JP2009160532A - 発色構造体製造装置及び発色構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】所定の発色特性を有して設けられる発色構造体を製造する。基板P上に液状体材料を塗布して前記発色特性に基づく厚さで透明薄膜を成膜する成膜装置30と、互いに異なる屈折率を有する複数種の前記液状体材料を交互に塗布して積層された透明薄膜に対して検知光を照射して反射率を測定する反射率測定装置RFとを備える。
【選択図】図1
Description
しかし、上記の技術では、色調に対しては、光輝材の影響はあるものの、その主因子は顔料や染料によるものであり、退色が避けられないのが現状である。
多層薄膜形成に用いるスパッタリングや、支持物質薄膜層を形成する際に用いるエッチングには、工数が掛かるとともに、露光機等、大型の設備も必要になり、生産性が悪いという問題がある。
また、光の回折や干渉を利用する多層構造体においては、所望の発色特性を得るためには精密な膜厚制御が必要になるが、各層毎に膜厚を高精度に制御することは困難である。
本発明の発色構造体製造装置は、所定の発色特性を有して設けられる発色構造体の製造装置であって、基板上に液状体材料を塗布して前記発色特性に基づく厚さで透明薄膜を成膜する成膜装置と、互いに異なる屈折率を有する複数種の前記液状体材料を交互に塗布して積層された前記透明薄膜に対して検知光を照射して反射率を測定する反射率測定装置とを備えることを特徴とするものである。
従って、本発明の発色構造体製造装置では、互いに異なる屈折率を有する複数種の液状体材料をそれぞれ発色特性に基づく厚さで成膜するという簡単な方法で発色構造体を形成できるため、露光機等、大型の設備も不要になり、効率的な製造が可能になる。
従って、本発明では、用いる材料により、屈折率n1、n2、及び屈折角θ1、θ2が予め設定されている場合には、第1透明薄膜、第2透明薄膜の厚さt1、t2を上記の式に基づいて適宜設定することにより、所望波長の光を高い発色強度にて発色させることが可能になる。
また、本発明では、積層された透明薄膜に対して検知光を照射して反射率を測定するため、当該反射率に基づいて、成膜された透明薄膜の厚さ情報を得ることが可能になり、当該厚さ情報に基づき、発色構造体が所望の色を発色するように、透明薄膜の厚さを高精度に調整することができる。
これにより、本発明では、受光した反射光に基づいて、所望の色を発色させるために、最上層の透明薄膜の厚さが薄いと測定された場合には、当該最上層の透明薄膜の厚さが所定厚さ(所望の色を発色させる厚さ)となるように、液状体材料を追加で塗布して成膜することが可能になる。
これにより、本発明では、測定した反射率を、予め記憶してある透明薄膜の厚さと照合することにより、既に成膜されている透明薄膜の厚さを容易に求めることができる。
これにより、本発明では、最上層の透明薄膜の厚さを調整する際に、調整すべき厚さに応じて最適な濃度の液状体材料を選択することにより、最短の塗布時間で厚さ調整することができる。
これにより、本発明では、必要最低限の液状体材料を必要な領域にのみ効率的に塗布することが可能になり、生産性を向上させることができる。
これにより、本発明では、先に成膜された透明薄膜の上に液状体材料を塗布する際に、当該液状体材料を濡れ拡がらせることが可能となり、所定の厚さの透明薄膜を均一に成膜することができる。
従って、本発明の発色構造体製造装置では、互いに異なる屈折率を有する複数種の液状体材料をそれぞれ発色特性に基づく厚さで成膜するという簡単な方法で発色構造体を形成できるため、露光機等、大型の設備も不要になり、効率的な製造が可能になる。
従って、本発明では、用いる材料により、屈折率n1、n2、及び屈折角θ1、θ2が予め設定されている場合には、第1透明薄膜、第2透明薄膜の厚さt1、t2を上記の式に基づいて適宜設定することにより、所望波長の光を高い発色強度にて発色させることが可能になる。
