JP2012116960A - Gas barrier film, method for producing the same, and organic electronic device - Google Patents
Gas barrier film, method for producing the same, and organic electronic device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012116960A JP2012116960A JP2010268125A JP2010268125A JP2012116960A JP 2012116960 A JP2012116960 A JP 2012116960A JP 2010268125 A JP2010268125 A JP 2010268125A JP 2010268125 A JP2010268125 A JP 2010268125A JP 2012116960 A JP2012116960 A JP 2012116960A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas barrier
- layer
- film
- barrier film
- photoelectric conversion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Coating Of Shaped Articles Made Of Macromolecular Substances (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
本発明は、主に電子デバイス等のパッケージ、または有機光電変換素子(有機太陽電池)や有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子ともいう)、液晶等のプラスチック基板といった、ディスプレイ材料に用いられるガスバリア性フィルム、ガスバリア性フィルムの製造方法、及び該ガスバリア性フィルムを有する有機電子デバイスに関する。 The present invention mainly relates to a gas barrier used for a display material such as a package such as an electronic device, or an organic photoelectric conversion element (organic solar battery), an organic electroluminescence element (hereinafter also referred to as an organic EL element), and a plastic substrate such as a liquid crystal. The present invention relates to a conductive film, a method for producing a gas barrier film, and an organic electronic device having the gas barrier film.
従来から、プラスチック基板やフィルムの表面に酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素等の金属酸化物の薄膜を形成したガスバリアフィルムは、水蒸気や酸素等の各種ガスの遮断を必要とする物品の包装、食品や工業用品及び医薬品等の変質を防止するための包装用途に広く用いられている。 Conventionally, a gas barrier film in which a metal oxide thin film such as aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide or the like is formed on the surface of a plastic substrate or film is used for packaging of goods and foods that require blocking of various gases such as water vapor and oxygen. It is widely used in packaging applications to prevent the alteration of industrial products and pharmaceuticals.
また、包装用途以外にも液晶表示素子、光電変換素子(太陽電池)、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)基板等で使用されている。 In addition to packaging applications, they are used in liquid crystal display elements, photoelectric conversion elements (solar cells), organic electroluminescence (organic EL) substrates, and the like.
このような液晶表示素子等の分野での包装材料としてアルミ箔等が広く用いられているが、使用後の廃棄処理が問題となっている。その他にもアルミ箔等は、基本的には不透明であり、外から内容物を確認することができないという課題を抱えており、さらに、太陽電池用材料では透明性が求められており、適用することができない。 Aluminum foil or the like is widely used as a packaging material in the field of such a liquid crystal display element or the like, but disposal treatment after use is a problem. In addition, aluminum foil, etc. is basically opaque and has the problem that the contents cannot be confirmed from the outside. Furthermore, transparency is required for solar cell materials, and it is applied. I can't.
特に、液晶表示素子、有機EL素子、光電変換素子等への応用が進んでいる透明基材には、近年、軽量化、大型化という要求がある。さらに該要求に加え、ロール・トゥ・ロールでの生産が可能であること、長期信頼性や形状の自由度が高いこと、曲面表示が可能であること等の高度な要求が加わり、重くて割れやすく大面積化が困難な厚膜のガラス基板に代わって透明プラスチック等のフィルム基材が採用され始めている。 In particular, transparent substrates that have been applied to liquid crystal display elements, organic EL elements, photoelectric conversion elements, and the like have recently been required to be lightweight and large. In addition to these requirements, advanced requirements such as being capable of roll-to-roll production, high long-term reliability and high degree of freedom in shape, and the ability to display curved surfaces are added, resulting in heavy and cracking. Instead of thick glass substrates that are easy to increase in area, film base materials such as transparent plastics have begun to be used.
しかしながら、透明プラスチック等のフィルム基材はガラスに対しガスバリア性が劣るという問題がある。例えば、有機光電変換素子用の材料として用いた場合、ガスバリア性が劣る基材を用いると、水蒸気や空気が浸透して有機膜が劣化し、光電変換効率あるいは耐久性等を損なう要因となる。 However, a film substrate such as a transparent plastic has a problem that the gas barrier property is inferior to glass. For example, when used as a material for an organic photoelectric conversion element, if a base material with poor gas barrier properties is used, water vapor or air penetrates and the organic film deteriorates, which becomes a factor that impairs photoelectric conversion efficiency or durability.
また、電子デバイス用基板としてプラスチック等のフィルム基板を用いた場合には、酸素が基板を透過して電子デバイス内に浸透、拡散し、デバイスを劣化させてしまうことや、電子デバイス内で求められる真空度を維持できないといった問題を引き起こす。 In addition, when a film substrate such as plastic is used as a substrate for an electronic device, oxygen permeates the substrate and penetrates and diffuses into the electronic device, and the device is deteriorated or required in the electronic device. This causes a problem that the degree of vacuum cannot be maintained.
包装材料用途等では、比較的ガスバリア性を有するとされているポリ塩化ビニリデンや液晶性ポリエステル等の有機高分子化合物をガスバリア層の材料として用いたガスバリア性フィルムが知られている。しかしながら、有機材料のみで構成されたガスバリア性フィルムは、フレキシブル性や屈曲耐性は高いものの、そのガスバリア性には限界があり、電子デバイス用途に適用可能なハイバリア性を得ることは実質不可能とさえ言われている。 For packaging materials and the like, gas barrier films using organic polymer compounds such as polyvinylidene chloride and liquid crystalline polyester, which are considered to have relatively gas barrier properties, are known. However, although a gas barrier film composed only of organic materials has high flexibility and bending resistance, its gas barrier properties are limited, and it is virtually impossible to obtain high barrier properties applicable to electronic device applications. It is said.
このような問題を解決するために、フィルム基板上に金属酸化物薄膜等の無機膜を形成してガスバリアフィルム基材とすることが知られている。包装材や液晶表示素子に使用されるガスバリア性フィルムとしては、プラスチックフィルム上に酸化珪素を蒸着したものや酸化アルミニウムを蒸着したものが知られている。 In order to solve such problems, it is known to form a gas barrier film substrate by forming an inorganic film such as a metal oxide thin film on a film substrate. As gas barrier films used for packaging materials and liquid crystal display elements, those obtained by depositing silicon oxide or aluminum oxide on plastic films are known.
また、真空プロセスが必要な蒸着法やCVD法、スパッタ法等ではなく、大気圧下での形成が可能な大気圧プラズマCVD法によりガスバリア層を形成する方法として、高いエネルギー密度で安定なプラズマ放電が可能な成膜方法も提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。 In addition, a stable plasma discharge with a high energy density as a method for forming a gas barrier layer by atmospheric pressure plasma CVD, which can be formed under atmospheric pressure, rather than vapor deposition, CVD, sputtering, etc. that require a vacuum process. There has also been proposed a film forming method capable of satisfying the requirements (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2).
上記の特許文献1、2では、高いガスバリア性を有するシリカ膜をポリエチレンテレフタレート(PET)等のフレキシビリティを有するプラスチックフィルム上に形成した時のヒビ割れを防止するため、ガスバリア層の膜厚方向の炭素成分に分布を持たせ、基材側ほど膜の硬度が低くなる応力緩和設計を行っている。この方法によれば、ヒビ割れ発生を防止した高ガスバリア性フィルムを形成することが可能である一方、緻密なバリア膜を得るために成膜を超低速で行う必要があり、結果、非常にコストが高くなってしまうという問題を抱えている。
In the
一方で、簡便な塗布プロセスで成膜が可能な方法として、ポリシラザン等の珪素化合物の塗布液を基材上に塗布した膜に転化処理を施すことで、転化したシリカ膜からなるガスバリア層を形成する方法もいくつか知られている(例えば、特許文献3、特許文献4及び特許文献5参照)。
On the other hand, as a method capable of forming a film by a simple coating process, a gas barrier layer made of a converted silica film is formed by subjecting a film obtained by applying a coating solution of a silicon compound such as polysilazane onto a substrate. Some methods are also known (see, for example,
特許文献3では、ポリシラザン塗布膜を大気圧下における酸素プラズマ放電処理によりシリカ膜に転化するプロセスの開示があり、真空プロセスを必要とせずにガスバリア層の形成が可能である。しかしながら、得られた膜の水蒸気透過率は、0.35g/(m2・24h)と、前述したようなデバイスに適用が可能なガスバリア層とはとても言えない。一般的に、有機光電変換素子に適用するために求められるガスバリア層の水蒸気透過率は、1×10−2g/(m2・24h)を大きく下回る必要があると言われている。
一方、特許文献4、特許文献5では、ポリシラザンを転化して緻密なシリカ膜を形成する方法として、ポリシラザン塗布膜に紫外線を照射する方法が開示されている。この方法によれば、脱水縮合を経由しない直接酸化により反応が進行すると考えられているため、より低温でのシリカ転化が可能となり、樹脂フィルム上にガスバリア層を形成する上で、大変有効な方法と言える。しかしながら、前駆体の塗布膜を転化してシリカ膜を形成した場合でも、前述したような蒸着法やスパッタ法、プラズマCVD法等で問題になるのと同様、ガスバリア性を得るために無機膜を単純に厚膜化していくだけでは、ヒビ割れ(クラック)やピンホール等の欠陥発生がどうやっても避けられず、望み通りのガスバリア性が得られないことが検討を重ねていく上で分かってきた。 On the other hand, Patent Documents 4 and 5 disclose a method of irradiating a polysilazane coating film with ultraviolet rays as a method of forming a dense silica film by converting polysilazane. According to this method, since it is thought that the reaction proceeds by direct oxidation without going through dehydration condensation, silica conversion at a lower temperature becomes possible, and a very effective method for forming a gas barrier layer on a resin film. It can be said. However, even when the precursor coating film is converted to form a silica film, in order to obtain gas barrier properties, an inorganic film is used to obtain a gas barrier property, as in the case of the vapor deposition method, the sputtering method, the plasma CVD method, etc. It has been found through repeated examination that the occurrence of defects such as cracks and pinholes cannot be avoided by simply increasing the film thickness, and the desired gas barrier properties cannot be obtained.
このような割れの問題の解決策のひとつとして、樹脂等の中間層を積層するガスバリア層間に設ける方法等が考えられるが、塗膜工程数倍増によるコストアップや、無機ガスバリア層との接着不良による性能劣化やプロセス耐性劣化、あるいは、中間層サイドからのガス透過による性能劣化等の懸念があり、低コスト化とハイバリア性の両立は難しいとされているのが現状である。 As one of the solutions to the problem of such cracking, a method of providing an intermediate layer such as a resin between gas barrier layers is conceivable. However, due to an increase in the cost due to the increase in the number of coating film processes and an adhesion failure with the inorganic gas barrier layer. There are concerns about performance degradation, process resistance degradation, performance degradation due to gas permeation from the intermediate layer side, and the current situation is that it is difficult to achieve both low cost and high barrier properties.
以上を鑑みると、低コスト化、ハイバリア性、フレキシブル性(屈曲耐性)全てを満たすガスバリア性フィルムを開発するためには、屈曲耐性が高く、欠陥のない無機膜を製造する方法を開発することが必須であると言える。 In view of the above, in order to develop a gas barrier film satisfying all of cost reduction, high barrier properties, and flexibility (bending resistance), it is necessary to develop a method for producing an inorganic film having high bending resistance and no defects. It can be said that it is essential.
とはいえ、欠陥の全くない完全な無機膜を形成することが実質不可能であるとすれば、無機膜の欠陥補修技術を開発することこそが、低コストハイバリア性フィルムの開発の近道であると言っても過言ではない。 However, if it is practically impossible to form a complete inorganic film with no defects, the development of a defect repair technology for inorganic films is the shortcut to the development of low-cost high-barrier films. It is no exaggeration to say.
このような観点を有する技術としては、例えば特許文献6が挙げられる。特許文献6では、ガスバリア層欠陥を介して湿気、酸素と相互作用する反応性ナノ粒子を含有する封止層を有するバリア性フィルムについて開示されている。 As a technique having such a viewpoint, for example, Patent Document 6 is cited. Patent Document 6 discloses a barrier film having a sealing layer containing reactive nanoparticles that interact with moisture and oxygen through gas barrier layer defects.
特許文献6のバリア性フィルムでは、欠陥を埋めるのは不活性ナノ粒子に見込んでいるが、完全に埋めることは実質不可能、かつ、埋まったとしても、粒子と欠陥間に隙間ができるため、十分な補修効果は見込めないと考えられる。このように、ガスバリア層中に実質欠陥が残ってしまうため、フィルム内に外部から侵入した水分が経時で残存していくことが考えられ、バリア性フィルムの作製直後から時間を置いて電子デバイス等の封止を行う場合には、ベーク処理等の余分な工程が増える可能性が高い。さらに、残った欠陥をきっかけとして、屈曲時、欠陥からクラックが広がり、屈曲耐性劣化の原因となる懸念も考えられる。 In the barrier film of Patent Document 6, it is anticipated that the inert nanoparticle will fill the defect, but it is practically impossible to completely fill it, and even if it is buried, there is a gap between the particle and the defect. A sufficient repair effect is not expected. In this way, since substantial defects remain in the gas barrier layer, it is conceivable that moisture that has entered from the outside in the film will remain over time. In the case of sealing, there is a high possibility that an extra step such as baking is increased. Furthermore, there is also a concern that, due to the remaining defect, a crack spreads from the defect at the time of bending, which causes deterioration of bending resistance.
また、構成要素として反応性ナノ粒子層、すなわち水分トラップ層が存在するため、水分トラップ能が経時で低下する懸念があり、これがガスバリア性低下に繋がることも考えられる。さらに、反応性ナノ粒子層が水分を保持して限界を超えると、ガスバリア層の急激破壊の懸念も考えられる。 In addition, since a reactive nanoparticle layer, that is, a moisture trap layer, is present as a constituent element, there is a concern that the moisture trap ability may decrease with time, which may lead to a decrease in gas barrier properties. Furthermore, if the reactive nanoparticle layer retains moisture and exceeds the limit, there is a possibility that the gas barrier layer may be rapidly broken.
このように、無機バリア層の欠陥補修技術としては不十分なため、ハイバリア性を得るには多層積層構成が避けられない、すなわち低コスト化との両立が困難であるのが現状である。 Thus, since it is insufficient as a defect repair technique for the inorganic barrier layer, a multi-layer structure is unavoidable in order to obtain a high barrier property, that is, it is difficult to achieve a reduction in cost.
また、特許文献4では、ポリシラザン転化膜への追加処理として、アルコキシシランと水の混合溶液、すなわちゾルゲル法のシリカ形成材料と接触させるプロセスの記載がある。この方法であれば、バリア層表面の欠陥が完全に補修されることが見込めるものの、余分な水分の吸着があるため、特許文献6と同様に、電子デバイス等の封止を行う前にベーク処理等が必要となり、コスト上、好ましくない。 Moreover, in patent document 4, there is a description of a process of contacting a mixed solution of alkoxysilane and water, that is, a sol-gel silica forming material, as an additional treatment to the polysilazane conversion film. If this method is used, it is expected that defects on the barrier layer surface will be completely repaired. However, since there is adsorption of excess moisture, the baking process is performed before sealing electronic devices and the like, as in Patent Document 6. Etc. are required, which is not preferable in terms of cost.
また、表面の欠陥を塞いだ状態でガスバリア層内に水分が残ることが考えられるため、ガスバリア層内部に余分な応力がかかりガスバリア層を破壊する懸念が考えられる。 Further, since it is considered that moisture remains in the gas barrier layer in a state where the surface defects are blocked, there is a concern that excessive stress is applied to the inside of the gas barrier layer and the gas barrier layer is destroyed.
このように、低コストで経時安定性及び屈曲耐性の高いバリア性フィルムを製造する方法は、現状、存在していないのが実状である。 As described above, there is currently no method for producing a barrier film having a low cost and high stability over time and bending resistance.
本発明の目的は、ガスバリア性が高く、屈曲後や経時保存後も高いガスバリア性を維持し、生産性が高く安価に製造可能なガスバリア性フィルムとその製造方法、及び該ガスバリア性フィルムを有する有機電子デバイスを提供することである。 An object of the present invention is to provide a gas barrier film that has a high gas barrier property, maintains a high gas barrier property even after bending or storage with time, can be produced at a high productivity and at a low cost, a method for producing the same, and an organic material having the gas barrier film. To provide an electronic device.
本発明では、無機バリア膜の欠陥を選択的に補修するプロセス技術を用いたガスバリア性フィルムの製造方法によって、ガスバリア性が高く、屈曲後や経時保存後も高いガスバリア性を維持するガスバリア性フィルム、該ガスバリア性フィルムを有する有機電子デバイスを生産性よく安価に提供することができた。 In the present invention, by the gas barrier film manufacturing method using a process technology for selectively repairing defects in the inorganic barrier film, the gas barrier film has a high gas barrier property and maintains a high gas barrier property even after bending or storage over time, An organic electronic device having the gas barrier film could be provided at low cost with high productivity.
本発明の上記課題は、以下の構成により達成された。 The above object of the present invention has been achieved by the following constitution.
1.金属酸化物を含むガスバリア層を有するガスバリア性フィルムの製造方法において、該ガスバリア性フィルムを絶対湿度が0.001〜3g/m3の環境下において、水と反応する材料を該ガスバリア層表面に接触させることを特徴とするガスバリア性フィルムの製造方法。 1. In the method for producing a gas barrier film having a gas barrier layer containing a metal oxide, the gas barrier film is brought into contact with the surface of the gas barrier layer with a material that reacts with water in an environment where the absolute humidity is 0.001 to 3 g / m 3. A method for producing a gas barrier film, characterized by comprising:
2.前記水と反応する材料を前記ガスバリア層表面に接触させる前に、前記ガスバリア性フィルムを絶対湿度が5〜120g/m3の環境下に晒すことを特徴とする前記1に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。 2. 2. The gas barrier film according to 1, wherein the gas barrier film is exposed to an environment having an absolute humidity of 5 to 120 g / m 3 before the material that reacts with water contacts the surface of the gas barrier layer. Production method.
3.前記水と反応する材料が、加水分解によりO−M−O結合を有する金属酸化物を形成するものであることを特徴とする前記1または2に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。ただし、MはSi、Ti、Al、ZrまたはMgを表す。 3. 3. The method for producing a gas barrier film as described in 1 or 2 above, wherein the material that reacts with water forms a metal oxide having an OMO bond by hydrolysis. However, M represents Si, Ti, Al, Zr or Mg.
4.前記金属酸化物が水酸基を有することを特徴とする前記3に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。 4). 4. The method for producing a gas barrier film as described in 3 above, wherein the metal oxide has a hydroxyl group.
5.前記水と反応する材料を前記ガスバリア層表面に接触させている時、あるいは、接触させた後で、前記ガスバリア層にエネルギーを付与することを特徴とする前記1〜4のいずれか1項に記載のガスバリア性フィルムの製造方法。 5). 5. The energy according to any one of 1 to 4, wherein energy is imparted to the gas barrier layer when the material that reacts with water is in contact with the surface of the gas barrier layer or after the material is contacted. Of producing a gas barrier film.
6.前記1〜5のいずれか1項に記載のガスバリア性フィルムの製造方法により製造したことを特徴とするガスバリア性フィルム。 6). A gas barrier film produced by the method for producing a gas barrier film according to any one of 1 to 5 above.
7.前記6に記載のガスバリア性フィルムで封止したことを特徴とする有機電子デバイス。 7). 7. An organic electronic device sealed with the gas barrier film described in 6 above.
本発明により、ガスバリア性が高く、屈曲後や経時保存後も高いガスバリア性を維持し、生産性が高く安価に製造可能なガスバリア性フィルムとその製造方法、及び該ガスバリア性フィルムを有する有機電子デバイスを提供することができた。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a gas barrier film having a high gas barrier property, maintaining a high gas barrier property even after being bent or stored over time, having a high productivity and capable of being manufactured at low cost, a method for producing the same, and an organic electronic device having the gas barrier film Could be provided.
本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、金属酸化物を含むガスバリア層を有するガスバリア性フィルムの製造方法において、該ガスバリア性フィルムを絶対湿度が0.001〜3g/m3の環境下において、水と反応する材料を該ガスバリア層表面に接触させるガスバリア性フィルムの製造方法により、ガスバリア性が高く、屈曲後や経時保存後も高いガスバリア性を維持し、生産性が高く安価に製造可能なガスバリア性フィルムの製造方法が得られることを見出し、本発明に至った次第である。 As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventor, as a result, in the method for producing a gas barrier film having a gas barrier layer containing a metal oxide, the gas barrier film has an absolute humidity of 0.001 to 3 g / m 3 . In the environment, the gas barrier film manufacturing method in which a material that reacts with water is brought into contact with the surface of the gas barrier layer has a high gas barrier property, maintains a high gas barrier property even after bending and storage over time, and is highly productive and inexpensive. It has been found that a method for producing a gas barrier film that can be produced is obtained and the present invention has been achieved.
本発明は、金属酸化物を含むガスバリア層(膜)の欠陥を選択的に補修するプロセス技術について開示している。具体的には、ガスバリア層内に拡散している水分をクラックやピンホール等を介して表面に誘導し、水と反応する材料と絶対湿度が0.001〜3g/m3の低湿度環境下にて接触させることで、水をトラップしながら欠陥を埋める技術と言い換えることができる。 The present invention discloses a process technique for selectively repairing defects in a gas barrier layer (film) containing a metal oxide. Specifically, moisture diffused in the gas barrier layer is induced to the surface through cracks, pinholes, etc., and in a low humidity environment where the material reacts with water and the absolute humidity is 0.001 to 3 g / m 3. In other words, it can be rephrased as a technique of filling defects while trapping water.
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention, its components, and embodiments for carrying out the present invention will be described in detail.
〔ガスバリア性フィルムの製造方法〕
初めに、本発明のガスバリア性フィルムの製造方法について説明する。
[Method for producing gas barrier film]
First, the method for producing the gas barrier film of the present invention will be described.
本発明は、金属酸化物を含むガスバリア層を有するガスバリア性フィルムの製造方法に関するものであり、該ガスバリア性フィルムを絶対湿度が0.001〜3g/m3の環境下において、水と反応する材料を該ガスバリア層表面に接触させることを特徴とする。 The present invention relates to a method for producing a gas barrier film having a gas barrier layer containing a metal oxide, and the material that reacts with water in an environment having an absolute humidity of 0.001 to 3 g / m 3. Is brought into contact with the surface of the gas barrier layer.
本発明のガスバリア性フィルムのガスバリア性としては、JIS K 7129B法に従って測定した水蒸気透過率(水蒸気透過度:25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が、9×10−4g/(m2・24h)以下であることが好ましく、より好ましくは9×10−5g/(m2・24h)以下である。 As the gas barrier property of the gas barrier film of the present invention, the water vapor permeability measured according to the JIS K 7129B method (water vapor permeability: 25 ± 0.5 ° C., relative humidity (90 ± 2)% RH) is 9 × 10 − It is preferably 4 g / (m 2 · 24 h) or less, more preferably 9 × 10 −5 g / (m 2 · 24 h) or less.
また、JIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過率(酸素透過度)が0.01ml/(m2・0.1MPa/day)以下であることが好ましく、より好ましくは0.001ml/(m2・0.1MPa/day)以下である。 The oxygen permeability (oxygen permeability) measured by a method according to JIS K 7126-1987 is preferably 0.01 ml / (m 2 · 0.1 MPa / day) or less, more preferably 0.8. 001 ml / (m 2 · 0.1 MPa / day) or less.
続いて、本発明についてより詳細に説明する。 Subsequently, the present invention will be described in more detail.
〔ガスバリア層〕
〈金属酸化物〉
本発明のガスバリア性フィルムにおけるガスバリア層は、金属酸化物を含むことを特徴する。
[Gas barrier layer]
<Metal oxide>
The gas barrier layer in the gas barrier film of the present invention is characterized by containing a metal oxide.
本発明のガスバリア層に含まれる金属酸化物としては、例えば、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化スズ、酸化バナジウム、酸化インジウム・スズ(ITO)等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、また、1種類の金属酸化物からなっていても、2種類以上の金属酸化物からなる複合材料でも構わない。また、金属酸化物以外に、金属窒化物や金属酸窒化物や金属等の無機物をさらに有していても構わない。 Examples of the metal oxide contained in the gas barrier layer of the present invention include silicon oxide, titanium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, tantalum oxide, tin oxide, vanadium oxide, and indium tin oxide (ITO). However, it is not limited to these, and it may be composed of one kind of metal oxide or a composite material composed of two or more kinds of metal oxides. Further, in addition to the metal oxide, an inorganic substance such as a metal nitride, a metal oxynitride, or a metal may be further included.
本発明の金属酸化物としては、より緻密で欠陥が少ない膜を形成することが可能である点で、酸化ケイ素化合物が好ましく、二酸化ケイ素がより好ましい。 As the metal oxide of the present invention, a silicon oxide compound is preferable and silicon dioxide is more preferable in that a denser film with fewer defects can be formed.
ここで、本発明における二酸化ケイ素とは、原子組成比において、Si:O=1:1.8〜2.2の範囲のものを含み、さらにN原子をSi:N=1:0.01〜0.2程度含んでいても構わない。 Here, the silicon dioxide in the present invention includes an atomic composition ratio in the range of Si: O = 1: 1.8 to 2.2, and further includes N atoms in Si: N = 1: 0.01 to It may contain about 0.2.
本発明に係るガスバリア層を形成する方法としては特に制限はないが、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法等のドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等の塗布プロセスが挙げられ、材料に応じて適宜選択可能である。 A method for forming the gas barrier layer according to the present invention is not particularly limited, but a vacuum deposition method, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method, an ion plating method, a CVD method, a sputtering method, a large size, and the like. Examples include dry processes such as the atmospheric pressure plasma method, spray coating methods, spin coating methods, blade coating methods, dip coating methods, casting methods, roll coating methods, bar coating methods, die coating methods, and other coating processes. It can be selected as appropriate.
