JP2005066937A - Functional plastic member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面に低反射膜または透明導電膜を形成した機能性プラスチック部材に関する。 The present invention relates to a functional plastic member having a low reflection film or a transparent conductive film formed on the surface.
レンズ、照明カバー、液晶パネル用カバー、ゴーグルなどの素材として、アクリルやポリカーボネイトなどの透光性に優れたプラスチックが従来から用いられている。一方プラスチックはガラスに比べて軟らかいため表面が傷つきやすい。そこで、プラスチック板の表面に有機ハードコート層を形成する技術が従来から知られている。
例えば、特許文献1には、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートなどからなる架橋重合性混合物に、界面活性剤、重合開始材などを加えてコーティング組成物を調製し、これをプラスチック板表面に塗布して未硬化被膜を形成し、この未硬化被膜に紫外線を照射して架橋反応を起こさせ、未硬化被膜を硬化せしめてハードコート層とする技術が提案されている。
As materials for lenses, lighting covers, liquid crystal panel covers, goggles and the like, plastics having excellent translucency such as acrylic and polycarbonate have been conventionally used. On the other hand, since plastic is softer than glass, its surface is easily damaged. Therefore, a technique for forming an organic hard coat layer on the surface of a plastic plate is conventionally known.
For example, in
また、タッチパネルや携帯電話の表示部などとして、従来からアクリルやポリカーボネイト板(シート)の表面に、ITO(インジウム・錫酸化物)からなる透明導電膜や低反射膜(AR膜)を形成したものを用いている。
例えば、特許文献2にあっては、RFマグネトロンスパッタリング装置を用いて、アクリルやポリカーボネイト基板に直接ITO膜やAR膜を形成する技術が提案されている。
Conventionally, a transparent conductive film or low reflection film (AR film) made of ITO (indium / tin oxide) is formed on the surface of acrylic or polycarbonate plates (sheets) as a display unit for touch panels or mobile phones. Is used.
For example,
特許文献2に開示されるようなITO膜やAR膜を直接プラスチック基板に形成したものを、携帯電話などの表示部に使用したところ、経時的にITO膜やAR膜が剥離するという深刻な問題が生じた。
その結果、現状では特許文献1に開示される有機ハードコート層をプラスチック基板表面に形成し、この有機ハードコート層の上にITO膜やAR膜を形成し、またITO膜やAR膜自体の硬度が十分でなく耐擦傷性に劣るため、これら機能膜の上に更に保護膜を形成するようにしている。
Serious problem that ITO film or AR film as disclosed in
As a result, at present, the organic hard coat layer disclosed in
上記した有機ハードコート層は一般的にウェット法(ゾル−ゲル法)によって形成されるが、この有機ハードコート層の上に形成するITO膜やAR膜は成膜効率を考慮してCVD法やスパッタリングなどのPVD法にて形成される。しかしながら、ウェット法とCVD法やスパッタリングなどのPVD法を施す装置は全く異なるので、製造ラインが大掛かりになってしまう。 The above-mentioned organic hard coat layer is generally formed by a wet method (sol-gel method). The ITO film or AR film formed on the organic hard coat layer is formed by a CVD method or the like in consideration of film formation efficiency. It is formed by a PVD method such as sputtering. However, since the apparatus for performing the wet process and the PVD process such as CVD or sputtering is completely different, the production line becomes large.
本発明者は、プラスチック基板に直接ITO膜やAR膜を形成した場合に剥離したり、傷がつきやすい原因を探求したところ、2つの原因があるとの結論に達した。
1つはプラスチック基板に含有される水分であり、アクリル(PMMA)の吸水率は0.27%〜2.0%、ポリカーボネイト(PC)の吸水率は0.15%〜0.4%であり、ITO膜やAR膜等の機能膜形成時にはプラスチック基板に機能膜が強固に結合していても、経時的にプラスチック基板が空気中の水分を吸収し、吸収した水分の影響でプラスチック基板と機能膜との界面の結合が解かれ、剥離を生じる。
他の1つは機能膜自体の硬度(緻密性)であり、ウェット法やCVD法によって形成した機能膜は硬度が低く、引っ掻きなどの外力によって容易に剥離したり傷がついてしまう。
The present inventor searched for the cause of peeling or scratching when an ITO film or AR film was directly formed on a plastic substrate, and came to the conclusion that there were two causes.
