JP6437080B1 - Gas barrier film - Google Patents
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Abstract
【課題】 優れたガスバリア特性と高い全光線透過率を備えたフレキシブル性を有するガスバリアフィルムを提供する。
【解決手段】
基材上に、第1の金属酸化膜と、第2の金属酸化膜と、第3の金属酸化膜とをこの順に積層し、第1の金属酸化膜をアルミニウム酸化物とシリコン酸化物と亜鉛酸化物との混合酸化膜と、第2の金属酸化膜を錫酸化物と亜鉛酸化物との混合酸化膜と、第3の金属酸化膜をシリコン酸化膜とすることで、優れたガスバリア特性を実現する。さらに、屈折率の低い第1の金属酸化膜及び第3の金属酸化膜を、それぞれ基材側及び空気と接する側に配置することにより、高い全光線透過率を実現することができる。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flexible gas barrier film having excellent gas barrier properties and high total light transmittance.
[Solution]
On the base material, a first metal oxide film, a second metal oxide film, and a third metal oxide film are laminated in this order, and the first metal oxide film is made of aluminum oxide, silicon oxide, and zinc. Excellent gas barrier characteristics by using a mixed oxide film with oxide, a second metal oxide film as a mixed oxide film of tin oxide and zinc oxide, and a third metal oxide film as a silicon oxide film Realize. Furthermore, a high total light transmittance can be realized by disposing the first metal oxide film and the third metal oxide film having a low refractive index on the substrate side and the side in contact with air, respectively.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、積層構造のガスバリアフィルムに関する。 The present invention relates to a gas barrier film having a laminated structure.
従来から、食品、医療品などの包装材やディスプレイ装置、太陽電池等の電子デバイス部材として、プラスチックフィルム等を基材としたガスバリアフィルムが使用されることがある。ガスバリアフィルムは、酸素、水蒸気等のガスを遮断するため、基材上に金属や金属酸化物からなるガスバリア層が形成された構造が用いられている。 Conventionally, a gas barrier film using a plastic film or the like as a base material is sometimes used as an electronic device member such as a packaging material such as food and medical products, a display device, and a solar cell. The gas barrier film has a structure in which a gas barrier layer made of metal or metal oxide is formed on a base material in order to block gas such as oxygen and water vapor.
特許文献1には、酸化亜鉛と13族及び/又は14族金属の酸化物との混合物からなる酸化亜鉛系薄膜層と、Si及び/又はAlの酸化物等からなる無機薄膜層との積層構造によるガスバリア積層フィルムが開示されている。13族及び/又は14族金属の酸化物を添加することにより酸化亜鉛系薄膜層の結晶粒を微細化しバリア性を向上させることが記載されている。
特許文献2には、ZnとSnとの合金の酸化物により形成された無機膜と、SiとAlのうち少なくとも一方の酸化物と、接着剤層との積層構造のガスバリアシートが開示されている。接着剤に含まれる酸成分によりZnとSnとの合金酸化物の腐食を防止し、長期のバリア性を確保できると記載されている。
従来のガスバリアフィルムは、ガスバリア特性は優れるものの、ディスプレイ用途などの特に高い透明度の要望を同時に満足することが困難であるという課題がある。 Although the conventional gas barrier film has excellent gas barrier properties, there is a problem that it is difficult to satisfy the demand for particularly high transparency such as display applications.
上記課題を鑑み、本発明は、優れたガスバリア特性と高い全光線透過率とを同時に満足させることができるガスバリアフィルムを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a gas barrier film that can simultaneously satisfy excellent gas barrier properties and high total light transmittance.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
基材と、
前記基材側から順に第1の金属酸化膜と第2の金属酸化膜と第3の金属酸化膜とを備え、
前記第1の金属酸化膜は、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物及び亜鉛酸化物の混合酸化物からなり、
前記第2の金属酸化膜は、錫酸化物及び亜鉛酸化物の混合酸化物からなり、
前記第3の金属酸化膜は、シリコン酸化物からなる
ことを特徴とする。
Gas barrier film according to the present invention,
A substrate;
A first metal oxide film, a second metal oxide film, and a third metal oxide film in order from the substrate side;
The first metal oxide film is made of a mixed oxide of silicon oxide, aluminum oxide and zinc oxide,
The second metal oxide film is made of a mixed oxide of tin oxide and zinc oxide,
The third metal oxide film is made of silicon oxide.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記第1の金属酸化膜中のシリコン及びアルミニウム酸化物の組成比が、それぞれ5.0〜20.0wt%、0.5〜5.0wt%であり、残部が亜鉛酸化物であり、
前記第2の金属酸化膜中の錫酸化物の組成比率は、20〜40wt%であり、残部が亜鉛酸化物であり、
前記第3の金属酸化膜のシリコン(Si)原子に対する酸素(O)原子の組成比は、1.8〜2.0である
ことを特徴とする。
Gas barrier film according to the present invention,
The composition ratio of silicon and aluminum oxide in the first metal oxide film is 5.0 to 20.0 wt% and 0.5 to 5.0 wt%, respectively, and the balance is zinc oxide,
The composition ratio of tin oxide in the second metal oxide film is 20 to 40 wt%, and the balance is zinc oxide.
