JP5861376B2 - Gas barrier film, method for producing gas barrier film, and electronic device having gas barrier film - Google Patents

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本発明は、ガスバリア性フィルム、ガスバリア性フィルムの製造方法、及びガスバリア性フィルムを有する電子デバイスに関する。   The present invention relates to a gas barrier film, a method for producing a gas barrier film, and an electronic device having the gas barrier film.

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作製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。
Conventionally, a gas barrier film in which a metal oxide thin film such as aluminum oxide, magnesium oxide, or silicon oxide is formed on the surface of a plastic substrate or film is used for packaging goods and foods that require blocking of various gases such as water vapor and oxygen. It is widely used in packaging applications to prevent the alteration of industrial products and pharmaceuticals.
In addition to packaging applications, it is used in liquid crystal display elements, solar cells, organic electroluminescence (EL) substrates, and the like.

この様なガスバリア性フィルムを作製する方法として、金属や酸化物などを蒸発させて基板上に成膜する物理蒸着法(PVD法)や、目的とする薄膜の成分を含む原料ガス(例えばテトラエトキシシラン(TEOS)に代表される有機ケイ素化合物など)を供給し、基板表面あるいは気相での化学反応により膜を堆積する化学蒸着法(CVD法)、半導体レーザーなどを用いて例えば金属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などが知られている。   As a method for producing such a gas barrier film, a physical vapor deposition method (PVD method) in which a metal, an oxide, or the like is evaporated to form a film on a substrate, or a raw material gas containing a target thin film component (for example, tetraethoxy). For example, metal Si is vaporized using a chemical vapor deposition method (CVD method) in which a film is deposited by a chemical reaction in the surface of the substrate or in the gas phase, and a semiconductor laser. In addition, a sputtering method for depositing on a substrate in the presence of oxygen is known.

CVD法には、化学反応の制御に熱を用いる熱CVD法や、プラズマを用いて原料ガスの原子や分子を励起・反応させるプラズマCVD法などがあるが、低い温度でも、より緻密な薄膜を高速成膜できるプラズマCVD法がより一般的と言える。なかでも、大気圧下でプラズマを発生し大気圧下で成膜する大気圧プラズマCVD法は、真空下プロセスに比べてより生産性を向上できる方法として注目される。   CVD methods include thermal CVD methods that use heat to control chemical reactions, and plasma CVD methods that use plasma to excite and react the atoms and molecules of the source gas. It can be said that a plasma CVD method capable of forming a film at a high speed is more general. In particular, the atmospheric pressure plasma CVD method in which plasma is generated under atmospheric pressure and a film is formed under atmospheric pressure is attracting attention as a method capable of improving productivity more than in a vacuum process.

このような蒸着法により形成した無機膜は、経時による組成変化が少なく、安定性の高い膜である反面、平滑性が乏しく、ピンホールなどの欠陥を含むため、単独膜で十分なガスバリア性を得ることは困難とされてきた。   An inorganic film formed by such an evaporation method is a highly stable film with little compositional change over time, but it has poor smoothness and includes defects such as pinholes. It has been difficult to obtain.

このような課題に対し、特許文献1〜5では、蒸着膜上に塗布型ポリシラザン転化膜を積層することで、平坦化、欠陥修復を狙った技術を開示している。   For such problems, Patent Documents 1 to 5 disclose techniques aiming at planarization and defect repair by laminating a coating-type polysilazane conversion film on a vapor deposition film.

しかしながら、いずれの公知例においても、ポリシラザンは加熱転化しており、得られる無機膜は恐らくシラノール基を多く含むシリカ膜となっているため、十分なバリア性は得られないと考えられる。よって、ポリシラザン転化膜は平坦化保護層として主に機能していると考えられる。   However, in any known example, polysilazane is converted by heating, and the resulting inorganic film is probably a silica film containing a large amount of silanol groups, so that it is considered that sufficient barrier properties cannot be obtained. Therefore, it is considered that the polysilazane conversion film functions mainly as a planarization protective layer.

そのため、実質的なバリア層は蒸着膜が担っていると考えられるが、十分なバリア性を得るために必要な程度の緻密性を蒸着膜で得るためには、超低速度かつ、ある程度以上の膜厚での堆積が必要となり、低コスト化が極めて困難な状況となっている。   Therefore, it is considered that the vapor deposition film is responsible for the substantial barrier layer. However, in order to obtain the denseness necessary for obtaining a sufficient barrier property with the vapor deposition film, an ultra-low speed and a certain level or more are required. Deposition with a film thickness is required, and cost reduction is extremely difficult.

一方、ポリシラザン塗布膜を真空紫外光(VUV光)照射で転化したバリア層は、緻密で高いバリア性を有する上、CVD法等で形成した膜より欠陥が少なく、平坦化できるため、優れたバリアフィルムを形成できる方法として近年検討されるようになってきた。
例えば、特許文献6では、ポリシラザン塗布膜を真空紫外線処理により転化したバリア層を積層することでガスバリア性フィルムを形成する技術を開示している。
On the other hand, a barrier layer obtained by converting a polysilazane coating film by irradiation with vacuum ultraviolet light (VUV light) has a dense and high barrier property, and has fewer defects than a film formed by a CVD method or the like, and can be flattened. In recent years, a method for forming a film has been studied.
For example, Patent Document 6 discloses a technique for forming a gas barrier film by laminating a barrier layer obtained by converting a polysilazane coating film by vacuum ultraviolet treatment.

しかしながら、開示されている作成方法では、1層あたりの真空紫外線照射時間が1分〜5分と長時間な上に塗布及び照射を繰り返し行う必要があり、ロール・トゥ・ロールの様な連続生産を考えた場合、とても生産性が高いとは言えず、低コスト化は極めて困難と言える。さらに、特許文献6では、樹脂基材上に直接ポリシラザン転化膜を設けているため、湿熱安定性、屈曲耐性などの安定性が十分とは言えない。   However, in the disclosed production method, it is necessary to repeatedly apply and irradiate the vacuum ultraviolet ray irradiation time per layer as 1 to 5 minutes, and continuous production such as roll-to-roll. Therefore, it cannot be said that productivity is very high, and cost reduction is extremely difficult. Furthermore, in Patent Document 6, since a polysilazane conversion film is directly provided on a resin base material, it cannot be said that stability such as wet heat stability and bending resistance is sufficient.

また、ポリシラザン転化膜のみで構成されたガスバリア性フィルムは、水蒸気を透過し始めてから、ある点で急激にバリア性が劣化してしまいバリア性を失ってしまうことが、発明者らによって行ったCa法によるバリア性評価や有機デバイス素子評価で確認されており、安定なガスバリア性フィルムを得る上での大きな課題となっている。   In addition, the gas barrier film composed only of the polysilazane conversion film starts to permeate water vapor, and at a certain point, the barrier property rapidly deteriorates and loses the barrier property. It has been confirmed by the barrier property evaluation by the method and the organic device element evaluation, which is a big problem in obtaining a stable gas barrier film.

急激にバリア性が劣化しない安定なガスバリア性フィルムを得るためには、柔軟な樹脂基材上に良好な膜質で改質されたポリシラザン転化バリア層を安定に保持できるような層構成が求められるが、これまで十分に検討されてこなかったのが実状である。   In order to obtain a stable gas barrier film in which the barrier property does not deteriorate rapidly, a layer structure that can stably hold a polysilazane conversion barrier layer modified with good film quality on a flexible resin substrate is required. The reality is that it has not been fully studied so far.

特開2003−118030号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-118030 特開2008−235165号公報JP 2008-235165 A 特開平8−281861号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-281186 特開平9−70917号公報JP-A-9-70917 特開平11−151774号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-151774 特開2009−255040号公報JP 2009-255040 A

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、高いガスバリア性能と高いガスバリア性能安定性(湿熱耐性、屈曲耐性)を達成できるガスバリア性フィルムと、ガスバリア性フィルムの製造方法、及び該ガスバリア性フィルムを用いた電子デバイスを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a gas barrier film capable of achieving high gas barrier performance and high gas barrier performance stability (wet heat resistance, bending resistance), a method for producing the gas barrier film, and An object of the present invention is to provide an electronic device using the gas barrier film.

本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
1、樹脂基材上に、スパッタ法により膜厚方向へエッチングを行った際の相対エッチングレートが、ポリシラザンの熱酸化膜のエッチングレートを1.0とした時に、1)1.0以上3.0以下である、蒸着膜からなる第1の応力緩和層と、2)1.1以上2.5以下である、ポリシラザンを含有した塗布膜を改質処理したバリア層と、3)1.0以上3.0以下である保護層とをこの順に有し、
前記ポリシラザンの熱酸化膜は、パーヒドロポリシラザン(PHPS)の20質量%ジブチルエーテル溶液である、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製アクアミカ NN120−20と、アミン触媒(N,N,N′,N′−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキサン)を5質量%含有するNAX120−20とを混合することで、パーヒドロポリシラザン(PHPS)濃度に対してアミン触媒の含有量が1.0質量%になるように調整した後、ジブチルエーテル溶媒にて10質量%に希釈した液を用いてスピンコート法により塗布後、得られた塗膜を80℃、1分で乾燥し、乾燥後膜厚150nmのパーヒドロポリシラザン含有層を作製し、乾燥後の当該パーヒドロポリシラザン含有層を湿度90%RH下、80℃にて5分間処理した後、更に100℃の真空オーブン中で8時間乾燥することで、ポリシラザンが酸化ケイ素を主成分とする膜に転化された層であることを特徴とする、ガスバリア性フィルム。
2、前記第1の応力緩和層の該相対エッチングレートが1.5以上3.0以下であり、さらに前記第1の応力緩和層及び前記バリア層と接する該相対エッチングレートが1.0以上1.4以下である第2の応力緩和層を有することを特徴とする、前記1に記載のガスバリア性フィルム。
3、樹脂基材上に、スパッタ法により膜厚方向へエッチングを行った際の相対エッチングレートが、ポリシラザンの熱酸化膜のエッチングレートを1.0とした時に、1)1.0以上3.0以下である第1の応力緩和層を蒸着により形成する工程と、2)1.1以上2.5以下であるバリア層を、ポリシラザンを含有した塗布膜を改質処理することにより形成する工程と、3)1.0以上3.0以下である保護層を形成する工程とをこの順に有し、
前記ポリシラザンの熱酸化膜は、パーヒドロポリシラザン(PHPS)の20質量%ジブチルエーテル溶液である、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製アクアミカ NN120−20と、アミン触媒(N,N,N′,N′−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキサン)を5質量%含有するNAX120−20とを混合することで、パーヒドロポリシラザン(PHPS)濃度に対してアミン触媒の含有量が1.0質量%になるように調整した後、ジブチルエーテル溶媒にて10質量%に希釈した液を用いてスピンコート法により塗布後、得られた塗膜を80℃、1分で乾燥し、乾燥後膜厚150nmのパーヒドロポリシラザン含有層を作製し、乾燥後の当該パーヒドロポリシラザン含有層を湿度90%RH下、80℃にて5分間処理した後、更に100℃の真空オーブン中で8時間乾燥することで、ポリシラザンが酸化ケイ素を主成分とする膜に転化された層であるガスバリア性フィルムの製造方法。
4、前記第1の応力緩和層の該相対エッチングレートが1.5以上3.0以下であり、さらに前記第1の応力緩和層を形成する工程の後、前記相対エッチングレートが1.0以上1.4以下である第2の応力緩和層を蒸着により形成する工程を有することを特徴とする前記3に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
5、前記3又は4に記載のガスバリア性フィルムの製造方法において、
前記第1あるいは第2の応力緩和層を形成する際の蒸着時における成膜速度が0.1nm/秒〜30nm/秒であることを特徴とする、前記3又は4に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
6、前記3〜5に記載のガスバリア性フィルムの製造方法において、ポリシラザンを含有した塗布膜の改質処理が真空紫外線照射処理であることを特徴とする、前記3〜5に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
7、前記3〜6に記載のガスバリア性フィルムの製造方法において、前記第1あるいは第2の応力緩和層をCVD法で形成することを特徴とする、前記3〜6に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
8、前記1〜2に記載のガスバリア性フィルムで封止したことを特徴とする有機電子デバイス。
The above object of the present invention is achieved by the following configurations.
1. When the relative etching rate on the resin base material in the film thickness direction by sputtering is 1.0, the etching rate of the polysilazane thermal oxide film is 1.0. A first stress relaxation layer made of a vapor deposition film that is 0 or less; 2) a barrier layer that is a modification of a coating film containing polysilazane that is 1.1 to 2.5; and 3) 1.0 and a protective layer is equal to or greater than 3.0 or less possess in this order,
The thermal oxidation film of the polysilazane is a 20 mass% dibutyl ether solution of perhydropolysilazane (PHPS), AQUAMICA NN120-20 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd., and an amine catalyst (N, N, N ′, N ′). -By mixing with NAX120-20 containing 5% by mass of tetramethyl-1,6-diaminohexane), the amine catalyst content becomes 1.0% by mass with respect to the perhydropolysilazane (PHPS) concentration. After adjusting so that the coating film was applied by spin coating using a solution diluted to 10% by mass with a dibutyl ether solvent, the resulting coating film was dried at 80 ° C. for 1 minute, and after drying, a film thickness of 150 nm was obtained. A hydropolysilazane-containing layer was prepared, and the perhydropolysilazane-containing layer after drying was treated at 80 ° C. for 5 minutes under a humidity of 90% RH. A gas barrier film characterized in that it is a layer in which polysilazane is converted into a film mainly composed of silicon oxide by further drying in a vacuum oven at 100 ° C. for 8 hours .
2. The relative etching rate of the first stress relaxation layer is 1.5 or more and 3.0 or less, and the relative etching rate in contact with the first stress relaxation layer and the barrier layer is 1.0 or more and 1 The gas barrier film as described in 1 above, having a second stress relaxation layer of .4 or less.
3. When the etching rate of the thermal oxidation film of polysilazane is 1.0 on the basis of the relative etching rate when the resin base material is etched in the film thickness direction by sputtering, 1) 1.0 or more. A step of forming a first stress relaxation layer of 0 or less by vapor deposition, and 2) a step of forming a barrier layer of 1.1 or more and 2.5 or less by modifying a coating film containing polysilazane. If, possess and forming a protective layer is 3) 1.0 to 3.0 in this order,
The thermal oxidation film of the polysilazane is a 20 mass% dibutyl ether solution of perhydropolysilazane (PHPS), AQUAMICA NN120-20 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd., and an amine catalyst (N, N, N ′, N ′). -By mixing with NAX120-20 containing 5% by mass of tetramethyl-1,6-diaminohexane), the amine catalyst content becomes 1.0% by mass with respect to the perhydropolysilazane (PHPS) concentration. After adjusting so that the coating film was applied by spin coating using a solution diluted to 10% by mass with a dibutyl ether solvent, the resulting coating film was dried at 80 ° C. for 1 minute, and after drying, a film thickness of 150 nm was obtained. A hydropolysilazane-containing layer was prepared, and the perhydropolysilazane-containing layer after drying was treated at 80 ° C. for 5 minutes under a humidity of 90% RH. Then, the manufacturing method of the gas-barrier film which is a layer by which polysilazane was converted into the film | membrane which has a silicon oxide as a main component by further drying in a 100 degreeC vacuum oven for 8 hours .
4. The relative etching rate of the first stress relaxation layer is 1.5 or more and 3.0 or less, and after the step of forming the first stress relaxation layer, the relative etching rate is 1.0 or more. 4. The method for producing a gas barrier film as described in 3 above, further comprising a step of forming a second stress relaxation layer of 1.4 or less by vapor deposition.
5, In the method for producing a gas barrier film according to 3 or 4,
5. The gas barrier film according to 3 or 4 above, wherein a film formation rate at the time of vapor deposition when forming the first or second stress relaxation layer is 0.1 nm / second to 30 nm / second. Production method.
6. The method for producing a gas barrier film as described in 3 to 5 above, wherein the modification treatment of the coating film containing polysilazane is a vacuum ultraviolet ray irradiation treatment. Manufacturing method.
7. The method for producing a gas barrier film according to 3 to 6, wherein the first or second stress relaxation layer is formed by a CVD method in the method for producing a gas barrier film according to 3 to 6. Production method.
8. An organic electronic device characterized by being sealed with the gas barrier film described in 1-2 above.

本発明により、生産性が高く、高いガスバリア性能と高いガスバリア性能安定性を達成できるガスバリア性フィルム、ガスバリア性フィルムの製造方法、及び該ガスバリア性フィルムを用いた電子デバイスを提供することができた。   According to the present invention, a gas barrier film capable of achieving high gas barrier performance and high gas barrier performance stability, a method for producing the gas barrier film, and an electronic device using the gas barrier film can be provided.

バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子を有する太陽電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the solar cell which has a bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element. タンデム型のバルクへテロジャンクション層を備える有機光電変換素子を有する太陽電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the solar cell which has an organic photoelectric conversion element provided with a tandem type bulk heterojunction layer. タンデム型のバルクへテロジャンクション層を備える有機光電変換素子を有する太陽電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the solar cell which has an organic photoelectric conversion element provided with a tandem type bulk heterojunction layer. 本発明に係るガスバリア性フィルムの構成を示す断面図の一例である。It is an example of sectional drawing which shows the structure of the gas barrier film which concerns on this invention. 本発明に係るガスバリア性フィルムの構成を示す断面図の一例である。It is an example of sectional drawing which shows the structure of the gas barrier film which concerns on this invention.

以下、本発明を詳細に説明する。
急激にガスバリア性が劣化しない安定なガスバリア性フィルムを得るためには、柔軟な樹脂基材上に良好な膜質で改質されたポリシラザン転化バリア層を安定に保持できるような構成が必須であることが、発明者の検討により分かった。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In order to obtain a stable gas barrier film that does not rapidly deteriorate in gas barrier properties, it is essential to have a structure that can stably hold a polysilazane conversion barrier layer modified with good film quality on a flexible resin substrate. However, it was found by the inventors' investigation.

このような構成としては、基材及びバリア層との密着性が良好で、バリア層に蓄積された内部応力を緩和し、バリア層形成時に基材側からの水分を適度に遮断できる応力緩和層と、湿熱下、屈曲時、素子作製工程時などにバリア層にかかるストレスから守る保護層が必須であり、また、これらの機能が湿熱下でも劣化しないことが必要条件であることが分かった。   As such a configuration, the stress relaxation layer has good adhesion to the base material and the barrier layer, relaxes internal stress accumulated in the barrier layer, and can appropriately block moisture from the base material side when forming the barrier layer. It has been found that a protective layer that protects against stress applied to the barrier layer at the time of bending under heat and humidity, the element manufacturing process, etc. is essential, and that these functions are not deteriorated even under wet heat.

よって、安定性の高いバリアフィルムを得るためには、本発明のように、ポリシラザン転化バリア層の下層に蒸着膜からなる応力緩和層、上層に保護層を設け、さらに本発明者らの鋭意検討により、理由は明らかではないが、スパッタ法により膜厚方向へエッチングを行った際の相対エッチングレートが、SiO2熱酸化膜のエッチングレートを1.0とした時に、特定の値を有する応力緩和層、バリア層及び保護層を設ければよいことが分かった。 Therefore, in order to obtain a highly stable barrier film, as in the present invention, a stress relaxation layer composed of a vapor deposition film is provided in the lower layer of the polysilazane conversion barrier layer, and a protective layer is provided in the upper layer. However, the reason is not clear, but the stress relaxation has a specific value when the etching rate of the SiO 2 thermal oxide film is set to 1.0 when the etching is performed in the film thickness direction by the sputtering method. It has been found that a layer, a barrier layer, and a protective layer may be provided.

本発明の蒸着膜からなる応力緩和層あるいは保護層は、高速堆積が可能なため、低コスト化も達成できる。
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
Since the stress relaxation layer or protective layer made of the vapor deposition film of the present invention can be deposited at high speed, the cost can be reduced.
Hereinafter, the present invention, its components, and embodiments for carrying out the present invention will be described in detail.

《ガスバリア性フィルム及びガスバリア性フィルムの製造方法》
本発明のガスバリア性フィルム及びガスバリア性フィルムの製造方法について説明する。
本発明のガスバリア性フィルムは、樹脂基材上に、スパッタ法により膜厚方向へエッチングを行った際の相対エッチングレートが、SiO2熱酸化膜のエッチングレートを1.0とした時に、1)1.0以上3.0以下である、蒸着膜からなる応力緩和層と、2)1.1以上2.5以下である、ポリシラザンを含有した塗布膜を改質処理したバリア層と、3)1.0以上3.0以下である保護層とをこの順に有することを特徴とする。
<< Gas barrier film and method for producing gas barrier film >>
The gas barrier film of the present invention and the method for producing the gas barrier film will be described.
The gas barrier film of the present invention is 1) when the etching rate of the SiO 2 thermal oxide film is 1.0 on the resin base material when the etching is performed in the film thickness direction by sputtering. A stress relaxation layer made of a vapor deposition film that is 1.0 or more and 3.0 or less, 2) a barrier layer obtained by modifying a coating film containing polysilazane that is 1.1 or more and 2.5 or less, and 3) It has the protective layer which is 1.0 or more and 3.0 or less in this order.

本発明のガスバリア性フィルムの製造方法としては、ガスバリア層の形成において、ポリシラザン、好ましくはパーヒドロポリシラザンを含有した塗布膜を前記蒸着膜からなる応力緩和層上に設けた後、改質処理(転化処理ともいう)を施すことでバリア層を形成することを特徴とする。
さらに、前記改質処理は、紫外線照射処理であることが好ましい。
パーヒドロポリシラザンを含む溶液を塗布して塗膜を形成する工程後から該塗膜を改質処理する工程については、後に詳細に説明する。
As a method for producing a gas barrier film of the present invention, in the formation of a gas barrier layer, a coating film containing polysilazane, preferably perhydropolysilazane, is provided on the stress relaxation layer made of the deposited film, and then subjected to a modification treatment (conversion). A barrier layer is formed by applying a treatment).
Furthermore, the modification treatment is preferably an ultraviolet irradiation treatment.
The step of modifying the coating after the step of forming a coating by applying a solution containing perhydropolysilazane will be described in detail later.

また、本発明の蒸着膜からなる応力緩和層は、樹脂基材上に蒸着法によって形成されることを特徴とする。
蒸着法によって樹脂基材上に本発明の蒸着膜からなる応力緩和層を設ける工程については、後に詳細に説明する。
Moreover, the stress relaxation layer which consists of a vapor deposition film of this invention is formed by a vapor deposition method on the resin base material, It is characterized by the above-mentioned.
The step of providing the stress relaxation layer comprising the vapor deposition film of the present invention on the resin substrate by the vapor deposition method will be described in detail later.

また、本発明の保護層は、前記ポリシラザンを含有した塗布膜を改質処理したバリア層上に設けることを特徴とする。
本発明の保護層についても、後に詳細に説明する。
The protective layer of the present invention is characterized in that it is provided on a barrier layer obtained by modifying the coating film containing the polysilazane.
The protective layer of the present invention will also be described in detail later.

〔ガスバリア性〕
本発明でいうガスバリア性とは、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された水蒸気透過度(60±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が、3×10-3g/(m2・24h)以下であり、JIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が、1×10-3ml/m2・24h・atm以下(1atmとは、1.01325×105Paである)であると定義する。
[Gas barrier properties]
The gas barrier property referred to in the present invention is a water vapor permeability (60 ± 0.5 ° C., relative humidity (90 ± 2)% RH) measured by a method according to JIS K 7129-1992 is 3 × 10 −3. g / (m 2 · 24h) or less, the oxygen permeability measured in compliance with the method provided in JIS K 7126-1987 is, the 1 × 10 -3 ml / m 2 · 24h · atm or less (1 atm, 1 .01325 × 10 5 Pa).

〔ガスバリア性フィルムの構成〕
尚、ガスバリア層(単に、バリア層、バリア膜ともいう)は、単層(1塗布で作製可能な層)でも複数の同様な層を積層してもよい。複数の層を設けることで、更にガスバリア性を向上させることができる。また、基材の片面のみにガスバリア層を設けてもよいが、基材を挟んで両面に同様のガスバリア層を設けてもよい。
[Configuration of gas barrier film]
Note that the gas barrier layer (also simply referred to as a barrier layer or a barrier film) may be a single layer (a layer that can be formed by one application) or a plurality of similar layers. By providing a plurality of layers, the gas barrier property can be further improved. Moreover, although a gas barrier layer may be provided only on one side of the base material, a similar gas barrier layer may be provided on both sides of the base material.

本発明において、樹脂基材上に、蒸着膜からなる応力緩和層と、ポリシラザンを含有した塗布膜を改質処理したバリア層と、保護層とをこの順に有する構成のガスバリア性フィルムとすることで、洗浄工程などのデバイス作製プロセス時に発生するカールなどの基材変形を抑える効果が期待できるが、バリア層を設けた側とは反対側の基材の裏面側に、カールバランス調整やデバイス作製プロセス耐性、ハンドリング適性等を改良する目的で、さらにバックコート層を設けてもよい。   In the present invention, a gas barrier film having a structure having a stress relaxation layer made of a vapor deposition film, a barrier layer obtained by modifying a coating film containing polysilazane, and a protective layer in this order on a resin substrate. It can be expected to suppress the deformation of the base material such as curling that occurs during the device manufacturing process such as the cleaning process, but the curl balance adjustment and device manufacturing process are performed on the back side of the base material opposite to the side where the barrier layer is provided. A back coat layer may be further provided for the purpose of improving resistance, handling suitability and the like.

〔ガスバリア層〕
(ガスバリア層の形成)
本発明のガスバリア層は、ポリシラザン、好ましくはパーヒドロポリシラザンを含有する組成物の塗布液を、本発明における蒸着膜からなる応力緩和層上に塗布した後、改質処理を施すことで、無機物を含むバリア層を形成することを特徴とする。
[Gas barrier layer]
(Formation of gas barrier layer)
In the gas barrier layer of the present invention, the coating liquid of the composition containing polysilazane, preferably perhydropolysilazane, is applied on the stress relaxation layer made of the deposited film in the present invention, and then subjected to a modification treatment, whereby the inorganic substance is obtained. A barrier layer is formed.

具体的な無機物としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などが挙げられる。
本発明におけるポリシラザンを含有した塗布膜が改質処理を施すことによって無機膜からなるバリア層に転化形成されていることについては、XPS表面分析によってSi原子、N原子、O原子などの各原子組成比を求めることで確認できる。
Specific examples of inorganic substances include silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride.
Regarding the fact that the coating film containing polysilazane in the present invention is converted into a barrier layer made of an inorganic film by performing a modification treatment, each atomic composition of Si atoms, N atoms, O atoms, and the like is determined by XPS surface analysis. This can be confirmed by determining the ratio.

表面分析に用いるXPS表面分析装置としては、特に限定はなく、いかなる機種も使用することができるが、本実施例においてはVGサイエンティフィックス社製ESCALAB−200Rを用いた。X線アノードにはMgを用い、出力600W(加速電圧15kV、エミッション電流40mA)で測定した。   The XPS surface analyzer used for the surface analysis is not particularly limited, and any model can be used. In this example, ESCALAB-200R manufactured by VG Scientific, Inc. was used. Mg was used for the X-ray anode, and measurement was performed at an output of 600 W (acceleration voltage: 15 kV, emission current: 40 mA).

本発明におけるバリア層は、パーヒドロポリシラザンの塗布膜を後述するような適度な酸化性ガス雰囲気下と低湿度環境下で真空紫外線照射を行うことと、本発明の蒸着膜からなる応力緩和層を下層に設けた構成とすることによって、効率的に形成することが可能となる。   In the present invention, the barrier layer is formed by subjecting a coating film of perhydropolysilazane to irradiation with vacuum ultraviolet rays in an appropriate oxidizing gas atmosphere and a low humidity environment as described later, and a stress relaxation layer comprising the deposited film of the present invention. By adopting a structure provided in the lower layer, it can be formed efficiently.

(ガスバリア層の膜質)
本発明におけるガスバリア層は、ポリシラザンを含有した塗布膜を改質処理することによって形成され、スパッタ法により膜厚方向へエッチングを行った際の相対エッチングレートが、SiO2熱酸化膜のエッチングレートを1.0とした時に、1.1以上2.5以下であることを特徴とする。
(Film quality of gas barrier layer)
The gas barrier layer in the present invention is formed by modifying a coating film containing polysilazane, and the relative etching rate when etching in the film thickness direction by the sputtering method is the etching rate of the SiO 2 thermal oxide film. When 1.0, it is 1.1 or more and 2.5 or less.

本発明におけるガスバリア層のエッチングレートは、後述する本発明の応力緩和層と同様の方法によって求めることができる。   The etching rate of the gas barrier layer in the present invention can be determined by the same method as the stress relaxation layer of the present invention described later.

本発明におけるガスバリア層のエッチングレートがSiO2熱酸化膜や蒸着法によって形成されたSiO2膜より大きくなる理由は、本発明のバリア層がSiO2単体から成るのではなく、N原子を含む酸窒化ケイ素を多く含む膜から成っているためと考えている。 The reason why the etching rate of the gas barrier layer in the present invention is larger than that of the SiO 2 thermal oxide film or the SiO 2 film formed by the vapor deposition method is that the barrier layer of the present invention is not made of SiO 2 alone but is an acid containing N atoms. This is thought to be because it is made of a film containing a large amount of silicon nitride.

ポリシラザンから形成した薄膜は、例えば湿熱条件下などにおいて二酸化ケイ素に完全転化させることも可能であるが、このような二酸化ケイ素を主成分とするシリカ膜より、N原子を含む酸窒化ケイ素膜の方が高いバリア性が発現することが発明者の検討により分かった。   A thin film formed from polysilazane can be completely converted into silicon dioxide under, for example, wet heat conditions, but a silicon oxynitride film containing N atoms is more preferable than a silica film containing silicon dioxide as a main component. It has been found by the inventors' investigation that a high barrier property is exhibited.

(ポリシラザンを含有した塗布膜の形成)
<塗布方法>
本発明に係るポリシラザンを含有する塗布膜は、基材上に少なくとも1層のポリシラザン化合物を含有する塗布液を塗布することにより作製される。
塗布方法としては、任意の適切な方法が採用され得る。具体例としては、スピンコート法、ロールコート法、フローコート法、インクジェット法、スプレーコート法、プリント法、ディップコート法、流延成膜法、バーコート法、グラビア印刷法等が挙げられる。塗布厚さは、目的に応じて適切に設定され得る。例えば、塗布厚さは、乾燥後の厚さが好ましくは1nm〜100μm程度、さらに好ましくは10nm〜10μm程度、最も好ましくは10nm〜1μm程度となるように設定され得る。
(Formation of coating film containing polysilazane)
<Application method>
The coating film containing polysilazane according to the present invention is produced by applying a coating solution containing at least one polysilazane compound on a substrate.
Any appropriate method can be adopted as a coating method. Specific examples include a spin coating method, a roll coating method, a flow coating method, an ink jet method, a spray coating method, a printing method, a dip coating method, a casting film forming method, a bar coating method, and a gravure printing method. The coating thickness can be appropriately set according to the purpose. For example, the coating thickness can be set so that the thickness after drying is preferably about 1 nm to 100 μm, more preferably about 10 nm to 10 μm, and most preferably about 10 nm to 1 μm.

塗布された膜は、溶媒が除去された均一な乾燥膜を得る上で、アニールする態様が好ましい。アニール温度は、好ましくは60〜200℃、さらに好ましくは70〜160℃である。アニール時間は、好ましくは5秒〜24時間程度、さらに好ましくは10秒〜2時間程度である。   The coated film is preferably annealed to obtain a uniform dry film from which the solvent has been removed. The annealing temperature is preferably 60 to 200 ° C, more preferably 70 to 160 ° C. The annealing time is preferably about 5 seconds to 24 hours, more preferably about 10 seconds to 2 hours.

