JP2020076133A

JP2020076133A - 透明導電ガスバリアフィルム及びその製造方法

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Publication number: JP2020076133A
Application number: JP2018210602A
Authority: JP
Inventors: 一聡朝川; Kazutoshi Asakawa
Original assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-05-21
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: JP7228223B2

Abstract

【課題】耐久性が高く、ガスバリア性に優れた透明導電ガスバリアフィルム等の提供。【解決手段】本発明の透明導電ガスバリアフィルム１は、支持フィルム２と、支持フィルム２の一方の面上に形成されるアモルファス状のＩＺＯ膜３とを備え、ＩＺＯ膜３の厚みが、１００ｎｍ〜２５０ｎｍであり、モコン法による４０℃、９０％ＲＨでの測定環境において、２４時間経過時の透湿度が、０．１ｇ／ｍ２・２４ｈ未満である。【選択図】図１

Description

本発明は、透明導電ガスバリアフィルム及びその製造方法に関する。

ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の金属酸化物の薄膜からなる透明導電膜は、液晶ディスプレイ等の各種デバイスの透明電極として広く用いられている。この種の透明導電膜は、光透過性及び導電性に優れるものの、それ単独では、ガスバリア性を備えていない。そのため、ガスバリア性が要求される場合は、通常、透明導電膜の下地として、基材（例えば、樹脂フィルム）の上に予めガスバリア膜を形成しておき、そのガスバリア膜の上に、透明導電膜が形成される（例えば、特許文献１参照）。代表的なガスバリア膜としては、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）が挙げられる。

特開２０１４−１２９２３０号公報

酸化シリコン膜は、優れたガスバリア性を備えているものの、曲げに対する耐久性が低く、割れ易い。ガスバリア膜が割れてしまうと、ガスバリア性が確保されず、問題となる。

本発明の目的は、耐久性が高く、ガスバリア性に優れた透明導電ガスバリアフィルム及びその製造方法を提供することである。

前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。即ち、
＜１＞支持フィルムと、
前記支持フィルムの一方の面上に形成されるアモルファス状のＩＺＯ膜とを備え、
前記ＩＺＯ膜の厚みが、１００ｎｍ〜２５０ｎｍであり、
モコン法による４０℃、９０％ＲＨでの測定環境において、２４時間経過時の透湿度が、０．１ｇ／ｍ^２・２４ｈ未満である透明導電ガスバリアフィルム。

＜２＞前記支持フィルムのＴＤ方向の熱収縮率が±０．２％以下であり、ＭＤ方向の熱収縮率が０．５％以下である前記＜１＞に記載の透明導電ガスバリアフィルム。

＜３＞真空チャンバ内に、ＩＺＯターゲットと支持フィルムとを配置し、前記真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、前記ＩＺＯターゲットに電力投入して、前記支持フィルムの一方の面上に、アモルファス状のＩＺＯ膜を成膜する成膜工程を備え、
前記成膜工程において、前記スパッタガスとして、希ガス及び酸素ガスを使用し、
前記希ガスの導入量（ａ）に対する前記酸素ガスの導入量（ｂ）の割合（ｂ／ａ）が、２／１５０〜６／１５０であり、
前記ＩＺＯ膜の厚みが、１００ｎｍ〜２５０ｎｍとなるように成膜される透明導電ガスバリアフィルムの製造方法。

＜４＞前記成膜工程において、前記支持フィルムのＴＤ方向の熱収縮率が±０．２％以下であり、ＭＤ方向の熱収縮率が０．５％以下である前記＜３＞に記載の透明導電ガスバリアフィルムの製造方法。

本願発明によれば、耐久性が高く、ガスバリア性に優れた透明導電ガスバリアフィルム及びその製造方法を提供することができる。

本発明の透明導電ガスバリアフィルムの一例を模式的に表した説明図ＩＺＯ膜の膜厚と透湿度との関係を示すグラフ成膜時の酸素ガス導入量と透湿度との関係を示すグラフ

（透明導電ガスバリアフィルム）
本発明の一実施形態を、図１を参照しつつ説明する。図１は、本発明の透明導電ガスバリアフィルムの一例（透明導電ガスバリアフィルム１）を模式的に表した説明図である。透明導電ガスバリアフィルム１は、支持フィルム２と、この支持フィルム２の一方の面上に形成されるアモルファス状のＩＺＯ膜３とを備えている。図１に示されるように、支持フィルム２上に、ＩＺＯ膜３が直に形成されている。

