JP5987312B2 - 成膜装置及び膜付ガラスフィルムの製造方法 - Google Patents

成膜装置及び膜付ガラスフィルムの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、成膜装置及びそれを用いた膜付ガラスフィルムの製造方法に関する。
近年、可撓性を有するガラスフィルムの上に成膜したいという要望がある。例えば特許文献１には、基板ロールから供給されるガラスシートを、３００℃以上に加熱されたキャンを用いて加熱し、キャン上において、加熱されたガラスシートの表面の上に、スパッタリング法によりＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）膜を形成する方法が記載されている。
特開２００７−１１９３２２号公報
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、キャンの材質として金属が使用されている。ガラスシートと接触する、高温に加熱された金属製キャンの表面が酸化され、変質・劣化することを抑制するために、不活性ガス雰囲気中にキャンを配置して成膜を行う必要がある。このため、成膜装置が大がかりとなると共に、成膜コストが上昇する。特に、この成膜装置を、スパッタリングよりも高温を必要とする熱ＣＶＤ装置に応用した場合には、金属製キャンの表面酸化がより発生しやすくなる。
本発明は、ガラスフィルム上に好適に成膜し得る装置を提供することを主な目的とする。
本発明に係る成膜装置は、加熱ロールと、膜形成部とを備えている。加熱ロールの表面上には、ガラスフィルムが供給される。加熱ロールは、ガラスフィルムを加熱する。膜形成部は、ガラスフィルムの上に膜を形成する。加熱ロールは、筒状体と、ヒーターとを有する。筒状体は、ガラスまたはセラミックスからなる。筒状体は、回転可能に設けられている。ヒーターは、筒状体の内部に配されている。ヒーターは、筒状体を加熱する。
筒状体は、石英ガラス、結晶化ガラス、アルミナ、シリカ、窒化珪素及び炭化ケイ素からなる群から選ばれた少なくとも一種からなることが好ましい。
本発明に係る成膜装置は、筒状体とガラスフィルムとの間にガラスフィルム側の表層の硬度がガラスフィルムの硬度よりも低いシートを供給する供給部をさらに備えることが好ましい。
シートは、金属からなることが好ましい。
シートの熱膨張係数は、ガラスフィルムの熱膨張係数の１倍〜１０倍であることが好ましい。
ヒーターは、筒状体のガラスフィルムと接する部分を加熱するように配されていてもよい。
ヒーターは、筒状体に向けて熱線を照射するものであることが好ましい。その場合、本発明に係る成膜装置は、筒状体の内周面の上に配されており、ヒーターから照射される熱線を吸収する吸収層をさらに備えることが好ましい。
膜形成部は、ガラスフィルム上において熱反応し、膜を構成する反応ガスを供給する反応ガス供給部、またはスパッタ粒子をガラスフィルム上に堆積させるスパッタ部により構成されていてもよい。
本発明に係る膜付ガラスフィルムの製造方法では、本発明に係る成膜装置を用いてガラスフィルム上に膜を形成する。
熱ＣＶＤ法またはスパッタリング法により膜を形成してもよい。
本発明によれば、ガラスフィルム上に好適に成膜し得る装置を提供することができる。
本発明の一実施形態における成膜装置の模式的側面図である。 図１のＩＩ部分を拡大した模式的側面図である。 本発明の一実施形態において製造された膜付ガラスフィルムの模式的側面図である。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
図１は、本実施形態における成膜装置１の模式的側面図である。成膜装置１は、可撓性を有するガラスフィルム１０の表面１０ａの上に膜１１（図３を参照）を形成し、ガラスフィルム１０及び膜１１を備える膜付ガラスフィルム１２を製造するための装置である。
