JP5966928B2 - ガスバリア性フィルム - Google Patents
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Description
(1)高分子フィルム基材の少なくとも片面にガスバリア層を有するガスバリア性フィルムであって、前記ガスバリア層は高分子フィルム基材の側から[A]層、[B]層、[C]層が配置された層構成を有し、前記[A]層および前記[C]層は層の密度が2.0〜9.0g/cm3の範囲にあり、前記[B]層は、密度が2.3〜10.5g/cm3でかつ前記[A]層と前記[C]層のいずれの密度よりも高く、かつ、厚さが0.2〜20nmの層であるガスバリア性フィルム。
(2)前記[A]層の密度が、前記[C]層の密度より高い前記(1)に記載のガスバリア性フィルム。
(3)前記[B]層の密度が、前記[A]層の密度より0.1〜4.0g/cm3高い前記(1)または(2)に記載のガスバリア性フィルム。
(4)前記[A]層及び前記[B]層は亜鉛(Zn)化合物を主成分とし、前記[C]層はケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、クロム(Cr)の少なくとも1つの元素を含む化合物を主成分とし、前記前記[B]層の密度は、前記[A]層の密度より0.1〜2.0g/cm3高い前記(1)に記載のガスバリア性フィルム。
(5)前記[A]層の密度が3.9〜4.6g/cm3、前記[B]層の密度が4.0〜5.8g/cm3、前記[C]層の密度が2.0〜5.5g/cm3である前記(4)に記載のガスバリア性フィルム。
(6)前記[C]層は、ケイ素(Si)化合物を主成分とし、密度が2.0〜2.6g/cm3である前記(5)に記載のガスバリア性フィルム。
(7)前記[C]層は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、クロム(Cr)の少なくとも1つの元素を含む化合物を主成分とし、密度が3.5〜5.5g/cm3である前記(5)に記載のガスバリア性フィルム。
(8)前記[A]層が、以下の[A1]層または[A2]層である前記(1)〜(7)のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
[A1]層:酸化亜鉛−二酸化ケイ素−酸化アルミニウムの共存相からなる層
[A2]層:硫化亜鉛と二酸化ケイ素の共存相からなる層
(9)前記[A]層が、前記[A1]層であってその組成は、ICP発光分光分析法により測定される亜鉛(Zn)原子濃度が20〜40atom%、ケイ素(Si)原子濃度が5〜20atom%、アルミニウム(Al)原子濃度が0.5〜5atom%、酸素(O)原子濃度が35〜70atom%である前記(8)に記載のガスバリア性フィルム。
(10)前記[A]層が、前記[A2]層であってその組成は、硫化亜鉛と二酸化ケイ素の合計に対する硫化亜鉛のモル分率が0.7〜0.9である前記(8)に記載のガスバリア性フィルム。
本発明者らは、透明性および水蒸気遮断性が高い良好なガスバリア性フィルムを得ることを目的としてガスバリア性フィルムの層構成について鋭意検討を重ね、高分子フィルム基材の少なくとも片面にガスバリア層を有するガスバリア性フィルムであって、前記ガスバリア層は高分子フィルム基材の側から無機化合物層[A]層、[B]層、[C]層が接して配置された層構成を有し、前記[A]層および前記[C]層は層の密度が2.0〜9.0g/cm3の範囲にあり、前記[B]層は、密度が2.3〜10.5g/cm3でかつ前記[A]層と前記[C]層のいずれの密度よりも高く、かつ、厚さが0.2〜20nmの層である層構成としたところ、前記課題を一挙に解決することを見いだしたものである。
本発明に使用する高分子フィルム基材としては、有機高分子化合物からなるフィルムであれば特に限定されず、例えば、ポリエチレンあるいはポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートあるいはポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレン酢酸ビニル共重合体のケン化物、ポリアクリロニトリル、ポリアセタール等の各種ポリマーからなるフィルムなどを使用することができる。これらの中でも、ポリエチレンテレフタレートからなるフィルムであることが好ましい。高分子フィルム基材を構成するポリマーは、ホモポリマー、コポリマーのいずれでもよいし、また、単独のポリマーであってもよいし複数のポリマーをブレンドして用いてもよい。
