JP2018167133A - Film deposition apparatus and film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、成膜装置及び成膜方法に関する。詳細には、連続成膜時の成膜レートの低下を抑えることができる成膜装置及び成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method. Specifically, the present invention relates to a film formation apparatus and a film formation method that can suppress a decrease in film formation rate during continuous film formation.
従来、ガスバリアー性フィルム、導電性フィルム等に代表される機能性フィルムが利用されている。機能性フィルムは、ベースフィルム上にガスバリアー性や導電性等を示す機能性層が形成されている。機能性層を外力から保護するため、機能性層上に保護層を形成することがあるが、十分に保護するためには、例えば1μm以上の厚い保護層を形成する必要がある。 Conventionally, functional films represented by gas barrier films, conductive films, and the like have been used. In the functional film, a functional layer showing gas barrier properties, conductivity, and the like is formed on a base film. In order to protect the functional layer from external force, a protective layer may be formed on the functional layer. However, in order to sufficiently protect the functional layer, it is necessary to form a thick protective layer of, for example, 1 μm or more.
厚膜の形成には、成膜レートが高い静電スプレー法を使用することができる(例えば、特許文献1及び2参照。)。静電スプレー法は、膜の原料液を帯電させてベースフィルム上に噴霧することにより、噴霧した原料液の液滴とベースフィルム間に電位差を生じさせ、静電気力により液滴をベースフィルム上に引き付けて堆積させる成膜方法である。
For the formation of the thick film, an electrostatic spray method having a high film formation rate can be used (for example, see
静電スプレー法ではベースフィルム上に同じ極性の液滴が堆積していくため、連続して成膜すると、噴霧する液滴とベースフィルム間の電位差が徐々に縮小していく。電位差の縮小にともない、静電気力も弱まって成膜レートが徐々に低下し、目的の厚さまで成膜することが難しかった。特に、真空圧のような減圧下で成膜する場合、減圧環境下は大気圧環境下に比べて電荷の移動が少なく、ベースフィルム上の膜の表面の帯電状態が長く続きやすいため、厚膜の形成がより困難な状況であった。 In the electrostatic spray method, droplets having the same polarity are deposited on the base film. Therefore, when the film is continuously formed, the potential difference between the droplets to be sprayed and the base film is gradually reduced. As the potential difference is reduced, the electrostatic force is weakened and the film formation rate is gradually reduced, making it difficult to form a film to the desired thickness. In particular, when forming a film under a reduced pressure such as a vacuum pressure, there is less charge movement in a reduced pressure environment than in an atmospheric pressure environment, and the charged state of the surface of the film on the base film tends to last for a long time. The formation of was more difficult.
本発明は上記問題及び状況に鑑みてなされ、その解決課題は、連続成膜時の成膜レートの低下を抑えることができる成膜装置及び成膜方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems and circumstances, and an object of the solution is to provide a film forming apparatus and a film forming method capable of suppressing a decrease in film forming rate during continuous film formation.
本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、正又は負の一定の極性だけでなく、反対極性に帯電させた原料液の液滴をベースフィルム上に堆積させることにより、連続成膜しても成膜レートの低下を抑えることができることを見いだし、本発明に至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor, in the process of examining the cause of the above-mentioned problems, on the base film, droplets of the raw material liquid charged not only with a positive or negative constant polarity but also with an opposite polarity. As a result of the deposition, it has been found that a decrease in film formation rate can be suppressed even if continuous film formation is performed, and the present invention has been achieved.
すなわち、本発明に係る課題は、以下の手段によって解決される。
1.ベースフィルム上に静電スプレー法により膜を形成する成膜装置であって、
ベースフィルムを搬送する搬送機構と、
帯電させた原料液を噴霧して、前記搬送機構により搬送される前記ベースフィルム上に前記膜を形成する複数のノズルと、を備え、
前記複数のノズルが、正の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズルと、負の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズルとからなり、各ノズルが前記ベースフィルムの搬送方向に並べて配置されていることを特徴とする成膜装置。
That is, the subject concerning this invention is solved by the following means.
1. A film forming apparatus for forming a film on a base film by an electrostatic spray method,
A transport mechanism for transporting the base film;
A plurality of nozzles for spraying a charged raw material liquid and forming the film on the base film transported by the transport mechanism;
The plurality of nozzles are composed of a nozzle that sprays a raw material liquid charged to a positive polarity and a nozzle that sprays a raw material liquid charged to a negative polarity, and the nozzles are arranged in the transport direction of the base film. A film forming apparatus characterized by being made.
2.減圧下において、前記複数のノズルにより前記原料液を噴霧し、前記膜を形成することを特徴とする第1項に記載の成膜装置。
2. 2. The film forming apparatus according to
3.前記複数のノズルを用いて形成された前記膜の加熱装置を備えていることを特徴とする第1項又は第2項に記載の成膜装置。
3. The film forming apparatus according to
4.ベースフィルム上に静電スプレー法により膜を形成する成膜方法であって、
ベースフィルムを搬送し、帯電させた前記膜の原料液を複数のノズルによりそれぞれ噴霧して、前記ベースフィルム上に前記膜を形成し、
前記複数のノズルを前記ベースフィルムの搬送方向に並べて配置し、前記膜の形成時、正の極性に帯電させた原料液を前記複数のノズルのうちの1又は複数のノズルにより噴霧し、負の極性に帯電させた原料液を残りの1又は複数のノズルにより噴霧することを特徴とする成膜方法。
4). A film forming method for forming a film on a base film by an electrostatic spray method,
Transporting the base film, spraying the charged raw material solution of the film with each of a plurality of nozzles to form the film on the base film,
The plurality of nozzles are arranged side by side in the transport direction of the base film, and at the time of forming the film, the raw material liquid charged to a positive polarity is sprayed by one or more of the plurality of nozzles, and negative A film forming method comprising spraying a polar charged material solution with the remaining one or a plurality of nozzles.
5.減圧下において、前記複数のノズルにより前記原料液を噴霧し、前記膜を形成することを特徴とする第4項に記載の成膜方法。
5. The film forming method according to
6.前記複数のノズルを用いて形成された前記膜を加熱することを特徴とする第4項又は第5項に記載の成膜方法。
6). 6. The film forming method according to
7.厚さが1μm以上の前記膜を形成することを特徴とする第4項から第6項までのいずれか一項に記載の成膜方法。
7). The film forming method according to any one of
本発明の上記手段により、連続成膜時の成膜レートの低下を抑えることができる成膜装置及び成膜方法を提供できる。 By the above means of the present invention, it is possible to provide a film forming apparatus and a film forming method capable of suppressing a decrease in film forming rate during continuous film formation.
本発明の効果の発現機構又は作用機構は明確になっていないが、以下のように推察される。
正又は負の一定の極性に帯電させた原料液の噴霧を繰り返すと、ベースフィルム上に形成された膜の表面に同じ極性の電荷が蓄積し、新たに噴霧する原料液とベースフィルム間の電位差が縮小する。電位差の縮小は、新たに噴霧する原料液をベースフィルムに引き寄せる静電気力(クーロン力)を弱め、成膜レートを低下させるが、反対極性に帯電させた原料液も噴霧することにより、膜の表面に蓄積した電荷を打ち消すことができる。電荷の打消しにより電位差の縮小を抑えることができ、原料液をベースフィルムに引き寄せる静電気力を回復させて、成膜レートの低下を抑えることができると推察される。
The expression mechanism or action mechanism of the effect of the present invention is not clear, but is presumed as follows.
When spraying a raw material liquid charged to a certain positive or negative polarity is repeated, charges of the same polarity accumulate on the surface of the film formed on the base film, and the potential difference between the newly sprayed raw material liquid and the base film Shrinks. Reduction of the potential difference weakens the electrostatic force (Coulomb force) that attracts the newly sprayed raw material liquid to the base film and lowers the film formation rate. It is possible to cancel the charge accumulated in the. It is surmised that the potential difference can be reduced by canceling out the electric charge, and the electrostatic force that draws the raw material liquid to the base film can be recovered to prevent the film formation rate from decreasing.
