JP2006219721A - Method for producing functional film, functional film, display element and display device - Google Patents
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本発明は、機能性フィルムの製造方法と、該製造方法により作成された機能性フィルム(バリアフィルム)と、該機能性フィルム(バリアフィルム)上に表示手段を形成された表示素子と、該表示素子を有する表示装置に関する。 The present invention relates to a method for producing a functional film, a functional film (barrier film) produced by the production method, a display element having display means formed on the functional film (barrier film), and the display The present invention relates to a display device having an element.
従来より、プラスチック基材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ガスバリアフィルムは、水蒸気や酸素等の各種ガス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、有機エレクトロルミネッセンス(EL)等の基材として使用されている。 Conventionally, a gas barrier film in which a thin film of a metal oxide such as aluminum oxide, magnesium oxide, or silicon oxide is formed on the surface of a plastic substrate or film is a packaging of articles that require blocking of various gases such as water vapor and oxygen, Widely used in packaging applications to prevent the deterioration of food, industrial products and pharmaceuticals. Moreover, it is used as base materials, such as a liquid crystal display element, a solar cell, and organic electroluminescence (EL) besides the packaging use.
一方、ポリ塩化ビニリデン樹脂や塩化ビニリデンと他のポリマーとの共重合体樹脂からなる基材、あるいはこれらの塩化ビニリデン系樹脂をポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂にコーティングしてガスバリア性を付与した材料が、特に包装材料として広く用いられているが、焼却処理過程で塩素系ガスが発生するため、環境保護の観点から現在問題となっており、更にガスバリア性が必ずしも充分ではなく、高度なバリア性が求められる分野へ適用することができない。 On the other hand, a base material made of polyvinylidene chloride resin or a copolymer resin of vinylidene chloride and other polymers, or a material provided with gas barrier properties by coating these vinylidene chloride resins on polypropylene resin, polyester resin, or polyamide resin However, it is widely used as a packaging material. However, since chlorine gas is generated during the incineration process, it is a problem from the viewpoint of environmental protection. Can not be applied to the field where is required.
特に、液晶表示素子、有機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、重く割れやすく大面積化が困難なガラス基材に代わって透明プラスチック等の基材が採用され始めている。例えば、特開平2−251429号公報や特開平6−124785号公報には、有機エレクトロルミネッセンス素子の基材として、高分子フィルムを用いた例が開示されている。 In particular, transparent substrates, which are being applied to liquid crystal display elements, organic EL elements, etc., have recently been required to be lighter and larger, have long-term reliability and a high degree of freedom in shape, and have curved surface display. High demands such as being possible have been added, and substrates such as transparent plastics have begun to be used instead of glass substrates that are heavy and easily broken. For example, JP-A-2-251429 and JP-A-6-124785 disclose an example in which a polymer film is used as a base material of an organic electroluminescence element.
しかしながら、透明プラスチック等の基材はガラスに対しガスバリア性が劣るという問題がある。例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子の基材として用いた場合、ガスバリア性が劣る基材を用いると、水蒸気や酸素が浸透して電極や有機膜が劣化し、発光特性あるいは耐久性等を損なう要因となる。また、電子デバイス用基材として高分子基材を用いた場合には、酸素が高分子基材を透過して電子デバイス内に浸透、拡散し、デバイスを劣化させてしまうことや、電子デバイス内で求められる真空度を維持できないといった問題を引き起こす。 However, a substrate such as transparent plastic has a problem that the gas barrier property is inferior to glass. For example, when used as a base material for an organic electroluminescence element, if a base material with inferior gas barrier properties is used, water vapor or oxygen will permeate and the electrodes and organic film will deteriorate, leading to factors that impair the light emission characteristics or durability. . In addition, when a polymer substrate is used as the substrate for an electronic device, oxygen permeates the polymer substrate and penetrates and diffuses into the electronic device, degrading the device, Cause the problem that the degree of vacuum required in can not be maintained.
この様な問題を解決するために大気圧近傍の圧力下で発生するプラズマを用いたCVD法により基材上に炭素含有金属酸化物薄膜を成膜する積層体の製造方法が知られている(例えば特許文献1参照。)
近年の有機ELディスプレイや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、より高いガスバリア性が求められるようになった。 With the recent increase in the size of organic EL displays and liquid crystal displays and the development of high-definition displays, higher gas barrier properties have been demanded.
例えば有機ELディスプレイ用途の場合、極わずかであっても、成長するダークスポットが発生し、ディスプレイの表示寿命が極端に短くなる場合があるため、ガスバリア性能について例えばJIS K7129 B法に従って測定した水蒸気透過度が1×10-3g/m2/day程度まで要求が上がってきており、特許文献1に記載された構成では、使用可能な基材に制限を受け十分なガスバリア性を確保できない可能性があるという問題点があった。 For example, in the case of an organic EL display application, even if it is very small, a growing dark spot may be generated, and the display life of the display may be extremely shortened. Therefore, the water vapor transmission rate measured according to the JIS K7129 B method for gas barrier performance, for example. The demand has increased to about 1 × 10 −3 g / m 2 / day, and with the configuration described in Patent Document 1, there is a possibility that sufficient gas barrier properties may not be ensured due to limitations on usable substrates. There was a problem that there was.
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、水蒸気透過度で10-6g/m2/dayオーダー、又酸素透過度で10-4ml/m2/dayオーダーのバリア性を有する透明なガスバリアフィルムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a barrier property of the order of 10 −6 g / m 2 / day for water vapor permeability and the order of 10 −4 ml / m 2 / day for oxygen permeability. It is providing the transparent gas barrier film which has this.
上述した目的は下記の項に記した発明により達成することが出来る。 The above object can be achieved by the invention described in the following section.
(1)基材の上に少なくとも2層のセラミック層とその間に位置する少なくとも1層のポリマー層とを有する機能性フィルムの製造方法において、
前記セラミック層及び前記ポリマー層の少なくとも1層は、放電空間に薄膜形成ガスを含むガスを供給し、大気圧もしくはその近傍の圧力下で前記放電空間に高周波電界を印加することにより前記ガスを励起し、励起した前記ガスに前記基材を晒すことにより形成され、
前記高周波電界は、第1の高周波電界および第2の高周波電界を重畳したものであり、前記第1の高周波電界の周波数ω1より前記第2の高周波電界の周波数ω2が高く、前記第1の高周波電界の強さV1と前記第2の高周波電界の強さV2と放電開始電界の強さIVとの関係が、V1≧IV>V2、または、V1>IV≧V2を満たし、前記第2の高周波電界の出力密度が1W/cm2以上であり、前記セラミック層及び前記ポリマー層の形成中の基材表面温度を150℃〜基材の溶融温度未満とすることを特徴とする機能性フィルムの製造方法。
(1) In a method for producing a functional film having at least two ceramic layers on a substrate and at least one polymer layer positioned therebetween,
At least one of the ceramic layer and the polymer layer supplies a gas containing a thin film forming gas to the discharge space, and excites the gas by applying a high-frequency electric field to the discharge space under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof. Formed by exposing the substrate to the excited gas,
The high-frequency electric field is a superposition of the first high-frequency electric field and the second high-frequency electric field, and the frequency ω2 of the second high-frequency electric field is higher than the frequency ω1 of the first high-frequency electric field, and the first high-frequency electric field is The relationship between the electric field strength V 1 , the second high frequency electric field strength V 2 and the discharge starting electric field strength IV satisfies V 1 ≧ IV> V 2 or V 1 > IV ≧ V 2 . The output density of the second high-frequency electric field is 1 W / cm 2 or more, and the substrate surface temperature during the formation of the ceramic layer and the polymer layer is 150 ° C. to less than the melting temperature of the substrate. A method for producing a functional film.
(2)前記基材は、前記ポリマー層及び前記セラミック層を形成する時、層形成面と反対側の面を前記基材の位置決め及び前記基材の温度調節を行う基材の保持部材に密接して搬送させることを特徴とする(1)項に記載の機能性フィルムの製造方法。 (2) When forming the polymer layer and the ceramic layer, the base material is in close contact with the base material holding member for positioning the base material and adjusting the temperature of the base material on the surface opposite to the layer forming surface. The method for producing a functional film according to item (1), wherein the functional film is conveyed.
(3)前記セラミック層は酸化珪素、又は酸化窒化珪素、又は酸化アルミニウム、又はそれらの混合物により形成され、前記ポリマー層はポリマーを含むことを特徴とする(1)または(2)項に記載の機能性フィルムの製造方法。 (3) The ceramic layer is formed of silicon oxide, silicon oxynitride, aluminum oxide, or a mixture thereof, and the polymer layer contains a polymer, described in (1) or (2) A method for producing a functional film.
(4)前記基材はガラス転移温度が120℃以上であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の機能性フィルムの製造方法。 (4) The method for producing a functional film according to any one of (1) to (3), wherein the substrate has a glass transition temperature of 120 ° C. or higher.
(5)基材を加熱或いは冷却する基材の温度調節部材と、該基材の温度調節部材に温度調節媒体を供給する温度調節媒体供給手段と、前記温度調節媒体を加熱・冷却する媒体温度調節手段とを有する前記基材の温度を調節する温度調節手段により、前記セラミック層及び前記ポリマー層の形成中の前記基材の表面温度を150℃〜基材の溶融温度未満とすることを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載の機能性フィルムの製造方法。 (5) A temperature adjusting member for the substrate that heats or cools the substrate, temperature adjusting medium supply means for supplying a temperature adjusting medium to the temperature adjusting member for the substrate, and a medium temperature for heating and cooling the temperature adjusting medium. The surface temperature of the substrate during the formation of the ceramic layer and the polymer layer is set to 150 ° C. to less than the melting temperature of the substrate by temperature adjusting means for adjusting the temperature of the substrate having adjusting means. The method for producing a functional film according to any one of (1) to (4).
(6)前記基材の温度調節部材の温度或いは基材の温度を測定する温度検出部材と、該温度検出部材により検出された測定値に基づき、前記温度調節手段により基材表面温度を150℃〜基材の溶融温度未満に調節することを特徴とする(5)項に記載の機能性フィルムの製造方法。 (6) Based on the temperature detection member for measuring the temperature of the temperature adjustment member of the substrate or the temperature of the substrate, and the measured value detected by the temperature detection member, the substrate surface temperature is set to 150 ° C. by the temperature adjustment means. The method for producing a functional film as described in the item (5), wherein the temperature is adjusted to less than the melting temperature of the substrate.
(7)(1)〜(6)の何れか1項に記載の機能性フィルムの製造方法により製造されたことを特徴とする機能性フィルム。 (7) A functional film produced by the method for producing a functional film according to any one of (1) to (6).
(8)前記機能性フィルムはガスバリアフィルムであることを特徴とする(7)項に記載の機能性フィルム。 (8) The functional film according to item (7), wherein the functional film is a gas barrier film.
(9)(8)項に記載の機能性フィルムであるガスバリアフィルム上に表示手段を形成されたことを特徴とする表示素子。 (9) A display element, wherein a display means is formed on a gas barrier film which is the functional film according to item (8).
(10)(9)項に記載の表示素子を有する表示装置。 (10) A display device comprising the display element according to item (9).
(1)〜(6)に記載の発明によれば、水蒸気透過度で10-6g/m2/dayオーダー、又酸素透過度で10-4ml/m2/dayオーダーのバリア性を有する機能性フィルムの製造方法の提供が可能となる。
(7)または(8)に記載の発明によれば、水蒸気透過度で10-6g/m2/dayオーダー、又酸素透過度で10-4ml/m2/dayオーダーのバリア性を有する機能性フィルムの提供が可能となる。
(9)に記載の発明によれば、上記効果を有する機能性フィルム上に有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子等の表示手段を形成された表示素子を提供することが可能となる。
(10)に記載の発明によれば、ダークスポット等の発生が軽減された、表示寿命の長い表示装置の提供が可能となる。
According to the invention described in (1) to (6), the water vapor permeability has a barrier property of the order of 10 −6 g / m 2 / day and the oxygen permeability of the order of 10 −4 ml / m 2 / day. A method for producing a functional film can be provided.
According to the invention described in (7) or (8), the water vapor permeability has a barrier property of the order of 10 −6 g / m 2 / day and the oxygen permeability of the order of 10 −4 ml / m 2 / day. A functional film can be provided.
According to the invention described in (9), it is possible to provide a display element in which display means such as an organic electroluminescence (EL) element is formed on the functional film having the above-described effects.
According to the invention described in (10), it is possible to provide a display device with a long display life in which the occurrence of dark spots or the like is reduced.
本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、ガラス転移温度が120℃以上である基材上に少なくともセラミック層を2層以上有し、該セラミック膜の間にポリマー層を少なくとも1層以上有するガスバリアフィルムの各層を、基材温度を所定の温度に調節した状態で大気圧近傍或いは大気圧下でプラズマにより形成することにより、目的のガスバリア性を備えたガスバリア性フィルムを実現できることを見出し、本発明に至った次第である。 As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventor has at least two ceramic layers on a substrate having a glass transition temperature of 120 ° C. or higher, and at least one polymer layer between the ceramic films. It is possible to realize a gas barrier film having a desired gas barrier property by forming each layer of a gas barrier film having at least one layer by plasma in the vicinity of atmospheric pressure or under atmospheric pressure with the substrate temperature adjusted to a predetermined temperature. It is up to the headline and the present invention.
先ず、水蒸気とガスの透過を減少させるガスバリア性という機能性を有する、機能性フィルムを構成する各層について説明する。 First, each layer which comprises the functional film which has the functionality called gas barrier property which reduces permeation | transmission of water vapor | steam and gas is demonstrated.
なお、各図面において同一の構成・機能を有する部材等については同一の番号を付してある。 In addition, the same number is attached | subjected about the member etc. which have the same structure and function in each drawing.