また、本発明では、積層された透明薄膜に対して検知光を照射して反射率を測定するため、当該反射率に基づいて、成膜された透明薄膜の厚さ情報を得ることが可能になり、当該厚さ情報に基づき、発色構造体が所望の色を発色するように、透明薄膜の厚さを高精度に調整することができる。
これにより、本発明では、受光した反射光に基づいて、所望の色を発色させるために、最上層の透明薄膜の厚さが薄いと測定された場合には、当該最上層の透明薄膜の厚さが所定厚さ(所望の色を発色させる厚さ)となるように、液状体材料を追加で塗布して成膜することが可能になる。
これにより、本発明では、測定した反射率を、予め記憶してある透明薄膜の厚さと照合することにより、既に成膜されている透明薄膜の厚さを容易に求めることができる。
これにより、本発明では、最上層の透明薄膜の厚さを調整する際に、調整すべき厚さに応じて最適な濃度の液状体材料を選択することにより、最短の塗布時間で厚さ調整することができる。
これにより、本発明では、必要最低限の液状体材料を必要な領域にのみ効率的に塗布することが可能になり、生産性を向上させることができる。
これにより、本発明では、先に成膜された透明薄膜の上に液状体材料を塗布する際に、当該液状体材料を濡れ拡がらせることが可能となり、所定の厚さの透明薄膜を均一に成膜することができる。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
まず、本実施形態に係る発色構造体製造装置について説明する。
本実施形態では、基板上に液状体材料を塗布して透明薄膜を成膜する成膜装置として、液状体材料の液滴を吐出して塗布・成膜する液滴吐出装置を用いる場合について説明する。
図1において、符合CLは発色構造体製造装置である。この発色構造体製造装置CLは、液滴吐出装置(成膜装置)30と、反射率測定装置RFと、プラズマ処理装置PS等とから概略構成されている。
この液滴吐出装置30は、ベース31、基板移動手段32、ヘッド移動手段33、吐出ヘッド34、液状体タンク35、制御装置CONT(制御部)等を有して構成されたものである。
基板移動手段32は、ベース31上に設けられたもので、Y軸方向に沿って配置されたガイドレール36を有したものである。この基板移動手段32は、例えばリニアモータにより、スライダ37をガイドレール36に沿って移動させるよう構成されたものである。スライダ37には、θ軸用のモータ(図示せず)が備えられている。このモータは、例えばダイレクトドライブモータからなるものであり、これのロータ(図示せず)はテーブル39に固定されている。このような構成のもとに、モータに通電するとロータおよびテーブル39は、θ方向に沿って回転し、テーブル39をインデックス(回転割り出し)するようになっている。
図2(a)に示すように、吐出ヘッド34は、例えばステンレス製のノズルプレート12と振動板13とを備え、両者を仕切部材(リザーバプレート)14を介して接合したものである。ノズルプレート12と振動板13との間には、仕切部材14によって複数のキャビティ15…とリザーバ16とが形成されており、これらキャビティ15…とリザーバ16とは流路17を介して連通している。
また、吐出ヘッド34には、ヒータ(加熱手段)3が設けられており、当該ヒータ3に供給される電力量が制御装置CONTによって制御されている。
なお、圧電素子20を選択して駆動させ、所定種類の液状体を吐出させることも制御装置CONTが制御する。
制御装置CONTは、上記吐出ヘッド34の液滴吐出動作、基板移動手段32とヘッド移動手段33の駆動動作、ヒータ3への電力供給等を制御する。
また、上述した液状体タンク35は、前記架台33a、33aの一方の上に配置されたもので、この液状体タンク35には、その内部、あるいはその外側にヒータ(図示せず)が設けられている。このヒータは、貯留している液状体を加熱するためのもので、特に液状体が高粘性のものの場合などに、加熱することで粘度を低くし、液状体タンク35から吐出ヘッド34への液状体の流入を容易にできるようにしたものである。
