KR20140010113A - 가스 배리어 적층 필름과 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
기재 필름의 적어도 일방의 면에 복수층의 무기 박막층을 형성하여 이루어지는 가스 배리어 적층 필름으로서, 상기 무기 박막층에 있어서의 상기 기재 필름측의 제 1 층에서부터 제 n 층 (n 은 1 이상의 정수) 이 비플라즈마 성막법에 의해 성막되어 이루어지고, 그 위에 접하여 성막되는 제 n+1 층이 대향 타깃 스퍼터법에 의해 성막되어 이루어지는 가스 배리어 적층 필름, 그리고 기재 필름의 적어도 일방의 면에 1 층 또는 복수층의 무기 박막층을 형성하는 가스 배리어 적층 필름의 제조 방법으로서, 상기 무기 박막층에 있어서의 상기 기재 필름측의 제 1 층 ∼ 제 n 층을 비플라즈마 성막법에 의해 성막하고, 그 위에 접하는 제 n+1 층을 대향 타깃 스퍼터법에 의해 성막하는 가스 배리어 적층 필름의 제조 방법으로, 무기 박막층을 성막하는 기재 필름, 특히 수지 필름에 대한 데미지가 적고, 치밀성이 높은 무기 박막층이 성막되어, 가스 배리어성이 높고, 생산성이 우수한 가스 배리어 적층 필름과 그 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 식품이나 공업용품 및 의약품 등의 변질을 방지하기 위한 포장, 액정 표시 소자, 무기 태양 전지, 전자파 시일드, 터치 패널, 컬러 필터, 진공 단열재나, 유기 EL (일렉트로루미네선스), 유기 태양 전지, 유기 TFT 등의 유기 디바이스 등에 사용하는 가스 배리어 적층 필름과 그 제조 방법에 관한 것이다.
플라스틱 필름을 기재 (基材) 로 하고, 그 표면에 무기 박막을 형성한 가스 배리어성 플라스틱 필름은, 수증기나 산소 등의 각종 가스의 차단을 필요로 하는 물품의 포장, 예를 들어, 식품이나 공업용품 및 의약품 등의 변질을 방지하기 위한 포장에 널리 이용되고 있다. 또, 이 가스 배리어성 플라스틱 필름에 대해서는 포장 용도 이외에도 최근, 액정 표시 소자, 무기 태양 전지, 전자파 시일드, 터치 패널, 컬러 필터, 진공 단열재나, 유기 EL, 유기 태양 전지, 유기 TFT 등의 유기 디바이스 등에서 사용하는 투명 도전 시트나 진공 단열재 등의 새로운 용도도 주목받고 있다.
이러한 분야에 있어서, 무기 재료의 고성능 가스 배리어막을 진공 증착법, 마그네트론 스퍼터법, RF 스퍼터법, 플라즈마 CVD 법, 이온 플레이팅법 등에 의해 코팅하는 구성이 제안되어 있다.
좀더 가스 배리어성을 높이기 위해서는, 예를 들어 특허문헌 1, 2 에 기재된 바와 같이, 기재 필름에 대한 데미지가 적은 성막 방법으로서의 촉매 화학 증착 (Cat-CVD) 법을 사용하는 것이 알려져 있지만, 이 제막 방법만으로는 성막 속도가 낮아, 공업적인 생산성이 확립되어 있지 않았다.
또한, 가스 배리어성을 높이는 별도의 수단으로서, 예를 들어 특허문헌 3 에 기재된 바와 같이, 증착 공정을 2 회 이상 반복하여 실시함으로써 기재 상에 무기 박막을 2 층 이상 적층하여, 플라스틱 필름의 가스 배리어성을 개선시키는 것이 제안되어 있다. 그러나, 이 제막 방법에 의해서도 얻어지는 플라스틱 필름의 가스 배리어성은 충분하지 않아, 가스 배리어성을 향상시키고자 하면, 대신에 생산성이 크게 저하되어 버리는 문제가 있었다.
본 발명은 무기 박막층을 성막하는 기재 (基材) 필름, 특히 수지 필름에 대한 데미지가 적고, 치밀성이 높은 무기 박막층이 성막되어, 가스 배리어성이 높고, 생산성이 우수한 가스 배리어 적층 필름과 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 종래 제법에 있어서의 과제가 무기 박막층의 막의 치밀성이나 성막시의 데미지에서 기인하는 것을 알아내었다. 즉, 진공 증착법으로 무기 박막층을 성막한 경우에 있어서는, 후술하는 종래법의 스퍼터법 또는 플라즈마 CVD 법과 같은 플라즈마 성막법과 달리, 플라즈마에 의한 기재 필름에 대한 데미지는 방지할 수 있지만, 일반적으로 막의 치밀성은 스퍼터법, CVD 법과 비교하면 낮아, 가스 배리어성을 발현시키기 위한 막질로는 불충분하다는 것을 알 수 있었다. 또한, 진공 증착법과 같이 비플라즈마 성막법인 Cat-CVD 법에 있어서도, 플라즈마로 인한 기재 필름에 대한 데미지는 방지할 수 있고 또한 Cat-CVD 법에서는 치밀성이 높은 막이 성막 가능하지만, Ca-CVD 법에서는 성막 속도가 낮아, 배리어성을 발현시키기에 충분한 막두께를 성막하고자 하면, 생산성이 크게 저하된다. 종래법의 스퍼터법인 마그네트론 스퍼터법, RF 스퍼터법, 또는 플라즈마 CVD 법 등의 플라즈마 성막법으로 성막한 경우에 있어서는, 막의 치밀성은 높지만, 기재 필름이 직접 플라즈마에 노출되게 되므로, 플라즈마에 의한 기재 필름에 대한 데미지에 의해 배리어 성능이 저하된다. 한편, 방전 전력을 저하시켜 성막함으로써 플라즈마 데미지를 저감하는 것은 가능하지만, 이 경우에는 성막 속도가 크게 저하되어 생산성의 면에서 큰 문제가 된다. 이온 플레이팅법으로 성막한 경우에 있어서는, 여기원을 선택함으로써 플라즈마 데미지, 또는 열 복사에 의한 데미지를 어느 정도 억제할 수 있지만, 원료 타깃 여기에 의해 부차적으로 생성되는 이온, 전자, X 선에 의해서 기재 필름이 데미지를 받기 때문에, 배리어 성능이 저하된다.
