JP6311177B2 - バリアフィルム及びこれを含む電子装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ガス遮断性、水分遮断性及び光透過度に優れたバリアフィルム及びこれを含む電子装置に関する。
液晶素子、電子インク素子、有機発光素子（ＯＬＥＤ）などを使用したディスプレイ装置は、現在広く使用されているか、または市場に登場していて、有機または無機材料を使用した太陽光装置も、無公害エネルギー生産に使用されている。このような装置を構成する電子素子と金属配線は、水分、酸素などのような生活環境に広く存在する化学物質に脆弱で、変性または酸化されるので、これら物質が上記装置の内部に存在する電子素子に近づかないように遮断することが非常に重要である。
従来技術によれば、ガラス板を基板材またはカバー板として使用して化学物質に脆弱な内部電気素子を保護している。このようなガラス板は、光透過度、熱膨脹係数、耐化学性などにおいて満足できる特性を有しているが、重くて且つ割れやすくて、硬くて且つ取り扱いに注意が必要であり、製品設計において制限要素として作用している。
前述のような問題点に起因して、電子素子用基板材として使用されるガラス板を軽くて且つ耐衝撃性に優れた柔軟な特性を有する代表的物質であるプラスチックに代替しようとする試みが活発に行われている。しかし、現在商業的に生産されるプラスチックフィルムは、ガラス板に比べて様々な短所を有していて、物性の補完が必要である。特に、プラスチックフィルムのガス遮断性は、ガラス板の特性と比較すれば、至急な改善が要求されている。
ガス遮断性を改善するために、柔軟性があるプラスチックフィルムの少なくとも一方の面にガス遮断性に優れたＳｉＯｘ、ＡｌＯｙ、ＳｉＯａＮｂ、ＡｌＯｃＮｄなどを含む金属酸化物または窒化物である無機物を蒸着し、ガス遮断用フィルムを製作しているが、蒸着で形成される上記無機物層は、水分に脆弱なので、湿度によってガス透過度が増加する傾向を示す（Ｓｕｒｆ．Ｃｏａｔ．Ｔｅｃｈ．、７４／７５（１９９５）６７６；Ｓｕｒｆ．Ｃｏａｔ．Ｔｅｃｈ．、１４２／１４４（２００１）１６３）。
また、上記ガス遮断用フィルムは、時間によって水分透過度が持続的に増加する短所がある。これは、従来、無機物層が水分の影響を受けて劣化する結果である。したがって、上記無機物層上に耐水性または撥水性を有する保護層を積層し、水分による無機物層の劣化を防止する必要がある。
一方、金属アルミニウムがアルミニウム酸化物より水分遮断性に優れていて（Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ、３５５／３５６（１９９９）５００）、また、金属酸化物を蒸着する方式、すなわち酸化物方式及び金属方式のうち金属方式の蒸着層がさらに良い水分遮断性を示すと知られている（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１４９（２００２）Ｂ４８７）。このような事実を利用して大韓民国特許登録第１０−０５７５５６３号には、金属酸化物と金属（例えば、Ａｇ）を順次積層する構造が開示されている。しかし、上記金属膜は、水分遮断性は優れているが、光透過度を大きく低下させる短所があるので（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、４７（１９７６）４９６８）上記特許では、反射防止膜を追加に積層し、光透過度を維持する方法を提案している。この場合、優れた光透過度を得るために追加に積層する反射防止膜の屈折率や厚さの精密な調節が付随的に必要となる。
T. L. Barr著、"Modern ESCA, The Principles and Practice of X-Ray Phtoelectron Spectroscopy"、CRC Press、Boca Raton、FL、1994
V. Dimitrov， T. Komatsu著、 J. Solid State Chem. 163 (2002) 100
前述のような従来技術の問題点を解決するために、本発明の目的は、ガス遮断性、水分遮断性及び光透過度に優れたバリアフィルム及びこれを含む電子装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、半共有結合性無機物質を含む第１層と；イオン性無機物質を含む第２層とが交互に繰り返して位置するバリアフィルムを提供する。
また、本発明は、上記バリアフィルムを含む電子装置を提供する。
本発明によるバリアフィルムは、ガス遮断性、水分遮断性及び光透過度に優れていて、電子装置の素材などに多様に活用可能である。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明によるバリアフィルムは、半共有結合性無機物質を含む第１層と；イオン性無機物質を含む第２層とが交互に繰り返して位置することを特徴とする。
上記第２層が第１層の上部または下部に位置するか、または第１層の間に位置するようにバリアフィルムを形成することによって、ガス遮断性、水分遮断性及び光透過度が向上する。これは、上記第２層に使用される無機物質は、イオン性であって、主要有害物質である水分と相互作用が大きいため、ガス遮断性を増加させることができ、第１層に使用される無機物質は、半共有結合性であって、水分に対する遮断効果を同時に向上させることができる。
