの酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層とすることができる。ＧａおよびＩｎの酸化物（Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３）を含有させることで、より諸特性のバランスに優れたものとすることができる。導電層４におけるＧａおよびＩｎの酸化物の含有量（合計量）は、１質量％以上２０質量％以下が好ましく、３質量％以上１５質量％以下がより好ましい。また、質量でのＩｎ酸化物の含有量に対するＧａ酸化物の含有量の比（＝Ｇａ酸化物の含有量／Ｉｎの酸化物の含有量）は、０．２以上０．９以下が好ましく、０．３以上０．８以下がより好ましい。
【００２７】
ＧａおよびＩｎの酸化物を含有させる場合、併せてＴｉ酸化物（ＴｉＯ２）を含有させることができる。この場合、質量でのＧａおよびＩｎの酸化物の含有量（合計量）に対するＴｉ酸化物の含有量の比（＝Ｔｉ酸化物の含有量／ＧａおよびＩｎの酸化物の含有量）は、０．０５以上０．３以下が好ましく、０．０７以上０．２以下が好ましい。
【００２８】
また、導電層４は、例えばＮｂおよびＴａの酸化物（Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５）を含有するＳｎ酸化物主成分層とすることができる。この場合、導電層４におけるＮｂおよびＴａの酸化物の含有量（合計量）は、１質量％以上５質量％以下が好ましく、２質量％以上４質量％以下がより好ましい。また、質量でのＴａ酸化物の含有量に対するＮｂ酸化物の含有量の比（＝Ｎｂ酸化物の含有量／Ｔａ酸化物の含有量）は、０．１以上０．４以下が好ましく、０．１５以上０．３５以下がより好ましい。
【００２９】
さらに、導電層４は、例えばＳｂ酸化物（Ｓｂ２Ｏ３）を含有するＳｎ酸化物主成分層とすることができる。この場合、導電層４におけるＳｂ酸化物の含有量は、１質量％以上５質量％以下が好ましく、２質量％以上４質量％以下がより好ましい。
【００３０】
以下、本発明におけるシート抵抗等の規定理由について具体的に説明する。
導電層４の電波遮蔽効果は下記式１に示すシェルクノフの式により近似的に与えられる。
【数１】
ここで、Ｚｃは空気の波動インピーダンス（３７７Ω）であり、Ｒｓは導電層４のシート抵抗である。シェルクノフの式より、導電層４のシート抵抗が高いほど電波遮蔽性能が低下し、電波が透過しやすくなることが分かる。
【００３１】
図２は、シェルクノフの式より算出した導電層４のシート抵抗と電波遮蔽性能との関係を示したものである。シート抵抗が１５００Ω／□を超えると電波遮蔽性能が２ｄＢ以下、さらには１ｄＢ以下となり十分に電波が透過することが分かる。一方、調光素子等を駆動させるためには面内に均一に電圧が印加される必要があり、ある程度低抵抗であることが好ましい。
【００３２】
例えば、調光材料として、Research Frontiers社製のＳＰＤ（Suspended Particle Device）が知られている。このＳＰＤは、ＵＶ硬化樹脂中に直径５μｍ程度の液滴が分散されて封入されており、この液滴中に長さ０．５μｍ程度の青い棒状のＳＰＤ粒子が分散されたものである。このような調光材料を良好に駆動させるためには、シート抵抗が６０００Ω／□以下であることが好ましい。
【００３３】
このため、本発明では、素子の駆動と電波透過性とを両立させる観点から、導電層４のシート抵抗を１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下としている。素子の駆動と電波透過性能との両立に加えて、電波透過部材１の製造時あるいは使用時のシート抵抗変化を抑制し、またシート抵抗変化後も所定のシート抵抗の範囲内となるようにし、さらに十分な可視光透過性を有するものとする観点から、導電層４のシート抵抗は２０００Ω／□以上５０００Ω／□以下が好ましく、３０００Ω／□以上４０００Ω／□以下がより好ましい。
【００３４】
図３は、各種の導電層４の厚さとシート抵抗との関係を示したものである。
導電層４の形成には、１０質量％のＳｎＯ２を添加したＩｎ２Ｏ３を焼結して得られたターゲット（１０ＩＴＯ）、４０質量％のＳｎＯ２を添加したＩｎ２Ｏ３を焼結して得られたターゲット（４０ＩＴＯ）、４質量％のＧａ２Ｏ３および５質量％のＩｎ２Ｏ３を添加したＳｎＯ２を焼結して得られたターゲット（ＧＩＴ）、Ｇａ２Ｏ３およびＩｎ２Ｏ３が５０質量％ずつとなるように混合したものを焼結して得られたターゲット（ＧＩＯ）を用いた。
【００３５】
導電層４の形成は、それぞれのターゲットを用いて、アルゴンガスに４．０体積％の酸素ガスを混合した混合ガスを用い、圧力０．１Ｐａ、電力密度２．５Ｗ／ｃｍ２、周波数１００ｋＨｚ、反転パルス幅１μｓｅｃ、成膜時間を変更することにより厚さを変更し、DCパルススパッタリングにより行った。導電層４の組成は、その形成に用いたターゲットの組成と同様のものとなっている。なお、ここでは、ＧＩＴターゲットを用いて成膜された導電層４が本発明における導電層４に相当する。
【００３６】
シート抵抗は、三菱化学社製 Loresta-GP MCP-T６１０（ＡＳＰプローブ 試料１０ｃｍ□）を用いて４探針形式にて測定した。厚さは、予め反射スペクトルのフィッティングにより求められた成膜レートより求めたものであり、成膜レートが投入電力により直線的に変化するとものと仮定して概算した。
【００３７】
図３から明らかなように、ＩＴＯターゲットにより形成された導電層４については、シート抵抗を１５００Ω／□以上とするためには１０ｎｍ未満の厚さとする必要があることがわかる。しかし、このような厚さとすると、導電層４が島状に形成されるためにシート抵抗の安定性が低下し、耐擦傷性も低下するおそれがある。また、導電層４の形成時のＯ２濃度を過度に低くあるいは高くすることで、厚さを大きくしたままシート抵抗を高くすることも考えられるが、シート抵抗の安定性が低下するおそれがあるために好ましくない。
【００３８】
ＧＩＯターゲットにより形成された導電層４については、シート抵抗を６０００Ω／□以下とするためには５０ｎｍを超える厚さとする必要があることがわかる。しかし、このような厚さとすると、可視光反射率が上昇するために可視光透過率が低下し、また成膜に時間を要するために生産性に優れないものとなるおそれがある。
【００３９】
これらのものに対してＧＩＴターゲットにより形成された導電層４については、適度な厚さを有しつつ、シート抵抗が１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下となることがわかる。すなわち、ＧａおよびＩｎの酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層によれば、適度な厚さとシート抵抗とを両立することができ、これにより素子の駆動と電波透過性能とを両立しつつ、十分な耐擦傷性や可視光透過性を有するものとできることがわかる。
【００４０】
導電層４の厚さは、所定のシート抵抗を得るとともに、十分な耐擦傷性および可視光透過性を得る観点から、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましく、１３ｎｍ以上４０ｎｍ以下がより好ましく、１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下がさらに好ましい。導電層４の厚さを１０ｎｍ以上とすることで、シート抵抗を６０００Ω／□以下とすることができ、また十分な耐擦傷性を得ることができる。一方、導電層４の厚さを５０ｎｍ以下とすることで、十分な可視光透過性を得ることができる。
【００４１】
図４は、導電層４の厚さと、エタノール拭き試験によるシート抵抗変化（抵抗差）および電波透過部材１の可視光透過率との関係を示したものである。ここでは、透明基板２として易接着層を有する厚さが１００μｍのＰＥＴフィルムを用い、このＰＥＴフィルム上に厚さが１４μｍの下地層３を形成した後、さらに厚さが１２、２４、または４８ｎｍの導電層４を形成して電波透過部材１とした。
