(57)【要約】【課題】本発明は、水蒸気透過率が１０−５〜１０−６（ｇ／ｍ2／ｄａｙ）の多層型ガスバリアフィルム及びその量産製造装置を提供する【解決手段】本発明に係る多層型ガスバリアフィルム１は、表面と裏面を主面とする樹脂フィルム２と、前記表面に積層して形成された３層以上の表面側バリア層１０と、前記裏面に形成された１層以上の裏面側バリア層２０から構成され、主成分であるＳｉとＯとＣとＮの各原子が層状結合したバリア層をＳ層、主成分であるＳｉとＣとＮの各原子が層状結合したバリア層をＮ層、主成分であるＳｉとＣとＮとＦの各原子が層状結合したバリア層をＦ層とし、前記表面側バリア層１０の第１層１１及び前記裏面側バリア層２０の第１層２１はＳ層又はＦ層から構成され、前記表面側バリア層１０の第２層以上の各層と前記裏面側バリア層２０の第２層以上の各層は、Ｓ層とＮ層とＦ層のいずれかで構成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面と裏面を主面とする樹脂フィルムと、前記表面に積層して形成された３層以上の表面側バリア層と、前記裏面に形成された１層以上の裏面側バリア層から構成され、主成分であるＳｉとＯとＣとＮの各原子が層状に結合して形成されるバリア層をＳ層と称し、主成分であるＳｉとＣとＮの各原子が層状に結合して形成されるバリア層をＮ層と称し、主成分であるＳｉとＣとＮとＦの各原子が層状に結合して形成されるバリア層をＦ層と称し、前記表面側バリア層の第１層及び前記裏面側バリア層の第１層はＳ層又はＦ層から構成され、前記表面側バリア層の第２層以上の各層と前記裏面側バリア層の第２層以上の各層は、Ｓ層とＮ層とＦ層のいずれかで構成されることを特徴とする多層型ガスバリアフィルム。
【請求項２】
前記裏面側バリア層も３層以上から構成され、前記表面側バリア層と前記裏面側バリア層の積層数が同一である請求項１に記載の多層型ガスバリアフィルム。
【請求項３】
前記表面側バリア層及び前記裏面側バリア層の夫々の最外層はＦ層で構成される請求項１又は２に記載の多層型ガスバリアフィルム。
【請求項４】
前記表面側バリア層及び前記裏面側バリア層の夫々において、第１層と最外層を除いた中間層にＮ層を含む請求項２又は３に記載の多層型ガスバリアフィルム。
【請求項５】
前記表面側バリア層と前記裏面側バリア層におけるＳ層、Ｎ層及びＦ層の積層状態が前記樹脂フィルムを対称面として面対称に構成される請求項２〜４のいずれかに記載の多層型ガスバリアフィルム。
【請求項６】
前記表面側バリア層と前記裏面側バリア層の各層の厚さは、５０ｎｍ〜３００ｎｍである請求項１〜５のいずれかに記載の多層型ガスバリアフィルム。
【請求項７】
前記樹脂フィルムはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）からなる請求項１〜６のいずれかに記載の多層型ガスバリアフィルム。
【請求項８】
樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出された樹脂フィルムを走行させながら、走行中の前記樹脂フィルムの主面にバリア層を形成するために前記樹脂フィルム面に開口部を対向させて配置される成膜部と、前記成膜部の開口部からバリア粒子を樹脂フィルムの主面に放射して所定厚のバリア層が堆積形成される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを具備するガスバリアフィルムの製造装置であり、ここで、前記成膜部は、樹脂フィルムが静止状態にある場合にバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲ（ｎｍ／分）の性能を有しており、前記成膜装置により堆積されるべきバリア層の膜厚がＤ（ｎｍ）とすると堆積完了時間Ｔ(分)はＴ＝Ｄ/Ｒであるから、前記成膜部の開口部の走行方向の開口長がＬ（ｍ）のときに、前記樹脂フィルムの走行速度Ｖ（ｍ／分）はＬ／Ｔ（ｍ／分）に設定される
ことを特徴とする多層型ガスバリアフィルムの製造装置。
【請求項９】
樹脂フィルムの主面にｎ≧１であるｎ層のバリア層を積層する製造装置であり、樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出されて走行する前記樹脂フィルムの主面にｎ個のバリア層を積層するために前記主面にｎ個の開口部を対向配置されたｎ個の成膜部が走行方向に順次配置され、前記成膜部の開口部から特定のバリア粒子を樹脂フィルムの主面に放射して所定厚の特定のバリア層が堆積形成されるように構成されており、前記樹脂フィルムをｎ個の開口部に通過させることによりｎ層のバリア層が次々に積層されて送出される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを配置して構成されるガスバリアフィルムの製造装置であり、ここで、前記成膜部の夫々において、樹脂フィルムが静止状態にある場合にバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜ｎ）の性能を有する場合、前記成膜部により堆積されるべきバリア層の膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜ｎ）とすると堆積完了時間Ｔｉ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ（分、ｉ＝１〜ｎ）であり、前記樹脂フィルムが前記成膜部の夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行するから、前記成膜部の夫々の開口部の走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）に設定されることを特徴とする多層型ガスバリアフィルム製造装置。
【請求項１０】
樹脂フィルムの主面にｎ≧１であるｎ層のバリア層を積層する製造装置であり、樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出された樹脂フィルムがドラム面に沿って走行するｎ個のドラムと、樹脂フィルムは、一つのドラム面から隣のドラム面へと送出されてｎ個のドラム面を次々と連続して走行するように配置され、各ドラムのドラム面には樹脂フィルムの主面に特定のバリア層を形成するために前記樹脂フィルム面に開口部を対向配置された特定の成膜部を配置し、前記成膜部の開口部から特定のバリア粒子を樹脂フィルムの主面に放射して所定厚の特定のバリア層が堆積形成されるように構成されており、前記樹脂フィルムをｎ個のドラムに通過させることによりｎ層のバリア層が次々に積層されて送出される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを配置して構成されるガスバリアフィルムの製造装置であり、ここで、前記成膜部の夫々において、樹脂フィルムが静止状態にある場合にバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜ｎ）の性能を有する場合、前記成膜部により堆積されるべきバリア層の膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜ｎ）とすると堆積完了時間Ｔｉ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ（分、ｉ＝１〜ｎ）であるから、前記樹脂フィルムが前記成膜部の夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行するから、前記成膜部の夫々の開口部の走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）に設定されることを特徴とする多層型ガスバリアフィルム製造装置。
【請求項１１】
樹脂フィルムの表面にｎ≧１であるｎ層のバリア層を積層し、裏面にｍ≧１であるｍ層のバリア層を積層する製造装置であり、樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出されて走行する前記樹脂フィルムの表面にｎ個のバリア層を積層するために前記表面にｎ個の開口部を対向配置されたｎ個の成膜部が走行方向に順次配置され、且つ前記繰出ロールから繰出されて走行する前記樹脂フィルムの裏面にｍ個のバリア層を積層するために前記裏面にｍ個の開口部を対向配置されたｍ個の成膜部が走行方向に順次配置され、前記成膜部の開口部から特定のバリア粒子を樹脂フィルムの表面及び裏面に放射して所定厚の特定のバリア層が表面及び裏面に順次に堆積形成されるように構成されており、前記樹脂フィルムを走行させることにより表面にｎ層及び裏面にｍ層のバリア層が次々に積層されて送出される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを配置して構成されるガスバリアフィルムの製造装置であり、ここで、前記表面及び裏面の成膜部の夫々において、樹脂フィルムが静止状態にある場合にバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜ｎ）及びＲｊ（ｎｍ／分、ｊ＝１〜ｍ）の性能を有する場合、前記成膜部により堆積されるべきバリア層の膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＤｊ（ｎｍ、ｊ＝１〜ｍ）とすると堆積完了時間Ｔｉ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ（分、ｉ＝１〜ｎ）及びＴｊ＝Ｄｊ/Ｒｊ（分、ｊ＝１〜ｍ）であり、前記樹脂フィルムが前記成膜部の夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行するから、前記成膜部の夫々の開口部の走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＬｊ（ｍ、ｊ＝１〜ｍ）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＬｊ（ｍ、ｊ＝１〜ｍ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）、且つＬｊ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｊ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｊ/Ｒｊ（分）に設定されることを特徴とする多層型ガスバリアフィルム製造装置。
【請求項１２】
樹脂フィルムの表面にｎ≧１であるｎ層のバリア層を積層し、裏面にｍ≧１であるｍ層のバリア層を積層する製造装置であり、樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出された樹脂フィルムがドラム面に沿って走行するｎ個のドラムと、樹脂フィルムは、一つのドラム面から隣のドラム面へと送出されてｎ個のドラム面を次々と連続して走行するように配置され、各ドラムのドラム面には樹脂フィルムの表面に特定のバリア層を形成するために前記表面に開口部を対向配置されたｎ個の成膜部が配置され、前記ドラム面以外の領域で樹脂フィルムの裏面に特定のバリア層を形成するために前記裏面に開口部を対向配置されたｍ個の成膜部が配置され、前記成膜部の開口部から特定のバリア粒子を樹脂フィルムの表面及び裏面に放射して所定厚の特定のバリア層が表面及び裏面に順次に堆積形成されるように構成されており、前記樹脂フィルムを通過させることにより前記表面にｎ層のバリア層及び前記裏面にｍ個のバリア層が次々に積層されて送出される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを配置して構成されるガスバリアフィルムの製造装置であり、ここで、前記表面及び裏面の成膜部の夫々において、樹脂フィルムが静止状態にある場合にバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜ｎ）及びＲｊ（ｎｍ／分、ｊ＝１〜ｍ）の性能を有する場合、前記成膜部により堆積されるべきバリア層の膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＤｊ（ｎｍ、ｊ＝１〜ｍ）とすると堆積完了時間Ｔｉ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ（分、ｉ＝１〜ｎ）及びＴｊ＝Ｄｊ/Ｒｊ（分、ｊ＝１〜ｍ）であり、前記樹脂フィルムが前記成膜部の夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行するから、前記成膜部の夫々の開口部の走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＬｊ（ｍ、ｊ＝１〜ｍ）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＬｊ（ｍ、ｊ＝１〜ｍ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）、且つＬｊ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｊ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｊ/Ｒｊ（分）に設定されることを特徴とする多層型ガスバリアフィルム製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は樹脂フィルムの主面にガスの透過を防止するガスバリア層を形成したガスバリアフィルムに関し、更に詳細には複数のガスバリア層を積層した多層型ガスバリアフィルム及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスバリアフィルムは、包装により各種物品を水蒸気や他のガス等から封止するために開発されたもので、食品や飲料の包装材料は通常バリアフィルムで構成される。高度のバリア性を要求される物品としては、医薬品・化学品・電子部品・工業製品や結晶Ｓｉ系・薄膜Ｓｉ系を含む太陽電池バックシートがあり、ハイバリアフィルムと呼ばれる。更に、超高度のバリア性を要求される物品は、電子ペーパや有機薄膜太陽電池で、超ハイバリアフィルムと称される。特に、有機ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）をディスプレイとして利用するＯＬＥＤ（Organic Light Emission Display）は最高度の極超ハイバリア性が要求され、ここでは極超ハイバリアフィルムと称する。
