接合高分子薄膜与高分子薄膜的方法、接合高分子薄膜与无机材料基板的方法、高分子薄膜层叠体及高分子薄膜与无机材料基板的层叠体

摘要

本发明提供一种不使用有机系粘接剂、而是在低温下以低成本将高分子薄膜牢固地接合在其他高分子薄膜或玻璃基板上的方法。一种接合高分子薄膜的方法，其中，该方法包括以下步骤：在第一高分子薄膜上的局部或整个第一高分子薄膜上形成第一无机材料层的步骤(S1)；在第二高分子薄膜上的局部或整个第二高分子薄膜上形成第二无机材料层的步骤(S3)；通过使具有预定的动能的粒子撞击第一无机材料层的表面来对第一无机材料层的表面进行表面活性化处理的步骤(S2)；通过使具有预定的动能的粒子撞击第二无机材料层的表面来对第二无机材料层的表面进行表面活性化处理的步骤(S4)；以及使表面活性化处理后的第一无机材料层的表面抵接于表面活性化处理后的第二无机材料层的表面来接合第一高分子薄膜与第二高分子薄膜的步骤(S5)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种不使用有机系粘接剂来接合高分子薄膜的技术。

背景技术

在电子设备领域中，薄型大面积的电子器件的开发正在进行。例如，在 使用有机EL元件的平面显示器中，一般采用有机EL元件被夹持配置在两片 玻璃等无机材料基板之间的构造。在该情况下，这两片基板在外周部使用所 谓的玻璃(frit)材料来紧密接合，从而有机EL元件被密封而与外部环境隔 离，并受到保护而不会接触到造成不良影响的氧、水分等。

近年来，薄型大面积的电子器件进一步要求挠性化。为了顺应该要求， 作为器件的基板，提倡使用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙 二醇酯(PET)等高分子薄膜作为基板。

但是，为了将上述玻璃材料进行接合而需要进行激光照射，因此不适合 于熔点较低的高分子薄膜的密封材料。再者，玻璃材料缺乏弹性，不适合于 挠性显示器等电子设备。

另一方面，为了在低温下对高分子薄膜进行接合并层叠，开发有使用了 有机系粘接剂的技术(专利文献1)。但是，难以与电子器件的安装相配合地 使所涂布的有机系粘接剂细微地图案化，因此利用了有机系粘接剂的接合方 法并不适合于接合界面的构造日益细微化的电子器件的安装。再者，在真空 等特殊环境下，随着时间的推移，有机溶剂会自最终产品的粘接剂层蒸发等 而逐渐脱离，因此有时会造成接合部的机械强度降低。

另外，不仅高分子薄膜彼此的接合使用了有机材料作为粘接剂，例如高 分子薄膜接合于玻璃基板的智能手机等的触摸面板也使用了有机材料作为 粘接剂。但是，面板越大型化，有机系粘接剂产生气泡等缺陷的机率越上升， 成品率越降低，因此导致最终成本提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-150550

发明内容

发明要解决的问题

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种不使用有机系粘接剂、 而是在低温下以低成本将高分子薄膜牢固地接合在其他高分子薄膜或无机 材料基板上的方法。

用于解决问题的方案

为了解决上述技术课题，本发明的接合多个高分子薄膜的方法包括以下 步骤：在第一高分子薄膜上的局部或整个第一高分子薄膜上形成第一无机材 料层的步骤；在第二高分子薄膜上的局部或整个第二高分子薄膜上形成第二 无机材料层的步骤；通过使具有预定的动能的粒子撞击第一无机材料层的表 面来对第一无机材料层的表面进行表面活性化处理的步骤；通过使具有预定 的动能的粒子撞击第二无机材料层的表面来对第二无机材料层的表面进行 表面活性化处理的步骤；以及使表面活性化处理后的第一无机材料层的表面 抵接于表面活性化处理后的第二无机材料层的表面来接合第一高分子薄膜 与第二高分子薄膜的步骤。根据本发明，对于从具有细微图案的接合部到大 面积的接合部的各种形状的接合部，能够不使用有机系粘接剂、而是在低温 下牢固且低成本地接合高分子薄膜。

本发明的接合方法设为，形成在第一高分子薄膜上的第一无机材料层与 形成在第二高分子薄膜上的第二无机材料层分別使用溅射法形成。由此，能 够相对于高分子薄膜形成粘接力较强的无机材料层。

本发明的接合方法设为，第一高分子薄膜与第二高分子薄膜是以聚酰亚 胺树脂、或选自由聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT) 组成的组的聚酯树脂为主要成分形成的。据此，能够将本发明应用于挠性且 通用性较高的应用范围内。