【００４２】
なお、導電層４の形成は、上記したＧＩＴターゲットを用いて、アルゴンガスに４．０体積％の酸素ガスを混合した混合ガスを用い、圧力０．１Ｐａ、電力密度２．５Ｗ／ｃｍ２、周波数１００ｋＨｚ、反転パルス幅１μｓｅｃ、成膜時間を変更することにより厚さを変更し、DCパルススパッタリングにより行った。また、下地層３の形成は、多結晶シリコンをターゲットとして用いて、アルゴンガスに２８体積％の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、圧力０．２５Ｐａ、電力密度３．４Ｗ／ｃｍ2の条件でACスパッタリングにより行った。
【００４３】
エタノール拭き試験は、エタノールに浸漬したフェルトを用い、このフェルトに５００ｇの荷重をかけて導電層４上で１０往復させることにより行った。また、シート抵抗変化は、エタノール拭き試験前後のシート抵抗差（＝試験後のシート抵抗−試験前のシート抵抗）を求めた。シート抵抗差は、耐擦傷性の指標となるものであり、シート抵抗差が小さいほど導電層４が損傷しにくく、耐擦傷性に優れることを示す。
【００４４】
また、可視光透過率は、電波透過部材１について島津製作所製のＳｏｌｉｄＳｐｅｃ３７００（商品名）を用いて分光測定を実施し、ＩＳＯ１３８３７（２００８）に準拠してＡ光源可視光透過率（Ｔｖａ）を算出した。
【００４５】
図４から明らかなように、導電層４の厚さを１０ｎｍ以上とすることでエタノール拭き試験によるシート抵抗変化が５００Ω／□以下となり、厚さを大きくすることでエタノール拭き試験によるシート抵抗変化はさらに小さくなることがわかる。一方、導電層４の厚さを５０ｎｍ以下とすることで７５％以上の可視光透過率を確保することができ、導電層４の厚さを小さくすることで８０％以上、さらには８５％以上の可視光透過率を確保できることがわかる。
【００４６】
本発明の電波透過部材１には、耐擦傷性を向上させる観点から、図５に示すように導電層４の表面、具体的には透明基板２や下地層３に接する主面とは反対側の主面に導電層４を保護するためのＳｉ酸化物（ＳｉＯ２）からなるキャップ層５を設けることが好ましい。キャップ層５の厚さは、耐擦傷性を効果的に向上させる観点から、１ｎｍ以上が好ましく、２ｎｍ以上がより好ましい。また、キャップ層５の厚さは、通常は２０ｎｍもあれば十分であり、このような厚さ以下とすることで生産性にも優れるものとすることができる。
【００４７】
表１は、下地層３やキャップ層５の厚さを変化させたときのエタノール拭き試験による導電層４のシート抵抗変化（抵抗変化率）を示したものである。ここでは、透明基板２として易接着層を有する厚さが１００μｍのＰＥＴフィルムを用い、このＰＥＴフィルム上に厚さが１３〜２６ｎｍの下地層３、および厚さが２０ｎｍの導電層４を順に形成して電波透過部材１とした。また、キャップ層５を有するものについては、さらに厚さが５〜１０ｎｍのキャップ層５を形成して電波透過部材１とした。
【００４８】
導電層４の形成は、上記したＧＩＴターゲットを用いて、アルゴンガスに４．０体積％の酸素ガスを混合した混合ガスを用い、圧力０．１Ｐａ、電力密度２．５Ｗ／ｃｍ２、周波数１００ｋＨｚ、反転パルス幅１μｓｅｃの条件でDCパルススパッタリングにより行った。また、下地層３、キャップ層５の形成は、それぞれ多結晶シリコンをターゲットとして用いて、アルゴンガスに２８体積％の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、圧力０．２５Ｐａ、電力密度３．４Ｗ／ｃｍ2の条件でACスパッタリングにより行った。
【００４９】
なお、ここではシート抵抗変化として、抵抗差を求める代わりに、抵抗変化率（＝エタノール拭き試験後のシート抵抗／エタノール拭き試験前のシート抵抗）を求めた。シート抵抗変化率は、信頼性の観点から、２．０以下が好ましく、１．５以下がより好ましく、１．１以下がさらに好ましい。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１から明らかなように、キャップ層５を設けることで、エタノール拭き試験によるシート抵抗変化が１．５以下、より好ましくは１．１以下となることがわかる。また、同表から明らかなように、下地層３もシート抵抗変化の抑制に有効であり、その厚さは５ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましいことがわかる。また、下地層３の厚さが２０ｎｍ程度となるとシート抵抗変化が十分に抑制され、それ以上の厚さとしても効果に変化は見られないことから、通常は２０ｎｍ以下が好ましいことがわかる。
【００５２】
また、表２は、下地層３の厚さを上記した１３ｎｍに固定し、キャップ層５の厚さをより詳細に変化させたときのエタノール拭き試験による導電層３のシート抵抗変化（抵抗変化率）を示したものである。なお、同表には、別途、１５０℃、９０分の耐熱試験を行ったときのシート抵抗変化（抵抗変化率（＝耐熱試験後のシート抵抗／耐熱試験前のシート抵抗））も併せて示している。
【００５３】
耐熱試験は常温で長期間放置した場合に相当する加速試験であり、この耐熱試験によるシート抵抗変化率が１に近いほど安定性が高く信頼性に優れることを示す。信頼性の観点から、耐熱試験後のものについても、シート抵抗が１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下の範囲内となることが好ましく、このようなものとするためにも耐熱試験による抵抗変化率は０．６以上であることが好ましい。
【００５４】
【表２】
【００５５】
表２から明らかなように、キャップ層５の厚さを２ｎｍ以上とすることで、エタノール拭き試験によるシート抵抗変化は十分に抑制されることがわかる。しかし、同表から明らかなように、キャップ層５を設けなかった場合の耐熱試験によるシート抵抗の抵抗変化率が０．７程度であるのに対し、キャップ層５を設けた場合の耐熱試験によるシート抵抗の抵抗変化率は０．５程度となり、キャップ層５を設けることで耐熱試験によるシート抵抗変化は大きくなることがわかる。
【００５６】
キャップ層５を設けた場合の耐熱試験によるシート抵抗の大きな変化は、キャップ層５であるＳｉＯ２層中のＯ２により導電層４の酸化が進行し、導電層４における移動度が上昇するためと推定される。このようなことから、例えば図６に示すように導電層４とキャップ層５との間に導電層４の酸化を抑制するためのバリア層６を設けることが好ましい。
【００５７】
バリア層６は、ＳｉＯ２層以外の絶縁性酸化物層からなるものであれば必ずしも限定されるものではないが、例えばＡｌおよびＺｎの酸化物層、ＧａおよびＩｎの酸化物層、Ｎｂの酸化物層等が好適なものとして挙げられる。バリア層６の厚さは、０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下が好ましく、１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下がより好ましい。
【００５８】
バリア層６の厚さを０．５ｎｍ以上とすることで、導電層４の酸化によるシート抵抗変化を効果的に抑制することができる。一方、バリア層６の厚さは５．０ｎｍ程度もあれば十分に導電層４の酸化によるシート抵抗変化を抑制することができ、これ以下とすることで生産性にも優れるものとすることができる。また、可視光透過性を十分なものとする観点から、バリア層６は導電層４との屈折率差が０．１以下となるものが好ましい。
【００５９】
