JP2012096431A - Barrier film, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水蒸気等に対するバリア性を有するバリアフィルム及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a barrier film having a barrier property against water vapor and the like and a method for producing the same.
プラスチックフィルムの表面に酸化アルミニウム、酸化珪素等の金属酸化物薄膜を形成したバリアフィルムが知られている。この種のバリアフィルムは、酸素または水蒸気の遮断を必要とする物品の包装、食品や工業用品及び医薬品等の変質を防止するための包装用途に広く用いられている。また近年では、包装用途以外にも有機ELなどの表示素子、太陽電池などのエレクトロニクス分野にもバリアフィルムの適用が広まってきている。 A barrier film in which a metal oxide thin film such as aluminum oxide or silicon oxide is formed on the surface of a plastic film is known. This type of barrier film is widely used for packaging of articles that need to block oxygen or water vapor, and for packaging applications for preventing the deterioration of food, industrial products, pharmaceuticals, and the like. In recent years, in addition to packaging applications, the application of barrier films has become widespread in the field of electronics such as display elements such as organic EL and solar cells.
例えば下記特許文献1には、樹脂基材上に有機物層1、無機物層1、有機物層2、無機物層2がこの順に積層された、水蒸気透過度が30g/m2/dayよりも小さい、透明バリアフィルムが記載されている。さらに下記特許文献2には、プラスチック基板上に、少なくとも一層の原子層デポジッション法(ALD法)を用いて形成した無機バリア層および少なくとも一層の有機層が交互に積層された構造を有するガスバリアフィルムが開示されている。
For example, in the following Patent Document 1, an organic material layer 1, an inorganic material layer 1, an
近年、例えばエレクトロニクス用途のバリアフィルムには、水分に対して脆弱な素子を一定期間その性能が劣化しないようにするために、水蒸気透過率として例えば1E−4(1×10−4)[g/m2/day]以下の性能が求められている。しかしながら上記特許文献1,2には、マイナス4乗オーダ以下の水蒸気透過率を有するガスバリアフィルムは記載されていない。
In recent years, for example, in barrier films for use in electronics, in order to prevent the performance of elements vulnerable to moisture from deteriorating for a certain period of time, the water vapor transmission rate is, for example, 1E-4 (1 × 10 −4 ) [g / m 2 / day] or less is required. However,
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、マイナス4乗オーダ以下の水蒸気透過率を有するバリアフィルム及びその製造方法を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a barrier film having a water vapor transmission rate of the order of minus fourth power or less and a method for producing the same.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るバリアフィルムは、基材と、下地層と、第1のバリア層と、第2のバリア層とを具備する。
上記基材は、プラスチックフィルムで形成される。
上記下地層は、上記基材の上に形成される。
上記第1のバリア層は、上記下地層の上に形成され、水蒸気バリア性を有する第1の無機材料からなる。
上記第2のバリア層は、上記第1のバリア層の上に原子層堆積法によって形成され、水蒸気バリア性を有する第2の無機材料からなる。
In order to achieve the above object, a barrier film according to one embodiment of the present invention includes a base material, a base layer, a first barrier layer, and a second barrier layer.
The base material is formed of a plastic film.
The foundation layer is formed on the substrate.
The first barrier layer is formed on the base layer and is made of a first inorganic material having a water vapor barrier property.
The second barrier layer is formed on the first barrier layer by an atomic layer deposition method and is made of a second inorganic material having a water vapor barrier property.
上記バリアフィルムにおいて下地層は、基材の表面を平滑化し、第1のバリア層による基材表面の被覆性を高める。第2のバリア層は、原子層堆積法(ALD(Atomic Layer Deposition)法ともいう。)によって形成されるため、カバレッジ性が高く緻密な膜を得ることができる。したがって上記バリアフィルムによれば、マイナス4乗オーダ以下の水蒸気透過率を有するバリアフィルムを得ることができる。 In the barrier film, the underlayer smoothes the surface of the base material and enhances the coverage of the base material surface with the first barrier layer. Since the second barrier layer is formed by an atomic layer deposition method (also referred to as an ALD (Atomic Layer Deposition) method), a dense film with high coverage can be obtained. Therefore, according to the said barrier film, the barrier film which has the water-vapor-permeation rate below a minus fourth power order can be obtained.
下地層は、基材の表面平坦度の改善を目的として形成される。下地層には、例えば紫外線硬化樹脂等の有機材料が用いられる。これ以外に、下地層には、ALD法で成膜された酸化アルミニウム等の無機材料が用いられる。 The underlayer is formed for the purpose of improving the surface flatness of the substrate. For the underlayer, an organic material such as an ultraviolet curable resin is used. In addition, an inorganic material such as aluminum oxide formed by the ALD method is used for the base layer.
第1及び第2の無機材料は特に限定されず、例えば、Al、Zn、Si、Cr、Zr、Cu、Mg等の金属元素を少なくとも1種含む酸化物や窒化物等が挙げられる。第1の無機材料と第2の無機材料は同種の材料で構成されてもよいし、相互に異種の材料で構成されてもよい。第1及び第2のバリア層の厚みもそれぞれ特に限定されず、例えば10nm以上100nm以下である。 The first and second inorganic materials are not particularly limited, and examples thereof include oxides and nitrides containing at least one metal element such as Al, Zn, Si, Cr, Zr, Cu, and Mg. The first inorganic material and the second inorganic material may be made of the same kind of material, or may be made of different materials. The thicknesses of the first and second barrier layers are not particularly limited, and are, for example, 10 nm or more and 100 nm or less.
