KR20160102452A - 적층 필름 및 플렉시블 전자 디바이스 - Google Patents

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Abstract

가요성 기재와, 상기 기재의 적어도 편방의 표면 상에 형성된 적어도 1 층의 박막층을 갖는 적층 필름으로서, 상기 박막층 중 적어도 1 층이 하기 조건 (i) 및 (ii):
(i) 규소 원자 (Si), 산소 원자 (O) 및 질소 원자 (N) 를 함유하는 것,
(ii) 박막층의 표면에 대해 X 선 광전자 분광 측정을 실시한 경우, 와이드 스캔 스펙트럼으로부터 산출한 규소 원자에 대한 탄소 원자의 원자수비가 하기 식 (1):
0 < C/Si ≤ 0.2 (1)
로 나타내는 조건을 만족하는 것을 모두 만족하는 적층 필름.

Description

적층 필름 및 플렉시블 전자 디바이스{LAMINATE FILM AND FLEXIBLE ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 적층 필름 및 플렉시블 전자 디바이스에 관한 것이다.
필름상의 기재에 기능성을 부여하기 위해서, 기재의 표면에 박막층을 형성 (적층) 한 적층 필름이 알려져 있다. 예를 들어, 플라스틱 필름 상에 박막층을 형성함으로써 가스 배리어성을 부여한 적층 필름은, 음식품, 화장품, 세제 등의 물품의 충전 포장에 적합하다. 최근, 플라스틱 필름 등의 기재 필름의 일방의 표면 상에, 산화규소, 질화규소, 산질화규소, 산화알루미늄 등의 무기 산화물의 박막을 형성하여 이루어지는 적층 필름이 제안되어 있다.
무기 산화물의 박막을 플라스틱 기재의 표면 상에 형성하는 방법으로는, 진공 증착법, 스퍼터법, 이온 플레이팅법 등의 물리 기상 성장법 (PVD) 이나, 감압 화학 기상 성장법, 플라즈마 화학 기상 성장법 등의 화학 기상 성장법 (CVD) 등의 성막법이 알려져 있다.
그리고, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에는, 상기 서술한 방법으로, 질화규소, 산화질화탄화규소 등의 박막층을 형성한 가스 배리어성 적층 필름이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2011-231357호 일본 공개특허공보 2005-219427호
그러나, 상기의 가스 배리어성 적층 필름 상에, 또한 투명 도전층 등의 다른 기능을 갖는 층을 형성한 경우, 밀착성이 불충분하였다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 광학 특성 및 내굴곡성을 유지하면서, 투명 도전층과의 접착이 우수한 가스 배리어성 적층 필름을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서,
본 발명은, 가요성 기재와, 상기 기재의 적어도 편방의 표면 상에 형성된 적어도 1 층의 박막층을 갖는 적층 필름으로서,
상기 박막층 중 적어도 1 층이 하기 조건 (i) 및 (ii):
(i) 규소 원자 (Si), 산소 원자 (O) 및 질소 원자 (N) 를 함유하는 것,
(ii) 박막층의 표면에 대해 X 선 광전자 분광 측정을 실시한 경우, 와이드 스캔 스펙트럼으로부터 산출한 규소 원자에 대한 탄소 원자의 원자수비가 하기 식 (1):
0 < C/Si ≤ 0.2 (1)
로 나타내는 조건을 만족하는 것을 모두 만족하는 적층 필름을 제공한다.
본 발명의 적층 필름에 있어서는, 상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층에 포함되는 규소 원자, 산소 원자, 질소 원자 및 탄소 원자 (C) 의 합계수에 대한 규소 원자수의 평균 원자수비가 0.1 ∼ 0.5 의 범위에 있고, 산소 원자수의 평균 원자수비가 0.05 ∼ 0.5 의 범위에 있고, 질소 원자수의 평균 원자수비가 0.4 ∼ 0.8 의 범위에 있고, 탄소 원자수의 평균 원자수비가 0 ∼ 0.05 의 범위에 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 적층 필름에 있어서는, 상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층의 굴절률이 1.6 ∼ 1.9 의 범위에 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 적층 필름에 있어서는, 상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층의 두께가 80 ㎚ 이상이고, 상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층의 표면으로부터 상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층 내부를 향하여 두께 방향으로 40 ㎚ 까지의 깊이의 범위에 있어서 규소 원자 및 산소 원자를 함유하고, 규소 원자에 대한 질소 원자의 원자수비가 하기 식 (2) 의 범위에 있는 것이 바람직하다.
N/Si ≤ 0.2 (2)
상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층의 두께가 80 ㎚ 이상이고, 상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층과, 기재 또는 다른 박막층과의 계면으로부터 상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층 내부를 향하여 두께 방향으로 40 ㎚ 까지의 깊이의 범위에 있어서 규소 원자 및 산소 원자를 함유하고, 규소 원자에 대한 질소 원자의 원자수비가 하기 식 (3) 의 범위에 있는 것이 바람직하다.
N/Si ≤ 0.2 (3)
본 발명의 적층 필름에 있어서는, 상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층에 대해 적외 분광 측정을 실시한 경우, 810 ∼ 880 ㎝-1 에 존재하는 피크 강도 (I) 와, 2100 ∼ 2200 ㎝-1 에 존재하는 피크 강도 (I') 의 강도비가, 하기 식 (4) 의 범위에 있는 것이 바람직하다.
0.05 ≤ I'/I ≤ 0.20 (4)
본 발명의 적층 필름에 있어서는, 상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층이 유도 결합 플라즈마 CVD 법에 의해 형성된 것인 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 적층 필름을 기판으로서 사용한 플렉시블 전자 디바이스가 바람직하다.
본 발명에 의하면, 광학 특성 및 내굴곡성을 유지하면서, 투명 도전층과의 접착이 우수한 가스 배리어성 적층 필름을 제공할 수 있다. 본 발명의 적층 필름은, 플렉시블 전자 디바이스의 기판으로서 사용할 수 있으며, 공업적으로 매우 유용하다.
