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JP5761030B2 - Barrier film manufacturing method - Google Patents

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JP5761030B2
JP5761030B2 JP2011546043A JP2011546043A JP5761030B2 JP 5761030 B2 JP5761030 B2 JP 5761030B2 JP 2011546043 A JP2011546043 A JP 2011546043A JP 2011546043 A JP2011546043 A JP 2011546043A JP 5761030 B2 JP5761030 B2 JP 5761030B2
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礼子 小渕
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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EL素子や太陽電池、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を有するフィルム(以下、バリアフィルムと言う。)及びバリアフィルムを用いた各種デバイス用樹脂基板、および各種デバイス素子に関する。   The present invention mainly uses a film having a gas barrier property (hereinafter referred to as a barrier film) and a barrier film, which are used for a display material such as a package such as an electronic device, or a plastic substrate such as an organic EL element, a solar cell, and a liquid crystal. The present invention relates to various device resin substrates and various device elements.

従来より、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、酸化ケイ素等の金属酸化物の薄膜を形成したバリアフィルムは、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。また、包装用途以外にも液晶表示素子、太陽電池、有機エレクトロルミネッセンス(EL)基板等で使用されている。   Conventionally, a 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 articles 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. In addition to packaging applications, it is used in liquid crystal display elements, solar cells, organic electroluminescence (EL) substrates, and the like.

この様な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ほか、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、更に、ディスプレイ材料では光透過性が求められており、全く適用することができない。   Aluminum foil is widely used as a packaging material in such fields, but disposal after use has become a problem, and it is basically opaque and the contents can be confirmed from the outside. In addition, the display material is required to have optical transparency and cannot be applied at all.

特に、液晶表示素子、太陽電池などへの応用が進んでいる透明基板には、近年、軽量化、大型化という要求に加え、ロールツー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、重く割れやすく大面積化が困難な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板が採用され始めている。   In particular, transparent substrates that are being applied to liquid crystal display elements, solar cells, etc., in recent years, are capable of roll-to-roll production, long-term reliability and shape, in addition to demands for weight reduction and size increase. High demands such as high degree of freedom and the ability to display curved surfaces have been added, and film substrates such as transparent plastics have begun to be used instead of glass substrates that are heavy and easily broken.

しかしながら、透明プラスチック等のフィルム基板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、有機光電変換素子の基板として用いた場合、ガスバリア性が劣る基板を用いると水蒸気や空気が浸透して、性能が経時的に低下し易くなるという問題がある。   However, a film substrate such as a transparent plastic has a problem that gas barrier properties are inferior to glass. For example, when used as a substrate for an organic photoelectric conversion element, there is a problem that if a substrate with poor gas barrier properties is used, water vapor or air penetrates and the performance is likely to deteriorate with time.

この様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を形成してバリアフィルム基板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バリアフィルムとしてはプラスチックフィルム上に酸化ケイ素を蒸着したもの(例えば、特許文献1参照。)や酸化アルミニウムを蒸着したもの(例えば、特許文献2参照。)が知られている。しかし、蒸着による成膜は製膜速度が遅く、真空装置など大規模かつ高価な装置が必要となるため、生産効率が著しく低いという問題がある。   In order to solve such problems, it is known to form a metal oxide thin film on a film substrate to form a barrier film substrate. As a barrier film used for a packaging material or a liquid crystal display element, a film obtained by vapor-depositing silicon oxide on a plastic film (for example, see Patent Document 1) or a film obtained by vapor-depositing aluminum oxide (for example, see Patent Document 2). Are known. However, the film formation by vapor deposition has a problem that the film production speed is low and a large-scale and expensive apparatus such as a vacuum apparatus is required, so that the production efficiency is extremely low.

一方、高いガスバリア性を実現する技術としては以下の技術が知られている。   On the other hand, the following techniques are known as techniques for realizing high gas barrier properties.

蒸着法の代わりに、ポリシラザンを主成分とする塗布液を塗布後、表面処理する方法でガスバリア性層を形成する方法が知られている(例えば、特許文献3、4参照。)。これらは、ポリシラザンの単一膜に真空プラズマ処理を施す技術であるが、いずれの技術も、有機光電変換素子や有機EL素子等の高度なガスバリア層が要求されるものには不十分なものであり、例えば、水蒸気透過率として、1×10−2g/m・day以上が要求される。Instead of vapor deposition, a method is known in which a gas barrier layer is formed by applying a surface treatment after applying a coating liquid containing polysilazane as a main component (see, for example, Patent Documents 3 and 4). These are techniques for applying a vacuum plasma treatment to a single polysilazane film, but none of these techniques are sufficient for those requiring a high gas barrier layer such as organic photoelectric conversion elements and organic EL elements. Yes, for example, a water vapor transmission rate of 1 × 10 −2 g / m 2 · day or more is required.

また、バリア層に屈曲性を備えさせる技術としては、特許文献5の技術が知られている。ポリマーからなる基板と、無機酸化膜からなるバリア層との間に有機膜を挿入して積層構造とすることにより、有機層に応力緩和能を持たせる方法である。しかし、この構成の場合、応力緩和層となる有機層はガスバリア性が低いため、膜全体としてのガスバリア性は上記目標を達成するに至るものではなかった。また、上記目標を達成するために複数の積層構造を構築しなければならず生産性が著しく低いものであった。   As a technique for providing a barrier layer with flexibility, the technique of Patent Document 5 is known. In this method, an organic film is inserted between a substrate made of a polymer and a barrier layer made of an inorganic oxide film to form a laminated structure, thereby giving the organic layer stress relaxation ability. However, in this configuration, since the organic layer serving as the stress relaxation layer has a low gas barrier property, the gas barrier property of the entire film did not reach the above target. Further, in order to achieve the above target, a plurality of laminated structures must be constructed, and the productivity is extremely low.

またこの場合、有機膜と無機膜という親和性の低い界面が複数重なることとなり、折り曲げに対する強度が低いという問題があった。   Further, in this case, a plurality of low affinity interfaces of the organic film and the inorganic film are overlapped, and there is a problem that the strength against bending is low.

ポリシラザンを用い真空紫外線照射等の転化処理により、クラックが発生し難たく、且つ、ガスバリア性の高い基板フィルムを形成する方法が開示されている(特許文献6,7参照。)。特許文献6では、樹脂フィルムの表面にポリシラザンを塗布し、転化処理し、形成した膜を複数積層することにより、一方、特許文献7では、ポリシラザンに触媒を用いて塗布し、転化処理を施すことによりガラス様の透明被膜を形成する方法が、そしてこれらの処理を複数回行うことが開示されている。   There has been disclosed a method of forming a substrate film that is difficult to crack and has a high gas barrier property by conversion treatment such as vacuum ultraviolet irradiation using polysilazane (see Patent Documents 6 and 7). In Patent Document 6, polysilazane is applied to the surface of a resin film, converted, and a plurality of formed films are laminated. On the other hand, in Patent Document 7, the catalyst is applied to polysilazane and converted. Discloses a method for forming a glass-like transparent coating, and performing these treatments multiple times.

何れも、各層を形成する毎に転化処理を施す方法であり、同一の層を繰り返し積層する方法が開示されているが、未だ十分なガスバリア性と耐久性を有するものではなかった。   In any case, a conversion process is performed every time each layer is formed, and a method of repeatedly laminating the same layer is disclosed, but it still does not have sufficient gas barrier properties and durability.

特開平2−251429号公報JP-A-2-251429 特開平6−124785号公報JP-A-6-124785 特開2007−237588号公報JP 2007-237588 A 特開2000−246830号公報JP 2000-246830 A 特開2009−28949号公報JP 2009-28949 A 特開2009−255040号公報JP 2009-255040 A 特表2009−503157号公報Special table 2009-503157

従って、本発明の目的は、きわめて高いバリア性能を達成でき、かつ折り曲げに耐え得
るバリアフィルムの製造法を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to a child provide extremely high barrier performance can be achieved, and manufacturing method of the barrier fill beam to withstand bending.

上記課題は、本発明の構成により達成することが出来た。   The above object could be achieved by the configuration of the present invention.

1.基板上に、少なくとも1層の触媒とケイ素化合物とを含有する下層と、その上に少なくとも1層のSiOを含有する上層とを有するガスバリア層を有するバリアフィルムの製造方法であって、基板上に少なくともポリシラザン化合物と触媒とを含有する下層を形成する工程、少なくともケイ素化合物を含有する上層を形成する工程および転化処理工程をこの順に含み、
前記転化処理工程が、上層を形成する工程の後にのみ行われることを特徴とするバリアフィルムの製造方法。
1. A method for producing a barrier film having a gas barrier layer having a lower layer containing at least one layer of a catalyst and a silicon compound and an upper layer containing at least one layer of SiO 2 on the substrate, the method comprising: Including a step of forming a lower layer containing at least a polysilazane compound and a catalyst, a step of forming an upper layer containing at least a silicon compound, and a conversion treatment step in this order,
The said conversion process process is performed only after the process of forming an upper layer, The manufacturing method of the barrier film characterized by the above-mentioned.

2.前記下層に、SiOが含有されていることを特徴とする請求項1に記載のバリアフィルムの製造方法2. The method for producing a barrier film according to claim 1, wherein the lower layer contains SiO 2 .

3.前記触媒が、アミン化合物またはパラジウム化合物であることを特徴とする請求項1または2に記載のバリアフィルムの製造方法3. The method for producing a barrier film according to claim 1, wherein the catalyst is an amine compound or a palladium compound.

.前記転化処理工程が、紫外線照射エキシマ法であることを特徴とする前記1〜3の何れか一項に記載のバリアフィルムの製造方法。 4 . The said conversion process process is an ultraviolet irradiation excimer method, The manufacturing method of the barrier film as described in any one of said 1-3 characterized by the above-mentioned.

本発明により、製造安定性、取り扱い性に優れ、且つ高いバリア性能を有するバリアフィルムを得ることができ、該バリアフィルムを有機光電変換素子用樹脂基板として用いることにより、耐久性に優れた有機光電変換素子を得ることができた。   According to the present invention, it is possible to obtain a barrier film having excellent production stability and handleability and having high barrier performance. By using the barrier film as a resin substrate for an organic photoelectric conversion element, an organic photoelectric converter having excellent durability can be obtained. A conversion element could be obtained.

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を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the solar cell which consists of a bulk hetero junction type organic photoelectric conversion element. 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。It is sectional drawing which shows the solar cell which consists of an organic photoelectric conversion element provided with a tandem-type bulk heterojunction layer. 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。It is sectional drawing which shows the solar cell which consists of an organic photoelectric conversion element provided with a tandem-type bulk heterojunction layer. 光センサアレイの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an optical sensor array.

本発明に係わるバリアフィルムについて説明する。   The barrier film according to the present invention will be described.

本発明は、基板上に少なくとも1層の触媒とケイ素化合物を含有する下層と、その上に少なくとも1層のSiOを含有する層を形成することにより高いガスバリア性と、柔軟で耐久性に優れたバリアフィルムを提供するものである。The present invention forms a lower layer containing at least one layer of a catalyst and a silicon compound on a substrate, and a layer containing at least one layer of SiO 2 on the substrate, thereby providing high gas barrier properties, flexibility and durability. A barrier film is provided.

以下、本発明においては、上記ケイ素化合物と該ケイ素化合物を改質する触媒とを含有する下層及びSiOを含有する上層を含めてガスバリア層と呼ぶ。Hereinafter, in the present invention, the lower layer containing the silicon compound and a catalyst for modifying the silicon compound and the upper layer containing SiO 2 are referred to as a gas barrier layer.

本発明は、この様なガスバリア層により、JISK7129B法に従って測定した水蒸気透過率が、10−4g/m/day以下、好ましくは10−5g/m/day以下であり、酸素透過率が0.01ml/m/day以下、好ましくは0.001ml/m/day以下であるガスバリア性に優れたバリアフィルムを提供するものである。In the present invention, with such a gas barrier layer, the water vapor transmission rate measured according to the JISK7129B method is 10 −4 g / m 2 / day or less, preferably 10 −5 g / m 2 / day or less, and the oxygen transmission rate There 0.01ml / m 2 / day or less, and preferably provides a superior barrier film gas barrier properties or less 0.001ml / m 2 / day.

〔触媒とケイ素化合物を含有する下層〕
本発明においては、基板上に、触媒とケイ素化合物を含有する下層が形成される。
[Lower layer containing catalyst and silicon compound]
In the present invention, a lower layer containing a catalyst and a silicon compound is formed on a substrate.

本発明におけるケイ素化合物とは、分子中にケイ素原子を含有し、触媒の存在下、空気中の酸素や水分により加水分解反応や酸化反応を行うことができる化合物をさす。   The silicon compound in the present invention refers to a compound containing a silicon atom in a molecule and capable of performing a hydrolysis reaction or an oxidation reaction with oxygen or moisture in the air in the presence of a catalyst.

本発明においては、以下に挙げるケイ素化合物を原料として用いて下層を形成することが好ましい。ケイ素化合物の原料や、触媒、更にはその一部がSiOH基へ変化した物質等を含むことにより、柔軟性を持つ膜を形成することができる。また含有する触媒としては、ケイ素化合物原料のSiOへの転化を促進する機能を有するものであり、代表的な物質を挙げると、酸、アルカリ、アミン化合物やパラジウム化合物等である。それにより、下層は全体としてSiOよりも柔軟な膜を形成し、強固なSiOを含有する上層が基板上に直接接することを防止することができる。In the present invention, it is preferable to form the lower layer using the following silicon compound as a raw material. A flexible film can be formed by including a raw material of a silicon compound, a catalyst, and a substance in which a part thereof is changed to a SiOH group. Further, the contained catalyst has a function of accelerating the conversion of the silicon compound raw material to SiO 2. Typical examples of the catalyst include acids, alkalis, amine compounds and palladium compounds. Thereby, the lower layer forms a film softer than SiO 2 as a whole, and the upper layer containing strong SiO 2 can be prevented from coming into direct contact with the substrate.

