JPH04206212A - 積層体の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は透明プラスチック基材の表面上に透明薄膜を有
する積層体の新規な製造法に関する。

〔従来の技術〕

透明な基材の表面に透明な薄膜を形成した積層体として
は、基材上に透明導電性層を形成した透明導電体あるい
は基材上に透明誘電体層を形成した透明誘電体が知られ
ている。

透明導電体はガラスやプラスチックから成る透明基材の
表面に酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムと酸
化スズの混合物（以下、ＩＴＯと称す）等の導電性を有
する透明な金属酸化物薄膜を形成したもので、液晶デイ
スプレィ、エレクトロルミネセンスデイスプレィ等の各
種デイスプレィにおける透明電極、透明物品における帯
電防止、電磁遮蔽等の用途に用いられている。

また、透明誘電体はガラスやプラスチックから成る透明
基材の表面に二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、三酸
化アルミニウム等の誘電性を有する透明な金属酸化物薄
膜を形成したもので、各種デイスプレィの表面に配置し
て、太陽光や室内灯の反射を抑制する反射防止材等とし
て用いられている。

このような透明導電体あるいは透明誘電体の製造法とし
ては、透明基材の表面に透明薄膜を真空蒸着法やスパッ
タリング法により形成する方法が知られている。

真空蒸着法の場合、蒸着源として金属あるいは金属酸化
物を用い、減圧雰囲気とした耐圧容器内に酸素を導入し
、基材表面に蒸着源物質を蒸着して薄膜を形成しつつこ
れを酸化している。スパッタリング法の場合も同様であ
る。

真空蒸着法やスパッタリング法によって基材表面に形成
される透明薄膜の光透過率は、該薄膜の酸化度に依存し
、酸化度を高めるのが光透過率向上のために好ましいこ
とが知られている。

そして、基材表面に形成される薄膜の酸化度を高めるに
は、薄膜形成を高温条件で行うか、あるいは薄膜形成後
に高温加熱処理を施すのが好ましいことも知られている
。

しかしながら、基材がプラスチックの場合は当然のこと
ながら、該プラスチックの軟化点乃至融点以上の温度に
加熱することはできないものである。

従って、透明導電体あるいは透明誘電体の製造に際し、
基材としてプラスチックを用いた場合は、薄膜形成時の
温度や薄膜形成後の加熱処理の温度を該プラスチックの
軟化点乃至融点よりも低温に設定せざるを得す、光透過
率を充分に向上させることができないという問題があっ
た。

この問題を解決する一つの手段として、基材表面に透明
薄膜を形成するに際し、イオン化により加速された酸素
を照射する方法が提案されている（第５０回応用物理学
会学術講演会講演予稿集、第２分冊、第４７１頁、２８
ａ−Ｈ−２、「ダイナミックミキシング法によるＩＴＯ
膜の作成」）。

この方法によれば、薄膜の形成温度を例えば約１００″
Ｃ以下に設定することができ、しかもこの温度で高酸化
薄膜を形成できるので、プラスチ・ンク基材表面への薄
膜形成に好適である。

この方法により高酸化透明薄膜が比較的低温で得られる
理由は、イオン化により加速された酸素が化学反応性に
冨み、これを基材表面の金属酸化物薄膜に照射すると、
該薄膜がより高度に酸化されるためと考えられる。

そして、金属酸化物薄膜を高度に酸化するためには、酸
素イオンの加速電圧を大きくして、それにより酸素イオ
ンの運動エネルギーを高める必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、高エネルギーの酸素イオンはプラスチック基
材への透明薄膜形成の初期段階、即ち、透明薄膜の厚さ
が薄い段階ではその高エネルギーの故に、薄膜を貫通し
てプラスチック基材に衝突し、その結果、該プラスチッ
ク基材の黒化現象を生じ、得られる透明導電体あるいは
透明誘電体の透明度の低下を招くことがあることが判明
した。

従って、本発明はイオン化により加速された酸素を照射
しながら透明基材表面に透明薄膜を形成して積層体を製
造するに際し、プラスチック基材の黒化現象を生じない
方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は従来技術の有する上記問題を解決するため種
々研究の結果、イオン化により加速された酸素として、
薄膜形成の初期段階では低電圧で加速したものを用い、
その後高電圧で加速したものを用い之多段階酸素加速法
を採用することにより、プラスチック基材への酸素イオ
ンの衝突を抑止し得、該基材の黒化現象を回避でき、透
明度の高い積層体が得られることを見い出し、本発明を
完成するに至った。