【０００３】
水蒸気に関するバリア性を測る物性量として水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）があり、ＷＶＴＲ（water vapor transmission rate）はg/m2/dayを単位とし、一日当たりに１ｍ２の面積を透過する水蒸気の質量をｇで評価する物性量である。この水蒸気透過率で上記したバリアフィルム、ハイバリアフィルム、超ハイバリアフィルム、極超ハイバリアフィルムを分類すると、バリアフィルムは１〜１０−１（g/m2/day）、ハイバリアフィルムは１０−１〜１０−３（g/m2/day）、超ハイバリアフィルムは１０−３〜１０−４（g/m2/day）、極超ハイバリアフィルムは１０−５〜１０−６（g/m2/day）の水蒸気透過度を要求される。従って、ＯＬＥＤに使用されるガスバリアフィルムは１０−５〜１０−６（g/m2/day）の超超ハイバリア性の水蒸気透過度を要求され、このレベルに到達するガスバリアフィルムを開発することが研究者の悲願であった。
【０００４】
２００３年に出願された特許第４４５５０３９号公報（特許文献１）には、主成分としてＳｉ、Ｏ、Ｃの原子が化学的に結合した膜が開示されており、その浮遊結合手（ダングリングボンド）にはＨ原子が結合して、ＳｉＯＣＨからなる膜構造が開示されている。Ｈ原子は種々の原子に置換できるから、主成分がＳｉＯＣからなる膜をバリア膜とするガスバリアフィルムを提供したものである。このＳｉＯＣ膜を改良する過程で、以下の従来技術が次々と開発されるに到った。
【０００５】
２００５年に出願された特許第４８４５３９０号公報（特許文献２）には、主成分としてＳｉ、Ｏ、Ｃ、Ｎの原子が化学的骨格構造を構成した膜が開示されている。この膜は「光波長変換膜」として開示されているが、後日、ガスバリア性を発揮することが発見され、ガスバリア膜の研究が開始されている。以後、この膜をＳｉＯＣＮ膜と呼び、またＳｉＯＣＮ層とも称し、単にＳ層とも云う。
【０００６】
また、２００６年に出願された特許第５０７８３４４号公報（特許文献３）には、主成分としてＳｉ、Ｃ、Ｎの原子が化学的骨格構造を構成した膜が開示されており、Ｈ原子を加えてＳｉＣＮＨ膜としてのガスバリアフィルムが記載されている。そして同時に、樹脂フィルムの片面にＳｉＣＮＨ膜を３層積層したガスバリアフィルムが図1に開示され、樹脂フィルムの両面にＳｉＣＮＨ膜を夫々３層積層したガスバリアフィルムが図３に開示されている。Ｈ原子は浮遊結合手（ダングリングボンド）に結合しているから、Ｈ原子を除いて、以後、この膜をＳｉＣＮ膜と呼び、またＳｉＣＮ層とも称し、単にＮ層とも云う。
【０００７】
更に、２００９年に出願された特許第５４７０９６９号公報（特許文献４）には、ガスバリア層としてＳｉＣＮＦＨ層が開示されている。Ｈ原子は未結合手（ダングリングボンド）に結合しているだけであるから、Ｈ原子を除いて、以後、この膜をＳｉＣＮＦ膜と呼び、またＳｉＣＮＦ層とも称し、単にＦ層とも云う。この公報は、単にＳｉＣＮＦＨ層を開示するだけでなく、ガスバリア層として、樹脂フィルムの表面と裏面である両主面に第1層として、ＳｉＣＮＦＨ層、ＳｉＯＣＮＨ層又はＳｉＣＮＨ層を形成することを開示している。しかも、この第１層の上に、ＳｉＣＮＦＨ層、ＳｉＯＣＮＨ層又はＳｉＣＮＨ層から選ばれた第２層を付加的ガスバリア層として積層し、この第２層は第１層とは異なる種類であることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４４５５０３９号公報
【特許文献２】特許第４８４５３９０号公報
【特許文献３】特許第５０７８３４４号公報
【特許文献４】特許第５４７０９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１は、ＳｉＯＣ層をＳｉ系有機・無機ハイブリッド膜として初めて提案したものであり、その浮遊結合手（ダングリングボンド）にはＨ原子が結合して終端していると考えられる、と述べている。Ｈ原子を加えると、ＳｉＯＣＨ層と云ってもよい。ＳｉＯＣ層をバリア層と呼んでいるが、ＳｉＯＣ層による水蒸気透過率の測定は全く行われていない。この特許文献１は、ＳｉとＣを基本構成原子とするバリア膜の先導的特許であり、これから特許文献２〜４に到るガスバリアフィルムの特許系列が展開されるに到った。
【００１０】
特許文献２で初めてバリア層としてＳ層（即ち、ＳｉＯＣＮ層）が提供された。しかし、そのバリア特性の詳細は記載されておらず、樹脂フィルムの主面に第１層としてＳ層を成膜しているものの、その水蒸気透過率については、前述したＳｉＯＣ層と同様に全く記載されていない。つまり、このバリアフィルムは飲料や食品を包装するレベルのガスバリアフィルムであると考えられる。従って、特許文献１だけでは、ハイバリアフィルムから超ハイバリアフィルムに至る道筋は全く見えてこない。
【００１１】
上述したように、特許文献３では、樹脂フィルムの片面にＮ層を３層形成したガスバリアフィルムがその図１に開示され、また樹脂フィルムの両面の夫々にＮ層を３層積層したガスバリアフィルムが図３に開示されている。樹脂フィルムの片面又は両面の積層状態を［第１層、第２層、第３層］と表示すると、［Ｎ、Ｎ、Ｎ］が開示されていることになる。しかし、その段落［００２６］には、「０．７（g/m2/day）未満の水蒸気透過率及び０．１（cc/m2/day）未満の酸素透過率を容易に得ることができ・・例えば食品用の保護膜として利用することができる・・」と記載されている。従って、特許文献３による、［Ｎ、Ｎ、Ｎ］の両面３層構造では食品のバリアフィルムとはなり得ても、１０−１〜１０−３（g/m2/day）の範囲にあるハイバリアフィルムや、１０−３〜１０−４（g/m2/day）の範囲の超ハイバリアフィルム、更には１０−５〜１０−６（g/m2/day）の範囲の極超ハイバリアフィルムは到底達成できるものではない。
【００１２】
上述したように、特許文献４には、樹脂フィルムの表面と裏面の両面に第1層として、Ｓ層、Ｎ層、Ｆ層のいずれかを形成した場合が開示されている。その段落［００６３］には、「例えば、ＰＥＮフィルムの一主面上にＳｉＣＮＦＨ層を形成しかつ他方主面上にＳｉＯＣＮＨ層を形成したガスバリアフィルムのサンプルの一例についてＷＶＴＲ測定をしたところ、６日経過後においても検出限界である０．００１（ｇ／ｍ2／ｄａｙ）のデータが得られず、そのＷＶＴＲは０．００１（ｇ／ｍ2／ｄａｙ）未満であることが明らかであった。」と記載されている。即ち、表面にＦ層且つ裏面にＳ層を一層だけ成膜したガスバリアフィルムの水蒸気透過率は０．００１（ｇ／ｍ2／ｄａｙ）未満であることが記載されているにすぎない。即ち、水分透過率が１０−３（ｇ／ｍ2／ｄａｙ）より小さいと言っており、技術的にやっと超ハイバリアフィルムの領域に到達したことを物語っている。
【００１３】
また、特許文献４の段落［００６４］には、「フレキシブル有機ＥＬ素子に利用されるガスバリアフィルムの場合には、１μｇ／ｍ2／ｄａｙ程度の極めて高い水蒸気バリア性が求められる。その場合には、プラスティックフィルムの両面の各々上において、ＳｉＣＮＦＨ層、ＳｉＯＣＮＨ層、およびＳｉＣＮＨ層のうちで互いに異なる種類の２層以上をＣａｔ−ＣＶＤで形成することによって、その有機ＥＬ素子の寿命と信頼性を顕著に高めることができる。」と記載されている。「異なる種類の２層以上」とは、ＳｉＣＮＦＨ層はＦ層、ＳｉＯＣＮＨ層はＳ層、そしてＳｉＣＮＨ層はＮ層であるから、異なる種類の２層を［第１層、第２層］で表示すると、［Ｓ、Ｎ］、［Ｓ、Ｆ］、［Ｎ、Ｓ］、［Ｎ、Ｆ］、［Ｆ、Ｓ］、［Ｆ、Ｎ］の６形態であると考えられる。しかし、３層や４層については、どのように積層すればよいのかについては、具体的に何ら記載されていない。しかも、特許文献４の請求項１は２層を積層した場合に限られている。即ち、特許文献４は３層や４層については全く言及しておらず、今後の研究に依存することを暗示しているに過ぎない。また、「１μｇ／ｍ2／ｄａｙ程度」とは「１０−６μｇ／ｍ2／ｄａｙ」のことで極超ハイバリア特性を意味するが、２層以上の形態について水蒸気透過率は全く測定されていない。即ち、両面２層以上の構成について水蒸気透過率も測定されていない状況下では、２層以上のバリア構成の技術的な作用効果は不明としか言いようが無い。
【００１４】
従って、本発明は、水蒸気透過率が１０−５〜１０−６（ｇ／ｍ2／ｄａｙ）の極超ハイバリアフィルムを実現するために、具体的な多層形態を明白にした多層型ガスバリアフィルムを提供することを目的とし、且つバリア層を多層に積層形成できる多層型ガスバリアフィルムを量産する製造装置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】
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するために完成されたものであり、本発明の第１の形態は、表面と裏面を主面とする樹脂フィルムと、前記表面に積層して形成された３層以上の表面側バリア層と、前記裏面に形成された１層以上の裏面側バリア層から構成され、主成分であるＳｉとＯとＣとＮの各原子が層状に結合して形成されるバリア層をＳ層と称し、主成分であるＳｉとＣとＮの各原子が層状に結合して形成されるバリア層をＮ層と称し、主成分であるＳｉとＣとＮとＦの各原子が層状に結合して形成されるバリア層をＦ層と称し、前記表面側バリア層の第１層及び前記裏面側バリア層の第１層はＳ層又はＦ層から構成され、前記表面側バリア層の第２層以上の各層と前記裏面側バリア層の第２層以上の各層は、Ｓ層とＮ層とＦ層のいずれかで構成される多層型ガスバリアフィルムである。
【００１６】
本発明の第２の形態は、前記裏面側バリア層も３層以上から構成され、前記表面側バリア層と前記裏面側バリア層の積層数が同一である多層型ガスバリアフィルムである。
【００１７】
本発明の第３の形態は、前記表面側バリア層及び前記裏面側バリア層の夫々の最外層はＦ層で構成される多層型ガスバリアフィルムである。
【００１８】
本発明の第４の形態は、前記表面側バリア層及び前記裏面側バリア層の夫々において、第１層と最外層を除いた中間層にＮ層を含む多層型ガスバリアフィルムである。
【００１９】
本発明の第５の形態は、前記表面側バリア層と前記裏面側バリア層におけるＳ層、Ｎ層及びＦ層の積層状態が前記樹脂フィルムを対称面として面対称に構成される多層型ガスバリアフィルムである。
【００２０】
本発明の第６の形態は、前記表面側バリア層と前記裏面側バリア層の各層の厚さは、５０ｎｍ〜３００ｎｍである多層型ガスバリアフィルムである。
【００２１】
本発明の第７の形態は、前記樹脂フィルムはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）からなる多層型ガスバリアフィルムである。
【００２２】
本発明の第８の形態は、樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出された樹脂フィルムを走行させながら、走行中の前記樹脂フィルムの主面にバリア層を形成するために前記樹脂フィルム面に開口部を対向させて配置される成膜部と、前記成膜部の開口部からバリア粒子を樹脂フィルムの主面に放射して所定厚のバリア層が堆積形成される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを具備するガスバリアフィルムの製造装置であり、ここで、前記成膜部は、樹脂フィルムが静止状態にある場合にバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲ（ｎｍ／分）の性能を有しており、前記成膜装置により堆積されるべきバリア層の膜厚がＤ（ｎｍ）とすると堆積完了時間Ｔ(分)はＴ＝Ｄ/Ｒであるから、前記成膜部の開口部の走行方向の開口長がＬ（ｍ）のときに、前記樹脂フィルムの走行速度Ｖ（ｍ／分）はＬ／Ｔ（ｍ／分）に設定される多層型ガスバリアフィルム製造装置である。
【００２３】
本発明の第９の形態は、樹脂フィルムの主面にｎ≧１であるｎ層のバリア層を積層する製造装置であり、樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出されて走行する前記樹脂フィルムの主面にｎ個のバリア層を積層するために前記主面にｎ個の開口部を対向配置されたｎ個の成膜部が走行方向に順次配置され、前記成膜部の開口部から特定のバリア粒子を樹脂フィルムの主面に放射して所定厚の特定のバリア層が堆積形成されるように構成されており、前記樹脂フィルムをｎ個の開口部に通過させることによりｎ層のバリア層が次々に積層されて送出される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを配置して構成されるガスバリアフィルムの製造装置であり、ここで、前記成膜部の夫々において、樹脂フィルムが静止状態にある場合にバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜ｎ）の性能を有する場合、前記成膜部により堆積されるべきバリア層の膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜ｎ）とすると堆積完了時間Ｔｉ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ（分、ｉ＝１〜ｎ）であり、前記樹脂フィルムが前記成膜部の夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行するから、前記成膜部の夫々の開口部の走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）に設定される多層型ガスバリアフィルム製造装置である。
【００２４】
