JP2019089269A - Gas barrier film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層構造のガスバリアフィルムに関する。 The present invention relates to a gas barrier film having a laminated structure.
従来から、食品、医療品などの包装材やディスプレイ装置、太陽電池等の電子デバイス部材として、プラスチックフィルム等を基材としたガスバリアフィルムが使用されることがある。ガスバリアフィルムは、酸素、水蒸気等のガスを遮断するため、基材上に金属や金属酸化物からなるガスバリア層が形成された構造が用いられている。 BACKGROUND ART Conventionally, a gas barrier film having a plastic film or the like as a base material may be used as packaging materials for food, medical products etc., display devices, and electronic device members such as solar cells. The gas barrier film has a structure in which a gas barrier layer made of metal or metal oxide is formed on a substrate in order to block gases such as oxygen and water vapor.
特許文献１には、酸化亜鉛と１３族及び／又は１４族金属の酸化物との混合物からなる酸化亜鉛系薄膜層と、Ｓｉ及び／又はＡｌの酸化物等からなる無機薄膜層との積層構造によるガスバリア積層フィルムが開示されている。１３族及び／又は１４族金属の酸化物を添加することにより酸化亜鉛系薄膜層の結晶粒を微細化しバリア性を向上させることが記載されている。
特許文献２には、ＺｎとＳｎとの合金の酸化物により形成された無機膜と、ＳｉとＡｌのうち少なくとも一方の酸化物と、接着剤層との積層構造のガスバリアシートが開示されている。接着剤に含まれる酸成分によりＺｎとＳｎとの合金酸化物の腐食を防止し、長期のバリア性を確保できると記載されている。
従来のガスバリアフィルムは、ガスバリア特性は優れるものの、ディスプレイ用途などの特に高い透明度の要望を同時に満足することが困難であるという課題がある。 Although the conventional gas barrier film is excellent in gas barrier properties, it has a problem that it is difficult to simultaneously satisfy the demand for particularly high transparency for display applications and the like.
上記課題を鑑み、本発明は、優れたガスバリア特性と高い全光線透過率とを同時に満足させることができるガスバリアフィルムを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a gas barrier film capable of simultaneously satisfying excellent gas barrier properties and high total light transmittance.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
基材と、
前記基材側から順に第１の金属酸化膜と第２の金属酸化膜と第３の金属酸化膜とを備え、
前記第１の金属酸化膜は、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物及び亜鉛酸化物の混合酸化物からなり、
前記第２の金属酸化膜は、錫酸化物及び亜鉛酸化物の混合酸化物からなり、
前記第３の金属酸化膜は、シリコン酸化物からなる
ことを特徴とする。
The gas barrier film according to the present invention is
A substrate,
A first metal oxide film, a second metal oxide film, and a third metal oxide film in order from the substrate side,
The first metal oxide film comprises a mixed oxide of silicon oxide, aluminum oxide and zinc oxide,
The second metal oxide film comprises a mixed oxide of tin oxide and zinc oxide,
The third metal oxide film is made of silicon oxide.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記第１の金属酸化膜中のシリコン及びアルミニウム酸化物の組成比が、それぞれ５．０〜２０．０ｗｔ％、０．５〜５．０ｗｔ％であり、残部が亜鉛酸化物であり、
前記第２の金属酸化膜中の錫酸化物の組成比率は、２０〜４０ｗｔ％であり、残部が亜鉛酸化物であり、
前記第３の金属酸化膜のシリコン（Ｓｉ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の組成比は、１．８〜２．０である
ことを特徴とする。
The gas barrier film according to the present invention is
The composition ratio of silicon and aluminum oxide in the first metal oxide film is 5.0 to 20.0 wt% and 0.5 to 5.0 wt%, respectively, and the balance is zinc oxide,
The composition ratio of tin oxide in the second metal oxide film is 20 to 40 wt%, and the balance is zinc oxide,
The composition ratio of oxygen (O) atoms to silicon (Si) atoms of the third metal oxide film is 1.8 to 2.0.
本発明にかかるガスバリアフィルムの第１の金属酸化膜と第２の金属酸化膜は、結晶粒が微細又は非晶質な膜であり、それぞれ亜鉛酸化物に混合された金属酸化物が異なり、さらに最上層の第３の金属膜は、第２の金属酸化膜と異なる金属酸化膜である。そのため、これらの金属酸化膜の積層構造とすることで、優れたガスバリア特性を有することができる。 The first metal oxide film and the second metal oxide film of the gas barrier film according to the present invention are films in which crystal grains are fine or amorphous, and metal oxides mixed with zinc oxide are different from each other, and further, The uppermost third metal film is a metal oxide film different from the second metal oxide film. Therefore, excellent gas barrier properties can be obtained by forming a laminated structure of these metal oxide films.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記第１の金属酸化膜の屈折率は、１．５９〜１．８であり、
前記第２の金属酸化膜の屈折率は、１．８〜２．０であり、
前記第３の金属酸化膜の屈折率は、１．４〜１．５である
ことを特徴とする。
The gas barrier film according to the present invention is
The refractive index of the first metal oxide film is 1.59 to 1.8,
The refractive index of the second metal oxide film is 1.8 to 2.0,
The refractive index of the third metal oxide film is 1.4 to 1.5.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記基材の屈折率が１．４〜１．７であることを特徴とする。
The gas barrier film according to the present invention is
The refractive index of the substrate is 1.4 to 1.7.
