JP5754441B2 - セラミック膜形成方法、セラミック膜形成装置 - Google Patents

セラミック膜形成方法、セラミック膜形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、セラミック膜の形成方法及びセラミック膜形成装置に関する。更に詳しくは、塗布法でポリシラザン組成物を塗布しポリシラザン膜を形成した後、真空紫外光を照射し改質処理を行うセラミック膜形成方法及びセラミック膜形成装置に関する。
従来、プラスチック基板やフィルムの表面に酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素等の金属酸化物の薄膜を形成したガスバリア性フィルムは、水蒸気や酸素等の各種ガスの遮断を必要とする物品の包装、食品や工業用品及び医薬品等の変質を防止するための包装用途に広く用いられている。また、包装用途以外にも液晶表示素子、太陽電池、有機エレクトロルミネッセンス(EL)基板等で使用されている。
この様なガスバリア性フィルムを形成する方法として、TEOS(テトラエトキシシラン)に代表される有機珪素化合物を用いて減圧下の酸素プラズマで酸化しながら基板上に成膜する化学体積法(プラズマCVD)や半導体レーザーを用いて金属Siを蒸発させ酸素の存在下で基板上に堆積するスパッタ法が知られている。これらの方法は正確な組成の薄膜を基板上に形成出来るためSiOを初めとする金属酸化物薄膜の形成に好ましく使われてきたが、減圧下での成膜となるため、減圧及び大気開放に時間を要すること、連続生産が難しいこと、設備が大型化すること等著しく生産性が悪かった。
この様な問題を解決するため、生産性の向上を目的に、シラザン構造(Si−N)を基本構造とするシラザン化合物を塗布し、その塗膜を改質することでセラミック膜を形成する方法が検討されてきた。
例えば、特開平7−45605号公報には、ポリシラザン含有膜を形成し、この膜を300℃以上の温度で2回の熱処理を行うことによりセラミック膜とする方法が開示されている。また、処理時間も合計で1時間程度を必要としている。
特開2003−347294号公報には、ポリシラザン又はその変成物を主成分とする塗膜を350℃、1分間の熱処理を行った後、硬化処理した後に10質量%の炭酸アンモニウム水溶液に浸漬し、沸騰状態で1時間処理することにより、ポリシラザン塗膜のセラミック膜への改質反応を促進する方法が開示されている。
この様にシラザン化合物を塗布し、その塗膜を改質し緻密なシリカ膜を形成するには加熱が必要で、且つ高温であるため熱耐性が低いフィルムには適用出来ない。更にセラミック膜の形成に1時間以上掛かるためセラミック膜の生産効率が悪く、生産コストも高くなるという問題があった。
これらの問題を解決するため、セラミック膜の形成の時間を短くする方法が検討されて来た。例えば、特開2007−237588号公報、特開2009−184865号公報大気圧プラズマ領域を通過させたキャリアガスをポリシラザン含有膜に吹き付けてシリカ膜へ改質させる方法が開示されている。
特開2008−88031号公報には、基材上に、ポリシラザンを含有するポリシラザン膜を形成した後、レーザー光又はマイクロ波を照射してポリシラザンをシリカに改質させ短時間でセラミック膜を形成する方法が開示されている。
しかしながら、上記の技術によるポリシラザン膜の改質処理で改質したセラミック膜は水蒸気透過率が不安定となり、更なる改善が求められていた。
これらに対して、これ迄に短時間で、且つ水蒸気透過率が安定したポリシラザン膜の改質処理方法として真空紫外光により行う方法が検討されてきた。例えば、樹脂基材上にシラザン骨格を基本ユニットとするポリマーを塗工して膜厚250nm以下のポリマー膜を形成した後、真空紫外光を照射し、ガスバリア膜とした後、同じステップを繰り返して、基材上に複数のガスバリア膜(セラミック膜に該当する)を重ねて積層する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
又、ポリシラザン層を基材上に残し、水蒸気を含む雰囲気中において、酸素、活性酸素、あるいは場合によっては窒素を含む存在下において、ポリシラザン層を、230nm以下の波長成分を含む真空紫外放射線及び230nmから300nmの波長成分を含む紫外放射線で照射することによって、基材上に透明被膜(本発明のセラミック膜に該当する)を形成する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。
特開2009−255040号公報 特表2009−503157号公報
しかしながら、特許文献1に記載の方法で作製したガスバリア層は、ガスバリア層を積層するためガスバリア層の形成に時間が掛かり、生産効率が悪いことが判った。
又、特許文献2に記載の方法で作製したガスバリア層は、真空紫外放射線照射処理前の脱水処理が不十分なので処理後の膜中にシラノールが多く残存することで緻密な膜が得られず、水蒸気透過率が劣ることが判明した。
この様な状況から、基材の上にポリシラザン組成物を含む塗布液を塗布し、形成した塗膜を真空紫外光の照射により改質処理し、セラミック膜へと酸化改質効率がよく、ポリシラザン膜を効率よく改質することを可能とし、安定したセラミック膜形成方法及びセラミック膜形成装置の開発が望まれている。
本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、その目的は基材の上にポリシラザン組成物を含む塗布液を塗布し、形成した塗膜を真空紫外光の照射により改質処理しセラミック膜へと酸化改質効率がよく、ポリシラザン膜を効率よく改質することを可能とし、安定したセラミック膜形成方法及びセラミック膜形成装置を提供することである。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成された。
1.連続搬送する帯状基材の上にポリシラザン組成物を含む塗布液を塗布して塗膜を形成する塗布工程と、前記塗布工程の後、前記塗膜に真空紫外光を照射して表面改質を行う表面改質工程とを有するセラミック膜形成方法であって、前記表面改質工程において、真空紫外光照射手段を有し、且つ酸素濃度が10000ppm以下である表面改質室及び前記表面改質室に隣接する同伴空気除去手段を有する同伴空気除去室を備えた表面改質装置を複数使用し、使用するすべての前記表面改質装置において、前記同伴空気除去手段が、前記同伴空気除去室の圧力を前記表面改質室の圧力よりも高く、又は低く制御することを特徴とするセラミック膜形成方法。
2.連続搬送する帯状基材の上にポリシラザン組成物を含む塗布液を塗布して塗膜を形成する塗布工程と、前記塗布工程の後、前記塗膜に真空紫外光を照射して表面改質を行う表面改質工程とを有するセラミック膜形成方法であって、前記表面改質工程において、真空紫外光照射手段を有し、且つ酸素濃度が10000ppm以下である表面改質室及び前記表面改質室に隣接する同伴空気除去手段を有する同伴空気除去室を備えた表面改質装置を1つ使用し、前記同伴空気除去手段が、前記同伴空気除去室の圧力と前記表面改質室の圧力との圧力差ΔPを8Pa以上100Pa以下に制御することを特徴とするセラミック膜形成方法。
3.前記帯状基材の搬送方向において、前記同伴空気除去室は、前記表面改質室よりも上流側に備えられていることを特徴とする前記1又は2に記載のセラミック膜形成方法。
4.前記真空紫外光照射手段は、前記帯状基材と該真空紫外光照射手段との距離を調整する調整手段を有していることを特徴とする前記1から3の何れか1項に記載のセラミック膜形成方法。
5.前記帯状基材の搬送速度が、5m/minから40m/minであることを特徴とする前記1から4の何れか1項に記載のセラミック膜形成方法。
6.連続搬送する帯状基材の上にポリシラザン組成物を含む塗布液を塗布して塗膜を形成する塗布工程と、前記塗布工程の後、前記塗膜に真空紫外光を照射して表面改質を行う表面改質工程とを有するセラミック膜形成方法に使用するセラミック膜形成装置であって、真空紫外光照射手段を有し、且つ酸素濃度が10000ppm以下である表面改質室及び前記表面改質室に隣接する同伴空気除去手段を有する同伴空気除去室を備えた表面改質装置を複数有し、すべての前記表面改質装置において、前記同伴空気除去手段が、前記同伴空気除去室の圧力を前記表面改質室の圧力よりも高く、又は低く制御することを特徴とするセラミック膜形成装置。
7.連続搬送する帯状基材の上にポリシラザン組成物を含む塗布液を塗布して塗膜を形成する塗布工程と、前記塗布工程の後、前記塗膜に真空紫外光を照射して表面改質を行う表面改質工程とを有するセラミック膜形成方法に使用するセラミック膜形成装置であって、真空紫外光照射手段を有し、且つ酸素濃度が10000ppm以下である表面改質室及び前記表面改質室に隣接する同伴空気除去手段を有する同伴空気除去室を備えた表面改質装置を1つ有し、前記同伴空気除去手段が、前記同伴空気除去室の圧力と前記表面改質室の圧力との圧力差ΔPを8Pa以上100Pa以下に制御することを特徴とするセラミック膜形成装置。
8.前記帯状基材の搬送方向において、前記同伴空気除去室は、前記表面改質室よりも上流側に備えられていることを特徴とする前記6又は7に記載のセラミック膜形成装置。
9.前記真空紫外光照射手段は、前記帯状基材と該真空紫外光照射手段との距離を調整する調整手段を有していることを特徴とする前記6から8の何れか1項に記載のセラミック膜形成装置。
10.前記帯状基材の搬送速度が、5m/minから40m/minであることを特徴とする前記6から9の何れか1項に記載のセラミック膜形成装置。
本発明者は基材を連続して搬送しながらポリシラザン膜に真空紫外光を照射し連続改質処理する場合(例えば、特許文献2特表2009−503157号公報に記載の改質処理方法)、何故、安定したセラミック膜が得られないのかを検討した結果、以下のことが判明した。
ポリシラザン膜に真空紫外光(Vacuum Ultraviolet:VUV)光子)(以下、VUVとも言う)を照射する改質処理は、ポリシラザン骨格から三次元SiO網状構造への酸化的転化をVUVにより、紫外光の照射に比べ短い時間で行われることが知られている。
VUV照射手段は、市販のランプ(例えば、ウシオ電機製)を使用することが可能である。VUV照射は連続処理にも適合可能であり、被塗布基材の形状によって適宜選定することが出来る。
例えば、ポリシラザン塗膜を表面に有する基材が長尺フィルム状の帯状基材である場合には、これを搬送させながら上記の様なVUV発生源を具備した乾燥ゾーンで連続的に真空紫外光を照射することによりセラミックス化することが出来る。
VUVはほとんどの物質の原子間結合力より大きいため、原子の結合を光量子プロセスと呼ばれる光子のみによる作用により、直接切断することが可能である。この作用を用いることにより、加水分解を必要とせず低温でかつ効率的に改質処理が可能となる。
これに必要なVUV光源としては、希ガスエキシマランプが好ましく用いられる。
1.エキシマ発光とはXe,Kr,Ar,Neなどの希ガスの原子は化学的に結合して分子を作らないため、不活性ガスと呼ばれる。しかし、放電などによりエネルギーを得た希ガスの原子(励起原子)は他の原子と結合して分子を作ることが出来る。
希ガスがキセノンの場合には、
e+Xe→e+Xe
Xe+Xe+Xe→Xe2*+Xe
となり、励起されたエキシマ分子であるXe2*が基底状態に遷移する時に波長172nmのエキシマ光を発光する。エキシマランプの特徴としては、放射が一つの波長に集中し、必要な光以外がほとんど放射されないので効率が高いことが挙げられる。また、余分な光が放射されないので、対象物の温度を低く保つことが出来る。更には始動・再始動に時間を要さないので、瞬時の点灯点滅が可能である。
上記に示したVUVを使用したポリシラザン膜の改質にはVUV光子の浸透深さが重要であることも知られている。
VUV光子の浸透深さを阻害する要因として酸素が挙げられ、ポリシラザン膜と真空紫外光源との間に酸素が存在すると活性エネルギーを吸収又は遮断されることでポリシラザン膜の改質効率が落ちる、改質ムラが発生する等の問題が生じることも知られている。
ポリシラザン膜の改質処理は真空紫外光の照射エネルギー量が支配的であることから、VUV光子の照射によりポリシラザン膜の改質が安定しないことはVUV光子の浸透深さが安定しないことによると推定した。
何故、改質処理が安定しないかを、検討した結果、ポリシラザン膜を有する帯状基材の搬送速度が早くなるに従って改質処理が安定しないことが判った。
更に検討した結果、搬送速度が早くなるに従ってVUVの照射雰囲気の酸素濃度が安定しないことが判った。
