JP2007321184A - スパッタリングターゲット及びその製造方法、有機顔料分散型薄膜及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機顔料を金属酸化物中に分散させることで、発色を損なわずに、且つ基材に対しての高密着性、耐溶剤性を有する有機顔料分散型薄膜の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｚｎの内の少なくとも一つを有する金属からなる低硬度な金属粉末と有機顔料粉末を準備し、これらの粉末を混合して混合粉末を形成し、この混合粉末を冷間等方圧プレス或いは乾式等方圧プレスにより加圧成形することでスパッタリングターゲットを作製し、このスパッタリングターゲットを用いて、酸素と反応させる反応性スパッタリングを直流放電によって行うことにより、基材上に有機顔料分散型薄膜を形成する方法である。前記有機顔料分散型薄膜は金属酸化物中に有機顔料が分散されたものである。
【選択図】 なし

Description

本発明は、有機顔料の発色を損なわず、安定性を兼ね備えた有機顔料分散型薄膜及びその有機顔料分散型薄膜を製造する方法、前記有機顔料分散型薄膜を製造する際に用いるスパッタリングターゲット及びそのスパッタリングターゲットを製造する方法に関する。

現在、様々な用途でプラスチック、ガラス、金属、樹脂フィルムなどの基材に有機顔料により着色することが汎用的に行われている。これは外観デザインを色彩的に向上させる役割を担っている。

その主な形成方法として、塗装法がある。塗装法とは、有機顔料と有機溶剤を混ぜ合わせた溶液を基材に塗布し、有機溶剤のみを乾燥、蒸発させ、有機顔料を基材の表面にコーティングする方法や、有機顔料と有機溶剤と樹脂とを混ぜ合わせた溶液を基材に塗布し、有機溶剤のみを乾燥、蒸発させ、有機顔料と樹脂の混合物を基材の表面にコーティングする方法である。

しかしながら前記の塗装技術は汎用的ではあるが、塗布工程において、塗料の垂れや形成される塗膜が均一にならないという問題がある。さらに乾燥させる工程において、蒸発する有機溶剤は人体や環境に悪影響を与えるため、環境保護が進められている近年ではより一層の対策が必要とされている。

これに対して、有機溶剤を用いない製法として蒸着法などのドライプロセスも検討されている。例えば、蒸着法とは有機顔料粉末を昇華させ基材へ直接堆積させる方法である。
特開平０５−１８１００８号公報（００１８〜００２１段落）

しかしながら、上記の蒸着法には次のような課題がある。有機顔料の分解温度が２５０℃以上のものでないと、蒸着で加えられる熱エネルギーによって有機顔料の分子構造が破壊され、発色が損なわれてしまう。つまり、蒸着法に用いることができるのは２５０℃程度の耐熱性を有する有機顔料である。さらに、有機顔料粒子は基材に対しての相性が悪いものがあるために、使用する顔料の選択が必要である。無機基材に対しては、有機顔料の表面が非活性状態であることから密着性が得られにくい。また、プラスチックなどの有機基材に対してはマイグレーションを起こし易く、基材の劣化を速めることが知られている。さらに、ほとんどの有機顔料は、耐光性、耐溶剤性に劣るため、表面に保護層を設ける必要がある。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、有機顔料を金属酸化物中に分散させることで、発色を損なわずに、且つ基材に対しての高密着性、耐溶剤性を有する有機顔料分散型薄膜及びその製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、安価に製造できるスパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、低硬度な金属材料と有機顔料からなる粉末原料を加圧成形する工程を有することを特徴とする。これにより、高密度を有するスパッタリングターゲットを製造することができる。尚、前記低硬度な金属材料は、モース硬度で０．１〜３．０の硬度を有することが好ましい。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、低硬度な金属粉末と有機顔料粉末を混合した混合粉末を加圧成形する工程を有することを特徴とする。これにより、高密度を有するスパッタリングターゲットを製造することができる。尚、前記低硬度な金属粉末は、モース硬度で０．１〜３．０の硬度を有することが好ましい。

