KR20060102506A - 가스 배리어성 필름, 기재 필름 및 유기일렉트로루미네선스 소자 - Google Patents

가스 배리어성 필름, 기재 필름 및 유기일렉트로루미네선스 소자 Download PDF

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히로시 이와나가
세이야 사쿠라이
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후지 샤신 필름 가부시기가이샤
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Abstract

과제
연속 막형성에 알맞는 고생산성을 갖는 고가스 배리어성 필름을 제공하는 것.
해결수단
기재 필름 상에 가스 배리어성 적층체를 갖게 된 가스 배리어성 필름에 있어서, 그 가스 배리어성 적층체가, 규소 질화물층, 규소산 질화물층, 규소 질화물층의 순서대로 서로 인접하여 배치된 3층으로 이루어지는 유니트를 적어도 1개 갖도록 구성한다.
배리어성 필름

Description

가스 배리어성 필름, 기재 필름 및 유기 일렉트로루미네선스 소자{GAS BARRIER FILM, SUBSTRATE FILM, AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE}
도 1은, 시료 No.1∼20의 제작에 사용한 유도 결합형 플라즈마 CVD 장치를 나타내는 설명도이다.
도 2는, 시료 No.21의 제작에 사용된 스퍼터링 장치를 나타내는 설명도이다.
부호의 설명
1 유도 결합형 플라즈마 CVD 장치
2 진공조
3 드럼
4 송출롤
5 권취롤
6 플라스틱 필름
7 가이드롤
8 가이드롤
9 배기구
10 진공 펌프
11 RF 전원 (자동 확인 회로 첨부)
11' 방전 전원
12 유도 코일
12' 캐소드
13 제어기
14 가스 유량 조정 유니트
15 배관
[특허문헌 1] 일본 특허공보 소53-12953호 (1페이지∼3페이지)
[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 소58-217344호 (1페이지∼4페이지)
[특허문헌 3] 미국특허 제6413645 B1호 (4페이지[2-54]∼8페이지[8-22])
[특허문헌 4] 일본 공개특허공보 제2003-206361호 (2페이지∼3페이지)
[비특허문헌 1] Affinito 등 저「Thin Solid Films」 (1996), P.290∼291 (63페이지∼67페이지)
기술분야
본 발명은, 가스 배리어성 필름에 관한 것이며, 특히 각종 디바이스의 기판이나 디바이스의 피복 필름에 바람직한 적층형의 가스 배리어성 필름에 관하고, 또한 상기 가스 배리어성 필름을 사용함으로써 얻을 수 있는 내구성 및 유연성이 우 수한 유기 일렉트로루미네선스 소자 (이하, 유기 EL 소자라고 한다) 에 관한 것이다.
배경기술
종래부터, 플라스틱 기판이나 필름의 표면에, 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 규소 등의 금속 산화물 박막을 형성한 가스 배리어성 필름은, 수증기나 산소 등 각종 가스의 차단을 필요로 하는 물품의 포장이나, 식품, 공업용품 및 의약품 등의 변질을 방지하기 위한 포장 용도에 널리 사용되고 있다. 또한, 상기 가스 배리어성 필름은, 포장 용도 이외에도 액정 표시 소자, 태양 전지 또는 일렉트로루미네선스 (EL) 의 기판 등에도 사용되기 시작하고 있다. 특히, 액정 표시 소자, EL 소자 등으로의 응용이 진행되고 있는 투명 기재는, 경량화나 대형화라는 요구에 더해, 장기 신뢰성이나 형상의 자유도가 높은 것 및 곡면 표시가 가능한 것 등의 고도한 요구가 더해지고 있다.
최근, 액정 표시 소자나 EL 소자 등의 분야에서는, 무겁고 깨지기 쉽게 대면적화가 곤란한 유리 기판을 대신하여, 투명 플라스틱 등의 필름 기재가 채용되기 시작하고 있다. 또한, 투명 플라스틱 등의 필름 기재는 상기 요구에 응할 뿐 만 아니라, 롤투롤 (Roll to Roll) 방식에 적용하는 것도 가능함으로써, 유리 보다도 생산성이 좋고 비용 절감의 점에서도 유리하다. 그러나, 투명 플라스틱 등의 필름 기재는 유리와 비교하여 가스 배리어성이 열악하다는 문제가 있다. 가스 배리어성이 열악한 기재를 사용하면, 수증기나 공기가 침투하기 때문에, 예를 들어 액정 표시 소자에 사용한 경우에는, 액정셀 내의 액정을 열화시켜, 열화부위 가 표시 결함이 되어 표시 품위를 열화시켜 버린다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 상기 서술한 바와 같은 필름 기판 상에 금속 산화물 박막을 형성하고 가스 배리어성 필름을 투명 기재로서 사용하는 것이 알려져 있다. 포장재나 액정 표시 소자에 사용되는 가스 배리어성 필름으로서는, 플라스틱 필름 상에 산화 규소를 증착한 것 (예를 들어, 특허문헌 1 참조) 이나, 산화 알루미늄을 증착한 것 (예를 들어, 특허문헌 2 참조) 이 알려져 있고, 이들은 어느 것이나 1g/m2/day 정도의 수증기 배리어성을 갖는다. 그러나, 최근에는 액정 디스플레이의 대형화나 고정밀 디스플레이 등의 개발에 의해, 필름 기판의 수증기 배리어성은 O.1g/m2/day 정도까지 요구되도록 되어 왔다.
또한, 가장 최근에는 더욱 향상된 배리어성이 요구되는 유기 EL 디스플레이나 고정세 컬러 액정 디스플레이 등의 개발이 진행되고 있고, 이들에 사용 가능한 투명성을 유지하면서도 더욱 향상된 고배리어성, 특히 수증기 배리어성에 의해 O.lg/m2/day 미만의 성능을 가지는 기재가 요구되도록 되어 왔다.
이러한 요구에 응하기 위해, 보다 높은 배리어 성능을 기대할 수 있는 수단으로서, 저압 조건하에 있어서의 글로 방전에서 생기는 플라즈마를 사용하여 박막을 형성하는 스퍼터링법이나 CVD법에 의한 막형성 검토가 행해지고 있고, 또한 적층 구성에 의해 원하는 성능을 얻는 시도도 이루어지고 있다 (예를 들어, 특허문헌 4).
배리어성이 뛰어난 박막 재료로서, 규소질화물이나 규소산질화물도 이용되고 있고, 이들을 적층하는 시도도 이루어지고 있다 (예를 들어, 특허문헌 4).
그러나, 필름 기재를 사용하는 경우, 막형성시의 기판 온도에 제약이 있기 때문에, 충분히 치밀한 구조의 배리어층을 형성할 수 없고, 요구에 응하는 충분한 배리어성을 갖는 필름의 제작에 도달하지 않았다.
한편, 유기층/무기층의 교대 적층 구조를 갖는 배리어막을 진공 증착법에 의해 제작하는 기술이 제안되고 있고 (예를 들어, 특허문헌 3 및 비특허문헌 1 참조), 유기 EL용 필름 기재에 필요한 배리어성을 갖는 필름을 얻을 수 있다.
그러나, 유기층과 무기층을 연속 막형성할 때 양 프로세스 간의 오염 등의 문제가 있고, 또한, 유기 EL 소자용의 신뢰성이 높은 배리어 필름을 제공하기 위해서는 적어도 6층 이상의 다층 구조를 형성하는 것이 필요하였다. 이와 같이 성능과 다량 집적화를 양립하는 것이 곤란하기 때문에, 새로운 연속 막형성 프로세스에 알맞는 막형성 방식의 개발이 요구되고 있었다.
상기 서술한 모든 문제를 해결하도록, 본 발명은 연속 막형성에 알맞은 고생산성을 갖는 고가스 배리어성 필름을 제공하는 것을 목적으로 하고, 또한, 장기간 사용하더라도 화질이 열화하지 않는 고내구성과 유연성이 우수한 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명자는, 예의 검토한 결과, 하기의 구성에 의해 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내었다.
[1] 기재 필름 상에 가스 배리어성 적층체를 갖게 된 가스 배리어성 필름에 있어서, 그 가스 배리어성 적층체가, 규소 질화물층, 규소산 질화물층, 규소 질화물층의 순서대로 서로 인접하여 배치된 3층으로 이루어지는 유니트를 적어도 1개 갖는 것을 특징으로 하는 가스 배리어성 필름.
[2] 40℃·상대 습도 90% 에 있어서의 수증기 투과율이 0.01g/m2·day 이하 인 [1]에 기재된 가스 배리어성 필름.
[3] 상기 기재 필름이, 유리 전이 온도가 120℃ 이상의 고분자 재료로 형성되는 [1] 또는 [2]에 기재된 가스 배리어성 필름.
[4] 상기 규소 질화물층의 적어도 한 층이, 유도 결합 플라즈마 CVD를 사용하여 형성되는 [1]∼[3]의 어느 한 항에 기재된 가스 배리어성 필름.
[5] 상기 규소산 질화물층이, 산소와 질소의 구성 비율이 1:1∼20:1이고, 또한 굴절율이 1.4∼2.0인 [1]∼[4]의 어느 한 항에 기재된 가스 배리어성 필름.
[6] 상기 기재 필름이, 하기 일반식 (1) 로 표시되는 구조를 갖는 폴리머 또는 하기 일반식 (2) 로 표시되는 구조를 갖는 폴리머로 이루어지는 필름인 [1]∼[5]의 어느 한 항에 기재된 가스 배리어성 필름:
일반식 (1)
Figure 112006019686370-PAT00001
[일반식 (1) 중, 고리α는 단환식 또는 다환식의 고리를 나타내고, 2개의 고리는 각각 동일하거나 상이해도 되고, 스피로 결합에 의해 결합한다],
일반식 (2)
Figure 112006019686370-PAT00002
[일반식 (2) 중, 고리β 및 고리γ는 단환식 또는 다환식의 고리를 나타내고, 2개의 고리γ는 각각 동일하거나 상이해도 되고, 고리β 상의 1개의 4급 탄소에 연결한다].
[7] 상기 가스 배리어성 적층체상에 투명 도전층을 형성한 [1]∼[6]의 어느 한 항에 기재된 가스 배리어성 필름.
[8] 상기 기재 필름을 롤투롤 (roll to roll) 방식으로 공급하고, 상기 가스 배리어성 적층체를 연속적으로 막형성하는 방법으로 제조한 [1]∼[7]의 어느 한 항에 기재된 가스 배리어성 필름.
[9] [1]∼[8]의 어느 한 항에 기재된 가스 배리어성 필름을 사용한 화상 표시 소자용 기재 필름.
[10] [9]에 기재된 화상 표시 소자용 기재 필름을 사용한 유기 일렉트로루미네선스 소자.
[11] [10]에 기재된 유기 일렉트로루미네선스 소자를 막형성후, 대기에 노출시키지 않고 진공 중에서 규소 질화물층, 규소산 질화물층, 규소 질화물층의 순서대로 서로 인접하여 배치된 3층으로 이루어지는 유니트를 적어도 1개 설치하고 나서 밀봉하여 제조한 유기 일렉트로루미네선스 소자.