即ち、本発明に係る積層体の製造法はプラスチック基材
の表面に、低電圧で加速さた酸素イオンを照射しながら
金属酸化物から成る第１の透明薄膜を形成し、次いで該
第１の薄膜上に、高電圧で加速された酸素イオンを照射
しながら金属酸化物から成る第２の透明薄膜を形成する
ことを特徴とするものである。

本発明の方法においては、先ず、透明プラスチック（例
えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレ
フタレート、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネー
ト、ポリプロピレン等）から成る基材の表面に金属酸化
物から成る第１の透明薄膜が形成される。該基材として
は、通常、フィルム、シートあるいは板が用いられるが
、所定形状の成形体を用いてもよい。

この第１の透明薄膜はその上に第２の透明薄膜を形成す
る際に照射される高エネルギーの酸素イオンの基材への
衝突を防止するバリヤーとして作用するものであり、従
って、バリヤーとして機能し得るに足る厚さおよび透明
性を備えること以外には格別要求されるような特性はな
く、種々の材料によって形成できる。

勿論、透明導電体を目的とする場合には導電性を有する
材料により、透明誘電体を目的とする場合には誘電性を
有する材料により該第１の薄膜を形成することは好まし
いものであるが、これに限定されるものでもない。

透明導電体を目的とする場合、第１の薄膜を形成する材
料の好適例として、インジウム、スズ、亜鉛等の易酸化
性金属や、酸化インジウム、酸化スズ、ＩＴＯ等の金属
酸化物を挙げることができる。また、透明誘電体を目的
とする場合、第１の薄膜を形成する材料の好適例として
、ケイ素、マグネシウム、ジルコニウム、イツトリウム
、アルミニウム、チタニウム等の金属あるいはこれらの
酸化物を挙げることができる。

第１の透明薄膜はこれら材料を用い、真空蒸着法あるい
はスパッタリング法により基材表面に形成されるが、本
発明においては、該薄膜形成に際し、低電圧で加速され
た酸素イオンを照射する。

第１の透明薄膜形成に際し、照射する酸素イオンの加速
電圧を低く設定するのは、該薄膜を形成しつつこれを酸
化するときに、酸素イオンが薄膜を貫通し基材に衝突し
これを黒化するのを防止するため、該イオンのエネルギ
ーを比較的低くする必要があるからである。このため、
第１の透明薄膜を形成する際に照射する酸素イオンを加
速するための電圧は、約１０〜５００■とするのが好ま
しい。

そして、かような低電圧で加速した酸素イオンを照射し
ながら第１の薄膜を形成するが、その厚さは１．、第２
の薄膜を形成する際に照射される酸素イオンの持つエネ
ルギーの大小に応じて設定される。即ち、第２の薄膜形
成時に照射される酸素イオンのエネルギーが高い程、該
イオンの第１の薄膜に対する貫通力が大きく、基材に衝
突してそれを黒化する危険性があるので、それに応じて
第１の薄膜の厚さを厚くする必要がある。このことから
、第１の薄膜の厚さは、通常、約１０ｎｍ以上とする。

ただし、第２の薄膜形成時に照射される酸素イオンが特
に高エネルギー（加速電圧が特に高い）である場合は、
第１の薄膜を厚さをより厚く、例えば、５０ｎｍ以上の
厚手とすることもできる。

本発明においては、上記のようにしてプラスチック基材
の表面に第１の透明薄膜を形成した後、該第１の薄膜上
に金属酸化物から成る第２の透明薄膜を真空蒸着法ある
いはスパッタリング法により形成する。