また、上記バリアフィルムは、水分透過度が０．０１３ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下であることができ、さらに具体的には、０．００５ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下であることができる。本発明において提供するバリアフィルムは、従来、ガス遮断性を得るために使用する金属の酸化物（ｏｘｉｄｅｓ）や窒化物（ｎｉｔｒｉｄｅｓ）などを単独で使用する場合より向上した水分遮断性を有する。
上記バリアフィルムは、１層以上の第１層と１層以上の第２層を含み、上記第２層は、上記第１層の上部または下部に位置するか、または上部及び下部の両方に位置することができる。
上記バリアフィルムは、上記第１層が２層以上の場合、上記第２層が第１層の間に位置することができる。
また、本発明の一実施例によるバリアフィルムには、１）上記第１層と第２層が交互に繰り返して位置することを特徴とするバリアフィルム、２）上記バリアフィルムの最上位層または最下位層には、第２層が位置することを特徴とするバリアフィルムなどが該当するが、これに限定されない。
上記第１層に含まれる半共有結合性無機物質は、Ｘ線光電子分光法による結合エネルギー（Ｏ１ｓ）が５３０．５ｅＶ〜５３３．５ｅＶ範囲である金属酸化物及び当該金属の窒化物とこれらの混合物であることができる。また、上記第２層に含まれるイオン性無機物質は、Ｘ線光電子分光法による結合エネルギー（Ｏ１ｓ）が５２９．６ｅＶ〜５３０．４ｅＶ範囲である金属酸化物及び当該金属の窒化物とこれらの混合物であることができる。より具体的には、上記半共有結合性無機物質は、Ｘ線光電子分光法による結合エネルギー（Ｏ１ｓ）が５３０．５ｅＶ〜５３３．５ｅＶ範囲である金属酸化物及び当該金属の窒化物とこれらの混合物の中から選択された１種以上の物質で形成され、上記イオン性無機物質は、Ｘ線光電子分光法による結合エネルギー（Ｏ１ｓ）が５２９．６ｅＶ〜５３０．４ｅＶ範囲である金属酸化物及びこれらの混合物の中から選択された１種以上の物質で形成されたことを特徴とする。
上記半共有結合性無機物質とイオン性無機物質の結合エネルギー（Ｏ１ｓ）の差異は、０．１ｅＶ〜３．９ｅＶ、具体的には、０．５ｅＶ〜３．５ｅＶ、より具体的には、１．０ｅＶ〜３．０ｅＶ範囲であることができる。半共有結合性無機物質を含む第１層とイオン性無機物質を含む第２層を一緒に利用してバリアフィルムを形成することによって、ガス遮断及び水分遮断効果を同時に高めることができる。
本発明による半共有結合性無機物質としては、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）及びガリウム（Ｇａ）よりなる群から選択される１種以上の金属の酸化物、窒化物または窒化酸化物であることができるが、これに限定されない。
また、本発明によるイオン性無機物質としては、カルシウム（Ｃａ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、チタニウム（Ｔｉ）及びセリウム（Ｃｅ）よりなる群から選択された１種以上の金属の酸化物、窒化物または窒化酸化物であり、好ましくは、上記金属の酸化物であることができるが、これに限定されない。
本発明において提供するバリアフィルムは、従来、ガス遮断性を得るために使用する金属の酸化物（ｏｘｉｄｅｓ）や窒化物（ｎｉｔｒｉｄｅｓ）などを単独で使用する場合より向上したガス遮断性を有する。
酸化物が有する特性であるイオン分極率（ｉｏｎ ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）、陽イオン分極率（ｃａｔｉｏｎ ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）、光学塩基度（ｏｐｔｉｃａｌ ｂａｓｉｃｉｔｙ）または相互作用因子（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）などの特性によってその物理的、化学的性質が変わる。上記言及されたさまざまな特性を基準にして酸化物をさまざまな方法に分類してきたが、結局、上記特性は、結合エネルギー（Ｂｉｎｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ）と一定の関係を有するものと知られた［Ｔ．Ｌ．Ｂａｒｒ、“Ｍｏｄｅｒｎ ＥＳＣＡ、Ｔｈｅ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ Ｘ−Ｒａｙ Ｐｈｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ”、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ、ＦＬ、１９９４；Ｖ．Ｄｉｍｉｔｒｏｖ ＆ Ｔ．Ｋｏｍａｔｓｕ、Ｊ．Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．１６３（２００２）１００］。一方、無機化合物のイオン性（ｉｃｏｎｉｃｉｔｙ）は、構成原子の電気陰性度の差異と物質の結合構造によって変わり、結合エネルギーと密接な相関関係を有すると知られている。これによれば、Ｘ線光電子分光法（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で容易に決定することができる結合エネルギー（Ｏ１ｓ）の大きさによって半共有結合性、イオン性及び強いイオン性などの３種類に区分することができる。