本発明の第１０の形態は、樹脂フィルムの主面にｎ≧１であるｎ層のバリア層を積層する製造装置であり、樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出された樹脂フィルムがドラム面に沿って走行するｎ個のドラムと、樹脂フィルムは、一つのドラム面から隣のドラム面へと送出されてｎ個のドラム面を次々と連続して走行するように配置され、各ドラムのドラム面には樹脂フィルムの主面に特定のバリア層を形成するために前記樹脂フィルム面に開口部を対向配置された特定の成膜部を配置し、前記成膜部の開口部から特定のバリア粒子を樹脂フィルムの主面に放射して所定厚の特定のバリア層が堆積形成されるように構成されており、前記樹脂フィルムをｎ個のドラムに通過させることによりｎ層のバリア層が次々に積層されて送出される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを配置して構成されるガスバリアフィルムの製造装置であり、ここで、前記成膜部の夫々において、樹脂フィルムが静止状態にある場合にバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜ｎ）の性能を有する場合、前記成膜部により堆積されるべきバリア層の膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜ｎ）とすると堆積完了時間Ｔｉ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ（分、ｉ＝１〜ｎ）であるから、前記樹脂フィルムが前記成膜部の夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行するから、前記成膜部の夫々の開口部の走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）に設定される多層型ガスバリアフィルム製造装置である。
【００２５】
本発明の第１１の形態は、樹脂フィルムの表面にｎ≧１であるｎ層のバリア層を積層し、裏面にｍ≧１であるｍ層のバリア層を積層する製造装置であり、樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出されて走行する前記樹脂フィルムの表面にｎ個のバリア層を積層するために前記表面にｎ個の開口部を対向配置されたｎ個の成膜部が走行方向に順次配置され、且つ前記繰出ロールから繰出されて走行する前記樹脂フィルムの裏面にｍ個のバリア層を積層するために前記裏面にｍ個の開口部を対向配置されたｍ個の成膜部が走行方向に順次配置され、前記成膜部の開口部から特定のバリア粒子を樹脂フィルムの表面及び裏面に放射して所定厚の特定のバリア層が表面及び裏面に順次に堆積形成されるように構成されており、前記樹脂フィルムを走行させることにより表面にｎ層及び裏面にｍ層のバリア層が次々に積層されて送出される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを配置して構成されるガスバリアフィルムの製造装置であり、ここで、前記表面及び裏面の成膜部の夫々において、樹脂フィルムが静止状態にある場合にバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜ｎ）及びＲｊ（ｎｍ／分、ｊ＝１〜ｍ）の性能を有する場合、前記成膜部により堆積されるべきバリア層の膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＤｊ（ｎｍ、ｊ＝１〜ｍ）とすると堆積完了時間Ｔｉ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ（分、ｉ＝１〜ｎ）及びＴｊ＝Ｄｊ/Ｒｊ（分、ｊ＝１〜ｍ）であり、前記樹脂フィルムが前記成膜部の夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行するから、前記成膜部の夫々の開口部の走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＬｊ（ｍ、ｊ＝１〜ｍ）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＬｊ（ｍ、ｊ＝１〜ｍ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）、且つＬｊ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｊ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｊ/Ｒｊ（分）に設定される多層型ガスバリアフィルム製造装置である。
【００２６】
本発明の第１２の形態は、樹脂フィルムの表面にｎ≧１であるｎ層のバリア層を積層し、裏面にｍ≧１であるｍ層のバリア層を積層する製造装置であり、樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出された樹脂フィルムがドラム面に沿って走行するｎ個のドラムと、樹脂フィルムは、一つのドラム面から隣のドラム面へと送出されてｎ個のドラム面を次々と連続して走行するように配置され、各ドラムのドラム面には樹脂フィルムの表面に特定のバリア層を形成するために前記表面に開口部を対向配置されたｎ個の成膜部が配置され、前記ドラム面以外の領域で樹脂フィルムの裏面に特定のバリア層を形成するために前記裏面に開口部を対向配置されたｍ個の成膜部が配置され、前記成膜部の開口部から特定のバリア粒子を樹脂フィルムの表面及び裏面に放射して所定厚の特定のバリア層が表面及び裏面に順次に堆積形成されるように構成されており、前記樹脂フィルムを通過させることにより前記表面にｎ層のバリア層及び前記裏面にｍ個のバリア層が次々に積層されて送出される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを配置して構成されるガスバリアフィルムの製造装置であり、ここで、前記表面及び裏面の成膜部の夫々において、樹脂フィルムが静止状態にある場合にバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜ｎ）及びＲｊ（ｎｍ／分、ｊ＝１〜ｍ）の性能を有する場合、前記成膜部により堆積されるべきバリア層の膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＤｊ（ｎｍ、ｊ＝１〜ｍ）とすると堆積完了時間Ｔｉ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ（分、ｉ＝１〜ｎ）及びＴｊ＝Ｄｊ/Ｒｊ（分、ｊ＝１〜ｍ）であり、前記樹脂フィルムが前記成膜部の夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行するから、前記成膜部の夫々の開口部の走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＬｊ（ｍ、ｊ＝１〜ｍ）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＬｊ（ｍ、ｊ＝１〜ｍ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）、且つＬｊ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｊ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｊ/Ｒｊ（分）に設定される多層型ガスバリアフィルム製造装置である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の第１の形態によれば、表面と裏面を主面とする樹脂フィルムと、前記表面に積層して形成された３層以上の表面側バリア層と、前記裏面に形成された１層以上の裏面側バリア層から構成されているから、１枚の樹脂フィルムに対し表裏合わせて４層以上のバリア層が積層配置されており、水蒸気分子の透過を確実に遮断して、水蒸気透過率を強力に低下させることができる。
また、主成分であるＳｉとＯとＣとＮの各原子が層状に結合して形成されるバリア層、即ちＳｉＯＣＮ層をＳ層と称し、主成分であるＳｉとＣとＮの各原子が層状に結合して形成されるバリア層、即ちＳｉＣＮ層をＮ層と称し、主成分であるＳｉとＣとＮとＦの各原子が層状に結合して形成されるバリア層、即ちＳｉＣＮＦ層をＦ層と称するときに、前記表面側バリア層の第１層及び前記裏面側バリア層の第１層をＳ層又はＦ層から構成し、前記表面側バリア層の第２層以上の各層と前記裏面側バリア層の第２層以上の各層を、Ｓ層とＮ層とＦ層のいずれかで構成するから、水蒸気透過率が１０−５〜１０−６（ｇ／ｍ2／ｄａｙ）の極超ハイバリアフィルムを提供することができる。
上述において、主成分とは、他の原子を含有してもよいという意味であり、例えばＨ原子がその代表例である。
【００２８】
通常、Ｓ層ではＳｉ原子と結合したＯ原子が３価のＮ原子同士の結合を遮断するから、３価のＮ原子が多くの余った浮遊結合手（ダングリングボンド）を提供し、これらの浮遊結合手によりＳ層は樹脂フィルムの主面に強力に結合できる。従って、Ｓ層が第１層となることによって、その上に多くの他の層を積層することが可能になる。また、Ｆ層ではＦ原子の添加量により浮遊結合手の量を増減調整できる。Ｆ原子の添加量を少なくすると、１価のＦ原子が不足するために３価のＮ原子が多くの余った浮遊結合手を提供して樹脂フィルムと強力に結合し、Ｓ層と同様にこのＦ層が樹脂フィルムの第１層を構成することが可能になる。しかも、Ｓ層及びＦ層は浮遊結合手により第２層とも強力に結合できるから、強固な積層構造を実現し、バリア層が剥がれることが無いから、高性能のガスバリア層を提供できる。
更に、本発明では樹脂フィルムの表裏共に第１層がＳ層又はＦ層であり、第２層以上をＳ層とＮ層とＦ層のいずれかで構成するから、表面側バリア層及び裏面側バリア層の全ての層がＳ層とＮ層とＦ層のいずれかで構成され、構成原子の主成分が、Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｆであり、極めて安全性が高く、安定した多層型ガスバリアフィルムを提供できる。
【００２９】
本発明の第２の形態によれば、前記裏面側バリア層も３層以上から構成され、前記表面側バリア層と前記裏面側バリア層の積層数が同一である多層型ガスバリアフィルムを提供できる。
第１形態と組み合わせると、この第２形態では、樹脂フィルムの両面の夫々に３層以上のバリア層が形成され、両面の第１層はＳ層又はＦ層から構成され、両面の第２層以上はＳ層、Ｎ層及びＦ層のいずれかで構成される。従って、１枚の樹脂フィルムに対し表裏合わせてＳ層、Ｎ層及びＦ層のいずれかで６層以上のバリア層が形成されるから、水蒸気分子の透過を一層確実に遮断し、水蒸気透過率を極限にまで低下でき、水蒸気透過率が１０−５〜１０−６（ｇ／ｍ2／ｄａｙ）の極超ハイバリアフィルムを提供することができる。
しかも、第２形態では、前記表面側バリア層と前記裏面側バリア層の積層数が同一であるであるから、バリア層により樹脂フィルムに対して作用する表面張力が表面と裏面において差が少なく、樹脂フィルムを反らせるような無理な表面張力が作用せず、樹脂フィルムを平面に載置しても、反ることなく平面性を保持できる姿勢の安定性を確保でき、樹脂フィルムの歪を強力に低減して長寿命化することができる。
【００３０】
本発明の第３の形態によれば、前記表面側バリア層及び前記裏面側バリア層の夫々の最外層はＦ層で構成される多層型ガスバリアフィルムを提供できる。
前述したように、Ｆ層はＳｉＣＮＦ層のことであり、Ｓｉ原子とＣ原子の格子の中に３価のＮ原子が入り込んだ状態になっている。Ｆ原子の添加量が多くなると、Ｎ原子の３番目の結合手に１価のＦ原子が結合して、Ｎ原子の浮遊結合手を潰してしまい、Ｆ層の他層への結合力が小さくなる。この場合、Ｆ層の上に他の原子や汚れが結合する可能性が小さくなるから、Ｆ層の表面が清浄に保持できる利点がある。従って、Ｆ層を表面側バリア層及び裏面側バリア層の最外層に配置すれば、Ｆ層の上への積層が不要になるだけでなく、Ｆ層が大気に暴露されていてもＦ層の表面が長期に亘り清浄に保持でき、高清浄性の長期保持はそれ自体で高耐久性と長寿命化の実現である。
また、第１層をＦ層で、最外層もＦ層の場合には、第１層のＦ層はＦ原子の添加率が小さく設定された層間結合力の高いＦ層であり、第３層のＦ層は、Ｆ原子の添加率が大きく設定された層間結合力の低いＦ層に調整することもある。
【００３１】
本発明の第４の形態によれば、前記表面側バリア層及び前記裏面側バリア層の夫々において、第１層と最外層を除いた中間層にＮ層を含む多層型ガスバリアフィルムである。
Ｎ層はＳｉＣＮ層であり、Ｓｉ原子とＣ原子が格子を組み、その隙間にＮ原子が入り込んだ構成になる。３価のＮ原子は３価のＮ原子と相互に結合して、その浮遊結合手を潰すために、結合する相手のいないＮ原子が浮遊結合手を提供し、Ｎ層では浮遊結合手の量が比較的少ない。従って、Ｎ層は層間の結合力がＳ層と比較して小さい弱点がある。つまり、Ｎ層は樹脂フィルムに直接結合する第１層としては不向きであり、それよりも下層と上層の中間に入って両者を結合させる中間層としての役割が好適である。従って、この第４形態では、第１層と最外層を除いた中間層にＮ層を含んで、多層型ガスバリアが相互に強力に接合して剥がれ難く、長期に亘って安定な多層型ガスバリアフィルムが提供される。
【００３２】
本発明の第５の形態によれば、前記表面側バリア層と前記裏面側バリア層におけるＳ層、Ｎ層及びＦ層の積層状態が前記樹脂フィルムを対称面として面対称に構成される多層型ガスバリアフィルムを提供できる。
本形態では、表面側バリア層と裏面側バリア層の積層数が同一であるだけでなく、Ｓ層、Ｎ層及びＦ層の積層状態が前記樹脂フィルムを対称面として面対称に構成されるから、樹脂フィルムの表面側と裏面側がほぼ完全同一であるから、樹脂フィルムの表面と裏面に作用する表面張力はほぼ同一となる。従って、バリア層により樹脂フィルムに対して作用する表面張力が表面と裏面において差が無いから、樹脂フィルムを反らせるような無理な表面張力は全く作用せず、樹脂フィルムの平面性を最高度に保持でき、フィルムの長期安定性と姿勢安定性を確保することができる。
【００３３】
本発明の第６の形態によれば、前記表面側バリア層と前記裏面側バリア層の各層の厚さは、５０ｎｍ〜３００ｎｍである多層型ガスバリアフィルムを提供できる。
本発明では、表面側バリア層と裏面側バリア層の各層の厚さは適宜に決められるが、成膜時間と成膜装置の設定条件により、５０ｎｍ〜３００ｎｍが好適である。成膜装置からバリア粒子を樹脂フィルムに放射堆積させる場合に、長時間放射させれば膜厚は厚く、短時間放射では膜厚は薄くなるのが通常である。１層の膜厚を厚くするほど、その１層による水蒸気透過率を低減できる。したがって、１層の膜厚を厚くして、層数を低減した多層型ガスバリアフィルムを提供することができる。
