(57)【要約】  障壁層スタックが開示される。障壁層スタックは、（ｉ）欠陥を含む障壁材；及び（ｉｉ）前記障壁材の前記欠陥を覆うシール；を含み、前記障壁層スタックの動作状態において、前記シールの存在は、前記障壁材の前記欠陥を介した蒸気及び／又は気体分子の拡散を低減させ又は防ぐ。
2015529583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
欠陥を含む障壁材；及び
前記障壁材の前記欠陥を覆うシール；
を含む障壁層スタックであって、
前記障壁層スタックの動作状態において、前記シールの存在が、前記障壁材の前記欠陥を介した蒸気及び／又は気体分子の拡散を低減させ又は防ぐ、障壁層スタック。
【請求項２】
前記欠陥が、障壁材内にリセスを含み、相当量の前記シールが、前記リセス内に突出しない、請求項１に記載の障壁層スタック。
【請求項３】
前記シールが、約０．１μｍから約１０μｍの値まで変動する厚さを有する、請求項１に記載の障壁層スタック。
【請求項４】
前記シールが、アクリレート、エポキシ及びポリウレタンを含む群から選択される少なくとも１つの要素を含む、請求項１に記載の障壁層スタック。
【請求項５】
前記障壁材が、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属炭窒化物及び金属酸炭化物を含む群から選択される少なくとも１つの要素を含む無機層である、請求項１に記載の障壁層スタック。
【請求項６】
前記無機の障壁層が、アルミニウム、銀、シリコン、亜鉛、錫、チタン、タンタル、ニオブ、ルテニウム、ガリウム、白金、バナジウム及びインジウムを含む群から選択される少なくとも１つの要素を含む、請求項５に記載の障壁層スタック。
【請求項７】
前記シールが、ポリマー及び／又は実質的に無機の材料を含む、請求項１に記載の障壁層スタック。
【請求項８】
前記障壁材の厚さが、約１０ｎｍから約１μｍである、請求項１に記載の障壁層スタック。
【請求項９】
前記障壁材が、２つの障壁層を含み、反応層が、前記２つの障壁層の間に挟まれる、請求項１に記載の障壁層スタック。
【請求項１０】
前記１つ又はそれ以上の障壁層の各々が、１つ又はそれ以上の非晶質材料で作られる、請求項９に記載の障壁層スタック。
【請求項１１】
前記障壁材の層が、実質的に透過性である、請求項１に記載の障壁層スタック。
【請求項１２】
下層のデバイス；及び
前記下層のデバイスを少なくとも部分的に封入し、欠陥を含む障壁材及び前記障壁材の前記欠陥を覆うシールを含む封止材；
を含むデバイスアセンブリであって、
前記障壁層スタックの動作状態において、前記シールの存在が、前記障壁材の前記欠陥を介した蒸気及び／又は気体分子の拡散を低減させ又は防ぐ、デバイスアセンブリ。
【請求項１３】
前記デバイスアセンブリが、ソーラーモジュール、光生成モジュール、発光ダイオードディスプレイ、電池及び反射ディスプレイモジュールを含む群から選択される何れか１つの要素を含む、請求項１２に記載のデバイスアセンブリ。
【請求項１４】
蒸気及び／又は気体分子によって影響を受ける物体；及び
前記物体を少なくとも部分的に封入し、欠陥を含む障壁材及び前記障壁材の前記欠陥を覆うシールを含む封止材；
を含む保存パッケージングであって、
前記障壁層スタックの動作状態において、前記シールの存在が、前記障壁材の前記欠陥を介した蒸気及び／又は気体分子の拡散を低減させ又は防ぐ、保存パッケージング。
【請求項１５】
前記物体が、食品、医療用品及び生物活性物質を含む群から選択される１つの要素を含む、請求項１４に記載の保存パッケージング。
【請求項１６】
障壁層スタックの製造方法であって、
前記方法が、
障壁材を得る段階；
前記障壁材に隣接して保護膜を付ける段階；及び
前記保護膜を硬化して前記障壁層スタックを形成する段階；
を含む、障壁層スタックの製造方法。
【請求項１７】
前記付ける段階が、アクリレート、エポキシ及びポリウレタンを含む群から選択される少なくとも１つの要素を付ける段階を含む、請求項１６に記載の障壁層スタックの製造方法。
【請求項１８】
前記硬化する段階が、前記保護膜を、約１０℃から約１００℃の範囲の温度で処理する段階及び／又はＵＶ照射を用いて処理する段階を含む、請求項１７に記載の障壁層スタックの製造方法。
【請求項１９】
前記障壁材を得る段階が、
コーティング装置にフレキシブル基板を装着する段階；
前記フレキシブル基板が、前記コーティング装置の内側に第１の位置を得るように、前記フレキシブル基板又は前記コーティング装置の一部を移動する段階；及び