例えば、Ｘ線光電子分光技法で得る結合エネルギー（Ｏ１ｓ）を基準にして５３０．５ｅＶ〜５３３．５ｅＶ；５２９．６ｅＶ〜５３０．４ｅＶ；及び５２８．０ｅＶ〜５２９．５ｅＶ範囲なら、それぞれ半共有結合性（ｓｅｍｉｃｏｖａｌｅｎｔ）；イオン性（ｉｏｎｉｃ）；及び強いイオン性（ｖｅｒｙｉｏｎｉｃ）酸化物の特性を有する。この分類によれば、上記半共有結合性酸化物には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯまたはＧａ２Ｏ３などが含まれ、上記イオン性酸化物には、ＣａＯ、ＴｉＯ２、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２またはＣｅＯ２などが含まれ、上記強いイオン性には、Ｎａ２Ｏ、ＣｄＯ、ＢａＯまたはＳｂ２Ｏ３などが含まれる。
上記分類によれば、本発明において提示する第２層の無機物質は、イオン性物質に含まれる。したがって、主要有害物質として極性を有する水分子と相互作用が大きいため、遮断性が増大すると予想することができるが、これらを単独で使用する場合には、層の厚さを大きく増加させても、水分遮断に効果的ではないことが分かる（表１の比較例２と３）。
一方、光透過度の側面において無機物質のエネルギーバンドギャップ（ｅｎｅｒｇｙ ｂａｎｄｇａｐ）が重要な因子であるが、本願発明の第２層に該当するイオン性無機物質であるＣａＯ、ＴｉＯ２、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２及びＣｅＯ２などのエネルギーバンドギャップは、それぞれ７．１ｅＶ、３．２ｅＶ、３．４ｅＶ、５．０ｅＶ、３．７ｅＶ、３．２ｅＶ及び３．２ｅＶなどであり、いずれも３ｅＶ以上であって、可視光線領域での光吸収が小さいという長所がある。一実施例において、イオン性無機物質は、エネルギーバンドギャップが３ｅＶ以上であることができる。例えば、上記イオン性無機物質は、エネルギーバンドギャップが３ｅＶ〜１０ｅＶ、具体的には、３ｅＶ〜７．５ｅＶ範囲であることができる。本発明において“エネルギーバンドギャップ”というのは、当該物質がＨＯＭＯ状態の場合とＬＵＭＯ状態の場合のエネルギー値の差異を意味する。
上記バリアフィルムの全体厚さは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることができ、好ましくは、１５ｎｍ〜５００ｎｍであることができ、さらに好ましくは、２０ｎｍ〜３００ｎｍであることができるが、これに限定されるものではない。
上記バリアフィルムの厚さが１０ｎｍ未満なら、バリアフィルムの連続性を得にくくなるので、所望の水準のガス遮断性能を達成することが容易ではなく、１０００ｎｍを超過すれば、内部応力が増加するか、またはバリアフィルムの柔軟性が低下し、クラックが容易に発生することができるので、厚さによるガス遮断性の増大を期待することが容易ではない。
上記バリアフィルムは、化学蒸着法（ＣＶＤ）、スパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、蒸発法（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、原子層蒸着法（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒｄ ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはイオンメッキ法（ｉｏｎ ｐｌａｔｉｎｇ）によって形成されることができるが、これに限定されるものではない。
上記第２層の厚さは、０超過１００ｎｍ以下であり、具体的には、０．１ｎｍ以上７０ｎｍ以下であることができ、より具体的には、０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることができるが、これに限定されるものではない。上記第２層の厚さが０．１ｎｍ以上なら、連続的な層を形成することがさらに容易になり、これにより、均一な第２層をさらに容易に形成することができ、第２層の積層効果がさらに向上することができるという長所がある。また、上記第２層の厚さが１００ｎｍを超過し、厚くなれば、上記第２層の固有特性が強くなるか、または応力発生の原因となり、これを含むバリアフィルムが容易に損傷され、ガス遮断性能が低下することができる。
また、上記第２層が第１層の上部または下部に位置するか、または第１層の間に位置し、バリアフィルムを形成することによって、繰り返される第２層の積層によって第１層の蒸着が周期的に初期化される効果を期待することができる。すなわち、既存に知られたＢａｒｉｘＴＭフィルム構造において有機層と無機層の繰り返しによって欠点（ｄｅｆｅｃｔｓ）の成長や層間欠点が連結されることを防止する効果を上記バリアフィルムの積層構造を通じて得ることができる。
また、無機層を順次積層するので、既存のＢａｒｉｘＴＭフィルム構造において有機層と無機層の界面で発生しやすい層間剥離を低減することができ、ガス遮断性に優れた特性を得ることができる。
また、無機物を有機物の上に積層する過程で有機物に起因する揮発分が発生すれば、積層される無機物層の緻密度が低下することができるが、本発明によれば、無機物層上に無機物を積層するので、追加される無機物層の緻密度が向上し、ガス遮断性がさらに向上した特性を得ることができる。
本発明によるバリアフィルムは、基材層をさらに含むことができる。上記バリアフィルムは、第１層及び第２層を含む複合層が基材層の一面または両面に形成された構造であることができる。上記基材層は、特に制限されるものではないが、プラスチックフィルム材質であることができる。したがって、本発明は、基材層を含むガス遮断性に優れたプラスチックバリアフィルムを提供する。柔軟性に優れたプラスチックフィルムを基材層として使用してバリアフィルムを形成する場合、ガス遮断性とフィルムの柔軟性を同時に具現することができる。