何故、搬送速度が早くなるに従ってVUVの照射雰囲気の酸素濃度が安定しないかを検討した結果、帯状基材に付いて移動する同伴空気によるものであることを見出し、真空紫外光を照射する前に同伴空気を除去することでVUVの照射雰囲気の酸素濃度が安定し本願発明の目的効果を達成出来ることが判り、本発明に至った次第である。
基材の上にポリシラザン組成物を含む塗布液を塗布し、形成した塗膜を真空紫外光の照射により改質処理してシリカ膜へと酸化転化する時、生産効率がよく、ポリシラザン膜を効率よく改質することを可能とし、高精度で安定したセラミック膜形成方法及びセラミック膜形成装置を提供することが出来た。
本発明のセラミック膜形成方法により基材の上に形成されたセラミック膜を有するフィルムの層構成の一例を示す概略図である。 セラミック膜を有するフィルムを製造する製造工程を有する製造装置の一例を示す概略図である。 図2に示す表面改質工程の拡大概略図である。 他の形式の表面改質装置を使用した図2に示す表面改質工程の拡大概略図である。 他の形式の表面改質装置を使用した図2に示す表面改質工程の拡大概略図である。 図5(b)に示す第1表面改質装置と、第2表面改質装置との配設する位置を変えた一例を示す図2に示す表面改質工程の拡大概略図である。 表面改質室の上流側に配設する同伴空気除去手段の概略図である。 気体供給手段の概略図である。
以下、本発明を実施する形態を図1から図8を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図1は本発明のセラミック膜形成方法により帯状基材の上に形成されたセラミック膜を有するフィルムの層構成の一例を示す概略図である。
(a)に示されるセラミック膜を有するフィルムの層構成に付き説明する。
図中、1aはセラミック膜1a2を有するフィルムを示す。セラミック膜1a2は帯状基材1a1の上に直接形成された場合を示している。
(b)に示されるセラミック膜を有するフィルムの層構成に付き説明する。
図中、1bはセラミック膜1b3を有するフィルムを示す。セラミック膜1b3は帯状基材1b1の上に形成されたアンカーコート層1b2の上に形成された場合を示している。アンカーコート層1b2は帯状基材1b1とセラミック膜1b3との接着性が悪い場合に、アンカーコート層1b2を介してセラミック膜1b3の剥離を防止するために設けられている。
(c)に示されるセラミック膜を有するフィルムの層構成に付き説明する。
図中、1cはセラミック膜を有するフィルムを示す。セラミック膜1c3は帯状基材1c1の上に形成された応力緩和層1c2の上に形成された場合を示している。応力緩和層1c2は帯状基材1c1の変形、フィルムの屈曲に対してセラミック膜1c3への影響を緩和しセラミック膜1c3のヒビ、割れを防止するために設けられている。
本図に示す様に、セラミック膜は帯状基材の上に直接であっても、他の層が形成されていてもよく、必要に応じて適宜選択することが可能であり、本図は一例を示したものである。
帯状基材の厚さは5μmから500μm程度が好ましく、更に好ましくは25μmから250μmである。
セラミック膜の膜厚は、1nmから5μmが好ましく、更に好ましくは10nmから3μm、最も好ましくは10nmから1μmである。
尚、セラミック膜は単層でも複数の層を積層してもよく、必要に応じて適宜選択することが可能である。
次に、本発明のセラミック膜形成方法につき説明する。
図2はセラミック膜を有するフィルムを製造する製造装置の一例を示す概略図である。
図中、2はセラミック膜を有するフィルムを製造する製造装置の一例示す。製造装置2は、下記する各手段を有する各工程を有し、具体的には基材供給工程3と、塗布工程4と、乾燥工程5と、表面改質工程6と、回収工程7とを有している。
基材供給工程3は、基材繰り出し手段(不図示)を有し、塗布工程4に基材301を供給する様になっている。
塗布工程4は、帯状基材301を保持するバックロール401と、塗布手段402とを有し、帯状基材301の上にポリシラザン組成物を含むポリシラザン膜形成用塗布液を塗布する様になっている。塗布する時の雰囲気は不活性ガスの雰囲気が好ましい。
塗布手段としては特に限定はなく、任意の適切な塗布手段を選択することが可能である。例えば、押出し方式であるエクストルージョン型の塗布コーター、カーテン型の塗布コーター、スライド型の塗布コーター、コンマ型コーター等が挙げられる。
乾燥工程5は、乾燥手段501を使用しており、表面改質工程6で表面改質が行われる前に、ポリシラザン膜中の溶媒及び水分を取り除くために設けられている。
乾燥工程5が終了した時、ポリシラザン膜中の残留溶媒量は、改質効率、溶媒蒸発による混合等を考慮し、500ppm以下が好ましい。
乾燥工程5が終了した時、ポリシラザン膜中の水分量は、改質効率等を考慮し、500ppm以下が好ましい。
表面改質工程6は、乾燥工程5から搬送されて来る帯状基材上に形成されたポリシラザン膜に真空紫外光照射手段により真空紫外光を照射することでポリシラザン膜を改質し、セラミック膜を形成する表面改質室6a1(図3(a)参照)と、表面改質室6a1(図3(a)参照)に隣接する同伴空気除去手段を有する同伴空気除去室6a2、6a3を備えた表面改質装置6aとを有しを有している。
表面改質工程6は、ポリシラザン膜を安定に改質処理するために段階的に行うことが出来る様に構成されていることが好ましい。
段階的に改質処理を行う構成としては次の方法が挙げられる。
1.表面改質工程6を複数配設し、真空紫外光の照射量を段階的に変化させる。
2.表面改質工程6に真空紫外光照射手段を複数配設し、段階的に変化させる。
表面改質工程6におけるポリシラザン膜の改質方法に関しては図3から図7で説明する。
回収工程7はセラミック膜を有する帯状基材301を巻き芯に巻き取り手段により巻き取り回収する様になっている。
図3は図2に示す表面改質工程の拡大概略図である。図3(a)は表面改質工程に1つの真空紫外光照射手段を有する場合の図2に示す表面改質工程の拡大概略図である。図3(b)は表面改質工程に複数の真空紫外光照射手段を有する場合の図2に示す表面改質工程の拡大概略図である。
図3(a)に示される表面改質工程に付き説明する。
表面改質工程6は、表面改質装置6aを有している。表面改質装置6aは、表面改質室6a1と、帯状基材301の搬送方向において表面改質室6a1の上流側に同伴空気除去室6a2と、下流側に同伴空気除去室6a3とを有する箱体構造となっている。6a11は同伴空気除去室6a2と表面改質室6a1とを分離する隔壁を示す。6a12は同伴空気除去室6a3と表面改質室6a1とを分離する隔壁を示す。
表面改質室6a1は、真空紫外光照射手段6bと、気体供給手段15(図8参照)に繋がっている気体供給管6dと、表面改質室6a1内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出計6cと、表面改質室6a1の内部の圧力と外気の圧力との圧力差を測定する差圧計6eとを有している。尚、酸素濃度検出計6cの配設する位置は、真空紫外光源6b1と帯状基材301との隙間近傍の酸素濃度を測定出来る位置が好ましい。
同伴空気除去室6a2は、同伴空気除去手段としての排気ポンプ(不図示)に繋がる排気管6fを有している。同伴空気除去室6a3は、同伴空気除去手段としての排気ポンプ(不図示)に繋がる排気管6gを有している。
表面改質室6a1の内部の圧力と同伴空気除去室6a2、6a3の内部の圧力との圧力差ΔPは、差圧計6eの情報に従って、気体供給手段15(図8参照)から表面改質室6a1に気体供給管6dを介して供給される気体の供給量と、排気管6fと排気管6gとの排気量により調整することが可能となっている。尚、圧力差ΔPとは、外気の圧力を基準とした時の圧力差を言う。
表面改質室6a1の内部の酸素濃度は、酸素濃度検出計6cの情報に従って気体供給手段15(図8参照)から供給される気体の供給量及び供給される気体の酸素濃度が制御することが可能となっている。
本図に示す表面改質装置6aでは表面改質室6a1の内部の圧力を同伴空気除去室6a2、6a3の内部の圧力より高くすることで、帯状基材301の搬送に伴い表面改質室6a1に持ち込まれる同伴空気を除去することが可能になり、表面改質室6a1の酸素濃度を安定に維持することが可能となっている。
真空紫外光照射手段6bは、帯状基材301と真空紫外光照射手段6bとの距離を調整する調整手段(不図示)を有していることが好ましく、距離を調整することで帯状基材の厚さ、ポリシラザン膜の種類、膜の厚さ等に合わせ、真空紫外光の照射量を調整することが可能となっている。
調整手段としては、自動、手動何れでも良く、例えば、Linear Motion Guide(LMガイド)/ステッピングモーターを使用した移動機構等が挙げられる。
帯状基材301との距離とは、真空紫外光照射手段6bの真空紫外光源6b1と帯状基材301との距離を言う。
酸素濃度検出計6cとしては特に限定はなく、市販の酸素濃度検出計(低濃度ジルコニア式酸素濃度計OX400 横河電気株式会社製)を使用することが可能である。
表面改質室6a1の内部の圧力と、同伴空気除去室6a2、6a3の内部の圧力との圧力差ΔPは+10Paから+100Paであることが好ましく、酸素濃度は10000ppm以下であり、好ましくは、0.1ppmから1000ppmである。
表面改質室6a1内部の圧力と同伴空気除去室6a2、6a3の内部の圧力との圧力差ΔPが、+10Pa未満の場合は、帯状基体301の搬送に伴い表面改質室6a1の内部に持ち込まれる同伴空気により、表面改質室6a1内部の酸素濃度が安定しなくなりポリシラザン膜の改質が安定しなくなるため好ましくない。尚、同伴空気とは基材の搬送に伴い持ち込まれる気体を言う。
表面改質室6a1の内部の圧力と同伴空気除去室6a2、6a3の内部との圧力差ΔPが、100Paを超える場合は、圧力差により気体の流速が増加し均一な流れにならなくなり、酸素濃度がムラになり真空紫外光を照射した時に照射量が異なるため好ましくない。
酸素濃度が10000ppmを超える場合は、活性エネルギーが吸収又は遮断され、改質効率が落ちてしまうので所望の効果が得られない。
表面改質室6a1に供給される気体は不活性ガス単独又は酸素ガスとの混合気体である。不活性ガスは特に限定はなく、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスが挙げられるが、価格の面から窒素ガスが好ましい。
表面改質室6a1で帯状基材301上に形成されたポリシラザン膜を改質処理する時のポリシラザン膜の表面温度は、反応促進の点から50℃から120℃が好ましく、更に、80℃から100℃がより好ましい。ポリシラザン膜の表面温度は、例えば加熱気体を表面改質装置6aに供給、裏面から赤外線ヒーターにより所望の温度にすることが可能である。
図3(b)に示される表面改質工程に付き説明する。
表面改質工程6は、表面改質装置6′aを有している。表面改質装置6′aは、表面改質室6′a1と、帯状基材301の搬送方向において表面改質室6′a1の上流側に同伴空気除去室6′a2と、下流側に同伴空気除去室6′a3とを有する箱体構造となっている。
6′a11は同伴空気除去室6′a2と表面改質室6′a1とを分離する隔壁を示す。6′a12は第1表面改質室6′a1と同伴空気除去室6′a3とを分離する隔壁を示す。
表面改質室6′a1は、第1真空紫外光照射手段6′b1と、第2真空紫外光照射手段6′b2と、気体供給手段15(図8参照)に繋がっている気体供給管6′dと、表面改質室6′a1内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出計6′cと、表面改質室6′a1の内部の圧力と外気の圧力との圧力差を測定する差圧計6′eとを有している。尚、酸素濃度検出計6′cの配設する位置は、真空紫外光源6′b1及び真空紫外光源6′b2と帯状基材301との隙間近傍を測定出来る位置が好ましい。
酸素濃度検出計6′cの情報に従って気体供給手段15(図8参照)からの気体の供給量及び供給される気体の酸素濃度が制御される様になっている。
同伴空気除去室6′a2は、同伴空気除去手段としての排気ポンプ(不図示)に繋がる排気管6′fを有している。同伴空気除去室6′a3は、同伴空気除去手段としての排気ポンプ(不図示)に繋がる排気管6′gを有している。
表面改質室6′a1の内部の圧力と同伴空気除去室6′a2、6′a3の内部の圧力との圧力差ΔPは、差圧計6′eの情報に従って、気体供給手段15(図8参照)から表面改質室6′a1に気体供給管6′dを介して供給される気体の供給量と、排気管6′fと排気管6′gとの排気量により調整することが可能となっている。