ガラスフィルム１０の厚みは、ガラスフィルム１０が可撓性を有する程度であれば特に限定されない。ガラスフィルム１０の厚みは、例えば、３００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。
ガラスフィルム１０を構成するガラスの種類は特に限定されない。ガラスフィルム１０は、例えば、珪酸塩系ガラス、硼酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラスなどであってもよい。なお、本発明において、ガラスフィルムには、結晶化ガラスからなる結晶化ガラスフィルムが含まれるものとする。
膜１１の種類は、特に限定されない。膜１１は、酸化スズ、酸化インジウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ランタンなどの酸化物、窒化ケイ素、窒化チタンなどの窒化物、または、ケイ素、銀、銅、アルミニウム等の金属などからなるものであってもよい。
成膜装置１は、加熱ロール２０を備えている。加熱ロール２０は、筒状体２１と、ヒーター２２とを有する。筒状体２１は、筒状体２１の内部に回転不能に配された芯体２３により、中心軸Ｃ１を中心として回転可能に支持されている。筒状体２１は、回転ロール２５ａ、２５ｂの回転に伴って中心軸Ｃ１を中心として回転する。
筒状体２１は、ガラスまたはセラミックスからなる。筒状体２１の構成材料として好ましく用いられるガラスの具体例としては、例えば、石英ガラス、結晶化ガラス等が挙げられる。筒状体２１の構成材料として好ましく用いられるセラミックスの具体例としては、例えば、アルミナ、シリカ、窒化珪素、炭化ケイ素等が挙げられる。
筒状体２１の外径は特に限定されない。筒状体２１の外径は、例えば、１００ｍｍ〜２０００ｍｍ程度とすることができる。筒状体２１の厚みは、例えば、３ｍｍ〜２０ｍｍ程度であることが好ましい。筒状体２１の厚みが小さすぎると、筒状体２１の強度が低くなる場合がある。筒状体２１の厚みが大きすぎると、筒状体２１の熱容量が大きくなる。このため、筒状体２１の加熱又は温度保持のために大きなエネルギーを与えなければならず、またガラスフィルムの温度調整が難しくなる場合がある。
ヒーター２２は、筒状体２１の内部に配されている。具体的には、ヒーター２２は、芯体２３に設けられた切欠部内に、筒状体２１の内周面２１ａと対向するように配されている。より具体的には、ヒーター２２は、筒状体２１のガラスフィルム１０と接する部分に対向して配されており、筒状体２１のガラスフィルム１０と接する部分を加熱する。
ヒーター２２は、筒状体２１をガラスフィルム１０の表面１０ａ上に膜１１を形成可能な温度にまで加熱できるものである限りにおいて特に限定されない。ヒーター２２は、例えば、筒状体２１に向けて熱線を照射する赤外線ヒーターや近赤外線ヒーターにより構成されていてもよい。その場合、図２に示されるように、ヒーター２２から照射される熱線を吸収する吸収層２４を筒状体２１の内周面２１ａの上に配しておくことが好ましい。そうすることにより、筒状体２１の加熱効率を高めることができる。
なお、吸収層２４は、例えば、顔料として、グラファイト又は、鉄、マンガン等を含有する黒体塗料により構成することができる。
筒状体２１の上方には、筒状体２１を介してヒーター２２と対向するように膜形成部３０が配されている。この膜形成部３０は、ガラスフィルム１０の表面１０ａ上に膜１１を形成するためのものである。
膜形成部３０は、成膜方法に応じて適宜構成することができる。例えば、ガラスフィルム１０の表面１０ａ上に熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により膜１１を形成する場合は、膜形成部３０を、ガラスフィルム１０上において熱反応し、膜１１を構成する反応ガスを供給する反応ガス供給部により構成することができる。例えば、ガラスフィルム１０の表面１０ａ上にスパッタリング法により膜１１を形成する場合は、膜形成部３０を、スパッタ粒子をガラスフィルム１０上に堆積させるスパッタ部により構成することができる。