도 1 은, 본 실시형태의 적층 필름을 제조하기 위한 유도 결합형 플라즈마 CVD 장치의 일례이다.
도 2 는, 실시예 1 에서 얻어진 적층 필름 1 에 있어서의 박막층의 규소 분포 곡선, 질소 분포 곡선, 산소 분포 곡선 및 탄소 분포 곡선을 나타내는 그래프이다.
[적층 필름]
본 발명에 관련된 적층 필름은, 상기 서술한 적층 필름이다.
와이드 스캔 스펙트럼으로부터 산출한 규소 원자에 대한 탄소 원자의 원자수비는, 박막층의 최표면의 원자수비를 나타낸다. 상기 식 (1) 로 나타내는 관계를 만족하도록, 박막층의 최표면의 규소 원자수에 대한 탄소 원자수를 일정한 범위에 넣음으로써, 상기 적층 필름은, 박막층의 최표면에 형성되는 원료 중에 포함되는 불순물, 성막 중에 발생하는 불순물 또는 성막 후에 부착하는 불순물 등이 저감되고, 그 박막층 상에 투명 도전층을 형성하는 데 있어서, 접착이 우수한 것이 된다. 탄소 원자 및 규소 원자의 원소 비율은, 박막층의 최표면의 불순물이 저감되므로, C/Si ≤ 0.15 의 범위가 바람직하다. 또, 박막층의 최표면의 젖음성을 제어할 수 있기 때문에, C/Si ≥ 0.02 의 범위가 바람직하다. 여기서, 박막층의 표면이란, 박막층이 적층체의 최표면에 존재할 때는, 적층체의 표면을 의미하며, 박막층 상 (박막층에 있어서, 기재로부터 보다 떨어진 면 상) 에 또 다른 층이 존재하는 경우에는, 적층 필름으로부터 박막층 상에 존재하는 모든 층을 제거했을 때에, 적층체의 표면이 되는 면을 의미한다. 박막층 상에 다른 층을 형성하는 경우에는, 다른 층을 형성하기 전에, 와이드 스캔 스펙트럼을 측정하는 것이 바람직하고, 이미 다른 층을 형성한 경우에는, 적층 필름으로부터 박막층 상에 존재하는 모든 층을 제거하여, 와이드 스캔 스펙트럼을 측정할 수 있다.
와이드 스캔 스펙트럼은, X 선 광전자 분광법 (ULVAC PHI 사 제조, QuanteraSXM) 에 의해 측정할 수 있다. X 선원으로는 AlKα 선 (1486.6 eV, X 선 스폿 100 ㎛) 을 사용하고, 또, 측정시의 대전 보정을 위해서, 중화 전자총 (1 eV), 저속 Ar 이온총 (10 V) 을 사용한다. 측정 후의 해석은, MultiPak V6.1A (알박 파이사) 를 사용하여 스펙트럼 해석을 실시하고, 측정한 와이드 스캔 스펙트럼으로부터 얻어지는 Si:2p, O:1s, N:1s, C:1s 의 바인딩 에너지에 상당하는 피크를 이용하여, Si 에 대한 C 의 원자수비를 산출할 수 있다.
상기 식 (1) 로 나타내는 원자수비를 제어하는 수법으로는, 박막층 표면을 청정하기 위한 표면 활성 처리가 바람직하다. 표면 활성 처리의 예로는, 코로나 처리, 진공 플라즈마 처리, 대기압 플라즈마 처리, UV 오존 처리, 진공 자외 엑시머 램프 처리, 프레임 처리 등을 들 수 있다.
본 발명의 적층 필름은, 가요성 기재의 주된 2 표면 중, 편방의 표면 상에 적어도 1 층의 박막층이 형성된 것이다. 여기서, 층이란, 단일 제법으로 만들어진 것을 말한다. 상기 적층 필름은, 가요성 기재의 편방의 표면뿐만 아니라, 타방의 표면 상에도 박막층이 형성된 것이어도 된다. 또, 상기 박막층은 단층의 것 뿐만 아니라, 복수층으로 이루어지는 것이어도 되고, 이 경우의 각 층은, 모두 동일해도 되고, 모두 상이해도 되며, 일부만이 동일해도 된다. 상기 박막층은, 적층 필름의 최표면에 존재하는 것이 바람직하다. 이 경우, 투명 도전층 접착의 효과가 높아진다.
가요성 기재는, 필름상 또는 시트상이며, 그 재질의 예로는, 수지 또는 수지를 포함하는 복합재를 들 수 있다.
상기 수지의 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN), 아크릴산에스테르, 메타크릴산에스테르, 폴리카보네이트 (PC), 폴리아릴레이트, 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌 (PP), 환상 (環狀) 폴리올레핀 (COP, COC), 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리비닐알코올, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체의 비누화물, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아세탈, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르술파이드 (PES), 폴리에테르에테르케톤을 들 수 있다.
또, 수지를 포함하는 복합재의 예로는, 폴리디메틸실록산 등의 실리콘 수지 기판, 폴리실세스퀴옥산 등의 유기 무기 하이브리드 수지 기판, 유리 콤퍼지트 기판, 유리 에폭시 기판을 들 수 있다.
가요성 기재의 재질은, 1 종만이어도 되고, 2 종 이상이어도 된다.
이들 중에서도, 가요성 기재의 재질은, 투명성 및 내열성이 높고, 열선 팽창률이 낮기 때문에, PET, PBT, PEN, 환상 폴리올레핀, 폴리이미드, 방향족 폴리아미드, 유리 콤퍼지트 기판 또는 유리 에폭시 기판이 바람직하다.
