TWI461292B - A molded body, a manufacturing method thereof, an electronic device member, and an electronic device - Google Patents
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Description
本發明關於成形體、其製造方法、由此成形體所成的電子裝置用構件、及包括此電子裝置用構件的電子裝置。
以往,塑膠薄膜等的高分子成形體,由於低價格、加工性優異,故賦予所欲的機能而使用於各種領域。
例如,於食品或醫藥品的包裝用薄膜中,為了抑制蛋白質或油脂等的氧化或變質而保持味道或鮮度,使用防止水蒸氣或氧之透過的阻氣性塑膠薄膜。
又,近年來於液晶顯示器或電致發光(EL)顯示器等的顯示器中,為了實現薄型化、輕量化、可撓化等,作為具有電極的基板,檢討使用透明塑膠薄膜來代替玻璃板。然而,與玻璃板相比,塑膠薄膜係容易穿透水蒸氣或氧等,有容易引起顯示器內部的元件之劣化的問題。
為了解決此問題,專利文獻1中提案在透明塑膠薄膜上層積有由金屬氧化物所成的透明阻氣層之撓性顯示基板。
然而,此文獻記載的撓性顯示基板,由於係在透明塑膠薄膜表面上,藉由蒸鍍法、離子鍍法、濺鍍法等,層積有由金屬氧化物所成的透明阻氣層者,故若該將基板弄圓或彎折,則在阻氣層中發生龜裂,而有阻氣性降低的問題。
又,專利文獻中2揭示在薄膜的至少一面上形成聚矽氮烷膜,對該聚矽氮烷膜施予電漿處理,以製造阻氣性薄膜的方法。然而,於此方法中,若阻氣層的厚度為微米等級,則有不產生充分的阻氣性能之問題。例如,記載若阻氣層的厚度為0.1μm,則水蒸氣透過率為0.50g/m2
/day。
[專利文獻1] 特開2000-338901號公報
[專利文獻2] 特開2007-237588號公報
本發明係鑒於上述先前技術而完成者,其課題為提供阻氣性與透明性優異的成形體,其製造方法,由此成形體所成的電子裝置用構件,及包括此電子裝置用構件的電子裝置。
本發明者們為了解決上述問題,進行專心致力的檢討,結果發現於至少具有由含有氧原子及矽原子的材料所構成之阻氣層的成形體中,前述阻氣層為其表層部中的氧原子、氮原子及矽原子的存在比例為特定值者,而且其表層部的膜密度為2.4~4.0g/cm3
之成形體,係阻氣性、耐彎折性及透明性皆優異,而且藉由對含聚矽氮烷化合物的層注入離子,可簡便且高效率地製造阻氣性、耐彎折性及透明性皆優異的成形體,終於完成本發明。
如此地,依照本發明的第1點,提供下述(1)~(6)的成形體。
(1)一種成形體,其係至少具有由含有氧原子及矽原子的材料所構成之阻氣層的成形體,其特徵在於:相對於前述阻氣層的表層部中的氧原子、氮原子及矽原子的存在量全體而言,氧原子的存在比例為60~75%,氮原子的存在比例為0~10%,矽原子的存在比例為25~35%,而且前述阻氣層的表層部之膜密度為2.4~4.0g/cm3
。
(2)一種成形體,其特徵在於具有對含聚矽氮烷化合物的層,進行離子注入而得之層。
(3)如(2)記載的成形體,其中前述離子係由氫、氮、氧、氬、氦、氖、氙及氪所組成族群所選出的至少一種氣體經離子化者。
(4)如(2)或(3)記載的成形體,其具有對含聚矽氮烷化合物的層,藉由電漿離子注入來進行離子注入而得之層。
(5)如(1)~(4)中任一項之成形體,其中前述聚矽氮烷化合物係全氫聚矽氮烷。
(6)如(1)~(5)中任一項之成形體,其在40℃、相對濕度90%環境下的水蒸氣透過率係低於0.50g/m2
/day。
依照本發明的第2點,提供下述(7)~(10)的成形體之製造方法。
(7)一種(2)記載的成形體之製造方法,其具有對表面部具有含聚矽氮烷化合物的層之成形物的前述含聚矽氮烷化合物的層之表面部,注入離子的步驟。
(8)如(7)記載的成形體之製造方法,其中具有對表面部具有含聚矽氮烷化合物的層之成形物的前述含聚矽氮烷化合物的層,離子注入由氫、氮、氧、氬、氦、氖、氙及氪所組成族群所選出的至少一種氣體之步驟。
(9)如(7)記載的成形體之製造方法,其中具有對表面部具有含聚矽氮烷化合物的層之成形物的前述含聚矽氮烷化合物的層,電漿離子注入由氫、氮、氧、氬、氦、氖、氙及氪所組成族群所選出的至少一種氣體之步驟。
(10)如(7)記載的成形體之製造方法,其中一邊在一定方向中搬送表面部具有含聚矽氮烷化合物的層之長條狀成形物,一邊對前述含聚矽氮烷化合物的層注入離子。,
依照本發明的第3點,提供下述(11)的電子裝置用構件。
(11)一種電子裝置用構件,其係由(1)~(6)中任一項記載的成形體所構成。
依照本發明的第4點,提供下述(12)的電子裝置。
(12)一種電子裝置,其包括(11)記載的電子裝置用構件。
本發明的成形體係具有優異的阻氣性能,耐彎折性優異,而且透明性良好。因此,本發明的成形體可適用作為撓性顯示器、太陽電池等的電子裝置用構件(例如太陽電池背板)。
依照本發明的製造方法,可安全簡便地製造具有優異阻氣性的本發明之成形體。又,與無機膜成膜相比,由於低成本而可容易地謀求大面積化。
本發明的電子裝置用構件,由於具有優異的阻氣性及透明性,故可適用於顯示器、太陽電池等的電子裝置。
以下分項為(1)成形體、(2)成形體之製造方法、(3)電子裝置用構件及電子裝置來詳細說明本發明。
本發明的成形體係至少具有由含有氧原子及矽原子的材料所構成之阻氣層的成形體,其特徵在於:相對於前述阻氣層的表層部中的氧原子、氮原子及矽原子的存在量全體而言,氧原子的存在比例為60~75%,氮原子的存在比例為0~10%,矽原子的存在比例為25~35%,而且前述阻氣層的表層部之膜密度為2.4~4.0g/cm3
。
本發明的成形體具有阻氣層,該阻氣層係:
(a)至少由含有氧原子及矽原子的材料所構成,
(b)相對於表層部中的氧原子、氮原子及矽原子之存在量全體而言,氧原子的存在比例為60~75%,較佳為63~70%,氮原子的存在比例為0~10%,較佳為0.1~6%,矽原子的存在比例為25~35%,較佳為29~32%,
(c)表層部的膜密度為2.4~4.0g/cm3
。
作為如此的阻氣層,例如可舉出如後述地,對含聚矽氮烷化合物的層進行離子注入而得之層。
前述阻氣層的表層部係指阻氣層的表面及自該表面起到深度方向5nm為止的區域。又,阻氣層的表面係包含與其它層的邊界面之意思。
表層部中的氧原子、氮原子及矽原子之存在比例係藉由實施例中說明的方法來測定。
膜密度係可使用X射線反射率法(XRR)來算出。
X射線若對基板上的薄膜以非常淺的角度入射,則被全反射。若入射的X射線之角度為全反射臨界角以上,則X射線侵入薄膜內部,在薄膜表面或界面分成穿透波與反射波,反射波進行干渉。藉由解析全反射臨界角,可求得膜的密度。再者,亦可邊改變入射角度邊進行測定,由光路差之變化所伴隨的反射波之干渉信號的解析,求得薄膜的膜厚。
膜密度係可藉由以下的方法來測定。
一般已知,對於X射線的物質之折射率n、及折射率n的實部部分之δ係成為以下的式1及式2。
n=1-δ-iβ ‧‧‧ 式1
此處,re