表面改質室6′a1の内部の酸素濃度は、酸素濃度検出計6′cの情報に従って気体供給手段15(図8参照)から供給される気体により制御することが可能となっている。
第1真空紫外光照射手段6′b1と、第2真空紫外光照射手段6′b2とは、帯状基材301との距離を調整する調整手段(不図示)を有していることが好ましく、距離を調整することで帯状基材301の厚さ、ポリシラザン膜の種類、膜の厚さ等に合わせ、真空紫外光の照射量を調整することが可能となっている。帯状基材301との距離とは、第1真空紫外光照射手段6′b1の真空紫外光源6′b11及び第2真空紫外光照射手段6′b2の真空紫外光源6′b21と帯状基材301との距離を言う。
酸素濃度検出計6′cとしては、図3(a)に示す酸素濃度検出計6cと同じ酸素濃度検出計を使用することが可能である。
本図に示す表面改質装置6′aでは、第1真空紫外光照射手段6′b1と、第2真空紫外光照射手段6′b2とを使用して、第1真空紫外光照射手段6′b1で前改質を行い、第2真空紫外光照射手段6′b2で最終改質を行うことが可能となっている。改質処理を分割することでより安定した改質を行うことが可能となっている。
第1真空紫外光照射手段6′b1で行う改質の度合は、ポリシラザン膜の改質に必要とする総エネルギーの30%から60%を第1真空紫外光照射手段6′b1でポリシラザン膜に付与し改質処理を行う。本発明では、この総エネルギーの30%から60%のエネルギーでの改質処理を前改質処理と言う。
本図に示す表面改質室6′aでは表面改質室6′a1の内部の圧力を同伴空気除去室6′a2、6′a3の内部の圧力より高くすることで、帯状基材301の搬送に伴い表面改質室6′a1に持ち込まれる同伴空気を除去することが可能になり、表面改質室6′a1の酸素濃度を安定に維持することが可能となっている。
表面改質室6′a1の内部の圧力と、同伴空気除去室6′a2、6′a3の内部との圧力差ΔPは、図3(a)に示す表面改質室6a1の場合と同じである。
表面改質室6′a1の内部の酸素濃度は、図3(a)に示す表面改質室6a1の場合と同じである。
表面改質室6′a1に供給される気体は、図3(a)に示す表面改質室6a1の場合と同じである。
表面改質室6′a1で帯状基材301上に形成されたポリシラザン膜を改質処理する時のポリシラザン膜の表面温度は、図3(a)に示す表面改質室6a1の場合と同じである。
図3(b)の場合は、第1真空紫外光照射手段6′b1と、第2真空紫外光照射手段6′b2とを配設することで改質処理の度合を分けて行う場合を示したが、別の方法として図3(a)に示す表面改質室6a1を長くし、合わせて真空紫外光照射手段6bも長くして、帯状基材の搬送方向において、上流側から下流側で真空紫外光照射手段6bの真空紫外光照射量を増加させる、図3(a)に示される表面改質装置を複数設置する方法が挙げられる。
図4は、他の形式の表面改質装置を使用した図2に示す表面改質工程の拡大概略図である。
表面改質工程6は、表面改質装置6″aを有している。表面改質装置6″aは、表面改質室6″a1と、帯状基材の搬送方向において、表面改質室6″a1の上流側に第1同伴空気除去室6″a2と、第2同伴空気除去室6″a3と、下流側に第3同伴空気除去室6″a4と、第4同伴空気除去室6″a5とを有する箱体構造となっている。
6″a31は第2同伴空気除去室6″a3と第1同伴空気除去室6″a2とを分離する隔壁を示す。6″a21は表面改質室6″a1と第1同伴空気除去室6″a2を分離する隔壁を示す。6″a41は表面改質室6″a1と第3同伴空気除去室6″a4とを分離する隔壁を示す。6″a51は第4同伴空気除去室6″a5と第3同伴空気除去室6″a4とを分離する隔壁を示す。
表面改質室6″a1は、真空紫外光照射手段6″bと、排気ホンプ(不図示)に繋がっている排気管6″dと、表面改質室6″a1内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出計6″cと、表面改質室6″a1の内部の圧力と外気の圧力との圧力差を測定する差圧計6″eとを有している。尚、酸素濃度検出計6″cの配設する位置は、真空紫外光源6b″1と帯状基材301との隙間近傍の酸素濃度を測定出来る位置が好ましい。
真空紫外光照射手段6″bは、帯状基材301との距離を調整する調整手段(不図示)を有していることが好ましく、距離を調整することで帯状基材301の厚さ、ポリシラザン膜の種類、膜の厚さ等に合わせ、真空紫外光の照射量を調整することが可能となっている。帯状基材301との距離とは、真空紫外光照射手段6″bの真空紫外光源6″b1と帯状基材301との距離を言う。
表面改質室6″a1の内部の圧力と同伴空気除去室の内部との圧力差ΔPは、差圧計6″eの情報に従って、気体供給手段15(図8参照)から表面改質室6″a1に第1同伴空気除去室6″a2及び第3同伴空気除去室6″a4から流れ込む気体の供給量と、排気管6″dの排気量により調整することが可能となっている。
表面改質室6″a1の内部の圧力と同伴空気除去室(第1同伴空気除去室6″a2、第3同伴空気除去室6″a4)の内部の圧力との圧力差ΔPは、−10Paから−100Paであることが好ましく、酸素濃度は10000ppm以下であり更に好ましくは、0.1ppmから1000ppmである。
表面改質室6″a1内部の圧力と同伴空気除去室(第1同伴空気除去室6″a2、第3同伴空気除去室6″a4)の内部の圧力との圧力差ΔPが、−10Pa未満の場合は、帯状基材301の搬送に伴い表面改質室6″a1の内部に持ち込まれる同伴空気により、表面改質室6″a1内部の酸素濃度が安定しなくなりポリシラザン膜の改質が安定しなくなるため好ましくない。
表面改質室6″a1の内部の圧力と同伴空気除去室(第1同伴空気除去室6″a2、第3同伴空気除去室6″a4)の内部の圧力との圧力差ΔPが、−100Paを超える場合は、圧力差により気体の流速が増加し均一な流れにならなくなり、酸素濃度がムラになり真空紫外光を照射した時に照射量が異なるため好ましくない。
酸素濃度が10000ppmを超える場合は、活性エネルギーが吸収又は遮断され、改質効率が落ちるため好ましくない。
表面改質室6″a1の内部の酸素濃度は、酸素濃度検出計6″cの情報に従って気体供給手段15(図8参照)から第1同伴空気除去室6″a2及び第3同伴空気除去室6″a4に供給される気体の供給量及び供給される気体の酸素濃度により制御することが可能となっている。
酸素濃度検出計6″cとしては、図3(a)に示す酸素濃度検出計6cと同じ酸素濃度検出計を使用することが可能である。
第1同伴空気除去室6″a2は同伴空気除去手段としての気体供給手段15(図8参照)に繋がった気体供給管6″fと、差圧計6″gとを有している。第3同伴空気除去室6″a4は同伴空気除去手段としての気体供給手段15(図8参照)に繋がった気体供給管6″hと、差圧計6″iを有している。
第2同伴空気除去室6″a3は、同伴空気除去手段としての排気ポンプ(不図示)に繋がった排気管6″jを有している。第4同伴空気除去室6″a5は、同伴空気除去手段としての排気ポンプ(不図示)に繋がった排気管6″kを有している。
第1同伴空気除去室6″a2の内部の圧力と表面改質室6″a1の内部の圧力との圧力差ΔPは、帯状基材301の搬送に伴う同伴空気の混入を除去するため、+10Paから+100Paが好ましい。第1同伴空気除去室6″a2の内部の圧力は、差圧計6″gの情報に従って気体供給手段15(図8参照)から気体供給管6″fを介して第1同伴空気除去室6″a2に供給する気体量及び第2同伴空気除去室6″a3の排気量により調整することが可能となっている。
第3同伴空気除去室6″a4の内部の圧力と表面改質室6″a1の内部の圧力との圧力差ΔPは、外気の混入を除去するため、+10Paから+100Paが好ましい。第3同伴空気除去室6″a4の内部の圧力は、差圧計6″iの情報に従って気体供給手段15(図8参照)から気体供給管6″hに供給する気体量及び第4同伴空気除去室6″a5の排気量により調整することが可能となっている。
本図に示す表面改質装置6″aでは表面改質室6″a1の内部の圧力を同伴空気除去室(第1同伴空気除去室6″a2、第3同伴空気除去室6″a4)の内部の圧力より低くしても、隣接する第1同伴空気除去室6″a2、第3同伴空気除去室6″a4の圧力を表面改質室6″a1の内部の圧力との圧力差ΔPを+10Paから+100Paと表面改質室6″a1の内部の圧力よりも高くすることで、帯状基材301の搬送に伴い表面改質室6″′a1に持ち込まれる同伴空気を除去すること及び帯状基材の搬送方向において、上流側、下流側からの外気の混入を防止することが可能になり、表面改質室6″a1の酸素濃度を安定に維持することが可能となっている。
表面改質室6″a1の内部の酸素濃度は、図3(a)に示す表面改質室6a1の場合と同じである。
表面改質室6″a1に供給される気体は、図3(a)に示す表面改質室6a1の場合と同じである。
表面改質室6″a1で帯状基材301上に形成されたポリシラザン膜を改質処理する時、ポリシラザン膜の表面温度は、図3(a)に示す表面改質室6a1の場合と同じである。
図5は他の形式の表面改質装置を使用した図2に示す表面改質工程に使用している表面改質装置の拡大概略図である。図5(a)は他の形式の表面改質装置が1つの場合の図2に示す表面改質工程に使用している表面改質装置の拡大概略図である。図5(b)は複数の表面改質工程を有する図2に示す表面改質工程に使用している表面改質装置の拡大概略図である。
図5(a)に示される表面改質装置に付き説明する。
図中、8は表面改質装置を示す。表面改質装置8は、表面改質室8aと、帯状基材301の搬送方向において表面改質室8の上流側に同伴空気除去室8b1と、下流側に同伴空気除去室8b2とを有する箱体構造となっている。8i1は表面改質室8aと同伴空気除去室8b1とを分離する隔壁を示す。8i2は表面改質室8aと同伴空気除去室8b2とを分離する隔壁を示す。
表面改質室8aは内部に、ポリシラザン膜を形成した帯状基材301を保持するバックロール8cと、真空紫外光照射手段8dと、気体供給管8eと、酸素濃度検出計8fと、差圧計8gとを有している。尚、酸素濃度検出計8fの配設する位置は、真空紫外光源8d1と帯状基材301との隙間近傍の酸素濃度を測定出来る位置が好ましい。
同伴空気除去室8b1は、同伴空気除去手段としての排気ポンプ(不図示)に繋がった排気管8h1を有している。同伴空気除去室8b2は、同伴空気除去手段としての排気ポンプ(不図示)に繋がった排気管8h2を有している。
真空紫外光照射手段8dは、帯状基材301との距離を調整する調整手段(不図示)を有していることが好ましく、距離を調整することで帯状基材301の厚さ、ポリシラザン膜の種類、厚さ等に合わせ、活性エネルギー線の照射量を調整することが可能となっている。帯状基材301との距離とは、真空紫外光照射手段8dの真空紫外光源8d1と帯状基材301との距離を言う。
酸素濃度検出計8fは、表面改質室8a内の酸素濃度を検出するために配設されており、酸素濃度検出計8fとしては、図3(a)に示す酸素濃度検出計と同じ酸素濃度検出計を使用することが可能である。
気体供給管8eは気体供給手段15(図8参照)に繋がっており、酸素濃度検出計8fからの情報に従って表面改質室8a内に酸素濃度を調整した気体を供給する様になっている。
差圧計8gは、表面改質室8a内の圧力と同伴空気除去室8bの内部の圧力と同伴空気除去室8bの内部の圧力との圧力差ΔPを測定するために配設されている。
排気管8h1及び排気管8h2はそれぞれ同伴空気除去手段としての排気ポンプ(不図示)に繋がった排気ポンプ(不図示)に繋がっており、差圧計8gの情報に従って排気量を調整することで表面改質室8a内の圧力と同伴空気除去室8b1、8b2の内部の圧力との圧力差ΔPを調整することが可能となっている。
表面改質室8aの内部の圧力と、同伴空気除去室8b1、8b2の内部の圧力との圧力差ΔP、酸素濃度及び酸素濃度の調整方法、圧力調整方法及び使用する気体は図3(a)に示す表面改質室6a1の場合と同じである。
表面改質室8aで帯状基材301上に形成されたポリシラザン膜を改質処理する時のポリシラザン膜の表面温度は、図3(a)に示す表面改質室6a1の場合と同じである。
ポリシラザン膜の表面温度は、例えば加熱気体を表面改質室8aに供給する、又は、バックロール8cを加熱するか、加熱気体とバックロール8cを加熱することを合わせて行うことで可能である。
図5(b)に示される表面改質装置に付き説明する。