第１の金属酸化膜と、第２の金属酸化膜との積層構造上に、屈折率の低い第３の金属酸化膜を空気と直接に接する構造とすることで、優れたガスバリア特性が得られるとともに、高い光透過率を実現することができる。
すなわち、第２の金属酸化膜は、屈折率が１．８〜２．０であり、空気の屈折率との差が大きいため、直接空気と第２の金属酸化膜とが接した場合には、これらの界面での光の反射により、透過率が低下する。しかし、屈折率の低い第３の金属酸化膜を空気と接する最上層に形成することにより、光の反射を抑制し、透過率、特に全光線透過率を増大させることができる。
また、屈折率が１．４〜１．７である、例えばプラスチックフィルムの基材上に、屈折率が１．５９〜１．８の第１の金属酸化膜を基材側に形成することにより、基材との界面における光の反射を抑制し、透過率が向上することができる。
その結果、特にディスプレイ用途としての透過率の要求値である９０％を満足することができる。
なお、シリコン（Ｓｉ）は厳密には半導体であるが、本明細書においては広義の意味の金属に含めることとし、「シリコン酸化物」は広義の意味の金属酸化物に含むものとする。
Excellent gas barrier properties can be obtained by making the third metal oxide film with a low refractive index directly in contact with air on the laminated structure of the first metal oxide film and the second metal oxide film. In addition, high light transmittance can be realized.
That is, since the second metal oxide film has a refractive index of 1.8 to 2.0 and a large difference from the refractive index of air, when the air and the second metal oxide film are in direct contact with each other, Because of the reflection of light at these interfaces, the transmittance decreases. However, by forming the third metal oxide film having a low refractive index in the uppermost layer in contact with air, it is possible to suppress the reflection of light and to increase the transmittance, particularly the total light transmittance.
Also, by forming a first metal oxide film having a refractive index of 1.59 to 1.8 on the substrate side, for example, on a plastic film substrate having a refractive index of 1.4 to 1.7. The reflection of light at the interface with the substrate can be suppressed, and the transmittance can be improved.
As a result, it is possible to satisfy 90%, which is a required value of transmittance, particularly for display applications.
It is to be noted that silicon (Si) is strictly a semiconductor, but in the present specification, it is included in a metal in a broad sense, and “silicon oxide” is included in a metal oxide in a broad sense.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記第１の金属酸化膜の膜厚は、１０〜３００ｎｍであり、
前記第２の金属酸化膜の膜厚は、１０〜３００ｎｍであり、
前記第３の金属酸化膜の膜厚は、５〜１００ｎｍである
ことを特徴とする。
The gas barrier film according to the present invention is
The film thickness of the first metal oxide film is 10 to 300 nm,
The film thickness of the second metal oxide film is 10 to 300 nm,
The film thickness of the third metal oxide film is 5 to 100 nm.
このような第１の金属酸化膜、第２の金属酸化膜、第３の金属酸化膜の膜厚構成とすることで、ガスバリアフィルムの柔軟性（フレキシブル性）と優れたバリア特性と高い全光線透過率とを両立させることが可能となる。 By setting the film thickness configuration of such first metal oxide film, second metal oxide film, and third metal oxide film, the flexibility (flexibility) of the gas barrier film, the excellent barrier characteristics, and the high total light beam can be obtained. It becomes possible to make it compatible with the transmittance.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記基材と前記第１の金属酸化膜との間に平滑層を含む
ことを特徴とする。
The gas barrier film according to the present invention is
A smooth layer is included between the substrate and the first metal oxide film.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記基材と前記第１の金属酸化膜との間にポリシラザン層を含む平滑層を含む
ことを特徴とする。
The gas barrier film according to the present invention is
A smooth layer including a polysilazane layer is included between the base and the first metal oxide film.
このような構成とすることで、第１の金属酸化膜は、基材上に形成された平滑化された表面上に形成することができるため、第１の金属酸化膜の欠陥の発生を低減することができる。
さらに、平滑層は、Ｓｉ−Ｏ結合を有するポリシラザン層を有し、ポリシラザン層とシリコン酸化物を含有する第１の金属酸化膜とを直接接触させることにより、平滑層と第１の金属酸化膜との密着性を向上させることができる。
With such a configuration, the first metal oxide film can be formed on the smoothed surface formed on the base material, thereby reducing the occurrence of defects in the first metal oxide film. can do.
Furthermore, the smooth layer has a polysilazane layer having a Si-O bond, and the smooth layer and the first metal oxide film are brought into direct contact with the polysilazane layer and the first metal oxide film containing silicon oxide. It is possible to improve the adhesion with
本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記第３の金属酸化膜上に、樹脂層を有する
ことを特徴とする。
The gas barrier film according to the present invention is
A resin layer is provided on the third metal oxide film.
