JP2013039786A - Gas barrier film, method for producing gas barrier film, and organic electronic device having gas barrier film - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas barrier film capable of achieving a high productivity, a high gas barrier performance and a high gas barrier stability (hygrothermal resistance, bending durability), to provide a method for producing the gas barrier film, and to provide an electronic device using the gas barrier film.SOLUTION: The gas barrier film against three gases having a resin substrate 4, at least one barrier layer 2, and an adjacent layer 1 which is located adjacent to the barrier layer at least at the substrate side, is characterized in satisfying the following conditions (1) and (2). (1) The adjacent layer 1 has a region including at least M atom (M denotes Si, Ti, Zr, Al and Zn), O atom and C atom at the same time, and an atomic composition ratio of C/M is 0.2-2.2 and an atomic composition ratio of O/M is 1.0-2.0, (2) the barrier layer has a region including at least Si atom and N atom at the same time, and an atomic composition ratio of N/Si is 0.3-0.8 and an atomic composition ratio of C/Si is <0.1.

Description

本発明は、主に電子デバイス等のパッケージ、または有機エレクトロルミネッセンス素子や太陽電池、液晶等のプラスチック基板といったディスプレイ材料に用いられるガスバリア性フィルムとその製造方法、及び該ガスバリア性フィルムを用いた有機電子デバイスに関するものである。   The present invention mainly relates to a gas barrier film used for a display material such as a package of an electronic device or the like, or a plastic substrate such as an organic electroluminescence element, a solar cell, or a liquid crystal, and a manufacturing method thereof, and an organic electronic using the gas barrier film It is about the device.

従来、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、酸化ケイ素等の金属酸化物の薄膜を作製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。   Conventionally, a gas barrier film in which a metal oxide thin film such as aluminum oxide, magnesium oxide, or silicon oxide is formed on the surface of a plastic substrate or film is used for packaging goods and foods that require blocking of various gases such as water vapor and oxygen. It is widely used in packaging applications to prevent the alteration of industrial products and pharmaceuticals.

また、包装用途以外にも液晶表示素子、太陽電池、有機エレクトロルミネッセンス(EL)基板等で使用されている。   In addition to packaging applications, it is used in liquid crystal display elements, solar cells, organic electroluminescence (EL) substrates, and the like.

この様なガスバリア性フィルムを作製する方法として、テトラエトキシシラン(TEOS)に代表される有機珪素化合物を用いて、減圧下の酸素プラズマで酸化しながら基板上に成膜する化学堆積法(プラズマCVD)や半導体レーザーを用いて金属Siを蒸発させ酸素の存在下で基板上に堆積するスパッタ法が知られている。   As a method for producing such a gas barrier film, a chemical deposition method (plasma CVD) in which an organic silicon compound typified by tetraethoxysilane (TEOS) is used to form a film on a substrate while being oxidized by oxygen plasma under reduced pressure. And a sputtering method in which metal Si is evaporated using a semiconductor laser and deposited on a substrate in the presence of oxygen.

これらの方法は、正確な組成の薄膜を基板上に作製できるため、SiOをはじめとする金属酸化物薄膜の作製に好ましく使われてきたが、減圧下での成膜となるため、減圧及び大気開放に時間を要すること、連続生産が難しいこと、設備が大型化することなど著しく生産性が悪いという問題点があった。 These methods have been preferably used for the production of metal oxide thin films including SiO 2 because a thin film having an accurate composition can be produced on the substrate. There were problems such as requiring time to open to the atmosphere, difficulty in continuous production, and significant increase in equipment size.

かかる問題を解決するため、生産性の向上を目的に、珪素含有化合物を塗布し、その塗膜を改質することで酸化シリコン薄膜を作製する方法、及び化学気相成長法(CVD法)でも、大気圧下でプラズマを発生し大気圧下で成膜する試みが行われており、ガスバリア性フィルムにおいても検討されている。   In order to solve such problems, a method of producing a silicon oxide thin film by applying a silicon-containing compound and modifying the coating film for the purpose of improving productivity, and a chemical vapor deposition method (CVD method) Attempts have been made to generate plasma at atmospheric pressure to form a film at atmospheric pressure, and gas barrier films have been studied.

一般的に溶液プロセスで作製可能な酸化ケイ素膜としては、アルコキシド化合物を原料として、ゾル−ゲル法と呼ばれる方法で作製する技術が知られている。   As a silicon oxide film that can be generally produced by a solution process, a technique of producing an alkoxide compound as a raw material by a method called a sol-gel method is known.

このゾル−ゲル法は一般的に高温に加熱する必要があり、更に脱水縮合反応の過程で大きな体積収縮が起こり、膜中に多数の欠陥が生じやすいという問題がある。   This sol-gel method generally requires heating to a high temperature, and further, there is a problem that a large volume shrinkage occurs in the course of the dehydration condensation reaction, and many defects are likely to occur in the film.

これを防ぐために原料溶液に酸化物の作製に直接関与しない有機物などを混合する手法なども見いだされてはいるが、これらの有機物が膜中に残存することによって膜全体のバリア性の低下が懸念されている。   In order to prevent this, methods have been found to mix organic substances that are not directly involved in the production of oxides into the raw material solution. However, these organic substances remain in the film, and there is concern that the barrier properties of the entire film may be reduced. Has been.

これらのことから、ゾル−ゲル法で作製する酸化膜をそのままフレキシブル電子デバイスの保護膜として用いるのは困難であった。   For these reasons, it has been difficult to directly use an oxide film produced by a sol-gel method as a protective film of a flexible electronic device.

その他の方法としては原料にシラザン構造(Si−N)を基本構造とするシラザン化合物を用いて酸化ケイ素を作製することが提案されており、この場合の反応は脱水縮重合ではなく窒素から酸素への直接的な置換反応であるため、反応前後の質量収率が80%から100%以上と大きく、体積収縮による膜中欠陥が少ない緻密な膜が得られることが知られている。   As another method, it has been proposed to produce silicon oxide using a silazane compound having a basic structure of silazane structure (Si-N) as a raw material. In this case, the reaction is not from dehydration condensation polymerization but from nitrogen to oxygen. Since this is a direct substitution reaction, it is known that a dense film having a mass yield before and after the reaction of 80% to 100% or more and few defects in the film due to volume shrinkage can be obtained.

しかしながら、シラザン化合物の置換反応による酸化シリコン薄膜の作製には450℃以上の高温が必要であり、プラスチック等のフレキシブル基板に適応することは不可能である。   However, the production of a silicon oxide thin film by a substitution reaction of a silazane compound requires a high temperature of 450 ° C. or higher and cannot be applied to a flexible substrate such as plastic.

昨今では、シラザン化合物内の原子間結合力より大きい真空紫外光(VUV光)と呼ばれる100nm〜200nmの光エネルギーを用いて、原子の結合を光量子プロセスと呼ばれる光子のみによる作用により、直接切断しながら活性酸素やオゾンによる酸化反応を進行させることで、比較的低温で、酸化シリコン膜の作製をおこなう方法が提案されている。   In recent years, using optical energy of 100 nm to 200 nm called vacuum ultraviolet light (VUV light) larger than the interatomic bonding force in the silazane compound, the bonds of atoms are directly cut by the action of only photons called photon processes. There has been proposed a method for producing a silicon oxide film at a relatively low temperature by causing an oxidation reaction with active oxygen or ozone to proceed.

例えば、特許文献1においては、ポリシラザン膜を湿式法で形成し、真空紫外線処理を施すことでポリシラザン膜の一部をシリカに転化しガスバリア層を形成する技術が開示されている。しかしながら、開示されている作成方法では真空紫外線を1分〜5分もの長時間照射しており、例えばロール・トゥ・ロールの様な連続生産を考えた場合、非常に長い照射ラインが必要になり生産性が高いとは言えない。   For example, Patent Document 1 discloses a technique in which a polysilazane film is formed by a wet method and a part of the polysilazane film is converted to silica to form a gas barrier layer by vacuum ultraviolet treatment. However, the disclosed production method irradiates the vacuum ultraviolet ray for 1 to 5 minutes for a long time. For example, when considering continuous production like roll-to-roll, a very long irradiation line is required. Productivity is not high.

また、特許文献2においては、ポリシラザン膜を湿式法で形成し、水蒸気を含む雰囲気においてUV光を照射することによりガスバリア層を形成する技術が開示されている。   Patent Document 2 discloses a technique for forming a gas barrier layer by forming a polysilazane film by a wet method and irradiating UV light in an atmosphere containing water vapor.

しかしながら、水蒸気を含む雰囲気によりシラノール形成後の脱水反応が十分に進まず、そのために得られる膜密度が低く、ガスバリア性能としては十分でなかった。残存シラノールを脱水縮合するためには、300℃〜400℃程度の熱若しくはそれに類するエネルギーを与える必要があり、特にフレキシブルな樹脂基板で高いガスバリア性を発現させることは困難であった。   However, the dehydration reaction after silanol formation does not proceed sufficiently due to the atmosphere containing water vapor, and the resulting film density is low, and the gas barrier performance is not sufficient. In order to dehydrate-condense the residual silanol, it is necessary to apply heat of about 300 ° C. to 400 ° C. or similar energy, and it has been difficult to develop a high gas barrier property particularly with a flexible resin substrate.

そこで、本発明者らが先に鋭意検討した結果、ポリシラザンの改質を効率的に進めるには適度な酸素源の存在とポリシラザン結合を活性化するための適度な光エネルギーの存在が必要であることが判明した。特にエキシマ光を用いて改質を行う場合、雰囲気の酸素濃度によって膜面へ届くエキシマ光の光量が大きく変化するため、効率的な処理を行うには酸素濃度が高くなりすぎないように制御することが必要である。また、酸素源としての過剰な水分の存在は、前述したようなシラノール形成を助長してしまい、バリア性の大幅な劣化を引き起こす。   Therefore, as a result of intensive studies by the present inventors, it is necessary to have an appropriate oxygen source and an appropriate light energy for activating the polysilazane bond in order to efficiently improve the polysilazane. It has been found. Especially when reforming using excimer light, the amount of excimer light reaching the film surface varies greatly depending on the oxygen concentration in the atmosphere, so control is performed so that the oxygen concentration does not become too high for efficient processing. It is necessary. In addition, the presence of excessive moisture as an oxygen source promotes the formation of silanol as described above, and causes a significant deterioration in barrier properties.

よって、ポリシラザン塗布膜を0.1%以下の低酸素濃度雰囲気下、かつ、低湿度下でVUV照射して転化したバリア層は、緻密で高いバリア性を有する上、CVD等で形成した膜より欠陥が少なく平坦化できるため、優れたバリア性フィルムを形成することができる。   Therefore, the barrier layer obtained by converting the polysilazane coating film by VUV irradiation under a low oxygen concentration atmosphere of 0.1% or less and under low humidity has a dense and high barrier property, and is more than a film formed by CVD or the like. Since it can be flattened with few defects, an excellent barrier film can be formed.

しかしながら、加熱・加湿環境下での加速劣化性能評価において、水蒸気を透過し始めてから、ある点で急激にバリア性が劣化してしまい、バリア性を失ってしまうことが、Ca法によるバリア性評価や有機デバイス素子評価で確認されており、安定なガスバリア性フィルムを得る上での大きな課題となっている。   However, in the accelerated deterioration performance evaluation under heating / humidification environment, the barrier property evaluation by the Ca method is that the barrier property deteriorates suddenly at a certain point after the permeation of water vapor, and the barrier property is lost. It has been confirmed by organic device element evaluation, and has become a major issue in obtaining a stable gas barrier film.

また、樹脂基材とバリア層間に層を設けることについては、主に樹脂基材とバリア層間の密着性改良のために、基材・バリア層間にプライマー層を設けることが特許文献3あるいは、特許文献4に開示されている。   Regarding providing a layer between the resin base material and the barrier layer, it is possible to provide a primer layer between the base material and the barrier layer mainly for improving adhesion between the resin base material and the barrier layer. It is disclosed in Document 4.

特開2009−255040号公報JP 2009-255040 A 特表2009−503157号公報Special table 2009-503157 特開2009−101620号公報JP 2009-101620 A 特開2011−718号公報JP 2011-718

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、生産性が高く、高いガスバリア性能と高いガスバリア性能安定性(湿熱耐性、屈曲耐性)を達成できるガスバリア性フィルムと、ガスバリア性フィルムの製造方法、及び該ガスバリア性フィルムを用いた電子デバイスを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object thereof is a gas barrier film capable of achieving high gas barrier performance and high gas barrier performance stability (wet heat resistance, bending resistance), and a gas barrier film. And an electronic device using the gas barrier film.

本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。   The above object of the present invention is achieved by the following configurations.

1.樹脂基材と、少なくとも1層のバリア層と、少なくとも基材側で前記バリア層に隣接する隣接層1を有するガスバリア性フィルムにおいて、下記(1)、(2)を満たすことを特徴とするガスバリア性フィルム。
(1)前記隣接層1が少なくとも、M原子(MはSi、Ti、Zr、Al,Znを表す。)、O原子、C原子を同時に含む領域を有し、原子組成比で、C/Mが0.2〜2.2、かつ、O/Mが1.0〜2.0である。
(2)前記バリア層が少なくとも、Si原子、N原子を同時に含む領域を有し、原子組成比で、N/Siが0.3〜0.8、C/Si<0.1である。
1. A gas barrier film comprising a resin substrate, at least one barrier layer, and an adjacent layer 1 adjacent to the barrier layer at least on the substrate side, wherein the following (1) and (2) are satisfied: Sex film.
(1) The adjacent layer 1 has a region containing at least M atoms (M represents Si, Ti, Zr, Al, Zn), O atoms, and C atoms at the same time. Is 0.2 to 2.2, and O / M is 1.0 to 2.0.
(2) The barrier layer has at least a region containing Si atoms and N atoms at the same time, and N / Si is 0.3 to 0.8 and C / Si <0.1 in terms of atomic composition ratio.

2.前記1に記載のガスバリア性フィルムにおいて、前記バリア層が更にO原子を含み、原子組成比でO/Siが0.2〜1.3であることを特徴とするガスバリア性フィルム。   2. 2. The gas barrier film according to 1 above, wherein the barrier layer further contains O atoms, and O / Si is 0.2 to 1.3 in terms of atomic composition ratio.

3.前記1または2に記載のガスバリア性フィルムにおいて、基材側で前記バリア層に隣接する隣接層1に加えて、基材とは反対側で前記バリア層に隣接する隣接層2を更に有することを特徴とするガスバリア性フィルム。   3. 3. The gas barrier film according to 1 or 2, further comprising an adjacent layer 2 adjacent to the barrier layer on the side opposite to the substrate, in addition to the adjacent layer 1 adjacent to the barrier layer on the substrate side. Characteristic gas barrier film.

4.前記1〜3のいずれか1項に記載のガスバリア性フィルムにおいて、前記M原子がSiであることを特徴とするガスバリア性フィルム。   4). 4. The gas barrier film according to any one of 1 to 3, wherein the M atom is Si.

5.前記1〜4のいずれか1項に記載のガスバリア性フィルムの製造方法であって、パーヒドロポリシラザンを含有する組成物の塗布液を前記隣接層1上に塗布した後、転化処理を施すことで無機物を含むバリア層を形成することを特徴とするガスバリア性フィルムの製造方法。   5). It is a manufacturing method of the gas barrier film of any one of said 1-4, Comprising: After apply | coating the coating liquid of the composition containing perhydropolysilazane on the said adjacent layer 1, it performs a conversion process. The manufacturing method of the gas-barrier film characterized by forming the barrier layer containing an inorganic substance.

6.前記5に記載のガスバリア性フィルムの製造方法において、前記転化処理が紫外線照射処理であることを特徴とするガスバリア性フィルムの製造方法。   6). 6. The method for producing a gas barrier film according to 5, wherein the conversion treatment is an ultraviolet irradiation treatment.

7.前記1〜4のいずれか1項に記載のガスバリアフィルムで封止したことを特徴とする有機電子デバイス。   7). An organic electronic device sealed with the gas barrier film described in any one of 1 to 4 above.

本発明により、生産性が高く、高いガスバリア性能と高いガスバリア性能安定性を達成できるガスバリア性フィルム、ガスバリア性フィルムの製造方法、及び該ガスバリア性フィルムを用いた電子デバイスを提供することができた。   According to the present invention, a gas barrier film capable of achieving high gas barrier performance and high gas barrier performance stability, a method for producing the gas barrier film, and an electronic device using the gas barrier film can be provided.

バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子を有する本発明の太陽電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the solar cell of this invention which has a bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element. タンデム型のバルクへテロジャンクション層を備える有機光電変換素子を有する太陽電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the solar cell which has an organic photoelectric conversion element provided with a tandem type bulk heterojunction layer. タンデム型のバルクへテロジャンクション層を備える有機光電変換素子を有する太陽電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the solar cell which has an organic photoelectric conversion element provided with a tandem type bulk heterojunction layer. 作成したガスバリア性フィルムの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the produced gas barrier film.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

上記の様な、ガスバリア性フィルムの、加熱・加湿環境下での性能劣化、即ち、水蒸気を透過し始めてから、ある点で急激にバリア性が劣化してしまう現象については、これまで急激劣化の原因が全く掴めず、改良手段へと結びつけることができなかった。   As described above, the performance deterioration of the gas barrier film in a heated / humidified environment, that is, the phenomenon in which the barrier property suddenly deteriorates at a certain point after starting to permeate water vapor, The cause was not grasped at all, and could not be linked to improvement means.

発明者は、検討を進めていくうちに、バリア性が急激に劣化し、安定なバリア性フィルムが得られない原因が、主に以下の3点によるものではないかという推測に至った。   As the inventors proceeded with the study, the inventors have inferred that the reason why the barrier property deteriorates rapidly and a stable barrier film cannot be obtained is mainly due to the following three points.

1)湿熱により樹脂基材とバリア層間の密着性が急激に劣化し、バリアフィルムが破壊
2)塗布型バリア層転化形成時に蓄積される内部応力によるバリア層の破壊
3)基材側からの水分によるポリシラザン改質膜の膜質低下
よって、急激にバリア性が劣化しない安定なバリア性フィルムを得るためには、柔軟な樹脂基材上に良好な膜質で改質されたポリシラザン転化バリア層を安定に保持するようなバリア層下層を開発することが最も重要であると考えられた。
1) Adhesion between the resin substrate and the barrier layer suddenly deteriorates due to wet heat, and the barrier film breaks 2) Breakage of the barrier layer due to internal stress accumulated during the conversion of the coating type barrier layer 3) Water from the substrate side In order to obtain a stable barrier film that does not deteriorate its barrier properties rapidly due to deterioration of the quality of the polysilazane-modified film due to, a stable polysilazane conversion barrier layer modified with a good film quality on a flexible resin substrate It was thought that it was most important to develop a barrier layer underneath that would hold.

主に樹脂基材とバリア層間の密着性改良のために、基材・バリア層間にプライマー層を設けたバリアフィルムについては、前記のように、特許文献3或いは特許文献4に開示されている。   As described above, Patent Document 3 or Patent Document 4 discloses a barrier film in which a primer layer is provided between a base material and a barrier layer mainly for improving adhesion between the resin base material and the barrier layer.

しかしながら、ポリシラザン改質膜の膜質が、バリア層下層の組成によって大きく異なり、適切なバリア層下層を選択すれば、改質効率及び性能安定性を大幅に向上させることが可能であることに関しては、これまで全く知られてこなかったのが現状である。   However, the film quality of the polysilazane modified film varies greatly depending on the composition of the barrier layer lower layer, and if an appropriate barrier layer lower layer is selected, the modification efficiency and performance stability can be greatly improved. The current situation has never been known.

このように、バリア層であるポリシラザン改質膜のバリア性の急激な劣化をなくし、湿熱下でも基材との密着性劣化がなく、バリア層に蓄積された内部応力を緩和するためには、バリア層形成時に基材側からの酸素源として水分の供給を抑えるため、バリア層下層(隣接層1)として、原子組成比が、本発明の範囲である隣接層1を形成すればよい。   Thus, in order to eliminate the rapid deterioration of the barrier property of the polysilazane modified film that is the barrier layer, there is no adhesion deterioration with the substrate even under wet heat, and to relieve the internal stress accumulated in the barrier layer, In order to suppress the supply of moisture as an oxygen source from the base material side during the formation of the barrier layer, the adjacent layer 1 having an atomic composition ratio within the scope of the present invention may be formed as the barrier layer lower layer (adjacent layer 1).

また、プロセス耐性等も含め、より安定性を高めるためには、更にバリア層上層に同様の層(隣接層2)を設けることが好ましい。   Further, in order to further improve the stability including process resistance and the like, it is preferable to further provide a similar layer (adjacent layer 2) on the barrier layer.

以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention, its components, and embodiments for carrying out the present invention will be described in detail.

《ガスバリア性フィルム及びガスバリア性フィルムの製造方法》
本発明のガスバリア性フィルム及びガスバリア性フィルムの製造方法について説明する。
<< Gas barrier film and method for producing gas barrier film >>
The gas barrier film of the present invention and the method for producing the gas barrier film will be described.

本発明のガスバリア性フィルムは、樹脂基材と、少なくとも1層のバリア層と、少なくとも基材側で前記バリア層に隣接する少なくとも1層の隣接層1からなることを特徴とし、さらに、前記隣接層1と前記バリア層が、下記(1)及び(2)を満たすことを特徴とする。
(1)前記隣接層1が少なくとも、M原子(MはSi、Ti、Zr、Al、Znを表す)、O原子、C原子を同時に含む領域を有し、C/Mが0.2〜2.2、かつ、O/Mが1.0〜2.0である。
(2)前記バリア層が少なくとも、Si原子、N原子を同時に含む領域を有し、N/Siが0.3〜0.8、C/Si<0.1である。
The gas barrier film of the present invention comprises a resin base material, at least one barrier layer, and at least one adjacent layer 1 adjacent to the barrier layer at least on the base material side, and further, the adjacent The layer 1 and the barrier layer satisfy the following (1) and (2).
(1) The adjacent layer 1 has a region containing at least M atoms (M represents Si, Ti, Zr, Al, Zn), O atoms, and C atoms, and C / M is 0.2 to 2. .2 and O / M is 1.0 to 2.0.
(2) The barrier layer has at least a region containing Si atoms and N atoms at the same time, and N / Si is 0.3 to 0.8 and C / Si <0.1.

また、前記バリア層については、Si原子、N原子に加え、さらにO原子を同時に含む領域を有し、O/Siが0.2〜1.3を満たすことがより好ましい。C/Siについては、好ましくは0.1未満であり、検出限界以下が最も好ましい。0.1以上ではガスバリア性が劣化する。   Further, the barrier layer more preferably has a region containing O atoms simultaneously in addition to Si atoms and N atoms, and O / Si satisfies 0.2 to 1.3. C / Si is preferably less than 0.1, and most preferably below the detection limit. If it is 0.1 or more, the gas barrier properties deteriorate.

また、基材側で前記バリア層に隣接する隣接層1に加えて、基材とは反対側で前記バリア層に隣接する隣接層2を更に有する構成であることがより好ましい。   In addition to the adjacent layer 1 adjacent to the barrier layer on the substrate side, it is more preferable that the adjacent layer 2 adjacent to the barrier layer is further provided on the side opposite to the substrate.

さらに、前記隣接層1に含まれるM原子は、Si、Ti、Zr、Al、Znを表すが、Si原子であることが最も好ましい。   Further, the M atoms contained in the adjacent layer 1 represent Si, Ti, Zr, Al, and Zn, and are most preferably Si atoms.

本発明のガスバリア性フィルムの製造方法としては、ガスバリア層の形成において、パーヒドロポリシラザンを含有する組成物の塗布液を前記隣接層1上に塗布した後、転化処理(改質処理ともいう)を施すことで無機物を含むバリア層を形成することを特徴とする。   As a method for producing a gas barrier film of the present invention, in the formation of a gas barrier layer, after applying a coating solution of a composition containing perhydropolysilazane on the adjacent layer 1, a conversion treatment (also referred to as a modification treatment) is performed. A barrier layer containing an inorganic material is formed by applying.

さらに、前記転化処理は、紫外線照射処理であることを特徴とする。   Further, the conversion process is an ultraviolet irradiation process.

パーヒドロポリシラザンを含む溶液を塗布して塗膜を形成する工程後から該塗膜を改質処理する工程については、後に詳細に説明する。   The step of modifying the coating after the step of forming a coating by applying a solution containing perhydropolysilazane will be described in detail later.

〔ガスバリア性〕
また、本発明でいうガスバリア性とは、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された水蒸気透過度(60±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が、1×10−3g/(m・24h)以下であり、JIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が、1×10−3ml/m・24h・atm以下(1atmとは、1.01325×10Paである)であると定義する。
[Gas barrier properties]
The gas barrier property referred to in the present invention is a water vapor permeability (60 ± 0.5 ° C., relative humidity (90 ± 2)% RH) measured by a method in accordance with JIS K 7129-1992 is 1 × 10. −3 g / (m 2 · 24 h) or less, and the oxygen permeability measured by a method according to JIS K 7126-1987 is 1 × 10 −3 ml / m 2 · 24 h · atm or less (1 atm is 1.01325 × 10 5 Pa).

〔ガスバリア性フィルムの構成〕
尚、ガスバリア層(単に、バリア層、バリア膜ともいう)は、単層(1塗布で作製可能な層)でも複数の同様な層を積層してもよい。複数の層を設けることで、更にガスバリア性を向上させることができる。また、基材の片面のみにガスバリア層を設けてもよいが、基材を挟んで両面に同様のガスバリア層を設けてもよい。
[Configuration of gas barrier film]
Note that the gas barrier layer (also simply referred to as a barrier layer or a barrier film) may be a single layer (a layer that can be formed by one application) or a plurality of similar layers. By providing a plurality of layers, the gas barrier property can be further improved. Moreover, although a gas barrier layer may be provided only on one side of the base material, a similar gas barrier layer may be provided on both sides of the base material.

