JP5741325B2 - Sputtering target, manufacturing method thereof, thin film using the target, thin film sheet including the thin film, and laminated sheet - Google Patents
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Description
本発明は、透明性、ガスバリア性等の諸特性に優れた薄膜の形成に好適なスパッタリングターゲット及びその製造方法並びに該ターゲットを用いた薄膜、該薄膜を備える薄膜シート、積層シートに関する。更に詳しくは、これらの諸特性に優れ、特に液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、電子ペーパー又は太陽電池モジュール等のガスバリア材として好適な薄膜の形成に用いるスパッタリングターゲット及びその製造方法、並びに該ターゲットを用いた薄膜、該薄膜を備える薄膜シート、積層シートに関するものである。 The present invention relates to a sputtering target suitable for forming a thin film excellent in various properties such as transparency and gas barrier properties, a method for producing the sputtering target, a thin film using the target, a thin film sheet including the thin film, and a laminated sheet. More specifically, the sputtering target used for forming a thin film suitable as a gas barrier material such as a liquid crystal display, an organic EL display, electronic paper, or a solar cell module, a method for manufacturing the same, and the target are used. The present invention relates to a thin film, a thin film sheet including the thin film, and a laminated sheet.
液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ或いは太陽電池等の機器は、一般に湿気に弱く、吸湿によって急速にその特性を劣化させるため、高防湿性、即ち酸素や水蒸気等の透過又は侵入を防止するガスバリア性を有する部品を装備することが不可欠である。 Devices such as liquid crystal displays, organic EL displays, or solar cells are generally vulnerable to moisture, and their characteristics are rapidly degraded by moisture absorption. Therefore, they have high moisture resistance, that is, gas barrier properties that prevent permeation or penetration of oxygen, water vapor, and the like. It is essential to equip the parts.
例えば、太陽電池の例では、太陽電池モジュールの受光面とは反対側の裏面にバックシートが設けられている。このバックシートは、基材に、高防湿性を有するガスバリア材と、それらを保護する部材等から構成されたものが代表的である。 For example, in the example of a solar cell, the back sheet is provided on the back surface opposite to the light receiving surface of the solar cell module. This back sheet is typically composed of a gas barrier material having high moisture resistance and a member for protecting them as a base material.
このような太陽電池モジュールを構成するバックシートとしては、例えば、高強度の耐熱性耐候性樹脂により防湿性金属箔をサンドイッチし、更にその一方にガラス質の蒸着皮膜を設けてなる太陽電池モジュールの裏面保護用シート材料が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。このシート材料では、ガスバリア材として、アルミニウム箔、亜鉛メッキ鉄箔、錫メッキ鉄箔等の金属箔が用いられている。 As a back sheet constituting such a solar cell module, for example, a solar cell module in which a moisture-proof metal foil is sandwiched by a high-strength heat-resistant weather-resistant resin and a glassy vapor-deposited film is provided on one of the moisture-proof metal foils. A sheet material for protecting the back surface is disclosed (for example, see Patent Document 1). In this sheet material, a metal foil such as an aluminum foil, a galvanized iron foil, or a tin-plated iron foil is used as a gas barrier material.
また、高防湿フィルムと高耐候フィルムとを積層して一体化してなる太陽電池カバー材を、裏面側保護部材に用いた太陽電池が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。この太陽電池カバー材における高防湿フィルムには、PETフィルム等の基材フィルムに、ガスバリア材として、CVD(化学蒸着)、PVD(反応蒸着)法等によってシリカ、アルミナ等の無機酸化物のコーティング膜よりなる防湿膜を形成したものが用いられている。また、基材フィルムとバリア層とを有し、バリア層がホローカソード型イオンプレーティングにより成膜した無機窒化物薄膜又は無機窒化酸化物薄膜である透明バリアフィルムが開示されている(例えば、特許文献3参照。)。また、太陽電池素子の表面に、水蒸気、酸素ガス、分解物、又は添加剤の1種以上の透過を阻止する障壁層を設けた太陽電池モジュ−ルが開示されている(例えば、特許文献4参照。)。この太陽電池モジュールでは、障壁層として、樹脂膜、バリア性樹脂膜、無機酸化物の蒸着膜、ケイ素化合物の加水分解による重縮合物からなる組成物によるコ−ティング膜、又は、それらの2種以上からなる複合膜が用いられている。 Moreover, the solar cell which used the solar cell cover material formed by laminating | stacking and integrating a high moisture-proof film and a high weather resistance film for the back surface side protection member is disclosed (for example, refer patent document 2). The high moisture-proof film in this solar cell cover material is a coating film of inorganic oxides such as silica and alumina by a base film such as a PET film, a gas barrier material by CVD (chemical vapor deposition), PVD (reactive vapor deposition), etc. What formed the moisture-proof film | membrane which consists of is used. Also disclosed is a transparent barrier film having a base film and a barrier layer, wherein the barrier layer is an inorganic nitride thin film or an inorganic nitride oxide thin film formed by hollow cathode ion plating (for example, a patent) Reference 3). In addition, a solar cell module is disclosed in which a barrier layer that prevents permeation of one or more of water vapor, oxygen gas, decomposition products, or additives is provided on the surface of the solar cell element (for example, Patent Document 4). reference.). In this solar cell module, as the barrier layer, a resin film, a barrier resin film, an inorganic oxide vapor-deposited film, a coating film made of a polycondensate obtained by hydrolysis of a silicon compound, or two kinds thereof A composite membrane composed of the above is used.
また、無機酸化物層を呈するプラスチックフィルム又はプラスチック複合材からなるバリア層を備えた光起電モジュールが開示されている(例えば、特許文献5参照。)。この無機酸化物層には、酸化アルミニウム又は酸化珪素がそのコーティング材料として使用されている。また、耐熱、耐候性プラスチックフイルムに無機酸化物薄膜層を設け、その薄膜層面に同一樹脂からなる他の耐熱、耐候性プラスチックフイルムを積層した積層体からなる太陽電池用裏面保護シートが開示されている(例えば、特許文献6参照。)。この太陽電池用裏面保護シートでは、無機酸化物薄膜層として、酸化珪素又は酸化アルミニウムのいずれかで形成されたものが用いられている。 Moreover, the photovoltaic module provided with the barrier layer which consists of a plastic film or a plastic composite material which exhibits an inorganic oxide layer is disclosed (for example, refer patent document 5). In this inorganic oxide layer, aluminum oxide or silicon oxide is used as a coating material. Also disclosed is a back protective sheet for solar cells comprising a laminate in which an inorganic oxide thin film layer is provided on a heat- and weather-resistant plastic film, and another heat- and weather-resistant plastic film made of the same resin is laminated on the thin film layer surface. (For example, refer to Patent Document 6). In this back surface protection sheet for solar cells, an inorganic oxide thin film layer formed of either silicon oxide or aluminum oxide is used.
また、透明性を有する基材フィルムに、3価以上の金属、若しくは半導体をドープしてなる紫外線遮蔽特性を有する酸化亜鉛層と、ガスバリア性に優れる金属酸化物層を順次積層してなる積層体が開示されている(例えば、特許文献7参照。)。この積層体の金属酸化物層としては、酸化珪素、酸化アルミニウム又は酸化マグネシウムが用いられている。 In addition, a laminate in which a zinc oxide layer having ultraviolet shielding properties obtained by doping a trivalent or higher-valent metal or semiconductor on a transparent base film and a metal oxide layer having excellent gas barrier properties are sequentially laminated. Is disclosed (for example, see Patent Document 7). As the metal oxide layer of this laminate, silicon oxide, aluminum oxide, or magnesium oxide is used.