(ケイ素化合物)
本発明で用いることのできるケイ素化合物としては、好ましくは、パーヒドロポリシラザン、シルセスキオキサン、テトラメチルシラン、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラメトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシラザン、1,1−ジメチル−1−シラシクロブタン、トリメチルビニルシラン、メトキシジメチルビニルシラン、トリメトキシビニルシラン、エチルトリメトキシシラン、ジメチルジビニルシラン、ジメチルエトキシエチニルシラン、ジアセトキシジメチルシラン、ジメトキシメチル−3,3,3−トリフルオロプロピルシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、アリールトリメトキシシラン、エトキシジメチルビニルシラン、アリールアミノトリメトキシシラン、N−メチル−N−トリメチルシリルアセトアミド、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、メチルトリビニルシラン、ジアセトキシメチルビニルシラン、メチルトリアセトキシシラン、アリールオキシジメチルビニルシラン、ジエチルビニルシラン、ブチルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、テトラビニルシラン、トリアセトキシビニルシラン、テトラアセトキシシラン、3−トリフルオロアセトキシプロピルトリメトキシシラン、ジアリールジメトキシシラン、ブチルジメトキシビニルシラン、トリメチル−3−ビニルチオプロピルシラン、フェニルトリメチルシラン、ジメトキシメチルフェニルシラン、フェニルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ジメチルイソペンチロキシビニルシラン、2−アリールオキシエチルチオメトキシトリメチルシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−アリールアミノプロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン、ジメチルエチキシフェニルシラン、ベンゾイロキシトリメチルシラン、3−メタクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、ジメチルエトキシ−3−グリシドキシプロピルシラン、ジブトキシジメチルシラン、3−ブチルアミノプロピルトリメチルシラン、3−ジメチルアミノプロピルジエトキシメチルシラン、2−(2−アミノエチルチオエチル)トリエトキシシラン、ビス(ブチルアミノ)ジメチルシラン、ジビニルメチルフェニルシラン、ジアセトキシメチルフェニルシラン、ジメチル−p−トリルビニルシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、ジエチルメチルフェニルシラン、ベンジルジメチルエトキシシラン、ジエトキシメチルフェニルシラン、デシルメチルジメトキシシラン、ジエトキシ−3−グリシドキシプロピルメチルシラン、オクチロキシトリメチルシラン、フェニルトリビニルシラン、テトラアリールオキシシラン、ドデシルトリメチルシラン、ジアリールメチルフェニルシラン、ジフェニルメチルビニルシラン、ジフェニルエトキシメチルシラン、ジアセトキシジフェニルシラン、ジベンジルジメチルシラン、ジアリールジフェニルシラン、オクタデシルトリメチルシラン、メチルオクタデシルジメチルシラン、ドコシルメチルジメチルシラン、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザン、1,4−ビス(ジメチルビニルシリル)ベンゼン、1,3−ビス(3−アセトキシプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3,5−トリメチル−1,3,5−トリビニルシクロトリシロキサン、1,3,5−トリス(3,3,3−トリフルオロプロピル)−1,3,5−トリメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、1,3,5,7−テトラエトキシ−1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等、あるいはこれらを原料として形成される化合物を挙げることができる。
(Silicon compound)
The silicon compound that can be used in the present invention is preferably perhydropolysilazane, silsesquioxane, tetramethylsilane, trimethylmethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, trimethylethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, Methyltriethoxysilane, tetramethoxysilane, tetramethoxysilane, hexamethyldisiloxane, hexamethyldisilazane, 1,1-dimethyl-1-silacyclobutane, trimethylvinylsilane, methoxydimethylvinylsilane, trimethoxyvinylsilane, ethyltrimethoxysilane, Dimethyldivinylsilane, dimethylethoxyethynylsilane, diacetoxydimethylsilane, dimethoxymethyl-3,3,3-trifluoropropylsilane, 3, , 3-trifluoropropyltrimethoxysilane, aryltrimethoxysilane, ethoxydimethylvinylsilane, arylaminotrimethoxysilane, N-methyl-N-trimethylsilylacetamide, 3-aminopropyltrimethoxysilane, methyltrivinylsilane, diacetoxymethylvinylsilane , Methyltriacetoxysilane, aryloxydimethylvinylsilane, diethylvinylsilane, butyltrimethoxysilane, 3-aminopropyldimethylethoxysilane, tetravinylsilane, triacetoxyvinylsilane, tetraacetoxysilane, 3-trifluoroacetoxypropyltrimethoxysilane, diaryldimethoxy Silane, butyldimethoxyvinylsilane, trimethyl-3-vinylthiopropylsilane, phenyl Trimethylsilane, dimethoxymethylphenylsilane, phenyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyldimethoxymethylsilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, dimethylisopentyloxyvinylsilane, 2-aryloxyethylthiomethoxytrimethylsilane, 3-glycyl Sidoxypropyltrimethoxysilane, 3-arylaminopropyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, heptadecafluorodecyltrimethoxysilane, dimethylethoxyphenylsilane, benzoyloxytrimethylsilane, 3-methacryloxypropyldimethoxymethylsilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, dimethylethoxy-3-glycidoxyp Propylsilane, dibutoxydimethylsilane, 3-butylaminopropyltrimethylsilane, 3-dimethylaminopropyldiethoxymethylsilane, 2- (2-aminoethylthioethyl) triethoxysilane, bis (butylamino) dimethylsilane, divinylmethylphenyl Silane, diacetoxymethylphenylsilane, dimethyl-p-tolylvinylsilane, p-styryltrimethoxysilane, diethylmethylphenylsilane, benzyldimethylethoxysilane, diethoxymethylphenylsilane, decylmethyldimethoxysilane, diethoxy-3-glycidoxy Propylmethylsilane, octyloxytrimethylsilane, phenyltrivinylsilane, tetraaryloxysilane, dodecyltrimethylsilane, diarylmethylphenylsilane Diphenylmethylvinylsilane, diphenylethoxymethylsilane, diacetoxydiphenylsilane, dibenzyldimethylsilane, diaryldiphenylsilane, octadecyltrimethylsilane, methyloctadecyldimethylsilane, docosylmethyldimethylsilane, 1,3-divinyl-1,1,3 3-tetramethyldisiloxane, 1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisilazane, 1,4-bis (dimethylvinylsilyl) benzene, 1,3-bis (3-acetoxypropyl) tetra Methyldisiloxane, 1,3,5-trimethyl-1,3,5-trivinylcyclotrisiloxane, 1,3,5-tris (3,3,3-trifluoropropyl) -1,3,5-trimethyl Cyclotrisiloxane, octamethylcyclotetrasilo Sun, 1,3,5,7 tetraethoxy-1,3,5,7-tetramethyl cyclotetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, etc., or they may include compounds which are formed as a raw material.

シルセスキオキサンとしては、Mayaterials社製Q8シリーズのOctakis(tetramethylammonium)pentacyclo−octasiloxane−octakis(yloxide)hydrate;Octa(tetramethylammonium)silsesquioxane、Octakis(dimethylsiloxy)octasilsesquioxane、Octa[[3−[(3−ethyl−3−oxetanyl)methoxy]propyl]dimethylsiloxy]octasilsesquioxane;Octaallyloxetane silsesquioxane、Octa[(3−Propylglycidylether)Dimethylsiloxy]Silsesquioxane;Octakis[[3−(2,3−epoxypropoxy)propyl] dimethylsiloxy]octasilsesquioxane、Octakis[[2−(3,4−epoxycyclohexyl)ethyl]dimethylsiloxy]octasilsesquioxane、Octakis[2−(vinyl)dimethylsiloxy]silsesquioxane;Octakis(dimethylvinylsiloxy)octasilsesquioxane、Octakis[(3−hydroxypropyl)dimethylsiloxy]octasilsesquioxane、Octa[(methacryloylpropyl)dimethylsilyloxy]silsesquioxane Octakis[(3−methacryloxypropyl)dimethylsiloxy] octasilsesquioxane等が挙げられる。   The silsesquioxane, Mayaterials manufactured by Q8 series of Octakis (tetramethylammonium) pentacyclo-octasiloxane-octakis (yloxide) hydrate; Octa (tetramethylammonium) silsesquioxane, Octakis (dimethylsiloxy) octasilsesquioxane, Octa [[3 - [(3-ethyl- 3-oxetylyl) methyoxy] propyl] dimethylsiloxy] octasilsesquioxane; Octalyloxetanes sesquioxane, Octa [(3-Propylglycidylether) Dim thylsiloxy] Silsesquioxane; Octakis [[3- (2,3-epoxypropoxy) propyl] dimethylsiloxy] octasilsesquioxane, Octakis [[2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl] dimethylsiloxy] octasilsesquioxane, Octakis [2- (vinyl) dimethylsiloxy] silsesquioxane Octakis (dimethylvinylsyloxy) octasilsesquioxane, Octakis [(3-hydroxypropyl) dimethylsyloxy] octasilsesquioxane, Octa [(metha ryloylpropyl) dimethylsilyloxy] silsesquioxane Octakis [(3-methacryloxypropyl) dimethylsiloxy] octasilsesquioxane and the like.

なかでも常温で液体であるケイ素化合物が好ましく、パーヒドロポリシラザン、シルセスキオキサンなどがより好ましく用いられる。   Of these, silicon compounds that are liquid at room temperature are preferable, and perhydropolysilazane, silsesquioxane, and the like are more preferably used.

(触媒)
本発明に用いられる触媒としては、例えば、特開平7−196986号、同11−105187号に記載の金属微粒子、例えば、Au、Ag、Pd、Al等の金属微粒子、特開平6−299118号に記載の金属カルボン酸塩類、例えば、Ni、Pt、Ti、等を含むカルボン酸塩、特開平6−306329号に記載の金属錯体、例えば、Pd、Ni、Pt等のアセチルアセトナト錯体等、特開平9−157544号、同9−31333号等に記載のアミン化合物又は/及び酸類、例えば、1〜3級アルキルアミン、アリールアミン、ピリジン類等のヘテロ環アミン等と脂肪族カルボン酸、無機酸等、を挙げることが出来る。
(catalyst)
Examples of the catalyst used in the present invention include metal fine particles described in JP-A Nos. 7-196986 and 11-105187, for example, metal fine particles such as Au, Ag, Pd, and Al, and JP-A No. 6-299118. Metal carboxylates described, for example, carboxylates containing Ni, Pt, Ti, etc., metal complexes described in JP-A-6-306329, for example, acetylacetonate complexes such as Pd, Ni, Pt, etc. Amine compounds and / or acids described in Kaihei 9-157544, 9-31333, etc., for example, heterocyclic amines such as primary to tertiary alkylamines, arylamines, pyridines, etc., aliphatic carboxylic acids, inorganic acids Etc.

中でも1〜3級アルキルアミンが好ましい。触媒機能としては反応速度は速すぎても塗膜の平滑性や緻密性が維持できないため、適度に触媒機能を発現する3級アルキルアミンがより好ましく用いられる。   Of these, primary to tertiary alkylamines are preferred. As the catalyst function, even if the reaction rate is too fast, the smoothness and denseness of the coating film cannot be maintained. Therefore, a tertiary alkylamine that exhibits a suitable catalyst function is more preferably used.

さらにこれらの触媒は、製膜後に気化するとバリア層中に空孔が形成されてしまい、バリア性を発現できない恐れがある。これらの理由から触媒の沸点の調整も重要で、具体的には沸点が50℃以上であり、かつポリシラザン溶液の溶媒として用いられるジブチルエーテルとの相溶性も良好な、1,4−ジアミノブタン、N,N,N′,N′−テトラメチル−1,3−ジアミノプロパン、N,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N′,N′−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキサン 等のアミン類が好ましい。なかでも、N,N,N′,N′−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキサンが好ましく用いられる。   Furthermore, when these catalysts are vaporized after film formation, pores are formed in the barrier layer, and there is a possibility that the barrier property cannot be expressed. For these reasons, adjustment of the boiling point of the catalyst is also important. Specifically, 1,4-diaminobutane having a boiling point of 50 ° C. or higher and good compatibility with dibutyl ether used as a solvent for the polysilazane solution, N, N, N ′, N′-tetramethyl-1,3-diaminopropane, N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine, N, N, N ′, N′-tetramethyl-1,6 -Amines such as diaminohexane are preferred. Of these, N, N, N ′, N′-tetramethyl-1,6-diaminohexane is preferably used.

これらの触媒の機能としては、前記のケイ素化合物と前記触媒とを混在させることにより、Si−N−O−MやSi−N−O−C−M(Mは金属又はアミンを表す。)、Si−O−という結合形成を促進することが出来る。   As a function of these catalysts, Si—N—O—M or Si—N—O—C—M (M represents a metal or an amine), by mixing the silicon compound and the catalyst. Bond formation of Si—O— can be promoted.

本発明に特に好ましく用いられる触媒としては、金属パラジウム、パラジウム化合物およびアミン類である。   Catalysts particularly preferably used in the present invention are metallic palladium, palladium compounds and amines.

触媒の含有量としては、前記ケイ素化合物に対し0.0001質量%から50質量%、好ましくは0.01質量%から20質量%、さらに好ましくは0.1質量%から10質量%である。   The content of the catalyst is 0.0001% by mass to 50% by mass, preferably 0.01% by mass to 20% by mass, and more preferably 0.1% by mass to 10% by mass with respect to the silicon compound.

本発明で最も好ましく用いられるケイ素化合物としてはパーヒドロポリシラザンを挙げることができ、具体的には、無触媒のパーヒドロポリシラザンとして、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製 アクアミカ NN110、NN310、NN320等、アミン触媒を含有するパーヒドロポリシラザンとしては、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製 アクアミカ NAX120−20、NP110、NP140、SP140等、パラジウム触媒を含有するNL110A、NL120A、NL150A等、が挙げられる。これらのケイ素化合物を塗布する場合、塗布液成分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 silicon compound most preferably used in the present invention, perhydropolysilazane can be mentioned. Specifically, as non-catalyzed perhydropolysilazane, AZ Electronic Materials Co., Ltd. Aquamica NN110, NN310, NN320, etc., amine Examples of the perhydropolysilazane containing a catalyst include AZ Electronic Materials Co., Ltd. Aquamica NAX120-20, NP110, NP140, SP140, and the like, NL110A, NL120A, NL150A, etc. containing a palladium catalyst. When these silicon compounds are applied, it is preferable to use a solvent that does not easily contain water, such as xylene, dibutyl ether, solvesso, and terpenes, in order to suppress the reaction between the coating solution components and the water.

触媒とケイ素化合物を含有する塗布膜を積層する場合は、触媒の含有量は、基材側の層は多く、上層では少ないことが好ましい。このような組成の傾向は、バリアフィルムの折り曲げ耐性に反映され、本願の方法で作製されたバリアフィルムは折り曲げに対して性能劣化が少ない。   When laminating a coating film containing a catalyst and a silicon compound, the content of the catalyst is preferably large in the layer on the base material side and small in the upper layer. Such a tendency of the composition is reflected in the bending resistance of the barrier film, and the barrier film produced by the method of the present application has little performance deterioration against bending.

本発明に用いられるパーヒドロポリシラザンは、塗布液を塗布後、塗布液溶媒を乾燥しただけの層ではケイ素化合物への転化はほとんど進行しないため、良好なガスバリア性を得るためには、後述のような転化処理を要する。この転化処理により不純物を含まない緻密なガスバリア層を形成することが出来る。   In the perhydropolysilazane used in the present invention, after the coating solution is applied, the layer obtained by simply drying the coating solution solvent hardly undergoes conversion to the silicon compound. Conversion process is required. By this conversion treatment, a dense gas barrier layer containing no impurities can be formed.

一方、触媒をパーヒドロポリシラザンと混合した液を塗布後、塗布液溶媒を乾燥した層の場合には、触媒の効果によりパーヒドロポリシラザンの一部がケイ素化合物への転化が進行する。さらにこの触媒を含有した層を自然放置すると、触媒の効果により徐々に未反応のパーヒドロポリシラザンがケイ素化合物への転化が進行する。   On the other hand, in the case of a layer obtained by applying a liquid in which the catalyst is mixed with perhydropolysilazane and then drying the solvent of the coating liquid, a part of the perhydropolysilazane proceeds to a silicon compound due to the effect of the catalyst. Furthermore, when the layer containing this catalyst is allowed to stand naturally, the conversion of unreacted perhydropolysilazane to a silicon compound proceeds gradually due to the effect of the catalyst.

