JP2022124207A - ガスバリアフィルム、偏光板および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れたガスバリア性を有し、かつ反射光の色付きが少ないガスバリアフィルムを提供する。【解決手段】ガスバリアフィルム１は、透明フィルム１１の少なくとも一方の面にガスバリア層２１を備える。ガスバリア層は、少なくとも１層の酸窒化シリコン層２３１、および少なくとも２層の低屈折率層２１１，２１３を含む。ガスバリア層において、透明フィルムから最も離れて配置された最表面層２１３は低屈折率層である。ガスバリア層の膜厚が１２０～３５０ｎｍである。ガスバリア層に含まれる酸窒化シリコン層の膜厚の合計は４０～１５０ｎｍである。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスバリアフィルム、ガスバリア層付き偏光板および画像表示装置に関する。

画像表示装置の軽量化・薄型化・フレキシブル化に伴って、ガラス基板に代えてフィルム基板が用いられるようになっている。樹脂フィルムは、ガラスに比べて水蒸気や酸素等のガス透過性が高いため、これらのガスに起因する素子の劣化を抑制する目的で、ガスバリアフィルムを用いることが提案されている。

ガスバリア性に優れる材料として、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）が知られている。例えば、特許文献１では、酸窒化シリコン層の両面に酸化シリコン層を設けた３層構成のガスバリア層を備えるガスバリアフィルムが提案されている。特許文献２には、複数の酸窒化シリコン層の間に他の無機物質層を配置することにより、酸窒化シリコン層の成膜時の構造欠陥の成長を抑制することが提案されている。

特開２００７－１５３５０号公報 特開２００３－２１１５７９号公報

有機ＥＬ素子は、わずかな水分の浸入に起因して「ダークスポット」と呼ばれる欠点が生じる場合があり、高いガスバリア性（水蒸気遮断性）が要求される。有機ＥＬ表示装置等のディスプレイにおいて、表示素子よりも視認側に配置されるガスバリアフィルムは、ガスバリア性が高いことに加えて、可視光の透過率が高く、かつ反射光の色付きが少ないことが要求される。

酸窒化シリコン層に拠るガスバリア性を高めるために、その膜厚を大きくすると、反射光の色付きが大きくなり、画像表示装置に適用した場合に、画面の視認性が低下する場合がある。特許文献１および特許文献２で提案されている酸窒化シリコン層と他の無機層とを積層したガスバリア層も、反射光の色付きが大きく、画像表示装置への適用には改善の余地がある。

上記に鑑み、本発明は、優れたガスバリア性を有し、かつ反射光の色付きが少ないガスバリアフィルムの提供を目的とする。

ガスバリアフィルムは、透明フィルムの少なくとも一方の面にガスバリア層を備える。ガスバリア層は、少なくとも１層の酸窒化シリコン層、および少なくとも２層の低屈折率層を含む。低屈折率層は、酸窒化シリコン層よりも屈折率が低いものであればよく、低屈折率層の材料としては酸化シリコンが挙げられる。

ガスバリア層において、透明フィルムから最も離れて配置された最表面層（最外層）は低屈折率層であることが好ましい。ガスバリア層において、透明フィルムに最も近接して配置された最表面層も低屈折率層であってもよい。ガスバリア層は、酸窒化シリコン層と酸化シリコン等の低屈折率層の交互積層構成であってもよい。

ガスバリア層の膜厚は１２０～３５０ｎｍが好ましく、ガスバリア層に含まれる酸窒化シリコン層の膜厚の合計は４０～１５０ｎｍが好ましい。ガスバリア層の膜厚Ｄに対する酸窒化シリコン層の膜厚の合計Ｄ_１の比Ｄ_１／Ｄが、０．６５以下であってもよい。

酸窒化シリコン層の波長５５０ｎｍにおける屈折率は１．６０～１．９０であってもよい。低屈折率層の波長５５０ｎｍにおける屈折率は１．４０～１．５０であってもよい。

ガスバリア層側の面の反射光の彩度ｃ^＊＝｛（ａ^＊）^２＋（ｂ^＊）^２｝^１／２は、好ましくは１１以下である。ガスバリアフィルムの水蒸気透過率は、好ましくは３．０×１０^－３ｇ／ｍ^２・ｄａｙ以下である。

ガスバリアフィルムは、例えば、画像表示装置の形成に用いられる。画像表示装置は、画像表示セルの視認側表面にガスバリアフィルムを備える。画像表示セルは有機ＥＬセルであってもよい。画像表示装置は、さらに偏光子を備えていてもよく、偏光子と位相差フィルムとが積層された円偏光板を備えていてもよい。偏光子とガスバリアフィルムとを積層してガスバリア層付き偏光板を作製してもよい。

本発明のガスバリアフィルムは、ガスバリア性に優れ、かつ反射光の色付きが少ないため、有機ＥＬ等の画像表示装置等のガスバリアフィルムとしての使用に適している。

一実施形態のガスバリアフィルムの積層構成を示す断面図である。 一実施形態のガスバリアフィルムの積層構成を示す断面図である。 一実施形態のガスバリアフィルムの積層構成を示す断面図である。 ガスバリアフィルムを備える画像表示装置の構成例を示す断面図である。

図１は、一実施形態のガスバリアフィルムの積層構成を示す断面図である。ガスバリアフィルム１は、透明フィルム１１の少なくとも一方の面にガスバリア層２１を備える。図３に示すガスバリアフィルム３のように、透明フィルム１１の両面に、ガスバリア層２１，２２が設けられていてもよい。