また、隣接層1と同様の層を、基材上の隣接層1及びバリア層を設けた側とは反対側の基材の裏面側にも設けることで、基材変形を抑えることが可能となり、カールバランスを保てるだけでなく、デバイス作製プロセス耐性やハンドリング適性も向上する点で、より好ましい。このようなカールバランスの調整は、裏面側に設ける層(バックコート層ともいう)の膜厚、硬化条件等を最適化することで可能となる。   Moreover, it becomes possible to suppress base-material deformation | transformation by providing the layer similar to the adjacent layer 1 also in the back surface side of the base material on the opposite side to the side which provided the adjacent layer 1 and barrier layer on a base material. In addition to maintaining the curl balance, it is more preferable in that the device fabrication process resistance and handling suitability are also improved. Such curl balance can be adjusted by optimizing the film thickness, curing conditions, and the like of a layer (also referred to as a back coat layer) provided on the back side.

また、複数のバリア層を設ける場合、前述したようにバリア層の上に更にバリア層を積層してもよいが、バリア層の上に設けた隣接層2の上に、更にバリア層を設けることも好ましく用いられる。このようにバリア層とバリア層の間に隣接層1と同様の原子組成比からなる隣接層2を設けることで、2層目のバリア層も1層目のバリア層と同様の効果が期待できることから、より望ましい改質状態のバリア層を2層形成することができると考えられる。   When providing a plurality of barrier layers, a barrier layer may be further laminated on the barrier layer as described above, but a barrier layer is further provided on the adjacent layer 2 provided on the barrier layer. Are also preferably used. Thus, by providing the adjacent layer 2 having the same atomic composition ratio as that of the adjacent layer 1 between the barrier layers, the second barrier layer can be expected to have the same effect as the first barrier layer. Therefore, it is considered that two barrier layers in a more desirable modified state can be formed.

〔ガスバリア層の形成〕
本発明のガスバリア層は、ポリシラザン、好ましくはパーヒドロポリシラザンを含有する組成物の塗布液を隣接層1上に塗布した後、真空紫外線(VUV光)照射による改質処理を施すことで、無機物を含むバリア層を形成することを特徴とする。
[Formation of gas barrier layer]
The gas barrier layer of the present invention is formed by applying a coating solution of a composition containing polysilazane, preferably perhydropolysilazane, onto the adjacent layer 1 and then subjecting it to a modification treatment by irradiation with vacuum ultraviolet rays (VUV light). A barrier layer is formed.

本発明における無機物を含むバリア層は、少なくとも、Si原子、N原子を同時に含む領域を有し、より好ましくは、Si原子、N原子、O原子を同時に含む領域を有することを特徴としている。   The barrier layer containing an inorganic substance in the present invention has at least a region containing Si atoms and N atoms at the same time, and more preferably has a region containing Si atoms, N atoms and O atoms at the same time.

具体的な無機物としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などが挙げられる。   Specific examples of inorganic substances include silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride.

また、本発明におけるバリア層の原子組成比としては、N/Siが0.3〜0.8であることを特徴としており、さらにO/Siが0.2〜1.3を満たすことがより好ましい。C/Siについては、0.1未満であり、検出限界以下が最も好ましい。0.1以上ではガスバリア性がなくなる。   Further, the atomic composition ratio of the barrier layer in the present invention is characterized in that N / Si is 0.3 to 0.8, and O / Si more preferably satisfies 0.2 to 1.3. preferable. C / Si is less than 0.1 and is most preferably below the detection limit. If it is 0.1 or more, the gas barrier property is lost.

Si原子、N原子、O原子、またC原子の各原子組成比については、XPS表面分析によって求める。   Each atomic composition ratio of Si atom, N atom, O atom, and C atom is determined by XPS surface analysis.

表面分析に用いるXPS表面分析装置としては、特に限定はなく、いかなる機種も使用することができるが、本実施例においてはVGサイエンティフィックス社製ESCALAB−200Rを用いた。X線アノードにはMgを用い、出力600W(加速電圧15kV、エミッション電流40mA)で測定した。   The XPS surface analyzer used for the surface analysis is not particularly limited, and any model can be used. In this example, ESCALAB-200R manufactured by VG Scientific, Inc. was used. Mg was used for the X-ray anode, and measurement was performed at an output of 600 W (acceleration voltage: 15 kV, emission current: 40 mA).

本発明の原子組成比からなるバリア層は、パーヒドロポリシラザンの塗布膜を後述するような適度な酸化性ガス雰囲気下と低湿度環境下で真空紫外線照射を行うことと、後述する隣接層1を下層に設けた構成とすることの2つを揃えることで、効率的に形成することが可能となる。   The barrier layer having the atomic composition ratio of the present invention is obtained by subjecting a coating film of perhydropolysilazane to vacuum ultraviolet irradiation in an appropriate oxidizing gas atmosphere and a low humidity environment as described later, and an adjacent layer 1 described later. It becomes possible to form efficiently by arranging two of the configurations provided in the lower layer.

〔ポリシラザンを含有する塗膜の形成〕
(塗布方法)
本発明に係るポリシラザンを含有する塗膜は、基材上に少なくとも1層のポリシラザン化合物を含有する塗布液を湿式塗布することにより作製される。
[Formation of coating film containing polysilazane]
(Application method)
The coating film containing polysilazane according to the present invention is produced by wet coating a coating solution containing at least one polysilazane compound on a substrate.

塗布方法としては、任意の適切な方法が採用され得る。具体例としては、スピンコート法、ロールコート法、フローコート法、インクジェット法、スプレーコート法、プリント法、ディップコート法、流延成膜法、バーコート法、グラビア印刷法等が挙げられる。塗布厚さは、目的に応じて適切に設定され得る。例えば、塗布厚さは、乾燥後の厚さが好ましくは1nm〜100μm程度、さらに好ましくは10nm〜10μm程度、最も好ましくは10nm〜1μm程度となるように設定され得る。   Any appropriate method can be adopted as a coating method. Specific examples include a spin coating method, a roll coating method, a flow coating method, an ink jet method, a spray coating method, a printing method, a dip coating method, a casting film forming method, a bar coating method, and a gravure printing method. The coating thickness can be appropriately set according to the purpose. For example, the coating thickness can be set so that the thickness after drying is preferably about 1 nm to 100 μm, more preferably about 10 nm to 10 μm, and most preferably about 10 nm to 1 μm.

塗布された膜は、溶媒が除去された均一な乾燥膜を得る上で、アニールする態様が好ましい。アニール温度は、好ましくは60〜200℃、さらに好ましくは70〜160℃である。アニール時間は、好ましくは5秒〜24時間程度、さらに好ましくは10秒〜2時間程度である。   The coated film is preferably annealed to obtain a uniform dry film from which the solvent has been removed. The annealing temperature is preferably 60 to 200 ° C, more preferably 70 to 160 ° C. The annealing time is preferably about 5 seconds to 24 hours, more preferably about 10 seconds to 2 hours.

このように、次工程に続く転化処理前に、前述した範囲でアニールを行うことにより、均一な塗布膜を安定に得ることができる。   As described above, by performing annealing in the above-described range before the conversion process following the next step, a uniform coating film can be stably obtained.

なお、アニールは、一定温度で行ってもよく、段階的に温度を変化させてもよく、連続的に温度を変化(昇温及び/または降温)させてもよい。   The annealing may be performed at a constant temperature, the temperature may be changed stepwise, or the temperature may be continuously changed (temperature increase and / or temperature decrease).

また、ポリシラザンを含有する塗布液及び塗膜を一旦、湿度の高い状態に晒してしまうと、その塗布液や塗膜から脱水するのは困難なこと、更には加水分解反応が進行をはじめてしまうことから、塗布液の調製段階から改質処理が終わるまでの間を露点10℃(25℃39%RH)以下の雰囲気、更に好ましくは露点8℃(25℃10%RH)以下の雰囲気で保管若しくは取り扱うことで膜内のSi−OH生成を抑制することが可能となる。より好ましくは露点−31度(25℃1%RH)以下である。また、薄膜が形成されると塗膜体積あたりの表面積が増えて水蒸気の影響が大きくなることから、特に、ポリシラザン含有溶液塗布からVUV光照射による改質処理までの間は雰囲気湿度の制御が重要である。   In addition, once the coating liquid and coating film containing polysilazane are exposed to a high humidity state, it is difficult to dehydrate from the coating liquid and coating film, and furthermore, the hydrolysis reaction starts to proceed. To an atmosphere having a dew point of 10 ° C. (25 ° C., 39% RH) or less, more preferably an atmosphere having a dew point of 8 ° C. (25 ° C., 10% RH) or less, from the preparation stage of the coating solution to the end of the modification treatment. By handling, generation of Si—OH in the film can be suppressed. More preferably, the dew point is −31 degrees (25 ° C., 1% RH) or less. In addition, when a thin film is formed, the surface area per volume of the coating film increases and the influence of water vapor increases, so it is particularly important to control the atmospheric humidity between the application of the polysilazane-containing solution and the modification treatment by VUV light irradiation. It is.

尚、露点温度とは雰囲気中の水分量を表す指標であり、露点温度とは、水蒸気を含む空気を冷却したとき、凝結が始まる温度をいう。   The dew point temperature is an index representing the amount of moisture in the atmosphere, and the dew point temperature is a temperature at which condensation starts when air containing water vapor is cooled.

露点温度計により直接測定を行うか、気温と相対湿度から水蒸気圧を求め、その水蒸気圧を飽和水蒸気圧とする温度を求めることにより得ることができる。相対湿度が100%の場合は現在の温度がそのまま露点温度にある。   It can be obtained by measuring directly with a dew point thermometer, or by obtaining the water vapor pressure from the temperature and relative humidity and obtaining the temperature at which the water vapor pressure is the saturated water vapor pressure. When the relative humidity is 100%, the current temperature is directly at the dew point temperature.

(ポリシラザンを含有する組成物の塗布液)
本発明で用いられる「ポリシラザン」とは、珪素−窒素結合を持つポリマーで、Si−N、Si−H、N−H等からなるSiO、Si及び両方の中間固溶体SiO等のセラミック前駆体無機ポリマーである。
(Coating liquid for a composition containing polysilazane)
The “polysilazane” used in the present invention is a polymer having a silicon-nitrogen bond, and includes SiO 2 , Si 3 N 4 and both intermediate solid solutions SiO x N y made of Si—N, Si—H, N—H, or the like. Such as a ceramic precursor inorganic polymer.

フィルム基材を損なわないように塗布するためには、特開平8−112879号公報に記載されている下記の一般式(1)で表されるような比較的低温でセラミック化してシリカに変性する化合物が好ましい。   In order not to damage the film base material, it is converted to silica by being ceramicized at a relatively low temperature as represented by the following general formula (1) described in JP-A-8-112879. Compounds are preferred.

一般式(1)
−Si(R)(R)−N(R)−
式中、R、R、Rは、各々水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基またはアルコキシ基を表す。
General formula (1)
—Si (R 1 ) (R 2 ) —N (R 3 ) —
In the formula, each of R 1 , R 2 and R 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an alkylsilyl group, an alkylamino group or an alkoxy group.

本発明では、得られるガスバリア層(単に、バリア層ともいう)としての緻密性の観点からは、R、R及びRのすべてが水素原子であるパーヒドロポリシラザン(PHPSともいう)が特に好ましい。 In the present invention, perhydropolysilazane (also referred to as PHPS) in which all of R 1 , R 2 and R 3 are hydrogen atoms is particularly preferable from the viewpoint of the denseness as a gas barrier layer (also simply referred to as a barrier layer) to be obtained. preferable.

一方、そのSiと結合する水素部分が一部アルキル基等で置換されたオルガノポリシラザンは、メチル基等のアルキル基を有することにより下地基材との接着性が改善され、かつ硬くてもろいポリシラザンによるセラミック膜に靭性を持たせることができ、より膜厚を厚くした場合でもクラックの発生が抑えられる利点がある。用途に応じて適宜、これらパーヒドロポリシラザンとオルガノポリシラザンを選択してよく、混合して使用することもできる。   On the other hand, the organopolysilazane in which the hydrogen part bonded to Si is partially substituted with an alkyl group or the like has an alkyl group such as a methyl group, so that the adhesion to the base substrate is improved and the polysilazane is hard and brittle. The ceramic film can be toughened, and there is an advantage that generation of cracks can be suppressed even when the film thickness is increased. These perhydropolysilazane and organopolysilazane may be appropriately selected according to the application, and may be used in combination.

パーヒドロポリシラザンは直鎖構造と6及び8員環を中心とする環構造が存在した構造と推定されている。その分子量は数平均分子量(Mn)で約600〜2000程度(ポリスチレン換算)であり、液体又は固体の物質であり、分子量により異なる。これらは有機溶媒に溶解した溶液状態で市販されており、市販品をそのままパーヒドロポリシラザン含有塗布液として使用することができる。   Perhydropolysilazane is presumed to have a linear structure and a ring structure centered on 6- and 8-membered rings. The molecular weight is about 600 to 2000 (polystyrene conversion) in terms of number average molecular weight (Mn), is a liquid or solid substance, and varies depending on the molecular weight. These are commercially available in the form of a solution dissolved in an organic solvent, and the commercially available product can be used as it is as a perhydropolysilazane-containing coating solution.

低温でセラミック化するポリシラザンの別の例としては、上記一般式(1)で表されるポリシラザンにケイ素アルコキシドを反応させて得られるケイ素アルコキシド付加ポリシラザン(例えば、特開平5−238827号公報)、グリシドールを反応させて得られるグリシドール付加ポリシラザン(例えば、特開平6−122852号公報)、アルコールを反応させて得られるアルコール付加ポリシラザン(例えば、特開平6−240208号公報)、金属カルボン酸塩を反応させて得られる金属カルボン酸塩付加ポリシラザン(例えば、特開平6−299118号公報)、金属を含むアセチルアセトナート錯体を反応させて得られるアセチルアセトナート錯体付加ポリシラザン(例えば、特開平6−306329号公報)、金属微粒子を添加して得られる金属微粒子添加ポリシラザン(例えば、特開平7−196986号公報)等が挙げられる。   As another example of polysilazane which is ceramicized at low temperature, a silicon alkoxide-added polysilazane obtained by reacting the polysilazane represented by the general formula (1) with a silicon alkoxide (for example, JP-A-5-23827), glycidol A glycidol-added polysilazane obtained by reacting an alcohol (for example, JP-A-6-122852), an alcohol-added polysilazane obtained by reacting an alcohol (for example, JP-A-6-240208), and a metal carboxylate Metal carboxylate-added polysilazane (for example, JP-A-6-299118) obtained, and acetylacetonate complex-added polysilazane (for example, JP-A-6-306329) obtained by reacting a metal-containing acetylacetonate complex. ), Added metal fine particles And metal fine particles added polysilazane obtained (e.g., JP-A-7-196986 JP), and the like.

ポリシラザンを含有する液体を調製する有機溶媒としては、ポリシラザンと容易に反応してしまうようなアルコール系や水分を含有するものを用いることは好ましくない。具体的には、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素等の炭化水素溶媒、ハロゲン化炭化水素溶媒、脂肪族エーテル、脂環式エーテル等のエーテル類が使用できる。具体的には、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、ソルベッソ、ターベン等の炭化水素、塩化メチレン、トリコロロエタン等のハロゲン炭化水素、ジブチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類等がある。これらの溶剤は、ポリシラザンの溶解度や溶剤の蒸発速度、等目的にあわせて選択し、複数の溶剤を混合しても良い。   As an organic solvent for preparing a liquid containing polysilazane, it is not preferable to use an alcohol or water-containing one that easily reacts with polysilazane. Specifically, hydrocarbon solvents such as aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons, ethers such as halogenated hydrocarbon solvents, aliphatic ethers and alicyclic ethers can be used. Specific examples include hydrocarbons such as pentane, hexane, cyclohexane, toluene, xylene, solvesso and turben, halogen hydrocarbons such as methylene chloride and trichloroethane, and ethers such as dibutyl ether, dioxane and tetrahydrofuran. These solvents may be selected according to purposes such as the solubility of polysilazane and the evaporation rate of the solvent, and a plurality of solvents may be mixed.

ポリシラザン含有塗布液中のポリシラザン濃度は目的とするシリカ膜厚や塗布液のポットライフによっても異なるが、0.2質量%〜35質量%程度である。   The polysilazane concentration in the polysilazane-containing coating solution is about 0.2% by mass to 35% by mass, although it varies depending on the target silica film thickness and the pot life of the coating solution.

(パーヒドロポリシラザンを含有する組成物)
本発明におけるパーヒドロポリシラザンを含有する組成物としては、パーヒドロポリシラザンを含有していれば特に制限はなく、組成物中のパーヒドロポリシラザン以外の材料としては、パーヒドロポリシラザン及びその溶媒と塗布可能な程度の相溶性を有していれば、いかなる材料を用いてもよい。
(Composition containing perhydropolysilazane)
The composition containing perhydropolysilazane in the present invention is not particularly limited as long as it contains perhydropolysilazane, and the material other than perhydropolysilazane in the composition can be applied with perhydropolysilazane and its solvent. Any material may be used as long as it has a certain level of compatibility.

また、組成物中には、パーヒドロポリシラザンに対し、0.1〜10質量%程度で酸化反応を促進するために添加されるアミンや金属等の触媒を含んでもよく、特にアミン触媒を0.5〜5質量%含むことが、塗布性及び反応の短時間化の点で好ましい。   Further, the composition may contain a catalyst such as amine or metal added to promote the oxidation reaction at about 0.1 to 10% by mass relative to perhydropolysilazane. 5-5 mass% containing is preferable at the point of application | coating property and shortening of reaction.

組成物中の溶媒、添加剤を除いたパーヒドロポリシラザンの含有率としては、80質量%以上であることがバリア性の観点から好ましく、100質量%、すなわち、パーヒドロポリシラザンのみからなることが、緻密で高いバリア性を有する膜を形成できる点で最も好ましい。   The content of perhydropolysilazane excluding the solvent and additives in the composition is preferably 80% by mass or more from the viewpoint of barrier properties, and 100% by mass, that is, consisting of only perhydropolysilazane, It is most preferable in that a dense film having a high barrier property can be formed.

本発明におけるパーヒドロポリシラザンとして入手可能な材料は、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製 アクアミカ NN120、NN110、NAX120、NAX110、NL120A、NL110A、NL150A、NP110、NP140等が挙げられる。   Examples of materials that can be obtained as perhydropolysilazane in the present invention include Aquamica NN120, NN110, NAX120, NAX110, NL120A, NL110A, NL150A, NP110, and NP140 manufactured by AZ Electronic Materials.

〔パーヒドロポリシラザンの転化処理〕
(紫外線照射による転化処理)
パーヒドロポリシラザンを含有する組成物に施す本発明における転化処理(改質処理)は、適度な酸化性ガス雰囲気下と低湿度環境下で紫外線を照射することにより行う。
[Conversion treatment of perhydropolysilazane]
(Conversion treatment by UV irradiation)
The conversion treatment (modification treatment) in the present invention applied to the composition containing perhydropolysilazane is performed by irradiating with ultraviolet rays in an appropriate oxidizing gas atmosphere and a low humidity environment.

紫外光を照射することで活性酸素やオゾンが発生し、酸化反応が進行することで、所望の組成を有する無機膜を得ることができる。   Irradiation with ultraviolet light generates active oxygen and ozone, and an oxidation reaction proceeds, whereby an inorganic film having a desired composition can be obtained.

この活性酸素やオゾンは非常に反応性が高いため、パーヒドロポリシラザンを含有する組成物から形成した塗布膜中のポリシラザンは、シラノールを経由することなく直接酸化されることで、より高密度で欠陥の少ない酸化ケイ素あるいは酸窒化ケイ素膜が形成される。   Since this active oxygen and ozone are very reactive, the polysilazane in the coating film formed from the composition containing perhydropolysilazane is oxidized directly without passing through silanol, resulting in higher density and defects. A silicon oxide or silicon oxynitride film with a low content is formed.

本発明における転化処理は、加熱処理と組み合わせて行うことがより好ましい。   The conversion treatment in the present invention is more preferably performed in combination with a heat treatment.

さらに反応性オゾンの不足分を光照射部とは異なる部分で、放電法等の公知の方法により酸素からオゾンを生成し、紫外線照射部に導入してもよい。   Further, ozone may be generated from oxygen by a known method such as a discharge method at a portion different from the light irradiation portion for the shortage of reactive ozone and introduced into the ultraviolet irradiation portion.

このときに照射する紫外線の波長は特に限定されるところではないが、紫外光の波長は100〜450nmが好ましく、100〜300nm程度の真空紫外線(VUV光)を照射することがより好ましい。   Although the wavelength of the ultraviolet light irradiated at this time is not particularly limited, the wavelength of the ultraviolet light is preferably 100 to 450 nm, and more preferably vacuum ultraviolet light (VUV light) of about 100 to 300 nm is irradiated.

光源は、低圧水銀灯、重水素ランプ、キセノンエキシマランプ、メタルハライドランプ、エキシマレーザー等を用いることができる。ランプの出力としては400W〜30kW、照度としては100mW/cm〜100kW/cm、照射エネルギーとしては10〜5000mJ/cmが好ましく、100〜2000mJ/cmがより好ましい。また、紫外線照射の際の照度は1mW/cm〜10W/cmが好ましい。 As the light source, a low-pressure mercury lamp, a deuterium lamp, a xenon excimer lamp, a metal halide lamp, an excimer laser, or the like can be used. The output of the lamp 400W~30kW, 100mW / cm 2 ~100kW / cm 2 as illuminance, preferably 10~5000mJ / cm 2 as irradiation energy, 100 to 2000 mJ / cm 2 is more preferable. Moreover, the illuminance at the time of ultraviolet irradiation is preferably 1 mW / cm 2 to 10 W / cm 2 .

上記の中でも、波長としては、100〜200nmの真空紫外線(VUV光)が最も好ましく、酸化反応をより低温、短時間で進めることが可能となる。また、光源としては、キセノンエキシマランプ等の希ガスエキシマランプが最も好ましく用いられる。   Among these, as the wavelength, vacuum ultraviolet rays (VUV light) of 100 to 200 nm are most preferable, and the oxidation reaction can be advanced at a lower temperature and in a shorter time. As a light source, a rare gas excimer lamp such as a xenon excimer lamp is most preferably used.

パーヒドロポリシラザンを含有する組成物から形成した塗布膜中のポリシラザンに、酸化性ガス雰囲気下で紫外線を照射することにより、ポリシラザンが高密度のケイ素酸化物膜、すなわち高密度シリカ膜に転化するが、該シリカ膜の膜厚や密度は紫外線の強度、照射時間、波長(光のエネルギー密度)により制御が可能であり、所望の膜構造を得るためにランプの種類を使い分ける等、適宜選択することが可能である。また、連続的に照射するだけでなく複数回の照射を行ってもよく、複数回の照射が短時間ないわゆるパルス照射であってもよい。   Although polysilazane in a coating film formed from a composition containing perhydropolysilazane is irradiated with ultraviolet rays in an oxidizing gas atmosphere, polysilazane is converted into a high-density silicon oxide film, that is, a high-density silica film. The film thickness and density of the silica film can be controlled by the intensity of ultraviolet light, irradiation time, and wavelength (light energy density), and should be appropriately selected, such as using different types of lamps to obtain a desired film structure. Is possible. In addition to continuous irradiation, multiple irradiations may be performed, and so-called pulse irradiation in which the multiple irradiations are performed in a short time may be used.

また、紫外線照射と同時に該塗膜を加熱することも、反応(酸化反応、転化処理、改質処理ともいう)を促進するために好ましく用いられる。加熱の方法は、ヒートブロック等の発熱体に基板を接触させ熱伝導により塗膜を加熱する方法、抵抗線等による外部ヒーターにより雰囲気を加熱する方法、IRヒーターの様な赤外領域の光を用いた方法等が挙げられるが、特に限定はされない。塗膜の平滑性を維持できる方法を適宜選択してよい。   In addition, heating the coating film simultaneously with ultraviolet irradiation is also preferably used to promote the reaction (also referred to as oxidation reaction, conversion treatment, or modification treatment). The heating method is such that the substrate is brought into contact with a heating element such as a heat block, the coating film is heated by heat conduction, the atmosphere is heated by an external heater such as a resistance wire, and infrared light such as an IR heater is applied. Although the method used etc. are mentioned, it does not specifically limit. You may select suitably the method which can maintain the smoothness of a coating film.

加熱する温度としては、50〜200℃の範囲が好ましく、さらに好ましくは80〜150℃の範囲であり、加熱時間としては1秒〜10時間の範囲が好ましく、さらに好ましくは10秒〜1時間の範囲で加熱することである。   As temperature to heat, the range of 50-200 degreeC is preferable, More preferably, it is the range of 80-150 degreeC, As the heating time, the range of 1 second-10 hours is preferable, More preferably, it is 10 seconds-1 hour Heating in a range.

(真空紫外線(VUV)照射による転化処理)
光照射処理の中でもより好ましいのは、真空紫外線(VUV光)処理である。
(Conversion treatment by vacuum ultraviolet (VUV) irradiation)
Among the light irradiation treatments, vacuum ultraviolet (VUV light) treatment is more preferable.

この真空紫外線(VUV光)照射により、ポリシラザンの分子結合を切断し、また膜内若しくは雰囲気内に微量に存在する酸素でも効率的にオゾン若しくは活性酸素に変換することが可能であり、塗膜表面のセラミックス化(シリカ改質)が促進され、また得られるセラミックス膜が一層緻密になる。VUV光照射は、塗膜形成後であればいずれの時点で実施しても有効である。   This vacuum ultraviolet ray (VUV light) irradiation breaks the molecular bond of polysilazane, and even a small amount of oxygen in the film or atmosphere can be efficiently converted into ozone or active oxygen. Is converted to ceramics (silica modification), and the resulting ceramic film becomes denser. VUV light irradiation is effective at any time point after the coating film is formed.

本発明における真空紫外線とは、具体的には100〜200nmの真空紫外線(VUV光)が用いられる。真空紫外線の照射強度及び/または照射時間は、適宜設定することが可能である。真空紫外線照射装置は、市販のランプ(例えば、ウシオ電機製)を使用することが可能である。   Specifically, vacuum ultraviolet rays (VUV light) of 100 to 200 nm are used as the vacuum ultraviolet rays in the present invention. The irradiation intensity and / or irradiation time of vacuum ultraviolet rays can be set as appropriate. As the vacuum ultraviolet irradiation apparatus, a commercially available lamp (for example, manufactured by USHIO INC.) Can be used.

