JP4717674B2 - ガスバリア性フィルム、基材フィルムおよび有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Description
かかる要求に応えるために、より高いバリア性能が期待できる手段として、低圧条件下におけるグロー放電で生じるプラズマを用いて薄膜を形成するスパッタリング法やCVD法による成膜検討が行われており、さらに積層構成により所望の性能を得る試みもなされている(例えば、特許文献3参照)。
しかし、フィルム基材を用いる場合、成膜時の基板温度に制約がかかるため、十分に緻密な構造のバリア層を形成することができず、要求に応える十分なバリア性を有するフィルムの作製に至っていなかった。
しかし、有機層と無機層の間の密着性は必ずしも十分とはいえず、また、有機EL素子用の信頼性の高いバリアフィルムを提供するためには少なくとも6層以上の多層構造を形成することが必要であった。このように性能とハイスループットを両立することが困難であったため、新たな連続成膜プロセスに適する成膜方式の開発が望まれていた。
[2] 40℃・相対湿度90%における水蒸気透過率が0.01g/m2・day以下である[1]に記載のガスバリア性フィルム。
[3] 前記基材フィルムが、ガラス転移温度が120℃以上の高分子材料で形成される[1]または[2]に記載のガスバリア性フィルム。
[4] 前記有機中間層が珪素および酸素を含むことを特徴とする[1]〜[3]のいずれか一項に記載のガスバリア性フィルム。
[5] 前記珪素酸窒化物層または前記有機中間層の少なくとも一層が、誘導結合プラズマCVDを用いて形成される[4]に記載のガスバリア性フィルム。
[6] 前記珪素酸窒化物層の少なくとも一層の酸素と窒素の構成比率(酸素/窒素)が0.2〜5である[1]〜[5]のいずれか一項に記載のガスバリア性フィルム。
[7] 前記有機中間層が珪素を含有することを特徴とする[6]に記載のガスバリア性フィルム。
[8] 前記有機中間層がアクリレート化合物の硬化物からなることを特徴とする[6]に記載のガスバリア性フィルム。
[9] 前記ガスバリア性積層体上に透明導電層を設けた[1]〜[8]のいずれか一項に記載のガスバリア性フィルム。
[10] 前記基材フィルムをロール トゥ ロール(roll to roll)方式で供給し、前記ガスバリア性積層体を連続的に成膜する方法で製造した[1]〜[9]のいずれか一項に記載のガスバリア性フィルム。
[11] [1]〜[10]のいずれか一項に記載のガスバリア性フィルムを用いた画像表示素子用基材フィルム。
[12] [11]に記載の画像表示素子用基材フィルムを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子。
[13] [12]に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を成膜後、大気に曝すことなく真空中で珪素酸窒化物層、有機中間層、珪素酸窒化物層の順に互いに隣接して配置された3層からなるユニットを少なくとも1つ設置してから封止して製造した有機エレクトロルミネッセンス素子。
本発明のガスバリア性フィルムは、基材フィルム上に形成されたガスバリア性積層体が、珪素酸窒化物層、有機中間層、珪素酸窒化物層の順に互いに隣接して配置された3層からなるユニットを少なくとも1つ有することを特徴とする。ここでいう珪素酸窒化物層は珪素、酸素、窒素を主成分とする層をいい、有機中間層は炭素原子を含む層を意味する。有機中間層は、炭素、水素、酸素、珪素を主成分とする珪素酸化物有機層であることが好ましい。ここでいう主成分とは、珪素酸窒化物層については珪素、酸素、窒素の元素の合計が、珪素酸化物有機層については珪素、酸素、炭素の元素の合計が、層全体を構成する全元素の好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、さらに好ましくは98質量%以上を占める成分を意味する。本発明のガスバリア性フィルムには、必要に応じてさらに別の有機層や保護層、吸湿層、帯電防止層等の機能化層を設けることができる。