The composition ratio of oxygen (O) atoms to silicon (Si) atoms in the third metal oxide film is 1.8 to 2.0.
本発明にかかるガスバリアフィルムの第1の金属酸化膜と第2の金属酸化膜は、結晶粒が微細又は非晶質な膜であり、それぞれ亜鉛酸化物に混合された金属酸化物が異なり、さらに最上層の第3の金属膜は、第2の金属酸化膜と異なる金属酸化膜である。そのため、これらの金属酸化膜の積層構造とすることで、優れたガスバリア特性を有することができる。 The first metal oxide film and the second metal oxide film of the gas barrier film according to the present invention are films in which crystal grains are fine or amorphous, and metal oxides mixed with zinc oxide are different, respectively. The uppermost third metal film is a metal oxide film different from the second metal oxide film. Therefore, it is possible to have excellent gas barrier characteristics by adopting a laminated structure of these metal oxide films.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記第1の金属酸化膜の屈折率は、1.59〜1.8であり、
前記第2の金属酸化膜の屈折率は、1.8〜2.0であり、
前記第3の金属酸化膜の屈折率は、1.4〜1.5である
ことを特徴とする。
Gas barrier film according to the present invention,
The refractive index of the first metal oxide film is 1.59 to 1.8,
The refractive index of the second metal oxide film is 1.8 to 2.0,
The third metal oxide film has a refractive index of 1.4 to 1.5.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記基材の屈折率が1.4〜1.7であることを特徴とする。
Gas barrier film according to the present invention,
The base material has a refractive index of 1.4 to 1.7.
第1の金属酸化膜と、第2の金属酸化膜との積層構造上に、屈折率の低い第3の金属酸化膜を空気と直接に接する構造とすることで、優れたガスバリア特性が得られるとともに、高い光透過率を実現することができる。
すなわち、第2の金属酸化膜は、屈折率が1.8〜2.0であり、空気の屈折率との差が大きいため、直接空気と第2の金属酸化膜とが接した場合には、これらの界面での光の反射により、透過率が低下する。しかし、屈折率の低い第3の金属酸化膜を空気と接する最上層に形成することにより、光の反射を抑制し、透過率、特に全光線透過率を増大させることができる。
また、屈折率が1.4〜1.7である、例えばプラスチックフィルムの基材上に、屈折率が1.59〜1.8の第1の金属酸化膜を基材側に形成することにより、基材との界面における光の反射を抑制し、透過率が向上することができる。
その結果、特にディスプレイ用途としての透過率の要求値である90%を満足することができる。
なお、シリコン(Si)は厳密には半導体であるが、本明細書においては広義の意味の金属に含めることとし、「シリコン酸化物」は広義の意味の金属酸化物に含むものとする。
An excellent gas barrier characteristic can be obtained by forming a third metal oxide film having a low refractive index directly in contact with air on the laminated structure of the first metal oxide film and the second metal oxide film. In addition, a high light transmittance can be realized.
That is, since the second metal oxide film has a refractive index of 1.8 to 2.0 and a large difference from the refractive index of air, when the air and the second metal oxide film are in direct contact with each other, The transmittance decreases due to the reflection of light at these interfaces. However, by forming the third metal oxide film having a low refractive index in the uppermost layer in contact with air, it is possible to suppress the reflection of light and increase the transmittance, particularly the total light transmittance.
Moreover, by forming a first metal oxide film having a refractive index of 1.59 to 1.8 on the substrate side on a plastic film substrate having a refractive index of 1.4 to 1.7, for example. The reflection of light at the interface with the substrate can be suppressed, and the transmittance can be improved.
As a result, it is possible to satisfy 90%, which is a required value of transmittance particularly for display applications.
Strictly speaking, silicon (Si) is a semiconductor, but in this specification, it is included in a metal in a broad sense, and “silicon oxide” is included in a metal oxide in a broad sense.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記第1の金属酸化膜の膜厚は、10〜300nmであり、
前記第2の金属酸化膜の膜厚は、10〜300nmであり、
前記第3の金属酸化膜の膜厚は、5〜100nmである
ことを特徴とする。
Gas barrier film according to the present invention,
The thickness of the first metal oxide film is 10 to 300 nm,
The thickness of the second metal oxide film is 10 to 300 nm,
The third metal oxide film has a thickness of 5 to 100 nm.
このような第1の金属酸化膜、第2の金属酸化膜、第3の金属酸化膜の膜厚構成とすることで、ガスバリアフィルムの柔軟性(フレキシブル性)と優れたバリア特性と高い全光線透過率とを両立させることが可能となる。 By adopting such a first metal oxide film, second metal oxide film, and third metal oxide film thickness structure, the gas barrier film has flexibility (flexibility), excellent barrier properties, and high total light. It is possible to achieve both the transmittance.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記基材と前記第1の金属酸化膜との間に平滑層を含む
ことを特徴とする。
Gas barrier film according to the present invention,
A smoothing layer is included between the base material and the first metal oxide film.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記基材と前記第1の金属酸化膜との間にポリシラザン層を含む平滑層を含む
ことを特徴とする。
Gas barrier film according to the present invention,
A smooth layer including a polysilazane layer is included between the base material and the first metal oxide film.
