JP4029620B2

JP4029620B2 - 積層体及び透明導電性ガスバリアフィルム及び透明導電性ガスバリアフィルムの製造方法

Info

Publication number: JP4029620B2
Application number: JP2002009641A
Authority: JP
Inventors: 敬介水野; 隆司宮本; 潤一新井
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: JP2003211575A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属化合物層を複数層含む積層体に関する。特にフラットパネルディスプレイ等に用いられる、高いガスバリア性と高光線透過性、優れた耐アルカリ性及びガスバリア層と透明導電性薄膜との密着に優れた、透明導電ガスバリアフィルムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フラットパネルディスプレイ、特に液晶ディスプレイ用（以下ＬＣＤという）の基材はガラス基板を使用していた。しかし、近年のノートパソコンや電子手帳、携帯電話の普及によりさらなる軽量化、薄型化が求められている。これらを達成するための一つの手段として、基材をプラスチックに変更することが考えられる。実際、プラスチック基材を用いた白黒ＳＴＮタイプのＬＣＤは実用化されている。
基本的な、ディスプレイ用プラスチック基材の構成は、プラスチック基材／ガスバリア層／透明電極層というものである。ガスバリア層は構造内への空気や水蒸気などの侵入による表示欠陥や構造の破損を防止するために施される。その他の要求性能としては、液晶等の実装工程における各薬品への高い耐性、各層間における高い密着性、高透明性等が挙げられる。
【０００３】
従来、ガスバリア層としては、水蒸気及び酸素に対して優れたバリア性を持ち、かつ高い透明性を有する、酸化珪素や酸化アルミニウムなどの薄膜を、蒸着法やスパッタリング法等で成膜したものが用いられてきた、しかしこれらは、エッチング液であるアルカリ溶液によりガスバリア性が劣化し、またその上に設ける透明導電性薄膜との密着もあまり良くない。
アルカリ溶液によるガスバリア性の劣化を防ぐために、アクリレート等の有機膜等をガスバリア層の上に塗布する方法が用いられている。しかし、工程が増えることもありコスト的に望ましい方法ではない。
また、ガスバリア層と透明電極の密着を上げるためには、窒化珪素等の無機密着層をガスバリア層の上に成膜する方法がある。しかしながら、十分な耐アルカリ性と、密着性を兼ね備えるためには、窒化珪素を厚く成膜する必要があり、それによる透明性の損失を考慮するとこれも望ましい方法ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような事情に基づいてなされたものであり、本発明の目的とするところは、耐アルカリ性、高密着性を有する積層体の提供であり、また特に高いガスバリア性と耐アルカリ性、高密着性を有する透明導電ガスバリアフィルムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するためのものであって、請求項１に記載の発明はプラスチック基材上に、少なくとも金属化合物薄膜層と透明導電薄膜層が積層されている透明導電性ガスバリアフィルムであって、該金属化合物薄膜層の表面及び／又は界面が、Ｎ ^２＋イオン照射処理されていることを特徴とする透明導電性ガスバリアフィルムである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記金属化合物薄膜層が、酸化珪素、酸化アルミニウム、インジウムとセリウムの混合酸化物、の群から選ばれる１種類または２種類以上からなることを特徴とする、請求項１記載の透明導電性ガスバリアフィルムである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、少なくとも基材上に、金属化合物薄膜層を積層し、該金属化合物薄膜層表面にＮ ^２＋イオン照射処理を施した後、透明導電薄膜層を積層することを特徴とする透明導電性ガスバリアフィルムの製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴は、金属化合物膜層の表面を改質することにより、密着性や耐アルカリ性などの物性を向上させることに特徴がある。以下、金属化合物層として、ガスバリア性の金属化合物薄膜層、透明導電層を用いた透明導電性ガスバリアフィルムを例に説明する。
【００１１】
本発明において、プラスチック基材としては特に限定するものではないが、可撓性のあるものが好ましい。例えば、プラスチック基材とは、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなど）、ポリアリレート、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリエーテルスルフォンなどやこれらの共重合体の無延伸あるいは延伸フィルムであり、用途に応じて適宜選択される。
特にＬＣＤ用としては、透明性やガスバリア性に加えて、透明電極膜や配向膜の成膜工程に対する耐熱性が良いことや、偏向膜内に置かれて使用されるために光学的異方性（リタデーション）が小さいこと、などが必要とされることからポリアリレートやポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、非晶質ポリオレフィンなどが好ましく用いられるものである。これらプラスティック基材の表面は、コロナ処理、プラズマ処理などの前処理が施されていても良い。
【００１２】
本発明では、上記のようなプラスチックフィルムの少なくとも片面上に、金属化合物薄膜層を形成する。この層に必要とされる特性としては酸素や水蒸気などに対する高いガスバリア性と高い光線透過性である。これらの特性を満たすものであればどんな材料でも使用してもかまわないが、特にアルミニウム、珪素、チタンの酸化物、窒化物又は酸窒化物、インジウムとセリウムの混合酸化物、酸窒化物などの群から選ばれる１種類もしくは２種類以上を積層したものが望ましい。
【００１３】
本発明でいうイオン照射処理とは、ある原子をイオン化し加速器を用いて適度に加速させ、目的物質に照射することにより、目的物質の表面を改質させる処理のことである。
