JP2009101548A - バリアフィルムおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】酸化珪素膜をバリア層に用いた透明性、バリア性に優れたバリアフィルム、およびこのバリアフィルムを効率的に製造可能な製造方法を提供する。
【解決手段】プラスチック基材１の片面または両面に、酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）をバリア層２として積層してなるバリアフィルムにおいて、前記バリア層２が少なくとも２層以上の酸化珪素膜で構成されており、前記酸化珪素膜１層あたりの膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記２層以上の酸化珪素膜で構成されているバリア層２の膜厚が２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、前記バリア層２中の炭素原子の割合が１０at％以下であり、前記バリア層２をプラズマＣＶＤ法を用いて形成し、前記バリア層を形成するための原料ガスとして分子内に炭素を有するシラン化合物を用いる。
【選択図】図１
【解決手段】プラスチック基材１の片面または両面に、酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）をバリア層２として積層してなるバリアフィルムにおいて、前記バリア層２が少なくとも２層以上の酸化珪素膜で構成されており、前記酸化珪素膜１層あたりの膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記２層以上の酸化珪素膜で構成されているバリア層２の膜厚が２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、前記バリア層２中の炭素原子の割合が１０at％以下であり、前記バリア層２をプラズマＣＶＤ法を用いて形成し、前記バリア層を形成するための原料ガスとして分子内に炭素を有するシラン化合物を用いる。
【選択図】図１
Description
本発明は、とくに液晶素子（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ）等に代表されるフラットパネルディスプレイに用いることが可能な透明なバリアフィルムおよびその製造方法に関するものである。
従来より、プラスチック基板やフィルムの表面に酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素等の金属酸化物の薄膜を形成したガスバリア性フィルムは、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、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）基板等で使用されている。特に液晶表示素子ＥＬ素子などへの応用が進んでいる透明基材には、近年、軽量化、大型化という要求に加え、長期信頼性や形状の自由度が高いこと、曲面表示が可能であること等の高度な要求が加わり、重くて割れやすく大面積化が困難なガラス基板に代わって透明プラスチック等のフィルム基材が採用され始めている。また、プラスチックフィルムは上記要求に応えるだけでなく、ロールツーロール方式が可能であることからガラスよりも生産性が良くコストダウンの点でも有利である。
また、前記自己発光体である有機ＥＬディスプレイは、低消費電力、高い応答速度、高視野角等の多くの利点から、ブラウン管や液晶ディスプレイに変わるフラットパネルディスプレイとして注目されている。
この有機ＥＬ素子は、一般に透明基板上に陽極層、有機発光層、陰極層を積層し、有機ＥＬ素子が形成されている。そして、前記両電極間に電圧を印可することにより有機発光層が発光するのである。また、有機ＥＬ素子は、その構造からも薄型化、軽量化が可能であり、フレキシブルディスプレイへの応用の期待も高いディスプレイである。
また、前記自己発光体である有機ＥＬディスプレイは、低消費電力、高い応答速度、高視野角等の多くの利点から、ブラウン管や液晶ディスプレイに変わるフラットパネルディスプレイとして注目されている。
この有機ＥＬ素子は、一般に透明基板上に陽極層、有機発光層、陰極層を積層し、有機ＥＬ素子が形成されている。そして、前記両電極間に電圧を印可することにより有機発光層が発光するのである。また、有機ＥＬ素子は、その構造からも薄型化、軽量化が可能であり、フレキシブルディスプレイへの応用の期待も高いディスプレイである。
しかしながら、透明プラスチック等のフィルム基材はガラスに対しガスバリア性が劣るという問題がある。ガスバリア性が劣る基材を用いると、水蒸気や空気が浸透し、例えば液晶セル内の液晶を劣化させ、表示欠陥となって表示品位を劣化させてしまう。また、有機ＥＬ素子は、酸素や水分に弱い、特に、水分に非常に弱いことが知られている。そのため、有機ＥＬ素子は、大気中に暴露した状態で放置すると、酸素、水蒸気が、有機ＥＬ素子内への進入し、劣化が引き起こされることが知られている。特に、陰極層に用いられる仕事関数の低いアルカリ金属、またはアルカリ土類金属から構成されているため、水分により酸化されやすく、この陰極層が酸化されることにより、電子の注入が阻害され、ダークスポットと呼ばれる非発光領域が発生し時間の経過と共に拡大する。このため現状では、有機ＥＬ素子は、基板にガラス上を用い、この基板上に必要な素子が形成され、乾燥剤、封止管を用いて封止して構造となっている。
