JP2016007612A - 多層蒸着体のマーキング法及び多層蒸着体 - Google Patents
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Abstract
【課題】基材上に複数の蒸着層からなる多層膜が形成されている多層蒸着体において、マスキングシートを用いずにマーキング部が形成でき、かつ、マーキング部の着色を基材地色に影響されずに可能となり、マーキング部の意匠多様化の要請に応えることが容易である多層蒸着体のマーキング法を提供すること。【解決手段】基材１１上に複数の蒸着層１３a〜１３ｇからなる多層膜１３が形成されている多層蒸着体のマーキング法。多層蒸着体の多層膜１３が絶縁体層１３ａ〜１３ｄ，１３ｆ，１３ｇと一つの導体層１３ｅとを備えている。導体層１３ａの外側が一層以上の外側絶縁体層１３ｆ，１３ｇで形成されたものとする。マーキング部Ｍをレーザでマーキングすることにより、マーキング部Ｍの導体層１３ｅをレーザの吸収熱で気化させると同時に、マーキング部Ｍの外側絶縁体層１３ｆ，１３ｇを剥離除去してマーキングを行う。【選択図】図１
Description
本発明は、多層蒸着体のマーキング法及び該マーキング法で製造した多層蒸着体に関する。より詳しくは、基材上に複数の蒸着層からなる多層膜が形成されている多層蒸着体のマーキング法に係る発明及び基材上に複数の蒸着層からなる多層膜が形成されているとともに、マーキング部を備えた多層蒸着体に係る発明である。
従来、図１に示すような、基材上に複数の蒸着層からなる多層膜が形成されている多層蒸着体にマーキング部（文字や記号その他パターン）を形成するには、通常、マーキング部を打ち抜いたマスキングシート（保護シート）で、マーキング部をマスキングして多層膜を蒸着していた。しかし、それではマーキング部の着色が基材の地色（基材上に形成した蒸着着色膜を含む。）の影響を受けて制限された。すなわち、マーキング部の意匠多様化の要請に応え難かった。
なお、本発明に係る多層蒸着体のマーキング法の特許性に影響を与えるものではないが、本発明と同様に、レーザでハーフカットを行う下記構成のレーザハーフカット加工品の製造方法が特許文献１において、提案されている。
「難加工性材料層を含む基材シートと粘着剤層とを備え、粘着剤層の表面にセパレータを積層してなる粘着シートに、基材シート側からレーザ光を照射して基材シートから粘着剤層までを切断加工し、セパレータのみを選択的に残すレーザハーフカット加工品の製造方法であって、セパレータが金属を含むセパレータであることを特徴とするレーザハーフカット加工品の製造方法。」
しかし、特許文献１におけるハーフカットは、高分子材料からなる難加工性材料層を構成内に有する基材シートをレーザ光でハーフカット処理する際の問題点であるセパレータの切断を防止するために、セパレータが金属を含むもの（導体層）である技術であり、本発明のごとく、導体層を溶融気化させて、導体層上の蒸着層を剥離除去する技術とは逆の発想に基づいている。
本発明は、上記にかんがみて、基材上に複数の蒸着層からなる多層膜が形成されている多層蒸着体において、マスキングシートを用いずにマーキング部が形成でき、かつ、マーキング部の着色を基材地色に影響されずに可能となり、マーキング部の意匠多様化の要請に応えることが容易である多層蒸着体のマーキング法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意開発に努力をする過程において、特許文献１に記載の金属層（導体層）をセパレータ（層）とするのとは逆にレーザでマーキング部の導体層を気化（昇華乃至蒸発）させれば同時に導体層上の誘電体層（絶縁体層）も剥離されることを知見して本発明に係る多層蒸着体のマーキング法および多層蒸着体に想到した。
すなわち、本発明者は、レーザ抜きでマーキング部を形成しようとした場合：
１）絶縁体層（通常、誘電体層）では、マーキング部においてレーザ光がほとんど吸収せず透過してしまい、レーザ抜きできない（図３(Ａ)）。
これに対して、