One is moisture contained in the plastic substrate, the water absorption rate of acrylic (PMMA) is 0.27% to 2.0%, and the water absorption rate of polycarbonate (PC) is 0.15% to 0.4%. When functional films such as ITO film and AR film are formed, even if the functional film is firmly bonded to the plastic substrate, the plastic substrate absorbs moisture in the air over time and functions as a plastic substrate under the influence of the absorbed moisture. Bonding at the interface with the film is broken and peeling occurs.
The other is the hardness (denseness) of the functional film itself. The functional film formed by the wet method or the CVD method has low hardness, and is easily peeled off or scratched by an external force such as scratching.
そこで、本発明に係る機能性プラスチック部材は、吸水率が0.02%以下のフィルム状、シート状若しくは板状の透明プラスチック材の表面に、硬度(ビッカース硬度)が15以上の低反射膜または透明導電膜が直接形成されている。
このような機能性プラスチック部材は以下に述べるように従来の手法では得ることはできない。
Therefore, the functional plastic member according to the present invention has a low reflection film having a hardness (Vickers hardness) of 15 or more on the surface of a film-like, sheet-like or plate-like transparent plastic material having a water absorption of 0.02% or less. A transparent conductive film is directly formed.
Such a functional plastic member cannot be obtained by a conventional method as described below.
吸水率が0.02%以下のプラスチック材としてはゼオノア(日本ゼオン製)やARTON(日本合成ゴム製)が市販されているが、これらプラスチック材は耐熱性に劣り、低反射膜の緻密性を高めるため現在実施されているスパッタリング法にて成膜すると、高温によりプラスチック材が変形してしまう。一方、ウェット法やCVDなどでは所望の硬度が得られないのは前記した通りである。 ZEONOR (manufactured by Nippon Zeon) and ARTON (manufactured by Nippon Synthetic Rubber) are commercially available as plastic materials having a water absorption rate of 0.02% or less, but these plastic materials are inferior in heat resistance and have a low reflective film denseness. If the film is formed by the sputtering method currently being carried out in order to increase the thickness, the plastic material will be deformed due to the high temperature. On the other hand, as described above, the desired hardness cannot be obtained by the wet method or CVD.
スパッタリング法によって、プラスチック材を高温にすることなく且つその表面に緻密な機能膜を形成するには、プラズマ密度を高く且つプラズマ温度を低く制御する必要がある。
従来にあってはこのような条件を満足するスパッタリング法は存在しなかったが、本発明者が特願2002−206087号に提案したプラズマスパッタリング装置によって可能となった。
In order to form a dense functional film on the surface of the plastic material without increasing the temperature by sputtering, it is necessary to control the plasma density high and the plasma temperature low.
Conventionally, there has been no sputtering method that satisfies such conditions, but it has been made possible by the plasma sputtering apparatus proposed by the present inventor in Japanese Patent Application No. 2002-206087.
即ち、RFマグネトロンスパッタリング装置を用い、マグネトロンカソードの近傍で透明プラスチック材と対向する側と、透明プラスチック材の近傍でマグネトロンカソードと対向する側の夫々にECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマを発生せしめ、これら2つの低温で高密度のECRプラズマを補強支援プラズマとして成膜することで、プラスチック材を変形することなくその表面に耐剥離性、耐擦傷性に優れた低反射膜を形成した機能性プラスチック部材を得ることができる。 That is, using an RF magnetron sputtering apparatus, ECR (electron cyclotron resonance) plasma is generated on the side facing the transparent plastic material near the magnetron cathode and on the side facing the magnetron cathode near the transparent plastic material. A functional plastic member in which two low-temperature and high-density ECR plasmas are formed as reinforcement-supporting plasmas, and a low-reflective film with excellent peel resistance and scratch resistance is formed on the surface of the plastic material without deformation. Can be obtained.
