JP2014152362A - 透明ガスバリアフィルムの製造方法、及び透明ガスバリアフィルムの製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ガスバリア性に優れた透明ガスバリアフィルムを効率的に製造する方法及びその製造装置を提供する。
【解決手段】 本発明の透明ガスバリアフィルムの製造方法は、ロールツーロール方式を用いて実施される。その製造方法は、長尺帯状の樹脂基板8を送る途中で、前記樹脂基板8に成分の異なる複数種の薄膜をそれぞれ複数積層する工程を有し、前記薄膜の種類数に対応した数の蒸発源91,92が薄膜形成エリアに設けられており、前記長尺帯状の樹脂基板8を前記薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させ、前記薄膜形成エリアにおいて前記樹脂基板8に前記複数の蒸発源91,92に含まれる材料をそれぞれ付着させることにより、前記複数種の薄膜が複数積層された透明ガスバリア層を前記樹脂基板8に形成する。
【選択図】 図5
【解決手段】 本発明の透明ガスバリアフィルムの製造方法は、ロールツーロール方式を用いて実施される。その製造方法は、長尺帯状の樹脂基板8を送る途中で、前記樹脂基板8に成分の異なる複数種の薄膜をそれぞれ複数積層する工程を有し、前記薄膜の種類数に対応した数の蒸発源91,92が薄膜形成エリアに設けられており、前記長尺帯状の樹脂基板8を前記薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させ、前記薄膜形成エリアにおいて前記樹脂基板8に前記複数の蒸発源91,92に含まれる材料をそれぞれ付着させることにより、前記複数種の薄膜が複数積層された透明ガスバリア層を前記樹脂基板8に形成する。
【選択図】 図5
Description
本発明は、ロールツーロール方式を用いた透明ガスバリアフィルムの製造方法及びその製造装置に関する。
液晶表示素子、有機EL(ELは、エレクトロルミネッセンスの略である)素子、電子ペーパー、太陽電池、薄膜リチウムイオン電池等の各種エレクトロニクスデバイスは、近年、軽量化・薄型化が進んでいる。これらデバイスの多くは大気中の水蒸気によって変質して劣化することが知られている。
従来、これらデバイスにはその支持基板としてガラス基板が用いられてきた。しかし、軽量性、耐衝撃性、屈曲性等の各種特性に優れるという理由により、ガラス基板に代えて、樹脂基板の使用が検討されている。前記樹脂基板は、一般には、ガラス等の無機材料から形成された基板と比較して、水蒸気等のガス透過性が著しく大きいという性質を有する。したがって、上記デバイスに使用される樹脂基板においては、その光透過性を維持しつつ、ガスバリア性を向上させることが要求される。
ところで、エレクトロニクスデバイスのガスバリア性は、食品包装用途でのそれに比べ、桁違いに高いレベルが要求されている。ガスバリア性は、例えば、水蒸気透過速度(Water Vapor Transmission Rate。以下、WVTR)で表される。従来の食品包装用途でのWVTRの値は、1〜10g・m−2・day−1程度であるのに対し、例えば薄膜シリコン太陽電池や化合物薄膜系太陽電池用途の基板に必要なWVTRは、1×10−3g・m−2・day−1以下、さらには、有機EL素子用途の基板に必要なWVTRは、1×10−5g・m−2・day−1以下と考えられている。このような非常に高いガスバリア性の要求に対応するため、樹脂基板上にガスバリア層を形成させる方法が、種々提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。しかし、これらの方法に代表される真空プロセスにより形成される無機膜のガスバリア性は、上記の要求を満足できるものではなかった。
そこで、同様の真空プロセスを用いて成分の異なる複数の種類の薄膜を積層させてハイブリッド化したガスバリア性フィルムが提案されている(例えば、特許文献3乃至5参照)。
このような複数種の薄膜を有するガスバリア性フィルムを、ロールツーロール方式で形成するためには、その層数に応じた蒸発源(例えば、蒸着るつぼ、ターゲットなど)を配置する必要がある。例えば、成分Aからなる薄膜と成分Bからなる薄膜(AとBは、成分が異なる)が基板上に交互に3層ずつ積層されたガスバリア性フィルムを形成する場合、長尺帯状の基板を送る途中に、成分Aを含む蒸発源、成分Bを含む蒸発源、成分Aを含む蒸発源、成分Bを含む蒸発源、成分Aを含む蒸発源、成分Bを含む蒸発源というように、6つの蒸発源を配置する必要がある。このように層数に対応した数の蒸発源を設けると、設備及び管理コストが嵩むという問題点がある。
このような複数種の薄膜を有するガスバリア性フィルムを、ロールツーロール方式で形成するためには、その層数に応じた蒸発源(例えば、蒸着るつぼ、ターゲットなど)を配置する必要がある。例えば、成分Aからなる薄膜と成分Bからなる薄膜(AとBは、成分が異なる)が基板上に交互に3層ずつ積層されたガスバリア性フィルムを形成する場合、長尺帯状の基板を送る途中に、成分Aを含む蒸発源、成分Bを含む蒸発源、成分Aを含む蒸発源、成分Bを含む蒸発源、成分Aを含む蒸発源、成分Bを含む蒸発源というように、6つの蒸発源を配置する必要がある。このように層数に対応した数の蒸発源を設けると、設備及び管理コストが嵩むという問題点がある。
他方、薄膜の種類数に対応した数の蒸発源を回転ロールに対向して設け、前記回転ロールに枚葉状に基板を貼り付け、この回転ロールを回転させながら前記複数の蒸発源からの材料を順に付着させる方法も知られている。この方法は、いわゆるバッチ生産方式と呼ばれる方法である。この方法によれば、設置する蒸発源が、薄膜の種類数に対応した数で足りる。例えば、上記の例の場合、成分Aを含む蒸発源と成分Bを含む蒸発源の2つの蒸発源で、成分Aからなる薄膜と成分Bからなる薄膜を基板上に交互に複数積層できる。しかしながら、バッチ生産方式の場合には、蒸発源の切り替え(例えば、シャッターの開閉、蒸発のオンオフなど)を行う必要があり、さらに、枚葉状の基板を用いるので、製造効率が悪いという問題点がある。
本発明の目的は、ガスバリア性に優れた透明ガスバリアフィルムを効率的に製造する方法及びその製造装置を提供することである。
本発明の透明ガスバリアフィルムの製造方法は、ロールツーロール方式を用いて実施される。その製造方法は、長尺帯状の樹脂基板を送る途中で、前記樹脂基板に成分の異なる複数種の薄膜をそれぞれ複数積層する工程を有し、前記薄膜の種類数に対応した数の蒸発源が薄膜形成エリアに設けられており、前記長尺帯状の樹脂基板を前記薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させ、前記薄膜形成エリアにおいて前記樹脂基板に前記複数の蒸発源に含まれる材料をそれぞれ付着させることにより、前記複数種の薄膜が複数積層された透明ガスバリア層を前記樹脂基板に形成する。
本発明の好ましい製造方法は、前記薄膜形成エリアに前記複数の蒸発源が並べられており、前記薄膜形成エリアにおいて、前記蒸発源が並べられた方向に前記樹脂基板を送る。
本発明のさらに好ましい製造方法は、前記複数の蒸発源に含まれる材料がそれぞれ異なり、前記材料が、金属及び半金属の少なくとも1種を含む。
本発明のさらに好ましい製造方法は、前記材料を、蒸着法、スパッタリング法及びイオンプレーティング法から選ばれる真空プロセス法によって前記樹脂基板に付着させる。
本発明のさらに好ましい製造方法は、前記複数の蒸発源に含まれる材料がそれぞれ異なり、前記材料が、金属及び半金属の少なくとも1種を含む。
本発明のさらに好ましい製造方法は、前記材料を、蒸着法、スパッタリング法及びイオンプレーティング法から選ばれる真空プロセス法によって前記樹脂基板に付着させる。
本発明の別に局面によれば、成分の異なる複数の薄膜が厚み方向に積層された透明ガスバリア層を有する透明ガスバリアフィルムを製造するための製造装置を提供する。
その製造装置は、成分の異なる複数の薄膜が厚み方向に積層された透明ガスバリア層を有する透明ガスバリアフィルムの製造装置であって、薄膜形成エリア及び非形成エリアを有するチャンバーと、金属及び半金属の少なくとも1種の材料を含む蒸発源と、長尺帯状の樹脂基板を送る搬送装置と、を有し、前記薄膜形成エリアに、前記薄膜の種類数に対応した数の蒸発源が設けられており、前記複数の蒸発源は、それぞれ独立して、異なる材料を含み、前記複数の蒸発源が、前記長尺帯状の樹脂基板の送り方向又は送り方向と直交する方向に沿って並んで配置されており、前記搬送装置が、前記樹脂基板を前記薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させるように前記樹脂基板を送るように構成されている。
その製造装置は、成分の異なる複数の薄膜が厚み方向に積層された透明ガスバリア層を有する透明ガスバリアフィルムの製造装置であって、薄膜形成エリア及び非形成エリアを有するチャンバーと、金属及び半金属の少なくとも1種の材料を含む蒸発源と、長尺帯状の樹脂基板を送る搬送装置と、を有し、前記薄膜形成エリアに、前記薄膜の種類数に対応した数の蒸発源が設けられており、前記複数の蒸発源は、それぞれ独立して、異なる材料を含み、前記複数の蒸発源が、前記長尺帯状の樹脂基板の送り方向又は送り方向と直交する方向に沿って並んで配置されており、前記搬送装置が、前記樹脂基板を前記薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させるように前記樹脂基板を送るように構成されている。
本発明の好ましい製造装置は、前記搬送装置が、螺旋状の搬送軌跡を描くように前記長尺帯状の樹脂基板を送るように構成されている。
本発明のさらに好ましい製造装置は、前記複数の蒸発源が、前記長尺帯状の樹脂基板の送り方向に沿って並んで配置されている。
本発明のさらに好ましい製造装置は、前記チャンバー内に、プラズマを発生させるプラズマ源と、反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、をさらに有する。
本発明のさらに好ましい製造装置は、前記複数の蒸発源が、前記長尺帯状の樹脂基板の送り方向に沿って並んで配置されている。
本発明のさらに好ましい製造装置は、前記チャンバー内に、プラズマを発生させるプラズマ源と、反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、をさらに有する。
本発明の製造方法及び製造装置を用いれば、ガスバリア性に優れた透明ガスバリアフィルムを効率的に製造できる。
また、本発明の好ましい製造方法及び製造装置を用いれば、ガスバリア性に優れ、且つ、透明ガスバリア層の内部応力が非常に低い透明ガスバリアフィルムを効率的に製造できる。
また、本発明の好ましい製造方法及び製造装置を用いれば、ガスバリア性に優れ、且つ、透明ガスバリア層の内部応力が非常に低い透明ガスバリアフィルムを効率的に製造できる。
以下、本発明について、図面を参照しつつ説明する。ただし、各図における層厚及び長さなどの寸法は、実際のものとは異なっていることに留意されたい。
また、本明細書において、用語の頭に、「第1」、「第2」を付す場合があるが、この第1などは、用語を区別するためだけに付加されたものであり、その順序や優劣などの特別な意味を持たない。「長尺帯状」とは、一方向における長さが他方向における長さよりも十分に長い略長方形状を意味する。前記長尺帯状は、例えば、前記一方向における長さが他方向における長さの10倍以上の略長方形状であり、好ましくは30倍以上であり、より好ましくは100倍以上である。「長手方向」は、前記長尺帯状の一方向(長尺帯状の長辺と平行な方向)であり、「短手方向」は、前記長尺帯状の他方向(帯状の短辺と平行な方向)である。「PPP〜QQQ]という表記は、「PPP以上QQQ以下」を意味する。
また、本明細書において、用語の頭に、「第1」、「第2」を付す場合があるが、この第1などは、用語を区別するためだけに付加されたものであり、その順序や優劣などの特別な意味を持たない。「長尺帯状」とは、一方向における長さが他方向における長さよりも十分に長い略長方形状を意味する。前記長尺帯状は、例えば、前記一方向における長さが他方向における長さの10倍以上の略長方形状であり、好ましくは30倍以上であり、より好ましくは100倍以上である。「長手方向」は、前記長尺帯状の一方向(長尺帯状の長辺と平行な方向)であり、「短手方向」は、前記長尺帯状の他方向(帯状の短辺と平行な方向)である。「PPP〜QQQ]という表記は、「PPP以上QQQ以下」を意味する。
[透明ガスバリアフィルム]
本発明の製造方法及び製造装置によって得られる透明ガスバリアフィルムは、樹脂基板と、前記樹脂基板上に積層された透明ガスバリア層と、を有する。
前記透明ガスバリア層は、成分の異なる複数種の薄膜を複数有する。前記複数の薄膜のうち、少なくとも2つの薄膜は、その形成材料の成分が異なっている。
以下、成分の異なる複数種の薄膜を区別する必要があるときに、その用語の頭に第1、第2などを付ける場合がある。例えば、ある成分の1つの種類の薄膜を「第1薄膜」といい、これ(第1薄膜)と異なる成分の1つの種類の薄膜を「第2薄膜」といい、第1薄膜及び第2薄膜と異なる成分の1つの種類の薄膜を「第3薄膜」という。
本発明の製造方法及び製造装置によって得られる透明ガスバリアフィルムは、樹脂基板と、前記樹脂基板上に積層された透明ガスバリア層と、を有する。
前記透明ガスバリア層は、成分の異なる複数種の薄膜を複数有する。前記複数の薄膜のうち、少なくとも2つの薄膜は、その形成材料の成分が異なっている。