［透明フィルム］
透明フィルム１１は、ガスバリア層形成の土台となる層であり、可撓性を有している。透明フィルム１１の可視光透過率は、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上である。透明フィルム１１の厚みは特に限定されないが、強度や取扱性等の観点から、５～２００μｍ程度が好ましく、１０～１５０μｍがより好ましく、４０～１００μｍがさらに好ましい。

透明フィルム１１を構成する樹脂材料としては、透明性、機械強度、および熱安定性に優れる樹脂材料が好ましい。樹脂材料の具体例としては、トリアセチルセルロース等のセルロース系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂（ノルボルネン系樹脂）、ポリアリレート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、およびこれらの混合物が挙げられる。

透明フィルム１１は、表面に、ハードコート層、表面平滑化層等のコーティング層を備えていてもよい。透明フィルム１１の表面が平滑であれば、その上に形成されるガスバリア層２１のガスバリア性が高められ、水蒸気透過率が小さくなる傾向がある。透明フィルム１１のガスバリア層２１形成面の算術平均高さＳａは、１．５ｎｍ以下または１．０ｎｍ以下であってもよい。算術平均高さＳａは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定した１μｍ×１μｍの範囲の三次元表面形状から、ＩＳＯ ２５１７８に準じて算出される。

透明フィルム１１の表面には、ガスバリア層２１との密着性向上等の目的で、コロナ処理、プラズマ処理、フレーム処理、オゾン処理、グロー処理、ケン化処理、カップリング剤による処理等の表面改質処理を施してもよい。

透明フィルム１１の表面には、ガスバリア層２１との密着性向上等を目的として、プライマー層（不図示）を設けてもよい。プライマー層を構成する材料としては、例えば、シリコン、ニッケル、クロム、スズ、金、銀、白金、亜鉛、インジウム、チタン、タングステン、アルミニウム、ジルコニウム、パラジウム等の金属；これらの金属の合金；これらの金属の酸化物、フッ化物、硫化物または窒化物等が挙げられる。プライマー層の膜厚は、例えば、１～２０ｎｍ程度であり、好ましくは１～１５ｎｍ、より好ましくは１～１０ｎｍである。

［ガスバリア層］
ガスバリア層２１は、複数の薄膜からなる積層体であり、相対的に高屈折率の酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）層と、相対的に低屈折率である低屈折率層を含む。ガスバリア層２１は、少なくとも１層の酸窒化シリコン層２３１と、少なくとも２層の低屈折率層２１１，２１３を含み、酸窒化シリコン層２３１の両側（透明フィルム１１に近い側、および透明フィルム１１から遠い側）に低屈折率層２１１，２１３が配置される。すなわち、ガスバリア層は、低屈折率層／酸窒化シリコン層／低屈折率層の積層構成を有する。低屈折率層と酸窒化シリコン層は接していてもよく、両者の間に他の層が含まれていてもよい。

透明フィルム１１から遠い側に位置する低屈折率層２１３は、ガスバリア層２１の最表面層（最外層）である。酸窒化シリコン層２３１と透明フィルム１１側の面に配置された低屈折率層２１１は、ガスバリア層２１の透明フィルム１１に近い側の面の最表面層であってもよい。図１に示すガスバリアフィルム１において、ガスバリア層２１は、１層の酸窒化シリコン層２３１の両面に低屈折率層２１１，２１３が配置された合計３層の交互積層構成であり、低屈折率層２１１，２１３が最表面層を構成している。ガスバリア層２１の透明フィルム１１に最も近接して配置された最表面層２１１は、透明フィルム１１に接していてもよく、透明フィルム１１上に設けられたプライマー層等の機能層に接していてもよい。

ガスバリア層は、少なくとも１層の酸窒化シリコン層と、その両面に配置された低屈折率層を含んでいれば、その積層構成は特に限定されない。例えば、ガスバリア層は、２層以上の酸窒化シリコン層を含んでいてもよい。図２に示すガスバリアフィルム２において、ガスバリア層２６は、計５層の薄膜の積層体であり、２層の酸窒化シリコン層２３１，２３３と、これらの酸窒化シリコン層の間に配置された中間層２１５と、最表面層としての低屈折率層２１１，２１３を含む。

中間層２５１は、酸窒化シリコン層２３１，２３３よりも屈折率が低い材料からなる低屈折率層であってもよい。すなわち、５層構成のガスバリア層２６は、２層の酸窒化シリコン層２３１，２３２と、３層の低屈折率層２１１，２１３，２１５との交互積層体であってもよい。

ガスバリア層は、４層の積層構成または６層以上の積層構成であってもよい。例えば、４層構成のガスバリア層は、透明フィルム１１側から、酸窒化シリコン層／低屈折率層／酸窒化シリコン層／低屈折率層の順に配置された交互積層体であってもよい。合計の総数が偶数である交互積層体においても、最外層が低屈折率層であることが好ましい。合計４層以上からなるガスバリア層は、酸窒化シリコン層と低屈折率層の間に、両者の中間の屈折率を有する中屈折率層や、酸窒化シリコン層２３１よりも高屈折率の材料からなる高屈折率層を含んでいてもよい。ガスバリア層は、３層の酸窒化シリコン層と４層の低屈折率層の計７層からなる交互積層構成であってもよく、８層以上からなる交互積層構成であってもよい。

＜酸窒化シリコン層＞
酸窒化シリコン層は、ガスバリア層におけるガスバリア機能の中心を担う層であり、ケイ素、酸素および窒素を主たる構成元素とする材料からなる層である。酸窒化シリコン層は、成膜時の原料や透明フィルム１１および外部環境から取り込まれる少量の水素・炭素等の元素を含んでいてもよい。酸窒化シリコン層において、ケイ素、酸素および窒素以外の元素の含有量は、それぞれ、５原子％以下が好ましく、３原子％以下がより好ましく、１原子％以下がさらに好ましい。酸窒化シリコン層を構成する元素のうち、ケイ素、酸素および窒素の合計は、９０原子％以上が好ましく、９５原子％以上がより好ましく、９７原子％以上がさらに好ましく、９９原子％以上、９９．５原子％以上または９９．９原子％以上であってもよい。

