JPWO2017090498A1 - ガスバリア性フィルムの製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、基材上に非遷移金属(M1)または非遷移金属(M1)を含む化合物を用いて前記非遷移金属(M1)を含む第1の層を形成する工程1と、前記第1の層上に、前記第1層と接するように、物理蒸着法により、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて前記遷移金属(M2)を含む第2の層を形成する工程2と、前記第2の層上に、前記第2層と接するように、物理蒸着法により、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて前記遷移金属(M2)を含む第3の層を形成する工程3と、を含み、前記工程2および前記工程3において、前記第2の層を形成する蒸着速度をDR2(nm/秒)、前記第3の層を形成する蒸着速度をDR3(nm/秒)としたとき、前記DR3(nm/秒)に対する前記DR2(nm/秒)の比であるRが、下記式1を満たす、ガスバリア性フィルムの製造方法を提供する。
Description
本発明はガスバリア性フィルムの製造方法に関する。
フレキシブル電子デバイス、特にフレキシブル有機ELデバイスには、基板フィルムや封止フィルムとしてガスバリア性フィルムが用いられている。これらに用いられるガスバリア性フィルムには高いバリア性が求められている。
一般に、ガスバリア性フィルムは、基材フィルム上に、真空蒸着法またはスパッタ法等の物理蒸着法ならびに化学蒸着法等の気相成膜法によって、無機バリア層を形成することにより製造されている。
水蒸気透過率(WVTR)が1.0×10−2g/m2・day以下である高いガスバリア性を有するガスバリア層としては、非遷移金属を含む層が検討されている。かかるガスバリア層の一例としては、スパッタ成膜による酸化ケイ素ガスバリア層の適用検討が多くなされてきている。これらの検討において、成膜条件安定化のために、多種の金属を複合したターゲットを用いる検討もなされている。たとえば、ケイ素にアルミニウムやホウ素を添加して、アーク発生を防止したり、ターゲット割れを防止したりする技術が見出されてきている。しかし、成膜条件は安定するものの、ガスバリア性自体の向上は乏しく、十分なガスバリア性が得られるにいたっていない。また、85℃85%RHといった高温高湿の非常に過酷な環境下では、経時でガスバリア性が低下する懸念がある。
また、近年、基材上に溶液を塗布することによって形成した前駆体層にエネルギーを印加してガスバリア層を形成する製造方法も検討されてきている。特に、前駆体としてポリシラザンを用いた検討が広く行われており、塗布による高生産性とガスバリア性とを両立する技術として検討が進められている。特に、波長172nmのエキシマ光を用いたポリシラザン層の改質が注目されている。
たとえば、特表2009−503157号公報(米国特許出願公開第2010/0166977号明細書に相当)には、ポリシラザンおよび触媒を含む溶液を基材上に塗布し、次いで溶剤を除去しポリシラザン層を形成した後、水蒸気を含む雰囲気中において、上記のポリシラザン層を、230nm未満の波長成分を含むVUV放射線および230〜300nmの波長成分を含むUV放射線で照射することによって、基材上にガスバリア層を形成する方法が開示されている。
しかしながら、特表2009−503157号公報に開示されている、ポリシラザンをエキシマ光で改質して形成したガスバリア層は、ガスバリア性が十分ではなく、さらなるガスバリア性の向上が課題として残存していた。また、さらなるガスバリア性の向上のため、種々の積層構造が検討されてきたが、ヘイズが増加する等の問題が生じており、さらなるガスバリア性の向上および低ヘイズ化の両立が望まれていた。
そこで本発明は、極めて高いガスバリア性を有し、かつヘイズが低いガスバリア性フィルムを製造する手段を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題の解決を目的とした鋭意検討の結果、基材上に非遷移金属を含む層を有し、さらにこの非遷移金属を含む層と接する遷移金属を含む層を有する構造を採用することで、ガスバリア性を向上させうることを見出した。そして、本発明者らは、さらなる検討の結果、遷移金属を含む層の形成方法および形成条件によって、ガスバリア性を顕著に向上させ、併せて低ヘイズ化も実現しうることを見出し、本発明を完成させた。
本発明の上記課題は、以下の手段により解決される。
基材上に非遷移金属(M1)または非遷移金属(M1)を含む化合物を用いて非遷移金属(M1)を含む第1の層を形成する工程1と、
第1の層上に、第1の層と接するように、物理蒸着法により、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて遷移金属(M2)を含む第2の層を形成する工程2と、
第2の層上に、第2層と接するように、物理蒸着法により、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて遷移金属(M2)を含む第3の層を形成する工程3と、を含み、
工程2および工程3において、第2の層を形成する蒸着速度をDR2(nm/秒)、第3の層を形成する蒸着速度をDR3(nm/秒)としたとき、
DR3(nm/秒)に対するDR2(nm/秒)の比であるRが、下記式1を満たす、ガスバリア性フィルムの製造方法。
第1の層上に、第1の層と接するように、物理蒸着法により、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて遷移金属(M2)を含む第2の層を形成する工程2と、
第2の層上に、第2層と接するように、物理蒸着法により、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて遷移金属(M2)を含む第3の層を形成する工程3と、を含み、
工程2および工程3において、第2の層を形成する蒸着速度をDR2(nm/秒)、第3の層を形成する蒸着速度をDR3(nm/秒)としたとき、
DR3(nm/秒)に対するDR2(nm/秒)の比であるRが、下記式1を満たす、ガスバリア性フィルムの製造方法。
本発明の一形態は、基材上に非遷移金属(M1)または非遷移金属(M1)を含む化合物を用いて非遷移金属(M1)を含む第1の層を形成する工程1と、第1の層上に、第1の層と接するように、物理蒸着法により、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて遷移金属(M2)を含む第2の層を形成する工程2と、第2の層上に、第2の層と接するように、物理蒸着法により、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて遷移金属(M2)を含む第3の層を形成する工程3と、を含み、工程2および工程3において、第2の層を形成する蒸着速度をDR2(nm/秒)、第3の層を形成する蒸着速度をDR3(nm/秒)としたとき、DR3(nm/秒)に対するDR2(nm/秒)の比であるR(DR2/DR3)が、下記式1を満たす、ガスバリア性フィルムの製造方法に関する。
かような構成を有する本発明に係る製造方法によれば、極めて高いガスバリア性を有し、かつヘイズが低いガスバリア性フィルムを製造することができる。
本発明者らは、かかる構成により課題が解決されるメカニズムを以下のように推定している。
非遷移金属(M1)を含む層を有し、さらにこの非遷移金属(M1)を含む層と接する遷移金属(M2)を含む層を有する構造において、非遷移金属(M1)を含む層中における、非遷移金属(M1)を含む層と遷移金属(M2)を含む層との界面近傍で、非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)を含む複合組成領域が形成される。複合組成領域は、酸素欠損組成であり、非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)は酸素のみとの間で結合を形成することが困難となるため、金属同士で結合を形成することとなる。ここで、非遷移金属同士の結合や遷移金属(M2)同士の結合よりも、非遷移金属(M1)と遷移金属(M2)との結合が生じやすいことに起因して、金属化合物の高密度な構造が形成される。その結果、ガスバリア性フィルムは良好なガスバリア性を有することができる。
ここで、かかる複合組成領域を有するガスバリア性フィルムを製造する方法の1つとして、遷移金属(M2)を含む層を物理蒸着法によって形成する方法が挙げられる。非遷移金属(M1)を含む層と接するように、遷移金属(M2)を含む層を物理蒸着法によって形成することで、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物からなる蒸着粒子は、一定以上の運動エネルギーを有する状態で非遷移金属(M1)を含む層へと打ち込まれることとなる。このとき、蒸着粒子が非遷移金属(M1)を含む層内へと入り込み、非遷移金属(M1)を含む層中における、非遷移金属(M1)を含む層と遷移金属(M2)を含む層との界面近傍で、非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)を含む複合組成領域が形成される。
このとき、蒸着速度が速い方が、蒸着粒子が有する運動エネルギーが高くなることから、蒸着粒子が非遷移金属を含む層内へと入り込む距離が大きくなる。これより、一見すると、蒸着速度を高くすることで、十分な膜厚の複合組成領域を形成することが容易となり、より高いガスバリア性が得られるようにも考えられる。しかしながら、実際は、速い蒸着速度で蒸着を行った場合は、本発明が目的とする極めて高いガスバリア性は達成されず、ヘイズが増加する。かかる理由は、速い蒸着速度で蒸着を行う場合は、金属化合物の高密度な構造からなる複合組成領域の膜厚が面内で不均一となり、さらなるガスバリア性の向上が達成されうる複合組成領域の膜厚を有しない部位が存在することになると考えられるからである。また、かかる複合組成領域の膜厚の不均一性がヘイズを増加させると考えられるからである。速い蒸着速度で蒸着を行う場合は、蒸着粒子の運動エネルギーおよび蒸着粒子の到達範囲等の不均一性がより大きくなる。すなわち、速い蒸着速度で蒸着を行う場合は、蒸着粒子が非遷移金属を含む層内へと入り込む距離や、非遷移金属(M1)を含む層内へと入り込む蒸着粒子の数の不均一性が高くなり、複合組成領域の膜厚が面内で不均一となる。また、遅い蒸着速度で蒸着を行った場合は、蒸着粒子の運動エネルギーの不均一性および蒸着粒子の到達範囲等の不均一性は低くなり、複合組成領域の膜厚の面内均一性が高まる。しかしながら、遅い蒸着速度で蒸着を行った場合もまた、本発明が目的とするさらなるガスバリア性の向上は達成されない。かかる理由は、蒸着粒子が有する運動エネルギーが低くなることから、蒸着粒子が非遷移金属(M1)を含む層内へと入り込む距離が小さくなり、十分な膜厚で複合組成領域を形成することが困難となるからである。
そこで、本発明は、遷移金属(M2)を含む層を物理蒸着法によって形成する際、遷移金属(M2)を含む層を形成する段階を複数回に分割する。そして、非遷移金属(M1)を含む第1の層と接する、遷移金属(M2)を含む第2の層を形成する蒸着速度DR2(nm/秒)と第2の層と接する遷移金属(M2)を含む第3の層を形成する蒸着速度DR3(nm/秒)との関係において、DR3(nm/秒)の方が、DR2(nm/秒)よりも速い、一定の関係を有する。かような製造方法は、まず、相対的に遅い蒸着速度で遷移金属(M2)を含む第2の層を形成することで、相対的に膜厚が薄く、面内で均一な膜厚を有する複合組成領域を形成する。次いで、相対的に速い蒸着速度で遷移金属(M2)を含む第3の層を形成することで、運動エネルギーが高い蒸着粒子を第2の層へと打ち込む。このとき、第3の層を形成する蒸着粒子の一部は第2の層を通り抜け、直接非遷移金属(M1)を含む層内へと深く入り込む。また、第3の層を形成する蒸着粒子の一部は第2の層中に存在する蒸着粒子と衝突し、第2の層中に存在する蒸着粒子を打ち出す。これより、第2の層中に存在する蒸着粒子は、非遷移金属(M1)を含む層内へと深く入り込む。このとき、第2の層の有する膜厚の均一性が保持されたまま、複合組成領域の膜厚は大きくなる。その結果、顕著なガスバリア性の向上および低ヘイズ化を達成することができる。
なお、上記メカニズムは推測に基づくものであり、その正誤が本発明の技術的範囲に影響を及ぼすものではない。
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は「X以上Y以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等は、室温(20〜25℃)/相対湿度40〜50%RHの条件で測定する。
〔基材〕
本発明の一形態に用いられる基材としては、特に制限されないが、樹脂基材を用いることが好ましい。樹脂基材としては、具体的には、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸−マレイン酸共重合体、ポリスチレン樹脂、透明フッ素樹脂、ポリイミド、フッ素化ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、セルロースアシレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、シクロオレフィンコポリマー、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂、フルオレン環変性ポリエステル樹脂、アクリロイル化合物などの熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂フィルム等が挙げられる。該樹脂基材は、単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができる。
本発明の一形態に用いられる基材としては、特に制限されないが、樹脂基材を用いることが好ましい。樹脂基材としては、具体的には、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸−マレイン酸共重合体、ポリスチレン樹脂、透明フッ素樹脂、ポリイミド、フッ素化ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、セルロースアシレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、シクロオレフィンコポリマー、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂、フルオレン環変性ポリエステル樹脂、アクリロイル化合物などの熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂フィルム等が挙げられる。該樹脂基材は、単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができる。
基材として用いることができる熱可塑性樹脂のより好ましい具体例としては、たとえば、ポリエチレンテレフタレート(PET:70℃)、ポリエチレンナフタレート(PEN:120℃)、ポリカーボネート(PC:140℃)、脂環式ポリオレフィン(たとえば日本ゼオン株式会社製、ゼオノア(登録商標)1600:160℃)、ポリアリレート(PAr:210℃)、ポリエーテルスルホン(PES:220℃)、ポリスルホン(PSF:190℃)、シクロオレフィンコポリマー(COC:特開2001−150584号公報に記載の化合物:162℃)、ポリイミド(たとえば三菱ガス化学株式会社製、ネオプリム(登録商標):260℃)、フルオレン環変性ポリカーボネート(BCF−PC:特開2000−227603号公報に記載の化合物:225℃)、脂環変性ポリカーボネート(IP−PC:特開2000−227603号公報に記載の化合物:205℃)、アクリロイル化合物(特開2002−80616号公報に記載の化合物:300℃以上)等が挙げられる(括弧内はTgを示す)。
これらの中でも、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いることがさらに好ましい。