また、高分子フィルム基材の少なくとも片面に金属もしくは金属酸化物からなるガスバリア層を気相成長法により成膜し、このガスバリア層上に超微粒子を含有する樹脂層を形成した紫外線カット性を有する透明性ガスバリア複合フィルム材料が開示されている(例えば、特許文献8参照。)。この透明性ガスバリア複合フィルム材料のガスバリア層としては、アルミニウムからなる単層構造又は多層構造やアルミニウム酸化物、珪素酸化物及びマグネシウム酸化物の少なくとも一種からなる単層構造又は多層構造が用いられている。 Also, a gas barrier layer made of a metal or metal oxide is formed on at least one surface of the polymer film substrate by vapor phase growth, and a resin layer containing ultrafine particles is formed on the gas barrier layer and has an ultraviolet cutting property. A transparent gas barrier composite film material is disclosed (for example, see Patent Document 8). As the gas barrier layer of the transparent gas barrier composite film material, a single layer structure or a multilayer structure made of aluminum or a single layer structure or a multilayer structure made of at least one of aluminum oxide, silicon oxide and magnesium oxide is used. .
しかしながら、上記特許文献1に示された裏面保護用シート材料は、ガスバリア材として、アルミニウム箔等の金属箔が使用されているため、このシート材料を太陽電池モジュールのバックシートに適用すると、耐電圧性が低下し、電流がリークするおそれがある。また、金属箔を使用したシート材料は、金属箔の厚さが20μm以下になると、耐熱性耐候性樹脂と金属箔との間に発生するピンホールが増加し、ガスバリア性が著しく低下する。一方、金属箔の厚さを厚くすれば、製造コストが上がってしまうという問題が生じ、また、廃棄物として分別が必要であったり、光が透過しないため、太陽電池の受光面では使用することができず、更に、電源端子用の打ち抜き穴の周りでは金属箔のバリが発生し、回路短絡の危険があった。 However, since the sheet material for back surface protection shown in Patent Document 1 uses a metal foil such as an aluminum foil as a gas barrier material, when this sheet material is applied to a back sheet of a solar cell module, a withstand voltage is obtained. May decrease and current may leak. Further, in the sheet material using the metal foil, when the thickness of the metal foil is 20 μm or less, pinholes generated between the heat resistant weather resistant resin and the metal foil are increased, and the gas barrier property is remarkably lowered. On the other hand, if the thickness of the metal foil is increased, there will be a problem that the manufacturing cost will increase, and separation will be required as waste, or light will not be transmitted, so it should be used on the light receiving surface of the solar cell. In addition, metal foil burrs occurred around the punched hole for the power supply terminal, and there was a danger of short circuit.
また、上記特許文献2〜8において使用されているシリカ、アルミナ等の無機酸化物の場合、高いガスバリア性を得るには膜の厚さを100nm以上確保しなければならず、それでもガスバリア性が十分であるとは言えない。 In addition, in the case of inorganic oxides such as silica and alumina used in Patent Documents 2 to 8, the film thickness must be 100 nm or more in order to obtain high gas barrier properties, and the gas barrier properties are still sufficient. I can't say that.
本発明の目的は、透明性及びガスバリア性に優れた薄膜を形成するのに好適なスパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the sputtering target suitable for forming the thin film excellent in transparency and gas-barrier property, and its manufacturing method.
本発明の別の目的は、透明性及びガスバリア性に優れた薄膜、該薄膜を備える薄膜シート及び積層シートを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a thin film excellent in transparency and gas barrier properties, a thin film sheet comprising the thin film, and a laminated sheet.
本発明の第1の観点は、酸化亜鉛(ZnO)と酸化アルミニウム(Al2O3)とを主成分とする焼結体からなり、焼結体の相対密度が95%以上であり、酸化亜鉛と酸化アルミニウムのモル比が60:40〜80:20であることを特徴とするZnO−Al2O3系スパッタリングターゲットである。 A first aspect of the present invention is a sintered body mainly composed of zinc oxide (ZnO) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and the relative density of the sintered body is 95% or more. The ZnO—Al 2 O 3 -based sputtering target is characterized in that the molar ratio of aluminum oxide to aluminum oxide is 60:40 to 80:20 .
本発明の第2の観点は、一次粒子の平均粒径が0.1〜5.0μmのZnO粉末とAl2O3粉末とを、スパッタリングターゲット中の酸化亜鉛(ZnO)と酸化アルミニウム(Al2O3)のモル比が60:40〜80:20になるように混合し、バインダーを加え、加圧成形し、脱型後、1000℃以上で焼結することによって、相対密度が95%以上の焼結体を製造することを特徴とするZnO−Al2O3系スパッタリングターゲットの製造方法である。 The second aspect of the present invention, aluminum oxide and ZnO powder and Al2O3 powder having an average particle size of 0.1~5.0μm of primary particles, and zinc oxide in the sputtering target (ZnO) (Al 2 O 3 ) The relative density is 95% or more by mixing at a molar ratio of 60:40 to 80:20 , adding a binder, press molding, demolding, and sintering at 1000 ° C. or higher. a ZnO-Al 2 O 3 based sputtering target manufacturing method which is characterized in that to produce the body.
本発明の第3の観点は、第2の観点に基づく発明であって、更に有機溶媒及び水分等の除去を目的とする予備乾燥として50〜150℃で1〜10時間の処理、バインダーの消失を目的とする脱脂処理として400〜600℃で3〜15時間の処理、及び密度を向上させる焼結工程として1000〜1500℃で3〜15時間の処理をこの順で行うことを特徴とする。 3rd viewpoint of this invention is invention based on 2nd viewpoint, Comprising: Treatment for 1 to 10 hours at 50-150 degreeC as a preliminary | backup drying aiming at removal of an organic solvent, a water | moisture content, disappearance of a binder As a degreasing treatment for the purpose of 3), a treatment for 3 to 15 hours at 400 to 600 ° C. and a treatment for 3 to 15 hours at 1000 to 1500 ° C. as a sintering step for improving the density are performed in this order.
本発明の第4の観点は、第1の観点に基づくZnO−Al2O3系スパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により基板表面にZnO−Al2O3系膜を形成することを特徴とするZnO−Al2O3系膜の製造方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, a ZnO-Al 2 O 3 film is formed on a substrate surface by a sputtering method using a ZnO—Al 2 O 3 sputtering target based on the first aspect. This is a method for producing an Al 2 O 3 film.
本発明の第5の観点は、第1の観点に基づく製造方法により形成されたことを特徴とするZnO−Al2O3系膜である。 A fifth aspect of the present invention is a ZnO—Al 2 O 3 -based film characterized by being formed by a manufacturing method based on the first aspect.
本発明の第6の観点は、第5の観点に基づくZnO−Al2O3系膜を第1基材フィルム上に備え、温度20℃、相対湿度50%RHの条件で1時間放置したときの水蒸気透過度Sが0.3g/m2・day以下であることを特徴とする薄膜シートである。 According to a sixth aspect of the present invention, when a ZnO—Al 2 O 3 film based on the fifth aspect is provided on a first base film and left for 1 hour at a temperature of 20 ° C. and a relative humidity of 50% RH. Is a thin film sheet characterized by having a water vapor permeability S of 0.3 g / m 2 · day or less.
本発明の第7の観点は、第6の観点に基づく薄膜シートの薄膜形成側に接着層を介して第2基材フィルムを積層してなる積層シートである。 The 7th viewpoint of this invention is a lamination sheet formed by laminating | stacking a 2nd base film through the contact bonding layer on the thin film formation side of the thin film sheet based on a 6th viewpoint.
