JP2015189047A - 機能性フィルムおよび機能性フィルムの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ガスバリアフィルムは、一般的に、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等のプラスチックフィルムを支持体(基板)として、その上に、ガスバリア性を発現するガスバリア層を形成してなる構成を有する。また、ガスバリアフィルムに用いられるガスバリア層としては、例えば、窒化ケイ素、酸化珪素、酸化アルミニウム等の各種の無機化合物からなる層が知られている。
積層型のガスバリアフィルムにおいても、主にガスバリア性を発現するのは無機層である。積層型のガスバリアフィルムでは、下地となる有機層の上に無機層を形成することにより、有機層によって無機層の形成面を平滑化して、良好な平滑性を有する有機層の上に無機層を形成する。これにより、ヒビや割れ等のない均一な無機層を形成して、優れたガスバリア性能を得ている。また、この有機層と無機層との積層構造を、複数、繰り返し有することにより、より優れたガスバリア性能を得ることができる。
RtoRを利用することにより、長尺な支持体を搬送しつつ、連続的に有機層や無機層を形成できるので、非常に高い生産性で積層型のガスバリアフィルムを製造できる。
また、積層型のガスバリアフィルムにおいて、有機層は、無機層を適正に形成するための下地層として作用する。従って、有機層が損傷すると、適正な無機層が形成できず、同様に、ガスバリア性能が大幅に低下する。
しかしながら、薄い支持体は、いわゆるコシが弱く、RtoRによる搬送中に、折れ曲がってしまう等の不都合が生じ易い。有機層や無機層を形成した支持体が、搬送中に折れ曲がると、先に形成した有機層や無機層を損傷してしまう。
このような不都合を解消するために、RtoRを利用する積層型のガスバリアフィルムの製造では、端部の径が大きい、いわゆる段付きローラを用いて、支持体の端部のみを挟持搬送する、非接触搬送を利用することが知られている。
しかしながら、支持体のコシが弱い場合には、このような非接触搬送によって適正な搬送を行うのは、益々、困難になる。
この方法によれば、支持体の裏面に保護材料を貼着することにより、支持体、あるいは、支持体を含む積層体の自己支持性を確保することができ、薄い支持体を用いた場合や、非接触搬送を利用する場合でも、支持体の折れ曲がりを生じることなく、RtoRによって適正に有機層や無機層を形成できる。
このような用途に利用される積層型のガスバリアフィルムでは、シクロオレフィンコポリマー(COC)フィルムなど、リタデーション値が低く、高い光透過性を有する光学特性に優れた支持体を用いる必要が有る。また、ガスバリアフィルムの光学特性という点では、支持体は、薄い方が好ましい。
すなわち、積層型のガスバリアフィルムの製造においては、支持体および保護材料は、無機層の形成では、プラズマCVD等の気相成膜法による熱に曝され、また、有機層の形成では、塗料の乾燥の際に熱に曝される。さらに、有機層の形成では、塗膜を硬化する際に加熱を行う場合も有る。
RtoRによる積層型のガスバリアフィルムの製造において、このように支持体と保護材料とで熱的特性が異なるフィルムを用いた場合には、搬送によるストレスや搬送経路の変更による屈曲等も有るため、加熱を伴うプロセスにおける両フィルムの異なる変形によって、支持体と保護材料の剥離や、支持体のシワや折れ等が生じ、これに起因して、無機層が損傷してしまう。
また、支持体と保護材料との間を完全に密着することは難しく、支持体と保護材料との間には気泡が存在する。そのため、加熱を伴うプロセスにおいて、この気泡が膨張して、支持体と保護材料の剥離や、支持体のシワや折れ等が発生してしまう。
しかしながら、COCフィルムのような光学特性に優れたフィルムは、PETフィルム等に比して、非常に高価である。また、前述のように、保護材料は、最終的には廃棄される材料である。そのため、支持体としてCOCフィルムのような光学特性に優れたフィルムを用いた場合には、同じ材料から保護材料を用いると、積層型のガスバリアフィルムのコストが、非常に高くなってしまう。
また、支持体と保護材料とで同じ材料を用いたとしても、支持体と保護材料との間に存在する気泡に起因する剥離や、支持体のシワや折れ等は抑制することができない。
そのため、接着性の観点から、有機ELデバイス等に利用する、有機/無機積層型のガスバリアフィルムにおいては、最上層を無機層として、この無機層とパッシベーション膜とを対面して、無機材料同士を接着剤を介して積層することが好ましい。
ここで、保護フィルムと無機層とを接着剤を介して貼着した場合には、保護フィルムを剥離した際に、無機層上に接着剤が残存して、パッシベーション膜と無機層との接着を阻害するおそれがある。
すなわち、本発明は以下の構成の機能性フィルムおよびその製造方法を提供する。
ガスバリア支持体のリタデーション値が、300nm以下であり、
有機無機積層体は、1以上の有機層と2以上の無機層とを有し、ガスバリア支持体側である最下層および表面保護フィルム側である最上層は、無機層であり、
ガスバリア支持体の線膨張係数と裏面保護フィルムの線膨張係数との差が、0〜80ppm/℃であり、
表面保護フィルムの融点が、80〜170℃であり、
ガスバリア支持体と粘着層との25℃における粘着力が、0.01N/25mm〜0.15N/25mmであり、
表面保護フィルムと有機無機積層体の最上層の無機層との25℃における粘着力が、0.02N/25mm〜0.06N/25mmである機能性フィルム。
(2) ガスバリア支持体と有機無機積層体の最下層の無機層との間に第1の混合層を有し、第1の混合層の厚みが1nm〜20nmである(1)に記載の機能性フィルム。
(3) 有機無機積層体において、有機層とこの有機層上に積層される無機層との間に第2の混合層を有し、第2の混合層の厚みが1nm〜20nmである(1)または(2)に記載の機能性フィルム。
(4) 粘着層と裏面保護フィルムとの25℃における粘着力が、0.05N/25mm〜0.20N/25mmである(1)〜(3)のいずれかに記載の機能性フィルム。
(5) ガスバリア支持体の厚みが、20μm〜120μmであり、有機無機積層体の1つの有機層の厚みが、0.5μm〜5μmであり、1つの無機層の厚みが、10nm〜200nmであり、粘着層の厚みが、15μm〜250μmであり、裏面保護フィルムの厚みが、12μm〜100μmであり、表面保護フィルムの厚みが、20μm〜100μmである(1)〜(4)のいずれかに記載の機能性フィルム。
(6) ガスバリア支持体のガラス転移温度が、130℃以上であり、裏面保護フィルムのガラス転移温度が、70℃以上である(1)〜(5)のいずれかに記載の機能性フィルム。
(7) ガスバリア支持体と粘着層との100℃における粘着力が、0.03N/25mm〜0.14N/25mm、200℃における粘着力が、0.04N/25mm〜0.13N/25mmであり、粘着層と裏面保護フィルムとの100℃における粘着力が、0.07N/25mm〜0.19N/25mm、200℃における粘着力が、0.08N/25mm〜0.18N/25mmである(1)〜(6)のいずれかに記載の機能性フィルム。
(8) 裏面保護フィルムの摩擦係数が、0.6以下である(1)〜(7)のいずれかに記載の機能性フィルム。
(9) 表面保護フィルムのヤング率は、ガスバリア支持体のヤング率、および、裏面保護フィルムのヤング率の1/4以下である(1)〜(8)のいずれかに記載の機能性フィルム。
(10) 粘着層は、アクリル酸アルキルモノマーのアルキル基部分の炭素数が3〜10のもの、あるいはさらに、メタクリル酸アルキルモノマーを含む粘着材料からなり、温度25℃〜150℃、UV照射量100mJ/cm2〜1000mJ/cm2の条件で架橋した際の、架橋による体積収縮率が3%以下である(1)〜(9)のいずれかに記載の機能性フィルム。
(11) ガスバリア支持体と、ガスバリア支持体に貼着される粘着層と、粘着層に貼着される裏面保護フィルムとを有する長尺な積層体、ならびに、長尺な積層体のガスバリア支持体上に交互に積層される無機層および有機層を有し、裏面保護フィルムとは反対側の表面が有機層である複合体を作製する工程と、
複合体を長手方向に搬送しつつ、表面の有機層上に気相成長法により最上層の無機層を形成する成膜工程と、
成膜工程で形成された最上層の無機層上に、表面保護フィルムを貼り付ける表面保護フィルム貼付工程とを有し、
成膜工程と表面保護フィルム貼り付け工程とを、同じ圧力、温度の環境下で連続的に行うものであり、
ガスバリア支持体のリタデーション値が、300nm以下であり、
ガスバリア支持体の線膨張係数と裏面保護フィルムの線膨張係数との差が、0〜80ppm/℃であり、
表面保護フィルムの融点が、80〜170℃であり、
ガスバリア支持体と粘着層との25℃における粘着力が、0.01N/25mm〜0.15N/25mmである機能性フィルムの製造方法。
(12) 複合体を作製する工程は、無機層が積層された長尺な積層体の、無機層上に有機層となる組成物を塗布する塗布工程と、塗布した組成物を乾燥させる乾燥工程とを有し、乾燥工程において、複合体の温度が、70℃以上となる(11)に記載の機能性フィルムの製造方法。
(13) 複合体を作製する工程は、無機層が積層された長尺な積層体の、無機層上に有機層となる組成物を塗布する塗布工程と、塗布した組成物を乾燥させる乾燥工程と、乾燥した組成物に紫外線の照射を行って硬化させて有機層を形成する硬化工程とを有し、硬化工程において、複合体を温度30℃以上となるように裏面保護フィルム側から加熱しつつ、紫外線の照射を行う(11)または(12)に記載の機能性フィルムの製造方法。