本发明的接合方法设为，第一高分子薄膜与第二高分子薄膜由不同的材 料形成。由此，能够实现各种高分子薄膜的层叠构造。

本发明的接合方法设为，第一无机材料层与第二无机材料层是以选自由 铜(Cu)、铝(Al)及铁(Fe)组成的组的金属或这些金属的合金为主要成 分形成的。通过无机材料层采用金属，能够提供粘接强度较高、且柔软性较 高的高分子材料的层叠体。

本发明的接合方法设为，第一无机材料层与第二无机材料层是以硅(Si) 为主要成分形成的。由此，通过使用在半导体工序中频繁使用的材料，能够 容易地调节表面处理的处理。

本发明的接合方法设为，第一无机材料层与第二无机材料层是以硅(Si) 为主要成分形成的，并含有铁。由此，能够提供能够牢固地结合、且在一般 的半导体零件制造工序中能够容易地进行使用的高分子薄膜的层叠体。

本发明的接合方法设为，第一无机材料层与第二无机材料层由多种材料 的层构成。由此，能够形成与高分子薄膜之间的接合强度较高、并且与其他 无机材料层之间的接合强度较高的无机材料层。

本发明的接合方法设为，表面活性化处理是通过使具有0.1keV至2keV的 动能的氩(Ar)粒子撞击第一无机材料层的表面和第二无机材料层的表面来 进行的。由此，能够提供接合强度较高的高分子薄膜的层叠体。

本发明的接合方法还包括以下步骤：在形成第一无机材料层之前、以第 一高分子薄膜的熔点以下或热分解温度以下的温度对第一高分子薄膜进行 加热的步骤；以及在形成第二无机材料层之前、以第二高分子薄膜的熔点以 下或热分解温度以下的温度对第二高分子薄膜进行加热的步骤。由此，能够 减少高分子薄膜所含有的水量，提高接合工艺中的真空度，缩短工艺整体所 需的时间，并且能够促进表面活性化处理中的表面的活性化。

本发明的接合方法设为，在表面活性化处理后的第一无机材料层的表面 抵接于表面活性化处理后的第二无机材料层的表面时，沿与第一高分子薄膜 和第二高分子薄膜之间的接合界面垂直的方向施加5MPa以上的压力。由此， 能够增大表面活性化后的无机材料层彼此的实质的接触面积，提高接合强 度。

本发明的接合高分子薄膜的方法包括以下步骤：从第一供给辊供给带状 的第一高分子薄膜的步骤；从第二供给辊供给带状的第二高分子薄膜的步 骤；在从第一供给辊供给的第一高分子薄膜的局部或整个该第一高分子薄膜 上形成第一无机材料层的步骤；在从第二供给辊供给的第二高分子薄膜的局 部或整个该第二高分子薄膜上形成第二无机材料层的步骤；通过使具有预定 的动能的粒子撞击第一无机材料层的表面来对第一无机材料层的表面进行 表面活性化处理的步骤；通过使具有预定的动能的粒子撞击第二无机材料层 的表面来对第二无机材料层的表面进行表面活性化处理的步骤；利用接合辊 使表面活性化处理后的第一无机材料层的表面接触表面活性化处理后的第 二无机材料层的表面来接合第一高分子薄膜与第二高分子薄膜的步骤；以及 将通过第一高分子薄膜与第二高分子薄膜的接合而形成的层叠高分子薄膜 卷绕于卷取辊的步骤。由此，能够高效且不使用有机系粘接剂地制造出高分 子薄膜的层叠体。

本发明的将高分子薄膜接合于无机材料基板的方法包括以下步骤：在高 分子薄膜上的局部或整个高分子薄膜上形成第一无机材料层的步骤；在无机 材料基板上的局部或整个无机材料基板上形成第二无机材料层的步骤；通过 使具有预定的动能的粒子撞击第一无机材料层的表面来对第一无机材料层 的表面进行表面活性化处理的步骤；通过使具有预定的动能的粒子撞击第二 无机材料层的表面来对第二无机材料层的表面进行表面活性化处理的步骤； 以及使表面活性化处理后的第一无机材料层的表面抵接于表面活性化处理 后的第二无机材料层的表面来接合高分子薄膜与无机材料基板的步骤。根据 本发明，能够不使用有机系粘接剂、而是在低温下将高分子薄膜牢固地接合 在无机材料基板上。

本发明的高分子薄膜层叠体包括：第一高分子薄膜；第二高分子薄膜； 以及无机材料层，其配置于第一高分子薄膜与第二高分子薄膜之间的局部或 全部，并粘接第一高分子薄膜与第二高分子薄膜。由此，能够在广泛的应用 范围内提供不使用有机系粘接材料并且具有较高的抗拉强度的高分子薄膜 的层叠体。