表示電子的古典半徑(2.818×10-15
m),N0
表示亞佛加厥數,λ表示X射線的波長,ρ表示密度(g/cm3
),Zi、Mi、xi各自表示第i號的原子之原子序數、原子量及原子數比(莫耳比),fi’表示第i號的原子之原子散射因子(異常分散項)。又,全反射臨界角度θc若忽視與吸收有關的β,則可由式3給予。
因此,根據式2及式3的關係,密度ρ係可由式4求得。
此處,θc係可由X射線反射率求得之值,re
、N0
、λ係常數,Zi、Mi、fi’各自為構成原子的固有值。再者,xi:與原子數比(莫耳比)有關,使用由XPS測定所得之結果。
阻氣層的表層部之膜密度係藉由實施例中說明的方法來測定,使用式4來獲得。
又,本發明的成形體亦可具有對含聚矽氮烷化合物的層(以下亦稱為「聚矽氮烷層」),進行離子注入而得之層(以下亦稱為「離子注入層」)。對此聚矽氮烷層進行離子注入而得之層,係具有作為阻氣層的機能。
前述離子注入層較佳為滿足上述(a)~(c)的要件。
本發明中所用的聚矽氮烷係在分子內具有含-Si-N-鍵結合的重複單位之高分子。具體地可舉出具有式(1)
所示的重複單位之化合物。
式(1)中,n表示任意的自然數。
Rx、Ry、Rz各自獨立地表示氫原子、無取代或具有取代基的烷基、無取代或具有取代基的環烷基、無取代或具有取代基的烯基、無取代或具有取代基的芳基或烷基矽烷基等的非水解性基。
作為前述無取代或具有取代基的烷基之烷基,例如可舉出甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、正戊基、異戊基、新戊基、正己基、正庚基、正辛基等之碳數1~10的烷基。
作為無取代或具有取代基的環烷基之環烷基,可舉出環丁基、環戊基、環己基、環庚基等之碳數3~10的環烷基。
作為無取代或具有取代基的烯基之烯基,例如可舉出乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基等之碳數2~10的烯基。
作為前述烷基、環烷基及烯基的取代基,可舉出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等的鹵素原子;羥基;硫醇基;環氧基;環氧丙氧基;(甲基)丙烯醯氧基;苯基、4-甲基苯基、4-氯苯基等之無取代或具有取代基的芳基等。
作為無取代或具有取代基的芳基之芳基,例如可舉出苯基、1-萘基、2-萘基等之碳數6~10的芳基。
作為前述芳基的取代基,可舉出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等之鹵素原子;甲基、乙基等之碳數1~6的烷基;甲氧基、乙氧基等之碳數1~6的烷氧基;硝基;氰基;羥基;硫醇基;環氧基;環氧丙氧基;(甲基)丙烯醯氧基;苯基、4-甲基苯基、4-氯苯基等之無取代或具有取代基的芳基等。
作為烷基矽烷基,可舉出三甲基矽烷基、三乙基矽烷基、三異丙基矽烷基、三第三丁基矽烷基、甲基二乙基矽烷基、二甲基矽烷基、二乙基矽烷基、甲基矽烷基、乙基矽烷基等。
於此等之中,作為Rx、Ry、Rz,較佳為氫原子、碳數1~6的烷基或苯基,特佳為氫原子。
作為具有前述式(1)所示的重複單位之聚矽氮烷化合物,可為Rx、Ry、Rz皆係氫原子的無機聚矽氮烷、Rx、Ry、Rz的至少1個不是氫原子的有機聚矽氮烷中任一者。
作為無機聚矽氮烷,可舉出具有下述
(式中,a表示任意的自然數)所示的重複單位之直鏈狀構造,具有690~2000的分子量,一分子中具有3~10個SiH3
基的全氫聚矽氮烷(特公昭63-16325號公報),具有式(A)
[式中,b、c表示任意的自然數,Y1
表示氫原子或式(B)
(式中,d表示任意的自然數,*表示鍵結位置,Y2
表示氫原子或前述(B)所示的基)所示的基]所示的重複單位,具有直鏈狀構造與支鏈構造之全氫聚矽氮烷,具有式(C)
所示的全氫聚矽氮烷構造,分子內具有直鏈狀構造、支鏈構造及環狀構造的全氫聚矽氮烷等。
作為有機聚矽氮烷,可舉出
(i)以-(Rx’SiHNH)-(Rx’表示無取代或具有取代基的烷基、無取代或具有取代基的環烷基、無取代或具有取代基的烯基、無取代或具有取代基的芳基、或烷基矽烷基。以下的Rx’亦同樣)當作重複單位,主要具有聚合度為3~5的環狀構造者,
(ii)以-(Rx’SiHNRz’)-(Rz’表示無取代或具有取代基的烷基、無取代或具有取代基的環烷基、無取代或具有取代基的烯基、無取代或具有取代基的芳基、或烷基矽烷基)當作重複單位,主要具有聚合度為3~5的環狀構造者,
(iii)以-(Rx’Ry’SiNH)-(Ry’表示無取代或具有取代基的烷基、無取代或具有取代基的環烷基、無取代或具有取代基的烯基、無取代或具有取代基的芳基、或烷基矽烷基)當作重複單位,主要具有聚合度為3~5的環狀構造者,
(iv)分子內具有下述式所示的構造之聚有機(氫)矽氮烷,
(v)具有下述式
[Rx’、Ry’表示前述相同的定義,e、f表示任意的自然數,Y3
表示氫原子或式(E)
(式中,g表示任意的自然數,*表示鍵結位置,Y4
表示氫原子或前述(E)所示的基)所示的基]所示的重複構造之聚矽氮烷等。
上述有機聚矽氮烷係可藉由習知的方法來製造。例如,可藉由使下述式(2)所示之無取代或具有取代基的鹵矽烷化合物和2級胺的反應生成物,與氨或1級胺反應而獲得。
R1 4-m
SiXm
(2)
式(2)中,m表示2或3,X表示鹵素原子,R1
表示前述Rx、Ry、Rz、Rx’、Ry’、Rz’的任一個取代基)。
所用的2級胺、氨及1級胺係可按照目的之聚矽氮烷化合物的構造來適宜選擇。
又,於本發明中,作為聚矽氮烷化合物,亦可使用聚矽氮烷改性物。作為聚矽氮烷改性物,例如可舉出含有金屬原子(該金屬原子亦可交聯)的聚金屬矽氮烷、重複單位以[(SiH2
)g
(NH)h
)]及[(SiH2
)i
O](式中,g、h、i各自獨立地係1、2或3)所表示的聚矽氧烷(特開昭62-195024號公報)、使聚矽氮烷與鹵化合物反應而製造的聚鹵矽氮烷(特開平2-84437號公報)、使聚矽氮烷與金屬烷氧化物反應而製造的聚金屬矽氮烷(特開昭63-81122號公報等)、無機矽氮烷高聚物或改質聚矽氮烷(特開平1-138108號公報等)、於聚矽氮烷中導入有有機成分的共聚合矽氮烷(特開平2-175726號公報等)、於聚矽氮烷中附加或添加有用於促進陶瓷化之觸媒的化合物的低溫陶瓷化聚矽氮烷(特開平5-238827號公報等)、附加有烷氧化矽的聚矽氮烷(特開平5-238827號公報)、附加有縮水甘油的聚矽氮烷(特開平6-122852號公報)、附加有乙醯丙酮化物錯合物的聚矽氮烷(特開平6-306329號公報)、金屬羧酸鹽附加聚矽氮烷(特開平6-299118號公報等)、於上述聚矽氮烷或其改性物中添加胺類及/或酸類而成的聚矽氮烷組成物(特開平9-31333號公報)、於全氫聚矽氮烷中將甲醇等的醇或六甲基二矽氮烷附加於末端N原子而得之改性聚矽氮烷(特開平5-345826號公報、特開平4-63833號公報)等。
