JP2010100916A - Gas barrier material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラスチック基材の表面に蒸着膜が形成されたガスバリア材に関するものであり、より詳細には、リン酸カルシウム系化合物成分を含む蒸着膜がプラスチック基材表面に形成されているガスバリア材に関する。 The present invention relates to a gas barrier material in which a vapor deposition film is formed on the surface of a plastic substrate, and more particularly to a gas barrier material in which a vapor deposition film containing a calcium phosphate compound component is formed on the surface of a plastic substrate.
従来、ハイドロキシアパタイトと呼ばれるリン酸カルシウム系化合物が知られている。この化合物は、下記式:
Ca10(PO4)6(OH)2
で表され、人間の骨や歯の成分に近いことから生体親和性が高く、この特性を利用して種々の用途に適用されている。例えば、人口骨、人口歯根(インプラント)、歯科用研磨剤などの医療用に使用されており、また、酸化チタンとの組み合わせで抗菌材料としても使用されている。さらには、化粧品や食品の添加剤、タンパク質の分離精製用としてクロマトグラフィーなどの用途にも使用されており、エタノールのガソリンへの添加用触媒としての用途も知られている。
Conventionally, a calcium phosphate compound called hydroxyapatite is known. This compound has the following formula:
Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2
The biocompatibility is high because it is close to the components of human bones and teeth, and it is applied to various applications using this characteristic. For example, it is used for medical purposes such as artificial bones, artificial tooth roots (implants), and dental abrasives, and is also used as an antibacterial material in combination with titanium oxide. Furthermore, it is also used in applications such as chromatography for the purpose of separation and purification of proteins and cosmetics and food additives, and is also known as a catalyst for adding ethanol to gasoline.
このように、ハイドロキシアパタイトは、生体親和性が高いことを利用して種々の用途に使用されているが、近年では、包装材への用途に適用することも提案されており、例えば特許文献1には、ポリカーボネートなどの薄膜フィルムの表面にハイドロキシアパタイトの蒸着膜を形成することにより、抗菌性を付与することが提案され、特許文献2には、透明な食品包装用シートの表面にハイドロキシアパタイトと二酸化チタンとのコーティング層を形成することにより大腸菌等を吸着保持させ、包装される食品での雑菌の繁殖を防止し、食品の鮮度が保持できることが示されている。 As described above, hydroxyapatite is used for various purposes by taking advantage of its high biocompatibility. In recent years, it has also been proposed to apply it to packaging materials. Has been proposed to impart antibacterial properties by forming a deposited film of hydroxyapatite on the surface of a thin film film such as polycarbonate. Patent Document 2 discloses that hydroxyapatite and hydroxyapatite are formed on the surface of a transparent food packaging sheet. It has been shown that by forming a coating layer with titanium dioxide, Escherichia coli and the like can be adsorbed and retained to prevent the propagation of various bacteria in the packaged food, and the freshness of the food can be maintained.
しかしながら、ハイドロキシアパタイトの包装材への適用はほとんど確立されておらず、十分な検討は行われていない。例えば、特許文献1で提案されているハイドロキシアパタイトの蒸着膜は全くの誤りであり、このような蒸着膜は抗菌性を有していない。事実、特許文献1の実施例では、抗菌性の評価も行っておらず、このことから考えて、特許文献1では、ハイドロキシアパタイト蒸着膜の特性が全く認識されていないと言ってよい。さらに、特許文献2では、アパタイトと二酸化チタンとを含むコーティング膜が菌に対する吸着性に優れていることを示すが、その他の特性、例えばガスバリア性などの包装材として最も要求される特性についての検討はなされていない。
However, application of hydroxyapatite to packaging materials has hardly been established, and sufficient studies have not been made. For example, the vapor deposition film of hydroxyapatite proposed in
本発明者等は、上記のようなハイドロキシアパタイトの蒸着膜について、包装材の観点から研究を重ねた結果、この蒸着膜は、透明性に優れているばかりか、ガスバリア性にも優れていることを見出した。
従って、本発明の目的は、ハイドロキシアパタイトを膜形成成分として含む蒸着膜がプラスチック基材の表面に形成されており、ハイドロキシアパタイトの特性が活かされ、プラスチック基材のガスバリア性が著しく高められたガスバリア材を提供することにある。
As a result of repeated research on the hydroxyapatite deposited film as described above from the viewpoint of packaging materials, the present inventors have not only excellent transparency but also excellent gas barrier properties. I found.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas barrier in which a vapor-deposited film containing hydroxyapatite as a film-forming component is formed on the surface of a plastic substrate, and the gas barrier property of the plastic substrate is remarkably enhanced by utilizing the characteristics of hydroxyapatite. To provide materials.
