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ロールtoロール技術の最新動向―プロセス最適化への課題と解決策

  • The Latest Trends of Roll-to-Roll Technology―Challenges for Process Optimization
★ ロールtoロール技術に使われる部材,要素技術,製造装置,そしてプロセス特有の課題解決に向けたヒントが満載!
★ 連続プロセスによりコストダウン,高生産性,省エネルギーを実現!
★ 透明導電膜,有機EL照明,太陽電池など最新のアプリケーションを紹介!
★ 量産ラインへロールtoロール技術を導入する動きが,デバイスメーカーで活発化!

商品コード: T0782

  • 監修: 杉山征人
  • 発行日: 2011年3月
  • 価格(税込): 71,280 円
  • 体裁: B5判,249ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0321-5

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  • フレキシブル基板/コーティング/スパッタリング/蒸着/ナノインプリント/大面積化/ウェブハンドリング/搬送制御/トラブル対策/ガスバリア膜/透明導電膜

刊行にあたって

 ロールtoロール方式は,ロール状に巻いた長さ数百m~数kmのフィルム基板を巻き戻す過程で,蒸着・スパッタリングやコーティングなどの方法でプラスチックフィルム上に連続的に成膜し機能性フィルムとする生産方式である。この方式は,金銀糸用の装飾膜,食品などの包装フィルム用バリア膜,フィルムコンデンサー用金属電極,フレキシブルプリント配線板などの製造プロセスとして50年以上の歴史がある。中でもITO薄膜をプラスチックフィルム基板に形成した透明導電性フィルムは,液晶ディスプレイ,プラズマディスプレイをはじめとするフラットパネル・ディスプレイ,電子ペーパー,有機ELディスプレイ,太陽電池,タッチパネル用の透明電極として電子情報社会の必須アイテムとなっている。機能性フィルムの応用商品は,ロール状に巻いた状態のままフィルム基板に機能素子を集積し最終製品の段階でカットされ電子デバイスを作る新たな製造技術へと発展する。この結果,ロールtoロール技術は「システム・オン・フィルム」,「ラージエリヤエレクトロニクス」,「アンビエントエレクトロニクス」といった21世紀の基本技術と位置づけられ,現在の"ユビキタス情報社会"から"アンビエント情報社会"への展開に寄与する基礎技術の一つとなると考えられる。
 機能性の薄膜をロールtoロール方式により形成したフィルムにはSiウェハやガラス基板などを用いたシートtoシート(枚葉)生産方式に対比して二つのメリットがある。一つは,プラスチックフィルムを基板とすることによる電子デバイスの薄型化,軽量化,フレキシブル化といったメリットである。フレキシブルな基板を使った電子デバイスの開発は「フレキシブルエレクトロニクス」といわれている。薄膜形成(PVD,CVD,コーティング)に加えて,フォトリソグラフィ,エッチング,印刷,インクジェット,ラミネーション,転写,成型などの加工技術と,多様な材料技術を組み合わせることにより新しいフレキシブル電子デバイスへの応用が拓ける。もう一つはロールtoロール方式という低コスト化,高生産性を実現可能にする製造技術面のメリットであり,環境とエネルギーにも配慮した,より汎用性のある生産技術である。フィルム基板は装置の間を連続的に流れることになるため,製造プロセスのエネルギー,人員,(工場)スペース,物流,等々の大幅コストダウンが期待できる。
しかしながら,ロールtoロール方式による「フレキシブルエレクトロニクス」の開発には装置やプロセス,材料や製品の特性など解決すべき課題が多く存在する。具体的にはプラスチックフィルムの低耐熱性による膜形成条件の制限やフィルムハンドリングに伴うシワ,カール,フィルムの脱ガス,前処理など,各種の成膜プロセスの制限である。製造プロセスの革新を産業化に結びつけることは,これらの製造条件を装置的に実現することである。このためには,要求される性能と耐久性をプラスチックフィルム上で満足させる材料技術だけでなく,製造を可能にする装置やプロセスなどが抱えるこれらの課題を克服する必要がある。プロセスの課題の解決には実務経験の科学的分析を通して普遍的な知識として体系化することが必要であるが,現時点では多くの場合,現場のノウハウや暗黙知により行われているにすぎない。このことが,生産現場における特性のコントロールやロール間の再現性,収率の低下などを引き起こす要因となり,また基礎研究から開発,さらには生産に至る各ステージへの移行に不連続性を引き起こす原因となる。
 本書においては,ロールtoロール方式の最新技術動向を網羅し,その要素技術,製造装置,トラブル対策などR&Dから生産現場における問題をできるだけ体系化し,枚葉処理にはなかったロールtoロール技術特有の課題を解決するヒントを示せる内容とすることを試みた。さらに,ロールtoロール技術が拓くアプリケーションの一部も紹介しその将来性を明確化することを目的とした。本書は,このような観点からそれぞれこの分野の第一線でご活躍の第一人者に執筆をお願いし,ロールtoロールに関するご研究の一端をご紹介いただいた。本書がロールtoロールの開発分野で日夜奮闘されている技術者の皆様の研究・開発・生産の一助になれば幸いである。

