JP5735857B2 - 電子デバイス用バリアフィルム - Google Patents
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そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、従来よりもバリア性能を向上させることが可能な、新規かつ改良された電子デバイス用バリアフィルムを提供することにある。
本発明者は、従来のバリアフィルム及びその問題点を精査し、この結果に基づいて、本実施の形態に係るバリアフィルムを完成させるに至った。そこで、まず、従来のバリアフィルム及びその問題点について説明する。
まず、本実施の形態に係るバリアフィルムの構造を図1に基づいて説明する。本実施の形態に係るバリアフィルム1は、樹脂フィルム2と、無機板状粒子層3及びバインダ層5が交互に積層された交互積層部8と、無機板状粒子層3の欠陥部分7に形成される充填部4とを備える。なお、以下の説明において、バリアフィルム1を製造する途中過程で製造されるフィルム、即ち、樹脂フィルム2の表面に無機板状粒子層3及びバインダ層5のうち少なくとも一方が積層されたフィルムを「中間フィルム」とも称する。
まず、樹脂フィルム2の構成について説明する。樹脂フィルム2は、既知の樹脂であればどのような樹脂で構成されていてもよいが、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、及びポリイミド(PI)等で構成される。樹脂フィルム2は、これらの物質のうち、いずれか1種だけで構成されていても良く、これらの物質のうち、2種以上の物質で構成されていても良い。
次に、バリアフィルム1を構成する無機板状粒子層3について説明する。無機板状粒子層3は、無機板状粒子で構成される。
[M2+ 1−xM3+ x(OH)2]x+[Bn− x/n・yH2O]x−・・・(化学式1)
化学式1中、M2+は2価金属、M3+は3価金属、Bはアニオン、nはアニオンの価数、xは0<x<0.4の実数、yは0より大きい実数である。すなわち、層状複水酸化物は、ブルーサイトと同様の構成を有し、正に帯電した無機板状粒子([M2+ 1−xM3+ x(OH)2]x+)の層間に、アニオン及び層間水からなり、負に帯電した層間イオン([Bn−x/n・yH2O]x−)が配置された無機層状化合物である。
次に、充填部4の構成について説明する。図2に示すように、吸着法により無機板状粒子層3を形成した場合、無機板状粒子層3には、無機板状粒子が欠落した箇所である欠陥部分7が形成されうる。そこで、本実施の形態では、この欠陥部分7を充填部4で充填する。
バインダ層5は、無機板状粒子層3と逆の電荷に帯電可能なバインダ粒子で構成される。このようなバインダ粒子としては、例えば、高分子電解質イオン、金属イオン、金属化合物イオン、及び無機板状粒子が挙げられる。バインダ層5は、これらの物質のうち、いずれか1種だけで構成されていても良く、これらの物質のうち、同じ電荷を有する2つ以上の物質で構成されていても良い。
次に、バリアフィルム1の製造方法を図4に基づいて説明する。なお、ここでは、製造方法の一例として、樹脂フィルム2に無機板状粒子層3を積層し、次いで無機板状粒子層3にバインダ層5を積層する製造方法について説明するが、樹脂フィルム2にバインダ層5を積層しても良いことは勿論である。
まず、図4(a)に示すように、樹脂フィルム2の表面を正に帯電する。または、樹脂フィルム2の表面に吸着層を形成し、吸着層を正に帯電する。樹脂フィルム2または吸着層を帯電させる方法としては、例えば、コロナ処理、UV/O3処理、EB処理(電子線処理)、及びシランカップリング剤等の薬液による化学的処理等を用いることができる。
