JP2017523949A - 耐引っかき性／耐摩耗性と撥油性とが改良されたガラス用コーティング - Google Patents

Abstract

ガラスの前面上に、ダイアモンド様コーティングを形成すること、不活性スパッタリングを行い、前記ダイアモンド様コーティング上に、保護層を直接形成すること、反応性スパッタリングを行い、前記保護層上に、粘着層を直接形成すること、及び、前記粘着層上に、抗指紋層を直接形成することによる、前記ガラスの前面上の保護コーティング。【選択図】図１

Description

本出願は、２０１４年７月２２日に出願の米国仮出願第６２／０２７７４５号及び２０１４年８月４日に出願の米国仮出願第６２／０３３０９９号に基づく優先権を主張してなされたものであり、これらの出願に開示された内容は、全て本出願にて言及されている。

本開示は、例えばタッチスクリーンディスプレイ等にて使用される、耐引っかき性と、疎水性／撥油性とが改良されたガラス用コーティングに関する。

標準的なガラスは、例えばモバイル機器のタッチスクリーン等にて使用されるカバーガラスにとっての課題である、引っかき跡及び指紋跡の影響を受け易い。引っかき予防のためのコーティングが種々開発されてきており、これらのコーティングは、指紋の付着を回避するか又は低減させるために、撥油性を備えている。

撥油性コーティング（抗指紋コーティング、ＡＦＣ、ともいう）は、ガラス基板に撥油性を付与することが知られており、その結果、指紋はガラス基板に充分に付着することがなく、容易に拭き取られる。容易に摩耗しない長持続撥油コーティングを作製するために、コーティング工程は、ＳｉＯ_２粘着層を沈着させた後に、ＡＦＣコーティングを沈着させることによってなされる。ＳｉＯ_２なしの雰囲気でも沈着させることができるが、得られるコーティングは、摩耗試験（例えば、スチールウール又は寒冷紗での摩擦）に長期に亘って耐えることができない。

ダイアモンド様コーティングは、一般にＤＬＣといい、ガラス基板の耐引っかき性を著しく改良することが知られている。しかしながら、ＤＬＣは、ガラス上の多くのアプリケーションに対する撥油性が充分ではない。

耐引っかき性及び撥油性の双方を付与するために、ガラス上にＤＬＣを沈着させ、該ＤＬＣ上にＡＦＣを沈着させることが示唆されてきている。しかしながら、ＡＦＣ、例えばＦＡＳ（フルオロアルキルシラン）は、ＤＬＣフィルムに対する粘着性が充分ではない。したがって、まさにＡＦＣをガラス上に直接適用したときと同じように、ＤＬＣとＡＦＣとの間に酸化層を用いることが示唆されてきている。

ＤＬＣが設けられたガラス上へ撥油性コーティングを適用すると、ＤＬＣが損傷し、事実上、期待された耐引っかき性が消滅することが分かった。すなわち、ＤＬＣが設けられた基板を用い、これを標準的なＡＦＣ工程（プラズマ洗浄及びＳｉＯ_２粘着層の沈着）に供することにより、ＤＬＣが損傷する。このように、ＡＦＣとＤＬＣとは両立せず、その結果、ガラスは、引っかきから保護されるか、又は指紋から保護されるが、双方から保護されることはないことが明らかである。

従来のコーティングよりも優れた粘着性を示し、その撥油性が長期に亘って持続し、摩擦に耐え得る、ＤＬＣフィルム上に形成された、改良されたＡＦＣを得ることが望ましい。

以下の概要は、本発明のいくつかの局面及び特徴の基本的な理解を与えるために含まれるものである。この概要は、本発明の広範囲に及ぶ概説ではなく、それ自体は、本発明の鍵となる要素又は臨界的な要素を特に定義するため、もしくは、本発明の範囲を描くためのものではない。その唯一の目的は、以下に示すより詳細な説明の前置きとして、簡素化された形式にて、本発明のいくつかの概念を示すことである。

ＤＬＣを維持するだけでなく、耐引っかき性と撥油性の耐久性とを総合的に改良する、撥油性沈着工程の非自明的な変更が発見された。

一実施態様において、ガラス基板がＤＬＣフィルムでコーティングされた。次いで、該ＤＬＣ上にケイ素フィルムが形成された後、該ケイ素フィルム上に二酸化ケイ素フィルムが形成された。次いで、該二酸化ケイ素フィルム上にＡＦＣ層が形成された。

本発明の局面により、電子ディスプレイスクリーン上で使用するためのガラスが提供される。該ガラスは、
ガラス基板、
ガラスの前面上のダイアモンド様コーティング、
ケイ素を含有し、前記ダイアモンド様コーティング上に直接形成された第１層と、
ケイ素と酸素及びチッ素の少なくとも１つとを含有し、前記第１層上に直接形成された第２層とからなる、中間コーティング、及び
前記第２層上に直接備えられた、抗指紋コーティング
からなる。

別の局面により、ガラスの前面に保護コーティングを形成する方法が提供される。該方法は、
前記ガラスの前面上に、ダイアモンド様コーティングを形成すること、
不活性スパッタリングを行い、前記ダイアモンド様コーティング上に、保護層を直接形成すること、
反応性スパッタリングを行い、前記保護層上に、粘着層を直接形成すること、及び
前記粘着層上に、抗指紋層を直接形成すること
からなる。

さらなる局面により、ガラスの前面に保護コーティングを形成する方法が提供される。該方法は、
前記ガラスの前面上に、ダイアモンド様コーティングを形成すること、
反応性スパッタリングを行い、前記ダイアモンド様コーティング上に、酸チッ化ケイ素層を直接形成すること、及び
前記酸チッ化ケイ素層上に、抗指紋層を直接形成すること
からなる。