(「はじめに」より)

著者一覧

杉山征人   YIC京都工科大学校 校長
池田功一   日本ゼオン(株) 高機能樹脂・部材事業部 高機能樹脂販売部 課長代理
小倉豊史   新日本製鐵(株) 技術開発本部 先端技術研究所 界面制御研究部 主任研究員
金子四郎   (有)金子技術事務所 社長
草野英二   金沢工業大学 高度材料科学研究開発センター 教授
縄舟秀美   甲南大学 フロンティアサイエンス学部 教授
中野武雄   成蹊大学 理工学部 助教
小久保光典  東芝機械(株) ナノ加工システム事業部 ナノ加工システム技術部 グループマネージャー
谷口 淳   東京理科大学 基礎工学部 電子応用工学科 准教授
Reiner Kukla  Senior Product Manager,Flexible Electronics Web Coating Systems,Energy and Environmental Solutions,Applied Materials GmbH & Co.KG
今野正則   尾池工業(株) フロンティアセンター 研究開発部門 主席研究員
安倉秀明   尾池工業(株) フロンティアセンター 研究開発部門 研究員
沖本忠雄   (株)神戸製鋼所 機械事業部門 開発センター 商品開発部 主任部員
上原 剛   積水化学工業(株) R&Dセンター P2事業推進部 開発グループ グループ長
宮川展明   ウシオ電機(株) 第一事業部 露光BU 営業部第二課 技師
小島啓安   (有)アーステック 代表;名古屋大学 客員准教授
矢鍋重夫    長岡技術科学大学 名誉教授
山下信也   (株)ニレコ ウェブ事業部 ウェブ技術部 ウェブ設計課 専門主任
多田 勲   (株)アルバック 産業機器事業部 第2技術部 部長
平山大介   住友重機械工業(株) メカトロニクス事業部 ドライブシステム技術グループ
宮内昭浩   (株)日立製作所 材料研究所 環境材料プロセス研究部 主管研究員
渡辺二郎   凸版印刷(株) 総合研究所 主席研究員
年吉 洋   東京大学 先端科学技術研究センター 教授
羅 丞曜   国立清華大学 奈米工程與微系統研究所 助理教授
奥山 優   ローム(株) 研究開発本部 ディスプレイ研究開発センター 研究員
宮坂 力   桐蔭横浜大学 大学院工学研究科 教授

目次

序章 ロールtoロールとは?
1 はじめに
2 ロールtoロール生産方式が拓く世界
3 ロールtoロールで用いられる製造方法
4 フレキシブルデバイスおよびロールtoロール生産方式の課題
5 ロールtoロール技術の動向

第1章 ロールtoロール用フレキシブル基板の開発
1 透明プラスチック基板材料としてのシクロオレフィンポリマー(COP)の技術動向
1.1 はじめに
1.2 シクロオレフィンポリマーとは
1.2.1 ZEONEX?
1.2.2 ZEONOR?
1.3 透明プラスチックフィルム基板用ポリマーとしてのシクロオレフィンポリマーの特長と技術動向
1.3.1 透明性
1.3.2 耐湿性と水蒸気バリア性
1.3.3 耐候性付与技術
1.4 まとめ

2 絶縁膜付きステンレス箔基板の開発
2.1 ステンレス箔の特徴と用途
2.2 ステンレス箔の種類と特性
2.2.1 化学的安定性(耐食試験)
2.2.2 形状復元性(フレキシビリティ)
2.2.3 ステンレス箔表面の粗さ改善
2.3 電子材料用絶縁膜付きステンレス箔の特性
2.3.1 絶縁膜付きステンレス箔の表面粗さ
2.3.2 絶縁信頼性
2.3.3 耐熱性と熱膨張特性
2.4 絶縁膜付きステンレス箔のディスプレイ基板としての特性

第2章 ロールtoロールによる成膜要素技術
1 精密塗工技術
1.1 精密塗工技術の概要と課題・問題点およびトラブル対策
1.2 ダイコート技術の概要・特徴
1.2.1 塗布性について
1.2.2 塗布量分布について
1.2.3 塗布可能領域について
1.2.4 現場の実用化時の課題・問題点およびトラブル対策(具体的対応)
1.3 グラビアコートの概要と課題
1.3.1 塗布量を決める要因
1.4 バーコートの概要と課題
1.5 機能性フィルムの精密塗工技術を支えている周辺技術の概要
1.5.1 脱泡技術
1.5.2 濾過技術
1.5.3 洗浄技術の強化
1.5.4 クリーン化技術