以下、成分の異なる複数種の薄膜を区別する必要があるときに、その用語の頭に第1、第2などを付ける場合がある。例えば、ある成分の1つの種類の薄膜を「第1薄膜」といい、これ(第1薄膜)と異なる成分の1つの種類の薄膜を「第2薄膜」といい、第1薄膜及び第2薄膜と異なる成分の1つの種類の薄膜を「第3薄膜」という。
前記各薄膜は、金属及び半金属の少なくとも1種を含んでいる。前記金属又は半金属の少なくとも1種は、酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化炭化物、窒化炭化物及び酸化窒化炭化物からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。前記金属としては、例えば、アルミニウム、チタン、インジウム、マグネシウムなどが挙げられる。前記半金属としては、例えば、ケイ素、ビスマス、ゲルマニウムなどが挙げられる。ガスバリア性の向上のためには、透明ガスバリア層内におけるネットワーク構造(網目状の構造)を緻密にするような炭素、窒素を含むことが好ましい。さらに透明性を向上させるためには、酸素を含有していることが好ましい。前記各薄膜の成分は、金属及び半金属の少なくとも1種、炭素、酸素並びに窒素のいずれをも含んでいることが特に好ましい。このような成分は、代表的には、金属又は半金属の酸化窒化炭化物である。
本発明の透明ガスバリアフィルムの透明ガスバリア層を構成する複数の薄膜のうち、少なくとも2つの薄膜、好ましくは2つ又は3つの薄膜は、金属及び半金属の少なくとも1種を含んでいるが、互いにその成分が異なっている。
成分の異なる薄膜の例としては、(A)1つの種類の薄膜が、金属の酸化物からなり、もう1つの種類の薄膜が、半金属の酸化物からなる場合、(B)1つの種類の薄膜が、金属の酸化窒化炭化物からなり、もう1つの種類の薄膜が、半金属の酸化窒化炭化物からなる場合、(C)1つの種類の薄膜が、金属の酸化物からなり、もう1つの種類の薄膜が、金属の窒化物からなる場合、(D)1つの種類の薄膜が、金属の酸化物からなり、もう1つの種類の薄膜が、半金属の酸化物からなり、さらにもう1つの種類の薄膜が、金属の酸化窒化炭化物からなる場合、などが挙げられる。
成分の異なる薄膜の例としては、(A)1つの種類の薄膜が、金属の酸化物からなり、もう1つの種類の薄膜が、半金属の酸化物からなる場合、(B)1つの種類の薄膜が、金属の酸化窒化炭化物からなり、もう1つの種類の薄膜が、半金属の酸化窒化炭化物からなる場合、(C)1つの種類の薄膜が、金属の酸化物からなり、もう1つの種類の薄膜が、金属の窒化物からなる場合、(D)1つの種類の薄膜が、金属の酸化物からなり、もう1つの種類の薄膜が、半金属の酸化物からなり、さらにもう1つの種類の薄膜が、金属の酸化窒化炭化物からなる場合、などが挙げられる。
図1は、1つの実施形態に係る透明ガスバリアフィルムの平面図であり、図2は、そのフィルムを厚み方向で切断した拡大断面図である。
この透明ガスバリアフィルム1は、樹脂基板2上に透明ガスバリア層3を有する。透明ガスバリア層3は、第1及び第2薄膜31a,32b,33a,34b,35a,36bを順に有する。この図示例の透明ガスバリアフィルム1は、成分の異なる複数種(例えば、2種類)の薄膜が交互に積層されている。例えば、2種類の薄膜が交互に積層されているとは、1つの種類の薄膜と、これと異なる成分の1つの種類の薄膜と、からなる積層ユニットが、複数繰り返して積層されていることをいう。
この透明ガスバリアフィルム1は、樹脂基板2上に透明ガスバリア層3を有する。透明ガスバリア層3は、第1及び第2薄膜31a,32b,33a,34b,35a,36bを順に有する。この図示例の透明ガスバリアフィルム1は、成分の異なる複数種(例えば、2種類)の薄膜が交互に積層されている。例えば、2種類の薄膜が交互に積層されているとは、1つの種類の薄膜と、これと異なる成分の1つの種類の薄膜と、からなる積層ユニットが、複数繰り返して積層されていることをいう。
具体的には、全ての第1薄膜31a,33a,35aは、何れも同じ成分であり、全ての第2薄膜32b,34b,36bは、何れも同じ成分である。前記第1薄膜31a,33a,35aの成分と第2薄膜32b,34b,36bの成分は、互いに異なっている。従って、前記透明ガスバリア層3は、成分の異なる2種類の薄膜の複数(この場合、6層)が交互に積層された積層構造となっている。
図3は、他の実施形態に係る透明ガスバリアフィルムの拡大断面図である(他の実施形態に係る透明ガスバリアフィルムを、図1のII−II線と同様な箇所で切断した拡大断面図)。
図3において、樹脂基板2上に設けられた透明ガスバリア層3は、第1、第2及び第3薄膜31c,32d,33e,34c,35d,36e,37c,38d,39eを順に有する。この図示例の透明ガスバリアフィルム1は、成分の異なる複数種(例えば、3種類)の薄膜が交互に積層されている。例えば、3種類の薄膜が交互に積層されているとは、1つの種類の薄膜と、これと異なる成分の1つの種類の薄膜と、前記2つの薄膜と異なる成分の1つの種類の薄膜と、からなる積層ユニットが、複数繰り返して積層されていることをいう。
図3において、樹脂基板2上に設けられた透明ガスバリア層3は、第1、第2及び第3薄膜31c,32d,33e,34c,35d,36e,37c,38d,39eを順に有する。この図示例の透明ガスバリアフィルム1は、成分の異なる複数種(例えば、3種類)の薄膜が交互に積層されている。例えば、3種類の薄膜が交互に積層されているとは、1つの種類の薄膜と、これと異なる成分の1つの種類の薄膜と、前記2つの薄膜と異なる成分の1つの種類の薄膜と、からなる積層ユニットが、複数繰り返して積層されていることをいう。
具体的には、全ての第1薄膜31c,34c,37cは、何れも同じ成分であり、全ての第2薄膜32d,35d,38dは、何れも同じ成分であり、全ての第3薄膜33e,36e,39eは、何れも同じ成分である。前記第1薄膜31c,34c,37cの成分と第2薄膜32d,35d,38dの成分と第3薄膜33e,36e,39eの成分は、互いに異なっている。従って、前記透明ガスバリア層3は、成分の異なる3種類の薄膜の複数(この場合、9層)が交互に積層された積層構造となっている。
図4は、さらに、他の実施形態に係る透明ガスバリアフィルムの拡大断面図である(他の実施形態に係る透明ガスバリアフィルムを、図1のII−II線と同様な箇所で切断した拡大断面図)。
図4において、樹脂基板2上に設けられた透明ガスバリア層3は、第1及び第2薄膜31f,32f,33g,34gを順に有する。この図示例の透明ガスバリアフィルム1は、成分の異なる複数種(例えば、2種類)の薄膜を有し、同じ成分の薄膜が連続的に積層されている。例えば、2種類の薄膜を有し且つ同じ成分の薄膜が連続的に積層されているとは、1つの種類の薄膜が複数積層されているものを第1積層ユニットとし、これと異なる成分の1つの種類の薄膜が複数積層されているものを第2積層ユニットとし、前記第1積層ユニットと第2積層ユニットが積層されていることをいう。
図4において、樹脂基板2上に設けられた透明ガスバリア層3は、第1及び第2薄膜31f,32f,33g,34gを順に有する。この図示例の透明ガスバリアフィルム1は、成分の異なる複数種(例えば、2種類)の薄膜を有し、同じ成分の薄膜が連続的に積層されている。例えば、2種類の薄膜を有し且つ同じ成分の薄膜が連続的に積層されているとは、1つの種類の薄膜が複数積層されているものを第1積層ユニットとし、これと異なる成分の1つの種類の薄膜が複数積層されているものを第2積層ユニットとし、前記第1積層ユニットと第2積層ユニットが積層されていることをいう。
具体的には、第1薄膜31f,32fは、何れも同じ成分であり、第2薄膜33g,34gは、何れも同じ成分である。前記第1薄膜31f,32fの成分と第2薄膜33g,34gの成分は、互いに異なっている。従って、前記透明ガスバリア層3は、成分の異なる2種類の薄膜の複数(この場合、2層)が同じ種類の層を連続して積層された積層構造となっている。
なお、図示例では、薄膜の種類として、成分の異なる2種類又は3種類を挙げているが、薄膜の種類は、複数種類であることを条件としてこれに限定されない。例えば、本発明の製造方法及び製造装置によれば、4種類以上の薄膜を複数形成することもできる。
また、図2及び図3に示す例では、同じ成分の薄膜が3層積層される場合を挙げ、図4に示す例では、同じ成分の薄膜が2層積層される場合を挙げているが、同じ成分の薄膜の数は複数層であることを条件としてこれに限定されない。例えば、本発明の製造方法及び製造装置によれば、同じ成分の薄膜を4層以上形成することもできる。
また、図2及び図3に示す例では、同じ成分の薄膜が3層積層される場合を挙げ、図4に示す例では、同じ成分の薄膜が2層積層される場合を挙げているが、同じ成分の薄膜の数は複数層であることを条件としてこれに限定されない。例えば、本発明の製造方法及び製造装置によれば、同じ成分の薄膜を4層以上形成することもできる。
前記透明ガスバリア層の厚みは、ガスバリア性、透明性、成膜時間、膜の内部応力の観点を考慮し、1μm以下であることが好ましく、より好ましくは、100nm〜800nmの範囲であり、さらに好ましくは、200nm〜500nmの範囲である。前記各薄膜の厚みは、それぞれ独立して50nm〜200nmの範囲であることが好ましく、より好ましくは、10nm〜100nmの範囲である。前記各薄膜の厚みは、同じでもよいし、或いは、それぞれ独立して異なっていてもよいが、好ましくは、同じ成分の薄膜は、同じ厚みに形成され、より好ましくは、全ての薄膜の厚みは同じに形成される。
なお、前記薄膜の総数は、好ましくは4層〜20層の範囲、より好ましくは6層〜16層の範囲である。
なお、前記薄膜の総数は、好ましくは4層〜20層の範囲、より好ましくは6層〜16層の範囲である。
前記樹脂基板は、フレキシブル性を有する。フレキシブルな樹脂基板は、ロールに巻くことができる、柔軟なシート状物である。また、樹脂基板は、透明なものが用いられる。
前記樹脂基板としては、プラズマや蒸発源からの輻射熱による加熱の影響を考慮すると、耐熱性が高い基板、特に、Tg(ガラス転移温度)が高く且つ熱収縮し難い基板を用いることが好ましい。Tgが低い又は熱収縮し易い基板を用いると、透明ガスバリア層の形成の際に基板に歪が生じ、透明ガスバリア層にクラックなどが生じてガスバリア性が劣化するおそれがある。このような点から、樹脂基板としては、耐熱性の高い透明フィルムを用いることが好ましい。例えば、前記樹脂フィルムとして、短手方向(TD)及び長手方向(MD)の各収縮率が、ともに0.5%以下である樹脂フィルムことが好ましい。
具体的には、前記樹脂フィルムとしては、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサルファイド、ポリフェニルサルファイド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミドなどからなる透明性を有するフィルムが挙げられる。
前記樹脂基板の厚みは、20μm〜200μmが好ましく、ハンドリングの面から50μm〜150μmの厚みが特に好ましい。
また、前記樹脂基板の幅は、特に限定されないが、例えば、50mm以下が好ましい。
前記樹脂基板としては、プラズマや蒸発源からの輻射熱による加熱の影響を考慮すると、耐熱性が高い基板、特に、Tg(ガラス転移温度)が高く且つ熱収縮し難い基板を用いることが好ましい。Tgが低い又は熱収縮し易い基板を用いると、透明ガスバリア層の形成の際に基板に歪が生じ、透明ガスバリア層にクラックなどが生じてガスバリア性が劣化するおそれがある。このような点から、樹脂基板としては、耐熱性の高い透明フィルムを用いることが好ましい。例えば、前記樹脂フィルムとして、短手方向(TD)及び長手方向(MD)の各収縮率が、ともに0.5%以下である樹脂フィルムことが好ましい。
具体的には、前記樹脂フィルムとしては、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサルファイド、ポリフェニルサルファイド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミドなどからなる透明性を有するフィルムが挙げられる。
前記樹脂基板の厚みは、20μm〜200μmが好ましく、ハンドリングの面から50μm〜150μmの厚みが特に好ましい。
また、前記樹脂基板の幅は、特に限定されないが、例えば、50mm以下が好ましい。
前記樹脂基板は、その表面(透明ガスバリア層を形成する面)に、コロナ放電処理、プラズマ放電処理若しくはイオンエッチング(RIE)処理などの表面改質処理が施されていてもよい。または、前記樹脂基板の表面に、平滑層及び接着層となる、無機物の層又はポリマーの層が形成されていてもよい。
[透明ガスバリアフィルムの用途]
本発明の製造方法及び製造装置によって得られた透明ガスバリアフィルムは、様々な用途に使用できる。特に、本発明の透明ガスバリアフィルムは、ガスバリア性に優れ、フレキシブル性も良好であることから、各種エレクトロニクスデバイスの構成部材として好適に使用できる。例えば、本発明の透明ガスバリアフィルムは、有機EL素子の支持基板又は封止部材;太陽電池の被覆フィルム;薄膜電池の被覆フィルムなどに使用できる。
本発明の製造方法及び製造装置によって得られた透明ガスバリアフィルムは、様々な用途に使用できる。特に、本発明の透明ガスバリアフィルムは、ガスバリア性に優れ、フレキシブル性も良好であることから、各種エレクトロニクスデバイスの構成部材として好適に使用できる。例えば、本発明の透明ガスバリアフィルムは、有機EL素子の支持基板又は封止部材;太陽電池の被覆フィルム;薄膜電池の被覆フィルムなどに使用できる。