酸窒化シリコンの組成は、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙで表され、０＜ｘ＜２，０＜ｙ＜１．３３である。酸素と窒素の比ｘ／ｙは、０．１～２０が好ましく、０．３～１０がより好ましく、０．５～８がさらに好ましい。ｘ／ｙは、０．８以上、１．０以上、１．２以上または１．５以上であってもよい。ｘ／ｙは、６以下、５以下、４以下、３以下または２以下であってもよい。ｘ／ｙが小さいほど（すなわち、窒素の比率が高いほど）ガスバリア性が高められる傾向があり、ｘ／ｙが大きいほど（すなわち、酸素の比率が高いほど）可視光の吸収が少なく透明性が向上する傾向がある。

酸窒化シリコンは化学量論組成を有していてもよく、酸素または窒素が不足している非化学量論組成であってもよい。化学量論組成の酸窒化シリコンは、ｘ／２＋３ｙ／４＝１である。（ｘ／２＋３ｙ／４）の値は、０．７～１．１０が好ましい。（ｘ／２＋３ｙ／４）の上限は理論的には１であるが、酸素または窒素が過剰に取り込まれることにより、１より大きな値を示す場合がある。（ｘ／２＋３ｙ／４）が０．７以上であれば、透明性およびガスバリア性が高められる傾向がある。（ｘ／２＋３ｙ／４）の値は、０．９以上が好ましく、０．９５以上がより好ましく、０．９７以上がさらに好ましい。

酸窒化シリコン層の屈折率は、一般に１．５～２．２であり、１．６０～１．９０が好ましく、１．８０以下、１．７５以下、１．７０以下または１．６７以下であってもよい。屈折率がこの範囲である酸窒化シリコンは、優れたガスバリア性と透明性を両立可能である。また、屈折率が１．９０以下であることにより、反射光の色付きが抑制される傾向がある。ここでの屈折率は、波長５５０ｎｍにおける値である。以下においても、特に断りがない限り、屈折率は波長５５０ｎｍの値である。

酸窒化シリコンは、窒素の比率が高いほど（すなわちｘ／ｙが小さいほど）、屈折率が高くなる傾向がある。ｘ／ｙを前述の範囲とすることにより、屈折率が１．６０～１．７０の範囲内である酸窒化シリコンが得られる。

酸窒化シリコン層の密度は２．６０ｇ／ｃｍ^３以上が好ましく、２．６５ｇ／ｃｍ^３以上がより好ましく、２．７０ｇ／ｃｍ^３以上であってもよい。酸窒化シリコン層の密度が大きいほど、ガスバリア性が高くなる傾向がある。酸窒化シリコンは、窒素の比率が高いほど（すなわちｘ／ｙが小さいほど）、密度が大きくなる傾向がある。また、ドライプロセスにより成膜することにより密度が大きくなる傾向があり、特にスパッタ膜は高い密度を示す傾向がある。酸窒化シリコン層の密度は、一般には３ｇ／ｃｍ^３以下であり、２．９０ｇ／ｃｍ^３以下、２．８５ｇ／ｃｍ^３以下または２．８０ｇ／ｃｍ^３以下であってもよい。

ガスバリア層に含まれる酸窒化シリコン層の膜厚の合計は、４０～１５０ｎｍが好ましい。酸窒化シリコン層の膜厚の合計が４０ｎｍ以上であることにより、高いガスバリア性（低水蒸気透過率）を実現可能であり、膜厚の合計が大きいほど、ガスバリアフィルムの水蒸気透過率が小さくなる傾向がある。酸窒化シリコン層の膜厚の合計は、４５ｎｍ以上がより好ましく、５０ｎｍ以上がより好ましく、５５ｎｍ以上であってもよい。

酸窒化シリコン層の膜厚が過度に大きい場合は、可視光短波長の光吸収が大きく、透過光が黄色く着色する傾向がある。また、酸窒化シリコン層の膜厚が大きい場合は、反射光の着色が大きくなる傾向がある。酸窒化シリコン層の膜厚の合計が１５０ｎｍ以下であることにより、透過光および反射光の着色が少ないガスバリアフィルムが得られる。酸窒化シリコン層の膜厚の合計は、１００ｎｍ以下が好ましく、９０ｎｍ以下がより好ましく、８５ｎｍ以下または８０ｎｍ以下であってもよい。

図１に示す様に、ガスバリア層２１が１層の酸窒化シリコン層２３１を含む場合、反射光の着色を抑制する観点から、酸窒化シリコン層２３１の膜厚は、１００ｎｍ以下が好ましく、９０ｎｍ以下がより好ましく、８５ｎｍ以下または８０ｎｍ以下であってもよい。

図２に示す様に、ガスバリア層２６が複数の酸窒化シリコン層２３１，２３２を含む場合、それぞれの酸窒化シリコン層の膜厚は同一でも異なっていてもよく、それぞれの酸窒化シリコン層の膜厚が１００ｎｍ以下であることが好ましい。反射光の色付きを低減する観点から、複数の酸窒化シリコン層のそれぞれの膜厚は、７０ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好ましく、４５ｎｍ以下または４０ｎｍ以下であってもよい。ガスバリア層の生産性、膜質の均一性等の観点から、複数の酸窒化シリコン層のそれぞれの膜厚は、５ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましく、１５ｎｍ以上、２０ｎｍ以上または２５ｎｍ以上であってもよい。