本発明の機能性フィルムのように、有機/無機の積層型の機能性フィルムにおいて、主に目的とする機能を発現するのは、無機層である。従って、特定波長の光透過性など、目的とする機能を発現する無機層を選択して、本発明の機能性フィルムを構成すればよい。
従って、本発明は、高い光学特性を要求される場合が多く、かつ、無機層の損傷による性能劣化が大きいガスバリアフィルムには、より好適に利用される。
図1(A)に示すガスバリアフィルム10aは、ガスバリア支持体12の表面に無機層14を有し、その上に有機層16を有し、その上に2層目の無機層14を有する、ガスバリア支持体12の無機層14と有機層16とを交互に形成した、2層の無機層14と1層の有機層16との合計3層を積層してなる構成を有する。この2層の無機層14と1層の有機層16とによって、本発明における有機無機積層体28が構成される。
また、ガスバリア支持体12の裏面、すなわち、無機層14および有機層16の形成面の逆面には、粘着層20が貼着され、この粘着層20には、裏面保護フィルム24が貼着される。このガスバリア支持体12、粘着層20および裏面保護フィルム24によって、本発明における積層体26が構成される。
さらに、有機無機積層体28の上、すなわち、2層目の無機層14上には、表面保護フィルム18が貼着される。
例えば、図1(B)に示すガスバリアフィルム100のように、有機無機積層体28は、2層目の無機層14の上に、さらに、2層目の有機層16および3層目の無機層14を積層した、3層の無機層14と2層の有機層16との、合計5層を有する構成でもよい。あるいは、さらに、有機無機積層体28は、無機層14と有機層16とを交互に積層した、合計7層以上を有する構成であってもよい。
後述するが、有機層16は、無機層14を適正に形成するための下地層としてとして作用するものであり、下地の有機層16と無機層14との組み合わせの積層数が多いほど、優れたガスバリア性を有するガスバリアフィルムを得られる。
この点については、後に詳述する。
ここで、粘着層20、裏面保護フィルム24および表面保護フィルム18は、最終的には剥離され、図1(C)に示すような、ガスバリア支持体12の表面に無機層14と有機層16とを交互に有するのみのガスバリアフィルム10bとされる。この点に関しては、図1(B)に示すガスバリアフィルム100も同様である。
ガスバリア支持体12として、リタデーション値が300nm以下の低リタデーションフィルムを用いることにより、光学特性に優れたガスバリアフィルムを得ることができる。これにより、例えば、本発明のガスバリアフィルムを有機ELデバイス等に利用した際に、光のコントラスト低下、外光反射に起因する視認性の低下等を防止できる。
この点を考慮すると、ガスバリア支持体12のリタデーション値は、200nm以下が好ましく、150nm以下がより好ましい。
さらに、本発明においては、同様の理由で、ガスバリア支持体12は、全光線透過率が85%以上であるのが好ましい。
なお、ガスバリア支持体12は、このようなプラスチックフィルムの表面に、保護層、接着層、光反射層、反射防止層、遮光層、平坦化層、緩衝層、応力緩和層等の、各種の機能を得るための層(膜)が形成されているものであってもよい。
ガスバリア支持体12の厚さを20μm以上とすることにより、無機層14および有機層16の形成によるカールが大きくなることを抑制でき、かつ、これによりロールとして巻き取ることが容易になる、ガスバリアフィルム10a、あるいは、粘着層20、裏面保護フィルム24および表面保護フィルム18を剥離したガスバリアフィルム10bに十分な機械的強度を付与できる等の点で好ましい。
また、ガスバリア支持体12の厚さを120μm以下とすることにより、光学特性が良好なガスバリアフィルム10bが得られる、薄手化したガスバリアフィルム10a(10b)が得られる、可撓性の良好なガスバリアフィルム10a(10b)が得られる、軽量なガスバリアフィルム10a(10b)が得られる、ガスバリアフィルム10bを利用する製品(有機ELデバイス等)でも軽量化や薄手化を図れる等の点で好ましい。
以上の点を考慮すると、ガスバリア支持体12の厚さは、20〜75μmがより好ましい。
前述のように、ガスバリア支持体12の表面には、無機層14および有機層16が形成される。ここで、無機層14は、通常、プラズマCVDなどの気相成膜法で形成され、有機層16は、有機層16となる有機化合物を含有する塗料を塗布、乾燥および硬化する塗布法で形成される。すなわち、ガスバリアフィルム10aは、ガスバリア支持体12の加熱を伴う方法で無機層14および有機層16を形成される。
これに対し、ガスバリア支持体12として、Tgが130℃以上のものを用いることにより、無機層14および有機層16の形成における加熱によるガスバリア支持体12の熱損傷を防止できる。さらに、粘着層20、裏面保護フィルム24および表面保護フィルム18を剥離したガスバリアフィルム10bを利用する製品の製造における加熱工程におけるガスバリア支持体12の熱損傷を防止できる等の点でも好ましい。
ガスバリア支持体12の線膨張係数と、裏面保護フィルム24の線膨張係数との差を0〜80ppm/℃とすることにより、前述の無機層14および有機層16の形成における加熱によるガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24との剥離や変形を好適に防止できる。
この点については後に詳述する。
無機層14は、無機化合物からなる層である。ガスバリアフィルム10aにおいて、無機層14は、目的とするガスバリア性を、主に発現するものである。
具体的には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化インジウムスズ(ITO)などの金属酸化物; 窒化アルミニウムなどの金属窒化物; 炭化アルミニウムなどの金属炭化物; 酸化珪素、酸化窒化珪素、酸炭化珪素、酸化窒化炭化珪素などの珪素酸化物; 窒化珪素、窒化炭化珪素などの珪素窒化物; 炭化珪素等の珪素炭化物; これらの水素化物; これら2種以上の混合物; および、これらの水素含有物等の、無機化合物が、好適に例示される。
特に、窒化珪素、酸化珪素、酸窒化珪素、酸化アルミニウムは、透明性が高く、かつ、優れたガスバリア性を発現できる点で、ガスバリアフィルムには、好適に利用される。中でも特に、窒化珪素は、優れたガスバリア性に加え、透明性も高く、好適に利用される。
無機層14の厚さを10nm以上とすることにより、十分なガスバリア性能を安定して発現する無機層14が形成できる。また、無機層14は、一般的に脆く、厚過ぎると、割れやヒビ、剥がれ等を生じる可能性が有るが、無機層14の厚さを200nm以下とすることにより、割れが発生することを防止できる。
また、このような点を考慮すると、無機層14の厚さは、15〜100nmにするのが好ましく、特に、20〜75nmとするのが好ましい。
同様に、ガスバリアフィルム10aのように、複数の無機層14を有する場合には、各無機層14の形成材料も、同じでも異なってもよい。しかしながら、生産性や生産コスト等を考慮すれば、全ての無機層14を同じ材料で形成するのが好ましい。
具体的には、CCP−CVDやICP−CVD等のプラズマCVD、マグネトロンスパッタリングや反応性スパッタリング等のスパッタリング、真空蒸着などの気相成膜法(気相堆積法)が、好適に例示される。
前述のとおり、ガスバリア支持体が低リタデーション値を有する場合には、ガスバリア支持体と有機層との密着性が低いため、1層目の無機層の下地層としてガスバリア支持体12上に有機層を形成しても、搬送によるストレスや搬送経路の変更による屈曲等によって、支持体と有機層とに剥離が生じ、これに起因して、無機層が損傷してしまう。
また、このようなガスバリア支持体12の表面に形成される無機層14は、ガスバリア性を発現するのみならず、ガスバリア支持体12の保護層としても作用する。
ところが、ガスバリア支持体12となるプラスチックフィルムは、有機溶剤に対する耐性が低い場合が有り、プラスチックフィルムと有機溶剤との組み合わせによっては、プラスチックフィルムが溶解されてしまう場合が有る。特に、前述のような低リタデーションフィルムは、有機溶剤に対する耐性が低く、溶解されてしまう場合が多い。すなわち、ガスバリア支持体12の表面に有機層16を形成すると、ガスバリア支持体12の形成材料と塗料が含有する有機溶剤との組み合わせによっては、ガスバリア支持体12の表面が溶解してしまう場合が有る。
このようなガスバリア支持体12の溶解が生じると、ガスバリア支持体12のリタデーション値が変化する、光透過率が下がる、ヘイズが上がる等の不都合が生じ、ガスバリアフィルムの光学的な特性が大幅に低減してしまう。
そのため、ガスバリア支持体12の有機溶剤に対する耐性が低い場合でも、塗料によるガスバリア支持体12の溶解を防止して、ガスバリア支持体12の光学特性を維持することができ、光学特性に優れるガスバリアフィルムを得ることができる。
ガスバリア支持体12と無機層14との間にこのような混合層を有することにより、無機層14とガスバリア支持体12の密着性を向上して、ガスバリアフィルム10aの強度を向上できると共に、ガスバリア支持体12からの無機層14の剥離に起因するガスバリア性の低下も防止できる。