イオンの照射処理において、イオン種及びイオン加速エネルギーは、金属化合物膜薄膜の種類によって適当なものを選択する。イオン照射処理に用いられるイオンは、比較的安価で、また安全にイオンを引き出せるという理由から、Ｎ²⁺及びＳ⁴⁺などの陽イオンを用いるのが望ましい。
【００１４】
本発明では、イオン照射処理を行うことにより、金属化合物薄膜層と透明導電層の密着性等の物性を向上させるものである。理由は定かではないが、以下の二つの理由が考えられる。一つ目は、金属化合物膜薄膜表面層に元素を非平衡的に導入することによる、その元素を含む新しい組織を作ることであり、二つ目は、照射されたイオンが持つ運動エネルギーを表面層へ導入することによって構造の変化を喚起させるということである。
すなわちイオンを照射することにより、表面にそのイオンを含む膜ができ（Ｎ²⁺を用いれば窒化膜）表面に新しくできた膜の物性を与えることができると思われる。また、イオンを照射することにより、金属化合物膜薄膜表面層を改質させ、密着性を向上させることができると思われる。
【００１５】
本発明のイオン照射処理は、公知の装置を用いて行うことができる。また、イオンの加速電圧は通常０．１ｋｖ〜１ＭＶ程度であることが望ましい。加速電圧を小さくすれば表面付近のみが処理され、大きくすれば深さ方向まで浸透して処理される。目的、用いる金属化合物薄膜の種類や膜厚などにより、所望の加速電圧で処理をすることができる。また膜の損傷などを考慮すると加速電圧は１〜３００ｋｖ程度であることが望ましい。
また、イオン照射処理を行った後に熱処理を行っても良い。
【００１６】
透明導電薄膜層としては、公知の透明導電膜を用いれば良いが、生産性や抵抗値、透明性等を考慮すると、インジウムと錫の混合酸化物（ＩＴＯ）を用いるのが望ましい。
また、金属酸化物系の透明導電膜を用いることにより、さらに金属化合物薄膜層との間の密着性に優れるため好ましい。
【００１７】
本発明の金属化合物薄膜及び、透明導電性薄膜の成膜方法は、目的の薄膜を形成できる方法であればいかなる方法でも良いが、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法などが適している。ここで言う薄膜とは膜厚が１μｍ以下の膜のことを言う。
また、前記金属化合物薄膜層の膜厚は、５〜４０ｎｍの範囲内であることが好ましい。これ以下であると十分なバリア性が保てず、これ以上であると可視光域の透過度が低下、クラック発生の原因となってしまう。
また、前記透明導電性薄膜の膜厚は、２０〜１５０ｎｍの範囲内であることが好ましい。これ以下であると十分な導電性が保てず、これ以上であると可視光域の透過度が低下してしまう。
【００１８】
また、ここでは金属化合物層としてガスバリア性金属化合物薄膜層、透明導電層を用いたが、これに限るものではなく、例えば、ガスバリア性金属化合物薄膜層を複数層積層する場合などにも適用できる。
【００１９】
以下に実施の形態について、実施例を参照して説明する。
図１に、本発明の積層体（透明導電性ガスバリアフィルム）の実施例を示す。
【００２０】
＜実施例１＞
まず、プラスチック基材として厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム、ガスバリア性の金属化合物薄膜層にプラズマＣＶＤ法で酸化珪素を４０ｎｍの膜厚で成膜した。その後。イオン照射処理を行った。照射イオンにＮ²⁺を用い、加速電圧は１ｋｖで行った。
形成した透明導電性ガスバリアフィルムの水蒸気透過速度は、０．３ｇ／ｍ²／ｄａｙであり酸素透過速度は０．５ｃｃ／ｍ²／ｄａｙであった。酸素バリア性は、２５℃−７０％ＲＨ雰囲気下で、酸素透過度測定装置（モダンコントロール社製ＭＯＣＯＮＯＸＴＲＡＮ１０／５０Ａ）を用いて測定し、水蒸気バリア性は、４０℃−９０％ＲＨ雰囲気下で水蒸気透過度測定装置（モダンコントロール社製ＰＥＲＭＡＴＲＡＮＷ６）を用いて測定した。これを、３．５重量％苛性ソーダに１０分浸漬した後、同様にガスバリア性を測定したところ、水蒸気透過速度及び酸素透過速度ともに劣化はなく、また外観においても、白濁等は観察されなかった。
【００２１】
次に、上記積層体上に透明導電薄膜層として、インジウムと錫の合金酸化物（以下ＩＴＯとする）をＤＣマグネトロンスパッタリング法で積層し、透明導電性ガスバリアフィルムを得た。得られた透明導電性ガスバリアフィルムを、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ−Ｋ５４００−１９９０に準拠）の碁盤目試験に従って。ＩＴＯ膜上から、カッターにより１ｍｍ間隔で縦横各１１本の切れ目を入れて１ｍｍ四方の碁盤の目を１００個作り、セロハンテープ（ニチバン製）を貼り、粘着テープを４５度方向に剥がして、剥離しなかった目の数を数えた。その結果、１００個／１００個であった。
また、光線透過率を分光計（日立Ｕ−４０００）を用いて測定したところ、波長５５０ｎｍにおいて、８５．０％であった。
【００２２】
＜実施例２＞
ガスバリア性の金属化合物薄膜層をＤＣマグネトロンスパッタ法で成膜した酸化アルミニウムにした以外は、実施例１と同様に透明導電性ガスバリアフィルムを作成し、測定を行った。酸素透過速度１．５ｃｃ／ｍ²／ｄａｙ、また水蒸気透過速度１．０ｇ／ｍ²／ｄａｙ、アルカリ処理後、変化無し。ＩＴＯ成膜後の碁盤の目試験１００個／１００個であった。光線透過率は８４．０％であった。
【００２３】
＜比較例１〜３＞
イオン照射処理を施す代わりに、窒化珪素をＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてガスバリア性の金属化合物薄膜層上に成膜したこと以外は実施例１と同様の方法で透明導電性ガスバリアフィルムを得た。その際、窒化珪素の膜厚を１ｎｍ（比較例１）、１０ｎｍ（比較例２）、５０ｎｍ（比較例３）のように変化させ、透明導電性ガスバリアフィルムを得た。これらを、上記実施例と同様の評価を行った。表１にこれらの結果をまとめる。
【００２４】
＜比較例４＞
ガスバリア性の金属化合物薄膜層にイオン照射処理をしないで、ガスバリア層の直上にＩＴＯを成膜したこと以外は実施例１と同様の方法で透明導電性ガスバリアフィルムを得た。同様に評価した。表１にこれらの結果をまとめる。
【００２５】
＜比較例５＞
ガスバリア性の金属化合物薄膜層にイオン照射処理をしないで、ガスバリア層の直上にＩＴＯを成膜したこと以外は実施例２と同様の方法で透明導電性ガスバリアフィルムを得た。同様に評価した。表１にこれらの結果をまとめる。
【００２６】
【表１】