本発明者等は、前述したハイドロキシアパタイトの蒸着膜のガスバリア性についての研究をさらに進めた結果、このようなハイドロキシアパタイトの蒸着膜を他の蒸着膜と組み合わせてプラスチック基材の表面に形成することにより、ガスバリア性が相乗的に向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of further research on the gas barrier properties of the hydroxyapatite vapor-deposited film described above, the inventors have formed such a hydroxyapatite vapor-deposited film on the surface of a plastic substrate in combination with other vapor-deposited films. As a result, it was found that the gas barrier property is synergistically improved, and the present invention has been completed.
本発明によれば、プラスチック基材と、該プラスチック基材の少なくとも一方の表面に、リン酸カルシウム化合物が層状に分布している領域を表面もしくは内部に含む蒸着膜が形成されていることを特徴とするガスバリア材が提供される。 According to the present invention, a plastic substrate and a vapor deposition film including a region in which the calcium phosphate compound is distributed in a layer form on the surface or inside are formed on at least one surface of the plastic substrate. A gas barrier material is provided.
本発明においては、
(1)前記リン酸カルシウム化合物がハイドロキシアパタイトであること、
(2)前記リン酸カルシウム化合物が層状に分布した領域が少なくとも2nm以上の厚みを有していること、
(3)前記蒸着膜が、前記リン酸カルシウムが層状に分布した領域と共に、ケイ素化合物が層状に分布した領域を含んでいること、
(4)前記ケイ素化合物が、酸化ケイ素、窒化ケイ素または窒化酸化ケイ素から選択された少なくとも1種であること、
が好ましい。
In the present invention,
(1) The calcium phosphate compound is hydroxyapatite,
(2) The region in which the calcium phosphate compound is distributed in a layered manner has a thickness of at least 2 nm,
(3) The deposited film includes a region in which the calcium phosphate is distributed in layers together with a region in which the calcium compound is distributed in layers,
(4) The silicon compound is at least one selected from silicon oxide, silicon nitride, or silicon nitride oxide,
Is preferred.
本発明のガスバリア材は、プラスチック基材の表面に蒸着膜が形成された構造を有するものであるが、この蒸着膜には、リン酸カルシウム化合物が層状に分布している領域(以下、リン酸カルシウム化合物層と呼ぶことがある)が形成されているため、ガスバリア性が著しく向上している。 The gas barrier material of the present invention has a structure in which a vapor deposition film is formed on the surface of a plastic substrate. In this vapor deposition film, a region in which calcium phosphate compounds are distributed in layers (hereinafter referred to as a calcium phosphate compound layer). Gas barrier properties are remarkably improved.
例えば、後述する実施例の実験結果に示されているように、100μmの厚みのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムの表面に100nmの厚みの酸化ケイ素蒸着膜を形成したときの水分透過量は4.0×10−2g/m2/dayであり、同じPETフィルムの表面に100nmの厚みのハイドロキシアパタイトの蒸着膜を形成したときの水分透過量は、酸化ケイ素蒸着膜を形成したときと同じ4.0×10−2g/m2/dayである(実験例1、実験例2)。従って、このPETフィルムに50nmの酸化ケイ素蒸着膜と50nmのハイドロキシアパタイトの蒸着膜とを形成したとき(これらの膜の形成順序は何れでもよい)の水分透過量は、4.0×10−2g/m2/dayであることが予想される。しかるに、実験例3に示されているように、実際にPETフィルム上に上記の厚みの酸化ケイ素蒸着膜とハイドロキシアパタイト蒸着膜とを形成したときの水分透過量は10−3g/m2/day以下であり、予想よりも遥かにバリア性が向上していることが判る。このようなバリア性は、酸素に対しても同様である。 For example, as shown in the experimental results of Examples described later, the moisture permeation amount when a 100 nm thick polyethylene terephthalate (PET) film is formed on the surface of a 100 μm thick polyethylene terephthalate (PET) film is 4.0. 3. The water permeation amount when a hydroxyapatite vapor deposition film having a thickness of 100 nm is formed on the surface of the same PET film is the same as that when a silicon oxide vapor deposition film is formed, which is × 10 −2 g / m 2 / day. 0 × 10 −2 g / m 2 / day (Experimental Example 1, Experimental Example 2). Therefore, when a 50 nm silicon oxide vapor-deposited film and a 50 nm hydroxyapatite vapor-deposited film are formed on this PET film (the order of forming these films may be any), the water permeation amount is 4.0 × 10 −2. It is expected to be g / m 2 / day. However, as shown in Experimental Example 3, when the silicon oxide vapor-deposited film and the hydroxyapatite vapor-deposited film having the above thickness are actually formed on the PET film, the water permeation amount is 10 −3 g / m 2 / It can be seen that the barrier property is much better than expected. Such a barrier property is similar to oxygen.