가요성 기재는, 광을 투과시키거나 흡수시키거나 하는 것이 가능하므로, 무색 투명한 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 전광선 투과율이 80 % 이상인 것이 바람직하고, 85 % 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 담가 (曇價) 가 5 % 이하인 것이 바람직하고, 3 % 이하인 것이 보다 바람직하고, 1 % 이하인 것이 더욱 바람직하다.
가요성 기재는, 전자 디바이스나 에너지 디바이스의 기재로 사용할 수 있으므로, 절연성인 것이 바람직하고, 전기 저항률이 106 Ω㎝ 이상인 것이 바람직하다.
가요성 기재의 두께는, 적층 필름을 제조할 때의 안정성을 고려하여 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어, 진공 중에 있어서도 필름의 반송이 가능하므로, 5 ∼ 500 ㎛ 인 것이 바람직하고, 10 ∼ 200 ㎛ 인 것이 보다 바람직하며, 50 ∼ 100 ㎛ 인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 가요성 기재는, 프라이머 코트층 및 언더코트층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상을 갖고 있어도 된다. 이들 층이 상기 가요성 기재의 표면 상에 존재하는 경우, 본 발명에 있어서는, 이들 층을 포함하여 가요성 기재로 간주한다. 프라이머 코트층 및/또는 언더코트층은, 가요성 기재와 제 1 박막층의 접착성 및/또는 평탄성을 향상시키는 데에 사용된다. 프라이머 코트층 및/또는 언더코트층은, 공지된 프라이머 코트제, 언더코트제 등을 적절히 사용하여 형성할 수 있다.
가요성 기재는, 상기 박막층과의 밀착성이 향상되기 때문에, 박막층 형성측의 표면을 청정하기 위한 액체 세정 처리가 실시된 것이 바람직하다. 액체 세정 처리의 예로는, 순수 세정 처리, 초순수 세정 처리, 초음파수 세정 처리, 스크럽 세정 처리, 린스 세정 처리, 2 유체 린스 처리를 들 수 있다.
가요성 기재는, 상기 박막층과의 밀착성이 향상되는 점에서, 박막층 형성측의 표면을 청정하기 위한 표면 활성 처리가 실시된 것이 바람직하다. 표면 활성 처리의 예로는, 코로나 처리, 진공 플라즈마 처리, 대기압 플라즈마 처리, UV 오존 처리, 진공 자외 엑시머 램프 처리, 프레임 처리를 들 수 있다.
상기 박막층은, 플렉서빌리티 및 가스 배리어성을 양립할 수 있으므로, 규소 원자, 산소 원자 및 질소 원자를 함유하고, 일반식이 SiOαNβ 로 나타내어지는 화합물이 주성분인 것이 바람직하다. 여기서, 「주성분이다」 라는 것은, 재질의 전체 성분의 질량에 대해 그 성분의 함유량이 50 질량% 초과, 바람직하게는 70 질량% 이상, 보다 바람직하게는 90 질량% 이상인 것을 말한다. 또, 이 일반식에 있어서, α 는 1 미만의 양수에서 선택되고, β 는 3 미만의 양수에서 선택된다. 상기 일반식에 있어서의 α 및 β 중 적어도 일방은, 상기 박막층의 두께 방향에 있어서 일정한 값이어도 되고, 변화하고 있어도 된다.
또한 상기 박막층은, 규소 원자, 산소 원자 및 질소 원자 이외의 원소, 예를 들어, 탄소 원자, 붕소 원자, 알루미늄 원자, 인 원자, 황 원자, 불소 원자 및 염소 원자 중 1 이상을 함유하고 있어도 된다.
상기 박막층은, 규소 원자, 산소 원자, 질소 원자 및 수소 원자를 함유하고 있어도 된다. 이 경우, 상기 박막층은, 일반식이 SiOαNβHγ 로 나타내어지는 화합물이 주성분인 것이 바람직하다. 이 일반식에 있어서, α 는 1 미만의 양수, β 는 3 미만의 양수, γ 는 10 미만의 양수에서 각각 선택된다. 상기 일반식에 있어서의 α, β 및 γ 중 적어도 하나는, 상기 박막층의 두께 방향에서 일정한 값이어도 되고, 변화하고 있어도 된다.
또한 상기 박막층은, 규소 원자, 산소 원자, 질소 원자 및 수소 원자 이외의 원소, 예를 들어, 탄소 원자, 붕소 원자, 알루미늄 원자, 인 원자, 황 원자, 불소 원자 및 염소 원자 중 1 이상을 함유하고 있어도 된다.
상기 박막층에 있어서, 규소 원자, 산소 원자, 질소 원자 및 탄소 원자의 합계수에 대한 규소 원자수의 평균 원자수비는, 0.10 ∼ 0.50 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.15 ∼ 0.45 의 범위에 있는 것이 보다 바람직하며, 0.20 ∼ 0.40 의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.
상기 박막층에 있어서, 규소 원자, 산소 원자, 질소 원자 및 탄소 원자의 합계수에 대한 산소 원자수의 평균 원자수비는, 0.05 ∼ 0.50 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.10 ∼ 0.45 의 범위에 있는 것이 보다 바람직하며, 0.15 ∼ 0.40 의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.
상기 박막층에 있어서, 규소 원자, 산소 원자, 질소 원자 및 탄소 원자의 합계수에 대한 질소 원자수의 평균 원자수비는, 0.40 ∼ 0.80 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.45 ∼ 0.75 의 범위에 있는 것이 보다 바람직하며, 0.50 ∼ 0.70 의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.
상기 박막층에 있어서, 규소 원자, 산소 원자, 질소 원자 및 탄소 원자의 합계수에 대한 탄소 원자수의 평균 원자수비는, 0 ∼ 0.05 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.005 ∼ 0.04 의 범위에 있는 것이 보다 바람직하며, 0.01 ∼ 0.03 의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 평균 원자수비 Si, O 및 N 은, 하기 조건으로 XPS 뎁스 프로파일 측정을 실시하고, 얻어진 규소 원자, 질소 원자, 산소 원자 및 탄소 원자의 분포 곡선으로부터, 각각의 원자의 두께 방향에 있어서의 평균 원자 농도를 구한 후, 평균 원자수비 Si, O 및 N 을 산출할 수 있다.
