WO2018088352A1 - ガスバリア性フィルム及びそれを含むデバイス - Google Patents
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
- C23C16/545—Apparatus specially adapted for continuous coating for coating elongated substrates
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B33/00—Electroluminescent light sources
- H05B33/02—Details
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B33/00—Electroluminescent light sources
- H05B33/02—Details
- H05B33/04—Sealing arrangements, e.g. against humidity
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- C09D7/40—Additives
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- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
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- H—ELECTRICITY
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- H10K77/00—Constructional details of devices covered by this subclass and not covered by groups H10K10/80, H10K30/80, H10K50/80 or H10K59/80
- H10K77/10—Substrates, e.g. flexible substrates
- H10K77/111—Flexible substrates
Definitions
- the present invention relates to a gas barrier film and a device including the same.
- the present invention provides light resistance to a moisture barrier gas barrier film used in a device such as a flexible display, suppresses UV deterioration inside the device below the gas barrier film, and / or suppresses UV deterioration of the gas barrier film itself. Plan.
- the inventors of the present invention have studied the gas barrier film in detail to solve the previous problem, and have completed the present invention.
- a gas barrier film having a base material layer including at least a flexible base material, an inorganic thin film layer, and an organic layer containing an ultraviolet absorber in this order,
- the inorganic thin film layer contains silicon atoms, oxygen atoms and carbon atoms,
- the gas barrier film according to [1] which has a further inorganic thin film layer on the surface of the base material layer opposite to the ultraviolet absorber-containing organic layer side.
- the ratio of the number of carbon atoms to the total number of silicon atoms, oxygen atoms and carbon atoms contained in the inorganic thin film layer continuously changes in the thickness direction of the inorganic thin film layer.
- the inorganic thin film layer is any one of [1] to [5], wherein an average atomic ratio of carbon atoms (C) to silicon atoms (Si) in the inorganic thin film layer is in the range of the formula (1).
- the atomic ratio of silicon, the atomic ratio of oxygen, and the atomic ratio of carbon satisfy the condition represented by Formula (5) in a region of 90% or more in the film thickness direction of the inorganic thin film layer.
- the carbon distribution curve has at least one extreme value.
- the peak intensity (I 1 ) existing at 950 to 1050 cm ⁇ 1 and the peak intensity (I 1 ) existing at 1240 to 1290 cm ⁇ 1 is in the range of formula (2), gas barrier properties according to any one of [1] to [7] film.
- the gas barrier film of the present invention has sufficient light resistance and flexibility, it can be suitably used for a device.
- the gas barrier film of the present invention has a base material layer having at least a flexible base material, an inorganic thin film layer, and a coating layer containing an ultraviolet absorber in this order, and the inorganic thin film layer includes silicon atoms, oxygen atoms, and carbon atoms.
- the gas barrier film has a light transmittance at 380 nm of 20% or less.
- the base material layer has at least a flexible base material.
- the base material layer may be a single layer or a plurality of layers.
- the base material layer is comprised with the flexible base material.
- the base material layer is a plurality of layers, the base material layer preferably has at least a flexible base material, and the base material layer preferably exhibits flexibility. It is more preferable that the surface is a flexible substrate, and it is more preferable that each of the plurality of layers is composed of a flexible substrate.
- a resin film containing at least one resin as a resin component can be used, and a colorless and transparent resin film is preferable.
- resins that can be used for the resin film include polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN); polyolefin resins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), and cyclic polyolefin; polyamide resins; polycarbonate resins; Polystyrene resin; Polyvinyl alcohol resin; Saponified ethylene-vinyl acetate copolymer; Polyacrylonitrile resin; Acetal resin; Polyimide resin; Polyether sulfide (PES). It can also be used.
- PET polyethylene terephthalate
- PEN polyethylene naphthalate
- polyolefin resins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), and cyclic polyolefin
- polyamide resins polycarbonate resins
- Polystyrene resin Polyvin
- the flexible substrate may be an unstretched resin film, and the unstretched resin substrate is uniaxially stretched, tenter-type sequential biaxial stretch, tenter-type simultaneous biaxial stretch, tubular-type simultaneous biaxial stretch, etc.
- the resin film may be stretched in the flow direction of the resin base material (MD direction) and / or the direction perpendicular to the flow direction of the resin base material (TD direction) by the known method.
- the thickness of the flexible substrate can be appropriately set in consideration of the production of a stable gas barrier film.
- the thickness is preferably 5 to 500 ⁇ m, more preferably 10 to 200 ⁇ m, and still more preferably 50 to 100 ⁇ m.
- the thickness of the base material layer is preferably 5 to 500 ⁇ m, more preferably 10 to 200 ⁇ m, and still more preferably 50 to 100 ⁇ m.
- the substrate layer is a plurality of layers, the total thickness of all the layers constituting the substrate layer including the flexible substrate is preferably 5 to 500 ⁇ m, more preferably 10 to 200 ⁇ m, The thickness is preferably 50 to 100 ⁇ m.
- the layer constituting the flexible substrate may be a retardation film having different in-plane two-component refractive indexes such as a ⁇ / 4 retardation film and a ⁇ / 2 retardation film.
- cellulose resin, polycarbonate resin, polyarylate resin, polyester resin, acrylic resin, polysulfone resin, polyethersulfone resin, cyclic olefin resin, alignment solidification of liquid crystal compound A layer etc. can be illustrated.
- polycarbonate resin films are preferably used because they are inexpensive and uniform.
- a film forming method a solvent casting method or a precision extrusion method capable of reducing the residual stress of the film can be used, but the solvent casting method is preferably used in terms of uniformity.
- the stretching method is not particularly limited, and can be applied such as longitudinal uniaxial between rolls and tenter transverse uniaxial stretching that can obtain uniform optical characteristics.
- the in-plane retardation Re (550) at a wavelength of 550 nm is preferably 100 to 180 nm, more preferably 110 to 170 nm. More preferably, it is 120 to 160 nm.
- the in-plane retardation Re (550) at a wavelength of 550 nm is preferably 220 to 320 nm, more preferably 240 to 300 nm. More preferably, it is 250 to 280 nm.
- the flexible substrate When the flexible substrate is a retardation film, it may exhibit reverse wavelength dispersion in which the retardation value increases according to the wavelength of the measurement light, and the retardation value decreases according to the wavelength of the measurement light.
- a positive chromatic dispersion characteristic may be exhibited, or a flat chromatic dispersion characteristic in which the retardation value hardly changes depending on the wavelength of the measurement light may be exhibited.
- the flexible substrate is a retardation film exhibiting reverse wavelength dispersion
- the retardation at the wavelength ⁇ of the flexible substrate is expressed as Re ( ⁇ )
- the flexible substrate 10 is Re (450) / Re (550) ⁇ 1 and Re (650) / Re (550)> 1 can be satisfied.
- the flexible base material is preferably colorless and transparent from the viewpoint that light can be transmitted and absorbed. More specifically, the total light transmittance is preferably 80% or more, and more preferably 85% or more. Further, the haze is preferably 5% or less, more preferably 3% or less, and further preferably 1% or less.
- the flexible substrate can be used as a substrate of an organic device or an energy device
- the flexible substrate is preferably insulative and preferably has an electric resistivity of 10 6 ⁇ cm or more.
- the surface of the flexible substrate may be subjected to surface activation treatment from the viewpoint of adhesion with an inorganic thin film layer or the like.
- Examples of the surface activation treatment include corona treatment, plasma treatment, flame treatment, and liquid cleaning treatment.
- the base material layer may include the same or different kinds of organic layers A on at least one surface of the flexible base material for the purpose of improving the adhesion and / or flatness with the inorganic thin film layer. .
- the same or different types of organic layers A may be included on at least one surface of the flexible substrate constituting the substrate layer.
- the surface of the substrate layer on which the inorganic thin film layer can be laminated (that is, at least one surface of the surfaces of the substrate layer) is a flexible substrate, and the flexible substrate Embodiments having the organic layer A on at least one of the surfaces, more preferably on the surface on which the inorganic thin film layer is laminated, are mentioned.
- both sides of the base material layer are flexible base materials, and on at least one surface of the flexible base material, more preferably on the surface on which the inorganic thin film layer is laminated.
- An embodiment having an organic layer A is mentioned.
- the thickness of the organic layer is preferably 0.5 to 10 ⁇ m, more preferably 0.8 to 5 ⁇ m, and still more preferably 1 to 3 ⁇ m.
- Examples of the organic layer A include a planarization layer, an easy slip layer, and an anti-blocking layer.
- the base material layer When the base material layer includes the organic layer A, the base material layer has an organic layer only on one surface of the flexible base material, or different types of the base material layer on both surfaces of the flexible base material. It may have an organic layer, for example, a flat layer on one surface and a slippery layer on the other surface.
- a resin composition containing a monomer and / or oligomer of a photocurable resin such as an ultraviolet ray or an electron beam curable resin is usually applied on a flexible substrate, and if necessary, dried. It can be formed by being cured by irradiation with ultraviolet rays or electron beams.
- the resin composition may contain additives such as a solvent, a photopolymerization initiator, a thermal polymerization initiator, an antioxidant, an ultraviolet absorber, and a plasticizer as necessary.
- Examples of methods by coating include various conventionally used coating methods such as spray coating, spin coating, bar coating, curtain coating, dipping method, air knife method, slide coating, hopper coating, reverse roll coating, gravure coating, Examples of the method include extrusion coating.
- the flattening layer is formed by applying a UV curable resin on a substrate and UV curing.
- a UV curable resin examples thereof include a UV curable urethane acrylate resin, a UV curable epoxy acrylate resin, a UV curable polyester acrylate resin, a UV curable epoxy resin, and a UV curable polyol acrylate resin.
- the flattening layer when the temperature change of the elastic modulus of the flattening layer surface is evaluated by a rigid pendulum type physical property tester (for example, RPT-3000W manufactured by A & D Co., Ltd.), the flattening layer surface It is preferable that the temperature at which the elastic modulus is reduced by 50% or more is 150 ° C. or more.
- the easy-sliding layer is formed, for example, by applying a UV curable resin containing inorganic particles on a substrate and UV curing.
- the UV curable resin include a UV curable urethane acrylate resin, a UV curable epoxy acrylate resin, a UV curable polyester acrylate resin, a UV curable epoxy resin, and a UV curable polyol acrylate resin.
- the inorganic particles include silica, alumina, talc, clay, calcium carbonate, magnesium carbonate, barium sulfate, aluminum hydroxide, titanium dioxide, and zirconium oxide.
- the inorganic thin film layer has at least a silicon atom (Si), an oxygen atom (O), and a viewpoint that can exhibit a higher level of water vapor permeation prevention performance, and a viewpoint of bending resistance, ease of manufacturing, and low manufacturing cost.
- As the inorganic thin film layer a known inorganic material layer having gas barrier properties can be appropriately used.
- the inorganic thin film layer may be a single layer or a plurality of layers. Further, the step of forming the inorganic thin film layer may be performed once or may be performed a plurality of times. When performed several times, it may be performed under the same conditions or may be performed under different conditions.
- inorganic materials are metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides, metal oxycarbides, and mixtures containing at least two of these.
- the inorganic material layer a multilayer film in which two or more inorganic thin film layers described above are stacked may be used.
- an inorganic thin film layer can be provided in the surface of one or both of a base material layer.
- the inorganic thin film layer has a general formula of SiO ⁇ C ⁇ [wherein ⁇ and ⁇ each independently represents a positive number less than 2. ] Can be the main component.
- the main component means that the content of the component is 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, more preferably 90% by mass or more with respect to the mass of all components constituting the inorganic thin film layer. It means that.
- Inorganic thin layer may contain one kind of compound represented by the general formula SiO ⁇ C ⁇ , may contain a general formula SiO alpha C beta in two or more compounds represented.
- One or more of ⁇ and ⁇ in the general formula may be a constant value or may vary in the thickness direction of the inorganic thin film layer.
- the inorganic thin film layer contains an element other than silicon atom, oxygen atom and carbon atom such as hydrogen atom, nitrogen atom, boron atom, aluminum atom, phosphorus atom, sulfur atom, fluorine atom and chlorine atom. You may contain.
- the inorganic thin film layer contains a hydrogen atom in addition to a silicon atom, an oxygen atom and a carbon atom
- the general formula is SiO ⁇ C ⁇ H ⁇ [wherein ⁇ and ⁇ are as defined above, and ⁇ is less than 6.
- the compound represented by [denotes a positive number of] is a main component.
- the main component means that the content of the component is 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, more preferably 90% by mass or more with respect to the mass of all components constituting the inorganic thin film layer. It means that.
- Inorganic thin layer may contain one kind of compound represented by the general formula SiO ⁇ C ⁇ H ⁇ , also contain the general formula SiO ⁇ C ⁇ H 2 or more compounds represented by the gamma Good.
- One or more of ⁇ , ⁇ , and ⁇ in the general formula may be a constant value or may vary in the thickness direction of the thin film layer.
- the inorganic thin film layer has a high density when the average atomic ratio of carbon atoms (C) to silicon atoms (Si) in the inorganic thin film layer is expressed by C / Si, and defects such as fine voids and cracks
- the range of C / Si preferably satisfies the formula (1). 0.10 ⁇ C / Si ⁇ 0.50 (1) Further, it is more preferably in the range of 0.15 ⁇ C / Si ⁇ 0.45, more preferably in the range of 0.20 ⁇ C / Si ⁇ 0.40, and 0.25 ⁇ C / Si ⁇ 0. A range of 35 is particularly preferred.
- the inorganic thin film layer has a high density when the average atomic ratio of oxygen atoms (O) to silicon atoms (Si) in the inorganic thin film layer is expressed by O / Si, and fine voids, cracks, etc.
- O oxygen atoms
- Si silicon atoms
- it is preferably in the range of 1.50 ⁇ O / Si ⁇ 1.90, more preferably in the range of 1.55 ⁇ O / Si ⁇ 1.85, and 1.60 ⁇ O. /Si ⁇ 1.80 is more preferable, and 1.65 ⁇ O / Si ⁇ 1.75 is particularly preferable.
- the average atomic number ratios C / Si and O / Si are measured by XPS depth profile under the following conditions. From the obtained distribution curves of silicon atoms, oxygen atoms and carbon atoms, the averages in the thickness direction of the respective atoms. After obtaining the atomic concentration, the average atomic ratio C / Si and O / Si can be calculated.
- the inorganic thin film layer has a peak intensity (I 1 ) existing at 950 to 1050 cm ⁇ 1 and a peak existing at 1240 to 1290 cm ⁇ 1 when infrared spectroscopic measurement (ATR method) is performed on the surface of the inorganic thin film layer.
- the intensity ratio with the intensity (I 2 ) may be in a range satisfying the expression (2). 0.01 ⁇ I 2 / I 1 ⁇ 0.05 (2)
- the peak intensity ratio I 2 / I 1 calculated from infrared spectroscopy (ATR method) is considered to represent the relative ratio of Si—CH 3 to Si—O—Si in the inorganic thin film layer.
- the inorganic thin film layer satisfying the relationship represented by the formula (2) has high denseness and has fewer defects such as fine voids and cracks. Therefore, the inorganic thin film layer is considered to have excellent gas barrier properties and excellent impact resistance. It is done.
- the range of the peak intensity ratio I 2 / I 1, from the viewpoint of maintaining a high density of the inorganic thin layer preferably in the range of 0.02 ⁇ I 2 / I 1 ⁇ 0.04.
- Infrared spectroscopic measurement of the surface of the inorganic thin film layer is a Fourier transform infrared spectrophotometer equipped with an ATR attachment (PIKE MIRacle) using a germanium crystal as a prism (manufactured by JASCO Corporation, FT / IR-460Plus) Can be measured.
- PIKE MIRacle an ATR attachment
- germanium crystal as a prism
- the inorganic thin film layer has a peak intensity (I 1 ) existing at 950 to 1050 cm ⁇ 1 and a peak existing at 770 to 830 cm ⁇ 1 when infrared spectroscopic measurement (ATR method) is performed on the surface of the inorganic thin film layer.
- the intensity ratio with the intensity (I 3 ) may be in the range of the formula (3). 0.25 ⁇ I 3 / I 1 ⁇ 0.50 (3)
- the peak intensity ratio I 3 / I 1 calculated from infrared spectroscopy (ATR method) is considered to represent the relative ratio of Si—C, Si—O, etc. to Si—O—Si in the inorganic thin film layer. .
- the inorganic thin film layer satisfying the relationship represented by the formula (3) is considered to have excellent flex resistance and excellent impact resistance since carbon is introduced while maintaining high density.