フレキシブルディスプレイとするためには、基板をフレキシブル性、透明性を有するプラスチック基材を用いるのが一般的である。このプラスチック基材は、基材単体では、水、酸素のバリア性に乏しく、有機ＥＬ素子の陰極層を保護のするために必要な水蒸気バリア性を確保することは困難である。この様な問題を解決するためにフィルム基板上に金属酸化物薄膜を形成してガスバリア性フィルム基材とすることが知られている。
有機ＥＬ素子の陰極層を保護のするために必要な水蒸気バリア性は、1×10-6g/m2/dayともいわれており、フレキシブル有機ELディスプレイを実現するためにはプラスチック基材へのバリア層の付与が不可欠である（特許文献１、非特許文献１参照)。
また、このバリア層としては、主に透明性の高い珪素、アルミニウムなどの酸化物や窒化物があげられる。このバリア層を形成する手段としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などが挙げられる。
さらに、前記バリア層は、ディスプレイ作製時におこる種々の工程中での、耐熱性、耐薬品性、耐アルカリ性、耐酸性等が要求され、かつ、様々な環境下での高いバリア性を維持することが要求される。
有機ＥＬ素子の陰極層を保護のするために必要な水蒸気バリア性は、1×10-6g/m2/dayともいわれており、フレキシブル有機ELディスプレイを実現するためにはプラスチック基材へのバリア層の付与が不可欠である（特許文献１、非特許文献１参照)。
また、このバリア層としては、主に透明性の高い珪素、アルミニウムなどの酸化物や窒化物があげられる。このバリア層を形成する手段としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などが挙げられる。
さらに、前記バリア層は、ディスプレイ作製時におこる種々の工程中での、耐熱性、耐薬品性、耐アルカリ性、耐酸性等が要求され、かつ、様々な環境下での高いバリア性を維持することが要求される。
前記バリア層を形成する材料として、酸化珪素膜が広く用いられており、バリア膜としてさまざまな組成、形成手法が検討され、バリアフィルムとして、食品包装分野では実用化されている（特許文献２参照）。
しかしながら、酸化珪素膜は、バリア性を向上させようとすると着色してしまい、また、透明性を向上しようとすると十分なバリア性が得られない問題があった。
しかしながら、酸化珪素膜は、バリア性を向上させようとすると着色してしまい、また、透明性を向上しようとすると十分なバリア性が得られない問題があった。
一方、近年高品質な酸化珪素膜を形成する手法として、PECVD法も挙げられる。しかし、バリア性の高い高品質な膜を得るためには、原料として、特ガス指定のシラン(SiH4)を用いなければならなかった。また、膜形成において、成膜温度が高温であり、プラスチック基材への応用が難しかった。
また、前記課題を改善し、有機シラン化合物を用いたPECVD法による酸化珪素膜も検討されているが、有機ＥＬ素子に用いるのに十分な物性を有するバリア基材は得られていない（非特許文献２）。
特開２００１−１１８６７４号公報
特開平０７-１６４５９１号公報
PIONEER R&D Vol.11 No.3「有機フィルムディスプレイの開発」
「Novel Transparent Gas Barrier Film Prepared by PECVD Method, 43rd Annual Technical Conference Proceedings, Society of Vacuum Coater, 1,(2000)
また、前記課題を改善し、有機シラン化合物を用いたPECVD法による酸化珪素膜も検討されているが、有機ＥＬ素子に用いるのに十分な物性を有するバリア基材は得られていない（非特許文献２）。
本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、酸化珪素膜をバリア層に用いた透明性、バリア性に優れたバリアフィルム、およびこのバリアフィルムを効率的に製造可能な製造方法を提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、プラスチック基材の片面または両面に、酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）をバリア層として積層してなるバリアフィルムにおいて、
前記バリア層が少なくとも２層以上の酸化珪素膜で構成されており、
前記酸化珪素膜１層あたりの膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記２層以上の酸化珪素膜で構成されているバリア層の膜厚が２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記バリア層中の炭素原子の割合が１０at％以下である、
ことを特徴とするバリアフィルムである。
前記バリア層が少なくとも２層以上の酸化珪素膜で構成されており、
前記酸化珪素膜１層あたりの膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記２層以上の酸化珪素膜で構成されているバリア層の膜厚が２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記バリア層中の炭素原子の割合が１０at％以下である、