表面改質工程6は、第1表面改質装置9aと第2表面改質装置10とを有している。尚、本図では2つの表面改質装置を有する場合を示しているが、必要に応じて増やすことは可能となっている。又、本図は第1表面改質装置9aと、第2表面改質装置10とが、それぞれを独立して配設されている場合を示している。
第1表面改質装置9aは、表面改質室9a1と、帯状基材301の搬送方向において、表面改質室9a1の上流側に同伴空気除去室9a2と、下流側に同伴空気除去室9a3とを有する箱体構造となっている。9a11は同伴空気除去室9a2と表面改質室9a1とを分離する隔壁を示す。9a12は同伴空気除去室9a3と表面改質室9a1とを分離する隔壁を示す。
表面改質室9a1は、真空紫外光照射手段9bと、気体供給手段15(図8参照)に繋がっている気体供給管9dと、表面改質室9a1内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出計9cと、表面改質室9a1の内部の圧力と同伴空気除去室9a2、9a3の圧力との圧力差を測定する差圧計9eとを有している。尚、酸素濃度検出計9cの配設する位置は、真空紫外光源9b1と帯状基材301との隙間近傍の酸素濃度を測定出来る位置が好ましい。
酸素濃度検出計9cの情報に従って気体供給手段15(図8参照)からの気体の供給量及び供給される気体の酸素濃度が制御される様になっている。
同伴空気除去室9a2は、同伴空気除去手段としての排気ポンプ(不図示)に繋がった排気管9fを有している。同伴空気除去室9a3は、同伴空気除去手段としての排気ポンプ(不図示)に繋がった排気管9gを有している。
表面改質室9a1の内部の圧力と同伴空気除去室9a2、9a3の内部の圧力との圧力差ΔP及び酸素濃度は図3(a)に示す表面改質室6a1と同じ方法で調整することが可能となっている。
本図に示す第1表面改質手段9aでは表面改質室9a1の内部の圧力を同伴空気除去室の内部の圧力より高くすることで、基材301の搬送に伴い表面改質室9a1に持ち込まれる同伴空気を除去することが可能になり、表面改質室9a1の酸素濃度を安定に維持することが可能となっている。
真空紫外光照射手段9bは、基材301との距離を調整する調整手段(不図示)を有していることが好ましく、距離を調整することで帯状基体の厚さ、ポリシラザン膜の種類、厚さ等に合わせ、真空紫外光の照射量を調整することが可能となっている。帯状基材301との距離とは、真空紫外光照射手段9bの真空紫外光源9b1と帯状基材301との距離を言う。
酸素濃度検出計9cとしては図3(a)に示す酸素濃度検出計と同じ酸素濃度検出計を使用することが可能である。
表面改質室9a1の内部の圧力と、同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔP、酸素濃度及び酸素濃度の調整方法、圧力調整方法及び使用する気体は図3(a)に示す表面改質室6a1と同じである。
表面改質室9a1に供給される気体、表面改質室9a1で基材301上に形成されたポリシラザン膜を改質処理する時、ポリシラザン膜の表面温度は、図3(a)に示す表面改質室6a1の場合と同じである。
第2表面改質装置10に付き説明する。
第2表面改質装置10は、表面改質室10aと、帯状基材301の搬送方向において、表面改質室10aの上流側に同伴空気除去室10b1と、下流側に同伴空気除去室10b2とを有する箱体構造となっている。10i1は同伴空気除去室10b1と表面改質室10aとを分離する隔壁を示す。10i2は同伴空気除去室10b2と表面改質室10aとを分離する隔壁を示す。
表面改質室10aは、内部にポリシラザン膜を形成した帯状基材301を保持するバックロール10cと、真空紫外光照射手段10dと、気体供給管10eと、酸素濃度検出計10fと、差圧計10gとを有している。尚、酸素濃度検出計10fの配設する位置は、真空紫外光源10d1と帯状基材301との隙間近傍の酸素濃度を測定出来る位置が好ましい。
同伴空気除去室10b1は、同伴空気除去手段としての排気ポンプ(不図示)に繋がった排気管10h1を有している。同伴空気除去室10b2は、同伴空気除去手段としての排気ポンプ(不図示)に繋がった排気管10h2を有している。
第2表面改質手段10の構成は図5(a)に示す表面改質装置8と同じであり、構成している各部材の機能も同じであるため詳細の説明は省略する。
表面改質室10aの内部の圧力と、同伴空気除去室10b1、10b2の内部の圧力との圧力差ΔP、酸素濃度及び酸素濃度の調整方法、圧力調整方法、使用する気体は図3(a)に示す表面改質室6a1の場合と同じである。
表面改質室10aで帯状基材301上に形成されたポリシラザン膜を改質処理する時のポリシラザン膜の表面温度は、図3(a)に示す表面改質室6a1の場合と同じである。
ポリシラザン膜の表面温度は、例えば加熱気体を表面改質室10aに供給する、又は、バックロール10cを加熱するか、加熱気体とバックロール10cを加熱することを合わせて行うことで可能である。
本図に示す第1表面改質装置9aは前改質処理として機能し、第2表面改質装置10が本改質処理手段として機能する。本図に示す様にポリシラザン膜を改質する時に、一度に改質するよりも分割して改質することで安定した改質を行うことが可能となる。
第1表面改質装置9aと第2表面改質装置10とでポリシラザン膜の改質を行う場合、第1表面改質装置9aでは、ポリシラザン膜の改質に必要とする総エネルギーの30%から60%をポリシラザン膜に付与し、前改質処理を行う。
又、図5(b)の場合は、第1表面改質装置9aと、第2表面改質装置10とをそれぞれ独立して配設し、改質処理の割合いを分けて行う場合を示したが、別の方法として図5(a)に示す表面改質装置8のバックロール8cを大きくし、合わせて真空紫外光照射手段8dも長くして、帯状基材301の搬送方向において上流側から下流側で真空紫外光照射手段8dの真空紫外光照射量を増加させる方法が挙げられる。
図5(b)に示される様に第1表面改質装置9aと、第2表面改質装置10とを配設することによる効果は、図3(b)に示される表面改質工程の場合と同じである。
図6は図5(b)に示す第1表面改質装置9aと、第2表面改質装置10との配設する位置を変えた一例を示す図2に示す表面改質工程の拡大概略図である。
図中、11aから11dは搬送ロールを示し、各搬送ロール11aから11dは膜面が接触する様になっている。本図に示す表面改質工程6の特徴は、第1表面改質装置9aで前改質処理を行うことで膜面への接触が可能になり、第1表面改質装置9aと、第2表面改質装置10との配置の選択肢が広げられることである。例えば、設置面積が足りない場合は本図に示す様に上方向に表面改質工程を設けることも可能となる。他の符号は図5(b)と同義である。
図7は帯状基材の搬送方向において表面改質装置の上流側に配設する同伴空気除去手段の概略図である。図7(a)は帯状基材の搬送方向において表面改質装置の上流側に同伴空気除去手段として気体供給手段に繋がった気体供給管を配設した複数の同伴空気除去室の概略図である。図7(b)は帯状基材の搬送方向において表面改質装置の上流側に同伴空気除去手段として配設した複数の気体吸引手段の概略図である。図7(c)は帯状基材の搬送方向において表面改質装置の上流側に同伴空気除去手段として配設した他の気体吸引手段の概略図である。
図7(a)に示す同伴空気除去手段に付き説明する。
図中、12は図3(a)に示す表面改質装置6aの帯状基材301の搬送方向において上流側に連続して配設された同伴空気除去手段としての気体供給手段15(図8参照)に繋がった気体供給管を有する複数の同伴空気除去室を示す。同伴空気除去室12は表面改質装置6aに基材301が搬送される時に発生する同伴空気を除去するために配設されている。
同伴空気除去室12としては、不活性ガス供給室12aを有している。不活性ガス供給室12aは第1不活性ガス供給室12bと、第2不活性ガス供給室12cと、第3不活性ガス供給室12dとを有している。
不活性ガス供給室12aの構成は帯状基材301の搬送速度、気体の供給量等から適宜変更することが可能となっている。
12b1は第1不活性ガス供給室12bに配設された気体供給手段15(図8参照)に繋がった気体供給管を示す。12b2は気体供給管12b1から第1不活性ガス供給室12bに供給された気体を排気する同伴空気除去手段としての排気ポンプに繋がった排気管を示す。12b3は酸素濃度検出計を示す。酸素濃度検出計12b3の結果に従って気体供給手段15(図8参照)からの気体の供給量及び供給される気体の酸素濃度が制御され、第1不活性ガス供給室12bの内部の酸素濃度を制御することが可能となっている。酸素濃度検出計12b3としては図3(a)に示す酸素濃度検出計と同じである。
12c1は第2不活性ガス供給室12cに配設された気体供給手段15(図8参照)に繋がった気体供給管を示す。12c2は気体供給管12c1から第2不活性ガス供給室12cに供給された気体を排気する同伴空気除去手段としての排気ポンプに繋がった排気管を示す。12c3は酸素濃度検出計を示す。酸素濃度検出計12c3の結果に従って気体供給手段15(図8参照)からの気体の供給量及び供給される気体の酸素濃度が制御され、第2不活性ガス供給室12cの内部の酸素濃度を制御することが可能となっている。尚、酸素濃度検出計12c3の配設する位置は、帯状基材301の表面近傍の酸素濃度を測定出来る位置が好ましい。酸素濃度検出計12c3としては図3(a)に示す酸素濃度検出計と同じである。
12d1は第3不活性ガス供給室12dに配設された気体供給手段15(図8参照)に繋がった気体供給管を示す。12d2は気体供給管12d1から第3不活性ガス供給室12dに供給された気体を排気する同伴空気除去手段としての排気ポンプに繋がった排気管を示す。12d3は酸素濃度検出計を示す。酸素濃度検出計12d3の結果に従って気体供給手段15(図8参照)からの気体の供給量及び供給される気体の酸素濃度が制御され、第3不活性ガス供給室12dの内部の酸素濃度を制御することが可能となっている。酸素濃度検出計12d3としては図3(a)に示す酸素濃度検出計と同じである。
不活性ガス供給室12aに供給される気体は図3(a)に示される表面改質手段6aに使用する不活性ガスと同じである。
同伴空気除去室12により、帯状基材301の搬送に伴い表面改質装置6a内に持ち込まれる同伴空気が除去されるため、同伴空気による表面改質装置6a内の酸素濃度が安定化し、更に安定したポリシラザン膜の改質が可能となる。
本図に示される様な同伴空気除去室12を使用し、表面改質装置6aの内部の酸素濃度を10000ppm以下にする場合、例えば第1不活性ガス供給室12bで酸素濃度を100000ppm以下とし、第2不活性ガス供給室12cで酸素濃度を50000ppm以下とし、第3不活性ガス供給室12dで酸素濃度を30000ppm以下と制御する方法が挙げられる。
他の符号は図3と同義である。
図7(b)に示す同伴空気除去手段に付き説明する。
図中、13は、帯状基材の搬送方向において表面改質装置6aの上流側に、帯状基材301の幅手方向に配設された同伴空気除去手段として配設した複数の気体吸引手段を示す。13aは帯状基材301の表面側の幅手方向に配設された同伴空気を除去する同伴空気除去手段としての第1吸引ノズルを示す。13bは帯状基材301の裏面側の幅手方向に配設された同伴空気を除去する同伴空気除去手段としての第2吸引ノズルを示す。第1吸引ノズル13a、第2吸引ノズル13bは複数から構成されている方が同伴空気除去の効率から好ましい。本図は気体吸引手段が4本から構成された場合を示している。13a1は吸引ポンプ(不図示)に繋がっている吸引管を示す。
表面改質装置6aに入る直前に第1吸引ノズル13a、第2吸引ノズル13bにより帯状基材301の表面及び裏面を吸引することで表面改質装置6aに持ち込む同伴空気を除去することが可能となり、表面改質装置6a内の酸素濃度が安定化する。
尚、本図は同伴空気除去手段として吸引ノズルで吸引する場合を示したが、本図に示す同伴空気除去手段の第1吸引ノズル13a、第2吸引ノズル13bを不活性ガス供給手段として使用し、帯状基材301の表面及び裏面に不活性ガスを吹き付け供給する方式にも使用することが可能である。
図7(c)に示される同伴空気除去手段に付き説明する。
図中、14は、帯状基材の搬送方向において表面改質装置6aの上流側に配設された同伴空気除去手段を示す。同伴空気除去手段14は、同伴空気除去効率を上げるため、帯状基材301の幅に対して5%から10%広い幅と、帯状基材の搬送方向において上流方向に20mmから150mmの長さを有していることが好ましい。