また、本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記第３の金属酸化膜上に、保護フィルムをラミネートしたことを特徴とする。
In addition, the gas barrier film according to the present invention is
A protective film is laminated on the third metal oxide film.
このような構成とすることにより、第３の金属酸化膜の表面において、傷等の発生を防止することができ、傷等によりガスバリア特性が劣化することを防止することができる。 With such a configuration, the occurrence of a flaw or the like can be prevented on the surface of the third metal oxide film, and the deterioration of the gas barrier properties due to the flaw or the like can be prevented.
また、本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記第３の金属酸化膜上に、粘着層或いは接着層を介して、機能層を付与した樹脂フィルムをラミネートしたことを特徴とする。
In addition, the gas barrier film according to the present invention is
A resin film provided with a functional layer is laminated on the third metal oxide film via an adhesive layer or an adhesive layer.
このように、第３の金属酸化膜上に機能層、例えば透明導電性層、を付与した樹脂フィルムを設けることにより、ガスバリアフィルムを、例えばタッチパネルや太陽電池用途に用いることができる。 Thus, the gas barrier film can be used for, for example, a touch panel or a solar cell application by providing a resin film provided with a functional layer, for example, a transparent conductive layer, on the third metal oxide film.
本発明によれば、全光線透過率の高い、優れたガスバリア性を有したガスバリアフィルムを提供することができる。
特に本発明に係るガスバリアフィルムは、ディスプレイ用途の透明性への高い要求をも満足することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a gas barrier film having a high total light transmittance and an excellent gas barrier property.
In particular, the gas barrier film according to the present invention can also satisfy high requirements for transparency of display applications.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は、いずれも本発明の要旨の認定において限定的な解釈を与えるものではない。また、同一又は同種の部材については同じ参照符号を付して、説明を省略することがある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, none of the following embodiments gives a limited interpretation in recognizing the gist of the present invention. In addition, the same or similar members may be denoted by the same reference numerals and descriptions thereof may be omitted.
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るガスバリアフィルムの一例を示す断面図であり、ガスバリアフィルムは、基材１上に、順に、第１の金属酸化膜２、第２の金属酸化膜３、第３の金属酸化膜４が積層されて構成されている。
＜基材＞
基材１は、シート状であれば、特にその材料を限定するものではないが、例えばプラスチックフィルムであるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＩ（ポリイミド）等の他、ガラス板であっても良い。
特に基材１としてプラスチックフィルムのようなフレキシブル性（柔軟性）を有する材料を選択することで、包装材としての用途や、太陽電池パネルやディスプレイ装置等の電子デバイス部材の用途などの幅広い用途に使用することができる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a gas barrier film according to
<Base material>
The
In particular, by selecting a material having flexibility (flexibility) such as a plastic film as the
また、基材１上に形成するガスバリア層としての後述する各金属酸化膜は、既知の蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法を用いて成膜することができるが、基材１が柔軟性を有する場合には、公知のロールツーロール方式の成膜装置を使用することができる。
なお、成膜装置はロールツーロール方式に限らず、成膜装置内のサセプター上に基材１を載置した状態で各金属酸化膜を成膜する方式であってもよい。
Moreover, although each metal oxide film mentioned later as a gas barrier layer formed on the
The film forming apparatus is not limited to the roll-to-roll system, and may be a system in which each metal oxide film is formed in a state in which the
＜第１の金属酸化膜＞
基材１上に第１のガスバリア層として第１の金属酸化膜２を形成する。
第１の金属酸化膜２として、アルミニウム（Ａｌ）酸化物、シリコン（Ｓｉ）酸化物、亜鉛（Ｚｎ）酸化物の混合ターゲットを用い、アルゴンと酸素との混合ガスによるリアクティブスパッタ法により、アルミニウム酸化物、シリコン酸化物及び亜鉛酸化物が混合した酸化膜（以下、簡単のためＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ酸化膜と称す）を、膜厚１０ｎｍ〜３００ｎｍ、好ましくは９０ｎｍ〜１１０ｎｍ、形成する。
膜厚が薄すぎると目的とするガスバリア性を発揮できない。厚すぎると応力によるクラックでガスバリア性を損なう恐れがある。さらには、フレキシブル性に乏しくなる。膜厚を上記の範囲とすることで、ガスバリア特性とフレキシブル性とを満足することができる。
<First metal oxide film>
A first
A mixed target of aluminum (Al) oxide, silicon (Si) oxide, zinc (Zn) oxide is used as the first
If the film thickness is too thin, the desired gas barrier properties can not be exhibited. If it is too thick, there is a risk that the gas barrier properties may be impaired due to stress-induced cracking. Furthermore, the flexibility is poor. By setting the film thickness within the above range, gas barrier properties and flexibility can be satisfied.
なお、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ酸化膜には、材料の精製技術上の問題により（例えば、スパッタターゲットの有限の純度により）、不可避的に不純物として他の元素が混入することがある。 In addition, in the Al-Si-Zn oxide film, another element may be inevitably mixed as an impurity due to a problem in purification technology of the material (for example, due to the finite purity of the sputter target).
Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ酸化膜中のアルミニウム酸化物、シリコン酸化物、亜鉛酸化物の組成比は、アルミニウム酸化物、シリコン酸化物、亜鉛酸化物の総量を１００ｗｔ％（重量パーセント）として、アルミニウム酸化物は０．５〜５．０ｗｔ％、シリコン酸化物は５．０〜２０．０ｗｔ％、亜鉛酸化物は残部、すなわち（１００−［アルミ酸化物の組成比率］−［シリコン酸化物の組成比率］）ｗｔ％である。
この組成比率の条件において、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ酸化膜の光学特性である屈折率は１．５９〜１．８となる。
The composition ratio of aluminum oxide, silicon oxide and zinc oxide in the Al-Si-Zn oxide film is 100 wt% (weight percent) of the total of aluminum oxide, silicon oxide and zinc oxide, and aluminum oxide Is 0.5 to 5.0 wt%, silicon oxide is 5.0 to 20.0 wt%, and zinc oxide is the remainder, that is, (100-[composition ratio of aluminum oxide]-[composition ratio of silicon oxide] ) Wt%.
Under the condition of this composition ratio, the refractive index which is the optical characteristic of the Al-Si-Zn oxide film is 1.59 to 1.8.
Ａｌ−Ｚｎ酸化膜は、結晶質の膜であり、結晶粒の間を水蒸気が透過するため、ガスバリア性が低くなる。Ｓｉを添加することで、非晶質となり高いガスバリア性が発現する。 The Al—Zn oxide film is a crystalline film, and water vapor permeates between crystal grains, resulting in low gas barrier properties. By adding Si, it becomes amorphous and exhibits high gas barrier properties.
さらに、第１の金属酸化膜２であるＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ酸化膜は、屈折率の異なる３種の金属酸化物から構成されているため、各金属酸化物の組成を調整することで、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ酸化膜の屈折率を調整することができる。例えば、亜鉛酸化物と比較してアルミニウム酸化物とシリコン酸化物の屈折率は低く、特に最も屈折率の低いシリコン酸化物の組成比率を上げることで屈折率を低下させることができる。
成膜方法としてスパッタ法を採用する場合、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ酸化膜中の各金属酸化物の組成比率は、ターゲットの組成により調整することができる。
Furthermore, since the Al-Si-Zn oxide film which is the first
When the sputtering method is employed as the film forming method, the composition ratio of each metal oxide in the Al-Si-Zn oxide film can be adjusted by the composition of the target.
このように第１の金属酸化膜２として、３種の金属酸化物からなる膜を用いることで、屈折率の制御と非晶質とを両立させることができる。
As described above, by using a film composed of three types of metal oxides as the first
基材１の材料として、例えば柔軟性（フレキシブル性）のあるプラスチック材であるＰＥＴ、ＣＯＰ、ＰＥ、ＰＩを用いた場合、それらの屈折率は典型的には１．４〜１．７である。そのため、第１の金属酸化膜２の金属の組成比率を調整し、第１の金属酸化膜２の屈折率をプラスチック材の屈折率に近い値、例えば屈折率の差が０．２以下、に調整することで、基材１と第１の金属酸化膜２との界面での反射を抑制し、透明性（全光線透過率）を向上させるとともに、高いバリア特性を実現することが可能となる。
When, for example, PET, COP, PE, PI, which is a plastic material having flexibility (flexibility), is used as the material of the
＜第２の金属酸化膜＞
第１の金属酸化膜２上に第２のガスバリア層として第２の金属酸化膜３を形成する。
第２の金属酸化膜３として、錫酸化物（ＳｎＯ２）と亜鉛酸化物（ＺｎＯ）の混合ターゲットを用い、アルゴンと酸素との混合ガスによるリアクティブスパッタ法により、錫酸化物と亜鉛酸化物からなる金属酸化膜（以下、簡単のためＳｎ−Ｚｎ酸化膜と称す）を第１の金属酸化膜２上に形成する。すなわち、第２の金属酸化膜３の亜鉛酸化物と混合する酸化物は錫酸化物であり、第１の金属酸化膜２の亜鉛酸化物と混合する酸化物（アルミニウム酸化物及びシリコン酸化物）と異なる酸化物を使用している。
なお、Ｓｎ−Ｚｎ酸化膜には、材料の精製技術上の問題により、不可避的に不純物として他の元素が混入することがある。
<Second metal oxide film>
A second
A mixed target of tin oxide (SnO 2 ) and zinc oxide (ZnO) is used as the second
In addition, another element may be mixed as an impurity unavoidably to a Sn-Zn oxide film by the problem on purification technology of material.