이러한 성막 수법들을 2 회 이상 반복해서 기재 상에 무기 박막을 2 층 이상 적층하여 플라스틱 필름의 가스 배리어성을 개선하는 것도 제안되어 있지만, 전술한 바와 같이 기재 필름 상에 성막하는 무기 박막층의 첫 번째 층을 종래법의 스퍼터법인 마그네트론 스퍼터법, RF 스퍼터법, 또는 플라즈마 CVD 법 등의 플라즈마 성막법으로 성막한 경우에는, 기재 필름이 직접 플라즈마에 노출되게 되므로, 플라즈마로 인한 기재 필름에 대한 데미지에 의해 배리어 성능이 저하된다. 한편, 기재 필름에 대한 플라즈마 데미지를 방지하기 위해서, 기재 필름 상에 성막하는 무기 박막층의 첫 번째 층을 진공 증착법, 또는 Cat-CVD 법으로 성막하여 하지층 (下地層) 으로 하고, 이어서 전술한 바와 같은 플라즈마 성막법으로 적층화 성막한 경우도 검토하였지만, 기재 필름과 마찬가지로, 플라즈마 성막법에 의한 플라즈마 데미지를 비플라즈마 성막법으로 성막한 하지층이 받기 때문에, 배리어 성능이 저하되어 버리는 것을 알 수 있었다. 방전 전력을 저하시켜 성막함으로써 플라즈마 데미지를 저감시켜 적층하는 것도 가능하지만, 대신에 성막 속도와 생산성이 크게 저하된다.
이러한 문제들을 해결하기 위해 검토를 거듭해서, 기재 상에 무기 박막을 2 층 이상 적층하는 가스 배리어 적층 필름에 있어서, 무기 박막층에 있어서의 상기 기재 필름측의 제 1 층에서부터 제 n 층까지를 비플라즈마 성막법으로 성막하고, 그것에 접하는 제 n+1 층을 대향 타깃 스퍼터법에 의해 성막함으로써, 가스 배리어성이 우수하며 또한 생산성이 우수한 적층 필름이 얻어지는 것을 알 수 있었다.
즉, 본 발명은, 기재 필름의 적어도 일방의 면에 복수층의 무기 박막층을 형성하여 이루어지는 가스 배리어 적층 필름으로서, 상기 무기 박막층에 있어서의 상기 기재 필름측의 제 1 층에서부터 제 n 층 (n 은 1 이상의 정수) 까지가 비플라즈마 성막법에 의해 성막되어 이루어지고, 그 위에 접하여 성막되는 제 n+1 층이 대향 타깃 스퍼터법에 의해 성막되어 이루어지는 가스 배리어 적층 필름, 그리고, 기재 필름의 적어도 일방의 면에 1 층 또는 복수층의 무기 박막층을 형성하는 가스 배리어 적층 필름의 제조 방법으로서, 상기 무기 박막층에 있어서의 상기 기재 필름측의 제 1 층에서부터 제 n 층 (n 은 1 이상의 정수) 을 비플라즈마 성막법에 의해 성막하고, 그 위에 접하는 제 n+1 층을 대향 타깃 스퍼터법에 의해 성막하는 가스 배리어 적층 필름의 제조 방법을 제공하는 것이다.
대향 타깃 스퍼터법 (이하 FTS 법) 은, 타깃 사이에 끼인 영역에 플라즈마가 갇혀 있기 때문에, 성막면이 플라즈마나 2 차 전자에 직접 노출되지 않아 저데미지로 성막 가능하며, 또한 종래의 스퍼터법과 동일한, 치밀성이 높은 박막을 성막할 수 있다.
가장 플라즈마 데미지의 영향이 큰 기재 필름 상에 있어서는, 비플라즈마 성막법으로 성막하여 보호막인 하지층을 형성하고 하지층 상에 성막하는 경우에 있어서는, FTS 법에 의한 플라즈마 데미지가 매우 작아, 방전 전력을 저하시켜 플라즈마 데미지를 저하시킬 필요도 없기 때문에, 높은 성막 속도로 무기 박막층의 형성이 가능하여 생산성이 높다.
이 때문에, 본 발명의 가스 배리어 적층 필름은, 수지 필름 및 무기 박막층간의 계면에 대한 데미지가 적고, 가스 배리어성이 높으며, 생산성이 높다.
도 1 은 대향 타깃 스퍼터법에 사용하는 장치를 설명하는 개략도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
<가스 배리어 적층 필름>
본 발명의 가스 배리어 적층 필름은, 기재 (基材) 필름의 적어도 일방의 면에 복수층의 무기 박막층을 형성하여 이루어지는 가스 배리어 적층 필름으로서, 상기 무기 박막층에 있어서의 상기 기재 필름측의 제 1 층에서부터 제 n 층 (n 은 1 이상의 정수) 까지가 비플라즈마 성막법에 의해 성막되어 이루어지고, 그 위에 접하여 성막되는 제 n+1 층이 대향 타깃 스퍼터법에 의해 성막되어 이루어진다.