[A]層は、高分子フィルム基材の上に配置される。本発明に用いられる[A]層の材質としては、例えば、Zn、Si、Al、Ti、Zr、Sn、In、Nb、Mo、Taから選ばれる1種以上の元素を含む酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、または、それらの混合物等が挙げられる。高いガスバリア性や柔軟性の層が得られることから、亜鉛の酸化物、窒化物、酸窒化物、あるいは硫化物を主成分とした亜鉛化合物が好ましく用いられる。ここで、主成分とは[A]層全体の60質量%以上であることを意味し、80質量%以上であれば好ましい。なお、前記の主成分となる化合物は、後述するX線光電子分光法(XPS法)、ICP発光分光分析、ラザフォード後方散乱法等により成分を特定される。そして、前記化合物を構成する各元素の組成比は、[A]層を形成する際の条件に依存して、量論比から若干のずれた組成比となる場合もあるが、組成比が整数で表される組成式を有する化合物として扱う(以下同じ)。
[B]層は、厚さが0.2〜20nmの密度が[A]層と[C]層のいずれの密度よりも高い層であり、[A]層と[C]層の間に接して配置される。[A]層と[C]層に接するように[B]層を配置することによって、ガスバリア層の柔軟性を確保しつつ飛躍的にガスバリア性を向上させることができる。本発明に用いられる[B]層の材質としては、例えば、Zn、Si、Al、Ti、Zr、Sn、In、Nb、Mo、Taから選ばれる1種以上の元素を含む酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、または、それらの混合物等が挙げられる。[B]層の組成は、X線光電子分光法(XPS法)、ICP発光分光分析、ラザフォード後方散乱法等を、単独または組み合わせて使用して、各元素の原子の量を定量分析し組成比を知ることができる。
[C]層は、[B]層の上に位置する密度が2.0〜9.0g/cm3の範囲にある層である。[C]層の密度は、前記範囲であれば[A]層の密度と同じであってもよいし、異なってもよいが、[A]層の密度が[C]層の密度より、高い方が好ましいことは、前述のとおりである。
[亜鉛化合物を主成分とする[A]層、[B]層]
ここまで[A]層、[B]層および[C]層を別個に説明してきたが、[A]層、[B]層、[C]層の好ましい組み合わせについて以下に説明する。
発明者らの検討の結果、亜鉛化合物を主成分とする第1の層の上に、第2の層形成段階として特定の条件下でケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、クロム(Cr)の少なくとも1つの元素を含む化合物を主成分とする層を形成することにより、飛躍的にガスバリア性を向上させることが可能であることを見出した。ここで、主成分とは層の60質量%以上であることを意味し、80質量%以上であれば好ましい(以下同様とする)。なお、本発明における亜鉛化合物とは、後述するX線光電子分光法(XPS法)、ICP発光分光分析、ラザフォード後方散乱法等により成分を特定された各元素の組成比が整数で表される組成式を有する化合物として扱う。たとえば、生成時の条件に依存して、ZnS,ZnO等が量論比から若干ずれた組成比となる場合でも、ZnS,ZnOとして扱い、上記の質量含有率を算出するものとする。
本発明の好ましい態様において、第2の層形成段階で第1の層の上に形成される層は、ケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、クロム(Cr)の少なくとも1つの元素を含む化合物を主成分とする層である。このうちケイ素(Si)化合物を主成分とする場合についてまず説明する。第2の層形成段階で第1の層の上に形成される層を本項においては、[C]層と記す。上述したように、第1の層の上において第2の層形成段階の処理を特定の条件下で行うと、第1の層の[C]層に隣接する層状の領域が、密度の高い緻密な[B]層に転化され、飛躍的にガスバリア性を向上させることができる。なお、本発明におけるケイ素化合物とは、後述するX線光電子分光法(XPS法)、ICP発光分光分析、ラザフォード後方散乱法等により成分を特定された各元素の組成比が整数で表される組成式を有する化合物として扱う。たとえば、二酸化ケイ素(SiO2)は、生成時の条件によって、左記組成式のケイ素と酸素の組成比率から若干ずれたもの(SiO〜SiO2)が生成することがあるが、そのような場合でも、SiO2として扱い上記の質量含有率を算出するものとする。