以上に説明したように本発明に係る機能性プラスチック部材は、表面に形成した低反射膜または透明導電膜が経時的に剥離することがなく、また低反射膜または透明導電膜自体の硬度が高いため、低反射膜または透明導電膜がハードコートの機能をも兼ね備える。
したがって、本発明に係る機能性プラスチック部材は、携帯電話や各種モニターの表示部、ハーフミラー、各種窓ガラスの代替品などとして極めて有効である。
As described above, in the functional plastic member according to the present invention, the low reflective film or the transparent conductive film formed on the surface does not peel over time, and the hardness of the low reflective film or the transparent conductive film itself is high. Therefore, the low reflection film or the transparent conductive film also has a function of a hard coat.
Therefore, the functional plastic member according to the present invention is extremely effective as a substitute for a display unit of a mobile phone or various monitors, a half mirror, and various window glasses.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る機能性プラスチック部材の拡大断面図であり、図1(a)に示す実施例にあっては、板状をなす透明プラスチック材Wの両面(片面でも可)に低反射膜1、2を形成し、図1(b)に示す実施例にあっては、板状をなす透明プラスチック材Wの片面(両面でも可)に透明導電膜3を形成し、図1(c)に示す実施例にあっては、板状をなす透明プラスチック材Wの片面(両面でも可)に低反射膜1として機能する部分と透明導電膜3として機能する部分を積層し、特にこの実施例では低反射膜1として機能する部分と透明導電膜3として機能する部分との境界部の層については低反射膜1の一部且つ透明導電膜3の一部とし、別々に低反射膜1と透明導電膜3を形成する場合に比較して層の数を減らして同じ効果を発揮できるようにしている。尚、両方の機能を発揮する境界部の層としては、例えばSiO2が挙げられる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a functional plastic member according to the present invention. In the embodiment shown in FIG. 1 (a), low reflection on both surfaces (single surface is acceptable) of a transparent plastic material W having a plate shape.
透明プラスチック材Wとしてはポリオレフィン系の低吸水率プラスチック、例えば日本ゼオン社製のゼオノアや、日本合成ゴム社製のARTONが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、吸水率が0.02%以下であれば目的とする機能性プラスチック部材を得ることができる。また透明プラスチック材Wには着色されたものも含まれる。 Examples of the transparent plastic material W include polyolefin-based low water absorption plastics such as ZEONOR manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. and ARTON manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd., but are not limited thereto. % Or less, the desired functional plastic member can be obtained. The transparent plastic material W includes a colored material.
図1(a)に示した具体的な低反射膜1の構成は、P/Si(10nm)/SnO2(100nm)/TiO2(20nm)/SiO2(100nm)である。
また、図1(b)に示した透明導電膜2の構成は、P/SiO2(10nm)/ITO(15nm)である。
更に、図1(c)に示した膜の具体的構成については図4〜図6に基づいて後述する。
The specific configuration of the
The configuration of the transparent
Further, the specific configuration of the film shown in FIG. 1C will be described later with reference to FIGS.
図2は本発明に係る機能性プラスチック部材の製造に用いるスパッタリング装置の要部の斜視図、図3は図2に示したスパッタリング装置の要部の側面図であり、スパッタリング装置は基板を水平状態で搬送するインライン型成膜システムの一部に組み込まれ、真空引き可能なチャンバー10の底部に板状プラスチック材Wを搬送する搬送ローラ11…が配置され、これら搬送ローラ11…のうちの所定の搬送ローラ間にマグネットアレイ20を配置し、このマグネットアレイ20を配置した領域で且つ搬送されるプラスチック材Wよりも上方に一対のロータリー式マグネトロンカソード(ターゲット)30を平行に離間して配置し、更にプラスチック材Wの搬送方向を基準として、マグネットアレイ20及びロータリー式マグネトロンカソード(ターゲット)30の下流側にマイクロ波を放射するアンテナ群40を配置している。
2 is a perspective view of the main part of the sputtering apparatus used for the production of the functional plastic member according to the present invention, FIG. 3 is a side view of the main part of the sputtering apparatus shown in FIG. Are disposed in a part of the in-line type film forming system that is transported by the transporting
