(57)【要約】【課題】感度に優れた水蒸気透過率の測定方法を提供することを目的とする。【解決手段】第１に、評価薄膜２上に、水と結合することで電気抵抗率が変化する物質からなる特性変化層４を形成する。第２に、特性変化層４を、第１封止部材５と、第１部材５を覆うように設けられた第２封止部材８とを含む２重構造の封止ユニットであって、第１封止部材５と前記第２封止部材８との間にゲッター材１１が配置された封止ユニットで覆い封止する。第３に、特性変化層４の特性の変化を検出し、検出結果に基づいて評価薄膜２の水蒸気透過率を求める。【選択図】図１
2013242230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜の水蒸気透過率を測定する水蒸気透過率測定方法であって、
薄膜上に、水と結合することで特性が変化する物質からなる特性変化層を形成する第１工程と、
前記特性変化層を、第１封止部材と、前記第１部材を覆うように設けられた第２封止部材とを含む多重構造の封止ユニットであって、前記第１封止部材と前記第２封止部材との間に水吸着物質が配置された封止ユニットで覆い封止する第２工程と、
前記第２工程後の基準時における前記特性変化層の特性と、前記基準時から所定時間後における前記特性変化層の特性とを検出し、検出した特性変化層の特性の変化に基づいて前記薄膜の水蒸気透過率を求める第３工程とを含む
ことを特徴とする水蒸気透過率測定方法。
【請求項２】
前記第２工程は、前記特性変化層を前記第１封止部材で覆う工程と、前記水吸着物質を前記第１封止部材と前記第２封止部材との間に配置する工程と、前記第１封止部材および前記水吸着物質を前記第２封止部材で覆う工程とを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の水蒸気透過率測定方法。
【請求項３】
前記第２工程は、前記第１封止部材および前記第２封止部材を樹脂により接着することにより、前記特性変化層を封止する
ことを特徴とする請求項１に記載の水蒸気透過率測定方法。
【請求項４】
前記第１封止部材および前記第２封止部材はガラスからなる
ことを特徴とする請求項３に記載の水蒸気透過率測定方法。
【請求項５】
前記特性変化層は、水と結合することで電気抵抗率が変化する物質からなり、
前記第３工程では、基準時における前記特性変化層の電気抵抗率と、前記基準時から所定時間後における前記特性変化層の電気抵抗率とを検出し、検出した特性変化層の電気抵抗率の変化に基づいて前記薄膜の水蒸気透過率を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の水蒸気透過率測定方法。
【請求項６】
前記水蒸気透過率測定方法は、さらに、
前記第１工程と前記第２工程との間に、前記特性変化層と電気的に接続された電極を形成する工程を含み、
前記第３工程では、前記電極に所定の電圧を印加し、前記特性変化層に流れる電流値を測定することで、前記特性変化層の電気抵抗率を検出する
ことを特徴とする請求項５に記載の水蒸気透過率測定方法。
【請求項７】
前記特性変化層は、水と結合することで光透過率が変化する物質からなり、
前記第３工程では、基準時における前記特性変化層の光透過率と、前記基準時から所定時間後における前記特性変化層の光透過率とを検出し、検出した特性変化層の光透過率の変化に基づいて前記薄膜の水蒸気透過率を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の水蒸気透過率測定方法。
【請求項８】
前記特性変化層は、カルシウムからなる
ことを特徴とする請求項５または請求項７の何れかに記載の水蒸気透過率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜の水蒸気透過率の測定方法に関し、特に感度に優れた水蒸気透過率の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量、薄型、耐衝撃性に優れるといった特長を有するフィルム（薄膜）は、食品、医薬品の包装や、有機ＥＬ素子等の電子デバイスの基板に用いられている。
かかる用途に用いられる薄膜は、食品の酸化、腐敗防止のため、または電子デバイスの劣化防止のため、一定の水蒸気バリア性が求められる。求められる水蒸気バリア性の程度は、その用途によって異なる。例えば、有機ＥＬ素子の基板に用いられる薄膜は、食品等の包装用途に用いられる薄膜と比較して格段に高いレベルの水蒸気バリア性が求められる。
【０００３】
これらの薄膜の水蒸気バリア性を評価するため、様々な水蒸気透過率測定方法が考案されている。例えば、吸湿剤の重量変化から水蒸気透過率を測定するカップ法や、透過した水蒸気を赤外線センサーで検知することで水蒸気透過率を測定するモコン法等が知られている。