このように、次工程に続く転化処理前に、前述した範囲でアニールを行うことにより、均一な塗布膜を安定に得ることができる。   As described above, by performing annealing in the above-described range before the conversion process following the next step, a uniform coating film can be stably obtained.

なお、アニールは、一定温度で行ってもよく、段階的に温度を変化させてもよく、連続的に温度を変化(昇温及び/または降温)させてもよい。   The annealing may be performed at a constant temperature, the temperature may be changed stepwise, or the temperature may be continuously changed (temperature increase and / or temperature decrease).

また、ポリシラザンを含有する塗布液及び塗膜を一旦、湿度の高い状態に晒してしまうと、その塗布液や塗膜から脱水するのは困難なこと、更には加水分解反応が進行をはじめてしまうことから、塗布液の調製段階から改質処理が終わるまでの間を露点10℃(25℃39%RH)以下の雰囲気、更に好ましくは露点8℃(25℃10%RH)以下の雰囲気で保管若しくは取り扱うことで膜内のSi−OH生成を抑制することが可能となる。より好ましくは露点−31度(25℃1%RH)以下である。また、薄膜が形成されると塗膜体積あたりの表面積が増えて水蒸気の影響が大きくなることから、特に、ポリシラザン含有溶液塗布からVUV光照射による改質処理までの間は雰囲気湿度の制御が重要である。下記に記載の改質処理における低湿度環境下とは、上記雰囲気下をいう。   In addition, once the coating liquid and coating film containing polysilazane are exposed to a high humidity state, it is difficult to dehydrate from the coating liquid and coating film, and furthermore, the hydrolysis reaction starts to proceed. To an atmosphere having a dew point of 10 ° C. (25 ° C., 39% RH) or less, more preferably an atmosphere having a dew point of 8 ° C. (25 ° C., 10% RH) or less, from the preparation stage of the coating solution to the end of the modification treatment. By handling, generation of Si—OH in the film can be suppressed. More preferably, the dew point is −31 degrees (25 ° C., 1% RH) or less. In addition, when a thin film is formed, the surface area per volume of the coating film increases and the influence of water vapor increases, so it is particularly important to control the atmospheric humidity between the application of the polysilazane-containing solution and the modification treatment by VUV light irradiation. It is. The low humidity environment in the reforming treatment described below refers to the above atmosphere.

尚、露点温度とは雰囲気中の水分量を表す指標であり、露点温度とは、水蒸気を含む空気を冷却したとき、凝結が始まる温度をいう。   The dew point temperature is an index representing the amount of moisture in the atmosphere, and the dew point temperature is a temperature at which condensation starts when air containing water vapor is cooled.

露点温度計により直接測定を行うか、気温と相対湿度から水蒸気圧を求め、その水蒸気圧を飽和水蒸気圧とする温度を求めることにより得ることができる。相対湿度が100%の場合は現在の温度がそのまま露点温度になる。   It can be obtained by measuring directly with a dew point thermometer, or by obtaining the water vapor pressure from the temperature and relative humidity and obtaining the temperature at which the water vapor pressure is the saturated water vapor pressure. When the relative humidity is 100%, the current temperature becomes the dew point temperature as it is.

<ポリシラザンを含有する組成物の塗布液>
本発明で用いられる「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SiO2、Si34及び両方の中間固溶体SiOxy等のセラミック前駆体無機ポリマーである。
<Coating liquid for composition containing polysilazane>
“Polysilazane” used in the present invention is a polymer having a silicon-nitrogen bond, and is composed of Si—N, Si—H, N—H, etc., SiO 2 , Si 3 N 4, and an intermediate solid solution SiO x N y of both. Such as a ceramic precursor inorganic polymer.

フィルム基材を損なわないように塗布するためには、特開平8−112879号公報に記載されている下記の一般式(1)で表されるような比較的低温でセラミック化してシリカに変性する化合物が好ましい。
一般式(1)
−Si(R1)(R2)−N(R3)−
式中、R1、R2、R3は、各々水素原子、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、アルキルアミノ基またはアルコキシ基を表す。
本発明では、得られるガスバリア層としての緻密性の観点からは、R1、R2及びR3のすべてが水素原子であるパーヒドロポリシラザン(PHPSともいう)が特に好ましい。
In order not to damage the film base material, it is converted to silica by being ceramicized at a relatively low temperature as represented by the following general formula (1) described in JP-A-8-112879. Compounds are preferred.
General formula (1)
—Si (R 1 ) (R 2 ) —N (R 3 ) —
In the formula, R 1 , R 2 and R 3 each represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an alkylsilyl group, an alkylamino group or an alkoxy group.
In the present invention, perhydropolysilazane (also referred to as PHPS) in which all of R 1 , R 2, and R 3 are hydrogen atoms is particularly preferable from the viewpoint of the denseness as a gas barrier layer to be obtained.

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下地基材との接着性が改善され、か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でき、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できる。   On the other hand, the organopolysilazane in which the hydrogen part bonded to Si is partially substituted with an alkyl group or the like has an alkyl group such as a methyl group, so that the adhesion to the base substrate is improved and the polysilazane is hard and brittle. The ceramic film can be toughened, and there is an advantage that generation of cracks can be suppressed even when the film thickness is increased. These perhydropolysilazane and organopolysilazane may be appropriately selected according to the application, and may be used in combination.

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600〜2000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、市販品をそのままパーヒドロポリシラザン含有塗布液として使用することができる。   Perhydropolysilazane is presumed to have a linear structure and a ring structure centered on 6- and 8-membered rings. The molecular weight is about 600 to 2000 (polystyrene conversion) in terms of number average molecular weight (Mn), is a liquid or solid substance, and varies depending on the molecular weight. These are commercially available in the form of a solution dissolved in an organic solvent, and the commercially available product can be used as it is as a perhydropolysilazane-containing coating solution.

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、上記一般式(1)で表されるポリシラザンにケイ素アルコキシドを反応させて得られるケイ素アルコキシド付加ポリシラザン(例えば、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(例えば、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(例えば、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(例えば、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(例えば、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(例えば、特開平7−196986号公報)等が挙げられる。   As another example of polysilazane which is ceramicized at low temperature, a silicon alkoxide-added polysilazane obtained by reacting the polysilazane represented by the general formula (1) with a silicon alkoxide (for example, JP-A-5-23827), glycidol A glycidol-added polysilazane obtained by reacting an alcohol (for example, JP-A-6-122852), an alcohol-added polysilazane obtained by reacting an alcohol (for example, JP-A-6-240208), and a metal carboxylate Metal carboxylate-added polysilazane (for example, JP-A-6-299118) obtained, and acetylacetonate complex-added polysilazane (for example, JP-A-6-306329) obtained by reacting a metal-containing acetylacetonate complex. ), Added metal fine particles And metal fine particles added polysilazane obtained (e.g., JP-A-7-196986 JP), and the like.

ポリシラザンを含有する液体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よう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できる。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、等目的にあわせて選択し、複数の溶剤を混合しても良い。   As an organic solvent for preparing a liquid containing polysilazane, it is not preferable to use an alcohol or water-containing one that easily reacts with polysilazane. Specifically, hydrocarbon solvents such as aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons, ethers such as halogenated hydrocarbon solvents, aliphatic ethers and alicyclic ethers can be used. Specific examples include hydrocarbons such as pentane, hexane, cyclohexane, toluene, xylene, solvesso and turben, halogen hydrocarbons such as methylene chloride and trichloroethane, and ethers such as dibutyl ether, dioxane and tetrahydrofuran. These solvents may be selected according to purposes such as the solubility of polysilazane and the evaporation rate of the solvent, and a plurality of solvents may be mixed.

ポリシラザン含有塗布液中のポリシラザン濃度は目的とするシリカ膜厚や塗布液のポットライフによっても異なるが、0.2質量%〜35質量%程度である。   The polysilazane concentration in the polysilazane-containing coating solution is about 0.2% by mass to 35% by mass, although it varies depending on the target silica film thickness and the pot life of the coating solution.

<パーヒドロポリシラザンを含有する組成物>
本発明におけるパーヒドロポリシラザンを含有する組成物としては、パーヒドロポリシラザンを含有していれば特に制限はなく、組成物中のパーヒドロポリシラザン以外の材料としては、パーヒドロポリシラザン及びその溶媒と塗布可能な程度の相溶性を有していれば、いかなる材料を用いてもよい。
<Composition containing perhydropolysilazane>
The composition containing perhydropolysilazane in the present invention is not particularly limited as long as it contains perhydropolysilazane, and the material other than perhydropolysilazane in the composition can be applied with perhydropolysilazane and its solvent. Any material may be used as long as it has a certain level of compatibility.

また、組成物中には、パーヒドロポリシラザンに対し、0.1〜10質量%程度で酸化反応を促進するために添加されるアミンや金属等の触媒を含んでもよく、特にアミン触媒を0.5〜5質量%含むことが、塗布性及び反応の短時間化の点で好ましい。   Further, the composition may contain a catalyst such as amine or metal added to promote the oxidation reaction at about 0.1 to 10% by mass relative to perhydropolysilazane. 5-5 mass% containing is preferable at the point of application | coating property and shortening of reaction.

組成物中の溶媒、添加剤を除いたパーヒドロポリシラザンの含有率としては、80質量%以上であることがバリア性の観点から好ましく、100質量%、すなわち、パーヒドロポリシラザンのみからなることが、緻密で高いバリア性を有する膜を形成できる点で最も好ましい。   The content of perhydropolysilazane excluding the solvent and additives in the composition is preferably 80% by mass or more from the viewpoint of barrier properties, and 100% by mass, that is, consisting of only perhydropolysilazane, It is most preferable in that a dense film having a high barrier property can be formed.

本発明におけるパーヒドロポリシラザンとして入手可能な材料は、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製 アクアミカ NN120、NN110、NAX120、NAX110、NL120A、NL110A、NL150A、NP110、NP140等が挙げられる。   Examples of materials that can be obtained as perhydropolysilazane in the present invention include Aquamica NN120, NN110, NAX120, NAX110, NL120A, NL110A, NL150A, NP110, and NP140 manufactured by AZ Electronic Materials.

(パーヒドロポリシラザンを含有した塗布膜の改質処理)
<紫外線照射による改質処理>
パーヒドロポリシラザンを含有した塗布膜に施す本発明における改質処理(転化処理)は、適度な酸化性ガス雰囲気下と低湿度環境下で紫外線を照射することにより行う。
紫外光を照射することで活性酸素やオゾンが発生し、酸化反応が進行することで、所望の組成を有する無機膜を得ることができる。
(Modification of coating film containing perhydropolysilazane)
<Modification treatment by UV irradiation>
The modification treatment (conversion treatment) in the present invention applied to the coating film containing perhydropolysilazane is performed by irradiating ultraviolet rays in an appropriate oxidizing gas atmosphere and a low humidity environment.
Irradiation with ultraviolet light generates active oxygen and ozone, and an oxidation reaction proceeds, whereby an inorganic film having a desired composition can be obtained.

この活性酸素やオゾンは非常に反応性が高いため、パーヒドロポリシラザンを含有する組成物から形成した塗布膜中のポリシラザンは、シラノールを経由することなく直接酸化されることで、より高密度で欠陥の少ない酸化ケイ素あるいは酸窒化ケイ素膜が形成される。   Since this active oxygen and ozone are very reactive, the polysilazane in the coating film formed from the composition containing perhydropolysilazane is oxidized directly without passing through silanol, resulting in higher density and defects. A silicon oxide or silicon oxynitride film with a low content is formed.

本発明における改質処理は、加熱処理と組み合わせて行うことがより好ましい。
さらに反応性オゾンの不足分を光照射部とは異なる部分で、放電法等の公知の方法により酸素からオゾンを生成し、紫外線照射部に導入してもよい。
このときに照射する紫外線の波長は特に限定されるところではないが、紫外光の波長は100〜450nmが好ましく、100〜300nm程度の真空紫外線(VUV光)を照射することがより好ましい。
The reforming treatment in the present invention is more preferably performed in combination with heat treatment.
Further, ozone may be generated from oxygen by a known method such as a discharge method at a portion different from the light irradiation portion for the shortage of reactive ozone and introduced into the ultraviolet irradiation portion.
Although the wavelength of the ultraviolet light irradiated at this time is not particularly limited, the wavelength of the ultraviolet light is preferably 100 to 450 nm, and more preferably vacuum ultraviolet light (VUV light) of about 100 to 300 nm is irradiated.

光源は、低圧水銀灯、重水素ランプ、キセノンエキシマランプ、メタルハライドランプ、エキシマレーザー等を用いることができる。ランプの出力としては400W〜30kW、照度としては100mW/cm2〜100kW/cm2、照射エネルギーとしては10〜10000mJ/cm2が好ましく、100〜8000mJ/cm2がより好ましい。また、紫外線照射の際の照度は1mW/cm2〜10W/cm2が好ましい。 As the light source, a low-pressure mercury lamp, a deuterium lamp, a xenon excimer lamp, a metal halide lamp, an excimer laser, or the like can be used. The output of the lamp 400W~30kW, 100mW / cm 2 ~100kW / cm 2 as illuminance, preferably 10 to 10000 mJ / cm 2 as irradiation energy, 100~8000mJ / cm 2 is more preferable. In addition, the illuminance upon ultraviolet irradiation is preferably 1 mW / cm 2 to 10 W / cm 2 .

上記の中でも、波長としては、100〜200nmの真空紫外線(VUV光)が最も好ましく、酸化反応をより低温、短時間で進めることが可能となる。また、光源としては、キセノンエキシマランプ等の希ガスエキシマランプが最も好ましく用いられる。   Among these, as the wavelength, vacuum ultraviolet rays (VUV light) of 100 to 200 nm are most preferable, and the oxidation reaction can be advanced at a lower temperature and in a shorter time. As a light source, a rare gas excimer lamp such as a xenon excimer lamp is most preferably used.

パーヒドロポリシラザンを含有する組成物から形成した塗布膜中のポリシラザンに、酸化性ガス雰囲気下で紫外線を照射することにより、ポリシラザンが高密度のケイ素酸化物膜、すなわち高密度シリカ膜に転化するが、該シリカ膜の膜厚や密度は紫外線の強度、照射時間、波長(光のエネルギー密度)により制御が可能であり、所望の膜構造を得るためにランプの種類を使い分ける等、適宜選択することが可能である。また、連続的に照射するだけでなく複数回の照射を行ってもよく、複数回の照射が短時間ないわゆるパルス照射であってもよい。   Although polysilazane in a coating film formed from a composition containing perhydropolysilazane is irradiated with ultraviolet rays in an oxidizing gas atmosphere, polysilazane is converted into a high-density silicon oxide film, that is, a high-density silica film. The film thickness and density of the silica film can be controlled by the intensity of ultraviolet light, irradiation time, and wavelength (light energy density), and should be appropriately selected, such as using different types of lamps to obtain a desired film structure. Is possible. In addition to continuous irradiation, multiple irradiations may be performed, and so-called pulse irradiation in which the multiple irradiations are performed in a short time may be used.

また、紫外線照射と同時に該塗膜を加熱することも、反応(酸化反応、転化処理、改質処理ともいう)を促進するために好ましく用いられる。加熱の方法は、ヒートブロック等の発熱体に基板を接触させ熱伝導により塗膜を加熱する方法、抵抗線等による外部ヒーターにより雰囲気を加熱する方法、IRヒーターの様な赤外領域の光を用いた方法等が挙げられるが、特に限定はされない。塗膜の平滑性を維持できる方法を適宜選択してよい。   In addition, heating the coating film simultaneously with ultraviolet irradiation is also preferably used to promote the reaction (also referred to as oxidation reaction, conversion treatment, or modification treatment). The heating method is such that the substrate is brought into contact with a heating element such as a heat block, the coating film is heated by heat conduction, the atmosphere is heated by an external heater such as a resistance wire, and infrared light such as an IR heater is applied. Although the method used etc. are mentioned, it does not specifically limit. You may select suitably the method which can maintain the smoothness of a coating film.

加熱する温度としては、50〜200℃の範囲が好ましく、さらに好ましくは80〜150℃の範囲であり、加熱時間としては1秒〜10時間の範囲が好ましく、さらに好ましくは10秒〜1時間の範囲で加熱することである。   As temperature to heat, the range of 50-200 degreeC is preferable, More preferably, it is the range of 80-150 degreeC, As the heating time, the range of 1 second-10 hours is preferable, More preferably, it is 10 seconds-1 hour Heating in a range.

<真空紫外線(VUV)照射による転化処理>
改質処理の中でもより好ましいのは、真空紫外線(VUV光)処理である。
この真空紫外線(VUV光)照射により、ポリシラザンの分子結合を切断し、また膜内若しくは雰囲気内に微量に存在する酸素でも効率的にオゾン若しくは活性酸素に変換することが可能であり、塗膜表面のセラミックス化(シリカ改質)が促進され、また得られるセラミックス膜が一層緻密になる。VUV光照射は、塗膜形成後であればいずれの時点で実施しても有効である。
<Conversion treatment by vacuum ultraviolet (VUV) irradiation>
Among the reforming treatments, vacuum ultraviolet (VUV light) treatment is more preferable.
This vacuum ultraviolet ray (VUV light) irradiation breaks the molecular bond of polysilazane, and even a small amount of oxygen in the film or atmosphere can be efficiently converted into ozone or active oxygen. Is converted to ceramics (silica modification), and the resulting ceramic film becomes denser. VUV light irradiation is effective at any time point after the coating film is formed.

本発明における真空紫外線とは、具体的には100〜200nmの真空紫外線(VUV光)が用いられる。真空紫外線の照射強度及び/または照射時間は、適宜設定することが可能である。真空紫外線照射装置は、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。   Specifically, vacuum ultraviolet rays (VUV light) of 100 to 200 nm are used as the vacuum ultraviolet rays in the present invention. The irradiation intensity and / or irradiation time of vacuum ultraviolet rays can be set as appropriate. As the vacuum ultraviolet irradiation apparatus, a commercially available lamp (for example, manufactured by USHIO INC.) Can be used.

VUV光照射はバッチ処理にも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できる。例えば、バッチ処理の場合には、パーヒドロポリシラザンを含有する組成物から形成した塗布膜を設けた基材を、真空紫外線発生源を具備した真空紫外線焼成炉で処理することができる。真空紫外線焼成炉自体は一般に知られており、例えば、ウシオ電機(株)製を使用することができる。また、パーヒドロポリシラザンを含有する組成物から形成した塗布膜を設けた基材が長尺フィルム状である場合には、これを搬送させながら上記のような真空紫外線発生源を具備した乾燥ゾーンで連続的に真空紫外線を照射することにより、表面をセラミックス化することができる。   VUV light irradiation can be adapted to both batch processing and continuous processing, and can be appropriately selected depending on the shape of the substrate to be coated. For example, in the case of batch processing, a substrate provided with a coating film formed from a composition containing perhydropolysilazane can be processed in a vacuum ultraviolet ray baking furnace equipped with a vacuum ultraviolet ray generation source. The vacuum ultraviolet baking furnace itself is generally known, and for example, Ushio Electric Co., Ltd. can be used. Moreover, when the base material provided with the coating film formed from the composition containing perhydropolysilazane is in the form of a long film, in the drying zone equipped with the vacuum ultraviolet ray generation source as described above while transporting it. By continuously irradiating with vacuum ultraviolet rays, the surface can be ceramicized.

該真空紫外光は、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ため好ましく用いることができる。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。   Since the vacuum ultraviolet light is larger than the interatomic bonding force of most substances, it can be preferably used because the bonding of atoms can be cut directly by the action of only photons called photon processes. By using this action, the reforming process can be efficiently performed at a low temperature without requiring hydrolysis.

これに必要な真空紫外光源としては、希ガスエキシマランプが好ましく用いられる。
Xe、Kr、Ar、Ne等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、放電等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できる。希ガスがキセノンの場合には
e+Xe→Xe*
Xe*+2Xe→Xe2 *+Xe
Xe2 *→Xe+Xe+hν(172nm)
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ときに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できる。さらには始動・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。
As a vacuum ultraviolet light source required for this, a rare gas excimer lamp is preferably used.
Since noble gas atoms such as Xe, Kr, Ar, Ne, and the like are chemically bonded and do not form molecules, they are called inert gases. However, rare gas atoms (excited atoms) that have gained energy by discharge or the like can be combined with other atoms to form molecules. When the rare gas is xenon, e + Xe → Xe *
Xe * + 2Xe → Xe 2 * + Xe
Xe 2 * → Xe + Xe + hν (172 nm)
Then, when the excited excimer molecule Xe 2 * transitions to the ground state, excimer light of 172 nm is emitted. A feature of the excimer lamp is that the radiation is concentrated on one wavelength, and since only the necessary light is not emitted, the efficiency is high. Further, since no extra light is emitted, the temperature of the object can be kept low. Furthermore, since no time is required for starting and restarting, instantaneous lighting and blinking are possible.

エキシマ発光を得るには誘電体バリア放電を用いる方法が知られている。誘電体バリア放電とは両電極間に誘電体(エキシマランプの場合は透明石英)を介してガス空間を配し、電極に数10kHzの高周波高電圧を印加することによりガス空間に生じる、雷に似た非常に細いmicro dischargeと呼ばれる放電で、micro dischargeのストリーマが管壁(誘電体)に達すると誘電体表面に電荷が溜まるため、micro dischargeは消滅する。誘電体バリア放電は、このmicro dischargeが管壁全体に広がり、生成・消滅を繰り返している放電である。このため肉眼でも分る光のチラツキを生じる。また、非常に温度の高いストリーマが局所的に直接管壁に達するため、管壁の劣化を早める可能性もある。   In order to obtain excimer light emission, a method using dielectric barrier discharge is known. Dielectric barrier discharge refers to lightning generated in a gas space by arranging a gas space between both electrodes via a dielectric (transparent quartz in the case of an excimer lamp) and applying a high frequency high voltage of several tens of kHz to the electrode. When the micro discharge streamer reaches the tube wall (dielectric) in a similar very thin discharge called micro discharge, the electric charge accumulates on the dielectric surface, and the micro discharge disappears. The dielectric barrier discharge is a discharge in which this micro discharge spreads over the entire tube wall and is repeatedly generated and extinguished. For this reason, flickering of light that can be seen with the naked eye occurs. Moreover, since a very high temperature streamer reaches a pipe wall directly locally, there is a possibility that deterioration of the pipe wall may be accelerated.

効率よくエキシマ発光を得る方法としては、誘電体バリア放電以外に無電極電界放電でも可能である。容量性結合による無電極電界放電で、別名RF放電とも呼ばれる。ランプと電極及びその配置は基本的には誘電体バリア放電と同じでよいが、両極間に印加される高周波は数MHzで点灯される。無電極電界放電はこのように空間的にまた時間的に一様な放電が得られるため、チラツキが無い長寿命のランプが得られる。   As a method for efficiently obtaining excimer light emission, electrodeless field discharge can be used in addition to dielectric barrier discharge. Electrodeless electric field discharge by capacitive coupling, also called RF discharge. The lamp, the electrodes, and their arrangement may be basically the same as those of the dielectric barrier discharge, but the high frequency applied between the two electrodes is lit at several MHz. Since the electrodeless field discharge can provide a spatially and temporally uniform discharge in this way, a long-life lamp without flickering can be obtained.

誘電体バリア放電の場合はmicro dischargeが電極間のみで生じるため、放電空間全体で放電を行なわせるには外側の電極は外表面全体を覆い、かつ外部に光を取り出すために光を透過するものでなければならない。このため細い金属線を網状にした電極が用いられる。この電極は光を遮らないようにできるだけ細い線が用いられるため、酸素雰囲気中では真空紫外光により発生するオゾン等により損傷しやすい。   In the case of dielectric barrier discharge, micro discharge occurs only between the electrodes, so the outer electrode covers the entire outer surface and allows light to pass through to extract the light to the outside in order to discharge in the entire discharge space. Must. For this reason, an electrode in which a fine metal wire is formed in a net shape is used. Since this electrode uses as thin a line as possible so as not to block light, it is easily damaged by ozone generated by vacuum ultraviolet light in an oxygen atmosphere.

これを防ぐためにはランプの周囲、すなわち照射装置内を窒素等の不活性ガスの雰囲気にし、合成石英の窓を設けて照射光を取り出す必要が生じる。合成石英の窓は高価な消耗品であるばかりでなく、光の損失も生じる。   In order to prevent this, it is necessary to create an atmosphere of an inert gas such as nitrogen around the lamp, that is, the inside of the irradiation apparatus, and provide a synthetic quartz window to extract the irradiation light. Synthetic quartz windows are not only expensive consumables, but also cause light loss.

二重円筒型ランプは外径が25mm程度であるため、ランプ軸の直下とランプ側面では照射面までの距離の差が無視できず、照度に大きな差を生じる。したがって仮にランプを密着して並べても、一様な照度分布が得られない。合成石英の窓を設けた照射装置にすれば酸素雰囲気中の距離を一様にでき、一様な照度分布が得られる。   Since the double cylindrical lamp has an outer diameter of about 25 mm, the difference in distance to the irradiation surface cannot be ignored between the position directly below the lamp axis and the side surface of the lamp, resulting in a large difference in illuminance. Therefore, even if the lamps are arranged in close contact, a uniform illuminance distribution cannot be obtained. If the irradiation device is provided with a synthetic quartz window, the distance in the oxygen atmosphere can be made uniform, and a uniform illuminance distribution can be obtained.

無電極電界放電を用いた場合には外部電極を網状にする必要はない。ランプ外面の一部に外部電極を設けるだけでグロー放電は放電空間全体に広がる。外部電極には通常アルミのブロックで作られた光の反射板を兼ねた電極がランプ背面に使用される。しかし、ランプの外径は誘電体バリア放電の場合と同様に大きいため、一様な照度分布にするためには合成石英が必要となる。   When electrodeless field discharge is used, it is not necessary to make the external electrodes mesh. The glow discharge spreads over the entire discharge space simply by providing an external electrode on a part of the lamp outer surface. As the external electrode, an electrode that also serves as a light reflector made of an aluminum block is usually used on the back of the lamp. However, since the outer diameter of the lamp is as large as in the case of the dielectric barrier discharge, synthetic quartz is required to obtain a uniform illuminance distribution.

細管エキシマランプの最大の特徴は構造がシンプルなことである。石英管の両端を閉じ、内部にエキシマ発光を行なうためのガスを封入しているだけである。
細管ランプの管の外径は6〜12mm程度で、あまり太いと始動に高い電圧が必要になる。
The biggest feature of the capillary excimer lamp is its simple structure. The quartz tube is closed at both ends, and only gas for excimer light emission is sealed inside.
The outer diameter of the tube of the thin tube lamp is about 6 to 12 mm, and if it is too thick, a high voltage is required for starting.

放電の形態は誘電体バリア放電でも無電極電界放電のいずれでも使用できる。電極の形状はランプに接する面が平面であってもよいが、ランプの曲面に合わせた形状にすればランプをしっかり固定できるとともに、電極がランプに密着することにより放電がより安定する。またアルミで曲面を鏡面にすれば光の反射板にもなる。   As for the form of discharge, either dielectric barrier discharge or electrodeless field discharge can be used. The electrode may have a flat surface in contact with the lamp, but if the shape is matched to the curved surface of the lamp, the lamp can be firmly fixed, and the discharge is more stable when the electrode is in close contact with the lamp. If the curved surface is mirrored with aluminum, it becomes a light reflector.

Xeエキシマランプは波長の短い172nmの紫外線を単一波長で放射することから発光効率に優れている。この光は、酸素の吸収係数が大きいため、微量な酸素でラジカルな酸素原子種やオゾンを高濃度で発生することができる。また、有機物の結合を解離させる波長の短い172nmの光のエネルギーは能力が高いことが知られている。この活性酸素やオゾンと紫外線放射が持つ高いエネルギーによって、短時間でポリシラザン層の改質を実現できる。したがって、波長185nm、254nmの発する低圧水銀ランプやプラズマ洗浄と比べて高スループットに伴うプロセス時間の短縮や設備面積の縮小、熱によるダメージを受けやすい有機材料やプラスチック基板等への照射を可能としている。   The Xe excimer lamp is excellent in luminous efficiency because it emits ultraviolet light having a short wavelength of 172 nm at a single wavelength. Since this light has a large oxygen absorption coefficient, it can generate radical oxygen atom species and ozone at a high concentration with a very small amount of oxygen. In addition, it is known that the energy of light having a short wavelength of 172 nm for dissociating the bonds of organic substances has high ability. Due to the high energy of the active oxygen, ozone and ultraviolet radiation, the polysilazane layer can be modified in a short time. Therefore, compared to low-pressure mercury lamps with wavelengths of 185 nm and 254 nm and plasma cleaning, it is possible to shorten the process time associated with high throughput, reduce the equipment area, and irradiate organic materials and plastic substrates that are easily damaged by heat. .

エキシマランプは光の発生効率が高いため低い電力の投入で点灯させることが可能である。また、光による温度上昇の要因となる波長の長い光は発せず、紫外線領域で短い波長でエネルギーを照射するため、照射対象物の表面温度の上昇が抑えられる特徴を持っている。   Since the excimer lamp has high light generation efficiency, it can be lit with low power. In addition, since light with a long wavelength that causes a temperature increase due to light is not emitted and energy is irradiated with a short wavelength in the ultraviolet region, the surface temperature of the irradiation object can be suppressed from increasing.

また、真空紫外線の照射強度が高ければ、光子とポリシラザン内の化学結合が衝突する確率が増え、改質反応を短時間化することができる。また、内部まで侵入する光子の数も増加するため改質膜厚も増加及び/または膜質の良化(高密度化)が可能である。但し、照射時間が長すぎると平面性の劣化やガスバリア性フィルムの他の材料にダメージを与える場合がある。一般的には、照射強度と照射時間の積で表される積算光量で反応進行具合を考えるが、酸化シリコンの様に組成は同一でも、様々な構造形態をとる材料においては、照射強度の絶対値が重要になる場合もある。   Moreover, if the irradiation intensity of vacuum ultraviolet rays is high, the probability that a photon and a chemical bond in polysilazane will collide increases, and the modification reaction can be shortened. Further, since the number of photons penetrating to the inside increases, the modified film thickness can be increased and / or the film quality can be improved (densification). However, if the irradiation time is too long, the flatness may be deteriorated and other materials of the gas barrier film may be damaged. In general, the progress of the reaction is considered based on the integrated light quantity expressed by the product of the irradiation intensity and the irradiation time. The value may be important.

従って、本発明ではVUV光照射工程において、少なくとも1回は100〜200mW/cm2の最大照射強度を与える改質処理を行うことが好ましい。この強度以下だと急激に改質効率が劣化し、処理に時間を要することになり、照射強度をこれより高くすると、ランプやランプユニットのその他の部材へのダメージが大きくなり、ランプ自体の劣化を早めることになってしまう。 Therefore, in the present invention, in the VUV light irradiation step, it is preferable to perform a modification treatment that gives a maximum irradiation intensity of 100 to 200 mW / cm 2 at least once. If it is below this intensity, the reforming efficiency will deteriorate rapidly, and it will take time for the treatment. If the irradiation intensity is higher than this, damage to the lamp and other parts of the lamp unit will increase, and the lamp itself will deteriorate. Will be accelerated.

VUV光の照射時間は、任意に設定可能であるが、高照度工程での照射時間は0.1秒〜3分間が好ましい。より好ましくは0.5秒〜1分である。   The irradiation time of VUV light can be arbitrarily set, but the irradiation time in the high illuminance process is preferably 0.1 second to 3 minutes. More preferably, it is 0.5 second to 1 minute.