＜低屈折率層＞
ガスバリア層に含まれる低屈折率層は、酸窒化シリコン層とともにガスバリア性を高めるとともに、光学干渉層として機能し、反射光の色付きを低減させる作用を有する。また、ガスバリア層の最外層として低屈折率層が配置されているため、ガスバリア層に接して配置されるフィルムや粘着剤層等との界面の屈折率差が小さく、反射率の低減にも寄与する。ガスバリア層の透明フィルム１１側の最表面層２１１が低屈折率層である場合は、透明フィルム１１とガスバリア層との界面での反射も低減できる。

低屈折率層は、酸窒化シリコン層よりも低屈折率であればその材料は特に限定されず、有機層でも無機層でもよい。酸窒化シリコン層と低屈折率層との屈折率差は、０．１０以上が好ましく、０．１３以上または０．１５以上であってもよい。屈折率差は一般に１．０以下であり、０．５以下、０．４以下または０．３以下であってもよい。低屈折率層の屈折率は、１．３０～１．５５であってもよく、好ましくは１．４０～１．５０である。

低屈折率層の材料としては、酸化シリコン、フッ化マグネシウム等が挙げられる。低屈折率層２１１，２１３は、高屈折率層としての酸窒化シリコン層２３２よりも窒素含有量が少ない（ｘ／ｙが大きい）酸窒化シリコンにより構成されていてもよい。

低屈折率層は、好ましくは酸化シリコン層であり、酸化シリコン層の屈折率は１．４０～１．５０が好ましい。酸化シリコン層は、成膜時の原料や透明フィルム１１および外部環境から取り込まれる少量の水素・炭素・窒素等の元素を含んでいてもよい。酸化シリコン層において、ケイ素および酸素以外の元素の含有量は、それぞれ、５原子％以下が好ましく、３原子％以下がより好ましく、１原子％以下がさらに好ましい。酸化シリコン層を構成する元素のうち、ケイ素および酸素の含有量の合計は、９０原子％以上が好ましく、９５原子％以上がより好ましく、９７原子％以上がさらに好ましく、９９原子％以上、９９．５原子％以上または９９．９原子％以上であってもよい。

酸化シリコンの組成は、ＳｉＯ_ｚで表され、０＜ｚ≦２である。ｚが大きいほど（すなわち酸素の比率が高く、化学量論組成に近いほど）屈折率が小さく、透明性が高くなる傾向がある。酸化シリコン層の密度は、２．２５～２．４０ｇ／ｃｍ^３程度が好ましい。

低屈折率層を光学干渉層として適切に作用させる観点から、ガスバリア層に含まれる複数の低屈折率層のそれぞれの膜厚は、３～１５０ｎｍが好ましく、５～１３０ｎｍ、１０～１００ｎｍ、１５～９０ｎｍまたは２０～８０ｎｍであってもよい。低屈折率層の膜厚は、ガスバリア層の反射光の色付きが小さくなるように設定することが好ましい。反射光の特性（スペクトル）は、光学モデル計算により正確に評価することが可能である。光学計算により多層光学薄膜の反射スペクトルを求める方法としては、薄膜のそれぞれの界面に対して薄膜干渉の公式を繰り返し適用して、多重反射した波を全て足し合わせる方法；およびマックスウェル方程式の境界条件を考慮して転送行列により反射スペクトルを計算する方法、等が知られている。

＜ガスバリア層の積層構成＞
４層以上の薄膜の積層体からなるガスバリア層は、酸窒化シリコン層および低屈折率層以外の層（他の層）を含んでいてもよい。「他の層」の例としては、金属または半金属の酸化物、窒化物、酸窒化物等のセラミック材料からなる無機薄膜が挙げられる。低透湿性と透明性を兼ね備えることから、Ｓｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、ＣｅまたはＺｒの酸化物、窒化物または酸窒化物が好ましい。ガスバリア層が「他の層」を含む場合、その膜厚は、ガスバリア層の反射光の色付きが小さくなるように設定することが好ましい。

高いガスバリア性と反射光の色付き抑制とを両立する観点から、ガスバリア層の膜厚は、１２０～３５０ｎｍが好ましく、１５０～３００ｎｍがより好ましく、１７０～２７０ｎｍがさらに好ましい。ガスバリア層の膜厚Ｄは、上記の酸窒化シリコン層と低屈折率層の膜厚の合計であり、「他の層」を含む場合はその膜厚も含めた値である。

前述のように、酸窒化シリコン層の膜厚の合計は４０ｎｍ～１５０ｎｍである。ガスバリア層の膜厚が１２０ｎｍ未満の場合は、ガスバリア層の全体の膜厚に対する酸窒化シリコン層の膜厚の比が大きく、低屈折率層等の膜厚を最適化しても、反射光の色付きを十分に抑制できない場合がある。そのため、ガスバリア層の膜厚Ｄに対する酸窒化シリコン層の膜厚の合計Ｄ_１の比Ｄ_１／Ｄは、０．６５以下が好ましい。

逆に、ガスバリア層の全体の膜厚が過度に大きい場合は、ガスバリア層の全体の膜厚に対する酸窒化シリコン層の膜厚の比が小さく、低屈折率層等の膜厚を最適化しても、反射光の色付きを十分に抑制できない場合がある。また、ガスバリア層の膜厚が過度に大きい場合は、ガスバリアフィルム（ガスバリア層）の耐屈曲性が不十分となる傾向がある。