また、より高い感度の水蒸気透過率の測定を行うため、特許文献１には、水と化学反応を起こすことにより電気抵抗率が変化するカルシウムの性質を利用した水蒸気透過率測定方法が開示されている。具体的には、まず、水蒸気透過率の測定対象の薄膜上にカルシウム膜を形成する。次に、ガラスからなる封止材でカルシウム膜が形成された薄膜の片面を覆い、樹脂で接着することによりカルシウム膜を封止する。そして、カルシウム膜の電気抵抗率の変化を検出し、その検出結果から薄膜を透過する水蒸気量を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０５７１３号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示される技術では、ガラスからなる封止材を樹脂で接着することで、カルシウム膜を封止し、測定対象の薄膜以外からの水蒸気の透過を防ごうとしている。
ガラスは、水蒸気バリア性が非常に高いので、ガラス面からの水蒸気の透過は十分に防ぐことができる。しかし、樹脂はガラスと比較して水蒸気バリア性が劣る。このため、接着剤として用いた樹脂から水蒸気が透過してしまう。また、ガラスと樹脂との界面からも水蒸気は透過する。
【０００６】
この場合、カルシウム膜は、水蒸気透過率の測定対象の薄膜を透過した水蒸気だけでなく、ガラスと樹脂との界面や、樹脂から透過した水蒸気と反応してしまう。このため、薄膜の水蒸気透過率を高感度で測定することができない。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、高感度の薄膜の水蒸気透過率測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様である水蒸気透過率測定方法は、薄膜の水蒸気透過率を測定する水蒸気透過率測定方法であって、薄膜上に、水と結合することで特性が変化する物質からなる特性変化層を形成する第１工程と、前記特性変化層を、第１封止部材と、前記第１部材を覆うように設けられた第２封止部材とを含む多重構造の封止ユニットであって、前記第１封止部材と前記第２封止部材との間に水吸着物質が配置された封止ユニットで覆い封止する第２工程と、前記第２工程後の基準時における前記特性変化層の特性と、前記基準時から所定時間後における前記特性変化層の特性とを検出し、検出した特性変化層の特性の変化に基づいて前記薄膜の水蒸気透過率を求める第３工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様である水蒸気透過率測定方法によれば、水と結合することで特性が変化する物質からなる特性変化層を、封止部材を用いて多重に封止し、その封止部材の間には水吸湿物質を配置している。
外界から封止部材の界面を通じて透過した水蒸気は、封止部材間の空間で、水吸湿物質により吸湿される。これにより、外界から封止部材の界面を通じて透過した水蒸気が、特性変化層と結合することを防ぐことができる。
【０００９】
水蒸気透過率の測定対象の薄膜を透過した水蒸気のみが、特性変化層と結合するので、薄膜の水蒸気透過率を高感度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】水蒸気透過率測定ユニット１の構成を示す断面図である。
【図２】電気抵抗率の変化に基づく水蒸気透過率測定方法の工程手順を示すフローチャートである。
【図３】光透過率の変化に基づく水蒸気透過率測定方法の工程手順を示すフローチャートである。
【図４】比較例１の水蒸気透過率方法にかかる水蒸気透過率測定ユニット２０の構成を示す断面図である。
【図５】本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法、および比較例１の水蒸気透過率測定方法による水蒸気透過率の測定結果を示す図である。
【図６】比較例２の水蒸気透過率方法にかかる水蒸気透過率測定ユニット３０の構成を示す断面図である。
【図７】本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法、および比較例２の水蒸気透過率測定方法による水蒸気透過率の測定結果を示す図である。
【図８】水蒸気透過率測定ユニット４０の構成を示す断面図である。
【図９】水蒸気透過率測定ユニット５０の構成を示す断面図である。
【図１０】水蒸気透過率測定ユニット６０の構成を示す断面図である。
【図１１】水蒸気透過率測定ユニット７０の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
≪本発明の一態様の概要≫
本発明の一態様である水蒸気透過率測定方法は、薄膜の水蒸気透過率を測定する水蒸気透過率測定方法であって、薄膜上に、水と結合することで特性が変化する物質からなる特性変化層を形成する第１工程と、前記特性変化層を、第１封止部材と、前記第１部材を覆うように設けられた第２封止部材とを含む多重構造の封止ユニットであって、前記第１封止部材と前記第２封止部材との間に水吸着物質が配置された封止ユニットで覆い封止する第２工程と、前記第２工程後の基準時における前記特性変化層の特性と、前記基準時から所定時間後における前記特性変化層の特性とを検出し、検出した特性変化層の特性の変化に基づいて前記薄膜の水蒸気透過率を求める第３工程とを含む。