【００２７】
表1に示した通り、照射イオン処理を施した実施例１、２の透明導電性ガスバリア性フィルムはアルカリ処理前後での酸素、水蒸気透過度、密着性、光線透過率ともに良好なものが得られた。それに対し、照射イオン処理を施さず、代わりに窒化珪素膜の成膜処理を行った比較例１〜３は、該窒化珪素膜の膜厚により、アルカリ処理後の酸素、水蒸気透過度、密着性が不十分であったり、光線透過率が低いものであった。また、何も処理を施さなかった比較例５，６はアルカリ処理後の酸素、水蒸気透過度、光線透過率ともに不十分であった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、密着性に優れ、アルカリ溶剤処理の影響の少ない積層体が得られる。
また、本発明によれば、金属化合物薄膜層の表面がイオン照射処理されていることにより、金属化合物薄膜層と透明電極との間の密着に優れ、高ガスバリア性と高透明性を兼ね備えている透明導電性ガスバリア性フィルムが得られる。また、ＬＣＤ等の電極エッチング工程を必要とするものに応用すれば、アルカリ溶液によるガスバリア性の劣化がほとんどなく、また、各工程において透明電極の剥がれが発生せず、フラットパネルディスプレイとして用いた時、優れた性能を発揮する。
【００２９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す層断面図である。
【符号の説明】
１基材
２ガスバリア性の金属化合物薄膜層
３イオン照射された部分のガスバリア性の金属化合物薄膜層
４透明導電膜層

Claims

プラスチック基材上に、少なくとも金属化合物薄膜層と透明導電薄膜層が積層されている透明導電性ガスバリアフィルムであって、該金属化合物薄膜層の表面及び／又は界面が、Ｎ ^２＋イオン照射処理されていることを特徴とする透明導電性ガスバリアフィルム。
前記金属化合物薄膜層が、酸化珪素、酸化アルミニウム、インジウムとセリウムの混合酸化物、の群から選ばれる１種類または２種類以上からなることを特徴とする、請求項１記載の透明導電性ガスバリアフィルム。
少なくとも基材上に、金属化合物薄膜層を積層し、該金属化合物薄膜層表面にＮ ^２＋イオン照射処理を施した後、透明導電薄膜層を積層することを特徴とする透明導電性ガスバリアフィルムの製造方法。