JP6437080B1 - ガスバリアフィルム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
基材上に、第1の金属酸化膜と、第2の金属酸化膜と、第3の金属酸化膜とをこの順に積層し、第1の金属酸化膜をアルミニウム酸化物とシリコン酸化物と亜鉛酸化物との混合酸化膜と、第2の金属酸化膜を錫酸化物と亜鉛酸化物との混合酸化膜と、第3の金属酸化膜をシリコン酸化膜とすることで、優れたガスバリア特性を実現する。さらに、屈折率の低い第1の金属酸化膜及び第3の金属酸化膜を、それぞれ基材側及び空気と接する側に配置することにより、高い全光線透過率を実現することができる。
【選択図】 図1
Description
基材と、
前記基材側から順に第1の金属酸化膜と第2の金属酸化膜と第3の金属酸化膜とを備え、
前記第1の金属酸化膜は、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物及び亜鉛酸化物の混合酸化物からなり、
前記第2の金属酸化膜は、錫酸化物及び亜鉛酸化物の混合酸化物からなり、
前記第3の金属酸化膜は、シリコン酸化物からなる
ことを特徴とする。
前記第1の金属酸化膜中のシリコン及びアルミニウム酸化物の組成比が、それぞれ5.0〜20.0wt%、0.5〜5.0wt%であり、残部が亜鉛酸化物であり、
前記第2の金属酸化膜中の錫酸化物の組成比率は、20〜40wt%であり、残部が亜鉛酸化物であり、
前記第3の金属酸化膜のシリコン(Si)原子に対する酸素(O)原子の組成比は、1.8〜2.0である
ことを特徴とする。
前記第1の金属酸化膜の屈折率は、1.59〜1.8であり、
前記第2の金属酸化膜の屈折率は、1.8〜2.0であり、
前記第3の金属酸化膜の屈折率は、1.4〜1.5である
ことを特徴とする。
前記基材の屈折率が1.4〜1.7であることを特徴とする。
すなわち、第2の金属酸化膜は、屈折率が1.8〜2.0であり、空気の屈折率との差が大きいため、直接空気と第2の金属酸化膜とが接した場合には、これらの界面での光の反射により、透過率が低下する。しかし、屈折率の低い第3の金属酸化膜を空気と接する最上層に形成することにより、光の反射を抑制し、透過率、特に全光線透過率を増大させることができる。
また、屈折率が1.4〜1.7である、例えばプラスチックフィルムの基材上に、屈折率が1.59〜1.8の第1の金属酸化膜を基材側に形成することにより、基材との界面における光の反射を抑制し、透過率が向上することができる。
その結果、特にディスプレイ用途としての透過率の要求値である90%を満足することができる。
なお、シリコン(Si)は厳密には半導体であるが、本明細書においては広義の意味の金属に含めることとし、「シリコン酸化物」は広義の意味の金属酸化物に含むものとする。
前記第1の金属酸化膜の膜厚は、10〜300nmであり、
前記第2の金属酸化膜の膜厚は、10〜300nmであり、
前記第3の金属酸化膜の膜厚は、5〜100nmである
ことを特徴とする。
前記基材と前記第1の金属酸化膜との間に平滑層を含む
ことを特徴とする。
前記基材と前記第1の金属酸化膜との間にポリシラザン層を含む平滑層を含む
ことを特徴とする。
さらに、平滑層は、Si−O結合を有するポリシラザン層を有し、ポリシラザン層とシリコン酸化物を含有する第1の金属酸化膜とを直接接触させることにより、平滑層と第1の金属酸化膜との密着性を向上させることができる。
前記第3の金属酸化膜上に、樹脂層を有する
ことを特徴とする。
前記第3の金属酸化膜上に、保護フィルムをラミネートしたことを特徴とする。
前記第3の金属酸化膜上に、粘着層或いは接着層を介して、機能層を付与した樹脂フィルムをラミネートしたことを特徴とする。
特に本発明に係るガスバリアフィルムは、ディスプレイ用途の透明性への高い要求をも満足することができる。
図1は、本発明の実施形態1に係るガスバリアフィルムの一例を示す断面図であり、ガスバリアフィルムは、基材1上に、順に、第1の金属酸化膜2、第2の金属酸化膜3、第3の金属酸化膜4が積層されて構成されている。
<基材>
基材1は、シート状であれば、特にその材料を限定するものではないが、例えばプラスチックフィルムであるPET(ポリエチレンテレフタレート)、COP(シクロオレフィンポリマー)、PE(ポリエチレン)、PI(ポリイミド)等の他、ガラス板であっても良い。
特に基材1としてプラスチックフィルムのようなフレキシブル性(柔軟性)を有する材料を選択することで、包装材としての用途や、太陽電池パネルやディスプレイ装置等の電子デバイス部材の用途などの幅広い用途に使用することができる。
なお、成膜装置はロールツーロール方式に限らず、成膜装置内のサセプター上に基材1を載置した状態で各金属酸化膜を成膜する方式であってもよい。