本発明の好ましい態様において、第2の層形成段階で第1の層の上に形成される、ケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、クロム(Cr)の少なくとも1つの元素を含む化合物を主成分とする層のうち、Al、Ti、Zr、Crの少なくとも1つの元素を含む化合物を主成分とする場合について説明する。第2の層形成段階で第1の層の上に形成される層を前項と同様本項においても[C]層と記す。上述したように、第1の層の上において第2の層形成段階の処理を特定の条件下で行うと、第1の層の[C]層に隣接する層状の領域が、密度の高い緻密な[B]層に転化され、飛躍的にガスバリア性を向上させることができる。なお、本発明におけるAl、Ti、Zr、Crの少なくとも1つの元素を含む化合物とは、後述するX線光電子分光法(XPS法)、ICP発光分光分析、ラザフォード後方散乱法等により成分を特定された各元素の組成比が整数で表される組成式を有する化合物として扱う。たとえば、二酸化チタン(TiO2)は、生成時の条件によって、左記組成式のチタンと酸素の組成比率から若干ずれたもの(TiO〜TiO2)が生成することがあるが、そのような場合でも、TiO2として扱い上記の質量含有率を算出するものとする。
次に、本発明の[A]層として好適に用いられる酸化亜鉛−二酸化ケイ素−酸化アルミニウムの共存相からなる層(以降、[A1]層と記す場合もある)について詳細を説明する。なお、「酸化亜鉛−二酸化ケイ素−酸化アルミニウムの共存相」を「ZnO−SiO2−Al2O3」と略記することもある。また、二酸化ケイ素(SiO2)は、生成時の条件によって、左記組成式のケイ素と酸素の組成比率から若干ずれたもの(SiO〜SiO2)が生成することがあるが、本明細書においては二酸化ケイ素あるいはSiO2と表記し、その組成として扱うこととする。かかる組成比の化学式からのずれに関しては、酸化亜鉛、酸化アルミニウムについても同様の扱いとし、それぞれ、本明細書においては、生成時の条件に依存する組成比のずれに関わらず、酸化亜鉛またはZnO、酸化アルミニウムまたはAl2O3と表記し、それらの組成として扱うこととする。
次に、本発明の[A]層として好適に用いられる硫化亜鉛と二酸化ケイ素の共存相からなる層(以降、[A2]層と記す場合もある)について詳細を説明する。なお、「硫化亜鉛−二酸化ケイ素共存相」を、「ZnS−SiO2」と略記することもある。また、二酸化ケイ素(SiO2)は、その生成時の条件によって、左記組成式のケイ素と酸素の組成比率から若干ずれたもの(SiO〜SiO2)が生成することがあるが、本明細書においては二酸化ケイ素あるいはSiO2と表記し、その組成として扱うこととする。かかる組成比の化学式からのずれに関しては、硫化亜鉛についても同様の扱いとし、本明細書においては、生成時の条件に依存する組成比のずれに関わらず、硫化亜鉛またはZnSと表記し、その組成として扱うこととする。
まず、各実施例および比較例における評価方法を説明する。評価n数は、特に断らない限り、n=5とし平均値を求めた。
(1−1)TEMによる断面観察
断面観察用サンプルをマイクロサンプリングシステム((株)日立製作所製FB−2000A)を使用してFIB法により(具体的には「高分子表面加工学」(岩森暁著)p.118〜119に記載の方法に基づいて)作製した。透過型電子顕微鏡((株)日立製作所製H−9000UHRII)により、加速電圧300kVとして、観察用サンプルの断面を観察し、初期値として用いるTEM観察による層数および各層の厚みを測定した。
(1−2)X線反射率法による各層の厚み、密度のフィッティング
X線反射率法により、[A]層、[B]層、[C]層の厚み及び密度を測定した。すなわち、高分子フィルム基材の上に配置されたガスバリア層([A]層、[B]層、[C]層)に斜方向からX線を照射し、入射X線強度に対する全反射X線強度のガスバリア層表面への入射角度依存性を測定することにより、得られた反射波のX線強度プロファイルを得た。(1−1)の断面観察により特定した、層のデータ、および、(3)から(5)の評価により得た組成情報から計算される密度を初期値として、本文に記載したX線強度プロファイルのフィッティング方法を用いて各領域の厚み、密度を求めた。
測定条件は下記の通りとした。
・装置:Rigaku製SmartLab
・解析ソフト:Rigaku製Grobal Fit ver.1.3.2
・測定範囲(試料表面とのなす角):0〜8.0°、0.01°ステップ
・入射スリットサイズ:0.05mm×10.0mm
・受光スリットサイズ:0.15mm×20.0mm。