（支持フィルム）
支持フィルム２は、ＩＺＯ膜３を支持するために使用される光透過性を備えた樹脂製（プラスチック製）のフィルムである。また、支持フィルム２は、適度な可撓性、耐久性等も備えている。このような支持フィルム２としては、樹脂製の芯層のみからなるものであってもよいし、芯層の片面又は両面に、ハードコート層等のコート層が形成されたものであってもよい。支持フィルム２の芯層を構成する具体的な樹脂としては、例えば、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（ＰＢＴ）等のポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等のアクリル樹脂、トリアセチルセルロース樹脂（ＴＡＣ）、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ナイロン６、ナイロン１２等のポリアミド樹脂、ポリビニルアルコールやエチレン−ビニルアルコール共重合体等のビニルアルコール樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂とポリメタクリル酸メチルの積層品（ＰＣ／ＰＭＭＡ）等が挙げられる。これらのうち、芯層を構成する樹脂としえは、ポリエステル樹脂が好ましく、特に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が好ましい。

コート層は、支持フィルム２とＩＺＯ膜３との密着性の向上等を目的として、適宜、形成される。このようなコート層としては、例えば、紫外線硬化型アクリル樹脂等の公知の透明な樹脂が利用される。コート層を、芯層上に形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、コート層の塗布液を、芯層上に公知の塗布方法で塗布し、適宜、塗布液を硬化（光硬化、熱硬化等）する方法等が挙げられる。前記公知の塗布方法としては、例えば、カーテンフローコート法、ディップ法、バーコート法、ドクターブレード法、リバースロールコート法、グラビアロールコート法等が挙げられる。

支持フィルム２の厚みは、特に制限されないが、例えば、２５μｍ〜１８８μｍが好ましい。

また、支持フィルム２の表面に対して、ＩＺＯ膜との密着性向上等の目的で、プラズマ処理（真空プラズマ処理、大気圧プラズマ処理）、コロナ放電処理、火炎処理等の表面処理を、必要に応じて行ってもよい。

支持フィルム２としては、寸法安定性に優れるものが好ましく、例えば、ＴＤ（Transverse Direction）方向の熱収縮率が、±０．２％以下であり、かつＭＤ（Machine Direction）方向の熱収縮率が、０．５％以下であるものが好ましい。ＴＤ方向及びＭＤ方向における熱収縮率がこのような範囲であると、支持フィルム２上にＩＺＯ膜３が形成された後、ＩＺＯ膜３に割れ（クラック）等の発生が抑制される。なお、本明細書の「熱収縮率（％）」は、加熱前（収縮前）の支持フィルム２の原寸に対する、１５０℃で３０分加熱後の収縮量の比率を％値で表したものである。支持フィルム２が収縮した場合、熱収縮率（％）は、プラスの値となり、支持フィルム２が膨張した場合、熱収縮率（％）は、マイナスの値となる。

なお、支持フィルム２は、例えば、光透過率が９０％以上であることが好ましい。

（ＩＺＯ膜）
ＩＺＯ膜３は、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）との複合酸化物からなり、導電性、光透過性、ガスバリア性、可撓性等の特性を備えている。支持フィルム２上にＩＺＯ膜３を形成する方法としては、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、真空蒸着法（電子線ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法）、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンビーム法、イオンアシスト法、レーザーアブレーション法等の物理的気相成長（ＰＶＤ）法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の化学的気相成長（ＣＶＤ）法等が挙げられる。これらの中でも、物理的気相成長（ＰＶＤ）法が好ましく、スパッタリング法が特に好ましい。また、スパッタリング法としては、成膜レートの高いＤＣスパッタリング法が好ましい。

上記のようにして支持フィルム２上に形成されたＩＺＯ膜３は、アモルファス状であるため、割れ難く、可撓性、耐久性等に優れる。

ＩＺＯ膜３の厚みは、１００ｎｍ〜２５０ｎｍである。なお、ＩＺＯ膜３の耐久性（クラックの入り難さ）等を考慮すると、ＩＺＯ膜３の厚みは、好ましくは１００ｍｍ〜２００ｎｍである。