本発明の他の形態に係るバリアフィルムは、基材と、下地層と、第1のバリア層と、第2のバリア層とを具備する。
上記基材は、第1の面と、上記第1の面と対向する第2の面とを有し、プラスチックフィルムで形成される。
上記下地層は、上記第1の面と上記第2の面とにそれぞれ形成される。
上記第1のバリア層は、上記下地層各々の上にそれぞれ形成され、水蒸気バリア性を有する第1の無機材料からなる。
上記第2のバリア層は、上記第1のバリア層各々の上にそれぞれ原子層堆積法によって形成され、水蒸気バリア性を有する第2の無機材料からなる。
The barrier film according to another embodiment of the present invention includes a base material, a base layer, a first barrier layer, and a second barrier layer.
The base material has a first surface and a second surface facing the first surface, and is formed of a plastic film.
The underlayer is formed on each of the first surface and the second surface.
The first barrier layer is formed on each of the foundation layers and is made of a first inorganic material having a water vapor barrier property.
The second barrier layer is formed by an atomic layer deposition method on each of the first barrier layers and is made of a second inorganic material having a water vapor barrier property.
本発明の一形態に係るバリアフィルムの製造方法は、プラスチックフィルム上に紫外線硬化樹脂からなる下地層を形成する工程を含む。
上記下地層の上に、水蒸気バリア性を有する第1の無機材料からなる第1のバリア層がスパッタ法で形成される。
上記第1のバリア層の上に、水蒸気バリア性を有する第2の無機材料からなる第2のバリア層が原子層堆積法で形成される。
The manufacturing method of the barrier film which concerns on one form of this invention includes the process of forming the base layer which consists of ultraviolet curable resin on a plastic film.
A first barrier layer made of a first inorganic material having a water vapor barrier property is formed on the underlayer by a sputtering method.
A second barrier layer made of a second inorganic material having a water vapor barrier property is formed on the first barrier layer by an atomic layer deposition method.
下地層は、基材の表面を平滑化し、第1のバリア層による基材表面の被覆性を高める。第2のバリア層は、原子層堆積法(ALD法)によって形成されるため、カバレッジ性が高く緻密な膜を得ることができる。したがって上記バリアフィルムの製造方法によれば、マイナス4乗オーダ以下の水蒸気透過率を有するバリアフィルムを作製することができる。 The underlayer smoothes the surface of the substrate and enhances the coverage of the substrate surface by the first barrier layer. Since the second barrier layer is formed by an atomic layer deposition method (ALD method), a dense film with high coverage can be obtained. Therefore, according to the method for producing a barrier film, a barrier film having a water vapor transmission rate of minus fourth power or less can be produced.
本発明によれば、水蒸気バリア特性に優れたバリアフィルムを得ることができる。 According to the present invention, a barrier film excellent in water vapor barrier properties can be obtained.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1の実施形態>
[バリアフィルム]
図1は、本発明の一実施形態に係るバリアフィルムを模式的に示す断面図である。本実施形態のバリアフィルム10は、基材11と、下地層12と、第1のバリア層13と、第2のバリア層14との積層構造を有する。
<First Embodiment>
[Barrier film]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a barrier film according to an embodiment of the present invention. The
(基材)
基材11は、フレキシブル性を有するプラスチックフィルムで形成することができる。この種のプラスチックフィルムとしては、透光性を有するプラスチック材料が用いられ、例えば、ポリカーボネート(PC)、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)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリスチレン(PS)、アラミド、トリアセチルセルロース(TAC)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などが挙げられる。