珪素酸窒化物層に含まれる珪素酸窒化物は、主たる構成元素が珪素、酸素、窒素からなる組成物を指す。成膜の原料や基材・雰囲気等から取り込まれる少量の水素・炭素等の上記以外の構成元素は各々5%未満であることが望ましい。本発明の珪素酸窒化物を構成する珪素、酸素、窒素の構成比は、組成式をSiOxNyと表した場合にx/y=0.2〜5.0であるものが好ましい。x/yが5以下であれば十分なガスバリア能がより得られやすくなる。またx/yが0.2以上であれば隣接する有機中間層との間で剥離が生じにくいため、ロール搬送や屈曲した使用にも好ましく適用できるフィルムとなりやすい。x/yの値としては0.33〜2.0がより好ましく、0.5〜1の間が最も好ましい。また、x,yの値は(2x+3y)/4=0.8〜1.1となる組み合わせが好ましい。0.8以上であれば着色が抑えられているためフィルムを広範な用途に用いやすい。1.1以下であれば、珪素・窒素・酸素の構成元素比率が高くて欠陥比率を抑えやすく、より十分なガスバリア能が期待できる。(2x+3y)/4は、0.9〜1.1となる組み合わせがさらに好ましい。特に0.95〜1.0の場合には可視光線透過率が高く、かつ安定したガスバリア能が得られるため最も好ましい。
高いバリア能を付与するためには反応性の高いシランガスと窒素の組合せが最も好ましい。
本発明の有機中間層は主たる構成元素が炭素・水素・酸素および珪素からなる組成物であることが好ましい。珪素の割合は10%〜30%の間であることが望ましい。珪素を含む有機中間層を形成するための原料としては、上記の珪素供給源と、炭素供給源としてのメタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、トルエン、キシレンなどの炭化水素化合物、メタノール、エタノール、n−プロパノール、i―プロパノールなどのアルコール化合物、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン化合物、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、オキセタンなどのオキシラン化合物などを組み合わせて用いることができる。この他に必要に応じて、酸素供給源としての酸素や一酸化ニ窒素等のガスソースや、窒素供給源としての窒素やアンモニア、水素供給源としての水素などをそれぞれまたは同時に組み合わせて使用することができる。
珪素酸窒化物層・有機中間層・珪素酸窒化物層のユニットの信頼性を高める目的で、さらに有機層・珪素酸窒化物層等を積層してもよい。ただし、その場合も層厚の合計は1500nmを越えないことが望ましい。
本発明のガスバリア性フィルムに用いられる基材フィルムは、上記各層を保持できるフィルムであれば特に制限はなく、使用目的等に応じて適宜選択することができる。前記基材フィルムとしては、具体的に、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸−マレイン酸共重合体、ポリスチレン、透明フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、セルロースアシレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、シクロオレフィルンコポリマー、フルオレン環変性カーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂、アクリロイル化合物などの熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの樹脂のうち、Tgが120℃以上の樹脂が好ましく、具体的な例としては(括弧内の数字は「ガラス転移温度(Tg)」を示す)、ポリエステル樹脂で特にポリエチルナフタレート樹脂(PEN:121℃)、ポリアリレート樹脂(PAr:210℃)、ポリエーテルスルホン樹脂(PES:220℃)、フルオレン環変性カーボネート樹脂(BCF−PC:特開2000−227603号公報の実施例4の化合物:225℃)、脂環変性ポリカーボネート樹脂(IP−PC:特開2000−227603号公報の実施例5の化合物:205℃)、アクリロイル化合物(特開2002−80616号公報の実施例−1の化合物:300℃以上)等の化合物からなるフィルムが挙げられる。
Tgは120℃以上でバリア性が良好であるが、より好ましくは200℃、さらに好ましくは250℃以上であることが好ましい。
本発明のガスバリア性フィルムの用途は特に限定されないが、光学特性と機械特性と双方に優れるため、画像表示素子の透明電極用基板として好適に用いることができる。ここでいう「画像表示素子」とは、円偏光板・液晶表示素子、タッチパネル、有機EL素子などを意味する。
前記円偏光板は、本発明のガスバリア性フィルム上に、λ/4板と偏光板とを積層することで作製することができる。この場合、λ/4の遅相軸と偏光板の吸収軸とが45°になるように積層する。このような偏光板は、長手方向(MD)に対し45°方向に延伸されているものを用いることが好ましく、例えば、特開2002−865554号公報に記載のものを好適に用いることができる。
前記液晶表示装置は、反射型液晶表示装置と透過型液晶表示装置とに大別することができる。