このような層を下層に用いた場合は、溶媒に対する耐性を有しているため、上層の塗布、乾燥による積層を良好に行うことができるが、逆に触媒をパーヒドロポリシラザンに添加しない液を塗布後、塗布液溶媒を乾燥した層を下層に用いた場合は、乾燥した膜となりにくいため、上層を積層塗布した際に、上層塗布液溶媒に溶解する等、良好な上下層を形成することが困難である。   When such a layer is used for the lower layer, since it has resistance to the solvent, the upper layer can be satisfactorily laminated by coating and drying, but conversely, a solution that does not add the catalyst to perhydropolysilazane. After coating, when a layer in which the coating solution solvent is dried is used as the lower layer, it becomes difficult to form a dried film. Therefore, when the upper layer is laminated and coated, it forms a good upper and lower layer such as dissolving in the upper layer coating solution solvent. Is difficult.

〔SiOを含有する上層〕
次に、上層に形成するSiOを含有する層について記述する。
[Upper layer containing SiO 2 ]
Next, the layer containing SiO 2 formed in the upper layer will be described.

本発明の少なくとも上下層からなるガスバリア層を有するバリアフィルムの形成方法としては、先ず、基材上に少なくとも1層の触媒とケイ素化合物を含有する塗布液を塗布し下層を形成する。塗布後、触媒の作用により徐々にケイ素化合物は酸化或いは加水分解され、種々の混合物を形成することにより、柔軟な被膜が形成されるものと推定している。   As a method for forming a barrier film having a gas barrier layer comprising at least upper and lower layers according to the present invention, first, a coating solution containing at least one layer of a catalyst and a silicon compound is applied on a substrate to form a lower layer. It is presumed that after coating, the silicon compound is gradually oxidized or hydrolyzed by the action of the catalyst to form various mixtures, thereby forming a flexible film.

更にその上に、SiOを含有する上層を形成することにより上下層からなるガスバリア層とするものである。Further, an upper layer containing SiO 2 is formed thereon to form a gas barrier layer composed of upper and lower layers.

SiOを含有する上層の形成方法としては、(1)少なくともケイ素化合物を含有する塗布液を塗布し、酸化性ガス雰囲気下で転化処理することにより、SiOを含有する上層を形成する方法と、(2)ケイ素化合物を含有する気体に転化処理を施して気相法により、SiOを含有する上層を形成する方法とが挙げられる。The upper layer of the forming method containing SiO 2, (1) by coating a coating solution containing at least a silicon compound, by conversion processing in an oxidizing gas atmosphere, a method of forming a top layer containing SiO 2 (2) A method in which a gas containing a silicon compound is subjected to a conversion treatment and an upper layer containing SiO 2 is formed by a vapor phase method.

ここで上層に用いられるケイ素化合物としては、下層の形成に用いられるケイ素化合物と同様のものを用いることができる。また、下層に用いた触媒も上層の形成にも本発明の効果を阻害しない程度の微量は含有していても良いが、実質的に含まれないことがより好ましい。   Here, as the silicon compound used for the upper layer, the same silicon compound used for forming the lower layer can be used. Further, the catalyst used for the lower layer and the formation of the upper layer may contain a trace amount that does not inhibit the effect of the present invention, but it is more preferable that the catalyst is not substantially contained.

《塗布による形成方法》
これら上下層を何れも塗布により形成方法としては、任意の塗布方法が用いられる。具体例としては、スピンコート法、ロールコート法、フローコート法、インクジェット法、スプレーコート法、プリント法、ディップコート法、流延成膜法、バーコート法、グラビア印刷法等が挙げられる。下層及び上層の各塗布厚みは、例えば、乾燥後の厚みが好ましくは1nm〜100μm程度、さらに好ましくは10nm〜10μm程度、最も好ましくは10nm〜1μm程度となるように設定され得る。
<Formation method by coating>
Any coating method can be used as a method for forming these upper and lower layers by coating. Specific examples include a spin coating method, a roll coating method, a flow coating method, an ink jet method, a spray coating method, a printing method, a dip coating method, a casting film forming method, a bar coating method, and a gravure printing method. The coating thickness of the lower layer and the upper layer can be set, for example, such that the thickness after drying is preferably about 1 nm to 100 μm, more preferably about 10 nm to 10 μm, and most preferably about 10 nm to 1 μm.

(紫外線処理)
本発明の製造方法の改質処理に好ましく用いられる手段としては、紫外線照射があげられる。紫外光のエネルギーで無機化合物の分子結合を解離させバリア性の高い無機層に再結合するためには、光が化合物に吸収され、そのエネルギーが分子結合エネルギーより高いことが重要である。
(UV treatment)
As a means preferably used for the modification treatment of the production method of the present invention, there is ultraviolet irradiation. In order to dissociate the molecular bond of the inorganic compound by the energy of ultraviolet light and recombine with the inorganic layer having a high barrier property, it is important that the light is absorbed by the compound and its energy is higher than the molecular bond energy.

(転化処理工程)
本発明におおける転化処理工程とは、ケイ素化合物をSiOに転化する所謂セラミックス転化処理工程を指す。
(Conversion process)
The conversion treatment step in the present invention refers to a so-called ceramic conversion treatment step for converting a silicon compound into SiO 2 .

上層を上記(1)の塗布法により形成した後、ケイ素化合物をSiOへ転化する転化処理としては、例えば、加熱処理、UVオゾン処理、プラズマ処理、紫外線照射処理等を挙げることが出来る。中でも、紫外線照射処理、特にエキシマ光の照射による転化処理が転化効率が良く本発明では好ましい。Examples of the conversion treatment for converting the silicon compound into SiO 2 after the upper layer is formed by the coating method (1) include heat treatment, UV ozone treatment, plasma treatment, and ultraviolet irradiation treatment. Among them, ultraviolet irradiation treatment, particularly conversion treatment by excimer light irradiation is preferable in the present invention because of high conversion efficiency.

〈紫外線照射処理〉
本発明に好ましく用いられる紫外線照射処理について説明する。紫外線(紫外光と同義)によって生成されるオゾンや活性酸素原子は高い酸化能力を有しており、低温で高い緻密性と絶縁性を有する酸化ケイ素膜を作製することが可能である。
<Ultraviolet irradiation treatment>
The ultraviolet irradiation treatment preferably used in the present invention will be described. Ozone and active oxygen atoms generated by ultraviolet light (synonymous with ultraviolet light) have high oxidation ability, and a silicon oxide film having high density and insulation can be produced at low temperature.

この紫外線照射により、基板が加熱され、SiO化(セラミックス転化)に寄与するOとHOや、紫外線吸収剤、ポリシラザン自身が励起、活性化されるため、ポリシラザンのセラミックス化が促進され、また得られるセラミックス膜が一層緻密になる。紫外線照射は、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。This UV irradiation heats the substrate and excites and activates O 2 and H 2 O, which contribute to SiO 2 conversion (ceramic conversion), UV absorbers, and polysilazane itself. Also, the resulting ceramic film becomes denser. Irradiation with ultraviolet rays is effective at any time after the formation of the coating film.

本発明に係る方法では、常用されているいずれの紫外線発生装置でも使用することが可能である。   In the method according to the present invention, any commonly used ultraviolet ray generator can be used.

なお、本発明において、「紫外線」とは、具体的には、400nm以下の波長を有する紫外線(UV光)やX線、電子線を含む輻射線をいうが、後述する真空紫外線(10〜200nm)処理以外の紫外線照射処理の場合は、好ましくは210〜350nmの紫外線が用いられる。   In the present invention, “ultraviolet rays” specifically refers to ultraviolet rays (UV light) having a wavelength of 400 nm or less, radiation rays including X-rays and electron beams, and vacuum ultraviolet rays (10 to 200 nm described later). In the case of ultraviolet irradiation treatment other than the treatment, preferably 210 to 350 nm ultraviolet rays are used.

紫外線の照射は、照射される塗膜を担持している基板がダメージを受けない範囲で照射強度及び/又は照射時間を設定することができる。   Irradiation with ultraviolet rays can set irradiation intensity and / or irradiation time within a range in which the substrate carrying the film to be irradiated is not damaged.

基板としてプラスチックフィルムを用いた場合を例にとると、たとえば2kW(80W/cm×25cm)のランプを用い、基板表面の強度が20〜300mW/cm、好ましくは50〜200mW/cmになるように基板−ランプ間距離を設定し、0.1秒〜10分間の照射を行うことができる。Taking the case of using a plastic film as the substrate, for example, a lamp of 2 kW (80 W / cm × 25 cm) is used, and the strength of the substrate surface is 20 to 300 mW / cm 2 , preferably 50 to 200 mW / cm 2 . Thus, the distance between the substrate and the lamp can be set, and irradiation can be performed for 0.1 second to 10 minutes.

一般に、紫外線照射処理時の基板温度が150℃以上になると、プラスチックフィルム等の場合には基板が変形したり、その強度が劣化するなど、基板が損なわれる可能性がある。しかしながら、ポリイミド等の耐熱性の高いフィルム基板の場合にはより高温での処理が可能である。従って、この紫外線照射時の基板温度に一般的な上限はなく、基板の種類によって当業者が適宜設定することができる。   In general, when the substrate temperature during the ultraviolet irradiation treatment is 150 ° C. or higher, the substrate may be damaged in the case of a plastic film or the like, for example, the substrate may be deformed or its strength may be deteriorated. However, in the case of a film substrate having high heat resistance such as polyimide, processing at a higher temperature is possible. Therefore, there is no general upper limit to the substrate temperature at the time of ultraviolet irradiation, and it can be appropriately set by those skilled in the art depending on the type of substrate.

このような紫外線の発生方法としては、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、エキシマランプ(172nm、222nm、308nmの単一波長、例えば、ウシオ電機(株)製)、UV光レーザー、等が挙げられるが、特に限定されない。   Examples of such ultraviolet ray generation methods include metal halide lamps, high-pressure mercury lamps, low-pressure mercury lamps, xenon arc lamps, carbon arc lamps, and excimer lamps (single wavelengths of 172 nm, 222 nm, and 308 nm, for example, USHIO INC. )), UV light laser, and the like.

紫外線照射は、バッチ処理にも連続処理にも適合可能であり、被塗布基板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、ポリシラザン塗膜を表面に有する基板を上記のような紫外線発生源を具備した紫外線焼成炉で処理することができる。紫外線焼成炉自体は一般に知られており、例えば、アイグラフィクス(株)製を使用することができる。また、ポリシラザン塗膜を表面に有する基板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紫外線発生源を具備した乾燥ゾーンで連続的に紫外線を照射することによりセラミックス化することができる。紫外線照射に要する時間は、塗布される基板やコーティング組成物の組成、濃度にもよるが、一般に0.1秒〜10分、好ましくは0.5秒〜3分である。   The ultraviolet 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 substrate having a polysilazane coating film on the surface can be processed in an ultraviolet baking furnace equipped with an ultraviolet source as described above. The ultraviolet baking furnace itself is generally known, and for example, it is possible to use those manufactured by I-Graphics Co., Ltd. In addition, when the substrate having a polysilazane coating on the surface is in the form of a long film, it is converted into ceramics by continuously irradiating ultraviolet rays in the drying zone equipped with the ultraviolet ray generation source as described above while being conveyed. can do. The time required for ultraviolet irradiation is generally 0.1 seconds to 10 minutes, preferably 0.5 seconds to 3 minutes, although it depends on the composition and concentration of the substrate to be applied and the coating composition.

〈真空紫外線照射処理〉
本発明において、さらに好ましい転化処理の方法として、真空紫外線照射による処理が挙げられる。真空紫外線照射による処理は、シラザン化合物内の原子間結合力より大きい10〜200nmの光エネルギーを用い、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、直接切断しながら活性酸素やオゾンによる酸化反応を進行させることで、比較的低温で、SiOを含有する上層の形成を行うことが出来る。
<Vacuum ultraviolet irradiation treatment>
In the present invention, a more preferable conversion treatment method includes treatment by vacuum ultraviolet irradiation. The treatment by vacuum ultraviolet irradiation uses light energy of 10 to 200 nm, which is larger than the interatomic bonding force in the silazane compound, and oxidation by active oxygen or ozone while directly cutting the bonds of the atoms by the action of only photons called photon processes. By allowing the reaction to proceed, an upper layer containing SiO 2 can be formed at a relatively low temperature.

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.

1.エキシマ発光とは、Xe,Kr,Ar,Neなど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、放電など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→Xe +Xe
となり、励起されたエキシマ分子であるXe 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。
1. Excimer light emission is called an inert gas because atoms of rare gases such as Xe, Kr, Ar, and Ne do not form a molecule by chemically bonding. However, a rare gas atom (excited atom) that has gained energy by discharge or the like can combine with other atoms to form a molecule. 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.

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。   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。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. This micro discharge spreads over the entire tube wall, and is a discharge that 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。   As a method for efficiently obtaining excimer light emission, electrodeless field discharge can be used in addition to dielectric barrier discharge.

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。ランプと電極およびその配置は基本的には誘電体バリア放電と同じで良いが、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。   Electrodeless electric field discharge by capacitive coupling, also called RF discharge. The lamp and electrodes and their arrangement may be basically the same as for 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など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など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 provide 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出来、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無い。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 simply by providing an external electrode on a part of the lamp outer surface. 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。したがって、非常に安価な光源を提供できる。   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. Therefore, a very inexpensive light source can be provided.

二重円筒型ランプは内外管の両端を接続して閉じる加工をしているため、細管ランプに比べ取り扱いや輸送で破損しやすい。   Since the double cylindrical lamp is processed by connecting both ends of the inner and outer tubes, it is more likely to be damaged during handling and transportation than a thin tube lamp.

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良いが、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. Also, if the curved surface is made into a mirror surface with aluminum, it also 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膜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など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 film can be modified in a short time. Therefore, compared with low-pressure mercury lamps with wavelengths 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. .

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、紫外線領域で単一波長でエネルギーを照射するため、解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。このため、熱の影響を受けやすいとされるPETなどのフレシキブルフィルム材料に適している。   Since the excimer lamp has high light generation efficiency, it can be lit with low power. In addition, light having a long wavelength that causes a temperature rise due to light is not emitted, and energy is irradiated at a single wavelength in the ultraviolet region, so that the rise in the surface temperature of the object to be fired is suppressed. For this reason, it is suitable for flexible film materials such as PET that are easily affected by heat.

《真空紫外光の照射強度》
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および/または膜質の良化(高密度化)が可能である。
<Irradiation intensity of vacuum ultraviolet light>
If the irradiation intensity is high, the probability that the photons and chemical bonds in the polysilazane 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).

但し、照射時間を長くしすぎると平面性の劣化やバリア性フィルム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、照射強度の絶対値が重要になる場合もある。   However, if the irradiation time is too long, the flatness may be deteriorated and other materials of the barrier film may be damaged. In general, the progress of the reaction is considered by the integrated light amount represented by the product of the irradiation intensity and the irradiation time, but the absolute value of the irradiation intensity may be important.

従って、本発明ではVUV照射工程において、基材のダメージ、ランプやランプユニットの部材のダメージを抑制し、改質効率を上昇させ、バリア性能を向上の両方を併せて達成する観点から、少なくとも1回は50mW/cm〜200mW/cm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。Therefore, in the present invention, in the VUV irradiation process, at least 1 is selected from the viewpoint of suppressing both damage to the base material and damage to the members of the lamp and the lamp unit, increasing the reforming efficiency, and improving the barrier performance. times, it is preferable to carry out the reforming process which gives the maximum irradiation intensity of 50mW / cm 2 ~200mW / cm 2 .

