(57)【要約】【課題】  樹脂をＵＶ光や電子ビーム照射によってキュアさせる従来からのコーティング方法によって得ることができない耐薬品性、耐磨耗性及び耐候性を十分に備える薄膜を提供する。【解決手段】  基板と、前記基板にポリマー溶液を塗布し、次にポリマー溶液上に金属物粒子、有機物粒子、無機物粒子、コロイド粒子からなる群から選択される少なくとも１つの粒子をその中に混在してなるポリマー／粒子混在溶液を塗布し、さらにポリマー／粒子混在溶液に光を照射し、及び／又は熱を加える。そして、ポリマー／粒子混在溶液に架橋重合反応を起こさせて粒子をゲル化して前記有機層上に形成されたキュア層を定義する分子及び又は粒子集合体層を形成する。【選択図】      図１
2004344873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属、セラミック、ガラス、木材、紙からなる群から選択される１つの材料を備える基板と；
前記基板にアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂からなる群から選択される１つの樹脂を主成分とするポリマー溶液を塗布し、次にポリマー溶液上に金属物粒子、有機物粒子、無機物粒子、コロイド粒子からなる群から選択される少なくとも１つの粒子をその中に混在してなるポリマー／粒子混在溶液を塗布し、さらに該ポリマー／粒子混在溶液に光を照射し、及び／又は熱を加えることにより形成されるポリマー及びポリマー／粒子混在の有機層と；
前記ポリマー／粒子混在溶液に光を照射し、及び／又は熱を加えてポリマー溶液上のポリマー／粒子混在溶液に架橋重合反応を起こさせて粒子をゲル化して前記有機層上に形成されたキュア層を定義する分子及び／又は粒子集合体層と；
を備えることを特徴とする薄膜層。
【請求項２】
金属、セラミック、ガラス、木材、紙からなる群から選択される１つの材料を備える基板と；
前記基板にポリマー、モノマー、粒子及び開始剤を含有するプレポリマー溶液をコーティングすることにより形成されるポリマー及びポリマー／粒子混在の有機層と；
プレポリマー溶液に光を照射し、及び／又は熱を加えることにより架橋重合反応を起こさせて有機層上に形成されたキュア層を定義する分子及び／又は粒子集合体層と；
を備えることを特徴とする薄膜層。
【請求項３】
プラスチック基板と；
前記基板上にポリマー／粒子混在溶液を塗布することにより形成されるポリマー及びポリマー／粒子混在の有機層と、ここで混在溶液は金属物粒子、有機物粒子、無機物粒子、コロイダル粒子からなる群から選択される少なくとも１つの粒子をその中に含有し；
ポリマー／粒子混在溶液に光を照射し、及び／又は熱を加えて該混在溶液に架橋重合反応を起こさせて粒子をゲル化して有機層上に形成されたキュア層を定義する分子及び又は粒子集合体層と；
を備えることを特徴とする薄膜層。
【請求項４】
前記光がＵＶ光又は電子ビームであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜層。
【請求項５】
前記光は異なる波長のＵＶ光であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜層。
【請求項６】
前記ポリマー溶液は前記基板上に電着塗装されることを特徴とする請求項２又は３に記載の薄膜層。
【請求項７】
前記分子及び／又は粒子集合体層は酸化金属、無機金属又はアモルファス物質を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の薄膜層。
【請求項８】
前記分子及び／又は粒子集合体層はＳｉＯ２又はアモルファスシリコンを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の薄膜層。
【請求項９】
請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜層を備える薄膜装置。
【請求項１０】
２μｍから３μｍの二酸化シリコンとアクリル樹脂との混在からなる表面層と、該表面層は炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）及びシリコン（Ｓｉ）の元素を備え、該元素間の強度関係はＣ＝Ｓｉ>Ｏであり；
アルミニウムのような数十μｍの金属材料のマトリックス上に形成されたアクリル樹脂を備える内部層と、該内部層は炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）及びシリコン（Ｓｉ）の元素を備え、該元素間の強度関係はＣ>>Ｏ＝Ｓｉであり；
を備えることを特徴とする薄膜層。
【請求項１１】
２μｍから３μｍの二酸化シリコンとアクリル樹脂との混在からなる表面層と、該表面層は炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）及びシリコン（Ｓｉ）の元素を備え、該元素間の強度関係はＣ＝Ｓｉ>Ｏであり；
アルミニウムのような数十μｍの金属材料のマトリックス上に形成されたアクリル樹脂を備える内部層と、該内部層は炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）及びシリコン（Ｓｉ）を備え、該元素間の強度関係はＣ>>Ｏ＝Ｓｉであり；