有機層16と無機層14との間にこのような混合層を有することにより、無機層14と有機層16との密着性を向上して、ガスバリアフィルム10aの強度を向上できると共に、有機層16からの無機層14の剥離に起因するガスバリア性の低下も防止できる。
なお、混合層は、ガスバリア支持体12あるいは有機層16に由来する成分と、無機層14に由来する成分とを含む層である。したがって、無機層14に由来する成分が無くなった位置が、ガスバリア支持体12あるいは有機層16と混合層との境界であり、ガスバリア支持体12あるいは有機層16に由来する成分が無くなった位置が、無機層14と混合層との境界である。
例えば、プラズマCVDで無機層14を形成する際には、投入電力等を調節して生成するプラズマ強度を調節する方法、無機層14の形成時にかけるバイアスを調節する方法等で、混合層の形成の有無や混合層の厚さ等を調節できる。
このように、有機無機積層体28の最上層を無機層14とすることにより、有機層16に起因するアウトガスの排出を防止できる。従って、有機無機積層体28の最上層が無機層14である構成は、例えば、有機無機積層体28側に、有機ELデバイス等の不要なガス成分に悪影響を受けやすいデバイスを配置する必要が有る場合に、好適である。
また、有機無機積層体28の最上層を無機層14とすることにより、ガスバリアフィルム10aをトップエミッション方式の有機ELデバイス等に利用する場合に、有機ELデバイスの、無機材料からなるパッシベーション膜と最上層の無機層14とを対面して接着することができる。すなわち、同じ無機材料同士を接着剤により接着するので、パッシベーション膜と無機層14との密着性を向上でき、水分やガスの浸入を防止して、有機ELデバイスの発光素子である有機EL材料の劣化を防止できる。
前述のように、有機層16は、ガスバリア性を発現する無機層14を適正に形成するための、下地層として機能する。このような下地の有機層16を有することにより、無機層14の形成面の平坦化や均一化を図って、無機層14の形成に適した状態にできる。
下地の有機層16および無機層14を積層した積層型のガスバリアフィルムでは、これにより、フィルムの全面に、隙間無く、適正な無機層14を形成することが可能になり、優れたガスバリア性を有するガスバリアフィルムを得ることができる。
具体的には、ポリエステル、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸−マレイン酸共重合体、ポリスチレン、透明フッ素樹脂、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、セルロースアシレート、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、脂環式ポリオレフィン、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、フルオレン環変性ポリカーボネート、脂環変性ポリカーボネート、フルオレン環変性ポリエステル、アクリロイル化合物、などの熱可塑性樹脂、あるいはポリシロキサン、その他の有機珪素化合物の膜が好適に例示される。これらは、複数を併用してもよい。
その中でも特に、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート(DPGDA)、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート(A−NOD−N)、1,6ヘキサンジオールジアクリレート(A−HD−N)、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート(TMPTA)、(変性)ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート(DPHA)などの、2官能以上のアクリレートおよび/またはメタクリレートのモノマー等の重合体を主成分とする、アクリル樹脂やメタクリル樹脂は、好適に例示される。また、これらのアクリル樹脂やメタクリル樹脂を、複数、用いるのも好ましい。
有機層16の厚さを0.5μm以上とすることにより、無機層14の全面を確実に有機層16で覆い、かつ、有機層16の表面すなわち無機層14の形成面を平坦化できる。
また、有機層16の厚さを5μm以下とすることにより、有機層16が厚すぎることに起因する、有機層16のクラックや、ガスバリアフィルム10aのカール等の問題の発生を、好適に抑制することができる。
以上の点を考慮すると、有機層16の厚さは、1〜3μmとするのが、より好ましい。
同様に、ガスバリアフィルム100のように、複数の有機層16を有する場合には、各有機層16の形成材料も、同じでも異なってもよい。しかしながら、生産性や生産コスト等を考慮すれば、全ての有機層16を同じ材料で形成するのが好ましい。
すなわち、有機層16を形成する際には、まず、有機層16となる有機化合物としてモノマー、ダイマー、トリマー、オリゴマー等、さらには、重合開始剤、シランカップリング剤、界面活性剤、増加粘剤等を有機溶剤に溶解してなる塗料を調節する。次いで、この塗料を無機層14の表面に塗布し、乾燥する。乾燥後、紫外線照射や電子線照射、加熱等によって、有機化合物を重合して、有機層16を形成する。
前述のように、このガスバリア支持体12、粘着層20および裏面保護フィルム24によって、本発明における積層体26が構成される。
ここで、前述のとおり、本発明のガスバリアフィルム10aにおいては、裏面保護フィルム24は、ガスバリア支持体12とは異なる熱的特性を有するものである。具体的には、ガスバリア支持体12の線膨張係数と裏面保護フィルム24の線膨張係数との差が、0〜80ppm/℃である。
さらに、本発明のガスバリアフィルム10aにおいては、粘着層20とガスバリア支持体12との25℃における粘着力が0.01〜0.15N/25mmである。
また、好ましくは、粘着層20と裏面保護フィルム24との25℃における粘着力が0.05〜0.20N/25mmである。
本発明は、このようにガスバリア支持体12と粘着層20との粘着力、および、粘着層20と裏面保護フィルム24との粘着力と、ガスバリア支持体の線膨張係数と裏面保護フィルムの線膨張係数との差を規定する。
これにより、COCフィルム等の高価なガスバリア支持体12を用いた場合でも、コストを向上することなく、ヒビや割れ等の損傷のない無機層14を有するガスバリアフィルム10aを実現している。
他方、裏面保護フィルム24は、最終的には剥離して廃棄するものであるので、PETフィルム等の安価なフィルムを用いるのが好ましい。
このように熱的特性が異なるガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24とを有する積層体26を用いて、ガスバリア支持体12の表面にRtoRによって無機層14や有機層16を形成すると、無機層14を形成する際のプラズマ等による熱や、有機層16を形成する際の乾燥による熱によって、ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24とが全く異なる変形を示し、搬送によるストレスや搬送経路の変更による屈曲等も有るため、これにより、ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24の剥離や、ガスバリア支持体12のシワや折れ等が生じてしまう。また、このガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24の剥離やガスバリア支持体12のシワ等に起因して、適正な無機層14が形成できず、さらに、先に形成した無機層14が損傷して、ガスバリア性が低下してしまう。
しかしながら、COCフィルム等の低リタデーションフィルムなど、光学特性が高いフィルムは、高価であるため、最終的に廃棄する裏面保護フィルムとして、低リタデーションフィルムなどの高い光学特性を有するフィルム等を利用すると、ガスバリアフィルムのコストが、非常に高くなってしまう。
また、ガスバリア支持体と裏面保護フィルムとで同じ材料を用いたとしても、ガスバリア支持体と裏面保護フィルムとの間に存在する気泡に起因する剥離や、ガスバリア支持体のシワや折れ等は抑制することができない。
そのため、RtoRによる無機層14や有機層16の形成の際の加熱によって、ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24とが異なる変形を示すと、貼着力の弱い粘着層20とガスバリア支持体12とが剥離して、次いで、張力によって、再度、貼着されることを繰り返す。
この剥離および貼着の繰り返しによって、ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24との互いに異なる変形が吸収される。また、ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24との間の気泡が膨張しても、一旦、剥離した際に、気泡が開放される。
その結果、両者の異なる変形や両者の間に存在する気泡に起因するガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24の剥離や、ガスバリア支持体12のシワ等が生じることがなく、これに起因する無機層14の損傷や不適正な無機層14の形成を防止できる。
また、前述のように、ガスバリアフィルム10aは、最終的には、粘着層20および裏面保護フィルム24を剥離したガスバリアフィルム10bとされる。ここで、本発明においては、粘着層20とガスバリア支持体12との粘着力が弱いため、裏面保護フィルム24を剥離することで、粘着層20も容易に剥離でき、しかも、無機層14を損傷することなく剥離を行え、かつ、粘着層20がガスバリア支持体12に残存することも防止できる。