成膜装置１には、ガラスフィルム供給ロール４０と、巻き取りロール４１とが設けられている。ガラスフィルム供給ロール４０は、筒状体２１の外周面２１ｂ上に未成膜のガラスフィルム１０を供給する。巻き取りロール４１は、ガラスフィルム１０と、ガラスフィルム１０の表面１０ａ上に形成された膜１１とを備える膜付ガラスフィルム１２を巻き取る。
また、成膜装置１には、シート供給ロール４２と、シート巻き取りロール４３とがさらに設けられている。シート供給ロール４２は、筒状体２１の外周面２１ｂとガラスフィルム１０との間に、緩衝フィルム４４を供給する。シート巻き取りロール４３は、筒状体２１の外周面２１ｂとガラスフィルム１０との間から排出された緩衝フィルム４４を巻き取る。
緩衝フィルム４４は、ガラスフィルム１０側の表層の硬度がガラスフィルム１０の硬度よりも低いシートにより構成されている。緩衝フィルム４４は、例えば、アルミニウム、鉄、銅などの少なくとも一種の金属により構成することができる。すなわち、緩衝フィルム４４は、金属フィルムにより構成することができる。
このように、成膜装置１では、ガラスまたはセラミックスからなる高硬度の筒状体２１とガラスフィルム１０との間に、緩衝フィルム４４が供給される。このため、筒状体２１とガラスフィルム１０とが接触することによりガラスフィルム１０の表面に傷が生じることを効果的に抑制することができる。
また、緩衝フィルム４４がヒーター２２からの熱線を反射または吸収させるものである場合は、筒状体２１の加熱効率をより高めることができる。
緩衝フィルム４４の厚みは、例えば、１０μｍ〜１００μｍ程度であることが好ましい。緩衝フィルム４４の熱膨張係数は、ガラスフィルムの熱膨張係数の１〜１０倍程度であることが好ましい。
次に、成膜装置１を用いて膜付ガラスフィルム１２を製造する方法について説明する。
ガラスフィルム供給ロール４０から筒状体２１の外周面２１ｂ上にガラスフィルム１０が供給される。ガラスフィルム１０と筒状体２１の外周面２１ｂとの間には、シート供給ロール４２から、緩衝フィルム４４が供給される。これにより、筒状体２１とガラスフィルム１０との接触が規制されている。
ガラスフィルム１０及び緩衝フィルム４４の供給に伴って、筒状体２１は、回転ロール２５ａ、２５ｂにより回転駆動される。これにより、ガラスフィルム１０と緩衝フィルム４４との間の摩擦、緩衝フィルム４４と筒状体２１との間の摩擦が抑制されている。
筒状体２１の外周面２１ｂ上に供給されたガラスフィルム１０は、加熱ロール２０によって加熱される。具体的には、ヒーター２２によって筒状体２１が加熱され、その加熱された筒状体２１によってガラスフィルム１０が、成膜に好適な温度にまで加熱される。
加熱されたガラスフィルム１０の表面１０ａの上に、膜形成部３０によって、スパッタリング法や熱ＣＶＤ法等により、膜１１が形成され、膜付ガラスフィルム１２が作製される。作製された膜付ガラスフィルム１２は、巻き取りロール４１によって巻き取られる。一方、緩衝フィルム４４は、巻き取りロール４３によって巻き取られる。なお、膜付ガラスフィルム１２の巻き取りに際し、膜付ガラスフィルム１２と共に緩衝フィルム４４を巻き取るようにしてもよい。また、膜付ガラスフィルム１２と共に、緩衝フィルム４４とは異なる。例えば紙や樹脂等からなるフィルムを巻き取るようにしてもよい。そのようにすることにより、膜付ガラスフィルム１２同士が接触することに起因する膜付ガラスフィルム１２の損傷を抑制することができる。
以上説明したように、本実施形態では、加熱ロール２０のガラスフィルム１０と接触する外周面が、ガラスまたはセラミックスからなる筒状体２１により構成されている。このため、成膜雰囲気に酸素が存在している場合であっても、ガラスフィルム１０との接触する加熱ロール２０の表面が酸化されない。従って、ガラスフィルム１０の加熱ロール２０側の表面形状の変化を抑制することができる。また、加熱ロール２０の表面の酸化を抑制する手段を別途に設ける必要がないため、成膜装置１の構成を簡略化でき、膜付ガラスフィルム１２の製造コストを低くすることができる。
