バリアフィルムの基礎知識と用途展開およびウェットプロセスによるハイバリアフィルムの作製技術

【第一部】　１０：３０～１４：３０（１２：００～１３：００　休憩）
『バリアフィルムの基礎と作製・評価技術、用途展開、最新動向』
　　　　　　津山工業高等専門学校 総合理工学科 電気電子システム系 教授　小林 敏郎　氏

〇趣旨
　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。また、最近は透明蒸着フィルムを利用した太陽電池や有機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や市場についても、本講座にて分かりやすく、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。

〇キーワード
ガスバリア性,ガス透過度,蒸着,スパッタ,イオンプレーティング,化学蒸着,ピンホール,アルミ蒸着膜,透明蒸着膜,アルミナ,シリカ,ハイブリッド膜,太陽電池,量子ドット,有機ＥＬ

〇講演項目
１．プラスチックフィルムの謎に迫る
　1.1 ガス透過のメカニズム：ガス透過モデル
　　・定常状態でのガス拡散状態
　1.2 ガス透過理論：透過ガス量の式
　　・ガス透過係数
　　・積層系のガス透過係数
　1.3 高分子構造とガスバリア性：高分子の構造とガスバリア性
　　・結晶化度とガス透過度
　　・配向度とガス透過度
　　・ガラス転移点とガス透過度
　　・フリーボリュームとガス透過度
　　・凝集エネルギーとガス透過度
　　・ＰＥの熱振動による開閉孔
　　・ＰＡＮニトリル基による極性相互作用
　　・ＰＶＡ水酸基による水素結合
　　・水蒸気敏感度とガス透過度
　　・ラミネート構成による透湿度の変化
　1.4 各種フィルムのガス、水蒸気バリア性：パーマコール
　　・各種フィルムの酸素vs水蒸気透過度

 

２．バリア性を付与するドライコート薄膜作製手法
　2.1 ドライコーティング法の分類
　2.2 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
　2.3 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
　2.4 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）

３．バリア性を付与するコータ設備
　3.1 バリア性付与コーティング技術の分類
　3.2 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、
　3.3 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・ロールＣＶＤ装置 
　　・ＰＭＬ用ロール・ツ・ロール蒸着機
　3.3 ロール・ツ・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

４．バリア性をどう評価するか
　4.1 プラスチックの主な規格・試験法：ガス透過度測定方法の分類
　　・各種用途に求められるバリア性
　　・酸素・水蒸気透過度の測定感度
　4.2 ガス透過度測定：等圧法のガス透過度測定原理
　　・等圧法モコン水蒸気透過度測定法
　　・等圧法モコン酸素ガス透過度測定法
　　・ボトルの酸素透過度試験装置
　　・カップ法透湿度試験方法
　　・差圧法高感度水蒸気透過度試験（オメガトランス法）
　　・デルタバーム法
　　・等圧式フィルム透過性評価装置
　　・Ｃａ法高感度水蒸気透過度試験（ＧＥ社）
　　・同上（住べリサーチ社）

５．アルミ蒸着、透明蒸着フィルムのマーケット情報
　5.1 包装用バリアフィルムの市場：包装用バリアフィルムの生産量推移
　　・包装用途のバリフィルムの採用動向
　　・基材別生産量と製品名
　　・アルミ蒸着フィルムを使用した包材製品例
　5.2 透明蒸着フィルムの物性と製品例：透明蒸着フィルムの一覧
　　・透明蒸着フィルムを使用した包材構成
　　・包材製品例

６． ハイバリアへの展開―太陽電池、量子ドット、有機ＥＬ
　6.1 ハイバリアフィルムの市場：市場規模予測
　6.2 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
　6.3 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
　6.4 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
　6.5 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
 

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【第二部】　１４：４５～１６：１５
『ウェットプロセスによるウルトラ・ハイバリアフィルムの作製』
　　　　　　山形大学 有機エレクトロニクスイノベーションセンター 副センター長 教授　硯里 善幸　氏

〇趣旨
　当研究室では、印刷や塗工が可能なウルトラ・ハイバリア技術の研究を独自に行っています。溶解可能な前駆体をウェットコートし、室温条件下・真空紫外光（VUV光：波長172nm）を照射することで緻密な無機膜を得る手法で、ウェットプロセスとしては世界最高のハイバリア性能を達成しています。一般的にウルトラ・ハイバリア膜は真空プロセス（CVD、スパッタ等）で作製しますが、本技術は室温でのウェットプロセスｘ光焼成ですので、安価・低炭素プロセスで形成可能であることが特徴です。

〇キーワード
ウェットプロセス、ウルトラ・ハイバリア、光焼成、SiN膜、フレキシブルデバイス

〇講演項目
１．バックグラウンド

２．バリア技術
　　・従来技術
　　・本研究の特徴
　　・バリア性能
　　・密着性、表面自由エネルギー　

３．今後の展開

　　□ 質疑応答 □