JP2003206361A - 透明水蒸気バリアフィルム - Google Patents

透明水蒸気バリアフィルム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来よりも高い水蒸気バリア性能を持ちかつ
高い透明性を併せ持つ透明水蒸気バリアフィルムを提供
する。 【解決手段】 樹脂基材上に窒化酸化珪素層、さらに
その上に窒化酸化珪素層の順に積層し構成された透明
水蒸気バリアフィルムにおいて、窒化酸化珪素層の元
素濃度比O/(O+N)が窒化酸化珪素層の元素濃度比O/(O+
N)よりも小さいことを特徴とする透明水蒸気バリアフィ
ルム。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学部材、エレク
トロニクス部材、一般包装部材、薬品包装部材などの幅
広い用途に応用が可能な透明で水蒸気バリア性の高いフ
ィルムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、プラスチック基板やフィルム
の表面に酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪
素等の金属酸化物の薄膜を形成した水蒸気バリア性フィ
ルムは、水蒸気の遮断を必要とする物品の包装、食品や
工業用品及び医薬品等の変質を防止するための包装用途
に広く用いられている。また、包装用途以外にも液晶表
示素子、太陽電池、エレクトロルミネッセンス(EL)
基板等で使用されている。特に液晶表示素子EL素子な
どへの応用が進んでいる透明基材には、近年、軽量化、
大型化という要求に加え、長期信頼性や形状の自由度が
高いこと、曲面表示が可能であること等の高度な要求が
加わり、重くて割れやすく大面積化が困難なガラス基板
に代わって透明プラスチック等のフィルム基材が採用さ
れ始めている。また、プラスチックフィルムは上記要求
に応えるだけでなく、ロールトゥロール方式が可能であ
ることからガラスよりも生産性が良くコストダウンの点
でも有利である。
【0003】しかしながら、透明プラスチック等のフィ
ルム基材はガラスに対し水蒸気バリア性が劣るという問
題がある。水蒸気バリア性が劣る基材を用いると、水蒸
気が浸透し、例えば液晶セル内の液晶を劣化させ、表示
欠陥となって表示品位を劣化させてしまう。この様な問
題を解決するためにフィルム基板上に金属酸化物薄膜を
形成してガスバリア性フィルム基材とすることが知られ
ている。包装材や液晶表示素子に使用される水蒸気バリ
ア性フィルムとしてはプラスチックフィルム上に酸化珪
素を蒸着したもの(特公昭53-12953号公報)や酸化アル
ミニウムを蒸着したもの(特開昭58-217344号公報)が
知られており、いずれも1g/m2/day程度の水蒸気バリア
性を有する。近年では、液晶ディスプレイの大型化、高
精細ディスプレイ等の開発によりフィルム基板への水蒸
気バリア性能について0.1g/m2/day程度まで要求が上が
ってきている。これに応えるためにより高い水蒸気バリ
ア性能が期待できる手段としてスパッタリング法やCV
D法による成膜検討が行われている。
【0004】ところが、ごく近年においてさらなる水蒸
気バリア性を要求される有機ELディスプレイや高精彩
カラー液晶ディスプレイなどの開発が進み、これに使用
可能な透明性を維持しつつもさらなる高水蒸気バリア性
特に0.1g/m2/day未満の性能をもつ基材が要求されるよ
うになってきた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
よりも高い水蒸気バリア性能を持ちかつ高い透明性を併
せ持つ透明水蒸気バリアフィルムを提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、
(1)樹脂基材上に窒化酸化珪素からなる窒化酸化珪素
層、さらにその上に窒化酸化珪素からなる窒化酸化珪
素層の順に積層し構成された透明水蒸気バリアフィル
ムにおいて、窒化酸化珪素層の元素濃度比O/(O+N)が
窒化酸化珪素層のの元素濃度比O/(O+N) よりも小さい
ことを特徴とする透明水蒸気バリアフィルム、(2)前
記透明水蒸気バリアフィルムの樹脂基材と窒化酸化珪素
層の間に有機物層を持つことを特徴とする(1)項記
載の透明水蒸気バリアフィルム、(3)前記樹脂基材の
ガラス転移温度が200℃以上である(1)(2)のいず
れか1項記載の透明水蒸気バリアフィルム、(4)前記
樹脂基材がノルボルネン系樹脂またはポリエーテルスル
ホンを主成分とする(1)〜(3)いずれか1項記載の
透明水蒸気バリアフィルム、(5) 窒化酸化珪素層
および/または窒化酸化珪素層がスパッタリングによ
って形成される(1)〜(4)いずれか1項記載の透明
水蒸気バリアフィルム、(6) 窒化酸化珪素層およ
び/または窒化酸化珪素層が常圧CVDによって形成
される(1)〜(4)いずれか1項記載の透明水蒸気バ