本発明の第1の観点のスパッタリングターゲットでは、酸化亜鉛(ZnO)と酸化アルミニウム(Al2O3)とを主成分とする焼結体からなり、焼結体の相対密度が95%以上であり、酸化亜鉛(ZnO)と酸化アルミニウム(Al2O3)のモル比が60:40〜80:20であることにより、従来のガスバリア材よりも、ガスバリア性が大幅に向上する薄膜を形成することができる。また、得られる薄膜は単層でのバリア性に優れるので、少ない積層数で高いバリア性を得ることが可能となるため、生産性を向上でき、コストも低減できる。そして、単層或いは少ない積層数のバリア膜とすることで、合計の膜厚が薄くなり、バリアシートの製造時の割れ、歪み等が軽減できる。このような薄い膜厚のバリア膜を折り曲げ可能な太陽電池に使用した場合、曲げ耐性が向上し太陽電池の耐久性が向上する。 In a first aspect the sputtering target of the present invention, a sintered body mainly composed of aluminum oxide and zinc oxide (ZnO) (Al 2 O 3 ), the relative density of the sintered body has 95% or more By forming a molar ratio of zinc oxide (ZnO) to aluminum oxide (Al 2 O 3 ) of 60:40 to 80:20 , a thin film having a gas barrier property significantly improved as compared with a conventional gas barrier material is formed. Can do. In addition, since the obtained thin film has excellent barrier properties with a single layer, it is possible to obtain high barrier properties with a small number of stacked layers, so that productivity can be improved and costs can be reduced. And by setting it as the barrier film of a single layer or few lamination layers, the total film thickness becomes thin and the crack at the time of manufacture of a barrier sheet, distortion, etc. can be reduced. When such a thin barrier film is used in a bendable solar cell, the bending resistance is improved and the durability of the solar cell is improved.
本発明の第2の観点のスパッタリングターゲットの製造方法では、一次粒子の平均粒径が0.1〜5.0μmのZnO粉末とAl2O3粉末とを、スパッタリングターゲット中の酸化亜鉛(ZnO)と酸化アルミニウム(Al2O3)のモル比が60:40〜80:20になるように混合し、バインダーを加え、加圧成形し、脱型後、1000℃以上で焼結することによって、相対密度が95%以上の焼結体を製造するので、従来のガスバリア材よりも、ガスバリア性が大幅に向上する薄膜を形成することが可能なターゲットが得られる。 In the method for producing a sputtering target according to the second aspect of the present invention, a ZnO powder having an average primary particle size of 0.1 to 5.0 μm and an Al 2 O 3 powder are mixed with zinc oxide (ZnO) in the sputtering target. And mixing so that the molar ratio of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is 60:40 to 80:20 , adding a binder, press-molding, demolding, and sintering at 1000 ° C. or higher, Since a sintered body having a relative density of 95% or more is manufactured, a target capable of forming a thin film having significantly improved gas barrier properties as compared with conventional gas barrier materials can be obtained.
本発明の第3の観点のスパッタリングターゲットの製造方法では、有機溶媒及び水分等の除去を目的とする予備乾燥として50〜150℃で1〜10時間の処理、バインダーの消失を目的とする脱脂処理として400〜600℃で3〜15時間の処理、及び密度を向上させる焼結工程として1000〜1500℃で3〜15時間の処理をこの順で行うことによって、原料粉末の混合及び成形プレス時に係った歪みを緩和することができ、本焼結時における焼結工程が進行しやすくなり、結果として密度が向上する。 In the method for producing a sputtering target according to the third aspect of the present invention, the pre-drying for the purpose of removing the organic solvent, moisture and the like is performed at 50 to 150 ° C. for 1 to 10 hours, and degreasing for the purpose of disappearance of the binder. 3 to 15 hours at 400 to 600 ° C. and 3 to 15 hours at 1000 to 1500 ° C. as a sintering process for improving the density, in this order, at the time of mixing raw material powder and forming press. Distortion can be alleviated, and the sintering process during the main sintering can easily proceed, resulting in an increase in density.
本発明の第6の観点の薄膜シートでは、温度20℃、相対湿度50%RHの条件で1時間放置したときの水蒸気透過度が0.3g/m2・day以下という非常に高く、かつ時間経過による劣化が少ないガスバリア性を有する。 In the thin film sheet according to the sixth aspect of the present invention, the water vapor permeability when left for 1 hour under the conditions of a temperature of 20 ° C. and a relative humidity of 50% RH is as high as 0.3 g / m 2 · day or less, and the time It has gas barrier properties with little deterioration over time.
本発明の第7の観点の積層シートでは、第5の観点の薄膜シートの薄膜形成側に、更に接着層を介して第2基材フィルムが積層する構造をとる。これにより、第2基材フィルムが薄膜を保護できるため、高いガスバリア性を維持し安定化させることができる。 The laminated sheet of the seventh aspect of the present invention has a structure in which the second base film is laminated on the thin film forming side of the thin film sheet of the fifth aspect via an adhesive layer. Thereby, since a 2nd base film can protect a thin film, high gas barrier property can be maintained and stabilized.
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。 Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明のZnO−Al2O3系スパッタリングターゲットは、薄膜の形成に好適に用いることができる。このスパッタリングターゲットを用いて形成される薄膜は、酸素や水蒸気等の透過又は侵入を防止するガスバリア材として機能するものである。 The ZnO—Al 2 O 3 -based sputtering target of the present invention can be suitably used for forming a thin film. A thin film formed using this sputtering target functions as a gas barrier material that prevents permeation or penetration of oxygen, water vapor, or the like.
このスパッタリングターゲットは、酸化亜鉛粉末と酸化アルミニウム粉末とを混合して作られる。スパッタリングターゲットの作製に用いる酸化亜鉛粉末の酸化物純度は98%以上、好ましくは99.5%以上であり、酸化アルミニウム粉末の酸化物純度は98%以上、好ましくは99.5%以上である。ここで、酸化亜鉛粉末における酸化物純度を98%以上に限定したのは、98%未満では不純物により結晶性が悪化し、結果的にバリア特性が低下する理由からである。また、酸化アルミニウム粉末の酸化物純度を98%以上に限定したのは、98%未満では不純物により結晶性が悪化し、結果的にバリア特性が低下する理由からである。なお、本明細書における粉末の純度とは、分光分析法(誘導結合プラズマ発光分析装置:日本ジャーレルアッシュ製 ICAP−88)によって測定したものである。また、このスパッタリングターゲットは、酸化亜鉛粒子と酸化アルミニウム粒子を含有する多結晶からなり、その相対密度は95%以上、好ましくは98%以上であることが好ましい。相対密度を95%以上とするのは、95%未満では成膜時に異常放電が起こり易くなり、得られる膜に欠陥ができやすくなるからである。本明細書における相対密度とは、体積法に従い、質量計で測定した質量を、ノギスで寸法測定及び計算した体積で除することにより算出したものである。なお、この実施の形態では、スパッタリングターゲットの組織を多結晶としたが、単結晶であってもよい。 This sputtering target is made by mixing zinc oxide powder and aluminum oxide powder. The oxide purity of the zinc oxide powder used for the production of the sputtering target is 98% or more, preferably 99.5% or more, and the oxide purity of the aluminum oxide powder is 98% or more, preferably 99.5% or more. Here, the reason why the oxide purity in the zinc oxide powder is limited to 98% or more is that if it is less than 98%, the crystallinity deteriorates due to impurities, and as a result, the barrier characteristics are lowered. The reason why the oxide purity of the aluminum oxide powder is limited to 98% or more is that if it is less than 98%, the crystallinity deteriorates due to impurities, and as a result, the barrier characteristics are lowered. In addition, the purity of the powder in this specification is measured by a spectroscopic analysis method (inductively coupled plasma emission analyzer: ICAP-88 manufactured by Nippon Jarrell Ash). Moreover, this sputtering target consists of a polycrystal containing a zinc oxide particle and an aluminum oxide particle, and the relative density is 95% or more, Preferably it is preferable that it is 98% or more. The reason why the relative density is 95% or more is that when it is less than 95%, abnormal discharge is likely to occur during film formation, and defects are easily formed in the obtained film. The relative density in the present specification is calculated by dividing the mass measured with a mass meter by the volume measured by a vernier caliper and the volume calculated according to the volume method. In this embodiment, the structure of the sputtering target is polycrystalline, but it may be a single crystal.