本発明の成膜装置は、ベースフィルム上に静電スプレー法により膜を形成する成膜装置であって、ベースフィルムを搬送する搬送機構と、帯電させた原料液を噴霧して、前記搬送機構により搬送される前記ベースフィルム上に前記膜を形成する複数のノズルと、を備え、前記複数のノズルが、正の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズルと、負の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズルとからなり、各ノズルが前記ベースフィルムの搬送方向に並べて配置されていることを特徴とする。
また、本発明の成膜方法は、ベースフィルム上に静電スプレー法により膜を形成する成膜方法であって、ベースフィルムを搬送し、帯電させた前記膜の原料液を複数のノズルによりそれぞれ噴霧して、前記ベースフィルム上に前記膜を形成し、前記複数のノズルを前記ベースフィルムの搬送方向に並べて配置し、前記膜の形成時、正の極性に帯電させた原料液を前記複数のノズルのうちの1又は複数のノズルにより噴霧し、負の極性に帯電させた原料液を残りの1又は複数のノズルにより噴霧することを特徴とする。
これらの特徴は、請求項1から請求項7までの各請求項に係る発明に共通の技術的特徴である。
The film forming apparatus of the present invention is a film forming apparatus for forming a film on a base film by an electrostatic spray method, the transport mechanism transporting the base film, and spraying the charged raw material liquid, the transport mechanism A plurality of nozzles for forming the film on the base film conveyed by the nozzle, and the plurality of nozzles are charged with a negative polarity and a nozzle for spraying a raw material liquid charged with a positive polarity. It consists of nozzles for spraying the raw material liquid, and each nozzle is arranged in the transport direction of the base film.
The film forming method of the present invention is a film forming method in which a film is formed on a base film by an electrostatic spray method. The base film is transported and charged, and the raw material liquid of the film is respectively supplied by a plurality of nozzles. The film is formed on the base film by spraying, the plurality of nozzles are arranged side by side in the transport direction of the base film, and the raw material liquid charged to a positive polarity is formed when the film is formed. The raw material liquid sprayed by one or a plurality of nozzles among the nozzles and charged to a negative polarity is sprayed by the remaining one or a plurality of nozzles.
These features are technical features common to the inventions according to
本発明の実施態様としては、減圧下において、前記複数のノズルにより前記原料液を噴霧し、前記膜を形成することができる。膜の表面と反対極性の原料液を噴霧することにより、電荷が蓄積しやす減圧下においても膜の表面の電荷を打ち消して、成膜レートの低下を抑えることができる。
また、均一な膜厚を得る観点から、本発明の実施態様としては、前記複数のノズルを用いて形成された前記膜の加熱装置を備えていることが好ましい。
成膜レートの低下を抑えているため、多数のノズルを使用することなく、厚さが1μm以上の膜を形成することができる。
As an embodiment of the present invention, the film can be formed by spraying the raw material liquid with the plurality of nozzles under reduced pressure. By spraying the raw material liquid having the opposite polarity to the surface of the film, the charge on the surface of the film is canceled even under a reduced pressure at which charges are likely to accumulate, and a decrease in film formation rate can be suppressed.
Further, from the viewpoint of obtaining a uniform film thickness, it is preferable that an embodiment of the present invention includes a heating device for the film formed using the plurality of nozzles.
Since the decrease in the deposition rate is suppressed, a film having a thickness of 1 μm or more can be formed without using a large number of nozzles.
以下、本発明とその構成要素及び本発明を実施するための形態について詳細な説明をする。
なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
Hereinafter, the present invention, its components, and modes for carrying out the present invention will be described in detail.
In addition, in this application, "-" is used in the meaning which includes the numerical value described before and behind that as a lower limit and an upper limit.
〔成膜装置〕
本発明の成膜装置は、ベースフィルム上に静電スプレー法により膜を形成する成膜装置である。本発明の成膜装置は、ベースフィルム上であれば、ベースフィルムの表面上だけでなく、ベースフィルム上にすでに形成されている他の膜上にさらに膜を形成することもできる。
[Deposition system]
The film forming apparatus of the present invention is a film forming apparatus for forming a film on a base film by an electrostatic spray method. If the film-forming apparatus of this invention is on a base film, it can also form a film | membrane not only on the surface of a base film but on the other film | membrane already formed on the base film.
図1は、本発明の実施の形態の成膜装置1の概略構成を示している。
成膜装置1は、ロール・to・ロール方式の成膜装置であり、図1に示すように、ベースフィルムFの搬送機構として、ロール体のベースフィルムFを巻き出す巻き出し装置31、巻き出されたベースフィルムFを搬送する複数のローラー32、膜の形成後にベースフィルムFを巻き取ってロール体を形成する巻き取り装置33等を備えている。
成膜装置1は、真空ポンプ1aによって成膜装置1内の圧力環境を大気圧下又は減圧下に調整することができる。減圧下とは、0.1Pa以上大気圧未満の圧力範囲をいう。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
The
The
成膜装置1は、静電スプレー法により膜を形成する。
静電スプレー法は、帯電させた膜の原料液をベースフィルム上に噴霧することにより、噴霧した原料液の液滴とベースフィルム間に電位差を生じさせ、液滴を静電気力(クーロン力)によってベースフィルム上に引き付けて堆積させる成膜方法である。
The
In the electrostatic spray method, a charged film raw material liquid is sprayed onto a base film, thereby generating a potential difference between the sprayed raw material liquid droplets and the base film, and the liquid droplets are caused by electrostatic force (Coulomb force). It is a film forming method for attracting and depositing on a base film.
図1に示すように、成膜装置1では、膜の原料液を噴霧する複数のノズル21が配置され、ベースフィルムFを搬送するローラー32が各ノズル21とベースフィルムFを挟んで対向するように配置されている。
図2は、図1中の一つのノズル21とベースフィルムFを搬送方向yから表す側面図である。
図2に示すように、ノズル21には電源22が接続され、ノズル21により噴霧する原料液を帯電させるため、成膜時には電源22により電圧が印加される。一方、ローラー32は接地されている。
As shown in FIG. 1, in the
FIG. 2 is a side view showing one
As shown in FIG. 2, a
図2に示すように、供給部23から供給された膜の原料液をノズル21により噴霧する際、電源22によりノズル21に正の電圧を印加すると、図2に示すように、ノズル21から噴霧された原料液は正の極性に帯電する。帯電した原料液は静電気力(クーロン力)により反発し、正の極性に帯電した液滴に分裂する。分裂によって液滴内の正の電荷密度が上昇することから、液滴は反発による分裂を繰り返す。一方、接地されたローラー32により搬送されるベースフィルムFはほぼ無極性であり、液滴とベースフィルムF間に電位差が生じていることから、分裂を繰り返して微粒子化した液滴は静電気的にベースフィルムF上に引き付けられてベースフィルムF上に堆積する。
As shown in FIG. 2, when the
なお、噴霧する原料液の液滴とベースフィルムF間に電位差を生じさせることができるのであれば、ノズル21ではなく、原料液の供給部23に電源22を接続して電圧を印加し、原料液を帯電させることもできる。
また、ベースフィルムFを搬送するローラー32に原料液とは反対極性の電圧を印加することにより、原料液の液滴とベースフィルムF間に電位差を生じさせてもよい。
If a potential difference can be generated between the droplet of the raw material liquid to be sprayed and the base film F, a voltage is applied by connecting the
In addition, a potential difference may be generated between the droplets of the raw material liquid and the base film F by applying a voltage having a polarity opposite to that of the raw material liquid to the
成膜装置1では、正の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズル21と、負の極性に帯電したノズル21とが、ベースフィルムFの搬送方向yに並べて配置されている。
このように正の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズル21と負の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズル21とを搬送方向yに混在させて配置することにより、成膜レートの低下を抑えて厚い膜を形成することができる。
正の極性に帯電させたノズル21と負の極性に帯電させたノズル21の配置順及び配置数は特に限定されない。
In the
Thus, by arranging the
The arrangement order and the number of the
すべてのノズル21において、正又は負の一定の極性に帯電させた原料液のみを噴霧すると、ベースフィルム上に形成された膜の表面に同じ極性の電荷が蓄積していくため、連続成膜時には噴霧する液滴とベースフィルムFとの電位差が徐々に縮小していく。電位差が縮小すると、液滴をベースフィルムFに引き寄せる静電気力が弱まるとともに、液滴とベースフィルムF上に形成された膜との反発力も強くなるため、成膜レートが低下し、1μm以上の厚い膜の形成が難しくなる。
When only the raw material liquid charged to a positive or negative constant polarity is sprayed in all the
これに対し、上述のように正の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズル21と負の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズル21とを搬送方向yに混在させて配置すれば、ベースフィルムF上の膜の表面に堆積した正又は負の極性の電荷をその反対極性の電荷により打ち消すことができる。噴霧する原料液とベースフィルムF間の電位差の縮小を抑えて、ベースフィルムFに液滴を引き寄せる静電気力を回復させることができる。連続成膜時にも成膜レートの低下を抑えることができることから、1μm以上の厚膜の形成が可能となる。
特に減圧下においては、大気圧下に比べて電荷の移動が少なく、ベースフィルム上の膜の表面の帯電状態が長く続いて電位差の縮小が起こりやすい。しかし、成膜装置1によれば、膜の表面に蓄積した電荷を打ち消すことができるため、大気圧下だけでなく減圧下における連続成膜時にも、成膜レートの低下を効果的に抑えることができる。
On the other hand, if the
In particular, under reduced pressure, the movement of electric charge is less than under atmospheric pressure, and the charged state of the surface of the film on the base film continues for a long time, and the potential difference tends to decrease. However, according to the
膜の原料液は、無機材料であってもよいし、有機材料であってもよいが、導電性が高い材料であると帯電させやすく、成膜に十分な静電気力が得られやすいので、好ましい。
導電性が低い材料であっても、極性の高い溶媒に溶解又は分散させて原料液を調製するか、膜の原料液中に酸化チタン、酸化スズ等の導電性微粒子を添加すれば、原料液の帯電性を高めることができるため、使用することができる。
膜の原料液は、溶媒を含有することもできるが、静電スプレー法では原料液の液滴が分裂する際に液滴中の溶媒が揮発し、揮発した溶媒が真空度を低下させる。そのため、減圧下で成膜する場合は溶媒の含有量は少ないことが好ましく、溶媒を含有しないことがより好ましい。
The raw material liquid for the film may be an inorganic material or an organic material, but a highly conductive material is preferable because it is easily charged and a sufficient electrostatic force is easily obtained for film formation. .