- the range of the peak intensity ratio I 3 / I 1 the range of 0.25 ⁇ I 3 / I 1 ⁇ 0.50 is preferable from the viewpoint of maintaining a balance between the denseness and the bending resistance of the inorganic thin film layer, and 0.30
- the range of ⁇ I 3 / I 1 ⁇ 0.45 is more preferable.
- Inorganic thin layer when performing infrared spectroscopy measurement of (ATR method) of the inorganic thin film layer surface, a peak exists in the 770 ⁇ 830 cm -1 intensity (I 3), peaks at 870 ⁇ 910 cm -1
- the intensity ratio with the intensity (I 4 ) may be in the range of the formula (4). 0.70 ⁇ I 4 / I 3 ⁇ 1.00 (4)
- the peak intensity ratio I 4 / I 3 calculated from the infrared spectroscopic measurement (ATR method) is considered to represent the ratio between peaks related to Si—C in the inorganic thin film layer.
- the inorganic thin film layer satisfying the relationship represented by the formula (4) is considered to have excellent flex resistance and excellent impact resistance since carbon is introduced while maintaining high density.
- the range of the peak intensity ratio I 4 / I 3 the range of 0.70 ⁇ I 4 / I 3 ⁇ 1.00 is preferable from the viewpoint of maintaining the balance between the denseness and the bending resistance of the inorganic thin film layer, and 0.80
- the range of ⁇ I 4 / I 3 ⁇ 0.95 is more preferable.
- the thickness of the inorganic thin film layer is preferably 5 to 3000 nm from the viewpoint of making it difficult to break when the inorganic thin film layer is bent. Further, when the inorganic thin film layer is formed by plasma CVD using glow discharge plasma, the inorganic thin film layer is formed while discharging through the substrate. More preferably, it is ⁇ 1000 nm.
- the inorganic thin film layer may have an average density of 1.8 g / cm 3 or more.
- the “average density” of the inorganic thin film layer is the number of silicon atoms, the number of carbon atoms, the number of oxygen atoms, and the hydrogen forward scattering method (Hydrogen Forward Scattering Method) obtained by Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS).
- HSS hydrogen forward scattering method
- RBS Rutherford Backscattering Spectrometry
- the inorganic thin film layer has a density of 1.8 g / cm 3 or more, the inorganic thin film layer has a high density and a structure with few defects such as fine voids and cracks. Furthermore, when the inorganic thin film layer is composed of silicon atoms, oxygen atoms, carbon atoms and hydrogen atoms, the average density of the inorganic thin film layer is preferably less than 2.22 g / cm 3 .
- a curve indicating the relationship between the distance from the surface of the inorganic thin film layer in the film thickness direction of the inorganic thin film layer and the atomic ratio of silicon atoms at each distance is referred to as a silicon distribution curve.
- a curve indicating the relationship between the distance from the surface of the inorganic thin film layer in the film thickness direction and the atomic ratio of oxygen atoms at each distance is referred to as an oxygen distribution curve.
- a curve indicating the relationship between the distance from the surface of the inorganic thin film layer in the film thickness direction and the atomic ratio of carbon atoms at each distance is referred to as a carbon distribution curve.
- the atomic ratio of silicon atoms, the atomic ratio of oxygen atoms, and the atomic ratio of carbon atoms are the distances from the surface of the inorganic thin film layer to the total number of silicon atoms, oxygen atoms, and carbon atoms contained in the inorganic thin film layer. It means the ratio of the number of each atom.
- the atomic ratio of carbon atoms to the total number of silicon atoms, oxygen atoms, and carbon atoms contained in the inorganic thin film layer is continuous in the thickness direction of the inorganic thin film layer. It is preferable to change to.
- the atomic ratio of the carbon atoms continuously changes in the thickness direction means that, for example, in the carbon distribution curve, the atomic ratio of the carbon atoms is a plurality of extreme values within a predetermined displacement range. It represents that the increase and decrease that give the carbon atom are continuously repeated, and does not include a portion where the atomic ratio of carbon changes discontinuously, that is, the atomic ratio of carbon atoms does not increase or decrease monotonously.
- the atomic ratio and carbon distribution curve obtained from the silicon distribution curve, oxygen distribution curve and carbon distribution curve in the inorganic thin film layer satisfy the conditions (i) and (ii). .
- the atomic ratio of silicon, the atomic ratio of oxygen, and the atomic ratio of carbon satisfy the condition represented by Formula (5) in a region of 90% or more in the film thickness direction of the inorganic thin film layer.
- the carbon distribution curve has at least one extreme value.
- the carbon distribution curve of the inorganic thin film layer is preferably substantially continuous.
- the carbon distribution curve being substantially continuous means that the carbon distribution curve does not include a portion where the atomic ratio of carbon changes discontinuously. Specifically, when the distance from the surface of the inorganic thin film layer in the film thickness direction is x [nm] and the atomic ratio of carbon is C, it is preferable to satisfy the formula (6).
- the carbon distribution curve of the inorganic thin film layer preferably has at least one extreme value.
- the extreme value here is the maximum value or the minimum value of the atomic ratio of each element with respect to the distance from the surface of the inorganic thin film layer in the film thickness direction.
- the extreme value is that when the distance from the surface of the inorganic thin film layer in the film thickness direction is changed, the atomic ratio of the element changes from increasing to decreasing, or the atomic ratio of the element changes from decreasing to increasing. Is the value of the atomic ratio.
- the extreme value can be obtained based on the atomic ratio measured at a plurality of measurement positions in the film thickness direction, for example.
- the measurement position of the atomic ratio is set such that the interval in the film thickness direction is, for example, 20 nm or less.
- the measurement results at three or more different measurement positions are compared for a discrete data group including the measurement results at each measurement position. It can be obtained by determining the position that starts or decreases or decreases.
- the position indicating the extreme value can also be obtained, for example, by differentiating the approximate curve obtained from the discrete data group.
- the inorganic thin film layer formed so as to satisfy the condition that the carbon distribution curve has at least one extreme value as described above has an increase in the gas permeability after bending with respect to the gas permeability before bending. It becomes less compared with the case where it does not satisfy. That is, by satisfying the above conditions, an effect of suppressing a decrease in gas barrier properties due to bending can be obtained.
- the inorganic thin film layer is formed so that the number of extreme values of the carbon distribution curve is two or more, the amount of increase is reduced as compared with the case where the number of extreme values of the carbon distribution curve is one. .
- the increase amount is larger than that in the case where the number of extreme values of the carbon distribution curve is two. Less.
- the carbon distribution curve has two or more extreme values
- the distance from the surface of the inorganic thin film layer in the film thickness direction at the position showing the first extreme value, and the second pole adjacent to the first extreme value is preferably in the range of 1 nm to 200 nm, and more preferably in the range of 1 nm to 100 nm. preferable.
- the absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value of the carbon atom number ratio in the carbon distribution curve of the inorganic thin film layer is preferably 0.01 or more.
- the amount of increase in the gas permeability after bending with respect to the gas permeability before bending is less than that in the case where the condition is not satisfied. That is, by satisfying the above conditions, an effect of suppressing a decrease in gas barrier properties due to bending can be obtained.
- the absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value of the atomic ratio of carbon is 0.02 or more, the above effect is enhanced, and when it is 0.03 or more, the above effect is further enhanced.
- the gas barrier property of the inorganic thin film layer tends to improve as the absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value of the atomic ratio of silicon in the silicon distribution curve decreases.
- the absolute value is preferably less than 0.05 (less than 5 at%), more preferably less than 0.04 (less than 4 at%), and even more preferably less than 0.03 (3 at%). %).
- the total atomic ratio is preferably less than 0.05, more preferably less than 0.04, and still more preferably less than 0.03.
- the gas barrier property of the inorganic thin film layer can be made uniform and improved.
- the substantially uniform composition means that in the oxygen distribution curve, the carbon distribution curve, and the oxygen carbon distribution curve, the number of extreme values existing in each film thickness direction at any two points on the surface of the inorganic thin film layer. Are the same, and the absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value of the carbon atom number ratio in each carbon distribution curve is the same or within 0.05.
- the inorganic thin film layer formed so as to satisfy the above conditions can exhibit a gas barrier property required for a flexible electronic device using an organic EL element, for example.
- the inorganic thin film layer containing silicon atoms, oxygen atoms, and carbon atoms is preferably formed by chemical vapor deposition (CVD), and among them, plasma chemical vapor deposition (PECVD) using glow discharge plasma or the like. ) Is more preferable.
- CVD chemical vapor deposition
- PECVD plasma chemical vapor deposition
- Examples of source gases include organosilicon compounds containing silicon atoms and carbon atoms.
- organosilicon compounds include hexamethyldisiloxane, 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, vinyltrimethylsilane, methyltrimethylsilane, hexamethyldisilane, methylsilane, dimethylsilane, trimethylsilane, diethylsilane, propyl Examples include silane, phenylsilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, and octamethylcyclotetrasiloxane.
- organosilicon compounds hexamethyldisiloxane and 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane are preferable from the viewpoints of handling properties of the compound and gas barrier properties of the obtained inorganic thin film layer. Moreover, these organosilicon compounds can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
- a reaction gas that can react with the source gas to form an inorganic compound such as an oxide or a nitride can be appropriately selected and mixed with the source gas.
- a reaction gas for forming an oxide for example, oxygen or ozone can be used.
- a reactive gas for forming nitride nitrogen and ammonia can be used, for example.
- These reaction gases can be used singly or in combination of two or more. For example, when forming an oxynitride, the reaction gas for forming an oxide and the nitride are formed. Can be used in combination with the reaction gas for The flow rate ratio between the source gas and the reaction gas can be adjusted as appropriate according to the atomic ratio of the inorganic material to be deposited.
- the value of C / Si can be controlled by adjusting the flow ratio of the source gas and the reaction gas.
- HMDSO hexamethyldisiloxane
- oxygen used as the reaction gas
- the ratio of the oxygen flow rate to the HMDSO flow rate O 2 / HMDSO is in the range of 5 to 25, and the value of C / Si is It can be controlled within the above-mentioned range.
- a carrier gas may be used as necessary.
- a discharge gas may be used as necessary.
- carrier gas and discharge gas known ones can be used as appropriate, for example, rare gases such as helium, argon, neon, xenon, etc .; hydrogen can be used.
- the pressure (degree of vacuum) in the vacuum chamber can be appropriately adjusted according to the type of the raw material gas, but is preferably in the range of 0.5 to 50 Pa.
- FIG. 1 is a schematic view showing an example of a manufacturing apparatus used for manufacturing an inorganic thin film layer included in a gas barrier film, and is a schematic view of an apparatus for forming an inorganic thin film layer by a plasma chemical vapor deposition method.
- the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 includes a feed roll 11, a take-up roll 71, transport rolls 21 to 24, a gas supply pipe 41, a plasma generating power source 51, and magnetic field forming apparatuses installed in film forming rolls 31 and 32, respectively. 61 and 62 are included.
- the film forming rolls 31 and 32 also serve as electrodes and are roll electrodes described later.
- At least the film forming roll, the gas supply pipe, and the magnetic field forming apparatus are disposed in a vacuum chamber (not shown) when forming the inorganic thin film layer.
- This vacuum chamber is connected to a vacuum pump (not shown). The pressure inside the vacuum chamber is adjusted by the operation of the vacuum pump.
- Plasma CVD film formation can be performed by a continuous film formation process using plasma.
- the delivery roll is installed in a state where the film 100 before film formation is wound up, and the film is sent out while being unwound in the longitudinal direction. Further, a winding roll is provided on the end side of the film, and the film after film formation is wound while being pulled and accommodated in a roll shape.
- the two film forming rolls extend in parallel and face each other. Both rolls are formed of a conductive material and convey the film while rotating respectively.
- the two film forming rolls preferably have the same diameter, for example, preferably 5 cm or more and 100 cm or less.
- the base material layer When forming the inorganic thin film layer, the base material layer is transported in close contact with the surface of the pair of roll electrodes, plasma is generated between the pair of electrodes, and the raw material is decomposed in the plasma to be flexible. It is preferable to form an inorganic thin film layer on a base material.
- a magnet In the pair of electrodes, a magnet is preferably disposed inside the electrodes so that the magnetic flux density is high on the surfaces of the electrodes and the flexible substrate. As a result, the plasma tends to be constrained at a high density on the electrode and the flexible substrate when the plasma is generated.
- the ultraviolet absorber-containing organic layer is formed on the inorganic thin film layer.
- the ultraviolet absorber-containing organic layer is formed outside the inorganic thin film layer.
- the gas barrier film of the present invention is configured to be bonded to the device such that the ultraviolet absorber-containing organic layer is on the outside.
- the UV absorber-containing organic layer is formed “outside” from the inorganic thin film layer.
- the UV absorber-containing organic layer is the substrate layer device. Is formed on the side opposite to the laminated surface side.
- the ultraviolet absorber-containing organic layer may be formed on the inorganic thin film layer on the side opposite to the surface to be bonded to the device, preferably The gas barrier film is formed on the outermost layer opposite to the surface to be bonded to the device.
- the ultraviolet absorber-containing organic layer preferably has a light transmittance at 380 nm of 20% or less, more preferably 15% or less, still more preferably 10% or less, and even more preferably 5% or less.
- the light transmittance at 380 nm was measured using a spectrophotometer (UV-Vis near-infrared spectrophotometer V-670 manufactured by JASCO Corporation).
- the ultraviolet absorber is not particularly limited, and examples thereof include an organic ultraviolet absorber and a fine powder type ultraviolet blocking agent.
- organic ultraviolet absorbers examples include benzotriazole, triazine, acrylonitrile, benzophenone, aminobutadiene, and salicylate.
- benzotriazole series examples include 2,2-methylenebis [4- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) -6 [(2H-benzotriazol-2-yl) phenol]], 2- (2H— Benzotriazol-2-yl) -4- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) phenol, 2- [5-chloro (2H) -benzotriazol-2-yl] -4-methyl-6- ( tert-butyl) phenol and the like.
- benzotriazole organic UV absorbers include Sumisorb 200, Sumisorb 250, Sumisorb 300, Sumisorb 340, Sumisorb 350, Sumisorb 400, manufactured by Sumika Chemtex Co., Ltd., TINUVIN PS, TINUVIN 99-2 manufactured by BASF , TINUVIN -2384-2, TINUVIN 900, TINUVIN 928, TINUVIN 1130, Adeka Stub LA-24, ADEKA STAB LA-29, ADK STAB LA-31, ADK STAB LA-32, ADK STAB LA-36, etc. (Sumisorb, TINUVIN and ADK STAB are all registered trademarks.)
- triazine group examples include 2- (4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl) -5-[(hexyl) oxy] -phenol.
- Typical commercial products of triazine organic UV absorbers include BASF TINUVIN 400, TINUVIN 405, TINUVIN 460, TINUVIN 477, TINUVIN ⁇ 479, ADEKA Corporation ADEKA STAB LA-46, ADEKA STAB LA-F70, etc. .
- hindered amine or the like may be used as a light stabilizer.
- hindered amines include bis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate, poly [[6- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) amino-1,3,5- Triazine-2,4-diyl] [(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) imino] hexamethylene [(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) imino]], Dibutylamine, 1,3,5-triazine, N, N-bis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl-1,6-hexamethylenediamine, N- (2,2,6,6 And -tetramethyl-4-piperidyl) butylamine polycondensate.
- Typical commercial products of HALS include TINUVIN 111, TINUVIN 123, TINUVIN 144, TINUVIN 292, TINUVIN 5100 manufactured by BASF, ADEKA Adekastab LA-52, Adekastab LA-57, Adekastab LA-63P, Adekastab LA -68, ADK STAB LA-72, ADK STAB LA-77, ADK STAB LA-81, ADK STAB LA-82, ADK STAB LA-87, ADK STAB LA-402, ADK STAB LA-502, etc.
- fine particle metal oxides are preferable, and those having an average primary particle diameter in the range of 1 to 100 nm and having an ultraviolet protection effect are more preferable.
- the metal oxide include titanium oxide, zinc oxide, cerium oxide, iron oxide, and magnesium oxide. One or more, preferably two or more of these particulate metal oxides may be combined.
- the shape of the fine particle metal oxide is not particularly limited such as spherical, needle-like, rod-like, spindle-like, indefinite shape, or plate shape, and the crystal form is not particularly limited such as amorphous, rutile type, or anatase type.
- Fine particle metal oxides are conventionally known surface treatments such as fluorine compound treatment, silicone treatment, silicone resin treatment, pendant treatment, silane coupling agent treatment, titanium coupling agent treatment, oil agent treatment, N-acylated lysine treatment, It is preferably surface-treated in advance by acrylic acid treatment, metal soap treatment, amino acid treatment, inorganic compound treatment, plasma treatment, mechanochemical treatment, etc., especially selected from silicone, silane, fluorine compound, amino acid compound, metal soap It is preferable that the water-repellent treatment is performed with one or more surface treatment agents.