本発明の一形態に係る製造方法で製造されるガスバリア性フィルムは、有機EL素子等の電子デバイスとして利用されることから、樹脂基材は透明であることが好ましい。すなわち、光線透過率が80%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましい。光線透過率は、JIS K7105:1981に記載された方法、すなわち積分球式光線透過率測定装置を用いて全光線透過率および散乱光量を測定し、全光線透過率から拡散透過率を引いて算出することができる。
また、上記に挙げた樹脂基材は、未延伸フィルムでもよく、延伸フィルムでもよい。樹脂基材は、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。これらの基材の製造方法については、国際公開第2013/002026号の段落「0051」〜「0055」の記載された事項を適宜採用することができる。
樹脂基材としては、市販品を用いていてもよく、たとえば、市販のポリエチレンテレフタレートフィルムである、東レ株式会社製 ルミラー(登録商標)U48等を用いることができる。
樹脂基材の表面は、密着性向上のための公知の種々の処理、たとえばコロナ放電処理、火炎処理、酸化処理、またはプラズマ処理等を行っていてもよく、必要に応じて上記処理を組み合わせて行っていてもよい。また、樹脂基材には易接着処理を行ってもよい。
樹脂基材は、単層でもよいし2層以上の積層構造であってもよい。該樹脂基材が2層以上の積層構造である場合、各樹脂基材は同じ種類であってもよいし異なる種類であってもよい。
本発明の一形態に係る基材の厚さ(2層以上の積層構造である場合はその総厚)は、10〜200μmであることが好ましく、20〜150μmであることがより好ましい。
〔非遷移金属(M1)を含む第1の層の形成〕
本発明に係るガスバリア性フィルムの製造方法は、基材上に非遷移金属(M1)または非遷移金属(M1)を含む化合物を用いて前記非遷移金属(M1)を含む第1の層を形成する工程1を必須に含む。第1の層は、ガスバリア性フィルムに一定のガスバリア性を付与する機能を有する層である。
本発明に係るガスバリア性フィルムの製造方法は、基材上に非遷移金属(M1)または非遷移金属(M1)を含む化合物を用いて前記非遷移金属(M1)を含む第1の層を形成する工程1を必須に含む。第1の層は、ガスバリア性フィルムに一定のガスバリア性を付与する機能を有する層である。
本発明において、第1の層を形成するための原料としては、非遷移金属(M1)単体を用いてもよいし、非遷移金属(M1)含む化合物を用いてもよい。
また、第1の層を形成するための原料としては、その他の金属または化合物がさらに含まれていてもよい。かような原料を用いる形成方法としては、たとえば、共蒸着や組成物溶液の塗布による層形成を行う場合が挙げられる。このとき、第1の層を形成するための原料の中に、後述の第2および第3の層を形成しうる原料、すなわち遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物がさらに含まれていてもよい。この場合は、層の分類を以下のようにして決定する。まず、第1の層のみをガスバリア性フィルムの製造と同条件で別途成膜する。次いで、その層中に存在する非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)の元素としてのmol量をそれぞれ確認する。そして、非遷移金属(M1)のmol量が遷移金属(M2)のmol量よりも多い場合は、かかる層の形成を第1の層の形成として取り扱うものとする。ただし、本発明においては、第1の層を形成するための原料の中に、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物が含まれていないことが好ましい。
ここで、非遷移金属(M1)を含む化合物としては、特に制限されないが、たとえば、有機金属化合物、酸化物、窒化物、酸窒化物、酸炭化物等が挙げられる。なお、非遷移金属(M1)がSiである場合の非遷移金属(M1)を含む化合物の好適な例は後述する。
非遷移金属(M1)としては、特に制限されないが、ガスバリア性の観点から、長周期型周期表の第12族〜第14族の金属から選択される非遷移金属(M1)から選択される金属であることが好ましい。これらのなかでも、Si、Al、Zn、InまたはSnを含むことがより好ましく、Si、SnまたはZnを含むことがさらに好ましく、Siを含むことが特に好ましい。なお、非遷移金属(M1)は単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができるが、単独で用いることが好ましい。これより、非遷移金属(M1)はSiのみであることが最も好ましい。
工程1によって形成された第1の層は、非遷移金属(M1)を含む。第1の層に含まれる非遷移金属(M1)としては、単体の状態であってもよいし、非遷移金属(M1)含む化合物の状態であってもよい。また、第1の層は、非遷移金属(M1)ならびに酸素(O)および窒素(N)の少なくとも一方を含むことが好ましく、非遷移金属(M1)、酸素(O)および窒素(N)を含むことがより好ましい。好ましい非遷移金属(M1)の種類は、前述の第1の層を形成するための原料における非遷移金属(M1)と同様である。
第1の層の厚さは、特に制限されないが、ガスバリア性の観点から、10〜500nmであることが好ましく、30〜300nmであることがより好ましい。
第1の層を形成する方法としては、特に制限されないが、気相成膜法または塗布法を用いることが好ましい。なかでも、生産性の観点から、塗布法であることがより好ましい。
(気相成膜法)
気相成膜法としては、特に制限されず、たとえば、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法、プラズマCVD(chemical vapor deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)などの化学蒸着法が挙げられる。なかでも、下層へのダメージを与えることなく成膜が可能となり、高い生産性を有することから、物理蒸着法が好ましく、スパッタ法がより好ましい。
気相成膜法としては、特に制限されず、たとえば、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法、プラズマCVD(chemical vapor deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)などの化学蒸着法が挙げられる。なかでも、下層へのダメージを与えることなく成膜が可能となり、高い生産性を有することから、物理蒸着法が好ましく、スパッタ法がより好ましい。
スパッタ法による成膜は、2極スパッタリング、マグネトロンスパッタリング、中間的な周波数領域を用いたデュアルマグネトロン(DMS)スパッタリング、イオンビームスパッタリング、ECRスパッタリングなどを単独でまたは2種以上組み合わせて用いることができる。また、ターゲットの印加方式はターゲット種に応じて適宜選択され、DC(直流)スパッタリング、およびRF(高周波)スパッタリングのいずれを用いてもよい。また、金属モードと、酸化物モードの中間である遷移モードを利用した反応性スパッタ法も用いることができる。遷移領域となるようにスパッタ現象を制御することにより、高い成膜スピードで金属酸化物を成膜することが可能となるため好ましい。プロセスガスに用いられる不活性ガスとしては、He、Ne、Ar、Kr、Xe等を用いることができ、Arを用いることが好ましい。プロセスガス中に酸素、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素を導入することで、非遷移金属(M1)単体または非遷移金属(M1)の酸化物、窒化物、窒酸化物、炭酸化物等の薄膜を作ることができる。スパッタ法における成膜条件としては、印加電力、放電電流、放電電圧、時間等が挙げられるが、これらは、スパッタ装置や、膜の材料、膜厚等に応じて適宜選択することができる。
(塗布法)
工程1において、非遷移金属(M1)含む化合物を含む塗布液を塗布することにより第1の層を形成することが好ましい。気相成膜法で形成される場合とは異なり、塗布法による成膜によれば、成膜時にパーティクル等の異物混入がないため、欠陥の少ないガスバリア層とすることができ、ガスバリア性能が向上する。
工程1において、非遷移金属(M1)含む化合物を含む塗布液を塗布することにより第1の層を形成することが好ましい。気相成膜法で形成される場合とは異なり、塗布法による成膜によれば、成膜時にパーティクル等の異物混入がないため、欠陥の少ないガスバリア層とすることができ、ガスバリア性能が向上する。
ここで、非遷移金属(M1)を含む化合物としては、ケイ素含有化合物が好適に用いられ、たとえば、ポリシロキサン、ポリシルセスキオキサン、ポリシラザン、ポリシロキサザン、ポリシラン、ポリカルボシラン、アルコキシシランなどの非遷移金属(M1)を含む無機前駆体を用いることがより好ましく、非遷移金属(M1)を含む化合物がポリシラザンであることがさらに好ましい。非遷移金属(M1)を含む化合物がポリシラザンであると、第2の層を形成するまでの経時保存によって最終的に得られるガスバリア層の組成が変化してしまうことが抑えられ、生産性および生産安定性は向上するためである。
なお、非遷移金属(M1)を含む化合物がアルコキシシランの場合、特開2005−231039号公報に記載のように第1の層の形成に塗布法としてゾルゲル法を用いてもよい。ゾルゲル法により改質層を形成する際に用いられる塗布液は、アルコキシシラン、ならびにポリビニルアルコール系樹脂およびエチレン・ビニルアルコール共重合体の少なくとも1種を含むことが好ましい。さらに、塗布液は、ゾルゲル法触媒、酸、水、および、有機溶剤を含むことが好ましい。ゾルゲル法では、かような塗布液を用いて重縮合することにより改質層が得られる。上記のアルコキシシランの具体例としては、例えば、テトラメトキシシラン(Si(OCH3)4)、テトラエトキシシラン(Si(OC2H5)4)、テトラプロポキシシラン(Si(OC3H7)4)、テトラブトキシシラン(Si(OC4H9)4)等を使用することができる。
<ポリシラザン>
ポリシラザンとは、ケイ素−窒素結合を有するポリマーであり、Si−N、Si−H、N−H等の結合を有するSiO2、Si3N4、および両方の中間固溶体SiOxNy等のセラミック前駆体無機ポリマーである。
ポリシラザンとは、ケイ素−窒素結合を有するポリマーであり、Si−N、Si−H、N−H等の結合を有するSiO2、Si3N4、および両方の中間固溶体SiOxNy等のセラミック前駆体無機ポリマーである。
ポリシラザンとしては、特に制限されないが、下記の構造を有するポリシラザンを用いることが好ましい。
上記一般式(I)において、R1、R2およびR3は、それぞれ独立して、水素原子、置換または非置換の、アルキル基、アリール基、ビニル基または(トリアルコキシシリル)アルキル基である。この際、R1、R2およびR3は、それぞれ、同じであってもあるいは異なるものであってもよい。
また、上記一般式(I)において、nは、整数であり、上記一般式(I)で表される構造を有するポリシラザンが150〜150,000g/モルの数平均分子量を有するように定められることが好ましい。
上記一般式(I)で表される構造を有する化合物において、好ましい態様の一つは、R1、R2およびR3のすべてが水素原子であるパーヒドロポリシラザンである。
一方、そのSiと結合する水素原子部分の一部が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である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(平均)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。このため、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とを選択してよく、混合して使用することもできる。
パーヒドロポリシラザンは、直鎖構造と6および8員環を中心とする環構造とが存在する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、液体または固体の物質があり、その状態は分子量により異なる。
ポリシラザンは有機溶媒に溶解した溶液状態で市販されており、市販品をそのまま第1層形成用塗布液として使用することができる。ポリシラザン溶液の市販品としては、AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製のNN120−10、NN120−20、NAX120−20、NN110、NN310、NN320、NL110A、NL120A、NL120−20、NL150A、NP110、NP140、SP140等が挙げられる。これらポリシラザン溶液は、単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができる。
本発明の一形態で使用できるポリシラザンの別の例としては、特に制限されないが、たとえば、上記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(特開平5−238827号公報)、グリシドールを反応させて得られるグリシドール付加ポリシラザン(特開平6−122852号公報)、アルコールを反応させて得られるアルコール付加ポリシラザン(特開平6−240208号公報)、金属カルボン酸塩を反応させて得られる金属カルボン酸塩付加ポリシラザン(特開平6−299118号公報)、金属を含むアセチルアセトナート錯体を反応させて得られるアセチルアセトナート錯体付加ポリシラザン(特開平6−306329号公報)、金属微粒子を添加して得られる金属微粒子添加ポリシラザン(特開平7−196986号公報)等の、低温でセラミック化するポリシラザンが挙げられる。その他、ポリシラザンの詳細については、従来公知である特開2013−255910号公報の段落「0024」〜「0040」、特開2013−188942号公報の段落「0037」〜「0043」、特開2013−151123号公報の段落「0014」〜「0021」、特開2013−052569号公報の段落「0033」〜「0045」、特開2013−129557号公報の段落「0062」〜「0075」、特開2013−226758号公報の段落「0037」〜「0064」等を参照して採用することができる。
<塗布液の調製>
第1の層を形成するための塗布液を調製するための溶剤としては、非遷移金属(M1)を含む化合物を溶解できるものであれば特に制限されない。ただし、非遷移金属(M1)を含む化合物としてポリシラザンを用いる場合は、ポリシラザンと容易に反応してしまう水および反応性基(たとえば、ヒドロキシル基、あるいはアミン基等)を含まず、ポリシラザンに対して不活性の有機溶剤が好ましく、非プロトン性の有機溶剤がより好ましい。具体的には、溶剤としては、非プロトン性溶剤;たとえば、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、ターペン等の、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;塩化メチレン、トリクロロエタン等のハロゲン炭化水素溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;ジブチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、モノ−およびポリアルキレングリコールジアルキルエーテル(ジグライム類)等の脂肪族エーテル、脂環式エーテル等のエーテル類などを挙げることができる。上記溶剤は、ポリシラザンの溶解度や溶剤の蒸発速度等の目的にあわせて選択され、単独で使用されてもまたは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。これらの中でも、エーテル類が好ましく、脂肪族エーテルがより好ましく、ジブチルエーテルがさらに好ましい。
