JP5107078B2 - バリア性積層体、バリア性フィルム基板、デバイス、およびバリア性積層体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、バリア性積層体、および、これを用いたバリア性フィルム基板、有機ＥＬ素子、電子ペーパー等のデバイスおよび光学部材、ならびに、バリア性積層体の製造方法に関する。

従来から、基材フィルム上に、有機層と無機層を積層した、いわゆる、有機無機積層型バリア性フィルム基板を製造するに当たり、有機層に欠陥が無いことが、その層上に無機層等を積層してバリア性能をより良好に発揮するためには非常に重要であることが知られている。ここで、無機層は真空蒸着することが多いが、この場合、有機層中の揮発成分が、真空雰囲気下で抜け出し、さらに、抜ける時に膜表面に欠陥を作ってしまうため、無機層の製膜が均一に行われないといった問題点があった。

ところで、特許文献１には、基材の表面に光硬化性物質とオリゴマー型光重合開始剤を含有する硬化性組成物を塗布し、光照射して硬化させたハードコート層を有することを特徴とするハードコートフィルムが開示されている。また、特許文献２には、特許文献１のような構成において、加熱処理した基材フィルムを用いることが記載されている。
さらに、特許文献３には、分子中に少なくとも２個以上の（メタ）アクリロイル基を有する放射線硬化型多官能（メタ）アクリレ−ト、末端に共重合可能な不飽和二重結合を有する化合物および／または共重合可能な不飽和二重結合を有しない化合物、ならびに、分子量が２５０以上の光重合開始剤を含有することを特徴とする放射線硬化型樹脂組成物の硬化皮膜層を有するフィルムが開示されている。
しかしながら、これらの技術を、有機無機積層型バリア性積層体に応用することについては全く検討されていなかった。

また、特許文献４には、活性光線の照射によりラジカルを発生する官能基および付加重合性官能基を分子内に持つビニル系化合物単位と、該ビニル系化合物と共重合可能な単量体単位を有する共重合体からなる高分子量光重合開始剤が記載されている。

特開２００２−２５６０９２号公報 特開２００３−２９２６５２号公報 特開２０００−１６７９９９号公報 特開２００２−１８７９０６号公報

本発明は、上述した有機層と無機層を有するバリア性積層体の製造における問題点を解消することを目的としたものであって、バリア性能が向上したバリア性積層体、特に、基材フィルム上にバリア性積層体を設けたバリア性フィルム基板を提供することを目的とする。

上記課題のもと、発明者が鋭意検討を行った結果、下記手段により、上記課題を解決しうることを見出した。
（１）少なくとも１層の有機層と、少なくとも１層の無機層とを有し、前記有機層は、重合性化合物と、１分子中に２以上の重合開始能を有する部位を有する光重合開始剤を含む組成物を光照射して硬化させてなることを特徴とするバリア性積層体。
（２）前記光重合開始剤が、下記式（Ａ）で表される構造単位を含む化合物である、（１）に記載のバリア性積層体。
式（Ａ）

（式（Ａ）中、Ｘは直鎖アルキレン基または分岐アルキレン基であり、Ｒ¹およびＲ²はそれぞれ直鎖アルキル基または分岐アルキル基であり、Ｒ³は置換基であり、ｍは０〜４の整数であり、ｎは２〜５０の整数である。）
（３）ｎは２〜２０の整数である、（２）に記載のバリア性積層体。
（４）前記光重合開始剤の非ラジカル成分の分子量が、７０未満または６００以上である、（１）〜（３）のいずれか１項に記載のバリア性積層体。
（５）前記重合性化合物が、アクリレート系化合物である、（１）〜（４）のいずれか１項に記載のバリア性積層体。
（６）前記無機層が、金属酸化物、金属窒化物、金属酸化窒化物および金属炭化物から選ばれる少なくとも１種を含む、（１）〜（５）のいずれか１項に記載のバリア性積層体。
（７）前記有機層と、前記無機層が少なくとも２層以上が交互に積層している、（１）〜（６）のいずれか１項に記載のバリア性積層体。
（８）基材フィルムと、該基材フィルム上に設けられた（１）〜（７）のいずれか１項に記載のバリア性積層体とを有するバリア性フィルム基板。
（９）基材フィルムと、該基材フィルム上に設けられた少なくとも１層の有機層および少なくとも１層の無機層を有するバリア性積層体とを有するバリア性フィルム基板であって、前記バリア性積層体の表面における１μｍ以上の長さを有する欠陥の数が１平方センチメートルあたり３０個以下であることを特徴とするバリア性フィルム基板。
（１０）前記バリア性積層体が、（１）〜（７）のいずれか１項に記載のバリア性積層体である、（９）に記載のバリア性フィルム基板。
（１１）（８）〜（１０）のいずれか１項に記載のバリア性フィルム基板を基板に用いたデバイス。
（１２）（８）〜（１０）のいずれか１項に記載のバリア性フィルム基板を用いて封止したデバイス。
（１３）（１）〜（７）のいずれか１項に記載のバリア性積層体を用いて封止したデバイス。
（１４）前記デバイスが、電子デバイスである、（１１）〜（１３）のいずれか１項に記載のデバイス。
（１５）前記デバイスが、有機ＥＬ素子である、（１１）〜（１３）のいずれか１項に記載のデバイス。
（１６）支持体上に、少なくとも１層の有機層と、少なくとも１層の無機層とを設ける工程を含み、かつ、前記有機層は、重合性化合物と、１分子中に複数の重合開始能を有する光重合開始剤とを含む組成物を光照射して硬化させて設けることを特徴とする、バリア性積層体の製造方法。
（１７）前記バリア性積層体が、（１）〜（７）のいずれか１項に記載のバリア性積層体である、（１６）に記載のバリア性積層体の製造方法。
（１８）無機層を真空蒸着によって設ける、（１６）または（１７）に記載のバリア性積層体の製造方法。
（１９）（１０）に記載のバリア性フィルム基板を基板に用いた光学部材。