ガスバリア性、透明性、反射光の色付き抑制、耐屈曲性等の諸特性を満足するガスバリアフィルムを得るためには、ガスバリア層の全体の膜厚Ｄに対する酸窒化シリコン層の膜厚の合計Ｄ_１の比Ｄ_１／Ｄは、０．１５～０．６０が好ましく、０．２０～０．５５がより好ましく、０．２５～０．５０がさらに好ましく、０．３０～０．４５であってもよい。

図３に示すガスバリアフィルム３のように、透明フィルム１１の両面にガスバリア層２１，２２を備える場合、一方の面のガスバリア層２１と他方の面のガスバリア層２２の構成は、同一でもよく異なっていてもよい。透明フィルム１１の一方の両面にガスバリア層が設けられることにより、ガスバリアフィルムのガスバリア性を向上しつつ、反射光の色付きを低減できる場合がある。ガスバリア層２１，２２の積層構成が異なる場合、一方が上記の酸窒化シリコン層を含むガスバリア層であればよく、他方のガスバリア層は酸窒化シリコン層を含まないものでもよく、単層であってもよい。

＜ガスバリア層の形成方法＞
透明フィルム１１上へのガスバリア層２１の形成方法は特に限定されず、ドライコーティング法でもウェットコーティング法でもよい。膜密度が高くガスバリア性の高い膜が形成されやすいことから、スパッタ法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等のドライプロセスが好ましい。

スパッタ法では、ロールトゥーロール方式により、長尺のフィルムを一方向（長手方向）に搬送しながら、低屈折率層および酸窒化シリコン層を連続成膜できる。そのため、ガスバリア層を備える偏光板の生産性を向上できる。スパッタ法では、アルゴン等の不活性ガス、および必要に応じて酸素等の反応性ガスをチャンバー内に導入しながら成膜が行われる。スパッタ法による酸化物層の成膜は、酸化物ターゲットを用いる方法、および金属ターゲットを用いた反応性スパッタのいずれでも実施できる。高レートで金属酸化物を成膜するためには、金属ターゲットを用いた反応性スパッタが好ましい。窒化物や酸窒化物を形成する場合は、窒素ガスを導入しながら製膜を実施してもよい。酸窒化シリコン層および低屈折率層としての酸化シリコン層は、いずれもシリコンターゲットを用いた反応性スパッタにより成膜できる。

ＣＶＤにより酸窒化シリコンまたは酸化シリコンを成膜する際のケイ素の供給源としては、シラン、ジシラン等の水素化ケイ素、およびジクロロシラン等のハロゲン化ケイ素等のＳｉ含有ガスが挙げられる。ケイ素供給源として、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロキサン、１，１，３，３－テトラメチルジシロキサン、テトラメチルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリメチルシラン、ジメチルジメトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、テトラエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシロキサン、メチルジエトキシシロキサン、モノシリルアミン、ジシリルアミン、トリシリルアミン等のケイ素化合物を用いてもよい。

ＣＶＤの窒素供給源としては、窒素、アンモニア等が挙げられる。酸素供給源としては、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素等が挙げられる。

［ガスバリアフィルムの特性］
ガスバリアフィルムの水蒸気透過率は、３．０×１０^－３ｇ／ｍ^２・ｄａｙ以下が好ましく、２．０×１０^－３ｇ／ｍ^２・ｄａｙ以下がより好ましい。有機ＥＬ素子等の保護対象の劣化を抑制する観点からは、水蒸気透過率は小さいほど好ましい。ガスバリアフィルムの水蒸気透過率の下限は特に限定されないが、一般には１．０×１０^－５ｇ／ｍ^２・ｄａｙ以上である。水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）は、温度４０℃、相対湿度差９０％の条件下で、ＪＩＳ Ｋ ７１２９：２００８の附属書Ｂ（モコン法）により測定される。上記のように、ガスバリア層における酸窒化シリコン層の合計膜厚が大きいほど、ガスバリア性が向上し、ＷＶＴＲが小さくなる傾向がある。

ガスバリアフィルムは、透過光および反射光の色相がニュートラルであることが好ましい。色相がニュートラルに近いか否かは、彩度ｃ^＊＝｛（ａ^＊）^２＋（ｂ^＊）^２｝^１／２の数値から評価できる。ａ^＊およびｂ^＊は、ＣＩＥ １９７６ Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間のクロマティック指数である。彩度ｃ^＊は、色付きの度合いを表し、ｃ^＊が０の場合は無彩色であり、Ｃ^＊が大きいほど色付きが大きい。

ガスバリアフィルムのガスバリア層側から光を入射した際の反射光（２度視野）の彩度ｃ^＊は、１１以下が好ましく、１０以下がより好ましく、８以下がさらに好ましく、７以下または６以下であってもよい。反射光のｃ^＊は小さいほど好ましい。上記のように、酸窒化シリコン層および低屈折率層の膜厚および積層構成を調整することにより、反射光のｃ^＊が小さいガスバリアフィルムが得られる。

［画像表示装置］
上記のガスバリアフィルムは、各種の包装用途、太陽電池、画像表示装置等に適用できる。上記のガスバリアフィルムは、ガスバリア性が高く、可視光の反射の色付きが少ないことから、画像表示装置に好適に用いられる。

図４は、ガスバリアフィルムを備える画像表示装置の構成例を示す断面図であり、画像表示セル７０の表面に、粘着剤層４２を介してガスバリアフィルムが貼り合わせられ、その上に粘着剤層４１を介して偏光板５０が貼り合わせられている。

＜画像表示セル＞
図４に示す画像表示装置２００において、画像表示セル７０はトップエミッション型の有機ＥＬセルであり、基板７１上に、有機ＥＬ素子７５を備える。有機ＥＬ素子は、基板７１側から、金属電極、有機発光層および透明電極を順に備える。図示を省略しているが、ガスバリアフィルムは、有機ＥＬ素子の側面を覆うように設けられていることが好ましい。