例えばキャンを用いた場合は、キャンを成膜に適した温度にまで昇温するまでに長時間を要する。また、熱容量の大きなキャンを高温に保持するためには、多大なエネルギーを要する。それに対して、本実施形態では、熱容量が小さい筒状体２１を加熱すれば足りるため、加熱ロールを成膜に適した温度にまで昇温するのに要する時間が短い。また、筒状体２１のガラスフィルム１０と接している部分のみを成膜に適した温度に保持すればよいため、エネルギー効率的にも有利である。
１…成膜装置
１０…ガラスフィルム
１０ａ…表面
１１…膜
１２…膜付ガラスフィルム
２０…加熱ロール
２１…筒状体
２１ａ…内周面
２１ｂ…外周面
２２…ヒーター
２３…芯体
２４…吸収層
２５ａ、２５ｂ…回転ロール
３０…膜形成部
４０…ガラスフィルム供給ロール
４１…巻き取りロール
４２…シート供給ロール
４３…シート巻き取りロール
４４…緩衝フィルム

Claims (11)

  1. 表面上にガラスフィルムが供給され、前記ガラスフィルムを加熱する加熱ロールと、 前記ガラスフィルムの上に膜を形成する膜形成部と、
    を備え、
    前記加熱ロールは、
    ガラスまたはセラミックスからなり、回転可能に設けられた筒状体と、
    前記筒状体の内部に配されており、前記筒状体を加熱するヒーターと、
    前記筒状体の内部に回転不能に配された芯体と、を有し、
    前記芯体は、切欠部を有し、前記ヒーターは、前記切欠部内に、前記筒状体の内周面と対向するように配される成膜装置を用いてガラスフィルム上に膜を形成する、膜付ガラスフィルムの製造方法。
  2. 前記筒状体は、石英ガラス、結晶化ガラス、アルミナ、シリカ、窒化珪素及び炭化ケイ素からなる群から選ばれた少なくとも一種からなる、請求項１に記載の膜付ガラスフィルムの製造方法。
  3. 前記ヒーターは、前記筒状体に向けて熱線を照射する、請求項１または２に記載の膜付ガラスフィルムの製造方法。
  4. 前記筒状体の内周面の上に配されており、前記ヒーターから照射される熱線を吸収する吸収層をさらに備える、請求項３に記載の膜付ガラスフィルムの製造方法。
  5. 前記膜形成部は、前記ガラスフィルム上において熱反応し、膜を構成する反応ガスを供給する反応ガス供給部、またはスパッタ粒子を前記ガラスフィルム上に堆積させるスパッタ部により構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の膜付ガラスフィルムの製造方法。
  6. 前記ヒーターは、前記筒状体の前記ガラスフィルムと接する部分を加熱する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の膜付ガラスフィルムの製造方法。
  7. 表面上にガラスフィルムが供給され、前記ガラスフィルムを加熱する加熱ロールと、 前記ガラスフィルムの上に膜を形成する膜形成部と、
    を備え、
    前記加熱ロールは、
    ガラスまたはセラミックスからなり、回転可能に設けられた筒状体と、
    前記筒状体の内部に配されており、前記筒状体を加熱するヒーターと、
    前記筒状体と前記ガラスフィルムとの間に前記ガラスフィルム側の表層の硬度が前記ガラスフィルムの硬度よりも低いシートを供給する供給部と、
    を有する、成膜装置。
  8. 前記シートは、金属からなる、請求項７に記載の成膜装置。
  9. 前記シートの熱膨張係数は、前記ガラスフィルムの熱膨張係数の１倍〜１０倍である、請求項７または８に記載の成膜装置。
  10. 請求項７〜９のいずれか一項に記載の成膜装置を用いてガラスフィルム上に膜を形成する、膜付ガラスフィルムの製造方法。
  11. 熱ＣＶＤ法またはスパッタリング法により前記膜を形成する、請求項１〜６及び１０のいずれか一項に記載の膜付ガラスフィルムの製造方法。
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