於此等之中,作為本發明中所用的聚矽氮烷化合物,較佳為Rx、Ry、Rz皆係氫原子的無機聚矽氮烷、Rx、Ry、Rz的至少1個不是氫原子的有機聚矽氮烷,從可形成具有取得容易性及優異阻氣性的注入層之觀點來看,更佳為無機聚矽氮烷。
所用的聚矽氮烷化合物之數量平均分子量係沒有特別的限定,較佳為100~50,000。
再者,於本發明中,聚矽氮烷化合物係可將作為玻璃塗覆材等所市售的市售品照原樣地使用。
含聚矽氮烷化合物的層,除了含有聚矽氮烷化合物,在不妨礙本發明目的之範圍內,亦可含有其它成分。作為其它成分,可舉出硬化劑、其它高分子、防老化劑、光安定劑、難燃劑等。
含聚矽氮烷化合物的層中之聚矽氮烷化合物的含量,從可形成具有優異的阻氣性之離子注入層的觀點來看,較佳為50重量%以上,更佳為70重量%以上。
形成含聚矽氮烷化合物的層之方法,係沒有特別的限制,例如可舉出將含有聚矽氮烷化合物的至少一種、依所欲的其它成分及溶劑等之層形成用溶液塗佈在適當的基材上,將所得之塗膜適度地乾燥而形成之方法。
作為塗佈裝置,可使用旋塗機、刀塗機、凹槽輥塗佈機等眾所周知的裝置。
為了所得之塗膜的乾燥、成形體的阻氣性提高,較佳為將塗膜加熱。加熱係在80~150℃進行數十秒至數十分鐘。
又,含聚矽氮烷化合物的層,亦可藉由使二甲基二矽氮烷、四甲基二矽氮烷、六甲基二矽氮烷等的電漿聚合性矽氮烷化合物之氣體與塑膠成形體接觸,施予電漿聚合處理而形成(特開平9-143289號公報)。
所形成之含聚矽氮烷化合物的層之厚度係沒有特別的限制,通常為20nm~100μm,較佳為30~500nm,更佳為40~200nm。
於本發明中,含聚矽氮烷化合物的層即使為奈米等級,也可得到具有充分的阻氣性能之成形體。
於本發明的成形體中,離子注入層係含有聚矽氮烷化合物的至少一種之層,只要是對該層進行離子注入而成者,則沒有特別的限制。
離子的注入量係可配合所形成的成形體之使用目的(必要的阻氣性、透明性等)等來適宜決定。
作為所注入的離子,可舉出氬、氦、氖、氪、氙等的稀有氣體、碳氟化合物、氫、氮、氧、二氧化碳、氯、氟、硫等的離子;金、銀、銅、鉑、鎳、鈀、鉻、鈦、鉬、鈮、鉭、鎢、鋁等的金屬之離子等。
其中,從可得到更簡便地注入,具有特別優異的阻氣性和透明性之離子注入層來看,較佳為由氫、氮、氧、氬、氦、氖、氙及氪所組成族群所選出的至少一種之離子。
離子的注入量係可配合所形成的成形體之使用目的(必要的阻氣性、透明性等)等來適宜決定。
注入離子的方法係沒有特別的限定,例如可舉出在形成含聚矽氮烷化合物的層之後,對該含聚矽氮烷化合物的層注入離子之方法。
作為注入離子的方法,可舉出照射經電場加速的離子(離子束)之方法、將電漿中的離子注入之方法等。特別地,於本發明中,從可簡便地得到阻氣性成形體來看,較佳為後者之注入電漿離子之方法。
電漿離子注入例如係可藉由在含有稀有氣體等的電漿生成氣體之環境下使產生電漿,對含聚矽氮烷化合物的層施加負的高電壓脈衝,以將該電漿中的離子(陽離子)注入含聚矽氮烷化合物的層而進行。
形成有離子注入層的部分之厚度,係可藉由離子的種類或外加電壓、處理時間等的注入條件來控制,可按照含聚矽氮烷化合物的層之厚度、成形體之使用目的等來決定,通常為10~1000nm。
離子的注入係可藉由使用X射線光電子分光(XPS)分析,對自表面起10nm附近的元素進行分析測定而確認。
本發明的成形體之形狀係沒有特別的限制,例如可舉出薄膜狀、薄片狀、長方體狀、多角柱狀、筒狀等。如後述地作為電子裝置用構件使用時,較佳為薄膜狀、薄片狀。該薄膜的厚度係可按照目的之電子裝置的用途來適宜決定。
本發明的成形體係可僅由離子注入層所構成,也可更含有其它層。又,本發明的成形體亦可具有其它層的一種或同種或異種的2層以上。
當本發明的成形體為含有其它層的層積體時,各層的層積順序係可為任何者。又,離子注入層的配置位置係沒有特別的限定,基於可高效率地製造等之理由,較佳為在表面具有離子注入層。再者,離子注入層係可僅形成在其它層的一面,也可形成在其它層的兩面。作為其它層,可舉出基材層、無機化合物層、衝撃吸收層、導電體層、底塗層等。
前述基材層的原材料係聚矽氮烷化合物以外的材料,只要符合成形體之目的,則沒有特別的限制。例如可舉出聚醯亞胺、聚醯胺、聚醯胺醯亞胺、聚苯醚、聚醚酮、聚醚醚酮、聚烯烴、聚酯、聚碳酸酯、聚碸、聚醚碸、聚苯硫醚、聚芳酯、丙烯酸系樹脂、環烯系聚合物、芳香族系聚合物等。
於此等之中,從透明性優異、具有泛用性來看,較佳為聚酯、聚醯胺或環烯系聚合物,更佳為聚酯或環烯系聚合物。
作為聚酯,可舉出聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚芳酯等。
作為聚醯胺,可舉出全芳香族聚醯胺、耐隆6、耐隆66、耐隆共聚物等。
作為環烯系聚合物,可舉出原冰片烯系聚合物、單環的環狀烯烴系聚合物、環狀共軛二烯系聚合物、乙烯基脂環式烴聚合物及此等的氫化物。作為其具體例,可舉出Appel(三井化學公司製的乙烯-環烯共聚物)、Arton(JSR公司製的原冰片烯系聚合物)、Zeonor(日本ZEON公司製的原冰片烯系聚合物)等。
無機化合物層係由無機化合物的一種或二種以上所構成的層。作為構成無機化合物層的無機化合物,一般為可真空成膜、具有阻氣性者,例如可舉出無機氧化物、無機氮化物、無機碳化物、無機硫化物、此等的複合體之無機氧化氮化物、無機氧化碳化物、無機氮化碳化物、無機氧化氮化碳化物等。於本發明的此等之中,較佳為無機氧化物、無機氮化物、無機氧化氮化物。
作為無機氧化物,可舉出通式MOx所示的金屬氧化物。
式中,M表示金屬元素。x係取決於M而各自範圍不同,例如若M為矽(Si)則0.1~2.0,若為鋁(Al)則0.1~1.5,若為鎂(Mg)則0.1~1.0,若為鈣(Ca)則0.1~1.0,若為鉀(K)則0.1~0.5,若為錫(Sn)則0.1~2.0,若為鈉(Na)則0.1~0.5,若為硼(B)則0.1~1.5,若為鈦(Ti)則0.1~2.0,若為鉛(Pb)則0.1~1.0,若為鋯(Zr)則0.1~2.0,若為釔(Y)則0.1~1.5的範圍之值。
作為無機氮化物,可舉出式:MNy所示的金屬氮化物。
式中,M表示金屬元素。y係取決於M而各自範圍不同,例如若M為矽(Si)則y=0.1~1.3,若為鋁(Al)則y=0.1~1.1,若為鈦(Ti)則y=0.1~1.3,若為錫(Sn)則y=0.1~1.3的範圍之值。
作為無機氧化氮化物,可舉出式:MOxNy所示的金屬氧化氮化物。
式中,M表示金屬元素。x及y的值係取決於M而各自範圍不同。即,就x、y而言,例如若M為(Si)則x=1.0~2.0、y=0.1~1.3,若為鋁(Al)則x=0.5~1.0、y=0.1~1.0,若為鎂(Mg)則x=0.1~1.0、y=0.1~0.6,若為鈣(Ca)則x=0.1~1.0、y=0.1~0.5,若為鉀(K)則x=0.1~0.5、y=0.1~0.2,若為錫(S n)則x=0.1~2.0、y=0.1~1.3,若為鈉(Na)則x=0.1~0.5、y=0.1~0.2,若為硼(B)則x=0.1~1.0、y=0.1~0.5,若為鈦(Ti)則x=0.1~2.0、y=0.1~1.3,若為鉛(Pb)則x=0.1~1.0、y=0.1~0.5,若為鋯(Zr)則x=0.1~2.0、y=0.1~1.0,若為釔(Y)則x=0.1~1.5、y=0.1~1.0的範圍之值。