本发明的高分子薄膜层叠体设为，第一高分子薄膜与第二高分子薄膜是 以聚酰亚胺树脂或聚酯树脂为主要成分形成的。由此，能够将本发明应用于 使用了聚酰亚胺树脂系的高分子薄膜或聚酯树脂系的高分子薄膜等大范围 的挠性材料的应用范围内。

本发明的高分子薄膜层叠体设为，第一无机材料层与第二无机材料层是 以选自由铜(Cu)、铝(Al)及铁(Fe)组成的组的金属或这些金属的合金 为主要成分形成的。这样，通过无机材料层采用金属，能够提供粘接强度较 高、且柔软性较高的高分子材料的层叠体。

本发明的高分子薄膜层叠体设为，第一无机材料层与第二无机材料层是 以硅(Si)为主要成分形成的。由此，通过使用在半导体工序中频繁使用的 材料，能够容易地调节表面处理的处理。

本发明的高分子薄膜层叠体设为，第一无机材料层与第二无机材料层是 以硅(Si)为主要成分形成的，并含有铁。由此，能够提供能够牢固地结合、 且在一般的半导体零件制造工序中能够容易地进行使用的高分子薄膜的层 叠体。

本发明的高分子薄膜层叠体设为，第一无机材料层与第二无机材料层由 多种材料的层构成。由此，能够形成与高分子薄膜之间的接合强度较高、并 且与其他无机材料层之间的接合强度较高的无机材料层。

本发明的高分子薄膜层叠体包括：高分子薄膜；无机材料基板；以及无 机材料的粘接层，其配置于高分子薄膜与无机材料基板之间的局部或全部， 并粘接高分子薄膜与无机材料基板。由此，能够在广泛的应用范围内提供不 含有机系粘接材料且具有较高的抗拉强度的高分子薄膜与无机材料基板的 层叠体。

发明的效果

根据本发明，能够不使用有机系粘接剂、而是在低温下牢固地接合高分 子薄膜。另外，由于未使用有机系粘接剂，因此能够使用于从具有细微图案 的区域直到大面积形成各种形状的接合界面的用途。另外，由于未经过高温 下的加热工序，因此能够以低成本提供不会失去高分子薄膜原有的特性的层 叠体。而且，由于未使用有机系粘接剂，因此能够提供即使在真空中等特殊 的空间内、接合强度也不会降低的高分子薄膜。

附图说明

图1是表示第一实施方式的接合方法的流程图。

图2是概略表示进行第一实施方式的接合方法的装置结构的图。

图3是表示第一实施方式的接合方法的各个工序的概略剖视图。

图4是表示线型高速原子束源的立体图。

图5是表示接合区域的立体图。

图6是表示接合区域的立体图。

图7是表示接合区域的立体图。

图8是表示接合区域的立体图。

图9是概略表示实施第二实施方式的接合方法的装置结构的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附加的附图说明本发明的实施方式。

＜1.第一实施方式＞

图1是表示本发明的第一实施方式的接合两片高分子薄膜的方法的流程 图。

在工序S1中，在第一高分子薄膜上形成第一无机材料层。之后，在工序 S2中，对形成在第一高分子薄膜上的第一无机材料层的表面进行表面活性化 处理。同样地，在第二高分子薄膜上形成第二无机材料层(工序S3)，之后， 对第二无机材料层的表面进行表面活性化处理(工序S4)。在工序S2与工序 S4之后，在工序S5中，使进行了表面活性化处理后的第一无机材料层的表面 与第二无机材料层的表面以互相对合的方式抵接。进行了表面活性化处理后 的无机材料层的表面处于活性化的状态，因此通过互相抵接，即使不经过高 温下的加热工序，也能够形成具有足够的接合强度的接合界面。以下，参照 示意性表示用于实施本发明的装置的图2和表示各个工序中的生成物的概略 截面的图3，说明各个工序。

＜1.1高分子薄膜上的无机材料层的形成＞

工序S1和工序S3中的无机材料层在高分子薄膜上的形成能够通过各种 方法来进行，但是优选的是，通过利用溅射使预定的无机材料堆积在高分子 薄膜上来进行。

在该情况下，如图2的(a)所示，在接合装置1的真空室2内，配置有在 其表面上形成有无机材料层的高分子薄膜F1、F2和由无机材料构成的溅射靶 3。优选的是构成为，通过从粒子束源4向溅射靶3照射粒子束5，从而上述无 机材料的原子或团簇7朝向高分子薄膜F1或F2上放射。