前記フレキシブル基板が前記第１の位置にあるときに前記フレキシブル基板上に１つ又はそれ以上の障壁層を製造する段階であって、前記障壁層が、そこを通る蒸気及び／又は気体分子の移動を可能にする欠陥を含む段階；
を含む、請求項１６に記載の障壁層スタックの製造方法。
【請求項２０】
気体及び／又は蒸気の移動を可能にする欠陥を有し、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属炭窒化物及び金属酸炭化物を含む群から選択される少なくとも１つの要素を含む障壁材；及び
アクリレート、エポキシ及びポリウレタンを含む群から選択される少なくとも１つの要素であるポリマー材料を含むシール；
を含む障壁層スタックの構成。
【請求項２１】
前記障壁材が、約１％（重量で）から約９９％（重量で）の濃度を有する、請求項２０に記載の構成。
【請求項２２】
前記シールが、約１％（重量で）から約９９％（重量で）の濃度を有する、請求項２０に記載の構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、２０１２年８月３１日に出願された米国仮特許出願番号６１／６９６，１１３号に優先権を主張し、それは、参照することによって実際上本明細書に含まれる。
【０００２】
本発明は、広く新規な障壁層スタック、その方法及びその構成に関連する。特に、本発明は、シールを含む障壁層スタック、その製造方法及びその構成に関連する。
【背景技術】
【０００３】
電子デバイス、医療デバイス及び医薬品などの多くの製品は、水蒸気及び周囲の気体に敏感であり、それらに晒されると、製品の劣化及び／又は製品性能の低下を引き起こす。結果的に、コーティング又は材料の遮蔽が、このような望まれない露出から守るための保護方法として一般的に使用される。
【０００４】
プラスチックコーティング又はフィルムが遮蔽材料として頻繁に使用される。残念ながら、それらは、乏しい気体及び液体透過抵抗に悩まされ、それは、許容可能な製品性能に対する必要な浸透抵抗の値の桁違いに低い値を有する。一例として、特定のＬＥＤディスプレイ及びソーラーセル封入用途では、１０−４グラム／平方メートル／日未満の水蒸気透過が必要とされ、対照的に、プラスチックフィルムとして一般的に使用されるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）における水蒸気透過率は、約１から約１０グラム／平方メートル／日程度である。当業者は、水蒸気透過が水浸透抵抗に対して反比例するものであると考えられると認識している。
【０００５】
他のアプローチは、水蒸気透過性を低減するために、ＰＥＴのようなプラスチックフィルムにブロッキングコーティングを付けることによって、望まれない要素に対する露出から守る。これらのコーティングは、典型的には、周知の真空堆積プロセスを用いてプラスチック基板に堆積される、Ａｌ、ＳｉＯＸ、ＡｌＯＸ及びＳｉ３Ｎ４のような無機材料の単層である。これらの無機材料の単層コーティングは、典型的には、ＰＥＴの水蒸気透過性を１．０から０．１グラム／平方メートル／日まで低減させる。従って、プラスチック基板上における単一のブロッキングコーティングはまた、必要な値の透過抵抗に適合しない。
【０００６】
ブロッキングコーティング又は材料を有する単一のプラスチックフィルム又はプラスチック基板が保護手段として使用されるか否かにかかわらず、上記の一般的な拡散遅延スキームは、特定の用途（例えば、ソーラーセル用途及びＬＥＤディスプレイ用途）において必要な程度まで下層のデバイス又は製品を保護しない。具体的に、無機層に存在する欠陥は、効果的に充填されず、ブロッキング層の表面からポリマー基板まで移動する水蒸気及び望まれない周囲の気体に対する拡散通路を与える。結果的に、一般的なポリマーフィルムは、水蒸気及び望まれない周囲の気体に対する露出から封入する下層の製品を十分に保護することができない。結果として、下層の製品は、時間と共に劣化し、最終的には故障し、相対的に短い寿命に悩まされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、必要とされるのは、効果的に下層の水蒸気及び気体感受性製品を水蒸気及び望まれない周囲の気体から保護し、フィルム単独の一般的なデザイン又はブロッキングコーティングを用いた一般的なデザインによって遭遇する欠陥に悩まされない新規な障壁層デザインである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述を考慮して、一側面において、本発明は、障壁層スタックを提供する。前記障壁層スタックは、（ｉ）欠陥を含む障壁材；及び（ｉｉ）前記障壁材の前記欠陥を覆うシール；を含み、（ｉｉｉ）前記障壁層スタックの動作状態において、前記シールの存在が、前記障壁材の前記欠陥を介した蒸気及び／又は気体分子の拡散を低減させ又は防ぐ。本明細書の好ましい実施形態において、前記欠陥は、障壁材内にリセスを含み、相当量の前記シールは、前記リセス内に突出しない。