(Base material)
The
基材11の厚みは特に限定されず、例えば10μm以上1000μm以下である。厚みが10μm以下の場合、ハンドリング性や信頼性が低下するおそれがある。一方、厚みが1000μmを超えると、光の透過率の低下が顕著となる。基材11の好ましい厚みは、例えば、50μm以上200μm以下である。特に200μm以下にすることによって、後述するロール・ツー・ロール方式での成膜処理を適用することが容易となる。
The thickness of the
(下地層)
下地層12は、基材11の表面に形成され、基材11の表面の平滑性を高める目的で形成される。下地層12の構成材料は特に限定されないが、典型的には、透光性を有する樹脂材料が用いられる。この種の樹脂材料としては、紫外線硬化樹脂等のエネルギー線硬化樹脂が適しており、目的とする透明性、表面平坦性を得ることができる。紫外線硬化樹脂としては、例えばアクリル系の紫外線硬化樹脂が用いられる。
(Underlayer)
The
下地層12の厚みは特に限定されず、基材11の表面の平坦度を改善できる程度の厚みで足り、例えば5μm以上50μm以下である。下地層12の厚みは、使用される基材11の表面粗さや紫外線硬化樹脂の粘度等に応じて、10μm以上30μm以下とすることができる。
The thickness of the
下地層12は、基材11の表面に塗布された未硬化の紫外線硬化樹脂に紫外線を照射することで形成される。紫外線硬化樹脂の塗布方法は特に限定されず、スピンコート法、ロールコート法、バーコート法などの適宜の塗布技術を用いることができる。
The
(第1のバリア層)
第1のバリア層13は、水蒸気バリア性と透光性とを有する無機材料で形成される。この種の無機材料としては、例えば、Al、Zn、Si、Cr、Zr、Cu、Mg等の金属元素を少なくとも1種含む酸化物や窒化物等が挙げられる。
(First barrier layer)
The
第1のバリア層13の成膜方法は特に限定されず、スパッタリング法、真空蒸着法、CVD法、ゾルゲル法などの各種薄膜形成技術を用いることができる。第1のバリア層13の厚みは特に限定されず、例えば10nm以上100nm以下である。成膜均一性および生産性を考慮すると、第1のバリア層13は、例えば10nm以上50nm以下の厚みとされる。
The method for forming the
本実施形態では、第1のバリア層13は、Si−Cr−Zr系酸化物で形成され、下地層12の表面にスパッタ法で成膜される。基材11の表面に下地層12が形成されているため、基材11の表面粗さが比較的大きい場合であっても、第1のバリア層13は基材11の上に高い被覆性(カバレッジ性)をもって形成される。
In the present embodiment, the
第1のバリア層13をスパッタ成膜するためのスパッタリングターゲットには、典型的にはSi−Cr−Zr系酸化物の焼結体が用いられる。これ以外にも、SiO2、Cr2O3及びZrO2の各ターゲットを同時にスパッタしたり、Si、Cr及びZrの各ターゲットを酸素雰囲気中で同時にスパッタしたりすることで、第1のバリア層13を形成してもよい。
As a sputtering target for forming the
(第2のバリア層)
第2のバリア層14は、水蒸気バリア性と透光性とを有する無機材料で形成される。この種の無機材料としては、例えば、Al、Zn、Si、Cr、Zr、Cu、Mg等の金属元素を少なくとも1種含む酸化物や窒化物等が挙げられる。第2のバリア層14を構成する無機材料は、第1のバリア層13を構成する無機材料と同種の材料で形成されてもよいし、異種の材料で形成されてもよい。
(Second barrier layer)
The
本実施形態では、第2のバリア層14は、酸化アルミニウム(アルミナ)で形成される。第2のバリア層14は、ALD法によって第1のバリア層13の表面に成膜される。第2のバリア層14は、その厚みが大きいほど高い水蒸気バリア性を示す。しかし厚みが大きすぎると、内部ストレスによる反りやクラックの発生のおそれがある。このような観点から、第2のバリア層14の厚みは、例えば10nm以上100nm以下、好ましくは20nm以上60nm以下である。
In the present embodiment, the
(第2のバリア層の形成方法)
ここで、第2のバリア層14の形成方法について説明する。上述のように第2のバリア層14は、ALD法によって成膜される。ALD法は、チャンバ内に複数種の原料ガス(前駆体ガス)を交互に導入し、チャンバに設置された基材の表面に一原子層ずつ反応生成物を堆積させる薄膜形成方法である。原料ガスの反応を促進するため、チャンバ内にプラズマを形成する方法(プラズマALD法)、基材を加熱する方法(熱ALD法)等が知られており、いずれの方法も適用可能である。
(Method for forming second barrier layer)
Here, a method of forming the
第2のバリア層14を酸化アルミニウム薄膜で形成する場合、第1の前駆体ガスと第2の前駆体ガスとが用いられる。第1の前駆体ガスとしては、例えばTMA(トリメチルアルミニウム;(CH3)3Al)等が挙げられる。第2の前駆体ガスとしては、例えば水(H2O)等が挙げられる。
When the
なお、これらの前駆体ガスとしては、この他にも、例えば以下の材料を用いることができる。
ビス(テル−ブチルイミノ)ビス(ジメチルアミノ)タングステン(VI);((CH3)3CN)2W(N(CH3)2)2、トリス(テル−ブトキシ)シラノール;((CH3)3CO)3SiOH、ジエチル亜鉛;(C2H5)2Zn、トリス(ジエチルアミド)(テル−ブチルイミド)タンタル(V);(CH3)3CNTa(N(C2H5)2)3、トリス(テル−ペントキシ)シラノール;(CH3CH2C(CH3)2O)3SiOH、トリメチル(メチルシクロペンタジエニル)白金(IV);C5H4CH3Pt(CH3)3、ビス(エチルシクロペンタジエニル)ルテニウム(II);C7H9RuC7H9、(3−アミノプロピル)トリエトキシシラン;H2N(CH2)3Si(OC2H5)3、四塩化珪素;SiCl4、四塩化チタン;TiCl4、チタン(IV)イソプロポキシド;Ti[(OCH)(CH3)2]4、テトラキス(ジメチルアミド)チタン(IV);[(CH3)2N]4Ti、テトラキス(ジメチルアミド)ジルコニウム(IV);[(CH3)2N]4Zr、トリス[N,N−ビス(トリメチルシリル)アミド]イットリウム;[[(CH3)3Si]2]N)3Y
In addition, for example, the following materials can be used as these precursor gases.