本発明の他の局面及び特徴は、以下の図面を参照した詳細な説明から明らかになる。これらの詳細な説明及び図面により、添付の請求項で定義される本発明の種々の実施態様に係る、制限のない種々の実施例が提供されることが、正しく評価されるべきである。

本明細書に含まれ、その一部を構成する添付の図面により、本発明の実施態様が例示され、該図面は、詳細な説明とともに、本発明の原理の説明及び図解に役立つ。該図面は、例示された実施態様の主な特徴を、概略的な方法で図解することを意図する。該図面は、実際の実施態様の全ての特徴も、各要素の相対的な寸法も、描写することを意図せず、一定の縮尺で示されているものではない。

図１は、本発明の一実施態様を示す概略断面図である。 図２は、本発明の第２実施態様を示す概略断面図である。 図３は、本発明の第３実施態様を示す概略断面図である。 図４は、本発明の第４実施態様を示す概略断面図である。 図５は、本発明の第５実施態様を示す概略断面図である。 図６は、本発明の一実施態様に係る水素化工程を示す概略図である。 図７は、本発明の第２実施態様に係る水素化工程を示す概略図である。 図８は、本発明の一実施態様に係る、抗引っかきＤＬＣ最上層を備えたＡＲＣ又は備えていないＡＲＣの、反射率のプロットである。 図９は、本発明の一実施態様に係る製作システムを示す概略図である。

本明細書に開示された実施態様は、ＤＬＣ層上のＡＦＣの粘着性を改良するために開発されたものであり、その結果、ＤＬＣ層の耐引っかき性が維持されるとともに、一方では、ＡＦＣフィルムの撥油性の耐久性が改良されている。

摩耗試験（スチールウールでの摩擦サイクル）における時間関数として油接触角を測定した撥油性の試験により、以下のことが予期せずに明らかになった。それは、本発明の実施態様にしたがってコーティングされたＡＦＣを備えるガラス上では、従来の酸化物層を用いてＡＦＣが沈着されたサンプル上よりも、より長期間に亘って接触角が維持していたことである。標準的な工程によってガラス製品上に設けられたＡＦＣは、１１０°の接触角で２５００摩擦の耐性を有していた（接触角は、ビーズ状油滴の出口角である）。これに対して、本発明の実施態様にしたがってＤＬＣ上にＡＦＣを沈着させると、５０００摩擦を超える耐性を示した。

本発明の実施態様では、ガラス上に設けられたＤＬＣフィルムと、該ＤＬＣフィルム上に設けられたＡＦＣフィルムとが用いられる。多層中間フィルムは、該ＤＬＣフィルムと該ＡＦＣフィルムとの間に介在している。該多層中間フィルムは、酸化物フィルムを含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。また、抗反射コーティング（ＡＲＣ）フィルムが、該ガラスと該ＤＬＣとの間に介在していてもよい。該ＡＲＣは、多層構造であってもよい。

以下に示す本発明の実施態様に係るガラスは、ＤＬＣが設けられ、撥油性コーティングを有する。全コーティングが撥油性であり、ＤＬＣ又は撥油性コーティング単体よりも耐引っかき性に優れる。スチールウールを用いた摩耗試験において接触角にて評価した撥油性は、より長期間に亘って維持されている。

図１は、本発明の一実施態様を示す概略断面図である。図１において、ＤＬＣ層１０５は、ガラス基板１００上に形成されている。ガラス１００は、例えばＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標）社から入手可能なＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス等の、処理ガラスであってもよい。さらに、図１には示していないが、該ＤＬＣと該ガラスとの間にＡＲＣ層が形成されていてもよい。したがって、本開示における「Ｂ上に形成されたＡ」とは、「Ａは、Ｂ上に直接形成されている状態」又は「Ａは、ＡとＢとの間の中間層上に形成されている状態」の双方を含む概念である。

図１に示す実施態様において、保護／粘着多層コーティング１１０は、ＤＬＣ１０５上に設けられる。該多層コーティング１１０は、特に、ＤＬＣ１０５を保護し、ＡＦＣ１２５の粘着性を強化するために機能する。以下のことがまた、予期せずに発見された。それは、多層コーティング１１０は、ＡＦＣ１２５の撥油性能を強化することである。図１の多層コーティング１１０は、ＤＬＣ１０５上に直接かつ接触して形成されているケイ素保護層１１５と、該ケイ素保護層１１５上に直接かつ接触して形成されている酸化ケイ素粘着層１２０とからなる。ＡＦＣ１２５は、該酸化ケイ素粘着層１２０上に直接かつ接触して形成されている。

一実施態様において、保護／粘着多層コーティング１１０は、ＰＶＤスパッタリングを用いて形成される。一実施態様において、両層のスパッタリングは単一チャンバー内で行われ、別の実施態様において、両層は２つの連続したチャンバー内で形成される。ケイ素層は、ケイ素ターゲットと、プラズマを点火及び維持するためのアルゴンガスとを用いて形成される。一実施態様において、スパッタリングは、基板にプラズマを接触させることなく行われ、ケイ素ターゲット板と鋭角をなしてスパッタリングされた粒子のみが、基板に到達する。ターゲット板に垂直な角度で存在している粒子は、基板に到達しないようにされている。