VUV光照射時の酸素濃度は500〜10000ppm(1%)とすることが好ましい。より好ましくは、1000〜5000ppmである。前記の濃度範囲より酸素濃度が高いと改質効率が低くなり、また前記範囲より低い酸素濃度の場合、大気との置換時間が長くなるのと同時に、ロール・トゥ・ロールの様な連続生産を行う場合はウエッブ搬送によってVUV光照射庫内に巻き込む空気量(酸素を含む)が多くなり、多大な流量のガスを流さないと酸素濃度を調整できなくなってくる。改質処理における適度な酸化性ガス雰囲気下とは、上記雰囲気下をいう。   The oxygen concentration at the time of VUV light irradiation is preferably 500 to 10,000 ppm (1%). More preferably, it is 1000-5000 ppm. If the oxygen concentration is higher than the above concentration range, the reforming efficiency is lowered. If the oxygen concentration is lower than the above range, the replacement time with the atmosphere becomes longer, and at the same time, continuous production like roll-to-roll is possible. When performing, the amount of air (including oxygen) entrained in the VUV light irradiation chamber is increased by web transport, and the oxygen concentration cannot be adjusted unless a large flow rate of gas is allowed to flow. An appropriate oxidizing gas atmosphere in the reforming treatment refers to the above atmosphere.

ポリシラザン含有塗膜中には、塗布時に酸素及び微量の水分が混入し、さらにはポリシラザン含有塗膜以外でも、基材や隣接する樹脂層等に吸着酸素や吸着水があり、照射庫内に敢えて酸素を導入しなくとも、改質反応に要する酸素を供給する酸素源は十分にあることが分かった。また、前述した様に172nmのVUV光が酸素により吸収され、膜面に到達する172nmの光量が減少してしまい、光による処理の効率を低下することになる。すなわち、VUV光照射時には、できるだけ酸素濃度の低い状態で、VUV光が効率よく塗膜まで到達する状態で改質処理することが好ましい。   In the polysilazane-containing coating film, oxygen and a small amount of water are mixed at the time of application, and there are adsorbed oxygen and adsorbed water on the substrate and the adjacent resin layer other than the polysilazane-containing coating film. It was found that there are enough oxygen sources to supply oxygen required for the reforming reaction without introducing oxygen. Further, as described above, VUV light of 172 nm is absorbed by oxygen, and the amount of light of 172 nm reaching the film surface is reduced, so that the processing efficiency by light is lowered. That is, at the time of VUV light irradiation, it is preferable to perform the modification treatment in a state where the VUV light efficiently reaches the coating film in a state where the oxygen concentration is as low as possible.

VUV光照射時にこれら酸素以外のガスとしては乾燥不活性ガスとすることが好ましく、特にコストの観点から乾燥窒素ガスにすることが好ましい。酸素濃度の調整は照射庫内へ導入する酸素ガス、不活性ガスの流量を計測し、流量比を変えることで調整可能である。   As the gas other than oxygen at the time of VUV light irradiation, a dry inert gas is preferable, and dry nitrogen gas is particularly preferable from the viewpoint of cost. The oxygen concentration can be adjusted by measuring the flow rate of oxygen gas and inert gas introduced into the irradiation chamber and changing the flow rate ratio.

〔蒸着膜からなる第1の応力緩和層〕
本発明において、樹脂基材上に、スパッタ法により膜厚方向へエッチングを行った際の相対エッチングレートが、SiO2熱酸化膜のエッチングレートを1.0とした時に、1.0以上3.0以下である、蒸着膜からなる第1の応力緩和層を有することを特徴とする。
以下、本発明における第1の応力緩和層について詳細に説明する。
[First stress relaxation layer made of vapor-deposited film]
In the present invention, the relative etching rate when the etching is performed on the resin base material in the film thickness direction by the sputtering method is 1.0 or more when the etching rate of the SiO 2 thermal oxide film is 1.0. It has the 1st stress relaxation layer which consists of a vapor deposition film which is 0 or less.
Hereinafter, the 1st stress relaxation layer in this invention is demonstrated in detail.

(相対エッチングレート)
本発明において、第1の応力緩和層は、スパッタ法により膜厚方向へエッチングを行った際の相対エッチングレートが、SiO2熱酸化膜のエッチングレートを1.0とした時に、1.0以上3.0以下であることを特徴とする。
(Relative etching rate)
In the present invention, the first stress relaxation layer has a relative etching rate of 1.0 or more when the etching rate of the SiO 2 thermal oxide film is 1.0 when etching is performed in the film thickness direction by a sputtering method. It is 3.0 or less.

スパッタ法によるエッチングとは、イオンビームの照射によりエッチングする方法のことであり、スパッタエッチングとも呼ばれる。イオンビームを試料表面に照射すると、試料表面の原子がはじき出され、試料から物質を除去することができる。この現象を利用して試料表面をエッチングすることをスパッタエッチングという。このスパッタ法により、薄膜が表面から削られることでエッチングされる。   Etching by sputtering is a method of etching by ion beam irradiation and is also called sputter etching. When the sample surface is irradiated with an ion beam, atoms on the sample surface are ejected, and the substance can be removed from the sample. Etching the sample surface using this phenomenon is called sputter etching. By this sputtering method, the thin film is etched from the surface.

本発明においては、シリコンウェハー上に熱酸化法によって形成されたSiO2熱酸化膜をエッチングレートの基準としている。熱酸化膜付きシリコンウェハーは市販されており、市販品を入手して用いることができる。 In the present invention, a SiO 2 thermal oxide film formed on a silicon wafer by a thermal oxidation method is used as a reference for the etching rate. A silicon wafer with a thermal oxide film is commercially available, and a commercially available product can be obtained and used.

このような市販の熱酸化膜付きシリコンウェハーを用いれば、SiO2膜の膜厚が予め分かっているため、前述したスパッタ法により全SiO2膜がある一定条件下でエッチングされた時間から、ある一定条件下におけるエッチングレートを求めることができる。
全SiO2膜がエッチングされたかどうかは、膜をエッチングしながら前述したXPS表面分析を行うことにより、エッチング単位時間毎のSi原子、O原子の各原子組成比が得られるため、確認することができる。
If such a commercially available silicon wafer with a thermal oxide film is used, since the film thickness of the SiO 2 film is known in advance, there is a certain etching time from the time when the entire SiO 2 film is etched under a certain condition. The etching rate under a certain condition can be obtained.
Whether the entire SiO 2 film has been etched can be confirmed by performing the XPS surface analysis described above while etching the film, so that the respective atomic composition ratios of Si atoms and O atoms can be obtained for each etching unit time. it can.

同様にして、第1の応力緩和層のエッチングレートも、第1の応力緩和層の実膜厚と全膜厚がエッチングされるのに要した時間から、求めることができる。   Similarly, the etching rate of the first stress relaxation layer can also be obtained from the time required for etching the actual film thickness and the total film thickness of the first stress relaxation layer.

第1の応力緩和層の実膜厚は、TEM(Transmission Electron Microscope:透過電子顕微鏡)の断面写真より、隣接層との明確な界面が見られることで確認できる。   The actual film thickness of the first stress relaxation layer can be confirmed by a clear interface with the adjacent layer being seen from a cross-sectional photograph of a TEM (Transmission Electron Microscope).

本発明における第1の応力緩和層の相対エッチングレート(ER)は、下記式のように求めることができる。
ER=第1の応力緩和層のエッチングレート(nm/分)/SiO2熱酸化膜のエッチングレート(nm/分)
The relative etching rate (ER) of the first stress relaxation layer in the present invention can be obtained by the following equation.
ER = etching rate of the first stress relaxation layer (nm / min) / etching rate of the SiO 2 thermal oxide film (nm / min)

(蒸着法による第1の応力緩和層の形成)
本発明の第1の応力緩和層は、蒸着法により形成されることを特徴とする。
蒸着法には、大きく分けて物理蒸着法と化学蒸着法の2つがあるが、本発明においては、より緻密な薄膜を低温で高速に成膜できる点で、化学蒸着法(CVD法)がより好ましい。
(Formation of first stress relaxation layer by vapor deposition)
The first stress relaxation layer of the present invention is formed by a vapor deposition method.
There are two types of vapor deposition methods: physical vapor deposition and chemical vapor deposition. In the present invention, chemical vapor deposition (CVD) is more effective in that a denser thin film can be formed at low temperature and at high speed. preferable.

化学蒸着法には、熱CVD法、光CVD法、プラズマCVD法、エピタキシャルCVD法、アトミックレイヤーCVD法、MOCVD法(有機金属気相成長法)などがあるが、なかでも、より緻密な膜を高速成膜できる点で、プラズマCVD法がより好ましい。
プラズマCVD法には、真空プロセスと大気圧プロセスがあり、どちらも好ましく用いることができるが、大気圧プロセスは全工程を大気圧下で行えるため、工程負荷を低減できるという点で好ましい。
Chemical vapor deposition methods include thermal CVD method, photo CVD method, plasma CVD method, epitaxial CVD method, atomic layer CVD method, MOCVD method (metal organic chemical vapor deposition method). The plasma CVD method is more preferable in that high-speed film formation is possible.
The plasma CVD method includes a vacuum process and an atmospheric pressure process, both of which can be preferably used. However, the atmospheric pressure process is preferable in that the process load can be reduced because all processes can be performed under atmospheric pressure.

プラズマCVD法とは、原料ガスに高周波などを印加することでガスをプラズマ化させ、原料ガスの原子や分子を励起・反応させることによって、活性状態で基材上にSiO2などの無機膜を堆積させる方法である。 In the plasma CVD method, a high-frequency gas is applied to the source gas to turn the gas into plasma, and the atoms and molecules of the source gas are excited and reacted to form an inorganic film such as SiO 2 on the substrate in an active state. It is a method of depositing.

得られる無機膜としては、酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、炭化ケイ素膜、酸化炭化ケイ素膜などであるが、原料由来の少量の有機物を含む場合もある。
以下、より好ましい態様である、大気圧プラズマCVD法について説明する。
Examples of the inorganic film to be obtained include a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, a silicon carbide film, and a silicon oxide carbide film. However, the inorganic film may contain a small amount of organic material derived from the raw material.
Hereinafter, the atmospheric pressure plasma CVD method which is a more preferable embodiment will be described.

(大気圧プラズマCVD法)
大気圧近傍でのプラズマCVD処理を行う大気圧プラズマCVD法は、真空下のプラズマCVD法に比べ、減圧にする必要がなく生産性が高いだけでなく、プラズマ密度が高密度であるために成膜速度が速く、更には通常のCVD法の条件に比較して、大気圧下という高圧力条件では、ガスの平均自由工程が非常に短いため、極めて均質の膜が得られる。
(Atmospheric pressure plasma CVD method)
The atmospheric pressure plasma CVD method, which performs plasma CVD processing near atmospheric pressure, does not need to be reduced in pressure and is more productive than the plasma CVD method under vacuum. The film speed is high, and further, under a high pressure condition of atmospheric pressure as compared with the conditions of a normal CVD method, the gas mean free path is very short, so that a very homogeneous film can be obtained.

大気圧プラズマ処理の場合は、放電ガスとしては窒素ガスまたは周期表の第18属原子、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等が用いられる。これらの中でも窒素、ヘリウム、アルゴンが好ましく用いられ、特に窒素がコストも安く好ましい。   In the case of atmospheric pressure plasma treatment, nitrogen gas or 18th group atom of the periodic table, specifically helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or the like is used as the discharge gas. Among these, nitrogen, helium, and argon are preferably used, and nitrogen is particularly preferable because of low cost.

<異なる周波数の電界を二つ以上形成した大気圧プラズマ処理>
次に、大気圧プラズマ処理について好ましい形態を説明する。大気圧プラズマ処理は、具体的には、国際公開第2007−026545号明細書に記載されるように、放電空間に異なる周波数の電界を2つ以上形成したもので、第1の高周波電界と第2の高周波電界とを重畳した電界を形成する方式を用いることが好ましい。
<Atmospheric pressure plasma treatment with two or more electric fields of different frequencies>
Next, a preferable embodiment for the atmospheric pressure plasma treatment will be described. Specifically, the atmospheric pressure plasma treatment is one in which two or more electric fields having different frequencies are formed in the discharge space as described in the specification of International Publication No. 2007-026545. It is preferable to use a method in which an electric field is formed by superimposing two high-frequency electric fields.

具体的には、第1の高周波電界の周波数ω1より第2の高周波電界の周波数ω2が高く、かつ、第1の高周波電界の強さV1と、第2の高周波電界の強さV2と、放電開始電界の強さIVとの関係が、
V1≧IV>V2 または V1>IV≧V2
を満たし、第2の高周波電界の出力密度が、1W/cm2以上であることが好ましい。
Specifically, the frequency ω2 of the second high-frequency electric field is higher than the frequency ω1 of the first high-frequency electric field, the strength V1 of the first high-frequency electric field, the strength V2 of the second high-frequency electric field, and the discharge The relationship with the starting electric field strength IV is
V1 ≧ IV> V2 or V1> IV ≧ V2
And the output density of the second high-frequency electric field is preferably 1 W / cm 2 or more.

このような放電条件を採用することにより、例えば、窒素ガスのように放電開始電界強度が高い放電ガスでも、放電を開始し、高密度で安定なプラズマ状態を維持でき、高性能な薄膜形成を行うことができる。   By adopting such discharge conditions, for example, even with a discharge gas having a high discharge starting electric field strength such as nitrogen gas, the discharge can be started and a high density and stable plasma state can be maintained, and a high performance thin film can be formed. It can be carried out.

上記の測定により放電ガスを窒素ガスとした場合、その放電開始電界強度IV(1/2Vp-p)は3.7kV/mm程度であり、従って、上記の関係において、第1の印加電界強度を、V1≧3.7kV/mmとして印加することによって窒素ガスを励起し、プラズマ状態にすることができる。 When the discharge gas is nitrogen gas according to the above measurement, the discharge start electric field intensity IV (1/2 V pp ) is about 3.7 kV / mm. Therefore, in the above relationship, the first applied electric field intensity is By applying V1 ≧ 3.7 kV / mm, the nitrogen gas can be excited to be in a plasma state.

ここで、第1電源の周波数としては、200kHz以下が好ましく用いることができる。またこの電界波形としては、連続波でもパルス波でもよい。下限は1kHz程度が望ましい。   Here, the frequency of the first power supply is preferably 200 kHz or less. The electric field waveform may be a continuous wave or a pulse wave. The lower limit is preferably about 1 kHz.

一方、第2電源の周波数としては、800kHz以上が好ましく用いられる。この第2電源の周波数が高い程、プラズマ密度が高くなり、緻密で良質な薄膜が得られる。上限は200MHz程度が望ましい。   On the other hand, the frequency of the second power source is preferably 800 kHz or more. The higher the frequency of the second power source, the higher the plasma density, and a dense and high-quality thin film can be obtained. The upper limit is preferably about 200 MHz.

このような2つの電源から高周波電界を形成することは、第1の高周波電界によって高い放電開始電界強度を有する放電ガスの放電を開始するのに必要であり、また第2の高周波電界の高い周波数及び高い出力密度によりプラズマ密度を高くして緻密で良質な薄膜を形成することができる。   The formation of a high-frequency electric field from such two power sources is necessary for initiating the discharge of a discharge gas having a high discharge starting electric field strength by the first high-frequency electric field, and the high frequency of the second high-frequency electric field. In addition, it is possible to form a dense and high-quality thin film by increasing the plasma density due to the high power density.

本発明でいう大気圧もしくはその近傍の圧力とは、20kPa〜110kPa程度であり、本発明に記載の良好な効果を得るためには、93kPa〜104kPaが好ましい。   The atmospheric pressure or the pressure in the vicinity thereof in the present invention is about 20 kPa to 110 kPa, and 93 kPa to 104 kPa is preferable in order to obtain a good effect described in the present invention.

また、本発明でいう励起したガスとは、エネルギーを得ることによって、ガス中の分子の少なくとも一部が、今ある状態からより高い状態へ移ることをいい、励起ガス分子、ラジカル化したガス分子、イオン化したガス分子を含むガスがこれに該当する。   The excited gas as used in the present invention means that at least a part of the molecules in the gas move from the existing state to a higher state by obtaining energy. Excited gas molecules, radicalized gas molecules A gas containing ionized gas molecules corresponds to this.

本発明において、例えば基材上に第1の応力緩和層を形成する場合、大気圧もしくはその近傍の圧力下で、高周波電界を発生させた放電空間に、例えば珪素を含有する原料ガス(テトラエトキシシランやヘキサメチルジシロキサンなど)を含有するガスを、励起した放電ガスと混合して二次励起ガスを形成し、基材をこの二次励起ガスに晒すことにより無機膜を形成する。   In the present invention, for example, when the first stress relaxation layer is formed on the base material, a source gas containing, for example, silicon (tetraethoxy) in a discharge space where a high-frequency electric field is generated under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof. A gas containing silane, hexamethyldisiloxane, or the like) is mixed with an excited discharge gas to form a secondary excitation gas, and an inorganic film is formed by exposing the substrate to the secondary excitation gas.

すなわち、第1ステップとして、対向電極間(放電空間)を、大気圧もしくはその近傍の圧力とし、放電ガスを対向電極間に導入し、高周波電圧を対向電極間に印加して、放電ガスをプラズマ状態とし、続いてプラズマ状態になった放電ガスと原料ガスとを、放電空間外で混合させて、この混合ガス(二次励起ガス)に基材を晒して、基材上に例えば第1の応力緩和層を形成する。   That is, as a first step, the pressure between the counter electrodes (discharge space) is set to atmospheric pressure or a pressure near it, a discharge gas is introduced between the counter electrodes, a high frequency voltage is applied between the counter electrodes, and the discharge gas is converted into plasma. Then, the discharge gas and the raw material gas that are in a plasma state are mixed outside the discharge space, and the base material is exposed to the mixed gas (secondary excitation gas). A stress relaxation layer is formed.

<大気圧プラズマ法に用いる原料(ガス)>
大気圧プラズマ法において、原料(原材料ともいう。)である有機金属化合物、分解ガス、分解温度、投入電力等の条件を選ぶことで、酸化珪素、また酸化珪素を主体とした金属酸化物、また、金属炭化物、金属窒化物、金属硫化物、金属ハロゲン化物等との混合物(金属酸窒化物、金属酸化ハロゲン化物等)等の組成を作り分けることができる。
<Raw material (gas) used for atmospheric pressure plasma method>
In the atmospheric pressure plasma method, silicon oxide, a metal oxide mainly composed of silicon oxide, or a metal oxide, which is a raw material (also referred to as a raw material), decomposition gas, decomposition temperature, input power, and the like are selected. In addition, the composition of metal carbides, metal nitrides, metal sulfides, metal halides and the like (metal oxynitrides, metal oxyhalides, etc.) can be made differently.

例えば、珪素化合物を原料化合物として用い、分解ガスに酸素を用いれば、珪素酸化物が生成する。また、シラザン等を原料化合物として用いれば、酸化窒化珪素が生成する。これはプラズマ空間内では非常に活性な荷電粒子・活性ラジカルが高密度で存在するため、プラズマ空間内では多段階の化学反応が非常に高速に促進され、プラズマ空間内に存在する元素は熱力学的に安定な化合物へと非常な短時間で変換されるためである。   For example, when a silicon compound is used as a raw material compound and oxygen is used as a decomposition gas, silicon oxide is generated. Further, if silazane or the like is used as a raw material compound, silicon oxynitride is generated. This is because highly active charged particles and active radicals exist in the plasma space at a high density, so that multistage chemical reactions are accelerated at high speed in the plasma space, and the elements present in the plasma space are thermodynamic. This is because it is converted into an extremely stable compound in a very short time.

このようなセラミック層の形成原料としては、珪素化合物であれば、常温常圧下で気体、液体、固体いずれの状態であっても構わない。気体の場合にはそのまま放電空間に導入できるが、液体、固体の場合は、加熱、バブリング、減圧、超音波照射等の手段により気化させて使用する。また、溶媒によって希釈して使用してもよく、溶媒は、メタノール、エタノール、n−ヘキサン等の有機溶媒及びこれらの混合溶媒が使用できる。なお、これらの希釈溶媒は、プラズマ放電処理中において、分子状、原子状に分解されるため、影響は殆ど無視することができる。   As a raw material for forming such a ceramic layer, as long as it is a silicon compound, it may be in a gas, liquid, or solid state at normal temperature and pressure. In the case of gas, it can be introduced into the discharge space as it is, but in the case of liquid or solid, it is used after being vaporized by means such as heating, bubbling, decompression or ultrasonic irradiation. Moreover, you may dilute and use by a solvent and organic solvents, such as methanol, ethanol, n-hexane, and these mixed solvents can be used for a solvent. Since these diluted solvents are decomposed into molecular and atomic forms during the plasma discharge treatment, the influence can be almost ignored.

このような珪素化合物としては、シラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラn−プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラn−ブトキシシラン、テトラt−ブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリメトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、ビス(ジメチルアミノ)ジメチルシラン、ビス(ジメチルアミノ)メチルビニルシラン、ビス(エチルアミノ)ジメチルシラン、N,O−ビス(トリメチルシリル)アセトアミド、ビス(トリメチルシリル)カルボジイミド、ジエチルアミノトリメチルシラン、ジメチルアミノジメチルシラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザン、ヘプタメチルジシラザン、ノナメチルトリシラザン、オクタメチルシクロテトラシラザン、テトラキスジメチルアミノシラン、テトライソシアナートシラン、テトラメチルジシラザン、トリス(ジメチルアミノ)シラン、トリエトキシフルオロシラン、アリルジメチルシラン、アリルトリメチルシラン、ベンジルトリメチルシラン、ビス(トリメチルシリル)アセチレン、1,4−ビストリメチルシリル−1,3−ブタジイン、ジ−t−ブチルシラン、1,3−ジシラブタン、ビス(トリメチルシリル)メタン、シクロペンタジエニルトリメチルシラン、フェニルジメチルシラン、フェニルトリメチルシラン、プロパルギルトリメチルシラン、テトラメチルシラン、トリメチルシリルアセチレン、1−(トリメチルシリル)−1−プロピン、トリス(トリメチルシリル)メタン、トリス(トリメチルシリル)シラン、ビニルトリメチルシラン、ヘキサメチルジシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、テトラメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメチルシクロテトラシロキサン、Mシリケート51等が挙げられる。   Examples of such silicon compounds include silane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra n-propoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetra n-butoxysilane, tetrat-butoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, Diethyldimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, (3,3,3-trifluoropropyl) trimethoxysilane, hexamethyldisiloxane, bis (dimethylamino) dimethylsilane Bis (dimethylamino) methylvinylsilane, bis (ethylamino) dimethylsilane, N, O-bis (trimethylsilyl) acetamide, bis (trimethylsilyl) carbodiimide, diethyl Aminotrimethylsilane, dimethylaminodimethylsilane, hexamethyldisilazane, hexamethylcyclotrisilazane, heptamethyldisilazane, nonamethyltrisilazane, octamethylcyclotetrasilazane, tetrakisdimethylaminosilane, tetraisocyanatosilane, tetramethyldisilazane, Tris (dimethylamino) silane, triethoxyfluorosilane, allyldimethylsilane, allyltrimethylsilane, benzyltrimethylsilane, bis (trimethylsilyl) acetylene, 1,4-bistrimethylsilyl-1,3-butadiyne, di-t-butylsilane, 1 , 3-disilabutane, bis (trimethylsilyl) methane, cyclopentadienyltrimethylsilane, phenyldimethylsilane, phenyltrimethylsilane, propa Gil trimethylsilane, tetramethylsilane, trimethylsilylacetylene, 1- (trimethylsilyl) -1-propyne, tris (trimethylsilyl) methane, tris (trimethylsilyl) silane, vinyltrimethylsilane, hexamethyldisilane, octamethylcyclotetrasiloxane, tetramethylcyclo Examples thereof include tetrasiloxane, hexamethylcyclotetrasiloxane, M silicate 51, and the like.

また、これら珪素を含む原料ガスを分解してセラミック層を得るための分解ガスとしては、水素ガス、メタンガス、アセチレンガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、窒素ガス、アンモニアガス、亜酸化窒素ガス、酸化窒素ガス、二酸化窒素ガス、酸素ガス、水蒸気、フッ素ガス、フッ化水素、トリフルオロアルコール、トリフルオロトルエン、硫化水素、二酸化硫黄、二硫化炭素、塩素ガス等が挙げられる。   The decomposition gas for decomposing the raw material gas containing silicon to obtain the ceramic layer includes hydrogen gas, methane gas, acetylene gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, nitrogen gas, ammonia gas, and nitrous oxide gas. Nitrogen oxide gas, nitrogen dioxide gas, oxygen gas, water vapor, fluorine gas, hydrogen fluoride, trifluoroalcohol, trifluorotoluene, hydrogen sulfide, sulfur dioxide, carbon disulfide, chlorine gas and the like.

珪素を含む原料ガスと、分解ガスを適宜選択することで、酸化珪素、また、窒化物、炭化物等を含有するセラミック層を得ることができる。   By appropriately selecting a source gas containing silicon and a decomposition gas, a ceramic layer containing silicon oxide, nitride, carbide, or the like can be obtained.

大気圧プラズマ法においては、これらの反応性ガスに対して、主にプラズマ状態になりやすい放電ガスを混合し、プラズマ放電発生装置にガスを送りこむ。このような放電ガスとしては、窒素ガス及び/または周期表の第18属原子、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等が用いられる。これらの中でも特に、窒素、ヘリウム、アルゴンが好ましく用いられる。   In the atmospheric pressure plasma method, a discharge gas that tends to be in a plasma state is mainly mixed with these reactive gases, and the gas is sent to a plasma discharge generator. As such a discharge gas, nitrogen gas and / or 18th group atom of the periodic table, specifically, helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, etc. are used. Among these, nitrogen, helium, and argon are preferably used.

上記放電ガスと反応性ガスを混合し、薄膜形成(混合)ガスとして大気圧プラズマ放電発生装置(プラズマ発生装置)に供給することで膜形成を行う。放電ガスと反応性ガスの割合は、得ようとする膜の性質によって異なるが、混合ガス全体に対し、放電ガスの割合を50%以上として反応性ガスを供給する。   The discharge gas and the reactive gas are mixed and supplied to an atmospheric pressure plasma discharge generator (plasma generator) as a thin film forming (mixed) gas to form a film. Although the ratio of the discharge gas and the reactive gas varies depending on the properties of the film to be obtained, the reactive gas is supplied with the ratio of the discharge gas being 50% or more with respect to the entire mixed gas.

(蒸着時の成膜速度)
本発明における蒸着時の成膜速度は、nm/秒の単位で表される。
成膜速度が低い程、緻密な薄膜を形成できるが、低すぎるとコストが高くなるため、本発明においては、0.1〜30nm/秒であることが好ましい。
(Deposition rate during deposition)
The film formation rate during vapor deposition in the present invention is expressed in units of nm / second.
As the film formation rate is lower, a dense thin film can be formed. However, if the film formation rate is too low, the cost increases. Therefore, in the present invention, the film thickness is preferably 0.1 to 30 nm / second.

この成膜速度を制御することで、目的とするエッチングレートを有する膜質の薄膜を作り分けることも可能である。   By controlling the film formation rate, it is possible to make a thin film having a desired etching rate.

(応力緩和層の機能)
急激にバリア性が劣化しない安定な塗布型ガスバリア性フィルムを得るためには、柔軟な樹脂基材上に良好な膜質で改質されたポリシラザン転化バリア層を安定に保持できるような構成が必須であることは、先に述べた通りである。
(Function of stress relaxation layer)
In order to obtain a stable coating-type gas barrier film that does not rapidly deteriorate its barrier properties, it is essential to have a structure that can stably hold a polysilazane conversion barrier layer modified with good film quality on a flexible resin substrate. There is something as described above.

このような構成要件のひとつとして、本発明における応力緩和層は、基材及びバリア層との密着性、バリア層に蓄積された内部応力や収縮応力などの緩和のほか、バリア層形成時の基材側からの水分調整などの機能を有していると考えている。   As one of such structural requirements, the stress relaxation layer in the present invention is based on adhesion between the base material and the barrier layer, relaxation of internal stress and shrinkage stress accumulated in the barrier layer, and the basis at the time of barrier layer formation. It is considered to have functions such as moisture adjustment from the material side.

従来技術では、バリア層においては、ポリシラザンの加水分解及び脱水縮合反応をいかに進行させるかが主眼であったのに対し、本発明では真空紫外線(VUV光)照射による改質処理前、処理中、処理後に、ポリシラザンの加水分解反応をいかに起こさせないかが、効率的な改質を行う上で最も重要と考えている。   In the prior art, in the barrier layer, the main purpose was how to proceed the hydrolysis and dehydration condensation reaction of polysilazane, whereas in the present invention, before the modification treatment by vacuum ultraviolet ray (VUV light) irradiation, during the treatment, It is considered most important for efficient reforming how the hydrolysis reaction of polysilazane is not caused after the treatment.

いったん、改質処理前に加水分解反応が進行し、膜内に多量のSi−OHが形成されてしまうと、その後VUV光を照射して改質処理を進めようとしても、バリア層において、本発明のバリア性を発現する層を形成することは困難となる。   Once the hydrolysis reaction proceeds before the reforming process and a large amount of Si-OH is formed in the film, the barrier layer can be used for the reforming process by irradiating VUV light thereafter. It becomes difficult to form a layer that exhibits the barrier properties of the invention.

よって、本発明においては、前述したように最適な低酸素濃度雰囲気下、かつ、低湿度環境下においてVUV光を照射し、活性酸素による直接酸化のみを進行させることで、本発明のバリア層を形成することが重要となる。   Therefore, in the present invention, as described above, the barrier layer of the present invention is formed by irradiating VUV light in an optimum low oxygen concentration atmosphere and in a low humidity environment, and allowing only direct oxidation by active oxygen to proceed. It is important to form.

また、改質時の環境を最適化するだけでは、安定したバリア性能を得るには不十分であることも分かってきている。これは、基材やハードコート層、平坦化層、密着層などが主に樹脂成分から成るような場合、バリア層をそれらに接して形成すると、例えば樹脂基材や樹脂層自身が含有する水分や、外気からそれらを通って侵入する水分によって、ポリシラザン改質膜の膜質が低下してしまうためではないかと推測している。   It has also been found that simply optimizing the environment at the time of reform is insufficient to obtain stable barrier performance. This is because when the base material, the hard coat layer, the flattening layer, the adhesion layer, etc. are mainly composed of a resin component, if the barrier layer is formed in contact with them, for example, the moisture contained in the resin base material or the resin layer itself In addition, it is presumed that the quality of the polysilazane modified film is deteriorated due to moisture entering from the outside air through them.

そこで、ポリシラザン改質膜を形成する下層として、本発明の応力緩和層を設けておくと、シラノール基等が生成しにくく、ポリシラザンの改質を効率化できることを見出した。   Thus, it has been found that when the stress relaxation layer of the present invention is provided as a lower layer for forming the polysilazane modified film, silanol groups and the like are hardly generated and the modification of polysilazane can be made efficient.

〔第2の応力緩和層〕
本発明において、第1の応力緩和層上に、バリア層に隣接するように設けた第2の応力緩和層をさらに有することが好ましい。
[Second stress relaxation layer]
In the present invention, it is preferable to further have a second stress relaxation layer provided adjacent to the barrier layer on the first stress relaxation layer.