Bis (ter-butylimino) bis (dimethylamino) tungsten (VI); ((CH 3 ) 3 CN) 2 W (N (CH 3 ) 2 ) 2 , tris (ter-butoxy) silanol; ((CH 3 ) 3 CO) 3 SiOH, diethyl zinc; (C 2 H 5 ) 2 Zn, tris (diethylamide) (ter-butylimido) tantalum (V); (CH 3 ) 3 CNTa (N (C 2 H 5 ) 2 ) 3 , tris (Ter-pentoxy) silanol; (CH 3 CH 2 C (CH 3 ) 2 O) 3 SiOH, trimethyl (methylcyclopentadienyl) platinum (IV); C 5 H 4 CH 3 Pt (CH 3 ) 3 , bis (ethyl cyclopentadienyl) ruthenium (II); C 7 H 9 RuC 7 H 9, (3- aminopropyl) triethoxysilane; H 2 N (CH 2) 3 Si (OC 2 H 5) 3, tetrachloride Silicon; SiC l 4 , titanium tetrachloride; TiCl 4 , titanium (IV) isopropoxide; Ti [(OCH) (CH 3 ) 2 ] 4 , tetrakis (dimethylamido) titanium (IV); [(CH 3 ) 2 N] 4 Ti, tetrakis (dimethylamide) zirconium (IV); [(CH 3 ) 2 N] 4 Zr, tris [N, N-bis (trimethylsilyl) amide] yttrium; [[(CH 3) 3 Si] 2] N) 3 Y
図2は、ALDによる薄膜形成法を説明する工程図である。ここでは、バッチ処理を例に挙げて第2のバリア層14の形成方法を説明するが、後述するようにロール・ツー・ロール方式での成膜処理を適用することも可能である。
FIG. 2 is a process diagram illustrating a thin film formation method using ALD. Here, a method for forming the
図2(A)〜(D)に示すように、第1の前駆体ガス16A、パージガス16P、第2の前駆体ガス16B及びパージガス16Pに基材フィルム15を順次曝すことで、酸化アルミニウムの単分子層14Cが形成される。基材フィルム15は、図1に示した基材11と下地層12と第1のバリア層13との積層体に相当する。
As shown in FIGS. 2A to 2D, the
基材フィルム15は、所定の圧力に真空排気されたチャンバ内に搬入される。図2(A)に示すようにチャンバ内に導入された第1の前駆体ガス16Aが基材フィルム15の表面に吸着することで、前駆体ガス16Aからなる第1の前駆体層14Aが基材フィルム15の表面に形成される。
The
次いで図2(B)に示すようにパージガス16Pがチャンバ内に導入される。これにより基材フィルム15の表面がパージガス16Pに曝され、基材フィルム15の表面に残存する未結合の前駆体ガス16Aが除去される。パージガス16Pとしては、酸化アルミニウムの薄膜を形成する場合には、例えばアルゴン(Ar)が挙げられる。これ以外にも、例えば窒素、水素、酸素、二酸化炭素等がパージガスとして用いられ得る。
Next, as shown in FIG. 2B, the
続いて図2(C)に示すようにチャンバ内に第2の前駆体ガス16Bが導入される。第2の前駆体ガス16Bは基材フィルム15の表面に吸着し、第1の前駆体層14Aの上に前駆体ガス16Bからなる第2の前駆体層14Bを形成する。その結果、第1の前駆体層14Aと第2の前駆体層14Bとの相互の化学反応によって、酸化アルミニウムの単分子層14Cが形成される。その後、図2(D)に示すようにパージガス16Pが再びチャンバ内に導入され、基材フィルム15の表面に残存する未結合の前駆体ガス16Bが除去される。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the
以上の処理が繰り返し行われることで、基材フィルム15の表面に所定厚みの第2のバリア層14が形成される。
By repeating the above process, the
図3は、ロール・ツー・ロール方式で第2のバリア層14を形成するための成膜装置の一例を模式的に示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a film forming apparatus for forming the
成膜装置100は、所定の圧力に真空排気された真空チャンバ101と、パージガス16Pで内部が充填された内部チャンバ102と、真空チャンバ101の内部において基材フィルム15を搬送する搬送機構とを有する。成膜装置100はさらに、真空チャンバ101の内部で搬送される基材フィルム15の表面に前駆体ガス16A及び16Bを吐出するALDヘッド105A及び105Bと、真空チャンバ101の外部に設置された温度制御部106とを有する。
The
上記搬送機構は、帯状の基材フィルム15を巻き出す巻出しローラと、基材フィルム15を巻き取る巻取りローラと、これら両ローラの間に設置された複数のガイドロール103,104とを有する。ガイドロール103,104は、内部チャンバ102の相対向する側壁部の外方にそれぞれ複数配列されており、基材フィルム15はガイドロール103とガイドロール104とに交互にガイドされながら搬送される。本例では、基材フィルム15の表面(成膜面)がガイドロール103に接触し、基材フィルム15の裏面(非成膜面)がガイドロール104に接触するように、両ガイドロール103,104が配置されている。また、各ガイドロール103,104はその表面温度を温度制御部106からの指令に応じて調整可能に構成されている。
The transport mechanism includes an unwinding roller for unwinding the belt-shaped
他方、内部チャンバ102の両側壁部には、基材フィルム15が通過可能なスロットが複数形成されている。これら各スロットは、ガイドロール103とガイドロール104との間に直線的に架け渡される基材フィルム15の通過領域にそれぞれ形成されている。これにより基材フィルム15は、ガイドロール103とガイドロール104との間を通過するごとに内部チャンバ102を出入り可能とされる。
On the other hand, a plurality of slots through which the
