JP2012240357A

JP2012240357A - 電子デバイス用バリアフィルム

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Publication number: JP2012240357A
Application number: JP2011114526A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nagayama; 健一永山; Yukitaka Yamada; 幸香山田; Tadao Yagi; 弾生八木; Hisanao Usami; 久尚宇佐美
Original assignee: Samsung Yokohama Research Institute
Current assignee: Samsung R&D Institute Japan Co Ltd
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2012-12-10

Abstract

【課題】従来よりもバリア性能を向上させることが可能な、新規かつ改良されたバリアフィルムを提供する。
【解決手段】バリアフィルムは、帯電した無機板状粒子を含む無機板状粒子層と、無機板状粒子と反対の電荷に帯電した無機物を含むバインダ層と、が交互に積層されている。

【選択図】図１

Description

本発明は、電子デバイス用バリアフィルムに関する。

電子デバイス用のフレキシブル基板として、樹脂フィルム上に、バリア層が形成されたバリアフィルムが用いられている。これらバリアフィルムの用途は、従来、食品等の包装であったが、近年、電子デバイスに用いられるようになり、バリア性能の飛躍的な向上が求められていた。

特許文献１にこのようなバリアフィルムが開示されている。特許文献１記載のバリアフィルムは、粘土粒子からなる粘土層とカチオン性樹脂とを交互吸着法によって積層したものである。

米国特許出願公開第２００４／０５３０３７号明細書

しかし、特許文献１記載のバリアフィルムでは、バリア層がガス透過性が高いカチオン性樹脂を含んでおり、この部分が水分等のガスの通り道となる。このため、特許文献１記載のバリアフィルムには、各粘土層のバリア性能が不十分になり易いという問題があった。この問題を解決する方法として、粘土層の積層数を増加させるという方法も考えられるが、この方法では、工程が複雑になり、かつ、バリアフィルムが厚くなってしまう。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、従来よりもバリア性能を向上させることが可能な、新規かつ改良されたバリアフィルムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、樹脂フィルムに、帯電した無機板状粒子を含む無機板状粒子層と、無機板状粒子と反対の電荷に帯電した無機物を含むバインダ層と、が交互に積層された交互積層部を有することを特徴とする、電子デバイス用バリアフィルムが提供される。

この観点による電子デバイス用バリアフィルムは、バインダ層が無機物を含み、かつ、バインダ層と無機板状粒子層とがクーロン力で強固に吸着するので、従来よりもバリア性能が向上する。

ここで、無機物は、金属イオン、金属化合物イオン、及び無機板状粒子のうち、少なくとも１種であってもよい。

金属イオン、金属化合物イオン、及び無機板状粒子は、クーロン力により無機板状粒子層に強固に吸着するので、電子デバイス用バリアフィルムのバリア性能が向上する。

また、金属イオンは、アルミニウム、マグネシウム、カリウム、及び多価遷移金属のうち、少なくとも１種の金属のイオンであってもよい。

これらのイオンは、クーロン力により無機板状粒子層に強固に吸着するので、電子デバイス用バリアフィルムのバリア性能が向上する。

また、多価遷移金属は、鉄、コバルト、及びマンガンのうち、少なくとも１種であってもよい。

また、金属化合物イオンを構成する金属は、タングステン、バナジウム、モリブデン、及びチタンのうち、少なくとも１種であってもよい。

また、無機物を構成する無機板状粒子である第２の無機板状粒子は、層状複水酸化物を層分離することで得られるものであってもよい。

第２の無機板状粒子は、クーロン力により無機板状粒子層に強固に吸着するので、電子デバイス用バリアフィルムのバリア性能が向上する。また、第２の無機板状粒子自体もガスを透過させにくいので、この点でも、電子デバイス用バリアフィルムのバリア性能が向上する。

また、無機板状粒子層を構成する無機板状粒子である第１の無機板状粒子は負に帯電し、無機物は正に帯電していてもよい。

また、第１の無機板状粒子は、粘土鉱物及びリン酸ジルコニウムのうち少なくとも１種を層分離することで得られるものであってもよい。

これにより、無機板状粒子がガスの透過を防止するので、バリア性能がより向上する。

また、粘土鉱物は、雲母、バーミュライト、モンモリロナイト、鉄モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、及びスチーブンサイトの少なくとも１種であってもよい。

また、粘土鉱物は、モンモリロナイトであってもよい。

モンモリロナイトは容易に層分離されるので、この観点によれば、無機板状粒子が容易に生成される。

また、第１の無機板状粒子は、リン酸ジルコニウムを層分離することで得られるものであってもよい。

リン酸ジルコニウムは容易に層分離されるので、この観点によれば、無機板状粒子が容易に生成される。

また、樹脂フィルムに形成され、樹脂フィルムを交互積層部に強力に吸着させる吸着層を備えるようにしてもよい。

これにより、交互積層部と樹脂フィルムとが強力に吸着するので、バリア性能がより向上する。更に、吸着層がガスの透過を防止するので、バリア性能がより向上する。

また、吸着層は、シリカ及びアルミナのうち、少なくとも１種を含むようにしてもよい。

これにより、交互積層部と樹脂フィルムとが強力に吸着するので、バリア性能がより向上する。

また、吸着層は、交互積層部の最も外側の層である最外層と反対の電荷に帯電していてもよい。

また、吸着層を帯電させる処理は、シランカップリング剤を用いることで行われるようにしてもよい。

これにより、吸着層をより確実に帯電させることができる。

以上説明したように本発明によれば、バインダ層が無機物を含み、かつ、バインダ層と無機板状粒子層とがクーロン力で強固に吸着するので、従来よりもバリア性能が向上する。

本発明の実施形態に係るバリアフィルムを示す断面図である。同実施形態にかかるバリアフィルムの製造方法を示す断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［従来のバリアフィルムが有する問題点］
本発明者は、従来のバリアフィルム及びその問題点を精査し、この結果に基づいて、本実施の形態に係るバリアフィルムを完成させるに至った。そこで、まず、従来のバリアフィルム及びその問題点について説明する。