これらのうち、ドライプロセスとしては、大気圧下でのロール・トゥ・ロールプロセスが可能である点で大気圧プラズマ法が好ましい。 Among these, as the dry process, the atmospheric pressure plasma method is preferable because a roll-to-roll process under atmospheric pressure is possible.
また、安全性が高く、簡便でより低コストでの膜形成が可能である点で、塗布プロセスがより好ましい。 In addition, the coating process is more preferable because it is highly safe, can be formed easily and at a lower cost.
塗布プロセスで膜形成を行う場合、例えば、無機酸化物の微粒子分散液を塗布後乾燥する方法や、アルコキシド体等の前駆体から無機酸化物膜を形成するゾルゲル法等を適用することができるが、シラザン化合物やシロキサン化合物、アルキルシランやアルコキシシラン等の塗布膜に転化処理を施すことで、ケイ素酸化物膜を得る方法が、より高いガスバリア性を短時間かつ簡便に形成可能な点でより好ましい。より具体的には、パーヒドロポリシラザン、ヘキサメチルジシラザン、シルセスキオキサン、ヘキサメチルジシロキサン等のポリシロキサン、テトラメチルシラン、トリメチルメトキシシラン、テトラエトキシシラン等を挙げることができる。これらの材料中には、固形分に対し、0.1〜10質量%程度、酸化反応を促進するためのアミンや金属等の触媒を含んでいてもよく、また、2種類以上の異なる材料を混合した塗布液を用いて膜を形成してもよい。 When film formation is performed by a coating process, for example, a method of drying after coating a fine particle dispersion of an inorganic oxide, a sol-gel method of forming an inorganic oxide film from a precursor such as an alkoxide body, and the like can be applied. In addition, a method of obtaining a silicon oxide film by applying a conversion treatment to a coating film of silazane compound, siloxane compound, alkylsilane, alkoxysilane, or the like is more preferable because a higher gas barrier property can be easily formed in a short time. . More specifically, polysiloxanes such as perhydropolysilazane, hexamethyldisilazane, silsesquioxane, and hexamethyldisiloxane, tetramethylsilane, trimethylmethoxysilane, tetraethoxysilane, and the like can be given. These materials may contain a catalyst such as amine or metal for accelerating the oxidation reaction, about 0.1 to 10% by mass relative to the solid content, and two or more different materials may be used. You may form a film | membrane using the mixed coating liquid.
本発明におけるパーヒドロポリシラザンとして入手可能な材料は、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製 アクアミカ NN120、NN110、NAX120、NN310、NN320、NL110A、NL120A、NL150A、NP110、NP140、SP140等が挙げられ、シルセスキオキサンして入手可能な材料は、FOX−14等が挙げられる。 Examples of materials available as perhydropolysilazane in the present invention include Aquamica NN120, NN110, NAX120, NN310, NN320, NL110A, NL120A, NL150A, NP110, NP140, SP140, etc., manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd. Examples of materials that can be obtained by OXAN include FOX-14.
シラザン化合物を含有する組成物の塗布液は、塗布時に塗布液と水分が反応するのを抑制するため、溶媒としてキシレン、ジブチルエーテル、ソルベッソ、ターペン等、水分を含有しにくいものを用いることが好ましい。 As the coating solution of the composition containing the silazane compound, it is preferable to use a solvent that does not easily contain water, such as xylene, dibutyl ether, solvesso, and terpene, as a solvent in order to prevent the coating solution and moisture from reacting during coating. .
塗布された膜は、溶媒が除去された均一な乾燥膜を得る上で、アニールする態様が好ましい。アニール温度は、好ましくは60〜200℃、さらに好ましくは70〜160℃である。アニール時間は、好ましくは5秒〜24時間程度、さらに好ましくは10秒〜2時間程度である。 The coated film is preferably annealed to obtain a uniform dry film from which the solvent has been removed. The annealing temperature is preferably 60 to 200 ° C, more preferably 70 to 160 ° C. The annealing time is preferably about 5 seconds to 24 hours, more preferably about 10 seconds to 2 hours.
このように、次工程に続く転化処理前に、前述した範囲でアニールを行うことにより、均一な塗布膜を安定に得ることができる。 As described above, by performing annealing in the above-described range before the conversion process following the next step, a uniform coating film can be stably obtained.
なお、アニールは、一定温度で行ってもよく、段階的に温度を変化させてもよく、連続的に温度を変化(昇温及び/または降温)させてもよい。アニールの際には、反応を安定化するために湿度を調節することが好ましく、通常30〜90%RH、より好ましくは40〜80%RHである。 The annealing may be performed at a constant temperature, the temperature may be changed stepwise, or the temperature may be continuously changed (temperature increase and / or temperature decrease). In the annealing, it is preferable to adjust the humidity in order to stabilize the reaction, and is usually 30 to 90% RH, more preferably 40 to 80% RH.
本発明におけるガスバリア層の膜厚は、30〜2000nmの範囲が好ましく、さらに好ましくは40〜500nmの範囲であり、特に好ましくは40〜300nmの範囲である。 The thickness of the gas barrier layer in the present invention is preferably in the range of 30 to 2000 nm, more preferably in the range of 40 to 500 nm, and particularly preferably in the range of 40 to 300 nm.
また、特にガスバリア層の欠陥部において、本発明に係る金属酸化物を含むガスバリア層が水酸基を有することが好ましい。この場合、後述するような水と反応する材料で欠陥部を補修する際に、水のみならず、欠陥部側面に存在する水酸基と、より強固な分子結合を形成するため、より密な補修効果を期待することができる点で好ましい。 Moreover, it is preferable that the gas barrier layer containing the metal oxide according to the present invention has a hydroxyl group particularly in a defective portion of the gas barrier layer. In this case, when repairing a defective part with a material that reacts with water as described later, not only water but also a hydroxyl group present on the side surface of the defective part forms a stronger molecular bond, so a more dense repair effect Is preferable in that it can be expected.
ここで、無機酸化物の前駆体であるシラザン化合物やシロキサン化合物、アルキルシランやアルコキシシラン等の塗布膜に転化処理(酸化処理)を施すことで、ケイ素酸化物を含む本発明のガスバリア層を形成する方法について説明する。 Here, the gas barrier layer of the present invention containing silicon oxide is formed by applying a conversion treatment (oxidation treatment) to a coating film such as a silazane compound, a siloxane compound, an alkylsilane, or an alkoxysilane, which is a precursor of an inorganic oxide. How to do will be described.
〈転化処理〉
前述したような前駆体塗布膜を無機酸化物を含む膜へと転化処理する方法としては、加熱処理、プラズマ照射処理、光照射処理等が挙げられるが、比較的低温で転化反応が進行する点で、プラズマ照射処理、光照射処理が好ましく、短時間かつ、より緻密な膜を形成することができる点で、光照射処理がより好ましい。
<Conversion processing>
Examples of the method for converting the precursor coating film as described above into a film containing an inorganic oxide include heat treatment, plasma irradiation treatment, and light irradiation treatment, but the conversion reaction proceeds at a relatively low temperature. Thus, plasma irradiation treatment and light irradiation treatment are preferable, and light irradiation treatment is more preferable in that a denser film can be formed in a short time.
〈プラズマ照射処理〉
プラズマ照射処理としては、一般的な真空酸素プラズマ法等を用いることができるが、大気圧プロセスが可能な点で、大気圧プラズマ法を用いるのが好ましい。大気圧プラズマ法では、酸素ガス、あるいは水素ガスを反応ガスとして用い、例えば、前述したようなケイ素化合物を含有する前駆体溶液から形成した塗布膜に対して転化処理を施すことで、例えばケイ素酸化物を含む本発明のガスバリア層を得ることができる。
<Plasma irradiation treatment>
As the plasma irradiation treatment, a general vacuum oxygen plasma method or the like can be used, but it is preferable to use the atmospheric pressure plasma method because an atmospheric pressure process is possible. In the atmospheric pressure plasma method, oxygen gas or hydrogen gas is used as a reaction gas, for example, by applying a conversion treatment to a coating film formed from a precursor solution containing a silicon compound as described above, for example, silicon oxide The gas barrier layer of the present invention containing a product can be obtained.
〈光照射処理〉
光照射処理としては、光照射処理における光が、紫外光であることがより好ましい。紫外光を照射することで活性酸素やオゾンが発生し、酸化反応がより進行する。
<Light irradiation treatment>
As the light irradiation treatment, the light in the light irradiation treatment is more preferably ultraviolet light. Irradiation with ultraviolet light generates active oxygen and ozone, and the oxidation reaction further proceeds.
この活性酸素やオゾンは非常に反応性が高いため、例えばシリカ前駆体であるポリシラザンは、シラノールを経由することなく直接酸化されることで、より高密度で欠陥の少ない二酸化ケイ素膜に転化される。 Since this active oxygen and ozone are highly reactive, for example, polysilazane, which is a silica precursor, is directly oxidized without passing through silanol, so that it is converted into a silicon dioxide film with higher density and fewer defects. .
さらに反応性オゾンの不足分を光照射部とは異なる部分で、放電法等の公知の方法により酸素からオゾンを生成し、紫外線照射部に導入してもよい。 Further, ozone may be generated from oxygen by a known method such as a discharge method at a portion different from the light irradiation portion for the shortage of reactive ozone and introduced into the ultraviolet irradiation portion.
このときに照射する紫外線の波長は特に限定されるところではないが、紫外光の波長は100〜450nmが好ましく、150〜300nm程度の真空紫外光を照射することがより好ましい。 The wavelength of the ultraviolet light irradiated at this time is not particularly limited, but the wavelength of the ultraviolet light is preferably 100 to 450 nm, and more preferably vacuum ultraviolet light of about 150 to 300 nm is irradiated.
光源は、低圧水銀灯、重水素ランプ、キセノンエキシマランプ、メタルハライドランプ、エキシマレーザー等を用いることができる。ランプの出力としては400W〜30kW、照度としては100mW/cm2〜100kW/cm2、照射エネルギーとしては10〜5000mJ/cm2が好ましく、100〜2000mJ/cm2がより好ましい。また、紫外線照射の際の照度は1mW/cm2〜10W/cm2が好ましい。 As the light source, a low-pressure mercury lamp, a deuterium lamp, a xenon excimer lamp, a metal halide lamp, an excimer laser, or the like can be used. The output of the lamp 400W~30kW, 100mW / cm 2 ~100kW / cm 2 as illuminance, preferably 10~5000mJ / cm 2 as irradiation energy, 100 to 2000 mJ / cm 2 is more preferable. Moreover, the illuminance at the time of ultraviolet irradiation is preferably 1 mW / cm 2 to 10 W / cm 2 .
上記の中でも、波長としては、100〜200nmの真空紫外光が最も好ましく、酸化反応をより低温、短時間で進めることが可能となる。また、光源としては、キセノンエキシマランプ等の希ガスエキシマランプが最も好ましく用いられる。 Among these, as the wavelength, vacuum ultraviolet light of 100 to 200 nm is most preferable, and the oxidation reaction can be advanced at a lower temperature and in a shorter time. As a light source, a rare gas excimer lamp such as a xenon excimer lamp is most preferably used.
例えば、ポリシラザンに紫外線を照射することにより、ポリシラザンが高密度のケイ素酸化物膜、すなわち高密度シリカ膜に転化する。該シリカ膜の膜厚や密度は紫外線の強度、照射時間、波長(光のエネルギー密度)により制御が可能であり、所望の膜構造を得るためにランプの種類を使い分ける等、適宜選択することが可能である。また、連続的に照射するだけでなく複数回の照射を行ってもよく、複数回の照射が短時間のいわゆるパルス照射であってもよい。 For example, when polysilazane is irradiated with ultraviolet rays, the polysilazane is converted into a high-density silicon oxide film, that is, a high-density silica film. The film thickness and density of the silica film can be controlled by the intensity of ultraviolet light, irradiation time, and wavelength (light energy density), and can be appropriately selected, such as using different types of lamps to obtain a desired film structure. Is possible. Further, not only continuous irradiation but also multiple irradiations may be performed, and the multiple irradiations may be so-called pulse irradiation for a short time.
また、紫外線照射と同時に該塗膜を加熱することも、反応(酸化反応、転化処理、改質処理ともいう)を促進するために好ましく用いられる。加熱の方法は、ヒートブロック等の発熱体に基板を接触させ熱伝導により塗膜を加熱する方法、抵抗線等による外部ヒーターにより雰囲気を加熱する方法、IRヒーターの様な赤外領域の光を用いた方法等が挙げられるが、特に限定はされない。塗膜の平滑性を維持できる方法を適宜選択してよい。 In addition, heating the coating film simultaneously with ultraviolet irradiation is also preferably used to promote the reaction (also referred to as oxidation reaction, conversion treatment, or modification treatment). The heating method is such that the substrate is brought into contact with a heating element such as a heat block, the coating film is heated by heat conduction, the atmosphere is heated by an external heater such as a resistance wire, and infrared light such as an IR heater is applied. Although the method used etc. are mentioned, it does not specifically limit. You may select suitably the method which can maintain the smoothness of a coating film.
加熱する温度としては、50〜200℃の範囲が好ましく、さらに好ましくは80〜150℃の範囲であり、加熱時間としては1秒〜10時間の範囲が好ましく、さらに好ましくは10秒〜1時間の範囲で加熱することである。 As temperature to heat, the range of 50-200 degreeC is preferable, More preferably, it is the range of 80-150 degreeC, As the heating time, the range of 1 second-10 hours is preferable, More preferably, it is 10 seconds-1 hour Heating in a range.
光照射処理の中でもより好ましいのは、真空紫外線(VUV光)処理である。 Among the light irradiation treatments, vacuum ultraviolet (VUV light) treatment is more preferable.
例えば、パーヒドロポリシラザン塗布液を基材上に塗布・乾燥した後、真空紫外線を照射する方法で転化処理することが好ましい。この真空紫外線照射により、ポリシラザンの分子結合を切断し、また膜内若しくは雰囲気内に微量に存在する酸素でも効率的にオゾン若しくは活性酸素に変換することが可能であり、塗膜表面のセラミックス化(シリカ改質)が促進され、また得られるセラミックス膜が一層緻密になる。VUV光照射は、塗膜形成後であればいずれの時点で実施しても有効である。 For example, it is preferable to perform conversion treatment by applying a vacuum ultraviolet ray after applying and drying a perhydropolysilazane coating solution on a substrate. This vacuum ultraviolet irradiation breaks the molecular bond of polysilazane, and even a small amount of oxygen in the film or atmosphere can be efficiently converted into ozone or active oxygen. Silica modification) is promoted, and the resulting ceramic film becomes denser. VUV light irradiation is effective at any time point after the coating film is formed.
本発明における真空紫外線とは、具体的には100〜200nmの真空紫外線である。真空紫外線の照射強度及び/または照射時間は、適宜設定することが可能である。真空紫外線照射装置は、市販のランプ(例えば、ウシオ電機製)を使用することが可能である。 The vacuum ultraviolet ray in the present invention is specifically a vacuum ultraviolet ray of 100 to 200 nm. The irradiation intensity and / or irradiation time of vacuum ultraviolet rays can be set as appropriate. As the vacuum ultraviolet irradiation apparatus, a commercially available lamp (for example, manufactured by USHIO INC.) Can be used.
VUV光照射はバッチ処理にも連続処理にも適合可能であり、被塗布基材の形状によって適宜選定することができる。例えば、バッチ処理の場合には、シラザン化合物等前駆体塗布膜を、真空紫外線発生源を具備した真空紫外線焼成炉で処理することができる。真空紫外線焼成炉自体は一般に知られており、例えば、ウシオ電機(株)製を使用することができる。また、シラザン化合物の塗布膜を設けた支持体が長尺フィルム状である場合には、これを搬送させながら上記のような真空紫外線発生源を具備した乾燥ゾーンで連続的に真空紫外線を照射することにより、表面をセラミックス化することができる。 VUV light irradiation can be adapted to both batch processing and continuous processing, and can be appropriately selected depending on the shape of the substrate to be coated. For example, in the case of batch processing, a precursor coating film such as a silazane compound can be processed in a vacuum ultraviolet ray baking furnace equipped with a vacuum ultraviolet ray generation source. The vacuum ultraviolet baking furnace itself is generally known, and for example, Ushio Electric Co., Ltd. can be used. Further, when the support provided with the coating film of the silazane compound is in the form of a long film, it is continuously irradiated with vacuum ultraviolet rays in the drying zone provided with the vacuum ultraviolet ray generation source as described above while being transported. As a result, the surface can be ceramicized.
該真空紫外光は、ほとんどの物質の原子間結合力より大きいため、原子の結合を光量子プロセスと呼ばれる光子のみによる作用により、直接切断することが可能であるため好ましく用いることができる。この作用を用いることにより、加水分解を必要とせず低温でかつ効率的に改質処理が可能となる。 Since the vacuum ultraviolet light is larger than the interatomic bonding force of most substances, it can be preferably used because the bonding of atoms can be cut directly by the action of only photons called photon processes. By using this action, the reforming process can be efficiently performed at a low temperature without requiring hydrolysis.
これに必要な真空紫外光源としては、希ガスエキシマランプが好ましく用いられる。 As a vacuum ultraviolet light source required for this, a rare gas excimer lamp is preferably used.
Xe、Kr、Ar、Ne等の希ガスの原子は化学的に結合して分子を作らないため、不活性ガスと呼ばれる。しかし、放電等によりエネルギーを得た希ガスの原子(励起原子)は他の原子と結合して分子を作ることができる。希ガスがキセノンの場合には
e+Xe→Xe*
Xe*+2Xe→Xe2 *+Xe
となり、励起されたエキシマ分子であるXe2 *が基底状態に遷移するときに172nmのエキシマ光を発光する。エキシマランプの特徴としては、放射が一つの波長に集中し、必要な光以外がほとんど放射されないので効率が高いことが挙げられる。また、余分な光が放射されないので、対象物の温度を低く保つことができる。さらには始動・再始動に時間を要さないので、瞬時の点灯点滅が可能である。
Since noble gas atoms such as Xe, Kr, Ar, Ne, and the like are chemically bonded and do not form molecules, they are called inert gases. However, rare gas atoms (excited atoms) that have gained energy by discharge or the like can be combined with other atoms to form molecules. When the rare gas is xenon, e + Xe → Xe *
Xe * + 2Xe → Xe 2 * + Xe
Thus, when the excited excimer molecule Xe 2 * transitions to the ground state, excimer light of 172 nm is emitted. A feature of the excimer lamp is that the radiation is concentrated on one wavelength, and since only the necessary light is not emitted, the efficiency is high. Further, since no extra light is emitted, the temperature of the object can be kept low. Furthermore, since no time is required for starting and restarting, instantaneous lighting and blinking are possible.
エキシマ発光を得るには誘電体バリア放電を用いる方法が知られている。誘電体バリア放電とは両電極間に誘電体(エキシマランプの場合は透明石英)を介してガス空間を配し、電極に数10kHzの高周波高電圧を印加することによりガス空間に生じる、雷に似た非常に細いmicro dischargeと呼ばれる放電で、micro dischargeのストリーマが管壁(誘電体)に達すると誘電体表面に電荷が溜まるため、micro dischargeは消滅する。誘電体バリア放電は、このmicro dischargeが管壁全体に広がり、生成・消滅を繰り返している放電である。このため肉眼でも分る光のチラツキを生じる。また、非常に温度の高いストリーマが局所的に直接管壁に達するため、管壁の劣化を早める可能性もある。 In order to obtain excimer light emission, a method using dielectric barrier discharge is known. Dielectric barrier discharge refers to lightning generated in a gas space by arranging a gas space between both electrodes via a dielectric (transparent quartz in the case of an excimer lamp) and applying a high frequency high voltage of several tens of kHz to the electrode. When the micro discharge streamer reaches the tube wall (dielectric) in a similar very thin discharge called micro discharge, the electric charge accumulates on the dielectric surface, and the micro discharge disappears. The dielectric barrier discharge is a discharge in which this micro discharge spreads over the entire tube wall and is repeatedly generated and extinguished. For this reason, flickering of light that can be seen with the naked eye occurs. Moreover, since a very high temperature streamer reaches a pipe wall directly locally, there is a possibility that deterioration of the pipe wall may be accelerated.
効率よくエキシマ発光を得る方法としては、誘電体バリア放電以外に無電極電界放電でも可能である。容量性結合による無電極電界放電で、別名RF放電とも呼ばれる。ランプと電極及びその配置は基本的には誘電体バリア放電と同じでよいが、両極間に印加される高周波は数MHzで点灯される。無電極電界放電はこのように空間的にまた時間的に一様な放電が得られるため、チラツキが無い長寿命のランプが得られる。 As a method for efficiently obtaining excimer light emission, electrodeless field discharge can be used in addition to dielectric barrier discharge. Electrodeless electric field discharge by capacitive coupling, also called RF discharge. The lamp, the electrodes, and their arrangement may be basically the same as those of the dielectric barrier discharge, but the high frequency applied between the two electrodes is lit at several MHz. Since the electrodeless field discharge can provide a spatially and temporally uniform discharge in this way, a long-life lamp without flickering can be obtained.
誘電体バリア放電の場合はmicro dischargeが電極間のみで生じるため、放電空間全体で放電を行わせるには外側の電極は外表面全体を覆い、かつ外部に光を取り出すために光を透過するものでなければならない。このため細い金属線を網状にした電極が用いられる。この電極は光を遮らないようにできるだけ細い線が用いられるため、酸素雰囲気中では真空紫外光により発生するオゾン等により損傷しやすい。 In the case of dielectric barrier discharge, micro discharge occurs only between the electrodes, so the outer electrode covers the entire outer surface and allows light to pass through in order to extract light to the outside in order to discharge in the entire discharge space. Must. For this reason, an electrode in which a fine metal wire is formed in a net shape is used. Since this electrode uses as thin a line as possible so as not to block light, it is easily damaged by ozone generated by vacuum ultraviolet light in an oxygen atmosphere.
これを防ぐためにはランプの周囲、すなわち照射装置内を窒素等の不活性ガスの雰囲気にし、合成石英の窓を設けて照射光を取り出す必要が生じる。合成石英の窓は高価な消耗品であるばかりでなく、光の損失も生じる。 In order to prevent this, it is necessary to create an atmosphere of an inert gas such as nitrogen around the lamp, that is, the inside of the irradiation apparatus, and provide a synthetic quartz window to extract the irradiation light. Synthetic quartz windows are not only expensive consumables, but also cause light loss.
二重円筒型ランプは外径が25mm程度であるため、ランプ軸の直下とランプ側面では照射面までの距離の差が無視できず、照度に大きな差を生じる。したがって仮にランプを密着して並べても、一様な照度分布が得られない。合成石英の窓を設けた照射装置にすれば酸素雰囲気中の距離を一様にでき、一様な照度分布が得られる。 Since the double cylindrical lamp has an outer diameter of about 25 mm, the difference in distance to the irradiation surface cannot be ignored between the position directly below the lamp axis and the side surface of the lamp, resulting in a large difference in illuminance. Therefore, even if the lamps are arranged in close contact, a uniform illuminance distribution cannot be obtained. If the irradiation device is provided with a synthetic quartz window, the distance in the oxygen atmosphere can be made uniform, and a uniform illuminance distribution can be obtained.
無電極電界放電を用いた場合には、外部電極を網状にする必要はない。ランプ外面の一部に外部電極を設けるだけで、グロー放電は放電空間全体に広がる。外部電極には通常アルミのブロックで作られた光の反射板を兼ねた電極がランプ背面に使用される。しかし、ランプの外径は誘電体バリア放電の場合と同様に大きいため、一様な照度分布にするためには合成石英が必要となる。 When electrodeless field discharge is used, it is not necessary to make the external electrodes mesh. The glow discharge spreads over the entire discharge space only by providing an external electrode on a part of the outer surface of the lamp. As the external electrode, an electrode that also serves as a light reflector made of an aluminum block is usually used on the back of the lamp. However, since the outer diameter of the lamp is as large as in the case of the dielectric barrier discharge, synthetic quartz is required to obtain a uniform illuminance distribution.
細管エキシマランプの最大の特徴は構造がシンプルなことである。石英管の両端を閉じ、内部にエキシマ発光を行うためのガスを封入しているだけである。 The biggest feature of the capillary excimer lamp is its simple structure. The quartz tube is closed at both ends, and only gas for excimer light emission is sealed inside.
細管ランプの管の外径は6〜12mm程度で、あまり太いと始動に高い電圧が必要になる。 The outer diameter of the tube of the thin tube lamp is about 6 to 12 mm, and if it is too thick, a high voltage is required for starting.
放電の形態は誘電体バリア放電でも無電極電界放電のいずれでも使用できる。電極の形状はランプに接する面が平面であってもよいが、ランプの曲面に合わせた形状にすればランプをしっかり固定できるとともに、電極がランプに密着することにより放電がより安定する。またアルミで曲面を鏡面にすれば光の反射板にもなる。 As for the form of discharge, either dielectric barrier discharge or electrodeless field discharge can be used. The electrode may have a flat surface in contact with the lamp, but if the shape is matched to the curved surface of the lamp, the lamp can be firmly fixed, and the discharge is more stable when the electrode is in close contact with the lamp. If the curved surface is mirrored with aluminum, it becomes a light reflector.
Xeエキシマランプは波長の短い172nmの紫外線を単一波長で放射することから発光効率に優れている。この光は、酸素の吸収係数が大きいため、微量な酸素でラジカルな酸素原子種やオゾンを高濃度で発生することができる。また、有機物の結合を解離させる波長の短い172nmの光のエネルギーは能力が高いことが知られている。この活性酸素やオゾンと紫外線放射が持つ高いエネルギーによって、短時間でポリシラザン層の改質を実現できる。したがって、波長185nm、254nmの発する低圧水銀ランプやプラズマ洗浄と比べて、高スループットに伴うプロセス時間の短縮や設備面積の縮小、熱によるダメージを受けやすい有機材料やプラスチック基板等への照射を可能としている。 The Xe excimer lamp is excellent in luminous efficiency because it emits ultraviolet light having a short wavelength of 172 nm at a single wavelength. Since this light has a large oxygen absorption coefficient, it can generate radical oxygen atom species and ozone at a high concentration with a very small amount of oxygen. In addition, it is known that the energy of light having a short wavelength of 172 nm for dissociating the bonds of organic substances has high ability. Due to the high energy of the active oxygen, ozone and ultraviolet radiation, the polysilazane layer can be modified in a short time. Therefore, compared to low-pressure mercury lamps with a wavelength of 185 nm and 254 nm and plasma cleaning, it is possible to shorten the process time associated with high throughput, reduce the equipment area, and irradiate organic materials and plastic substrates that are easily damaged by heat. Yes.