【０００９】
一例として、前記シールは、約０．１μｍから約１０μｍの値まで変動する厚さを有し、前記障壁材は、約１０ｎｍから約１μｍの値まで変動する厚さを有する。前記シールは、ポリマー及び／又は実質的に無機の材料を含み得、好ましくは、アクリレート、エポキシ及びポリウレタンを含む群から選択される少なくとも１つの要素を含む。前記障壁材は、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属炭窒化物及び金属酸炭化物を含む群から選択される少なくとも１つの要素を含む無機層であり得る。本構成の一側面によれば、前記無機の障壁層は、アルミニウム、銀、シリコン、亜鉛、錫、チタン、タンタル、ニオブ、ルテニウム、ガリウム、白金、バナジウム及びインジウムを含む群から選択される少なくとも１つの要素を含む。前記障壁材は、透過性材料であり得る。
【００１０】
本明細書の一実施形態において、前記障壁材は、２つの障壁層を含み、反応層が、前記２つの障壁層の間に挟まれる。この実施形態において、前記１つ又はそれ以上の障壁層の各々は、１つ又はそれ以上の非晶質材料で作られ得る。
【００１１】
他の側面において、本明細書は、デバイスアセンブリを提供する。前記デバイスは、（ｉ）下層のデバイス；及び（ｉｉ）前記下層のデバイスを少なくとも部分的に封入し、（ａ）欠陥を含む障壁材及び（ｂ）前記障壁材の前記欠陥を覆うシールを含む封止材；を含むデバイスアセンブリであって、（ｃ）前記障壁層スタックの動作状態において、前記シールの存在が、前記障壁材の前記欠陥を介した蒸気及び／又は気体分子の拡散を低減させ又は防ぐ。この側面において、前記デバイスアセンブリは、ソーラーモジュール、光生成モジュール、発光ダイオードディスプレイ、電池及び反射ディスプレイモジュールを含む群から選択される何れか１つの要素を含み得る。
【００１２】
他の側面において、本明細書は、保存パッケージングを提供する。前記保存パッケージングは、（ｉ）蒸気及び／又は気体分子によって影響を受ける物体；及び（ｉｉ）前記物体を少なくとも部分的に封入し、（ａ）欠陥を含む障壁材及び（ｂ）前記障壁材の前記欠陥を覆うシールを含む封止材；を含む保存パッケージングであって、（ｃ）前記障壁層スタックの動作状態において、前記シールの存在が、前記障壁材の前記欠陥を介した蒸気及び／又は気体分子の拡散を低減させ又は防ぐ。前記物体は、好ましくは、食品、医療用品及び生物活性物質を含む群から選択される１つの要素を含む。
【００１３】
他の側面において、本明細書は、障壁層スタックの製造方法を提供する。前記方法は、（ｉ）障壁材を得る段階；（ｉｉ）前記障壁材に隣接して保護膜を付ける段階；及び（ｉｉ）前記保護膜を硬化して前記障壁層スタックを形成する段階；を含む。前記保護膜を付ける段階は、好ましくは、アクリレート、エポキシ及びポリウレタンを含む群から選択される少なくとも１つの要素を付ける段階を含む。前記保護膜を硬化する段階は、前記保護膜を、約１０℃から約１００℃の範囲の温度で処理する段階及び／又はＵＶ照射を用いて処理する段階を含む。
【００１４】
本明細書の好ましい実施形態において、前記障壁材を得る段階は、（ｉ）コーティング装置にフレキシブル基板を装着する段階；（ｉｉ）前記フレキシブル基板が、前記コーティング装置の内側に第１の位置を得るように、前記フレキシブル基板又は前記コーティング装置の一部を移動する段階；及び（ｉｉｉ）前記フレキシブル基板が前記第１の位置にあるときに前記フレキシブル基板上に１つ又はそれ以上の障壁層を製造する段階であって、前記障壁層が、そこを通る蒸気及び／又は気体分子の移動を可能にする欠陥を含む段階；を含む。
【００１５】
他の側面において、本明細書は、障壁層スタックの構成を提供する。前記構成は、（ｉ）気体及び／又は蒸気の移動を可能にする欠陥を有し、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属炭窒化物及び金属酸炭化物を含む群から選択される少なくとも１つの要素を含む障壁材；及び（ｉｉ）アクリレート、エポキシ及びポリウレタンを含む群から選択される少なくとも１つの要素であるポリマー材料を含むシール；を含む。
【００１６】
前記障壁材は、約１％（重量で）から約９９％（重量で）の濃度を有し得、前記シールは、約１％（重量で）から約９９％（重量で）の濃度を有し得る。