以下、ガスバリア性を有する機能性フィルムをガスバリアフィルムとも記す。 Hereinafter, the functional film having gas barrier properties is also referred to as a gas barrier film.
図1は、本発明のガスバリアフィルムの層構成の概念を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the concept of the layer structure of the gas barrier film of the present invention.
ガスバリアフィルム1は、基材2と、少なくとも2のセラミック層3と、セラミック層3の間に位置するポリマーを含む層4とを有している。
The gas barrier film 1 has a
図ではセラミック層3とポリマーを含む層4とを1層ずつ交互に配置した場合を示したが、その配置はセラミック層の間にポリマーを含む層が挟まれていれば良く、順番や数は問わない。
The figure shows the case where the
また、各層間に接着性を上げるための接着層5を設けても良い。
Moreover, you may provide the
ガスバリアフィルムを構成する各層は、酸素及び水蒸気の透過を阻止する層であれば、その組成、構成等は特に限定されるものではなく、本発明においては基材の上に少なくとも、1層のポリマー層と該ポリマー層を挟むように2層のセラミック層とを有している。 As long as each layer constituting the gas barrier film is a layer that blocks permeation of oxygen and water vapor, its composition, configuration, etc. are not particularly limited. In the present invention, at least one polymer layer is formed on the substrate. And two ceramic layers so as to sandwich the polymer layer.
先ず本発明の機能性フィルムの製造方法により形成されるセラミック層について説明する。 First, the ceramic layer formed by the method for producing a functional film of the present invention will be described.
セラミック層を構成する薄膜材料として具体的には、無機酸化物が好ましく、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ等、又はそれらの混合物を挙げることができる。 Specifically, an inorganic oxide is preferable as a thin film material constituting the ceramic layer, and silicon oxide, aluminum oxide, silicon oxynitride, aluminum oxynitride, magnesium oxide, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, or a mixture thereof. Can be mentioned.
また、セラミック層の厚さは、用いられる材料の種類、構成により最適条件が異なり、適宜選択されるが、5〜2000nmの範囲内であることが好ましい。セラミック層の厚さが、上記の範囲より薄い場合には、均一な膜が得られず、ガスに対するバリア性を得ることが困難となり、また、厚い場合には、機能性フィルムにフレキシビリティを保持させることが困難であり、成膜後に折り曲げ、引っ張り等の外的要因により、機能性フィルムの層に亀裂が生じる等のおそれがあるからである。 Further, the thickness of the ceramic layer is appropriately selected depending on the type and configuration of the material used, and is suitably selected, but is preferably in the range of 5 to 2000 nm. If the thickness of the ceramic layer is thinner than the above range, it will not be possible to obtain a uniform film, making it difficult to obtain gas barrier properties, and if it is thick, the functional film will retain flexibility. This is because it is difficult to cause a crack in the functional film layer due to external factors such as bending and pulling after film formation.
スプレー法やスピンコート法等の湿式法では、分子レベル(nmレベル)の平滑性を得ることが難しく、また溶剤を使用するため、後述する基材が有機材料であることから、使用可能な基材または溶剤が限定されるという欠点がある。 In wet methods such as spraying and spin coating, it is difficult to obtain smoothness at the molecular level (nm level). Since a solvent is used, the base material described later is an organic material. There is a disadvantage that the material or solvent is limited.
そこで、本発明においてはセラミック層の形成は、減圧チャンバー等が不要で、高速製膜ができ生産性の高い製膜方法であると共に、均一かつ表面の平滑性を有する膜を比較的容易に形成することが可能となる大気圧または大気圧近傍の圧力下での大気圧プラズマCVD法が好ましい。 Therefore, in the present invention, the formation of the ceramic layer is a method of forming a high-productivity film that does not require a decompression chamber or the like, and forms a uniform and smooth surface film relatively easily. An atmospheric pressure plasma CVD method under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity of atmospheric pressure that can be performed is preferable.
前記プラズマCVD法を用いたセラミック層の形成条件として、原材料(原料ともいう)である有機金属化合物、及び分解ガス、及び分解温度、及び投入電力などを選ぶことで、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物、金属硫化物、金属ハロゲン化物、またこれらの混合物(金属酸窒化物、金属酸化ハロゲン化物、金属窒化炭化物など)を形成することができる。 By selecting the organic metal compound as a raw material (also referred to as a raw material), decomposition gas, decomposition temperature, input power, and the like as the formation conditions of the ceramic layer using the plasma CVD method, metal carbide, metal nitride, Metal oxides, metal sulfides, metal halides, and mixtures thereof (metal oxynitrides, metal oxyhalides, metal nitride carbides, etc.) can be formed.
例えば、珪素化合物を原料化合物として用い、分解ガスに酸素を用いれば、珪素酸化物が生成する。また、亜鉛化合物を原料化合物として用い、分解ガスにニ硫化炭素を用いれば、硫化亜鉛が生成する。これはプラズマ空間内では非常に活性な荷電粒子・活性ラジカルが高密度で存在するため、プラズマ空間内では多段階の化学反応が非常に高速に促進され、プラズマ空間内に存在する元素は熱力学的に安定な化合物へと非常な短時間で変換されるためである。 For example, when a silicon compound is used as a raw material compound and oxygen is used as a decomposition gas, silicon oxide is generated. Further, if a zinc compound is used as a raw material compound and carbon disulfide is used as a cracked gas, zinc sulfide is generated. This is because highly active charged particles and active radicals exist in the plasma space at a high density, so that multistage chemical reactions are accelerated at high speed in the plasma space, and the elements present in the plasma space are thermodynamic. This is because it is converted into an extremely stable compound in a very short time.
このような無機物の原料としては、典型または遷移金属元素を有していれば、常温常圧下で気体、液体、固体いずれの状態であっても構わない。気体の場合にはそのまま放電空間に導入できるが、液体、固体の場合は、加熱、バブリング、減圧、超音波照射等の手段により気化させて使用する。又、溶媒によって希釈して使用してもよく、溶媒は、メタノール,エタノール,n−ヘキサンなどの有機溶媒及びこれらの混合溶媒が使用出来る。尚、これらの希釈溶媒は、プラズマ放電処理中において、分子状、原子状に分解されるため、影響は殆ど無視することができる。 As such an inorganic material, as long as it has a typical or transition metal element, it may be in a gas, liquid, or solid state at normal temperature and pressure. In the case of gas, it can be introduced into the discharge space as it is, but in the case of liquid or solid, it is used after being vaporized by means such as heating, bubbling, decompression or ultrasonic irradiation. Moreover, you may dilute and use with a solvent and organic solvents, such as methanol, ethanol, n-hexane, and these mixed solvents can be used for a solvent. Since these diluted solvents are decomposed into molecular and atomic forms during the plasma discharge treatment, the influence can be almost ignored.
このような有機金属化合物としては、
ケイ素化合物として、シラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラn−プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラn−ブトキシシラン、テトラt−ブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリメトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、ビス(ジメチルアミノ)ジメチルシラン、ビス(ジメチルアミノ)メチルビニルシラン、ビス(エチルアミノ)ジメチルシラン、N,O−ビス(トリメチルシリル)アセトアミド、ビス(トリメチルシリル)カルボジイミド、ジエチルアミノトリメチルシラン、ジメチルアミノジメチルシラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザン、ヘプタメチルジシラザン、ノナメチルトリシラザン、オクタメチルシクロテトラシラザン、テトラキスジメチルアミノシラン、テトライソシアナートシラン、テトラメチルジシラザン、トリス(ジメチルアミノ)シラン、トリエトキシフルオロシラン、アリルジメチルシラン、アリルトリメチルシラン、ベンジルトリメチルシラン、ビス(トリメチルシリル)アセチレン、1,4−ビストリメチルシリル−1,3−ブタジイン、ジ−t−ブチルシラン、1,3−ジシラブタン、ビス(トリメチルシリル)メタン、シクロペンタジエニルトリメチルシラン、フェニルジメチルシラン、フェニルトリメチルシラン、プロパルギルトリメチルシラン、テトラメチルシラン、トリメチルシリルアセチレン、1−(トリメチルシリル)−1−プロピン、トリス(トリメチルシリル)メタン、トリス(トリメチルシリル)シラン、ビニルトリメチルシラン、ヘキサメチルジシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、テトラメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメチルシクロテトラシロキサン、Mシリケート51等が挙げられる。
As such an organometallic compound,
As silicon compounds, silane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra n-propoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetra n-butoxysilane, tetrat-butoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, Diphenyldimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, (3,3,3-trifluoropropyl) trimethoxysilane, hexamethyldisiloxane, bis (dimethylamino) dimethylsilane, bis (dimethyl Amino) methylvinylsilane, bis (ethylamino) dimethylsilane, N, O-bis (trimethylsilyl) acetamide, bis (trimethylsilyl) carbodiimide, diethylaminoto Methylsilane, dimethylaminodimethylsilane, hexamethyldisilazane, hexamethylcyclotrisilazane, heptamethyldisilazane, nonamethyltrisilazane, octamethylcyclotetrasilazane, tetrakisdimethylaminosilane, tetraisocyanatosilane, tetramethyldisilazane, tris ( Dimethylamino) silane, triethoxyfluorosilane, allyldimethylsilane, allyltrimethylsilane, benzyltrimethylsilane, bis (trimethylsilyl) acetylene, 1,4-bistrimethylsilyl-1,3-butadiyne, di-t-butylsilane, 1,3 -Disilabutane, bis (trimethylsilyl) methane, cyclopentadienyltrimethylsilane, phenyldimethylsilane, phenyltrimethylsilane, propargyltri Tylsilane, tetramethylsilane, trimethylsilylacetylene, 1- (trimethylsilyl) -1-propyne, tris (trimethylsilyl) methane, tris (trimethylsilyl) silane, vinyltrimethylsilane, hexamethyldisilane, octamethylcyclotetrasiloxane, tetramethylcyclotetrasiloxane , Hexamethylcyclotetrasiloxane, M silicate 51, and the like.
チタン化合物としては、例えば、チタンメトキシド、チタンエトキシド、チタンイソプロポキシド、チタンテトライソポロポキシド、チタンn−ブトキシド、チタンジイソプロポキシド(ビス−2,4−ペンタンジオネート)、チタンジイソプロポキシド(ビス−2,4−エチルアセトアセテート)、チタンジ−n−ブトキシド(ビス−2,4−ペンタンジオネート)、チタンアセチルアセトネート、ブチルチタネートダイマー等が挙げられる。 Examples of the titanium compound include titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium isopropoxide, titanium tetraisoporooxide, titanium n-butoxide, titanium diisopropoxide (bis-2,4-pentanedionate), titanium. Examples thereof include diisopropoxide (bis-2,4-ethylacetoacetate), titanium di-n-butoxide (bis-2,4-pentanedionate), titanium acetylacetonate, and butyl titanate dimer.
ジルコニウム化合物としては、ジルコニウムn−プロポキシド、ジルコニウムn−ブトキシド、ジルコニウムt−ブトキシド、ジルコニウムトリ−n−ブトキシドアセチルアセトネート、ジルコニウムジ−n−ブトキシドビスアセチルアセトネート、ジルコニウムアセチルアセトネート、ジルコニウムアセテート、ジルコニウムヘキサフルオロペンタンジオネート等が挙げられる。 Zirconium compounds include zirconium n-propoxide, zirconium n-butoxide, zirconium t-butoxide, zirconium tri-n-butoxide acetylacetonate, zirconium di-n-butoxide bisacetylacetonate, zirconium acetylacetonate, zirconium acetate, Zirconium hexafluoropentanedioate and the like can be mentioned.
アルミニウム化合物としては、アルミニウムエトキシド、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムn−ブトキシド、アルミニウムs−ブトキシド、アルミニウムt−ブトキシド、アルミニウムアセチルアセトナート、トリエチルジアルミニウムトリ−s−ブトキシド等が挙げられる。 Examples of the aluminum compound include aluminum ethoxide, aluminum triisopropoxide, aluminum isopropoxide, aluminum n-butoxide, aluminum s-butoxide, aluminum t-butoxide, aluminum acetylacetonate, and triethyldialuminum tri-s-butoxide. Can be mentioned.
硼素化合物としては、ジボラン、テトラボラン、フッ化硼素、塩化硼素、臭化硼素、ボラン−ジエチルエーテル錯体、ボラン−THF錯体、ボラン−ジメチルスルフィド錯体、三フッ化硼素ジエチルエーテル錯体、トリエチルボラン、トリメトキシボラン、トリエトキシボラン、トリ(イソプロポキシ)ボラン、ボラゾール、トリメチルボラゾール、トリエチルボラゾール、トリイソプロピルボラゾール、等が挙げられる。 The boron compounds include diborane, tetraborane, boron fluoride, boron chloride, boron bromide, borane-diethyl ether complex, borane-THF complex, borane-dimethyl sulfide complex, boron trifluoride diethyl ether complex, triethylborane, trimethoxy. Examples include borane, triethoxyborane, tri (isopropoxy) borane, borazole, trimethylborazole, triethylborazole, triisopropylborazole, and the like.