エキシマランプは光の発生効率が高いため低い電力の投入で点灯させることが可能である。また、光による温度上昇の要因となる波長の長い光は発せず、紫外線領域で短い波長でエネルギーを照射するため、照射対象物の表面温度の上昇が抑えられる特徴を持っている。 Since the excimer lamp has high light generation efficiency, it can be lit with low power. In addition, since light with a long wavelength that causes a temperature increase due to light is not emitted and energy is irradiated with a short wavelength in the ultraviolet region, the surface temperature of the irradiation object can be suppressed from increasing.
また、真空紫外線の照射強度が高ければ、光子とポリシラザン内の化学結合が衝突する確率が増え、改質反応を短時間化することができる。また、内部まで侵入する光子の数も増加するため改質膜厚も増加及び/または膜質の良化(高密度化)が可能である。但し、照射時間が長過ぎると平面性の劣化やガスバリア性部材の他の材料にダメージを与える場合がある。一般的には、照射強度と照射時間の積で表される積算光量で反応進行具合を考えるが、酸化シリコンの様に組成は同一でも、様々な構造形態をとること材料においては、照射強度の絶対値が重要になる場合もある。 Moreover, if the irradiation intensity of vacuum ultraviolet rays is high, the probability that a photon and a chemical bond in polysilazane will collide increases, and the modification reaction can be shortened. Further, since the number of photons penetrating to the inside increases, the modified film thickness can be increased and / or the film quality can be improved (densification). However, if the irradiation time is too long, the planarity may be deteriorated and other materials of the gas barrier member may be damaged. In general, the progress of the reaction is considered by the integrated light quantity expressed by the product of the irradiation intensity and the irradiation time. The absolute value may be important.
従って、本発明ではVUV照射工程において、少なくとも1回は100〜200mW/cm2の最大照射強度を与える改質処理を行うことが好ましい。該強度で改質処理を行うと、改質効率が高くなるためである。 Therefore, in the present invention, in the VUV irradiation step, it is preferable to perform a modification treatment that gives a maximum irradiation intensity of 100 to 200 mW / cm 2 at least once. This is because the reforming efficiency increases when the reforming treatment is performed with the strength.
VUV光の照射時間は、任意に設定可能であるが、高照度工程での照射時間は0.1秒〜3分間が好ましい。より好ましくは0.5秒〜1分である。 The irradiation time of VUV light can be arbitrarily set, but the irradiation time in the high illuminance process is preferably 0.1 second to 3 minutes. More preferably, it is 0.5 second to 1 minute.
VUV光照射時の酸素濃度は100〜10000ppm(1%)とすることが好ましい。より好ましくは、100〜5000ppmである。前記の濃度範囲より酸素濃度が高いと改質効率が低くなり、また前記範囲より低い酸素濃度の場合、大気との置換時間が長くなるのと同時に、ロール・トゥ・ロールのような連続生産を行う場合は、ウエッブ搬送によってVUV照射庫内に巻き込む空気量(酸素を含む)が多くなり、多大な流量のガスを流さないと酸素濃度を調整できなくなってくる。 The oxygen concentration at the time of VUV light irradiation is preferably 100 to 10,000 ppm (1%). More preferably, it is 100-5000 ppm. If the oxygen concentration is higher than the above-mentioned concentration range, the reforming efficiency is lowered. If the oxygen concentration is lower than the above-mentioned range, the replacement time with the atmosphere becomes longer, and at the same time, continuous production such as roll-to-roll is performed. When performing, the amount of air (including oxygen) entrained in the VUV irradiation chamber by web conveyance increases, and the oxygen concentration cannot be adjusted unless a large flow rate of gas is allowed to flow.
ポリシラザン含有塗膜中には、塗布時に酸素及び微量の水分が混入し、さらにはポリシラザン含有塗膜以外でも、薄膜ガラスや樹脂層等に吸着酸素や吸着水があり、照射庫内に敢えて酸素を導入しなくとも、改質反応に要する酸素を供給する酸素源は十分にあることが分かった。また、前述したように172nmのVUV光が酸素により吸収され、膜面に到達する172nmの光量が減少してしまい、光による処理の効率を低下することになる。すなわち、VUV光照射時には、できるだけ酸素濃度の低い状態で、VUV光が効率よく塗膜まで到達する状態で改質処理することが好ましい。 In the polysilazane-containing coating film, oxygen and a small amount of water are mixed at the time of application, and there are also adsorbed oxygen and adsorbed water in the thin glass and resin layers other than the polysilazane-containing coating film. Even if not introduced, it has been found that there are sufficient oxygen sources for supplying oxygen required for the reforming reaction. Further, as described above, the 172 nm VUV light is absorbed by oxygen, and the amount of 172 nm light reaching the film surface is reduced, thereby reducing the efficiency of the light treatment. That is, at the time of VUV light irradiation, it is preferable to perform the modification treatment in a state where the VUV light efficiently reaches the coating film in a state where the oxygen concentration is as low as possible.
VUV光照射時にこれら酸素以外のガスとしては乾燥不活性ガスとすることが好ましく、特にコストの観点から乾燥窒素ガスにすることが好ましい。酸素濃度の調整は照射庫内へ導入する酸素ガス、不活性ガスの流量を計測し、流量比を変えることで調整可能である。 As the gas other than oxygen at the time of VUV light irradiation, a dry inert gas is preferable, and dry nitrogen gas is particularly preferable from the viewpoint of cost. The oxygen concentration can be adjusted by measuring the flow rate of oxygen gas and inert gas introduced into the irradiation chamber and changing the flow rate ratio.
〈水と反応する材料〉
本発明では、金属酸化物を含むガスバリア層を有するガスバリア性フィルムを絶対湿度が0.001〜3g/m3の環境下において、水と反応する材料をガスバリア層表面に接触させることを特徴とする。
<Material that reacts with water>
In the present invention, a gas barrier film having a gas barrier layer containing a metal oxide is brought into contact with the surface of the gas barrier layer with a material that reacts with water in an environment where the absolute humidity is 0.001 to 3 g / m 3. .
ガスバリア層が理想的な金属酸化物膜であれば、透過ガス、すなわち水蒸気等の低分子が溶解も拡散もしないため、完全なガスバリア能を発揮することができるはずである。しかし、実際には、膜の形成過程におけるクラックやピンホール等の欠陥発生をどうやっても抑えることができないため、望み通りのガスバリア性を得ることが非常に困難となっている。 If the gas barrier layer is an ideal metal oxide film, a permeation gas, that is, a low molecule such as water vapor, does not dissolve or diffuse, so that a complete gas barrier ability should be exhibited. However, in practice, it is very difficult to obtain the desired gas barrier property because it is impossible to suppress the occurrence of defects such as cracks and pinholes in the film formation process.
本発明では、このような金属酸化物膜の欠陥を選択的に補修するプロセス技術について開示している。具体的には、ガスバリア層内に拡散している水分をクラックやピンホール等を介して表面に誘導し、水と反応する材料と低湿度環境下にて接触させることで、水をトラップしながら欠陥を埋める技術と言い換えることができる。 The present invention discloses a process technique for selectively repairing such defects in the metal oxide film. Specifically, while trapping water by inducing moisture diffusing in the gas barrier layer to the surface through cracks, pinholes, etc., and bringing it into contact with a material that reacts with water in a low humidity environment In other words, this is a technique for filling defects.
本発明における水と反応する材料としては、水と反応してガスバリア層の欠陥に付着するものであれば特に限定されないが、ガスバリア層の欠陥を埋めるために、水分と反応して固化(結晶化)あるいはポリマー化(架橋)するような材料が好ましく、欠陥の側面と分子結合を形成し、材料自身も架橋することで、より密に欠陥を補修することができるような材料であることがより好ましい。 The material that reacts with water in the present invention is not particularly limited as long as it reacts with water and adheres to defects in the gas barrier layer. However, in order to fill the defects in the gas barrier layer, it reacts with water and solidifies (crystallizes). ) Or a material that polymerizes (crosslinks) is preferable, and a material that forms a molecular bond with the side surface of the defect and can also repair defects more densely by crosslinking the material itself. preferable.
具体的な材料としては、表面処理剤や酸化膜原料として一般的に用いられるシラン化合物やシラザン化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物、あるいは、瞬間接着剤の主成分として知られるシアノアクリレート等を挙げることができる。 Specific materials include silane compounds, silazane compounds, titanium compounds, zirconium compounds or cyanoacrylates known as the main components of instant adhesives, which are commonly used as surface treatment agents and oxide film raw materials. it can.
シラン化合物としては、クロロシランやアルキルシラン、アルコキシシラン等、シラザン化合物としては、低分子シラザンやポリシラザン等を挙げることができる。シラン化合物としては、脱離基(クロロ基、アルキル基、アルコキシ基)のケイ素原子への置換数の違いから、一官能タイプ、二官能タイプ、三官能タイプに分類することができる。また、脱離基以外の置換基として、アルキル基やフッ化アルキル基、アリール基等を有する一般的な表面処理剤の他に、様々な機能性官能基(例えば、ビニル基、エポキシ基、スチリル基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、アミノ基、ウレイド基、クロロプロピル基、メルカプト基、イソシアネート基等)が置換している材料についても各種入手可能である。 Examples of the silane compound include chlorosilane, alkylsilane, and alkoxysilane. Examples of the silazane compound include low-molecular silazane and polysilazane. Silane compounds can be classified into a monofunctional type, a bifunctional type, and a trifunctional type based on the difference in the number of substitutions of leaving groups (chloro groups, alkyl groups, alkoxy groups) with silicon atoms. In addition to general surface treatment agents having alkyl groups, fluorinated alkyl groups, aryl groups, etc. as substituents other than leaving groups, various functional functional groups (for example, vinyl groups, epoxy groups, styryl). Various materials substituted with a group, a methacryloxy group, an acryloxy group, an amino group, a ureido group, a chloropropyl group, a mercapto group, an isocyanate group, etc. are also available.
チタン化合物としては、有機チタンアルコキシドや有機チタンアシレート、有機チタンキレート等を挙げることができ、ジルコニウム化合物としては、有機ジルコニウムアルコキシドや有機ジルコニウムアシレート、有機ジルコニウムキレート等を挙げることができ、市販品として入手可能である。 Examples of titanium compounds include organic titanium alkoxides, organic titanium acylates, and organic titanium chelates. Examples of zirconium compounds include organic zirconium alkoxides, organic zirconium acylates, and organic zirconium chelates. Is available as
また、シアノアクリレートは、微量な水分と瞬間的に反応しポリマー化(硬化)するため、瞬間接着剤の主成分として用いられている。シアノアクリレートとしては、メチルシアノアクリレート、エチルシアノアクリレート、メトキシエチルシアノアクリレート、ブチルシアノアクリレート、オクチルシアノアクリレート等がある。 In addition, cyanoacrylate reacts instantaneously with a small amount of moisture and polymerizes (hardens), and thus is used as a main component of an instantaneous adhesive. Examples of cyanoacrylate include methyl cyanoacrylate, ethyl cyanoacrylate, methoxyethyl cyanoacrylate, butyl cyanoacrylate, and octyl cyanoacrylate.
本発明における水と反応する材料は、加水分解によりO−M−O結合(ただし、MはSi、Ti、Al、ZrまたはMgを表す。)を有する金属酸化物を形成するものであることが、欠陥の側面と分子結合を形成し、材料自身も架橋することで、より密に欠陥を補修することが期待できる点で、より好ましい。具体的には、前述したような、シラン化合物やシラザン化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物等を挙げることができる。 The material that reacts with water in the present invention is a material that forms a metal oxide having an O—M—O bond (where M represents Si, Ti, Al, Zr, or Mg) by hydrolysis. It is more preferable in that a defect can be expected to be repaired more densely by forming a molecular bond with the side surface of the defect and also cross-linking the material itself. Specific examples include silane compounds, silazane compounds, titanium compounds, and zirconium compounds as described above.
〔欠陥補修プロセス〕
図4は、本発明のガスバリア性フィルムの欠陥補修プロセスを示す概略断面図である。
[Defect repair process]
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a defect repairing process of the gas barrier film of the present invention.
樹脂基材21上にガスバリア層22を設けたガスバリア性フィルム20は、製造後、ガスバリア層22の一分にヒビ割れ(クラック)やピンホール等の欠陥31の存在が避けられない(図4(1))。
The
この欠陥31を有するガスバリア性フィルム20を湿度のある環境41(例えば、絶対湿度が5〜120g/m3の環境)下に置くと、樹脂基材側から侵入してきた水分がガスバリア層との界面付近に拡散し留まっている(図4(2))。侵入した水分除去をベーク処理等により行うと、余分な工程が増える。また、このままで電子デバイス等の封止を行うと残った欠陥をきっかけとして、屈曲時、欠陥からクラックが広がり、屈曲耐性劣化の原因となる。
When the
本発明では、欠陥31を有するガスバリア性フィルム20を湿度のない環境41(絶対湿度が0.001〜3g/m3の環境)下において、水と反応する材料34をガスバリア層22表面に接触させることにより、ガスバリア層や応力緩和層・平坦化層等の下引き層、基材中等に拡散している水が、ガスバリア層の欠陥を介して水と反応する材料34と反応し、加水分解により金属酸化物を形成する等して、欠陥31を補修(補修箇所32)する(図4(3)、(4))。
In the present invention, the
さらに、本発明の欠陥補修プロセスについて、より詳細に説明する。 Furthermore, the defect repair process of the present invention will be described in more detail.
〈低湿環境〉
本発明では、金属酸化物を含むガスバリア層を有するガスバリア性フィルムを絶対湿度が0.001〜3g/m3の環境下において、水と反応する材料をガスバリア層表面に接触させることを特徴とする。
<Low humidity environment>
In the present invention, a gas barrier film having a gas barrier layer containing a metal oxide is brought into contact with the surface of the gas barrier layer with a material that reacts with water in an environment where the absolute humidity is 0.001 to 3 g / m 3. .
このような低湿度の環境下で、水と反応する材料をガスバリア層表面に接触させることで、選択的な欠陥補修効果を狙うことができる。 A selective defect repair effect can be aimed at by bringing the material that reacts with water into contact with the surface of the gas barrier layer in such a low humidity environment.
ここで、絶対湿度(容積絶対湿度とも言う)g/m3とは、単位体積(1m3)の気体中に含まれる水蒸気の質量(g)のことである。 Here, absolute humidity (also referred to as volume absolute humidity) g / m 3 is the mass (g) of water vapor contained in a unit volume (1 m 3 ) of gas.
本発明において、金属酸化物を含むガスバリア層表面に水と反応する材料を接触させるときの環境下の絶対湿度は0.001〜3g/m3とする。このような低湿環境下にガスバリア性フィルムを置くことで、ガスバリア層や応力緩和層・平坦化層等の下引き層、基材中等に拡散している水が、ガスバリア層内に潜むクラックやピンホールを介して表面に誘導されるため、この水と反応するような材料と低湿環境下で接触させることで、欠陥部分での選択的な反応が可能となると考えている。 In the present invention, the absolute humidity in the environment when the material that reacts with water is brought into contact with the surface of the gas barrier layer containing the metal oxide is set to 0.001 to 3 g / m 3 . By placing the gas barrier film in such a low-humidity environment, the gas barrier layer, the undercoating layer such as the stress relaxation layer / flattening layer, and the water diffusing in the base material are cracked or pinned in the gas barrier layer. Since it is induced to the surface through a hole, it is considered that selective reaction at a defective portion becomes possible by contacting the material that reacts with water in a low-humidity environment.
本発明の前記低湿環境を得るためには、反応系内をドライガス雰囲気下、あるいは、減圧下等に調整すればよい。 In order to obtain the low-humidity environment of the present invention, the inside of the reaction system may be adjusted to a dry gas atmosphere or a reduced pressure.
例えば、ドライガスで反応系内を置換すれば、本発明範囲内の絶対湿度に簡単に調整することが可能である。ドライガス雰囲気に用いるガスとしては、水と反応する材料との反応性がなければ特に制限はなく、空気、N2、あるいは、He、Ne、Ar、Kr、Xe等の希ガス等が挙げられるが、コストの点で空気、N2が好ましい。 For example, if the inside of the reaction system is replaced with dry gas, it is possible to easily adjust the absolute humidity within the range of the present invention. The gas used in the dry gas atmosphere is not particularly limited as long as there is no reactivity with the material that reacts with water, and examples thereof include air, N 2 , and rare gases such as He, Ne, Ar, Kr, and Xe. However, air and N 2 are preferable in terms of cost.
また、環境を減圧にするためには、一般的なロータリーポンプ等の真空ポンプを用いれば容易に調整可能である。 In order to reduce the environment, it can be easily adjusted by using a general vacuum pump such as a rotary pump.
本発明の低湿環境下における絶対湿度を0.001〜3g/m3の範囲としているのは、0.001g/m3未満の環境を作り出すためには、より長時間の処理、あるいは、より高真空が必要となり、結果的に生産適性の低下やコストアップを招き、好ましくないためである。また、絶対湿度が3g/m3を超えると、環境下に含まれる水蒸気が水と反応する材料と先に反応したり、ガスバリア性フィルム表面全体に水蒸気が吸着することで欠陥部における選択的な反応とならず、効率的な補修効果が望めないためである。 The absolute humidity in the low humidity environment of the present invention are in the range of 0.001~3g / m 3 in order to create a 0.001 g / m 3 less environment, more prolonged treatment, or higher This is because a vacuum is required, resulting in a decrease in productivity and an increase in cost. Further, when the absolute humidity exceeds 3 g / m 3 , the water vapor contained in the environment reacts with the material that reacts with water first, or the water vapor is adsorbed on the entire gas barrier film surface, so that the selective portion in the defective portion is selectively treated. This is because it is not a reaction and an efficient repair effect cannot be expected.
また、低湿環境を設定する方法としては、系内の温度及び相対湿度を本発明の絶対湿度の範囲内になるように調整すればよい。 As a method for setting a low humidity environment, the temperature and relative humidity in the system may be adjusted so as to be within the range of the absolute humidity of the present invention.
例えば、大気圧下にて乾燥空気で系内を充填した時の温度が25℃、相対湿度が1%RHであった場合、絶対湿度は0.2g/m3となる。温度及び相対湿度から絶対湿度を求めるには、下記計算式を用いればよい。 For example, when the temperature when the system is filled with dry air under atmospheric pressure is 25 ° C. and the relative humidity is 1% RH, the absolute humidity is 0.2 g / m 3 . In order to obtain the absolute humidity from the temperature and relative humidity, the following calculation formula may be used.
絶対湿度(g/m3)=相対湿度(%)/100×0.794e−2×EXP(−6096.9385/T+21.2409642−2.711193e−2×T+1.673952e−5×T2+2.433502×LN(T))/(1+0.00366×(T−273.15))
(式中、Tは絶対温度(K)=273.15+t(℃))
また、例えば、温度20℃、相対湿度30%RHの大気の絶対湿度は5g/m3なので、大気が充填された密閉系内を0.01気圧に減圧した場合の系内の絶対湿度は、本発明において、0.05g/m3と求めることができる。
Absolute humidity (g / m 3 ) = Relative humidity (%) / 100 × 0.794e −2 × EXP (−6096.9385 / T + 21.209642−2.711193e −2 × T + 1.6739552e −5 × T 2 +2. 433352 × LN (T)) / (1 + 0.00366 × (T-273.15))
(Wherein, T is absolute temperature (K) = 273.15 + t (° C.))
Also, for example, the absolute humidity of the atmosphere at a temperature of 20 ° C. and a relative humidity of 30% RH is 5 g / m 3, and therefore the absolute humidity in the system when the pressure in the sealed system filled with the atmosphere is reduced to 0.01 atm. In the present invention, it can be determined to be 0.05 g / m 3 .
このように、本発明における低湿環境の絶対湿度は0.001〜3g/m3に調整するが、より効率的な欠陥補修が見込める点で0.001〜1g/m3とするのが好ましく、より好ましくは0.001〜0.2g/m3の範囲である。 Thus, the absolute humidity of the humidity environment of the present invention is adjusted to 0.001~3g / m 3, it is preferable to be 0.001 to 1 g / m 3 in terms of more efficient defect repair can be expected, More preferably, it is the range of 0.001-0.2 g / m < 3 >.
また、この範囲に絶対湿度を調整する際の系内温度及び湿度は、可能な範囲であれば特に限定はないが、温度は−10℃〜200℃、相対湿度は0.01%RH〜30%RH程度の範囲内に収めることが基材の耐性、生産適性を考慮する上で好ましく、温度20℃〜150℃、相対湿度0.01%RH〜15%RH程度の範囲内に収めることがより好ましい。露点としては、−80℃〜0℃程度に収めることが好ましい。 Further, the temperature and humidity in the system when adjusting the absolute humidity within this range are not particularly limited as long as they are possible, but the temperature is −10 ° C. to 200 ° C., and the relative humidity is 0.01% RH to 30%. It is preferable to be within the range of about% RH in consideration of the resistance and productivity of the substrate, and the temperature is within a range of about 20 ° C. to 150 ° C. and a relative humidity of about 0.01% RH to 15% RH. More preferred. The dew point is preferably within a range of about -80 ° C to 0 ° C.
一方、低湿環境を減圧で得る場合の気圧としては、0.001気圧から0.1気圧程度に設定することが生産適性やコストの点から好ましい。 On the other hand, the atmospheric pressure for obtaining a low-humidity environment under reduced pressure is preferably set to about 0.001 atm to about 0.1 atm from the viewpoint of production suitability and cost.
〈水と反応する材料の処理方法〉
本発明において、水と反応する材料を低湿環境下にて処理する方法としては、気相プロセスや液相プロセス等が挙げられる。
<Method of processing materials that react with water>
In the present invention, examples of a method for treating a material that reacts with water in a low-humidity environment include a gas phase process and a liquid phase process.
具体的には、本発明のガスバリア性フィルムを低湿環境下に保持した状態で、水と反応する材料の蒸気に晒す等の気相プロセス法や、低湿環境下にて本発明のガスバリア性フィルムを水と反応する材料あるいは、材料を脱水溶媒等に溶解した液等に浸漬あるいは、塗布等した後、低湿環境下にて余分な材料液を蒸発あるいは洗浄により除去する等の液相プロセス法等が挙げられる。 Specifically, in a state where the gas barrier film of the present invention is held in a low-humidity environment, the gas barrier film of the present invention can be used under a low-humidity environment such as a gas phase process method such as exposure to vapor of a material that reacts with water. Liquid phase process methods such as removing material by evaporating or washing in a low-humidity environment after immersion or application in a material that reacts with water, or a solution in which the material is dissolved in a dehydrating solvent, etc. Can be mentioned.
反応系内を低湿環境に維持する具体的な方法としては、乾燥エアー供給装置を用いる方法、窒素等の不活性等ライガスによる系内置換が可能なグローボックス等の装置を用いる方法、真空オーブンを用いる方法、等が挙げられる。 Specific methods for maintaining the inside of the reaction system in a low-humidity environment include a method using a dry air supply device, a method using a device such as a glow box that can be replaced with an inert gas such as nitrogen, and a vacuum oven. The method used, etc. are mentioned.
水と反応する材料をガスバリア性フィルムの欠陥部分と反応させるときの基材温度や材料液温度は、設定した低湿環境雰囲気のままでもよいが、反応を促進する目的で、ホットプレートやシートヒーター等を用いて基材を加熱してもよく、あるいは、材料液にフィルムを浸漬する場合、材料液を適度な温度に加熱してもよい。加熱温度としては、基材の耐熱温度、あるいは、材料を希釈する溶媒の沸点等により異なるが、40℃〜200℃が好ましく、60℃〜150℃がより好ましい。 The substrate temperature and material liquid temperature when the material that reacts with water reacts with the defective part of the gas barrier film may remain at the set low humidity environment atmosphere, but for the purpose of promoting the reaction, a hot plate, a sheet heater, etc. May be used to heat the substrate, or when the film is immersed in the material solution, the material solution may be heated to an appropriate temperature. The heating temperature is preferably 40 ° C. to 200 ° C., more preferably 60 ° C. to 150 ° C., although it varies depending on the heat resistant temperature of the substrate or the boiling point of the solvent for diluting the material.
〈湿度を含む環境〉
ガスバリア性フィルムの製造では、特許文献6に記載のように、最終工程まで真空下で行うことが一般的だが、本発明では、絶対湿度が0.001〜3g/m3の環境下において、水と反応する材料をガスバリア層表面に接触させる前に、ガスバリア性フィルムを絶対湿度が5〜120g/m3の環境下に晒すことが好ましい。
<Environment including humidity>
In the production of a gas barrier film, as described in Patent Document 6, it is common to carry out under vacuum until the final step, but in the present invention, in an environment where the absolute humidity is 0.001 to 3 g / m 3 , Before bringing the material that reacts with the surface of the gas barrier layer into contact with the gas barrier layer, the gas barrier film is preferably exposed to an environment having an absolute humidity of 5 to 120 g / m 3 .