例えば、前記有機EL素子は、支持基板と、この支持基板上に設けられた陽極層と、この陽極層上に設けられた有機EL(エレクトロルミネッセンス)層と、この有機EL層上に設けられた陰極層と、を有する積層体からなる。この積層体上(陰極層上)に封止部材が設けられる。この支持基板及び封止部材の少なくとも何れか一方に、本発明の透明ガスバリアフィルムを用いることができる。
前記陽極層としては、例えば、透明な電極層である、ITO(Indium Tin Oxide)又はIZO(登録商標、Indium Zinc Oxide)などが挙げられる。前記有機EL層は、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層からなる。陰極層としては、アルミニウム層、マグネシウム/アルミニウム層、マグネシウム/銀層などが挙げられる。
前記陽極層としては、例えば、透明な電極層である、ITO(Indium Tin Oxide)又はIZO(登録商標、Indium Zinc Oxide)などが挙げられる。前記有機EL層は、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層からなる。陰極層としては、アルミニウム層、マグネシウム/アルミニウム層、マグネシウム/銀層などが挙げられる。
前記封止部材は、1層構造でもよいし、或いは、多層構造でもよい。封止部材が多層構造の場合には、そのうちの少なくとも1層に本発明の透明ガスバリアフィルムが用いられる。
本発明の透明ガスバリアフィルムを封止部材として用いた場合には、それを前記積層体に接着剤又はヒートシールなどの固定手段を用いて固定することにより、ガスバリア性に優れた有機EL素子を構成できる。
本発明の透明ガスバリアフィルムを封止部材として用いた場合には、それを前記積層体に接着剤又はヒートシールなどの固定手段を用いて固定することにより、ガスバリア性に優れた有機EL素子を構成できる。
また、前記有機EL素子の支持基板として、本発明の透明ガスバリアフィルムを用いると、有機EL素子を、軽量化、薄型化及び柔軟化できる。
支持基板として本発明の透明ガスバリアフィルムを用いた前記有機EL素子は、フレキシブルなディスプレイとなり、これを丸めるなどして、電子ペーパーのように使用することも可能となる。また、封止部材として本発明の透明ガスバリアフィルムを用いた場合には、有機EL層の封止が容易であり、さらに、薄型の有機EL素子を得ることができる。
支持基板として本発明の透明ガスバリアフィルムを用いた前記有機EL素子は、フレキシブルなディスプレイとなり、これを丸めるなどして、電子ペーパーのように使用することも可能となる。また、封止部材として本発明の透明ガスバリアフィルムを用いた場合には、有機EL層の封止が容易であり、さらに、薄型の有機EL素子を得ることができる。
例えば、前記太陽電池は、太陽電池セルを含み、その太陽電池セルが、本発明の透明ガスバリアフィルムで被覆されている。特に、前記透明ガスバリアフィルムは、太陽電池の受光側フロントシート及び保護用バックシートとしても好適に使用できる。太陽電池の構造の一例としては、薄膜シリコンやCIGS(Copper Indium Gallium DiSelenide)薄膜により形成した太陽電池セルを、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の樹脂により封止し、さらに本発明の透明ガスバリアフィルムによってそれを挟み込んだ構造が挙げられる。なお、前記樹脂による封止を省略し、前記太陽電池セルを本発明の透明ガスバリアフィルムによって直接挟み込んでもよい。
また、例えば、前記薄膜電池は、集電層と、陽極層と、固体電解質層と、陰極層と、集電層と、をこの順で有する積層体からなり、この積層体が、本発明の透明ガスバリアフィルムで被覆されている。前記薄膜電池としては、薄膜リチウムイオン電池などが挙げられる。前記薄膜電池は、具体的には、基板上に設けられた金属からなる集電層と、金属無機膜からなる陽極層と、固体電解質層と、陰極層と、金属からなる集電層と、がこの順で積層されている。本発明の透明ガスバリアフィルムを、前記薄膜電池の基板としても使用することもできる。
[透明ガスバリアフィルムの製造方法及びその製造装置について]
本発明の透明ガスバリアフィルムを製造する方法は、ロールツーロール方式を用いる。その製造方法は、長尺帯状の樹脂基板を送る途中で、前記樹脂基板に成分の異なる複数種の薄膜をそれぞれ複数積層する工程を有し、前記薄膜の種類数に対応した数の蒸発源が薄膜形成エリアに設けられており(つまり、蒸発源の数は、形成する薄膜の種類の数と同数である)、前記長尺帯状の樹脂基板を前記薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させ、前記薄膜形成エリアにおいて前記樹脂基板に前記複数の蒸発源に含まれる材料をそれぞれ付着させることにより、前記複数種の薄膜が複数積層された透明ガスバリア層を前記樹脂基板に形成する。
前記材料を樹脂基板に付着させる方法は、真空プロセス法が用いられる。真空プロセス法としては、例えば、蒸着法、スパッタリング法及びイオンプレーティング法などが挙げられる。本発明では、蒸着法、スパッタリング法又はイオンプレーティング法の何れを用いてもよいが、好ましくは蒸着法が用いられる。
本発明の透明ガスバリアフィルムを製造する方法は、ロールツーロール方式を用いる。その製造方法は、長尺帯状の樹脂基板を送る途中で、前記樹脂基板に成分の異なる複数種の薄膜をそれぞれ複数積層する工程を有し、前記薄膜の種類数に対応した数の蒸発源が薄膜形成エリアに設けられており(つまり、蒸発源の数は、形成する薄膜の種類の数と同数である)、前記長尺帯状の樹脂基板を前記薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させ、前記薄膜形成エリアにおいて前記樹脂基板に前記複数の蒸発源に含まれる材料をそれぞれ付着させることにより、前記複数種の薄膜が複数積層された透明ガスバリア層を前記樹脂基板に形成する。
前記材料を樹脂基板に付着させる方法は、真空プロセス法が用いられる。真空プロセス法としては、例えば、蒸着法、スパッタリング法及びイオンプレーティング法などが挙げられる。本発明では、蒸着法、スパッタリング法又はイオンプレーティング法の何れを用いてもよいが、好ましくは蒸着法が用いられる。
好ましくは、前記薄膜形成エリアには、前記複数の蒸発源が並べられており、前記蒸発源が並べられた方向に前記樹脂基板を送るようにする。
前記複数の蒸発源に含まれる材料は、それぞれ薄膜の形成材料である。それらの材料は、蒸発源の種類毎に異なっている。それらの材料は、好ましくは金属及び半金属の少なくとも1種を含み、より好ましくは、金属又は半金属の酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化炭化物、窒化炭化物及び酸化窒化炭化物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。
本発明の製造方法によって得られる透明ガスバリアフィルムのWVTRは、0.01g・m−2・day−1以下であり、好ましくは、0.001g・m−2・day−1以下である。
前記複数の蒸発源に含まれる材料は、それぞれ薄膜の形成材料である。それらの材料は、蒸発源の種類毎に異なっている。それらの材料は、好ましくは金属及び半金属の少なくとも1種を含み、より好ましくは、金属又は半金属の酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化炭化物、窒化炭化物及び酸化窒化炭化物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。
本発明の製造方法によって得られる透明ガスバリアフィルムのWVTRは、0.01g・m−2・day−1以下であり、好ましくは、0.001g・m−2・day−1以下である。
本発明の製造装置は、前記製造方法を実施するために使用される。
すなわち、本発明の製造装置は、成分の異なる複数の薄膜が厚み方向に積層された透明ガスバリア層を有する透明ガスバリアフィルムを製造するために適用される装置である。
この製造装置は、薄膜形成エリア及び非形成エリアを有するチャンバーと、金属及び半金属の少なくとも1種の材料を含む蒸発源と、長尺帯状の樹脂基板を送る搬送装置と、を有し、前記薄膜形成エリアに、前記薄膜の種類数に対応した数の蒸発源が設けられており、前記複数の蒸発源は、それぞれ独立して、異なる材料を含み、前記複数の蒸発源が、前記長尺帯状の樹脂基板の送り方向又は送り方向と直交する方向に沿って並んで配置されており、前記搬送装置が、前記樹脂基板を前記薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させるように前記樹脂基板を送るように構成されている。
以下、具体的に説明するが、薄膜の形成法として、蒸着法を用いた場合を中心にして説明する。
すなわち、本発明の製造装置は、成分の異なる複数の薄膜が厚み方向に積層された透明ガスバリア層を有する透明ガスバリアフィルムを製造するために適用される装置である。
この製造装置は、薄膜形成エリア及び非形成エリアを有するチャンバーと、金属及び半金属の少なくとも1種の材料を含む蒸発源と、長尺帯状の樹脂基板を送る搬送装置と、を有し、前記薄膜形成エリアに、前記薄膜の種類数に対応した数の蒸発源が設けられており、前記複数の蒸発源は、それぞれ独立して、異なる材料を含み、前記複数の蒸発源が、前記長尺帯状の樹脂基板の送り方向又は送り方向と直交する方向に沿って並んで配置されており、前記搬送装置が、前記樹脂基板を前記薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させるように前記樹脂基板を送るように構成されている。
以下、具体的に説明するが、薄膜の形成法として、蒸着法を用いた場合を中心にして説明する。
[本発明の製造方法及び製造装置の第1実施形態]
第1実施形態の製造方法及び製造装置は、長尺帯状の樹脂基板に、成分の異なる複数種の薄膜が交互に積層された、透明ガスバリアフィルムを製造するものである。
図5及び図6は、第1実施形態の製造装置の構成例を示す。
以下、各製造装置を示す各図において、便宜上、水平面に直交する方向を「Z方向」、前記Z方向に直交する方向を「X方向」、前記Z方向及びX方向に直交する方向を「Y方向」という。また、X方向一方側を「X1側」、X方向反対側(前記一方側と反対側)を「X2側」といい、Y方向一方側を「Y1側」、Y方向反対側(前記一方側と反対側)を「Y2側」といい、Z方向一方側を「Z1側」、Z方向反対側(前記一方側と反対側)を「Z2側」という。
第1実施形態の製造方法及び製造装置は、長尺帯状の樹脂基板に、成分の異なる複数種の薄膜が交互に積層された、透明ガスバリアフィルムを製造するものである。
図5及び図6は、第1実施形態の製造装置の構成例を示す。
以下、各製造装置を示す各図において、便宜上、水平面に直交する方向を「Z方向」、前記Z方向に直交する方向を「X方向」、前記Z方向及びX方向に直交する方向を「Y方向」という。また、X方向一方側を「X1側」、X方向反対側(前記一方側と反対側)を「X2側」といい、Y方向一方側を「Y1側」、Y方向反対側(前記一方側と反対側)を「Y2側」といい、Z方向一方側を「Z1側」、Z方向反対側(前記一方側と反対側)を「Z2側」という。
図5は、X2側からX方向に製造装置を見た正面図であり、図6は、Y1側からY方向に製造装置を見た左側面図である。
この製造装置4Aは、内部を真空に保持できるチャンバー51と、長尺帯状の樹脂基板8を連続的に送る搬送装置6と、プラズマを発生するプラズマ源52と、製膜する材料を入れた複数の蒸発源91,92と、前記チャンバー51内に反応ガスを供給する反応ガス供給装置54と、前記チャンバー51内に放電ガスを供給する放電ガス供給装置55と、前記チャンバー51内を真空状態にする真空ポンプ56と、を有する。蒸着法によって製膜するので、前記蒸発源は、蒸着源である。
前記搬送装置6の主要部は、前記チャンバー51内に備えられ、前記プラズマ源52及び蒸発源は、前記チャンバー51内に備えられている。
この製造装置4Aは、内部を真空に保持できるチャンバー51と、長尺帯状の樹脂基板8を連続的に送る搬送装置6と、プラズマを発生するプラズマ源52と、製膜する材料を入れた複数の蒸発源91,92と、前記チャンバー51内に反応ガスを供給する反応ガス供給装置54と、前記チャンバー51内に放電ガスを供給する放電ガス供給装置55と、前記チャンバー51内を真空状態にする真空ポンプ56と、を有する。蒸着法によって製膜するので、前記蒸発源は、蒸着源である。
前記搬送装置6の主要部は、前記チャンバー51内に備えられ、前記プラズマ源52及び蒸発源は、前記チャンバー51内に備えられている。
前記チャンバー51内には、薄膜形成エリアと非形成エリアを区画する、隔壁511が設けられている。前記薄膜形成エリアにおいて、被着体(すなわち、長尺帯状の樹脂基板8)に材料を付着させることができる、チャンバー51内の一つの領域である。前記非形成エリアは、被着体に材料を付着させない、チャンバー51内の他の領域である。図示例では、前記隔壁511を基準にして、隔壁511よりもZ2側(下側)の領域が薄膜形成エリアであり、隔壁511よりもZ1側(上側)の領域が非形成エリアである。
もっとも、前記隔壁511は必ずしも設けられていなければならないわけではなく、隔壁511を省略することも可能である。
もっとも、前記隔壁511は必ずしも設けられていなければならないわけではなく、隔壁511を省略することも可能である。