このような構成とすることで、第1の金属酸化膜は、基材上に形成された平滑化された表面上に形成することができるため、第1の金属酸化膜の欠陥の発生を低減することができる。
さらに、平滑層は、Si−O結合を有するポリシラザン層を有し、ポリシラザン層とシリコン酸化物を含有する第1の金属酸化膜とを直接接触させることにより、平滑層と第1の金属酸化膜との密着性を向上させることができる。
By adopting such a configuration, the first metal oxide film can be formed on the smoothed surface formed on the base material, thereby reducing the occurrence of defects in the first metal oxide film. can do.
Furthermore, the smooth layer has a polysilazane layer having a Si—O bond, and the smooth layer and the first metal oxide film are brought into direct contact with the polysilazane layer and the first metal oxide film containing silicon oxide. Adhesiveness can be improved.
本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記第3の金属酸化膜上に、樹脂層を有する
ことを特徴とする。
Gas barrier film according to the present invention,
A resin layer is provided on the third metal oxide film.
また、本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記第3の金属酸化膜上に、保護フィルムをラミネートしたことを特徴とする。
The gas barrier film according to the present invention is
A protective film is laminated on the third metal oxide film.
このような構成とすることにより、第3の金属酸化膜の表面において、傷等の発生を防止することができ、傷等によりガスバリア特性が劣化することを防止することができる。 With such a configuration, it is possible to prevent the occurrence of scratches and the like on the surface of the third metal oxide film, and it is possible to prevent the gas barrier characteristics from being deteriorated due to the scratches or the like.
また、本発明に係るガスバリアフィルムは、
前記第3の金属酸化膜上に、粘着層或いは接着層を介して、機能層を付与した樹脂フィルムをラミネートしたことを特徴とする。
The gas barrier film according to the present invention is
A resin film provided with a functional layer is laminated on the third metal oxide film via an adhesive layer or an adhesive layer.
このように、第3の金属酸化膜上に機能層、例えば透明導電性層、を付与した樹脂フィルムを設けることにより、ガスバリアフィルムを、例えばタッチパネルや太陽電池用途に用いることができる。 Thus, by providing the resin film which provided the functional layer, for example, a transparent conductive layer, on the 3rd metal oxide film, a gas barrier film can be used for a touch panel or a solar cell use, for example.
本発明によれば、全光線透過率の高い、優れたガスバリア性を有したガスバリアフィルムを提供することができる。
特に本発明に係るガスバリアフィルムは、ディスプレイ用途の透明性への高い要求をも満足することができる。
According to the present invention, a gas barrier film having a high total light transmittance and an excellent gas barrier property can be provided.
In particular, the gas barrier film according to the present invention can satisfy a high demand for transparency for display applications.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は、いずれも本発明の要旨の認定において限定的な解釈を与えるものではない。また、同一又は同種の部材については同じ参照符号を付して、説明を省略することがある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, none of the following embodiments gives a limited interpretation in the recognition of the gist of the present invention. The same or similar members are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るガスバリアフィルムの一例を示す断面図であり、ガスバリアフィルムは、基材1上に、順に、第1の金属酸化膜2、第2の金属酸化膜3、第3の金属酸化膜4が積層されて構成されている。
<基材>
基材1は、シート状であれば、特にその材料を限定するものではないが、例えばプラスチックフィルムであるPET(ポリエチレンテレフタレート)、COP(シクロオレフィンポリマー)、PE(ポリエチレン)、PI(ポリイミド)等の他、ガラス板であっても良い。
特に基材1としてプラスチックフィルムのようなフレキシブル性(柔軟性)を有する材料を選択することで、包装材としての用途や、太陽電池パネルやディスプレイ装置等の電子デバイス部材の用途などの幅広い用途に使用することができる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a gas barrier film according to
<Base material>
The
In particular, by selecting a material having flexibility (flexibility) such as a plastic film as the
また、基材1上に形成するガスバリア層としての後述する各金属酸化膜は、既知の蒸着法、スパッタ法、CVD法を用いて成膜することができるが、基材1が柔軟性を有する場合には、公知のロールツーロール方式の成膜装置を使用することができる。
なお、成膜装置はロールツーロール方式に限らず、成膜装置内のサセプター上に基材1を載置した状態で各金属酸化膜を成膜する方式であってもよい。
In addition, each metal oxide film, which will be described later, as a gas barrier layer formed on the
The film forming apparatus is not limited to the roll-to-roll system, and may be a system in which each metal oxide film is formed with the
<第1の金属酸化膜>
基材1上に第1のガスバリア層として第1の金属酸化膜2を形成する。
第1の金属酸化膜2として、アルミニウム(Al)酸化物、シリコン(Si)酸化物、亜鉛(Zn)酸化物の混合ターゲットを用い、アルゴンと酸素との混合ガスによるリアクティブスパッタ法により、アルミニウム酸化物、シリコン酸化物及び亜鉛酸化物が混合した酸化膜(以下、簡単のためAl−Si−Zn酸化膜と称す)を、膜厚10nm〜300nm、好ましくは90nm〜110nm、形成する。
膜厚が薄すぎると目的とするガスバリア性を発揮できない。厚すぎると応力によるクラックでガスバリア性を損なう恐れがある。さらには、フレキシブル性に乏しくなる。膜厚を上記の範囲とすることで、ガスバリア特性とフレキシブル性とを満足することができる。
<First metal oxide film>
A first
As the first
If the film thickness is too thin, the target gas barrier property cannot be exhibited. If it is too thick, the gas barrier property may be impaired due to cracks caused by stress. Furthermore, the flexibility is poor. By setting the film thickness within the above range, gas barrier properties and flexibility can be satisfied.
