JP3192249B2 - ガス及び湿気バリアー膜及びその製造方法 - Google Patents

ガス及び湿気バリアー膜及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス及び湿気バリアー
膜及びその製造方法に関し、更に詳しくは、酸素透過率
及び湿気透過率の著しく改善されたバリアー膜及びその
製造方法に関する。本発明のバリアー膜は、食品包装フ
ィルムや、フィルム液晶、エレクトロルミネッセンス素
子用基板等に利用される。
【0002】
【従来の技術】高分子フィルムは、酸素等のガス、水蒸
気等の湿気に対してバリアー性の不十分なものが少なく
ない。そのため、ガス又は湿気バリヤー性が要求される
用途に対しては、ガス又は湿気バリヤー性の優れた他の
材料をラミネートしたり、コーティングして使用され
る。前者のラミネートの例としては、各種炭化水素系の
高分子フィルム、酢酸ビニル−ビニルアルコール共重合
体フィルム等をラミネートしたものがよく知られてい
る。この場合、必要なバリヤー性を確保するためには、
一般に10ミクロン程度の厚みを要する。しかも酸素と
水蒸気の両方を遮蔽するためには上記各々のバリアー性
の高分子フィルムを積層する必要があり、全体の厚みは
かなり増大するため、もとのフィルムの優れた特性が損
なわれることが多く、またコストも増大する。後者のコ
ーティングの例としては、各種金属酸化物、窒化物が検
討されてきた。特にSiOxはふるくから検討され、高
速生産性の観点から蒸着法が主に検討されてきた。Si
Oxのxは小さい方がバリヤー性が優れているが、透明
性は低下する。そこで、x=1.7前後のSiOx膜が
良いとされてきたが、例えば酸素透過率2cm3/m2/day以
下、水蒸気透過率1g/m2/day以下のレベルは達成されて
いない。
【0003】スパッタリング法は蒸着法に比べ優れたバ
リヤー性を示す。高周波マグネトロンスパッタ法が使用
され、金属シリコンをターゲットに用いて酸素雰囲気中
でスパッタ、またはSiOxターゲットを用いてそのま
まスパッタする。ターゲットの背後にはフェライト磁石
を配置し、ターゲットの表面には250ガウス程度の水
平磁束密度が現れ、マグネトロン放電が起こり、スパッ
タリングが行われる。アルゴンガス圧は低い方が好まし
く数mTorrで行なわれる。基板温度の影響は小さ
い。スパッタリング法は、蒸着法に比べれば生産性が劣
るが、使用目的によってはスパッタリング法が適してい
る場合がある。例えば、透明導電膜ITOをスパッタリ
ングにより形成するような場合、下地バリアー膜、IT
Oを同一スパッタリング装置で一度に形成する方が経済
的である。液晶表示素子として使用する場合には、酸素
透過率2cm3/m2/day以下、水蒸気透過率1g/m2/day以下
が要求されるが、現在までのスパッタリング法では、こ
のような低い値は達成されていない。最近、プラズマC
VD法による新たな方法が報告されているが、まだ技術
的には完成していない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ガス及び湿
気両方のバリアー性を有し、しかも酸素透過率が2cm3/
m2/day以下及び/又は水蒸気透過率が1g/m2/day以下で
あるガス及び湿気バリアー膜を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
を解決するために鋭意研究を重ねた結果、高磁束密度カ
ソードを使用した高周波マグネトロンスパッタリング法
で作成した特定の組成のSiOx膜を使用することによ
り、高いガス及び湿気バリアー性と高い透明性とを同時
に得られることがわかり本発明に到った。すなわち、本
発明は、高分子フィルムの片面又は両面にSiOx(た
だし、1.0≦x≦1.8)層が形成されてなり、酸素
透過率が2cm3/m2/day以下及び/又は水蒸気透過率が1
g/m2/day以下であるガス及び湿気バリアー膜、及びその
製造方法を内容とする。
【0006】本発明のガス及び湿気バリアー膜の作成方
法を以下に述べる。スパッタリング装置としては、高周
波マグネトロンスパッタリング装置を使用する。マグネ
トロンスパッタリング装置のカソードにはターゲットの
背面にマグネットが組み込まれており、普通非磁性体タ
ーゲットに対してはフェライト磁石が使用され、ターゲ
ット表面の水平磁束密度は200〜300ガウスに設定
されている。しかし、これでは十分なバリアー性は達成
されず、希士類磁石を使用して少なくとも400ガウ
ス、好ましくは500〜1000ガウスに高めることに
より優れたバリヤー性を達成することができる。希士類
磁石としてはSm−Co合金、Nd−Fe合金等が使用