본 발명에 의하면, 연속 막형성에 적합한 고생산성을 갖는 제법에 의해 높은 가스 배리어성 필름을 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 의하면, 장기간 사용하더라도 화질이 열화되지 않는 고내구성 또는 유연성이 우수한 유기 EL 소자를 제공할 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하에 있어서, 본 발명의 가스 배리어성 필름에 대하여 상세히 설명한다. 이하에 기재하는 구성 요건의 설명은, 본 발명의 대표적인 실시 양태에 근거하여 이루어지지만, 본 발명은 그와 같은 실시 양태에 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서 「∼」를 사용하여 표시되는 수치 범위는, 「∼」의 전후에 기재되는 수치를 하한치 및 상한치로서 함유하는 범위를 의미한다.
<<가스 배리어성 필름>>
본 발명의 가스 배리어성 필름은, 기재 필름 상에 형성된 가스 배리어성 적층체가, 규소 질화물층, 규소산 질화물층, 규소 질화물층의 순서대로 서로 인접하여 배치된 3층으로 이루어지는 유니트를 적어도 1개 갖는 것을 특징으로 한다. 여기에서 말하는 규소 질화물층은 규소질화물을 주성분으로 하는 층을 말하고, 규소산 질화물층은 규소산질화물을 주성분으로 하는 층을 가리킨다. 또한, 여기에서 말하는 주성분이란, 규소 질화물층에 대해서는 규소와 질소의 원소의 합계가, 규소산 질화물층에 대해서는 규소와 질소와 산소의 원소의 합계가, 층전체를 구성하는 전(全)원소의 바람직하게는 90 질량% 이상, 보다 바람직하게는 95 질량% 이 상, 더욱 바람직하게는 98 질량% 이상을 차지하는 성분을 의미한다. 본 발명의 가스 배리어성 필름에는, 필요에 따라 추가로 유기층이나 보호층, 흡습층, 대전 방지층 등의 기능화층을 형성할 수 있다.
(가스 배리어층)
규소 질화물층에 함유되는 규소질화물은, 주된 구성 원소가 규소와 질소로 이루어지는 조성물을 가리킨다. 막형성의 원료나 기재·분위기 등에서 받아들이는 소량의 산소·수소·탄소 등의 상기 이외의 구성 원소는 각각 5% 미만인 것이 바람직하다. 본 발명의 규소질화물을 구성하는 규소와 질소의 구성비는, 조성식을 Si3Nx로 나타낸 경우에 X=3.15∼4.00인 것이 바람직하다. X=3.15 이상이면 착색하기 어렵고 가스 배리어성을 확보하기 쉽다. 바람직하게는 X=3.50∼4.00, 가장 바람직하게는 화학 양론 조성의 X=4.00이다.
본 발명의 규소산 질화물층을 간에 두는 2개의 규소 질화물층은, 주된 성분이 규소질화물이면, 각각의 조성이 동일하거나 상이해도 된다.
본 발명의 규소산질화물은 주된 구성 원소가 규소·질소·산소로 이루어지는 조성물을 가리킨다. 막형성 원료나 기재·분위기 등으로부터 받아들이는 소량의 수소·탄소 등의 상기 이외의 구성 원소는 각각 10% 미만인 것이 바람직하다. 본 발명의 규소산질화물을 구성하는 산소와 질소의 구성 비율은 1:1∼20:1인 것이 바람직하고, 1:1∼10:1인 것이 보다 바람직하며, 2:1∼4:1인 것이 더욱 바람직하다. 본 발명의 규소산질화물을 구성하는 규소·산소·질소의 구성비는, 조성식 을 SiyOzNw로 나타낸 경우에, r=(2z+3w)/y로 정의하면 3.15<r≤4.0으로, 또한 z/w=1∼20으로 하는 것이 바람직하다. r이 3.15 보다 크면 착색하기 어렵고 가스 배리어성을 확보하기 쉽다. z/w가 1 이상이면, 배리어층이 변형이나 충격으로 파손되거나 기판이 뒤집히기 어렵기 때문에, 가스 배리어성 필름의 용도 범위가 넓어진다. z/w가 20이하이면, 인접하는 규소 질화물층과의 층간 밀착성이 양호하고 더욱 향상된 박리하기 어렵게 되기 때문에 가스 배리어성 필름으로서의 신뢰성이 높아진다.
본 발명의 적층 시료의 원소 구성비는, 에칭하면서 X선 광전자 분광법 (XPS) 에 의해 공지된 표준 방법에 의해 측정할 수 있다.
각 층의 굴절률은, 분광 엘립소미터를 사용하여, 공지된 표준 방법으로 측정할 수 있다. 두개의 규소 질화물층 간에 배치되는 규소산 질화물층의 굴절률은, 높은 가스 배리어능을 확보하기 위해서는 1.4∼2.0인 것이 바람직하고, 1.45∼1.8인 것이 보다 바람직하며, 1.5∼1.6인 것이 특히 바람직하다.
2개의 규소 질화물층의 굴절률에 대해서는 가스 배리어능에 대하여 두드러진 영향은 보이지 않고, 본 발명을 제한하는 것은 아니지만, 어느 것이나 굴절률이 1.7∼2.2의 범위인 것이 바람직하다. 1.7 이상이면 높은 가스 배리어능을 확보하기 쉽고, 2.2 이하이면 가시 영역의 흡수가 약해지기 때문에 가스 배리어성 필름의 용도 범위가 넓어진다.
본 발명의 가스 배리어층의 형성 방법은, 원하는 박막을 형성할 수 있는 방 법이면 어떠한 방법이라도 사용할 수 있다. 예를 들어, 스퍼터링법, 진공 증착법, 이온 플레이팅법, 플라즈마 CVD법 등이 알맞고, 구체적으로는 특허 제3400324호, 일본 공개특허공보 제2002-322561호, 일본 공개특허공보 제2002-361774호 각 공보 기재의 형성 방법을 채용할 수 있다.
본 발명의 가스 배리어성 필름의 40℃·상대 습도 90% 에 있어서의 수증기 투과율은, 사용하는 용도에 따라 다르지만, 0.1g/m2·day 이하인 것이 바람직하고, 0.05 g/m2·day 이하인 것이 보다 바람직하며, O.O1g/m2·day 이하인 것이 특히 바람직하다.
40℃·상대 습도 90% 에 있어서의 수증기 투과율이 0.01g/m2·day 이하인 하이배리어성의 가스 배리어성 필름을 제작하기 위해서는, 유도 결합 플라즈마 CVD, 전자 사이클로트론 공명 조건에 설정한 마이크로파와 자장을 인가한 플라즈마를 사용한 PVD 또는 CVD 중 어느 하나의 형성 방법을 채용하는 것이 바람직하고, 유도 결합 플라즈마 CVD 에 의한 형성 방법을 채용하는 것이 가장 바람직하다. 유도 결합 플라즈마 CVD나 전자 사이클로트론 공명 조건에 설정한 마이크로파와 자장을 인가한 플라즈마를 사용한 CVD (ECR-CVD) 는, 예를 들어 화학 공학회, CVD 핸드북 p.284 (1991) 에 기재된 방법으로 실시할 수 있다. 또한, 전자 사이클로트론 공명 조건에 설정한 마이크로파와 자장을 인가한 플라즈마를 사용한 PVD (ECR-PVD) 는, 예를 들어 코노타, J pn.J.Appl.Phys.23, No.8, L534 (1984) 에 기재된 방법으로 실시할 수 있다.
상기 CVD를 사용하는 경우의 규소질화물을 형성하기 위한 원료로서는, 규소 공급원으로서의 실란, 디클로로실란에 대표되는 할로겐화규소 등의 가스 소스나, 헥사메틸디실라잔 등의 액체 소스를 사용할 수 있다. 질소 공급원에서는 질소나 암모니아 등의 가스 소스나 헥사메틸디실라잔 등의 액체 소스를 사용할 수 있다.
높은 배리어능을 부여하기 위해서는 반응성이 높은 실란 가스와 질소의 편성이 가장 바람직하다.
일반적으로 기재 필름을 진공조에 넣으면, 필름 표면보다 물·잔류 용제·표면 흡착 성분·미량의 저분자 잔량 성분이 방출한다. 치밀한 구조의 가스 배리어층을 형성시키기 위해서는 방출 성분을 저감하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 막형성 전에 진공조에 도입하거나, 예열하기도 하여 방출 성분을 제거하는 전처리가 유효하다. 이 점에서 고내열성의 기재를 사용하는 것은 유효하다.
또한, 고내열 기재를 사용한 경우, 가스 배리어층이나 투명 도전층 설치시에 기판 가열을 할 수 있게 되고 막형성시의 분자 또는 원자의 재배열을 촉진하기 위해, 보다 고품질인 가스 배리어성 필름, 가스 배리어성 투명 도전 필름을 얻을 수 있게 된다.
상기 CVD를 사용하는 경우의 규소산질화물을 형성하기 위한 원료로서는, 규소 공급원으로서의 실란, 디클로로실란으로 대표되는 할로겐화규소 등의 가스 소스나, 헥사메틸디실라잔 등의 액체 소스를 사용할 수 있다. 질소 및 산소의 공급원으로서는, 질소·암모니아·일산화이질소 등의 가스 소스나, 헥사메틸디실라잔 (HMDSN) ·테트라에톡시실란 (TEOS) ·트리메톡시실란 (TMS) 등을 조합하여 사용할 수 있다. 층간 밀착성이나 연속 프로세스시에 불순물이 혼입하기 어렵다는 이유로 실란 가스·질소·산소를 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 가스 배리어층의 두께에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 각 층 모두 지나치게 두꺼우면 구부린 응력에 의한 크랙 발생이나 내부 응력 증가에 수반하는 기재의 휘어짐·변형 등의 우려가 있으며, 지나치게 얇으면 막이 섬 형상으로 분포하기 때문에, 모두 수증기 배리어성이 나빠지는 경향이 있다. 특히 본 경향은 규소 질화물층에 있어서 현저히 나타난다.
이로 인해, 규소 질화물층의 두께는, 각각 20∼500㎚의 범위 내인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 50㎚∼200㎚이며, 가장 바람직하게는 100㎚이다. 2층 이상의 규소 질화물층은, 각각이 동일한 막두께여도 되고, 다른 조성이여도 되며, 상기의 범위라면 특별히 제한은 없다.
규소산 질화물층의 두께는 인접하는 2개의 규소 질화물층 보다도 두꺼운 것이 바람직하고, 또한 1OO∼1OOO㎚의 범위인 것이 바람직하다. 1OO㎚ 이하에서는 적층체 전체가 충분한 배리어성이 발현하지 않게 된다. 1OOO㎚ 이상으로 하면, 특히 외계측에 인접하는 규소 질화물층이 파괴하기 쉽게 되어, 결국 적층체 전체가 충분한 배리어성을 얻을 수 없게 된다.
본 발명의 연속하는 규소 질화물층·규소산 질화물층·규소 질화물층에 신뢰성을 높일 목적으로 추가로 규소산 질화물층·규소 질화물층 등을 적층해도 된다. 다만, 그 경우에도 층두께의 합계는 1500㎚를 초과하지 않은 것이 바람직하다.