ことを特徴とするバリアフィルムである。
請求項２に記載の発明は、前記２層以上の酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）で構成されているバリア層のｘの値が１．９以上２．１以下の範囲内にあり、比抵抗値が１０１２Ωｃｍ以上であり、絶縁破壊電圧が１ＭＶ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のバリアフィルムである。
請求項３に記載の発明は、前記バリア層の屈折率が１．４５以上１．４８以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１または２記載のバリアフィルムである。
請求項４に記載の発明は、プラスチック基材の片面または両面に、酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）をバリア層として積層してなるバリアフィルムの製造方法において、
前記バリア層が少なくとも２層以上の酸化珪素膜で構成されており、
前記酸化珪素膜１層あたりの膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記２層以上の酸化珪素膜で構成されているバリア層の膜厚が２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記バリア層中の炭素原子の割合が１０at％以下であり、
前記バリア層はプラズマＣＶＤ法を用いて形成されたものであり、
前記バリア層を形成するための原料ガスとして分子内に炭素を有するシラン化合物を用いている、
ことを特徴とするバリアフィルムの製造方法である。
前記バリア層が少なくとも２層以上の酸化珪素膜で構成されており、
前記酸化珪素膜１層あたりの膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記２層以上の酸化珪素膜で構成されているバリア層の膜厚が２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記バリア層中の炭素原子の割合が１０at％以下であり、
前記バリア層はプラズマＣＶＤ法を用いて形成されたものであり、
前記バリア層を形成するための原料ガスとして分子内に炭素を有するシラン化合物を用いている、
ことを特徴とするバリアフィルムの製造方法である。
請求項５に記載の発明は、前記２層以上の酸化珪素膜が同一雰囲気下において外気に曝されることなく形成されることを特徴とする請求項４に記載のバリアフィルムの製造方法である。
本発明では、バリア層が少なくとも２層以上の酸化珪素膜で構成されており、酸化珪素膜１層あたりの膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるので、重ね合わせの効果により単層で発生した欠陥をカバーし、緻密で水蒸気や酸素などが通りやすいピンホールの少ない膜を得ることが可能となった。また、バリア層の総膜厚が２０〜２００ｎｍであることで、酸化珪素膜自体の応力によるクラックの発生が抑えられ、高いバリア性を保つことが可能である。
また、２層以上の酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）で構成されているバリア層のｘの値が１．９以上２．１以下の範囲内にあれば、透明性がさらに優れることになる。また、比抵抗値が１０１２Ωｃｍ以上であり、絶縁破壊電圧が１ＭＶ／ｃｍ以上であることにより、酸化珪素膜中に、ダングリングボンドや、欠陥の少ない緻密な膜となり、高いバリア性を得ることが可能である。
さらに、バリア層の屈折率が１．４５以上１．４８以下の範囲内にあれば、ガラスに非常に近い組成であり、透明性が高く、内部欠陥が少なく、膜密度が高く、ダングリングボンドも少なく高いバリア性が維持される。
また、分子内に炭素を有するシラン化合物を出発原料に用い、プラズマCVD法によりバリア層を形成したので、炭素の混入を防ぎSｉO2に近い、透明でバリア性の高いバリアフィルムの製造が可能となった。
以下本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のバリアフィルムの一例を説明する断面図である。
図１において、本発明のバリアフィルムは、基材１として透明プラスチック材料を用い、この基材１上に、例えば、プラズマCVD法による２層以上の酸化珪素膜からなるバリア層２が成膜形成されている。
図１は、本発明のバリアフィルムの一例を説明する断面図である。
図１において、本発明のバリアフィルムは、基材１として透明プラスチック材料を用い、この基材１上に、例えば、プラズマCVD法による２層以上の酸化珪素膜からなるバリア層２が成膜形成されている。
本発明に用いられる基材１は、バリア層の透明性を生かすために透明なフィルムが好ましい。
具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート(PEN)などのポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム(PC)、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリアリレートフィルム、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンフィルム、環状シクロオレフィンを含むシクロオレフィンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリアミドフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリアクリルニトリルフィルム、ポリイミドフィルム等が用いることができる。これらフィルムは、一軸延伸、二軸延伸、または未延伸フィルムのどちらでもよく、また、機械的強度や寸法安定性を有するものが好ましい。