本発明により、バリア能が著しく向上したバリア性積層体を提供することが可能になった。その結果、有機ＥＬ素子等のデバイスの寿命を大幅に向上させることが可能になった。

以下において、本発明の内容について詳細に説明する。尚、本願明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。また、本発明における有機ＥＬ素子とは、有機エレクトロルミネッセンス素子のことをいう。さらに、本明細書における（メタ）アクリレートとは、アクリレートおよびメタアクリレートの両方を意味する。

＜バリア性積層体＞
本発明のバリア性積層体は、大気中の酸素、水分を遮断する機能を有するバリア層を有する積層体であって、具体的には、基材の少なくとも一方の面に、少なくとも１層の有機層と、少なくとも１層の無機層とを有するバリア性積層体であり、有機層は、重合性化合物と、１分子中に２以上の重合開始能を有する部位を有する光重合開始剤を含む組成物を光照射して硬化させてなるものである。
本発明におけるバリア層は、少なくとも１層の有機層と少なくとも１層の無機層を有し、好ましくは、少なくとも２層の有機層と、少なくとも２層の無機層とが交互に積層した構造である。
バリア性積層体を構成する層数に関しては特に制限はないが、典型的には２層〜３０層が好ましく、３層〜２０層がさらに好ましい。なお、バリア層は基材の片面にのみ設けられていてもよいし、両面に設けられていてもよい。

（有機層）
本発明における有機層は、重合性化合物と、１分子中に２以上の重合開始能を有する部位を有する光重合開始剤（以下、本発明の光重合開始剤と称する）を含む組成物を光照射して硬化させてなるものである。

（１）光重合開始剤
本発明の光重合開始剤は１分子中に２以上の重合開始能を有する部位を有することを特徴とする。従来、有機層の形成に光重合開始剤を用いる場合、重合開始能を有する部位を１つだけ有する光重合開始剤が用いられていたため、光開裂で複数構造のラジカル化合物を発生し、反応にバラツキが生じ、均一な有機層を得ることが難しかった。これに対し、本発明では１分子中に２以上の重合開始部位を有する光重合開始剤を用いることにより、均一な有機層が形成される。また、膜厚を厚くしたり、積層数を多くしたりした場合もヘイズが少なくすることができ、膜強度も向上する等の性能向上にも寄与する。加えて、以下に述べるように有機層からの揮発成分を低減することができ、その上に積層する無機層等も均一なものとすることができ、バリア性フィルム基板およびそれを用いた製品の歩留まりを向上させることができる。さらにまた、硬化後の臭気も抑制される等ハンドリング性にも優れている。
本発明の光重合開始剤によりバリア能が向上する作用機構は次の通りである。一般の光重合開始剤は紫外線または可視光線の照射によって、特定の結合が開裂し、開裂によって発生したラジカルが重合反応を開始する。ここで、発生するラジカルは、すべてが重合開始に寄与するとは限らず、一部は系内に存在する水素原子を引き抜くなどして、非ラジカル成分に変化する。この非ラジカル成分の分子量が非常に小さい場合（例えば分子量７０未満）は常圧でも膜中に留まらないため問題とならない。一方、前記非ラジカル成分の分子量が１００〜３００の場合、減圧条件下で揮発し、有機層または無機層に欠陥を発生させ、バリア性フィルム基板の歩留まりを低下させる。本発明の光重合開始剤を用いると、分子量が１００〜３００の揮発成分の生成を少なくできるため、上記欠陥の発生をより抑制することができる。前記非ラジカル成分の分子量がすべて７０未満もしくは６００以上である場合、上記欠陥の発生が顕著に抑制されるので特に好ましい結果を与える。
上記の欠陥は走査型電子顕微鏡を用いて拡大倍率１０００倍で無機層表面を観測すると、１μｍ以上の凸部もしくは凹部として検出することができる。欠陥の形としては直線状のキズや円形のもの、その他不定形のもの等が挙げられるが、ここで言う１μｍ以上の長さを有する欠陥とは、欠陥が直線状である場合はその長さ、円形の場合は直径、不定形の場合はその中に存在し得る最も長い直線の長さが１μｍ以上であることを意味する。
本発明のバリア性積層体においては、その表面における１μｍ以上の長さを有する欠陥の数を１平方センチメートルあたり３０個以下とすることができ、さらには、２０個以下とすることができる。

本発明で用いる光重合開始剤としては、ヒドロキシアセトフェノン系化合物、ベンゾインエーテル系、ベンジルアセタール系等が好ましい例として挙げられ、下記式（Ａ）で表される構造単位を含むヒドロキシアセトフェノン系化合物がより好ましい。
なお、本発明に用いられるヒドロキシアセトフェノン系の重合開始剤のヒドロキシケトンオリゴマー型開始剤はＥｓａｃｕｒｅ ＫＩＰシリーズ（商品名） として知られており、本発明の光重合開始剤はそれらの製造方法に準じて合成することができる。