<XPS 뎁스 프로파일 측정>
에칭 이온종:아르곤 (Ar)
에칭 레이트 (SiO2 열 산화막 환산값):0.05 ㎚/sec
에칭 간격 (SiO2 환산값):10 ㎚
X 선 광전자 분광 장치:Thermo Fisher Scientific 사 제조, 기종명 「VG Theta Probe」
조사 X 선:단결정 분광 AlKα
X 선의 스폿 및 그 사이즈:800 × 400 ㎛ 의 타원형.
상기 박막층은, 가스 배리어성 및 투명성을 높일 수 있으므로, 굴절률이 1.6 ∼ 1.9 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 1.65 ∼ 1.85 의 범위에 있는 것이 보다 바람직하며, 1.7 ∼ 1.8 의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 박막층의 굴절률은, 분광 엘립소메트리를 사용하여 평가를 실시하고, 550 ㎚ 에 있어서의 복소 굴절률의 실부 (實部) n 을 구함으로써 산출할 수 있다.
상기 박막층은, 후술하는 바와 같이, 플라즈마 화학 기상 성장법 (플라즈마 CVD 법) 에 의해 형성된 것인 것이 바람직하다.
상기 박막층의 두께는, 가스 배리어성 및 투명성을 높일 수 있으므로, 5 ∼ 3000 ㎚ 인 것이 바람직하고, 10 ∼ 2000 ㎚ 인 것이 보다 바람직하고, 80 ∼ 1500 ㎚ 인 것이 더욱 바람직하며, 100 ∼ 1000 ㎚ 인 것이 특히 바람직하다.
상기 박막층의 두께가 80 ㎚ 이상이고, 상기 박막층의 표면으로부터 박막층 내부를 향하여 두께 방향으로 40 ㎚ 까지의 깊이의 범위에 있어서 규소 원자 및 산소 원자를 함유하고, 규소 원자에 대한 질소 원자의 원자수비가 하기 식 (2) 의 범위에 있으면, 플렉서빌리티 및 가스 배리어성을 양립할 수 있기 때문에 바람직하다.
N/Si ≤ 0.2 (2)
원자수비의 측정은, 전술한 XPS 뎁스 프로파일 측정에 의해 실시할 수 있다.
상기 박막층의 표면으로부터 박막층 내부를 향하여 두께 방향으로 40 ㎚ 까지의 깊이의 범위에 있어서, 일반식이 SiOα 로 나타내어지는 화합물이 주성분인 것이 바람직하다. α 가 1.5 ∼ 3.0 의 수인 것이 바람직하고, 2.0 ∼ 2.5 의 수인 것이 보다 바람직하다. α 는, 상기 제 2 박막층의 표면으로부터 제 2 박막층 내부를 향하여 두께 방향으로 40 ㎚ 까지의 깊이에 있어서 일정한 값이어도 되고, 변화하고 있어도 된다.
상기 박막층의 두께가 80 ㎚ 이상이고, 상기 박막층과, 기재 또는 다른 박막층과의 계면으로부터, 상기 박막층 내부를 향하여 두께 방향으로 40 ㎚ 까지의 깊이의 범위에 있어서 규소 원자 및 산소 원자를 함유하고, 규소 원자에 대한 질소 원자의 원자수비가 하기 식 (3) 의 범위에 있으면, 플렉서빌리티 및 가스 배리어성을 양립할 수 있으므로 바람직하다.
N/Si ≤ 0.2 (3)
원자수비의 측정은, 전술한 XPS 뎁스 프로파일 측정에 의해 실시할 수 있다.
상기 박막층과, 기재 또는 다른 박막층과의 계면으로부터, 상기 박막층 내부를 향하여 두께 방향으로 40 ㎚ 까지의 깊이의 범위에 있어서, 일반식이 SiOα 로 나타내어지는 화합물이 주성분인 것이 바람직하다. α 가 1.5 ∼ 3.0 의 수인 것이 바람직하고, 2.0 ∼ 2.5 의 수인 것이 보다 바람직하다. α 는, 상기 제 2 박막층의 표면으로부터 제 2 박막층 내부를 향하여 두께 방향으로 40 ㎚ 까지의 깊이에 있어서 일정한 값이어도 되고, 변화하고 있어도 된다.
상기 박막층은, 투명성 및 가스 배리어성을 양립할 수 있기 때문에, 적외 분광 측정으로부터 얻어지는 적외 흡수 스펙트럼에 있어서, 810 ∼ 880 ㎝-1 에 존재하는 피크 강도 (I) 와, 2100 ∼ 2200 ㎝-1 에 존재하는 피크 강도 (I') 의 강도비 I'/I 를 구한 경우, 하기 식 (4) 의 범위에 있는 것이 바람직하다.
0.05 ≤ I'/I ≤ 0.20 (4)
또한, 상기 박막층의 적외 흡수 스펙트럼의 측정에 있어서는, 환상 시클로올레핀 필름 (예를 들어, 닛폰 제온사 제조 제오노아 ZF16 필름) 을 기재로서 사용하고, 그 기재 표면 상에 박막층을 단독으로 형성한 후, 적외 흡수 스펙트럼을 산출할 수 있다. 적외 흡수 스펙트럼은, 프리즘에 게르마늄 결정을 사용한 ATR 어태치먼트 (PIKE MIRacle) 를 구비한 푸리에 변환형 적외 분광 광도계 (닛폰 분광 제조, FT/IR-460Plus) 에 의해 측정할 수 있다. 또, 상기 박막층은, 일반적인 유도 결합 플라즈마 CVD 장치를 사용하여, 유도 코일에 대해 고주파 전력을 인가함으로써 유도 전계를 형성하고, 원료 가스를 도입하여 플라즈마를 발생시키고, 기재 상에 박막을 형성함으로써 얻어진다. 박막층의 제조 조건이 불분명한 경우에는, 박막층만을 떼어내어 적외 흡수 스펙트럼의 측정을 실시해도 된다.