酸化ケイ素層１２０のスパッタリングは、ケイ素ターゲットと、プラズマを維持するためのアルゴンガスとを用い、酸化物ガスをケイ素粒子と反応させて行った。このように、ケイ素層のスパッタリングは、不活性スパッタリング（すなわち、ターゲットからの材料のみが基板上に沈着する）といわれており、一方、酸化ケイ素層のスパッタリングは、反応性スパッタリング（すなわち、第２の種が、基板上に着地する前に、ターゲットからの材料と反応している）といわれている。すなわち、この特定の実施例において、第１層は不活性スパッタリング工程にて形成され、一方、第２層は反応性スパッタリング工程にて形成される。

前記のごとき工程の結果、ＤＬＣはケイ素層にて保護され、一方、ＡＦＣ層は酸化ケイ素層に充分に粘着している。本実施態様におけるケイ素層は、非常に薄く形成されており、その透明性が維持されている。具体的には、ケイ素層は、約５〜１０オングストローム、特に５〜７オングストロームの厚さで形成される。酸化ケイ素層は、ケイ素層よりも厚く形成されればよい。本実施例において、酸化ケイ素層は、約１５〜３５オングストローム、特に２０〜３０オングストロームの厚さで形成される。

一実施例において、ケイ素から酸化ケイ素へと徐々に遷移する。この遷移は、単一チャンバーを用い、両層を形成することによって行われてもよい。例えば、ケイ素ターゲットを備えたスパッタリングチャンバーを用い、まずアルゴンガスのみを注入する。ケイ素層が所望の厚さに到達したときに、酸素フローをチャンバー内に導入し、徐々に増加させていくことにより、沈着は、純ケイ素から酸化ケイ素、例えばＳｉＯ_２へと遷移する。

別の実施例において、ケイ素層と酸化ケイ素層との間で、限界的で突然の遷移が起こる。この遷移は、ケイ素ターゲットを備えた単一スパッタリングチャンバー内で、まずアルゴンガスのみを注入して行われてもよい。ケイ素層が所望の厚さに到達したときに、スパッタリング工程を停止する。次いで、所望の速度で酸素フローを導入することにより第２工程を開始し、沈着が酸化ケイ素の第２層となる。あるいは、ケイ素層が所望の厚さに到達した時点で、基板はアルゴンガスフロー及び酸素ガスフローの双方が導入された第２スパッタリングチャンバーへと移送され、酸化ケイ素層が形成される。

図２は、別の実施態様を示す。図２の実施態様において、多層コーティング２１０は、ＤＬＣ２０５上に直接かつ接触して形成されているケイ素層２１５と、該ケイ素層１１５上に直接かつ接触して形成されているチッ化ケイ素層２２０とからなる。ＡＦＣ２２５は、チッ化ケイ素層２２０上に直接かつ接触して形成されている。

一実施態様において、保護／粘着多層コーティング２１０は、ＰＶＤスパッタリングを用いて形成される。一実施態様において、両層のスパッタリングは単一チャンバー内で行われ、別の実施態様において、両層は２つの連続したチャンバー内で形成される。ケイ素層は、ケイ素ターゲットと、プラズマを点火及び維持するためのアルゴンガスとを用いて形成される。一実施態様において、スパッタリングは、基板にプラズマを接触させることなく行われ、ケイ素ターゲット板と鋭角をなしてスパッタリングされた粒子のみが、基板に到達する。ターゲット板に垂直な角度で存在している粒子は、基板に到達しないようにされている。

チッ化ケイ素層２２０のスパッタリングは、ケイ素ターゲットと、プラズマを維持するためのアルゴンガスとを用い、チッ化物ガスをケイ素粒子と反応させて行った。このように、この特定の実施例において、第１層は不活性スパッタリング工程にて形成され、一方、第２層は反応性スパッタリング工程にて形成される。

前記のごとき工程の結果、ＤＬＣはケイ素層にて保護され、一方、ＡＦＣ層はチッ化ケイ素層に充分に粘着している。本実施態様におけるケイ素層は、非常に薄く形成されており、その透明性が維持されている。具体的には、ケイ素層は、約５〜１０オングストローム、特に５〜７オングストロームの厚さで形成される。チッ化ケイ素層は、ケイ素層よりも厚く形成されればよい。本実施例において、チッ化ケイ素層は、約１５〜３５オングストローム、特に２０〜３０オングストロームの厚さで形成される。

前記のとおり、２つの層は、１つ又は２つのチャンバーを用いて、徐々に、又は突然に遷移して形成される。

図３は、さらに別の実施態様を示す。図３の実施態様において、多層コーティング３１０は、ＤＬＣ３０５上に直接かつ接触して形成されているケイ素層３１５と、該ケイ素層３１５上に直接かつ接触して形成されている酸チッ化ケイ素層３２０とからなる。ＡＦＣ３２５は、該チッ化ケイ素層３２０上に直接かつ接触して形成されている。

一実施態様において、保護／粘着多層コーティング３１０は、ＰＶＤスパッタリングを用いて形成される。一実施態様において、両層のスパッタリングは単一チャンバー内で行われ、別の実施態様において、両層は２つの連続したチャンバー内で形成される。ケイ素層は、ケイ素ターゲットと、プラズマを点火及び維持するためのアルゴンガスとを用いて形成される。一実施態様において、スパッタリングは基板にプラズマを接触させることなく行われ、ケイ素ターゲット板と鋭角をなしてスパッタリングされた粒子のみが、基板に到達する。ターゲット板に垂直な角度で存在している粒子は、基板に到達しないようにされている。

酸チッ化ケイ素層３２０のスパッタリングは、ケイ素ターゲットと、プラズマを維持するためのアルゴンガスとを用い、酸素ガス及びチッ化物ガスをケイ素粒子と反応させて行った。このように、この特定の実施例において、第１層は不活性スパッタリング工程にて形成され、一方、第２層は反応性スパッタリング工程にて形成される。