【００１２】
また、本発明の一態様にかかる水蒸気透過率測定方法の特定の局面では、前記第２工程は、前記特性変化層を前記第１封止部材で覆う工程と、前記水吸着物質を前記第１封止部材と前記第２封止部材との間に配置する工程と、前記第１封止部材および前記水吸着物質を前記第２封止部材で覆う工程とを含む。
また、本発明の一態様にかかる水蒸気透過率測定方法の特定の局面では、前記第２工程は、前記第１封止部材および前記第２封止部材を樹脂により接着することにより、前記特性変化層を封止する。
【００１３】
また、本発明の一態様にかかる水蒸気透過率測定方法の特定の局面では、前記第１封止部材および前記第２封止部材はガラスからなる。
また、本発明の一態様にかかる水蒸気透過率測定方法の特定の局面では、前記特性変化層は、水と結合することで電気抵抗率が変化する物質からなり、前記第３工程は、基準時における前記特性変化層の電気抵抗率と、前記基準時から所定時間後における前記特性変化層の電気抵抗率とを検出し、検出した特性変化層の電気抵抗率の変化に基づいて前記薄膜の水蒸気透過率を求める。
【００１４】
また、本発明の一態様にかかる水蒸気透過率測定方法の特定の局面では、前記水蒸気透過率測定方法は、さらに、前記第１工程と前記第２工程との間に、前記特性変化層と電気的に接続された電極を形成する工程を含み、前記第３工程は、前記電極に所定の電圧を印加し、前記特性変化層に流れる電流値を測定することで、前記特性変化層の電気抵抗率を検出する。
【００１５】
また、本発明の一態様にかかる水蒸気透過率測定方法の特定の局面では、前記特性変化層は、水と結合することで光透過率が変化する物質からなり、前記第３工程は、基準時における前記特性変化層の光透過率と、前記基準時から所定時間後における前記特性変化層の光透過率とを検出し、検出した特性変化層の光透過率の変化に基づいて前記薄膜の水蒸気透過率を求める。
【００１６】
また、本発明の一態様にかかる水蒸気透過率測定方法の特定の局面では、前記特性変化層は、カルシウムからなる。
≪実施の態様≫
（実施の形態１）
［水蒸気透過率測定ユニットの構成］
まず、本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定ユニットの構成について説明する。この水蒸気透過率測定ユニット１は、後述する水蒸気透過率測定方法により作成される。図１は、水蒸気透過率測定ユニット１の構成を示す断面図である。水蒸気透過率測定ユニット１は、評価薄膜２、電極３、特性変化層４、第１封止部材５、第２封止部材８、接着樹脂６、９、ゲッター材１１を備える。以下では、各構成について説明する。
【００１７】
＜評価薄膜＞
評価薄膜２は、水蒸気透過率の測定対象の薄膜である。この測定対象の薄膜は、例えば、有機ＥＬデバイスに用いられるフィルム状基板である。
ここで薄膜とは、特に膜厚を限定するものではなく、機械的機能、電気的機能、光学的機能などの機能を有する膜のことをいう。フィルムやシートといったフレキシブルな薄膜だけでなく、リジットな薄膜、基板等であってもよい。また、透明性を有する薄膜であっても、不透明性を有する薄膜であってもよい。
【００１８】
＜特性変化層＞
特性変化層４は、水と化学反応を起こすことで電気抵抗率が変化する物質からなる層であり、評価薄膜２上に形成されている。
水と化学反応を起こすことで電気抵抗率が変化する物質としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属がある。アルカリ金属、またはアルカリ土類金属は、水と反応し、以下の一般式に示される化学反応を起こす。
【００１９】
Ｘ ＋ ｎＨ2Ｏ → Ｘ（ＯＨ）n ＋ ｎ／２Ｈ2
ここで、Ｘはアルカリ金属、またはアルカリ土類金属を示す。
このように、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属が、水と化学反応を起こし、水酸化物となることにより、電気抵抗率は変化する。この電気抵抗率の変化を測定することにより、評価薄膜２を透過した水蒸気量を算出することができる。
【００２０】
本実施の形態では、特性変化層４にカルシウムを用いる。カルシウムは、水と反応し、以下の一般式に示される化学反応を起こす。
Ｃａ ＋ ２Ｈ2Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）2 ＋ Ｈ2
水酸化カルシウムは絶縁体である。従って、評価薄膜２を透過した水蒸気が特性変化層４と反応し、特性変化層４における水酸化カルシウムの割合が増加するにつれ、特性変化層４の電気抵抗率は増加する。この特性変化層４の電気抵抗率の変化から、評価薄膜２を透過した水蒸気量を算出することができる。具体的な水蒸気透過率の算出方法は、後述の水蒸気透過率測定方法の説明の欄で述べる。