第1の層を形成するための塗布液を調製するための溶剤としては、非遷移金属(M1)を含む化合物を溶解できるものであれば特に制限されない。ただし、非遷移金属(M1)を含む化合物としてポリシラザンを用いる場合は、ポリシラザンと容易に反応してしまう水および反応性基(たとえば、ヒドロキシル基、あるいはアミン基等)を含まず、ポリシラザンに対して不活性の有機溶剤が好ましく、非プロトン性の有機溶剤がより好ましい。具体的には、溶剤としては、非プロトン性溶剤;たとえば、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、ターペン等の、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;塩化メチレン、トリクロロエタン等のハロゲン炭化水素溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;ジブチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、モノ−およびポリアルキレングリコールジアルキルエーテル(ジグライム類)等の脂肪族エーテル、脂環式エーテル等のエーテル類などを挙げることができる。上記溶剤は、ポリシラザンの溶解度や溶剤の蒸発速度等の目的にあわせて選択され、単独で使用されてもまたは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。これらの中でも、エーテル類が好ましく、脂肪族エーテルがより好ましく、ジブチルエーテルがさらに好ましい。
塗布液における非遷移金属(M1)を含む化合物の濃度は、特に制限されず、第1の層の膜厚や塗布液のポットライフによっても異なるが、好ましくは1〜80質量%、より好ましくは4〜50質量%である。
塗布液は、真空紫外線による改質を行う場合に改質を促進させるという観点から、触媒を含有することが好ましい。本発明に適用可能な触媒としては、塩基性触媒が好ましく、特に、アミン触媒、Pt化合物、Pd化合物、Rh化合物等の金属触媒、N−複素環式化合物が挙げられる。これらのうち、アミン触媒を用いることが好ましい。アミン触媒としては、特に制限されないが、たとえば、N,N,N',N'−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキサン等を用いることができる。この際添加する触媒の濃度としては、塗布液中の非遷移金属(M1)を含む化合物を基準としたとき、好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは0.1〜7質量%の範囲である。触媒添加量をこの範囲とすることで、反応の急激な進行による過剰なシラノール形成、および膜密度の低下、膜欠陥の増大などが発生する可能性をより低減することができる。
塗布液には、本発明の効果を損なわない限り、必要に応じて他の添加剤を用いることができる。
<塗布方法>
第1の層を形成するための塗布液を塗布する方法としては、従来公知の適切な湿式塗布方法が採用されうる。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、ダイコート法、グラビア印刷法等が挙げられる。
第1の層を形成するための塗布液を塗布する方法としては、従来公知の適切な湿式塗布方法が採用されうる。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、ダイコート法、グラビア印刷法等が挙げられる。
塗布厚さは、好ましい厚さや目的に応じて適切に設定されうる。
塗布液を塗布した後は、塗膜を乾燥させることが好ましい。塗膜を乾燥することによって、塗膜中に含有される有機溶媒を除去することができる。この際、塗膜に含有される有機溶媒は、すべてを乾燥させてもよいが、一部残存させていてもよい。一部の有機溶媒を残存させる場合であっても、好適な第1の層が得られうる。なお、残存する溶媒は後に除去されうる。
塗膜の乾燥温度は、適用する基材によっても異なるが、50〜200℃であることが好ましい。たとえば、ガラス転移温度(Tg)が70℃のポリエチレンテレフタレート基材を用いる場合には、乾燥温度は、熱による基材の変形等を考慮して150℃以下に設定することが好ましい。上記温度は、ホットプレート、オーブン、ファーネスなどを使用することによって設定されうる。乾燥時間は短時間に設定することが好ましく、たとえば、30分以内に設定することが好ましい。乾燥温度および乾燥時間の好ましい一例としては、乾燥温度が150℃である場合に30分以内に設定することが挙げられる。また、乾燥雰囲気は、大気雰囲気下、窒素雰囲気下、アルゴン雰囲気下、真空雰囲気下、酸素濃度をコントロールした減圧雰囲気下等のいずれの条件であってもよい。
上記製造方法においては、塗布液を塗布して得られた塗膜に対して、水分を除去する工程を含んでいてもよい。水分を除去する方法としては、低湿度環境を維持して除湿する形態が好ましい。低湿度環境における湿度は温度により変化するので、温度と湿度との関係は露点温度の規定により好ましい形態が示される。好ましい露点温度は4℃以下(温度25℃/湿度25%)で、より好ましい露点温度は−5℃以下(温度25℃/湿度10%)であり、維持される時間は第の1層の膜厚によって適宜設定することが好ましい。具体的には、露点温度は−5℃以下で、維持される時間は1分以上であることが好ましい。なお、露点温度の下限は特に制限されないが、通常、−50℃以上であり、−40℃以上であることが好ましい。改質処理前、あるいは改質処理を行う場合は改質処理中に水分を除去することによって、シラノールに転化した第1の層の脱水反応を促進する観点から好ましい形態である。
<改質処理>
工程1において、塗布液を塗布して得られた塗膜に、さらに改質処理をして第1の層を形成することが好ましい。ここで、改質処理とは、非遷移金属(M1)を含む化合物がケイ素含有化合物である場合、ケイ素含有化合物の酸化ケイ素または酸窒化ケイ素等への転化反応を指し、具体的にはガスバリア性フィルムが全体としてガスバリア性を発現するのに貢献できるレベルの無機薄膜を形成する処理をいう。
工程1において、塗布液を塗布して得られた塗膜に、さらに改質処理をして第1の層を形成することが好ましい。ここで、改質処理とは、非遷移金属(M1)を含む化合物がケイ素含有化合物である場合、ケイ素含有化合物の酸化ケイ素または酸窒化ケイ素等への転化反応を指し、具体的にはガスバリア性フィルムが全体としてガスバリア性を発現するのに貢献できるレベルの無機薄膜を形成する処理をいう。
ケイ素含有化合物の酸化ケイ素または酸窒化ケイ素等への転化反応は、公知の方法を適宜選択して適用することができる。改質処理としては、特に制限されず、種々の公知の方法を用いることができ、具体的には、プラズマ処理、紫外線照射処理、加熱処理が挙げられる。比較的低温(約200℃以下)で改質処理を行うことができ、樹脂基材への影響が少なく、また、改質処理が効率的に行われることから、改質処理が真空紫外線照射処理であることが好ましい。
さらに、第1の層を形成後、真空紫外線照射を行うことにより、たとえ第1の層を形成した後第2の層を形成するまでの間、高温高湿環境下で保存する工程を有していたとしても、最終的に得られるガスバリア層の組成が、保存する工程を有していない製造方法と比べてもほとんど変化せず、生産安定性がより向上する。したがって、実生産において、塗布工程や改質工程等の制限がより少なくなり、また、塗布工程や改質工程等における基材の搬送速度の制限もより少なくなり、生産性がより向上する。
紫外線照射は、バッチ処理にも連続処理にも適合可能であり、使用する基材の形状によって適宜選定することができる。たとえば、バッチ処理の場合には、紫外線発生源を具備した紫外線焼成炉で処理することができる。紫外線焼成炉自体は一般に知られており、たとえば、アイグラフィクス株式会社製の紫外線焼成炉を使用することができる。また、対象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紫外線発生源を具備した乾燥ゾーンで連続的に紫外線を照射することによりセラミックス化することができる。紫外線照射に要する時間は、使用する基材や第1の層の組成、濃度にもよるが、好ましくは0.1秒〜10分であり、より好ましくは0.5秒〜3分である。
真空紫外線照射による改質は、ポリシラザン化合物内の原子間結合力より大きい100〜200nmの光エネルギーを用い、好ましくは100〜180nmの波長の光エネルギーを用い、原子の結合を光量子プロセスと呼ばれる光子のみの作用により、直接切断しながら活性酸素やオゾンによる酸化反応を進行させることで、比較的低温(約200℃以下)で、酸窒化ケイ素を含む膜の形成を行う方法である。なお、エキシマ照射処理を行う際は、熱処理を併用することが好ましい。ここで、熱処理における温度としては、40〜150℃であることが好ましい。熱処理温度が40℃以上であると改質をより促進することができる。また、熱処理温度が150℃以下であると、基材等の変形の発生をより抑制することができる。
真空紫外線源は、100〜180nmの波長の光を発生させるものであればよいが、好適には約172nmに最大放射を有するエキシマラジエータ(たとえば、Xeエキシマランプ)、約185nmに輝線を有する低圧水銀蒸気ランプ、並びに230nm以下の波長成分を有する中圧および高圧水銀蒸気ランプ、および約222nmに最大放射を有するエキシマランプである。
このうち、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、波長の短い172nmの光のエネルギーは、有機物の結合を解離させる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塗膜の改質を実現できる。
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、すなわち短い波長でエネルギーを照射するため、解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。このため、熱の影響を受けやすいとされるPETなどのフレシキブルフィルム材料に適している。
真空紫外線照射処理装置としては、たとえば、株式会社エム・ディ・コム製エキシマ照射装置MODEL:MEUT−1−500等を用いることができる。
真空紫外線照射時の反応には、酸素が必要であるが、真空紫外線は、酸素による吸収があるため紫外線照射工程での効率が低下しやすいことから、真空紫外線の照射は、可能な限り酸素濃度および水蒸気濃度の低い状態で行うことが好ましい。すなわち、真空紫外線照射時の酸素濃度は、10〜20,000体積ppm(0.001〜2体積%)とすることが好ましく、50〜10,000体積ppm(0.005〜1体積%)とすることがより好ましい。また、転化プロセスの間の水蒸気濃度は、好ましくは1,000〜4,000体積ppmの範囲である。
真空紫外線照射時に用いられる、照射雰囲気を満たす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。
真空紫外線照射において、ポリシラザン塗膜が受ける塗膜面での該真空紫外線の照度は1mW/cm2〜10W/cm2であると好ましく、30mW/cm2〜200mW/cm2であることがより好ましく、50mW/cm2〜160mW/cm2であるとさらに好ましい。1mW/cm2以上であれば、改質効率が向上し、10W/cm2以下であれば、塗膜に生じうるアブレーションや、基材へのダメージを低減することができる。
真空紫外線照射を行う場合、塗膜の表面における真空紫外線の照射エネルギー量(照射量)は、0.1J/cm2以上10J/cm2未満であることが好ましく、0.2〜5J/cm2であることがより好ましい。照射エネルギー量がこの範囲であれば、たとえ第1の層を形成した後第2の層を形成するまでの間、高温高湿環境下で保存する工程を有していたとしても、最終的に得られるガスバリア層の組成がほとんど変化せず、生産安定性がより向上する。また、実生産において、塗布工程や改質工程の制限がより少なくなり、塗布工程や改質工程における基材の搬送速度の制限もより少なくなり、生産性がより向上する。
また、照射表面と光源との距離は、0.5〜10mmであることが好ましい。照射表面と光源との距離が0.5mm以上であると、基材を搬送しながら連続処理する場合に、基材表面と光源が接触することに起因する傷をより低減させることができる。また、照射表面と光源との距離が10mm以下であると、基材表面と光源との間に存在する真空紫外線吸収性を有するガスによる光量低下をより抑制することができる。
用いられる真空紫外線は、CO、CO2およびCH4の少なくとも一種を含むガスで形成されたプラズマにより発生させてもよい。さらに、CO、CO2およびCH4の少なくとも一種を含むガス(以下、炭素含有ガスとも称する)は、炭素含有ガスを単独で使用してもよいが、希ガスまたはH2を主ガスとして、炭素含有ガスを少量添加することが好ましい。プラズマの生成方式としては容量結合プラズマなどが挙げられる。
〔遷移金属(M2)を含む第2の層および第3の層の形成〕
本発明に係るガスバリア性フィルムの製造方法は、第1の層上に、前記第1の層と接するように、物理蒸着法により、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて遷移金属(M2)を含む第2の層を形成する工程2と、前記第2の層上に、前記第2の層と接するように、物理蒸着法により、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて遷移金属(M2)を含む第3の層を形成する工程3と、を必須に含む。第2の層および第3の層は、第2の層を第1の層と接するように、かつ第3の層を第2の層と接するように形成することで、さらなるガスバリア性の向上および低ヘイズ化を実現させる。かかる機能が実現される理由は、前述のように、第2の層および第3の層が形成される際に、第1の層中における、第2の層と第1の層との界面近傍において、金属化合物の高密度な構造が形成されるからであると推測している。
本発明に係るガスバリア性フィルムの製造方法は、第1の層上に、前記第1の層と接するように、物理蒸着法により、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて遷移金属(M2)を含む第2の層を形成する工程2と、前記第2の層上に、前記第2の層と接するように、物理蒸着法により、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて遷移金属(M2)を含む第3の層を形成する工程3と、を必須に含む。第2の層および第3の層は、第2の層を第1の層と接するように、かつ第3の層を第2の層と接するように形成することで、さらなるガスバリア性の向上および低ヘイズ化を実現させる。かかる機能が実現される理由は、前述のように、第2の層および第3の層が形成される際に、第1の層中における、第2の層と第1の層との界面近傍において、金属化合物の高密度な構造が形成されるからであると推測している。
本発明において、第2の層および第3の層は、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて形成される。すなわち、第2の層および第3の層を形成するための原料としては、遷移金属(M2)そのものを用いてもよいし、遷移金属(M2)含む化合物を用いてもよい。
遷移金属(M2)とは、本願明細書においては、長周期型周期表の第3族元素から第11族元素を表す。遷移金属としては、特に制限されず、任意の遷移金属を用いることができるが、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Auを含むことが好ましい。これらのなかでも、さらなるガスバリア性の向上効果を得るとの観点から、遷移金属としては、Nb、Ta、V、Zr、Ti、Hf、Y、La、Ceであることがより好ましい。また、同様の観点から、長周期型周期表の第5族の金属から選択される金属であること、すなわちNb、Ta、Vから選択される金属であることがさらに好ましく、Nbであることが特に好ましい。また、遷移金属(M2)は単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができるが、単独で用いることが好ましい。これより、遷移金属(M2)はNbのみであることが最も好ましい。
ここで、第2の層を形成するための原料に含まれる遷移金属(M2)と、第3の層を形成するための原料に含まれる遷移金属(M2)とは、同じであっても異なっていてもよい。ただし、第2の層に含まれる遷移金属(M2)と、第3の層に含まれる遷移金属(M2)とは、さらなるガスバリア性の向上効果を得るとの観点から、同じであることが好ましく、共に長周期型周期表の第5族から選択される金属であること、すなわちNb、Ta、Vであることがより好ましく、共にNbであることがさらに好ましい。さらなるガスバリア性の向上効果は、非遷移金属(M1)と遷移金属(M2)との結合がより生じやすい組み合わせであることに起因して得られると考えられる。