Even if it is a material with low electrical conductivity, it can be dissolved or dispersed in a highly polar solvent to prepare a raw material solution, or if conductive fine particles such as titanium oxide and tin oxide are added to the raw material solution of the film, the raw material solution It can be used because it can improve the chargeability of.
The raw material liquid for the film may contain a solvent, but in the electrostatic spray method, the solvent in the liquid droplets volatilizes when the liquid droplets of the raw material liquid break up, and the volatilized solvent lowers the degree of vacuum. Therefore, when the film is formed under reduced pressure, the content of the solvent is preferably small, and more preferably no solvent is contained.
電源22により印加する電圧(V)は、ノズル21とベースフィルムF間の距離や、原料液の噴霧量との関係によって適宜設定することができる。印加する電圧としては、特に限定されないが、好ましくは5〜20kVの範囲内であり、より好ましくは10〜15kVの範囲内である。
The voltage (V) applied by the
複数のノズル21は、成膜レートを高め、均一な厚さの膜を形成する観点から、搬送方向yだけでなく搬送方向yに直交する幅方向にも並べて配置されていることが好ましい。
図3は、複数のノズル21をベースフィルムFの幅方向x及び搬送方向yに並べた配置例を示している。
図3に示す配置例では、三つのノズル21を幅方向xに等間隔に並べた列を、搬送方向yに5列配置している。
The plurality of
FIG. 3 shows an arrangement example in which a plurality of
In the arrangement example shown in FIG. 3, five rows in which the three
図4は、図3に示す5列のノズル21を用いて形成される膜の幅方向xにおける膜厚分布を示している。図4において、実線は搬送方向y上流から2及び4列目の偶数列のノズル21を用いて形成される膜の膜厚分布を示している。また、点線は1、3及び5列目の奇数列のノズル21を用いて形成される膜の膜厚分布を示している。
5列のノズル21は、図4に示すように各列のノズル21により成膜したときの膜厚が幅方向xにおいて均一となるように、ノズル21の幅方向xの位置が列単位でずれている。
図3に示す配置例では、各列のノズル21の幅方向xにおける位置を交互にずらしているが、幅方向xにおいて膜厚が均一となるのであれば、どの列の位置をずらしてもよい。例えば、1、2及び3列目のノズル21の幅方向xの位置を同じ位置とし、4及び5列目のノズル21の幅方向xの位置をずらすこともできる。
FIG. 4 shows the film thickness distribution in the width direction x of the film formed using the five rows of
As shown in FIG. 4, the positions of the
In the arrangement example shown in FIG. 3, the positions of the
図1に示すように、成膜装置1は、複数のノズル21を用いて形成された膜の加熱装置24を備えていることが、均一な膜厚を得る観点から好ましい。
加熱により膜の粘度を下げて膜のレベリング(表面の平滑化)を図ることができ、膜厚を均一化することができる。膜の形成後に加熱すればよいので、原料液の粘度を下げる必要がなく、ノズル21からの液だれ防止のために噴霧時には原料液を高粘度に調整することができる。
As shown in FIG. 1, the
The viscosity of the film can be lowered by heating to achieve leveling of the film (surface smoothing), and the film thickness can be made uniform. Since it is only necessary to heat after forming the film, it is not necessary to lower the viscosity of the raw material liquid, and the raw material liquid can be adjusted to a high viscosity during spraying to prevent dripping from the
図5Aは、複数列のノズル21により正の極性に帯電させた原料液を噴霧して形成した膜をベースフィルムFの搬送方向から表している。
図5Aに示すように、膜の表面の正の電荷密度が高まって反発するため、表面が平滑にならず、膜厚ムラが生じている。
FIG. 5A shows a film formed by spraying a raw material liquid charged to a positive polarity by a plurality of rows of
As shown in FIG. 5A, since the positive charge density on the surface of the film increases and repels, the surface is not smooth, and film thickness unevenness occurs.
図5Aに示す膜上に、膜と同じ正の極性に帯電させた原料液をさらに噴霧した場合、膜の表面とベースフィルムFとの電位差がいくらか縮小して反発が弱まるため、図5Bに示すように膜のレベリングの効果が得られる。 When the raw material liquid charged with the same positive polarity as the membrane is further sprayed on the membrane shown in FIG. 5A, the potential difference between the surface of the membrane and the base film F is somewhat reduced and the repulsion is weakened. Thus, the effect of film leveling can be obtained.
一方、図5Aに示す膜上に、膜の表面の反対極性である負の極性に帯電させた原料液をさらに噴霧すると、液滴が膜表面に静電気的に引き寄せられて、図5Cに示すように膜厚ムラが大きい元の膜の表面形状を維持したまま液滴が堆積する。そのため、図5Bに示すように同じ極性の液滴を堆積させる場合と同様のレベリングの効果が期待できない。このような異なる極性の液滴を堆積させる場合でも、上述のように加熱装置24により膜を加熱することにより、膜の低粘度化によるレベリングの効果を得ることができる。
On the other hand, when the raw material liquid charged to the negative polarity which is the opposite polarity to the surface of the film is further sprayed on the film shown in FIG. 5A, the droplets are electrostatically attracted to the film surface, as shown in FIG. 5C. In addition, droplets are deposited while maintaining the surface shape of the original film having a large film thickness unevenness. Therefore, as shown in FIG. 5B, the same leveling effect as that in the case of depositing droplets having the same polarity cannot be expected. Even when droplets having such different polarities are deposited, by heating the film with the
膜の原料が紫外線硬化型樹脂等であり、硬化処理が必要な膜である場合、図1に示すように、成膜装置1は硬化装置25を備えることができる。
硬化装置25としては、例えば紫外線ランプ、キセノンランプ等を用いることができる。
When the raw material of the film is an ultraviolet curable resin or the like and is a film that needs to be cured, the
As the
〔変形例〕
成膜装置1の構成は、図1に示す構成に限定されず、図6に示すような構成であってもよい。
図6に示す構成例では、バックローラー34によりベースフィルムFを搬送し、バックローラー34により搬送されるベースフィルムFの曲面に沿って、複数のノズル21が並べて配置されている。加熱装置24の代わりに、ヒーターを内蔵するバックローラー34を用いれば、バックローラー34により膜を加熱することができる。
[Modification]
The configuration of the
In the configuration example shown in FIG. 6, the base film F is transported by the
また、成膜装置1は、長尺のベースフィルムFに連続して成膜できるロール・to・ロール方式であるが、ベースフィルムFが所定サイズにカットされている場合は、ベースフィルムFの支持板を繰り返し揺動して搬送する搬送方式であってもよい。
The
〔他の実施の形態〕
本発明の成膜装置及び成膜方法は、機能性フィルムの製造に好適に用いることができる。
機能性フィルムは、ベースフィルム上に機能性層を有するフィルムである。機能性フィルムとしては、例えば酸素、水等のガスの浸入を抑えるガスバリアー層を備えたガスバリアー性フィルム、導電層を備えた導電性フィルム、絶縁層を備えた絶縁性フィルム、目的の屈折率を有する屈折層を備えた光学フィルム等が挙げられる。
[Other Embodiments]
The film forming apparatus and film forming method of the present invention can be suitably used for the production of a functional film.