【００２１】
＜電極＞
電極３は、アルミニウム等の導電性を有する物質からなり、特性変化層４を挟んで対向して２つ設けられている。電極３は、特性変化層４と電気的に接続されており、電極３に電圧を印加することにより、特性変化層４には電流が流れる。
電極３に一定の電圧を印加した際に特性変化層４に流れる電流値から、特性変化層４の電気抵抗率を算出することができる。
【００２２】
なお、電極３の端面からの水蒸気透過の影響を考えると、電極３はアルミニウム等の水蒸気バリア性に優れた物質からなることが好ましい。
＜第１封止部材、第２封止部材＞
第１封止部材５、第２封止部材８は、ガラス等の水蒸気バリア性に優れた物質からなり、特性変化層４を覆うように設けられる。図１に示されるように、封止部材５を特性変化層４を覆うように設け、さらに第２封止部材８を第１封止部材５を覆うように設けた２重構造の封止となっている。
【００２３】
＜接着樹脂＞
接着樹脂６、９は、エポキシ樹脂等の樹脂材料であり、第１封止部材５、第２封止部材を接着する目的で設けられる。図１に示されるように、本実施の形態では、第１封止部材５および第２封止部材８は電極３の上に接着されている。
＜ゲッター材＞
ゲッター材１１は、シリカゲル、ゼオライト等の水吸着性を有する物質であり、第１封止部材５と第２封止部材８の間の空間１０内に設けられる。
【００２４】
このように、第１封止部材５と第２封止部材８の間の空間１０内にゲッター材１１を設けることにより、第２封止部材８と接着樹脂９との界面や、接着樹脂９から透過した水蒸気は、第１封止部材５と第２封止部材８の間の空間１０において、ゲッター材１１により吸着される。
これにより、特性変化層４が形成されている第１封止部材５に囲まれた空間７に、評価薄膜２以外からの水蒸気が透過することを防ぐことができる。水蒸気透過率の測定対象の評価薄膜２を透過した水蒸気のみが、特性変化層４と化学反応を起こすので、評価薄膜２の水蒸気透過率を高感度で測定することができる。
【００２５】
［水蒸気透過率測定方法］
次に、上述の水蒸気透過率測定ユニット１にかかる水蒸気透過率測定方法について説明する。
図２は、電気抵抗率の変化に基づく水蒸気透過率測定方法の工程手順を示すフローチャートである。以下では、図２を参照しながら、各工程について説明する。
【００２６】
＜１．評価薄膜の準備＞
水蒸気透過率の測定対象の評価薄膜２を準備する。具体的には、まず、水蒸気透過率の測定対象の薄膜を３０ｍｍ四方にカットする。次に、カットした測定対象の薄膜を、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ：Isopropyl Alcohol）により５分間、超音波洗浄する。そして、洗浄後の薄膜を、Ｎ2雰囲気中で加熱乾燥させる。
【００２７】
上記の工程により、水蒸気透過率測定対象の薄膜の含有水分を除去することができる。
＜２．特性変化層および電極の形成＞
特性変化層４および電極３を評価薄膜２上に形成する。具体的には、評価薄膜２を５．０×１０-4［Ｐａ］以下に減圧したチャンバー内に載置し、カルシウムを蒸着することにより特性変化層４を評価薄膜２上に形成する。また、アルミニウムを蒸着することにより電極３を評価薄膜２上に形成する。特性変化層４のカルシウム膜の膜厚は３００ｎｍであり、電極３のアルミニウム膜の膜厚は２００ｎｍである。
【００２８】
また、電極３は成膜レート１０［Å／ｓ］で蒸着し、特性変化層４は成膜レート４０［Å／ｓ］で蒸着する。特性変化層４を高成膜レートの蒸着により形成することにより、特性変化層４の成膜中の劣化を抑制することができる。
＜３．第１封止＞
特性変化層４を第１封止部材５を用いて覆い封止する。具体的には、ガラスからなる第１封止部材５にエポキシ樹脂を塗布し、第１封止部材５を電極３上に配置する。そして、紫外線（ＵＶ）を照射し、エポキシ樹脂を硬化させ、第１封止部材５を電極３上に接着させる。
【００２９】
＜４．第２封止＞
ゲッター材１１を配置し、第１封止部材５およびゲッター材１１を第２封止部材８を用いて覆い封止する。ゲッター材１１は、第１封止部材５と第２封止部材８の間の空間１０内に設ける。また、第２封止部材８は、第１封止部材５と同様に、エポキシ樹脂を塗布後、ＵＶを照射することにより、電極３上に接着させる。
【００３０】
＜５．抵抗率の測定＞
上記の（１）評価薄膜の準備、（２）特性変化層および電極の形成、（３）第１封止、（４）第２封止により、図１に示される水蒸気透過率測定ユニット１が作成される。この水蒸気透過率測定ユニット１を、所定の温度、湿度の環境下に配置し、特性変化層４の電気抵抗率を測定する。
【００３１】
具体的には、電極３に電圧１ｍＶの電圧を印加し、特性変化層４に流れる電流を測定することで、特性変化層４の電気抵抗率を求める。電気抵抗率の測定は、所定時間ごとに行う。