再者,於金屬氧化物、金屬氮化物及金屬氧化氮化物中,亦可含有2種類以上的金屬。
無機化合物層的形成方法係沒有特別的限制,例如可舉出蒸鍍法、濺鍍法、離子鍍法、熱CVD法、電漿CVD法等。於本發明中,從可簡便地形成無機化合物層來看,較佳為濺鍍法。
濺鍍法係藉由在真空槽內導入放電氣體(氬等),在由無機化合物所成的標靶與基材等的附著對象物(塑膠薄膜等)之間施加高頻電壓或直流電壓而將放電氣體電漿化,使該電漿衝撞標靶,而飛濺標靶材料,使附著於附著對象物而得到薄膜的方法。作為標靶,例如可舉出前述金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氧化氮化物、或此等中所含的金屬之單體。
作為濺鍍法,可舉出基本的方式之2極法;於2極法中追加放出熱電子的熱陰極之3極法;藉由磁場產生手段來對標靶表面施加磁場,使電漿安定化而提高成膜速度之磁控濺鍍法;以高能量的離子束照射標靶之離子束法;使2片標靶呈平行地相向,對此等標靶面垂直地施加磁場之對置標靶法;利用電子回旋共振(ECR)的ECR法;以同軸的圓筒狀配置將標靶與基板之同軸型濺鍍法;將反應性氣體供應給基板附近,控制成膜組成的反應性濺鍍法等。
於此等之中,本發明中從簡便地得到阻氣性優異的層積體來看,較佳為磁控濺鍍法。
又,於本發明中,可藉由動態離子混合法來形成無機化合物層。
動態離子混合法係藉由同時進行膜形成與離子注入,而形成膜形成材料與注入離子種之化合物膜的方法。
此動態離子混合法係可藉由改變膜形成及離子注入的條件,而容易地進行膜的組成控制及結晶控制,藉由使此等條件最合適化,可形成針孔少、機械特性優異的膜。又,於膜形成初期階段,到達被成膜材料的表面之膜形成材料的原子之一部分,係藉由與注入膜的離子之衝撞而收到能量,撞擊到被成膜材料中。藉此,在被成膜材料與膜之界面中,形成構成被成膜材料的原子與膜形成材料的原子之混合層(mixing layer)。於如此的混合層中,侵入被成膜材料的膜形成材料之原子係成為在被成膜材料中打入楔子般的構造,具有將所成膜的膜留住在被成膜材料的錨固機能。於是,所成膜的膜係對於被成膜材料進行強固的密合。因此,於本發明中,經由動態離子混合法所成膜的無機化合物層係與聚矽氮烷層強固地密合,而且由於針孔少,故得到優異阻氣性,同時當使彎曲時,不易發生龜裂,可長時間維持其阻氣性。
動態離子混合法所用的膜形成方法係沒有特別的限定,較佳為使用濺鍍法。於使用濺鍍法的動態離子混合法中,例如像以下地形成無機化合物層。
首先,於真空室內配置設有聚矽氮烷層的基材及標靶。然後,使真空室內成為減壓狀態後,將電漿生成氣體導入室內。電漿生成氣體係含有濺鍍氣體(稀有氣體)與視需要之稀有氣體以外的可電離之氣體(反應性氣體),藉由對基材施加高頻電力而進行電漿化者。
而且,對基材施加高頻電力,同時以脈衝狀施加負的直流高電壓。藉由對基材施加高頻電力,而在基材的周邊將電漿生成氣體電漿化,電漿中的濺鍍氣體之離子衝撞標靶,由該標靶彈出濺鍍粒子。所彈出的濺鍍粒子係附著、沈積在聚矽氮烷層的表面上,形成濺鍍粒子的沈積膜(由標靶材料所成的膜)。又,與其同時地,藉由對基材以脈衝狀施加負的直流高電壓,電漿中的離子被誘導至基材側,而注入所成膜的膜(無機化合物層)中。藉此,對構成膜的原子給予能量,將該原子撞擊到聚矽氮烷層中。使用反應性氣體時,在將原子撞擊的同時,構成膜的原子與反應性氣體的離子進行反應。結果,標靶材料與反應性氣體的化合物膜(無機化合物層)係強固地密合形成在聚矽氮烷層上。
再者,於此動態離子混合法中,藉由對基材施加高頻電力,可去除離子注入所致的基材之帶電。
於如以上的動態離子混合法中,標靶及電漿生成氣體係按照目的之無機化合物層的組成來適宜選擇。
具體地,作為標靶,可舉出構成目的之無機化合物層的金屬之單體、矽、石墨、或含金屬的化合物(氧化物、氮化物、氧氮化物等)等。再者,使用金屬的單體、矽、石墨當作標靶時,藉由使用含有反應性氣體的電漿生成氣體,可形成無機化合物層。
又,於電漿生成氣體中,作為濺鍍氣體,可舉出氦、氬、氖、氪、氙等。此等可為單獨1種,或組合2種以上來使用。又,作為反應性氣體,可舉出氫、氧、氮、碳氟化合物等。此等可為單獨1種,或組合2種以上來使用。
於反應性濺鍍的情況,電漿生成氣體較佳為以濺鍍氣體當作主成分,雖然取決於標靶材料的組成比與目的之膜質,但是具體地導入氣體中的濺鍍氣體之比例較佳為50%~100%,更佳為55%~98%,特佳為60~96%。藉此,可提高膜形成速度,可高效率地形成無機化合物層。
又,電漿生成氣體壓力(混合氣體的情況為總壓)較佳為1.0×10~1.0×10-3
Pa,更佳為1.0×100
~1.0×10-3
Pa,特佳為1.0×100
~1.0×10-2
Pa。
對基材所施加之負的脈衝狀高電壓為-100kV~-100V,較佳為-50kV~-1kV。
又,注入膜的離子濃度通常為1×1015
ions/cm2
以上,較佳為1×1016
ions/cm2
以上,更佳為1×1016
~1×1018
ions/cm2
。
無機化合物層的厚度係沒有特別的限定,較佳為10~1000nm,更佳為20~500nm,特佳為50~200nm。無機化合物層的厚度若比前述範圍薄,則有得不到充分阻氣性的可能性。又,無機化合物層的厚度若比前述範圍厚,則會損害阻氣性薄膜的透明性。
於如以上所構成的阻氣性薄膜中,藉由在基材上設置聚矽氮烷層,而掩埋基材表面的凸凹,抑制基材表面的凸凹形狀浮出表面上。因此,此阻氣性薄膜得到高的表面平滑性。
又,藉由在聚矽氮烷層上以動態離子混合法形成該無機化合物層,可在聚矽氮烷層與無機化合物層得到高的密合性,抑制聚矽氮烷層與無機化合物的剝離。
還有,無機化合物層的表面之中心平均粗糙度(Ra)係沒有特別的限制,較佳為2.0nm以下,更佳為1.0nm以下。中心平均粗糙度(Ra)係將JIS B0601中規定者,以對於測定面可適用的方式進行三次元的擴張,將自基準面起到測定面為止的偏差之絕對值作平均的值,由下式來表示。
式中,F(X,Y)、S0
、Z0
、YT
、YB
、XR
及XL
表示以下的意思。
F(X,Y):全測定數據之表示面
S0
:由指定面假設理想的扁平時之面積
Z0
:指定面內的Z數據之平均值
YT
:測定結束點的y座標
YB
:測定開始點的y座標
XR
:測定結束點的x座標
XL
:測定開始點的x座標
此中心平均粗糙度(Ra)係無機化合物層的表面平滑性之指標,此值愈小則意味表面平滑性愈高。而且,由於無機化合物層的中心平均粗糙度(Ra)在前述範圍,於將此阻氣性薄膜採用在其表面具有設置電極膜的構成之電子裝置時,可防止在電極膜上形成突起,可避免由此突起所造成的斷線或短路。
以藉由使用濺鍍法的動態離子混合法,形成氧氮化矽層的情況作為例子,說明在聚矽氮烷層上以動態離子混合法形成無機化合物層的方法。