前記マグネットアレイ20には、プラスチック材Wの搬送方向に2列で幅方向に4個(合計8個)の棒状マグネット21…を配置している。各棒状マグネット21は隣り合うもの同士のS極とN極とが交互になるように固定している。このようにすることで、アーチ状のミラー磁場を形成する磁力線とマイクロ波の進行方向とが略同一方向になり、ECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマがマグネトロンカソード30と対向する側のプラスチック材Wの表面近傍に効果的に発生する。
In the
マグネトロンカソードとしては、長尺板状をなすプラナール式マグトロンカソードがスパッタリング装置では一般的であるが、このプラナール式マグトロンカソードは角部を有しているため異常放電を生じ、本発明に係る機能性プラスチック部材の製造には適さない。そこで、本発明ではロータリー式のマグネトロンカソード30を用いている。
As a magnetron cathode, a planar magtron cathode having a long plate shape is generally used in a sputtering apparatus. However, the planar magtron cathode has a corner portion, and thus abnormal discharge occurs. Not suitable for the production of functional plastic parts. Therefore, in the present invention, the
ロータリー式マグネトロンカソード(ターゲット)30は、回転軸31に筒状ターゲット32を支持し、この筒状ターゲット32の内側にマグネットアレイ33を配置している。マグネットアレイ33は前記マグネットアレイ20と同様に複数の棒状マグネットを隣同士のS極とN極とが交互になるように配列している。その結果、前記同様、アーチ状のミラー磁場を形成する磁力線とマイクロ波の進行方向とが略同一方向になり、ECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマがプラスチック材Wと対向する側のマグネトロンカソード30の表面近傍に効果的に発生する。
The rotary magnetron cathode (target) 30 supports a
また、前記アンテナ群40はプラスチック材Wの幅方向に3分割され、各分割された部分が導波管41を介して例えば2.45GHzのマイクロ波発振器につながり、各分割体にはマイクロ波の波長(λ)の1/2の間隔でスロットが形成されている。尚、アンテナの構造は図示したものに限らず、ヘリカル式など任意である。
The
上記したように、本発明にあっては、図2に示すように、マグネトロンカソード30の近傍でプラスチック材Wと対向する側と、プラスチック材Wの近傍でマグネトロンカソード30と対向する側の夫々にECRプラズマが発生するため、高密度で低温のプラズマ雰囲気でスパッタリングが行われる。
As described above, in the present invention, as shown in FIG. 2, on the side facing the plastic material W in the vicinity of the
以上において、多層の低反射膜または透明導電膜を形成するには、上記のスパッタリング装置を搬送ラインに沿って層の数だけ配置し、各スパッタリング装置のターゲットをそれぞれの層を形成する材料として行う。 In the above, in order to form a multilayer low-reflection film or transparent conductive film, the above sputtering apparatus is arranged in the number of layers along the transport line, and the target of each sputtering apparatus is used as a material for forming each layer. .
次に、本発明品1,2と比較例との特性を比較する。ここで、本発明品および比較例の構成は以下の通りである。
本発明品1:吸水率0.02%以下のポリオレフィン系樹脂(ゼオノア)の表面に本発明の上下にECRプラズマを発生させた状態でAR膜(図1の低反射膜1)を形成。
本発明品2:吸水率0.02%以下のポリオレフィン系樹脂(ゼオノア)の表面に本発明の上下にECRプラズマを発生させた状態でITO膜(図1の透明導電膜3)を形成。
比較例1:ポリカーボネイト板(PC:吸水率0.15%〜0.4%)にAR膜を一般的なCVD法にて形成
比較例2:アクリル板(PMMA:吸水率は0.27%〜2.0%)にAR膜を一般的なCVDにて形成
比較例3:ポリカーボネイト板にAR膜を一般的なスパッタ法にて形成
比較例4:アクリル板にAR膜を一般的なスパッタにて形成
比較例5:ポリカーボネイト板にAR膜を上下ECR(本発明の方法)にて形成
比較例6:アクリル板にAR膜を上下ECR(本発明の方法)にて形成
比較例7:ゼオノアにAR膜を一般的なCVD法にて形成
比較例8:ゼオノアにITO膜を一般的なCVD法にて形成
比較例9:ゼオノアにAR膜を一般的なスパッタ法にて形成
比較例10:ゼオノアにITO膜を一般的なスパッタ法にて形成
上記の本発明品と比較例とを、項目「ビッカース硬度」、「鉛筆試験(耐擦傷性)」、「反り」、「密着性(テープ剥離・碁盤目試験)」、「耐水性」、「耐湿性」について比較した結果を以下の(表)に示す。
尚、何れの樹脂板も表面にハードコートは施していない。
Next, the characteristics of the
Invention product 1: An AR film (
Invention product 2: An ITO film (transparent