VUV光照射はバッチ処理にも連続処理にも適合可能であり、被塗布基材の形状によって適宜選定することができる。例えば、バッチ処理の場合には、パーヒドロポリシラザンを含有する組成物から形成した塗布膜を設けた基材を、真空紫外線発生源を具備した真空紫外線焼成炉で処理することができる。真空紫外線焼成炉自体は一般に知られており、例えば、ウシオ電機(株)製を使用することができる。また、パーヒドロポリシラザンを含有する組成物から形成した塗布膜を設けた基材が長尺フィルム状である場合には、これを搬送させながら上記のような真空紫外線発生源を具備した乾燥ゾーンで連続的に真空紫外線を照射することにより、表面をセラミックス化することができる。   VUV light irradiation can be adapted to both batch processing and continuous processing, and can be appropriately selected depending on the shape of the substrate to be coated. For example, in the case of batch processing, a substrate provided with a coating film formed from a composition containing perhydropolysilazane can be processed in a vacuum ultraviolet ray baking furnace equipped with a vacuum ultraviolet ray generation source. The vacuum ultraviolet baking furnace itself is generally known, and for example, Ushio Electric Co., Ltd. can be used. Moreover, when the base material provided with the coating film formed from the composition containing perhydropolysilazane is in the form of a long film, in the drying zone equipped with the vacuum ultraviolet ray generation source as described above while transporting it. By continuously irradiating with vacuum ultraviolet rays, the surface can be ceramicized.

該真空紫外光は、ほとんどの物質の原子間結合力より大きいため、原子の結合を光量子プロセスと呼ばれる光子のみによる作用により、直接切断することが可能であるため好ましく用いることができる。この作用を用いることにより、加水分解を必要とせず低温でかつ効率的に改質処理が可能となる。   Since the vacuum ultraviolet light is larger than the interatomic bonding force of most substances, it can be preferably used because the bonding of atoms can be cut directly by the action of only photons called photon processes. By using this action, the reforming process can be efficiently performed at a low temperature without requiring hydrolysis.

これに必要な真空紫外光源としては、希ガスエキシマランプが好ましく用いられる。   As a vacuum ultraviolet light source required for this, a rare gas excimer lamp is preferably used.

Xe、Kr、Ar、Ne等の希ガスの原子は化学的に結合して分子を作らないため、不活性ガスと呼ばれる。しかし、放電等によりエネルギーを得た希ガスの原子(励起原子)は他の原子と結合して分子を作ることができる。希ガスがキセノンの場合には
e+Xe→Xe
Xe+2Xe→Xe +Xe
Xe →Xe+Xe+hν(172nm)
となり、励起されたエキシマ分子であるXe が基底状態に遷移するときに172nmのエキシマ光を発光する。エキシマランプの特徴としては、放射が一つの波長に集中し、必要な光以外がほとんど放射されないので効率が高いことが挙げられる。また、余分な光が放射されないので、対象物の温度を低く保つことができる。さらには始動・再始動に時間を要さないので、瞬時の点灯点滅が可能である。
Since noble gas atoms such as Xe, Kr, Ar, Ne, and the like are chemically bonded and do not form molecules, they are called inert gases. However, rare gas atoms (excited atoms) that have gained energy by discharge or the like can be combined with other atoms to form molecules. When the rare gas is xenon, e + Xe → Xe *
Xe * + 2Xe → Xe 2 * + Xe
Xe 2 * → Xe + Xe + hν (172 nm)
Thus, when the excited excimer molecule Xe 2 * transitions to the ground state, excimer light of 172 nm is emitted. A feature of the excimer lamp is that the radiation is concentrated on one wavelength, and since only the necessary light is not emitted, the efficiency is high. Further, since no extra light is emitted, the temperature of the object can be kept low. Furthermore, since no time is required for starting and restarting, instantaneous lighting and blinking are possible.

エキシマ発光を得るには誘電体バリア放電を用いる方法が知られている。誘電体バリア放電とは両電極間に誘電体(エキシマランプの場合は透明石英)を介してガス空間を配し、電極に数10kHzの高周波高電圧を印加することによりガス空間に生じる、雷に似た非常に細いmicro dischargeと呼ばれる放電で、micro dischargeのストリーマが管壁(誘電体)に達すると誘電体表面に電荷が溜まるため、micro dischargeは消滅する。誘電体バリア放電は、このmicro dischargeが管壁全体に広がり、生成・消滅を繰り返している放電である。このため肉眼でも分る光のチラツキを生じる。また、非常に温度の高いストリーマが局所的に直接管壁に達するため、管壁の劣化を早める可能性もある。   In order to obtain excimer light emission, a method using dielectric barrier discharge is known. Dielectric barrier discharge refers to lightning generated in a gas space by arranging a gas space between both electrodes via a dielectric (transparent quartz in the case of an excimer lamp) and applying a high frequency high voltage of several tens of kHz to the electrode. When the micro discharge streamer reaches the tube wall (dielectric) in a similar very thin discharge called micro discharge, the electric charge accumulates on the dielectric surface, and the micro discharge disappears. The dielectric barrier discharge is a discharge in which this micro discharge spreads over the entire tube wall and is repeatedly generated and extinguished. For this reason, flickering of light that can be seen with the naked eye occurs. Moreover, since a very high temperature streamer reaches a pipe wall directly locally, there is a possibility that deterioration of the pipe wall may be accelerated.

効率よくエキシマ発光を得る方法としては、誘電体バリア放電以外に無電極電界放電でも可能である。容量性結合による無電極電界放電で、別名RF放電とも呼ばれる。ランプと電極及びその配置は基本的には誘電体バリア放電と同じでよいが、両極間に印加される高周波は数MHzで点灯される。無電極電界放電はこのように空間的にまた時間的に一様な放電が得られるため、チラツキが無い長寿命のランプが得られる。   As a method for efficiently obtaining excimer light emission, electrodeless field discharge can be used in addition to dielectric barrier discharge. Electrodeless electric field discharge by capacitive coupling, also called RF discharge. The lamp, the electrodes, and their arrangement may be basically the same as those of the dielectric barrier discharge, but the high frequency applied between the two electrodes is lit at several MHz. Since the electrodeless field discharge can provide a spatially and temporally uniform discharge in this way, a long-life lamp without flickering can be obtained.

誘電体バリア放電の場合はmicro dischargeが電極間のみで生じるため、放電空間全体で放電を行なわせるには外側の電極は外表面全体を覆い、かつ外部に光を取り出すために光を透過するものでなければならない。このため細い金属線を網状にした電極が用いられる。この電極は光を遮らないようにできるだけ細い線が用いられるため、酸素雰囲気中では真空紫外光により発生するオゾン等により損傷しやすい。   In the case of dielectric barrier discharge, micro discharge occurs only between the electrodes, so the outer electrode covers the entire outer surface and allows light to pass through to extract the light to the outside in order to discharge in the entire discharge space. Must. For this reason, an electrode in which a fine metal wire is formed in a net shape is used. Since this electrode uses as thin a line as possible so as not to block light, it is easily damaged by ozone generated by vacuum ultraviolet light in an oxygen atmosphere.

これを防ぐためにはランプの周囲、すなわち照射装置内を窒素等の不活性ガスの雰囲気にし、合成石英の窓を設けて照射光を取り出す必要が生じる。合成石英の窓は高価な消耗品であるばかりでなく、光の損失も生じる。   In order to prevent this, it is necessary to create an atmosphere of an inert gas such as nitrogen around the lamp, that is, the inside of the irradiation apparatus, and provide a synthetic quartz window to extract the irradiation light. Synthetic quartz windows are not only expensive consumables, but also cause light loss.

二重円筒型ランプは外径が25mm程度であるため、ランプ軸の直下とランプ側面では照射面までの距離の差が無視できず、照度に大きな差を生じる。したがって仮にランプを密着して並べても、一様な照度分布が得られない。合成石英の窓を設けた照射装置にすれば酸素雰囲気中の距離を一様にでき、一様な照度分布が得られる。   Since the double cylindrical lamp has an outer diameter of about 25 mm, the difference in distance to the irradiation surface cannot be ignored between the position directly below the lamp axis and the side surface of the lamp, resulting in a large difference in illumination. Therefore, even if the lamps are arranged in close contact, a uniform illuminance distribution cannot be obtained. If the irradiation device is provided with a synthetic quartz window, the distance in the oxygen atmosphere can be made uniform, and a uniform illumination distribution can be obtained.

無電極電界放電を用いた場合には外部電極を網状にする必要はない。ランプ外面の一部に外部電極を設けるだけでグロー放電は放電空間全体に広がる。外部電極には通常アルミのブロックで作られた光の反射板を兼ねた電極がランプ背面に使用される。しかし、ランプの外径は誘電体バリア放電の場合と同様に大きいため、一様な照度分布にするためには合成石英が必要となる。   When electrodeless field discharge is used, it is not necessary to make the external electrodes mesh. The glow discharge spreads over the entire discharge space simply by providing an external electrode on a part of the outer surface of the lamp. As the external electrode, an electrode that also serves as a light reflector made of an aluminum block is usually used on the back of the lamp. However, since the outer diameter of the lamp is as large as in the case of the dielectric barrier discharge, synthetic quartz is required to obtain a uniform illuminance distribution.

細管エキシマランプの最大の特徴は構造がシンプルなことである。石英管の両端を閉じ、内部にエキシマ発光を行なうためのガスを封入しているだけである。   The biggest feature of the capillary excimer lamp is its simple structure. The quartz tube is closed at both ends, and only gas for excimer light emission is sealed inside.

細管ランプの管の外径は6〜12mm程度で、あまり太いと始動に高い電圧が必要になる。   The outer diameter of the tube of the thin tube lamp is about 6 to 12 mm, and if it is too thick, a high voltage is required for starting.

放電の形態は誘電体バリア放電でも無電極電界放電のいずれでも使用できる。電極の形状はランプに接する面が平面であってもよいが、ランプの曲面に合わせた形状にすればランプをしっかり固定できるとともに、電極がランプに密着することにより放電がより安定する。またアルミで曲面を鏡面にすれば光の反射板にもなる。   As for the form of discharge, either dielectric barrier discharge or electrodeless field discharge can be used. The electrode may have a flat surface in contact with the lamp, but if the shape is matched to the curved surface of the lamp, the lamp can be firmly fixed, and the discharge is more stable when the electrode is in close contact with the lamp. If the curved surface is mirrored with aluminum, it becomes a light reflector.

Xeエキシマランプは波長の短い172nmの紫外線を単一波長で放射することから発光効率に優れている。この光は、酸素の吸収係数が大きいため、微量な酸素でラジカルな酸素原子種やオゾンを高濃度で発生することができる。また、有機物の結合を解離させる波長の短い172nmの光のエネルギーは能力が高いことが知られている。この活性酸素やオゾンと紫外線放射が持つ高いエネルギーによって、短時間でポリシラザン層の改質を実現できる。したがって、波長185nm、254nmの発する低圧水銀ランプやプラズマ洗浄と比べて高スループットに伴うプロセス時間の短縮や設備面積の縮小、熱によるダメージを受けやすい有機材料やプラスチック基板等への照射を可能としている。   The Xe excimer lamp is excellent in luminous efficiency because it emits ultraviolet light having a short wavelength of 172 nm at a single wavelength. Since this light has a large oxygen absorption coefficient, it can generate radical oxygen atom species and ozone at a high concentration with a very small amount of oxygen. In addition, it is known that the energy of light having a short wavelength of 172 nm for dissociating the bonds of organic substances has high ability. Due to the high energy of the active oxygen, ozone and ultraviolet radiation, the polysilazane layer can be modified in a short time. Therefore, compared to low-pressure mercury lamps with wavelengths of 185 nm and 254 nm and plasma cleaning, it is possible to shorten the process time associated with high throughput, reduce the equipment area, and irradiate organic materials and plastic substrates that are easily damaged by heat. .

エキシマランプは光の発生効率が高いため低い電力の投入で点灯させることが可能である。また、光による温度上昇の要因となる波長の長い光は発せず、紫外線領域で短い波長でエネルギーを照射するため、照射対象物の表面温度の上昇が抑えられる特徴を持っている。   Since the excimer lamp has high light generation efficiency, it can be lit with low power. In addition, since light with a long wavelength that causes a temperature increase due to light is not emitted and energy is irradiated with a short wavelength in the ultraviolet region, the surface temperature of the irradiation object can be suppressed from increasing.

また、真空紫外線の照射強度が高ければ、光子とポリシラザン内の化学結合が衝突する確率が増え、改質反応を短時間化することができる。また、内部まで侵入する光子の数も増加するため改質膜厚も増加及び/または膜質の良化(高密度化)が可能である。但し、照射時間が長すぎると平面性の劣化やガスバリア性フィルムの他の材料にダメージを与える場合がある。一般的には、照射強度と照射時間の積で表される積算光量で反応進行具合を考えるが、酸化シリコンの様に組成は同一でも、様々な構造形態をとる材料においては、照射強度の絶対値が重要になる場合もある。   Moreover, if the irradiation intensity of vacuum ultraviolet rays is high, the probability that a photon and a chemical bond in polysilazane will collide increases, and the modification reaction can be shortened. Further, since the number of photons penetrating to the inside increases, the modified film thickness can be increased and / or the film quality can be improved (densification). However, if the irradiation time is too long, the flatness may be deteriorated and other materials of the gas barrier film may be damaged. In general, the progress of the reaction is considered based on the integrated light quantity expressed by the product of the irradiation intensity and the irradiation time. The value may be important.

従って、本発明ではVUV光照射工程において、少なくとも1回は100〜200mW/cmの最大照射強度を与える改質処理を行うことが好ましい。この強度以下だと急激に改質効率が劣化し、処理に時間を要することになり、照射強度をこれより高くすると、ランプやランプユニットのその他の部材へのダメージが大きくなり、ランプ自体の劣化を早めることになってしまう。 Therefore, in the present invention, in the VUV light irradiation step, it is preferable to perform a modification treatment that gives a maximum irradiation intensity of 100 to 200 mW / cm 2 at least once. If it is below this intensity, the reforming efficiency will deteriorate rapidly, and it will take time for the treatment. If the irradiation intensity is higher than this, damage to the lamp and other parts of the lamp unit will increase, and the lamp itself will deteriorate. Will be accelerated.

VUV光の照射時間は、任意に設定可能であるが、高照度工程での照射時間は0.1秒〜3分間が好ましい。より好ましくは0.5秒〜1分である。   The irradiation time of VUV light can be arbitrarily set, but the irradiation time in the high illuminance process is preferably 0.1 second to 3 minutes. More preferably, it is 0.5 second to 1 minute.

VUV光照射時の酸素濃度は500〜10000ppm(1%)とすることが好ましい。より好ましくは、1000〜5000ppmである。前記の濃度範囲より酸素濃度が高いと改質効率が低くなり、また前記範囲より低い酸素濃度の場合、大気との置換時間が長くなるのと同時に、ロール・トゥ・ロールの様な連続生産を行う場合はウエッブ搬送によってVUV光照射庫内に巻き込む空気量(酸素を含む)が多くなり、多大な流量のガスを流さないと酸素濃度を調整できなくなってくる。   The oxygen concentration at the time of VUV light irradiation is preferably 500 to 10,000 ppm (1%). More preferably, it is 1000-5000 ppm. If the oxygen concentration is higher than the above concentration range, the reforming efficiency is lowered. If the oxygen concentration is lower than the above range, the replacement time with the atmosphere becomes longer, and at the same time, continuous production like roll-to-roll is possible. When performing, the amount of air (including oxygen) entrained in the VUV light irradiation chamber is increased by web transport, and the oxygen concentration cannot be adjusted unless a large flow rate of gas is allowed to flow.

ポリシラザン含有塗膜中には、塗布時に酸素及び微量の水分が混入し、さらにはポリシラザン含有塗膜以外でも、基材や隣接する樹脂層等に吸着酸素や吸着水があり、照射庫内に敢えて酸素を導入しなくとも、改質反応に要する酸素を供給する酸素源は十分にあることが分かった。また、前述した様に172nmのVUV光が酸素により吸収され、膜面に到達する172nmの光量が減少してしまい、光による処理の効率を低下することになる。すなわち、VUV光照射時には、できるだけ酸素濃度の低い状態で、VUV光が効率よく塗膜まで到達する状態で改質処理することが好ましい。   In the polysilazane-containing coating film, oxygen and a small amount of water are mixed at the time of application, and there are adsorbed oxygen and adsorbed water on the substrate and the adjacent resin layer other than the polysilazane-containing coating film. It was found that there are enough oxygen sources to supply oxygen required for the reforming reaction without introducing oxygen. Further, as described above, VUV light of 172 nm is absorbed by oxygen, and the amount of light of 172 nm reaching the film surface is reduced, so that the processing efficiency by light is lowered. That is, at the time of VUV light irradiation, it is preferable to perform the modification treatment in a state where the VUV light efficiently reaches the coating film in a state where the oxygen concentration is as low as possible.

VUV光照射時にこれら酸素以外のガスとしては乾燥不活性ガスとすることが好ましく、特にコストの観点から乾燥窒素ガスにすることが好ましい。酸素濃度の調整は照射庫内へ導入する酸素ガス、不活性ガスの流量を計測し、流量比を変えることで調整可能である。   As the gas other than oxygen at the time of VUV light irradiation, a dry inert gas is preferable, and dry nitrogen gas is particularly preferable from the viewpoint of cost. The oxygen concentration can be adjusted by measuring the flow rate of oxygen gas and inert gas introduced into the irradiation chamber and changing the flow rate ratio.

〔隣接層1〕
本発明のガスバリア性フィルムは、樹脂基材と、少なくとも1層のバリア層と、少なくとも基材側で前記バリア層に隣接する少なくとも1層の隣接層1からなることを特徴とする。
[Adjacent layer 1]
The gas barrier film of the present invention comprises a resin base material, at least one barrier layer, and at least one adjacent layer 1 adjacent to the barrier layer on at least the base material side.

本発明における隣接層1は、少なくとも、M原子(MはSi、Ti、Zr、Al、Znを表す)、O原子、C原子を同時に含む領域を有し、C/Mが0.2〜2.2、かつ、O/Mが1.0〜2.0を満たすことを特徴とし、有機基に由来する炭素原子を所定の比率で有する。   The adjacent layer 1 in the present invention has a region containing at least M atoms (M represents Si, Ti, Zr, Al, Zn), O atoms, and C atoms at the same time, and C / M is 0.2-2. .2 and O / M satisfies 1.0 to 2.0, and has carbon atoms derived from an organic group at a predetermined ratio.

M原子(MはSi、Ti、Zr、Al、Znを表す)、O原子、C原子の各原子組成比については、XPS表面分析によって求める。   Each atomic composition ratio of M atom (M represents Si, Ti, Zr, Al, Zn), O atom, and C atom is determined by XPS surface analysis.

表面分析に用いるXPS表面分析装置としては、特に限定はなく、いかなる機種も使用することができるが、本実施例においてはVGサイエンティフィックス社製ESCALAB−200Rを用いた。X線アノードにはMgを用い、出力600W(加速電圧15kV、エミッション電流40mA)で測定した。   The XPS surface analyzer used for the surface analysis is not particularly limited, and any model can be used. In this example, ESCALAB-200R manufactured by VG Scientific, Inc. was used. Mg was used for the X-ray anode, and measurement was performed at an output of 600 W (acceleration voltage: 15 kV, emission current: 40 mA).

(隣接層1の形成方法)
本発明における隣接層1は、塗布形成することが好ましい。
(Method for forming adjacent layer 1)
The adjacent layer 1 in the present invention is preferably formed by coating.

塗布膜厚は、材料や基材に応じて適切に設定され得るが、乾燥後の厚さが10nm〜100μm程度が好ましく、100nm〜10μm程度がより好ましく、基材の表面を平坦化するための平坦化層や、応力緩和層としての機能も兼ねることができる点で、1μm〜6μm程度が最も好ましい。   The coating film thickness can be appropriately set depending on the material and the substrate, but the thickness after drying is preferably about 10 nm to 100 μm, more preferably about 100 nm to 10 μm, and for flattening the surface of the substrate. About 1 μm to 6 μm is most preferable because it can also serve as a planarizing layer and a stress relaxation layer.

(隣接層1を形成するための材料)
本発明における隣接層1を形成するための材料としては、最終的に得られた膜がM原子(MはSi、Ti、Zr、Al、Zn等金属を表す)、O原子、C原子を同時に含む領域を有し、その領域内の原子組成比において、C/Mが0.2〜2.2、かつ、O/Mが1.0〜2.0の関係が成り立っていれば、特に限定されるものではない。
(Material for forming the adjacent layer 1)
As a material for forming the adjacent layer 1 in the present invention, the finally obtained film has M atoms (M represents a metal such as Si, Ti, Zr, Al, Zn), O atoms, and C atoms simultaneously. If the relationship of C / M is 0.2 to 2.2 and O / M is 1.0 to 2.0 is established in the atomic composition ratio in the region Is not to be done.

上記原子組成比が成り立つ領域は、形成した膜全領域である必要はないが、少なくとも膜厚方向に連続して1nm以上有していることが好ましく、10nm以上有していることがより好ましい。   The region where the atomic composition ratio is satisfied does not have to be the entire region of the formed film, but it is preferably at least 1 nm, more preferably at least 10 nm continuously in the film thickness direction.

隣接層1を形成するための材料としては、有機・無機ハイブリッド材料である有機基を有する金属酸ポリマー、金属酸オリゴマーの縮合体及び、それらの混合物(金属はSi、Ti、Zr、Al、Zn)等を用い層形成することが好ましく、異なる2種以上の金属酸ユニットからなるコポリマーあるいはそれらの混合物でもよい。   The material for forming the adjacent layer 1 includes a metal acid polymer having an organic group which is an organic / inorganic hybrid material, a condensate of metal acid oligomers, and a mixture thereof (metals are Si, Ti, Zr, Al, Zn) And the like, and may be a copolymer composed of two or more different metal acid units or a mixture thereof.

また、本発明において、隣接層1に含まれるC原子は、添加剤に由来するものでも構わないが、金属酸ポリマー、金属酸オリゴマーの金属に置換する有機基に由来するものであることがより好ましい。   In the present invention, the C atom contained in the adjacent layer 1 may be derived from an additive, but is more preferably derived from an organic group that substitutes a metal of a metal acid polymer or metal acid oligomer. preferable.

さらに、Mで表される金属原子としては、Si原子であることが、バリア層に含まれるSi原子との親和性の観点からより好ましい。   Furthermore, the metal atom represented by M is more preferably an Si atom from the viewpoint of affinity with the Si atom contained in the barrier layer.

具体的な材料としては、有機基を有するポリシロキサン(有機ポリシロキサンともいう)、有機基を有するポリチタン酸などが挙げられるが、有機ポリシロキサンが好ましい。   Specific examples of the material include polysiloxane having an organic group (also referred to as organic polysiloxane) and polytitanic acid having an organic group, and organic polysiloxane is preferable.

有機ポリシロキサンはシロキサン結合で主鎖が構成される含珪素ポリマーにおいて珪素原子に有機基の数が珪素1個につき1〜2個有する構成単位を有するシロキサンの総称であり、T単位(ポリシロキサンの基本構成単位のうち、ケイ素原子に結合する有機基の数が1つで、残りの3つが酸素と結合しているもの)を有する有機ポリシロキサンすなわちシルセスキオキサンを含むことがより好ましい。   Organopolysiloxane is a general term for siloxanes having a constitutional unit having 1 to 2 organic groups per silicon atom in a silicon-containing polymer in which the main chain is composed of siloxane bonds. Among the basic structural units, it is more preferable to include an organic polysiloxane, that is, silsesquioxane having one organic group bonded to a silicon atom and the remaining three bonded to oxygen.

有機基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、2−エチルブチル基、3−エチルブチル基、2,2−ジエチルプロピル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基などのアルキル基、ビニル基、アリル基などのアルケニル基、エチニル基などのアルキニル基、フェニル基、トリル基などのアリール基、ベンジル基、フェニチル基などのアラルキル基、その他の非置換1価炭化水素基が挙げられ、フッ素等の置換基を有していてもよい。また、アルコキシ基、例えば、メトキシ基、エトキシ基等も挙げられる。   As the organic group, methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, n-pentyl group, 2-ethylbutyl group , 3-ethylbutyl group, 2,2-diethylpropyl group, cyclopentyl group, n-hexyl group, cyclohexyl group and other alkyl groups, vinyl group, allyl group and other alkenyl groups, ethynyl group and other alkynyl groups, phenyl group and tolyl An aryl group such as a group, an aralkyl group such as a benzyl group and a phenethyl group, and other unsubstituted monovalent hydrocarbon groups may be mentioned, and may have a substituent such as fluorine. Also included are alkoxy groups such as methoxy and ethoxy groups.

隣接層1を形成するための原料として用いることができる具体的な化合物としては、例えば、メチル・ヒドロポリシロキサン、メチルシルセスキオキサン、ヒドロシルセスキオキサン(小西化学社製)、テトラシラノフェニルPOSSなど籠状の有機シルセスキオキサン、ポリジエトキシシロキサン、ジエトキシシロキサン−エチルチタネートコポリマー、ポリジブチルチタネート、有機ポリシラザンなどを挙げることができる。   Specific compounds that can be used as a raw material for forming the adjacent layer 1 include, for example, methyl hydropolysiloxane, methylsilsesquioxane, hydrosilsesquioxane (manufactured by Konishi Chemical Co., Ltd.), tetrasilanophenyl. Examples include cage-like organic silsesquioxane such as POSS, polydiethoxysiloxane, diethoxysiloxane-ethyl titanate copolymer, polydibutyl titanate, and organic polysilazane.

隣接層1を形成する有機ポリシロキサンとして、市販の材料を適用することも可能である。   It is also possible to apply a commercially available material as the organic polysiloxane that forms the adjacent layer 1.