同伴空気除去手段14は、帯状基材301の表面側の同伴空気を除去する吸引手段14aと裏面側の同伴空気を除去する吸引手段14bとを有している。14a1は吸引管を示し、吸引ポンプ(不図示)に繋がっている。14b1は吸引管を示し、吸引ポンプ(不図示)に繋がっている。吸引手段14aの基材301の表面側と対向する面、及び吸引手段14bの基材301の裏面側と対向する面には細孔が設けられている。
表面改質装置6aに入る直前に吸引手段14a(14b)により帯状基材301の表面及び裏面を吸引することで表面改質装置6aに持ち込む同伴空気を除去することが可能となり、表面改質装置6a内の酸素濃度が安定化する。
尚、本図は同伴空気除去手段として細孔を有する吸引板で吸引する場合を示したが、本図に示す同伴空気除去手段14の吸引手段14a(14b)を不活性ガス供給手段として使用し、帯状基材301の表面及び裏面に不活性ガスを吹き付け供給する方式にも使用することも可能である。
尚、本図は図3(a)に示される表面改質手段6aの場合を示しているが、図3(b)、図4、図5(a)、図5(b)に示される各表面改質装置の帯状基材の搬送方向において上流側(必要に応じて下流側)にも本図に示される同伴空気除去手段を配設することが可能である。
図8は気体供給手段の概略図である。
図中、15は気体供給手段を示す。気体供給手段15は、不活性ガスタンク15aと、酸素ガスタンク15bと、制御手段15cと、混合機15dとを有している。制御手段15cはメモリー(不図示)とCPU(不図示)とを有している。15eは図3から図6に示される酸素濃度検出計を示す。15fは図3から図7に示される差圧計を示す。
15a1は不活性ガスタンク15aに配設された開閉弁を示す。15a2は不活性ガスの流量計を示す。15b1は酸素ガスタンク15bに配設された開閉弁を示す。15b2は酸素ガスの流量計を示す。
本図に示される気体供給手段15による気体供給方法による図3(a)に示される表面改質装置6aの表面改質室6a1の酸素濃度の制御方法及びに付き説明する。表面改質室6a1に配設されている酸素濃度検出計6c及び差圧計6eからの情報が制御装置15cのCPUに入力される。制御手段15cでは、予めメモリーに入力されている酸素濃度と不活性ガス濃度、表面改質室6a1(図3(a)参照)の差圧から、CPUに入力された情報に基づき演算処理が行われ、酸素ガス濃度及び不活性ガスの供給量が決定される。
制御装置の情報に従って不活性ガスタンク15aに配設された開閉弁15a1の開閉量、酸素ガスタンク15bに配設された開閉弁15b1の開閉量が決まり開かれ、混合装置で混合され供給管6d(図3(a)参照)を介して表面改質室6a1(図3(a)参照)に供給される。
この、制御により表面改質室6a1(図3(a)参照)の内部の酸素濃度は、10000ppm以下に制御すること及び表面改質室6a1の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを+10Paから+100Paに制御することが可能となっている。気体供給手段15より表面改質に供給される気体は、必要に応じて不活性ガス、又は酸素混合気体であることが好ましい。
本図に示される気体供給手段15は、図3(b)に示される表面改質手段6′a、図4に示される表面改質手段6″a、図5(a)に示される表面改質手段8、図5(b)、図6に示される第1表面改質手段9a、第2表面改質手段10、図7に示される予備酸素濃度調整手段12aの酸素濃度調整に使用することが可能である。
図2から図8に示す表面改質装置を使用し、帯状基材上に形成されたポリシラザン膜の表面改質には真空紫外光が使用されている。真空紫外光源としては、約172nmに最大放射を有するエキシマラジエータ、約185nmに輝線を有する低圧水銀蒸気ランプ、並びに230nm以下の波長成分を有する中圧及び高圧水銀蒸気ランプ、及び約222nmに最大放射を有するエキシマランプ等が挙げられる。
真空紫外光の照射は、照射される塗膜を担持している基材がダメージを受けない範囲で照射強度及び/又は照射時間を設定する。例えば、帯状基材としてプラスチックフィルムを用いた場合を例にとると、帯状基材表面の強度が10mW/cmから300mW/cmになる様に基材−ランプ間距離を設定し、0.1秒から10分間、好ましくは0.5秒から3分の照射を行うことが好ましい。
真空紫外光源としては、エキシマ発光を用いる希ガスエキシマランプが好ましく用いられる。
図2から図8に示す表面改質装置を使用し、帯状基材上に形成されたポリシラザン膜を改質しセラミック膜を形成する場合の、帯状基材の搬送速度は、ポリシラザン膜の安定性、改質処理安定性、改質効率を考慮し、5m/minから40m/minが好ましい。
図2から図8に示す連続搬送する帯状基材の上にポリシラザン組成物を含む塗布液を塗布して塗膜を形成する塗布工程と、前記塗布工程の後、前記塗膜に真空紫外光を照射して表面改質を行う表面改質工程とを有するセラミック膜形成方法であって、表面改質工程において、真空紫外光照射手段を有し、且つ酸素濃度が10000ppm以下である表面改質室及び前記表面改質室に隣接する同伴空気除去手段を有する同伴空気除去室を備えた表面改質装置を使用し、同伴空気除去手段が、同伴空気除去室の圧力を表面改質室の圧力よりも高く、又は低く制御し、帯状基材上に形成されたポリシラザン膜に真空紫外光を照射しセラミック膜を形成することにより次の効果が挙げられる。
1.安定したセラミック膜を製造することが可能となった。
2.巾手方向、長手方向の性能ばらつきが抑制可能となった。
3.高速搬送でも安定したセラミック膜を製造することが可能となった。
本発明のセラミック膜形成方法により形成されたセラミック膜を有する基材はガスバリアフィルムとして使用することが出来、例えば電子デバイス等のパッケージ、又は有機EL素子や太陽電池、液晶等のプラスチック基板といったディスプレイ材料のガスバリアフィルム、封止用材料として用いることが可能である。又、ガスバリアフィルムを用いた各種デバイス用樹脂基材、及び各種デバイス素子に用いることが可能である。
次に本発明の塗布方法に係わるポリシラザン膜形成用塗布液に付き説明する。
(ポリシラザン)
本発明の塗布方法に係わるポリシラザンとは、珪素−窒素結合を持つポリマーで、Si−N、Si−H、N−H等からなるSiO、Si、及び両方の中間固溶体SiO等のセラミック前駆体無機ポリマーである。
基材を損なわない様に塗布するには、特開平8−112879号公報に記載されている様に、下記一般式で示されるポリシラザンを比較的低温でセラミック化してシリカに変性するものがよい。
但し、式中のR、R、Rのそれぞれは、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルシリル基、アルキルアミノ基、アルコキシ基などであって、本発明では得られるガスバリア膜としての緻密性からはR、R及びRの全てが水素原子であるパーヒドロポリシラザンが特に好ましい。
一方、そのSiと結合する水素部分が一部アルキル基等で置換されたオルガノポリシラザンは、メチル基等のアルキル基を有することにより基材との接着性が改善され、且つ硬くてもろいポリシラザンによるセラミック膜に靭性を持たせることが出来、より膜厚を厚くした場合でもクラックの発生が抑えられる利点がある。用途に応じて適宜、これらパーヒドロポリシラザンとオルガノポリシラザンを選択してよく、混合して使用することも可能である。
パーヒドロポリシラザンは、直鎖構造と6及び8員環を中心とする環構造が存在した構造と推定されている。その分子量は数平均分子量(Mn)で約600から2000程度(ポリスチレン換算)であり、液体又は固体の物質であり、分子量により異なる。これらは有機溶媒に溶解した溶液状態で市販されており、市販品をそのままポリシラザン膜形成用塗布液として使用することが出来る。
低温でセラミック化するポリシラザンの別の例としては、上記化1のポリシラザンに珪素アルコキシドを反応させて得られる珪素アルコキシド付加ポリシラザン(特開平5−238827号公報)、グリシドールを反応させて得られるグリシドール付加ポリシラザン(特開平6−122852号公報)、アルコールを反応させて得られるアルコール付加ポリシラザン(特開平6−240208号公報)、金属カルボン酸塩を反応させて得られる金属カルボン酸塩付加ポリシラザン(特開平6−299118号公報)、金属を含むアセチルアセトナート錯体を反応させて得られるアセチルアセトナート錯体付加ポリシラザン(特開平6−306329号公報)、金属微粒子を添加して得られる金属微粒子添加ポリシラザン(特開平7−196986号公報)等が挙げられる。
(溶媒)
ポリシラザン膜形成用塗布液を調製する有機溶媒としては、ポリシラザンと容易に反応してしまう様なアルコール系や水分を含有するものを用いることは好ましくない。具体的には、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素等の炭化水素溶媒、ハロゲン化炭化水素溶媒、脂肪族エーテル、脂環式エーテル等のエーテル類が使用することが出来る。
具体的には、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、ソルベッソ、ターベン等の炭化水素、塩化メチレン、トリコロロエタン等のハロゲン炭化水素、ジブチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類等がある。これらの溶剤は、ポリシラザンの溶解度や溶剤の蒸発速度等、目的に会わせて選択し、複数の溶剤を混合してもよい。
ポリシラザン膜形成用塗布液中のポリシラザンの濃度は、目的とするポリシラザン膜の膜厚、塗布液の寿命等を考慮し、0.2質量%から35質量%が好ましい。
有機ポリシラザンは、そのSiと結合する水素部分が一部アルキル基等で置換された誘導体であってもよい。アルキル基、特に最も分子量の少ないメチル基を有することにより基材との接着性が改善され、且つ硬くてもろいシリカ膜に靭性を持たせることが出来、より膜厚を厚くした場合でもクラックの発生が抑えられる。
本発明においては、必要に応じて適当な充填剤を加えてもよい。充填剤の例としてはシリカ、アルミナ、ジルコニア、マイカを始めとする酸化物系無機物或いは炭化珪素、窒化珪素等の非酸化物系無機物の微粉等が挙げられる。
本発明の塗布方法に係るポリシラザン膜形成用塗布液には、必要に応じて各種顔料、レベリング剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、表面改質剤を加えてもよい。
(ポリシラザン膜の酸化珪素化合物への転化を促進するための触媒)
酸化珪素化合物への転化を促進するために、アミンや金属の触媒を添加することも出来る。具体的には、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製 アクアミカ NAX120−20、NN110、NN310、NN320、NL110A、NL120A、NL150A、NP110、NP140、SP140等が挙げられる。
次に本発明の塗布方法に係わる材料に付き説明する。
(帯状基材)
帯状基材としては、ポリシラザンを含むポリシラザン膜形成用塗布液に使用している溶媒に耐性を有していれば特に限定はない。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)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等が挙げられる。これらの中でポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)等が好ましく用いられる。
又、上記に挙げた樹脂等を用いた帯状基材は、未延伸フィルムでもよく、延伸フィルムでもよい。本発明のセラミック膜形成方法に係る帯状基材は、塗布を行う前にコロナ処理してもよい。更に、塗布する側の面には、ポリシラザン膜との密着性の向上を目的としてアンカーコート層を形成してもよい。このアンカーコート層の形成に用いられるアンカーコート材としては、ポリエステル樹脂、イソシアネート樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エチレンビニルアルコール樹脂、ビニル変性樹脂、エポキシ樹脂、変性スチレン樹脂、変性シリコーン樹脂、及びアルキルチタネート等を、1又は2種以上併せて使用することが出来る。これらのアンカーコート材には、従来公知の添加剤を加えることも出来る。
(応力緩和層)
応力緩和層は、主に、活性光線硬化樹脂と、必要に応じて粒子、好ましくは無機粒子を含む構成で形成することが好ましい。
本発明のセラミック膜形成方法により形成したポリシラザン膜を改質処理することで、珪素酸化物からなる層に改質された、ガスバリアフィルムは包装用途、液晶表示素子、太陽電池、有機エレクトロルミネッセンス(EL)等への封止部材としての使用が可能である。