なお、Al−Si−Zn酸化膜には、材料の精製技術上の問題により(例えば、スパッタターゲットの有限の純度により)、不可避的に不純物として他の元素が混入することがある。 Note that the Al—Si—Zn oxide film may inevitably contain other elements as impurities due to problems in material purification technology (for example, due to the finite purity of the sputtering target).
Al−Si−Zn酸化膜中のアルミニウム酸化物、シリコン酸化物、亜鉛酸化物の組成比は、アルミニウム酸化物、シリコン酸化物、亜鉛酸化物の総量を100wt%(重量パーセント)として、アルミニウム酸化物は0.5〜5.0wt%、シリコン酸化物は5.0〜20.0wt%、亜鉛酸化物は残部、すなわち(100−[アルミ酸化物の組成比率]−[シリコン酸化物の組成比率])wt%である。
この組成比率の条件において、Al−Si−Zn酸化膜の光学特性である屈折率は1.59〜1.8となる。
The composition ratio of aluminum oxide, silicon oxide, and zinc oxide in the Al-Si-Zn oxide film is aluminum oxide, where the total amount of aluminum oxide, silicon oxide, and zinc oxide is 100 wt% (weight percent). Is 0.5 to 5.0 wt%, silicon oxide is 5.0 to 20.0 wt%, and zinc oxide is the balance, that is, (100- [composition ratio of aluminum oxide]-[composition ratio of silicon oxide] ) Wt%.
Under this composition ratio condition, the refractive index, which is the optical characteristic of the Al—Si—Zn oxide film, is 1.59 to 1.8.
Al−Zn酸化膜は、結晶質の膜であり、結晶粒の間を水蒸気が透過するため、ガスバリア性が低くなる。Siを添加することで、非晶質となり高いガスバリア性が発現する。 The Al—Zn oxide film is a crystalline film, and water vapor permeates between crystal grains, so that the gas barrier property is lowered. By adding Si, it becomes amorphous and exhibits high gas barrier properties.
さらに、第1の金属酸化膜2であるAl−Si−Zn酸化膜は、屈折率の異なる3種の金属酸化物から構成されているため、各金属酸化物の組成を調整することで、Al−Si−Zn酸化膜の屈折率を調整することができる。例えば、亜鉛酸化物と比較してアルミニウム酸化物とシリコン酸化物の屈折率は低く、特に最も屈折率の低いシリコン酸化物の組成比率を上げることで屈折率を低下させることができる。
成膜方法としてスパッタ法を採用する場合、Al−Si−Zn酸化膜中の各金属酸化物の組成比率は、ターゲットの組成により調整することができる。
Furthermore, since the Al—Si—Zn oxide film that is the first
In the case where a sputtering method is employed as the film formation method, the composition ratio of each metal oxide in the Al—Si—Zn oxide film can be adjusted by the composition of the target.
このように第1の金属酸化膜2として、3種の金属酸化物からなる膜を用いることで、屈折率の制御と非晶質とを両立させることができる。
Thus, by using a film made of three kinds of metal oxides as the first
基材1の材料として、例えば柔軟性(フレキシブル性)のあるプラスチック材であるPET、COP、PE、PIを用いた場合、それらの屈折率は典型的には1.4〜1.7である。そのため、第1の金属酸化膜2の金属の組成比率を調整し、第1の金属酸化膜2の屈折率をプラスチック材の屈折率に近い値、例えば屈折率の差が0.2以下、に調整することで、基材1と第1の金属酸化膜2との界面での反射を抑制し、透明性(全光線透過率)を向上させるとともに、高いバリア特性を実現することが可能となる。
When, for example, PET, COP, PE, or PI, which is a plastic material having flexibility (flexibility), is used as the material of the
<第2の金属酸化膜>
第1の金属酸化膜2上に第2のガスバリア層として第2の金属酸化膜3を形成する。
第2の金属酸化膜3として、錫酸化物(SnO2)と亜鉛酸化物(ZnO)の混合ターゲットを用い、アルゴンと酸素との混合ガスによるリアクティブスパッタ法により、錫酸化物と亜鉛酸化物からなる金属酸化膜(以下、簡単のためSn−Zn酸化膜と称す)を第1の金属酸化膜2上に形成する。すなわち、第2の金属酸化膜3の亜鉛酸化物と混合する酸化物は錫酸化物であり、第1の金属酸化膜2の亜鉛酸化物と混合する酸化物(アルミニウム酸化物及びシリコン酸化物)と異なる酸化物を使用している。
なお、Sn−Zn酸化膜には、材料の精製技術上の問題により、不可避的に不純物として他の元素が混入することがある。
<Second metal oxide film>
A second
As the second
Note that other elements may be inevitably mixed in the Sn—Zn oxide film as an impurity due to problems in material purification technology.