[기재 필름]
본 발명의 가스 배리어 적층 필름의 기재 필름으로는 투명 고분자 필름인 것이 바람직하고, 이 점에서 열가소성 고분자 필름으로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 그 원료로는, 통상적인 포장 재료에 사용할 수 있는 수지이면 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 구체적으로는, 에틸렌, 프로필렌, 부텐 등의 단독 중합체 또는 공중합체 등의 폴리올레핀 ; 고리형 폴리올레핀 등의 비정질 폴리올레핀 ; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 등의 폴리에스테르 ; 나일론 6, 나일론 66, 나일론 12, 공중합 나일론 등의 폴리아미드 ; 폴리비닐알코올, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 부분 가수분해물 (EVOH), 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리카보네이트, 폴리비닐부티랄, 폴리알릴레이트, 불소 수지, 아크릴레이트 수지, 생분해성 수지 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 필름 강도, 비용 등의 점에서, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀, 생분해성 수지가 바람직하다.
또한, 상기 기재 필름은 공지된 첨가제, 예를 들어, 대전 방지제, 광선 차단제, 자외선 흡수제, 가소제, 활제, 필러, 착색제, 안정제, 윤활제, 가교제, 블로킹 방지제, 산화 방지제 등을 함유할 수 있다.
상기 기재 필름으로서의 열가소성 고분자 필름은, 상기 원료를 사용하여 성형해서 이루어지는 것인데, 기재로서 사용할 때에는 미연신이어도 되고 연신한 것이어도 된다. 또한, 다른 플라스틱 기재와 적층되어 있어도 된다. 이러한 기재 필름은 종래 공지된 방법에 의해 제조할 수 있으며, 예를 들어, 원료 수지를 압출기에 의해 용융하여, 환상 (環狀) 다이나 T 다이에 의해 압출하고, 급랭시킴으로써 실질적으로 무정형이고 배향되어 있지 않은 미연신 필름을 제조할 수 있다. 이 미연신 필름을 1 축 연신, 텐터식 축차 2 축 연신, 텐터식 동시 2 축 연신, 튜뷸러식 동시 2 축 연신 등의 공지된 방법에 의해, 필름의 흐름 (종축) 방향 또는 필름의 흐름 방향과 거기에 직각인 (횡축) 방향으로 연신함으로써, 적어도 1 축 방향으로 연신된 필름을 제조할 수 있다.
기재 필름의 두께는, 본 발명 가스 배리어 적층 필름의 기재로서의 기계 강도, 가요성, 투명성 등의 점에서, 그 용도에 따라 통상 5 ∼ 500 ㎛, 바람직하게는 10 ∼ 200 ㎛ 의 범위에서 선택되며, 두께가 두꺼운 시트형상의 것도 포함한다. 또한, 필름의 폭이나 길이에 관해서는 특별히 제한은 없으며, 적절히 용도에 따라서 선택할 수 있다.
[무기 박막층]
본 발명에 있어서 무기 박막층을 구성하는 무기 물질로는, 전형 금속, 또는 3d 천이 금속과 산소, 질소, 탄소를 함유하는 화합물, 예를 들어, 규소, 알루미늄, 마그네슘, 아연, 주석, 니켈, 티탄, 인듐, 갈륨 등, 또는 이들의 산화물, 탄화물, 질화물 또는 그들의 혼합물을 들 수 있지만, 높은 가스 배리어성을 안정적으로 유지할 수 있다는 점에서, 바람직하게는 전형 금속, 또는 3d 천이 금속과 산소 및/또는 질소를 함유하는 화합물, 보다 바람직하게는 산소 및/또는 질소를 함유하는 규소 화합물, 혹은 산화알루미늄이고, 이 중에서도 산화규소, 질화규소, 산화알루미늄이 특히 바람직하다. 또한, 상기 무기 물질 이외에, 예를 들어 다이아몬드 라이크 카본 등의 탄소를 주체로 한 물질을 사용해도 된다.
상기 무기 박막층에 있어서의 상기 기재 필름측의 제 1 층에서부터 제 n 층 (이하, 「하지층」이라고 하는 경우가 있다) 위에 접하여 성막되는 제 n+1 층 (이하, 「중간층」이라고 하는 경우가 있다) 을 구성하는 물질로는, 예를 들어, 가스 배리어성과 기재 필름과의 밀착성 면에서, 전형 금속, 또는 3d 천이 금속의 산소 및/또는 질소를 함유하는 화합물, 보다 바람직하게는 산소 및 질소를 함유하는 규소 화합물 (SiOxNy), 또는 산화알루미늄 (AlOz) 이 바람직하고, 산화알루미늄 (AlOz) 이 특히 바람직하다.
여기서, x 와 y 는, 0 ≤ x ≤ 2.0, 0 ≤ y ≤ 1.3, 0 ≤ x/2.0+y/1.3 ≤ 1이고, y 는 바람직하게는 0.1 ∼ 1.3 이지만, 보다 바람직하게는 0.5 ∼ 1.1 이다. z 는 0 ≤ x ≤ 1.5 이고, 바람직하게는 1 ∼ 1.5 이지만, 보다 바람직하게는 1.2 ∼ 1.5 이다.
또한, n 에 상한은 없지만, 통상 1 이상 3 이하이고, 생산성 면에서는 1 이상 2 이하가 바람직하며, n = 1 인 것이 더욱 바람직하다. 또, n 이 1 일 때에는, 하지층이 제 1 층뿐인 것을 나타낸다.