- HMZD-50 manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. is a typical commercial product of fine metal oxide.
- the ultraviolet absorber-containing organic layer is preferably a layer obtained by applying an ultraviolet absorber-containing coating agent, drying it as necessary, and curing it by irradiation with ultraviolet rays or electron beams.
- the UV-absorbing agent-containing coating agent comprises a UV-absorbing agent, a monomer and / or oligomer of a photo-curable resin such as UV- or electron beam-curable resin as a resin component, and an additive, for example, a photopolymerization initiator , A solvent, a dispersant, and the like.
- the ultraviolet absorbent-containing coating agent can be obtained by dissolving or dispersing the ultraviolet absorbent and, if necessary, additives and the like in the resin component by a known method.
- the UV absorber or UV blocker in the UV absorber-containing coating agent contains an appropriate amount for adjusting the UV transmittance, but preferably 0.1 based on the amount of the UV absorber-containing coating agent. -50 mass%, more preferably 1-30 mass%.
- the ultraviolet curable monomer or oligomer, or the electron beam curable monomer or oligomer is not particularly limited as long as it is a monomer or oligomer having a group that can be cross-linked by irradiation with ultraviolet light or electron beam.
- a monomer or oligomer having a group selected from the group consisting of UV absorber-containing organic layer is epoxy (meth) acrylate, urethane (meth) acrylate, isocyanuric acid (meth) acrylate, pentaerythritol (meth) acrylate, trimethylolpropane (meth) acrylate, ethylene glycol (meth) acrylate, polyester Among (meth) acrylates and the like, it is preferable that the main component is a polymer obtained by crosslinking a monomer having a bifunctional or higher acryloyl group or a methacryloyl group. These monomers having a bifunctional or higher functional acryloyl group or methacryloyl group may be used as a mixture of two or more, or may be used as a mixture of a monofunctional (meth) acrylate.
- UV-absorbing agent-containing coating agents include Toyo Ink Co., Ltd. Lioduras (registered trademark) TYN, Aika Industry Co., Ltd. 705-6 etc. are mentioned.
- Examples of a method for forming the ultraviolet absorber-containing organic layer include a method by coating.
- Examples of methods by coating include various conventionally used coating methods such as spray coating, spin coating, bar coating, curtain coating, dipping method, air knife method, slide coating, hopper coating, reverse roll coating, gravure coating, Examples of the method include extrusion coating. It is preferably formed by applying a UV absorber-containing coating agent on the inorganic thin film layer, then drying it as necessary, and curing it by irradiation with ultraviolet rays or electron beams.
- the thickness of the ultraviolet absorber-containing organic layer is preferably 10 to 10,000 nm.
- the upper limit of the thickness of the ultraviolet absorber-containing organic layer is more preferably 8000 nm, still more preferably 7000 nm.
- the lower limit of the thickness of the ultraviolet absorber-containing organic layer is more preferably 50 nm, and still more preferably 100 nm.
- the thickness of the organic layer containing an ultraviolet absorber is preferably 10 to 5000 nm, more preferably 50 to 5000 nm, and still more preferably 100 to 100 nm depending on the contained ultraviolet absorber, resin component, or ultraviolet absorber-containing coating agent. 5000 nm.
- the gas barrier film may have an organic layer B as the outermost layer of the gas barrier film.
- the organic layer B may be formed only on one side of the gas barrier film, or may be formed on both sides.
- organic layer B matting agent layer, protective layer, antistatic layer, smoothing layer, adhesion improving layer, light shielding layer, antireflection layer, hard coat layer, stress relaxation layer, antifogging layer, antifouling layer, printing A layer, an easily adhesive layer, and the like.
- the gas barrier film of the present invention has a light transmittance of 20% or less at a wavelength of 380 nm. Thereby, light resistance can be provided to the gas barrier film, UV degradation inside the device below the gas barrier film can be suppressed, or UV degradation of the gas barrier film itself can be suppressed.
- the gas barrier film of the present invention preferably has a light transmittance at a wavelength of 380 nm of 15% or less, more preferably 10% or less, and even more preferably 5% or less. In the present invention, the light transmittance at a wavelength of 380 nm was measured using a spectrophotometer (UV-Vis near-infrared spectrophotometer V-670 manufactured by JASCO Corporation).
- the layer configuration of the gas barrier film of the present invention is not particularly limited as long as the base layer, the inorganic thin film layer, and the ultraviolet absorber-containing organic layer are laminated in this order, and are limited to the following examples of the layer configuration. Not a thing.
- the layer structure specifically, a three-layer structure of base material layer / inorganic thin film layer / ultraviolet absorber-containing organic layer; flexible base material / organic layer A / inorganic thin film layer / ultraviolet absorber-containing organic Layer, organic layer A / flexible substrate / inorganic thin film layer / organic layer containing ultraviolet absorber, inorganic thin film layer / flexible substrate / inorganic thin film layer / organic layer containing ultraviolet absorber, flexible substrate / Inorganic thin film layer / UV absorber-containing organic layer / organic layer B, organic layer B / flexible substrate / inorganic thin film layer / UV absorber-containing organic layer; flexible substrate / organic layer A / Inorganic thin film layer / UV absorber-containing organic layer / organic layer B, inorganic thin film layer / flexible substrate / organic layer A / inorganic thin film layer / ultraviolet absorber-containing organic layer, etc .; Organic layer B / Inorganic thin film layer / flexible substrate / organic layer A / inorganic
- a further layer C may be provided.
- layer C include a colorant-containing organic layer, a bleed-out prevention layer, an antireflection layer, an adhesive layer, a transparent conductive layer, an infrared ray blocking layer, and a vacuum ultraviolet ray curable organic layer.
- the static friction coefficient between one surface of the gas barrier film and the other surface is 0.85 or more and 2.0 or less.
- the static friction coefficient is determined by dividing a gas barrier film having an upper surface and a lower surface into two sheets and bringing the upper surface of the first gas barrier film and the lower surface of the second gas barrier film into contact with each other. What is necessary is just to measure a coefficient.
- the coefficient of static friction can be measured in an environment of a temperature of 23 ° C. and a humidity of 50 RH% in accordance with the gradient method of JIS P8147.
- the surface roughness on both sides of the gas barrier film may be adjusted.
- the surface roughness of the exposed surface of the inorganic thin film layer and the surface roughness of the exposed surface of the base material layer may be adjusted.
- the surface roughness of the exposed surface of one inorganic thin film layer and the surface roughness of the exposed surface of the other inorganic thin film layer may be adjusted.
- the surface roughness of at least one surface of the gas barrier film is increased, the static friction coefficient between the front and back surfaces tends to decrease.
- the surface roughness of the inorganic thin film layer can be changed, for example, according to conditions such as the pressure in the vacuum chamber (vacuum degree) and film thickness in the film formation conditions of the inorganic thin film layer, and the composition of the inorganic film formation layer.
- the surface roughness of the inorganic thin film layer is adjusted by adjusting the surface roughness of the flexible base material serving as a base and the surface roughness of the intermediate layer disposed between the inorganic thin film layer and the flexible base material. Can also be adjusted.
- a corona treatment or the like may be performed.
- the arithmetic average roughness Ra of the surface of the inorganic thin film layer can be 3 nm or more.
- the arithmetic average roughness Ra can be obtained by attaching the gas barrier film to an epoxy plate with an adhesive and then observing the surface with a white interference microscope.
- the arithmetic average roughness Ra is an arithmetic average roughness according to JIS B 0601: 2001.
- the average of the distances from the horizontal plane to the four corners is 2 mm or less.
- This average value can be measured as follows. First, the gas barrier film is held for 48 hours under conditions of a temperature of 23 ° C. and a humidity of 50 RH%. Next, a 50 mm square part is cut out from the gas barrier film to obtain a sample. The sample is placed on the horizontal plane so that the center of the sample is in contact with the horizontal plane, and a total of four distances from the horizontal plane to the four corners are obtained. Finally, the average of these 4 points is obtained.
- the stress of each inorganic thin film layer on the front and back surfaces or balance the stress between the inorganic thin film layer on one side and the coating layer below it. Or reducing the residual stress of the inorganic thin film layer itself, or combining these to balance the stress on both sides.
- the stress can be adjusted by the film forming pressure and film thickness when forming the inorganic thin film layer, the degree of cure shrinkage when forming the coating layer, and the like.
- the water vapor permeability of the gas barrier film at 40 ° C. and 90% RH can be 0.1 g / m 2 / day or less, and can be 0.001 g / m 2 / day or less.
- the water vapor transmission rate can be measured by a Ca corrosion test method according to ISO / WD 15106-7 (Annex C).
- the gas barrier film of the present invention is a method of separately manufacturing and bonding a base material layer, an inorganic thin film layer, and an ultraviolet absorber-containing organic layer, and forming an inorganic thin film layer and an ultraviolet absorber-containing organic layer on the base material layer. It can be manufactured by a method or the like.
- the inorganic thin film layer is formed on the flexible base material or the organic layer A laminated on the surface of the flexible base material by using a known vacuum film forming method such as a CVD method using glow discharge plasma. It is preferable to manufacture.
- the laminated film thus obtained may be formed with a UV absorber-containing organic layer or a further organic layer B by a known method.
- the inorganic thin film layer is preferably formed by a continuous film forming process.
- the inorganic thin film layer may be formed while the flexible substrate is conveyed from the feed roll to the take-up roll. Then, you may form an inorganic thin film layer from the top by inverting a sending roll and a winding roll, and conveying a base material in the reverse direction.
- the gas barrier film of the present invention is a film excellent in gas barrier property and light resistance, in which a decrease in gas barrier property is suppressed even when bent after a light resistance test.
- the gas barrier film of the present invention can be used as a packaging application for foods, industrial products, pharmaceuticals, etc. that require gas barrier properties.
- the present invention also provides a flexible electronic device having the gas barrier film of the present invention.
- the gas barrier film of the present invention can also be used as a flexible substrate for flexible electronic devices (for example, flexible displays) such as liquid crystal display elements, solar cells, and organic EL displays that require higher gas barrier properties.
- the element may be formed directly on the gas barrier film of the present invention, or after the element is formed on another substrate, the present invention. These gas barrier films may be overlaid from above.
- ⁇ Thickness direction XPS depth profile measurement of inorganic thin film layer> The atomic ratio in the thickness direction of the inorganic thin film layer of the gas barrier film was measured by X-ray photoelectron spectroscopy.
- Etching rate (equivalent to SiO 2 thermal oxide film): 0.05nm / sec Etching interval (SiO 2 equivalent value): 10 nm
- X-ray photoelectron spectrometer Model name “VG Theta Probe” manufactured by Thermo Fisher Scientific Irradiation X-ray: Single crystal spectroscopy AlK ⁇ X-ray spot and size: 800 ⁇ m ⁇ 400 ⁇ m oval.
- Infrared spectroscopic measurement of inorganic thin film layer surface is Fourier transform infrared spectrophotometer equipped with ATR attachment (PIKE MIRacle) using germanium crystal for prism (manufactured by JASCO Corporation, FT / IR- 460Plus).
- PIKE MIRacle germanium crystal for prism
- germanium crystal for prism manufactured by JASCO Corporation, FT / IR- 460Plus
- a cyclocycloolefin film manufactured by ZEON Corporation, ZEONOR ZF16
- the gas barrier property was measured by the calcium corrosion method (method described in JP-A-2005-283561) under the conditions of a temperature of 40 ° C. and a humidity of 90% RH, and the water vapor permeability of the gas barrier film was determined.
- Inorganic thin film layer production example 1 The flexible substrate was mounted on a delivery roll in a vacuum chamber, and the inside of the vacuum chamber was reduced to 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa or less, and then an inorganic thin film layer was formed on the flexible substrate.
- a plasma CVD apparatus used to form an inorganic thin film layer a base material layer is conveyed in close contact with the surface of a pair of roll electrodes, plasma is generated between the pair of electrodes, and the raw material is decomposed in the plasma. Thus, an inorganic thin film layer was formed on the flexible substrate.
- a magnet is arranged inside the electrode so that the magnetic flux density is high on the surface of the electrode and the flexible substrate, and when the plasma is generated, the plasma becomes dense on the electrode and the flexible substrate. I was restrained.
- 100 sccm of hexamethyldisiloxane gas (Standard Cubic Centimeter per Minute, 0 ° C., 1 atm standard) and 1400 sccm of oxygen gas are introduced toward the space between the electrodes serving as a film formation zone, An AC power of 1.2 kW and a frequency of 70 kHz was supplied between the electrode rolls and discharged to generate plasma.
- a dense inorganic thin film layer was formed on the flexible substrate by plasma CVD.
- the infrared absorption spectrum did not change even after the corona treatment described later, and showed the above-mentioned absorption intensity ratio.
- the obtained gas barrier film 1 is in the order of oxygen, silicon, and carbon in order from the largest atomic ratio in the region of 90% or more in the film thickness direction of the inorganic thin film layer, and the carbon distribution in the film thickness direction.
- the extreme value of the curve was 10 or more, and the absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value of the carbon atom number ratio in the carbon distribution curve was 0.02 or more.
- the thickness of the inorganic thin film layer in the obtained gas barrier film was 320 nm.
- Inorganic thin film layer production example 2 Production Example 1 except that the supply amount of oxygen gas is 900 sccm, the AC power supplied between the electrode rolls is 0.6 kW, and the exhaust amount is adjusted so that the pressure around the exhaust port in the vacuum chamber is 1 Pa. In the same manner, an inorganic thin film layer was formed on the base material layer.
- the infrared absorption spectrum did not change even after the corona treatment described later, and showed the above-mentioned absorption intensity ratio.
- the obtained gas barrier film 1 is in the order of oxygen, silicon, and carbon in the order of the atomic ratio in the region of 90% or more in the film thickness direction of the inorganic thin film layer, and the carbon distribution in the film thickness direction.
- the extreme value of the curve was 10 or more, and the absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value of the carbon atom number ratio in the carbon distribution curve was 0.02 or more.
- the thickness of the inorganic thin film layer in the obtained gas barrier film was 250 nm.
- Example 1 After applying a corona treatment on a cycloolefin polymer film (COP film, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., ZF16, thickness 100 ⁇ m), coating agent 1 (manufactured by Toyochem Co., Ltd., Rioduras (registered trademark) TYAB500LC3NS, with particles) is applied. After applying by gravure coating method and drying at 100 ° C. for 3 minutes, an organic layer with a thickness of 1.5 ⁇ m is irradiated with ultraviolet rays (SP-9, manufactured by USHIO INC.) Under conditions of an integrated light quantity of 500 mJ / cm 2. An easy slip layer was formed as A1.
- COP film manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., ZF16, thickness 100 ⁇ m
- coating agent 1 manufactured by Toyochem Co., Ltd., Rioduras (registered trademark) TYAB500LC3NS, with particles
- an organic layer with a thickness of 1.5 ⁇ m is i
- coating agent 2 manufactured by Toa Gosei Co., Ltd., Aronix (registered trademark) UV3701
- a gravure coating method was applied by a gravure coating method. And dried at 100 ° C. for 3 minutes, and then irradiated with ultraviolet rays under the condition of an integrated light quantity of 500 mJ / cm 2 to form a planarizing layer as an organic layer A2 having a thickness of 1.8 ⁇ m to obtain a flexible substrate.
- An inorganic thin film layer was formed on the organic layer A1 of the obtained flexible substrate under the conditions of Production Example 1, and an inorganic thin film layer was formed on the organic layer A2 under the conditions of Production Example 2.
- an ultraviolet absorber-containing organic layer was formed on the outermost surface on the organic layer A1 side of the film on which the inorganic thin film layer was formed, to produce a gas barrier film.
- the UV absorber-containing organic layer is formed by corona treatment on the easy-sliding layer side of the film on which the inorganic thin film layer is formed, and then coating agent 3 (manufactured by ADEKA Co., Ltd., KRX-705-6) is applied by wet coating. After coating and drying at 80 ° C.
- UV irradiation SP-9, manufactured by Ushio Electric Co., Ltd.
- SPD-9 manufactured by Ushio Electric Co., Ltd.
- the obtained gas barrier film had a water vapor transmission rate of 2 ⁇ 10 ⁇ 3 g / (m 2 ⁇ day) under the conditions of a temperature of 40 ° C., a humidity of 0% RH on the low humidity side, and a humidity of 90% RH on the high humidity side.
- Method
- Example 2 A gas barrier film was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the ultraviolet absorber-containing organic layer was 6.5 ⁇ m.