電子デバイス用のフレキシブル基板として、樹脂フィルム上にバリア層が形成されたバリアフィルムが用いられている。これらバリアフィルムの用途は、従来、食品等の包装であったが、近年、電子デバイスに用いられるようになり、バリア性能の飛躍的な向上が求められていた。例えば、フレキシブルディスプレイに好適と言われている、全固体型の発光素子である有機エレクトロルミネッセンス素子の場合、必要とされるバリア性能は、透湿率（ＷＶＴＲ）で、１Ｅ−６（ｇ／ｍ^２／ｄａｙ）が要求されていた。

このような高い性能を満たすバリアフィルムが各社より提案されている。例えば、米国バイテックス（Ｖｉｔｅｘ）社は、樹脂フィルム及びアルミナ層の交互積層構造からなるバリアフィルムを開示している（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｖｉｔｅｘｓｙｓ．ｃｏｍ／ｂａｒｉｘ＿ｈｏｗ＿ｍａｄｅ．ｈｔｍｌ）。バイテックス社によれば、このバリアフィルムは有機発光素子に適用可能な高い性能を有する。また、２００８年２月２０日の三菱樹脂株式会社の新聞発表（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｐｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｉｎｆｏ／３６０／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ）によれば、ＷＶＴＲが０．０５（ｇ／ｍ^２／ｄａｙ）のバリアフィルムが上市されている。

これら二つの技術を始め、多くの高性能バリアフィルムは、真空プロセスを用いて作製されている。真空プロセスは、概略的には、真空チャンバ内に設置したフィルム基板上に、バリアフィルムを構成する物質を付着させるプロセスである。真空プロセスは、巨大な真空チャンバを必要とするため、設備投資額が大きくなるという問題があった。また、真空プロセスは、真空チャンバの維持に過大なランニングコストが必要になるので、バリアフィルムの製造コストが高くなるという問題もあった。また、真空プロセスは、バリアフィルムのステップカバレージが悪いため、フィルム基板上の異物が原因でピンホールが生じやすいという問題もあった。

一方、バリアフィルムの成膜方法として、湿式プロセスによる成膜方法も知られている。この製膜方法は、これら真空プロセスの問題を回避でき、低コストでピンホールの少ないバリアフィルムを形成できる。湿式プロセスとしては、ゾルゲル法や、ガス透過がほとんどない粘土の粒子を用いる方法が考えられる。これらの手法を用いたバリアフィルムの製造方法は、上述した特許文献１の他、特開２００７−２２０７５号公報（以下、「参考文献１」とも称する）、及び特開２００３−４１１５３号公報（以下、「参考文献２」とも称する）に開示されている。特許文献１に開示された技術及び当該技術に関する問題点については、上述したとおりである。

参考文献１は、粘土粒子（後述する無機層状化合物の粒子）からなる粘土層と、ゾルゲル法により形成される無機層とが積層されたバリアフィルムを開示する。参考文献１に開示された技術では、粘土粒子が分散した分散液を静置することで、粘土層を形成する。しかし、このような方法で形成された粘土層は、他の層、即ち無機層との密着性が低いという問題があった。また、粘土層は、単に粘土粒子が堆積した層であるので、粘土層内の粘土粒子同士の結合も非常に弱い。例えば、水分が無機層を通って粘土層中に浸入すると、容易に粘土粒子間に水分子が入り込み、粘土層が膨潤し、バリアフィルムのバリア性能が著しく低下する。この問題を解決するためには、無機層の透湿率を低くすることが考えられるが、そのためには無機層を高温（１００〜５００℃）で焼成する必要があるので、工程が複雑になるという問題があった。

参考文献２には、ゾルゲル材料と粘土粒子との混合物からなるバリアフィルムが開示される。この技術では、粘土粒子をゾルゲル材料中に高濃度に分散させることがバリアフィルムのバリア性能を高めるために重要な事項となる。粘土粒子のような層状化合物をゾルゲル材料中に分散させた場合に、バリアフィルムがどの程度バリア性能を高めることができるかについては、Ｊ．ＭＡＣＲＯＭＯＬ．ＳＣＩ．（ＣＨＥＭ．），Ａ１（５），９２９−９４２（１９６７）で試算されている。該文献の計算方法によれば、例えば、１μｍの直径で１ｎｍの厚さを持つ粘土粒子を用いた場合、混合するゾルゲル材料のＷＶＴＲ、即ちバリアフィルムのＷＶＴＲを２桁下げるためには、バリアフィルムの総質量に対し約２０質量％の粘土粒子をゾルゲル材料中に分散させる必要がある。粘土粒子のような非常に扁平な形状である粒子がゾルゲル材料中に分散した分散液はチクソトロピー性を示し、静置時の粘度が非常に高くなる。このような粘度の高さのため、２０質量％もの粘土粒子をゾルゲル材料中に分散させるのは事実上困難であるという問題があった。また、仮に分散できたとしても、分散液の粘度が高いため、分散液を膜状に塗布するのは非常に困難であるという問題もあった。

本発明者は、上記の問題点に鑑み、本実施の形態に記載のバリアフィルムを開発するに至った。以下、本実施の形態に係るバリアフィルムについて説明する。

［バリアフィルムの構造］
まず、本実施の形態に係るバリアフィルムの構造を図１に基づいて説明する。本実施の形態に係るバリアフィルム１は、樹脂フィルム２と、無機板状粒子層３及びバインダ層５が交互積層された交互積層部８とを備える。なお、以下の説明において、バリアフィルム１を製造する途中過程で製造されるフィルム、即ち、樹脂フィルム２の表面に無機板状粒子層３及びバインダ層５のうち少なくとも一方が積層されたフィルムを「中間フィルム」とも称する。