バリア層６の形成は、真空蒸着法、反応性蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理気相折出法、プラズマＣＶＤ法等の化学気相折出法等により形成することができる。例えば、１質量％以上１０質量％以下、より好ましくは３質量％以上７質量％以下のＡｌが添加されたＺｎ酸化物（ＺｎＯ）を焼結して得られるターゲットを用い、スパッタ法により好適に形成することができる。この際、Ａｒ雰囲気のみ、すなわちＯ２濃度を０（ゼロ）にして成膜することで、その後のキャップ層５の形成時の酸素プラズマによる導電層４の酸化、および形成されたキャップ層５からのＯ２の拡散による酸化の抑制が期待できる。
【００６０】
表３は、図１（透明基板／下地層／導電層）、図５（透明基板／下地層／導電層／キャップ層）、および図６（透明基板／下地層／導電層／バリア層／キャップ層）に示す構造の電波透過部材１の諸特性をまとめて示したものである。各層の構成材料および厚さは表４に示すものとした。
【００６１】
なお、表４中、ＧＩＴは、上記したＧＩＴターゲットを用いて成膜された層であることを意味する。また、ＡＺＯは、５質量％のＡｌを添加したＺｎＯを焼結して得られたＡＺＯターゲットを用いて成膜された層であることを意味する。ＧＩＴ層（導電層４）の形成は、上記したＧＩＴターゲットを用いて、アルゴンガスに４．０体積％の酸素ガスを混合した混合ガスを用い、圧力０．１Ｐａ、電力密度２．５Ｗ／ｃｍ２、周波数１００ｋＨｚ、反転パルス幅１μｓｅｃの条件でDCパルススパッタリングにより行った。また、下地層３、キャップ層５の形成は、それぞれ多結晶シリコンをターゲットとして用いて、アルゴンガスに２８体積％の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、圧力０．２５Ｐａ、電力密度３．４Ｗ／ｃｍ2の条件でACスパッタリングにより行った。さらに、ＡＺＯ（バリア層６）の形成は、上記したＡＺＯターゲットを用いて、アルゴンガスを導入しながら、圧力０．１Ｐａ、電力密度０．２５Ｗ／ｃｍ２、周波数１００ｋＨｚ、反転パルス幅１μｓｅｃの条件でDCパルススパッタリングにより行なった。
【００６２】
【表３】
【００６３】
【表４】
【００６４】
表３、４から明らかなように、導電層４の組成を所定の組成とすることで、適度なシート抵抗と厚さとを得ることができ、結果として素子の駆動と電波透過性とを両立することができ、また十分な耐擦傷性および可視光透過性を得られることがわかる。特に、図６に示すようにキャップ層５とバリア層６とを設けることで、エタノール拭き試験や耐熱試験によるシート抵抗変化が効果的に抑制され、耐擦傷性や安定性に優れるものとなることがわかる。
【００６５】
表５は、上記したＧＩＴターゲットとともに、導電層４の形成に適用可能なターゲットの例を示したものである。これらのターゲットを用いて、厚さ６０μｍのＳｉＯ２層が形成されたガラス板上に導電層４を形成した。導電層４の形成は、スパッタ法により、Ａｒ＋Ｏ２、８０ｓｃｃｍ、投入電力０．２ｋＷとし、１００秒成膜することにより行った。表６に、導電層４の成膜時のＯ２濃度およびスパッタレート、また形成された導電層４の厚さ、シート抵抗、抵抗率、耐熱試験による抵抗変化率を示した。
【００６６】
【表５】
【００６７】
【表６】
【００６８】
表５、６から明らかなように、ＧＩＴ（Ａ）〜ＧＩＴ（Ｄ）、ＳｎＯ２（Ｘ）、およびＡＴＯのいずれのターゲットを用いて成膜された導電層４についても、ＧＩＴターゲットを用いて成膜された導電層４に近いシート抵抗や抵抗変化率が得られることがわかる。従って、ＮｂおよびＴａの酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層、Ｓｂ酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層についても、本発明における導電層４に好適なことがわかる。
【００６９】
本発明の電波透過部材１は、調光素子等の透明基板として好適に用いることができる。図７は、調光素子を用いた調光窓材の一例を示す断面図である。この調光窓材１１では、一対の透明な外側基板１２の間に接着層１３を介して調光素子１４が設けられている。外側基板１２は、例えば二酸化ケイ素を主成分とする一般的なガラスの他、種々の組成の無機材料からなる無機ガラス、透明なアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機材料からなる樹脂ガラスとすることができる。
【００７０】
調光素子１４は、一対の透明基板１４１を有している。一対の透明基板１４１は、それぞれ表面に図示しない導電層を有しており、互いの導電層が対向するように配置されている。本発明の電波透過部材１は、このような調光素子１４における導電層を有する透明基板１４１として好適に用いられる。透明基板１４１の間には図示しない配向膜層を介して調光層１４２が配置されており、この調光層１４２の周囲を囲むようにシール材１４３が配置されている。
【００７１】
配向膜層は、例えばラビング処理された、あるいはラビング処理されていないポリイミド膜とすることができる。また、調光層１４２は、液晶を含むものであり、例えば液晶と硬化性化合物とを含む液晶組成物を液晶が配向するように硬化させた複合体とすることができる。液晶組成物としては、例えば特開２０００−１１９６５６号公報に記載された液晶組成物を用いることができる。一対の透明基板１４１は、互いに水平方向にずらして配置されており、このような配置により露出した透明基板１４１の図示しない導電層にバスバ１４４が電気的に接続されている。
【００７２】
このような調光窓材１１は、各種フレームに取り付けることにより窓として用いることができる。具体的には、自動車用窓（フロントガラス、サンシェード、リアガラス、フロントドアガラス、リアドアガラス、サンルーフ、リアクオーターガラス等）、列車用窓、航空機用窓、建築物（オフィスビル、住宅等）用窓として用いることができる。
【００７３】
調光窓材１１、特に調光素子１４における透明基板１４１として本発明の電波透過部材１を用いることで、調光素子１４の本来の機能、すなわち必要時に車外等から見えなくなるようにしたり、また日光を遮って温調機器の負担を軽減したりする機能を有効に発揮させつつ、車内等における電波を利用した機器の利用、例えばガレージオープナーや携帯電話機等の利用を可能とし、また十分な信頼性を有するものとすることができる。
【００７４】
なお、調光素子１４としては、液晶を利用する方式に限られず、他の方式、例えばＵＶ硬化樹脂中に直径５μｍ程度の液滴が分散して封入され、この液滴中に長さ０．５μｍ程度の青い棒状のＳＰＤ粒子が分散された調光材料を利用する方式であってもよい。また、本発明の電波透過部材１は、上記した調光窓材１１（調光素子１４）への適用に限られず、それ以外にも導電層と透明基板とを有し、電波透過性や可視光透過性が要求されるもの、例えば防曇窓材等の一部の基板に適用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…電波透過部材
２…透明基板
３…下地層
４…導電層
５…キャップ層
６…バリア層
１１…調光窓材
１４…調光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波透過部材、調光素子、および調光窓材に係り、特に透明基板に導電層が形成されたものであって、十分な電波透過性、耐擦傷性、および可視光透過性を有する電波透過部材、およびこれを用いた調光素子、調光窓材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光の透過量を制御することのできる窓材として調光窓材が知られている。調光窓材は、例えば一対の導電層（電極層）を有する透明基板の間に液晶を含む調光層が配置された調光素子を有するものであり、この調光素子に印加する電圧を変化させることによって、光の透過量を制御するものである。調光素子には、液晶の配向方向を調節することにより、例えば電圧印加時に光が透過し、非印加時に光が散乱するモード、これとは反対に電圧印加時に光が散乱し、非印加時に光が透過するモード等があり、用途や目的に応じて種々のモードを選択することができる。