- the obtained gas barrier film had a water vapor transmission rate of 2 ⁇ 10 ⁇ 3 g / (m 2 ⁇ day) under the conditions of a temperature of 40 ° C., a humidity of 0% RH on the low humidity side, and a humidity of 90% RH on the high humidity side. )Met.
- Comparative Example 1 A corona treatment was applied to a COP film (Zeon Corporation (registered trademark) ZF16, 100 ⁇ m thickness, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), and then coating agent 4 (Aika Industry Co., Ltd., Z-735-27L, with particles) was applied. After applying by a gravure coating method and drying at 100 ° C. for 2 minutes, ultraviolet irradiation was performed under the condition of an integrated light quantity of 150 mJ / cm 2 to form an ultraviolet absorber-containing organic layer having a thickness of 3.5 ⁇ m as an easy-sliding layer.
- COP film Zeon Corporation (registered trademark) ZF16, 100 ⁇ m thickness, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.)
- coating agent 4 Aika Industry Co., Ltd., Z-735-27L, with particles
- the coating agent 2 (Aronix (registered trademark) UV3701 manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.) is applied to the gravure coating method. And dried at 100 ° C. for 3 minutes, and then irradiated with ultraviolet rays under conditions of an integrated light quantity of 500 mJ / cm 2 to form a planarizing layer as an organic layer A2 having a thickness of 1.8 ⁇ m.
- An inorganic thin film layer is formed under the conditions of Production Example 1 on the obtained ultraviolet absorber-containing organic layer of the base material, and an inorganic thin film layer is formed under the conditions of Production Example 2 on the organic layer A2 to provide gas barrier properties. A film was produced.
- Comparative Example 2 A gas barrier film was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the thickness of the ultraviolet absorbent-containing organic layer was 4.5 ⁇ m.
- Example 3 A gas barrier film was produced in the same manner as in Example 1 except that the ultraviolet absorber-containing organic layer was not formed.
- the gas barrier films obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were applied to a light resistance tester (Daipura Wintes Co., Ltd., SWM-03F) having a temperature of 40 ° C. and an illuminance of 765 W / m 2.
- the light resistance test was performed by leaving it for a period of time. The test was performed by arranging the gas barrier film so that light is incident from the easy-sliding layer surface side of the gas barrier film.
- the gas barrier film after the light resistance test has an area in which the appearance does not change after being wound once on a mandrel having a radius of 4 mm, without being peeled off, cracked or colored on the barrier layer.
- the case of 100% was evaluated as “A”
- the case of 80% or more and less than 100% was evaluated as “B”
- the case of less than 80% was evaluated as “C”.
- the results are shown in Table 1.
- the gas barrier film of the present invention shown in Examples 1 and 2 has an ultraviolet absorber-containing organic layer on the inorganic thin film layer, the inorganic thin film layer does not deteriorate even after the light resistance test, Good adhesion after bending.
- Comparative Examples 1 and 2 although the light transmittance at a wavelength of 380 nm was low, the inorganic thin film layer was deteriorated after the light resistance test, and the adhesion after bending was low. Therefore, it is understood that the gas barrier film of the present invention is suitably used in a device such as a display device.
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Abstract
フレキシブルディスプレイに用いる防湿目的のガスバリア性フィルムへ耐光性を付与し、ガスバリア性フィルムより下層のデバイス内部のUV劣化抑制、及び/又はガスバリア性フィルム自体のUV劣化抑制を図ることを目的とする。 可撓性基材を少なくとも含む基材層、無機薄膜層、紫外線吸収剤含有有機層をこの順に有するガスバリア性フィルムであって、前記無機薄膜層は珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含有し、前記ガスバリア性フィルムの380nmにおける光線透過率が20%以下である、ガスバリア性フィルムを提供する。
Description
本発明は、ガスバリア性フィルム及びそれを含むデバイスに関する。
従来、有機ELディスプレイ等に用いられるガスバリア性フィルムが提案されている。
しかしながら、前記ガスバリア性フィルムの耐光性は満足のいくものではなかった。したがって、本発明は、フレキシブルディスプレイ等のデバイスに用いる防湿目的のガスバリア性フィルムへ耐光性を付与し、ガスバリア性フィルムより下層のデバイス内部のUV劣化抑制、及び/又はガスバリア性フィルム自体のUV劣化抑制を図る。
本発明者らは、前課題を解決するために、ガスバリア性フィルムについて詳細に検討を重ねたところ、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、以下の好適な態様を包含する。
[1]可撓性基材を少なくとも含む基材層、無機薄膜層、紫外線吸収剤含有有機層をこの順に有するガスバリア性フィルムであって、
前記無機薄膜層は珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含有し、
前記ガスバリア性フィルムの380nmにおける光線透過率が20%以下である、ガスバリア性フィルム。
[2]さらなる無機薄膜層を、紫外線吸収剤含有有機層側と反対側の基材層の表面に有する、[1]に記載のガスバリア性フィルム。
[3]基材層は、有機層Aを可撓性基材の少なくとも一方の表面に有する、[1]又は[2]に記載のガスバリア性フィルム。
[4]有機層Aは、易滑層及び平坦層からなる群から選択される層である、[1]~[3]のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
[5]前記無機薄膜層に含まれる珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計数に対する炭素原子の原子数比が、無機薄膜層の厚さ方向において連続的に変化する、[1]~[4]のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
[6]前記無機薄膜層は、無機薄膜層中の珪素原子(Si)に対する炭素原子(C)の平均原子数比が式(1)の範囲にある、[1]~[5]のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
0.10<C/Si<0.50 (1)
[7]前記無機薄膜層の膜厚方向における、前記無機薄膜層の表面からの距離と、各距離における前記無機薄膜層に含まれる珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計数に対する珪素の原子数比、酸素の原子数比、炭素の原子数比との関係をそれぞれ示す珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線において、条件(i)及び(ii)を満たす、[1]~[6]のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
(i)珪素の原子数比、酸素の原子数比及び炭素の原子数比が、前記無機薄膜層の膜厚方向における90%以上の領域において、式(5)で表される条件を満たす、
酸素の原子数比>珪素の原子数比>炭素の原子数比 (5)
(ii)前記炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する。
[8][1]~[7]のいずれかに記載のガスバリア性フィルムを、紫外線吸収剤を含むコーティング層が最外層となるように含むデバイス。
[9]前記無機薄膜層の表面を赤外分光測定のATR法で測定したとき、950~1050cm-1に存在するピーク強度(I1)と、1240~1290cm-1に存在するピーク強度(I2)との強度比が式(2)の範囲にある、[1]~[7]のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
0.01≦I2/I1<0.05 (2)
[10]前記無機薄膜層表面を赤外分光測定のATR法で測定したとき、950~1050cm-1に存在するピーク強度(I1)と、770~830cm-1に存在するピーク強度(I3)との強度比が式(3)の範囲にある、[1]~[7]及び[9]のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
0.25≦I3/I1≦0.50 (3)
[11]前記無機薄膜層表面を赤外分光測定のATR法で測定したとき、770~830cm-1に存在するピーク強度(I3)と、870~910cm-1に存在するピーク強度(I4)との強度比が式(4)の範囲にある、[1]~[7]、[9]及び[10]のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
0.70≦I4/I3<1.00 (4)
[1]可撓性基材を少なくとも含む基材層、無機薄膜層、紫外線吸収剤含有有機層をこの順に有するガスバリア性フィルムであって、
前記無機薄膜層は珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含有し、
前記ガスバリア性フィルムの380nmにおける光線透過率が20%以下である、ガスバリア性フィルム。
[2]さらなる無機薄膜層を、紫外線吸収剤含有有機層側と反対側の基材層の表面に有する、[1]に記載のガスバリア性フィルム。
[3]基材層は、有機層Aを可撓性基材の少なくとも一方の表面に有する、[1]又は[2]に記載のガスバリア性フィルム。
[4]有機層Aは、易滑層及び平坦層からなる群から選択される層である、[1]~[3]のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
[5]前記無機薄膜層に含まれる珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計数に対する炭素原子の原子数比が、無機薄膜層の厚さ方向において連続的に変化する、[1]~[4]のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
[6]前記無機薄膜層は、無機薄膜層中の珪素原子(Si)に対する炭素原子(C)の平均原子数比が式(1)の範囲にある、[1]~[5]のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
0.10<C/Si<0.50 (1)
[7]前記無機薄膜層の膜厚方向における、前記無機薄膜層の表面からの距離と、各距離における前記無機薄膜層に含まれる珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計数に対する珪素の原子数比、酸素の原子数比、炭素の原子数比との関係をそれぞれ示す珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線において、条件(i)及び(ii)を満たす、[1]~[6]のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
(i)珪素の原子数比、酸素の原子数比及び炭素の原子数比が、前記無機薄膜層の膜厚方向における90%以上の領域において、式(5)で表される条件を満たす、
酸素の原子数比>珪素の原子数比>炭素の原子数比 (5)
(ii)前記炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する。
[8][1]~[7]のいずれかに記載のガスバリア性フィルムを、紫外線吸収剤を含むコーティング層が最外層となるように含むデバイス。
[9]前記無機薄膜層の表面を赤外分光測定のATR法で測定したとき、950~1050cm-1に存在するピーク強度(I1)と、1240~1290cm-1に存在するピーク強度(I2)との強度比が式(2)の範囲にある、[1]~[7]のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
0.01≦I2/I1<0.05 (2)
[10]前記無機薄膜層表面を赤外分光測定のATR法で測定したとき、950~1050cm-1に存在するピーク強度(I1)と、770~830cm-1に存在するピーク強度(I3)との強度比が式(3)の範囲にある、[1]~[7]及び[9]のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
0.25≦I3/I1≦0.50 (3)
[11]前記無機薄膜層表面を赤外分光測定のATR法で測定したとき、770~830cm-1に存在するピーク強度(I3)と、870~910cm-1に存在するピーク強度(I4)との強度比が式(4)の範囲にある、[1]~[7]、[9]及び[10]のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
0.70≦I4/I3<1.00 (4)
本発明のガスバリア性フィルムは十分な耐光性及び屈曲性を有するためデバイスに好適に用いることができる。
本発明のガスバリア性フィルムは、可撓性基材を少なくとも有する基材層、無機薄膜層、紫外線吸収剤を含むコーティング層をこの順に有し、前記無機薄膜層は珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含有し、前記ガスバリア性フィルムの380nmにおける光線透過率が20%以下である。
(基材層)
基材層は、可撓性基材を少なくとも有する。基材層は、単層であっても複数層であってもよい。基材層が単層である場合は、基材層が可撓性基材で構成されていることが好ましい。基材層が複数層である場合は、基材層が少なくとも可撓性基材を有し、かつ基材層が可撓性を示すことが好ましく、無機薄膜層が積層される基材層の面が可撓性基材であることがより好ましく、前記複数層がそれぞれ可撓性基材で構成されていることがさらに好ましい。