ここで、遷移金属(M2)を含む化合物としては、特に制限されないが、たとえば、有機金属化合物、酸化物、窒化物、酸窒化物、酸炭化物等が挙げられる。これらのなかでも、酸化物であることが好ましい。
また、遷移金属(M2)の酸化物としては、酸素欠損型遷移金属酸化物であることが好ましく、酸素欠損型酸化ニオブであることが特に好ましい。ここで、酸素欠損型酸化ニオブとしては、特に制限されないが、たとえば、Nb12O29の組成のもの等を用いることができる。
ここで、酸素欠損型遷移金属酸化物とは、化学量論的に得られる遷移金属酸化物をMOx2とした場合に、x1<x2である金属酸化物MOx1を指す。例えば、Nb(ニオブ)の酸化物を例に挙げると、Nbの化学量論的に得られる酸化物は五酸化二ニオブであり、これはNbO2.5であるため、x2=2.5である。Nbは三酸化二ニオブの組成も取りうるが、本発明においてのx2は、酸化度の最も大きい化学量論的な化合物のx2を意味する。遷移金属M2を酸素欠損となる条件で積層すると、第1の層に含まれる非遷移金属M1および第2の層に含まれる金属M2は、酸素のみとの間で結合することが困難となるため、第1の層に含まれる非遷移金属M1と第2の層に含まれる金属M2との間に結合を生じやすい。
また、第2の層および第3の層を形成するための原料としては、その他の金属または化合物がさらに含まれていてもよい。かような原料を用いる形成方法としては、たとえば、共蒸着を行う場合が挙げられる。このとき、第2の層および第3の層を形成するための原料の中に、前述の第1の層を形成しうる原料、すなわち非遷移金属(M1)または非遷移金属(M1)を含む化合物がさらに含まれていてもよい。この場合は、層の分類を以下のようにして決定する。まず、第2の層または第3の層のみをガスバリア性フィルムの製造と同条件で別途成膜する。次いで、その層中に存在する非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)の元素としてのモル量をそれぞれ確認する。そして、遷移金属(M2)のモル量が非遷移金属(M1)のモル量よりも多い場合は、かかる層の形成を第2の層または第3の層の形成として取り扱うものとする。ただし、本発明においては、第2の層または第3の層を形成するための原料の中に、非遷移金属(M1)または非遷移金属(M1)を含む化合物が含まれていないことが好ましい。
また、工程2および工程3によって形成された第2の層および第3の層は、遷移金属(M2)を含む。第2の層および第3の層に含まれる遷移金属(M2)としては、金属元素単体の状態であってもよいし、遷移金属(M2)を含む化合物の状態であってもよい。また、第2の層および第3の層は、遷移金属(M2)および酸素(O)を含むことが好ましい。好ましい遷移金属(M2)の種類は、前述の第2の層および第3の層を形成するための原料における遷移金属(M2)と同様である。
本発明において、第2の層および第3の層は、物理蒸着法(PVD法)で形成される。物理蒸着法(Physical Vapor Deposition)は、気相中で物質の表面に物理的手法により目的とする物質の薄膜を堆積する方法である。物理蒸着法は、蒸発系およびスパッタ系に大別することができる。遷移金属(M2)単体または遷移金属(M2)の酸化膜、窒化膜、酸窒化膜または酸炭化膜のスパッタ法による成膜は、2極スパッタリング、マグネトロンスパッタリング、中間的な周波数領域を用いたデュアルマグネトロン(DMS)スパッタリング、イオンビームスパッタリング、ECRスパッタリングなどを用いることができる。また、ターゲットの印加方式はターゲット種に応じて適宜選択され、DC(直流)スパッタリング、およびRF(高周波)スパッタリングのいずれを用いてもよい。遷移金属(M2)単体または遷移金属(M2)の酸化膜、窒化膜、窒酸化膜または炭酸化膜のスパッタリングを行なう際には、そのターゲットに前述の遷移金属(M2)単体または遷移金属(M2)を含む化合物を用いることができる。不活性ガスとしては、He、Ne、Ar、Kr、Xe等を用いることができ、Arを用いることが好ましい。さらに、プロセスガス中に酸素、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素を導入することで、遷移金属(M2)単体または遷移金属(M2)の酸化物、窒化物、窒酸化物、炭酸化物の薄膜を作ることができる。RF(高周波)スパッタ法で成膜する場合は、遷移金属(M2)の酸化物、窒化物、たとえばNb、Ta、V、Zr、Ti、Hf、Y、La、Ce等を含むセラミックターゲットを用いることが好ましい。スパッタ法における成膜条件としては、印加電力、放電電流、放電電圧、時間等が挙げられるが、これらは、スパッタ装置や、膜の材料、膜厚等に応じて適宜選択できる。その他、蒸発系の物理蒸着法である、真空蒸着法(加熱方法:抵抗加熱、電子ビーム、高周波誘導、レーザー等)、分子線蒸着法(MBE)、イオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法などを用いてもよい。
本発明に係るガスバリア性フィルムの製造方法は、工程2および工程3において、第2の層を形成する蒸着速度をDR2(nm/秒)、第3の層を形成する蒸着速度をDR3(nm/秒)としたとき、DR3(nm/秒)に対するDR2(nm/秒)の比であるR(DR2/DR3)が、下記式1を満たす。
本発明の範囲外であるR(DR2/DR3)が0.2未満となる場合としては、第1に、DR3(nm/秒)の値に対してDR2(nm/秒)の値が、本発明の範囲を実現する条件よりも小さい場合が挙げられる。このとき、極めて高いガスバリア性および低ヘイズ化を実現できない理由としては、蒸着粒子が非遷移金属(M1)を含む第1の層内へと入り込む距離が小さくなり、均一な複合組成領域を十分な膜厚で形成することが困難となるからであると推測される。また、第2に、DR2(nm/秒)の値に対してDR3(nm/秒)の値が、本発明の範囲を実現する条件よりも大きい場合が挙げられる。このとき、極めて高いガスバリア性および低ヘイズ化を実現できない理由は、以下のように推測される。まず、高いエネルギーを有する第3の層の蒸着粒子は第2の層を通り抜け易く、また第2の層を形成する蒸着粒子と衝突して、第2の層の蒸着粒子を打ち出し易い。これより、高い運動エネルギーを有したまま非遷移金属(M1)を含む第1の層内へと入り込む蒸着粒子の量が増加する。その結果、蒸着粒子が非遷移金属(M1)を含む第1の層内へと入り込む距離や、非遷移金属(M1)を含む第1の層内へと入り込む蒸着粒子の数の不均一性が増加し、複合組成領域の膜厚が面内で不均一となる。
本発明の範囲外であるR(DR2/DR3)が0.9以上となる場合は、第1に、DR3(nm/秒)の値に対してDR2(nm/秒)の値が、本発明の範囲を実現する条件よりも大きい場合が挙げられる。このとき、極めて高いガスバリア性および低ヘイズ化を実現できない理由は、以下のように推測される。まず、高いエネルギーを有する第2の層を形成する蒸着粒子は、高い運動エネルギーを有したまま非遷移金属(M1)を含む第1の層内へと入り込む量が増加する。その結果、面内における蒸着粒子が非遷移金属(M1)を含む第1の層内へと入り込む距離や、面内における非遷移金属(M1)を含む層内へと入り込む蒸着粒子の数の不均一性が増加し、複合組成領域の膜厚が面内で不均一となるからである。また、第2に、DR2(nm/秒)の値に対してDR3(nm/秒)の値が、本発明の範囲を実現する条件よりも小さい場合が挙げられる。このとき、極めて高いガスバリア性を実現できない理由は、第3の層を形成する際の蒸着粒子の運動エネルギーが小さいことから、第2の層の有する膜厚の均一性を保持したままで、複合組成領域の膜厚を大きくする効果が不十分となるからであると推測される。また、このとき、低ヘイズ化を実現できない理由としては、以下のように推測される。まず、第2の層の形成時おいて、速い蒸着速度を有する第2の層の蒸着粒子は第1の層と複合組成領域をより容易に形成することから、第1の層に第2の層の蒸着粒子の大部分が入り込む。その後、第3の層の形成時おいて、低い蒸着速度を有する第3の層の蒸着粒子の複合組成領域の形成への寄与は少ないため、第3の蒸着粒子は主に第3の層のみを形成する。その結果、ガスバリア性フィルムの厚さ方向対して、複合組成領域と遷移金属(M2)を含む層との間で急激に組成が変化することとなり、低ヘイズ化を実現することが困難となる。
同様の観点から、R(DR2/DR3)は、0.2≦R≦0.8であることが好ましく、0.4≦R≦0.6であることがより好ましく、0.5≦R≦0.6であることがさらに好ましい。
ここで、蒸着速度(nm/秒)は、蒸着膜の膜厚(nm)から、蒸着時間(秒)を除することで算出することができる。すなわち、DR2(nm/秒)は、第2の層の膜厚T2(nm)から、第2の層を形成するための蒸着時間t2(秒)を除することで算出することができる。また、DR3(nm/秒)は、第3の層の膜厚T3(nm)から、第3の層を形成するための蒸着時間t3(秒)を除することで算出することができる。なお、蒸着時間とは、蒸着膜の膜厚T2(nm)またはT3(nm)を形成するのに要した時間を指す。
本発明においては、前述のように、第2の層および第3の層の形成時に、蒸着粒子が第1の層である非遷移金属を含む層内へと入り込むと考えられ、また第3の層の形成時に、蒸着粒子が第2の層を通り抜けるか、または第2の層を形成している蒸着粒子と衝突して、第2の層の蒸着粒子を打ち出すと考えられる。さらに、第2の層および第3の層は、同組成となることもあり、かつ後述のように真空状態を維持したまま連続蒸着により形成される場合もありうる。これより、T2(nm)およびT3(nm)は、製造されたガスバリア性フィルムそのものから測定、算出することは困難な場合がある。これより、T2(nm)およびT3(nm)は、第2の層および第3の層の成膜条件において、事前に蒸着粒子が内部に入り込みにくい基材を用いて成膜を行った上で、得られた層の膜厚を測定し、その膜厚を蒸着時間で除することによって求めることができる。なお、本明細書における膜厚測定および蒸着速度算出の際には、測定用基材として、ガラス基材を用いている。ガラス基材としては、市販のものも用いることができ、たとえば、コーニング社製Willow Glass等を用いることができる。
なお、DR2(nm/秒)およびDR3(nm/秒)は、公知の蒸着方法により達成しうる蒸着速度の範囲内では特に制限されず本発明の効果を得ることができる。ここで、DR2(nm/秒)は、0.1nm/秒以上、890.0nm/秒以下であることが好ましい。かかる範囲内であると、さらなるガスバリア性の向上効果およびさらなる低ヘイズ化効果を得ることができる。かかる理由は、第2の層の蒸着によって面内で均一な膜厚を有する複合組成領域を形成する効果がより高まるからであると考えられる。同様の観点から、DR2(nm/秒)は、0.2nm/秒以上、260.0nm/秒以下であることがより好ましく、0.3nm/秒以上、260.0nm/秒以下であることがさらに好ましく、0.3nm/秒以上、89.0nm/秒以下であることがよりさらに好ましく、0.3nm/秒以上、8.9nm/秒以下であることが特に好ましく、0.4nm/秒以上、1.6nm/秒以下が最も好ましい。また、DR3(nm/秒)は、0.5nm/秒以上、1000.0nm/秒以下であることが好ましい。かかる範囲内であると、さらなるガスバリア性の向上効果およびさらなる低ヘイズ化効果を得ることができる。かかる理由は、第3の層の蒸着によって第2の層の有する膜厚の均一性を保持したまま、複合組成領域の膜厚を大きくする効果がより高まるからであると考えらえる。同様の観点から、DR3(nm/秒)は、1.0nm/秒以上、300.0nm/秒以下であることがより好ましく、1.5nm/秒以上、300.0nm/秒以下であることがさらに好ましく、1.5nm/秒以上、100.0nm/秒以下であることがよりさらに好ましく、1.5nm/秒以上、10.0nm/秒以下であることが特に好ましい。
ここで、基材が搬送されている場合、蒸着時間(秒)は、1つの蒸着源から蒸着される蒸着粒子が蒸着面に堆積する搬送方向の長さである蒸着面長(m)を、基材の搬送速度(m/min)を適切に単位換算した値(m/秒)で除することで算出することができ、蒸着速度は、蒸着膜厚(nm)を蒸着時間(秒)で除することで算出することができる。
T2(nm)は、特に制限されないが、0.5nm以上であることが好ましく、0.5nm以上、5.0nm以下であることがより好ましい。0.5nm以上であると、さらなるガスバリア性の向上効果およびさらなる低ヘイズ化効果を得ることができる。かかる理由は、蒸着粒子が非遷移金属(M1)を含む層内へと入り込む距離がより大きくなり、より大きな膜厚で均一な複合組成領域を形成することができるからであると推測される。また、5.0nm以下であると、さらなるガスバリア性の向上効果およびさらなる低ヘイズ化効果を得ることができる。かかる理由は、面内における第2の層を形成する蒸着粒子が非遷移金属(M1)を含む第1の層内へと入り込む距離や、面内における非遷移金属(M1)を含む第1の層内へと入り込む第2の層を形成する蒸着粒子の数の均一性がより高くなり、複合組成領域の膜厚の面内均一性がより高まるからであると推測される。同様の観点から、T2(nm)は、0.8nm以上、3.5nm以下であることがさらに好ましく、1.6nm以上、2.4nm以下であることが特に好ましく、2.0nm以上、2.4nm以下であることが最も好ましい。
また、T3(nm)は、特に制限されないが、2.0nm以上であることが好ましく、2.0nm以上、10.0nm以下であることがより好ましい。2.0nm以上であると、さらなるガスバリア性の向上効果およびさらなる低ヘイズ化効果を得ることができる。かかる理由は、第3の層の蒸着によって、第2の層を形成する蒸着粒子が非遷移金属(M1)を含む第1の層内へと深く入り込む効果をより高度に得ることができ、またガスバリア性フィルムの厚さ方向における組成変化がより緩やかになるからであると推測される。また、10.0nm以下であると、さらなるガスバリア性の向上効果およびさらなる低ヘイズ化効果を得ることができる。かかる理由は、第3の層の蒸着粒子の量が適度に抑えられることから、面内において蒸着粒子が非遷移金属(M1)を含む第1の層内へと入り込む距離や、面内において非遷移金属(M1)を含む第1の層内へと入り込む蒸着粒子の数の均一性がより高くなり、複合組成領域の膜厚の面内均一性がより高まるからであると推測される。同様の観点から、T3(nm)は、3.0nm以上、5.0nm以下であることがさらに特に好ましく、3.0nm以上、4.0nm以下であることが最も好ましい。
第2の層を形成する蒸着時間をt2(秒)、第3の層を形成する蒸着時間をt3(秒)とすると、t2(秒)およびt3(秒)は、特に制限されないが、0.1秒以上10.0秒以下であることが好ましく、0.5秒以上6.0秒以下であることがより好ましく、1.0秒以上4.0秒以下であることがさらに好ましい。
工程2および工程3において、第2の層または第3の層を形成するための真空チャンバ内の圧力(真空度)は、適宜調整することができるが、圧力は、さらなるガスバリア性の向上効果を得るとの観点から、10Pa以下であることが好ましく、1×10−8Pa以上、10Pa以下であることがより好ましく、1×10−4Pa以上、1.0Pa以下であることがさらに好ましく、0.01Pa以上、1.0Pa以下にすることが特に好ましい。
また、工程2および工程3において、第2の層および第3の層は、さらなるガスバリア性の向上効果を得るとの観点から、真空状態を維持したまま連続蒸着により形成することが好ましい。本願明細書において、真空状態とは、真空チャンバ内の圧力が10Pa以下であることを表す。真空状態を維持したまま連続蒸着することが好ましい理由は、第2の層および第3の層を圧力が10Pa以下で連続蒸着するとき、第3の層を形成する前に、第2の層の表面または内部が酸素または水分などの外気にさらされることを避けることができるからであると考えられる。そして、第2の層中の劣化を防止することで、遷移金属(M2)と他の元素とが意図せぬ結合状態を形成することが抑制され、非遷移金属(M1)と遷移金属(M2)との結合がより生じやすくなるからであると考えられる。同様の観点から、第2の層および第3の層を連続して形成するための真空チャンバ内の圧力は、第2の層の形成開始時から第3の層の形成完了までの間、仮に搬送が必要となる場合は搬送中も含めて、1×10−8Pa以上、10Pa以下の範囲を維持することがより好ましく、1×10−4Pa以上、1.0Pa以下の範囲を維持することがさらに好ましく、0.01Pa以上、1.0Pa以下の範囲を維持することが特に好ましい。