상기 무기 박막층의 두께는, 통상 5 ∼ 1000 ㎚, 바람직하게는 10 ∼ 500 ㎚, 보다 바람직하게는 10 ∼ 300 ㎚, 가장 바람직하게는 10 ∼ 150 ㎚ 이다.
상기 하지층의 두께는, 통상 0.1 ∼ 500 ㎚, 바람직하게는 0.5 ∼ 200 ㎚, 보다 바람직하게는 1 ∼ 100 ㎚, 가장 바람직하게는 1 ∼ 50 ㎚ 이다.
상기 중간층의 두께는, 통상 0.1 ∼ 500 ㎚ 이지만, 얇은 쪽이 가스 배리어성이 높기 때문에, 바람직하게는 0.1 ∼ 200 ㎚, 보다 바람직하게는 0.1 ∼ 100 ㎚ 이고, 특히 바람직하게는 0.1 ∼ 50 ㎚, 가장 바람직하게는 0.1 ∼ 25 ㎚ 이다.
또한, 본 발명에 있어서, 중간층 위에 추가로 제 n+2 층 이후의 무기 박막층을 성막하여 가지고 있어도 된다. 이 n+2 층 이후의 무기 박막층의 두께는, 통상 5 ∼ 1000 ㎚, 바람직하게는 10 ∼ 500 ㎚, 보다 바람직하게는 10 ∼ 300 ㎚, 가장 바람직하게는 10 ∼ 150 ㎚ 이다.
상기 범위 내이면, 충분한 가스 배리어성이 얻어지고, 또한, 박막에 균열이나 박리를 발생시키지 않으며, 투명성도 우수하다.
[성막 방법]
본 발명에 있어서, 무기 박막층의 하지층은 기재 필름에 플라즈마 데미지를 주지 않도록 하기 위해, 비플라즈마 성막법에 의해서 성막된다.
비플라즈마 성막법으로는 플라즈마를 이용하지 않는 성막법이면 한정되지 않지만, 기재 필름에 대한 데미지를 방지하는 관점에서, 성막할 무기 박막 원료의 열분해 프로세스를 필요로 하지 않는 성막법, 예를 들어, 진공 증착법, 촉매 화학 증착 (Cat-CVD) 법 등이 바람직하고, 진공 증착법으로는 특히 진공 가열 증착법이 바람직하다.
진공 증착법은 성막 속도가 빠르다는 점에서 바람직하며, Cat-CVD 법은 치밀성이 높은 막이 생성된다는 점에서 바람직하다.
또, Cat-CVD 법은 촉매 화학 증착 장치를 사용하여 실시하는 방법으로서, 진공하에서 가열 촉매체인 금속 촉매선을 가열하고, 재료 가스를 이 금속 촉매선과 접촉시켜 촉매 분해함으로써 기재 필름 상에 주원료 가스를 구성하는 원소를 주요 골격 물질로 하는 박막을 형성하는 방법이다.
본 발명에 있어서, n+2 층 이후의 층의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 화학 증착법, 물리 증착법을 들 수 있으며, 예를 들어, 진공 증착법, 마그네트론 스퍼터법, RF 스퍼터법, 플라즈마 CVD 법, 이온 플레이팅법, 대향 타깃 스퍼터법, 촉매 화학 증착법 등의 여러 가지 방법으로 형성할 수 있다.
FTS 법으로 성막한 중간층은 치밀성이 높고, 성막 속도가 높기 때문에 두꺼운 막을 형성할 수 있다는 점에서 중간층 상에 성막하기 위한 성막 수법에 따른 데미지의 영향을 크게 받는 일은 없지만, 형성된 중간층 또는 다른 무기 박막층에 플라즈마에 의한 데미지를 주지 않도록 하기 위해서, 진공 증착법, 촉매 화학 증착법 등의 비플라즈마 성막법에 의해 형성된 층을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 성막 속도가 빠르고, 단시간에 충분한 막두께의 무기 박막층을 형성할 수 있다는 점에서, 생산성의 관점에서도 진공 증착법에 의해 형성된 층을 형성하는 것이 바람직하다. 진공 증착법으로는, 특히 진공 가열 증착법이 더욱 바람직하다.
진공 증착법, 촉매 화학 증착법에 의해 n+2 층 이후의 층으로서 형성하는 층으로는, 내습열성, 내식성 등의 내구성 관점에서 산소 및/또는 질소를 함유하는 규소 화합물로 이루어지는 층이 바람직하고, 산화규소로 이루어지는 층이 특히 바람직하다.
또한, 상기 서술한 효과는, 진공 증착법 또는 촉매 화학 증착법에 의해 n+2 층 이후의 층으로서 형성된 무기 박막층이, 복수층이 연속된 무기 박막층에 있어서의 기재로부터 가장 떨어진 측의 최상층인 경우가 가장 효과가 높기 때문에 바람직하다. 또, 기재로부터 가장 떨어진 측의 최상층이란, 예를 들어, n+2 층 이후의 무기 박막층이 무기 복수층 1/유기층/무기 복수층 2 라는 구성인 경우, 무기 복수층 1, 2 의 각각의 최상층을 의미한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 무기 박막층을 대기 개방하지 않고 불활성 가스 분위기 중 또는 진공 중에서 연속적으로 형성하여 이루어지면, 비연속인 경우에 비해 배리어 성능이 향상되기 때문에 바람직하다. 이는 대기 성분에 의한 표면의 과잉 산화, 또는 불활성화가 일어나지 않기 때문이라고 생각된다.