前記プラズマは、特に限定されず、例えば、アーク放電プラズマ、グロー放電プラズマなどを用いることができる。グロー放電プラズマなどとは異なり、非常に高い電子密度となることから、アーク放電プラズマを用いることが好ましい。アーク放電プラズマを用いることにより、材料の反応性を高めることができ、非常に緻密な透明ガスバリア層を樹脂基板上に形成できる。
アーク放電プラズマの発生源(プラズマ源52)としては、例えば、圧力勾配型プラズマガン、直流放電プラズマ発生装置、高周波放電プラズマ発生装置などを利用できる。これらの中では、蒸着中において高密度なプラズマを安定的に発生させることが可能であることから、プラズマ源52として圧力勾配型プラズマガンを用いることが好ましい。
図示例では、プラズマ源52として圧力勾配型プラズマガンが用いられている。そのプラズマ源52は、図5に示すように、例えば、チャンバー51の第1側壁(Y1側の側壁)に設けられている。前記圧力勾配型プラズマガンと対向するように、チャンバー51の第2側壁(前記第1側壁とは反対側の、Y2側の側壁)には、反射電極57が設けられている。また、プラズマ源52の周囲及び反射電極57の周囲には、収束電極581,582,583,584が設けられている。プラズマ源52は、反射電極57に向かってプラズマビームPを照射し、そのプラズマビームPは、収束電極581,582,583,584によって所要の形状になるように制御される。
蒸発源91,92は、搬送装置6と対向するように(正確には、蒸発源91,92の各上面が薄膜形成エリアを通過する際の樹脂基板8と対向するように)、チャンバー51の底部に設置されている。蒸発源91,92の上面には、製膜するための材料が入れられている。
図示例では、蒸発源91,92は、2つ設けられている。蒸発源91,92の数は、形成する薄膜の種類数と同数である。従って、本実施形態の製造装置は、成分の異なる2種類の薄膜を交互に形成できるものである。
前記2つの蒸発源91,92(第1蒸発源91、第2蒸発源92という)は、樹脂基板8の送り方向に沿って並んで配置されている。本実施形態では、樹脂基板8は、薄膜形成エリアにおいて、Y方向(Y1側からY2側)へ送られるので、第1及び第2蒸発源91,92は、Y方向に並べられている。例えば、第1蒸発源91は、内ガイドローラ611の回転軸63を基準にして、それよりもY1側に配置され、第2蒸発源92は、前記回転軸63よりもY2側に配置されている。また、第1蒸発源91及び第2蒸発源92のX方向における位置は、同じでもよいし、ずれていてもよい。好ましくは、第1蒸発源91及び第2蒸発源92のX方向における位置は、同じである。例えば、第1蒸発源91及び第2蒸発源92は、何れも、図6に示すように、複数の内ガイドロール611のX方向の略中央部に対応して配置されている。
図示例では、蒸発源91,92は、2つ設けられている。蒸発源91,92の数は、形成する薄膜の種類数と同数である。従って、本実施形態の製造装置は、成分の異なる2種類の薄膜を交互に形成できるものである。
前記2つの蒸発源91,92(第1蒸発源91、第2蒸発源92という)は、樹脂基板8の送り方向に沿って並んで配置されている。本実施形態では、樹脂基板8は、薄膜形成エリアにおいて、Y方向(Y1側からY2側)へ送られるので、第1及び第2蒸発源91,92は、Y方向に並べられている。例えば、第1蒸発源91は、内ガイドローラ611の回転軸63を基準にして、それよりもY1側に配置され、第2蒸発源92は、前記回転軸63よりもY2側に配置されている。また、第1蒸発源91及び第2蒸発源92のX方向における位置は、同じでもよいし、ずれていてもよい。好ましくは、第1蒸発源91及び第2蒸発源92のX方向における位置は、同じである。例えば、第1蒸発源91及び第2蒸発源92は、何れも、図6に示すように、複数の内ガイドロール611のX方向の略中央部に対応して配置されている。
第1蒸発源91には、金属、半金属、これらの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化炭化物、窒化炭化物及び酸化窒化炭化物から選ばれる少なくとも1種の材料が含まれている。
第2蒸発源92には、前記第1蒸発源91の材料とは異なる材料であって、金属、半金属、これらの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化炭化物、窒化炭化物及び酸化窒化炭化物から選ばれる少なくとも1種の材料が含まれている。
本実施形態のように、反応ガスの存在下で蒸着する場合には、その反応ガスの成分を、前記各蒸発源の材料に導入しながら薄膜を形成できる。
例えば、前記材料として金属及び半金属から選ばれる少なくとも1種を用いた場合でも、反応ガスの存在下でプラズマを発生させて蒸着を行うことによって、前記酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化炭化物、窒化炭化物又は酸化窒化炭化物からなる薄膜を形成できる。もっとも、前記各蒸発源91,92に入れる材料として、前記酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化炭化物、窒化炭化物又は酸化窒化炭化物を用いてもよい。
第2蒸発源92には、前記第1蒸発源91の材料とは異なる材料であって、金属、半金属、これらの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化炭化物、窒化炭化物及び酸化窒化炭化物から選ばれる少なくとも1種の材料が含まれている。
本実施形態のように、反応ガスの存在下で蒸着する場合には、その反応ガスの成分を、前記各蒸発源の材料に導入しながら薄膜を形成できる。
例えば、前記材料として金属及び半金属から選ばれる少なくとも1種を用いた場合でも、反応ガスの存在下でプラズマを発生させて蒸着を行うことによって、前記酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化炭化物、窒化炭化物又は酸化窒化炭化物からなる薄膜を形成できる。もっとも、前記各蒸発源91,92に入れる材料として、前記酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化炭化物、窒化炭化物又は酸化窒化炭化物を用いてもよい。
前記薄膜形成エリアには、第1蒸発源91と第2蒸発源92を仕切る仕切り壁53が立設されている。ただし、図6においては、仕切り壁53の上端縁531を一点鎖線で示している。前記仕切り壁53は、第1蒸発源91から蒸発した材料と第2蒸発源92から蒸発した材料とが混じり合わないように、両者の間に介在されている。仕切り壁53を設けることにより、チャンバー51の薄膜形成エリアは、第1蒸発源91を収容する第1室と、第2蒸発源92を収容する第2室と、に区画されている。前記仕切り壁53は、板状壁であり、その壁面がZ方向及びX方向を含むように配置されている。前記仕切り壁53の両側縁は、チャンバー51の対向する側壁に固定されている。前記仕切り壁53の下端縁は、チャンバー51の底部に固定されているか、或いは、チャンバー51の底部近傍に配置されている。前記仕切り壁53の上端縁531は、内ガイドローラ611の下部近傍にまで延ばされている。
仕切り壁53は、図示したように、その上端縁531が内ガイドローラ611の回転軸63の直下に位置するように設けられている。詳しくは、仕切り壁53の上端縁531は、内ガイドローラ611の下部近傍であって回転軸63を通るZ方向上に配置されている。前記回転軸63の直下に仕切り壁53を配置することにより、第1蒸発源91の材料と第2蒸発源92の材料を、略均一に樹脂基板に付着させることができる。つまり、前記回転軸63の直下に仕切り壁53を配置することにより、第1蒸発源91の材料を付着させて得られる薄膜と、第2蒸発源92の材料を付着させて得られる薄膜と、の厚みを略同じに形成できる。
もっとも、仕切り壁53は、回転軸63の直下に設けられる場合に限定されず、回転軸63とずれた位置、例えば、回転軸63を基準にして、それよりもY1側へ寄った位置又はY2側へ寄った位置に設けられていてもよい。
もっとも、仕切り壁53は、回転軸63の直下に設けられる場合に限定されず、回転軸63とずれた位置、例えば、回転軸63を基準にして、それよりもY1側へ寄った位置又はY2側へ寄った位置に設けられていてもよい。
前記各蒸発源91,92の材料を蒸発させる手段としては、前記プラズマを用いることができるが、抵抗加熱や電子ビームなどを用いてもよい。
前記反応ガス供給装置54は、例えば、チャンバー51の第2側壁に設けられている。前記反応ガス供給装置54には、反応ガスの数に対応した反応ガス収納ボンベ541,542,543が接続されており、反応ガス供給装置54は、適度な圧力の反応ガスを、前記チャンバー51内に供給する。
前記反応ガスとしては、酸素含有ガス、窒素含有ガス、炭化水素含有ガス、又はこれらの混合ガスなどが挙げられる。前記酸素含有ガスとしては、酸素(O2)、一酸化二窒素(N2O)、一酸化窒素(NO)などが挙げられ、前記窒素含有ガスとしては、窒素(N2)、アンモニア(NH3)、一酸化窒素(NO)などが挙げられ、前記炭化水素含有ガスとしては、メタン(CH4)、エタン(C2H6)、プロパン(C3H8)、ブタン(C4H10)、エチレン(C2H4)、アセチレン(C2H2)などが挙げられる。
前記反応ガスとしては、酸素含有ガス、窒素含有ガス、炭化水素含有ガス、又はこれらの混合ガスなどが挙げられる。前記酸素含有ガスとしては、酸素(O2)、一酸化二窒素(N2O)、一酸化窒素(NO)などが挙げられ、前記窒素含有ガスとしては、窒素(N2)、アンモニア(NH3)、一酸化窒素(NO)などが挙げられ、前記炭化水素含有ガスとしては、メタン(CH4)、エタン(C2H6)、プロパン(C3H8)、ブタン(C4H10)、エチレン(C2H4)、アセチレン(C2H2)などが挙げられる。
前記放電ガス供給装置55は、例えば、チャンバー51の第2側壁に設けられている。前記放電ガス供給装置55には、放電ガス収納ボンベ551が接続されており、放電ガス供給装置55は、適度な圧力の放電ガスを、前記チャンバー51内に供給する。前記放電ガスとしては、代表的には、アルゴンガスなどの不活性ガスを用いることができる。
前記真空ポンプ56は、例えば、チャンバー51の第2側壁に設けられている。前記真空ポンプ56を作動させることにより、前記チャンバー51内を真空状態に減圧できる。
前記真空ポンプ56は、例えば、チャンバー51の第2側壁に設けられている。前記真空ポンプ56を作動させることにより、前記チャンバー51内を真空状態に減圧できる。
前記搬送装置6は、いわゆるロールツーロール方式にて長尺帯状の樹脂基板8をその長手方向に搬送する。
搬送装置6は、長尺帯状の樹脂基板8を長手方向に送る複数のガイドローラ611,621を有する。薄膜形成エリアに樹脂基板8を導くため、前記複数のガイドローラのうちの幾つかは、薄膜形成エリアに設けられている。
搬送装置6は、長尺帯状の樹脂基板8を長手方向に送る複数のガイドローラ611,621を有する。薄膜形成エリアに樹脂基板8を導くため、前記複数のガイドローラのうちの幾つかは、薄膜形成エリアに設けられている。
本実施形態では、搬送装置6は、螺旋状の搬送軌跡を描くように前記長尺帯状の樹脂基板8を送り、その樹脂基板8を薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に導いていく。
このような螺旋状に搬送する搬送装置6としては、例えば、特許第4472962号に開示された装置などを利用できる。
その搬送装置6の基本構成は、図5及び図6に示すように、長尺帯状の樹脂基板8をその長手方向に送るように回転可能な、一対のガイドローラ611,612を複数組有する。
一対のガイドローラの一方は、薄膜形成エリアに配置され、その他方は、非形成エリアに配置されている。以下、薄膜形成エリアに配置されたガイドローラを、便宜上、「内ガイドローラ」といい、非形成エリアに配置されたガイドローラを、「外ガイドローラ」といい、複数のガイドローラを区別するため、第1、第2などの接頭語を付す。
図示例の製造装置4Aは、樹脂基板8に第1乃至第10薄膜を積層することができる装置である。搬送装置6は、樹脂基板8を薄膜形成エリアに5回通過させることができるように、その回数と同じ数の内ガイドローラ(第1乃至第5内ガイドローラ611,612,613,614,615)が薄膜形成エリアに設けられている。
なお、薄膜形成エリアに設けられた内ガイドローラ611,…(第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615)は、その全体が薄膜形成エリア内に収められていてもよいし、図示したように、その一部分が薄膜形成エリアに含まれるように配置されていてもよい。
他方、外ガイドローラ621,…は、内ガイドローラ611よりもZ1側に配置されており、その数は、内ガイドローラ611よりも1つ少ない。
このような螺旋状に搬送する搬送装置6としては、例えば、特許第4472962号に開示された装置などを利用できる。
その搬送装置6の基本構成は、図5及び図6に示すように、長尺帯状の樹脂基板8をその長手方向に送るように回転可能な、一対のガイドローラ611,612を複数組有する。
一対のガイドローラの一方は、薄膜形成エリアに配置され、その他方は、非形成エリアに配置されている。以下、薄膜形成エリアに配置されたガイドローラを、便宜上、「内ガイドローラ」といい、非形成エリアに配置されたガイドローラを、「外ガイドローラ」といい、複数のガイドローラを区別するため、第1、第2などの接頭語を付す。