温度40℃、湿度90%RH、測定面積50cm2の条件で、英国、テクノロックス(Technolox)社製の水蒸気透過率測定装置(機種名:DELTAPERM(登録商標))を使用して測定した。サンプル数は水準当たり2検体とし、測定回数は同一サンプルについて各10回とし、その平均値を水蒸気透過率とした。
ICP発光分光分析(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製、SPS4000)により行った。試料中の亜鉛原子、ケイ素原子、アルミニウム原子の含有量を測定し、原子数比に換算した。なお、酸素原子は亜鉛原子、ケイ素原子、アルミニウム原子が、それぞれ酸化亜鉛(ZnO)、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)として存在する仮定で求めた計算値とした。
ICP発光分光分析(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製、SPS4000)により行い、この値をもとにさらにラザフォード後方散乱法(日新ハイボルテージ(株)製AN−2500)を使用して、各元素を定量分析し硫化亜鉛と二酸化ケイ素の組成比を求めた。
X線光電子分光法(XPS法)を用いることにより、酸素原子に対する含有金属または非金属原子の原子数比を測定し、必要に応じて上記(3)または(4)の測定も併用した。
測定条件は下記の通りとした。
・装置:Quantera SXM (PHI社製)
・励起X線:monochromatic AlKα1,2
・X線径100μm
・光電子脱出角度:10°。
([A1]層の形成)
図2Aに示す構造の巻き取り式のスパッタリング装置を使用し、高分子フィルム基材5の面上に酸化亜鉛と二酸化ケイ素と酸化アルミニウムで形成された混合焼結材であるスパッタターゲットをスパッタ電極18に設置し、アルゴンガスおよび酸素ガスによるスパッタリングを実施し[A1]層を設けた。
図2Aに示す構造の巻き取り式のスパッタリング装置を使用し、高分子フィルム基材5の面上に、硫化亜鉛および二酸化ケイ素で形成された混合焼結材であるスパッタターゲットをスパッタ電極18に設置し、アルゴンガスプラズマによるスパッタリングを実施し[A2]層を設けた。
図2Aに示す構造の巻き取り式のスパッタリング装置を使用し、高分子フィルム基材5の面([A1]層または[A2]層の形成された面)上に、酸化錫で形成されたスパッタターゲットをスパッタ電極18に設置し、アルゴンガスプラズマによるスパッタリングを実施し[B]層を設けた。
図2Aに示す構造の巻き取り式のスパッタリング装置を使用し、高分子フィルム基材5の面([B]層の形成された面)上に、酸化アルミニウムで形成されたスパッタターゲットをスパッタ電極18に設置し、アルゴンガスプラズマによるスパッタリングを実施し[C]層を設けた。
高分子フィルム基材として、厚み188μmの高分子フィルム基材5(東レ(株)製“ルミラー”(登録商標)U35:一方の面に易接着層が形成され、もう一方の面はポリエチレンテレフタレートが露出している)を用い、該高分子フィルム基材のポリエチレンテレフタレートが露出している面に、[A1]層を膜厚100nmを目標として設けた。
[A1]層に代えて[A2]層を形成した以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[A2]層の組成は、硫化亜鉛のモル分率が0.85であった。
[B]層の厚みを3nmに代えて17nmを目標として形成した以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。
スパッタターゲットを酸化錫に代えて、酸化ジルコニウムを使用して、厚み5nmを目標として[B]層を形成し、さらにスパッタターゲットを酸化アルミニウムに代えて、酸化ケイ素を使用して、厚み100nmを目標として[C]層を形成した以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[B]層の組成は、ジルコニウム原子に対する酸素原子の原子数比が1.8であった。[C]層の組成は、ケイ素原子に対する酸素原子の原子数比が1.6であった。
スパッタターゲットとして酸化錫を使用して、厚み100nmを目標として[A]層を形成し、さらにスパッタターゲットを酸化錫に代えて、酸化ハフニウムを使用して、厚み5nmを目標として[B]層を形成した以外は、実施例2と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[A]層の組成は、錫原子に対する酸素原子の原子数比が1.9であった。[B]層の組成は、ハフニウム原子に対する酸素原子の原子数比が1.9であった。
