JP2013226673A - ガスバリア性フィルムおよびその製造方法、並びに前記ガスバリア性フィルムを含む電子デバイス - Google Patents

ガスバリア性フィルムおよびその製造方法、並びに前記ガスバリア性フィルムを含む電子デバイス Download PDF

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Abstract

【課題】ガスバリア性に優れるガスバリア性フィルムを提供する。
【解決手段】基材と、原子層堆積法(ALD法)により形成された酸化アルミニウムを含む第1のガスバリア層と、ポリシラザン化合物を含む塗布液を塗布して得られた塗膜に、真空紫外光を照射して形成された第2のガスバリア層と、がこの順に配置されてなる、ガスバリア性フィルム。
【選択図】なし

Description

本発明は、ガスバリア性フィルムおよびその製造方法、並びに前記ガスバリア性フィルムを含む電子デバイスに関する。
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を含む薄膜(ガスバリア層)を形成したガスバリア性フィルムが、食品、医薬品等の分野で物品を包装する用途に用いられている。ガスバリアフィルムを用いることによって、水蒸気や酸素等のガスによる物品の変質を防止することができる。
近年、このような水蒸気や酸素等の透過を防ぐガスバリア性フィルムについて、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子、液晶表示(LCD)素子等の電子デバイスへの展開が要望され、多くの検討がなされている。これらの電子デバイスにおいては、高いガスバリア性、例えば、ガラス基材に匹敵するガスバリア性が要求される。しかし、このような高いバリア性を有するガスバリア性フィルムは未だ得られていないのが現状である。
ガスバリア性フィルムを製造する方法としては、気相法による無機成膜方法を利用した方法が知られている。当該気相法による無機成膜方法としては、フィルム等の基材上に、プラズマCVD法(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長法、化学蒸着法)によって金属(テトラエトキシシラン(TEOS)に代表される有機ケイ素化合物等)を酸素プラズマで酸化しながら蒸着して無機膜(ガスバリア層)を形成する方法、および半導体レーザー等を用いて金属を蒸発させて、酸素の存在下で基板上に堆積する真空蒸着法やスパッタ法により無機膜(ガスバリア層)を形成する方法等が挙げられる。
これらの気相法による無機成膜方法は、食品、医薬品等の分野で物品を包装に用いられるガスバリア性フィルムの製造に用いられてきた。そして近年、当該無機成膜方法により製造されたガスバリア性フィルムを電子デバイスに適用すべく、さらに高いガスバリア性を得るための検討が行われている。このような検討としては、形成される無機膜の好適な組成範囲の決定、無機膜の膜厚の増加、複数の無機膜の積層等が挙げられる。
しかしながら、気相法による無機成膜方法では、形成された無機膜(ガスバリア層)に欠陥が生じる場合がある。そのため、無機膜の組成範囲を好適なものとしても、欠陥により十分なガスバリア性が得られないことがある。また、無機膜の膜厚の増加や無機膜の積層を行ったとしても、欠陥の連続成長やクラックの発生により、十分なガスバリア性が得られないことがある。
このような背景のなか、気相法による無機膜形成法のうち、原子層堆積法(ALD法:Atomic Layer Deposition)は、形成される無機膜に欠陥が少なく、緻密かつ良好なガスバリア性を有するガスバリア層が得られることが報告されている。ALD法とは、2種以上のガスを基材上に交互に導入することにより、原子層を1層ごとに堆積させる方法である。ALD法により製造されたガスバリア性フィルムは、高いガスバリア性を有することから、電子デバイスに適用できる可能性がある。
しかしながら、ALD法は原子層を1層ごとに堆積させる方法であることから、ガスバリア層の厚さを確保するためには長時間を要するという問題がある。通常、ALD法により形成された原子層の厚さは約0.1nmであり、原子層1層を形成するのに要する時間は約8.4秒である。そのため、例えば、100nmを成膜しようとすると、単純計算で140分もの時間を要するのである。特許文献1には、基板上に、互いに対向する一対の電極間に有機発光材料を配置した構造体を備える有機EL素子であって、前記構造体の外表面に、前記有機発光材料を被覆する保護層を有し、この保護層がALD法により形成されていることを特徴とする有機EL素子が開示されている。特許文献1によれば、TMA(トリメチルアルミニウム)のガスおよびHOのガスを基板上に交互に導入し、5000回繰り返すことにより、膜厚約400nmのアルミナ(Al)の保護層を得ている。そして、上記保護層の形成には約11時間もの長時間を要することが記載されている。
ALD法では、成膜時の温度が高いほど良好なガスバリア性が得られる傾向がある。例えば、特許文献2には、プラスチック基板上に、少なくとも一層の無機物からなるバリア層と少なくとも一層の有機層とを交互に有するガスバリアフィルムであって、前記バリア層の少なくとも一層がALD法によって形成されたことを特徴とするガスバリアフィルムが開示されている。そして、実施例(特に、B−1およびB−12)には、基材上に、ALD法で形成された無機バリア層、有機層、ALD法で形成された無機バリア層がこの順で積層されたガスバリアフィルムが開示されている。B−1およびB−12のガスバリアフィルムを対比すると、ALD法を250℃で行った場合のガスバリアフィルム(B−1)では、水蒸気透過率が0.005g/m・dayであるのに対し、ALD法を100℃で行った場合のガスバリアフィルム(B−12)では、水蒸気透過率が0.05g/m・dayである(水蒸気透過率は、38℃、相対湿度90%の条件下でMOCON法により測定している)。すなわち、成膜時の温度が高いほど良好なガスバリア性が得られることが示されている。しかしながら、このような高温条件を適用するためには、基板に耐熱性が求められる。一般的に、耐熱性を有する基板は、耐熱性を有さない基板よりも高価であることから、工業的な観点を考慮するとコストの面で不利である。
また、ALD法を用いた場合には高いガスバリア性を有しうるが、この場合であっても、電子デバイスに適用するには十分なガスバリア性が必ずしも得られていない。例えば、上述のように特許文献2に記載のガスバリアフィルムでは、水蒸気透過率は0.005g/m・dayとなっている。
ところで、上記気相法による無機成膜法を利用しないガスバリア性フィルムの製造方法も検討されている。当該ガスバリア性フィルムの製造方法としては、例えば、無機前駆体を主成分とする塗布液を基材上に塗布した後、表面処理してガスバリア層を形成するガスバリア性フィルムの製造方法が報告されている。特許文献3には、樹脂基材上に、シラザン骨格を基本ユニットとするポリマーを塗工して膜厚250nm以下のポリマー膜を形成する第一ステップと、形成されたポリマー膜に真空紫外光を照射する第二ステップと、上記第二ステップで形成された膜上に、上記第一ステップ及び上記第二ステップを繰り返して膜を重ねて形成する第三ステップと、を含む、フレキシブルガスバリアフィルムの製造方法が開示されている。特許文献3の製造方法により得られるフレキシブルガスバリアフィルムによれば、ポリマー膜上に孔や凹部等の欠陥がなく表面が平滑であり、ガスバリア性に優れることが記載されている。さらに、ポリマー膜の総膜厚を薄くできることから、フィルムのフレキシビリティが良好であり、クラックも生じにくく、基材とポリマー膜、そして層間の接着性も良好で膜や層の剥離も生ずることがないことが記載されている。
しかしながら、特許文献3の方法によって得られるフレキシブルガスバリアフィルム、例えば、実施例1のフレキシブルガスバリアフィルムでは、基材上に、膜厚100nmのポリシラザン膜をXeエキシマランプ(172nm;光量40mW/cm以上)で照射してなるポリマー膜を2層積層した場合であっても、水蒸気透過率は0.01g/m/day未満と上限値は高く(水蒸気透過率は、38℃、相対湿度90%の条件下でMOCON法により測定している)、電子デバイスに適用するには十分なガスバリア性が必ずしも得られていない。
特開2001−284042号公報 特開2007−090803号公報 特開2009−255040号公報
そこで本発明では、ガスバリア性に優れるガスバリア性フィルムを提供することを目的とする。また、本発明では、製造コストに優れるガスバリア性フィルムを提供することを目的とする。
本発明者は鋭意研究を行った結果、ALD法により形成された第1のガスバリア層と、無機前駆体(ポリシラザン化合物)を含む塗布液を塗布して得られた塗膜に真空紫外光を照射して形成された第2のガスバリア層と、を組み合わせて適用したガスバリア性フィルムにより、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の上記課題は以下の手段により達成される。
1.基材と、原子層堆積法(ALD法)により形成された酸化アルミニウムを含む第1のガスバリア層と、ポリシラザン化合物を含む塗布液を塗布して得られた塗膜に、真空紫外光を照射して形成された第2のガスバリア層と、がこの順に配置されてなる、ガスバリア性フィルム;
2.前記第1のガスバリア層の厚さが、10〜50nmである、1に記載のガスバリア性フィルム;
3.前記原子層堆積法が、150℃未満の条件下で行われる、1または2に記載の製造方法;
4.前記第2のガスバリア層の組成SiOにおいて、下記式(1)および(2)
を満たす領域の厚さが、50nm以上である、1〜3のいずれか1つに記載のガスバリア性フィルム;
5.基材と、酸化アルミニウムを含む第1のガスバリア層と、第2のガスバリア層とがこの順に積層されてなるガスバリア性フィルムの製造方法であって、前記基材上に、アルミニウム化合物を用いてALD法により第1のガスバリア層を形成する工程(1)と、ポリシラザン化合物を含む塗布液を、前記第1のガスバリア層上に塗布し、真空紫外光を照射して第2のガスバリア層を形成する工程(2)と、を含む、製造方法;
6.電子デバイス本体と、1〜4のいずれか1つに記載のガスバリア性フィルムまたは5の方法によって製造されたガスバリア性フィルムとを含む、電子デバイス。
本発明によれば、ガスバリア性に優れるガスバリア性フィルムが提供される。また、本発明によれば、製造コストに優れるガスバリア性フィルムが提供される。
本発明に用いられる真空紫外線照射装置の一例を示す断面模式図である。
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
<第1の形態:ガスバリア性フィルム>
本発明の第1の形態によれば、基材と、原子層堆積法(ALD法)により形成された酸化アルミニウムを含む第1のガスバリア層と、ポリシラザン化合物を含む塗布液を塗布して得られた塗膜に、真空紫外光を照射して形成された第2のガスバリア層と、がこの順に配置されてなる、ガスバリア性フィルムが提供される。
[基材]
本発明に用いられる基材は、長尺な支持体であって、ガスバリア層を保持することができるものであれば、特に限定されない。
基材の具体例としては、特に制限されないが、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樹脂のフィルム;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(Sila−DEC:チッソ株式会社製、シルプラス:新日鐵化学社製等);透明ポリイミドのフィルム(透明ポリイミド系フィルム タイプHM:東洋紡株式会社製、透明ポリイミド系フィルム ネオプリムL L−3430:三菱ガス化学株式会社製)等が挙げられる。
これらのうち、コストや入手の容易性の観点から、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)等を用いることが好ましい。
また、光学的透明性、耐熱性等の性状や、無機層、ガスバリア層との密着性の観点から、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等を用いることが好ましい。
さらに、製造工程の観点から、特に耐熱性の高い、具体的にはガラス転移点が150℃以上であるポリイミドやポリエーテルイミド、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を用いることが好ましい。例えば、でガスバリア性フィルムを電子デバイスに用いる場合、アレイ作製工程でプロセス温度が200℃を超える場合がある。特にロール・トゥ・ロールによる製造では、基材には常にある程度の張力が印加されている。そこで、ガラス転移点が150℃以上の基材を用いると、基材が高温下に置かれて基材温度が上昇した場合であっても、基材の弾性率の急激な低下による基材の伸長を抑制することができ、ガスバリア層の損傷を防ぐことができることから好ましい。ただし、上記のような耐熱性樹脂は、通常、非結晶性であるため、結晶性のPETやPENと比較して吸水率は大きな値となる。その結果、湿度による基材の寸法変化の度合いがより大きくなり、ガスバリア層を損傷しうる。しかしながら、これらの基材の両面にガスバリア層を形成することで、高温高湿の過酷な条件下で基材の吸脱湿による寸法変化を抑制しうる。したがって、耐熱性基材と、前記耐熱性基材の両面にガスバリア層を配置してなるガスバリア性フィルムは好ましい一形態である。
これらの基材は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、上記の樹脂フィルムを用いた基材は、未延伸フィルムであっても、延伸フィルムであってもよい。
上記の樹脂フィルムを用いた基材は、従来公知の一般的な製法により製造することができる。例えば、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フィルムを製造することができる。また、前記未延伸フィルムを一軸延伸、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等の公知の方法により、基材の流れ(縦軸)方向、または基材の流れ方向と直角(横軸)方向に延伸することにより延伸フィルムを製造することができる。この場合の延伸倍率は、基材の原料となる樹脂に合わせて適宜選択することができるが、縦軸方向および横軸方向にそれぞれ2〜10倍であることが好ましい。当該延伸フィルムには、基材の寸法安定性を向上させるため、延伸後に緩和処理を行ってもよい。
本発明に用いる基材の厚さは5〜500μmであることが好ましく、25〜250μmであることがより好ましい。
また、本発明に用いる基材は透明であることが好ましい。樹脂基材が透明であると、透明なガスバリア性フィルムとすることが可能となり、有機EL素子等の電子デバイスの基板等に適用することができる。なお、本明細書中において、「透明」とは、可視光(400〜700nm)の光透過率が80%以上であることを意味する。
さらに、本発明に用いる基材は、JIS B 0601(2001年)で規定される10点平均表面粗さRzが1〜1500nmであることが好ましく、5〜400nmであることがより好ましく、300〜350nmであることがさらに好ましい。また、JIS B 0601(2001年)で規定される中心線平均粗さRaが0.5〜12nmであることが好ましく、1〜8nmであることがより好ましい。RzやRaが上記範囲内にあると、塗布液の塗布性が向上することから好ましい。基材は、必要に応じて、片面または両面、好ましくはバリア層を設ける面を研摩して平滑性を向上させてもよい。
また、本発明に係る基材には、コロナ処理が施されていてもよい。
[第1のガスバリア層]
第1のガスバリア層は、原子層堆積法(ALD法)により形成された酸化アルミニウムを含む。
(ALD法)
ALD法とは、2種以上のガス(第1のガスおよび第2のガス)を基材上に交互に導入することにより、原子層を1層ごとに堆積させる方法である。より詳細には、はじめに第1のガスを基材上に導入してガス分子層(単原子層)を形成させる。次いで不活性ガスを導入することにより、第1のガスをパージ(除去)する。なお、形成された第1のガスのガス分子層は、化学吸着により不活性ガスを導入してもパージされない。次に、第2のガスを導入して形成されたガス分子層を酸化して無機膜が形成される。最後に、不活性ガスを導入することにより、第2のガスをパージし、ALD法の1サイクルが完了する。上記サイクルを繰り返すことにより、原子層が1層ずつ堆積されて、所定の膜厚を有する第1のガスバリア層を形成することができる。なお、ALD法は、基板の表面の凹凸によらず、陰影部分も含めて無機膜を形成することができる。
第1のガスバリア層は、前記金属酸化物として酸化アルミニウムを形成させることから、前記第1のガスはアルミニウム化合物を気化して得られるガスであり、前記第2のガスは酸化性ガスでありうる。また、不活性ガスは、上記第1のガスおよび/または第2のガスと反応しないガスである。
前記アルミニウム化合物としては、アルミニウムを含み、気化できるものであれば特に制限はない。アルミニウム化合物の具体例としては、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリエチルアルミニウム(TEA)、およびトリクロロアルミニウムが挙げられる。
前記酸化性ガスとしては、ガス分子層を酸化できるものであれば特に制限はなく、例えば、オゾン(O)、水蒸気(HO)、過酸化水素(H)、メタノール(CHOH)、およびエタノール(COH)等が用いられうる。
前記不活性ガスとしては、希ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン)、窒素ガス等が用いられうる。
第1のガスの導入時間は、0.05〜10秒であることが好ましく、0.1〜3秒であることがより好ましく、0.5〜2秒であることがさらに好ましい。第1のガスの導入時間が0.05秒以上であると、ガス分子層を形成できる時間が十分に確保できることから好ましい。一方、第1のガスの導入時間が10秒以下であると、1サイクルに要する時間が低減できることから好ましい。