前記のごとき工程の結果、ＤＬＣはケイ素層にて保護され、一方、ＡＦＣ層はチッ化ケイ素層に充分に粘着している。本実施態様におけるケイ素層は、非常に薄く形成されており、その透明性が維持されている。具体的には、ケイ素層は、約５〜１０オングストローム、特に５〜７オングストロームの厚さで形成される。酸チッ化ケイ素層は、ケイ素層よりも厚く形成されればよい。本実施例において、酸チッ化ケイ素層は、約１５〜３５オングストローム、特に２０〜３０オングストロームの厚さで形成される。

前記のとおり、２つの層は、１つ又は２つのチャンバーを用いて、徐々に、又は突然に遷移して形成される。

さらなる実施態様において、チッ化ケイ素層はＤＬＣ層の保護に用いられる。具体的には、図４の実施態様において、多層コーティング４１０は、ＤＬＣ４０５上に直接かつ接触して形成されているチッ化ケイ素層４１５と、該チッ化ケイ素層４１５上に直接かつ接触して形成されている酸化ケイ素層４２０とからなる。ＡＦＣ４２５は、酸化ケイ素層４２０上に直接かつ接触して形成されている。

一実施態様において、保護／粘着多層コーティング４１０は、ＰＶＤスパッタリングを用いて形成される。一実施態様において、両層のスパッタリングは単一チャンバー内で行われ、別の実施態様において、両層は２つの連続したチャンバー内で形成される。チッ化ケイ素層４１５は、ケイ素ターゲットと、アルゴンガス及びチッ素ガスとを用いて形成される。酸化ケイ素層４２０のスパッタリングは、ケイ素ターゲットと、アルゴンガス及び酸素ガスとを用いてなされる。一実施態様において、スパッタリングは、基板にプラズマを接触させることなく行われ、ケイ素ターゲット板と鋭角をなしてスパッタリングされた粒子のみが、基板に到達する。ターゲット板に垂直な角度で存在している粒子は、基板に到達しないようにされている。このように、この特定の実施例において、第１層及び第２層はともに、反応性スパッタリング工程にて形成される。

前記のごとき工程の結果、ＤＬＣはチッ化ケイ素層にて保護され、一方、ＡＦＣ層は酸化ケイ素層に充分に粘着している。本実施態様におけるチッ化ケイ素層は、非常に薄く形成されており、その透明性が維持されている。具体的には、ケイ素層は、約５〜１０オングストローム、特に５〜７オングストロームの厚さで形成される。酸化ケイ素層は、ケイ素層よりも厚く形成されればよい。本実施例において、酸化ケイ素層は、約１５〜３５オングストローム、特に２０〜３０オングストロームの厚さで形成される。

前記のとおり、２つの層は、１つ又は２つのチャンバーを用いて、徐々に、又は突然に遷移して形成される。

またさらなる実施態様において、図５に示すように、コーティング５１０は、ＤＬＣ５０５上に直接かつ接触して形成されている酸チッ化ケイ素層５２２の単層からなる。ＡＦＣ５２５は、酸チッ化ケイ素層５２２上に直接かつ接触して形成されている。

一実施態様において、保護／粘着コーティング５２２は、ＰＶＤスパッタリングを用いて形成される。一実施態様において、この層は、単一チャンバー内で、反応性スパッタリングにて形成される。酸チッ化ケイ素層５２２は、ケイ素ターゲットと、アルゴンガス、酸素ガス及びチッ素ガスのフローとを用いて形成される。一実施態様において、スパッタリングは、基板にプラズマを接触させることなく行われ、ケイ素ターゲット板と鋭角をなしてスパッタリングされた粒子のみが、基板に到達する。ターゲット板に垂直な角度で存在している粒子は、基板に到達しないようにされている。

前記のごとき工程の結果、ＤＬＣは、ケイ素スパッタリングの間、チッ素の付加にて保護され、一方、ＡＦＣ層は、スパッタリングの間、酸素の付加に起因して充分に粘着している。本実施態様における酸チッ化ケイ素層は、その透明性が維持されるように形成されている。酸チッ化ケイ素層は、約１５〜３５オングストローム、特に２０〜３０オングストロームの厚さで形成される。

さらなる実施態様において、保護／粘着コーティングは、ＡＦＣ層が形成される前に水素化され、粘着層の最上部のダングリングボンドに水素が付加される。これにより、ＡＦＣ分子の酸化ケイ素に対する結合が強化されることが分かった。このことは、ＦＡＳの複合分子について特に適合する。次いで、ＡＦＣを形成した後、基板を、例えばアニールすることにより脱水して水分を除去し、結合を完成させる。すなわち、結合を形成する化学反応により、特に粘着層とＦＡＳとの間の接触面で、除去されるべき水分子が生成される。簡素な一実施例において、保護／粘着コーティングの形成の完了後で、かつＡＦＣ層の形成前に、基板は、湿気のある雰囲気に暴露される。しかしながら、別の実施態様では、水素化は、生産システムにおけるスチームチャンバーを用いて制御される。

図６は、大気環境を用いた水素化−脱水の実施例を示す。本実施態様において、ＤＬＣは、スパッタリングチャンバー内で工程６０５にて形成される。この点において、チャンバーは、記載が混乱しないように、ブロックのように概略的に表されている。ＤＬＣフィルムを形成した後、基板を、保護／粘着層６１０の形成のために移動させる。ここで、単一チャンバーのみが示されているが、前記のとおり、多層保護／粘着層は、２つ以上のチャンバーを用いて形成されてもよい。保護／粘着層６１０が形成された時点で、基板をシステムから離し、大気に曝す。製造現場における湿度及び温度に依存して、暴露時間を変化させる。次いで、基板をシステムに戻し、ＡＦＣ層６２５を形成する。次いで、脱水のために、基板をアニールチャンバー６３０へと移動させる。