このように、本発明においては、蒸着膜中にリン酸カルシウム化合物が層状に分布した層が形成されていることにより、リン酸カルシウム化合物の蒸着膜及び他の化合物の蒸着膜をそれぞれ単独で形成した場合から予想されるよりも著しく優れたガスバリア性が得られるのである。 As described above, in the present invention, a layer in which the calcium phosphate compound is distributed in layers is formed in the vapor deposition film, so that it is expected from the case where the vapor deposition film of the calcium phosphate compound and the vapor deposition film of other compounds are formed independently. The gas barrier property which is remarkably superior to that obtained is obtained.
本発明において、上記のように優れたガスバリア性が得られる理由は明確に解明されたわけではないが、本発明者等は次のように推定している。
即ち、スパッタリングなどにより蒸着膜を形成した場合には、僅かではあるが膜中にピンホールの如き欠陥が存在することが知られており、これは、ハイドロキシアパタイトに代表されるリン酸化合物の蒸着膜に限らず、他の化合物の蒸着膜を形成した場合も同様である。しかるに、ハイドロキシアパタイト等のリン酸化合物の蒸着膜は、それ自体でもガスバリア性に優れており、しかも、本願発明の蒸着膜では、このようにガスバリア性に優れた化合物が層状に分布された領域を表面或いは内部に有する多層構造を有しているため、各層に存在している欠陥が隣接する層によって閉じられることとなり、この結果、蒸着膜中に存在する欠陥によるガスバリア性の低下が有効に防止され、この結果、リン酸カルシウム化合物が分布した領域のガスバリア性と他の化合物が分布した領域のガスバリア性とが、何れも低減されることなく十分に発揮され、上記のように優れたガスバリア性が発現されるものと思われる。
In the present invention, the reason why the excellent gas barrier property can be obtained as described above is not clearly elucidated, but the present inventors presume as follows.
That is, when a deposited film is formed by sputtering or the like, it is known that defects such as pinholes exist in the film to a small extent. This is due to the deposition of a phosphate compound typified by hydroxyapatite. The same applies not only to the film but also to the case where a deposited film of another compound is formed. However, the vapor deposition film of a phosphoric acid compound such as hydroxyapatite itself has excellent gas barrier properties, and the vapor deposition film of the present invention has a region in which the compound having excellent gas barrier properties is distributed in a layered manner. Since it has a multilayer structure on the surface or inside, the defects existing in each layer are closed by the adjacent layers, and as a result, the gas barrier property can be effectively prevented from being deteriorated due to the defects present in the deposited film. As a result, the gas barrier property in the region where the calcium phosphate compound is distributed and the gas barrier property in the region where the other compound is distributed are fully exhibited without being reduced, and the excellent gas barrier property as described above is exhibited. It seems to be done.
本発明のガスバリア材は、水分(水蒸気)や酸素に対して優れたバリア性を有していることから、包装材の分野に極めて有用であるが、リン酸カルシウム化合物が分布した領域は透明性も良好であるため、このような領域を透明性の良好な蒸着膜中に形成することにより、ガスバリア性と同時に透明性が要求される包装材以外の分野の用途にも有効に適用される。 Since the gas barrier material of the present invention has excellent barrier properties against moisture (water vapor) and oxygen, it is extremely useful in the field of packaging materials, but the region where the calcium phosphate compound is distributed also has good transparency. Therefore, by forming such a region in a vapor-deposited film having good transparency, it can be effectively applied to applications in fields other than packaging materials that require transparency as well as gas barrier properties.
本発明を、以下、添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明のガスバリア材の概略断面構造を示す図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on specific examples shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic cross-sectional structure of a gas barrier material of the present invention.