該内部層のマトリックスの付近に存在する繊維状物質と、該繊維状物質は数十μｍの長さ及び厚さを備え、かつ炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）及び金属物備え、該元素間の強度関係は、金属添加物>Ｃ>Ｏであり；
を備えることを特徴とする薄膜層。
【請求項１２】
ポリマー溶液をアルミニウムのような金属基板上に塗布し、次にその上にポリマー／粒子混合を塗布し、該塗布の後、薄膜層を１５５Ｆ°乃至１８５Ｆ°に加熱し、次に２５０ｎｍから３６０ｎｍの波長を有し、かつ単位面積当りのエネルギーは少なくとも７５ｍＪ／ｃｍ２であるＵＶ光を照射し、薄膜層を形成する方法。
【請求項１３】
基板にアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂からなる群から選択される１つの樹脂を主成分とするポリマー溶液を塗布し、かつ金属物粒子、有機物粒子、無機物粒子、コロイダル粒子からなる群から選択される少なくとも１つの粒子材料をその中に含有するポリマー／粒子混在溶液をポリマー溶液上に塗布し、さらに該ポリマー／粒子混在溶液に光を照射し、及び／又は熱を加えて形成されるポリマー及びポリマー／粒子混在の有機層と；
ポリマー／粒子混在溶液に光を照射し、及び／又は熱を加えてポリマー溶液上にポリマー／粒子混在溶液に架橋重合反応を起こさせて粒子をゲル化して有機層上に形成されたキュア表面層を定義する複数の分子及び又は粒子集合体層と、ここで前記集合体層は非粒子層と、１つの粒子を含有する層と、複数の異なる粒子を含有する層とからなる群から選択される少なくとも１つの層を備え；
を備えるガスバリア積層体又は保護積層体。
【請求項１４】
基材にポリマー、モノマー、粒子及び開始剤を含有するプレポリマー溶液をコーティングすることにより形成されるポリマー及びポリマー／粒子混在の有機層と；
プレポリマー溶液に光を照射し及び又は熱を加えて架橋重合反応を起こさせて有機層上に形成されたキュア層を定義する複数の分子及び又は粒子集合体層と、ここで集合体層は非粒子層と、１つの粒子を含有する層と複数の異なる粒子を含有する層をからなる群から選択される少なくとも１つの層を備える；
を備えることを特徴とするガスバリア積層体又は保護積層体。
【請求項１５】
基板上に塗布されたポリマー／粒子混合溶液をコーティングすることにより形成されたポリマー及びポリマー／粒子混在の有機層と、該混在溶液は金属、有機物粒子、無機物粒子、コロイダル粒子からなる群から選択される少なくとも１つの粒子をその中に含有し；
ポリマー／粒子混在溶液に光を照射し及び又は熱を加えて架橋重合反応を起こさせて粒子をゲル化して有機層上に形成されたキュア表面層を定義する複数の分子及び又は粒子集合体層と、ここで該集合体層は、非金属層と、１つの粒子を含有する層と、複数の異なる粒子を含有する層とを備え；
を備えることを特徴とするガスバリア積層体又は保護積層体。
【請求項１６】
前記分子及び／又は粒子集合体層は粒子の比重、粒子径、ポリマーと粒子との界面におけるぬれ性又は表面張力のような表面特性、粒子の方位、粒子間の相互作用、粒子の電荷作用、ＵＶ光の照射及び又は粒子の加熱による移動からなる群から選択される少なくとも１つの粒子によって形成される１つ又はそれ以上の異なる分子及び／又は粒子を備えるキュア層を定義することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載のガスバリア積層体又は保護積層体。
【請求項１７】
前記粒子の寸法はナノオーダーであることを特徴とする請求項１６に記載のガスバリア積層体又は保護積層体。
【請求項１８】
前記粒子は導電特性又は染料特性を備えることを特徴とする請求項１６に記載のガスバリア積層体又は保護積層体。
【請求項１９】
ホイール、自転車、電子ペーパ、タッチパネル、ＦＰＤ、光デイスク、ＩＣタグ、携帯電話、コンピュータハウジング、家具、楽器、食卓用器具、装飾物、プリント回路基板、半導体装置、又はスポーツ用品からなる群から選択される１つの部品又は装置に使用するための請求項１３乃至１５のいずれかに記載のガスバリア積層体又は保護積層体。
【請求項２０】
基材を搬送するための搬送システムを備えるチャンバーと；
前記基材上にアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂からなる群から選択される１つの樹脂を主成分とするポリマー溶液を塗布するためのコーティング塗布装置と；
ポリマー／粒子混在溶液に光を照射し、及び／又は熱を加えるための光／加熱装置と、該ポリマー／粒子混在溶液は金属粒子、有機粒子、無機粒子、コロイダル粒子等からなる群から選択される少なくとも１つの粒子をその中に含有するポリマーからなり；
塵及び外部物質がチャンバー内に入るのを防止するためのフィルターと；
を備えることを特徴とする薄膜層形成装置。
【請求項２１】
前記光／加熱装置は、ＵＶ照射装置、電子ビーム照射装置又は加熱源であることを特徴とする請求項２０に記載の薄膜層形成装置。
【請求項２２】
前記ＵＶ照射装置は、異なる波長のＵＶ光を照射することを特徴とする請求項２０に記載の薄膜層形成装置。
【請求項２３】
