JP2009001894A - 樹脂表面上への透明ｄｌｃ膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物を加熱することなく樹脂フィルムなどの絶縁体膜上に炭素系膜を成膜し、透明性を保つ形成法の提供。
【解決手段】炭素を含むガスと不活性ガスとの混合ガスをプラズマ生成部によりプラズマ化し、このプラズマから引出電極によりイオンビームを引き出して加速し酸化シリコンをコーティングした対象物に照射することにより炭素原子と酸化シリコン原子が結合する事により、透明性の高いダイヤモンドライクカーボン膜の形成を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂表面上に水封止性、ガスバリア性、透明性を備えたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜の形成方法に関する。

技術背景

ＤＬＣ膜を形成する方法の一つとして、プラズマＣＶＤ（化学気相成長）法が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照。）。図７は従来のプラズマＣＶＤ装置の模式図である。図７に示すプラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバ１００内に互いに離間させて電極１０１，１０２を配置し、一方の電極１０１に高周波電源１０３を接続したものである。このプラズマＣＶＤ装置では、高周波電源１０３が接続された電極１０１にＤＬＣ膜を形成する基板１０４が配設される。

チャンバ内にアルゴンガスとメタンガスとを導入し、電極１０１に高周波電力を印加して、基板１０１にセルフバイアスが掛かるようにすると、発生した炭素を含むイオンが加速されて基板１０１をたたく。基板１０１上に薄い膜が形成されると、この膜は炭素を含むイオンがたたく衝撃によって高圧状態となり、ダイヤモンド状の炭素膜すなわちＤＬＣ膜が形成される。

現在の透明ＤＬＣ膜を形成する方法として瞬間的に成膜を行い薄膜する方法が取られていた。ＰＥＴなど樹脂や金属にＤＬＣをつけるとＤＬＣ膜等の炭素系膜を厚く成膜する事に比例して炭素が対象物表面に付着する事により徐々に黒くなっていく性質を持つ為、このような方法をとっている。この方法はＤＬＣ成膜プロセスの１つである。

ダイヤモンドライクカーボン膜の特性として高硬度、高いガスバリア性、低摩擦係数、高耐摩耗性、高化学的安定性等が挙げられる、多くの優れた点があることから様々な分野での活用が見込まれている

特開昭６０−２６１１４３号広報 斉藤秀俊監修、大竹尚登、中東孝浩編、ＤＬＣハンドブック、エヌ・ティー・エス、２００６年６月、ページｐ．１８３

前述のように、従来プラズマＣＶＤ法等によりＤＬＣ膜を形成することが可能であるが高いガスバリア性や水封止力を得るために、１００ｎｍ程度の厚い膜を対象物表面付けしようとすると膜厚に比例して対象物表面の光透過性が悪くなる。このため，光透過性や透明度が必要な対象物表面への成膜には従来法は不向きとされている。

本発明の効果

（１）そこで、本発明においてはＤＬＣ膜を対象物表面に成膜する前に酸化シリコンなどの透明絶縁膜を下地として対象物表面に膜付けを行い、その上にＤＬＣ成膜をする事により、膜厚が厚くても透明性が高いＤＬＣ膜になる事を確認し、透明性が必要なＰＥＴフィルムなどにも成膜する事が可能となった。

（２）引出電極から引き出されたイオンビームおよび対象物表面のいずれか、または両方を電気的に中和する中和器を有する構成により、炭素を含むイオンを電気的に中和し、高エネルギを持った中性粒子として対象物上に照射し、この中性粒子により成膜させることができるので、対象物が絶縁体であってもＤＬＣを含む炭素系膜を形成することが可能となる。

図２に示すように酸化シリコン、ＤＬＣ、酸化シリコンと交互に積層したＰＥＴフィルムの水蒸気透過度（ＷＶＴＲ）を差圧式（ガスクロマトグラフィー）で測定したところ，通常のＰＥＴフィルムの水蒸気透過度が７．０〜８．０／ｍ^２（ｄａｙ）なのに対し０．７３／ｍ^２（ｄａｙ）と向上し、十倍以上の水封止機能が見つかった。この実験により酸化シリコンとＤＬＣの積層膜は光透明性の確保のみならず水封止力も高めることを確認した。また、ＤＬＣ膜はガスバリア性をも持っているので、ＰＥＴ等の劣化しやすい樹脂対象物表面にこれを成膜した場合、樹脂の耐久性の向上も見込まれる。