本発明における第2の応力緩和層の相対エッチングレートは、SiO2熱酸化膜のエッチングレートを1.0とした時に、1.0以上1.4以下である。 The relative etching rate of the second stress relaxation layer in the present invention is 1.0 or more and 1.4 or less when the etching rate of the SiO 2 thermal oxide film is 1.0.

本発明の第2の応力緩和層のエッチングレートは、第1の応力緩和層と同様の方法によって求めることができる。   The etching rate of the second stress relaxation layer of the present invention can be determined by the same method as that for the first stress relaxation layer.

ただし、実膜厚を求める際のTEM断面写真において、第1の応力緩和層との界面が判断しにくい場合は、第2の応力緩和層を形成する際の成膜条件と同一条件下で、別途、界面が明確に分かるような、組成が明らかに異なる基材上に第2の応力緩和層を作製し、実膜厚を確認することで、エッチングレートを求めてもよい。   However, in the TEM cross-sectional photograph when determining the actual film thickness, when it is difficult to determine the interface with the first stress relaxation layer, under the same conditions as the film formation conditions for forming the second stress relaxation layer, Separately, the etching rate may be obtained by preparing a second stress relaxation layer on a substrate having a clearly different composition so that the interface can be clearly seen, and confirming the actual film thickness.

あるいは、第1の応力緩和層と第2の応力緩和層との膜質差がある程度大きい場合であれば、電子線を過剰に照射することで、写真の濃淡に反映される膜質差がより明確化し、判断し易くなる場合もある。   Alternatively, if the film quality difference between the first stress relaxation layer and the second stress relaxation layer is large to some extent, the film quality difference reflected in the shading of the photograph is further clarified by irradiating the electron beam excessively. , It may be easier to judge.

本発明において、より相対エッチングレートの低い、すなわち、より熱酸化膜に近い膜質強度を有する第2の応力緩和層をバリア層の下層に設け、更に第2の応力緩和層の下層に、より相対エッチングレートの高い、すなわち、より柔らかい第1の応力緩和層を設けることで、バリア層にかかる内部応力や収縮応力などのストレスを緩和する機能がより高まり、バリア層の破壊を抑制できるのではないかと考えている。   In the present invention, a second stress relaxation layer having a lower relative etching rate, that is, a film quality strength closer to that of a thermal oxide film is provided in the lower layer of the barrier layer, and further, a lower relative stress is provided in the lower layer of the second stress relaxation layer. By providing the first stress relaxation layer having a higher etching rate, that is, a softer layer, the function of relieving stress such as internal stress and shrinkage stress applied to the barrier layer is further enhanced, and the breakdown of the barrier layer cannot be suppressed. I think.

第2の応力緩和層の膜質は、有機成分などの不純物が膜中に残らないような最適な原料及び成膜条件を選択した上で、成膜速度を制御することで調整可能である。   The film quality of the second stress relaxation layer can be adjusted by controlling the film formation speed after selecting the optimal raw materials and film formation conditions so that impurities such as organic components do not remain in the film.

第2の応力緩和層は、第1の応力緩和層と同様に蒸着法により形成される。第2の応力緩和層の成膜速度は、0.1〜10nm/秒、より好ましくは、0.1〜2nm/秒である。   The second stress relaxation layer is formed by vapor deposition in the same manner as the first stress relaxation layer. The film formation rate of the second stress relaxation layer is 0.1 to 10 nm / second, more preferably 0.1 to 2 nm / second.

〔保護層〕
本発明において、スパッタ法により膜厚方向へエッチングを行った際の相対エッチングレートが、SiO2熱酸化膜のエッチングレートを1.0とした時に、1.0以上3.0以下である保護層をバリア層上に設けることを特徴する。
[Protective layer]
In the present invention, the protective layer has a relative etching rate of 1.0 or more and 3.0 or less when the etching rate of the SiO 2 thermal oxide film is 1.0 when etching is performed in the film thickness direction by sputtering. Is provided on the barrier layer.

本発明における保護層のエッチングレートは、前述した本発明の応力緩和層と同様の方法によって求めることができる。   The etching rate of the protective layer in this invention can be calculated | required by the method similar to the stress relaxation layer of this invention mentioned above.

本発明における保護層は、バリア層の上層に設けることで、デバイス作製プロセス耐性や搬送、巻き取り工程適性等を向上させるような単純な保護膜としての役割だけでなく、急激にバリア性が劣化しないような安定なバリア性フィルムを得るためにもたいへん有効であることが、本発明者の検討により分かってきた。このことは、バリア層が湿熱による加速劣化時に急激に破壊することで起こると考えられるバリア性の劣化をナノレベルで抑制することができるためではないかと推測しているが、その機構に関して今のところ詳細は不明である。   The protective layer in the present invention is not only a role of a simple protective film that improves device fabrication process resistance, conveyance, winding process suitability, etc. by providing it on the upper layer of the barrier layer, but also rapidly deteriorates the barrier property. It has been found by the inventor's examination that the present invention is very effective for obtaining a stable barrier film. It is speculated that this may be because the barrier layer is thought to be able to suppress the degradation of the barrier property, which is thought to be caused by abrupt destruction during accelerated degradation due to wet heat, at the nano level. However, details are unknown.

(保護層の形成方法)
本発明の保護層を形成する方法としては、特に制限はないが、先に応力緩和層を形成する方法として挙げた蒸着法を好ましく用いることができる。
また、適切な材料を選択することで、塗布法により形成することもできる。
(Method for forming protective layer)
The method for forming the protective layer of the present invention is not particularly limited, but the vapor deposition methods mentioned above as methods for forming the stress relaxation layer can be preferably used.
Moreover, it can also form by the apply | coating method by selecting an appropriate material.

保護層の膜厚は、特に制限はないが、乾燥後の厚さが10nm〜100μm程度が好ましく、100nm〜10μm程度がより好ましい。   The thickness of the protective layer is not particularly limited, but the thickness after drying is preferably about 10 nm to 100 μm, and more preferably about 100 nm to 10 μm.

(塗布法により保護層を形成するための材料)
本発明において、塗布法により保護層を形成するための材料としては、耐熱性、弾性率などの膜物性、隣接するバリア層との密着性や親和性などの観点から、ポリシロキサンやポリシルセスキオキサン等を主成分として含む材料が好ましい。
(Material for forming protective layer by coating method)
In the present invention, the material for forming the protective layer by a coating method includes polysiloxane and polysilsesquioxide from the viewpoints of film properties such as heat resistance and elastic modulus, and adhesion and affinity with adjacent barrier layers. A material containing oxane or the like as a main component is preferable.

より具体的には、有機基を有するポリシロキサン(有機ポリシロキサンともいう)、有機基を有するポリチタン酸などが挙げられるが、有機ポリシロキサンが好ましい。 有機ポリシロキサンはシロキサン結合で主鎖が構成される含珪素ポリマーにおいて珪素原子に有機基の数が珪素1個につき1〜2個有する構成単位を有するシロキサンの総称であり、T単位(ポリシロキサンの基本構成単位のうち、ケイ素原子に結合する有機基の数が1つで、残りの3つが酸素と結合しているもの)を有する有機ポリシロキサンすなわちシルセスキオキサンを含むことがより好ましい。   More specifically, examples include polysiloxane having an organic group (also referred to as organic polysiloxane), polytitanic acid having an organic group, and the like, and organic polysiloxane is preferable. Organopolysiloxane is a general term for siloxanes having a constitutional unit having 1 to 2 organic groups per silicon atom in a silicon-containing polymer in which the main chain is composed of siloxane bonds. Among the basic structural units, it is more preferable to include an organic polysiloxane, that is, silsesquioxane having one organic group bonded to a silicon atom and the remaining three bonded to oxygen.

有機基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、2−エチルブチル基、3−エチルブチル基、2,2−ジエチルプロピル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基などのアルキル基、ビニル基、アリル基などのアルケニル基、エチニル基などのアルキニル基、フェニル基、トリル基などのアリール基、ベンジル基、フェニチル基などのアラルキル基、その他の非置換1価炭化水素基が挙げられ、フッ素等の置換基を有していてもよい。また、アルコキシ基、例えば、メトキシ基、エトキシ基等も挙げられる。   As the organic group, methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, n-pentyl group, 2-ethylbutyl group , 3-ethylbutyl group, 2,2-diethylpropyl group, cyclopentyl group, n-hexyl group, cyclohexyl group and other alkyl groups, vinyl group, allyl group and other alkenyl groups, ethynyl group and other alkynyl groups, phenyl group and tolyl An aryl group such as a group, an aralkyl group such as a benzyl group and a phenethyl group, and other unsubstituted monovalent hydrocarbon groups may be mentioned, and may have a substituent such as fluorine. Also included are alkoxy groups such as methoxy and ethoxy groups.

塗布法により保護層を形成するための原料として用いることができる具体的な化合物としては、例えば、メチル・ヒドロポリシロキサン、メチルシルセスキオキサン、ヒドロシルセスキオキサン(小西化学社製)、テトラシラノフェニルPOSSなど籠状の有機シルセスキオキサン、ポリジエトキシシロキサン、ジエトキシシロキサン−エチルチタネートコポリマー、ポリジブチルチタネート、有機ポリシラザンなどを挙げることができる。   Specific compounds that can be used as a raw material for forming a protective layer by a coating method include, for example, methyl hydropolysiloxane, methylsilsesquioxane, hydrosilsesquioxane (manufactured by Konishi Chemical), tetra Examples include cage-like organic silsesquioxane such as silanophenyl POSS, polydiethoxysiloxane, diethoxysiloxane-ethyl titanate copolymer, polydibutyl titanate, and organic polysilazane.

保護層を形成する有機ポリシロキサンとして、市販の材料を適用することも可能である。   Commercially available materials can also be applied as the organic polysiloxane that forms the protective layer.

前記メチルシルセスキオキサンとヒドロシルセスキオキサン(小西化学社製)のほか、日東紡社製の無機・有機ナノコンポジット材料SSGコート(SSGコートHB21BN、SSGコートHB31BN)、JSR株式会社製のセラミックコーティング材グラスカ(グラスカHPC7003)、Gelest社製のジエトキシシラン−エチルチタネートコポリマーPSITI−019、等が挙げられる。   In addition to the methyl silsesquioxane and hydrosilsesquioxane (manufactured by Konishi Chemical), inorganic / organic nanocomposite material SSG coat (SSG coat HB21BN, SSG coat HB31BN) manufactured by Nittobo, ceramic manufactured by JSR Corporation Examples thereof include a coating material Glasca (Glaska HPC7003), diethoxysilane-ethyl titanate copolymer PSITI-019 manufactured by Gelest, and the like.

有機ポリシロキサン膜の硬化(縮合反応)を促進する目的で、アミン触媒や、パラジウム、スズ等を有する有機金属触媒、あるいは、テトラエトキシシランなどのアルコキシシランなどを材料液に添加してもよく、また、基材あるいはバリア層との密着性を向上する目的で、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランや3−アミノプロピルトリエトキシシランなどのシランカップリング剤などを添加することも好ましく用いられる。また、塗布性を向上する目的で樹脂などのバインダーを少量添加してもよい。また、紫外線による硬化反応を用いてもよい。   For the purpose of accelerating the curing (condensation reaction) of the organic polysiloxane film, an amine catalyst, an organometallic catalyst having palladium, tin or the like, or an alkoxysilane such as tetraethoxysilane may be added to the material liquid. In addition, for the purpose of improving the adhesion to the substrate or the barrier layer, it is also preferable to add a silane coupling agent such as 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane or 3-aminopropyltriethoxysilane. Moreover, you may add a small amount of binders, such as resin, in order to improve applicability | paintability. Moreover, you may use the hardening reaction by an ultraviolet-ray.

保護層を形成する有機・無機ハイブリッド材料として、市販の熱硬化ハードコート剤などを適用することも可能である。   As the organic / inorganic hybrid material for forming the protective layer, a commercially available thermosetting hard coat agent or the like can also be applied.

例えば、クラリアント社製のトゥットプロムシリーズ(有機ポリシラザン)、セラミックコート株式会社製のSP COAT耐熱クリアー塗料、アデカ社製のナノハイブリッドシリコーン、信越化学社製の各種シリコーン樹脂等が挙げられる。   For example, TutProm series (Organic polysilazane) manufactured by Clariant, SP COAT heat-resistant clear paint manufactured by Ceramic Coat, nano hybrid silicone manufactured by Adeka, various silicone resins manufactured by Shin-Etsu Chemical, etc.

〔樹脂基材(支持体ともいう)〕
本発明における樹脂基材(支持体)としては、本発明の応力緩和層、ガスバリア層及び保護層を保持することができるものであれば特に限定はされないが、ロール・トゥ・ロールなどの大量生産に適用可能で、取り扱い易く、低コスト化が可能な点で、プラスチックフィルムが好ましい。
[Resin substrate (also called support)]
The resin substrate (support) in the present invention is not particularly limited as long as it can hold the stress relaxation layer, gas barrier layer and protective layer of the present invention, but mass production such as roll-to-roll. A plastic film is preferable in that it is easy to handle and can be reduced in cost.

プラスチックフィルムとしては、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、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)、ポリアリレート、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ナイロン(Ny)、芳香族ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等の各樹脂フィルム、有機無機ハイブリッド構造を有するシルセスキオキサンを基本骨格とした耐熱透明フィルム(製品名Sila−DEC、チッソ株式会社製)、更には前記樹脂を2層以上積層して成る樹脂フィルム等を挙げることができる。   Examples of the plastic film include acrylic acid ester, methacrylic acid ester, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyarylate, polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE ), Polypropylene (PP), Polystyrene (PS), Nylon (Ny), Aromatic polyamide, Polyetheretherketone, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyimide, Polyetherimide, and other resin films, Sil with organic-inorganic hybrid structure A heat-resistant transparent film (product name: Sila-DEC, manufactured by Chisso Corporation) having sesquioxane as a basic skeleton, and a resin film formed by laminating two or more layers of the above resin can be used.

コストや入手の容易性の点では、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)などが好ましく用いられ、また、光学的透明性、耐熱性等の観点から、有機無機ハイブリッド構造を有するシルセスキオキサンを基本骨格とした耐熱透明フィルムも好ましく用いることができる。   In terms of cost and availability, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC) and the like are preferably used, and from the viewpoint of optical transparency, heat resistance, and the like. A heat-resistant transparent film having a basic skeleton of silsesquioxane having an organic-inorganic hybrid structure can also be preferably used.

本発明に係る支持体の厚みとして、5μm〜500μmの範囲が好ましく、更に好ましくは25μm〜250μmの範囲である。   The thickness of the support according to the present invention is preferably in the range of 5 μm to 500 μm, more preferably in the range of 25 μm to 250 μm.

また、本発明に係る支持体は透明であることが好ましい。支持体が透明であり、支持体上に形成する層も透明であることにより、透明なガスバリアフィルムとすることが可能となるため、光電変換素子(太陽電池)等の透明基板とすることも可能となるからである。   The support according to the present invention is preferably transparent. Since the support is transparent and the layer formed on the support is also transparent, it becomes possible to make a transparent gas barrier film, so it can also be used as a transparent substrate such as a photoelectric conversion element (solar cell). Because it becomes.

ここで、支持体が透明とは、可視光(400nm〜700nm)の光透過率が80%以上であることを示す。   Here, that the support is transparent means that the light transmittance of visible light (400 nm to 700 nm) is 80% or more.

また、上記に挙げた樹脂等を用いたプラスチックフィルムは、未延伸フィルムでもよく、延伸フィルムでもよい。   Moreover, the unstretched film may be sufficient as the plastic film using the resin etc. which were mentioned above, and a stretched film may be sufficient as it.

本発明に用いられるプラスチックフィルム支持体としては、従来公知の一般的な方法により製造することが可能である。例えば、材料となる樹脂を押し出し機により溶融し、環状ダイやTダイにより押し出して急冷することにより、実質的に無定形で配向していない未延伸の支持体を製造することができる。   The plastic film support used in the present invention can be produced by a conventionally known general method. For example, an unstretched support that is substantially amorphous and not oriented can be produced by melting a resin as a material with an extruder, extruding it with an annular die or a T-die, and quenching.

また、未延伸の支持体を一軸延伸、テンター式逐次二軸延伸、テンター式同時二軸延伸、チューブラー式同時二軸延伸などの公知の方法により、支持体の流れ(縦軸)方向、または支持体の流れ方向と直角(横軸)方向に延伸することにより延伸支持体を製造することができる。この場合の延伸倍率は、支持体の原料となる樹脂に合わせて適宜選択することできるが、縦軸方向及び横軸方向にそれぞれ2倍〜10倍が好ましい。   Further, the unstretched support is uniaxially stretched, tenter-type sequential biaxial stretching, tenter-type simultaneous biaxial stretching, tubular-type simultaneous biaxial stretching, and other known methods, such as the flow (vertical axis) direction of the support, or A stretched support can be produced by stretching in the direction perpendicular to the flow direction of the support (horizontal axis). The draw ratio in this case can be appropriately selected according to the resin as the raw material of the support, but is preferably 2 to 10 times in the vertical axis direction and the horizontal axis direction, respectively.

また、本発明に係るプラスチックフィルムにおいては、隣接層1を形成する前にコロナ処理を施してもよい。   Moreover, in the plastic film which concerns on this invention, before forming the adjacent layer 1, you may give a corona treatment.

また、本発明における支持体上に、本発明の応力緩和層の支持体表面に対する密着性を向上する目的で、アンカーコート層を形成してもよい。   Moreover, you may form an anchor coat layer on the support body in this invention in order to improve the adhesiveness with respect to the support body surface of the stress relaxation layer of this invention.

このアンカーコート層としては、プラスチックフィルムと応力緩和層との接着性を高めるものであれば特に制限はないが、本発明の応力緩和層は主に無機物から成る膜であるため、有機−無機ハイブリッド材料のように有機性と無機性を併せ持つような材料が好ましく用いられる。   The anchor coat layer is not particularly limited as long as it improves the adhesion between the plastic film and the stress relaxation layer. However, since the stress relaxation layer of the present invention is a film mainly composed of an inorganic material, an organic-inorganic hybrid is used. A material having both organic and inorganic properties such as a material is preferably used.

また、シランカップリング剤のように単分子レベル〜ナノレベルの薄膜を形成し、層界面で分子結合を形成できるような材料でアンカーコート層を設けることも、より高い密着性が期待できる点で好ましく用いることができる。   In addition, it is also possible to expect higher adhesion by forming a thin film of monomolecular level to nano level like a silane coupling agent and providing an anchor coat layer with a material capable of forming a molecular bond at the layer interface. It can be preferably used.

また、本発明において、支持体上に更に樹脂などから成る応力緩和層や樹脂支持体の表面を平滑化するための平滑層、樹脂支持体からのブリードアウトを防止するためのブリードアウト防止層などを別途設けてもよい。   Further, in the present invention, a stress relaxation layer made of resin or the like on the support, a smoothing layer for smoothing the surface of the resin support, a bleed-out prevention layer for preventing bleed-out from the resin support, etc. May be provided separately.

(平滑層)
支持体上の平滑層は、突起等が存在する透明樹脂フィルム支持体の粗面を平坦化し、あるいは、透明樹脂フィルム支持体に存在する突起により透明無機化合物層に生じた凹凸やピンホールを埋めて平坦化するために設けられる。このような平滑層は、基本的には感光性樹脂を硬化させて形成される。
(Smooth layer)
The smooth layer on the support flattens the rough surface of the transparent resin film support on which protrusions and the like exist, or fills irregularities and pinholes generated in the transparent inorganic compound layer by the protrusions on the transparent resin film support. Provided for flattening. Such a smooth layer is basically formed by curing a photosensitive resin.

平滑層の感光性樹脂としては、例えば、ラジカル反応性不飽和化合物を有するアクリレート化合物を含有する樹脂組成物、アクリレート化合物とチオール基を有するメルカプト化合物を含有する樹脂組成物、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、グリセロールメタクリレート等の多官能アクリレートモノマーを溶解させた樹脂組成物等が挙げられる。また、上記のような樹脂組成物の任意の混合物を使用することも可能であり、光重合性不飽和結合を分子内に1個以上有する反応性のモノマーを含有している感光性樹脂であれば特に制限はない。   As the photosensitive resin of the smooth layer, for example, a resin composition containing an acrylate compound having a radical reactive unsaturated compound, a resin composition containing an acrylate compound and a mercapto compound having a thiol group, epoxy acrylate, urethane acrylate, Examples thereof include a resin composition in which a polyfunctional acrylate monomer such as polyester acrylate, polyether acrylate, polyethylene glycol acrylate, or glycerol methacrylate is dissolved. It is also possible to use an arbitrary mixture of the above resin compositions, and any photosensitive resin containing a reactive monomer having one or more photopolymerizable unsaturated bonds in the molecule can be used. There are no particular restrictions.

感光性樹脂の組成物は光重合開始剤を含有してもよい。   The composition of the photosensitive resin may contain a photopolymerization initiator.

平滑層の形成方法は特に制限はないが、スピンコーティング法、スプレー法、ブレードコーティング法、ディップ法等のウエットコーティング法、あるいは、蒸着法等のドライコーティング法により形成することが好ましい。   The method for forming the smooth layer is not particularly limited, but is preferably formed by a wet coating method such as a spin coating method, a spray method, a blade coating method, or a dip method, or a dry coating method such as an evaporation method.

平滑層の形成では、上述の感光性樹脂に、必要に応じて、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤等の添加剤を加えることができる。また、平滑層の積層位置に関係なく、いずれの平滑層においても、成膜性向上及び膜のピンホール発生防止等のために適切な樹脂や添加剤を使用してもよい。   In the formation of the smooth layer, additives such as an antioxidant, an ultraviolet absorber, and a plasticizer can be added to the above-described photosensitive resin as necessary. In addition, regardless of the position where the smooth layer is laminated, in any smooth layer, an appropriate resin or additive may be used in order to improve the film formability and prevent the generation of pinholes in the film.

平滑層の平滑性は、表面粗さで表現される値で、最大断面高さRt(p)が、10nm以上、30nm以下であることが好ましい。この範囲よりも値が小さい場合には、後述の珪素化合物を塗布する段階で、ワイヤーバー、ワイヤレスバー等の塗布方式で、平滑層表面に塗工手段が接触する場合に、塗布性が損なわれる場合がある。また、この範囲よりも大きい場合には、珪素化合物を塗布した後の、凹凸を平滑化することが難しくなる場合がある。   The smoothness of the smooth layer is a value expressed by surface roughness, and the maximum cross-sectional height Rt (p) is preferably 10 nm or more and 30 nm or less. When the value is smaller than this range, the coating property is impaired when the coating means comes into contact with the surface of the smooth layer by a coating method such as a wire bar or a wireless bar at the stage of coating a silicon compound described later. There is a case. Moreover, when larger than this range, it may become difficult to smooth the unevenness | corrugation after apply | coating a silicon compound.

表面粗さは、AFM(原子間力顕微鏡)で、極小の先端半径の触針を持つ検出器で連続測定した凹凸の断面曲線から算出され、極小の先端半径の触針により測定方向が数十μmの区間内を多数回測定し、微細な凹凸の振幅に関する粗さである。   The surface roughness is calculated from an uneven cross-sectional curve continuously measured by an AFM (Atomic Force Microscope) with a detector having a stylus having a minimum tip radius, and the measurement direction is several tens by the stylus having a minimum tip radius. It is the roughness related to the amplitude of fine irregularities measured in a section of μm many times.

(平滑層への添加剤)
好ましい態様の一つは、前述の感光性樹脂中に表面に光重合反応性を有する感光性基が導入された反応性シリカ粒子(以下、単に「反応性シリカ粒子」ともいう)を含むものである。
(Additive to smooth layer)
One preferred embodiment includes reactive silica particles (hereinafter also simply referred to as “reactive silica particles”) in which a photosensitive group having photopolymerization reactivity is introduced on the surface of the photosensitive resin.

ここで光重合性を有する感光性基としては、(メタ)アクリロイルオキシ基に代表される重合性不飽和基等を挙げることができる。また感光性樹脂は、この反応性シリカ粒子の表面に導入された光重合反応性を有する感光性基と光重合反応可能な化合物、例えば、重合性不飽和基を有する不飽和有機化合物を含むものであってもよい。   Here, examples of the photopolymerizable photosensitive group include polymerizable unsaturated groups represented by a (meth) acryloyloxy group. The photosensitive resin contains a photopolymerizable photosensitive group introduced on the surface of the reactive silica particles and a compound capable of photopolymerization, for example, an unsaturated organic compound having a polymerizable unsaturated group. It may be.

また、感光性樹脂としては、このような反応性シリカ粒子や重合性不飽和基を有する不飽和有機化合物に適宜汎用の希釈溶剤を混合することによって固形分を調整したものを用いることができる。   Moreover, as a photosensitive resin, what adjusted solid content by mixing a general purpose dilution solvent suitably with such a reactive silica particle or the unsaturated organic compound which has a polymerizable unsaturated group can be used.

ここで反応性シリカ粒子の平均粒子径としては、0.001μm〜0.1μmの平均粒子径であることが好ましい。平均粒子径をこのような範囲にすることにより、後述する平均粒子径1μm〜10μmの無機粒子からなるマット剤と組合せて用いることによって、防眩性と解像性とをバランス良く満たす光学特性と、ハードコート性とを兼ね備えた平滑層を形成し易くなる。   Here, the average particle size of the reactive silica particles is preferably 0.001 μm to 0.1 μm. By making the average particle diameter in such a range, by using it in combination with a matting agent composed of inorganic particles having an average particle diameter of 1 μm to 10 μm, which will be described later, optical properties satisfying a good balance between anti-glare properties and resolution. Further, it becomes easy to form a smooth layer having both hard coat properties.

さらに平均粒子径として0.001μm〜0.01μmのものを用いることがより好ましい。   Further, it is more preferable to use an average particle size of 0.001 μm to 0.01 μm.

平滑層とガスバリア層との密着性を向上し、また、基材の湾曲を防止し、加熱処理を行った場合にクラックの発生を防止し、ガスバリア性フィルムの透明性や屈折率等の光学的物性を良好に保持する観点から、平滑層中には、上述の様な無機粒子を質量比として20%〜60%の範囲で含有することが好ましい。   Improves adhesion between the smooth layer and the gas barrier layer, prevents bending of the base material, prevents cracks when heat-treated, and provides optical properties such as transparency and refractive index of the gas barrier film From the viewpoint of maintaining good physical properties, the smooth layer preferably contains the inorganic particles as described above in a mass ratio of 20% to 60%.

本発明では、重合性不飽和基修飾加水分解性シラン化合物が、加水分解性シリル基の加水分解反応によって、シリカ粒子との間に、シリルオキシ基を生成して化学的に結合しているようなものを、反応性シリカ粒子として用いることができる。   In the present invention, the polymerizable unsaturated group-modified hydrolyzable silane compound is chemically bonded to the silica particles by generating a silyloxy group by a hydrolysis reaction of the hydrolyzable silyl group. Can be used as reactive silica particles.

加水分解性シリル基としては、例えば、アルコキシシリル基、アセトキシシリル基等のカルボキシリレートシリル基、クロルシリル基等のハロゲン化シリル基、アミノシリル基、オキシムシリル基、ヒドリドシリル基等が挙げられる。   Examples of the hydrolyzable silyl group include a carboxylylated silyl group such as an alkoxysilyl group and an acetoxysilyl group, a halogenated silyl group such as a chlorosilyl group, an aminosilyl group, an oximesilyl group, and a hydridosilyl group.

重合性不飽和基としては、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニル基、プロペニル基、ブタジエニル基、スチリル基、エチニイル基、シンナモイル基、マレート基、アクリルアミド基等が挙げられる。   Examples of the polymerizable unsaturated group include acryloyloxy group, methacryloyloxy group, vinyl group, propenyl group, butadienyl group, styryl group, ethynyl group, cinnamoyl group, malate group, and acrylamide group.

本発明に用いられる平滑層の厚みとしては、支持体の平滑性を向上し、さらに、支持体の光学特性のバランスを調整し易くなると共に、平滑層を支持体の一方の面にのみ設けた場合における平滑フィルムのカールを防止する観点から、1μm〜10μmの範囲が好ましく、さらに好ましくは2μm〜7μmの範囲である。   As the thickness of the smooth layer used in the present invention, the smoothness of the support is improved, and the balance of the optical properties of the support is easily adjusted, and the smooth layer is provided only on one surface of the support. From the viewpoint of preventing curling of the smooth film in the case, the range of 1 μm to 10 μm is preferable, and the range of 2 μm to 7 μm is more preferable.

(ブリードアウト防止層)
ブリードアウト防止層は、平滑層を有するフィルムを加熱した際に、フィルム支持体中から未反応のオリゴマー等が表面へ移行して、接触する面を汚染してしまう現象を抑制する目的で、平滑層を有する支持体の反対面に設けられる。ブリードアウト防止層は、この機能を有していれば、基本的に平滑層と同じ構成をとっても構わない。
(Bleed-out prevention layer)
The bleed-out prevention layer is used for the purpose of suppressing the phenomenon that, when a film having a smooth layer is heated, unreacted oligomers migrate from the film support to the surface and contaminate the contact surface. Provided on the opposite side of the support having a layer. The bleed-out prevention layer may basically have the same configuration as the smooth layer as long as it has this function.

ブリードアウト防止層に含ませることが可能な、重合性不飽和基を有する不飽和有機化合物としては、分子中に2個以上の重合性不飽和基を有する多価不飽和有機化合物、あるいは分子中に1個の重合性不飽和基を有する単価不飽和有機化合物等を挙げることができる。   Examples of the unsaturated organic compound having a polymerizable unsaturated group that can be included in the bleed-out prevention layer include a polyunsaturated organic compound having two or more polymerizable unsaturated groups in the molecule, or in the molecule And monounsaturated organic compounds having one polymerizable unsaturated group.

その他の添加剤として、マット剤を含有しても良い。マット剤としては、平均粒子径が0.1μm〜5μm程度の無機粒子が好ましい。   As other additives, a matting agent may be contained. As the matting agent, inorganic particles having an average particle diameter of about 0.1 μm to 5 μm are preferable.

このような無機粒子としては、シリカ、アルミナ、タルク、クレイ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化ジルコニウム等の1種又は2種以上を併せて使用することができる。   As such inorganic particles, one or more of silica, alumina, talc, clay, calcium carbonate, magnesium carbonate, barium sulfate, aluminum hydroxide, titanium dioxide, zirconium oxide and the like can be used in combination. .

ここで無機粒子からなるマット剤は、ブリードアウト防止層の固形分100質量部に対して2質量部以上、好ましくは4質量部以上、より好ましくは6質量部以上、20質量部以下、好ましくは18質量部以下、より好ましくは16質量部以下の割合で混合されていることが望ましい。   Here, the matting agent composed of inorganic particles is 2 parts by mass or more, preferably 4 parts by mass or more, more preferably 6 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, preferably 100 parts by mass of the solid content of the bleed-out prevention layer. It is desirable that they are mixed in a proportion of 18 parts by mass or less, more preferably 16 parts by mass or less.

またブリードアウト防止層には、ハードコート剤及びマット剤の他の成分として熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、電離放射線硬化性樹脂、光重合開始剤等を含有させてもよい。   In addition, the bleed-out prevention layer may contain a thermoplastic resin, a thermosetting resin, an ionizing radiation curable resin, a photopolymerization initiator, and the like as other components of the hard coat agent and the mat agent.