錫化合物としては、テトラエチル錫、テトラメチル錫、二酢酸ジ−n−ブチル錫、テトラブチル錫、テトラオクチル錫、テトラエトキシ錫、メチルトリエトキシ錫、ジエチルジエトキシ錫、トリイソプロピルエトキシ錫、ジエチル錫、ジメチル錫、ジイソプロピル錫、ジブチル錫、ジエトキシ錫、ジメトキシ錫、ジイソプロポキシ錫、ジブトキシ錫、錫ジブチラート、錫ジアセトアセトナート、エチル錫アセトアセトナート、エトキシ錫アセトアセトナート、ジメチル錫ジアセトアセトナート等、錫水素化合物等、ハロゲン化錫としては、二塩化錫、四塩化錫等が挙げられる。 Examples of tin compounds include tetraethyltin, tetramethyltin, di-n-butyltin diacetate, tetrabutyltin, tetraoctyltin, tetraethoxytin, methyltriethoxytin, diethyldiethoxytin, triisopropylethoxytin, diethyltin, Dimethyltin, diisopropyltin, dibutyltin, diethoxytin, dimethoxytin, diisopropoxytin, dibutoxytin, tin dibutyrate, tin diacetoacetonate, ethyltin acetoacetonate, ethoxytin acetoacetonate, dimethyltin diacetoacetonate Examples of tin halides such as tin hydrogen compounds include tin dichloride and tin tetrachloride.
また、その他の有機金属化合物としては、例えば、アンチモンエトキシド、ヒ素トリエトキシド、バリウム2,2,6,6−テトラメチルヘプタンジオネート、ベリリウムアセチルアセトナート、ビスマスヘキサフルオロペンタンジオネート、ジメチルカドミウム、カルシウム2,2,6,6−テトラメチルヘプタンジオネート、クロムトリフルオロペンタンジオネート、コバルトアセチルアセトナート、銅ヘキサフルオロペンタンジオネート、マグネシウムヘキサフルオロペンタンジオネート−ジメチルエーテル錯体、ガリウムエトキシド、テトラエトキシゲルマン、テトラメトキシゲルマン、ハフニウムt−ブドキシド、ハフニウムエトキシド、インジウムアセチルアセトナート、インジウム2,6−ジメチルアミノヘプタンジオネート、フェロセン、ランタンイソプロポキシド、酢酸鉛、テトラエチル鉛、ネオジウムアセチルアセトナート、白金ヘキサフルオロペンタンジオネート、トリメチルシクロペンタジエニル白金、ロジウムジカルボニルアセチルアセトナート、ストロンチウム2,2,6,6−テトラメチルヘプタンジオネート、タンタルメトキシド、タンタルトリフルオロエトキシド、テルルエトキシド、タングステンエトキシド、バナジウムトリイソプロポキシドオキシド、マグネシウムヘキサフルオロアセチルアセトナート、亜鉛アセチルアセトナート、ジエチル亜鉛、などが挙げられる。
Other organometallic compounds include, for example, antimony ethoxide, arsenic triethoxide,
また、これらの金属を含む原料ガスを分解して無機化合物を得るための分解ガスとしては、水素ガス、メタンガス、アセチレンガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、窒素ガス、アンモニアガス、亜酸化窒素ガス、酸化窒素ガス、二酸化窒素ガス、酸素ガス、水蒸気、フッ素ガス、フッ化水素、トリフルオロアルコール、トリフルオロトルエン、硫化水素、二酸化硫黄、二硫化炭素、塩素ガスなどが挙げられる。 In addition, as a decomposition gas for decomposing a raw material gas containing these metals to obtain an inorganic compound, hydrogen gas, methane gas, acetylene gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, nitrogen gas, ammonia gas, nitrous oxide Examples include gas, nitrogen oxide gas, nitrogen dioxide gas, oxygen gas, water vapor, fluorine gas, hydrogen fluoride, trifluoroalcohol, trifluorotoluene, hydrogen sulfide, sulfur dioxide, carbon disulfide, and chlorine gas.
金属元素を含む原料ガスと、分解ガスを適宜選択することで、各種の金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物、金属ハロゲン化物、金属硫化物を得ることができる。 Various metal carbides, metal nitrides, metal oxides, metal halides, and metal sulfides can be obtained by appropriately selecting a source gas containing a metal element and a decomposition gas.
これらの反応性ガスに対して、主にプラズマ状態になりやすい放電ガスを混合し、プラズマ放電発生装置にガスを送りこむ。 A discharge gas that tends to be in a plasma state is mixed with these reactive gases, and the gas is sent to the plasma discharge generator.
このような放電ガスとしては、窒素ガスおよび/または周期表の第18属原子、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等が用いられる。これらの中でも窒素、ヘリウム、アルゴンが好ましく用いられ、特に窒素がコストも安く好ましい。 As such a discharge gas, nitrogen gas and / or 18th group atom of the periodic table, specifically, helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, etc. are used. Among these, nitrogen, helium, and argon are preferably used, and nitrogen is particularly preferable because of low cost.
上記放電ガスと反応性ガスを混合し、混合ガスとしてプラズマ放電発生装置(プラズマ発生装置)に供給することで膜形成を行う。放電ガスと反応性ガスの割合は、得ようとする膜の性質によって異なるが、混合ガス全体に対し、放電ガスの割合を50%以上として反応性ガスを供給する。 The discharge gas and the reactive gas are mixed, and a film is formed by supplying the mixed gas as a mixed gas to a plasma discharge generator (plasma generator). Although the ratio of the discharge gas and the reactive gas varies depending on the properties of the film to be obtained, the reactive gas is supplied with the ratio of the discharge gas being 50% or more with respect to the entire mixed gas.
本発明に係るセラミック層は、透明であることが好ましく、上記セラミック層が透明であることにより、ガスバリア性フィルムを透明なものとすることが可能となり、有機EL素子の透明基材等の用途にも使用することが可能となる。 The ceramic layer according to the present invention is preferably transparent, and the above-mentioned ceramic layer is transparent, so that the gas barrier film can be made transparent and used for a transparent substrate of an organic EL element. Can also be used.
そして、一般的にガスバリア膜に、炭素原子等の不純物質が混入した場合に、成膜されたガスバリア膜が粗となり、ガス透過率が大きくなる。このことから、セラミック層が上記の化合物で構成されることにより、セラミック層中の含有炭素比率が低いことから、酸素−珪素間の結合が妨げられず、ガスに対する高いバリア性を付与することが可能となる。 In general, when an impurity such as a carbon atom is mixed in the gas barrier film, the formed gas barrier film becomes rough and the gas permeability increases. From this, since the ceramic layer is composed of the above-mentioned compound, the carbon content in the ceramic layer is low, so that the bond between oxygen and silicon is not hindered and a high barrier property against gas can be imparted. It becomes possible.
一般に、セラミック層の形成としては、一般的に蒸着、スパッタリング,CVD法(化学蒸着)、プラズマCVD法、大気圧または大気圧近傍の圧力下において実施されるプラズマCVD法等のドライプロセスで形成することができるが、本発明のガスバリアフィルムの製造方法においてはセラミック層の形成は特に、上記のような原料ガスと放電ガスとを使用した大気圧プラズマCVD法を用いることが好ましい。 In general, the ceramic layer is formed by a dry process such as vapor deposition, sputtering, CVD method (chemical vapor deposition), plasma CVD method, plasma CVD method performed under atmospheric pressure or near atmospheric pressure. However, in the method for producing a gas barrier film of the present invention, the formation of the ceramic layer is particularly preferably performed by an atmospheric pressure plasma CVD method using the raw material gas and the discharge gas as described above.
なお、大気圧プラズマCVD法については後で詳しく説明する。 The atmospheric pressure plasma CVD method will be described in detail later.
次に、上述したセラミック層の間に位置し、本発明の機能性フィルムの製造方法により形成される、ポリマー層であるポリマー層について説明する。 Next, the polymer layer which is located between the ceramic layers described above and is formed by the method for producing a functional film of the present invention will be described.
本発明に係るポリマー層であるポリマー層(以下ポリマー層をポリマー層とも記す)とは、ポリマー、例えば無機ポリマー、有機ポリマー、有機無機ハイブリッドポリマー等を含む薄膜で、その膜厚は、概ね5〜2000nmで、前述のセラミック層に対し相対的な硬度が低い層で、層中の平均炭素含有量が5%以上のものであり、応力緩和層とも呼ばれる。 The polymer layer (hereinafter, the polymer layer is also referred to as a polymer layer) according to the present invention is a thin film containing a polymer, for example, an inorganic polymer, an organic polymer, an organic-inorganic hybrid polymer, and the like. A layer having a low hardness of 2000 nm and a relative hardness with respect to the ceramic layer, and having an average carbon content of 5% or more in the layer, is also referred to as a stress relaxation layer.
ポリマー層の厚さの範囲としては、セラミック層の厚さに対し同等から10倍以下が好ましい。この範囲より低いと、フレキシブル性が低下し、基材を湾曲させた際に、バリア層にマイクロクラックが入り、バリア性が劣化してしまう。 The range of the thickness of the polymer layer is preferably equal to or less than 10 times the thickness of the ceramic layer. If it is lower than this range, the flexibility is lowered, and when the substrate is bent, micro-cracks enter the barrier layer and the barrier property deteriorates.
本発明で適用できる無機ポリマーは、無機骨格を主構造とし、かつ有機成分を含有する膜であり、有機金属化合物を重合したものも含む。 The inorganic polymer applicable in the present invention is a film having an inorganic skeleton as a main structure and containing an organic component, and includes a polymer obtained by polymerizing an organometallic compound.
これら無機ポリマーとしては、特に限定は無いが、例えば、シリコーンやポリシラザンなどのケイ素化合物や、チタン化合物、アルミニウム化合物、硼素化合物、燐化合物、錫化合物を用いることができる。 These inorganic polymers are not particularly limited, and for example, silicon compounds such as silicone and polysilazane, titanium compounds, aluminum compounds, boron compounds, phosphorus compounds, and tin compounds can be used.
本発明で用いることのできるケイ素化合物としては、特に限定はないが、好ましいものとして、テトラメチルシラン、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラメトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシラザン、1,1−ジメチル−1−シラシクロブタン、トリメチルビニルシラン、メトキシジメチルビニルシラン、トリメトキシビニルシラン、エチルトリメトキシシラン、ジメチルジビニルシラン、ジメチルエトキシエチニルシラン、ジアセトキシジメチルシラン、ジメトキシメチル−3,3,3−トリフルオロプロピルシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、アリールトリメトキシシラン、エトキシジメチルビニルシラン、アリールアミノトリメトキシシラン、N−メチル−N−トリメチルシリルアセトアミド、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、メチルトリビニルシラン、ジアセトキシメチルビニルシラン、メチルトリアセトキシシラン、アリールオキシジメチルビニルシラン、ジエチルビニルシラン、ブチルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、テトラビニルシラン、トリアセトキシビニルシラン、テトラアセトキシシラン、3−トリフルオロアセトキシプロピルトリメトキシシラン、ジアリールジメトキシシラン、ブチルジメトキシビニルシラン、トリメチル−3−ビニルチオプロピルシラン、フェニルトリメチルシラン、ジメトキシメチルフェニルシラン、フェニルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ジメチルイソペンチロキシビニルシラン、2−アリールオキシエチルチオメトキシトリメチルシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−アリールアミノプロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン、ジメチルエチキシフェニルシラン、ベンゾイロキシトリメチルシラン、3−メタクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、ジメチルエトキシ−3−グリシドキシプロピルシラン、ジブトキシジメチルシラン、3−ブチルアミノプロピルトリメチルシラン、3−ジメチルアミノプロピルジエトキシメチルシラン、2−(2−アミノエチルチオエチル)トリエトキシシラン、ビス(ブチルアミノ)ジメチルシラン、ジビニルメチルフェニルシラン、ジアセトキシメチルフェニルシラン、ジメチル−p−トリルビニルシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、ジエチルメチルフェニルシラン、ベンジルジメチルエトキシシラン、ジエトキシメチルフェニルシラン、デシルメチルジメトキシシラン、ジエトキシ−3−グリシドキシプロピルメチルシラン、オクチロキシトリメチルシラン、フェニルトリビニルシラン、テトラアリールオキシシラン、ドデシルトリメチルシラン、ジアリールメチルフェニルシラン、ジフェニルメチルビニルシラン、ジフェニルエトキシメチルシラン、ジアセトキシジフェニルシラン、ジベンジルジメチルシラン、ジアリールジフェニルシラン、オクタデシルトリメチルシラン、メチルオクタデシルジメチルシラン、ドコシルメチルジメチルシラン、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザン、1,4−ビス(ジメチルビニルシリル)ベンゼン、1,3−ビス(3−アセトキシプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3,5−トリメチル−1,3,5−トリビニルシクロトリシロキサン、1,3,5−トリス(3,3,3−トリフルオロプロピル)−1,3,5−トリメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7−テトラエトキシ−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等を挙げるこができる。 The silicon compound that can be used in the present invention is not particularly limited, but is preferably tetramethylsilane, trimethylmethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, trimethylethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methyltrimethyl. Ethoxysilane, tetramethoxysilane, tetramethoxysilane, hexamethyldisiloxane, hexamethyldisilazane, 1,1-dimethyl-1-silacyclobutane, trimethylvinylsilane, methoxydimethylvinylsilane, trimethoxyvinylsilane, ethyltrimethoxysilane, dimethyldi Vinylsilane, dimethylethoxyethynylsilane, diacetoxydimethylsilane, dimethoxymethyl-3,3,3-trifluoropropylsilane, 3,3,3-trifluoro Propyltrimethoxysilane, aryltrimethoxysilane, ethoxydimethylvinylsilane, arylaminotrimethoxysilane, N-methyl-N-trimethylsilylacetamide, 3-aminopropyltrimethoxysilane, methyltrivinylsilane, diacetoxymethylvinylsilane, methyltriacetoxysilane , Aryloxydimethylvinylsilane, diethylvinylsilane, butyltrimethoxysilane, 3-aminopropyldimethylethoxysilane, tetravinylsilane, triacetoxyvinylsilane, tetraacetoxysilane, 3-trifluoroacetoxypropyltrimethoxysilane, diaryldimethoxysilane, butyldimethoxyvinylsilane , Trimethyl-3-vinylthiopropylsilane, phenyltrimethylsilane Dimethoxymethylphenylsilane, phenyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyldimethoxymethylsilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, dimethylisopentyloxyvinylsilane, 2-aryloxyethylthiomethoxytrimethylsilane, 3-glycidoxypropyl Trimethoxysilane, 3-arylaminopropyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, heptadecafluorodecyltrimethoxysilane, dimethylethyphenylsilane, benzoyloxytrimethylsilane, 3-methacryloxypropyldimethoxymethylsilane, 3-methacryl Loxypropyltrimethoxysilane, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, dimethylethoxy-3-glycidoxypropylsilane, dibu Toxidimethylsilane, 3-butylaminopropyltrimethylsilane, 3-dimethylaminopropyldiethoxymethylsilane, 2- (2-aminoethylthioethyl) triethoxysilane, bis (butylamino) dimethylsilane, divinylmethylphenylsilane, di Acetoxymethylphenylsilane, dimethyl-p-tolylvinylsilane, p-styryltrimethoxysilane, diethylmethylphenylsilane, benzyldimethylethoxysilane, diethoxymethylphenylsilane, decylmethyldimethoxysilane, diethoxy-3-glycidoxypropylmethylsilane , Octyloxytrimethylsilane, phenyltrivinylsilane, tetraaryloxysilane, dodecyltrimethylsilane, diarylmethylphenylsilane, diphenylmethyl Nylsilane, diphenylethoxymethylsilane, diacetoxydiphenylsilane, dibenzyldimethylsilane, diaryldiphenylsilane, octadecyltrimethylsilane, methyloctadecyldimethylsilane, docosylmethyldimethylsilane, 1,3-divinyl-1,1,3,3- Tetramethyldisiloxane, 1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisilazane, 1,4-bis (dimethylvinylsilyl) benzene, 1,3-bis (3-acetoxypropyl) tetramethyldi Siloxane, 1,3,5-trimethyl-1,3,5-trivinylcyclotrisiloxane, 1,3,5-tris (3,3,3-trifluoropropyl) -1,3,5-trimethylcyclotri Siloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, 1, 3, 5 7-tetraethoxy-1,3,5,7-tetramethyl cyclotetrasiloxane, may this include decamethylcyclopentasiloxane, and the like.