前記ＵＶ光照射装置のＵＶランプを所定の角度に傾斜させるための調節可能なＵＶランプ装置をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の薄膜層形成装置。
【請求項２４】
前記ＵＶ照射装置を冷却するための冷却システムをさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の薄膜層形成装置。
【請求項２５】
前記チャンバー内に不活性ガスを導入するための不活性ガス供給装置をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の薄膜層形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成されたキュア層を備える薄膜層と、薄膜層を形成するための方法と、薄膜層形成装置及び薄膜層を使用した薄膜デバイスに関する。さらに、本発明は、調整された溶液及び光開始重合を使用して該溶液内の粒子をゲル化させてなる薄膜層に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小分子やモノマーのような材料にＵＶ光を単に照射することにより該材料をキュアするための方法は知られている。しかし、従来の方法によるキュアされた表面層はほぼ純粋かつ均質な表面を作る能力、さらには耐薬品性、耐磨耗性及び耐候性に十分ではなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、樹脂をＵＶ光や電子ビーム照射によってキュアさせる従来からのコーティング方法によって得ることができない耐薬品性、耐磨耗性及び耐候性を十分備えることにある。
【０００４】
本発明の目的は、ＵＶ光や電子ビーム照射によってキュアされる有機層上に分子及び又は粒子集合体層を形成することによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る薄膜層は、基板にアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂からなる群から選択される１つの樹脂を主成分とするポリマー溶液を塗布し、次にポリマー溶液上に金属物粒子、有機物粒子、無機物粒子、コロイド粒子からなる群から選択される少なくとも１つの粒子をその中に混在してなるポリマー／粒子混在溶液を塗布し、さらに該ポリマー／粒子混在溶液に光を照射し、及び／又は熱を加えることにより、ポリマー及びポリマー／粒子混在の有機層と、前記ポリマー／粒子混在溶液に光を照射し、及び／又は熱を加えてポリマー溶液上のポリマー／粒子混在溶液に架橋重合反応を起こさせて粒子をゲル化して形成されたキュア層を定義する分子及び又は粒子集合体層を備える。
【０００６】
本発明に係る薄膜層は、プレポリマー溶液に光を照射し及び又は熱を加えることにより、架橋重合反応を起こさせて有機層上に形成されたキュア層を定義する分子及び又は粒子集合体層を備える。プレポリマー溶液は薄膜層のポリマー、モノマー、粒子及び開始剤を含有し、そしてまず制御された光により重合を開始させるために液体状態で用意される。
【０００７】
基板の表面に依存して、ポリマーからなるベースコートがプレポリマー溶液に強力な架橋結合を作るために塗布される。これはフィルムのような合成ポリマーである基板の場合には必要とされない。
【０００８】
プレポリマー溶液が塗布されると、その溶液は次にＵＶ光又は電子ビームでキュアされる。この照射により追加の重合を開始するためにプレポリマー溶液内に光開始剤を生じさせる。これは、クラフト共重合体と元のポリマー及びモノマーとの合成をもたらし、そして基板とプレポリマーとの境界から開始する架橋重合反応をおこさせ、さらにプレポリマー溶液に添加された粒子又は元素からなる上部表面で均質フィルム層の除去を生じさせる。この反応をもたらす３つの要因がある。
【０００９】
追加の重合は凝固によるプレポリマー溶液の容積の減少をもたらす。そして粒子は架橋される基板／プレポリマー境界に向けて拡散しないため、粒子は表面へ拡散される。
【００１０】
架橋の増殖段階でポリマーはそれらの電荷を使用して粒子を表面へ寄せ付ける助けをする。
【００１１】
凝集反応は疎水性特性を有するグラフト共重合体と粒子との分離をもたらす。共重合体は表面で重合を継続させ、そして残りの粒子は上部層に移動し、又は集められ、そしてその軽量のため上部で新規のフィルム層となる。
【００１２】
本発明に係る薄膜層は、前記プラスチック基板に金属物粒子、有機物粒子、無機物粒子、コロイド粒子からなる群から選択される少なくとも１つの粒子をその中に混在してなるポリマー／粒子混在溶液を塗布し、さらにポリマー／粒子混在溶液に光を照射し、及び／又は熱を加えることにより、ポリマー／粒子混在溶液に架橋重合反応を起こさせて粒子をゲル化して形成された有機層上のキュア層を定義する分子及び又は粒子集合体層を備える。
【００１３】
基板が金属である場合、ポリマーを基板上に電着塗装することが好ましい。ポリマー／粒子混合溶液はＵＶ光又は電子ビームで照射され、及び又は加熱される。ＵＶ照射において、ポリマー溶液に異なる波長のＵＶ光が照射される。
【００１４】