［樹脂フィルムの構成］
まず、樹脂フィルム２の構成について説明する。樹脂フィルム２は、既知の樹脂であればどのような樹脂で構成されていてもよいが、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）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、及びポリイミド（ＰＩ）等で構成される。樹脂フィルム２は、これらの物質のうち、いずれか１種だけで構成されていても良く、これらの物質のうち、２種以上の物質で構成されていても良い。

樹脂フィルム２は、正または負に帯電している。図１では、樹脂フィルム２は正に帯電している。樹脂フィルム２を帯電させる処理としては特に制限されないが、例えば、物理的処理（例えば、コロナ処理、ＵＶ／Ｏ_３処理等）、ＥＢ処理（電子線処理）、及びシランカップリング剤等の薬液による化学的処理等を用いることができる。樹脂フィルム２の表面をコロナ処理することで、樹脂フィルム２の表面が負に帯電する。また、樹脂フィルム２の表面をシランカップリング剤で処理すると、樹脂フィルム２の表面が正に帯電する。更に、これら帯電処理の効果を高めるために、樹脂フィルム２上に吸着層を形成し、吸着層に帯電処理を行っても良い。吸着層は、樹脂フィルム２を無機板状粒子層３またはバインダ層５に吸着するものであり、シリカ及びアルミナ等の金属酸化物で構成される。これら金属酸化物は、大気中でその表面にＯＨ基を有しているので、金属酸化物にコロナ処理やＵＶ／Ｏ_３処理を行うと、強力かつ均一に表面が帯電される。同様に、金属酸化物の表面をシランカップリング剤で帯電処理する場合、該シランカップリング剤が金属酸化物表面のＯＨ基と吸着する結果、強力かつ均一に表面が帯電される。

樹脂フィルム２、無機板状粒子層３、及びバインダ層５がそれぞれ有する電荷によって、無機板状粒子層３、及びバインダ層５のうち、どちらを樹脂フィルム２に積層するかが決まる。例えば、樹脂フィルム２の表面を正に、無機板状粒子層３が負にそれぞれ帯電している場合は、無機板状粒子層３を樹脂フィルム２に積層し、バインダ層５を無機板状粒子層３に積層する。

［無機板状粒子層の構成］
次に、バリアフィルム１を構成する無機板状粒子層３について説明する。無機板状粒子層３は、無機板状粒子で構成される。

無機板状粒子は、無機層状化合物、例えば雲母、バーミキュライト、モンモリロナイト、鉄モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト等の粘土鉱物、リン酸ジルコニウム、及び層状複水酸化物（ＬＤＨ）等を層分離（剥離、Ｅｘｆｏｌｉａｔｅ）することで得られる。

これらの無機層状化合物は、正または負に帯電した複数の無機板状粒子同士が、無機板状粒子と逆の電荷に帯電した層間イオン（例えばナトリウムイオン）を介して積層されたものである。無機層状化合物を層分離するためには、例えば、無機板状粒子間に層間イオンよりも粒径の大きな粒子、例えば水分子、カルシウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオンを挿入すればよい。例えば、無機層状化合物を水に投入し、攪拌すればよい。

無機板状粒子層３は、１種の無機板状粒子で構成されていても良く、同じ電荷を有する２種以上の無機板状粒子で構成されていても良い。

なお、層分離のしやすさは、無機層状化合物の持つ電荷の密度に依存する。層分離のしやすい無機層状化合物として、モンモリロナイトや燐酸ジルコニウムが挙げられる。したがって、これらの無機層状化合物は、層分離がしやすいという点で好ましいといえる。

無機板状粒子は、非常に扁平な形状をしており、金属酸化物等の無機物で構成される。無機板状粒子は、気体をほとんど透過させない。したがって、無機板状粒子を他の層に対して水平に配置することにより、バリアフィルム１のバリア性能が向上する。

無機平板状化合物の寸法は、例えば、平面方向の直径が１０ｎｍ〜１０μｍ、厚さが１〜１００ｎｍとなる。なお、平面方向の直径は、例えば各粒子の相当径（粒子の平面方向の形状を円としたときの直径）を算術平均した値であり、厚さは、各粒子の厚さを算術平均した値である。無機平板状化合物粒子の平面方向の直径及び厚さは、例えばＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）、レーザー散乱式粒度分布計によって測定される。

また、無機板状粒子は、上述したように、正または負に帯電している。具体的には、雲母、バーミキュライト、モンモリロナイト、鉄モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト等の粘土鉱物、及びリン酸ジルコニウムから取得される無機板状粒子は、負に帯電している。

一方、層状複水酸化物から取得される無機板状粒子は、正に帯電している。即ち、層状複水酸化物は、以下の化学式１で表される。
［Ｍ^２＋ _１−ｘＭ^３＋ _ｘ（ＯＨ）_２］^ｘ＋［Ｂ^ｎ− _ｘ／ｎ・ｙＨ_２Ｏ］^ｘ−・・・（化学式１）
化学式１中、Ｍ^２＋は２価金属、Ｍ^３＋は３価金属、Ｂはアニオン、ｎはアニオンの価数、ｘは０＜ｘ＜０．４の実数、ｙは０より大きい実数である。すなわち、層状複水酸化物は、ブルーサイトと同様の構成を有し、正に帯電した無機板状粒子（［Ｍ^２＋ _１−ｘＭ^３＋ _ｘ（ＯＨ）_２］^ｘ＋）の層間に、アニオン及び層間水からなり、負に帯電した層間イオン（［Ｂ_{ｎ−ｘ／ｎ}・ｙＨ_２Ｏ］^ｘ−）が配置された無機層状化合物である。

層状複水酸化物の結晶全体では電気的中性が保たれている。２価金属としてはＭｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等が知られており、３価金属としてはＡｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｉｎ等が知られている。また、アニオンとしては、ＯＨ⁻、Ｆ⁻、Ｃｌ⁻、ＮＯ_３ ⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＣＯ_３ ^２−、Ｆｅ（ＣＮ）_６ ^４−、ＣＨ_３ＣＯＯ⁻、Ｖ_１０Ｏ_２８ ^６−、ドデシルＳＯ_４ ⁻等が知られている。