工程2および工程3において、第2の層および第3の層を形成する方法としては、特に制限されないが、ロールツーロール方式を用いることが、より生産性が向上するとの観点から好ましい。また、工程2および工程3において、第2の層および第3の層を、ロールツーロール方式で基材および第1の層の積層体(以下、蒸着基材とも称する)が一定の搬送速度(ライン速度とも称する)で搬送された状態で形成することがより好ましい。蒸着基材を一定の速度で搬送した状態で第2の層および第3の層を形成することで、第2の層および第3の層のそれぞれの蒸着時間および膜厚の制御、ならびに蒸着速度の設定および確認がより容易となり、生産性をより向上することができる。
蒸着基材の搬送速度は、特に制限されず、蒸着方法や圧力等に応じて適宜調整することができるが、搬送速度が0.5m/min以上、100m/min以下であることが好ましい。搬送速度が0.5m/min以上であると、生産性をより向上することができる。また、搬送速度が100m/min以下であると、さらなるガスバリア性の向上効果を得ることができる。さらなるガスバリア性の向上効果は、十分な膜厚の蒸着膜が形成され、蒸着膜の微小欠陥を減少させることで得られると考えられる。また、蒸着基材の搬送速度は、1m/min以上、50m/min以下であることがより好ましい。搬送速度が50m/min以下であると、顕著なガスバリア性の向上効果をより容易に得ることができる。かかる理由は、蒸着粒子が非遷移金属(M1)を含む第1の層内へと入り込む量がより多くなり、非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)を含む複合組成領域の形成がより促進されるからであると考えられる。また、搬送速度がかかる範囲内であると、第2の層および第3の層のそれぞれの蒸着時間および膜厚の制御、ならびに蒸着速度の設定および確認がより容易となり、さらに生産性を向上することができる。同様の観点から、蒸着基材の搬送速度は、4m/min以上、20m/min以下とすることがさらに好ましい。
なお、工程2および3のみではなく、前述の工程1も含めてロールツーロール方式によってガスバリア性フィルムを製造することも本発明の好ましい一形態である。
なお、蒸着膜の膜厚制御および蒸着速度制御の容易性、生産性ならびに装置選択の自由度の観点から、本発明の一形態に係るガスバリア性フィルムの製造方法は、工程2および工程3において、第2の層を形成するための蒸着時間をt2(秒)、第3の層を形成するための蒸着時間t3(秒)としたとき、t2(秒)およびt3(秒)が下記式2を満たすことが特に好ましい。
かかる製造方法の好ましい例としては、ロールツーロール方式で、かつ第2の層を形成するための領域の設備および構造と、第3の層を形成するための領域の設備および構造とが同一である装置を用いる方法が挙げられる。これは、かかる装置において基材が一定の搬送速度で搬送されている場合は、蒸着基材が第2の層を形成するための領域を通過する時間と、蒸着基材が第3の層を形成するための領域を通過する時間が同一となることによる。
かかる製造方法においては、蒸着速度は、単位時間当たりに堆積される蒸着膜の膜厚で表される。これより、t2(秒)とt3(秒)とが同一である場合は、蒸着速度は膜厚のみに比例する。すなわち、第3の層を形成する蒸着速度DR3(nm/秒)に対する第2の層を形成する蒸着速度DR2(nm/秒)の比であるRは、第3の層の膜厚T3(nm)に対する第2の層の膜厚T2(nm)の比より算出することが可能となる。かかる条件の製造方法としては、より具体的には、第2の層を形成する蒸着時間をt2(秒)、第3の層を形成する蒸着時間t3(秒)とし、第2の層の膜厚をT2(nm)、第3の層の膜厚T3(nm)としたとき、t2(秒)およびt3(秒)が下記式2を満たし、DR2(nm/秒)およびT2(nm)が下記式3を満たし、DR3(nm/秒)およびT3(nm)が下記式4を満たすガスバリア性フィルムの製造方法として表現することができる。かような製造方法は、本発明の特に好ましい一実施形態である。
なお、第2の層および第3の層は、反応ガスの種類、ターゲットの種類、圧力、フィルム(蒸着基材)の搬送速度、装置が備える成膜ローラーの直径および蒸着源と蒸着面との間に設置される防着板で規制される搬送方向の開口長などを適宜調整すること等により、所望の特性を有する層として製造することができる。
ここで、第2の層を形成する蒸着速度をDR2(nm/秒)、第3の層を形成する蒸着速度をDR3(nm/秒)は、特に限定されないが、例えばスパッタ法においては、制御の簡易性の観点から、スパッタ電源パワーを制御することによって制御することが好ましい。
工程2および工程3において用いられる物理蒸着法としては、さらなるガスバリア性の向上および低ヘイズ化を達成するとの観点から、スパッタ法であることが好ましい。
本発明の一形態に用いることができるスパッタリング装置としては、特に制限されず、公知の装置を用いることができる。ロールツーロール方式で真空状態を維持したまま連続蒸着を行うためのスパッタリング装置としては、たとえば、特開2012−237047号公報に記載の装置(マグネトロンスパッタリングカソードを備えたロールツーロール方式のスパッタリング装置)、特開2006−334909号公報 図5に記載の装置、特開2015−074810号公報 図1に記載の装置、Applied Material社製の装置名SmartWeb XL 1400 12 cathode system、SmartWeb XL 1400 6 cathode system等、公知の装置を用いることができる。
スパッタ法に用いられる電源としては、特に制限されないが、蒸着速度の観点から、DC電源、DCパルス電源またはMF電源を用いることが好ましい。これらの電源としては、たとえば、株式会社アルバック製のDC電源 DPG−10、DPG−10H、DPG−20およびDPG−20H、アドバンストエナジー社のDCパルス電源 Pinnacle Plus+(商標) 5K、10K、5K Dual、トルンプ社 MF電源
MF Generators TruPlasma MF Series 7000等を用いることができる。
MF Generators TruPlasma MF Series 7000等を用いることができる。
第2の層および第3の層を形成する方法としては、スパッタ法のなかでも、反応性スパッタ法を用いることが好ましい。反応性スパッタ法は、スパッタする際に酸素や窒素などの反応ガスを、チャンバ内に流すことでターゲット構成物質に含まれる成分とガスとの生成物質を薄膜として堆積させる技術である。反応性スパッタ法によれば、膜組成が均一となり、ガスバリア性がより高くなるため好ましい。反応性スパッタ法においては、ターゲットとして、前述の各種の遷移金属(M2)または各遷移金属(M2)を含む化合物を用いることができる。ターゲットとしては、前述のように、遷移金属(M2)の酸化物を用いることが好ましく、酸素欠損型遷移金属酸化物を用いることがより好ましく、酸素欠損型酸化ニオブを用いることが特に好ましい。また、不活性ガスとしては、He、Ne、Ar、Kr、Xe等を用いることができ、Arを用いることが好ましい。さらに、反応ガスとしては、酸素、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、アンモニア、H2O、アセチレンを用いることができ、酸素を用いることが好ましい。
反応性スパッタ法におけるスパッタリングガス中の反応ガスの含有量は特に制限されないが、スパッタリングガスの全圧に対して、反応ガスの分圧が1〜50%であることが好ましく、3〜30%であることがより好ましく、5〜20%であることがさらに好ましい。
反応性スパッタ法において、ターゲットへの投入電力(スパッタ電源パワー)は適宜設定されるが、1〜10W/cm2であることが好ましく、2〜8W/cm2であることがより好ましく、2〜7W/cm2であることがさらに好ましく、4〜7W/cm2であることが特に好ましい。
また、反応性スパッタ法において、成膜時のガス圧は、装置の種類などによっても異なるので一概に規定できないが、0.01以上、1.0Pa以下にすることが好ましく、0.1以上、1.0Pa以下であることがより好ましく、0.2以上、0.8Pa以下であることがさらに好ましい。
なお、反応性スパッタ法で形成される膜の膜厚は、成膜時のフィルムの搬送速度、ターゲットへの投入電力や電圧、酸素濃度、開口部形状(成膜エリア)で制御される。
図1は、本発明の一形態に係る製造方法において、第2の層および第3の層の形成に用いられる製造装置の好ましい一例を示す模式図である。具体的には、図1は、ロールツーロール方式で真空状態を維持したまま連続蒸着を行うためのスパッタリング装置を示す模式図である。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の一形態に用いられる装置を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。なお、本発明は以下で説明する一形態のみに限定されるものではない。
図1のスパッタリング装置1は、真空チャンバ2、供給側搬送系チャンバ3および収納側搬送系チャンバ4を備えている。スパッタリング装置1は、真空チャンバ2内に、搬送ローラー7、8と、成膜ローラー11と、カソード12とを備え、また真空チャンバ2には、反応ガス供給装置19と、不活性ガス供給装置20と、真空ポンプ18とが接続されている。ここで、真空チャンバ2は、かかる真空ポンプ18により真空チャンバ2内の圧力を適宜調整することが可能となっている。さらに、カソード12は図示を省略した放電電源に接続されている。また、スパッタリング装置1は、供給側搬送系チャンバ3内に、搬送ローラー6と、送り出しローラー5と、を備えており、収納側搬送系チャンバ4内に、搬送ローラー9と、巻き取りローラー10と、を備えている。なお、供給側搬送系チャンバ3および収納側搬送系チャンバ4は、それぞれ真空ポンプ18に接続されており、かかる真空ポンプにより供給側搬送系チャンバ3および収納側搬送系チャンバ4内の圧力を、それぞれ独立して適宜調整することが可能となっている。さらに、スパッタリング装置1は、真空チャンバ2と供給側搬送系チャンバ3との間に、ロードロック21を備えており、真空チャンバ2と収納側搬送系チャンバ4との間に、ロードロック22を備えている。かかるロードロック21および22により、ロール交換等によって供給側搬送系チャンバ3および収納側搬送系チャンバ4が大気開放された状態であっても、フィルムを通した状態で真空チャンバ2内の真空状態を保持することができる。
送り出しローラー5は、ロール状に巻回された蒸着基材15(ここで、蒸着基材15とは、基材、または第1の層と基材とを含む積層体を表す)を装填されるものであり、回転して蒸着基材15を送り出す。送り出された蒸着基材15は、搬送ローラー6を経て、ロードロック21を通過し、さらに搬送ローラー7を経て、成膜ローラー11に到達する。放電電源(図示せず)に接続されたカソード12上に保持されたターゲット13(たとえば、酸素欠損型酸化ニオブターゲット)に、反応ガス供給装置19より供給された反応ガス(たとえば、酸素や窒素)、および不活性ガス供給装置20より供給された不活性ガス(たとえば、アルゴン)が導入混合されて、第2の層および第3の層を形成するためのスパッタリングが順次行われ、蒸着基材15上に、第2の層と第3の層とが直接接する積層構造を含む積層体16が形成されて、積層体フィルム17となる。
次いで、積層体フィルム17は、搬送ローラー8を経て、ロードロック22を通過し、さらに搬送ローラー9を経て、巻き取りローラー10に到達し、積層体フィルム17はロール状に巻き取られる。ここで、さらに他の層を設けない場合は、積層体フィルム17がガスバリア性フィルムとなる。また、さらに他の層を設ける場合は、積層体フィルム17にさらに他の層を形成したフィルムがガスバリア性フィルムとなる。
装置1では、スパッタリング粒子の混入や、反応ガスや不活性ガス等の成膜雰囲気ガスの混入を防ぐための隔壁14が配置してある。装置1においては、6つのカソードを配置しているが、このように各隔壁間に他のカソードを配置して、複数個所からスパッタリングを行ってもよい。複数個所からスパッタリングを行うことで、1つの真空チャンバあたりのスループットが向上できるので、少ない追加装置コストで成膜コスト抑制やタクトタイム短縮が可能となる。
なお、装置1を用いて第2の層および第3の層を形成する場合は、6つのカソードのうち、少なくとも2つのカソードを用いて第2の層および第3の層を形成することとなる。第2の層および第3の層を形成するための2つのカソードの位置は、特に制限されないが、隣接して配置されている2つのカソードを選択することが好ましい。また、第2の層および第3の層以外に、さらに層を形成する場合は、残りのカソードを使用することができる。7つ以上の層を形成する場合は、たとえば、真空チャンバ2を2つ直列に結合した構造とすることもできる。
また、装置1においては、各隔壁間で独立して真空状態、反応ガスや不活性ガス等の成膜雰囲気を独立して制御しうるよう、それぞれの各壁間に真空ポンプ18、反応ガス供給装置19および不活性ガス供給装置20を備えている。しかしながら、成膜雰囲気は真空チャンバ2全体として制御してもよく、この場合は真空チャンバ2内の任意の位置に、真空ポンプ18、反応ガス供給装置19および不活性ガス供給装置20を、それぞれ少なくとも1つ備えていればよい。
送り出しローラー5、搬送ローラー6、7、8、9および成膜ローラー11としては適宜公知のローラーを用いることができる。また、巻取りローラー10としても、蒸着基材15上に積層体16を形成した積層体フィルム17を巻き取ることが可能なものであればよく、特に制限されず、適宜公知のローラーを用いることができる。
ロードロック21およびロードロック22としては、真空チャンバ2、供給側搬送系チャンバ3および収納側搬送系チャンバ4内の圧力を、それぞれ独立して適宜調整できるよう、任意に各チャンバを気密保持することができるものであればよい。これより、ロードロック21およびロードロック22としては、特に制限されず、適宜公知のロードロックを用いることができる。公知のロードロックとしては、たとえば、特開2015−074810号公報 図1に記載の装置のような、内部に対向する二本のローラーゲートを備えるロードロックバルブや、ローラーゲート以外の、フィルムを挟んで気密保持できる形状の柔軟な部材を備えるロードロックバルブ等が挙げられる。
反応ガス供給装置19、不活性ガス供給装置20および真空ポンプ18としては、ガス等を所定の速度で供給または排出することが可能なものを適宜用いることができる。
ターゲット13としては、遷移金属(M2)単体または遷移金属(M2)の酸化膜、窒化膜、窒酸化膜または炭酸化膜等のスパッタリングを行なう際には、前述の各遷移金属(M2)単体または遷移金属(M2)を含む化合物を用いることができる。
〔種々の機能を有する層(他の層)の形成〕
本発明の一形態に係るガスバリア性フィルムの製造方法においては、種々の機能を有する層を形成する工程をさらに設けていてもよい。
本発明の一形態に係るガスバリア性フィルムの製造方法においては、種々の機能を有する層を形成する工程をさらに設けていてもよい。
<アンカーコート層>
本発明の一形態に係る製造方法は、第1の層を形成する側の基材の表面には、基材と第1の層との密着性の向上を目的として、アンカーコート層を形成する工程をさらに有していてもよい。
本発明の一形態に係る製造方法は、第1の層を形成する側の基材の表面には、基材と第1の層との密着性の向上を目的として、アンカーコート層を形成する工程をさらに有していてもよい。
アンカーコート層に用いられるアンカーコート剤としては、ポリエステル樹脂、イソシアネート樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エチレンビニルアルコール樹脂、ビニル変性樹脂、エポキシ樹脂、変性スチレン樹脂、変性シリコン樹脂、およびアルキルチタネート等を単独でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。