【０００３】
このような調光素子における導電層は、例えばＳｎがドープされたＩｎ酸化物（ＩＴＯ）、ＳｂがドープされたＳｎ酸化物（ＡＴＯ）、ＩｎがドープされたＺｎ酸化物（ＩＺＯ）、ＧａがドープされたＺｎ酸化物（ＧＺＯ）、Ｓｎ酸化物等からなるものとされている。また、このような導電層の厚さは、例えば１０〜５０００ｎｍとされている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５８０４０号公報
【特許文献２】特開２００９−３６９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、自動車、列車、航空機、建築物等の窓材に調光窓材を用いることが検討されている。このような部分に調光窓材を用いることで、必要時に車外等から見えなくなるようにしてプライバシーを確保したり、また日光を遮って温調機器の負担を軽減したりすることができる。
【０００６】
ところで、調光窓材、特に調光素子における導電層には、車内等において電波を利用した機器を使用できるように十分な電波透過性を有することが求められる。例えば、自動車の場合、車内でガレージオープナーや携帯電話機等を使用できるようにする必要がある。建築物等についても、室内で携帯電話機等を使用できるようにする必要がある。これらの機器はいずれも電波を利用することから、調光窓材、特に調光素子における導電層には、十分な電波透過性を有することが求められる。
【０００７】
調光素子の導電層としては、上記したＩＴＯ膜が代表的なものとして挙げられる。しかしながら、ＩＴＯ膜の場合、十分な電波透過性を得るためには、非常に薄くする必要がある。導電層を薄くした場合、安定した抵抗値を得ることが難しく、また調光素子等を製造する際の損傷によって抵抗値が変化しやすく、結果として本来の機能を得られなくなるおそれがある。
【０００８】
例えば、調光素子等の製造においては、導電層の周辺部分に電極を取り付けるために、予めこの部分をエタノールに浸漬したフェルト等で拭き取るようにして洗浄することがある。この際、導電層が薄いと、拭き取りによる損傷によって抵抗値が変化しやすくなる。また、調光素子等における導電層には、十分な電波透過性や耐擦傷性に加えて、十分な可視光透過性を有することも求められる。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、十分な電波透過性、耐擦傷性、および可視光透過性を有し、調光素子等の透明基板として好適に用いられる電波透過部材、およびこれを用いた調光素子、調光窓材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電波透過部材は、透明基板に電波透過性を有する導電層が形成された電波透過部材であって、前記導電層は、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、およびＳｂから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層からなり、かつシート抵抗が１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下であることを特徴としている。
【００１１】
前記導電層は、Ｓｎ酸化物の含有量が８０質量％以上９９質量％以下であることが好ましく、少なくともＧａおよびＩｎの酸化物を含有することが好ましい。また、前記導電層の表面にはＳｉ酸化物からなるキャップ層を有することが好ましく、前記導電層と前記キャップ層との間にはＳｉ酸化物以外の絶縁性酸化物からなるバリア層を有することが好ましい。
【００１２】
本発明の電波透過部材は、１５０℃、９０分の耐熱試験を行ったとき、前記導電層の試験前のシート抵抗に対する試験後のシート抵抗の抵抗比である抵抗変化率が０．６以上１．０以下であることが好ましい。また、本発明の電波透過部材は、エタノール拭き試験を行ったとき、前記導電層の試験前のシート抵抗に対する試験後のシート抵抗の抵抗比である抵抗変化率が１．０以上２．０以下であることが好ましい。
【００１３】
本発明の調光素子は、表面に導電層を有する一対の透明基板と、前記一対の透明基板間に配置された調光層とを有し、前記一対の透明基板が互いの導電層が対向するように配置されたものであって、前記透明基板が上記した本発明の電波透過部材であることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の調光窓材は、一対の透明な外側基板間に調光素子が配置された調光窓材であって、前記調光素子が上記した本発明の調光素子であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、およびＳｂから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層からなり、かつシート抵抗が１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下である導電層を透明基板に形成して電波透過部材とすることで、十分な電波透過性、耐擦傷性、および可視光透過性を有するものとすることができる。また、このような電波透過部材を用いて調光素子または調光窓材とすることで、十分な電波透過性を有するものとしつつ、信頼性等についても十分なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の電波透過部材の一例を示す断面図。
【図２】導電層のシート抵抗と電波遮蔽性能との関係を示す図。
【図３】導電層の厚さとシート抵抗との関係を示す図。
【図４】導電層の厚さと、エタノール拭き試験による導電層のシート抵抗変化（抵抗差）および電波透過部材の可視光透過率との関係を示す図。
【図５】本発明のキャップ層を有する電波透過部材を示す断面図。
【図６】本発明のキャップ層およびバリア層を有する電波透過部材を示す断面図。
【図７】本発明の調光素子および調光窓材の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の電波透過部材の一例を示す断面図である。
本発明の電波透過部材１は、透明基板２の一方の主面に、例えば下地層３を介して電波透過性を有する導電層４が形成されたものである。
【００１９】
透明基板２は、透明性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばガラス、高分子フィルム等からなるものとすることができる。ガラスとしては、二酸化ケイ素を主成分とする一般的なガラスの他、種々の組成の無機材料からなる無機ガラス、透明なアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機材料からなる樹脂ガラスが挙げられる。また、高分子フィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系フィルム、ポリプロピレン等のポリオレフィン系フィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、アクリル樹脂系のフィルム、ポリエーテルサルフォンフィルム、ポリアリレートフィルム、ポリカーボネートフィルム等が挙げられる。これらの中でも、透明性に優れ、成形性、接着性、加工性等にも優れることから、ポリエチレンテレフタレートフィルムが好適に用いられる。
【００２０】
なお、透明基板２の下地層３が設けられる表面には、図示しないが易接着層が形成されていてもよい。易接着層としては、例えばコロナ放電により表面を物理的に荒らすとともに官能基を作る方法、インラインコートにより特定の化合物を塗布し、透明基板２との密着性に優れる薄層を形成する方法等により得られるものが挙げられる。
【００２１】