また、前記混合粉末は、冷間等方圧プレス或いは乾式等方圧プレスにより加圧成形されることが好ましい。これにより、スパッタリングターゲットを安価に製造することができる。また、前記金属粉末は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｚｎの内の少なくとも一つを有する金属からなる粉末であることが好ましい。これにより、色彩の補完性に優れた有機顔料分散型薄膜を成膜できるスパッタリングターゲットを製造することができる。

本発明に係る有機顔料分散型薄膜の製造方法は、上述したスパッタリングターゲットを用いて、酸素と反応させる反応性スパッタリングを行うことにより、基材上に有機顔料分散型薄膜を形成する方法であって、前記有機顔料分散型薄膜は金属酸化物中に有機顔料が分散された材料からなることを特徴とする。

また、前記有機顔料分散型薄膜は直流放電によってスパッタリングされて形成されることが好ましい。このように直流放電を用いることにより、有機顔料分散型薄膜を量産する設備を汎用性のある安価なものとすることができる。

本発明に係るスパッタリングターゲットは、低硬度な金属中に有機顔料が分散された材料からなることを特徴とする。尚、前記低硬度な金属は、モース硬度で０．１〜３．０の硬度を有することが好ましい。
また、前記金属は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｚｎの内の少なくとも一つを有するものであることが好ましい。

本発明に係る有機顔料分散型薄膜は、基材上に形成する有機顔料分散型薄膜であって、金属酸化物中に有機顔料が分散された材料からなることを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、有機顔料を金属酸化物中に分散させることで、発色を損なわずに、且つ基材に対しての高密着性、耐溶剤性を有する有機顔料分散型薄膜及びその製造方法を提供することができる。また、他の本発明によれば、安価に製造できるスパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の実施の形態によるスパッタリングターゲットは、モース硬度で０．１〜３．０の低硬度な金属中に有機顔料が分散された材料からなるものであり、前記金属は、例えばＳｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｚｎの内の少なくとも一つを有するものである。このスパッタリングターゲットの製造方法は、低硬度な金属材料と有機顔料の複合物からなるスパッタリングターゲットを安価に製造する方法である。詳細には、この製造方法は、モース硬度で０．１〜３．０の低硬度な金属粉末と有機顔料粉末を準備し、これらの粉末を混合して混合粉末を形成し、この混合粉末を加圧成形することによりスパッタリングターゲット材料を作製するものである。

ところで、粉末材料からスパッタリングターゲット材料を製造する方法としては、従来から熱間等方加圧式焼結法が用いられている。これは、アルゴン等の気体の等方圧を利用して高温、高圧下で成形する方法であり、無機材料では一般的に用いられている方法である。

しかしながら、この方法は、温度管理が難しく、材料内部に熱が伝わるまでに時間を要するなど、製造コストが高価である。なにより、耐熱性の弱い有機顔料を使用することは困難である。そこで、本発明では、冷間等方圧プレス、或いは乾式等方圧プレスを用いて前記混合粉末を加圧成形することが好ましい。

冷間等方圧プレスとは、水圧を利用して常温、高圧下で成形する方法であり、熱が掛からないという利点はあるが、粉末粒子の結合状態が弱く、成形物の密度が低いという特徴を持っている。本発明では、硬度の低い金属材料を用いることで、材料が塑性変形し易いという特性を利用する。加圧成形によって荷重を加えられえた低硬度の金属粒子は容易に転位を起こし、より低荷重の空間に移動する。それにより成形されたスパッタリングターゲット材料は、金属粒子同士の結合力を強めると共に高密度を得ることが可能である。尚且つ、金属粒子間に点在する有機顔料粒子の分子結合力よりも金属粒子の転位するエネルギーの方が低いので、有機顔料粒子を金属粒子が覆うような形態をとることができる。以上の原理によって、金属粉末と有機顔料粉末を混合させた複合材料を冷間等方圧プレスで成形し、そのバルク材の形状を整え、スパッタリングターゲットを作製することができる。