図1において、本発明のガスバリア材は、プラスチック基材1と、プラスチック基材1の表面に形成された蒸着膜3とからなっており、蒸着膜3には、リン酸カルシウム化合物が層状に分布した領域(リン酸カルシウム化合物層)3aが形成されており、このようなリン酸カルシウム化合物層3aと共に、他の無機化合物が分布した領域(他の無機化合物層)3bを有している。
In FIG. 1, the gas barrier material of the present invention comprises a
図1から理解されるように、蒸着膜3中のリン酸カルシウム化合物層3aの位置は特に制限されず、図1(a)に示されているように、リン酸カルシウム化合物層3aがプラスチック基材1の表面側に位置していてもよいし、また、図1(b)に示されているように、蒸着膜3の表面に露出して形成していてもよいし、さらに図1(c)に示されているように、リン酸カルシウム化合物層3aが他の無機化合物層3bの間にサンドイッチされた構造となっていてもよい。また、図示されていないが、リン酸カルシウム化合物層3bが複数形成された構造とすることもできるし、プラスチック基材1の両面に蒸着膜3を形成することも勿論可能である。即ち、蒸着膜3の層構造は、このガスバリア材の用途や要求される特性に応じて適宜の層構造とすることができる。
As understood from FIG. 1, the position of the calcium
<プラスチック基材1>
本発明において、上記の蒸着膜3を形成すべきプラスチック基材1としては、それ自体公知の熱可塑性樹脂、例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ1−ブテン、ポリ4−メチル−1−ペンテンあるいはエチレン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン等のα−オレフィン同志のランダムあるいはブロック共重合体、環状オレフィン共重合体などのオレフィン系樹脂;エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコール共重合体、エチレン・塩化ビニル共重合体等のエチレン・ビニル系共重合体;ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、ABS、α−メチルスチレン・スチレン共重合体等のスチレン系樹脂;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニル・塩化ビニリデン共重合体、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル等のビニル系樹脂;ナイロン6、ナイロン6−6、ナイロン6−10、ナイロン11、ナイロン12等のポリアミド樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、及びこれらの共重合ポリエステル等のポリエステル樹脂;ポリカーボネート樹脂;ポリフエニレンオキサイド樹脂;ポリ乳酸など生分解性樹脂;あるいはそれらの樹脂のブレンド物;などであってもよい。
<
In the present invention, the
これらのプラスチック基材1は、用途に応じて任意の形態を有していてよく、例えば、フィルム乃至シート、ボトル、カップ、チューブ、或いはその他の形状の成形品の形態であってよく、さらには、一軸或いは二軸延伸などが施されたものであってもよいが、蒸着膜3をスパッタリングにより成膜する場合には、一般に、フィルム乃至シート形態のフィルム基材1が使用され、プラズマCVDなどにより成膜が行われる場合には、フィルム基材1は任意の形態を有していてよく、例えばボトル等の形態として、その内面及び外面の何れにも蒸着膜3を形成することができる。また、このガスバリア材を包装材の分野で用いるときには、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリオレフィン樹脂がプラスチック基材1の素材として最も一般的である。
These
さらに、プラスチック基材1は、多層構造を有するものであってもよく、例えば、前述した熱可塑性樹脂(好ましくはオレフィン系樹脂)を内外層とし、これらの内外層の間に酸素吸収性層を設けたガスバリア性の多層構造物であってもよい。
Further, the
上述したプラスチック基材1の厚みも特に制限されず、その用途に応じて適宜の厚みを有するものであってよい。
The thickness of the
<リン酸カルシウム化合物層3a>
蒸着膜3中のリン酸カルシウム化合物層3aは、リン酸カルシウム化合物により成膜されている領域であり、リン酸カルシウム化合物が層状に分布しており、水分や酸素等に対して高いバリア性を示す。
<Calcium
The calcium
本発明において、上記のリン酸カルシウム化合物層3aの厚みは、特に制限されないが、ガスバリア性向上効果を十分に発揮させる上で、2nm以上であることが好ましい。また、必要以上に厚く形成すると、ガスバリア性はその分だけ向上するとしても、プラスチック基材1が有する柔軟性、透明性などの特性が損なわれるおそれがあるので、用途に応じてプラスチック基材1に要求される特性が損なわれない程度の厚みとすべきであり、例えばリン酸カルシウム化合物層3aの厚みは、1μm以下の範囲とするのがよい。
In the present invention, the thickness of the calcium
また、上記のリン酸カルシウム化合物としては、ハイドロキシアパタイトが代表的である。先にも述べたように、ハイドロキシアパタイトは、理想的には、下記式:
Ca10(PO4)6(OH)2
で表されるが、このような化合物を蒸着により形成する場合には、Pの欠損等などにより組成が変動し易いため、膜中のリン酸カルシウム化合物の組成は、例えば原子比で、
Ca:P:O=1:0.1乃至0.7:0.3乃至2.7
の範囲に調整されていればよく、このような組成で優れたガスバリア性が発揮される。
As the calcium phosphate compound, hydroxyapatite is representative. As mentioned earlier, hydroxyapatite ideally has the following formula:
Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2
However, when such a compound is formed by vapor deposition, the composition is likely to fluctuate due to P deficiency or the like, so the composition of the calcium phosphate compound in the film is, for example, in atomic ratio,
Ca: P: O = 1: 0.1 to 0.7: 0.3 to 2.7
The gas barrier property is excellent as long as it is adjusted to such a range.