(真空紫外光(VUV)の照射時間)
真空紫外光(VUV)を照射する照射時間は、任意に設定可能であるが、基材ダメージや膜欠陥生成の観点および生産性の観点から、光照射工程での照射時間は0.1秒〜1分間が好ましく、更に好ましくは、0.5秒〜0.5分である。
(Vacuum ultraviolet (VUV) irradiation time)
The irradiation time for irradiation with vacuum ultraviolet light (VUV) can be arbitrarily set, but from the viewpoint of substrate damage and film defect generation and productivity, the irradiation time in the light irradiation process is 0.1 second to One minute is preferable, and more preferably 0.5 seconds to 0.5 minutes.

(真空紫外光(VUV)照射時の酸素濃度)
真空紫外光(VUV)を照射する際の、酸素濃度は300ppm〜10000ppm(1%)とすることが好ましく、更に好ましくは、500ppm〜5000ppmである。
(Oxygen concentration during irradiation with vacuum ultraviolet light (VUV))
The oxygen concentration at the time of irradiation with vacuum ultraviolet light (VUV) is preferably 300 ppm to 10000 ppm (1%), more preferably 500 ppm to 5000 ppm.

前記の酸素濃度の範囲に調整することにより、酸素過多のバリア膜の生成を防止してバリア性の劣化を防止することができる。   By adjusting the oxygen concentration within the above range, it is possible to prevent the generation of an excessive oxygen barrier film and to prevent the deterioration of the barrier property.

真空紫外光(VUV)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。   A gas other than oxygen is preferably a dry inert gas upon irradiation with vacuum ultraviolet light (VUV), and dry nitrogen gas is particularly preferred from the viewpoint of cost.

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。   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.

〈プラズマ処理〉
本発明に用いられるプラズマ処理は、後述のプラズマCVD法における場合の原材料の供給を行わず、プラズマ状態になりやすい放電ガスを供給しながら、プラズマ放電処理を行う。
<Plasma treatment>
In the plasma treatment used in the present invention, plasma discharge treatment is performed while supplying a discharge gas that tends to be in a plasma state without supplying raw materials in the case of a plasma CVD method described later.

反応ガスとして、酸化性を有する酸素を供給することで、酸化反応を進めることができる。放電ガスとしては、窒素ガスおよび/または周期表の第18属原子、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等が用いられる。これらの中でも窒素、ヘリウム、アルゴンが好ましく用いられ、特に窒素がコストも安く好ましい。   By supplying oxygen having an oxidizing property as the reaction gas, the oxidation reaction can be advanced. As the discharge gas, nitrogen gas and / or 18th group atom of the periodic table, specifically, helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, etc. are used. Among these, nitrogen, helium, and argon are preferably used, and nitrogen is particularly preferable because of low cost.

《気相法によるSiOを含有する上層の形成》
本発明のバリアフィルムの形成方法として、上層を前記(2)の気相法による形成方法について説明する。
<< Formation of upper layer containing SiO 2 by vapor phase process >>
As a method for forming the barrier film of the present invention, the method for forming the upper layer by the vapor phase method (2) will be described.

気相法としては、スパッタリング法、イオンアシスト法、プラズマCVD法、大気圧または大気圧近傍の圧力下でのプラズマCVD法等を適用することが好ましく、特に大気圧プラズマCVDによる方法は、減圧チャンバー等が不要で、高速製膜ができ生産性の高い製膜方法であり好ましい。   As the vapor phase method, it is preferable to apply a sputtering method, an ion assist method, a plasma CVD method, a plasma CVD method under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure, and the method using atmospheric pressure plasma CVD is particularly preferable. And the like, and a high-speed film formation method that is highly productive is preferable.

スパッタリング法、イオンアシスト法、プラズマCVD法では、バリア性の高い膜を形成できる反面、製膜工程において、パーティクルと呼ばれる微粒子状の異物が発生し、ガスバリア層中あるいは表面に付着し欠陥を生じやすい欠点がある。   The sputtering method, ion assist method, and plasma CVD method can form a film having a high barrier property. On the other hand, fine particles called particles are generated in the film forming process, and are easily attached to or on the surface of the gas barrier layer. There are drawbacks.

本発明のバリアフィルムは、この様な欠陥が生じても、前述の触媒とケイ素化合物を有する下層の存在により、欠陥部からのガス透過を抑制することができ、より高いガスバリア性を実現できるものである。   Even if such a defect occurs, the barrier film of the present invention can suppress gas permeation from the defective part due to the presence of the lower layer having the catalyst and the silicon compound, and can realize higher gas barrier properties. It is.

〈プラズマCVD法〉
プラズマCVD法、大気圧または大気圧近傍の圧力下でのプラズマCVD法により得られるSiOを含有する上層は、原材料(原料ともいう)であるケイ素化合物、分解ガス、分解温度、投入電力などの条件を選ぶことで、形成することが出来る。
<Plasma CVD method>
The upper layer containing SiO 2 obtained by the plasma CVD method, or the plasma CVD method under atmospheric pressure or near atmospheric pressure is a raw material (also referred to as raw material) silicon compound, decomposition gas, decomposition temperature, input power, etc. It can be formed by selecting the conditions.

このような無機物の原料としては、典型または遷移金属元素を有していれば、常温常圧下で気体、液体、固体いずれの状態であっても構わない。気体の場合にはそのまま放電空間に導入できるが、液体、固体の場合は、加熱、バブリング、減圧、超音波照射等の手段により気化させて使用する。又、溶媒によって希釈して使用してもよく、溶媒は、メタノール、エタノール、n−ヘキサンなどの有機溶媒及びこれらの混合溶媒が使用出来る。尚、これらの希釈溶媒は、プラズマ放電処理中において、分子状、原子状に分解されるため、影響は殆ど無視することができる。   As such an inorganic material, as long as it has a typical or transition metal element, it may be in a gas, liquid, or solid state at normal temperature and pressure. In the case of gas, it can be introduced into the discharge space as it is, but in the case of liquid or solid, it is used after being vaporized by means such as heating, bubbling, decompression or ultrasonic irradiation. Moreover, you may dilute and use with a solvent and organic solvents, such as methanol, ethanol, n-hexane, and these mixed solvents can be used for a solvent. Since these diluted solvents are decomposed into molecular and atomic forms during the plasma discharge treatment, the influence can be almost ignored.

また、これらの金属を含む原料ガスを分解して無機化合物を得るための分解ガスとしては、水素ガス、メタンガス、アセチレンガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、窒素ガス、アンモニアガス、亜酸化窒素ガス、酸化窒素ガス、二酸化窒素ガス、酸素ガス、水蒸気、フッ素ガス、フッ化水素、トリフルオロアルコール、トリフルオロトルエン、硫化水素、二酸化硫黄、二硫化炭素、塩素ガスなどが挙げられる。   In addition, as a decomposition gas for decomposing a raw material gas containing these metals to obtain an inorganic compound, hydrogen gas, methane gas, acetylene gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, nitrogen gas, ammonia gas, nitrous oxide Examples include gas, nitrogen oxide gas, nitrogen dioxide gas, oxygen gas, water vapor, fluorine gas, hydrogen fluoride, trifluoroalcohol, trifluorotoluene, hydrogen sulfide, sulfur dioxide, carbon disulfide, and chlorine gas.

これらの反応性ガスに対して、主にプラズマ状態になりやすい放電ガスを混合し、プラズマ放電発生装置にガスを送りこむ。   A discharge gas that tends to be in a plasma state is mixed with these reactive gases, and the gas is sent to the plasma discharge generator.

このような放電ガスとしては、窒素ガスおよび/または周期表の第18属原子、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等が用いられる。これらの中でも窒素、ヘリウム、アルゴンが好ましく用いられ、特に窒素がコストも安く好ましい。   As such a discharge gas, nitrogen gas and / or 18th group atom of the periodic table, specifically, helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, etc. are used. Among these, nitrogen, helium, and argon are preferably used, and nitrogen is particularly preferable because of low cost.

上記放電ガスと反応性ガスを混合し、混合ガスとしてプラズマ放電発生装置(プラズマ発生装置)に供給することで膜形成を行う。放電ガスと反応性ガスの割合は、得ようとする膜の性質によって異なるが、混合ガス全体に対し、放電ガスの割合を50%以上として反応性ガスを供給する。   The discharge gas and the reactive gas are mixed, and a film is formed by supplying the mixed gas as a mixed gas to a plasma discharge generator (plasma generator). Although the ratio of the discharge gas and the reactive gas varies depending on the properties of the film to be obtained, the reactive gas is supplied with the ratio of the discharge gas being 50% or more with respect to the entire mixed gas.

本発明に係るSiOを含有する上層においては、無機化合物が、SiO(x=1.5〜2.0、y=0〜0.5)または、SiO、SiNまたはSiO(x=1〜2、y=0.1〜1)であることが好ましく、光線透過性及び後述する大気圧プラズマCVD適性の観点から、SiOであることが好ましい。In the upper layer containing SiO 2 according to the present invention, the inorganic compound is SiO x C y (x = 1.5 to 2.0, y = 0 to 0.5), SiO x , SiN y or SiO x. N y (x = 1 to 2, y = 0 to 1) is preferable, and SiO x is preferable from the viewpoint of light transmittance and suitability for atmospheric pressure plasma CVD described later.

本発明に係るケイ素化合物を有する層が含有する無機化合物は、例えば、上記有機ケイ素化合物に、更に酸素ガスや窒素ガスを所定割合で組み合わせて、O原子とN原子の少なくともいずれかと、Si原子とを含む膜を得ることができる。   The inorganic compound contained in the layer having a silicon compound according to the present invention includes, for example, a combination of oxygen gas and nitrogen gas in a predetermined ratio with the above organic silicon compound, and at least one of an O atom and an N atom, an Si atom, Can be obtained.

以上のように、上記のような原料ガスを放電ガスと共に使用することにより様々な無機薄膜を形成することができる。   As described above, various inorganic thin films can be formed by using the source gas as described above together with the discharge gas.

次いで、本発明のバリアフィルムの製造方法において、本発明に係るSiOを有する層の形成に好適に用いることのできる大気圧プラズマCVD法について、更に詳細に説明する。Next, the atmospheric pressure plasma CVD method that can be suitably used for forming the layer having SiO 2 in the method for producing a barrier film of the present invention will be described in more detail.

本発明に好ましく用いられる大気圧プラズマCVD法は、支持体近傍の空間に電界を印加し、プラズマ状態となった気体が存在する空間(プラズマ空間)を発生させ、揮発・昇華した有機金属化合物がこのプラズマ空間に導入されて分解反応が起きた後に支持体上に吹きつけられることにより、無機物の薄膜を形成するというものである。プラズマ空間内では、数%の高い割合の気体がイオンと電子に電離しており、ガスの温度は低く保たれるものの、電子温度は非常な高温のため、この高温の電子、あるいは低温ではあるがイオン・ラジカルなどの励起状態のガスと接するために無機膜の原料である有機金属化合物は低温でも分解することができる。したがって、無機物を製膜する支持体についても低温化することができ、樹脂フィルム支持体上へも十分製膜することが可能な製膜方法である。   In the atmospheric pressure plasma CVD method preferably used in the present invention, an electric field is applied to a space in the vicinity of a support to generate a space (plasma space) in which a gas in a plasma state exists, and a volatilized / sublimated organometallic compound is formed. After being introduced into this plasma space and undergoing a decomposition reaction, it is sprayed onto the support to form an inorganic thin film. In the plasma space, a high percentage of gas is ionized into ions and electrons, and although the temperature of the gas is kept low, the electron temperature is very high, so this high temperature electron or low temperature Is in contact with an excited state gas such as ions and radicals, so that the organometallic compound as the raw material of the inorganic film can be decomposed even at a low temperature. Therefore, it is a film forming method that can lower the temperature of the support on which the inorganic material is formed and can sufficiently form the film on the resin film support.

またこの方法によれば、樹脂フィルム基板上に前記SiOを含有する上層を形成させたときの膜密度が緻密であり、安定した性能を有する薄膜が得られる。Further, according to this method, a thin film having a dense film density and a stable performance can be obtained when the upper layer containing SiO 2 is formed on the resin film substrate.

プラズマ放電処理装置においては、ガス供給手段から、前記ケイ素化合物を含む原料ガス、分解ガスを適宜選択して、またこれらの反応性ガスに対して、主にプラズマ状態になりやすい放電ガスを混合してプラズマ放電発生装置にガスを送りこむことで前記の層を得ることができる。   In the plasma discharge treatment apparatus, the source gas containing the silicon compound and the decomposition gas are appropriately selected from the gas supply means, and the discharge gas that is likely to be in a plasma state is mixed with these reactive gases. The layer can be obtained by feeding a gas into the plasma discharge generator.

放電ガスとしては、前記のように窒素ガスおよび/または周期表の第18属原子、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等が用いられる。これらの中でも窒素、ヘリウム、アルゴンが好ましく用いられ、特に窒素がコストも安く好ましい。   As the discharge gas, nitrogen gas and / or 18th group atom of the periodic table, specifically helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, etc. are used as described above. Among these, nitrogen, helium, and argon are preferably used, and nitrogen is particularly preferable because of low cost.

本発明に適用できる大気圧プラズマ放電処理装置としては、例えば、特開2004−68143号公報、同2003−49272号公報、国際特許第02/48428号パンフレット等に記載されている大気圧プラズマ放電処理装置を挙げることができる。   As an atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus applicable to the present invention, for example, atmospheric pressure plasma discharge treatment described in JP-A-2004-68143, 2003-49272, International Patent No. 02/48428, etc. An apparatus can be mentioned.

本発明の転化処理工程は、下層、上層ともに行われても良いが、本発明の下層には前述の触媒が含有されるため下層の転化処理工程を省略することができる。下層の転化処理工程を省略することで、製造に関わる時間の短縮、生産設備の簡易化など製造コストを低くすることが可能であると同時に、柔軟性を維持した下層に、連続して上層を積層することで、上下層の層間密着性やパーヒドロポリシラザン層の転化処理工程における膜収縮の応力を緩和することにより、ガスバリアフィルムの屈曲耐性を高め、さらにはこれを用いた光電変換素子の耐久性を高めることができる。この場合、改質のための転化処理工程を上層積層後の1回で上下層の転化を進めることができるため、効率的である。   The conversion treatment step of the present invention may be performed for both the lower layer and the upper layer, but the lower layer conversion treatment step can be omitted because the lower layer of the present invention contains the aforementioned catalyst. By omitting the lower layer conversion process, it is possible to reduce the manufacturing cost by shortening the manufacturing time and simplifying the production equipment. At the same time, the upper layer is continuously added to the lower layer maintaining flexibility. By laminating, the bending resistance of the gas barrier film is increased by relaxing the interlaminar adhesion of the upper and lower layers and the film shrinkage stress in the conversion process of the perhydropolysilazane layer, and further the durability of the photoelectric conversion element using this Can increase the sex. In this case, the conversion process step for reforming is efficient because the upper and lower layers can be converted once after the upper layer is laminated.

本発明のバリアフィルムにおいては、SiOを含有する上層の形成方法としては、(2)の気相法に比べ、(1)の塗布法の方が接着性、表面性、生産性等の観点から好ましい。In the barrier film of the present invention, as a method for forming the upper layer containing SiO 2 , the coating method (1) is more advantageous in terms of adhesion, surface properties, productivity, etc. than the gas phase method (2). To preferred.

