JP2017186604A - 親水性スパッタ膜付き部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】親水性に優れるスパッタ膜を備えた部材の製造方法の提供。
【解決手段】本発明の親水性スパッタ膜付き部材の製造方法は、スパッタリングによって支持基材上に透明導電膜を成膜するスパッタ成膜工程と、前記支持基材上の前記透明導電膜に、酸素ガスが供給される雰囲気下で、真空プラズマ処理を施して、前記透明導電膜に酸素原子を導入する真空プラズマ処理工程とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、親水性スパッタ膜付き部材の製造方法に関する。

電圧の印加の有無に応じて光の透過率を変化させる調光フィルムが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。この種の調光フィルムは、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Polymer Dispersed Liquid Crystal）等の調光体と、この調光体を挟み込む一対の電極基板とを備えている。

電極基板は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム等からなる透明な支持基材と、この支持基板上に形成されるＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等の透明導電膜からなる電極層とを備えている。調光フィルムを構成する一対の電極基板は、各電極層が調光体に直に接触する形で、互いに対向している。なお、調光体の一例である高分子分散型液晶は、液晶材料を高分子材料組成物からなるマトリクス中に分散保持させたものからなる。

特開２０１０−１４５８５６号公報 特開２０１５−２１５４２０号公報

電極層はＩＴＯ等の無機成分からなり、調光体は液晶材料等の有機成分からなるため、互いの親和性を高めるために、電極層の表面に、シランカップリング剤が塗布されることがある。しかしながら、従来の電極層は、シランカップリング剤に対する親和性（親水性）が十分でなく、シランカップリング剤を電極層の表面に均一に塗布することが難しい場合があった。

本発明の目的は、親水性に優れるスパッタ膜を備えた部材（親水性スパッタ膜付き部材）の製造方法を提供することである。

本発明に係る親水性スパッタ膜付き部材の製造方法は、スパッタリングによって支持基材上に透明導電膜を成膜するスパッタ成膜工程と、前記支持基材上の前記透明導電膜に、酸素ガスが供給される雰囲気下で、真空プラズマ処理を施して、前記透明導電膜に酸素原子を導入する真空プラズマ処理工程とを備える。

前記親水性スパッタ膜付き部材の製造方法において、前記真空プラズマ処理工程は、前記酸素ガスの供給濃度が１０〜１００％であることが好ましい。

前記親水性スパッタ膜付き部材の製造方法において、前記真空プラズマ処理工程は、プラズマを発生させるために供給される電力密度が０．４Ｗ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。

前記親水性スパッタ膜付き部材の製造方法において、前記真空プラズマ処理工程は、前記酸素ガスと共に希ガスが供給されてもよい。

前記親水性スパッタ膜付き部材の製造方法において、前記真空プラズマ処理工程は、前記支持基材上の前記透明導電膜が、ロール・トウ・ロール方式で搬送され、前記透明導電膜の搬送速度が０．５ｍ／分〜４．０ｍ／分であることが好ましい。

前記親水性スパッタ膜付き部材の製造方法において、前記スパッタ成膜工程及び前記真空プラズマ処理工程をｉｎ−ｓｉｔｕで実施することが好ましい。

本発明によれば、親水性に優れるスパッタ膜を備えた部材（親水性スパッタ膜付き部材）の製造方法を提供することができる。

親水性スパッタ膜付き部材の構成を模式的に表した断面図 親水性スパッタ膜付き部材の製造方法の工程を示すフロー図 真空プラズマ処理機を備えたロール・トウ・ロール方式のスパッタリング装置を模式的に表した説明図

本発明の親水性スパッタ膜付き部材の製造方法、及び親水性スパッタ膜付き部材について図面を参照しつつ説明する。図１は、親水性スパッタ膜付き部材１の構成を模式的に表した断面図である。親水性スパッタ膜付き部材１０は、支持基材２０と、支持基材２０上に形成される親水性スパッタ膜３０とを備えている。

支持基材２０は、親水性スパッタ膜３０を支持する部材であり、例えば、樹脂フィルムからなる。樹脂フィルムを構成する樹脂材料としては、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、透明性に優れたポリエステル系樹脂が挙げられる。ポリエステル系樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート等を用いることができる。また、透明性が確保されていれば、ポリエステル樹脂以外のフィルム材でもよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロン６、ナイロン１２などのポリアミド樹脂、ポリビニルアルコールやエチレン―ビニルアルコール共重合体等のビニルアルコール樹脂、さらにはポリスチレン、トリアセチルセルロース、アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルサルホン、環状ポリオレフィンなどの合成樹脂からなるフィルムを用いることができる。

支持基材２０は、樹脂フィルムのみからなる構成であってもよいし、樹脂フィルムからなる芯材の両面又は片面に平坦化層（ハードコート層）が形成された構成であってもよい。平坦化層は、例えば、アクリル系樹脂組成物からなる。