また、前記基材１には、周知の種々の添加剤や安定剤、例えば帯電防止剤、紫外線防止剤、可塑剤、滑剤などが添加されていてもよい、また、バリア層２の密着性を向上するために、表面にプライマー層を設けたり、表面を前処理としてコロナ処理、低温プラズマ処理、ＵＶ洗浄処理、イオンボンバード処理を施したり、または薬品処理、溶剤処理などを施してもよい。
具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート(PEN)などのポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム(PC)、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリアリレートフィルム、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンフィルム、環状シクロオレフィンを含むシクロオレフィンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリアミドフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリアクリルニトリルフィルム、ポリイミドフィルム等が用いることができる。これらフィルムは、一軸延伸、二軸延伸、または未延伸フィルムのどちらでもよく、また、機械的強度や寸法安定性を有するものが好ましい。
また、前記基材１には、周知の種々の添加剤や安定剤、例えば帯電防止剤、紫外線防止剤、可塑剤、滑剤などが添加されていてもよい、また、バリア層２の密着性を向上するために、表面にプライマー層を設けたり、表面を前処理としてコロナ処理、低温プラズマ処理、ＵＶ洗浄処理、イオンボンバード処理を施したり、または薬品処理、溶剤処理などを施してもよい。
バリア層２の酸化珪素膜の製造の一例を以下に説明する。
まず、分子内に炭素を有するシラン化合物を出発原料に用い、プラズマCVD法により形成された酸化珪素膜(SiOx)からなるバリア層を形成する。このバリア層は、基材１の片面または両面に形成することができる。また、基材１が連続状のプラスチックフィルムを用いることで、巻き取り式による連続蒸着によりバリア層２を形成することができる。このバリア層２の形成には、巻き取り式の真空成膜装置を用いることができる。
まず、分子内に炭素を有するシラン化合物を出発原料に用い、プラズマCVD法により形成された酸化珪素膜(SiOx)からなるバリア層を形成する。このバリア層は、基材１の片面または両面に形成することができる。また、基材１が連続状のプラスチックフィルムを用いることで、巻き取り式による連続蒸着によりバリア層２を形成することができる。このバリア層２の形成には、巻き取り式の真空成膜装置を用いることができる。
次に、本発明のバリアフィルムにおいて、酸化珪素膜からなるバリア層２を形成するための巻き取り式真空成膜機の一例を説明する。
図２は、巻き取り式真空成膜機の概略図である。
図２に示したバリアフィルムを作成する真空成膜装置は、ウエブ状のプラスチックフィルムからなる基材１を巻出し・巻き取り室４に、トルクモータ等の一定の張力にて巻き取り可能な巻き取り手段をもつ巻き取り軸７、かつ、パウダークラッチ等のトルク制御手段により一定のバックテンションをかけつつ、ウエブ状のプラスチックフィルムからなる基材の巻出しを可能にする巻出し軸６、前記基材の走行を規制する複数のアイドルローラ（１０，１１）、適宣にフィードバックを行うための張力検出器を具備したテンションロール(１２，１３)、フィルム表面の温度を監視するための温度センサー(１４，１５)を備えている。
また、成膜室５には、成膜時のフィルム表面の温度をコントロールし、表面に膜を形成するための温調入り成膜ドラム８、プロセスガスまたは原料ガスを導入するシャワーヘッドをもつプラズマCVD用の電極９でなる成膜部を配置してなる真空成膜装置である。成膜室５では、同一雰囲気下において外気に曝されることなく、２層以上の酸化珪素膜が形成される。
図２に示した真空成膜装置は、巻き取り式の真空成膜装置の例であるが、その他のバッチ式の成膜装置でも製造可能である。ここで、前記プラズマ発生法としては直流(DC)プラズマ、低周波プラズマ、高周波(RF)プラズマ、パルス波プラズマ、３極構造プラズマ、マイクロ波プラズマ等の低温プラズマ発生装置を用いることができる。
図２は、巻き取り式真空成膜機の概略図である。
図２に示したバリアフィルムを作成する真空成膜装置は、ウエブ状のプラスチックフィルムからなる基材１を巻出し・巻き取り室４に、トルクモータ等の一定の張力にて巻き取り可能な巻き取り手段をもつ巻き取り軸７、かつ、パウダークラッチ等のトルク制御手段により一定のバックテンションをかけつつ、ウエブ状のプラスチックフィルムからなる基材の巻出しを可能にする巻出し軸６、前記基材の走行を規制する複数のアイドルローラ（１０，１１）、適宣にフィードバックを行うための張力検出器を具備したテンションロール(１２，１３)、フィルム表面の温度を監視するための温度センサー(１４，１５)を備えている。