基材層は、可撓性基材を少なくとも有する。基材層は、単層であっても複数層であってもよい。基材層が単層である場合は、基材層が可撓性基材で構成されていることが好ましい。基材層が複数層である場合は、基材層が少なくとも可撓性基材を有し、かつ基材層が可撓性を示すことが好ましく、無機薄膜層が積層される基材層の面が可撓性基材であることがより好ましく、前記複数層がそれぞれ可撓性基材で構成されていることがさらに好ましい。
(可撓性基材)
可撓性基材としては、樹脂成分として少なくとも1種の樹脂を含む樹脂フィルムを用いることができ、無色透明な樹脂フィルムが好ましい。樹脂フィルムに用い得る樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂;ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、環状ポリオレフィン等のポリオレフィン樹脂;ポリアミド樹脂;ポリカーボネート樹脂;ポリスチレン樹脂;ポリビニルアルコール樹脂;エチレン-酢酸ビニル共重合体のケン化物;ポリアクリロニトリル樹脂;アセタール樹脂;ポリイミド樹脂;ポリエーテルサルファイド(PES)が挙げられ、必要に応じてそれらの2種以上を組合せて用いることもできる。これらの中でも、透明性、耐熱性、線膨張性等の必要な特性に合せて、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂の中から選択して用いることが好ましく、PET、PEN、環状ポリオレフィンを用いることがより好ましい。
可撓性基材としては、樹脂成分として少なくとも1種の樹脂を含む樹脂フィルムを用いることができ、無色透明な樹脂フィルムが好ましい。樹脂フィルムに用い得る樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂;ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、環状ポリオレフィン等のポリオレフィン樹脂;ポリアミド樹脂;ポリカーボネート樹脂;ポリスチレン樹脂;ポリビニルアルコール樹脂;エチレン-酢酸ビニル共重合体のケン化物;ポリアクリロニトリル樹脂;アセタール樹脂;ポリイミド樹脂;ポリエーテルサルファイド(PES)が挙げられ、必要に応じてそれらの2種以上を組合せて用いることもできる。これらの中でも、透明性、耐熱性、線膨張性等の必要な特性に合せて、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂の中から選択して用いることが好ましく、PET、PEN、環状ポリオレフィンを用いることがより好ましい。
可撓性基材は、未延伸の樹脂フィルムであってもよく、未延伸の樹脂基材を一軸延伸、テンター式逐次二軸延伸、テンター式同時二軸延伸、チューブラー式同時二軸延伸などの公知の方法により、樹脂基材の流れ方向(MD方向)、及び/又は樹脂基材の流れ方向と直角方向(TD方向)に延伸した樹脂フィルムであってもよい。
可撓性基材の厚みは、安定したガスバリア性フィルムの製造を考慮して適宜設定できる。例えば、真空中においてもフィルムの搬送ができるという観点から、5~500μmであることが好ましく、10~200μmであることがより好ましく、50~100μmであることがさらに好ましい。基材層が可撓性基材の単層の場合、基材層の厚さは、前記と同様に、好ましくは5~500μmであり、より好ましくは10~200μmであり、さらに好ましくは50~100μmである。基材層が複数層の場合、可撓性基材を含む基材層を構成する全ての層の合計の厚さは、好ましくは5~500μmであり、より好ましくは10~200μmであり、さらに好ましくは50~100μmである。
可撓性基材を構成する層は、λ/4位相差フィルム、λ/2位相差フィルムなどの、面内における直交2成分の屈折率が互いに異なる位相差フィルムであってもよい。位相差フィルムの材料としては、セルロース系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリサルフォン系樹脂、ポリエーテルサルフォン系樹脂、環状オレフィン系樹脂、液晶化合物の配向固化層などを例示することができる。中でもポリカーボネート系樹脂フィルムが、コスト的に安価で均一なフィルムが入手可能であるため好ましく用いられる。製膜方法としては、溶剤キャスト法やフィルムの残留応力を小さくできる精密押出法などを用いることができるが、均一性の点で溶剤キャスト法が好ましく用いられる。延伸方法は、特に制限なく、均一な光学特性が得られるロール間縦一軸、テンター横一軸延伸など適用できる。
可撓性基材を構成する層がλ/4位相差フィルムである場合の波長550nmでの面内位相差Re(550)は、好ましくは100~180nmであり、より好ましくは110~170nmであり、さらに好ましくは120~160nmである。
可撓性基材を構成する層がλ/2位相差フィルムである場合の波長550nmでの面内位相差Re(550)は、好ましくは220~320nmであり、より好ましくは240~300nmであり、さらに好ましくは250~280nmである。
可撓性基材が位相差フィルムである場合に、位相差値が測定光の波長に応じて大きくなる逆波長分散性を示してもよく、位相差値が測定光の波長に応じて小さくなる正の波長分散特性を示してもよく、位相差値が測定光の波長によってもほとんど変化しないフラットな波長分散特性を示してもよい。
可撓性基材が逆波長分散性を示す位相差フィルムである場合、可撓性基材の波長λでの位相差をRe(λ)と表記したときに、可撓性基材10は、Re(450)/Re(550)<1及びRe(650)/Re(550)>1を満たすことができる。
可撓性基材は、光を透過させたり吸収させたりすることができるという観点から、無色透明であることが好ましい。より具体的には、全光線透過率が80%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましい。また、曇価(ヘイズ)が5%以下であることが好ましく、3%以下であることがより好ましく、1%以下であることがさらに好ましい。
可撓性基材は、有機デバイスやエネルギーデバイスの基材に使用することかできるという観点から、絶縁性であることが好ましく、電気抵抗率が106Ωcm以上であることが好ましい。
可撓性基材の表面には、無機薄膜層等との密着性の観点から表面活性処理を施してもよい。表面活性処理としては、例えばコロナ処理、プラズマ処理、フレーム処理、液体洗浄処理等が挙げられる。
(有機層A)
基材層は、無機薄膜層との密着性及び/又は平坦性を向上させることを目的として、可撓性基材の少なくとも一方の表面に同一の又は異なった種類の有機層Aを含んでもよい。基材層が複数層の場合も同様に、基材層を構成する可撓性基材の少なくとも一方の表面に同一の又は異なった種類の有機層Aを含んでもよい。好ましい実施形態の例としては、無機薄膜層が積層されうる基材層の面(すなわち基材層の表面のうち少なくとも一方の面)が可撓性基材であり、かつ当該可撓性基材の少なくとも一方の表面、より好ましくは無機薄膜層が積層される表面上に有機層Aを有する実施形態が挙げられる。他の好ましい実施形態の例としては、基材層の両面が可撓性基材であり、かつ当該可撓性基材の少なくとも一方の表面、より好ましくは無機薄膜層が積層される表面上に有機層Aを有する実施形態が挙げられる。有機層の厚みは、好ましくは0.5~10μmであり、より好ましくは0.8~5μmであり、さらに好ましくは1~3μmである。有機層Aとしては、例えば平坦化層、易滑層及びアンチブロッキング層が挙げられる。
基材層は、無機薄膜層との密着性及び/又は平坦性を向上させることを目的として、可撓性基材の少なくとも一方の表面に同一の又は異なった種類の有機層Aを含んでもよい。基材層が複数層の場合も同様に、基材層を構成する可撓性基材の少なくとも一方の表面に同一の又は異なった種類の有機層Aを含んでもよい。好ましい実施形態の例としては、無機薄膜層が積層されうる基材層の面(すなわち基材層の表面のうち少なくとも一方の面)が可撓性基材であり、かつ当該可撓性基材の少なくとも一方の表面、より好ましくは無機薄膜層が積層される表面上に有機層Aを有する実施形態が挙げられる。他の好ましい実施形態の例としては、基材層の両面が可撓性基材であり、かつ当該可撓性基材の少なくとも一方の表面、より好ましくは無機薄膜層が積層される表面上に有機層Aを有する実施形態が挙げられる。有機層の厚みは、好ましくは0.5~10μmであり、より好ましくは0.8~5μmであり、さらに好ましくは1~3μmである。有機層Aとしては、例えば平坦化層、易滑層及びアンチブロッキング層が挙げられる。
基材層が有機層Aを含む場合、基材層は、可撓性基材の一方の表面にのみ有機層を有するものであったり、可撓性基材の両方の表面に異なった種類の有機層を有するもの例えば一方の表面に平坦層を有し、他方の表面に易滑層を有するものであったりしてよい。
有機層Aは、通常、紫外線もしくは電子線硬化性樹脂のような光硬化性樹脂のモノマー及び/又はオリゴマーを含む樹脂組成物を可撓性基材上に塗布し、必要に応じて乾燥後、紫外線もしくは電子線の照射により硬化させて形成することができる。樹脂組成物は、必要に応じて、溶剤、光重合開始剤、熱重合開始剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤等の添加剤を含んでもよい。
塗布による方法の例としては、従来用いられる種々の塗布方法、例えば、スプレー塗布、スピン塗布、バーコート、カーテンコート、浸漬法、エアーナイフ法、スライド塗布、ホッパー塗布、リバースロール塗布、グラビア塗布、エクストリュージョン塗布等の方法が挙げられる。
平坦化層は、UV硬化性樹脂を基材上に塗布し、UV硬化させることで形成される。例えばUV硬化型ウレタンアクリレート樹脂、UV硬化型エポキシアクリレート樹脂、UV硬化型ポリエステルアクリレート樹脂、UV硬化型エポキシ樹脂、UV硬化型ポリオールアクリレート樹脂等が挙げられる。
平坦化層としては、剛体振り子型物性試験機(例えばエー・アンド・デイ(株)製 RPT-3000W等)により前記平坦化層表面の弾性率の温度変化を評価した場合、前記平坦化層表面の弾性率が50%以上低下する温度が150℃以上であるものが好ましい。
易滑層は、例えば無機粒子を含有するUV硬化性樹脂を基材上に塗布し、UV硬化させることで形成される。UV硬化性樹脂としては、例えばUV硬化型ウレタンアクリレート樹脂、UV硬化型エポキシアクリレート樹脂、UV硬化型ポリエステルアクリレート樹脂、UV硬化型エポキシ樹脂、UV硬化型ポリオールアクリレート樹脂等が挙げられる。無機粒子としては、例えばシリカ、アルミナ、タルク、クレイ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化ジルコニウム等が挙げられる。有機層Aが易滑層である場合、ガスバリア性フィルムをロール搬送し易くすることができる。
(無機薄膜層)
無機薄膜層は、より高度な水蒸気透過防止性能を発揮できるといった観点、並びに、耐屈曲性、製造の容易性及び低製造コストといった観点から、少なくとも珪素原子(Si)、酸素原子(O)、及び炭素原子(C)を含有する。無機薄膜層としては、公知のガスバリア性を有する無機材料の層を適宜利用することができる。無機薄膜層は、1層であってもよいし、複数層であってもよい。また、無機薄膜層を形成する工程は、1回でもよいし、複数回行われてもよい。複数回行う場合は、同一条件下で行われてもよいし、異なる条件下で行われてもよい。
無機薄膜層は、より高度な水蒸気透過防止性能を発揮できるといった観点、並びに、耐屈曲性、製造の容易性及び低製造コストといった観点から、少なくとも珪素原子(Si)、酸素原子(O)、及び炭素原子(C)を含有する。無機薄膜層としては、公知のガスバリア性を有する無機材料の層を適宜利用することができる。無機薄膜層は、1層であってもよいし、複数層であってもよい。また、無機薄膜層を形成する工程は、1回でもよいし、複数回行われてもよい。複数回行う場合は、同一条件下で行われてもよいし、異なる条件下で行われてもよい。
無機材料の例は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属酸炭化物、及び、これらのうちの少なくとも2種を含む混合物である。また、無機材料の層としては、上述した無機薄膜層を2層以上積層した多層膜を用いることもできる。また、無機薄膜層は、基材層の一方又は両方の表面に設けることができる。
無機薄膜層は、一般式がSiOαCβ[式中、α及びβは、それぞれ独立に、2未満の正の数を表す。]で表される化合物が主成分であることができる。ここで、「主成分である」とは、無機薄膜層を構成する全成分の質量に対してその成分の含有量が50質量%以上、好ましくは70質量%以上、より好ましくは90質量%以上であることをいう。無機薄膜層は一般式SiOαCβで表される1種類の化合物を含有してもよいし、一般式SiOαCβで表される2種以上の化合物を含有してもよい。前記一般式におけるα及びβの一以上は、無機薄膜層の厚さ方向において一定の値でもよいし、変化していてもよい。
さらに無機薄膜層は珪素原子、酸素原子及び炭素原子以外の元素、例えば、水素原子、窒素原子、ホウ素原子、アルミニウム原子、リン原子、イオウ原子、フッ素原子及び塩素原子のうちの一以上の原子を含有していてもよい。
無機薄膜層が、珪素原子、酸素原子及び炭素原子に加え、水素原子を含有する場合、一般式がSiOαCβHγ[式中、α及びβは前記と同義であり、γは6未満の正の数を表す]で表される化合物が主成分であることが好ましい。ここで、「主成分である」とは、無機薄膜層を構成する全成分の質量に対してその成分の含有量が50質量%以上、好ましくは70質量%以上、より好ましくは90質量%以上であることをいう。無機薄膜層は一般式SiOαCβHγで表される1種類の化合物を含有してもよいし、一般式SiOαCβHγで表される2種以上の化合物を含有してもよい。前記一般式におけるα、β及びγの一以上は、前記薄膜層の厚さ方向で一定の値でもよいし、変化していてもよい。
無機薄膜層は、無機薄膜層中の珪素原子(Si)に対する炭素原子(C)の平均原子数比をC/Siで表した場合に、緻密性を高くし、微細な空隙やクラック等の欠陥を少なくする観点から、C/Siの範囲は式(1)を満たすことが好ましい。
0.10<C/Si<0.50 (1)
また、0.15<C/Si<0.45の範囲にあるとより好ましく、0.20<C/Si<0.40の範囲にあるとさらに好ましく、0.25<C/Si<0.35の範囲にあると特に好ましい。
0.10<C/Si<0.50 (1)
また、0.15<C/Si<0.45の範囲にあるとより好ましく、0.20<C/Si<0.40の範囲にあるとさらに好ましく、0.25<C/Si<0.35の範囲にあると特に好ましい。
また、無機薄膜層は、無機薄膜層中の珪素原子(Si)に対する酸素原子(O)の平均原子数比をO/Siで表した場合に、緻密性を高くし、微細な空隙やクラック等の欠陥を少なくする観点から、1.50<O/Si<1.90の範囲にあると好ましく、1.55<O/Si<1.85の範囲にあるとより好ましく、1.60<O/Si<1.80の範囲にあるとさらに好ましく、1.65<O/Si<1.75の範囲にあると特に好ましい。
なお、平均原子数比C/Si及びO/Siは、下記条件にてXPSデプスプロファイル測定を行い、得られた珪素原子、酸素原子及び炭素原子の分布曲線から、それぞれの原子の厚み方向における平均原子濃度を求めた後、平均原子数比C/Si及びO/Siを算出できる。
<XPSデプスプロファイル測定>
エッチングイオン種:アルゴン(Ar+)
エッチングレート(SiO2熱酸化膜換算値):0.05nm/sec
エッチング間隔(SiO2換算値):10nm
X線光電子分光装置:Thermo Fisher Scientific社製、機種名「VG Theta Probe」
照射X線:単結晶分光AlKα
X線のスポット及びそのサイズ:800μm×400μmの楕円形
<XPSデプスプロファイル測定>
エッチングイオン種:アルゴン(Ar+)
エッチングレート(SiO2熱酸化膜換算値):0.05nm/sec
エッチング間隔(SiO2換算値):10nm
X線光電子分光装置:Thermo Fisher Scientific社製、機種名「VG Theta Probe」
照射X線:単結晶分光AlKα
X線のスポット及びそのサイズ:800μm×400μmの楕円形
無機薄膜層は、無機薄膜層表面に対して赤外分光測定(ATR法)を行った場合、950~1050cm-1に存在するピーク強度(I1)と、1240~1290cm-1に存在するピーク強度(I2)との強度比が式(2)を満たす範囲にあってもよい。
0.01≦I2/I1<0.05 (2)
0.01≦I2/I1<0.05 (2)
赤外分光測定(ATR法)から算出したピーク強度比I2/I1は、無機薄膜層中のSi-O-Siに対するSi-CH3の相対的な割合を表すと考えられる。式(2)で表される関係を満たす無機薄膜層は、緻密性が高く、微細な空隙やクラック等の欠陥が少なくなるため、ガスバリア性に優れ、かつ耐衝撃性に優れたものとなると考えられる。ピーク強度比I2/I1の範囲について、無機薄膜層の緻密性を高く保持する観点から、0.02≦I2/I1<0.04の範囲が好ましい。
さらに、前記ピーク強度比I2/I1の範囲を満たす場合には、ガスバリア性フィルムが適度に滑りやすくなり、よりブロッキングしにくくなる。逆にI2/I1が大きい、すなわちSi-Cが余りに多い場合には屈曲性が悪く、かつ滑りにくくなる傾向がある。また、I2/I1が小さい、すなわちSi-Cが余りに少ない場合でも屈曲性が低下する傾向がある。
無機薄膜層の表面の赤外分光測定は、プリズムにゲルマニウム結晶を用いたATRアタッチメント(PIKE MIRacle)を備えたフーリエ変換型赤外分光光度計(日本分光(株)製、FT/IR-460Plus)によって測定することができる。
無機薄膜層は、無機薄膜層表面に対して赤外分光測定(ATR法)を行った場合、950~1050cm-1に存在するピーク強度(I1)と、770~830cm-1に存在するピーク強度(I3)との強度比が式(3)の範囲にあってもよい。
0.25≦I3/I1≦0.50 (3)
0.25≦I3/I1≦0.50 (3)
赤外分光測定(ATR法)から算出したピーク強度比I3/I1は、無機薄膜層中のSi-O-Siに対するSi-CやSi-O等の相対的な割合を表すと考えられる。式(3)で表される関係を満たす無機薄膜層は、高い緻密性を保持しつつ、炭素が導入されることから耐屈曲性に優れ、かつ耐衝撃性に優れたものとなると考えられる。ピーク強度比I3/I1の範囲について、無機薄膜層の緻密性と耐屈曲性のバランスを保つ観点から、0.25≦I3/I1≦0.50の範囲が好ましく、0.30≦I3/I1≦0.45の範囲がより好ましい。
無機薄膜層は、無機薄膜層表面に対して赤外分光測定(ATR法)を行った場合、770~830cm-1に存在するピーク強度(I3)と、870~910cm-1に存在するピーク強度(I4)との強度比が式(4)の範囲にあってもよい。