【００３４】
本発明の第７の形態によれば、前記樹脂フィルムはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）からなる多層型ガスバリアフィルムを提供できる。
一般に、樹脂フィルムは下地であるから、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＩ（ポリイミド）、フッ素樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルフォン）、耐熱液晶フィルム等、種々の樹脂フィルムが本発明には使用できる。但し、樹脂フィルムは成膜装置の熱伝達や走行装置によって温度が上昇し易いから、耐熱性を要求され、できるだけ高い耐熱性を有する樹脂が好ましい。
特に、樹脂としての物性から、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）が好適である。
【００３５】
本発明の第８の形態によれば、樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出された樹脂フィルムを走行させながら、走行中の前記樹脂フィルムの主面にバリア層を形成するために前記樹脂フィルム面に開口部を対向させて配置される成膜部と、前記成膜部の開口部からバリア粒子を樹脂フィルムの主面に放射して所定厚のバリア層が堆積形成される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを具備するガスバリアフィルムの製造装置を利用できる。
この装置はロールツーロールと呼ばれる装置で、繰出ローラから樹脂フィルムを走行させ、途中で成膜して、成膜済フィルムを巻取ローラに連続的に卷装してゆく装置である。従って、樹脂フィルムロールから長尺の樹脂フィルムを走行させて、樹脂フィルムの全表面にガスバリアフィルムを堆積形成でき、バッチ式と比較して、製造効率が高い特徴がある。
特に、本形態の特徴は、プラズマ装置や加熱フィラメント装置やフィラメントプラズマ装置といった成膜装置の種類によりバリア層の膜厚方向の堆積速度が異なるから、成膜装置に対応して樹脂フィルムの走行速度の調整機構を有することである。つまり、成膜部が、樹脂フィルムが静止状態にある場合にバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲ（ｎｍ／分）の性能を有している場合に、成膜装置により堆積されるべきバリア層の膜厚をＤ（ｎｍ）とすると、堆積完了時間Ｔ(分)はＴ＝Ｄ/Ｒで与えられる。従って、前記成膜部の開口部の走行方向の開口長がＬ（ｍ）のときに、前記樹脂フィルムの走行速度Ｖ（ｍ／分）をＬ／Ｔ（ｍ／分）に調整することができるガスバリアフィルムの製造装置が提供される。
このようにして、本形態では、堆積速度Ｒと、膜厚Ｄと、開口長Ｌと、走行速度Ｖとを一対一で関係づけて装置全体を設計できる点に特徴を有する。
【００３６】
本発明の第９の形態によれば、樹脂フィルムの主面にｎ≧１であるｎ層のバリア層を積層する製造装置であり、樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出されて走行する前記樹脂フィルムの主面にｎ個のバリア層を積層するために前記主面にｎ個の開口部を対向配置されたｎ個の成膜部が走行方向に順次配置され、前記成膜部の開口部から特定のバリア粒子を樹脂フィルムの主面に放射して所定厚の特定のバリア層が堆積形成されるように構成されており、前記樹脂フィルムをｎ個の開口部に通過させることによりｎ層のバリア層が次々に積層されて送出される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを配置して構成されるガスバリアフィルム製造装置を利用できる。
この装置は１台以上の成膜部を樹脂フィルムの走行方向に直列した多連型ロールツーロール装置の中で、繰出ローラから樹脂フィルムを巻取ロールへと安定して走行させるロールツーロール装置を前提とする。この樹脂フィルムの主面に離間して成膜部の開口部を対向配置している。走行途中で１台以上の成膜部で樹脂フィルムにバリア層を積層状態で成膜し、成膜済フィルムを巻取ローラに連続的に卷装してゆく装置である。従って、多層型ガスバリアフィルムの連続製造効率が高い特徴を有する。
第１には、主面のうち樹脂フィルムの表面に対し多層型ガスバリアを積層して巻取ロールへと巻き取る。次に、巻取ロールを繰出ロール側へと配置換えし、同様の手続きで、樹脂フィルムの裏面に対し多層型ガスバリアを積層し、巻取ロールへと巻き取る。その結果、樹脂フィルムの表面と裏面の両面に同じ積層型の多層型ガスバリアを積層し、両面式の多層型ガスバリアフィルムを提供できる。
第２には、前述した表面に多層型ガスバリアを積層した多層型ガスバリアフィルムを巻取ロールに巻装しておく。この配置のまま、この巻取ロールを繰出ロールとして隣接された別のロールツーロール装置で運転すると、樹脂フィルムの裏面に多層型ガスバリアを積層できるから、その巻取ロールには両面式の多層型ガスバリアフィルムが巻き取られることになる。
【００３７】
ここでは、堆積速度が異なる１台以上の成膜部、即ち成膜装置を樹脂フィルムの走行方向に沿って直列配置するから、各成膜部を通過する樹脂フィルムの走行速度は同一でなければならない。しかも成膜部毎に堆積速度、換言すれば成膜速度が異なるから、バリア層の膜厚毎に成膜部の開口長を下記方式により調整する点に特徴を有する。即ち、樹脂フィルムが静止状態にある場合に、各成膜部はバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜ｎ）の性能を有するとすると、前記成膜装置により堆積されるべきバリア層の膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜ｎ）のとき堆積完了時間Ｔｉ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ（分、ｉ＝１〜ｎ）となる。また、前記樹脂フィルムが前記成膜部の夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行するから、前記成膜部の夫々の開口部の走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ）をＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）に調整すれば、目的とする多層の積層状態を実現でき、このように構成された多層型ガスバリアフィルムの製造装置を提供できる。
【００３８】
本発明の第１０の形態によれば、樹脂フィルムの主面にｎ≧１であるｎ層のバリア層を積層する製造装置であり、樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出された樹脂フィルムがドラム面に沿って走行するｎ個のドラムと、樹脂フィルムは、一つのドラム面から隣のドラム面へと送出されてｎ個のドラム面を次々と連続して走行するように配置され、各ドラムのドラム面には樹脂フィルムの主面に特定のバリア層を形成するために前記樹脂フィルム面に開口部を対向配置された特定の成膜部を配置し、前記成膜部の開口部から特定のバリア粒子を樹脂フィルムの主面に放射して所定厚の特定のバリア層が堆積形成されるように構成されており、前記樹脂フィルムをｎ個のドラムに通過させることによりｎ層のバリア層が次々に積層されて送出される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを配置して構成されるガスバリアフィルムの製造装置が提供できる。
この装置は１台以上の成膜部を樹脂フィルムの走行方向に直列した多連型ロールツーロール装置の中で、繰出ローラから樹脂フィルムを走行させ、樹脂フィルムを安定走行させるためにｎ個のドラムを配置し、ｎ個のドラム面に周回させながら樹脂フィルムを走行させる点に特徴を有する。ｎ個のドラム面の夫々に対して成膜部の開口部を対向配置している。走行途中で１台以上の成膜部で樹脂フィルムにバリア層を積層状態で成膜し、成膜済フィルムを巻取ローラに連続的に卷装してゆく装置である。従って、多層型ガスバリアフィルムの連続製造効率が高い特徴を有する。
第１には、主面のうち樹脂フィルムの表面に対し多層型ガスバリアを積層して巻取ロールへと巻き取る。次に、巻取ロールを繰出ロール側へと配置換えし、同様の手続きで、樹脂フィルムの裏面に対し多層型ガスバリアを積層し、巻取ロールへと巻き取る。その結果、樹脂フィルムの表面と裏面の両面に同じ積層型の多層型ガスバリアを積層し、両面式の多層型ガスバリアフィルムを提供できる。
第２には、前述した表面に多層型ガスバリアを積層した多層型ガスバリアフィルムを巻取ロールに巻装しておく。この配置のまま、この巻取ロールを繰出ロールとして隣接された別のロールツーロール装置で運転すると、樹脂フィルムの裏面に多層型ガスバリアを積層できるから、その巻取ロールには両面式の多層型ガスバリアフィルムが巻き取られることになる。
【００３９】
堆積速度が異なる１台以上の成膜部を樹脂フィルムの走行方向に沿って直列配置するから、各ドラム面に対向配置された各成膜部を通過する樹脂フィルムの走行速度は同一でなければならない。しかも成膜部毎に堆積速度、換言すれば成膜速度が異なるから、バリア層の膜厚毎に成膜部の開口長を下記方式により調整する点に特徴を有する。即ち、前記成膜部の夫々において、樹脂フィルムが静止状態にある場合にバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜ｎ）の性能を有するとすると、前記成膜部により堆積されるべきバリア層の膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜ｎ）であれば堆積完了時間Ｔｉ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ（分、ｉ＝１〜ｎ）となる。前記樹脂フィルムが前記成膜部の夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行するから、前記成膜部の夫々の開口部の走行方向の開口長をＬｉ（ｍ）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）に調整される多層型ガスバリアフィルムの製造装置が提供される。
【００４０】
本発明の第１１の形態によれば、樹脂フィルムの表面と裏面に略同時的に多層型ガスバリアを形成することができ、換言すれば、表面には表面側多層型ガスバリアと裏面には裏面側多層型ガスバリアを形成でき、本装置の一回走行操作だけで両面に多層型ガスバリアを形成できる多層型ガスバリアフィルム製造装置が提供される。しかも、表面側にはｎ層で裏面側にはｍ層形成でき、成膜部の種類・配置や個数を変化させれば、ｎ層とｍ層の積層状態を自由自在に異ならせることもできる。ｎ＝ｍに設定し、表面側と裏面側の成膜部の配置も同一に設定すれば、表面と裏面の両面に同一の多層型ガスバリア層、即ち樹脂フィルムの両面に面対称な多層型ガスバリア層を形成することもできる。
具体的には、樹脂フィルムの表面にｎ≧１であるｎ層のバリア層を積層し、裏面にｍ≧１であるｍ層のバリア層を積層する製造装置であり、樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出されて走行する前記樹脂フィルムの表面にｎ個のバリア層を積層するために前記表面にｎ個の開口部を対向配置されたｎ個の成膜部が走行方向に順次配置され、且つ前記繰出ロールから繰出されて走行する前記樹脂フィルムの裏面にｍ個のバリア層を積層するために前記裏面にｍ個の開口部を対向配置されたｍ個の成膜部が走行方向に順次配置され、前記成膜部の開口部から特定のバリア粒子を樹脂フィルムの表面及び裏面に放射して所定厚の特定のバリア層が表面及び裏面に順次に堆積形成されるように構成されており、前記樹脂フィルムを走行させることにより表面にｎ層及び裏面にｍ層のバリア層が次々に積層されて送出される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを配置して構成されるガスバリアフィルム製造装置が提供できる。
【００４１】
堆積速度が異なる１台以上の成膜部を樹脂フィルムの表面側と裏面側に走行方向に沿って直列配置するから、樹脂フィルムの表裏面に対向配置された各成膜部を通過する樹脂フィルムの走行速度は同一でなければならない。しかも成膜部毎に堆積速度、換言すれば成膜速度が異なるから、バリア層の膜厚毎に成膜部の開口長を下記方式により調整する点に特徴を有する。
即ち、前記成膜部の夫々において、樹脂フィルムが静止状態にある場合にバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜ｎ）及びＲｊ（ｎｍ／分、ｊ＝１〜ｍ）の性能を有する場合において、前記成膜部により堆積されるべきバリア層の膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＤｊ（ｎｍ、ｊ＝１〜ｍ）とすると堆積完了時間Ｔｉ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ（分、ｉ＝１〜ｎ）及びＴｊ＝Ｄｊ/Ｒｊ（分、ｊ＝１〜ｍ）であり、前記樹脂フィルムが前記成膜部の夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行するから、前記成膜部の夫々の開口部の走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＬｊ（ｍ、ｊ＝１〜ｍ）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＬｊ（ｍ、ｊ＝１〜ｍ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）、且つＬｊ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｊ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｊ/Ｒｊ（分）に設定される多層型ガスバリアフィルム製造装置が提供できる。
この多層型ガスバリアフィルム製造装置により、繰出側から巻取側へ樹脂フィルムを一回だけ走行させれば、樹脂フィルムの表面と裏面の夫々に、所望通りの多層型ガスバリアを形成でき、従って、高速、高効率且つ高品質の多層型ガスバリアフィルムを量産することが可能になる。