無機板状粒子層３は、吸着法によって形成される。吸着法は、表面が帯電した基板を、基板と逆の電荷に帯電した粒子の分散液に浸漬する手法である。この手法では、クーロン力により基板表面に粒子が吸着する。本実施の形態では、樹脂フィルム２または表面がバインダ層５となる中間フィルムを、樹脂フィルム２または中間フィルムの表面電荷と逆の電荷に帯電した無機板状粒子の分散液に浸漬する。これにより、樹脂フィルム２または中間フィルムの表面に無機板状粒子が吸着する。このとき、無機板状粒子は、樹脂フィルム２または中間フィルムの表面と平行になるように吸着する。

無機板状粒子の分散液は、水に無機層状化合物を投入し、撹拌することで生成される。ここで、無機層状化合物の濃度は、０．０１〜１０（ｇ／Ｌ）が好適で、０．１〜１（ｇ／Ｌ）が更に好適である。濃度が低すぎると、樹脂フィルム２または中間フィルムへの無機板状粒子の吸着が不十分となる。一方、濃度が高すぎると、分散液の粘度が高くなってしまう。分散液は、少なくとも水と無機層状化合物（具体的には、無機層状化合物が層分離することで形成される無機板状粒子及び層間イオン）からなるが、無機板状粒子の分散性を高めるための分散剤や、無機層状化合物の層分離を促進するためのインタカレート剤を含んでいても良い。

［バインダ層の構成］
バインダ層５は、無機板状粒子層３と逆の電荷に帯電可能なバインダ粒子（無機物）で構成される。このようなバインダ粒子としては、例えば、金属イオン、金属化合物イオン、及び無機板状粒子が挙げられる。バインダ層５は、これらの物質のうち、いずれか１種だけで構成されていても良く、これらの物質のうち、同じ電荷を有する２つ以上の物質で構成されていても良い。

金属イオンとしては、アルミニウム、マグネシウム、カリウム、及び多価遷移金属等のイオンが挙げられる。多価遷移金属としては、鉄、コバルト、及びマンガン等が挙げられる。金属化合物イオンとしては、金属のオキソ酸イオン、例えば、ＶＯ_３ ⁻、ＭｏＯ_４ ^２−、ＷＯ_４ ^２−、ＴｉＯ^２＋等が挙げられる。無機板状粒子は、上述した無機層状化合物を層分離することで得られるものである。即ち、無機板状粒子層３が粘土鉱物から得られる無機板状粒子で構成される場合、バインダ層５は、層状複水酸化物から得られる無機板状粒子で構成される。逆に、無機板状粒子層３が層状複水酸化物から得られる無機板状粒子で構成される場合、バインダ層５は、粘土鉱物から得られる無機板状粒子で構成される。

バインダ層５は、無機板状粒子層３と同様に、吸着法によって形成される。本実施の形態では、樹脂フィルム２または表面が無機板状粒子層３となる中間フィルムを、樹脂フィルム２または中間フィルムの表面電荷と逆の電荷に帯電した無機材料の水溶液（または分散液）に浸漬する。これにより、樹脂フィルム２または中間フィルムの表面に無機材料が吸着する。即ち、樹脂フィルム２または中間フィルムの表面にバインダ層５が形成される。このとき、無機材料が無機板状粒子となる場合、無機板状粒子は、樹脂フィルム２または中間フィルムの表面と平行になるように吸着する。

バインダ粒子水溶液（または分散液）は、水に各種の水溶性化合物または上述した無機層状化合物を溶解または分散させることで得られる。ここで、水溶性化合物または無機層状化合物の濃度は、０．１ｍｇ／Ｌ〜１ｇ／Ｌが好適で、１ｍｇ／Ｌ〜１０ｍｇ／Ｌが更に好適である。濃度が低すぎると、樹脂フィルム２または中間フィルムへのバインダ粒子の吸着が不十分となる。一方、濃度が高すぎると、バインダ粒子水溶液（または分散液）の粘度が高くなってしまう。バインダ粒子水溶液（または分散液）は、少なくとも水とバインダ粒子とからなるが、バインダ粒子が無機板状粒子となる場合、無機板状粒子の分散性を高めるための分散剤や、無機層状化合物の層分離を促進するためのインタカレート剤を含んでいても良い。

なお、バインダ層５を金属イオンで構成する場合、水溶性化合物としては、金属の硫酸塩、塩化物、水酸化物、例えば、ＡｌＫ（ＳＯ_４）_２、ＡｌＮＨ_４（ＳＯ_４）_２、ＭｇＣｌ_２、Ｍｇ（ＮＯ_３）_２、ＫＯＨ、Ｋ_２ＳＯ_４、ＫＣｌ、ＦｅＫ（ＳＯ_４）_２、ＣｏＣｌ_２、Ｃｏ（ＮＯ_３）_２、ＭｎＣｌ_２，Ｍｎ（ＮＯ_３）_２，ＮｉＣｌ_２，Ｎｉ（ＮＯ_３）_２，ＣｕＣｌ_２，Ｃｕ（ＮＯ_３）_２，ＺｎＣｌ_２、Ｚｎ（ＮＯ_３）_２等が挙げられる。バインダ層５を金属化合物イオンで構成する場合、水溶性化合物としては、オキソ酸のナトリウム塩やアンモニウム塩等、例えば、ＮａＶＯ_３、（ＮＨ_４）_２ＭｏＯ_４、（ＮＨ_４）_２ＷＯ_４、ＴｉＯＳＯ_４等が挙げられる。

［バリアフィルムの製造方法］
次に、バリアフィルム１の製造方法を図２に基づいて説明する。なお、ここでは、製造方法の一例として、樹脂フィルム２に無機板状粒子層３を積層し、次いで無機板状粒子層３にバインダ層５を積層する製造方法について説明するが、樹脂フィルム２にバインダ層５を積層しても良いことは勿論である。