粘着層１１０を水素化する目的は、ＦＡＳ分子の粘着層への結合を引き起こす化学反応を可能にすることである。しかしながら、放置されたままであれば、ＦＡＳ分子の複合構造によって、粘着層との結合よりも、隣接するＦＡＳ分子との結合がまた形成される。このことにより、抗指紋層としてのＦＡＳの耐用年数が低減する。よって、図７に示す実施態様にしたがい、水素化工程は、プロセシングチャンバー内で制御されている。具体的には、７０５において、ＤＬＣ層が基板上に形成される。次いで、暴露された保護／粘着層７１０のうちいくつかが、ＤＬＣ７０５上に形成される。このステージでは、基板は真空システム内に保持されており、水素化チャンバー７５２へと移送される。このチャンバーでは、温度及び蒸気環境が制御される。ＦＡＳ分子が、保護／粘着層７１０と結合するよりも、互いに結合するのに充分な時間が供給されないように、温度及び蒸気レベルが制御される。したがって、基板は、引き続き、保護／粘着層７１０上にＦＡＳが形成されるためのＦＡＳチャンバー７２５へと移送される。その後、基板は、脱水のためにチャンバー７３０内でアニールされる。

さらなる実施態様において、最も優れた抗引っかき特性を得るために、開示した実施態様にしたがって、ダイアモンド様カーボン（ＤＬＣ）層は、ＡＲＣフィルムスタックの最上面に、ＰＶＤ又はＣＶＤによって沈着される。いくつかの特定の実施態様では、沈着したＤＬＣ層は、超平滑で、非常に低い摩擦係数を有する水素化アモルファスカーボンであり、理想的な抗引っかきトップコートとなる。さらに、光学モデルの僅かな最適化により、ＤＬＣ層は、例えば中程度の屈折率（ｎ：ＬＩ＜ＤＬＣ＜ＨＩ）及び低い消衰係数（ｋ＜０．３、僅かな光吸収）といった、一部その優れた光学特性に依存するＡＲＣ特性全体に、僅かしか影響を与えない。

第１実施例において、ガラス基板上に多層抗反射コーティング（ＡＲＣ）が沈着される。該ＡＲＣは、低指数材料と高指数材料との交互層からなり、可視光スペクトル範囲（波長４００〜７００ｎｍ）に亘って平均して、反射率を１％以下に低減させるスタックを形成する。多層ＡＲＣスタックには、入射媒体、代表的には空気、に面している自身の最上層として、ダイアモンド様カーボン層が形成される。ＡＲＣ＋ＤＬＣの平均反射率は、ＡＲＣ単独のものと類似している。ＡＲＣ＋ＤＬＣスタックの一実施態様の構造を表１に示す。また図８は、抗引っかきＤＬＣ最上層を備えたＡＲＣ又は備えていないＡＲＣの、反射率のプロットである。可視光スペクトルにおいて、ＤＬＣ層は、反射特性に殆ど影響を与えないことが分かる。

さらに、その最上層としてＤＬＣを備えた多層ＡＲＣ（ＡＲＣ＋ＤＬＣ）は、優れた機械的特性を有し、ＤＬＣを備えない対応の多層ＡＲＣと比較して、引っかき試験、摩耗試験、又は衝撃試験における耐性が良好であることが、実験データによって示されている。例えば、引っかき試験において、その最上層としてＤＬＣを備えた多層ＡＲＣは、ＤＬＣを備えない対応のＡＲＣと比較して２倍以上の、さらなる反復及び／又はより大きな負荷力に対する耐性を示すことができる。

設定された力にてガラスビードがガラスに対してプレスされており、１０サイクルの往復運動が生じる実験配置を、ＤＬＣの耐引っかき性の試験に適用した。連続した１０サイクルにおいて、引っかき傷が目視されるまで前記力を増大させる。ベアガラスの場合、引っかきに対する力は０．５ニュートンであった。これに対して、ＡＲＣのみを備えたガラスの力は、僅か０．１ニュートンであり、ＡＲＣは、より傷つき易く、モバイル機器には使用できないことが示された。一方、本実施態様のフィルムをコーティングしたガラスは、５ニュートンの耐性を示した。これはベアガラスの耐性の１０倍の力である。

前記実施例において、ダイアモンド様カーボンは、水素化アモルファスカーボン（ａ−ＣＨ_ｘ、ここで０＜ｘ＜２）からなり、例えばＡｒ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｂ、Ｓｉ、Ａｌ等の付加元素が存在してもよく、存在しなくてもよい。ダイアモンド様カーボントップコートは、可視光スペクトル範囲において、１．４〜２．０の間の屈折率（ｎ）を有する。すなわち、これは、対応のＡＲＣ構造にて用いられる低指数材料よりも高く、高指数材料よりも低い屈折率である。ダイアモンド様カーボントップコートは、可視光スペクトル範囲において、０．３未満の消衰係数（ｋ）を有する。すなわち、これにより、光吸収が殆どないことが明らかである。良好な形態において、ＤＬＣ層の厚さは、最上の低指数材料からなる層の厚さに対して僅かとなるように設計され、一方、ＡＲＣ層の最上層の厚さは、ＤＬＣ層とほぼ同量分低減される（表１参照）。代表的には、ＤＬＣ層の厚さは１０ｎｍ未満に設計され、その結果、たとえあったとしても、光学特性に対する影響は非常に僅かである。一方、抗引っかき特性は、ＤＬＣの厚さに比例する。

