JP2003251732A - 透明ガスバリア薄膜被覆フィルム - Google Patents

透明ガスバリア薄膜被覆フィルム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の透明ガスバリア薄膜に比べ、水蒸気バリ
ア性がより高く、かつ透明性を有する透明ガスバリア薄
膜被覆フィルムを提供する。 【解決手段】金属化合物を少なくとも片面に被覆したポ
リマーフィルムであってその金属化合物が金属原子
(M)、酸素原子(O)、硫黄原子(S)、あるいは金
属原子(M)、酸素原子(O)、リン原子(P)より構
成され、かつ金属化合物MOX Y において、その組成
比X/Yが、(1.2〜1.7)/(0.3〜0.
8)、あるいは金属化合物MOX Y において、その組
成比X/Yが、(1.5〜2.0)/(0.3〜1.
0)である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置内の液晶
や、有機エレクトロルミネッセンス(以下有機EL)に
対する水蒸気バリア層等として利用するプラスチックフ
ィルムを基材とした水蒸気バリアに優れた透明ガスバリ
ア薄膜被覆フィルムに関する。
【0002】
【従来の技術】プラスチックフィルム上にガスバリア機
能を有する薄膜をコーティングした透明ガスバリア薄膜
被覆フィルムは食品や医薬品などの包装材として従来利
用されてきた。最近では液晶や有機EL素子を用いた表
示装置への応用が注目されている。
【0003】現状では、これらの表示装置はガラス基材
上に前記素子が形成される構造となっている。近年、こ
れら表示装置の小型化・薄型化への要求に伴いその軽量
性、易加工性、形態の多様性の観点から、ガラス基材の
代替品として透明ガスバリア薄膜コーティングを施した
ポリマーフィルム基材が注目されている。
【0004】ポリマーフィルム基材に透明バリア薄膜コ
ーティングを施した例としては、特開平07−2334
63や特開平11−262969に見られるような酸化
ケイ素(SiOX )、酸化アルミ(AlOX )薄膜のコ
ーティングが良く知られており、高い透明性であり、か
つ水蒸気透過速度2〜5gm-2day-1程度のバリア性
を有している。しかしながら、この範囲の水蒸気バリア
性は、基材をガラスとした場合と比較して非常に低い。
液晶や有機ELの素子は、水蒸気劣化し易いため、表示
機能の劣化を引き起こすことがわかってきた。したがっ
て、従来に比べより高い水蒸気バリア性を有する薄膜の
コーティングを施す必要があり、様々な提案がなされて
きた。
【0005】水蒸気バリア性を高めるため、SiOX
AlOX 薄膜より、従来の網状構造の緻密さを高め、透
過する水分子を低下させることが考えられた。例えば特
開平8−62590に見られるように窒素原子を含有さ
せた酸窒化物(例えばSiO X Y )が提案された。こ
の提案により、バリア性が著しく高くなり、水蒸気透過
速度0.2〜0.6gm-2day-1、酸素透過速度0.
1〜0.4ccm-2day-1まで高くなった。しかし表
示装置の水蒸気バリア層としては依然として不充分なバ
リア性であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、これ
らの問題を解決し、従来の透明ガスバリア薄膜に比べ水
蒸気バリアがより高く、かつ透明性を有する透明ガスバ
リア薄膜被覆フィルムを提供することにある。
【0007】本発明は、これらの問題を解決するにあた
り検討した結果、以下のことを見出した。酸素を始めと
するガスの透過速度は、コーティングする薄膜の欠陥
(空孔やクラック)の密度、サイズに強く寄与してお
り、すなわち膜の網状構造が緻密であるほど高いガスバ
リア性を示す。しかし水蒸気透過速度については、いま
だはっきりしたことは解明されていないが、薄膜の欠陥
(あるいは緻密さ)を制御するだけでなく、薄膜と水蒸
気(水分子)との相互作用を高めることが重要であるこ
とがわかった。したがって水蒸気(水分子)相互作用が
強い硫黄原子あるいはリン原子を組成として含有させた
金属酸化物薄膜のコーティングにより、劇的に高い水蒸
気バリア性を得ることができた。
【0008】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明の請求項
1に係る発明は、金属化合物を少なくとも片面に被覆し
たポリマーフィルムであって、その金属化合物が金属原
子(M)、酸素原子(O)、硫黄原子(S)より構成さ
れ、かつ金属化合物MOX Y において、その組成比X
/Yが、(1.2〜1.7)/(0.3〜0.8)であ
ることを特徴とする透明ガスバリア薄膜被覆フィルムで
ある。
【0009】本発明の請求項2に係る発明は、上記請求
項1に係る透明ガスバリア薄膜被覆フィルムの発明にお
いて、前記硫黄原子と酸素原子との組成比X/Yが、
1.5〜6.0であることを特徴とする透明ガスバリア
薄膜被覆フィルムである。
【0010】本発明の請求項3に係る発明は、金属化合
物を少なくとも片面に被覆したポリマーフィルムであっ