基材1上に第1のガスバリア層として第1の金属酸化膜2を形成する。
第1の金属酸化膜2として、アルミニウム(Al)酸化物、シリコン(Si)酸化物、亜鉛(Zn)酸化物の混合ターゲットを用い、アルゴンと酸素との混合ガスによるリアクティブスパッタ法により、アルミニウム酸化物、シリコン酸化物及び亜鉛酸化物が混合した酸化膜(以下、簡単のためAl−Si−Zn酸化膜と称す)を、膜厚10nm〜300nm、好ましくは90nm〜110nm、形成する。
膜厚が薄すぎると目的とするガスバリア性を発揮できない。厚すぎると応力によるクラックでガスバリア性を損なう恐れがある。さらには、フレキシブル性に乏しくなる。膜厚を上記の範囲とすることで、ガスバリア特性とフレキシブル性とを満足することができる。
この組成比率の条件において、Al−Si−Zn酸化膜の光学特性である屈折率は1.59〜1.8となる。
成膜方法としてスパッタ法を採用する場合、Al−Si−Zn酸化膜中の各金属酸化物の組成比率は、ターゲットの組成により調整することができる。
第1の金属酸化膜2上に第2のガスバリア層として第2の金属酸化膜3を形成する。
第2の金属酸化膜3として、錫酸化物(SnO2)と亜鉛酸化物(ZnO)の混合ターゲットを用い、アルゴンと酸素との混合ガスによるリアクティブスパッタ法により、錫酸化物と亜鉛酸化物からなる金属酸化膜(以下、簡単のためSn−Zn酸化膜と称す)を第1の金属酸化膜2上に形成する。すなわち、第2の金属酸化膜3の亜鉛酸化物と混合する酸化物は錫酸化物であり、第1の金属酸化膜2の亜鉛酸化物と混合する酸化物(アルミニウム酸化物及びシリコン酸化物)と異なる酸化物を使用している。
なお、Sn−Zn酸化膜には、材料の精製技術上の問題により、不可避的に不純物として他の元素が混入することがある。
膜厚が薄すぎると目的とするガスバリア性を発揮できない。厚すぎると応力によるクラックが発生し、ガスバリア性を損なう恐れがある。さらには、フレキシブル性に乏しくなる。膜厚を上記の範囲とすることで、ガスバリア特性とフレキシブル性とを満足することができる。
この組成条件において、錫酸化物と亜鉛酸化物とは共に、屈折率がアルミニウム酸化物やシリコン酸化物の屈折率に比べて高いため、Sn−Zn酸化膜の光学特性である屈折率は1.8〜2.0となる。
なお、錫酸化物と亜鉛酸化物の組成比率は、スパッタ法を採用する場合、ターゲットの組成により調整することができる。
上記のように、第2の金属酸化膜3であるSn−Zn酸化膜の屈折率は、基材1の屈折率より高く、両者の屈折率の差は大きくなるが、屈折率が第2の金属酸化膜3の屈折率より低い第1の金属酸化膜2を、第2の金属酸化膜3と基材1との間に介在させることにより、屈折率の違いによる透過率の減少を抑制している。
特に、第1の金属酸化膜2と第2の金属酸化膜3とは、亜鉛酸化物と混合する金属酸化物が異なるため、ガスの透過経路となる欠陥が連続することを効果的に防止できる。
第2の金属酸化膜3の上に第3のガスバリア層として第3の金属酸化膜4を形成する。
第3の金属酸化膜4として、例えばシリコン(Si)ターゲットを用い、アルゴンと酸素との混合ガスによるスパッタ法により、シリコン酸化膜(以下、簡単のためSiOx膜と称す。ここで、x=1.8〜2.0。)を形成する。
なお、シリコン酸化膜には、材料の精製技術上の問題により、不可避的に不純物として他の元素が混入することがある。
しかしながら、膜厚が厚くなると、ガスバリアフィルムのフレキシブル性が損なわれる恐れがある。そこで、Al−Zn−Si酸化膜に比べ単位膜厚当たりのガスバリア性が高いSn−Zn酸化膜を積層することで、膜厚を薄くすることができるため、同じガスバリア性でもフレキシブル性を向上することができる。
さらに、第1の金属酸化膜2と第2の金属酸化膜3と第3の金属酸化膜4とは、それぞれ異なる金属酸化物から構成するため、ガス透過経路となり得る欠陥が連続することを効果的に防止することができる。
従って、本発明にかかるガスバリアフィルムは、高いガスバリア特性を実現するとともに、ディスプレイ用途の透過率の要求値である90%をも満足することができ、包装材用途だけでなく、電子デバイス部材用途への適用が可能となる。
図2(a)に示すように基材1上に表面の平坦性を向上させる平滑層5を形成し、平滑化層5上に第1の金属膜2を形成してもよい。
平滑化層5の平坦な表面上に第1の金属酸化膜2を形成することにより、第1の金属酸化膜2の欠陥(例えばクラック)の発生を抑制し、さらにガスバリア特性を向上させることができる。
第1の金属酸化膜2はシリコン酸化物を含有するため、ポリシラザンにより構成された平滑層5と第1の金属酸化膜2との密着性を高めることができるからである。