ALDヘッド105A,105Bは、各ガイドロール103に対向してそれぞれ配置されており、各ガイドロール103上の基材フィルム15の表面に向けて前駆体ガス16A,16Bを吐出する。一方のALDヘッド105Aは第1の前駆体ガス16Aを吐出し、他方のALDヘッド105Bは第2の前駆体ガス16Bを吐出する。本例では、各ガイドロール103に対向してALDヘッド105A,105Bが基材フィルム15の搬送方向に沿って交互に配置されている。
The ALD heads 105 </ b> A and 105 </ b> B are arranged to face the respective guide rolls 103 and discharge precursor gases 16 </ b> A and 16 </ b> B toward the surface of the
なお図示せずとも成膜装置100はさらに、真空チャンバ101内を排気するための排気ライン、内部チャンバ102へパージガス16Pを供給するパージガス導入ライン、各ALDヘッド105A,105Bへ前駆体ガスを供給する前駆体ガス導入ライン等を備えている。
Although not shown, the
上記構成の成膜装置100では、図3に示したようにガイドロール103,104等からなる搬送機構によって、基材フィルム15が各ALDヘッド105A,105Bの位置へ順次搬送される。基材フィルム15は、ALDヘッド105Aから吐出される第1の前駆体ガス16Aに曝され(図2(A))、その後、内部チャンバ102においてパージガス16Pに曝される(図2(B))。続いて、基材フィルム15は、ALDヘッド105Bから吐出される第2の前駆体ガス16Bに曝され(図2(C))、その後、内部チャンバ102においてパージガス16Pに曝される(図2(D))。このような処理が順次繰り返されることで、基材フィルム15の表面に第2のバリア層14が形成される。
In the
基材フィルム15に曝される前駆体ガス16A,16B及びパージガス16Pの量、暴露時間等は、基材フィルム15の搬送速度、ALDヘッド105A,105Bから吐出されるガス量、内部チャンバ102の大きさ等によって調整される。
The amount of the
以上のようにして、図1に示すバリアフィルム10が製造される。本実施形態のバリアフィルム10において下地層12は、基材11の表面を平滑化し、第1のバリア層13による基材表面の被覆性を高める。第2のバリア層14は、ALD法によって形成されるため、カバレッジ性が高く緻密な膜を得ることができる。したがって本実施形態のバリアフィルム10によれば、水蒸気透過率が非常に低い優れた水蒸気バリア特性を得ることができる。
The
ここで、本発明者が行った実験例について説明する。構成の異なる複数のサンプルを準備し、これら各サンプルの水蒸気透過率(WVTR:water vapor transmission rate)を比較した。各サンプルの構成は、以下のとおりである。 Here, an experimental example performed by the present inventor will be described. A plurality of samples having different configurations were prepared, and the water vapor transmission rate (WVTR) of each sample was compared. The configuration of each sample is as follows.
(サンプル1)
サンプル1として、単層のプラスチックフィルムからなる基材を用いた。上記基材には厚み100μmのポリカーボネートフィルムを用いた。
(Sample 1)
As Sample 1, a substrate made of a single-layer plastic film was used. A polycarbonate film having a thickness of 100 μm was used as the substrate.
(サンプル2)
サンプル2の構成を図4(A)に示す。サンプル2は、サンプル1を構成する基材111と、無機バリア層114との積層構造を有する。無機バリア層114は、ALD法によって成膜された厚み20nmの酸化アルミニウム薄膜で形成される。
(Sample 2)
The structure of
無機バリア層114は、図2(A)〜(D)に示した方法で形成した。ここで、チャンバ内のベース圧は13.3〜26.6Pa(0.1〜0.2Torr)の窒素雰囲気とし、第1の前駆体ガスにはTMA、第2の前駆体ガスにはH2O、パージガスには窒素をそれぞれ用いた。図2(A)、(B)、(C)及び(D)に示す工程の処理時間をそれぞれT1(秒)T2(秒)、T3(秒)及びT4(秒)とし、T1〜T4の合計時間を1サイクルとして厚み20nmになるまで複数サイクル繰り返した。また、T1〜T4の各値としては、T1:0.01〜1、T2:5〜200、T3:0.01〜2、T4:5〜700とした。
The
(サンプル3)
サンプル3の構成を図4(B)に示す。サンプル3は、基材111と、基材111の上に形成された下地層112と、下地層112の上に形成された厚み20nmの無機バリア層114との積層構造を有する。下地層112は、厚み30μmの紫外線硬化樹脂で形成される。
(Sample 3)
The structure of Sample 3 is shown in FIG. Sample 3 has a laminated structure of a
(サンプル4)
サンプル4の構成を図4(C)に示す。サンプル4は、基材111と、基材111の上に形成された上記下地層112と、下地層112の上に形成された無機バリア層113との積層構造を有する。無機バリア層113は、スパッタ法で成膜された厚み20nmのSCZ(Si−Cr−Zr系酸化物)薄膜で形成される。
(Sample 4)
The structure of Sample 4 is shown in FIG. Sample 4 has a laminated structure of a
無機バリア層113の成膜には、直径150mmのSiO2−Cr2O3−Zr2O3系焼結体ターゲットを用いた。チャンバ内のベース圧(成膜圧力)は0.5Paのアルゴン雰囲気とし、ターゲットへの投入電力は500W(13.56MHz)とした。
For the formation of the
(サンプル5)
サンプル5の構成を図4(D)に示す。サンプル5は、基材111と、基材111の上に形成された下地層112と、下地層112の上に形成された厚み20nmの無機バリア層113と、無機バリア層113の上に形成された厚み20nmの無機バリア層114との積層構造を有する。すなわちサンプル5は、図1に示したバリアフィルム10と同一の層構造を有する。
(Sample 5)
The structure of Sample 5 is shown in FIG. The sample 5 is formed on the
(サンプル6)