また、有機ポリマーとしては、公知の重合性有機化合物を用いることができるが、その中でも、分子内にエチレン性不飽和結合を有する重合可能なエチレン性不飽和結合含有化合物が好ましく、また、一般的なラジカル重合性のモノマー類、光、熱、紫外線等により硬化する樹脂に一般的に用いられる分子内に付加重合可能なエチレン性二重結合を複数有する多官能モノマー類や多官能オリゴマー類を用いることができる。 As the organic polymer, known polymerizable organic compounds can be used, and among them, a polymerizable ethylenically unsaturated bond-containing compound having an ethylenically unsaturated bond in the molecule is preferable. Radically polymerizable monomers, polyfunctional monomers and polyfunctional oligomers having a plurality of addition-polymerizable ethylenic double bonds in a molecule generally used for resins curable by light, heat, ultraviolet rays, etc. be able to.
これらの重合可能なエチレン性二重結合含有化合物に特に限定は無いが、好ましいものとして、例えば、2−エチルヘキシルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、グリセロールアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ノニルフェノキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルオキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルオキシヘキサノリドアクリレート、1,3−ジオキサンアルコールのε−カプロラクトン付加物のアクリレート、1,3−ジオキソランアクリレート等の単官能アクリル酸エステル類、或いはこれらのアクリレートをメタクリレート、イタコネート、クロトネート、マレエートに代えたメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸エステル、例えば、エチレングリコールジアクリレート、トリエチレングルコールジアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート、ハイドロキノンジアクリレート、レゾルシンジアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールのジアクリレート、ネオペンチルグリコールアジペートのジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールのε−カプロラクトン付加物のジアクリレート、2−(2−ヒドロキシ−1,1−ジメチルエチル)−5−ヒドロキシメチル−5−エチル−1,3−ジオキサンジアクリレート、トリシクロデカンジメチロールアクリレート、トリシクロデカンジメチロールアクリレートのε−カプロラクトン付加物、1,6−ヘキサンジオールのジグリシジルエーテルのジアクリレート等の2官能アクリル酸エステル類、或いはこれらのアクリレートをメタクリレート、イタコネート、クロトネート、マレエートに代えたメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸エステル、例えばトリメチロールプロパントリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートのε−カプロラクトン付加物、ピロガロールトリアクリレート、プロピオン酸・ジペンタエリスリトールトリアクリレート、プロピオン酸・ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、ヒドロキシピバリルアルデヒド変性ジメチロールプロパントリアクリレート等の多官能アクリル酸エステル酸、或いはこれらのアクリレートをメタクリレート、イタコネート、クロトネート、マレエートに代えたメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸エステル等を挙げることができる。 These polymerizable ethylenic double bond-containing compounds are not particularly limited, but preferred examples include 2-ethylhexyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, glycerol acrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, phenoxyethyl acrylate, nonylphenoxy. Monofunctional acrylic acid esters such as ethyl acrylate, tetrahydrofurfuryloxyethyl acrylate, tetrahydrofurfuryloxyhexanolide acrylate, ε-caprolactone adduct of 1,3-dioxane alcohol, 1,3-dioxolane acrylate, or Methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, maleic acid, etc. in which these acrylates are replaced with methacrylate, itaconate, crotonate, and maleate. Tel, for example, ethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, pentaerythritol diacrylate, hydroquinone diacrylate, resorcin diacrylate, hexanediol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, tripropylene glycol diacrylate, hydroxypivalate neo Diacrylate of pentyl glycol, diacrylate of neopentyl glycol adipate, diacrylate of ε-caprolactone adduct of neopentyl glycol hydroxypivalate, 2- (2-hydroxy-1,1-dimethylethyl) -5-hydroxymethyl- 5-ethyl-1,3-dioxane diacrylate, tricyclodecane dimethylol acrylate, tricyclodecane dimethylo Difunctional acrylic acid esters such as ε-caprolactone adduct of diacrylate, diglycidyl ether diacrylate of 1,6-hexanediol, or methacrylic acid, itacon in which these acrylates are replaced with methacrylate, itaconate, crotonate, maleate Acids, crotonic acid, maleic esters such as trimethylolpropane triacrylate, ditrimethylolpropane tetraacrylate, trimethylolethane triacrylate, pentaerythritol triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, dipentaerythritol tetraacrylate, dipentaerythritol pentaacrylate, Dipentaerythritol hexaacrylate, ε-cap of dipentaerythritol hexaacrylate Lactone adducts, pyrogallol triacrylate, propionic acid / dipentaerythritol triacrylate, propionic acid / dipentaerythritol tetraacrylate, hydroxypivalylaldehyde-modified dimethylolpropane triacrylate and other polyfunctional acrylic acid esters, or these acrylates Examples thereof include methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, and maleic acid ester instead of methacrylate, itaconate, crotonate, and maleate.
また、プレポリマーも上記同様に使用することができる。プレポリマーは、1種又は2種以上を併用してもよいし、上述の単量体及び/又はオリゴマーと混合して用いてもよい。 Prepolymers can also be used as described above. A prepolymer may use together 1 type, or 2 or more types, and may mix and use the above-mentioned monomer and / or oligomer.
プレポリマーとしては、例えばアジピン酸、トリメリット酸、マレイン酸、フタル酸、テレフタル酸、ハイミック酸、マロン酸、こはく酸、グルタール酸、イタコン酸、ピロメリット酸、フマル酸、グルタール酸、ピメリン酸、セバシン酸、ドデカン酸、テトラヒドロフタル酸等の多塩基酸と、エチレングリコール、プロピレングルコール、ジエチレングリコール、プロピレンオキサイド、1,4−ブタンジオール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、1,6−ヘキサンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール等の多価のアルコールの結合で得られるポリエステルに(メタ)アクリル酸を導入したポリエステルアクリレート類、例えば、ビスフェノールA・エピクロルヒドリン・(メタ)アクリル酸、フェノールノボラック・エピクロルヒドリン・(メタ)アクリル酸のようにエポキシ樹脂に(メタ)アクリル酸を導入したエポキシアクリレート類、例えば、エチレングリコール・アジピン酸・トリレンジイソシアネート・2−ヒドロキシエチルアクリレート、ポリエチレングリコール・トリレンジイソシアネート・2−ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルフタリルメタクリレート・キシレンジイソシアネート、1,2−ポリブタジエングリコール・トリレンジイソシアネート・2−ヒドロキシエチルアクリレート、トリメチロールプロパン・プロピレングリコール・トリレンジイソシアネート・2−ヒドロキシエチルアクリレートのように、ウレタン樹脂に(メタ)アクリル酸を導入したウレタンアクリレート、例えば、ポリシロキサンアクリレート、ポリシロキサン・ジイソシアネート・2−ヒドロキシエチルアクリレート等のシリコーン樹脂アクリレート類、その他、油変性アルキッド樹脂に(メタ)アクリロイル基を導入したアルキッド変性アクリレート類、スピラン樹脂アクリレート類等のプレポリマーが挙げられる。 Examples of prepolymers include adipic acid, trimellitic acid, maleic acid, phthalic acid, terephthalic acid, hymic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, itaconic acid, pyromellitic acid, fumaric acid, glutaric acid, pimelic acid, Polybasic acids such as sebacic acid, dodecanoic acid, tetrahydrophthalic acid, and ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, propylene oxide, 1,4-butanediol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, glycerin, trimethylol Polyester obtained by introducing (meth) acrylic acid into a polyester obtained by combining polyhydric alcohols such as propane, pentaerythritol, sorbitol, 1,6-hexanediol, 1,2,6-hexanetriol Chlorates such as bisphenol A, epichlorohydrin, (meth) acrylic acid, and epoxy acrylates in which (meth) acrylic acid is introduced into an epoxy resin such as phenol novolac, epichlorohydrin, (meth) acrylic acid, such as ethylene glycol, adipine Acid / tolylene diisocyanate / 2-hydroxyethyl acrylate, polyethylene glycol / tolylene diisocyanate / 2-hydroxyethyl acrylate, hydroxyethylphthalyl methacrylate / xylene diisocyanate, 1,2-polybutadiene glycol / tolylene diisocyanate / 2-hydroxyethyl acrylate , Trimethylolpropane, propylene glycol, tolylene diisocyanate, 2-hydroxyethyl acrylate In addition, urethane acrylates in which (meth) acrylic acid is introduced into urethane resin, for example, silicone resin acrylates such as polysiloxane acrylate, polysiloxane diisocyanate, 2-hydroxyethyl acrylate, etc., and (meth) acryloyl in oil-modified alkyd resins Examples thereof include prepolymers such as alkyd-modified acrylates having introduced groups and spirane resin acrylates.
また、本発明に係るポリマー層に適用可能な有機ポリマーとしては、薄膜形成性ガスとしてプラズマ重合可能な有機物を用いることでも容易に形成できる。プラズマ重合可能な有機物としては、炭化水素、ビニル化合物、含ハロゲン化合物、含窒素化合物を挙げることが出来る。 In addition, the organic polymer applicable to the polymer layer according to the present invention can be easily formed by using an organic substance capable of plasma polymerization as the thin film forming gas. Examples of the plasma-polymerizable organic substance include hydrocarbons, vinyl compounds, halogen-containing compounds, and nitrogen-containing compounds.
炭化水素としては、例えば、エタン、エチレン、メタン、アセチレン、シクロヘキサン、ベンゼン、キシレン、フェニルアセチレン、ナフタレン、プロピレン、カンフォー、メントール、トルエン、イソブチレン等を挙げることができる。 Examples of the hydrocarbon include ethane, ethylene, methane, acetylene, cyclohexane, benzene, xylene, phenylacetylene, naphthalene, propylene, camphor, menthol, toluene, isobutylene, and the like.
ビニル化合物としては、例えば、アクリル酸、メチルアクリレート、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、アリルメタクリレート、アクリルアミド、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルピリジン、酢酸ビニル、ビニルメチルエーテル等を挙げることが出来る。 Examples of the vinyl compound include acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, methyl methacrylate, allyl methacrylate, acrylamide, styrene, α-methyl styrene, vinyl pyridine, vinyl acetate, vinyl methyl ether, and the like.
含ハロゲン化合物としては、四フッ化メタン、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、フロロアルキルメタクリレート等を挙げることが出来る。 Examples of halogen-containing compounds include tetrafluoromethane, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and fluoroalkyl methacrylate.
含窒素化合物としては、例えば、ピリジン、アリルアミン、ブチルアミン、アクリロニトリル、アセトニトリル、ベンゾニトリル、メタクリロニトリル、アミノベンゼン等を挙げることが出来る。 Examples of the nitrogen-containing compound include pyridine, allylamine, butylamine, acrylonitrile, acetonitrile, benzonitrile, methacrylonitrile, aminobenzene and the like.
一般に、ポリマー層の形成としては、一般的に蒸着、スパッタリング,CVD法(化学蒸着)、プラズマCVD法、大気圧または大気圧近傍の圧力下において実施されるプラズマCVD法等のドライプロセスで形成することができるが、セラミック層の形成と同様、本発明のガスバリアフィルムの製造方法においてはポリマー層の形成は特に、上記のような原料ガスと放電ガスとを使用した大気圧プラズマCVD法を用いることが好ましい。 In general, the polymer layer is formed by a dry process such as vapor deposition, sputtering, CVD (chemical vapor deposition), plasma CVD, or plasma CVD performed under atmospheric pressure or near atmospheric pressure. However, as with the formation of the ceramic layer, in the gas barrier film manufacturing method of the present invention, the formation of the polymer layer is particularly performed by the atmospheric pressure plasma CVD method using the source gas and the discharge gas as described above. Is preferred.