以下、実施例、及び、参考例を挙げて本発明を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。
実施例1
以下に示す方法でポリシラザン膜を形成した後、真空紫外光を照射し表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製した。
(帯状基材の準備)
厚さ125μm、幅1000mm、長さ300mのPETフィルム(テイジンテトロンフィルム(易接着層付))(帝人デュポン社製)を準備した。
(ポリシラザン膜形成用塗布液の調製)
キシレン 92質量部
ポリシラザン(アクアミカ クラリアント社製) 8質量部
触媒(アミン系) 0.08質量部
(ポリシラザン膜の形成方法)
準備したPETフィルムの易接着層上に図2に示す製造装置を使用し、調製したポリシラザン膜形成用塗布液をエクストルージョン型の塗布コーターを使用した押出し塗布方式で乾燥後の膜厚が300nmになる様に下記に示す条件で塗布し、引き続き、温度80℃で、1分間乾燥しポリシラザン膜を形成した。この後、図3(a)に示す表面改質装置を使用し、表1に示す様に、表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔP及び表面改質室の酸素濃度を変え、表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製し、試料No.101から115とした。帯状基材の搬送速度は5.0m/minとした。尚、比較試料として、同伴空気除去手段を使用しないで(表面改質室の内部の圧力を外気の圧力と同じにし)、表面改質室の内部の酸素濃度を変え、表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製し、比較試料No.116から119とした。
表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPは、表面改質室の内部に備えた差圧計により測定した値を示す。
表面改質室の内部の酸素濃度は、表面改質室の内部に真空紫外光源と帯状基材との隙間近傍の酸素濃度を測定出来る位置に備えた酸素濃度検出計により測定した値を示す。酸素濃度検出計としては低濃度ジルコニア式酸素濃度計OX400 横河電気株式会社製を使用した。
(塗布条件)
塗布速度:塗布速度5.0m/minとした。尚、表面改質室の内部の酸素ガス濃度の変化は図8に示す気体供給手段により、表面改質室へ供給する窒素ガス量を制御することで行った。又、表面改質室の内部の圧力は表面改質室への窒素ガスの供給量と、同伴空気除去手段としての排気ポンプによる同伴空気除去室の排気量との調整により調整した。
(表面改質条件)
真空紫外光源:Xeエキシマランプ(式会社エムディエキシマ製MEUT−1−330)
照射強度:100mW/cm
真空紫外光線源とポリシラザン膜の表面との距離:2mm
照射強度は、浜松ホトニクス(株)製 UV POWER METER C8026で測定した値を示す。
評価
作製した試料No.101から119に付き、セラミック膜の安定性の代用特性として水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキ、を以下に示す方法で観察し、以下に示す評価ランクに従って評価した結果を表1に示す。
水蒸気透過率の測定方法
以下の測定方法により評価した。
(装置) 蒸着装置:日本電子(株)製真空蒸着装置JEE−400
恒温恒湿度オーブン:Yamato Humidic ChamberIG47M
(原材料) 水分と反応して腐食する金属:カルシウム(粒状)
水蒸気不透過性の金属:アルミニウム(φ3mmから5mm、粒状)
<水蒸気バリア性評価方法>
試料の長さ方向の中央部分から5mを取り出し、巾手方向に均等に12mm×12mmの大きさで5箇所、長手方向に10cm間隔で12mm×12mmの大きさで10箇所を切り出した後、真空蒸着装置(日本電子製真空蒸着装置 JEE−400)を用い、バリアフィルム試料の蒸着させたい部分(12mm×12mm)以外をマスクし、金属カルシウムを蒸着させた。その後、真空状態のままマスクを取り去り、シート片側全面にアルミニウムをもう一つの金属蒸着源から蒸着させた。アルミニウム封止後、真空状態を解除し、速やかに乾燥窒素ガス雰囲気下で、厚さ0.2mmの石英ガラスに封止用紫外線硬化樹脂(ナガセケムテックス製)を介してアルミニウム封止側と対面させ、紫外線を照射することで、評価用セルを作製した。
得られた両面を封止した試料を60℃、90%RHの高温高湿下で保存し、特開2005−283561号公報 に記載の方法に基づき、金属カルシウムの腐蝕量からセル内に透過した水分量を計算し、以下の式よりバラツキA(%)を計算で求めた。
バラツキA(%)=((最高水蒸気透過率−最低水蒸気透過率)/平均水蒸気透過率)×100
水蒸気透過率のランク
5:水蒸気透過率1×10−3g/m/day未満
4:水蒸気透過率4×10−3g/m/day未満、1×10−3g/m/day以上
3:水蒸気透過率7×10−3g/m/day未満、4×10−3g/m/day以上
2:水蒸気透過率1×10−2g/m/day未満、7×10−3g/m/day以上
1:水蒸気透過率1×10−2g/m/day以上
水蒸気透過率のバラツキの評価ランク
◎:A≦5%
○:5%<A≦10%
△:10<A≦20%
×:A≧20%
*1:表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを示す。
同伴空気除去手段を使用して表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを+側とし、且つ酸素濃度10000ppm以下としてポリシラザン膜に真空紫外光を照射して表面改質しセラミックを形成した試料No.101から106、110から115は、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキは何れも優れた結果を示した。
同伴空気除去手段を使用して表面改質手段の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを+側とし、酸素濃度10000ppm以上としてポリシラザン膜に真空紫外光を照射して表面改質しセラミックを形成した試料No.107から109は、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキは何れも劣る結果を示した。
同伴空気除去手段を使用しないで(表面改質室の内部の圧力を外気の圧力と同じにし)、表面改質室の内部の酸素濃度を変えて、ポリシラザン膜に真空紫外光を照射して表面改質しセラミックを形成した試料No.116から119は、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキは何れも劣る結果を示した。本発明の有効性が確認された。
尚、ポリシラザン膜への真空紫外光の照射量を同じになる様に調整し、ポリシラザン膜を有する帯状基材の搬送速度を10m/min、20m/min、40m/minとしも同じ結果が得られた。
実施例2
以下に示す方法でポリシラザン膜を形成した後、真空紫外光を照射し表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製した。
(帯状基材の準備)
実施例1と同じ帯状基材を準備した。
(ポリシラザン膜形成用塗布液の調製)
実施例1と同じポリシラザン膜形成用塗布液を調製した。
(ポリシラザン膜形成方法)
準備した帯状基材の上に実施例1と同じ方法で、調製したポリシラザン膜形成用塗布液を塗布しポリシラザン膜を形成した。この後、図3(b)に示す表面改質装置を使用し、表2に示す様に同伴空気除去手段を使用しとして表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔP及び表面改質室の酸素濃度を変え表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製し、試料No.201から215とした。帯状基材の搬送速度は5.0m/minとした。尚、比較試料として、同伴空気除去手段を使用しないで(表面改質室の内部の圧力を外気の圧力と同じにし)、表面改質室の内部の酸素濃度を変え、表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製し、比較試料No.216から219とした。尚、第1真空紫外光照射手段によるポリシラザン膜への真空紫外光の照射量は第2真空紫外光照射手段のポリシラザン膜への真空紫外光の照射量に対しての60%とした。
尚、表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔP及び酸素ガス濃度の測定は実施例1と同じ方法で行った。
(塗布条件)
塗布速度:塗布速度5.0m/minとした。尚、表面改質室の内部の酸素ガス濃度の変化は図8に示す気体供給手段により、表面改質室へ供給する窒素ガス量を制御することで行った。又、表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差は、同伴空気除去手段として気体供給手段から表面改質室への窒素ガスの供給量と、同伴空気除去手段として排気ポンプによる同伴空気除去室の排気量との調整により調整した。
(表面改質条件)
第1真空紫外光照射手段
表面改質条件
真空紫外光:Xeエキシマランプ(式会社エムディエキシマ製MEUT−1−330)
照射強度:60mW/cm
真空紫外光源とポリシラザン膜の表面との距離:2mm
照射強度は、浜松ホトニクス(株)製 UV POWER METER C8026で測定した値を示す。
第2真空紫外光照射手段
表面改質条件
真空紫外光源:Xeエキシマランプ(式会社エムディエキシマ製MEUT−1−330)
照射強度:100mW/cm
真空紫外光源とポリシラザン膜の表面との距離:2mm
照射強度は、浜松ホトニクス(株)製 UV POWER METER C8026で測定した値を示す。
評価
作製した試料No.201から219に付き、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキを実施例1と同じ方法で測定し、実施例1と同じ評価ランクに従って評価した結果を表2に示す。
*1:表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを示す。
第1真空紫外光照射手段と第2真空紫外光照射手段との2つの真空紫外光照射手段を使用し、同伴空気除去手段を使用して表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを+側とし、且つ酸素濃度10000ppm以下としてポリシラザン膜に真空紫外光を照射して表面改質しセラミック膜を形成した試料No.201から206、210から215は、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキ何れも優れた結果を示した。
第1真空紫外光照射手段と第2真空紫外光照射手段との2つの真空紫外光照射手段を使用し、同伴空気除去手段として表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを+側とし、且つ酸素濃度10000ppm以上としてポリシラザン膜に真空紫外光を照射して表面改質しセラミック膜を形成した試料No.207から209は、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキ何れも劣る結果を示した。
同伴空気除去手段を使用しないで(表面改質室の内部の圧力を外気の圧力と同じにし)、表面改質室の内部の酸素濃度を変えて、ポリシラザン膜に真空紫外光を照射して表面改質しセラミックを形成した試料No.216から219は、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキ何れも劣る結果を示した。本発明の有効性が確認された。
参考例3
以下に示す方法でポリシラザン膜を形成した後、真空紫外光を照射し表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製した。
(帯状基材の準備)
実施例1と同じ帯状基材を準備した。
(ポリシラザン膜形成用塗布液の調製)
実施例1と同じポリシラザン膜形成用塗布液を調製した。