式（Ａ）

（式（Ａ）中、Ｘは直鎖アルキレン基または分岐アルキレン基であり、Ｒ¹およびＲ²はそれぞれ直鎖アルキル基または分岐アルキル基であり、Ｒ³は置換基であり、ｍは０〜４の整数であり、ｎは２〜５０の整数である。）
Ｘの直鎖アルキレン基または分岐アルキレン基の炭素数は、特に制限ないが、１〜１０が好ましく、１〜６がより好ましく、１〜３が特に好ましい。Ｘの具体例としては、＞ＣＨ−ＣＨ₂−、＞Ｃ（ＣＨ₃）−ＣＨ₂−、＞Ｃ（Ｃ₂Ｈ₅）−ＣＨ₂−、＞Ｃ（ｎ−Ｃ₃Ｈ₇）−ＣＨ₂−、＞Ｃ（ｉ−Ｃ₃Ｈ₇）−ＣＨ₂−、＞Ｃ（ｉ−Ｃ₄Ｈ₉）−ＣＨ₂−、＞Ｃ（ｉ−Ｃ₈Ｈ₁₇）−ＣＨ₂−、＞Ｃ（ｔｅｒｔ−Ｃ₈Ｈ₁₇）−ＣＨ₂−が挙げられる。ここで、「＞」とは結合子を２つ有することを意味する。
Ｒ¹およびＲ²の直鎖アルキル基または分岐アルキル基の炭素数は、特に制限ないが、１〜３が好ましく、１〜２がより好ましく、１が特に好ましい。この理由は、既に述べたとおり、重合開始剤ラジカルが重合反応に関与せずに失活して非ラジカル成分となった場合に分子量が小さく膜中に留まりにくいことによる。Ｒ¹およびＲ²の具体例としては、それぞれ、−ＣＨ₃、−Ｃ₂Ｈ₅、−ＣＨ（ＣＨ₃）₂、−（ｎ−Ｃ₃Ｈ₇）、−（ｉ−Ｃ₃Ｈ₇）、−（ｉ−Ｃ₄Ｈ₉）、−（ｉ−Ｃ₈Ｈ₁₇）、−（ｔｅｒｔ−Ｃ₈Ｈ₁₇）が挙げられる。
Ｒ³の置換基としては、−ＣＨ₃、−Ｃ₂Ｈ₅、−ＣＨ（ＣＨ₃）₂、−（ｎ−Ｃ₃Ｈ₇）、−（ｉ−Ｃ₃Ｈ₇）が挙げられる。
ｍは０であることが好ましい。ｎは、５〜２０が好ましく、５〜１０がより好ましい。ｎを２０以下とすることにより、有機層形成用の塗布液の粘度が高くなりすぎず、取り扱いが容易になるという利点がある。

また、式（Ａ）で表される構造単位を含む化合物の末端は、通常、水素原子または置換基が結合されている。ここで、置換基としては、炭化水素基が挙げられ、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基などが挙げられる。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などの低級アルキル基等が挙げられる。シクロアルキル基としては、シクロヘキシル基、シクロへプチル基、シクロオクチル基およびこれらのアルキル基置換体などが挙げられる。アリール基としては、フェニル基、およびそのアルキル基置換体等が挙げられる。
本発明で用いる光重合開始剤の分子量としては、７００〜３０００が好ましく、７００〜１５００がより好ましい。

本発明で用いる光重合開始剤の具体例としては、ポリ［２−ヒドロキシ−２−メチル−１−〔４−（１−メチルビニル）フェニル〕プロパノン］、ポリ［２−ヒドロキシ−２−メチル−１−〔４−ビニル−フェニル〕プロパノン］、ポリ［２−ヒドロキシ−２−エチル−１−〔４−（１−メチルビニル）フェニル〕プロパノン］、ポリ［２−ヒドロキシ−２−エチル−１−〔４−ビニル−フェニル〕プロパノン］、ポリ［２−ヒドロキシ−２−メチル−１−〔４−（１−メチルビニル）フェニル〕ブタノン］、ポリ［２−ヒドロキシ−２−メチル−１−〔４−ビニル−フェニル〕ブタノン］、ポリ［２−ヒドロキシ−２−エチル−１−〔４−（１−メチルビニル）フェニル〕ブタノン］、ポリ［２−ヒドロキシ−２−エチル−１−〔４−ビニル−フェニル〕ブタノン］等が挙げられる。光重合開始剤は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を組合せて用いてもよい。

（２）重合性化合物
本発明で用いる重合性化合物は、光を照射することにより硬化するものを広く採用することができ、不飽和モノマー、オリゴマー、樹脂等のいずれであってもよい。例えば、アクリレート系化合物、スチレン系化合物等が好ましい例として挙げられる。

アクリレート系化合物としては、アクリレート、ウレタンアクリレートやポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート等の２官能基以上を有する多官能の放射線硬化型のアクリル系化合物が挙げられ、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールエタントリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、グリセリルトリ（メタ）アクリレート、トリアリル（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡエチレンオキシド変性ジ（メタ）アクリレート等が好ましい。
スチレン系化合物としては、２官能基以上を有する多官能の放射線硬化型スチレン系化合物として、スチレン、α−メチルスチレン、４−メチルスチレン等が好ましい。
重合性化合物質は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を組合せて用いてもよい。

以下に、アクリレート系化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（３）光重合開始剤と重合性化合物の混合比
本発明の有機層の組成において、光重合開始前の重合性化合物と光重合開始剤の重量比は、１００：１〜３０であることが好ましく、１００：３〜１０であることがより好ましい。

（４）有機層の形成方法
有機層の形成方法としては、特に定めるものではないが、例えば、溶液塗布法や真空成膜法により形成することができる。溶液塗布法としては、例えば、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、スライドコート法、或いは、米国特許第２６８１２９４号明細書に記載のホッパ−を使用するエクストル−ジョンコート法により塗布することができる。真空成膜法としては、特に制限はないが、蒸着、プラズマＣＶＤ等の成膜方法が好ましい。本発明においてはポリマーを溶液塗布しても良いし、特開２０００−３２３２７３号公報、特開２００４−２５７３２号公報に開示されているような無機物を含有するハイブリッドコーティング法を用いてもよい。