ここで、セラミック層形成時の基材の表面温度と、ポリマー層の形成中の基材の表面温度は近い方が良く、その差は50℃以下が好ましい。 Here, the surface temperature of the base material at the time of forming the ceramic layer and the surface temperature of the base material during the formation of the polymer layer are preferably close, and the difference is preferably 50 ° C. or less.
なお、大気圧プラズマCVD法については後で詳しく説明する。 The atmospheric pressure plasma CVD method will be described in detail later.
次ぎに本発明のガスバリアフィルムで用いられる基材について説明する。 Next, the base material used in the gas barrier film of the present invention will be described.
基材は、前述したセラミック層及びポリマー層を保持することができる有機材料で形成された膜であれば特に限定されるものではないが、ガラス転移温度が120℃以上であることが好ましい。 Although a base material will not be specifically limited if it is a film | membrane formed with the organic material which can hold | maintain the ceramic layer and polymer layer mentioned above, It is preferable that a glass transition temperature is 120 degreeC or more.
具体的には、共重合体等のポリオレフィン(PO)樹脂、環状ポリオレフィン等の非晶質ポリオレフィン樹脂(APO)、ポリエチレン2,6−ナフタレート(PEN)等のポリエステル系樹脂、共重合ナイロン等のポリアミド系(PA)樹脂、ポリイミド(PI)樹脂、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂、ポリサルホン(PS)樹脂、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリアリレート(PAR)樹脂、エチレン−四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、三フッ化塩化エチレン(PFA)、四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(FEP)、フッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニル(PVF)、パーフルオロエチレン−パーフロロプロピレン−パーフロロビニルエーテル−共重合体(EPA)等のフッ素系樹脂等を用いることができる。
Specifically, polyolefin (PO) resin such as copolymer, amorphous polyolefin resin (APO) such as cyclic polyolefin, polyester resin such as
また、上記に挙げた樹脂以外にも、ラジカル反応性不飽和化合物を有するアクリレート化合物によりなる樹脂組成物や、上記アクリルレート化合物とチオール基を有するメルカプト化合物よりなる樹脂組成物、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート等のオリゴマーを多官能アクリレートモノマーに溶解せしめた樹脂組成物等の光硬化性樹脂およびこれらの混合物等を用いることも可能である。さらに、これらの樹脂の1または2種以上をラミネート、コーティング等の手段によって積層させたものを基材フィルムとして用いることも可能である。 In addition to the resins listed above, a resin composition comprising an acrylate compound having a radical-reactive unsaturated compound, a resin composition comprising an acrylate compound and a mercapto compound having a thiol group, epoxy acrylate, urethane acrylate It is also possible to use a photocurable resin such as a resin composition in which an oligomer such as polyester acrylate or polyether acrylate is dissolved in a polyfunctional acrylate monomer, and a mixture thereof. Furthermore, it is also possible to use what laminated | stacked 1 or 2 or more types of these resin by means, such as a lamination and a coating, as a base film.
これらの素材は単独であるいは適宜混合されて使用することも出来る。中でもゼオネックスやゼオノア(日本ゼオン(株)製)、非晶質シクロポリオレフィン樹脂フィルムのARTON(ジェイエスアール(株)製)、ポリカーボネートフィルムのピュアエース(帝人(株)製)、などの市販品を好ましく使用することが出来る。 These materials can be used alone or in combination as appropriate. Among these, commercially available products such as ZEONEX and ZEONOR (manufactured by ZEON CORPORATION), ARTON of amorphous cyclopolyolefin resin film (manufactured by JSR), and pure ace of polycarbonate film (manufactured by Teijin Limited) are preferred Can be used.
基材は透明であることが好ましく、基材が透明であり基材上に形成する層も透明であることにより、透明なガスバリアフィルムとすることで、有機EL素子等の透明基材とすることも可能となる。 The base material is preferably transparent, and the base material is transparent, and the layer formed on the base material is also transparent, so that it is a transparent gas barrier film, thereby forming a transparent base material such as an organic EL element. Is also possible.
また、上記に挙げた樹脂等を用いた基材は、未延伸フィルムでもよく、延伸フィルムでもよい。 In addition, the base material using the above-described resins or the like may be an unstretched film or a stretched film.
本発明に係る基材は、従来公知の一般的な方法により製造することが可能である。例えば、材料となる樹脂を押し出し機により溶融し、環状ダイやTダイにより押し出して急冷することにより、実質的に無定形で配向していない未延伸の基材を製造することができる。また、未延伸の基材を一軸延伸、テンター式逐次二軸延伸、テンター式同時二軸延伸、チューブラー式同時二軸延伸などの公知の方法により、基材の流れ(縦軸)方向、または基材の流れ方向と直角(横軸)方向に延伸することにより延伸基材を製造することができる。この場合の延伸倍率は、基材の原料となる樹脂に合わせて適宜選択することできるが、縦軸方向および横軸方向にそれぞれ2〜10倍が好ましい。 The base material according to the present invention can be produced by a conventionally known general method. For example, an unstretched substrate that is substantially amorphous and not oriented can be produced by melting a resin as a material with an extruder, extruding it with an annular die or a T-die, and quenching. In addition, the unstretched base material is subjected to a known method such as uniaxial stretching, tenter-type sequential biaxial stretching, tenter-type simultaneous biaxial stretching, tubular-type simultaneous biaxial stretching, or the flow direction of the base material (vertical axis), or A stretched substrate can be produced by stretching in the direction perpendicular to the flow direction of the substrate (horizontal axis). The draw ratio in this case can be appropriately selected according to the resin as the raw material of the substrate, but is preferably 2 to 10 times in the vertical axis direction and the horizontal axis direction.
基材は、毎葉のシート状でもウエブ状でも良いが、本発明においてはセラミック層とポリマー層を後述する大気圧プラズマCVD法で形成することにより、RolltoRollでの生産が可能になることからウエブをロール状に巻き上げられた長尺品が好適に用いられる。 The base material may be in the form of a sheet or a web, but in the present invention, since the ceramic layer and the polymer layer are formed by the atmospheric pressure plasma CVD method described later, production on RolltoRoll becomes possible. A long product rolled up into a roll is preferably used.
また、基材の厚さは、得られるガスバリアフィルムの用途によって異なるので一概には規定できないが、フィルム形状のものの膜厚としては10〜200μmが好ましく、より好ましくは50〜100μmである。 Moreover, since the thickness of a base material changes with use of the gas barrier film obtained, and cannot unconditionally define it, as a film thickness of a film-shaped thing, 10-200 micrometers is preferable, More preferably, it is 50-100 micrometers.
図2は、本発明のガスバリアフィルムの製造方法の第1の形態の1例を示す概略図である。 FIG. 2 is a schematic view showing an example of the first embodiment of the method for producing a gas barrier film of the present invention.
図2において、第1の形態である放電空間の外で薄膜を形成するジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置10は、基材Fを薄膜を形成する処理空間14に搬送する搬送手段101と、プラズマによりガスを励起するプラズマ放電処理手段102と、2つの高周波電源を有する電界印加手段103と、少なくとも薄膜形成ガスと放電ガスの混合ガスを供給するガス供給手段104と、基材の表面温度を所定の温度に調節する基材の温度調節手段105と、を有している。
In FIG. 2, a jet-type atmospheric pressure plasma
プラズマ放電処理の際の基材の温度によっては、得られる薄膜の物性や組成等が変化することがあり、基材の温度を所定の温度に処理空間14の全面にわたり均一にすることが望ましく、このため、基材の幅手方向及び長手方向の温度ムラが出来るだけ生じないように温度調節された基材の温度調節手段に密接させながら搬送されることが好ましい。
Depending on the temperature of the substrate during the plasma discharge treatment, the properties and composition of the resulting thin film may change, and it is desirable to make the temperature of the substrate uniform over the entire surface of the
搬送手段101は搬送ローラ1011を有し、基材Fは搬送ローラ1011により、基材Fの幅手方向、及び厚さ方向の位置決めと温度調節を行う基材の保持部材1051に密接しながら搬送される。
The
ここで、基材Fが毎葉のシート状をしているような場合には、搬送手段は温度調節された水平に移動する架台(不図示)でも良く、プラズマ放電処理手段102の第1電極11及び第2電極12と所定の間隙をもって基材を密接した状態で載置して水平移動する。この場合は、第1電極11及び第2電極12の前記架台との対向面はフラットな面となっている。
Here, when the base material F is in the form of a sheet of each leaf, the conveying means may be a temperature-adjusted horizontally moving stand (not shown), and the first electrode of the plasma discharge processing means 102 may be used. The substrate is placed in close contact with the
基材Fが連続したウエブ状をしているような場合には、基材の保持部材1051の基材Fとの対向面は、基材との密接を保つために所定の曲率を持つことが好ましい。
When the base material F has a continuous web shape, the surface of the base
シート搬送の場合いは上述したように第1電極11及び第2電極12の基材の保持部材1051との対向面はフラットな面となっているが、ウエブ搬送の場合は放電を均一にするため第1電極11及び第2電極12の基材の保持部材1051との対向面も基材の保持部材1051の曲率に応じた曲率を有していることが好ましい。
In the case of sheet conveyance, the surfaces of the
ここで、曲率は半径50〜2000mm、好ましくは半径100〜1000mmの円弧を有している。 Here, the curvature has an arc having a radius of 50 to 2000 mm, preferably a radius of 100 to 1000 mm.
図2を参照して基材の表面温度の調整について説明する。 The adjustment of the surface temperature of the substrate will be described with reference to FIG.
薄膜形成中の基材表面温度を150℃以上で基材の溶融温度未満とする(実施に当たっては使用する基材の溶融温度によりこの範囲から選択する)基材の温度調節手段105は、基材の保持部材1051に内装・固定されて基材の保持部材1051を加熱或いは冷却する基材の温度調節部材1052と、基材の温度調節部材1052に蒸留水またはシリコン油等の絶縁性液体の温度調節媒体1053を供給する温度調節媒体供給手段1054である送液ポンプP及び配管と、温度調節媒体1053を加熱・冷却する媒体温度調節手段1055と、非接触の赤外線センサ等よりなりプラズマ放電処理手段102の下流に配設され基材Fの表面温度を測定する温度検出部材1057とを有している。
The temperature control means 105 of the substrate is set so that the substrate surface temperature during the formation of the thin film is 150 ° C. or higher and lower than the melting temperature of the substrate (in practice, selected from this range depending on the melting temperature of the substrate used) The
上述した構成による基材の表面温度の調整方法について説明すると、先ず、図示しない制御手段により温度検出部材1057が層の形成中に基材表面温度を測定される。
The method for adjusting the surface temperature of the base material having the above-described configuration will be described. First, the
測定された基材表面温度は前記制御手段に入力され、測定された基材表面温度と基材表面温度を150℃〜基材の溶融温度未満とする予め設定された基準温度と比較され、比較値に応じて前記制御手段により媒体温度調節手段1055の加熱部材或いは冷却部材(不図示)がON/OFFされて、温度調節媒体1053を基材表面温度が150℃〜基材の溶融温度未満とする温度に調整される。 The measured substrate surface temperature is input to the control means, and the measured substrate surface temperature is compared with a reference temperature set in advance so that the substrate surface temperature is 150 ° C. to less than the melting temperature of the substrate. Depending on the value, the heating means or cooling member (not shown) of the medium temperature adjusting means 1055 is turned ON / OFF by the control means, and the temperature adjusting medium 1053 has a substrate surface temperature of 150 ° C. to less than the melting temperature of the substrate. The temperature is adjusted to
ここで温度が低すぎると層の緻密性が不十分となり高すぎると基材が変形・溶融或いは劣化してしまう。 Here, if the temperature is too low, the denseness of the layer is insufficient, and if it is too high, the substrate is deformed, melted or deteriorated.
従って、実際の温度の設定においては基材が変形・溶融或いは劣化しない範囲で高い温度に調整する。 Accordingly, in setting the actual temperature, the temperature is adjusted to a high temperature within a range where the substrate does not deform, melt or deteriorate.
なお、基材Fの表面温度の測定は、基材の表面温度の代わりに、基材保持部材1051の温度を検出する熱伝対等の温度検出部材1056により測定しても良い。
The surface temperature of the base material F may be measured by a
具体的には、媒体温度調節手段1055により温度調節された温度調節媒体1053が送液ポンプPと配管により基材の温度調節部材1052に流入することにより、基材の温度調節部材1052を介して温度保持部材1051の温度が変化し、温度保持部材1051に密接して搬送される基材Fの表面温度を150℃〜基材の溶融温度未満となるように加熱或いは冷却しようとするものであります。
Specifically, the temperature adjusting medium 1053 temperature-adjusted by the medium temperature adjusting means 1055 flows into the substrate
なお、基材の温度調節手段105は温度調節媒体供給手段1054である配管の一部を、第1電極11及び第2電極12に接続して温度調節媒体1053を分流することにより第1電極11及び第2電極12の温度調節をすることも可能となる。
The temperature adjusting means 105 of the base material connects the
なお、基材の内部温度は表面温度より低くなるように設定される。 The internal temperature of the substrate is set to be lower than the surface temperature.
プラズマ放電処理装置10は、第1電極11と第2電極12から構成されている対向電極を有しており、該対向電極間に、第1電極11からは第1電源21からの周波数ω1、電界強度V1、電流I1の第1の高周波電界が印加され、また第2電極12からは第2電源22からの周波数ω2、電界強度V2、電流I2の第2の高周波電界が印加されるようになっている。
The plasma
ここで、前記第1の高周波電界の周波数ω1より前記第2の高周波電界の周波数ω2が高く、前記第1の高周波電界の強さV1前記第2の高周波電界の強さV2および放電開始電界の強さIVとの関係が、V1≧IV>V2、または、V1>IV≧V2を満たし、前記第2の高周波電界の出力密度が1W/cm2以上となっている。 Here, the first high-frequency electric field higher frequency ω2 of the second high-frequency electric field than the frequency ω1 of the strength V 2 and the discharge start of the first high frequency electric field intensity V 1 and the second high-frequency electric field The relationship with the electric field strength IV satisfies V 1 ≧ IV> V 2 or V 1 > IV ≧ V 2, and the output density of the second high-frequency electric field is 1 W / cm 2 or more.