下地層３は、導電層４を形成するための下地となるものであって、例えばＳｉ酸化物（ＳｉＯ２）からなるものである。下地層３の厚さは必ずしも限定されるものではないが、後述するように導電層４のシート抵抗変化を抑制する観点から５ｎｍ以上が好ましく、通常は２０ｎｍ以下で十分である。下地層３は、真空蒸着法、反応性蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理気相折出法、プラズマＣＶＤ法等の化学気相折出法等により形成することができる。なお、本発明の電波透過部材１については、必ずしも下地層３が設けられている必要はなく、透明基板２に導電層４が直接形成されていてもよい。
【００２２】
導電層４は、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、およびＳｂから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有するＳｎ酸化物（ＳｎＯ２）主成分層であり、かつシート抵抗が１５００以上６０００Ω／□以下のものである。ここで、Ｓｎ酸化物主成分層とは、Ｓｎ酸化物を５０質量％以上含有する層を意味する。
【００２３】
このような導電層４についても、真空蒸着法、反応性蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理気相折出法、プラズマＣＶＤ法等の化学気相折出法等により形成することができる。通常、Ｓｎ酸化物を主成分とし、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、およびＳｂから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有するターゲットを用い、スパッタ法により雰囲気中のＯ２濃度を例えば４〜７体積％として成膜することで、所定の組成およびシート抵抗を有するものを得ることができる。
【００２４】
本発明では、導電層４の組成およびシート抵抗を所定のものとすることで、十分な電波透過性、耐擦傷性、および可視光透過性を有するものとすることできる。すなわち、導電層４のシート抵抗を１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下とすることで、例えば調光素子等の導電層に用いた場合に、素子の駆動を良好に行いつつ、電波透過性も十分なものとすることができる。また、所定の組成とすることで、シート抵抗を１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下とした場合の厚さも適度なものとすることができ、十分な耐擦傷性を有するもの、具体的には有機溶剤を用いた拭き取り等によるシート抵抗変化が小さいものとすることができる。さらに、所定の組成とすることで、可視光透過性も十分なものとすることができる。また、所定の組成とすることで、長期間放置した場合のシート抵抗変化も小さいものとすることができる。これにより、調光素子等に用いた場合に、電波透過性を向上させつつ、十分な製造性や信頼性を有するものとすることができる。
【００２５】
導電層４、すなわちＳｎ酸化物主成分層におけるＳｎ酸化物の含有量は、８０質量％以上９９質量％以下が好ましく、８５質量％以上９７質量％以下が好ましい。Ｓｎ酸化物の含有量を８０質量％以上９９質量％以下とすることで、上記した諸特性のバランスに優れるものとすることができる。
【００２６】
導電層４は、例えばＧａおよびＩｎの酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層とすることができる。ＧａおよびＩｎの酸化物（Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３）を含有させることで、より諸特性のバランスに優れたものとすることができる。導電層４におけるＧａおよびＩｎの酸化物の含有量（合計量）は、１質量％以上２０質量％以下が好ましく、３質量％以上１５質量％以下がより好ましい。また、質量でのＩｎ酸化物の含有量に対するＧａ酸化物の含有量の比（＝Ｇａ酸化物の含有量／Ｉｎの酸化物の含有量）は、０．２以上０．９以下が好ましく、０．３以上０．８以下がより好ましい。
【００２７】
ＧａおよびＩｎの酸化物を含有させる場合、併せてＴｉ酸化物（ＴｉＯ２）を含有させることができる。この場合、質量でのＧａおよびＩｎの酸化物の含有量（合計量）に対するＴｉ酸化物の含有量の比（＝Ｔｉ酸化物の含有量／ＧａおよびＩｎの酸化物の含有量）は、０．０５以上０．３以下が好ましく、０．０７以上０．２以下が好ましい。
【００２８】
また、導電層４は、例えばＮｂおよびＴａの酸化物（Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５）を含有するＳｎ酸化物主成分層とすることができる。この場合、導電層４におけるＮｂおよびＴａの酸化物の含有量（合計量）は、１質量％以上５質量％以下が好ましく、２質量％以上４質量％以下がより好ましい。また、質量でのＴａ酸化物の含有量に対するＮｂ酸化物の含有量の比（＝Ｎｂ酸化物の含有量／Ｔａ酸化物の含有量）は、０．１以上０．４以下が好ましく、０．１５以上０．３５以下がより好ましい。
【００２９】
さらに、導電層４は、例えばＳｂ酸化物（Ｓｂ２Ｏ３）を含有するＳｎ酸化物主成分層とすることができる。この場合、導電層４におけるＳｂ酸化物の含有量は、１質量％以上５質量％以下が好ましく、２質量％以上４質量％以下がより好ましい。
【００３０】
以下、本発明におけるシート抵抗等の規定理由について具体的に説明する。
導電層４の電波遮蔽効果は下記式１に示すシェルクノフの式により近似的に与えられる。
【数１】
ここで、Ｚｃは空気の波動インピーダンス（３７７Ω）であり、Ｒｓは導電層４のシート抵抗である。シェルクノフの式より、導電層４のシート抵抗が高いほど電波遮蔽性能が低下し、電波が透過しやすくなることが分かる。
【００３１】
図２は、シェルクノフの式より算出した導電層４のシート抵抗と電波遮蔽性能との関係を示したものである。シート抵抗が１５００Ω／□を超えると電波遮蔽性能が２ｄＢ以下、さらには１ｄＢ以下となり十分に電波が透過することが分かる。一方、調光素子等を駆動させるためには面内に均一に電圧が印加される必要があり、ある程度低抵抗であることが好ましい。
【００３２】
例えば、調光材料として、Research Frontiers社製のＳＰＤ（Suspended Particle Device）が知られている。このＳＰＤは、ＵＶ硬化樹脂中に直径５μｍ程度の液滴が分散されて封入されており、この液滴中に長さ０．５μｍ程度の青い棒状のＳＰＤ粒子が分散されたものである。このような調光材料を良好に駆動させるためには、シート抵抗が６０００Ω／□以下であることが好ましい。
【００３３】
このため、本発明では、素子の駆動と電波透過性とを両立させる観点から、導電層４のシート抵抗を１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下としている。素子の駆動と電波透過性能との両立に加えて、電波透過部材１の製造時あるいは使用時のシート抵抗変化を抑制し、またシート抵抗変化後も所定のシート抵抗の範囲内となるようにし、さらに十分な可視光透過性を有するものとする観点から、導電層４のシート抵抗は２０００Ω／□以上５０００Ω／□以下が好ましく、３０００Ω／□以上４０００Ω／□以下がより好ましい。
【００３４】
図３は、各種の導電層４の厚さとシート抵抗との関係を示したものである。
導電層４の形成には、１０質量％のＳｎＯ２を添加したＩｎ２Ｏ３を焼結して得られたターゲット（１０ＩＴＯ）、４０質量％のＳｎＯ２を添加したＩｎ２Ｏ３を焼結して得られたターゲット（４０ＩＴＯ）、４質量％のＧａ２Ｏ３および５質量％のＩｎ２Ｏ３を添加したＳｎＯ２を焼結して得られたターゲット（ＧＩＴ）、Ｇａ２Ｏ３およびＩｎ２Ｏ３が５０質量％ずつとなるように混合したものを焼結して得られたターゲット（ＧＩＯ）を用いた。