基板７１としては、ガラス基板またはプラスチック基板が用いられる。トップエミッション型の有機ＥＬセルでは、基板７１は透明である必要はなく、基板７１としてポリイミドフィルム等の高耐熱性フィルムを用いてもよい。

有機発光層は、それ自身が発光層として機能する有機層の他に、電子輸送層、正孔輸送層等を備えていてもよい。透明電極は、金属酸化物層または金属薄膜であり、有機発光層からの光を透過する。基板７１の裏面側には基板の保護や補強を目的としてバックシート（不図示）が設けられていてもよい。

有機ＥＬセルは、基板上に透明電極と有機発光層と金属電極とを順に積層したボトムエミッション型でもよい。ボトムエミッション型の有機ＥＬセルでは、透明基板が用いられ、基板が視認側に配置される。透明基板としてガスバリアフィルムを用いてもよい。

画像表示セルは有機ＥＬセルに限定されず、液晶セルや電気泳動方式の表示セル（電子ペーパー）等でもよい。画像表示セル７０の視認側表面には、タッチパネルセンサー（不図示）が配置されていてもよい。

＜偏光板＞
有機ＥＬセル７０の視認側表面には偏光板５０が配置されていてもよい。偏光板は、偏光子を含み、一般には、偏光子の両面には、偏光子保護フィルムとしての透明フィルムが積層されている。偏光子の一方の面または両面の偏光子保護フィルムを省略してもよい。偏光子としては、例えば、ポリビニルアルコール系フィルム等の親水性高分子フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて一軸延伸したものが挙げられる。

偏光子保護フィルムとしては、セルロース系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、フェニルマレイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等の、透明樹脂フィルムが好ましく用いられる。偏光子保護フィルムとしてガスバリアフィルムを用いてもよい。

偏光板は、偏光子の一方または両方の面に、必要に応じて適宜の接着剤層や粘着剤層を介して積層された光学機能フィルムを備えていてもよい。光学機能フィルムとしては、位相差板、視野角拡大フィルム、視野角制限（覗き見防止）フィルム、輝度向上フィルム等が挙げられる。

有機ＥＬセル７０の金属電極は光反射性である。そのため、外光が有機ＥＬセルの内部に入射すると、金属電極で光が反射し、外部からは反射光が鏡面のように視認される。有機ＥＬセルの視認側に、偏光板５０として円偏光板を配置することにより、金属電極での反射光の外部への再出射を防止して、表示装置の画面の視認性および意匠性を向上できる。

円偏光板は、偏光子の有機ＥＬセル７０側の面に位相差フィルムを備える。偏光子に隣接して配置された偏光子保護フィルムが位相差フィルムであってもよい。また、ガスバリアフィルムの透明フィルム１１が位相差フィルムであってもよい。位相差フィルムがλ／４のレターデーションを有し、位相差フィルムの遅相軸方向と偏光子の吸収軸方向とのなす角度が４５°である場合に、偏光子と位相差フィルムとの積層体が、金属電極での反射光の再出射を抑制するための円偏光板として機能する。円偏光板を構成する位相差フィルムは、２層以上のフィルムが積層されたものであってもよい。例えば、偏光子とλ／２板とλ／４板とを、それぞれの光学軸が所定の角度をなすように積層することにより、可視光の広帯域にわたって円偏光板として機能する広帯域円偏光板が得られる。

＜粘着剤層＞
図４に示す画像表示装置２００では、ガスバリア層２１の最外層２１３上に、粘着剤層４１を介して偏光板５０が貼り合わせられており、ガスバリア層２２の最外層２１８上に、粘着剤層４２を介して画像表示セル７０が貼り合わせられている。

粘着剤層４１，４２としては、可視光線透過率が高いものが好適に用いられる。粘着剤層４１，４２を構成する粘着剤としては、アクリル系ポリマー、シリコーン系ポリマー、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルエーテル、酢酸ビニル／塩化ビニルコポリマー、変性ポリオレフィン、エポキシ系、フッ素系、ゴム系等のポリマーをベースポリマーとするものを適宜に選択して用いることができる。粘着剤層４１，４２の厚みは、一般には５～１００μｍ程度である。

粘着剤層の屈折率は、一般に１．４～１．５程度である。粘着剤層４１に接するガスバリア層２１の最外層２１３が酸化シリコン等の低屈折率層であることにより、界面での屈折率差が小さいため、界面での反射が抑制されるとともに、反射光の色付きが小さくなる傾向がある。ガスバリアフィルムが透明フィルム１１の両面にガスバリア層を備える場合、粘着剤層４２に接するガスバリア層２２の最外層２１８も低屈折率層であることが好ましい。

＜その他の部材＞
画像表示装置は、画像表示セルとガスバリアフィルムを有するものであれば、その構成は図４に示す形態に限定されない。例えば、上述のように、有機ＥＬセルの基板や偏光子保護フィルムとしてガスバリアフィルムを適用することもできる。図４では、透明フィルム１１の両面にガスバリア層を備えるガスバリアフィルム３を用いた例を示しているが、ガスバリアフィルムは、透明フィルムの一方の面のみにガスバリア層を備えるものでもよい。

画像表示装置は、上記以外の光学部材を含んでいてもよい。例えば、画像表示セル７０とガスバリアフィルム３の間、ガスバリアフィルム３と偏光板５０との間、または偏光板５０の視認側表面に、タッチパネルセンサーが配置されていてもよい。タッチパネルセンサーは、画像表示セルの内に一体化されたインセル型であってもよい。偏光板５０の視認側表面には、透明カバーウインドウが配置されていてもよい。カバーウインドウはタッチパネルセンサーと一体化されたものでもよい。カバーウインドウの視認側表面には、反射防止層やハードコート層等が設けられていてもよい。