以上のようなブリードアウト防止層は、ハードコート剤、マット剤、及び必要に応じて他の成分を配合して、適宜必要に応じて用いる希釈溶剤によって塗布液として調製し、当該塗布液を支持体フィルム表面に従来公知の塗布方法によって塗布した後、電離放射線を照射して硬化させることにより形成することができる。   The bleed-out prevention layer as described above is mixed with a hard coat agent, a matting agent, and other components as necessary, and is prepared as a coating solution by using a diluent solvent as necessary, and supports the coating solution. It can form by apply | coating to a body film surface by a conventionally well-known coating method, and then irradiating with ionizing radiation and making it harden | cure.

尚、電離放射線を照射する方法としては、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、メタルハライドランプ等から発せられる100〜400nm、好ましくは200〜400nmの波長領域の紫外線を照射する、又は走査型やカーテン型の電子線加速器から発せられる100nm以下の波長領域の電子線を照射することにより行うことができる。   In addition, as a method of irradiating with ionizing radiation, ultraviolet rays having a wavelength region of 100 to 400 nm, preferably 200 to 400 nm, emitted from an ultrahigh pressure mercury lamp, a high pressure mercury lamp, a low pressure mercury lamp, a carbon arc, a metal halide lamp, or the like are irradiated or scanned. The irradiation can be performed by irradiating an electron beam having a wavelength region of 100 nm or less emitted from a type or curtain type electron beam accelerator.

ブリードアウト防止層の厚みとしては、支持体の耐熱性を向上させ、さらに、支持体の光学特性のバランスを調整し易くなると共に、ブリードアウト防止層を基材の一方の面にのみ設けた場合における支持体のカールを防止する観点から、1〜10μmの範囲が好ましく、さらに好ましくは2〜7μmの範囲である。   The thickness of the bleed-out prevention layer improves the heat resistance of the support, makes it easier to adjust the balance of the optical properties of the support, and the bleed-out prevention layer is provided only on one side of the substrate. From the viewpoint of preventing the support from curling, a range of 1 to 10 μm is preferable, and a range of 2 to 7 μm is more preferable.

《ガスバリア性フィルムの用途》
本発明のガスバリア性フィルムの用途としては、主に電子デバイス等のパッケージ、または有機EL素子や太陽電池、液晶といったディスプレイ材料等、各種電子デバイス用樹脂基材としての用途が挙げられる。
本発明のガスバリア性フィルムは、種々の封止用材料、封止用フィルムとして用いることができる。
<< Use of gas barrier film >>
Applications of the gas barrier film of the present invention include applications as resin substrates for various electronic devices such as packages for electronic devices, or display materials such as organic EL elements, solar cells, and liquid crystals.
The gas barrier film of the present invention can be used as various sealing materials and sealing films.

上記の中でも、本発明のガスバリア性フィルムは、電子デバイスに用いることが好ましい。
以下、本発明のガスバリア性フィルムを有する電子デバイスの一例として、有機光電変換素子、該素子を有する太陽電池について説明する。
Among these, the gas barrier film of the present invention is preferably used for an electronic device.
Hereinafter, as an example of an electronic device having the gas barrier film of the present invention, an organic photoelectric conversion element and a solar cell having the element will be described.

〔有機光電変換素子〕
本発明に係る有機光電変換素子は、本発明のガスバリア性フィルムを構成として有するが、有機光電変換素子に用いる際に、本発明のガスバリア性フィルムは透明であることが好ましく、具体的には、透明であるガスバリア性フィルムを有機光電変換素子の支持体の構成部材として用い、ガスバリア性フィルムの側から太陽光の受光を行うように構成することが好ましい。
[Organic photoelectric conversion element]
The organic photoelectric conversion element according to the present invention has the gas barrier film of the present invention as a component, but when used for the organic photoelectric conversion element, the gas barrier film of the present invention is preferably transparent, specifically, It is preferable to use a transparent gas barrier film as a constituent member of the support of the organic photoelectric conversion element and to receive sunlight from the gas barrier film side.

ここで、『透明』とは、可視光(400nm〜700nm)の光透過率が80%以上であることを意味する。
即ち、このガスバリア性フィルム上に、例えば、ITO等の透明導電性薄膜を透明電極として設け、有機光電変換素子用樹脂支持体を構成することができる。そして、支持体上に設けられたITO透明導電膜を陽極としてこの上に多孔質半導体層を設け、更に金属膜からなる陰極を作製して有機光電変換素子を作製し、この上に別の封止材料を(同じでもよいが)重ねて、前記ガスバリア性フィルム支持体と周囲を接着、素子を封じ込めることで有機光電変換素子を封止することができ、これにより外気の湿気や酸素等のガスによる素子への影響を封じることができる。
Here, “transparent” means that the light transmittance of visible light (400 nm to 700 nm) is 80% or more.
That is, on this gas barrier film, for example, a transparent conductive thin film such as ITO can be provided as a transparent electrode to constitute a resin support for an organic photoelectric conversion element. Then, an ITO transparent conductive film provided on the support is used as an anode, a porous semiconductor layer is provided thereon, and a cathode made of a metal film is prepared to produce an organic photoelectric conversion element. The organic photoelectric conversion element can be sealed by stacking a stop material (although it may be the same), adhering the gas barrier film support and the periphery, and encapsulating the element. The influence on the element due to can be sealed.

有機光電変換素子用樹脂支持体は、このようにして作製されたガスバリア性フィルムのガスバリア層(単にバリア層ともいう)上に、透明導電性膜を作製することによって得られる。透明導電膜の作製は、真空蒸着法やスパッタリング法等を用いることにより、またインジウム、スズ等の金属アルコキシド等を用いたゾルゲル法等塗布法によっても製造できる。
透明導電膜の膜厚としては、0.1nm〜1000nmの範囲が好ましい。
次いで、これらガスバリア性フィルム、またこれに透明導電膜が作製された有機光電変換素子用樹脂支持体を用いた有機光電変換素子について説明する。
The resin support for organic photoelectric conversion elements is obtained by producing a transparent conductive film on the gas barrier layer (also simply referred to as a barrier layer) of the gas barrier film produced in this manner. The transparent conductive film can be produced by using a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like, or by a coating method such as a sol-gel method using a metal alkoxide such as indium or tin.
As a film thickness of a transparent conductive film, the range of 0.1 nm-1000 nm is preferable.
Next, an organic photoelectric conversion element using these gas barrier films and a resin support for an organic photoelectric conversion element on which a transparent conductive film is produced will be described.

〔封止フィルムとその製造方法〕
本発明では、前記ガスバリア層(単にバリア層ともいう)を有するガスバリア性フィルムを基板として用いることが好ましい。
前記バリア層を有するガスバリア性フィルムにおいて、バリア層上に更に透明導電膜を作製し、これを陽極としてこの上に有機光電変換素子を構成する層、陰極となる層とを積層し、この上に更にもう一つのガスバリア性フィルムを封止フィルムとして重ね接着することで封止する。
[Sealing film and manufacturing method thereof]
In the present invention, a gas barrier film having the gas barrier layer (also simply referred to as a barrier layer) is preferably used as the substrate.
In the gas barrier film having the barrier layer, a transparent conductive film is further formed on the barrier layer, and the layer constituting the organic photoelectric conversion element and the layer serving as the cathode are laminated on the transparent conductive film. Further, another gas barrier film is sealed as a sealing film by overlapping.

用いられるもう一つの封止材料(封止フィルム)としては、本発明のガスバリア性フィルムを用いることができる。また、例えば、包装材等に使用される公知のガスバリア性フィルム、例えば、プラスチックフィルム上に酸化ケイ素や、酸化アルミニウムを蒸着したもの、緻密なセラミック層と、柔軟性を有する衝撃緩和ポリマー層を交互に積層した構成のガスバリア性フィルム等を封止フィルムとして用いることができる。   As another sealing material (sealing film) used, the gas barrier film of the present invention can be used. Also, for example, known gas barrier films used for packaging materials, such as plastic films deposited with silicon oxide or aluminum oxide, dense ceramic layers, and flexible impact relaxation polymer layers alternately A gas barrier film or the like laminated on the substrate can be used as the sealing film.

また、特に樹脂ラミネート(ポリマー膜)された金属箔は、光取り出し側のガスバリア性フィルムとして用いることはできないが、低コストで更に透湿性の低い封止材料であり、光取り出しを意図しない(透明性を要求されない)場合、封止フィルムとして好ましい。   In particular, a resin-laminated (polymer film) metal foil cannot be used as a gas barrier film on the light extraction side, but is a low-cost and further moisture-permeable sealing material and does not intend to extract light (transparent When the property is not required), it is preferable as a sealing film.

本発明において、金属箔とはスパッタや蒸着等で作製された金属薄膜や、導電性ペースト等の流動性電極材料から作製された導電膜と異なり、圧延等で作製された金属の箔またはフィルムを指す。   In the present invention, a metal foil is a metal foil or film made by rolling or the like, unlike a metal thin film made by sputtering or vapor deposition, or a conductive film made from a fluid electrode material such as a conductive paste. Point to.

金属箔としては金属の種類に特に限定はなく、例えば、銅(Cu)箔、アルミニウム(Al)箔、金(Au)箔、黄銅箔、ニッケル(Ni)箔、チタン(Ti)箔、銅合金箔、ステンレス箔、スズ(Sn)箔、高ニッケル合金箔等が挙げられる。これらの各種の金属箔の中で特に好ましい金属箔としてはAl箔が挙げられる。   There is no particular limitation on the type of metal as the metal foil. For example, copper (Cu) foil, aluminum (Al) foil, gold (Au) foil, brass foil, nickel (Ni) foil, titanium (Ti) foil, copper alloy Examples thereof include foil, stainless steel foil, tin (Sn) foil, and high nickel alloy foil. Among these various metal foils, a particularly preferred metal foil is an Al foil.

金属箔の厚さは6〜50μmが好ましい。6μm未満の場合は、金属箔に用いる材料によっては使用時にピンホールが空き、必要とするバリア性(透湿度、酸素透過率)が得られなくなる場合がある。50μmを越えた場合は、金属箔に用いる材料によってはコストが高くなり、有機光電変換素子が厚くなりフィルムのメリットが少なくなる場合がある。   The thickness of the metal foil is preferably 6 to 50 μm. If the thickness is less than 6 μm, depending on the material used for the metal foil, pinholes may be vacant during use, and required barrier properties (moisture permeability, oxygen permeability) may not be obtained. When the thickness exceeds 50 μm, the cost increases depending on the material used for the metal foil, and the merit of the film may be reduced because the organic photoelectric conversion element becomes thick.

樹脂フィルム(ポリマー膜)がラミネートされた金属箔において、樹脂フィルムとしては機能性包装材料の新展開(株式会社東レリサーチセンター)に記載の各種材料を使用することが可能であり、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリアミド系樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体系樹脂、セロハン系樹脂、ビニロン系樹脂、塩化ビニリデン系樹脂等が挙げられる。ポリプロピレン系樹脂、ナイロン系樹脂等の樹脂は延伸されていてもよく、更に塩化ビニリデン系樹脂をコートされていてもよい。また、ポリエチレン系樹脂は低密度あるいは高密度のものも用いることができる。   In a metal foil laminated with a resin film (polymer film), various materials described in the new development of functional packaging materials (Toray Research Center, Inc.) can be used as the resin film. Resin, polypropylene resin, polyethylene terephthalate resin, polyamide resin, ethylene-vinyl alcohol copolymer resin, ethylene-vinyl acetate copolymer resin, acrylonitrile-butadiene copolymer resin, cellophane resin, vinylon resin, chloride Examples thereof include vinylidene resins. Resins such as polypropylene resins and nylon resins may be stretched and further coated with a vinylidene chloride resin. In addition, a polyethylene resin having a low density or a high density can be used.

後述するが、2つのフィルムの封止方法としては、例えば、一般に使用されるインパルスシーラー熱融着性の樹脂層をラミネートして、インパルスシーラーで融着させ、封止する方法が好ましく、この場合、ガスバリア性フィルム同士の封止は、フィルム膜厚が300μmを超えると封止作業時のフィルムの取り扱い性が悪化するのとインパルスシーラー等による熱融着が困難となるため膜厚としては300μm以下が望ましい。   As will be described later, as a method for sealing the two films, for example, a method of laminating a commonly used impulse sealer heat-fusible resin layer, fusing with an impulse sealer, and sealing is preferable. In addition, when sealing the gas barrier films, if the film thickness exceeds 300 μm, the film handling property deteriorates during sealing work and it becomes difficult to heat-seal with an impulse sealer or the like, so the film thickness is 300 μm or less. Is desirable.

〔有機光電変換素子の封止の好ましい態様〕
本発明の有機電子デバイスの一つである有機光電変換素子に用いられる封止の好ましい態様について説明する。
本発明に係る有機光電変換素子の作製の一例としては、バリア層を有する本発明のガスバリア性フィルム上に透明導電膜を形成し、有機光電変換素子用樹脂支持体上に有機光電変換素子各層を形成した後、上記封止フィルムを用いて、不活性ガスによりパージされた環境下で、上記封止フィルムで陰極面を覆うようにして、有機光電変換素子を封止することができる。
[Preferred embodiment of sealing of organic photoelectric conversion element]
The preferable aspect of sealing used for the organic photoelectric conversion element which is one of the organic electronic devices of this invention is demonstrated.
As an example of production of the organic photoelectric conversion device according to the present invention, a transparent conductive film is formed on the gas barrier film of the present invention having a barrier layer, and each layer of the organic photoelectric conversion device is formed on the resin support for the organic photoelectric conversion device. After the formation, the organic photoelectric conversion element can be sealed using the sealing film so as to cover the cathode surface with the sealing film in an environment purged with an inert gas.

不活性ガスとしては、N2の他、He、Ar等の希ガスが好ましく用いられるが、HeとArを混合した希ガスも好ましく、気体中に占める不活性ガスの割合は90体積%〜99.9体積%であることが好ましい。不活性ガスによりパージされた環境下で封止することにより、保存性が改良される。 As the inert gas, a rare gas such as He and Ar is preferably used in addition to N 2 , but a rare gas in which He and Ar are mixed is also preferable, and the ratio of the inert gas in the gas is 90% by volume to 99%. It is preferably 9% by volume. Preservability is improved by sealing in an environment purged with an inert gas.

また、前記の樹脂フィルム(ポリマー膜)がラミネートされた金属箔を用いて、有機光電変換素子を封止するにあたっては、ラミネートされた樹脂フィルム面ではなく、金属箔上にセラミック層を作製し、このセラミック層面を有機光電変換素子の陰極に貼り合わせることが好ましい。封止フィルムのポリマー膜面を有機光電変換素子の陰極に貼り合わせると、部分的に導通が発生することがある。   Moreover, in sealing the organic photoelectric conversion element using the metal foil laminated with the resin film (polymer film), a ceramic layer is produced on the metal foil instead of the laminated resin film surface, The ceramic layer surface is preferably bonded to the cathode of the organic photoelectric conversion element. When the polymer film surface of the sealing film is bonded to the cathode of the organic photoelectric conversion element, conduction may occur partially.

封止フィルムを有機光電変換素子の陰極に貼り合わせる封止方法としては、一般に使用されるインパルスシーラーで融着可能な樹脂フィルム、例えば、エチレン酢酸ビニルコポリマー(EVA)やポリプロピレン(PP)フィルム、ポリエチレン(PE)フィルム等の熱融着性フィルムを積層して、インパルスシーラーで融着させ封止する方法がある。   As a sealing method of bonding the sealing film to the cathode of the organic photoelectric conversion element, a resin film that can be fused with a commonly used impulse sealer, for example, ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), polypropylene (PP) film, polyethylene There is a method in which a heat-fusible film such as a (PE) film is laminated and fused with an impulse sealer and sealed.

接着方法としてはドライラミネート方式が作業性の面で優れている。この方法は、一般には1.0μm〜2.5μm程度の硬化性の接着剤層を使用する。但し、接着剤の塗設量が多すぎる場合には、トンネル、浸み出し、縮緬皺等が発生することがあるため、好ましくは接着剤量を乾燥膜厚で3μm〜5μmになるように調節することが好ましい。   As an adhesion method, the dry laminating method is excellent in terms of workability. This method generally uses a curable adhesive layer of about 1.0 μm to 2.5 μm. However, if the amount of adhesive applied is too large, tunneling, leaching, crimping, etc. may occur, so the amount of adhesive is preferably adjusted to 3 μm to 5 μm in dry film thickness. It is preferable to do.

ホットメルトラミネーションとは、ホットメルト接着剤を溶融し支持体に接着層を塗設する方法であるが、接着剤層の厚さは一般に1μm〜50μmと広い範囲で設定可能な方法である。一般に使用されるホットメルト接着剤のベースレジンとしては、EVA、EEA、ポリエチレン、ブチルラバー等が使用され、ロジン、キシレン樹脂、テルペン系樹脂、スチレン系樹脂等が粘着付与剤として、ワックス等が可塑剤として添加される。   Hot melt lamination is a method in which a hot melt adhesive is melted and an adhesive layer is coated on a support, and the thickness of the adhesive layer is generally a method that can be set in a wide range of 1 μm to 50 μm. Commonly used base resins for hot melt adhesives include EVA, EEA, polyethylene, butyl rubber, etc., rosin, xylene resin, terpene resin, styrene resin, etc. as tackifiers, wax etc. It is added as an agent.

エクストルージョンラミネート法とは、高温で溶融した樹脂をダイスにより支持体上に塗設する方法であり、樹脂層の厚さは一般に10μm〜50μmと広い範囲で設定可能である。エクストルージョンラミネートに使用される樹脂としては、一般にLDPE、EVA、PP等が使用される。
次いで、有機光電変換素子を構成する有機光電変換素子材料各層(構成層)について説明する。
The extrusion laminating method is a method in which a resin melted at a high temperature is coated on a support with a die, and the thickness of the resin layer can generally be set in a wide range of 10 μm to 50 μm. As a resin used for the extrusion laminate, LDPE, EVA, PP, etc. are generally used.
Next, each layer (constituent layer) of the organic photoelectric conversion element material constituting the organic photoelectric conversion element will be described.

〔有機光電変換素子及び太陽電池の構成〕
本発明に係る電子デバイスの一例として、有機光電変換素子及び太陽電池の好ましい態様を説明するが、本発明はこれらに限定されない。
尚、以下、本発明に係る有機光電変換素子の好ましい態様について詳細に説明するが、本発明に係る太陽電池は本発明に係る有機光電変換素子をその構成として有するものであり、太陽電池の好ましい構成も同様に記載することができる。
[Configuration of organic photoelectric conversion element and solar cell]
Although the preferable aspect of an organic photoelectric conversion element and a solar cell is demonstrated as an example of the electronic device which concerns on this invention, this invention is not limited to these.
In addition, although the preferable aspect of the organic photoelectric conversion element which concerns on this invention is demonstrated in detail hereafter, the solar cell which concerns on this invention has the organic photoelectric conversion element which concerns on this invention as the structure, and is preferable of a solar cell. The configuration can be similarly described.

有機光電変換素子としては、特に制限がなく、陽極と陰極と、両者に挟まれた発電層(p型半導体とn型半導体が混合された層、バルクヘテロジャンクション層、i層とも言う)が少なくとも1層以上あり、光を照射すると電流を発生する素子であればよい。
有機光電変換素子の層構成(太陽電池の好ましい層構成も同様である)の好ましい具体例を以下に示す。
(i)陽極/発電層/陰極
(ii)陽極/正孔輸送層/発電層/陰極
(iii)陽極/正孔輸送層/発電層/電子輸送層/陰極
(iv)陽極/正孔輸送層/p型半導体層/発電層/n型半導体層/電子輸送層/陰極
(v)陽極/正孔輸送層/第1発電層/電子輸送層/中間電極/正孔輸送層/第2発電層/電子輸送層/陰極。
The organic photoelectric conversion element is not particularly limited, and has at least one anode and cathode, and a power generation layer (also referred to as a p-type semiconductor and n-type semiconductor mixed layer, a bulk heterojunction layer, or an i layer) sandwiched therebetween. Any element that has more than one layer and generates current when irradiated with light may be used.
The preferable specific example of the layer structure of an organic photoelectric conversion element (The preferable layer structure of a solar cell is also the same) is shown below.
(I) Anode / power generation layer / cathode (ii) Anode / hole transport layer / power generation layer / cathode (iii) Anode / hole transport layer / power generation layer / electron transport layer / cathode (iv) Anode / hole transport layer / P-type semiconductor layer / power generation layer / n-type semiconductor layer / electron transport layer / cathode (v) anode / hole transport layer / first power generation layer / electron transport layer / intermediate electrode / hole transport layer / second power generation layer / Electron transport layer / cathode.

ここで、発電層は、正孔を輸送できるp型半導体材料と電子を輸送できるn型半導体材料を含有していることが必要であり、これらは実質2層でヘテロジャンクションを作製していてもよいし、1層の内部で混合された状態となっているバルクヘテロジャンクションを作製してもよいが、バルクヘテロジャンクション構成のほうが、光電変換効率が高いため好ましい。発電層に用いられるp型半導体材料、n型半導体材料については後述する。
有機EL素子同様、発電層を正孔輸送層、電子輸送層で挟み込むことで、正孔及び電子の陽極・陰極への取り出し効率を高めることができるため、それらを有する構成((ii)、(iii))の方が好ましい。また、発電層自体も正孔と電子の整流性(キャリア取り出しの選択性)を高めるため、(iv)のようにp型半導体材料とn型半導体材料単体からなる層で発電層を挟み込むような構成(p−i−n構成とも言う)であってもよい。また、太陽光の利用効率を高めるため、異なる波長の太陽光をそれぞれの発電層で吸収するような、タンデム構成((v)の構成)であってもよい。
Here, the power generation layer needs to contain a p-type semiconductor material capable of transporting holes and an n-type semiconductor material capable of transporting electrons, and even if these layers form a heterojunction with substantially two layers. Alternatively, a bulk heterojunction in a mixed state in one layer may be manufactured, but a bulk heterojunction configuration is preferable because of higher photoelectric conversion efficiency. A p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material used for the power generation layer will be described later.
Like the organic EL element, the efficiency of taking out holes and electrons to the anode / cathode can be increased by sandwiching the power generation layer between the hole transport layer and the electron transport layer. Therefore, the structure having them ((ii), ( iii)) is preferred. Further, in order to improve the rectification of holes and electrons (selection of carrier extraction), the power generation layer itself is sandwiched between layers of a p-type semiconductor material and a single n-type semiconductor material as shown in (iv). A configuration (also referred to as a pin configuration) may be used. Moreover, in order to improve the utilization efficiency of sunlight, the tandem configuration (configuration (v)) in which sunlight of different wavelengths is absorbed by each power generation layer may be employed.

太陽光利用率(光電変換効率)の向上を目的として、以下に説明する図1に示す有機光電変換素子10におけるサンドイッチ構造に代わって、一対の櫛歯状電極上にそれぞれ正孔輸送層14、電子輸送層16を作製し、その上に光電変換部15を配置するといった、バックコンタクト型の有機光電変換素子が構成とすることもできる。   For the purpose of improving the sunlight utilization rate (photoelectric conversion efficiency), instead of the sandwich structure in the organic photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 described below, a hole transport layer 14 on each of the pair of comb-like electrodes, A back-contact type organic photoelectric conversion element in which the electron transport layer 16 is produced and the photoelectric conversion unit 15 is disposed thereon can also be configured.

更に、詳細な本発明に係る有機光電変換素子の好ましい態様を下記に説明する。
図1は、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子からなる太陽電池の一例を示す断面図である。
図1において、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子10は、基板11の一方の面上に、陽極12、正孔輸送層17、バルクヘテロジャンクション層の発電層14、電子輸送層18及び陰極13が順次積層されている。
Furthermore, the preferable aspect of the organic photoelectric conversion element which concerns on detailed this invention is demonstrated below.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a solar cell composed of a bulk heterojunction organic photoelectric conversion element.
In FIG. 1, a bulk heterojunction organic photoelectric conversion element 10 has an anode 12, a hole transport layer 17, a bulk heterojunction power generation layer 14, an electron transport layer 18, and a cathode 13 in this order on one surface of a substrate 11. Are stacked.

基板11は、順次積層された陽極12、正孔輸送層17、発電層14、電子輸送層18及び陰極13を保持する部材である。本実施形態では、基板11側から光電変換される光が入射するので、基板11は、この光電変換される光を透過させることが可能な、即ち、この光電変換すべき光の波長に対して透明な部材である。基板11は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が用いられる。この基板11は、必須ではなく、例えば、発電層14の両面に陽極12及び陰極13を作製することでバルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子10が構成されてもよい。   The substrate 11 is a member that holds the anode 12, the hole transport layer 17, the power generation layer 14, the electron transport layer 18, and the cathode 13 that are sequentially stacked. In the present embodiment, since light that is photoelectrically converted enters from the substrate 11 side, the substrate 11 can transmit the light that is photoelectrically converted, that is, with respect to the wavelength of the light to be photoelectrically converted. It is a transparent member. As the substrate 11, for example, a glass substrate or a resin substrate is used. The substrate 11 is not essential. For example, the bulk heterojunction organic photoelectric conversion element 10 may be configured by forming the anode 12 and the cathode 13 on both surfaces of the power generation layer 14.

発電層14は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する層であって、p型半導体材料とn型半導体材料とを一様に混合したバルクヘテロジャンクション層を有して構成される。p型半導体材料は相対的に電子供与体(ドナー)として機能し、n型半導体材料は相対的に電子受容体(アクセプタ)として機能する。   The power generation layer 14 is a layer that converts light energy into electrical energy, and includes a bulk heterojunction layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are uniformly mixed. The p-type semiconductor material relatively functions as an electron donor (donor), and the n-type semiconductor material relatively functions as an electron acceptor (acceptor).

図1において、基板11を介して陽極12から入射された光は、発電層14のバルクヘテロジャンクション層における電子受容体あるいは電子供与体で吸収され、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)が作製される。発生した電荷は、内部電界、例えば、陽極12と陰極13の仕事関数が異なる場合では陽極12と陰極13との電位差によって、電子は、電子受容体間を通り、また正孔は、電子供与体間を通り、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流が検出される。   In FIG. 1, light incident from the anode 12 through the substrate 11 is absorbed by the electron acceptor or electron donor in the bulk heterojunction layer of the power generation layer 14, and electrons move from the electron donor to the electron acceptor. A pair of holes and electrons (charge separation state) is produced. The generated electric charge is caused by an internal electric field, for example, when the work function of the anode 12 and the cathode 13 is different, the electrons pass between the electron acceptors and the holes are electron donors due to the potential difference between the anode 12 and the cathode 13. The photocurrent is detected by passing through different electrodes to different electrodes.

例えば、陽極12の仕事関数が陰極13の仕事関数よりも大きい場合では、電子は陽極12へ、正孔は陰極13へ輸送される。なお、仕事関数の大小が逆転すれば電子と正孔は、これとは逆方向に輸送される。また、陽極12と陰極13との間に電位をかけることにより、電子と正孔の輸送方向を制御することもできる。   For example, when the work function of the anode 12 is larger than that of the cathode 13, electrons are transported to the anode 12 and holes are transported to the cathode 13. If the magnitude of the work function is reversed, electrons and holes are transported in the opposite direction. In addition, the transport direction of electrons and holes can be controlled by applying a potential between the anode 12 and the cathode 13.

なお、図1には記載していないが、正孔ブロック層、電子ブロック層、電子注入層、正孔注入層、あるいは平滑化層等の他の層を有していてもよい。
更に好ましい構成としては、前記発電層14が、所謂p−i−nの三層構成となっている構成(図2)である。通常のバルクヘテロジャンクション層は、p型半導体材料とn型半導体層が混合したi層(14i)単体であるが、p型半導体材料単体からなるp層(14p)、及びn型半導体材料単体からなるn層(14n)で挟むことにより、正孔及び電子の整流性がより高くなり、電荷分離した正孔・電子の再結合等によるロスが低減され、一層高い光電変換効率を得ることができる。
Although not shown in FIG. 1, other layers such as a hole blocking layer, an electron blocking layer, an electron injection layer, a hole injection layer, or a smoothing layer may be included.
As a more preferable configuration, the power generation layer 14 has a so-called p-i-n three-layer configuration (FIG. 2). A normal bulk heterojunction layer is a single i layer (14i) in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor layer are mixed. However, a p-layer (14p) made of a single p-type semiconductor material and a single n-type semiconductor material. By sandwiching between n layers (14n), the rectification of holes and electrons becomes higher, loss due to charge-separated hole-electron recombination is reduced, and higher photoelectric conversion efficiency can be obtained.

更に、太陽光利用率(光電変換効率)の向上を目的として、このような光電変換素子を積層したタンデム型の構成としてもよい。
図3は、タンデム型のバルクヘテロジャンクション層を備える有機光電変換素子からなる太陽電池を示す断面図である。タンデム型構成の場合、基板11上に、順次透明電極12、第1の発電層14′を積層した後、電荷再結合層15を積層した後、第2の発電層16、次いで対電極13を積層することで、タンデム型の構成とすることができる。第2の発電層16は、第1の発電層14′の吸収スペクトルと同じスペクトルを吸収する層でもよいし、異なるスペクトルを吸収する層でもよいが、好ましくは異なるスペクトルを吸収する層である。また、第1の発電層14′、第2の発電層16がともに前述のp−i−nの三層構成であってもよい。
以下に、これらの層を構成する材料について述べる。
Furthermore, it is good also as a tandem-type structure which laminated | stacked such a photoelectric conversion element for the purpose of the improvement of sunlight utilization factor (photoelectric conversion efficiency).
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a solar cell composed of an organic photoelectric conversion element including a tandem bulk heterojunction layer. In the case of the tandem configuration, the transparent electrode 12 and the first power generation layer 14 ′ are sequentially stacked on the substrate 11, the charge recombination layer 15 is stacked, the second power generation layer 16, and then the counter electrode 13 are stacked. By stacking, a tandem structure can be obtained. The second power generation layer 16 may be a layer that absorbs the same spectrum as the absorption spectrum of the first power generation layer 14 ′ or may be a layer that absorbs a different spectrum, but is preferably a layer that absorbs a different spectrum. Further, both the first power generation layer 14 ′ and the second power generation layer 16 may have the above-described three-layer structure of pin.
Below, the material which comprises these layers is described.

〔有機光電変換素子材料〕
本発明に係る有機光電変換素子の発電層(光電変換層ともいう)の形成に用いられる材料について説明する。
[Organic photoelectric conversion element material]
The material used for formation of the electric power generation layer (it is also called a photoelectric converting layer) of the organic photoelectric conversion element concerning this invention is demonstrated.

(p型半導体材料)
本発明に係る有機光電変換素子の発電層(バルクヘテロジャンクション層)として好ましく用いられるp型半導体材料としては、種々の縮合多環芳香族低分子化合物や共役系ポリマー・オリゴマーが挙げられる。
(P-type semiconductor material)
Examples of the p-type semiconductor material preferably used as the power generation layer (bulk heterojunction layer) of the organic photoelectric conversion device according to the present invention include various condensed polycyclic aromatic low molecular compounds and conjugated polymers / oligomers.

縮合多環芳香族低分子化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の化合物、ポルフィリンや銅フタロシアニン、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、及びこれらの誘導体や前駆体が挙げられる。   Examples of the condensed polycyclic aromatic low-molecular compound include anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, heptacene, chrysene, picene, fluorene, pyrene, peropyrene, perylene, terylene, quaterylene, coronene, ovalene, circumanthracene, bisanthene, zesulene, Compounds such as heptazeslen, pyranthrene, violanthene, isoviolanthene, cacobiphenyl, anthradithiophene, porphyrin, copper phthalocyanine, tetrathiafulvalene (TTF) -tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF ) -Perchloric acid complexes, and derivatives and precursors thereof.