本発明では、重合性化合物と、光重合開始剤を含む組成物を、光照射して硬化させるが、照射する光は、通常、高圧水銀灯もしくは低圧水銀灯による紫外線である。照射エネルギーは０．５Ｊ／ｃｍ²以上が好ましく、２Ｊ／ｃｍ²以上がより好ましい。重合性化合物として、（メタ）アクリレート系化合物を用いる場合、空気中の酸素によって重合阻害を受けるため、重合時の酸素濃度もしくは酸素分圧を低くすることが好ましい。窒素置換法によって重合時の酸素濃度を低下させる場合、酸素濃度は２％以下が好ましく、０．５％以下がより好ましい。減圧法により重合時の酸素分圧を低下させる場合、全圧が１０００Ｐａ以下であることが好ましく、１００Ｐａ以下であることがより好ましい。また、１００Ｐａ以下の減圧条件下で２Ｊ／ｃｍ²以上のエネルギーを照射して紫外線重合を行うのが特に好ましい。

本発明における有機層は、平滑で、膜硬度が高いことが好ましい。有機層の平滑性は１０μｍ角の平均粗さ（Ｒａ値）として１０ｎｍ以下であることが好ましく、２ｎｍ以下であることがより好ましい。モノマーの重合率は８５％以上であることが好ましく、８８％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましく、９２％以上であることが特に好ましい。ここでいう重合率とはモノマー混合物中の全ての重合性基（アクリロイル基およびメタクリロイル基）のうち、反応した重合性基の比率を意味する。重合率は赤外線吸収法によって定量することができる。

有機層の膜厚については特に限定はないが、薄すぎると膜厚の均一性を得ることが困難になるし、厚すぎると外力によりクラックを発生してバリア性が低下する。かかる観点から、有機層の厚みは５０ｎｍ〜２０００ｎｍが好ましく、２００ｎｍ〜１５００ｎｍがより好ましい。
また、有機層は先に記載したとおり平滑であることが好ましい。有機層の平滑性は１０μｍ角の平均粗さ（Ｒａ値）として２ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以下であることがより好ましい。有機層の表面にはパーティクル等の異物、突起が無いことが要求される。このため、有機層の成膜はクリーンルーム内で行われることが好ましい。クリーン度はクラス１００００以下が好ましく、クラス１０００以下がより好ましい。
有機層の硬度は高いほうが好ましい。有機層の硬度が高いと、無機層が平滑に成膜されその結果としてバリア能が向上することがわかっている。有機層の硬度はナノインデンテーション法に基づく微小硬度として表すことができる。有機層の微小硬度は１５０Ｎ／ｍｍ以上であることが好ましく、１８０Ｎ／ｍｍ以上であることがより好ましく、２００Ｎ／ｍｍ以上であることが特に好ましい。
有機層は２層以上積層することが好ましい。この場合、各層が同じ組成であっても異なる組成であってもよい。また、２層以上積層する場合は、各々の有機層が上記の好ましい範囲内にあるように設計することが好ましい。また、上述したとおり、米国公開特許２００４−４６４９７号明細書に開示してあるように無機層との界面が明確で無く、組成が膜厚方向で連続的に変化する層であってもよい。

（無機層）
無機層は、通常、金属化合物からなる薄膜の層である。無機層の形成方法は、目的の薄膜を形成できる方法であればいかなる方法でも用いることができる。例えば、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的気相成長法（ＰＶＤ）、種々の化学的気相成長法（ＣＶＤ）、めっきやゾルゲル法等の液相成長法がある。この中では、無機層形成時の基材フィルムへの熱の影響を回避することができ、生産速度が速く、均一な薄膜層を得やすい点で、物理的気相成長法（ＰＶＤ）や化学的気相成長法（ＣＶＤ）を用いることが好ましい。無機層に含まれる成分は、上記性能を満たすものであれば特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｅ、またはＴａ等から選ばれる１種以上の金属を含む酸化物、窒化物もしくは酸化窒化物などを用いることができる。これらの中でも、Ｓｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉから選ばれる金属の酸化物、窒化物もしくは酸化窒化物が好ましく、特にＳｉまたはＡｌの金属酸化物、窒化物もしくは酸化窒化物が好ましい。これらは、副次的な成分として他の元素を含有してもよい。
本発明により形成される無機層の平滑性は、１０μｍ角の平均粗さ（Ｒａ値）として２ｎｍ未満であることが好ましく、１ｎｍ以下がより好ましい。このため、無機層の成膜はクリーンルーム内で行われることが好ましい。クリーン度はクラス１００００以下が好ましく、クラス１０００以下がより好ましい。

無機層の厚みに関しては特に限定されないが、１層に付き、通常、５〜５００ｎｍの範囲内である。本発明の積層体とバリア性フィルム基板は無機層が薄くても高いバリア性を示すものであることから、生産性を上げてコストを下げるために無機層はできるだけ薄くすることが好ましい。無機層の厚みは、好ましくは２０〜２００ｎｍである。
無機層は２層以上積層してもよい。この場合、各層が同じ組成であっても異なる組成であってもよい。また、２層以上積層する場合は、各々の無機層が上記の好ましい範囲内にあるように設計することが望ましい。また、上述したとおり、米国公開特許２００４−４６４９７号明細書に開示してあるように有機層との界面が明確で無く、組成が膜厚方向で連続的に変化する層であっても良い。