首先,於室內所設置的薄膜行進系統上,架設形成聚矽氮烷層的基材,於該室內設置矽標靶。此時,基材係在薄膜行進途中,使形成有聚矽氮烷層的側之面與標靶相向。然後,藉由旋轉泵及油擴散泵,使室內成為減壓狀態後,將電漿生成氣體導入。此處,作為電漿生成氣體,使用氬、氮、氧的混合氣體。然後,一邊使基材行進,一邊對該基材施加高頻電力,同時以脈衝狀施加直流高電壓。例如,將自10μS至400ms的脈衝調變之13.56MHz的高頻電力施加給基材。
藉由對基材施加高頻電力,而在基材的周邊將電漿生成氣體電漿化,電漿中的氬離子衝撞矽標靶,由該標靶彈出矽粒子。所彈出的矽粒子係附著、沈積在含聚矽氮烷化合物的層之表面上,形成矽粒子的沈積膜。又,與其同時地,藉由對基材以脈衝狀施加負的直流高電壓,電漿中的離子被誘導至基材側,而注入所成膜的膜中。藉此,構成膜的矽原子係收到離子的能量,而撞擊到含聚矽氮烷化合物的層中,同時構成膜的矽原子與反應性氣體(氮及氧)的離子進行反應,而生成氧氮化矽。結果,氧氮化矽層係強固地密合形成在聚矽氮烷層上。
而且,如此的膜形成過程係沿著行進的基材之長度方向連續地進行。結果,完成依順序層積有聚矽氮烷層與氧氮化矽層(無機化合物層)的長條狀阻氣性薄膜。
一般地,無機化合物層具有阻氣性能,若為了提高阻氣性而使無機化合物層太厚,則耐彎折性、透明性降低,變成容易發生龜裂,亦違反輕量化。依照本發明的成形體,由於在無機化合物層以外具有前述離子注入層,即使加厚無機化合物層,也具有優異的阻氣性能。
又,藉由直接層積前述離子注入層與無機化合物層,離子注入層係具有抑制無機化合物層中發生龜裂的作用,可得到具有優異耐彎折性、阻氣性的層積體。
本發明的成形體之離子注入層、無機化合物層的數目或配置係沒有特別的限定。例如,當更含有基材層時,離子注入層、無機化合物層係可僅形成在基材層的一面,也可形成在基材層的兩面。藉由在基材層上層積離子注入層,以覆蓋基材表面的凹凸(微小突起物),由於平滑性升高,若在其上層積無機化合物層,則可抑制無機化合物層的針孔發生,得到具有優異的阻氣性之層積體。又,取決於基材層的種類,會有得不到與無機化合物的密合性之情況,但是藉由在基材層與無機化合物層之間設置離子注入層,則得到充分的密合性。
具有無機化合物層當作其它層的本發明之成形體,係具有優異的阻氣性、透明性及耐彎折性(彎折容易,即使彎折也不發生龜裂)。
作為形成衝撃吸收層的原材料,並沒有特別的限定,例如可使用丙烯酸系樹脂、胺甲酸酯系樹脂、聚矽氧系樹脂、烯烴系樹脂、橡膠系材料等。於此等之中,較佳為丙烯酸系樹脂、聚矽氧系樹脂、橡膠系材料。
作為丙烯酸系樹脂,可舉出當作主成分含有由(甲基)丙烯酸酯均聚物、含有2種以上的(甲基)丙烯酸酯單位之共聚物、及(甲基)丙烯酸酯與其它官能性單體的共聚物之中所選出的至少1種者。再者,「(甲基)丙烯酸」係丙烯酸或甲基丙烯酸之意思(以下同樣)。
作為(甲基)丙烯酸酯,較佳為酯部分的碳數為1~20的(甲基)丙烯酸,從使後述的衝撃吸收層之儲藏彈性模數容易成為指定的範圍內來看,更佳為使用酯部分的碳數為4~10的(甲基)丙烯酸酯。作為如此的(甲基)丙烯酸酯,可舉出(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯等。
作為官能性單體,可舉出(甲基)丙烯酸羥乙酯等之含羥基的單體、(甲基)丙烯醯胺等之含醯胺基的單體、(甲基)丙烯酸等之含羧酸基的單體等。
(甲基)丙烯酸酯(共)聚合物例如可藉由溶液聚合法、乳化聚合法、懸浮聚合法等眾所周知的聚合方法來獲得。再候,(共)聚合物係均聚物或共聚物的意思(以下同樣)。
(甲基)丙烯酸酯(共)聚合物亦可與交聯劑混合,至少一部分形成交聯體而使用。
作為交聯劑,可舉出甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯等、或彼等的加成體等之異氰酸酯系交聯劑;乙二醇縮水甘油醚等的環氧系交聯劑;六[1-(2-甲基)-氮雜環丙烷基]三磷酸三等的氮雜環丙烷系交聯劑;鋁螯合物等的螯合系交聯劑等。
交聯劑的使用量,相對100質量份的(甲基)丙烯酸酯(共)聚合物之固體成分而言,通常為0.01~10質量份,較佳為0.05~5質量份。交聯劑可為單獨1種,或組合2種以上來使用。
作為聚矽氧系樹脂,可舉出以二甲基矽氧烷當作主成分者。又,作為橡膠系材料,可舉出以異戊二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、聚異丁烯橡膠、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯橡膠等當作主成分者。
於衝撃吸收層中,亦可含有抗氧化劑、增黏劑、可塑劑、紫外線吸收劑、著色劑、抗靜電劑等的各種添加劑。
又,形成衝撃吸收層的原材料,亦可使用以黏著劑、塗覆劑、密封劑等所市售者,特佳為丙烯酸系黏著劑、聚矽氧系黏著劑、橡膠系黏著劑等的黏著劑。
衝撃吸收層的形成方法係沒有特別的限制,例如可舉出與前述含聚矽氮烷化合物的層之形成方法同樣地,將前述形成衝撃吸收層的原材料及依所欲的溶劑等之其它成分的衝撃吸收層形成溶液,塗佈在應層積的層上,將所得之塗膜乾燥,視需要進行加熱等而形成的方法。
又,亦可另途在剝離基材上形成衝撃吸收層,將所得之膜轉印層積到應層積的層上。
衝撃吸收層的厚度通常為1~100μm,較佳為5~50μm。
衝撃吸收層在25℃的儲藏彈性模數較佳為1×102
Pa以上、1×109
Pa以下,更佳為1×103
Pa以上、1×107
Pa以下,特佳為1×104
Pa以上、1×106
Pa以下。儲藏彈性模數係使用動態黏彈性測定裝置,藉由扭曲剪切法在頻率1Hz進行測定。
具有衝撃吸收層的本發明之成形體,係衝撃吸收性能優異,即使受到衝撃,在無機化合物層也不會發生龜裂或破裂。因此,沒有各層的龜裂或破裂所致的阻氣性降低之虞。
作為構成導電體層的材料,可舉出金屬、合金、金屬氧化物、導電性化合物、此等的混合物等。具體地,可舉出氧化錫、摻雜有銻的氧化錫(ATO);摻雜有氟的氧化錫(FTO)、氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅銦(IZO)等的導電性金屬氧化物;金、銀、鉻、鎳等的金屬;此等金屬與導電性金屬氧化物的混合物;碘化銅、硫化銅等的無機導電性物質;聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯等的有機導電性材料等。導電體層亦可為此等材料所成的層以複數層積成的層積體。
又,導電體層可為透明或不透明,當導電體層為透明時,可得到透明性優異的層積體。從透明性之點來看,作為形成導電體層的材料,較佳為導電性金屬氧化物,特佳為ITO。
作為導電體層的形成方法,例如可舉出蒸鍍法、濺鍍法、離子鍍法、熱CVD法、電漿CVD法等。於此等之中,本發明從可簡便地形成導電體層來看,較佳為濺鍍法。
濺鍍法係藉由在真空槽內導入放電氣體(氬等),在標靶與基板之間施加高頻電壓或直流電壓而將放電氣體電漿化,使該電漿衝撞標靶,而飛濺標靶材料,使附著於基板上而得到薄膜的方法。作為標靶,可使用由前述形成導電體層的材料所構成者。