각 층의 굴절률을 구하고, 적층막의 층간 반사광의 광학적 간섭에 의한 영향을 각 층두께의 조절에 의해 원하는 광학 특성에 조정하는 것은 당업계에서는 잘 알려진 기술이다. 배리어 성능을 열화시키지 않고 이들을 조정할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
필요에 따라 가스 배리어성 적층체와 기재 필름 간 및/또는 가스 배리어성 적층체의 외측, 기재 필름의 백면에 원하는 기능층을 설치할 수 있다. 가스 배리어성 적층체와 기재 필름 간에 설치하는 기능층의 예로서는, 평활화층·밀착 개량층·블랙 매트릭스를 함유하는 차광층·반사 방지층 등을 들 수 있다. CVD나 PVD법으로 설치하는 무기 박막층으로 해도 되고, 자외선 또는 전자선 경화성 모노머, 올리고머 또는 수지를, 도포 또는 증착에 의해 막형성한 후, 자외선 또는 전자선으로 경화시킨 층으로 해도 된다.
동일한 기재에서 보았을 때 가스 배리어성 적층체의 외측 및/또는 공지된 기능층을 설치해도 된다. 기능층의 예로서는, 내찰상성 등을 부여하는 보호층·방오층·대전 방지층·반사 방지층·방현층·접착 방지층·흡습성층·내용제층·컬러 필터층 등 공지된 기능층을 사용할 수 있다.
특히 본 발명의 가스 배리어성 필름의 최외층에 ITO, IZO 등의 투명 도전층을 설치하는 것은, 전자 디바이스의 기재로서 활용하기 위해 유효하다. 이들의 투명 도전층은 공지된 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등의 진공 막형성법, 졸겔법을 이용한 코팅법 등을 이용할 수 있지만, 가스 배리어성 적층체 막형성시에 대기압으로 되돌리지 않고 연속적으로 막형성하는 진공 막형성법이 제조 비용이나 신뢰성· 상호간 밀착성의 확보의 점에서 유리하다.
또한, 본 가스 배리어성 필름은 굴곡 내성이 우수하기 때문에, 롤투롤법에 의해 연속적으로 막형성하는 것이 가능하다. 또한, 각 층의 조성이 유사하기 때문에, 각 층의 막형성 구간을 엄밀히 구분할 필요가 없고 오염에 의한 성능 열화를 잘 받지 않음으로써, 제조 비용이나 신뢰성, 메인터넌스 등을 간소화할 수 있기 때문에, 특히 롤투롤의 이점을 향수하기 쉬운 이점이 있다.
또한 본 발명의 가스 배리어성 기재 상에 보호의 목적으로 히트실재를 개재시키는 등의 방법과 동일한 또는 다른 기재 필름을 중첩시켜 사용해도 된다.
(기재 필름)
본 발명의 가스 배리어성 필름에 사용되는 기재 필름은, 상기 각 층을 유지할 수 있는 필름이라면 특별히 제한은 없고, 사용 목적 등에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 기재 필름으로서는, 구체적으로, 폴리에스테르수지, 메타크릴수지, 메타크릴산-말레산공중합체, 폴리스티렌, 투명 불소수지, 폴리이미드수지, 불소화폴리이미드수지, 폴리아미드수지, 폴리아미드이미드수지, 폴리에테르이미드수지, 셀룰로오스아실레이트수지, 폴리우레탄수지, 폴리에테르에테르케톤수지, 폴리카보네이트수지, 지환식폴리올레핀수지, 폴리아릴레이트수지, 폴리에테르술폰수지, 폴리술폰수지, 시클로올레필룬코폴리머, 플루오렌환변성카보네이트수지, 지환변성폴리카보네이트수지, 아크릴로일화합물 등의 열가소성수지를 들 수 있다. 이들의 수지 중, Tg이 120℃ 이상의 수지가 바람직하고, 구체적인 예로서는 (괄호 내의 숫자는 Tg를 나타낸다), 폴리에스테르수지로 특히 폴리에틸나프탈레이트수지 (PEN: 121℃), 폴리아릴레이트수지 (PAr: 210℃), 폴리에테르술폰수지 (PES: 220℃), 플루오렌환변성카보네이트수지 (BCF-PC: 일본 공개특허공보 제2000-227603호의 실시예 4의 화합물: 225℃), 지환변성폴리카보네이트수지 (IP-PC: 일본 공개특허공보제2000-227603호의 실시예 5의 화합물: 205℃), 아크릴로일화합물 (일본 공개특허공보2002-80616호의 실시예-1의 화합물: 300℃ 이상) 등의 화합물로 이루어지는 필름을 들 수 있다.
본 발명자는 기재 필름의 Tg가 120℃ 이상인 경우에 본 구성이 특히 유효한 것을 알아내었다. 특히 유도 결합형 플라즈마 CVD에 규소질화물을 막형성할 때, 기재 표면에 서모 테이프를 붙이는 것으로 프로세스의 최고 온도를 모니터하였을 때에 50℃ 이하인 것이 관측되지만, Tg가 다른 수지 기판에 완전히 동일한 조건으로 막형성하면 Tg 100℃ 부근을 경계로 배리어능이 현저히 높게 되고, 120℃ 이상으로 현저히 양화(良化)하는 것을 알아내었다. 이 이유에 대해서는 충분히 해석되어있지 않지만, 서모 테이프에서는 검지되지 않은 극표면의 상태에 대하여 어떠한 영향을 미치고 있는 것으로 추정된다.
Tg는 120℃ 이상에서 배리어성이 양호하지만, 보다 바람직하게는 200℃, 더욱 바람직하게는 250℃ 이상인 것이 바람직하다.
또한 상기 기재 필름을 구성하는 화합물로서는, 하기 일반식 (1) 로 표시되는 스피로 구조를 갖는 수지 또는 하기 일반식 (2) 로 표시되는 칼드 구조를 갖는 수지가 바람직하다:
일반식 (1)
Figure 112006019686370-PAT00003
[일반식 (1) 중, 고리α는 단환식 또는 다환식의 고리를 나타내고, 2개의 고리는 각각 동일하거나 상이해도 되고, 스피로 결합에 의해 결합하고 있다],
일반식 (2)
Figure 112006019686370-PAT00004
[일반식 (2) 중, 고리β 및 고리γ는 단환식 또는 다환식의 고리를 나타내고, 2개의 고리γ는 각각 동일하거나 상이해도 된다. 또한, 고리β 및 고리γ는, 고리β 상의 1개의 4급 탄소 원자에 의해 연결된다].
상기 일반식 (1) 및 (2) 로 표시되는 수지는, 고내열성, 고탄성률 또는 높은 인장 파괴 응력을 갖는 화합물이기 때문에, 제조 프로세스에 있어서 여러 가열 조작이 요구되고, 또한 굴곡시키더라도 파괴되기 어려운 성능이 요구되는 유기 EL 소자 등의 기판 재료로서 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 일반식 (1) 에 있어서의 고리α의 예로서는, 인단고리, 크로만고리, 2,3-디히드로벤조푸란고리, 인돌린고리, 테트라히드로피란고리, 테트라히드로푸란고리, 디옥산고리, 시클로헥산고리, 시클로펜탄고리 등을 들 수 있다. 상기 일반식 (2)에 있어서의 고리β의 예로서는, 플루오렌고리, 인단디온고리, 인다논고리, 인덴고리, 인단고리, 테트라론고리, 안트론고리, 시클로헥산고리, 시클로펜탄 고리 등을 들 수 있다. 상기 일반식 (2)에 있어서의 고리γ로서는, 벤젠고리, 나프탈렌고리, 안트라센고리, 플루오렌고리, 시클로헥산고리, 시클로펜탄고리, 피리딘고리, 푸란고리, 벤조푸란고리, 티오펜고리, 벤조티오펜고리, 벤조티아졸고리, 인단고리, 크로만고리, 인돌고리, α-피론고리 등을 들 수 있다.
상기 일반식 (1) 로 표시되는 스피로 구조를 갖는 수지의 바람직한 예로서는, 하기 일반식 (3) 으로 표시되는 스피로비인단 구조를 반복 단위 중에 함유하는 폴리머, 하기 일반식 (4) 로 표시되는 스피로비크로만 구조를 반복 단위 중에 함유하는 폴리머, 하기 일반식 (5) 로 표시되는 스피로비벤조푸란 구조를 반복 단위 중에 함유하는 폴리머를 들 수 있다.
일반식 (3)
Figure 112006019686370-PAT00005
일반식 (3) 중, R31 및 R32 는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다. R33은 치환기를 나타낸다. 또한, R31, R32, R33의 각각이 연결되어 고리를 형성해도 된다. m 및 n은 각각 독립적으로 0∼3의 정수를 나타낸다. 상기 치환기의 바람직한 예로서는, 할로겐 원자, 알킬기, 아릴기를 들 수 있다. R31 및 R32는 각각 독립적으로, 수소 원자, 메틸기 또는 페닐기인 것이 더욱 바람직 하다. 또한, R33 으로서는, 염소 원자, 브롬 원자, 메틸기, 이소프로필기, tert-부틸기 또는 페닐기인 것이 더욱 바람직하다.
일반식 (4)
Figure 112006019686370-PAT00006
일반식 (4) 중, R41은 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다. R42는 치환기를 나타낸다. 또한, R41 및 R42의 각각이 연결되어 고리를 형성해도 된다. m 및 n은 각각 독립적으로 0∼3의 정수를 나타낸다. 상기 치환기가 바람직한 예로서는, 할로겐 원자, 알킬기, 아릴기를 들 수 있다. R41로서는, 수소 원자, 메틸기 또는 페닐기가 더욱 바람직하고, R42로서는, 염소 원자, 브롬 원자, 메틸기, 이소프로필기, tert-부틸기 또는 페닐기가 더욱 바람직하다.
일반식 (5)
Figure 112006019686370-PAT00007
일반식 (5) 중, R51는 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다. R52는 치환기 를 나타낸다. 또한, R51, R52의 각각이 연결되어 고리를 형성해도 된다. m 및 n은 각각 독립적으로 0∼3의 정수를 나타낸다. 상기 치환기가 바람직한 예로서는, 할로겐 원자, 알킬기, 아릴기를 들 수 있다. R51로서는, 수소 원자, 메틸기 또는 페닐기가 바람직하다. 또한, R52로서는, 염소 원자, 브롬 원자, 메틸기, 이소프로필기, tert-부틸기 또는 페닐기가 바람직하다.
또한, 상기 일반식 (2) 에 있어서의 고리β로서는, 예를 들어 플루오렌, 1,4-비벤조시클로헥산을 들 수 있고, 고리γ로서는, 예를 들어 페닐렌, 나프탈렌을 들 수 있다. 상기 일반식 (2) 로 표시되는 칼드 구조를 갖는 수지가 바람직한 예로서, 하기 일반식 (6) 으로 표시되는 플루오렌 구조를 반복 단위 중에 함유하는 폴리머를 들 수 있다.
일반식 (6)
Figure 112006019686370-PAT00008
일반식 (6) 중, R61 및 R62는 각각 독립적으로 치환기를 나타낸다. 또한, R51, R52의 각각이 연결되어 고리를 형성해도 된다. j 및 k은 각각 독립적으로 0∼4의 정수를 나타낸다. 상기 치환기가 바람직한 예로서는, 할로겐 원자, 알킬기, 아릴기를 들 수 있다. R51 및 R52로서는, 각각 독립적으로, 염소 원자, 브 롬 원자, 메틸기, 이소프로필기, tert-부틸기 또는 페닐기인 것이 더욱 바람직하다.