リアフィルムである。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明は、樹脂基材上に窒化酸化
珪素層、窒化酸化珪素層の順に積層することで、窒
化酸化珪素層、窒化酸化珪素層の個々の層だけでは
無くしきれない層構造の欠陥部分を埋め、個々の層だけ
で形成するよりも水蒸気バリア性を高めた、かつ高い透
明性をあわせもつフィルムである。さらに下層の窒化酸
化珪素層を上層の窒化酸化珪素層よりも緻密性の高
い窒素リッチの膜にすることで、真空プロセスによる膜
形成時の樹脂基材や有機物層からのアウトガスを押さえ
ることができ、窒化酸化珪素層の真空成膜プロセスに
おいて良好な透明性と水蒸気バリア性を兼ね備えた良質
な膜が得られる。各窒化酸化珪素層の組成については特
に制限はないが、窒化酸化珪素層は元素濃度比0<O/
(O+N)≦0.4、窒化酸化珪素層は元素濃度比0.3≦O/(O+
N)<1が好ましい。また、各層の厚みに関しても特に限
定はしないが、窒化酸化珪素層は層厚さ1〜50nm、窒
化酸化珪素層は層厚さ10〜500nmが好ましい。これら
の範囲であれば、良好な光線透過率と水蒸気バリア性お
よび曲げによるクラック耐性が得られる。窒化酸化珪素
層の形成方法については真空蒸着、イオンプレーティン
グ、CVD、スパッタリングなどの手段で実現される。
特に、組成のコントロール性がよく、緻密な膜を形成で
きるスパッタリング、真空工程が不要で成膜コストの安
価な大気圧の近傍下で放電プラズマ処理を利用すること
により無機膜を成膜する常圧CVDが好ましい。スパッ
タリングには原材料としてSi3N4ターゲットを用いるRF
スパッタリング方式や、Siターゲットを用いてAr、O2
N2ガスを導入するDCスパッタリング方式がある。Siター
ゲットを用いる場合はRFスパッタリング方式も選択でき
る。
【0008】また、樹脂基材と窒化酸化珪素層の間に
有機物層を設けると窒化酸化珪素層の曲げによる耐性や
密着性の向上を見込める。この有機物層の材質について
は特に制限はないが、アクリル系樹脂やウレタン系樹
脂、ポリエステル系樹脂等を使用することができる。中
でも、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、
イソシアヌル酸アクリレート、ペンタエリスリトールア
クリレート、トリメチロールプロパンアクリレート、エ
チレングリコールアクリレート、ポリエステルアクリレ
ートなどのうち、2官能以上のアクリロイル基を有する
モノマーを塗工後、架橋させて得られる高分子を主成分
とすることが塗工性も良く好ましい。特に架橋度が高
く、ガラス転移温度が200℃以上である、イソシアヌル
酸アクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアク
リレートを主成分とすることが好ましい。これらの2官
能以上のアクリロイル基を有するモノマーは2種類以上
を混合して用いても、また1官能のアクリレートを混合
して用いても良い。また、それ自体で比較的バリア性の
あるPVA系やEVA系、ポリ塩化ビニリデン、もしく
はこれらの樹脂の複数を混用することもできる。樹脂基
材直上の有機物層については、その厚みの制限は特に
無いが、0.01〜10μmが好ましい。
【0009】本発明の樹脂基材としては何ら制限はない
が、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポ
リカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアクリ
レート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポ
キシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリ
塩化ビニリデン樹脂等を使用することができる。特に、
ガラス転移温度が200℃以上のノルボルネン系樹脂や
ポリエーテルサルホンは光学特性が良好で耐熱性が高
く、有機物層無機物層形成プロセスにおいて高温処理に
よる変形や劣化が無いので好ましい。
【0010】
【実施例】以下本発明の実施例について詳細に説明する
が、本発明は、何ら下記実施例に限定されるものではな
い。 (実施例1)ポリエーテルサルホンフィルムに2官能の
エポキシアクリレート(昭和高分子:VR-60-LAV)25wt%、
ジエチレングリコール50wt%、酢酸エチル24wt%、シラン
カップリング剤1wt%からなる均一な混合溶液をスピン
コーターで塗布し、80℃10分加熱乾燥後さらにUV照射
で硬化させて2μmの樹脂層を形成した。つぎに、スパ
ッタ装置の真空槽内に前記有機物層を形成したフィルム
をセットし10-4Pa台まで真空引きし、放電ガスとしてア
ルゴンを分圧で0.5Pa導入した。雰囲気圧力が安定した
ところで放電を開始しSi3N4ターゲット上にプラズマを
発生させ、スパッタリングプロセスを開始した。プロセ