0.70≦I4/I3<1.00 (4)
0.70≦I4/I3<1.00 (4)
赤外分光測定(ATR法)から算出したピーク強度比I4/I3は、無機薄膜層中のSi-Cに関連するピーク同士の比率を表すと考えられる。式(4)で表される関係を満たす無機薄膜層は、高い緻密性を保持しつつ、炭素が導入されることから耐屈曲性に優れ、かつ耐衝撃性に優れたものとなると考えられる。ピーク強度比I4/I3の範囲について、無機薄膜層の緻密性と耐屈曲性のバランスを保つ観点から、0.70≦I4/I3<1.00の範囲が好ましく、0.80≦I4/I3<0.95の範囲がより好ましい。
無機薄膜層の厚さは、無機薄膜層を曲げた時に割れ難くするという観点から、5~3000nmであることが好ましい。さらに、グロー放電プラズマを用いて、プラズマCVD法により無機薄膜層を形成する場合には、基材を通して放電しつつ前記無機薄膜層を形成することから、10~2000nmであることがより好ましく、100~1000nmであることがさらに好ましい。
無機薄膜層は、平均密度が1.8g/cm3以上であってもよい。なお、無機薄膜層の「平均密度」は、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)で求めた珪素の原子数、炭素の原子数、酸素の原子数と、水素前方散乱法(Hydrogen Forward scattering Spectrometry:HFS)で求めた水素の原子数とから測定範囲の無機薄膜層の重さを計算し、測定範囲の無機薄膜層の体積(イオンビームの照射面積と膜厚との積)で除することで求められる。無機薄膜層が1.8g/cm3以上の密度を有していることにより、無機薄膜層は、緻密性が高く、微細な空隙やクラック等の欠陥を少ない構造を有する。さらに、無機薄膜層が珪素原子、酸素原子、炭素原子及び水素原子からなる場合には、無機薄膜層の平均密度は2.22g/cm3未満であることが好ましい。
無機薄膜層の膜厚方向における該無機薄膜層表面からの距離と、各距離における珪素原子の原子数比との関係を示す曲線を珪素分布曲線という。同様に、膜厚方向における該無機薄膜層表面からの距離と、各距離における酸素原子の原子数比との関係を示す曲線を酸素分布曲線という。また、膜厚方向における該無機薄膜層表面からの距離と、各距離における炭素原子の原子数比との関係を示す曲線を炭素分布曲線という。珪素原子の原子数比、酸素原子の原子数比及び炭素原子の原子数比とは、無機薄膜層に含まれる珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計数に対する無機薄膜層表面からの各距離におけるそれぞれの原子数の比率を意味する。
屈曲によるガスバリア性の低下を抑制しやすい観点からは、無機薄膜層に含まれる珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計数に対する炭素原子の原子数比が、無機薄膜層の厚さ方向において連続的に変化することが好ましい。ここで、前記炭素原子の原子数比が、厚さ方向において連続的に変化するとは、例えば前記の炭素分布曲線において、炭素原子の原子数比が所定の変位幅の範囲内で複数の極値を与える増加及び減少を連続的に繰り返すことを表し、炭素の原子数比が不連続に変化する部分を含まないこと、すなわち炭素原子の原子数比が単調に増加又は減少しないことを表す。
前記無機薄膜層における珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線から得られる原子数比ならびに炭素分布曲線が、条件(i)及び(ii)を満たすことが、ガスバリア性や屈曲性の観点から好ましい。
(i)珪素の原子数比、酸素の原子数比及び炭素の原子数比が、前記無機薄膜層の膜厚方向における90%以上の領域において、式(5)で表される条件を満たす、
酸素の原子数比>珪素の原子数比>炭素の原子数比 (5)
(ii)前記炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する。
(i)珪素の原子数比、酸素の原子数比及び炭素の原子数比が、前記無機薄膜層の膜厚方向における90%以上の領域において、式(5)で表される条件を満たす、
酸素の原子数比>珪素の原子数比>炭素の原子数比 (5)
(ii)前記炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する。
無機薄膜層の炭素分布曲線は、実質的に連続であることが好ましい。炭素分布曲線が実質的に連続とは、炭素分布曲線における炭素の原子数比が不連続に変化する部分を含まないことである。具体的には、膜厚方向における前記無機薄膜層表面からの距離をx[nm]、炭素の原子数比をCとしたときに、式(6)を満たすことが好ましい。
|dC/dx|≦0.01 (6)
|dC/dx|≦0.01 (6)
また、無機薄膜層の炭素分布曲線は少なくとも1つの極値を有することが好ましい。ここでいう極値は、膜厚方向における前記無機薄膜層表面からの距離に対する各元素の原子数比の極大値又は極小値である。極値は、膜厚方向における前記無機薄膜層表面からの距離を変化させたときに、元素の原子数比が増加から減少に転じる点、又は元素の原子数比が減少から増加に転じる点での原子数比の値である。極値は、例えば、膜厚方向において複数の測定位置において、測定された原子数比に基づいて求めることができる。原子数比の測定位置は、膜厚方向の間隔が、例えば20nm以下に設定される。膜厚方向において極値を示す位置は、各測定位置での測定結果を含んだ離散的なデータ群について、例えば互いに異なる3以上の測定位置での測定結果を比較し、測定結果が増加から減少に転じる位置又は減少から増加に転じる位置を求めることによって得ることができる。極値を示す位置は、例えば、前記の離散的なデータ群から求めた近似曲線を微分することによって、得ることもできる。極値を示す位置から、原子数比が単調増加又は単調減少する区間が例えば20nm以上である場合に、極値を示す位置から膜厚方向に20nmだけ移動した位置での原子数比と、極値との差の絶対値は例えば0.03以上である。
前記のように炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する条件を満たすように形成された前記無機薄膜層は、屈曲前のガス透過率に対する屈曲後のガス透過率の増加量が、前記条件を満たさない場合と比較して少なくなる。すなわち、前記条件を満たすことにより、屈曲によるガスバリア性の低下を抑制する効果が得られる。炭素分布曲線の極値の数が2つ以上になるように前記無機薄膜層を形成すると、炭素分布曲線の極値の数が1つである場合と比較して、前記の増加量が少なくなる。また、炭素分布曲線の極値の数が3つ以上になるように前記無機薄膜層を形成すると、炭素分布曲線の極値の数が2つである場合と比較して、前記の増加量が少なくなる。炭素分布曲線が2つ以上の極値を有する場合に、第1の極値を示す位置の膜厚方向における前記無機薄膜層表面からの距離と、第1の極値と隣接する第2の極値を示す位置の膜厚方向における前記無機薄膜層表面からの距離との差の絶対値が、1nm以上200nm以下の範囲内であることが好ましく、1nm以上100nm以下の範囲内であることがさらに好ましい。
また、前記無機薄膜層の炭素分布曲線における炭素の原子数比の最大値及び最小値の差の絶対値が0.01以上であることが好ましい。前記条件を満たすように形成された前記無機薄膜層は、屈曲前のガス透過率に対する屈曲後のガス透過率の増加量が、前記条件を満たさない場合と比較して少なくなる。すなわち、前記条件を満たすことにより、屈曲によるガスバリア性の低下を抑制する効果が得られる。炭素の原子数比の最大値及び最小値の差の絶対値が0.02以上であると前記の効果が高くなり、0.03以上であると前記の効果がさらに高くなる。
珪素分布曲線における珪素の原子数比の最大値及び最小値の差の絶対値が低くなるほど、前記無機薄膜層のガスバリア性が向上する傾向がある。このような観点で、前記の絶対値は、好ましくは0.05未満(5at%未満)であり、より好ましくは0.04未満(4at%未満)であり、さらに好ましくは0.03未満(3at%未満)である。
また、酸素炭素分布曲線において、各距離における酸素原子の原子数比及び炭素原子の原子数比の合計を「合計原子数比」としたときに、合計原子数比の最大値及び最小値の差の絶対値が低くなるほど、前記無機薄膜層のガスバリア性が向上する傾向がある。このような観点で、前記の合計原子数比は、好ましくは0.05未満であり、より好ましくは0.04未満であり、さらに好ましくは0.03未満である。
前記無機薄膜層表面方向において、前記無機薄膜層を実質的に一様な組成にすると、前記無機薄膜層のガスバリア性を均一にするとともに向上させることができる。実質的に一様な組成であるとは、酸素分布曲線、炭素分布曲線及び酸素炭素分布曲線において、前記無機薄膜層表面の任意の2点で、それぞれの膜厚方向に存在する極値の数が同じであり、それぞれの炭素分布曲線における炭素の原子数比の最大値及び最小値の差の絶対値が、互いに同じであるかもしくは0.05以内の差であることをいう。
前記条件を満たすように形成された無機薄膜層は、例えば有機EL素子を用いたフレキシブル電子デバイスなどに要求されるガスバリア性を発現することができる。
珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含む無機薄膜層は、化学気相成長法(CVD法)で形成されることが好ましく、中でも、グロー放電プラズマなどを用いたプラズマ化学気相成長法(PECVD法)で形成されることがより好ましい。
原料ガスの例としては、珪素原子及び炭素原子を含有する有機ケイ素化合物が挙げられる。有機ケイ素化合物の例としては、ヘキサメチルジシロキサン、1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、ビニルトリメチルシラン、メチルトリメチルシラン、ヘキサメチルジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジエチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサンが挙げられる。これらの有機ケイ素化合物の中でも、化合物の取り扱い性及び得られる無機薄膜層のガスバリア性等の特性の観点から、ヘキサメチルジシロキサン、1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンが好ましい。また、これらの有機ケイ素化合物は、1種を単独で又は2種以上を組合せて使用することができる。
また、前記原料ガスに対して、前記原料ガスと反応して酸化物、窒化物等の無機化合物を形成可能とする反応ガスを適宜選択して混合することができる。酸化物を形成するための反応ガスとしては、例えば、酸素、オゾンを用いることができる。また、窒化物を形成するための反応ガスとしては、例えば、窒素、アンモニアを用いることができる。これらの反応ガスは、1種を単独で又は2種以上を組合せて使用することができ、例えば酸窒化物を形成する場合には、酸化物を形成するための反応ガスと窒化物を形成するための反応ガスとを組合せて使用することができる。原料ガスと反応ガスの流量比は、成膜する無機材料の原子数比に応じて適宜調節できる。
原料ガス及び反応ガスの流量比を調節することにより、前記C/Siの値を制御することができる。例えば、原料ガスとしてヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)を、反応ガスとして酸素をそれぞれ用いる場合は、HMDSO流量に対する酸素流量の比O2/HMDSOを5~25の範囲にすると、C/Siの値を前記した範囲に制御することができる。
前記原料ガスを真空チャンバー内に供給するために、必要に応じて、キャリアガスを用いてもよい。さらに、プラズマ放電を発生させるために、必要に応じて、放電用ガスを用いてもよい。このようなキャリアガス及び放電用ガスとしては、適宜公知のものを使用することができ、例えば、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン等の希ガス;水素を用いることができる。
また、真空チャンバー内の圧力(真空度)は、原料ガスの種類等に応じて適宜調整することができるが、0.5~50Paの範囲とすることが好ましい。
図1は、ガスバリア性フィルムに含まれる無機薄膜層の製造に用いられる製造装置の一例を示す模式図であり、プラズマ化学気相成長法により無機薄膜層を形成する装置の模式図である。図1は、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。図1に示す製造装置は、送り出しロール11、巻き取りロール71、搬送ロール21~24、ガス供給管41、プラズマ発生用電源51、成膜ロール31及び32の内部にそれぞれ設置された磁場形成装置61及び62を有している。図1の装置において、成膜ロール31及び32は、電極も兼ねており、後述のロール状電極となっている。
製造装置の構成要素のうち、少なくとも成膜ロール、ガス供給管、磁場形成装置は、無機薄膜層を形成するときに、真空チャンバー(図示せず)内に配置される。この真空チャンバーは、真空ポンプ(図示せず)に接続される。真空チャンバーの内部の圧力は、真空ポンプの動作により調整される。
この装置を用いると、プラズマ発生用電源を制御することにより、2つの成膜ロールの間の空間に、ガス供給管から供給される成膜ガスの放電プラズマを発生させることができ、発生する放電プラズマを用いて連続的な成膜プロセスでプラズマCVD成膜を行うことができる。
送り出しロールには、成膜前のフィルム100が巻き取られた状態で設置され、フィルムを長尺方向に巻き出しながら送り出しする。また、フィルムの端部側には巻取りロールが設けられ、成膜が行われた後のフィルムを牽引しながら巻き取り、ロール状に収容する。
前記2つの成膜ロールは、平行に延在して対向配置されていることが好ましい。両ロールは導電性材料で形成され、それぞれ回転しながらフィルムを搬送する。2つの成膜ロールは、直径が同じものを用いることが好ましく、例えば、5cm以上100cm以下のものを用いることが好ましい。
無機薄膜層は、形成する際に一対のロール状電極の表面にそれぞれ基材層を密接させながら搬送し、一対の電極間でプラズマを発生させて、原料をプラズマ中で分解させて可撓性基材上に無機薄膜層を形成させることが好ましい。前記の一対の電極は、磁束密度が電極及び可撓性基材表面で高くなるように電極内部に磁石が配置されることが好ましい。これにより、プラズマ発生時に電極及び可撓性基材上でプラズマが高密度に拘束される傾向にある。
(紫外線吸収剤含有有機層)
紫外線吸収剤含有有機層は無機薄膜層上に形成される。紫外線吸収剤含有有機層が無機薄膜層上に形成されることにより、すなわち本発明のガスバリア性フィルムがデバイスに貼り合わされたときに紫外線吸収剤含有有機層が無機薄膜層より外側に形成されることにより、電気的又は電子的な装置や自然光等に含まれる紫外線が吸収及び/又は遮蔽され、無機薄膜層やデバイスの劣化を抑制することができる。したがって、本発明のガスバリア性フィルムは、紫外線吸収剤含有有機層が外側となるようにデバイスと貼り合わされるように構成される。ここで、紫外線吸収剤含有有機層が無機薄膜層より「外側に」形成されるとは、ガスバリア性フィルムがデバイスに貼り合わされた積層体において、紫外線吸収剤含有有機層が、基材層のデバイスが積層された面側とは反対側に形成されることを意味する。また、無機薄膜層が基材層の両側に形成される場合でも、紫外線吸収剤含有有機層は、デバイスと貼り合わされる面と反対側の無機薄膜層上に形成されていればよく、好ましくは、ガスバリア性フィルムのデバイスと貼り合わされる面と反対側の最外層に形成される。
紫外線吸収剤含有有機層は無機薄膜層上に形成される。紫外線吸収剤含有有機層が無機薄膜層上に形成されることにより、すなわち本発明のガスバリア性フィルムがデバイスに貼り合わされたときに紫外線吸収剤含有有機層が無機薄膜層より外側に形成されることにより、電気的又は電子的な装置や自然光等に含まれる紫外線が吸収及び/又は遮蔽され、無機薄膜層やデバイスの劣化を抑制することができる。したがって、本発明のガスバリア性フィルムは、紫外線吸収剤含有有機層が外側となるようにデバイスと貼り合わされるように構成される。ここで、紫外線吸収剤含有有機層が無機薄膜層より「外側に」形成されるとは、ガスバリア性フィルムがデバイスに貼り合わされた積層体において、紫外線吸収剤含有有機層が、基材層のデバイスが積層された面側とは反対側に形成されることを意味する。また、無機薄膜層が基材層の両側に形成される場合でも、紫外線吸収剤含有有機層は、デバイスと貼り合わされる面と反対側の無機薄膜層上に形成されていればよく、好ましくは、ガスバリア性フィルムのデバイスと貼り合わされる面と反対側の最外層に形成される。
紫外線吸収剤含有有機層は、380nmにおける光線透過率が好ましくは20%以下、より好ましくは15%以下、さらに好ましくは10%以下、さらにより好ましくは5%以下である。380nmにおける光線透過率は、分光光度計(日本分光(株)製 紫外可視近赤外分光光度計V-670)を用いて測定した。
紫外線吸収剤としては、特に制限はないが、有機紫外線吸収剤及び微粉末系紫外線遮断剤が挙げられる。
有機紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、アクリロニトリル系、ベンゾフェノン系、アミノブタジエン系、サリチレート系等が挙げられる。
ベンゾトリアゾール系としては、例えば2,2-メチレンビス[4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)-6[(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)フェノール]]、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェノール、2-[5-クロロ(2H)-ベンゾトリアゾール-2-イル]-4-メチル-6-(tert-ブチル)フェノール等を挙げることができる。
ベンゾトリアゾール系有機紫外線吸収剤の代表的市販品としては、住化ケムテックス(株)製 Sumisorb 200、Sumisorb 250、Sumisorb 300、Sumisorb 340、Sumisorb 350、Sumisorb 400、BASF社製TINUVIN PS、TINUVIN 99-2、TINUVIN 384-2、TINUVIN 900、TINUVIN 928、TINUVIN 1130、(株)ADEKA製アデカスタブ LA-24、アデカスタブ LA-29、アデカスタブ LA-31、アデカスタブ LA-32、アデカスタブ LA-36等が挙げられる。(Sumisorb、TINUVIN及びアデカスタブはいずれも登録商標である。)
