JP2002508035A - 無色のダイヤモンド様カーボン・コーティング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本質的に無色で透明な低共役のダイヤモンド様カーボン（ＤＬＣ）コーティングを基板上に形成させる方法が開示される。そのようなコーティングは自動車及び航空機用に使用されるプラスチック窓に付着させたとき、特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 無色のダイヤモンド様カーボン・コーティング 本発明は、一般に、本質的に無色のダイヤモンド様カーボンのコーティングを 基板上に形成させる方法に関する。特に本発明は、自動車及び航空機の窓に使用 されるプラスチック基板上にそのようなコーティングを形成させる方法に関する 。 背景の技術 最近側面衝撃からの保護のために提案された自動車の安全基準により、自動車 用のプラスチック側面窓の必要性が増大している。現在使用されているガラス窓 は、横からの衝撃で乗客が放り出されるのを防ぐことに適切な役割を果たしてい ない。プラスチック窓は、改良された安全性に加えて、軽く、優れた遮音性も有 する。 飛行機の製造業者も、プラスチック窓の改良に非常に興味を持っている。耐引 掻き及び衝撃性は、重要な関心事である。そのようなコーティングは、高い高度 で存在する大気汚染物質の硫酸に対して不活性であり且つそれからプラスチック を保護しなければならない。 現在のケイ素に基づく耐引掻き性化技術は、その短寿命のため、自動車のプラ スチック窓への使用は難しい。飛行機は耐重量及び衝撃性に対して敏感なため、 その工業は、プラスチックをいくつかの窓に使用することを促しているが、過剰 の引っ掻きが視野を邪魔するので取り替える速度を速くする必要がある。 光学的プラスチックに対してダイヤモンド様カーボン（ＤＴＣ）コーティング が提示されてきた。ＤＬＣは優秀な耐引っ掻き性を与え、化学品の作用に対する 障壁となる。サングラスに対するＤＬＣでコーティン グされたプラスチックレンズは商業的に普及してきた。しかしながら、普通のＤ ＬＣコーティングは典型的には黄褐色ないし暗褐色をしているから、ＤＬＣは無 色のコーティングを必要としないこれらの光学的用途にだけ一般に使用されてき た。 明らかに、本質的に無色で、透明なＤＬＣに基づくコーティングの製造法並び に得られるコーティングそれ自体が必要とされている。本発明の他の目的及び利 点は、以下の詳細な記述を参照すれば、同業者にとって明白になるであろう。 発明の概略 本発明は、 （ａ）薄いＤＬＣ層を基板上に付着させ、 （ｂ）この付着させたＤＬＣを、ＤＬＣ中の二重結合を飽和しうる反応性種と接 触させて、低共役ＤＬＣを生成させ、 （ｃ）この低共役ＤＬＣの表面状に薄いＤＬＣ層を付着させ、 （ｄ）工程（ｃ）で付着させたＤＬＣを、ＤＬＣ中の二重結合を飽和しうる反応 性種と接触させて、低共役ＤＬＣを生成させ、 （ｅ）所望の厚さの低共役ＤＬＣのコーティングが形成されるまで工程（ｃ）及 び（ｄ）を繰り返す、 ことを含んでなる、本質的に無色で透明な低共役のＤＬＣコーティングの製造法 を提供する。 付着される各薄いＤＬＣ層の厚さは、好ましくは約０．１μｍまたはそれ以下 であり、低共役ＤＬＣ（１ｃ−ＤＬＣ）の厚さは好ましくは約１０μｍまたはそ れ以下である。反応性種は好ましくは気体状態であり、好ましくはハロゲン、即 ち弗素、塩素または臭素の、或いは水素の活性 形である。本質的に無色で透明な低共役ＤＬＣの所望の厚さが約０．１μｍまた はそれ以下である場合には、本方法は所望の厚さのＤＬＣ層が付着される工程（ ａ）と工程（ｂ）からなっていてよい。 発明の詳細な説明 ＤＬＣはｓｐ２及びｓｐ３で結合した炭素の混合体である。真のダイヤモンド に存在するｓｐ３結合は単結合であり、それと関連した可視スペクトルに光吸収 帯がない。そのような単結合は電磁スペクトルのＵＶ領域に吸収を示す。これに 対し、グラファイトに存在するｓｐ２結合した炭素は、二重結合であり、従って 動きやすい電子を有し、低エネルギーの電磁波と相互作用しうる。二重結合は、 十分な数の結合が一緒に共役すると可視スペクトルでも相互作用しあう。例えば グラファイトは非常に薄い組成物においてでさえ、強い二重結合の共役網目構造 のために、黒色で不透明である。