つまり、本発明の一局面は、ＡＲＣとＤＬＣとの組み合わせで、ＡＲＣは、低指数フィルムと高指数フィルムとの交互層で構成されている。ＡＲＣの末端層は、低指数フィルムであり、ＤＬＣ層は、該末端層上に直接形成されている。該ＤＬＣ層は、前記低指数フィルムよりも高く、前記高指数フィルムよりも低い屈折率を有するように構成されており、該ＤＬＣ層は、前記末端フィルムの厚さに対して僅かな厚さとなるように形成されている。

いくつかの実施態様において、ＡＲＣスタックは、最上層がＳｉＯ_２となるようにＳｉＯ_２とＮｂ_２Ｏ_５との交互層を沈着させることによって形成される。各層の厚さにより、スタックに対して所望の抗反射特性が付与されるように、該スタックは設計される。次いで、設計した最上層の厚さを、所望のＤＬＣ層の厚さと同量分だけ小さくする。ＤＬＣ層の厚さは、一般に、２〜１０ｎｍの範囲で選択される。ＤＬＣ層の厚さが２．５〜３．５ｎｍの範囲で維持されていると、最もよい結果が得られる。いくつかの実施態様において、アルゴンガス及び水素ガスをスパッタリングチャンバー内にフローしながらスパッタリングを行い、ＤＬＣ層を沈着させる。アルゴンガスは、プラズマを維持し、スパッタリングターゲットからＤＬＣ原子をスパッタリングするために用いられ、一方、水素ガスは、スパッタリング工程において、ＤＬＣを水素化するために用いられる。スパッタリングターゲットは、炭素、例えばグラファイトである。一実施態様において、対向ターゲット型スパッタリング源が用いられる。これは、水素化アモルファスＤＬＣ層の形成に有利である。

各図面において「←＊」で示されるように、このＡＲＣ＋ＤＬＣ配置は、開示のいずれの実施態様で用いられてもよい。ＡＲＣ層の形成に先立ち、ガラスの前面を、酸素ガス及びアルゴンガスのプラズマに暴露する。なお、本開示において、該ガラスの前面上に種々の層が形成される、といわれているが、「前面」なる用語は、ガラスが装着されている機器よりも外側の表面を意味する。すなわち、前面とは、モバイル機器の種々の機能を活用するためにユーザーが接する表面のことである。

本発明の局面には、ガラスの前面に保護コーティングを形成する方法が含まれる。該方法は、ガラスの前面上に、ダイアモンド様コーティングを形成すること、該ダイアモンド様コーティング上に、保護層を直接形成すること、該保護層上に、粘着層を直接形成すること、及び該粘着層上に、抗指紋層を直接形成すること、による。前記保護層は、ケイ素で構成され、前記粘着層は、ケイ素と酸素及びチッ素の少なくとも１つとで構成される。

図９に示すように、本発明の局面により、ガラス基板９０８（矢印で示すように、チャンバー内を移動する）上に保護コーティングを製作するシステムが提供される。該システムは、入口真空ロードロック９００、プラズマクリーニングチャンバー９０２、ダイアモンド様コーティングスパッタリングチャンバー９０５、保護コーティング不活性スパッタリングチャンバー９１５、粘着層反応性スパッタリングチャンバー９２０、抗指紋コーティング蒸発チャンバー９２５、アニーリングチャンバー９３０、及び出口真空ロードロック９３５からなる。前記保護コーティング不活性スパッタリングチャンバー９１５は、ケイ素スパッタリングターゲット９０３と、アルゴンガス供給とからなる。前記粘着層反応性スパッタリングチャンバー９２０は、ケイ素スパッタリングターゲット９０３と、アルゴンガス供給と、酸素及びチッ素の少なくとも１つで構成される反応性ガス供給とからなる。該システムには、さらに、プラズマクリーニングチャンバーとダイアモンド様コーティングスパッタリングチャンバーとの間に、抗反射コーティング沈着チャンバー９０４が配置されていてもよい。該システムには、さらに、反応性スパッタリングチャンバー９２０と抗指紋コーティング蒸発チャンバー９２５との間に、水素化チャンバー９５２が配置されていてもよい。図９において破線矢印で示されるとおり、ターゲットの表面に対して直交してターゲットからスパッタリングされた粒子は基板に到達せず、ターゲットの表面に対して鋭角をなしてスパッタリングされた粒子のみが基板に到達するように、ケイ素ターゲット９０３が構成されている。

特定の各種実施態様を用いて本発明を説明したが、本発明は、これらの実施態様に限定されるものではない。具体的には、添付の請求項にて定義されるとおりの本発明の主旨及び範囲を外れない限り、当業者によって、種々の変更及び修飾がなされてもよい。

本発明の局面により、電子ディスプレイスクリーン上で使用するためのガラスが提供される。該ガラスは、
ガラス基板、
前記ガラス基板の前面上のダイアモンド様コーティング、
ケイ素を含有し、前記ダイアモンド様コーティング上に直接形成された第１層と、
ケイ素と酸素及びチッ素の少なくとも１つとを含有し、前記第１層上に直接形成された第２層とからなる、中間コーティング、及び
前記第２層上に直接備えられた、抗指紋コーティング
からなる。

別の局面により、ガラスの前面に保護コーティングを形成する方法が提供される。該方法は、
前記ガラスの前面上に、ダイアモンド様コーティングを形成すること、
不活性スパッタリングを行い、前記ダイアモンド様コーティング上に、保護層を直接形成すること、
反応性スパッタリングを行い、前記保護層上に、粘着層を直接形成すること、及び
前記粘着層上に、抗指紋コーティングを直接形成すること
からなる。