サンプル6の構成を図4(E)に示す。サンプル6は、基材111と、基材111の上に形成された厚み20nmの無機バリア層114と、無機バリア層114の上に形成された厚み10nmの無機バリア層113との積層構造を有する。
(Sample 6)
The structure of Sample 6 is shown in FIG. Sample 6 has a laminated structure of a
(サンプル7)
サンプル7は、基材111と、基材111の上に形成された厚み50nmの無機バリア層114との積層構造を有する。すなわちサンプル7は、図4(A)に示したサンプル2と同一の層構造を有し、バリア層114の厚みが異なる。
(Sample 7)
(サンプル8)
サンプル8は、基材111と、基材111の上に形成された厚み60nmの無機バリア層114との積層構造を有する。サンプル8もまた、図4(A)に示したサンプル2と同一の層構造を有し、バリア層114の厚みが異なる。
(Sample 8)
The sample 8 has a laminated structure of a
サンプル1〜8の水蒸気透過率(WVTR)を各々測定した。測定には、株式会社三ツワフロンテック製カルシウム腐食観察装置「MFB-1000」を用いた。測定条件は40℃、90%RH(相対湿度)とした。測定の結果を表1に示す。 The water vapor transmission rate (WVTR) of each of samples 1 to 8 was measured. For measurement, a calcium corrosion observation apparatus “MFB-1000” manufactured by Mitsuwa Frontec Co., Ltd. was used. The measurement conditions were 40 ° C. and 90% RH (relative humidity). The measurement results are shown in Table 1.
サンプル4とサンプル5とを比較すると、サンプル4に比べてサンプル5の方がWVTRが低い、すなわち水蒸気バリア性が高いことがわかる。これは、無機バリア層114を形成するALD膜の効果によるものである。この構成により、3.5E−5[g/m2/day]以下という非常に優れた水蒸気バリア性を実現することができる。
Comparing sample 4 and sample 5, it can be seen that sample 5 has a lower WVTR than sample 4, that is, has a higher water vapor barrier property. This is due to the effect of the ALD film that forms the
サンプル4とサンプル6とを比較すると、いずれも同等のWVTRを有している。このことから、無機バリア層114を形成するALD膜を下地層として用いた場合にも一定の水蒸気バリア特性を有することがわかる。また、サンプル6においては無機バリア層113がサンプル4のそれよりも薄く形成されているにもかかわらずサンプル4と同等のWVTRを示すことから、下地層の構成材料としては紫外線硬化樹脂よりも酸化アルミニウムのALD膜の方が優れると推認される。
When sample 4 and sample 6 are compared, both have the same WVTR. From this, it can be seen that even when an ALD film for forming the
サンプル3とサンプル4とを比較すると、サンプル4よりもサンプル3の方が、水蒸気バリア性が高い。このことから、SCZ系スパッタ膜よりもアルミナALD膜の方がバリア性が高いことを示している。一方、サンプル3及びサンプル4の結果から、無機バリア層の下地として設けられる紫外線硬化樹脂は、基材の表面性状を改善に効果があり、基材と無機バリア層との界面における水蒸気バリア性を高める機能を有することがわかる。 When comparing sample 3 and sample 4, sample 3 has a higher water vapor barrier property than sample 4. This indicates that the alumina ALD film has higher barrier properties than the SCZ-based sputtered film. On the other hand, from the results of Sample 3 and Sample 4, the ultraviolet curable resin provided as the base of the inorganic barrier layer is effective in improving the surface properties of the base material, and has a water vapor barrier property at the interface between the base material and the inorganic barrier layer. It turns out that it has the function to raise.
サンプル2、サンプル7及びサンプル8を比較すると、ALD層の膜厚が大きいほど高い水蒸気バリア性を得られることがわかる。これは、基材表面に対するカバレッジ性が水蒸気バリア性に大きく関係し、ALDの膜厚とカバレッジ性に強い相関があることを示している。サンプル8の結果より、ALDの膜厚を60nm以上とすることで、マイナス4乗オーダ以下の水蒸気透過率を実現できる。したがってサンプル5のALD層の厚みをさらに大きくすることで、更にバリア性が高まり、1E−5[g/m2/day]以下の水蒸気透過率を実現できる可能性がある。
Comparing
さらに、少なくとも最上層にALD層を形成することにより、水蒸気バリア性を大きく改善できることがわかる。なお、サンプル5の下地層を紫外線硬化樹脂層に代えてALD層で形成することによっても水蒸気バリア性を更に改善できると推認される。 Furthermore, it can be seen that the water vapor barrier property can be greatly improved by forming the ALD layer at least in the uppermost layer. It is presumed that the water vapor barrier property can be further improved by forming the underlayer of sample 5 with an ALD layer instead of the ultraviolet curable resin layer.