支持基材２０の厚みは、特に制限されないが、例えば、２５μｍ〜３００μｍが好ましく、５０μｍ〜１８８μｍがより好ましい。

なお、本発明の目的を損なわない限り、支持基材２０の表面に、必要に応じて、プラズマ処理（真空プラズマ処理、大気圧プラズマ処理）、コロナ放電処理、火炎処理等の表面処理を行ってもよい。

親水性スパッタ膜３０は、支持基材２０上にスパッタリングにより成膜（スパッタ成膜）された透明導電膜が、真空プラズマ処理されたものからなる。

支持基材２０上にスパッタ成膜される透明導電膜としては、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（酸化インジウム・酸化亜鉛）、ＡＺＯ（アルミ添加酸化亜鉛）、ＳＺＯ（チタン添加酸化亜鉛）、ＴｉＯ_２（酸化チタン）、Ｎｂ_２Ｏ_３（酸化ニオブ）、ＨｆＯ_２（酸化ハフニウム）、Ｔａ_２Ｏ_２（酸化タンタル）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ_２（酸化スズ）、ＳｉＯ_２（酸化ケイ素）等の金属酸化物等が挙げられる。

透明導電膜を構成する金属酸化物は、単層であってもよいし、複数層（多層）であってもよい。なお、透明導電膜が複数層からなる場合、最上層が金属酸化物であれば、本発明の目的を損なわない限り、金属酸化物以外に、ＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）、ＡｇＰｄ（銀パラジウム合金）等が含まれていてもよい。

透明導電膜の厚みは、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、１５ｎｍ〜９０ｎｍが好ましい。透明導電膜の厚みがこのような範囲であると、真空プラズマ処理により、透明導電膜に親水性を付与することができる。

支持基材２０上に透明導電膜を成膜するために利用されるスパッタリング法としては、成膜レートの高いＤＣスパッタリング法が好ましい。なお、スパッタリング法により多層成膜する場合、１つのチャンバで複数のターゲットから交互又は順番に成膜する１チャンバ法であってもよいし、複数のチャンバで連続的に成膜するマルチチャンバ法であってもよい。なお、生産性及び材料コンタミネーションを防止する等の観点より、マルチチャンバ法が好ましい。

親水性スパッタ膜３０は、支持基材２０上にスパッタ成膜された透明導電膜が、後述する真空プラズマ処理されることにより、透明導電膜中に酸素原子が導入され、水酸基等の親水性を向上させる官能基が透明導電膜の表面に形成されたものである。

親水性スパッタ膜付き部材１０は、例えば、調光フィルムの電極基板として利用することができる。その場合、親水性スパッタ膜付き部材１０の親水性スパッタ膜３０は、電極として利用され、シランカップリング剤に対する親和性（親水性）に優れたものとなる。また、親水性スパッタ膜付き部材１０は、フレキシブル性を備えた調光可能なスクリーン（透過率を制御することで、透過率が低い場合に投影映像を映し出すことが可能な所謂、アクティブスクリーン）の電極基板としても利用することができる。

なお、親水性スパッタ膜付き部材１０は、調光フィルムの電極基板以外の用途に用いられてもよい。

次いで、親水性スパッタ膜付き部材１０の製造方法を説明する。図２は、親水性スパッタ膜付き部材の製造方法の工程を示すフロー図である。図２に示されるように、本発明の親水性スパッタ膜付き部材の製造方法は、スパッタ成膜工程（Ｓ１）と、真空プラズマ処理工程（Ｓ２）とを備えている。

スパッタ成膜工程は、スパッタリング法によって、支持基材２０上に、金属酸化物からなる透明導電膜を形成する工程である。スパッタ成膜工程では、上述したように、ＤＣスパッタリング法等を利用して、支持基材２０上に、金属酸化物からなる透明導電膜が形成される。

真空プラズマ処理工程は、酸素ガスが供給される雰囲気下で、支持基材２０上の透明導電膜に、真空プラズマ処理を施して、透明導電膜に酸素原子を導入する工程である。

真空プラズマ処理工程は、例えば、ロール・トウ・ロール方式のスパッタリング装置に併設されている真空プラズマ処理機を利用して行われる。図３は、真空プラズマ処理機を備えたロール・トウ・ロール方式のスパッタリング装置１００を模式的に表した説明図である。スパッタリング装置１００は、チャンバ内に、ターゲット１０１を備えている。ターゲット１０１は、チャンバ内に設置されているカソードに配置されている。スパッタリング装置１００では、支持基材２０を構成する樹脂フィルム（例えば、ＰＥＴフィルム）が、２つのローラ１０３，１０４と、それらの間に配されるドラム部１０２に架けられている。図３において、ローラ１０４側（図３の右側）に樹脂フィルムの上流側が配され、ローラ１０４よりも上流側に、ローラ１０６が配されている。また、ローラ１０３側（図３の左側）に、樹脂フィルムの下流側が配され、ローラ１０４よりも下流側にローラ１０５が配されている。図３のスパッタリング装置１００において、ドラム部１０２が回転すると、樹脂フィルムが上流側から下流側へ搬送される。そして、樹脂フィルムがターゲット１０１と対向する部分を通過する際に、上述したスパッタ成膜工程が行われ、そして、スパッタ成膜工程の後に、続けて下流側に設けられた真空プラズマ処理機２００を利用して、真空プラズマ処理が行われる。