スパッタターゲットとして五酸化タンタルを使用して、厚み100nmを目標として[A]層を形成し、さらにスパッタターゲットを酸化錫に代えて、酸化ハフニウムを使用して、厚み5nmを目標として[B]層を形成した以外は、実施例2と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[A]層の組成は、タンタル原子に対する酸素原子の原子数比が2.5であった。[B]層の組成は、ハフニウム原子に対する酸素原子の原子数比が1.9であった。
[B]層のスパッタターゲットを酸化錫に代えて、酸化ハフニウムを使用して、[B]層を厚み5nmを目標として1層形成し、さらに[C]層のスパッタターゲットを酸化アルミニウムに代えて、五酸化タンタルを使用して、[C]層を厚み100nmを目標として形成した以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[B]層の組成は、ハフニウム原子に対する酸素原子の原子数比が1.9であった。[C]層の組成は、タンタル原子に対する酸素原子の原子数比が2.5であった。
[B]層を形成しない以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。
[A1]層に代えて[A2]層を形成し、さらに[B]層を形成しない以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。
スパッタターゲットを酸化錫に代えて、酸化アルミニウムを使用して、厚み5nmを目標として[B]層を形成し、さらにスパッタターゲットを酸化アルミニウムに代えて、酸化錫を使用して、厚み100nmを目標として[C]層を形成した以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[B]層の組成は、アルミニウム原子に対する酸素原子の原子数比が1.35であった。[C]層の組成は、錫原子に対する酸素原子の原子数比が1.8であった。
[A1]層に代えて[A2]層を形成し、次いで、[B]層のスパッタターゲットを酸化錫に代えて、酸化アルミニウムを使用して、厚み5nmを目標として[B]層を形成し、さらにスパッタターゲットを酸化アルミニウムに代えて、酸化錫を使用して、厚み100nmを目標として[C]層を形成した以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[B]層の組成は、アルミニウム原子に対する酸素原子の原子数比が1.35であった。[C]層の組成は、錫原子に対する酸素原子の原子数比が1.8であった。
厚みを3nmに代えて35nmを目標として[B]層を形成した以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。
[A1]層に代えて[A2]層を形成し、次いで、厚みを3nmに代えて35nmを目標として[B]層を形成した以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。
(第1の層の形成)
・[A]層が[A1]層である場合の第1の層(以降、第1の層−1と記す)の形成
図2Bに示す構造の巻き取り式のスパッタリング・化学気相蒸着装置(以降スパッタ・CVD装置と略す)を使用し、高分子フィルム基材5の面上に酸化亜鉛と二酸化ケイ素と酸化アルミニウムで形成された混合焼結材であるスパッタターゲットをスパッタ電極18に設置し、アルゴンガスおよび酸素ガスによるスパッタリングを実施し第1の層−1を設けた。
・[A]層が[A2]層である場合の第1の層(以降、第1の層−2と記す)の形成
図2Bに示す構造のスパッタ・CVD装置を使用し、高分子フィルム基材5の面上に、硫化亜鉛および二酸化ケイ素で形成された混合焼結材であるスパッタターゲットをスパッタ電極18に設置し、アルゴンガスプラズマによるスパッタリングを実施し第1の層−2を設けた。
図2Bに示す構造のスパッタ・CVD装置を使用し、高分子フィルム基材5の面(第1の層−1または第1の層−2の形成された面)上に、ヘキサメチルジシロキサンを原料とした化学気相蒸着を実施し第2の層を設けた。
高分子フィルム基材として、厚み188μmの高分子フィルム基材5(東レ(株)製“ルミラー”(登録商標)U35:一方の面に易接着層が形成され、もう一方の面はポリエチレンテレフタレートが露出している)を用い、該高分子フィルム基材のポリエチレンテレフタレートが露出している面に、第1の層−1を膜厚100nmを目標として設けた。