基板は金属、セラミック、ガラス、木材、紙、プラスチックからなる群から選択される。ポリマーはアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂からなる群から選択される１つの樹脂を主成分とする。
【００１５】
ポリマー／粒子混在溶液は、光重合プレポリマー、光重合モノマー、光重合開始剤、かつ必要により金属粒子、有機物粒子、無機物粒子、コロイダル粒子等を含む。
【００１６】
分子及び又は粒子集合体層は金属酸化物、無機酸化物又はアモルファス物質からなる。さもなければ、分子及び又は粒子集合体層はＳｉＯ２又はアモルファスシリカからなる。
【００１７】
分子及び又は粒子集合体層がＳｉＯ２又はアモルファスシリカからなる場合、薄膜層は自動車の車用ホイールのような金属製品に十分に適用可能なガラスコーティングを提供する。
【００１８】
シリカがコロイダル粒子として選択される時、薄くかつ均質なガラスと同様の材料の薄膜が表面で形成される。
【００１９】
２つ又はそれ以上の粒子がプレポリマー溶液中に含まれる時、反応はシルバー層の上部でシリカ層のような２つのフィルム層をもたらす。
【００２０】
既知の電解メッキ、無電解メッキ、積層技術を現在必要とするプリント配線基板の製造において、薄膜層の上部層を規定する分子及び又は粒子集合体層は銅のような導電性金属から作られる。
【００２１】
薄膜層の上部層を定義する分子及び又は粒子集合体層は銅のような導電性金属から形成され、そして電解メッキ、無電解メッキ、積層等の複雑な現在の技術からプリント配線基板の製造を簡素化するために使用される。それ故に、現在の形に代えて、薄膜装置内にダイオード、抵抗、トランジスタ、キャパシタ、半導体、ハイブリツドＩＣのようなディスクリート電気部品を再構築することができる。
【００２２】
ガスバリア積層体又は保護積層体は、基材にアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂からなる群から選択される１つの樹脂を主成分とするポリマー溶液を塗布し、かつ金属物粒子、有機物粒子、無機物粒子、コロイダル粒子からなる群から選択される少なくとも１つの粒子材料をその中に含有するポリマー／粒子混在溶液をポリマー溶液上に塗布し、さらに該ポリマー／粒子混在溶液に光を照射し及び又は熱を加えて形成されるポリマー及びポリマー／粒子混合の有機層と；
ポリマー／粒子混在溶液に光を照射し及び又は熱を加えてポリマー溶液上にポリマー／粒子混在溶液に架橋重合反応を起こさせて粒子をゲル化して有機層上に形成されたキュア表面層を定義する複数の分子及び又は粒子集合体層と、ここで前記集合体層は非粒子層と、１つの粒子を含有する層と、複数の異なる粒子を含有する層とからなる群から選択される少なくとも１つの層を備え；を備える。
【００２３】
ガスバリア積層体又は保護積層体は、基材にポリマー、モノマー、粒子及び開始剤を含有するプレポリマー溶液をコーティングすることにより形成されるポリマー及びポリマー／粒子混在の有機層と；
プレポリマー溶液に光を照射し、及び／又は熱を加えて架橋重合反応を起こさせて有機層上に形成されたキュア層を定義する複数の分子及び又は粒子集合体層と、ここで集合体層は非粒子層と、１つの粒子を含有する層と複数の異なる粒子を含有する層をからなる群から選択される少なくとも１つの層を備える；を備える。
【００２４】
ガスバリア積層体又は保護積層体は、基板上に塗布されたポリマー／粒子混合溶液をコーティングすることにより形成されたポリマー及びポリマー／粒子混合物の有機層と、該混合物溶液は金属、有機物粒子、無機物粒子、コロイダル粒子からなる群から選択される少なくとも１つの粒子をその中に含有し；
ポリマー／粒子混在溶液に光を照射し、及び／又は熱を加えて架橋重合反応を起こさせて粒子をゲル化して有機層上に形成されたキュア表面層を定義する複数の分子及び又は粒子集合体層と、ここで該集合体層は、非金属層と、１つの粒子を含有する層と、複数の異なる粒子を含有する層とを備え；を備える。
【００２５】
１つ又はそれ以上の異なる分子及び又は粒子を有するキュア層を定義する分子及び又は粒子集合体層は、粒子の比重、粒子寸法、ポリマーと粒子との界面のぬれ性又は表面張力のような表面特性、粒子の方位、粒子間の相互作用、粒子の電荷作用、粒子のＵＶ光及び又は熱のような光照射による移動からなる群から選択される少なくとも１つの粒子によって形成される。
【００２６】
薄膜層は、２μｍから３μｍの二酸化シリコンとアクリル樹脂のような樹脂との混合からなる表面層と、該表面層は炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）及びシリコン（Ｓｉ）の元素を備え、該元素間の強度関係はＣ＝Ｓｉ>Ｏであり；
アルミニウムのような数十μｍの金属材料のマトリックス上に形成されたアクリル樹脂のような樹脂を備える内部層と、該内部層は炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）及びシリコン（Ｓｉ）の元素を備え、該元素間の強度関係はＣ>>Ｏ＝Ｓｉであり；を備える。
【００２７】
薄膜層は、２μｍから３μｍの二酸化シリコンとアクリル樹脂のような樹脂との混合からなる表面層と、該表面層は炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）及びシリコン（Ｓｉ）の元素を備え、該元素間の強度関係はＣ＝Ｓｉ>Ｏであり；