この第２の薄膜の材質は目的とする積層体に応じて決定
する。例えば、透明導電体を目的とする場合は、第２の
薄膜をインジウム、スズ、亜鉛等の５酸化性金属や、酸
化インジウム、酸化スズ、ＩＴＯ５酸化亜鉛等の金属酸
化物により形成する、また、透明誘電体を目的とする場
合は、第２の薄膜をケイ素、マグネシウム、ジルコニウ
ム、イツトリウム、アルミニウム、チタニウム等の金属
あるいはこれらの酸化物により形成する。この第２の薄
膜は第１の薄膜と同材質あるいは異種材質のいずれであ
ってもよい 本発明の方法においては、この第２の透明薄膜の形成に
際し、高電圧で加速された酸素イオンを照射することが
重要である。高電圧で加速されイオン化された酸素は、
高エネルギーで著しい化学反応性を有し、第２の薄膜に
照射することにより、第２の薄膜の酸化が促進され高度
に酸化されたもの（即ち、高透明度の薄膜）となる。

第２の透明薄膜の酸化度を高いものとするために、酸素
を加速する際の電圧は約０．５〜１００ＫＶ好ましくは
約０．６〜５０ＫＶとする。

そして、かような高電圧で加速された高エネルギーの酸
素イオンを照射しても、基材としてのプラスチックは第
１の薄膜がバリヤーとして機能することにより、該酸素
イオンの影響から遮蔽されるので、黒化現象を生ずるよ
うなことはない。

ここで、本発明を図面を参照しながら説明する、図面に
おいて、１は耐圧容器であり、バルブ２を有する排気管
３が連結されている。この容器１には蒸着源′４．５お
よびイオン照射装置６が配置され、更に、この照射装置
６の対向位置にはプラスチック製の基材７が保持具８に
よって保持されている。９．１０は蒸着源４．５の支持
台であり、１１および１２は水晶式膜厚モニターである
。

イオン照射装置６において、１３は酸素をイオン化する
イオン源で、酸素がバリアプルリークバルブ１４を通じ
て供給される。酸素はイオン源１３内でイオン化され、
そのときイオンと基材７の電位差により加速される。

本発明において使用するイオン源としては、特に限定さ
れるわけではないが１、比較的大電流、大面積のイオン
ビームを照射するのが好ましく、この点からプラズマイ
オン源と呼ばれるものを用いるのが好ましい。このプラ
ズマイオン源とは、プラズマ発生室、プラズマ発生室か
らイオンを引き出すための引出し孔および引出し電極を
備えたものである。

プラズマイオン源の動作は一般に次のように説明される
。イオン化したい物質をガス状にしてプラズマ発生室に
導入し、直流、高周波あるいはマイクロ波放電、電子ビ
ーム入射等の手法でこのガスをイオン化する。生成した
イオンは引出し電極で作られる電場によって、プラズマ
発生室より引出し孔を経て引き出されると共に加速され
る。イオン照射密度は、プラズマ発生室でのイオン化効
率を変えること等により制御できる。

照射されるイオンの加速エネルギー、つまりイオン化さ
れたときのイオンの電位と基材の電位の差は、第１の透
明薄膜の形成時においては１０〜１００ｅＶとするのが
好ましく、第２の透明薄膜の形成時においては０．１〜
１００Ｋｅ■とするのが好ましい。

図面に示す装置により、透明導電体あるいは透明誘電体
を製造するには、例えば、先ず、バルブ２を開いて排気
管３から排気し、容器１内を所定の減圧状態に保ち、真
空蒸着法あるいはスパッタリング法により基材７の表面
に蒸着′ａ４および／または５から原料を蒸発せしめ、
第１の透８！′Ｉ３膜を形成する。この第１の薄膜形成
に際してはイオン照射装置６を用い、低電圧で加速され
たイオン状の酸素を照射する。

そして、第１の薄膜の厚さが所定厚さに到達した後、加
速電圧を高め、この高電圧で加速された酸素イオンを照
射しながら蒸着源４．５から引続き原料を蒸発させて、
第１の薄膜上に所定厚さの第２の透明薄膜を形成する。

なお、本発明によれば、例えば、照射する酸素イオンの
ビーム電流値を変化させることにより、第１および第２
の透明薄膜の酸化度を制御できるから、透明度を自在に
設定することもできる。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成され、透明プラスチック基材
の表面に透明薄膜を形成するに際し、初期段階では低電
圧で加速された酸素イオンを照射し、その後加速電圧を
高めるようにしたので、基材の黒化現象を招くようなこ
とがなく、透明度の高い積層体を容易に製造し得る。