810 ∼ 880 ㎝-1 에 존재하는 흡수 피크는 Si-N 에 귀속되고, 2100 ∼ 2200 ㎝-1 에 존재하는 흡수 피크는 Si-H 에 귀속된다. 즉, 가스 배리어성을 높이는 관점에서, 상기 박막층이 보다 치밀한 구조가 될 수 있기 때문에, I'/I 가 0.20 이하인 것이 바람직하고, 또 투명성을 높이는 관점에서, 가시광 영역에 있어서의 광선 투과율을 저하시키지 않기 위해서, I'/I 가 0.05 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 적층 필름은, 상기 박막층 외에, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 박막층 상에 히트 시일성 수지층, 오버코트층 및 접착제층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상을 갖고 있어도 된다. 이들 층이 상기 박막층의 표면 상에 존재하는 경우, 본 발명에 있어서는, 이들 층을 포함하여 적층 필름으로 간주한다. 히트 시일성 수지층은, 공지된 히트 시일성 수지 등을 적절히 사용하여 형성할 수 있다. 오버코트층은, 제 2 박막층의 보호나, 다른 부재와의 접착성 및/또는 평탄성을 향상시키는 데에 사용된다. 오버코트층은, 공지된 오버코트제 등을 적절히 사용하여 형성할 수 있다. 접착제층은, 복수의 적층 필름을 서로 접착하는 것, 적층 필름을 다른 부재와 접착하는 것 등에 사용된다. 접착제층은, 공지된 접착제 등을 적절히 사용하여 형성할 수 있다.
본 발명의 적층 필름은, 높은 투명성을 가지므로, 전광선 투과율이, 80 % 이상인 것이 바람직하고, 85 % 이상인 것이 보다 바람직하다. 전광선 투과율은, 스가 시험기사 제조의 직독 헤이즈 컴퓨터 (형식 HGM-2DP) 에 의해 측정할 수 있다.
[적층 필름의 제조 방법]
본 발명의 적층 필름은, 기재의 박막층 형성측의 표면 상에, 플라즈마 CVD 법 등의 공지된 진공 성막 수법으로 박막층을 형성함으로써 제조할 수 있다. 그 중에서도, 유도 결합 플라즈마 CVD 법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 유도 결합 플라즈마 CVD 법은, 유도 코일에 대해 고주파 전력을 인가함으로써 유도 전계를 형성하고, 플라즈마를 발생시키는 수법이다. 발생한 플라즈마는 고밀도 또한 저온 플라즈마이고, 또 안정적인 글로 방전 플라즈마이므로, 가요성 기재 상에 치밀한 박막을 형성하는 데에 적합하다.
상기 박막층은, 일반적인 유도 결합 플라즈마 CVD 장치를 사용하여, 유도 코일에 대해 고주파 전력을 인가함으로써 유도 전계를 형성하고, 원료 가스를 도입하여 플라즈마를 발생시키고, 가요성 기재 상에 박막을 형성함으로써 형성된다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2006-164543호 참조). 도 1 은 본 실시형태의 적층 필름을 제조하기 위한 유도 결합형 플라즈마 CVD 장치의 일례이다. 진공 챔버 (2) 중에 송출 롤 (7) 및 권취 롤 (8) 이 배치되고, 기재 (9) 가 연속적으로 반송된다. 또한, 송출 롤 (7) 및 권취 롤 (8) 은, 상황에 따라 반전하는 것도 가능하며, 송출 롤이 권취 롤로, 권취 롤이 송출 롤로 적절히 바뀌는 것이 가능하다. 기재 (9) 에 박막층이 형성되는 성막부 (11) 의 상방에, 산화알루미늄 등으로 구성되는 사각형 유전체 창을 통해서, 자기장을 발생시키는 유도 코일 (3) 을 구비하고, 가스 도입 배관 (10) 및 잉여 가스를 배기하는 진공 펌프 (4) 가 형성되어 있다. 또한, 가스의 도입 및 배기하는 부근에, 가스를 균일화하기 위한 정류판이 형성되어 있어도 된다. 또, 유도 코일 (3) 은, 매칭 박스 (5) 를 통해서 고주파 전원 (6) 에 접속되어 있다.
본 발명의 적층 필름은, 이 플라즈마 CVD 장치 (1) 를 사용하여, 기재 (9) 를 일정 속도로 반송하면서, 상기 가스 도입 배관 (10) 으로부터 원료 가스를 공급하고, 성막부 (11) 에서 유도 코일 (3) 에 의해 플라즈마를 발생시키고, 원료 가스를 분해·재결합하여 이루어지는 박막층을 기재 (9) 상에 형성함으로써 제조한다.
상기 박막층의 형성에 있어서는, 기재의 반송 방향이, 성막부 (11) 의 상부에 배치된 사각형 유전체 창의 일방의 대변 (對邊) 2 변에 대해 평행이고, 또한 나머지 대변 2 변에 대해 수직 방향이 되도록, 일정 속도로 반송한다. 그에 따라, 성막부 (11) 를 통과할 때에, 기재의 반송 방향에 대해 수직 방향인 유전체 창의 대변 2 변의 바로 아래에 있어서, 플라즈마 밀도가 감소하고, 그에 수반하여 원료 가스가 분해·재결합한 후의 박막층 조성이 변화하고, 상기 제 2 박막층 및 제 3 박막층을 안정적으로 형성하는 것이 가능해진다.