【００１７】
しかしながら、本発明の構成及び動作方法は、追加の目的及びその利点と共に、添付の図面に関連して読まれる以下の特定の実施形態の詳細な説明から十分に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、水蒸気及び他の望まれない気体から保護するための、本構成の一実施形態による障壁層スタックの側断面図を示す。
【図２】図２は、水蒸気及び他の望まれない気体から保護するための、本構成の他の実施形態による他の障壁層スタックの側断面図を示す。
【図３】図３は、独創的な障壁層スタック（例えば、図１及び図２における障壁層スタック）のロールトゥロール製造を容易にする本明細書の一実施形態によるコーティング装置の上面図である。
【図４】図４は、本明細書の一実施形態による独創的な障壁層スタック（例えば、図１及び図２の障壁層スタック）の製造方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の詳細な説明において、本発明の全体の理解を与えるために多くの特定の具体例が説明されている。しかしながら、本発明がこれらの特定の具体例の一部又は全部に限定されることなく実施し得ることは、当業者に明らかである。他の例では、周知のプロセスステップは、本発明を不必要に分かり難くしないように詳細には記載されていない。
【００２０】
図１は、本構成の一実施形態による障壁層スタック１００を示す。障壁層スタック１００は、シール１０２及び基板１０６（例えば、プラスチック基板）の間に挟まれた障壁材１０４を含む。障壁材１０４は、ソーラーセル、光源、発光ダイオード、電解質、アノード、カソード及び反射ディスプレイなどの下層のデバイスに遮断性を与えるように設計される。下層のデバイスは、好ましくは基板１０６又はシール１０２に隣接して配される。
【００２１】
障壁材１０４は、第１に、障壁層スタック１００に遮断性を与える。このような遮断性には、下層のデバイスに対する外部からの物体及び／又は気体の移動を低減させ又は防止することが含まれる。しかしながら、本明細書から、障壁材１０４が典型的には欠陥１０８を含み、それは、下層のデバイスに気体及び／又は蒸気の移動の通路を与えるリセスを有することが認識される。結果として、本明細書の一側面は、障壁材１０４の欠陥１０８を覆う上部シール（例えば、シール１０２）を与える。この側面において、上部シール１０２は、障壁材１０４に対してコンフォーマルではない。言い換えると、上部シール１０２の一部は、障壁材１０４の欠陥１０８に突出して欠陥１０８を埋めない。さらに、障壁材１０４に突出し、障壁材１０４と反応し又は共有結合するための上部シール１０２を必要としない構成は、本明細書の好ましい実施形態を表す。本明細書は、欠陥１０８を覆う（あるいは密封する）シール層としての上部シール１０２を与え、それは、気体及び／又は蒸気分子が欠陥１０８に移動されるのを防止する。
【００２２】
図２は、本構成の他の実施形態による障壁層スタック２００を示す。障壁層スタック２００は、シール２０２、障壁材２０４及び基板２０６を含み、それらは、図１における他の要素（すなわち障壁材１０４、シール１０２及び基板１０６）と実質的に同様である。しかしながら、図２において、シール２０２は、障壁材２０４及び基板２０６の間に挟まれている。シールが障壁材の何れの側に位置するかにかかわらず、気体及び／又は蒸気分子が欠陥のリセスに入り、障壁層がそれらに影響されないように、シールは、欠陥を密封する。結果として、障壁層スタック１００及び２００の両方は、例えばソーラーモジュール、光生成モジュール、発光ダイオードディスプレイ、電池及び反射ディスプレイモジュールである多様な用途において、効果的な封止材として機能する。
【００２３】
基板（例えば、基板１０６及び２０６）は、障壁材又はシールを受容することができるものであれば何でもよい。しかしながら、好ましくは、それは、プラスチックで作られたフレキシブル材料である。障壁材（例えば、障壁材１０４及び２０４）には、水分並びに酸素、窒素、水素、二酸化炭素、アルゴン及び硫化水素などの望まれない気体に対する障壁として機能するあらゆる材料が含まれる。本構成の好ましい実施形態において、障壁材には、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属炭窒化物及び金属酸炭化物を含む群から選択される少なくとも１つの材料が含まれる。さらに、障壁材は、より好ましくは、元素形態で又は化合物の一部として炭素又は酸素を含み得る。本明細書の代表的な障壁材には、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸窒化物、タンタル酸化物、ニオブ酸化物、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物、シリコン酸炭化物及びシリコン炭窒化物が含まれる。