次いで、図4(b)に示すように、樹脂フィルム2の表面に負に帯電した無機板状粒子層3を形成する。具体的には、まず、粘土鉱物及びリン酸ジルコニウムのうち、少なくとも一方を水に投入し、撹拌することで無機板状粒子の分散液を生成する。なお、粘土鉱物及びリン酸ジルコニウムは、負に帯電した無機板状粒子が層間イオンを介して積層されたものである。次いで、無機板状粒子の分散液に、樹脂フィルム2を浸漬する。これにより、樹脂フィルム2の表面に無機板状粒子が吸着する。即ち、樹脂フィルム2の表面に無機板状粒子層3が形成される。ただし、無機板状粒子層3には、無機板状粒子が欠落した箇所である欠陥部分7が形成される。
次いで、図4(c)に示すように、欠陥部分7に充填部4を形成(充填)する。具体的には、まず、金属酸化物を水に溶解させることで、金属酸化物水溶液を生成する。この金属酸化物水溶液中には、オキソ酸イオン(陰イオン)が存在する。ここで、金属酸化物に対応するプールベダイアグラムにおいて、電極電位及びpHを示す点がイオン領域(図3の領域A1に対応する領域)内に属し、かつイオン領域と固体領域(図3の領域A2に対応する領域)との境界線の近傍となるように、金属酸化物水溶液の電極電位(基本的にゼロとなる)、pH、及び濃度が調整される。
次に、図4(d)に示すように、無機板状粒子層3にバインダ層5を形成する。具体的には、まず、正に帯電した高分子電解質イオン、金属イオン、金属化合物イオン、及び正に帯電した無機板状粒子のうち、少なくとも1種が溶解(または分散)したバインダ粒子水溶液(または分散液)を用意する。次いで、バインダ粒子水溶液(または分散液)に、表面が無機板状粒子層3となる中間フィルムを浸漬する。これにより、中間フィルムの表面にバインダ粒子が吸着する。即ち、中間フィルムの表面にバインダ層5が形成される。このとき、バインダ粒子が無機板状粒子となる場合、無機板状粒子は、中間フィルムの表面と平行になるように吸着する。
次いで、図4(e)に示すように、第2段階〜第4段階の処理を繰り返して行うことで、樹脂フィルム2上に無機板状粒子層3及びバインダ層5を交互に積層していく。なお、無機板状粒子層3及びバインダ層5の組が1つのユニット6を形成する。これにより、バリアフィルム1が製造される。
次に、図1等に基づいて、バリアフィルム1の作用(動作)について説明する。樹脂フィルム2を通って無機板状粒子層3に浸入した水分や酸素等のガスは、無機板状粒子層3を構成する無機板状粒子を通過できないため、図1に示すような透過経路100を通って拡散する可能性がある。バリアフィルム1のガス透過は、以下の式(1)に示すように、バインダ層5中の透過と充填部4の透過に分けられる。
T:バリアフィルム1全体のガス透過率
Tb:バインダ層5全体のガス透過率
Tp:充填部4全体のガス透過率
Tb:バインダ層5全体のガス透過率
L:バインダ層5内の透過経路の長さ
Tb0:バインダ層5の単位長さ(単位厚さ)当たりのガス透過率
Db:バインダ層5の膜厚(例えば、各バインダ層5の膜厚を算術平均した値。膜厚は、例えばエリプソメーター、AFM等により測定される。以下同じ)
Tp:充填部4全体のガス透過率
Dp:充填部4の膜厚(例えば、各充填部4の膜厚を算術平均した値)
Tp0:単位長さ(単位厚さ)当たりの充填部4のガス透過率
Sc:欠陥部分7の透過断面の面積
樹脂フィルム2として、0.1mm厚のPETフィルムを用意した。樹脂フィルム2を洗剤と純水とで洗浄し、エアブローで乾燥させた。
モンモリロナイト(MMT)として、クニミネ工業製クニフィル−D36を0.5g、純水1L中に入れ、市販のスターラ(アズワン製KNS−T1)を用いて、1日間攪拌した。これにより、無機板状粒子が分散した無機板状粒子分散液を作製した。
ポリアリルアミンヒドロキシド(PAH)の30mmol/L水溶液を調整した。
4)NaVO3の1mmol/L水溶液を調整しpHを測定したところ、5.9であった。この水溶液に、100mmol/LのNaOHを用いてpHを6.5に調整し、充填部水溶液を作製した。