（有機層と無機層の積層）
有機層と無機層の積層は、所望の層構成に応じて有機層と無機層を順次繰り返し製膜することにより行うことができる。無機層を、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法などの真空製膜法で形成する場合、有機層も前記フラッシュ蒸着法のような真空製膜法で形成することが好ましい。バリア層を製膜する間、途中で大気圧に戻すことなく、常に１０００Ｐａ以下の真空中で有機層と無機層を積層することが特に好ましい。圧力は１００Ｐａ以下であることがより好ましく、５０Ｐａ以下であることがさらに好ましく、２０Ｐａ以下であることが特に好ましい。

（機能層）
本発明のデバイスにおいては、バリア性積層体上、もしくはその他の位置に、機能層を有していても良い。機能層については、特開２００６−２８９６２７号公報の段落番号００３６〜００３８に詳しく記載されている。これら以外の機能層の例としてはマット剤層、保護層、帯電防止層、平滑化層、密着改良層、遮光層、反射防止層、ハードコート層、応力緩和層、防曇層、防汚層、被印刷層、易接着層等が挙げられる。

バリア性積層体の用途
本発明のバリア性積層体は、通常、支持体の上に設けるが、この支持体を選択することによって、様々な用途に用いることができる。支持体としては、基材フィルムのほか、各種のデバイス、光学部材等が含まれる。具体的には、本発明のバリア性積層体はバリア性フィルム基板のバリア層として用いることができる。また、本発明のバリア性積層体およびバリア性フィルム基板は、ガスバリア性を要求するデバイスの封止に用いることができる。本発明のバリア性積層体およびバリア性フィルム基板は、光学部材にも適用することができる。以下、これらについて詳細に説明する。

＜バリア性フィルム基板＞
バリア性フィルム基板は、基材フィルムと、該基材フィルム上に形成されたバリア性積層体とを有する。バリア性フィルム基板において、本発明のバリア性積層体は、基材フィルムの片面にのみ設けられていてもよいし、両面に設けられていてもよい。本発明のバリア性積層体は、基材フィルム側から無機層、有機層の順に積層していてもよいし、有機層、無機層の順に積層していてもよい。本発明の積層体の最上層は無機層でも有機層でもよい。
また、本発明におけるバリア性フィルム基板は大気中の酸素、水分、窒素酸化物、硫黄酸化物、オゾン等を遮断する機能を有するバリア層を有するフィルム基板である。
バリア性フィルム基板を構成する層数に関しては特に制限はないが、典型的には２層〜３０層が好ましく、３層〜２０層がさらに好ましい。
バリア性フィルム基板はバリア性積層体、基材フィルム以外の構成成分（例えば、易接着層等の機能性層）を有しても良い。機能性層はバリア性積層体の上、バリア性積層体と基材フィルムの間、基材フィルム上のバリア性積層体が設置されていない側（裏面）のいずれに設置してもよい。

（プラスチックフィルム）
本発明におけるバリア性フィルム基板は、通常、基材フィルムとして、プラスチックフィルムを用いる。用いられるプラスチックフィルムは、有機層、無機層等の積層体を保持できるフィルムであれば材質、厚み等に特に制限はなく、使用目的等に応じて適宜選択することができる。前記プラスチックフィルムとしては、具体的には、金属支持体（アルミニウム、銅、ステンレス等）ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸−マレイン酸共重合体、ポリスチレン樹脂、透明フッ素樹脂、ポリイミド、フッ素化ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、セルロースアシレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、シクロオレフィルンコポリマー、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂、フルオレン環変性ポリエステル樹脂、アクリロイル化合物などの熱可塑性樹脂が挙げられる。

本発明のバリア性フィルム基板を後述する有機ＥＬ素子等のデバイスの基板として使用する場合は、プラスチックフィルムは耐熱性を有する素材からなることが好ましい。具体的には、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１００℃以上および／または線熱膨張係数が４０ｐｐｍ／℃以下で耐熱性の高い透明な素材からなることが好ましい。Ｔｇや線膨張係数は、添加剤などによって調整することができる。このような熱可塑性樹脂として、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ：１２０℃）、ポリカーボネート（ＰＣ：１４０℃）、脂環式ポリオレフィン（例えば日本ゼオン(株)製 ゼオノア１６００：１６０℃）、ポリアリレート（ＰＡｒ：２１０℃）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ：２２０℃）、ポリスルホン（ＰＳＦ：１９０℃）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ：特開２００１−１５０５８４号公報の化合物：１６２℃）、フルオレン環変性ポリカーボネート（ＢＣＦ−ＰＣ：特開２０００−２２７６０３号公報の化合物：２２５℃）、脂環変性ポリカーボネート（ＩＰ−ＰＣ：特開２０００−２２７６０３号公報の化合物：２０５℃）、アクリロイル化合物（特開２００２−８０６１６号公報の化合物：３００℃以上）が挙げられる（括弧内はＴｇを示す）。特に、透明性を求める場合には脂環式ポレオレフィン等を使用するのが好ましい。