〈アニール〉
次に、塗布、転化或いは気相法により形成されたガスバリア層を形成した後、本発明においては、更に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30秒〜24時間程度、さらに好ましくは1分〜2時間程度である。このような範囲でアニールを行うことにより、ポリシラザンの一部が反応して分子が固定化され、良好な特性を有するバリアフィルムが得られる。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(昇温および/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%RHから90%RH、より好ましくは40%RHから80%RHである。
<Annealing>
Next, after the gas barrier layer formed by coating, conversion, or vapor phase method is formed, an embodiment in which annealing is further performed in the present invention is preferable. The annealing temperature is preferably 60 ° C to 200 ° C, more preferably 70 ° C to 160 ° C. The annealing time is preferably about 30 seconds to 24 hours, more preferably about 1 minute to 2 hours. By performing annealing in such a range, a part of polysilazane reacts to immobilize molecules, and a barrier film having good characteristics can be obtained. 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). During annealing, it is preferable to adjust the humidity in order to stabilize the reaction, and is usually 30% RH to 90% RH, more preferably 40% RH to 80% RH.

〈基板〉
次に本発明のバリアフィルムに用いられる基板について説明する。
<substrate>
Next, the board | substrate used for the barrier film of this invention is demonstrated.

基板としては、特に限定されるものではなく、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)、更には前記樹脂を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。   The substrate is not particularly limited. For example, acrylic ester, methacrylic 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, Heat-resistant transparent film (product name Sila-DEC, manufactured by Chisso Corporation) having silsesquioxane having an organic-inorganic hybrid structure as a basic skeleton, and a resin film formed by laminating two or more layers of the above resin Door can be.

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)などが好ましく用いることができる。基板の厚みは5〜500μm程度が好ましく、更に好ましくは25〜250μmである。   In terms of cost and availability, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC) and the like can be preferably used. The thickness of the substrate is preferably about 5 to 500 μm, more preferably 25 to 250 μm.

また、本発明に係るバリアフィルムの基板は透明であることが好ましい。基板が透明であり、基板上に形成する層も透明であることにより、透明なバリアフィルムとすることが可能となるため、有機EL素子や光電変換素子等の透明基板とすることも可能となるからである。   Moreover, it is preferable that the board | substrate of the barrier film which concerns on this invention is transparent. Since the substrate is transparent and the layer formed on the substrate is also transparent, a transparent barrier film can be obtained. Therefore, a transparent substrate such as an organic EL element or a photoelectric conversion element can be obtained. Because.

また、上記に挙げた樹脂等を用いた基板は、未延伸フィルムでもよく、延伸フィルムでもよい。   Further, the substrate using the above-described resin or the like may be an unstretched film or a stretched film.

また、本発明に係る基板においては、本発明のガスバリア層を形成する前に基板表面をコロナ放電処理、プラズマ処理、UVオゾン処理、エキシマ処理等の活性化処理を施しても良い。   In addition, in the substrate according to the present invention, the substrate surface may be subjected to activation treatment such as corona discharge treatment, plasma treatment, UV ozone treatment, and excimer treatment before forming the gas barrier layer of the present invention.

更に、本発明に係る基板表面には、下記に示す各種機能性層を有していても良い。   Furthermore, the substrate surface according to the present invention may have various functional layers shown below.

〈易接着層〉
基板上に形成されるガスバリア層との密着性を向上する目的で易接着層を形成してもよい。この易接着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、およ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。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基板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易接着層とすることができる。上記のアンカーコート剤の塗布量としては、0.1〜5g/m(乾燥状態)程度が好ましい。
<Easily adhesive layer>
An easy-adhesion layer may be formed for the purpose of improving the adhesion with the gas barrier layer formed on the substrate. Examples of the anchor coating agent used for the easy adhesion 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. One or two or more can be used in combination. Conventionally known additives can be added to these anchor coating agents. And the above-mentioned anchor coating agent is coated on a substrate by a known method such as roll coating, gravure coating, knife coating, dip coating, spray coating, etc. can do. The application amount of the anchor coating agent is preferably about 0.1 to 5 g / m 2 (dry state).

〈平滑層〉
基板上に形成されるガスバリア層の平面性を向上する目的から基板表面に平滑層を設けることが好ましい。
<Smooth layer>
For the purpose of improving the flatness of the gas barrier layer formed on the substrate, it is preferable to provide a smooth layer on the substrate surface.

平滑層は、突起等が存在する透明樹脂フィルム基板の粗面を平坦化し、あるいは、透明樹脂フィルム基板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。   The smooth layer is used to flatten the rough surface of the transparent resin film substrate where protrusions and the like are present, or to fill the unevenness and pinholes generated in the transparent inorganic compound layer by the protrusions existing on the transparent resin film substrate. Provided. 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.

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、成膜性向上およ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 the generation of pinholes in the film.

平滑層の平滑性は、JIS B 0601で規定される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。   The smoothness of the smooth layer is a value expressed by the surface roughness specified by JIS B 0601, and the maximum cross-sectional height Rt (p) is preferably 10 nm or more and 30 nm or less.

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.

〈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基板を加熱した際に、フィルム基板中から未反応のオリゴマーなどが表面へ移行して、接触する面を汚染してしまう現象を抑制する目的で、平滑層を有する基板の反対面に設けられる。
<Bleed-out prevention layer>
The bleed-out prevention layer is used for the purpose of suppressing the phenomenon that, when a film substrate having a smooth layer is heated, unreacted oligomers migrate from the film substrate to the surface and contaminate the contact surface. Provided on the opposite side of the substrate having a layer.

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。   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、マット剤等を含有しても良い。マット剤としては、平均粒子径が0.1〜5μm程度の無機粒子が好ましい。   As other additives, a matting agent or the like may be contained. As the matting agent, inorganic particles having an average particle diameter of about 0.1 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、ハードコート剤の固形分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 18 parts per 100 parts by mass of the solid content of the hard coat agent. It is desirable that they are mixed in a proportion of not more than mass parts, more preferably not more than 16 mass parts.

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、当該塗布液を基板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。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などから発せられる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。   The bleed-out preventing layer as described above is prepared as a coating solution by mixing a hard coating agent, a matting agent, and other components as necessary, and appropriately using a diluent solvent as necessary. It can be formed by coating the film surface with a conventionally known coating method and then curing it by irradiating with ionizing radiation. In addition, as a method of irradiating with ionizing radiation, ultraviolet rays having a wavelength region 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.

本発明におけるブリードアウト防止層の厚みとしては、1〜10μm、好ましくは2〜7μmであることが望ましい。1μm以上にすることにより、フィルムとしての耐熱性を十分なものにし易くなり、10μm以下にすることにより、平滑フィルムの光学特性のバランスを調整し易くなると共に、平滑層を透明高分子フィルムの一方の面に設けた場合におけるバリアフィルムのカールを抑え易くすることができるようになる。   The thickness of the bleed-out prevention layer in the present invention is 1 to 10 μm, preferably 2 to 7 μm. By making it 1 μm or more, it becomes easy to make the heat resistance as a film sufficient, and by making it 10 μm or less, it becomes easy to adjust the balance of the optical properties of the smooth film, and the smooth layer is one of the transparent polymer films. When it is provided on this surface, curling of the barrier film can be easily suppressed.

〔用途〕
本発明のバリアフィルムは、種々の封止用材料、封止用フィルムとして用いることができる。
[Use]
The barrier film of the present invention can be used as various sealing materials and sealing films.

また、本発明においては、ガスバリア層が、透明であることが好ましい。バリアフィルムの光透過率としては、例えば試験光の波長を550nmとしたとき透過率が80%以上のものが好ましく、90%以上が更に好ましい。   In the present invention, the gas barrier layer is preferably transparent. As the light transmittance of the barrier film, for example, when the wavelength of the test light is 550 nm, the transmittance is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more.

本発明のバリアフィルムを、例えば有機光電変換素子に用いる場合は、このバリアフィルムを支持体として用いてこの支持体側から太陽光の受光を行うように構成できる。即ち、このバリアフィルム上に、例えば、ITO等の透明導電性薄膜を透明電極として設け、有機光電変換素子用樹脂支持体を構成することができる。そして、支持体上に設けられたITO透明導電膜を陽極としてこの上に多孔質半導体層を設け、更に金属膜からなる陰極を形成して有機光電変換素子を形成し、この上に別の封止材料(本発明のバリアフィルムであってもよい。)を重ねて前記バリアフィルム基板と周囲を接着、素子を封じ込めることで有機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素子への影響を封じることが出来る。   When using the barrier film of this invention for an organic photoelectric conversion element, for example, it can comprise so that sunlight may be received from this support body side using this barrier film as a support body. That is, on this barrier film, for example, a transparent conductive thin film such as ITO can be provided as a transparent electrode to constitute a resin support for organic photoelectric conversion elements. Then, an ITO transparent conductive film provided on the support is used as an anode, a porous semiconductor layer is provided thereon, a cathode made of a metal film is further formed to form an organic photoelectric conversion element, and another seal is formed thereon. The organic photoelectric conversion element can be sealed by stacking a stopper material (which may be the barrier film of the present invention), adhering the barrier film substrate and the periphery, and encapsulating the element. The influence of the gas such as oxygen on the device can be sealed.

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い。この場合、バリアフィルム同士の封止は、フィルム膜厚が300μmを超えると封止作業時のフィルムの取り扱い性が悪化しインパルスシーラー等による熱融着が困難となるため膜厚としては300μm以下が望ましい。   As a method for sealing the two films, for example, a generally used impulse sealer heat-fusible resin layer is laminated, fused with an impulse sealer, and sealed. In this case, when the film thickness exceeds 300 μm, the barrier films are sealed with a film thickness of 300 μm or less because the film handleability at the time of sealing work is deteriorated and heat fusion with an impulse sealer or the like becomes difficult. desirable.

本発明のバリアフィルム上に透明導電膜を形成する方法としては、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。   As a method for forming a transparent conductive film on the barrier film of the present invention, it is manufactured 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. it can.

透明導電膜の膜厚としては、0.1nm〜1000nmの範囲の透明導電膜が好ましい。   As the film thickness of the transparent conductive film, a transparent conductive film in the range of 0.1 nm to 1000 nm is preferable.

《有機光電変換素子および太陽電池の構成》
次いで本発明のバリアフィルムの好ましい用途として、該フィルム上に透明導電膜を形成して有機光電変換素子用樹脂基板として用いた例について説明する。
<< Configuration of Organic Photoelectric Conversion Element and Solar Cell >>
Next, as a preferred application of the barrier film of the present invention, an example in which a transparent conductive film is formed on the film and used as a resin substrate for an organic photoelectric conversion element will be described.

先ず、有機光電変換素子を構成する有機光電変換素子材料各層(構成層)について説明する。   First, each layer (component layer) of the organic photoelectric conversion element material constituting the organic photoelectric conversion element will be described.

有機光電変換素子の好ましい態様を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。有機光電変換素子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層とも言う)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ればよい。   Although the preferable aspect of an organic photoelectric conversion element is demonstrated, this invention is not limited to these. There is no restriction | limiting in particular as an organic photoelectric conversion element, A power generation layer (a layer in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are mixed, a bulk heterojunction layer, or an i layer) sandwiched between the anode and the cathode is at least one layer. Any element that generates current when irradiated with light may be used.

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。
(i)陽極/発電層/陰極
(ii)陽極/正孔輸送層/発電層/陰極
(iii)陽極/正孔輸送層/発電層/電子輸送層/陰極
(iv)陽極/正孔輸送層/p型半導体層/発電層/n型半導体層/電子輸送層/陰極
(v)陽極/正孔輸送層/第1発光層/電子輸送層/中間電極/正孔輸送層/第2発光層/電子輸送層/陰極
ここで、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を形成していても良いし、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を形成しても良いが、バルクヘテロジャンクション構成の方が光電変換効率が高いため、好ましい。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。
The preferable specific example of the layer structure of an organic photoelectric conversion element is shown below.
(I) anode / power generation layer / cathode (ii) anode / hole transport layer / power generation layer / cathode (iii) anode / hole transport layer / power generation layer / electron transport layer / cathode (iv) anode / hole transport layer / P-type semiconductor layer / power generation layer / n-type semiconductor layer / electron transport layer / cathode (v) anode / hole transport layer / first light emitting layer / electron transport layer / intermediate electrode / hole transport layer / second light emitting layer Here, the power generation layer needs to contain a p-type semiconductor material capable of transporting holes and an n-type semiconductor material capable of transporting electrons, which are substantially two layers and heterojunction. Alternatively, a bulk heterojunction in a mixed state in one layer may be formed, but a bulk heterojunction configuration is preferable because of higher photoelectric conversion efficiency. A p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material used for the power generation layer will be described later.

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))の方が好ましい。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)であっても良い。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)であっても良い。   By sandwiching the power generation layer between the hole transport layer and the electron transport layer, the efficiency of taking out holes and electrons to the anode / cathode can be increased, so the configuration having them ((ii), (iii)) Is preferred. 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). It may be a configuration (also referred to as a pin configuration). 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.

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。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a solar cell composed of a bulk heterojunction organic photoelectric conversion element.

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。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。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。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。   In FIG. 1, light incident from the anode 12 through the substrate 11 is absorbed by the electron acceptor or electron donor in the bulk heterojunction layer of the power generation layer 14, and electrons move from the electron donor to the electron acceptor. A pair of holes and electrons (charge separation state) is formed. The generated electric charge is caused by an internal electric field, for example, when the work function of the anode 12 and the cathode 13 is different, the electrons pass between the electron acceptors and the holes are electron donors due to the potential difference between the anode 12 and the cathode 13. The photocurrent is detected by passing through different electrodes to different electrodes. For example, when the work function of the anode 12 is larger than that of the cathode 13, electrons are transported to the anode 12 and holes are transported to the cathode 13. 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 anode 12 and the cathode 13.

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、すなわち、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 substrate 11 is a member that holds the anode 12, the power generation layer 14, and the cathode 13 that are sequentially stacked. In the present embodiment, since light that is photoelectrically converted enters from the substrate 11 side, the substrate 11 can transmit the light that is photoelectrically converted, that is, with respect to the wavelength of the light to be photoelectrically converted. It is a transparent member.

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 power generation layer 14 is a layer that converts light energy into electrical energy, and includes a bulk heterojunction layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are mixed. The p-type semiconductor material functions relatively as an electron donor (donor), and the n-type semiconductor material functions relatively as an electron acceptor (acceptor).

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、いわゆる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、および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 power generation layer 14 has a so-called p-i-n three-layer configuration (FIG. 2). A normal bulk heterojunction layer is a single i layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor layer are mixed, but is sandwiched between a p-layer made of a single p-type semiconductor material and an n-layer made of a single n-type semiconductor material. As a result, the rectification of holes and electrons becomes higher, loss due to recombination of charge-separated holes and electrons is reduced, and higher photoelectric conversion efficiency can be obtained.

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。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。   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). 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 transparent electrode 12 and the first power generation layer 14 ′ are sequentially stacked on the substrate 11, the charge recombination layer 15 is stacked, the second power generation layer 16, and then the counter electrode 13 are stacked. By stacking, a tandem structure can be obtained. The second power generation layer 16 may be a layer that absorbs the same spectrum as the absorption spectrum of the first power generation layer 14 ′ or may be a layer that absorbs a different spectrum, but is preferably a layer that absorbs a different spectrum. Further, both the first power generation layer 14 ′ and the second power generation layer 16 may have the above-described three-layer structure of pin.