第1の層−1に代えて第1の層−2を形成した以外は、実施例11と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。
[A]層は[A2]層であり、その組成は、硫化亜鉛のモル分率が0.85であった。
第2の層の形成時の高周波電源の投入電力を5000Wまで上昇させて形成した以外は、実施例11と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、ケイ素原子に対する酸素原子の原子数比が1.9であった。
第1の層−1に代えて第1の層−2を形成し、さらに第2の層の形成時の高周波電源の投入電力を5000Wまで上昇させて形成した以外は、実施例11と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、ケイ素原子に対する酸素原子の原子数比が1.9であった。
第2の層の形成時の高周波電源の投入電力を500Wまで低下させて形成した以外は、実施例11と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、ケイ素原子に対する酸素原子の原子数比が1.5であった。
第1の層−1に代えて第1の層−2を形成し、さらに第2の層の形成時の高周波電源の投入電力を500Wまで低下させて形成した以外は、実施例11と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、ケイ素原子に対する酸素原子の原子数比が1.5であった。
第2の層の形成前に、表面処理用電極17に酸素ガス0.5L/分を導入し、直流電源により投入電力2000Wを印加することにより、酸素ガスプラズマを発生させ、第1の層−1の表層をエッチング処理し、次いで、第1の層−1のエッチング処理された表面に、第2の層の形成時の高周波電源の投入電力を500Wまで低下させて形成した以外は、実施例11と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、ケイ素原子に対する酸素原子の原子数比が1.4であった。
第1の層−1に代えて第1の層−2を形成した。次いで、第2の層の形成前に、表面処理用電極17に酸素ガス0.5L/分を導入し、直流電源により投入電力2000Wを印加することにより、酸素ガスプラズマを発生させ、第1の層−2の表層をエッチング処理した。次いで、第1の層−2のエッチング処理された表面に、第2の層の形成時の高周波電源の投入電力を500Wまで低下させて形成した以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、ケイ素原子に対する酸素原子の原子数比が1.4であった。
第2の層の形成時の高周波電源の投入電力を5000Wまで上昇させ、高分子フィルムの搬送速度を下げて、長く形成した以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、ケイ素原子に対する酸素原子の原子数比が1.9であった。
第1の層−1に代えて第1の層−2を形成し、さらに第2の層の形成時の高周波電源の投入電力を5000Wまで上昇させ、高分子フィルムの搬送速度を下げて、長く形成した以外は、実施例11と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、ケイ素原子に対する酸素原子の原子数比が1.9であった。
(第1の層の形成)
・[A]層が[A1]層である場合の第1の層(以降、第1の層−1と記す)の形成
図2Cに示す構造の巻き取り式のスパッタリング・原子層堆積装置(以降スパッタ・ALD装置と略す)を使用し、高分子フィルム基材5の面上に酸化亜鉛と二酸化ケイ素と酸化アルミニウムで形成された混合焼結材であるスパッタターゲットをスパッタ電極18に設置し、アルゴンガスおよび酸素ガスによるスパッタリングを実施し第1の層−1を設けた。
・[A]層が[A2]層である場合の第1の層(以降、第1の層−2と記す)の形成
図2Cに示す構造のスパッタ・ALD装置を使用し、高分子フィルム基材5の面上に、硫化亜鉛および二酸化ケイ素で形成された混合焼結材であるスパッタターゲットをスパッタ電極18に設置し、アルゴンガスプラズマによるスパッタリングを実施し第1の層−2を設けた。
図2Cに示す構造のスパッタ・ALD装置を使用し、高分子フィルム基材5の面(第1の層−1または第1の層−2の形成された面)上に、原子層堆積法にて酸化アルミニウムからなる第2の層を設けた。