このようにして形成されたポリシラザン層は、平滑な表面を備えるが、特にその表面粗さRaを1nm以下とすることで、ポリシラザン層上に形成する第1の金属酸化膜2の欠陥の発生を抑制することができる。さらに、第1の金属酸化膜2の表面も平坦化されるため、第2の金属酸化膜3、第3の金属酸化膜4の欠陥も抑制することができる。
すなわち、第2の平滑層5bは、ポリシラザンからなる層とし、第1の平滑層5aはポリシラザンと異なる材料からなる層を、塗布法等により形成してもよい。
この場合、ポリシラザン層である第2の平滑層5b上に直接第1の金属酸化膜2を形成することで、基材1と第1の金属酸化膜2との間で、高い密着力を維持することができる。
また、樹脂内にSi成分も含有している為、上部に積層するポリシラザン層との密着性も良好である。
平滑層表面の粗さについては、Raが1.0nm以下、好ましくは0.8nm以下であり、Rzが20nm以下、好ましくは10nm以下である。
また、上記第3の金属酸化膜4上に、金属酸化膜を保護するため、保護フィルム(例えば数十μm)、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等オレフィン系の樹脂フィルムに粘着層を設けたフィルムや、PET等の樹脂フィルムにアクリル樹脂やウレタン樹脂などの粘着層を塗工したフィルムをラミネートしてもよい。保護フィルムは、一時的にガスバリアフィルムの表面を保護するためのものであり、剥離することが前提であるため、透明性を要しない。また、剥離時のガスバリアフィルムへの損傷を防止するため、保護フィルムの粘着力は、強くても0.5N/25mm程度以下とする。
柔軟性のある保護用樹脂層又は保護フィルムを設けることで、第1、第2、第3の金属膜2、3、4に、例えば機械的に傷等が発生することを防止し、バリア特性が劣化することを防止することができる。
機能層を付与した樹脂フィルムを設けることにより、ガスバリアフィルムを、例えばタッチパネルや太陽電池用途に用いることができる。
2 第1の金属酸化膜
3 第2の金属酸化膜
4 第3の金属酸化膜
5 平滑層
5a 第1の平滑層
5b 第2の平滑層
Claims (7)
- 柔軟性を有するシート状の基材上に、
前記基材側から順に第1の金属酸化膜と第2の金属酸化膜と第3の金属酸化膜とからなる積層構造を備えたガスバリアフィルムであって、
前記第1の金属酸化膜は、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物及び亜鉛酸化物の混合酸化物からなり、
前記第2の金属酸化膜は、錫酸化物及び亜鉛酸化物の混合酸化物からなり、
前記第3の金属酸化膜は、シリコン酸化物からなり、
前記基材の屈折率が1.4〜1.7であり、
前記第1の金属酸化膜の屈折率は、1.59〜1.8であり、
前記第2の金属酸化膜の屈折率は、1.8〜2.0であり、
前記第3の金属酸化膜の屈折率は、1.4〜1.5であり、
前記第1の金属酸化膜の膜厚は、90〜110nmであり、
前記第2の金属酸化膜の膜厚は、90〜110nmであり、
前記第3の金属酸化膜の膜厚は、5〜100nmである
ことを特徴とするガスバリアフィルム。 - 前記第1の金属酸化膜中のシリコン及びアルミニウム酸化物の組成比が、それぞれ5.0〜20.0wt%、0.5〜5.0wt%であり、残部が亜鉛酸化物であり、
前記第2の金属酸化膜中の錫酸化物の組成比率は20〜40wt%であり、残部が亜鉛酸化物であり、
前記第3の金属酸化膜のシリコン(Si)原子に対する酸素(O)原子の組成比は、1.8〜2.0である
ことを特徴とする請求項1記載のガスバリアフィルム。 - 前記基材と前記第1の金属酸化膜との間に平滑層を含む
ことを特徴とする請求項1又は2記載のガスバリアフィルム。 - 前記基材と前記第1の金属酸化膜との間にポリシラザン層を含む平滑層を含む
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のガスバリアフィルム。 - 前記第3の金属酸化膜上に、樹脂層を有する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のガスバリアフィルム。 - 前記第3の金属酸化膜上に、保護フィルムがラミネートされた
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のガスバリアフィルム。 - 前記第3の金属酸化膜上に、粘着層又は接着層を介して、機能層を付与した樹脂フィルムがラミネートされた
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のガスバリアフィルム。
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