1)で洗浄した樹脂フィルム2を、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)の10mmol/Lのエタノール溶液に30分間浸漬した。その後、樹脂フィルム2をエタノールと純水で洗い流した後、エアブローで乾燥した。これにより、樹脂フィルム2を正に帯電させた。
5)で帯電処理した樹脂フィルム2を、2)で作製した無機板状粒子分散液に15分間浸漬した後、純水で十分洗い流し、エアブローで乾燥させた。これにより、樹脂フィルム2の表面に無機板状粒子層3を形成した。
6)で無機板状粒子層3を形成した樹脂フィルム2を、4)で作製した充填部水溶液に15分間浸漬した後、純水で十分洗い流し、エアブローで乾燥した。これにより、無機板状粒子層3の欠陥部分7に充填部4を形成した。
7)で無機板状粒子層3と充填部4とを形成した樹脂フィルム2を、3)で作製したバインダ粒子水溶液に15分間浸漬した後、純水で十分洗い流し、エアブローで乾燥した。これにより、無機板状粒子層3上にバインダ層5を形成した。
6)〜8)の工程を、5、10、20回繰り返し、樹脂フィルム2にユニット6(無機板状粒子層3とバインダ層5との組)がそれぞれ5、10、20層形成されたバリアフィルム1を得た。
9)で作製した3枚のバリアフィルム1を、MOCON社製水蒸気透過率測定装置AQUATRANを用いて、WVTRを測定した。
(NH4)2WO4の1mmol/L水溶液を調整しpHを測定したところ、5.5であった。この液に、100mmol/LのNaOHを用いてpHを6.0に調整し、充填部水溶液を作製した。
(NH4)2MoO4の1mmol/L水溶液を調整しpHを測定したところ、5.0であった。この液に、100mmol/LのHClを用いてpHを4.0に調整し、充填部水溶液を作製した。
樹脂フィルム2として、0.1mm厚のPETフィルムを用意し、樹脂フィルム2を洗剤と純水とで洗浄し、エアブローで乾燥させた。
M2+ xM3+ y(OH)nCO3・nH2O(M2+:Mg、M3+:Al、B:CO3 2−、x=4.5、y=2、n=13)からなる層状複水酸化物(LDH)を、LDH20mgにつき、塩化ナトリウム1mol/L、酢酸0.01mol/L、酢酸ナトリウム0.09mol/Lの混合水溶液20mLを添加し、市販のシェーカ(SH−B型、テラサワ)を用い2日間攪拌することにより、M2+ xM3+ y(OH)nCl2・nH2O(M2+:Mg、M3+:Al、B:CO3 2−、x=4.5、y=2、n=13)からなるLDHを分散した無機板状粒子分散液を作製した。
ポリアクリル酸(PAA)の30mmol/L水溶液を調整することで、バインダ粒子水溶液を作製した。
AlK(SO4)2の30mmol/L水溶液を調整しBinder層液を作製した。
1)で洗浄した樹脂フィルム2を、日本スタテック製HPS−101を用いて、10分間コロナ処理した。
5)で帯電処理した樹脂フィルム2を、2)で作製した無機板状粒子分散液に15分間浸漬した後、純水で十分洗い流し、エアブローで乾燥した。これにより、無機板状粒子層3を形成した。
6)で無機板状粒子層3を形成した樹脂フィルム2を、4)で作製した充填部水溶液に15分間浸漬した後、純水で十分洗い流し、エアブローで乾燥した。これにより、無機板状粒子層3の欠陥部分7に充填部4を形成した。
7)で無機板状粒子層3と充填部4とを形成した樹脂フィルム2を、3)で作製したバインダ粒子水溶液に15分間浸漬した後、純水で十分洗い流し、エアブローで乾燥した。これにより、バインダ層5を形成した。
6)〜8)の工程を、5、10、20回繰り返し、樹脂フィルム2にユニット6(無機板状粒子層3とバインダ層5との組)がそれぞれ5、10、20層形成されたバリアフィルム1を得た。
9)で作製した3枚のバリアフィルム1を、MOCON社製水蒸気透過率測定装置AQUATRANを用いて、WVTRを測定した。