The functional film is a film having a functional layer on a base film. Functional films include, for example, a gas barrier film with a gas barrier layer that suppresses the ingress of gases such as oxygen and water, a conductive film with a conductive layer, an insulating film with an insulating layer, and a desired refractive index An optical film provided with a refractive layer having
機能性層としての膜をロール・to・ロール方式により形成する場合、フィルムの巻き取り時に機能性層が損傷することを防ぐため、機能性層上に保護層を設けることがある。ロール・to・ロール方式でこの保護層を静電スプレー法により連続して形成しようとすると、上述のように膜の表面とベースフィルムとの電位差が減少するため、成膜レートが低下する。しかしながら、本発明の成膜装置及び成膜方法によれば、この電位差の減少を緩和して成膜レートの低下を抑えることができるため、機能性層を外力から保護するのに十分厚い膜を形成することができる。
また、機能性層を減圧下で形成する場合、ロール・to・ロール方式では保護層も減圧下において形成できると生産効率が良いが、減圧下では大気圧下に比べて膜の表面の電荷が移動しにくく、膜の表面とベースフィルムの電位差がより減少しやすい。本発明の成膜装置及び成膜方法は、減圧下でも成膜レートの低下を抑えることができるため、保護層の形成に最適に利用することができる。
When a film as a functional layer is formed by a roll-to-roll method, a protective layer may be provided on the functional layer in order to prevent the functional layer from being damaged when the film is wound. If this protective layer is continuously formed by the electrostatic spray method in a roll-to-roll system, the potential difference between the surface of the film and the base film decreases as described above, so the film formation rate decreases. However, according to the film forming apparatus and the film forming method of the present invention, since the decrease in the potential difference can be mitigated and the decrease in the film forming rate can be suppressed, a film sufficiently thick to protect the functional layer from external force can be formed. Can be formed.
In addition, when the functional layer is formed under reduced pressure, the roll-to-roll method has good production efficiency if the protective layer can also be formed under reduced pressure. However, the charge on the surface of the film is lower under reduced pressure than under atmospheric pressure. It is difficult to move, and the potential difference between the surface of the membrane and the base film is more likely to decrease. The film formation apparatus and the film formation method of the present invention can be optimally used for forming a protective layer because a decrease in film formation rate can be suppressed even under reduced pressure.
図7は、機能性フィルムを製造する場合の成膜装置100の概略構成を示している。
図7に示すように、成膜装置100は、二つの成膜室10及び20と、上述した成膜装置1と同様にベースフィルムFの搬送機構として、巻き出し装置31、ローラー32、巻き取り装置33等を備えている。
成膜装置100は、搬送機構によりベースフィルムFを成膜室10及び20に順次搬送し、成膜室10においてベースフィルムF上に機能性層を形成した後、成膜室20において機能性層上に保護層を形成する。
FIG. 7 shows a schematic configuration of the
As shown in FIG. 7, the
The
二つの成膜室10及び20の圧力差が大きい場合、成膜装置100は、成膜室10と成膜室20の間に圧力調整室40を備えてもよい。この圧力調整室40により成膜室10の圧力環境から成膜室20の圧力環境へ徐々に調整することができる。
When the pressure difference between the two
〔機能性層の成膜室〕
成膜室10では、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法により機能性層としての膜を形成する。
ALD法は、2種以上の原料を交互に供給し、各原料を反応させる成膜処理を複数サイクル繰り返し、1サイクルごとに原子層(実際には化合物の分子層であり得る。)を1層ずつ堆積させて膜を形成する方法である。
ALD法であれば、ALD法の1種であるPE(Plasma Enhanced)ALD法、熱ALD法等を用いることができる。
[Functional layer deposition chamber]
In the
In the ALD method, a film forming process in which two or more kinds of raw materials are alternately supplied and each raw material is reacted is repeated a plurality of cycles, and one atomic layer (actually, a molecular layer of a compound) is formed for each cycle. It is a method of forming a film by depositing each one.
If it is ALD method, PE (Plasma Enhanced) ALD method, thermal ALD method, etc. which are 1 type of ALD method can be used.
図7は、PEALD法を用いた成膜室10の構成を示している。
図7に示すように、成膜室10は、不活性ガスが供給された室内に三つの成膜室C1〜C3を備えている。各成膜室C1〜C3内は、真空ポンプ等によって真空圧下に調整されている。また、各成膜室C1〜C3の壁には、ベースフィルムFが通過できるように、ベースフィルムFの搬送経路上に開口が設けられている。
FIG. 7 shows a configuration of the
As shown in FIG. 7, the
成膜室10は、各成膜室C1及びC2において、機能性層の原料ガスを供給する。
また、成膜室10は、成膜室C3において改質処理用の原料ガスを供給するとともにプラズマを生成し、各成膜室C1及びC2においてベースフィルムF上に吸着した原料の酸化、窒化等の改質処理を行う。
The
The
成膜時、成膜室10において、搬送機構によりベースフィルムFを成膜室C1に搬送して原料を吸着させた後、成膜室C3へ搬送して吸着させた原料を改質処理する。これにより、1原子(分子)分の厚さの膜を形成することができる。さらに、成膜室10は、ベースフィルムFを成膜室C2へ搬送して原料を吸着させると、折り返して成膜室C3へ搬送し、吸着させた原料を改質処理する。これにより、さらに1原子(分子)分の厚さの膜を形成することができる。
上記手順により、成膜室C1及びC2において同じ原料ガスを供給する場合は同じ種類の膜を2倍の成膜レートで積層することができ、異なる原料ガスを供給する場合は異なる種類の膜を交互に積層することができる。
At the time of film formation, the base film F is transferred to the film formation chamber C1 by the transfer mechanism in the
According to the above procedure, when the same source gas is supplied in the film formation chambers C1 and C2, the same type of film can be stacked at a double film formation rate, and when different source gases are supplied, different types of films are formed. They can be stacked alternately.
各成膜室C1又はC2においてベースフィルムF上に吸着しきれなかった余剰の原料ガスは、成膜室C1又はC2から成膜室C3へ移動する間、成膜室10内に供給された不活性ガスにより除去(パージ)することができる。不活性ガスは、例えば希ガス等を使用することができ、原料との反応性が低ければ、窒素ガス等も使用することができる。 Excess source gas that could not be adsorbed onto the base film F in each film forming chamber C1 or C2 was transferred to the film forming chamber C3 from the film forming chamber C1 or C2 while being supplied into the film forming chamber C10. It can be removed (purged) by an active gas. As the inert gas, for example, a rare gas or the like can be used. If the reactivity with the raw material is low, a nitrogen gas or the like can also be used.
成膜室10の成膜方法としては、上述したALD法に限らず、マグネトロンスパッタ法、RF(高周波)スパッタ法等のスパッタ法、電子線蒸着法、イオンプレーティング法等の蒸着法、レーザー化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、熱CVD法、PE(Plasma Enhanced)CVD等のCVD法を用いることができる。
また、多層構造の機能性層を形成する場合、複数の成膜室10を設けることができ、各成膜室10の成膜方法を異ならせることもできる。
The film forming method in the
In the case of forming a functional layer having a multilayer structure, a plurality of
〔保護層の成膜室〕
成膜室20では、静電スプレー法により保護層としての膜を形成する。
成膜室20の構成は、上述した成膜装置1と同じ構成である。
[Protection layer deposition chamber]
In the
The configuration of the
〔圧力調整室〕
圧力調整室40は、上述のように成膜室10の圧力環境から成膜室20の圧力環境へ徐々に調整する。
[Pressure adjustment chamber]
The
〔機能性フィルム〕
図8は、上記成膜装置100により製造できる機能性フィルムGの構成例を示す断面図である。
図8に示すように、機能性フィルム1は、ベースフィルムF上に機能性層G1及び保護層G2を備えている。
[Functional film]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration example of the functional film G that can be manufactured by the
As shown in FIG. 8, the
〔ベースフィルム〕
ベースフィルムFは、機能性フィルムの基材である。
ベースフィルムFとしては、可撓性を有するのであれば、フィルム状の樹脂、ガラス、金属等を用いることができる。なかでも、軽量であることから、樹脂が好ましく、透明性が高い樹脂が好ましい。樹脂の透明性が高く、ベースフィルムFの透明性が高いと、透明性が高い機能性フィルムを得ることができ、機能性フィルムを有機EL(Electro Luminescence)素子等の電子デバイスに好ましく用いることができる。
[Base film]
The base film F is a functional film substrate.