前記メチルシルセスキオキサンとヒドロシルセスキオキサン(小西化学社製)のほか、日東紡社製の無機・有機ナノコンポジット材料SSGコート(SSGコートHB21BN、SSGコートHB31BN)、JSR株式会社製のセラミックコーティング材グラスカ(グラスカHPC7003)、Gelest社製のジエトキシシラン−エチルチタネートコポリマーPSITI−019、等が挙げられる。   In addition to the methyl silsesquioxane and hydrosilsesquioxane (Konishi Chemical Co., Ltd.), Nittobo inorganic / organic nanocomposite material SSG coat (SSG coat HB21BN, SSG coat HB31BN), ceramic manufactured by JSR Corporation Examples thereof include a coating material Glasca (Glaska HPC7003), diethoxysilane-ethyl titanate copolymer PSITI-019 manufactured by Gelest, and the like.

また、本発明において、有機ポリシロキサン膜を形成するためには、T単位(ポリシロキサンの基本構成単位のうち、ケイ素原子に結合する有機基の数が1つで、残りの3つが酸素と結合しているもの)を有するシルセスキオキサンを含有する溶液を用いても良いが、塗布溶媒に対する溶解性が高く、塗布性、平滑性の良好な膜を形成できる点で、D単位(ポリシロキサンの基本構成単位のうち、ケイ素原子に結合する有機基の数が2つで、残りの2つが酸素と結合しているもの)の有機ポリシロキサンを含有する溶液を用いて、有機ポリシロキサン膜を形成してもよい。このとき、D単位の有機ポリシロキサンの少なくとも一部が熱処理などによって架橋し、T単位のシルセスキオキサンを形成することが好ましい。これにより、適度な硬さを有する安定性の高い隣接層1を形成することができる。   In addition, in the present invention, in order to form an organic polysiloxane film, T unit (the number of organic groups bonded to silicon atoms in the basic structural unit of polysiloxane is one, and the remaining three are bonded to oxygen. A solution containing silsesquioxane having a D) unit (polysiloxane) in that it can form a film having high solubility in a coating solvent and good coating properties and smoothness. The organic polysiloxane film is formed using a solution containing an organic polysiloxane having two organic groups bonded to silicon atoms and the remaining two bonded to oxygen. It may be formed. At this time, it is preferable that at least a part of the D unit organopolysiloxane is crosslinked by heat treatment or the like to form a T unit silsesquioxane. Thereby, the highly stable adjacent layer 1 having appropriate hardness can be formed.

有機ポリシロキサン膜の硬化(縮合反応)を促進する目的で、アミン触媒や、パラジウム、スズ等を有する有機金属触媒、あるいは、テトラエトキシシランなどのアルコキシシランなどを材料液に添加してもよく、また、基材あるいはバリア層との密着性を向上する目的で、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランや3−アミノプロピルトリエトキシシランなどのシランカップリング剤などを添加することも好ましく用いられる。また、塗布性を向上する目的で樹脂などのバインダーを少量添加してもよい。また、紫外線による硬化反応を用いてもよい。   For the purpose of accelerating the curing (condensation reaction) of the organic polysiloxane film, an amine catalyst, an organometallic catalyst having palladium, tin or the like, or an alkoxysilane such as tetraethoxysilane may be added to the material liquid. In addition, for the purpose of improving the adhesion to the substrate or the barrier layer, it is also preferable to add a silane coupling agent such as 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane or 3-aminopropyltriethoxysilane. Moreover, you may add a small amount of binders, such as resin, in order to improve applicability | paintability. Moreover, you may use the hardening reaction by an ultraviolet-ray.

隣接層1を形成する有機・無機ハイブリッド材料として、市販の熱硬化ハードコート剤などを適用することも可能である。   As the organic / inorganic hybrid material forming the adjacent layer 1, a commercially available thermosetting hard coat agent or the like can also be applied.

例えば、クラリアント社製のトゥットプロムシリーズ(有機ポリシラザン)、セラミックコート株式会社製のSP COAT耐熱クリアー塗料、アデカ社製のナノハイブリッドシリコーン、信越化学社製の各種シリコーン樹脂等が挙げられる。   For example, TutProm series (Organic polysilazane) manufactured by Clariant, SP COAT heat-resistant clear paint manufactured by Ceramic Coat, nano hybrid silicone manufactured by Adeka, various silicone resins manufactured by Shin-Etsu Chemical, etc.

(隣接層1の機能)
従来技術では、バリア層においては、ポリシラザンの加水分解及び脱水縮合反応をいかに進行させるかが主眼であったのに対し、本発明では真空紫外線(VUV光)照射による改質処理前、処理中、処理後に、ポリシラザンの加水分解反応をいかに起こさせないかが、効率的な改質を行う上で最も重要と考えている。
(Function of adjacent layer 1)
In the prior art, in the barrier layer, the main purpose was how to proceed the hydrolysis and dehydration condensation reaction of polysilazane, whereas in the present invention, before the modification treatment by vacuum ultraviolet ray (VUV light) irradiation, during the treatment, It is considered most important for efficient reforming how the hydrolysis reaction of polysilazane is not caused after the treatment.

いったん、改質処理前に加水分解反応が進行し、膜内に多量のSi−OHが形成されてしまうと、その後VUV光を照射して改質処理を進めようとしても、バリア層において、本発明のSi原子、N原子、O原子を同時に含む領域を有するバリア性を発現する層を形成することは困難となる。   Once the hydrolysis reaction proceeds before the reforming process and a large amount of Si-OH is formed in the film, the barrier layer can be used for the reforming process by irradiating VUV light thereafter. It becomes difficult to form a layer exhibiting barrier properties having a region containing Si atoms, N atoms, and O atoms at the same time.

よって、本発明においては、前述したように最適な低酸素濃度雰囲気下、かつ、低湿度環境下においてVUV光を照射し、活性酸素による直接酸化のみを進行させることで、本発明の原子組成比を有するようなSi、N、Oからなるバリア層を形成することが重要となる。   Therefore, in the present invention, as described above, the atomic composition ratio of the present invention is achieved by irradiating VUV light in an optimum low oxygen concentration atmosphere and in a low humidity environment, and allowing only direct oxidation by active oxygen to proceed. It is important to form a barrier layer made of Si, N, and O having the following.

また、前述したように改質時の環境を最適化するだけでは、安定したバリア性能を得るには不十分であることも分かってきており、これは、基材(支持体ともいう)やハードコート層、平坦化層、密着層などの下引き層から侵入する水分によっても、ポリシラザン改質膜の膜質が低下してしまうためではないかと推測されている。   Further, as described above, it has been found that simply optimizing the environment at the time of reforming is not sufficient to obtain a stable barrier performance. It is presumed that the quality of the polysilazane modified film may be deteriorated by moisture entering from an undercoat layer such as a coat layer, a planarization layer, or an adhesion layer.

そこで、ポリシラザン改質膜を形成する下層に、予め本発明の原子組成を有するような隣接層1を設けておくと、シラノール基等が生成せず、ポリシラザンの改質を効率化できることを見出し、本発明に至った。   Therefore, it has been found that if the adjacent layer 1 having the atomic composition of the present invention is previously provided in the lower layer for forming the polysilazane modified film, silanol groups and the like are not generated, and the modification of the polysilazane can be made efficient. The present invention has been reached.

実際にポリシラザン改質膜の原子組成は、下層の状態によって異なり、これがバリア性能に影響することは、前述したXPS表面分析及び後述するCa法によるバリア性能評価によって確認することができる。   Actually, the atomic composition of the modified polysilazane film varies depending on the state of the lower layer, and it can be confirmed by XPS surface analysis described above and barrier performance evaluation by the Ca method described later that this affects the barrier performance.

〔隣接層2〕
本発明においては、基材側でバリア層に隣接する隣接層1に加えて、基材とは反対側で前記バリア層に隣接する隣接層2を更に有する構成であることがより好ましい。
[Adjacent layer 2]
In the present invention, in addition to the adjacent layer 1 adjacent to the barrier layer on the base material side, it is more preferable to further include an adjacent layer 2 adjacent to the barrier layer on the side opposite to the base material.

本発明における隣接層2は、バリア層の上層に設けることで、デバイス作製プロセス耐性や搬送、巻き取り工程適性等を向上させるような保護層としての役割だけでなく、急激にバリア性が劣化しないような安定なバリア性フィルムを得るためにもたいへん有効であることが、本発明者らの検討により分かってきた。このことは、バリア層が湿熱による加速劣化時に急激に破壊することで起こると考えられるバリア性の劣化をナノレベルで抑制することができるためではないかと推測しているが、その機構に関して今のところ詳細は不明である。   The adjacent layer 2 in the present invention is not only a role as a protective layer that improves device manufacturing process resistance, conveyance, suitability for winding process, etc., but also the barrier property is not rapidly deteriorated by being provided on the upper layer of the barrier layer. It has been found by the present inventors that the present invention is very effective for obtaining such a stable barrier film. It is speculated that this may be because the barrier layer is thought to be able to suppress the degradation of the barrier property, which is thought to be caused by abrupt destruction during accelerated degradation due to wet heat, at the nano level. However, details are unknown.

隣接層2に好ましく用いることができる材料としては、隣接するバリア層との接着性が保たれるのであれば特に制限はないが、隣接層1を形成するために先に挙げたようなポリシロキサン、ポリシルセスキオキサン等を主成分として含む材料等が接着性、応力緩和性、耐熱性等の観点から好ましく用いられる。   The material that can be preferably used for the adjacent layer 2 is not particularly limited as long as the adhesion to the adjacent barrier layer is maintained, but the polysiloxane as mentioned above for forming the adjacent layer 1 is used. A material containing polysilsesquioxane or the like as a main component is preferably used from the viewpoints of adhesion, stress relaxation, heat resistance, and the like.

また、隣接層2の形成方法についても、隣接層1の方法と同様に塗布を初めとするウェットプロセスが好ましく用いられる。   As for the method for forming the adjacent layer 2, a wet process such as coating is preferably used as in the method for the adjacent layer 1.

隣接層2の膜厚は、特に制限はないが、乾燥後の厚さが10nm〜100μm程度が好ましく、100nm〜10μm程度がより好ましい。   The film thickness of the adjacent layer 2 is not particularly limited, but the thickness after drying is preferably about 10 nm to 100 μm, and more preferably about 100 nm to 10 μm.

〔基材(支持体ともいう)〕
本発明における基材(支持体)としては、本発明の隣接層1及びガスバリア層を保持することができるものであれば特に限定はされないが、ロール・トゥ・ロールなどの大量生産に適用可能で、取り扱い易く、低コスト化が可能な点で、プラスチックフィルムが好ましい。
[Base material (also called support)]
The substrate (support) in the present invention is not particularly limited as long as it can hold the adjacent layer 1 and the gas barrier layer of the present invention, but is applicable to mass production such as roll-to-roll. A plastic film is preferable because it is easy to handle and can be reduced in cost.

プラスチックフィルムとしては、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、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(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ナイロン(Ny)、芳香族ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等の各樹脂フィルム、有機無機ハイブリッド構造を有するシルセスキオキサンを基本骨格とした耐熱透明フィルム(製品名Sila−DEC、チッソ株式会社製)、更には前記樹脂を2層以上積層して成る樹脂フィルム等を挙げることができる。   Examples of the plastic film include acrylic acid ester, methacrylic acid ester, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyarylate, polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE ), Polypropylene (PP), Polystyrene (PS), Nylon (Ny), Aromatic polyamide, Polyetheretherketone, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyimide, Polyetherimide, and other resin films, Sil with organic-inorganic hybrid structure A heat-resistant transparent film (product name: Sila-DEC, manufactured by Chisso Corporation) having sesquioxane as a basic skeleton, and a resin film formed by laminating two or more layers of the above resin can be used.

コストや入手の容易性の点では、ポリエチレンテレフタレート(PET)、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(PEN)、ポリカーボネート(PC)などが好ましく用いられ、また、光学的透明性、耐熱性等の観点から、有機無機ハイブリッド構造を有するシルセスキオキサンを基本骨格とした耐熱透明フィルムも好ましく用いることができる。   In terms of cost and availability, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC) and the like are preferably used, and from the viewpoint of optical transparency, heat resistance, and the like. A heat-resistant transparent film having a basic skeleton of silsesquioxane having an organic-inorganic hybrid structure can also be preferably used.

本発明に係る支持体の厚みとして、5μm〜500μmの範囲が好ましく、更に好ましくは25μm〜250μmの範囲である。   The thickness of the support according to the present invention is preferably in the range of 5 μm to 500 μm, more preferably in the range of 25 μm to 250 μm.

また、本発明に係る支持体は透明であることが好ましい。支持体が透明であり、支持体上に形成する層も透明であることにより、透明なガスバリアフィルムとすることが可能となるため、光電変換素子(太陽電池)等の透明基板とすることも可能となるからである。   The support according to the present invention is preferably transparent. Since the support is transparent and the layer formed on the support is also transparent, it becomes possible to make a transparent gas barrier film, so it can also be used as a transparent substrate such as a photoelectric conversion element (solar cell). Because it becomes.

ここで、支持体が透明とは、可視光(400nm〜700nm)の光透過率が80%以上であることを示す。   Here, that the support is transparent means that the light transmittance of visible light (400 nm to 700 nm) is 80% or more.

また、上記に挙げた樹脂等を用いたプラスチックフィルムは、未延伸フィルムでもよく、延伸フィルムでもよい。   Moreover, the unstretched film may be sufficient as the plastic film using the resin etc. which were mentioned above, and a stretched film may be sufficient as it.

本発明に用いられるプラスチックフィルム支持体としては、従来公知の一般的な方法により製造することが可能である。例えば、材料となる樹脂を押し出し機により溶融し、環状ダイやTダイにより押し出して急冷することにより、実質的に無定形で配向していない未延伸の支持体を製造することができる。   The plastic film support used in the present invention can be produced by a conventionally known general method. For example, an unstretched support that is substantially amorphous and not oriented can be produced by melting a resin as a material with an extruder, extruding it with an annular die or a T-die, and quenching.

また、未延伸の支持体を一軸延伸、テンター式逐次二軸延伸、テンター式同時二軸延伸、チューブラー式同時二軸延伸などの公知の方法により、支持体の流れ(縦軸)方向、または支持体の流れ方向と直角(横軸)方向に延伸することにより延伸支持体を製造することができる。この場合の延伸倍率は、支持体の原料となる樹脂に合わせて適宜選択することできるが、縦軸方向及び横軸方向にそれぞれ2倍〜10倍が好ましい。   Further, the unstretched support is uniaxially stretched, tenter-type sequential biaxial stretching, tenter-type simultaneous biaxial stretching, tubular-type simultaneous biaxial stretching, and other known methods, such as the flow (vertical axis) direction of the support, or A stretched support can be produced by stretching in the direction perpendicular to the flow direction of the support (horizontal axis). The draw ratio in this case can be appropriately selected according to the resin as the raw material of the support, but is preferably 2 to 10 times in the vertical axis direction and the horizontal axis direction, respectively.

また、本発明に係るプラスチックフィルムにおいては、隣接層1を形成する前にコロナ処理を施してもよい。   Moreover, in the plastic film which concerns on this invention, before forming the adjacent layer 1, you may give a corona treatment.

また、本発明における支持体上に、隣接層1の支持体表面に対する密着性を向上する目的で、アンカーコート層を形成してもよい。   Moreover, you may form an anchor coat layer on the support body in this invention in order to improve the adhesiveness with respect to the support body surface of the adjacent layer 1. FIG.

このアンカーコート層としては、プラスチックフィルムと隣接層1の接着性を高めるものであれば特に制限はないが、例えば、隣接層1が無機性の高いポリシロキサンであった場合、有機−無機ハイブリッド材料のように有機性と無機性を併せ持つような材料が好ましく用いられる。   The anchor coat layer is not particularly limited as long as it improves the adhesion between the plastic film and the adjacent layer 1. For example, when the adjacent layer 1 is a highly inorganic polysiloxane, an organic-inorganic hybrid material is used. A material having both organic and inorganic properties is preferably used.

また、シランカップリング剤のように単分子レベル〜ナノレベルの薄膜を形成し、層界面で分子結合を形成できるような材料でアンカーコート層を設けることも、より高い密着性が期待できる点で好ましく用いることができる。   In addition, it is also possible to expect higher adhesion by forming a thin film of monomolecular level to nano level like a silane coupling agent and providing an anchor coat layer with a material capable of forming a molecular bond at the layer interface. It can be preferably used.

因みに、このようなシランカップリング剤を隣接層1に添加することで、密着性を高める方法も好ましく用いることができる。   Incidentally, a method of increasing the adhesion by adding such a silane coupling agent to the adjacent layer 1 can also be preferably used.

本発明において、ガスバリア層にかかる応力を緩和するための応力緩和層、樹脂支持体の表面を平滑化するための平滑層、樹脂支持体からのブリードアウトを防止するためのブリードアウト防止層などを別途設けてもよい。   In the present invention, a stress relaxation layer for relaxing the stress applied to the gas barrier layer, a smooth layer for smoothing the surface of the resin support, a bleed out prevention layer for preventing bleed out from the resin support, etc. It may be provided separately.

《ガスバリア性フィルムの用途》
本発明のガスバリア性フィルムの用途としては、主に電子デバイス等のパッケージ、または有機EL素子や太陽電池、液晶といったディスプレイ材料等、各種電子デバイス用樹脂基材としての用途が挙げられる。
<< Use of gas barrier film >>
Applications of the gas barrier film of the present invention include applications as resin substrates for various electronic devices such as packages for electronic devices, or display materials such as organic EL elements, solar cells, and liquid crystals.

本発明のガスバリア性フィルムは、種々の封止用材料、封止用フィルムとして用いることができる。   The gas barrier film of the present invention can be used as various sealing materials and sealing films.

上記の中でも、本発明のガスバリア性フィルムは、電子デバイスに用いることが好ましい。   Among these, the gas barrier film of the present invention is preferably used for an electronic device.

以下、本発明のガスバリア性フィルムを有する電子デバイスの一例として、有機光電変換素子、該素子を有する太陽電池について説明する。   Hereinafter, as an example of an electronic device having the gas barrier film of the present invention, an organic photoelectric conversion element and a solar cell having the element will be described.

〔有機光電変換素子〕
本発明に係る有機光電変換素子は、本発明のガスバリア性フィルムを構成として有するが、有機光電変換素子に用いる際に、本発明のガスバリア性フィルムは透明であることが好ましく、具体的には、透明であるガスバリア性フィルムを有機光電変換素子の支持体の構成部材として用い、ガスバリア性フィルムの側から太陽光の受光を行うように構成することが好ましい。
[Organic photoelectric conversion element]
The organic photoelectric conversion element according to the present invention has the gas barrier film of the present invention as a component, but when used for the organic photoelectric conversion element, the gas barrier film of the present invention is preferably transparent, specifically, It is preferable to use a transparent gas barrier film as a constituent member of the support of the organic photoelectric conversion element and to receive sunlight from the gas barrier film side.

ここで、『透明』とは、可視光(400nm〜700nm)の光透過率が80%以上であることを意味する。   Here, “transparent” means that the light transmittance of visible light (400 nm to 700 nm) is 80% or more.

即ち、このガスバリア性フィルム上に、例えば、ITO等の透明導電性薄膜を透明電極として設け、有機光電変換素子用樹脂支持体を構成することができる。そして、支持体上に設けられたITO透明導電膜を陽極としてこの上に多孔質半導体層を設け、更に金属膜からなる陰極を作製して有機光電変換素子を作製し、この上に別の封止材料を(同じでもよいが)重ねて、前記ガスバリア性フィルム支持体と周囲を接着、素子を封じ込めることで有機光電変換素子を封止することができ、これにより外気の湿気や酸素等のガスによる素子への影響を封じることができる。   That is, on this gas barrier film, for example, a transparent conductive thin film such as ITO can be provided as a transparent electrode to constitute a resin support for an organic photoelectric conversion element. Then, an ITO transparent conductive film provided on the support is used as an anode, a porous semiconductor layer is provided thereon, and a cathode made of a metal film is prepared to produce an organic photoelectric conversion element. The organic photoelectric conversion element can be sealed by stacking a stop material (although it may be the same), adhering the gas barrier film support and the periphery, and encapsulating the element. The influence on the element due to can be sealed.

有機光電変換素子用樹脂支持体は、このようにして作製されたガスバリア性フィルムのガスバリア層(単にバリア層ともいう)上に、透明導電性膜を作製することによって得られる。透明導電膜の作製は、真空蒸着法やスパッタリング法等を用いることにより、またインジウム、スズ等の金属アルコキシド等を用いたゾルゲル法等塗布法によっても製造できる。   The resin support for organic photoelectric conversion elements is obtained by producing a transparent conductive film on the gas barrier layer (also simply referred to as a barrier layer) of the gas barrier film produced in this manner. The transparent conductive film can be produced by using a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like, or by a coating method such as a sol-gel method using a metal alkoxide such as indium or tin.

透明導電膜の膜厚としては、0.1nm〜1000nmの範囲が好ましい。   As a film thickness of a transparent conductive film, the range of 0.1 nm-1000 nm is preferable.

次いで、これらガスバリア性フィルム、またこれに透明導電膜が作製された有機光電変換素子用樹脂支持体を用いた有機光電変換素子について説明する。   Next, an organic photoelectric conversion element using these gas barrier films and a resin support for an organic photoelectric conversion element on which a transparent conductive film is produced will be described.

〔封止フィルムとその製造方法〕
本発明では、前記ガスバリア層(単にバリア層ともいう)を有するガスバリア性フィルムを基板として用いることが好ましい。
[Sealing film and manufacturing method thereof]
In the present invention, a gas barrier film having the gas barrier layer (also simply referred to as a barrier layer) is preferably used as the substrate.

前記バリア層を有するガスバリア性フィルムにおいて、バリア層上に更に透明導電膜を作製し、これを陽極としてこの上に有機光電変換素子を構成する層、陰極となる層とを積層し、この上に更にもう一つのガスバリア性フィルムを封止フィルムとして重ね接着することで封止する。   In the gas barrier film having the barrier layer, a transparent conductive film is further formed on the barrier layer, and the layer constituting the organic photoelectric conversion element and the layer serving as the cathode are laminated on the transparent conductive film. Further, another gas barrier film is sealed as a sealing film by overlapping.

用いられるもう一つの封止材料(封止フィルム)としては、本発明のガスバリア性フィルムを用いることができる。また、例えば、包装材等に使用される公知のガスバリア性フィルム、例えば、プラスチックフィルム上に酸化ケイ素や、酸化アルミニウムを蒸着したもの、緻密なセラミック層と、柔軟性を有する衝撃緩和ポリマー層を交互に積層した構成のガスバリア性フィルム等を封止フィルムとして用いることができる。   As another sealing material (sealing film) used, the gas barrier film of the present invention can be used. Also, for example, known gas barrier films used for packaging materials, such as plastic films deposited with silicon oxide or aluminum oxide, dense ceramic layers, and flexible impact relaxation polymer layers alternately A gas barrier film or the like laminated on the substrate can be used as the sealing film.

また、特に樹脂ラミネート(ポリマー膜)された金属箔は、光取り出し側のガスバリア性フィルムとして用いることはできないが、低コストで更に透湿性の低い封止材料であり、光取り出しを意図しない(透明性を要求されない)場合、封止フィルムとして好ましい。   In particular, a resin-laminated (polymer film) metal foil cannot be used as a gas barrier film on the light extraction side, but is a low-cost and further moisture-permeable sealing material and does not intend to extract light (transparent When the property is not required), it is preferable as a sealing film.

本発明において、金属箔とはスパッタや蒸着等で作製された金属薄膜や、導電性ペースト等の流動性電極材料から作製された導電膜と異なり、圧延等で作製された金属の箔またはフィルムを指す。   In the present invention, a metal foil is a metal foil or film made by rolling or the like, unlike a metal thin film made by sputtering or vapor deposition, or a conductive film made from a fluid electrode material such as a conductive paste. Point to.

金属箔としては金属の種類に特に限定はなく、例えば、銅(Cu)箔、アルミニウム(Al)箔、金(Au)箔、黄銅箔、ニッケル(Ni)箔、チタン(Ti)箔、銅合金箔、ステンレス箔、スズ(Sn)箔、高ニッケル合金箔等が挙げられる。これらの各種の金属箔の中で特に好ましい金属箔としてはAl箔が挙げられる。   There is no particular limitation on the type of metal as the metal foil. For example, copper (Cu) foil, aluminum (Al) foil, gold (Au) foil, brass foil, nickel (Ni) foil, titanium (Ti) foil, copper alloy Examples thereof include foil, stainless steel foil, tin (Sn) foil, and high nickel alloy foil. Among these various metal foils, a particularly preferred metal foil is an Al foil.

金属箔の厚さは6〜50μmが好ましい。6μm未満の場合は、金属箔に用いる材料によっては使用時にピンホールが空き、必要とするバリア性(透湿度、酸素透過率)が得られなくなる場合がある。50μmを越えた場合は、金属箔に用いる材料によってはコストが高くなり、有機光電変換素子が厚くなりフィルムのメリットが少なくなる場合がある。   The thickness of the metal foil is preferably 6 to 50 μm. If the thickness is less than 6 μm, depending on the material used for the metal foil, pinholes may be vacant during use, and required barrier properties (moisture permeability, oxygen permeability) may not be obtained. When the thickness exceeds 50 μm, the cost increases depending on the material used for the metal foil, and the merit of the film may be reduced because the organic photoelectric conversion element becomes thick.

樹脂フィルム(ポリマー膜)がラミネートされた金属箔において、樹脂フィルムとしては機能性包装材料の新展開(株式会社東レリサーチセンター)に記載の各種材料を使用することが可能であり、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリアミド系樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体系樹脂、セロハン系樹脂、ビニロン系樹脂、塩化ビニリデン系樹脂等が挙げられる。ポリプロピレン系樹脂、ナイロン系樹脂等の樹脂は延伸されていてもよく、更に塩化ビニリデン系樹脂をコートされていてもよい。また、ポリエチレン系樹脂は低密度あるいは高密度のものも用いることができる。   In a metal foil laminated with a resin film (polymer film), various materials described in the new development of functional packaging materials (Toray Research Center, Inc.) can be used as the resin film. Resin, polypropylene resin, polyethylene terephthalate resin, polyamide resin, ethylene-vinyl alcohol copolymer resin, ethylene-vinyl acetate copolymer resin, acrylonitrile-butadiene copolymer resin, cellophane resin, vinylon resin, chloride Examples thereof include vinylidene resins. Resins such as polypropylene resins and nylon resins may be stretched and further coated with a vinylidene chloride resin. In addition, a polyethylene resin having a low density or a high density can be used.