形成する第2の金属酸化膜3の膜厚は10nm〜300nm、好ましくは90nm〜110nmである。
膜厚が薄すぎると目的とするガスバリア性を発揮できない。厚すぎると応力によるクラックが発生し、ガスバリア性を損なう恐れがある。さらには、フレキシブル性に乏しくなる。膜厚を上記の範囲とすることで、ガスバリア特性とフレキシブル性とを満足することができる。
The thickness of the second
If the film thickness is too thin, the target gas barrier property cannot be exhibited. If it is too thick, cracks due to stress may occur, which may impair gas barrier properties. Furthermore, the flexibility is poor. By setting the film thickness within the above range, gas barrier properties and flexibility can be satisfied.
Sn−Zn酸化膜中の錫酸化物と亜鉛酸化物の組成比率(含有比率)は、錫酸化物は20〜40wt%(重量パーセント)、亜鉛酸化物は60〜80wt%である。
この組成条件において、錫酸化物と亜鉛酸化物とは共に、屈折率がアルミニウム酸化物やシリコン酸化物の屈折率に比べて高いため、Sn−Zn酸化膜の光学特性である屈折率は1.8〜2.0となる。
なお、錫酸化物と亜鉛酸化物の組成比率は、スパッタ法を採用する場合、ターゲットの組成により調整することができる。
The composition ratio (content ratio) of tin oxide and zinc oxide in the Sn—Zn oxide film is 20 to 40 wt% (weight percent) for tin oxide and 60 to 80 wt% for zinc oxide.
Under these composition conditions, both the tin oxide and the zinc oxide have a higher refractive index than that of aluminum oxide or silicon oxide, and therefore the refractive index, which is the optical characteristic of the Sn—Zn oxide film, is 1. 8 to 2.0.
Note that the composition ratio of tin oxide and zinc oxide can be adjusted by the composition of the target when the sputtering method is employed.
Sn−Zn酸化膜は、錫酸化物と亜鉛酸化物とを含むため、亜鉛酸化物からなる膜と比較して非晶質な膜となり、ガスバリア特性が優れた、すなわち水蒸気、酸素等のガスの透過率が低い膜となる。
上記のように、第2の金属酸化膜3であるSn−Zn酸化膜の屈折率は、基材1の屈折率より高く、両者の屈折率の差は大きくなるが、屈折率が第2の金属酸化膜3の屈折率より低い第1の金属酸化膜2を、第2の金属酸化膜3と基材1との間に介在させることにより、屈折率の違いによる透過率の減少を抑制している。
Since the Sn—Zn oxide film contains tin oxide and zinc oxide, it becomes an amorphous film as compared with a film made of zinc oxide, and has excellent gas barrier properties, that is, a gas such as water vapor or oxygen. The film has a low transmittance.
As described above, the refractive index of the Sn—Zn oxide film, which is the second
また、第1の金属酸化膜2上に異なる材料である第2の金属酸化膜3を積層することにより、例えば各金属酸化膜中に欠陥が生じた場合においても、水蒸気や酸素等のガスの透過経路となる欠陥が連続することを防止できるため、ガスのバリア特性をさらに向上させることができる。
特に、第1の金属酸化膜2と第2の金属酸化膜3とは、亜鉛酸化物と混合する金属酸化物が異なるため、ガスの透過経路となる欠陥が連続することを効果的に防止できる。
Further, by stacking the second
In particular, since the first
<第3の金属酸化膜>
第2の金属酸化膜3の上に第3のガスバリア層として第3の金属酸化膜4を形成する。
第3の金属酸化膜4として、例えばシリコン(Si)ターゲットを用い、アルゴンと酸素との混合ガスによるスパッタ法により、シリコン酸化膜(以下、簡単のためSiOx膜と称す。ここで、x=1.8〜2.0。)を形成する。
なお、シリコン酸化膜には、材料の精製技術上の問題により、不可避的に不純物として他の元素が混入することがある。
<Third metal oxide film>
A third
As the third
Note that other elements may inevitably be mixed into the silicon oxide film as impurities due to problems in the material purification technique.
SiOx膜は、膜厚を厚く、例えば100nm以上するとクラックが発生し、バリア特性を劣化させる。また、膜厚が薄すぎると安定したガスバリア性が確保できないため、SiOx膜の膜厚を5〜100nmとすることが好ましい。 When the SiOx film is thick, for example, 100 nm or more, cracks are generated and the barrier characteristics are deteriorated. Moreover, since the stable gas barrier property cannot be ensured if the film thickness is too thin, the film thickness of the SiOx film is preferably 5 to 100 nm.