また、成膜室５には、成膜時のフィルム表面の温度をコントロールし、表面に膜を形成するための温調入り成膜ドラム８、プロセスガスまたは原料ガスを導入するシャワーヘッドをもつプラズマCVD用の電極９でなる成膜部を配置してなる真空成膜装置である。成膜室５では、同一雰囲気下において外気に曝されることなく、２層以上の酸化珪素膜が形成される。
図２に示した真空成膜装置は、巻き取り式の真空成膜装置の例であるが、その他のバッチ式の成膜装置でも製造可能である。ここで、前記プラズマ発生法としては直流(DC)プラズマ、低周波プラズマ、高周波(RF)プラズマ、パルス波プラズマ、３極構造プラズマ、マイクロ波プラズマ等の低温プラズマ発生装置を用いることができる。
プラズマCVD法にて作成される酸化珪素膜からなるバリア層は、分子内に炭素を有するシラン化合物と酸素ガスを加えたもの、場合によってはそれに不活性ガスを加えたものを原料として用いて成膜形成される。
ここで、分子内に炭素を有するシラン化合物としては、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラメチルシラン(TMS)、ヘキサメチルジシラン、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)、テトラメチルジシロキサン、メチルトリメトキシシラン等の比較的低分子量のシラン化合物を選択し、これらシラン化合物の一つまたは、複数を選択して使用することができる。
前記シラン化合物の中で成膜圧力と蒸気圧を考えると、TEOS，TMOS，TMS，HMDSOが好ましい。
そして、バリア層２の成膜形成には、前述の有機珪素化合物を気化させ、酸素ガスと混合し、前記真空成膜装置の電極９へと導入し、温調ドラム８と電極９間にプラズマを発生させ、プラズマCVD法にて酸化珪素膜からなるバリア層２をプラスチックフィルムからなる基材１上に成膜形成する。
また、バリア層２である酸化珪素膜の性質は、プラズマCVD法では様々な方法で変えることが可能である。例えば、有機珪素化合物やガス種の変更、有機珪素化合物と酸素ガスの混合比や、投入電力等の様々な条件で形成することができる。
ここで、分子内に炭素を有するシラン化合物としては、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラメチルシラン(TMS)、ヘキサメチルジシラン、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)、テトラメチルジシロキサン、メチルトリメトキシシラン等の比較的低分子量のシラン化合物を選択し、これらシラン化合物の一つまたは、複数を選択して使用することができる。
前記シラン化合物の中で成膜圧力と蒸気圧を考えると、TEOS，TMOS，TMS，HMDSOが好ましい。
そして、バリア層２の成膜形成には、前述の有機珪素化合物を気化させ、酸素ガスと混合し、前記真空成膜装置の電極９へと導入し、温調ドラム８と電極９間にプラズマを発生させ、プラズマCVD法にて酸化珪素膜からなるバリア層２をプラスチックフィルムからなる基材１上に成膜形成する。
また、バリア層２である酸化珪素膜の性質は、プラズマCVD法では様々な方法で変えることが可能である。例えば、有機珪素化合物やガス種の変更、有機珪素化合物と酸素ガスの混合比や、投入電力等の様々な条件で形成することができる。
バリア層２である酸化珪素膜の膜厚は、特に限定されるものではないが、あまり薄すぎるとバリア性の発現が難しいため、総膜厚として、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましい。２０ｎｍ未満の場合、十分なバリア性能を得ることができない。また２００ｎｍより厚い場合、透明性および柔軟性が損なわれる。また、バリア膜の応力が強くなり、クラックや剥離などを起こしやすくなる。
また、バリア層２である酸化珪素膜は、少なくとも２層以上の構成となっており、好ましくは２〜１０層の構成であり、さらに好ましくは３〜７層の構成であることが良い。バリア層が単層であると、成膜中に発生した欠陥や膜中の微小な空隙によりバリア性を損ないやすく、ディスプレイの劣化につながる恐れがある。そのため、２層以上積層することで、各層で発生した欠陥を補完する効果が得られ、高いバリア性を維持することが可能である。
また、層数が多すぎても総膜厚が増えることによりバリア膜の応力が強くなり、クラックや剥離などを起こしやすくなってしまう。さらに本発明におけるバリア層２は、１層あたりの膜厚を１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下にする必要がある。１０ｎｍ未満の場合、各層でボイドや粒堺が発生しバリア性が低下する。５０ｎｍより厚い場合、総膜厚が増えることによりバリア膜の応力が強くなり、クラックや剥離などを起こしやすくなる。
また、バリア層２である酸化珪素膜は、少なくとも２層以上の構成となっており、好ましくは２〜１０層の構成であり、さらに好ましくは３〜７層の構成であることが良い。バリア層が単層であると、成膜中に発生した欠陥や膜中の微小な空隙によりバリア性を損ないやすく、ディスプレイの劣化につながる恐れがある。そのため、２層以上積層することで、各層で発生した欠陥を補完する効果が得られ、高いバリア性を維持することが可能である。