後述するが、2つのフィルムの封止方法としては、例えば、一般に使用されるインパルスシーラー熱融着性の樹脂層をラミネートして、インパルスシーラーで融着させ、封止する方法が好ましく、この場合、ガスバリア性フィルム同士の封止は、フィルム膜厚が300μmを超えると封止作業時のフィルムの取り扱い性が悪化するのとインパルスシーラー等による熱融着が困難となるため膜厚としては300μm以下が望ましい。   As will be described later, as a method for sealing the two films, for example, a method of laminating a commonly used impulse sealer heat-fusible resin layer, fusing with an impulse sealer, and sealing is preferable. In addition, when sealing the gas barrier films, if the film thickness exceeds 300 μm, the film handling property deteriorates during sealing work and it becomes difficult to heat-seal with an impulse sealer or the like, so the film thickness is 300 μm or less. Is desirable.

〔有機光電変換素子の封止の好ましい態様〕
本発明の有機電子デバイスの一つである有機光電変換素子に用いられる封止の好ましい態様について説明する。
[Preferred embodiment of sealing of organic photoelectric conversion element]
The preferable aspect of sealing used for the organic photoelectric conversion element which is one of the organic electronic devices of this invention is demonstrated.

本発明に係る有機光電変換素子の作製の一例としては、バリア層を有する本発明のガスバリア性フィルム上に透明導電膜を形成し、有機光電変換素子用樹脂支持体上に有機光電変換素子各層を形成した後、上記封止フィルムを用いて、不活性ガスによりパージされた環境下で、上記封止フィルムで陰極面を覆うようにして、有機光電変換素子を封止することができる。   As an example of production of the organic photoelectric conversion device according to the present invention, a transparent conductive film is formed on the gas barrier film of the present invention having a barrier layer, and each layer of the organic photoelectric conversion device is formed on the resin support for the organic photoelectric conversion device. After the formation, the organic photoelectric conversion element can be sealed using the sealing film so as to cover the cathode surface with the sealing film in an environment purged with an inert gas.

不活性ガスとしては、Nの他、He、Ar等の希ガスが好ましく用いられるが、HeとArを混合した希ガスも好ましく、気体中に占める不活性ガスの割合は90体積%〜99.9体積%であることが好ましい。不活性ガスによりパージされた環境下で封止することにより、保存性が改良される。 As the inert gas, a rare gas such as He and Ar is preferably used in addition to N 2 , but a rare gas in which He and Ar are mixed is also preferable, and the ratio of the inert gas in the gas is 90% by volume to 99%. It is preferably 9% by volume. Preservability is improved by sealing in an environment purged with an inert gas.

また、前記の樹脂フィルム(ポリマー膜)がラミネートされた金属箔を用いて、有機光電変換素子を封止するにあたっては、ラミネートされた樹脂フィルム面ではなく、金属箔上にセラミック層を作製し、このセラミック層面を有機光電変換素子の陰極に貼り合わせることが好ましい。封止フィルムのポリマー膜面を有機光電変換素子の陰極に貼り合わせると、部分的に導通が発生することがある。   Moreover, in sealing the organic photoelectric conversion element using the metal foil laminated with the resin film (polymer film), a ceramic layer is produced on the metal foil instead of the laminated resin film surface, The ceramic layer surface is preferably bonded to the cathode of the organic photoelectric conversion element. When the polymer film surface of the sealing film is bonded to the cathode of the organic photoelectric conversion element, conduction may occur partially.

封止フィルムを有機光電変換素子の陰極に貼り合わせる封止方法としては、一般に使用されるインパルスシーラーで融着可能な樹脂フィルム、例えば、エチレン酢酸ビニルコポリマー(EVA)やポリプロピレン(PP)フィルム、ポリエチレン(PE)フィルム等の熱融着性フィルムを積層して、インパルスシーラーで融着させ封止する方法がある。   As a sealing method of bonding the sealing film to the cathode of the organic photoelectric conversion element, a resin film that can be fused with a commonly used impulse sealer, for example, ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), polypropylene (PP) film, polyethylene There is a method in which a heat-fusible film such as a (PE) film is laminated and fused with an impulse sealer and sealed.

接着方法としてはドライラミネート方式が作業性の面で優れている。この方法は、一般には1.0μm〜2.5μm程度の硬化性の接着剤層を使用する。但し、接着剤の塗設量が多すぎる場合には、トンネル、浸み出し、縮緬皺等が発生することがあるため、好ましくは接着剤量を乾燥膜厚で3μm〜5μmになるように調節することが好ましい。   As an adhesion method, the dry laminating method is excellent in terms of workability. This method generally uses a curable adhesive layer of about 1.0 μm to 2.5 μm. However, if the amount of adhesive applied is too large, tunneling, leaching, crimping, etc. may occur, so the amount of adhesive is preferably adjusted to 3 μm to 5 μm in dry film thickness. It is preferable to do.

ホットメルトラミネーションとは、ホットメルト接着剤を溶融し支持体に接着層を塗設する方法であるが、接着剤層の厚さは一般に1μm〜50μmと広い範囲で設定可能な方法である。一般に使用されるホットメルト接着剤のベースレジンとしては、EVA、EEA、ポリエチレン、ブチルラバー等が使用され、ロジン、キシレン樹脂、テルペン系樹脂、スチレン系樹脂等が粘着付与剤として、ワックス等が可塑剤として添加される。   Hot melt lamination is a method in which a hot melt adhesive is melted and an adhesive layer is coated on a support, and the thickness of the adhesive layer is generally a method that can be set in a wide range of 1 μm to 50 μm. Commonly used base resins for hot melt adhesives include EVA, EEA, polyethylene, butyl rubber, etc., rosin, xylene resin, terpene resin, styrene resin, etc. as tackifiers, wax etc. It is added as an agent.

エクストルージョンラミネート法とは、高温で溶融した樹脂をダイスにより支持体上に塗設する方法であり、樹脂層の厚さは一般に10μm〜50μmと広い範囲で設定可能である。エクストルージョンラミネートに使用される樹脂としては、一般にLDPE、EVA、PP等が使用される。   The extrusion laminating method is a method in which a resin melted at a high temperature is coated on a support with a die, and the thickness of the resin layer can generally be set in a wide range of 10 μm to 50 μm. As a resin used for the extrusion laminate, LDPE, EVA, PP, etc. are generally used.

次いで、有機光電変換素子を構成する有機光電変換素子材料各層(構成層)について説明する。   Next, each layer (constituent layer) of the organic photoelectric conversion element material constituting the organic photoelectric conversion element will be described.

〔有機光電変換素子及び太陽電池の構成〕
本発明に係る電子デバイスの一例として、有機光電変換素子及び太陽電池の好ましい態様を説明するが、本発明はこれらに限定されない。
[Configuration of organic photoelectric conversion element and solar cell]
Although the preferable aspect of an organic photoelectric conversion element and a solar cell is demonstrated as an example of the electronic device which concerns on this invention, this invention is not limited to these.

尚、以下、本発明に係る有機光電変換素子の好ましい態様について詳細に説明するが、本発明に係る太陽電池は本発明に係る有機光電変換素子をその構成として有するものであり、太陽電池の好ましい構成も同様に記載することができる。   In addition, although the preferable aspect of the organic photoelectric conversion element which concerns on this invention is demonstrated in detail hereafter, the solar cell which concerns on this invention has the organic photoelectric conversion element which concerns on this invention as the structure, and is preferable of a solar cell. The configuration can be similarly described.

有機光電変換素子としては、特に制限がなく、陽極と陰極と、両者に挟まれた発電層(p型半導体とn型半導体が混合された層、バルクヘテロジャンクション層、i層とも言う)が少なくとも1層以上あり、光を照射すると電流を発生する素子であればよい。   The organic photoelectric conversion element is not particularly limited, and has at least one anode and cathode, and a power generation layer (also referred to as a p-type semiconductor and n-type semiconductor mixed layer, a bulk heterojunction layer, or an i layer) sandwiched therebetween. Any element that has more than one layer and generates current when irradiated with light may be used.

有機光電変換素子の層構成(太陽電池の好ましい層構成も同様である)の好ましい具体例を以下に示す。   The preferable specific example of the layer structure of an organic photoelectric conversion element (The preferable layer structure of a solar cell is also the same) is shown below.

(i)陽極/発電層/陰極
(ii)陽極/正孔輸送層/発電層/陰極
(iii)陽極/正孔輸送層/発電層/電子輸送層/陰極
(iv)陽極/正孔輸送層/p型半導体層/発電層/n型半導体層/電子輸送層/陰極
(v)陽極/正孔輸送層/第1発電層/電子輸送層/中間電極/正孔輸送層/第2発電層/電子輸送層/陰極。
(I) Anode / power generation layer / cathode (ii) Anode / hole transport layer / power generation layer / cathode (iii) Anode / hole transport layer / power generation layer / electron transport layer / cathode (iv) Anode / hole transport layer / P-type semiconductor layer / power generation layer / n-type semiconductor layer / electron transport layer / cathode (v) anode / hole transport layer / first power generation layer / electron transport layer / intermediate electrode / hole transport layer / second power generation layer / Electron transport layer / cathode.

ここで、発電層は、正孔を輸送できるp型半導体材料と電子を輸送できるn型半導体材料を含有していることが必要であり、これらは実質2層でヘテロジャンクションを作製していてもよいし、1層の内部で混合された状態となっているバルクヘテロジャンクションを作製してもよいが、バルクヘテロジャンクション構成のほうが、光電変換効率が高いため好ましい。発電層に用いられるp型半導体材料、n型半導体材料については後述する。   Here, the power generation layer needs to contain a p-type semiconductor material capable of transporting holes and an n-type semiconductor material capable of transporting electrons, and even if these layers form a heterojunction with substantially two layers. Alternatively, a bulk heterojunction in a mixed state in one layer may be manufactured, but a bulk heterojunction configuration is preferable because of higher photoelectric conversion efficiency. A p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material used for the power generation layer will be described later.

有機EL素子同様、発電層を正孔輸送層、電子輸送層で挟み込むことで、正孔及び電子の陽極・陰極への取り出し効率を高めることができるため、それらを有する構成((ii)、(iii))の方が好ましい。また、発電層自体も正孔と電子の整流性(キャリア取り出しの選択性)を高めるため、(iv)のようにp型半導体材料とn型半導体材料単体からなる層で発電層を挟み込むような構成(p−i−n構成とも言う)であってもよい。また、太陽光の利用効率を高めるため、異なる波長の太陽光をそれぞれの発電層で吸収するような、タンデム構成((v)の構成)であってもよい。   Like the organic EL element, the efficiency of taking out holes and electrons to the anode / cathode can be increased by sandwiching the power generation layer between the hole transport layer and the electron transport layer. Therefore, the structure having them ((ii), ( iii)) is preferred. Further, in order to improve the rectification of holes and electrons (selection of carrier extraction), the power generation layer itself is sandwiched between layers of a p-type semiconductor material and a single n-type semiconductor material as shown in (iv). A configuration (also referred to as a pin configuration) may be used. Moreover, in order to improve the utilization efficiency of sunlight, the tandem configuration (configuration (v)) in which sunlight of different wavelengths is absorbed by each power generation layer may be employed.

太陽光利用率(光電変換効率)の向上を目的として、以下に説明する図1に示す有機光電変換素子10におけるサンドイッチ構造に代わって、一対の櫛歯状電極上にそれぞれ正孔輸送層14、電子輸送層16を作製し、その上に光電変換部15を配置するといった、バックコンタクト型の有機光電変換素子が構成とすることもできる。   For the purpose of improving the sunlight utilization rate (photoelectric conversion efficiency), instead of the sandwich structure in the organic photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 described below, a hole transport layer 14 on each of the pair of comb-like electrodes, A back-contact type organic photoelectric conversion element in which the electron transport layer 16 is produced and the photoelectric conversion unit 15 is disposed thereon can also be configured.

更に、詳細な本発明に係る有機光電変換素子の好ましい態様を下記に説明する。   Furthermore, the preferable aspect of the organic photoelectric conversion element which concerns on detailed this invention is demonstrated below.

図1は、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子からなる太陽電池の一例を示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a solar cell composed of a bulk heterojunction organic photoelectric conversion element.

図1において、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子10は、基板11の一方の面上に、陽極12、正孔輸送層17、バルクヘテロジャンクション層の発電層14、電子輸送層18及び陰極13が順次積層されている。   In FIG. 1, a bulk heterojunction organic photoelectric conversion element 10 has an anode 12, a hole transport layer 17, a bulk heterojunction power generation layer 14, an electron transport layer 18, and a cathode 13 in this order on one surface of a substrate 11. Are stacked.

基板11は、順次積層された陽極12、正孔輸送層17、発電層14、電子輸送層18及び陰極13を保持する部材である。本実施形態では、基板11側から光電変換される光が入射するので、基板11は、この光電変換される光を透過させることが可能な、即ち、この光電変換すべき光の波長に対して透明な部材である。基板11は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が用いられる。この基板11は、必須ではなく、例えば、発電層14の両面に陽極12及び陰極13を作製することでバルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子10が構成されてもよい。   The substrate 11 is a member that holds the anode 12, the hole transport layer 17, the power generation layer 14, the electron transport layer 18, and the cathode 13 that are sequentially stacked. In the present embodiment, since light that is photoelectrically converted enters from the substrate 11 side, the substrate 11 can transmit the light that is photoelectrically converted, that is, with respect to the wavelength of the light to be photoelectrically converted. It is a transparent member. As the substrate 11, for example, a glass substrate or a resin substrate is used. The substrate 11 is not essential. For example, the bulk heterojunction organic photoelectric conversion element 10 may be configured by forming the anode 12 and the cathode 13 on both surfaces of the power generation layer 14.

発電層14は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する層であって、p型半導体材料とn型半導体材料とを一様に混合したバルクヘテロジャンクション層を有して構成される。p型半導体材料は相対的に電子供与体(ドナー)として機能し、n型半導体材料は相対的に電子受容体(アクセプタ)として機能する。   The power generation layer 14 is a layer that converts light energy into electrical energy, and includes a bulk heterojunction layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are uniformly mixed. The p-type semiconductor material relatively functions as an electron donor (donor), and the n-type semiconductor material relatively functions as an electron acceptor (acceptor).

図1において、基板11を介して陽極12から入射された光は、発電層14のバルクヘテロジャンクション層における電子受容体あるいは電子供与体で吸収され、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)が作製される。発生した電荷は、内部電界、例えば、陽極12と陰極13の仕事関数が異なる場合では陽極12と陰極13との電位差によって、電子は、電子受容体間を通り、また正孔は、電子供与体間を通り、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流が検出される。   In FIG. 1, light incident from the anode 12 through the substrate 11 is absorbed by the electron acceptor or electron donor in the bulk heterojunction layer of the power generation layer 14, and electrons move from the electron donor to the electron acceptor. A pair of holes and electrons (charge separation state) is produced. The generated electric charge is caused by an internal electric field, for example, when the work function of the anode 12 and the cathode 13 is different, the electrons pass between the electron acceptors and the holes are electron donors due to the potential difference between the anode 12 and the cathode 13. The photocurrent is detected by passing through different electrodes to different electrodes.

例えば、陽極12の仕事関数が陰極13の仕事関数よりも大きい場合では、電子は陽極12へ、正孔は陰極13へ輸送される。なお、仕事関数の大小が逆転すれば電子と正孔は、これとは逆方向に輸送される。また、陽極12と陰極13との間に電位をかけることにより、電子と正孔の輸送方向を制御することもできる。   For example, when the work function of the anode 12 is larger than that of the cathode 13, electrons are transported to the anode 12 and holes are transported to the cathode 13. If the magnitude of the work function is reversed, electrons and holes are transported in the opposite direction. In addition, the transport direction of electrons and holes can be controlled by applying a potential between the anode 12 and the cathode 13.

なお、図1には記載していないが、正孔ブロック層、電子ブロック層、電子注入層、正孔注入層、あるいは平滑化層等の他の層を有していてもよい。   Although not shown in FIG. 1, other layers such as a hole blocking layer, an electron blocking layer, an electron injection layer, a hole injection layer, or a smoothing layer may be included.

更に好ましい構成としては、前記発電層14が、所謂p−i−nの三層構成となっている構成(図2)である。通常のバルクヘテロジャンクション層は、p型半導体材料とn型半導体層が混合したi層(14i)単体であるが、p型半導体材料単体からなるp層(14p)、及びn型半導体材料単体からなるn層(14n)で挟むことにより、正孔及び電子の整流性がより高くなり、電荷分離した正孔・電子の再結合等によるロスが低減され、一層高い光電変換効率を得ることができる。   As a more preferable configuration, the power generation layer 14 has a so-called p-i-n three-layer configuration (FIG. 2). A normal bulk heterojunction layer is a single i layer (14i) in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor layer are mixed. However, a p-layer (14p) made of a single p-type semiconductor material and a single n-type semiconductor material. By sandwiching between n layers (14n), the rectification of holes and electrons becomes higher, loss due to charge-separated hole-electron recombination is reduced, and higher photoelectric conversion efficiency can be obtained.

更に、太陽光利用率(光電変換効率)の向上を目的として、このような光電変換素子を積層したタンデム型の構成としてもよい。   Furthermore, it is good also as a tandem-type structure which laminated | stacked such a photoelectric conversion element for the purpose of the improvement of sunlight utilization factor (photoelectric conversion efficiency).

図3は、タンデム型のバルクヘテロジャンクション層を備える有機光電変換素子からなる太陽電池を示す断面図である。タンデム型構成の場合、基板11上に、順次透明電極12、第1の発電層14′を積層した後、電荷再結合層15を積層した後、第2の発電層16、次いで対電極13を積層することで、タンデム型の構成とすることができる。第2の発電層16は、第1の発電層14′の吸収スペクトルと同じスペクトルを吸収する層でもよいし、異なるスペクトルを吸収する層でもよいが、好ましくは異なるスペクトルを吸収する層である。また、第1の発電層14′、第2の発電層16がともに前述のp−i−nの三層構成であってもよい。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing a solar cell composed of an organic photoelectric conversion element including a tandem bulk heterojunction layer. In the case of the tandem configuration, the transparent electrode 12 and the first power generation layer 14 ′ are sequentially stacked on the substrate 11, the charge recombination layer 15 is stacked, the second power generation layer 16, and then the counter electrode 13 are stacked. By stacking, a tandem structure can be obtained. The second power generation layer 16 may be a layer that absorbs the same spectrum as the absorption spectrum of the first power generation layer 14 ′ or may be a layer that absorbs a different spectrum, but is preferably a layer that absorbs a different spectrum. Further, both the first power generation layer 14 ′ and the second power generation layer 16 may have the above-described three-layer structure of pin.

以下に、これらの層を構成する材料について述べる。   Below, the material which comprises these layers is described.

〔有機光電変換素子材料〕
本発明に係る有機光電変換素子の発電層(光電変換層ともいう)の形成に用いられる材料について説明する。
[Organic photoelectric conversion element material]
The material used for formation of the electric power generation layer (it is also called a photoelectric converting layer) of the organic photoelectric conversion element concerning this invention is demonstrated.

(p型半導体材料)
本発明に係る有機光電変換素子の発電層(バルクヘテロジャンクション層)として好ましく用いられるp型半導体材料としては、種々の縮合多環芳香族低分子化合物や共役系ポリマー・オリゴマーが挙げられる。
(P-type semiconductor material)
Examples of the p-type semiconductor material preferably used as the power generation layer (bulk heterojunction layer) of the organic photoelectric conversion device according to the present invention include various condensed polycyclic aromatic low molecular compounds and conjugated polymers / oligomers.

縮合多環芳香族低分子化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の化合物、ポルフィリンや銅フタロシアニン、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、及びこれらの誘導体や前駆体が挙げられる。   Examples of the condensed polycyclic aromatic low-molecular compound include anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, heptacene, chrysene, picene, fluorene, pyrene, peropyrene, perylene, terylene, quaterylene, coronene, ovalene, circumanthracene, bisanthene, zesulene, Compounds such as heptazeslen, pyranthrene, violanthene, isoviolanthene, circobiphenyl, anthradithiophene, porphyrin, copper phthalocyanine, tetrathiafulvalene (TTF) -tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF ) -Perchloric acid complexes, and derivatives and precursors thereof.

また、上記の縮合多環を有する誘導体の例としては、国際公開第03/16599号、国際公開第03/28125号、米国特許第6,690,029号明細書、特開2004−107216号公報等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、J.Amer.Chem.Soc.,vol127.No14.4986、J.Amer.Chem.Soc.,vol.123、p9482、J.Amer.Chem.Soc.,vol.130(2008)、No.9、2706等に記載のトリアルキルシリルエチニル基で置換されたアセン系化合物等が挙げられる。   Examples of the derivative having the above condensed polycycle include International Publication No. 03/16599, International Publication No. 03/28125, US Pat. No. 6,690,029, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-107216. A pentacene derivative having a substituent as described in U.S. Pat. No. 2003/136964, J. Pat. Amer. Chem. Soc. , Vol127. No. 14.4986, J. MoI. Amer. Chem. Soc. , Vol. 123, p9482; Amer. Chem. Soc. , Vol. 130 (2008), no. 9, acene-based compounds substituted with a trialkylsilylethynyl group described in 2706 and the like.

共役系ポリマーとしては、例えば、ポリ3−ヘキシルチオフェン(P3HT)等のポリチオフェン及びそのオリゴマー、またはTechnical Digest of the International PVSEC−17,Fukuoka,Japan,2007,P1225に記載の重合性基を有するようなポリチオフェン、Nature Material,(2006)vol.5,p328に記載のポリチオフェン−チエノチオフェン共重合体、WO2008000664に記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Adv Mater,2007p4160に記載のポリチオフェン−チアゾロチアゾール共重合体,Nature Mat.vol.6(2007),p497に記載のPCPDTBT等のようなポリチオフェン共重合体、ポリピロール及びそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレン及びそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマー、等のポリマー材料が挙げられる。   As the conjugated polymer, for example, a polythiophene such as poly-3-hexylthiophene (P3HT) and an oligomer thereof, or a technical group described in Technical Digest of the International PVSEC-17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225. Polythiophene, Nature Material, (2006) vol. 5, p328, a polythiophene-thienothiophene copolymer described in WO2008000664, a polythiophene-diketopyrrolopyrrole copolymer described in WO2008000664, a polythiophene-thiazolothiazole copolymer described in Adv Mater, 2007p4160, Nature Mat. vol. 6 (2007), p497 described in PCPDTBT, etc., polypyrrole and its oligomer, polyaniline, polyphenylene and its oligomer, polyphenylene vinylene and its oligomer, polythienylene vinylene and its oligomer, polyacetylene, polydiacetylene, Examples thereof include polymer materials such as σ-conjugated polymers such as polysilane and polygermane.

また、ポリマー材料ではなくオリゴマー材料としては、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、等のオリゴマーが好適に用いることができる。   In addition, oligomeric materials instead of polymer materials include thiophene hexamer α-sexual thiophene α, ω-dihexyl-α-sexual thiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (3 Oligomers such as -butoxypropyl) -α-sexithiophene can be preferably used.

これらの化合物の中でも、溶液プロセスが可能な程度に有機溶剤への溶解性が高く、且つ乾燥後は、結晶性薄膜を作製し、高い移動度を達成することが可能な化合物が好ましい。   Among these compounds, a compound that is highly soluble in an organic solvent to the extent that a solution process is possible and that can produce a crystalline thin film and achieve high mobility after drying is preferable.

また、発電層上に電子輸送層を塗布で成膜する場合、電子輸送層溶液が発電層を溶かしてしまうという課題があるため、溶液プロセスで塗布した後に不溶化できるような材料を用いてもよい。   In addition, when the electron transport layer is formed on the power generation layer by coating, there is a problem that the electron transport layer solution dissolves the power generation layer. Therefore, a material that can be insolubilized after coating by a solution process may be used. .

このような材料としては、Technical Digest of the International PVSEC−17, Fukuoka,Japan,2007,P1225に記載の重合性基を有するようなポリチオフェンのような、塗布後に塗布膜を重合架橋して不溶化できる材料、または米国特許第2003/136964号明細書、及び特開2008−16834号公報等に記載されているような、熱等のエネルギーを加えることによって、可溶性置換基が反応して不溶化する(顔料化する)材料等を挙げることができる。   Examples of such a material include materials that can be insolubilized by polymerizing and crosslinking the coating film after coating, such as polythiophene having a polymerizable group described in Technical Digest of the International PVSEC-17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225. Or by applying energy such as heat, as described in US 2003/136964 and JP-A 2008-16834, etc., the soluble substituent reacts to insolubilize (pigmentation). Material) and the like.

(n型半導体材料)
本発明に係るバルクヘテロジャンクション層に用いられるn型半導体材料としては特に限定されないが、例えば、フラーレン、オクタアザポルフィリン等、p型半導体の水素原子をフッ素原子に置換したパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物や、そのイミド化物を骨格として含む高分子化合物等を挙げることができる。
(N-type semiconductor material)
The n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer according to the present invention is not particularly limited. For example, a perfluoro compound (perfluoropentacene or the like) in which a hydrogen atom of a p-type semiconductor such as fullerene or octaazaporphyrin is substituted with a fluorine atom. Perfluorophthalocyanine, etc.), naphthalenetetracarboxylic anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, perylenetetracarboxylic acid diimide and other aromatic carboxylic acid anhydrides, and polymers containing such imidized compounds as a skeleton A compound etc. can be mentioned.