【００４２】
本発明の第１２の形態によれば、ドラム式装置により、樹脂フィルムの表面と裏面に略同時的に多層型ガスバリアを形成することができ、換言すれば、表面には表面側多層型ガスバリアと裏面には裏面側多層型ガスバリアを形成でき、本装置の一回走行操作だけで両面に多層型ガスバリアを一気に形成できる多層型ガスバリアフィルム製造装置が提供される。しかも、表面側にはｎ層で裏面側にはｍ層形成でき、成膜部の種類・配置や個数を変化させれば、ｎ層とｍ層の積層状態を自由自在に異ならせることもできる。ｎ＝ｍに設定し、表面側と裏面側の成膜部の種類・配置も同一に設定すれば、表面と裏面の両面に同一の多層型ガスバリア層、即ち樹脂フィルムの両面に面対称な多層型ガスバリア層を形成することもできる。
具体的には、樹脂フィルムの表面にｎ≧１であるｎ層のバリア層を積層し、裏面にｍ≧１であるｍ層のバリア層を積層する製造装置であり、樹脂フィルムを繰出ローラに卷装した繰出ロールと、前記繰出ロールから繰出された樹脂フィルムがドラム面に沿って走行するｎ個のドラムと、樹脂フィルムは、一つのドラム面から隣のドラム面へと送出されてｎ個のドラム面を次々と連続して走行するように配置され、各ドラムのドラム面には樹脂フィルムの表面に特定のバリア層を形成するために前記表面に開口部を対向配置されたｎ個の成膜部が配置され、前記ドラム面以外の領域で樹脂フィルムの裏面に特定のバリア層を形成するために前記裏面に開口部を対向配置されたｍ個の成膜部が配置され、前記成膜部の開口部から特定のバリア粒子を樹脂フィルムの表面及び裏面に放射して所定厚の特定のバリア層が表面及び裏面に順次に堆積形成されるように構成されており、前記樹脂フィルムを通過させることにより前記表面にｎ層のバリア層及び前記裏面にｍ個のバリア層が次々に積層されて送出される成膜済フィルムと、成膜済フィルムを巻取ローラに卷装した巻取ロールを配置して構成されるガスバリアフィルム製造装置が提供できる。
【００４３】
堆積速度が異なる１台以上の成膜部を樹脂フィルムの表面側と裏面側に走行方向に沿って直列配置するから、樹脂フィルムの表裏面に対向配置された各成膜部を通過する樹脂フィルムの走行速度は同一でなければならない。しかも成膜部毎に堆積速度、換言すれば成膜速度が異なるから、バリア層の膜厚毎に成膜部の開口長を下記方式により調整する点に特徴を有する。
即ち、前記表面及び裏面の成膜部の夫々において、樹脂フィルムが静止状態にある場合にバリア層の膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜ｎ）及びＲｊ（ｎｍ／分、ｊ＝１〜ｍ）の性能を有する場合、前記成膜部により堆積されるべきバリア層の膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＤｊ（ｎｍ、ｊ＝１〜ｍ）とすると堆積完了時間Ｔｉ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ（分、ｉ＝１〜ｎ）及びＴｊ＝Ｄｊ/Ｒｊ（分、ｊ＝１〜ｍ）であり、前記樹脂フィルムが前記成膜部の夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行するから、前記成膜部の夫々の開口部の走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＬｊ（ｍ、ｊ＝１〜ｍ）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ、ｉ＝１〜ｎ）及びＬｊ（ｍ、ｊ＝１〜ｍ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）、且つＬｊ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｊ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｊ/Ｒｊ（分）に設定される多層型ガスバリアフィルム製造装置である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムのＳ層（ＳｉＯＣＮ層）及びＮ層（ＳｉＣＮ層）の平面構造の一例を、本発明外のＳｉＯＣＨ層の立体構造と対比するＳ層・Ｎ層平面構造図である。
【図２】図２は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムのＦ層（ＳｉＣＮＦ層）の二例を示したＦ層平面構造図である。
【図３】図３は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムにおいて、実施例１の両面ＳＮＦ積層図及び実施例２の両面ＳＳＳ積層図である。
【図４】図４は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムにおいて、実施例３の両面ＳＳＮＦ積層図及び実施例４のＳＦＳＦＳＦ−ＳＳ積層図である。
【図５】図５は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムにおいて、実施例５のＳＳＮＮＦＦ−ＳＳ積層図及び実施例６のＳＳＮＮＦＦ−Ｓ積層図である。
【図６】図６は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムにおいて、実施例７の両面ＦＦＦ積層図及び実施例８の両面ＦＮＳＦ積層図である。
【図７】図７は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムの製造装置に使用される加熱フィラメント型の成膜装置（成膜部）の一例の概略図である。
【図８】図８は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムの製造装置の中で、１台の成膜部を用いて樹脂フィルムに１層のバリア層を成膜するロールツーロール型の製造装置の概略図である。
【図９】図９は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムの製造装置の中で、樹脂フィルムの走行を支持する支持体を用い樹脂フィルムの片面に複数の成膜部を利用して多層のバリア膜を積層する製造装置の概略図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムの製造装置の中で、樹脂フィルムの走行を支持する複数のドラムを用い樹脂フィルムの片面に複数の成膜部を利用して多層のバリア膜を積層する製造装置の概略図である。
【図１１】図１１は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムの製造装置の中で、走行する樹脂フィルムの表面と裏面の夫々に対し複数の成膜部を配置して表面と裏面に略同時的に多層のバリア膜を積層する製造装置の概略図である
【図１２】図１２は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムの製造装置の中で、樹脂フィルムの走行を支持する複数のドラムを用い走行する樹脂フィルムの表面と裏面の夫々に対し複数の成膜部を配置して表面と裏面に略同時的に多層のバリア膜を積層する製造装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下に、図面を参照しながら、本発明に係る多層型ガスバリアフィルム及びその量産法の実施例を詳細に説明する。尚、同一部分又は同一機能を有する部分には、同一符号を付しており、特別な説明が必要でない限り、説明を省略する。
【００４６】
図１は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムのＳ層（ＳｉＯＣＮ層）及びＮ層（ＳｉＣＮ層）の平面構造の一例を、本発明外のＳｉＯＣＨ層の立体構造と対比するＳ層・Ｎ層平面構造図である。
（１Ａ）は、特許文献１に示された、ＳｉＯＣＨ層からなるバリア層の立体構造図である。Ｈ原子は浮遊結合手に結合しているから、Ｈ原子を除いてＳｉＯＣ層と言ってもよい。４価のＳｉ原子と４価のＣ原子と２価のＯ原子が相互に結合して立体構造を取りながらバリア層を形成している。以下に説明するバリア層も実際には（１Ａ）に類似した立体構造を取っていることを理解しておく。
（１Ｂ）は本発明に係るＳ層、即ちＳｉＯＣＮ層の立体構造を簡易に説明する平面構造の一例である。４価のＳｉ原子と４価のＣ原子が２価のＯ原子と３価のＮ原子により相互に結合して格子を構成する。しかし、３価のＮ原子の結合手がＯ原子により阻止されて結合せずに浮遊状態になり、浮遊結合手（ダングリングボンド）ｖとなっている。この浮遊結合手ｖが多いほど、樹脂フィルムに強固に結合し、また他の層とも結合し易い。従って、浮遊結合手ｖを大量に有するＳ層は樹脂フィルムと強力に結合するバリア層の第１層として使用される。
（１Ｃ）は本発明に係るＮ層、即ちＳｉＣＮ層の立体構造を簡易に説明する平面構造の一例である。４価のＳｉ原子と４価のＣ原子が３価のＮ原子により相互に結合して格子を構成する。３価のＮ原子とＮ原子は相互に結合して浮遊結合手ｖを生じないが、過剰なＮ原子は結合する相手がいないため浮遊結合手ｖを生成する。従って、Ｎ層は少量の浮遊結合手ｖを有しており、上層と下層により狭着された中間層として使用される性質を有する。
【００４７】
図２は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムのＦ層（ＳｉＣＮＦ層）の二例を示したＦ層平面構造図である。
（２Ａ）は少量のＦ原子の添加により浮遊結合手ｖを大量に生じる場合のＦ層平面構造図である。Ｆ層では、４価のＳｉ原子と４価のＣ原子と３価のＮ原子が格子を構成し、Ｎ原子の全てに１価のＦ原子が結合すると浮遊結合手が無くなる。しかし、Ｆ原子の添加が少量なら、１価のＦ原子が全てのＮ原子と結合しても、過剰なＮ原子から浮遊結合手ｖが大量に生じる。従って、浮遊結合手ｖが大量に生じたＦ層は、Ｓ層と同様に、樹脂フィルムに強固に結合しバリア層の第１層として利用される。また、Ｆ層中の浮遊結合手ｖが中程度の量であれば、Ｎ層と同様に、中間層としても利用できる。
（２Ｂ）は大量のＦ原子の添加により浮遊結合手ｖを激減させた場合のＦ層平面構造図である。上述したように、Ｆ層では、４価のＳｉ原子と４価のＣ原子と３価のＮ原子が格子を構成し、Ｎ原子の全てに１価のＦ原子が結合すると浮遊結合手が無くなる。Ｆ原子の添加が大量なら、１価のＦ原子が殆どのＮ原子と結合し、少しだけ過剰なＮ原子から少量の浮遊結合手ｖが生じる。このように少量の浮遊結合手を持ったＦ層は、下側のバリア層に結合して、バリア層の中の最外層として好適に利用される。最外層であれば、その上の層を吸引する必要も無く、しかも浮遊結合手が微量であるから、大気中からの他の物質と結合することもなく、ガスバリアフィルムが汚れにくいという技術的効果を有する。
また、歯のフッ素コーティングにより虫歯を予防したり、フライパンのテフロン（登録商標）加工、即ちフッ素樹脂加工により焦げ付きが無くなる、ということから分かるように、Ｆ原子を添加したＦ層をバリア層の最外層に配置すれば、バリア層の表面に汚れが付着しにくいことが理解できる。
【００４８】
上述したように、Ｓ層は第１層、Ｎ層は中間層、Ｆ層はＦ原子の添加量に応じて第１層、中間層又は最外層に利用し易い性質を有している。また、以下で、樹脂フィルムの主面とは表面又は裏面のことであり、表面とはその一方の面で、裏面とはその他方の面のことであり、表面と裏面には実体的な相違は無い。
【００４９】
［実施例１〜８：表面３層以上で裏面１層以上、第１層がＳ層又はＦ層］
表１では、５０μｍ厚のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の樹脂フィルムの表面に３層以上及び裏面に１層以上の各種のバリア層を層厚１００ｎｍで積層し、第１層はＳ層又はＦ層で、第２層以上はＳ層、Ｎ層又はＦ層である実施例１〜実施例８が構成され、それらのガスバリア性を水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）で評価した。この表１は、本発明の第１形態に相当している。
また、両面に同一積層形態のバリア層は、例えば［第１層、第２層、第３層］と表示され、表面側バリア層と裏面側バリア層の積層形態が異なる場合には、［表面側第１層第２層第３層−裏面側第１層第２層］と表示される。
【００５０】
【表１】
2017209861.tif 000003
【００５１】
表１によれば、実施例１は［Ｓ、Ｎ、Ｆ］、実施例２は［Ｓ、Ｓ、Ｓ］、実施例３は［Ｓ、Ｓ、Ｎ、Ｆ］、実施例４は［ＳＦＳＦＳＦ−ＳＳ］、実施例５は［ＳＳＮＮＦＦ−ＳＳ］、実施例６は［ＳＳＮＮＦＦ−Ｓ］、実施例７は［Ｆ、Ｆ、Ｆ］並びに実施例８は［Ｆ、Ｎ、Ｓ、Ｆ］である。この内、水蒸気透過率が１０−３〜１０−４（g/m2/day）にある超ハイバリア特性を有しているのは実施例７だけであり、水蒸気透過率が１０−５〜１０−６（g/m2/day）にある極超ハイバリア特性を有しているのは実施例７を除く７実施例である。いずれにしても、実施例１〜８は極めて高い水蒸気透過率を有した多層型ガスバリアフィルムを実現している。従って、表面３層以上で裏面１層以上、第１層がＳ層又はＦ層であり、且つ第２層以上はＳ層、Ｎ層又はＦ層で構成された多層型ガスバリアフィルムの殆どは、水蒸気透過率が１０−５〜１０−６（g/m2/day）にある極超ハイバリア特性を示すことが実証された。
【００５２】
実施例２の［Ｓ、Ｓ、Ｓ］は両面３層共に膜厚１００ｎｍのＳ層であるが、実際には同じ成膜装置で膜厚３００ｎｍのＳ層を形成したものである。従って、Ｓ層とＳ層との境界は存在しない。他方、実施例７の［Ｆ、Ｆ、Ｆ］は両面３層共にＦ層であるが、第１層のＦ層はＦ原子の添加量を低減して浮遊結合手ｖを増加させたＦ層で、第２層のＦ層はＦ原子の添加量を増加させて浮遊結合手ｖを中間量にし、第３層のＦ層はＦ原子の添加量を更に増加させて浮遊結合手ｖを極端に低減させたＦ層である。従って、Ｆ層とＦ層の境界が存在している。しかし、［Ｆ、Ｆ、Ｆ］の水蒸気透過率が一番高いことが分かる。
次に、実施例１〜実施例８の多層型ガスバリアフィルムの積層状態を図３〜図６に具体的に示す。
【００５３】
図３は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムにおいて、上記実施例１の両面ＳＮＦ積層図及び上記実施例２の両面ＳＳＳ積層図である。