また、上述した本発明の大気圧プラズマCVD放電処理装置に利用可能な第1電源(高周波電源)としては、
印加電源記号 メーカー 周波数 製品名
A1 神鋼電機 3kHz SPG3−4500
A2 神鋼電機 5kHz SPG5−4500
A3 春日電機 15kHz AGI−023
A4 神鋼電機 50kHz SPG50−4500
A5 ハイデン研究所 100kHz* PHF−6k
A6 パール工業 200kHz CF−2000−200k
A7 パール工業 400kHz CF−2000−400k
等の市販のものを挙げることが出来、何れも使用することが出来る。
In addition, as a first power source (high frequency power source) that can be used in the above-described atmospheric pressure plasma CVD discharge processing apparatus of the present invention,
Applied power symbol Manufacturer Frequency Product name A1 Shinko Electric 3kHz SPG3-4500
A2 Shinko Electric 5kHz SPG5-4500
A3 Kasuga Electric 15kHz AGI-023
A4 Shinko Electric 50kHz SPG50-4500
A5 HEIDEN Research Laboratories 100kHz * PHF-6k
A6 Pearl Industry 200kHz CF-2000-200k
A7 Pearl Industry 400kHz CF-2000-400k
And the like, and any of them can be used.
また、第2電源(高周波電源)としては、
印加電源記号 メーカー 周波数 製品名
B1 パール工業 800kHz CF−2000−800k
B2 パール工業 2MHz CF−2000−2M
B3 パール工業 13.56MHz CF−5000−13M
B4 パール工業 27MHz CF−2000−27M
B5 パール工業 150MHz CF−2000−150M
等の市販のものを挙げることが出来、何れも好ましく使用出来る。
As the second power source (high frequency power source),
Applied power supply symbol Manufacturer Frequency Product name B1 Pearl Industry 800kHz CF-2000-800k
B2 Pearl Industry 2MHz CF-2000-2M
B3 Pearl Industry 13.56MHz CF-5000-13M
B4 Pearl Industry 27MHz CF-2000-27M
B5 Pearl Industry 150MHz CF-2000-150M
And the like, and any of them can be preferably used.
なお、上記電源のうち、*印はハイデン研究所インパルス高周波電源(連続モードで100kHz)である。それ以外は連続サイン波のみ印加可能な高周波電源である。 Of the above power supplies, * indicates a HEIDEN Laboratory impulse high-frequency power supply (100 kHz in continuous mode). Other than that, it is a high-frequency power source that can apply only a continuous sine wave.
本発明においては、このような電界を印加して、均一で安定な放電状態を保つことが出来る電極を大気圧プラズマ放電処理装置に採用することが好ましい。 In the present invention, it is preferable to employ an electrode capable of maintaining a uniform and stable discharge state by applying such an electric field in an atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus.
本発明において、対向する電極間に印加する電力は、第2電極(第2の高周波電界)に1W/cm2以上の電力(出力密度)を供給し、放電ガスを励起してプラズマを発生させ、薄膜を形成する。第2電極に供給する電力の上限値としては、好ましくは50W/cm2、より好ましくは20W/cm2である。下限値は、好ましくは1.2W/cm2である。なお、放電面積(cm2)は、電極において放電が起こる範囲の面積のことを指す。 In the present invention, the electric power applied between the electrodes facing each other supplies power (power density) of 1 W / cm 2 or more to the second electrode (second high-frequency electric field) to excite the discharge gas to generate plasma. A thin film is formed. The upper limit value of the power supplied to the second electrode is preferably 50 W / cm 2 , more preferably 20 W / cm 2 . The lower limit is preferably 1.2 W / cm 2 . The discharge area (cm 2 ) refers to an area in a range where discharge occurs in the electrode.
また、第1電極(第1の高周波電界)にも、1W/cm2以上の電力(出力密度)を供給することにより、第2の高周波電界の均一性を維持したまま、出力密度を向上させることが出来る。これにより、更なる均一高密度プラズマを生成出来、更なる製膜速度の向上と膜質の向上が両立出来る。好ましくは5W/cm2以上である。第1電極に供給する電力の上限値は、好ましくは50W/cm2である。 Further, by supplying power (output density) of 1 W / cm 2 or more to the first electrode (first high frequency electric field), the output density is improved while maintaining the uniformity of the second high frequency electric field. I can do it. Thereby, a further uniform high-density plasma can be generated, and a further improvement in film forming speed and an improvement in film quality can be achieved. Preferably it is 5 W / cm 2 or more. The upper limit value of the power supplied to the first electrode is preferably 50 W / cm 2 .
ここで高周波電界の波形としては、特に限定されない。連続モードと呼ばれる連続サイン波状の連続発振モードと、パルスモードと呼ばれるON/OFFを断続的に行う断続発振モード等があり、そのどちらを採用してもよいが、少なくとも第2電極側(第2の高周波電界)は連続サイン波の方がより緻密で良質な膜が得られるので好ましい。 Here, the waveform of the high-frequency electric field is not particularly limited. There are a continuous sine wave continuous oscillation mode called a continuous mode, an intermittent oscillation mode called ON / OFF intermittently called a pulse mode, and either of them may be adopted, but at least the second electrode side (second The high-frequency electric field is preferably a continuous sine wave because a denser and better quality film can be obtained.
また、第1電極11と第1電源21との間には、第1フィルタ23が設置されており、第1電源21から第1電極11への電流を通過しやすくし、第2電源22からの電流をアースして、第2電源22から第1電源21への電流が通過しにくくなるように設計されており、第2電極12と第2電源22との間には、第2フィルター24が設置されており、第2電源22から第2電極への電流を通過しやすくし、第1電源21からの電流をアースして、第1電源21から第2電源への電流を通過しにくくするように設計されている。
In addition, a
第1電極11と第2電極12との対向電極間(放電空間)13に、ガス供給手段104から前述したセラミック層或いはポリマー層の薄膜形成ガス及び放電ガスの混合ガスGを導入し、第1電極11と第2電極12から高周波電界を印加して放電を発生させ、混合ガスGをプラズマ状態にしながら対向電極の下側(紙面下側)にジェット状に吹き出させて、非放電空間である対向電極下面と基材Fとで作る処理空間14をプラズマ状態のガスG°で満たし、図示してない基材の元巻き(アンワインダー)から巻きほぐされて搬送して来るか、あるいは前工程から搬送して来る基材Fの上に、処理空間14で薄膜を形成させる。
The mixed gas G of the ceramic layer or polymer layer thin film forming gas and the discharge gas described above is introduced from the gas supply means 104 between the counter electrodes (discharge space) 13 between the
上述したような放電に耐えるため少なくとも一方の電極表面には後述する誘電体が被覆されている。 In order to withstand the above-described discharge, at least one electrode surface is coated with a dielectric described later.
図3は、ジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置10を基材搬送方向に複数配設した場合の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram when a plurality of jet-type atmospheric pressure plasma
各大気圧プラズマ放電処理装置A1、A2、A3は、図2で説明したと同様なプラズマ放電処理手段102と、電界印加手段103と、ガス供給手段104と、基材の温度調節手段105とを有している。 Each atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus A1, A2, A3 includes a plasma discharge treatment means 102, an electric field application means 103, a gas supply means 104, and a substrate temperature adjustment means 105 similar to those described in FIG. Have.
このような構成により例えば、複数の大気圧プラズマ放電処理装置に同じガスを供給して同時に同じプラズマ状態のガスを放電させること、また、異なるガスを供給して同時に異なるプラズマ状態のガスを放電させることが可能で、前者の場合は高い生産性で所定の厚さの薄膜を形成することが可能となり、後者の場合は異なる機能の薄膜を高い生産性で形成することが可能となる。 With such a configuration, for example, the same gas is supplied to a plurality of atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatuses to discharge the gas in the same plasma state at the same time, or different gases are supplied to discharge the gas in different plasma states at the same time. In the former case, a thin film having a predetermined thickness can be formed with high productivity. In the latter case, thin films having different functions can be formed with high productivity.
また両者を組み合わせることにより任意の異なる機能の薄膜をそれぞれ所定の厚さに高生産性をもって形成することが可能となる。 In addition, by combining the two, it is possible to form thin films having arbitrary different functions at a predetermined thickness with high productivity.
例えば、複数のセラミック層とポリマー層を連続して形成するようにした1例としては、基材F上にセラミック層を形成する第1のジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置A1と、セラミック層上にポリマー層を形成する第2のジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置A2と、ポリマー層上にセラミック層を形成する第3のジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置A3とを有している。 For example, as an example in which a plurality of ceramic layers and a polymer layer are continuously formed, a first jet type atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus A1 that forms a ceramic layer on a substrate F, a ceramic layer, and the like. A second jet type atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus A2 that forms a polymer layer thereon; and a third jet type atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus A3 that forms a ceramic layer on the polymer layer. .
ここで、第1のジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置A1と第3のジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置A3とは、前述したセラミック層を構成する材料としての無機酸化物の、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ等を供給する。 Here, the first jet type atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus A1 and the third jet type atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus A3 are silicon oxides of inorganic oxide as a material constituting the ceramic layer described above. Aluminum oxide, silicon oxynitride, aluminum oxynitride, magnesium oxide, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, and the like are supplied.
また、第2のジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置A2は、前述した無機ポリマー層を構成する材料としての、シリコーンやポリシラザンなどのケイ素化合物や、チタン化合物、アルミニウム化合物、硼素化合物、燐化合物、錫化合物を供給する。 In addition, the second jet type atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus A2 includes a silicon compound such as silicone or polysilazane, a titanium compound, an aluminum compound, a boron compound, a phosphorus compound as a material constituting the inorganic polymer layer described above. Supply tin compounds.
なお、図ではジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置A1〜A3はそれぞれ1式のプラズマ放電処理装置を備えているが、必要な層の厚さに応じて複数式設けても良い。 In the figure, each of the jet-type atmospheric pressure plasma discharge processing apparatuses A1 to A3 includes one set of plasma discharge processing apparatuses, but a plurality of types may be provided depending on the required layer thickness.
また、ジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置10を多数設けて、多層構成をしたガスバリアフィルムを製造可能にしても良く、その一部のジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置10に酸化性のガスを供給して、形成した薄膜の表面を酸化処理するようにしても良い。
Further, a large number of jet-type atmospheric pressure plasma
このようなガスバリアフィルム製造方法により、所定の膜厚のセラミック層及びポリマー層を、必要な層数、安定して高品質且つ高生産性で製造することが可能となる。 By such a gas barrier film manufacturing method, it becomes possible to stably manufacture a ceramic layer and a polymer layer having a predetermined film thickness with the required number of layers with high quality and high productivity.
図4はジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置を用いた他の形態の例の説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of another embodiment using a jet type atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus.
放電ガスを放電開始電界強度が低い水素ガス等を用いる場合は、大気圧プラズマ放電処理装置は2の電極のうち例えば第1電極11をアースし、第2電極12に上述した第2電源22を接続するようにしても良い。
In the case of using hydrogen gas or the like whose discharge start electric field intensity is low as the discharge gas, the atmospheric pressure plasma discharge processing apparatus grounds, for example, the
図5は、本発明のガスバリアフィルムの製造方法の第2の形態の1例を示す概略図である。 FIG. 5 is a schematic view showing an example of the second embodiment of the method for producing a gas barrier film of the present invention.
第2の形態である放電空間内で薄膜を形成する大気圧プラズマ放電処理装置20は、図2の第2電極12(放電電極機能)及び基材の保持部材1051の機能(基材の位置決め及び前記基材の温度調節機能)を兼ね備えた回転可能なロール形状のロール回転電極35と、図2の第1電極11に相当するロール回転電極35の外周面と所定の距離を離間して同心円上に配列した角筒型固定電極群36とを有する大気圧プラズマ放電処理手段30を有し、
基材Fをロール回転電極35外周に沿わせて密接した状態でロール回転電極35と角筒型固定電極群36との対向領域の放電空間32に搬送し、図2で説明したと同様なセラミック層或いはポリマー層を形成する薄膜形成ガスと放電ガスの混合ガスGを供給するガス供給手段104により放電空間32に混合ガスGを供給し、図2で説明したと同様な2つの高周波電源を有する電界印加手段10(角筒型固定電極群36に接続された第1の電源21及びロール回転電極35に接続された第2の電源22)により両電極間に高周波電界を印加しプラズマを発生させて混合ガスGを励起し、励起した混合ガスに基材Fを晒し、基材上に薄膜を形成させようとするもので、
基材の表面温度を所定の温度に調節する基材の温度調節手段105を有し、基材の温度調節手段105は図2の説明と同様にして薄膜形成中の基材表面温度を150℃〜基材の溶融温度未満としている。
The atmospheric pressure plasma
The substrate F is conveyed in close contact with the outer periphery of the
A substrate temperature adjusting means 105 for adjusting the surface temperature of the substrate to a predetermined temperature is provided, and the substrate temperature adjusting means 105 has a substrate surface temperature of 150 ° C. during the formation of a thin film in the same manner as described in FIG. ~ Below the melting temperature of the substrate.