これらのアンカーコート剤には、従来公知の添加剤を加えることもできる。そして、上記のアンカーコート剤は、ロールコート、グラビアコート、ナイフコート、ディップコート、スプレーコート等の公知の方法により支持体上にコーティングし、溶剤、希釈剤等を乾燥除去することによりアンカーコーティングすることができる。上記のアンカーコート剤の塗布量としては、0.1〜5.0g/m2(乾燥状態)程度が好ましい。
また、アンカーコート層は、物理蒸着法または化学蒸着法といった気相法により形成することもできる。たとえば、特開2008−142941号公報に記載のように、接着性等を改善する目的で酸化珪素を主体とした無機膜を形成することもできる。あるいは、特開2004−314626号公報に記載されているようなアンカーコート層を形成することで、その上に気相法により無機薄膜を形成する際に、基材側から発生するガスをある程度遮断して、無機薄膜の組成を制御するといった目的でアンカーコート層を形成することもできる。
また、アンカーコート層の厚さは、特に制限されないが、0.5〜10μm程度が好ましい。
<ハードコート層>
本発明の一形態に係る製造方法は、基材の両面、第1の層を形成する側の基材の表面、または第1の層、第2の層および第3の層を含む積層体の最表面に、ハードコート層を形成する工程をさらに有していてもよい。ハードコート層に含まれる材料としては、特に制限されず、公知のハードコート層形成材料を用いることができる。ハードコート層形成材料としては、たとえば、熱硬化性樹脂や活性エネルギー線硬化性樹脂が挙げられるが、成形が容易なことから、活性エネルギー線硬化性樹脂が好ましい。このような硬化性樹脂は、単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができる。
本発明の一形態に係る製造方法は、基材の両面、第1の層を形成する側の基材の表面、または第1の層、第2の層および第3の層を含む積層体の最表面に、ハードコート層を形成する工程をさらに有していてもよい。ハードコート層に含まれる材料としては、特に制限されず、公知のハードコート層形成材料を用いることができる。ハードコート層形成材料としては、たとえば、熱硬化性樹脂や活性エネルギー線硬化性樹脂が挙げられるが、成形が容易なことから、活性エネルギー線硬化性樹脂が好ましい。このような硬化性樹脂は、単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができる。
活性エネルギー線硬化性樹脂とは、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樹脂をいう。活性エネルギー線硬化性樹脂としては、エチレン性不飽和二重結合を有するモノマーを含む成分が好ましく用いられ、紫外線や電子線のような活性エネルギー線を照射することによって硬化させて、活性エネルギー線硬化性樹脂の硬化物を含む層、すなわちハードコート層が形成される。活性エネルギー線硬化性樹脂としては紫外線硬化性樹脂や電子線硬化性樹脂等が代表的なものとして挙げられるが、紫外線照射によって硬化する紫外線硬化性樹脂が好ましい。紫外線硬化性樹脂としては、市販品を用いてもよく、たとえば、アイカ工業株式会社製 Z731L、JSR株式会社製のUV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材 OPSTAR(登録商標)シリーズ Z7527等を用いることができる。予めハードコート層が形成されている市販の樹脂基材を用いてもよい。
ハードコート層としては、ハードコート性を付与しうるものであればよく、他の機能を兼ねた層であってもよい。例えば、ハートコート層としては、アンチブロック機能、前述のアンカーコート層としての機能、後述の平滑層としての機能を有するものであってもよい。なお、ハードコート層がアンカーコート層としての機能を有する物である場合は、ハードコート層に含まれる材料としては、前述のアンカーコート剤のうち、ハードコート性を付与しうるものを好ましく用いることができる。また、ハードコート層が平滑層としての機能を有するものである場合は、ハードコート層に含まれる材料としては、後述の平滑層形成材料のうち、ハードコート性を付与しうるものを好ましく用いることができる。
ハードコート層の種類としては、特に制限されないが、たとえばクリアハードコート層を用いることができる。
ハードコート層の厚さは、平滑性および屈曲耐性の両立の観点から、0.1〜15μmが好ましい。ハードコート層の厚さは、同様の観点から、0.5〜10μmがより好ましく、1〜10μmがさらに好ましく、2〜7μmが特に好ましく、2〜5μmが最も好ましい。また、ハードコート層がアンチブロック機能を有する場合は、アンチブロック性の観点から、ハードコート層の厚さは、0.5〜10μmがより好ましく、0.5〜7μmがさらに好ましく、0.5〜5μmが特に好ましい。
ハードコート層の形成方法は、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。これらの中でも、ハードコート層形成用溶液を用いてハードコート層を形成するウエットコーティング法であることがより好ましい。
ここで、ハードコート層形成用溶液を用いてハードコート層を形成する場合における乾燥温度は、特に制限されないが、40〜120℃であることが好ましい。
ここで、紫外線照射手段としては、特に制限されないが、高圧水銀ランプを用いて照射することが好ましい。また、紫外線照射エネルギー量は、特に制限されないが、0.3〜5J/cm2であることが好ましい。
<平滑層>
本発明の一形態に係る製造方法は、基材と第1の層との間に、平滑層を形成する工程をさらに有してもよい。本発明に用いられる平滑層は、突起等が存在する樹脂基材の粗面を平坦化し、あるいは、樹脂基材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、基本的には感光性材料、または熱硬化性材料を硬化させて作製される。
本発明の一形態に係る製造方法は、基材と第1の層との間に、平滑層を形成する工程をさらに有してもよい。本発明に用いられる平滑層は、突起等が存在する樹脂基材の粗面を平坦化し、あるいは、樹脂基材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、基本的には感光性材料、または熱硬化性材料を硬化させて作製される。
平滑層の感光性材料としては、たとえば、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と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。具体的には、JSR株式会社製のUV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材 OPSTAR(登録商標)シリーズを用いることができる。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。
熱硬化性材料として具体的には、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、株式会社ADEKA製のナノハイブリッドシリコーン、DIC株式会社製のユニディック(登録商標)V−8000シリーズ、EPICLON(登録商標) EXA−4710(超高耐熱性エポキシ樹脂)、信越化学工業株式会社製の各種シリコン樹脂、日東紡株式会社製の無機・有機ナノコンポジット材料SSGコート、アクリルポリオールとイソシアネートプレポリマーとからなる熱硬化性ウレタン樹脂、フェノール樹脂、尿素メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコン樹脂等が挙げられる。この中でも特に耐熱性を有するエポキシ樹脂ベースの材料であることが好ましい。
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。
平滑層の形成では、上述の感光性樹脂または熱硬化性材料に、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、成膜性向上およ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。
平滑層の厚さとしては、フィルムの耐熱性を向上させ、フィルムの光学特性のバランス調整を容易にする観点から、0.1〜15μmが好ましく、0.5〜10μmがより好ましく、1〜10μmの範囲がさらに好ましく、2〜7μmの範囲が特に好ましく、2〜5μmであることが最も好ましい。
平滑層の平滑性は、JIS B 0601:2001で規定される表面粗さで表現される値で、十点平均粗さRzが、10nm以上30nm以下であることが好ましい。この範囲であれば、ガスバリア層を塗布形式で塗布した場合であっても、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であっても塗布性が損なわれることが少なく、また、塗布後の凹凸を平滑化することも容易である。
〔ガスバリア性フィルム〕
図2は、本発明の一形態に係る製造方法で製造されるガスバリア性フィルムの好ましい一例を示す断面模式図である。
図2は、本発明の一形態に係る製造方法で製造されるガスバリア性フィルムの好ましい一例を示す断面模式図である。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の一形態に係る製造方法で製造されるガスバリア性フィルムを説明する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。なお、本発明の製造方法により製造されるガスバリア性フィルムは以下で説明する一形態のみに限定されるものではない。
本発明の一形態に係る製造方法によって製造されたガスバリア性フィルム30は、基材31上に、非遷移金属(M1)を含む第1の層32と、前記第1の層32と接する遷移金属(M2)を含む第2の層33と、前記第2の層33と接する遷移金属(M2)を含む第3の層34とを有する構造を有し、前記第1の層32と前記第2の層33との界面近傍で、非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)を含む複合組成領域32bを有する。ここで、かかる複合組成領域32bは、第2の層33および第3の層34の形成時に第1の層32の内部に蒸着粒子が層内に打ち込まれることによって形成されると考えられる。すなわち、第1の層32は、複合組成領域32bと複合組成領域以外の領域32aとを有する。図2における基材31は、説明の便宜上、基材単体に加え、基材と基材表面に直接設けられる他の層(図示せず)との積層体をも表すものとする。基材31としては、両面クリアハードコート層(図示せず)付基材であることが特に好ましい。
工程1によって形成された第1の層32は、非遷移金属(M1)を含む。第1の層32に含まれる非遷移金属(M1)としては、単体の状態であってもよいし、非遷移金属(M1)含む化合物の状態であってもよい。また、工程2および工程3によって形成された第2の層33および第3の層34は、遷移金属(M2)を含む。第2の層33および第3の層34に含まれる遷移金属(M2)としては、単体の状態であってもよいし、遷移金属(M2)含む化合物の状態であってもよい。そして、工程2および工程3によって、非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)を含む複合組成領域32bが形成される。その結果、第1の層32には、複合組成領域32bと複合組成領域以外の領域32aとが存在することとなる。ここで、各用語の定義および好ましい例は、各層の形成について説明したものと同様である。
ただし、本発明の一形態に係る製造方法で製造されるガスバリア性フィルムは、第1の層32が複合組成領域以外の領域32aを有するものに限定されず、複合組成領域以外の領域32aを有さずに複合組成領域32bのみを有するものであってもよい。
ガスバリア性フィルムのガスバリア性は、水蒸気透過率(WVTR)で評価することができる。水蒸気透過率(WVTR)(g/m2・day)は、温度38℃、相対湿度90%RH環境下で、MOCON水蒸気透過率測定装置Aquatran(MOCON社製)を用いて、MOCON法により測定した値で評価することができる。ガスバリア性フィルムの水蒸気透過率(WVTR)は、5.0×10−3g/m2・day未満であることが好ましく、1.0×10−3g/m2・day未満であることがより好ましい。また、水蒸気透過率は低い方がよいため、下限は特に制限されないが、たとえば、生産性の観点からは1.0×10−6g/m2・day以上であることが好ましい。なお、ガスバリア性の詳細な測定方法は実施例に記載する。なお、水蒸気透過率の詳細な測定方法は実施例に記載する。
ガスバリア性フィルムのヘイズは、全自動直読ヘイズコンピューター(スガ試験機株式会社製、型番:HGM−2DP)を用いて、厚み方向のヘイズを測定することにより行った値として、1.5%未満であることが好ましく、1.0%未満であることがより好ましく、0.5%未満であることがさらに好ましい。また、ヘイズは低いほどよいため、下限は特に制限されないが、たとえば、生産性の観点からは0.01%以上であることが好ましい。なお、ヘイズの詳細な測定方法は実施例に記載する。
本発明の製造方法によって製造されたガスバリア性フィルムは、非遷移金属(M1)を含む第1の層と、前記第1の層と接する遷移金属(M2)を含む第2の層と、前記第2の層と接する遷移金属(M2)を含む第3の層とを有する構造を有する。そして、かかる第1の層中における、第1の層と第2の層との界面近傍で、非遷移金属(M1)と遷移金属(M2)とが複合された化合物(たとえば酸化物)の複合組成領域が厚さ方向に連続して所定値以上(具体的には、5nm以上)の厚さで存在するように構成されていることが好ましい。
(複合組成領域)
複合組成領域とは、以下のように定義する。すなわち、第1の層、第2の層および第3の層からなる積層構造(以下、ガスバリア層とも称する)の厚さ方向の組成分布をXPS法により分析したとき、前記非遷移金属(M1)を含有する第1の層と遷移金属(M2)とを含有する層との界面に、非遷移金属(M1)と遷移金属(M2)とが共存し、かつ、遷移金属(M2)/非遷移金属(M1)の原子数比率の値が、0.02〜50の範囲内にあり、厚さが5nm以上である領域があれば、それを複合組成領域と定義する。
複合組成領域とは、以下のように定義する。すなわち、第1の層、第2の層および第3の層からなる積層構造(以下、ガスバリア層とも称する)の厚さ方向の組成分布をXPS法により分析したとき、前記非遷移金属(M1)を含有する第1の層と遷移金属(M2)とを含有する層との界面に、非遷移金属(M1)と遷移金属(M2)とが共存し、かつ、遷移金属(M2)/非遷移金属(M1)の原子数比率の値が、0.02〜50の範囲内にあり、厚さが5nm以上である領域があれば、それを複合組成領域と定義する。
<XPSによる組成分析と複合組成領域の厚さの測定>
「複合組成領域」については、以下のXPSによる組成分析によって、組成内容と層厚を求めることができる。以下、XPS分析法による複合組成領域の測定方法について説明する。
「複合組成領域」については、以下のXPSによる組成分析によって、組成内容と層厚を求めることができる。以下、XPS分析法による複合組成領域の測定方法について説明する。
ガスバリア層の厚さ方向における元素濃度分布(以下、デプスプロファイルという。)は、具体的には、非遷移金属(M1)分布曲線(たとえば、ケイ素分布曲線)、遷移金属(M2)分布曲線、酸素(O)、窒素(N)、炭素(C)分布曲線等を、X線光電子分光法(XPS:Xray Photoelectron Spectroscopy)の測定とアルゴン等の希ガスイオンスパッタとを併用することにより、層の表面より内部を露出させつつ順次表面組成分析を行う、いわゆるXPSデプスプロファイル測定により作成することができる。このようなXPSデプスプロファイル測定により得られる分布曲線は、たとえば、縦軸を各元素の原子比(単位:atom%)とし、横軸をエッチング時間(スパッタ時間)として作成することができる。なお、このように横軸をエッチング時間とする元素の分布曲線においては、エッチング時間は層厚方向におけるガスバリア層の厚さ方向におけるガスバリア層の表面からの距離におおむね相関することから、「ガスバリア層の厚さ方向におけるガスバリア層の表面からの距離」として、XPSデプスプロファイル測定の際に採用したエッチング速度とエッチング時間との関係から算出されるガスバリア層の表面からの距離を採用することができる。また、このようなXPSデプスプロファイル測定に際して採用するスパッタ法としては、エッチングイオン種としてアルゴン(Ar+)を用いた希ガスイオンスパッタ法を採用し、そのエッチング速度(エッチングレート)を0.05nm/sec(SiO2熱酸化膜換算値)とすることが好ましい。