［第１段階：樹脂フィルム２への帯電処理］
まず、図２（ａ）に示すように、樹脂フィルム２の表面を正に帯電する。または、樹脂フィルム２の表面に吸着層を形成し、吸着層を正に帯電する。樹脂フィルム２または吸着層を帯電させる方法としては、例えば、コロナ処理、ＵＶ／Ｏ_３処理、ＥＢ処理（電子線処理）、及びシランカップリング剤等の薬液による化学的処理等を用いることができる。

［第２段階：無機板状粒子層を形成する処理］
次いで、図２（ｂ）に示すように、樹脂フィルム２の表面に負に帯電した無機板状粒子層３を形成する。具体的には、まず、粘土鉱物及びリン酸ジルコニウムのうち、少なくとも一方を水に投入し、撹拌することで無機板状粒子の分散液を生成する。なお、粘土鉱物及びリン酸ジルコニウムは、負に帯電した無機板状粒子が層間イオンを介して積層されたものである。次いで、無機板状粒子の分散液に、樹脂フィルム２を浸漬する。これにより、樹脂フィルム２の表面に無機板状粒子が吸着する。即ち、樹脂フィルム２の表面に無機板状粒子層３が形成される。ただし、無機板状粒子層３には、無機板状粒子が欠落した箇所である欠陥部分７が形成される。

［第３段階：バインダ層を形成する処理］
次に、図２（ｃ）に示すように、無機板状粒子層３にバインダ層５を形成する。具体的には、まず、正に帯電した金属イオン、金属化合物イオン、及び正に帯電した無機板状粒子のうち、少なくとも１種が溶解（または分散）したバインダ粒子水溶液（または分散液）を用意する。次いで、バインダ粒子水溶液（または分散液）に、表面が無機板状粒子層３となる中間フィルムを浸漬する。これにより、中間フィルムの表面にバインダ粒子が吸着する。即ち、中間フィルムの表面にバインダ層５が形成される。このとき、バインダ粒子が無機板状粒子となる場合、無機板状粒子は、中間フィルムの表面と平行になるように吸着する。

［第４段階：繰り返し処理］
次いで、図２（ｅ）に示すように、第２段階〜第３段階の処理を繰り返して行うことで、樹脂フィルム２上に無機板状粒子層３及びバインダ層５を交互に積層していく。なお、無機板状粒子層３及びバインダ層５の組が１つのユニット６を形成する。これにより、バリアフィルム１が製造される。

［バリアフィルムの作用］
次に、図１等に基づいて、バリアフィルム１の作用（動作）について説明する。樹脂フィルム２を通って無機板状粒子層３に浸入した水分や酸素等のガスは、無機板状粒子層３を構成する無機板状粒子を通過できないため、図１に示すような透過経路１００を通って拡散する可能性がある。バリアフィルム１のガス透過は、以下の式（１）に示すように、透過経路１００の長さ、バインダ層５全体の透過率、及びバインダ層５の透過断面（透過経路１００に垂直な断面）の面積にそれぞれ比例する。

Ｔ∝Ｌ＊Ｔｂ＊Ｄｂ・・・（１）
Ｔ：バリアフィルム１全体のガス透過率
Ｌ：バインダ層５内の透過経路の長さ
Ｔｂ：バインダ層５全体のガス透過率
Ｄｂ：バインダ層５の膜厚（例えば、各バインダ層５の膜厚を算術平均した値。膜厚は、例えばエリプソメーター、ＡＦＭ等により測定される。以下同じ）

上述した特許文献１に開示された技術では、バインダ層が樹脂で構成されるため、式（１）のＴｂが非常に大きな値となる。一方、バリアフィルム１では、バインダ層５が無機物で構成されるため、Ｔｂが非常に小さな値となる。例えば、ガス透過率が低い樹脂として知られるポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）は３μｍ程度の膜厚で、４（ｇ／ｍ^２／ｄａｙ）程度のＷＶＴＲなのに対し、アルミニウムは１００ｎｍ程度の膜厚で１（ｇ／ｍ^２／ｄａｙ）が得られる。両者を同じ膜厚で比較すれば、樹脂に比べＡｌは２桁以上ＷＶＴＲが小さいことになる。したがって、バリアフィルム１は、特許文献１に開示された技術よりも、ガス透過率を低減（即ちバリア性能を向上）させることができる。さらに、バリアフィルム１は、交互吸着数（ユニット６の数）を従来よりも大幅に減らすことができるので、工程が簡便になる。

また、本実施の形態では、バインダ層５が吸着法によって形成されるため、参考文献２に開示された技術に比べ、Ｄｂが非常に小さくなる。例えば、参考文献２の実施例２では、３μｍのゾルゲル材料中に膨潤性合成雲母からなる無機層状化合物を１０質量％分散させている。この実施例２では、算術平均的な無機層状化合物間の間隔は３００ｎｍ程度と見積もられる。これに対し、本実施の形態によるバインダ層５の膜厚は、１ｎｍ以下と見積もられるため、２桁以上Ｄｂが小さいことになる。一方、バインダ層５に参考文献２と同じ無機層状化合物を用いた場合、Ｔｂは同程度であるから、バリアフィルム１は、参考文献２に開示された技術よりも高いバリア性能を得ることができる。

さらに、バリアフィルム１では、水分に弱い（即ち、水分によって膨潤する）無機層状化合物をそのまま無機板状粒子層３に用いるのではなく、無機層状化合物を層分離することで無機板状粒子を生成し、この無機板状粒子を用いて無機板状粒子層３を形成している。具体的には、本実施の形態では、無機層状化合物を水に投入して撹拌することで無機層状化合物を層分離させる。そして、この結果生成された無機板状粒子をイオン吸着法により樹脂フィルム２またはバインダ層５に吸着させることで、無機板状粒子層３を形成する。これにより、本実施の形態に係るバリアフィルム１は、水分等のガスが無機板状粒子層３の内部に侵入して無機板状粒子層３を膨潤させることを防止することができる。また、バリアフィルム１は、無機板状粒子がクーロン力により他の層に吸着しているので、無機板状粒子層３と他の層との間に水分等のガスが侵入することも防止することができる。したがって、バリアフィルム１は、参考文献１に開示された技術よりもバリア性能を向上させることができる。