前記反射型液晶表示装置は、下方から順に、下基板、反射電極、下配向膜、液晶層、上配向膜、透明電極、上基板、λ/4板、そして偏光膜からなる構成を有する。本発明のガスバリア性フィルムは、前記透明電極および上基板として使用することができる。前記反射型液晶表示装置にカラー表示機能をもたせる場合には、さらにカラーフィルター層を前記反射電極と前記下配向膜との間、または、前記上配向膜と前記透明電極との間に設けることが好ましい。
前記タッチパネルとしては、特開平5−127822号公報、特開2002−48913号公報等に記載されたものの基板として本発明のガスバリア性フィルムを適用したものを用いることができる。
有機EL素子としては、本発明のガスバリア性フィルム上に陰極と陽極を有し、両電極の間に有機発光層(以下、単に「発光層」と称する場合がある。)を含む有機化合物層を有する。発光素子の性質上、陽極および陰極のうち少なくとも一方の電極は、透明であることが好ましい。
陽極は、通常、有機化合物層に正孔を供給する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。前述のごとく、陽極は、通常透明陽極として設けられる。
陰極は、通常、有機化合物層に電子を注入する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。
アルミニウムを主体とする材料とは、アルミニウム単独、アルミニウムと0.01〜10質量%のアルカリ金属または2属金属との合金若しくはこれらの混合物(例えば、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金など)をいう。
また、陰極と前記有機化合物層との間に、アルカリ金属または2属金属のフッ化物、酸化物等による誘電体層を0.1〜5nmの厚みで挿入してもよい。この誘電体層は、一種の電子注入層と見ることもできる。誘電体層は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等により形成することができる。
また、陰極は、透明であってもよいし、不透明であってもよい。なお、透明な陰極は、陰極の材料を1〜10nmの厚さに薄く成膜し、さらにITOやIZO等の透明な導電性材料を積層することにより形成することができる。
本発明における有機化合物層について説明する。
本発明の有機EL素子は、発光層を含む少なくとも一層の有機化合物層を有しており、有機発光層以外の他の有機化合物層としては、前述したごとく、正孔輸送層、電子輸送層、電荷ブロック層、正孔注入層、電子注入層等の各層が挙げられる。
本発明の有機EL素子において、有機化合物層を構成する各層は、蒸着法やスパッタ法等の乾式製膜法、転写法、印刷法等いずれによっても好適に形成することができる。
有機発光層は、電界印加時に、陽極、正孔注入層、または正孔輸送層から正孔を受け取り、陰極、電子注入層、または電子輸送層から電子を受け取り、正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層である。
本発明における発光層は、発光材料のみで構成されていてもよいく、ホスト材料と発光材料の混合層とした構成でもよい。発光材料は蛍光発光材料でも燐光発光材料であってもよいく、ドーパントは1種であっても2種以上であってもよい。ホスト材料は電荷輸送材料であることが好ましい。ホスト材料は1種であっても2種以上であってもよいく、例えば、電子輸送性のホスト材料とホール輸送性のホスト材料を混合した構成が挙げられる。さらに、発光層中に電荷輸送性を有さず、発光しない材料を含んでいてもよい。
また、発光層は1層であっても2層以上であってもよく、それぞれの層が異なる発光色で発光してもよい。
なお、ホスト材料が発光材料の機能を兼ねて発光してもよい。例えば、ホスト材料の発光と発光材料の発光によって、素子を白色発光させてもよい。
カラーフィルタは、透過する波長を限定することで発光色を調整する。カラーフィルタとしては、例えば青色のフィルターとしては酸化コバルト、緑色のフィルターとしては酸化コバルトと酸化クロムの混合系、赤色のフィルターとしては酸化鉄などの公知の材料を用い、例えば真空蒸着法などの公知の薄膜成膜法を用いて透明基板上に形成してもよい。
例えば、ホスト材料からエネルギーを受け取り、このエネルギーを発光材料へ移す、いわゆるアシストドーパントを添加し、ホスト材料から発光材料へのエネルギー移動を容易にすることができる。アシストドーパントとしては、公知の材料から適宜選択され、例えば後述する発光材料やホスト材料として利用できる材料から選択されることがある。