【００２４】
本明細書の一実施形態において、障壁材は、１つ又はそれ以上の無機材料の層で作られる。本明細書の好ましい実施形態において、障壁材には、非晶質材料が含まれる。障壁材を生成するために複数の無機層が使用されるとき、種々の層は、好ましくは互いに離接して積層される。各層に使用される無機材料のタイプ（無機材料を形成するために使用される）は必ずしも同一である必要はなく、本明細書の特定の実施形態において異なるものであり得る。障壁材が、上述の気体に対する障壁層として機能するあらゆる無機材料で作られ得るけれども、本構成の好ましい実施形態において、障壁材には、元素形態で又は化合物として存在する金属組成物が含まれる（上記のように）。金属組成物には、アルミニウム、銀、亜鉛、錫、チタン、タンタル、ニオブ、ルテニウム、ガリウム、白金、バナジウム及びインジウムを含む群から選択される少なくとも１つの要素が含まれる。一例として、金属酸化物には、ＡｌｘＯｙ及び／又はＳｉＯｘが含まれる。本明細書による障壁材において、有効量の金属又は金属酸化物の存在によって、障壁材を介した望まれない気体及び／又は蒸気分子の移動が低減すると考えられる。本明細書の好ましい実施形態において、障壁材に存在する金属又は金属酸化物は、約１％（重量で）から約１００％（重量で）、好ましくは約１％（重量で）から約５０％（重量で）の濃度を有する。
【００２５】
一般的に障壁材の厚さの増加がその遮断性を増加させると考えられている。しかしながら、本明細書から、障壁材が厚過ぎるように作られる場合、すなわち厚さが特定の値を超える場合、結果として得られる障壁材が、脆弱であり得、及び／又は容易にクラックが生じ得ることが認識される。結果として得られるクラックは、障壁材を通して気体及び／又は蒸気分子を移動するための通路を与える。このために、本明細書から、障壁材の厚さが、好ましくは増加した障壁特性を与えるのに十分に厚く、クラックの影響を受け易くなるように厚過ぎないというバランスを取るべきであることが認識される。従って、障壁材（例えば障壁材１０４及び２０４）は、このバランスを取るあらゆる厚さであり得る。本明細書の好ましい実施形態において、障壁材は、約１０ｎｍから約１ミクロンの厚さを有し、好ましくは、２０ｎｍから約３００ｎｍの厚さを有する。
【００２６】
本構成における障壁材がそれを通る気体及び／又は蒸気分子の移動を低減させるように設計されるが、それは、水蒸気及び特定の気体に対して完全に不浸透性ではない。結果的に、本構成の一実施形態において、障壁材（例えば障壁材１０４及び２０４）は、反応要素又は反応層（以下、「反応要素」）を含み、それは、障壁材に拡散する酸素、窒素、水素、二酸化炭素、アルゴン及び硫化水素などの望まれない気体の分子及び水蒸気と反応するように設計されている。一般的な見解によれば、反応要素の反応性は、ソーラーセル及び他の用途において望まれない。それが、水蒸気及び望まれない気体を吸収し、製品性能の劣化を引き起こし、最終的に不良品をもたらすからである。しかしながら、本明細書は、障壁スタック用途に有用な方式で反応要素の反応性を革新的に使用する。具体的には、障壁層２０２に拡散する水蒸気及び／又は望まれない気体は、反応層成分と反応し、障壁層スタック１００又は２００が、実質的に拡散した気体及び／又は蒸気分子に対して不浸透性であることを可能にする。
【００２７】
反応要素は、無機材料で作られ得、好ましくは化学的に均質である。しかしながら、本明細書の好ましい実施形態によれば、反応要素には、アルカリ金属酸化物、亜鉛酸化物、チタン酸化物、金属ドープ亜鉛酸化物及びシリコン酸化物を含む群から選択される少なくとも１つの反応材料が含まれる。本明細書の特定の実施形態において、反応層２０４は、１つ又はそれ以上の非酸化物成分でドープされる。代表的な非酸化物成分には、カルシウム、ナトリウム及びリチウムなどのアルカリ金属が含まれる。
【００２８】
障壁材（例えば、障壁材１０４及び２０４）のように、反応要素２０４は、互いに隣接して配置される１つ又はそれ以上の反応層を含み得る。この構成において、１つ又はそれ以上の反応層の各々は、同一の材料又は異なる材料で作られ得る。使用される層の数にかかわらず、反応要素には、障壁材に拡散されている水蒸気及び望まれない又は周囲の気体と反応するための有効量の反応材料が含まれる。本明細書の好ましい実施形態によれば、反応要素の反応材料は、約１％（重量で）から約１００％（重量で）の濃度を有する。しかしながら、本明細書のより好ましい実施形態において、反応要素の反応材料は、約９０％（重量で）から約１００％（重量で）の濃度を有する。