【００３５】
導電層４の形成は、それぞれのターゲットを用いて、アルゴンガスに４．０体積％の酸素ガスを混合した混合ガスを用い、圧力０．１Ｐａ、電力密度２．５Ｗ／ｃｍ２、周波数１００ｋＨｚ、反転パルス幅１μｓｅｃ、成膜時間を変更することにより厚さを変更し、DCパルススパッタリングにより行った。導電層４の組成は、その形成に用いたターゲットの組成と同様のものとなっている。なお、ここでは、ＧＩＴターゲットを用いて成膜された導電層４が本発明における導電層４に相当する。
【００３６】
シート抵抗は、三菱化学社製 Loresta-GP MCP-T６１０（ＡＳＰプローブ 試料１０ｃｍ□）を用いて４探針形式にて測定した。厚さは、予め反射スペクトルのフィッティングにより求められた成膜レートより求めたものであり、成膜レートが投入電力により直線的に変化するとものと仮定して概算した。
【００３７】
図３から明らかなように、ＩＴＯターゲットにより形成された導電層４については、シート抵抗を１５００Ω／□以上とするためには１０ｎｍ未満の厚さとする必要があることがわかる。しかし、このような厚さとすると、導電層４が島状に形成されるためにシート抵抗の安定性が低下し、耐擦傷性も低下するおそれがある。また、導電層４の形成時のＯ２濃度を過度に低くあるいは高くすることで、厚さを大きくしたままシート抵抗を高くすることも考えられるが、シート抵抗の安定性が低下するおそれがあるために好ましくない。
【００３８】
ＧＩＯターゲットにより形成された導電層４については、シート抵抗を６０００Ω／□以下とするためには５０ｎｍを超える厚さとする必要があることがわかる。しかし、このような厚さとすると、可視光反射率が上昇するために可視光透過率が低下し、また成膜に時間を要するために生産性に優れないものとなるおそれがある。
【００３９】
これらのものに対してＧＩＴターゲットにより形成された導電層４については、適度な厚さを有しつつ、シート抵抗が１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下となることがわかる。すなわち、ＧａおよびＩｎの酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層によれば、適度な厚さとシート抵抗とを両立することができ、これにより素子の駆動と電波透過性能とを両立しつつ、十分な耐擦傷性や可視光透過性を有するものとできることがわかる。
【００４０】
導電層４の厚さは、所定のシート抵抗を得るとともに、十分な耐擦傷性および可視光透過性を得る観点から、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましく、１３ｎｍ以上４０ｎｍ以下がより好ましく、１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下がさらに好ましい。導電層４の厚さを１０ｎｍ以上とすることで、シート抵抗を６０００Ω／□以下とすることができ、また十分な耐擦傷性を得ることができる。一方、導電層４の厚さを５０ｎｍ以下とすることで、十分な可視光透過性を得ることができる。
【００４１】
図４は、導電層４の厚さと、エタノール拭き試験によるシート抵抗変化（抵抗差）および電波透過部材１の可視光透過率との関係を示したものである。ここでは、透明基板２として易接着層を有する厚さが１００μｍのＰＥＴフィルムを用い、このＰＥＴフィルム上に厚さが１４μｍの下地層３を形成した後、さらに厚さが１２、２４、または４８ｎｍの導電層４を形成して電波透過部材１とした。
【００４２】
なお、導電層４の形成は、上記したＧＩＴターゲットを用いて、アルゴンガスに４．０体積％の酸素ガスを混合した混合ガスを用い、圧力０．１Ｐａ、電力密度２．５Ｗ／ｃｍ２、周波数１００ｋＨｚ、反転パルス幅１μｓｅｃ、成膜時間を変更することにより厚さを変更し、DCパルススパッタリングにより行った。また、下地層３の形成は、多結晶シリコンをターゲットとして用いて、アルゴンガスに２８体積％の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、圧力０．２５Ｐａ、電力密度３．４Ｗ／ｃｍ2の条件でACスパッタリングにより行った。
【００４３】
エタノール拭き試験は、エタノールに浸漬したフェルトを用い、このフェルトに５００ｇの荷重をかけて導電層４上で１０往復させることにより行った。また、シート抵抗変化は、エタノール拭き試験前後のシート抵抗差（＝試験後のシート抵抗−試験前のシート抵抗）を求めた。シート抵抗差は、耐擦傷性の指標となるものであり、シート抵抗差が小さいほど導電層４が損傷しにくく、耐擦傷性に優れることを示す。
【００４４】
また、可視光透過率は、電波透過部材１について島津製作所製のＳｏｌｉｄＳｐｅｃ３７００（商品名）を用いて分光測定を実施し、ＩＳＯ１３８３７（２００８）に準拠してＡ光源可視光透過率（Ｔｖａ）を算出した。
【００４５】
図４から明らかなように、導電層４の厚さを１０ｎｍ以上とすることでエタノール拭き試験によるシート抵抗変化が５００Ω／□以下となり、厚さを大きくすることでエタノール拭き試験によるシート抵抗変化はさらに小さくなることがわかる。一方、導電層４の厚さを５０ｎｍ以下とすることで７５％以上の可視光透過率を確保することができ、導電層４の厚さを小さくすることで８０％以上、さらには８５％以上の可視光透過率を確保できることがわかる。
【００４６】
本発明の電波透過部材１には、耐擦傷性を向上させる観点から、図５に示すように導電層４の表面、具体的には透明基板２や下地層３に接する主面とは反対側の主面に導電層４を保護するためのＳｉ酸化物（ＳｉＯ２）からなるキャップ層５を設けることが好ましい。キャップ層５の厚さは、耐擦傷性を効果的に向上させる観点から、１ｎｍ以上が好ましく、２ｎｍ以上がより好ましい。また、キャップ層５の厚さは、通常は２０ｎｍもあれば十分であり、このような厚さ以下とすることで生産性にも優れるものとすることができる。
【００４７】
表１は、下地層３やキャップ層５の厚さを変化させたときのエタノール拭き試験による導電層４のシート抵抗変化（抵抗変化率）を示したものである。ここでは、透明基板２として易接着層を有する厚さが１００μｍのＰＥＴフィルムを用い、このＰＥＴフィルム上に厚さが１３〜２６ｎｍの下地層３、および厚さが２０ｎｍの導電層４を順に形成して電波透過部材１とした。また、キャップ層５を有するものについては、さらに厚さが５〜１０ｎｍのキャップ層５を形成して電波透過部材１とした。
【００４８】
導電層４の形成は、上記したＧＩＴターゲットを用いて、アルゴンガスに４．０体積％の酸素ガスを混合した混合ガスを用い、圧力０．１Ｐａ、電力密度２．５Ｗ／ｃｍ２、周波数１００ｋＨｚ、反転パルス幅１μｓｅｃの条件でDCパルススパッタリングにより行った。また、下地層３、キャップ層５の形成は、それぞれ多結晶シリコンをターゲットとして用いて、アルゴンガスに２８体積％の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、圧力０．２５Ｐａ、電力密度３．４Ｗ／ｃｍ2の条件でACスパッタリングにより行った。
【００４９】
なお、ここではシート抵抗変化として、抵抗差を求める代わりに、抵抗変化率（＝エタノール拭き試験後のシート抵抗／エタノール拭き試験前のシート抵抗）を求めた。シート抵抗変化率は、信頼性の観点から、２．０以下が好ましく、１．５以下がより好ましく、１．１以下がさらに好ましい。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１から明らかなように、キャップ層５を設けることで、エタノール拭き試験によるシート抵抗変化が１．５以下、より好ましくは１．１以下となることがわかる。また、同表から明らかなように、下地層３もシート抵抗変化の抑制に有効であり、その厚さは５ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましいことがわかる。また、下地層３の厚さが２０ｎｍ程度となるとシート抵抗変化が十分に抑制され、それ以上の厚さとしても効果に変化は見られないことから、通常は２０ｎｍ以下が好ましいことがわかる。