상기 박막층은, 원료 가스로서 무기 실란계 가스, 암모니아 가스, 산소 가스 및 불활성 가스를 사용함으로써 형성된다. 상기 박막층은, 원료 가스를, 각각 통상적인 유도 결합 플라즈마 CVD 법에서 사용되는 범위의 유량 및 유량비를 흘림으로써 형성된다. 무기 실란계 가스로는, 예를 들어, 모노실란 가스, 디실란 가스, 트리실란 가스, 디클로로실란 가스, 트리클로로실란 가스, 테트라클로로실란 가스 등의 수소화실란 가스, 할로겐화실란 가스를 들 수 있다. 이들 무기 실란계 가스 중에서도, 화합물의 취급성 및 얻어지는 박막층의 치밀성이 우수하므로, 모노실란 가스, 디실란 가스가 바람직하다. 이들 무기 실란계 가스는, 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 불활성 가스로는, 질소 가스, 아르곤 가스, 네온 가스, 크세논 가스 등을 들 수 있다.
전극에 공급하는 전력은, 원료 가스의 종류나 진공 챔버 내의 압력 등에 따라 적절히 조정할 수 있으며, 예를 들어, 0.1 ∼ 10 ㎾ 로 설정되고, 또한 교류의 주파수가, 예를 들어 50 ㎐ ∼ 100 ㎒ 로 설정된다. 전력이 0.1 ㎾ 이상임으로써, 파티클의 발생을 억제하는 효과가 높아진다. 전력이 10 ㎾ 이하임으로써, 전극으로부터 받는 열에 의해 가요성 기재에 주름 또는 손상이 발생하는 것을 억제하는 효과가 높아진다. 또한, 원료 가스의 분해 효율을 올릴 수 있으므로, 1 ㎒ ∼ 100 ㎒ 로 설정된 교류 주파수를 사용해도 된다.
진공 챔버 내의 압력 (진공도) 은, 원료 가스의 종류 등에 따라 적절히 조정할 수 있으며, 예를 들어, 0.1 ㎩ ∼ 50 ㎩ 로 설정할 수 있다.
가요성 기재의 반송 속도는, 원료 가스의 종류나 진공 챔버 내의 압력 등에 따라 적절히 조정할 수 있지만, 기재를 반송 롤에 접촉시킬 때의, 기재의 반송 속도와 동일한 것이 바람직하다.
박막층은, 연속적인 성막 프로세스로 형성하는 것이 바람직하고, 장척 (長尺) 의 기재를 연속적으로 반송하면서, 그 위에 연속적으로 박막층을 형성하는 것이 보다 바람직하다.
박막층은, 가요성 기재를 송출 롤로부터 권취 롤로 반송하면서 형성한 후에, 송출 롤 및 권취 롤을 반전시켜, 역방향으로 기재를 반송시킴으로써, 또한 위로부터 형성하는 것이 가능하다. 원하는 적층수, 두께, 반송 속도에 따라, 적절히 변경이 가능하다.
본 발명에 있어서의 적층 필름은, 가스 배리어성을 필요로 하는, 식품, 공업용품, 의약품 등의 포장 용도로서 사용할 수 있으며, 액정 표시 소자, 태양 전지 또는 유기 EL 등의 전자 디바이스의 플렉시블 기판으로서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 전자 디바이스의 플렉시블 기판으로 사용하는 경우, 상기 적층 필름 상에 직접 소자를 형성해도 되고, 또 다른 기판 상에 소자를 형성한 후에 상기 적층 필름을 위로부터 중첩해도 된다.
실시예
이하, 실시예에 의해, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 적층 필름의 박막층 표면의 조성 분석이나 적층 필름의 광학 특성, 가스 배리어성 및 밀착 내구성의 평가는, 이하의 방법으로 실시하였다.
<박막층 표면의 X 선 광전자 분광 측정>
적층 필름의 박막층 표면의 원자수비 (박막층 표면의 원소 비율) 는, X 선 광전자 분광법 (ULVAC PHI 사 제조, QuanteraSXM) 에 의해 측정하였다. X 선원으로는 AlKα 선 (1486.6 eV, X 선 스폿 100 ㎛) 을 사용하고, 또, 측정시의 대전 보정을 위해서, 중화 전자총 (1 eV), 저속 Ar 이온총 (10 V) 을 사용하였다. 측정 후의 해석은, MultiPak V6.1A (알박 파이사) 를 사용하여 스펙트럼 해석을 실시하고, 측정한 와이드 스캔 스펙트럼으로부터 얻어지는 Si:2p, O:1s, N:1s, C:1s 의 바인딩 에너지에 상당하는 피크를 이용하여, Si 에 대한 C 의 원자수비를 산출하였다. 표면 원자수비를 산출함에 있어서는, 5 회 측정한 값의 평균값을 채용하였다.
<적층 필름의 광학 특성>
적층 필름의 광학 특성은, 스가 시험기사 제조 직독 헤이즈 컴퓨터 (형식 HGM-2DP) 에 의해 측정하였다. 샘플이 없는 상태에서 배경 측정을 실시한 후, 적층 필름을 샘플 홀더에 세트하여 측정을 실시하고, 전광선 투과율을 구하였다.
<적층 필름의 가스 배리어성>
적층 필름의 가스 배리어성은, 온도 40 ℃, 습도 90 %RH 의 조건에 있어서, 칼슘 부식법 (일본 공개특허공보 2005-283561호에 기재되는 방법) 에 의해 측정하고, 적층 필름의 수증기 투과도 (P1) 를 구하였다.
<적층 필름의 내굴곡성>
적층 필름의 내굴곡성은, 온도 23 ℃, 습도 50 %RH 의 환경하에 있어서, 박막층이 외측이 되도록 직경 30 ㎜ 의 SUS 제 막대에 1 회 휘감은 후의 적층 필름에 대해, 온도 40 ℃, 습도 90 %RH 의 조건에 있어서, 칼슘 부식법 (일본 공개특허공보 2005-283561호에 기재되는 방법) 에 의해 수증기 투과도 (P2) 를 구하고, 휘감기 전의 수증기 투과도의 비율 (P2/P1) 을 백분율로 나타내어 구하였다.