形成する第２の金属酸化膜３の膜厚は１０ｎｍ〜３００ｎｍ、好ましくは９０ｎｍ〜１１０ｎｍである。
膜厚が薄すぎると目的とするガスバリア性を発揮できない。厚すぎると応力によるクラックが発生し、ガスバリア性を損なう恐れがある。さらには、フレキシブル性に乏しくなる。膜厚を上記の範囲とすることで、ガスバリア特性とフレキシブル性とを満足することができる。
The film thickness of the second
If the film thickness is too thin, the desired gas barrier properties can not be exhibited. If it is too thick, cracks may occur due to stress and the gas barrier properties may be impaired. Furthermore, the flexibility is poor. By setting the film thickness within the above range, gas barrier properties and flexibility can be satisfied.
Ｓｎ−Ｚｎ酸化膜中の錫酸化物と亜鉛酸化物の組成比率（含有比率）は、錫酸化物は２０〜４０ｗｔ％（重量パーセント）、亜鉛酸化物は６０〜８０ｗｔ％である。
この組成条件において、錫酸化物と亜鉛酸化物とは共に、屈折率がアルミニウム酸化物やシリコン酸化物の屈折率に比べて高いため、Ｓｎ−Ｚｎ酸化膜の光学特性である屈折率は１．８〜２．０となる。
なお、錫酸化物と亜鉛酸化物の組成比率は、スパッタ法を採用する場合、ターゲットの組成により調整することができる。
The composition ratio (content ratio) of tin oxide to zinc oxide in the Sn—Zn oxide film is 20 to 40 wt% (weight percent) of tin oxide, and 60 to 80 wt% of zinc oxide.
Under this composition condition, since the refractive index of both tin oxide and zinc oxide is higher than that of aluminum oxide or silicon oxide, the refractive index which is the optical characteristic of the Sn-Zn oxide film is 1. It will be 8 to 2.0.
In addition, the composition ratio of tin oxide and zinc oxide can be adjusted with the composition of a target, when employ | adopting a sputtering method.
Ｓｎ−Ｚｎ酸化膜は、錫酸化物と亜鉛酸化物とを含むため、亜鉛酸化物からなる膜と比較して非晶質な膜となり、ガスバリア特性が優れた、すなわち水蒸気、酸素等のガスの透過率が低い膜となる。
上記のように、第２の金属酸化膜３であるＳｎ−Ｚｎ酸化膜の屈折率は、基材１の屈折率より高く、両者の屈折率の差は大きくなるが、屈折率が第２の金属酸化膜３の屈折率より低い第１の金属酸化膜２を、第２の金属酸化膜３と基材１との間に介在させることにより、屈折率の違いによる透過率の減少を抑制している。
Since the Sn-Zn oxide film contains tin oxide and zinc oxide, it becomes an amorphous film compared to a film made of zinc oxide and has excellent gas barrier properties, that is, a gas such as water vapor or oxygen It has a low permeability.
As described above, although the refractive index of the Sn—Zn oxide film which is the second
また、第１の金属酸化膜２上に異なる材料である第２の金属酸化膜３を積層することにより、例えば各金属酸化膜中に欠陥が生じた場合においても、水蒸気や酸素等のガスの透過経路となる欠陥が連続することを防止できるため、ガスのバリア特性をさらに向上させることができる。
特に、第１の金属酸化膜２と第２の金属酸化膜３とは、亜鉛酸化物と混合する金属酸化物が異なるため、ガスの透過経路となる欠陥が連続することを効果的に防止できる。
Further, by laminating the second
In particular, since the first
＜第３の金属酸化膜＞
第２の金属酸化膜３の上に第３のガスバリア層として第３の金属酸化膜４を形成する。
第３の金属酸化膜４として、例えばシリコン（Ｓｉ）ターゲットを用い、アルゴンと酸素との混合ガスによるスパッタ法により、シリコン酸化膜（以下、簡単のためＳｉＯｘ膜と称す。ここで、ｘ＝１．８〜２．０。）を形成する。
なお、シリコン酸化膜には、材料の精製技術上の問題により、不可避的に不純物として他の元素が混入することがある。
<Third metal oxide film>
A third
For example, a silicon (Si) target is used as the third
In addition, in the silicon oxide film, another element may be inevitably mixed as an impurity due to a problem in purification technology of the material.
ＳｉＯｘ膜は、膜厚を厚く、例えば１００ｎｍ以上するとクラックが発生し、バリア特性を劣化させる。また、膜厚が薄すぎると安定したガスバリア性が確保できないため、ＳｉＯｘ膜の膜厚を５〜１００ｎｍとすることが好ましい。 When the SiOx film is thick, for example, 100 nm or more, a crack is generated to deteriorate the barrier characteristic. If the film thickness is too thin, stable gas barrier properties can not be secured, so the film thickness of the SiOx film is preferably 5 to 100 nm.