ＩＺＯ膜３は、ガスバリア性に優れる、具体的には、モコン法による４０℃、９０％ＲＨでの測定環境において、２４時間経過時の透湿度が、０．１ｇ／ｍ^２・２４ｈ未満である。したがって、例えば、ＩＺＯ膜３と支持フィルム２との間に、ＳｉＯｘ等の従来のガスバリア層を設けなくても、透明導電ガスバリアフィルム１は、ＩＺＯ膜３により、ガスバリア性が確保される。

なお、他の実施形態においては、ＩＺＯ膜３上に更に他の層（例えば、保護層）が形成されてもよい。また、場合によっては、支持フィルム２の両面に、それぞれＩＺＯ膜３が形成されてもよい。

透明導電ガスバリアフィルム１は、透明性（光透過性）、導電性、ガスバリア性等が要求される様々な用途で用いることができる。特に、曲面化が要求される用途で用いることができる。このような透明導電ガスバリアフィルム１は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ、エレクトロミック等の各種デバイスの透明電極等として利用することができる。

（透明導電ガスバリアフィルムの製造方法）
透明導電ガスバリアフィルムの製造方法として、スパッタリング法を用いたものを例示する。このような透明導電ガスバリアフィルムの製造方法は、真空チャンバ内に、ＩＺＯターゲットと支持フィルムとを配置し、真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、ＩＺＯターゲットに電力投入して、支持フィルムの一方の面上に、アモルファス状のＩＺＯ膜を成膜する成膜工程を備える。特に、前記成膜工程において、スパッタガスとして、希ガス及び酸素ガスを使用し、希ガスの導入量（ａ）に対する酸素ガスの導入量（ｂ）の割合（ｂ／ａ）が、２／１５０〜６／１５０である。スパッタガスの前記割合がこのような範囲であると、ＩＺＯ膜３のガスバリア性が確保される。

なお、前記成膜工程において、支持フィルム２のＴＤ方向の熱収縮率が０．１％以下であり、ＭＤ方向の熱収縮率が０．４％以下であることが好ましい。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

なお、以下に示される実施例、及び比較例のスパッタリングによる成膜では、ロール・トゥ・ロール方式のマグネトロンスパッタリング装置を用いた。また、スパッタリング装置の各チャンバ内に供給されるスパッタガス（アルゴンガス、酸素ガス）の流量は、所定のマスフローコントローラを用いて、適宜、調節した。

〔実施例１〕
ＰＥＴフィルム（商品名「ルミラー（登録商標）Ｘ６２Ｋ」、東レ株式会社製、厚み：１００μｍ、ＴＤ方向の熱収縮率：０．２％以下、ＭＤ方向の熱収縮率：０．５％以下）を用意し、そのＰＥＴフィルムの一方の面上に、スパッタリングにより、アモルファス状のＩＺＯ膜（厚み：１２０ｎｍ）を形成して、実施例１のＩＺＯ膜付きフィルム（透明導電ガスバリアフィルム）を得た。スパッタリングの成膜条件は、以下の通りである。

＜成膜条件＞
ターゲット：ＩＺＯターゲット（出光興産株式会社製）、成膜圧力：０．２Ｐａ、ＤＣパワー：４．０Ｗ／ｃｍ^２、アルゴンガス導入量：１５０ｃｃｍ、酸素ガス導入量：４ｃｃｍ

＜ＰＥＴフィルムの熱収縮率＞
上記ＰＥＴフィルムの原反から、各辺がＴＤ方向、及びＭＤ方向に対応するように、１００ｍｍ×１００ｍｍサイズの正方形状のフィルムを切り出した、そのフィルムの各辺を加熱前後で測定し、それらの変化量より、ＴＤ方向、及びＭＤ方向における熱収縮率（３回の平均値）を求めた。加熱条件は、１５０℃、３０分である。

〔実施例２及び比較例１，２〕
ＰＥＴフィルム上に形成するＩＺＯ膜の厚みを、表１に示される厚みに変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２及び比較例１，２のＩＺＯ膜付きフィルムを得た。なお、ＩＺＯ膜の厚みは、成膜時間を適宜、調整することで、変更することができる。