次に、本実施の形態の実施例を説明する。

実施例１は、樹脂フィルム２を負に帯電させ、正に帯電したバインダ層５と負に帯電した無機板状粒子層３とを樹脂フィルム２上に交互に積層したものである。

１）樹脂フィルム２の洗浄
樹脂フィルム２として、０．１ｍｍ厚のＰＥＴフィルムを用意した。樹脂フィルム２を洗剤と純水とで洗浄し、エアブローで乾燥させた。

２）無機板状粒子分散液の作製
モンモリロナイト（ＭＭＴ）として、クニミネ工業製クニフィル−Ｄ３６を０．５ｇ、純水１Ｌ中に入れ、市販のスターラ（アズワン製ＫＮＳ−Ｔ１）を用いて、１日間攪拌した。これにより、無機板状粒子が分散した無機板状粒子分散液を作製した。

３）バインダ粒子水溶液の作製
ＡｌＫ（ＳＯ_４）_２の３０ｍｍｏｌ／Ｌ水溶液を調整した。

４）樹脂フィルム２の帯電処理
１）で洗浄した樹脂フィルム２を日本スタテック製ＨＰＳ−１０１を用いて、１０分間コロナ処理した。これにより、樹脂フィルム２を負に帯電させた。

５）バインダ層形成
４）で帯電処理した樹脂フィルム２を、３）で作製したバインダ粒子分散液に１５分間浸漬した後、純水で十分洗い流し、エアブローで乾燥させた。これにより、樹脂フィルム２の表面にバインダ層５を形成した。

６）無機板状粒子層形成
５）でバインダ層５を形成した樹脂フィルム２を、２）で作製した無機板状粒子分散液に１５分間浸漬した後、純水で十分洗い流し、エアブローで乾燥した。これにより、バインダ層５上に無機板状粒子層３を形成した。

７）交互吸着
５）〜６）の工程を、５、１０、２０回繰り返し、樹脂フィルム２にユニット６（無機板状粒子層３とバインダ層５との組）がそれぞれ５、１０、２０層形成されたバリアフィルム１を得た。

８）ＷＶＴＲ測定
９）で作製した３枚のバリアフィルム１を、ＭＯＣＯＮ社製水蒸気透過率測定装置ＡＱＵＡＴＲＡＮを用いて、ＷＶＴＲを測定した。

次に、実施例４を説明する。実施例４は、樹脂フィルム２を正に帯電させ、負に帯電した無機板状粒子層３と正に帯電したバインダ層５とを樹脂フィルム２上に交互に積層したものである。

１）樹脂フィルム２の洗浄
樹脂フィルム２として、０．１ｍｍ厚のＰＥＴフィルムを用意し、樹脂フィルム２を洗剤と純水とで洗浄し、エアブローで乾燥させた。

４）樹脂フィルム２の帯電処理
１）で洗浄した樹脂フィルム２を、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）の１０ｍｍｏｌ／Ｌのエタノール溶液に３０分間浸漬した。その後、樹脂フィルム２をエタノールと純水で洗い流した後、エアブローで乾燥した。これにより、樹脂フィルム２を正に帯電させた。

５）無機板状粒子層形成
４）で帯電処理した樹脂フィルム２を、２）で作製した無機板状粒子分散液に１５分間浸漬した後、純水で十分洗い流し、エアブローで乾燥した。これにより、無機板状粒子層３を形成した。

６）バインダ層形成
５）で無機板状粒子層３を形成した樹脂フィルム２を、３）で作製したバインダ粒子水溶液に１５分間浸漬した後、純水で十分洗い流し、エアブローで乾燥した。これにより、バインダ層５を形成した。

８）ＷＶＴＲ測定
７）で作製した３枚のバリアフィルム１を、ＭＯＣＯＮ社製水蒸気透過率測定装置ＡＱＵＡＴＲＡＮを用いて、ＷＶＴＲを測定した。

次に、実施例３を説明する。実施例３は、実施例２でバインダ粒子を変更してものである。即ち、実施例３では、実施例２の３）の工程を次のようにしたこと以外は、実施例２と同様の工程で、３つのバリアフィルム１を作製し、ＷＶＴＲを測定した。

３）バインダ粒子水溶液の作製
ＦｅＫ（ＳＯ_４）_２の３０ｍｍｏｌ／Ｌ水溶液を調整した。

次に、実施例４を説明する。実施例４は、実施例２で無機板状粒子を変更してものである。即ち、実施例４では、実施例２の２）の工程を次のようにしたこと以外は、実施例２と同様の工程で、３つのバリアフィルム１を作製し、ＷＶＴＲを測定した。

２）無機板状粒子分散液の作製
まず、第一希元素化学製α−ＺｒＰを１ｇ、純水１５０ｍＬに入れ、市販のスターラ（アズワン製ＫＮＳ−Ｔ１）を用いて、１日間攪拌した。攪拌した液に、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＢＡＨＯ）の１５０ｍｍｏｌ／Ｌ水溶液を３０ｍＬ、ＺｒＰ液のｐｈが９を超えないように、少量ずつ加えることでＺｒＰ粒子（無機層状化合物粒子）の層分離（層間剥離、Ｅｘｆｏｌｉａｔｅ）を行う。これにより、無機板状粒子が分散した無機板状粒子分散液を作製した。

次に、実施例５を説明する。実施例５は、樹脂フィルム２を正に帯電させ、負に帯電した無機板状粒子層３と正に帯電したバインダ層５とを樹脂フィルム２上に交互に積層したものである。なお、実施例５では、便宜上、層状複水酸化物を含む層をバインダ層５とする。