＜画像表示装置の形成＞
画像表示装置の形成においては、上記の各部材を、粘着剤層や接着剤層を介して順次貼り合わせればよい。例えば、画像表示セルにガスバリアフィルムを貼り合わせて封止を行った後、ガスバリアフィルム上に偏光板を貼り合わせればよい。

画像表示装置の形成においては、複数の部材を予め積層しておいてもよい。例えば、偏光板とガスバリアフィルムとを粘着剤層を介して貼り合わせたガスバリア層付き偏光板を作製し、画像表示セルの表面に、粘着剤層を介してガスバリア層付き偏光板を貼り合わせてもよい。偏光子の表面に接着剤層を介してガスバリアフィルムを貼り合わせて、ガスバリア層付き偏光板を作製することもできる。偏光板の偏光子保護フィルム上にガスバリア層を形成することによりガスバリア層付き偏光板を作製してもよい。

ガスバリアフィルムは、一方の面または両面に、偏光板や画像表示セル等との貼り合わせに用いられる粘着剤層４１，４２を予め積層した粘着剤層付きガスバリアフィルムとして提供することもできる。また、ガスバリア層付き偏光板は、画像表示セルと貼り合わせるための粘着剤層を予め積層したものであってもよく、視認側表面にカバーウインドウ等を貼り合わせのための粘着剤層を予め積層したものであってもよい。これらの積層部材において、粘着剤層の露出面には、離型フィルムが仮着されていてもよい。

以下に、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
厚み４０μｍの環状ポリオレフィンフィルム（日本ゼオン製「ゼオノアフィルムＺＦ－１４」）をロールトゥーロール方式のマグネトロンスパッタリング装置にセットし、槽内を１×１０^－４Ｐａまで減圧した後、フィルムを走行させながら、基板温度－８℃で、５０ｎｍの酸化シリコン層、３０ｎｍの酸窒化シリコン層、５０ｎｍの酸化シリコン層、３０ｎｍの酸窒化シリコン層、および５０ｎｍの酸化シリコン層の計５層をＤＣマグネトロンスパッタにより成膜して、ガスバリア層を形成した。

酸化シリコン層および酸窒化シリコン層の成膜には、純Ｓｉターゲットを用いた。酸化シリコン層の成膜には、スパッタガスとしてＡｒ／Ｏ_２を１９／１の体積比で導入し、電力密度２．２３Ｗ／ｃｍ^２、圧力０．１５Ｐａの条件でスパッタを実施した。ラザフォード後方散乱（ＲＢＳ）法により測定した酸化シリコン層の組成は、Ｓｉ：Ｏ＝１：２であり、Ｘ線反射（ＸＲＲ）法により測定した酸化シリコン層の密度は２．３３であった。酸窒化シリコン層の成膜には、スパッタガスとしてＡｒ／Ｏ_２／Ｎ_２を２３．５／１／２３．５の体積比で導入し、電力密度２．２３Ｗ／ｃｍ^２、圧力０．１５Ｐａの条件でスパッタを実施した。ＲＢＳ法により測定した酸窒化シリコン層の組成は、Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝１：１：０．７であり、ＸＲＲ法により測定した酸窒化シリコン層の密度は２．７３であった。

［実施例２］
ガスバリア層の構成を、７５ｎｍの酸化シリコン層、７５ｎｍの酸窒化シリコン層、および７５ｎｍの酸化シリコン層の３層構成としたこと以外は、実施例１と同様にしてガスバリアフィルムを作製した。

［比較例１，２］
比較例１では、ガスバリア層を１４０ｎｍの酸化シリコン層の単層で構成した。比較例２では、ガスバリア層を２２０ｎｍの酸窒化シリコン層の単層で構成した。

［比較例３～６］
ガスバリア層の構成を、表１に示すように変更したこと以外は、実施例１と同様にしてガスバリアフィルムを作製した。比較例３では、ガスバリア層を、１００ｎｍの酸化シリコン層および７５ｎｍの酸窒化シリコン層の２層構成とした。比較例４では、ガスバリア層を、９０ｎｍの酸化シリコン層、５０ｎｍの酸窒化シリコン層、９０ｎｍの酸化シリコン層、５０ｎｍの酸窒化シリコン層および９０ｎｍの酸化シリコン層の５層構成とした。比較例５では、ガスバリア層を、３０ｎｍの酸化シリコン層、１５ｎｍの酸窒化シリコン層、３０ｎｍの酸化シリコン層、１５ｎｍの酸窒化シリコン層および３０ｎｍの酸化シリコン層の５層構成とした。比較例６では、ガスバリア層を、９０ｎｍの酸化シリコン層、５０ｎｍの酸窒化シリコン層、９０ｎｍの酸化シリコン層、および５０ｎｍの酸窒化シリコン層の４層構成とした。

［評価］
＜水蒸気透過率＞
ＪＩＳ Ｋ ７１２９：２００８の附属書Ｂ（モコン法）により、温度４０℃、相対湿度差９０％の条件で、ガスバリアフィルムの水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を測定した。

＜反射光色相＞
裏面反射を排除するために、ガスバリアフィルムのフィルム基材側の面に、アクリル系粘着剤層を介して黒色のアクリル板を貼り合わせた。この試料に、ガスバリア層側から光を入射し、分光光度計（日立ハイテク製「Ｕ－４１００」）により反射スペクトル（２度視野、標準光源：Ｄ６５）を測定した。得られた反射スペクトルから、ＪＩＳ Ｚ８７８１‐４に準じて、ＣＩＥ １９７６ Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間のクロマティック指数ａ^＊およびｂ^＊を求め、彩度ｃ^＊＝｛（ａ^＊）^２＋（ｂ^＊）^２｝^１／２を算出した。