As the base film F, a film-like resin, glass, metal, or the like can be used as long as it has flexibility. Especially, since it is lightweight, resin is preferable and resin with high transparency is preferable. When the transparency of the resin is high and the transparency of the base film F is high, a highly functional film can be obtained, and the functional film is preferably used for an electronic device such as an organic EL (Electro Luminescence) element. it can.
ベースフィルムFとして用いることができる樹脂としては、例えば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、ポリスチレン(PS)、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(PI)、ポリエーテルイミド等が挙げられる。なかでも、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)等が、コスト及び入手の容易性から好ましい。
ベースフィルムFは、上記樹脂が2以上積層された積層フィルムであってもよい。
Examples of the resin that can be used as the base film F include methacrylate ester, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyarylate, polystyrene (PS), aromatic polyamide, and polyether ether. Ketone, polysulfone, polyethersulfone, polyimide (PI), polyetherimide and the like can be mentioned. Of these, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC) and the like are preferable from the viewpoint of cost and availability.
The base film F may be a laminated film in which two or more of the above resins are laminated.
樹脂製のベースフィルムFは、従来公知の一般的な製造方法により製造することが可能である。例えば、材料となる樹脂を押出機により溶融し、環状ダイ又はTダイにより押し出して急冷することにより、実質的に無定形で配向していない未延伸の樹脂基材を製造することができる。また、材料となる樹脂を溶剤に溶解し、無端の金属樹脂支持体上に流延(キャスト)して乾燥、剥離することにより、実質的に無定形で配向していない未延伸フィルムを、ベースフィルムFとして得ることができる。 The resin base film F can be manufactured by a conventionally known general manufacturing method. For example, an unstretched resin base material that is substantially amorphous and not oriented can be produced by melting a resin as a material with an extruder, extruding it with an annular die or a T-die, and quenching. In addition, by dissolving the resin used as a material in a solvent, casting (casting) it onto an endless metal resin support, drying, and peeling, an unstretched film that is substantially amorphous and not oriented is used as a base. It can be obtained as film F.
上記未延伸フィルムを、フィルムの搬送方向(MD:Machine Direction)又は搬送方向と直交する幅方向(TD:Transverse Direction)に延伸し、得られた延伸フィルムをベースフィルムFとすることもできる。延伸方法としては、一軸延伸、テンター式逐次二軸延伸、テンター式同時二軸延伸、チューブラー式同時二軸延伸等の公知の方法が挙げられる。延伸倍率は、原料となる樹脂に合わせて適宜選択することできるが、搬送方向及び幅方向ともに、それぞれ2〜10倍の範囲内が好ましい。 The unstretched film may be stretched in the film transport direction (MD: Machine Direction) or the width direction (TD: Transverse Direction) perpendicular to the transport direction, and the resulting stretched film may be used as the base film F. Examples of the stretching method include known methods such as uniaxial stretching, tenter sequential biaxial stretching, tenter simultaneous biaxial stretching, and tubular simultaneous biaxial stretching. Although a draw ratio can be suitably selected according to resin used as a raw material, both the conveyance direction and the width direction are preferably in the range of 2 to 10 times.
ベースフィルムFは、上述した未延伸フィルムでもよく、延伸フィルムでもよい。強度向上及び熱膨張抑制の点からは延伸フィルムが好ましい。延伸によってベースフィルムFの位相差等の光学的な機能を調整できるので、調整が必要な場合は延伸フィルムを用いることが好ましい。 The base film F may be the above-described unstretched film or a stretched film. A stretched film is preferable from the viewpoint of strength improvement and thermal expansion suppression. Since optical functions such as retardation of the base film F can be adjusted by stretching, it is preferable to use a stretched film when adjustment is necessary.
ベースフィルムFは、寸法安定性を高める観点から、弛緩処理、オフライン熱処理等が施されていてもよい。
弛緩処理は、延伸工程において熱固定した後、幅方向へ延伸するテンター内、又はテンターを出た後の巻き取りまでの工程で行われることが好ましい。弛緩処理は、処理温度が80〜200℃の範囲内で行われることが好ましく、100〜180℃の範囲内で行われることがより好ましい。
The base film F may be subjected to relaxation treatment, off-line heat treatment, and the like from the viewpoint of improving dimensional stability.
The relaxation treatment is preferably carried out in the tenter extending in the width direction after the heat setting in the stretching step, or in the step up to winding after exiting the tenter. The relaxation treatment is preferably performed at a treatment temperature in the range of 80 to 200 ° C, and more preferably in the range of 100 to 180 ° C.
オフライン熱処理の方法としては、特に限定されないが、例えば複数のローラー群によるローラー搬送方法、空気をフィルムに吹き付けて浮揚させるエアー搬送方法(具体的には、複数のスリットから加熱空気をフィルム面の片面又は両面に吹き付ける方法)、赤外線ヒーター等による輻射熱を利用する方法、フィルムを自重で垂れ下がらせ、下方で巻き取る等の搬送方法等を挙げることができる。熱処理時の搬送張力は、できるだけ低くして熱収縮を促進することで、良好な寸法安定性が得られる。処理温度としては(Tg+50)〜(Tg+150)℃の温度範囲が好ましい。ここでいうTgとは、ベースフィルムFのガラス転移温度をいう。 The method of off-line heat treatment is not particularly limited. For example, a roller transport method using a plurality of roller groups, an air transport method in which air is blown and floated on a film (specifically, heated air is supplied from a plurality of slits on one side of the film surface). Or a method of spraying on both surfaces), a method of using radiant heat by an infrared heater, a conveying method of hanging the film under its own weight and winding it down. Good dimensional stability can be obtained by making the conveyance tension during heat treatment as low as possible to promote thermal shrinkage. As the treatment temperature, a temperature range of (Tg + 50) to (Tg + 150) ° C. is preferable. Tg here refers to the glass transition temperature of the base film F.
ベースフィルムFの厚さは特に限定されず、薄い機能性フィルムを得る場合には200μm以下とすることができる。より薄い機能性フィルムを得る観点からは厚さが100μm以下であることが好ましく、20〜100μmの範囲内であることがより好ましい。 The thickness of the base film F is not particularly limited, and can be 200 μm or less when a thin functional film is obtained. From the viewpoint of obtaining a thinner functional film, the thickness is preferably 100 μm or less, and more preferably in the range of 20 to 100 μm.
ベースフィルムFは、その表面にクリアハードコート層を備えることができる。
クリアハードコート層は、例えば紫外線硬化型樹脂を塗布した後、紫外線を照射して硬化させることにより形成することができる。
The base film F can have a clear hard coat layer on its surface.
The clear hard coat layer can be formed, for example, by applying an ultraviolet curable resin and then irradiating it with ultraviolet rays to cure.
〔機能性層〕
機能性層G1は、例えばガスバリアー層、導電層、絶縁層、屈折層等である。
機能性層G1の材料としては、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属酸炭化物、金属炭窒化物等の金属化合物を、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
機能性層G1に使用できる金属化合物中の金属としては、例えばアルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ケイ素(Si)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ランタン(La)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、銅(Cu)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、イットリウム(Y)等が挙げられる。
また、機能性層G1は、ポリシラザン、ポリシロキサン等の繰り返し構造単位を有するケイ素化合物を改質処理した層であってもよい。
[Functional layer]
The functional layer G1 is, for example, a gas barrier layer, a conductive layer, an insulating layer, a refractive layer, or the like.
As a material for the functional layer G1, metal compounds such as metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides, metal oxycarbides, metal carbonitrides and the like can be used alone or in combination of two or more.
Examples of the metal in the metal compound that can be used for the functional layer G1 include aluminum (Al), titanium (Ti), silicon (Si), zirconium (Zr), hafnium (Hf), lanthanum (La), and niobium (Nb). Tantalum (Ta), magnesium (Mg), zinc (Zn), nickel (Ni), vanadium (V), copper (Cu), cobalt (Co), iron (Fe), yttrium (Y), and the like.
The functional layer G1 may be a layer obtained by modifying a silicon compound having a repeating structural unit such as polysilazane or polysiloxane.
機能性層G1がガスバリアー層である場合、当該ガスバリアー層は、JIS−K−7129−1992に準拠した方法で測定された水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度90±2%RH)が0.010(g/m2・24h)以下のガスバリアー性を示すことが好ましく、0.001(g/m2・24h)以下であることがより好ましい。また、JIS−K−7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が1×10−3(ml/m2・day・atm)以下であることが好ましい。なお、水蒸気透過度は、MOCON法、特開2005−283561号公報等に記載のカルシウム腐食法等によっても測定することができる。 When the functional layer G1 is a gas barrier layer, the gas barrier layer has a water vapor permeability (25 ± 0.5 ° C., relative humidity 90 ± 2%) measured by a method according to JIS-K-7129-1992. RH) preferably exhibits a gas barrier property of 0.010 (g / m 2 · 24 h) or less, and more preferably 0.001 (g / m 2 · 24 h) or less. Moreover, it is preferable that the oxygen permeability measured by the method based on JIS-K-7126-1987 is 1 * 10 < -3 > (ml / m < 2 > * day * atm) or less. The water vapor permeability can also be measured by the MOCON method, the calcium corrosion method described in JP-A-2005-283561, and the like.