また、このスパッタリングターゲットに含まれる酸化亜鉛粒子の平均粒径は0.1〜5.0μmであり、かつ酸化アルミニウム粒子の平均粒径は0.1〜5.0μmであり、スパッタリングターゲット中の酸化亜鉛と酸化アルミニウムとのモル比が60:40〜80:20、特に好ましくは80:20である。このように微細化した酸化亜鉛粒子並びに酸化アルミニウム粒子を所定の割合で含有させることにより、このスパッタリングターゲットを用いて形成される膜に、高いガスバリア性を発現させることができる。 Moreover, the average particle diameter of the zinc oxide particles contained in this sputtering target is 0.1 to 5.0 μm, and the average particle diameter of the aluminum oxide particles is 0.1 to 5.0 μm. The molar ratio of zinc to aluminum oxide is 60:40 to 80:20, particularly preferably 80:20. By containing zinc oxide particles and aluminum oxide particles thus refined in a predetermined ratio, a film formed using this sputtering target can exhibit a high gas barrier property.
その技術的な理由は、通常、(1)酸化亜鉛粒子のみで酸化アルミニウム粒子を含まないスパッタリングターゲット、(2)酸化アルミニウム粒子のみで酸化亜鉛粒子を含まないスパッタリングターゲット、(3)酸化亜鉛粒子及び酸化アルミニウム粒子の双方を含むが酸化亜鉛粒子の含有割合が少ないスパッタリングターゲット、或いは(4)酸化亜鉛粒子及び酸化アルミニウム粒子の双方を含むが酸化アルミニウム粒子の含有割合が少ないスパッタリングターゲットを用いた場合、図2に示すように、第1基材フィルム11上に形成される酸化物薄膜32は、柱状晶の結晶がガスの浸透方向に対して平行に集合した構造になる。水蒸気等のガス分子は平行に集合した粒界の界面に沿って進むため、上記柱状晶の結晶が平行に集合した構造の薄膜32ではバリア性が低いことになる。一方、微細化した酸化亜鉛粒子又は酸化アルミニウム粒子を所定の割合となるように含有させたスパッタリングターゲットを用いた場合、図3に示すように、第1基材フィルム11上に形成される酸化物薄膜12は、単一組成のスパッタリングターゲットを用いた際に形成されていた柱状晶の一部が崩れ、アモルファス状態に近い緻密な微細構造になる。アモルファス状態に近い緻密な微細構造では水蒸気等のガス分子は迷路状の中を長距離にわたり移動する必要があるため、上記アモルファス状態に近い緻密な微細構造の薄膜12ではバリア性が向上することになる。このように、結晶構造が柱状晶ではなく、水分等の透過又は侵入を防ぐのに好適な構造に成膜されることによって、ガスバリア性が向上するものと推定される。ここで、スパッタリングターゲットに含まれる酸化亜鉛粒子及び酸化アルミニウム粒子の双方の平均粒径を上記範囲に限定したのは、各々の平均粒径が下限値未満では、スパッタリングターゲットの製造工程において、粉末の凝集が著しくなり、均一な混合が妨げられるからであり、各々の平均粒径が上限値を越えると、ガスバリア性向上に寄与する擬似固溶体を形成する効果が十分に得られないからである。このうち、酸化亜鉛粒子の平均粒径は0.1〜5.0μmの範囲内が、酸化アルミニウム粒子の平均粒径は0.1〜5.0μmの範囲内であることが特に好ましい。なお、本明細書中、平均粒径とは、レーザー回折・散乱法(マイクロトラック法)に従い、日機装社製(FRA型)を用い、分散剤としてヘキサメタりん酸Naを使用し、1回の測定時間を30秒として3回測定した値を平均化したものである。
The technical reasons are usually (1) a sputtering target containing only zinc oxide particles and no aluminum oxide particles, (2) a sputtering target containing only aluminum oxide particles and no zinc oxide particles, (3) zinc oxide particles and When using a sputtering target that contains both aluminum oxide particles but has a low content of zinc oxide particles, or (4) a sputtering target that contains both zinc oxide particles and aluminum oxide particles but has a low content of aluminum oxide particles, As shown in FIG. 2, the oxide
また、スパッタリングターゲットに含まれる酸化亜鉛と酸化アルミニウムとのモル比を上記範囲に限定したのは、酸化亜鉛のモル比が50未満或いは酸化アルミニウムのモル比が5未満では、酸化亜鉛粒子或いは酸化アルミニウム粒子の含有割合が少なくなりすぎて、単一組成に近づくことで、柱状晶の結晶がガスの浸透方向に対して平行に集合した構造をとり易くなるため、緻密な微細構造を有する薄膜が形成できないからである。 In addition, the molar ratio of zinc oxide and aluminum oxide contained in the sputtering target is limited to the above range when the molar ratio of zinc oxide is less than 50 or the molar ratio of aluminum oxide is less than 5, the zinc oxide particles or aluminum oxide. Since the content ratio of particles becomes too small and approaches a single composition, it becomes easier to take a structure in which columnar crystals are assembled in parallel to the gas permeation direction, so a thin film with a dense microstructure is formed. It is not possible.
本発明のスパッタリングターゲットを用いて形成されるZnO−Al2O3系膜は、単層でのバリア性に優れるので、少ない積層数で高いバリア性を得ることが可能となるため、生産性を向上でき、コストも低減できる。そして、単層或いは少ない積層数のバリア膜とすることで、合計の膜厚が薄くなり、バリアシートの製造時の割り、歪み等が軽減できる。このような薄い膜厚のバリア膜を折り曲げ可能な太陽電池に使用した場合、曲げ耐性が向上し太陽電池の耐久性が向上する。また、高いガスバリア性を有することから、太陽電池のバックシートを構成する防湿膜等のガスバリア材の用途の他に、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、照明用有機ELディスプレイ又は電子ペーパー等のガスバリア材としても好適に利用できる。また、このZnO−Al2O3系膜は、透過率が85〜95%程度の透明性を有するため、高いガスバリア性が要求され、なおかつ光の透過が要求されるような部材、例えば、太陽電池の受光面側や、ディスプレイの画像視覚側等に用いられるガスバリア材等としても好適である。 Since the ZnO—Al 2 O 3 film formed using the sputtering target of the present invention is excellent in barrier properties in a single layer, it is possible to obtain high barrier properties with a small number of layers, and thus productivity is improved. The cost can be reduced. And by making it a barrier film of a single layer or a small number of laminated layers, the total film thickness becomes thin, and it is possible to reduce cracks, distortion, etc. during the manufacture of the barrier sheet. When such a thin barrier film is used in a bendable solar cell, the bending resistance is improved and the durability of the solar cell is improved. Moreover, since it has a high gas barrier property, as a gas barrier material such as a liquid crystal display, an organic EL display, an organic EL display for illumination, or an electronic paper, in addition to the use of a gas barrier material such as a moisture-proof film constituting a back sheet of a solar cell. Can also be suitably used. In addition, since this ZnO—Al 2 O 3 based film has transparency with a transmittance of about 85 to 95%, a member that requires high gas barrier properties and also requires light transmission, such as solar It is also suitable as a gas barrier material used on the light receiving surface side of the battery, the image viewing side of the display, and the like.