導電體層的厚度係可按照其用途等而適宜選擇。通常為10nm~50μm,較佳為20nm~20μm。
所得之導電體層的表面電阻率通常為1000Ω/□以下。
於所形成的導電體層中,視需要亦可進行圖案化。作為圖案化的方法,可舉出微影術等所致的化學蝕刻、使用雷射等的物理蝕刻等、使用光罩的真空蒸鍍法或濺鍍法、掀離(lift-off)法、印刷法等。
底塗層係達成提高基材層與離子注入層或含聚矽氮烷化合物的層之層間合著性的任務。藉由設置底塗層,可得到層間密合性及表面平滑性極優異的阻氣性薄膜。
作為構成底塗層的材料,並沒有特別的限定,可使用眾所周知者。例如,可舉出含矽的化合物;光聚合性單體及/或光聚合性預聚物所成的光聚合性化合物、及至少含以可見光範圍的光可產生自由基的聚合引發劑之光聚合性組成物;聚酯系樹脂、聚胺甲酸酯系樹脂(尤其聚丙烯酸多元醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇等與異氰酸酯化合物的2液硬化型樹脂)、丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、氯乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯縮丁醛系樹脂、硝基纖維素系樹脂等的樹脂類;烷基鈦酸酯;伸乙亞胺等。此等材料可為單獨一種,或組合二種以上來使用。
底塗層係可藉由將構成底塗層的材料溶解或分散在適當的溶劑中而形成底塗層形成用溶液,將此溶液塗佈在基材層的一面或兩面,使所得之塗膜乾燥,依所欲進行加熱而形成。
作為將底塗層形成用溶液塗佈在基材層上之方法,可使用通常的濕式塗佈方法。例如,可舉出浸塗、輥塗、凹槽輥塗佈、刀塗、氣刀塗佈、輥刀塗佈、口模式塗佈、網版印刷法、噴塗、凹版膠印法等。
作為將底塗層形成用溶液的塗膜乾燥之方法,可採用熱風乾燥、熱輥乾燥、紅外線照射等習知的乾燥方法。底塗層的厚度通常為10~1000nm。
又,亦可對所得之底塗層,藉由與對離子注入層進行離子注入的方法同樣的方法來進行離子注入,然後形成離子注入層。藉由對底塗層亦進行離子注入,可得到更優異的阻氣性薄膜。
本發明的成形體之全體厚度係沒有特別的限制,可依照目的之電子裝置的用途來適宜決定。
本發明的成形體係具有優異的阻氣性和透明性,而且當其形狀為薄膜狀或薄片狀(以下稱為「薄膜狀」)時,耐彎折性優異,且即使進行彎折等,也維持阻氣性而較宜。
本發明的成形體具有優異的阻氣性者,係可由本發明的成形體之水蒸氣等的氣體之透過率非常小來確認。例如,在40℃、相對濕度90%環境下,水蒸氣透過率較佳為低於0.50g/m2
/day,更佳為0.35g/m2
/day以下。再者,成形體的水蒸氣等之透過率,係可使用眾所周知的氣體透過率測定裝置來測定。
本發明的成形體具有優異的透明性者,係可由本發明的成形體之可見光透過率高來確認。可見光透過率係在波長550nm的透過率,較佳為80%以上,更佳為85%以上。成形體的可見光透過率,係可使用眾所周知的可見光透過率測定裝置來測定。
本發明的成形體係耐彎折性優異,即使進行彎折等也可維持阻氣性,此係可藉由將薄膜狀的成形體彎折成兩半,施予壓力,再打開時彎折部分沒有劣化,水蒸氣透過率亦幾乎沒有降低來確認。本發明的薄膜狀成形體,與相同厚度的無機膜比較下,即使彎折後,也可維持阻氣性而優異。
本發明的成形體之製造方法的特徵為具有對表面部具有含聚矽氮烷化合物的層之成形物之前述含聚矽氮烷化合物的層,注入離子之步驟。
於本發明的成形體之製造方法中,較佳為一邊在一定方向中搬送表面部具有含聚矽氮烷化合物的層之長條狀成形物,一邊對含聚矽氮烷化合物的層注入離子以製造成形體。
依照此製造方法,例如由於可由捲出輥來捲出長條狀成形物,一邊在一定方向中搬送其,一邊注入離子,以捲取輥來捲取,故可連續地製造由離子注入而得之成形體。
長條狀成形物的形狀係薄膜狀,可僅為含聚矽氮烷化合物的層,也可含有其它層。作為其它層,可舉出與上述的同樣者。
從捲出、捲取及搬送的操作性之觀點來看,成形物的厚度較佳為1μm~500μm,更佳為5μm~300μm。
對含聚矽氮烷化合物的層注入離子之方法係沒有特別的限定。其中,特佳為藉由電漿離子注入法在前述層的表面部形成離子注入層的方法。
電漿離子注入法係藉由對暴露於電漿中的表面具有含聚矽氮烷化合物的層之成形物,施加負的高電壓脈衝,以將電漿中的離子注入前述層的表面部,而形成離子注入層之方法。
作為電漿離子注入法,較佳為(A)將使用外部電場而產生的電漿中所存在的離子,注入前述層的表面部之方法,或(B)不使用外部電場,將僅藉由施加於前述層的負高電壓脈衝所致的電場而產生的存在於電漿中之離子,注入前述層的表面部之方法。
於前述(A)的方法中,離子注入之際的壓力(電漿離子注入時的壓力)較佳為0.01~1Pa。電漿離子注入時的壓力若在如此的範圍,則可簡便且高效率地形成均勻的離子注入層,可高效率地形成兼具透明性、阻氣性的離子注入層。
前述(B)的方法係不需要提高減壓度,處理操作簡便,處理時間亦可大幅縮短。又,可對前述層全體進行均一的處理,在負的高電壓脈衝施加時,可以高能量將電漿中的離子連續地注入層的表面部。再者,不需要射頻(高頻,以下簡稱「RF」)或微波等的高頻電力源等之特別的其它手段,可僅對層施加負的高電壓脈衝,而在層的表面部均勻地形成良質的離子注入層。
於前述(A)及(B)的任一方法中,當施加負的高電壓脈衝時,即離子注入時的脈衝寬度,較佳為1~15μsec。脈衝寬度在如此的範圍時,可更簡便且高效率地形成透明且均勻的離子注入層。
又,產生電漿時的施加電壓較佳為-1kV~-50kV,更佳為-1kV~-30kV,特佳為-5kV~20kV。若以施加電壓大於-1kV之值來進行離子注入,則離子注入量(劑量)變不足,得不到所欲的性能。另一方面,若以小於-50kV之值進行離子注入,則離子注入時成形體會帶電,且發生對成形體的著色等不良情況而不宜。
電漿離子注入的離子種係如上述。從可更簡便地進行離子注入,可高效率地製造透明且具有優異阻氣性的成形體來看,較佳為氫、氮、氧、氬、氦、氖、氙、氪,更佳為氮、氧、氬、氦。
於對層的表面部注入電漿中的離子之際,使用電漿離子注入裝置。
作為電漿離子注入裝置,具體地可舉出(α)在對含聚矽氮烷化合物的層(以下亦稱為「離子注入層」)施加負的高電壓脈衝之饋通上重疊高頻電力,均等地以電漿包圍離子注入層的周圍,誘導、注入電漿中的離子及使衝撞、沈積的裝置(特開2001-26887號公報),(β)在室內設置天線,給予高頻電力而使產生電漿,在電漿到達離子注入層的周圍後,藉由對離子注入層交互地施加正與負的脈衝,而以正的脈衝誘導衝撞電漿中的電子,以加熱離子注入層,控制脈衝常數,一邊進行溫度控制,一邊施加負的脈衝而誘導、注入電漿中的離子之裝置(特開2001-156013號公報),(γ)使用微波等的高頻電力源等之外部電場而使產生電漿,施加高電壓脈衝而誘導、注入電漿中的離子之電漿離子注入裝置,(δ)不用外部電場,僅藉由高電壓脈衝的施加所產生的電場,而將電漿中的離子注入之電漿離子注入裝置等。
於此等之中,從處理操作簡便、處理時間亦大幅縮短、適合於連續使用來看,較佳為使用(γ)或(δ)的電漿離子注入裝置。