また、上記の縮合多環を有する誘導体の例としては、国際公開第03/16599号、国際公開第03/28125号、米国特許第6,690,029号明細書、特開2004−107216号公報等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、J.Amer.Chem.Soc.,vol127.No14.4986、J.Amer.Chem.Soc.,vol.123、p9482、J.Amer.Chem.Soc.,vol.130(2008)、No.9、2706等に記載のトリアルキルシリルエチニル基で置換されたアセン系化合物等が挙げられる。   Examples of the derivative having the above condensed polycycle include International Publication No. 03/16599, International Publication No. 03/28125, US Pat. No. 6,690,029, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-107216. A pentacene derivative having a substituent as described in U.S. Pat. No. 2003/136964, J. Pat. Amer. Chem. Soc. , Vol127. No. 14.4986, J. Am. Amer. Chem. Soc. , Vol. 123, p9482; Amer. Chem. Soc. , Vol. 130 (2008), no. 9, acene-based compounds substituted with a trialkylsilylethynyl group described in 2706 and the like.

共役系ポリマーとしては、例えば、ポリ3−ヘキシルチオフェン(P3HT)等のポリチオフェン及びそのオリゴマー、またはTechnical Digest of the International PVSEC−17,Fukuoka,Japan,2007,P1225に記載の重合性基を有するようなポリチオフェン、Nature Material,(2006)vol.5,p328に記載のポリチオフェン−チエノチオフェン共重合体、WO2008000664に記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Adv Mater,2007p4160に記載のポリチオフェン−チアゾロチアゾール共重合体,Nature Mat.vol.6(2007),p497に記載のPCPDTBT等のようなポリチオフェン共重合体、ポリピロール及びそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレン及びそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマー、等のポリマー材料が挙げられる。   As the conjugated polymer, for example, a polythiophene such as poly-3-hexylthiophene (P3HT) and an oligomer thereof, or a technical group described in Technical Digest of the International PVSEC-17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225. Polythiophene, Nature Material, (2006) vol. 5, p328, a polythiophene-thienothiophene copolymer described in WO2008000664, a polythiophene-diketopyrrolopyrrole copolymer described in WO2008000664, a polythiophene-thiazolothiazole copolymer described in Adv Mater, 2007p4160, Nature Mat. vol. 6 (2007), p497 described in PCPDTBT, etc., polypyrrole and its oligomer, polyaniline, polyphenylene and its oligomer, polyphenylene vinylene and its oligomer, polythienylene vinylene and its oligomer, polyacetylene, polydiacetylene, Examples thereof include polymer materials such as σ-conjugated polymers such as polysilane and polygermane.

また、ポリマー材料ではなくオリゴマー材料としては、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、等のオリゴマーが好適に用いることができる。   In addition, oligomeric materials instead of polymer materials include thiophene hexamer α-sexual thiophene α, ω-dihexyl-α-sexual thiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (3 Oligomers such as -butoxypropyl) -α-sexithiophene can be preferably used.

これらの化合物の中でも、溶液プロセスが可能な程度に有機溶剤への溶解性が高く、且つ乾燥後は、結晶性薄膜を作製し、高い移動度を達成することが可能な化合物が好ましい。
また、発電層上に電子輸送層を塗布で成膜する場合、電子輸送層溶液が発電層を溶かしてしまうという課題があるため、溶液プロセスで塗布した後に不溶化できるような材料を用いてもよい。
Among these compounds, a compound that is highly soluble in an organic solvent to the extent that a solution process is possible and that can produce a crystalline thin film and achieve high mobility after drying is preferable.
In addition, when the electron transport layer is formed on the power generation layer by coating, there is a problem that the electron transport layer solution dissolves the power generation layer. Therefore, a material that can be insolubilized after coating by a solution process may be used. .

このような材料としては、Technical Digest of the International PVSEC−17, Fukuoka,Japan,2007,P1225に記載の重合性基を有するようなポリチオフェンのような、塗布後に塗布膜を重合架橋して不溶化できる材料、または米国特許第2003/136964号明細書、及び特開2008−16834号公報等に記載されているような、熱等のエネルギーを加えることによって、可溶性置換基が反応して不溶化する(顔料化する)材料等を挙げることができる。   Examples of such a material include materials that can be insolubilized by polymerizing and crosslinking the coating film after coating, such as polythiophene having a polymerizable group described in Technical Digest of the International PVSEC-17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225. Or by applying energy such as heat, as described in US 2003/136964 and JP-A 2008-16834, etc., the soluble substituent reacts to insolubilize (pigmentation). Material) and the like.

(n型半導体材料)
本発明に係るバルクヘテロジャンクション層に用いられるn型半導体材料としては特に限定されないが、例えば、フラーレン、オクタアザポルフィリン等、p型半導体の水素原子をフッ素原子に置換したパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物や、そのイミド化物を骨格として含む高分子化合物等を挙げることができる。
(N-type semiconductor material)
The n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer according to the present invention is not particularly limited. For example, a perfluoro compound (perfluoropentacene or the like) in which a hydrogen atom of a p-type semiconductor such as fullerene or octaazaporphyrin is substituted with a fluorine atom. Perfluorophthalocyanine, etc.), naphthalenetetracarboxylic anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, perylenetetracarboxylic acid diimide and other aromatic carboxylic acid anhydrides, and polymers containing such imidized compounds as a skeleton A compound etc. can be mentioned.

しかし、各種のp型半導体材料と高速(〜50fs)、且つ効率的に電荷分離を行うことができる、フラーレン誘導体が好ましい。フラーレン誘導体としては、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC84、フラーレンC240、フラーレンC540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ、多層ナノチューブ、単層ナノチューブ、ナノホーン(円錐型)等、及びこれらの一部が水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、シクロアルキル基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、アミノ基、シリル基等によって置換されたフラーレン誘導体を挙げることができる。   However, fullerene derivatives that can perform charge separation efficiently with various p-type semiconductor materials at high speed (˜50 fs) are preferable. Fullerene derivatives include fullerene C60, fullerene C70, fullerene C76, fullerene C78, fullerene C84, fullerene C240, fullerene C540, mixed fullerene, fullerene nanotubes, multi-walled nanotubes, single-walled nanotubes, nanohorns (conical), etc. Partially by hydrogen atom, halogen atom, substituted or unsubstituted alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heteroaryl group, cycloalkyl group, silyl group, ether group, thioether group, amino group, silyl group, etc. Examples thereof include substituted fullerene derivatives.

中でも、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッドメチルエステル(略称PCBM)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nブチルエステル(PCBnB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−イソブチルエステル(PCBiB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nヘキシルエステル(PCBH)、Adv.Mater.,vol.20(2008),p2116等に記載のbis−PCBM、特開2006−199674号公報等のアミノ化フラーレン、特開2008−130889号公報等のメタロセン化フラーレン、米国特許第7,329,709号明細書等の環状エーテル基を有するフラーレン等のような、置換基を有してより溶解性が向上したフラーレン誘導体を用いることが好ましい。   Among them, [6,6] -phenyl C61-butyric acid methyl ester (abbreviation PCBM), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-nbutyl ester (PCBnB), [6,6] -phenyl C61- Butyric acid-isobutyl ester (PCBiB), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-n-hexyl ester (PCBH), Adv. Mater. , Vol. 20 (2008), p2116, etc., aminated fullerenes such as JP-A 2006-199674, metallocene fullerenes such as JP-A 2008-130889, US Pat. No. 7,329,709, etc. It is preferable to use a fullerene derivative having a substituent and having improved solubility, such as fullerene having a cyclic ether group such as a calligraphy.

(正孔輸送層・電子ブロック層)
本発明の有機光電変換素子10は、バルクヘテロジャンクション層と陽極との中間には正孔輸送層17を、バルクヘテロジャンクション層で発生した電荷をより効率的に取り出すことが可能となるため、これらの層を有していることが好ましい。
(Hole transport layer / electron block layer)
In the organic photoelectric conversion element 10 of the present invention, the hole transport layer 17 can be taken out between the bulk heterojunction layer and the anode, and charges generated in the bulk heterojunction layer can be taken out more efficiently. It is preferable to have.

これらの層を構成する材料としては、例えば、正孔輸送層17としては、スタルクヴイテック製、商品名BaytronP等のPEDOT、ポリアニリン及びそのドープ材料、国際公開第06/19270号パンフレット等に記載のシアン化合物、等を用いることができる。   As a material constituting these layers, for example, as the hole transport layer 17, PEDOT such as Product name BaytronP manufactured by Stark Vitec, polyaniline and its doped material, described in WO 06/19270, etc. Cyanide compounds can be used.

なお、バルクヘテロジャンクション層に用いられるn型半導体材料のLUMO準位よりも浅いLUMO準位を有する正孔輸送層には、バルクヘテロジャンクション層で生成した電子を陽極側には流さないような整流効果を有する電子ブロック機能が付与される。   Note that the hole transport layer having a LUMO level shallower than the LUMO level of the n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer has a rectifying effect that prevents electrons generated in the bulk heterojunction layer from flowing to the anode side. The electronic block function is provided.

このような正孔輸送層は電子ブロック層とも呼ばれ、このような機能を有する正孔輸送層を使用するほうが好ましい。このような材料としては、特開平5−271166号公報等に記載のトリアリールアミン系化合物、また酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化タングステン等の金属酸化物等を用いることができる。   Such a hole transport layer is also called an electron block layer, and it is preferable to use a hole transport layer having such a function. As such a material, a triarylamine compound described in JP-A-5-271166 or a metal oxide such as molybdenum oxide, nickel oxide, or tungsten oxide can be used.

また、バルクヘテロジャンクション層に用いたp型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。これらの層を作製する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。バルクヘテロジャンクション層を作製する前に、下層に塗布膜を作製すると塗布面をレベリングする効果があり、リーク等の影響が低減するため好ましい。   A layer made of a single p-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer can also be used. As a means for producing these layers, either a vacuum vapor deposition method or a solution coating method may be used, but a solution coating method is preferable. It is preferable to produce a coating film in the lower layer before producing the bulk heterojunction layer because it has the effect of leveling the application surface and reduces the influence of leakage and the like.

(電子輸送層・正孔ブロック層)
有機光電変換素子10は、バルクヘテロジャンクション層と陰極との中間には電子輸送層18を作製することで、バルクヘテロジャンクション層で発生した電荷をより効率的に取り出すことが可能となるため、これらの層を有していることが好ましい。
(Electron transport layer / hole blocking layer)
Since the organic photoelectric conversion element 10 is capable of extracting charges generated in the bulk heterojunction layer more efficiently by forming the electron transport layer 18 between the bulk heterojunction layer and the cathode, these layers It is preferable to have.

また、電子輸送層18としては、オクタアザポルフィリン、p型半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)を用いることができるが、同様にバルクヘテロジャンクション層に用いられるp型半導体材料のHOMO準位よりも深いHOMO準位を有する電子輸送層には、バルクヘテロジャンクション層で生成した正孔を陰極側には流さないような整流効果を有する正孔ブロック機能が付与される。
このような電子輸送層は正孔ブロック層とも呼ばれ、このような機能を有する電子輸送層を使用するほうが好ましい。
As the electron transport layer 18, octaazaporphyrin, a p-type semiconductor perfluoro product (perfluoropentacene, perfluorophthalocyanine, or the like) can be used. Similarly, a p-type semiconductor material used for a bulk heterojunction layer is used. The electron transport layer having a HOMO level deeper than the HOMO level is given a hole blocking function having a rectifying effect so that holes generated in the bulk heterojunction layer do not flow to the cathode side.
Such an electron transport layer is also called a hole blocking layer, and it is preferable to use an electron transport layer having such a function.

このような材料としては、バソキュプロイン等のフェナントレン系化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等のn型半導体材料、及び酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ガリウム等のn型無機酸化物及びフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属化合物等を用いることができる。
また、バルクヘテロジャンクション層に用いたn型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。これらの層を作製する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。
Examples of such materials include phenanthrene compounds such as bathocuproine, n-type semiconductor materials such as naphthalenetetracarboxylic acid anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, perylenetetracarboxylic acid diimide, and titanium oxide. N-type inorganic oxides such as zinc oxide and gallium oxide, and alkali metal compounds such as lithium fluoride, sodium fluoride, and cesium fluoride can be used.
A layer made of a single n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer can also be used. As a means for producing these layers, either a vacuum vapor deposition method or a solution coating method may be used, but a solution coating method is preferable.

(その他の層)
エネルギー変換効率の向上や、素子寿命の向上を目的に、各種中間層を素子内に有する構成としてもよい。中間層の例としては、正孔ブロック層、電子ブロック層、正孔注入層、電子注入層、励起子ブロック層、UV吸収層、光反射層、波長変換層等を挙げることができる。
(Other layers)
For the purpose of improving energy conversion efficiency and improving the lifetime of the element, a structure having various intermediate layers in the element may be employed. Examples of the intermediate layer include a hole block layer, an electron block layer, a hole injection layer, an electron injection layer, an exciton block layer, a UV absorption layer, a light reflection layer, and a wavelength conversion layer.

(透明電極(第1電極))
本発明に係る透明電極は、陰極、陽極は特に限定せず、素子構成により選択することができるが、好ましくは透明電極を陽極として用いることである。例えば、陽極として用いる場合、好ましくは380nm〜800nmの光を透過する電極である。
材料としては、例えば、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の透明導電性金属酸化物、金、銀、白金等の金属薄膜、金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ用いることができる。
(Transparent electrode (first electrode))
In the transparent electrode according to the present invention, the cathode and the anode are not particularly limited and can be selected depending on the element configuration, but preferably the transparent electrode is used as the anode. For example, when used as an anode, it is preferably an electrode that transmits light of 380 nm to 800 nm.
As the material, for example, transparent conductive metal oxides such as indium tin oxide (ITO), SnO 2 and ZnO, metal thin films such as gold, silver and platinum, metal nanowires and carbon nanotubes can be used.

また、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン、ポリカルバゾール、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、ポリフェニルアセチレン、ポリジアセチレン及びポリナフタレンの各誘導体からなる群より選ばれる導電性高分子等も用いることができる。また、これらの導電性化合物を複数組み合わせて透明電極とすることもできる。   Also selected from the group consisting of derivatives of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, polythienylene vinylene, polyazulene, polyisothianaphthene, polycarbazole, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylene vinylene, polyacene, polyphenylacetylene, polydiacetylene and polynaphthalene. Conductive polymers can also be used. A plurality of these conductive compounds can be combined to form a transparent electrode.

(対電極(第2電極))
対電極は導電材単独層であってもよいが、導電性を有する材料に加えて、これらを保持する樹脂を併用してもよい。対電極の導電材としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。
(Counter electrode (second electrode))
The counter electrode may be a single layer of a conductive material, but in addition to a conductive material, a resin that holds these may be used in combination. As the conductive material of the counter electrode, a material having a small work function (4 eV or less) metal, alloy, electrically conductive compound and a mixture thereof is used.

このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al23)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。 Specific examples of such electrode materials include sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) Mixtures, indium, lithium / aluminum mixtures, rare earth metals and the like.

これらの中で、電子の取り出し性能及び酸化等に対する耐久性の点から、これら金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al23)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。 Among these, from the viewpoint of electron extraction performance and durability against oxidation, etc., a mixture of these metals and a second metal which is a stable metal having a larger work function value than this, for example, a magnesium / silver mixture, magnesium / Aluminum mixtures, magnesium / indium mixtures, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mixtures, lithium / aluminum mixtures, aluminum and the like are preferred.

対電極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を作製させることにより、作製することができる。また、膜厚は通常10nm〜5μm、好ましくは50nm〜200nmの範囲で選ばれる。
対電極の導電材として金属材料を用いれば、対電極側に来た光は反射されて第1電極側に反射され、この光が再利用可能となり、光電変換層で再度吸収され、より光電変換効率が向上し好ましい。
The counter electrode can be produced by producing a thin film of these electrode materials by a method such as vapor deposition or sputtering. The film thickness is usually selected in the range of 10 nm to 5 μm, preferably 50 nm to 200 nm.
If a metal material is used as the conductive material of the counter electrode, the light coming to the counter electrode side is reflected and reflected to the first electrode side, and this light can be reused and absorbed again by the photoelectric conversion layer, and more photoelectric conversion is performed. Efficiency is improved and preferable.

また、対電極13は、金属(例えば、金、銀、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム、マグネシウム、インジウム等)、炭素からなるナノ粒子、導電性繊維、ナノワイヤ、ナノ構造体であってもよく、ナノワイヤの分散物であれば、透明で導電性の高い対電極を塗布法により作製でき好ましい。
また、対電極側を光透過性とする場合は、例えば、アルミニウム及びアルミニウム合金、銀及び銀化合物等の対電極に適した導電性材料を薄く1〜20nm程度の膜厚で作製した後、上記透明電極の説明で挙げた導電性光透過性材料の膜を設けることで、光透過性対電極とすることができる。
Further, the counter electrode 13 may be a metal (for example, gold, silver, copper, platinum, rhodium, ruthenium, aluminum, magnesium, indium, etc.), a nanoparticle made of carbon, a conductive fiber, a nanowire, or a nanostructure. A dispersion of nanowires is preferable because a transparent and highly conductive counter electrode can be produced by a coating method.
Moreover, when making the counter electrode side light-transmitting, for example, after forming a conductive material suitable for the counter electrode such as aluminum and aluminum alloy, silver and silver compound in a thin film thickness of about 1 to 20 nm, By providing a film of the conductive light transmissive material mentioned in the description of the transparent electrode, a light transmissive counter electrode can be obtained.

(中間電極)
また、前記(v)(または図3)のようなタンデム構成の場合に必要となる中間電極の材料としては、透明性と導電性を併せ持つ化合物を用いた層であることが好ましく、前記透明電極で用いたような材料(ITO、AZO、FTO、酸化チタン等の透明金属酸化物、Ag、Al、Au等の非常に薄い金属層またはナノ粒子・ナノワイヤ、導電性繊維を含有する層、PEDOT:PSS、ポリアニリン等の導電性高分子材料等)を用いることができる。
なお、前述した正孔輸送層と電子輸送層の中には、適切に組み合わせて積層することで中間電極(電荷再結合層)として働く組み合わせもあり、このような構成とすると1層作製する工程を省くことができ好ましい。
(Intermediate electrode)
In addition, the material of the intermediate electrode required in the case of the tandem configuration as in (v) (or FIG. 3) is preferably a layer using a compound having both transparency and conductivity. Materials such as ITO, AZO, FTO, transparent metal oxides such as titanium oxide, very thin metal layers such as Ag, Al, Au, or nanoparticles / nanowires, layers containing conductive fibers, PEDOT: PSS, conductive polymer materials such as polyaniline, etc.) can be used.
In addition, in the hole transport layer and the electron transport layer described above, there is also a combination that works as an intermediate electrode (charge recombination layer) by appropriately stacking them. Is preferable.

(金属ナノワイヤ)
本発明において、導電性繊維としては、金属でコーティングした有機繊維や無機繊維、導電性金属酸化物繊維、金属ナノワイヤ、炭素繊維、カーボンナノチューブ等を用いることができるが、金属ナノワイヤが好ましい。
一般に、金属ナノワイヤとは、金属元素を主要な構成要素とする線状構造体のことを言う。特に、本発明における金属ナノワイヤとはnmサイズの直径を有する線状構造体を意味する。
(Metal nanowires)
In the present invention, organic fibers and inorganic fibers coated with metal, conductive metal oxide fibers, metal nanowires, carbon fibers, carbon nanotubes, and the like can be used as the conductive fibers, but metal nanowires are preferred.
In general, a metal nanowire refers to a linear structure having a metal element as a main component. In particular, the metal nanowire in the present invention means a linear structure having a diameter of nm size.

金属ナノワイヤとしては、1つの金属ナノワイヤで長い導電パスを作製するために、また、適度な光散乱性を発現するために、平均長さが3μm以上であることが好ましく、更には3μm〜500μmが好ましく、特に3μm〜300μmであることが好ましい。併せて、長さの相対標準偏差は40%以下であることが好ましい。   As a metal nanowire, in order to produce a long conductive path with one metal nanowire and to express appropriate light scattering properties, the average length is preferably 3 μm or more, and more preferably 3 μm to 500 μm. In particular, the thickness is preferably 3 μm to 300 μm. In addition, the relative standard deviation of the length is preferably 40% or less.

また、平均直径は、透明性の観点からは小さいことが好ましく、一方で、導電性の観点からは大きい方が好ましい。本発明においては、金属ナノワイヤの平均直径として10nm〜300nmが好ましく、30nm〜200nmであることがより好ましい。併せて、直径の相対標準偏差は20%以下であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that an average diameter is small from a transparency viewpoint, On the other hand, the larger one is preferable from an electroconductive viewpoint. In the present invention, the average diameter of the metal nanowires is preferably 10 nm to 300 nm, and more preferably 30 nm to 200 nm. In addition, the relative standard deviation of the diameter is preferably 20% or less.

金属ナノワイヤの金属組成としては特に制限はなく、貴金属元素や卑金属元素の1種または複数の金属から構成することができるが、貴金属(例えば、金、白金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム等)及び鉄、コバルト、銅、錫からなる群に属する少なくとも1種の金属を含むことが好ましく、導電性の観点から少なくとも銀を含むことがより好ましい。   The metal composition of the metal nanowire is not particularly limited, and can be composed of one or more metals such as a noble metal element and a base metal element. Osmium etc.) and at least one metal belonging to the group consisting of iron, cobalt, copper and tin is preferable, and at least silver is more preferable from the viewpoint of conductivity.

また、導電性と安定性(金属ナノワイヤの硫化や酸化耐性、及びマイグレーション耐性)を両立するために、銀と、銀を除く貴金属に属する少なくとも1種の金属を含むことも好ましい。本発明において、金属ナノワイヤが2種類以上の金属元素を含む場合には、例えば、金属ナノワイヤの表面と内部で金属組成が異なっていてもよいし、金属ナノワイヤ全体が同一の金属組成を有していてもよい。   In order to achieve both conductivity and stability (sulfurization and oxidation resistance of metal nanowires and migration resistance), it is also preferable to include silver and at least one metal belonging to a noble metal other than silver. In the present invention, when the metal nanowire includes two or more kinds of metal elements, for example, the metal composition may be different between the inside and the surface of the metal nanowire, or the entire metal nanowire has the same metal composition. May be.

金属ナノワイヤの製造手段には特に制限はなく、例えば、液相法や気相法等の公知の手段を用いることができる。また、具体的な製造方法にも特に制限はなく、公知の製造方法を用いることができる。   There is no restriction | limiting in particular in the manufacturing method of metal nanowire, For example, well-known means, such as a liquid phase method and a gaseous-phase method, can be used. Moreover, there is no restriction | limiting in particular in a specific manufacturing method, A well-known manufacturing method can be used.

例えば、Agナノワイヤの製造方法としては、Adv.Mater.,2002,14,833〜837;Chem.Mater.,2002,14,4736〜4745等、Auナノワイヤの製造方法としては特開2006−233252号公報等、Cuナノワイヤの製造方法としては特開2002−266007号公報等、Coナノワイヤの製造方法としては特開2004−149871号公報等を参考にすることができる。特に、上述した、Adv.Mater.及びChem.Mater.で報告されたAgナノワイヤの製造方法は、水系で簡便にAgナノワイヤを製造することができ、また銀の導電率は金属中で最大であることから、本発明に係る金属ナノワイヤの製造方法として好ましく適用することができる。   For example, as a method for producing Ag nanowires, Adv. Mater. , 2002, 14, 833-837; Chem. Mater. , 2002, 14, 4736-4745, etc. As a method for producing Co nanowires, a method for producing Au nanowires is disclosed in JP 2006-233252A, and a method for producing Cu nanowires is disclosed in JP 2002-266007 A, etc. Reference can be made to Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-149871. In particular, Adv. Mater. And Chem. Mater. The method for producing Ag nanowires reported in (1) can be easily produced in an aqueous system, and since the conductivity of silver is the highest among metals, it is preferable as the method for producing metal nanowires according to the present invention. Can be applied.

金属ナノワイヤが互いに接触し合うことにより3次元的な導電ネットワークを作製し、高い導電性を発現するとともに、金属ナノワイヤが存在しない導電ネットワークの窓部を光が透過することが可能となり、更に金属ナノワイヤの散乱効果によって、有機発電層部からの発電を効率的に行うことが可能となる。第1電極において金属ナノワイヤを有機発電層部に近い側に設置すれば、この散乱効果がより有効に利用できるのでより好ましい実施形態である。   The metal nanowires come into contact with each other to produce a three-dimensional conductive network, exhibiting high conductivity, allowing light to pass through the window of the conductive network where no metal nanowires exist, and the metal nanowires Due to the scattering effect, it is possible to efficiently generate power from the organic power generation layer. If a metal nanowire is installed in the 1st electrode at the side close | similar to an organic electric power generation layer part, since this scattering effect can be utilized more effectively, it is more preferable embodiment.

(光学機能層)
本発明に係る有機光電変換素子は、太陽光のより効率的な受光を目的として、各種の光学機能層を有していてもよい。光学機能層としては、例えば、反射防止層、マイクロレンズアレイ等の集光層、陰極で反射した光を散乱させて再度発電層に入射させることができるような光拡散層等を設けてもよい。
(Optical function layer)
The organic photoelectric conversion element according to the present invention may have various optical function layers for the purpose of more efficient light reception of sunlight. As the optical functional layer, for example, a light condensing layer such as an antireflection layer or a microlens array, or a light diffusion layer that can scatter light reflected by the cathode and enter the power generation layer again may be provided. .

反射防止層としては、各種公知の反射防止層を設けることができるが、例えば、透明樹脂フィルムが二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである場合は、フィルムに隣接する易接着層の屈折率を1.57〜1.63とすることで、フィルム基板と易接着層との界面反射を低減して透過率を向上させることができるのでより好ましい。屈折率を調整する方法としては、酸化スズゾルや酸化セリウムゾル等の比較的屈折率の高い酸化物ゾルとバインダー樹脂との比率を適宜調整して塗設することで実施できる。易接着層は単層でもよいが、接着性を向上させるためには2層以上の構成にしてもよい。   Various known antireflection layers can be provided as the antireflection layer. For example, when the transparent resin film is a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, the refractive index of the easy adhesion layer adjacent to the film is 1.57. It is more preferable to set it to ˜1.63 because the interface reflection between the film substrate and the easy adhesion layer can be reduced and the transmittance can be improved. The method for adjusting the refractive index can be carried out by appropriately adjusting the ratio of the oxide sol having a relatively high refractive index such as tin oxide sol or cerium oxide sol and the binder resin. The easy adhesion layer may be a single layer, but may be composed of two or more layers in order to improve adhesion.

集光層としては、例えば、支持基板の太陽光受光側にマイクロレンズアレイ上の構造を設けるように加工したり、あるいは所謂集光シートと組み合わせたりすることにより特定方向からの受光量を高めたり、逆に太陽光の入射角度依存性を低減することができる。   As the condensing layer, for example, it is processed so as to provide a structure on the microlens array on the sunlight receiving side of the support substrate, or the amount of light received from a specific direction is increased by combining with a so-called condensing sheet. Conversely, the incident angle dependency of sunlight can be reduced.

マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が30μmでその頂角が90度となるような四角錐を2次元に配列する。一辺は10μm〜100μmが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付き、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。
また、光拡散層としては、各種のアンチグレア層、金属または各種無機酸化物等のナノ粒子・ナノワイヤ等を無色透明なポリマーに分散した層等を挙げることができる。
As an example of the microlens array, quadrangular pyramids having a side of 30 μm and an apex angle of 90 degrees are two-dimensionally arranged on the light extraction side of the substrate. One side is preferably 10 μm to 100 μm. If it becomes smaller than this, the effect of diffraction will generate | occur | produce and color, and if too large, thickness will become thick and is not preferable.
Examples of the light diffusion layer include various antiglare layers, layers in which nanoparticles or nanowires such as metals or various inorganic oxides are dispersed in a colorless and transparent polymer, and the like.

(成膜方法・表面処理方法)
電子受容体と電子供与体とが混合されたバルクヘテロジャンクション層、及び輸送層・電極の作製方法としては、蒸着法、塗布法(キャスト法、スピンコート法を含む)等を例示することができる。このうち、バルクヘテロジャンクション層の作製方法としては、蒸着法、塗布法(キャスト法、スピンコート法を含む)等を例示することができる。
このうち、前述の正孔と電子が電荷分離する界面の面積を増大させ、高い光電変換効率を有する素子を作製するためには、塗布法が好ましい。また、塗布法は製造速度にも優れている。
(Film formation method / surface treatment method)
Examples of a method for producing a bulk heterojunction layer in which an electron acceptor and an electron donor are mixed, and a transport layer / electrode include a vapor deposition method and a coating method (including a cast method and a spin coat method). Among these, examples of the method for producing the bulk heterojunction layer include a vapor deposition method and a coating method (including a casting method and a spin coating method).
Among these, the coating method is preferable in order to increase the area of the interface where charges and electrons are separated from each other as described above and to produce a device having high photoelectric conversion efficiency. Also, the coating method is excellent in production speed.

この際に使用する塗布方法に制限はないが、例えば、スピンコート法、溶液からのキャスト法、ディップコート法、ブレードコート法、ワイヤバーコート法、グラビアコート法、スプレーコート法等が挙げられる。更には、インクジェット法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法等の印刷法でパターニングすることもできる。   Although there is no restriction | limiting in the coating method used in this case, For example, a spin coat method, the cast method from a solution, a dip coat method, a blade coat method, a wire bar coat method, a gravure coat method, a spray coat method etc. are mentioned. Furthermore, patterning can also be performed by a printing method such as an inkjet method, a screen printing method, a relief printing method, an intaglio printing method, an offset printing method, a flexographic printing method, or the like.

塗布後は残留溶媒及び水分、ガスの除去、及び半導体材料の結晶化による移動度向上・吸収長波化を引き起こすために、加熱を行うことが好ましい。製造工程中において所定の温度でアニール処理されると、微視的に一部が凝集または結晶化が促進され、バルクヘテロジャンクション層を適切な相分離構造とすることができる。その結果、バルクヘテロジャンクション層のキャリア移動度が向上し、高い効率を得ることができるようになる。
発電層(バルクヘテロジャンクション層)14は、電子受容体と電子供与体とが均一に混在された単一層で構成してもよいが、電子受容体と電子供与体との混合比を変えた複数層で構成してもよい。この場合、前述したような塗布後に不溶化できるような材料を用いることで作製することが可能となる。
After application, it is preferable to perform heating in order to cause removal of residual solvent, moisture, and gas and increase mobility and absorption longwave by crystallization of the semiconductor material. When annealing is performed at a predetermined temperature during the manufacturing process, a part of the particles is microscopically aggregated or crystallized, and the bulk heterojunction layer can have an appropriate phase separation structure. As a result, the carrier mobility of the bulk heterojunction layer is improved and high efficiency can be obtained.
The power generation layer (bulk heterojunction layer) 14 may be composed of a single layer in which an electron acceptor and an electron donor are uniformly mixed, but a plurality of layers in which the mixing ratio of the electron acceptor and the electron donor is changed. You may comprise. In this case, it can be manufactured by using a material that can be insolubilized after coating as described above.