【００５２】
また、表２は、下地層３の厚さを上記した１３ｎｍに固定し、キャップ層５の厚さをより詳細に変化させたときのエタノール拭き試験による導電層３のシート抵抗変化（抵抗変化率）を示したものである。なお、同表には、別途、１５０℃、９０分の耐熱試験を行ったときのシート抵抗変化（抵抗変化率（＝耐熱試験後のシート抵抗／耐熱試験前のシート抵抗））も併せて示している。
【００５３】
耐熱試験は常温で長期間放置した場合に相当する加速試験であり、この耐熱試験によるシート抵抗変化率が１に近いほど安定性が高く信頼性に優れることを示す。信頼性の観点から、耐熱試験後のものについても、シート抵抗が１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下の範囲内となることが好ましく、このようなものとするためにも耐熱試験による抵抗変化率は０．６以上であることが好ましい。
【００５４】
【表２】
【００５５】
表２から明らかなように、キャップ層５の厚さを２ｎｍ以上とすることで、エタノール拭き試験によるシート抵抗変化は十分に抑制されることがわかる。しかし、同表から明らかなように、キャップ層５を設けなかった場合の耐熱試験によるシート抵抗の抵抗変化率が０．７程度であるのに対し、キャップ層５を設けた場合の耐熱試験によるシート抵抗の抵抗変化率は０．５程度となり、キャップ層５を設けることで耐熱試験によるシート抵抗変化は大きくなることがわかる。
【００５６】
キャップ層５を設けた場合の耐熱試験によるシート抵抗の大きな変化は、キャップ層５であるＳｉＯ２層中のＯ２により導電層４の酸化が進行し、導電層４における移動度が上昇するためと推定される。このようなことから、例えば図６に示すように導電層４とキャップ層５との間に導電層４の酸化を抑制するためのバリア層６を設けることが好ましい。
【００５７】
バリア層６は、ＳｉＯ２層以外の絶縁性酸化物層からなるものであれば必ずしも限定されるものではないが、例えばＡｌおよびＺｎの酸化物層、ＧａおよびＩｎの酸化物層、Ｎｂの酸化物層等が好適なものとして挙げられる。バリア層６の厚さは、０．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下が好ましく、１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下がより好ましい。
【００５８】
バリア層６の厚さを０．５ｎｍ以上とすることで、導電層４の酸化によるシート抵抗変化を効果的に抑制することができる。一方、バリア層６の厚さは５．０ｎｍ程度もあれば十分に導電層４の酸化によるシート抵抗変化を抑制することができ、これ以下とすることで生産性にも優れるものとすることができる。また、可視光透過性を十分なものとする観点から、バリア層６は導電層４との屈折率差が０．１以下となるものが好ましい。
【００５９】
バリア層６の形成は、真空蒸着法、反応性蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理気相折出法、プラズマＣＶＤ法等の化学気相折出法等により形成することができる。例えば、１質量％以上１０質量％以下、より好ましくは３質量％以上７質量％以下のＡｌが添加されたＺｎ酸化物（ＺｎＯ）を焼結して得られるターゲットを用い、スパッタ法により好適に形成することができる。この際、Ａｒ雰囲気のみ、すなわちＯ２濃度を０（ゼロ）にして成膜することで、その後のキャップ層５の形成時の酸素プラズマによる導電層４の酸化、および形成されたキャップ層５からのＯ２の拡散による酸化の抑制が期待できる。
【００６０】
表３は、図１（透明基板／下地層／導電層）、図５（透明基板／下地層／導電層／キャップ層）、および図６（透明基板／下地層／導電層／バリア層／キャップ層）に示す構造の電波透過部材１の諸特性をまとめて示したものである。各層の構成材料および厚さは表４に示すものとした。
【００６１】
なお、表４中、ＧＩＴは、上記したＧＩＴターゲットを用いて成膜された層であることを意味する。また、ＡＺＯは、５質量％のＡｌを添加したＺｎＯを焼結して得られたＡＺＯターゲットを用いて成膜された層であることを意味する。ＧＩＴ層（導電層４）の形成は、上記したＧＩＴターゲットを用いて、アルゴンガスに４．０体積％の酸素ガスを混合した混合ガスを用い、圧力０．１Ｐａ、電力密度２．５Ｗ／ｃｍ２、周波数１００ｋＨｚ、反転パルス幅１μｓｅｃの条件でDCパルススパッタリングにより行った。また、下地層３、キャップ層５の形成は、それぞれ多結晶シリコンをターゲットとして用いて、アルゴンガスに２８体積％の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、圧力０．２５Ｐａ、電力密度３．４Ｗ／ｃｍ2の条件でACスパッタリングにより行った。さらに、ＡＺＯ（バリア層６）の形成は、上記したＡＺＯターゲットを用いて、アルゴンガスを導入しながら、圧力０．１Ｐａ、電力密度０．２５Ｗ／ｃｍ２、周波数１００ｋＨｚ、反転パルス幅１μｓｅｃの条件でDCパルススパッタリングにより行なった。
【００６２】
【表３】
【００６３】
【表４】
【００６４】
表３、４から明らかなように、導電層４の組成を所定の組成とすることで、適度なシート抵抗と厚さとを得ることができ、結果として素子の駆動と電波透過性とを両立することができ、また十分な耐擦傷性および可視光透過性を得られることがわかる。特に、図６に示すようにキャップ層５とバリア層６とを設けることで、エタノール拭き試験や耐熱試験によるシート抵抗変化が効果的に抑制され、耐擦傷性や安定性に優れるものとなることがわかる。
【００６５】
表５は、上記したＧＩＴターゲットとともに、導電層４の形成に適用可能なターゲットの例を示したものである。これらのターゲットを用いて、厚さ６０μｍのＳｉＯ２層が形成されたガラス板上に導電層４を形成した。導電層４の形成は、スパッタ法により、Ａｒ＋Ｏ２、８０ｓｃｃｍ、投入電力０．２ｋＷとし、１００秒成膜することにより行った。表６に、導電層４の成膜時のＯ２濃度およびスパッタレート、また形成された導電層４の厚さ、シート抵抗、抵抗率、耐熱試験による抵抗変化率を示した。
【００６６】
【表５】
【００６７】
【表６】
【００６８】
表５、６から明らかなように、ＧＩＴ（Ａ）〜ＧＩＴ（Ｄ）、ＳｎＯ２（Ｘ）、およびＡＴＯのいずれのターゲットを用いて成膜された導電層４についても、ＧＩＴターゲットを用いて成膜された導電層４に近いシート抵抗や抵抗変化率が得られることがわかる。従って、ＮｂおよびＴａの酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層、Ｓｂ酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層についても、本発明における導電層４に好適なことがわかる。
【００６９】
本発明の電波透過部材１は、調光素子等の透明基板として好適に用いることができる。図７は、調光素子を用いた調光窓材の一例を示す断面図である。この調光窓材１１では、一対の透明な外側基板１２の間に接着層１３を介して調光素子１４が設けられている。外側基板１２は、例えば二酸化ケイ素を主成分とする一般的なガラスの他、種々の組成の無機材料からなる無機ガラス、透明なアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機材料からなる樹脂ガラスとすることができる。
【００７０】