また、第1のガスをパージするための不活性ガスの導入時間は、0.05〜10秒であることが好ましく、0.5〜6秒であることがより好ましく、1〜4秒であることがさらに好ましい。不活性ガスの導入時間が0.05秒以上であると、第1のガスを十分にパージできることから好ましい。一方、不活性ガスの導入時間が10秒以下であると、1サイクルに要する時間を低減でき、形成されたガス分子層への影響が少なくなることから好ましい。
さらに第2のガスの導入時間は、0.05〜10秒であることが好ましく、0.1〜3秒であることがより好ましく、0.5〜2秒であることがさらに好ましい。第2のガスの導入時間が0.05秒以上であると、ガス分子層を酸化できる時間が十分に確保できることから好ましい。一方、第2のガスの導入時間が10秒以下であると、1サイクルに要する時間が低減でき、副反応が防止されうることから好ましい。
また、第2のガスをパージするための不活性ガスの導入時間は、0.05〜10秒であることが好ましく、0.5〜6秒であることがより好ましく、1〜4秒であることがさらに好ましい。不活性ガスの導入時間が0.05秒以上であると、第2のガスを十分にパージできることから好ましい。一方、不活性ガスの導入時間が10秒以下であると、1サイクルに要する時間が低減でき、形成された原子層への影響が少ないことから好ましい。
ALD法において、無機膜を成膜する際の成膜温度は、350℃以下であることが好ましく、250℃以下であることがより好ましく、150℃未満であることがさらに好ましく、120℃未満であることが特に好ましい。成膜温度が350℃以下であると、基材に求められる耐熱性が小さくなり、製造コストを低減できることから好ましい。なお、成膜温度が低いほどALD法により形成された第1のガスバリア層のガスバリア性は低下する傾向にあるが、後述する第2のガスバリア層による補修効果等によって高いガスバリア性が得られうる。よって、成膜温度は低くてもよく、製造コストを併せて考慮すると成膜温度は低いことが好ましい(具体的には150℃未満であることが好ましい)。
(第1のガスバリア層の構成)
第1のガスバリア層は、ALD法により形成された酸化アルミニウムを含む。ただし、ALD法の条件や原料ガスによって形成される第1のガスバリア層の構成が異なる場合があり、一義的に第1のガスバリア層の構成を規定することは困難である。例えば、第1のガスバリア層中のALD法により形成された酸化アルミニウム膜は、ALD法の条件によっては、緻密の程度が異なりうる。
第1のガスバリア層は、ALD法により形成された酸化アルミニウムの他、適宜公知の成分を含んでいてもよい。具体例としては、アルミニウム以外の金属原子を含む原料ガスを用いてALD法により形成された金属酸化物を含む原子層等が挙げられる。ALD法で使用可能な原料ガスや形成可能な無機薄膜は多岐にわたり、例えば、M.Ritala:Appl.Surf.Sci.112,223(1997)に記載のものを使用することができる。
第1のガスバリア層の厚さは、1〜100nmであることが好ましく、10〜50nmであることがより好ましい。第1のガスバリア層の厚さが1nm以上であると、良好なガスバリア性が得られうることから好ましい。一方、第1のガスバリア層の厚さが100nm以下であると、短時間で第1のガスバリア層を形成することができ、かつ、後述する第2のガスバリア層による補修効果等が効果的に得られうることから好ましい。なお、特に、第1のガスバリア層の厚さが10〜50nmの場合には、ガスバリア性や補修効果等を考慮すると、製造コストに優れる。
第1のガスバリア層のガスバリア性が低い場合であっても、後述する第2のガスバリア層の補修効果等により、得られるガスバリア性フィルムは高いガスバリア性を有する。よって、第1のガスバリア層のガスバリア性は多少低くてもよい。より具体的には、第1のガスバリア層の水蒸気透過率は、0.5g/m/日以下であることが好ましく、0.2g/m/日以下であることがより好ましい。なお、本明細書において、「水蒸気透過率」は実施例で測定される方法を採用するものとする。
[第2のガスバリア層]
第2のガスバリア層は、ポリシラザン化合物を含む塗布液(以下、「第1の塗布液」とも称する)を塗布して得られた塗膜に、真空紫外光を照射して形成されてなる。
(第1の塗布液)
第1の塗布液は、ポリシラザンを含む。
ポリシラザン
ポリシラザンとは、その構造内にSi−N、Si−H、N−H等の結合を有するポリマーであり、SiO、Si、およびこれらの中間固溶体SiO等の無機前駆体として機能する。
前記ポリシラザンは、特に制限されないが、後述する改質処理を行うことを考慮すると、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であることが好ましく、例えば、特開平8−112879号公報に記載の下記の一般式(1)で表される単位からなる主骨格を有する化合物であることが好ましい。
上記一般式において、R、R、およびRは、それぞれ独立して、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。
ポリシラザンは、得られるガスバリア層の緻密性の観点から、R、R、およびRのすべてが水素原子であるパーヒドロポリシラザン(以下、「PHPS」とも称する)であることが特に好ましい。
パーヒドロポリシラザンは直鎖構造と6員環および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、液体または固体の物質でありうる(分子量によって異なる)。当該パーヒドロポリシラザンは、市販品を使用してもよく、当該市販品としては、アクアミカ NN120、NN120−20、NN110、NAX120、NAX120−20、NAX110、NL120A、NL120−20、NL110A、NL150A、NP110、NP140(AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製)等が挙げられる。
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。
第1の塗布液中のポリシラザンの含有量は、所望のガスバリア層の膜厚や塗布液のポットライフ等によっても異なるが、第1の塗布液の全量に対して、0.2質量%〜35質量%であることが好ましい。
前記第1の塗布液は、さらにアミン触媒、金属、および溶媒を含んでいてもよい。
アミン触媒および金属
アミン触媒および金属は、後述する改質処理において、ポリシラザンの酸化ケイ素化合物への転化を促進しうる。
用いられうるアミン触媒としては、特に制限されないが、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミン、3−モルホリノプロピルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,3−ジアミノプロパン、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキサンが挙げられる。
また、用いられうる金属としては、特に制限されないが、白金アセチルアセトナート等の白金化合物、プロピオン酸パラジウム等のパラジウム化合物、ロジウムアセチルアセトナート等のロジウム化合物が挙げられる。
アミン触媒および金属は、ポリシラザンに対して、0.1〜10質量%含むことが好ましく、0.2〜5質量%含むことが好より好ましく、0.5〜2質量%含むことがさらに好ましい。触媒添加量を上記範囲とすると、反応の急激な進行よる過剰なシラノール形成、膜密度の低下、および膜欠陥の増大等を防止しうることから好ましい。
溶媒
第1の塗布液に含有されうる溶媒としては、ポリシラザンと反応するものでなければ特に制限はなく、公知の溶媒が用いられうる。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、ハロゲン化炭化水素等の炭化水素系溶媒;脂肪族エーテル、脂環式エーテル等のエーテル系溶媒が挙げられる。より詳細には、炭化水素溶媒としては、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、塩化メチレン、トリクロロエタン等が挙げられる。また、エーテル系溶媒としては、ジブチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。これらの溶媒は単独で、または2種以上を混合して用いられうる。これらの溶媒は、ポリシラザンの溶解度や溶剤の蒸発速度等を考慮し、目的に応じて適宜選択されうる。
(塗膜の形成)
上記第1の塗布液を基材上に塗布することによって、塗膜が得られる。
第1の塗布液の塗布方法としては、適宜公知の方法が採用されうる。塗布方法としては、例えば、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、グラビア印刷法が挙げられる。
第1の塗布液の塗布量は、特に制限されないが、乾燥後のガスバリア層の厚さを考慮して適宜調節されうる。
第1の塗布液を塗布した後は、塗膜を乾燥させることが好ましい。塗膜を乾燥することによって、塗膜中に含有される有機溶媒を除去することができる。この際、塗膜に含有される有機溶媒は、すべてを乾燥させてもよいが、一部残存させていてもよい。一部の有機溶媒を残存させる場合であっても、好適なガスバリア層が得られうる。なお、残存する溶媒は後に除去されうる。
塗膜の乾燥温度は、適用する基材によっても異なるが、50〜200℃であることが好ましい。例えば、ガラス転位温度(Tg)が70℃のポリエチレンテレフタレート基材を基材として用いる場合には、乾燥温度は、熱による基材の変形等を考慮して150℃以下に設定することが好ましい。上記温度は、ホットプレート、オーブン、ファーネスなどを使用することによって設定されうる。乾燥時間は短時間に設定することが好ましく、例えば、乾燥温度が150℃である場合には30分以内に設定することが好ましい。また、乾燥雰囲気は、大気雰囲気下、窒素雰囲気下、アルゴン雰囲気下、真空雰囲気下、酸素濃度をコントロールした減圧雰囲気下等のいずれの条件であってもよい。
また、均一な塗膜を得る観点から、アニールを行ってもよい。
アニール温度は、特に制限されないが、60〜200℃であることが好ましく、70〜160℃であることがより好ましい。当該アニール温度は、一定であっても、段階的に変化させても、連続的に温度を変化(昇温および/または降温)させてもよい。
アニール時間は、特に制限されないが、5秒〜24時間であることが好ましく、10秒〜2時間であることがより好ましい。
(真空紫外光照射)
上記で塗膜に真空紫外光を照射すると、塗膜を構成するポリシラザンが改質され第2のガスバリア層が形成される。ここで、ポリシラザンの改質とは、ポリシラザンが酸化ケイ素化合物および/または酸窒化ケイ素化合物へ転化することを意味する。なお、本明細書において「真空紫外光」とは、10〜200nmの波長を有する電磁波を含む紫外光を意味し、好ましくは100〜200nm、より好ましくは100〜180nmである。
以下に、真空紫外光照射によりパーヒドロポリシラザンが転化される際の反応機構を説明するが、当該反応機構は推定されるものであり、実際の反応が説明される反応機構と異なる経路で進行しても本発明の技術的範囲に含まれる。
(I)脱水素、およびこれに伴うSi−N結合の形成
パーヒドロポリシラザン中のSi−H結合やN−H結合は、真空紫外光照射による励起等で比較的容易に切断され、不活性雰囲気下ではSi−Nとして再結合すると考えられる(Siの未結合手が形成される場合もある)。すなわち、酸化することなくSiN組成として硬化する。この場合はポリマー主鎖の切断は生じない。Si−H結合やN−H結合の切断は触媒の存在や、加熱によって促進される。切断されたHはHとして膜外に放出される。
(II)加水分解・脱水縮合によるSi−O−Si結合の形成
パーヒドロポリシラザン中のSi−N結合は水により加水分解され、ポリマー主鎖が切断されてSi−OHを形成する。2つのSi−OHが脱水縮合すると、Si−O−Si結合を形成して硬化する。これは大気中でも生じうる反応であるが、不活性雰囲気下における真空紫外光照射では、照射の熱によって基材からアウトガスとして生じる水蒸気が主な水分源となると考えられる。水分が過剰となると脱水縮合しきれないSi−OHが残存し、SiO2.1〜2.3の組成で表されるガスバリア性の低い硬化膜となる。
(III)一重項酸素による直接酸化、Si−O−Si結合の形成
真空紫外光照射中、適当量の酸素が存在すると、酸化力が非常に強い一重項酸素が形成される。パーヒドロポリシラザン中のHやNは、Oと置き換わってSi−O−Si結合を形成して硬化する。ポリマー主鎖の切断により結合の組み換えを生じる場合もあると考えられる。
(IV)真空紫外光照射・励起によるSi−N結合切断を伴う酸化
真空紫外光のエネルギーはパーヒドロポリシラザン中のSi−Nの結合エネルギーよりも高いため、Si−N結合は切断され、周囲に酸素源(酸素、オゾン、水等)が存在すると酸化されてSi−O−Si結合(場合によってはSi−O−N結合)を生じると考えられる。ポリマー主鎖の切断により結合の組み換えを生じる場合もあると考えられる。
ポリシラザンを含有する層に真空紫外光照射を施した層の酸化窒化ケイ素の組成の調整は、上述の(I)〜(IV)の酸化機構を適宜組み合わせて酸化状態を制御することで行うことができる。上述のように、当該酸化機構は、シラノールを経由することなく直接酸化されることから(光量子プロセスと呼ばれる光子の作用)、当該酸化過程において体積変化が少なく、高密度で欠陥の少ない酸化ケイ素膜および/または酸窒化ケイ素膜が得られうる。その結果、より緻密な酸化ケイ素膜および/または酸窒化ケイ素膜が得られうる。したがって、真空紫外光の照射によりポリシラザンが改質されて得られるガスバリア層は、高いバリア性を有しうる。
真空紫外光の光源としては、特に限定されず、公知のものが使用されうる。例えば、低圧水銀ランプ、エキシマランプ等が挙げられる。これらのうち、エキシマランプ、特にキセノン(Xe)エキシマランプを用いることが好ましい。
前記キセノンエキシマランプ等の希ガスエキシマランプは、真空紫外光を照射できる。Xe、Kr、Ar、Ne等の希ガスの原子は最外殻電子が閉殻となっており、化学的に非常に不活性であることから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(励起原子)は、他の原子と結合して分子を形成することができる。例えば、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)
となる。この際、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、172nmのエキシマ光(真空紫外光)が発光する。上記エキシマランプは前記エキシマ光を利用する。前記エキシマ光を発生させる方法としては、例えば、誘電体バリア放電を用いる方法および無電極電界放電を用いる方法が挙げられる。
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した場合に、ガス空間に生じる雷に似た非常に細いmicro dischargeと呼ばれる放電である。前記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は管壁全体に広がり、生成・消滅を繰り返していることから、肉眼でも分か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。
また、無電極電界放電とは、容量性結合による無電極電界放電であり、別名RF放電とも呼ばれる。具体的には、誘電体バリア放電と同様にランプや電極等が配置され、前記電極に極間に印加される高周波は数MHzの高周波電圧を印加した場合に生じる空間的・時間的に一様な放電である。当該無電極電界放電を用いる方法では、チラツキが無く、長寿命のランプが得られうる。
誘電体バリア放電の場合には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。当該外部電極としては、光を遮らないように細い金属線を用いた網状の電極が用いられうる。しかしながら、前記外部電極は、真空紫外光照射によって発生するオゾン等により損傷しうる。そこで、電極の損傷を防ぐために、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とし、合成石英の窓を設けて照射光を取り出す必要が生じる。二重円筒型ランプは、外径が約25mmであるため、ランプ軸の直下とランプ側面とでは照射面までの距離の差を無視することができず、前記距離によっては照度に大きな差が生じうる。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るとは限らない。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うる。しかし、前記合成石英の窓は、高価な消耗品であるばかりでなく、光の損失も生じうる。
一方、無電極電界放電の場合には、外部電極を網状にする必要はなく、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りうる。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うる。しかしながら、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。
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うためのガスを封入しているだけである。
細管ランプの管の外径は6〜12mmであることが好ましく、あまり太いと始動に高い電圧が必要になる。
放電の形態は誘電体バリア放電であっても、無電極電界放電であってもよい。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ることでランプをしっかり固定でき、また、電極がランプに密着することで放電がより安定しうる。またアルミで曲面を鏡面にすれば光の反射板としても機能しうる。