図示例の製造装置4Aは、樹脂基板8に第1乃至第10薄膜を積層することができる装置である。搬送装置6は、樹脂基板8を薄膜形成エリアに5回通過させることができるように、その回数と同じ数の内ガイドローラ(第1乃至第5内ガイドローラ611,612,613,614,615)が薄膜形成エリアに設けられている。
なお、薄膜形成エリアに設けられた内ガイドローラ611,…(第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615)は、その全体が薄膜形成エリア内に収められていてもよいし、図示したように、その一部分が薄膜形成エリアに含まれるように配置されていてもよい。
他方、外ガイドローラ621,…は、内ガイドローラ611よりもZ1側に配置されており、その数は、内ガイドローラ611よりも1つ少ない。
第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615は、例えば、それぞれ同径同幅のローラを用いることができる。第1乃至第4外ガイドローラ621,622,623,624も、例えば、それぞれ同径同幅のローラを用いることができる。
第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615は、回転軸63に回転可能に取り付けられており、第1乃至第4外ガイドローラ621乃至624も回転軸64に回転可能に取り付けられている。これらの回転軸63,64の延びる方向(軸方向)は、いずれもX方向と平行である。
第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615は、所要の間隔を開けて回転軸63に並列されており、第1乃至第4外ガイドローラ621乃至624も同様に、所要の間隔を開けて回転軸64に並列されている。装置を小型化できることから、隣接する内ガイドローラ611の間隔は、出来るだけ小さいことが好ましい。
各ガイドローラに樹脂基板8を螺旋状に送るため、第1乃至第4外ガイドローラ621乃至624は、回転軸64に対して若干傾斜した状態でそれに回転可能に取り付けられている。
第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615は、回転軸63に回転可能に取り付けられており、第1乃至第4外ガイドローラ621乃至624も回転軸64に回転可能に取り付けられている。これらの回転軸63,64の延びる方向(軸方向)は、いずれもX方向と平行である。
第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615は、所要の間隔を開けて回転軸63に並列されており、第1乃至第4外ガイドローラ621乃至624も同様に、所要の間隔を開けて回転軸64に並列されている。装置を小型化できることから、隣接する内ガイドローラ611の間隔は、出来るだけ小さいことが好ましい。
各ガイドローラに樹脂基板8を螺旋状に送るため、第1乃至第4外ガイドローラ621乃至624は、回転軸64に対して若干傾斜した状態でそれに回転可能に取り付けられている。
なお、第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615の近傍には、2つの水晶モニター59,59が設けられている。前記水晶モニター59,59は、第1及び第2蒸発源91の材料の蒸着速度を計測及び制御するためのものである。一方の水晶モニター59は、第1蒸発源91側であって第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615の下部付近に配置され、他方の水晶モニター59は、第2蒸発源92側であって第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615の下部付近に配置されている。
また、必要に応じて、第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615に、温度制御手段(図示せず)を附属させてもよい。前記温度制御手段は、内ガイドローラ611の表面温度を調整するために設けられる。前記温度制御手段としては、例えば、シリコーンオイルなどを循環させる熱媒循環装置などが挙げられる。
また、必要に応じて、第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615に、温度制御手段(図示せず)を附属させてもよい。前記温度制御手段は、内ガイドローラ611の表面温度を調整するために設けられる。前記温度制御手段としては、例えば、シリコーンオイルなどを循環させる熱媒循環装置などが挙げられる。
上流側のロール81から引き出された長尺帯状の樹脂基板8は、Z1側からZ2側へ送られ、第1内ガイドローラ611の下部周面に巻かれた後、Z2側からZ1側へと送られ、第1外ガイドローラ621の上部周面に巻かれる。樹脂基板8が前記第1内ガイドローラ611の下部周面を通っているときには、その樹脂基板8は、Y1側からY2側(Y方向)に送られている。また、樹脂基板8が前記第1外ガイドローラ621の上部周面を通っているときには、その樹脂基板8は、Y2側からY1側(Y方向)に送られている。
そして、前記長尺帯状の樹脂基板8は、前記第1外ガイドローラ621の上部周面に巻かれた後、同様に、第2内ガイドローラ612、第2外ガイドローラ622、第3内ガイドローラ613、第3外ガイドローラ623、第4内ガイドローラ614、第4外ガイドローラ624、第5内ガイドローラ615に順に巻かれた後、Z2側からZ1側へと送られて、下流側のロール82に巻き取られる。
従って、前記樹脂基板8は、X1側から見て、全体的に時計回りに螺旋軌跡を描きながら送られていく。つまり、前記のように薄膜形成エリア及び非形成エリアに設けられた複数の内ガイドローラ611,…及び外ガイドローラ621,…を通じて、樹脂基板8は螺旋状に送られる。よって、搬送装置6は、樹脂基板8を薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させながら送るように構成されている。
そして、前記長尺帯状の樹脂基板8は、前記第1外ガイドローラ621の上部周面に巻かれた後、同様に、第2内ガイドローラ612、第2外ガイドローラ622、第3内ガイドローラ613、第3外ガイドローラ623、第4内ガイドローラ614、第4外ガイドローラ624、第5内ガイドローラ615に順に巻かれた後、Z2側からZ1側へと送られて、下流側のロール82に巻き取られる。
従って、前記樹脂基板8は、X1側から見て、全体的に時計回りに螺旋軌跡を描きながら送られていく。つまり、前記のように薄膜形成エリア及び非形成エリアに設けられた複数の内ガイドローラ611,…及び外ガイドローラ621,…を通じて、樹脂基板8は螺旋状に送られる。よって、搬送装置6は、樹脂基板8を薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させながら送るように構成されている。
ただし、前記樹脂基板8が薄膜形成エリアを通過する際には、図5に示すように、樹脂基板8は、Y方向(Y1側からY2側)に送られる。Y1側にプラズマ源52が配置されている本実施形態の製造装置4Aにおいては、薄膜形成エリアを通過させる際、プラズマ源52から離れるように樹脂基板8を送るようになっている。
次に、透明ガスバリアフィルムを製造する方法について説明する。以下の説明においては、図5及び図6に示す製造装置4Aを用いて透明ガスバリアフィルムを製造する方法を説明するが、本発明の製造方法は、この製造装置4Aを用いて実施する場合に限定されるものではない。
前記真空ポンプ56を作動させることにより、チャンバー51の内部を真空状態に保つ。樹脂基板8に薄膜を形成する際のチャンバー51内の圧力は。0.01Pa〜0.1Paの範囲内であり、好ましくは0.02Pa〜0.05Paである。
前記チャンバー51内の薄膜形成エリアにおいては、アーク放電プラズマ発生源52である圧力勾配型プラズマガンに、放電ガス供給装置55から放電ガスを導入し、一定電圧を印加して、プラズマを反射電極57に向かって照射する。プラズマビームPの形状は、収束電極581,582,583,584によって所要の形状になるよう制御される。アーク放電プラズマの出力は、例えば、1〜10kWである。また、チャンバー51内に、反応ガス供給装置54から反応ガスを導入する。また、各蒸発源91,92に入れた材料に、例えば、電子ビーム911,921を照射し、前記材料を樹脂基板8に向かって蒸発させる。
前記反応ガスの導入と前記プラズマの発生は、同時に行ってもよいし、或いは、前記反応ガスの導入後に前記プラズマを発生させてもよいし、或いは、前記プラズマの発生後に反応ガスを導入してもよい。反応ガスは、透明ガスバリア層の形成時に薄膜形成エリア内に存在すればよい。
なお、予め蒸発源と樹脂基板8の間に開閉シャッター(図示せず)を設けておき、材料の蒸発開始から蒸着速度が安定化するまで前記シャッターを閉じ、蒸着速度が安定した後、前記シャッターを開けて、樹脂基板8に材料を蒸着させることが好ましい。
前記各蒸発源91,92の材料の蒸着速度は、適宜設定でき、例えば、10〜300nm/分である。
前記チャンバー51内の薄膜形成エリアにおいては、アーク放電プラズマ発生源52である圧力勾配型プラズマガンに、放電ガス供給装置55から放電ガスを導入し、一定電圧を印加して、プラズマを反射電極57に向かって照射する。プラズマビームPの形状は、収束電極581,582,583,584によって所要の形状になるよう制御される。アーク放電プラズマの出力は、例えば、1〜10kWである。また、チャンバー51内に、反応ガス供給装置54から反応ガスを導入する。また、各蒸発源91,92に入れた材料に、例えば、電子ビーム911,921を照射し、前記材料を樹脂基板8に向かって蒸発させる。
前記反応ガスの導入と前記プラズマの発生は、同時に行ってもよいし、或いは、前記反応ガスの導入後に前記プラズマを発生させてもよいし、或いは、前記プラズマの発生後に反応ガスを導入してもよい。反応ガスは、透明ガスバリア層の形成時に薄膜形成エリア内に存在すればよい。
なお、予め蒸発源と樹脂基板8の間に開閉シャッター(図示せず)を設けておき、材料の蒸発開始から蒸着速度が安定化するまで前記シャッターを閉じ、蒸着速度が安定した後、前記シャッターを開けて、樹脂基板8に材料を蒸着させることが好ましい。
前記各蒸発源91,92の材料の蒸着速度は、適宜設定でき、例えば、10〜300nm/分である。
他方、上流側のロール81から長尺帯状の樹脂基板8を引き出し、それを前記チャンバー51内に導く。なお、図示例では、ロール81,82は、チャンバー51の外部に配置されているが、チャンバー51内の非形成エリアに配置してもよい。
長尺帯状の樹脂基板8の短手方向の長さは、特に限定されず、適宜設定でき、例えば、数mm〜1000mmである。
例えば、有機EL素子の支持基板として用いられる透明ガスバリアフィルムを製造する場合には、樹脂基板8の短手方向の長さは、例えば数mm〜100mm程度に設定され、好ましくは、10mm〜40mmである。
長尺帯状の樹脂基板8の短手方向の長さは、特に限定されず、適宜設定でき、例えば、数mm〜1000mmである。
例えば、有機EL素子の支持基板として用いられる透明ガスバリアフィルムを製造する場合には、樹脂基板8の短手方向の長さは、例えば数mm〜100mm程度に設定され、好ましくは、10mm〜40mmである。
前記樹脂基板8を搬送装置6の各ガイドローラ611,621に巻き回し、樹脂基板8が螺旋軌跡を描くように送って薄膜形成エリアと非形成エリアを交互に通過させる。
樹脂基板8の搬送速度は、蒸着速度及び形成される薄膜の厚みなどを考慮して適宜設定でき、例えば、0.1〜20m/分である。
樹脂基板8の搬送速度は、蒸着速度及び形成される薄膜の厚みなどを考慮して適宜設定でき、例えば、0.1〜20m/分である。
前記樹脂基板8が順次薄膜形成エリアを通過する際(つまり、樹脂基板8が第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615の下部を通る際)、樹脂基板8に、各蒸発源91,92の材料が順に蒸着されていき、2種類の薄膜が順次複数形成される。
薄膜形成エリアにおいて蒸着を促すため、樹脂基板8の表面温度は、例えば20℃〜200℃とされており、好ましくは80℃〜150℃とされる。
薄膜形成エリアにおいて蒸着を促すため、樹脂基板8の表面温度は、例えば20℃〜200℃とされており、好ましくは80℃〜150℃とされる。
具体的には、まず、図7に示すように、樹脂基板8の表面に第1薄膜31hが形成され、続いて、第2薄膜32iが形成される。
前記第1薄膜31h及び第2薄膜32iが形成された樹脂基板8は、第1外ガイドローラ621の周面を通って非形成エリアを通過した後、第2内ガイドローラ612の下部周面を通って、再び、薄膜形成エリアに導かれる。その際、図7に示すように、第2薄膜32iの表面に、第1蒸発源91の材料が付着し、第1薄膜33hが形成され、続いて、その第1薄膜33hの表面に、第2蒸発源92の材料が付着して第2薄膜34iが形成される。
以後同様に、非形成エリアから薄膜形成エリアに通過した際に、図7に示すように、前記第2薄膜34iの表面に第1薄膜35h及び第2薄膜36iが形成され、前記第2薄膜36iの表面に第1薄膜37h及び第2薄膜38iが形成され、前記第2薄膜38iの表面に第1薄膜39h及び第2薄膜310iが形成される。
よって、成分の異なる複数種の薄膜(第1薄膜及び第2薄膜)を交互に複数繰り返して積層された(図示例では、5回繰り返し)透明ガスバリア層を、樹脂基板8に形成できる。