しかし、各種のp型半導体材料と高速(〜50fs)、且つ効率的に電荷分離を行うことができる、フラーレン誘導体が好ましい。フラーレン誘導体としては、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC84、フラーレンC240、フラーレンC540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ、多層ナノチューブ、単層ナノチューブ、ナノホーン(円錐型)等、及びこれらの一部が水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、シクロアルキル基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、アミノ基、シリル基等によって置換されたフラーレン誘導体を挙げることができる。   However, fullerene derivatives that can perform charge separation efficiently with various p-type semiconductor materials at high speed (˜50 fs) are preferable. Fullerene derivatives include fullerene C60, fullerene C70, fullerene C76, fullerene C78, fullerene C84, fullerene C240, fullerene C540, mixed fullerene, fullerene nanotubes, multi-walled nanotubes, single-walled nanotubes, nanohorns (conical), and the like. Partially by hydrogen atom, halogen atom, substituted or unsubstituted alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heteroaryl group, cycloalkyl group, silyl group, ether group, thioether group, amino group, silyl group, etc. Examples thereof include substituted fullerene derivatives.

中でも、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッドメチルエステル(略称PCBM)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nブチルエステル(PCBnB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−イソブチルエステル(PCBiB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nヘキシルエステル(PCBH)、Adv.Mater.,vol.20(2008),p2116等に記載のbis−PCBM、特開2006−199674号公報等のアミノ化フラーレン、特開2008−130889号公報等のメタロセン化フラーレン、米国特許第7,329,709号明細書等の環状エーテル基を有するフラーレン等のような、置換基を有してより溶解性が向上したフラーレン誘導体を用いることが好ましい。   Among them, [6,6] -phenyl C61-butyric acid methyl ester (abbreviation PCBM), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-nbutyl ester (PCBnB), [6,6] -phenyl C61- Butyric acid-isobutyl ester (PCBiB), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-n-hexyl ester (PCBH), Adv. Mater. , Vol. 20 (2008), p2116, etc., aminated fullerenes such as JP-A 2006-199674, metallocene fullerenes such as JP-A 2008-130889, US Pat. No. 7,329,709, etc. It is preferable to use a fullerene derivative having a substituent and having improved solubility, such as fullerene having a cyclic ether group such as a calligraphy.

(正孔輸送層・電子ブロック層)
本発明の有機光電変換素子10は、バルクヘテロジャンクション層と陽極との中間には正孔輸送層17を、バルクヘテロジャンクション層で発生した電荷をより効率的に取り出すことが可能となるため、これらの層を有していることが好ましい。
(Hole transport layer / electron block layer)
In the organic photoelectric conversion element 10 of the present invention, the hole transport layer 17 can be taken out between the bulk heterojunction layer and the anode, and charges generated in the bulk heterojunction layer can be taken out more efficiently. It is preferable to have.

これらの層を構成する材料としては、例えば、正孔輸送層17としては、スタルクヴイテック製、商品名BaytronP等のPEDOT、ポリアニリン及びそのドープ材料、国際公開第06/19270号パンフレット等に記載のシアン化合物、等を用いることができる。   As a material constituting these layers, for example, as the hole transport layer 17, PEDOT such as Product name BaytronP manufactured by Stark Vitec, polyaniline and its doped material, described in WO 06/19270, etc. Cyanide compounds can be used.

なお、バルクヘテロジャンクション層に用いられるn型半導体材料のLUMO準位よりも浅いLUMO準位を有する正孔輸送層には、バルクヘテロジャンクション層で生成した電子を陽極側には流さないような整流効果を有する電子ブロック機能が付与される。   Note that the hole transport layer having a LUMO level shallower than the LUMO level of the n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer has a rectifying effect that prevents electrons generated in the bulk heterojunction layer from flowing to the anode side. The electronic block function is provided.

このような正孔輸送層は電子ブロック層とも呼ばれ、このような機能を有する正孔輸送層を使用するほうが好ましい。このような材料としては、特開平5−271166号公報等に記載のトリアリールアミン系化合物、また酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化タングステン等の金属酸化物等を用いることができる。   Such a hole transport layer is also called an electron block layer, and it is preferable to use a hole transport layer having such a function. As such a material, a triarylamine compound described in JP-A-5-271166 or a metal oxide such as molybdenum oxide, nickel oxide, or tungsten oxide can be used.

また、バルクヘテロジャンクション層に用いたp型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。これらの層を作製する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。バルクヘテロジャンクション層を作製する前に、下層に塗布膜を作製すると塗布面をレベリングする効果があり、リーク等の影響が低減するため好ましい。   A layer made of a single p-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer can also be used. As a means for producing these layers, either a vacuum vapor deposition method or a solution coating method may be used, but a solution coating method is preferable. It is preferable to produce a coating film in the lower layer before producing the bulk heterojunction layer because it has the effect of leveling the application surface and reduces the influence of leakage and the like.

(電子輸送層・正孔ブロック層)
有機光電変換素子10は、バルクヘテロジャンクション層と陰極との中間には電子輸送層18を作製することで、バルクヘテロジャンクション層で発生した電荷をより効率的に取り出すことが可能となるため、これらの層を有していることが好ましい。
(Electron transport layer / hole blocking layer)
Since the organic photoelectric conversion element 10 is capable of extracting charges generated in the bulk heterojunction layer more efficiently by forming the electron transport layer 18 between the bulk heterojunction layer and the cathode, these layers It is preferable to have.

また、電子輸送層18としては、オクタアザポルフィリン、p型半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)を用いることができるが、同様にバルクヘテロジャンクション層に用いられるp型半導体材料のHOMO準位よりも深いHOMO準位を有する電子輸送層には、バルクヘテロジャンクション層で生成した正孔を陰極側には流さないような整流効果を有する正孔ブロック機能が付与される。   As the electron transport layer 18, octaazaporphyrin, a p-type semiconductor perfluoro product (perfluoropentacene, perfluorophthalocyanine, or the like) can be used. Similarly, a p-type semiconductor material used for a bulk heterojunction layer is used. The electron transport layer having a HOMO level deeper than the HOMO level is given a hole blocking function having a rectifying effect so that holes generated in the bulk heterojunction layer do not flow to the cathode side.

このような電子輸送層は正孔ブロック層とも呼ばれ、このような機能を有する電子輸送層を使用するほうが好ましい。   Such an electron transport layer is also called a hole blocking layer, and it is preferable to use an electron transport layer having such a function.

このような材料としては、バソキュプロイン等のフェナントレン系化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等のn型半導体材料、及び酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ガリウム等のn型無機酸化物及びフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属化合物等を用いることができる。   Examples of such materials include phenanthrene compounds such as bathocuproine, n-type semiconductor materials such as naphthalenetetracarboxylic acid anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, perylenetetracarboxylic acid diimide, and titanium oxide. N-type inorganic oxides such as zinc oxide and gallium oxide, and alkali metal compounds such as lithium fluoride, sodium fluoride, and cesium fluoride can be used.

また、バルクヘテロジャンクション層に用いたn型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。これらの層を作製する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。   A layer made of a single n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer can also be used. As a means for producing these layers, either a vacuum vapor deposition method or a solution coating method may be used, but a solution coating method is preferable.

(その他の層)
エネルギー変換効率の向上や、素子寿命の向上を目的に、各種中間層を素子内に有する構成としてもよい。中間層の例としては、正孔ブロック層、電子ブロック層、正孔注入層、電子注入層、励起子ブロック層、UV吸収層、光反射層、波長変換層等を挙げることができる。
(Other layers)
For the purpose of improving energy conversion efficiency and improving the lifetime of the element, a structure having various intermediate layers in the element may be employed. Examples of the intermediate layer include a hole block layer, an electron block layer, a hole injection layer, an electron injection layer, an exciton block layer, a UV absorption layer, a light reflection layer, and a wavelength conversion layer.

(透明電極(第1電極))
本発明に係る透明電極は、陰極、陽極は特に限定せず、素子構成により選択することができるが、好ましくは透明電極を陽極として用いることである。例えば、陽極として用いる場合、好ましくは380nm〜800nmの光を透過する電極である。
(Transparent electrode (first electrode))
In the transparent electrode according to the present invention, the cathode and the anode are not particularly limited and can be selected depending on the element configuration, but preferably the transparent electrode is used as the anode. For example, when used as an anode, it is preferably an electrode that transmits light of 380 nm to 800 nm.

材料としては、例えば、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO、ZnO等の透明導電性金属酸化物、金、銀、白金等の金属薄膜、金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ用いることができる。 As the material, for example, transparent conductive metal oxides such as indium tin oxide (ITO), SnO 2 and ZnO, metal thin films such as gold, silver and platinum, metal nanowires, and carbon nanotubes can be used.

また、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン、ポリカルバゾール、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、ポリフェニルアセチレン、ポリジアセチレン及びポリナフタレンの各誘導体からなる群より選ばれる導電性高分子等も用いることができる。また、これらの導電性化合物を複数組み合わせて透明電極とすることもできる。   Also selected from the group consisting of derivatives of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, polythienylene vinylene, polyazulene, polyisothianaphthene, polycarbazole, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylene vinylene, polyacene, polyphenylacetylene, polydiacetylene and polynaphthalene. Conductive polymers can also be used. A plurality of these conductive compounds can be combined to form a transparent electrode.

(対電極(第2電極))
対電極は導電材単独層であってもよいが、導電性を有する材料に加えて、これらを保持する樹脂を併用してもよい。対電極の導電材としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。
(Counter electrode (second electrode))
The counter electrode may be a single layer of a conductive material, but in addition to a conductive material, a resin that holds these may be used in combination. As the conductive material of the counter electrode, a material having a small work function (4 eV or less) metal, alloy, electrically conductive compound and a mixture thereof is used.

このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。 Specific examples of such electrode materials include sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) Mixtures, indium, lithium / aluminum mixtures, rare earth metals and the like.

これらの中で、電子の取り出し性能及び酸化等に対する耐久性の点から、これら金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。 Among these, from the viewpoint of electron extraction performance and durability against oxidation, etc., a mixture of these metals and a second metal which is a stable metal having a larger work function value than this, for example, a magnesium / silver mixture, magnesium / Aluminum mixtures, magnesium / indium mixtures, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mixtures, lithium / aluminum mixtures, aluminum and the like are preferred.

対電極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を作製させることにより、作製することができる。また、膜厚は通常10nm〜5μm、好ましくは50nm〜200nmの範囲で選ばれる。   The counter electrode can be produced by producing a thin film of these electrode materials by a method such as vapor deposition or sputtering. The film thickness is usually selected in the range of 10 nm to 5 μm, preferably 50 nm to 200 nm.

対電極の導電材として金属材料を用いれば、対電極側に来た光は反射されて第1電極側に反射され、この光が再利用可能となり、光電変換層で再度吸収され、より光電変換効率が向上し好ましい。   If a metal material is used as the conductive material of the counter electrode, the light coming to the counter electrode side is reflected and reflected to the first electrode side, and this light can be reused and absorbed again by the photoelectric conversion layer, and more photoelectric conversion is performed. Efficiency is improved and preferable.

また、対電極13は、金属(例えば、金、銀、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム、マグネシウム、インジウム等)、炭素からなるナノ粒子、導電性繊維、ナノワイヤ、ナノ構造体であってもよく、ナノワイヤの分散物であれば、透明で導電性の高い対電極を塗布法により作製でき好ましい。   Further, the counter electrode 13 may be a metal (for example, gold, silver, copper, platinum, rhodium, ruthenium, aluminum, magnesium, indium, etc.), a nanoparticle made of carbon, a conductive fiber, a nanowire, or a nanostructure. A dispersion of nanowires is preferable because a transparent and highly conductive counter electrode can be produced by a coating method.

また、対電極側を光透過性とする場合は、例えば、アルミニウム及びアルミニウム合金、銀及び銀化合物等の対電極に適した導電性材料を薄く1〜20nm程度の膜厚で作製した後、上記透明電極の説明で挙げた導電性光透過性材料の膜を設けることで、光透過性対電極とすることができる。   Moreover, when making the counter electrode side light-transmitting, for example, after forming a conductive material suitable for the counter electrode such as aluminum and aluminum alloy, silver and silver compound in a thin film thickness of about 1 to 20 nm, By providing a film of the conductive light transmissive material mentioned in the description of the transparent electrode, a light transmissive counter electrode can be obtained.

(中間電極)
また、前記(v)(または図3)のようなタンデム構成の場合に必要となる中間電極の材料としては、透明性と導電性を併せ持つ化合物を用いた層であることが好ましく、前記透明電極で用いたような材料(ITO、AZO、FTO、酸化チタン等の透明金属酸化物、Ag、Al、Au等の非常に薄い金属層またはナノ粒子・ナノワイヤ、導電性繊維を含有する層、PEDOT:PSS、ポリアニリン等の導電性高分子材料等)を用いることができる。
(Intermediate electrode)
In addition, the material of the intermediate electrode required in the case of the tandem configuration as in (v) (or FIG. 3) is preferably a layer using a compound having both transparency and conductivity. Materials such as ITO, AZO, FTO, transparent metal oxides such as titanium oxide, very thin metal layers such as Ag, Al, Au, or nanoparticles / nanowires, layers containing conductive fibers, PEDOT: PSS, conductive polymer materials such as polyaniline, etc.) can be used.

なお、前述した正孔輸送層と電子輸送層の中には、適切に組み合わせて積層することで中間電極(電荷再結合層)として働く組み合わせもあり、このような構成とすると1層作製する工程を省くことができ好ましい。   In addition, in the hole transport layer and the electron transport layer described above, there is also a combination that works as an intermediate electrode (charge recombination layer) by appropriately stacking them. Is preferable.

(金属ナノワイヤ)
本発明において、導電性繊維としては、金属でコーティングした有機繊維や無機繊維、導電性金属酸化物繊維、金属ナノワイヤ、炭素繊維、カーボンナノチューブ等を用いることができるが、金属ナノワイヤが好ましい。
(Metal nanowires)
In the present invention, organic fibers and inorganic fibers coated with metal, conductive metal oxide fibers, metal nanowires, carbon fibers, carbon nanotubes, and the like can be used as the conductive fibers, but metal nanowires are preferred.

一般に、金属ナノワイヤとは、金属元素を主要な構成要素とする線状構造体のことを言う。特に、本発明における金属ナノワイヤとはnmサイズの直径を有する線状構造体を意味する。   In general, a metal nanowire refers to a linear structure having a metal element as a main component. In particular, the metal nanowire in the present invention means a linear structure having a diameter of nm size.

金属ナノワイヤとしては、1つの金属ナノワイヤで長い導電パスを作製するために、また、適度な光散乱性を発現するために、平均長さが3μm以上であることが好ましく、更には3μm〜500μmが好ましく、特に3μm〜300μmであることが好ましい。併せて、長さの相対標準偏差は40%以下であることが好ましい。   As a metal nanowire, in order to produce a long conductive path with one metal nanowire and to express appropriate light scattering properties, the average length is preferably 3 μm or more, and more preferably 3 μm to 500 μm. In particular, the thickness is preferably 3 μm to 300 μm. In addition, the relative standard deviation of the length is preferably 40% or less.

また、平均直径は、透明性の観点からは小さいことが好ましく、一方で、導電性の観点からは大きい方が好ましい。本発明においては、金属ナノワイヤの平均直径として10nm〜300nmが好ましく、30nm〜200nmであることがより好ましい。併せて、直径の相対標準偏差は20%以下であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that an average diameter is small from a transparency viewpoint, On the other hand, the larger one is preferable from an electroconductive viewpoint. In the present invention, the average diameter of the metal nanowires is preferably 10 nm to 300 nm, and more preferably 30 nm to 200 nm. In addition, the relative standard deviation of the diameter is preferably 20% or less.

金属ナノワイヤの金属組成としては特に制限はなく、貴金属元素や卑金属元素の1種または複数の金属から構成することができるが、貴金属(例えば、金、白金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム等)及び鉄、コバルト、銅、錫からなる群に属する少なくとも1種の金属を含むことが好ましく、導電性の観点から少なくとも銀を含むことがより好ましい。   The metal composition of the metal nanowire is not particularly limited, and can be composed of one or more metals such as a noble metal element and a base metal element, but noble metals (for example, gold, platinum, silver, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, Osmium etc.) and at least one metal belonging to the group consisting of iron, cobalt, copper and tin is preferable, and at least silver is more preferable from the viewpoint of conductivity.

また、導電性と安定性(金属ナノワイヤの硫化や酸化耐性、及びマイグレーション耐性)を両立するために、銀と、銀を除く貴金属に属する少なくとも1種の金属を含むことも好ましい。本発明において、金属ナノワイヤが2種類以上の金属元素を含む場合には、例えば、金属ナノワイヤの表面と内部で金属組成が異なっていてもよいし、金属ナノワイヤ全体が同一の金属組成を有していてもよい。   In order to achieve both conductivity and stability (sulfurization and oxidation resistance of metal nanowires and migration resistance), it is also preferable to include silver and at least one metal belonging to a noble metal other than silver. In the present invention, when the metal nanowire includes two or more kinds of metal elements, for example, the metal composition may be different between the inside and the surface of the metal nanowire, or the entire metal nanowire has the same metal composition. May be.

金属ナノワイヤの製造手段には特に制限はなく、例えば、液相法や気相法等の公知の手段を用いることができる。また、具体的な製造方法にも特に制限はなく、公知の製造方法を用いることができる。   There is no restriction | limiting in particular in the manufacturing method of metal nanowire, For example, well-known means, such as a liquid phase method and a gaseous-phase method, can be used. Moreover, there is no restriction | limiting in particular in a specific manufacturing method, A well-known manufacturing method can be used.

例えば、Agナノワイヤの製造方法としては、Adv.Mater.,2002,14,833〜837;Chem.Mater.,2002,14,4736〜4745等、Auナノワイヤの製造方法としては特開2006−233252号公報等、Cuナノワイヤの製造方法としては特開2002−266007号公報等、Coナノワイヤの製造方法としては特開2004−149871号公報等を参考にすることができる。特に、上述した、Adv.Mater.及びChem.Mater.で報告されたAgナノワイヤの製造方法は、水系で簡便にAgナノワイヤを製造することができ、また銀の導電率は金属中で最大であることから、本発明に係る金属ナノワイヤの製造方法として好ましく適用することができる。   For example, as a method for producing Ag nanowires, Adv. Mater. , 2002, 14, 833-837; Chem. Mater. , 2002, 14, 4736-4745, etc. As a method for producing Co nanowires, a method for producing Au nanowires is disclosed in JP 2006-233252A, and a method for producing Cu nanowires is disclosed in JP 2002-266007 A, etc. Reference can be made to Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-149871. In particular, Adv. Mater. And Chem. Mater. The method for producing Ag nanowires reported in (1) can be easily produced in an aqueous system, and since the conductivity of silver is the highest among metals, it is preferable as the method for producing metal nanowires according to the present invention. Can be applied.

金属ナノワイヤが互いに接触し合うことにより3次元的な導電ネットワークを作製し、高い導電性を発現するとともに、金属ナノワイヤが存在しない導電ネットワークの窓部を光が透過することが可能となり、更に金属ナノワイヤの散乱効果によって、有機発電層部からの発電を効率的に行うことが可能となる。第1電極において金属ナノワイヤを有機発電層部に近い側に設置すれば、この散乱効果がより有効に利用できるのでより好ましい実施形態である。   The metal nanowires come into contact with each other to produce a three-dimensional conductive network, exhibiting high conductivity, allowing light to pass through the window of the conductive network where no metal nanowires exist, and the metal nanowires Due to the scattering effect, it is possible to efficiently generate power from the organic power generation layer. If a metal nanowire is installed in the 1st electrode at the side close | similar to an organic electric power generation layer part, since this scattering effect can be utilized more effectively, it is more preferable embodiment.

(光学機能層)
本発明に係る有機光電変換素子は、太陽光のより効率的な受光を目的として、各種の光学機能層を有していてもよい。光学機能層としては、例えば、反射防止層、マイクロレンズアレイ等の集光層、陰極で反射した光を散乱させて再度発電層に入射させることができるような光拡散層等を設けてもよい。
(Optical function layer)
The organic photoelectric conversion element according to the present invention may have various optical function layers for the purpose of more efficient light reception of sunlight. As the optical functional layer, for example, a light condensing layer such as an antireflection layer or a microlens array, or a light diffusion layer that can scatter light reflected by the cathode and enter the power generation layer again may be provided. .

反射防止層としては、各種公知の反射防止層を設けることができるが、例えば、透明樹脂フィルムが二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである場合は、フィルムに隣接する易接着層の屈折率を1.57〜1.63とすることで、フィルム基板と易接着層との界面反射を低減して透過率を向上させることができるのでより好ましい。屈折率を調整する方法としては、酸化スズゾルや酸化セリウムゾル等の比較的屈折率の高い酸化物ゾルとバインダー樹脂との比率を適宜調整して塗設することで実施できる。易接着層は単層でもよいが、接着性を向上させるためには2層以上の構成にしてもよい。   Various known antireflection layers can be provided as the antireflection layer. For example, when the transparent resin film is a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, the refractive index of the easy adhesion layer adjacent to the film is 1.57. It is more preferable to set it to ˜1.63 because the interface reflection between the film substrate and the easy adhesion layer can be reduced and the transmittance can be improved. The method for adjusting the refractive index can be carried out by appropriately adjusting the ratio of the oxide sol having a relatively high refractive index such as tin oxide sol or cerium oxide sol and the binder resin. The easy adhesion layer may be a single layer, but may be composed of two or more layers in order to improve adhesion.

集光層としては、例えば、支持基板の太陽光受光側にマイクロレンズアレイ上の構造を設けるように加工したり、あるいは所謂集光シートと組み合わせたりすることにより特定方向からの受光量を高めたり、逆に太陽光の入射角度依存性を低減することができる。   As the condensing layer, for example, it is processed so as to provide a structure on the microlens array on the sunlight receiving side of the support substrate, or the amount of light received from a specific direction is increased by combining with a so-called condensing sheet. Conversely, the incident angle dependency of sunlight can be reduced.

マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が30μmでその頂角が90度となるような四角錐を2次元に配列する。一辺は10μm〜100μmが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付き、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。   As an example of the microlens array, quadrangular pyramids having a side of 30 μm and an apex angle of 90 degrees are two-dimensionally arranged on the light extraction side of the substrate. One side is preferably 10 μm to 100 μm. If it becomes smaller than this, the effect of diffraction will generate | occur | produce and color, and if too large, thickness will become thick and is not preferable.

また、光拡散層としては、各種のアンチグレア層、金属または各種無機酸化物等のナノ粒子・ナノワイヤ等を無色透明なポリマーに分散した層等を挙げることができる。   Examples of the light diffusion layer include various antiglare layers, layers in which nanoparticles or nanowires such as metals or various inorganic oxides are dispersed in a colorless and transparent polymer, and the like.

(成膜方法・表面処理方法)
電子受容体と電子供与体とが混合されたバルクヘテロジャンクション層、及び輸送層・電極の作製方法としては、蒸着法、塗布法(キャスト法、スピンコート法を含む)等を例示することができる。このうち、バルクヘテロジャンクション層の作製方法としては、蒸着法、塗布法(キャスト法、スピンコート法を含む)等を例示することができる。
(Film formation method / surface treatment method)
Examples of a method for producing a bulk heterojunction layer in which an electron acceptor and an electron donor are mixed, and a transport layer / electrode include a vapor deposition method and a coating method (including a cast method and a spin coat method). Among these, examples of the method for producing the bulk heterojunction layer include a vapor deposition method and a coating method (including a casting method and a spin coating method).

このうち、前述の正孔と電子が電荷分離する界面の面積を増大させ、高い光電変換効率を有する素子を作製するためには、塗布法が好ましい。また、塗布法は製造速度にも優れている。   Among these, the coating method is preferable in order to increase the area of the interface where charges and electrons are separated from each other as described above and to produce a device having high photoelectric conversion efficiency. Also, the coating method is excellent in production speed.

この際に使用する塗布方法に制限はないが、例えば、スピンコート法、溶液からのキャスト法、ディップコート法、ブレードコート法、ワイヤバーコート法、グラビアコート法、スプレーコート法等が挙げられる。更には、インクジェット法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法等の印刷法でパターニングすることもできる。   Although there is no restriction | limiting in the coating method used in this case, For example, a spin coat method, the cast method from a solution, a dip coat method, a blade coat method, a wire bar coat method, a gravure coat method, a spray coat method etc. are mentioned. Furthermore, patterning can also be performed by a printing method such as an inkjet method, a screen printing method, a relief printing method, an intaglio printing method, an offset printing method, a flexographic printing method, or the like.

塗布後は残留溶媒及び水分、ガスの除去、及び半導体材料の結晶化による移動度向上・吸収長波化を引き起こすために、加熱を行うことが好ましい。製造工程中において所定の温度でアニール処理されると、微視的に一部が凝集または結晶化が促進され、バルクヘテロジャンクション層を適切な相分離構造とすることができる。その結果、バルクヘテロジャンクション層のキャリア移動度が向上し、高い効率を得ることができるようになる。   After application, it is preferable to perform heating in order to cause removal of residual solvent, moisture, and gas and increase mobility and absorption longwave by crystallization of the semiconductor material. When annealing is performed at a predetermined temperature during the manufacturing process, a part of the particles is microscopically aggregated or crystallized, and the bulk heterojunction layer can have an appropriate phase separation structure. As a result, the carrier mobility of the bulk heterojunction layer is improved and high efficiency can be obtained.

発電層(バルクヘテロジャンクション層)14は、電子受容体と電子供与体とが均一に混在された単一層で構成してもよいが、電子受容体と電子供与体との混合比を変えた複数層で構成してもよい。この場合、前述したような塗布後に不溶化できるような材料を用いることで作製することが可能となる。   The power generation layer (bulk heterojunction layer) 14 may be composed of a single layer in which an electron acceptor and an electron donor are uniformly mixed, but a plurality of layers in which the mixing ratio of the electron acceptor and the electron donor is changed. You may comprise. In this case, it can be manufactured by using a material that can be insolubilized after coating as described above.

(パターニング)
本発明において、電極、発電層、正孔輸送層、電子輸送層等をパターニングする方法やプロセスには特に制限はなく、公知の手法を適宜適用することができる。
(Patterning)
In the present invention, the method and process for patterning the electrode, the power generation layer, the hole transport layer, the electron transport layer, and the like are not particularly limited, and known methods can be appropriately applied.

バルクヘテロジャンクション層、輸送層等の可溶性の材料であれば、ダイコート、ディップコート等の全面塗布後に不要部だけ拭き取ってもよいし、インクジェット法やスクリーン印刷等の方法を使用して塗布時に直接パターニングしてもよい。   If it is a soluble material such as a bulk heterojunction layer and a transport layer, only unnecessary portions may be wiped after the entire surface of die coating, dip coating, etc., or direct patterning at the time of coating using a method such as an ink jet method or screen printing. May be.