なお、測定時間が極端に長くなることを避けるため、高温高湿環境下に水蒸気透過率測定ユニット１を配置することが好ましい。従来の水蒸気透過率測定方法を用いた場合、高温高湿環境下では、ガラスと樹脂との界面や、樹脂から透過する水蒸気の影響が大きくなり、測定対象の薄膜の水蒸気透過率の測定感度はさらに低下してしまう。これに対し、本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法では、ガラスと樹脂との界面や、樹脂から透過した水蒸気は、封止部材間の空間で水吸湿物質により吸湿されるので、高温高湿環境下においても評価薄膜の水蒸気透過率を高感度で測定することができる。
【００３２】
＜６．水蒸気透過率の算出＞
特性変化層４の電気抵抗率の変化から、評価薄膜２の水蒸気透過率を算出する。水蒸気透過率の算出に用いる式を以下に示す。
【００３３】
【数１】
2013242230.tif 000003
【００３４】
上記の数式は、カルシウムの腐食が膜厚方向に均一に進行すると仮定し、カルシウムの膜厚変化を概算し、カルシウム減少速度から水蒸気透過率を算出するものである。
上記の数式において、Ｍ（Ｈ2Ｏ）は水の分子量、Ｍ（Ｃａ）はカルシウムの分子量、ρCaはカルシウムの密度、δはカルシウムの電気抵抗率、ＬCaはカルシウムの長さ、ＷCaはカルシウムの幅、Ｒは特性変化層４の電気抵抗率を表す。
【００３５】
ここで、Ｍ（Ｈ2Ｏ）は１８［ｇ／ｍｏｌ］、Ｍ（Ｃａ）は４０．１［ｇ／ｍｏｌ］、ρCaは１．５５×１０6［ｇ／ｍ3］、δは３．４×１０-8［Ω・ｍ］である。また、カルシウムの幅ＷCa、カルシウムの長さＬCaは、任意の設計値であり、本実施の形態では、ＷCaは８ｍｍ、ＬCaは１２ｍｍとした。
第２封止工程後の基準時における特性変化層４の電気抵抗率と、基準時から所定時間経過後における特性変化層４の電気抵抗率とを、上記の数式に代入することにより、評価薄膜２の水蒸気透過率が算出できる。
【００３６】
［水蒸気透過率測定方法の変形例］
上記の例では、特性変化層に水と化学反応を起こすことで電気抵抗率が変化する物質を用い、特性変化層の電気抵抗率の変化から、測定対象の薄膜の水蒸気透過率を求める場合を説明したが、これに限定されない。特性変化層に水と化学反応を起こすことで光透過率が変化する物質を用い、特性変化層の光透過率の変化から、測定対象の薄膜の水蒸気透過率を求めてもよい。
【００３７】
このような特性を有する物質として、例えばカルシウムがある。カルシウムは、水と化学結合を起こすことで、水酸化カルシウムに変化し、銀色から透明に変色する。この光透過率の変化を観察することで、薄膜の水蒸気透過率を測定することができる。
光透過率の変化に基づく水蒸気透過率の測定方法にかかる水蒸気透過率測定ユニットの構成は、図１に示す電気抵抗率の変化に基づく水蒸気透過率測定方法にかかる水蒸気透過率測定ユニット１に対して、特性変化層４に電圧を印加するための電極が必要ない点で異なる。
【００３８】
ただし、図１に示される構成において、電極３は特性変化層４に電圧を印加する電極としての役割だけでなく、特性変化層４の封止材としての役割がある。そのため、光透過率の変化に基づく水蒸気透過率の測定方法においては、電極３の代わりに、ガラス、アルミニウム等の水蒸気バリア性に優れた物質からなる層を、特性変化層４を囲むように、評価薄膜２の上に形成し、その上に第１封止部材５、第２封止部材８を配置、接着する。
【００３９】
図３は、光透過率の変化に基づく水蒸気透過率測定方法の工程手順を示すフローチャートである。以下では、図３を参照しながら、各工程について説明する。
まず、評価薄膜を準備する。この工程は、図２に示す電気抵抗率の変化に基づく水蒸気透過率測定方法の工程と同じであり、説明を略する。
次に、特性変化層を形成する。この工程では、特性変化層４とともに、ガラス、アルミニウム等の水蒸気バリア性に優れた物質からなる層を、特性変化層４を囲むように、評価薄膜２の上に形成する。
【００４０】
次に、第１封止部材５、第２封止部材８、ゲッター材１１、接着樹脂６、９を用いて、第１封止、第２封止する。この工程は、図２に示す電気抵抗率の変化に基づく水蒸気透過率測定方法の工程と同じであり、説明を略する。
次に、特性変化層４の光透過率を測定する。具体的には、水蒸気透過率測定ユニット１の上部に光源を設け、特性変化層４に光を照射する。水蒸気透過率測定ユニット１の下部には、太陽電池、フォトダイオード等の受光体を設け、特性変化層４を透過した光量を測定する。これにより、特性変化層４の光透過率を測定することができる。この光透過率の測定は、所定時間ごとに行う。
【００４１】
次に、光透過率の変化から評価薄膜２の水蒸気透過率を測定する。特性変化層４の光透過率の変化量は、特性変化層４と化学結合した水蒸気量に比例するため、光透過率の変化に基づいて評価薄膜２の水蒸気透過率を求めることができる。