(パターニング)
本発明において、電極、発電層、正孔輸送層、電子輸送層等をパターニングする方法やプロセスには特に制限はなく、公知の手法を適宜適用することができる。
バルクヘテロジャンクション層、輸送層等の可溶性の材料であれば、ダイコート、ディップコート等の全面塗布後に不要部だけ拭き取ってもよいし、インクジェット法やスクリーン印刷等の方法を使用して塗布時に直接パターニングしてもよい。
電極材料等の不溶性の材料の場合は、電極を真空堆積時にマスク蒸着を行う方法、エッチングまたはリフトオフ等の公知の方法によってパターニングすることができる。また、別の基板上に作製したパターンを転写することによってパターンを作製してもよい。
(Patterning)
In the present invention, the method and process for patterning the electrode, the power generation layer, the hole transport layer, the electron transport layer, and the like are not particularly limited, and known methods can be appropriately applied.
If it is a soluble material such as a bulk heterojunction layer or a transport layer, only unnecessary portions may be wiped after the entire surface of die coating, dip coating, etc., or direct patterning at the time of coating using a method such as an ink jet method or screen printing. May be.
In the case of an insoluble material such as an electrode material, the electrode can be patterned by a known method such as mask vapor deposition during vacuum deposition, etching or lift-off. Alternatively, the pattern may be produced by transferring a pattern produced on another substrate.

以下、実施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。なお、実施例において「部」あるいは「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」あるいは「質量%」を表す。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, although the display of "part" or "%" is used in an Example, unless otherwise indicated, "part by mass" or "mass%" is represented.

実施例1
以下に記載のように、樹脂基材上に第1の応力緩和層を形成(さらに第2の応力緩和層を形成)し、さらにその上にバリア層を形成し、さらにその上に保護層を形成することで、本発明のガスバリア性フィルム1〜14を作製した。図4及び図5に構成を断面図にて示した。図において4は支持体、3が第1の応力緩和層を、3−2が第2の応力緩和層を、2がバリア層を、1は保護層を示す。
Example 1
As described below, a first stress relaxation layer is formed on a resin base material (a second stress relaxation layer is further formed), a barrier layer is further formed thereon, and a protective layer is further formed thereon. By forming, the gas barrier films 1-14 of this invention were produced. 4 and 5 are cross-sectional views showing the configuration. In the figure, 4 represents a support, 3 represents a first stress relaxation layer, 3-2 represents a second stress relaxation layer, 2 represents a barrier layer, and 1 represents a protective layer.

《ガスバリア性フィルム1の作製》
〔樹脂基材の作製〕
(支持体)
支持体として、両面に易接着加工を施した厚さ125μmのポリエステルフィルム(帝人デュポンフィルム株式会社製、テトロンO3)を、170℃で30分アニール加熱処理した後、ポリエステルフィルムの表面側に平滑層(図4及び5では省略)を、裏面側にブリードアウト防止層(図4及び5では省略)を設けたものを用いた。
<< Production of Gas Barrier Film 1 >>
[Production of resin base material]
(Support)
As a support, a 125 μm thick polyester film (Tetron O3, manufactured by Teijin DuPont Films, Ltd.) with easy-adhesion processing on both sides is annealed at 170 ° C. for 30 minutes, and then a smooth layer is formed on the surface of the polyester film. (Omitted in FIGS. 4 and 5) used was provided with a bleed-out prevention layer (omitted in FIGS. 4 and 5) on the back side.

(平滑層の形成)
ポリエステルフィルムの表面側に、JSR株式会社製 UV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材 OPSTAR Z7501を塗布、乾燥後の膜厚が4μmになるようにワイヤーバーで塗布した後、乾燥条件;80℃、3分で乾燥後、空気雰囲気下、高圧水銀ランプ使用し、硬化条件;1.0J/cm2で硬化を行い、平滑層(クリアハードコート層:CHC層)を形成した。
(Formation of smooth layer)
On the surface side of the polyester film, a UV curable organic / inorganic hybrid hard coat material OPSTAR Z7501 manufactured by JSR Corporation was applied and applied with a wire bar so that the film thickness after drying was 4 μm. After drying for 3 minutes, using a high-pressure mercury lamp in an air atmosphere, curing was performed under a curing condition of 1.0 J / cm 2 to form a smooth layer (clear hard coat layer: CHC layer).

(ブリードアウト防止層の形成)
ポリエステルフィルムの裏面側に、JSR株式会社製 UV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材 OPSTAR Z7535を塗布、乾燥後の膜厚が4μmになるようにワイヤーバーで塗布した後、硬化条件;1.0J/cm2、空気下、高圧水銀ランプ使用し、乾燥条件;80℃、3分で硬化を行い、ブリードアウト防止層を形成した。
(Formation of bleed-out prevention layer)
On the back side of the polyester film, UV curing type organic / inorganic hybrid hard coating material OPSTAR Z7535 manufactured by JSR Corporation was applied, and after applying with a wire bar so that the film thickness after drying was 4 μm, curing conditions: 1.0 J / Cm 2 , using a high-pressure mercury lamp under air, and drying conditions; curing was performed at 80 ° C. for 3 minutes to form a bleed-out prevention layer.

〔応力緩和層〕
(第1の応力緩和層の形成)
上記基材の平滑層側に、大気圧プラズマ法(AGP法)によって、ガスバリア性フィルム1における第1の応力緩和層を形成した。
大気圧プラズマ製膜装置(特開2008−56967号の図3に記載、ロールツーロール形態の大気圧プラズマCVD装置)を用いて、以下の薄膜形成条件で第1の応力緩和層を形成した。
このとき成膜速度が0.5nm/秒になるように調整しながら行った。
(混合ガス組成物)
放電ガス:窒素ガス 94.9体積%
薄膜形成ガス:テトラエトキシシラン 0.1体積%
添加ガス:酸素ガス 5.0体積%
(成膜条件)
〈第1電極側〉
電源種類:ハイデン研究所 100kHz(連続モード) PHF−6k
周波数 :100kHz
出力密度:10W/cm2
電極温度:120℃
〈第2電極側〉
電源種類:パール工業 13.56MHz CF−5000−13M
周波数 :13.56MHz
出力密度:10W/cm2
電極温度:90℃
(Stress relaxation layer)
(Formation of first stress relaxation layer)
A first stress relaxation layer in the gas barrier film 1 was formed on the smooth layer side of the substrate by an atmospheric pressure plasma method (AGP method).
The first stress relaxation layer was formed under the following thin film forming conditions using an atmospheric pressure plasma film forming apparatus (described in FIG. 3 of JP 2008-56967 A, a roll-to-roll atmospheric pressure plasma CVD apparatus).
At this time, the film formation rate was adjusted to 0.5 nm / second.
(Mixed gas composition)
Discharge gas: Nitrogen gas 94.9% by volume
Thin film forming gas: Tetraethoxysilane 0.1% by volume
Additive gas: Oxygen gas 5.0% by volume
(Deposition conditions)
<First electrode side>
Power supply type: HEIDEN Laboratory 100kHz (continuous mode) PHF-6k
Frequency: 100kHz
Output density: 10 W / cm 2
Electrode temperature: 120 ° C
<Second electrode side>
Power supply type: Pearl Industry 13.56MHz CF-5000-13M
Frequency: 13.56MHz
Output density: 10 W / cm 2
Electrode temperature: 90 ° C

(第1の応力緩和層の相対エッチングレート)
ガスバリア性フィルム1における第1の応力緩和層の実膜厚は、TEM(Transmission Electron Microscope:透過電子顕微鏡)の断面写真より、およそ120nmであることが確認できた。
また、スパッタ法とXPS表面分析を組み合わせることで、膜厚深さ方向における各原子組成比を確認しながら、SiO2熱酸化膜換算で5nm/分の速度(エッチングレート)でスパッタしたところ、第1の応力緩和層と思われる膜厚は125nm(SiO2熱酸化膜換算値)であったので、エッチングレートは5.2nm/分と求められた。よって、ガスバリア性フィルム1における第1の応力緩和層の相対エッチングレート(相対ER)は、1.0と求められた。
(Relative etching rate of the first stress relaxation layer)
The actual film thickness of the first stress relaxation layer in the gas barrier film 1 was confirmed to be approximately 120 nm from a cross-sectional photograph of a TEM (Transmission Electron Microscope).
In addition, by combining the sputtering method and XPS surface analysis, while confirming each atomic composition ratio in the depth direction of the film thickness, sputtering was performed at a rate (etching rate) of 5 nm / min in terms of SiO 2 thermal oxide film. Since the film thickness considered to be the stress relaxation layer of 1 was 125 nm (SiO 2 thermal oxide film conversion value), the etching rate was determined to be 5.2 nm / min. Therefore, the relative etching rate (relative ER) of the first stress relaxation layer in the gas barrier film 1 was determined to be 1.0.

ここで、表面分析に用いるXPS表面分析装置としては、特に限定はなく、いかなる機種も使用することができるが、本実施例においてはVGサイエンティフィックス社製ESCALAB−200Rを用いた。X線アノードにはMgを用い、出力600W(加速電圧15kV、エミッション電流40mA)で測定した。   Here, the XPS surface analyzer used for the surface analysis is not particularly limited, and any model can be used. In this example, ESCALAB-200R manufactured by VG Scientific, Inc. was used. Mg was used for the X-ray anode, and measurement was performed at an output of 600 W (acceleration voltage: 15 kV, emission current: 40 mA).

〔バリア層〕
(バリア層の形成)
次に、第1の応力緩和層上に、下記の工程(a)、(b)によりバリア層を形成した。
[Barrier layer]
(Formation of barrier layer)
Next, a barrier layer was formed on the first stress relaxation layer by the following steps (a) and (b).

工程(a):パーヒドロポリシラザン層の形成
パーヒドロポリシラザン(PHPS)を含有する溶液として、20質量%ジブチルエーテル溶液(AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製アクアミカ NN120−20(PHPS)、アミン触媒(N,N,N′,N′−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキサン)を5質量%含有するNAX120−20)を混合することで、パーヒドロポリシラザン(PHPS)濃度に対してアミン触媒の含有量が1.0質量%になるように調整した後、ジブチルエーテル溶媒にて10質量%に希釈した液を用いてスピンコート法により塗布後、得られた塗膜を80℃、1分で乾燥し、乾燥後膜厚150nmのパーヒドロポリシラザン含有層を作製した。膜厚は、TEM(Transmission Electron Microscope:透過電子顕微鏡)の断面写真より、明確な界面が見られることで確認できた。
Step (a): Formation of perhydropolysilazane layer As a solution containing perhydropolysilazane (PHPS), a 20% by mass dibutyl ether solution (Aquamica NN120-20 (PHPS) manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.), an amine catalyst (N , N, N ′, N′-tetramethyl-1,6-diaminohexane) containing 5% by mass of NAX120-20), the content of amine catalyst relative to the perhydropolysilazane (PHPS) concentration Is adjusted to 1.0% by mass, and after coating by spin coating using a solution diluted to 10% by mass with a dibutyl ether solvent, the obtained coating film is dried at 80 ° C. for 1 minute. A perhydropolysilazane-containing layer having a thickness of 150 nm after drying was prepared. The film thickness was confirmed by the fact that a clear interface was seen from the cross-sectional photograph of TEM (Transmission Electron Microscope).

工程(b):パーヒドロポリシラザン層の改質処理(酸化)によるバリア層の作製
上記の工程(a)で得られたパーヒドロポリシラザン層を有するフィルム基材に対して、下記に記載の真空紫外線(VUV)照射を行い、バリア層を形成した。
Step (b): Preparation of barrier layer by modification treatment (oxidation) of perhydropolysilazane layer For the film substrate having the perhydropolysilazane layer obtained in the above step (a), vacuum ultraviolet rays described below (VUV) irradiation was performed to form a barrier layer.

〈真空紫外線(VUV光)照射処理条件〉
真空紫外線(VUV光)の照射条件は下記の装置を用いランプと試料との間隔(Gapともいう)を3mmとなるように試料を設置し、照射した。照射時間は、可動ステージの可動速度を調整して変化した。
また、真空紫外線(VUV光)照射時の酸素濃度の調整は、照射庫内に導入する窒素ガス、及び酸素ガスの流量をフローメーターにより測定し、庫内に導入するガスの窒素ガス/酸素ガス流量比により調整した。
真空紫外線照射装置:ステージ可動型キセノンエキシマ照射装置(MDエキシマ社製、MECL−M−1−200)
照度:140mW/cm2
ステージ温度:100℃
処理環境:ドライ窒素ガス雰囲気下
処理環境の酸素濃度:0.1%
ステージ可動速度:10mm/秒で10回搬送
<Vacuum ultraviolet (VUV light) irradiation treatment conditions>
The irradiation conditions of vacuum ultraviolet rays (VUV light) were set and irradiated using the following apparatus so that the distance between the lamp and the sample (also referred to as Gap) was 3 mm. The irradiation time was changed by adjusting the movable speed of the movable stage.
In addition, the oxygen concentration during irradiation with vacuum ultraviolet rays (VUV light) is adjusted by measuring the flow rate of nitrogen gas and oxygen gas introduced into the irradiation chamber with a flow meter, and nitrogen gas / oxygen gas of the gas introduced into the chamber. The flow rate ratio was adjusted.
Vacuum ultraviolet irradiation device: Stage movable xenon excimer irradiation device (MD excimer, MECL-M-1-200)
Illuminance: 140 mW / cm 2
Stage temperature: 100 ° C
Processing environment: Under dry nitrogen gas atmosphere Oxygen concentration in processing environment: 0.1%
Stage moving speed: 10 times at 10mm / sec

(バリア層の相対エッチングレート)
第1の応力緩和層における相対エッチングレートと同様にして、バリア層の相対エッチングレート(相対ER)を求めたところ、1.4であった。このときのバリア層全領域の原子組成は、XPS表面分析より膜厚深さ方向において一定ではないことが確認されており、様々な原子組成からなるバリア層の平均的な相対エッチングレートとして求められている。
(Relative etching rate of barrier layer)
When the relative etching rate (relative ER) of the barrier layer was determined in the same manner as the relative etching rate in the first stress relaxation layer, it was 1.4. At this time, the atomic composition of the entire region of the barrier layer is confirmed to be not constant in the depth direction by XPS surface analysis, and is obtained as an average relative etching rate of the barrier layer having various atomic compositions. ing.

〔保護層〕
(保護層の形成)
上記バリア層上に、さらに第1の応力緩和層と同様の大気圧プラズマ法(AGP法)によって、ガスバリア性フィルム1における保護層を形成することで、本発明のガスバリア性フィルム1を作製した。
[Protective layer]
(Formation of protective layer)
A gas barrier film 1 of the present invention was produced by forming a protective layer in the gas barrier film 1 on the barrier layer by the atmospheric pressure plasma method (AGP method) similar to that of the first stress relaxation layer.

(混合ガス組成物)
放電ガス:窒素ガス 94.9体積%
薄膜形成ガス:ヘキサメチルジシロキサン 0.1体積%
添加ガス:酸素ガス 5.0体積%
(保護層の相対エッチングレート)
第1の応力緩和層における相対エッチングレートと同様にして、保護層の相対エッチングレート(相対ER)を求めたところ、2.0であった。
(Mixed gas composition)
Discharge gas: Nitrogen gas 94.9% by volume
Thin film forming gas: Hexamethyldisiloxane 0.1% by volume
Additive gas: Oxygen gas 5.0% by volume
(Relative etching rate of protective layer)
When the relative etching rate (relative ER) of the protective layer was determined in the same manner as the relative etching rate in the first stress relaxation layer, it was 2.0.

《ガスバリア性フィルム2の作製》
上記ガスバリア性フィルム1の作製において、大気圧プラズマ法(AGP法)によって第1の応力緩和層を形成する際の成膜速度が0.7nm/秒になるように調整しながら行った以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム2を作製した。
ガスバリア性フィルム2における第1の応力緩和層の相対エッチングレート(相対ER)は、1.1と求められた。
<< Production of Gas Barrier Film 2 >>
The production of the gas barrier film 1 is the same except that the film forming rate is adjusted to 0.7 nm / second when forming the first stress relaxation layer by the atmospheric pressure plasma method (AGP method). Thus, the gas barrier film 2 of the present invention was produced.
The relative etching rate (relative ER) of the first stress relaxation layer in the gas barrier film 2 was determined to be 1.1.

《ガスバリア性フィルム3の作製》
上記ガスバリア性フィルム1の作製において、大気圧プラズマ法(AGP法)によって第1の応力緩和層を形成する際の成膜速度が1.2nm/秒になるように調整しながら行った以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム3を作製した。
ガスバリア性フィルム3における第1の応力緩和層の相対エッチングレート(相対ER)は、1.5と求められた。
<< Production of Gas Barrier Film 3 >>
The production of the gas barrier film 1 is the same except that the film forming rate when the first stress relaxation layer is formed is adjusted to 1.2 nm / second by the atmospheric pressure plasma method (AGP method). Thus, the gas barrier film 3 of the present invention was produced.
The relative etching rate (relative ER) of the first stress relaxation layer in the gas barrier film 3 was determined to be 1.5.

《ガスバリア性フィルム4の作製》
上記ガスバリア性フィルム1の作製において、大気圧プラズマ法(AGP法)によって第1の応力緩和層を形成する際の薄膜形成ガス(原料ガス)をテトラエトキシシランからヘキサメチルジシロキサンに変更し、成膜速度が10nm/秒になるように調整しながら行った以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム4を作製した。
ガスバリア性フィルム4における第1の応力緩和層の相対エッチングレート(相対ER)は、2.0と求められた。
<< Production of Gas Barrier Film 4 >>
In the production of the gas barrier film 1, the thin film forming gas (raw material gas) for forming the first stress relaxation layer by the atmospheric pressure plasma method (AGP method) is changed from tetraethoxysilane to hexamethyldisiloxane. A gas barrier film 4 of the present invention was produced in the same manner except that the film speed was adjusted to 10 nm / second.
The relative etching rate (relative ER) of the first stress relaxation layer in the gas barrier film 4 was determined to be 2.0.

《ガスバリア性フィルム5の作製》
上記ガスバリア性フィルム1の作製において、大気圧プラズマ法(AGP法)の代わりに真空プラズマCVD法によって第1の応力緩和層を形成した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム5を作製した。
<< Production of Gas Barrier Film 5 >>
In the production of the gas barrier film 1, the gas barrier film 5 of the present invention was produced in the same manner except that the first stress relaxation layer was formed by a vacuum plasma CVD method instead of the atmospheric pressure plasma method (AGP method). .

(第1の応力緩和層の形成)
真空プラズマCVD装置を用いて、基材上に本発明の第1の応力緩和層を形成した。
(成膜条件)
高周波電源:27.12MHz
電極間距離:20mm
フィルム基板温度:100℃
ガス圧:200Pa
(原料ガス)
アルゴンガス流量:150sccm
シランガス流量:7.5sccm
亜酸化窒素ガス流量:130sccm
ガスバリア性フィルム5における第1の応力緩和層の相対エッチングレート(相対ER)は、2.0と求められた。
(Formation of first stress relaxation layer)
The 1st stress relaxation layer of this invention was formed on the base material using the vacuum plasma CVD apparatus.
(Deposition conditions)
High frequency power supply: 27.12 MHz
Distance between electrodes: 20mm
Film substrate temperature: 100 ° C
Gas pressure: 200Pa
(Raw material gas)
Argon gas flow rate: 150 sccm
Silane gas flow rate: 7.5 sccm
Nitrous oxide gas flow rate: 130sccm
The relative etching rate (relative ER) of the first stress relaxation layer in the gas barrier film 5 was determined to be 2.0.

《ガスバリア性フィルム6の作製》
上記ガスバリア性フィルム1の作製において、大気圧プラズマ法(AGP法)の代わりにスパッタ法によって第1の応力緩和層を形成した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム6を作製した。
<< Production of Gas Barrier Film 6 >>
In producing the gas barrier film 1, the gas barrier film 6 of the present invention was produced in the same manner except that the first stress relaxation layer was formed by sputtering instead of the atmospheric pressure plasma method (AGP method).

(第1の応力緩和層の形成)
RFマグネトロンスパッタリング法により、基材上に本発明の第1の応力緩和層を形成した。
(成膜条件)
フィルム基板温度:室温
不活性ガス:アルゴンガス
ターゲット:二酸化ケイ素
ガスバリア性フィルム6における第1の応力緩和層の相対エッチングレート(相対ER)は、2.5と求められた。
(Formation of first stress relaxation layer)
The 1st stress relaxation layer of this invention was formed on the base material by RF magnetron sputtering method.
(Deposition conditions)
Film substrate temperature: Room temperature Inert gas: Argon gas Target: Silicon dioxide The relative etching rate (relative ER) of the first stress relaxation layer in the gas barrier film 6 was determined to be 2.5.

《ガスバリア性フィルム7の作製》
上記ガスバリア性フィルム1の作製において、大気圧プラズマ法(AGP法)の代わりに真空蒸着法によって第1の応力緩和層を形成した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム7を作製した。
(第1の応力緩和層の形成)
真空蒸着装置を用いて、基材上に本発明の第1の応力緩和層を形成した。
(成膜条件)
フィルム基板温度:60℃
真空度:4×10-6Pa
蒸着源:二酸化ケイ素
ガスバリア性フィルム7における第1の応力緩和層の相対エッチングレート(相対ER)は、3.0と求められた。
<< Production of Gas Barrier Film 7 >>
In the production of the gas barrier film 1, the gas barrier film 7 of the present invention was produced in the same manner except that the first stress relaxation layer was formed by a vacuum deposition method instead of the atmospheric pressure plasma method (AGP method).
(Formation of first stress relaxation layer)
The 1st stress relaxation layer of this invention was formed on the base material using the vacuum evaporation system.
(Deposition conditions)
Film substrate temperature: 60 ° C
Degree of vacuum: 4 × 10 −6 Pa
Deposition source: silicon dioxide The relative etching rate (relative ER) of the first stress relaxation layer in the gas barrier film 7 was determined to be 3.0.

《ガスバリア性フィルム8の作製》
上記ガスバリア性フィルム3の作製において、バリア層の改質条件(VUV光照射処理条件)のひとつであるステージ可動速度を「10mm/秒で10回搬送」から「10mm/秒で4回搬送」に変更した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム8を作製した。
ガスバリア性フィルム8におけるバリア層の相対エッチングレート(相対ER)は、2.5と求められた。
<< Production of Gas Barrier Film 8 >>
In the production of the gas barrier film 3, the stage movable speed, which is one of the modification conditions (VUV light irradiation treatment conditions) of the barrier layer, is changed from “10 times transport at 10 mm / second” to “4 times transport at 10 mm / second”. A gas barrier film 8 of the present invention was produced in the same manner except for the change.
The relative etching rate (relative ER) of the barrier layer in the gas barrier film 8 was determined to be 2.5.

《ガスバリア性フィルム9の作製》
上記ガスバリア性フィルム3の作製において、バリア層の改質条件(VUV光照射処理条件)のひとつである処理環境の酸素濃度を0.1%から1%に変更した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム9を作製した。
ガスバリア性フィルム9におけるバリア層の相対エッチングレート(相対ER)は、1.1と求められた。
<< Production of Gas Barrier Film 9 >>
In the production of the gas barrier film 3, the present invention is similarly applied except that the oxygen concentration in the processing environment, which is one of the conditions for modifying the barrier layer (VUV light irradiation processing conditions), is changed from 0.1% to 1%. A gas barrier film 9 was prepared.
The relative etching rate (relative ER) of the barrier layer in the gas barrier film 9 was determined to be 1.1.

《ガスバリア性フィルム10の作製》
上記ガスバリア性フィルム3の作製において、ガスバリア性フィルム1における第1の応力緩和層と同様の条件にて、ガスバリア性フィルム10における保護層を形成した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム10を作製した。
ガスバリア性フィルム10における保護層の相対エッチングレート(相対ER)は、1.0と求められた。
<< Production of Gas Barrier Film 10 >>
In the production of the gas barrier film 3, the gas barrier film 10 of the present invention was similarly produced except that the protective layer in the gas barrier film 10 was formed under the same conditions as the first stress relaxation layer in the gas barrier film 1. Was made.
The relative etching rate (relative ER) of the protective layer in the gas barrier film 10 was determined to be 1.0.

《ガスバリア性フィルム11の作製》
上記ガスバリア性フィルム3の作製において、保護層を下記のように形成した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム11を作製した。
(保護層の形成)
バリア層上にグラスカHPC7003(主剤)とHPC404H(硬化促進剤)(JSR社製)の10:1混合物を、乾燥後の膜厚がおよそ600nmとなる条件にて塗布した後、80℃で10分間乾燥後、ガスバリア性フィルム8におけるバリア層の改質処理と同様のVUV光照射条件下にて処理することで、ガスバリア性フィルム11における保護層を形成した。
ガスバリア性フィルム11における保護層の相対エッチングレート(相対ER)は、3.0と求められた。
<< Production of Gas Barrier Film 11 >>
In the production of the gas barrier film 3, the gas barrier film 11 of the present invention was produced in the same manner except that the protective layer was formed as follows.
(Formation of protective layer)
A 10: 1 mixture of Grasca HPC7003 (main agent) and HPC404H (curing accelerator) (manufactured by JSR) was applied on the barrier layer under the condition that the film thickness after drying was about 600 nm, and then at 80 ° C. for 10 minutes. After drying, the protective layer in the gas barrier film 11 was formed by processing under the same VUV light irradiation conditions as the barrier layer modification process in the gas barrier film 8.
The relative etching rate (relative ER) of the protective layer in the gas barrier film 11 was determined to be 3.0.

《ガスバリア性フィルム12の作製》
上記ガスバリア性フィルム4の作製において、ガスバリア性フィルム1における第1の応力緩和層と同様の条件にて、第1の応力緩和層上にさらに第2の応力緩和層を形成(ただし、ガスバリア性フィルム12における第2の応力緩和層の膜厚は、およそ20nm)した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム12を作製した。
ガスバリア性フィルム12における第2の応力緩和層の相対エッチングレート(相対ER)は、1.0と求められた。
<< Production of Gas Barrier Film 12 >>
In the production of the gas barrier film 4, a second stress relaxation layer is further formed on the first stress relaxation layer under the same conditions as the first stress relaxation layer in the gas barrier film 1 (however, the gas barrier film The gas barrier film 12 of the present invention was produced in the same manner except that the thickness of the second stress relaxation layer in No. 12 was about 20 nm.
The relative etching rate (relative ER) of the second stress relaxation layer in the gas barrier film 12 was determined to be 1.0.

《ガスバリア性フィルム13の作製》
上記ガスバリア性フィルム12の作製において、大気圧プラズマ法(AGP法)によって第2の応力緩和層を形成する際の成膜速度が1.0nm/秒になるように調整しながら行った以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム13を作製した。
ガスバリア性フィルム13における第2の応力緩和層の相対エッチングレート(相対ER)は、1.4と求められた。
<< Production of Gas Barrier Film 13 >>
The production of the gas barrier film 12 is the same as that except that the film forming rate is adjusted to 1.0 nm / second when the second stress relaxation layer is formed by the atmospheric pressure plasma method (AGP method). Thus, the gas barrier film 13 of the present invention was produced.
The relative etching rate (relative ER) of the second stress relaxation layer in the gas barrier film 13 was determined to be 1.4.

《ガスバリア性フィルム14の作製》
上記ガスバリア性フィルム12の作製において、大気圧プラズマ法(AGP法)によって第2の応力緩和層を形成する際の成膜速度が1.2nm/秒になるように調整しながら行った以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム14を作製した。
ガスバリア性フィルム14における第2の応力緩和層の相対エッチングレート(相対ER)は、1.5と求められた。
<< Production of Gas Barrier Film 14 >>
The production of the gas barrier film 12 is the same except that the film forming rate is adjusted to 1.2 nm / second when the second stress relaxation layer is formed by the atmospheric pressure plasma method (AGP method). Thus, the gas barrier film 14 of the present invention was produced.
The relative etching rate (relative ER) of the second stress relaxation layer in the gas barrier film 14 was determined to be 1.5.

《ガスバリア性フィルム15の作製》
上記ガスバリア性フィルム12の作製において、ガスバリア性フィルム3における第1の応力緩和層と同様の条件にて第1の応力緩和層を形成した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム15を作製した。
ガスバリア性フィルム15における第1の応力緩和層の相対エッチングレート(相対ER)は、1.5と求められた。
<< Production of Gas Barrier Film 15 >>
In the production of the gas barrier film 12, the gas barrier film 15 of the present invention was produced in the same manner except that the first stress relaxation layer was formed under the same conditions as the first stress relaxation layer in the gas barrier film 3. did.
The relative etching rate (relative ER) of the first stress relaxation layer in the gas barrier film 15 was determined to be 1.5.

《ガスバリア性フィルム16の作製》
上記ガスバリア性フィルム12の作製において、ガスバリア性フィルム7における第1の応力緩和層と同様の条件にて第1の応力緩和層を形成した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム16を作製した。
ガスバリア性フィルム16における第1の応力緩和層の相対エッチングレート(相対ER)は、3.0と求められた。
<< Production of Gas Barrier Film 16 >>
In the production of the gas barrier film 12, the gas barrier film 16 of the present invention was produced in the same manner except that the first stress relaxation layer was formed under the same conditions as the first stress relaxation layer in the gas barrier film 7. did.
The relative etching rate (relative ER) of the first stress relaxation layer in the gas barrier film 16 was determined to be 3.0.

《比較のフィルム17の作製》
本発明のガスバリア性フィルム1の作製において、第1の応力緩和層及び保護層を形成しない以外は同様にして、比較のフィルム17を作製した。
<< Production of Comparative Film 17 >>
In the production of the gas barrier film 1 of the present invention, a comparative film 17 was produced in the same manner except that the first stress relaxation layer and the protective layer were not formed.

《比較のフィルム18の作製》
本発明のガスバリア性フィルム3の作製において、保護層を形成しない以外は同様にして、比較のフィルム18を作製した。
<< Production of Comparative Film 18 >>
In the production of the gas barrier film 3 of the present invention, a comparative film 18 was produced in the same manner except that the protective layer was not formed.

《比較のフィルム19の作製》
比較のフィルム18の作製において、バリア層を下記のように形成した以外は同様にして、比較のフィルム19を作製した。
(バリア層の形成)
乾燥後のパーヒドロポリシラザン含有層を湿度90%RH下、80℃にて5分間処理した後、更に100℃の真空オーブン中で8時間乾燥することで、ポリシラザンが酸化ケイ素を主成分とする膜に転化された層を形成した。
比較のフィルム19におけるバリア層の相対エッチングレート(相対ER)は、1.0と求められた。
<< Production of Comparative Film 19 >>
In the production of the comparative film 18, a comparative film 19 was produced in the same manner except that the barrier layer was formed as follows.
(Formation of barrier layer)
The dried perhydropolysilazane-containing layer is treated for 5 minutes at 80 ° C. under a humidity of 90% RH, and further dried in a vacuum oven at 100 ° C. for 8 hours, whereby the polysilazane is a film mainly composed of silicon oxide. A layer converted to was formed.
The relative etching rate (relative ER) of the barrier layer in the comparative film 19 was determined to be 1.0.

《比較のフィルム20の作製》
比較のフィルム19の作製において、本発明のガスバリア性フィルム1と同様にして更に保護層を設けた以外は同様にして、比較のフィルム20を作製した。
<< Production of Comparative Film 20 >>
In the production of the comparative film 19, a comparative film 20 was produced in the same manner as in the gas barrier film 1 of the present invention except that a protective layer was further provided.