図2の搬送ローラ1011に相当するガイドロール64、67により基材Fはロール回転電極35に密接しながら搬送される。
The substrate F is conveyed in close contact with the
ここで、ロール回転電極35と角筒型固定電極群36の間隙は図2で説明したと同様に0.2〜2mm好ましくは0.5〜1.5mmである。
Here, the gap between the
放電処理済みの処理排ガスG′は排気口53より排出する。
Discharged treated exhaust gas G ′ is discharged from the
ロール回転電極35と角筒型固定電極群36との両方から図2で説明したと同様にそれぞれ異なる周波数の電界をかけ、放電空間32で異なる周波数が重畳された高周波電界による放電プラズマを発生させる。
As described with reference to FIG. 2, electric fields having different frequencies are applied from both the
具体的には、角筒型固定電極群(第2電極)36には第2電源22、ロール回転電極35には第1電源21がそれぞれ接続され、ロール回転電極35と角筒型固定電極群36との間の放電空間32に、異なる2種の周波数を重畳された高周波電界が印加される。
Specifically, the
ロール回転電極35は図示しない駆動手段により基材の搬送速度と同外周速で回転駆動されると共に、第1電源21から周波数ω1、電界強度V1、電流I1の第1の高周波電界をかけるようになっている。
The
また角筒型固定電極群36には第2電源22から周波数ω2、電界強度V2、電流I2の第2の高周波電界をかけるようになっている。
Further, a second high frequency electric field having a frequency ω 2 , an electric field strength V 2 , and a current I 2 is applied to the square tube type fixed
そして、窒素等の放電ガスに対して低電圧で安定して放電が開始し、放電開始後も薄膜形成ガス等を安定して励起できるように、各電源の出力の関係は、ω1<ω2、及び、V1≧VI>V2またはV1>VI≧V2の関係を有し、第1の高周波電界の電流I1は、好ましくは0.3mA/cm2〜20mA/cm2、さらに好ましくは1.0mA/cm2〜20mA/cm2である。また、第2の高周波電界の電流I2は、好ましくは10mA/cm2〜100mA/cm2、さらに好ましくは20mA/cm2〜100mA/cm2で、前記第2の高周波電界の出力密度が1W/cm2以上となっている。
The relationship between the outputs of the power sources is ω1 <ω2, so that the discharge starts stably at a low voltage with respect to the discharge gas such as nitrogen, and the thin film forming gas can be stably excited even after the discharge starts. And V1 ≧ VI> V2 or V1> VI ≧ V2, and the current I 1 of the first high-frequency electric field is preferably 0.3 mA /
基材の温度調節手段105について説明すると、ロール回転電極35に内装・固定されてロール回転電極35を加熱或いは冷却する基材の温度調節部材1052と、基材の温度調節部材1052に蒸留水またはシリコン油等の絶縁性液体の温度調節媒体1053を供給する温度調節媒体供給手段1054である送液ポンプP及び配管と、温度調節媒体1053を加熱・冷却する媒体温度調節手段1055と、非接触の赤外線センサ等よりなり下流側のガイドロール67の下流に配設され基材Fの表面温度を測定する温度検出部材1057とを有している。
The base material temperature control means 105 will be described. A base material
図2の図番と同一なもの等については上述した以外、図2で説明した構成・作用と同様なので説明を省略する。 2 are the same as the configuration and operation described in FIG. 2 except for those described above, and thus the description thereof is omitted.
図6は、大気圧プラズマ放電処理装置20を基材搬送方向に複数配設した場合の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram when a plurality of atmospheric pressure plasma
各大気圧プラズマ放電処理装置B1、B2、B3は、図5で説明したと同様な放電処理手段30と、電界印加手段10と、ガス供給手段104と、基材の温度調節手段105とを有している。 Each atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus B1, B2, B3 has a discharge treatment means 30, an electric field application means 10, a gas supply means 104, and a substrate temperature adjustment means 105 similar to those explained in FIG. is doing.
このような構成により例えば、複数の大気圧プラズマ放電処理装置に同じガスを供給して同時に同じプラズマ状態のガスを放電させること、また、異なるガスを供給して同時に異なるプラズマ状態のガスを放電させることが可能で、前者の場合は高い生産性で所定の厚さの薄膜を形成することが可能となり、後者の場合は異なる機能の薄膜を高い生産性で形成することが可能となる。 With such a configuration, for example, the same gas is supplied to a plurality of atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatuses to discharge the gas in the same plasma state at the same time, or different gases are supplied to discharge the gas in different plasma states at the same time. In the former case, a thin film having a predetermined thickness can be formed with high productivity. In the latter case, thin films having different functions can be formed with high productivity.
また両者を組み合わせることにより任意の異なる機能の薄膜をそれぞれ所定の厚さに高生産性をもって形成することが可能となる。 In addition, by combining the two, it is possible to form thin films having arbitrary different functions at a predetermined thickness with high productivity.
例えば、複数のセラミック層とポリマー層を連続して形成するようにした1例としては、基材F上にセラミック層を形成する第1の大気圧プラズマ放電処理装置B1と、セラミック層上にポリマー層を形成する第2の大気圧プラズマ放電処理装置B2と、ポリマー層上にセラミック層を形成する第3の大気圧プラズマ放電処理装置B3とを有している。 For example, as an example in which a plurality of ceramic layers and a polymer layer are continuously formed, a first atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus B1 that forms a ceramic layer on the substrate F and a polymer on the ceramic layer are used. A second atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus B2 that forms a layer; and a third atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus B3 that forms a ceramic layer on the polymer layer.
ここで、第1の大気圧プラズマ放電処理装置B1と第3の大気圧プラズマ放電処理装置B3とは、前述したセラミック層を構成する材料としての無機酸化物の、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ等を供給する。 Here, the first atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus B1 and the third atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus B3 are silicon oxide, aluminum oxide, oxynitridation of inorganic oxide as a material constituting the ceramic layer described above. Silicon, aluminum oxynitride, magnesium oxide, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, and the like are supplied.
また、第2の大気圧プラズマ放電処理装置B2は、前述した無機ポリマー層を構成する材料としての、シリコーンやポリシラザンなどのケイ素化合物や、チタン化合物、アルミニウム化合物、硼素化合物、燐化合物、錫化合物を供給する。 The second atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus B2 uses a silicon compound such as silicone or polysilazane, a titanium compound, an aluminum compound, a boron compound, a phosphorus compound, or a tin compound as a material constituting the inorganic polymer layer. Supply.
なお、図では大気圧プラズマ放電処理装置B1〜B3はそれぞれ1式のプラズマ放電処理手段等を備えているが、必要な層の厚さに応じて複数式設けても良い。 In the figure, each of the atmospheric pressure plasma discharge processing apparatuses B1 to B3 includes one set of plasma discharge processing means and the like, but a plurality of sets may be provided depending on the required layer thickness.
また、大気圧プラズマ放電処理装置20を多数設けて、多層構成をしたガスバリアフィルムを製造可能にしても良く、その一部のジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置10に酸化性のガスを供給して、形成した薄膜の表面を酸化処理するようにしても良い。
In addition, a large number of atmospheric pressure plasma
このようなガスバリアフィルム製造方法により、所定の膜厚のセラミック層及びポリマー層を、必要な層数、安定して高品質且つ高生産性で製造することが可能となる。 By such a gas barrier film manufacturing method, it becomes possible to stably manufacture a ceramic layer and a polymer layer having a predetermined film thickness with the required number of layers with high quality and high productivity.
図7は、放電空間内で薄膜を形成する大気圧プラズマ放電処理装置の他の形態の説明図である。 FIG. 7 is an explanatory view of another embodiment of an atmospheric pressure plasma discharge processing apparatus for forming a thin film in the discharge space.
放電ガスを放電開始電界強度が低い希ガス等を用いる場合は、大気圧プラズマ放電処理手段30は2の電極のうち例えばロール回転電極35をアースし、角筒型固定電極群36に上述した第2電源22を接続するようにしても良い。
When a rare gas or the like having a low discharge start electric field strength is used as the discharge gas, the atmospheric pressure plasma discharge processing means 30 grounds, for example, the
図8は、電極の金属質母材とその上に被覆されている誘電体の構造の一例を示す斜視図である。 FIG. 8 is a perspective view showing an example of the structure of the metal base material of the electrode and the dielectric material coated thereon.
図8は上述した、図2の第1電極11と第2電極12と図5の角筒型固定電極群36等の概念を示したもので、図8(a)の電極35a(例えば第1電極11或いは第2電極12或いは角筒型固定電極群36等に相当)は、導電性の金属質母材35Aに対し、誘電体35Bが被覆されたものである。
FIG. 8 shows the concept of the
そして、金属質母材35Aに接続されたケーブル(不図示)が高周波電源(不図示)に接続されている。
A cable (not shown) connected to the
なお、図2において第1電極11と第2電極12の少なくともいずれかの少なくとも対向面に誘電体35Bが被覆されており、図3において角筒型固定電極群36とロール回転電極35の少なくともいずれかの少なくとも対向面に誘電体35Bが被覆されている。
2, at least one of the
そして、プラズマ放電処理中(薄膜形成中)の基材の表面温度を調節するため、電極35aの内部がジャケットとなり温度調節用の媒体(蒸留水もしくはシリコンオイル等)が循環され、所定温度に表面温度を調節されている。
図8(b)は上述したロール回転電極35等の概念を示したもので、電極36a(例えばロール回転電極35等に相当)は、必要に応じ導電性の金属質母材36Aに対し、誘電体36Bが被覆される。
In order to adjust the surface temperature of the substrate during plasma discharge treatment (during thin film formation), the inside of the
FIG. 8B shows the concept of the above-described
そして、回転する電極36aに高周波電力を給電するための通電手段36Dである電機子が電極36aの軸部36C設けられ、電機子に高周波電源(不図示)に接続されたブラシ36Eが摺接して給電を可能としている。
An armature as energizing means 36D for supplying high-frequency power to the
また、軸部36Cには図5の温度調節媒体供給手段1054から基材の温度調節部材1052に温度調節用の媒体を供給するジョイント(不図示)が設けられている。
Further, the
図8において、導電性の金属質母材35A及び36Aとしては、チタン金属またはチタン合金、銀、白金、ステンレススティール、アルミニウム、鉄等の金属等や、鉄とセラミックスとの複合材料またはアルミニウムとセラミックスとの複合材料を挙げることが出来るが、チタン金属またはチタン合金が特に好ましい。
In FIG. 8, as the conductive
また、金属質母材35A及び36Aの表面に被覆した誘電体35B及び36Bは、誘電体としてのセラミックスを溶射後、無機化合物の封孔材料を用いて封孔処理したものである。
Further, the
誘電体35B及び36Bは片肉で1mm程度被覆されていればよく、溶射に用いるセラミックス材としては、アルミナ・窒化珪素等が好ましく用いられるが、この中でもアルミナが加工し易いので、特に好ましく用いられる。また、誘電体層が、ライニングにより無機材料を設けたライニング処理誘電体であってもよい。
The
更に詳細に説明すると、
誘電体を被覆する電極においては、様々な金属質母材と誘電体との間に特性が合うものが好ましく、その一つの特性として、金属質母材と誘電体との線熱膨張係数の差が10×10-6/℃以下となる組み合わせのものである。好ましくは8×10-6/℃以下、更に好ましくは5×10-6/℃以下、更に好ましくは2×10-6/℃以下である。なお、線熱膨張係数とは、周知の材料特有の物性値である。
In more detail,
In the electrode covering the dielectric, it is preferable that the characteristics match between the various metallic base materials and the dielectric. One of the characteristics is a difference in linear thermal expansion coefficient between the metallic base material and the dielectric. Is a combination of 10 × 10 −6 / ° C. or less. It is preferably 8 × 10 −6 / ° C. or less, more preferably 5 × 10 −6 / ° C. or less, and further preferably 2 × 10 −6 / ° C. or less. The linear thermal expansion coefficient is a well-known physical property value of a material.
線熱膨張係数の差が、この範囲にある導電性の金属質母材と誘電体との組み合わせとしては、金属質母材が純チタンまたはチタン合金で、誘電体がセラミックス溶射被膜が特に好ましく、他に、金属質母材が純チタンまたはチタン合金で、誘電体がガラスライニング、金属質母材がセラミックスおよび鉄の複合材料で、誘電体がセラミックス溶射被膜、金属質母材がセラミックスおよび鉄の複合材料で、誘電体がガラスライニング、金属質母材がセラミックスおよびアルミの複合材料で、誘電体がセラミックス溶射皮膜、金属質母材がセラミックスおよびアルミの複合材料で、誘電体がガラスライニング、等があり、
使用中の電極の劣化、特にひび割れ、剥がれ、脱落等がなく、過酷な条件での長時間の使用に耐えることが出来る。
As a combination of a conductive metallic base material and a dielectric having a difference in linear thermal expansion coefficient within this range, the metallic base material is pure titanium or a titanium alloy, and the dielectric is particularly preferably a ceramic sprayed coating, In addition, the metallic base material is pure titanium or a titanium alloy, the dielectric is glass lining, the metallic base material is a composite material of ceramics and iron, the dielectric is a ceramic spray coating, and the metallic base material is ceramics and iron. Composite material, dielectric is glass lining, metallic matrix is ceramic and aluminum composite, dielectric is ceramic sprayed coating, metallic matrix is ceramic and aluminum composite, dielectric is glass lining, etc. There is
There is no deterioration of the electrode during use, especially cracking, peeling, dropping off, etc., and it can withstand long-term use under severe conditions.
放電に係る対向する電極間距離は、電極の一方に誘電体を設けた場合、該誘電体表面ともう一方の電極の導電性の金属質母材表面との最短距離のことを言い、また、双方の電極に誘電体を設けた場合、誘電体表面同士の距離の最短距離のことを言う。 The distance between the opposing electrodes related to the discharge refers to the shortest distance between the surface of the dielectric and the surface of the conductive metallic base material of the other electrode when a dielectric is provided on one of the electrodes, When a dielectric is provided on both electrodes, it means the shortest distance between the dielectric surfaces.