以上の結果から明らかなように、図1に示した本実施形態のバリアフィルム10によれば、マイナス4乗オーダ以下の水蒸気透過率[g/m2/day]を実現でき、非常に高い水蒸気バリア性を得ることができる。
As is clear from the above results, according to the
また、バリアフィルム10を構成する各層がいずれも透光性を有するため、例えば有機ELディスプレイや太陽電池モジュール用途のような透明性を必要とするバリアフィルムとして好適に用いることができる。
Moreover, since each layer which comprises the
さらにバリアフィルム10が適度なフレキシブル性を有するため、所望の形状に湾曲させて使用することができる。
Furthermore, since the
<第2の実施形態>
図5は、本発明の第2の実施形態に係るバリアフィルムを模式的に示す断面図である。本実施形態では、第1の実施形態の構成および作用と同様な部分についてはその説明を省略または簡略化し、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
<Second Embodiment>
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a barrier film according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted or simplified, and different parts from the first embodiment will be mainly described.
本実施形態のバリアフィルム20は、第1のバリア層13の下地層として、水蒸気バリア性を有する無機材料からなる第3のバリア層17を有する点で、第1の実施形態と異なる。第3のバリア層17は、例えば第2のバリア層14と同様に、酸化アルミニウムのALD膜で形成される。
The
第3のバリア層17の厚みは、基材11の表面全域を被覆できる程度の厚みがあれば足り、例えば20nm以上60nm以下とされる。これにより水蒸気バリア性の向上を図ることができる。
The thickness of the
<第3の実施形態>
図6は、本発明の第3の実施形態に係るバリアフィルムを模式的に示す断面図である。本実施形態では、第1の実施形態の構成および作用と同様な部分についてはその説明を省略または簡略化し、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
<Third Embodiment>
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a barrier film according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted or simplified, and different parts from the first embodiment will be mainly described.
本実施形態のバリアフィルム30は、基材11の表面(第1の面)側だけでなく裏面(第2の面)側にも下地層22、第1のバリア層23及び第2のバリア層24の積層構造を有する点で、第1の実施形態と異なる。下地層22、第1のバリア層23及び第2のバリア層24はそれぞれ、基材11の表面側の下地層12、第1のバリア層13及び第2のバリア層14と同一の構成を有する。なおこれに限られず、表面側と裏面側とで各層の材料を異ならせてもよい。
The
本実施形態のバリアフィルム30によれば、基材11の両面に各種バリア層が形成されているため、水蒸気バリア性の更なる向上を図ることができる。また、基材11の表面と裏面とを区別することなく製品に適用できるようになるため、取り扱い性を向上させることができる。
According to the
バリアフィルム30の製造に関しては、基材11の片面ずつ各層を形成してもよいし、両面同時に各層を形成してもよい。図7は、各面の第2のバリア層14,24を成膜するための成膜装置の一例を示す。
Regarding manufacture of the
図7に示す成膜装置200は、図3に示した成膜装置100にさらに、複数の第2のALDヘッド107A,107Bを付加した構成を有する。これらALDヘッド107A,107Bは、ガイドロール104に各々対向して配置されており、各ガイドロール104に支持される基材フィルム25の裏面側に向けて前駆体ガス16A,16Bを吐出する。一方のALDヘッド107Aは第1の前駆体ガス16Aを吐出し、他方のALDヘッド107Bは第2の前駆体ガス16Bを吐出する。これらALDヘッド107A,107Bは、各ガイドロール104に対向して基材フィルム25の搬送方向に沿って交互に配置されている。
A
基材フィルム25としては、図6に示すように、基材11と、その各面に形成された下地層12,22及び第1のバリア層13,23との積層体が用いられる。基材フィルム25は、各ガイドロール103にガイドされる際はその表面側の第1のバリア層13がALDヘッド105A,105Bにそれぞれ対向し、各ガイドロール104にガイドされる際はその裏面側の第1のバリア層23がALDヘッド107A,107Bにそれぞれ対向する。これにより、基材フィルム25の表裏面に対して第2のバリア層14,24をそれぞれ形成することが可能となる。
As the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。 The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
例えば以上の実施形態では、バリアフィルムの下地層を紫外線硬化樹脂層または酸化アルミニウムのALD層で形成したが、これら各層の積層構造で上記下地層を形成してもよい。この場合、基材側に紫外線硬化樹脂層が形成され、その上に上記ALD層が形成される。このような構成によっても水蒸気バリア性の向上を図ることができる。 For example, in the above embodiment, the base layer of the barrier film is formed of an ultraviolet curable resin layer or an ALD layer of aluminum oxide, but the base layer may be formed by a laminated structure of these layers. In this case, an ultraviolet curable resin layer is formed on the substrate side, and the ALD layer is formed thereon. Such a structure can also improve the water vapor barrier property.
また以上の実施形態では、バリアフィルムの最上層(最外層)をALD層で構成したが、その上に上記ALD層の耐久性を高めるための保護層等がさらに形成されてもよい。 In the above embodiment, the uppermost layer (outermost layer) of the barrier film is composed of an ALD layer. However, a protective layer or the like for enhancing the durability of the ALD layer may be further formed thereon.