上記のとおり第2の金属酸化膜3の屈折率は高く、空気の屈折率との差が大きくなるため、第2の金属酸化膜3が直接空気と接する構成とすると、その界面での光の反射が原因で透過率が低下する。しかし、SiOx膜の光学特性である屈折率は1.4〜1.5であり、第2の金属酸化膜3上に屈折率が低い第3の金属酸化膜4としてシリコン酸化物(SiOx)を形成することにより、空気の屈折率との差を小さくすることができる。
As described above, the refractive index of the second
すなわち、第1の金属酸化膜2と第2の金属酸化膜3との積層構造は優れたガスバリア特性を有するが、上層にある第2の金属酸化膜は、屈折率が1.8〜2.0であり空気との屈折率差が大きく、透過率が、例えば77%程度に低下してしまう。しかし、本発明にかかるガスバリアフィルムは、屈折率の低い第3の金属酸化膜を空気と接する最上層に形成することにより、透過率を92%まで増大させることが可能となった。
That is, the laminated structure of the first
また、シリコン酸化膜(SiOx)自体がガスバリア特性を有し、さらに第2の金属酸化膜3とは全く異なる金属の酸化物であるため、第2の金属酸化膜3と第3の金属酸化膜4との間でガスの透過経路となる欠陥が連続することを効果的に防止することができる。
Further, since the silicon oxide film (SiOx) itself has a gas barrier property and is an oxide of a metal that is completely different from the second
なお、ガスバリアフィルムをAl−Zn−Si酸化膜とシリコン酸化膜のみによる2層の積層構造で構成した場合には、必要なガスバリア性を得るためには、膜厚を厚く設定しなければならない。
しかしながら、膜厚が厚くなると、ガスバリアフィルムのフレキシブル性が損なわれる恐れがある。そこで、Al−Zn−Si酸化膜に比べ単位膜厚当たりのガスバリア性が高いSn−Zn酸化膜を積層することで、膜厚を薄くすることができるため、同じガスバリア性でもフレキシブル性を向上することができる。
Note that in the case where the gas barrier film has a two-layer structure including only an Al—Zn—Si oxide film and a silicon oxide film, the film thickness must be set thick in order to obtain the necessary gas barrier properties.
However, when the film thickness is increased, the flexibility of the gas barrier film may be impaired. Therefore, by stacking a Sn—Zn oxide film having a higher gas barrier property per unit film thickness than the Al—Zn—Si oxide film, the film thickness can be reduced, so that flexibility is improved even with the same gas barrier property. be able to.
このように、屈折率の高い第2の金属酸化膜3を、相対的に屈折率の低い第1の金属酸化膜2と第3の金属酸化膜4とで挟む構造とし、さらに基材1と近い屈折率を有する第1の金属酸化膜2を基材1上に配置し、第3の金属酸化膜4を空気と直接接する側に配置することで、全光線透過率を効果的に向上させることができる。
さらに、第1の金属酸化膜2と第2の金属酸化膜3と第3の金属酸化膜4とは、それぞれ異なる金属酸化物から構成するため、ガス透過経路となり得る欠陥が連続することを効果的に防止することができる。
従って、本発明にかかるガスバリアフィルムは、高いガスバリア特性を実現するとともに、ディスプレイ用途の透過率の要求値である90%をも満足することができ、包装材用途だけでなく、電子デバイス部材用途への適用が可能となる。
In this way, the second
Furthermore, since the first
Therefore, the gas barrier film according to the present invention can achieve high gas barrier properties and can satisfy the required transmittance of 90% for display applications, and can be used not only for packaging materials but also for electronic device members. Can be applied.