(ポリシラザン膜形成方法)
準備した帯状基材の上に実施例1と同じ方法で、調製したポリシラザン膜形成用塗布液を塗布しポリシラザン膜を形成した。この後、図4に示す表面改質装置を使用し、表3に示す様に同伴空気除去手段を使用して、帯状基材の搬送方向において表面改質室の上流側の第1同伴空気除去室と、下流側の第3同伴空気除去室の内部の圧力と外気の圧力との圧力差ΔP及び酸素濃度、表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室(第1同伴空気除去室、第3同伴空気除去室)の内部の圧力との圧力差ΔP及び酸素濃度を変え表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製し、試料No.301から316とした。帯状基材の搬送速度は5.0m/minとした。
(塗布条件)
塗布速度:塗布速度5.0m/minとした。尚、表面改質室の内部の酸素ガス濃度の変化は図8に示す気体供給手段により、表面改質室へ供給する窒素ガス量を制御することで行った。又、表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室(第1同伴空気除去室、第3同伴空気除去室)の内部の圧力との圧力差は表面改質室への窒素ガスの供給量と、同伴空気除去室(第1同伴空気除去室、第3同伴空気除去室)の排気量との調整により調整した。
尚、比較試料として、同伴空気除去手段を使用しないで(上流側の第1同伴空気除去室と、下流側の第3同伴空気除去室の内部の圧力と外気の圧力との圧力差ΔPを0とする)、表面改質を行い、セラミック膜を形成したフィルムを作製し、試料No.317から321とした。
尚、第1同伴空気除去室、第3同伴空気除去室の内部の圧力と外気の圧力と圧力差は、第1同伴空気除去室、第3同伴空気除去室に備えられた差圧計により測定した値を示す。表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室(第1同伴空気除去室、第3同伴空気除去室)の内部の圧力との圧力差は、及び酸素ガス濃度の測定は実施例1と同じ方法で行った。
(表面改質条件)
真空紫外光照射手段
表面改質条件
真空紫外光源:Xeエキシマランプ(式会社エムディエキシマ製MEUT−1−330)
照射強度:100mW/cm
真空紫外光源とポリシラザン膜の表面との距離:2mm
照射強度は、浜松ホトニクス(株)製 UV POWER METER C8026で測定した値を示す。
*1:第1同伴空気除去室及び第3同伴空気除去室
*2:同伴空気除去室の内部の圧力と外気の圧力との圧力差ΔPを示す。尚、上流側の第1同伴空気除去室と下流側の第3同伴空気除去室との内部の圧力と外気の圧力との圧力差ΔPは同じとした。
*3:表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室(第1同伴空気除去室、第3同伴空気除去室)の内部の圧力との圧力差ΔPを示す。
評価
作製した試料No.301から321に付き、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキを実施例1と同じ方法で測定し、同じ評価ランクに従って評価した結果を表4に示す。
帯状基材の搬送方向において表面改質室の上流側に第1同伴空気除去室と、第2同伴空気除去室と、下流側に第3同伴空気除去室、第4同伴空気除去室とを有する表面改質装置を使用し、同伴空気除去手段を使用して第1同伴空気除去室と第3同伴空気除去室の内部の圧力と外気の圧力との圧力差ΔPを+側とし、同伴空気除去手段の気体供給手段により気体供給量を変えることで第1同伴空気除去室、第3同伴空気除去室の内部の酸素濃度を10000ppm以下とし、表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室(第1同伴空気除去室、第3同伴空気除去室)の内部の圧力との圧力差ΔPを0とし、且つ酸素濃度10000ppm以下としてンイブポリシラザン膜に真空紫外光を照射して表面改質しセラミックを形成した試料No.301から306、310から316は、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキは何れも優れた結果を示した。
帯状基材の搬送方向において表面改質室の上流側に第1同伴空気除去室と、第2同伴空気除去室と、下流側に第3同伴空気除去室、第4同伴空気除去室とを有する表面改質装置を使用し、第1同伴空気除去室と第3同伴空気除去室の内部の圧力と外気の圧力との圧力差ΔPを+側とし、同伴空気除去手段気体供給手段により気体供給量を変えることで第1同伴空気除去室、第3同伴空気除去室の内部の酸素濃度を10000ppm以上とし、同伴空気除去手段を使用して表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去手段の気体供給手段により気体供給量を変えることで第1同伴空気除去室、第3同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを0とし、且つ酸素濃度10000ppm以上としてンイブポリシラザン膜に真空紫外光を照射して表面改質しセラミックを形成した試料No.307から309は、水蒸気透過率が劣る結果を示した。
同伴空気除去手段を使用しないで同伴空気除去室(第1同伴空気除去室、第3同伴空気除去室)の内部の圧力と外気の圧力との圧力差ΔPを0とし、表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去手段(第1同伴空気除去室、第3同伴空気除去室)の内部の圧力との圧力差ΔPを0とし、且つ同伴空気除去室(第1同伴空気除去室、第3同伴空気除去室)と、表面改質室の内部の酸素濃度を変えて作製した試料No.317から321は、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキ何れも劣る結果を示した。本発明の有効性が確認された。
実施例4
以下に示す方法でポリシラザン膜を形成した後、真空紫外光を照射し表面改質を行い、セラミック膜を形成したフィルムを作製した。
(帯状基材の準備)
実施例1と同じ帯状基材を準備した。
(ポリシラザン膜形成方法用塗布液の調製)
実施例1と同じポリシラザン膜形成用塗布液を調製した。
(ポリシラザン膜形成方法)
準備した帯状基材の上に実施例1と同じ方法で、調製したポリシラザン膜形成用塗布液を塗布しポリシラザン膜を形成した。この後、図5(b)に示す表面改質装置を使用し、表5に示す様に同伴空気除去手段を使用して、第1表面改質室及び第2表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔP及び酸素濃度を変え表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製し、試料No.401から424とした。帯状基材の搬送速度は5.0m/minとした。
尚、比較試料として、第1表面改質装置及び第2表面改質装置のどちらかの同伴空気除去手段を使用しないで(表面改質室の内部の圧力と外気の圧力との圧力差ΔPを0とする)、表面改質室の内部の酸素濃度を変え、表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製し、試料No.425から436とした。尚、第1表面改質装置での真空紫外光照射手段によるポリシラザン膜への真空紫外光の照射量は総照射量の60%とした。
尚、第1表面改質装置の表面改質室及び第2表面改質装置の表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差及び酸素ガス濃度の測定は実施例1と同じ方法で行った。
(塗布条件)
塗布速度:塗布速度5.0m/minとした。尚、第1表面改質装置の表面改質室及び第2表面改質装置の表面改質室の内部の酸素ガス濃度の変化は図8に示す気体供給手段により、第1表面改質装置の表面改質室及び第2表面改質装置の表面改質室へ供給する窒素ガス量を制御することで行った。又、第1表面改質装置の表面改質室及び第2表面改質装置の表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差は第1表面改質装置の表面改質室及び第2表面改質装置の表面改質室への窒素ガスの供給量と、同伴空気除去室の排気量との調整により調整した。
(表面改質条件)
第1表面改質装置の表面改質室の真空紫外光照射手段
真空紫外光源:Xeエキシマランプ(式会社エムディエキシマ製MEUT−1−330)
照射強度:100mW/cm
真空紫外光源とポリシラザン膜の表面との距離:2mm
照射強度は、浜松ホトニクス(株)製 UV POWER METER C8026で測定した値を示す。
第2表面改質装置の表面改質室の真空紫外光照射手段
真空紫外光源:Xeエキシマランプ(式会社エムディエキシマ製MEUT−1−330)
照射強度:100mW/cm
真空紫外光源とポリシラザン膜の表面との距離:2mm
照射強度は、浜松ホトニクス(株)製 UV POWER METER C8026で測定した値を示す。
*1:第1表面改質室装置の表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを示す。
*2:第2表面改質装置の表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを示す。
評価
作製した試料No.401から436に付き、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキを実施例1と同じ方法で測定し、実施例1と同じ評価ランクに従って評価した結果を表6に示す。
第1表面改質装置と第2表面改質装置とを使用し、表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを+側とし、且つ表面改質室の酸素濃度10000ppm以下としてポリシラザン膜に真空紫外光を照射して表面改質しセラミックを形成した試料No.401から405、409から417、421から424は、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキ、何れも優れた結果を示した。
第1表面改質装置と第2表面改質装置とを使用し、表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを+側とし、且つ第1表面改質装置の表面改質室の酸素濃度10000ppm以上としてポリシラザン膜に真空紫外光を照射して表面改質しセラミックを形成した試料No.406から408、及び第2表面改質装置の表面改質室の酸素濃度10000ppm以上としてポリシラザン膜に真空紫外光を照射して表面改質しセラミックを形成した試料No.418から420は、水蒸気透過率が劣る結果を示した。
第1表面改質装置と第2表面改質装置とを使用し、第1表面改質装置の同伴空気除去手段を使用しないで、第2表面改質装置は同伴空気除去手段を使用し、第2表面改質装置の表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを+側とし、且つ第2表面改質手段の表面改質室の酸素濃度10000ppm以下として作製した試料No.425から428は、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキ、何れも劣る結果を示した。
第1表面改質装置と第2表面改質装置とを使用し、第2表面改質装置の同伴空気除去手段を使用しないで、第1表面改質装置は同伴空気除去手段を使用し、第1表面改質装置の表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを+側とし、且つ第1表面改質手段の表面改質室の酸素濃度10000ppm以下として作製した試料No.429から432は、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキ、何れも劣る結果を示した。
第1表面改質装置及び第2表面改質装置の同伴空気除去手段を使用しないで、第1表面改質装置の表面改質室及び第2表面改質装置の表面改質室の酸素濃度を変えて作製した試料No.433から436は、水蒸気透過率のバラツキが劣る結果を示した。本発明の有効性が確認された。
実施例5
以下に示す方法でポリシラザン膜を形成した後、真空紫外光を照射し表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製した。