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替わって、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が構成とすることもできる。   Instead of the sandwich structure in the organic photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 for the purpose of improving the sunlight utilization rate (photoelectric conversion efficiency), a hole transport layer 14 and an electron transport layer 16 are respectively formed on a pair of comb-like electrodes. The back contact type organic photoelectric conversion element can be configured such that the photoelectric conversion unit 15 is disposed thereon.

以下に、これらの層を構成する材料について述べる。   Below, the material which comprises these layers is described.

〈有機光電変換素子材料〉
(p型半導体材料)
本発明の発電層(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。
<Organic photoelectric conversion element material>
(P-type semiconductor material)
Examples of the p-type semiconductor material used for the power generation layer (bulk heterojunction layer) 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, cacobiphenyl, 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号パンフレット、国際公開第03/28125号パンフレット、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-mentioned condensed polycycle include WO 03/16599 pamphlet, WO 03/28125 pamphlet, US Pat. No. 6,690,029, JP 2004-107216 A. A pentacene derivative having a substituent described in JP-A No. 2003-136964, a pentacene precursor described in US Patent Application Publication No. 2003/136964, and the like; Amer. Chem. Soc. , Vol127. No. 14.4986, J. Am. 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、WO2008000664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, p328, a polythiophene-thienothiophene copolymer described in WO2008000664, a polythiophene-diketopyrrolopyrrole copolymer described in WO2008000664, a polythiophene-thiazolothiazole copolymer described in Adv Mater, 2007p4160, Nature Mat. vol. 6 (2007), p497 described in PCPDTBT, etc., 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, oligomer materials instead of polymer materials include thiophene hexamer α-seccithiophene, α, ω-dihexyl-α-sexualthiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis ( Oligomers such as 3-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、高い移動度を達成することが可能な化合物が好ましい。   Among these compounds, compounds that have high solubility in organic solvents to the extent that solution processing is possible, can form a crystalline thin film after drying, and can achieve high mobility are preferable.

また、発電層上に電子輸送層を塗布で製膜する場合、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良い。   Further, 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、および特開2008−16834号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)材料など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. Alternatively, a soluble substituent reacts and becomes insoluble (pigmented) by applying energy such as heat, as described in US Patent Application Publication No. 2003/136964, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-16834. Materials etc. can be mentioned.

(n型半導体材料)
本発明の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 of 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), naphthalenetetracarboxylic anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, perylenetetracarboxylic acid diimide and other aromatic carboxylic acid anhydrides and imidized compounds thereof as a skeleton Etc.

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、およ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 with various p-type semiconductor materials at high speed (˜50 fs) and efficiently 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), and the like. 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7329709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-buty Rick 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, and cyclics such as US Pat. No. 7,329,709. It is preferable to use a fullerene derivative having a substituent and having improved solubility, such as fullerene having an ether group.

(正孔輸送層・電子ブロック層)
本発明の有機光電変換素子は、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)
The organic photoelectric conversion device of the present invention has a hole transport layer between the bulk heterojunction layer and the anode, and the charges generated in the bulk heterojunction layer can be taken out more efficiently. It is preferable.

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社製、商品名BaytronP等のPEDOT、ポリアニリン及びそのドープ材料、WO2006019270号等に記載のシアン化合物、などを用いることができる。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。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。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。   As a material constituting these layers, for example, as the hole transport layer 17, PEDOT such as Stark Vitec Co., Ltd., trade name BaytronP, polyaniline and its doped material, cyan compounds described in WO2006019270, etc. Can be used. 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. It has an electronic block function. 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. 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)
Since the organic photoelectric conversion element of the present invention can extract charges generated in the bulk heterojunction layer more efficiently by forming an electron transport layer between the bulk heterojunction layer and the cathode, these It is preferable to have a layer.

また電子輸送層としては、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。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ほうが好ましい。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。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。   As the electron transport layer, octaazaporphyrin and p-type semiconductor perfluoro (perfluoropentacene, perfluorophthalocyanine, etc.) can be used. Similarly, HOMO of p-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer. The electron transport layer having a HOMO level deeper than the level is given a hole blocking function having a rectifying effect so that holes generated in the bulk heterojunction layer do not flow to the cathode side. 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. 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. 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、波長変換層など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))
本発明の透明電極は、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)、SnO、ZnO等の透明導電性金属酸化物、金、銀、白金等の金属薄膜、金属ナノワイヤー、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 of the present invention, the cathode and the anode are not particularly limited and can be selected depending on the element structure, 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, a conductive material selected from the group consisting of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, polythienylene vinylene, polyazulene, polyisothianaphthene, polycarbazole, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylene vinylene, polyacene, polyphenylacetylene, polydiacetylene, and polynaphthalene. A functional polymer 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良いが、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良い。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。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(Al)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。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(Al)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。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。
(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. 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. 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. The counter electrode can be produced by forming a thin film of 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 is absorbed again by the photoelectric conversion layer, and more photoelectric conversion efficiency Is preferable.

また、対電極は、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、ナノワイヤー、ナノ構造体であってもよく、ナノワイヤーの分散物であれば、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。   The counter electrode may be a metal (eg, gold, silver, copper, platinum, rhodium, ruthenium, aluminum, magnesium, indium, etc.), carbon nanoparticle, nanowire, or nanostructure. A dispersion is preferable because a transparent and highly conductive counter electrode can be formed by a coating method.

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・ナノワイヤーを含有する層、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, etc., or layers containing nanoparticles / nanowires, PEDOT: PSS, polyaniline) 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, and with such a configuration, the process of forming one layer This is preferable because it can be omitted.

(金属ナノワイヤー)
本発明の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、金属ナノワイヤー、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、金属ナノワイヤーが好ましい。
(Metal nanowires)
As the conductive fiber of 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、金属ナノワイヤーとは、金属元素を主要な構成要素とする線状構造体のことをいう。特に、本発明における金属ナノワイヤーとはnmサイズの直径を有する線状構造体を意味する。   In general, the 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ーとしては、1つの金属ナノワイヤー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。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、金属ナノワイヤーの平均直径として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。   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 one metal nanowire, and to express an appropriate light scattering property. Furthermore, 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. 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ー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。また、導電性と安定性(金属ナノワイヤーの硫化や酸化耐性、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ーが2種類以上の金属元素を含む場合には、例えば、金属ナノワイヤーの表面と内部で金属組成が異なっていてもよいし、金属ナノワイヤー全体が同一の金属組成を有していてもよい。   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 or a base metal element, noble metals (for example, gold, platinum, silver, palladium, rhodium) Iridium, ruthenium, osmium, and the like) and at least one metal belonging to the group consisting of iron, cobalt, copper, and tin, and more preferably at least silver from the viewpoint of conductivity. 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. You may have.

本発明において金属ナノワイヤー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。例えば、Agナノワイヤーの製造方法としては、Adv.Mater.,2002,14,833〜837;Chem.Mater.,2002,14,4736〜4745等、Auナノワイヤーの製造方法としては特開2006−233252号公報等、Cuナノワイヤーの製造方法としては特開2002−266007号公報等、Coナノワイヤー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。特に、上述した、Adv.Mater.及びChem.Mater.で報告されたAgナノワイヤーの製造方法は、水系で簡便にAgナノワイヤー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、本発明に係る金属ナノワイヤーの製造方法として好ましく適用することができる。   In the present invention, there are no particular limitations on the means for producing the metal nanowire, 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. For example, as a manufacturing method of Ag nanowire, Adv. Mater. , 2002, 14, 833-837; Chem. Mater. , 2002, 14, 4736-4745, etc., as a method for producing Au nanowires, such as JP 2006-233252A, etc., as a method for producing Cu nanowires, JP 2002-266007 A, etc. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-149871 can be referred to. 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 production of metal nanowires according to the present invention is possible. It can be preferably applied as a method.

本発明においては、金属ナノワイヤー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、金属ナノワイヤー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、金属ナノワイヤー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ー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 contact each other to form a three-dimensional conductive network, exhibit high conductivity, and light passes through the window of the conductive network where the metal nanowire does not exist. 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)
本発明の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良い。光学機能層としては、たとえば、反射防止膜、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などを設けても良い。
(Optical function layer)
The organic photoelectric conversion element of the present invention may have various optical functional layers for the purpose of more efficient reception of sunlight. As the optical functional layer, for example, a light condensing layer such as an antireflection film 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。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。   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. 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 is smaller than this, the effect of diffraction is generated and colored.

また光散乱層としては、各種のアンチグレア層、金属または各種無機酸化物などのナノ粒子・ナノワイヤー等を無色透明なポリマーに分散した層などを挙げることができる。   Examples of the light scattering 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.

〈製膜方法・表面処理方法〉
(各種層の形成方法)
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、および輸送層・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。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。
<Film forming method / Surface treatment method>
(Method for forming various layers)
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). 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. The coating method is also excellent in production speed.

この際に使用する塗布方法に制限は無いが、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 casting 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 coating, it is preferable to perform heating in order to cause removal of residual solvent, moisture and gas, and improvement of mobility and absorption longwave due to 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良いし、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良い。   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.

電極材料など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、エッチング又はリフトオフ等の公知の方法によってパターニングすることができる。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良い。   In the case of an insoluble material such as an electrode material, the electrode can be patterned by a known method such as mask vapor deposition during vacuum deposition or etching or lift-off. Alternatively, the pattern may be formed by transferring a pattern formed on another substrate.

(封止部材)
上記のようにして形成された有機光電変換素子は、通常封止部材で封止することにより、外部から遮断、封止される。
(Sealing member)
The organic photoelectric conversion element formed as described above is usually sealed and sealed from the outside by sealing with a sealing member.

外部からの遮断・封止は、光電変換素子の周辺部に塗布法や転写法等によって設けられたほぼ枠状のシール材を介してバリアフィルムと対向するバリアフィルムが互いに貼り合わされることで行われる。   The blocking and sealing from the outside is performed by bonding the barrier films facing the barrier film to each other through a substantially frame-shaped sealing material provided on the periphery of the photoelectric conversion element by a coating method or a transfer method. Is called.

本発明のバリアフィルムを、このバリアフィルムとして用いることが好ましい。   The barrier film of the present invention is preferably used as this barrier film.

シール材としては、熱硬化型エポキシ系樹脂、紫外線硬化型エポキシ系樹脂、または反応開始剤をマイクロカプセル化して加圧することにより反応が開始する常温硬化型エポキシ系樹脂等からなっている。この場合、シール材所定の箇所には空気逃げ用開口部等を設け封止を完全にする。空気逃げ用開口部は、真空装置内において減圧雰囲気或いは窒素ガスまたは不活性ガス雰囲気中において、上記硬化型エポキシ系樹脂のいずれか、或いは紫外線硬化型樹脂等で封止される。   The sealing material is made of a thermosetting epoxy resin, an ultraviolet curable epoxy resin, or a room temperature curable epoxy resin whose reaction starts by microencapsulating and pressurizing a reaction initiator. In this case, an air escape opening or the like is provided at a predetermined position of the sealing material to complete the sealing. The air escape opening is sealed with one of the above curable epoxy resins, ultraviolet curable resin, or the like in a vacuum atmosphere or a nitrogen gas or inert gas atmosphere in a vacuum apparatus.

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るものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1
(基板)
両面に易接着加工された125μm厚みの、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ものを用いた。
Example 1
(substrate)
A 125 μm thick polyester film (Tetron O3, manufactured by Teijin DuPont Films Co., Ltd.) that had been subjected to easy adhesion processing on both sides was annealed and heated at 170 ° C. for 30 minutes.

(平滑層およびブリードアウト防止層を有するフィルムの作製)
以下の形成方法により、片面にブリードアウト防止層、反対面に平滑層を形成し、バリアフィルム用基板を得た。
(Preparation of a film having a smooth layer and a bleed-out prevention layer)
By the following forming method, a bleed-out prevention layer was formed on one side, and a smooth layer was formed on the opposite side to obtain a barrier film substrate.

(ブリードアウト防止層の形成)
上記基板の片面に、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、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、硬化条件;1.0J/cm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 one side of the substrate, UV curing type organic / inorganic hybrid hard coating material OPSTAR Z7535 manufactured by JSR Corporation was applied, applied with a wire bar so that the film thickness after drying was 4 μm, and then drying conditions: 80 ° C., 3 After drying in minutes, a high pressure mercury lamp was used in an air atmosphere, curing conditions; 1.0 J / cm 2 curing was performed to form a bleedout prevention layer.

(平滑層の形成)
続けて上記基板の反対面に、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、硬化条件;1.0J/cm硬化を行い、平滑層を形成した。
(Formation of smooth layer)
Subsequently, a UV curable organic / inorganic hybrid hard coat material OPSTAR Z7501 manufactured by JSR Corporation is applied to the opposite surface of the substrate, applied with a wire bar so that the film thickness after drying is 4 μm, and then drying conditions; 80 After drying at 3 ° C. for 3 minutes, using a high-pressure mercury lamp in an air atmosphere, curing conditions: 1.0 J / cm 2 curing was performed to form a smooth layer.

このときの最大断面高さRt(p)は16nmであった。   The maximum cross-sectional height Rt (p) at this time was 16 nm.

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30μmの区間内を多数回測定し、微細な凹凸の振幅に関する平均の粗さである。   The surface roughness is calculated from an uneven cross-sectional curve continuously measured with an AFM (Atomic Force Microscope) and a detector having a stylus with a minimum tip radius, and the measurement direction is 30 μm with a stylus with a minimum tip radius. This is the average roughness for the amplitude of fine irregularities, measured many times in the section.

(バリアフィルム試料の作製)
〈ガスバリア層の形成〉
次に、上記平滑層、ブリードアウト防止層を設けた基板を用い、この上にガスバリア層を以下に示す条件で、形成した。
(Preparation of barrier film sample)
<Formation of gas barrier layer>
Next, a gas barrier layer was formed on the substrate provided with the smooth layer and the bleed-out prevention layer under the following conditions.

〈下層の成膜〉
(下層塗布液)
アミン触媒を5%含有するパーヒドロポリシラザン(PHPS)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)製、アクアミカ NAX120−20)
上記塗布液をワイヤレスバーにて、乾燥後の(平均)膜厚が、0.25μmとなるように塗布し、塗布試料を得た。得られた塗布試料を温度85℃、湿度55%RHの雰囲気下で1分処理し、乾燥試料を得た。乾燥試料をさらに温度25℃、湿度10%RH(露点温度−8℃)の雰囲気下に10分間保持し、除湿処理を行った。
<Lower layer deposition>
(Lower layer coating solution)
20% by weight dibutyl ether solution of perhydropolysilazane (PHPS) containing 5% amine catalyst (manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd., Aquamica NAX120-20)
The coating solution was applied with a wireless bar so that the (average) film thickness after drying was 0.25 μm to obtain a coated sample. The obtained coated sample was treated for 1 minute in an atmosphere having a temperature of 85 ° C. and a humidity of 55% RH to obtain a dried sample. The dried sample was further held for 10 minutes in an atmosphere of a temperature of 25 ° C. and a humidity of 10% RH (dew point temperature −8 ° C.) to perform dehumidification.