（３Ａ）は実施例１の両面ＳＮＦ積層図を示しており、樹脂フィルム２の表面側バリア層１０は表面側第１層１１、表面側第２層１２及び表面側第３層１３からなり、裏面側バリア層２０は裏面側第１層２１、裏面側第２層２２及び裏面側第３層２３から構成されている。積層物質が各層ごとに異なるため、各層の境界が存在し、実線で示されている。
（３Ｂ）は実施例２の両面ＳＳＳ積層図を示しており、樹脂フィルム２の表面側バリア層１０と裏面側バリア層２０は共に３層のＳ層が積層されたものである。同じ成膜装置で３００ｎｍ積層しているから、各Ｓ層の間には明確な境界は存在せず、点線で境界が示されている。
【００５４】
図４は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムにおいて、上記実施例３の両面ＳＳＮＦ積層図及び上記実施例４の片面ＳＦＳＦＳＦ−ＳＳ積層図である。
（４Ａ）は実施例３の両面ＳＳＮＦ積層図を示しており、樹脂フィルム２の表面側バリア層１０は表面側第１層１１〜表面側第４層１４からなり、裏面側バリア層２０は裏面側第１層２１〜裏面側第４層２４から構成されている。第１層と第２層が共にＳ層であり、その境界は点線で示され、他の境界は実線で示されている。
（４Ｂ）は実施例４の片面ＳＦＳＦＳＦ−ＳＳ積層図を示しており、樹脂フィルム２の表面側バリア層１０は表面側第１層１１〜表面側第６層１６から構成され、裏面側バリア層２０は裏面側第１層２１と裏面側第２層２２が積層されている。異物質層相互の境界は実線で示され、同物質層同士の境界は点線で示されている。
【００５５】
図５は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムにおいて、実施例５の片面ＳＳＮＮＦＦ−ＳＳ積層図及び実施例６の片面ＳＳＮＮＦＦ−Ｓ積層図である。
（５Ａ）は実施例５の片面ＳＳＮＮＦＦ−ＳＳ積層図を示しており、樹脂フィルム２の表面側バリア層１０は表面側第１層１１〜表面側第６層１６からなり、裏面側バリア層２０は裏面側第１層２１と裏面側第２層２２から構成されている。同物質層同士の境界は点線で示され、異物質層同士の境界は実線で示されている。
（５Ｂ）は実施例６の片面ＳＳＮＮＦＦ−Ｓ積層図を示しており、樹脂フィルム２の表面側バリア層１０は表面側第１層１１〜表面側第６層１６から構成され、裏面側バリア層２０は裏面側第１層２１のみから構成される。異物質層相互の境界は実線で示され、同物質層同士の境界は点線で示されている。
【００５６】
図６は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムにおいて、実施例７の両面ＦＦＦ積層図及び実施例８の両面ＦＮＳＦ積層図である。
（６Ａ）は実施例７の両面ＦＦＦ積層図を示しており、樹脂フィルム２の表面側バリア層１０は表面側第１層１１〜表面側第３層１３からなり、裏面側バリア層２０は裏面側第１層２１〜裏面側第３層２３から構成されている。全ての層がＦ層であるから、境界は全て点線で示される。
（６Ｂ）は実施例８の両面ＦＮＳＦ積層図を示しており、樹脂フィルム２の表面側バリア層１０は表面側第１層１１〜表面側第４層１４から構成され、裏面側バリア層２０は裏面側第１層２１〜裏面側第４層２４から構成される。全ての層が異物質層であるから、境界は全て実線で示されている。
【００５７】
［実施例１１〜１８：表裏面３層以上で同積層数、第１層がＳ層又はＦ層］
表２では、５０μｍ厚のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の樹脂フィルムの表面及び裏面にバリア層を層厚１００ｎｍで３層以上積層して且つ表裏共に同積層数で、第１層はＳ層又はＦ層で、第２層以上はＳ層、Ｎ層又はＦ層である実施例１１〜実施例１８が構成されており、それらのガスバリア性を水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）で評価した。この表２は本発明の第２形態に相当する。
【００５８】
【表２】
2017209861.tif 000004
【００５９】
表２によれば、実施例１１は［Ｓ、Ｎ、Ｆ］、実施例１２は［ＳＮＳ−ＳＳＳ］、実施例１３は［ＦＳＮ−ＦＮＳ］、実施例１４は［ＦＳＮ−ＦＮＮ］、実施例１５は［Ｓ、Ｓ、Ｎ、Ｆ］、実施例１６は［ＳＮＮＦ−ＳＮＦＳ］、実施例１１７は［ＦＳＮＦ−ＳＮＦＦ］並びに実施例１８は［Ｆ、Ｎ、Ｓ、Ｆ］である。
実施例１１〜実施例１８の水蒸気透過率は全て１０−５〜１０−６（g/m2/day）の範囲にあり、全ての実施例が極超ハイバリア特性を有していることが実証された。
【００６０】
また、実施例１１〜実施例１８に対し、フィルムが撓んだり捩れたりするフィルム歪特性が測定され、フィルム歪が無い方から優は◎、良は〇、可は△で評価された。優の評価は実施例１１、１５及び１８の３例だけで、表面側バリア層と裏面側バリア層の積層状態が完全同一のものばかりであった。良の評価は、実施例１２、１３及び１７の３例だけで、積層順序が異なるだけで構成する物質層が同一の積層形態と、実施例１２のように表面ＳＮＳと裏面ＳＳＳが殆ど同じ積層形態のものであった。可の△は、実施例１４と１６の２例だけで、表面側と裏面側で積層形態がかなり異なるものであった。即ち、表面側と裏面側の積層形態が完全同一の場合には、表面側と裏面側の力学的条件が同一になり、フィルム歪が無い良好な特性が最高度である結果が得られた。この結果は極めて常識に適っていると考えられる。
【００６１】
［実施例２１〜２８：表裏面３・４層で同数、第１層Ｓ・Ｆ層で最外Ｆ層］
表３は、表２の実施例１１〜実施例１８で作成された各樹脂フィルムを１カ月間室内に放置して表面及び裏面の汚れを目視で観察した結果を与える。フィルム面汚れについて、汚れの無い方から優は◎、良は〇、可は△で評価した。その結果を、実施例２１〜実施例２８としている。実施例２１〜実施例２８の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）とフィルム歪は、実施例１１〜実施例１８の夫々に一致していることは言うまでもない。この表３は本発明の第３形態に相当する。
【００６２】
【表３】
2017209861.tif 000005
【００６３】
表３によれば、表面側最外層と裏面側最外層が共にＦ層で構成されている実施例２１、２５、２７、２８の４例だけが優であった。また、表面側最外層と裏面側最外層の両者又は片方がＦ層で無い実施例２２、２３、２４、２６の４例が良であった。このことから、表面側最外層と裏面側最外層が共にＦ層で構成される積層形態がフィルム面の清浄性が保持できることが分かった。前述したように、Ｆ原子を多量に添加してＮ原子の浮遊結合手を潰したＦ層は、浮遊結合手が極めて少ないから、最外層のＦ層が大気中に暴露されても、他の原子や汚れが結合・付着しない性質を有する。この性質が表３により実証された。
【００６４】
［実施例２１、２５、２７、２８：表３と同条件で中間層にＮ層を配置］
表４は、表３の実施例１１〜実施例１８の中で、表面側と裏面側の両者に中間層としてＮ層を包含した積層形態を一覧表にしたもので、具体的には実施例２１、２５、２７、２８の４例から構成される。この表４は本発明の第４形態に相当する。
【００６５】
【表４】
2017209861.tif 000006
【００６６】
この表４から明白な様に、上記の４例では、水蒸気透過率は全て１０−５〜１０−６（g/m2/day）の極超ハイバリア特性を有し、フィルム歪特性は殆どが優（◎）で、フィルム汚れ特性は全て優（◎）である。従って、かなり優秀な多層型ガスバリアフィルムを提供することができる。
【００６７】
［実施例２１、２５、２８：表４と同条件で樹脂フィルムに関し面対称］
表５は、表４の実施例２１、２５、２７、２８の中から、樹脂フィルムを対称面として積層形態が面対称に構成される積層形態を選択したもので、実施例２１、２５、２８の３例が含まれる。この表５は本発明の第５形態に相当する。
【００６８】
【表５】
2017209861.tif 000007
【００６９】
この表５から明白な様に、上記の３例では、水蒸気透過率は全て１０−５〜１０−６（g/m2/day）の極超ハイバリア特性を有し、フィルム歪特性は全てが優（◎）で、フィルム汚れ特性は全てが優（◎）という最高特性を与えることが分かった。従って、この条件を満足すれば、最高度に優秀な多層型ガスバリアフィルムを提供し製造することが可能になる。
【００７０】
［実施例３１〜３３：表５と同条件で各層の層厚が２００ｎｍ］
表６は、表５と同一の積層形態を有し、各層の層厚を２００ｎｍにした場合の実施例３１、３２、３３を一覧化したものである。この表６は本発明の第６形態に相当する。
【００７１】
【表６】
2017209861.tif 000008
【００７２】
この表６から明白な様に、上記の３例では、水蒸気透過率は全て１０−５〜１０−６（g/m2/day）の極超ハイバリア特性を有し、表５の水蒸気透過率よりもかなり向上している。しかも、フィルム歪特性は全てが優（◎）で、フィルム汚れ特性は全てが優（◎）という最高特性を与えることが分かった。従って、この条件を満足すれば、最高度に優秀な多層型ガスバリアフィルムを提供し製造することが可能になる。層厚をどこまで厚くするかは、コストと性能との絡みの中できめられる。
【００７３】
表７は、樹脂フィルムの材質の一例であるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）及びＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）の物性値の比較表である。
【００７４】
【表７】
2017209861.tif 000009
【００７５】
本発明の多層型ガスバリアフィルムの樹脂フィルムの材質は特に限定されないが、上記したＰＥＴ及びＰＥＮは本発明に容易に適用できる材質である。これらの融点、ガラス転移温度、密度、耐熱温度及び水蒸気透過率は表７に示す通りである。
【００７６】
［実施例４１〜４３：表５と同条件で樹脂フィルムがＰＥＮ］
表８は、表５のバリア層の積層形態と全く同一であり、樹脂フィルムとしてＰＥＮが使用される。実施例４１〜４３はＰＥＮを使用している。この表８は本発明の第７形態に相当する。
【００７７】
【表８】
2017209861.tif 000010
【００７８】
この表８から明白なように、上記の３例では、水蒸気透過率は全て１０−５〜１０−６（g/m2/day）の極超ハイバリア特性を有し、フィルム歪特性は全てが優（◎）で、フィルム汚れ特性は全てが優（◎）という最高特性を与えることが分かった。従って、樹脂フィルムの材質を変更しても、表５と同条件に設定すれば、最高度に優秀な多層型ガスバリアフィルムを提供し製造できることは明らかである。
【００７９】
図７は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムの製造装置に使用される加熱フィラメント型の成膜装置（成膜部）の一例の概略図である。
成膜装置３０は、反応容器３１の入口側に原料ガス導入口３２を、また出口側に排気ガスの排気口３３を設けられ、反応容器３１の内部には外部の電源３５により通電制御される加熱フィラメント３４が配置され、前記加熱フィラメント３４に対向して台３６の上面に基板３７が配置されている。この基板３７は樹脂版でもよいし、樹脂フィルムでもよい。
【００８０】
原料ガスを原料ガス導入口３２から矢印ａ方向に送入し、赤熱した加熱フィラメント３４により原料ガスが分解・会合して無数のバリア粒子ｐが生成され、これらのバリア粒子ｐが基板３７の表面に堆積して、基板３７の表面にバリア層３９が形成される。不要な排気ガスは排気口３３から矢印ｃ方向に排出される。
【００８１】
成膜装置としては、上記した加熱フィラメント型の成膜装置でもよいし、プラズマ型成膜装置でもよいし、これらを組み合わせた加熱フィラメントプラズマ型成膜装置でもよい。本発明に係るＳ層、Ｎ層及びＦ層を製造できる成膜装置であれば、上記装置以外の装置でも構わない。
【００８２】
Ｓ層を形成する一例として、特許文献２に記載されるように、ジメチルシランガスとスチレン蒸気との混合ガスを反応容器３１に導入し、赤熱したＷフィラメント３４により急激な合成反応が生じ、バリア粒子ｐが基板の表面上に堆積してＳ層を形成することができる。また、Ｎ層を形成する一例として、特許文献３に記載されるように、アルキルシランガスとアンモニアガス、水素及び窒素を混合して加熱フィラメント３４で合成させるとバリア粒子ｐが合成され、このバリア粒子が基板の表面上に堆積してＮ層を形成することができる。更に、Ｆ層を形成する一例として、上記Ｎ層用の原料ガスにフッ素ガスを添加するとバリア粒子ｐが合成され、このバリア粒子ｐが基板３７の表面上に堆積してＦ層が形成された。これらの例はＳ層、Ｎ層、Ｆ層を形成する一例でしかなく、これら以外のＳ層、Ｎ層、Ｆ層を形成する全ての製造法が本発明において利用できることは言うまでもない。
【００８３】
図８は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムの製造装置の中で、１台の成膜部（成膜装置）を用いて樹脂フィルムに１層のバリア層を成膜するロールツーロール型の製造装置の概略図である。
【００８４】
当該ガスバリアフィルム製造装置４０は、樹脂フィルム４２を繰出ローラ４１に卷装した繰出ロール４３と、この繰出ロール４３から矢印ｄ方向に繰出された樹脂フィルム４２を矢印ｅ方向に走行させながら、走行中の前記樹脂フィルム４２の主面にバリア層３９を形成するために前記樹脂フィルム４２の主面に開口部３８を対向させて配置される成膜部３０と、前記成膜部３０の開口部３８からバリア粒子ｐを樹脂フィルム４２の主面に矢印ｂ方向に放射して所定厚のバリア層３９が堆積形成された成膜済フィルム４６と、この成膜済フィルム４６を矢印ｆ方向に巻取ローラ４８に卷装した巻取ロール４９から構成されている。
【００８５】
前記成膜部３０は図７で説明した加熱フィラメント型成膜装置からなり、原料ガス導入口３４から原料ガスを矢印ａ方向に供給し、電源３５の通電制御により赤熱した加熱フィラメントで前記原料ガスを分解・会合させてバリア粒子ｐを大量に製造し、これらのバリア粒子ｐを開口部３８から矢印ｂ方向に放射して、樹脂フィルム４２の主面にバリア粒子を堆積させてバリア層３９を形成している。開口長Ｌ（ｍ）は開口部３８の樹脂フィルム４２の走行方向の長さであり、樹脂フィルム４２が走行中に前記開口部３８に対面している間にバリア層３９が樹脂フィルム４２の主面にドットのように堆積して成膜される。樹脂フィルム４２はバリア層３９が成膜されて成膜済フィルム４６となり、この成膜済フィルム４６を巻取モータ４７の駆動で巻取ローラ４８に巻き取って巻取ロール４９になる。