て、その金属化合物が金属原子(M)、酸素原子
(O)、リン原子(P)より構成され、かつ金属化合物
MOX Y において、その組成比X/Yが、(1.5〜
2.0)/(0.3〜1.0)であることを特徴とする
透明ガスバリア薄膜被覆フィルムである。
【0011】本発明の請求項4に係る発明は、上記請求
項3に係る透明ガスバリア薄膜被覆フィルムの発明にお
いて、前記リン原子と酸素原子との組成比X/Yが、
1.5〜8.0であることを特徴とする透明ガスバリア
薄膜被覆フィルムである。
【0012】本発明の請求項5に係る発明は、上記請求
項1乃至4のいずれか1項に係る透明ガスバリア薄膜被
覆フィルムの発明において、前記金属化合物中の金属
が、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、インジ
ウム(In)、スズ(Sn)、チタン(Ti)、ニオブ
(Nb)、タンタル(Ta)のいずれかであり、これら
の金属を含む金属化合物薄膜のいずれか単層あるいは2
種類以上の積層体であることを特徴とする透明ガスバリ
ア薄膜被覆フィルムである。
【0013】本発明の請求項6に係る発明は、上記請求
項1乃至5のいずれか1項に係る透明ガスバリア薄膜被
覆フィルムの発明において、前記金属化合物を被覆した
ポリマーフィルムの水蒸気透過速度が、0.1gm-2
ay-1以下であり、かつ酸素透過速度が、0.05cc
-2day-1以下であり、かつ光波長550nmにおけ
る光線透過率が、85%以上であることを特徴とする透
明ガスバリア薄膜被覆フィルムである。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明で使用する上記ポリマーフ
ィルム基材としては、不飽和ポリエステル(ポリエチレ
ンテレフタレート)、ポリオレフィン、ポリイミド、ポ
リビニルアルコール、ポリエーテルサルファイドなど、
透明性が高く、かつその厚さが、50〜200μmのフ
ィルムであれば、本発明の目的を逸脱するものではな
い。またポリマーフィルム基材上に、表面処理あるいは
ラミネートが施してあっても構わない。
【0015】上記金属化合物の形成方法としては、真空
蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、
化学気相堆積法(CVD)などが挙げられる。
【0016】例えば、金属化合物MOX Y において
は、その酸素原子Oと硫黄原子(S)の組成比X/Y
は、(1.2〜1.7)/(0.3〜0.8)であるこ
とが望ましい。硫黄原子の割合が、この範囲以上になる
と、薄膜への光吸収が増加し、透明性が低下し、また、
この範囲以下では、水蒸気バリア性が低下するという欠
点をもつ。
【0017】また、金属化合物MOX Y においては、
その酸素原子(O)とリン原子(P)の組成比X/Y
は、(1.5〜2.2)/(0.3〜1.0)であるこ
とが望ましい。リン原子(P)の割合が、この範囲以上
になると、薄膜への光吸収が増加し、透明性が低下し、
また、この範囲以下では、水蒸気バリア性が低下すると
いう欠点をもつ。
【0018】金属化合物の薄膜の厚みとしては、10〜
200nmが望ましい。この厚みがこの範囲以上では、
その圧縮応力のためクラックが生じ易くなり、水蒸気バ
リア性低下の原因となる。また、この範囲以下では十分
な厚さではない。
【0019】
【実施例】以下に、本発明の具体的実施例について説明
する。 <実施例1>反応性スパッタリング法により、ポリエス
テルフィルム上に、それぞれSiO X Y 、AlOX
Y の薄膜を被覆した。ターゲットにSi,Al、反応ガ
スに硫化水素と酸素の混合ガスを用いた。基材として不
飽和ポリエステルフィルム(厚さ100μm)を用い
た。成膜方法としては、真空チェンバー内を1×10-4
Paまで排気した後に、アルゴンガスを2×10-1Pa
まで導入し、続いて、酸素ガスを3×10-1Paまで導
入し、さらに硫化水素ガスを全圧が5×10-1Paにな
るまで導入して、金属ターゲットのスパッタリングによ
り、上記基材上に、それぞれSiOX Y 、AlOX
Y の薄膜を被覆した。
【0020】<実施例2>真空蒸着法により、ポリエス
テルフィルム上に、それぞれSiOX Y 、InOX
Y の薄膜を被覆した。蒸着材料としてSi,Inを用
い、電子ビームにて蒸発させ、また、五酸化リン(P2
5 )を抵抗加熱にて蒸発させ成膜した。基材として不
飽和ポリエステルフィルム(厚さ100μm)を用い
た。成膜方法としては、真空チェンバー内を1×10-4
Paまで排気した後に、電子ビームにより、金属材料を
5×10-2Paになるまで蒸発させ、同時に抵抗加熱に
より、五酸化リンを7×10-3Paになるまで蒸発さ
せ、上記基材上に、それぞれSiOX Y 、InOX
Y の薄膜を被覆した。
【0021】<比較例1>上記実施例1において、ター
ゲットにAlを用い、酸素ガスを3×10-1Paまで導
入し、さらに硫化水素ガスを全圧が3.5×10-1Pa
になるまで導入する以外は、実施例1と同様にして、上