<적층 필름/투명 도전층의 밀착 내구성>
폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리(스틸렌술포네이트) 를 포함하는 물/알코올 분산액 (Heraeus Precious Metals 사 제조, 상품명:CLEVIOS P VP.AI4083) 을, 적층 필름의 박막층 상에 스핀 코트법 (회전수 1500 rpm, 회전 시간 30 초) 으로 도포 후, 130 ℃ 에서 1 시간 건조시키고, 두께 35 ㎚ 의 투명 도전층을 형성하였다. 얻어진 적층 필름이, 적층 필름 상에서 크레이터링 없이 균일하게 형성되어 있고, 또한 온도 85 ℃, 습도 85 %RH 의 조건에 있어서 48 시간 보관한 후, 투명 도전층의 박리가 보이지 않는 경우를 합격으로 하고, 그 이외의 경우를 모두 불합격으로 하였다.
[실시예 1]
2 축 연신 폴리에틸렌나프탈레이트 필름 (테이진 듀퐁 필름사 제조, 테오넥스 Q65FA, 두께 100 ㎛, 폭 350 ㎜, 길이 100 m) 을 기재로서 사용하고, 이것을 진공 챔버 내에 설치된, 송출 롤에 장착하고, 박막층의 성막 존을 거쳐, 권취 롤까지 연속적으로 반송할 수 있도록 장착하였다. 기재를 장착 후, 진공 챔버 내를 1 × 10-3 ㎩ 이하가 될 때까지 진공화한 후, 기재를 0.1 m/min 의 일정 속도로 반송시키면서 기재 상에 박막층의 성막을 실시하였다. 기재의 반송에 대해서는, 박막층의 성막 존 상부에 설치되어 있는 사각형 유전체 창의 일방의 대변 2 변에 대해 평행이고, 또한 나머지 대변 2 변에 대해 수직 방향이 되도록 기재 반송을 실시하였다.
박막층의 성막에 대해, 글로 방전 플라즈마를 사용한 유도 결합 플라즈마 CVD 법에 의해, 기재 상에 형성하였다. 기재에 사용한 2 축 연신 폴리에틸렌나프탈레이트 필름은 편면에 이(易)접착 처리를 실시한 비대칭 구조를 하고 있고, 이접착 처리가 실시되어 있지 않은 면에 박막층의 성막을 실시하였다. 성막에 있어서, 성막 존에 모노실란 가스를 100 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute, 0 ℃, 1 기압 기준), 암모니아 가스를 500 sccm, 산소 가스를 0.75 sccm 도입하고, 유도 코일에 1.0 ㎾, 주파수 13.56 ㎑ 의 전력을 공급하고, 방전하여 플라즈마를 발생시켰다. 이어서, 진공 챔버 내의 압력이 1 ㎩ 가 되도록 배기량을 조절한 후, 유도 결합 플라즈마 CVD 법에 의해 반송 기재 상에 박막층을 형성하고, 적층 필름 1 을 얻었다. 또한, 적층 필름 1 에 있어서의 박막층의 두께는 500 ㎚ 였다.
적층 필름 1 에 대해, 하기 조건으로 XPS 뎁스 프로파일 측정을 실시하고, 규소 원자, 질소 원자, 산소 원자 및 탄소 원자의 분포 곡선을 얻었다.
<XPS 뎁스 프로파일 측정>
에칭 이온종:아르곤 (Ar)
에칭 레이트 (SiO2 열 산화막 환산값):0.05 ㎚/sec
에칭 간격 (SiO2 환산값):10 ㎚
X 선 광전자 분광 장치:Thermo Fisher Scientific 사 제조, 기종명 「VG Theta Probe」
조사 X 선:단결정 분광 AlKα
X 선의 스폿 및 그 사이즈:800 × 400 ㎛ 의 타원형.
얻어진 규소 원자, 질소 원자, 산소 원자 및 탄소 원자의 분포 곡선을, 세로축을 각 원자의 원자수비로 하고, 가로축을 스퍼터 시간 (분) 으로 하여 작성한 그래프를 도 2 에 나타낸다. 도 2 에는, 각 원자의 농도와 박막층의 표면으로부터의 거리 (㎚) 의 관계를 아울러 나타내었다. 즉, 도 2 는, 실시예 1 에서 얻어진 적층 필름 1 에 있어서의 박막층의 규소 분포 곡선, 질소 분포 곡선, 산소 분포 곡선 및 탄소 분포 곡선을 나타내는 그래프이다. 또한, 도 2 에 기재된 그래프의 가로축에 기재된 「거리 (㎚)」 는, 스퍼터 시간과 스퍼터 속도로부터 계산하여 구해진 값이다.
도 2 에 나타내는 결과로부터도 분명한 바와 같이, 적층 필름 1 의 박막층은, 박막층의 표면으로부터 박막층 내부를 향하여 두께 방향으로 40 ㎚ 까지의 깊이의 범위 및 박막층과, 기재와의 계면으로부터, 박막층 내부를 향하여 두께 방향으로 40 ㎚ 까지의 깊이의 범위에 있어서, N/Si ≤ 0.2 를 만족하는 것이 분명해졌다.
적층 필름 1 의 박막층 표면에 대해, 테크노비전사 제조 UV 오존 세정 장치 UV-312 를 사용하여, UV-O3 처리를 600 초간 실시함으로써 적층 필름 2 를 얻었다. 적층 필름 2 의 박막층 표면의 원소 비율 (표면 조성), 광학 특성, 가스 배리어성, 내굴곡성 및 밀착성의 결과를 표 1 에 나타낸다.
또, 박막층의 적외 분광 측정을 실시하기 위해서, 환상 시클로올레핀 필름 (닛폰 제온사 제조, 제오노아 ZF16, 두께 100 ㎛, 폭 350 ㎜, 길이 100 m) 을 기재로서 사용한 경우에 대해서도, 동일한 조작을 가하여 적층 필름 3 을 얻었다. 또한, 적층 필름 3 에 있어서의 박막층의 두께 및 구성은 적층 필름 1 과 동일하였다.