電極間距離は、導電性の金属質母材に設けた誘電体の厚さ、印加電界強度の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して決定されるが、いずれの場合も均一な放電を行う観点から第1電極11と第2電極12との間隙は0.2〜2mm好ましくは0.5〜1.5mmが良く、角筒型固定電極群36と基材の保持部材1051との対向面の間隙は0.2〜2mm好ましくは0.5〜1.5mmが良い。
The distance between the electrodes is determined in consideration of the thickness of the dielectric provided on the conductive metallic base material, the magnitude of the applied electric field strength, the purpose of using the plasma, etc. The gap between the
図9は、ガスバリアフィルム上に有機EL表示素子が形成された有機EL表示装置の一例を示す断面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of an organic EL display device in which an organic EL display element is formed on a gas barrier film.
以下に本発明のガスバリアフィルムを用いた表示装置(表示パネル)の1例として、ガスバリアフィルム1上に表示手段である有機EL表示素子320が形成された有機EL表示装置300について説明する。
As an example of a display device (display panel) using the gas barrier film of the present invention, an organic
有機EL表示装置300は、ガスバリアフィルム1と有機EL表示素子320と対向するガスバリアフィルム330(ガスバリアフィルム1)と、シール材310とを有している。
The organic
図1で説明したバリアフィルム1上には複数の陽極(アノード)321が互いに平行して設けられている。所望の電極物質、例えば陽極用物質からなる薄膜を、1μm以下、好ましくは10nm〜200nmの範囲の膜厚になるように、蒸着やスパッタリングなどの方法により形成させ、陽極(アノード)321を作製する。有機EL表示素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物、具体例としてはAuなどの金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、インジウムジンクオキシド(IZO)、SnO2、ZnOなどの導電性透明材料が用いられる。 A plurality of anodes (anodes) 321 are provided in parallel to each other on the barrier film 1 described in FIG. A thin film made of a desired electrode material, for example, an anode material is formed by a method such as vapor deposition or sputtering so as to have a film thickness of 1 μm or less, preferably in the range of 10 nm to 200 nm, and an anode (anode) 321 is manufactured. . As an anode in an organic EL display element, a metal, an alloy, an electrically conductive compound and a mixture thereof having a large work function (4 eV or more), such as a metal such as Au, CuI, indium tin oxide (ITO), indium zinc A conductive transparent material such as oxide (IZO), SnO 2 , or ZnO is used.
次に、この上に有機EL層322を形成する。即ち、ここで図示していないが、正孔注入層、発光層、電子注入層等の前記各材料からなる有機EL層薄膜を形成させる。
Next, the
次いで、上記有機EL層322上には、陰極(カソード)333を、蒸着やスパッタリングなどの方法により薄膜を形成させることにより作製する。なお、発光を透過させるためには、有機EL表示素子の陽極又は陰極のいずれか一方が透明又は半透明であれば発光効率が向上し好都合である。
Next, a cathode (cathode) 333 is formed on the
有機EL層322の各層の作製方法としては、スピンコート法、キャスト法、蒸着法などがあるが、均質な膜が得られやすく、かつピンホールが生成しにくいなどの点から、真空蒸着法が好ましい。薄膜化に、真空蒸着法を採用する場合、その蒸着条件は、使用する化合物の種類、分子堆積膜の目的とする結晶構造、会合構造などにより異なるが、一般にボート加熱温度50〜450℃、真空度10-6〜10-3Pa、蒸着速度0.01〜50nm/秒、基材温度−50〜300℃、膜厚5nm〜5μmの範囲で適宜選ぶことが望ましい。
As a method for manufacturing each layer of the
これらの層の形成後、その上に陰極用物質からなる薄膜を、1μm以下好ましくは50〜200nmの範囲の膜厚になるように、例えば蒸着やスパッタリングなどの方法により形成させ、陰極を設けることにより、所望の有機EL表示素子320が得られる。
After forming these layers, a thin film made of a cathode material is formed thereon by a method such as vapor deposition or sputtering so as to have a film thickness of 1 μm or less, preferably in the range of 50 to 200 nm, and a cathode is provided. Thus, a desired organic
この有機EL表示素子320の積層体の作製は、一回の真空引きで一貫して正孔注入層から陰極まで作製するのが好ましいが、作製順序を逆にして、陰極、電子注入層、発光層、正孔注入層、陽極の順に作製することも可能である。このようにして得られた有機EL表示素子320に、直流電圧を印加する場合には、陽極を+、陰極を−の極性として電圧5〜40V程度を印加すると、発光が観測できる。また、逆の極性で電圧を印加しても電流は流れずに発光は全く生じない。さらに、交流電圧を印加する場合には、陽極が+、陰極が−の状態になったときのみ発光する。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
The organic
陰極(カソード)333の上面には、対向するガスバリアフィルム330(ガスバリアフィルム1でも良い)が重ねられ、これにより有機EL表示素子320は外部から遮断・封止される。
On the upper surface of the cathode (cathode) 333, an opposing gas barrier film 330 (or the gas barrier film 1 may be stacked) is overlaid, whereby the organic
外部からの遮断・封止は、有機EL表示素子320の周辺部に塗布法や転写法等によって設けられたほぼ枠状のシール材310を介してガスバリアフィルム1と対向するガスバリアフィルム330とが互いに貼り合わされることで行われる。
For the blocking / sealing from the outside, the
シール材2は、熱硬化型エポキシ系樹脂、紫外線硬化型エポキシ系樹脂、または反応開始剤をマイクロカプセル化して加圧することにより反応が開始する常温硬化型エポキシ系樹脂等からなっている。この場合、シール材2の所定の箇所には空気逃げ用開口部等を設け(図省略)封止を完全にする。空気逃げ用開口部は、真空装置内において減圧雰囲気(真空度1.33×10-2MPa以下が好ましい)或いは窒素ガスまたは不活性ガス雰囲気中において、上記硬化型エポキシ系樹脂のいずれか、或いは紫外線硬化型樹脂等で封止される。
The sealing
なお、シール材310は、透明電極及びアルミニウム陰極の一部を端子及びリード線として取り出せる構造になっている必要がある。図9においても、基材上に設けられた陽極(アノード)321、又、これらの陽極と有機EL層322を挟んでその上に形成された陰極用物質の薄膜パターンからなる陰極323から、封止された密閉容器からシール材を通して外部に導通をとるための端子及びリード線が形成されこれが取り出せる構造となっている(不図示)。
The sealing
以上、表示手段として有機EL表示素子を用いた場合について説明したがガスバリアフィルムにより封止する表示手段は、例えば公知の光励起デバイスでも良く、光励起デバイスを用いた白色発光パネルとすることもできる。 As described above, the case where the organic EL display element is used as the display unit has been described. However, the display unit sealed with the gas barrier film may be, for example, a known photoexcitation device, or a white light emitting panel using the photoexcitation device.
図5を参照して説明したロール回転電極型放電処理装置を用いて下記の条件で大気圧プラズマ放電処理を実施しサンプルを作成し水蒸気透過度及び酸素透過度を測定しガスバリア性の評価を行った。 An atmospheric pressure plasma discharge treatment was performed under the following conditions using the roll rotating electrode type discharge treatment apparatus described with reference to FIG. 5 to prepare a sample, and the water vapor permeability and oxygen permeability were measured to evaluate the gas barrier property. It was.
なお、誘電体は対向電極共に片肉で1mmのセラミック溶射加工を行い、加工後の電極間隙を1mmとした。 The dielectric was subjected to ceramic spraying of 1 mm with a single wall for both the counter electrodes, and the electrode gap after processing was set to 1 mm.
また、ロール回転電極はチタンジャケット仕様で、放電中はジャケットに保温液を流して電極温度の調整を行い基材表面温度を下表の如く調整した。 In addition, the roll rotating electrode was a titanium jacket specification, and during discharge, the temperature of the substrate was adjusted as shown in the following table by adjusting the electrode temperature by flowing a heat retaining liquid through the jacket.
基材 :PES(ポリエーテルスルホン)、厚さ100μm
セラミック層
放電ガス :N2ガス
反応ガス :酸素ガス(全ガスに対し5%)
薄膜形成ガス:HMDSO(全ガスに対し0.1%)
第1電源 :80kHz、7kV、10W/cm2
第2電源 :13.56MHz、2kV、10W/cm2
ポリマー層
放電ガス :N2ガス
反応ガス :メタンガス(全ガスに対し1%)
薄膜形成ガス:メタクリル酸メチル(全ガスに対し0.6%)
第1電源 :80kHz、7kV、10W/cm2
第2電源 :13.56MHz、2kV、10W/cm2
上記の条件で、第1層目としてポリマー層を約100nm形成し、第2層目にセラミック層を50nm形成し、以下交互にポリマー層とセラミック層を第5層目まで形成し、下表の評価を行った。
Base material: PES (polyether sulfone), thickness 100 μm
Ceramic layer Discharge gas: N 2 gas Reaction gas: Oxygen gas (5% of the total gas)
Thin film forming gas: HMDSO (0.1% of total gas)
First power supply: 80 kHz, 7 kV, 10 W / cm 2
Second power supply: 13.56 MHz, 2 kV, 10 W / cm 2
Polymer layer Discharge gas: N 2 gas Reaction gas: Methane gas (1% of total gas)
Thin film forming gas: Methyl methacrylate (0.6% of total gas)
First power supply: 80 kHz, 7 kV, 10 W / cm 2
Second power supply: 13.56 MHz, 2 kV, 10 W / cm 2
Under the above conditions, a polymer layer of about 100 nm is formed as the first layer, a ceramic layer of 50 nm is formed in the second layer, and then a polymer layer and a ceramic layer are alternately formed up to the fifth layer. Evaluation was performed.
各単位は下記の通り
ロール回転電極と基材表面温度:℃、水蒸気透過度:g/m2/day、酸素透過度:ml/m2/day
以上により基材表面温度が140℃と160℃の間、即ち約150℃を境にして水蒸気透過度及び酸素透過度が大幅に減少して、目的の水蒸気透過度で10-5g/m2/dayオーダー、又酸素透過度で10-4ml/m2/dayオーダーのバリア性を有する透明なガスバリアフィルムの提供が可能となることが確認できた。
Each unit is as follows: Roll rotating electrode and substrate surface temperature: ° C., water vapor permeability: g / m 2 / day, oxygen permeability: ml / m 2 / day
As a result, the substrate surface temperature is between 140 ° C. and 160 ° C., that is, about 150 ° C., the water vapor transmission rate and oxygen transmission rate are greatly reduced, and the target water vapor transmission rate is 10 −5 g / m 2. It has been confirmed that it is possible to provide a transparent gas barrier film having a barrier property of the order of / day or oxygen permeability of 10 −4 ml / m 2 / day.
1 ガスバリアフィルム
2、F 基材
3 セラミック層
4 ポリマーを含む層
10 ジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置
11 第1電極
12 第2電極
13、32 放電空間
14 処理空間
21 第1電源
22 第2電源
30、102 プラズマ放電処理手段
35 ロール回転電極
35a、36a 電極
35A、36A 金属質母材
35B、36B 誘電体
36 角筒型固定電極群
103 電界印加手段
104 ガス供給手段
105 基材の温度調節手段
1051 基材の保持部材
1052 温度調節部材
1053 温度調節媒体
1054 温度調節媒体供給手段
1055 媒体温度調節手段
1057 温度検出部材
G 混合ガス
G°プラズマ状態のガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
前記セラミック層及び前記ポリマー層の少なくとも1層は、放電空間に薄膜形成ガスを含むガスを供給し、大気圧もしくはその近傍の圧力下で前記放電空間に高周波電界を印加することにより前記ガスを励起し、励起した前記ガスに前記基材を晒すことにより形成され、
前記高周波電界は、第1の高周波電界および第2の高周波電界を重畳したものであり、前記第1の高周波電界の周波数ω1より前記第2の高周波電界の周波数ω2が高く、前記第1の高周波電界の強さV1と前記第2の高周波電界の強さV2と放電開始電界の強さIVとの関係が、V1≧IV>V2、または、V1>IV≧V2を満たし、前記第2の高周波電界の出力密度が1W/cm2以上であり、前記セラミック層及び前記ポリマー層の形成中の基材表面温度を150℃〜基材の溶融温度未満とすることを特徴とする機能性フィルムの製造方法。 In a method for producing a functional film having at least two ceramic layers and at least one polymer layer located therebetween on a substrate,
At least one of the ceramic layer and the polymer layer supplies a gas containing a thin film forming gas to the discharge space, and excites the gas by applying a high-frequency electric field to the discharge space under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof. Formed by exposing the substrate to the excited gas,
The high-frequency electric field is a superposition of the first high-frequency electric field and the second high-frequency electric field, and the frequency ω2 of the second high-frequency electric field is higher than the frequency ω1 of the first high-frequency electric field, and the first high-frequency electric field is The relationship between the electric field strength V 1 , the second high frequency electric field strength V 2 and the discharge starting electric field strength IV satisfies V 1 ≧ IV> V 2 or V 1 > IV ≧ V 2 . The output density of the second high-frequency electric field is 1 W / cm 2 or more, and the substrate surface temperature during the formation of the ceramic layer and the polymer layer is 150 ° C. to less than the melting temperature of the substrate. A method for producing a functional film.
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JP2008056967A (en) * | 2006-08-30 | 2008-03-13 | Konica Minolta Holdings Inc | Gas barrier property resin base material, and organic electroluminescence device |
JP2010229478A (en) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Film deposition device |
JP2016040829A (en) * | 2010-12-15 | 2016-03-24 | 東ソー株式会社 | Carbon-containing silicon oxide film, sealing film and use thereof |
JP2016054027A (en) * | 2014-09-02 | 2016-04-14 | 日本放送協会 | Organic electroluminescent element |
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