トリアジン系としては、例えば2-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)-5-[(ヘキシル)オキシ]-フェノール等を挙げることができる。
トリアジン系有機紫外線吸収剤の代表的市販品としては、BASF社製TINUVIN 400、TINUVIN 405、TINUVIN 460、TINUVIN 477、TINUVIN 479、(株)ADEKA製アデカスタブ LA-46、アデカスタブ LA-F70等が挙げられる。
また光安定剤としてヒンダードアミン等を使用してもよい。ヒンダードアミンとしては、例えばビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート、ポリ[[6-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)アミノ-1,3,5-トリアジン-2,4-ジイル][(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ]ヘキサメチレン[(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ]]、ジブチルアミン・1,3,5-トリアジン・N,N-ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル-1,6-ヘキサメチレンジアミン・N-(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)ブチルアミンの重縮合物等を挙げることができる。
HALS剤の代表的市販品としては、BASF社製TINUVIN 111、TINUVIN 123、TINUVIN 144、TINUVIN 292、TINUVIN 5100、(株)ADEKA製 アデカスタブ LA-52、アデカスタブ LA-57、アデカスタブ LA-63P、アデカスタブ LA-68、アデカスタブ LA-72、アデカスタブ LA-77、アデカスタブ LA-81、アデカスタブ LA-82、アデカスタブ LA-87、アデカスタブ LA-402、アデカスタブ LA-502等が挙げられる。
微粉末系紫外線遮断剤としては、微粒子金属酸化物が好ましく、その平均一次粒子径が1~100nmの範囲にあり紫外線防御効果を有するものがより好ましい。金属酸化物としては、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化鉄、酸化マグネシウムが挙げられる。これらの微粒子金属酸化物の1種以上、好ましくは2種以上を組み合わせてもよい。
また、微粒子金属酸化物の形状としては、球状、針状、棒状、紡錘状、不定形状、板状など特に限定されず、さらに結晶形についてもアモルファス、ルチル型、アナターゼ型など特に限定されない。
また、微粒子金属酸化物の形状としては、球状、針状、棒状、紡錘状、不定形状、板状など特に限定されず、さらに結晶形についてもアモルファス、ルチル型、アナターゼ型など特に限定されない。
微粒子金属酸化物は、従来公知の表面処理、例えばフッ素化合物処理、シリコーン処理、シリコーン樹脂処理、ペンダント処理、シランカップリング剤処理、チタンカップリング剤処理、油剤処理、N-アシル化リジン処理、ポリアクリル酸処理、金属石鹸処理、アミノ酸処理、無機化合物処理、プラズマ処理、メカノケミカル処理などによって事前に表面処理されていることが好ましく、特にシリコーン、シラン、フッ素化合物、アミノ酸系化合物、金属石鹸から選ばれる一種以上の表面処理剤により撥水化処理されていることが好ましい。
微粒子金属酸化物の代表的市販品としては、住友大阪セメント(株)製HMZD-50等が挙げられる。
紫外線吸収剤含有有機層は、紫外線吸収剤含有コーティング剤を、塗布したのち、必要に応じて乾燥させ、紫外線又は電子線の照射により硬化させた層であることが好ましい。
紫外線吸収剤含有コーティング剤は、紫外線吸収剤と、樹脂成分として紫外線もしくは電子線硬化性樹脂のような光硬化性樹脂のモノマー及び/又はオリゴマーと、必要に応じて添加剤、例えば光重合開始剤、溶媒及び分散剤等とを含有するものであってよい。紫外線吸収剤含有コーティング剤は、紫外線吸収剤及び必要に応じて添加剤等を公知の方法により樹脂成分に溶解又は分散させて得ることができる。紫外線吸収剤含有コーティング剤中の前記紫外線吸収剤あるいは紫外線遮断剤は、紫外線透過率を調整するうえで適宜な量が含まれるが、好ましくは紫外線吸収剤含有コーティング剤の量を基準に0.1~50質量%であり、より好ましくは1~30質量%である。
紫外線硬化性モノマーもしくはオリゴマー、又は電子線硬化性モノマーもしくはオリゴマーは、紫外線もしくは電子線の照射により架橋できる基を有するモノマー又はオリゴマーであれば特に限定はないが、アクリロイル基、メタクリロイル基及びオキセタン基からなる群から選択される基を有するモノマー又はオリゴマーを用いることが好ましい。紫外線吸収剤含有有機層は、エポキシ(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトール(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパン(メタ)アクリレート、エチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレートなどのうち、2官能以上のアクリロイル基又はメタクリロイル基を有するモノマーを架橋させて得られる高分子を主成分とすることが好ましい。これらの2官能以上のアクリロイル基又はメタクリロイル基を有するモノマーは2種類以上を混合して用いてもよいし、また1官能の(メタ)アクリレートを混合して用いてもよい。
紫外線吸収剤含有コーティング剤の代表的市販品としては、東洋インキ(株)製 Lioduras(登録商標) TYN、アイカ工業(株)製 Z-735-27L(粒子入り)、(株)ADEKA製 KRX-705-6等が挙げられる。
紫外線吸収剤含有有機層の形成方法としては、例えば塗布による方法等を挙げることができる。塗布による方法の例としては、従来用いられる種々の塗布方法、例えば、スプレー塗布、スピン塗布、バーコート、カーテンコート、浸漬法、エアーナイフ法、スライド塗布、ホッパー塗布、リバースロール塗布、グラビア塗布、エクストリュージョン塗布等の方法が挙げられる。紫外線吸収剤含有コーティング剤を、無機薄膜層上に塗布した後、必要に応じて乾燥させ、紫外線もしくは電子線の照射により硬化して形成されることが好ましい
紫外線吸収剤含有有機層の厚みは、好ましくは10~10000nmである。紫外線吸収剤含有有機層の厚みの上限は、より好ましくは8000nmであり、さらに好ましくは7000nmである。紫外線吸収剤含有有機層の厚みの下限は、より好ましくは50nmであり、さらに好ましくは100nmである。また、紫外線吸収剤含有有機層の厚みは、含まれる紫外線吸収剤、樹脂成分又は紫外線吸収剤含有コーティング剤などにより、好ましくは10~5000nmであり、より好ましくは50~5000nm、さらに好ましくは100~5000nmである。
(有機層B)
ガスバリア性フィルムは、ガスバリア性フィルムの最外層に有機層Bを有してもよい。有機層Bは、ガスバリア性フィルムの一方の面のみに形成されてもよいし、両面に形成されてもよい。有機層Bとしては、マット剤層、保護層、帯電防止層、平滑化層、密着改良層、遮光層、反射防止層、ハードコート層、応力緩和層、防曇層、防汚層、被印刷層、及び易接着層等が挙げられる。
ガスバリア性フィルムは、ガスバリア性フィルムの最外層に有機層Bを有してもよい。有機層Bは、ガスバリア性フィルムの一方の面のみに形成されてもよいし、両面に形成されてもよい。有機層Bとしては、マット剤層、保護層、帯電防止層、平滑化層、密着改良層、遮光層、反射防止層、ハードコート層、応力緩和層、防曇層、防汚層、被印刷層、及び易接着層等が挙げられる。
(ガスバリア性フィルム)
本発明のガスバリア性フィルムは、波長380nmにおける光線透過率が20%以下である。これにより、ガスバリア性フィルムへ耐光性を付与し、ガスバリア性フィルムより下層のデバイス内部のUV劣化を抑制したり、ガスバリア性フィルム自体のUV劣化を抑制したりすることができる。本発明のガスバリア性フィルムは、波長380nmにおける光線透過率が好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下である。本発明では、波長380nmにおける光線透過率は、分光光度計(日本分光(株)製 紫外可視近赤外分光光度計V-670)を用いて測定した。
本発明のガスバリア性フィルムは、波長380nmにおける光線透過率が20%以下である。これにより、ガスバリア性フィルムへ耐光性を付与し、ガスバリア性フィルムより下層のデバイス内部のUV劣化を抑制したり、ガスバリア性フィルム自体のUV劣化を抑制したりすることができる。本発明のガスバリア性フィルムは、波長380nmにおける光線透過率が好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下である。本発明では、波長380nmにおける光線透過率は、分光光度計(日本分光(株)製 紫外可視近赤外分光光度計V-670)を用いて測定した。
本発明のガスバリア性フィルムの層構成は、基材層、無機薄膜層、紫外線吸収剤含有有機層がこの順に積層されたものであれば特に限定されず、以下の層構成の例示に限定されるものでもない。層構成の例としては、具体的には、基材層/無機薄膜層/紫外線吸収剤含有有機層の3層構成;可撓性基材/有機層A/無機薄膜層/紫外線吸収剤含有有機層や、有機層A/可撓性基材/無機薄膜層/紫外線吸収剤含有有機層、無機薄膜層/可撓性基材/無機薄膜層/紫外線吸収剤含有有機層、可撓性基材/無機薄膜層/紫外線吸収剤含有有機層/有機層B、有機層B/可撓性基材/無機薄膜層/紫外線吸収剤含有有機層の4層構成;可撓性基材/有機層A/無機薄膜層/紫外線吸収剤含有有機層/有機層B、無機薄膜層/可撓性基材/有機層A/無機薄膜層/紫外線吸収剤含有有機層などの5層構成;有機層B/無機薄膜層/可撓性基材/有機層A/無機薄膜層/紫外線吸収剤含有有機層、無機薄膜層/有機層A/可撓性基材/有機層A/無機薄膜層/紫外線吸収剤含有有機層、無機薄膜層/有機層A/可撓性基材/有機層A/無機薄膜層/紫外線吸収剤含有有機層/有機層B、有機層B/無機薄膜層/有機層A/可撓性基材/有機層A/無機薄膜層/紫外線吸収剤含有有機層、有機層B/無機薄膜層/有機層A/可撓性基材/有機層A/無機薄膜層/紫外線吸収剤含有有機層/有機層Bなどの6層以上の構成であってもよい。前記の層以外に、さらなる層Cを有していてもよい。このような層Cとしては、例えば着色剤含有有機層、ブリードアウト防止層、反射防止層、粘着層、透明導電層、赤外線遮断層、真空紫外線硬化有機層等が挙げられる。
ガスバリア性フィルムは、ガスバリア性フィルムの一方の表面と他方の表面との間の静止摩擦係数は、0.85以上2.0以下である。
静止摩擦係数は、上面及び下面を有するガスバリア性フィルムを2枚に分割し、1枚目のガスバリア性フィルムの上面と、2枚目のガスバリア性フィルムの下面とを接触させるようにして、静止摩擦係数を測定すればよい。静止摩擦係数は、JIS P 8147の傾斜法に準拠し、温度23℃、湿度50RH%の環境下にて測定することができる。
静止摩擦係数を調整するには、ガスバリア性フィルムの両面の表面粗さを調節すればよい。たとえば、無機薄膜層が基材層の一方面のみに設けられている場合には、無機薄膜層の露出面の表面粗さと、基材層の露出面の表面粗さとを調節すればよい。無機薄膜層が基材層の両方面に設けられている場合には、一方の無機薄膜層の露出面の表面粗さと、他方の無機薄膜層の露出面の表面粗さとを調節すればよい。ガスバリア性フィルムの少なくとも一方の面の表面粗さを大きくすると、表裏面間の静止摩擦係数は小さくなる傾向がある。
無機薄膜層の表面粗さは、たとえば、無機薄膜層の成膜条件における真空チャンバー内の圧力(真空度)や成膜厚み等の条件や、無機成膜層の組成に応じて変更できる。また、無機薄膜層の表面粗さは、下地となる可撓性基材の表面粗さや、無機薄膜層と可撓性基材との間に配置される中間層の表面粗さを調節することによっても調節できる。
可撓性基材の表面粗さを調節するには、コロナ処理等の処理をすればよい。
無機薄膜層の表面の算術平均粗さRaは、3nm以上であることができる。算術平均粗さRaは、ガスバリア性フィルムを粘着剤付きエポキシ板に貼りつけた後、その表面を白色干渉顕微鏡で観察することにより得ることができる。算術平均粗さRaとは、JIS B 0601:2001による算術平均粗さである。
また、本実施形態にかかるガスバリア性フィルムにおいて、ガスバリア性フィルムから切り出した50mm四方の部分を当該部分の中央部が水平面に接するように載置したとき、水平面から反り上がった四隅までの距離の平均値が2mm以下である。
この平均値は以下のようにして測定できる。まず、ガスバリア性フィルムを温度23℃、湿度50RH%の条件に48時間保持する。次に、当該ガスバリア性フィルムから50mm四方の部分を切り出してサンプルを得る。サンプルの中央部が水平面に接するようにサンプルを水平面上に載置して、水平面から4隅までの距離を合計4点得る。最後に、これら4点の平均値を得る。
ガスバリア性フィルムの反りを低減して平面性を向上させるには、表裏面の各無機薄膜層の応力をバランスさせたり、片方の面の無機薄膜層とその下のコーティング層との応力をバランスさせたり、無機薄膜層自体の残留応力を低減したり、またこれらを組み合わせて両面の応力をバランスさせればよい。応力は、無機薄膜層形成時の成膜圧力、膜厚、コーティング層形成時の硬化収縮度合等により調整することができる。
ガスバリア性フィルムの40℃90%RHにおける水蒸気透過度は、0.1g/m2/day以下であることができ、0.001g/m2/day以下であってもよい。水蒸気透過度は、ISO/WD 15106-7(Annex C)に準拠してCa腐食試験法で測定することができる。
本発明のガスバリア性フィルムは、基材層、無機薄膜層及び紫外線吸収剤含有有機層を別々に製造し貼り合わせる方法や、基材層上に無機薄膜層及び紫外線吸収剤含有有機層を形成させる方法などにより製造することができる。無機薄膜層は、可撓性基材上又は可撓性基材の表面に積層された有機層A上に、グロー放電プラズマを用いて、CVD法等の公知の真空成膜手法で形成させて製造することが好ましい。このようにして得た積層フィルムに、公知の方法で紫外線吸収剤含有有機層やさらなる有機層Bを形成させてもよい。無機薄膜層は、連続的な成膜プロセスで形成させることが好ましく、例えば、長尺の基材を連続的に搬送しながら、その上に連続的に無機薄膜層を形成させることがより好ましい。具体的には、可撓性基材を送り出しロールから巻き取りロールへ搬送しながら無機薄膜層を形成させてよい。その後、送り出しロール及び巻き取りロールを反転させて、逆向きに基材を搬送させることで、さらに上から無機薄膜層を形成させてもよい。
本発明のガスバリア性フィルムは、特に耐光性試験後に屈曲させた場合でもガスバリア性の低下が抑制された、ガスバリア性及び耐光性に優れたフィルムである。本発明のガスバリア性フィルムは、ガスバリア性を必要とする、食品、工業用品、医薬品などの包装用途として用いることができる。また、本発明は、本発明のガスバリア性フィルムを有するフレキシブル電子デバイスも提供する。本発明のガスバリア性フィルムは、より高いガスバリア性が要求される液晶表示素子、太陽電池及び有機ELディスプレイ等のフレキシブル電子デバイス(例えばフレキシブルディスプレイ)のフレキシブル基板としても用いることができる。本発明のガスバリア性フィルムを電子デバイスのフレキシブル基板として用いる場合、本発明のガスバリア性フィルム上に直接素子を形成してもよいし、また別の基板上に素子を形成させた後で、本発明のガスバリア性フィルムを上から重ね合せてもよい。
以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。
<無機薄膜層、有機層A及び紫外線吸収剤含有有機層の膜厚>
可撓性基材上に無機薄膜層、有機層A又は紫外線吸収剤含有有機層を形成し、(株)小坂研究所製サーフコーダET200を用いて、無成膜部と成膜部の段差測定を行い、各層の膜厚(T)を求めた。
可撓性基材上に無機薄膜層、有機層A又は紫外線吸収剤含有有機層を形成し、(株)小坂研究所製サーフコーダET200を用いて、無成膜部と成膜部の段差測定を行い、各層の膜厚(T)を求めた。
<無機薄膜層の厚み方向XPSデプスプロファイル測定>
ガスバリア性フィルムの無機薄膜層の厚み方向の原子数比は、X線光電子分光法によって測定した。
エッチングイオン種:アルゴン(Ar+)
エッチングレート(SiO2熱酸化膜換算値):0.05nm/sec
エッチング間隔(SiO2換算値):10nm
X線光電子分光装置:Thermo Fisher Scientific社製、機種名「VG Theta Probe」
照射X線:単結晶分光AlKα
X線のスポット及びそのサイズ:800μm×400μmの楕円形。
ガスバリア性フィルムの無機薄膜層の厚み方向の原子数比は、X線光電子分光法によって測定した。
エッチングイオン種:アルゴン(Ar+)
エッチングレート(SiO2熱酸化膜換算値):0.05nm/sec
エッチング間隔(SiO2換算値):10nm
X線光電子分光装置:Thermo Fisher Scientific社製、機種名「VG Theta Probe」
照射X線:単結晶分光AlKα
X線のスポット及びそのサイズ:800μm×400μmの楕円形。
<無機薄膜層表面の赤外分光測定(ATR法)>
積層フィルムの無機薄膜層表面の赤外分光測定は、プリズムにゲルマニウム結晶を用いたATRアタッチメント(PIKE MIRacle)を備えたフーリエ変換型赤外分光光度計(日本分光(株)製、FT/IR-460Plus)によって測定した。なお、可とう性基材として環状シクロオレフィンフィルム(日本ゼオン(株)製、ゼオノアZF16)を基材として用い、前記基材上に無機薄膜層を形成することで赤外分光測定用の積層フィルムを得た。
積層フィルムの無機薄膜層表面の赤外分光測定は、プリズムにゲルマニウム結晶を用いたATRアタッチメント(PIKE MIRacle)を備えたフーリエ変換型赤外分光光度計(日本分光(株)製、FT/IR-460Plus)によって測定した。なお、可とう性基材として環状シクロオレフィンフィルム(日本ゼオン(株)製、ゼオノアZF16)を基材として用い、前記基材上に無機薄膜層を形成することで赤外分光測定用の積層フィルムを得た。
<ガスバリア性>
ガスバリア性は、温度40℃、湿度90%RHの条件において、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、ガスバリア性フィルムの水蒸気透過度を求めた。