リン酸カルシウム化合物層3aを形成する蒸着は、スパッタリングやマイクロ波プラズマ或いは高周波プラズマなどによるCVD法によって行うことができるが、スパッタリングが好適である。即ち、CVD法により成膜を行う場合には、有機酸のCa塩などをCa源として含み且つリン酸などをP源として含む反応性ガスが使用されるが、膜の組成調整が難しいため、スパッタリングによる成膜が好適である。
The vapor deposition for forming the calcium
スパッタリングにより蒸着を行う場合には、ターゲットとして、ハイドロキシアパタイトが好適に使用されるが、Pの欠損を考慮して、P/Ca(原子比)が0.8〜1.2程度のリン酸カルシウム化合物(例えばCaHPO4)等を使用することもできる。また、スパッタ用イオン源としては、He、Ne、Ar、Kr、Xe等の不活性ガスのイオンが使用され、通常、10Pa以下の真空度の雰囲気下で、膜を形成すべきプラスチック基材1を熱変形しない程度の温度に加熱下でスパッタリングが行われ、目的とする厚みのリン酸カルシウム化合物層3aが形成されるまでの時間、成膜が行われる。
When vapor deposition is performed by sputtering, hydroxyapatite is preferably used as a target, but considering the deficiency of P, a calcium phosphate compound having a P / Ca (atomic ratio) of about 0.8 to 1.2 ( For example, CaHPO 4 ) or the like can be used. Also, as the ion source for sputtering, ions of an inert gas such as He, Ne, Ar, Kr, Xe are used, and the
さらに、スパッタリングに際しては、組成調整のためにイオン照射を併用することが好適であり、照射するイオンとしては、上記で例示した不活性ガスのイオン及び酸素イオンが好適であり、このときのイオン加速電圧は、通常、100V〜2kVの範囲であればよい。 Further, in sputtering, it is preferable to use ion irradiation together for composition adjustment, and as the ions to be irradiated, ions of inert gas and oxygen ions exemplified above are preferable, and ion acceleration at this time The voltage may usually be in the range of 100V to 2kV.
<他の無機化合物層3b>
本発明において、上述したリン酸カルシウム化合物3aと共に蒸着膜3を形成する他の無機化合物層3bは、蒸着により成膜が可能であり、透明な蒸着膜を形成可能な種々の金属化合物、例えばSi、Al、Ti、Zr等の化合物により形成されるが、特に酸素等に対して高いガスバリア性を示し且つ成膜が容易であるという観点から、ケイ素化合物、特に酸化ケイ素、窒化ケイ素または窒化酸化ケイ素により形成されていることが好適である。また、無機化合物層3bは、多層構造を有していてもよく、例えば酸化ケイ素からなる層の上に窒化ケイ素等からなる層が形成されている構造とすることも可能である。もちろん、酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸化ケイ素の表面もしくは内部に有機ケイ素重合膜や有機無機ケイ素重合膜を有していてもよい。
さらに、蒸着膜3bとしてDLC膜などの炭化水素系膜を成膜することも可能である。
<Other
In the present invention, the other
Furthermore, it is also possible to form a hydrocarbon-based film such as a DLC film as the
このような他の無機化合物層3bの厚みは特に制限されず、ガスバリア材の用途に応じて適宜の厚みを有していればよいが、かかる層3bの特性を十分に発揮させるという観点からは、2nm以上の厚みを有していることが好ましい。また、無機化合物層3bの厚みが過度に厚いと、プラスチック基材1に特有の可撓性や透明性等が損なわれてしまうおそれがあるため、一般には、前述したリン酸カルシウム化合物層3aの厚みに応じて、蒸着層3のトータル厚みが2μm以下となるように、無機化合物層3bの厚みを設定すればよい。
The thickness of the other
蒸着膜3中の無機化合物層3bは、定法にしたがい、スパッタリングやプラズマCVDなどにより形成することができる。
スパッタリングも公知の条件でよく、例えばターゲットとして、層3bを形成すべき無機化合物、例えば酸化ケイ素(シリカ)、窒化ケイ素或いは窒化酸化ケイ素などの焼結体を使用し、不活性ガスイオンをスパッタ用イオン源として使用し、適宜の真空度の雰囲気中でプラスチック基材1を変形が生じない程度の温度に加熱しながら行うことができ、この際、必要により、不活性ガスイオンによるイオン照射を併用することもできる。
The
Sputtering may be performed under known conditions. For example, an inorganic compound for forming the
<用途>
上記のようにしてプラスチック基材1の表面に蒸着膜3が形成されている本発明のガスバリア材は、ガスバリア性、特に水分に対するバリア性が極めて高く、しかも、リン酸カルシウム化合物層3aが透明性を低下させる領域ではないため、全体として優れた透明性を有しているばかりか、リン酸カルシウム系化合物、特にハイドロキシアパタイトが食品と共に体内に取り込まれても問題がない物質であり、体内に埋め込まれたり、皮膚に貼り付けたりしても使用されるものであることから、これらの特性を活かして、包装材としての用途、特にフィルム乃至シートの形態で袋状容器とし、食品乃至医療品用の容器として最も好適に使用される。
<Application>
The gas barrier material of the present invention in which the
また、水分や酸素の浸入防止が要求され、しかも透明性が要求される用途、例えば液晶表示板の保護パネルや太陽電池のガラス代替プラスチックシートや有機EL素子のバリア材としての使用も期待される。特に、透明電極基板と対向電極基板との間に有機発光層が設けられている有機EL素子の透明電極側に、上述した特性を有する本発明のバリア材を設けることは最も好適である。 In addition, it is expected to be used as a barrier material for liquid crystal display panel protection panels, glass substitute plastic sheets for solar cells, and organic EL elements that require prevention of moisture and oxygen penetration and transparency. . In particular, it is most preferable to provide the barrier material of the present invention having the above-described characteristics on the transparent electrode side of the organic EL element in which the organic light emitting layer is provided between the transparent electrode substrate and the counter electrode substrate.