２）導体層（通常、金属層）では、マーキング部において、レーザ光を吸収して発熱し、マーキング部が気化（揮発・昇華）する（図３(Ｂ)）。
との本発明者が定立した仮説に基づいて、本発明を完成したものである。
１）絶縁体層（通常、誘電体層）では、マーキング部においてレーザ光がほとんど吸収せず透過してしまい、レーザ抜きできない（図３(Ａ)）。
これに対して、
２）導体層（通常、金属層）では、マーキング部において、レーザ光を吸収して発熱し、マーキング部が気化（揮発・昇華）する（図３(Ｂ)）。
との本発明者が定立した仮説に基づいて、本発明を完成したものである。
本発明に係る多層蒸着体のマーキング法は、基材上に複数の蒸着層からなる多層膜が形成されている多層蒸着体のマーキング法であって、
前記多層蒸着体の多層膜が絶縁体層と少なくとも一つの導体層とを備えるとともに、該導体層の外側が一層以上の外側絶縁体層で形成されたものとし、
マーキング部をレーザでマーキングすることにより、前記マーキング部の導体層をレーザの吸収熱で気化させると同時に、前記マーキング部の外側絶縁体層を剥離除去してマーキングを行う、ことを特徴とする。
前記多層蒸着体の多層膜が絶縁体層と少なくとも一つの導体層とを備えるとともに、該導体層の外側が一層以上の外側絶縁体層で形成されたものとし、
マーキング部をレーザでマーキングすることにより、前記マーキング部の導体層をレーザの吸収熱で気化させると同時に、前記マーキング部の外側絶縁体層を剥離除去してマーキングを行う、ことを特徴とする。
また、本発明に係る多層蒸着体は、基材上に複数の蒸着層からなる多層膜が形成されているとともに、マーキング部を備えた多層蒸着体であって、
該多層膜が絶縁体層と少なくとも一層の導体層とを備えるとともに、該導体層の外側が一層以上の外側絶縁体層で形成され、
前記マーキング部が、該外側絶縁体層から前記導体層までをレーザ抜きすることにより形成されてなる、ことを特徴とする。
該多層膜が絶縁体層と少なくとも一層の導体層とを備えるとともに、該導体層の外側が一層以上の外側絶縁体層で形成され、
前記マーキング部が、該外側絶縁体層から前記導体層までをレーザ抜きすることにより形成されてなる、ことを特徴とする。
本発明の多層蒸着体のマーキング法の一実施形態について説明する。
ここでは、図２に示すようなサングラスＳを例に採り説明するが、これに限られることなく、基材が透明・非透明の各種工業生産部品、例えば、ディスプレーカバー体（携帯電話のカバー体、自動車用装備品等）にも本発明は適用できる。基材１１は、サングラスＳの場合、通常、無機及び有機の光学ガラス素材を使用できる。有機の光学ガラス素材としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）等の熱可塑性樹脂、ポリ（アリルジグリコールカーボネート：ＣＲ３９）等の熱硬化性樹脂を挙げることができる。
図１に示す如く、７個の蒸着層１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇからなる多層膜１３が、基材１１の表面側に配されている。通常、基材１１の裏側には反射防止膜を形成するが、図例では省略してある。また、多層膜の蒸着層の数は、本実施形態では、７層であるが、３層以上任意である。また、最大数は限定されない。
上記において、第５層１３ｅが導体層とされ、残りの第１〜４層１３ａ〜１３ｄ及び第６〜７層１３ｆ、１３ｇが絶縁体層とされている。
ここで、導体層は金属又は半導体で形成する。そして、そのときの層厚は、吸収係数およびレーザ出力等により異なるが、３〜1000nmの範囲から適宜選定する。膜厚が小さいと、マーキング部の導体層をレーザ抜きした場合の導体層の気化量（蒸発量）が小さく、マーキング部の外側絶縁体層の剥離除去が困難となる。また、膜厚が大きいと、導体層のレーザ抜きは可能であるが、レーザ出力を増大させる必要があるとともに、レーザ抜きの時間が嵩みやすい。
他方、導体層を吸収係数の大きい金属で形成する場合は、レーザ出力が相対的に小さくて済むとともに、レーザ抜きの時間が短くて済む。