(転化処理A)
除湿処理を行った試料を下記の条件で転化処理を行い、ガスバリア下層を形成した。転化処理時の露点温度は−8℃で実施した。
(Conversion processing A)
The dehumidified sample was converted under the following conditions to form a gas barrier lower layer. The dew point temperature during the conversion treatment was -8 ° C.

(転化処理装置)
株式会社 エム・ディ・コム製エキシマ照射装置MODEL:MECL−M−1−200、波長:172nm、ランプ封入ガス:Xe
稼動ステージ上に固定した試料を以下の条件で転化処理を行った。
(Conversion processing equipment)
Excimer irradiation device MODEL: MECL-M-1-200 manufactured by M.D.Com Co., Ltd., wavelength: 172 nm, lamp gas: Xe
The sample fixed on the operation stage was converted under the following conditions.

(転化処理条件)
エキシマ光強度 60mW/cm(172nm)
試料と光源の距離 1mm
ステージ加熱温度 70℃
照射装置内の酸素濃度 1%
エキシマ照射時間 10秒
1層あたりの積算光量 4000mJ/cm
〈上層の成膜〉
(上層塗布液)
無触媒のパーヒドロポリシラザン(PHPS)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)製アクアミカ NN120−20)
上記塗布液をスピンコーターにて、乾燥後の(平均)膜厚が、0.1μmとなるように塗布し、塗布試料を得た。得られた塗布試料を温度85℃、湿度55%RHの雰囲気下で1分処理し、乾燥試料を得た。乾燥試料をさらに温度25℃、湿度10%RH(露点温度−8℃)の雰囲気下に10分間保持し、除湿処理を行った。
(Conversion processing conditions)
Excimer light intensity 60 mW / cm 2 (172 nm)
1mm distance between sample and light source
Stage heating temperature 70 ℃
Oxygen concentration in irradiation device 1%
Excimer irradiation time 10 seconds Integrated light intensity per layer 4000 mJ / cm 2
<Upper layer deposition>
(Upper layer coating solution)
Non-catalytic perhydropolysilazane (PHPS) 20% by mass dibutyl ether solution (Aquamica NN120-20 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.)
The coating solution was applied with a spin coater so that the (average) film thickness after drying was 0.1 μm, and a coated sample was obtained. The obtained coated sample was treated for 1 minute in an atmosphere having a temperature of 85 ° C. and a humidity of 55% RH to obtain a dried sample. The dried sample was further held for 10 minutes in an atmosphere of a temperature of 25 ° C. and a humidity of 10% RH (dew point temperature −8 ° C.) to perform dehumidification.

(転化処理B)
除湿処理を行った試料を下記の条件で転化処理を行い、ガスバリア層を形成した。転化処理時の露点温度は−8℃で実施した。
(Conversion processing B)
The sample subjected to the dehumidification treatment was converted under the following conditions to form a gas barrier layer. The dew point temperature during the conversion treatment was -8 ° C.

(転化処理装置)
株式会社 エム・ディ・コム製エキシマ照射装置MODEL:MECL−M−1−200、波長:172nm、ランプ封入ガス:Xe
稼動ステージ上に固定した試料を以下の条件で転化処理を行った。
(Conversion processing equipment)
Excimer irradiation device MODEL: MECL-M-1-200 manufactured by M.D.Com Co., Ltd., wavelength: 172 nm, lamp gas: Xe
The sample fixed on the operation stage was converted under the following conditions.

(転化処理条件)
エキシマ光強度 60mW/cm(172nm)
試料と光源の距離 1mm
ステージ加熱温度 70℃
照射装置内の酸素濃度 1%
エキシマ照射時間 10秒
1層あたりの積算光量 4000mJ/cm
本発明のガスバリア層中のSiOの含有比率は、スパッタ法を用いて、飛行時間型二次イオン質量分析(TOF−SIMS)や、X線光電子分光(XPS)などで定量することが出来る。通常はXPSが好ましく用いられる。超高真空下におかれた固体表面に軟X線を照射し、光電効果により表面から放出される光電子の運動エネルギーを測定する。光電子の脱出深さが数nmであることから、固体最表面に近い層を構成する原子や分子に関する情報が得られる。イオン(Ar、Xe)照射によるスパッタリングを併用することにより、表面から深さ方向への組成、結合状態の変化などの情報を得ることができる。バリア層の深さ方向の測定は、汚れや異物の付着の無い状態の最表面を基点として、バリア層と基板側と接する面までの厚み深さまで一定間隔にスパッタを行い、組成を分析する。測定間隔は、1nm間隔以上、50nm以下であり、好ましくは、2nm以上、30nm以下であることが好ましい。バリア層の厚みが測定間隔の整数倍と異なる場合は、バリア層厚み以下で最も近い整数倍の測定箇所を組成の比較の終点とする。
(Conversion processing conditions)
Excimer light intensity 60 mW / cm 2 (172 nm)
1mm distance between sample and light source
Stage heating temperature 70 ℃
Oxygen concentration in irradiation device 1%
Excimer irradiation time 10 seconds Integrated light intensity per layer 4000 mJ / cm 2
The content ratio of SiO 2 in the gas barrier layer of the present invention can be quantified by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), or the like, using a sputtering method. Usually, XPS is preferably used. A solid X-ray surface is irradiated with soft X-rays and the kinetic energy of photoelectrons emitted from the surface is measured by the photoelectric effect. Since the escape depth of the photoelectrons is several nm, information on atoms and molecules constituting a layer close to the outermost surface of the solid can be obtained. By using sputtering by ion (Ar, Xe) irradiation in combination, information such as composition from the surface in the depth direction and changes in the bonding state can be obtained. In the measurement of the depth direction of the barrier layer, the composition is analyzed by performing sputtering at regular intervals from the outermost surface in a state where no dirt or foreign matter is attached to the thickness depth up to the surface contacting the barrier layer and the substrate side. The measurement interval is 1 nm interval or more and 50 nm or less, and preferably 2 nm or more and 30 nm or less. When the thickness of the barrier layer is different from an integral multiple of the measurement interval, the nearest integer multiple of the measurement location that is equal to or less than the barrier layer thickness is taken as the end point of the composition comparison.

以上の分析により、この実施例1の上層、下層ともにSiO成分を含有することを確認した。From the above analysis, it was confirmed that both the upper layer and the lower layer of Example 1 contained a SiO 2 component.

実施例2
実施例1において、下層の成膜を以下の方法に変更して実施した。
Example 2
In Example 1, the lower layer was formed by changing to the following method.

(下層塗布液)
無触媒パーヒドロポリシラザン(PHPS)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)製アクアミカ NN120−20)
上記塗布液をワイヤレスバーにて、乾燥後の(平均)膜厚が、0.25μmとなるように塗布し、塗布試料を得た。この膜上に、酸触媒としてポリスチレンスルホン酸の10%水溶液を塗布して1分間静置した後に水溶液を除去した。
(Lower layer coating solution)
Non-catalytic perhydropolysilazane (PHPS) in 20% by weight dibutyl ether solution (Aquamica NN120-20 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.)
The coating solution was applied with a wireless bar so that the (average) film thickness after drying was 0.25 μm to obtain a coated sample. On this membrane, a 10% aqueous solution of polystyrene sulfonic acid was applied as an acid catalyst and allowed to stand for 1 minute, and then the aqueous solution was removed.

この後の工程は、実施例1と同様に処理し、2層構成のガスバリア層を得た。   The subsequent steps were processed in the same manner as in Example 1 to obtain a two-layer gas barrier layer.

実施例3
実施例1において、ガスバリア層の下層の成膜を以下の方法に変更して実施した。
Example 3
In Example 1, the lower layer of the gas barrier layer was formed by the following method.

(下層塗布液)
無触媒パーヒドロポリシラザン(PHPS)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)製アクアミカ NN120−20)
上記塗布液をワイヤレスバーにて、乾燥後の(平均)膜厚が、0.25μmとなるように塗布し、塗布試料を得た。この膜上に、アルカリ触媒として1,8−ジアザビシクロ−[5,4,0]−7−ウンデセンの10%水溶液を塗布して1分間静置した後に水溶液を除去した。
(Lower layer coating solution)
Non-catalytic perhydropolysilazane (PHPS) in 20% by weight dibutyl ether solution (Aquamica NN120-20 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.)
The coating solution was applied with a wireless bar so that the (average) film thickness after drying was 0.25 μm to obtain a coated sample. A 10% aqueous solution of 1,8-diazabicyclo- [5,4,0] -7-undecene as an alkali catalyst was applied onto the film and allowed to stand for 1 minute, and then the aqueous solution was removed.

この後の工程は、実施例1と同様に処理し、2層構成のガスバリア層を得た。   The subsequent steps were processed in the same manner as in Example 1 to obtain a two-layer gas barrier layer.

実施例4
実施例1において、下層の成膜を以下の方法に変更して実施した。
Example 4
In Example 1, the lower layer was formed by changing to the following method.

(下層塗布液)
パラジウム触媒を5%含有するパーヒドロポリシラザン(PHPS)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)製アクアミカ NP120−20)
上記塗布液をワイヤレスバーにて、乾燥後の(平均)膜厚が、0.25μmとなるように塗布し、塗布試料を得た。この後の工程は、実施例1と同様に処理し、2層構成のガスバリア層を得た。
(Lower layer coating solution)
20% by mass dibutyl ether solution of perhydropolysilazane (PHPS) containing 5% palladium catalyst (Aquamica NP120-20, manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.)
The coating solution was applied with a wireless bar so that the (average) film thickness after drying was 0.25 μm to obtain a coated sample. The subsequent steps were processed in the same manner as in Example 1 to obtain a two-layer gas barrier layer.

実施例5
実施例1において、下層製膜直後のエキシマ処理を省いて、上層塗布後エキシマ処理を実施した。
Example 5
In Example 1, the excimer treatment immediately after forming the lower layer was omitted, and the excimer treatment was performed after the upper layer was applied.

実施例6
実施例5において、エキシマ処理を以下の処理に変更して実施した。
Example 6
In Example 5, the excimer process was changed to the following process.

UVO洗浄装置サムコ製UV−1を使用し、基板温度150℃に設定し、チャンバー内にオゾンガスをフローしながら、UVランプを10分間照射した。A UVO 3 cleaning apparatus, Samco UV-1 was used, the substrate temperature was set to 150 ° C., and a UV lamp was irradiated for 10 minutes while flowing ozone gas into the chamber.

実施例7
実施例5において、エキシマ処理を以下の下記の大気圧プラズマ(AGP)処理に変更して実施した。
Example 7
In Example 5, the excimer process was changed to the following atmospheric pressure plasma (AGP) process described below.

〈大気圧プラズマ処理〉
温度85℃、湿度55%RHの雰囲気下で30分放置後の試料を下記の条件で大気圧プラズマ処理を行い、ガスバリア層を形成した。
<Atmospheric pressure plasma treatment>
The sample after being left for 30 minutes in an atmosphere of temperature 85 ° C. and humidity 55% RH was subjected to atmospheric pressure plasma treatment under the following conditions to form a gas barrier layer.

また大気圧プラズマ処理時の支持体保持温度は、120℃とした。   The support holding temperature during atmospheric pressure plasma treatment was 120 ° C.

ロール電極型放電処理装置を用いて処理した。ロール電極に対向する棒状電極を複数個フィルムの搬送方向に対し平行に設置し、各電極部に電力を投入し以下のように、塗工面をプラズマ処理した。   It processed using the roll electrode type discharge processing apparatus. A plurality of rod-shaped electrodes opposed to the roll electrode were installed in parallel to the film transport direction, and power was applied to each electrode portion to plasma-treat the coated surface as follows.

ここで使用する電源は、応用電機製高周波電源(80kHz)、パール工業製高周波電源(13.56MHz)を使用した。   As the power source used here, a high frequency power source (80 kHz) manufactured by Applied Electric and a high frequency power source (13.56 MHz) manufactured by Pearl Industry were used.

〈2周波AGP〉
放電ガス:Nガス
反応ガス:酸素ガスを全ガスに対し7%
低周波側電源電力:80kHzを3W/cm
高周波側電源電力:13.56MHzを9W/cm
大気圧プラズマ処理後の最大断面高さRt(p)は12nmであった。
<Dual frequency AGP>
Discharge gas: N 2 gas Reaction gas: 7% of oxygen gas to the total gas
Low frequency side power supply power: 80 kHz, 3 W / cm 2
High frequency side power supply power: 13.56 MHz at 9 W / cm 2
The maximum cross-sectional height Rt (p) after the atmospheric pressure plasma treatment was 12 nm.

実施例8
実施例5において、バリアフィルムの成膜を以下の処方に変更して実施した。
Example 8
In Example 5, the film formation of the barrier film was changed to the following formulation.

(下層1塗布液)
アミン触媒を5%含有するパーヒドロポリシラザン(PHPS)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)製、アクアミカ NAX120−20)
上記塗布液をワイヤレスバーにて、乾燥後の膜厚が、0.25μmとなるように塗布、乾燥した。
(Lower layer 1 coating solution)
20% by weight dibutyl ether solution of perhydropolysilazane (PHPS) containing 5% amine catalyst (manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd., Aquamica NAX120-20)
The coating solution was applied and dried with a wireless bar so that the film thickness after drying was 0.25 μm.

(下層2塗布液)
次にアミン触媒を5%含有するパーヒドロポリシラザン(PHPS)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)製 アクアミカ NAX120−20)と無触媒パーヒドロポリシラザン(PHPS)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)製 アクアミカ NN120−20)を混合してアミン触媒が1%となるように調製した。
(Lower layer 2 coating solution)
Next, a 20% by mass dibutyl ether solution of perhydropolysilazane (PHPS) containing 5% of an amine catalyst (Aquamica NAX120-20 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) and 20% by mass of uncatalyzed perhydropolysilazane (PHPS). A butyl ether solution (Aquamica NN120-20 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) was mixed to prepare an amine catalyst of 1%.

上記塗布液をワイヤレスバーにて乾燥後の膜厚が0.1μmとなるように塗布乾燥した。   The coating solution was applied and dried with a wireless bar so that the film thickness after drying was 0.1 μm.

(上層塗布液)
さらに、無触媒パーヒドロポリシラザン(PHPS)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)製 アクアミカ NN120−20)
上記塗布液をワイヤレスバーにて、乾燥後の膜厚が、0.1μmとなるように塗布、乾燥した。
(Upper layer coating solution)
Furthermore, 20 mass% dibutyl ether solution of non-catalytic perhydropolysilazane (PHPS) (Aquamica NN120-20 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.)
The coating solution was applied and dried with a wireless bar so that the film thickness after drying was 0.1 μm.

このようにして3層からなる積層膜を形成し実施例5と同様の方法にて転化処理を施した。   Thus, the laminated film which consists of three layers was formed, and the conversion process was performed by the method similar to Example 5. FIG.

比較例1
実施例1において、ガスバリア層形成を以下の方法に変更して実施した。
Comparative Example 1
In Example 1, gas barrier layer formation was carried out by changing to the following method.

(ガスバリア層塗布液)
無触媒パーヒドロポリシラザン(PHPS)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)製 アクアミカ NN120−20)
上記塗布液をワイヤレスバーにて、乾燥後の膜厚が、0.3μmとなるように塗布、乾燥した。
(Gas barrier layer coating solution)
Non-catalytic perhydropolysilazane (PHPS) 20% by mass dibutyl ether solution (Aquamica NN120-20, manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.)
The coating solution was applied and dried with a wireless bar so that the film thickness after drying was 0.3 μm.