アルミニウムのような数十μｍの金属材料のマトリックス上に形成されたアクリル樹脂のような樹脂を備える内部層と、該内部層は炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）及びシリコン（Ｓｉ）備え、該元素間の強度関係はＣ>>Ｏ＝Ｓｉであり；
内部層のマトリックスの付近に存在する繊維状物質と、該繊維状物質は数十μｍの長さ及び厚さを備え、かつ炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）及び金属物備え、該元素間の強度関係は、金属添加物>Ｃ>Ｏであり；を備える。
【００２８】
薄膜層を形成する方法は、ポリマー溶液をアルミニウムのような金属基材上に塗布し、次にその上にポリマー／粒子混合を塗布し、該塗布の後、薄膜層を１５５Ｆ°乃至１８５Ｆ°に加熱し、次に２５０ｎｍから３６０ｎｍの波長を有し、かつ単位面積当りのエネルギーは少なくとも７５ｍＪ／ｃｍ２であるＵＶ光を照射する。
【００２９】
薄膜層形成装置は、基材を搬送するための搬送システムを備えるチャンバーと；
前記基材上にアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂からなる群から選択される１つの樹脂を主成分とするポリマー溶液を塗布するためのコーティング塗布装置と；
ポリマー／粒子混在溶液に光を照射し、及び／又は熱を加えるために光／加熱装置と、該ポリマー／粒子混在溶液は金属粒子、有機粒子、無機粒子、コロイダル粒子等からなる群から選択される少なくとも１つの粒子をその中に含有するポリマーからなり；
塵及び外部物質がチャンバー内に入るのを防止するためのフィルターと；
を備える。
【００３０】
光／加熱装置は、ＵＶ照射装置、電子ビーム照射装置又は加熱源である。
ＵＶ照射装置は、異なる波長のＵＶ光を照射する。ＵＶ光照射装置のＵＶランプを所定の角度に傾斜させるための調節可能なＵＶランプ装置をさらに備える。ＵＶ照射装置を冷却するための冷却システムをさらに備える。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の薄膜は耐薬品性、耐磨耗性及び耐候性を十分に備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して詳述する。
図１（ａ），（ｂ）には、薄膜層１の製造工程が記載されている。最初に、基板２は金属、セラミック、ガラス、木材、プラスチック、紙等からなる群から選択された１つの材料から作られる。アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等からなる群から選択された１つのポリマー溶液３は基板２上に塗布される。ポリマー溶液３はベースコート層として作用する。
【００３３】
金属物粒子、有機物粒子、無機物粒子、コロイダル粒子等からなる群から選択されたポリマー／粒子混在溶液４はベースコート層３上に塗布される。ポリマー溶液３上のポリマー／粒子混在溶液４は光を照射され及び／又は加熱される。この形成工程はポリマー溶液上のポリマー／粒子混在溶液４に架橋重合反応をもたらす。その結果、粒子はゲル化されて有機層５上に分子及び又は粒子集合体層６を形成する。有機層５はポリマー及びポリマー／粒子混在からなる。分子及び又は粒子集合体層６はキュア層として作用する。
【００３４】
ここで、上述の実施例において、金属で構成される基板材を使用する場合、ベースコートとしてのポリマー溶液は電着によって基板上に塗布されることが好ましい。ポリマー／粒子混在溶液４は全方向からＵＶ光又は電子ビームで照射され、及び／又は加熱されることが好ましい。ＵＶ光照射の場合、異なる波長のＵＶ光が照射される。
【００３５】
基板２がアルミニウム合金であり、かつ分子集合体層又は粒子集合体層６が最上層に形成される場合を以下に述べる。ベースコート層を形成するポリマー溶液３は厚さ１５μｍから２０μｍでアルミニウム合金基板上に電着塗装される。ポリマー溶液３はオーブン加熱によってキュアされる。ポリマー／粒子混在溶液４はベースコートのポリマー溶液３上に塗布される。次に、ポリマー／粒子混在溶液４はＵＶ光に曝される。この工程によりポリマー溶液とポリマー／粒子混在溶液との間に架橋重合反応が引き起こされる。
【００３６】
特に、ＵＶ光照射は材料中の光開始剤を活性化し、次に鎖移動反応に続いて重合生長反応を実行するためにプレポリマー及びモノマーに影響を与え、そして架橋重合を終える。成長の開始で、コロイダルシリカの周囲に離散され、及びその近傍に存在するプレポリマー及びモノマーは、部分的にキュアされ、そして局所的集合体を形成するために重合され、そして架橋重合を終端するために層を横断して成長する。
【００３７】
架橋重合反応はベースコート層としてのポリマー溶液とポリマー／粒子混在溶液との間の界面近傍で生じる。離散した局所的モノマー集合体は層を横断して成長して架橋重合反応が終了する前に、架橋重合は界面から開始してキュア集合体を形成する。かくして、分子は外部物質や混合物を追いやり架橋重合反応を継続する。これにより、有機材料上の層に例えばシリカを押し上げてキュア層を形成する。
【００３８】