３）バインダ粒子分散液の作製
Ｍ^２＋ _ｘＭ^３＋ _ｙ（ＯＨ）_ｎＣＯ_３・ｎＨ_２Ｏ（Ｍ^２＋：Ｍｇ、Ｍ^３＋：Ａｌ、Ｂ：ＣＯ_３ ^２−、ｘ＝４．５、ｙ＝２、ｎ＝１３）からなる層状複水酸化物（ＬＤＨ）を、ＬＤＨ２０ｍｇにつき塩化ナトリウム１ｍｏｌ／Ｌ、酢酸０．０１ｍｏｌ／Ｌ、酢酸ナトリウム０．０９ｍｏｌ／Ｌの混合水溶液２０ｍＬを添加し、市販のシェーカ（ＳＨ−Ｂ型、テラサワ）を用い２日間攪拌することにより、Ｍ^２＋ _ｘＭ^３＋ _ｙ（ＯＨ）_ｎＣｌ_２・ｎＨ_２Ｏ（Ｍ^２＋：Ｍｇ、Ｍ^３＋：Ａｌ、Ｂ：ＣＯ_３ ^２−、ｘ＝４．５、ｙ＝２、ｎ＝１３）からなるＬＤＨを分散したバインダ粒子分散液を作製した。

６）バインダ層形成
５）で無機板状粒子層３を形成した樹脂フィルム２を、３）で作製したバインダ粒子分散液に１５分間浸漬した後、純水で十分洗い流し、エアブローで乾燥した。これにより、バインダ層５を形成した。

次に、実施例６を説明する。実施例６は、樹脂フィルム２を負に帯電させ、正に帯電した無機板状粒子層３と負に帯電したバインダ層５とを樹脂フィルム２上に交互に積層したものである。

２）無機板状粒子分散液の作製
Ｍ^２＋ _ｘＭ^３＋ _ｙ（ＯＨ）_ｎＣＯ_３・ｎＨ_２Ｏ（Ｍ^２＋：Ｍｇ、Ｍ^３＋：Ａｌ、Ｂ：ＣＯ_３ ^２−、ｘ＝４．５、ｙ＝２、ｎ＝１３）からなる層状複水酸化物（ＬＤＨ）を、ＬＤＨ２０ｍｇにつき塩化ナトリウム１ｍｏｌ／Ｌ、酢酸０．０１ｍｏｌ／Ｌ、酢酸ナトリウム０．０９ｍｏｌ／Ｌの混合水溶液２０ｍＬを添加し、市販のシェーカ（ＳＨ−Ｂ型、テラサワ）を用い１日間攪拌することにより、Ｍ^２＋ _ｘＭ^３＋ _ｙ（ＯＨ）_ｎＣｌ_２・ｎＨ_２Ｏ（Ｍ^２＋：Ｍｇ、Ｍ^３＋：Ａｌ、Ｂ：ＣＯ_３ ^２−、ｘ＝４．５、ｙ＝２、ｎ＝１３）からなるＬＤＨを分散した無機板状粒子分散液を作製した。

３）バインダ粒子水溶液の作製
（ＮＨ_４）_２ＭｏＯ_４の１０ｍｍｏｌ／Ｌ水溶液を調整した。

次に、実施例７を説明する。実施例７は、実施例２に、吸着層を追加したものである。具体的には、実施例７では、実施例２の４）の工程を、次のようにしたこと以外は、実施例２と同様の工程で３つのバリアフィルム１を作製し、ＷＶＴＲを測定した。

４）樹脂フィルム２の帯電処理
１）で洗浄した樹脂フィルム２に、ミカサ製ＭＳ−Ａ１５０を用いて、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ製アクアミカＮＬ１００Ａをスピンコーティングした。ついで、樹脂フィルム２を、１２０℃で１時間、続いて９５℃−湿度８０％の雰囲気下で３時間硬化した。これにより、樹脂フィルム２の表面に吸着層としてシリカ層を約０．２μｍの厚さで形成した。この樹脂フィルム２を３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）の１０ｍｍｏｌ／Ｌのエタノール溶液に３０分間浸漬した。その後、樹脂フィルム２をエタノールと純水とで洗い流した後、エアブローで乾燥した。これにより、シリカ層を正に帯電した。

［比較例１］
実施例２の３）の工程を次のようにしたこと以外は、実施例２と同様の工程を行なうことで、３つの比較用フィルムを作製し、ＷＶＴＲを測定した。

３）バインダ粒子水溶液の作製
ポリアリルアミンヒドロキシド（ＰＡＨ）の３０ｍｍｏｌ／Ｌ水溶液を調整した。

［ＷＶＴＲの測定結果］
表１に、実施例１〜７、及び、比較例１で作製したバリアフィルム１及び比較用フィルムを４０℃、９０％ＲＨ（湿度）の環境下でＷＶＴＲ測定した結果（単位：ｇ／ｍ^２／ｄａｙ）を示す。なお、表１では、無機板状粒子層３を「クレー層」と称している。

何れの実施例においても、比較例１に比べ、ＷＶＴＲの値が小さくなっており、本実施形態によるバリアフィルム１が高いバリア性能を有することが分かる。例えば、１０の−２乗（ｇ／ｍ^２／ｄａｙ）台のＷＶＴＲを得るためには、比較例では２０対の交互吸着（即ち、２０個のユニット）でも不可能だが、実施例では１０対（即ち、１０個のユニット６）（実施例によっては５対）以下で十分である。つまり、本実施形態による交互吸着を用いたバリアフィルム１は、従来の交互吸着を用いたバリアフィルムに比べ、高い性能を少ない積層数で実現できることが確認された。

なお、実施例７によるバリアフィルム１のＷＶＴＲが実施例１よりも低いのは、実施例５において形成したシリカ層により帯電処理の効果が向上し、より完全に無機板状粒子層３が樹脂フィルム２に吸着したためと思われる。

以上により、本実施の形態によれば、バリアフィルム１は、バインダ層５が無機物を含み、かつ、バインダ層５と無機板状粒子層３とがクーロン力で強固に結合するので、従来よりもバリア性能が向上する。