【００２９】
層形態で使用される場合、反応要素は、約１０ｎｍから約１ミクロン、好ましくは約２０ｎｍから約５００ｎｍの合計厚さを有し得る。本明細書の障壁層スタック構成がプラスチック基板に作られ、封止材として使用される特定の用途において、封止された製品の輸送、取扱い及び保管中に、水蒸気及び／又は望まれない周囲の気体が、プラスチック基板を通して拡散し、反応層２０４と反応する危険性がある。結果として、反応要素の要求される反応性は、激減し得、障壁層スタックを無能にし得る。このために、本明細書の特定の好ましい実施形態は、追加の障壁層を与え、それは、基板（例えば基板１０６及び２０６）及び反応要素との間に配される。これらの実施形態において、反応要素は、障壁材（例えば障壁材１０４及び２０４）としての２つの障壁層の間に挟まれる。
【００３０】
反応要素が障壁材と組成的に同様である場合、構造、ドーピングの程度、結晶性の程度（ある層が非晶質であり、他方がそうではない状況を含む）、又は水蒸気及び／又は望まれない周囲の気体と結合する反応性において、障壁材と十分に異なる反応要素を有することが好ましい。柱状構造を有する反応要素は、それが、拡散した化学種と反応するより活性的な表面積を与えるので、本明細書の好ましい実施形態を表す。
【００３１】
障壁層及び障壁材の反応要素は、互いに接触するように配置され得るが、必ずしもそのようにする必要はない。層状の構成が障壁材を形成するために使用される特定の実施形態において、１つ又はそれ以上の多様な機能を発揮する介在層は、障壁層及び反応要素（層として存在する）の間に介在され得る。一例として、介在層は、それが介在される障壁材及び反応要素の表面の一方又は両方を平坦化するために使用され得る。結果として、本明細書では２つの材料、層及び／又は要素に関連して“隣接”という用語が使用されるような場合には、それは、このような材料、層及び／又は要素が、それらが互いに接触する実施形態に限定されるように伝えることを意図するものではない。むしろ、材料、層及び／又は要素に関連して“隣接”という用語を用いることはまた、材料、層及び／又は要素が、それらの間に介在する１つ又はそれ以上の介在層を有し得ることを伝えるものである。
【００３２】
さらに、本明細書の特定の好ましい実施形態によれば、障壁層及び反応要素は、１つ又は複数の異なるタイプの無機材料で作られ得る。しかしながら、本発明の他の実施形態において、障壁層及び反応要素は、そのように限定されない。本構成の特定の実施形態において、障壁層及び反応要素の各々は、１つ又はそれ以上の異なるタイプの有機材料で作られ得る。
【００３３】
本明細書の好ましい実施形態において、障壁層スタック（例えば障壁層スタック１００及び２００）は、封止材として使用される。一例として、ソーラーセル用途において、上記の障壁層スタックは、ソーラーセルを封入するために使用される。他の例として、光生成モジュールが使用される照明用途において、上記の障壁層スタックは、光源を封入するために使用される。また他の例として、電池用途において、上記の障壁層スタックは、カソード、アノード及び電解質を封入するために使用される。さらに他の例として、ディスプレイ用途において、上記の障壁層スタックは、ＬＥＤディスプレイ又は反射性ディスプレイなどのディスプレイを封入するために使用される。本明細書から、ソーラーセル、光生成モジュール、電池、ＬＥＤディスプレイ及び反射性ディスプレイの封入は、当業者に周知の技術を用いて行われ得る。
【００３４】
本明細書の他の特定の用途において、図１及び図２に示される障壁層スタックは、乾湿物体を保存するための保存パッケージングとして機能するように構成される。この実施形態において、乾湿物体は、食品、医療用品及び生物活性物質を含む群から選択される少なくとも１つの要素である。
【００３５】
一般的な見解によれば、ある層が他の層に隣接して製造されて多層スタックを形成するとき、ある層に存在する欠陥は、隣接する層に不必要に伝搬する。欠陥の伝搬の問題は、多層積層体の層の数が増加するに伴って悪化する。明確に対照的に、本明細書から、驚くことに、また予期せぬことに、シール（例えばシール１０２及び２０２）が隣接する層に見出される欠陥を覆い、隣接する層を滑らかにすることが見出されている。結果として、障壁層スタックは、水蒸気及び／又は蒸気の障壁用途に特に有利である。それらが、ある層から他の層への欠陥又は望まれない構造の伝搬を妨げ又は極めて低減させるからである。