上記基材層としては、柔軟性の特性を有し、６０％以上、好ましくは９０％以上の透明性を有するプラスチックフィルムを使用することができる。上記基材層に使用可能なプラスチックフィルムは、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＰＣ）、ポリエチレンナフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＮ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ、ＰＩ）、ポリアリレート（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）及びエポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂の中から選択された１種以上の物質で形成することができる。
また、上記プラスチックフィルムの機械的物性及び熱的物性を増加させるために、単純充填材あるいは、繊維形態の充填材、及びこれらの混合物の中から選択された１種以上をさらに添加することができる。
上記単純充填材として、例えば、金属、ガラス粉末、ダイヤモンド粉末、シリコンオキサイド、クレイ、カルシウムホスフェート、マグネシウムホスフェート、バリウムスルフェート、アルミニウムフルオライド、カルシウムシリケイト、マグネシウムシリケイト、バリウムシリケイト、バリウムカーボネート、バリウムヒドロキシド及びアルミニウムシリケイトの中から選択された１種以上を使用することができる。そして、上記繊維形態の充填材としては、ガラスファイバーまたは製織されたガラスファイバーを使用することができる。
上記バリアフィルムは、第１層及び第２層を含む積層構造の一面、両面または上記積層構造の層間に設けられた平坦層をさらに含むことができる。基材層と上記積層構造の間の平坦層は、バッファー層の役目をし、バリアフィルムの外郭に形成された平坦層は、保護層の役目をすることができる。すなわち、上記平坦層は、基材層の表面を平坦に形成するか、または基材層を含む層間接着力を増加させるために、または機械的変形が起きるとき、バリアフィルムが受ける応力を緩和させるために、またはバリアフィルムを取り扱う過程でフィルムの損傷を防止するために設けられることができる。また、上記平坦層は、バリアフィルムの層間に設けられることができる。バリアフィルムの層間に設けられた平坦層は、いずれか１つの無機物層で発生する欠点（ｄｅｆｅｃｔｓ）の成長や層間欠点が連結されることを防止し、水分遮断効果を高めることができる。
上記平坦層は、有機−無機混合層であって、アクリル系コーティング液組成物、エポキシ系コーティング液組成物、金属アルコシド組成物及びウレタン系コーティング液組成物の中から選択された１種以上を使用して形成することができる。または、上記平坦層は、ゾル−ゲル系のコーティング液組成物を利用して形成可能であり、ゾル−ゲル系のコーティング液組成物は、例えば、大韓民国特許２００６−００４１６９６、２００８−００１２５５３、及び２００８−００１２５５５に記述されたように、有機シラン及び金属アルコシドを含み、場合によって適切な添加剤、溶媒や反応触媒をさらに含むことができる。
上記コーティング液組成物は、熱硬化または光効果技法を単独使用または併用して平坦層を形成することができる。
上記平坦層と基材層との接着力を向上させるために、紫外線、コロナ、火炎、プラズマ、スパッタリング、イオンビーム、化学薬品などを利用して基材の表面を処理するか、またはアンダーコーティング層を設けることができる。
硬化された上記平坦層の厚さは、０．１μｍ〜２０μｍであることができ、好ましくは、０．２μｍ〜１０μｍであることができ、さらに好ましくは、０．３μｍ〜５μｍであることができるが、これに限定されるものではない。
本発明によるバリアフィルムは、電子装置の素材に多様に活用可能である。例えば、上記電子装置は、本発明によるバリアフィルムによって包装されている電子素子を含むことができる。上記バリアフィルムは、基板材、保護カバーまたは包装材の形態で電子装置に含まれることができる。上記バリアフィルムは、別途の基材層を含むか、または場合によって、基材層が含まれない構造のバリアフィルムを電子素子に適用し、電子素子の保護層として使用することもできる。
また、上記電子装置は、特に限定されるものではないが、有機または無機発光体、ディスプレイ装置、フィルム型電池、感知器または太陽光発電素子であることができる。
以下では、図１〜図４を参照して本発明によるバリアフィルムについて詳しく説明する。
図１に示されたように、図１は、本発明の一実施例による第１層１１０と第２層１２０で構成されたバリアフィルム１５０の側面図であって、（ａ）は、第１層の上に第２層が積層された構造であり、（ｂ）は、第１層の下部に第２層が積層された構造であり、この構造を応用した（ｃ）は、第１層の間に第２層が位置する構造であり、（ｄ）は、第１層と第２層が繰り返して積層された構造であるが、これに限定されるものではない。
図２に示されたように、本発明の他の一実施例によるバリアフィルム２５０は、基材層２１０上に第１層及び第２層を含む複合層２２０が形成された構造であることができる。
図３に示されたように、本発明のさらに他の一実施例によるバリアフィルム３５０は、基材層２１０上に第１層及び第２層を含む複合層３２０が形成されたものであって、上記バリアフィルム１５０の上面及び下面に平坦層３１１、３１２が追加された構造であることができる。
図４に示されたように、本発明によるバリアフィルム４５０は、二枚のバリアフィルム２５０と、二枚のバリアフィルム２５０の間に設けられた接着剤層４１０とを含み、これらをラミネートして製作された構造であることができる。