(実施形態2)
図2(a)に示すように基材1上に表面の平坦性を向上させる平滑層5を形成し、平滑化層5上に第1の金属膜2を形成してもよい。
平滑化層5の平坦な表面上に第1の金属酸化膜2を形成することにより、第1の金属酸化膜2の欠陥(例えばクラック)の発生を抑制し、さらにガスバリア特性を向上させることができる。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 2A, the
By forming the first
しかしながら、平滑層5の表面が平坦であることは、平滑層5と第1の金属酸化膜2との接触面積を減少させることを意味する。平滑層5と第1の金属酸化膜2との接触面積が減少すると、相互の密着性が低下する原因となる。
However, the flat surface of the
そのため、平滑層5を構成する材料として、Si−O結合を有するポリシラザンを好適に使用することができる。
第1の金属酸化膜2はシリコン酸化物を含有するため、ポリシラザンにより構成された平滑層5と第1の金属酸化膜2との密着性を高めることができるからである。
Therefore, polysilazane having a Si—O bond can be suitably used as a material constituting the
This is because the first
平滑層5を構成するポリシラザン層は、例えばパーヒドロポリシラザン(PHPS)溶液を基材1上に塗布、例えばスプレー塗布し、UV光を照射することにより硬化させることにより形成することができる。
このようにして形成されたポリシラザン層は、平滑な表面を備えるが、特にその表面粗さRaを1nm以下とすることで、ポリシラザン層上に形成する第1の金属酸化膜2の欠陥の発生を抑制することができる。さらに、第1の金属酸化膜2の表面も平坦化されるため、第2の金属酸化膜3、第3の金属酸化膜4の欠陥も抑制することができる。
The polysilazane layer constituting the
The polysilazane layer formed in this way has a smooth surface, but in particular, when the surface roughness Ra is 1 nm or less, generation of defects in the first
平滑層5を構成するポリシラザン層は、Si−H、Si−N、Si−O結合を有しているが、酸化性雰囲気で硬化させることにより、表面層にさらに酸化が進んだ層を形成することができ、第1の金属酸化膜2と平滑層5であるポリシラザン層との間の密着性を向上させることができる。
The polysilazane layer constituting the
また、平滑層5は、図2(b)に示すように2層構造とし、基材1の表面から順に第1の平滑層5a、第2の平滑層5bを形成してもよい。
すなわち、第2の平滑層5bは、ポリシラザンからなる層とし、第1の平滑層5aはポリシラザンと異なる材料からなる層を、塗布法等により形成してもよい。
Further, the
That is, the second
第1の平滑層5aにより表面を平坦化した後に、第2の平滑層5bであるポリシラザン層を形成することにより、さらに平坦性のよい表面を得ることができる。
この場合、ポリシラザン層である第2の平滑層5b上に直接第1の金属酸化膜2を形成することで、基材1と第1の金属酸化膜2との間で、高い密着力を維持することができる。
By planarizing the surface with the
In this case, high adhesion is maintained between the
平滑層5aの形成に用いられる材料としては、紫外線や電子線のような活性エネルギー線照射により架橋反応等を経て硬化する活性線硬化樹脂系塗料、または熱硬化性樹脂系塗料が好適に使用できる。特に、紫外線照射によって硬化する紫外線硬化性樹脂系塗料が好ましく、紫外線硬化型有機無機ハイブリット樹脂の塗料が、さらに好ましい。
As a material used for forming the
有機無機ハイブリット樹脂の平滑層5aは、プラスチック基材とポリシラザン層との間の層間密着性を高めることができるので、特に好ましい。有機無機ハイブリット樹脂は、その大部分が有機系成分であるため、有機系材料であるプラスチック基材との密着性が良好である。
また、樹脂内にSi成分も含有している為、上部に積層するポリシラザン層との密着性も良好である。
The
Moreover, since Si component is also contained in resin, the adhesiveness with the polysilazane layer laminated | stacked on the upper part is also favorable.
また、良好なガスバリア性を有する為には、平滑層表面の粗さも重要である。
平滑層表面の粗さについては、Raが1.0nm以下、好ましくは0.8nm以下であり、Rzが20nm以下、好ましくは10nm以下である。
In addition, the roughness of the smooth layer surface is also important in order to have good gas barrier properties.
As for the roughness of the smooth layer surface, Ra is 1.0 nm or less, preferably 0.8 nm or less, and Rz is 20 nm or less, preferably 10 nm or less.
なお、塗料の塗布方法としては、例えば、グラビアコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ダイコート法などを用いることができる。紫外線硬化性樹脂を光重合させる紫外線の光源としては、例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を用いることができる。 As a coating method, for example, a gravure coating method, a bar coating method, a knife coating method, a roll coating method, a blade coating method, a die coating method, or the like can be used. As an ultraviolet light source for photopolymerizing an ultraviolet curable resin, for example, a low pressure mercury lamp, a medium pressure mercury lamp, a high pressure mercury lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, a carbon arc lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, or the like can be used.
なお、本発明にかかるガスバリアフィルムは、上記第3の金属酸化膜4上に、金属酸化膜を保護するため、例えば数μmの樹脂層を設けてもよい。保護用の樹脂層は、活性線硬化樹脂系塗料、または熱硬化性樹脂系塗料を使用することができ、透明性を損なわないよう、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などを塗工により積層する。保護用樹脂層は、ガスバリアフィルムに対するカール等の悪影響を防止するため、その膜厚は5μm程度以下とする。
また、上記第3の金属酸化膜4上に、金属酸化膜を保護するため、保護フィルム(例えば数十μm)、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等オレフィン系の樹脂フィルムに粘着層を設けたフィルムや、PET等の樹脂フィルムにアクリル樹脂やウレタン樹脂などの粘着層を塗工したフィルムをラミネートしてもよい。保護フィルムは、一時的にガスバリアフィルムの表面を保護するためのものであり、剥離することが前提であるため、透明性を要しない。また、剥離時のガスバリアフィルムへの損傷を防止するため、保護フィルムの粘着力は、強くても0.5N/25mm程度以下とする。
柔軟性のある保護用樹脂層又は保護フィルムを設けることで、第1、第2、第3の金属膜2、3、4に、例えば機械的に傷等が発生することを防止し、バリア特性が劣化することを防止することができる。
In the gas barrier film according to the present invention, a resin layer having a thickness of, for example, several μm may be provided on the third
Further, a protective film (for example, several tens of μm), for example, a film in which an adhesive layer is provided on an olefin-based resin film such as polyethylene or polypropylene to protect the metal oxide film on the third
By providing a flexible protective resin layer or protective film, it is possible to prevent the first, second, and
また、本発明にかかるガスバリアフィルムは、上記第3の金属酸化膜4上に、公知の粘着層又は接着層を介して、例えば透明導電性層等の機能層を付与した樹脂フィルム、例えば数十〜200μm、をラミネートしてもよい。
機能層を付与した樹脂フィルムを設けることにより、ガスバリアフィルムを、例えばタッチパネルや太陽電池用途に用いることができる。
In addition, the gas barrier film according to the present invention is a resin film in which a functional layer such as a transparent conductive layer is provided on the third
By providing a resin film provided with a functional layer, the gas barrier film can be used, for example, for touch panels and solar battery applications.