機能性層G1は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。
機能性層G1がガスバリアー層である場合、ガスバリアー性を高める観点から、ガスバリアー層は、ポリシラザンを改質処理した第1層上に金属化合物を含有する第2層を備える多層構造であることが好ましい。金属化合物のなかでも遷移金属化合物が好ましく、遷移金属化合物のなかでも第5族元素のNb、Ta及びVの酸化物が好ましい。これは、第1層中のSiと第2層中のNb等の遷移金属との結合が生じやすく、緻密な構造を形成することによってガスバリアー性が高まるためと推察される。
The functional layer G1 may have a single layer structure or a multilayer structure.
When the functional layer G1 is a gas barrier layer, the gas barrier layer has a multilayer structure including a second layer containing a metal compound on the first layer obtained by modifying polysilazane from the viewpoint of improving the gas barrier property. It is preferable. Among the metal compounds, transition metal compounds are preferable, and among the transition metal compounds, oxides of Group 5 elements Nb, Ta, and V are preferable. This is presumably because the Si barrier in the first layer and the transition metal such as Nb in the second layer are likely to be bonded, and the gas barrier property is enhanced by forming a dense structure.
機能性層G1の厚さは、3〜200nmの範囲内にあることが好ましい。
厚さが3nm以上であれば、機能性層G1の十分な機能性、例えばガスバリアー性等を得ることができる。また、厚さが200nm以下であれば、高温高湿下における耐久性も向上し、十分な機能性を長期にわたって維持することができる。
The thickness of the functional layer G1 is preferably in the range of 3 to 200 nm.
When the thickness is 3 nm or more, sufficient functionality of the functional layer G1, such as gas barrier properties, can be obtained. Moreover, if thickness is 200 nm or less, durability under high temperature and high humidity will also improve, and sufficient functionality can be maintained over a long period of time.
〔保護層〕
保護層G2は、機能性層G1の損傷防止用の保護層として機能性層G1上に設けることができる。なかでも、機能性層G1がガスバリアー層として形成される場合、巻き取り時に損傷した部分を通して水、酸素等のガスが浸透するため、保護層G2の形成は高いガスバリアー性能を維持するために特に有効である。
[Protective layer]
The protective layer G2 can be provided on the functional layer G1 as a protective layer for preventing damage to the functional layer G1. In particular, when the functional layer G1 is formed as a gas barrier layer, gas such as water and oxygen penetrates through the damaged portion during winding, so that the protective layer G2 is formed in order to maintain high gas barrier performance. It is particularly effective.
保護層G2の材料としては、外力から機能性層G1を保護できるのであれば特に限定されないが、十分に保護できる程度に柔らかい膜を形成する観点からは、紫外線硬化型樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化型樹脂等を使用することができる。極性が大きく帯電しやすい材料であると、静電スプレー法による成膜レートを高めることができ、好ましい。ポリシロキサン等のように極性が小さい材料であっても、極性溶媒中に溶解させるか、導電性微粒子等を原料液中に添加することにより、原料液の帯電性を高めることができるため、使用することができる。 The material of the protective layer G2 is not particularly limited as long as the functional layer G1 can be protected from external force. From the viewpoint of forming a soft film that can be sufficiently protected, an ultraviolet curable resin, a thermoplastic resin, a heat A curable resin or the like can be used. It is preferable that the material has a large polarity and is easily charged because the film formation rate by the electrostatic spray method can be increased. Even if it is a material with a small polarity such as polysiloxane, the chargeability of the raw material liquid can be improved by dissolving it in a polar solvent or adding conductive fine particles to the raw material liquid. can do.
保護層G2の厚さは、0.5μm以上とすることができる。保護層G2の保護効果を高め、高温高湿下における機能性層G1の耐久性を向上させる観点からは、保護層G2の厚さは1μm以上であることが好ましい。
また、吸湿を抑える観点からは、保護層G2の厚さは10μm以下であることが好ましい。
The thickness of the protective layer G2 can be 0.5 μm or more. From the viewpoint of enhancing the protective effect of the protective layer G2 and improving the durability of the functional layer G1 under high temperature and high humidity, the thickness of the protective layer G2 is preferably 1 μm or more.
Further, from the viewpoint of suppressing moisture absorption, the thickness of the protective layer G2 is preferably 10 μm or less.
保護層G2は、ナノインデンターにより測定される硬度が、1GPa以下であると、保護性能を高めることができるため、好ましい。 Since the protective layer G2 has a hardness measured by a nanoindenter of 1 GPa or less, the protective performance can be improved, which is preferable.
以下、実施例をあ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。なお、実施例において「部」又は「%」の表示が用いられるが、特に断りが無い限り「質量部」又は「質量%」を表す。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, although the display of "part" or "%" is used in an Example, unless there is particular notice, it represents "mass part" or "mass%".
〔成膜例1〕
成膜例1では、図7に示す成膜装置100を用いて、ベースフィルム上に、成膜室10においてガスバリアー層1をALD法により形成し、成膜室20において保護層を静電スプレー法により形成し、ガスバリアー性フィルム1を得た。なお、成膜室20の構成として、図6に示す構成を用いた。
[Film Formation Example 1]
In the film formation example 1, the
具体的には、成膜装置100の巻き出し装置31にベースフィルムのロール体をセットし、ベースフィルムの先端部を巻き取り装置33まで搬送して巻き取って固定した後、ベースフィルムの搬送を開始した。
ベースフィルムとしては、厚さ50μm、幅方向の長さが1.3m、搬送方向の長さが200mのテイジンテトロンフィルムKDL8W(テイジンデュポンフィルム社製)を用いた。
Specifically, a base film roll body is set on the unwinding
As the base film, a Teijin Tetron film KDL8W (manufactured by Teijin DuPont Films) having a thickness of 50 μm, a length in the width direction of 1.3 m, and a length in the transport direction of 200 m was used.
(ガスバリアー層1)
成膜室10においては、ガスバリアー層1として、膜厚5nmの酸化アルミニウム(Al2O3)膜をALD法により形成した。成膜時の圧力環境を、100Paの減圧下に調整した。
詳細な成膜条件は次のとおりである。
(成膜条件)
成膜室C1及びC2で供給した原料ガス:トリメチルアルミニウム
成膜室C1及びC2内での滞在時間:4.0秒/サイクル
成膜室C3で供給した改質処理用の原料ガス:水
成膜室C3内での滞在時間:4.0秒/サイクル
パージに使用した不活性ガス:窒素ガス
不活性ガス内での滞在時間:5.0秒/サイクル
酸化アルミニウム膜の堆積速度:0.1nm/サイクル
ベースフィルムの搬送速度:5.0m/分
ベースフィルムの温度:80℃
(Gas barrier layer 1)
In the
Detailed film forming conditions are as follows.
(Deposition conditions)
Source gas supplied in film formation chambers C1 and C2: Trimethylaluminum Residence time in film formation chambers C1 and C2: 4.0 seconds / cycle Source gas for reforming process supplied in film formation chamber C3: Water Film formation Residence time in chamber C3: 4.0 seconds / cycle Inert gas used for purge: nitrogen gas Residence time in inert gas: 5.0 seconds / cycle Deposition rate of aluminum oxide film: 0.1 nm / cycle Cycle Base film transport speed: 5.0 m / min Base film temperature: 80 ° C.