상기 일반식 (3)∼(6)으로 표시되는 구조를 반복 단위 중에 함유하는 수지는, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드 또는 폴리우레탄 등 여러 결합 방식으로 연결된 폴리머여도 되지만, 일반식 (3)∼(6)으로 표시되는 구조를 갖는 비스페놀화합물에 유도되는 폴리카보네이트, 폴리에스테르 또는 폴리우레탄인 것이 바람직하다.
이하에 일반식 (1) 또는 일반식 (2) 로 표시되는 구조를 갖는 수지가 바람직한 구체예 (수지 화합물 (I-1)∼(FL-11)) 를 든다. 단, 본 발명으로 사용할 수 있는 수지는 이들에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112006019686370-PAT00009
Figure 112006019686370-PAT00010
Figure 112006019686370-PAT00011
Figure 112006019686370-PAT00012
Figure 112006019686370-PAT00013
Figure 112006019686370-PAT00014
본 발명에 있어서의 기재 필름에 사용할 수 있는 일반식 (1) 및 일반식 (2) 로 표시되는 구조를 갖는 수지는, 단독으로 사용해도 되고, 복수종 혼합하여 사용해도 된다. 또한, 호모폴리머여도 되고, 복수종 구조를 조합한 코폴리머여도 된다. 상기 수지를 코폴리머로 하는 경우, 일반식 (1) 또는 (2) 로 표시되는 구조를 반복 단위 중에 함유하지 않은 공지된 반복 단위를 본 발명의 효과를 손상 시키지 않은 범위에서 공중합할 수 있다. 또한, 호모폴리머로서 사용한 경우보다도 용해성 및 투명성의 관점에서 우수한 경우가 많으므로, 상기 수지는 코폴리머인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용할 수 있는 일반식 (1) 및 (2) 로 표시되는 구조를 갖는 수지가 바람직한 분자량은, 중량 평균 분자량으로 1만∼50만이 바람직하고, 2만∼30만이 더욱 바람직하며, 3만∼20만이 특히 바람직하다. 상기 수지의 분자량이 지나치게 낮은 경우, 필름 성형이 곤란해지기 쉽고, 또한 역학 특성이 저하되어 버리는 경우가 있다. 또한, 분자량이 지나치게 높은 경우, 합성상 분자량의 컨트롤이 곤란해지고, 또한 용액의 점도가 지나치게 높아 취급이 어렵게 되는 경우가 있다. 또한, 상기 분자량은, 이것에 대응하는 점도를 목표로 하는 것도 가능하다.
본 발명에 있어서의 기재 필름은, 그 성질상, 물을 주입하지 않은 것이 바람직하다. 즉 수소 결합성 관능기를 가지지 않는 수지로부터 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 기재 필름의 평형 함수율은 0.5 질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.1 질량% 이하인 것이 더욱 바람직하며, 0.05 질량% 이하인 것이 특히 바람직하다.
상기 평형 함수율이 낮은 기재 필름을 사용하면, 기재 필름의 대전이 일어나기 쉬워지는 경향이 있다. 기재 필름의 대전은 파티클을 흡착하여 배리어층의 성능을 손상시키거나, 접착에 의한 핸들링 불량의 원인이 되기도 하기 때문에 바람직하지 못한 현상이다. 이 때문에, 걸리는 문제를 해결하기 위해, 기재 필름의 표면에는, 이것에 인접하여 대전 방지층이 설치되는 것이 바람직하다.
여기에서, 대전 방지층이란, 50℃, 상대 습도 30%에 있어서의 표면 저항치가 1Ω/□∼1013Ω/□인 층을 말한다. 상기 대전 방지층의 50℃, 상대 습도 30% 에 있어서의 표면 저항치는, 1×1O8Ω/□∼1×1O13Ω/□인 것이 바람직하고, 1×1O8/□∼1×1O11Ω/□인 것이 바람직하며, 1×1O8Ω/□∼1×1O9Ω/□인 것이 특히 바람직하다.
<<화상 표시 소자>>
본 발명의 가스 배리어성 필름의 용도는 특별히 한정되지 않지만, 광학 특성과 기계 특성과 쌍방에서 우수하기 때문에, 화상 표시 소자의 투명 전극용 기판으로서 바람직하게 사용할 수 있다. 여기에서 말하는「화상 표시 소자」란, 원편광판·액정 표시 소자, 터치 패널, 유기 EL 소자 등을 의미한다.
<원편광판>
상기 원편광판은, 본 발명의 가스 배리어성 필름 상에, λ/4판과 편광판을 적층함으로써 제작할 수 있다. 이 경우, λ/4의 지상축과 편광판의 흡수축이 45°가 되도록 적층한다. 이러한 편광판은, 길이 방향 (MD) 에 대하여 45°방향에 연신되어 있는 것을 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2002-865554호에 기재된 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
<액정 표시 소자>
상기 액정 표시 장치는, 반사형 액정 표시 장치와 투과형 액정 표시 장치로 크게 구별할 수 있다.
상기 반사형 액정 표시 장치는, 하방(下方)부터 순서대로, 하부 기판, 반사 전극, 하배향막, 액정층, 상배향막, 투명 전극, 상부 기판, λ/4판, 그리고 편광막으로 이루어지는 구성을 갖는다. 본 발명의 가스 배리어성 필름은, 상기 투명 전극 및 상부 기판으로서 사용할 수 있다. 상기 반사형 액정 표시 장치에 컬러 표시 기능을 갖게 하는 경우에는, 또한 컬러 필터층을 상기 반사 전극과 상기 하배향막 간, 또는, 상기 상배향막과 상기 투명 전극 간에 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 투과형 액정 표시 장치는, 하방부터 순서대로, 백라이트, 편광판, λ/4판, 하(下)투명 전극, 하배향막, 액정층, 상배향막, 상투명 전극, 상부 기판, λ/4판 및 편광막으로 이루어지는 구성을 갖는다. 이 중 본 발명의 가스 배리어성 필름은, 상기 상투명 전극 및 상부 기판으로서 사용할 수 있다. 또한, 상기 투과형 액정 표시 장치에 컬러 표시 기능을 갖게 하는 경우에는, 또한 컬러 필터층을 상기 하투명 전극과 상기 하배향막 간, 또는, 상기 상배향막과 상기 투명 전극 간에 형성하는 것이 바람직하다.
상기 액정층의 구조는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, TN (Twisted Nematic) 형, STN (Supper Twisted Nematic) 형 또는 HAN (Hybrid Aligned Nematic) 형, VA (Vertically Alignment) 형, ECB (Electrically Controlled Birefringence) 형, 0CB (0ptically Compensatory Bend) 형, 또는, CPA (Continuous Pinwheel Alignment) 형인 것이 바람직하다.
<터치 패널>
상기 터치 패널로서는, 일본 공개특허공보 평5-127822호, 일본 공개특허공보 2002-48913호 등에 기재된 것의 기판으로서 본 발명의 가스 배리어성 필름을 적용한 것을 사용할 수 있다.
<유기 EL 소자>
유기 EL 소자로서는, 본 발명의 가스 배리어성 필름 상에 음극과 양극을 갖고, 양(兩)전극 간에 유기 발광층 (이하, 단지「발광층」 으로 칭하는 경우가 있다.) 을 함유하는 유기 화합물층을 갖는다. 발광 소자의 성질상, 양극 및 음극 중 적어도 한쪽의 전극은, 투명한 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 유기 화합물층의 적층 양태로서는, 양극측에서, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층의 순서대로 적층되어 있는 양태가 바람직하다. 또한, 정공 수송층과 발광층 간, 또는, 발광층과 전자 수송층 간에는, 전하 블록층 등을 갖고 있어도 된다. 양극과 정공 수송층 간에, 정공 주입층을 가져도 되고, 음극과 전자 수송층 간에는, 전자 주입층을 가져도 된다. 또한, 발광층으로서는 1 층만이어도 되고, 또한, 제 1 발광층, 제 2 발광층, 제 3 발광층 등으로 발광층을 분할해도 된다. 또한, 각 층은 복수의 2차층으로 나뉘어져 있어도 된다.
다음으로, 본 발명의 유기 EL 소자를 구성하는 요소에 대해, 상세히 설명한다.
(양극)
양극은, 통상, 유기 화합물층에 정공을 공급하는 전극으로서의 기능을 갖고 있으면 되고, 그 형상, 구조, 크기 등에 대해서는 특별히 제한은 없고, 발광 소자의 용도, 목적에 맞추어, 공지된 전극 재료 속에서 적절히 선택할 수 있다. 전술과 같이, 양극은, 통상 투명 양극으로서 형성된다.
양극의 재료로서는, 예를 들어, 금속, 합금, 금속 산화물, 도전성 화합물, 또는 이들의 혼합물을 바람직하게 들 수 있다. 양극 재료의 구체예로서는, 안티몬이나 불소 등을 도핑한 산화석 (ATO, FTO) , 산화석, 산화아연, 산화인듐, 산화인듐석 (ITO) , 산화아연인듐 (IZO) 등의 도전성 금속 산화물, 금, 은, 크롬, 니켈 등의 금속, 또한 이들의 금속과 도전성 금속 산화물과의 혼합물 또는 적층물, 요오드화구리, 황화구리 등의 무기 도전성 물질, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리피롤 등의 유기 도전성 재료, 및 이들과 ITO의 적층물 등을 들 수 있다. 이 중에서 바람직한 것은, 도전성 금속 산화물이며, 특히, 생산성, 고도전성, 투명성 등의 점에서는 ITO가 바람직하다.
양극은, 예를 들어, 인쇄 방식, 코팅 방식 등의 습식 방식, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등의 물리적 방식, CVD, 플라즈마 CVD법 등의 화학적 방식들 중에서, 양극을 구성하는 재료와의 적성을 고려하여 적절히 선택한 방법에 따라, 상기 기판 상에 형성할 수 있다. 예를 들어, 양극의 재료로서, ITO를 선택하는 경우에는, 양극의 형성은, 직류 또는 고주파 스퍼터법, 진공 증착법, 이온 플레이팅법 등에 따라 행할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자에 있어서, 양극의 형성 위치로서는 특별히 제한은 없고, 발광 소자의 용도, 목적에 응하여 적절히 선택할 수 있다. 그러나, 상기 기판 상에 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 양극은, 기판에 있어서의 한쪽 표면의 전부에 형성되어 있어도 되고, 그 일부에 형성되어 있어도 된다.
또한, 양극을 형성할 때의 패터닝으로서는, 포토리소그래피 등에 의한 화학적 에칭에 의해 행해도 되고, 레이저 등에 의한 물리적 에칭에 의해 행해도 되며, 또한, 마스크를 한번 더 진공 증착이나 스퍼터 등을 행해도 되고, 리프트 오프법이나 인쇄법에 의해서 행해도 된다.
양극의 두께로서는, 양극을 구성하는 재료에 의해 적절히 선택할 수 있고, 일률적으로 규정할 수 없지만, 통상, 10㎚∼50㎛ 정도이며, 50㎚∼20㎛가 바람직하다.
양극의 저항치로서는, 1O3Ω/□ 이하가 바람직하고, 1O2Ω/□ 이하가 보다 바람직하다. 양극이 투명한 경우는, 무색 투명이어도 되고, 유색 투명이어도 된다. 투명 양극측에서 발광을 얻어 내기 위해서는, 그 투과율은, 60% 이상이 바람직하고, 70% 이상이 보다 바람직하다.