さらなる局面により、ガラスの前面に保護コーティングを形成する方法が提供される。該方法は、
前記ガラスの前面上に、ダイアモンド様コーティングを形成すること、
反応性スパッタリングを行い、前記ダイアモンド様コーティング上に、酸チッ化ケイ素層を直接形成すること、及び
前記酸チッ化ケイ素層上に、抗指紋コーティングを直接形成すること
からなる。

図１は、本発明の一実施態様を示す概略断面図である。図１において、ＤＬＣ層１０５は、ガラス基板１００上に形成されている。ガラス基板１００は、例えばＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標）社から入手可能なＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス等の、処理ガラスであってもよい。さらに、図１には示していないが、該ＤＬＣと該ガラスとの間にＡＲＣ層が形成されていてもよい。したがって、本開示における「Ｂ上に形成されたＡ」とは、「Ａは、Ｂ上に直接形成されている状態」又は「Ａは、ＡとＢとの間の中間層上に形成されている状態」の双方を含む概念である。

図２は、別の実施態様を示す。図２の実施態様において、多層コーティング２１０は、ＤＬＣ２０５上に直接かつ接触して形成されているケイ素層２１５と、該ケイ素層２１５上に直接かつ接触して形成されているチッ化ケイ素層２２０とからなる。ＡＦＣ２２５は、チッ化ケイ素層２２０上に直接かつ接触して形成されている。

図３は、さらに別の実施態様を示す。図３の実施態様において、多層コーティング３１０は、ＤＬＣ３０５上に直接かつ接触して形成されているケイ素層３１５と、該ケイ素層３１５上に直接かつ接触して形成されている酸チッ化ケイ素層３２０とからなる。ＡＦＣ３２５は、該酸チッ化ケイ素層３２０上に直接かつ接触して形成されている。

前記のごとき工程の結果、ＤＬＣはケイ素層にて保護され、一方、ＡＦＣ層は酸チッ化ケイ素層に充分に粘着している。本実施態様におけるケイ素層は、非常に薄く形成されており、その透明性が維持されている。具体的には、ケイ素層は、約５〜１０オングストローム、特に５〜７オングストロームの厚さで形成される。酸チッ化ケイ素層は、ケイ素層よりも厚く形成されればよい。本実施例において、酸チッ化ケイ素層は、約１５〜３５オングストローム、特に２０〜３０オングストロームの厚さで形成される。

前記のごとき工程の結果、ＤＬＣはチッ化ケイ素層にて保護され、一方、ＡＦＣ層は酸化ケイ素層に充分に粘着している。本実施態様におけるチッ化ケイ素層は、非常に薄く形成されており、その透明性が維持されている。具体的には、チッ化ケイ素層は、約５〜１０オングストローム、特に５〜７オングストロームの厚さで形成される。酸化ケイ素層は、チッ化ケイ素層よりも厚く形成されればよい。本実施例において、酸化ケイ素層は、約１５〜３５オングストローム、特に２０〜３０オングストロームの厚さで形成される。

粘着層を水素化する目的は、ＦＡＳ分子の粘着層への結合を引き起こす化学反応を可能にすることである。しかしながら、放置されたままであれば、ＦＡＳ分子の複合構造によって、粘着層との結合よりも、隣接するＦＡＳ分子との結合がまた形成される。このことにより、抗指紋層としてのＦＡＳの耐用年数が低減する。よって、図７に示す実施態様にしたがい、水素化工程は、プロセシングチャンバー内で制御されている。具体的には、７０５において、ＤＬＣ層が基板上に形成される。次いで、暴露された保護／粘着層７１０のうちいくつかが、ＤＬＣ７０５上に形成される。このステージでは、基板は真空システム内に保持されており、水素化チャンバー７５２へと移送される。このチャンバーでは、温度及び蒸気環境が制御される。ＦＡＳ分子が、保護／粘着層７１０と結合するよりも、互いに結合するのに充分な時間が供給されないように、温度及び蒸気レベルが制御される。したがって、基板は、引き続き、保護／粘着層７１０上にＦＡＳが形成されるためのＡＦＣチャンバー７２５へと移送される。その後、基板は、脱水のためにチャンバー７３０内でアニールされる。

つまり、本発明の一局面は、ＡＲＣとＤＬＣとの組み合わせで、ＡＲＣは、低指数フィルムと高指数フィルムとの交互層で構成されている。ＡＲＣの末端層は、低指数フィルムであり、ＤＬＣ層は、該末端層上に直接形成されている。該ＤＬＣ層は、前記低指数フィルムよりも高く、前記高指数フィルムよりも低い屈折率を有するように構成されており、該ＤＬＣ層は、前記末端層の厚さに対して僅かな厚さとなるように形成されている。

本発明の局面には、ガラスの前面に保護コーティングを形成する方法が含まれる。該方法は、ガラスの前面上に、ダイアモンド様コーティングを形成すること、該ダイアモンド様コーティング上に、保護層を直接形成すること、該保護層上に、粘着層を直接形成すること、及び該粘着層上に、抗指紋コーティングを直接形成すること、による。前記保護層は、ケイ素で構成され、前記粘着層は、ケイ素と酸素及びチッ素の少なくとも１つとで構成される。