ＤＬＣはグラファイトよりも非常に弱い強さの 共役網目構造を有し、典型的にはそれと関連して明黄褐色であるけれども、薄い コーティング、即ち約１μｍ以下の厚さのコーティングにおいては典型的には透 明である。厚いコーティング、即ち約５μｍ以上の厚さのコーティングでは、Ｄ ＬＣは暗褐色ないし殆ど黒色をして不透明である。多くの光学級の窓の耐引掻き 性コーティングは、好ましくは所望によって色を付けることができるように透明 且つ無色である必要がある。 本発明の方法は、ＤＬＣ中の二重結合を飽和にする、即ち二重結合を単結合に 転化し、これによって共役を低下させる方法に関する。これは化学的な付加、即 ち薄いＤＬＣ層の付着中及び／または間に反応性種をＤＬＣと接触させ、低共役 のＤＬＣ（１ｃ−ＤＬＣ）にすることによって達成される。そのような反応の例 を方程式１に示す。式中反応性種Ｘ *は反応して、二重結合を消失させる。 反応性種Ｘ*は好ましくは気体状態である。この反応性種は二重結合と反応で きるものであり、好ましくはハロゲン、即ち弗素、塩素または臭素の、或いは水 素の活性形である。これらの活性種の初期の前駆体基底状態源は、典型的には二 原子気体Ｆ₂、Ｃｌ₂及びＨ₂のような気体またはその種が他の元素と結合した気 体、例えばＣＦ₄、ＳＦ₆及びＣＣｌ₄であるであろう。活性種の発生例を、方程 式２及び３で示そう。ここに適用するエネルギーは、中でも電磁波または熱であってよい。 本発明の方法の１つの具体例において、反応性種Ｆ*はＤＬＣを基板上に付着 させる繰り返し工程間に二重結合を飽和させる「ブリーチング（ｂｌｅａｃｈｉ ｎｇ）」サイクルにおいてｓｐ２結合と反応する。各付着工程では、薄い、即ち 厚さが約０．１μｍまたはそれ以下のＤＬＣ層を、技術的によく知られた多くの ＤＬＣ付着技術のいずれか、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）、レーザーアブレーショ ン（ａｂｌａｔｉｏｎ）、イオンビームアブレーション、プラズマトーチ、陽極 アークなどによっ て付着させる。種々のＣＶＤ技術は、Ｐ．Ｋ．バッハマン（Ｂａｃｈｍａｎ）等 、ダイヤモンドと関連材料（Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔ ｅｒｉａｌｓ）、１、１（１９９１）に開示されている。これらのうち、ＲＦ励 起を用いるＣＶＤ技術及びプラズマ源イオンインプランテーション（ｉｍｐｌａ ｎｔａｔｉｏｎ）（ＰＳＩＩ）として公知のイオンインプランテーション技術は 、本方法において簡便に使用できる。この付着工程を停止し、「ブリーチング」 工程を開始する。反応性種Ｘ*のプラズマはエネルギーの負荷、例えば１３．５ ６ＭＨｚのラジオ波での励起によって生じさせることができ、得られる種を薄い ＤＬＣ相中のｓｐ２結合と反応させることができる。Ｘ*種は、イオンの形でゆ っくりと発生せしめ、公知のイオンインプランテーション技術によりＤＬＣコー ティング中へ「導入」される。ついで「ブリーチング」工程を停止し、そして付 着及び「ブリーチング」のサイクルを、所望の厚さのコーティングが達成される まで続ける。 「ブリーチング」すべきＤＬＣ層の厚さは、活性種Ｘ*をＤＬＣ中に効果的に 拡散させるのに十分な薄さでなければならない。ＤＬＣ付着と「ブリーチング」 の交互の工程は工程室内で行われ、ＤＬＣ層を、活性種Ｘ*がＤＬＣ中へ効果的 に拡散すように十分な薄い、即ち厚さが約０．１μｍまたはそれ以下となること を保証する。さもなければＤＬＣの表面付近だけが脱色されることになるであろ う。 上述の交互の工程は、例えばＤＬＣ付着を用いる場合、工程気体を多分岐管へ 供給し、付着気体（例えばメタン、アセチレンなど）から「ブリーチング」気体 へ前後して切り換える高速バルブ制禦を用いることにより簡便に達成することが できる。陽極アーク、レーザービーム、また はイオンビームアブレーションを用いるアブレーション付着技術の場合、「ブリ ーチング」気体は、除去されるカーボン煙間においてＤＬＣ基板上に吹きかける ことができる。高速バルブ技術は商業的に行われている。付着及び「ブリーチン グ」の変換の頻度は、凡その拡散時間及び付着と「ブリーチング」の分離を可能 にするために、基板への多分岐管及び接近度に依存しよう。しかしながら１０− １００ヘルツのサイクル時間は容易に達成されるはずである。 本発明の方法は、本質的に無色で透明なｌｃ−ＤＬＣコーティングを生成する 。