以下,邊參照圖面邊詳細說明使用前述(γ)及(δ)的電漿離子注入置之方法。
圖1係顯示包括前述(γ)的電漿離子注入裝置之連續電漿離子注入裝置的概要之圖。
圖1(a)中,1a係表面部具有含聚矽氮烷化合物的層的長條薄膜狀之成形物(以下稱為「薄膜」),11a係室,20a係渦輪分子泵,3a係送出離子注入前的薄膜1a之捲出輥,5a係將離子注入後的薄膜(成形體)1b捲繞成輥狀的捲取輥,2a係高電壓施加旋轉罐(can)、6a係薄膜的送出用輥,10a係氣體導入口,7a係高電壓脈衝電源,4係電漿放電用電極(外部電場)。圖1(b)係前述高電壓施加旋轉罐2a的斜視圖,15係高電壓導入端子(饋通)。
所用之表面部具有含聚矽氮烷化合物的層之長條狀薄膜1a,係在基材層上形成有含聚矽氮烷化合物的層之薄膜。
於圖1所示的連續電漿離子注入裝置中,薄膜1a係在室11a內,由捲出輥3a往圖1中箭號X方向搬送,通過高電壓施加旋轉罐2a,捲繞在捲取輥5a上。薄膜1a的捲繞方法或搬送薄膜1a的方法等係沒有特別的限制,於本實施形態中,藉由以一定速度使高電壓施加旋轉罐2a旋轉,以進行薄膜1a的搬送。又,高電壓施加旋轉罐2a的旋轉係藉由馬達使高電壓導入端子15的中心軸13旋轉而進行。
高電壓導入端子15及薄膜1a所接觸的複數之送出用輥6a等係由絕緣體所構成,例如氧化鋁的表面經聚四氟乙烯等的樹脂所被覆而形成。又,高電壓施加旋轉罐2a係由導體所構成,例如可由不銹鋼等所形成。
薄膜1a的搬送速度係可適宜設定。在由捲出輥3a搬送出薄膜1a到捲繞在捲取輥5a上為止之間,對薄膜1a的表面部(含聚矽氮烷化合物的層)注入離子,速度只要是能確保形成所欲之離子注入層的時間,則沒有特別的限制。薄膜的捲繞速度(搬送速度)亦取決於外加電壓、裝置規模等,通常為0.1~3m/min,較佳為0.2~2.5m/min。
首先,藉由連接於旋轉泵的渦輪分子泵20a,將室11a內排氣、減壓。減壓度通常為1×10-4
Pa~1Pa,較佳為1×10-3
Pa~1×10-2
Pa。
其次,經由氣體導入口10a在室11a內導入氮等的離子注入用之氣體(以下亦稱為「離子注入用氣體」),而使室11a內成為減壓離子注入用氣體環境。再者,離子注入用氣體亦為電漿生成氣體。
接著,藉由電漿放電用電極4(外部電場)使產生電漿。作為使產生電漿的方法,可舉出藉由微波或RF等的高頻電力源等眾所周知的方法。
另一方面,經由高電壓導入端子15,由連接於高電壓施加旋轉罐2a的高電壓脈衝電源7a來施加負的高電壓脈衝9a。若對高電壓施加旋轉罐2a施加負的高電壓脈衝,則誘導電漿中的離子,注入高電壓施加旋轉罐2a的周圍之薄膜的表面(圖1(a)中箭號Y),得到薄膜狀的成形體1b。
如前述地,離子注入之際的壓力(室11a內的電漿氣體之壓力)較佳為0.01~1Pa,離子注入時的脈衝寬度較佳為1~15μsec,對高電壓施加旋轉罐2a施加負的高電壓時的外加電壓較佳為-1kV~-50kV。
其次,說明使用圖2所示的連續電漿離子注入裝置,對表面部具有含聚矽氮烷化合物的層之薄膜的前述含聚矽氮烷化合物的層進行離子注入的方法。
圖2所示的裝置包括前述(δ)的電漿離子注入裝置。此電漿離子注入裝置係不用外部電場(即圖1中的電漿放電用電極4),而僅藉由所施加的高電壓脈衝之電場來產生電漿。
於圖2所示的連續電漿離子注入裝置中,薄膜(薄膜狀的成形物)1c係藉由與前述圖1的裝置同樣地使高電壓施加旋轉罐2b旋轉,而由捲出輥3b往圖2中箭號X方向搬送,捲繞在捲取輥5b上。
於圖2所示的連續電漿離子注入裝置中,對前述薄膜之含聚矽氮烷化合物的層之表面部的離子注入係如以下地進行。
首先,與圖1中所示的電漿離子注入裝置同樣地,在室11b內設置薄膜1c,藉由連接於旋轉泵的渦輪分子泵20b,將室11b內排氣、減壓。對該處,經由氣體導入口10b對室11b內,導入氮等的離子注入用氣體,而使室11b內成為減壓離子注入用氣體環境。
離子注入之際的壓力(室11b內的電漿氣體之壓力)為10Pa以下,較佳為0.01~5Pa,更佳為0.01~1Pa。
其次,一邊在圖2中X的方向中搬送薄膜1c,一邊經由高電壓導入端子(未圖示),由連接於高電壓施加旋轉罐2b的高電壓脈衝電源7b來施加高電壓脈衝9b。
若對高電壓施加旋轉罐2b施加負的高電壓,則沿著高電壓施加旋轉罐2b的周圍之薄膜1b產生電漿,誘導該電漿中的離子,注入高電壓施加旋轉罐2b的周圍之成形體薄膜1c的表面(圖2中箭號Y)。若對薄膜1c之含聚矽氮烷化合物的層之表面部進行離子注入,則在薄膜表面部形成離子注入層,得到薄膜狀的成形體1d。
對高電壓施加旋轉罐2b施加負的高電壓之際的外加電壓、脈衝寬度及離子注入之際的壓力,係與圖1所示的連續電漿離子注入裝置之情況同樣。
於圖2所示的電漿離子注入裝置中,由於以高電壓脈衝電源來兼用作使電漿產生的電漿產生手段,故不需要RF或微波等的高頻電力源等特別的其它手段,藉由僅施加負的高電壓脈衝,而使產生電漿,對薄膜之含聚矽氮烷化合物的層之表面部注入電漿中的離子,連續形成離子注入層,可量產在薄膜的表面部形成有離子注入層的成形體。
本發明的電子裝置用構件之特徵為由本發明的成形體所構成。因此,本發明的電子裝置用構件,由於具有優異的阻氣性,故可防止水蒸氣等的氣體所致的元件之劣化。再者,由於光的透過性高,故適合作為液晶顯示器、EL顯示器等的顯示器構件、太陽電池用背板等。
本發明的電子裝置包括本發明的電子裝置用構件。作為具體例,可舉出液晶顯示器、有機EL顯示器、無機EL顯示器、電子紙、太陽電池等。
本發明的電子裝置,由於包括由本發明的成形體所成的電子裝置用構件,故具有優異的阻氣性和透明性。
以下,舉出實施例來更詳細說明本發明。惟,本發明完全不受以下的實施例所限定。
所用的X射線光電子分光測定裝置、X射線反射率法的膜密度測定方法、電漿離子注入裝置、水蒸氣透過率測定裝置與測定條件、可見光透過率測定裝置及彎折試驗的方法係如以下。尚且,所用的電漿離子注入裝置係使用外部電場進行離子性入的裝置。
於下述所示的測定條件下,進行阻氣層(經離子注入所得之層)的表層部中之氧原子、氮原子及矽原子的存在比例之測定。
測定裝置:「PHI Quantera SXM」Ulvac-Phi公司製
X射線源:AlKα
X射線束直徑:100μm
電力值:25W
電壓:15kV
取出角度:45°
真空度:5.0×10-8
Pa
阻氣層的表層部之膜密度係於下述所示的測定條件下,測定X射線的反射率,求得全反射臨界角度θc,由其值來算出。
測定裝置與測定條件係如以下。
測定裝置:薄膜評價用試料水平型X射線繞射裝置「SmartLab」株式會社RIGAKU製
X射線源;Cu-Kα1(波長:1.54059)
光學系;並行束光學系
入射側狹縫系;Ge(220)2結晶、高度限制狹縫5mm、入射狹縫0.05mm
受光側狹縫系;受光狹縫 0.10mm、梭拉(soller)狹縫 5°
檢測器;閃爍計數器
管電壓‧管電流;45kV-200mA
掃描軸;2θ/θ
掃描模型;連續掃描
掃描範圍;0.1-3.0deg.
掃描速度;1deg./min.