図２（ａ），（ｂ）を参照すると、基板２は金属、セラミック、ガラス、木材、紙等からなる群から選択された１つの材料から作られる。ポリマー及びポリマー／粒子混在の有機層５はポリマー、モノマー、粒子及び開始剤を含むプレモノマー溶液７を基板２上に塗布することにより形成される。キュア層を規定する分子及び／又は粒子集合体層６はプレポリマー溶液７に架橋重合反応を引き起こす光を照射し、及び／又は熱を加える結果として有機層５上に形成される。
【００３９】
図３（ａ），（ｂ）を参照すると、薄膜を製造する工程が記載されている。薄膜層１は、プラスチック基材２がベースコートとしてポリマー層を使用しない点で図１と相違する。すなわち、ポリマー／粒子混在溶液４は直接に基板２上に塗布される。ポリマー／粒子混在溶液４はＵＶ光で照射される。このプロセスはポリマー／粒子混在溶液４で架橋重合反応を引き起こす。かくして、モノマー及び又は粒子集合体層６が有機層５上に形成される。
【００４０】
モノマー及び／又は粒子集合体層６は金属酸化物、無機酸化物又はアモルファス物質からなる。これに代えて、モノマー及び又は粒子集合体層６はＳｉＯ２＋Ｃ、又はアモルファスシリコンであってもよい。ＳｉＯ２＋Ｃ層の厚さは約５μｍである。
【００４１】
ポリマー／粒子混在溶液４に制御されたＵＶ光や電子ビームを照射し、リソグラフィー工程を組み合わせることにより、有機層５内にＩＣ、やコンデンサ、キャパシタ、抵抗等のハイブリッドＩＣの薄膜装置のような薄膜電子部品を作ることも可能である。
【００４２】
図４は、フレキシブル金属板が駆動回路用に使用される有機ＥＬ（有機エレクトロルミネセンス）の主要部分の断面図である。該図において、有機ＥＬ１０は基板２、基板２の両面上の有機層５でガスバリア層６を提供するためのガスバリア積層体と、電極１２と、透明電極１３と、ガスバリアとして作用するＳｉＮの第１の絶縁層１４と、有機ＥＬ素子１５と、金属電極１６と、第２絶縁層１７と、第１及び第２電極１８、１９とを備える。
【００４３】
この素子で、ガスバリア積層体は基板上にガスバリア層６と、有機層５とを備える。ガスバリア積層体は水素や酸素のようなガスが有機ＬＥ素子を侵入するのを防止する。かくして、素子の劣化が防止される。
【００４４】
フレキシブル基板２は厚さ１００μｍのスレンレス鋼、アルミニアム、鉄やニッケルの薄板からなる。この基板上に、有機ＥＬ素子を駆動するための駆動回路が形成される。基板は上述の金属に加えて、セラミック、ガラス、木材等からなる群から選択された材料から作られる。
【００４５】
ガスバリア層６及び有機層５は、図１、図２及び図３で説明されている。基板上のポリマーの有機層５及びポリマー／粒子混在物はアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等からなる群から選択される１つの樹脂を主成分とするポリマー溶液３で基板に塗布することにより形成される。ポリマー溶液３上に、金属物粒子、有機物粒子、無機物粒子、コロイダル粒子等からなる群から選択される少なくとも１つの粒子材をその中に含有するポリマー／粒子混在溶液４が塗布される。ポリマー／粒子混在溶液は光によって露光され、及び又は加熱される。
【００４６】
ポリマー、モノマー、粒子及び開始剤を含有するプレポリマーは、基板上に塗布される。有機層５上に、ガスバリア層として作用する分子及び又は粒子集合体層がキュア層を規定する。その結果、ポリマー／粒子混在溶液に光を照射し及び又は熱を加えてポリマー溶液上にポリマー／粒子混在溶液中に架橋重合反応を起こさせて粒子をゲル化する。集合体層は非粒子層、１つの粒子を含む層及び複数の異なる粒子を含む層から選択される少なくとも１つの層からなる。
【００４７】
架橋重合反応を起こさせるためにプレポリマー溶液７に光を照射し及び又は熱を加えることにより有機層5上に形成されたキュア層６が規定される。キュア層は分子及び又は粒子集合体層として規定され、そして非粒子層、１つの粒子を含む層及び複数の異なる粒子を含む層の群から選択される少なくとも１つの層からなる。
【００４８】
分子及び又は粒子集合体層は、粒子の比重、粒子の寸法、ポリマーと粒子との界面でのぬれ性又は表面張力、粒子の方位、粒子の電荷作用、粒子のＵＶ光のような光照射及び又は熱による移動からなる群から選択された少なくとも１つの粒子によって形成される１つ又はそれ以上の異なる分子及び又は粒子からなる。
【００４９】
ガスバリア積層体はタッチパネル、ＦＰＤ、半導体又は電子ペーパのような電子装置に利用できる。
【００５０】
図５は、食品、医療及び電子部品のような非食品の包装分野に使用される包装用のガスバリ積層体を示す概略断面図である。この積層体は高いガスバリア特性を備え、かつ雰囲気中の酸素又は水蒸気の浸透を防止し、かくしてこの積層体による包装に含まれる内容物の劣化や変形を制御する。
【００５１】
ガスバリア積層体はプラスチック材料からなる基板の片面又は両面上の下地層９、その上のガスバリア層６及びその上の保護層８を積層することにより構成される。
【００５２】
基板２の有益な材料は、例えばポリエチレン  テレフラレート、ポリエチレン  ナフタレートのようなポリエステル薄膜、ポリプロピレンのようなポリオレフィン薄膜、ポリスチレン薄膜、６６ナイロンのようなポリアミド薄膜、ポリカーボネート薄膜、及びポリアミド薄膜を備える。これらの薄膜は、好ましくは伸張力、透明度、機械強度及び寸法安定性を備える。