在图2中，第一高分子薄膜F1与第二高分子薄膜F2由能够移动的支承体6 来支承。由此，使高分子薄膜在无机材料层的形成中和表面活性化处理中相 对于溅射靶或粒子束源相对移动，能够形成均匀厚度的无机材料层或以均匀 的条件对无机材料层进行表面活性化处理。另外，在第一无机材料层在第一 高分子薄膜F1上的形成完成之后，使支承体6移动并将第二高分子薄膜F2配 置在预定的位置，使用相同的溅射靶3与粒子束源4，能够在第二高分子薄膜 F2上形成第二无机材料层I2(图2的(b)、图3的(a)及图3的(c))。

作为形成上述溅射靶的材料，采用铝(Al)、铜(Cu)、铁(Fe)或这些 金属的合金等，从而能够形成以铝(Al)、铜(Cu)、铁(Fe)或这些金属的 合金等金属为主要成分的无机材料层。作为形成无机材料层的材料，并不限 于上述金属。例如，也可以采用钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)、金(Au)、铂 (Pt)等过渡金属、含有锡(Sn)、银(Ag)的焊料合金等。

另外，作为形成溅射靶的材料，采用硅(Si)等其他非金属材料，从而 能够形成以硅(Si)等其他非金属材料为主要成分的无机材料层。作为非金 属材料，也能够采用除硅(Si)以外的材料。例如，能够采用氧化硅(SiO₂)、 氧化铝(Al₂O₃)等或含有这些材料的氧化物、氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、 氮化钛(TiN)等或含有这些材料的氮化物、碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC) 等或含有这些材料的碳化物、或者含有上述氧化物、氮化物或碳化物的无机 材料的复合材料等。

此外，上述无机材料层中，也可以形成层叠了多层上述无机材料层中的 同种物质层而成的材料层、或层叠了多层多种物质层而成的材料层作为本发 明的无机材料层。

在以非金属材料为主要成分形成无机材料层的情况下，优选的是，将预 定量的金属混合在无机材料层中。例如，在以硅(Si)为主要成分形成无机 材料层的情况下，优选的是，将铁等过渡金属以存在小于1原子层的比例的 方式混合于无机材料层的表面。由此，能够提高接合强度。

无机材料层既可以形成在全部高分子薄膜上，也可以形成于高分子薄膜 上的局部。例如，为了利用两片高分子薄膜夹住预定的器件并进行密封，优 选的是仅在有助于接合的高分子薄膜的外周部形成无机材料层。另外，应用 半导体技术领域中的细微构造制作技术，也能够将具有细微图案的无机材料 层形成在高分子薄膜上。

＜无机材料层的表面活性化处理＞

在工序S2和工序S4中的无机材料层的表面活性化处理中，能够通过各种 方法来进行，但是优选的是，从粒子束源4放射具有预定的动能的粒子(粒 子束5)，并使该粒子撞击无机材料层的表面。

在进行表面活性化处理时，如图2的(b)所示，在高分子薄膜F1及F2 上形成了无机材料层I1及I2之后(图3的(a)和图3的(c))，使粒子束源4 绕旋转轴4A转动，以朝向高分子薄膜F1及F2的方式改变粒子束源4的姿势。 然后，从粒子束源4朝向无机材料层I1及I2的表面放射具有预定的动能的粒子 (粒子束5)。通过该表面活性化处理，无机材料层I1及I2的表面A1(图3的 (b))和表面A2(图3的(d))成为表面能量较高的状态。

在图2的(a)和(b)所示的装置结构中，第一高分子薄膜F1与第二高 分子薄膜F2由能够移动的支承体6来支承。由此，能够在形成在第一高分子 薄膜F1上的第一无机材料层I1的表面活性化处理完成之后，使支承体6移动 并将第二高分子薄膜F2配置在预定的位置，使用相同的粒子束源4，对形成 在第二高分子薄膜F2上的第二无机材料层I2实施表面活性化处理。

在上述说明中，在进行了工序S1与工序S3之后，进行了工序S2与工序S4， 但是工序S1到工序S4的顺序并不限于此。只要在工序S1之后进行工序S2、在 工序S3之后进行工序S4、在工序S2和工序S4之后进行工序S5，就能够适当地 改变工序S1到工序S4的时间顺序。例如，也能够在进行了工序S1与工序S2 之后进行工序S3与工序S4，之后进行工序S5。

＜粒子束源＞

如上所述，通过利用相同的粒子束源构成溅射所使用的粒子束源与表面 活性化处理所使用的粒子束源，能够简化装置结构。另外，仅靠使粒子束源 转动，就能够从无机材料层的形成处理切换为表面活性化处理，因此能够缩 短工序之间的所需时间。(图2的(a)和图2的(b))