上記金属粉末は、低硬度を有し、且つ酸化状態で透明であることが好ましく、例えば、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｚｎの内の少なくとも一つを有する材料からなる粉末である。

また、上記有機顔料に関しては特に制限はなく、フタロシアニン系、アゾ系、ニトロ系、ニトロソ系、染付レーキ系、スレン系、キナクリドン系、ジオキサジン系、イソインドリノン系、アントラキノン系、ペリレン系、ジオキサジン系、チオインジゴ系、インダンスレン系、アンスラピリミジン系、染料樹脂固溶体などの内の少なくとも一つを有する材料であり、用いる色彩によってその混合比は自由に選択できる。さらに、金属材料と混合させる有機顔料の割合を変えることで薄膜での色濃度を選択することが可能である。

ここで、２００度以上の耐熱性を有する有機顔料に関しては、低温バインダーなどを使用することによって、前述した焼結法を用いることも可能である。これにより、冷間等方圧プレス、或いは乾式等方圧プレスと同様に、低硬度な金属材料と有機顔料の複合物を高密度に作製することが可能である。

乾式等方圧プレスとは、冷間等方圧プレスの圧力媒体である水の替わりに加圧ゴム、成形ゴムを介することで圧力を伝達し、常温、高圧下で成形する方法である。

次に、本発明の実施の形態に関する有機顔料分散型薄膜の製造方法について説明する。
真空槽内の陰極に前述したスパッタリングターゲットを、陽極に基材を設置し、真空槽内部を排気し真空状態とする。次に真空槽内部に酸素ガスとアルゴンガスを適量、導入し、陰極に電圧を印加し放電させることで、アルゴンイオンが電離し、陰極であるスパッタリングターゲットへ引き寄せられ衝突する。そこで、弾き飛ばされた金属原子と有機顔料分子が単体、或いは複合分子として陽極の基材表面に堆積する。

ここで、それぞれの原子或いは分子はスパッタリングターゲットから基材に到達するまでに真空槽内に導入されている酸素ガスと衝突する。酸素の流量をコントロールすることで、有機顔料分子よりも、酸素と結びつき易い金属原子のみを選択的に酸化結合させることが可能である。つまりは、透明な金属酸化材料中に有色である有機顔料が点在する薄膜を得ることが出来る。即ち、有機顔料分散型薄膜は、金属酸化物中に有機顔料が分散された材料からなる。

また、金属酸化材料は酸素の流量によって完全酸化状態、酸素欠損状態のどちらでも選択することが出来るために、ＳｎＯｘ、ＩＴＯ（ＩｎＳｎＯｘ）などの透明導電膜中に有機顔料を点在させた薄膜を得ることも可能である。特にＳｎＯｘは、酸素量、膜厚によって色味を変化させることが可能であるので、有機顔料の色彩の補完効果を奏することも可能である。このような透明導電膜は機能性ガラスなどに用いられており、有色な透明導電膜とすることで、更なる機能化を期待したい。

さらに、スパッタリングの主な放電方式には２種類があり、直流放電と高周波放電とが用いられている。直流放電とは、導電性を有する材料にのみ適応できる方式であり、電源も安価であり大型設備にも対応が可能である。もう一方の高周波電源は、絶縁性の材料をスパッタリングするための方式であり、電源は高価で、大型設備に使用するのは困難である。有機顔料は絶縁性を有するが、前記スパッタリングターゲットが金属材料と有機顔料の複合物であることから導電性を有するため、本実施の形態では直流放電を用いることが可能である。

また、一般的に無機酸化物は基材に対しての密着性、耐薬品性に優れている。本実施の形態は、該無機酸化物の特色を持ちながら、且つ透明を有する金属酸化物中に有機顔料粒子を点在させることにより、有機顔料が無機基材に対する密着性が得られにくいこと、有機顔料の耐溶剤性が低いことなどの上記課題を解決するものである。