次に、本発明のスパッタリングターゲットの製造方法を焼結法により作製する場合を代表して説明する。先ず酸化亜鉛粉末として純度が98%以上の高純度粉末と、酸化アルミニウム粉末として純度が98%以上の高純度粉末と、バインダと、有機溶媒とを混合して、濃度が30〜75質量%のスラリーを調製する。好ましくは40〜65質量%のスラリーを調製する。なお、酸化亜鉛粉末と酸化アルミニウム粉末は、製造後のスパッタリングターゲット中の酸化亜鉛と酸化アルミニウムとのモル比が上記範囲を満たすように調整し混合する。スラリーの濃度を30〜75質量%に限定したのは、75質量%を越えると上記スラリーが非水系であるため、安定した混合造粒が難しい問題点があり、30質量%未満では均一な組織を有する緻密な焼結体が得られないからである。また、使用する酸化亜鉛粉末の平均粒径、酸化アルミニウム粉末の平均粒径は、製造後のスパッタリングターゲットに含まれる酸化亜鉛粉末の平均粒径、酸化アルミニウム粒子の平均粒径を上述した範囲に調整する理由から、酸化亜鉛粉末を0.1〜5.0μmの範囲内、酸化アルミニウム粉末を0.1〜5.0μmの範囲内とするのが好ましい。 Next, the production method of the sputtering target of the present invention will be described as a representative case of producing it by a sintering method. First, a high-purity powder having a purity of 98% or more as zinc oxide powder, a high-purity powder having a purity of 98% or more as aluminum oxide powder, a binder, and an organic solvent are mixed, and the concentration is 30 to 75% by mass. Prepare a slurry. Preferably, a slurry of 40 to 65% by mass is prepared. The zinc oxide powder and the aluminum oxide powder are mixed and adjusted so that the molar ratio of zinc oxide and aluminum oxide in the sputtering target after production satisfies the above range. The reason why the concentration of the slurry is limited to 30 to 75% by mass is that when the content exceeds 75% by mass, the slurry is non-aqueous, so there is a problem that stable mixed granulation is difficult. This is because a dense sintered body having the above cannot be obtained. Moreover, the average particle diameter of the zinc oxide powder to be used and the average particle diameter of the aluminum oxide powder are adjusted to the above-mentioned ranges of the average particle diameter of the zinc oxide powder and the average particle diameter of the aluminum oxide particles contained in the sputtering target after production. For this reason, the zinc oxide powder is preferably in the range of 0.1 to 5.0 μm, and the aluminum oxide powder is preferably in the range of 0.1 to 5.0 μm.
バインダとしてはポリエチレングリコールやポリビニールブチラール等を、有機溶媒としてはエタノールやプロパノール等を用いることが好ましい。バインダは0.2〜5.0質量%添加することが好ましい。 It is preferable to use polyethylene glycol or polyvinyl butyral as the binder, and ethanol or propanol as the organic solvent. The binder is preferably added in an amount of 0.2 to 5.0% by mass.
また高純度粉末とバインダと有機溶媒との湿式混合、特に高純度粉末と分散媒である有機溶媒との湿式混合は、湿式ボールミル又は撹拌ミルにより行われる。湿式ボールミルでは、ZrO2製ボールを用いる場合には、直径5〜10mmの多数のZrO2製ボールを用いて8〜24時間、好ましくは20〜24時間湿式混合される。ZrO2製ボールの直径を5〜10mmと限定したのは、5mm未満では混合が不十分となることからであり、10mmを越えると不純物が増える不具合があるからである。また混合時間が最長24時間と長いのは、長時間連続混合しても不純物の発生が少ないからである。 The wet mixing of the high purity powder, the binder, and the organic solvent, particularly the wet mixing of the high purity powder and the organic solvent that is the dispersion medium is performed by a wet ball mill or a stirring mill. In the wet ball mill, when ZrO 2 balls are used, wet mixing is performed for 8 to 24 hours, preferably 20 to 24 hours, using a large number of ZrO 2 balls having a diameter of 5 to 10 mm. The reason why the diameter of the ZrO 2 balls is limited to 5 to 10 mm is that mixing is insufficient when the diameter is less than 5 mm, and there is a problem that impurities increase when the diameter exceeds 10 mm. The reason why the mixing time is as long as 24 hours is that the generation of impurities is small even if the mixing is continued for a long time.
撹拌ミルでは、直径1〜3mmのZrO2製ボールを用いて0.5〜1時間湿式混合される。ZrO2製ボールの直径を1〜3mmと限定したのは、1mm未満では混合が不十分となるからであり、3mmを越えると不純物が増える不具合があるからである。また混合時間が最長1時間と短いのは、1時間を越えると原料の混合のみならずボール自体が摩損するため、不純物の発生の原因となり、また1時間もあれば十分に混合できるからである。 In the stirring mill, wet mixing is performed for 0.5 to 1 hour using a ZrO 2 ball having a diameter of 1 to 3 mm. The reason why the diameter of the ZrO 2 balls is limited to 1 to 3 mm is that the mixing is insufficient when the diameter is less than 1 mm, and the impurity increases when the diameter exceeds 3 mm. Also, the mixing time is as short as 1 hour at maximum, because if the time exceeds 1 hour, not only the mixing of the raw materials but also the balls themselves are worn out, which causes the generation of impurities and can be sufficiently mixed in 1 hour. .
次に上記スラリーを噴霧乾燥して平均粒径が50〜250μm、好ましくは50〜200μmの混合造粒粉末を得る。この造粒粉末を所定の型に入れて所定の圧力で成形する。上記噴霧乾燥はスプレードライヤを用いて行われることが好ましく、所定の型は一軸プレス装置又は冷間静水圧(CIP;Cold Isostatic Press)成形装置が用いられる。一軸プレス装置では、造粒粉末を750〜2000kg/cm2(73.55〜196.1MPa)、好ましくは1000〜1500kg/cm2(98.1〜147.1MPa)の圧力で一軸加圧成形し、CIP成形装置では、造粒粉末を1000〜3000kg/cm2(98.1〜294.2MPa)、好ましくは1500〜2000kg/cm2(147.1〜196.1MPa)の圧力でCIP成形する。圧力を上記範囲に限定したのは、成形体の密度を高めるとともに焼結後の変形を防止し、後加工を不要にするためである。 Next, the slurry is spray-dried to obtain a mixed granulated powder having an average particle size of 50 to 250 μm, preferably 50 to 200 μm. This granulated powder is put into a predetermined mold and molded at a predetermined pressure. The spray drying is preferably performed using a spray dryer, and the predetermined mold is a uniaxial press apparatus or a cold isostatic press (CIP) molding apparatus. In uniaxial pressing apparatus, granulated powder 750~2000kg / cm 2 (73.55~196.1MPa), preferably uniaxial pressing at a pressure of 1000~1500kg / cm 2 (98.1~147.1MPa) In the CIP molding apparatus, the granulated powder is CIP molded at a pressure of 1000 to 3000 kg / cm 2 (98.1 to 294.2 MPa), preferably 1500 to 2000 kg / cm 2 (147.1 to 196.1 MPa). The reason why the pressure is limited to the above range is to increase the density of the molded body, prevent deformation after sintering, and eliminate the need for post-processing.