される。
【0007】ターゲットとしては、金属Siを酸素雰囲
気中でスパッタリングしてもよいが、酸化物ターゲット
SiOxを使用した方が組成の均一な膜が得られるので
好ましい。勿論、若干の酸素含有量を調節するために少
量の酸素を追加導入することは差し支えない。SiOx
のxの値としては1〜1.8の範囲である。1.8を越
えるとバリアー性が低下する。またxが1に近いと近紫
外領域の吸収がおこり黄色着色をおこすので、透明なバ
リアー膜を得るにはxは1.3以上とする。得られる膜
の組成とターゲットの組成はほぼ一致させることがで
き、ターゲットの組成も好ましくは1.0〜1.8、更
に好ましくは1.3〜1.8である。SiOxの層の厚
みは200Å〜3000Åの範囲が好ましい。200Å
未満ではバリアー性が不十分となり3000Åを越える
とクラックが発生し易くなる。SiOx層は、高分子フ
ィルムの片面又は両面のいずれにも形成することができ
る。
【0008】高分子フィルムとしては特に制限されない
が、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリアリレー
ト、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポ
リスチレン、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォ
ン、ポリエーテルケトン等が挙げられ、これらは単独又
は2種以上混合して用いられる。透明なバリアー膜を得
るには透明のフィルムを用いる。高分子フィルムにスパ
ッタリングする前に、付着力向上のための前処理を施す
ことが好ましい。例えば有機溶媒による洗浄、プラズマ
処理、付着力向上のためのプライマー処理等が可能であ
る。特にプラズマ処理はスパッタリング法にとって現実
的な方法であり、スパッタ膜の付着力は、前処理を行な
わない場合に比べしばしば数倍にも達する。
【0009】基板温度は、そのフィルムのガラス転移温
度まで設定可能であるが、バリヤー性の観点からは低温
の方が有利であり、フィルム裏面より水冷、場合によっ
ては冷媒による冷却が好ましい。アルゴンガス圧は低い
程バリヤー性の優れた膜は得られ、5mTorr 以下が好ま
しく、3mTorr 以下が更に好ましい。1mTorr 前後でス
パッタして得た膜が最も好ましいが、それ以下では放電
が不安定になる。スパッタリング法投入電力は、ターゲ
ット単位面積当たりで0.1〜5.0W/cm2 の範囲で可
能である。大きいほど高速製膜でき、上限はターゲット
の冷却速度に律される。
【0010】以上のごとく最適化された条件下に作成さ
れたSiOx膜は、例えば300Åの膜厚みで酸素透過
率が1.0cm3/m2/day以下、水蒸気透過率が0.2g/m2
/day以下のものを得ることも可能である。両面化すれば
酸素透過率が0.1cm3/m2/day以下、水蒸気透過率が
0.1g/m2/day以下も可能である。また400〜800
nmの領域で80%以上の光線透過率を示すバリアー膜が
得られる。さらにSiOxの付着力が優れ、折り曲げに
対しても割れを生じない。また高い耐熱性を持ってい
る。
【0011】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に具体的
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、光線透過率、水蒸気透過率、酸素透過率及び
膜厚の測定方法は次の通りである。光線透過率は、分光
光度計を使用して、可視光領域300〜800nmの透過
率を測定することにより各波長毎に求められる。また簡
易的には550nmの透過率で代表することも多い。水蒸
気透過率についてはJIS Z−208に従い、40
℃、RH90%の条件で測定した。酸素透過率について
はMODERN CONTROL社製、酸素透過率測定
装置OX−TRAN100を使用して求めた。膜厚はガ
ラス基板状に製膜した膜について触針式段差計により測
定し、同一条件で高分子フィルムにスパッタ製膜し必要
膜厚みを得た。
【0012】実施例1 基板フィルムとして、厚さ75ミクロンのポリアリレー
トフィルム〔鐘淵化学工業株式会社製“エルメック”
(登録商標)〕を用い、該フィルムの片面に厚み300
Åの酸化シリコンを高周波マグネトロンスパッタリング
法により成膜した。ターゲットは直径6インチのSiO
1.5 を使用した。カソードのマグネットとしてはSm−
Co合金を使用し、ターゲット表面の水平磁束密度は5
00ガウスであった。基板は裏面より金属板を隔てて水
冷した。2x10-6 Torr まで排気し、その状態からアルゴ