上記のとおり第２の金属酸化膜３の屈折率は高く、空気の屈折率との差が大きくなるため、第２の金属酸化膜３が直接空気と接する構成とすると、その界面での光の反射が原因で透過率が低下する。しかし、ＳｉＯｘ膜の光学特性である屈折率は１．４〜１．５であり、第２の金属酸化膜３上に屈折率が低い第３の金属酸化膜４としてシリコン酸化物（ＳｉＯｘ）を形成することにより、空気の屈折率との差を小さくすることができる。
As described above, since the refractive index of the second
すなわち、第１の金属酸化膜２と第２の金属酸化膜３との積層構造は優れたガスバリア特性を有するが、上層にある第２の金属酸化膜は、屈折率が１．８〜２．０であり空気との屈折率差が大きく、透過率が、例えば７７％程度に低下してしまう。しかし、本発明にかかるガスバリアフィルムは、屈折率の低い第３の金属酸化膜を空気と接する最上層に形成することにより、透過率を９２％まで増大させることが可能となった。
That is, although the laminated structure of the first
また、シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）自体がガスバリア特性を有し、さらに第２の金属酸化膜３とは全く異なる金属の酸化物であるため、第２の金属酸化膜３と第３の金属酸化膜４との間でガスの透過経路となる欠陥が連続することを効果的に防止することができる。
Further, since the silicon oxide film (SiOx) itself has gas barrier properties and is a metal oxide which is completely different from the second
なお、ガスバリアフィルムをＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ酸化膜とシリコン酸化膜のみによる２層の積層構造で構成した場合には、必要なガスバリア性を得るためには、膜厚を厚く設定しなければならない。
しかしながら、膜厚が厚くなると、ガスバリアフィルムのフレキシブル性が損なわれる恐れがある。そこで、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ酸化膜に比べ単位膜厚当たりのガスバリア性が高いＳｎ−Ｚｎ酸化膜を積層することで、膜厚を薄くすることができるため、同じガスバリア性でもフレキシブル性を向上することができる。
In the case where the gas barrier film has a laminated structure of two layers consisting only of an Al-Zn-Si oxide film and a silicon oxide film, the film thickness must be set large in order to obtain the necessary gas barrier properties.
However, if the film thickness is large, the flexibility of the gas barrier film may be impaired. Therefore, the film thickness can be reduced by laminating the Sn-Zn oxide film having a higher gas barrier property per unit film thickness compared to the Al-Zn-Si oxide film, so the flexibility is improved even with the same gas barrier property. be able to.
このように、屈折率の高い第２の金属酸化膜３を、相対的に屈折率の低い第１の金属酸化膜２と第３の金属酸化膜４とで挟む構造とし、さらに基材１と近い屈折率を有する第１の金属酸化膜２を基材１上に配置し、第３の金属酸化膜４を空気と直接接する側に配置することで、全光線透過率を効果的に向上させることができる。
さらに、第１の金属酸化膜２と第２の金属酸化膜３と第３の金属酸化膜４とは、それぞれ異なる金属酸化物から構成するため、ガス透過経路となり得る欠陥が連続することを効果的に防止することができる。
従って、本発明にかかるガスバリアフィルムは、高いガスバリア特性を実現するとともに、ディスプレイ用途の透過率の要求値である９０％をも満足することができ、包装材用途だけでなく、電子デバイス部材用途への適用が可能となる。
Thus, the second
Furthermore, since the first
Therefore, the gas barrier film according to the present invention achieves high gas barrier properties and can satisfy 90%, which is a required value of transmittance for display applications, and can be used not only for packaging materials but also for electronic device members. Application of
（実施形態２）
図２（ａ）に示すように基材１上に表面の平坦性を向上させる平滑層５を形成し、平滑化層５上に第１の金属膜２を形成してもよい。
平滑化層５の平坦な表面上に第１の金属酸化膜２を形成することにより、第１の金属酸化膜２の欠陥（例えばクラック）の発生を抑制し、さらにガスバリア特性を向上させることができる。
Second Embodiment
As shown in FIG. 2A, the
By forming the first
しかしながら、平滑層５の表面が平坦であることは、平滑層５と第１の金属酸化膜２との接触面積を減少させることを意味する。平滑層５と第１の金属酸化膜２との接触面積が減少すると、相互の密着性が低下する原因となる。
However, the fact that the surface of the
そのため、平滑層５を構成する材料として、Ｓｉ−Ｏ結合を有するポリシラザンを好適に使用することができる。
第１の金属酸化膜２はシリコン酸化物を含有するため、ポリシラザンにより構成された平滑層５と第１の金属酸化膜２との密着性を高めることができるからである。
Therefore, polysilazane having a Si—O bond can be suitably used as a material for forming the
Since the first
平滑層５を構成するポリシラザン層は、例えばパーヒドロポリシラザン（ＰＨＰＳ）溶液を基材１上に塗布、例えばスプレー塗布し、ＵＶ光を照射することにより硬化させることにより形成することができる。
このようにして形成されたポリシラザン層は、平滑な表面を備えるが、特にその表面粗さＲａを１ｎｍ以下とすることで、ポリシラザン層上に形成する第１の金属酸化膜２の欠陥の発生を抑制することができる。さらに、第１の金属酸化膜２の表面も平坦化されるため、第２の金属酸化膜３、第３の金属酸化膜４の欠陥も抑制することができる。
The polysilazane layer constituting the
The polysilazane layer thus formed has a smooth surface, but the generation of defects in the first
平滑層５を構成するポリシラザン層は、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｎ、Ｓｉ−Ｏ結合を有しているが、酸化性雰囲気で硬化させることにより、表面層にさらに酸化が進んだ層を形成することができ、第１の金属酸化膜２と平滑層５であるポリシラザン層との間の密着性を向上させることができる。