［検証実験］
本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法の感度を確認するため、（ａ）本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法、（ｂ）比較例１、の２パターンの測定方法における、水蒸気透過率の測定限界を調べた。本検証実験では、評価薄膜２にガラスを用いることで、測定対象の薄膜以外から透過する水蒸気量を調べ、その評価薄膜２にガラスを用いた際に検出される水蒸気透過率の値を測定限界としている。
【００４２】
比較例１の水蒸気透過率方法は、本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法に対して、ゲッター材１１の配置、および第２封止部材による第２封止の工程がないものである。
図４は、比較例１の水蒸気透過率方法にかかる水蒸気透過率測定ユニット２０の構成を示す断面図である。ゲッター材１１の配置、および第２封止部材による第２封止の工程がないため、水蒸気透過率測定ユニット２０は、図１に示す水蒸気透過率測定ユニット１の構成から、第２封止部材８、接着樹脂９、ゲッター材１１を除いた構成となっている。
【００４３】
上記の比較例１の水蒸気透過率測定方法、および本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法で、評価薄膜２にガラスを用いて、温度６０［℃］、湿度９０［％Ｒｈ］の高温高湿の環境下で、水蒸気透過率の測定を行った。
図５は、本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法、および比較例１の水蒸気透過率測定方法による水蒸気透過率の測定結果を示す図である。横軸は、横軸は放置時間［ｈ］、縦軸は規格化した特性変化層４の抵抗率の逆数１／Ｒを示している。
【００４４】
ここで、カルシウムは水分と化学結合すると水酸化カルシウムとなり、抵抗率Ｒが上昇する性質がある。したがって、抵抗率の逆数１／Ｒの値の変化が小さい本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法のほうが、比較例１にかかる水蒸気透過率測定方法よりも、測定対象の薄膜以外から透過する水蒸気量が少ないことが示されている。
また、この実験結果の特性変化層４の抵抗率の逆数１／Ｒの値を、前述の数１に代入し、各測定方法の水蒸気透過率の測定限界を求めた。本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法の測定限界は、２×１０-4［ｇ／ｍ2／ｄａｙ］であった。また、比較例１にかかる水蒸気透過率測定方法の測定限界は、２×１０-3［ｇ／ｍ2／ｄａｙ］であった。本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法のほうが、比較例１にかかる水蒸気透過率測定方法よりも測定限界が小さく、測定感度に優れていることが示されている。
【００４５】
比較例１にかかる水蒸気透過率測定方法では、外界から封止部材の界面を通じて水蒸気が透過し、この測定対象の薄膜以外から透過した水蒸気が、特性変化層４と反応したものと考えられる。
一方、本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法では、外界から封止部材の界面を通じて透過した水蒸気は、封止部材間の空間で、水吸湿物質により吸湿される。これにより、温度６０［℃］、湿度９０［％Ｒｈ］といった高温高湿の環境下であっても、測定対象の薄膜以外からの水蒸気の透過を防ぐことができる。外界から封止部材の界面を通じて透過した水蒸気が、特性変化層と結合することを防ぐことができるので、薄膜の水蒸気透過率の高感度な測定が可能となっている。
【００４６】
［考察］
本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法の有用性をさらに検証するため、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）−Ａｌ2Ｏ3薄膜、ＳｉＯＮ薄膜、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ：Polyethylene Naphthalate）薄膜からなる多層薄膜の水蒸気透過率を、（ａ）本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法、（ｂ）比較例２、の２パターンの測定方法で測定した。
【００４７】
図６は、比較例２の水蒸気透過率測定方法にかかる水蒸気透過率測定ユニット３０の構成を示す断面図である。比較例２は、図４に示す水蒸気透過率測定ユニット２０の構成に対して、特性変化層４が存在する空間７内にゲッター材３１が設けられている点において異なる。