【００５３】
下地（アンダーコート）層９は、基板２上に形成されるガスバリア層６のぬれ性、均一なフィルム形成特性及び粘着特性を改善するために形成される。かくして優れたガスバリア特性が得られる。ポリマー及びポリマー／粒子混在の有機層５は基板上に塗布されたポリマー／粒子混在溶液で塗布して形成される。その中に含有する混在溶液は、金属物粒子、有機物粒子、無機粒子、コロイダル粒子等からなる群から選択された少なくとも１つの粒子を含有する。
【００５４】
ガスバリア層６は、有機層５上に形成されたキュア層を規定する複数の分子及び又は粒子集合体を備え、光及び又は熱をポリマー／粒子混在溶液に与えることにより混在内で架橋重合反応を起こさせて粒子がゲル化される。ここで、集合体層は非粒子層、１つの粒子を含む層及び複数の異なる粒子を含む層からなる群から選択される少なくとも１つの層を備える。ガスバリア層６はさらに薄膜形成特性、柔軟性及びぬれ性を改善するために窒素化合物、水溶性ポリマー及び有機シリコン化合物の少なくとも１つを含む。
【００５５】
窒素化合物は例えばアンモニア、ハロゲン化アミン、金属アミン、アンモニア塩及び窒化物のような無機塩を備える。ガスバリア層３の厚さは０．００５から5μｍ、好ましくは０．０１から１μｍである。
【００５６】
１つ以上の異なる分子及び又は粒子を備えるキュア層を規定する分子及び又は粒子集合体層は粒子の重力、粒子径、ポリマーの粒子との界面でのぬれ性又は表面張力のような表面特性、粒子の方位、粒子間の相互作用、粒子の電荷作用、ＵＶ光照射及び又は熱による加熱の粒子の移動からなる群から選択された少なくとも１つの粒子によって形成される。
【００５７】
ガスバリア層６上に保護（オーバーコート）層８が形成される。例えば、オーバーコート層のようなアルカリ金属及び水溶性樹脂からなるコーティング層が塗布されと、ガスバリア特性及び水蒸気バリア特性がさらに改善される。アルカリ金属の好ましい例はテトライソプロキ  シル  シラン及びトリイソプロキシル  アルミニウムを備え、そして水溶性樹脂の好ましい例はポリビニルアルコール及びメチルセルロースを備える。
【００５８】
ガスバリア積層体は高い硬度を提供するために保護特性を提供する。保護層はホイール、自転車、電子ペーパー、タッチパネル、ＦＰＤ、光ディスク、ＩＣタグ、携帯電話、コンピュータハウジング、家具、楽器、食卓用器具、装飾品、プリント回路基板、半導体装置及びスポーツ用品から選択される群の１つの部品又は装置に使用される。
【００５９】
上述のアンダーコート層７、ガスバリア層６及び保護層８に塗布するために、通常の塗布技術が使用できる。プラスチック材料からなる基板上に、ベース層、ガスバリア層及び保護層が塗布され積層され、そしてそれらは次にＵＶ光で照射される。粒子の寸法はナノメータの寸法である。粒子は導電性特性又は染色特性を備える。
【００６０】
ガスバリア層６は複数の分子及び又は粒子集合体を備えることが好ましい、しかし単一分子及び又は粒子集合層であってもよい。
【００６１】
図６は本発明に係る薄膜層が自動車のタイヤに取り付けられたアルミニウムホイール上に堆積した状態の断面図である。分析及び観察は堀場製作所製のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）及び日立製作所製の自由電子型スキャニング電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）によってそれぞれ行われた。この図において、薄膜層５０はアルミニウム材料のマトリックス５２上に形成された約２０μｍの内部層５４と、内部層５４上に形成された約２−３μｍの表面層５６とを備える。内部層５４及び表面層を構成するアクリル樹脂は炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）及びシリコン（Ｓｉ）の元素を含む。表面層５６のアクリル樹脂において、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び炭素（Ｃ）が一緒に存在する。さらに、内部層内の上述の元素間の強度関係はＣ>>Ｏ＝Ｓｉであり（図７）、かつ表面層内の上述の元素間の強度関係はＣ＝Ｓｉ>Ｏである（図８）。
【００６２】
添加剤としてのアルミニウムがポリマー溶液又はプレポリマー溶液上のポリマー／粒子混合溶液内に混合されるとき、添加剤としてのアルミニウムのファイバー物質がマトリックスの近傍で溶液内に存在する。
【００６３】
さらに、内部層において、繊維物質５８は１０数μｍの長さ及び約１μｍの厚さを備える。繊維物質は炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）及びアルミニウム（Ａｌ）の元素を備える。繊維物質内の上述の元素間の強度関係はＡｌ>Ｃ>Ｏである（図９）。
【００６４】
ここで、表面層は高い硬度、優れた接着性、耐熱性及び耐薬品性を備える。硬度は３Ｈ以上である。耐熱性はバーナーを使用して約１,０００℃の炎で評価した。透明から淡渇色への変化は加熱の開始から約１分２９秒後に確認された。耐薬品性は約３０分間１０％の塩酸溶液、１０％の硫酸溶液及び１０％の硝酸溶液の各々に保持し、次に試薬の除去後に表面層を観察することによって評価された。