更に脱型後、成形体を所定の温度で焼結する。焼結は大気、不活性ガス、真空又は還元ガス雰囲気中で1000℃以上、好ましくは1200〜1400℃の温度で1〜10時間、好ましくは2〜5時間行う。これにより相対密度が95%以上のスパッタリングターゲットが得られる。上記焼結は大気圧下で行うが、ホットプレス(HP)焼結や熱間静水圧プレス(HIP;Hot Isostatic Press)焼結のように加圧焼結を行う場合には、不活性ガス、真空又は還元ガス雰囲気中で1000℃以上の温度で1〜5時間行うことが好ましい。 Further, after demolding, the compact is sintered at a predetermined temperature. Sintering is carried out at a temperature of 1000 ° C. or higher, preferably 1200 to 1400 ° C. for 1 to 10 hours, preferably 2 to 5 hours in the atmosphere, inert gas, vacuum or reducing gas atmosphere. Thereby, a sputtering target having a relative density of 95% or more is obtained. The above sintering is performed at atmospheric pressure, but when performing pressure sintering such as hot press (HP) sintering or hot isostatic press (HIP) sintering, an inert gas, It is preferable to carry out at a temperature of 1000 ° C. or higher for 1 to 5 hours in a vacuum or a reducing gas atmosphere.
なお、上記焼結前に成形体を予備乾燥し、脱脂処理することが好ましい。有機溶媒及び水分等の除去を目的とする予備乾燥として50〜150℃で1〜10時間の処理を行い、バインダーの焼失を目的とする脱脂処理として400〜600℃で3〜15時間の処理を行い、密度を向上させる焼結工程として1000℃〜1500℃で3〜15時間の処理を行うと良い。これらの予備乾燥及び脱脂処理を行うことによって、原料粉の混合及び成型プレス時にかかった歪を緩和することができ、本焼結時における焼結工程が進行しやすくなり、結果として密度が向上する。 In addition, it is preferable to pre-dry and degrease a molded object before the said sintering. As a pre-drying for the purpose of removing organic solvents and moisture, the treatment is performed at 50 to 150 ° C. for 1 to 10 hours, and as the degreasing treatment for the purpose of burning out the binder, the treatment is carried out at 400 to 600 ° C. for 3 to 15 hours. It is good to perform the process for 3 to 15 hours at 1000 degreeC-1500 degreeC as a sintering process which performs and improves a density. By performing these pre-drying and degreasing treatments, the strain applied during the mixing and molding press of the raw material powder can be alleviated, and the sintering process during the main sintering can easily proceed, resulting in an increase in density. .
続いて、本発明の薄膜シート及び積層シートについて、その製造方法とともに説明する。図1に示すように、本発明の薄膜シート10は、第1基材フィルム11と、好ましくは上記スパッタリングターゲットを用いて形成された本発明のZnO−Al2O3系膜12を有する。そして、本発明の積層シート20は、上記本発明の薄膜シート10と、この薄膜シート10の薄膜形成側に接着層13を介して接着された第2基材フィルム14とを有する。
Subsequently, the thin film sheet and the laminated sheet of the present invention will be described together with the manufacturing method thereof. As shown in FIG. 1, a
第1基材フィルム11及び第2基材フィルム14は、長時間の高温高湿度環境試験に耐え得る機械的強度や耐候性等を有するものが好ましい。例えば、ポリエチレンテレフテレート(PET)、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン、トリアセチルセルロース(TAC)、環状オレフィン(コ)ポリマー等の樹脂フィルムが挙げられる。これらの樹脂フィルムは、必要に応じて難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤等が配合されていても構わない。第1基材フィルム11及び第2基材フィルム14の厚さは、好ましくは5〜300μm、更に好ましくは10〜150μmである。
It is preferable that the
この第1基材フィルム11上に、好ましくは上述した本発明のスパッタリングターゲットを用いて、ガスバリア材としてのZnO−Al2O3系膜12が形成される。このうち、ZnO−Al2O3系膜12の厚さは、20〜100nmの範囲内が特に好ましい。
On the
本発明のZnO−Al2O3系膜の形成方法は、上記得られたスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により、例えば上記第1基材フィルム等の基板表面にZnO−Al2O3系膜を形成するものである。使用可能な基板は従来公知のものでよく、特に制限されるものではないが、PET等の樹脂基板が好ましい。 The method for forming a ZnO—Al 2 O 3 film of the present invention uses a ZnO—Al 2 O 3 film on the surface of a substrate such as the first base film, for example, by sputtering using the obtained sputtering target. Is formed. A usable substrate may be a conventionally known substrate and is not particularly limited, but a resin substrate such as PET is preferable.
スパッタリング法は物理蒸着法(PVD法;Physical Vapor Deposition)の一種であり、スパッタリングとは加速した粒子(又はイオン)が固体表面に衝突したとき、その粒子の持つ運動量の一部を得て固体表面近傍の原子が空間に叩き出される現象をいう。このスパッタリング現象を利用して膜形成を行う。スパッタリング法には直流電界を印加する直流スパッタリング法、高周波電界を印加する高周波スパッタリング法がある。また電極数によっても2極式、4極式スパッタリング法等に分類される。 Sputtering is a kind of physical vapor deposition (PVD method). When accelerated particles (or ions) collide with a solid surface, sputtering obtains a part of the momentum of the particle and obtains a solid surface. A phenomenon in which nearby atoms are knocked out into space. Film formation is performed using this sputtering phenomenon. The sputtering method includes a direct current sputtering method in which a direct current electric field is applied and a high frequency sputtering method in which a high frequency electric field is applied. Moreover, it classify | categorizes into 2 pole type, 4 pole type sputtering method etc. also by the number of electrodes.