図３に示すように引出電極によりこのプラズマからイオンビームを引き出して加速し、ニュートラライザにより電気的に中和し、高エネルギを持った中性粒子としてホルダ上の対象物Ｘへと照射する。これにより、対象部Ｘ上では、アルゴンガスのイオン衝撃により表面がスパッタリングされて改質されながら、高エネルギを持ったメタンの中性粒子の衝撃によりＤＬＣ膜５２が形成される。本成膜法をとる事によりガラスなどの対象物にバッファ層を設けることなく直接、炭素系膜を形成することが可能となった。

上記のイオンビーム成膜法にて、炭素を含むガス（メタンガス等）と不活性ガス（アルゴンガス）をプラズマ化し、このプラズマからイオンビームを引き出して加速し、この引き出されたイオンビームを照射することにより対象物表面の改質を行いながら樹脂などのフィルムに成膜が行える、フィルムなど熱に弱い対象物に成膜する場合には，対象物のホルダーを水などで冷却する事により成膜時に問題となる対象物の熱変形も回避できる。本成膜法をとることにより改質された対象物表面上に成膜ができ、対象物表面と膜との強い密着性を確保できる。この、成膜法により，対象物をガラスや酸化シリコン膜にしてＤＬＣを直接成膜したところ密着性のよい透明な膜が成膜できることを確認した。

図５に示すように、アルゴンガスの混合量が多い程、同じ膜厚を得るまでの成膜時間は長くなる。また、図６に示すように、メタンガスとアルゴンガスとを混合する場合には、ＣＨ_４／Ａｒ＝６０％以上としなければＤＬＣ膜は形成されない。

ガラス上の透明ＤＬＣ膜は，外見上ではその成膜の有無は確認しにくいため、膜付けされた試料についてスクラッチテストを行い電子顕微鏡で測定した結果、ＤＬＣの成膜レートは金属等に成膜した時と変化はなく、この測定によりガラスや酸化シリコンにもＤＬＣ膜が成長している事が証明できた。

なお、本実施形態においては、ＤＬＣ膜を形成する原料としてメタンガスを用いた例について説明したが、メタンガス以外の炭素を含むガスとして、例えば、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）ガスやプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガス等を用いることも可能である。また、アルゴンガスに代えて他のヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の不活性ガスを用いることも可能である。

従来のプラズマＣＶＤ装置の模式図である。 ＰＥＴフィルムに本発明のコーティング方法をとることによってＤＬＣ膜の透明性が高くなり水封止力も向上したことを表す図である。 ＤＬＣ成膜の様子を示すイメージ図である。 高エネルギーを持ったメタンの中性粒子が対象物へ衝突する様子を示すイメージ図である 所定のメタンガスとアルゴンとの混合比における成膜時間とＤＬＣ膜厚との関係を示す図である。 メタンガスとアルゴンガスとの混合比とＤＬＣ膜厚との関係を示す図である

符号の説明

１０１、１０２ 電極
１０３ 高周波電源
１０４ 基板
５０、５１ 熱電子
５２ ダイヤモンドライクカーボン膜
Ｘ 成膜対象物

Claims (5)

1. 透明性と水封し機能を備えた樹脂フィルムを提供するための，透明樹脂表面の改質方法
2. 透明樹脂フィルム上に酸化シリコン膜とダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を，この順に積層成膜し，樹脂フィルムに透明性と水封し機能を持たせる方法
3. 透明樹脂フィルム上に酸化シリコン膜とＤＬＣ膜を，この順に積層成膜する方法
4. 酸化シリコン膜とＤＬＣ膜を積層することによりガス封止力と水封止力を高める形成方法。
5. 酸化シリコン膜などの透明絶縁膜の上にＤＬＣ膜を成膜することにより透明に近い、もしくは透明のＤＬＣ膜を成膜する方法。

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