ガスバリア性は、温度40℃、湿度90%RHの条件において、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、ガスバリア性フィルムの水蒸気透過度を求めた。
(無機薄膜層の製造例1)
可撓性基材を真空チャンバー内の送り出しロールに装着し、真空チャンバー内を1×10-3Pa以下にした後、可撓性基材上に無機薄膜層の成膜を行った。無機薄膜層を形成させるために用いるプラズマCVD装置においては、一対のロール状電極表面にそれぞれ基材層を密接させながら搬送させ、一対の電極間でプラズマを発生させて、原料をプラズマ中で分解させて可撓性基材上に無機薄膜層を形成させた。前記の一対の電極は、磁束密度が電極及び可撓性基材表面で高くなるように電極内部に磁石が配置されており、プラズマ発生時に電極及び可撓性基材上でプラズマが高密度に拘束された。無機薄膜層の成膜にあたっては、成膜ゾーンとなる電極間の空間に向けてヘキサメチルジシロキサンガスを100sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute、0℃、1気圧基準)、酸素ガスを1400sccm導入し、電極ロール間に1.2kW、周波数70kHzの交流電力を供給し、放電してプラズマを発生させた。次いで、真空チャンバー内の排気口周辺における圧力が5Paになるように排気量を調節した後、プラズマCVD法により可撓性基材上に緻密な無機薄膜層を形成した。
可撓性基材を真空チャンバー内の送り出しロールに装着し、真空チャンバー内を1×10-3Pa以下にした後、可撓性基材上に無機薄膜層の成膜を行った。無機薄膜層を形成させるために用いるプラズマCVD装置においては、一対のロール状電極表面にそれぞれ基材層を密接させながら搬送させ、一対の電極間でプラズマを発生させて、原料をプラズマ中で分解させて可撓性基材上に無機薄膜層を形成させた。前記の一対の電極は、磁束密度が電極及び可撓性基材表面で高くなるように電極内部に磁石が配置されており、プラズマ発生時に電極及び可撓性基材上でプラズマが高密度に拘束された。無機薄膜層の成膜にあたっては、成膜ゾーンとなる電極間の空間に向けてヘキサメチルジシロキサンガスを100sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute、0℃、1気圧基準)、酸素ガスを1400sccm導入し、電極ロール間に1.2kW、周波数70kHzの交流電力を供給し、放電してプラズマを発生させた。次いで、真空チャンバー内の排気口周辺における圧力が5Paになるように排気量を調節した後、プラズマCVD法により可撓性基材上に緻密な無機薄膜層を形成した。
得られたガスバリア性フィルムの無機薄膜層について、前記条件にて赤外分光測定を行った。得られた赤外吸収スペクトルから、950~1050cm-1に存在するピーク強度(I1)と、1240~1290cm-1に存在するピーク強度(I2)との吸収強度比(I2/I1)を求めると、I2/I1=0.04であった。また、950~1050cm-1に存在するピーク強度(I1)と、770~830cm-1に存在するピーク強度(I3)との吸収強度比(I3/I1)を求めると、I3/I1=0.40であった。
また、770~830cm-1に存在するピーク強度(I3)と、870~910cm-1に存在するピーク強度(I4)との吸収強度比(I4/I3)を求めると、I4/I3=0.88であった。
また、770~830cm-1に存在するピーク強度(I3)と、870~910cm-1に存在するピーク強度(I4)との吸収強度比(I4/I3)を求めると、I4/I3=0.88であった。
なお、赤外吸収スペクトルは、後述のコロナ処理を施しても変化なく、前記の吸収強度比を示した。得られたガスバリア性フィルム1は、無機薄膜層の膜厚方向における90%以上の領域において、原子数比が大きい方から酸素、珪素及び炭素の順となっており、また膜厚方向の炭素分布曲線の極値を10以上有し、さらに炭素分布曲線における炭素の原子数比の最大値及び最小値の差の絶対値が0.02以上であった。
また、XPSデプスプロファイル測定を行い、得られた珪素原子、酸素原子及び炭素原子の分布曲線から、それぞれの原子の厚み方向における平均原子濃度を求めた後、平均原子数比C/Si及びO/Siを算出した結果、平均原子数比C/Si=0.27、O/Si=1.76であった。
得られたガスバリア性フィルムにおける無機薄膜層の厚みは320nmであった。
(無機薄膜層の製造例2)
酸素ガスの供給量を900sccmとし、電極ロール間に供給する交流電力を0.6kWとし、真空チャンバー内の排気口周辺における圧力が1Paになるように排気量を調節したこと以外は、製造例1と同様にして、基材層上に無機薄膜層を形成した。
酸素ガスの供給量を900sccmとし、電極ロール間に供給する交流電力を0.6kWとし、真空チャンバー内の排気口周辺における圧力が1Paになるように排気量を調節したこと以外は、製造例1と同様にして、基材層上に無機薄膜層を形成した。
得られたガスバリア性フィルムの無機薄膜層について、前記条件にて赤外分光測定を行った。得られた赤外吸収スペクトルから、950~1050cm-1に存在するピーク強度(I1)と、1240~1290cm-1に存在するピーク強度(I2)との吸収強度比(I2/I1)を求めると、I2/I1=0.03であった。また、950~1050cm-1に存在するピーク強度(I1)と、770~830cm-1に存在するピーク強度(I3)との吸収強度比(I3/I1)を求めると、I3/I1=0.36であった。
また、770~830cm-1に存在するピーク強度(I3)と、870~910cm-1に存在するピーク強度(I4)との吸収強度比(I4/I3)を求めると、I4/I3=0.84であった。
また、770~830cm-1に存在するピーク強度(I3)と、870~910cm-1に存在するピーク強度(I4)との吸収強度比(I4/I3)を求めると、I4/I3=0.84であった。
なお、赤外吸収スペクトルは、後述のコロナ処理を施しても変化なく、前記の吸収強度比を示した。得られたガスバリア性フィルム1は、無機薄膜層の膜厚方向における90%以上の領域において、原子数比が大きい方から酸素、珪素及び炭素の順となっており、また膜厚方向の炭素分布曲線の極値を10以上有し、さらに炭素分布曲線における炭素の原子数比の最大値及び最小値の差の絶対値が0.02以上であった。
また、XPSデプスプロファイル測定を行い、得られた珪素原子、酸素原子及び炭素原子の分布曲線から、それぞれの原子の厚み方向における平均原子濃度を求めた後、平均原子数比C/Si及びO/Siを算出した結果、平均原子数比C/Si=0.30、O/Si=1.73であった。
得られたガスバリア性フィルムにおける無機薄膜層の厚みは250nmであった。
(実施例1)
シクロオレフィンポリマーフィルム(COPフィルム、日本ゼオン(株)製、ZF16、厚み100μm)上にコロナ処理を施した後、コーティング剤1(トーヨーケム(株)製、リオデュラス(登録商標) TYAB500LC3NS、粒子入り)をグラビアコーティング法にて塗布し、100℃で3分乾燥させた後、積算光量500mJ/cm2の条件で紫外線照射(ウシオ電機(株)製、SP-9)し、厚み1.5μmの有機層A1として易滑層を形成した。続いて、有機層A1の塗布面と反対側のCOP基材上にコロナ処理を施した後、コーティング剤2(東亜合成(株)製、アロニックス(登録商標) UV3701)をグラビアコーティング法にて塗布し、100℃で3分乾燥させた後、積算光量500mJ/cm2の条件で紫外線照射し、厚み1.8μmの有機層A2として平坦化層を形成して、可撓性基材を得た。
得られた可撓性基材の有機層A1の上に、製造例1の条件で無機薄膜層を形成し、有機層A2の上に、製造例2の条件で無機薄膜層を形成した。次いで、無機薄膜層を形成したフィルムの有機層A1側の最表面に、紫外線吸収剤含有有機層を形成して、ガスバリア性フィルムを製造した。紫外線吸収剤含有有機層の形成は、無機薄膜層を形成したフィルムの易滑層面側へコロナ処理した後に、コーティング剤3((株)ADEKA製、KRX-705-6)をウェットコーティング法にて塗布し、80℃で3分間乾燥させた後、積算光量500mJ/cm2の条件で紫外線照射(ウシオ電機(株)製、SP-9)し、厚み5.5μmの紫外線吸収剤含有有機層を形成した。
また、得られたガスバリア性フィルムにおいて、温度40℃、低湿度側の湿度0%RH、高湿度側の湿度90%RHの条件における水蒸気透過度は2×10-3g/(m2・day)であった。
シクロオレフィンポリマーフィルム(COPフィルム、日本ゼオン(株)製、ZF16、厚み100μm)上にコロナ処理を施した後、コーティング剤1(トーヨーケム(株)製、リオデュラス(登録商標) TYAB500LC3NS、粒子入り)をグラビアコーティング法にて塗布し、100℃で3分乾燥させた後、積算光量500mJ/cm2の条件で紫外線照射(ウシオ電機(株)製、SP-9)し、厚み1.5μmの有機層A1として易滑層を形成した。続いて、有機層A1の塗布面と反対側のCOP基材上にコロナ処理を施した後、コーティング剤2(東亜合成(株)製、アロニックス(登録商標) UV3701)をグラビアコーティング法にて塗布し、100℃で3分乾燥させた後、積算光量500mJ/cm2の条件で紫外線照射し、厚み1.8μmの有機層A2として平坦化層を形成して、可撓性基材を得た。
得られた可撓性基材の有機層A1の上に、製造例1の条件で無機薄膜層を形成し、有機層A2の上に、製造例2の条件で無機薄膜層を形成した。次いで、無機薄膜層を形成したフィルムの有機層A1側の最表面に、紫外線吸収剤含有有機層を形成して、ガスバリア性フィルムを製造した。紫外線吸収剤含有有機層の形成は、無機薄膜層を形成したフィルムの易滑層面側へコロナ処理した後に、コーティング剤3((株)ADEKA製、KRX-705-6)をウェットコーティング法にて塗布し、80℃で3分間乾燥させた後、積算光量500mJ/cm2の条件で紫外線照射(ウシオ電機(株)製、SP-9)し、厚み5.5μmの紫外線吸収剤含有有機層を形成した。
また、得られたガスバリア性フィルムにおいて、温度40℃、低湿度側の湿度0%RH、高湿度側の湿度90%RHの条件における水蒸気透過度は2×10-3g/(m2・day)であった。
(実施例2)
紫外線吸収剤含有有機層の厚みを6.5μmとする以外は実施例1と同様にして、ガスバリア性フィルムを製造した。
また、得られたガスバリア性フィルムにおいて、温度40℃、低湿度側の湿度0%RH、高湿度側の湿度90%RHの条件における水蒸気透過度は2×10-3g/(m2・day)であった。
紫外線吸収剤含有有機層の厚みを6.5μmとする以外は実施例1と同様にして、ガスバリア性フィルムを製造した。
また、得られたガスバリア性フィルムにおいて、温度40℃、低湿度側の湿度0%RH、高湿度側の湿度90%RHの条件における水蒸気透過度は2×10-3g/(m2・day)であった。
(比較例1)
COPフィルム(日本ゼオン(株)製、ゼオノア(登録商標) ZF16、厚み100μm)上にコロナ処理を施した後、コーティング剤4(アイカ工業(株)製、Z-735-27L、粒子入り)をグラビアコーティング法にて塗布し、100℃で2分間乾燥させた後、積算光量150mJ/cm2の条件で紫外線照射し、厚み3.5μmの紫外線吸収剤含有有機層を易滑層として形成した。続いて、紫外線吸収剤含有有機層の塗布面と反対側のCOP基材上にコロナ処理を施した後、コーティング剤2(東亜合成(株)製、アロニックス(登録商標) UV3701)をグラビアコーティング法にて塗布し、100℃で3分乾燥させた後、積算光量500mJ/cm2の条件で紫外線照射し、厚み1.8μmの有機層A2として平坦化層を形成した。
得られた基材の紫外線吸収剤含有有機層の上に、製造例1の条件で無機薄膜層を形成し、有機層A2の上に、製造例2の条件で無機薄膜層を形成しガスバリア性フィルムを製造した。
COPフィルム(日本ゼオン(株)製、ゼオノア(登録商標) ZF16、厚み100μm)上にコロナ処理を施した後、コーティング剤4(アイカ工業(株)製、Z-735-27L、粒子入り)をグラビアコーティング法にて塗布し、100℃で2分間乾燥させた後、積算光量150mJ/cm2の条件で紫外線照射し、厚み3.5μmの紫外線吸収剤含有有機層を易滑層として形成した。続いて、紫外線吸収剤含有有機層の塗布面と反対側のCOP基材上にコロナ処理を施した後、コーティング剤2(東亜合成(株)製、アロニックス(登録商標) UV3701)をグラビアコーティング法にて塗布し、100℃で3分乾燥させた後、積算光量500mJ/cm2の条件で紫外線照射し、厚み1.8μmの有機層A2として平坦化層を形成した。
得られた基材の紫外線吸収剤含有有機層の上に、製造例1の条件で無機薄膜層を形成し、有機層A2の上に、製造例2の条件で無機薄膜層を形成しガスバリア性フィルムを製造した。
(比較例2)
紫外性吸収剤含有有機層の厚みを4.5μmとする以外は比較例1と同様にして、ガスバリア性フィルムを製造した。
紫外性吸収剤含有有機層の厚みを4.5μmとする以外は比較例1と同様にして、ガスバリア性フィルムを製造した。
(比較例3)
紫外線吸収剤含有有機層を形成しない以外は実施例1と同様にして、ガスバリア性フィルムを製造した。
紫外線吸収剤含有有機層を形成しない以外は実施例1と同様にして、ガスバリア性フィルムを製造した。
実施例1~2、及び比較例1~3で得たガスバリア性フィルムをついて、分光光度計(日本分光(株)製 紫外可視近赤外分光光度計V-670)を用いて380nmにおける光線透過率(Tt)を測定した。得られた結果を表1に示す。
実施例1~2、及び比較例1~3で得たガスバリア性フィルムを、温度40℃、照度765W/m2の耐光性試験機(ダイプラ・ウィンテス株(式)製、SWM-03F)に168時間放置することにより耐光性試験を行った。試験は、ガスバリア性フィルムの易滑層面側から光が入射するようにガスバリア性フィルムを配置して行った。
また、耐光性試験後のガスバリア性フィルムについて、半径4mmのマンドレルに1回巻き付けた後で、バリア層に剥れ、クラック、着色などの劣化が発生せず、外観に変化が見られない面積が100%の場合を「A」、80%以上100%未満の場合を「B」、80%未満の場合を「C」として評価した。その結果を表1に示す。
表1に示す通り、実施例1及び2に示す本発明のガスバリア性フィルムは、紫外線吸収剤含有有機層を無機薄膜層上に有するため、耐光性試験後においても無機薄膜層が劣化せず、良好な屈曲後密着性を有する。比較例1及び2は、波長380nmにおける光線透過率が低いものの、耐光性試験後において無機薄膜層が劣化しており、屈曲後密着性が低かった。したがって、本発明のガスバリア性フィルムは、表示装置等のデバイスにおいて好適に使用されることが理解される。
11 送り出しロール
21、22、23、24 搬送ロール
31、32 成膜ロール
41 ガス供給管
51 プラズマ発生用電源
61、62 磁場発生装置
71 巻取りロール
100 フィルム
21、22、23、24 搬送ロール
31、32 成膜ロール
41 ガス供給管
51 プラズマ発生用電源
61、62 磁場発生装置
71 巻取りロール
100 フィルム
Claims (11)
- 可撓性基材を少なくとも含む基材層、無機薄膜層、紫外線吸収剤含有有機層をこの順に有するガスバリア性フィルムであって、
前記無機薄膜層は珪素原子、酸素原子及び炭素原子を含有し、
前記ガスバリア性フィルムの380nmにおける光線透過率が20%以下である、ガスバリア性フィルム。 - さらなる無機薄膜層を、紫外線吸収剤含有有機層側と反対側の基材層の表面に有する、請求項1に記載のガスバリア性フィルム。
- 基材層は、有機層Aを可撓性基材の少なくとも一方の表面に有する、請求項1又は2に記載のガスバリア性フィルム。
- 有機層Aは、易滑層及び平坦層からなる群から選択される層である、請求項1~3のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
- 前記無機薄膜層に含まれる珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計数に対する炭素原子の原子数比が、無機薄膜層の厚さ方向において連続的に変化する、請求項1~4のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
- 前記無機薄膜層は、無機薄膜層中の珪素原子(Si)に対する炭素原子(C)の平均原子数比が式(1)の範囲にある、請求項1~5のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
0.10<C/Si<0.50 (1) - 前記無機薄膜層の膜厚方向における、前記無機薄膜層の表面からの距離と、各距離における前記無機薄膜層に含まれる珪素原子、酸素原子及び炭素原子の合計数に対する珪素の原子数比、酸素の原子数比、炭素の原子数比との関係をそれぞれ示す珪素分布曲線、酸素分布曲線及び炭素分布曲線において、条件(i)及び(ii)を満たす、請求項1~6のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
(i)珪素の原子数比、酸素の原子数比及び炭素の原子数比が、前記無機薄膜層の膜厚方向における90%以上の領域において、式(5)で表される条件を満たす、
酸素の原子数比>珪素の原子数比>炭素の原子数比 (5)
(ii)前記炭素分布曲線が少なくとも1つの極値を有する。 - 請求項1~7のいずれかに記載のガスバリア性フィルムを、紫外線吸収剤を含むコーティング層が最外層となるように含むデバイス。
- 前記無機薄膜層の表面を赤外分光測定のATR法で測定したとき、950~1050cm-1に存在するピーク強度(I1)と、1240~1290cm-1に存在するピーク強度(I2)との強度比が式(2)の範囲にある、請求項1~7のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
0.01≦I2/I1<0.05 (2) - 前記無機薄膜層表面を赤外分光測定のATR法で測定したとき、950~1050cm-1に存在するピーク強度(I1)と、770~830cm-1に存在するピーク強度(I3)との強度比が式(3)の範囲にある、請求項1~7及び9のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
0.25≦I3/I1≦0.50 (3) - 前記無機薄膜層表面を赤外分光測定のATR法で測定したとき、770~830cm-1に存在するピーク強度(I3)と、870~910cm-1に存在するピーク強度(I4)との強度比が式(4)の範囲にある、請求項1~7、9及び10のいずれかに記載のガスバリア性フィルム。
0.70≦I4/I3<1.00 (4)
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