ンガスを毎分10cm3 導入し、弁の開度を調節して圧力
1mTorr とした。400W(2.2W/cm2)の高周波電力を
投入し、1.5分間スパッタリングし、厚み300Åの
SiO1.5 膜を得た。可視領域での光線透過率を図1に
示した。400〜600nm領域でほぼ90%以上の光線
透過率を示し、550nmの光線透過率は92%であっ
た。水蒸気透過率は0.11g/m2/day以下、酸素透過率
は0.40cm3/m2/dayであった。
【0013】実施例2、3 アルゴンガス圧力を変えた以外は実施例1と同様にして
製膜した。その結果を表1に示した。ガス圧は低いほど
ガスバリヤー性が優れていることがわかる。
【0014】
【表1】
【0015】実施例4 酸素ガスを添加導入した以外は実施例1と同様にして製
膜した。その結果を表2に示した。
【0016】
【表2】
【0017】実施例5、6 スパッタリング中の基板の温度を変えた以外は実施例1
と同様にして製膜した。その結果を表3に示した。基板
温度の影響は少ないが、低温の方がバリアー性が高いこ
とがわかる。
【0018】
【表3】
【0019】実施例7、8、9、10、11 投入高周波パワーを変えた以外は実施例1と同様に成膜
した。その結果を表4に示した。パワーは高い方が、バ
リアー性が優れることがわかる。
【0020】
【表4】
【0021】比較例1、実施例12 カソード磁石をそれぞれフェライト、Nd-Fe 合金に変え
た以外は実施例1と同様に成膜した。その結果を表5に
示した。磁石は磁束密度が高いほどバリアー性が優れる
ことがわかる。
【0022】
【表5】
【0023】実施例13、14、15、比較例2 ターゲットの組成を変えた以外は実施例1と同様に成膜
した。その結果を表6に示した。xは1.0 〜1.8 の領域
で優れたバリアー性を示す。またxが1.3〜1.8の
領域で優れたバリアー性と透明性を示す。
【0024】
【表6】
【0025】実施例16、17、18、19、 SiOx膜の厚みを変え、または両面にSiOx膜を形
成した以外は実施例1と同様に成膜した。その結果を表
7に示した。膜厚を変えても、また高分子フィルムの両
面にSiOx膜を形成しても優れたバリアー性を及び透
明性を示すことがわかる。
【0026】
【表7】
【0027】
【発明の効果】本発明のガス及び湿気バリアー膜は極め
て高いガス及び湿気バリアー性を有し、更にSiOxの
組成を選択することにより、高い透明性を有する。ま
た、本発明のバリアー膜は透明導電膜等と同時に連続的
に成膜することができ、従来のラミネート型バリアーフ
ィルム等に比べ安価である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られたバリアー膜の可視光領域で
の透過率を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B32B 27/00 - 27/42 C08J 7/06

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高分子フィルムの片面又は両面にSiO
    x(ただし、1.0≦x≦1.8)層が形成されてな
    り、酸素透過率が2cm3/m2/day以下及び/又は水蒸気透
    過率が1g/m2/day以下であるガス及び湿気バリアー膜。
  2. 【請求項2】 高分子フィルムが透明であり、SiOx
    層のxが1.3≦x≦1.8からなる透明性を有する請
    求項1又は2記載のバリアー膜。
  3. 【請求項3】 SiOx層の厚みが200Å〜3000
    Åの範囲である請求項1記載のバリアー膜。
  4. 【請求項4】 高分子フィルム上の片面又は両面に水平
    磁束密度400ガウス以上のカソードを使用した高周波
    マグネトロンスパッタ法によりSiOx(ただし、1.
    0≦x≦1.8)層を形成させることを特徴とするガス
    及び湿気バリアー膜の製造方法。
  5. 【請求項5】 ターゲットにSiOx(ただし、1.0
    ≦x≦1.8)を使用する請求項4記載の製造方法。
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US6146225A (en) * 1998-07-30 2000-11-14 Agilent Technologies, Inc. Transparent, flexible permeability barrier for organic electroluminescent devices

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