この材料としては公知の波長変換材料を用いることができ、例えば、発光層から発せられた光を他の低エネルギー波長の光に変換する蛍光変換物質を採用することができる。蛍光変換物質の種類は目的とする有機EL装置から出射させようとする光の波長と発光層から発せられる光の波長とに応じて適宜選択される。また、蛍光変換物質の使用量は濃度消光を起さない範囲内でその種類に応じて適宜選択可能である。蛍光変換物質は1種のみを用いてもよいし、複数種を併用してもよい。複数種を併用する場合には、その組合せにより青色光、緑色光および赤色光以外に、白色光や中間色の光を放出することができる。
遷移金属原子としては、特に限定されないが、好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、および白金が挙げられ、より好ましくは、レニウム、イリジウム、および白金である。
ランタノイド原子としては、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテシウムが挙げられる。これらのランタノイド原子の中でも、ネオジム、ユーロピウム、およびガドリニウムが好ましい。
具体的な配位子としては、好ましくは、ハロゲン配位子(好ましくは塩素配位子)、含窒素ヘテロ環配位子(例えば、フェニルピリジン、ベンゾキノリン、キノリノール、ビピリジル、フェナントロリンなど)、ジケトン配位子(例えば、アセチルアセトンなど)、カルボン酸配位子(例えば、酢酸配位子など)、一酸化炭素配位子、イソニトリル配位子、シアノ配位子であり、より好ましくは、含窒素ヘテロ環配位子である。上記錯体は、化合物中に遷移金属原子を一つ有してもよいし、また、2つ以上有するいわゆる複核錯体であってもよい。異種の金属原子を同時に含有していてもよい。
正孔注入層、正孔輸送層は、陽極または陽極側から正孔を受け取り陰極側に輸送する機能を有する層である。正孔注入層、正孔輸送層は、具体的には、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポルフィリン系化合物、有機シラン誘導体、カーボン、等を含有する層であることが好ましい。
正孔輸送層の厚さとしては、1nm〜500nmであるのが好ましく、5nm〜200nmであるのがより好ましく、10nm〜100nmであるのがさらに好ましい。また、正孔注入層の厚さとしては、0.1nm〜200nmであるのが好ましく、0.5nm〜100nmであるのがより好ましく、1nm〜100nmであるのがさらに好ましい。
正孔注入層、正孔輸送層は、上述した材料の1種または2種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成または異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
電子注入層、電子輸送層は、陰極または陰極側から電子を受け取り陽極側に輸送する機能を有する層である。電子注入層、電子輸送層は、具体的には、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、8−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、有機シラン誘導体、等を含有する層であることが好ましい。
電子輸送層の厚さとしては、1nm〜500nmであるのが好ましく、5nm〜200nmであるのがより好ましく、10nm〜100nmであるのがさらに好ましい。また、電子注入層の厚さとしては、0.1nm〜200nmであるのが好ましく、0.2nm〜100nmであるのがより好ましく、0.5nm〜50nmであるのがさらに好ましい。
電子注入層、電子輸送層は、上述した材料の1種または2種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成または異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
正孔ブロック層は、陽極側から発光層に輸送された正孔が、陰極側に通りぬけることを防止する機能を有する層である。本発明において、発光層と陰極側で隣接する有機化合物層として、正孔ブロック層を設けることができる。また、電子輸送層・電子注入層が正孔ブロック層の機能を兼ねていてもよい。
正孔ブロック層を構成する有機化合物の例としては、BAlq等のアルミニウム錯体、トリアゾール誘導体、BCP等のフェナントロリン誘導体、等が挙げられる。
正孔ブロック層の厚さとしては、1nm〜500nmであるのが好ましく、5nm〜200nmであるのがより好ましく、10nm〜100nmであるのがさらに好ましい。
正孔ブロック層は、上述した材料の1種または2種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成または異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