또한, 투명 양극에 대해서는, 사와다 유타카 감수「투명 전극막의 신전개」 CMC 간 (1999) 에 상세한 서술이 있고, 여기에 기재된 사항을 본 발명에 적용할 수 있다. 내열성이 낮은 플라스틱 기재를 사용하는 경우는, ITO 또는 IZO를 사용하고, 150℃ 이하의 저온에서 막형성한 투명 양극이 바람직하다.
(음극)
음극은, 통상, 유기 화합물층에 전자를 주입하는 전극으로서의 기능을 갖고 있으면 되고, 그 형상, 구조, 크기 등에 대해서는 특별히 제한은 없고, 발광 소자의 용도, 목적에 응하여, 공지된 전극 재료 중에서 적절히 선택할 수 있다.
음극을 구성하는 재료로서는, 예를 들어, 금속, 합금, 금속 산화물, 전기 전도성 화합물, 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 구체예로서는 알칼리 금속 (예를 들어, Li, Na, K, Cs 등), 알칼리 토금속 (예를 들어 Mg, Ca 등), 금, 은, 납, 알루미늄, 나트륨-칼륨 합금, 리튬-알루미늄 합금, 마그네슘-은 합금, 인듐, 이트륨 등의 희토류금속 등을 들 수 있다. 이들은, 1종 단독으로 사용해도 되지만, 안정성과 전자 주입성을 양립시키는 관점에서는, 2종 이상을 바람직하게 병용할 수 있다.
이들 중에서도, 음극을 구성하는 재료로서는, 전자 주입성의 점에서, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이 바람직하고, 보존 안정성이 우수한 점에서, 알루미늄을 주체로 하는 재료가 바람직하다.
알루미늄을 주체로 하는 재료란, 알루미늄 단독, 알루미늄과 O.01∼10 질량%의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과의 합금 혹은 이들의 혼합물 (예를 들어, 리튬-알루미늄 합금, 마그네슘-알루미늄 합금 등) 을 말한다.
또한, 음극의 재료에 대해서는, 일본 공개특허공보 평2-15595호, 일본 공개특허공보 평5-121172호에 상세히 서술되어 있고, 이들의 홍보에 기재된 재료는, 본 발명에 있어서도 적용할 수 있다.
음극의 형성 방법에 대해서는, 특별히 제한은 없고, 공지된 방법에 따라 사용할 수 있다. 예를 들어, 인쇄 방식, 코팅 방식 등의 습식 방식, 진공 증착 법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등의 물리적 방식, CVD, 플라즈마 CVD법 등의 화학적 방식들 중에서, 상기한 음극을 구성하는 재료와의 적성을 고려하여 적절히 선택한 방법에 따라 형성할 수 있다. 예를 들어, 음극의 재료로서, 금속 등을 선택하는 경우에는, 그 1종 또는 2종 이상을 동시 또는 순차로 스퍼터법 등에 따라 사용할 수 있다.
음극을 형성하는 것에 있어서의 패터닝은, 포토리소그래피 등에 의한 화학적 에칭에 의해서 행해도 되고, 레이저 등에 의한 물리적 에칭에 의해서 행해도 되며, 마스크를 한번 더 진공 증착이나 스퍼터 등을 하여 행해도 되고, 리프트 오프법이나 인쇄법에 의해서 행해도 된다.
본 발명에 있어서, 음극 형성 위치는 특별히 제한은 없고, 유기 화합물층 상의 전부에 형성되어 있어도 되고, 그 일부에 형성되어 있어도 된다.
또한, 음극과 상기 유기 화합물층 간에, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 불화물, 산화물 등에 의한 유전체층을 0.1∼5㎚의 두께로 삽입해도 된다. 이 유전체층은, 일종의 전자 주입층이라고 보는 것도 가능하다. 유전체층은, 예를 들어, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등에 의해 형성할 수 있다.
음극의 두께는, 음극을 구성하는 재료에 의해 적절히 선택할 수 있고, 일률적으로 규정하는 것은 할 수 없지만, 통상 10㎚∼5㎛ 정도이며, 50㎚∼1㎛가 바람직하다.
또한, 음극은, 투명이어도 되고, 불투명이어도 된다. 또한, 투명한 음극은, 음극의 재료를 1∼10㎚의 두께로 엷게 막형성하고, 또한 ITO나 IZO 등이 투명 한 도전성 재료를 적층함으로써 형성할 수 있다.
(유기 화합물층)
본 발명에 있어서의 유기 화합물층에 대해서 설명한다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 발광층을 함유하는 적어도 한 층의 유기 화합물층을 갖고 있고, 유기 발광층 이외의 다른 유기 화합물층으로서는, 전술한 것 처럼, 정공 수송층, 전자 수송층, 전하 블록층, 정공 주입층, 전자 주입층 등의 각 층을 들 수 있다.
-유기 화합물층의 형성-
본 발명의 유기 EL 소자에 있어서, 유기 화합물층을 구성하는 각 층은, 증착법이나 스퍼터법 등의 건식 제막법, 전사법, 인쇄법 등 어떤 것에 의해서도 바람직하게 형성할 수 있다.
-유기 발광층-
유기 발광층은, 전계 인가시에, 양극, 정공 주입층, 또는 정공 수송층으로부터 정공을 수취하고, 음극, 전자 주입층, 또는 전자 수송층으로부터 전자를 수취하며, 정공과 전자의 재결합의 장소를 제공하여 발광시키는 기능을 갖는 층이다.
본 발명에 있어서의 발광층은, 발광 재료만으로 구성되어 있어도 되고, 호스트 재료와 발광 재료의 혼합층으로 한 구성이어도 된다. 발광 재료는 형광 발광 재료여도 인광 발광 재료여도 되고, 도펀트는 1종이어도 2종 이상이어도 된다. 호스트 재료는 전하 수송 재료인 것이 바람직하다. 호스트 재료는 1종이어도 2종 이상이어도 되고, 예를 들어, 전자 수송성의 호스트 재료와 홀수송성의 호스트 재료를 혼합한 구성을 들 수 있다. 또한, 발광층 중에 전하 수송성을 갖지 않고, 발광하지 않는 재료를 함유하고 있어도 된다.
또한, 발광층은 1층이어도 2층 이상이어도 되고, 각각의 층이 다른 발광색으로 발광해도 된다.
본 발명에 있어서는, 상이한 2종류 또는 3종류 이상의 발광 재료를 사용함으로써, 임의의 색의 발광 소자를 얻을 수 있다. 그 중에서도, 발광 재료를 적절히 선택함으로서, 고발광 효율 및 고발광 휘도인 백색 발광 소자를 얻을 수 있다. 예를 들어, 청색 발광/황색 발광이나 수색(水色) 발광/등색 발광, 녹색 발광/보라색 발광과 같이, 보색 관계에 있는 색을 발광하는 발광 재료를 사용하여 백색을 발광시킬 수 있다. 또한, 청색 발광/녹색 발광/적색 발광의 발광 재료를 사용하여 백색 발광시키는 것도 할 수 있다.
또한, 호스트 재료가 발광 재료의 기능을 겸하여 발광해도 된다. 예를 들어, 호스트 재료의 발광과 발광 재료의 발광에 의해, 소자를 백색 발광시켜도 된다.
본 발명에 있어서는, 상이한 2종류 이상의 발광 재료를 동일 발광층에 함유하고 있어도 되고, 또한, 예를 들어, 청색 발광층/녹색 발광층/적색 발광층, 또는 청색 발광층/황색 발광층과 같이 각각의 발광 재료를 함유하는 층을 적층한 구조여도 된다.
발광층의 발광색의 조정 수법에는 이하와 같은 수법도 있다. 이들의 1 또는 복수의 수법을 사용하여 발광색을 조정할 수 있다.
1) 발광층 보다도 광취득 측에 컬러 필터를 형성하여 조정하는 수법.
컬러 필터는, 투과하는 파장을 한정함으로써 발광색을 조정한다. 컬러 필터로서는, 예를 들어 청색의 필터로서는 산화 코발트, 녹색의 필터로서는 산화 코발트와 산화 크롬의 혼합계, 적색의 필터로서는 산화철 등의 공지된 재료를 사용하고, 예를 들어 진공 증착법 등의 공지된 박막 막형성법을 사용하여 투명 기판 상에 형성해도 된다.
2) 발광을 촉진하거나 저해하기도 하는 재료를 첨가하여 발광색을 조정하는 수법.
예를 들어, 호스트 재료로부터 에너지를 수취하고, 이 에너지를 발광 재료로 옮기는, 이른바 어시스트 도펀트를 첨가하여, 호스트 재료로부터 발광 재료로의 에너지 이동을 용이하게 할 수 있다. 어시스트 도펀트로서는, 공지된 재료로부터 적절히 선택되고, 예를 들어 후술하는 발광 재료나 호스트 재료에서 이용할 수 있는 재료에서 선택되는 것이 있다.
3) 발광층보다도 광취득 측에 있는 층 (투명 기판을 함유한다) 에, 파장을 변환하는 재료를 첨가하여 발광색을 조정하는 수법.
이 재료로서는 공지된 파장 변환 재료를 사용할 수 있고, 예를 들어, 발광층으로부터 발생한 광을 다른 저에너지 파장의 광으로 변환하는 형광 변환 물질을 채용할 수 있다. 형광 변환 물질의 종류는 목적으로 하는 유기 EL 장치에서 출사시키고자 하는 광의 파장과 발광층으로부터 발생하는 광의 파장에 따라 적절히 선택된다. 또한, 형광 변환 물질의 사용량은 농도 소광을 일으키지 않은 범위 내 에서 그 종류에 따라 적절히 선택 가능하다. 형광 변환 물질은 1종만을 사용해도 되고, 복수종을 병용해도 된다. 복수종을 병용하는 경우에는, 그 편성에 의해 청색광, 녹색광 및 적색광 이외에, 백색광이나 중간색의 광을 방출할 수 있다.
본 발명에 사용할 수 있는 형광 발광 재료의 예로서는, 예를 들어, 벤조옥사졸유도체, 벤조이미다졸유도체, 벤조티아졸유도체, 스티릴벤젠유도체, 폴리페닐유도체, 디페닐부타디엔유도체, 테트라페닐부타디엔유도체, 나프탈이미드유도체, 쿠마린유도체, 축합 방향족 화합물, 페리논유도체, 옥사디아졸유도체, 옥사진유도체, 알다진유도체, 피라리딘유도체, 시클로펜타디엔유도체, 비스스티릴안트라센유도체, 퀴나크리돈유도체, 피롤로피리딘유도체, 티아디아졸로피리딘유도체, 시클로펜타디엔유도체, 스티릴아민유도체, 디케토피롤로피롤유도체, 방향족디메틸리딘화합물, 8-퀴놀리놀유도체의 금속 착물이나 피로메텐유도체의 금속 착물로 대표되는 각종 금속 착물 등, 폴리티오펜, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌비닐렌 등의 폴리머화합물, 유기실란유도체 등의 화합물 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명에 사용할 수 있는 인광 발광 재료는, 예를 들어, 천이 금속 원자 또는 란타노이드 원자를 함유하는 착물을 들 수 있다.
천이 금속 원자로서는, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 텅스텐, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 및 백금을 들 수 있고, 보다 바람직하게는, 레늄, 이리듐, 및 백금이다.