このように、絶対湿度が0.001〜3g/m3の低湿度の環境下で水と反応する材料をガスバリア層表面に接触させる前に、絶対湿度が5〜120g/m3の湿度を含む環境下にガスバリア性フィルムを晒すことで、ガスバリア性フィルム内に含まれる水の量が多くなるため、欠陥部分における水と反応する材料との反応がより進行し、より大きな補修効果が望める点で好ましい。 Thus, before the absolute humidity of contacting a material which reacts with water in gas barrier layer surface in an environment of low humidity 0.001~3g / m 3, the absolute humidity includes a humidity 5~120g / m 3 By exposing the gas barrier film to the environment, the amount of water contained in the gas barrier film increases, so that the reaction with the material that reacts with water in the defective part further proceeds, and a greater repair effect can be expected. preferable.
本発明における湿度を含む環境下としては、絶対湿度が5〜120g/m3の範囲が好ましいが、一般的な大気雰囲気下である絶対湿度が5〜20g/m3の範囲内がより好ましい。絶対湿度が5〜20g/m3の湿度を含む環境下にガスバリア性フィルムを晒すことで、たとえ低湿環境下あるいは、真空環境下にて作製したガスバリア性フィルムであっても、本発明の補修効果を得るのに十分な量の水をフィルム内に含ませることが可能となる。この場合、大気雰囲気下に晒す時間は、1時間から2〜3カ月程度と考えられるが、2〜3時間から2〜3週間程度で十分である。 As the environment including humidity in the present invention, the absolute humidity is preferably in the range of 5 to 120 g / m 3 , but the absolute humidity in a general atmospheric atmosphere is more preferably in the range of 5 to 20 g / m 3 . Even if it is a gas barrier film produced under a low humidity environment or a vacuum environment by exposing the gas barrier film to an environment containing a humidity of 5 to 20 g / m 3 in absolute humidity, the repair effect of the present invention It is possible to include a sufficient amount of water in the film to obtain In this case, the exposure time in the air atmosphere is considered to be about 1 to 2 to 3 months, but about 2 to 3 to 2 to 3 weeks is sufficient.
本発明の湿度を含む環境を得る具体的な方法としては、前述したような通常の大気雰囲気下で十分であるが、絶対湿度が20〜120g/m3のようなより高湿環境を得るためには、例えば60℃90%RHに設定が可能な高温高湿オーブンを用いる方法が簡便である。この場合、高温高湿下に晒す時間は、2〜3秒から2〜3時間程度で十分であり、それ以上の時間晒すと水を多く含みすぎるため、低湿環境下での補修プロセスの前に別途乾燥プロセス等が必要となるため、むしろ逆効果である。 As a specific method for obtaining an environment including humidity according to the present invention, a normal air atmosphere as described above is sufficient, but in order to obtain a higher humidity environment where the absolute humidity is 20 to 120 g / m 3. For example, a method using a high-temperature and high-humidity oven that can be set to 60 ° C. and 90% RH is convenient. In this case, the time of exposure to high temperature and high humidity is about 2 to 3 seconds to 2 to 3 hours, and if it is exposed for a longer time, it contains too much water, so before the repair process in a low humidity environment Since a separate drying process is required, it is rather counterproductive.
〈エネルギー付与〉
本発明では、ガスバリア性フィルムを絶対湿度が0.001〜3g/m3の環境下において、水と反応する材料をガスバリア層表面に接触させている時、あるいは、接触させた後で、ガスバリア層にエネルギーを付与することが好ましい。
<Energy provision>
In the present invention, when the gas barrier film is brought into contact with the surface of the gas barrier layer with a material that reacts with water in an environment where the absolute humidity is 0.001 to 3 g / m 3 , the gas barrier layer It is preferable to impart energy to the.
ガスバリア層に付与するエネルギーとしては、熱エネルギー、光エネルギー、マイクロ波エネルギー等が考えられるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、水と反応する材料の水との反応を促進するものであれば、どんなエネルギーでも構わない。とはいえ、本発明の補修プロセスにおいては、最終的に脱水縮合反応を起こして反応が完結するケースが多いため、熱エネルギーの付与が大変効果的である。 The energy applied to the gas barrier layer may be thermal energy, light energy, microwave energy, or the like, but the present invention is not limited to these, and promotes the reaction of water with a material that reacts with water. Any energy is acceptable. However, in the repair process of the present invention, since there are many cases in which the dehydration condensation reaction is finally performed and the reaction is completed, it is very effective to apply heat energy.
具体的なエネルギーの付与方法としては、例えば、ホットプレートやシートヒーター、赤外線ヒーター、オーブン、熱風等により熱エネルギーを与える方法、UVオゾン装置やエキシマランプ、エキシマレーザー等により紫外線等の光エネルギーを与える方法、マイクロ波発生装置によりマイクロ波エネルギーを与える方法等が挙げられる。 Specific energy application methods include, for example, a method of applying thermal energy by a hot plate, a sheet heater, an infrared heater, an oven, hot air, etc., and an optical energy such as ultraviolet rays by a UV ozone device, an excimer lamp, an excimer laser, or the like. And a method of applying microwave energy by a microwave generator.
〈支持体〉
次に、本発明における支持体について説明する。
<Support>
Next, the support body in this invention is demonstrated.
本発明における支持体としては、ロール・トゥ・ロール等の大量生産に適用可能で、取り扱い易く、低コスト化が可能な点で、プラスチックフィルムが好ましい。 The support in the present invention is preferably a plastic film because it can be applied to mass production such as roll-to-roll, is easy to handle, and can be manufactured at low cost.
プラスチックフィルムとしては、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ナイロン(Ny)、芳香族ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等の各樹脂フィルム、有機無機ハイブリッド構造を有するシルセスキオキサンを基本骨格とした耐熱透明フィルム(製品名Sila−DEC、チッソ株式会社製)、さらには前記樹脂を2層以上積層して成る樹脂フィルム等を挙げることができる。 Examples of the plastic film include acrylic acid ester, methacrylic acid ester, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyarylate, polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE ), Polypropylene (PP), Polystyrene (PS), Nylon (Ny), Aromatic polyamide, Polyetheretherketone, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyimide, Polyetherimide, and other resin films, Sil with organic-inorganic hybrid structure A heat-resistant transparent film (product name: Sila-DEC, manufactured by Chisso Corporation) having sesquioxane as a basic skeleton, and a resin film formed by laminating two or more layers of the above resin can be used. .
コストや入手の容易性の点では、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)等が好ましく用いられ、また、光学的透明性、耐熱性、無機層、ガスバリア層との密着性の点においては、有機無機ハイブリッド構造を有するシルセスキオキサンを基本骨格とした耐熱透明フィルムを好ましく用いることができる。 In terms of cost and availability, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC) and the like are preferably used, and optical transparency, heat resistance, inorganic layer, In terms of adhesion to the gas barrier layer, a heat-resistant transparent film having a basic skeleton of silsesquioxane having an organic-inorganic hybrid structure can be preferably used.
本発明に係る支持体の厚みとして、5〜500μmの範囲が好ましく、さらに好ましくは25〜250μmの範囲である。 The thickness of the support according to the present invention is preferably in the range of 5 to 500 μm, more preferably in the range of 25 to 250 μm.
また、本発明に係る支持体は透明であることが好ましい。支持体が透明であり、支持体上に形成する層も透明であることにより、透明なガスバリアフィルムとすることが可能となるため、光電変換素子(太陽電池)等の透明基板とすることも可能となるからである。 The support according to the present invention is preferably transparent. Since the support is transparent and the layer formed on the support is also transparent, it becomes possible to make a transparent gas barrier film, so it can also be used as a transparent substrate such as a photoelectric conversion element (solar cell). Because it becomes.
ここで、支持体が透明とは、可視光(400〜700nm)の光透過率が80%以上であることを示す。 Here, that the support is transparent means that the light transmittance of visible light (400 to 700 nm) is 80% or more.
また、上記に挙げた樹脂等を用いたプラスチックフィルムは、未延伸フィルムでもよく、延伸フィルムでもよい。 Moreover, the unstretched film may be sufficient as the plastic film using the resin etc. which were mentioned above, and a stretched film may be sufficient as it.
本発明に用いられるプラスチックフィルム支持体としては、従来公知の一般的な方法により製造することが可能である。例えば、材料となる樹脂を押し出し機により溶融し、環状ダイやTダイにより押し出して急冷することにより、実質的に無定形で配向していない未延伸の支持体を製造することができる。 The plastic film support used in the present invention can be produced by a conventionally known general method. For example, an unstretched support that is substantially amorphous and not oriented can be produced by melting a resin as a material with an extruder, extruding it with an annular die or a T-die, and quenching.
また、未延伸の支持体を一軸延伸、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等の公知の方法により、支持体の流れ(縦軸)方向、または支持体の流れ方向と直角(横軸)方向に延伸することにより延伸支持体を製造することができる。この場合の延伸倍率は、支持体の原料となる樹脂に合わせて適宜選択することできるが、縦軸方向及び横軸方向にそれぞれ2倍〜10倍が好ましい。 Further, the unstretched support is uniaxially stretched, tenter-type sequential biaxial stretching, tenter-type simultaneous biaxial stretching, tubular simultaneous biaxial stretching, and other known methods, such as the flow (vertical axis) direction of the support, or A stretched support can be produced by stretching in the direction perpendicular to the flow direction of the support (horizontal axis). The draw ratio in this case can be appropriately selected according to the resin as the raw material of the support, but is preferably 2 to 10 times in the vertical axis direction and the horizontal axis direction, respectively.
また、本発明に係るプラスチックフィルムにおいては、有機層または無機層を形成する前にコロナ処理を施してもよい。 Moreover, in the plastic film which concerns on this invention, you may give a corona treatment before forming an organic layer or an inorganic layer.
また、本発明における支持体上に、形成する層の支持体表面に対する密着性を向上する目的で、アンカーコート剤層を形成してもよい。 Moreover, you may form an anchor-coat agent layer on the support body in this invention in order to improve the adhesiveness with respect to the support body surface of the layer to form.
このアンカーコート剤層に用いられるアンカーコート剤としては、ポリエステル樹脂、イソシアネート樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エチレンビニルアルコール樹脂、ビニル変性樹脂、エポキシ樹脂、変性スチレン樹脂、変性シリコン樹脂、及びアルキルチタネート等を、1または2種以上併せて使用することができる。 Examples of the anchor coating agent used in this anchor coating agent layer include polyester resin, isocyanate resin, urethane resin, acrylic resin, ethylene vinyl alcohol resin, vinyl modified resin, epoxy resin, modified styrene resin, modified silicon resin, and alkyl titanate. Can be used alone or in combination.
これらのアンカーコート剤には、従来公知の添加剤を加えることもできる。そして、上記のアンカーコート剤は、ロールコート、グラビアコート、ナイフコート、ディップコート、スプレーコート等の公知の方法により支持体上にコーティングし、溶剤、希釈剤等を乾燥除去することによりアンカーコーティングすることができる。 Conventionally known additives can be added to these anchor coating agents. The above-mentioned anchor coating agent is coated on the support by a known method such as roll coating, gravure coating, knife coating, dip coating, spray coating, etc., and anchor coating is performed by drying and removing the solvent, diluent, etc. be able to.
上記のアンカーコート剤の塗布量としては、0.1g/m2〜5g/m2(乾燥状態)程度が好ましい。 The application amount of the anchor coating agent is preferably about 0.1 g / m 2 to 5 g / m 2 (dry state).
本発明において、アンカーコート剤層を含む支持体とガスバリア層との間やガスバリア層間に、ガスバリア層にかかる応力を緩和するための応力緩和層、樹脂支持体の表面を平滑化するための平滑層、樹脂支持体からのブリードアウトを防止するためのブリードアウト防止層等を設けることが好ましい。以下に、応力緩和層、平滑層、ブリードアウト防止層について説明する。 In the present invention, a stress relaxation layer for relaxing stress applied to the gas barrier layer between the support including the anchor coating agent layer and the gas barrier layer or between the gas barrier layers, and a smooth layer for smoothing the surface of the resin support It is preferable to provide a bleed-out preventing layer for preventing bleed-out from the resin support. Below, a stress relaxation layer, a smooth layer, and a bleed-out prevention layer are demonstrated.
(応力緩和層)
本発明のように、樹脂支持体上に金属酸化物を含むガスバリア層を形成する場合、弾性率や熱収縮率、熱膨張率等の物性値に大きな差があるため、特にガスバリア層の膜厚を大きくすればする程、ガスバリア層に応力が集中しクラックが発生したり、膜剥がれを起こす等の問題を生じることがある。また、取り扱い時やフィルム搬送時に受ける屈曲応力により、クラックが発生する懸念もある。
(Stress relaxation layer)
When a gas barrier layer containing a metal oxide is formed on a resin support as in the present invention, there is a large difference in physical properties such as an elastic modulus, a thermal contraction rate, and a thermal expansion coefficient. The larger the value is, the more stress is concentrated on the gas barrier layer, which may cause problems such as cracks and film peeling. In addition, there is a concern that cracks may occur due to bending stress received during handling or film conveyance.
そこで、例えば、樹脂支持体とガスバリア層の中間に位置するような硬度、密度あるいは弾性率等の物性値を有する応力緩和層を樹脂支持体とガスバリア層の間に設けたり、ガスバリア層を厚膜化する目的でガスバリア層間に応力緩和層を設けたりすることで、クラック発生等を抑制する効果があると考えている。 Therefore, for example, a stress relaxation layer having a physical property value such as hardness, density, or elastic modulus located between the resin support and the gas barrier layer is provided between the resin support and the gas barrier layer, or the gas barrier layer is formed as a thick film. It is considered that there is an effect of suppressing the occurrence of cracks or the like by providing a stress relaxation layer between the gas barrier layers for the purpose of achieving the above.
具体的には、後述する平滑層に用いられるようなシリカ粒子を含むアクリル樹脂や、ガスバリア層を形成するためにも用いられるシラザン化合物やシロキサン化合物等から該応力緩和層を形成することが可能である。 Specifically, it is possible to form the stress relaxation layer from an acrylic resin containing silica particles used for a smooth layer, which will be described later, or a silazane compound or a siloxane compound that is also used to form a gas barrier layer. is there.
例えば、密度等を上層のガスバリア層より低くなるように応力緩和層を設計する場合、ガスバリア層と同じ材料を用いても、転化反応の進行度を転化方法や転化条件の選択、あるいは設ける層の膜厚等を適宜選択することによって制御することが可能である。また、得られる膜密度自体を応力緩和層に用いる材料の選択によって制御することも可能である。 For example, when designing the stress relaxation layer so that the density is lower than that of the upper gas barrier layer, even if the same material as the gas barrier layer is used, the degree of conversion reaction can be selected by selecting the conversion method and conversion conditions, or the layer to be provided. It is possible to control by appropriately selecting the film thickness and the like. It is also possible to control the obtained film density itself by selecting the material used for the stress relaxation layer.
具体的な材料としては、例えば、オルガノポリシラザンやパーヒドロポリシラザン、アルコキシシラン、あるいは、それらの混合物等を用いることが好ましい。 As a specific material, for example, organopolysilazane, perhydropolysilazane, alkoxysilane, or a mixture thereof is preferably used.
特に、メチルヒドロポリシラザン等のオルガノポリシラザンとパーヒドロポリシラザンの混合物を該応力緩和層として用い、ガスバリア層にパーヒドロポリシラザンを用いた場合、硬度、密度あるいは弾性率等の物性値に勾配を持たせることでバリアフィルムの曲げに対する応力を緩和する機能を持たせることができ、また、応力緩和層とガスバリア層の密着性を向上させることができる点で好ましい。 In particular, when a mixture of organopolysilazane such as methylhydropolysilazane and perhydropolysilazane is used as the stress relaxation layer, and perhydropolysilazane is used for the gas barrier layer, the physical property value such as hardness, density or elastic modulus should be given a gradient. It is preferable in that it can have a function of relieving stress against bending of the barrier film and can improve the adhesion between the stress relaxation layer and the gas barrier layer.
オルガノポリシラザンとパーヒドロポリシラザンの混合比率は、望みの物性値に制御する目的で適宜選択すればよく、特に制限はない。例えば、オルガノポリシラザンの比率が高くなると、密度は低く設定でき、また、パーヒドロポリシラザンの比率が高くなると、密度は高く設定できる。 The mixing ratio of the organopolysilazane and perhydropolysilazane may be appropriately selected for the purpose of controlling the desired physical property value, and is not particularly limited. For example, when the ratio of organopolysilazane is high, the density can be set low, and when the ratio of perhydropolysilazane is high, the density can be set high.
また、応力緩和層は、樹脂支持体とガスバリア層間のみならず、例えば、ガスバリア層を複数層設ける場合等、各ガスバリア層間に応力緩和層を交互に設けてもよく、また、外部応力を緩和する目的でガスバリア性フィルムの最上層に設けてもよい。応力緩和層は、熱、湿度、経時で、クラックや層界面での局所的な密着不良等が発生しないような材料構成、あるいは層構成を選択することが好ましい。 In addition to the resin support and the gas barrier layer, for example, when a plurality of gas barrier layers are provided, the stress relaxation layer may be alternately provided between the gas barrier layers, and the external stress is relieved. For the purpose, it may be provided in the uppermost layer of the gas barrier film. For the stress relaxation layer, it is preferable to select a material configuration or a layer configuration that does not cause cracks or local adhesion failure at the layer interface with heat, humidity, and time.
(平滑層)
支持体上の平滑層は、突起等が存在する透明樹脂フィルム支持体の粗面を平坦化し、あるいは、透明樹脂フィルム支持体に存在する突起により透明無機化合物層に生じた凹凸やピンホールを埋めて平坦化するために設けられる。このような平滑層は、基本的には感光性樹脂を硬化させて形成される。
(Smooth layer)
The smooth layer on the support flattens the rough surface of the transparent resin film support on which protrusions and the like exist, or fills irregularities and pinholes generated in the transparent inorganic compound layer by the protrusions on the transparent resin film support. Provided for flattening. Such a smooth layer is basically formed by curing a photosensitive resin.
平滑層の感光性樹脂としては、例えば、ラジカル反応性不飽和化合物を有するアクリレート化合物を含有する樹脂組成物、アクリレート化合物とチオール基を有するメルカプト化合物を含有する樹脂組成物、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、グリセロールメタクリレート等の多官能アクリレートモノマーを溶解させた樹脂組成物等が挙げられる。また、上記のような樹脂組成物の任意の混合物を使用することも可能であり、光重合性不飽和結合を分子内に1個以上有する反応性のモノマーを含有している感光性樹脂であれば特に制限はない。 As the photosensitive resin of the smooth layer, for example, a resin composition containing an acrylate compound having a radical reactive unsaturated compound, a resin composition containing an acrylate compound and a mercapto compound having a thiol group, epoxy acrylate, urethane acrylate, Examples thereof include a resin composition in which a polyfunctional acrylate monomer such as polyester acrylate, polyether acrylate, polyethylene glycol acrylate, or glycerol methacrylate is dissolved. It is also possible to use an arbitrary mixture of the above resin compositions, and any photosensitive resin containing a reactive monomer having one or more photopolymerizable unsaturated bonds in the molecule can be used. There are no particular restrictions.
感光性樹脂の組成物は光重合開始剤を含有してもよい。 The composition of the photosensitive resin may contain a photopolymerization initiator.
平滑層の形成方法は特に制限はないが、スピンコーティング法、スプレー法、ブレードコーティング法、ディップ法等のウエットコーティング法、あるいは、蒸着法等のドライコーティング法により形成することが好ましい。 The method for forming the smooth layer is not particularly limited, but is preferably formed by a wet coating method such as a spin coating method, a spray method, a blade coating method, or a dip method, or a dry coating method such as an evaporation method.
平滑層の形成では、上述の感光性樹脂に、必要に応じて、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤等の添加剤を加えることができる。また、平滑層の積層位置に関係なく、いずれの平滑層においても、成膜性向上及び膜のピンホール発生防止等のために適切な樹脂や添加剤を使用してもよい。 In the formation of the smooth layer, additives such as an antioxidant, an ultraviolet absorber, and a plasticizer can be added to the above-described photosensitive resin as necessary. In addition, regardless of the position where the smooth layer is laminated, in any smooth layer, an appropriate resin or additive may be used for improving the film formability and preventing pinholes from being generated in the film.
平滑層の平滑性は、表面粗さで表現される値で、最大断面高さRt(p)が、10nm以上、30nm以下であることが好ましい。この範囲よりも値が小さい場合には、後述の珪素化合物を塗布する段階で、ワイヤーバー、ワイヤレスバー等の塗布方式で、平滑層表面に塗工手段が接触する場合に、塗布性が損なわれる場合がある。また、この範囲よりも大きい場合には、珪素化合物を塗布した後の、凹凸を平滑化することが難しくなる場合がある。 The smoothness of the smooth layer is a value expressed by surface roughness, and the maximum cross-sectional height Rt (p) is preferably 10 nm or more and 30 nm or less. When the value is smaller than this range, the coating property is impaired when the coating means comes into contact with the surface of the smooth layer by a coating method such as a wire bar or a wireless bar at the stage of coating a silicon compound described later. There is a case. Moreover, when larger than this range, it may become difficult to smooth the unevenness | corrugation after apply | coating a silicon compound.
表面粗さは、AFM(原子間力顕微鏡)で、極小の先端半径の触針を持つ検出器で連続測定した凹凸の断面曲線から算出され、極小の先端半径の触針により測定方向が数十μmの区間内を多数回測定し、微細な凹凸の振幅に関する粗さである。 The surface roughness is calculated from an uneven cross-sectional curve continuously measured by an AFM (Atomic Force Microscope) with a detector having a stylus having a minimum tip radius, and the measurement direction is several tens by the stylus having a minimum tip radius. It is the roughness related to the amplitude of fine irregularities measured in a section of μm many times.
(平滑層への添加剤)
好ましい態様の一つは、前述の感光性樹脂中に表面に光重合反応性を有する感光性基が導入された反応性シリカ粒子(以下、単に「反応性シリカ粒子」ともいう)を含むものである。
(Additive to smooth layer)
One preferred embodiment includes reactive silica particles (hereinafter also simply referred to as “reactive silica particles”) in which a photosensitive group having photopolymerization reactivity is introduced on the surface of the photosensitive resin.
ここで光重合性を有する感光性基としては、(メタ)アクリロイルオキシ基に代表される重合性不飽和基等を挙げることができる。また感光性樹脂は、この反応性シリカ粒子の表面に導入された光重合反応性を有する感光性基と光重合反応可能な化合物、例えば、重合性不飽和基を有する不飽和有機化合物を含むものであってもよい。 Here, examples of the photopolymerizable photosensitive group include polymerizable unsaturated groups represented by a (meth) acryloyloxy group. The photosensitive resin contains a photopolymerizable photosensitive group introduced on the surface of the reactive silica particles and a compound capable of photopolymerization, for example, an unsaturated organic compound having a polymerizable unsaturated group. It may be.
また、感光性樹脂としては、このような反応性シリカ粒子や重合性不飽和基を有する不飽和有機化合物に適宜汎用の希釈溶剤を混合することによって固形分を調整したものを用いることができる。 Moreover, as a photosensitive resin, what adjusted solid content by mixing a general purpose dilution solvent suitably with such a reactive silica particle or the unsaturated organic compound which has a polymerizable unsaturated group can be used.
ここで反応性シリカ粒子の平均粒子径としては、0.001μm〜0.1μmの平均粒子径であることが好ましい。平均粒子径をこのような範囲にすることにより、後述する平均粒子径1μm〜10μmの無機粒子からなるマット剤と組合せて用いることによって、防眩性と解像性とをバランス良く満たす光学特性と、ハードコート性とを兼ね備えた平滑層を形成し易くなる。 Here, the average particle size of the reactive silica particles is preferably 0.001 μm to 0.1 μm. By making the average particle diameter in such a range, by using it in combination with a matting agent composed of inorganic particles having an average particle diameter of 1 μm to 10 μm, which will be described later, optical properties satisfying a good balance between anti-glare properties and resolution. Further, it becomes easy to form a smooth layer having both hard coat properties.
さらに平均粒子径として0.001μm〜0.01μmのものを用いることがより好ましい。 Further, it is more preferable to use an average particle size of 0.001 μm to 0.01 μm.
平滑層とガスバリア層との密着性を向上し、また、基材の湾曲を防止し、加熱処理を行った場合にクラックの発生を防止し、ガスバリア性フィルムの透明性や屈折率等の光学的物性を良好に保持する観点から、平滑層中には、上述の様な無機粒子を質量比として20%〜60%の範囲で含有することが好ましい。 Improves adhesion between the smooth layer and the gas barrier layer, prevents bending of the base material, prevents cracks when heat-treated, and provides optical properties such as transparency and refractive index of the gas barrier film From the viewpoint of maintaining good physical properties, the smooth layer preferably contains the inorganic particles as described above in a mass ratio of 20% to 60%.
本発明では、重合性不飽和基修飾加水分解性シラン化合物が、加水分解性シリル基の加水分解反応によって、シリカ粒子との間に、シリルオキシ基を生成して化学的に結合しているようなものを、反応性シリカ粒子として用いることができる。 In the present invention, the polymerizable unsaturated group-modified hydrolyzable silane compound is chemically bonded to the silica particles by generating a silyloxy group by a hydrolysis reaction of the hydrolyzable silyl group. Can be used as reactive silica particles.
加水分解性シリル基としては、例えば、アルコキシシリル基、アセトキシシリル基等のカルボキシリレートシリル基、クロルシリル基等のハロゲン化シリル基、アミノシリル基、オキシムシリル基、ヒドリドシリル基等が挙げられる。 Examples of the hydrolyzable silyl group include a carboxylylated silyl group such as an alkoxysilyl group and an acetoxysilyl group, a halogenated silyl group such as a chlorosilyl group, an aminosilyl group, an oximesilyl group, and a hydridosilyl group.
重合性不飽和基としては、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニル基、プロペニル基、ブタジエニル基、スチリル基、エチニイル基、シンナモイル基、マレート基、アクリルアミド基等が挙げられる。 Examples of the polymerizable unsaturated group include acryloyloxy group, methacryloyloxy group, vinyl group, propenyl group, butadienyl group, styryl group, ethynyl group, cinnamoyl group, malate group, and acrylamide group.