また、層数が多すぎても総膜厚が増えることによりバリア膜の応力が強くなり、クラックや剥離などを起こしやすくなってしまう。さらに本発明におけるバリア層２は、１層あたりの膜厚を１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下にする必要がある。１０ｎｍ未満の場合、各層でボイドや粒堺が発生しバリア性が低下する。５０ｎｍより厚い場合、総膜厚が増えることによりバリア膜の応力が強くなり、クラックや剥離などを起こしやすくなる。
また、バリア層２の膜厚コントロールは、バッチ装置では成膜時間ならびにガス流量をコントロールすることにより可能であり、巻き取り式の装置の場合には、ラインスピード、または電極の個数を変化させることによりコントロールが可能である。また、一度成膜を行った後に、再度反転して成膜し、膜厚を増加させることも可能である。
また本発明においては、バリア層２の成膜原料に分子内に炭素を有するシラン化合物を用いた場合、成膜された酸化珪素膜中に炭素が混入してしまうことがある。ここで混入した炭素は、不純物（Ｃ−Ｈ結合で存在）として膜中に混入し、クラックや剥離などの欠陥を起こしやすくなる。したがって、バリア層２中の炭素原子の割合は１０ａｔ％以下である必要がある。このバリア層の酸化珪素膜の組成は、X線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて測定が可能である。なお、バリアフィルムのフレキシビリティを考慮すると、バリア層２中の炭素原子の割合は１ａｔ％以上であることが好ましい。
なお、バリア層２中の炭素原子の割合を所望の範囲に設定するためには、例えば上記の巻き取り式真空成膜機を用いる場合、例えば有機珪素化合物と酸素ガスの比率、および、プラズマによる分解力を調整する等の手段がある。
なお、バリア層２中の炭素原子の割合を所望の範囲に設定するためには、例えば上記の巻き取り式真空成膜機を用いる場合、例えば有機珪素化合物と酸素ガスの比率、および、プラズマによる分解力を調整する等の手段がある。
また、本発明のバリア層である酸化珪素膜(SiOx)の組成は、前記ｘの値を１．９以上２．１以下の範囲とするのが好ましい。１．９未満の場合、珪素リッチな酸化珪素膜となり、Ｓｉの吸収に伴う膜の着色の恐れがある。また、２．１より大きい場合、余剰なボンドが発生し、バリア性が発現しなくなる恐れがある。
さらに、バリア層２は、比抵抗値が１０１２Ωｃｍ以上であり、絶縁破壊電圧が１ＭＶ/ｃｍ以上に制御することによって、酸化珪素膜中に、ダングリングボンドや、欠陥の少ない緻密な膜とすることができ、非常に高いガスバリア性が得られる。
ここで、前記比抵抗値や絶縁破壊電圧等の電気的特性は、酸化珪素膜組成に非常に敏感な特性であり、比抵抗値が１０１２Ωｃｍ未満の場合、膜中のＳｉＯｘ結晶構造が密に形成されておらず、十分なバリア性を発現できない。また、絶縁破壊電圧が１ＭＶ／ｃｍ未満の場合、膜中のＳｉＯｘ結晶構造が密に形成されておらず、十分なバリア性を発現できないことがある。
この絶縁破壊電圧、比抵抗値は、ガラス基板上にMIM(Metal-Insulator-Metal)構造を作製し、ピコアンメーターにより電流密度−電圧(J-E)特性を測定することにより決定される。なお、前記メタル電極には、スパッタリングによるCr膜を用い、測定面積は0.06cm2で測定する。
なお、バリア層２の比抵抗値や絶縁破壊電圧を上記の範囲に設定するためには、例えば上記の巻き取り式真空成膜機を用いる場合、例えば成膜圧力、印加電力を調整する等の手段がある。
ここで、前記比抵抗値や絶縁破壊電圧等の電気的特性は、酸化珪素膜組成に非常に敏感な特性であり、比抵抗値が１０１２Ωｃｍ未満の場合、膜中のＳｉＯｘ結晶構造が密に形成されておらず、十分なバリア性を発現できない。また、絶縁破壊電圧が１ＭＶ／ｃｍ未満の場合、膜中のＳｉＯｘ結晶構造が密に形成されておらず、十分なバリア性を発現できないことがある。
この絶縁破壊電圧、比抵抗値は、ガラス基板上にMIM(Metal-Insulator-Metal)構造を作製し、ピコアンメーターにより電流密度−電圧(J-E)特性を測定することにより決定される。なお、前記メタル電極には、スパッタリングによるCr膜を用い、測定面積は0.06cm2で測定する。
なお、バリア層２の比抵抗値や絶縁破壊電圧を上記の範囲に設定するためには、例えば上記の巻き取り式真空成膜機を用いる場合、例えば成膜圧力、印加電力を調整する等の手段がある。
また、バリア層である酸化珪素膜の屈折率は、エリプソメトリにより測定することが可能である。
この測定は、波長633nmのレーザー光を用い測定を行った。
前記波長に限らず他にも得られたバリアフィルムの透過光および、反射光を測定することによっても測定が可能である。
本発明のバリア層２は、この酸化珪素膜の屈折率を１．４５以上１．４８以下にするのが好ましい。１．４５未満の場合、酸素リッチ、または、密度の低い酸化珪素膜となり、バリア性が発現しなくなる恐れがある。１．４８より大きい場合、珪素リッチな酸化珪素膜となり、Ｓｉの吸収に伴う膜の着色の恐れがある。
なお、バリア層２の屈折率を上記の範囲に設定するためには、例えば上記の巻き取り式真空成膜機を用いる場合、例えばガス流量比や印加電力を調整する等の手段がある。
この測定は、波長633nmのレーザー光を用い測定を行った。