란타노이드 원자로서는, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오딤, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 포르뮴, 에르븀, 툴륨, 이트륨, 루테튬을 들 수 있다. 이들의 란타노이드 원자 중에서도, 네오듐, 유로퓸, 및 가돌리늄이 바람직하다.
착물의 배위자로서는, 예를 들어, G.Wilkinson 등 저, Comprehensive Coordination Chemistry, Pergamon Press사 1987년 발행, H.Yersin 저,「Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds」Springer-Verlag 사 1987년 발행, 야마모토 아키오 저「유기 금속 화학-기초와 응용-」쇼카보사 1982년 발행 등에 기재된 배위자 등을 들 수 있다.
구체적인 배위자로서는, 바람직하게는, 할로겐 배위자 (바람직하게는 염소 배위자), 함질소 헤테로환 배위자 (예를 들어, 페닐피리딘, 벤조퀴놀린, 퀴놀리논, 비피리딜, 페난트롤린 등), 디케톤 배위자 (예를 들어, 아세틸아세톤 등), 카르복실산 배위자 (예를 들어, 아세트산 배위자 등), 일산화탄소 배위자, 이소니트릴 배위자, 시아노 배위자이고, 보다 바람직하게는, 함질소 헤테로환 배위자이다. 상기 착물은, 화합물 중에 천이 금속 원자를 한개 가져도 되고, 또한, 2개 이상 갖는 이른바 복핵 착물로 해도 된다. 이종의 금속 원자를 동시에 함유하고 있어도 된다.
인광 발광 재료는, 발광층 중에, 0.1∼40 질량% 함유되는 것이 바람직하고, 0.5∼20 질량% 함유되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서의 발광층에 함유되는 호스트 재료로서는, 예를 들어, 카르바졸 골격을 갖는 것, 디아릴아민 골격을 갖는 것, 피리딘 골격을 갖는 것, 피라진 골격을 갖는 것, 트리아진 골격을 갖는 것 및 아릴실란 골격을 갖는 것이 나, 후술하는 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층, 전자 수송층의 항으로 예시되어 있는 재료를 들 수 있다.
발광층의 두께는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 통상, 1㎚∼500㎚인 것이 바람직하고, 5㎚∼200㎚인 것이 보다 바람직하며, 10㎚∼100㎚인 것이 더욱 바람직하다.
-정공 주입층, 정공 수송층-
정공 주입층, 정공 수송층은, 양극 또는 양극측에서 정공을 수취하여 음극측에 수송하는 기능을 갖는 층이다. 정공 주입층, 정공 수송층은, 구체적으로는, 카르바졸유도체, 트리아졸유도체, 옥사졸유도체, 옥사디아졸유도체, 이미다졸유도체, 폴리아릴알칸유도체, 피라졸린유도체, 피라졸론유도체, 페닐렌디아민유도체, 아릴아민유도체, 아미노치환칼콘유도체, 스티릴안트라센유도체, 플루오레논유도체, 하이드라존유도체, 스틸벤유도체, 시라잔유도체, 방향족 제3급 아민화합물, 스티릴아민화합물, 방향족 디메틸리딘계화합물, 포르피린계화합물, 유기실란유도체, 카본, 등을 함유하는 층인 것이 바람직하다.
정공 주입층, 정공 수송층의 두께는, 구동 전압을 내린다는 관점에서, 각각500㎚ 이하인 것이 바람직하다.
정공 수송층의 두께로서는, 1㎚∼500㎚인 것이 바람직하고, 5㎚∼200㎚인 것이 보다 바람직하며, 1O㎚∼1OO㎚인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 정공 주입층의 두께로서는, 0.1㎚∼200㎚인 것이 바람직하고, 0.5㎚∼1OO㎚인 것이 보다 바람직하며, 1㎚∼1OO㎚인 것이 더욱 바람직하다.
정공 주입층, 정공 수송층은, 상기 서술한 재료의 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 단층 구조여도 되고, 동일 조성 또는 이종 조성의 복수층으로 이루어지는 다층 구조여도 된다.
-전자 주입층, 전자 수송층-
전자 주입층, 전자 수송층은, 음극 또는 음극측에서 전자를 수취하여 양극측에 수송하는 기능을 갖는 층이다. 전자 주입층, 전자 수송층은, 구체적으로는, 트리아졸유도체, 옥사졸유도체, 옥사디아졸유도체, 이미다졸유도체, 플루오레논유도체, 안트라퀴논디메탄유도체, 안트론유도체, 디페닐퀴논유도체, 티오피란디옥시드유도체, 카르보디이미드유도체, 플루오레니리덴메탄유도체, 디스티릴피라진유도체, 나프탈렌, 페리렌 등의 방향환테트라카르복실산무수물, 프탈로시아닌유도체, 8-퀴놀리놀유도체의 금속 착물이나 메탈프탈로시아닌, 벤조옥사졸이나 벤조티아졸을 배위자로 하는 금속 착물로 대표되는 각종 금속 착물, 유기실란유도체, 등을 함유하는 층인 것이 바람직하다.
전자 주입층, 전자 수송층의 두께는, 구동 전압을 내린다는 관점에서, 각각500㎚ 이하인 것이 바람직하다.
전자 수송층의 두께로는, 1㎚∼500㎚인 것이 바람직하고, 5㎚∼200㎚인 것이 보다 바람직하며, 1O㎚∼1OO㎚인 것이 더욱 바람직하다. 또, 전자 주입층의 두께로는, 0.1㎚∼200㎚인 것이 바람직하고, 0.2㎚∼100㎚인 것이 보다 바람직하며, 0.5㎚∼50㎚인 것이 더욱 바람직하다.
전자 주입층, 전자 수송층은, 상기 서술한 재료의 1종 또는 2종 이상으로 이 루어지는 단층 구조여도 되고, 동일 조성 또는 이종 조성의 복수층으로 이루어지는 다층 구조여도 된다.
또한, 음극과 발광층 간의 에너지 장벽을 완화하기 위해, 음극에 인접하는 층에 알칼리 금속이나 알칼리 금속 화합물을 도핑해도 된다. 첨가한 금속이나 금속 화합물에 의해 유기층이 환원되어 음이온이 생성하기 때문에, 전자 주입성이 높아지고, 인가 전압이 낮아진다. 알칼리 금속 화합물로서는, 예를 들어 산화물, 불화물, 리튬킬레이트 등을 들 수 있다.
-정공 블록층-
정공 블록층은, 양극측에서 발광층에 수송된 정공이, 음극측으로 빠져나가는 것을 방지하는 기능을 갖는 층이다. 본 발명에 있어서, 발광층과 음극측에서 인접하는 유기 화합물층으로서, 정공 블록층을 형성할 수 있다. 또한, 전자 수송층·전자 주입층이 정공 블록층의 기능을 겸하고 있어도 된다.
정공 블록층을 구성하는 유기 화합물의 예로서는, BAlq 등의 알루미늄 착물, 트리아졸유도체, BCP 등의 페난트롤린유도체, 등을 들 수 있다.
정공 블록층의 두께로서는, 1㎚∼500㎚인 것이 바람직하고, 5㎚∼2OO㎚인 것이 보다 바람직하며, 1O㎚∼1OO㎚인 것이 더욱 바람직하다.
정공 블록층은, 상기 서술한 재료의 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 단층 구조여도 되고, 동일 조성 또는 이종 조성의 복수층으로 이루어지는 다층 구조여도 된다.
또한, 음극측에서 발광층에 수송된 전자가 양극측으로 빠져나가는 것을 방지 하는 기능을 갖는 층을, 발광층과 양극측에서 인접하는 위치에 형성할 수도 있다. 정공 수송층·정공 주입층이 이 기능을 겸하고 있어도 된다.
(보호층)
본 발명에 있어서, 유기 EL 소자 전체는, 보호층에 의해 보호되고 있어도 된다.
보호층에 함유되는 재료로서는, 수분이나 산소 등의 소자 열화를 촉진하는 것이 소자 내에 들어 가는 것을 억지하는 기능을 갖고 있는 것이면 된다.
그 구체예로서는, In, Sn, Pb, Au, Cu, Ag, Al, Ti, Ni 등의 금속, MgO, SiO, SiO2, Al2O3, GeO, NiO, CaO, BaO, Fe2O3, Y2O3, TiO2 등의 금속 산화물, SiNx, SiNxOy 등의 금속 질화물, MgF2, LiF, AlF3, CaF2 등의 금속 불화물, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리이미드, 폴리우레아, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리디클로로디플루오로에틸렌, 클로로트리플루오로에틸렌과 디클로로디플루오로에틸렌과의 공중합체, 테트라플루오로에틸렌과 적어도 1종의 코모노머를 함유하는 모노머 혼합물을 공중합시켜 얻을 수 있는 공중합체, 공중합 주사슬에 고리형상 구조를 갖는 함불소 공중합체, 흡수율 1% 이상의 흡수성 물질, 급수율 0.1% 이하의 방습성 물질 등을 들 수 있다.
보호층의 형성 방법에 대해서는, 특별한 한정은 없고, 예를 들어, 진공 증착법, 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, MBE (분자선 에피탁시) 법, 클러스터이온빔법, 이온 플레이팅법, 플라즈마 중합법 (고주파 여기 이온 플레이팅법) , 플라즈마 CVD법, 레이저 CVD법, 열 CVD법, 가스 소스 CVD법, 코팅법, 인쇄법, 전사법을 적용할 수 있다.
(밀봉)
또한, 본 발명의 유기 EL은, 밀봉 용기를 사용하여 소자 전체를 밀봉해도 된다.
또한, 밀봉 용기와 발광 소자 간의 공간에 수분 흡수제 또는 불활성 액체를 봉입해도 된다. 수분 흡수제로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 산화바륨, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화칼슘, 황산나트륨, 황산칼슘, 황산마그네슘, 5산화인, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화구리, 불화세슘, 불화니오브, 브롬화칼슘, 브롬화바나듐, 몰레큘러시브, 제올라이트, 산화마그네슘 등을 들 수 있다. 불활성 액체로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 파라핀류, 유동파라핀류, 퍼플루오로알칸이나 퍼플루오로아민, 퍼플루오로에테르등의 불소계용제, 염소계용제, 실리콘오일류를 들 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 양극과 음극과 간에 직류 (필요에 따라 교류성분을 함유해도 된다) 전압 (통상 2볼트∼15볼트), 또는 직류 전류를 인가함으로써, 발광을 얻을 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자의 구동 방법에 대해서는, 일본 공개특허공보 평2-148687호, 동6-301355호, 동5-29080호, 동7-134558호, 동8-234685호, 동8-241047호의 각 공보, 특허 제2784615호, 미국특허 제5828429호, 동 제6023308호의 각 명세서, 등에 기재된 구동 방법을 적용할 수 있다.
본 발명의 가스 배리어성 필름을 유기 EL 소자에 사용하는 경우에는, 기재 필름 및/또한 보호 필름으로서 사용해도 된다.
또한, 본 발명의 기재 필름에 설치한 가스 배리어성 적층체를, 기재 필름 대신에 상기 소자 상에 설치하여 밀봉해도 된다.