The polysilazane layer constituting the
また、平滑層５は、図２（ｂ）に示すように２層構造とし、基材１の表面から順に第１の平滑層５ａ、第２の平滑層５ｂを形成してもよい。
すなわち、第２の平滑層５ｂは、ポリシラザンからなる層とし、第１の平滑層５ａはポリシラザンと異なる材料からなる層を、塗布法等により形成してもよい。
The
That is, the second
第１の平滑層５ａにより表面を平坦化した後に、第２の平滑層５ｂであるポリシラザン層を形成することにより、さらに平坦性のよい表面を得ることができる。
この場合、ポリシラザン層である第２の平滑層５ｂ上に直接第１の金属酸化膜２を形成することで、基材１と第１の金属酸化膜２との間で、高い密着力を維持することができる。
By forming a polysilazane layer which is the second
In this case, by forming the first
平滑層５ａの形成に用いられる材料としては、紫外線や電子線のような活性エネルギー線照射により架橋反応等を経て硬化する活性線硬化樹脂系塗料、または熱硬化性樹脂系塗料が好適に使用できる。特に、紫外線照射によって硬化する紫外線硬化性樹脂系塗料が好ましく、紫外線硬化型有機無機ハイブリット樹脂の塗料が、さらに好ましい。
As a material used to form the
有機無機ハイブリット樹脂の平滑層５ａは、プラスチック基材とポリシラザン層との間の層間密着性を高めることができるので、特に好ましい。有機無機ハイブリット樹脂は、その大部分が有機系成分であるため、有機系材料であるプラスチック基材との密着性が良好である。
また、樹脂内にＳｉ成分も含有している為、上部に積層するポリシラザン層との密着性も良好である。
The
Further, since the resin also contains a Si component, the adhesion with the polysilazane layer laminated on the upper part is also good.
また、良好なガスバリア性を有する為には、平滑層表面の粗さも重要である。
平滑層表面の粗さについては、Ｒａが１．０ｎｍ以下、好ましくは０．８ｎｍ以下であり、Ｒｚが２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下である。
In addition, in order to have good gas barrier properties, the roughness of the smooth layer surface is also important.
The roughness of the smooth layer surface is such that Ra is 1.0 nm or less, preferably 0.8 nm or less, and Rz is 20 nm or less, preferably 10 nm or less.
なお、塗料の塗布方法としては、例えば、グラビアコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ダイコート法などを用いることができる。紫外線硬化性樹脂を光重合させる紫外線の光源としては、例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を用いることができる。 In addition, as a coating method of a coating material, the gravure coat method, the bar coat method, the knife coat method, the roll coat method, the blade coat method, the die coat method etc. can be used, for example. As a light source of the ultraviolet-ray which photopolymerizes ultraviolet curable resin, a low pressure mercury lamp, a medium pressure mercury lamp, a high pressure mercury lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, a carbon arc lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp etc. can be used, for example.
なお、本発明にかかるガスバリアフィルムは、上記第３の金属酸化膜４上に、金属酸化膜を保護するため、例えば数μｍの樹脂層を設けてもよい。保護用の樹脂層は、活性線硬化樹脂系塗料、または熱硬化性樹脂系塗料を使用することができ、透明性を損なわないよう、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などを塗工により積層する。保護用樹脂層は、ガスバリアフィルムに対するカール等の悪影響を防止するため、その膜厚は５μｍ程度以下とする。
また、上記第３の金属酸化膜４上に、金属酸化膜を保護するため、保護フィルム（例えば数十μｍ）、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等オレフィン系の樹脂フィルムに粘着層を設けたフィルムや、ＰＥＴ等の樹脂フィルムにアクリル樹脂やウレタン樹脂などの粘着層を塗工したフィルムをラミネートしてもよい。保護フィルムは、一時的にガスバリアフィルムの表面を保護するためのものであり、剥離することが前提であるため、透明性を要しない。また、剥離時のガスバリアフィルムへの損傷を防止するため、保護フィルムの粘着力は、強くても０．５Ｎ／２５ｍｍ程度以下とする。
柔軟性のある保護用樹脂層又は保護フィルムを設けることで、第１、第２、第３の金属膜２、３、４に、例えば機械的に傷等が発生することを防止し、バリア特性が劣化することを防止することができる。
In order to protect the metal oxide film, the gas barrier film according to the present invention may be provided with a resin layer of, for example, several μm on the third
In addition, a protective film (for example, several tens of μm), for example, a film obtained by providing an adhesive layer on an olefin-based resin film such as polyethylene or polypropylene, or PET to protect the metal oxide film on the third metal oxide film 4 A film in which an adhesive layer such as an acrylic resin or a urethane resin is coated on a resin film such as, may be laminated. A protective film is for temporarily protecting the surface of a gas barrier film, and since it is premised to exfoliate, transparency is not required. In addition, in order to prevent damage to the gas barrier film at the time of peeling, the adhesive strength of the protective film is at most about 0.5 N / 25 mm or less.