図4は、多層構造を有する発色構造体Cが基板P上に形成された断面図である。
第1透明薄膜F1、第2透明薄膜F2の形成材料としては、ポリシロキサン系樹脂(屈折率1.42)、SiO2(石英;屈折率1.45)、Al2O3(アルミナ;屈折率1.76)、ZnO(酸化亜鉛;屈折率1.95)、酸化チタン(屈折率2.52)、Fe2O3(酸化第二鉄;屈折率3.01)等を適宜選択できる。
λ=2×(n1×t1×cosθ1+n2×t2×cosθ2)…(1)
また、反射率(反射強度)Rは次式で表される。
R=(n12−n22)/(n12+n22)…(2)
この反射率を表す式(1)から明かなように、第1透明薄膜F1と第2透明薄膜F2との屈折率の差が大きいほど、反射強度(発色強度)は大きくなる。
さらに、発色強度は光学厚みが、次式を満足するときに最大となる。
n1×t1=n2×t2=λ/4 …(3)
ここでは、第1透明薄膜F1をポリシロキサン系樹脂(シロキサンポリマー;屈折率1.42)で形成し、当該ポリシロキサン系樹脂を含む液状体材料として濃度3wt%、6wt%の種類を用意した。また、第2透明薄膜F2を酸化チタン(屈折率2.52)で形成し、当該酸化チタンを含む液状体材料として濃度2wt%、4wt%の種類を用意した。また、ここでは、予め基板P上に成膜された1層目の第1透明薄膜F1上に第2透明薄膜F2を成膜する場合について説明する。
なお、予め高濃度(濃度4wt%)の第2透明薄膜形成材料を含む液状体材料を選択しても、当初設定された厚さよりも薄く成膜されること(厚くならないこと)が既知である場合には、高濃度の材料を選択してもよい。
制御装置CONTは、受光部53の測定結果から反射率を算出し、記憶部54に記憶されている相関関係と照合することにより、第2透明薄膜F2の膜厚を求める。
そして、制御装置CONTは、求めた膜厚が所定厚さであるかどうかを判断し(ステップS6)、所定厚さであると判断すると、次層の成膜処理(第1透明薄膜F1の成膜処理)に移行する(ステップS7)。
この後、第2透明薄膜F2の膜厚が所定厚さとなるまで、ステップS1〜S5を順次繰り返す。
第1透明薄膜形成材料としてシロキサンポリマー(屈折率1.42)を含む第1液状体材料を用い、第2透明薄膜形成材料として酸化チタン(屈折率2.52)を含む第2液状体材料を用いて第1透明薄膜F1、第2透明薄膜F2を成膜した。
ここで、例えば青色(λ=480nm)を発色させる場合には、式(3)に基づいて、各第1透明薄膜F1を厚さt1=84.5nmで成膜し、各第2透明薄膜F2を厚さt2=47.6nmで成膜した。この結果、図6(a)に示すように、反射率が80%以上で青色の発色特性が得られた。
また、本実施形態では、透明薄膜Fの表面に適宜プラズマ処理を施して親液性を付与するため、この層を下地層として次層の液状体材料を塗布した際には、当該液状体材料を良好に濡れ拡がらせることが可能になり、所定の厚さの透明薄膜Fを均一に成膜することができる。
また、本実施形態では、液滴吐出法により液状体材料を塗布しているため、必要最低限の液状体材料を必要な領域にのみ効率的に塗布することが可能になり、生産性を一層向上させることができる。
上記第1実施形態では、第1透明薄膜F1、第2透明薄膜F2をそれぞれについて同じ厚さで成膜する構成としたが、第2実施形態では最上層及び最下層については、他の層と厚さを異ならせている。
このような膜厚の発色構造体Cを製造する際にも、上述した反射率測定を用いることにより、より高精度に膜厚及び発色特性を制御することが可能になる。
上記実施形態では、第1透明薄膜F1、第2透明薄膜F2について、屈折率の小さい第1透明薄膜F1の膜厚が、屈折率の大きい第2透明薄膜F2よりも大きな膜厚で形成する構成としたが、本実施形態ではこれとは逆の構成としている。