特に、本発明によれば、ガスバリア支持体12への粘着層20の残存を防止できるため、低リタデーションフィルム等の光学特性に優れたフィルムをガスバリア支持体12として用いることにより、光学特性に優れたガスバリアフィルム10bを得ることができ、携帯電話やディスプレイなどに利用される、トップエミッション方式の有機ELデバイスに用いられるガスバリアフィルムとして、好適に利用可能となる。
粘着層20とガスバリア支持体12との粘着力が0.15N/25mmを超えると、裏面保護フィルム24等を剥離した際に無機層14を損傷する可能性がある、裏面保護フィルム24等を剥離した際にガスバリア支持体12に粘着層20が残ってしまう、すなわち、糊残りが生じたり、粘着層20とガスバリア支持体12との間で剥離および貼着の繰り返しが発生せず、ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24との互いに異なる変形を吸収できない、粘着層20とガスバリア支持体12との間に存在する気泡を開放できない等の不都合を生じる。
以上の点を考慮すると、粘着層20とガスバリア支持体12との粘着力は、0.01〜0.15N/25mmである。
粘着層20と裏面保護フィルム24との粘着力が0.20N/25mmを超えると、裏面保護フィルム24等を剥離した際に無機層14を損傷する可能性がある、粘着層20と裏面保護フィルム24との間で剥離および貼着の繰り返しが発生せず、ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24との互いに異なる変形を吸収できない、粘着層20と裏面保護フィルム24との間に存在する気泡を開放できない等の不都合を生じる場合がある。
以上の点を考慮すると、粘着層20と裏面保護フィルム24の粘着力は、0.05〜0.20N/25mmが好ましい。
以下、上記範囲の粘着力を微粘着ともいう。
粘着層20の材料としては、アクリル樹脂系の接着剤、エポキシ樹脂系の接着剤、ウレタン樹脂系の接着剤、ビニル樹脂系の接着剤、ゴム系の接着剤等が例示される。
粘着層20の厚さを15μm以上とすることにより、前述の粘着層20とガスバリア支持体12との剥離および貼着の繰り返しによる、ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24との異なる変形を十分に吸収することができ、より好適に、ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24の剥離、ガスバリア支持体12のシワや折れ、これに起因する無機層14の損傷等を防止できる等の点で好ましい。
他方、粘着層20の厚さを250μm以下とすることにより、後述する無機層14の形成の際の裏面からの冷却に対して熱伝導性が低下することを防止でき、これにより、形成する無機層14のガスバリア性を向上できる等の点で好ましい。
以上の点を考慮すると、粘着層20の厚さは、25〜150μmがより好ましい。
一例として、接着剤の塗布によって形成する方法、粘着テープ(接着テープ)を利用して形成する方法が例示される。
また、上記のアクリル酸アルキルモノマーを用いる場合には、粘着層20の材料となる塗布液を塗布した後、UV硬化により架橋して形成するのが好ましい。また、温度25℃〜150℃、UV照射量100mJ/cm2〜1000mJ/cm2の条件で、UV硬化した際の、架橋による体積収縮率が3%以下であるのが好ましい。
本発明のガスバリアフィルム10aは、このように、ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24との線膨張係数の差をこのような範囲とすることにより、前述のように、裏面保護フィルム24によって、RtoRにおけるガスバリア支持体12の搬送の安定化を図ると共に、COCフィルムなどの低リタデーションフィルム等の高価な光学特性に優れたフィルムを用いた際にも、裏面保護フィルム24として安価なPETフィルムを用いることを可能にして、安価で、かつ、無機層14の損傷が無いガスバリアフィルム10aを実現している。
また、上記のとおり、本発明においては、裏面保護フィルム24とガスバリア支持体12との線膨張係数に若干の差があっても、変形を十分に吸収することができるので、裏面保護フィルム24と、ガスバリア支持体12との線膨張係数の差が、10ppm〜80ppm/℃である場合により好適に適用できる。線膨張係数の差が10ppm未満とするには、材料の選択幅が狭くなり、ガスバリア支持体12と同じ材料を選ばざるを得なくなるおそれがある。特に、高価な光学フィルムを裏面保護フィルムに用いると、コストが2倍以上となってしまう。また、線膨張係数の差が80ppm超の場合には、成膜工程の熱に起因する変形自体が大きくなり、高品質な無機膜が得られなくなる。また、作製したガスバリアフィルムを各種装置に組み込む際や使用する際の熱に伴う変形が大きくなり所望のガスバリア性を発現できないおそれがある。
具体的には、PET、PP等からなるプラスチックフィルムが好適に例示される。
裏面保護フィルム24の厚さを12μm以上とすることにより、裏面保護フィルム24を設けることの効果を十分に発揮して、RtoRによる無機層14等の形成の際にガスバリア支持体12(積層体26)の安定した搬送が可能になる等の点で好ましい。
また、裏面保護フィルム24の厚さを100μm以下とすることにより、無機層14等の形成の際における裏面保護フィルム24の熱変形量を低減できる、後述する無機層14の形成の際の裏面からの冷却に対して熱伝導性が低下することを防止できる、軽量なガスバリアフィルム10aが得られる等の点で好ましい。
以上の点を考慮すると、裏面保護フィルム24の厚さは、25〜75μmがより好ましい。
ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24との厚さの比を、この範囲とすることにより、ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24との熱的特性の違いに起因して、無機層14や有機層16等の形成時に裏面保護フィルム24が無機層14等に与えるストレスを低減でき、より高いガスバリア性が得られる等の点で好ましい。
前述のように、ガスバリアフィルム10aは、前述のガスバリア支持体12と同様、裏面保護フィルム24のTgを70℃以上とすることにより、無機層14および有機層16の形成の際における加熱による裏面保護フィルム24の熱損傷や溶解を防止できる等の点で好ましい。
前述のとおり、本発明においては、光学特性に優れた低レタデーション値を有するガスバリア支持体12を用いる。このようなガスバリア支持体12は水蒸気透過率が高い場合がある。また、前述のとおり、密着性の観点から、ガスバリア支持体12の上には直接、無機層14が形成される。
そのため、ガスバリア支持体を透過した水蒸気や酸素等が、最下層の無機層に到達し、無機層の酸化等により、密着性が低下したり、ガスバリア性が低下するおそれがある。
なお、本発明において、水蒸気透過率(WVTR)は、JIS Z0208の防湿包装材料の透湿度試験方法(カップ法)に基づいて測定した値である。
裏面保護フィルム24の摩擦係数を0.6以下とすることにより、RtoRによる搬送の際における裏面保護フィルム24とガイドローラ等との摩擦を低減して、低い搬送力で積層体26を搬送することができる。これにより、ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24の剥離や、ガスバリア支持体12のシワ等の発生をより好適に防止できる。
なお、本発明において、裏面保護フィルム24の摩擦係数は、JIS K7125に基づいて測定される、裏面保護フィルム同士の摩擦係数とする。
また、粘着層20と裏面保護フィルム24との100℃における粘着力は、0.07〜0.19N/25mmであるのが好ましく、200℃における粘着力は、0.08〜0.18N/25mmであるのが好ましい。
これに対して、最上層の無機層14の上に表面保護フィルム18を貼着することにより、無機層14を保護して、無機層14の損傷を防止する。
前述のとおり、ガスバリアフィルム10aを有機ELデバイス等の各種装置に利用する際には、表面保護フィルム18は無機層14から剥離される。そのため、表面保護フィルムと無機層との粘着力が強いと表面保護フィルムを剥離する際に無機層を損傷してしまうおそれがある。
これに対して、表面保護フィルム18と最上層の無機層14との粘着力を上記範囲とすることにより、無機層14を損傷することなく表面保護フィルム18を剥離することができ、光学特性およびガスバリア性に優れたガスバリアフィルムを有機ELデバイス等の装置に利用することができる。
前述のとおり、ガスバリアフィルム10aを有機ELデバイス等の各種装置に利用する際には、ガスバリアフィルム10bのように表面保護フィルム18を剥離した状態で利用される。例えば、ガスバリアフィルムを有機ELデバイスに組み込む際には、ガスバリアフィルムの最上層の無機層と有機ELデバイスのパッシベーション膜との無機材料同士を接着剤にて接着する。
ここで、無機材料同士を好適に接着するための接着剤と、表面保護フィルムを貼着するために好適に用いられるような接着剤とは、互いに異なる材料からなる。そのため、表面保護フィルムと最上層の無機層とを接着剤を介して接着した場合には、無機層上に接着剤が残ってしまい、無機層とパッシベーション膜とを接着する接着剤の機能を阻害してしまう等の不都合を生じる。