(帯状基材の準備)
実施例1と同じ帯状基材を準備した。
(ポリシラザン膜形成用塗布液の調製)
実施例1と同じポリシラザン膜形成用塗布液を調製した。
(表面改質装置の準備)
図3(a)に示す表面改質装置の帯状基材の搬送方向において上流側に、同伴空気除去手段として気体供給手段に繋がった気体供給管を有する第1不活性ガス供給室、第2不活性ガス供給室、第3不活性ガス供給室を有する図7(a)に示す同伴空気除去室を連続して配設し表面改質装置とした。
(ポリシラザン膜形成方法)
準備した帯状基材の上に実施例1と同じ方法で、調製したポリシラザン膜形成用塗布液を塗布しポリシラザン膜を形成した。この後、準備した表面改質装置を使用し、表7に示す様に同伴空気除去室の第1不活性ガス供給室、第2不活性ガス供給室、第3不活性ガス供給室の酸素濃度、及び表面改質室の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差及び酸素濃度を変え表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製し、試料No.501から505とした。帯状基材の搬送速度は5.0m/minとした。
尚、第1不活性ガス供給室、第2不活性ガス供給室、第3不活性ガス供給室及び表面改質室の酸素濃度の測定は実施例1と同じ方法により測定した。又、表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差の測定は実施例1と同じ方法により測定した。
(塗布条件)
塗布速度:塗布速度5.0m/minとした。尚、第1不活性ガス供給室、第2不活性ガス供給室、第3不活性ガス供給室及び表面改質室の酸素濃度の調整は図8に示す気体供給手段により供給する窒素ガス量を制御することで行った。又、表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差は表面改質室への窒素ガスの供給量と、同伴空気除去室の排気量との調整により調整した。
(表面改質条件)
表面改質室の真空紫外光照射手段
真空紫外光源:Xeエキシマランプ(式会社エムディエキシマ製MEUT−1−330)
照射強度:100mW/cm
真空紫外光源とポリシラザン膜の表面との距離:2mm
照射強度は、浜松ホトニクス(株)製 UV POWER METER C8026で測定した値を示す。
*1:表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを示す。
評価
作製した試料No.501から505に付き、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキを実施例1と同じ方法で測定し、実施例1と同じ評価ランク従って評価した結果を表8に示す。


帯状基材の搬送方向において表面改質装置の同伴空気除去室の上流側に同伴空気除去手段として複数の不活性ガス供給室を設けて同伴空気を除去して作製した試料No.501から505は、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキ、何れも優れた結果を示した。本発明の有効性が確認された。
実施例6
以下に示す方法でポリシラザン膜を形成した後、真空紫外光を照射し表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製した。
(帯状基材の準備)
実施例1と同じ帯状基材を準備した。
(ポリシラザン膜形成用塗布液の調製)
実施例1と同じポリシラザン膜形成用塗布液を調製した。
(表面改質装置の準備)
図3(a)に示す表面改質装置の帯状基材の搬送方向において上流側に図7(b)に示す同伴空気除去手段として、第1吸引ノズル、第2吸引ノズルを配設し表面改質装置とした。
(ポリシラザン膜の形成方法)
準備した帯状基材の上に実施例1と同じ方法で、調製したポリシラザン膜形成用塗布液を塗布しポリシラザン膜を形成した。この後、準備した表面改質装置を使用し、表9に示す様に同伴空気除去手段の第1吸引ノズル、第2吸引ノズルの吸引力、及び表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差及び表面改質室の内部の酸素濃度を変え表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製し、試料No.601から605とした。帯状基材の搬送速度は5.0m/minとした。
尚、表面改質室の酸素濃度の測定は実施例1と同じ方法により測定した。又、表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差の測定は実施例1と同じ方法により測定した。
表面改質室の酸素濃度の調整は図7に示す気体供給手段により供給する窒素ガス量を制御することで行った。又、表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差の調整は実施例1と同じ方法により調整した。
第1吸引ノズル、第2吸引ノズルの吸引力の調整は、吸引ポンプの吸引力を調整することで行った。
*1:表面改質室の内部の圧力と同伴空気除去室の内部の圧力との圧力差ΔPを示す。
評価
作製した試料No.601から605に付き、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキを実施例1と同じ方法で測定し、実施例1と同じ評価ランクに従って評価した結果を表10に示す。
帯状基材の搬送方向において表面改質装置の同伴空気除去室の上流側に同伴空気除去手段として、第1吸引ノズル、第2吸引ノズルを設けて同伴空気を除去し、表面改質室内の酸素濃度を40000ppmとして作成した試料No.601は水蒸気透過率のバラツキが劣る結果を示した。
帯状基材の搬送方向において表面改質装置の同伴空気除去室の上流側に同伴空気除去手段として、第1吸引ノズル、第2吸引ノズルを設けて同伴空気を除去し、表面改質室内の酸素濃度を10000ppm以下として作製した試料No.602から605は、水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキ、何れも優れた結果を示した。本発明の有効性が確認された。
尚、吸引ノズルを不活性ガス吹き付け手段として使用しても同じ効果が得られた。又、図6(c)に示す同伴空気除去手段を使用しても同じ結果が得られた。
実施例7
実施例1で作製した試料No.115を作製する時、表10に示す様に基材の厚さを10μmから100μm、真空紫外光源との距離2mmから5mm変えて表面改質を行った他は、試料No.115と同じ条件で表面改質を行いセラミック膜を形成したフィルムを作製し、試料No.701から704とした。尚、表面改質室の酸素濃度の調整は図7に示す気体供給手段により供給する窒素ガス量を制御することで行った。又、表面改質室の内部の圧力は実施例1と同じ方法により調整した。真空紫外光源と帯状基材の距離の変化は、真空紫外光照射手段に帯状基材と、真空紫外光源との距離を調整する手段を設けることで行った。
評価
作製した試料No.701から704に付き、実施例1と同じ水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキを実施例1と同じ方法で測定し、実施例1と同じ評価ランクに従って評価した結果、基材と真空紫外光源との距離が好ましい間隔に設定することで水蒸気透過率、水蒸気透過率のバラツキ、何れも優れた結果を示した。
1a、1b、1c フィルム
1a1、1b1、1c1、301 帯状基材
1a2、1b3、1c3 セラミック膜
1b2 アンカーコート層
1c2 応力緩和層
2 製造工程
6 表面改質工程
6a、6′a、6″a、8 表面改質装置
6a1、6′a1、6″a1、8a、9a1、10a 表面改質室
6a2、6a3、6′a2、6′a3、6″a3、6″a5、9a2、9a3、6″a2、6″a4 同伴空気除去室
6b、6″b、9b、10c 真空紫外光照射手段
6′b1 第1真空紫外光照射手段
6′b2 第2真空紫外光照射手段
401、8c、10c バックロール
9a 第1表面改質装置
10 第2表面改質装置
12、13、14 同伴空気除去手段
12a 不活性ガス供給室
13a 第1吸引ノズル
13b 第2吸引ノズル
14a、14b 吸引装置
15 気体供給手段
15a 不活性ガスタンク
15b 酸素ガスタンク
15c 制御装置

Claims (10)

  1. 連続搬送する帯状基材の上にポリシラザン組成物を含む塗布液を塗布して塗膜を形成する塗布工程と、前記塗布工程の後、前記塗膜に真空紫外光を照射して表面改質を行う表面改質工程とを有するセラミック膜形成方法であって
    前記表面改質工程において、真空紫外光照射手段を有し、且つ酸素濃度が10000ppm以下である表面改質室及び前記表面改質室に隣接する同伴空気除去手段を有する同伴空気除去室を備えた表面改質装置を複数使用し、
    使用するすべての前記表面改質装置において、前記同伴空気除去手段が、前記同伴空気除去室の圧力を前記表面改質室の圧力よりも高く、又は低く制御することを特徴とするセラミック膜形成方法。
  2. 連続搬送する帯状基材の上にポリシラザン組成物を含む塗布液を塗布して塗膜を形成する塗布工程と、前記塗布工程の後、前記塗膜に真空紫外光を照射して表面改質を行う表面改質工程とを有するセラミック膜形成方法であって、
    前記表面改質工程において、真空紫外光照射手段を有し、且つ酸素濃度が10000ppm以下である表面改質室及び前記表面改質室に隣接する同伴空気除去手段を有する同伴空気除去室を備えた表面改質装置を1つ使用し、
    前記同伴空気除去手段が、前記同伴空気除去室の圧力と前記表面改質室の圧力との圧力差ΔPを8Pa以上100Pa以下に制御することを特徴とするセラミック膜形成方法。
  3. 前記帯状基材の搬送方向において、前記同伴空気除去室は、前記表面改質室よりも上流側に備えられていることを特徴とする請求項1又は2に記載のセラミック膜形成方法。
  4. 前記真空紫外光照射手段は、前記帯状基材と該真空紫外光照射手段との距離を調整する調整手段を有していることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のセラミック膜形成方法。
  5. 前記帯状基材の搬送速度が、5m/minから40m/minであることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載のセラミック膜形成方法。
  6. 連続搬送する帯状基材の上にポリシラザン組成物を含む塗布液を塗布して塗膜を形成する塗布工程と、前記塗布工程の後、前記塗膜に真空紫外光を照射して表面改質を行う表面改質工程とを有するセラミック膜形成方法に使用するセラミック膜形成装置であって、
    真空紫外光照射手段を有し、且つ酸素濃度が10000ppm以下である表面改質室及び前記表面改質室に隣接する同伴空気除去手段を有する同伴空気除去室を備えた表面改質装置を複数有し、
    すべての前記表面改質装置において、前記同伴空気除去手段が、前記同伴空気除去室の圧力を前記表面改質室の圧力よりも高く、又は低く制御することを特徴とするセラミック膜形成装置。
  7. 連続搬送する帯状基材の上にポリシラザン組成物を含む塗布液を塗布して塗膜を形成する塗布工程と、前記塗布工程の後、前記塗膜に真空紫外光を照射して表面改質を行う表面改質工程とを有するセラミック膜形成方法に使用するセラミック膜形成装置であって、
    真空紫外光照射手段を有し、且つ酸素濃度が10000ppm以下である表面改質室及び前記表面改質室に隣接する同伴空気除去手段を有する同伴空気除去室を備えた表面改質装置を1つ有し、
    前記同伴空気除去手段が、前記同伴空気除去室の圧力と前記表面改質室の圧力との圧力差ΔPを8Pa以上100Pa以下に制御することを特徴とするセラミック膜形成装置。
  8. 前記帯状基材の搬送方向において、前記同伴空気除去室は、前記表面改質室よりも上流側に備えられていることを特徴とする請求項6又は7に記載のセラミック膜形成装置。
  9. 前記真空紫外光照射手段は、前記帯状基材と該真空紫外光照射手段との距離を調整する調整手段を有していることを特徴とする請求項6から8の何れか1項に記載のセラミック膜形成装置。
  10. 前記帯状基材の搬送速度が、5m/minから40m/minであることを特徴とする請求項6から9の何れか1項に記載のセラミック膜形成装置。
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