さらに以上の実施形態では、有機ELディスプレイ、太陽電池モジュール等に適用されるバリアフィルムを例に挙げて説明したが、適用対象はこれに限定されず、水蒸気バリア性を必要とするあらゆる製品の部材として適用可能である。例えば、表示装置、携帯型電子機器、半導体装置、電池、包装部材などに適用可能である。ここで、表示装置としては、上述した有機ELディスプレイの他、例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、タッチパネル、電子ペーパーなどが挙げられる。携帯型電子機器としては、例えば、携帯電話、携帯音楽プレーヤー、データカードなどが挙げられ、表示機能を備えたものも含まれる。半導体装置としては、例えば、TFT(Thin Film Transistor、薄膜トランジスタ)、ICチップ、ICタグ、半導体メモリ、半導体センサ、MEMS(Micro Electro-Mechanical System)素子、太陽電池モジュールに組み込まれる光電変換素子などが挙げられる。電池としては、上述した太陽電池モジュールのほか、例えば、一次電池、リチウムイオン電池などの二次電池、燃料電池、蓄電池などが挙げられる。また、水蒸気バリア性を必要とする他の電気電子デバイスにも本発明は適用可能である。また、水蒸気バリア性を必要とする、食品、精密機器、カード類、美術品などの包装部材にも本発明は適用可能である。 Furthermore, in the above embodiment, although the barrier film applied to an organic EL display, a solar cell module etc. was mentioned as an example, the application object is not limited to this, The member of all the products which require water vapor | steam barrier property As applicable. For example, the present invention can be applied to display devices, portable electronic devices, semiconductor devices, batteries, packaging members, and the like. Here, examples of the display device include a liquid crystal display, a plasma display, a touch panel, and electronic paper in addition to the organic EL display described above. Examples of the portable electronic device include a mobile phone, a portable music player, a data card, and the like, and those having a display function are also included. Examples of the semiconductor device include a TFT (Thin Film Transistor), an IC chip, an IC tag, a semiconductor memory, a semiconductor sensor, a MEMS (Micro Electro-Mechanical System) element, a photoelectric conversion element incorporated in a solar cell module, and the like. It is done. Examples of the battery include, in addition to the above-described solar cell module, a secondary battery such as a primary battery or a lithium ion battery, a fuel cell, a storage battery, and the like. The present invention can also be applied to other electric and electronic devices that require water vapor barrier properties. The present invention can also be applied to packaging members such as foods, precision instruments, cards, and artworks that require water vapor barrier properties.
10、20、30…バリアフィルム
11…基材
12、22…下地層
13、23…第1のバリア層
14、24…第2のバリア層
15、25…基材フィルム
100、200…成膜装置
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記基材の上に形成された下地層と、
前記下地層の上に形成され、水蒸気バリア性を有する第1の無機材料からなる第1のバリア層と、
前記第1のバリア層の上に原子層堆積法によって形成され、水蒸気バリア性を有する第2の無機材料からなる第2のバリア層と
を具備するバリアフィルム。 A substrate formed of a plastic film;
An underlayer formed on the substrate;
A first barrier layer formed on the underlayer and made of a first inorganic material having a water vapor barrier property;
A barrier film comprising: a second barrier layer formed on the first barrier layer by an atomic layer deposition method and made of a second inorganic material having a water vapor barrier property.
前記下地層は、紫外線硬化樹脂からなる
バリアフィルム。 The barrier film according to claim 1,
The underlayer is a barrier film made of an ultraviolet curable resin.
水蒸気透過率が1×10−4[g/m2/day]以下である
バリアフィルム。 The barrier film according to claim 2,
A barrier film having a water vapor transmission rate of 1 × 10 −4 [g / m 2 / day] or less.
前記第1の無機材料は、Si−Cr−Zr系酸化物である
バリアフィルム。 The barrier film according to claim 3,
The first inorganic material is a Si—Cr—Zr-based oxide barrier film.
前記第2の無機材料は、酸化アルミニウムである
バリアフィルム。 The barrier film according to claim 3,
The second inorganic material is an aluminum oxide barrier film.
前記下地層は、原子層堆積法によって形成された酸化アルミニウム膜である
バリアフィルム。 The barrier film according to claim 1,
The underlayer is an aluminum oxide film formed by an atomic layer deposition method.
前記第1の面と前記第2の面とにそれぞれ形成された下地層と、
前記下地層各々の上にそれぞれ形成され、水蒸気バリア性を有する第1の無機材料からなる第1のバリア層と、
前記第1のバリア層各々の上にそれぞれ原子層堆積法によって形成され、水蒸気バリア性を有する第2の無機材料からなる第2のバリア層と
を具備するバリアフィルム。 A base material formed of a plastic film having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
An underlayer formed on each of the first surface and the second surface;
A first barrier layer formed on each of the underlying layers and made of a first inorganic material having a water vapor barrier property;
A barrier film comprising: a second barrier layer formed on each of the first barrier layers by an atomic layer deposition method and made of a second inorganic material having a water vapor barrier property.
前記下地層の上に、水蒸気バリア性を有する第1の無機材料からなる第1のバリア層をスパッタ法で形成し、
前記第1のバリア層の上に、水蒸気バリア性を有する第2の無機材料からなる第2のバリア層を原子層堆積法で形成する
バリアフィルムの製造方法。 Form a base layer made of UV curable resin on a plastic film,
On the underlayer, a first barrier layer made of a first inorganic material having a water vapor barrier property is formed by a sputtering method,
A method for producing a barrier film, comprising: forming a second barrier layer made of a second inorganic material having a water vapor barrier property on the first barrier layer by an atomic layer deposition method.
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