作为粒子束源4，能够采用如图4所示的线型的粒子束源。线型的粒子束 源具有线型(线状)的粒子束放射口4B，能够从该放射口4B呈线型(线状) 放射粒子束。优选的是，放射口4B的长度大于相对于粒子束源相对移动的高 分子薄膜的放射口延伸的方向的最大尺寸。

从线型的粒子束源放射出的粒子束在表面活性化处理中的某个时间点 照射无机材料层的表面上的线状的区域。然后，从线型的粒子束源朝向形成 有无机材料层的高分子薄膜放射粒子束，并且使粒子束源沿与放射口延伸的 方向垂直的方向进行扫描。其结果，线状的粒子束的照射区域通过接合的无 机材料层的所有区域。若线型的粒子束源在高分子薄膜上完全通过，则通过 对高分子薄膜上的无机材料层照射粒子束而完成表面活性化处理。

使线型的粒子束源进行扫描的方法适合于对面积比较大的薄膜表面比 较均匀地照射粒子束的用途。另外，线型的粒子束源能够与表面活性化的对 象的各种表面形状相对应地比较均匀地照射粒子束。

若对高分子薄膜等导电性较低的材料照射离子等具有电荷的粒子，则电 荷蓄积于导电性较低的高分子薄膜。蓄积于该高分子薄膜的电荷使照射到高 分子薄膜的离子减速，因此无法对高分子薄膜进行期望的表面活性化处理。 因而，优选的是，通过使暂时被加速的离子通过电子云等来使离子的一部分 或全部中性化。中性化后的离子成为中性原子，几乎不会失去动能，而撞击 高分子薄膜。作为粒子束源，优选的是采用在内部具有这种中性化的机构(中 和器)而构成的高速原子束源等(未图示)。在以下所示的实施例中，高速 原子束源具有中和器，该中和器是为了粒子束的中性化而使用的。

另外，优选的是，溅射靶形成为向与线型粒子束源的放射口相同方向延 伸并且具有与放射口对应的长度的线型，构成为能够相对于高分子薄膜相对 移动(未图示)。通过线型溅射靶，能够呈线型(线状)放射出无机材料的 原子或团簇。

因而，通过是线型粒子束源与线型溅射靶以保持着彼此的相对空间位置 关系的状态、即一体地相对于高分子薄膜相对地进行扫描，能够在面积比较 大的薄膜的表面上堆积期望的厚度的无机材料。无机材料的堆积厚度或堆积 速度能够利用粒子束从线型粒子束源放射出的放射特性、以及线型粒子束源 与线型溅射靶的相对于高分子薄膜的相对扫描速度、扫描次数来进行控制。

＜表面活性化处理后的无机材料层的接合＞

在使用粒子束源进行无机材料层的表面活性化处理的情况下，优选的 是，不破坏真空地进行从无机材料层的表面活性化处理S2及S4直到使表面活 性化处理后的无机材料层I1及I2的表面A1及A2互相抵接的工序。特别优选的 是，工艺开始前的真空度达到1×10^-5Pa(帕斯卡)以下的压力。该真空度对 于粒子束源的驱动而言是必须的，并且减少存在于残存气氛中的氧、水或污 染粒子等的附着，仅通过使表面活性化处理后的无机材料层抵接，就能够形 成具有足够的接合强度的接合界面。

例如，如图2的(c)所示，支承体6也可以构成为借助设置于支承高分 子薄膜F1与F2的部位之间的旋转轴6A进行折叠。由此，如图2的(d)所示， 能够使用简单的结构使高分子薄膜F1与F2被表面活性化处理后的无机材料 层I1与I2的表面A1和A2大致全部抵接，能够容易地形成无机材料层I1与I2的 接合界面(图3的(e))。

在本发明的高分子薄膜中含有聚酯树脂或聚酰亚胺树脂。聚酯树脂包括 聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲 酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)等。聚酰亚胺树脂包括 KAPTON(カプトン，日本注册商标)等。但是，高分子薄膜并不限定于聚 酯树脂与聚酰亚胺树脂，也可以适当地选择其他高分子材料。另外，聚酯树 脂和聚酰亚胺树脂也并不限定于上述所示的材料。

高分子薄膜的厚度在以下所示的实施例中为125μm(微米)，但是并不 限定于此。高分子薄膜的厚度能够根据高分子薄膜的用途适当地进行选择。

在以下所示的实施例中，作为高分子薄膜的表面尺寸，可采用7cm见方， 在其中直径5cm左右的圆形区域内进行接合，但是并不限定于此。本发明能 够接合更大面积的高分子薄膜、基板，原则上，所接合的高分子薄膜、基板 的大小不受限制。