〔ガスバリア性の評価〕
各実施例及び各比較例のフィルムについて、モコン法に準拠して、透湿度（ｇ／ｍ^２・２４ｈ）を測定した。具体的には、ＭＯＣＯＮ社製のガスバリア測定装置（製品名「ＡＱＵＡＴＲＡＮ３」）を用いて、４０℃、９０％ＲＨ、２４時間の条件で、フィルムの透湿度（ｇ／ｍ^２・２４ｈ）を測定した。結果は、表１に示した。

また、表１の結果を、図２のグラフにまとめた。図２のグラフの横軸は、ＩＺＯ膜の膜厚（ｎｍ）を表し、縦軸は、フィルムの透湿度（ｇ／ｍ^２・２４ｈ）を表す。

表１及び図２に示されるように、実施例１，２のＩＺＯ膜付きフィルム（透明導電ガスバリアフィルム）は、透過度の値が、０．１ｇ／ｍ^２・２４ｈ未満であり、ガスバリア性に優れることが確かめられた。これに対し、比較例１，２のフィルムは、ＩＺＯ膜が薄いため、ガスバリア性が担保されず、透過度の値が高くなる結果となった。

〔実施例３，４〕
酸素ガス導入量を、４ｃｃｍから表２に示される値に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、スパッタリングにより、実施例３，４のＩＺＯ膜付きフィルム（透明導電ガスバリアフィルム）を得た。なお、アルゴンガス導入量は、１５０ｃｃｍのまま一定であり、ＩＺＯ膜の厚みは、実施例１と同様、１２０ｎｍである。

実施例３，４のＩＺＯ膜付きフィルムについて、実施例１と同様、モコン法に準拠して、フィルムの透湿度（ｇ／ｍ^２・２４ｈ）を測定した。結果は、表２に示した。なお、表２には、実施例１の測定結果も併せて示した。

また、表２の結果を、図３のグラフにまとめた。図３グラフの横軸は、成膜時の酸素ガス導入量（ｃｃｍ）を表し、縦軸は、フィルムの透湿度（ｇ／ｍ^２・２４ｈ）を表す。

表２及び図３に示されるように、実施例３，４のＩＺＯ膜付きフィルム（透明導電ガスバリアフィルム）は、透過度の値が、０．１ｇ／ｍ^２・２４ｈ未満であり、ガスバリア性に優れることが確かめられた。また、実施例１，３，４のうち、酸素ガス導入量が４ｃｃｍである実施例１の場合、特にガスバリア性が高くなることが確かめられた。

１…透明導電ガスバリアフィルム、２…プラスチックフィルム、３…ＩＺＯ膜

Claims

支持フィルムと、
前記支持フィルムの一方の面上に形成されるアモルファス状のＩＺＯ膜とを備え、
前記ＩＺＯ膜の厚みが、１００ｎｍ〜２５０ｎｍであり、
モコン法による４０℃、９０％ＲＨでの測定環境において、２４時間経過時の透湿度が、０．１ｇ／ｍ^２・２４ｈ未満である透明導電ガスバリアフィルム。
前記支持フィルムのＴＤ方向の熱収縮率が±０．２％以下であり、ＭＤ方向の熱収縮率が０．５％以下である請求項１に記載の透明導電ガスバリアフィルム。
真空チャンバ内に、ＩＺＯターゲットと支持フィルムとを配置し、前記真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、前記ＩＺＯターゲットに電力投入して、前記支持フィルムの一方の面上に、アモルファス状のＩＺＯ膜を成膜する成膜工程を備え、
前記成膜工程において、前記スパッタガスとして、希ガス及び酸素ガスを使用し、
前記希ガスの導入量（ａ）に対する前記酸素ガスの導入量（ｂ）の割合（ｂ／ａ）が、２／１５０〜６／１５０であり、
前記ＩＺＯ膜の厚みが、１００ｎｍ〜２５０ｎｍとなるように成膜される透明導電ガスバリアフィルムの製造方法。
前記成膜工程において、前記支持フィルムのＴＤ方向の熱収縮率が±０．２％以下であり、ＭＤ方向の熱収縮率が０．５％以下である請求項３に記載の透明導電ガスバリアフィルムの製造方法。