高分子フィルム基材として、厚み188μmの高分子フィルム基材5(東レ(株)製“ルミラー”(登録商標)U35:一方の面に易接着層が形成され、もう一方の面はポリエチレンテレフタレートが露出している)を用い、該高分子フィルム基材のポリエチレンテレフタレートが露出している面に、第1の層−1を膜厚100nmを目標として設けた。
第1の層−1に代えて次に示す第1の層−2を形成した以外は、実施例21と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[A]層は[A2]層であり、その組成は、硫化亜鉛のモル分率が0.85であった。
第2の層の形成時のメインドラム12の温度を150℃まで上昇させた以外は、実施例21と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、アルミニウム原子に対する酸素原子の原子数比が1.4であった。
第2の層の形成時の第1原料ガスをジルコニウムターシャリブトキシドガスに変更し、メインドラム12の温度を120℃まで上昇させた以外は、実施例21と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、ジルコニウム原子に対する酸素原子の原子数比が1.8であった。
第2の層の形成時の第1原料ガスをテトラキス(ジアルキルアミノ)チタンガスに変更し、メインドラム12の温度を120℃まで上昇させた以外は、実施例21と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、チタン原子に対する酸素原子の原子数比が2.0であった。
第2の層の形成時の第1原料ガスをトリスアセチルアセトナトクロムガスに変更し、メインドラム12の温度を120℃まで上昇させた以外は、実施例21と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、クロム原子に対する酸素原子の原子数比が1.5であった。
第2の層の形成時のメインドラム12の温度を30℃まで低下させて形成した以外は、実施例21と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、アルミニウム原子に対する酸素原子の原子数比が1.6であった。
第1の層−1に代えて第1の層−2を形成し、さらに第2の層の形成時のメインドラム12の温度を30℃まで低下させて形成した以外は、実施例21と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、アルミニウム原子に対する酸素原子の原子数比が1.7であった。
第2の層の形成時のメインドラム12の温度を150℃まで上昇させ、高分子フィルムの搬送速度を下げて、長く形成した以外は、実施例21と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、アルミニウム原子に対する酸素原子の原子数比が1.4であった。
第2の層の形成前に、表面処理用電極17に酸素ガス0.5L/分を導入し、直流電源により投入電力2000Wを印加することにより、酸素ガスプラズマを発生させ、第1の層−1の表層をエッチング処理し、次いで、第1の層−1のエッチング処理された表面に、第2の層の形成時のメインドラム12の温度を20℃まで低下させて形成した以外は、実施例21と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、アルミニウム原子に対する酸素原子の原子数比が1.1であった。
第2の層の形成時の第1原料ガスをジルコニウムターシャリブトキシドガスに変更し、メインドラム12の温度を120℃まで上昇させ、高分子フィルムの搬送速度を下げて、長く形成した以外は、実施例21と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、ジルコニウム原子に対する酸素原子の原子数比が1.9であった。
第2の層の形成時の第1原料ガスをテトラキス(ジアルキルアミノ)チタンガスに変更し、メインドラム12の温度を120℃まで上昇させ、高分子フィルムの搬送速度を下げて、長く形成した以外は、実施例21と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、チタン原子に対する酸素原子の原子数比が2.4であった。