另外，也可以在形成无机材料层的工序S1或工序S3之前使具有预定的动 能的粒子撞击高分子薄膜的表面以实施表面活性化处理。高分子薄膜有时因 具有较高的动能的粒子的撞击而使表面附近改性并失去高分子薄膜的期望 的特性，或者表面粗糙度变大且无法获得足够的接合强度。因而，优选的是， 粒子的动能设定得比工序S2或工序S4的表面活性化处理时的粒子的动能低。

＜实施例1＞

作为第一实施方式的一实施例，分别说明高分子薄膜采用了PET、无机 材料层采用了铝(Al)、铜(Cu)或硅(Si)时的接合。

在该实施例中，使用了厚度125μm(测微计)且约7cm见方大小的一对 PET薄膜。

当在高分子薄膜中含有水时，会在真空气氛中蒸发而使真空度降低，因 此使开始工艺前的抽真空所需的时间变长。因此，为了减少PET薄膜所含有 的水量，在将PET薄膜导入真空室之前，以摄氏80度(80℃)加热1小时。优 选的是，该加热的温度为形成高分子薄膜的材料的熔点以下或热分解温度以 下。

首先，说明采用铝(Al)或硅(Si)作为无机材料层的情况。在相同的 线型高速原子束源的动作条件下进行铝(Al)的无机材料层的形成和硅(Si) 的无机材料层的形成。从线型高速原子束源对铝(Al)或硅(Si)的溅射靶 照射利用等离子产生并以1.2kV的电位差被加速的氩(Ar)粒子。线型高速 原子束源以93sccm的氩(Ar)供给量在1.2kV、400mA的条件下进行驱动。 被加速的氩离子的大部分利用中和器一边大致保持动能一边中性化。通过基 于从粒子束源放射出的氩原子束的撞击的溅射现象，铝(Al)或硅(Si)的 原子或团簇从溅射靶朝向PET薄膜放射。使线型高速原子束源和线型溅射靶 一体地相对于高分子薄膜以1200mm/min的相对速度扫描共计3次。在上述条 件下，在高分子薄膜上形成10nm左右的铝(Al)或硅(Si)层。

接下来，不破坏真空气氛地对所形成的铝(Al)层或硅(Si)层的表面 实施表面活性化处理。表面活性化处理使用了与形成无机材料层时所使用的 线型高速原子束源相同的线型高速原子束源。通过以70sccm的氩(Ar)供给 量在1.0kV、100mA的条件下驱动线型高速原子束源，从而使氩粒子束朝向 高分子薄膜进行放射，并相对于高分子薄膜以1200mm/min的相对速度扫描1 次。

接下来，说明采用铜作为无机材料层的情况。从线型高速原子束源对铜 (Cu)溅射靶照射利用等离子产生并以1.2kV的电位差被加速的氩(Ar)粒 子。线型高速原子束源以93sccm的氩(Ar)供给量在1.2kV、400mA的条件 下进行驱动。被加速的氩离子的大部分利用中和器一边大致保持动能一边中 性化。通过基于从粒子束源放射出的氩原子束的撞击的溅射现象，使铜(Cu) 的原子或团簇从溅射靶朝向PET薄膜放射。使线型高速原子束源和线型溅射 靶一体地相对于高分子薄膜以1200mm/min的相对速度扫描共计6次。在上述 条件下，在高分子薄膜上形成10nm左右的铜层。

接下来，不破坏真空气氛地对所形成的铜层的表面实施表面活性化处 理。表面活性化处理使用了与形成无机材料层时所使用的线型高速原子束源 相同的线型高速原子束源。以70sccm的氩(Ar)供给量在1.0kV、100mA的 条件下驱动线型高速原子束源并使氩粒子束朝向高分子薄膜放射，相对于高 分子薄膜以1200mm/min的相对速度扫描共计2次。

使在上述条件下表面活性化后的、由作为铝、铜或硅的相同材料形成的 两个无机材料层互相抵接，并接合高分子薄膜。此时，利用直径50mm左右 的具有大致平坦的表面的圆形的夹具对薄膜的大致中央部施加3分钟的10kN 左右的力，即施加约5MPa左右的压力。

将真空室内的工艺开始前的真空度设为1×10^-5帕斯卡(Pa)以下。不破 坏真空地进行从上述无机材料层的形成开始、经由表面活性化处理直至接合 的工序。

图5是拍摄接合后的高分子薄膜而得到的图像。确认了在利用夹具加压 的部分的大致整体上形成有良好的接合区域51。在接合区域内，颜色不同的 两个区域52被认为是未接合的区域。在各种实验结果(参照图5、图7、图8) 中，该区域出现在相对于夹具而言相同的地方，因此认为是由于夹具并非完 全平坦、因此高分子薄膜未被充分地加压、且无机材料层并未接触的区域。