本発明に用いられる平滑層の厚みとしては、支持体の平滑性を向上し、さらに、支持体の光学特性のバランスを調整し易くなると共に、平滑層を支持体の一方の面にのみ設けた場合における平滑フィルムのカールを防止する観点から、1μm〜10μmの範囲が好ましく、さらに好ましくは2μm〜7μmの範囲である。 As the thickness of the smooth layer used in the present invention, the smoothness of the support is improved, and the balance of the optical properties of the support is easily adjusted, and the smooth layer is provided only on one surface of the support. From the viewpoint of preventing curling of the smooth film in the case, the range of 1 μm to 10 μm is preferable, and the range of 2 μm to 7 μm is more preferable.
(ブリードアウト防止層)
ブリードアウト防止層は、平滑層を有するフィルムを加熱した際に、フィルム支持体中から未反応のオリゴマー等が表面へ移行して、接触する面を汚染してしまう現象を抑制する目的で、平滑層を有する支持体の反対面に設けられる。ブリードアウト防止層は、この機能を有していれば、基本的に平滑層と同じ構成をとっても構わない。
(Bleed-out prevention layer)
The bleed-out prevention layer is used for the purpose of suppressing the phenomenon that, when a film having a smooth layer is heated, unreacted oligomers migrate from the film support to the surface and contaminate the contact surface. Provided on the opposite side of the support having a layer. The bleed-out prevention layer may basically have the same configuration as the smooth layer as long as it has this function.
ブリードアウト防止層に含ませることが可能な、重合性不飽和基を有する不飽和有機化合物としては、分子中に2個以上の重合性不飽和基を有する多価不飽和有機化合物、あるいは分子中に1個の重合性不飽和基を有する単価不飽和有機化合物等を挙げることができる。 Examples of the unsaturated organic compound having a polymerizable unsaturated group that can be included in the bleed-out prevention layer include a polyunsaturated organic compound having two or more polymerizable unsaturated groups in the molecule, or in the molecule And monounsaturated organic compounds having one polymerizable unsaturated group.
その他の添加剤として、マット剤を含有しても良い。マット剤としては、平均粒子径が0.1μm〜5μm程度の無機粒子が好ましい。 As other additives, a matting agent may be contained. As the matting agent, inorganic particles having an average particle diameter of about 0.1 μm to 5 μm are preferable.
このような無機粒子としては、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の1種又は2種以上を併せて使用することができる。 As such inorganic particles, one or more of silica, alumina, talc, clay, calcium carbonate, magnesium carbonate, barium sulfate, aluminum hydroxide, titanium dioxide, zirconium oxide and the like can be used in combination. .
ここで無機粒子からなるマット剤は、ブリードアウト防止層の固形分100質量部に対して2質量部以上、好ましくは4質量部以上、より好ましくは6質量部以上、20質量部以下、好ましくは18質量部以下、より好ましくは16質量部以下の割合で混合されていることが望ましい。 Here, the matting agent composed of inorganic particles is 2 parts by mass or more, preferably 4 parts by mass or more, more preferably 6 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, preferably 100 parts by mass of the solid content of the bleed-out prevention layer. It is desirable that they are mixed in a proportion of 18 parts by mass or less, more preferably 16 parts by mass or less.
またブリードアウト防止層には、ハードコート剤及びマット剤の他の成分として熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、電離放射線硬化性樹脂、光重合開始剤等を含有させてもよい。 In addition, the bleed-out prevention layer may contain a thermoplastic resin, a thermosetting resin, an ionizing radiation curable resin, a photopolymerization initiator, and the like as other components of the hard coat agent and the mat agent.
以上のようなブリードアウト防止層は、ハードコート剤、マット剤、及び必要に応じて他の成分を配合して、適宜必要に応じて用いる希釈溶剤によって塗布液として調製し、当該塗布液を支持体フィルム表面に従来公知の塗布方法によって塗布した後、電離放射線を照射して硬化させることにより形成することができる。 The bleed-out prevention layer as described above is mixed with a hard coat agent, a matting agent, and other components as necessary, and is prepared as a coating solution by using a diluent solvent as necessary, and supports the coating solution. It can form by apply | coating to a body film surface by a conventionally well-known coating method, and then irradiating with ionizing radiation and making it harden | cure.
尚、電離放射線を照射する方法としては、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、メタルハライドランプ等から発せられる100〜400nm、好ましくは200〜400nmの波長領域の紫外線を照射する、又は走査型やカーテン型の電子線加速器から発せられる100nm以下の波長領域の電子線を照射することにより行うことができる。 In addition, as a method of irradiating with ionizing radiation, ultraviolet rays having a wavelength range of 100 to 400 nm, preferably 200 to 400 nm, emitted from an ultrahigh pressure mercury lamp, a high pressure mercury lamp, a low pressure mercury lamp, a carbon arc, a metal halide lamp, or the like are irradiated or scanned. The irradiation can be performed by irradiating an electron beam having a wavelength region of 100 nm or less emitted from a type or curtain type electron beam accelerator.
ブリードアウト防止層の厚みとしては、支持体の耐熱性を向上させ、さらに、支持体の光学特性のバランスを調整し易くなると共に、ブリードアウト防止層を基材の一方の面にのみ設けた場合における支持体のカールを防止する観点から、1〜10μmの範囲が好ましく、さらに好ましくは2〜7μmの範囲である。 The thickness of the bleed-out prevention layer improves the heat resistance of the support, makes it easier to adjust the balance of the optical properties of the support, and the bleed-out prevention layer is provided only on one side of the substrate. From the viewpoint of preventing the support from curling, a range of 1 to 10 μm is preferable, and a range of 2 to 7 μm is more preferable.
〈ガスバリア性フィルムの用途〉
本発明のガスバリア性フィルムは、種々の封止用材料、基材として用いることができる。
<Use of gas barrier film>
The gas barrier film of the present invention can be used as various sealing materials and substrates.
本発明のガスバリア性フィルムは、有機光電変換素子や有機エレクトロルミネッセンス素子等の有機電子デバイスに特に有用に用いることができる。例えば、光電変換素子に用いる際に、本発明のガスバリア性フィルムは透明であるため、このガスバリア性フィルムを基材として用いてこの側から太陽光の受光を行うように構成できる。即ち、このガスバリア性フィルム上に、例えば、ITO等の透明導電性薄膜を透明電極として設け、光電変換素子用基材を構成することができる。 The gas barrier film of the present invention can be particularly useful for organic electronic devices such as organic photoelectric conversion elements and organic electroluminescence elements. For example, when used in a photoelectric conversion element, the gas barrier film of the present invention is transparent, so that the gas barrier film can be used as a substrate to receive sunlight from this side. That is, on the gas barrier film, for example, a transparent conductive thin film such as ITO can be provided as a transparent electrode to constitute a substrate for a photoelectric conversion element.
そして、基材上に設けられたITO透明導電膜を電極としてこの上に半導体層を設け、さらに金属膜からなる電極を形成して光電変換素子を形成することができる。この上に別の封止材料を(同じでもよいが)重ねて前記ガスバリア性フィルム基材と周囲を接着、素子を封じ込めることで光電変換素子を封止することができ、これにより外気の湿気や酸素等のガスによる光電変換素子への影響を封じることができる。 Then, the ITO transparent conductive film provided on the substrate can be used as an electrode, a semiconductor layer can be provided thereon, and an electrode made of a metal film can be formed to form a photoelectric conversion element. Another sealing material may be stacked on top of this (although it may be the same), and the gas barrier film substrate and the surroundings are adhered to each other, and the photoelectric conversion element can be sealed by enclosing the element. The influence of the gas such as oxygen on the photoelectric conversion element can be sealed.
光電変換素子用基材は、本発明のガスバリア性フィルム上に、透明導電性膜を作製することにより得られる。 The base material for photoelectric conversion elements is obtained by producing a transparent conductive film on the gas barrier film of the present invention.
また、透明導電膜の形成は、真空蒸着法やスパッタリング法等を用いることにより、また、インジウム、スズ等の金属アルコキシド等を用いたゾルゲル法等塗布法によっても製造できる。なお、透明導電膜の膜厚としては、0.1〜1000nmの範囲の透明導電膜が好ましい。 The transparent conductive film can be formed by using a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like, or by a coating method such as a sol-gel method using a metal alkoxide such as indium or tin. In addition, as a film thickness of a transparent conductive film, the transparent conductive film of the range of 0.1-1000 nm is preferable.
次いで、本発明のガスバリア性フィルムの好ましい用途の1つである有機光電変換素子について説明する。 Subsequently, the organic photoelectric conversion element which is one of the preferable uses of the gas barrier film of this invention is demonstrated.
〈有機光電変換素子〉
(封止基材とその製造方法)
本発明のガスバリア性フィルムにおいて、ガスバリア性フィルム上に、さらに透明導電膜を形成し、これを陽極として、この上に有機光電変換素子を構成する層、陰極となる層とを積層し、この上にさらにもう一つのガスバリア性フィルムを封止基材として、重ね接着することで封止することができる。
<Organic photoelectric conversion element>
(Sealing substrate and manufacturing method thereof)
In the gas barrier film of the present invention, a transparent conductive film is further formed on the gas barrier film, and the layer constituting the organic photoelectric conversion element and the layer serving as the cathode are laminated on the transparent conductive film. Further, another gas barrier film can be used as a sealing base material, and sealing can be performed by repeated adhesion.
用いられるもう一つの封止材料(封止基材)としては、本発明のガスバリア性フィルムを用いることができる。また、例えば、包装材等に使用される公知のガスバリアフィルム、例えばプラスチックフィルム上に酸化ケイ素や、酸化アルミニウムを蒸着したもの、緻密なセラミック層と、柔軟性を有する衝撃緩和ポリマー層を交互に積層した構成のガスバリアフィルム等を封止フィルムとして用いることができる。 As another sealing material (sealing substrate) to be used, the gas barrier film of the present invention can be used. In addition, for example, a known gas barrier film used for packaging materials, such as a plastic film deposited with silicon oxide or aluminum oxide, a dense ceramic layer, and a flexible impact relaxation polymer layer are alternately laminated. A gas barrier film having the structure described above can be used as the sealing film.
また特に、樹脂ラミネート(ポリマー膜)された金属箔は、光取り出し側のガスバリアフィルムとして用いることはできないが、低コストでさらに透湿性の低い封止材料であり光取り出しを意図しない(透明性を要求されない)場合、封止フィルムとして好ましい。 In particular, a resin-laminated (polymer film) metal foil cannot be used as a gas barrier film on the light extraction side, but it is a low-cost, low moisture-permeable sealing material and does not intend to extract light (with transparency). When not required), it is preferable as a sealing film.
本発明において金属箔とはスパッタや蒸着等で形成された金属薄膜や、導電性ペースト等の流動性電極材料から形成された導電膜と異なり、圧延等で形成された金属の箔またはフィルムを指す。 In the present invention, the metal foil refers to a metal foil or film formed by rolling or the like, unlike a metal thin film formed by sputtering or vapor deposition, or a conductive film formed from a fluid electrode material such as a conductive paste. .
金属箔としては、金属の種類に特に限定はなく、例えば銅(Cu)箔、アルミニウム(Al)箔、金(Au)箔、黄銅箔、ニッケル(Ni)箔、チタン(Ti)箔、銅合金箔、ステンレス箔、スズ(Sn)箔、高ニッケル合金箔等が挙げられる。これらの各種の金属箔の中で特に好ましい金属箔としてはAl箔が挙げられる。 As metal foil, there is no limitation in particular in the kind of metal, for example, copper (Cu) foil, aluminum (Al) foil, gold (Au) foil, brass foil, nickel (Ni) foil, titanium (Ti) foil, copper alloy Examples thereof include foil, stainless steel foil, tin (Sn) foil, and high nickel alloy foil. Among these various metal foils, a particularly preferred metal foil is an Al foil.
金属箔の厚さは、金属箔に用いる材料による使用時のピンホール発生を防止し、ガスバリア性(透湿度、酸素透過率)を向上させ、かつ、生産性を向上させる等の観点から、6〜50μmの範囲に調整することが好ましい。 The thickness of the metal foil is 6 from the viewpoints of preventing pinholes during use due to the material used for the metal foil, improving gas barrier properties (moisture permeability, oxygen permeability), and improving productivity. It is preferable to adjust to a range of ˜50 μm.
樹脂フィルム(ポリマー膜)がラミネートされた金属箔では、該樹脂フィルムとしては、機能性包装材料の新展開(株式会社 東レリサーチセンター)に記載の各種材料を使用することが可能であり、例えばポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリアミド系樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体系樹脂、セロハン系樹脂、ビニロン系樹脂、塩化ビニリデン系樹脂等が挙げられる。 In the metal foil laminated with a resin film (polymer film), as the resin film, various materials described in the new development of functional packaging materials (Toray Research Center, Inc.) can be used. For example, polyethylene Resin, polypropylene resin, polyethylene terephthalate resin, polyamide resin, ethylene-vinyl alcohol copolymer resin, ethylene-vinyl acetate copolymer resin, acrylonitrile-butadiene copolymer resin, cellophane resin, vinylon resin, Examples thereof include vinylidene chloride resins.
ポリプロピレン系樹脂、ナイロン系樹脂等の樹脂は、延伸されていてもよく、さらに塩化ビニリデン系樹脂をコートされていてもよい。また、ポリエチレン系樹脂は、低密度あるいは高密度のものも用いることができる。 Resins such as polypropylene resins and nylon resins may be stretched and further coated with a vinylidene chloride resin. In addition, a polyethylene resin having a low density or a high density can be used.
後述するが、2つのフィルムの封止方法としては、例えば、一般に使用されるインパルスシーラー熱融着性の樹脂層をラミネートして、インパルスシーラーで融着させ、封止する方法が好ましく、この場合、ガスバリア性フィルム同士の封止は、封止作業時のフィルムの取り扱い性の向上と、インパルスシーラー等による熱融着を容易に実施可能にさせる観点から膜厚としては300μm以下が望ましい。 As will be described later, as a method for sealing the two films, for example, a method of laminating a commonly used impulse sealer heat-fusible resin layer, fusing with an impulse sealer, and sealing is preferable. Further, the sealing between the gas barrier films is preferably 300 μm or less from the viewpoint of improving the handling property of the film at the time of sealing work and enabling easy thermal fusion with an impulse sealer or the like.
(有機光電変換素子の封止)
本発明の有機光電変換素子では、本発明のガスバリア性フィルム上に透明導電膜を形成して得られた有機光電変換素子用基材上に、有機光電変換素子を構成する各層を形成した後、上記の封止基材を用いて、不活性ガスによりパージされた環境下で、上記封止基材で陰極面を覆うようにして、有機光電変換素子を封止することができる。
(Sealing of organic photoelectric conversion elements)
In the organic photoelectric conversion element of the present invention, after forming each layer constituting the organic photoelectric conversion element on the organic photoelectric conversion element substrate obtained by forming the transparent conductive film on the gas barrier film of the present invention, Using the above sealing substrate, the organic photoelectric conversion element can be sealed so as to cover the cathode surface with the sealing substrate in an environment purged with an inert gas.
不活性ガスとしては、N2の他、He、Ar等の希ガスが好ましく用いられるが、HeとArを混合した希ガスも好ましく、気体中に占める不活性ガスの割合は、90〜99.9体積%であることが好ましい。不活性ガスによりパージされた環境下で封止することにより、保存性が改良される。 As the inert gas, a rare gas such as He and Ar is preferably used in addition to N 2 , but a rare gas in which He and Ar are mixed is also preferable, and the ratio of the inert gas in the gas is 90 to 99.99. It is preferably 9% by volume. Preservability is improved by sealing in an environment purged with an inert gas.
また、前記の樹脂フィルム(ポリマー膜)がラミネートされた金属箔を用いて、有機光電変換素子を封止するにあたっては、ラミネートされた樹脂フィルム面ではなく、金属箔上にセラミック層を形成し、このセラミック層面を有機光電変換素子の陰極に貼合することが好ましい。 In addition, when sealing the organic photoelectric conversion element using the metal foil laminated with the resin film (polymer film), a ceramic layer is formed on the metal foil instead of the laminated resin film surface, The ceramic layer surface is preferably bonded to the cathode of the organic photoelectric conversion element.
封止フィルムのポリマー膜面を有機光電変換素子の陰極に貼合すると、部分的に導通が発生することがある。 When the polymer film surface of the sealing film is bonded to the cathode of the organic photoelectric conversion element, conduction may occur partially.
封止フィルムを有機光電変換素子の陰極に貼り合わせる封止方法としては、一般に使用されるインパルスシーラーで融着可能な樹脂フィルム、例えばエチレン酢酸ビニルコポリマー(EVA)やポリプロピレン(PP)フィルム、ポリエチレン(PE)フィルム等の熱融着性フィルムを積層して、インパルスシーラーで融着させ封止する方法がある。 As a sealing method for bonding the sealing film to the cathode of the organic photoelectric conversion element, a resin film that can be fused with a commonly used impulse sealer, for example, ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), polypropylene (PP) film, polyethylene ( There is a method in which a heat-fusible film such as a PE) film is laminated and fused and sealed with an impulse sealer.
接着方法としてはドライラミネート方式が作業性の面で優れている。この方法は一般には1.0〜2.5μm程度の硬化性の接着剤層を使用する。 As an adhesion method, the dry laminating method is excellent in terms of workability. This method generally uses a curable adhesive layer of about 1.0 to 2.5 μm.
但し、接着剤の塗設量が多すぎる場合には、トンネル、浸み出し、縮緬皺等が発生することがあるため、好ましくは接着剤量を乾燥膜厚で3〜5μmになるように調節することが好ましい。 However, if the amount of adhesive applied is too large, tunneling, seepage, shrinkage, etc. may occur, so the amount of adhesive is preferably adjusted to 3-5 μm in dry film thickness. It is preferable to do.
ホットメルトラミネーションとはホットメルト接着剤を溶融し支持体に接着層を塗設する方法であるが、接着剤層の厚さは一般に1〜50μmと広い範囲で設定可能な方法である。一般に使用されるホットメルト接着剤のベースレジンとしては、EVA、EEA、ポリエチレン、ブチルラバー等が使用され、ロジン、キシレン樹脂、テルペン系樹脂、スチレン系樹脂等が粘着付与剤として、ワックス等が可塑剤として添加される。 Hot melt lamination is a method in which a hot melt adhesive is melted and an adhesive layer is applied to a support, and the thickness of the adhesive layer is generally a method that can be set in a wide range of 1 to 50 μm. Commonly used base resins for hot melt adhesives include EVA, EEA, polyethylene, butyl rubber, etc., rosin, xylene resin, terpene resin, styrene resin, etc. as tackifiers, wax etc. It is added as an agent.
エクストルージョンラミネート法とは高温で溶融した樹脂をダイスにより支持体上に塗設する方法であり、樹脂層の厚さは一般に10〜50μmと広い範囲で設定可能である。 The extrusion laminating method is a method in which a resin melted at a high temperature is coated on a support with a die, and the thickness of the resin layer can generally be set in a wide range of 10 to 50 μm.
エクストルージョンラミネートに使用される樹脂としては一般に、LDPE、EVA、PP等が使用される。 In general, LDPE, EVA, PP or the like is used as the resin used for the extrusion laminate.
次いで、本発明の有機光電変換素子の構成層について説明する。 Next, the constituent layers of the organic photoelectric conversion element of the present invention will be described.
(有機光電変換素子の構成)
本発明に係る有機光電変換素子の好ましい態様を説明するが、これらに限定されない。
(Configuration of organic photoelectric conversion element)
Although the preferable aspect of the organic photoelectric conversion element which concerns on this invention is demonstrated, it is not limited to these.
本発明の有機光電変換素子の構成としては特に制限がなく、陽極と陰極と、両者に挟まれた発電層(p型半導体とn型半導体が混合された層、バルクヘテロジャンクション層、i層ともいう)が少なくとも1層以上あり、光を照射すると電流を発生する素子であることが好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as a structure of the organic photoelectric conversion element of this invention, The electric power generation layer (The layer where the p-type semiconductor and the n-type semiconductor were mixed, a bulk heterojunction layer, and i layer is also sandwiched between the anode and the cathode. ) Is at least one layer and is preferably an element that generates current when irradiated with light.
有機光電変換素子の層構成の好ましい具体例を以下に示す。 The preferable specific example of the layer structure of an organic photoelectric conversion element is shown below.
(i)陽極/発電層(光電変換層ともいう)/陰極
(ii)陽極/正孔輸送層/発電層(光電変換層)/陰極
(iii)陽極/正孔輸送層/発電層(光電変換層)/電子輸送層/陰極
(iv)陽極/正孔輸送層/p型半導体層/発電層(光電変換層)/n型半導体層/電子輸送層/陰極
(v)陽極/正孔輸送層/第1発電層(光電変換層ともいう)/電子輸送層/中間電極/正孔輸送層/第2発電層(光電変換層ともいう)/電子輸送層/陰極。
(I) Anode / power generation layer (also referred to as photoelectric conversion layer) / cathode (ii) Anode / hole transport layer / power generation layer (photoelectric conversion layer) / cathode (iii) Anode / hole transport layer / power generation layer (photoelectric conversion) Layer) / electron transport layer / cathode (iv) anode / hole transport layer / p-type semiconductor layer / power generation layer (photoelectric conversion layer) / n-type semiconductor layer / electron transport layer / cathode (v) anode / hole transport layer / First power generation layer (also referred to as photoelectric conversion layer) / electron transport layer / intermediate electrode / hole transport layer / second power generation layer (also referred to as photoelectric conversion layer) / electron transport layer / cathode.
(発電層(光電変換層ともいう))
本発明の有機光電変換素子の発電層について説明する。
(Power generation layer (also called photoelectric conversion layer))
The power generation layer of the organic photoelectric conversion element of the present invention will be described.
本発明の有機光電変換素子の発電層は、正孔を輸送できるp型半導体材料と電子を輸送できるn型半導体材料を含有していることが必要であり、これらは実質2層でヘテロジャンクション層を形成していてもよいし、1層の内部で混合された状態となっているバルクヘテロジャンクション層を形成してもよいが、バルクヘテロジャンクション層のほうが光電変換効率の向上の観点からより好ましい構成である。 The power generation layer of the organic photoelectric conversion element of the present invention needs to contain a p-type semiconductor material capable of transporting holes and an n-type semiconductor material capable of transporting electrons, and these are substantially two layers and heterojunction layers. May be formed, or a bulk heterojunction layer in a mixed state in one layer may be formed, but the bulk heterojunction layer has a more preferable configuration from the viewpoint of improving photoelectric conversion efficiency. is there.
発電層に用いられるp型半導体材料、n型半導体材料については後述する。 A p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material used for the power generation layer will be described later.
本発明の有機光電変換素子の発電層は、有機EL素子の発光層と同様に、発電層を正孔輸送層、電子輸送層で挟み込むことで、正孔及び電子の陽極・陰極への取り出し効率を高めることができるため、それらを有する構成((ii)、(iii))が好ましく用いられる。 Like the light emitting layer of the organic EL device, the power generation layer of the organic photoelectric conversion device of the present invention sandwiches the power generation layer between the hole transport layer and the electron transport layer, thereby extracting the holes and electrons into the anode / cathode. Therefore, the configurations ((ii) and (iii)) having them are preferably used.
また、発電層自体も正孔と電子の整流性(キャリア取り出しの選択性)を高めるため、(iv)のようにp型半導体材料とn型半導体材料単体からなる層で発電層を挟み込むような構成(p−i−n構成ともいう)であってもよい。 Further, in order to improve the rectification of holes and electrons (selection of carrier extraction), the power generation layer itself is sandwiched between layers of a p-type semiconductor material and a single n-type semiconductor material as shown in (iv). A configuration (also referred to as a pin configuration) may be used.
また、太陽光の利用効率を高めるため、異なる波長の太陽光をそれぞれの発電層で吸収するような、タンデム構成((v)の構成)であってもよい。 Moreover, in order to improve the utilization efficiency of sunlight, the tandem configuration (configuration (v)) in which sunlight of different wavelengths is absorbed by each power generation layer may be employed.
太陽光利用率(光電変換効率)の向上を目的として、図1に示す有機光電変換素子10におけるサンドイッチ構造に代わって、一対の櫛歯状電極上にそれぞれ正孔輸送層14、電子輸送層16を形成し、その上に光電変換部15を配置するといった、バックコンタクト型の有機光電変換素子を構成とすることもできる。
Instead of the sandwich structure in the organic
さらに、詳細な本発明に係る有機光電変換素子の好ましい態様を図1〜図3を用いて説明する。 Furthermore, the preferable aspect of the organic photoelectric conversion element which concerns on detailed this invention is demonstrated using FIGS. 1-3.
図1は、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子からなる太陽電池の一例を示す断面図である。図1において、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子10は、基板11の一方面上に、陽極12、正孔輸送層17、バルクヘテロジャンクション層の発電層14、電子輸送層18及び陰極13が順次積層されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a solar cell composed of a bulk heterojunction organic photoelectric conversion element. In FIG. 1, a bulk heterojunction organic
基板11は、順次積層された陽極12、発電層14及び陰極13を保持する部材である。本実施形態では、基板11側から光電変換される光が入射するので、基板11は、この光電変換される光を透過させることが可能な、即ち、この光電変換すべき光の波長に対して透明な部材である。
The
基板11は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が用いられる。この基板11は、必須ではなく、例えば、発電層14の両面に陽極12及び陰極13を形成することでバルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子10が構成されてもよい。
As the
発電層14は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する層であって、p型半導体材料とn型半導体材料とを一様に混合したバルクヘテロジャンクション層を有して構成される。p型半導体材料は相対的に電子供与体(ドナー)として機能し、n型半導体材料は相対的に電子受容体(アクセプタ)として機能する。
The
図1において、基板11を介して陽極12から入射された光は、発電層14のバルクヘテロジャンクション層における電子受容体あるいは電子供与体で吸収され、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)が形成される。
In FIG. 1, light incident from the
発生した電荷は、内部電界、例えば、陽極12と陰極13の仕事関数が異なる場合では陽極12と陰極13との電位差によって、電子は、電子受容体間を通り、また正孔は、電子供与体間を通り、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流が検出される。
The generated electric charge is caused by an internal electric field, for example, when the work function of the
例えば、陽極12の仕事関数が陰極13の仕事関数よりも大きい場合では、電子は陽極12へ、正孔は陰極13へ輸送される。
For example, when the work function of the
なお、仕事関数の大小が逆転すれば電子と正孔は、これとは逆方向に輸送される。また、陽極12と陰極13との間に電位をかけることにより、電子と正孔の輸送方向を制御することもできる。
If the magnitude of the work function is reversed, electrons and holes are transported in the opposite direction. In addition, the transport direction of electrons and holes can be controlled by applying a potential between the
なお、図1には記載していないが、正孔ブロック層、電子ブロック層、電子注入層、正孔注入層、あるいは平滑化層等の他の層を有していてもよい。 Although not shown in FIG. 1, other layers such as a hole blocking layer, an electron blocking layer, an electron injection layer, a hole injection layer, or a smoothing layer may be included.