図５に示されたように、本発明によるバリアフィルム５３０は、基板材５２０上に形成された電気素子５１０を電気的あるいは化学的に保護するために使用されることができる。ここで、上記基板材は、ガラス板、半導体ウェーハあるいは上記バリアフィルムであることができ、電気素子は、ディスプレイ素子、太陽電池素子、面状発光体などであることができる。
本発明を下記の実施例により具体的に説明する。しかし、これら実施例は、ただ例示的なものに過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
（実施例１）
プラスチック基材層としては、厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム（Ａ４３００、Ｔｏｙｏｂｏ製品）を使用した。上記プラスチック基材層の上面にテトラエトキシシラン３２．５重量部とグリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン６４．０重量部を主成分とするシラン系のゾル状態の溶液をコーティングし、１２０℃で１０分間熱硬化し、０．５μｍの厚さで平坦層（バッファー層）を形成した。上記平坦層の上面にアルゴンと酸素の混合ガスを蒸着装備に供給しながらスパッタリング技法を使用してＳｉＯＮよりなる第１層を４８ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＳｉＯＮよりなる第１層の上にＺｎＯよりなる第２層を８ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＺｎＯよりなる第２層の上にさらにＳｉＯＮよりなる第１層を２４ｎｍの厚さで蒸着し、バリアフィルムを形成した。上記バリアフィルムの上に上記シラン系のゾル状態の溶液を基材層の上面と同一の過程でコーティングし熱硬化することによって、外郭平坦層（保護層）を形成し、バリアフィルムを製造した。
プラスチック基材層としては、厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム（Ａ４３００、Ｔｏｙｏｂｏ製品）を使用した。上記プラスチック基材層の上面にテトラエトキシシラン３２．５重量部とグリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン６４．０重量部を主成分とするシラン系のゾル状態の溶液をコーティングし、１２０℃で１０分間熱硬化し、０．５μｍの厚さで平坦層（バッファー層）を形成した。上記平坦層の上面にアルゴンと酸素の混合ガスを蒸着装備に供給しながらスパッタリング技法を使用してＳｉＯＮよりなる第１層を４８ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＳｉＯＮよりなる第１層の上にＺｎＯよりなる第２層を８ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＺｎＯよりなる第２層の上にさらにＳｉＯＮよりなる第１層を２４ｎｍの厚さで蒸着し、バリアフィルムを形成した。上記バリアフィルムの上に上記シラン系のゾル状態の溶液を基材層の上面と同一の過程でコーティングし熱硬化することによって、外郭平坦層（保護層）を形成し、バリアフィルムを製造した。
上記製造されたバリアフィルムの水分透過度は、Ｌｙｓｓｙ社のＬ８０−５０００ＬＰを使用して相対湿度１００％と温度３８℃の条件で評価し、光学特性は、Ｖａｒｉａｎ社のＣａｒｙ３Ｅを使用して測定して、下記表１に示した。
（比較例１）
上記実施例１において、無機物層としてＳｉＯＮだけよりなる無機物層を８０ｎｍの厚さで蒸着して使用することを除いて、実施例１と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度及び光学特性結果は、下記表１に示した。
上記実施例１において、無機物層としてＳｉＯＮだけよりなる無機物層を８０ｎｍの厚さで蒸着して使用することを除いて、実施例１と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度及び光学特性結果は、下記表１に示した。
（比較例２）
上記実施例１において、無機物層としてＺｎＯだけよりなる無機物層を６２ｎｍの厚さで蒸着して使用することを除いて、実施例１と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度及び光学特性結果は、下記表１に示した。
上記実施例１において、無機物層としてＺｎＯだけよりなる無機物層を６２ｎｍの厚さで蒸着して使用することを除いて、実施例１と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度及び光学特性結果は、下記表１に示した。
（比較例３）
上記実施例１において、無機物層としてＺｎＯだけよりなる無機物層を８９ｎｍの厚さで蒸着して使用することを除いて、実施例１と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度及び光学特性結果は、下記表１に示した。
上記実施例１において、無機物層としてＺｎＯだけよりなる無機物層を８９ｎｍの厚さで蒸着して使用することを除いて、実施例１と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度及び光学特性結果は、下記表１に示した。