真空プラズマ処理としては、酸素ガス及び希ガス（例えば、アルゴンガス）を含む雰囲気下で行う場合と、酸素ガスのみ（酸素ガスの供給濃度１００％）を含む雰囲気下で行う場合とがある。

酸素ガスの供給濃度（対希ガス濃度）は、１０％〜１００％が好ましい。なお、酸素ガスと共に、アルゴンガス等の希ガスを含む雰囲気下で、真空プラズマ処理を行う場合、酸素ガスの供給濃度の上限は、１００％未満である。

真空プラズマ処理において、チャンバ内の真空度は、１０Ｐａ以下に設定される。

真空プラズマ処理では、支持基材２０側がプラスのバイアスがかかった状態となり、雰囲気中に希ガス（例えば、アルゴン）が存在すると、希ガスのプラズマとなって支持基板２０上の透明導電膜を、所謂、逆スパッタ現象によりアタックして、透明導電膜の一部を削ることになる。ただし、雰囲気中には、酸素が必ず存在しているため、その酸素が透明導電膜中の原子の再結合をアシストする。その結果、透明導電膜中には、酸素原子が導入され、その導入された酸素原子の一部が水酸基等の親水性（極性）を有する官能基となると推測される。

なお、雰囲気中にアルゴン等の希ガスが存在しない場合は、所謂、逆スパッタ現象は起こらず、雰囲気中の酸素が透明導電膜中に導入され、水酸基等の親水性（極性）を有する官能基が生成されると推測される。

真空プラズマ処理において、プラズマを発生させるために供給される電力密度（プラズマ電力）は、０．４Ｗ／ｃｍ^２以上が好ましい。電力密度（プラズマ電力）がこのような範囲であると、真空プラズマ処理において、透明導電膜に親水性を付与することができる。

また、真空プラズマ処理において、支持基材（樹脂フィルム）上の透明導電膜が、ロール・トウ・ロール方式で搬送される場合、透明導電膜（支持基材、樹脂フィルム）の搬送速度は０．５ｍ／分〜４．０ｍ／分であることが好ましい。透明導電膜（支持基材、樹脂フィルム）の搬送速度が、このような範囲であると、真空プラズマ処理において、透明導電膜に親水性を付与することができる。

なお、上述したスパッタ成膜工程及び真空プラズマ処理工程は、ｉｎ−ｓｉｔｕで実施することが好ましい。本明細書において、「ｉｎ−ｓｉｔｕ（インサイチュ）」とは、スパッタ成膜工程と、真空プラズマ処理工程とを、互いに独立したチャンバで行ってもよいが、全てのチャンバが真空条件下であり、一度も大気圧下に取り出されていないことを意味する。このようにスパッタ成膜工程及び真空プラズマ処理工程を、ｉｎ−ｓｉｔｕで実施すると、透明導電膜に対して効率よく、酸素原子、ひいては水酸基等の親水性官能基を導入することができる。

なお、他の実施形態においては、本発明の目的を損なわない限り、スパッタ成膜工程の後、一旦、大気圧下に、透明導電膜が成膜された支持基材を取り出し、その後、真空プラズマ処理を施してもよい。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

なお、以下に示される実施例、及び比較例では、真空プラズマ処理機を備えたロール・トウ・ロール方式のマグネトロンスパッタリング装置（例えば、図３参照）を用いて、支持基材上に透明導電膜の成膜、及び透明導電膜に対する真空プラズマ処理を行った。また、スパッタリング装置の各チャンバー内に供給されるガス（例えば、アルゴンガス及び酸素ガス）の流量は、所定のマスフローコントローラを用いて適宜、調節した。

〔実施例１〕
（スパッタ成膜工程）
支持基材として、ＰＥＴフィルム（厚み：７５μｍ）を用意し、スパッタリング装置にセットした。そして、ＰＥＴフィルムの表面に、スパッタリングにより、亜鉛添加酸化インジウム（ＩＺＯ）からなる透明導電膜を形成した。成膜条件は、以下の通りである。