さらに好ましい構成としては、前記発電層14が、所謂p−i−nの三層構成となっている構成(図2)である。通常のバルクヘテロジャンクション層は、p型半導体材料とn型半導体層が混合したi層単体であるが、p型半導体材料単体からなるp層、及びn型半導体材料単体からなるn層で挟むことにより、正孔及び電子の整流性がより高くなり、電荷分離した正孔・電子の再結合等によるロスが低減され、一層高い光電変換効率を得ることができる。
As a more preferable configuration, the
さらに、太陽光利用率(光電変換効率)の向上を目的として、このような光電変換素子を積層したタンデム型の構成としてもよい。 Furthermore, it is good also as a tandem-type structure which laminated | stacked such a photoelectric conversion element for the purpose of the improvement of sunlight utilization factor (photoelectric conversion efficiency).
図3は、タンデム型のバルクヘテロジャンクション層を備える有機光電変換素子からなる太陽電池を示す断面図である。タンデム型構成の場合、基板11上に、順次透明電極12、第1の発電層14′を積層した後、電荷再結合層15を積層した後、第2の発電層16、次いで対電極13を積層することで、タンデム型の構成とすることができる。第2の発電層16は、第1の発電層14′の吸収スペクトルと同じスペクトルを吸収する層でもよいし、異なるスペクトルを吸収する層でもよいが、好ましくは異なるスペクトルを吸収する層である。また、第1の発電層14′、第2の発電層16がともに前述のp−i−nの三層構成であってもよい。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a solar cell composed of an organic photoelectric conversion element including a tandem bulk heterojunction layer. In the case of the tandem configuration, the
(p型半導体材料、n型半導体材料)
本発明の有機光電変換素子の発電層(光電変換層ともいう)の形成に用いられる材料について説明する。
(P-type semiconductor material, n-type semiconductor material)
The material used for formation of the electric power generation layer (it is also called a photoelectric converting layer) of the organic photoelectric conversion element of this invention is demonstrated.
(p型半導体材料)
本発明の有機光電変換素子の発電層として好ましく用いられるバルクヘテロジャンクション層の形成に用いられるp型半導体材料としては、種々の縮合多環芳香族低分子化合物や共役系ポリマー・オリゴマーが挙げられる。
(P-type semiconductor material)
Examples of the p-type semiconductor material used for forming the bulk heterojunction layer preferably used as the power generation layer of the organic photoelectric conversion device of the present invention include various condensed polycyclic aromatic low molecular compounds and conjugated polymers / oligomers.
縮合多環芳香族低分子化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の化合物、ポルフィリンや銅フタロシアニン、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、及びこれらの誘導体や前駆体が挙げられる。 Examples of the condensed polycyclic aromatic low-molecular compound include anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, heptacene, chrysene, picene, fluorene, pyrene, peropyrene, perylene, terylene, quaterylene, coronene, ovalene, circumanthracene, bisanthene, zesulene, Compounds such as heptazeslen, pyranthrene, violanthene, isoviolanthene, circobiphenyl, anthradithiophene, porphyrin, copper phthalocyanine, tetrathiafulvalene (TTF) -tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF ) -Perchloric acid complexes, and derivatives and precursors thereof.
また、上記の縮合多環を有する誘導体の例としては、国際公開第03/16599号、国際公開第03/28125号、米国特許第6,690,029号明細書、特開2004−107216号公報等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、J.Amer.Chem.Soc.,vol127.No14.4986、J.Amer.Chem.Soc.,vol.123、p9482、J.Amer.Chem.Soc.,vol.130(2008)、No.9、2706等に記載のトリアルキルシリルエチニル基で置換されたアセン系化合物等が挙げられる。 Examples of the derivative having the above condensed polycycle include International Publication No. 03/16599, International Publication No. 03/28125, US Pat. No. 6,690,029, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-107216. A pentacene derivative having a substituent as described in U.S. Pat. No. 2003/136964, J. Pat. Amer. Chem. Soc. , Vol127. No. 14.4986, J. MoI. Amer. Chem. Soc. , Vol. 123, p9482; Amer. Chem. Soc. , Vol. 130 (2008), no. 9, acene-based compounds substituted with a trialkylsilylethynyl group described in 2706 and the like.
共役系ポリマーとしては、例えば、ポリ3−ヘキシルチオフェン(P3HT)等のポリチオフェン及びそのオリゴマー、またはTechnical Digest of the International PVSEC−17,Fukuoka,Japan,2007,P1225に記載の重合性基を有するようなポリチオフェン、Nature Material,(2006)vol.5,p328に記載のポリチオフェン−チエノチオフェン共重合体、国際公開第08/000664号に記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Adv Mater,2007p4160に記載のポリチオフェン−チアゾロチアゾール共重合体、Nature Mat.vol.6(2007),p497に記載のPCPDTBT等のようなポリチオフェン共重合体、ポリピロール及びそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレン及びそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマー、等のポリマー材料が挙げられる。 As the conjugated polymer, for example, a polythiophene such as poly-3-hexylthiophene (P3HT) and an oligomer thereof, or a technical group described in Technical Digest of the International PVSEC-17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225. Polythiophene, Nature Material, (2006) vol. 5, a polythiophene-thienothiophene copolymer described in p328, a polythiophene-diketopyrrolopyrrole copolymer described in WO08 / 000664, a polythiophene-thiazolothiazole copolymer described in Adv Mater, 2007p4160, Nature Mat. vol. 6 (2007), p497 described in PCPDTBT, polypyrrole and its oligomer, polyaniline, polyphenylene and its oligomer, polyphenylene vinylene and its oligomer, polythienylene vinylene and its oligomer, polyacetylene, polydiacetylene, Examples thereof include polymer materials such as σ-conjugated polymers such as polysilane and polygermane.
また、ポリマー材料ではなくオリゴマー材料としては、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、等のオリゴマーが好適に用いることができる。 In addition, oligomeric materials instead of polymer materials include thiophene hexamer α-sexual thiophene α, ω-dihexyl-α-sexual thiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (3 Oligomers such as -butoxypropyl) -α-sexithiophene can be preferably used.
これらの化合物の中でも、溶液プロセスが可能な程度に有機溶剤への溶解性が高く、かつ乾燥後は、結晶性薄膜を形成し、高い移動度を達成可能な化合物が好ましい。 Among these compounds, a compound that is highly soluble in an organic solvent to the extent that a solution process can be performed and that can form a crystalline thin film after drying to achieve high mobility is preferable.
また、発電層上に電子輸送層を塗布で成膜する場合、電子輸送層溶液が発電層を溶かしてしまうという課題があるため、溶液プロセスで塗布した後に不溶化できるような材料を用いてもよい。 In addition, when the electron transport layer is formed on the power generation layer by coating, there is a problem that the electron transport layer solution dissolves the power generation layer. Therefore, a material that can be insolubilized after coating by a solution process may be used. .
このような材料としては、Technical Digest of the International PVSEC−17,Fukuoka,Japan,2007,P1225に記載の重合性基を有するようなポリチオフェンのような、塗布後に塗布膜を重合架橋して不溶化できる材料、または米国特許出願公開第2003/136964号明細書、及び特開2008−16834号公報等に記載されているような、熱等のエネルギーを加えることによって、可溶性置換基が反応して不溶化する(顔料化する)材料等を挙げることができる。 Examples of such materials include materials that can be insolubilized by polymerizing the coating film after coating, such as polythiophene having a polymerizable group described in Technical Digest of the International PVSEC-17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225. Or by applying energy such as heat as described in US Patent Application Publication No. 2003/136964 and JP-A-2008-16834, etc., the soluble substituent reacts to insolubilize ( And materials).
(n型半導体材料)
本発明に係るバルクヘテロジャンクション層に用いられるn型半導体材料としては特に限定されないが、例えば、フラーレン、オクタアザポルフィリン等、p型半導体の水素原子をフッ素原子に置換したパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物や、そのイミド化物を骨格として含む高分子化合物等を挙げることができる。
(N-type semiconductor material)
The n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer according to the present invention is not particularly limited. For example, a perfluoro compound (perfluoropentacene or the like) in which a hydrogen atom of a p-type semiconductor such as fullerene or octaazaporphyrin is substituted with a fluorine atom. Perfluorophthalocyanine, etc.), naphthalenetetracarboxylic anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, perylenetetracarboxylic acid diimide and other aromatic carboxylic acid anhydrides, and polymers containing such imidized compounds as a skeleton A compound etc. can be mentioned.
しかし、各種のp型半導体材料と高速(〜50fs)、かつ効率的に電荷分離を行うことができる、フラーレン誘導体が好ましい。フラーレン誘導体としては、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC84、フラーレンC240、フラーレンC540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ、多層ナノチューブ、単層ナノチューブ、ナノホーン(円錐型)等、及びこれらの一部が水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、シクロアルキル基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、アミノ基、シリル基等によって置換されたフラーレン誘導体を挙げることができる。 However, fullerene derivatives that can perform charge separation efficiently with various p-type semiconductor materials at high speed (up to 50 fs) are preferable. Fullerene derivatives include fullerene C60, fullerene C70, fullerene C76, fullerene C78, fullerene C84, fullerene C240, fullerene C540, mixed fullerene, fullerene nanotubes, multi-walled nanotubes, single-walled nanotubes, nanohorns (conical), etc. Partially by hydrogen atom, halogen atom, substituted or unsubstituted alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heteroaryl group, cycloalkyl group, silyl group, ether group, thioether group, amino group, silyl group, etc. Examples thereof include substituted fullerene derivatives.
中でも、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッドメチルエステル(略称PCBM)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nブチルエステル(PCBnB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−イソブチルエステル(PCBiB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nヘキシルエステル(PCBH)、Adv.Mater.,vol.20(2008),p2116等に記載のbis−PCBM、特開2006−199674号公報等のアミノ化フラーレン、特開2008−130889号公報等のメタロセン化フラーレン、米国特許第7,329,709号明細書等の環状エーテル基を有するフラーレン等のような、置換基を有してより溶解性が向上したフラーレン誘導体を用いることが好ましい。 Among them, [6,6] -phenyl C61-butyric acid methyl ester (abbreviation PCBM), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-nbutyl ester (PCBnB), [6,6] -phenyl C61- Butyric acid-isobutyl ester (PCBiB), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-n-hexyl ester (PCBH), Adv. Mater. , Vol. 20 (2008), p2116, etc., aminated fullerenes such as JP-A 2006-199674, metallocene fullerenes such as JP-A 2008-130889, US Pat. No. 7,329,709, etc. It is preferable to use a fullerene derivative having a substituent and having improved solubility, such as fullerene having a cyclic ether group such as a calligraphy.
(正孔輸送層、電子ブロック層)
本発明の有機光電変換素子10は、バルクヘテロジャンクション層と陽極との中間には正孔輸送層17を、バルクヘテロジャンクション層で発生した電荷をより効率的に取り出すことが可能となるため、これらの層を有していることが好ましい。
(Hole transport layer, electron block layer)
In the organic
これらの層を構成する材料としては、例えば、正孔輸送層17としては、スタルクヴイテック製、商品名BaytronP等のPEDOT、ポリアニリン及びそのドープ材料、国際公開第06/19270号パンフレット等に記載のシアン化合物、等を用いることができる。
As a material constituting these layers, for example, as the
なお、バルクヘテロジャンクション層に用いられるn型半導体材料のLUMO準位よりも浅いLUMO準位を有する正孔輸送層には、バルクヘテロジャンクション層で生成した電子を陽極側には流さないような整流効果を有する電子ブロック機能が付与される。 Note that the hole transport layer having a LUMO level shallower than the LUMO level of the n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer has a rectifying effect that prevents electrons generated in the bulk heterojunction layer from flowing to the anode side. The electronic block function is provided.
このような正孔輸送層は電子ブロック層とも呼ばれ、このような機能を有する正孔輸送層を使用するほうが好ましい。このような材料としては、特開平5−271166号公報等に記載のトリアリールアミン系化合物、また酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化タングステン等の金属酸化物等を用いることができる。 Such a hole transport layer is also called an electron block layer, and it is preferable to use a hole transport layer having such a function. As such a material, a triarylamine compound described in JP-A-5-271166 or a metal oxide such as molybdenum oxide, nickel oxide, or tungsten oxide can be used.
また、バルクヘテロジャンクション層に用いたp型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。これらの層を形成する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。バルクヘテロジャンクション層を形成する前に、下層に塗布膜を形成すると塗布面をレベリングする効果があり、リーク等の影響が低減するため好ましい。 A layer made of a single p-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer can also be used. The means for forming these layers may be either a vacuum deposition method or a solution coating method, but is preferably a solution coating method. Forming the coating film in the lower layer before forming the bulk heterojunction layer is preferable because it has the effect of leveling the coating surface and reduces the influence of leakage and the like.
(電子輸送層・正孔ブロック層)
本発明の有機光電変換素子10は、バルクヘテロジャンクション層と陰極との中間には電子輸送層18を形成することで、バルクヘテロジャンクション層で発生した電荷をより効率的に取り出すことが可能となるため、これらの層を有していることが好ましい。
(Electron transport layer / hole blocking layer)
In the organic
また、電子輸送層18としては、オクタアザポルフィリン、p型半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)を用いることができるが、同様にバルクヘテロジャンクション層に用いられるp型半導体材料のHOMO準位よりも深いHOMO準位を有する電子輸送層には、バルクヘテロジャンクション層で生成した正孔を陰極側には流さないような整流効果を有する正孔ブロック機能が付与される。
As the
このような電子輸送層は正孔ブロック層とも呼ばれ、このような機能を有する電子輸送層を使用する方が好ましい。 Such an electron transport layer is also called a hole blocking layer, and it is preferable to use an electron transport layer having such a function.
このような材料としては、バソキュプロイン等のフェナントレン系化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等のn型半導体材料、及び酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ガリウム等のn型無機酸化物及びフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属化合物等を用いることができる。 Examples of such materials include phenanthrene compounds such as bathocuproine, n-type semiconductor materials such as naphthalenetetracarboxylic acid anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, perylenetetracarboxylic acid diimide, and titanium oxide. N-type inorganic oxides such as zinc oxide and gallium oxide, and alkali metal compounds such as lithium fluoride, sodium fluoride, and cesium fluoride can be used.
また、バルクヘテロジャンクション層に用いたn型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。これらの層を形成する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。 A layer made of a single n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer can also be used. The means for forming these layers may be either a vacuum deposition method or a solution coating method, but is preferably a solution coating method.
(その他の層)
エネルギー変換効率の向上や、素子寿命の向上を目的に、各種中間層を素子内に有する構成としてもよい。中間層の例としては、正孔ブロック層、電子ブロック層、正孔注入層、電子注入層、励起子ブロック層、UV吸収層、光反射層、波長変換層等を挙げることができる。
(Other layers)
For the purpose of improving energy conversion efficiency and improving the lifetime of the element, a structure having various intermediate layers in the element may be employed. Examples of the intermediate layer include a hole block layer, an electron block layer, a hole injection layer, an electron injection layer, an exciton block layer, a UV absorption layer, a light reflection layer, and a wavelength conversion layer.
(透明電極(第1電極))
本発明に係る透明電極は、陰極、陽極は特に限定せず、素子構成により選択することができるが、好ましくは透明電極を陽極として用いることである。例えば、陽極として用いる場合、好ましくは380〜800nmの光を透過する電極である。材料としては、例えば、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の透明導電性金属酸化物、金、銀、白金等の金属薄膜、金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ用いることができる。
(Transparent electrode (first electrode))
In the transparent electrode according to the present invention, the cathode and the anode are not particularly limited and can be selected depending on the element configuration, but preferably the transparent electrode is used as the anode. For example, when used as an anode, it is preferably an electrode that transmits light of 380 to 800 nm. As the material, for example, transparent conductive metal oxides such as indium tin oxide (ITO), SnO 2 and ZnO, metal thin films such as gold, silver and platinum, metal nanowires, and carbon nanotubes can be used.
また、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン、ポリカルバゾール、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、ポリフェニルアセチレン、ポリジアセチレン及びポリナフタレンの各誘導体からなる群より選ばれる導電性高分子等も用いることができる。また、これらの導電性化合物を複数組み合わせて透明電極とすることもできる。 Also selected from the group consisting of derivatives of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, polythienylene vinylene, polyazulene, polyisothianaphthene, polycarbazole, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylene vinylene, polyacene, polyphenylacetylene, polydiacetylene and polynaphthalene. Conductive polymers can also be used. A plurality of these conductive compounds can be combined to form a transparent electrode.
(対電極(第2電極))
対電極は導電材単独層であってもよいが、導電性を有する材料に加えて、これらを保持する樹脂を併用してもよい。対電極の導電材としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。
(Counter electrode (second electrode))
The counter electrode may be a single layer of a conductive material, but in addition to a conductive material, a resin that holds these may be used in combination. As the conductive material of the counter electrode, a material having a small work function (4 eV or less) metal, alloy, electrically conductive compound and a mixture thereof is used.
このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。 Specific examples of such electrode materials include sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) Mixtures, indium, lithium / aluminum mixtures, rare earth metals and the like.
これらの中で、電子の取り出し性能及び酸化等に対する耐久性の点から、これら金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。 Among these, from the viewpoint of electron extraction performance and durability against oxidation, etc., a mixture of these metals and a second metal which is a stable metal having a larger work function value than this, for example, a magnesium / silver mixture, magnesium / Aluminum mixtures, magnesium / indium mixtures, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mixtures, lithium / aluminum mixtures, aluminum and the like are preferred.
対電極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、膜厚は通常10nm〜5μm、好ましくは50〜200nmの範囲で選ばれる。 The counter electrode can be produced by forming a thin film from these electrode materials by a method such as vapor deposition or sputtering. The film thickness is usually selected in the range of 10 nm to 5 μm, preferably 50 to 200 nm.
対電極の導電材として金属材料を用いれば、対電極側に来た光は反射されて第1電極側に反射され、この光が再利用可能となり、光電変換層で再度吸収され、より光電変換効率が向上し好ましい。 If a metal material is used as the conductive material of the counter electrode, the light coming to the counter electrode side is reflected and reflected to the first electrode side, and this light can be reused and absorbed again by the photoelectric conversion layer, and more photoelectric conversion is performed. Efficiency is improved and preferable.
また、対電極13は、金属(例えば、金、銀、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム、マグネシウム、インジウム等)、炭素からなるナノ粒子、ナノワイヤ、ナノ構造体であってもよく、ナノワイヤの分散物であれば、透明で導電性の高い対電極を塗布法により形成でき好ましい。
Further, the
また、対電極側を光透過性とする場合は、例えば、アルミニウム及びアルミニウム合金、銀及び銀化合物等の対電極に適した導電性材料を薄く1〜20nm程度の膜厚で作製した後、上記透明電極の説明で挙げた導電性光透過性材料の膜を設けることで、光透過性対電極とすることができる。 Moreover, when making the counter electrode side light-transmitting, for example, after forming a conductive material suitable for the counter electrode such as aluminum and aluminum alloy, silver and silver compound in a thin film thickness of about 1 to 20 nm, By providing a film of the conductive light transmissive material mentioned in the description of the transparent electrode, a light transmissive counter electrode can be obtained.
(中間電極)
また、前記(v)(または図3)のようなタンデム構成の場合に必要となる中間電極の材料としては、透明性と導電性を併せ持つ化合物を用いた層であることが好ましく、前記透明電極で用いたような材料(ITO、AZO、FTO、酸化チタン等の透明金属酸化物、Ag、Al、Au等の非常に薄い金属層またはナノ粒子・ナノワイヤを含有する層、PEDOT:PSS、ポリアニリン等の導電性高分子材料等)を用いることができる。
(Intermediate electrode)
In addition, the material of the intermediate electrode required in the case of the tandem configuration as in (v) (or FIG. 3) is preferably a layer using a compound having both transparency and conductivity. (Such as ITO, AZO, FTO, transparent metal oxides such as titanium oxide, very thin metal layers such as Ag, Al, Au, or layers containing nanoparticles / nanowires, PEDOT: PSS, polyaniline, etc. Or the like can be used.
なお、前述した正孔輸送層と電子輸送層の中には、適切に組み合わせて積層することで中間電極(電荷再結合層)として働く組み合わせもあり、このような構成とすると1層形成する工程を省くことができ好ましい。 In addition, in the hole transport layer and the electron transport layer described above, there is also a combination that works as an intermediate electrode (charge recombination layer) by appropriately combining and laminating. Is preferable.
(金属ナノワイヤ)
本発明に係る導電性繊維としては、金属でコーティングした有機繊維や無機繊維、導電性金属酸化物繊維、金属ナノワイヤ、炭素繊維、カーボンナノチューブ等を用いることができるが、金属ナノワイヤが好ましい。
(Metal nanowires)
As the conductive fiber according to the present invention, an organic fiber or inorganic fiber coated with a metal, a conductive metal oxide fiber, a metal nanowire, a carbon fiber, a carbon nanotube, or the like can be used, and a metal nanowire is preferable.
一般に、金属ナノワイヤとは、金属元素を主要な構成要素とする線状構造体のことを言う。特に、本発明における金属ナノワイヤとはnmサイズの直径を有する線状構造体を意味する。 In general, a metal nanowire refers to a linear structure having a metal element as a main component. In particular, the metal nanowire in the present invention means a linear structure having a diameter of nm size.
本発明に係る金属ナノワイヤとしては、1つの金属ナノワイヤで長い導電パスを形成するために、また、適度な光散乱性を発現するために、平均長さが3μm以上であることが好ましく、さらには3〜500μmが好ましく、特に3〜300μmであることが好ましい。併せて、長さの相対標準偏差は40%以下であることが好ましい。 The metal nanowire according to the present invention preferably has an average length of 3 μm or more in order to form a long conductive path with a single metal nanowire and to exhibit appropriate light scattering properties. 3-500 micrometers is preferable and it is especially preferable that it is 3-300 micrometers. In addition, the relative standard deviation of the length is preferably 40% or less.
また、平均直径は、透明性の観点からは小さいことが好ましく、一方で、導電性の観点からは大きい方が好ましい。本発明においては、金属ナノワイヤの平均直径として10〜300nmが好ましく、30〜200nmであることがより好ましい。併せて、直径の相対標準偏差は20%以下であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that an average diameter is small from a transparency viewpoint, On the other hand, the larger one is preferable from an electroconductive viewpoint. In this invention, 10-300 nm is preferable as an average diameter of metal nanowire, and it is more preferable that it is 30-200 nm. In addition, the relative standard deviation of the diameter is preferably 20% or less.
本発明に係る金属ナノワイヤの金属組成としては特に制限はなく、貴金属元素や卑金属元素の1種または複数の金属から構成することができるが、貴金属(例えば、金、白金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム等)及び鉄、コバルト、銅、錫からなる群に属する少なくとも1種の金属を含むことが好ましく、導電性の観点から少なくとも銀を含むことがより好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as a metal composition of the metal nanowire which concerns on this invention, Although it can comprise from the 1 type or several metal of a noble metal element and a base metal element, noble metals (for example, gold, platinum, silver, palladium, rhodium, (Iridium, ruthenium, osmium, etc.) and at least one metal belonging to the group consisting of iron, cobalt, copper, and tin is preferable, and at least silver is more preferable from the viewpoint of conductivity.
また、導電性と安定性(金属ナノワイヤの硫化や酸化耐性、及びマイグレーション耐性)を両立するために、銀と、銀を除く貴金属に属する少なくとも1種の金属を含むことも好ましい。本発明に係る金属ナノワイヤが2種類以上の金属元素を含む場合には、例えば、金属ナノワイヤの表面と内部で金属組成が異なっていてもよいし、金属ナノワイヤ全体が同一の金属組成を有していてもよい。 In order to achieve both conductivity and stability (sulfurization and oxidation resistance of metal nanowires and migration resistance), it is also preferable to include silver and at least one metal belonging to a noble metal other than silver. When the metal nanowire according to the present invention includes two or more kinds of metal elements, for example, the metal composition may be different between the inside and the surface of the metal nanowire, or the entire metal nanowire has the same metal composition. May be.
本発明において金属ナノワイヤの製造手段には特に制限はなく、例えば、液相法や気相法等の公知の手段を用いることができる。また、具体的な製造方法にも特に制限はなく、公知の製造方法を用いることができる。 In the present invention, the means for producing the metal nanowire is not particularly limited, and for example, known means such as a liquid phase method and a gas phase method can be used. Moreover, there is no restriction | limiting in particular in a specific manufacturing method, A well-known manufacturing method can be used.
例えば、Agナノワイヤの製造方法としては、Adv.Mater.,2002,14,833〜837;Chem.Mater.,2002,14,4736〜4745等、Auナノワイヤの製造方法としては特開2006−233252号公報等、Cuナノワイヤの製造方法としては特開2002−266007号公報等、Coナノワイヤの製造方法としては特開2004−149871号公報等を参考にすることができる。 For example, as a method for producing Ag nanowires, Adv. Mater. , 2002, 14, 833-837; Chem. Mater. , 2002, 14, 4736-4745, etc. As a method for producing Co nanowires, a method for producing Au nanowires is disclosed in JP 2006-233252A, and a method for producing Cu nanowires is disclosed in JP 2002-266007 A, etc. Reference can be made to Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-149871.