図4に一般的なスパッタリング装置40を示す。真空容器41はガス入口42及び真空排気口43を有し、この容器41内部には平行に平板構造の電極44,46が設けられる。電極44,46は容器外部で直流電源又は高周波電源47と繋がれて、接地される。陰極44はターゲット材48が設置可能になっており、陽極46は基板49が設置できるように基板ホルダも兼ねた構造となっている。
FIG. 4 shows a
このような構成のスパッタリング装置を用いてZnO−Al2O3系膜を形成する場合、先ず、陰極44には本発明のスパッタリングターゲット48が、陽極46には基板49がそれぞれ設置される。次いで、真空容器41内を真空排気装置にて5×10-4Pa以下に排気したのち、真空容器41内部の雰囲気が0.3〜1.0Pa程度となるようにArガス51や酸素ガスをガス入口42より導入する。また、基板49は未加熱、もしくは150℃以下の温度まで加熱する。次に、電極44,46に直流又は高周波電界を加えると、真空容器41内部に導入したArガス51内でグロー放電が発生してArイオン52(図4では+と表記)が生ずる。このグロー放電により生じたArイオン52は陰極44の負電圧に引かれて加速され、陰極44に設置されたターゲット材48にぶつかり、その衝撃で弾き出されたターゲット材の各金属元素及び酸素の原子はスパッタリング蒸発する。スパッタリング蒸発した各金属元素53の原子(図4ではMと表記)は、ともにスパッタリング蒸発した酸素の原子やガス入口42より導入した酸素ガスと結合し、陽極46に保持された基板49上に到達し、これが堆積されることでZnO−Al2O3系膜が形成される。
When forming a ZnO—Al 2 O 3 based film using the sputtering apparatus having such a configuration, first, the
なお、図1には図示しないが、第1基材フィルム11上にはZnO−Al2O3系膜12との密着強度を向上させるため、必要に応じて、アクリルポリオール、イソシアネート、シランカップリング剤からなるプライマーコーティング層を設けるか、或いは蒸着工程前にプラズマ等を用いた表面処理を施しても構わない。
Although not shown in FIG. 1, acrylic polyol, isocyanate, and silane coupling are used as necessary to improve the adhesion strength with the ZnO—Al 2 O 3 film 12 on the
一方、形成したZnO−Al2O3系膜12表面が剥き出しの状態では、シートを取扱う際に、膜の表面にキズがついたり、こすれたりすると、ガスバリア性に大きな影響を与える。そのため、ZnO−Al2O3系膜12上には、ZnO−Al2O3系膜12表面を保護するガスバリア性被膜(図示せず)等を設けるのが好ましい。このガスバリア性被膜は、例えばアルコキシル基を有するケイ素化合物、チタン化合物、ジルコニア化合物、錫化合物又はその加水分解物と水酸基を有する水溶性高分子とを混合した溶液を、ZnO−Al2O3系膜12表面に塗布した後、加熱乾燥して形成することができる。このガスバリア性被膜は、ZnO−Al2O3系膜12の保護層として機能するだけではなく、ガスバリア性を向上させる効果も有する。 On the other hand, when the surface of the formed ZnO—Al 2 O 3 film 12 is exposed, if the surface of the film is scratched or rubbed when the sheet is handled, the gas barrier property is greatly affected. Therefore, it is preferable to provide a gas barrier film (not shown) for protecting the surface of the ZnO—Al 2 O 3 film 12 on the ZnO—Al 2 O 3 film 12. This gas barrier coating is obtained by mixing, for example, a solution obtained by mixing a silicon compound having an alkoxyl group, a titanium compound, a zirconia compound, a tin compound or a hydrolyzate thereof with a water-soluble polymer having a hydroxyl group into a ZnO—Al 2 O 3 film. After applying to 12 surfaces, it can be formed by heating and drying. This gas barrier film not only functions as a protective layer for the ZnO—Al 2 O 3 film 12 but also has an effect of improving the gas barrier property.
このように形成された本発明の薄膜シート10は、例えば、温度20℃、相対湿度50%RHの条件で1時間放置した後、温度40℃、相対湿度90%RHの条件で測定した水蒸気透過度が0.3g/m2・day以下を示す。
The
更に、本発明の積層シート20では、上記本発明の薄膜シート10の薄膜形成側、即ちZnO−Al2O3系膜12上又は上記ガスバリア性被膜上に、接着層13が形成され、この接着層13は、ZnO−Al2O3系膜12が形成された第1基材フィルム11と第2基材フィルム14とを貼り合わせるための接着剤として機能するものである。そのため、接着強度が長期間にわたって劣化せず、デラミネーション等を生じないこと、また、黄変しないこと等の条件が必要であり、例えばポリウレタン系、ポリエステル系、ポリエステル−ポリウレタン系、ポリカーボネート系、ポリエポキシ−アミン系、ホットメルト系接着剤等が挙げられる。接着層13の積層方法は、ドライラミネート法等の公知の方法で積層することができる。
Furthermore, in the
この接着層13上に第2基材フィルム14を接着して貼り合わせることにより、積層シート20が完成する。なお、ZnO−Al2O3系膜12と接着層13は、図1に示すように、それぞれが1層ずつ積層したものに限定する必要はなく、ZnO−Al2O3系膜12と接着層13を交互に、或いはZnO−Al2O3系膜12、上記ガスバリア性被膜等の他の部材及び接着層13を交互又はランダムに積層した2〜10層の複層としても良い。これにより、更にガスバリア性や耐候性も向上させることができる。
The
この積層シート20は、太陽電池モジュールのバックシート、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、照明用有機ELディスプレイ又は電子ペーパー等の用途として好適に利用できる。
This
次に本発明の実施例と参考例を比較例とともに詳しく説明する。以下に示す実施例1及び実施例4は実施例ではなく参考例である。 Next, examples and reference examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples. Examples 1 and 4 shown below are reference examples, not examples.
<実施例1>
先ず、平均粒径が0.8μm、純度が99.8%の高純度ZnO粉末を、平均粒径が1.5μm、純度が99.8%の高純度Al2O3粉末を、バインダとしてPVB樹脂を、有機溶媒としてエタノールとアセトンをそれぞれ用意した。
<Example 1>
First, a high-purity ZnO powder having an average particle diameter of 0.8 μm and a purity of 99.8% is used as a binder, and a high-purity Al 2 O 3 powder having an average particle diameter of 1.5 μm and a purity of 99.8% is used as a binder. The resin was prepared with ethanol and acetone as organic solvents.
次いで、ZnO粉末、Al2O3粉末、バインダ及び有機溶媒をボールミルによる湿式混合により所定の割合で混合して、濃度が40質量%のスラリーを調製した。また、ZnO粉末並びにAl2O3粉末の混合量は、形成後のスパッタリングターゲットに含まれるZnOが50モル%、Al2O3が50モル%となるように調整した。 Next, ZnO powder, Al 2 O 3 powder, binder and organic solvent were mixed at a predetermined ratio by wet mixing with a ball mill to prepare a slurry having a concentration of 40% by mass. The mixing amount of the ZnO powder and the Al 2 O 3 powder was adjusted so that ZnO contained in the formed sputtering target was 50 mol% and Al 2 O 3 was 50 mol%.
次に、調製したスラリーをスプレードライヤを用いて噴霧乾燥し、平均粒径が200μmの混合造粒粉末を得た後、この造粒粉末を所定の型に入れて一軸プレス装置によりプレス成形した。脱型後、得られた成形体を、大気雰囲気中1300℃の温度で5時間焼結させて、スパッタリングターゲットを得た。 Next, the prepared slurry was spray-dried using a spray dryer to obtain a mixed granulated powder having an average particle size of 200 μm, and the granulated powder was put into a predetermined mold and press-molded by a uniaxial press machine. After demolding, the obtained molded body was sintered in an air atmosphere at a temperature of 1300 ° C. for 5 hours to obtain a sputtering target.
<実施例2>
ZnO粉末並びにAl2O3粉末の混合量を、形成後のスパッタリングターゲットに含まれるZnOが61モル%、Al2O3が39モル%となるように調整したこと以外は、実施例1と同様にスパッタリングターゲットを得た。
<Example 2>
The mixture amount of ZnO powder and Al 2 O 3 powder was the same as in Example 1 except that the ZnO contained in the formed sputtering target was adjusted to 61 mol% and Al 2 O 3 to 39 mol%. A sputtering target was obtained.
<実施例3>
ZnO粉末並びにAl2O3粉末の混合量を、形成後のスパッタリングターゲットに含まれるZnOが80モル%、Al2O3が20モル%となるように調整したこと以外は、実施例1と同様にスパッタリングターゲットを得た。
<Example 3>
The mixed amount of ZnO powder and Al 2 O 3 powder was the same as in Example 1 except that the amount of ZnO contained in the formed sputtering target was adjusted to 80 mol% and Al 2 O 3 was 20 mol%. A sputtering target was obtained.
<実施例4>
ZnO粉末並びにAl2O3粉末の混合量を、形成後のスパッタリングターゲットに含まれるZnOが95モル%、Al2O3が5モル%となるように調整したこと以外は、実施例1と同様にスパッタリングターゲットを得た。
<Example 4>
The mixed amount of the ZnO powder and the Al 2 O 3 powder was the same as in Example 1 except that the ZnO contained in the formed sputtering target was adjusted to 95 mol% and Al 2 O 3 was 5 mol%. A sputtering target was obtained.
