JP3048456B2 - 硬質カラー薄膜の製造法 - Google Patents

硬質カラー薄膜の製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、硬質カラー薄膜の製
造方法に関するものである。さらに詳しくは、この発明
は光学フィルター、液晶カラーフィルター等に有用な、
硬質で鮮明なカラー薄膜を優れた品質において製造する
ことのできる新規な硬質カラー薄膜の製造法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術とその課題】近年、光学分野においては光
学用薄膜への需要が急増し、光学フィルター、反射防止
膜、液晶カラーフィルター等の諸分野においてその応用
は急速に拡大している。そして、この需要増大ととも
に、これらの光学薄膜の製造技術も急速に発展してい
る。
【0003】このような光学薄膜の一つとしてカラー薄
膜があり、液晶カラーフィルターとして大いに利用され
ている。そして、この液晶用のカラーフィルターとして
は、その多くが、染色法、印刷法、電着法というウェッ
ト法、もしくはセミウェット法によって製造されたもの
が主流になっている。しかしながら、これら従来の液晶
カラーフィルターの製造方法の場合には、比較的その色
は鮮やかで着色力は強いが、他方で、どうしてもその付
着力が弱く、軟質で、傷がつきやすいという欠点があっ
た。この欠点は、着色色素として有機物を用いる場合に
特に著しかった。また、耐光性、耐熱性、耐溶剤性の点
においても問題があった。
【0004】このため、液晶用カラーフィルター等にお
いては、これらの表面にオーバーコート層を設けること
が行われているが、カラー薄膜はもちろんのこと、この
オーバーコート層によってその表面の平滑性を確保する
ことは極めて困難であった。これらの諸問題は、従来の
カラー薄膜が、いわゆるウェット法、もしくはセミウェ
ット法によって製造されていることに主たる原因があっ
た。
【0005】そこでカラー薄膜を気相においてドライプ
ロセスとして製造することが検討されているが、これま
でのところ、鮮明なカラー薄膜を、所要の硬度や特性を
満足する高品質薄膜として製造することは実現されてい
ない。いずれも研究の段階を脱しておらず、実用化プロ
セスとしては充分でないのが実情である。この発明は、
以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来法
の欠点を解消し、鮮明なカラー薄膜を、優れた硬度と特
性において製造することのできる新しい製造方法を提供
することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、高周波励起イオンプレーティン
グにより色素物質とともに透明混合物質を同時気相蒸着
し、色素含有の混合硬質カラー薄膜を基体表面に形成す
ることを特徴とする硬質カラー薄膜の製造法を提供す
る。
【0007】また、この発明は、上記方法による硬質カ
ラー薄膜の形成前、もしくはその形成後に、色素物質も
しくは透明物質を気相蒸着することや、硬質カラー薄
膜、そしてこの硬質カラー薄膜積層体の表面にITO透
明導電性薄膜を形成して液晶カラーフィルター用等の積
層体を製造する方法等をも提供するものである。この発
明の硬質カラー薄膜の製造方法は、本質的には、高周波
励起イオンプレーティング方法によって薄膜形成するこ
とと、色素物質と透明混合物質との同時気相蒸着を行う
ことをその大きな特徴としている。この特徴によって、
鮮明なカラー薄膜であって、その硬度が大きく、かつ耐
光性、耐熱性等にも優れた硬質カラー薄膜が製造され
る。
【0008】この発明に用いることのできる色素として
は、有機、無機の各種の顔料等が使用でき、これらは、
固体として高周波励起イオンプレーティング真空槽内に
配置し、抵抗加熱等によって加熱するか、あるいはガス
として真空槽内に導入して薄膜形成することができる。
たとえば、有機顔料としては、キナクリドン系顔料
(赤)、ペリレン系顔料(赤)、フタロシアニン系顔料
(青)、フタロシアニングリーン系顔料(緑)、イソイ
ンドリノン系顔料(黄)等の適宜なものが例示される。
単独または複数種使用してもよい。
【0009】これらの色素物質には無機顔料を使用して
もよい。色素物質とともに同時に気相蒸着させて、色素
物質との混合薄膜を形成する透明混合物質としては、各
種の有機ポリマー、無機物質が適宜に使用できる。たと
えば、アクリル系ポリマー、カーボネート系ポリマー、
オレフィン系ポリマー、弗素系ポリマー、シリコン系ポ
リマー、その他の透明膜を与える各種の有機ポリマー
や、SiO、SiO2 等の無機物であってもよい。これ
らも、固体状のものから蒸発させてもよいし、あるいは
モノマー等のガスとして真空槽内に導入してもよい。有
機物を用いる場合には、ポリマーを蒸発させて色素物質