取樣間隔;0.002°/step
再者,原子數比(xi)係使用以X射線光電子分光測定所得之阻氣層的表層部中之氧原子、氮原子及矽原子的存在比例。
RF電源:日本電子公司製,型號「RF」56000
高電壓脈衝電源:粟田製作所公司製,「PV-3-HSHV-0835」
透過率測定器:水蒸氣透過率為0.01g/m2
/day以上時,使用LYSSY公司製「L89-500」,水蒸氣透過率低於0.01g/m2/
day時,使用TECHNOLOX公司製「deltaperm」。
測定條件:相對濕度90%、40℃
可見光透過率測定裝置:島津製作所公司製「UV-3101PC」
測定條件:波長550nm
使所得之成形體的離子注入面(比較例1係含全氫聚矽氮烷的層側,比較例3係氮化矽膜側)成為外側,在中央部分彎折成一半,在層積速度5m/min、溫度23℃的條件下通過層積機(FUJIPLA公司製「LAMIPACKER LPC1502」)的2支輥間後,以顯微鏡來觀察(100倍)彎折部分,觀察有無龜裂的發生。將沒有看到龜裂的發生時評價為「無」,將有看到龜裂的發生時評價為「有」。
作為聚矽氮烷化合物,使用下述A或B。
A:以全氫聚矽氮烷當作主成分的塗覆劑(Clariant日本公司製「Aqamika NL110-20」)
B:以具有飽和烴基的有機聚矽氮烷化合物之混合物當作主成分的塗覆材(Clariant日本公司製「tutoProm Bright」)
於作為基材層的聚對苯二甲酸乙二酯薄膜(三菱樹脂公司製「PET38 T-100」,厚度38μm,以下稱為「PET薄膜」)上,塗佈當作聚矽氮烷化合物的A,在120℃加熱1分鐘,以在PET薄膜上形成含全氫聚矽氮烷的厚度60nm(膜厚)之層,而得到成形物。接著,使用圖1所示的電漿離子注入裝置,對含全氫聚矽氮烷的層之表面,電漿離子注入氬(Ar),以製作成形體1。
以下顯示電漿離子注入的條件。
‧電漿生成氣體:Ar
‧氣體流量:100sccm
‧負載(Duty)比:0.5%
‧重複頻率:1000Hz
‧外加電壓:-10kV
‧RF電源:頻率13.56MHz,外加電力1000W
‧室內壓:0.2Pa
‧脈衝寬度:5μsec
‧處理時間(離子注入時間):5分鐘
‧搬送速度:0.2m/min
除了將加熱時間由1分鐘變更為5分鐘以外,與實施例1同樣地得到成形體2。
除了將PET薄膜上所形成之含全氫聚矽氮烷的層之厚度由60nm變更為100nm以外,與實施例2同樣地得到成形體3。
除了將PET薄膜上所形成之含全氫聚矽氮烷的層之厚度由60nm變更為150nm以外,與實施例2同樣地得到成形體4。
除了將加熱時間由1分鐘變更為20分鐘以外,與實施例1同樣地得到成形體5。
除了作為電漿生成氣體,使用氮(N2
)代替氬以外,與實施例2同樣地製作成形體6。
除了將進行離子注入之際的外加電壓由-10kV變更為-5kV以外,與實施例2同樣地製作成形體7。
除了將進行離子注入之際的外加電壓由-10kV變更為-15kV以外,與實施例2同樣地製作成形體8。
除了代替聚矽氮烷化合物A,使用聚矽氮烷化合物B以外,與實施例2同樣地製作成形體9。
除了作為電漿生成氣體,使用氫(H2
)代替氬以外,與實施例2同樣地製作成形體10。
除了作為電漿生成氣體,使用氧(O2
)代替氬以外,與實施例2同樣地製作成形體11。
除了作為電漿生成氣體,使用氦(He)代替氬以外,與實施例2同樣地製作成形體12。
除了作為電漿生成氣體,使用氖(Ne)代替氬以外,與實施例2同樣地製作成形體13。
除了作為電漿生成氣體,使用氙(Xe)代替氬以外,與實施例2同樣地製作成形體14。
除了作為電漿生成氣體,使用氪(Kr)代替氬以外,與實施例2同樣地製作成形體15。
除了不進行離子注入以外,與實施例1同樣地製作成形體。即,在PET薄膜上形成含全氫聚矽氮烷的層,以成為成形體16。
除了於PET薄膜上不形成含全氫聚矽氮烷的層以外,與實施例1同樣地製作成形體。即,對PET薄膜的表面,電漿離子注入氬以成為成形體17。
除了在PET薄膜上,藉由濺鍍法來設置厚度60nm的氮化矽(SiN)之膜,以製作成形體18。
對實施例2所得的成形物之含全氫聚矽氮烷的層,使用氬(Ar)當作電漿生成氣體來進行電漿處理,以製作成形體19。電漿處理係以實施例所用的裝置之外加電壓為0kV,不發生電漿離子注入的狀態來進行。
以下顯示電漿處理的條件。
‧電漿生成氣體:Ar
‧氣體流量:100sccm
‧負載(Duty)比:0.5%
‧重複頻率:1000Hz
‧外加電壓:0kV
‧RF電源:頻率13.56MHz,外加電力1000W
‧室內壓:0.2Pa
‧脈衝寬度:5μsec
‧處理時間(離子注入時間):5分鐘
‧搬送速度:0.2m/min
除了使用氧(O2
)當作電漿生成氣體以外,與比較例4同樣地進行電漿處理,以製作成形體20。
於實施例1~5、7~9、11~15及比較例2中,藉由使用XPS(ULVAC公司製),對自表面起10nm附近的元素進行分析測定,確認各自的離子注入。
再者,於實施例6中,聚矽氮烷系化合物中所含有的氮與所注入的氮離子之區別係困難,無法以XPS來檢測出實施例10及實施例12之注入的離子,但是進行操作,在其它實施例中可確認離子注入,若考慮已提高阻氣性等,則離子注入係明顯。
下述表1中彙總記載各實施例、比較例中所用的聚矽氮烷化合物之種類、得到成形物之際的加熱時間(分鐘)、所形成的層之膜厚(nm)、所用的電漿生成氣體、外加電壓(kV)。
對於實施例1~15及比較例1~5所得之成形體1~20,測定氧原子、氮原子及矽原子的存在比例(成形體17除外)、膜密度(成形體17除外)、水蒸氣透過率及全光線透過率。下述表1中顯示測定結果。
接著,對於實施例1~15及比較例1~5的成形體1~20,進行彎折試驗,確認有無龜裂的發生。表1中顯示結果。
又,對於彎折試驗後的成形體1~20,測定水蒸氣透過率。表1中顯示結果。
根據表1,相對於氧原子、氮原子及矽原子的存在量全體而言,氧原子的存在比例為60~75%,氮原子的存在比例為0~10%,矽原子的存在比例為25~35%,而且膜密度為2.4~4.0g/cm3
的實施例之成形體1~15,與不滿足上述條件的比較例之成形體16~20相比,係水蒸氣透過率小,具有高的阻氣性。還有,全光線透過率高,透明性優異。
又,彎折試驗後,實施例的成形體1~15係沒有看到龜裂的發生,與形成有無機膜(氮化矽膜)的比較例3相比,水蒸氣透過率之上升少,耐彎折性優異。
1a、1c...薄膜狀的成形物
1b、1d...薄膜狀的成形體
2a、2b...旋轉罐
3a、3b...捲出輥
4...電漿放電用電極
5a、5b...捲取輥
6a、6b...送出用輥
7a、7b...脈衝電源
9a、9b...高電壓脈衝
10a、10b...氣體導入口
11a、11b...室
13...中心軸
15...高電壓導入端子
20a、20b...渦輪分子泵
圖1(a)、(b)係顯示本發明中所使用的電漿離子注入裝置之概略構成的圖。
圖2係顯示本發明中所使用的電漿離子注入裝置之概略構成的圖。
Claims (11)
- 一種成形體,具有薄膜狀或薄片狀之形狀,具有基材層、和厚度30nm~500nm之由至少含有氧原子及矽原子的材料所構成之阻氣層,其特徵在於:相對於前述阻氣層的表面及從該表面至深度5nm的區域中的氧原子、氮原子及矽原子的存在量全體而言,氧原子的存在比例為60~75%,氮原子的存在比例為0~10%,矽原子的存在比例為25~35%,而且前述阻氣層的表面及從該表面至深度5nm的區域之膜密度為2.4~4.0g/cm3 ,且該成形體在40℃、相對濕度90%環境下的水蒸氣透過率係低於0.50g/m2 /day。
- 如申請專利範圍第1項之成形體,其中,相對於前述阻氣層的表面及從該表面至深度5nm的區域中的氧原子、氮原子及矽原子的存在量全體而言,氧原子的存在比例為63~70%。
- 如申請專利範圍第1項之成形體,其中,相對於前述阻氣層的表面及從該表面至深度5nm的區域中的氧原子、氮原子及矽原子的存在量全體而言,氮原子的存在比例為0.1~6%。
- 如申請專利範圍第1項之成形體,其中,相對於前述阻氣層的表面及從該表面至深度5nm的區域中的氧原子、氮原子及矽原子的存在量全體而言,矽原子的存在比例為29~ 32%。
- 如申請專利範圍第1項之成形體,其中,前述阻氣層的表面及從該表面至深度5nm的區域中的氮原子/氧原子的比例為0.00217~0.114。
- 如申請專利範圍第1項之成形體,其中,前述阻氣層為對含有50重量%以上之聚矽氮烷化合物的層進行離子注入所得的層。
- 如申請專利範圍第6項之成形體,其中,該聚矽氮烷化合物為具有下式(1)所示之重複單位之化合物:
- 如申請專利範圍第1項之成形體,其在波長550nm的可見光透過率為80%以上。
- 如申請專利範圍第1項之成形體,其在彎折試驗後的40℃、相對濕度90%氛圍氣下的水蒸氣透過率為0.01~0.32g/m2 /day。
- 一種電子裝置用構件,由申請專利範圍第1項之成形體所構成。
- 一種電子裝置,包括申請專利範圍第10項之電子裝置用構件。
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