そして、図15(b)に示すように、本実施形態においても、所定領域以外の波長領域における反射ピークを小さくできるとともに、所定領域以外に出現する反射ピークの波長領域を小さくでき、良好な発色特性を得ることが可能になる。
さらに、粒子径以上の膜厚で透明薄膜を形成する場合には、透明薄膜の膜厚を粒子径の整数倍とすることにより、上記粒子径の厚さで膜を成膜する工程を複数回繰り返すことにより、ばらつきが少ない一定の厚さで精度よく成膜することが可能になる。
Claims (12)
- 所定の発色特性を有して設けられる発色構造体の製造装置であって、
基板上に液状体材料を塗布して前記発色特性に基づく厚さで透明薄膜を成膜する成膜装置と、
互いに異なる屈折率を有する複数種の前記液状体材料を交互に塗布して積層された前記透明薄膜に対して検知光を照射して反射率を測定する反射率測定装置とを備えることを特徴とする発色構造体製造装置。 - 請求項1記載の発色構造体製造装置において、
前記反射率測定装置は、前記検知光を投光する投光部と、前記透明薄膜からの反射光を受光する受光部と、前記受光部の受光結果に基づいて前記成膜装置を制御して最上層の前記透明薄膜の厚さを調整する制御部とを有することを特徴とする発色構造体製造装置。 - 請求項2記載の発色構造体製造装置において、
前記制御部は、前記反射率と前記透明薄膜の厚さとの相関関係を記憶する記憶部を有することを特徴とする発色構造体製造装置。 - 請求項2または3記載の発色構造体製造装置において、
前記制御部は、前記受光部の受光結果に基づいて、前記複数種の液状体材料毎に用意された濃度の異なる該液状体材料から選択した前記液状体材料を前記成膜装置に塗布させることを特徴とする発色構造体製造装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の発色構造体製造装置において、
前記成膜装置は、前記複数種の液状体材料をそれぞれ液滴吐出法で塗布することを特徴とする発色構造体製造装置。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の発色構造体製造装置において、
塗布した前記透明薄膜にプラズマ処理を行い、当該透明薄膜上に塗布される前記液状体材料に対する親液性を付与するプラズマ処理装置を備えることを特徴とする発色構造体製造装置。 - 所定の発色特性を有して設けられる発色構造体の製造方法であって、
基板上に液状体材料を塗布して前記発色特性に基づく厚さで透明薄膜を成膜する成膜装置と、
互いに異なる屈折率を有する複数種の前記液状体材料を交互に塗布して前記透明薄膜を積層する工程と、
積層された前記透明薄膜に対して検知光を照射して反射率を測定する工程と、
を有することを特徴とする発色構造体の製造方法。 - 請求項7記載の発色構造体の製造方法において、
測定した前記反射率に基づいて最上層の前記透明薄膜の厚さを調整する工程を有することを特徴とする発色構造体の製造方法。 - 請求項8記載の発色構造体の製造方法において、
前記反射率と前記透明薄膜の厚さとの相関関係を予め記憶した結果に基づいて、前記最上層の前記透明薄膜の厚さを調整することを特徴とする発色構造体の製造方法。 - 請求項8または9記載の発色構造体の製造方法において、
測定した前記反射率に基づいて、前記複数種の液状体材料毎に用意された濃度の異なる該液状体材料から選択した前記液状体材料を塗布することを特徴とする発色構造体の製造方法。 - 請求項7から10のいずれか一項に記載の発色構造体の製造方法において、
前記複数種の液状体材料をそれぞれ液滴吐出法で塗布することを特徴とする発色構造体の製造方法。 - 請求項7から10のいずれか一項に記載の発色構造体の製造方法において、
成膜された前記透明薄膜にプラズマ処理を行い、当該透明薄膜上に塗布される前記液状体材料に対する親液性を付与するプラズマ処理工程を有することを特徴とする発色構造体の製造方法。
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