以下に、本発明に適用可能なXPS分析の具体的な条件の一例を示す。
・分析装置:アルバックファイ社製QUANTERASXM
・X線源:単色化Al−Kα
・スパッタイオン:Ar(2keV)
・デプスプロファイル:SiO2換算スパッタ厚さで、所定の厚さ間隔で測定を繰り返し、深さ方向のデプスプロファイルを求める。この厚さ間隔は、1nmとした(深さ方向に1nmごとのデータが得られる)。
・X線源:単色化Al−Kα
・スパッタイオン:Ar(2keV)
・デプスプロファイル:SiO2換算スパッタ厚さで、所定の厚さ間隔で測定を繰り返し、深さ方向のデプスプロファイルを求める。この厚さ間隔は、1nmとした(深さ方向に1nmごとのデータが得られる)。
・定量:バックグラウンドをShirley法で求め、得られたピーク面積から相対感度係数法を用いて定量した。データ処理は、アルバックファイ社製のMultiPakを用いる。なお、分析する元素は、非遷移金属(M1)(たとえば、ケイ素(Si))、遷移金属(M2)、酸素(O)、窒素(N)、炭素(C)である。
得られたデータから、組成比を計算し、非遷移金属(M1)と遷移金属(M2)とが共存し、かつ、遷移金属(M2)/非遷移金属(M1)の原子数比率の値が、0.02〜50になる範囲の厚さを求める。かかる厚さは、XPS分析におけるスパッタ深さをSiO2換算で表したものである。
かかる厚さは5nm以上であるときに「複合組成領域」と判定する。ガスバリア性の観点からは、複合組成領域の厚さの上限はないが、さらなるガスバリア性の向上効果およびさらなる低ヘイズ化効果を得るとの観点から、好ましくは5〜100nmの範囲内であり、より好ましくは8〜50nmの範囲内であり、さらに好ましくは、10〜30nmの範囲内である。
詳細については後述するが、この特徴を満たす限り、ガスバリア層の複合組成領域以外の領域の組成は、特に限定されない。複合組成領域以外の領域としては、たとえば、非遷移金属(M1)の酸化物、窒化物、酸窒化物、酸炭化物等の領域であってもよいし、遷移金属(M2)の酸化物、窒化物、酸窒化物、酸炭化物等の領域であってもよく、また、非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)の複合酸化物の層であってもよい。
<酸素欠損領域>
酸素欠損領域とは、酸素欠損組成を有する領域のことを表す。本発明の一形態に係る製造方法で製造されるガスバリア性フィルムは、複合組成領域が酸素欠損領域であることが好ましい。複合組成領域が酸素欠損領域であるとき、非遷移金属を(M1)、遷移金属を(M2)、酸素をO、窒素をNとして、複合組成領域の組成を(M1)(M2)xOyNzとしたときに、下記関係式5を満たすことが好ましい。
酸素欠損領域とは、酸素欠損組成を有する領域のことを表す。本発明の一形態に係る製造方法で製造されるガスバリア性フィルムは、複合組成領域が酸素欠損領域であることが好ましい。複合組成領域が酸素欠損領域であるとき、非遷移金属を(M1)、遷移金属を(M2)、酸素をO、窒素をNとして、複合組成領域の組成を(M1)(M2)xOyNzとしたときに、下記関係式5を満たすことが好ましい。
関係式5は、ガスバリア層の複合組成領域が、非遷移金属(M1)と遷移金属(M2)との複合酸化物の酸素欠損組成を含んでいることを表している。
前述のように、非遷移金属(M1)と遷移金属(M2)との複合酸化物の組成は、(M1)(M2)xOyNzで示されることが好ましい。この組成からも明らかなように、複合酸化物は、一部窒化物の構造を含んでいてもよい。ここでは、非遷移金属(M1)の最大価数をa、遷移金属(M2)の最大価数をb、Oの価数を2、Nの価数を3とする。そして、複合酸化物(一部窒化物となっているものを含む)が化学量論的組成になっている場合は、(2y+3z)/(a+bx)=1.0となる。この式は、非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)の結合手の合計と、O、Nの結合手の合計とが同数であることを意味し、この場合、非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)ともに、O、Nのいずれかと結合していることになる。なお、非遷移金属(M1)として2種以上が併用される場合や、遷移金属(M2)として2種以上が併用される場合には、各元素の最大価数を各元素の存在比率によって加重平均することにより算出される複合価数を「最大価数」のaおよびbの値として採用するものとする。
一方、(2y+3z)/(a+bx)<1.0となる場合には、非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)の結合手の合計に対して、O、Nの結合手の合計が不足していることを意味し、この状態が上記複合酸化物の「酸素欠損」である。酸素欠損状態においては、非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)の余った結合手は互いに結合する可能性を有しており、非遷移金属(M1)や遷移金属(M2)の金属同士が直接結合すると、金属の間にOやNを介して結合した場合よりも緻密で高密度な構造が形成され、その結果として、ガスバリア性がより向上すると考えられる。
なお、複合組成領域は、前記xの値が、0.02≦x≦50(0<y、0≦z)を満たす領域である。これは、複合組成領域の説明において、遷移金属(M2)/非遷移金属(M1)の原子数比率の値が、0.02〜50の範囲内にあり、厚さが5nm以上である領域と定義する、としたことと同一の定義である。この領域では、非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)の双方が金属同士の直接結合に関与することから、この条件を満たす複合組成領域が所定値以上(5nm)の厚さで存在することで、ガスバリア性の向上に寄与すると考えられる。なお、非遷移金属(M1)および遷移金属(M2)の存在比率が近いほどガスバリア性の向上に寄与しうると考えられることから、複合組成領域は、0.1≦x≦10を満たす領域を5nm以上の厚さで含むことがより好ましく、0.2≦x≦5を満たす領域を5nm以上の厚さで含むことがさらに好ましく、0.3≦x≦4を満たす領域を5nm以上の厚さで含むことが特に好ましい。
複合組成領域は、(2y+3z)/(a+bx)≦0.9を満たす酸素欠損領域であることが好ましく、(2y+3z)/(a+bx)≦0.85を満たす酸素欠損領域であることがより好ましく、(2y+3z)/(a+bx)≦0.8を満たす酸素欠損領域であることがさらに好ましい。複合組成領域における(2y+3z)/(a+bx)の値が小さくなるほど、ガスバリア性の向上効果は高くなるものの可視光での吸収も大きくなる。したがって、透明性が望まれる用途に使用するガスバリア層の場合には、0.2≦(2y+3z)/(a+bx)であることが好ましく、0.3≦(2y+3z)/(a+bx)であることがより好ましく、0.4≦(2y+3z)/(a+bx)であることがさらに好ましい。
なお、本発明においてより良好なガスバリア性が得られる複合組成領域の厚さは、SiO2換算のスパッタ厚さとして、5nm以上であることが好ましく、8nm以上であることがより好ましく、10nm以上であることがさらに好ましく、20nm以上であることが特に好ましい。
〔電子デバイス〕
本発明の一形態に係る製造方法によって製造されたガスバリア性フィルムは、空気中の化学成分(酸素、水、窒素酸化物、硫黄酸化物、オゾン等)によって性能が劣化する電子デバイスに好ましく適用できる。上記電子デバイスの例としては、たとえば、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)、液晶表示素子(LCD)、薄膜トランジスタ、タッチパネル、電子ペーパー、太陽電池(PV)等を挙げることができる。本発明の効果がより効率的に得られるという観点から、該電子デバイスは有機EL素子または太陽電池が好ましく、有機EL素子がより好ましい。
本発明の一形態に係る製造方法によって製造されたガスバリア性フィルムは、空気中の化学成分(酸素、水、窒素酸化物、硫黄酸化物、オゾン等)によって性能が劣化する電子デバイスに好ましく適用できる。上記電子デバイスの例としては、たとえば、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)、液晶表示素子(LCD)、薄膜トランジスタ、タッチパネル、電子ペーパー、太陽電池(PV)等を挙げることができる。本発明の効果がより効率的に得られるという観点から、該電子デバイスは有機EL素子または太陽電池が好ましく、有機EL素子がより好ましい。
本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
〔ガスバリア性フィルム1の製造〕
(基材の作製)
基材としては、両面に易接着処理した厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ株式会社製、ルミラー(登録商標)U48)を用いた。
(基材の作製)
基材としては、両面に易接着処理した厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ株式会社製、ルミラー(登録商標)U48)を用いた。
この基材のガスバリア層を形成する面とは反対の面に、厚さ0.5μmのアンチブロック機能を有するクリアハードコート層を形成した。このクリアハードコート層の形成は、UV硬化型樹脂(アイカ工業株式会社製、品番:Z731L)を乾燥膜厚が0.5μmになるように基材上に塗布した後、80℃で乾燥し、その後、空気下、高圧水銀ランプを用いて照射エネルギー量0.5J/cm2の条件で硬化を行った。
次に、基材のガスバリア層を形成する側の面に厚さ2μmのクリアハードコート層を形成した。このクリアハードコート層の形成は、JSR株式会社製、UV硬化型樹脂オプスター(登録商標)Z7527を、乾燥膜厚が2μmになるように基材に塗布した後、80℃で乾燥し、その後、空気下、高圧水銀ランプを用いて照射エネルギー量0.5J/cm2の条件で硬化を行った。このようにして、クリアハードコート層付基材を得た。
以降、本実施例および比較例においては、便宜上、このクリアハードコート層付基材を単に基材とする。
(非遷移金属(M1)を含む第1の層の形成;工程1)
<ポリシラザン塗膜の形成>
続いて、前記作製した基材上にポリシラザン塗膜を形成した。無触媒のパーヒドロポリシラザン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(登録商標)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)を固形分の5質量%で含有するパーヒドロポリシラザン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(登録商標)NAX120−20)と、をアミン触媒が固形分の1質量%となるように混合し、さらにジブチルエーテルで希釈することにより、パーヒドロポリシラザン5質量%ジブチルエーテル溶液を調製した。この溶液を、ダイコーターを用いて塗布したのち、ドライヤーにて温度50℃、露点10℃の気流により1分乾燥、その後、温度80℃、露点5℃の気流にて2分乾燥しポリシラザン塗膜を形成した。
<ポリシラザン塗膜の形成>
続いて、前記作製した基材上にポリシラザン塗膜を形成した。無触媒のパーヒドロポリシラザン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(登録商標)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)を固形分の5質量%で含有するパーヒドロポリシラザン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(登録商標)NAX120−20)と、をアミン触媒が固形分の1質量%となるように混合し、さらにジブチルエーテルで希釈することにより、パーヒドロポリシラザン5質量%ジブチルエーテル溶液を調製した。この溶液を、ダイコーターを用いて塗布したのち、ドライヤーにて温度50℃、露点10℃の気流により1分乾燥、その後、温度80℃、露点5℃の気流にて2分乾燥しポリシラザン塗膜を形成した。
<ポリシラザンの改質処理>
ポリシラザン塗膜の乾燥後、下記の装置、条件で真空紫外線照射処理を施してポリシラザン改質層を形成した。ドライヤーにて80℃に加熱されたフィルム基材に対して、連続して実施される改質処理工程において加熱したN2ガスを吹き付けることで、酸素濃度を所定の値まで低下させつつ改質処理時の基材温度を80℃に保った。改質処理時の露点温度は−20℃で実施した。
・改質処理装置
株式会社エム・ディ・コム製エキシマ照射装置MODEL:MEUT−1−500
波長:172nm
ランプ封入ガス:Xe (Xeエキシマランプ使用)
・改質処理条件
エキシマ光強度 :130mW/cm2(172nm)
試料(照射表面)と光源の距離 :2mm
フィルム基材温度 :80℃
エキシマランプ管面とフィルム基材との間の酸素濃度:0.1体積%以上0.3体積%以下
フィルム搬送ラインに対して複数の改質処理装置を連続的に配置することで塗膜に対して累積光量(照射エネルギー量)2.5J/cm2の真空紫外光を照射し、基材上に第1の層(膜厚150nm)を形成した。
ポリシラザン塗膜の乾燥後、下記の装置、条件で真空紫外線照射処理を施してポリシラザン改質層を形成した。ドライヤーにて80℃に加熱されたフィルム基材に対して、連続して実施される改質処理工程において加熱したN2ガスを吹き付けることで、酸素濃度を所定の値まで低下させつつ改質処理時の基材温度を80℃に保った。改質処理時の露点温度は−20℃で実施した。
・改質処理装置
株式会社エム・ディ・コム製エキシマ照射装置MODEL:MEUT−1−500
波長:172nm
ランプ封入ガス:Xe (Xeエキシマランプ使用)
・改質処理条件
エキシマ光強度 :130mW/cm2(172nm)
試料(照射表面)と光源の距離 :2mm
フィルム基材温度 :80℃
エキシマランプ管面とフィルム基材との間の酸素濃度:0.1体積%以上0.3体積%以下
フィルム搬送ラインに対して複数の改質処理装置を連続的に配置することで塗膜に対して累積光量(照射エネルギー量)2.5J/cm2の真空紫外光を照射し、基材上に第1の層(膜厚150nm)を形成した。
(遷移金属(M2)を含む第2の層および第3の層の形成;工程2および工程3)
<スパッタ法による成膜>
遷移金属(M2)を含む第2の層および第3の層を、物理蒸着法であるスパッタ法で形成した。スパッタリング装置としては、反応性スパッタリング装置である、Applied Material社製の装置名SmartWeb XL 1400 6 cathode systemを使用した。
<スパッタ法による成膜>
遷移金属(M2)を含む第2の層および第3の層を、物理蒸着法であるスパッタ法で形成した。スパッタリング装置としては、反応性スパッタリング装置である、Applied Material社製の装置名SmartWeb XL 1400 6 cathode systemを使用した。
第2の層および第3の層の形成は、ロールツーロール方式で、基材および第1の層の積層体である蒸着基材が一定の搬送速度5m/minで搬送された状態で行った。ここで、第2の層および第3の層の形成は、それぞれ搬送経路における1番目および2番目のプロセスゾーン(カソードを有する隔壁間)で行い、3〜6番目のプロセスゾーンは真空状態を0.4Pa以下として搬送のみを行うことで、第2の層および前記第3の層を、真空状態を維持したまま連続蒸着により形成した。ここで、第2の層を形成するための蒸着時間t2および第3の層を形成するための蒸着時間t3は2秒で同一であった。