図７は、本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法、および比較例２の水蒸気透過率測定方法による水蒸気透過率の測定結果を示す図である。横軸は、横軸は放置時間［ｈ］、縦軸は特性変化層４の抵抗率の逆数１／Ｒを示している。この実験結果の特性変化層４の抵抗率の逆数１／Ｒの値を、前述の数１に代入し、水蒸気透過率を求めたところ、本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法では、１回目、２回目ともに水蒸気透過率は、１．０×１０-3［ｇ／ｍ2／ｄａｙ］であった。また、比較例２にかかる水蒸気透過率測定方法では、１回目、２回目ともに水蒸気透過率は、３．４×１０-4［ｇ／ｍ2／ｄａｙ］であった。
【００４８】
比較例２にかかる水蒸気透過率測定方法のほうが、本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定方法よりも、水蒸気透過率の算出値が小さい。これは、特性変化層４が存在する空間７内に設けられたゲッター材３１が、評価薄膜２側から特性変化層４を通過し空間７まで到達した水蒸気を吸着したためだと考えられる。
評価薄膜２を透過した水蒸気は、特性変化層４と化学反応を起こす。特性変化層４と水蒸気が化学結合し変質した場合、それ以降その変質部分は水蒸気と反応を起こさない。このような特性変化層４の変質した部分を通過して、水蒸気が空間７に至る場合があることを、この実験結果は示している。
【００４９】
ガラス等の封止部材で特性変化層４を覆うのではなく、特性変化層４上に金属等を蒸着し封止することも考えられる。しかし、このような方法では、一度特性変化層４を通過した水蒸気は、蒸着膜と特性変化層４との界面をから放出され、特性変化層４と反応しない。
評価薄膜２を透過した水蒸気のすべてが、特性変化層４と反応しないため、正確な水蒸気透過率の測定を行うことができない。また、蒸着により形成された金属膜は低密度であり、水蒸気バリア性に欠く。
【００５０】
これに対し、本実施の形態では、ガラス等の封止部材で特性変化層４を覆うことにより、一度特性変化層４を通過した水蒸気を、特性変化層４と封止部材の間に空間にとどめ、特性変化層４と反応させている。これにより、評価薄膜２の正確な水蒸気透過率の測定が可能となっている。
（実施の形態２）
実施の形態２にかかる水蒸気透過率測定ユニットおよび水蒸気透過率測定方法は、１重の封止構造で、封止部材の界面や、封止部材を接着する樹脂から透過する水蒸気を防ぐ点において、実施の形態１にかかる水蒸気透過率測定ユニットおよび水蒸気透過率測定方法と異なる。
【００５１】
以下では、図８乃至図１１を用いて、本実施の形態にかかる水蒸気透過率測定ユニット４０、５０、６０、７０、およびその水蒸気透過率測定ユニットを用いた水蒸気透過率測定方法について説明する。
図８は、実施の形態２にかかる水蒸気透過率測定ユニット４０の構成を示す断面図である。本図に示されるように、水蒸気透過率測定ユニット４０は、評価薄膜２、特性変化層４、封止部材５、接着樹脂４１、ゲッター材４２を備える。実施の形態１に示す水蒸気透過率測定ユニットと同じ部分については、同符号を付す。
【００５２】
水蒸気透過率測定ユニット４０は、封止部材５を接着する接着樹脂４１が外界と接する面を、ゲッター剤４２で覆っている点において特徴がある。このような構成を有することにより、封止部材５の界面や、封止部材５を接着する接着樹脂４１から透過する水蒸気を防ぐことができる。水蒸気透過率の測定対象の評価薄膜２を透過した水蒸気のみが、特性変化層４と結合するので、この水蒸気透過率測定ユニット４０を用いて評価薄膜２の特性変化を観察することで、評価薄膜２の水蒸気透過率を高感度で測定することができる。
【００５３】
また、図９は、実施の形態２にかかる水蒸気透過率測定ユニット５０の構成を示す断面図である。水蒸気透過率測定ユニット５０は、図８に示す水蒸気透過率測定ユニット４０に対して、水蒸気を吸着するゲッター材の配置位置が異なる。
図９に示されるように、水蒸気透過率測定ユニット５０は、封止部材５と評価薄膜２との接合部分に、接着樹脂５１とゲッター剤５２とが設けられている。接着樹脂５１は特性変化層４がある側に配置され、ゲッター剤５２は、外界側に配置されている。このような構成を有することにより、封止部材５の界面や、封止部材５を接着する接着樹脂５１から透過する水蒸気を防ぐことができる。水蒸気透過率の測定対象の評価薄膜２を透過した水蒸気のみが、特性変化層４と結合するので、この水蒸気透過率測定ユニット５０を用いて評価薄膜２の特性変化を観察することで、評価薄膜２の水蒸気透過率を高感度で測定することができる。
【００５４】
また、図１０は、実施の形態２にかかる水蒸気透過率測定ユニット６０の構成を示す断面図である。水蒸気透過率測定ユニット６０は、図８に示す水蒸気透過率測定ユニット４０に対して、水蒸気を吸着するゲッター材の配置位置が異なる。