本発明を次の実験例で説明する。 The invention is illustrated by the following experimental example.
1.膜中の組成分析法
PHI社製、X線光電子分光装置(Quantum2000)により、膜の組成を測定した。ケイ素酸化膜の場合はケイ素、酸素のそれぞれの組成を測定し、窒化ケイ素膜の場合はケイ素、窒素のそれぞれの組成を測定し、窒化ケイ素酸化膜の場合はケイ素、窒素、酸素のそれぞれの組成を測定し、ハイドロキシアパタイト膜の場合はカルシウム、リン、酸素のそれぞれの組成を測定した。
1. Composition analysis method in film The composition of the film was measured by an X-ray photoelectron spectrometer (Quantum 2000) manufactured by PHI. In the case of a silicon oxide film, the respective compositions of silicon and oxygen are measured. In the case of a silicon nitride film, the respective compositions of silicon and nitrogen are measured. In the case of a silicon nitride oxide film, the respective compositions of silicon, nitrogen and oxygen are measured. In the case of a hydroxyapatite film, the respective compositions of calcium, phosphorus and oxygen were measured.
2.水分透過性測定法
水分透過量測定装置(モダンコントロール社製、PERMATRAN)により、蒸着膜を形成したフィルム基材の水分透過量(40℃−90%)を測定した。
2. Moisture permeability measurement method The moisture permeability (40 ° C.-90%) of the film base material on which the deposited film was formed was measured with a moisture permeability measuring device (manufactured by Modern Control, PERMATRAN).
3.酸素透過量測定法
酸素透過量測定装置(モダンコントロール社製、OX−TRAN)により、蒸着膜を形成したフィルム基材の酸素透過量(25℃−60%)を測定した。
3. Oxygen transmission rate measuring method The oxygen transmission rate (25 degreeC-60%) of the film base material in which the vapor deposition film was formed was measured with the oxygen transmission rate measuring apparatus (Modern Control company make, OX-TRAN).
<実験例1>
ケイ素酸化膜の蒸着には周波数27.12MHz、最大出力2kWの高周波出力電源、マッチングボックス、直径300mm、高さ450mmの金属型円筒形プラズマ処理室、処理室を真空にする油回転真空式ポンプを有するCVD装置を用いた。
プラスチック基材は120mm角で100μmの厚みのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを用いた。
処理室内の並行平板にプラスチック基材を設置し、ヘキサメチルジシロキサンを3sccm、酸素を45sccm導入後、高周波発振器により600Wの出力で高周波を発振させ、プラズマ処理をおこないプラスチック基材の一方の面にケイ素酸化膜を被覆した。
膜中のケイ素酸化膜化合物の組成は、原子比で、Si:O=1:2.1であり、膜厚は100nmになるように被覆時間を制御した。
このケイ素酸化膜を被覆したプラスチック基材の水分透過量及び酸素透過量を表1に示した。
<Experimental example 1>
For the deposition of silicon oxide film, a high frequency output power source with a frequency of 27.12 MHz and a maximum output of 2 kW, a matching box, a metal cylindrical plasma processing chamber with a diameter of 300 mm and a height of 450 mm, and an oil rotary vacuum pump that evacuates the processing chamber. The CVD apparatus which has is used.
As the plastic substrate, a polyethylene terephthalate (PET) film having a 120 mm square and a thickness of 100 μm was used.
A plastic substrate is placed on parallel plates in the processing chamber, hexamethyldisiloxane is introduced at 3 sccm and oxygen is introduced at 45 sccm. A high frequency oscillator is used to oscillate a high frequency with an output of 600 W, and plasma treatment is performed on one surface of the plastic substrate. A silicon oxide film was coated.
The composition of the silicon oxide film compound in the film was atomic ratio, Si: O = 1: 2.1, and the coating time was controlled so that the film thickness was 100 nm.
Table 1 shows the moisture permeation and oxygen permeation of the plastic substrate coated with the silicon oxide film.