(保護層)
成膜室20において、ベースフィルムの幅方向xに並ぶ三つのノズル21を、ベースフィルムの搬送方向yに10列並べた。図3に示す配置例と同様にして、各列のノズル21の幅方向xの位置を隣接する列のノズル21と異ならせて、奇数列と偶数列の膜厚分布が図4に示す膜厚分布となるように互い違いに配置した。このノズル21の各列を搬送方向y上流に位置する列から順に1〜10の列No.で表す。すなわち、列No.1の列が最上流に位置し、列No.10の列が最下流に位置する。
(Protective layer)
In the
紫外線硬化型樹脂TB3042(スリーボンド社製)に、1質量%の導電性微粒子SN−100P(石原産業社製)を混合して原料液を調製した。調製した原料液を、列No.1〜10の各列のノズル21に供給し、各列のノズル21から原料液を噴霧して膜を形成した。成膜室20におけるベースフィルムの搬送速度は5m/minであった。
A raw material liquid was prepared by mixing 1% by mass of conductive fine particles SN-100P (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) with ultraviolet curable resin TB3042 (manufactured by Three Bond Co., Ltd.). The prepared raw material liquid is designated as column No. It supplied to the
成膜時、10列のノズル21のうち、+10kVの正の電圧を印加して正の極性に帯電させた原料液を列No.1〜5のノズル21により噴霧し、−10kVの負の電圧を印加して負の極性に帯電させた原料液を列No.6〜10のノズル21により噴霧した。成膜時のバックローラー34の温度は、70℃であった。また、成膜時の圧力環境を1000Paの減圧下に調整した。
At the time of film formation, among the 10 rows of
成膜後、保護層を硬化装置25により硬化処理して、ガスバリアー層1上に保護層を形成した。硬化装置25としては水銀ランプを用い、硬化処理時には照射量が2000mJ/cm2の紫外線を照射した。
After the film formation, the protective layer was cured by the curing
〔成膜例2及び3〕
成膜例2及び3では、保護層の成膜時に、正の極性に帯電させた原料液及び負の極性に帯電させた原料液をそれぞれ噴霧するノズル21の列No.及びノズル21への印加電圧を下記表1に示すように変更し、加熱処理を行わなかったこと以外は、上記成膜例1と同様にして各ガスバリアー性フィルム2及び3を得た。
[Deposition Examples 2 and 3]
In the film formation examples 2 and 3, when the protective layer is formed, the row numbers of the
〔成膜例4〕
成膜例4では、成膜室10の成膜方法をスロットダイ塗布法に変更してポリシラザン膜をガスバリアー層1として形成し、正の極性又は負の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズル21の列No.及びノズル21への印加電圧を下記表1に示すように変更して保護層を形成したこと以外は、成膜例2と同様にしてガスバリアー性フィルム4を得た。成膜例4では、成膜室10及び成膜室20の圧力環境は、いずれも大気圧下とした。
[Film Formation Example 4]
In the film formation example 4, the film formation method in the
(ガスバリアー層1)
ガスバリアー層1の成膜時、成膜室10において、ポリシラザン膜の塗布液を乾燥後の膜厚が150nmになるようにスロットダイ塗布法により塗布した。
塗布液は、無触媒のパーヒドロポリシラザンの20質量%ジブチルエーテル溶液(アクアミカNN120−20、AZエレクトロニックマテリアルズ社製)と、アミン触媒(N,N,N′,N′−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキサン)を固形分の5質量%含有するパーヒドロポリシラザンの20質量%ジブチルエーテル溶液(アクアミカNAX120−20、AZエレクトロニックマテリアルズ社製)とを、4:1の割合で混合し、さらに厚さの調整のためにジブチルエーテルで適宜希釈して、調製した。
(Gas barrier layer 1)
When the
The coating solution was a non-catalytic 20% by weight dibutyl ether solution of perhydropolysilazane (Aquamica NN120-20, manufactured by AZ Electronic Materials), and an amine catalyst (N, N, N ′, N′-tetramethyl-1, 6-diaminohexane) is mixed with a 20% by weight dibutyl ether solution of perhydropolysilazane containing 5% by weight of solid content (Aquamica NAX120-20, manufactured by AZ Electronic Materials) at a ratio of 4: 1, and In order to adjust the thickness, it was prepared by appropriately diluting with dibutyl ether.
塗布後、80℃で2分間乾燥し、乾燥した塗膜に、波長172nmのXeエキシマランプを有する真空紫外線照射装置を用いて、3.0(J/cm2)の照射エネルギーの真空紫外線を照射する改質処理を施し、ガスバリアー層1を形成した。この際、照射雰囲気は窒素で置換し、酸素濃度は0.1体積%とした。
After coating, the film was dried at 80 ° C. for 2 minutes, and the dried coating film was irradiated with vacuum ultraviolet rays having an irradiation energy of 3.0 (J / cm 2 ) using a vacuum ultraviolet irradiation apparatus having a Xe excimer lamp having a wavelength of 172 nm. Thus, the
〔成膜例5〕
成膜例5では、正の極性又は負の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズル21の列No.及びノズル21への印加電圧を下記表1に示すように変更したこと以外は、上記成膜例4と同様にしてガスバリアー性フィルム5を得た。
[Film Formation Example 5]
In the film forming example 5, the row No. of the
〔成膜例6〕
成膜例6では、図7に示す成膜装置100において二つの成膜室10を設けた成膜装置を用いて、ベースフィルム上にガスバリアー層1及び2を形成した後、成膜室20においてガスバリアー層2上に保護層を形成し、ガスバリアー性フィルム6を得た。ベースフィルムは、成膜例1と同じものを用いた。なお、成膜室20の構成として、図6に示す構成を用いた。
[Film Formation Example 6]
In the film formation example 6, after forming the gas barrier layers 1 and 2 on the base film using the film formation apparatus provided with the two
(ガスバリアー層1)
ガスバリアー層1は、一つ目の成膜室10において、成膜例4と同様にしてスロットダイ塗布法により大気圧下で形成した。
(Gas barrier layer 1)
The
(ガスバリアー層2)
ガスバリアー層2は、二つ目の成膜室において、マグネトロンスパッタ法により次のようにして形成した。
ターゲットとして酸素欠損型Nb2O5ターゲットを用い、プロセスガスとしてArとO2を用いて、DCスパッタにより膜厚5nmの酸化ニオブ(Nb2O5)膜を形成した。成膜時の圧力環境を、0.4Paの減圧下に調整した。また、膜の組成がNb2O5となるように、酸素分圧を調整した。この酸素分圧の条件は、事前に酸素分圧が異ならせてガラス基板上への成膜を行い、膜の表面から深さ5nm近傍の組成がNb2O5であったときの条件である。
(Gas barrier layer 2)
The gas barrier layer 2 was formed in the second film formation chamber by magnetron sputtering as follows.
A 5 nm-thick niobium oxide (Nb 2 O 5 ) film was formed by DC sputtering using an oxygen-deficient Nb 2 O 5 target as a target and Ar and O 2 as process gases. The pressure environment during film formation was adjusted to a reduced pressure of 0.4 Pa. Further, the oxygen partial pressure was adjusted so that the composition of the film was Nb 2 O 5 . This oxygen partial pressure condition is a condition when a film was formed on a glass substrate with different oxygen partial pressures in advance, and the composition in the vicinity of a depth of 5 nm from the surface of the film was Nb 2 O 5. .
(保護層)
保護層の成膜時、正の極性又は負の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズル21の列No.、ノズル21への印加電圧及び加熱処理の有無を下記表1に示すように変更したこと以外は、上記成膜例4と同様にして保護層を形成した。保護層の成膜時の圧力は1000Paの減圧下に調整した。
(Protective layer)
When forming the protective layer, the row No. of the
〔成膜例7及び8〕
成膜例7及び8では、保護層の成膜時、正の極性又は負の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズル21の列No.、印加電圧及び加熱処理の有無を下記表1に示すように変更したこと以外は、上記成膜例6と同様にしてガスバリアー性フィルム7及び8を得た。
[Film Formation Examples 7 and 8]
In the film formation examples 7 and 8, when forming the protective layer, the row No. of the
〔成膜例9〕
成膜例9では、図7に示す成膜装置100において二つの成膜室10を設けた成膜装置を用いて、ベースフィルム上にガスバリアー層1及び2を形成した後、成膜室20において保護層を形成し、ガスバリアー性フィルム9を得た。ベースフィルムは、成膜例1と同じものを用いた。なお、成膜室20の構成として、図6に示す構成を用いた。
[Deposition Example 9]
In the example 9 of film formation, after forming the gas barrier layers 1 and 2 on a base film using the film-forming apparatus which provided the two film-forming
(ガスバリアー層1)
ガスバリアー層1は、一つ目の成膜室10において、成膜例4と同様にしてスロットダイ塗布法により大気圧下で形成した。
(ガスバリアー層2)
ガスバリアー層2は、二つ目の成膜室10において、成膜例1のガスバリアー層1と同様にしてALD法により減圧下で形成した。
(Gas barrier layer 1)
The
(Gas barrier layer 2)
The gas barrier layer 2 was formed under reduced pressure by the ALD method in the same manner as the
(保護層)
正の極性又は負の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズル21の列No.、ノズル21への印加電圧及び加熱処理の有無を下記表1に示すように変更したこと以外は、成膜例1と同様にして減圧下で保護層を形成した。
(Protective layer)
The row No. of the
〔成膜例10〕
成膜例10では、正の極性又は負の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズル21の列No.、ノズル21への印加電圧及び加熱処理の有無を下記表1に示すように変更したこと以外は、成膜例9と同様にしてガスバリアー性フィルム10を得た。
[Deposition Example 10]
In the film forming example 10, the row No. of the
〔成膜例11〕
成膜例11では、成膜室10の成膜方法をPECVD法に変更してガスバリアー層1を形成し、正の極性又は負の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズル21の列No.、ノズル21への印加電圧及び加熱処理の有無を下記表1に示すように変更して保護層を形成したこと以外は、成膜例1と同様にしてガスバリアー性フィルム11を得た。成膜例11では、成膜室10及び成膜室20の圧力環境は、いずれも1.5Paの減圧下に調整した。
[Deposition Example 11]
In the film formation example 11, the film formation method in the
(ガスバリアー層1)
ガスバリアー層1として、100nmの酸炭化ケイ素(SiOC)膜をPECVD法により形成した。
PECVD法による詳細な成膜条件は、次のとおりである。
(成膜条件)
原料ガス1:ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)
原料ガス1の供給量:50sccm(standard cubic centimeter per minute)(0℃、1気圧基準)
原料ガス2:酸素ガス
原料ガス2の供給量:500sccm(0℃、1気圧基準)
プラズマ発生用の電源による印加電力:1.5kW
プラズマ発生用の電源の周波数:80kHz
(Gas barrier layer 1)
As the
Detailed film forming conditions by the PECVD method are as follows.