前記複数種の薄膜の繰り返し回数は、薄膜形成エリアを通過する回数と同じである。本実施形態で例示の製造装置を用いた場合には、前記繰り返し回数は、内ガイドローラの数と同じである。
以後同様に、非形成エリアから薄膜形成エリアに通過した際に、図7に示すように、前記第2薄膜34iの表面に第1薄膜35h及び第2薄膜36iが形成され、前記第2薄膜36iの表面に第1薄膜37h及び第2薄膜38iが形成され、前記第2薄膜38iの表面に第1薄膜39h及び第2薄膜310iが形成される。
よって、成分の異なる複数種の薄膜(第1薄膜及び第2薄膜)を交互に複数繰り返して積層された(図示例では、5回繰り返し)透明ガスバリア層を、樹脂基板8に形成できる。
前記複数種の薄膜の繰り返し回数は、薄膜形成エリアを通過する回数と同じである。本実施形態で例示の製造装置を用いた場合には、前記繰り返し回数は、内ガイドローラの数と同じである。
本発明の製造装置及び製造方法によれば、長尺帯状の樹脂基板を長手方向に送る途中で、その樹脂基板の表面に、複数種の薄膜が複数積層された透明ガスバリア層を形成できるので、効率的に透明ガスバリアフィルムを製造できる。また、本発明の製造装置及び製造方法においては、使用する蒸発源の数は、形成する薄膜の種類の数と同数で足りる。このため、蒸発源の設置コスト及びその制御が相対的に少なくなり、比較的安価に透明ガスバリアフィルムを製造できる。
かかる透明ガスバリアフィルムは、複数種の薄膜が積層されているので、ガスバリア性に優れている。
かかる透明ガスバリアフィルムは、複数種の薄膜が積層されているので、ガスバリア性に優れている。
[第1実施形態の変形例]
なお、上記第1実施形態においては、2種類の薄膜が交互に形成された透明ガスバリアフィルムの製造方法及び製造装置を例示しているが、本発明においては、3種類以上の薄膜が交互に形成された透明ガスバリアフィルムを製造することもできる。
図8は、3種類の薄膜を交互に形成できる製造装置をX2側からX方向に見た正面図である。
この製造装置4Bにおいては、蒸発源が3つ設けられていることを除いて、上記第1実施形態と同様である。図8において、上記第1実施形態と同じ構成に同じ符号を記載している。
なお、上記第1実施形態においては、2種類の薄膜が交互に形成された透明ガスバリアフィルムの製造方法及び製造装置を例示しているが、本発明においては、3種類以上の薄膜が交互に形成された透明ガスバリアフィルムを製造することもできる。
図8は、3種類の薄膜を交互に形成できる製造装置をX2側からX方向に見た正面図である。
この製造装置4Bにおいては、蒸発源が3つ設けられていることを除いて、上記第1実施形態と同様である。図8において、上記第1実施形態と同じ構成に同じ符号を記載している。
この製造装置4Bの3つの蒸発源91,92,93(第1蒸発源91、第2蒸発源92、第3蒸発源93という)は、樹脂基板8の送り方向に沿って並んで配置されている。例えば、第1蒸発源91は、内ガイドローラ611の回転軸63を基準にして、それよりもY1側に配置され、第2蒸発源92は、前記回転軸63の真下に配置され、第3蒸発源93は、前記回転軸63よりもY2側に配置されている。また、第1乃至第3蒸発源91乃至93のX方向における配置位置は、何れも同じであることが好ましい。例えば、第1乃至第3蒸発源93は、何れも複数の内ガイドロール611のX方向の略中央部に対応して配置されている。
前記第1蒸発源91には、金属、半金属、これらの酸化物などの材料が含まれており、前記第2蒸発源92には、前記第1蒸発源91の材料とは異なる材料が含まれており、前記第3蒸発源92には、前記第1蒸発源91及び第2蒸発源92の材料とは異なる材料が含まれている。
さらに、第1蒸発源91と第2蒸発源92の間、及び、第2蒸発源92と第3蒸発源93の間を仕切るために、上記第1実施形態と同様に、それぞれ仕切り壁53,53が設けられている。
前記第1蒸発源91には、金属、半金属、これらの酸化物などの材料が含まれており、前記第2蒸発源92には、前記第1蒸発源91の材料とは異なる材料が含まれており、前記第3蒸発源92には、前記第1蒸発源91及び第2蒸発源92の材料とは異なる材料が含まれている。
さらに、第1蒸発源91と第2蒸発源92の間、及び、第2蒸発源92と第3蒸発源93の間を仕切るために、上記第1実施形態と同様に、それぞれ仕切り壁53,53が設けられている。
上記変形例に係る製造装置4Bは、上記第1実施形態と同様にして作動させることができる。変形例に係る製造方法及び製造装置によれば、薄膜形成エリアに樹脂基板が通過する際に、第1蒸発源91の材料が付着して第1薄膜が形成され、続いて、その第1薄膜の表面に、第2蒸発源92の材料が付着して第2薄膜が形成され、さらに続いて、その第2薄膜の表面に、第3蒸発源9の材料が付着して第3薄膜が形成される。この第1乃至第3薄膜が形成された樹脂基板が、非形成エリアから薄膜形成エリアを再び通過する際に、第1乃至第3薄膜が形成される。このようにして、図3に示すような、成分の異なる複数種の薄膜(第1薄膜、第2薄膜及び第3薄膜)が交互に複数繰り返して積層された透明ガスバリアフィルムを形成できる。
なお、成分の異なる4種類の薄膜が交互に形成された透明ガスバリアフィルムを製造する場合には、同様に、4つの蒸発源を設ければよく、5つ以上についても同様である。
なお、成分の異なる4種類の薄膜が交互に形成された透明ガスバリアフィルムを製造する場合には、同様に、4つの蒸発源を設ければよく、5つ以上についても同様である。
また、上記第1実施形態の製造方法及び製造装置において、樹脂基板を薄膜形成エリアに5回通過するように設定しているが、この回数は特に限定されず、2回以上であればよい。例えば、樹脂基板が薄膜形成エリアを3回通過するように設定すると、複数種の薄膜からなる積層ユニットが3回繰り返して積層された、透明ガスバリアフィルムを形成できる。樹脂基板が薄膜形成エリアを3回通過するようにするには、例えば、上記内ガイドローラを3つ用いればよい。
また、上記第1実施形態において、同径の複数の内ガイドローラ611を用いているが、一部の内ガイドローラとして径の異なるローラ(図示せず)を用いることもできる。一例を挙げれば、第1乃至第3内ガイドローラ611,612,613として小径のガイドローラをそれぞれ用い、第4及び第5内ガイドローラ614,615として大径のガイドローラをそれぞれ用いる。この場合、樹脂基板が大径の内ガイドローラの下部周面を通るときと、樹脂基板が小径の内ガイドローラの下部周面を通るときを比較すると、大径の内ガイドローラの下部周面を通るときに、樹脂基板8が薄膜形成エリアを長く通過するので、厚みの大きい薄膜を形成できる。
また、上記第1実施形態において、搬送装置として上下一対のガイドローラ(内ガイドローラ及び外ガイドローラ)を有する搬送装置を用いているが、1本のローラで樹脂基板を螺旋状に搬送できる搬送装置を用いることもできる。
また、上記第1実施形態において、搬送装置として上下一対のガイドローラ(内ガイドローラ及び外ガイドローラ)を有する搬送装置を用いているが、1本のローラで樹脂基板を螺旋状に搬送できる搬送装置を用いることもできる。
[本発明の製造方法及び製造装置の第2実施形態]
第2実施形態の製造方法及び製造装置は、長尺帯状の樹脂基板に、成分の異なる複数種の薄膜を有し且つ同じ成分の薄膜が連続的に積層された、透明ガスバリアフィルムを製造するものである。
以下、第2実施形態を説明するが、第1実施形態と同様な構成及び効果は、それを説明したものとみなしてその説明を省略し、用語及び符号をそのまま援用する。
第2実施形態の製造方法及び製造装置は、長尺帯状の樹脂基板に、成分の異なる複数種の薄膜を有し且つ同じ成分の薄膜が連続的に積層された、透明ガスバリアフィルムを製造するものである。
以下、第2実施形態を説明するが、第1実施形態と同様な構成及び効果は、それを説明したものとみなしてその説明を省略し、用語及び符号をそのまま援用する。
図9は、X2側からX方向に第2実施形態の製造装置を見た正面図であり、図10は、Y1側からY方向に同製造装置を見た左側面図である。
この製造装置4Cは、上記第1実施形態と同様に、チャンバー51と、螺旋状の搬送軌跡を描くように長尺帯状の樹脂基板8を送る搬送装置6と、プラズマ源52と、反射電極57と、収束電極581,582,583,584と、蒸発源と、反応ガス供給装置54と、放電ガス供給装置55と、真空ポンプ56と、を有する。
本実施形態の搬送装置6は、樹脂基板8を薄膜形成エリアに6回通過させることができるように、第1乃至第6内ガイドローラ611,612,613,614,615,616と、第1乃至第5外ガイドローラ621,622,623,624,625と、を有する。
この製造装置4Cは、上記第1実施形態と同様に、チャンバー51と、螺旋状の搬送軌跡を描くように長尺帯状の樹脂基板8を送る搬送装置6と、プラズマ源52と、反射電極57と、収束電極581,582,583,584と、蒸発源と、反応ガス供給装置54と、放電ガス供給装置55と、真空ポンプ56と、を有する。
本実施形態の搬送装置6は、樹脂基板8を薄膜形成エリアに6回通過させることができるように、第1乃至第6内ガイドローラ611,612,613,614,615,616と、第1乃至第5外ガイドローラ621,622,623,624,625と、を有する。
蒸発源は、例えば2つ設けられている。
第1及び第2蒸発源91,92は、搬送装置6と対向するように(正確には、蒸発源91,92の各上面が薄膜形成エリアを通過する際の樹脂基板8と対向するように)、チャンバー51の底部に設置されている。
前記第1蒸発源91と第2蒸発源92は、樹脂基板8の送り方向と直交する方向に沿って並んで配置されている。本実施形態では、樹脂基板8は、薄膜形成エリアにおいて、Y方向(Y1側からY2側)へ送られるので、第1及び第2蒸発源91,92は、X方向に並べられている。例えば、第1蒸発源91は、複数の内ガイドロール611のX方向の略中央部を基準にして、それよりもX1側に配置され、第2蒸発源92は、X2側に配置されている。また、第1蒸発源91及び第2蒸発源92のY方向における位置は、同じでもよいし、ずれていてもよいが、好ましくは同じである。
第1蒸発源91と第2蒸発源92は、それぞれ異なる材料が含まれている。
仕切り壁53は、第1蒸発源91と第2蒸発源92の間に介在されている。実施形態の場合には、仕切り壁53は、その壁面がZ方向及びY方向を含むように配置されている。
第1及び第2蒸発源91,92は、搬送装置6と対向するように(正確には、蒸発源91,92の各上面が薄膜形成エリアを通過する際の樹脂基板8と対向するように)、チャンバー51の底部に設置されている。
前記第1蒸発源91と第2蒸発源92は、樹脂基板8の送り方向と直交する方向に沿って並んで配置されている。本実施形態では、樹脂基板8は、薄膜形成エリアにおいて、Y方向(Y1側からY2側)へ送られるので、第1及び第2蒸発源91,92は、X方向に並べられている。例えば、第1蒸発源91は、複数の内ガイドロール611のX方向の略中央部を基準にして、それよりもX1側に配置され、第2蒸発源92は、X2側に配置されている。また、第1蒸発源91及び第2蒸発源92のY方向における位置は、同じでもよいし、ずれていてもよいが、好ましくは同じである。
第1蒸発源91と第2蒸発源92は、それぞれ異なる材料が含まれている。
仕切り壁53は、第1蒸発源91と第2蒸発源92の間に介在されている。実施形態の場合には、仕切り壁53は、その壁面がZ方向及びY方向を含むように配置されている。
次に、透明ガスバリアフィルムを製造する方法について説明する。
本実施形態の製造装置4Cを作動させ、樹脂基板8が第1内ガイドローラ611の周面を通って薄膜形成エリアを通過した際には、樹脂基板8の表面に、第1蒸発源91の材料が付着して第1薄膜が形成される。
前記第1薄膜が形成された樹脂基板8は、第1外ガイドローラ621の周面を通って非形成エリアを通過した後、第2内ガイドローラ612の下部周面を通って、再び、薄膜形成エリアに導かれる。その際、前記第1薄膜の表面に、再び、第1蒸発源の材料が付着し、2層目の第1薄膜が形成される。同様に、樹脂基板8が第3内ガイドローラ613の下部周面を通った際に、2層目の第1薄膜の表面に、3層目の第1薄膜が形成される。
続いて、樹脂基板8が第4内ガイドローラ614の下部周面を通った際に、3層目の第1薄膜の表面に、1層目の第2薄膜が形成され、以後同様に、1層目の第2薄膜の表面に、2層目の第2薄膜が形成され、2層目の第2薄膜の表面に、3層目の第2薄膜が形成される。
本実施形態によれば、成分の異なる複数種の薄膜(第1薄膜及び第2薄膜)を有する透明ガスバリア層を、樹脂基板8に形成できる。
本実施形態の製造装置4Cを作動させ、樹脂基板8が第1内ガイドローラ611の周面を通って薄膜形成エリアを通過した際には、樹脂基板8の表面に、第1蒸発源91の材料が付着して第1薄膜が形成される。
前記第1薄膜が形成された樹脂基板8は、第1外ガイドローラ621の周面を通って非形成エリアを通過した後、第2内ガイドローラ612の下部周面を通って、再び、薄膜形成エリアに導かれる。その際、前記第1薄膜の表面に、再び、第1蒸発源の材料が付着し、2層目の第1薄膜が形成される。同様に、樹脂基板8が第3内ガイドローラ613の下部周面を通った際に、2層目の第1薄膜の表面に、3層目の第1薄膜が形成される。
続いて、樹脂基板8が第4内ガイドローラ614の下部周面を通った際に、3層目の第1薄膜の表面に、1層目の第2薄膜が形成され、以後同様に、1層目の第2薄膜の表面に、2層目の第2薄膜が形成され、2層目の第2薄膜の表面に、3層目の第2薄膜が形成される。
本実施形態によれば、成分の異なる複数種の薄膜(第1薄膜及び第2薄膜)を有する透明ガスバリア層を、樹脂基板8に形成できる。
[第2実施形態の変形例]