図１０に示されるように、水蒸気透過率測定ユニット６０は、封止部材５と評価薄膜２との接合部分に、接着樹脂６１とゲッター剤６２とが設けられている。また、ゲッター剤６２は、封止部材５を接着する接着樹脂６１に挟まれて配置されている。このような構成を有することにより、封止部材５の界面や、封止部材５を接着する接着樹脂６１から透過する水蒸気を防ぐことができる。水蒸気透過率の測定対象の評価薄膜２を透過した水蒸気のみが、特性変化層４と結合するので、この水蒸気透過率測定ユニット６０を用いて評価薄膜２の特性変化を観察することで、評価薄膜２の水蒸気透過率を高感度で測定することができる。
【００５５】
また、図１１は、実施の形態２にかかる水蒸気透過率測定ユニット７０の構成を示す断面図である。水蒸気透過率測定ユニット７０は、図８に示す水蒸気透過率測定ユニット４０に対して、水蒸気を吸着するゲッター剤の配置位置が異なる。
図１１に示されるように、水蒸気透過率ユニット７０は、封止部材５と評価薄膜２との接合部分に、接着樹脂７１とゲッター剤７２とが設けられている。また、ゲッター剤７２は、封止部材５を接着する接着樹脂７１の上部に配置されている。このような構成を有することにより、封止部材５の界面や、封止部材５を接着する接着樹脂７１から透過する水蒸気を防ぐことができる。水蒸気透過率の測定対象の評価薄膜２を透過した水蒸気のみが、特性変化層４と結合するので、この水蒸気透過率測定ユニット７０を用いて評価薄膜２の特性変化を観察することで、評価薄膜２の水蒸気透過率を高感度で測定することができる。
【００５６】
［補足］
なお、上記の実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記の実施の形態に限定されないことはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
（１）上記の実施の形態１においては、図１、図２に示されるように、特性変化層を、第１封止部材、第２封止部材からなる２重構造の封止ユニットにより封止し、封止部材の間の空間にゲッター材を設ける場合を説明したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。３以上の多重構造の封止ユニットにより特性変化層を封止し、封止部材の間の空間にゲッター材を設けるとしてもよい。この場合、少なくとも一つの封止部材の間の空間にゲッター材が配置されていればよい。
【００５７】
（２）上記の実施の形態においては、（ａ）特性変化層に水と化学反応を起こすことで電気抵抗率が変化する物質を用い、特性変化層の電気抵抗率の変化から、測定対象の薄膜の水蒸気透過率を求める場合、および（ｂ）特性変化層に水と化学反応を起こすことで光透過率が変化する物質を用い、特性変化層の光透過率の変化から、測定対象の薄膜の水蒸気透過率を求める場合を説明したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。
【００５８】
水と化学反応を起こすことで電気抵抗率、光透過率以外の特性が変化する物質があれば、その物質を特性変化層に用い、特性変化層の特性変化から、測定対象の薄膜の水蒸気透過率を求めてもよい。
また、化学的反応ではなく、水と物理的な吸着を起こし結合することにより、電気抵抗率等の特性が変化する物質があれば、その物質を特性変化層に用い、特性変化層の特性変化から、測定対象の薄膜の水蒸気透過率を求めてもよい。
【００５９】
（３）上記の実施の形態においては、図２に示されるように、第１に、特性変化層４を第１封止部材５で封止し、第２に、ゲッター材１１を配置し、第３に、第１封止部材５およびゲッター材１１を第２封止部材８で封止する場合を説明したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。あらかじめ、ゲッター材１１が配置された２重構造の封止ユニットを作成しておき、その封止ユニットを用いて特性変化層４を封止するとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の水蒸気透過率測定方法は、例えば、有機ＥＬデバイスに用いられるフィルム状基板の水蒸気透過率を高感度に測定することができ、有益である。
【符号の説明】
【００６１】
１、２０、３０、４０、５０、６０、７０  水蒸気透過率測定ユニット
２  評価薄膜
３  電極
４  特性変化層
５  第１封止部材
６、９、４１、５１、６１、７１  接着樹脂
７、１０  空間
８  第２封止部材
１１、３１、４２、５２、６２、７２  ゲッター材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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