본 발명에 있어서 무기 박막층의 중간층은, 하지층에 데미지를 주지 않으면서, 또한 치밀한 무기 박막층을 고속으로 성막할 수 있는 대향 타깃 스퍼터법 (FTS 법) 에 의해 성막하여, 배리어성을 향상시킨다.
FTS 법은, 스퍼터 타깃이 성막 기재와 수직으로 대향하는 형태로 배치된 장치 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2007-23304호의 [0051] ∼ [0053] 및 도 3 참조) 를 사용하여 성막하는 방법으로, 도 1 을 사용하여 설명하면, 타깃 (2, 3) 을 대향시켜 설치한 장치 내에 가스를 넣고, 전극 (양극) (4) 과 전극 (음극) (5) 에 의해 자기장을 발생시켜, 플라즈마 분위기 (파선내) 로 한다. 당해 분위기하에서 타깃이 스퍼터됨으로써, 타깃으로부터 무기 재료를 비산시켜, 기재 필름 (1) 의 표면에 피착시켜 무기 박막층을 형성한다.
FTS 법은, 타깃 사이에 끼인 영역에 플라즈마가 갇혀 있기 때문에, 기재가 플라즈마나 2 차 전자에 직접 노출되지 않고, 그 결과로 저데미지로 성막이 가능함과 동시에, 종래의 스퍼터법과 동일한, 치밀성이 높은 박막을 성막할 수 있다. 이와 같이 성막해야 할 기재 필름에 대한 데미지를 억제하고, 치밀성이 높은 무기 박막층을 성막할 수 있기 때문에, FTS 법은 배리어 필름의 박막 성막법으로서 적합하다.
본 발명에서 사용하는 FTS 법의 조건으로는 상황에 따라 적절히 선정하면 되지만, 성막 압력 0.1 ∼ 1 Pa, 전력 0.5 ∼ 10 kW, 주파수 1 ∼ 1000 kHz, 펄스폭 1 ∼ 1000 μsec 이면 바람직하다. 상기 범위 내이면, 성막하는 배리어 필름은 충분한 가스 배리어성이 얻어지고, 또한 성막시에 균열이나 박리를 발생시키지 않으며, 투명성도 우수하다.
도입 가스인 Ar, N2, O2 는 성막 압력에 의해 도입량을 조정하고, Ar, N2, O2 의 유량 비율은, 성막하는 층이 원하는 조성이 되도록 조정한다.
[앵커코트층]
본 발명에서는, 상기 기재 필름과 상기 무기 박막층의 밀착성 향상을 위해서, 기재 필름과 하지층 사이에 앵커코트제를 도포하여 앵커코트층을 형성하는 것이 바람직하다. 앵커코트제로는 생산성의 면에서, 폴리에스테르계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 니트로셀룰로오스계 수지, 실리콘계 수지, 비닐알코올계 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 에틸렌비닐알코올계 수지, 비닐계 변성 수지, 이소시아네이트기 함유 수지, 카르보디이미드계 수지, 알콕실기 함유 수지, 에폭시계 수지, 옥사졸린기 함유 수지, 변성 스티렌계 수지, 변성 실리콘계 수지, 알킬티타네이트계 수지, 폴리파라자일릴렌계 수지 등을 단독으로 또는 2 종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
기재 필름 상에 형성하는 앵커코트층의 두께는 통상 0.1 ∼ 5000 ㎚, 바람직하게는 1 ∼ 2000 ㎚, 보다 바람직하게는 1 ∼ 1000 ㎚ 이다. 상기 범위 내이면 미끄러짐성이 양호하여, 앵커코트층 자체의 내부 응력에 의한 기재 필름으로부터의 박리도 거의 없고, 또한 균일한 두께를 유지할 수 있으며, 나아가 층간의 밀착성에 있어서도 우수하다.
또한, 기재 필름에 대한 앵커코트제의 도포성, 접착 용이성을 개량하기 위해서, 앵커코트제의 도포 전에 기재 필름에 통상적인 화학 처리, 방전 처리 등의 표면 처리를 실시해도 된다.
[가스 배리어 적층 필름의 구성]
본 발명의 가스 배리어 적층 필름으로는, 가스 배리어성, 밀착성의 면에서, 이하와 같은 양태를 바람직하게 사용할 수 있다.
(1) 기재 필름/비플라즈마 무기 박막층/FTS 무기 박막층
(2) 기재 필름/비플라즈마 무기 박막층/FTS 무기 박막층/비플라즈마 무기 박막층
(3) 기재 필름/비플라즈마 무기 박막층/FTS 무기 박막층/FTS 무기 박막층
(4) 기재 필름/AC/비플라즈마 무기 박막층/FTS 무기 박막층
(5) 기재 필름/AC/비플라즈마 무기 박막층/FTS 무기 박막층/비플라즈마 무기 박막층
(6) 기재 필름/AC/비플라즈마 무기 박막층/FTS 무기 박막층/FTS 무기 박막층
등의 적층 구성을 들 수 있다.
또, AC 는 앵커코트, FTS 무기 박막층은 FTS 법에 의해 형성된 무기 박막층, 비플라즈마 무기 박막층은 비플라즈마 성막법, 바람직하게는 진공 증착법이나 촉매 화학 증착법에 의해 형성된 무기 박막층이다.
이렇게 해서 얻어지는 본 발명의 가스 배리어 적층 필름은 가스 배리어성이 우수한 점에서, 40 ℃, 90 % RH 조건하에서의 투습도가 0.1 g/㎡/day 이하, 나아가서는 0.05 g/㎡/day 이하로 할 수 있다. 또한, 0.02 g/㎡/day 이하로 할 수 있다.