【００３６】
障壁層スタックが、当業者に周知のあらゆる技術を用いて形成され得るけれども、比較的高い処理能力を与えるロールトゥロール技術を用いることが、本明細書の好ましい実施形態を表す。図５は、本明細書の一実施形態によるコーティング装置３００の上面図を示す。コーティング装置はまた、それがフレキシブルフィルムのロールをコーティングするので、“ロールコーター”とも称される。コーティング装置３００は、巻き出しローラー３０２、アイドルローラー３０４、巻き取りローラー３０６、温度制御堆積トラム３０８、１つ又はそれ以上の堆積領域３１０、及び堆積チャンバー３１２を含む。１つ又はそれ以上の堆積領域３１０の各々は、以下に説明されるように、最終的にフレキシブル基板に堆積されるターゲット材料、電力供給装置及びシャッターを含む。
【００３７】
本発明の一実施形態によるコーティング方法は、フレキシブル基板３１４が巻き出しローラー３０２に装着されることから開始する。フレキシブル基板３１４は、好ましくは巻き取りローラー３０２に装着されたスプールに巻き付けられる。典型的には、巻き付けられたフレキシブル基板の一部は、スプールから引っ張られ、ローラー３０４及び堆積ドラム３０８の周りに案内され、それは、回転することができ、フレキシブルローラーが巻き取りローラー３０６に接続されるようになる。コーティング装置３００の動作状態において、巻き出しローラー３０２、巻き取りローラー３０６及び堆積ドラム３０８は回転し、フレキシブル基板３１４が、様々な位置に沿って冷却堆積ドラム３０８の周囲に移動することをもたらす。
【００３８】
フレキシブル基板３１４がコーティング装置３００内に装着されると、コーティングプロセスは、堆積領域３１０内にプラズマを生成する段階を含む。コーティング領域のシャッターは、ターゲット材料に衝突して取り出すためにプラズマ領域の荷電粒子を方向付け、ターゲット材料がフレキシブル基板に堆積されるようになる。コーティングプロセス中に、フレキシブル基板３１４の温度は、好ましくは基板に損傷が与えられないような値まで堆積ドラム３０８を用いて制御される。フレキシブル基板３１４がポリマー材料を含む本発明の実施形態において、堆積ドラム３０８は、堆積ドラムの温度が好ましくはポリマー材料のガラス転移温度程度又は以下であるように冷却される。このような冷却作用は、堆積プロセス中にポリマーベースの基板の溶融を妨げ、それによって堆積ドラム３０８の存在なしに起こり得るポリマーベースの基板の劣化を避けることができる。
【００３９】
図３から見られるように、多くの堆積領域が提供され、それらの各々は、ポリマー基板におけるある特定の材料の堆積に影響を与えるために捧げられるものであり得る。一例として、ターゲット材料は、堆積領域の１つにおいて、障壁層の堆積を容易にするために（例えば、障壁材１０４又は２０４に障壁層を製造するために）金属、金属酸化物、金属窒化部物、金属酸窒化物、金属炭窒化物及び金属酸炭化物を含む群から選択される少なくとも１つの要素を含む。
【００４０】
他の例として、他の堆積領域のターゲット材料は、本明細書の障壁層スタック内に使用され得る他の障壁層を製造するために、アクリレート、エポキシ及びポリウレタンを含む群から選択される少なくとも１つの要素を含む。しかしながら、反応要素が必要であると考えられない場合、このようなターゲットはまた、堆積領域に含まれ得ない。
【００４１】
他の例として、さらに他の堆積領域のターゲット材料には、障壁材内で使用され得る反応要素を製造するために、アルカリ金属酸化物、亜鉛酸化物、チタン酸化物、金属ドープ亜鉛酸化物及びシリコン酸化物を含む群から選択される少なくとも１つの要素が含まれる。
【００４２】
ある位置から他の位置にフレキシブル基板３１４を移動することによって、種々の領域において種々のタイプ及び種々の厚さのターゲット材料は、基板上に堆積され得る。コーティング装置３００は、スパッタリング、反応性イオンスパッタリング、蒸着、反応蒸着、化学気相堆積及びプラズマ化学気相堆積を含む群から選択される少なくとも１つの技術を行うために使用され得る。
【００４３】
多くの層の堆積を容易にするために、ある位置から他の位置に基板を移動する代わりに、本明細書の発明の特徴は、基板を固定した状態に維持し、コーティング装置の少なくとも一部を移動し又は基板及びコーティング装置の両方を移動することによって、実現することができることは特に注目すべきである。
【００４４】