上記表１から明らかなように、無機物のバリアフィルムを使用する実施例１は、比較例１〜３の場合に比べて水分透過度及び光透過度に優れていることが分かる。比較例２及び比較例３の水分透過度は、測定初期には、それぞれ０．０４５ｇ／ｍ２・ｄａｙ及び０．０１４ｇ／ｍ２・ｄａｙ水準の値を有するが、時間によって０．２ｇ／ｍ２・ｄａｙ以上まで増加した（図６を参照）。
（実施例２）
プラスチック基材層としては、厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム（Ａ４３００、Ｔｏｙｏｂｏ製品）を使用した。上記プラスチック基材層の上面にテトラエトキシシラン４０．０重量部とグリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン５６．５重量部を主成分とするシラン系のゾル状態の溶液をコーティングし、１２０℃で１０分間熱硬化し、０．５μｍの厚さで平坦層（バッファー層）を形成した。上記平坦層の上面にアルゴンと酸素の混合ガスを蒸着装備に供給しながらスパッタリング技法を使用してＳｉＯＮよりなる第１層を４８ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＳｉＯＮよりなる第１層の上にＺｎＯよりなる第２層を９ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＺｎＯよりなる第２層の上にさらにＳｉＯＮよりなる第１層を２４ｎｍの厚さで蒸着し、バリアフィルムを形成し、バリアフィルムを製造した。
プラスチック基材層としては、厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム（Ａ４３００、Ｔｏｙｏｂｏ製品）を使用した。上記プラスチック基材層の上面にテトラエトキシシラン４０．０重量部とグリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン５６．５重量部を主成分とするシラン系のゾル状態の溶液をコーティングし、１２０℃で１０分間熱硬化し、０．５μｍの厚さで平坦層（バッファー層）を形成した。上記平坦層の上面にアルゴンと酸素の混合ガスを蒸着装備に供給しながらスパッタリング技法を使用してＳｉＯＮよりなる第１層を４８ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＳｉＯＮよりなる第１層の上にＺｎＯよりなる第２層を９ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＺｎＯよりなる第２層の上にさらにＳｉＯＮよりなる第１層を２４ｎｍの厚さで蒸着し、バリアフィルムを形成し、バリアフィルムを製造した。
上記製造されたバリアフィルムの水分透過度は、Ｌｙｓｓｙ社のＬ８０−５０００ＬＰを使用して評価し、その結果を下記表２に示した。
（実施例３）
上記実施例２において、バリアフィルムの各無機物層の厚さを下記表２に記載されたように異ならしめることを除いて、実施例２と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度測定結果は、下記表２に示した。
上記実施例２において、バリアフィルムの各無機物層の厚さを下記表２に記載されたように異ならしめることを除いて、実施例２と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度測定結果は、下記表２に示した。
（実施例４）
上記実施例２において、バリアフィルムの各無機物層の厚さを下記表２に記載されたように異ならしめることを除いて、実施例２と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度測定結果は、下記表２に示した。
上記実施例２において、バリアフィルムの各無機物層の厚さを下記表２に記載されたように異ならしめることを除いて、実施例２と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度測定結果は、下記表２に示した。
（比較例４）
上記実施例２において、バリアフィルムの代わりに、無機物層としてＳｉＯＮだけよりなる無機物層を８０ｎｍ厚さで蒸着して使用することを除いて、実施例２と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度測定結果は、下記表２に示した。
上記実施例２において、バリアフィルムの代わりに、無機物層としてＳｉＯＮだけよりなる無機物層を８０ｎｍ厚さで蒸着して使用することを除いて、実施例２と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度測定結果は、下記表２に示した。
（実施例５）
プラスチック基材層としては、厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム（Ａ４３００、Ｔｏｙｏｂｏ製品）を使用した。上記プラスチック基材層の上面にテトラエトキシシラン４０．０重量部とグリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン５６．５重量部を主成分とするシラン系のゾル状態の溶液をコーティングし、１２０℃で１０分間熱硬化し、０．５μｍの厚さの平坦層（バッファー層）を形成した。上記平坦層の上面にアルゴンと酸素の混合ガスを蒸着装備に供給しながらスパッタリング技法を使用してＳｉＯＮよりなる第１層を４０ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＳｉＯＮよりなる第１層の上にＳｎＯ２−ＺｎＯターゲット（モル比１：１）とアルゴンガスだけを使用して第２層を１０ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＳｎＯ２−ＺｎＯよりなる第２層の上にさらにＳｉＯＮよりなる第１層を２４ｎｍの厚さで蒸着し、バリアフィルムを製造した。