또, 박막에 균열이나 박리를 발생시키지 않고, 투명성도 우수한 점에서, 본 발명의 가스 배리어 적층 필름은 식품이나 공업용품 및 의약품 등의 변질을 방지하기 위한 포장, 액정 표시 소자, 무기 태양 전지, 전자파 시일드, 터치 패널, 컬러 필터, 진공 단열재나, 유기 EL, 유기 태양 전지, 유기 TFT 등의 유기 디바이스 등 모든 용도에 사용할 수 있는데, 특히 우수한 배리어성을 필요로 하는 액정 표시 소자, 태양 전지, 유기 디바이스, 진공 단열재의 전자 디바이스용 보호 시트로서 바람직하게 사용된다.
실시예
다음으로, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 발명은, 이들 예에 의해 하등 한정되는 것은 아니다. 또, 각 예에서 얻어진 가스 배리어 적층 필름의 성능 평가는 하기와 같이 실시하였다.
<수증기 투과율>
JIS Z0222 「방습 포장 용기의 투습도 시험 방법」, JIS Z0208 「방습 포장재량의 투습도 시험 방법 (컵법) 」의 여러 조건에 준하여, 다음의 수법으로 평가하였다.
투습 면적 가로세로 10.0 ㎝×10.0 ㎝ 의 각 가스 배리어 적층 필름을 2 장 사용하고, 흡습제로서 무수 염화칼슘 약 20 g 을 넣고 사방을 봉한 봉투를 제작하여, 그 봉투를 온도 40 ℃ 상대습도 90 % 의 항온 항습 장치에 넣고, 48 시간 이상 간격으로 중량 증가가 거의 일정해지는 기준으로서 34.8 일간까지 질량 측정 (0.1 ㎎ 단위) 하여, 수증기 투과율을 하기 식으로부터 산출하였다.
수증기 투과율 [g/㎡/day] = (m/s)/t
m ; 시험 기간 마지막 2 회의 칭량 간격의 증가 질량 (g)
s ; 투습 면적 (㎡)
t ; 시험 기간 마지막 2 회의 칭량 간격의 시간 (day)/6.8 (day)
<FTS 법에 의해 형성한 무기 박막층의 막두께의 조정>
무기 박막의 막두께에 관해서는, 미리 각각의 성막 조건으로 성막한 단층 박막의 막두께를 단차계에 의해 측정하고, 그 성막 시간과 막두께로부터 각각의 성막 조건에서의 성막 속도를 산출한다. 이후, 각각의 성막 조건에서의 성막 속도로부터 성막 시간을 조정하여 성막함으로써, 무기 박막층의 막두께를 조정하였다.
<PVD 법에 의해 형성한 무기 박막층의 막두께의 측정>
무기 박막의 막두께의 측정은 형광 X 선을 사용하여 실시하였다. 이 방법은, 원자에 X 선을 조사하면 그 원자 특유의 형광 X 선을 방사하는 현상을 이용한 방법으로, 방사되는 형광 X 선 강도를 측정함으로써 원자의 수 (양) 를 알 수 있다. 구체적으로는, 필름 상에 기지 (旣知) 의 2 종의 두께의 박막을 형성하고, 각각에 대해 방사되는 특정한 형광 X 선 강도를 측정하여, 이 정보로부터 검량선을 작성한다. 측정 시료에 대해서 동일하게 형광 X 선 강도를 측정하여, 검량선으로부터 그 막두께를 측정하였다.
이하, 상기 중간층 등의 「층」에 대해, 「SiOxNy 막」등의 「막」으로 표기하고 있는 경우가 있다.
실시예 1
기재 필름으로서 두께 12 ㎛ 의 폴리에틸렌나프탈레이트 필름 (테이진 듀퐁 제조, 「Q51C」) 을 사용하여, 그 코로나 처리면에, 이소시아네이트 화합물 (닛폰 폴리우레탄 공업 제조 「콜로네이트 L」) 과 포화 폴리에스테르 (토요 방적 제조 「Byron300」, 수평균 분자량 23000) 를 1 : 1 질량비로 배합한 혼합물을 도포 건조시켜 두께 0.1 ㎛ 의 앵커코트층을 형성하고, 또한 앵커코트층 상에, 진공 증착 장치를 사용하여 2×10-3 Pa 의 진공하에서 SiO 를 증발시켜, 두께 32 ㎚ 의 SiOx 의 진공 증착막 (PVD 막) 을 형성하였다.
이어서 FTS 법에 의해, 성막 압력 0.5 Pa, 전력 4000 W 의 조건으로, PVD 막 상에 두께 50 ㎚ 의 SiOxNy 막을 형성하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
얻어진 SiOxNy 막의 조성을 XPS 법으로 평가한 결과, x = 0.18, y = 0.83 이었다.