第2の層の形成時の第1原料ガスをトリスアセチルアセトナトクロムガスに変更し、メインドラム12の温度を120℃まで上昇させ、高分子フィルムの搬送速度を下げて、長く形成した以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性フィルムを得た。[C]層の組成は、クロム原子に対する酸素原子の原子数比が1.8であった。
2 [A]層
3 [B]層
4 [C]層
5 高分子フィルム基材
6 搬送方向
7 巻き取り室
8 巻き出しロール
9、10、11 巻き出し側ガイドロール
12 クーリングドラム
13、14、15 巻き取り側ガイドロール
16 巻き取りロール
17 表面処理用電極
18 スパッタ電極
19 CVD電極
20 第1原料ガス供給ノズル
21 第2原料ガス供給ノズル
22 スパッタ室
23 第1原料ガス供給室
24 第2原料ガス供給室
Claims (11)
- 高分子フィルム基材の少なくとも片面にガスバリア層を有するガスバリア性フィルムであって、
前記ガスバリア層は高分子フィルム基材の側から[A]層、[B]層、[C]層が接して配置された層構成を有し、
前記[A]層及び前記[B]層は亜鉛(Zn)化合物を主成分とし、
前記[C]層はケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ジルコニウム (Zr)、クロム(Cr)の少なくとも1つの元素を含む化合物を主成分とし、
前記[A]層および前記[C]層は層の密度が2.0〜9.0g/cm3の範囲にあり、前記[B]層は、密度が2.3〜10.5g/cm3で、前記[A]層と前記[C]層のいずれの密度よりも高くかつ前記[A]層の密度より0.1〜2.0g/cm 3 高く、かつ、厚さが0.2〜20nmの層であるガスバリア性フィルム。 - 前記[A]層の密度が、前記[C]層の密度より高い請求項1に記載のガスバリア性フィルム。
- 前記[A]層の密度が3.9〜4.6g/cm3、前記[B]層の密度が4.0〜5.8g/cm3、前記[C]層の密度が2.0〜5.5g/cm3である請求項1または2に記載のガスバリア性フィルム。
- 前記[C]層は、ケイ素(Si)化合物を主成分とし、密度が2.0〜2.6g/cm3である請求項3に記載のガスバリア性フィルム。
- 前記[C]層は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、クロム(Cr)の少なくとも1つの元素を含む化合物を主成分とし、密度が3.5〜5.5g/cm3である請求項3に記載のガスバリア性フィルム。
- 前記[A]層が、以下の[A1]層または[A2]層である請求項1〜5のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
[A1]層:酸化亜鉛−二酸化ケイ素−酸化アルミニウムの共存相からなる層
[A2]層:硫化亜鉛と二酸化ケイ素の共存相からなる層 - 高分子フィルム基材の少なくとも片面にガスバリア層を有するガスバリア性フィルムであって、
前記ガスバリア層は高分子フィルム基材の側から[A]層、[B]層、[C]層が接して配置された層構成を有し、前記[A]層が、以下の[A1]層または[A2]層であり、前記[A]層および前記[C]層は層の密度が2.0〜9.0g/cm3の範囲にあり、前記[B]層は、密度が2.3〜10.5g/cm3でかつ前記[A]層と前記[C]層のいずれの密度よりも高く、かつ、厚さが0.2〜20nmの層であるガスバリア性フィルム。
[A1]層:酸化亜鉛−二酸化ケイ素−酸化アルミニウムの共存相からなる層
[A2]層:硫化亜鉛と二酸化ケイ素の共存相からなる層 - 前記[A]層の密度が、前記[C]層の密度より高い請求項7に記載のガスバリア性フ ィルム。
- 前記[B]層の密度が、前記[A]層の密度より0.1〜4.0g/cm3高い請求項7または8に記載のガスバリア性フィルム。
- 前記[A]層が、前記[A1]層であってその組成は、ICP発光分光分析法により測定される亜鉛(Zn)原子濃度が20〜40atom%、ケイ素(Si)原子濃度が5〜20atom%、アルミニウム(Al)原子濃度が0.5〜5atom%、酸素(O)原子濃度が35〜70atom%である請求項6〜9のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
- 前記[A]層が、前記[A2]層であってその組成は、硫化亜鉛と二酸化ケイ素の合計に対する硫化亜鉛のモル分率が0.7〜0.9である請求項6〜9のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
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