表面加工

表面加工とは

表面加工とはガラスやプラスチック(樹脂)素材の表面に加工を施し、様々な機能を付与することです。素材表面に機能を発現する薄膜を形成する手法が多用されており、nmオーダーからμmオーダーの薄膜を形成することが一般的です。成膜する素材の特性、膜厚コントロール、異種素材の積層により機能を発現します。
表面加工には、基材上に膜を設ける方法(コーティング)と基材を貼り合わせる方法(ラミネート)、基材表面を物理的に変形させる3つの方法に大別することができます。
コーティング成膜手法としては大きく2種に分かれ、ウエットコーティングとドライコーティングに大別されます。
ウエットコーティングは溶剤に溶かした原料を素材表面に塗布し、熱や紫外線で硬化成膜します。ドライコーティングにはスパッタリング、蒸着、CVD等があり、真空中で原料を素材表面に付着成膜します。ドライコーティングはスパッタ等に代表され気相中で蒸発・昇華した物質(ターゲット)から成膜します。ウェットコーティングは溶液コーティングに代表され、溶液に溶解させた物質から成膜をします。
また、グラビア印刷、フレキソ印刷等の一般的な印刷技術も広義において、ウエットプロセスによるコーティング技術に属すると言えます。
グンゼではウエットコーティングとスパッタリングをコア技術として、様々な機能性フィルムを開発・実用化しています。

光学用途では、透明導電フィルム(ITOスパッタフィルム)をはじめ、高硬度、光の反射抑制、指紋の付着防止などの光学用途に必要とされる独自の高機能コーティングフィルムの加工が可能です。

独自の微細線印刷技術を用いて銀系微粒子をパターン印刷した低抵抗・高透明導電フィルムは、低抵抗(1Ω/□以下)の電極パターンのカスタム設計が可能で、50インチ超の大型タッチパネルの成型技術を保有しています。

また、包装用資材の印刷では、ウェットコートに分類されるグラビア方式による印刷機でフィルム上にインキを載せます。印刷する柄によって変わりますが、平均10色のインクを使用したフィルム印刷が可能です。グンゼでは、収縮ラベル用途の印刷を得意とし、その用途に適したインキ開発を行っています。

更にOA機器に使用される転写ベルトの用途では、スーパーエンプラのポリイミド製ベルトの表面に離形性、撥水性を付与するフッ素樹脂をコートすることも可能です。

表面加工(電子部品)

電子部品関係での透明導電(ITO)フィルムも薄膜形成の一例となります。具体的には、下記、表面加工をPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム表面に積層加工し、求められる特性を付与することができます。

ITO層:nmオーダーの薄膜をスパッタリング成膜し導電性を付与します。
光学調整層(IM層):nmオーダーの薄膜をスパッタリングまたはウエットコーティング成膜しインビジブル性を付与します。
クリアハードコート:μmオーダーの薄膜をウエットコーティング成膜し耐傷付性を付与します。配線形成や、ITO膜のパターニングが微細加工の一例となります。

参照:新開発フィルム素材(電子部品事業部ホームページへリンクします)
参照:機能性フィルム(電子部品事業部ホームページへリンクします)

表面加工(スパッタリング)

真空中での薄膜堆積法には、真空蒸着法、化学気相堆積(CVD)法、スパッタリング法などがあります。スパッタリング法には、(1)平面内の厚み均一性が高いこと、(2)金属や酸化物など無機材料であれば幅広い材料の薄膜化が可能であること、(3)原材料の組成と近い組成での膜堆積が可能、などの特長があります。さらに金属材料を反応させながら膜堆積をおこなうこと(反応性スパッタリング法)も可能です。そのため平面内での厚みや組成の厳密制御が必要なITO膜や光学薄膜などの用途ではスパッタリング法は不可欠です。

一口に“薄膜”と言っても方法や材料によって厚みの定義範囲が異なります。例えば、プラスチックスでは1μmでも薄膜ですが、スパッタリング法の常識的な厚み(数nm~数10nm)と比較するとかなり厚いです。タッチパネル用透明電極は、50~100μmの透明プラスチック基板表面に、スパッタリング法を用いてITOを20~50nm積層したものです。

表面加工(細線化)

透過型静電容量式タッチパネルの透明電極材料にはITOが用いられていますが、近年、メタルメッシュがITOの代替手段として検討され始めています。メタルメッシュとは、透明プラスチック基板や無機ガラス基板上に形成された銅、アルミ、銀などの金属膜を、フォトリソグラフィなどによってメッシュ状に細線加工したものです。代表的特性は、金属線幅10μm以下、開口率90%以上、表面抵抗30Ω/sq.以下で、ITO膜で達成できる表面抵抗よりも一段と低い抵抗値が得られるという特長があります。さらに線幅を細くして開口率を高めれば光透過率を高めることができますが、一方、表面抵抗が高くなってしまいます。
細線化の全く異なる側面からのアプローチは金属ナノワイヤーの活用です。ナノワイヤーの特長は、その分散液を基板表面にコーティングするだけで容易に透明導電膜が得られることです。特に銀ナノワイヤーでは光透過率と良導電性が両立できる可能性があります。但し、ナノワイヤー同士の接点の安定性が実用上の課題と言われています。
スマートフォン、タブレット、NotePCなど、モバイル機器は小型化が進んでおり、ディスプレイサイズはそのままのサイズで小型化を実現する為、額縁部分の狭幅化が求められています。
ディスプレイ表面に設定される透過型静電容量式タッチパネル(電子部品事業部へリンクします)は、入力位置の検出に用いるパターニング加工された導電素材層の本数分だけ電気信号を取り出す配線が必要です。

多数の配線を、狭い額縁部分におさめるために配線の太さは細線化しなければなりません。
現在では、線幅30μm程度の配線が標準的になってきています。
グンゼではタッチパネルの配線形成加工に長年実績のあるスクリーン印刷に加え、上記に述べたレーザー加工やフォトリソグラフィ加工を適用し、お客さまのニーズに対応した製品開発が可能です。

表面加工技術を用いた機能

グンゼの表面加工技術を用いた機能をご紹介します。

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