ここに「本質的に無色で透明な低共役ＤＬＣコーティング」とは、可視スペク トル、即ち４００−７００ｎｍの範囲のいずれかの波長の入射光の２０％以下し か吸収しない１０μｍまでの厚さのコーティングを意味する。 本発明の方法で製造される本質的に無色で透明なｌｃ−ＤＬＣコーティングは 光学的性質に基づく以外（即ち自動車及び航空機の窓以外）の用途に有用であろ うと予測される。二重結合の発色部位が機構的に電気的性質と関連するから、そ のような部位を除去することにより、電気抵抗、電気絶縁破壊強度及び誘電定常 性も付与しうると予想される。即ち電気抵抗及び電気絶縁破壊強度は向上しよう 。集積回路における挿入層誘電絶縁体に対するＤＬＣの使用も考えられる。本発 明の方法で作られるｌｃ−ＤＬＣは、低誘電定数を有し、従って集積回路の絶縁 体用途により望ましいであろう。 更に本発明のＤＬＣコーティングは、図案化されたように、未コーティング部 分を残して窓へ適用しうることも予想される。これは重要であり、未コーティン グの取り付け部分（例えば接着部分）を、窓の上げ下げ機 構の取り付けのために存在させるようにすることができる。加熱線またはその要 素を未コーティングの窓に持たせる面積を残しておくことも好ましい。 ＤＬＣコーティングは、窓基板上の予め適用されたＳｉＯ_xの硬いコーティン グの上に適用してもよい。これはＤＬＣコーティングと窓基板間の変化を緩和す る界面層を与える助けとなる。ＳｉＯ_x界面は、ＤＬＣコーティングを特に厚く 適用する場合、その接着の助けとなる。 プラスチック窓に対し、積層構造は多くの手段で作ることができる。例えば共 押出し、ローラー積層または接着性界面フィルム層（例えばＥ．Ｉ．デュポン社 （Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥ）製「ブタサイト（ＢＵＴＡＣＩＴＥ）」の使用 が可能である。 ガラス基板の表面特性、光吸収性及び耐引掻き性を変えるために、ガラス窓基 板にＤＬＣコーティングを使用してもよい。ガラスは、積層物のプラスチック面 がＤＬＣでコーティングされているようにプラスチックと共積層されていてもよ い。 以上本発明の特別な具体例を記述してきたけれど、本発明は本発明の精神また は本質的な特性から離れずしてその多くの改変、代替及び再配列を行いうること は同業者の知るところであろう。本発明の範囲を示すものとしては、上述の明細 書よりも、請求の範囲を参照すべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）薄いＤＬＣ層を基板上に付着させ、 （ｂ）この付着させたＤＬＣを、ＤＬＣ中の二重結合を飽和しうる反応性種と接 触させて、低共役ＤＬＣを生成させ、 （ｃ）該低共役ＤＬＣの表面上に薄いＤＬＣ層を付着させ、 （ｄ）工程（ｃ）で付着させたＤＬＣを、ＤＬＣ中の二重結合を飽和しうる反応 性種と接触させて、低共役ＤＬＣを生成させ、 （ｅ）所望の厚さの低共役ＤＬＣのコーティングが形成されるまで工程（ｃ）及 び（ｄ）を繰り返す、 ことを含んでなる、本質的に無色で透明な低共役のダイヤモンド様カーボン（Ｄ ＬＣ）コーティングの製造法。 ２．付着させる各薄いＤＬＣ層の厚さが約０．１μｍまたはそれ以下である、 請求の範囲１の方法。 ３．低共役ＤＬＣコーティングの厚さが約１０μｍまたはそれ以下である、請 求の範囲２の方法。 ４．（ａ）所望の厚さの、但し０．１μｍ以下の薄いＤＬＣ層を基板上に付着 させ、そして （ｂ）該付着させたＤＬＣを、該ＤＬＣ中の二重結合を飽和しうる反応性種と接 触させて、本質的に無色で透明な低共役ＤＬＣのコーティングを生成させる、 ことを含んでなる、厚さが約０．１μｍまたはそれ以下である本質的に無色で透 明な低共役のダイヤモンド様カーボン・コーティングの製造法。 ５．反応性種が気体状態である、請求の範囲３または４の方法。 ６．反応性種が弗素、塩素、臭素または水素の活性形である、請求の 範囲５の方法。 ７．請求の範囲１−６の方法で製造されるコーティング。 ８．基板がプラスチック、ガラス、またはこれらの積層物からなる群から選択 される、請求の範囲１または４の方法。 ９．ＤＬＣを図案風に基板上に付着させて、基板に未コーティング部分を残す 、請求の範囲１または４の方法。 １０．ＤＬＣを、予め他の材料のコーティングされた基板上に付着させる、請 求の範囲１または４の方法。