《比較のフィルム21の作製》
本発明のガスバリア性フィルム1の作製において、第1の応力緩和層を下記のように形成した以外は同様にして、比較のフィルム21を作製した。
(第1の応力緩和層の形成)
真空プラズマCVD装置を用いて、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)薄膜から なる第1の応力緩和層を形成した。
(成膜条件)
フィルム基板温度:100℃
不活性ガス:アルゴンガス
原料ガス:アセチレンガス
比較のフィルム21におけるバリア層の相対エッチングレート(相対ER)は、0.9と求められた。
<< Production of Comparative Film 21 >>
In the production of the gas barrier film 1 of the present invention, a comparative film 21 was produced in the same manner except that the first stress relaxation layer was formed as follows.
(Formation of first stress relaxation layer)
A first stress relaxation layer made of a diamond-like carbon (DLC) thin film was formed using a vacuum plasma CVD apparatus.
(Deposition conditions)
Film substrate temperature: 100 ° C
Inert gas: Argon gas Source gas: Acetylene gas The relative etching rate (relative ER) of the barrier layer in the comparative film 21 was determined to be 0.9.

《比較のフィルム22の作製》
本発明のガスバリア性フィルム7の作製において、真空蒸着法によって第1の応力緩和層を形成する際の条件を調整することで、第1の応力緩和層の相対エッチングレート(相対ER)が3.5になるように形成した以外は同様にして、比較のフィルム22を作製した。
<< Production of Comparative Film 22 >>
In the production of the gas barrier film 7 of the present invention, the relative etching rate (relative ER) of the first stress relaxation layer is 3 by adjusting the conditions for forming the first stress relaxation layer by vacuum deposition. A comparative film 22 was produced in the same manner except that the film was formed to have a thickness of 5.

《比較のフィルム23の作製》
本発明のガスバリア性フィルム8の作製において、バリア層の改質条件(VUV光照射処理条件)のひとつであるステージ可動速度を「10mm/秒で4回搬送」から「10mm/秒で3回搬送」に変更した以外は同様にして、比較のフィルム23を作製した。
比較のフィルム23におけるバリア層の相対エッチングレート(相対ER)は、2.6と求められた。
<< Production of Comparative Film 23 >>
In the production of the gas barrier film 8 of the present invention, the stage moving speed, which is one of the conditions for modifying the barrier layer (VUV light irradiation treatment conditions), is transferred from “4 times transport at 10 mm / second” to “3 times at 10 mm / second”. A comparative film 23 was produced in the same manner except that it was changed to "".
The relative etching rate (relative ER) of the barrier layer in the comparative film 23 was determined to be 2.6.

《比較のフィルム24の作製》
本発明のガスバリア性フィルム3の作製において、保護層を比較のフィルム21における第1の応力緩和層と同様にして形成した以外は同様にして、比較のフィルム24を作製した。
<< Production of Comparative Film 24 >>
A comparative film 24 was produced in the same manner as in the production of the gas barrier film 3 of the present invention, except that the protective layer was formed in the same manner as the first stress relaxation layer in the comparative film 21.

《比較のフィルム25の作製》
本発明のガスバリア性フィルム3の作製において、保護層を比較のフィルム22における第1の応力緩和層と同様にして形成した以外は同様にして、比較のフィルム25を作製した。
<< Production of Comparative Film 25 >>
In the production of the gas barrier film 3 of the present invention, a comparative film 25 was produced in the same manner except that the protective layer was formed in the same manner as the first stress relaxation layer in the comparative film 22.

《ガスバリア性フィルムの水蒸気透過率(WVTR)特性の評価》
〔評価1:屈曲耐性(60℃、90%RH)の評価〕
本発明のガスバリア性フィルム1〜16及び比較のフィルム17〜25について、屈曲前後のガスバリア性の変化を確認するために、あらかじめ、半径10mmの曲率になるように、180度の角度で100回屈曲を繰り返す処理を施したガスバリア性フィルムと、上記屈曲の処理を行わなかったガスバリア性フィルムについて、以下に示す方法に従って水蒸気透過率(WVTR)を測定し、下記に示すように4段階のランク評価を行い、ガスバリア性を評価した。
<< Evaluation of water vapor transmission rate (WVTR) characteristics of gas barrier film >>
[Evaluation 1: Evaluation of bending resistance (60 ° C., 90% RH)]
For the gas barrier films 1 to 16 of the present invention and the comparative films 17 to 25, in order to confirm the change in gas barrier properties before and after bending, the film is bent 100 times at an angle of 180 degrees so as to have a radius of curvature of 10 mm in advance. For the gas barrier film subjected to the process of repeating the above and the gas barrier film not subjected to the above bending process, the water vapor transmission rate (WVTR) is measured according to the method described below, and the four-level rank evaluation is performed as shown below. The gas barrier properties were evaluated.

(水蒸気透過率の測定装置)
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(φ3〜5mm、粒状)
(Measurement device of water vapor transmission rate)
Vapor deposition apparatus: Vacuum vapor deposition apparatus JEE-400 manufactured by JEOL Ltd.
Constant temperature and humidity oven: Yamato Humidic Chamber IG47M
(raw materials)
Metal that reacts with water and corrodes: Calcium (granular)
Water vapor-impermeable metal: Aluminum (φ3-5mm, granular)

(蒸気バリア性評価用セルの作製)
真空蒸着装置(日本電子製真空蒸着装置 JEE−400)を用い、各フィルム(ガスバリア性フィルム1〜16、比較のフィルム17〜25)試料の蒸着させたい部分(12mm×12mmを9箇所)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。
(Preparation of vapor barrier evaluation cell)
Using a vacuum vapor deposition apparatus (JEOL-made vacuum vapor deposition apparatus JEE-400), except for each film (gas barrier film 1-16, comparative film 17-25) the part (12 mm x 12 mm 9 places) which wants to vapor-deposit. Masked and vapor deposited metallic calcium.
Thereafter, the mask was removed in a vacuum state, and aluminum was deposited from another metal deposition source on the entire surface of one side of the sheet. After aluminum sealing, the vacuum state is released, and immediately facing the aluminum sealing side through a UV-curable resin for sealing (made by Nagase ChemteX) on quartz glass with a thickness of 0.2 mm in a dry nitrogen gas atmosphere The cell for evaluation was produced by irradiating with ultraviolet rays.

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号公報記載の方法に基づき、金属カルシウムの腐食量からセル内に透過した水分量を計算した。
このとき、本発明においては、セルの腐食面積が1%になるまでの腐食速度から求めたWVTRを1%WVTR、腐食面積が100%、すなわち全面腐食になるまでの腐食速度から求めたWVTRを100%WVTR(平均WVTRともいう)と呼ぶことにする。
(ランク評価)
4: 1×10-3g/m2/day未満
3: 1×10-3g/m2/day以上、3×10-3g/m2/day未満
2: 3×10-3g/m2/day以上、1×10-1g/m2/day未満
1: 1×10-1g/m2/day以上
The obtained sample with both sides sealed is stored at 60 ° C. and 90% RH under high temperature and high humidity, and moisture permeated into the cell from the corrosion amount of metallic calcium based on the method described in JP-A-2005-283561. The amount was calculated.
At this time, in the present invention, the WVTR obtained from the corrosion rate until the corrosion area of the cell reaches 1% is 1% WVTR, and the corrosion area is 100%, that is, the WVTR obtained from the corrosion rate until full corrosion occurs. It will be called 100% WVTR (also called average WVTR).
(Rank evaluation)
4: Less than 1 × 10 −3 g / m 2 / day 3: 1 × 10 −3 g / m 2 / day or more and less than 3 × 10 −3 g / m 2 / day 2: 3 × 10 −3 g / day m 2 / day or more, less than 1 × 10 −1 g / m 2 / day 1: 1 × 10 −1 g / m 2 / day or more

〔評価2:高温高湿耐性の評価〕
得られたフィルム1〜25について、屈曲させず、60℃、90%RHに調整した高温高湿槽(恒温恒湿度オーブン:Yamato Humidic ChamberIG47M)内に、100時間連続で保管した後、上記評価1と同様にして、100%WVTRにて水蒸気透過率を測定し、同様のランク評価を行った。本評価項目が良好の場合、湿熱耐性が高いことを示す。
[Evaluation 2: Evaluation of resistance to high temperature and high humidity]
The obtained films 1 to 25 were stored in a high-temperature and high-humidity tank (constant temperature and humidity oven: Yamato Humidic Chamber IG47M) adjusted to 60 ° C. and 90% RH for 100 hours, and then evaluated 1 In the same manner, the water vapor transmission rate was measured with 100% WVTR, and the same rank evaluation was performed. When this evaluation item is good, it indicates that the heat resistance is high.

〔評価3:急激腐食度の評価〕
本発明における急激腐食度とは、あるレベル以上のガスバリア性を有し、かつ、水蒸気がガスバリアフィルムへの透過を始めてから透過速度(腐食速度)が急激に増加していないか(100%WVTR/30%WVTRが小さい程、急激劣化が少ない、すなわち安定であると判断できる)を評価するものであり、ガスバリアフィルム自体の安定性の指標(湿熱耐性)とする。
[Evaluation 3: Evaluation of rapid corrosion degree]
The rapid corrosion degree in the present invention has a gas barrier property of a certain level or more, and whether the permeation rate (corrosion rate) has increased abruptly since water vapor began to permeate the gas barrier film (100% WVTR / The smaller the 30% WVTR, the smaller the rapid deterioration, that is, it can be judged that it is stable), and this is used as an index of stability (wet heat resistance) of the gas barrier film itself.

評価1、2と同様にして、下記の3段階のランク評価を行った。
ただし、本発明においては、セルの腐食面積が30%になるまでの腐食速度から求めたWVTRを30%WVTRと呼ぶことにする。
(ランク評価)
3: 1%WVTRが3×10-3g/m2/day未満、かつ、100%WVTR/30%WVTRが10未満
2: 1%WVTRが3×10-3g/m2/day未満、かつ、100%WVTR/30%WVTRが10以上100以下
1: 1%WVTRが3×10-3g/m2/day以上、かつ、100%WVTR/30%WVTRが100以上
Similar to Evaluations 1 and 2, the following three ranks were evaluated.
However, in the present invention, the WVTR obtained from the corrosion rate until the corrosion area of the cell reaches 30% is referred to as 30% WVTR.
(Rank evaluation)
3: 1% WVTR is less than 3 × 10 −3 g / m 2 / day, and 100% WVTR / 30% WVTR is less than 10. 2: 1% WVTR is less than 3 × 10 −3 g / m 2 / day. And 100% WVTR / 30% WVTR is 10 or more and 100 or less 1: 1% WVTR is 3 × 10 −3 g / m 2 / day or more, and 100% WVTR / 30% WVTR is 100 or more.

《ガスバリア性フィルムのカール耐性の評価》
本発明のガスバリア性フィルム1〜16及び比較のフィルム17〜25について、水洗処理前後での基材の最大変形度の評価を行った。
基材の最大変形度は、
基材の最大変形度=水洗処理後のフィルムの変形量−初期のフィルムの変形量
で求めた。
フィルムの変形量は、10cm×10cmのフィルムを平坦な台の上に静置した状態で、フィルムがカールすることによって台から浮いている頂点と台との距離の最大値から求めた。
下記に示すように4段階のランク評価を行い、カール耐性を評価した。
(ランク評価)
4: 基材の変形度が0mm以上2mm未満
3: 基材の変形度が2mm以上3mm未満
2: 基材の変形度が3mm以上10mm未満
1: 基材の変形度が10mm以上
以上により得られた結果を、表1に示す。
<Evaluation of curl resistance of gas barrier film>
The gas barrier films 1 to 16 of the present invention and the comparative films 17 to 25 were evaluated for the maximum degree of deformation of the base material before and after the water washing treatment.
The maximum degree of deformation of the substrate is
The maximum degree of deformation of the substrate = the amount of deformation of the film after the washing treatment−the amount of deformation of the initial film.
The amount of deformation of the film was determined from the maximum value of the distance between the apex floating from the table by curling the film while the 10 cm × 10 cm film was allowed to stand on a flat table.
As shown below, four-level rank evaluation was performed to evaluate curl resistance.
(Rank evaluation)
4: Deformation degree of the substrate is 0 mm or more and less than 2 mm 3: Deformation degree of the substrate is 2 mm or more and less than 3 mm 2: Deformation degree of the substrate is 3 mm or more and less than 10 mm 1: Deformation degree of the substrate is obtained by 10 mm or more The results are shown in Table 1.

Figure 0005861376
Figure 0005861376

表1に記載の結果から明らかなように、比較のガスバリアフィルム17〜25に比べて、本発明のガスバリアフィルム1〜16は、各々、ガスバリア性(水蒸気透過率が低い)が高く、ガスバリア層の急激劣化が抑制され、高温高湿化で保存しても優れたバリア性を維持(経時安定性)し、屈曲性(ヒビ割れ耐性)、カール耐性(素子作製プロセス耐性)にも優れていることが明らかである。   As is apparent from the results shown in Table 1, each of the gas barrier films 1 to 16 of the present invention has a high gas barrier property (low water vapor permeability) compared to the comparative gas barrier films 17 to 25, and the gas barrier layer Sudden deterioration is suppressed, excellent barrier properties are maintained even when stored at high temperature and high humidity (time stability), and flexibility (cracking resistance) and curl resistance (element fabrication process resistance) are also excellent. Is clear.

実施例2
《有機光電変換素子1〜25の作製》
実施例1で作製した本発明のガスバリア性フィルム1〜16、比較のフィルム17〜25に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を150nm堆積したもの(シート抵抗10Ω/□)(導電膜形成前に加熱処理したもの)を、通常のフォトリソグラフィ技術と湿式エッチングとを用いて2mm幅にパターニングして、第1の電極を作製した。
パターン形成した第1の電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。
この透明基板上に、導電性高分子であるBaytron P4083(スタルクヴィテック社製)を膜厚が30nmになるように塗布乾燥した後、150℃で30分間熱処理させ正孔輸送層を製膜した。
Example 2
<< Production of Organic Photoelectric Conversion Elements 1-25 >>
150 nm of indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited on the gas barrier films 1 to 16 of the present invention prepared in Example 1 and comparative films 17 to 25 (sheet resistance 10Ω / □) (conductive film) The first electrode was fabricated by patterning the film that had been heat-treated before formation) into a width of 2 mm using a normal photolithography technique and wet etching.
The patterned first electrode was washed in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant and ultrapure water, followed by ultrasonic cleaning with ultrapure water, dried with nitrogen blow, and finally subjected to ultraviolet ozone cleaning.
On this transparent substrate, Baytron P4083 (manufactured by Starck Vitec), which is a conductive polymer, was applied and dried to a film thickness of 30 nm, and then heat treated at 150 ° C. for 30 minutes to form a hole transport layer. .

これ以降は、基板を窒素チャンバー中に持ち込み、窒素雰囲気下で作製した。
まず、窒素雰囲気下で上記基板を150℃で10分間加熱処理した。次に、クロロベンゼンにP3HT(プレクトロニクス社製:レジオレギュラーポリ−3−ヘキシルチオフェン)とPCBM(フロンティアカーボン社製:6,6−フェニル−C61−ブチリックアシッドメチルエステル)を3.0質量%になるように1:0.8で混合した液を調製し、フィルタでろ過しながら膜厚が100nmになるように塗布を行い、室温で放置して乾燥させた。続けて、150℃で15分間加熱処理を行い、光電変換層を製膜した。
次に、上記一連の機能層を製膜した基板を真空蒸着装置チャンバー内に移動し、1×10-4Pa以下に真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度0.01nm/秒でフッ化リチウムを0.6nm積層し、更に続けて、2mm幅のシャドウマスクを通して(受光部が2×2mmに成るように直行させて蒸着)、蒸着速度0.2nm/秒でAlメタルを100nm積層することで第2の電極を形成した。
Thereafter, the substrate was brought into a nitrogen chamber and manufactured in a nitrogen atmosphere.
First, the substrate was heat-treated at 150 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere. Next, P3HT (manufactured by Prectronics: regioregular poly-3-hexylthiophene) and PCBM (manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd .: 6,6-phenyl-C61-butyric acid methyl ester) are added to 3.0% by mass of chlorobenzene. A liquid mixed at 1: 0.8 was prepared so that the film thickness was 100 nm while being filtered through a filter, and the film was allowed to stand at room temperature and dried. Subsequently, a heat treatment was performed at 150 ° C. for 15 minutes to form a photoelectric conversion layer.
Next, the substrate on which the series of functional layers is formed is moved into a vacuum deposition apparatus chamber, the inside of the vacuum deposition apparatus is depressurized to 1 × 10 −4 Pa or less, and then fluorinated at a deposition rate of 0.01 nm / second. Laminate 0.6 nm of lithium, and then continue to deposit 100 nm of Al metal at a deposition rate of 0.2 nm / sec through a shadow mask with a width of 2 mm (vaporization is performed so that the light receiving part is 2 × 2 mm). A second electrode was formed.

得られた各々の有機光電変換素子を窒素チャンバーに移動し、封止用キャップとUV硬化樹脂を用いて封止を行って、受光部が2×2mmサイズの有機光電変換素子1〜25を作製した。
次いで、下記の方法に従って封止用のガスバリアフィルム試料の作製及び有機光電変換素子の封止を行った。
窒素ガス(不活性ガス)によりパージされた環境下で、ガスバリアフィルム1〜25の各二枚を用い、ガスバリア層を設けた面に、シール材としてエポキシ系光硬化型接着剤を塗布したものを、各々対応する有機光電変換素子1〜25の各々の封止用フィルム1〜25として作製した。
Each obtained organic photoelectric conversion element is moved to a nitrogen chamber, and sealing is performed using a sealing cap and a UV curable resin, thereby producing organic photoelectric conversion elements 1 to 25 having a light receiving portion of 2 × 2 mm size. did.
Subsequently, the gas barrier film sample for sealing and the organic photoelectric conversion element were sealed according to the following method.
In an environment purged with nitrogen gas (inert gas), each of two gas barrier films 1 to 25 is used, and an epoxy-based photocurable adhesive is applied as a sealing material to the surface provided with the gas barrier layer. Each of the corresponding organic photoelectric conversion elements 1 to 25 was produced as a sealing film 1 to 25.

次いで、上記の有機光電変換素子1〜25を、上記接着剤を塗布した二枚のガスバリアフィルム試料の接着剤塗布面の間に挟み込んで密着させた後、片側の基板側からUV光を照射して硬化させ、有機光電変換素子1〜25の封止処理を行い、本発明の有機光電変換素子1〜16と、比較の有機光電変換素子17〜25を得た。   Next, the organic photoelectric conversion elements 1 to 25 are sandwiched and adhered between the adhesive application surfaces of the two gas barrier film samples coated with the adhesive, and then irradiated with UV light from one substrate side. Then, the organic photoelectric conversion elements 1 to 25 were sealed to obtain the organic photoelectric conversion elements 1 to 16 of the present invention and comparative organic photoelectric conversion elements 17 to 25.

《太陽電池の作製及びエネルギー変換効率の評価》
上記で得られた有機光電変換素子1〜16、比較の有機光電変換素子17〜25の評価は、各々の素子を用いて、太陽電池1〜16、比較の太陽電池17〜25を各々作製し、エネルギー変換効率を求め、各々に素子としての耐久性を評価した。
尚、有機光電変換素子1〜16、比較の有機光電変換素子17〜25の各々の評価は、ソーラーシミュレーター(AM1.5Gフィルタ)の100mW/cm2の強度の光を照射し、有効面積を4.0mm2にしたマスクを受光部に重ね、太陽電池1〜16、比較の太陽電池17〜25としてのIV特性を各々評価した。
<< Production of solar cells and evaluation of energy conversion efficiency >>
Evaluation of the organic photoelectric conversion elements 1 to 16 obtained above and the comparative organic photoelectric conversion elements 17 to 25 is performed by using the respective elements to produce solar cells 1 to 16 and comparative solar cells 17 to 25, respectively. The energy conversion efficiency was obtained, and the durability as an element was evaluated for each.
In addition, each evaluation of the organic photoelectric conversion elements 1-16 and the comparative organic photoelectric conversion elements 17-25 irradiates the light of the intensity | strength of 100 mW / cm < 2 > of a solar simulator (AM1.5G filter), and the effective area is 4 A mask having a thickness of 0.0 mm 2 was placed on the light receiving portion, and the IV characteristics of the solar cells 1 to 16 and the comparative solar cells 17 to 25 were evaluated.

具体的には、短絡電流密度Jsc(mA/cm2)、開放電圧Voc(V)及びフィルファクターFF(%)を、素子上に形成した4箇所の受光部をそれぞれ測定し、下記式1に従って求めたエネルギー変換効率PCE(%)の4点平均値を見積もった。
式1
PCE(%)=〔Jsc(mA/cm2)×Voc(V)×FF(%)〕/100mW/cm2
得られた初期電池特性としての変換効率を測定し、性能の経時的低下の度合いを、温度60℃、湿度90%RH環境で2000時間保存した強制劣化試験後の変換効率残存率として、強制劣化試験後の変換効率/初期変換効率の比として求め、下記の基準に従って、耐久性の評価を行った(OPV素子性能)。
3:変換効率残存率が、70%以上
2:変換効率残存率が、40%以上、70%未満
1:変換効率残存率が、40%未満
尚、実用上に耐えうるのはランク2以上である。
得られた結果を表1に合わせて示した。
Specifically, the short-circuit current density Jsc (mA / cm 2 ), the open circuit voltage Voc (V), and the fill factor FF (%) were measured for each of the four light receiving portions formed on the element, and according to the following formula 1. A four-point average value of the obtained energy conversion efficiency PCE (%) was estimated.
Formula 1
PCE (%) = [Jsc (mA / cm 2 ) × Voc (V) × FF (%)] / 100 mW / cm 2
The conversion efficiency as an initial battery characteristic obtained was measured, and the degree of deterioration over time was measured as the conversion efficiency remaining rate after the forced deterioration test stored for 2000 hours in a temperature 60 ° C., humidity 90% RH environment. It calculated | required as ratio of the conversion efficiency after a test / initial conversion efficiency, and durability was evaluated according to the following reference | standard (OPV element performance).
3: The conversion efficiency remaining rate is 70% or more 2: The conversion efficiency remaining rate is 40% or more and less than 70% 1: The conversion efficiency remaining rate is less than 40%. is there.
The obtained results are shown in Table 1.

表1に記載の結果より明らかなように、比較のフィルムを用い作成した有機光電変換素子17〜25を備えた比較太陽電池17〜25に対し、本発明のガスバリア性フィルムを用い作成した有機光電変換素子1〜16を備えた本発明の太陽電池1〜16は、60℃、90%RHという極めて過酷な環境(高温高湿条件下)においても極めて高い耐久性を示すことが分かった。   As is clear from the results shown in Table 1, the organic photovoltaics prepared using the gas barrier film of the present invention for the comparative solar cells 17 to 25 provided with the organic photoelectric conversion elements 17 to 25 prepared using the comparative film. It turned out that the solar cells 1-16 of this invention provided with the conversion elements 1-16 show very high durability also in the very severe environment (high temperature, high humidity conditions) of 60 degreeC and 90% RH.

1 保護層
2 バリア層
3 第1の応力緩和層
3−2 第2の応力緩和層
4 樹脂基材
10 バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子
11 基板
12 陽極
13 陰極
14 発電層
14´ 第一の発電層
14i p型半導体材料とn型半導体層が混合したi層
14p p型半導体材料単体からなるp層
14n n型半導体材料単体からなるn層
15 電荷再結合層
16 第2の発電層
17 正孔輸送層
18 電子輸送層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Protective layer 2 Barrier layer 3 1st stress relaxation layer 3-2 2nd stress relaxation layer 4 Resin base material 10 Bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element 11 Substrate 12 Anode 13 Cathode 14 Power generation layer 14 ′ First power generation Layer 14i i layer in which p-type semiconductor material and n-type semiconductor layer are mixed 14p p layer made of p-type semiconductor material alone 14n n layer made of n-type semiconductor material 15 charge recombination layer 16 second power generation layer 17 hole Transport layer 18 Electron transport layer

Claims (8)

樹脂基材上に、スパッタ法により膜厚方向へエッチングを行った際の相対エッチングレートが、ポリシラザンの熱酸化膜のエッチングレートを1.0とした時に、1)1.0以上3.0以下である、蒸着膜からなる第1の応力緩和層と、2)1.1以上2.5以下である、ポリシラザンを含有した塗布膜を改質処理したバリア層と、3)1.0以上3.0以下である保護層とをこの順に有し、
前記ポリシラザンの熱酸化膜は、パーヒドロポリシラザン(PHPS)の20質量%ジブチルエーテル溶液である、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製アクアミカ NN120−20と、アミン触媒(N,N,N′,N′−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキサン)を5質量%含有するNAX120−20とを混合することで、パーヒドロポリシラザン(PHPS)濃度に対してアミン触媒の含有量が1.0質量%になるように調整した後、ジブチルエーテル溶媒にて10質量%に希釈した液を用いてスピンコート法により塗布後、得られた塗膜を80℃、1分で乾燥し、乾燥後膜厚150nmのパーヒドロポリシラザン含有層を作製し、乾燥後の当該パーヒドロポリシラザン含有層を湿度90%RH下、80℃にて5分間処理した後、更に100℃の真空オーブン中で8時間乾燥することで、ポリシラザンが酸化ケイ素を主成分とする膜に転化された層であることを特徴とする、ガスバリア性フィルム。
When the etching rate of the thermal oxidation film of polysilazane is 1.0 on the basis of the relative etching rate when etching on the resin substrate in the film thickness direction by sputtering, 1) 1.0 or more and 3.0 or less A first stress relaxation layer made of a vapor-deposited film, 2) a barrier layer obtained by modifying a coating film containing polysilazane that is 1.1 to 2.5, and 3) 1.0 to 3 and a protective layer is 2.0 or less possess in this order,
The thermal oxidation film of the polysilazane is a 20 mass% dibutyl ether solution of perhydropolysilazane (PHPS), AQUAMICA NN120-20 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd., and an amine catalyst (N, N, N ′, N ′). -By mixing with NAX120-20 containing 5% by mass of tetramethyl-1,6-diaminohexane), the amine catalyst content becomes 1.0% by mass with respect to the perhydropolysilazane (PHPS) concentration. After adjusting so that the coating film was applied by spin coating using a solution diluted to 10% by mass with a dibutyl ether solvent, the resulting coating film was dried at 80 ° C. for 1 minute, and after drying, a film thickness of 150 nm was obtained. A hydropolysilazane-containing layer was prepared, and the perhydropolysilazane-containing layer after drying was treated at 80 ° C. for 5 minutes under a humidity of 90% RH. A gas barrier film characterized in that it is a layer in which polysilazane is converted into a film mainly composed of silicon oxide by further drying in a vacuum oven at 100 ° C. for 8 hours .
前記第1の応力緩和層の該相対エッチングレートが1.5以上3.0以下であり、さらに前記第1の応力緩和層及び前記バリア層と接する該相対エッチングレートが1.0以上1.4以下である第2の応力緩和層を有することを特徴とする、請求項1に記載のガスバリア性フィルム。   The relative etching rate of the first stress relaxation layer is 1.5 or more and 3.0 or less, and the relative etching rate in contact with the first stress relaxation layer and the barrier layer is 1.0 or more and 1.4. The gas barrier film according to claim 1, comprising a second stress relaxation layer which is the following. 樹脂基材上に、スパッタ法により膜厚方向へエッチングを行った際の相対エッチングレートが、ポリシラザンの熱酸化膜のエッチングレートを1.0とした時に、1)1.0以上3.0以下である第1の応力緩和層を蒸着により形成する工程と、2)1.1以上2.5以下であるバリア層を、ポリシラザンを含有した塗布膜を改質処理することにより形成する工程と、3)1.0以上3.0以下である保護層を形成する工程とをこの順に有し、
前記ポリシラザンの熱酸化膜は、パーヒドロポリシラザン(PHPS)の20質量%ジブチルエーテル溶液である、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製アクアミカ NN120−20と、アミン触媒(N,N,N′,N′−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキサン)を5質量%含有するNAX120−20とを混合することで、パーヒドロポリシラザン(PHPS)濃度に対してアミン触媒の含有量が1.0質量%になるように調整した後、ジブチルエーテル溶媒にて10質量%に希釈した液を用いてスピンコート法により塗布後、得られた塗膜を80℃、1分で乾燥し、乾燥後膜厚150nmのパーヒドロポリシラザン含有層を作製し、乾燥後の当該パーヒドロポリシラザン含有層を湿度90%RH下、80℃にて5分間処理した後、更に100℃の真空オーブン中で8時間乾燥することで、ポリシラザンが酸化ケイ素を主成分とする膜に転化された層であるガスバリア性フィルムの製造方法。
When the etching rate of the thermal oxidation film of polysilazane is 1.0 on the basis of the relative etching rate when etching on the resin substrate in the film thickness direction by sputtering, 1) 1.0 or more and 3.0 or less A step of forming the first stress relaxation layer by vapor deposition, and 2) a step of forming a barrier layer of 1.1 to 2.5 by modifying the coating film containing polysilazane, 3) a step of forming a protective layer is 1.0 to 3.0 possess in this order,
The thermal oxidation film of the polysilazane is a 20 mass% dibutyl ether solution of perhydropolysilazane (PHPS), AQUAMICA NN120-20 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd., and an amine catalyst (N, N, N ′, N ′). -By mixing with NAX120-20 containing 5% by mass of tetramethyl-1,6-diaminohexane), the amine catalyst content becomes 1.0% by mass with respect to the perhydropolysilazane (PHPS) concentration. After adjusting so that the coating film was applied by spin coating using a solution diluted to 10% by mass with a dibutyl ether solvent, the resulting coating film was dried at 80 ° C. for 1 minute, and after drying, a film thickness of 150 nm was obtained. A hydropolysilazane-containing layer was prepared, and the perhydropolysilazane-containing layer after drying was treated at 80 ° C. for 5 minutes under a humidity of 90% RH. Then, the manufacturing method of the gas-barrier film which is a layer by which polysilazane was converted into the film | membrane which has a silicon oxide as a main component by further drying in a 100 degreeC vacuum oven for 8 hours .
前記第1の応力緩和層の該相対エッチングレートが1.5以上3.0以下であり、さらに前記第1の応力緩和層を形成する工程の後、前記相対エッチングレートが1.0以上1.4以下である第2の応力緩和層を蒸着により形成する工程を有することを特徴とする請求項3に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。   The relative etching rate of the first stress relaxation layer is 1.5 or more and 3.0 or less, and after the step of forming the first stress relaxation layer, the relative etching rate is 1.0 or more and 1. 4. The method for producing a gas barrier film according to claim 3, further comprising a step of forming a second stress relaxation layer of 4 or less by vapor deposition. 請求項3又は4に記載のガスバリア性フィルムの製造方法において、
前記第1あるいは第2の応力緩和層を形成する際の蒸着時における成膜速度が0.1nm/秒〜30nm/秒であることを特徴とする、請求項3又は4に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
In the manufacturing method of the gas-barrier film of Claim 3 or 4,
5. The gas barrier film according to claim 3, wherein a film formation rate during vapor deposition when forming the first or second stress relaxation layer is 0.1 nm / second to 30 nm / second. 6. Manufacturing method.
請求項3〜5に記載のガスバリア性フィルムの製造方法において、ポリシラザンを含有した塗布膜の改質処理が真空紫外線照射処理であることを特徴とする、請求項3〜5に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。   The method for producing a gas barrier film according to any one of claims 3 to 5, wherein the modification treatment of the coating film containing polysilazane is a vacuum ultraviolet ray irradiation treatment. Manufacturing method. 請求項3〜6に記載のガスバリア性フィルムの製造方法において、前記第1あるいは第2の応力緩和層をCVD法で形成することを特徴とする、請求項3〜6に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。   The method for producing a gas barrier film according to any one of claims 3 to 6, wherein the first or second stress relaxation layer is formed by a CVD method. Production method. 請求項1〜2に記載のガスバリア性フィルムで封止したことを特徴とする有機電子デバイス。   An organic electronic device sealed with the gas barrier film according to claim 1.
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