特に、上述した、Adv.Mater.及びChem.Mater.で報告されたAgナノワイヤの製造方法は、水系で簡便にAgナノワイヤを製造することができ、また、銀の導電率は金属中で最大であることから、本発明に用いられる金属ナノワイヤの製造方法として好ましく適用することができる。 In particular, Adv. Mater. And Chem. Mater. The method for producing Ag nanowires reported in 1 can easily produce Ag nanowires in an aqueous system, and since the conductivity of silver is the highest among metals, the method for producing metal nanowires used in the present invention Can be preferably applied.
本発明においては、金属ナノワイヤが互いに接触し合うことにより3次元的な導電ネットワークを形成し、高い導電性を発現するとともに、金属ナノワイヤが存在しない導電ネットワークの窓部を光が透過することが可能となり、さらに金属ナノワイヤの散乱効果によって、有機発電層部からの発電を効率的に行うことが可能となる。第1電極において金属ナノワイヤを有機発電層部に近い側に設置すれば、この散乱効果がより有効に利用できるのでより好ましい実施形態である。 In the present invention, the metal nanowires come into contact with each other to form a three-dimensional conductive network, exhibiting high conductivity, and allowing light to pass through the window of the conductive network where no metal nanowire exists. In addition, the power generation from the organic power generation layer can be efficiently performed by the scattering effect of the metal nanowires. If a metal nanowire is installed in the 1st electrode at the side close | similar to an organic electric power generation layer part, since this scattering effect can be utilized more effectively, it is more preferable embodiment.
(光学機能層)
本発明に係る有機光電変換素子は、太陽光のより効率的な受光を目的として、各種の光学機能層を有していてもよい。光学機能層としては、例えば、反射防止層、マイクロレンズアレイ等の集光層、陰極で反射した光を散乱させて再度発電層に入射させることができるような光拡散層等を設けてもよい。
(Optical function layer)
The organic photoelectric conversion element according to the present invention may have various optical function layers for the purpose of more efficient light reception of sunlight. As the optical functional layer, for example, a light condensing layer such as an antireflection layer or a microlens array, or a light diffusion layer that can scatter light reflected by the cathode and enter the power generation layer again may be provided. .
反射防止層としては、各種公知の反射防止層を設けることができるが、例えば、透明樹脂フィルムが二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである場合は、フィルムに隣接する易接着層の屈折率を1.57〜1.63とすることで、フィルム基板と易接着層との界面反射を低減して透過率を向上させることができるのでより好ましい。 Various known antireflection layers can be provided as the antireflection layer. For example, when the transparent resin film is a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, the refractive index of the easy adhesion layer adjacent to the film is 1.57. It is more preferable to set it to ˜1.63 because the interface reflection between the film substrate and the easy adhesion layer can be reduced and the transmittance can be improved.
屈折率を調整する方法としては、酸化スズゾルや酸化セリウムゾル等の比較的屈折率の高い酸化物ゾルとバインダー樹脂との比率を適宜調整して塗設することで実施できる。易接着層は単層でもよいが、接着性を向上させるためには2層以上の構成にしてもよい。 The method for adjusting the refractive index can be carried out by appropriately adjusting the ratio of the oxide sol having a relatively high refractive index such as tin oxide sol or cerium oxide sol and the binder resin. The easy adhesion layer may be a single layer, but may be composed of two or more layers in order to improve adhesion.
集光層としては、例えば、支持基板の太陽光受光側にマイクロレンズアレイ上の構造を設けるように加工したり、あるいは所謂集光シートと組み合わせたりすることにより特定方向からの受光量を高めたり、逆に太陽光の入射角度依存性を低減することができる。 As the condensing layer, for example, it is processed so as to provide a structure on the microlens array on the sunlight receiving side of the support substrate, or the amount of light received from a specific direction is increased by combining with a so-called condensing sheet. Conversely, the incident angle dependency of sunlight can be reduced.
マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が30μmでその頂角が90度となるような四角錐を2次元に配列する。一辺は10〜100μmが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付き、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。 As an example of the microlens array, quadrangular pyramids having a side of 30 μm and an apex angle of 90 degrees are two-dimensionally arranged on the light extraction side of the substrate. One side is preferably 10 to 100 μm. If it becomes smaller than this, the effect of diffraction will generate | occur | produce and color, and if too large, thickness will become thick and is not preferable.
また、光拡散層としては、各種のアンチグレア層、金属または各種無機酸化物等のナノ粒子・ナノワイヤ等を無色透明なポリマーに分散した層等を挙げることができる。 Examples of the light diffusion layer include various antiglare layers, layers in which nanoparticles or nanowires such as metals or various inorganic oxides are dispersed in a colorless and transparent polymer, and the like.
(成膜方法・表面処理方法)
電子受容体と電子供与体とが混合されたバルクヘテロジャンクション層、及び輸送層・電極の形成方法としては、蒸着法、塗布法(キャスト法、スピンコート法を含む)等を例示することができる。このうち、バルクヘテロジャンクション層の形成方法としては、蒸着法、塗布法(キャスト法、スピンコート法を含む)等を例示することができる。
(Film formation method / surface treatment method)
Examples of a method for forming a bulk heterojunction layer in which an electron acceptor and an electron donor are mixed, and a transport layer / electrode include a vapor deposition method and a coating method (including a cast method and a spin coat method). Among these, examples of the method for forming the bulk heterojunction layer include a vapor deposition method and a coating method (including a casting method and a spin coating method).
このうち、前述の正孔と電子が電荷分離する界面の面積を増大させ、高い光電変換効率を有する素子を作製するためには、塗布法が好ましい。また、塗布法は製造速度にも優れている。 Among these, the coating method is preferable in order to increase the area of the interface where charges and electrons are separated from each other as described above and to produce a device having high photoelectric conversion efficiency. Also, the coating method is excellent in production speed.
この際に使用する塗布方法に制限はないが、例えば、スピンコート法、溶液からのキャスト法、ディップコート法、ブレードコート法、ワイヤバーコート法、グラビアコート法、スプレーコート法等が挙げられる。さらには、インクジェット法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法等の印刷法でパターニングすることもできる。 Although there is no restriction | limiting in the coating method used in this case, For example, a spin coat method, the cast method from a solution, a dip coat method, a blade coat method, a wire bar coat method, a gravure coat method, a spray coat method etc. are mentioned. Furthermore, patterning can also be performed by a printing method such as an ink jet method, a screen printing method, a relief printing method, an intaglio printing method, an offset printing method, or a flexographic printing method.
塗布後は残留溶媒及び水分、ガスの除去、及び半導体材料の結晶化による移動度向上・吸収長波化を引き起こすために、加熱を行うことが好ましい。製造工程中において所定の温度でアニール処理されると、微視的に一部が凝集または結晶化が促進され、バルクヘテロジャンクション層を適切な相分離構造とすることができる。その結果、バルクヘテロジャンクション層のキャリア移動度が向上し、高い効率を得ることができるようになる。 After application, it is preferable to perform heating in order to cause removal of residual solvent, moisture, and gas and increase mobility and absorption longwave by crystallization of the semiconductor material. When annealing is performed at a predetermined temperature during the manufacturing process, a part of the particles is microscopically aggregated or crystallized, and the bulk heterojunction layer can have an appropriate phase separation structure. As a result, the carrier mobility of the bulk heterojunction layer is improved and high efficiency can be obtained.
発電層(バルクヘテロジャンクション層)14は、電子受容体と電子供与体とが均一に混在された単一層で構成してもよいが、電子受容体と電子供与体との混合比を変えた複数層で構成してもよい。この場合、前述したような塗布後に不溶化できるような材料を用いることで形成することが可能となる。 The power generation layer (bulk heterojunction layer) 14 may be composed of a single layer in which an electron acceptor and an electron donor are uniformly mixed, but a plurality of layers in which the mixing ratio of the electron acceptor and the electron donor is changed. You may comprise. In this case, it can be formed by using a material that can be insolubilized after coating as described above.
(パターニング)
本発明に係る電極、発電層、正孔輸送層、電子輸送層等をパターニングする方法やプロセスには特に制限はなく、公知の手法を適宜適用することができる。
(Patterning)
The method and process for patterning the electrode, the power generation layer, the hole transport layer, the electron transport layer, and the like according to the present invention are not particularly limited, and known methods can be appropriately applied.
バルクヘテロジャンクション層、輸送層等の可溶性の材料であれば、ダイコート、ディップコート等の全面塗布後に不要部だけ拭き取ってもよいし、インクジェット法やスクリーン印刷等の方法を使用して塗布時に直接パターニングしてもよい。 If it is a soluble material such as a bulk heterojunction layer and a transport layer, only unnecessary portions may be wiped after the entire surface of die coating, dip coating, etc., or direct patterning at the time of coating using a method such as an ink jet method or screen printing. May be.
電極材料等の不溶性の材料の場合は、電極を真空堆積時にマスク蒸着を行ったり、エッチングまたはリフトオフ等の公知の方法によってパターニングしたりすることができる。また、別の基板上に形成したパターンを転写することによってパターンを形成してもよい。 In the case of an insoluble material such as an electrode material, the electrode can be subjected to mask vapor deposition during vacuum deposition or patterned by a known method such as etching or lift-off. Alternatively, the pattern may be formed by transferring a pattern formed on another substrate.
そこで、このワイヤの傾斜特性及び銅−亜鉛−ニッケル三元合金めっき層の存在を確認すべく、以下の測定を実施した。 Therefore, the following measurements were performed in order to confirm the inclination characteristics of the wire and the presence of the copper-zinc-nickel ternary alloy plating layer.
XPS(X−ray photoelectron microscopy)による測定銅−亜鉛−ニッケル三元めっきワイヤを、最終湿式伸線前後について、本装置を用いて深さ方向での元素分布(濃度勾配)を調査した。本装置は、試料の測定面における元素濃度を測定、Arガスで試料表面を削り、また、削ったことでできた試料表面の新生面の元素濃度を測定するというルーチンを繰り返し、試料の深さ方向での元素の濃度勾配を分析するものである。 Measurement by XPS (X-ray photoelectron microscopy) The element distribution (concentration gradient) in the depth direction of the copper-zinc-nickel ternary plated wire was investigated before and after the final wet drawing using this apparatus. This device repeats the routine of measuring the element concentration on the measurement surface of the sample, scraping the sample surface with Ar gas, and measuring the element concentration on the new surface of the sample surface that has been formed by cutting, in the depth direction of the sample. The concentration gradient of the element is analyzed.
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to these.
実施例1
《ガスバリア性フィルムの作製》
〈ガスバリア性フィルム1の作製〉
(支持体)
支持体として、両面に易接着加工を施した厚さ125μmのポリエステルフィルム(帝人デュポンフィルム株式会社製、テトロンO3)を、170℃で30分アニール加熱処理した後、ポリエステルフィルムの表面側に平滑層を、裏面側にブリードアウト防止層を設けたものを用いた。
Example 1
<< Production of gas barrier film >>
<Preparation of gas barrier film 1>
(Support)
As a support, a 125 μm thick polyester film (Tetron O3, manufactured by Teijin DuPont Films, Ltd.) with easy-adhesion processing on both sides is annealed at 170 ° C. for 30 minutes, and then a smooth layer is formed on the surface of the polyester film. The one provided with a bleed-out prevention layer on the back side was used.
(平滑層の形成)
ポリエステルフィルムの表面側に、JSR株式会社製 UV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材 OPSTAR Z7501を塗布、乾燥後の膜厚が4μmになるようにワイヤーバーで塗布した後、乾燥条件;80℃、3分で乾燥後、空気雰囲気下、高圧水銀ランプ使用し、硬化条件;1.0J/cm2で硬化を行い、平滑層(クリアハードコート層:CHC層)を形成した。
(Formation of smooth layer)
On the surface side of the polyester film, a UV curable organic / inorganic hybrid hard coat material OPSTAR Z7501 manufactured by JSR Corporation was applied and applied with a wire bar so that the film thickness after drying was 4 μm. After drying for 3 minutes, using a high-pressure mercury lamp in an air atmosphere, curing was performed at a curing condition of 1.0 J / cm 2 to form a smooth layer (clear hard coat layer: CHC layer).
(ブリードアウト防止層の形成)
ポリエステルフィルムの裏面側に、JSR株式会社製 UV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材 OPSTAR Z7535を塗布、乾燥後の膜厚が4μmになるようにワイヤーバーで塗布した後、硬化条件;1.0J/cm2、空気下、高圧水銀ランプ使用し、乾燥条件;80℃、3分で硬化を行い、ブリードアウト防止層を形成した。
(Formation of bleed-out prevention layer)
On the back side of the polyester film, UV curing type organic / inorganic hybrid hard coating material OPSTAR Z7535 manufactured by JSR Corporation was applied, and after applying with a wire bar so that the film thickness after drying was 4 μm, curing conditions: 1.0 J / Cm 2 , using a high-pressure mercury lamp under air, drying conditions; curing was performed at 80 ° C. for 3 minutes to form a bleed-out prevention layer.
(シリカ前駆体層の形成)
この支持体上に、パーヒドロポリシラザンの20質量%ジブチルエーテル溶液(AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製、アクアミカNAX120−20、アミン触媒タイプ)とパーヒドロポリシラザンの20質量%ジブチルエーテル溶液(AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製、アクアミカNN120−20、無触媒タイプ)を1:4の質量比率で混合した溶液を用い、スピンコート(5000rpm、60秒)にて塗布後、80℃にて1分間乾燥することで、シリカ前駆体層を形成した。
(Formation of silica precursor layer)
On this support, a 20% by mass dibutyl ether solution of perhydropolysilazane (manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd., Aquamica NAX120-20, amine catalyst type) and a 20% by mass dibutyl ether solution of perhydropolysilazane (AZ Electronic Materials). By using a solution prepared by mixing a 1: 4 mass ratio of Aquamica NN120-20 (manufactured by Co., Ltd.) with spin coating (5000 rpm, 60 seconds) and then drying at 80 ° C. for 1 minute. A silica precursor layer was formed.
(ガスバリア層の形成)
さらに、ステージ可動型キセノンエキシマ照射装置(MDエキシマ社製、MECL−M−1−200)を用いて、エキシマランプを照射(エキシマ光強度:130mW/cm2(172nm)、エキシマ光源ランプと基材との距離:3mm、ステージ温度:100℃、処理環境:ドライ窒素雰囲気下、処理環境の酸素濃度:0.1%、ステージ可動速度10mm/秒で10回搬送)することで、少なくとも膜表面がシリカ(二酸化ケイ素)に転化したガスバリア層(300nm)を支持体上に形成した。
(Formation of gas barrier layer)
Further, excimer lamp irradiation (excimer light intensity: 130 mW / cm 2 (172 nm)), excimer light source lamp and substrate using stage movable xenon excimer irradiation device (MECL-M-1-200, manufactured by MD Excimer) Distance: 3 mm, stage temperature: 100 ° C., processing environment: dry nitrogen atmosphere, oxygen concentration in the processing environment: 0.1%, transported 10 times at a stage moving speed of 10 mm / sec), so that at least the film surface is A gas barrier layer (300 nm) converted to silica (silicon dioxide) was formed on the support.
ここで、膜厚は、TEM(Transmission Electron Microscope:透過電子顕微鏡)の断面写真により確認し、膜厚方向における膜組成は、スパッタ法とXPS表面分析を組み合わせることで確認できた。 Here, the film thickness was confirmed by a cross-sectional photograph of a TEM (Transmission Electron Microscope), and the film composition in the film thickness direction could be confirmed by a combination of sputtering and XPS surface analysis.
表面分析に用いるXPS表面分析装置としては、特に限定はなく、いかなる機種も使用することができるが、本実施例においてはVGサイエンティフィックス社製ESCALAB−200Rを用いた。X線アノードにはMgを用い、出力600W(加速電圧15kV、エミッション電流40mA)で測定した。 The XPS surface analyzer used for the surface analysis is not particularly limited, and any model can be used. In this example, ESCALAB-200R manufactured by VG Scientific, Inc. was used. Mg was used for the X-ray anode, and measurement was performed at an output of 600 W (acceleration voltage: 15 kV, emission current: 40 mA).
また、膜表面にOH基が存在していることは、スパッタ法とTof−SIMS(Time−Of−Flight Secondary Ion Spectrometry:飛行時間型二次イオン質量分析法)を組み合わせることで確認できた。 Further, the presence of OH groups on the film surface could be confirmed by combining the sputtering method and Tof-SIMS (Time-Of-Flight Secondary Ion Spectrometry).
続いて、金属酸化物として二酸化ケイ素を含む本発明のガスバリア層を設けたガスバリア性フィルムを23℃23%RHの環境下にて1日保管した。このときの絶対湿度は4.7g/m3と求められた。 Subsequently, the gas barrier film provided with the gas barrier layer of the present invention containing silicon dioxide as a metal oxide was stored for one day in an environment of 23 ° C. and 23% RH. The absolute humidity at this time was determined to be 4.7 g / m 3 .
(欠陥補修)
次に、乾燥エアー供給装置(エアープロ株式会社製、DAシリーズ)を用いて、露点−60℃(温度25℃)になるように反応系内を低湿環境に維持した。このときの絶対湿度は0.01g/m3と求められた。この低湿環境に維持した反応系内において、ガスバリア性フィルム上にエチルシアノアクリレートの2質量%アセトン溶液をディップ塗布後、アセトンにて洗浄し、そのまま低湿環境にて1時間乾燥することで、本発明のガスバリア性フィルム1を作製した。
(Defect repair)
Next, the inside of the reaction system was maintained in a low-humidity environment so that the dew point was −60 ° C. (temperature 25 ° C.) using a dry air supply device (DA Series, manufactured by Airpro Corporation). The absolute humidity at this time was determined to be 0.01 g / m 3 . In the reaction system maintained in this low humidity environment, a 2% by weight acetone solution of ethyl cyanoacrylate was dip coated on the gas barrier film, washed with acetone, and then dried in a low humidity environment for 1 hour. A gas barrier film 1 was prepared.
〈ガスバリア性フィルム2の作製〉
ガスバリア性フィルム1の作製において、ガスバリア層を設けたガスバリア性フィルムを60℃95%RH(絶対湿度:123g/m3)に維持したオーブン中に1分間投入した後、低湿環境下にてエチルシアノアクリレートと反応させた以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム2を作製した。
<Preparation of
In the production of the gas barrier film 1, the gas barrier film provided with the gas barrier layer was placed in an oven maintained at 60 ° C. and 95% RH (absolute humidity: 123 g / m 3 ) for 1 minute, and then ethyl cyano in a low humidity environment. A
〈ガスバリア性フィルム3の作製〉
ガスバリア性フィルム1の作製において、ガスバリア層を設けたガスバリア性フィルムを25℃40%RH(絶対湿度:9.2g/m3)の環境下にて1日保管した後、低湿環境下にてエチルシアノアクリレートと反応させた以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム3を作製した。
<Preparation of
In the production of the gas barrier film 1, the gas barrier film provided with the gas barrier layer was stored for one day in an environment of 25 ° C. and 40% RH (absolute humidity: 9.2 g / m 3 ), and then in a low humidity environment. A
〈ガスバリア性フィルム4の作製〉
ガスバリア性フィルム1の作製において、ガスバリア層を設けたガスバリア性フィルムを25℃25%RH(絶対湿度:5.8g/m3)の環境下にて1日保管した後、低湿環境下にてエチルシアノアクリレートと反応させた以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム4を作製した。
<Preparation of gas barrier film 4>
In the production of the gas barrier film 1, the gas barrier film provided with the gas barrier layer was stored for one day in an environment of 25 ° C. and 25% RH (absolute humidity: 5.8 g / m 3 ), and then in a low humidity environment. A gas barrier film 4 of the present invention was produced in the same manner except that it was reacted with cyanoacrylate.
〈ガスバリア性フィルム5の作製〉
ガスバリア性フィルム1の作製において、ガスバリア層を設けたガスバリア性フィルムを60℃90%RH(絶対湿度:117g/m3)に維持したオーブン中に1分間投入した後、低湿環境下にてエチルシアノアクリレートと反応させた以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム5を作製した。
<Preparation of gas barrier film 5>
In the production of the gas barrier film 1, the gas barrier film provided with the gas barrier layer was placed in an oven maintained at 60 ° C. and 90% RH (absolute humidity: 117 g / m 3 ) for 1 minute, and then ethyl cyano in a low humidity environment. A gas barrier film 5 of the present invention was produced in the same manner except that it was reacted with acrylate.
〈ガスバリア性フィルム6の作製〉
ガスバリア性フィルム3の作製において、低湿環境下にて反応させるエチルシアノアクリレートの代わりに、テトラエトキシシランの蒸気を用いた以外は同様にして、ガスバリア性フィルム6を作製した。
<Preparation of gas barrier film 6>
In the production of the
次に、低湿環境に維持した系内にてテトラエトキシシランを入れた容器を沸点(168℃)以下にて加熱することで、ゆっくりとテトラエトキシシランの蒸気を発生させ、ガスバリア層側が蒸気を受けるようにガスバリア性フィルムを設置し、テトラエトキシシランと10分間反応させた後、アセトンにて洗浄し、そのまま低湿環境にて1時間乾燥することで、本発明のガスバリア性フィルム6を作製した。 Next, in a system maintained in a low-humidity environment, the vessel containing tetraethoxysilane is heated at a boiling point (168 ° C.) or lower to slowly generate tetraethoxysilane vapor, and the gas barrier layer side receives the vapor. The gas barrier film was installed in this manner, reacted with tetraethoxysilane for 10 minutes, washed with acetone, and then dried in a low-humidity environment for 1 hour to produce the gas barrier film 6 of the present invention.
〈ガスバリア性フィルム7の作製〉
ガスバリア性フィルム6の作製において、テトラエトキシシランの蒸気を反応させる環境を20℃15%RH(絶対湿度:2.6g/m3)に調整した系内において行った以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム7を作製した。
<Preparation of gas barrier film 7>
The gas barrier film 6 was produced in the same manner except that it was carried out in a system in which the environment for reacting the tetraethoxysilane vapor was adjusted to 20 ° C. and 15% RH (absolute humidity: 2.6 g / m 3 ). A gas barrier film 7 was prepared.
〈ガスバリア性フィルム8の作製〉
ガスバリア性フィルム6の作製において、低湿環境下にて反応させるテトラエトキシシランの代わりに、トリクロロメチルシランを用い、処理後、さらにホットプレート上120℃にて加熱した以外は同様にして、ガスバリア性フィルム8を作製した。
<Preparation of gas barrier film 8>
In the production of the gas barrier film 6, the gas barrier film was similarly used except that trichloromethylsilane was used instead of tetraethoxysilane to be reacted in a low-humidity environment, and it was further heated on a hot plate at 120 ° C. after the treatment. 8 was produced.
次に、低湿環境に維持した反応系内において、本発明のガスバリア性フィルム上にトリクロロメチルシランの2質量%トルエン溶液をディップ塗布後、トルエン及びアセトンにて洗浄し、低湿環境にて風乾後、さらにホットプレート上で10分間120℃に加熱することで、本発明のガスバリア性フィルム8を作製した。 Next, in a reaction system maintained in a low-humidity environment, a 2% by weight toluene solution of trichloromethylsilane was applied on the gas barrier film of the present invention by dip coating, washed with toluene and acetone, air-dried in a low-humidity environment, Furthermore, the gas barrier film 8 of this invention was produced by heating at 120 degreeC on a hotplate for 10 minutes.
〈ガスバリア性フィルム9の作製〉
ガスバリア性フィルム8の作製において、低湿環境下にて反応させるトリクロロメチルシランの代わりにパーヒドロポリシラザンを用い、追加で付与するエネルギーとしてエキシマランプによる紫外線照射をステージ温度100℃、ステージ可動速度10mm/秒で2回搬送、の条件で行った以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム9を作製した。
<Preparation of gas barrier film 9>
In the production of the gas barrier film 8, perhydropolysilazane is used in place of trichloromethylsilane that is reacted in a low-humidity environment, and an ultraviolet ray is irradiated by an excimer lamp as an additional energy to be applied. The gas barrier film 9 of the present invention was produced in the same manner except that the film was transported twice.
〈ガスバリア性フィルム10の作製〉
ガスバリア性フィルム8の作製において、低湿環境として系内をドライ窒素雰囲気下にし、トリクロロメチルシランの代わりにチタンテトライソプロポキシド(マツモトファインケミカル株式会社製、オルガチックスTA−10)を用いてディップ塗布・洗浄後、ガスバリア性フィルムを真空オーブン中、減圧下(絶対湿度:0.005g/m3)120℃にて10分間加熱することで追加エネルギーを付与した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム10を作製した。
<Preparation of
In the production of the gas barrier film 8, the inside of the system is placed in a dry nitrogen atmosphere as a low-humidity environment, and dip coating is performed using titanium tetraisopropoxide (manufactured by Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd., ORGATICS TA-10) instead of trichloromethylsilane. After cleaning, the gas barrier property of the present invention was the same except that the gas barrier film was heated in a vacuum oven under reduced pressure (absolute humidity: 0.005 g / m 3 ) at 120 ° C. for 10 minutes to give additional energy.
〈ガスバリア性フィルム11の作製〉
ガスバリア性フィルム10の作製において、チタンテトライソプロポキシドの代わりにジルコニウムテトラノルマルプロポキシド(マツモトファインケミカル株式会社製、オルガチックスZA−40)を用いた以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム11を作製した。
<Preparation of
In the production of the
〈ガスバリア性フィルム12の作製〉
支持体として、表面側に平滑層、裏面側にブリードアウト防止層を設けた厚さ125μmのポリエステルフィルムを用いた。
<Preparation of
A 125 μm thick polyester film provided with a smooth layer on the front side and a bleed-out prevention layer on the back side was used as the support.