また、陰極側から発光層に輸送された電子が陽極側に通りぬけることを防止する機能を有する層を、発光層と陽極側で隣接する位置に設けることもできる。正孔輸送層・正孔注入層がこの機能を兼ねていてもよい。
本発明において、有機EL素子全体は、保護層によって保護されていてもよい。
保護層に含まれる材料としては、水分や酸素等の素子劣化を促進するものが素子内に入ることを抑止する機能を有しているものであればよい。
その具体例としては、In、Sn、Pb、Au、Cu、Ag、Al、Ti、Ni等の金属、MgO、SiO、SiO2、Al2O3、GeO、NiO、CaO、BaO、Fe2O3、Y2O3、TiO2等の金属酸化物、SiNx、SiNxOy等の金属窒化物、SiCw、SiOzCw等の金属炭化物、MgF2、LiF、AlF3、CaF2等の金属フッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも1種のコモノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率1%以上の吸水性物質、吸水率0.1%以下の防湿性物質等が挙げられる。
さらに、本発明の有機ELは、封止容器を用いて素子全体を封止してもよい。
また、封止容器と発光素子の間の空間に水分吸収剤または不活性液体を封入してもよい。水分吸収剤としては、特に限定されることはないが、例えば、酸化バリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、五酸化燐、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化銅、フッ化セシウム、フッ化ニオブ、臭化カルシウム、臭化バナジウム、モレキュラーシーブ、ゼオライト、酸化マグネシウム等を挙げることができる。不活性液体としては、特に限定されることはないが、例えば、パラフィン類、流動パラフィン類、パーフルオロアルカンやパーフルオロアミン、パーフルオロエーテル等のフッ素系溶剤、塩素系溶剤、シリコーンオイル類が挙げられる。
本発明の有機EL素子の駆動方法については、特開平2−148687号、同6−301355号、同5−29080号、同7−134558号、同8−234685号、同8−241047号の各公報、特許登録第2784615号公報、米国特許第5,828,429号、同6,023,308号の各明細書、等に記載の駆動方法を適用することができる。
本発明のガスバリア性フィルムを有機EL素子に用いる場合には、基材フィルムおよび/または保護フィルムとして用いてもよい。
なお、好ましい膜厚・組成・構成は前記ガスバリア性積層体と共通であるが、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。
基材フィルム上にガスバリア性積層体とその上に透明導電層を設けたガスバリア性フィルム(試料No.1〜20)を下記の手順にしたがって作製した。各ガスバリア性フィルムの構造の詳細は表1および表2に記載されるとおりである。
1.基材フィルムの作製
表1に記載される樹脂からなる厚み100μmの基材フィルムを用意した。表1中、PETとして東レ(株)製のルミラーT60を使用し、PENとして帝人デュポンフィルム(株)製のテオネックスQ65FAを使用した。
図1に示すロール トゥ ロール方式の誘導結合型プラズマCVD装置(1)を用いて、基材フィルム上に無機ガスバリア層を形成した。図1に示すように、誘導結合型プラズマCVD装置(1)は、真空槽(2)を有しており、その中央部にはプラスチックフィルム(6)を表面に接触させて冷却するためのドラム(3)が配置されている。また、上記真空槽(2)にはプラスチックフィルム(6)を巻くための送り出しロール(4)および巻き取りロール(5)が配置されている。送り出しロール(4)に巻かれたプラスチックフィルム(6)はガイドロール(7)を介してドラム(3)に巻かれ、さらにプラスチックフィルム(6)はガイドロール(8)を介して巻き取りロール(5)に巻かれる。真空排気系としては排気口(9)から真空ポンプ(10)によって真空槽(2)内の排気が常に行われている。成膜系としては誘導電界を発生する誘導コイルを備えたRF電源(11)にオートマッチャーが接続されたものと、真空槽にボンベから一定流量のガスを導入するマスフローコントローラーからなるガス導入系からなる。