실시예 2
실시예 1 에 있어서, SiOxNy 막 상에 진공 증착 장치를 사용하여 2×10-3 Pa 의 진공하에서 SiO 를 증발시켜, 두께 50 ㎚ 의 SiOx 의 PVD 막을 최상층으로서 형성한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
실시예 3
실시예 2 에 있어서, SiOxNy 막 상에 형성한 PVD 막의 두께를 100 ㎚ 로 한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
실시예 4
실시예 1 에 있어서, SiOxNy 막을 형성할 때의 성막 압력을 0.3 Pa 로 하고, 표 1 의 가스 유량으로 하는 등 표 1 에 기재된 성막 조건으로 한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
실시예 5
실시예 2 에 있어서, SiOxNy 막을 형성할 때의 성막 압력을 0.3 Pa 로 하고, 표 1 의 가스 유량으로 하는 등 표 1 에 기재된 성막 조건으로 한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
실시예 6
실시예 2 에 있어서, SiOxNy 막을 형성할 때의 성막 압력을 0.2 Pa 로 하고, 표 1 의 가스 유량으로 하는 등 표 1 에 기재된 성막 조건으로 한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
실시예 7
실시예 1 에 있어서, SiOxNy 막을 형성할 때의 전력을 2000 W 로 하고, 표 1 의 가스 유량으로 하는 등 표 1 에 기재된 성막 조건으로 한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
얻어진 SiOxNy 막의 조성을 XPS 법으로 평가한 결과, x = 0.35, y = 0.74 였다.
실시예 8
실시예 2 에 있어서, SiOxNy 막을 형성할 때의 전력을 2000 W 로 하고, 표 1 의 가스 유량으로 하는 등 표 1 에 기재된 성막 조건으로 한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
실시예 9
실시예 5 에 있어서, SiOxNy 막을 형성할 때의 전력을 2000 W 로 하고, 표 1 의 가스 유량으로 하는 등 표 1 에 기재된 성막 조건으로 한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
얻어진 SiOxNy 막의 조성을 XPS 법으로 평가한 결과, x = 0.30, y = 0.61 이었다.
실시예 10
실시예 2 에 있어서, SiOxNy 막 대신에, FTS 법에 의해 표 1 에 기재된 조건으로 두께 50 ㎚ 의 SiN 막을 형성하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
실시예 11
실시예 1 에 있어서, SiOxNy 막을 형성할 때의 성막 압력을 0.3 Pa, 전력을 1000 W 로 하고, 표 1 의 가스 유량으로 하는 등 표 1 에 기재된 성막 조건으로 한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
실시예 12
실시예 2 에 있어서, SiOxNy 막 대신에, FTS 법에 의해 표 1 에 기재된 조건으로 두께 50 ㎚ 의 AlOz 막을 형성하여, 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
얻어진 AlOz 막의 조성을 XPS 법으로 평가한 결과, z = 1.21 이었다.
실시예 13
실시예 12 에 있어서, AlOz 막의 FTS 법의 성막 조건을 표 1 의 기재로 바꾼 것 이외에는 동일하게 하여, 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
얻어진 AlOz 막의 조성을 XPS 법으로 평가한 결과, z = 1.24 였다.
실시예 14
실시예 13 에 있어서, AlOz 막의 두께를 25 ㎚ 로 한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
실시예 15
실시예 13 에 있어서, AlOz 막의 두께를 10 ㎚ 로 한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
실시예 16
실시예 12 에 있어서, AlOz 막을 형성할 때의 성막 압력을 0.3 Pa, 전력을 2000 W 로 하고, 표 1 의 가스 유량으로 하는 등 표 1 에 기재된 성막 조건으로 한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
실시예 17
실시예 12 에 있어서, PVD 1 막 대신에, 앵커코트층 상에 촉매 화학 증착 (Cat-CVD) 법에 의해, 성막 압력 100 Pa, 촉매체 공급 전력 1.8 kW, HMDS 유량 10 sc㎝, H2 유량 1000 sccm 의 조건으로 SiOx 막을 형성하고, 그 위에 FTS 법에 의해 표 1 에 기재된 성막 조건으로 AlOz 막을 형성한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
동일한 성막 조건에서 얻어진 AlOz 막의 조성을 XPS 법으로 평가한 결과, z = 1.23 이었다.
비교예 1
실시예 1 에 있어서, 앵커코트층 상에 진공 증착 장치로 성막한 SiOx 층 (PVD 1) 의 막두께를 50 ㎚ 로 하고, SiOxNy 막을 형성하지 않고서, 수증기 투과율 측정 시험 기간을 43.7 일, 시험 기간 마지막 2 회의 간격 시간을 6.9 일로 한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
비교예 2
비교예 1 에 있어서, 두께 50 ㎚ 의 SiOx 의 PVD 1 막 상에, 추가로 진공 증착 장치를 사용하여 2×10-3 Pa 의 진공하에서 SiO 를 증발시켜 두께 50 ㎚ 의 SiOx 의 PVD 2 막을 최상층으로서 형성하고, 수증기 투과율 측정의 시험 기간을 26.3 일, 시험 기간 마지막 2 회의 간격 시간을 6.0 일로 한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
비교예 3
실시예 12 에 있어서, PVD 1 막 대신에, 앵커코트층 상에 통상적인 평행 평판 DC 마그네트론 스퍼터법에 의해, 타깃 Al 금속, 성막 압력 0.3 Pa, 전력 300 W, 인가 바이어스 없음, Ar 유량 20 sccm, O2 유량 10 sccm 의 조건으로 두께 50 ㎚ 의 AlOz 막 (통상 스퍼터막) 을 형성하고, 그 위에 FTS 법에 의해 표 1 에 기재된 성막 조건으로 두께 50 ㎚ 의 AlOz 막을 형성한 것 이외에는 동일하게 하여 적층 필름을 얻었다. 얻어진 적층 필름에 대해서, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
이와 같이, 본 발명의 구성을 갖는 실시예 1 ∼ 17 의 가스 배리어 적층 필름은, 우수한 가스 배리어성을 갖는 것이 분명해졌다.