〔実施例］ 以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

実施例１ 蒸着源としてインジウムおよびスズを、基材として厚さ
５０μｍのポリエチレンテレフタレート−（以下、ＰＥ
Ｔと称す）フィルムを用意し、図面に示す装置にセット
する。なお、蒸着源からＰＥＴフィルムまでの距離は３
０ＣＩ１１に調整した。

バルブ２を開いて排気管３から排気し、容器１内を４Ｘ
１０−’Ｔｏｒｒに調整し、この減圧状態でＰＥＴフィ
ルムの片面にインジウムとスズを真空蒸着させることに
より、ＩＴＯから成る第１の透明薄膜を形成する。この
とき、イオン照射装置６によりイオン化され、加速電圧
１００Ｖで加速された酸素を照射する。

そして、この薄膜の厚さが約ＩＱｎｍになったら酸素の
加速電゛圧をｌ０ＫＶに高め、膜厚が約１１００ｎにな
るまで真空蒸着を継続して、ＩＴＯから成る第２の透明
薄膜を形成することにより、透明導電体を得た。

両薄膜の形成に際しては、水晶振動式膜厚モニターＩＩ
および１２によりインジウムの蒸着量を０、　０５　ｎ
ｍ／ｍ　ｉ　ｎに、スズの蒸着量を０．Ｏ２ｎｍ／ｍｉ
ｎに調整した。また、酸素イオン照射条件おしてのイオ
ン電流密度は終始５０μＡ／ｄとした。

なお、両薄膜の形成中に基材を格別に加熱することはし
なかったが、作業によって生ずる熱により、容器内の最
高温度は約６０°Ｃとなった。

得られた透明導電体の抵抗は４．７Ｘ１０−”Ω・国、
光透過率は８６％であった。

実施例２ 実施例１と同じ装置を使用し、蒸着源としてのＩＴＯ（
酸化インジウム９５重量部と酸化スズ５重量部から成る
混合物）と、基材としての厚さ５０μｍのＰＥＴフィル
ムを各々セットする。

次に、容器１内を４Ｘ１０−’Ｔｏｒｒに調整し、この
減圧状態でＰＥＴフィルムの片面に上記混合物を真空蒸
着させることにより、ＩＴＯ透明薄膜を形成する。この
とき、イオン照射装置６によリイオン化され、加速電圧
５０Ｖで加速された酸素を照射する。

そして、この薄膜の厚さが約１０ｎｍになったら酸素の
加速電圧をＩＫＶに高め、ｗｉ厚が約１゜Ｏｎｍになる
まで真空蒸着を継続して第２のＩＴＯ透明薄膜を形成す
ることにより、透明導電体を得た。

両薄膜の形成に際しては、水晶振動式膜厚モニターによ
り、混合物の蒸着量を０．ｌｎｍ／ｍｉｎに調整した。

また、酸素イオン照射条件としてのイオン電流密度は終
始２０μＡ／ｃｌｌとした。

なお、両薄膜の形成中に基材を格別に加熱することはし
なかったが、作業によって生ずる熱により、容器内の最
高温度は約６０°Ｃとなった。

得られた透明導電体の抵抗は７．５Ｘ１０−’Ω・ｄ、
光透過率は８５％であった。

比較例１ 酸素の加速電圧を終始１０ＫＶとすること以外は実施例
１と同様に作業して、ＰＥＴフィルムの片面に厚さ約１
１００ｎのＩＴＯを形成した透明導電体を得た。

この透明導電体の抵抗は５．２Ｘ１０−”Ω・Ｃ１ａと
実施別品と同程度であったが、光透過率は４６％と低か
った。

比較例２ 酸素の加速電圧を終始ＩＫＶとすること以外は実施例２
と同様に作業して、ＰＥＴフィルムの片面に厚さ約１１
００ｎのＩＴＯを形成した透明導電体を得た。

この透明導電体の抵抗は７．８Ｘ１０−’Ω・ｄと実施
別品と同程度であったが、光透過率は７２と低かった。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施に用いる真空蒸着装置の実例を示す
概略図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　プラスチック基材の表面に、低電圧で加速された酸素
   イオンを照射しながら金属酸化物から成る第１の透明薄
   膜を形成し、次いで該第１の薄膜上に、高電圧で加速さ
   れた酸素イオンを照射しながら金属酸化物から成る第２
   の透明薄膜を形成することを特徴とする積層体の製造法
   。