プラスチックフィルム(6)として上記基材フィルムを設置し、これを送り出しロール(4)に掛け、巻き取りロール(5)まで通した。誘導結合プラズマCVD装置(1)への基材の準備が終了した後、真空槽(2)の扉を閉めて真空ポンプ(10)を起動し、真空引きを開始した。到達圧力が4×10-4Paとなったところで、反応ガスとして窒素で5%に希釈したシランガスを導入して放電電源(11)をONし、13.56MHzの高周波を放電電力1000Wで印加、放電の安定を確認してから、プラスチックフィルム(6)の走行を開始し、膜き取りロール(5)に巻き取り終わるまで珪素酸窒化物の成膜を行った。
前記試料No.2の作製工程において、有機中間層の代わりに、反応ガスとして窒素で5%に希釈したシランガスを導入し成膜圧力での放電の安定を確認してから、メタンガスを導入して300nm厚の中間層を設置した以外はNo.2の作製工程と全く同様にして、本発明のガスバリア性フィルム(試料No.12)を作製した。ESCAによる中間層のC:O:Siの元素比は100:82:91であった。
前記試料No.12の有機中間層形成工程において、シランを導入せずに有機中間層を形成した以外は全く同じ方法で試料No.13を作製した。
試料No.2の有機中間層の代わりに下記のプロセスで形成した有機中間層を設置した以外は全く同じ方法で試料No.14を作製した。
即ち、50.75mLのテトラエチレングリコール・ジアクリレートと14.5mLのトリプロピレングリコールモノアクリレートと7.25mLのカプロラクトンアクリレートと10.15mLのアクリル酸と10.15mLのSarCure(Sartomer社製ベンゾフェノン混合物光重合開始剤)とのアクリルモノマー混合物を、固体のN、N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニルベンジジン粒子36.25gmと混合し、20kHz超音波ティッシュミンサーで約1時間撹拌した。約45℃に加熱し、沈降を防ぐために撹拌した混合物を内径2.0mm、長さ61mmの毛管を通して1.3mmのスプレーノズルにポンプで送り込み、そこで25kHzの超音波噴霧器にかけて小滴に噴霧し、約340℃に維持された表面に落とした。約13℃の温度の低温ドラムに接触させた上記基板フィルム上に蒸気をクライオ凝結させた後、高圧水銀灯ランプによりUV硬化させ(積算照射量約2000mJ/cm2)、有機層を形成した。膜厚は約300nmであった。
市販のバッチ式マグネトロンスパッタリング装置(芝浦メカトロニクス社製)を用いた。上記試料No.2の作製で用いたのと同じ基材フィルム(PENフィルム)を10-4Pa台まで真空引きし、放電ガスとしてアルゴンを分圧0.5Paとなるよう導入した。雰囲気圧力が安定したところで放電を開始し、Si3N4ターゲット上にプラズマを発生させ、スパッタリングプロセスを開始した。プロセスが安定したところでシャッターを開きフィルムへの第一珪素酸窒化物層の形成を開始した。100nmの膜が堆積したところでシャッターを閉じて成膜を終了した。この条件で成膜した珪素酸窒化物の元素比をX線光電子分光分析(ESCA)で測定したところ、O/N=30/70であった。真空槽内に大気を導入し珪素酸窒化物層の形成されたフィルムを取り出した。
次に前述の実施例No.2の試料において実施した有機中間層と全く同じ方法で第一珪素酸窒化物層の上に300nm厚の有機中間層を設置した。さらにその次に上記の第一珪素酸窒化物層と全く同じ方法で上述の有機中間層の上に100nm厚の第二珪素酸窒化物層を設置して、本発明のガスバリアフィルム(試料No.15)を得た。
前記試料No.2の作製工程において、有機中間層を設置しない以外は全く同様にして、比較用のガスバリアフィルム(試料No.16)を作製した。
前記試料No.2の作製工程において、有機中間層の代わりに、反応ガスとして窒素で5%に希釈したシランガスを導入し成膜圧力での放電の安定を確認してから、窒素で5%に希釈した酸素ガスを上記希釈シランガスの1/10の流量で導入して300nm厚の中間層を設置した以外はNo.2の作製工程と全く同様にして、比較用のガスバリア性フィルム(試料No.17)を作製した。ESCAによる中間層のO/Nの元素比は2/98であった。
前記試料No.14の有機中間層形成工程にしたがって、有機中間層を基材フィルム上に直接設置した。
次に、膜厚を5nmにした以外は試料No.15の珪素酸窒化物層形成工程と全く同じ方法でNリッチの第一珪素酸窒化物層を作製した。ESCAによる第一珪素酸窒化物層のO/Nの元素比は30/70であった。
次に、成膜時にさらに反応ガスに酸素ガスを0.005Pa追加導入し、かつ膜厚を95nmにした以外は第一珪素酸窒化物層と全く同様の方法でOリッチの第二珪素酸窒化物層を作製して、比較用のガスバリアフィルム(試料No.18)を作製した。ESCAによる第二珪素酸窒化物層のO/Nの元素比は33/67であった。
1.無機層形成