2 気相からの薄膜堆積(PVDおよびCVD)成膜要素技術
2.1 気相からの薄膜堆積成膜要素技術の概要
2.2 物理気相堆積法
2.2.1 蒸着法
2.2.2 スパッタリング法
2.3 化学気相堆積法

3 めっき成膜要素技術
3.1 はじめに
3.2 FPCおよびTAB・COFテープ
3.3 ロールtoロールめっきプロセス
3.3.1 電気めっきと無電解めっき
3.3.2 TAB・COFテープのめっき
3.4 おわりに

4 スパッタプロセスにおけるシミュレーション技術
4.1 はじめに
4.2 プラズマのシミュレーション
4.3 ターゲットにおけるスパッタリング現象のシミュレーション
4.4 スパッタ粒子の輸送過程のシミュレーション
4.5 基板上における薄膜形成過程のシミュレーション
4.6 まとめ

第3章 ロールtoロール式ナノインプリントプロセス
1 ロールtoロールによるUVナノインプリント技術とその応用
1.1 はじめに
1.2 ナノインプリント技術
1.3 ロールtoロール式UVナノインプリント
1.3.1 プロセス装置
1.3.2 プロセスパラメータ
1.3.3 ロールtoロール式インプリント用モールド
1.3.4 パターン転写結果
1.4 ロールtoロール式インプリントの応用展開
1.4.1 光学シート
1.4.2 太陽電池
1.4.3 今後の課題
1.5 まとめ

2 UVナノインプリントにおけるモールド作製技術と離型性
2.1 はじめに
2.2 電子ビーム露光によるモールド作製技術
2.3 モールドの表面形状と離型性の関係
2.4 おわりに

第4章 ロールtoロール製造装置
1 フレキシブルエレクトロニクス向けロールtoロール・スパッタリングの最新動向
1.1 要旨
1.2 はじめに
1.3 新たな技術要件と製造装置への実装
1.3.1 フレキシブルプリント基板(FPCB)
1.3.2 タッチパネル上部電極
1.3.3 ロールtoロールによるソーラーパネルの裏面電極と表面電極
1.3.4 量産用ロールコータの一般的技術要件
1.4 最新のロールtoロール・コーティング装置SmartWeb
1.5 生産コストを左右する装置品質
1.6 業界でのSmartWeb使用例
1.7 まとめ

2 イオンプレーティング成膜要素技術および成膜装置
2.1 はじめに
2.2 イオンプレーティング法とは
2.3 アークプラズマイオンプレーティング成膜装置によるロールtoロール成膜
2.3.1 成膜装置
2.3.2 浦本ガンと膜特性
2.3.3 複数ガンによる生産装置
2.4 まとめ
2.5 あとがき

3 バリアフィルム用ロールtoロールプラズマCVD装置
3.1 はじめに
3.2 フレキシブルバリア膜形成の課題
3.3 ロールtoロールプラズマCVD
3.3.1 動作原理
3.3.2 フレキシブルなバリア皮膜を形成できるCVDプロセス
3.3.3 低コンタミネーションプロセスによる安定性確保
3.3.4 優れた成膜効率、成膜速度と幅方向に対しての均一性
3.4 装置紹介
3.4.1 小型高機能CVDロールコータ(W35シリーズ)
3.4.2 生産用途への適用
3.5 まとめ

4 大気圧プラズマ表面処理装置
4.1 はじめに
4.2 大気圧プラズマの発生原理
4.3 ロール―平板電極型大気圧プラズマ表面処理装置
4.4 モノマープラズマ表面処理装置
4.5 おわりに

5 ロールtoロール露光装置最新動向
5.1 はじめに
5.2 各種露光方式の特長について
5.2.1 コンタクト/プロキシミティ露光
5.2.2 一括投影露光
5.3 露光装置動向
5.3.1 大面積一括投影露光装置「UFX-2882BX」
5.3.2 ファインピッチ対応投影露光装置「UFX-2477BX」
5.3.3 プロキシミティ露光装置「UFX-3500」
5.4 おわりに

第5章 プロセス最適化
1 ロールtoロールスパッタの問題点と対策~枚葉プロセスとの比較
1.1 はじめに
1.2 スッパッタ用ロールtoロール装置
1.3 スパッタ中のフィルムの熱的挙動
1.4 ロールtoロールスパッタでの欠陥発生対策
1.5 幅方向、長さ方向における膜厚・特性の分布
1.6 ロールtoロールプロセスの特徴と品質不良の対策