在接合时施加1kN至7kN的力，在使其他条件相同的实验中，相比于施 加10kN的力的情况，未接合的区域的面积较大。因而，在利用与本实施例相 同的接合装置进行接合的情况下，为了增加接合面积，考虑优选的是在接合 时施加10kN以上的力、即5MPa以上的压力。另外，在使除施加10kN的力以 外的条件相同的实验中，在1分钟的加压时间内，未接合的区域的面积较大。 因此，在利用与本实施例相同的接合装置进行接合的情况下，考虑优选的是 在接合时施加10kN以上的力3分钟以上。

其另一方面，未接合的区域52通过在接合后将高分子薄膜从真空系统中 取出后、用手指轻轻按压而消灭(图6)。因而可知，只要无机材料层互相接 触，即使是较轻的力也能够完成高分子薄膜的接合。

认为上述实验结果表明：利用使薄膜彼此抵接的机构对薄膜的所有与薄 膜接合相关的部位施加压力以增大无机材料层之间的实质的接触面积的做 法是有用的。

图2所示的装置结构是例示的结构，也能够采用除此以外的结构。

＜实施例2＞

在实施例1中，高分子薄膜使用了PET，但是实施例2是以PEN作为高分 子薄膜进行相同的接合实验。与PET的情况相同地确认在任意的无机材料层 的情况下，皆在被夹具加压的部分的大致整个区域形成了接合界面。图7是 采用铜作为无机材料层的情况下的、拍摄接合后的高分子薄膜的接合区域而 得到的图像。

＜实施例3＞

在实施例3中，高分子薄膜采用了PEN，层叠硅层与铝层而形成无机材 料层。在本实施例中，无机材料层的形成条件和表面活性化处理的条件与实 施例1不同，除此以外的条件相同。以下，说明无机材料层的形成条件和表 面活性化处理的条件。

首先，为了在高分子薄膜上形成硅层，利用线型高速原子束源，对硅(Si) 的溅射靶照射被等离子化且以1.2kV的电位差被加速的氩(Ar)粒子。以 93sccm的氩(Ar)供给量在1.2kV、400mA的条件下驱动线型高速原子束源。 被加速的氩离子的大部分利用中和器一边大致保持动能一边中性化。通过基 于从粒子束源放射出的氩粒子的撞击的溅射现象，硅(Si)的原子或团簇从 溅射靶朝向PET薄膜放射。使线型高速原子束源和线型溅射靶一体地相对于 高分子薄膜以1200mm/min的相对速度扫描1次。

接着，将溅射靶从硅(Si)替换为铝(Al)，以相同的条件将铝(Al) 层堆积在硅(Si)层上。由此，形成了5nm左右的无机材料层。

接下来，不破坏真空气氛地对所形成的铝(Al)层的表面实施表面活性 化处理。表面活性化处理使用了与形成无机材料层时所使用的线型高速原子 束源相同的线型高速原子束源。以70sccm的氩(Ar)供给量在1.0kV、100mA 的条件下驱动线型高速原子束源，使氩粒子束朝向高分子薄膜放射，相对于 高分子薄膜以1200mm/min的相对速度扫描1次。

图8是拍摄接合后的高分子薄膜而得到的图像。确认在被夹具加压的部 分的大致整个区域形成了接合界面。

另外，改变无机材料层内的材料的层叠顺序，首先在高分子薄膜上形成 铝(Al)层，在其上形成硅(Si)层，也进行使其他条件相同的实验，能够 获得相同的结果。(未图示)

＜拉伸试验＞

在将这些接合后的高分子薄膜的接合体自接合区域的一端剥离的测试 中，高分子薄膜发生破坏，而在接合界面不会发生破坏。而且，针对高分子 薄膜的接合体，进行在高分子薄膜上牢固地粘接一对夹具、并向与接合面垂 直的方向拉伸这些夹具的拉伸试验。之后，在该拉伸试验中，将在接合体发 生破坏时所施加的力除以接合面积而得到的值称作抗拉强度。在任意试料的 情况下，在拉伸试验中接合界面都不会发生破坏，而破坏在高分子薄膜中发 生。因而可知，接合界面的抗拉强度高于高分子薄膜的抗拉强度。在任意情 况下，直至超过约50kgf/cm²的值，都未观察到破坏。根据以上可确认，根据 本发明的高分子薄膜的接合方法，能够不经过加热工序地形成具有足够的机 械强度的高分子薄膜的接合体。

在实施例1至3中，将溅射时的线型高速原子束源的加速电压设定为 1.2kV。在将该加速电压设定为1.5kV的情况下，与将加速电压设定为1.2kV 的情况相比，未接合的区域增大。因而，在这些实施例中，优选的是，溅射 时的线型高速原子束源的加速电压小于1.5kV。即，优选的是，从线型高速 原子束源放射出的粒子的动能小于1.5keV。

