有機デバイス用ハイバリア膜の作製技術とその評価

第1部 バリア膜の作製技術とハイバリアフィルムの技術トレンド

(2023年11月30日 10:30〜12:00)

　アルミ蒸着フィルムは、アルミ箔代替として優れたガスバリア性、耐ピンホール性、光線遮断性、装飾性が注目され、一方透明蒸着フィルムは、塩化ビニリデンフィルム代替として優れたガスバリア性、透明性、レトルト耐性、非金属性、環境対応性などが注目され現在大きな食品包装市場を形成しております。 　ガスバリア性フィルムは、主に賞味期限の延長のために食品分野の包装材用としてアルミ蒸着フィルム、透明蒸着フィルムなどの実用化が進んできました。最近は太陽電池や有機ELの封止膜へのハイバリアフィルムの適用拡大が行われています。この分野では食品分野とは桁違いの厳しいバリア性と軽量でフレキシブルなバリアフィルムが要求され、このため有機・無機膜からなるハイブリッドコーティング技術が開発されてきております。今回はR2Rスパッタリング装置や、フレキシブルバリア膜の新しい技術内容ついても、分かりやすく、かつ詳細に解説します。関連技術者にとって、貴重かつ不可欠な情報が網羅されていますので、是非ご聴講ください。

1. バリア性を付与するドライコート薄膜作製手法
   1. ドライコーティング法の分類
   2. 薄膜の形成:薄膜成長の3様式
      • 基板面上の核形成と核成長
      • 蒸着膜構造の圧力・温度依存性
      • アルミ蒸着膜の表面・断面写真 (TEM)
      • アルミ蒸着膜のピンホール部写真
      • 無機膜の欠陥とガス分子の透過経路
      • ピンホール数と酸素透過度の関係
   3. アルミ蒸着膜:アルミ蒸着フィルムのラミネート効果
      • ハイバリアアルミ蒸着フィルム
      • ハイバリア、アルミ蒸着フィルムの構造
   4. 透明蒸着膜:透明蒸着フィルムの構成と性能
      • PVD透明蒸着プロセス
      • CVD透明蒸着プロセス
      • SiOx膜の酸素透過度とX値の関係
      • SiO2膜の成膜方法と特性
      • 二元蒸着の概念とその蒸着膜の構造
      • アルミナ添加量と密度
      • バリア性の関係
      • 蒸着フィルムの特性
        • 延展性
        • 印加圧
2. バリア性を付与するコータ設備
   1. バリア性付与コーティング技術の分類
   2. ドライコーティング:巻取式真空蒸着機の構造
      • 電子ビームを使用した真空蒸着機
      • 巻取式スパッタリング装置の配置例
      • アルミナ蒸着機 (BOBST) と蒸発源
      • マイクロ波プラズマCVD蒸着機
   3. ハイブリッドコーティング
      • PE-CVD装置 (神鋼) とプラズマ発光
      • ロール・ツー・ロールCVD装置
      • PML用ロール・ツー・ロール蒸着機
   4. ロール・ツー・ロール スパッタリング装置
      • Vitriflex社 (米) のバリアフィルム生産装置
      • 太陽電池、ディスプレイへの適用例
3. ハイバリアへの展開 – 太陽電池、量子ドット、有機EL
   1. 太陽電池:主な太陽電池の分類と要求バリア
      • 各種太陽電池の基本構成
      • 結晶シリコン系太陽電池パネルの構造とバックシートの構成
      • 各社バックシートの銘柄
   2. 量子ドットフィルム:量子ドットの働きと波長変換の仕組み
      • 量子ドット組込みバックライトの実装方式
      • タブレット端末向け表面実装方式 (3M社)
      • ハイバリアフィルム技術の現状
   3. 有機ELディスプレイ用封止膜:有機ELを用いた製品
      • 有機ELの発光メカニズムとデバイスの進化
      • 有機・無機ハイブリッドバリア膜の比較
      • Barix技術の概要図
      • Barixのハイブリッド積層膜写真
      • SAVIC社 (元GE社) UHBのハイブリッド積層膜写真
      • UHBプラズマCVDプロセス条件と物性
   4. Flex-e Materials社のバリア膜技術
      • フレキシブル化の利点
      • フレキシブル・バリア膜の市場動向
      • バリア膜の構成
      • バリア膜の製造工程
      • フレキシブル基材のR2Rパイロットライン
4. バリア性に及ぼす製膜条件の影響
   1. 真空蒸着法により作製したSiOx膜のガスバリア性
      • 真空度の影響
      • 蒸発温度の影響
      • UV照射の影響
      • 後処理の影響
   2. イオンビーム支援蒸着法により作製したSiON膜のガスバリア性
      • 蒸発材料の影響委
      • イオンビーム照射条件の影響
• 質疑応答

第2部 ウェットプロセスによるウルトラ・ハイバリア膜の作製と緻密化技術

(2023年11月30日 13:00〜14:30)

　デバイスや電化製品、食品、医薬品等の耐久性・保存性向上にため、水蒸気や酸素の透過を抑制するバリア技術は非常に重要である。特にハイバリアな領域では真空成膜による無機膜が用いられており、低コスト化・低炭素プロセスとして、塗布プロセス (大気圧プロセス) が望まれている。 　本講演では、一般的なバリア技術を簡単に説明したのちに、当研究室が進めている「塗布」×「光緻密化」によるウルトラハイバリア技術を紹介する。本技術は多くの産業で利用可能であると考えている。

1. バリア性能と用途
2. 真空成膜と塗布成膜によるバリア膜
3. 当研究室の光緻密化プロセスによる無機膜
4. 光緻密化プロセスによるSiN膜のバリア性能
5. 界面密着性評価
6. フレキシブル有機ELデバイスへの応用
7. 当研究室の設備等
• 質疑応答

第3部 有機デバイス向け水蒸気バリア性の評価方法

(2023年11月30日 14:45〜16:15)

　有機ELやOPV、ペロブスカイト太陽電池等の有機デバイスは大気の水分や酸素により性能が低下してしまうため、バリア材料を用いた封止が必要不可欠です。 　本講座では有機デバイスに用いられるバリア材料の種類や封止方法、およびバリア性評価技術についてご紹介します。また、バリア材料の評価手法について、水蒸気透過のメカニズム、多種多様な評価手法、有機ELに必要とされる水蒸気透過度 (WVTR) 10-6gm-2day-1レベルの水蒸気バリア性を評価可能な最新技術まで、詳細に解説いたします。これらの知見が新規バリア材料や有機デバイス開発の一助となることを期待します。

1. 有機デバイスにおける封止技術
   1. フレキシブル基板
   2. ダム&フィル封止
   3. 液状材料を用いた全面封止
   4. PSA (Pressure Sensitive Adhesive) フィルムを用いた封止
   5. 薄膜封止 (TFE:Thin Film Encapsulation)
2. 有機デバイス向け水蒸気バリア性の評価方法
   1. 水蒸気バリア性評価の指標
   2. バリア材料の水蒸気透過メカニズム
   3. 多種多様な水蒸気バリア性評価手法
   4. 水蒸気バリア性評価の課題
   5. MA法 (Modified differential pressure method)
   6. 接着剤の水蒸気バリア性評価
3. まとめ
• 質疑応答