図2に示すような図1と類似のロール トゥ ロール方式のスパッタリング装置(1)を用いた。この装置は真空槽(2)を有しており、その中央部にはプラスチックフィルム(6)を表面に接触させて冷却するためのドラム(3)が配置されている。また、上記真空槽(2)にはプラスチックフィルム(6)を巻くための送り出しロール(4)および巻き取りロール(5)が配置されている。送り出しロール(4)に巻かれたプラスチックフィルム(6)はガイドロール(7)を介してドラム(3)に巻かれ、さらにプラスチックフィルム(6)はガイドロール(8)を介してロール(5)に巻かれる。真空排気系としては排気口(9)から真空ポンプ(10)によって真空槽(2)内の排気が常に行われている。成膜系としてはパルス電力を印加できる直流方式の放電電源(11’)に接続されたカソード(12’)上にターゲット(図示せず)が装着されている。この放電電源(11’)は制御器(13)に接続され、さらにこの制御器(13)は真空槽(2)へ配管(15)を介して反応ガス導入量を調整しつつ供給するガス流量調整ユニット(14)に接続されている。また、真空槽(2)には一定流量の放電ガスが供給されるよう構成されている(図示せず)。以下、具体的な条件を示す。
上記試料No.14の有機中間層と全く同じ方法で有機中間層を作製した。
上記1、2の上に無機層(SiOx層)を1と同様に設置してガスバリア性積層体を作製し(合計3層)、比較用のガスバリア性フィルム(試料No.19)を得た。
上記で得られた各試料を、市販のバッチ式マグネトロンスパッタリング装置(芝浦メカトロニクス社製)の真空チャンバー内に導入し、直流電源を用いてインジウム錫酸化物(ITO、インジウム/錫=95/5モル比)の陽極を形成した(厚み0.2μm)。
以上のようにして透明導電層付きガスバリア性フィルム(試料No.1〜20)を得た。
下記装置を用いて、製造した各ガスバリア性フィルムの諸物性を評価した。結果は、表1および表2に示した。
・層構成(膜厚):日立社製、走査型電子顕微鏡「S−900型」
・水蒸気透過率(g/m2・day):MOCON社製、「PERMATRAN−W3/31」(条件:40℃・相対湿度90%)
・原子組成比:クレイトスアナリティカル社製「ESCA3400」
<有機EL素子の作製(I)>
25mm×25mmの上記透明導電層付きガスバリア性フィルム(試料No.1〜20)上に直流電源を用い、スパッタ法にてインジウム錫酸化物(ITO、インジウム/錫=95/5モル比)の陽極を形成した(厚み0.2μm)。この陽極上に正孔注入層として銅フタロシアニン(CuPc)を真空蒸着法にて10nm設け、その上に正孔輸送層として、N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニルベンジジンを真空蒸着法にて40nm設けた。この上にホスト材として4,4’−N,N’−ジカルバゾ−ルビフェニル、青発光材としてビス[(4,6−ジフルオロフェニル)−ピリジナート−N,C2'](ピコリネート)イリジウム錯体(Firpic)、緑発光材としてトリス(2−フェニルピリジン)イリジウム錯体(Ir(ppy)3)、赤発光材としてビス(2 −フェニルキノリン)アセチルアセトナ−トイリジウムをそれぞれ100/2/4/2の質量比になるように共蒸着して40nmの発光層を得た。さらにその上に電子輸送材として2,2’,2’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリス[3−(2−メチルフェニル)−3H−イミダゾ[4,5−b]ピリジン]を1nm/秒の速度で蒸着して24nmの電子輸送層を設けた。この有機化合物層の上にパタ−ニングしたマスク(発光面積が5mm×5mmとなるマスク)を設置し、蒸着装置内でフッ化リチウムを1nm蒸着し、さらにアルミニウムを100nm蒸着して陰極を設けた。陽極、陰極よりそれぞれアルミニウムのリード線を出して発光素子を作成した。該素子を窒素ガスで置換したグロ−ブボックス内に入れ、ガラスキャップと紫外線硬化型接着剤(長瀬チバ製、XNR5493)で封止して発光素子を作製した。
ガスバリア性フィルム(試料No.1〜19)を用いて、前記有機EL素子の作製(I)の場合と同様にして発光素子を作製した後、ガラスキャップによる封止の代わりに対応する基材フィルム上のバリア層構成と全く同条件で封止した。
ガスバリア性フィルムを30mm×200mmに切り出し、コーティングテスター工業製、屈曲試験器「円筒型マンドレル法タイプI型」で12mm径の円筒にバリア面を外側にして屈曲した状態(180度)と非屈曲状態を100回繰り返した基材を用いた以外は上記EL素子(I)と同じ方法で有機EL素子(III)を作製した。