このようなエキシマ光(真空紫外光)の照射装置は、市販のランプ(例えば、ウシオ電機株式会社製)を使用することが可能である。
エキシマランプは、エキシマ光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点に特徴を有し、効率性が高い。また、余分な光が放射されないことから、対象物の温度を低く保つことができる。さらに、始動・再始動に時間を要さないことから、瞬時に点灯点滅が可能となる。特に、Xeエキシマランプは、波長の短い172nmの真空紫外光を単一波長で放射することから、発光効率に優れている。当該Xeエキシマランプは、172nmと波長が短く、エネルギーが高いことから、有機化合物の結合の切断能が高いことが知られている。また、Xeエキシマランプは、酸素の吸収係数が大きいため、微量な酸素であっても効率よく活性酸素やオゾンを発生させることができる。したがって、例えば、波長185nmの真空紫外光を発する低圧水銀ランプと対比すると、Xeエキシマランプは、高い有機化合物の結合切断能を有し、活性酸素やオゾンを効率的に発生させることができ、低温かつ短時間でポリシラザンの改質処理をすることができる。また、Xeエキシマランプは、光の発生効率が高いため、低電力で瞬時に点灯点滅が可能であり、単一の波長を発光できることから、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等の経済的観点、および熱によるダメージを受けやすい基材を用いたガスバリア性フィルムへの適用等の観点からも好ましい。
このように、エキシマランプは光の発生効率が高いため、低電力で点灯させることができ、また、照射対象物の表面温度の上昇を抑制することができる。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の増加および/または膜質の高密度化が可能である。
真空紫外光照射の条件は、一般的に、照射強度と照射時間の積で表される積算光量を指標として転化反応を検討するが、酸化シリコンのように組成は同一であっても、様々な構造形態をとる材料を用いる場合には、照射強度の絶対値が重要になることもある。
真空紫外光照射の照射強度は、使用する基材やポリシラザン層の組成、濃度等によっても異なるが、1mW/cm〜100kW/cmであることが好ましく、1mW/cm〜10W/cmであることがより好ましい。
真空紫外光照射の時間は、使用する基材やポリシラザン層の組成、濃度等によっても異なるが、0.1秒〜10分であることが好ましく、0.5秒〜3分であることがより好ましい。
真空紫外光の積算光量は、特に制限されないが、200〜5000mJ/cmであることが好ましく、500〜3000mJ/cmであることがより好ましい。真空紫外光の積算光量が200mJ/cm以上であると、十分な改質が行われることにより高いバリア性が得られうることから好ましい。一方、真空紫外光の積算光量が5000mJ/cm以下であると、基材が変形することなく平滑性の高いガスバリア層が形成されうることから好ましい。
また、真空紫外光の照射温度は、適用する基材によっても異なり、当業者によって適宜決定されうる。真空紫外光の照射温度は、50〜200℃であることが好ましく、80〜150℃であることがより好ましい。照射温度が上記範囲内であると、基材の変形や強度の劣化等が生じにくく、基材の特性が損なわれないことから好ましい。
さらに、真空紫外光の照射雰囲気は、特に制限されないが、活性酸素やオゾンを発生させて効率的に改質を行う観点から酸素を含む雰囲気下で行うことが好ましい。真空紫外照射の酸素濃度は10〜10000ppm(0.001〜1%)であることが好ましく、50〜5000ppmであることがより好ましい。酸素濃度が10ppm以上であると、改質効率が高くなることから好ましい。一方、酸素濃度が10000ppm以下であると、大気と酸素との置換時間が短縮されうることから好ましい。
紫外線照射の対象となる塗膜は、塗布時に酸素および微量の水分が混入し、さらには基材や隣接層等にも吸着酸素や吸着水が存在しうる。当該酸素等を利用すれば、照射庫内に新たに酸素を導入しなくとも、改質処理を行う活性酸素やオゾンの発生に要する酸素源は十分でありうる。また、Xeエキシマランプのような172nmの真空紫外光は酸素により吸収されるため、塗膜に到達する真空紫外線量が減少する場合があることから、真空紫外光の照射時には、酸素濃度を低く設定し、真空紫外光が効率よく塗膜まで到達できる条件とすることが好ましい。
真空紫外光の照射雰囲気中の酸素以外のガスは、乾燥不活性ガスであることが好ましく、コストの観点から、乾燥窒素ガスであることがより好ましい。なお、酸素濃度は、照射庫内へ導入する酸素ガス、不活性ガス等のガス流量を計測し、流量比を変えることで調整することができる。
発生させた真空紫外光は、照射効率向上と均一な照射を達成する観点から、発生源からの真空紫外光を反射板で反射させてから改質前のポリシラザン層に照射してもよい。また、真空紫外光の照射は、バッチ処理にも連続処理にも適用可能であり、使用する基材の形状によって適宜選定されうる。例えば、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連続的に真空紫外光を照射して改質を行うことが好ましい。
上述の改質処理によって得られるガスバリア層の膜厚や密度等は、塗布条件や真空紫外光照射の条件等を適宜選択することにより制御することができる。例えば、真空紫外光の照射方法を、連続照射、複数回に分割した照射、複数回の照射が短時間な、いわゆるパルス照射等から適宜選択することで、ガスバリア層の膜厚や密度等が制御されうる。
改質処理の程度については、形成された第2のガスバリア層をXPS分析することによって、ケイ素(Si)原子、窒素(N)原子、酸素(O)原子等の各原子組成比を求めることで確認できる。なお、本明細書において「XPS分析」は、実施例に記載の方法により測定されるものとする。
(第2のガスバリア層の構成)
第2のガスバリア層は、ポリシラザン化合物を含む塗布液を塗布して得られた塗膜に、真空紫外光を照射して形成されてなる。したがって、第2のガスバリア層は、酸化ケイ素および/または酸窒化ケイ素を含む。しかしながら、第1の塗布液の組成、塗布の条件、真空紫外光照射の条件等によって形成される第2のガスバリア層の構成が異なる場合があり、第2のガスバリア層の構成を一義的に規定することは難しい。例えば、第2のガスバリア層中には、未転化のポリシラザンが残存する場合や、ポリシラザンが水と反応することによりシラノールを形成する場合がある。
第2のガスバリア層の厚さは、第2のガスバリア層の厚さは50nm〜1μmであることが好ましく、100〜700nmであることがより好ましく、150nm超500nm以下であることがさらに好ましい。第2のガスバリア層の厚さが50nm以上であると、良好なガスバリア性が得られうることから好ましい。一方、第2のガスバリア層の厚さが1μm以下であると、欠陥の発生を抑制できることから好ましい。
本発明に係る第2のガスバリア層は、その組成SiOにおいて、下記式(1)および(2)
を満たす領域の厚さが、50nm以上であることが好ましく、50nm〜1μmであることがより好ましく、100〜700nmであることがさらに好ましく、150超500nm以下であることが特に好ましい。
上記組成式SiOにおいて、xは最小で0であり、yは最大で1である。xが0よりも高い値をとるためには外部の酸素源が必要となることが多い。Si、O、Nの結合手の関係を考慮すると、原則として、xおよびyは2x+3y≦4の範囲にある。酸化が完全に進行した場合(y=0)には、塗膜中にシラノール基を含有するようになり、2<x<2.5となる場合もある。
上記第2のガスバリア層の組成について、xおよびyが上記所定の範囲にある領域は、良好なガスバリア性を有し、かつ、長期的には主に水蒸気と反応して酸化されうる。このため、良好なガスバリア性により水蒸気等のガスの侵入を抑制することができる。また、たとえ製造工程や長期的な使用等によって生じうる欠陥を介して水蒸気等が侵入しても、当該水蒸気等を捕捉することができる。このような領域が50nm以上の厚さで存在すると、電子デバイスの保証期間を上回る長期間にわたって水蒸気を捕捉し続けることができることから好ましい。水蒸気捕捉層の厚さとしては、特に制限されないが、真空紫外光照射において、良好な改質を行うことができる膜厚に制限があるため、1.0μm以下であることが好ましく、500nm以下であることがより好ましい。
xが0.25以上であると、改質が十分に行われた結果、高いガスバリア性が得られうることから好ましい。一方、xが1.1以下であると、水蒸気等と反応可能な部位が一部残存し、高い水蒸気捕捉能を有することから好ましい。
また、yが0.4以上であると、改質が十分に行われた結果、高いガスバリア性が得られうることから好ましい。一方、yが0.75以下であると、水蒸気等と反応可能な部位が一部残存し、高い水蒸気捕捉能を有することから好ましい。
これらのxおよびyの数値は、上述の改質の反応機構からも明らかなように、酸素供給量を調節することで制御することができる。酸素供給源としては、(1)第1の塗布液に含まれる酸素や水分、(2)塗布乾燥過程の雰囲気中から塗膜に取り込まれる酸素や水分、(3)真空紫外光照射工程での雰囲気中から塗膜に取り込まれる酸素や水分、オゾン、一重項酸素、(4)真空紫外光照射工程で印加される熱等により基材側からアウトガスとして塗膜中に移動してくる酸素や水分、(5)真空紫外光照射工程が非酸化性雰囲気で行われる場合には、その非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気へと移動した際に、その雰囲気から塗膜に取り込まれる酸素や水分が挙げられる。
(第1のガスバリア層との関係)
本形態では、基材上に形成された第1のガスバリア層上に第2のガスバリア層が形成される。基材上にガスバリア層が形成されていることから、上記酸素源(4)の基材側からの酸素の一部(第1のガスバリア層によっては全部)の侵入が抑制されうる。他方、第2のガスバリア層の形成段階における塗膜の真空紫外光照射では、塗膜表層がはじめに改質される。その結果、上記酸素源(3)の雰囲気からの酸素等の取り込みも改質が進行するに従い抑制される。したがって、本形態では、第1および第2のガスバリア層を形成する条件を適宜設定することによってポリシラザンの転化に利用される酸素濃度を調節することができ、所望の組成比を有する第2のガスバリア層を形成することができる。
また、第2のガスバリア層は、第1のガスバリア層上に第1の塗布液の塗布し、次いで真空紫外光を照射することによって形成される。そのため、気相法であるALD法により形成された第1のガスバリア層に微小な欠陥があったとしても、欠陥自体は原子レベルと小さいため、第2のガスバリア層の形成段階で第1のガスバリア層の欠陥が効果的に補修されうる(補修効果)。また、第1のガスバリア層が真空紫外光を反射できる酸化アルミニウムを含むことから、界面付近であっても好適に上記補修が行われる。なお、当該補修効果は、上記(4)の酸素源制御にも寄与しうる。
このような第1のガスバリアフィルムと、第2のガスバリアフィルムとの作用によって、優れたガスバリア性を有するガスバリア性フィルムが得られるのである。また、上記の補修効果により、第1のガスバリア層は厳密に十分なガスバリア性を有していなくてもよい。その結果、低温でALD法を行うこともでき、安価な易熱性の基材も適用できるため、製造コストにも優れる。
なお、原因は必ずしも明らかではないが、その他の気相法、例えば、CVD法により第1のガスバリア層を形成したとしても、本形態のような上記の効果を得ることはできない。
[保護層]
一実施形態において、ガスバリア性フィルムは保護層を有していてもよい。保護層は、通常、第2のガスバリア層の第1のガスバリア層とは反対の面に配置される。
(ポリシロキサン系保護層)
前記保護層は、ポリシロキサン系保護層であることが好ましい。
ポリシロキサン系保護層は、ポリシロキサンおよび/またはポリシロキサンを改質してなる生成物を含む。
ポリシロキサン
ポリシロキサンとしては、特に制限されず、公知のものが用いられうる。なかでも下記一般式(2)で表されるオルガノポリシロキサンを用いることが好ましい。
上記一般式(2)において、R〜Rは、それぞれ独立して、C1〜C8の有機基を表す。この際、前記R〜Rの少なくとも1つは、アルコキシ基または水酸基であり、mは1以上の整数である。C1〜C8の有機基としては、特に制限されないが、γ−クロロプロピル基、3,3,3−トリフロロプロピル基等のハロゲン化アルキル基;ビニル基等のアルケニル基;フェニル基等のアリール基;γ−メタクリルオキシプロピル基等の(メタ)アクリル酸エステル基;γ−グリシドキシプロピル基等のエポキシ含有アルキル基;γ−メルカプトプロピル基等のメルカプト含有アルキル基;γ−アミノプロピル基等のアミノアルキル基;γ−イソシアネートプロピル基等のイソシアネート含有アルキル基;メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等の直鎖または分岐鎖アルキル基;シクロヘキシル基、シクロペンチル基等の脂環状アルキル基;メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基等の直鎖状または分岐状アルコキシ基;アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、バレリル基、カプロイル基等のアシル基が挙げられる。
上記一般式(2)で表されるオルガノポリシロキサンのうち、mが1以上、かつ、重量平均分子量(ポリスチレン換算)が1000〜20000であるオルガノポリシロキサンを用いることがより好ましい。オルガノポリシロキサンの重量平均分子量が1000以上であると、形成されるポリシロキサン系保護層に亀裂が生じにくくなり、ガスバリア性を維持しうることから好ましい。一方、オルガノポリシロキサンの重量平均分子量が20000以下であると、形成されるポリシロキサン系保護層が十分に硬化され、保護層として十分な硬度が得られうることから好ましい。
ポリシロキサンを改質してなる生成物
ポリシロキサンを改質してなる生成物は、上述のポリシロキサンを真空紫外光等で改質して形成することができる。当該ポリシロキサンを改質してなる生成物の具体的な組成は明らかではない。
ポリシロキサン系保護層は、単層であっても、2層以上が積層されたものであってもよい。2層以上が積層される場合には、各層は同じ成分からなるものであっても、異なる成分からなるものであってもよい。
ポリシロキサン系保護層の厚さは、所望の性能に応じて適宜に設定されうる。例えば、ポリシロキサン系保護層の厚さは、100nm〜10μmであることが好ましく、50nm〜1μmであることがより好ましい。ポリシロキサン系保護層の厚さが100nm以上であると、十分なバリア性が得られうることから好ましい。一方、ポリシロキサン系保護層の厚さが10μm以下であると、高い光線透過性を実現でき、かつ、ポリシロキサン系保護層の形成に際して安定した塗布を行うことができることから好ましい。
ポリシロキサン系保護層の膜密度は、通常、0.35〜1.2g/cmであり、好ましくは0.4〜1.1g/cmであり、より好ましくは0.5〜1.0g/cmである。膜密度が0.35g/cm以上であると、十分な塗膜の機械的強度を得ることができることから好ましい。一方、膜密度が1.2g/cm以下であると、ポリシロキサン系保護層のクラックが生じにくくなることから好ましい。
ポリシロキサン系保護層の形成
ポリシロキサン系保護層は、第2の塗布液を塗布することによって形成することができる。
第2の塗布液
第2の塗布液は、ポリシロキサンを含む。
ポリシロキサンは上述したものと同様のものが用いられうることから、ここでは説明を省略する。
また、前記第2の塗布液は、さらに溶媒や適宜公知の成分を含んでいてもよい。
第2の塗布液に含有されうる溶媒としては、特に制限されないが、水、アルコール系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒等が挙げられる。アルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、n−ヘキシルアルコール、n−オクチルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレンモノメチルエーテルアセテート、ジアセトンアルコール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ等が挙げられる。芳香族炭化水素系溶媒としては、トルエン、キシレン等が挙げられる。エーテル系溶媒としては、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン等が挙げられる。ケトン系溶媒としては、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられる。エステル系溶媒としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸エトキシエチル等が挙げられる。これらの他、ジクロロエタン、酢酸等の溶媒を用いてもよい。これらの溶媒は、単独で、または2種以上を混合して用いられうる。
公知の成分としては、アミノシラン化合物、エポキシシラン化合物、コロイダルシリカ、および硬化触媒が挙げられる。
第2の塗布液の塗布方法としては、従来公知の適切な湿式コーティング法が採用されうる。具体的には、スピンコート、ディッピング、ローラーブレード、スプレー法等が挙げられる。
第2の塗布液の塗布量は、特に制限されないが、乾燥後のポリシロキサン系保護層の厚さを考慮して適宜調節されうる。