と混合膜を形成する際に、重合や架橋反応を生じるもの
であってよい。単独または複数種使用してもよい。
【0010】これらの色素物質と透明混合物質との同時
気相蒸着による硬質カラー薄膜の形成は、適宜な基体上
に行うことができ、たとえば、ガラス、セラミックス、
金属、プラスチック等の任意のものであってよい。薄膜
形成に際しては、前記の通り、高周波励起イオンプレー
ティング法を採用するが、この際の条件としては、原料
物質の種類によって相違するが、一般的にはガス圧1×
10-4〜1×10-2Torr程度とし、従来より知られ
ている反応装置とその操作条件に沿って実施することが
できる。
【0011】色素物質と透明混合物質との割合は、所要
の薄膜特性によって適宜に選択することができるが、た
とえば色素物質の透明混合物質に対する混合比(重量)
として70%以下程度にするのが好ましい。また、高周
波励起による薄膜形成となるため、あまり大きなRFパ
ワーの印加は、色素物質の変質をもたらしかねないた
め、対象とする物質等に応じて適宜とする。
【0012】得られた硬質カラー薄膜の表面にオーバー
コート薄膜を形成する際にも、透明有機物、透明無機物
の高周波励起イオンプレーティングによる付着が、その
付着力、硬度、表面平滑性において好ましい。もちろん
他の方法によってもよい。同様に、ITO(インジウム
・錫酸化物)透明導電性薄膜の形成についても同様に高
周波励起イオンプレーティングによるものが好ましい。
10Ω/□以下の優れた導電性薄膜を高付着力、高平滑
性を有するものとを形成することができる。
【0013】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明について説明する。
【0014】
【実施例】図1に示した高周波励起イオンプレーティン
グ真空装置を用いて薄膜を形成した。この装置は、油回
転ポンプ(R.P.)と油拡散ポンプ(D.P.)を有
し、直径40cmφのガラスベルジャー(1)内を1×
10-5(Torr)程度まで排気する排気系(2)に連
結している。また、装置の下部に可変リークバルブ
(3)によるガス導入系を備え、ガス圧の制御が行える
ようにしている。
【0015】蒸発源(4)(5)は耐熱金属であるモリ
ブデン(Mo)ボートによる抵抗加熱方式を2個用い
て、2種類の材料(試料)を同時、又は個々に蒸発出来
るようにしてある。この2つの蒸発源の近傍上部にこれ
を囲むように、5mmφのステンレス製のパイプを、直
径15cmのコイル状に4回巻いたものをプラズマ発生
用の高周波電極(高周波コイル)(6)として備え、こ
れをマッチングボックス(7)を介して高周波電源(1
3.56(MHz))(8)に接続し、蒸発源(4)
(5)とホルダー(9)との間に、高周波電界を印加出
来るようになっている。蒸発源の上部に約20cmの高
さで基板(10)を平行に保持することが出来るホルダ
ー(9)を設置した。また、高周波コイルからのホルダ
ーの距離は5cmとした。ガス圧測定用には、Penning
真空計を用いた。
【0016】イオンプレーティング時のプラズマ発生用
の不活性ガスには、アルゴン(Ar)ガスを使用した。
蒸発源の種類によって、あるいはガスとして導入するモ
ノマー等の種類によっては、N2 、O2 、その他の不活
性、あるいは反応性ガスを導入するようにしてもよい。
【0017】以下の実施例においては、共通して次の条
件を採用した。 ・真空度 1×10-5Torr ・ガス アルゴン ・ガス圧 3×10-4Torr ・基板 ガラス ・基板温度 室温 ・RFパワー 10〜50W ・蒸着時間 10分 また、得られた薄膜について、次の仕様によってその硬
度、耐食性、付着性を評価した。
【0018】・表面硬度 鉛筆硬度法により評価した。すなわち、まず、鉛筆が薄
膜の表面に直角(約90°)になるように設置する。次
に、鉛筆の芯の先端に荷重を約100gかけ、0.5
(mm/sec)の速度で膜面上に線を引く。鉛筆は、
柔らかい硬度の鉛筆から硬い硬度のものへ順次試験を行
い、鉛筆が膜面に切り込んで黒線を残さなくなったとき
の、鉛筆の硬度記号で薄膜表面の硬さを表した。なお、
今回、鉛筆硬度試験にはMITSU−BISHIHi−
Uniを使用した。
【0019】・耐食性 ビーカーに水とメチルアルコールを用意し、基板上に成
膜した薄膜をそのビーカー内に浸す。測定は150時間
行い、その試験中及び150時間経過後の薄膜の状態を
観測し、総合的に評価した。 ・付着性 まず、セロハンテープを得られた薄膜の表面に接着す
る。そのセロハンテープを瞬間的に剥し、この動作を5
回行う。その後、剥したセロハンテープの粘着面上の状
態及び薄膜面上の状態を観察し、その薄膜の付着性につ
いて評価を行った。実施例1 キナクリドン赤色顔料(C20122 2 )を色素物質
とし、また透明混合物質として、テトラフルオロエチレ
ン(TFE)にエチレン(E)を約50重量%共重合さ