電極材料等の不溶性の材料の場合は、電極を真空堆積時にマスク蒸着を行う方法、エッチングまたはリフトオフ等の公知の方法によってパターニングすることができる。また、別の基板上に作製したパターンを転写することによってパターンを作製してもよい。   In the case of an insoluble material such as an electrode material, the electrode can be patterned by a known method such as mask vapor deposition during vacuum deposition, etching or lift-off. Alternatively, the pattern may be produced by transferring a pattern produced on another substrate.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」あるいは「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」あるいは「質量%」を表す。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, although the display of "part" or "%" is used in an Example, unless otherwise indicated, "part by mass" or "mass%" is represented.

実施例1
以下に記載のように、基材上に隣接層1を形成し、さらにその上にバリア層を形成(さらにその上に隣接層2を形成)することで、本発明のガスバリア性フィルム1〜7を作製した。図4に構成を断面図にて示した。図において4は支持体、3が隣接層1を、2がバリア層を、1は隣接層2を示す。
Example 1
As described below, the gas barrier films 1 to 7 of the present invention are formed by forming the adjacent layer 1 on the base material and further forming the barrier layer thereon (further forming the adjacent layer 2 thereon). Was made. FIG. 4 is a sectional view showing the configuration. In the figure, 4 indicates a support, 3 indicates an adjacent layer 1, 2 indicates a barrier layer, and 1 indicates an adjacent layer 2.

《ガスバリア性フィルム1の作製》
〔基材の作製〕
(支持体)
本発明では、支持体として、両面に易接着加工を施した厚さ125μmのポリエステルフィルム(帝人デュポンフィルム株式会社製、テトロンO3)を、170℃で30分アニール加熱処理した後、裏面側に下記ブリードアウト防止層(図4では省略)を作製したものを用いた。
<< Production of Gas Barrier Film 1 >>
[Preparation of substrate]
(Support)
In the present invention, as a support, a 125 μm thick polyester film (Tetron O3, manufactured by Teijin DuPont Films Co., Ltd.) subjected to easy-adhesion processing on both sides is annealed at 170 ° C. for 30 minutes, and then on the back side, the following: A bleed-out prevention layer (not shown in FIG. 4) was used.

(ブリードアウト防止層の作製)
ポリエステルフィルムの裏面側に、JSR株式会社製 UV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材 OPSTAR Z7535を塗布、乾燥後の膜厚が4μmになるようにワイヤーバーで塗布した後、硬化条件;1.0J/cm、空気下、高圧水銀ランプ使用、乾燥条件;80℃、3分で硬化を行い、ブリードアウト防止層を作製した。
(Preparation of bleed-out prevention layer)
On the back side of the polyester film, UV curing type organic / inorganic hybrid hard coating material OPSTAR Z7535 manufactured by JSR Corporation was applied, and after applying with a wire bar so that the film thickness after drying was 4 μm, curing conditions: 1.0 J / Cm 2 , in air, using a high-pressure mercury lamp, drying conditions; curing at 80 ° C. for 3 minutes to produce a bleed-out prevention layer.

〔隣接層1〕
(隣接層1の形成)
上記基材の表面(ブリードアウト防止層が形成されていない)側に、無機・有機ナノコンポジット材料SSGコートHB21BN(日東紡社製)を、乾燥後の膜厚が4.0μmとなる条件で塗布した後、80℃で10分間乾燥することで、ガスバリア性フィルム1における隣接層1を形成した。
[Adjacent layer 1]
(Formation of adjacent layer 1)
The inorganic / organic nanocomposite material SSG Coat HB21BN (manufactured by Nittobo Co., Ltd.) is applied on the surface of the base material (the bleed-out prevention layer is not formed) on the condition that the film thickness after drying is 4.0 μm. Then, the adjacent layer 1 in the gas barrier film 1 was formed by drying at 80 ° C. for 10 minutes.

(隣接層1の原子組成比)
隣接層1におけるM原子(MはSi、Ti、Zr、Al、Znを表す)、O原子、C原子の各原子組成比については、スパッタ法とXPS表面分析を組み合わせて確認した。
(Atomic composition ratio of adjacent layer 1)
Each atomic composition ratio of M atoms (M represents Si, Ti, Zr, Al, Zn), O atoms, and C atoms in the adjacent layer 1 was confirmed by a combination of sputtering and XPS surface analysis.

スパッタ法を用いて表面から深さ方向へエッチングを行い、XPS表面分析装置を用いて、最表面を0nmとして、SiO熱酸化膜換算で5nm/分の速度でスパッタし、各原子組成比を測定した。表層からおよそ150〜200nm(SiO熱酸化膜換算値)程度の領域で、Si、O、C原子の比率がほぼ一定となり、およそC/Si=2.0、O/Si=1.2であることが確認できた。 Etching from the surface to the depth direction using the sputtering method, using the XPS surface analyzer, the outermost surface is set to 0 nm, sputtering is performed at a rate of 5 nm / min in terms of SiO 2 thermal oxide film, and each atomic composition ratio is set. It was measured. In the region of about 150 to 200 nm (SiO 2 thermal oxide equivalent value) from the surface layer, the ratio of Si, O, and C atoms is almost constant, and C / Si = 2.0 and O / Si = 1.2. It was confirmed that there was.

表面分析に用いるXPS表面分析装置としては、特に限定はなく、いかなる機種も使用することができるが、本実施例においてはVGサイエンティフィックス社製ESCALAB−200Rを用いた。X線アノードにはMgを用い、出力600W(加速電圧15kV、エミッション電流40mA)で測定した。   The XPS surface analyzer used for the surface analysis is not particularly limited, and any model can be used. In this example, ESCALAB-200R manufactured by VG Scientific, Inc. was used. Mg was used for the X-ray anode, and measurement was performed at an output of 600 W (acceleration voltage: 15 kV, emission current: 40 mA).

〔バリア層〕
(バリア層の形成)
次に、基材の隣接層1上に、下記の工程(a)、(b)によりバリア層を形成した。
[Barrier layer]
(Formation of barrier layer)
Next, a barrier layer was formed on the adjacent layer 1 of the substrate by the following steps (a) and (b).

工程(a):パーヒドロポリシラザン層の形成
パーヒドロポリシラザン(PHPS)を含有する溶液として、20質量%ジブチルエーテル溶液(AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製アクアミカ NN120−20(PHPS)、アミン触媒(N,N,N′,N′−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキサン)を5質量%含有するNAX120−20)を混合することで、パーヒドロポリシラザン(PHPS)濃度に対してアミン触媒の含有量が1.0質量%になるように調整した後、ジブチルエーテル溶媒にて10質量%に希釈した液を用いてスピンコート法により塗布後、得られた塗膜を80℃、1分で乾燥し、乾燥後膜厚150nmのパーヒドロポリシラザン含有層を作製した。膜厚は、TEM(Transmission Electron Microscope:透過電子顕微鏡)の断面写真より、明確な界面が見られることで確認できた。
Step (a): Formation of perhydropolysilazane layer As a solution containing perhydropolysilazane (PHPS), a 20% by mass dibutyl ether solution (Aquamica NN120-20 (PHPS) manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.), an amine catalyst (N , N, N ′, N′-tetramethyl-1,6-diaminohexane) containing 5% by mass of NAX120-20), the content of amine catalyst relative to the perhydropolysilazane (PHPS) concentration Is adjusted to 1.0% by mass, and after coating by spin coating using a solution diluted to 10% by mass with a dibutyl ether solvent, the obtained coating film is dried at 80 ° C. for 1 minute. A perhydropolysilazane-containing layer having a thickness of 150 nm after drying was prepared. The film thickness was confirmed by the fact that a clear interface was seen from the cross-sectional photograph of TEM (Transmission Electron Microscope).

工程(b):パーヒドロポリシラザン層の改質処理(酸化)によるバリア層の作製
上記の工程(a)で得られたパーヒドロポリシラザン層を有するフィルム基材に対して、下記に記載の真空紫外線(VUV)照射を行い、バリア層を形成することで、本発明のガスバリア性フィルム1を作製した。
Step (b): Preparation of barrier layer by modification treatment (oxidation) of perhydropolysilazane layer For the film substrate having the perhydropolysilazane layer obtained in the above step (a), vacuum ultraviolet rays described below The gas barrier film 1 of the present invention was produced by performing (VUV) irradiation to form a barrier layer.

〈真空紫外線(VUV光)照射処理条件〉
真空紫外線(VUV光)の照射条件は下記の装置を用いランプと試料との間隔(Gapともいう)を3mmとなるように試料を設置し、照射した。照射時間は、可動ステージの可動速度を調整して変化した。
<Vacuum ultraviolet (VUV light) irradiation treatment conditions>
The irradiation conditions of vacuum ultraviolet rays (VUV light) were set and irradiated using the following apparatus so that the distance between the lamp and the sample (also referred to as Gap) was 3 mm. The irradiation time was changed by adjusting the movable speed of the movable stage.

また、真空紫外線(VUV光)照射時の酸素濃度の調整は、照射庫内に導入する窒素ガス、及び酸素ガスの流量をフローメーターにより測定し、庫内に導入するガスの窒素ガス/酸素ガス流量比により調整した。   In addition, the oxygen concentration during irradiation with vacuum ultraviolet rays (VUV light) is adjusted by measuring the flow rate of nitrogen gas and oxygen gas introduced into the irradiation chamber with a flow meter, and nitrogen gas / oxygen gas of the gas introduced into the chamber. The flow rate ratio was adjusted.

真空紫外線照射装置:ステージ可動型キセノンエキシマ照射装置(MDエキシマ社製、MECL−M−1−200)
照度:140mW/cm
ステージ温度:100℃
処理環境:ドライ窒素ガス雰囲気下
処理環境の酸素濃度:0.1%
ステージ可動速度:10mm/秒で8回搬送
(バリア層の原子組成比)
隣接層1における原子組成比の測定方法と同様にして、バリア層における各原子組成比をスパッタ法とXPS表面分析を組み合わせて確認した。
Vacuum ultraviolet irradiation device: Stage movable xenon excimer irradiation device (MD excimer, MECL-M-1-200)
Illuminance: 140 mW / cm 2
Stage temperature: 100 ° C
Processing environment: Under dry nitrogen gas atmosphere Oxygen concentration in processing environment: 0.1%
Stage movable speed: transported 8 times at 10 mm / sec (atomic composition ratio of barrier layer)
In the same manner as the measurement method of the atomic composition ratio in the adjacent layer 1, each atomic composition ratio in the barrier layer was confirmed by combining the sputtering method and the XPS surface analysis.

スパッタ法を用いて表面から深さ方向へエッチングを行い、XPS表面分析装置を用いて、最表面を0nmとして、SiO熱酸化膜換算で1nm/分の速度でスパッタし、各原子組成比を測定した。最表層領域を除いた表層からおよそ5〜100nm(SiO熱酸化膜換算値)程度の領域で、Si、N、O原子の比率がほぼ一定となる連続領域が深さ方向に2nm以上存在し、およそN/Si=0.6、O/Si=0.6であることが確認できた。C/Siについては、0.1未満であった。 Etching from the surface to the depth direction using the sputtering method, using the XPS surface analyzer, the outermost surface is set to 0 nm, sputtering is performed at a rate of 1 nm / min in terms of SiO 2 thermal oxide film, and each atomic composition ratio is set. It was measured. A continuous region where the ratio of Si, N, and O atoms is almost constant is 2 nm or more in the depth direction in a region of about 5 to 100 nm (converted value of SiO 2 thermal oxide film) from the surface layer excluding the outermost layer region. It was confirmed that N / Si = 0.6 and O / Si = 0.6. C / Si was less than 0.1.

《ガスバリア性フィルム2の作製》
上記ガスバリア性フィルム1の作製において、隣接層1を形成する材料をジエトキシシラン−エチルチタネートコポリマーPSITI−019(Gelest社製)に変更した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム2を作製した。
<< Production of Gas Barrier Film 2 >>
In the production of the gas barrier film 1, the gas barrier film 2 of the present invention was produced in the same manner except that the material for forming the adjacent layer 1 was changed to diethoxysilane-ethyl titanate copolymer PSITI-019 (manufactured by Gelest). did.

(隣接層1、バリア層の原子組成比)
ガスバリア性フィルム1の場合と同様に、ガスバリア性フィルム2の各層の原子組成比を求めたところ、隣接層1は、およそC/Si=2.1、O/Si=1.9、バリア層は、およそN/Si=0.5、O/Si=0.9であることが確認できた。またC/Siについて0.1未満であった。
(Atomic composition ratio of adjacent layer 1 and barrier layer)
As in the case of the gas barrier film 1, when the atomic composition ratio of each layer of the gas barrier film 2 was determined, the adjacent layer 1 was approximately C / Si = 2.1, O / Si = 1.9, and the barrier layer was It was confirmed that N / Si = 0.5 and O / Si = 0.9. Moreover, it was less than 0.1 about C / Si.

《ガスバリア性フィルム3の作製》
上記ガスバリア性フィルム1の作製において、隣接層1を形成する材料をSSGコートHB31BN(日東紡社製)に変更した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム3を作製した。
<< Production of Gas Barrier Film 3 >>
In the production of the gas barrier film 1, the gas barrier film 3 of the present invention was produced in the same manner except that the material for forming the adjacent layer 1 was changed to SSG coated HB31BN (manufactured by Nittobo Co., Ltd.).

(隣接層1、バリア層の原子組成比)
ガスバリア性フィルム1の場合と同様に、ガスバリア性フィルム3の各層の原子組成比を求めたところ、隣接層1は、およそC/Si=2.2、O/Si=1.0、バリア層は、およそN/Si=0.8、O/Si=0.2であることが確認できた。またC/Siについては0.1未満であった。
(Atomic composition ratio of adjacent layer 1 and barrier layer)
As in the case of the gas barrier film 1, when the atomic composition ratio of each layer of the gas barrier film 3 was determined, the adjacent layer 1 was approximately C / Si = 2.2, O / Si = 1.0, and the barrier layer was It was confirmed that N / Si = 0.8 and O / Si = 0.2. C / Si was less than 0.1.

《ガスバリア性フィルム4の作製》
上記ガスバリア性フィルム1の作製において、隣接層1を形成する材料をメチルシルセスキオキサンとヒドロシルセスキオキサン(小西化学社製)の9:1混合物に変更した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム4を作製した。
<< Production of Gas Barrier Film 4 >>
In the production of the gas barrier film 1, the present invention is similarly applied except that the material for forming the adjacent layer 1 is changed to a 9: 1 mixture of methylsilsesquioxane and hydrosilsesquioxane (manufactured by Konishi Chemical Co., Ltd.). The gas barrier film 4 was prepared.

(隣接層1、バリア層の原子組成比)
ガスバリア性フィルム1の場合と同様に、ガスバリア性フィルム4の各層の原子組成比を求めたところ、隣接層1は、およそC/Si=0.2、O/Si=2.0、バリア層は、およそN/Si=0.3、O/Si=1.3であることが確認できた。またC/Siについては0.1未満であった。
(Atomic composition ratio of adjacent layer 1 and barrier layer)
As in the case of the gas barrier film 1, when the atomic composition ratio of each layer of the gas barrier film 4 was determined, the adjacent layer 1 was approximately C / Si = 0.2, O / Si = 2.0, and the barrier layer was It was confirmed that N / Si = 0.3 and O / Si = 1.3. C / Si was less than 0.1.

《ガスバリア性フィルム5の作製》
上記ガスバリア性フィルム1の作製において、隣接層1を形成する材料をグラスカHPC7003(主剤)とHPC404H(硬化促進剤)(JSR社製)の10:1混合物に変更し、さらに隣接層2を下記のように設けた以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム5を作製した。
<< Production of Gas Barrier Film 5 >>
In the production of the gas barrier film 1, the material for forming the adjacent layer 1 is changed to a 10: 1 mixture of Glasca HPC7003 (main agent) and HPC404H (curing accelerator) (manufactured by JSR), and the adjacent layer 2 is changed to the following: A gas barrier film 5 of the present invention was produced in the same manner except that it was provided as described above.

(隣接層2の形成)
基材のバリア層上に、乾燥後の膜厚がおよそ600nmとなる条件にて隣接層1と同じ材料であるグラスカを主剤とした層を塗布した後、80℃で10分間乾燥後、バリア層形成と同様のVUV照射処理(ステージ可動速度:10mm/秒で3回搬送)を行うことで、ガスバリア性フィルム5における隣接層2を形成した。
(Formation of adjacent layer 2)
On the barrier layer of the base material, after applying a layer mainly composed of glass mosquito which is the same material as the adjacent layer 1 under the condition that the film thickness after drying is about 600 nm, the barrier layer is dried at 80 ° C. for 10 minutes. The adjacent layer 2 in the gas barrier film 5 was formed by performing the same VUV irradiation treatment (stage moving speed: transported 3 times at 10 mm / second) as in the formation.

(隣接層1、バリア層、隣接層2の原子組成比)
ガスバリア性フィルム1の場合と同様に、ガスバリア性フィルム5において各層の原子組成比を求めたところ、隣接層1及び隣接層2は、およそC/Si=0.5、O/Si=1.6、バリア層は、およそN/Si=0.6、O/Si=0.7であることが確認できた。またC/Siについては0.1未満であった。
(Atomic composition ratio of adjacent layer 1, barrier layer, adjacent layer 2)
As in the case of the gas barrier film 1, when the atomic composition ratio of each layer in the gas barrier film 5 was determined, the adjacent layer 1 and the adjacent layer 2 were approximately C / Si = 0.5 and O / Si = 1.6. It was confirmed that the barrier layer had N / Si = 0.6 and O / Si = 0.7. C / Si was less than 0.1.

《ガスバリア性フィルム6の作製》
ガスバリア性フィルム5の作製において、隣接層1、隣接層2を形成する材料をメチルシルセスキオキサン(小西化学社製)に変更(ただし、バリア層の形成に用いたポリシラザンに添加したものと同じアミン触媒を1%添加)した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム6を作製した。
<< Production of Gas Barrier Film 6 >>
In the production of the gas barrier film 5, the material forming the adjacent layer 1 and the adjacent layer 2 is changed to methylsilsesquioxane (manufactured by Konishi Chemical Co., Ltd.) (however, the same as that added to the polysilazane used for forming the barrier layer) A gas barrier film 6 of the present invention was produced in the same manner except that 1% of an amine catalyst was added.

(隣接層1、バリア層、隣接層2の原子組成比)
ガスバリア性フィルム1の場合と同様に、ガスバリア性フィルム6において各層の原子組成比を求めたところ、隣接層1及び隣接層2は、およそC/Si=0.5、O/Si=1.7、バリア層は、およそN/Si=0.6、O/Si=0.7であることが確認できた。またC/Siについては0.1未満であった。
(Atomic composition ratio of adjacent layer 1, barrier layer, adjacent layer 2)
As in the case of the gas barrier film 1, when the atomic composition ratio of each layer in the gas barrier film 6 was determined, the adjacent layer 1 and the adjacent layer 2 were approximately C / Si = 0.5 and O / Si = 1.7. It was confirmed that the barrier layer had N / Si = 0.6 and O / Si = 0.7. C / Si was less than 0.1.

《ガスバリア性フィルム7の作製》
ガスバリア性フィルム5の作製において、隣接層1を形成する材料をSSGコートHB21BN(日東紡社製)に変更した以外は同様にして(隣接層2はグラスカのままとした)、本発明のガスバリア性フィルム7を作製した。
<< Production of Gas Barrier Film 7 >>
In the production of the gas barrier film 5, the gas barrier property of the present invention was the same except that the material for forming the adjacent layer 1 was changed to SSG coated HB21BN (manufactured by Nittobo Co., Ltd.). Film 7 was produced.

(隣接層1、バリア層、隣接層2の原子組成比)
ガスバリア性フィルム1の場合と同様に、ガスバリア性フィルム7において各層の原子組成比を求めたところ、隣接層1は、およそC/Si=2.0、O/Si=1.2、バリア層は、およそN/Si=0.6、O/Si=0.6、隣接層2は、およそC/Si=0.5、O/Si=1.6であることが確認できた。またC/Siについては0.1未満であった。
(Atomic composition ratio of adjacent layer 1, barrier layer, adjacent layer 2)
As in the case of the gas barrier film 1, when the atomic composition ratio of each layer in the gas barrier film 7 was determined, the adjacent layer 1 was approximately C / Si = 2.0, O / Si = 1.2, and the barrier layer was N / Si = 0.6, O / Si = 0.6, and the adjacent layer 2 was confirmed to be approximately C / Si = 0.5 and O / Si = 1.6. C / Si was less than 0.1.

続いて、比較のフィルム8〜13を作製した。   Subsequently, comparative films 8 to 13 were produced.

《比較のフィルム8の作製》
本発明のガスバリア性フィルム1の作製と同様に、SSGコートHB21BN(日東紡社製)を用いて隣接層1に相当する層を形成した後、同様にパーヒドロポリシラザン含有層を形成し、さらにポリシラザンの改質処理を以下のように行うことで、比較のフィルム8を作製した。
<< Production of Comparative Film 8 >>
Similarly to the production of the gas barrier film 1 of the present invention, a layer corresponding to the adjacent layer 1 is formed using SSG-coated HB21BN (manufactured by Nittobo Co., Ltd.), a perhydropolysilazane-containing layer is formed in the same manner, and a polysilazane is further formed. The comparative film 8 was produced by performing the modification | reformation process of as follows.

(バリア層の形成)
乾燥後のパーヒドロポリシラザン含有層を湿度90%RH下、80℃にて5分間加熱することで、ポリシラザンが無機膜に転化された層を形成した。
(Formation of barrier layer)
The dried perhydropolysilazane-containing layer was heated at 80 ° C. for 5 minutes under a humidity of 90% RH to form a layer in which polysilazane was converted into an inorganic film.

(隣接層1に相当する層、バリア層の原子組成比)
本発明のガスバリア性フィルム1の場合と同様に、比較のフィルム8の各層の原子組成比を求めたところ、隣接層1に相当する層は、およそC/Si=2.0、O/Si=1.2、バリア層は、およそN/Si=0.1以下、O/Si=2.3であることが確認できた。またC/Siについては0.1未満であった。
(Atomic composition ratio of the layer corresponding to the adjacent layer 1 and the barrier layer)
As in the case of the gas barrier film 1 of the present invention, when the atomic composition ratio of each layer of the comparative film 8 was determined, the layer corresponding to the adjacent layer 1 was approximately C / Si = 2.0, O / Si = 1.2 It was confirmed that the barrier layer was about N / Si = 0.1 or less and O / Si = 2.3. C / Si was less than 0.1.

《比較のフィルム9の作製》
上記比較のフィルム8の作製において、パーヒドロポリシラザン含有層の改質処理を酸素プラズマ処理(SAMCO社製・酸素プラズマ装置、PC−300)によって行った以外は同様にして、比較のフィルム9を作製した。
<< Production of Comparative Film 9 >>
In the production of the comparative film 8, the comparative film 9 was produced in the same manner except that the modification treatment of the perhydropolysilazane-containing layer was performed by oxygen plasma treatment (SAMCO, oxygen plasma apparatus, PC-300). did.

(隣接層1に相当する層、バリア層の原子組成比)
比較のフィルム8の場合と同様に、比較のフィルム9の各層の原子組成比を求めたところ、隣接層1に相当する層は、およそC/Si=2.0、O/Si=1.2、バリア層は、およそN/Si=0.1以下、O/Si=2.1であることが確認できた。またC/Siについては0.1未満であった。
(Atomic composition ratio of the layer corresponding to the adjacent layer 1 and the barrier layer)
As in the case of the comparative film 8, the atomic composition ratio of each layer of the comparative film 9 was determined. The layers corresponding to the adjacent layer 1 were approximately C / Si = 2.0 and O / Si = 1.2. The barrier layer was confirmed to be approximately N / Si = 0.1 or less and O / Si = 2.1. C / Si was less than 0.1.

《比較のフィルム10の作製》
本発明のガスバリア性フィルム1の作製において、隣接層1を形成しない以外は同様にして、比較のフィルム10を作製した。
<< Production of Comparative Film 10 >>
In the production of the gas barrier film 1 of the present invention, a comparative film 10 was produced in the same manner except that the adjacent layer 1 was not formed.

(バリア層の原子組成比)
比較のフィルム8の場合と同様に、比較のフィルム10のバリア層の原子組成比を求めたところ、およそN/Si=0.1以下、O/Si=2.2であることが確認できた。またC/Siについては0.1未満であった。
(Atomic composition ratio of barrier layer)
As in the case of the comparative film 8, when the atomic composition ratio of the barrier layer of the comparative film 10 was determined, it was confirmed that N / Si = 0.1 or less and O / Si = 2.2. . C / Si was less than 0.1.

《比較のフィルム11の作製》
上記ガスバリア性フィルム1の作製において、隣接層1を形成する材料の代わりにパーヒドロポリシラザンのアミン触媒タイプ(AZエレクトロニックマテリアルズ社製、アクアミカNAX120−20)を用いて隣接層1に相当する層を形成することで、比較のフィルム11を作製した。隣接層1に相当する層のパーヒドロポリシラザン含有層は、湿度90%RH下、80℃にて5分間加熱することで、ポリシラザンが無機膜に転化された層を形成した。
<< Production of Comparative Film 11 >>
In the production of the gas barrier film 1, a layer corresponding to the adjacent layer 1 is formed using an amine catalyst type of perhydropolysilazane (manufactured by AZ Electronic Materials, Aquamica NAX120-20) instead of the material forming the adjacent layer 1. The comparative film 11 was produced by forming. The perhydropolysilazane-containing layer corresponding to the adjacent layer 1 was heated at 80 ° C. under a humidity of 90% RH for 5 minutes to form a layer in which polysilazane was converted into an inorganic film.