意匠性の見地から、吸収係数の小さい半導体（金属ドープ酸化金属）で形成することが望ましい。半導体は、吸収係数が小さいことにより、透明製品において、多層膜層構成の一部の層として含んでも、吸収係数が大きな金属の場合のような透過性の低下につながらず、意匠性の高い多層膜設計が可能となる。
半導体は、吸収係数が金属に比して非常に低い（導電性金属より二けた低い）。例えば、ＩＴＯ（Tin doped Indium Oxide:InO3-SnO2)の吸収係数は、ドープ金属Ｓｎのそれの１/100以下である（表２−１と表２−５参照）。なお、半導体ではドープ量が増大すれば導電性が増大する傾向にある。市販のＩＴＯのＳｎドープ量は６％前後（ＩＴＯ粉末におけるＳｎ溶解度は６±２％）といわれている。
導体層を形成するのに好適な金属および半導体（ＩＴＯ）の成膜真空度、加熱温度および屈折率を表１に示すとともに、可視光域各波長における屈折率および吸収係数を表２−１〜表２−６に示す。
なお、本発明者は、金属ドープ酸化金属（半導体）であるＩＴＯは、吸収係数が金属に比して吸収係数が格段に低くても、マーキング部形成のためのレーザ加工の条件を所定範囲とすれば、マーキング部の導体層をレーザの吸収熱で気化させると同時に、前記マーキング部の外側絶縁体層を剥離除去可能であることを確認している。
そして、表２−６から、半導体の吸収係数が、0.03〜0.10さらには0.05〜0.08が望ましいことが伺える。吸収係数が小さいと、吸収熱で半導体層を気化させることが困難でレーザ抜きができず、逆に吸収係数が大きいと着色が暗色系になりやすく、製品の意匠性が限定される。そして、導体層を半導体で形成する場合の膜厚は、実施例（10nm）から５〜50nmが望ましいことが伺える。
なお、基材１１が有機ガラス（高分子材）の場合は、密着性の見地から第１層１３ａは誘電体層とすることが望ましい。
絶縁体層は、通常、低屈折率材料層と高屈折率材料層との組絶縁体層を複数組備えたものとする。本実施形態では、表３に示す如く、高屈折率層（ZrO2）と低屈折率層（SiO2)とを層厚を変えて組み合わせた組絶縁体層を３組備えている。反射防止膜乃乃至反射膜（ミラー膜）の設計が容易となり、可視光波長域の全体にわたり反射防止膜乃至反射膜の設計が容易となるためである。
なお、絶縁体層を形成する誘電体材料としては、下記高屈折率・低屈折誘電体材料を好適に使用可能である。表４に各誘電体材料の成膜真空度、加熱温度および屈折率を示す。
１）高屈折率誘電体材料
ジルコニア（ＺｒＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、チタニア（ＴｉＯ2）、五酸化二タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、三酸化二クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、五酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）又は酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）。
ジルコニア（ＺｒＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、チタニア（ＴｉＯ2）、五酸化二タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、三酸化二クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、五酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）又は酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）。
２）低屈折率誘電体材料
二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）若しくはそれらの複合酸化物又はフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）。