前記波長に限らず他にも得られたバリアフィルムの透過光および、反射光を測定することによっても測定が可能である。
本発明のバリア層２は、この酸化珪素膜の屈折率を１．４５以上１．４８以下にするのが好ましい。１．４５未満の場合、酸素リッチ、または、密度の低い酸化珪素膜となり、バリア性が発現しなくなる恐れがある。１．４８より大きい場合、珪素リッチな酸化珪素膜となり、Ｓｉの吸収に伴う膜の着色の恐れがある。
なお、バリア層２の屈折率を上記の範囲に設定するためには、例えば上記の巻き取り式真空成膜機を用いる場合、例えばガス流量比や印加電力を調整する等の手段がある。
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
厚さ100μｍの二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを基材として、図２に示す巻き取り式プラズマCVD成膜装置の巻出し部にセットし、真空ポンプで排気し、巻き取り式プラズマCVD成膜装置内部を、５×１０−４Ｐａにまで減圧をした。
次に、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)：酸素＝１０：１００となるように混合した原料ガスを、成膜室の各電極表面のシャワーヘッドより導入し、成膜室内部を３．０Ｐａとした。
続いて、各電極に13.56MHzの高周波を0.5kW印加し、プラズマを発生させた。
続いてPETフィルムを１．０m/minで走行させて成膜を行った。そのとき得られた酸化珪素膜の膜厚は単層で２０ｎｍであり、これを４層重ねて８０ｎｍのバリア層とした。このようにして本発明のバリアフィルムを得た。
厚さ100μｍの二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを基材として、図２に示す巻き取り式プラズマCVD成膜装置の巻出し部にセットし、真空ポンプで排気し、巻き取り式プラズマCVD成膜装置内部を、５×１０−４Ｐａにまで減圧をした。
次に、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)：酸素＝１０：１００となるように混合した原料ガスを、成膜室の各電極表面のシャワーヘッドより導入し、成膜室内部を３．０Ｐａとした。
続いて、各電極に13.56MHzの高周波を0.5kW印加し、プラズマを発生させた。
続いてPETフィルムを１．０m/minで走行させて成膜を行った。そのとき得られた酸化珪素膜の膜厚は単層で２０ｎｍであり、これを４層重ねて８０ｎｍのバリア層とした。このようにして本発明のバリアフィルムを得た。
（実施例２、３）
HMDSO：酸素比＝５：１００または１５：１００とし、また酸化珪素膜の膜厚が単層で２０ｎｍとなるようにラインスピードを調節し、これを４層積層して総膜厚８０ｎｍとした以外は、実施例１と同様の条件でバリアフィルムを得た。
HMDSO：酸素比＝５：１００または１５：１００とし、また酸化珪素膜の膜厚が単層で２０ｎｍとなるようにラインスピードを調節し、これを４層積層して総膜厚８０ｎｍとした以外は、実施例１と同様の条件でバリアフィルムを得た。
（実施例４〜７）
各電極に印加した高周波電力を1.0kWとし、HMDSO：酸素比＝１０：１００とし、また、酸化珪素膜の膜厚が単層で２０ｎｍとなるようにラインスピードを調節し、これを４〜７層積層して総膜厚８０〜１４０ｎｍとした以外は、実施例１と同様の条件でバリアフィルムを得た。
各電極に印加した高周波電力を1.0kWとし、HMDSO：酸素比＝１０：１００とし、また、酸化珪素膜の膜厚が単層で２０ｎｍとなるようにラインスピードを調節し、これを４〜７層積層して総膜厚８０〜１４０ｎｍとした以外は、実施例１と同様の条件でバリアフィルムを得た。
（比較例１）
HMDSO：酸素比＝１０：１００とし、酸化珪素膜の単層膜厚が８０ｎｍとなるようにラインスピードを調節して１層のみの成膜を行なった以外は、実施例１と同様の条件で成膜したバリアフィルムを得た。
HMDSO：酸素比＝１０：１００とし、酸化珪素膜の単層膜厚が８０ｎｍとなるようにラインスピードを調節して１層のみの成膜を行なった以外は、実施例１と同様の条件で成膜したバリアフィルムを得た。
（比較例２、３）
HMDSO：酸素比＝１０：１００とし、酸化珪素膜の膜厚が単層で８ｎｍおよび５ｎｍとなるようにラインスピードを調節し、１０層および５０層積層した以外は、実施例４と同様の条件でバリアフィルムを得た。
HMDSO：酸素比＝１０：１００とし、酸化珪素膜の膜厚が単層で８ｎｍおよび５ｎｍとなるようにラインスピードを調節し、１０層および５０層積層した以外は、実施例４と同様の条件でバリアフィルムを得た。
（比較例４、５）
HMDSO：酸素比＝３０：１００または４０：１００とし、酸化珪素膜の膜厚が単層で２０ｎｍとなるようにラインスピードを調節して４層重ね、総厚が８０ｎｍとなるようにした以外は、実施例４と同様の条件でバリアフィルムを得た。
HMDSO：酸素比＝３０：１００または４０：１００とし、酸化珪素膜の膜厚が単層で２０ｎｍとなるようにラインスピードを調節して４層重ね、総厚が８０ｎｍとなるようにした以外は、実施例４と同様の条件でバリアフィルムを得た。
前記実施例および比較例のバリアフィルムのバリア性の測定は、水蒸気透過率測定装置(MOCON社製 PERMATRAN-W 3/33)を用い、40℃、相対湿度90%の条件下で測定を行った。
その結果を表1に示す。
なお、基材に用いたPETフィルム単体のバリア性は、5.0g/m2/dayであった。