<実施例5〜9>
ZnO粉末並びにAl2O3粉末の混合量を、形成後のスパッタリングターゲットに含まれるZnOが80モル%、Al2O3が20モル%となるように調整したこと以外は、実施例1と同様にスパッタリングターゲットを得た。
<Examples 5-9>
The mixed amount of ZnO powder and Al 2 O 3 powder was the same as in Example 1 except that the amount of ZnO contained in the formed sputtering target was adjusted to 80 mol% and Al 2 O 3 was 20 mol%. A sputtering target was obtained.
<実施例10>
平均粒径が0.1μm、純度が99.8%の高純度ZnO粉末及び平均粒径が0.1μm、純度が99.8%の高純度Al2O3粉末を使用し、ZnO粉末並びにAl2O3粉末の混合量を、形成後のスパッタリングターゲットに含まれるZnOが80モル%、Al2O3が20モル%となるように調整したこと以外は、実施例1と同様にスパッタリングターゲットを得た。
<Example 10>
A high-purity ZnO powder having an average particle diameter of 0.1 μm and a purity of 99.8% and a high-purity Al 2 O 3 powder having an average particle diameter of 0.1 μm and a purity of 99.8% are used. The sputtering target was adjusted in the same manner as in Example 1 except that the mixing amount of 2 O 3 powder was adjusted so that ZnO contained in the formed sputtering target was 80 mol% and Al 2 O 3 was 20 mol%. Obtained.
<実施例11>
平均粒径が5.0μm、純度が99.8%の高純度ZnO粉末及び平均粒径が5.0μm、純度が99.8%の高純度Al2O3粉末を使用し、ZnO粉末並びにAl2O3粉末の混合量を、形成後のスパッタリングターゲットに含まれるZnOが80モル%、Al2O3が20モル%となるように調整したこと以外は、実施例1と同様にスパッタリングターゲットを得た。
<Example 11>
A high-purity ZnO powder having an average particle diameter of 5.0 μm and a purity of 99.8% and a high-purity Al 2 O 3 powder having an average particle diameter of 5.0 μm and a purity of 99.8% were used. The sputtering target was adjusted in the same manner as in Example 1 except that the mixing amount of 2 O 3 powder was adjusted so that ZnO contained in the formed sputtering target was 80 mol% and Al 2 O 3 was 20 mol%. Obtained.
<比較例1>
Al2O3粉末を混合せずに調整したこと以外は、実施例1と同様にスパッタリングターゲットを得た。
<Comparative Example 1>
A sputtering target was obtained in the same manner as in Example 1 except that adjustment was performed without mixing the Al 2 O 3 powder.
<比較例2>
ZnO粉末並びにAl2O3粉末の混合量を、形成後のスパッタリングターゲットに含まれるZnOが98モル%、Al2O3が2モル%となるように調整したこと以外は、実施例1と同様にスパッタリングターゲットを得た。
<Comparative Example 2>
The mixed amount of the ZnO powder and the Al 2 O 3 powder was the same as that of Example 1 except that the ZnO contained in the formed sputtering target was adjusted to 98 mol% and Al 2 O 3 was 2 mol%. A sputtering target was obtained.
<比較例3>
ZnO粉末並びにAl2O3粉末の混合量を、形成後のスパッタリングターゲットに含まれるZnOが40モル%、Al2O3が60モル%となるように調整したこと以外は、実施例1と同様にスパッタリングターゲットを得た。
<Comparative Example 3>
The mixed amount of ZnO powder and Al 2 O 3 powder was the same as in Example 1 except that the ZnO contained in the formed sputtering target was adjusted to 40 mol% and Al 2 O 3 was 60 mol%. A sputtering target was obtained.
<比較例4>
ZnO粉末を混合せずに調整したこと以外は、実施例1と同様にスパッタリングターゲットを得た。
<Comparative Example 4>
A sputtering target was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ZnO powder was adjusted without mixing.
<比較試験>
実施例1〜11及び比較例1〜4で得られたスパッタリングターゲットを用いて、厚さ75μmのPETフィルム上に、RFスパッタリング法により蒸着を行って厚さ100nmの薄膜を成膜し、薄膜シートを形成した。スパッタリング条件は、成膜速度は1nm/secであり、基板温度、酸素ガス分圧は次の表1に示す通りである。これらの薄膜シートについて、水蒸気透過度を測定し、ガスバリア性を評価した。また、これらの薄膜シートについて、光透過率を測定し、透明性を評価した。これらの結果を以下の表1に示す。
<Comparison test>
Using the sputtering targets obtained in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 4, a thin film having a thickness of 100 nm was formed on a PET film having a thickness of 75 μm by vapor deposition by RF sputtering. Formed. As for the sputtering conditions, the deposition rate is 1 nm / sec, and the substrate temperature and oxygen gas partial pressure are as shown in Table 1 below. About these thin film sheets, water vapor permeability was measured and gas barrier property was evaluated. Moreover, about these thin film sheets, the light transmittance was measured and transparency was evaluated. These results are shown in Table 1 below.
(1) ガスバリア性:薄膜シートを、温度20℃、相対湿度50%RHに設定したクリーンルーム内に1時間放置した後、MOCON社製の水蒸気透過率測定装置(型名:PERMATRAN−Wタイプ3/33)を用い、温度40℃、相対湿度90%RHの条件で水蒸気透過度を測定した。 (1) Gas barrier property: After the thin film sheet is left in a clean room set at a temperature of 20 ° C. and a relative humidity of 50% RH for 1 hour, a water vapor transmission rate measuring device (model name: PERMATRAN-W type 3 / 33), the water vapor transmission rate was measured under the conditions of a temperature of 40 ° C. and a relative humidity of 90% RH.
(2) 光透過率:薄膜シートを株式会社日立製作所社製の分光光度計(型名:U−4000)を用いて、波長380〜780nmにおける光透過率を測定した。 (2) Light transmittance: The light transmittance at a wavelength of 380 to 780 nm was measured for the thin film sheet using a spectrophotometer (model name: U-4000) manufactured by Hitachi, Ltd.
一方、単一組成からなるスパッタリングターゲットを用いて形成した比較例1,4の薄膜シートやZnOの含有率が40モル%或いはAl2O3の含有量が2モル%のスパッタリングターゲットを用いて形成した比較例2,3の薄膜シートでは、光透過率は高いが、水蒸気透過度が大きい結果となった。 On the other hand, formed using a thin film sheet of Comparative Examples 1 and 4 formed using a sputtering target having a single composition and a sputtering target having a ZnO content of 40 mol% or an Al 2 O 3 content of 2 mol%. In the thin film sheets of Comparative Examples 2 and 3, the light transmittance was high, but the water vapor permeability was high.
更に、成膜条件について注目すると、成膜基板温度が高くなるほどバリア特性が向上し、酸素分圧が大きいほど光透過率が高くなる傾向が見られた。 Furthermore, paying attention to the film formation conditions, the barrier characteristics improved as the film formation substrate temperature increased, and the light transmittance tended to increase as the oxygen partial pressure increased.
10 薄膜シート
11 第1基材フィルム
12 ZnO−Al2O3系膜
13 接着層
14 第2基材フィルム
20 積層シート
10
Claims (7)
温度20℃、相対湿度50%RHの条件で1時間放置したときの水蒸気透過度Sが0.3g/m2・day以下であることを特徴とする薄膜シート。 The ZnO—Al 2 O 3 based film according to claim 5 is provided on a first base film,
A thin film sheet having a water vapor permeability S of 0.3 g / m 2 · day or less when left for 1 hour under conditions of a temperature of 20 ° C. and a relative humidity of 50% RH.
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