この支持体上に、大気圧プラズマCVD法(酸素ガス導入下、テトラエトキシシランを原料ガスに用い、基材温度100℃にて、原料ガス供給量とエネルギーの出力密度を調整)によって二酸化ケイ素膜を200nm形成した。 A silicon dioxide film is formed on the support by an atmospheric pressure plasma CVD method (with introduction of oxygen gas, using tetraethoxysilane as a raw material gas, and adjusting a raw material gas supply amount and energy output density at a base material temperature of 100 ° C.) Was formed to 200 nm.
続いて、二酸化ケイ素を含む本発明のガスバリア層を設けたガスバリア性フィルムを25℃40%RH(絶対湿度:9.2g/m3)の環境下にて1日保管した。 Subsequently, the gas barrier film provided with the gas barrier layer of the present invention containing silicon dioxide was stored for 1 day in an environment of 25 ° C. and 40% RH (absolute humidity: 9.2 g / m 3 ).
次に、ドライ窒素雰囲気下(絶対湿度:0.3g/m3)、100℃において、テトラエトキシシランの蒸気とガスバリア層表面を10分間反応させることで、本発明のガスバリア性フィルム12を作製した。
Next, the
〈ガスバリア性フィルム13の作製〉
ガスバリア性フィルム12の作製において、大気圧プラズマCVD法の代わりに真空プラズマCVD法によって二酸化ケイ素膜を形成したガスバリア性フィルムを25℃60%RH(絶対湿度:13.8g/m3)の環境下にて1日保管後、ドライ窒素雰囲気下で、60℃に加温したヘキサメチルジシラザンの2質量%トルエン溶液中に基材を10分間浸漬後、洗浄・風乾し、ホットプレート上120℃にて10分間加熱してから、最終的にガスバリア性フィルムを真空オーブン中、減圧下(絶対湿度:0.001g/m3)120℃にて1時間加熱した以外は同様にして、本発明のガスバリア性フィルム13を作製した。
<Preparation of
In the production of the
〈ガスバリア性フィルム14の作製〉
ガスバリア性フィルム7の作製において、テトラエトキシシランの蒸気を反応させる環境を20℃20%RH(絶対湿度:3.5g/m3)に調整した系内において行った以外は同様にして、比較のガスバリア性フィルム14を作製した。
<Preparation of
In the production of the gas barrier film 7, the comparison was performed in the same manner except that it was performed in a system in which the environment for reacting the vapor of tetraethoxysilane was adjusted to 20 ° C. and 20% RH (absolute humidity: 3.5 g / m 3 ). A
〈ガスバリア性フィルム15の作製〉
ガスバリア性フィルム13の作製において、スパッタ法によってITO膜からなるガスバリア層を形成した上に、ドライ窒素雰囲気下で、特許文献6(WO2008/57045号パンフレット)に記載の方法を参考にして、酸化アルミニウム粒子層を設けることで、比較のガスバリア性フィルム15を作製した。
<Preparation of
In the production of the
〈ガスバリア性フィルム16の作製〉
ガスバリア性フィルム3の作製において、パーヒドロポリシラザン塗布膜の転化処理により二酸化ケイ素を含むガスバリア層を形成したガスバリア性フィルムを25℃40%RH(絶対湿度:9.2g/m3)の環境下にて1日保管後、そのまま25℃40%RH(絶対湿度:9.2g/m3)の環境下にて、テトラエトキシシランの3質量%エタノール酸性水溶液をディップ塗布後、風乾したこと以外は同様にして、比較のガスバリア性フィルム16を作製した。
<Preparation of
In the production of the
〈ガスバリア性フィルム17の作製〉
ガスバリア性フィルム13の作製において、真空プラズマCVD法によって二酸化ケイ素膜を形成したガスバリア性フィルムを25℃40%RH(絶対湿度:9.2g/m3)の環境下にて1日保管後、本発明の補修プロセスを行わなかったこと以外は同様にして、比較のガスバリア性フィルム17を作製した。
<Preparation of
In the production of the
〈ガスバリア性フィルム18の作製〉
ガスバリア性フィルム3の作製と同様にして、パーヒドロポリシラザン塗布膜の転化処理により二酸化ケイ素を含むガスバリア層を形成したガスバリア性フィルムを25℃40%RH(絶対湿度:9.2g/m3)の環境下にて1日保管後、本発明の補修プロセスを行わなかったこと以外は同様にして、比較のガスバリア性フィルム18を作製した。
<Preparation of
In the same manner as the production of the
《ガスバリア性フィルムの評価》
得られたガスバリア性フィルムについて、下記のようにして即、ウェットサーモ(60℃、90%RH)処理後、屈曲後のガスバリア性(水蒸気透過率)の評価を行った。
<< Evaluation of gas barrier film >>
The obtained gas barrier film was immediately subjected to wet thermo (60 ° C., 90% RH) treatment and then evaluated for gas barrier properties (water vapor permeability) after bending as described below.
〈ガスバリア性の評価〉
ガスバリア性の指標として水蒸気透過率(WVTR(g/m2/day))について、下記のようにして測定した。
<Evaluation of gas barrier properties>
The water vapor permeability (WVTR (g / m 2 / day)) was measured as follows as an index of gas barrier properties.
(屈曲処理)
ガスバリア性フィルムのガスバリア層の面を外側にして、ガスバリア性フィルムを20mmφの曲率になるように、180度の角度で50回屈曲を繰り返した。
(Bending treatment)
The gas barrier film was repeatedly bent 50 times at an angle of 180 degrees so that the surface of the gas barrier layer of the gas barrier film was on the outside and the curvature of the gas barrier film was 20 mmφ.
(装置)
蒸着装置:日本電子(株)製真空蒸着装置JEE−400
恒温恒湿度オーブン:Yamato Humidic ChamberIG47M
レーザー顕微鏡:KEYENCE VK−8500
原子間力顕微鏡(AFM):Digital Instruments社製DI3100
(原材料)
水分と反応して腐食する金属:カルシウム(粒状)
水蒸気不透過性の金属:アルミニウム(φ3〜5mm、粒状)
(評価用セルの作製)
ガスバリア性フィルムのガスバリア層面に、真空蒸着装置(日本電子製真空蒸着装置 JEE−400)を用い、透明導電膜を蒸着させたい部分(12mm×12mmを9箇所)以外をマスクし、金属カルシウムを蒸着させた。
(apparatus)
Vapor deposition apparatus: Vacuum vapor deposition apparatus JEE-400 manufactured by JEOL Ltd.
Constant temperature and humidity oven: Yamato Humidic Chamber IG47M
Laser microscope: KEYENCE VK-8500
Atomic force microscope (AFM): DI3100 manufactured by Digital Instruments
(raw materials)
Metal that reacts with water and corrodes: Calcium (granular)
Water vapor-impermeable metal: Aluminum (φ3-5mm, granular)
(Production of evaluation cell)
On the gas barrier layer surface of the gas barrier film, a vacuum vapor deposition device (JEOL vacuum vapor deposition device JEE-400) is used to mask other than the portion where the transparent conductive film is to be deposited (12 mm x 12 mm is 9 locations), and metal calcium is deposited. I let you.
その後、真空状態のままマスクを取り去り、シート片側全面にアルミニウムをもう一つの金属蒸着源から蒸着させた。アルミニウム封止後、真空状態を解除し、速やかに乾燥窒素ガス雰囲気下で、厚さ0.2mmの石英ガラスに封止用紫外線硬化樹脂(ナガセケムテックス製)を介してアルミニウム封止側と対面させ、紫外線を照射することで、評価用セルを作製した。 Thereafter, the mask was removed in a vacuum state, and aluminum was deposited from another metal deposition source on the entire surface of one side of the sheet. After aluminum sealing, the vacuum state is released, and immediately facing the aluminum sealing side through a UV-curable resin for sealing (made by Nagase ChemteX) on quartz glass with a thickness of 0.2 mm in a dry nitrogen gas atmosphere The cell for evaluation was produced by irradiating with ultraviolet rays.
得られた両面を封止したガスバリア性フィルムを60℃、90%RHの高温高湿下で保存し、特開2005−283561号公報に記載の方法(カルシウム法)に基づき、金属カルシウムの腐蝕量からセル内に透過した水分量を計算した。 The obtained gas barrier film with both sides sealed is stored under high temperature and high humidity of 60 ° C. and 90% RH, and based on the method (calcium method) described in JP-A-2005-283561, the corrosion amount of metallic calcium The amount of moisture permeated into the cell was calculated.
なお、ガスバリア性フィルムのガスバリア層の表面から以外の水蒸気の透過がないことを確認するため、比較試料としてガスバリア性フィルムの代わりに、厚さ0.2mmの石英ガラス板を用いて金属カルシウムを蒸着した試料を、同様な60℃、90%RHの高温高湿下保存を行い、2000時間経過後でも金属カルシウム腐蝕が発生しないことを確認した。 In addition, in order to confirm that there is no permeation of water vapor other than from the surface of the gas barrier layer of the gas barrier film, metal calcium is deposited using a quartz glass plate having a thickness of 0.2 mm instead of the gas barrier film as a comparative sample. The obtained samples were stored under the same high temperature and high humidity conditions of 60 ° C. and 90% RH, and it was confirmed that no metallic calcium corrosion occurred even after 2000 hours.
作製したガスバリア性フィルムの製造方法を表1に、測定した水蒸気透過率(WVTR(g/m2/day))を表2に示す。 The manufacturing method of the produced gas barrier film is shown in Table 1, and the measured water vapor transmission rate (WVTR (g / m 2 / day)) is shown in Table 2.
表1、2より、本発明のガスバリア性フィルム1〜13は、いずれも高いガスバリア性を有しており、ウェットサーモ(60℃、90%RH)処理後、屈曲処理後も水蒸気透過率の劣化が小さいことが分かった。 As shown in Tables 1 and 2, the gas barrier films 1 to 13 of the present invention all have high gas barrier properties, and the water vapor transmission rate is deteriorated after the wet thermo (60 ° C., 90% RH) treatment and after the bending treatment. Was found to be small.
一方、比較のフィルム14〜18は、高いガスバリア性が得られない上に、ウェットサーモ処理後、屈曲処理後にガスバリア性が大幅に劣化することが分かり、本発明に比べて安定性が低いことが分かった。
On the other hand, it can be seen that the
実施例2
実施例1で作製したガスバリア性フィルムを用いて、下記の透明導電膜を有するガスバリア性フィルムを作製した。次いで、透明導電膜を有するガスバリア性フィルムを用いて、有機光電変換素子を作製した。
Example 2
Using the gas barrier film produced in Example 1, a gas barrier film having the following transparent conductive film was produced. Subsequently, the organic photoelectric conversion element was produced using the gas barrier film which has a transparent conductive film.
《透明導電膜を有するガスバリア性フィルムの作製》
プラズマ放電装置としては、電極が平行平板型のものを用い、この電極間に実施例1で作製した強制劣化させたガスバリア性フィルムを載置し、かつ、混合ガスを導入して薄膜形成を行った。
<< Production of gas barrier film having transparent conductive film >>
As the plasma discharge apparatus, a parallel plate type electrode is used, and the gas barrier film subjected to forced deterioration produced in Example 1 is placed between the electrodes, and a mixed gas is introduced to form a thin film. It was.
なお、アース(接地)電極としては、200mm×200mm×2mmのステンレス板に高密度、高密着性のアルミナ溶射膜を被覆し、その後、テトラメトキシシランを酢酸エチルで希釈した溶液を塗布乾燥後、紫外線照射により硬化させ封孔処理を行い、このようにして被覆した誘電体表面を研磨し、平滑にして、Rmax;5μmとなるように加工した電極を用いた。 In addition, as a ground (ground) electrode, a 200 mm × 200 mm × 2 mm stainless steel plate is coated with a high-density, high-adhesion alumina sprayed film, and then a solution obtained by diluting tetramethoxysilane with ethyl acetate is applied and dried. The electrode was cured by ultraviolet irradiation and sealed, and the dielectric surface coated in this way was polished, smoothed, and processed to have an Rmax of 5 μm.
また、印加電極としては、中空の角型の純チタンパイプに対し、アース電極と同様の条件にて誘電体を被覆した電極を用いた。印加電極は複数作製し、アース電極に対向して設け放電空間を形成した。 Further, as the application electrode, an electrode obtained by coating a dielectric on a hollow square pure titanium pipe under the same conditions as the ground electrode was used. A plurality of application electrodes were prepared and provided to face the ground electrode to form a discharge space.
また、プラズマ発生に用いる電源としては、パール工業(株)製高周波電源CF−5000−13Mを用い、周波数13.56MHzで、5W/cm2の電力を供給した。 Moreover, as a power source used for plasma generation, a high frequency power source CF-5000-13M manufactured by Pearl Industry Co., Ltd. was used, and 5 W / cm 2 of power was supplied at a frequency of 13.56 MHz.
電極間に以下の組成の混合ガスを流し、プラズマ状態とし、ガスバリア性フィルムを大気圧プラズマ処理し、各ガスバリア層上に、錫ドープ酸化インジウム(ITO)膜を150nmの厚さで成膜することで、透明導電膜付のガスバリア性フィルムを作製した。 A mixed gas having the following composition is allowed to flow between the electrodes to form a plasma state, the gas barrier film is subjected to atmospheric pressure plasma treatment, and a tin-doped indium oxide (ITO) film is formed to a thickness of 150 nm on each gas barrier layer. Thus, a gas barrier film with a transparent conductive film was produced.
(プラズマ発生条件)
放電ガス:ヘリウム 98.5体積%
反応性ガス1:酸素 0.25体積%
反応性ガス2:インジウムアセチルアセトナート 1.2体積%
反応性ガス3:ジブチル錫ジアセテート 0.05体積%
《有機光電変換素子の作製》
得られた透明導電膜(150nm、シート抵抗10Ω/□)を有するガスバリア性フィルムに、フォトリソグラフィ技術と湿式エッチングとを用いて2mm幅にパターニングし第1の電極を形成した。
(Plasma generation conditions)
Discharge gas: Helium 98.5% by volume
Reactive gas 1: 0.25% by volume of oxygen
Reactive gas 2: Indium acetylacetonate 1.2% by volume
Reactive gas 3: Dibutyltin diacetate 0.05% by volume
<< Production of organic photoelectric conversion element >>
A gas barrier film having the obtained transparent conductive film (150 nm,
パターン形成した第1の電極(陽極)を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行い、透明基板を得た。 The pattern-formed first electrode (anode) is cleaned in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant and ultrapure water, followed by ultrasonic cleaning with ultrapure water, dried with nitrogen blow, and finally cleaned with ultraviolet ozone. A transparent substrate was obtained.
得られた透明基板の表面上に、導電性高分子であるBaytron P4083(スタルクヴィテック社製)を膜厚が30nmになるように塗布乾燥した後、150℃で30分間熱処理して正孔輸送層を製膜した。 On the surface of the obtained transparent substrate, Baytron P4083 (manufactured by Starck Vitec), which is a conductive polymer, is applied and dried to a film thickness of 30 nm, and then heat treated at 150 ° C. for 30 minutes to transport holes. Layers were formed.
これ以降は、各透明基板を窒素チャンバー中に持ち込み、窒素雰囲気下で作製した。 Thereafter, each transparent substrate was brought into a nitrogen chamber and produced in a nitrogen atmosphere.
まず、窒素雰囲気下で上記基板を150℃で10分間加熱処理した。次に、クロロベンゼンにP3HT(プレクトロニクス社製:レジオレギュラーポリ−3−ヘキシルチオフェン)とPCBM(フロンティアカーボン社製:6,6−フェニル−C61−ブチリックアシッドメチルエステル)を3.0質量%になるように1:0.8で混合した液を調製し、フィルタでろ過しながら、膜厚が100nmになるように塗布を行い、室温で放置して乾燥した。続いて、150℃で15分間加熱処理を行い、光電変換層を製膜した。 First, the substrate was heat-treated at 150 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere. Next, P3HT (manufactured by Prectronics: regioregular poly-3-hexylthiophene) and PCBM (manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd .: 6,6-phenyl-C61-butyric acid methyl ester) are added to chlorobenzene at 3.0% by mass. A liquid mixed at 1: 0.8 was prepared so that the film thickness was 100 nm, while being filtered through a filter, and allowed to dry at room temperature. Subsequently, heat treatment was performed at 150 ° C. for 15 minutes to form a photoelectric conversion layer.
次に、上記一連の機能層を製膜した透明基板を真空蒸着装置チャンバー内に移動し、1×10−4Pa以下まで真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度0.01nm/秒でフッ化リチウムを0.6nm積層し、さらに続いて2mm幅のシャドウマスクを通して(受光部が2×2mmになるように直行させて蒸着)、蒸着速度0.2nm/秒でAlメタルを100nm積層することで第2の電極(陰極)を形成した。 Next, the transparent substrate on which the series of functional layers has been formed is moved into the vacuum deposition apparatus chamber, the inside of the vacuum deposition apparatus is depressurized to 1 × 10 −4 Pa or less, and then the deposition rate is 0.01 nm / second. Laminate lithium fluoride at 0.6 nm, and then, through a 2 mm wide shadow mask (deposit the light receiving part so as to be 2 × 2 mm and deposit), deposit 100 nm of Al metal at a deposition rate of 0.2 nm / sec. Thus, a second electrode (cathode) was formed.
得られた有機光電変換素子を窒素チャンバーに移動し、以下の、封止用フィルムとUV硬化樹脂を用いて封止を行って、受光部が2×2mmサイズの有機光電変換素子を作製した。 The obtained organic photoelectric conversion element was moved to a nitrogen chamber and sealed using the following sealing film and UV curable resin to produce an organic photoelectric conversion element having a light receiving portion of 2 × 2 mm size.
(有機光電変換素子の封止)
窒素ガス(不活性ガス)によりパージされた環境下で、基板に用いたものと同じ2枚のガスバリア性フィルムのガスバリア層を設けた面を内側にして、シール材としてエポキシ系光硬化型接着剤をガスバリア層に塗布し、上記有機光電変換素子をガスバリア性フィルム間に挟み込んで密着した後、片側の基板側からUV光を照射して硬化した。こうして両面封止済みの有機光電変換素子を得た。
(Sealing of organic photoelectric conversion elements)
In an environment purged with nitrogen gas (inert gas), an epoxy-based photocurable adhesive as a sealing material with the gas barrier layer side of the same two gas barrier films used for the substrate facing inside Was applied to the gas barrier layer, and the organic photoelectric conversion element was sandwiched and adhered between the gas barrier films, and then cured by irradiating UV light from one side of the substrate. Thus, an organic photoelectric conversion element sealed on both sides was obtained.
《有機光電変換素子の評価》
(耐久性の評価)
上記作製した光電変換素子について、ソーラーシミュレーター(AM1.5Gフィルタ)の100mW/cm2の強度の光を照射し、有効面積を4.0mm2にしたマスクを受光部に重ね、IV特性を評価することで、短絡電流密度Jsc(mA/cm2)、開放電圧Voc(V)及びフィルファクターFF(%)を、同素子上に形成した4箇所の受光部をそれぞれ測定し、下記式1に従って求めたエネルギー変換効率PCE(%)の4点平均値を算出した。
<< Evaluation of organic photoelectric conversion element >>
(Durability evaluation)
About the produced photoelectric conversion element, the light of the intensity | strength of 100 mW / cm < 2 > of a solar simulator (AM1.5G filter) is irradiated, the mask which made the effective area 4.0mm < 2 > is piled up on a light-receiving part, and IV characteristic is evaluated. Thus, the short-circuit current density Jsc (mA / cm 2 ), the open-circuit voltage Voc (V), and the fill factor FF (%) are respectively measured at the four light receiving portions formed on the same element, and obtained according to the following formula 1. The four-point average value of the energy conversion efficiency PCE (%) was calculated.
(式1)
PCE(%)=〔Jsc(mA/cm2)×Voc(V)×FF(%)〕/100mW/cm2
初期電池特性としての変換効率を測定し、性能の経時的低下の度合いを、温度60℃、湿度90%RH環境で1000時間保存した加速試験後の変換効率残存率(変換効率/初期変換効率×100(%))により、下記基準で評価した。
(Formula 1)
PCE (%) = [Jsc (mA / cm 2 ) × Voc (V) × FF (%)] / 100 mW / cm 2
The conversion efficiency as the initial battery characteristics was measured, and the degree of deterioration with time in the conversion efficiency remaining rate after the accelerated test was stored for 1000 hours in a temperature of 60 ° C. and a humidity of 90% RH (conversion efficiency / initial conversion efficiency × 100 (%)), the following criteria were used for evaluation.
◎◎:80%以上
◎:70%以上、80%未満
○:40%以上、70%未満
△:20%以上、40%未満
×:20%未満
評価の結果を表3に示す。
◎: 80% or more ◎: 70% or more, less than 80% ○: 40% or more, less than 70% Δ: 20% or more, less than 40% ×: less than 20% Table 3 shows the evaluation results.
表3より、本発明の有機光電変換素子は、比較の有機光電変換素子に比べて、耐久性が著しく優れていることが分かった。 From Table 3, it was found that the organic photoelectric conversion element of the present invention was extremely superior in durability as compared with the comparative organic photoelectric conversion element.
10 バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子
11 基板
12 陽極
13 陰極
14 発電層(バルクヘテロジャンクション層)
14p p層
14i i層
14n n層
14′ 第1の発電層
15 電荷再結合層
16 第2の発電層
17 正孔輸送層
18 電子輸送層
20 有機光電変換素子
21 樹脂基材
22 バリア層
31 欠陥
32 捕集箇所
33 水
34 水と反応する材料
41 湿度のある環境
42 湿度のない環境
DESCRIPTION OF
14pp layer
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010268125A JP2012116960A (en) | 2010-12-01 | 2010-12-01 | Gas barrier film, method for producing the same, and organic electronic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010268125A JP2012116960A (en) | 2010-12-01 | 2010-12-01 | Gas barrier film, method for producing the same, and organic electronic device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012116960A true JP2012116960A (en) | 2012-06-21 |
Family
ID=46500192
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010268125A Pending JP2012116960A (en) | 2010-12-01 | 2010-12-01 | Gas barrier film, method for producing the same, and organic electronic device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012116960A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014037342A (en) * | 2012-07-12 | 2014-02-27 | Rohm & Haas Electronic Materials Llc | Thermal annealing process |
WO2016010117A1 (en) * | 2014-07-16 | 2016-01-21 | コニカミノルタ株式会社 | Gas barrier film, method for producing same, and electronic device using gas barrier film |
KR20170112247A (en) * | 2016-03-31 | 2017-10-12 | 주식회사 엘지화학 | Optical film and method for producing the same |
US20240044009A1 (en) * | 2020-12-23 | 2024-02-08 | Tocalo Co.,Ltd. | Coating film formation method |
-
2010
- 2010-12-01 JP JP2010268125A patent/JP2012116960A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014037342A (en) * | 2012-07-12 | 2014-02-27 | Rohm & Haas Electronic Materials Llc | Thermal annealing process |
WO2016010117A1 (en) * | 2014-07-16 | 2016-01-21 | コニカミノルタ株式会社 | Gas barrier film, method for producing same, and electronic device using gas barrier film |
KR20170112247A (en) * | 2016-03-31 | 2017-10-12 | 주식회사 엘지화학 | Optical film and method for producing the same |
KR102017268B1 (en) | 2016-03-31 | 2019-09-03 | 주식회사 엘지화학 | Optical film and method for producing the same |
US20240044009A1 (en) * | 2020-12-23 | 2024-02-08 | Tocalo Co.,Ltd. | Coating film formation method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5691175B2 (en) | Method for producing gas barrier film, gas barrier film, and organic photoelectric conversion element | |
JP5821637B2 (en) | Gas barrier film, method for producing gas barrier film, and organic photoelectric conversion element | |
JP5761030B2 (en) | Barrier film manufacturing method | |
JP5853954B2 (en) | Method for producing gas barrier film | |
JP5531892B2 (en) | Gas barrier film, method for producing gas barrier film, and organic electronic device having the gas barrier film | |
JP5585267B2 (en) | Gas barrier film, method for producing the same, and organic photoelectric conversion element using the same | |
JP5659477B2 (en) | Barrier film, manufacturing method thereof, and organic photoelectric conversion element | |
JP5447022B2 (en) | Gas barrier film, production method thereof, and organic photoelectric conversion element using the gas barrier film | |
JP5515847B2 (en) | Method for producing gas barrier film | |
JP5712509B2 (en) | Barrier film manufacturing method | |
JP2012000828A (en) | Gas barrier member, method for manufacturing gas barrier member and organic photoelectric conversion element with gas barrier member | |
JP5935263B2 (en) | Gas barrier film, method for producing gas barrier film, and organic electronic device having gas barrier film | |
JP5609885B2 (en) | Gas barrier film, method for producing gas barrier film, organic photoelectric conversion element having the gas barrier film, and solar cell having the organic photoelectric conversion element | |
JP5516582B2 (en) | Barrier film, organic photoelectric conversion element and method for producing barrier film | |
JP5640976B2 (en) | Gas barrier film and method for producing the same, and photoelectric conversion element using the same | |
JP5585592B2 (en) | Gas barrier film, method for producing gas barrier film, organic photoelectric conversion element having gas barrier film, and solar cell having the element | |
JP2012116960A (en) | Gas barrier film, method for producing the same, and organic electronic device | |
JP5861376B2 (en) | Gas barrier film, method for producing gas barrier film, and electronic device having gas barrier film | |
JP5600981B2 (en) | Gas barrier film, method for producing organic device, and organic device | |
JP5696667B2 (en) | Organic photoelectric conversion element | |
JP5888314B2 (en) | Gas barrier film and electronic device using the gas barrier film | |
JP5487894B2 (en) | Gas barrier film and organic photoelectric conversion element | |
JP5578270B2 (en) | Gas barrier film, production method thereof, and organic photoelectric conversion element using the gas barrier film |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20121101 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20130415 |