<実験例2>
ハイドロキシアパタイト膜の蒸着には周波数13.56MHz、最大出力200Wの高周波出力電源、マッチングボックス、直径400mm、高さ500mmの金属型円筒形スパッタ処理室、処理室を真空にする油回転真空式ポンプを有するスパッタ装置(ULVAC社製:製造番号MB04−1047)を用いた。
プラスチック基材は実験例1と同じ基材を用いた。
処理室内にプラスチック基材を設置し、アルゴンを4sccm導入後、高周波発振器により150Wの出力で高周波を発振させ、ハイドロキシアパタイトのターゲットにスパッタ処理をおこないプラスチック基材の一方の面にハイドロキシアパタイト膜を被覆した。
膜中のハイドロキシアパタイト膜化合物の組成は、原子比で、
Ca:P:O=1:0.3:0.6であり、膜厚は100nmになるように被覆時間を制御した。
このハイドロキシアパタイト膜を被覆したプラスチック基材の水分透過量及び酸素透過量を表1に示した。
<Experimental example 2>
For deposition of hydroxyapatite film, a high frequency output power source with a frequency of 13.56 MHz and a maximum output of 200 W, a matching box, a metal-type cylindrical sputter processing chamber with a diameter of 400 mm and a height of 500 mm, and an oil rotary vacuum pump that evacuates the processing chamber. A sputtering apparatus (manufactured by ULVAC: production number MB04-1047) was used.
The same base material as in Experimental Example 1 was used as the plastic base material.
A plastic substrate is installed in the processing chamber, and after introducing 4 sccm of argon, a high frequency oscillator is used to oscillate a high frequency with an output of 150 W, and a hydroxyapatite target is sputtered to cover one surface of the plastic substrate with a hydroxyapatite film. did.
The composition of the hydroxyapatite film compound in the film is atomic ratio,
The coating time was controlled so that Ca: P: O = 1: 0.3: 0.6 and the film thickness was 100 nm.
Table 1 shows the moisture permeation amount and oxygen permeation amount of the plastic substrate coated with this hydroxyapatite film.
<実験例3>
実験例1と同じ装置、同じプラスチック基材を用い、同じ被覆方法にて、膜厚が50nmになるように被覆時間を制御しケイ素酸化膜を被覆した。
その後、そのプラスチック基材の表面に実験例2と同じ装置、同じ被覆方法にて、膜厚が50nmになるように被覆時間を制御しハイドロキシアパタイト膜を被覆した。
結果、ケイ素酸化膜とハイドロキシアパタイト膜の合わせた膜厚を実験例1、実験例2と同じ100nmとした。
このケイ素酸化膜の表面にハイドロキシアパタイト膜を被覆したプラスチック基材の水分透過量及び酸素透過量を表1に示した。
<Experimental example 3>
Using the same apparatus and the same plastic substrate as in Experimental Example 1, the coating time was controlled so that the film thickness was 50 nm by the same coating method, and the silicon oxide film was coated.
Thereafter, the surface of the plastic substrate was coated with a hydroxyapatite film by the same apparatus and the same coating method as in Experimental Example 2 while controlling the coating time so that the film thickness became 50 nm.
As a result, the combined film thickness of the silicon oxide film and the hydroxyapatite film was set to 100 nm, which is the same as Experimental Example 1 and Experimental Example 2.
Table 1 shows the moisture permeation amount and oxygen permeation amount of the plastic substrate having the hydroxyapatite film coated on the surface of the silicon oxide film.
<実験例4>
実験例2と同じ装置、同じプラスチック基材を用い、同じ被覆方法にて、膜厚が50nmになるように被覆時間を制御しハイドロキシアパタイト膜を被覆した。
その後、そのプラスチック基材の表面に実験例1と同じ装置、同じ被覆方法にて、膜厚が50nmになるように被覆時間を制御しケイ素酸化膜を被覆した。
結果、ハイドロキシアパタイト膜とケイ素酸化膜の合わせた膜厚を実験例1乃至3と同じ100nmとした。
このヒドロキシアパタイト膜の表面にケイ素酸化膜を被覆したプラスチック基材の水分透過量及び酸素透過量を表1に示した。
<Experimental example 4>
Using the same apparatus and the same plastic substrate as in Experimental Example 2, the coating time was controlled so that the film thickness was 50 nm by the same coating method, and the hydroxyapatite film was coated.
Thereafter, the surface of the plastic substrate was coated with a silicon oxide film by the same apparatus and the same coating method as in Experimental Example 1 while controlling the coating time so that the film thickness was 50 nm.
As a result, the combined thickness of the hydroxyapatite film and the silicon oxide film was set to 100 nm as in Experimental Examples 1 to 3.
Table 1 shows the moisture permeation amount and oxygen permeation amount of the plastic base material in which the surface of this hydroxyapatite film is coated with a silicon oxide film.