記基材上に、それぞれSiOX Y 、AlOX Y の薄
膜を被覆した。
【0022】<比較例2>上記実施例2において、蒸着
材料にSiを用い、金属材料を5×10-2 Paになる
まで蒸発させ、同時に抵抗加熱により、五酸化リンを9
×10-3Paになるまで蒸発させた以外は、実施例2と
同様にして、上記基材上に、それぞれSiOX Y 、I
nOX Y の薄膜を被覆した。
【0023】<測定と結果>上記実施例1、実施例2、
及び比較例1、比較例2から得られた各々サンプルの水
蒸気透過速度を、水蒸気透過速度測定装置(モダンコン
トロール社製:PERMATRAN)を用い、湿度90
%RH、温度40℃の雰囲気下で測定した。また、前記
各々サンプルの酸素透過速度を、酸素透過速度測定装置
(モダンコントロール社製:OXTRAN)を用い、湿
度0%、温度40℃の雰囲気下で測定した。また、その
各々サンプルの光線透過率を分光光度計にて測定した。
また、金属化合物中の組成比X/Y(組成比X:Y)
は、X線光電子分光測定装置(島津製作所製)にて測定
した。上記測定結果は表1に併せて示した。
【0024】
【表1】
【0025】表1中の第一段記載のWVTR、OTR、
及びT%は、それぞれ水蒸気透過速度(単位gm-2da
-1)、酸素透過速度(単位ccm-2day-1)、及び
光線透過率(単位%、光波長550nm)を表してい
る。また膜厚の単位はnm。
【0026】
【発明の効果】本発明の透明ガスバリア薄膜被覆フィル
ムは、金属酸化物に硫黄原子あるいはリン原子を含有さ
せることで、今までに無い高水蒸気バリア性を持ち、か
つ透明性の高いガスバリア薄膜被覆フィルムが得られる
───────────────────────────────────────────────────── 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) H05B 33/14 H05B 33/14 A Fターム(参考) 2H090 JB03 JC07 JD12 3K007 AB12 AB13 AB14 BA07 CA06 DB03 4F100 AA04B AA04C AA07B AA07C AA09B AA09C AA17B AA17C AA33B AA33C AK01A AK41A BA03 BA06 BA10B BA10C EH66 EJ58 JD03 JD04 JN01A JN08 YY00 4K029 AA11 AA25 BA41 BB02 BC00 BC08

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属化合物を少なくとも片面に被覆したポ
    リマーフィルムであって、その金属化合物が金属原子
    (M)、酸素原子(O)、硫黄原子(S)より構成さ
    れ、かつ金属化合物MOX Y において、その組成比X
    /Yが、(1.2〜1.7)/(0.3〜0.8)であ
    ることを特徴とする透明ガスバリア薄膜被覆フィルム。
  2. 【請求項2】前記硫黄原子と酸素原子との組成比X/Y
    が1.5〜6.0であることを特徴とする請求項1記載
    の透明ガスバリア薄膜被覆フィルム。
  3. 【請求項3】金属化合物を少なくとも片面に被覆したポ
    リマーフィルムであって、その金属化合物が金属原子
    (M)、酸素原子(O)、リン原子(P)より構成さ
    れ、かつ金属化合物MOX Y において、その組成比X
    /Yが、(1.5〜2.0)/(0.3〜1.0)であ
    ることを特徴とする透明ガスバリア薄膜被覆フィルム。
  4. 【請求項4】前記リン原子と酸素原子との組成比X/Y
    が、1.5〜8.0であることを特徴とする請求項3記
    載の透明ガスバリア薄膜被覆フィルム。
  5. 【請求項5】前記金属化合物中の金属が、シリコン(S
    i)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、ス
    ズ(Sn)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、タンタ
    ル(Ta)のいずれかであり、これらの金属を含む金属
    化合物薄膜のいずれか単層あるいは2種類以上の積層体
    であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項
    記載の透明ガスバリア薄膜被覆フィルム。
  6. 【請求項6】前記金属化合物を被覆したポリマーフィル
    ムの水蒸気透過速度が、0.1gm -2day-1以下であ
    り、かつ酸素透過速度が、0.05ccm-2day-1
    下であり、かつ光波長550nmにおける光線透過率
    が、85%以上であることを特徴とする請求項1から5
    に記載の透明ガスバリア薄膜被覆フィルム。
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