(Deposition conditions)
Source gas 1: Hexamethyldisiloxane (HMDSO)
Source gas 2: Oxygen gas Supply amount of source gas 2: 500 sccm (0 ° C., 1 atm standard)
Applied power from the power source for plasma generation: 1.5 kW
Power supply frequency for plasma generation: 80 kHz
(保護層)
正の極性又は負の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズル21の列No.、ノズル21への印加電圧及び加熱処理の有無を下記表1に示すように変更したこと以外は、成膜例1と同様にして保護層を形成した。
(Protective layer)
The row No. of the
〔成膜例12〕
成膜例12では、保護層の成膜時、正の極性に帯電させた原料液及び負の極性に帯電させた原料液をそれぞれ噴霧するノズル21の列No.、ノズル21への印加電圧及び保護層の加熱処理の有無を下記表1に示すように変更したこと以外は、成膜例11と同様にしてガスバリアー性フィルム12を得た。
[Deposition Example 12]
In the film formation example 12, when forming the protective layer, the row numbers of the
〔評価〕
各成膜例1〜12により得られたガスバリアー性フィルム1〜12を用いて、各成膜例1〜12により形成された保護層の成膜レート及び保護層による保護効果を次のようにして評価した。
[Evaluation]
Using the
(平均膜厚)
ガスバリアー性フィルム1〜12の保護層の平均膜厚(μm)を測定した。具体的には、各ガスバリアー性フィルム1〜12の保護層の膜厚を、幅方向の端部から650mmの位置において搬送方向の位置を変えて5点測定し、その平均値を平均膜厚として求めた。測定には接触式膜厚計(株式会社ミツトヨ製)を用いた。
(Average film thickness)
The average film thickness (micrometer) of the protective layer of the gas barrier films 1-12 was measured. Specifically, the film thickness of the protective layer of each of the
(平均成膜レート)
各ガスバリアー性フィルム1〜12の保護層の平均膜厚(μm)を、成膜時間(min)により除算して、保護層の平均成膜レート(μm/min)を求めた。各ガスバリアー性フィルム1〜12の保護層の成膜時、1列目のノズルによる噴霧開始から10列目のノズルによる噴霧終了までの成膜時間は、0.1minであった。
求めた平均成膜レートを次のようにランク評価した。ランク3以上が合格レベルの成膜レートである。
4:平均成膜レート(μm/min)が、15以上
3:平均成膜レート(μm/min)が、10以上15未満
2:平均成膜レート(μm/min)が、5以上10未満
1:平均成膜レート(μm/min)が、5未満
(Average film formation rate)
The average film thickness (μm) of the protective layer of each
The obtained average film formation rate was ranked as follows. Rank 3 or higher is an acceptable film formation rate.
4: Average film formation rate (μm / min) is 15 or more 3: Average film formation rate (μm / min) is 10 or more and less than 15 2: Average film formation rate (μm / min) is 5 or more and less than 10 1 : Average film formation rate (μm / min) is less than 5
(保護効果)
各成膜例1〜12において、巻き取り装置33により巻き取られる前と巻き取られた後のガスバリアー性フィルム1〜12の一部をそれぞれ切り出してサンプルを作製し、各サンプルの水蒸気透過率(g/m2/day)をモコン法により測定した。測定は、水蒸気透過率測定装置AQUATRAN(モコン社製)を用いて、温度38℃、相対湿度100%RHの環境下で行った。
(Protective effect)
In each of the film formation examples 1 to 12, a part of the
巻き取り前のサンプルの水蒸気透過率に対する巻き取り後のサンプルの水蒸気透過率の比率(巻き取り後の水蒸気透過率/巻き取り前の水蒸気透過率)を求め、求めた比率から保護層による保護効果を次のようにランク評価した。ランク4以上が合格レベルの保護効果である。
5:比率が1.5倍未満
4:比率が1.5倍以上2.0倍未満
3:比率が2.0倍以上5.0倍未満
2:比率が5.0倍以上10.0倍未満
1:比率が10.0倍以上
The ratio of the water vapor transmission rate of the sample after winding to the water vapor transmission rate of the sample before winding (water vapor transmission rate after winding / water vapor transmission rate before winding) is determined, and the protective effect by the protective layer is determined from the obtained ratio Was evaluated as follows.
5: Ratio is less than 1.5 times 4: Ratio is 1.5 times or more and less than 2.0 times 3: Ratio is 2.0 times or more and less than 5.0 times 2: Ratio is 5.0 times or more and 10.0 times Less than 1: Ratio is 10.0 times or more
下記表1は、評価結果を示している。
表1に示すように、ベースフィルムの搬送方向に並ぶ各ノズルにより噴霧する原料液の極性をすべて同じにする成膜例に比べて、異なる極性にする成膜例によれば、成膜レート及び保護効果が高いことが分かる。 As shown in Table 1, according to the film formation example in which the polarities of the raw material liquids sprayed by the nozzles arranged in the transport direction of the base film are all the same, the film formation rate and It can be seen that the protective effect is high.
1、100 成膜装置
21 ノズル
22 電源
23 原料供給部
24 加熱装置
25 硬化装置
10、20 成膜室
31 巻き出し装置
32 ローラー
33 巻き取り装置
34 バックローラー
G 機能性フィルム
G1 機能性層
G2 保護層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100
Claims (7)
ベースフィルムを搬送する搬送機構と、
帯電させた原料液を噴霧して、前記搬送機構により搬送される前記ベースフィルム上に前記膜を形成する複数のノズルと、を備え、
前記複数のノズルが、正の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズルと、負の極性に帯電させた原料液を噴霧するノズルとからなり、各ノズルが前記ベースフィルムの搬送方向に並べて配置されていることを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus for forming a film on a base film by an electrostatic spray method,
A transport mechanism for transporting the base film;
A plurality of nozzles for spraying a charged raw material liquid and forming the film on the base film transported by the transport mechanism;
The plurality of nozzles are composed of a nozzle that sprays a raw material liquid charged to a positive polarity and a nozzle that sprays a raw material liquid charged to a negative polarity, and the nozzles are arranged in the transport direction of the base film. A film forming apparatus characterized by being made.
ベースフィルムを搬送し、帯電させた前記膜の原料液を複数のノズルによりそれぞれ噴霧して、前記ベースフィルム上に前記膜を形成し、
前記複数のノズルを前記ベースフィルムの搬送方向に並べて配置し、前記膜の形成時、正の極性に帯電させた原料液を前記複数のノズルのうちの1又は複数のノズルにより噴霧し、負の極性に帯電させた原料液を残りの1又は複数のノズルにより噴霧することを特徴とする成膜方法。 A film forming method for forming a film on a base film by an electrostatic spray method,
Transporting the base film, spraying the charged raw material solution of the film with each of a plurality of nozzles to form the film on the base film,
The plurality of nozzles are arranged side by side in the transport direction of the base film, and at the time of forming the film, the raw material liquid charged to a positive polarity is sprayed by one or more of the plurality of nozzles, and negative A film forming method comprising spraying a polar charged material solution with the remaining one or a plurality of nozzles.
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