上記第2実施形態においては、螺旋状の搬送軌跡を描くように長尺帯状の樹脂基板を搬送する場合を例示したが、例えば、蛇行状の搬送軌跡を描くように長尺帯状の樹脂基板を送りながら、前記透明ガスバリアフィルムを製造することもできる。
図11は、X2側からX方向に第2実施形態の変形例の製造装置を見た正面図であり、図12は、Y1側からY方向に同製造装置を見た左側面図である。
上記第2実施形態においては、螺旋状の搬送軌跡を描くように長尺帯状の樹脂基板を搬送する場合を例示したが、例えば、蛇行状の搬送軌跡を描くように長尺帯状の樹脂基板を送りながら、前記透明ガスバリアフィルムを製造することもできる。
図11は、X2側からX方向に第2実施形態の変形例の製造装置を見た正面図であり、図12は、Y1側からY方向に同製造装置を見た左側面図である。
この変形例の搬送装置7は、ロールツーロール方式にて長尺帯状の樹脂基板8をその長手方向に搬送する点で上記第1実施形態の搬送装置6と同様であるが、搬送機構が上記第1実施形態とは異なる。
具体的には、この搬送装置7は、長尺帯状の樹脂基板8を長手方向に送る複数のガイドローラ711,721を有する。薄膜形成エリアに樹脂基板8を導くため、前記複数のガイドローラのうちの幾つかは、薄膜形成エリアに設けられている。
前記搬送装置7は、前記樹脂基板8を蛇行状に搬送し、その樹脂基板8を薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に導いていく。その搬送装置7の基本構成は、図11及び図12に示すように、長尺帯状の樹脂基板8をその長手方向に送るように回転可能な、一対のガイドローラ(内ガイドローラ711と外ガイドローラ721)を複数組有する。
図示例の製造装置4Dは、樹脂基板8に2層の第1薄膜及び2層の第2薄膜を積層することができる装置であり、その薄膜の数と同じ内ガイドローラ711,…(第1乃至第4内ガイドローラ711,712,713,714)が薄膜形成エリアに設けられている。なお、薄膜形成エリアに設けられた内ガイドローラ711は、その全体が薄膜形成エリア内に収められていてもよいし、図示したように、その一部分が薄膜形成エリアに含まれるように配置されていてもよい。
他方、外ガイドローラ721は、内ガイドローラ711よりもZ1側に配置されており、その数は、内ガイドローラ711よりも1つ少ない。
具体的には、この搬送装置7は、長尺帯状の樹脂基板8を長手方向に送る複数のガイドローラ711,721を有する。薄膜形成エリアに樹脂基板8を導くため、前記複数のガイドローラのうちの幾つかは、薄膜形成エリアに設けられている。
前記搬送装置7は、前記樹脂基板8を蛇行状に搬送し、その樹脂基板8を薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に導いていく。その搬送装置7の基本構成は、図11及び図12に示すように、長尺帯状の樹脂基板8をその長手方向に送るように回転可能な、一対のガイドローラ(内ガイドローラ711と外ガイドローラ721)を複数組有する。
図示例の製造装置4Dは、樹脂基板8に2層の第1薄膜及び2層の第2薄膜を積層することができる装置であり、その薄膜の数と同じ内ガイドローラ711,…(第1乃至第4内ガイドローラ711,712,713,714)が薄膜形成エリアに設けられている。なお、薄膜形成エリアに設けられた内ガイドローラ711は、その全体が薄膜形成エリア内に収められていてもよいし、図示したように、その一部分が薄膜形成エリアに含まれるように配置されていてもよい。
他方、外ガイドローラ721は、内ガイドローラ711よりもZ1側に配置されており、その数は、内ガイドローラ711よりも1つ少ない。
第1乃至第4内ガイドローラ711乃至714は、例えば、それぞれ同径同幅のローラを用いることができる。第1乃至第3外ガイドローラ721,722,723も、例えば、それぞれ同径同幅のローラを用いることができる。
第1乃至第4内ガイドローラ711乃至714は、独立した回転軸731,732,733,734を有し、その回転軸731,732,733,734に回転可能にそれぞれ取り付けられており、第1乃至第3外ガイドローラ721,722,723も独立した回転軸741,742,743を有し、その回転軸741,742,743に回転可能にそれぞれ取り付けられている。これらの全ての回転軸731,741の延びる方向(軸方向)は、いずれもX方向と平行である。
第1乃至第4内ガイドローラ711乃至714は、それぞれ所要の間隔を開けてY方向に並列されており、第1乃至第3外ガイドローラ721,722,723も同様に、所要の間隔を開けてY方向に並列されている。装置を小型化できることから、隣接する内ガイドローラ711の間隔は、出来るだけ小さいことが好ましい。
第1乃至第4内ガイドローラ711乃至714は、独立した回転軸731,732,733,734を有し、その回転軸731,732,733,734に回転可能にそれぞれ取り付けられており、第1乃至第3外ガイドローラ721,722,723も独立した回転軸741,742,743を有し、その回転軸741,742,743に回転可能にそれぞれ取り付けられている。これらの全ての回転軸731,741の延びる方向(軸方向)は、いずれもX方向と平行である。
第1乃至第4内ガイドローラ711乃至714は、それぞれ所要の間隔を開けてY方向に並列されており、第1乃至第3外ガイドローラ721,722,723も同様に、所要の間隔を開けてY方向に並列されている。装置を小型化できることから、隣接する内ガイドローラ711の間隔は、出来るだけ小さいことが好ましい。
なお、第1乃至第4内ガイドローラ711乃至714に、それぞれ水晶モニター59が設けられていること、及び、必要に応じて、温度制御手段を附属させることは、上記第1実施形態と同様である。
上流側のロール81から引き出された長尺帯状の樹脂基板8は、Z1側からZ2側へ送られ、第1内ガイドローラ711の下部周面に巻かれた後、Z2側からZ1側へと送られ、第1外ガイドローラ721の上部周面に巻かれる。樹脂基板8が前記第1内ガイドローラ711の下部周面を通っているときには、その樹脂基板8は、Y1側からY2側(Y方向)に送られている。また、樹脂基板8が前記第1外ガイドローラの上部周面を通っているときには、その樹脂基板8は、Y1側からY2側(Y方向)に送られている。
前記長尺帯状の樹脂基板8は、前記第1外ガイドローラ721の上部周面に巻かれた後、同様に、第2内ガイドローラ712、第2外ガイドローラ722、第3内ガイドローラ713、第3外ガイドローラ723、第4内ガイドローラ714、に順に巻かれた後、Z2側からZ1側へと送られて、下流側のロール82に巻き取られる。
従って、前記樹脂基板8は、X1側から見て(図11参照)、全体的に上下に蛇行した軌跡を描きながら送られていく。つまり、搬送装置7は、樹脂基板8を蛇行した搬送軌跡を描き、樹脂基板8を薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させながら送るように構成されている。
前記長尺帯状の樹脂基板8は、前記第1外ガイドローラ721の上部周面に巻かれた後、同様に、第2内ガイドローラ712、第2外ガイドローラ722、第3内ガイドローラ713、第3外ガイドローラ723、第4内ガイドローラ714、に順に巻かれた後、Z2側からZ1側へと送られて、下流側のロール82に巻き取られる。
従って、前記樹脂基板8は、X1側から見て(図11参照)、全体的に上下に蛇行した軌跡を描きながら送られていく。つまり、搬送装置7は、樹脂基板8を蛇行した搬送軌跡を描き、樹脂基板8を薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させながら送るように構成されている。
蒸発源は、例えば2つ設けられている。
第1及び第2蒸発源91,92は、搬送装置6と対向するように(正確には、蒸発源91,92の各上面が薄膜形成エリアを通過する際の樹脂基板8と対向するように)、チャンバー51の底部に設置されている。
前記第1蒸発源91と第2蒸発源92は、樹脂基板8の送り方向に沿って並んで配置されている。本変形例では、樹脂基板8は、薄膜形成エリアにおいて、Y方向(Y1側からY2側)へ送られるので、第1及び第2蒸発源91,92は、Y方向に並べられている。例えば、第1蒸発源91は、複数の内ガイドロール611のY方向の略中央部を基準にして、それよりもY1側に配置され、第2蒸発源92は、Y2側に配置されている。また、第1蒸発源91及び第2蒸発源92のX方向における位置は、同じでもよいし、ずれていてもよいが、好ましくは同じである。
第1蒸発源91と第2蒸発源92は、それぞれ異なる材料が含まれている。
仕切り壁53は、第1蒸発源91と第2蒸発源92の間に介在されている。実施形態の場合には、仕切り壁53は、その壁面がZ方向及びX方向を含むように配置されている。
第1及び第2蒸発源91,92は、搬送装置6と対向するように(正確には、蒸発源91,92の各上面が薄膜形成エリアを通過する際の樹脂基板8と対向するように)、チャンバー51の底部に設置されている。
前記第1蒸発源91と第2蒸発源92は、樹脂基板8の送り方向に沿って並んで配置されている。本変形例では、樹脂基板8は、薄膜形成エリアにおいて、Y方向(Y1側からY2側)へ送られるので、第1及び第2蒸発源91,92は、Y方向に並べられている。例えば、第1蒸発源91は、複数の内ガイドロール611のY方向の略中央部を基準にして、それよりもY1側に配置され、第2蒸発源92は、Y2側に配置されている。また、第1蒸発源91及び第2蒸発源92のX方向における位置は、同じでもよいし、ずれていてもよいが、好ましくは同じである。
第1蒸発源91と第2蒸発源92は、それぞれ異なる材料が含まれている。
仕切り壁53は、第1蒸発源91と第2蒸発源92の間に介在されている。実施形態の場合には、仕切り壁53は、その壁面がZ方向及びX方向を含むように配置されている。
次に、透明ガスバリアフィルムを製造する方法について説明する。
本実施形態の製造装置4Dを作動させ、樹脂基板8が順次薄膜形成エリアを通過する際(つまり、樹脂基板8が第1乃至第4内ガイドローラ711乃至714を通る際)、樹脂基板8は、Y1側からY2側へと移動する。
そして、上流側のロール81から長尺帯状の樹脂基板8を引き出し、樹脂基板8が第1内ガイドローラ711の下部周面を通って薄膜形成エリアを通過した際には、樹脂基板8の表面に、第1蒸発源91の材料が付着して第1薄膜が形成される。前記第1薄膜が形成された樹脂基板8は、第1外ガイドローラ721の周面を通って非形成エリアを通過した後、第2内ガイドローラ712の下部周面を通って、再び、薄膜形成エリアに導かれる。その際、前記第1薄膜の表面に、再び、第1蒸発源の材料が付着し、2層目の第1薄膜が形成される。以後、2層目の第1薄膜の表面に、1層目の第2薄膜が形成され、1層目の第2薄膜の表面に、2層目の第2薄膜が形成される(これは、図4に示すような層構成である)。
本変形例でも、成分の異なる複数種の薄膜(第1薄膜及び第2薄膜)を有する透明ガスバリア層を、樹脂基板8に形成できる。
本実施形態の製造装置4Dを作動させ、樹脂基板8が順次薄膜形成エリアを通過する際(つまり、樹脂基板8が第1乃至第4内ガイドローラ711乃至714を通る際)、樹脂基板8は、Y1側からY2側へと移動する。
そして、上流側のロール81から長尺帯状の樹脂基板8を引き出し、樹脂基板8が第1内ガイドローラ711の下部周面を通って薄膜形成エリアを通過した際には、樹脂基板8の表面に、第1蒸発源91の材料が付着して第1薄膜が形成される。前記第1薄膜が形成された樹脂基板8は、第1外ガイドローラ721の周面を通って非形成エリアを通過した後、第2内ガイドローラ712の下部周面を通って、再び、薄膜形成エリアに導かれる。その際、前記第1薄膜の表面に、再び、第1蒸発源の材料が付着し、2層目の第1薄膜が形成される。以後、2層目の第1薄膜の表面に、1層目の第2薄膜が形成され、1層目の第2薄膜の表面に、2層目の第2薄膜が形成される(これは、図4に示すような層構成である)。
本変形例でも、成分の異なる複数種の薄膜(第1薄膜及び第2薄膜)を有する透明ガスバリア層を、樹脂基板8に形成できる。
なお、上記第2実施形態の製造方法及び製造装置において、樹脂基板を薄膜形成エリアに通過させる回数は、適宜変更できる。
また、上記第2実施形態において、同径の複数の内ガイドローラ711が用いられているが、互いに径の異なる内ガイドローラ711を用いることもできる。
さらに、上記第2実施形態の図示例では、1本の樹脂基板8をチャンバー51内に導いて製膜しているが、例えば、チャンバー51内のX方向に上記搬送装置7を複数並列配置し、複数本の樹脂基板8に対して一度に透明ガスバリア層を形成してもよい。
さらに、上記第2実施形態の図示例では、1本の樹脂基板8をチャンバー51内に導いて製膜しているが、例えば、チャンバー51内のX方向に上記搬送装置7を複数並列配置し、複数本の樹脂基板8に対して一度に透明ガスバリア層を形成してもよい。
[本発明の製造方法及び製造装置の第3実施形態]
上記第1実施形態及び第2実施形態の方法及び装置は、本発明の意図する範囲で適宜設計変更できる。
例えば、第1実施形態で示した複数の蒸発源の配置と、第2実施形態で示した複数の蒸発源の配置を組み合わせることにより、例えば、1つの種類の薄膜とこれと異なる成分の1つの種類の薄膜とからなる積層ユニットが複数繰り返して積層された第1積層ユニットと、さらに異なる成分の1つの種類の薄膜とこれと異なる成分の1つの種類の薄膜とからなる積層ユニットが複数繰り返して積層された第2積層ユニットと、からなる透明ガスバリア層を有する、透明ガスバリアフィルムを製造することもできる。