1)で洗浄した樹脂フィルム2に、ミカサ製MS−A150を用いて、AZエレクトロニックマテリアルズ製アクアミカNL100Aをスピンコーティングした。ついで、樹脂フィルム2を、120℃で1時間、続いて95℃−湿度80%の雰囲気下で3時間硬化した。これにより、樹脂フィルム2の表面に吸着層としてシリカ層を約0.2μmの厚さで形成した。この樹脂フィルム2を3−アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)の10mmol/Lのエタノール溶液に30分間浸漬した。その後、樹脂フィルム2をエタノールと純水とで洗い流した後、エアブローで乾燥した。これにより、シリカ層を正に帯電した。
実施例1の4)と7)の工程を行わないこと以外は、実施例1と同様の工程を行なうことで、充填部4が形成されていない3つの比較用フィルムを作製し、WVTRを測定した。
表1に、実施例1〜5、及び、比較例1で作製したバリアフィルム1及び比較用フィルムを40℃、90%RH(湿度)の環境下でWVTR測定した結果(単位:g/m2/day)を示す。
2 樹脂フィルム
3 無機板状粒子層
4 充填部
5 バインダ層
6 ユニット
7 欠陥部分
Claims (12)
- 樹脂フィルムに、帯電した無機板状粒子を含む無機板状粒子層と、前記無機板状粒子と反対の電荷に帯電したバインダ層と、が交互に積層された交互積層部と、
前記無機板状粒子層のうち、前記無機板状粒子が欠落した箇所である欠陥部分に形成される充填部と、を有し、
前記充填部は、金属酸化物を含むことを特徴とする、電子デバイス用バリアフィルム。 - 前記金属酸化物を構成する金属は、バナジウム、タングステン、及びモリブデンのうち少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1記載の電子デバイス用バリアフィルム。
- 前記金属酸化物を構成する元素には、リンが含まれることを特徴とする、請求項1または2記載の電子デバイス用バリアフィルム。
- 前記無機板状粒子は負に帯電し、前記バインダ層は正に帯電していることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子デバイス用バリアフィルム。
- 前記無機板状粒子は、粘土鉱物及びリン酸ジルコニウムのうち少なくとも1種を層分離することで得られることを特徴とする、請求項4記載の電子デバイス用バリアフィルム。
- 前記粘土鉱物は、雲母、バーミュライト、モンモリロナイト、鉄モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、及びスチーブンサイトの少なくとも1種であることを特徴とする、請求項5記載の電子デバイス用バリアフィルム。
- 前記粘土鉱物は、モンモリロナイトであることを特徴とする、請求項6記載の電子デバイス用バリアフィルム。
- 前記無機板状粒子は、リン酸ジルコニウムを層分離することで得られることを特徴とする、請求項5記載の電子デバイス用バリアフィルム。
- 前記樹脂フィルムに形成され、前記樹脂フィルムを前記交互積層部に吸着させる吸着層を備えることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の電子デバイス用バリアフィルム。
- 前記吸着層は、シリカ及びアルミナのうち、少なくとも1種を含むことを特徴とする、請求項9記載の電子デバイス用バリアフィルム。
- 前記吸着層は、前記交互積層部の最も外側の層である最外層と反対の電荷に帯電していることを特徴とする、請求項9または10に記載の電子デバイス用バリアフィルム。
- 前記吸着層を帯電させる処理は、シランカップリング剤を用いることで行われることを特徴とする、請求項11記載の電子デバイス用バリアフィルム。
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