실시예
이하에 실시예를 들어 본 발명의 특징을 더욱 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예에 나타내는 재료, 사용량, 비율, 처리 내용, 처리 순서 등은, 본 발명의 취지를 일탈하지 않은 한 적절히 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하에 나타내는 구체예에 의해 한정적으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
[실시예 1]
기재 필름 상에 가스 배리어성 적층체와 그 위에 투명 도전층을 형성한 가스 배리어성 필름 (시료 No.1∼21) 을 하기의 순서에 따라 제작하였다. 각 가스 배리어성 필름의 구조의 상세한 것은 표 1 및 표 2에 기재되는 것과 같다.
<본 발명의 가스 배리어성 필름 (시료 No.1∼17) 의 제작>
1. 기재 필름의 제작
표 1에 기재되는 수지로 이루어지는 두께 1OO㎛의 기재 필름을 준비하였다. 표 1 중, PET으로서 도오레(주) 제조의 루미라 T60를 사용하고, PEN으로서 테이진 듀퐁 필름(주) 제조의 테오넥스 Q65AF를 사용하였다. 또한, 시료 No.8∼14에서 사용한 기재 필름은, 원료가 되는 수지로부터 이하의 방법으로 제작하였다.
수지를, 농도가 15 질량% 가 되도록 디클로로메탄용액에 용해하고, 그 용액 을 다이코팅법에 의해 스테인리스 밴드 상에 유연하였다. 다음으로, 밴드 상에서 제 1 필름을 벗겨, 잔류 용매 농도가 0.08 질량% 가 될 때까지 건조시켰다. 건조 후, 제 1 필름의 양단을 트리밍하여, 널링 가공한 후 말아서, 두께 1OO㎛의 기재 필름을 제작하였다.
2. 가스 배리어성 적층체의 형성
도 1에 나타내는 롤투롤 방식의 유도 결합형 플라즈마 CVD 장치 (1) 를 사용하고, 기재 필름 상에 무기 가스 배리어층을 형성하였다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 유도 결합형 플라즈마 CVD 장치 (1) 는, 진공조 (2) 를 갖고 있고, 그 중앙부에는 플라스틱 필름 (6) 을 표면에 접촉시켜 냉각하기 위한 드럼 (3) 이 배치되어 있다. 또한, 상기 진공조 (2) 에는 플라스틱 필름 (6) 을 감기 위한 송출롤 (4) 및 권취롤 (5) 이 배치되어 있다. 송출롤 (4) 에 감긴 플라스틱 필름 (6) 은 가이드롤 (7) 을 개재하여 드럼 (3) 에 감기고, 또한 플라스틱 필름 (6) 은 가이드롤 (8) 을 통해 권취롤 (5) 에 감긴다. 진공 배기계로서는 배기구 (9) 에서 진공 펌프 (10) 에 의해 진공조 (2) 내의 배기가 항상 행해지고 있다. 막형성계로서는 유도 전계를 발생하는 유도 코일을 구비한 RF 전원 (11) 에 자동 확인 회로가 접속된 것과, 봄베로부터 일정 유량의 가스를 진공조에 도입하는 매스플로콘트롤러에 의한 가스 도입계로 이루어진다.
이하, 가스 배리어성 적층체의 형성시에 있어서의 구체적인 조건을 나타낸다.
플라스틱 필름 (6) 으로서 상기 기재 필름을 설치하고, 이것을 송출롤 (4) 에 걸어, 권취롤 (5) 까지 통과시켰다. 유도 결합 플라즈마 CVD 장치 (1) 로의 기재의 준비가 종료된 후, 진공조 (2) 의 도어를 닫고 진공 펌프 (10) 를 기동시켜, 진공으로 만들기 시작하였다. 도달 압력이 4×10-4Pa가 되면, 플라스틱 필름 (6) 의 주행을 시작하였다. 방전 가스로서 아르곤을 도입하여 방전 전원 (11) 을 ON 하고, 13.56MHz의 고주파를 방전 전력 500W에서 인가하여, 표 1 과 표 3 에 기재되는 막형성 압력의 진공층 중에 플라즈마를 발생시켜 5분간 플라즈마 클리닝 처리를 하였다. 이후, 반응 가스로서 질소에 의해서 5%로 희석한 실란 가스를 도입하여 막형성 압력에서의 방전의 안정을 확인하고 나서, 필름 반송 방향을 역전시켜, 일정 시간 규소질화물의 막형성을 행하였다. 막형성 종료 후, 산소 가스를 천천히 도입하고, 방전의 안정을 확인한 후, 앞서와는 역방향으로 필름을 반송하여 규소산질화물을 막형성하였다. 이 때, 질소에 의해서 5%로 희석한 실란 가스와 산소 가스의 유량은 표 1과 표 3에 기재된 대로 하였다. 다음으로 산소 도입을 중지하고, 방전의 안정을 확인한 후 다시 역방향으로 필름을 반송하여 규소 질화물층을 막형성하였다.
3.투명 도전층의 형성
상기에서 얻어진 시료를, 시판의 뱃치식 마그네트론 스퍼터링 장치 (시바우라 메카트로닉사 제조) 의 진공 챔버 내에 도입하고, 직류 전원을 사용하여 인듐석 산화물 (ITO, 인듐/주석=95/5몰비) 의 양극을 형성하였다 (두께 0.2㎛).
이상과 같이 하여 본 발명의 가스 배리어성 필름 (시료 No.1∼17) 을 얻었 다.
<비교용의 가스 배리어성 필름 (시료 No.18) 의 제작>
상기 시료 No.2의 제작 공정에서, 규소산 질화물층의 형성 공정을 실시하지 않고, 그 이외는 No.2의 제작 공정과 완전히 동일하게 하고, 비교용의 가스 배리어성 필름 (시료 No.18) 을 제작하였다.
<비교용의 가스 배리어성 필름 (시료 No.19) 의 제작>
시판의 뱃치식 마그네트론 스퍼터링 장치 (시바우라 메카트로닉스사 제조) 를 사용하였다. 상기 시료 No.2의 제작으로 사용한 것과 같은 기재 필름 (PEN 필름) 을 10-4Pa 대까지 진공으로 만들고, 방전 가스로서 아르곤을 분압 0.5Pa에서 도입하였다. 분위기 압력이 안정되면 방전을 시작하고, Si3N4타겟 상에 플라즈마를 발생시켜, 스퍼터링 프로세스를 시작하였다. 프로세스가 안정되면 셔터를 열어 필름에 제 1 규소산질화층을 형성하기 시작하였다. 5㎚의 막이 퇴적되면 셔터를 닫아 막형성을 종료하였다. 이 조건으로 막형성한 규소산 질화물층의 원소비를 X선 광전자 분광 분석 (ESCA) 으로 측정한 바, O:N=30:70이었다. 계속해서 방전 가스로서 아르곤을 분압 0.5Pa 도입하고, 반응 가스로서 산소를 분압에 의해 0.005Pa 도입하였다. 분위기 압력이 안정되면 방전을 시작하여 Si3N4타겟 상에 플라즈마를 발생시켜, 스퍼터링 프로세스를 시작하였다. 프로세스가 안정되면 셔터를 열어 필름에 제 2 규소산 질화물층을 형성하기 시작하였다. 95㎚의 막이 퇴적되면 셔터를 닫아 막형성을 종료하였다. 이 조건으로 막형성한 제 2 규소산 질화물층의 원소비를 ESCA에서 측정한 바, O:N=65:35이었다. 진공조 내에 대기를 도입하여 규소산 질화물층의 형성된 필름을 꺼내었다.
다음으로, 상기 시료에 대하여, 전술한 시료 No.2의 제작에 있어서 실시한 투명 도전성층의 형성 공정을 행함으로써, 비교용의 가스 배리어성 필름 (시료 No.19) 을 얻었다.
<비교용의 가스 배리어성 필름 (시료 No.20) 의 제작>
상기 시료 No.2의 제작 공정에 있어서, 기재 필름에 가까운 쪽의 규소 질화물층의 형성 공정을 실시하지 않고, 그 이외에는 No.2의 제작 공정과 완전히 동일하게 하여, 비교 가스 배리어성 필름 (시료 No.20) 을 제작하였다.
<비교용의 가스 배리어성 필름 (시료 No.21) 의 제작>
1. 무기층 형성
도 2에 나타내는 바와 같은 도 1과 유사한 롤투롤 방식의 스퍼터링 장치 (1) 를 사용하였다. 이 장치는 진공조 (2) 를 갖고 있고, 그 중앙부에는 플라스틱 필름 (6) 을 표면에 접촉시켜 냉각시키기 위한 드럼 (3) 이 배치되어 있다. 또한, 상기 진공조 (2) 에는 플라스틱 필름 (6) 을 감기 위한 송출롤 (4) 및 권취롤 (5) 이 배치되어 있다. 송출롤 (4) 에 감긴 플라스틱 필름 (6) 은 가이드롤 (7) 을 개재하여 드럼 (3) 에 감기고, 또한 플라스틱 필름 (6) 은 가이드롤 (8) 을 개재하여 롤 (5) 에 감긴다. 진공 배기계로서는 배기구 (9) 부터 진공 펌프 (10) 에 의해 진공조 (2) 내의 배기가 항상 행해지고 있다. 막형성계로서는 펄스 전력을 인가할 수 있는 직류 방식의 방전 전원 (11') 에 접속된 캐소드 (12') 상에 타겟 (도시하지 않음) 이 장착되어 있다. 이 방전 전원 (11' ) 은 제어기 (13) 에 접속되고, 또한 이 제어기 (13) 는 진공조 (2) 에 배관 (15) 을 개재하여 반응 가스 도입량을 조정하면서 공급하는 가스 유량 조정 유니트 (14) 에 접속되어 있다. 또한, 진공조 (2) 에는 일정 유량의 방전 가스가 공급되도록 구성되어 있다 (도시하지 않음). 이하, 구체적인 조건을 나타낸다.
타겟으로서 Si를 세트하고, 방전 전원 (11') 으로서 펄스 인가 방식의 직류 전원을 준비하였다. 플라스틱 필름 (6) 으로서 상기 시료 No.2의 제작에서 사용한 것과 같은 기재 필름 (PEN 필름) 을 준비하여, 이것을 송출롤 (4) 에 걸고, 권취롤 (5) 까지 통과시켰다. 스퍼터링 장치 (1) 로의 기재의 준비 종료 후, 진공조 (2) 의 문을 닫고 진공 펌프 (10) 를 기동시켜, 진공으로 만들고 드럼의 냉각을 시작하였다. 도달 압력이 4×10-4Pa, 드럼 온도가 5℃가 되면, 플라스틱 필름 (6) 의 주행을 시작하였다. 방전 가스로서 아르곤을 도입하여 방전 전원 (11' ) 을 ON 하고, 방전 전력 5kW, 막형성 압력 0.3Pa에서 Si 타겟 상에 플라즈마를 발생시켜, 3분간 프레스퍼터 하였다. 이후, 반응 가스로서 산소를 도입하였다. 방전이 안정하고 나서 아르곤 및 산소 가스량을 서서히 줄여 막형성 압력을 O.1Pa까지 내렸다. O.1Pa에서의 방전의 안정을 확인하고 나서, 일정 시간 규소 산화물의 막형성을 행하였다. 막형성 종료 후, 진공조 (2) 를 대기압으로 되돌려 규소산화물을 막형성한 필름을 꺼냈다. 막두께는 약 20㎚였다.