第2の塗布液を塗布した後は、塗膜を乾燥させることが好ましい。塗膜を乾燥することによって、塗膜中に含有される有機溶媒を除去することができる。この際、塗膜に含有される有機溶媒は、すべてを乾燥させてもよいが、一部残存させていてもよい。一部の有機溶媒を残存させる場合であっても、好適なポリシロキサン系保護層が得られうる。乾燥方法は、上記第2のガスバリア層における「塗膜の形成」と同様の方法が適用されうる。
このように得られた塗膜にさらに真空紫外光照射を行い、ポリシロキサンを改質したものをポリシロキサン系保護層としてもよい。真空紫外光照射は、上記第2のガスバリア層における「真空紫外光照射」と同様の方法が適用され、照射条件は、所望とする性能に応じて適宜設定されうる。なお、改質されて得られるポリシロキサンの具体的な組成は明らかではない。
(その他の保護層)
前記保護層は、ポリシロキサン系保護層以外のその他の保護層を用いてもよい。
その他の保護層としては、硬化性樹脂系保護層が挙げられる。
硬化性樹脂系保護層は、有機樹脂組成物塗布液を塗布して塗膜を形成し、熱処理や光照射処理により硬化させて形成されうる。
有機樹脂組成物塗布液
有機樹脂組成物塗布液は、通常、熱硬化性樹脂および/または光硬化性樹脂、光重合開始剤、並びに溶媒を含む。
熱硬化性樹脂としては、熱処理によって硬化するものであれば特に制限されないが、フェノール樹脂(PF)、エポキシ樹脂(EP)、メラミン樹脂(MF)、尿素樹脂(UF)、不飽和ポリエステル樹脂(UP)、アルキド樹脂、ポリウレタン(PUR)、熱硬化性ポリイミド(PI)等が挙げられる。
光硬化性樹脂としては、光処理によって硬化するものであれば特に制限されないが、ラジカル反応性不飽和結合を有するアクリレート化合物を含有する樹脂、アクリレート化合物とチオール基を有するメルカプト化合物を含有する樹脂、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、グリセロールメタクリレート等の多官能アクリレートモノマーを含有する樹脂、米国特許第6503634号明細書に記載の「ORMOCER」等が挙げられる。また、分子内に光重合性不飽和基を1個以上有するモノマーを用いてもよい。当該モノマーとしては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、n−ペンチルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、n−デシルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、アリルアクリレート、ベンジルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、ブトキシエチレングリコールアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、グリセロールアクリレート、グリシジルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、イソボニルアクリレート、イソデキシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、2−メトリキエチルアクリレート、メトキシエチレングリコールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ステアリルアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサジオールジアクリレート、1,3−プロパンジオールアクリレート、1,4−シクロヘキサンジオールジアクリレート、2,2−ジメチロールプロパンジアクリレート、グリセロールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、グリセロールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ポリオキシエチルトリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、エチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールトリアクリレート、エチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロピオンオキサイド変性ペンタエリスリトールトリアクリレート、プロピオンオキサイド変性ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリオキシプロピルトリメチロールプロパントリアクリレート、ブチレングリコールジアクリレート、1,2,4−ブタンジオールトリアクリレート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタジオールジアクリレート、ジアリルフマレート、1,10−デカンジオールジメチルアクリレート、ペンタエリスリトールヘキサアクリレート、及び、上記のアクリレートをメタクリレートに換えたもの、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、1−ビニル−2−ピロリドン等が挙げられる。
前記熱硬化性樹脂および/または光硬化性樹脂は、重合性基および/または架橋性基を含むことが好ましい。前記重合性基および架橋性基としては、熱処理や光照射により重合反応や架橋反応が生じるものであれば特に制限されず、公知の官能基が挙げられる。具体的には、エチレン性不飽和基、エポキシ基、オキセタニル基等の環状エーテル基等の重合性基;チオール基、ハロゲン原子、オニウム塩構造等の架橋基等が挙げられる。これらのうち、エチレン性不飽和基を有することが好ましく、当該エチレン性不飽和基としては、特開2007−17948号公報に記載された官能基が挙げられる。
上述の熱硬化性樹脂および/または光硬化性樹脂は、単独で、または2種以上を混合して用いられうる。
前記光重合開始剤としては、特に制限されないが、ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4,4−ビス(ジメチルアミン)ベンゾフェノン、4,4−ビス(ジエチルアミン)ベンゾフェノン、α−アミノ・アセトフェノン、4,4−ジクロロベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4−メチルジフェニルケトン、ジベンジルケトン、フルオレノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、p−tert−ブチルジクロロアセトフェノン、チオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、ベンジルメトキシエチルアセタール、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、アントラキノン、2−tert−ブチルアントラキノン、2−アミルアントラキノン、β−クロルアントラキノン、アントロン、ベンズアントロン、ジベンズスベロン、メチレンアントロン、4−アジドベンジルアセトフェノン、2,6−ビス(p−アジドベンジリデン)シクロヘキサン、2,6−ビス(p−アジドベンジリデン)−4−メチルシクロヘキサノン、2−フェニル−1,2−ブタジオン−2−(o−メトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1,3−ジフェニル−プロパントリオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1−フェニル−3−エトキシ−プロパントリオン−2−(o−ベンゾイル)オキシム、ミヒラーケトン、2−メチル[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モノフォリノ−1−プロパン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モノフォリノフェニル)−ブタノン−1、ナフタレンスルホニルクロライド、キノリンスルホニルクロライド、n−フェニルチオアクリドン、4,4−アゾビスイソブチロニトリル、ジフェニルジスルフィド、ベンズチアゾールジスルフィド、トリフェニルホスフィン、カンファーキノン、四臭素化炭素、トリブロモフェニルスルホン、過酸化ベンゾイン、エオシン、メチレンブルー等の光還元性の色素と還元剤(アスコルビン酸、トリエタノールアミン等)との組み合わせ等が挙げられる。これらの光重合開始剤は単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
前記溶媒としては、特に制限されないが、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルコール類;α−またはβ−テルピネオール等のテルペン類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、N−メチル−2−ピロリドン、ジエチルケトン、2−ヘプタノン、4−ヘプタノン等のケトン類;トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;セロソルブ、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、カルビトール、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールエーテル類;酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、2−メトキシエチルアセテート、シクロヘキシルアセテート、2−エトキシエチルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、3−エトキシプロピオン酸エチル、安息香酸メチル等のエステル類;N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類が挙げられる。これらの溶媒は単独で、または2種以上を混合して用いてもよい。
前記有機樹脂組成物塗布液は、必要に応じてさらに酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、無機粒子、カップリング材、感光性樹脂以外の樹脂等の添加剤が添加されていてもよい。
これらのうち、好ましい添加剤は無機粒子およびカップリング材である。
前記無機粒子を添加することで、硬化性樹脂系保護層の弾性率が調節されうる。
無機粒子としては、特に制限されないが、SiO、Al、TiO、ZrO、ZnO、SnO、In、BaO、SrO、CaO、MgO、VO、V、CrO、MoO、MoO、MnO、Mn、WO、LiMn、CdSnO4、CdIn、ZnSnO、ZnSnO、ZnIn、CdSnO、CdIn、ZnSnO、ZnSnO、ZnIn等が挙げられる。また、無機粒子として、天然雲母、合成雲母等の雲母群、式3MgO・4SiO・HOで表されるタルク、テニオライト、モンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、合成スメクタイト、リン酸ジルコニウムなどの平板状粒子を用いてもよい。前記天然雲母としては、白雲母、ソーダ雲母、金雲母、黒雲母、鱗雲母等が挙げられる。また、合成雲母としては、フッ素金雲母KMg(AlSi10)F、カリ四ケイ素雲母KMg2.5(Si10)F等の非膨潤性雲母;およびNaテトラシリリックマイカNaMg2.5(Si10)F、NaまたはLiテニオライト(Na,Li)MgLi(Si10)F、モンモリロナイト系のNaまたはLiヘクトライト(Na,Li)1/8Mg2/5Li1/8(Si10)F等の膨潤性雲母等が挙げられる。これらの無機粒子は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
無機粒子の数平均粒径は、1〜200nmであることが好ましく、3〜100nmであることがより好ましい。
前記無機粒子は、表面処理が行われていてもよい。
無機粒子は近年の学術論文に記載の方法に従って自ら調製してもよいが、市販品を用いてもよい。当該市販品としては、のスノーテックスシリーズやオルガノシリカゾル(日産化学工業株式会社製)、NANOBYKシリーズ(ビックケミー・ジャパン株式会社製)、NanoDur(Nanophase Technologies社製)等が挙げられる。
硬化性樹脂系保護層中の無機粒子の含有量は、硬化性樹脂系保護層の質量に対して、10〜95質量%であることが好ましく、20〜90質量%であることがより好ましい。
また、前記カップリング材を添加することで、他の材料を混合することができる。
カップリング剤としては、特に制限されないが、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤等が挙げられる。これらのうち、塗布液の安定性の観点からシランカップリング剤を用いることが好ましい。
前記シランカップリング剤としては、2−クロロエチルトリメトキシシラン,2−クロロエチルトリエトキシシラン,3−クロロプロピルトリメトキシシラン,3−クロロプロピルトリエトキシシラン等のハロゲン含有シランカップリング剤;2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピルトリメトキシシラン、2−グリシジルオキシエチルトリメトキシシラン、2−グリシジルオキシエチルトリエトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシ基含有シランカップリング剤;2−アミノエチルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−[N−(2−アミノエチル)アミノ]エチルトリメトキシシラン、3−[N−(2−アミノエチル)アミノ]プロピルトリメトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノ]プロピルトリエトキシシラン、3−[N−(2−アミノエチル)アミノ]プロピルメチルジメトキシシラン等のアミノ基含有シランカップリング剤;2−メルカプトエチルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン等のメルカプト基含有シランカップリング剤;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランなど)、(メタ)アクリロイル基含有シランカップリング剤(2−メタクリロイルオキシエチルトリメトキシシラン、2−メタクリロイルオキシエチルトリエトキシシラン、2−アクリロイルオキシエチルトリメトキシシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン等のビニル基含有シランカップリング剤等が挙げられる。これらのシランカップリング剤は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
硬化性樹脂系保護層の形成
有機樹脂組成物塗布液のコーティング方法としては、特に制限されないが、スピンコーティング法、スプレー法、ブレードコーティング法、ディップ法等の湿式コーティング法、または蒸着法等の乾式コーティング法が挙げられる。コーティングされた有機樹脂組成物塗布液中に含まれる溶媒等を乾燥除去し、硬化することによって硬化性樹脂系保護層が形成されうる。
有機樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合には、前記硬化は、通常、加熱によって行う。加熱温度は用いる熱硬化性樹脂によっても異なるが、60〜150℃であることが好ましい。一方、有機樹脂として光硬化性樹脂を用いる場合には、前記硬化は、通常、電離放射線により行う。当該電離放射線としては、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、メタルハライドランプ等から発せられる100〜400nm、好ましくは200〜400nmの波長領域の真空紫外光、または走査型やカーテン型の電子線加速器から発せられる100nm以下の波長領域の電子線が使用されうる。前記光照射は、真空紫外光照射によって行ってもよい。真空紫外光によって硬化性樹脂系保護層を形成すると、第2のガスバリア層と硬化性樹脂系保護層とを同一ラインで塗布形成することができる。
[中間層]
上述の基材、第1のガスバリア層、第2のガスバリア層、および保護層の層間または表面には、本発明の効果を損なわない範囲で別途中間層を設けてもよい。
例えば、基材と第1のガスバリア層との層間、または基材の第1のガスバリア層が配置された面とは反対の面(基材表面)には、アンカーコート層、平滑層、およびブリードアウト防止層等の中間層が形成されうる。
(アンカーコート層)
アンカーコート層は、基材とガスバリア層との密着性を向上させ、かつ、高い平滑性を付与する機能を有する。アンカーコート層は、例えば、アンカーコート剤を基材上に塗布することによって形成されうる。
用いられうるアンカーコート剤としては、特に制限されないが、ポリエステル樹脂、イソシアネート樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エチレンビニルアルコール樹脂、ビニル変性樹脂、エポキシ樹脂、変性スチレン樹脂、変性シリコン樹脂、およびアルキルチタネート等が挙げられる。これらのアンカーコート剤は、単独で、または2種以上組み合わせて用いられうる。前記アンカーコート剤には、さらに公知の添加剤、例えば溶剤、希釈剤等を加えてもよい。
アンカーコート剤の基材へのコーティング方法としては、特に制限されないが、ロールコート、グラビアコート、ナイフコート、ディップコート、スプレーコート等が挙げられる。基材上にコーティングされたアンカーコート剤中に含まれうる溶剤や希釈剤等を乾燥除去することによって、アンカーコート層が形成されうる。
当該アンカーコート剤は、乾燥状態で0.1〜5g/mとなる塗布量で塗布されることが好ましい。
(平滑層)
平滑層は、通常、基材の一方の面上に形成され、微小な突起等が存在する基材の粗面を平坦化し、基材上に成膜するガスバリア層などにおける凹凸やピンホールの発生を防止する機能を有する。平滑層は、感光性樹脂組成物を基材上に塗布した後、硬化させることによって形成されうる。