調光素子１４は、一対の透明基板１４１を有している。一対の透明基板１４１は、それぞれ表面に図示しない導電層を有しており、互いの導電層が対向するように配置されている。本発明の電波透過部材１は、このような調光素子１４における導電層を有する透明基板１４１として好適に用いられる。透明基板１４１の間には図示しない配向膜層を介して調光層１４２が配置されており、この調光層１４２の周囲を囲むようにシール材１４３が配置されている。
【００７１】
配向膜層は、例えばラビング処理された、あるいはラビング処理されていないポリイミド膜とすることができる。また、調光層１４２は、液晶を含むものであり、例えば液晶と硬化性化合物とを含む液晶組成物を液晶が配向するように硬化させた複合体とすることができる。液晶組成物としては、例えば特開２０００−１１９６５６号公報に記載された液晶組成物を用いることができる。一対の透明基板１４１は、互いに水平方向にずらして配置されており、このような配置により露出した透明基板１４１の図示しない導電層にバスバ１４４が電気的に接続されている。
【００７２】
このような調光窓材１１は、各種フレームに取り付けることにより窓として用いることができる。具体的には、自動車用窓（フロントガラス、サンシェード、リアガラス、フロントドアガラス、リアドアガラス、サンルーフ、リアクオーターガラス等）、列車用窓、航空機用窓、建築物（オフィスビル、住宅等）用窓として用いることができる。
【００７３】
調光窓材１１、特に調光素子１４における透明基板１４１として本発明の電波透過部材１を用いることで、調光素子１４の本来の機能、すなわち必要時に車外等から見えなくなるようにしたり、また日光を遮って温調機器の負担を軽減したりする機能を有効に発揮させつつ、車内等における電波を利用した機器の利用、例えばガレージオープナーや携帯電話機等の利用を可能とし、また十分な信頼性を有するものとすることができる。
【００７４】
なお、調光素子１４としては、液晶を利用する方式に限られず、他の方式、例えばＵＶ硬化樹脂中に直径５μｍ程度の液滴が分散して封入され、この液滴中に長さ０．５μｍ程度の青い棒状のＳＰＤ粒子が分散された調光材料を利用する方式であってもよい。また、本発明の電波透過部材１は、上記した調光窓材１１（調光素子１４）への適用に限られず、それ以外にも導電層と透明基板とを有し、電波透過性や可視光透過性が要求されるもの、例えば防曇窓材等の一部の基板に適用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…電波透過部材
２…透明基板
３…下地層
４…導電層
５…キャップ層
６…バリア層
１１…調光窓材
１４…調光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板に電波透過性を有する導電層が形成された電波透過部材であって、
前記導電層は、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、およびＳｂから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層であり、かつシート抵抗が１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下であることを特徴とする電波透過部材。
【請求項２】
前記導電層におけるＳｎ酸化物の含有量が８０質量％以上９９質量％以下であることを特徴とする請求項１記載の電波透過部材。
【請求項３】
前記導電層は少なくともＧａおよびＩｎの酸化物を含有することを特徴とする請求項１または２記載の電波透過部材。
【請求項４】
前記導電層の表面にＳｉ酸化物からなるキャップ層を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電波透過部材。
【請求項５】
前記導電層と前記キャップ層との間にＳｉ酸化物以外の絶縁性酸化物からなるバリア層を有することを特徴とする請求項４記載の電波透過部材。
【請求項６】
前記電波透過部材に対して１５０℃、９０分の耐熱試験を行ったとき、前記導電層の試験前のシート抵抗に対する試験後のシート抵抗の抵抗比である抵抗変化率が０．６以上１．０以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電波透過部材。
【請求項７】
前記電波透過部材に対してエタノール拭き試験を行ったとき、前記導電層の試験前のシート抵抗に対する試験後のシート抵抗の抵抗比である抵抗変化率が１．０以上２．０以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の電波透過部材。
【請求項８】
表面に導電層を有する一対の透明基板と、前記一対の透明基板間に配置された調光層とを有し、前記一対の透明基板が互いの導電層が対向するように配置された調光素子であって、
前記透明基板が請求項１乃至７のいずれか１項記載の電波透過部材であることを特徴とする調光素子。
【請求項９】
一対の透明な外側基板間に調光素子が配置された調光窓材であって、
前記調光素子が請求項８記載の調光素子であることを特徴とする調光窓材。
【請求項１】
透明基板に電波透過性を有する導電層が形成された電波透過部材であって、
前記導電層は、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、およびＳｂから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有するＳｎ酸化物主成分層であり、かつシート抵抗が１５００Ω／□以上６０００Ω／□以下であることを特徴とする電波透過部材。
【請求項２】
前記導電層におけるＳｎ酸化物の含有量が８０質量％以上９９質量％以下であることを特徴とする請求項１記載の電波透過部材。
【請求項３】
前記導電層は少なくともＧａおよびＩｎの酸化物を含有することを特徴とする請求項１または２記載の電波透過部材。
【請求項４】
前記導電層の表面にＳｉ酸化物からなるキャップ層を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電波透過部材。
【請求項５】
前記導電層と前記キャップ層との間にＳｉ酸化物以外の絶縁性酸化物からなるバリア層を有することを特徴とする請求項４記載の電波透過部材。
【請求項６】
前記電波透過部材に対して１５０℃、９０分の耐熱試験を行ったとき、前記導電層の試験前のシート抵抗に対する試験後のシート抵抗の抵抗比である抵抗変化率が０．６以上１．０以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電波透過部材。
【請求項７】
前記電波透過部材に対してエタノール拭き試験を行ったとき、前記導電層の試験前のシート抵抗に対する試験後のシート抵抗の抵抗比である抵抗変化率が１．０以上２．０以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の電波透過部材。
【請求項８】
表面に導電層を有する一対の透明基板と、前記一対の透明基板間に配置された調光層とを有し、前記一対の透明基板が互いの導電層が対向するように配置された調光素子であって、
前記透明基板が請求項１乃至７のいずれか１項記載の電波透過部材であることを特徴とする調光素子。
【請求項９】
一対の透明な外側基板間に調光素子が配置された調光窓材であって、
前記調光素子が請求項８記載の調光素子であることを特徴とする調光窓材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１１４０４１（Ｐ２０１２−１１４０４１Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６３９３２（Ｐ２０１０−２６３９３２）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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