ここで、無機物は、金属イオン、金属化合物イオン、及び無機板状粒子のうち、少なくとも１種でありうる。これらの金属イオン、金属化合物イオン、及び無機板状粒子は、クーロン力により無機板状粒子層に強固に結合するので、バリアフィルムのバリア性能が向上する。

また、金属イオンは、アルミニウム、マグネシウム、カリウム、及び多価遷移金属のうち、少なくとも１種の金属のイオンでありうる。これらのイオンは、クーロン力により無機板状粒子層に強固に結合するので、バリアフィルムのバリア性能が向上する。

また、多価遷移金属は、鉄、コバルト、及びマンガンのうち、少なくとも１種でありうる。これらのイオンは、クーロン力により無機板状粒子層に強固に結合するので、バリアフィルムのバリア性能が向上する。

また、金属化合物イオンを構成する金属は、タングステン、バナジウム、モリブデン、及びチタンのうち、少なくとも１種でありうる。これらのイオンは、クーロン力により無機板状粒子層に強固に結合するので、バリアフィルムのバリア性能が向上する。

また、無機物を構成する無機板状粒子は、層状複水酸化物を層分離することで得られるものでありうる。この無機板状粒子は、クーロン力により無機板状粒子層に強固に結合するので、バリアフィルムのバリア性能が向上する。また、この無機板状粒子自体もガスを透過させにくいので、この点でも、バリアフィルムのバリア性能が向上する。

また、無機板状粒子層３を構成する無機板状粒子は負に帯電し、無機物は正に帯電しうる。この場合、バインダ層５が無機物を含み、かつ、バインダ層５と無機板状粒子層３とがクーロン力で強固に吸着するので、従来よりもバリア性能が向上する。

また、無機板状粒子層３を構成する無機板状粒子は、粘土鉱物及びリン酸ジルコニウムのうち少なくとも１種を層分離することで得られうる。したがって、無機板状粒子がガスの透過を防止するので、バリア性能がより向上する。

また、粘土鉱物は、雲母、バーミュライト、モンモリロナイト、鉄モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、及びスチーブンサイトの少なくとも１種でありうる。これにより、無機板状粒子がガスの透過を防止するので、バリア性能がより向上する。

また、粘土鉱物は、モンモリロナイトでありうる。モンモリロナイトは容易に層分離されるので、この観点によれば、無機板状粒子が容易に生成される。

また、無機板状粒子層３を構成する無機板状粒子は、リン酸ジルコニウムを層分離することで得られうる。リン酸ジルコニウムは容易に層分離されるので、この観点によれば、無機板状粒子が容易に生成される。

また、樹脂フィルムに形成され、樹脂フィルムを交互積層部に強力に吸着させる吸着層を備えうる。これにより、交互積層部と樹脂フィルムとが強力に吸着するので、バリア性能がより向上する。

また、吸着層は、シリカ及びアルミナのうち、少なくとも１種を含みうる。これにより、交互積層部と樹脂フィルムとが強力に吸着するので、バリア性能がより向上する。

また、吸着層は、交互積層部と反対の電荷に帯電しうる。これにより、交互積層部と樹脂フィルムとが強力に吸着するので、バリア性能がより向上する。

また、吸着層を帯電させる処理は、シランカップリング剤を用いることで行われうる。これにより、吸着層をより確実に帯電させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１バリアフィルム
２樹脂フィルム
３無機板状粒子層
５バインダ層
６ユニット
７欠陥部分

Claims

樹脂フィルムに、帯電した無機板状粒子を含む無機板状粒子層と、前記無機板状粒子と反対の電荷に帯電した無機物を含むバインダ層と、が交互に積層された交互積層部を有することを特徴とする、電子デバイス用バリアフィルム。
前記無機物は、金属イオン、金属化合物イオン、及び無機板状粒子のうち、少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１記載の電子デバイス用バリアフィルム。
前記金属イオンは、アルミニウム、マグネシウム、カリウム、及び多価遷移金属のうち、少なくとも１種の金属のイオンであることを特徴とする、請求項２記載の電子デバイス用バリアフィルム。
前記多価遷移金属は、鉄、コバルト、及びマンガンのうち、少なくとも１種であることを特徴とする、請求項３記載の電子デバイス用バリアフィルム。
前記金属化合物イオンを構成する金属は、タングステン、バナジウム、モリブデン、及びチタンのうち、少なくとも１種であることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電子デバイス用バリアフィルム。
前記無機物を構成する無機板状粒子である第２の無機板状粒子は、層状複水酸化物を層分離することで得られることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか１項に記載の電子デバイス用バリアフィルム。
前記無機板状粒子層を構成する無機板状粒子である第１の無機板状粒子は負に帯電し、前記無機物は正に帯電していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子デバイス用バリアフィルム。
前記第１の無機板状粒子は、粘土鉱物及びリン酸ジルコニウムのうち少なくとも１種を層分離することで得られることを特徴とする、請求項７記載の電子デバイス用バリアフィルム。
前記粘土鉱物は、雲母、バーミュライト、モンモリロナイト、鉄モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、及びスチーブンサイトの少なくとも１種であることを特徴とする、請求項８記載の電子デバイス用バリアフィルム。
前記粘土鉱物は、モンモリロナイトであることを特徴とする、請求項９記載の電子デバイス用バリアフィルム。
前記第１の無機板状粒子は、リン酸ジルコニウムを層分離することで得られることを特徴とする、請求項８記載の電子デバイス用バリアフィルム。
前記樹脂フィルムに形成され、前記樹脂フィルムを前記交互積層部に吸着させる吸着層を備えることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電子デバイス用バリアフィルム。
前記吸着層は、シリカ及びアルミナのうち、少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項１２記載の電子デバイス用バリアフィルム。
前記吸着層は、前記交互積層部の最も外側の層である最外層と反対の電荷に帯電していることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の電子デバイス用バリアフィルム。
前記吸着層を帯電させる処理は、シランカップリング剤を用いることで行われることを特徴とする、請求項１４記載の電子デバイス用バリアフィルム。