【００６５】
アルミニウムホイール上の薄膜層の形成は図７に示される薄膜堆積形成装置の使用によって以下の条件の下で実行される。アクリル溶液がアルミニウムホイール上に塗布され、次に（ＳｉＯ２＋Ｃ）含有アクリル溶液がその上に塗布される。この状態で薄膜層は１５５Ｆ°から１８５Ｆ°に加熱され、次に２５０ｎｍから３６０ｎｍの波長を有するＵＶ光で照射される。この時、薄膜層への単位面積当たりのエネルギーは少なくとも７５ｍＪ／ｃｍ２である。
【００６６】
図１０は薄膜層を製造するための製造装置の概略図である。この図を参照して、薄膜製造装置はチャンバー２０と、塵及び外部物質のチャンバー内への導入を防ぐためのフィルター２７とを備える。チャンバー２０は基板を搬送するための搬送システム３６と、アクリル樹脂、ウレタン樹脂及びエポキシ樹脂からなる群から選択された少なくとも１つの樹脂を備えるベースコート層として基板にポリマー溶液を塗布し、次にベースコート層上に金属粒子、有機物粒子、無機物粒子、コロイダル粒子等からなる群から選択される少なくとも１つの粒子をその中に含有するポリマー溶液からなるポリマー／粒子混合物を塗布するためのコーティング塗布機３８と、このように塗布されたポリマー溶液をキュアするために１５５Ｆ°から１８５Ｆ°に加熱するための加熱チャンバー２１と、同じ又は異なる波長の光線をポリマー／粒子混合溶液に照射し又は全ての方向から加熱するための光線／加熱源２２とを備える。ここで、ポリマー／粒子混合溶液は、金属粒子、有機物粒子、無機物粒子、コロイダル粒子等からなる群から選択される少なくとも１つの粒子をその中に含有する。
【００６７】
チャンバーはフィルター２７が取り付けられる位置を除いて隔離壁２４を備える。光／熱源２２はＵＶ照射装置、電子ビーム照射装置又は加熱装置である。ＵＶ照射装置は２５０ｎｍから３６０ｎｍの同じ波長又は異なる波長のＵＶ光を照射する。薄膜層への単位面積当りのエネルギーは少なくとも７５ｍＪ／ｃｍ２である。製造システムはさらにＵＶ照射装置のＵＶランプを所定の角度に傾斜させるためのＵＶランプ調整装置を備える。製造システムは、空気を冷却するためにＵＶ照射装置２２上で所定の位置に配設された冷却システム２６を備える。冷却システム２６はチャンバーの外部に配設された冷却空気を放出するための冷却ブロアー及び冷却空気用のフィルター２８を備える。チャンバーはさらに不活性ガスをチャンバー内に導入するための不活性ガス供給体３４を備える。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、ホイール、自転車、電子ペーパー、タッチパネル、ＦＰＤ、光ディスク、ＩＣタグ、携帯電話、コンピュータハウジング、家具、楽器、食卓用器具、装飾品、プリント回路基板、半導体装置及びスポーツ用品等の保護層として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施例に係る薄膜層を形成するための積層を示す断面図、（ｂ）は、本発明の第１実施例に係る薄膜層を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第２実施例に係る薄膜層を形成するための積層を示す断面図、（ｂ）は、本発明の第２実施例に係る薄膜層を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の第３実施例に係る薄膜層を形成するための積層を示す断面図、（ｂ）は、本発明の第３実施例に係る薄膜層を示す断面図である。
【図４】柔軟な金属板が駆動回路基板として使用される有機ＥＬ素子の主要な部分を示す断面図である。
【図５】包装分野に使用される包装用のガスバリア積層体の概略を示す断面図である。
【図６】本発明に係る薄膜層が自動車のタイヤに取り付けられたアルミニウムホイールに堆積されている状態を示す断面図である。
【図７】エネルギー分散型Ｘ線分析装置による内部層の元素間の強度関係である。
【図８】エネルギー分散型Ｘ線分析装置による表面層の元素間の強度関係である。
【図９】エネルギー分散型Ｘ線分析装置による表面層の繊維物質の元素間の強度関係である。
【図１０】薄膜層を形成するための製造装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７０】
１；薄膜層
２；基板
３；ポリマー溶液
４；ポリマー／粒子混合溶液
５；有機層
６；分子及び又は粒子混合体層
７；プレモノマー層
８；保護層
９；下地層
１１；ガスバリア層
１２；電極
１３；透明電極
１４；第１絶縁層
１５；有機ＥＬ層
１７；第２絶縁層
１８；第１電極
１９；第２電極
２０；チャンバー
２１；加熱チャンバー
２２；光源／加熱源
２４；隔離壁
２６；冷却システム
２７；第１フィルター
２８；第２フィルター
３０；冷却フィルター
３２；試料ブース
３４；不活性ガス供給体
３６；搬送システム
３８；コーティング塗布機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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