前記感光性樹脂組成物は、通常、感光性樹脂、光重合開始剤、および溶媒を含む。
前記感光性樹脂としては、光重合性不飽和結合を分子内に1個以上有する反応性モノマーを含有している感光性樹脂であれば特に制限されないが、ラジカル反応性不飽和結合を有するアクリレート化合物を含有する樹脂、アクリレート化合物とチオール基を有するメルカプト化合物を含有する樹脂、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、グリセロールメタクリレート等の多官能アクリレートモノマーを含有する樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、単独で、または2種以上を混合して用いられうる。
前記光重合開始剤としては、特に制限されないが、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンゾイン、ベンジルメチルケタール、ベンゾインベンゾエート、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−(4−モルフォリニル)−1−プロパン、α−アシロキシムエステル、チオキサンソン類等が挙げられるこれらの光重合開始剤は、単独で、または2種以上を組み合わせて用いられうる。
前記溶媒としては、特に制限されないが、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルコール類;α−またはβ−テルピネオール等のテルペン類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、N−メチル−2−ピロリドン、ジエチルケトン、2−ヘプタノン、4−ヘプタノン等のケトン類;トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;セロソルブ、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、カルビトール、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールエーテル類;酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、2−メトキシエチルアセテート、シクロヘキシルアセテート、2−エトキシエチルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、3−エトキシプロピオン酸エチル、安息香酸メチル等のエステル類;N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類が挙げられる。これらの溶媒は単独で、または2種以上を混合して用いてもよい。
前記感光性樹脂組成物は、必要に応じてさらに酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、無機粒子、感光性樹脂以外の樹脂等の添加剤が添加されていてもよい。
これらのうち、好ましい添加剤の一つは、表面に光重合反応性を有する感光性基が導入された反応性シリカ粒子(以下、単に「反応性シリカ粒子」とも称する)である。前記光重合性を有する感光性基としては、特に制限されないが、例えば(メタ)アクリロイルオキシ基に代表される重合性不飽和基が挙げられる。反応性シリカ粒子が有する光重合性を有する感光性基と、感光性樹脂が有する重合性不飽和基とが反応することによってガスバリア層との密着性が向上しうる。
前記反応性シリカ粒子としては、特に制限されないが、重合性不飽和基修飾加水分解性シランが有する加水分解性シリル基を加水分解することによって、シリカ粒子とシリルオキシ基を生成して得られたもの、すなわち、重合性不飽和基修飾加水分解性シランとシリカ粒子とが化学的に結合したものでありうる。前記加水分解性シリル基としては、特に制限されないが、アルコキシシリル基;アセトキシシリル基等のカルボキシレートシリル基;クロロシリル基等のハロゲン化シリル基;アミノシリル基;オキシムシリル基;ヒドリドシリル基が挙げられる。なお、重合性不飽和基としては、特に制限されないが、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニル基、プロペニル基、ブタジエニル基、スチリル基、エチニル基、シンナモイル基、マレート基、アクリルアミド基等が挙げられる。
前記反応性シリカ粒子の平均粒子径としては、0.001〜0.1μmであることが好ましく、0.001〜0.01μmであることがより好ましい。反応性シリカ粒子が、上記範囲の平均粒子径を有することにより、感光性樹脂組成物に含有されうる後述のマット剤と組み合せて用いることで、防眩性と解像性とをバランスよく満たす光学特性およびハードコート性を有しうる。
前記反応性シリカ粒子を感光性樹脂組成物中に含む場合、反応性シリカ粒子は、20〜60質量%で含有されることが好ましい。反応性シリカ粒子が20質量%以上含有されると、ガスバリア層との密着性が向上しうることから好ましい。一方、反応性シリカ粒子が60質量%以下であると、高温高湿環境下におけるフィルムの変形が抑制され、これに伴うクラックの発生を抑制しうることから好ましい。
また、感光性樹脂組成物はマット剤を含むことが好ましい。マット剤を含有することによって光学特性が調整されうる。
マット剤としては、特に制限されず、シリカ、アルミナ、タルク、クレイ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化ジルコニウム等が用いられうる。前記マット剤は、単独で、または2種以上を組み合わせて使用されうる。
マット剤の平均粒子径は、0.1〜10μmであることが好ましく、1〜10μmであることがより好ましい。マット剤が上記範囲の平均粒子径を有することにより、感光性樹脂組成物に含有されうる上述の反応性シリカ粒子と組み合せて用いることで、防眩性と解像性とをバランスよく満たす光学特性およびハードコート性を有しうる。
感光性樹脂組成物中のマット剤の含有量は、感光性樹脂組成物中の固形分100質量部に対して、好ましくは2〜20質量部、より好ましくは4〜18質量部、さらに好ましくは6〜16質量部ある。
また、感光性樹脂組成物に含有されうる好ましい添加剤の一つは、感光性樹脂以外の樹脂である。当該感光性樹脂以外の樹脂としては、特に制限されないが、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、電離放射線硬化性樹脂が挙げられる。
熱可塑性樹脂の具体例としては、アセチルセルロース、ニトロセルロース、アセチルブチルセルロース、エチルセルロース、メチルセルロース等のセルロース誘導体;酢酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン等のビニル系樹脂およびこれらの共重合体;ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール等のアセタール系樹脂;アクリル樹脂、メタクリル樹脂等のアクリル系樹脂およびこれらの共重合体;ポリスチレン系樹脂;ポリアミド系樹脂;線状ポリエステル系樹脂;ポリカーボネート系樹脂等が挙げられる。
熱硬化性樹脂の具体例としては、アクリルポリオールとイソシアネートプレポリマーとからなる熱硬化性ウレタン樹脂、フェノール樹脂、尿素メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコン樹脂等が挙げられる。
電離放射線硬化性樹脂の具体例としては、光重合性プレポリマーもしくは光重合性モノマー等の1または2種以上を混合した電離放射線硬化塗料に、電離放射線(紫外線または電子線)を照射して硬化するものが挙げられる。この際、前記光重合性プレポリマーとしては、1分子中に2個以上のアクリロイル基を有し、架橋硬化すると3次元網目構造を形成するウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、メラミンアクリレート等のアクリル系プレポリマーが特に好ましい。また、光重合性モノマーとしては、上述の光感光性樹脂等が使用されうる。
感光性樹脂組成物の基材へのコーティング方法としては、特に制限されないが、スピンコーティング法、スプレー法、ブレードコーティング法、ディップ法等の湿式コーティング法、または蒸着法等の乾式コーティング法が挙げられる。基材上にコーティングされた感光性樹脂組成物中に含まれる溶媒等を乾燥除去し、硬化することによって平滑層が形成されうる。
前記硬化には、電離放射線が用いられうる。当該電離放射線としては、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、メタルハライドランプ等から発せられる100〜400nm、好ましくは200〜400nmの波長領域の真空紫外光、または走査型やカーテン型の電子線加速器から発せられる100nm以下の波長領域の電子線が使用されうる。
平滑層の平滑性は、JIS B 0601に規定される表面粗さで表現される値で、最大断面高さRt(p)が、10〜30nmであることが好ましい。Rtが10nm以上であると、後述するポリシラザンを含む塗布液を塗布して塗膜を形成する工程(2)において、ワイヤーバー、ワイヤレスバー等の塗布方式で平滑層表面に塗工手段が接触する場合に、安定した塗布性が得られうることから好ましい。一方、Rtが30nm以下であると、後述の工程で得られるガスバリア層の凹凸が平滑化されうることから好ましい。
平滑層の厚さとしては、特に制限されないが、1〜10μmであることが好ましく、2〜7μmであることがより好ましい。平滑層の厚さが1μm以上であると、上記平滑層としての機能を十分に発揮しうることから好ましい。一方、平滑層の厚さが10μm以下であると、ガスバリア性フィルムの光学特性のバランスを調整することができ、ガスバリア性フィルムのカールを抑制しうることから好ましい。
(ブリードアウト防止層)
平滑層を有する基材は、加熱の際に基材中から表面に未反応のオリゴマー等が移行して、基材表面が汚染されうる。ブリードアウト防止層は、当該基材表面の汚染を抑制する機能を有する。当該ブリードアウト防止層は、通常、平滑層を有する基材の平滑層とは反対の面に設けられる。
ブリードアウト防止層は、上記機能を有していれば、平滑層と同じ構成であってもよい。すなわち、ブリードアウト防止層は、感光性樹脂組成物を基材上に塗布した後、硬化させることによって形成されうる。
前記感光性樹脂組成物は、感光性樹脂、光重合開始剤、および溶媒を含む。前記感光性樹脂、光重合開始剤、および溶媒は上述の平滑層に記載のものと同様のものが用いられうる。また、前記感光性樹脂組成物は、上述の平滑層と同様に、さらに酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、無機粒子、感光性樹脂以外の樹脂等の添加剤が添加されていてもよい。
したがって、例えば、各種成分を適宜配合して所定の希釈溶剤を加えて塗布液を調製し、当該塗布液を基材上に公知の塗布方法によって塗布する。その後、電離放射線を照射して硬化させることによりブリードアウト防止層が形成されうる。
ブリードアウト防止層の厚さとしては、1〜10μmであることが好ましく、2〜7μmであることがより好ましい。ブリードアウト防止層の厚さが1μm以上であると、ガスバリア性フィルムの耐熱性が向上しうることから好ましい。一方、ブリードアウト防止層の厚さが10μm以下であると、ガスバリア性フィルムの光学特性が好適に調整され、また、ガスバリア性フィルムのカールを抑制しうることから好ましい。
基材上に、上述のアンカーコート層、平滑層、およびブリードアウト層からなる群から選択される少なくとも1つの中間層が形成される場合には、基材および中間層の総膜厚は、5〜500μmであることが好ましく、25〜250μmであることがより好ましい。
また、第1のガスバリア層と第2のガスバリア層との層間に中間層を形成してもよい。
当該中間層は、第1のガスバリア層のガスバリア性を強化する目的,第1のガスバリア層と第2のガスバリア層との接着性を強化する目的等で形成されうる。この際、前記中間層は、本発明の効果を損なわない範囲で形成される。
中間層は、無機層、有機層、および有機無機ハイブリッド層等のいずれであってもよいが、無機層であることが好ましい。
無機層の材料としては、特に制限されないが、ジルコニア、チタニア等が挙げられる。
無機層の厚さとしては、0.05〜10nmであることが好ましく、0.1〜5nmであることがより好ましい。
無機層の形成方法としては、ALD法が挙げられ、第1のガスバリア層に続けてALD法で形成されることが好ましい。
<第2の形態:ガスバリア性フィルムの製造方法>
本発明の第2の形態によれば、基材と、酸化アルミニウムを含む第1のガスバリア層と、第2のガスバリア層とがこの順に積層されてなるガスバリア性フィルムの製造方法が提供される。この際、前記製造方法は、前記基材上に、アルミニウム化合物を用いてALD法により第1のガスバリア層を形成する工程(1)と、ポリシラザン化合物を含む塗布液を、前記第1のガスバリア層上に塗布し、真空紫外光を照射して第2のガスバリア層を形成する工程(2)と、を含む。
一実施形態において、前記製造方法は、保護層を形成する工程(3)を含んでもよい。工程(3)はより詳細には、ポリシロキサンを含む第2の塗布液等を塗布して保護層を形成する工程である。当該工程(3)は第2の塗布液を塗布して得られた塗膜に真空紫外光照射等の硬化処理を行ってもよい。
上記工程(1)〜(3)は適宜第1の形態の記載が適宜参照されうる。
<第3の形態:電子デバイス>
本発明の一実施形態によれば、電子デバイス本体と、上述のガスバリア性フィルムとを含む電子デバイスが提供される。
[電子デバイス本体]
電子デバイス本体としては、特に制限されず、ガスバリア性フィルムが適用されうる公知の電子デバイス本体が挙げられる。例えば、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子、有機太陽電池(PV)素子、CIGS太陽電池素子、液晶表示素子(LCD)、電子ペーパー素子等が挙げられる。これらの電子デバイス本体の構成についても、特に制限はなく、公知の構成を有しうる。
[ガスバリア性フィルム]
上述の方法によって製造されたガスバリア性フィルムは、基材、封止用材料等に使用されうる。基材として、例えば、太陽電池に使用される場合には、ガスバリア性フィルム上にITO等の透明導電性薄膜を透明電極として設けた樹脂支持体として適用することができる。この場合、ガスバリア性フィルムは、電子デバイス本体に組み込まれている。また、封止用材料として使用される場合には、例えば、液晶表示素子を封止した電子デバイスが得られうる。本発明に係るガスバリア性フィルムは、封止用材料として、電子デバイス本体の封止に用いられることが好ましい。
本形態に係るガスバリア性フィルムを電子デバイスに用いることにより、空気中の化学成分、例えば、酸素、水蒸気、窒素酸化物、硫黄酸化物、オゾン等による性能の劣化を抑制することができる。
以下、具体的な電子デバイスとして、有機EL素子の構成について詳細に述べる。
(有機EL素子)
有機EL素子は、特に制限されないが、通常、下記の層構成を有しうる。
(1)陽極/発光層/陰極
(2)陽極/正孔輸送層/発光層/陰極
(3)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
(4)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(5)陽極/陽極バッファ層(正孔注入層)/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極バッファ層(電子注入層)/陰極。
(陽極)
陽極としては、特に制限されないが、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物を用いることが好ましい。具体例としては、金(Au)等の金属、ヨウ化銅(CuI)、インジウムスズ酸化物(ITO)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)等の導電性透明材料が挙げられる。また、IDIXO(In−ZnO)等の非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。
陽極は、電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜として形成されうる。この際、フォトリソグラフィー法によりパターン形成を行ってもよい。高いパターン精度(100μm以上程度)が要求されない場合には、マスクを用いた蒸着やスパッタリングによりパターンを形成してもよい。
前記陽極から発光を取り出す場合には、透過率が10%以上であることが好ましい。また、陽極のシート抵抗は数百Ω/□(square)以下であることが好ましい。さらに、材料によっても異なるが、陽極の膜厚は、通常、10〜1000nmであり、好ましくは10〜200nmである。
(陰極)
陰極としては、特に制限されないが、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(以下、「電子注入性金属」とも称する)、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物を用いることが好ましい。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。これらのうち、電子注入性および酸化等に対する耐久性の観点から、電子注入性金属および前記電子注入性金属よりも仕事関数の値が大きく安定な金属の混合物、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を用いることが好ましい。
陰極は、電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜として形成されうる。