2 ロールtoロールスパッタプロセスにおける成膜速度の向上
2.1 はじめに
2.2 反応性スパッタとは
2.3 ヒステリシス、遷移領域について
2.4 遷移領域制御
2.5 インピーダンス制御
2.6 プラズマエミッション(PEM)制御
2.7 ダメージレスカソード開発

3 ロールtoロールにおける搬送制御~スキュー・しわ対策
3.1 はじめに
3.2 折れしわ発生実験
3.3 シミュレーションのモデルおよび方法
3.4 スキューのシミュレーション結果
3.4.1 ウェブのスキュー特性
3.4.2 自由搬送部のスキューレートに及ぼすパラメータの影響
3.5 折れしわ発生のシミュレーション結果
3.5.1 折れしわ発生過程
3.5.2 パラメータが折れしわ発生に及ぼす影響
3.6 おわりに

4 ロールtoロールにおける搬送制御~蛇行修正技術
4.1 はじめに
4.2 EPCとCPC
4.3 蛇行発生原因
4.3.1 ロールtoロール搬送系ロール間ミスアライメント
4.3.2 ウェブとロール間の摩擦力不足および張力不足によるウェブの滑り
4.3.3 搬送時の張力変動
4.3.4 加工・塗工・熱処理工程などによる外乱要素
4.4 EPC制御装置の各要素
4.4.1 検出部
4.4.2 演算部
4.4.3 操作部
4.5 ウェブの挙動
4.6 蛇行修正制御
4.6.1 巻き出しEPC制御
4.6.2 中間部EPC制御
4.6.3 巻き取りEPC制御
4.7 おわりに

5 ロールtoロール・スパッタプロセスにおける欠陥への対策と評価
5.1 はじめに
5.2 近年の技術動向(フレキシブル化)
5.3 ロールtoロール・プロセスにおける欠陥
5.3.1 装置(ハード)起因
5.3.2 成膜プロセス起因
5.4 ロールtoロール・スパッタプロセスにおける欠陥対策
5.4.1 成膜ゾーンにおける熱負け
5.4.2 膜厚分布・抵抗値分布
5.4.3 膜の密着力
5.4.4 異物などによる膜の欠陥

6 ロールtoロール塗工機の張力制御システム
6.1 はじめに
6.2 ロールtoロール塗工機とは
6.3 ウェブ張力のコントロール
6.3.1 張力の発生する仕組み
6.3.2 実機における張力制御方式
6.4 速度変動要因とダイレクトドライブモータシステムの適用例
6.4.1 速度変動の要因
6.4.2 ダイレクトドライブモータシステムの適用
6.5 推力制御の導入とエアアクチュェータの適用例
6.5.1 推力制御の導入
6.5.2 エアアクチュェータの適用例
6.6 おわりに

第6章 応用展開
1 ナノインプリント技術の課題とデバイス応用
1.1 はじめに
1.2 転写面積の大面積化―シートナノインプリント―
1.3 装置と転写例
1.4 デバイス応用
1.4.1 細胞培養への応用
1.4.2 光学散乱板への応用
1.5 おわりに

2 ロールtoロール方式による透明導電性フィルムの製造
2.1 はじめに
2.2 透明導電性膜の成膜プロセス
2.3 PVD法
2.4 基板の材質、表面の影響
2.5 基板温度
2.6 ロールtoロール方式による透明導電性フィルムの製造(PVD法)
2.7 ロールtoロール方式による透明導電性フィルムの製造(塗工法)

3 ロールtoロールによる反射防止フィルムの製造方法
3.1 はじめに
3.2 反射防止膜の原理
3.3 反射防止フィルムの材料設計
3.4 反射防止フィルムの分類
3.5 R2Rによる反射防止フィルムの製造方法と特性
3.5.1 R2RによるWet-Coating法を用いたLRフィルムの製造方法と特性
3.5.2 R2RによるDry-Coating法を用いたARフィルムの製造方法と特性
3.6 今後の技術課題

4 ロールtoロール印刷技術によるフレキシブルMEMS型カラーピクセルアレイ
4.1 ロールtoロール印刷技術のMEMS応用
4.2 光干渉型カラーピクセルの構造
4.3 静電駆動による透過光の制御
4.4 ロールtoロール印刷による製作方法
4.5 ロールtoロール印刷によるカラーピクセル製作結果

5 フレキシブル有機EL照明
5.1 はじめに
5.2 有機ELの特徴
5.3 フレキシブル有機EL
5.4 基材
5.5 封止構造
5.6 おわりに

6 プリンタブル、フレキシブル色素増感太陽電池の開発動向
6.1 はじめに
6.2 有機薄膜太陽電池と色素増感太陽電池
6.3 色素増感太陽電池の構造と特長
6.4 プラスチック色素増感太陽電池と印刷式製造
6.5 ロールtoロール生産に向けて
6.6 おわりに
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