堆積のために行われる特定のプロセスにかかわらず、本発明のロールトゥロール技術が、基板上における層の種々のタイプ及び厚さの非常に急速な堆積が本構成による障壁層スタックを形成することを可能にすることが理解される。独創的なロールトゥロール製造プロセスは、収益の増加に変わる非常に高い処理能力を実現する。ソーラーセル産業が市販の実行可能な代替的なエネルギーソリューションになるように試みられている現在の状況に対して、本明細書の障壁層スタック及びプロセスは、一般的なデザイン及びプロセスに対して注目すべき改善を表す。
【００４５】
図４は、本明細書の一実施形態による、支持材（例えば支持材１０４及び２０４）上のシール（例えばシール１０２及び２０２）の製造方法４００を示す。方法４００は、障壁フィルムを形成するために基板上に障壁材を堆積するステップ４２０を含む。一例として、障壁フィルムは、図３のコーティング装置３００に関連して上記のプロセスを用いて形成される。
【００４６】
次に、ステップ４０４において、保護膜材料（例えばポリマー溶液）は、障壁フィルム又は障壁フィルムに隣接する層に付けられる。一例として、ロールトゥロールコーティング法などの技術は、図３に関連して記載され、又は、大気ロールコーティングプロセスは、このステップにおいて保護膜材料を付けるために使用される。好ましくは、保護膜材料は、障壁材に存在する欠陥（例えば、リセス）を覆うために十分な厚さである。シール材には、アクリレート、エポキシ及びポリウレタンを含む群から選択される少なくとも１つの要素が含まれる。
【００４７】
ステップ４０６において、保護膜材料は、本明細書の一実施形態に従って、硬化されて障壁層スタックを形成する。シール材料には、アクリレート、エポキシ及びポリウレタンを含む群から選択される少なくとも１つの要素が含まれる。本明細書の好ましい実施形態において、前記材料には、ポリマー薄膜を形成するために、それ自体が熱及び／又は照射（例えばＵＶ照射）硬化に役立つポリマーが含まれる。シール材料を硬化する温度は、約１０℃から約１００℃の範囲の値である。本明細書の他の実施形態において、ステップ４０６の硬化に代えて、保護膜は、特定の温度における処理及び／又はＵＶ照射を用いた処理を経る。
【００４８】
本明細書から、障壁材及びシールが多様な材料で構成され得ることが認識されるが、特にソーラーセル、光源及び発光ダイオードなどのデバイスに関連した使用において、有効な光伝達又は好ましい透過特性を有するものは、好ましい実施形態を表す。
【００４９】
本明細書は、障壁層スタックの構成を与える。本明細書の一実施形態によれば、障壁層スタックには、気体及び／又は蒸気の移動を可能にする欠陥を有する障壁材、及びこれらの欠陥を覆うシールが含まれる。一例として、障壁材には、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属炭窒化物及び金属酸炭窒化物を含む群から選択される少なくとも１つの要素が含まれる。シールには、アクリレート、エポキシ及びポリウレタンを含む群から選択される少なくとも１つの要素であるポリマー材料が含まれ得る。
【００５０】
障壁材は、好ましくは、約１％（障壁層スタックの重量で）から約９９％（障壁層スタックの重量で）の濃度を有する。本明細書の一実施形態において、障壁材は、約０％（酸素の重量で）から約９０％（酸素の重量で）の濃度を有する。本明細書の他の実施形態において、障壁材は、約１００％（金属の重量で）から約１０％（金属の重量で）の濃度を有する。シールは、約１％（障壁層スタックの重量で）から約９９％（障壁層スタックの重量で）の濃度を有し得る。
【００５１】
本発明の例示的な実施形態が示され、記載されているけれども、他の修正、変更及び置換が考えられる。一例として、本発明は、単純ガス及び水蒸気の障壁を開示する；しかしながら、それは、本明細書のシステム、プロセス及び組成を用いて有機材料の移動を低減させることもできる。従って、以下の特許請求の範囲に記載されるように、ある意味では広く解釈される添付の特許請求の範囲が、本明細書の範囲に一致することが適当である。
【符号の説明】
【００５２】
１００  障壁層スタック
１０２  シール
１０４  障壁材
１０６  基板
１０８  欠陥
２００  障壁層スタック
２０２  シール
２０４  障壁材
２０６  基板
３００  コーティング装置
３０２  巻き出しローラー
３０４  アイドルローラー
３０６  巻き取りローラー
３０８  冷却堆積ドラム
３１０  堆積領域
３１２  堆積チャンバー
３１４  フレキシブル基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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