(隣接層1に相当する層、バリア層の原子組成比)
ガスバリア性フィルム1の場合と同様に、比較のフィルム11において各層の原子組成比を求めたところ、隣接層1に相当する層は、およそC/Si=0.1以下、O/Si=2.3、バリア層は、およそN/Si=0.1以下、O/Si=2.2、であることが確認できた。またC/Siについては0.1未満であった。
(Atomic composition ratio of the layer corresponding to the adjacent layer 1 and the barrier layer)
As in the case of the gas barrier film 1, when the atomic composition ratio of each layer in the comparative film 11 was determined, the layer corresponding to the adjacent layer 1 was approximately C / Si = 0.1 or less, O / Si = 2. 3. It was confirmed that the barrier layer had N / Si = 0.1 or less and O / Si = 2.2. C / Si was less than 0.1.

《比較のフィルム12の作製》
比較のフィルム11の作製において、隣接層1に相当する層を下記のハードコート層に変更した以外は同様にして、比較のフィルム12を作製した。
<< Production of Comparative Film 12 >>
In the production of the comparative film 11, a comparative film 12 was produced in the same manner except that the layer corresponding to the adjacent layer 1 was changed to the following hard coat layer.

(隣接層1に相当する層の形成)
ブリードアウト防止層を裏面に設けたポリエステルフィルム基材の表面側に、UV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材、OPSTAR Z7501(JSR株式会社製)を乾燥後の膜厚が4μmになるように塗布した後、80℃で3分乾燥後、空気雰囲気下、高圧水銀ランプにて、1.0J/cmで硬化することで、隣接層1に相当する層を形成した。
(Formation of a layer corresponding to the adjacent layer 1)
A UV curable organic / inorganic hybrid hard coat material, OPSTAR Z7501 (manufactured by JSR Corporation) is applied to the surface side of the polyester film substrate provided with a bleed-out prevention layer on the back surface so that the film thickness after drying is 4 μm. Then, after drying at 80 ° C. for 3 minutes, a layer corresponding to the adjacent layer 1 was formed by curing at 1.0 J / cm 2 with a high-pressure mercury lamp in an air atmosphere.

(隣接層1に相当する層、バリア層の原子組成比)
比較のフィルム11の場合と同様に、比較のフィルム12の各層の原子組成比を求めたところ、隣接層1に相当する層は、およそC/Si=5.6、O/Si=1.5、バリア層は、およそN/Si=0.5、O/Si=1.0、であることが確認できた。またC/Siについては0.1未満であった。
(Atomic composition ratio of the layer corresponding to the adjacent layer 1 and the barrier layer)
As in the case of the comparative film 11, the atomic composition ratio of each layer of the comparative film 12 was determined. The layers corresponding to the adjacent layer 1 were approximately C / Si = 5.6, O / Si = 1.5. The barrier layer was confirmed to be approximately N / Si = 0.5 and O / Si = 1.0. C / Si was less than 0.1.

《比較のフィルム13の作製》
比較のフィルム11の作製において、隣接層1に相当する層を、特開2009−101620を参考に、水酸基・メタクリル基含有の芳香族系アクリル樹脂にシランカップリング剤KBM903(信越シリコーン)を1%添加し、脂肪族系イソシアネートをさらに加えた溶液を塗布して形成したアクリル樹脂層に変更し、かつ、バリア層を蒸着により形成することで、比較のフィルム13を作製した。
<< Production of Comparative Film 13 >>
In the production of the comparative film 11, a layer corresponding to the adjacent layer 1 is referred to JP 2009-101620 A with a hydroxyl group / methacrylic group-containing aromatic acrylic resin and a silane coupling agent KBM903 (Shin-Etsu Silicone) at 1%. The comparative film 13 was produced by changing to an acrylic resin layer formed by applying and adding a solution further added with an aliphatic isocyanate, and forming a barrier layer by vapor deposition.

(隣接層1に相当する層、バリア層の原子組成比)
比較のフィルム11の場合と同様に、比較のフィルム13の各層の原子組成比を求めたところ、隣接層1に相当する層は、およそC/Si=20、O/Si=8、バリア層は、およそN/Si=0.1以下、O/Si=2.1であることが確認できた。またC/Siについては0.1未満であった。
(Atomic composition ratio of the layer corresponding to the adjacent layer 1 and the barrier layer)
As in the case of the comparative film 11, the atomic composition ratio of each layer of the comparative film 13 was determined. The layer corresponding to the adjacent layer 1 was approximately C / Si = 20, O / Si = 8, and the barrier layer was It was confirmed that N / Si = 0.1 or less and O / Si = 2.1. C / Si was less than 0.1.

《ガスバリア性フィルムの水蒸気透過率(WVTR)特性の評価》
〔評価1:屈曲耐性(60℃、90%RH)の評価〕
本発明のガスバリア性フィルム1〜7及び比較のフィルム8〜13について、屈曲前後のガスバリア性の変化を確認するために、あらかじめ、半径10mmの曲率になるように、180度の角度で100回屈曲を繰り返す処理を施したガスバリア性フィルムと、上記屈曲の処理を行わなかったガスバリア性フィルムについて、以下に示す方法に従って水蒸気透過率(WVTR)を測定し、下記に示すように4段階のランク評価を行い、ガスバリア性を評価した。
<< Evaluation of water vapor transmission rate (WVTR) characteristics of gas barrier film >>
[Evaluation 1: Evaluation of bending resistance (60 ° C., 90% RH)]
For the gas barrier films 1 to 7 and the comparative films 8 to 13 of the present invention, in order to confirm the change in the gas barrier properties before and after bending, the film is bent 100 times at an angle of 180 degrees so as to have a radius of curvature of 10 mm in advance. For the gas barrier film subjected to the process of repeating the above and the gas barrier film not subjected to the above bending process, the water vapor transmission rate (WVTR) is measured according to the method described below, and the four-level rank evaluation is performed as shown below. The gas barrier properties were evaluated.

(水蒸気透過率の測定装置)
蒸着装置:日本電子(株)製真空蒸着装置JEE−400
恒温恒湿度オーブン:Yamato Humidic ChamberIG47M
(原材料)
水分と反応して腐食する金属:カルシウム(粒状)
水蒸気不透過性の金属:アルミニウム(φ3〜5mm、粒状)
(蒸気バリア性評価用セルの作製)
真空蒸着装置(日本電子製真空蒸着装置 JEE−400)を用い、各フィルム(ガスバリア性フィルム1〜7、比較のフィルム8〜13)試料の蒸着させたい部分(12mm×12mmを9箇所)以外をマスクし、金属カルシウムを蒸着させた。
(Measurement device of water vapor transmission rate)
Vapor deposition apparatus: Vacuum vapor deposition apparatus JEE-400 manufactured by JEOL Ltd.
Constant temperature and humidity oven: Yamato Humidic Chamber IG47M
(raw materials)
Metal that reacts with water and corrodes: Calcium (granular)
Water vapor-impermeable metal: Aluminum (φ3-5mm, granular)
(Preparation of vapor barrier evaluation cell)
Using a vacuum vapor deposition device (JEOL-made vacuum vapor deposition device JEE-400), except for each film (gas barrier films 1 to 7, comparative films 8 to 13) other than the portion (12 mm × 12 mm 9 locations) to be vapor deposited Masked and vapor deposited metallic calcium.

その後、真空状態のままマスクを取り去り、シート片側全面にアルミニウムをもう一つの金属蒸着源から蒸着させた。アルミニウム封止後、真空状態を解除し、速やかに乾燥窒素ガス雰囲気下で、厚さ0.2mmの石英ガラスに封止用紫外線硬化樹脂(ナガセケムテックス製)を介してアルミニウム封止側と対面させ、紫外線を照射することで、評価用セルを作製した。   Thereafter, the mask was removed in a vacuum state, and aluminum was deposited from another metal deposition source on the entire surface of one side of the sheet. After aluminum sealing, the vacuum state is released, and immediately facing the aluminum sealing side through a UV-curable resin for sealing (made by Nagase ChemteX) on quartz glass with a thickness of 0.2 mm in a dry nitrogen gas atmosphere The cell for evaluation was produced by irradiating with ultraviolet rays.

得られた両面を封止した試料を60℃、90%RHの高温高湿下で保存し、特開2005−283561号公報記載の方法に基づき、金属カルシウムの腐食量からセル内に透過した水分量を計算した。   The obtained sample with both sides sealed is stored at 60 ° C. and 90% RH under high temperature and high humidity, and moisture permeated into the cell from the corrosion amount of metallic calcium based on the method described in JP-A-2005-283561. The amount was calculated.

このとき、本発明においては、セルの腐食面積が1%になるまでの腐食速度から求めたWVTRを1%WVTR、腐食面積が100%、すなわち全面腐食になるまでの腐食速度から求めたWVTRを100%WVTR(平均WVTRともいう)と呼ぶことにする。   At this time, in the present invention, the WVTR obtained from the corrosion rate until the corrosion area of the cell reaches 1% is 1% WVTR, and the corrosion area is 100%, that is, the WVTR obtained from the corrosion rate until full corrosion occurs. It will be called 100% WVTR (also called average WVTR).

(ランク評価)
4: 1×10−3g/m/day未満
3: 1×10−3g/m/day以上、3×10−3g/m/day未満
2: 3×10−3g/m/day以上、1×10−1g/m/day未満
1: 1×10−1g/m/day以上
〔評価2:高温高湿耐性の評価〕
得られたフィルム1〜13について、屈曲させず、60℃、90%RHに調整した高温高湿槽(恒温恒湿度オーブン:Yamato Humidic ChamberIG47M)内に、100時間連続で保管した後、上記評価1と同様にして、100%WVTRにて水蒸気透過率を測定し、同様のランク評価を行った。
(Rank evaluation)
4: Less than 1 × 10 −3 g / m 2 / day 3: 1 × 10 −3 g / m 2 / day or more and less than 3 × 10 −3 g / m 2 / day 2: 3 × 10 −3 g / day m 2 / day or more, less than 1 × 10 −1 g / m 2 / day 1: 1 × 10 −1 g / m 2 / day or more [Evaluation 2: Evaluation of high temperature and high humidity resistance]
The obtained films 1 to 13 were not bent and stored in a high-temperature and high-humidity tank (constant temperature and humidity oven: Yamato Humidic Chamber IG47M) adjusted to 60 ° C. and 90% RH for 100 hours. In the same manner, the water vapor transmission rate was measured with 100% WVTR, and the same rank evaluation was performed.

〔評価3:急激腐食度の評価〕
本発明における急激腐食度とは、あるレベル以上のガスバリア性を有し、かつ、水蒸気がガスバリアフィルムへの透過を始めてから透過速度(腐食速度)が急激に増加していないか(100%WVTR/30%WVTRが小さい程、急激劣化が少ない、すなわち安定であると判断できる)を評価するものであり、ガスバリアフィルム自体の安定性の指標とする。
[Evaluation 3: Evaluation of rapid corrosion degree]
The rapid corrosion degree in the present invention has a gas barrier property of a certain level or more, and whether the permeation rate (corrosion rate) has increased abruptly since water vapor began to permeate the gas barrier film (100% WVTR / The smaller the 30% WVTR is, the smaller the rapid deterioration, that is, it can be judged that it is stable), and it is used as an index of the stability of the gas barrier film itself.

評価1、2と同様にして、下記の3段階のランク評価を行った。   Similar to Evaluations 1 and 2, the following three ranks were evaluated.

ただし、本発明においては、セルの腐食面積が30%になるまでの腐食速度から求めたWVTRを30%WVTRと呼ぶことにする。   However, in the present invention, the WVTR obtained from the corrosion rate until the corrosion area of the cell reaches 30% is referred to as 30% WVTR.

(ランク評価)
3: 1%WVTRが3×10−3g/m/day未満、かつ、100%WVTR/30%WVTRが10未満
2: 1%WVTRが3×10−3g/m/day未満、かつ、100%WVTR/30%WVTRが10以上100以下
1: 1%WVTRが3×10−3g/m/day以上、かつ、100%WVTR/30%WVTRが100以上
以上により得られた結果を、表1に示す。
(Rank evaluation)
3: 1% WVTR is less than 3 × 10 −3 g / m 2 / day, and 100% WVTR / 30% WVTR is less than 10. 2: 1% WVTR is less than 3 × 10 −3 g / m 2 / day. And 100% WVTR / 30% WVTR was 10 or more and 100 or less 1: 1% WVTR was 3 × 10 −3 g / m 2 / day or more, and 100% WVTR / 30% WVTR was obtained by 100 or more. The results are shown in Table 1.

Figure 2013039786
Figure 2013039786

表1に記載の結果より明らかなように、比較のガスバリアフィルム8〜13に比べて、本発明のガスバリアフィルム1〜7は、各々、ガスバリア性(水蒸気透過率が低い)が高く、また、高温高湿化であっても、さらに幅広い温度帯域で保存しても、優れたバリア性を示し、屈曲性(ヒビ割れ耐性)も優れていることが明らかである。   As is clear from the results shown in Table 1, the gas barrier films 1 to 7 of the present invention each have a high gas barrier property (low water vapor transmission rate) and a high temperature compared to the comparative gas barrier films 8 to 13. It is clear that even when the humidity is increased or stored in a wider temperature range, it exhibits excellent barrier properties and excellent flexibility (cracking resistance).

実施例2
《有機光電変換素子1〜13の作製》
実施例1で作製した本発明のガスバリア性フィルム1〜7、比較のフィルム8〜13に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を150nm堆積したもの(シート抵抗10Ω/□)(導電膜形成前に加熱処理したもの)を、通常のフォトリソグラフィ技術と湿式エッチングとを用いて2mm幅にパターニングして、第1の電極を作製した。
Example 2
<< Production of Organic Photoelectric Conversion Elements 1-13 >>
150 nm of indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited on the gas barrier films 1 to 7 of the present invention produced in Example 1 and comparative films 8 to 13 (sheet resistance 10Ω / □) (conductive film) The first electrode was fabricated by patterning the film that had been heat-treated before formation) into a width of 2 mm using a normal photolithography technique and wet etching.

パターン形成した第1の電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。   The patterned first electrode was washed in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant and ultrapure water, followed by ultrasonic cleaning with ultrapure water, dried with nitrogen blow, and finally subjected to ultraviolet ozone cleaning.

この透明基板上に、導電性高分子であるBaytron P4083(スタルクヴィテック社製)を膜厚が30nmになるように塗布乾燥した後、150℃で30分間熱処理させ正孔輸送層を製膜した。   On this transparent substrate, Baytron P4083 (manufactured by Starck Vitec), which is a conductive polymer, was applied and dried to a film thickness of 30 nm, and then heat treated at 150 ° C. for 30 minutes to form a hole transport layer. .

これ以降は、基板を窒素チャンバー中に持ち込み、窒素雰囲気下で作製した。   Thereafter, the substrate was brought into a nitrogen chamber and produced in a nitrogen atmosphere.

まず、窒素雰囲気下で上記基板を150℃で10分間加熱処理した。次に、クロロベンゼンにP3HT(プレクトロニクス社製:レジオレギュラーポリ−3−ヘキシルチオフェン)とPCBM(フロンティアカーボン社製:6,6−フェニル−C61−ブチリックアシッドメチルエステル)を3.0質量%になるように1:0.8で混合した液を調製し、フィルタでろ過しながら膜厚が100nmになるように塗布を行い、室温で放置して乾燥させた。続けて、150℃で15分間加熱処理を行い、光電変換層を製膜した。   First, the substrate was heat-treated at 150 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere. Next, P3HT (manufactured by Prectronics: regioregular poly-3-hexylthiophene) and PCBM (manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd .: 6,6-phenyl-C61-butyric acid methyl ester) are added to 3.0% by mass of chlorobenzene. A liquid mixed at 1: 0.8 was prepared so that the film thickness was 100 nm while being filtered through a filter, and the film was allowed to stand at room temperature and dried. Subsequently, a heat treatment was performed at 150 ° C. for 15 minutes to form a photoelectric conversion layer.

次に、上記一連の機能層を製膜した基板を真空蒸着装置チャンバー内に移動し、1×10−4Pa以下に真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度0.01nm/秒でフッ化リチウムを0.6nm積層し、更に続けて、2mm幅のシャドウマスクを通して(受光部が2×2mmに成るように直行させて蒸着)、蒸着速度0.2nm/秒でAlメタルを100nm積層することで第2の電極を形成した。 Next, the substrate on which the series of functional layers is formed is moved into a vacuum deposition apparatus chamber, the inside of the vacuum deposition apparatus is depressurized to 1 × 10 −4 Pa or less, and then fluorinated at a deposition rate of 0.01 nm / second. Laminate 0.6 nm of lithium, and then continue to deposit 100 nm of Al metal at a deposition rate of 0.2 nm / sec through a shadow mask with a width of 2 mm (vaporization is performed so that the light receiving part is 2 × 2 mm). A second electrode was formed.

得られた各々の有機光電変換素子を窒素チャンバーに移動し、封止用キャップとUV硬化樹脂を用いて封止を行って、受光部が2×2mmサイズの有機光電変換素子1〜13を作製した。   Each obtained organic photoelectric conversion element is moved to a nitrogen chamber, and sealing is performed using a sealing cap and a UV curable resin, thereby producing organic photoelectric conversion elements 1 to 13 having a light receiving portion of 2 × 2 mm size. did.

次いで、下記の方法に従って封止用のガスバリアフィルム試料の作製及び有機光電変換素子の封止を行った。   Subsequently, the gas barrier film sample for sealing and the organic photoelectric conversion element were sealed according to the following method.

窒素ガス(不活性ガス)によりパージされた環境下で、ガスバリアフィルム1〜13の各二枚を用い、ガスバリア層を設けた面に、シール材としてエポキシ系光硬化型接着剤を塗布したものを、各々対応する有機光電変換素子1〜13の各々の封止用フィルム1〜13として作製した。   In an environment purged with nitrogen gas (inert gas), each of the gas barrier films 1 to 13 is used and an epoxy photocurable adhesive is applied as a sealing material to the surface provided with the gas barrier layer. These were prepared as the respective sealing films 1 to 13 for the corresponding organic photoelectric conversion elements 1 to 13.

次いで、上記の有機光電変換素子1〜13を、上記接着剤を塗布した二枚のガスバリアフィルム試料の接着剤塗布面の間に挟み込んで密着させた後、片側の基板側からUV光を照射して硬化させ、有機光電変換素子1〜13の封止処理を行い、本発明の有機光電変換素子1〜7と、比較の有機光電変換素子8〜13を得た。   Next, the organic photoelectric conversion elements 1 to 13 are sandwiched and adhered between the adhesive application surfaces of the two gas barrier film samples coated with the adhesive, and then irradiated with UV light from one substrate side. Then, the organic photoelectric conversion elements 1 to 13 were sealed, and the organic photoelectric conversion elements 1 to 7 of the present invention and comparative organic photoelectric conversion elements 8 to 13 were obtained.

《太陽電池の作製及びエネルギー変換効率の評価》
上記で得られた有機光電変換素子1〜7、比較の有機光電変換素子8〜13の評価は、各々の素子を用いて、太陽電池1〜7、比較の太陽電池8〜13を各々作製し、エネルギー変換効率を求め、各々に素子としての耐久性を評価した。
<< Production of solar cells and evaluation of energy conversion efficiency >>
Evaluation of the organic photoelectric conversion elements 1 to 7 obtained above and the comparative organic photoelectric conversion elements 8 to 13 was performed by using the respective elements to produce solar cells 1 to 7 and comparative solar cells 8 to 13, respectively. The energy conversion efficiency was obtained, and the durability as an element was evaluated for each.

尚、有機光電変換素子1〜7、比較の有機光電変換素子8〜13の各々の評価は、ソーラーシミュレーター(AM1.5Gフィルタ)の100mW/cmの強度の光を照射し、有効面積を4.0mmにしたマスクを受光部に重ね、太陽電池1〜7、比較の太陽電池8〜13としてのIV特性を各々評価した。 In addition, each evaluation of the organic photoelectric conversion elements 1 to 7 and the comparative organic photoelectric conversion elements 8 to 13 is performed by irradiating light of 100 mW / cm 2 of solar simulator (AM1.5G filter) with an effective area of 4 A mask with a thickness of 0.0 mm 2 was placed on the light receiving portion, and the IV characteristics as solar cells 1 to 7 and comparative solar cells 8 to 13 were evaluated.

具体的には、短絡電流密度Jsc(mA/cm)、開放電圧Voc(V)及びフィルファクターFF(%)を、素子上に形成した4箇所の受光部をそれぞれ測定し、下記式1に従って求めたエネルギー変換効率PCE(%)の4点平均値を見積もった。 Specifically, the short-circuit current density Jsc (mA / cm 2 ), the open circuit voltage Voc (V), and the fill factor FF (%) were measured for each of the four light receiving portions formed on the element, and according to the following formula 1. A four-point average value of the obtained energy conversion efficiency PCE (%) was estimated.

式1
PCE(%)=〔Jsc(mA/cm)×Voc(V)×FF(%)〕/100mW/cm
得られた初期電池特性としての変換効率を測定し、性能の経時的低下の度合いを、温度60℃、湿度90%RH環境で2000時間保存した強制劣化試験後の変換効率残存率として、強制劣化試験後の変換効率/初期変換効率の比として求め、下記の基準に従って、耐久性の評価を行った(OPV素子性能)。
Formula 1
PCE (%) = [Jsc (mA / cm 2 ) × Voc (V) × FF (%)] / 100 mW / cm 2
The conversion efficiency as an initial battery characteristic obtained was measured, and the degree of deterioration over time was measured as the conversion efficiency remaining rate after the forced deterioration test stored for 2000 hours in a temperature 60 ° C., humidity 90% RH environment. It calculated | required as ratio of the conversion efficiency after a test / initial conversion efficiency, and durability was evaluated according to the following reference | standard (OPV element performance).

3:変換効率残存率が、70%以上
2:変換効率残存率が、40%以上、70%未満
1:変換効率残存率が、40%未満
尚、実用上に耐えうるのはランク2以上である。
3: The conversion efficiency remaining rate is 70% or more 2: The conversion efficiency remaining rate is 40% or more and less than 70% 1: The conversion efficiency remaining rate is less than 40%. is there.

得られた結果を表1に合わせて示した。   The obtained results are shown in Table 1.

表1に記載の結果より明らかなように、比較のフィルムを用い作成した有機光電変換素子8〜13を備えた比較太陽電池8〜13に対し、本発明のガスバリア性フィルムを用い作成した有機光電変換素子1〜7を備えた本発明の太陽電池1〜7は、60℃、90%RHという極めて過酷な環境(高温高湿条件下)においても極めて高い耐久性を示すことが分かった。   As is clear from the results shown in Table 1, for the comparative solar cells 8 to 13 provided with the organic photoelectric conversion elements 8 to 13 prepared using the comparative film, the organic photoelectric prepared using the gas barrier film of the present invention. It turned out that the solar cells 1-7 of this invention provided with the conversion elements 1-7 show very high durability also in the very severe environment (high temperature, high humidity conditions) of 60 degreeC and 90% RH.

1 隣接層2
2 バリア層
3 隣接層1
4 支持体
1 Adjacent layer 2
2 Barrier layer 3 Adjacent layer 1
4 Support

Claims (7)

樹脂基材と、少なくとも1層のバリア層と、少なくとも基材側で前記バリア層に隣接する隣接層1を有するガスバリア性フィルムにおいて、下記(1)、(2)を満たすことを特徴とするガスバリア性フィルム。
(1)前記隣接層1が少なくとも、M原子(MはSi、Ti、Zr、Al,Znを表す。)、O原子、C原子を同時に含む領域を有し、原子組成比で、C/Mが0.2〜2.2、かつ、O/Mが1.0〜2.0である。
(2)前記バリア層が少なくとも、Si原子、N原子を同時に含む領域を有し、原子組成比で、N/Siが0.3〜0.8、C/Si<0.1である。
A gas barrier film comprising a resin substrate, at least one barrier layer, and an adjacent layer 1 adjacent to the barrier layer at least on the substrate side, wherein the following (1) and (2) are satisfied: Sex film.
(1) The adjacent layer 1 has a region containing at least M atoms (M represents Si, Ti, Zr, Al, Zn), O atoms, and C atoms at the same time. Is 0.2 to 2.2, and O / M is 1.0 to 2.0.
(2) The barrier layer has at least a region containing Si atoms and N atoms at the same time, and N / Si is 0.3 to 0.8 and C / Si <0.1 in terms of atomic composition ratio.
請求項1に記載のガスバリア性フィルムにおいて、前記バリア層が更にO原子を含み、原子組成比で、O/Siが0.2〜1.3であることを特徴とするガスバリア性フィルム。   2. The gas barrier film according to claim 1, wherein the barrier layer further contains O atoms and has an atomic composition ratio of O / Si of 0.2 to 1.3. 3. 請求項1または2に記載のガスバリア性フィルムにおいて、基材側で前記バリア層に隣接する隣接層1に加えて、基材とは反対側で前記バリア層に隣接する隣接層2を更に有することを特徴とするガスバリア性フィルム。   The gas barrier film according to claim 1 or 2, further comprising an adjacent layer 2 adjacent to the barrier layer on the side opposite to the base in addition to the adjacent layer 1 adjacent to the barrier layer on the base side. Gas barrier film characterized by 請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスバリア性フィルムにおいて、前記M原子がSiであることを特徴とするガスバリア性フィルム。   The gas barrier film according to any one of claims 1 to 3, wherein the M atom is Si. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスバリア性フィルムの製造方法であって、パーヒドロポリシラザンを含有する組成物の塗布液を前記隣接層1上に塗布した後、転化処理を施すことで無機物を含むバリア層を形成することを特徴とするガスバリア性フィルムの製造方法。   It is a manufacturing method of the gas-barrier film of any one of Claims 1-4, Comprising: After apply | coating the coating liquid of the composition containing perhydropolysilazane on the said adjacent layer 1, it performs a conversion process. A method for producing a gas barrier film, comprising forming a barrier layer containing an inorganic substance. 請求項5に記載のガスバリア性フィルムの製造方法において、前記転化処理が紫外線照射処理であることを特徴とするガスバリア性フィルムの製造方法。   6. The method for producing a gas barrier film according to claim 5, wherein the conversion treatment is an ultraviolet irradiation treatment. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスバリアフィルムで封止したことを特徴とする有機電子デバイス。   An organic electronic device, wherein the organic electronic device is sealed with the gas barrier film according to claim 1.
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