前記陰極のシート抵抗は、数百Ω/□以下であることが好ましい。また、陰極の膜厚は、通常、1nm〜5μmであり、好ましくは50〜200nmである。
なお、発光した光を透過させて、優れた発光輝度を得るため、前記陽極または前記陰極のいずれか一方が透明または半透明であることが好ましい。また、上記陰極として用いられうる金属等を1〜20nmの膜厚で陰極を作製した後に、作製した陰極上に上記陽極として用いられうる導電性透明材料を作製することで、透明または半透明の陰極が作製されうる。これを応用することで、陽極および陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
(注入層:電子注入層および正孔注入層)
注入層には電子注入層(陰極バッファー層)と正孔注入層(陽極バッファー層)とがあり、電子注入層と正孔注入層とを必要に応じて設け、陽極と発光層もしくは正孔輸送層の間、および/または陰極と発光層もしくは電子輸送層との間に存在させる。
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層であり、「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の第2編第2章「電極材料」(123〜166頁)に詳細に記載されている。
正孔注入層(陽極バッファー層)は、特開平9−45479号公報、特開平9−260062号公報、特開平8−288069号公報等にもその詳細が記載されており、具体例として、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファ層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファ層、アモルファスカーボンバッファ層、ポリアニリン(エメラルディン)やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファ層等が挙げられる。
電子注入層(陰極バッファー層)は、特開平6−325871号公報、特開平9−17574号公報、特開平10−74586号公報等にもその詳細が記載されており、具体的には、ストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファ層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファ層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファ層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファ層等が挙げられる。
上記注入層(バッファー層)はごく薄い膜であることが好ましく、材料によっても異なるが、膜厚は0.1nm〜5μmであることが好ましい。
(発光層)
発光層は、電極(陰極、陽極)または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子および正孔が再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても発光層と隣接層との界面であってもよい。
発光層としては、青色発光層、緑色発光層、赤色発光層がある。発光層を積層する場合には、その積層順に制限はなく、各発光層間に非発光性の中間層を有していてもよい。本形態においては、青色発光層が全発光層中で最も陽極に近い位置に設けられていることが好ましい。発光層を4層以上設ける場合には、陽極に近い順から、青色発光層/緑色発光層/赤色発光層/青色発光層、青色発光層/緑色発光層/赤色発光層/青色発光層/緑色発光層、青色発光層/緑色発光層/赤色発光層/青色発光層/緑色発光層/赤色発光層のように、青色発光層、緑色発光層、赤色発光層をこの順に積層することが、輝度安定性を高める観点から好ましい。発光層を多層にすることで白色素子の作製が可能である。
発光層を構成する材料としては、(a)電荷の注入機能(電界印加時に陽極または正孔注入層から正孔を注入することができ、陰極または電子注入層から電子を注入することができる機能)、(b)輸送機能、(注入された正孔および電子を電界の力で移動させる機能)、および(c)発光機能(電子と正孔の再結合の場を提供し、これらを発光に繋げる機能)を併せもつ有機発光材料であれば特に限定はない。当該有機発光材料の例としては、ベンゾオキサゾール系蛍光増白剤、ベンゾチアゾール系蛍光増白剤、ベンゾイミダゾール系蛍光増白剤、およびスチリルベンゼン系化合物が挙げられる。
ベンゾオキサゾール系蛍光増白剤としては、2,5−ビス(5,7−ジ−t−ペンチル−2−ベンゾオキサゾリル)−1,3,4−チアジアゾール、4,4’−ビス(5,7−t−ペンチル−2−ベンゾオキサゾリル)スチルベン、4,4’−ビス[5,7−ジ−(2−メチル−2−ブチル)−2−ベンゾオキサゾオリル]スチルベン、2,5−ビス(5,7−ジ−t−ペンチル−2−ベンゾオキサゾリル)チオフェン、2,5−ビス[5−α,α−ジメチルベンジル−2−ベンゾオキサゾリル]チオフェン、2,5−ビス[5,7−ジ−(2−メチル−2−ブチル)−2−ベンゾオキサゾリル]−3,4−ジフェニルチオフェン、2,5−ビス(5−メチル−2−ベンゾオキサゾリル)チオフェン、4,4’−ビス(2−ベンゾオキサゾリル)ビフェニル、5−メチル−2−[2−[4−(5−メチル−2−ベンゾオキサゾリル)フェニル]ビニル]ベンゾオキサゾール、2−[2−(4−クロロフェニル)ビニル]ナフト[1,2−d]オキサゾール等が挙げられる。
ベンゾチアゾール系蛍光増白剤としては、2,2’−(p−フェニレンジビニレン)−ビスベンゾチアゾール等が挙げられる。
ベンゾイミダゾール系蛍光増白剤としては、2−[2−[4−(2−ベンゾイミダゾリル)フェニル]ビニル]ベンゾイミダゾール、2−[2−(4−カルボキシフェニル)ビニル]ベンゾイミダゾール等が挙げられる。
スチリルベンゼン系化合物としては、1,4−ビス(2−メチルスチリル)ベンゼン、1,4−ビス(3−メチルスチリル)ベンゼン、1,4−ビス(4−メチルスチリル)ベンゼン、ジスチリルベンゼン、1,4−ビス(2−エチルスチリル)ベンゼン、1,4−ビス(3−メチルスチリル)ベンゼン、1,4−ビス(2−メチルスチリル)−2−メチルベンゼン、1,4−ビス(2−メチルスチリル)−2−エチルベンゼン等が挙げられる。
これらの他、12−フタロペリノン、1,4−ジフェニル−1,3−ブタジエン、1,1,4,4−テトラフェニル−1,3−ブタジエン、ナフタルイミド誘導体、ペリレン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ピラジリン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ピロロピロール誘導体、スチリルアミン誘導体、クマリン系化合物、および芳香族ジメチリディン系化合物、並びにケミストリー・オブ・シンセティック・ダイズ(1971),第628〜637頁および第640頁、国際公開第90/13148号パンフレット、Appl.Phys.Lett.,vol 58,18,P1982(1991)に記載されているような高分子化合物等が用いられうる。
前記芳香族ジメチリディン系化合物としては、1,4−フェニレンジメチリディン、4,4’−フェニレンジメチリディン、2,5−キシリレンジメチリディン、2,6−ナフチレンジメチリディン、1,4−ビフェニレンジメチリディン、1,4−p−テレフェニレンジメチリディン、4,4’−ビス(2,2−ジ−t−ブチルフェニルビニル)ビフェニル、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル等、およびこれらの誘導体が挙げられる。
その他、上述した有機発光材料をホストとし、当該ホストに青色から緑色までの強い蛍光色素(クマリン系色素等)をドープした化合物、前記ホストと同様の蛍光色素をドープした化合物もまた、有機発光材料として好適である。有機発光材料として前記の化合物を用いた場合には、青色から緑色の発光(発光色はドーパントの種類によって異なる)を高効率に得ることができる。前記化合物の材料であるホストの具体例としては、ジスチリルアリーレン骨格の有機発光材料(特に好ましくは、例えば、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル)が挙げられ、前記化合物の材料であるドーパントの具体例としては、ジフェニルアミノビニルアリレーン(特に好ましくは、例えば、N,N−ジフェニルアミノビフェニルベンゼンや4,4’−ビス[2−[4−(N,N−ジ−p−トリル)フェニル]ビニル]ビフェニル)が挙げられる。
発光層には、発光層の発光効率を高くするために公知のホスト化合物と公知のリン光性化合物(リン光発光性化合物とも言う)を含有することが好ましい。
ホスト化合物とは、発光層に含有される化合物のなかで、その層中での質量比が20%以上であり、かつ、室温(25℃)においてリン光発光のリン光量子収率が、0.1未満の化合物と定義され、前記リン光量子収率は、好ましくは0.01未満である。ホスト化合物を複数種併用して用いてもよい。ホスト化合物を複数種用いることで、電荷の移動を調整することが可能であり、有機EL素子を高効率化することが出できる。また、リン光性化合物を複数種用いることで、異なる発光を混ぜることが可能となり、これにより任意の発光色を得ることができる。リン光性化合物の種類、ドープ量を調整することで白色発光が可能であり、照明、バックライトへの応用も出来る。
これらのホスト化合物としては、正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、発光の長波長化を防ぎ、さらに高Tg(ガラス転移温度)である化合物が好ましい。公知のホスト化合物としては、例えば、特開2001−257076号公報、同2002−308855号公報、同2001−313179号公報、同2002−319491号公報、同2001−357977号公報、同2002−334786号公報、同2002−8860号公報、同2002−334787号公報、同2002−15871号公報、同2002−334788号公報、同2002−43056号公報、同2002−334789号公報、同2002−75645号公報、同2002−338579号公報、同2002−105445号公報、同2002−343568号公報、同2002−141173号公報、同2002−352957号公報、同2002−203683号公報、同2002−363227号公報、同2002−231453号公報、同2003−3165号公報、同2002−234888号公報、同2003−27048号公報、同2002−255934号公報、同2002−260861号公報、同2002−280183号公報、同2002−299060号公報、同2002−302516号公報、同2002−305083号公報、同2002−305084号公報、同2002−308837号公報等に記載の化合物が挙げられる。
複数の発光層を有する場合、これら各層のホスト化合物の50質量%以上が同一の化合物であることが、有機層全体に渡って均質な膜性状を得やすいことから好ましい。また、ホスト化合物のリン光発光エネルギーが2.9eV以上であることが、ドーパントからのエネルギー移動を効率的に抑制し、高輝度を得る上で有利となることから好ましい。リン光発光エネルギーとは、ホスト化合物を基板上に100nmの蒸着膜のフォトルミネッセンスを測定し、そのリン光発光の0−0バンドのピークエネルギーを意味する。
ホスト化合物は、有機EL素子の経時での劣化(輝度低下、膜性状の劣化)、光源としての市場ニーズ等を考慮し、リン光発光エネルギーが2.9eV以上、かつ、Tgが90℃以上、好ましくは100℃以上のものであることが好ましい。これにより、輝度と耐久性の両方を満足することができる。
リン光性化合物(リン光発光性化合物)とは、励起三重項からの発光が観測される化合物であり、室温(25℃)にてリン光発光する化合物であり、リン光量子収率が、25℃において0.01以上の化合物である。先に説明したホスト化合物と併せて使用することで、より発光効率の高い有機EL素子とすることができる。
本発明に係るリン光性化合物は、リン光量子収率は好ましくは0.1以上である。上記リン光量子収率は、第4版実験化学講座7の分光IIの398頁(1992年版、丸善)に記載の方法により測定できる。溶液中でのリン光量子収率は種々の溶媒を用いて測定できるが、本発明に用いられるリン光性化合物は、任意の溶媒のいずれかにおいて上記リン光量子収率が達成されればよい。
リン光性化合物の発光は原理としては2種の原理を挙げることができる。一方は、キャリアが輸送されるホスト化合物上でキャリアの再結合が起こってホスト化合物の励起状態が生成し、このエネルギーをリン光性化合物に移動させることでリン光性化合物からの発光を得るというエネルギー移動型である。もう一方は、リン光性化合物がキャリアトラップとなり、リン光性化合物上でキャリアの再結合が起こりリン光性化合物からの発光が得られるというキャリアトラップ型である。これらいずれの場合においても、リン光性化合物の励起状態のエネルギーはホスト化合物の励起状態のエネルギーよりも低いことが条件となる。
リン光性化合物は、有機EL素子の発光層に使用される公知のものの中から適宜選択して用いることができる。リン光性化合物としては、元素の周期表で8族−10族の金属を含有する錯体系化合物であることが好ましく、イリジウム化合物、オスミウム化合物、白金化合物(白金錯体系化合物)、希土類錯体であることがより好ましく、イリジウム化合物であることが特に好ましい。
本発明においては、リン光性化合物のリン光発光極大波長としては特に制限されるものではなく、原理的には中心金属、配位子、配位子の置換基等を選択することで得られる発光波長を変化させることができる。
本発明に係る有機EL素子や本発明に係る化合物の発光する色は、「新編色彩科学ハンドブック」(日本色彩学会編、東京大学出版会、1985)の108頁の図4.16において、分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタセンシング社製)で測定した結果をCIE色度座標において「白色素子」とは、2度視野角正面輝度を上記方法により測定した際に、1000cd/mでのCIE1931表色系における色度がX=0.33±0.07、Y=0.33±0.07の領域内にあることを意味する。
発光層の膜厚の総和は特に制限はないが、膜の均質性、発光に必要な電圧等を考慮し、通常、2nm〜5μmであり、好ましくは2〜200nmであり、より好ましくは10〜20nmである。膜厚が2nm以下であると、電圧面のみならず、駆動電流に対する発光色の安定性が向上する効果があることから好ましい。個々の発光層の膜厚は、2〜100nmであることが好ましく、2〜20nmであることがより好ましい。青、緑、赤の各発光層の膜厚の関係については、特に制限はないが、3発光層中、青色発光層(複数層ある場合はその総和)が最も厚いことが好ましい。
発光層は発光極大波長が各々430〜480nm、510〜550nm、600〜640nmの範囲にある発光スペクトルの異なる少なくとも3層以上の層を含む。3層以上であれば、特に制限はない。4層より多い場合には、同一の発光スペクトルを有する層が複数層あってもよい。発光極大波長が430〜480nmにある層を青色発光層、510〜550nmにある層を緑色発光層、600〜640nmの範囲にある層を赤色発光層と言う。また、前記の極大波長を維持する範囲において、各発光層には複数の発光性化合物を混合してもよい。例えば、青色発光層に、極大波長430〜480nmの青発光性化合物と、極大波長510〜550nmの緑発光性化合物を混合して用いてもよい。
(正孔輸送層)
正孔輸送層とは、正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、広い意味で正孔注入層や電子阻止層についても正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
正孔輸送の材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであれば特に制限されず、有機物、無機物のいずれを用いてもよい。正孔輸送の材料としては、例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー等の導電性高分子オリゴマー、およびポルフィリン化合物、芳香族第3級アミン化合物、スチリルアミン化合物が挙げられる。これらのうち、芳香族第3級アミン化合物、およびスチリルアミン化合物を用いることが好ましい。
芳香族第3級アミン化合物およびスチリルアミン化合物としては、N,N,N’,N’−テトラフェニル−4,4’−ジアミノフェニル、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(TPD)、2,2−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’−テトラ−p−トリル−4,4’−ジアミノビフェニル、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)−4−フェニルシクロヘキサン、ビス(4−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)フェニルメタン、ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)フェニルメタン、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(4−メトキシフェニル)−4,4’−ジアミノビフェニル、N,N,N’,N’−テトラフェニル−4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ビス(ジフェニルアミノ)クオードリフェニル、N,N,N−トリ(p−トリル)アミン、4−(ジ−p−トリルアミノ)−4’−[4−(ジ−p−トリルアミノ)スチリル]スチルベン、4−N,N−ジフェニルアミノ−(2−ジフェニルビニル)ベンゼン、3−メトキシ−4’−N,N−ジフェニルアミノスチルベンゼン、N−フェニルカルバゾール、米国特許第5061569号明細書に記載の2個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(NPD)、特開平4−308688号公報に記載のトリフェニルアミンユニットが3つスターバースト型に連結された4,4’,4”−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(MTDATA)等が挙げられる。