以上のようにして得られた有機EL素子(I)〜(III)にソースメジャーユニット2400型(東洋テクニカ(株)製)を用いて、直流電流を印加し発光させたところ、いずれの素子試料も良好に発光した。
次に上記有機EL素子の作製後、60℃・相対湿度90%下に500時間放置して同様にして発光させ、全体における発光部分の面積(非発光部分はダークスポット)を、日本ポラデジタル(株)製マイクロアナライザーを用いて求めた。
また、試料No.1に比べてより高いガラス転移温度を有する構成樹脂からなるフィルム基板を用いて、同じプロセス条件で作製した試料No.2〜15は、より高耐久性の有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。
さらに、試料No.2は、類似構成の試料No.17、18に対して高い屈曲耐性を示し、フレキシブルフィルムとしての利用に好適な基材フィルムを提供することができる。
一方で、本発明のガスバリア性フィルム(試料No.1〜15)は、比較用のガスバリア性フィルム(試料No.20)に対して製造の際のロール巻取り回数を著しく減らすことができる(試料No.19との比較から明らかなように同一巻取り回数では性能の劣るものしか得られない)。すなわち、本発明によれば、高生産性を有する製法により高いガスバリア性フィルムを提供することができる。
2 真空槽
3 ドラム
4 送り出しロール
5 巻き取りロール
6 プラスチックフィルム
7 ガイドロール
8 ガイドロール
9 排気口
10 真空ポンプ
11 RF電源(オートマッチャー付き)
11’放電電源
12 誘導コイル
12’カソード
13 制御器
14 ガス流量調整ユニット
15 配管
Claims (14)
- 基材フィルム上にガスバリア性積層体を有してなるガスバリア性フィルムにおいて、該ガスバリア性積層体が、珪素酸窒化物層、有機中間層、珪素酸窒化物層の順に互いに隣接して配置された3層からなるユニットを少なくとも1つ有し、
前記珪素酸窒化物層の少なくとも一層の珪素酸窒化物の組成式をSiO x N y と表した場合に(2x+3y)/4の値が0.8〜1.1であることを特徴とするガスバリア性フィルム。 - 40℃・相対湿度90%における水蒸気透過率が0.01g/m2・day以下である請求項1に記載のガスバリア性フィルム。
- 前記基材フィルムが、ガラス転移温度が120℃以上の高分子材料で形成される請求項1または2に記載のガスバリア性フィルム。
- 前記有機中間層が珪素および酸素を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のガスバリア性フィルム。
- 前記珪素酸窒化物層または前記有機中間層の少なくとも一層が、誘導結合プラズマCVDを用いて形成される請求項4に記載のガスバリア性フィルム。
- 前記珪素酸窒化物層の少なくとも一層の酸素と窒素の構成比率(酸素/窒素)が0.2〜5である請求項1〜5のいずれか一項に記載のガスバリア性フィルム。
- 前記有機中間層が珪素を含有することを特徴とする請求項6に記載のガスバリア性フィルム。
- 前記有機中間層がアクリレート化合物の硬化物からなることを特徴とする請求項6に記載のガスバリア性フィルム。
- 前記ガスバリア性積層体上に透明導電層を設けた請求項1〜8のいずれか一項に記載のガスバリア性フィルム。
- 前記基材フィルムをロール トゥ ロール(roll to roll)方式で供給し、前記ガスバリア性積層体を連続的に成膜する方法で製造した請求項1〜9のいずれか一項に記載のガスバリア性フィルム。
- 前記珪素酸窒化物層の少なくとも一層の珪素酸窒化物の組成式をSiO x N y と表した場合に(2x+3y)/4の値が0.95〜1.0であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のガスバリア性フィルム。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載のガスバリア性フィルムを用いた画像表示素子用基材フィルム。
- 請求項12に記載の画像表示素子用基材フィルムを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 請求項13に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を成膜後、大気に曝すことなく真空中で珪素酸窒化物層、有機中間層、珪素酸窒化物層の順に互いに隣接して配置された3層からなるユニットを少なくとも1つ設置してから封止して製造した有機エレクトロルミネッセンス素子。
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