二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）若しくはそれらの複合酸化物又はフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）。
なお、高屈折率誘電体材料の内で、屈折率が異なるものを組み合わせて組薄膜（例えばＺｒＯ2とＡｌ2Ｏ3）とすることも可能である。
（１）レンズ基材：
表側・裏側基材１１ａ、１１ｂは、１）有機ガラスでも、２）無機ガラスでもよい。軽量化、成形性、加工性等の見地から下記のような有機ガラスとすることが望ましい。特に、染色の困難であったＰＣ、ＰＥＴ等のエステル系のレンズ基材に適用することが、レンズの着色が容易となり望ましい。
表側・裏側基材１１ａ、１１ｂは、１）有機ガラスでも、２）無機ガラスでもよい。軽量化、成形性、加工性等の見地から下記のような有機ガラスとすることが望ましい。特に、染色の困難であったＰＣ、ＰＥＴ等のエステル系のレンズ基材に適用することが、レンズの着色が容易となり望ましい。
なお、有機透明基材の材料名の後の数値は、光透過率および屈折率（25℃）である。
ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）：92％、1.49、
スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）：90％、1.37、
ポリカーボネート（ＰＣ）：89％、1.38、
ポリスチレン（ＰＳ）：88％、1.39
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）：90％、1.32
スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）：90％、1.37、
ポリカーボネート（ＰＣ）：89％、1.38、
ポリスチレン（ＰＳ）：88％、1.39
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）：90％、1.32
そして、透明基材は、サングラスの場合、装着時視認性の見地から、光透過率（可視平均）が80％以上、望ましくは85％以上、さらに望ましくは90％以上のものを使用する。そして、透明基材の肉厚は、サングラスの場合、0.75〜0.95mmとする。
なお、適用製品が眼鏡ガラス（眼鏡用レンズ）でない暈し着色製品とする場合、透明基材の形態は、板材や成形品に限定されず、可撓性を有するフィルムやシートであってもよい。そして、透明基材の肉厚は、50μｍ〜10mmの範囲から適宜選定する。例えば、ＰＤＡのカバー体の場合、0.5〜１mmとする。
本実施形態では、レンズ基材が有機ガラスであるため、該有機ガラスと第１層との密着性確保のために、第１層１３ａを、誘電体材料からなる絶縁体層とする。なお、レンズ基材が無機ガラスである場合は、第１層１３ａを誘電体材料からなる絶縁体層とする必然性はない。第１層を導体層とする場合は、ＩＴＯを使用することができるが、有機ガラスとの密着性にすぐれているジルコニア（高屈折率誘電体材料）とすることが望ましい。
上記蒸着層からなる多層蒸着体は、通常、物理的蒸着法（ＰＶＤ）の一つであり、低温成膜可能な真空蒸着（抵抗加熱乃至電子ビーム加熱）で形成する。透明基材が無機ガラスの如く、耐熱性を有する場合、スパッタリング、イオンプレーティング、イオンビームアシスト法等のＰＶＤでもよい。
真空蒸着の場合、例えば、成膜開始真空度：0.9mPa、電子ビーム蒸発、成膜時基材温度：60±30℃で行なう。
これらの蒸着後の各レンズ製品の表側は、通常、撥水処理をしておく。図２に示す構成の場合は、デップ撥水処理を、図４・５に示す構成の場合は、蒸着撥水処理を、それぞれ施す。