転化処理は実施例5と同条件で実施した。   The conversion process was performed under the same conditions as in Example 5.

比較例2
比較例1において、ガスバリア層形成を以下の方法に変更した以外は全て比較例1と同様に実施した。
Comparative Example 2
In Comparative Example 1, everything was carried out in the same manner as Comparative Example 1 except that the gas barrier layer formation was changed to the following method.

(ガスバリア層塗布液)
アミン触媒を5%含有するパーヒドロポリシラザン(PHPS)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)製 アクアミカ NAX120−20)
上記塗布液をワイヤレスバーにて、乾燥後の膜厚が、0.3μmとなるように塗布、乾燥した。
(Gas barrier layer coating solution)
20% by mass dibutyl ether solution of perhydropolysilazane (PHPS) containing 5% amine catalyst (Aquamica NAX120-20 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.)
The coating solution was applied and dried with a wireless bar so that the film thickness after drying was 0.3 μm.

比較例3
実施例5において、ガスバリア層の下層の形成を以下の方法に変更した以外は全て実施例5と同様に実施した。
Comparative Example 3
In Example 5, everything was carried out in the same manner as in Example 5 except that the formation of the lower layer of the gas barrier layer was changed to the following method.

(下層塗布液)
ポリスチレンをジクロロベンゼンに溶解した10質量%溶液
上記塗布液を、膜厚1μmとなるようにワイヤーバーを用いて塗布した。室温にて2時間乾燥した。膜厚は約300nmであった。
(Lower layer coating solution)
10% by mass solution of polystyrene dissolved in dichlorobenzene The above coating solution was applied using a wire bar so as to have a film thickness of 1 μm. Dried for 2 hours at room temperature. The film thickness was about 300 nm.

比較例4
実施例1において、下層と上層の塗膜を入れ替えた2層構成のガスバリア層を作製した。
Comparative Example 4
In Example 1, a gas barrier layer having a two-layer structure in which the lower layer and the upper layer were interchanged was prepared.

比較例5
実施例1において、上層を以下に記載の方法に変更し、転化処理を行わなかった以外は全て実施例1と同様に実施した。
Comparative Example 5
In Example 1, the upper layer was changed to the method described below, and everything was carried out in the same manner as in Example 1 except that the conversion treatment was not performed.

(上層塗布液)
ポリスチレンをジクロロベンゼンに溶解した10質量%溶液
上記塗布液を、膜厚1μmとなるようにワイヤーバーを用いて塗布した。室温にて2時間乾燥した。膜厚は約300nmであった。
(Upper layer coating solution)
10% by mass solution of polystyrene dissolved in dichlorobenzene The above coating solution was applied using a wire bar so as to have a film thickness of 1 μm. Dried for 2 hours at room temperature. The film thickness was about 300 nm.

比較例6
実施例1における上層を、実施例1の下層の成膜と転化処理を繰り返して、同一の構成を積層した以外は実施例1と同様に実施した。
Comparative Example 6
The upper layer in Example 1 was implemented in the same manner as in Example 1 except that the lower layer film formation and the conversion process in Example 1 were repeated to laminate the same structure.

比較例7
比較例1におけるガスバリア層を2回繰り返して、同一構成の下層、上層となるようにしたい以外は比較例1と同様に実施した。
Comparative Example 7
The gas barrier layer in Comparative Example 1 was repeated twice, and the same procedure as in Comparative Example 1 was performed except that the lower layer and the upper layer having the same configuration were desired.

比較例8
比較例6における下層の転化処理を省いた以外は比較例6と同様に実施した。
Comparative Example 8
The same operation as in Comparative Example 6 was performed except that the lower layer conversion treatment in Comparative Example 6 was omitted.

比較例9
比較例7における転化処理を下層成膜後には行わず、上層成膜後にのみ行った以外は比較例7と同様に実施した。
Comparative Example 9
The conversion process in Comparative Example 7 was performed in the same manner as Comparative Example 7 except that the conversion treatment was not performed after the lower layer film formation, but only after the upper layer film formation.

(評価)
以上の様にして得られたバリアフィルム試料(実施例1〜8及び比較例1〜9)を、予め、半径10mmの曲率になるように、180度の角度で100回屈曲を繰り返した屈曲試料及び屈曲を行わなかった試料を、下記により評価を行った。
(Evaluation)
The barrier film samples (Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 9) obtained as described above were previously bent 100 times at an angle of 180 degrees so as to have a radius of curvature of 10 mm. The samples that were not bent were evaluated as follows.

《水蒸気透過性の評価》
以下の測定方法により評価した。
<< Evaluation of water vapor permeability >>
The following measurement methods were used for evaluation.

〈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
〈蒸着材料〉
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)
〈水蒸気バリア性評価用セルの作製〉
各バリアフィルム試料のガスバリア層面に、上記真空蒸着装置により、金属カルシウムを蒸着させた。その後、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)を介して貼り合せ、紫外線を照射することで、評価用セルを作製した。
<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
<Vapor deposition material>
Metal that reacts with water and corrodes: Calcium (granular)
Water vapor-impermeable metal: Aluminum (φ3-5mm, granular)
<Production of water vapor barrier property evaluation cell>
Metal calcium was vapor-deposited on the gas barrier layer surface of each barrier film sample by the vacuum vapor deposition apparatus. After that, the vacuum state is released, and in a dry nitrogen gas atmosphere, it is bonded to quartz glass having a thickness of 0.2 mm via a sealing ultraviolet curable resin (manufactured by Nagase ChemteX) and irradiated with ultraviolet rays. An evaluation cell was produced.

このようにして得られた封止試料を60℃、90%RHの高温高湿下で保存し、特開2005−283561号公報記載の方法に基づき、金属カルシウムの腐食量を測定し、セル内に透過した水分量を計算した。   The sealed sample thus obtained was stored under high temperature and high humidity of 60 ° C. and 90% RH, and the amount of corrosion of metallic calcium was measured based on the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-283561. The amount of water that permeated into the water was calculated.

〈評価ランク〉
以下のランク1〜5で評価した。
<Evaluation rank>
The following ranks 1-5 were evaluated.

5:1×10−5g/m/day未満
4:1×10−5g/m/day以上、1×10−4g/m/day未満
3:1×10−4g/m/day以上、1×10−3g/m/day未満
2:1×10−3g/m/day以上、1×10−2g/m/day未満
1:1×10−2g/m/day以上。
Less than 5: 1 × 10 −5 g / m 2 / day 4: 1 × 10 −5 g / m 2 / day or more, less than 1 × 10 −4 g / m 2 / day 3: 1 × 10 −4 g / day m 2 / day or more, less than 1 × 10 −3 g / m 2 / day 2: 1 × 10 −3 g / m 2 / day or more, less than 1 × 10 −2 g / m 2 / day 1: 1 × 10 -2 g / m 2 / day or more.

上記の様な屈曲試験を施したバリアフィルム試料を基板として用いて下記有機光電変換素子を作製し、更に同じバリアフィルムを用いて封止処理を行い、その特性を評価した。   The following organic photoelectric conversion element was produced using the barrier film sample subjected to the bending test as described above as a substrate, and further the sealing treatment was performed using the same barrier film, and the characteristics were evaluated.

〈有機光電変換素子の作製〉
各バリアフィルムのバリア層面に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を150nm堆積したもの(シート抵抗10Ω/□)を、通常の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。パターン形成した第1の電極を、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った。
<Preparation of organic photoelectric conversion element>
On the barrier layer surface of each barrier film, an indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited with a thickness of 150 nm (sheet resistance 10 Ω / □) is patterned to a width of 2 mm using ordinary photolithography technology and wet etching. A first electrode was formed. The patterned first electrode was washed 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 subjected to ultraviolet ozone cleaning.

この透明基板上に、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分間熱処理させ正孔輸送層を形成した。   On this transparent substrate, Baytron P4083 (manufactured by Starck Vitec), which is a conductive polymer, was applied and dried to a film thickness of 30 nm, and then heat treated at 150 ° C. for 30 minutes to form a hole transport layer.

これ以降は、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, the substrate was brought into a nitrogen chamber and manufactured 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させた。続けて、150℃で15分間加熱処理を行い、光電変換層を形成した。First, the substrate was heat-treated at 150 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere. Next, P3HT in chlorobenzene (plectrovirus Toro Nix Co., Ltd. regioregular poly-3-hexylthiophene) and PCBM (manufactured by Frontier Carbon Corporation: 6,6-phenyl -C 61 - butyric acid methyl ester) and 3.0 wt% Then, a liquid mixed at 1: 0.8 was prepared so that the film thickness was 100 nm while being filtered through a filter, and the film was allowed to stand at room temperature and dried. Subsequently, heat treatment was performed at 150 ° C. for 15 minutes to form a photoelectric conversion layer.

次に、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、更に続けて、2mm幅のシャドウマスクを通して(受光部が2×2mmに成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の電極を形成し、受光部が2×2mmサイズの有機光電変換素子を作製した。Next, the substrate is moved into a vacuum deposition apparatus chamber, the pressure inside the vacuum deposition apparatus is reduced to 1 × 10 −4 Pa or less, and then 0.6 nm of lithium fluoride is laminated at a deposition rate of 0.01 nm / second. Subsequently, a second electrode is formed by laminating 100 nm of Al metal at a deposition rate of 0.2 nm / sec through a shadow mask having a width of 2 mm (vaporization is performed so that the light receiving portion is 2 × 2 mm), An organic photoelectric conversion element having a light receiving portion with a size of 2 × 2 mm was produced.

(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、2枚のバリアフィルム試料(屈曲試験済み)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上に塗布し、同じバリアフィルム試料を基板として用いて形成した有機光電変換素子を該バリアフィルム間に挟み込んで密着させた後、片側の基板側からUV光を照射して硬化させた。こうして両面封止済みの有機光電変換素子試料を得た。
(Sealing of organic photoelectric conversion elements)
In an environment purged with nitrogen gas (inert gas), the surface of the two barrier film samples (bending test completed) on which the gas barrier layer is provided is the inner side, and an epoxy photocurable adhesive is used as a sealing material for the gas barrier. An organic photoelectric conversion element applied on the layer and formed using the same barrier film sample as a substrate was sandwiched between the barrier films and adhered, and then cured by irradiating UV light from one side of the substrate. In this way, the organic photoelectric conversion element sample sealed on both sides was obtained.

このようにして得られた各光電変換素子を以下の方法で評価した。   Each photoelectric conversion element thus obtained was evaluated by the following method.

〈有機光電変換素子耐久性の評価〉
上記作製した有機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/cmの強度の光を照射し、有効面積を4.0mm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/cm)、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点平均値を見積もった。
(式1)PCE(%)=〔Jsc(mA/cm)×Voc(V)×FF(%)〕/100mW/cm
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により光電変換素子耐久性を下記ランク1〜5で評価した。
<Evaluation of durability of organic photoelectric conversion device>
The organic photoelectric conversion element produced above was irradiated with light of 100 mW / cm 2 of solar simulator (AM1.5G filter), and a mask with an effective area of 4.0 mm 2 was superimposed on the light receiving part to evaluate IV characteristics. By measuring the four light receiving portions formed on the same element, the short-circuit current density Jsc (mA / cm 2 ), the open circuit voltage Voc (V), and the fill factor FF (%) are measured according to the following formula 1. A four-point average value of the obtained energy conversion efficiency PCE (%) was estimated.
(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 performance was stored at a temperature of 60 ° C. and a humidity of 90% RH for 1000 hours. It was evaluated with 1-5.

変換効率残存率(%)=加速試験後の変換効率/初期変換効率の比×100
5:変換効率残存率が90%以上
4:変換効率残存率70%以上、90%未満
3:変換効率残存率40%以上、70%未満
2:変換効率残存率20%以上、40%未満
1:変換効率残存率20%未満
それぞれの評価結果を表1に示す。
Conversion efficiency remaining rate (%) = ratio of conversion efficiency after acceleration test / initial conversion efficiency × 100
5: Conversion efficiency remaining rate is 90% or more 4: Conversion efficiency remaining rate 70% or more, less than 90% 3: Conversion efficiency remaining rate 40% or more, less than 70% 2: Conversion efficiency remaining rate 20% or more, less than 40% 1 : Conversion efficiency remaining rate of less than 20% Each evaluation result is shown in Table 1.

表1から明らかなように、本発明のバリアフィルムは、折り曲げ耐性に優れ、水蒸気透過率が低く、更に、本発明のバリアフィルムを基板および封止部材として用いて作製した有機光電変換素子は、過酷な環境下での性能劣化が発生し難いことが分かる。   As is clear from Table 1, the barrier film of the present invention has excellent bending resistance and low water vapor transmission rate. Further, the organic photoelectric conversion element produced using the barrier film of the present invention as a substrate and a sealing member is It can be seen that performance degradation is unlikely to occur in harsh environments.

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 透明電極
13 対極
14 光電変換部(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の光電変換部
15 電荷再結合層
16 第2の光電変換部
17 正孔輸送層
18 電子輸送層
20 光センサアレイ
21 基板
22 透明電極
23 対電極
24 光電変換部
24a バッファ層
24b 光電変換層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element 11 Substrate 12 Transparent electrode 13 Counter electrode 14 Photoelectric conversion part (bulk hetero junction layer)
14p p layer 14i i layer 14n n layer 14 'first photoelectric conversion unit 15 charge recombination layer 16 second photoelectric conversion unit 17 hole transport layer 18 electron transport layer 20 photosensor array 21 substrate 22 transparent electrode 23 counter electrode 24 photoelectric conversion part 24a buffer layer 24b photoelectric conversion layer

Claims (4)

基板上に、少なくとも1層の触媒とケイ素化合物とを含有する下層と、その上に少なくとも1層のSiOを含有する上層とを有するガスバリア層を有するバリアフィルムの製造方法であって、基板上に少なくともポリシラザン化合物と触媒とを含有する下層を形成する工程、少なくともケイ素化合物を含有する上層を形成する工程および転化処理工程をこの順に含み、
前記転化処理工程が、上層を形成する工程の後にのみ行われることを特徴とするバリアフィルムの製造方法。
A method for producing a barrier film having a gas barrier layer having a lower layer containing at least one layer of a catalyst and a silicon compound and an upper layer containing at least one layer of SiO 2 on the substrate, the method comprising: Including a step of forming a lower layer containing at least a polysilazane compound and a catalyst, a step of forming an upper layer containing at least a silicon compound, and a conversion treatment step in this order,
The said conversion process process is performed only after the process of forming an upper layer, The manufacturing method of the barrier film characterized by the above-mentioned.
前記下層に、SiOが含有されていることを特徴とする請求項1に記載のバリアフィルムの製造方法The method for producing a barrier film according to claim 1, wherein the lower layer contains SiO 2 . 前記触媒が、アミン化合物またはパラジウム化合物であることを特徴とする請求項1または2に記載のバリアフィルムの製造方法The method for producing a barrier film according to claim 1, wherein the catalyst is an amine compound or a palladium compound. 前記転化処理工程が、紫外線照射エキシマ法であることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のバリアフィルムの製造方法。 The said conversion process process is an ultraviolet irradiation excimer method, The manufacturing method of the barrier film as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
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