Comparative Example 1: AR film is formed by a general CVD method on a polycarbonate plate (PC: water absorption rate 0.15% to 0.4%) Comparative example 2: Acrylic plate (PMMA: water absorption rate 0.27% to 2.0%) AR film is formed by general CVD Comparative example 3: AR film is formed on polycarbonate plate by general sputtering method Comparative example 4: AR film is formed on acrylic plate by general sputtering Formation Comparative Example 5: AR film is formed on polycarbonate plate by upper and lower ECR (method of the present invention) Comparative Example 6: AR film is formed on acrylic plate by upper and lower ECR (method of the present invention) Comparative Example 7: Zeonor is AR Comparative Example 8: Formation of ITO Film on Zeonore by General CVD Method Comparative Example 9: Formation of AR Film on Zeonore by General Sputtering Method Comparative Example 10: Zeonore ITO film is formed by a general sputtering method. The product of the present invention and the comparative example are items "Vickers hardness", "Pencil test (abrasion resistance)", "Warpage", "Adhesion (tape peeling / cross cut test)", "Water resistance", "Moisture resistance" The results of comparison for "are shown in the following (table).
Note that none of the resin plates is hard-coated on the surface.
また図4〜図6は図1(c)に示した構造、即ち、低反射機能を発揮する部分と導電機能を発揮する部分とからなる複層膜について、波長と可視光反射率との関係を示すグラフである。
図4に示す4層構造の機能膜は、可視光域における反射率が極めて少なく、同時に表面抵抗値も小さく導電率に優れていることが分る。特にこの実施例にあってはSi/SnO2/TiO2/SiO2/ITO層が低反射機能を発揮し、SiO2/ITO層が導電機能を発揮する。
また図5および図6に示す3層構造の機能膜は、それぞれTiO2/SiO2/ITO、SnO2/SiO2/ITOなる層構成となっており、低反射機能において4層構造のものに比較して若干劣るが、従来品に比べてコストおよび耐久性の面で飛躍的に優れている。
4 to 6 show the relationship between the wavelength and the visible light reflectance of the multilayer film composed of the structure shown in FIG. 1C, that is, the portion exhibiting the low reflection function and the portion exhibiting the conductive function. It is a graph which shows.
It can be seen that the functional film having a four-layer structure shown in FIG. 4 has extremely low reflectivity in the visible light region and at the same time has a small surface resistance value and excellent conductivity. Particularly in this embodiment, the Si / SnO 2 / TiO 2 / SiO 2 / ITO layer exhibits a low reflection function, and the SiO 2 / ITO layer exhibits a conductive function.
Further, the functional films having a three-layer structure shown in FIGS. 5 and 6 have a layer structure of TiO 2 / SiO 2 / ITO and SnO 2 / SiO 2 / ITO, respectively, and have a four-layer structure in a low reflection function. Although it is slightly inferior, it is remarkably superior in terms of cost and durability compared to conventional products.
本発明の機能性プラスチック部材は、レンズ、照明カバー、液晶パネル用カバー、ゴーグルなどとして好適に使用できる。 The functional plastic member of the present invention can be suitably used as a lens, lighting cover, liquid crystal panel cover, goggles and the like.
1,2…低反射膜、3…透明導電膜、10…チャンバー、11…搬送ローラ、20…マグネットアレイ、21…棒状マグネット、30…ロータリー式マグネトロンカソード(ターゲット)、31…回転軸、32…筒状ターゲット、33…マグネットアレイ、40…アンテナ群、41…導波管、W…透明プラスチック材。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
5. The functional plastic member according to claim 1, wherein the low-reflection film or the transparent conductive film uses an RF magnetron sputtering apparatus, and is disposed on the side facing the transparent plastic material in the vicinity of the magnetron cathode. A functional plastic member formed by generating an ECR (electron cyclotron resonance) plasma on each side facing a magnetron cathode in the vicinity of a plastic material.
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