プラスチック基材層としては、厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム（Ａ４３００、Ｔｏｙｏｂｏ製品）を使用した。上記プラスチック基材層の上面にテトラエトキシシラン４０．０重量部とグリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン５６．５重量部を主成分とするシラン系のゾル状態の溶液をコーティングし、１２０℃で１０分間熱硬化し、０．５μｍの厚さの平坦層（バッファー層）を形成した。上記平坦層の上面にアルゴンと酸素の混合ガスを蒸着装備に供給しながらスパッタリング技法を使用してＳｉＯＮよりなる第１層を４０ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＳｉＯＮよりなる第１層の上にＳｎＯ２−ＺｎＯターゲット（モル比１：１）とアルゴンガスだけを使用して第２層を１０ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＳｎＯ２−ＺｎＯよりなる第２層の上にさらにＳｉＯＮよりなる第１層を２４ｎｍの厚さで蒸着し、バリアフィルムを製造した。
上記製造されたバリアフィルムの水分透過度は、Ｌｙｓｓｙ社のＬ８０−５０００ＬＰを使用して評価し、その結果を下記表２に示した。
（実施例６）
上記実施例５において、バリアフィルムの各無機物層の厚さを下記表２に記載されたように異ならしめることを除いて、実施例５と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度の測定結果は、下記表２に示した。
上記実施例５において、バリアフィルムの各無機物層の厚さを下記表２に記載されたように異ならしめることを除いて、実施例５と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度の測定結果は、下記表２に示した。
（実施例７）
プラスチック基材層としては、厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム（Ａ４３００、Ｔｏｙｏｂｏ製品）を使用した。上記プラスチック基材層の上面にテトラエトキシシラン４０．０重量部とグリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン５６．５重量部を主成分とするシラン系のゾル状態の溶液をコーティングし、１２０℃で１０分間熱硬化し、０．５μｍの厚さの平坦層（バッファー層）を形成した。上記平坦層の上面にアルゴンと酸素の混合ガスを蒸着装備に供給しながらスパッタリング技法を使用してＳｉＯＮよりなる第１層を３２ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＳｉＯＮよりなる第１層の上にアルゴンと酸素の混合ガスを使用してＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）よりなる第２層を１０ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）よりなる第２層の上にさらにＳｉＯＮよりなる第１層を２４ｎｍの厚さで蒸着し、バリアフィルムを製造した。
プラスチック基材層としては、厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム（Ａ４３００、Ｔｏｙｏｂｏ製品）を使用した。上記プラスチック基材層の上面にテトラエトキシシラン４０．０重量部とグリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン５６．５重量部を主成分とするシラン系のゾル状態の溶液をコーティングし、１２０℃で１０分間熱硬化し、０．５μｍの厚さの平坦層（バッファー層）を形成した。上記平坦層の上面にアルゴンと酸素の混合ガスを蒸着装備に供給しながらスパッタリング技法を使用してＳｉＯＮよりなる第１層を３２ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＳｉＯＮよりなる第１層の上にアルゴンと酸素の混合ガスを使用してＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）よりなる第２層を１０ｎｍの厚さで蒸着し、上記ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）よりなる第２層の上にさらにＳｉＯＮよりなる第１層を２４ｎｍの厚さで蒸着し、バリアフィルムを製造した。
上記製造されたバリアフィルムの水分透過度は、Ｌｙｓｓｙ社のＬ８０−５０００ＬＰを使用して評価し、その結果を下記表２に示した。
（比較例５）
上記実施例５において、バリアフィルムの代わりに無機物層としてＳｎＯ２−ＺｎＯだけよりなる無機物層を８０ｎｍ厚さに蒸着して使用することを除いて、実施例５と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度測定結果は、下記表２に示した。
上記実施例５において、バリアフィルムの代わりに無機物層としてＳｎＯ２−ＺｎＯだけよりなる無機物層を８０ｎｍ厚さに蒸着して使用することを除いて、実施例５と同一に実施した。製造されたバリアフィルムの測定された水分透過度測定結果は、下記表２に示した。