なお、前記水蒸気透過率測定装置(MOCON社製 PERMATRAN-W 3/33)の測定限界は、０．０１g/m2/dayである。
また、SiOxの組成比、炭素含有量（at％）、絶縁破壊電圧（MV/cm）、比抵抗値（Ωｃｍ）、および屈折率を前述の測定手段で測定した。
その結果を表1に示す。
その結果を表1に示す。
なお、基材に用いたPETフィルム単体のバリア性は、5.0g/m2/dayであった。
なお、前記水蒸気透過率測定装置(MOCON社製 PERMATRAN-W 3/33)の測定限界は、０．０１g/m2/dayである。
また、SiOxの組成比、炭素含有量（at％）、絶縁破壊電圧（MV/cm）、比抵抗値（Ωｃｍ）、および屈折率を前述の測定手段で測定した。
その結果を表1に示す。
表１に示すとおり、バリア層の総厚が２００ｎｍ以下で、２層以上の積層を行なっており、単層あたりの膜厚が１０ｎｍ以上で酸化珪素膜をバリア層とした実施例１〜７は、高いバリア性を示した。
また、SiOxのｘの範囲が、1.9〜2.1である組成比で、絶縁破壊電圧が、1MV/cm以上で、かつ、比抵抗値が、1012Ωcm以上である酸化珪素膜をバリア層とした実施例１〜７は、高いバリア性のバリアフィルムが得られた。
さらにまた、シラン化合物を原料として成膜したバリア層でも、炭素原子の割合を10％以下とした実施例１〜７は、高いバリア性のバリアフィルムが得られた。
また、SiOxのｘの範囲が、1.9〜2.1である組成比で、絶縁破壊電圧が、1MV/cm以上で、かつ、比抵抗値が、1012Ωcm以上である酸化珪素膜をバリア層とした実施例１〜７は、高いバリア性のバリアフィルムが得られた。
さらにまた、シラン化合物を原料として成膜したバリア層でも、炭素原子の割合を10％以下とした実施例１〜７は、高いバリア性のバリアフィルムが得られた。
１・・・基材
２・・・バリア層
３・・・成膜装置本体
４・・・巻取り室
５・・・成膜室
６・・・巻き出し軸
７・・・巻取り軸
８・・・成膜ドラム
９・・・電極
１０，１１・・・アイドルローラ
１２，１３・・・テンションロール
１４，１５・・・温度センサー
２・・・バリア層
３・・・成膜装置本体
４・・・巻取り室
５・・・成膜室
６・・・巻き出し軸
７・・・巻取り軸
８・・・成膜ドラム
９・・・電極
１０，１１・・・アイドルローラ
１２，１３・・・テンションロール
１４，１５・・・温度センサー
Claims (5)
- プラスチック基材の片面または両面に、酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）をバリア層として積層してなるバリアフィルムにおいて、
前記バリア層が少なくとも２層以上の酸化珪素膜で構成されており、
前記酸化珪素膜１層あたりの膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記２層以上の酸化珪素膜で構成されているバリア層の膜厚が２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記バリア層中の炭素原子の割合が１０at％以下である、
ことを特徴とするバリアフィルム。 - 前記２層以上の酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）で構成されているバリア層のｘの値が１．９以上２．１以下の範囲内にあり、比抵抗値が１０１２Ωｃｍ以上であり、絶縁破壊電圧が１ＭＶ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のバリアフィルム。
- 前記バリア層の屈折率が１．４５以上１．４８以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１または２記載のバリアフィルム。
- プラスチック基材の片面または両面に、酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）をバリア層として積層してなるバリアフィルムの製造方法において、
前記バリア層が少なくとも２層以上の酸化珪素膜で構成されており、
前記酸化珪素膜１層あたりの膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記２層以上の酸化珪素膜で構成されているバリア層の膜厚が２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記バリア層中の炭素原子の割合が１０at％以下であり、
前記バリア層はプラズマＣＶＤ法を用いて形成されたものであり、
前記バリア層を形成するための原料ガスとして分子内に炭素を有するシラン化合物を用いている、
ことを特徴とするバリアフィルムの製造方法。 - 前記２層以上の酸化珪素膜が同一雰囲気下において外気に曝されることなく形成されることを特徴とする請求項４に記載のバリアフィルムの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007273836A JP5251071B2 (ja) | 2007-10-22 | 2007-10-22 | バリアフィルムおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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