在实施例1至3中，将溅射时的线型高速原子束源的加速电压设定为 1.0kV。但是，并不限定于该加速电压的值。根据无机材料层的特性、无机 材料层的表面活性化处理前的表面的状态、线型原子束源的除电压以外的诸 条件等，调节为0.1kV至2kV的值。即，将从线型高速原子束源放射出的粒子 的动能调节成为1.0keV至2.0keV。

另外，在实施例1至3中，以厚度为10nm左右的方式形成了无机材料层， 但是无机材料层的厚度并不限于此。但是，这些实施例中，由于在无机材料 层的厚度小于3nm的情况下，未接合的区域增大，因此优选的是，无机材料 层的厚度为3nm以上。

＜2.第二实施方式＞

图9是表示用于更有效率地进行第一实施方式的高分子薄膜彼此的接合 的、所谓的卷对卷(Roll-to-Roll)方式的装置结构的一例的概略主视图。

从第一供给辊R1和第二供给辊R2供给被卷绕于各个供给辊的带状的第 一高分子薄膜F1和第二高分子薄膜F2。在位置P11及P12处，通过基于由从粒 子束源41及42放射出的粒子的溅射现象，从溅射靶31及32朝向高分子薄膜F1 及F2照射预定种类的无机材料，从而在高分子薄膜F1及F2上形成无机材料 层。接着，针对在装置内行进的高分子薄膜F1及F2，在位置P21及P22处，从 粒子束源43及44照射粒子，对无机材料层的表面进行表面活性化处理。然后， 在位置P31处，在一对接合辊R3之间，使两个高分子薄膜相接触，并利用接 合辊R3施加必要的压力，从而接合高分子薄膜。将通过接合而制造出的层叠 高分子薄膜F3卷绕于卷取辊R4。

供给辊、粒子束源、溅射靶、接合辊、卷取辊等各个构成要素并不限定 于图9的实施例，能够适当地改变配置部位、个数等构成形态。另外，优选 的是该各个构成要素配置在能够达到10^-5Pa的气压的真空室内。

＜3.第三实施方式＞

在第一及第二实施方式中，接合了高分子薄膜与高分子薄膜，但是在第 三实施方式中，将高分子薄膜接合于作为无机材料的一例的玻璃基板。在本 实施方式中，通过在高分子薄膜与玻璃基板上形成无机材料层，对所形成的 无机材料层的表面进行表面活性化处理，并使表面活性化处理后的无机材料 层彼此抵接，从而接合高分子薄膜与玻璃基板。

在形成无机材料层之前，也可以对玻璃基板的表面进行表面活性化处 理。能够设定表面活性化处理时的粒子束源的动作条件以提高在无机材料层 与玻璃基板之间获得的接合界面的强度。

虽未图示，但是发明人确认了通过本发明，高分子薄膜与玻璃基板牢固 地接合在一起。

在第三实施方式中，作为无机材料基板的一例采用了玻璃基板，但是并 不限于此。作为形成无机材料基板的材料，除了玻璃以外，还能够采用蓝宝 石等氧化物、碳化硅等碳化物、氮化物、化合物半导体、硅、锗等半导体、 陶瓷、一般在光学器件中使用的无机材料等。

以上，说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式是例示说明本 发明的实施方式。例如，在上述实施例中，通过一次接合工序接合了两片高 分子薄膜，但是根据本发明，也能够通过重复接合工序来层叠三片以上的高 分子薄膜。同样地也能够在一片玻璃基板上层叠两片以上的高分子薄膜，亦 能够层叠多个玻璃基板与一片或多片高分子薄膜。另外，实验条件也根据所 使用的装置的特性、配置等诸条件来进行调节。在上述实施例中，作为用于 溅射或表面活性化处理的粒子，使用了氩(Ar)，但是并不限定于此。例如， 也能够采用氙(Xe)等稀有气体、氮、氧或这些气体的混合气体。权利要求 的范围在不脱离本发明的技术思想的范围内包括了许多针对实施方式的变 形方式。因而，本说明书所公开的实施方式和实施例是为了例示而示出的， 不应该认为是限定了本发明的保护范围。

附图标记说明

1接合装置；2真空室；3、31、32溅射靶；4、41、42、43、44粒子 束源；4A粒子束源的旋转轴；4B粒子束放射口；5粒子束；6支承体； 6A支承体的旋转轴；7无机材料的原子或团簇；51接合区域；52未接合 的区域；F1、F2高分子薄膜；I1、I2无机材料层；A1、A2无机材料层的 表面；R1、R2供给辊；R3接合辊；R4卷取辊。