＜成膜条件＞
ターゲット：ＩＺＯターゲット（出光興産株式会社製）、成膜圧力：０．４Ｐａ、ＤＣパワー：２．５Ｗ／ｃｍ^２

（真空プラズマ処理工程）
スパッタ成膜工程に続いて、ｉｎ−ｓｉｔｕの状態で、真空プラズマ処理を行って、実施例１の親水性スパッタ膜付き部材を得た。処理条件は、以下の通りである。

＜処理条件＞
プラズマ電力（電力密度）：０．５Ｗ／ｃｍ^２、ドラム速度（搬送速度）：３ｍ／分、酸素ガス供給濃度（対アルゴンガス）：１０％、アルゴンガス供給濃度：９０％、真空度：１０Ｐａ以下

実施例１の親水性スパッタ膜の厚みは、１６ｎｍであった。親水性スパッタ膜の厚みは、蛍光Ｘ線分析（リガク社製、ＺＳＸ−１００ｅ）によって測定した。

（親水性評価：接触角の測定）
実施例１の親水性スパッタ膜付き部材の親水性スパッタ膜（真空プラズマ処理済みのＩＺＯ膜）について、水に対する接触角θ（度）を測定した。結果は、表１に示した。

〔実施例２〜９、及び比較例１〜４〕
実施例１と同じ成膜条件でスパッタ成膜工程を行うと共に、真空プラズマ処理における条件（プラズマ電力（電力密度）、ドラム速度、酸素ガス供給濃度）を、表１に示す値に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、真空プラズマ処理を行って、実施例２〜９の親水性スパッタ膜付き部材、及び比較例２〜４の処理済みスパッタ膜付き部材を得た。なお、比較例１では、実施例１と同じ成膜条件でスパッタ成膜工程のみを行い、真空プラズマ処理を行っていない、未処理スパッタ膜付き部材を得た。

実施例２〜９、及び比較例１〜４の各部材について、実施例１と同様、水に対する接触角θ（度）を測定した。結果は、表１に示した。

表１に示されるように、酸素ガス供給量が３０％（アルゴンガス供給量７０％）の場合、接触角が最も小さくなることが確かめられた（実施例３〜５）。酸素ガス供給量が１０％以上であれば、比較例１の未処理の場合と比べて親水性が向上するものの、酸素ガス供給量が３０％以上であれば、より優れた親水性を得られることが確かめられた。これは、酸素ガス供給量が、３０％未満であると、真空プラズマ処理で発生する酸素ラジカルの絶対量が乏しくなり、また、３０％を超えると、アルゴンが少なくなるため、低圧になる分、逆スパッタ効果が促進され、水酸基等の親水性基を作り難くしているものと推測される。

また、ドラム速度（搬送速度）は、０．５ｍ／分〜４．０ｍ／分であればよいが、特に、３ｍ／分の場合に、最も接触角が小さくなることが確かめられた。３ｍ／分よりも遅いと、逆スパッタ現象が促進される傾向があり、また、３ｍ／分より速いとラジカル反応が追い付けなくなる傾向がある。

実施例９に示されるように、酸素ガスの供給量が１００％（つまり、アルゴンガスの供給量が０％）の場合、酸素ガスの供給量が３０％の場合と同等の接触角が得られることが確かめられた。実施例９では、真空プラズマ処理中に、アルゴンガスが存在しないため、逆スパッタ現象が起きず、純粋に透明導電膜に水酸基等の親水性官能基が形成されているものと推測される。

１０…親水性スパッタ膜付き部材、２０…支持基材、３０…親水性スパッタ膜（真空プラズマ処理済み透明導電膜）

Claims (6)

1. スパッタリングによって支持基材上に透明導電膜を成膜するスパッタ成膜工程と、
   前記支持基材上の前記透明導電膜に、酸素ガスが供給される雰囲気下で、真空プラズマ処理を施して、前記透明導電膜に酸素原子を導入する真空プラズマ処理工程とを備える親水性スパッタ膜付き部材の製造方法。
2. 前記真空プラズマ処理工程において、前記酸素ガスの供給濃度が１０〜１００％である請求項１に記載の親水性スパッタ膜付き部材の製造方法。
3. 前記真空プラズマ処理工程において、プラズマを発生させるために供給される電力密度が０．４Ｗ／ｃｍ^２以上である請求項１又は請求項２に記載の親水性スパッタ膜付き部材の製造方法。
4. 前記真空プラズマ処理工程において、前記酸素ガスと共に希ガスが供給される請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の親水性スパッタ膜付き部材の製造方法。
5. 前記真空プラズマ処理工程において、前記支持基材上の前記透明導電膜が、ロール・トウ・ロール方式で搬送され、前記透明導電膜の搬送速度が０．５ｍ／分〜４．０ｍ／分である請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の親水性スパッタ膜付き部材の製造方法。
6. 前記スパッタ成膜工程及び前記真空プラズマ処理工程をｉｎ−ｓｉｔｕで実施する請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の親水性スパッタ膜付き部材の製造方法。

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