ここで、接着剤を用いずに表面保護フィルムを貼り付ける方法としては、熱圧着が用いられる。そのため、熱圧着で表面保護フィルムを貼り付ける際の熱によっても、裏面保護フィルムとガスバリア支持体との熱的特性の違いに起因する剥離等の問題が発生するおそれがある。
これに対して、本発明においては、表面保護フィルム18の材料の融点を、80℃〜170℃とする。これにより、比較的低い温度で熱圧着を行うことができ、裏面保護フィルムとガスバリア支持体との熱的特性の違いに起因する問題を好適に低減できる。
表面保護フィルム18の厚さを20μm以上とすることにより、最上層の無機層14を保護する効果を十分に発揮して、RtoRによるガスバリアフィルム10aの安定した搬送が可能になる等の点で好ましい。
また、表面保護フィルム18の厚さを100μm以下とすることにより、軽量なガスバリアフィルム10aが得られる、RtoRで巻き取った際のロール径を小さくできる等の点で好ましい。
また、無機層14の保護、軽量化等の観点から、表面保護フィルム18の厚さは、30μm〜70μmが好ましい。
表面保護フィルム18のヤング率を小さくすることにより、表面保護フィルム18の剥離性を向上できる、巻き取った際のシワを低減できる、各層の形成幅の違いに起因する端部の段差の転写を減少できる等の点で好ましい。
表面保護フィルム18の水蒸気透過率を0.5〜25[g/(m2・day)]とすることにより、最上層の無機層に水蒸気や酸素等が到達することを防止し、ガスバリア性が低下するのを防止できる。
図2(A)および図2(B)に、本発明のガスバリアフィルム10aを製造する製造装置の一例を、概念的に示す。
この製造装置は、無機層14を形成する無機成膜装置32と、有機層16を形成する有機成膜装置30とを有して構成される。
図2(A)は無機成膜装置32であり、図2(B)は有機成膜装置30である。
このようなRtoRは、高い生産性で、効率の良いガスバリアフィルム10aの製造が可能である。
従って、図2(A)に示す無機成膜装置32において被成膜材料Zaとなるのは、長尺な積層体26、および、積層体26の表面に1以上の層が形成された、表面が有機層16の材料である。
他方、図2(B)に示す有機成膜装置において、被成膜材料Zbとなるのは、積層体26の表面に1以上の層が形成された、表面が無機層14の材料である。
なお、無機成膜装置32は、図示した部材以外にも、搬送ローラ対や、被成膜材料Zaの幅方向の位置を規制するガイド部材、各種のセンサなど、長尺な被形成材料を搬送しつつ気相堆積法による成膜を行なう公知の装置に設けられる各種の部材を有してもよい。
供給室56において、積層体26や有機層16等を形成された積層体26である、長尺な被成膜材料Zaを巻回した材料ロール61は、回転軸64に装填される。
回転軸64に材料ロール61が装填されると、被成膜材料Zaは、供給室56から、成膜室58を通って、巻取り室60の巻取り軸92に至る、所定の搬送経路を通される。RtoRを利用する無機成膜装置32は、材料ロール61からの被成膜材料Zaの送り出しと、巻取り軸92での無機層形成済の被成膜材料Zaの巻き取りとを同期して行なって、被成膜材料Zaを長手方向に搬送しつつ、成膜室58において、被成膜材料Zaに連続的に無機層を形成する。
真空排気手段70には、特に限定はなく、ターボポンプ、メカニカルブースターポンプ、ドライポンプ、ロータリーポンプなどの真空ポンプ等、真空での成膜装置に用いられている公知の真空排気手段が、各種、利用可能である。この点に関しては、後述する他の真空排気手段74および76も同様である。
また、成膜室58には、成膜した無機層14を保護するための表面保護フィルムFを供給するための、フィルムロール87も配置される。
供給室56から供給され、ガイドローラ84aによって所定の経路に案内され、ドラム80の所定位置に巻き掛けられた被成膜材料Zaは、ドラム80の周面の所定領域に掛け回されて、ドラム80に支持/案内されつつ、所定の搬送経路を搬送され、成膜手段82によって、表面に無機層14を形成される。
なお、ドラム80に温度調節手段を内包して、無機層14の成膜中に積層体26を例えば冷却してもよい。
本発明の製造方法において、無機層14は、前述の特許文献に記載される形成方法等、公知の気相堆積法で形成すればよい。従って、成膜手段82での成膜方法にも、特に限定は無く、CVD、プラズマCVD、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング等、公知の成膜方法が、全て、利用可能である。
例えば、成膜室58がICP−CVD法(誘導結合型プラズマCVD)によって無機層14の成膜を行なうものであれば、成膜手段82は、誘導磁場を形成するための誘導コイルや、成膜領域に反応ガスを供給するためのガス供給手段等を有して構成される。
成膜室58が、CCP−CVD法(容量結合型プラズマCVD)によって無機層14の成膜を行なうものであれば、成膜手段82は、中空状でドラム62に対向する面に多数の小孔を有し反応ガスの供給源に連結される、高周波電極および反応ガス供給手段として作用するシャワー電極等を有して構成される。
成膜室58が真空蒸着によって無機層14の成膜を行なうものであれば、成膜手段82は、成膜材料を充填するルツボ、ルツボを遮蔽するシャッタ、ルツボ内の成膜材料を加熱する加熱手段等を有して構成される。
さらに、成膜室58が、スパッタリングによって無機層14の成膜を行なうものであれば、成膜手段82は、ターゲットの保持手段や高周波電極、ガスの供給手段等を有して構成される。
例えば、CCP−CVD法によって無機層14を成膜する場合には、成膜室58内の圧力は20Pa〜200Pa、温度は0℃〜80℃とするのが好ましい。ICP−CVD法によって、無機層14を成膜する場合には、成膜室58内の圧力は0.1Pa〜10Pa、温度は0℃〜80℃とするのが好ましい。
フィルムロール87は、表面保護フィルムFをロール状に巻回してなるものである。このフィルムロール87は、図示しない駆動源によって回転する回転軸86に軸支され、被成膜材料Zaの搬送に同期して回転して、表面保護フィルムFを送り出す。表面保護フィルムFは、ガイドローラ84bによって、無機層14の表面に当接して、被成膜材料Zaに積層/貼着される。すなわち、成膜室58において、ガイドローラ84bは、被成膜材料Zaへの表面保護フィルムFの貼着ローラとしても作用する。
また、成膜室58において形成した無機層14が最上層の無機層14以外の無機層14である場合には、この無機層14上に貼着された表面保護フィルムFは、後述する有機成膜装置30における有機層16の形成の際に剥離される表面保護フィルムFである。
成膜工程と表面保護フィルム貼り付け工程とを、同じ圧力、温度の環境下で連続的に行うことにより、成膜工程で加えられた熱を利用して表面保護フィルムFを熱圧着することができる。また、貼着工程では、成膜工程と同じ圧力、すなわち、真空下で、成膜工程と連続的に、表面保護フィルムFを貼着するので、表面保護フィルムFと無機層14との間に気泡が混入することを低減できる。
また、貼着工程において、表面保護フィルムFおよび/または被成膜材料Zaを加熱する加熱手段を有していてもよい。例えば、表面保護フィルムFの貼着ローラとして作用するガイドローラ84bが、加熱手段を有していてもよい。
しかしながら、無機層14の保護の観点から、成膜手段82によって無機層14が成膜された被成膜材料Zaが他のガイドローラ等に接触する前に表面保護フィルムFを貼着することが好ましい。従って、ドラム80に最も近い位置に配置されるガイドローラ84bを、貼着ローラとするのが好ましい。
巻取り室60に搬送された成膜済の被成膜材料Zaは、巻取り軸92によってロール状に巻回され、無機層14を形成され、表面保護フィルムFを貼着された被成膜材料Zaを巻回してなる材料ロール93とされる。この材料ロール93は、有機成膜装置30に供給され、あるいは、本発明の機能性フィルムであるガスバリアフィルム10a等を巻回してなる材料ロール93として次工程に供給される。
図示例において、有機成膜装置30は、一例として、塗布手段36と、乾燥手段38と、光照射手段40と、回転軸42と、巻取り軸46と、搬送ローラ対48および50とを有する。また、有機成膜装置30は、無機層14を成膜する無機成膜装置32で貼着された表面保護フィルムFを剥離して巻き取る、巻取り軸44も有する。
なお、有機成膜装置30は、図示した部材以外にも、搬送ローラ対、被成膜材料Zbのガイド部材、各種のセンサなど、長尺な被形成材料を搬送しつつ塗布による成膜を行なう公知の装置に設けられる各種の部材を有してもよい。
回転軸42に材料ロール93が装填されると、被成膜材料Zbは、材料ロール61から引き出され、搬送ローラ対48を経て、塗布手段36、乾燥手段38および光照射手段40の下部を通過して、搬送ローラ対50を経て、巻取り軸46に至る、所定の搬送経路を通される。
この塗料は、有機溶剤に、架橋して重合することによって有機層16となる、モノマーなどの有機化合物を、有機溶剤に溶解してなるものである。また、好ましくは、この塗料は、有機層16の密着性を向上するために、シランカップリング剤を含有する。さらに、この塗料には、界面活性剤、重合開始剤、増加粘剤等の必要な成分を、適宜、添加してもよい。
従って、塗料の塗布は、ダイコート法、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、スライドコート法等の公知の塗料の塗布方法が、全て利用可能である。