また、上記材料を高分子鎖に導入した、または上記材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いてもよい。さらに、p型−Si、p型−SiC等の無機化合物を用いてもよい。
さらに、特開平11−251067号公報、J.Huang et.al.著文献(Applied Physics Letters 80(2002),p.139)に記載のいわゆるp型正孔輸送材料を用いることもできる。
正孔輸送層は、上記材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、LB法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。
正孔輸送層の膜厚は、特に制限されないが、通常、5nm〜5μmであり、好ましくは5〜200nmである。
正孔輸送層は上記材料の1種または2種以上からなる一層構造でありうる。
(電子輸送層)
電子輸送層とは、電子を輸送する機能を有する電子輸送材料からなり、広い意味で電子注入層や正孔阻止層についても電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
電子輸送の材料としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有するものであれば特に制限されず、公知の化合物が用いられうる。電子輸送の材料としては、例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン、アントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、キノキサリン誘導体等が挙げられる。また上記材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。また、8−キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス(8−キノリノール)アルミニウム(Alq)、トリス(5,7−ジクロロ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5,7−ジブロモ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(2−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、ビス(8−キノリノール)亜鉛(Znq)等、およびこれらの金属錯体の中心金属がIn、Mg、Cu、Ca、Sn、GaまたはPbに置き替わった金属錯体を用いてもよい。その他、メタルフリーもしくはメタルフタロシアニン、またはそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等で置換されているものを用いてもよい。さらに、正孔注入層の材料となりうる、n型−Si、n型−SiC等の無機半導体を用いてもよい。
電子輸送層は上記材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、LB法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。
電子輸送層の膜厚は、特に制限されないが、通常、5nm〜5μmであり、好ましくは5〜200nmである。
電子輸送層は上記材料の1種または2種以上からなる一層構造でありうる。
(有機EL素子の作製方法)
有機EL素子の作製方法について、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極からなる有機EL素子を例に挙げて説明する。
機能性フィルム上に所望の電極物質、例えば、陽極用物質からなる薄膜を1μm以下、好ましくは10〜200nmの膜厚になるように、例えば、蒸着やスパッタリング、プラズマCVD等の方法により形成させ、陽極を作製する。
次に、その上に有機EL素子材料である正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の有機化合物薄膜を形成させる。この有機化合物薄膜の成膜方法としては、蒸着法、ウェットプロセス(スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法)等が挙げられるが、均質な膜が得られやすく、かつ、ピンホールが生成しにくい等の観点から、真空蒸着法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法を用いることが好ましい。この際、層毎に異なる成膜法を適用してもよい。成膜に蒸着法を採用する場合には、その蒸着条件は使用する化合物の種類等により異なるが、一般にボート加熱温度は50〜450℃であり、真空度は10−6〜10−2Paであり、蒸着速度は0.01〜50nm/秒であり、基板温度は−50〜300℃であり、膜厚は0.1nm〜5μm、好ましくは5〜200nmでありうる。
これらの層を形成後、その上に陰極用物質からなる薄膜を1μm以下、好ましくは50〜200nmの膜厚となるように、例えば、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陰極を設けることで有機EL素子が作製されうる。
この有機EL素子の作製は、一回の真空引きで一貫して陽極、正孔注入層から陰極まで作製することが好ましいが、途中で取り出して異なる成膜法を施してもよい。この際、作業を乾燥不活性ガス雰囲気下で行う等の配慮が必要となる。また、作製順序を逆にして、陰極、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順に作製してもよい。
このようにして得られた有機EL素子を備える多色の表示装置(有機ELパネル)に、直流電圧を印加する場合には、陽極をプラス、陰極をマイナスの極性として、例えば、電圧を2〜40V印加すると発光が観測される。また、交流電圧を印加してもよい。なお、印加する交流の波形は適宜選択されうる。
本発明に係る有機EL素子の発光の室温における外部取り出し効率は1%以上であることが好ましく、は5%以上であることがより好ましい。なお、外部取り出し量子効率(%)は下記式により算出される。
また、カラーフィルター等の色相改良フィルター等を併用しても、有機EL素子からの発光色として蛍光体を用いて多色へ変換する色変換フィルターを併用してもよい。色変換フィルターを用いる場合においては、有機EL素子の発光のλmaxは480nm以下であることが好ましい。
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。
<中間層を有する基材の作製>
[中間層(ブリードアウト防止層および平滑層)を有する基材1の作製]
基材として、両面に易接着加工された厚さ125μmのポリエステルフィルムである極低熱収PET Q83(帝人デュポンフィルム株式会社製)を用いた。
上記基材の一方の面に、感光性樹脂であるUV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材 OPSTAR Z7535(JSR株式会社製)を、乾燥後の膜厚が4.0μmとなるように塗布した。得られた塗膜を高圧水銀ランプで照射し、硬化させることでブリードアウト防止層を形成した。なお、照射は、空気雰囲気下、照射エネルギー量1.0J/cmで80℃、3分間行った。
上記基材の前記ブリードアウト防止層とは反対の面に、感光性樹脂である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4.0μmとなるように塗布した。得られた塗膜を高圧水銀ランプで照射し、硬化させることで平滑層を形成した。なお、照射は、空気雰囲気下、照射エネルギー量1.0J/cmで80℃、3分間行った。
このようにして得られた中間層(ブリードアウト防止層および平滑層)を有する基材1の平滑層について、10点平均表面粗さ(Rz)および中心線平均粗さ(Ra)を測定した。前記RzおよびRaは、JIS B 0601(2001年)で規定される方法に準拠して測定した。具体的には、装置としてAFM(原子間力顕微鏡)SPI3800N DFM(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)を用いて、1回の測定範囲を80μm×80μmと設定し、測定箇所を変えて3回測定を行った。その結果、Rzは20nmであり、Raは1nmであった。
[中間層(ブリードアウト防止層および平滑層)を有する基材2の作製]
基材として、両面に易接着加工された厚さ125μmのポリエチレンナフタレートフィルムであるQ65FWA(帝人デュポンフィルム株式会社製)を用いたことを除いては、基材1と同様の方法で中間層(ブリードアウト防止層および平滑層)を有する基材2を作製した。なお、基材2のRzおよびRaは、基材1に記載の方法と同様の方法で測定したところ、それぞれ20nmおよび1nmであった。
[中間層(2つの平滑層)を有する基材3の作製]
基材として、両面に易接着加工された厚さ200μmの耐熱性透明ポリイミド系フィルムであるネオプリムL(三菱ガス化学株式会社製)を用いた。
8.0gのトリメチロールプロパントリグリシジルエーテル(エポライト100MF:共栄社化学株式会社製)、5.0gのエチレングリコールジグリシジルエーテル(エポライト40E:共栄社化学株式会社製)、12.0gのオキセタニル基を有するシルセスキオキサン(OX−SQ−H:東亞合成株式会社製)、32.5gの3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、2.2gのAl(III)アセチルアセトネート、134.0gのメタノールシリカゾル(固形分濃度30質量%:日産化学工業株式会社製)、0.1gのBYK333(シリコン系界面活性剤:ビックケミー・ジャパン株式会社製)、125.0gブチルセロソルブ、および15.0gの0.1mol/Lの塩酸水溶液を混合して十分に撹拌した。これを室温でさらに静置脱気して感光性樹脂組成物を得た。上記基材の一方の面を定法によりコロナ放電処理を施した後、前記感光性樹脂組成物を乾燥後の膜厚が4.0μmとなるように塗布し、80℃で3分間乾燥した。さらに、120℃で10分間の加熱処理を施して平滑層を形成した。基材のもう一方の面についても同様の方法で平滑層を形成し、中間層(2つの平滑層)を有する基材3を作製した。基材3が有する2つの平滑層のRzおよびRaは、基材1に記載の方法と同様の方法で測定したところ、それぞれ25nmおよび2nmであった。
[中間層(2つの平滑層)を有する基材4の作製]
基材として、厚さ100μmの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フィルムであるシルプラスH100(新日鐵化学社製)を用いたことを除いては、基材3と同様の方法で中間層(ブリードアウト防止層および平滑層)を有する基材4を作製した。なお、基材4が有する2つの平滑層のRzおよびRaは、基材1に記載の方法と同様の方法で測定したところ、それぞれ20nmおよび1nmであった。
[中間層(1つのハードコート層)を有する基材5の作製]
基材として、片面にハードコート層が形成された厚さ100μmのシクロオレフィン系フィルムであるF1フィルム(グンゼ株式会社製)を基材5としてそのまま用いた。なお、基材5のハードコート層のRzおよびRaは、基材1に記載の方法と同様の方法で測定したところ、それぞれ20nmおよび1nmであった。
<ガスバリア性フィルムの製造>
(比較例1)
工程(1)
シート状に切り出した基材1を、バッチ式の原子層堆積装置の成膜チャンバー内に静置した。基材の温度が80℃となるように温度を調整した。前記基材上(平滑層上)に、第1のガス、不活性ガス、第2のガス、不活性ガスを順次導入して原子堆積法(ALD法)により成膜を行った。成膜条件は、特表2010−531930号公報に記載の方法に従い、以下のように設定した。
成膜サイクル
1.第1のガス(アルミニウム化合物のガス:AlCl) :1.4秒
2.不活性ガス(窒素ガス) :2.1秒
3.第2のガス(酸化性ガス:純水) :1.5秒
4.不活性ガス(窒素ガス) :3.4秒。
前記成膜サイクルを繰り返すことで、厚さ35nmの第1のガスバリア層を形成してガスバリア性フィルムを得た。なお、1サイクルごとに形成される原子層の厚さは、約0.1nmであった。
(実施例1)
工程(1)
比較例1と同様の方法で、基材1上に第1のガスバリア層を形成した。
工程(2)
20質量%の無触媒のパーヒドロポリシラザンを含むジブチルエーテル溶液(アクアミカ NN120−20:AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製)と、1質量%のアミン触媒(N,N,N’,N’−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキサン)および19質量%パーヒドロポリシラザンを含むジブチルエーテル溶液(アクアミカ NAX120−20:AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製)と、を4:1の比率で混合し、第1の塗布液を調製した。得られた第1の塗布液は、アミン触媒が1質量%(固形分)であった。
工程(1)で形成した第1のガスバリア層上に、上記で調製した第1の塗布液を、スピンコーターを用いて、乾燥後の膜厚が40nmとなるように塗布し、100℃で2分間乾燥させて、塗膜を得た。得られた塗膜に真空紫外光を照射して第2のガスバリア層を形成して、ガスバリア性フィルムを製造した。
なお、真空紫外光は、図1に断面模式図で示す装置を用いてXeエキシマランプを照射することによって行った。図1の装置は、装置チャンバー21内に172nmの真空紫外光を照射する二重管構造を有するXeエキシマランプ22と、外部電極を兼ねるエキシマランプのホルダー23とが設置されている。装置チャンバー21内は、ガス供給口(図示せず)から窒素ガスおよび酸素ガスが供給され、ガス排出口(図示せず)から装置チャンバー21内部のガスを排気することにより、実質的に装置チャンバー21から水蒸気を除去し、かつ、酸素濃度を所定の濃度(0.1%)に維持している。装置チャンバー21には、さらに試料ステージ24が設けられており、試料25は試料ステージ24上に載置される。試料ステージ24は、移動手段(図示せず)により装置チャンバー21内を水平に、所定の速度(0.5m/min)で往復移動できる。また、試料ステージ24は、加熱手段(図示せず)により、所定の温度(80℃)に維持することができる。図1の装置では、試料ステージ24は、水平移動して紫外線照射される際に、試料25の塗布層表面と、エキシマランプ22との最短距離が3mmとなるように高さが調整されている。なお、遮光板26は、Xeエキシマランプ22によって生じる真空紫外光が、例えば、エージング中に試料25の塗布層に照射されることを防止している。
なお、Xeエキシマランプの積算光量は、紫外線積算光量計:C8026/H8025 UV POWER METER(浜松ホトニクス株式会社製)を用いて照射エネルギーを測定することで調節した。具体的には、図1の装置において、Xeエキシマランプ管面とセンサヘッド(172nm)の測定面との最短距離が3mmとなるようにセンサヘッドを試料ステージ24中央に設置し、かつ、装置チャンバー21内の雰囲気が、真空紫外光照射工程と同一の酸素濃度となるように窒素と酸素とを供給した。Xeエキシマランプ22の照度を安定させるため、Xeエキシマランプ点灯後に10分間のエージング時間を設けた後、試料ステージ24を0.5m/minの速度で移動させて照射エネルギーの測定を行った。得られた照射エネルギーの値に基づき、試料ステージの移動速度を、積算光量が3000mJ/cmとなるように調整した。なお、真空紫外光照射についても、照射エネルギーを測定時と同様に、10分間のエージング後に行った。
(実施例2)
工程(2)において、第1の塗布液を、乾燥後の膜厚が150nmとなるように塗布したことを除いては、実施例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(実施例3)
工程(2)において、第1の塗布液を、乾燥後の膜厚が300nmとなるように塗布したことを除いては、実施例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(比較例2)
基材の温度を100℃に調整し、厚さが25nmとなるまで成膜サイクルを繰り返したことを除いては、比較例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(実施例4)
工程(1)において、比較例2と同様の方法で第1のガスバリア層を形成し、工程(2)において、第1の塗布液を、乾燥後の膜厚が200nmとなるように塗布し、真空紫外光の積算光量が2000mJ/cmとなるように調整したことを除いては、実施例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(実施例5)
工程(2)において、真空紫外光の積算光量が5000mJ/cmとなるように調整したことを除いては、実施例4と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(比較例3)