本発明のバリア性フィルム基板は有機ＥＬ素子等のデバイスとして利用されることから、プラスチックフィルムは透明であること、すなわち、光線透過率が通常８０％以上、好ましくは８５％以上、さらに好ましくは９０％以上である。光線透過率は、ＪＩＳ−Ｋ７１０５に記載された方法、すなわち積分球式光線透過率測定装置を用いて全光線透過率および散乱光量を測定し、全光線透過率から拡散透過率を引いて算出することができる。
本発明のバリア性フィルム基板をディスプレイ用途に用いる場合であっても、観察側に設置しない場合などは必ずしも透明性が要求されない。したがって、このような場合は、プラスチックフィルムとして不透明な材料を用いることもできる。不透明な材料としては、例えばポリイミド、ポリアクリロニトリル、公知の液晶ポリマーなどが挙げられる。
本発明のバリア性フィルム基板に用いられるプラスチックフィルムの厚みは、用途によって適宜選択されるので特に制限がないが、典型的には１〜８００μｍであり、好ましくは１０〜２００μｍである。これらのプラスチックフィルムは、透明導電層、プライマー層等の機能層を有していても良い。機能層については、特開２００６−２８９６２７号公報の段落番号００３６〜００３８に詳しく記載されている。これら以外の機能層の例としてはマット剤層、保護層、帯電防止層、平滑化層、密着改良層、遮光層、反射防止層、ハードコート層、応力緩和層、防曇層、防汚層、被印刷層、易接着層等が挙げられる。

＜デバイス＞
本発明のバリア性積層体およびバリア性フィルム基板は空気中の化学成分（酸素、水、窒素酸化物、硫黄酸化物、オゾン等）によって性能が劣化するデバイスに好ましく用いることができる。前記デバイスの例としては、例えば、有機ＥＬ素子、液晶表示素子、薄膜トランジスタ、タッチパネル、電子ペーパー、太陽電池等）等の電子デバイスを挙げることができ有機ＥＬ素子に好ましく用いられる。

本発明のバリア性積層体は、また、デバイスの膜封止に用いることができる。すなわち、デバイス自体を支持体として、その表面に本発明のバリア性積層体を設ける方法である。バリア性積層体を設ける前にデバイスを保護層で覆ってもよい。

本発明のバリア性フィルム基板は、デバイスの基板や固体封止法による封止のためのフィルムとしても用いることができる。固体封止法とはデバイスの上に保護層を形成した後、接着剤層、バリア性フィルム基板を重ねて硬化する方法である。接着剤は特に制限はないが、熱硬化性エポキシ樹脂、光硬化性アクリレート樹脂等が例示される。

（有機ＥＬ素子）
バリア性フィルム基板用いた有機ＥＬ素子の例は、特開２００７−３０３８７号公報に詳しく記載されている。

（液晶表示素子）
反射型液晶表示装置は、下から順に、下基板、反射電極、下配向膜、液晶層、上配向膜、透明電極、上基板、λ／４板、そして偏光膜からなる構成を有する。本発明におけるバリア性フィルム基板は、前記透明電極基板および上基板として使用することができる。カラー表示の場合には、さらにカラーフィルター層を反射電極と下配向膜との間、または上配向膜と透明電極との間に設けることが好ましい。透過型液晶表示装置は、下から順に、バックライト、偏光板、λ／４板、下透明電極、下配向膜、液晶層、上配向膜、上透明電極、上基板、λ／４板および偏光膜からなる構成を有する。このうち本発明の基板は、前記上透明電極および上基板として使用することができる。カラー表示の場合には、さらにカラーフィルター層を下透明電極と下配向膜との間、または上配向膜と透明電極との間に設けることが好ましい。液晶セルの種類は特に限定されないが、より好ましくはＴＮ（Twisted Nematic）型、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型またはＨＡＮ（Hybrid Aligned Nematic）型、ＶＡ(Vertically Alignment)型、ＥＣＢ型（Electrically Controlled Birefringence）、ＯＣＢ型（Optically Compensated Bend）、ＣＰＡ型(Continuous Pinwheel Alignment)であることが好ましい。

（その他）
その他の適用例としては、特表平１０−５１２１０４号公報に記載の薄膜トランジスタ、特開平５-１２７８２２号公報、特開２００２-４８９１３号公報等に記載のタッチパネル、特開２０００−９８３２６号公報に記載の電子ペーパー、特願平７−１６０３３４号公報に記載の太陽電池等が挙げられる。

＜光学部材＞
本発明のバリア性フィルム基板を用いる光学部材の例としては円偏光板等が挙げられる。
（円偏光板）
本発明におけるバリア性フィルム基板を基板としλ／４板と偏光板とを積層し、円偏光板を作製することができる。この場合、λ／４板の遅相軸と偏光板の吸収軸とが４５°になるように積層する。このような偏光板は、長手方向（ＭＤ）に対し４５°の方向に延伸されているものを用いることが好ましく、例えば、特開２００２−８６５５５４号公報に記載のものを好適に用いることができる。

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。

実施例Ａ 基材フィルム／有機層／無機層からなるバリア性フィルム基板の作製
基材フィルム（東レ社製、ルミラーＴ６０、厚さ：１００μｍ）上に、下記表１に示す組成からなる塗布液を、メチルエチルケトンを用いて調整し、乾燥膜厚が１０００ｎｍとなるように塗布し、窒素２００ｐｐｍ雰囲気下で紫外線照射量０．５Ｊ／ｃｍ²で照射して硬化させた。得られた有機層表面にスパッタ法で酸化アルミニウムを成膜して、実施例１〜１３および比較例１〜３のバリア性フィルム基板を作製した。カソードのターゲットとしてアルミニウムを、放電ガスとしてアルゴンを、反応ガスとして酸素を用いた。成膜圧力は０．１Ｐａ、到達膜厚は６０ｎｍであった。
得られたバリア性フィルム基板について、水蒸気透過率（ＭＯＣＯＮ法およびＣａ法）および欠陥数を下記評価方法に従って評価した。これらの評価結果は表２に示した。