本発明によれば、ガスバリア特性に優れ、全光線透過率が高いガスバリア特性を有するガスバリアフィルムを得ることができ、包装材用途だけでなく、ディスプレイ等の電子デバイス部材の用途にも広く適用することができ、産業上の利用可能性は大きい。 According to the present invention, it is possible to obtain a gas barrier film having gas barrier properties that are excellent in gas barrier properties and have high total light transmittance, and can be widely applied not only to packaging materials but also to electronic device members such as displays. The industrial applicability is great.
1 基材
2 第1の金属酸化膜
3 第2の金属酸化膜
4 第3の金属酸化膜
5 平滑層
5a 第1の平滑層
5b 第2の平滑層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記基材側から順に第1の金属酸化膜と第2の金属酸化膜と第3の金属酸化膜とからなる積層構造を備えたガスバリアフィルムであって、
前記第1の金属酸化膜は、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物及び亜鉛酸化物の混合酸化物からなり、
前記第2の金属酸化膜は、錫酸化物及び亜鉛酸化物の混合酸化物からなり、
前記第3の金属酸化膜は、シリコン酸化物からなり、
前記基材の屈折率が1.4〜1.7であり、
前記第1の金属酸化膜の屈折率は、1.59〜1.8であり、
前記第2の金属酸化膜の屈折率は、1.8〜2.0であり、
前記第3の金属酸化膜の屈折率は、1.4〜1.5であり、
前記第1の金属酸化膜の膜厚は、90〜110nmであり、
前記第2の金属酸化膜の膜厚は、90〜110nmであり、
前記第3の金属酸化膜の膜厚は、5〜100nmである
ことを特徴とするガスバリアフィルム。 On a sheet-like substrate having flexibility,
A gas barrier film having a laminated structure composed of a first metal oxide film, a second metal oxide film, and a third metal oxide film in order from the substrate side,
The first metal oxide film is made of a mixed oxide of silicon oxide, aluminum oxide and zinc oxide,
The second metal oxide film is made of a mixed oxide of tin oxide and zinc oxide,
The third metal oxide film is made of silicon oxide,
The base material has a refractive index of 1.4 to 1.7,
The refractive index of the first metal oxide film is 1.59 to 1.8,
The refractive index of the second metal oxide film is 1.8 to 2.0,
The refractive index of the third metal oxide film, Ri 1.4-1.5 der,
The thickness of the first metal oxide film is 90 to 110 nm,
The film thickness of the second metal oxide film is 90 to 110 nm,
The gas barrier film, wherein the third metal oxide film has a thickness of 5 to 100 nm .
前記第2の金属酸化膜中の錫酸化物の組成比率は20〜40wt%であり、残部が亜鉛酸化物であり、
前記第3の金属酸化膜のシリコン(Si)原子に対する酸素(O)原子の組成比は、1.8〜2.0である
ことを特徴とする請求項1記載のガスバリアフィルム。 The composition ratio of silicon and aluminum oxide in the first metal oxide film is 5.0 to 20.0 wt% and 0.5 to 5.0 wt%, respectively, and the balance is zinc oxide,
The composition ratio of tin oxide in the second metal oxide film is 20 to 40 wt%, and the balance is zinc oxide.
2. The gas barrier film according to claim 1, wherein a composition ratio of oxygen (O) atoms to silicon (Si) atoms in the third metal oxide film is 1.8 to 2.0.
ことを特徴とする請求項1又は2記載のガスバリアフィルム。 The gas barrier film according to claim 1 or 2 characterized in that it comprises a smooth layer between the substrate first metal oxide film.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のガスバリアフィルム。 The gas barrier film according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a smooth layer including a polysilazane layer between the base material and the first metal oxide film.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のガスバリアフィルム。 The gas barrier film according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a resin layer on the third metal oxide film.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のガスバリアフィルム。 The gas barrier film according to any one of claims 1 to 4 , wherein a protective film is laminated on the third metal oxide film.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のガスバリアフィルム。 The gas barrier film according to any one of claims 1 to 4 , wherein a resin film provided with a functional layer is laminated on the third metal oxide film through an adhesive layer or an adhesive layer.
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