上記表２から明らかなように、本発明による実施例２及び実施例３は、比較例４より低い水分透過度を示すところ、第２層を使用する場合、ガス遮断性が向上する効果を確認することができる。また、実施例２と実施例３を比較してみれば、ＺｎＯを第２層として使用した場合、その厚さが増加しながら水分透過度が続いて減少することが分かる。また、実施例２と実施例４を比較してみれば、ＺｎＯとＳｉＯＮを追加に繰り返した場合、水分透過度がさらに低くなることが分かる。
上記表２において、第２無機物としてＳｎＯ２−ＺｎＯを使用した実施例５と実施例６は、比較例４と比較例５より低い水分透過度を示すところ、本発明による第２層の効果を確認することができる。また、上記表２において第２無機物としてＩＴＯを使用した実施例７は、比較例４より低い水分透過度を示すところ、本発明によるバリアフィルムを使用する場合、ガス遮断性が向上する効果を確認することができた。
比較例１〜４において、外郭平坦層の効果から明らかなように、上記実施例２〜７では、外郭平坦層を追加に形成すれば、さらに低い水分透過度を得ることが可能である。
以上、本発明は、記載された具体例を中心に詳しく説明されたが、本発明の範疇及び技術思想範囲内で多様な変更及び修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形及び修正が添付の特許請求範囲に属することも当然である。
本発明によるバリアフィルムは、従来の金属酸化物または窒化物だけを使用して製造したガス遮断性プラスチック複合フィルムに比べて光透過性、ガス遮断性及び水分遮断性に優れていて、電子装置の部品素材分野などに多様に活用可能である。
１５０，２５０，３５０，４５０，５３０，５５０・・・バリアフィルム
１１０・・・第１層
１２０・・・第２層
２２０，３２０・・・複合層
２１０・・・ベース層
３１１，３１２・・・平坦化層
４１０・・・接着層
５１０・・・電子素子
５２０・・・基板材料
１１０・・・第１層
１２０・・・第２層
２２０，３２０・・・複合層
２１０・・・ベース層
３１１，３１２・・・平坦化層
４１０・・・接着層
５１０・・・電子素子
５２０・・・基板材料
Claims (11)
- 半共有結合性無機物質から形成された第１層であって、前記半共有結合性無機物質が、５３０．５ｅＶ〜５３３．５ｅＶの結合エネルギーを有する金属の酸化物、前記金属の窒化酸化物、または前記金属の酸化物および前記金属の窒化酸化物の混合物を含む第１層と、
イオン性無機物質から形成された第２層であって、前記イオン性無機物質が、５２９．６ｅＶ〜５３０．４ｅＶの結合エネルギーを有する金属の酸化物、前記金属の窒化酸化物、または前記金属の酸化物および前記金属の窒化酸化物の混合物を含む第２層と、
を備え、相対湿度１００％及び温度３８℃の条件下で０．０１３ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下の水分透過度を有するバリアフィルムであって、
前記第１層と前記第２層とが交互に配置され、
前記第１層が、２つまたは３つ以上の層から構成され、かつ前記第２層が、前記第１層の層間に配置され、
前記第１層または前記第２層が、原子層堆積（ＡＬＤ）により形成されておらず、スパッタリング、蒸着、またはイオンメッキにより形成されているバリアフィルム。 - 前記バリアフィルムの厚さは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のバリアフィルム。
- 前記第２層の厚さは、０より厚く１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のバリアフィルム。
- 前記イオン性無機物質は、エネルギーバンドギャップが３．０ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１に記載のバリアフィルム。
- 基材層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバリアフィルム。
- 前記基材層は、ポリエチレンテレフタレート（polyethyleneterephthalate）、ポリエーテルスルホン（polyethersulfone）、ポリカーボネート（polycarbonate）、ポリエチレンナフタレート（polyethylenenaphthalate）、ポリイミド（polyimide）、ポリアリレート（polyarylate）及びエポキシ（epoxy）よりなる群から選択された１種以上の樹脂で形成されることを特徴とする請求項５に記載のバリアフィルム。
- 平坦層をさらに備え、前記平坦層が有機−無機混合層であり、かつ前記平坦層が、前記第１層及び前記第２層を含む積層体の一面、前記第１層及び前記第２層を含む積層体の両面、または前記積層体の層間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバリアフィルム。
- 前記平坦層は、アクリル系コーティング液組成物、エポキシ系コーティング液組成物、金属アルコシド組成物及びウレタン系コーティング液組成物のうち選択された１種以上を含むことを特徴とする請求項７に記載のバリアフィルム。
- 請求項１に記載の前記バリアフィルムによって包装されている電子素子を含む電子装置。
- 前記バリアフィルムが基板材、保護カバーまたは包装材の形態で電子装置に含まれることを特徴とする請求項９に記載の電子装置。
- 前記電子装置は、有機または無機発光体、ディスプレイ装置、フィルム型電池、感知器または太陽光発電素子であることを特徴とする請求項９に記載の電子装置。
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