2. 유기층 형성
다음으로, 50.75mL의 테트라에틸렌글리콜·디아크릴레이트와 14.5mL의 트리프로필렌글리콜모노아크릴레이트와 7.25mL의 카프로락톤아크릴레이트와 10.15mL의 아크릴산과 10.15mL의 EZACURE (Sartomer 사 제조 벤조페논 혼합물 광중합 개시제) 과의 아크릴 모노머 혼합물을, 고체의 N, N'-비스(3-메틸페닐)-N, N'-디페닐벤지딘입자 36.25gm와 혼합하고, 20kHz 초음파 티슈민사로 약 1시간 교반하였다. 약 45℃로 가열하여, 침강을 막기 위해 교반한 혼합물을 내경 2.0mm, 길이 61mm의 모관을 통해 1.3mm의 스프레이 노즐에 펌프로 보내고, 25kHz의 초음파 분무기에 넣어 미세한 액적으로 분무하여, 약 340℃로 유지된 표면에 낙하시켰다. 약 13℃의 온도의 저온 드럼에 접촉시킨 상기 기판 필름 상에 증기를 극저온 응결시킨 후, 고압 수은등 램프에 의해 UV 경화시켜 (적산 조사량 약 200OmJ/cm2), 유기층을 형성하였다. 막두께는 약 50O㎚ 이었다.
3. 무기층 형성/유기층 형성의 교대 반복 막형성
상기 (1) , (2) 를 또한 각 3회 반복하고, 최상층 위에 무기층 (SiOx 층) 을 설치하여, 가스 배리어성 적층체를 제작하였다 (합계 9층).
다음으로, 상기 시료에 대하여, 전술의 시료 No.8의 제작에 있어서 실시한 투명 도전성층의 형성 공정을 행함으로써, 비교용의 가스 배리어성 필름 (시료 No.21) 을 얻었다.
<가스 배리어성 필름의 물성 평가>
하기 장치를 사용하여 배리어 필름의 모든 물성을 평가하였다.
·층구성 (막두께) : 히타치사 제조, 주사형 전자 현미경「S-900형」
·수증기 투과율 (g/m2· day) : MOCON사 제조, 「PERMATRAN-W3/31」(조건: 40℃·상대 습도 90%)
·원자 조성비 : 클레이토스어낼리디컬사 제조「ESCA3400」
·굴절률:J·A·우람·Japan사 제조「WOOLLAM-VASE」
[실시예 2]
<유기 EL 소자의 제작 (I)>
25mm×25mm의 상기 가스 배리어성 필름 (시료 No.1∼21) 상에 직류 전원을 사용하고, 스퍼터법으로 인듐주석산화물 (ITO, 인듐/주석=95/5 몰비) 의 양극을 형성하였다 (두께 0.2㎛). 이 양극 상에 정공 주입층으로서 구리프탈로시아닌 (CuPc) 을 진공 증착법으로써 10㎚ 형성하고, 그 위에 정공 수송층으로서, N,N'-디나프틸-N,N'-디페닐벤지딘을 진공 증착법으로 40㎚ 형성하였다. 그 위에 호스트재로서 4,4'-N,N'-디카르바졸비페닐, 청발광재로서 비스[(4,6-디플루오로페닐)-피리디나이트-N,C2'](피콜리네이트)이리듐착물(Firpic), 녹발광재로서 트리스(2-페닐피리딘)이리듐착물(Ir(ppy)3), 적발광재로서 비스(2-페닐퀴놀린)아세틸아세토네이트이리듐을 각각 100/2/4/2의 중량비가 되도록 공증착하여 40㎚의 발광층을 얻었다. 또한 그 후에 전자 수송재로서 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트리일)트리스[3-(2-메틸페닐)-3H-이미다조[4,5-b]피리딘]을 1㎚/초의 속도로 증착하여 24㎚의 전자 수송층을 형성하였다. 이 유기 화합물층의 위에 패터닝한 마스크 (발광 면적이 5mm×5mm이 되는 마스크) 를 설치하여, 증착 장치 내에서 불화리튬을 1㎚ 증착하고, 또한 알루미늄을 1OO㎚ 증착하여 음극을 형성하였다. 양극, 음극 보다 각각 알루미늄의 리드선을 내어 발광 소자를 제작하였다. 그 소자를 질소 가스로 치환한 글러브 박스 내에 넣고, 유리캡과 자외선 경화형 접착제 (나가세치바 제조, XNR5493) 로 밀봉하여 발광 소자를 제작하였다.
<유기 EL 소자의 제작 (II)>
가스 배리어성 필름 (시료 No.1∼21) 을 사용하고, 상기 유기 EL 소자의 제작 (I) 의 경우와 동일하게 하여 발광 소자를 제작하여, 밀봉하지 않고 이하의 공정을 실시하였다.
도 1의 장치에 그 소자를 도입 (가이드 기초로 캅톤 테이프로 고정) 하여 1 0-4Pa까지 감압한 후, 반응 가스로서 질소에 의해서 5%로 희석한 실란 가스를 도입하고 0.6Pa에서의 방전의 안정을 확인하고 나서, 필름 반송 방향을 역전시켜, 일정 시간규소질화물의 막형성을 행하였다. 막형성 종료 후, 질소로 희석된 실란 유량의 5% 에 대응하는 산소 가스를 천천히 도입하고, 방전의 안정을 확인한 후, 앞서와는 역방향으로 필름을 반송하여 규소산질화물을 막형성하였다. 다음으로 산소 도입을 중지하고, 방전의 안정을 확인한 후 다시 역방향으로 필름을 반송하여 규소 질화물층을 막형성하였다. 참조용과 동일한 시료에 서모 테이프를 붙여 프로세스 온도를 확인한 바 50℃ 미만이었다.
<유기 EL 소자 (I), (II) 의 내구성 평가>
이상과 같이 하여 얻어진 유기 EL 소자 (I), (II) 에 소스 메이저 유니트 2400형 (동양 테크니카(주) 제조) 을 사용하고, 직류 전류를 인가하여 발광시킨 바, 모든 소자 시료가 양호하게 발광하였다.
다음으로 상기 유기 EL 소자의 제작 후, 60℃·상대습도 90% 하에 50O시간 방치하여 동일하게 하고 발광시켜, 전체에 있어서의 발광 부분의 면적 (비발광 부분은 다크 스폿) 을, 일본 폴라디지털(주) 제조 마이크로애널라이저를 사용하여 구하였다.
상기 실시예 1, 2의 결과를 정리하여 다음 페이지 표 1에 나타낸다.
Figure 112006019686370-PAT00015
Figure 112006019686370-PAT00016
Figure 112006019686370-PAT00017
표 1의 결과에서 분명한 것과 같이, 본 발명의 가스 배리어성 필름 (시료 No.1∼17) 은, 비교용의 가스 배리어성 필름 (시료 18∼20) 에 대하여 고내구성의 유기 일렉트로루미네선스 소자를 제공할 수 있다.
또한, 시료 No.1에 비하여, 보다 높은 유리 전이 온도를 갖는 구성 수지로 이루어지는 필름 기판을 사용하여 동일한 프로세스 조건으로 제작한 시료 No.2, 8∼12는, 보다 고내구성의 유기 일렉트로루미네선스 소자를 제공할 수 있다.
또한 그 중에서도 본 발명에 기재된 특정한 스피로 구조를 갖는 수지 또는 특정한 칼드 구조를 갖는 폴리머로 이루어지는 기판 필름을 사용한 시료 No.8∼14는 또한 고내구성의 유기 일렉트로루미네선스 소자를 제공할 수 있다.
또한, 시료 No.15∼17에 비하여, 규소산 질화물층의 산소와 질소의 구성 비율이 1:1∼20:1 간이고, 또한 굴절률이 1.4∼2.0의 조건을 만족하는 시료 No.2∼7 쪽이 보다 고내구성의 유기 일렉트로루미네선스 소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 배리어성 필름 (시료 No.1∼17) 은, 비교용의 가스 배리어성 필름 (시료 No.21) 에 대하여 제조시의 롤권취 횟수를 현저히 줄일 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 고생산성을 갖는 제법에 의해 높은 가스 배리어성 필름을 제공할 수 있다. ·
산업상의 이용가능성
본 발명의 가스 배리어성 필름은, 우수한 투명성과 가스 배리어성을 갖기 때문에, 각종 디바이스의 기판이나 디바이스의 피복 필름으로서 바람직하게 사용된다. 또한, 본 발명의 화상 표시 소자용 기판 및 유기 EL 소자는, 높은 내구성 및 유연성을 갖는다. 이 때문에, 본 발명은 산업상의 이용가능성이 높다.

Claims (11)

  1. 기재 필름 상에 가스 배리어성 적층체를 갖고 이루어지는 가스 배리어성 필름에 있어서, 그 가스 배리어성 적층체가 규소 질화물층, 규소산 질화물층, 규소 질화물층의 순서대로 서로 인접하여 배치된 3층으로 이루어진 유니트를 적어도 한개 갖는 것을 특징으로 하는 가스 배리어성 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    40 ℃·상대 습도 90% 에 있어서의 수증기 투과율이 0.01g/m2·day 이하인 가스 배리어성 필름.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기재 필름이, 유리 전이 온도가 120℃ 이상인 고분자 재료로 형성되는 가스 배리어성 필름.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 규소 질화물층의 적어도 1 층이 유도 결합 플라즈마 CVD를 사용하여 형성되는 가스 배리어성 필름.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 규소산 질화물층이, 산소와 질소의 구성 비율이 1:1∼20:1 이고, 또한 굴절률이 1.4∼2.0 인 가스 배리어성 필름.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재 필름이 하기 일반식 (1) 로 표시되는 구조를 갖는 폴리머 또는 하기 일반식 (2) 로 표시되는 구조를 갖는 폴리머로 이루어지는 필름인 가스 배리어성 필름:
    일반식 (1)
    Figure 112006019686370-PAT00018
    [일반식 (1) 중, 고리α는 단환식 또는 다환식의 고리를 나타내고, 2개의 고리는 각각 동일하거나 상이해도 되고, 스피로 결합에 의해서 결합한다],
    일반식 (2)
    Figure 112006019686370-PAT00019
    [일반식 (2) 중, 고리β 및 고리γ는 단환식 또는 다환식의 고리를 나타내고, 2개의 고리γ는 각각 동일하거나 상이해도 되고, 고리β 상의 1개의 4급 탄소에 연결한다].
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 배리어성 적층체상에 투명 도전층을 형성하는 가스 배리어성 필름.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재 필름을 롤투롤 (roll to roll) 방식으로 공급하고, 상기 가스 배리어성 적층체를 연속적으로 막형성하는 방법으로 제조하는 가스 배리어성 필름.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 배리어성 필름을 사용한 화상 표시 소자용 기재 필름.
  10. 제 9 항에 기재된 화상 표시 소자용 기재 필름을 사용한 유기 일렉트로루미네선스 소자.
  11. 제 10 항에 기재된 유기 일렉트로루미네선스 소자를 막형성 후, 대기에 노출시키지 않고 진공 중에서 규소 질화물층, 규소산 질화물층, 규소 질화물층의 순서대로 서로 인접하여 배치된 3층으로 이루어지는 유니트를 적어도 1개 설치하고 나서 밀봉하여 제조한 유기 일렉트로루미네선스 소자.
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