【００８６】
このガスバリアフィルム製造装置において、前記成膜部３０は、樹脂フィルム４２が静止状態にある場合にバリア層３９の膜厚方向の堆積速度としてＲ（ｎｍ／分）の性能を有しているとする。前記成膜部３０により堆積されるべきバリア層の膜厚をＤ（ｎｍ）とすると、堆積完了時間Ｔ(分)はＴ＝Ｄ/Ｒで与えられる。つまり、この堆積完了時間Ｔ(分)の間、樹脂フィルム４２は前記開口部３８に連続的に対面する必要がある。そのために、前記成膜部３０の開口部３８の走行方向の開口長がＬ（ｍ）とすると、前記樹脂フィルム４２の走行速度Ｖ（ｍ／分）はＬ／Ｔ（ｍ／分）に設定される。即ち、Ｖ＝ＬＲ／Ｄで与えられる走行速度Ｖ（ｍ／分）に設定される必要がある。当該ガスバリアフィルム製造装置４０はこの走行速度設定に特徴を有している。
【００８７】
図９は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムの製造装置の中で、樹脂フィルムの走行を支持する支持体を用い樹脂フィルムの片面に複数の成膜部を利用して多層のバリア膜を積層する製造装置の概略図である。
【００８８】
ガスバリアフィルム製造装置４０は、樹脂フィルム４２の主面にｎ≧１であるｎ層のバリア層３９を積層する製造装置であり、特にｎ＝３、即ち３層のバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃを積層して成膜する場合を示している。
当該製造装置４０は、樹脂フィルム４２を繰出ローラ４１に卷装した繰出ロール４３と、矢印ｄ方向に繰出された樹脂フィルム４２を矢印ｅ方向に走行させて支持する支持体４４と、前記支持体４４の支持面４５を走行する前記樹脂フィルム４２の主面にｎ＝３個のバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃを積層するために前記主面にｎ＝３個の開口部３８ａ、３８ｂ、３８ｃを対向配置されたｎ＝３個の成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃが走行方向に直列状に順次配置されている。
前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃの開口部３８ａ、３８ｂ、３８ｃから特定のバリア粒子ｐを矢印ｂ方向に樹脂フィルム４２の主面に放射して所定厚の特定のバリア層３９が堆積形成されるように構成されており、前記樹脂フィルム４２をｎ＝３個の開口部３８ａ、３８ｂ、３８ｃに通過させることによりｎ＝３層のバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃが次々に積層されて成膜済フィルム４６が送出され、この成膜済フィルム４６を巻取ローラ４８で矢印ｆ方向に巻き取って巻取ロール４９とするように、当該製造装置４０は構成されている。
上記支持体４４の支持面４５は平坦な板面でもよいし、フリーローラでもよいし、これらに代わる他の手段であってもよく、走行状態にある樹脂フィルムの主面を傷付けない手段であればよい。
【００８９】
前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃの夫々において、樹脂フィルム４２が静止状態にある場合にバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃの膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜３）の性能を有しているとする。前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃにより堆積されるべきバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃの膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜３）とすると、各バリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃの堆積完了時間Ｔｉ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉである。前記樹脂フィルム４２が前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃの夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行する必要があるから、前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃの夫々の開口部３８ａ、３８ｂ、３８ｃの走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜３）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）に設定される必要がある。当該ガスバリアフィルム製造装置４０はこの開口長の設定に特徴を有している。
【００９０】
このガスバリアフィルム製造装置４０を用いて、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムを製造してみる。
例えば、具体的に、第１層がＳ層、第２層がＮ層、第３層がＦ層の３層型ガスバリアフィルムを製造する場合を考える。この場合には、ｎ＝３に相当し、３段の成膜部が必要になる。つまり、前記成膜部３０ａはＳ層製造用の成膜部であり、前記成膜部３０ｂはＮ層製造用の成膜部であり、前記成膜部３０ｃはＦ層製造用の成膜部であればよい。１回目の走行により樹脂フィルムの表面に３層を形成し、２回目の走行により樹脂フィルムの裏面に３層を形成すれば、樹脂フィルムの両面に３層を面対称に形成した３層型ガスバリアフィルムを製造することができる。
【００９１】
図１０は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムの製造装置の中で、樹脂フィルムの走行を支持する複数のドラムを用い複数台の成膜部を利用して多層のバリア膜を積層する製造装置の概略図である。
【００９２】
ガスバリアフィルム製造装置４０は、樹脂フィルム４２の主面にｎ≧１であるｎ層のバリア層３９を積層する製造装置であり、特にｎ＝３、即ち３層のバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃを積層して成膜する場合を示している。
当該製造装置４０は、樹脂フィルム４２の主面にｎ＝３の３層のバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃを積層する製造装置であり、樹脂フィルム４２を繰出ローラ４１に卷装した繰出ロール４３と、前記繰出ロール４３から矢印ｄ方向に繰出された樹脂フィルム４２がドラム面５１ａ、５１ｂ、５１ｃに沿って走行する３個のドラム５０ａ、５０ｂ、５０ｃと、樹脂フィルム４２は、一つのドラム面から隣のドラム面へと送出されて３個のドラム面５１ａ、５１ｂ、５１ｃを次々と連続して走行するように配置されている。また、樹脂フィルム４２の方向転回には小ローラ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄが用いられる。
各ドラム５０ａ、５０ｂ、５０ｃのドラム面５１ａ、５１ｂ、５１ｃには樹脂フィルムの主面に特定のバリア層を形成するために前記樹脂フィルム４２の主面に開口部３８ａ、３８ｂ、３８ｃを対向配置された特定の成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃを配置し、前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃの開口部３８ａ、３８ｂ、３８ｃから特定のバリア粒子ｐを樹脂フィルム４２の主面に放射して所定厚の特定のバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃが堆積形成されるように構成されている。その結果、前記樹脂フィルム４２を３個のドラム５０ａ、５０ｂ、５０ｃに通過させることにより３層のバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃが次々に積層されて成膜済フィルム４６が送出され、この成膜済フィルム４６を巻取ローラ４８に卷装して巻取ロール４９とする。
【００９３】
前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃの夫々において、樹脂フィルム４２が静止状態にある場合にバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃの膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜３）の性能を有しているとする。前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃにより堆積されるべきバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃの膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜３）とすると、各バリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃの堆積完了時間Ｔｉ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ（分、ｉ＝１〜３）である。前記樹脂フィルム４２が前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃの夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行する必要があるから、前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃの夫々の開口部３８ａ、３８ｂ、３８ｃの走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜３）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）に設定される必要がある。当該ガスバリアフィルム製造装置４０はこの開口長の設定に特徴を有している。
【００９４】
このガスバリアフィルム製造装置４０を用いて、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムを製造してみる。
例えば、具体的に、第１層がＳ層、第２層がＮ層、第３層がＦ層の３層型ガスバリアフィルムを製造する場合を考える。この場合には、ｎ＝３に相当し、３段の成膜部が必要になる。つまり、前記成膜部３０ａはＳ層製造用の成膜部であり、前記成膜部３０ｂはＮ層製造用の成膜部であり、前記成膜部３０ｃはＦ層製造用の成膜部であればよい。１回目走行では樹脂フィルムの表面に３層を形成し、２回目走行では樹脂フィルムの裏面に３層を形成すれば、樹脂フィルムの両面に３層を面対称に形成した３層型ガスバリアフィルムを製造することができる。
【００９５】
図１１は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムの製造装置の中で、走行する樹脂フィルムの表面と裏面の夫々に対し複数の成膜部を配置して表面と裏面に略同時的に多層のバリア膜を積層する製造装置の概略図である
【００９６】
ガスバリアフィルム製造装置４０は、樹脂フィルム４２の表面にｎ≧１であるｎ層のバリア層３９を積層すると同時に、樹脂フィルム４２の裏面にｍ≧１であるｍ層のバリア層３９を積層する製造装置であり、表面にｎ層で裏面にｍ層のバリア層を同時的に形成できる装置である。特に、樹脂フィルムを１回だけ走行させるだけで、ｎ＝３及びｍ＝３として、即ち表面に３層のバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃを積層し、裏面に３層のバリア層３９ｄ、３９ｅ、３９ｆを積層して同時成膜する場合を示している。
当該製造装置４０は、樹脂フィルム４２を繰出ローラ４１に卷装した繰出ロール４３と、矢印ｄ方向に繰出された樹脂フィルム４２を矢印ｅ方向に走行させる。前記樹脂フィルム４２の表面には、ｎ＝３個のバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃを積層するために前記主面にｎ＝３個の開口部３８ａ、３８ｂ、３８ｃを対向配置されたｎ＝３個の成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃが走行方向に直列状に順次配置されている。しかも、前記樹脂フィルム４２の裏面には、ｎ＝３個のバリア層３９ｄ、３９ｅ、３９ｆを積層するために前記裏面にｎ＝３個の開口部３８ｄ、３８ｅ、３８ｆを対向配置されたｎ＝３個の成膜部３０ｄ、３０ｅ、３０ｆが走行方向に直列状に順次配置されている。
前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃの開口部３８ａ、３８ｂ、３８ｃから特定のバリア粒子ｐを矢印ｂ方向に樹脂フィルム４２の表面に放射し、同時に前記成膜部３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの開口部３８ｄ、３８ｅ、３８ｆから特定のバリア粒子ｐを矢印ｂ方向に樹脂フィルム４２の裏面に放射して所定厚の特定のバリア層３９が表面と裏面に同時的に堆積形成されるように構成されている。前記樹脂フィルム４２の表面と裏面をｎ＝３個及びｍ＝３個の開口部３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、３８ｅ、３８ｆに通過させることによりｎ＝３層のバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃとｍ＝３層のバリア層３９ｄ、３９ｅ、３９ｆが次々に積層されて成膜済フィルム４６が送出される。この成膜済フィルム４６を巻取ローラ４８で矢印ｆ方向に巻き取って巻取ロール４９とするように、当該製造装置４０は構成されている。