中でも、非接触で塗料を塗布できるので被成膜材料Zbの表面を損傷しない、ビードの形成により被成膜材料Zbの表面の凹凸等の包埋性に優れる、等の理由で、ダイコート法は、好適に利用される。
乾燥手段38により塗料の乾燥方法には、限定はなく、被成膜材料Zbが光照射手段40に至る前に、塗料を乾燥して有機溶剤の除去等を行って、架橋が可能な状態にできるものであれば、公知の乾燥手段が全て利用可能である。公知の方法が、各種利用可能である。一例として、ヒータによる加熱乾燥、温風による加熱乾燥等が例示される。
シランカップリング剤を含有する塗料を用いた場合に、被成膜材料Zbを70℃以上の温度として塗料を乾燥することにより、有機層16と無機層14との密着性がより向上する点で好ましい。
光照射手段40による塗膜の硬化時には、必要に応じて、被成膜材料Zbにおける光照射手段40による光照射領域を、窒素置換等による不活性雰囲気とするようにしてもよい。また、必要に応じて、裏面に当接するバックアップローラ等を用いて、硬化時に被成膜材料Zbすなわち塗膜の温度を調節するようにしてもよい。
硬化工程における被成膜材料Zbの温度を上記範囲とすることにより、架橋密度を上げることができ、有機層の硬度および耐擦傷性を向上できる等の点で好ましい。
本発明においては、前述のように、有機層16としてアクリル樹脂やメタクリル樹脂などのアクリル系樹脂が好適に利用されるので、光重合が好適に利用される。
この材料ロール61は、有機層16を形成した被成膜材料Zbを巻回してなる材料ロール61として無機成膜装置32に供給される。
なお、図1(B)に示すガスバリアフィルム100や、その他の層構成を有するガスバリアフィルムを作製する際にも、形成する無機層14の数および有機層16の数や、層構成に応じて、同様の無機層14および有機層16の形成を繰り返し行えばよい。
この積層体26は、例えば、図2(B)に示す公知の有機層の成膜装置に、材料ロールからの長尺なシート状物の送りだし手段や積層ローラ等の長尺なシート状物に長尺なシート状物を積層する手段を組み込んだ装置を用いる方法など、2つのシート状物を粘着層で貼着してなる長尺な積層体シートを作製する、RtoRによる公知の方法で製造すればよい。なお、積層体26の作製において、粘着層20の乾燥および硬化が不要な場合には、粘着層20(塗料)の乾燥部および硬化部は不要である。
材料ロール61が回転軸64に装填されると、被成膜材料Zaが引き出され、供給室56から、成膜室58を経て巻取り室60の巻取り軸92に至る所定の経路を通される。
成膜室58に搬送された、被成膜材料Zaは、ガイドローラ84aに案内されてドラム80に巻き掛けられ、ドラム80に支持されて所定の経路を搬送されつつ、成膜手段82によって、例えば、CCP−CVDによって、1層目の無機層14を形成される。その後、この1層目の無機層14上に、フィルムロール87から送り出された表面保護フィルムFが貼着される。
なお、無機層14の形成は、形成する無機層14に応じて、公知の気相堆積法による成膜方法で行えばよい。従って、使用するプロセスガスや成膜条件等は、形成する無機層14や膜厚等に応じて、適宜、設定/選択すればよい。
巻取り室60に搬送された被成膜材料Zbは、ガイドローラ90によって巻取り軸92に案内され、巻取り軸92によってロール状に巻回され、材料ロール93とされる。
回転軸42に材料ロール93が装填されると、被成膜材料Zbである1層目の無機層14を形成された積層体26は、材料ロール93から引き出され、搬送ローラ対48を経て、塗布手段36、乾燥手段38および光照射手段40を通過して、搬送ローラ対50を経て、巻取り軸46に至る、所定の搬送経路を通される。
有機層16となる塗料が塗布された被成膜材料Zbは、次いで、乾燥手段38によって加熱されて、有機溶剤を除去され塗料が乾燥される。
このガスバリアフィルム10aは、巻取り軸92にロール状に巻回され、ガスバリアフィルム10aが巻回された材料ロール93として、製品として出荷あるいは保管され、もしくは、次の工程等に供給される。
また、前述のように、積層体26は、粘着層20とガスバリア支持体12とが微粘着であり、さらに、ガスバリア支持体12の線膨張係数と裏面保護フィルム24の線膨張係数との差が、0〜80ppm/℃である。そのため、無機層14の形成によって加熱され、また、有機層16の形成において塗料を乾燥するために加熱され、ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24とが異なる変形をしたり、層間に存在する気泡が膨張しても、粘着層20と裏面保護フィルム24とが剥離および貼着を繰り返すので、ガスバリアフィルム10aは、ガスバリア支持体12と裏面保護フィルム24の剥離やガスバリア支持体12のシワ等が生じることがなく、これに起因する無機層14の損傷を防止できる。
[実施例1]
ガスバリア支持体12として、幅1000mmで厚さが50μmの長尺なCOCフィルム(グンゼ社製、F1フィルム)を用意した。このガスバリア支持体12の線膨張係数(CTE)は65ppm/℃であり、リタデーション値(Re)は5nmである。また、ヤング率は3GPaである。また、水蒸気透過率(WVTR)は1[g/(m2・day)]である。
また、裏面保護フィルム24として、幅が1000mmで厚さが50μmの長尺なPETフィルム(東レ社製、ルミラー)を用意した。この裏面保護フィルム24の線膨張係数(CTE)は15ppm/℃であり、摩擦係数(μ)は0.6である。また、ヤング率は4.5GPaである。また、水蒸気透過率(WVTR)は3[g/(m2・day)]である。
また、表面保護フィルム18または表面保護フィルムFとして、幅が1000mmで厚さが50μmの長尺な低密度ポリエチレンフィルム(LDPE)(サンエー化研社製、SUNYTECT PAC-2)を用意した。この表面保護フィルムの融点Tmは108℃である。また、ヤング率は0.3GPaである。また、水蒸気透過率(WVTR)は20[g/(m2・day)]である。
なお、接着剤は、硬化後の粘着層20の厚さが50μmとなるように塗布した。
なお、以上の処理は、接着剤の塗布手段および硬化手段、ならびに、長尺なシート状物の積層手段を有する、RtoRによる公知の装置を用いて行った。
この積層体26のガスバリア支持体12および裏面保護フィルム24と粘着層20との粘着力を、剥離試験機を用いてJIS Z0237に準拠して測定したところ、ガスバリア支持体12と粘着層20との粘着力が0.025N/25mm、裏面保護フィルム24と粘着層20との粘着力が0.1N/25mmであった。
シャワー成膜電極には、高周波電源から、周波数13.5MHzで3000Wのプラズマ励起電力を供給した。さらに、ドラム80には、バイアス電源から、500Wのバイアス電力を供給した。また、成膜中は、ドラム80の温度を−20℃に調整した。
次いで、無機層14を形成した積層体26を巻回してなる材料ロール93を、巻取り室60から取り出した。
有機層16を形成する塗料は、MEK(メチルエチルケトン)に、TMPTA(ダイセル・サイテック社製)、光重合開始剤(チバケミカルズ社製 Irg189)、シランカップリング剤(信越シリコーン社製 KBM5103)を添加して、調製した。すなわち、有機層16は、TMPTAを重合してなる層である。
光重合開始剤の添加量は、有機溶剤を除いた濃度で2質量%、シランカップリング剤の添加量は、有機溶剤を除いた濃度で10質量%、とした(すなわち固形分におけるTMPTAは88質量%)。また、これらの比率で配合した成分をMEKに希釈した塗料の固形分濃度は、15質量%(すなわちMEKは85質量%)とした。
このガスバリアフィルム10aの表面保護フィルム18と最上層の無機層14との粘着力を、剥離試験機を用いてJIS Z0237に準拠して測定したところ、粘着力は0.04N/25mmであった。
裏面保護フィルム24の厚さを38μmにした以外(実施例2);
裏面保護フィルム24の厚さを75μmにした以外(実施例3);
裏面保護フィルム24の厚さを20μmにした以外(実施例4);
は、実施例1と同様にして、図1(A)に示すガスバリアフィルム10aを作製した。
ガスバリア支持体12の厚さを25μmとした以外(実施例5);
ガスバリア支持体12の厚さを25μmとし、裏面保護フィルム24の厚さを75μmとした以外(実施例6);
ガスバリア支持体12の厚さを100μmとした以外(実施例7);
ガスバリア支持体12の厚さを100μmとし、裏面保護フィルム24の厚さを38μmとした以外(実施例8);
は、実施例1と同様にして図1(A)に示すガスバリアフィルム10aを作製した。
表面保護フィルム18の厚さを25μmに変更した以外(実施例9);
表面保護フィルム18の厚さを75μmに変更した以外(実施例10);
は、実施例1と同様にして図1(A)に示すガスバリアフィルム10aを作製した。
粘着層20の厚さを25μmに変更した以外(実施例11);
粘着層20の厚さを75μmに変更した以外(実施例12);
粘着層20の厚さを100μmに変更した以外(実施例13);
粘着層20の厚さを150μmに変更した以外(実施例14);
粘着層20の厚さを200μmに変更した以外(実施例15);
は、実施例1と同様にして、図1(A)に示すガスバリアフィルム10aを作製した。
裏面保護フィルム24を厚さ50μm、線膨張係数13ppm/℃のPENフィルム(帝人デュポンフィルム社製 テオネックス)に変更した以外(実施例16);