基材の温度を100℃に調整し、厚さが50nmとなるまで成膜サイクルを繰り返したことを除いては、比較例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(実施例6)
工程(1)において、比較例3と同様の方法で第1のガスバリア層を形成し、工程(2)において、第1の塗布液を、乾燥後の膜厚が300nmとなるように塗布したことを除いては、実施例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(比較例4)
基材の温度を100℃に調整し、厚さが100nmとなるまで成膜サイクルを繰り返したことを除いては、比較例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(実施例7)
工程(1)において、比較例4と同様の方法で第1のガスバリア層を形成し、工程(2)において、第1の塗布液を、乾燥後の膜厚が300nmとなるように塗布したことを除いては、実施例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(比較例5)
基材2を用い、基材の温度を120℃に調整したことを除いては、比較例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(実施例8)
工程(1)において、比較例5と同様の方法で第1のガスバリア層を形成し、工程(2)において、第1の塗布液を、乾燥後の膜厚が300nmとなるように塗布したことを除いては、実施例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(実施例9)
工程(2)において、第1の塗布液を、乾燥後の膜厚が450nmとなるように塗布し、真空紫外光の積算光量が4000mJ/cmとなるように調整したことを除いては、実施例8と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(比較例6)
基材4を用い、基材の温度を150℃に調整し、厚さが25nmとなるまで成膜サイクルを繰り返したことを除いては、比較例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(実施例10)
工程(1)において、比較例6と同様の方法で第1のガスバリア層を形成し、工程(2)において、第1の塗布液を、乾燥後の膜厚が300nmとなるように塗布したことを除いては、実施例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(比較例7)
基材5を用い、基材の温度を150℃に調整したことを除いては、比較例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(実施例11)
工程(1)において、比較例7と同様の方法で第1のガスバリア層を形成し、工程(2)において、第1の塗布液を、乾燥後の膜厚が300nmとなるように塗布したことを除いては、実施例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(比較例8)
基材3を用い、基材の温度を250℃に調整し、厚さが25nmとなるまで成膜サイクルを繰り返したことを除いては、比較例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(実施例12)
工程(1)において、比較例8と同様の方法で第1のガスバリア層を形成し、工程(2)において、第1の塗布液を、乾燥後の膜厚が300nmとなるように塗布したことを除いては、実施例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(比較例9)
基材1を用い、工程(1)を行わず、工程(2)において、第1の塗布液を乾燥後の膜厚が150nmとなるように塗布したことを除いては、実施例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
(比較例10)
基材2を用い、工程(1)を行わず、工程(2)において、第1の塗布液を、乾燥後の膜厚が300nmとなるように塗布したことを除いては、実施例1と同様の方法でガスバリア性フィルムを製造した。
<ガスバリア性フィルムの評価>
上記で製造した各スバリア性フィルムについて、下記の評価を行った。
(XPS分析)
第2のガスバリア層の厚さ方向の組成をXPS分析により測定し、下記式(1)および(2)を満たす領域の厚さを求めた。
XPS分析の条件を下記に示す。
・装置:QUANTERASXM(アルバック・ファイ株式会社製)
・X線源:単色化Al-Kα
・測定領域:Si2p、C1s、N1s、O1s
・スパッタイオン:Ar(2keV)
・デプスプロファイル:1分間のスパッタ後に測定を繰り返す
・データ処理:MultiPak(アルバック・ファイ株式会社製)
・定量:バックグラウンドをShirley法で求め、得られたピーク面積から相対感度係数法を用いて定量した。
なお、第2のガスバリア層のエッチングレートは組成によって異なる。したがって、XPS分析における式(1)および(2)を満たす領域の厚さ方向の長さについては、以下の補正を行った。すなわち、はじめにXPS分析によりSiO換算のエッチングレートから前記第2のガスバリア層の厚さ方向の組成および前記式(1)および(2)を満たす領域の厚さ方向の長さを求める。他方、同一試料についてTEM分析を行い、断面画像から第2のガスバリア層の厚さを求める。そして、TEMの断面画像をXPS分析から求めた第2のガスバリア層の厚さ方向の組成分布と対比して、TEMの断面画像における第2のガスバリア層の領域を特定し、TEMの断面画像から求めた第2のガスバリア層の膜厚を勘案して、一律に係数をかけて補正を行った。
得られた結果を下記表1に示す。
(水蒸気透過率)
真空蒸着装置JEE−400(日本電子株式会社製)を用い、製造したガスバリア性フィルムの第2のガスバリア層の表面に、マスクを通して12mm×12mmのサイズで水分と反応して腐食する金属である金属カルシウム(粒状)を蒸着膜厚が80nmとなるように蒸着させた。その後、真空状態のままマスクを取り去り、シート片側全面に水蒸気不透過性の金属である金属アルミニウム(φ3〜5mm、粒状)を蒸着させて仮封止をした。次いで、真空状態を解除し、速やかに乾燥窒素ガス雰囲気下に移した。前記仮封止した金属アルミニウム蒸着面に紫外線硬化樹脂(ナガセケムテックス株式会社製)を介して厚さ0.2mmの石英ガラスを貼り合わせ、紫外線を照射して前記紫外線硬化樹脂を硬化させて本封止し、水蒸気バリア性評価試料を作製した。
得られた水蒸気バリア性評価試料を、恒温恒湿度オーブンYamato Humidic ChamberIG47Mを用いて、60℃、90%RHの高温高湿下で保存し、金属カルシウムの腐食を観察した。観察は、保存後6時間までは1時間ごと、24時間までは3時間ごと、48時間までは6時間ごと、それ以降は12時間ごとに行った。金属カルシウムの腐食面積が1%となるまでの時間を求め、下記式により水蒸気透過率を算出した。
また、各実施例で得られたガスバリア性フィルムの水蒸気透過率については、第1のガスバリア層のみが形成された(第2のガスバリア層が形成されていない)対応する比較例のガスバリア性フィルムとの水蒸気透過率と対比し、下記式により1/nを求めた。なお、当該1/nは、第1のガスバリア層上に第2のガスバリア層を形成することによって得られた水蒸気透過率の低減効果の指標となる。
得られた結果を1/nの逆数であるnとして下記表1に示す。
表1の結果からも明らかなように、実施例のガスバリア性フィルムは、いずれも優れたガスバリア性を有していることが分かる。
また、例えば、比較例1と実施例3、比較例5と実施例8、および比較例7と実施例11を対比すると、第1のガスバリア層は、成膜温度が高いほどガスバリア性が高いことが分かる(比較例1、5、および7の水蒸気透過率)。しかしながら、第1のガスバリア性フィルムと第2のガスバリア性フィルムを組み合わせることによって得られるガスバリア性の向上効果は、第1のガスバリア層のガスバリア性が最も低い実施例3で最も高く、第1のガスバリア層が最も高い実施例11で最も低い結果となった(実施例3、8、および11の1/n)。このような結果から、第1のガスバリア層のガスバリア性が低い場合の方が第2のガスバリア層による補修効果等が効果的に得られることが分かる。
さらに、実施例7のガスバリア性フィルムは優れたガスバリア性を有している。しかしながら、実施例7のガスバリア性フィルムにおいて、膜厚100nmの第1のガスバリア層を形成するのに要した時間は約140分であり、例えば、実施例1のガスバリア性フィルムにおいて、膜厚35nmの第1のガスバリア層を形成するのに要した時間の約5分と比較すると、長時間を要している。
また、実施例16では最も優れたガスバリア性を示しているが、第1のガスバリア層の成膜温度が250℃であることから、基材に高価な耐熱性透明ポリイミド系フィルムを用いる必要がある。
<有機EL素子の作製>
実施例および比較例で製造したガスバリア性フィルムを用いて、有機EL素子を作製した。
(作製例1)
第1電極層の形成
実施例1で製造したガスバリアフィルムのガスバリア層上に、厚さ150nmのITO(インジウムチンオキシド)をスパッタ法により成膜した。次いで、フォトリソグラフィー法によりパターニングを行い、第1電極層を形成した。なお、パターニングは発光面積が50mm平方となるように行った。
正孔輸送層の形成
ポリエチレンジオキシチオフェン・ポリスチレンスルホネート(PEDOT/PSS:Bytron P AI 4083、Bayer社製)を純水65%およびメタノール5%で希釈した溶液を正孔輸送層形成用塗布液として準備した。
ガスバリア性フィルムの第1電極層が形成された面とは反対の面を洗浄表面改質処理した。当該洗浄表面改質処理には低圧水銀ランプ(波長:184.9nm、照射強度15mW/cm)を使用し、ガスバリア性フィルムとの距離が10mmとなる条件で行った。なお、帯電除去処理には、微弱X線による除電器を使用した。
上記で形成した第1電極層上に、上記準備した正孔輸送層形成用塗布液を、大気中、25℃、相対湿度(RH)50%の条件で、乾燥後の厚みが50nmとなるように押出し塗布機を用いて塗布した。得られた塗膜について、吐出風速1m/s、幅手の風速分布5%、温度100℃の条件で、成膜面から高さ100mmの距離で送風することにより溶媒を除去し、次いで加熱処理装置により温度150℃で裏面伝熱方式の熱処理を行い、正孔輸送層を形成した。
発光層の形成
ホスト材のH−Aを1.0gと、ドーパント材のD−Aを100mgと、ドーパント材のD−Bを0.2mgと、ドーパント材のD−Cを0.2mgと、を100gのトルエンに溶解し、白色発光層形成用塗布液として準備した。
上記で形成した正孔輸送層上に、上記で準備した白色発光層形成用塗布液を窒素ガス濃度99%以上の雰囲気下、塗布温度25℃、塗布速度1m/minの条件で、乾燥後の厚みが40nmとなるように押出し塗布機を用いて塗布した。得られた塗膜について、吐出風速1m/s、幅手の風速分布5%、温度60℃の条件で、成膜面から高さ100mmの距離で送風することにより溶媒を除去し、次いで加熱処理装置により温度130℃で裏面伝熱方式の熱処理を行い、発光層を形成した。
電子輸送層の形成
下記E−Aを、0.5質量%溶液となるように2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール中に溶解し、電子輸送層形成用塗布液を準備した。
上記で形成した発光層上に、上記で準備した電子輸送層形成用塗布液を窒素ガス濃度99%以上の雰囲気下、塗布温度25℃、塗布速度1m/minの条件で、乾燥後の厚みが30nmとなるように押出し塗布機を用いて塗布した。得られた塗膜について、吐出風速1m/s、幅手の風速分布5%、温度60℃の条件で、成膜面から高さ100mmの距離で送風することにより溶媒を除去し、次いで加熱処理装置により温度200℃で裏面伝熱方式の熱処理を行い、電子輸送層を形成した。
電子注入層の形成
上記で形成した電子輸送層上に、電子注入層を形成した。より詳細には、第1電極層、正孔輸送層、発光層、および電子輸送層を備えるガスバリア性フィルムを減圧チャンバーに投入し、5×10−4Paまで減圧した。減圧チャンバー内に予め準備していたタンタル製蒸着ボートのフッ化セシウムを加熱することで、厚さ3nmの電子注入層を形成した。
第2電極の形成
第1電極上に取り出し電極になる部分を除き、上記で形成した電子注入層上に第2電極を形成した。より詳細には、第1電極層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、および電子注入層を備えるガスバリア性フィルムを減圧チャンバーに投入し、5×10−4Paまで減圧した。第2電極形成材料としてアルミニウム用いて、取り出し電極を有し、かつ、発光面積が50mm×50mmとなるように蒸着法でマスクパターン成膜して、第2電極を形成した。なお、第2電極の厚さは100nmであった。
裁断
第2電極まで形成したガスバリア性フィルムを、窒素雰囲気に移動させて、紫外線レーザーを用いて規定の大きさに裁断した。
電極リード接続
裁断したガスバリア性フィルムに、異方性導電フィルムDP3232S9(ソニーケミカル&インフォメーションデバイス株式会社製)を用いて、フレキシブルプリント基板(ベースフィルム:ポリイミド12.5μm、圧延銅箔18μm、カバーレイ:ポリイミド12.5μm、表面処理NiAuメッキ)を接続した。この際、温度170℃(別途熱伝対を用いて測定したACF温度140℃)、圧力2MPaで10秒間圧着を行うことで接続を行った。
封止
電極リード(フレキシブルプリント基板)を接続したガスバリア性フィルムを、市販のロールラミネート装置を用いて封止部材を接着することで、有機EL素子1を作製した。より詳細には、封止部材には、30μm厚のアルミニウム箔(東洋アルミニウム株式会社製)に、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(12μm厚)をドライラミネーション用の接着剤(2液反応型のウレタン系接着剤)を介してラミネートしたもの(接着剤層の厚み1.5μm)を用いた。封止部材を接着するための接着剤としては、エポキシ系接着剤であるビスフェノールAジグリシジルエーテル(DGEBA)、ジシアンジアミド(DICY)、およびエポキシアダクト系硬化促進剤を含む熱硬化性接着剤を用いた。ディスペンサを使用して、アルミニウム面にアルミ箔の接着面(つや面)に沿って厚み20μmで熱硬化性接着剤を均一に塗布した。次いで、封止部材を、取り出し電極および電極リードの接合部を覆うようにして密着・配置し、圧着ロール温度120℃、圧力0.5MPa、装置速度0.3m/minの条件で圧着ロールにより密着封止した。
(作製例2〜12)
実施例2〜5、8、10、および12、並びに比較例1、4、8、および9で製造したガスバリア性フィルムを用いたことを除いては、作製例1と同様の方法で有機EL素子2〜12を作製した。
<有機EL素子の評価>
作製した有機EL素子1〜12について、下記の評価を行った。
(素子劣化耐性率)
はじめに有機EL素子を、60℃、90%RHの高温高湿下で1000時間静置し、加速劣化処理を行った。
未処理の有機EL素子および加速劣化処理を施した有機EL素子について、それぞれ1mA/cmの電流を印加し、24時間連続発光させた。次いで、有機EL素子のパネルの一部分を、100倍のマイクロスコープ(株式会社モリテックス製MS−804、レンズMP−ZE25−200)で拡大して撮影した。得られた撮影画像を2mm四方に切り抜き、黒点の発生面積比率を求め、下記式により、素子劣化耐性率を算出した。
算出された素子劣化耐性率から、下記の基準に従って耐久性を評価した。なお、評価が、◎または○であると、実用上好ましい特性である。
◎:素子劣化耐性率が、90%以上である
○:素子劣化耐性率が、60%以上、90%未満である
△:素子劣化耐性率が、20%以上、60%未満である
×:素子劣化耐性率が、20%未満である。
得られた結果を下記表2に示す。
表2の結果からも明らかなように、高いガスバリア性を有する実施例のガスバリア性フィルムを用いた有機EL素子は、加速劣化処理を行った場合であっても、有機EL素子の劣化を抑制できていることが分かる。

21 装置チャンバー、
22 Xeエキシマランプ、
23 ホルダー、
24 試料ステージ、
25 試料、
26 遮光板。

Claims (6)

  1. 基材と、
    原子層堆積法(ALD法)により形成された酸化アルミニウムを含む第1のガスバリア層と、
    ポリシラザン化合物を含む塗布液を塗布して得られた塗膜に、真空紫外光を照射して形成された第2のガスバリア層と、
    がこの順に配置されてなる、ガスバリア性フィルム。
  2. 前記第1のガスバリア層の厚さが、10〜50nmである、請求項1に記載のガスバリア性フィルム。
  3. 前記原子層堆積法が、150℃未満の条件下で行われる、請求項1または2に記載の製造方法。
  4. 前記第2のガスバリア層の組成SiOにおいて、下記式(1)および(2)
    を満たす領域の厚さが、50nm以上である、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。
  5. 基材と、酸化アルミニウムを含む第1のガスバリア層と、第2のガスバリア層とがこの順に積層されてなるガスバリア性フィルムの製造方法であって、
    前記基材上に、アルミニウム化合物を用いてALD法により第1のガスバリア層を形成する工程(1)と、
    ポリシラザン化合物を含む塗布液を、前記第1のガスバリア層上に塗布し、真空紫外光を照射して第2のガスバリア層を形成する工程(2)と、
    を含む、製造方法。
  6. 電子デバイス本体と、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または請求項5の方法によって製造されたガスバリア性フィルムとを含む、電子デバイス。
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