By providing a flexible protective resin layer or protective film, for example, mechanical damage is prevented from occurring in the first, second, and
また、本発明にかかるガスバリアフィルムは、上記第３の金属酸化膜４上に、公知の粘着層又は接着層を介して、例えば透明導電性層等の機能層を付与した樹脂フィルム、例えば数十〜２００μｍ、をラミネートしてもよい。
機能層を付与した樹脂フィルムを設けることにより、ガスバリアフィルムを、例えばタッチパネルや太陽電池用途に用いることができる。
Further, the gas barrier film according to the present invention is a resin film in which a functional layer such as a transparent conductive layer is provided on the third
By providing the resin film to which the functional layer is provided, the gas barrier film can be used, for example, for touch panel applications and solar cell applications.
本発明によれば、ガスバリア特性に優れ、全光線透過率が高いガスバリア特性を有するガスバリアフィルムを得ることができ、包装材用途だけでなく、ディスプレイ等の電子デバイス部材の用途にも広く適用することができ、産業上の利用可能性は大きい。 According to the present invention, a gas barrier film having excellent gas barrier properties and high total light transmittance can be obtained, and it is widely applied not only to packaging applications but also to applications of electronic device members such as displays. The potential for industrial use is great.
１ 基材
２ 第１の金属酸化膜
３ 第２の金属酸化膜
４ 第３の金属酸化膜
５ 平滑層
５ａ 第１の平滑層
５ｂ 第２の平滑層
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記基材側から順に第１の金属酸化膜と第２の金属酸化膜と第３の金属酸化膜とを備え、
前記第１の金属酸化膜は、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物及び亜鉛酸化物の混合酸化物からなり、
前記第２の金属酸化膜は、錫酸化物及び亜鉛酸化物の混合酸化物からなり、
前記第３の金属酸化膜は、シリコン酸化物からなる
ことを特徴とするガスバリアフィルム。 A substrate,
A first metal oxide film, a second metal oxide film, and a third metal oxide film in order from the substrate side,
The first metal oxide film comprises a mixed oxide of silicon oxide, aluminum oxide and zinc oxide,
The second metal oxide film comprises a mixed oxide of tin oxide and zinc oxide,
The third metal oxide film is made of silicon oxide.
前記第２の金属酸化膜中の錫酸化物の組成比率は２０〜４０ｗｔ％であり、残部が亜鉛酸化物であり、
前記第３の金属酸化膜のシリコン（Ｓｉ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の組成比は、１．８〜２．０である
ことを特徴とする請求項１記載のガスバリアフィルム。 The composition ratio of silicon and aluminum oxide in the first metal oxide film is 5.0 to 20.0 wt% and 0.5 to 5.0 wt%, respectively, and the balance is zinc oxide,
The composition ratio of tin oxide in the second metal oxide film is 20 to 40 wt%, and the balance is zinc oxide,
The gas barrier film according to claim 1, wherein a composition ratio of oxygen (O) atoms to silicon (Si) atoms of the third metal oxide film is 1.8 to 2.0.
前記第２の金属酸化膜の屈折率は、１．８〜２．０であり、
前記第３の金属酸化膜の屈折率は、１．４〜１．５である
ことを特徴とする請求項１または２記載のガスバリアフィルム。 The refractive index of the first metal oxide film is 1.59 to 1.8,
The refractive index of the second metal oxide film is 1.8 to 2.0,
The gas barrier film according to claim 1 or 2, wherein the refractive index of the third metal oxide film is 1.4 to 1.5.
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のガスバリアフィルム。 The gas barrier film according to any one of claims 1 to 3, wherein the refractive index of the base material is 1.4 to 1.7.
前記第２の金属酸化膜の膜厚は、１０〜３００ｎｍであり、
前記第３の金属酸化膜の膜厚は、５〜１００ｎｍである
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のガスバリアフィルム。 The film thickness of the first metal oxide film is 10 to 300 nm,
The film thickness of the second metal oxide film is 10 to 300 nm,
The film thickness of the said 3rd metal oxide film is 5-100 nm. The gas barrier film of any one of the Claims 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のガスバリアフィルム。 The gas barrier film according to any one of claims 1 to 5, further comprising a smooth layer between the substrate and the first metal oxide film.
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のガスバリアフィルム。 The gas barrier film according to any one of claims 1 to 5, further comprising a smooth layer including a polysilazane layer between the substrate and the first metal oxide film.
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のガスバリアフィルム。 The gas barrier film according to any one of claims 1 to 7, further comprising a resin layer on the third metal oxide film.
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のガスバリアフィルム。 The gas barrier film according to any one of claims 1 to 7, wherein a protective film is laminated on the third metal oxide film.
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のガスバリアフィルム。 The gas barrier film according to any one of claims 1 to 7, wherein a resin film provided with a functional layer is laminated on the third metal oxide film via an adhesive layer or an adhesive layer.
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