裏面保護フィルム24を厚さ50μm、線膨張係数27ppm/℃のPIフィルム(東レ・デュポン社製 カプトン)に変更した以外(実施例17);
裏面保護フィルム24を厚さ50μm、線膨張係数27ppm/℃のPIフィルム(東レ・デュポン社製 カプトン)に変更し、ガスバリア支持体12を厚さ50μm、線膨張係数77ppm/℃、リタデーション値148nmのPCフィルム(帝人社製 S148)に変更した以外(実施例18);
は、実施例1と同様にして、図1(A)に示すガスバリアフィルム10aを作製した。
粘着層20を形成する際の条件を変更して、ガスバリア支持体12との粘着力を0.01とした以外(実施例19);
粘着層20を形成する際の条件を変更して、ガスバリア支持体12との粘着力を0.05とした以外(実施例20);
粘着層20を形成する際の条件を変更して、ガスバリア支持体12との粘着力を0.15とした以外(実施例21);
粘着層20を形成する際の条件を変更して、裏面保護フィルム24との粘着力を0.05とした以外(実施例22);
粘着層20を形成する際の条件を変更して、裏面保護フィルム24との粘着力を0.20とした以外(実施例23);
は、実施例1と同様にして、図1(A)に示すガスバリアフィルム10aを作製した。
表面保護フィルム18を熱圧着する際の条件を変更して、無機層14との粘着力を0.02とした以外(実施例24);
表面保護フィルム18を熱圧着する際の条件を変更して、無機層14との粘着力を0.06とした以外(実施例25);
は、実施例1と同様にして、図1(A)に示すガスバリアフィルム10aを作製した。
裏面保護フィルム24の粘着層20とは反対側の面にコロナ処理を施して表面粗さを粗くして、摩擦係数を0.4とした以外(実施例26)は、実施例1と同様にして、図1(A)に示すガスバリアフィルム10aを作製した。
表面保護フィルム18を厚さ50μm、融点Tm165℃、ヤング率0.6のPPフィルム(サンエー化研社製 SUNYTECT PAC-3)に変更した以外(実施例27)は、実施例1と同様にして、図1(A)に示すガスバリアフィルム10aを作製した。
裏面保護フィルムおよび粘着層を有さない以外は、実施例1と同様にして、ガスバリアフィルムを作製した。
表面保護フィルムを有さない以外は、実施例1と同様にして、ガスバリアフィルムを作製した。
粘着層を形成する際の条件を変更して、ガスバリア支持体との粘着力を2とした以外(比較例3);
粘着層を形成する際の条件を変更して、ガスバリア支持体との粘着力を0.005とした以外(比較例4);
は、実施例1と同様にして、ガスバリアフィルムを作製した。
表面保護フィルムを熱圧着する際の条件を変更して、無機層との粘着力を0.2とした以外(比較例5);
表面保護フィルムを熱圧着する際の条件を変更して、無機層との粘着力を0.001とした以外(比較例6);
は、実施例1と同様にして、ガスバリアフィルムを作製した。
有機無機積層体の層構成を、ガスバリア支持体側から有機層、無機層、有機層の順に形成した構成とした以外(比較例7)は、実施例1と同様にして、ガスバリアフィルムを作製した。
裏面保護フィルムを厚さ50μm、線膨張係数160ppm/℃のPEフィルム(サンエー化研社製 SUNYTECT PAC-2)に変更した以外(比較例8)は、実施例1と同様にして、ガスバリアフィルムを作製した。
表面保護フィルムを厚さ50μm、融点260℃、ヤング率5.5のPETフィルム(東レ社製 ルミラー)に変更した以外(比較例9)は、実施例1と同様にして、図1(A)に示すガスバリアフィルム10aを作製した。
このようにして作製した実施例1〜27および比較例1〜9のガスバリアフィルムについて、表面保護フィルムおよび裏面保護フィルムを剥離する前のガスバリアフィルムの変形性(以下、「剥離前の変形性」ともいう)、表面保護フィルムを剥離し裏面保護フィルムを剥離する前のガスバリアフィルムのガスバリア性(以下、「剥離前のバリア性」ともいう)、裏面保護フィルムおよび表面保護フィルムを剥離した後のガスバリアフィルムの変形性(以下、「剥離後の変形性」ともいう)、裏面保護フィルムおよび表面保護フィルムを剥離した後のガスバリアフィルムのガスバリア性(以下、「剥離後のバリア性」ともいう)を評価した。
任意に選択した1m2の領域において、目視による確認によって、作製したガスバリアフィルムの変形性を、評価した。
全く変形が認められない場合を『AAA』;
僅かな変形が1箇所確認できる場合を『AA』;
僅かな変形が2〜3箇所確認できる場合を『A』;
僅かな変形が4〜5箇所確認できる場合を『B』;
変形は見られるが、実用上問題にならない場合を『C』;
大きな変形が有り、実用上も使用できない場合を『D』;
全面的に大きな変形が有り、実用上も使用できない場合を『E』; と評価した。
作製したガスバリアフィルムから表面保護フィルムを剥離し、水蒸気透過率[g/(m2・day)]を、カルシウム腐食法(特開2005−283561号公報に記載される方法)によって測定した。なお、恒温恒湿処理の条件は、温度40℃、湿度90%RHとした。
7×10-6[g/(m2・day)]未満のものを『AAA』;
7×10-6[g/(m2・day)]以上、9×10-6[g/(m2・day)]未満のものを『AA』;
9×10-6[g/(m2・day)]以上、3×10-5[g/(m2・day)]未満のものを『A』;
3×10-5[g/(m2・day)]以上、5×10-5[g/(m2・day)]未満のものを『B』;
5×10-5[g/(m2・day)]以上、9×10-5[g/(m2・day)]未満のものを『C』;
9×10-5[g/(m2・day)]以上、3×10-4[g/(m2・day)]未満のものを『D』;
3×10-4[g/(m2・day)]以上のものを『E』; と、評価した。
ガスバリアフィルムから表面保護フィルムを剥離した後、さらに、裏面保護フィルム(および粘着層)を剥離して、ガスバリア支持体および有機無機積層体からなるガスバリアフィルムとした。
このガスバリアフィルムについて、目視によって、ガスバリア支持体の変形およびガスバリア支持体への粘着層の残存を確認することで、裏面保護フィルムおよび表面保護フィルムの剥離後の変形性を評価した。剥離性が悪い方が、ガスバリア支持体の変形や、ガスバリア支持体への粘着層の残存が発生し易くなる。
剥離しても、ガスバリア支持体の変形が発生せず、かつ、ガスバリア支持体への粘着層の残存が全く無い場合を『A』;
剥離によって、ガスバリア支持体の変形、および、ガスバリア支持体への粘着層の残存の少なくとも一方が、僅かに発生する場合を『B』;
剥離によって、ガスバリア支持体の変形、および、ガスバリア支持体への粘着層の残存の少なくとも一方が、剥離方向に断続的に発生する場合を『C』;
剥離によって、ガスバリア支持体の変形、および、ガスバリア支持体への粘着層の残存の少なくとも一方が、剥離方向に連続的に発生し、実用上も使用できない場合を『D』;
剥離できない、ガスバリア支持体の破断、および、全面的な粘着層の残存が認められる、のいずれか1つでも発生した場合を『E』; と評価した。
剥離前のガスバリア性と同様にして、裏面保護フィルムを剥離したガスバリアフィルムの水蒸気透過率[g/(m2・day)]を測定し、同様に評価した。
各実施例、比較例の構成を下記の表1に示し、結果を下記の表2に示す。
なお、実施例21は、ガスバリア支持体12と粘着層20との粘着力が、他の例よりも、若干、高いため、ガスバリア支持体12と粘着層20との間で剥離と貼着の繰り返しが起きにくくなり、これに起因して、無機層14が、若干、損傷して、ガスバリア性が若干低下したと考えられる。
また、実施例22は、裏面保護フィルム24と粘着層20との粘着力が他の例よりも、若干、低いため、裏面保護フィルム24を剥離した後に、ガスバリア支持体12側に粘着層の残存が断続的に発生した。
また、表面保護フィルム18を有さない比較例2は、RtoRでの搬送の際に、無機層が直接、ガイドローラに触れてしまう。その結果、無機層が割れてガスバリア性が低下した。
また、ガスバリア支持体と粘着層との粘着力が2N/25mmである比較例3は、粘着力が高すぎるため、ガスバリア支持体12と粘着層20との間で剥離と貼着の繰り返しが起きず、変形を抑制できない。その結果、シワが発生し、ガスバリア性が低下した。
また、ガスバリア支持体と粘着層との粘着力が0.005N/25mmである比較例4は、粘着力が弱すぎるため、RtoRの搬送の際に剥離してしまい、これに起因して無機層に割れやヒビ等が生じて、ガスバリア性が低下した。
また、表面保護フィルムと無機層との粘着力が0.2N/25mmである比較例5は、表面保護フィルムの粘着力が高すぎるため、表面保護フィルムを剥離した際に、表面保護フィルムの一部が無機層上に残存するのが観察された。また、粘着力が高すぎるため、剥離時に表面の無機膜が損傷した。そのため、ガスバリア性が低下した。
また、表面保護フィルムと無機層との粘着力が0.001N/25mmである比較例6は、表面保護フィルムの粘着力が低すぎるため、RtoRの搬送の際に剥離してしまい、これに起因して無機層に割れやヒビ等が生じて、ガスバリア性が低下した。
また、最下層および最上層を有機層とした比較例7は、最下層の有機層とガスバリア支持体との密着性が低く、適正な有機無機積層体を形成することができなかった。
また、ガスバリア支持体の線膨張係数と裏面保護フィルムの線膨張係数との差が、95ppmである比較例8は、搬送中に裏面保護フィルムが熱で溶けて破断してしまい、これに起因して無機層に割れやヒビ等が生じて、ガスバリア性が低下した。