［水蒸気透過率（ｇ／ｍ²／ｄａｙ）］
（１）ＭＯＣＯＮ法
ＭＯＣＯＮ社製、「ＰＥＲＭＡＴＲＡＮ−Ｗ３／３１」（４０℃、相対湿度９０％）を用いて測定した。表２中、「＜０．０１」は、水蒸気透過率が、０．０１ｇ／ｍ²・ｄａｙ未満であることを示している。
（２）Ｃａ法
ＭＯＣＯＮ法の測定限界以下となった試料について、下記の参考文献に記載の方法を用いて、４０℃−相対湿度９０％における水蒸気透過率を測定した。
＜参考文献＞
G.NISATO、P.C.P.BOUTEN、P.J.SLIKKERVEER et al. SID Conference Record of the International Display Research Conference 1435-1438頁

＜欠陥数のカウント＞
上記で作製した各バリア性フィルム基板をＨＩＴＡＣＨＩ Ｓ−４１００型走査型電子顕微鏡を用いて加速電圧５ＫＶ、拡大倍率５００倍にて１ｍｍ角の領域を無作為に１００箇所抽出した。選んだ領域内の欠陥数をカウントし、平均値を求めた。このときカウントできた欠陥は、最大長が１μｍ以上の長さを有する欠陥である。前記平均値を１ｃｍ²あたりに換算し、欠陥数とした。

上記表１中、式（Ｂ）で表される化合物、式（Ｃ）で表される化合物の混合物、式（Ｄ）で表される化合物の混合物はそれぞれ下記のとおりである。
式（Ｂ）

式（Ｂ）中、Ｒは、エチル基を表す。ｎは、表１に示した数値をそれぞれ示す。実施例１〜６は合成した。ｎ＝２〜５の化合物は、Ｅｓａｃｕｒｅ ＫＩＰ１５０（商品名：Ｌａｍｂｅｒｔｉ社製、Ｓａｒｔｏｍｅｒ社より販売）として入手できる。

式（Ｃ）

式（Ｃ）中、Ｒは、エチル基を表す。ｎは、２〜５の整数である。Ｅｓａｃｕｒｅ ＫＩＰ１００Ｆ（商品名：Ｌａｍｂｅｒｔｉ社製、Ｓａｒｔｏｍｅｒ社より販売）として入手できる。

式（Ｄ）

式（Ｄ）中、Ｒは、エチル基を表す。ｎは、２〜５の整数である。Ｅｓａｃｕｒｅ ＫＴＯ４６（商品名：Ｌａｍｂｅｒｔｉ社製、Ｓａｒｔｏｍｅｒ社より販売）として入手できる。

表２より、本発明の光重合開始剤を用いたバリア性フィルム基板は比較例のバリア性フィルム基板と比べて、走査型電子顕微鏡で観測される単位面積あたりの欠陥数が少なく、バリア能が高い（水蒸気透過率が低い）ことが認められた。中でも、実施例２〜６のバリア性フィルム基板の欠陥数が際立って少ない。これらの実施例では、発生するラジカルの一方はプロポキシラジカル（水素付加体の分子量は６０）であって、他方は分子量７００以上のオリゴマーである。このことは有機層形成後に揮発成分が残存しないことによる。
一方、実施例１はオリゴマー側が２量体（ｎ＝２、分子量３３４）であるため、揮発性の抑制効果がやや低く、欠陥数が比較的多くなっている。実施例７〜１０も２量体を含むために揮発性抑制効果がやや低いものとなった。実施例１１、１２は低分子の重合開始剤を併用しているため、揮発性抑制効果がやや低いものとなった。

実施例Ｂ
実施例６と比較例３において、有機層を塗布に代えて、フラッシュ蒸着法にて製膜したところ、それぞれ、実施例Ａと同様の効果が得られた。

実施例Ｃ
下記表３に記載の層構成を有するバリア性フィルム基板を作製した。ここで、基材フィルムは、実施例Ａと同様ものもを採用し、無機層は実施例Ａと同様に作製した。また、有機層は、実施例１４、１５、１６では、実施例１１における有機層と同様に作製し、比較例４、５、６では、比較例１における有機層と同様に作製した。

有機ＥＬ素子の作製
上記で得られたバリア性フィルム基板を用いて有機ＥＬ素子を作製した。具体的には、まず、ＩＴＯ膜を有する導電性のガラス基板（表面抵抗値１０Ω／□）を２−プロパノールで洗浄した後、１０分間ＵＶ−オゾン処理を行った。この基板（陽極）上に真空蒸着法にて以下の化合物層を順次蒸着した。
（第１正孔輸送層）
銅フタロシアニン：膜厚１０ｎｍ
（第２正孔輸送層）
Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジナフチルベンジジン：膜厚４０ｎｍ
（発光層兼電子輸送層）
トリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム：膜厚６０ｎｍ
（電子注入層）
フッ化リチウム：膜厚１ｎｍ
そして、金属アルミニウムを１００ｎｍ蒸着して陰極とし、その上に厚さ３μｍ窒化珪素膜を平行平板ＣＶＤ法によって付け、有機ＥＬ素子を作製した。
次に、熱硬化型接着剤（エポテック３１０、ダイゾーニチモリ（株））を用いて、作製した有機ＥＬ素子上と、実施例１１、１４〜１６と比較例１、４〜６のバリア性フィルム基板を、有機層および無機層を積層した側（両面に積層した場合は、任意の側）が有機ＥＬ素子の側となるように貼り合せ、６５℃で３時間加熱して接着剤を硬化させた。このようにして封止された有機ＥＬ素子を各２０素子ずつ作製した。
作製直後の有機ＥＬ素子をソースメジャーユニット（ＳＭＵ２４００型、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ社製）を用いて７Ｖの電圧を印加して発光させた。顕微鏡を用いて発光面状を観察したところ、いずれの素子もダークスポットの無い均一な発光を与えることが確認された。
最後に、各素子を６０℃・相対湿度９０％の暗い室内に２４時間静置した後、発光面状を観察した。直径３００μｍよりも大きいダークスポットが観察された素子の比率を故障率と定義し、各素子の故障率を算出した。その結果を表４に示した。