せたポリマーである(ETFE)(テフゼル200)を
用いた。このETFEは、比重1.90、融点270
℃、体積抵抗率>1018、線膨張係数(℃ -1)9〜14
×10-5の物性を有している。
【0020】得られた混合硬質カラー薄膜の分光特性
(RFパワー10W)を示したものが図2である。波長
約525(nm)および約560(nm)付近で吸収ピ
ークが観測された。この吸収ピークは、キナクリドン顔
料の吸収ピークに対応するものである。鮮やかな赤色カ
ラー薄膜が得られた。
【0021】このカラー薄膜の硬度は4Hで、極めて大
きな硬度を有し、水およびメタノール耐食性も良好で、
付着性も優れていた。比較例 ETFEを用いることなく、キナクリドン顔料のみをイ
オンプレーティングにより蒸着した。得られたカラー薄
膜(RFパワー10w)の分光特性は、図3に示したよ
うに、実施例1のものとほとんど変わらないパターンを
示した。
【0022】しかしながら、このカラー薄膜は、その硬
度が鉛筆硬度Fで軟わらかく、すぐに傷がついた。ま
た、耐食性、付着性もあまり良好ではなかった。実施例2 ETFEに代えて、市販のポリカーボネートを用い、実
施例1と同様にして同時気相蒸着した。
【0023】RFパワー20wにおいての分光特性は実
施例1の場合とほぼ同様であり、硬度は6Hと大きく、
耐食性、付着性も良好であった。実施例3 ETFEに代えてポリカーボネートを、キナクリドン顔
料に代えて銅フタロシアニン顔料(着色顔料)を用い、
同様にして同時気相蒸着した。
【0024】鮮明な着色薄膜が得られ、その硬度は6H
と大きく、耐食性、付着性も良好であった。実施例4 キナクリドン顔料を用い、ポリシロキサンポリマーを混
合物質とした。鮮明な赤色薄膜が得られた。
【0025】その硬度は2Hで、耐食性、付着性とも良
好であった。実施例5 ETFEの代わりにエチレンガスを導入し、キナクリド
ン顔料とこのエチレンポリマーとの混合硬質カラー薄膜
を形成した。鮮明な赤色薄膜が得られた。硬度2Hで、
耐食性、付着性ともに優れていた。 実施例6 実施例1によって製造した硬質カラー薄膜に、高周波励
起イオンプレーティングによりITO薄膜を形成した。
この時ITOを蒸発源とするとともに、O2 をガス圧2
×10-4Torrでアルゴンとともに導入した。透過率
93%、抵抗8Ω/□の透明導電性薄膜が形成された。
【0026】得られた積層体は液晶カラーフィルターと
しての性能を備えていた。
【0027】
【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明した通
り、硬質で、鮮明なカラー薄膜が得られる。その耐食
性、付着性も良好である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に用いることのできるイオンプレーテ
ィング装置を例示した断面構成図である。
【図2】この発明の実施例としての分光スペクトル図で
ある。
【図3】比較例の分光スペクトル図である。
【符号の説明】
1 ベルジャー 2 排気系 3 リークバルブ 4,5 蒸発源 6 高周波コイル 7 マッチングボックス 8 高周波電源 9 ホルダー 10 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−270316(JP,A) 特開 平5−181008(JP,A) 特開 昭60−126602(JP,A) 特開 昭60−126603(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 5/20 101

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波励起イオンプレーティングにより
    色素物質とともに透明混合物質を同時気相蒸着し、色素
    含有の混合硬質カラー薄膜を基体表面に形成することを
    特徴とする硬質カラー薄膜の製造法。
  2. 【請求項2】 請求項1の方法による色素含有の混合硬
    質カラー薄膜の形成前に、もしくはその形成後に、色素
    物質もしくは透明物質を気相蒸着することを特徴とする
    硬質カラー薄膜積層体の製造法。
  3. 【請求項3】 請求項1の方法による色素含有の混合硬
    質カラー薄膜を多層形成することを特徴とする硬質カラ
    ー薄膜積層体の製造法。
  4. 【請求項4】 請求項1,2または3の方法により製造
    した硬質カラー薄膜、もしくは硬質カラー薄膜積層体の
    表面にITO透明導電性薄膜を形成することを特徴とす
    る硬質カラー薄膜積層体の製造法。
  5. 【請求項5】 ITO透明導電性薄膜を高周波励起イオ
    ンプレーティングにより形成する請求項4の硬質カラー
    薄膜積層体の製造法。
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