한편, FTS 법에 의해 형성된 중간층이 없는 무기 박막층으로 한 비교예 1, 2 의 가스 배리어 적층 필름에 있어서는, 가스 배리어성이 불충분하였다. 이는, 무기 박막층이 PVD 법에 의해 형성된 층만으로 이루어지는 것으로 인한 치밀성의 낮음에서 기인하는 것으로 생각된다.
또한 하지층을 플라즈마 성막법인 통상 스퍼터법에 의해 형성한 비교예 3 의 가스 배리어 적층 필름에 있어서도, 가스 배리어성이 불충분하였다. 이는, 기재 필름으로의 플라즈마에 의한 데미지에서 기인하는 것으로 생각된다.
산업상 이용가능성
본 발명의 가스 배리어 적층 필름은, 식품이나 공업용품 및 의약품 등의 변질을 방지하기 위한 포장, 액정 표시 소자, 태양 전지, 전자파 시일드, 터치 패널, 컬러 필터, 진공 단열재나, 유기 EL, 유기 태양 전지, 유기 TFT 등의 유기 디바이스 등의 보호 시트에 바람직하게 사용할 수 있다.
1. 기재 필름
2, 3. 타깃
4. 전극 (양극)
5. 전극 (음극)
2, 3. 타깃
4. 전극 (양극)
5. 전극 (음극)
Claims (20)
- 기재 (基材) 필름의 적어도 일방의 면에 복수층의 무기 박막층을 형성하여 이루어지는 가스 배리어 적층 필름으로서,
상기 무기 박막층에 있어서의 상기 기재 필름측의 제 1 층에서부터 제 n 층 (n 은 1 이상의 정수) 까지가 비플라즈마 성막법에 의해 성막되어 이루어지고, 그 위에 접하여 성막되는 제 n+1 층이 대향 타깃 스퍼터법에 의해 성막되어 이루어지는, 가스 배리어 적층 필름. - 제 1 항에 있어서,
상기 무기 박막층에 있어서의 상기 기재 필름측의 제 n+1 층이, 전형 금속 또는 3d 천이 금속과 산소 및/또는 질소를 함유하는 화합물로 이루어지는 층인 것을 특징으로 하는 가스 배리어 적층 필름. - 제 1 항에 있어서,
상기 무기 박막층에 있어서의 상기 기재 필름측의 제 n+1 층이, 산소 및/또는 질소를 함유하는 규소 화합물, 혹은 산화알루미늄으로 이루어지는 층인, 가스 배리어 적층 필름. - 제 1 항에 있어서,
상기 무기 박막층에 있어서, 상기 기재 필름측에서부터 제 n+1 층 위에 추가로 제 n+2 층 이후의 무기 박막층을 갖는, 가스 배리어 적층 필름. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 층에서부터 제 n 층까지의 무기 박막층을 형성하는 비플라즈마 성막법이 진공 증착법 또는 촉매 화학 증착법인, 가스 배리어 적층 필름. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 n+2 층 이후의 무기 박막층이, 진공 증착법 또는 촉매 화학 증착법에 의해 형성된 무기 박막층을 포함하는, 가스 배리어 적층 필름. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 진공 증착법 또는 촉매 화학 증착법에 의해 형성한 무기 박막층이, 산소 및/또는 질소를 함유하는 규소 화합물로 이루어지는 층인, 가스 배리어 적층 필름. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 n+2 층 이후의 무기 박막층에 포함되는 진공 증착법 또는 촉매 화학 증착법에 의해 형성된 무기 박막층이, 복수층이 연속된 무기 박막층에 있어서의, 기재로부터 가장 떨어진 측의 최상층인, 가스 배리어 적층 필름. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수층의 무기 박막층을 대기 개방하지 않고 불활성 가스 분위기 중, 또는 진공 중에서, 연속적으로 형성하여 이루어지는, 가스 배리어 적층 필름. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무기 박막층에 있어서의 제 1 층 ∼ 제 n 층까지의 두께가 0.1 ∼ 500 ㎚, 제 n+1 층의 두께가 0.1 ∼ 500 ㎚ 인, 가스 배리어 적층 필름. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무기 박막층에 있어서의 제 n+1 층의 두께가 0.1 ∼ 50 ㎚ 인, 가스 배리어 적층 필름. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
기재 필름과 상기 무기 박막층에 있어서의 상기 기재 필름측의 제 1 층과의 사이에 앵커코트층을 갖는, 가스 배리어 적층 필름. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 배리어 적층 필름을 갖는, 태양 전지용 보호 시트.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 배리어 적층 필름을 갖는, 액정 표시 소자용 보호 시트.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 배리어 적층 필름을 갖는, 유기 디바이스용 보호 시트.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 배리어 적층 필름을 갖는, 진공 단열재용 보호 시트.
- 기재 필름의 적어도 일방의 면에 1 층 또는 복수층의 무기 박막층을 형성하는 가스 배리어 적층 필름의 제조 방법으로서,
상기 무기 박막층에 있어서의 상기 기재 필름측의 제 1 층에서부터 제 n 층 (n 은 1 이상의 정수) 을 비플라즈마 성막법에 의해 성막하고, 그 위에 접하는 제 n+1 층을 대향 타깃 스퍼터법에 의해 성막하는, 가스 배리어 적층 필름의 제조 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 n+1 층 위에 추가로 제 n+2 층 이후의 무기 박막층을 성막하는, 가스 배리어 적층 필름의 제조 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 가스 배리어 적층 필름이, 제 2 항, 제 3 항, 제 5 항, 제 7 항, 및 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 것인, 가스 배리어 적층 필름의 제조 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 가스 배리어 적층 필름이, 제 6 항 또는 제 8 항에 기재된 것인, 가스 배리어 적층 필름의 제조 방법.
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