<実験例5>
実験例2と同じ装置、同じプラスチック基材を用い、処理室内にプラスチック基材を設置し、窒素を15sccm導入後、高周波発振器により150Wの出力で高周波を発振させ、ケイ素のターゲットにスパッタ処理をおこないプラスチック基材の一方の面に窒化ケイ素膜を被覆した。
膜中の窒化ケイ素膜化合物の組成は、原子比で、Si:N=1:1.3であり、膜厚は50nmになるように被覆時間を制御し被覆した。
その後、そのプラスチック基材の表面に実験例2と同じ装置、同じプラスチック基材を用い、同じ被覆方法にて、ハイドロキシアパタイトのターゲットにスパッタ処理をおこない膜厚が50nmになるように被覆時間を制御しハイドロキシアパタイト膜を被覆した。
結果、窒化ケイ素膜とハイドロキシアパタイト膜の合わせた膜厚を実験例1乃至4と同じ100nmとした。
この窒化ケイ素膜の表面にヒドロキシアパタイト膜を被覆したプラスチック基材の水分透過量及び酸素透過量を表1に示した。
<Experimental example 5>
Using the same equipment and the same plastic base material as in Experimental Example 2, installing a plastic base material in the processing chamber, introducing 15 sccm of nitrogen, oscillating a high frequency with an output of 150 W by a high frequency oscillator, and performing a sputtering process on a silicon target A silicon nitride film was coated on one side of the plastic substrate.
The composition of the silicon nitride film compound in the film was an atomic ratio of Si: N = 1: 1.3, and the coating time was controlled so that the film thickness was 50 nm.
After that, using the same equipment and the same plastic base material as those of Experimental Example 2 on the surface of the plastic base material, the same coating method is used to perform sputtering treatment on the hydroxyapatite target and control the coating time so that the film thickness becomes 50 nm. And coated with a hydroxyapatite film.
As a result, the combined film thickness of the silicon nitride film and the hydroxyapatite film was set to 100 nm, which is the same as in Experimental Examples 1 to 4.
Table 1 shows the water permeation amount and oxygen permeation amount of the plastic base material in which the surface of this silicon nitride film is coated with a hydroxyapatite film.
<実験例6>
実験例2と同じ装置、同じプラスチック基材を用い、処理室内にプラスチック基材を設置し、アルゴンを6sccm導入後、高周波発振器により150Wの出力で高周波を発振させ、窒化ケイ素のターゲットにスパッタ処理をおこないプラスチック基材の一方の面に窒化酸化ケイ素膜を被覆した。
膜中の窒化酸化ケイ素膜化合物の組成は、原子比で、Si:N:O=1:0.8:0.2であり、膜厚は50nmになるように被覆時間を制御し被覆した。
その後、そのプラスチック基材の表面に実験例2と同じ装置、同じプラスチック基材を用い、同じ被覆方法にて、ハイドロキシアパタイトのターゲットにスパッタ処理をおこない膜厚が50nmになるように被覆時間を制御しハイドロキシアパタイト膜を被覆した。
結果、窒化酸化ケイ素膜とハイドロキシアパタイト膜の合わせた膜厚を実験例1乃至5と同じ100nmとした。
この窒化酸化ケイ素膜の表面にヒドロキシアパタイト膜を被覆したプラスチック基材の水分透過量及び酸素透過量を表1に示した。
<Experimental example 6>
Using the same equipment and the same plastic base material as in Experimental Example 2, placing the plastic base material in the processing chamber, introducing 6 sccm of argon, oscillating high frequency with a high frequency oscillator at 150 W output, and sputtering the silicon nitride target A silicon nitride oxide film was coated on one surface of the plastic substrate.
The composition of the silicon nitride oxide film compound in the film was atomic ratio Si: N: O = 1: 0.8: 0.2, and the coating time was controlled so that the film thickness was 50 nm.
After that, using the same equipment and the same plastic base material as those of Experimental Example 2 on the surface of the plastic base material, the same coating method is used to perform sputtering treatment on the hydroxyapatite target and control the coating time so that the film thickness becomes 50 nm. And coated with a hydroxyapatite film.
As a result, the combined thickness of the silicon nitride oxide film and the hydroxyapatite film was set to 100 nm, which is the same as in Experimental Examples 1 to 5.
Table 1 shows the moisture permeation amount and oxygen permeation amount of the plastic substrate in which the hydroxyapatite film was coated on the surface of the silicon nitride oxide film.
上記の結果より実験例1、実験例2のケイ素酸化膜もしくはハイドロキシアパタイト膜の蒸着膜は未処理PETフィルムに比べて水分透過量及び酸素透過量が減少していることがわかるが、実験例3乃至6の様に他の蒸着膜との組み合わせにより、水分透過量及び酸素透過量が大幅に減少していることがわかる。 From the above results, it can be seen that the silicon oxide film or the hydroxyapatite deposited film of Experimental Example 1 and Experimental Example 2 has a reduced water permeation amount and oxygen permeation amount as compared with the untreated PET film. It can be seen that the water permeation amount and the oxygen permeation amount are greatly reduced by the combination with other deposited films as shown in FIGS.
1:プラスチック基材
3:蒸着膜
3a:リン酸カルシウム化合物層
3b:他の無機化合物層
1: Plastic base material 3:
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