上記第1実施形態及び第2実施形態の方法及び装置は、本発明の意図する範囲で適宜設計変更できる。
例えば、第1実施形態で示した複数の蒸発源の配置と、第2実施形態で示した複数の蒸発源の配置を組み合わせることにより、例えば、1つの種類の薄膜とこれと異なる成分の1つの種類の薄膜とからなる積層ユニットが複数繰り返して積層された第1積層ユニットと、さらに異なる成分の1つの種類の薄膜とこれと異なる成分の1つの種類の薄膜とからなる積層ユニットが複数繰り返して積層された第2積層ユニットと、からなる透明ガスバリア層を有する、透明ガスバリアフィルムを製造することもできる。
なお、上記蒸着法において、プラズマ源によってプラズマを照射しながら蒸着する場合に限定されず、プラズマを用いないでもよい。
以下、実施例を示し、本発明をさらに詳述する。ただし、本発明は、下記実施例に限定されるわけではない。また、実施例各種特性及び物性の測定および評価は、下記の方法により行った。
[水蒸気透過速度]
水蒸気透過速度(WVTR)は、JIS K7126に規定される水蒸気透過速度測定装置(MOCON社製、商品名「PERMATRAN」)を用いて、温度40℃、湿度90%RHの環境下で測定した。なお、前記水蒸気透過率測定装置の測定範囲は、0.005g・m−2・day−1以上である。
水蒸気透過速度(WVTR)は、JIS K7126に規定される水蒸気透過速度測定装置(MOCON社製、商品名「PERMATRAN」)を用いて、温度40℃、湿度90%RHの環境下で測定した。なお、前記水蒸気透過率測定装置の測定範囲は、0.005g・m−2・day−1以上である。
[透明ガスバリア層を構成する各薄膜の厚み]
透明ガスバリアフィルムを構成する各薄膜の厚みは、透明ガスバリアフィルムの断面を、株式会社日本電子製の走査型電子顕微鏡(商品名「JSM−6610」)を用いて観察し、基板(フィルム)の表面から各薄膜の表面までの長さをそれぞれ測長し、算出した。
透明ガスバリアフィルムを構成する各薄膜の厚みは、透明ガスバリアフィルムの断面を、株式会社日本電子製の走査型電子顕微鏡(商品名「JSM−6610」)を用いて観察し、基板(フィルム)の表面から各薄膜の表面までの長さをそれぞれ測長し、算出した。
[実施例]
透明樹脂フィルム(樹脂基板)として、帝人デュポンフィルム社製のポリエチレンナフタレートフィルム(厚み100μm、商品名「テオネックス」)を準備した。
次に、前記ポリエチレンナフタレートフィルムを、図5及び図6に示すような製造装置の搬送装置に装着した。
その製造装置の第1蒸発源の材料として、シリコン粒(純度3N:99.9%)を用い、第2蒸発源の材料として、チタン粒(純度4N:99.9%)を用いた。
プラズマガン内に、放電ガスとしてアルゴン(純度5N)を30sccmで導入し、チャンバー内に、反応ガスとして酸素(純度5N:99.999%)を10sccm(10×1.69×10−3Pa・m3/秒)の流量で導入し、この状態で、前記シリコン粒に電子ビーム(加速電電圧:6kV、印加電流:50mA)を照射して、前記シリコンを蒸着速度100nm/minとなるように蒸発させた。同時に、前記チタン粒に電子ビーム(加速電電圧:6kV、印加電流:50mA)を照射して、前記チタンを蒸着速度100nm/minとなるように蒸発させた。その際のチャンバー内の圧力は、2.0×10−2Paであった。
透明樹脂フィルム(樹脂基板)として、帝人デュポンフィルム社製のポリエチレンナフタレートフィルム(厚み100μm、商品名「テオネックス」)を準備した。
次に、前記ポリエチレンナフタレートフィルムを、図5及び図6に示すような製造装置の搬送装置に装着した。
その製造装置の第1蒸発源の材料として、シリコン粒(純度3N:99.9%)を用い、第2蒸発源の材料として、チタン粒(純度4N:99.9%)を用いた。
プラズマガン内に、放電ガスとしてアルゴン(純度5N)を30sccmで導入し、チャンバー内に、反応ガスとして酸素(純度5N:99.999%)を10sccm(10×1.69×10−3Pa・m3/秒)の流量で導入し、この状態で、前記シリコン粒に電子ビーム(加速電電圧:6kV、印加電流:50mA)を照射して、前記シリコンを蒸着速度100nm/minとなるように蒸発させた。同時に、前記チタン粒に電子ビーム(加速電電圧:6kV、印加電流:50mA)を照射して、前記チタンを蒸着速度100nm/minとなるように蒸発させた。その際のチャンバー内の圧力は、2.0×10−2Paであった。
搬送装置により、チャンバー内において前記ポリエチレンナフタレートフィルムを螺旋状に送ることにより、図7に示すように、5層の第1薄膜31h,33h,35h,37h,39hと5層の第2薄膜32i,34i,36i,38k,310iが交互に積層された透明ガスバリア層を有する透明ガスバリアフィルムを作製した。
この実施例において形成された第1薄膜は、全てSiO膜であり、第2薄膜は、全てTiO膜であった。
この実施例において形成された第1薄膜は、全てSiO膜であり、第2薄膜は、全てTiO膜であった。
得られた透明ガスバリアフィルムの各第1薄膜(SiO膜)及び各第2薄膜(TiO膜)の厚みは何れも、それぞれ50nmであった。
また、透明ガスバリアフィルムのWVTRは、0.005g・m−2・day−1以下であった(使用した水蒸気透過率測定装置の測定限界)。
また、透明ガスバリアフィルムのWVTRは、0.005g・m−2・day−1以下であった(使用した水蒸気透過率測定装置の測定限界)。
1 透明ガスバリアフィルム
2 樹脂基板
3 透明ガスバリア層
4A,4B,4C,4D 透明ガスバリアフィルムの製造装置
51 チャンバー
52 プラズマ源
91,92 蒸発源
54 反応ガス供給装置
6,7 搬送装置
611,621,711,721 ガイドローラ
8 長尺帯状の樹脂基板
2 樹脂基板
3 透明ガスバリア層
4A,4B,4C,4D 透明ガスバリアフィルムの製造装置
51 チャンバー
52 プラズマ源
91,92 蒸発源
54 反応ガス供給装置
6,7 搬送装置
611,621,711,721 ガイドローラ
8 長尺帯状の樹脂基板
本実施形態では、搬送装置6は、螺旋状の搬送軌跡を描くように前記長尺帯状の樹脂基板8を送り、その樹脂基板8を薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に導いていく。
このような螺旋状に搬送する搬送装置6としては、例えば、特許第4472962号に開示された装置などを利用できる。
その搬送装置6の基本構成は、図5及び図6に示すように、長尺帯状の樹脂基板8をその長手方向に送るように回転可能な、一対のガイドローラ611,621を複数組有する。
一対のガイドローラの一方は、薄膜形成エリアに配置され、その他方は、非形成エリアに配置されている。以下、薄膜形成エリアに配置されたガイドローラを、便宜上、「内ガイドローラ」といい、非形成エリアに配置されたガイドローラを、「外ガイドローラ」といい、複数のガイドローラを区別するため、第1、第2などの接頭語を付す。
図示例の製造装置4Aは、樹脂基板8に第1乃至第10薄膜を積層することができる装置である。搬送装置6は、樹脂基板8を薄膜形成エリアに5回通過させることができるように、その回数と同じ数の内ガイドローラ(第1乃至第5内ガイドローラ611,612,613,614,615)が薄膜形成エリアに設けられている。
なお、薄膜形成エリアに設けられた内ガイドローラ611,…(第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615)は、その全体が薄膜形成エリア内に収められていてもよいし、図示したように、その一部分が薄膜形成エリアに含まれるように配置されていてもよい。
他方、外ガイドローラ621,…は、内ガイドローラ611よりもZ1側に配置されており、その数は、内ガイドローラ611よりも1つ少ない。
このような螺旋状に搬送する搬送装置6としては、例えば、特許第4472962号に開示された装置などを利用できる。
その搬送装置6の基本構成は、図5及び図6に示すように、長尺帯状の樹脂基板8をその長手方向に送るように回転可能な、一対のガイドローラ611,621を複数組有する。
一対のガイドローラの一方は、薄膜形成エリアに配置され、その他方は、非形成エリアに配置されている。以下、薄膜形成エリアに配置されたガイドローラを、便宜上、「内ガイドローラ」といい、非形成エリアに配置されたガイドローラを、「外ガイドローラ」といい、複数のガイドローラを区別するため、第1、第2などの接頭語を付す。
図示例の製造装置4Aは、樹脂基板8に第1乃至第10薄膜を積層することができる装置である。搬送装置6は、樹脂基板8を薄膜形成エリアに5回通過させることができるように、その回数と同じ数の内ガイドローラ(第1乃至第5内ガイドローラ611,612,613,614,615)が薄膜形成エリアに設けられている。
なお、薄膜形成エリアに設けられた内ガイドローラ611,…(第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615)は、その全体が薄膜形成エリア内に収められていてもよいし、図示したように、その一部分が薄膜形成エリアに含まれるように配置されていてもよい。
他方、外ガイドローラ621,…は、内ガイドローラ611よりもZ1側に配置されており、その数は、内ガイドローラ611よりも1つ少ない。
なお、第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615の近傍には、2つの水晶モニター59,59が設けられている。前記水晶モニター59,59は、第1及び第2蒸発源91,92の材料の蒸着速度を計測及び制御するためのものである。一方の水晶モニター59は、第1蒸発源91側であって第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615の下部付近に配置され、他方の水晶モニター59は、第2蒸発源92側であって第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615の下部付近に配置されている。
また、必要に応じて、第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615に、温度制御手段(図示せず)を附属させてもよい。前記温度制御手段は、内ガイドローラ611の表面温度を調整するために設けられる。前記温度制御手段としては、例えば、シリコーンオイルなどを循環させる熱媒循環装置などが挙げられる。
また、必要に応じて、第1乃至第5内ガイドローラ611乃至615に、温度制御手段(図示せず)を附属させてもよい。前記温度制御手段は、内ガイドローラ611の表面温度を調整するために設けられる。前記温度制御手段としては、例えば、シリコーンオイルなどを循環させる熱媒循環装置などが挙げられる。
Claims (8)
- 長尺帯状の樹脂基板を送る途中で、前記樹脂基板に成分の異なる複数種の薄膜をそれぞれ複数積層する工程を有し、
前記薄膜の種類数に対応した数の蒸発源が薄膜形成エリアに設けられており、
前記長尺帯状の樹脂基板を前記薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させ、前記薄膜形成エリアにおいて前記樹脂基板に前記複数の蒸発源に含まれる材料をそれぞれ付着させることにより、前記複数種の薄膜が複数積層された透明ガスバリア層を前記樹脂基板に形成する、
ロールツーロール方式を用いた透明ガスバリアフィルムの製造方法。 - 前記薄膜形成エリアに前記複数の蒸発源が並べられており、
前記薄膜形成エリアにおいて、前記蒸発源が並べられた方向に前記樹脂基板を送る、請求項1に記載の透明ガスバリアフィルムの製造方法。 - 前記複数の蒸発源に含まれる材料がそれぞれ異なり、前記材料が、金属及び半金属の少なくとも1種を含む、請求項1又は2に記載の透明ガスバリアフィルムの製造方法。
- 前記材料を、蒸着法、スパッタリング法及びイオンプレーティング法から選ばれる真空プロセス法によって前記樹脂基板に付着させる、請求項1乃至3の何れか一項に記載の透明ガスバリアフィルムの製造方法。
- 成分の異なる複数の薄膜が厚み方向に積層された透明ガスバリア層を有する透明ガスバリアフィルムの製造装置であって、
薄膜形成エリア及び非形成エリアを有するチャンバーと、金属及び半金属の少なくとも1種の材料を含む蒸発源と、長尺帯状の樹脂基板を送る搬送装置と、を有し、
前記薄膜形成エリアに、前記薄膜の種類数に対応した数の蒸発源が設けられており、
前記複数の蒸発源は、それぞれ独立して、異なる材料を含み、
前記複数の蒸発源が、前記長尺帯状の樹脂基板の送り方向又は送り方向と直交する方向に沿って並んで配置されており、
前記搬送装置が、前記樹脂基板を前記薄膜形成エリアと非形成エリアに交互に通過させるように前記樹脂基板を送るように構成されている、ことを特徴とする透明ガスバリアフィルムの製造装置。 - 前記搬送装置が、螺旋状の搬送軌跡を描くように前記長尺帯状の樹脂基板を送るように構成されている、請求項5に記載の透明ガスバリアフィルムの製造装置。
- 前記複数の蒸発源が、前記長尺帯状の樹脂基板の送り方向に沿って並んで配置されている、請求項5又は6に記載の透明ガスバリアフィルムの製造装置。
- 前記チャンバー内に、プラズマを発生させるプラズマ源と、反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、をさらに有する、請求項5乃至7の何れか一項に記載の透明ガスバリアフィルムの製造装置。
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