上記では導体層１３ｅは一層としたが、二層以上としてもよい。すなわち、二層以上とした場合は、最外側の導体層までマーキング部がレーザ抜きされる。残りの導体層（通常金属層）は、着色のために選択される。また、二層以上の導体層を、平面で重合しないように部分的に形成し、各導体層までレーザ抜きすることも可能である。
以下、本発明を実施例に基づいて、さらに具体的に説明する。なお、本実施例は、市販の光学薄膜理論ソフトを用いて設定膜厚を求めた。
アクリル樹脂製のレンズ基材１１の表面に、表３に示す多層膜蒸着体を成膜した。
上記多層膜蒸着体の表側から、下記レーザ条件でＹＡＧレーザ加工機（４Ｗ）を用いて、図２に示すようなマーキング部をレーザ加工（レーザ抜き）によりハーフカットを施した。
出力：13W×0.75、走査速度：3500cm/ｓ、周波数：80Hz
出力：13W×0.75、走査速度：3500cm/ｓ、周波数：80Hz
このとき、導体層（ＩＴＯ層）まで綺麗にマーキング部を形成できた。そして、レーザ抜き有とレーザ抜き無部位における分光反射率を測定した。その結果を図４に示す。
図４からレーザ抜き有の部分（非マーキング部）は中心波長が500〜550nmで黄緑色系であるのに対し、レーザ抜き無の部分（マーキング部）は中心波長420nmで紫色系であることが分かる。
１１ レンズ基材
１３ 多層膜
１３ａ 第１層（絶縁体層）
１３ｂ 第２層（絶縁体層）
１３ｃ 第３層（絶縁体層）
１３ｄ 第４層（絶縁体層）
１３ｅ 第５層（導体層）
１３ｆ 第６層（絶縁体層）
１３ｇ 第７層（絶縁体層）
Ｓ サングラス
Ｍ マーキング部
１３ 多層膜
１３ａ 第１層（絶縁体層）
１３ｂ 第２層（絶縁体層）
１３ｃ 第３層（絶縁体層）
１３ｄ 第４層（絶縁体層）
１３ｅ 第５層（導体層）
１３ｆ 第６層（絶縁体層）
１３ｇ 第７層（絶縁体層）
Ｓ サングラス
Ｍ マーキング部
Claims (9)
- 基材上に複数の蒸着層からなる多層膜が形成されている多層蒸着体のマーキング法であって、
前記多層蒸着体の多層膜が絶縁体層と少なくとも一つの導体層とを備えるとともに、該導体層の外側が一層以上の外側絶縁体層で形成されたものとし、
マーキング部をレーザでマーキングすることにより、前記マーキング部の導体層をレーザの吸収熱で気化させると同時に、前記マーキング部の外側絶縁体層を剥離除去してマーキングを行う、
ことを特徴とする多層蒸着体のマーキング法。 - 前記多層蒸着体が、低屈折率層と高屈折率層との組絶縁体層を一組以上備えた絶縁体層と、該組絶縁体層を１組以上外側面に備えた導体層とからなることを特徴とする請求項１記載の多層蒸着体のマーキング法。
- 前記導体層の層厚が３〜1000nmで、レーザがＹＡＧレーザ（活性中心Ｎｄ）であることを特徴とする請求項２に記載の多層蒸着体のマーキング法。
- 前記導体層を形成する半導体の可視光域における吸収係数が0.03〜0.10であることを特徴とする請求項３記載の多層蒸着体のマーキング法。
- 前記組絶縁体層の低屈折率層をＺｒＯ2で形成し、高屈折率層をＳｉＯ2で形成し、前記導体層をＩＴＯで形成することを特徴とする請求項３記載の多層蒸着体のマーキング法。
- 半導体で形成された導体層の層厚が５〜50nmで、レーザがＹＡＧレーザ（活性中心Ｎｄ）であることを特徴とする請求項４又は５記載の多層蒸着体のマーキング法。
- 前記レーザ加工の条件が、出力：0.01〜0.15Ｗ、周波数：50〜100Hz、走査速度：1000〜5000mmｓ-1であることを特徴とする請求項６記載の多層蒸着体のマーキング法。
- 基材上に複数の蒸着層からなる多層膜が形成されているとともに、マーキング部を備えた多層蒸着体であって、
該多層膜が絶縁体層と少なくとも一層の導体層とを備えるとともに、該導体層の外側が一層以上の外側絶縁体層で形成され、
前記マーキング部が、該外側絶縁体層から前記導体層までをレーザ抜きすることにより形成されてなる、
ことを特徴とする多層蒸着体。 - 前記導体層が可視光域における吸収係数が0.03〜0.10である半導体で形成されることを特徴とする請求項９記載の多層蒸着体。
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