以下、本発明の実施例について説明する。本実施例は、スパッタリング法で作製される緑色顔料分散型薄膜の製造方法である。

まず、一般的に緑色顔料として使用されている塩素化銅フタロシアニン顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン７）の粉末とＳｎ粉末を１：９の重量比で混合させ、冷間等方圧プレスで押し固める。形成されたバルク材の形状を整え、スパッタリングターゲットを作製する。

次いで、真空槽内の陰極に該スパッタリングターゲットを、陽極に基材の無アルカリガラスを設置し、スパッタリングターゲットと基材との距離は６０ｍｍとした。次に、内部圧力を１．０×１０^−３Ｐａまで排気した後、酸素ガスを１〜１０％、アルゴンガスを９０〜９９％の比率となるように導入し、最終的な内部圧力を３．０×１０^−１Ｐａとする。

次に、陰極に直流電圧を印加し放電させることで、Ｓｎ粒子と銅フタロシアニン粒子を飛散させ、Ｓｎ粒子と真空槽内に導入された酸素ガスとを結合させ、Ｓｎ粒子は透明な金属酸化物のＳｎＯｘとなり、無アルカリガラス上に堆積する。それと同時に銅フタロシアニンは酸素ガスと結合することなく、同様に堆積する。後は有機顔料分散型薄膜が所定の膜厚となるように時間と出力の制御を行い、薄膜を形成する。これにより、緑色を示す有機顔料分散型薄膜を形成することが出来た。

次に、緑色を示す有機顔料分散型薄膜の密着性を確認した。測定方法はＪＩＳ Ｄ０２０２に準ずる方法で行った。形成された薄膜にカッターナイフで切り込みを入れ、１ｍｍ角のマス目を１００個作製する。次に、ニチバン製 セロテープ（登録商標）をマス目上に貼り付け、剥がした際の剥離数を測定した。その結果、剥離したマス目は確認されず、優れた密着強度を有することが確認された。

次に、耐環境性試験を行った。１５０℃の乾燥炉で２４時間、形成された薄膜を焼きなまし、色味の変化を観察した。さらに、５重量％の塩水に５時間、浸透させ、色味の変化を観察した。観察の結果、色味の変化は見られず、耐環境性試験に対しても安定していることが確認された。

次に、耐溶液性の試験を行った。形成された薄膜をエタノールに５分間浸漬し、色味の変化を観察した。観察の結果、色味の変化は見られず、耐溶剤性試験に対しても安定していることが確認された。

尚、本発明は上記実施の形態及び上記実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。

Claims (9)

1. モース硬度で０．１〜３．０の低硬度な金属材料と有機顔料からなる粉末原料を加圧成形する工程を有することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
2. モース硬度で０．１〜３．０の低硬度な金属粉末と有機顔料粉末を混合した混合粉末を加圧成形する工程を有することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
3. 請求項２において、前記混合粉末は、冷間等方圧プレス或いは乾式等方圧プレスにより加圧成形されることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
4. 請求項２又は３において、前記金属粉末は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｚｎの内の少なくとも一つを有する金属からなる粉末であることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載したスパッタリングターゲットを用いて、酸素と反応させる反応性スパッタリングを行うことにより、基材上に有機顔料分散型薄膜を形成する方法であって、前記有機顔料分散型薄膜は金属酸化物中に有機顔料が分散された材料からなることを特徴とする有機顔料分散型薄膜の製造方法。
6. 請求項５において、前記有機顔料分散型薄膜は直流放電によってスパッタリングされて形成されることを特徴とする有機顔料分散型薄膜の製造方法。
7. モース硬度で０．１〜３．０の低硬度な金属中に有機顔料が分散された材料からなることを特徴とするスパッタリングターゲット。
8. 請求項７において、前記金属は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｚｎの内の少なくとも一つを有するものであることを特徴とするスパッタリングターゲット。
9. 基材上に形成する有機顔料分散型薄膜であって、金属酸化物中に有機顔料が分散された材料からなることを特徴とする有機顔料分散型薄膜。