また、表面保護フィルムの融点が260℃である比較例9は、表面保護フィルムと無機層との密着性が低く、搬送中に剥がれてしまい、無機層がガイドローラ等に接触して損傷して、ガスバリア性が低下した。
ガスバリア支持体12を厚さ50μm、水蒸気透過率100[g/(m2・day)]のCOPフィルム(JSR社製 ARTON)に変更した以外(実施例28);
ガスバリア支持体12を厚さ50μm、水蒸気透過率600[g/(m2・day)]のTACフィルム(富士フイルム社製 富士タック)に変更した以外(実施例29);
は、実施例1と同様にして、図1(A)に示すガスバリアフィルム10aを作製した。
裏面保護フィルム24を厚さ50μm、水蒸気透過率2[g/(m2・day)]のPENフィルム(帝人デュポンフィルム社製 テオネックス)に変更した以外(実施例30);
裏面保護フィルム24を厚さ50μm、水蒸気透過率100[g/(m2・day)]のPCフィルム(帝人社製 S148)に変更した以外(実施例31);
は、実施例1と同様にして、図1(A)に示すガスバリアフィルム10aを作製した。
表面保護フィルム18を厚さ50μm、水蒸気透過率10[g/(m2・day)]のPPフィルム(サンエー化研社製 SUNYTECT PAC-3)に変更した以外(実施例32);
表面保護フィルム18を厚さ50μm、水蒸気透過率3[g/(m2・day)]のPET+PE複合フィルム(パナック社製 パナブリッド)に変更した以外(実施例33);
は、実施例1と同様にして、図1(A)に示すガスバリアフィルム10aを作製した。
ガスバリア支持体12を厚さ50μm、水蒸気透過率100[g/(m2・day)]のCOPフィルム(JSR社製 ARTON)に変更し、裏面保護フィルム24を厚さ50μm、水蒸気透過率100[g/(m2・day)]のPCフィルム(帝人社製 S148)に変更した以外(実施例34)は、実施例1と同様にして、図1(A)に示すガスバリアフィルム10aを作製した。
<耐久性>
このようにして作製した実施例1、28〜34のガスバリアフィルムについて、作製直後の水蒸気透過率[g/(m2・day)]、および、温度85℃、湿度85%の環境下に1000時間放置後の水蒸気透過率[g/(m2・day)]を測定して耐久性を評価した。
なお、いずれの場合も測定の直前に表面保護フィルム18および裏面保護フィルム24を剥離して、水蒸気透過率を測定した。すなわち、表面保護フィルム18および裏面保護フィルム24を剥離しない状態で温度85℃、湿度85%の環境下に1000時間放置した後に、表面保護フィルム18および裏面保護フィルム24を剥離して水蒸気透過率を測定した。
評価は、作製直後の水蒸気透過率[g/(m2・day)]に対し、1000時間放置後の水蒸気透過率[g/(m2・day)]の比が、
85%以上のものを『A』;
55%以上85%未満のものを『B』;
30%以上55%未満のものを『C』;
30%未満のものを『D』; と、評価した。
結果を下記の表3に示す。
また、実施例1と実施例31との対比、ならびに、実施例28と実施例34との対比から、裏面保護フィルムの水蒸気透過率が25[g/(m2・day)]超の場合には、1000時間放置後のガスバリア性が、若干、低下し、耐久性が、若干、低下することがわかる。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
12 ガスバリア支持体
14 無機層
16 有機層
18 表面保護フィルム
20 粘着層
24 裏面保護フィルム
26 積層体
28 有機無機積層体
30 有機成膜装置
32 無機成膜装置
36 塗布手段
38 乾燥手段
40 光照射手段
42、64、86 回転軸
44、46、92 巻取り軸
48、50 搬送ローラ対
56 供給室
58 成膜室
60 巻取り室
61、93 材料ロール
68、84a、84b、90 ガイドローラ
70、74、76 真空排気手段
72、75 隔壁
72a、75a スリット
80 ドラム
82 成膜手段
87 フィルムロール
Claims (13)
- ガスバリア支持体と、無機層および有機層が交互に積層されてなり前記ガスバリア支持体上に形成される有機無機積層体と、前記ガスバリア支持体の前記有機無機積層体の形成面とは逆面に貼着される粘着層と、前記粘着層に貼着される裏面保護フィルムと、前記有機無機積層体上に積層される表面保護フィルムとを有し、
前記ガスバリア支持体のリタデーション値が、300nm以下であり、
前記有機無機積層体は、1以上の有機層と2以上の無機層とを有し、前記ガスバリア支持体側である最下層および表面保護フィルム側である最上層は、無機層であり、
前記ガスバリア支持体の線膨張係数と前記裏面保護フィルムの線膨張係数との差が、0〜80ppm/℃であり、
前記表面保護フィルムの融点が、80〜170℃であり、
前記ガスバリア支持体と前記粘着層との25℃における粘着力が、0.01N/25mm〜0.15N/25mmであり、
前記表面保護フィルムと前記有機無機積層体の最上層の無機層との25℃における粘着力が、0.02N/25mm〜0.06N/25mmであることを特徴とする機能性フィルム。 - 前記ガスバリア支持体と前記有機無機積層体の最下層の無機層との間に第1の混合層を有し、
前記第1の混合層の厚みが1nm〜20nmである請求項1に記載の機能性フィルム。 - 前記有機無機積層体において、前記有機層とこの有機層上に積層される無機層との間に第2の混合層を有し、
前記第2の混合層の厚みが1nm〜20nmである請求項1または2に記載の機能性フィルム。 - 前記粘着層と前記裏面保護フィルムとの25℃における粘着力が、0.05N/25mm〜0.20N/25mmである請求項1〜3のいずれか1項に記載の機能性フィルム。
- 前記ガスバリア支持体の厚みが、20μm〜120μmであり、
前記有機無機積層体の1つの前記有機層の厚みが、0.5μm〜5μmであり、1つの前記無機層の厚みが、10nm〜200nmであり、
前記粘着層の厚みが、15μm〜250μmであり、
前記裏面保護フィルムの厚みが、12μm〜100μmであり、
前記表面保護フィルムの厚みが、20μm〜100μmである請求項1〜4のいずれか1項に記載の機能性フィルム。 - 前記ガスバリア支持体のガラス転移温度が、130℃以上であり、
前記裏面保護フィルムのガラス転移温度が、70℃以上である請求項1〜5のいずれか1項に記載の機能性フィルム。 - 前記ガスバリア支持体と前記粘着層との100℃における粘着力が、0.03N/25mm〜0.14N/25mm、200℃における粘着力が、0.04N/25mm〜0.13N/25mmであり、
前記粘着層と前記裏面保護フィルムとの100℃における粘着力が、0.07N/25mm〜0.19N/25mm、200℃における粘着力が、0.08N/25mm〜0.18N/25mmである請求項1〜6のいずれか1項に記載の機能性フィルム。 - 前記裏面保護フィルムの摩擦係数が、0.6以下である請求項1〜7のいずれか1項に記載の機能性フィルム。
- 前記表面保護フィルムのヤング率は、前記ガスバリア支持体のヤング率、および、前記裏面保護フィルムのヤング率の1/4以下である請求項1〜8のいずれか1項に記載の機能性フィルム。
- 前記粘着層は、アクリル酸アルキルモノマーのアルキル基部分の炭素数が3〜10のものを含む粘着材料からなり、温度25℃〜150℃、UV照射量100mJ/cm2〜1000mJ/cm2の条件で架橋した際の、架橋による体積収縮率が3%以下である請求項1〜9のいずれか1項に記載の機能性フィルム。
- ガスバリア支持体と、前記ガスバリア支持体に貼着される粘着層と、前記粘着層に貼着される裏面保護フィルムとを有する長尺な積層体、ならびに、前記長尺な積層体のガスバリア支持体上に交互に積層される無機層および有機層を有し、裏面保護フィルムとは反対側の表面が有機層である複合体を作製する工程と、
前記複合体を長手方向に搬送しつつ、前記表面の有機層上に気相成長法により最上層の無機層を形成する成膜工程と、
前記成膜工程で形成された前記最上層の無機層上に、表面保護フィルムを貼り付ける表面保護フィルム貼付工程とを有し、
前記成膜工程と前記表面保護フィルム貼付工程とを、同じ圧力、温度の環境下で連続的に行うものであり、
前記ガスバリア支持体のリタデーション値が、300nm以下であり、
前記ガスバリア支持体の線膨張係数と前記裏面保護フィルムの線膨張係数との差が、0〜80ppm/℃であり、
前記表面保護フィルムの融点が、80〜170℃であり、
前記ガスバリア支持体と前記粘着層との25℃における粘着力が、0.01N/25mm〜0.15N/25mmであることを特徴とする機能性フィルムの製造方法。 - 前記複合体を作製する工程は、前記無機層が積層された前記長尺な積層体の、前記無機層上に有機層となる組成物を塗布する塗布工程と、
塗布した前記組成物を乾燥させる乾燥工程とを有し、
前記乾燥工程において、前記複合体の温度が、70℃以上となる請求項11に記載の機能性フィルムの製造方法。 - 前記複合体を作製する工程は、前記無機層が積層された前記長尺な積層体の、前記無機層上に有機層となる組成物を塗布する塗布工程と、
塗布した前記組成物を乾燥させる乾燥工程と、
乾燥した前記組成物に紫外線の照射を行って硬化させて前記有機層を形成する硬化工程とを有し、
前記硬化工程において、前記複合体を温度30℃以上となるように前記裏面保護フィルム側から加熱しつつ、紫外線の照射を行う請求項11または12に記載の機能性フィルムの製造方法。
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