［評価結果］
実施例および比較例のガスバリアフィルムにおけるガスバリア層の構成、ならびにＷＶＴＲおよび反射光の色相の測定結果を表１に示す。表１の積層構成は、下側がフィルム側であり、括弧内の数字は膜厚（単位はｎｍ）である。Ｄはガスバリア層全体の膜厚であり、Ｄ１はＳｉＯＮ層の膜厚の合計である。

ガスバリア層が単層の酸化シリコンからなる比較例１は、ＷＶＴＲが大きく、ガスバリア性が不足していた。ガスバリア層が単層の酸窒化シリコン層からなる比較例２では、比較例１に比べてＷＶＴＲが小さくなっていたが、反射光のｃ^＊が大きく、色付きがみられた。１層の酸窒化シリコン層上に酸化シリコン層を積層した比較例３も同様であった。

ガスバリア層が、２層の酸窒化シリコン層と３層の酸化シリコン層の計５層の交互積層体である比較例４では、反射光のｃ^＊が大きく色付きがみられ、比較例５では、ＷＶＴＲが大きくガスバリア性が不充分であった。ガスバリア層が、２層の酸窒化シリコン層と２層の酸化シリコン層の計４層の交互積層体である比較例６では、比較例４と同様、反射光のｃ^＊が大きく色付きがみられた。

ガスバリア層が計５層の交互積層体である実施例１、およびガスバリア層が計３層の交互積層体である実施例２は、ＷＶＴＲが小さく、かつ反射光の色相がニュートラルであり、優れたガスバリア性および反射光特性を示した。

比較例５では、酸窒化シリコン層の合計膜厚Ｄ_１が小さいために、ガスバリア性が不足しており、比較例４ではガスバリア層の膜厚Ｄが大きく、低屈折率層としての酸化シリコン層による色相調整機能が十分に発揮されなかったために、反射光の色付きが大きかったと考えられる。比較例６は、比較例４に比べると合計膜厚Ｄが小さいものの、最外層が酸窒化シリコン層であるため、酸窒化シリコン層の空気界面での反射の影響が大きく、比較例２と同様に反射光の色付きが生じたと考えられる。

実施例１，２と比較例４～６との対比から、酸窒化シリコン層と低屈折率層としての酸化シリコン層との積層構成および各層の膜厚を調整することにより、ガスバリア性に優れ、かつ反射光の色付きが少ないガスバリアフィルムが得られることが分かる。

１，２，３ ガスバリアフィルム
１１ 透明フィルム
２１，２２，２６ ガスバリア層
２３１，２３２，２３６ 酸窒化シリコン層
２１１，２１３，２１５，２１６，２１８ 低屈折率層（酸化シリコン層）
２００ 画像表示装置
７０ 画像表示セル（有機ＥＬセル）
７１ 基板
７５ 有機ＥＬ素子
４１，４２ 粘着剤層
５０ 偏光板（円偏光板）

Claims (13)

1. 透明フィルムの少なくとも一方の面にガスバリア層を備えるガスバリアフィルムであって、
   前記ガスバリア層は、少なくとも１層の酸窒化シリコン層、および少なくとも２層の低屈折率層を含み、前記ガスバリア層において、前記透明フィルムから最も離れて配置された最表面層が低屈折率層であり、
   前記低屈折率層は、前記酸窒化シリコン層よりも屈折率が低く、
   前記ガスバリア層の膜厚が１２０～３５０ｎｍであり、
   前記ガスバリア層に含まれる前記酸窒化シリコン層の膜厚の合計が４０～１５０ｎｍである、
   ガスバリアフィルム。
2. 前記ガスバリア層の膜厚Ｄに対する前記酸窒化シリコン層の膜厚の合計Ｄ_１の比Ｄ_１／Ｄが、０．６５以下である、請求項１に記載のガスバリアフィルム。
3. 前記ガスバリア層の前記透明フィルムに最も近接して配置された最表面層が低屈折率層である、請求項１または２に記載のガスバリアフィルム。
4. 前記ガスバリア層が、前記酸窒化シリコン層と前記低屈折率層の交互積層構成である、請求項１～３のいずれか１項に記載のガスバリアフィルム。
5. 前記酸窒化シリコン層の波長５５０ｎｍにおける屈折率が１．６０～１．９０である、請求項１～４のいずれか１項に記載のガスバリアフィルム。
6. 前記低屈折率層の波長５５０ｎｍにおける屈折率が１．４０～１．５０である、請求項１～５のいずれか１項に記載のガスバリアフィルム。
7. 前記低屈折率層が酸化シリコン層である、請求項１～６のいずれか１項に記載のガスバリアフィルム。
8. 前記ガスバリア層側の面の反射光の彩度ｃ^＊＝｛（ａ^＊）^２＋（ｂ^＊）^２｝^１／２が１１以下である、請求項１～７のいずれか１項に記載のガスバリアフィルム。
9. 水蒸気透過率が３．０×１０^－３ｇ／ｍ^２・ｄａｙ以下である、請求項１～８のいずれか１項に記載のガスバリアフィルム。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載のガスバリアフィルムと、偏光子とを備える、ガスバリア層付き偏光板。
11. 請求項１～９のいずれか１項に記載のガスバリアフィルムと、画像表示セルとを備える、画像表示装置。
12. 請求項１０に記載のガスバリア層付き偏光板と、画像表示セルとを備える、画像表示装置。
13. 前記画像表示セルが有機ＥＬ素子である、請求項１１または１２に記載の画像表示装置。
    
    

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