図９に示すように、本発明の局面により、ガラス基板９０８（矢印で示すように、チャンバー内を移動する）上に保護コーティングを製作するシステムが提供される。該システムは、入口真空ロードロック９００、プラズマクリーニングチャンバー９０２、ダイアモンド様コーティングスパッタリングチャンバー９０５、保護コーティング不活性スパッタリングチャンバー９１５、粘着層反応性スパッタリングチャンバー９２０、抗指紋コーティング蒸発チャンバー９２５、アニーリングチャンバー９３０、及び出口真空ロードロック９３５からなる。前記保護コーティング不活性スパッタリングチャンバー９１５は、ケイ素スパッタリングターゲット９０３と、アルゴンガス供給とからなる。前記粘着層反応性スパッタリングチャンバー９２０は、ケイ素スパッタリングターゲット９０３と、アルゴンガス供給と、酸素及びチッ素の少なくとも１つで構成される反応性ガス供給とからなる。該システムには、さらに、プラズマクリーニングチャンバー９０２とダイアモンド様コーティングスパッタリングチャンバー９０５との間に、抗反射コーティング沈着チャンバー９０４が配置されていてもよい。該システムには、さらに、反応性スパッタリングチャンバー９２０と抗指紋コーティング蒸発チャンバー９２５との間に、水素化チャンバー９５２が配置されていてもよい。図９において破線矢印で示されるとおり、ターゲットの表面に対して直交してターゲットからスパッタリングされた粒子は基板に到達せず、ターゲットの表面に対して鋭角をなしてスパッタリングされた粒子のみが基板に到達するように、ケイ素ターゲット９０３が構成されている。

Claims (22)

1. ガラス基板、
   ガラスの前面上のダイアモンド様コーティング、
   ケイ素を含有し、前記ダイアモンド様コーティング上に直接形成された第１層と、
   ケイ素と酸素及びチッ素の少なくとも１つとを含有し、前記第１層上に直接形成された第２層とからなる、中間コーティング、及び
   前記第２層上に直接備えられた、抗指紋コーティング
   からなる、電子ディスプレイスクリーン上で使用するためのガラス。
2. 前記第１層が、ケイ素で構成されてなる、請求項１に記載のガラス。
3. 前記第２層が、ケイ素及び酸素で構成されてなる、請求項２に記載のガラス。
4. 前記第２層が、ケイ素及びチッ素で構成されてなる、請求項２に記載のガラス。
5. 前記第２層が、ケイ素、チッ素、及び酸素で構成されてなる、請求項２に記載のガラス。
6. 前記第１層が、ケイ素及びチッ素で構成されてなる、請求項１に記載のガラス。
7. 前記第２層が、ケイ素及び酸素で構成されてなる、請求項６に記載のガラス。
8. さらに、ガラスの前面とダイアモンド様コーティングとの間に形成された抗反射コーティングからなる、請求項１に記載のガラス。
9. 前記抗反射コーティングが、末端層がＳｉＯ_２であるＳｉＯ_２とＮｂ_２Ｏ_５との交互層からなり、
   前記ダイアモンド様コーティングが、前記末端層上に直接形成されてなる、
   請求項８に記載のガラス。
10. 前記抗反射コーティングが、低指数フィルムと高指数フィルムとの交互層で構成されてなり、
    前記抗反射コーティングの末端層が、低指数フィルムであり、前記ダイアモンド様コーティングが、該末端層上に直接形成されてなり、
    前記ダイアモンド様コーティングが、前記低指数フィルムよりも高く、前記高指数フィルムよりも低い屈折率を有するように構成されてなり、
    前記ダイアモンド様コーティングが、前記末端フィルムに対して僅かな厚さとなるように形成されてなる、
    請求項８に記載のガラス。
11. ガラスの前面上に、ダイアモンド様コーティングを形成すること、
    不活性スパッタリングを行い、前記ダイアモンド様コーティング上に、保護層を直接形成すること、
    反応性スパッタリングを行い、前記保護層上に、粘着層を直接形成すること、及び
    前記粘着層上に、抗指紋層を直接形成すること
    からなる、前記ガラスの前面に保護コーティングを供給する方法。
12. 前記不活性スパッタリングを、ケイ素で構成されてなるターゲットを用いて行う、請求項１１に記載の方法。
13. 前記反応性スパッタリングを、ケイ素で構成されてなるターゲットを用い、酸素ガス及びチッ素ガスの少なくとも１つを注入して行う、請求項１２に記載の方法。
14. さらに、前記抗指紋層を形成する前に、前記粘着層を水素化することからなる、請求項１１に記載の方法。
15. さらに、前記粘着層と前記抗指紋層との間の接触面を脱水することからなる、請求項１４に記載の方法。
16. 脱水が、前記ガラスをアニールすることからなる、請求項１５に記載の方法。
17. 水素化が、前記ガラスをチャンバー中に載置すること、及び該チャンバー中に蒸気を注入することからなる、請求項１４に記載の方法。
18. ダイアモンド様コーティングを形成すること、水素化すること、及び抗指紋コーティングを形成することの工程を、真空雰囲気から前記ガラスを取り出すことなく行う、請求項１７に記載の方法。
19. 前記抗指紋コーティングが、フルオロアルキルシランで構成されてなる、請求項１１に記載の方法。
20. さらに、前記ガラスと前記ダイアモンド様コーティングとの間に、抗反射コーティングを形成することからなる、請求項１１に記載の方法。
21. 抗反射コーティングを形成することが、末端層がＳｉＯ_２であるＳｉＯ_２とＮｂ_２Ｏ_５との交互層を形成することからなり、
    前記ダイアモンド様コーティングを、前記末端層上に直接形成する、
    請求項２０に記載の方法。
22. さらに、前記抗反射コーティングを形成する前に、前記ガラスの前面を、酸素ガス及びアルゴンガスのプラズマに暴露することからなる、請求項２１に記載の方法。