적층 필름 3 에 대해, 하기 조건으로 적외 분광 측정을 실시하였다.
<박막층의 적외 분광 측정>
적외 분광 측정은, 프리즘에 게르마늄 결정을 사용한 ATR 어태치먼트 (PIKE MIRacle) 를 구비한 푸리에 변환형 적외 분광 광도계 (닛폰 분광 제조, FT/IR-460Plus) 에 의해 측정하였다.
얻어진 적외 흡수 스펙트럼으로부터, 810 ∼ 880 ㎝-1 사이에 존재하는 피크 강도 (I) 와 2100 ∼ 2200 ㎝-1 에 존재하는 피크 강도 (I') 의 흡수 강도비 (I'/I) 를 구하면, I'/I = 0.11 이었다.
적층 필름 2 의 박막층에 대해, 분광 엘립소메트리 (SOPRA 사 GRS-5) 를 사용하여 평가를 실시하였다. 550 ㎚ 에 있어서의 복소 굴절률의 실부 n 으로부터, 굴절률은 1.75 였다.
[비교예 1]
UV-O3 처리를 600 초간 실시하는 것 대신에, UV-O3 처리를 10 초간 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로, 적층 필름 4 를 얻었다. 적층 필름 4 의 박막층 표면의 원소 비율 (표면 조성), 광학 특성, 가스 배리어성, 내굴곡성 및 밀착성의 결과를 표 1 에 나타낸다.
적층 필름 4 의 박막층의 굴절률은 1.75 였다.
[비교예 2]
UV-O3 처리를 600 초간 실시하는 것 대신에, UV-O3 처리를 실시하지 않은 것 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로, 적층 필름 5 를 얻었다. 적층 필름 5 의 박막층 표면의 원소 비율 (표면 조성), 광학 특성, 가스 배리어성, 내굴곡성 및 밀착성의 결과를 표 1 에 나타낸다.
적층 필름 5 의 박막층의 굴절률은 1.75 였다.
Figure pct00001
상기 결과로부터, 본 발명에 관련된 적층 필름은, 투명성 등의 광학 특성, 수증기 투과율 등의 가스 배리어성, 플렉서빌리티를 저해하는 일 없이, 적층 필름 상에 형성된 투명 도전막과의 밀착성이 우수한 것인 것임을 확인할 수 있었다.
산업상 이용가능성
본 발명은 가스 배리어성 필름에 이용 가능하다.
1 : 플라즈마 CVD 장치
2 : 진공 챔버
3 : 유도 코일, 유전체 창
4 : 진공 펌프 (배기)
5 : 매칭 박스
6 : 고주파 전원
7 : 송출 롤
8 : 권취 롤
9 : 기재
10 : 가스 도입 배관
11 : 성막부

Claims (8)

  1. 가요성 기재와, 상기 기재의 적어도 편방의 표면 상에 형성된 적어도 1 층의 박막층을 갖는 적층 필름으로서,
    상기 박막층 중 적어도 1 층이 하기 조건 (i) 및 (ii):
    (i) 규소 원자 (Si), 산소 원자 (O) 및 질소 원자 (N) 를 함유하는 것,
    (ii) 박막층의 표면에 대해 X 선 광전자 분광 측정을 실시한 경우, 와이드 스캔 스펙트럼으로부터 산출한 규소 원자에 대한 탄소 원자의 원자수비가 하기 식 (1):
    0 < C/Si ≤ 0.2 (1)
    로 나타내는 조건을 만족하는 것을 모두 만족하는, 적층 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층에 포함되는 규소 원자, 산소 원자, 질소 원자 및 탄소 원자 (C) 의 합계수에 대한 규소 원자수의 평균 원자수비가 0.10 ∼ 0.50 의 범위에 있고, 산소 원자수의 평균 원자수비가 0.05 ∼ 0.50 의 범위에 있고, 질소 원자수의 평균 원자수비가 0.40 ∼ 0.80 의 범위에 있고, 탄소 원자수의 평균 원자수비가 0 ∼ 0.05 의 범위에 있는, 적층 필름.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층의 굴절률이 1.6 ∼ 1.9 의 범위에 있는, 적층 필름.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층의 두께가 80 ㎚ 이상이고, 상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층의 표면으로부터 상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층 내부를 향하여 두께 방향으로 40 ㎚ 까지의 깊이의 범위에 있어서 규소 원자 및 산소 원자를 함유하고, 규소 원자에 대한 질소 원자의 원자수비가 하기 식 (2) 의 범위에 있는, 적층 필름.
    N/Si ≤ 0.2 (2)
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층의 두께가 80 ㎚ 이상이고, 상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층과, 기재 또는 다른 박막층과의 계면으로부터 상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층 내부를 향하여 두께 방향으로 40 ㎚ 까지의 깊이의 범위에 있어서 규소 원자 및 산소 원자를 함유하고, 규소 원자에 대한 질소 원자의 원자수비가 하기 식 (3) 의 범위에 있는, 적층 필름.
    N/Si ≤ 0.2 (3)
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층에 대해 적외 분광 측정을 실시한 경우, 810 ∼ 880 ㎝-1 에 존재하는 피크 강도 (I) 와, 2100 ∼ 2200 ㎝-1 에 존재하는 피크 강도 (I') 의 강도비가, 하기 식 (4) 의 범위에 있는, 적층 필름.
    0.05 ≤ I'/I ≤ 0.20 (4)
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조건 (i) 및 (ii) 를 만족하는 박막층이 유도 결합 플라즈마 CVD 법에 의해 형성된 것인, 적층 필름.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 적층 필름을 기판으로서 사용한, 플렉시블 전자 디바이스.
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