スが安定したところでシャッターを開きフィルムへの窒
化酸化珪素層の形成を開始した。5nmの膜が堆積した
ところでシャッターを閉じて成膜を終了した。この条件
で成膜した酸化珪素層の元素濃度比O/(O+N)をX線光
電子分光分析(ESCA)で測定したところ、0.30であっ
た。続いて、放電ガスとしてアルゴンを分圧で0.5Pa導
入、反応ガスとして酸素を分圧で0.005Pa導入した。雰
囲気圧力が安定したところで放電を開始しSi3N4ターゲ
ット上にプラズマを発生させ、スパッタリングプロセス
を開始した。プロセスが安定したところでシャッターを
開きフィルムへの窒化酸化珪素層の形成を開始した。
95nmの膜が堆積したところでシャッターを閉じて成膜を
終了した。この条件で成膜した酸化珪素層の元素濃度
比O/(O+N)をESCAで測定したところ、0.65であった。真
空槽内に大気を導入し窒化酸化珪素層の形成されたフィ
ルムを取り出した。
【0011】(実施例2)実施例1で使用したポリエー
テルスルホンフィルムの代わりに、ポリカーボネートフ
ィルムを用いた他は実施例1と同様に、ポリカーボネー
トフィルム上に窒化酸化珪素層、窒化酸化珪素層の
形成を行った。
【0012】(比較例1)実施例1と同様に、ポリエー
テルサルホンフィルム上に窒化酸化珪素層の形成を行っ
たが実施例1における窒化酸化珪素層の成膜条件で、
その厚みを100nm単層とした。 (比較例2)実施例1と同様に、ポリエーテルサルホン
フィルム上に窒化酸化珪素層の形成を行ったが実施例1
における窒化酸化珪素層のの成膜条件で、その厚みを
100nm単層とした。
【0013】(評価)各フィルムの水蒸気透過度をJISK
7129B法にて測定した。また、分光透過率計により波長4
00nmにおける光線透過率を測定した。結果を表1に示
す。
【0014】
【表1】
【0015】実施例1、2においては、いずれの評価結
果も表示素子用としての要求特性を十分に満たしていた
が、窒化酸化珪素層単層である比較例1では、水蒸気
バリア性は良好であったものの、光線透過率が低く要求
特性を満たせなかった。また、窒化酸化珪素層単層の
比較例2では、水蒸気バリア性が不足していた。
【0016】
【発明の効果】本発明は、高い水蒸気バリア性と高い透
明性をあわせもつことを特徴とするフィルムである。本
発明のフィルムをたとえば表示用素子として適用すれ
ば、軽くて割れないディスプレイが実現できる。また、
薬品などの保存に適用すれば中身が見えて、落としても
割れないような保存容器を実現することも可能であり、
その工業的価値は極めて高い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // C08L 45:00 C08L 45:00 65:00 65:00 81:06 81:06 (72)発明者 松元 孝行 東京都品川区東品川2丁目5番8号 住友 ベークライト株式会社内 Fターム(参考) 4F073 AA17 BA06 BA32 BB01 CA01 CA49 4F100 AA12B AA12C AA20B AA20C AK01A AK02A AK55A BA03 BA07 BA10A BA10C BA27 EH66B EH66C GB15 JA05A JD04 JN01 YY00A 4K029 AA11 AA25 BA46 BA58 BB02 BC00 BC08 BD00 CA05 FA07

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 樹脂基材上に窒化酸化珪素層、さらに
    その上に窒化酸化珪素層の順に積層し構成された透明
    水蒸気バリアフィルムにおいて、窒化酸化珪素層の元
    素濃度比O/(O+N)が窒化酸化珪素層の元素濃度比O/(O+
    N)よりも小さいことを特徴とする透明水蒸気バリアフィ
    ルム。
  2. 【請求項2】 前記透明水蒸気バリアフィルムの樹脂基
    材と窒化酸化珪素層の間に有機物層を持つことを特徴
    とする請求項1記載の透明水蒸気バリアフィルム。
  3. 【請求項3】 前記樹脂基材のガラス転移温度が200℃
    以上である請求項1、2いずれか1項記載の透明水蒸気
    バリアフィルム。
  4. 【請求項4】 前記樹脂基材がノルボルネン系樹脂また
    はポリエーテルスルホンを主成分とする請求項1〜3い
    ずれか1項記載の透明水蒸気バリアフィルム。
  5. 【請求項5】 窒化酸化珪素層および/または窒化酸
    化珪素層がスパッタリングによって形成される請求項
    1〜4いずれか1項記載の透明水蒸気バリアフィルム。
  6. 【請求項6】 窒化酸化珪素層および/または窒化酸
    化珪素層が常圧CVDによって形成される請求項1〜
    4いずれか1項記載の透明水蒸気バリアフィルム。
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