ターゲットとしては、市販の酸素欠損型酸化ニオブターゲット(組成はNb12O29)を用い、プロセスガスにはArとO2とを用いて、アルバック社製DC電源(DPG−20)を用いてによる成膜を行った。
第2の層の形成においては、スパッタ電源パワーは1.7W/cm2とし、成膜時のガス圧は0.4Paとした。また、酸素分圧を12%に調整して成膜を行った。
第3の層の形成においては、スパッタ電源パワーは7.0W/cm2とし、成膜時のガス圧は0.4Paとした。また、酸素分圧を12%に調整して成膜を行った。
第2の層および第3の層の成膜後にフィルムを巻き取り、基材上に第1の層、第2の層および第3の層をこの順に有し、第1の層および第2の層、ならびに第2の層および第3の層が直接接する構成を有する、ガスバリア性フィルム1を形成した。
<蒸着速度および蒸着速度比の算出>
ここで、各層の蒸着速度(nm/秒)は、事前に厚み100μmのフィルム状のガラス基材(コーニング社製Willow Glass)上に、各層の成膜条件にて成膜を行い、各蒸着膜の膜厚(nm)から、蒸着時間(秒)を除することで算出することで算出した。すなわち、DR2(nm/秒)は、第2の層の膜厚T2(nm)から、第2の層を形成するための蒸着時間t2(秒)を除することで算出した。また、DR3(nm/秒)は、第3の層の膜厚T3(nm)から、第3の層を形成するための蒸着時間t3(秒)を除することで算出した。そして、これらの値より、DR3(nm/秒)に対するDR2(nm/秒)の比であるR(DR2/DR3)を算出した。なお、ここで、本実験においては蒸着時間が同一であることから、Rは、T3(nm)に対するT2(nm)の比と一致することとなる。
ここで、各層の蒸着速度(nm/秒)は、事前に厚み100μmのフィルム状のガラス基材(コーニング社製Willow Glass)上に、各層の成膜条件にて成膜を行い、各蒸着膜の膜厚(nm)から、蒸着時間(秒)を除することで算出することで算出した。すなわち、DR2(nm/秒)は、第2の層の膜厚T2(nm)から、第2の層を形成するための蒸着時間t2(秒)を除することで算出した。また、DR3(nm/秒)は、第3の層の膜厚T3(nm)から、第3の層を形成するための蒸着時間t3(秒)を除することで算出した。そして、これらの値より、DR3(nm/秒)に対するDR2(nm/秒)の比であるR(DR2/DR3)を算出した。なお、ここで、本実験においては蒸着時間が同一であることから、Rは、T3(nm)に対するT2(nm)の比と一致することとなる。
〔ガスバリア性フィルム2の製造〕
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを2.1W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム2を製造した。
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを2.1W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム2を製造した。
〔ガスバリア性フィルム3の製造〕
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを3.3W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム3を製造した。
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを3.3W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム3を製造した。
〔ガスバリア性フィルム4の製造〕
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを4.2W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム4を製造した。
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを4.2W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム4を製造した。
〔ガスバリア性フィルム5の製造〕
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを4.7W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム5を製造した。
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを4.7W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム5を製造した。
〔ガスバリア性フィルム6の製造〕
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを5.2W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム6を製造した。
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを5.2W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム6を製造した。
〔ガスバリア性フィルム7の製造〕
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを5.6W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム7を製造した。
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを5.6W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム7を製造した。
〔ガスバリア性フィルム8の製造〕
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを6.0W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム8を製造した。
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを6.0W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム8を製造した。
〔ガスバリア性フィルム9の製造〕
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを6.5W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム9を製造した。
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを6.5W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム9を製造した。
〔ガスバリア性フィルム10の製造〕
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを7.0W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム10を製造した。
前記ガスバリア性フィルム1の製造において、第2の層の形成時のスパッタ電源パワーを7.0W/cm2とした以外は同様にして、ガスバリア性フィルム10を製造した。
なお、ガスバリア性フィルム1〜10の製造における、第3の層を形成する蒸着速度DR3(nm/秒)に対する第2の層を形成する蒸着速度DR2(nm/秒)の比であるR(DR2/DR3)は表1に示す。
〔評価〕
ガスバリア性フィルム1〜10について、以下の評価を行った。
ガスバリア性フィルム1〜10について、以下の評価を行った。
(水蒸気透過率(WVTR))
ガスバリア性フィルム1〜10を、温度25℃、相対湿度40%RHの環境下に1日放置した。その後、温度38℃、相対湿度90%RHにおける水蒸気透過率(g/m2・day)を、MOCON水蒸気透過率測定装置Aquatran(MOCON社製)を用いて、MOCON法により測定した。測定した水蒸気透過率を、各ガスバリア性フィルムのガスバリア性として次のようにランク評価した。なお、水蒸気透過率の値が小さいほどガスバリア性が高く、ランク3以上が実用できるガスバリア性であり、ランク4以上が本発明の目的とする極めて高いガスバリア性を有するものとする。これらの結果を表1に示す。
ガスバリア性フィルム1〜10を、温度25℃、相対湿度40%RHの環境下に1日放置した。その後、温度38℃、相対湿度90%RHにおける水蒸気透過率(g/m2・day)を、MOCON水蒸気透過率測定装置Aquatran(MOCON社製)を用いて、MOCON法により測定した。測定した水蒸気透過率を、各ガスバリア性フィルムのガスバリア性として次のようにランク評価した。なお、水蒸気透過率の値が小さいほどガスバリア性が高く、ランク3以上が実用できるガスバリア性であり、ランク4以上が本発明の目的とする極めて高いガスバリア性を有するものとする。これらの結果を表1に示す。
5:水蒸気透過率が、0.001g/m2・day未満
4:水蒸気透過率が、0.001g/m2・day以上0.005未満g/m2・day
3:水蒸気透過率が、0.005g/m2・day以上0.010g/m2・day未満
2:水蒸気透過率が、0.010g/m2・day以上0.100g/m2・day未満
1:水蒸気透過率が、0.100g/m2・day以上。
4:水蒸気透過率が、0.001g/m2・day以上0.005未満g/m2・day
3:水蒸気透過率が、0.005g/m2・day以上0.010g/m2・day未満
2:水蒸気透過率が、0.010g/m2・day以上0.100g/m2・day未満
1:水蒸気透過率が、0.100g/m2・day以上。
(ヘイズ)
ガスバリア性フィルム1〜10について、ヘイズ測定を行った。ヘイズ測定は、全自動直読ヘイズコンピューター(スガ試験機株式会社製、型番:HGM−2DP)を用いて、厚み方向のヘイズを測定することにより行った。測定された各ガスバリア性フィルムのヘイズ値を下記5段階にて評価した。数値が小さいほど優れた結果を表し、ランク3以上が実用できるヘイズであるとする。これらの結果を表1に示す。
ガスバリア性フィルム1〜10について、ヘイズ測定を行った。ヘイズ測定は、全自動直読ヘイズコンピューター(スガ試験機株式会社製、型番:HGM−2DP)を用いて、厚み方向のヘイズを測定することにより行った。測定された各ガスバリア性フィルムのヘイズ値を下記5段階にて評価した。数値が小さいほど優れた結果を表し、ランク3以上が実用できるヘイズであるとする。これらの結果を表1に示す。
5:ヘイズが0.5%未満
4:ヘイズが0.5%以上、1%未満
3:ヘイズが1%以上、1.5%未満
2:ヘイズが1.5%以上、2%未満
1:ヘイズが2%以上
4:ヘイズが0.5%以上、1%未満
3:ヘイズが1%以上、1.5%未満
2:ヘイズが1.5%以上、2%未満
1:ヘイズが2%以上
ここで、ガスバリア性フィルム2〜8の深さ方向の元素分布をXPSデプスプロファイル測定にて確認したところ、第1の層および第2の層の界面に複合組成領域が形成されており、複合組成領域は酸素欠損組成であった。
上記より、実施例に係る製造方法によって製造されたガスバリア性フィルム2〜8は、高いガスバリア性を有し、かつヘイズが低いことが確認された。
また、実施例4〜6の結果より、R(DR2/DR3)が0.4〜0.6であるときは、特に高いガスバリア性と、特に優れた低ヘイズ化を両立したフィルムを製造できることが確認された。さらに、この効果は実施例5および6より、R(DR2/DR3)が0.5〜0.6であるときにより顕著となることが確認された。
また、実施例において、比較例に係るガスバリア性フィルム9および比較例に係るガスバリア性フィルム10は、実施例に係るガスバリア性フィルム2〜8よりも第2の層および第3の層の合計膜厚は大きいが、ヘイズの評価だけではなく、ガスバリア性も劣ることが確認された。これより、本発明によるさらなるガスバリア性の向上効果は、遷移金属(M2)を含む層の膜厚が厚くなることに起因して得られるものではなく、遷移金属(M2)を含む層の形成方法に起因して得られるものであることが確認された。
本出願は、2015年11月24日に出願された日本特許出願番号2015−228884号に基づいており、その開示内容は、参照により全体として組み入れられている。
Claims (12)
- 基材上に非遷移金属(M1)または非遷移金属(M1)を含む化合物を用いて前記非遷移金属(M1)を含む第1の層を形成する工程1と、
前記第1の層上に、前記第1の層と接するように、物理蒸着法により、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて前記遷移金属(M2)を含む第2の層を形成する工程2と、
前記第2の層上に、前記第2の層と接するように、物理蒸着法により、遷移金属(M2)または遷移金属(M2)を含む化合物を用いて前記遷移金属(M2)を含む第3の層を形成する工程3と、を含み、
前記工程2および前記工程3において、前記第2の層を形成する蒸着速度をDR2(nm/秒)、前記第3の層を形成する蒸着速度をDR3(nm/秒)としたとき、
前記DR3(nm/秒)に対する前記DR2(nm/秒)の比であるRが、下記式1を満たす、ガスバリア性フィルムの製造方法。
- 前記工程2および前記工程3において、
前記第2の層を形成するための蒸着時間をt2(秒)、前記第3の層を形成するための蒸着時間t3(秒)としたとき、
前記t2(秒)および前記t3(秒)が下記式2を満たす、請求項1に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
- 前記工程2および前記工程3において、前記第2の層および前記第3の層を、真空状態を維持したまま連続蒸着により形成する、請求項1または2に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
- 前記工程2および前記工程3において、前記第2の層および前記第3の層を、ロールツーロール方式で前記基材および前記第1の層を含む積層体が一定の搬送速度で搬送された状態で形成する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
- 前記搬送速度が1m/min以上、50m/min以下である、請求項4に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
- 前記工程2および前記工程3において、前記物理蒸着法がスパッタ法である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
- 前記遷移金属(M2)が長周期型周期表の第5族の金属から選択される金属である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
- 前記非遷移金属(M1)が長周期型周期表の第12族〜第14族の金属から選択される金属である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
- 前記工程1において、前記非遷移金属(M1)を含む化合物を含む塗布液を塗布することにより前記第1の層を形成する、請求項1〜8のいずれか1項に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
- 前記非遷移金属(M1)を含む化合物がポリシラザンである、請求項9に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
- 前記工程1において、前記塗布液を塗布して得られた塗膜に、さらに改質処理をして前記第1の層を形成する、請求項9または10に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
- 前記改質処理が真空紫外線照射処理である、請求項11に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。
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