樹脂フィルム４２を安定して走行させるには、支持体やフリーローラ等の手段が用いられてもよく、走行状態にある樹脂フィルムの表面と裏面を傷付けない手段であれば何でもよい。
【００９７】
前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの夫々において、樹脂フィルム４２が静止状態にある場合にバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び３９ｄ、３９ｅ、３９ｆの膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜３）及びＲｊ（ｎｍ／分、ｊ＝１〜３）の性能を有しているとする。前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄ、３０ｅ、３０ｆにより堆積されるべきバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び３９ｄ、３９ｅ、３９ｆの膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜３）及びＤｊ（ｎｍ、ｊ＝１〜３）とすると、各バリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び３９ｄ、３９ｅ、３９ｆの堆積完了時間Ｔｉ(分)及びＴｊ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ及びＴｊ＝Ｄｊ/Ｒｊである。前記樹脂フィルム４２が前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行する必要があるから、前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの夫々の開口部３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄ、３８ｅ、３８ｆの走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜３）及びＬｊ（ｍ、ｊ＝１〜３）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ）及びＬｊ（ｍ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）並びにＬｊ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｊ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｊ/Ｒｊ（分）に設定される必要がある。当該ガスバリアフィルム製造装置４０はこの開口長の設定に特徴を有している。
【００９８】
このガスバリアフィルム製造装置４０を用いて、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムを製造してみる。
例えば、具体的に、樹脂フィルム４２の両面に、第１層がＳ層、第２層がＮ層、第３層がＦ層の両面３層型ガスバリアフィルムを製造する場合を考える。この場合には、ｎ＝３及びｍ＝３に相当し、両面夫々に３段の成膜部が必要になる。つまり、前記成膜部３０ａ、３０ｄはＳ層製造用の成膜部であり、前記成膜部３０ｂ、３０ｅはＮ層製造用の成膜部であり、前記成膜部３０ｃ、３０ｆはＦ層製造用の成膜部であればよい。１回の走行だけで樹脂フィルムの表面及び裏面の夫々に３層を形成でき、成膜部の種類を同等にすれば、樹脂フィルムの両面に３層を面対称に形成した３層型ガスバリアフィルムを製造することができる。
このガスバリアフィルム製造装置４０を用いれば、表面にｎ層で裏面にｍ層からなる種々の構成の多層型ガスバリアフィルムを製造できることは言うまでもない。
【００９９】
図１２は、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムの製造装置の中で、樹脂フィルムの走行を支持する複数のドラムを用い走行する樹脂フィルムの表面と裏面の夫々に対し複数の成膜部を配置して表面と裏面に略同時的に多層のバリア膜を積層する製造装置の概略図である。
【０１００】
ガスバリアフィルム製造装置４０は、樹脂フィルム４２の表面にｎ≧１であるｎ層のバリア層３９並びに裏面にｍ≧１であるｍ層のバリア層３９を積層する製造装置であり、特にｎ＝３及びｍ＝３、即ち各３層のバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び３９ｄ、３９ｅ、３９ｆを積層して成膜する場合を示している。
当該製造装置４０は、樹脂フィルム４２の表面にｎ＝３の３層のバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃ並びに裏面にｍ＝３の３層のバリア層３９ｄ、３９ｅ、３９ｆを積層する製造装置であり、樹脂フィルム４２を繰出ローラ４１に卷装した繰出ロール４３と、前記繰出ロール４３を矢印ｄ方向に回転させて樹脂フィルム４２を矢印ｅ方向に繰出し、樹脂フィルム４２の表面がドラム面５１ａ、５１ｂ、５１ｃに沿って走行する３個のドラム５０ａ、５０ｂ、５０ｃと、樹脂フィルム４２は、一つのドラム面から隣のドラム面へと送出されて３個のドラム面５１ａ、５１ｂ、５１ｃを次々と連続して走行するように配置されている。また、樹脂フィルム４２の方向転回には小ローラ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄが用いられる。
各ドラム５０ａ、５０ｂ、５０ｃのドラム面５１ａ、５１ｂ、５１ｃには樹脂フィルムの表面に特定のバリア層を形成するために前記樹脂フィルム４２の表面に開口部３８ａ、３８ｂ、３８ｃを対向配置された特定の成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃが配置されている。同時に、樹脂フィルム４２の裏面に対向して、小ローラ５２ａ、５２ｂ、５２ｃとドラム５０ａ、５０ｂ、５０ｃの間には、成膜部３０ｄ、３０ｅ、３０ｆが配置されている。前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃの開口部３８ａ、３８ｂ、３８ｃ並びに成膜部３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの開口部３８ｄ、３８ｅ、３８ｆから特定のバリア粒子ｐを樹脂フィルム４２の表面と裏面に放射して所定厚の特定のバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び３９ｄ、３９ｅ、３９ｆが堆積形成されるように構成されている。その結果、前記樹脂フィルム４２を３個のドラム５０ａ、５０ｂ、５０ｃに通過させることにより、表面に３層のバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び裏面に３層のバリア層３９ｄ、３９ｅ、３９ｆが次々に積層されて成膜済フィルム４６が送出され、この成膜済フィルム４６を巻取ローラ４８に卷装して巻取ロール４９としている。
【０１０１】
前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの夫々において、樹脂フィルム４２が静止状態にある場合にバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び３９ｄ、３９ｅ、３９ｆの膜厚方向の堆積速度としてＲｉ（ｎｍ／分、ｉ＝１〜３）及びＲｊ（ｎｍ／分、ｊ＝１〜３）の性能を有しているとする。前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄ、３０ｅ、３０ｆにより堆積されるべきバリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び３９ｄ、３９ｅ、３９ｆの膜厚がＤｉ（ｎｍ、ｉ＝１〜３）及びＤｊ（ｎｍ、ｊ＝１〜３）とすると、各バリア層３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び３９ｄ、３９ｅ、３９ｆの堆積完了時間Ｔｉ(分)及びＴｊ(分)はＴｉ＝Ｄｉ/Ｒｉ（分、ｉ＝１〜３）及びＴｊ＝Ｄｊ/Ｒｊ（分、ｊ＝１〜３）である。前記樹脂フィルム４２が前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの夫々に対し共通した走行速度Ｖ（ｍ／分）で走行する必要があるから、前記成膜部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの夫々の開口部３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄ、３８ｅ、３８ｆの走行方向の開口長をＬｉ（ｍ、ｉ＝１〜３）及びＬｊ（ｍ、ｊ＝１〜３）とすると、前記成膜部の夫々の開口長Ｌｉ（ｍ）及びＬｊ（ｍ）はＬｉ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｉ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｉ/Ｒｉ（分）並びにＬｊ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｔｊ（分）＝Ｖ（ｍ／分）×Ｄｊ/Ｒｊ（分）に設定される必要がある。当該ガスバリアフィルム製造装置４０はこの開口長の設定に特徴を有している。
【０１０２】
このガスバリアフィルム製造装置４０を用いて、本発明に係る多層型ガスバリアフィルムを製造してみる。
例えば、具体的に、樹脂フィルム４２の両面に、第１層がＳ層、第２層がＮ層、第３層がＦ層の両面３層型ガスバリアフィルムを製造する場合を考える。この場合には、ｎ＝３及びｍ＝３に相当し、両面夫々に３段の成膜部が必要になる。つまり、前記成膜部３０ａ、３０ｄはＳ層製造用の成膜部であり、前記成膜部３０ｂ、３０ｅはＮ層製造用の成膜部であり、前記成膜部３０ｃ、３０ｆはＦ層製造用の成膜部であればよい。１回の走行だけで樹脂フィルムの表面及び裏面の夫々に３層を形成でき、成膜部の種類を同等にすれば、樹脂フィルムの両面に３層を面対称に形成した３層型ガスバリアフィルムを製造することができる。
このガスバリアフィルム製造装置４０を用いれば、表面にｎ層で裏面にｍ層からなる種々の構成の多層型ガスバリアフィルムを製造できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明によれば、Ｓ層、Ｎ層、Ｆ層からなるバリア層を特別な積層形態で多層化することにより、水蒸気透過率が１０−５〜１０−６（ｇ／ｍ2／ｄａｙ）の極超ハイバリアフィルムを製造することに成功した。同時に、この極超ハイバリア特性を満足する多層型ガスバリアフィルムを量産する製造装置を実現した。その結果、食料品、医薬品、タッチパネル、有機ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）素子、無機ＥＬ素子、太陽電池、電子ペーパのみならず、有機ＥＬ表示素子（ＯＬＥＤ）にも利用できる多層型ガスバリアフィルム及びその量産装置を提供することに成功したものである。
【符号の説明】
【０１０４】
１        多層型ガスバリアフィルム
２        樹脂フィルム
３        最外層
１０      表面側バリア層
１１      表面側第１層
１２      表面側第２層
１３      表面側第３層
１４      表面側第４層
１５      表面側第５層
１６      表面側第６層
２０      裏面側バリア層
２１      裏面側第１層
２２      裏面側第２層
２３      裏面側第３層
２４      裏面側第４層
３０      成膜部（成膜装置）
３０ａ    成膜部（成膜装置）
３０ｂ    成膜部（成膜装置）
３０ｃ    成膜部（成膜装置）
３０ｄ    成膜部（成膜装置）
３０ｅ    成膜部（成膜装置）
３０ｆ    成膜部（成膜装置）
３１      反応容器
３２      原料ガス導入口
３３      排気口
３４      加熱フィラメント
３５      電源
３６      台
３７      基板
３８      開口部
３８ａ    開口部
３８ｂ    開口部
３８ｃ    開口部
３８ｄ    開口部
３８ｅ    開口部
３８ｆ    開口部
３９      バリア層
３９ａ    バリア層
３９ｂ    バリア層
３９ｃ    バリア層
３９ｄ    バリア層
３９ｅ    バリア層
３９ｆ    バリア層
４０      ガスバリアフィルム製造装置
４１      繰出ローラ
４２      樹脂フィルム
４３      繰出ロール
４４      支持体
４５      支持面
４６      成膜済フィルム
４７      巻取モータ
４８      巻取ローラ
４９      巻取ロール
５０ａ    ドラム
５０ｂ    ドラム
５０ｃ    ドラム
５１ａ    ドラム面
５１ｂ    ドラム面
５１ｃ    ドラム面
５２ａ    小ローラ
５２ｂ    小ローラ
５２ｃ    小ローラ
５２ｄ    小ローラ
ａ        原料ガスの導入方向
ｂ        バリア粒子の放射方向
ｃ        排気ガスの排気方向
ｄ        樹脂フィルムの繰出方向
ｅ        樹脂フィルムの走行方向
ｆ        成膜済フィルムの巻取方向
ｐ        バリア粒子
ｖ        浮遊結合手（ダングリングボンド）
Ｄ        バリア層の膜厚
Ｌ        開口部の開口長
Ｌａ      開口部の開口長
Ｌｂ      開口部の開口長
Ｌｃ      開口部の開口長
Ｌｄ      開口部の開口長
Ｌｅ      開口部の開口長
Ｌｆ      開口部の開口長
Ｒ        バリア層の堆積速度
Ｔ        堆積完了時間
Ｖ        樹脂フィルムの走行速度
【図１】
2017209861.tif 000011
【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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【図１２】
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