上記結果から明らかなとおり、本発明のバリア性フィルム基板は、素子の故障率を低減できることがわかった。さらに、本発明のバリア性フィルム基板は、積層数を減らしても、故障率が低いため、積層数を減らすことができ、生産性も向上することが分かった。また、実施例に用いた重合開始剤は比較例で用いた重合開始剤と比べて、重合反応時における揮発成分の臭気が大幅に低減されていることも確認された。

実施例Ｄ
実施例１６と比較例６のバリア性フィルム基板を用いた有機ＥＬ発光素子を、ＴＶ等に必要な５００ｃｄ／ｍ²で連続点灯させて、輝度を測定した。３００ｃｄ／□になるまで、実施例１６は２０００時間、比較例４は１６００時間必要だった。すなわち、比較例６のバリア性フィルム基板を用いた有機ＥＬ素子の故障率は低いが、輝度が３００ｃｄ／□になるまでに必要な時間は、実施例１６のバリア性フィルム基板に比べて８０％と低く、早く劣化した。

また、実施例１６と比較例６のバリア性フィルム基板を、４０ｍｍ×８０ｍｍに切断し、２５℃・相対湿度６０％でヘイズメーター（ＨＧＭ−２ＤＰ、スガ試験機）を用いてＪＩＳ Ｋ−６７１４に従って測定したところ、実施例１６は０．８％、比較例６は１．１％であり、本発明は透明性も向上していた。

実施例Ｅ
実施例Ｃにおいて、有機ＥＬ素子の側に、実施例１１、１４〜１６と比較例１、４〜６のバリア性フィルム基板を貼り合せる代わりに、直接に、実施例１１、１４〜１６と比較例１、４〜６と同様の層構成を有するバリア性積層体を設け、他は同様に行い、有機ＥＬ素子を封止した。本発明のバリア性積層体で封止した場合、素子の故障率を低減できることがわかった。

本発明のバリア性積層体およびバリア性フィルム基板は、バリア性に優れ、また、有機ＥＬ素子等のデバイスに用いた場合の素子の劣化や故障を著しく減少させることができる。加えて、本発明のバリア性積層体およびバリア性フィルム基板は、有機層の形成が多官能の重合開始剤により形成するため、有機層形成時の臭気を減少させることができる。また、透明性にも優れる。そのため、従来のバリア性フィルム基板よりも、さらに広範囲な利用が期待される。

Claims (19)

1. 少なくとも１層の有機層と、少なくとも１層の無機層とを有し、前記有機層は、重合性化合物と、１分子中に２以上の重合開始能を有する部位を有する光重合開始剤を含む組成物を光照射して硬化させてなることを特徴とするバリア性積層体。
2. 前記光重合開始剤が、下記式（Ａ）で表される構造単位を含む化合物である、請求項１に記載のバリア性積層体。
   式（Ａ）
   

   

   
   （式（Ａ）中、Ｘは直鎖アルキレン基または分岐アルキレン基であり、Ｒ¹およびＲ²はそれぞれ直鎖アルキル基または分岐アルキル基であり、Ｒ³は置換基であり、ｍは０〜４の整数であり、ｎは２〜５０の整数である。）
3. ｎは５〜２０の整数である、請求項２に記載のバリア性積層体。
4. 前記光重合開始剤の非ラジカル成分の分子量が、７０未満または６００以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバリア性積層体。
5. 前記重合性化合物が、アクリレート系化合物である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバリア性積層体。
6. 前記無機層が、金属酸化物、金属窒化物、金属酸化窒化物および金属炭化物から選ばれる少なくとも１種を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバリア性積層体。
7. 前記有機層と、前記無機層が少なくとも２層以上が交互に積層している、請求項１〜６のいずれか１項に記載のバリア性積層体。
8. 基材フィルムと、該基材フィルム上に設けられた請求項１〜７のいずれか１項に記載のバリア性積層体とを有するバリア性フィルム基板。
9. 基材フィルムと、該基材フィルム上に設けられた少なくとも１層の有機層および少なくとも１層の無機層を有するバリア性積層体とを有するバリア性フィルム基板であって、前記バリア性積層体の表面における１μｍ以上の長さを有する欠陥の数が１平方センチメートルあたり３０個以下であることを特徴とするバリア性フィルム基板。
10. 前記バリア性積層体が、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバリア性積層体である、請求項９に記載のバリア性フィルム基板。
11. 請求項８〜１０のいずれか１項に記載のバリア性フィルム基板を基板に用いたデバイス。
12. 請求項８〜１０のいずれか１項に記載のバリア性フィルム基板を用いて封止したデバイス。
13. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のバリア性積層体を用いて封止したデバイス。
14. 前記デバイスが、電子デバイスである、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のデバイス。
15. 前記デバイスが、有機ＥＬ素子である、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のデバイス。
16. 支持体上に、少なくとも１層の有機層と、少なくとも１層の無機層とを設ける工程を含み、かつ、前記有機層は、重合性化合物と、１分子中に複数の重合開始能を有する光重合開始剤とを含む組成物を光照射して硬化させて設けることを特徴とする、バリア性積層体の製造方法。
17. 前記バリア性積層体が、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバリア性積層体である、請求項１６に記載のバリア性積層体の製造方法。
18. 無機層を真空蒸着によって設ける、請求項１６または１７に記載のバリア性積層体の製造方法。
19. 請求項１０に記載のバリア性フィルム基板を基板に用いた光学部材。