CN105284186B - 元件结构体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够抑制氧气、水分等侵入到元件内部的元件结构体及其制造方法。本发明的一个实施方式所涉及的元件结构体(10)具有基板(2)(基体)、器件层(3)、第1无机材料层(41)(凸部)以及第1树脂材料部(51)。基体(2)具有第1表面(2a)和位于与第1表面(2a)相反一侧的第2表面(2c)。器件层(3)至少配置在第1表面(2a)和第2表面(2c)中的第1表面(2a)上。第1无机材料层(41)形成于第1表面(2a)上。第1树脂材料部(51)形成在第1无机材料层(41)的周围。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有保护器件等免受氧气、水分等的侵害的层积结构的元件结构体及其制造方法。
背景技术
作为包含易受水分或者氧气等侵害而劣化的化合物的元件，人们公知例如有机EL(Electro Luminescence：电致发光)等。对于像这样的元件，人们试着通过与覆盖包含该化合物的层的保护层形成层积结构，来抑制水分等侵入到元件内。例如，在下述专利文献1中，记载有一种在上部电极层上具有由层积膜构成的保护膜的发光元件，该层积膜由无机膜和有机膜层积而成。
【专利文献1】日本发明专利公开公报特开2013-73880号
然而，具有防止水蒸气等侵入的阻隔性能的无机膜的覆盖范围较小，如果具有器件层的基板表面呈凹凸形状的话，无机膜则不能够充分地覆盖该凹凸区域，例如可能会在凹凸的分界部处发生覆盖不良的情况。如果出现无机膜覆盖不良，则无法防止水分从无机膜覆盖不良的部位侵入，因而难以确保充分的阻隔性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有防止水蒸气等侵入的阻隔性能的元件结构体及其制造方法。
为了达到上述目的，本发明的一个技术方案所涉及的元件结构体具有基体、器件层、凸部以及第1树脂材料部。
上述基体具有第1表面和位于与上述第1表面相反一侧的第2表面。
上述器件层至少配置在上述第1表面和上述第2表面中的上述第1表面上。
上述凸部形成于上述第1表面。
上述第1树脂材料部形成在上述凸部的周围。
本发明的一个技术方案所涉及的元件结构体的制造方法包括如下步骤：
形成由第1无机材料层构成的凸部，该第1无机材料层覆盖设置在基板的表面上的器件层；
将液体状的有机材料提供到上述基板的表面上，使上述有机材料凝结在上述凸部的侧面与上述基板的表面之间的分界部；
在上述基板的表面上形成覆盖上述凸部和上述有机材料的第2无机材料层。
附图说明
图1是大致表示本发明的第1实施方式所涉及的元件结构体的剖视图。
图2是上述元件结构体的俯视图。
图3是上述元件结构体的局部放大剖视图。
图4是说明上述元件结构体中的第1树脂材料部的形成方法的工序图。
图5是大致表示上述元件结构体的结构的变形例的剖视图。
图6是大致表示本发明的第2实施方式所涉及的元件结构体的剖视图。
图7是大致表示上述第1实施方式所涉及的元件结构体的结构的变形例的剖视图。
具体实施方式
本发明的一个实施方式所涉及的元件结构体具有基体、器件层、凸部以及第1树脂材料部。
上述基体具有第1表面和位于与上述第1表面相反一侧的第2表面。
上述器件层至少配置在上述第1表面和上述第2表面中的上述第1表面上。
上述凸部形成于上述第1表面。
上述第1树脂材料部形成在上述凸部的周围。
在上述元件结构体中，由于在基体的配置有器件层的表面(第1表面)上形成有凸部，在该凸部的周围形成有第1树脂材料部，因而能够防止水分等从凸部的周围侵入。另外，由于第1树脂材料部形成在凸部的周围，因而，即使因该凸部的存在而在器件层的侧面出现覆盖不良的情况，也能够由第1树脂材料部覆盖该覆盖不良部。
上述基体的材料和形态并没有特别限定，可以采用由玻璃或半导体等构成的基板，也可以采用由塑料或金属等构成的薄膜。上述凸部可以包含器件层，也可以覆盖器件层。在凸部包含器件层的结构中，包括凸部中包含器件层的结构体、器件层的一部分露出于凸部的表面的结构体等。凸部可以覆盖器件层的侧面，也可以在器件层的上表面形成有多个。
上述凸部可以由覆盖上述器件层的第1无机材料层构成。并且，上述元件结构体还可以具有第2无机材料层，上述第2无机材料层覆盖上述第1树脂材料部和上述第1无机材料层。
第1无机材料层设在基体的表面(第1表面)上，并且覆盖器件层的表面和侧面。第1无机材料层典型的是由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝等这样的具有水蒸气阻隔性能的无机材料构成。第1无机材料层典型的是通过溅射法、ALD法、CVD法等形成，然而，由于通过这些方法形成的第1无机材料层的覆盖范围较小，因而，有时可能无法适当地覆盖例如器件层的侧面与基体的表面的分界部。但是，在本实施方式中，由于在凸部的周围、即器件层的侧面与基体的表面的分界部形成有第1树脂材料部，因而能够由第1树脂材料部适当地覆盖该分界部。
第2无机材料层典型的是由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝等这样的具有水蒸气阻隔性能的无机材料构成。第2无机材料层典型的是通过溅射法、ALD法、CVD法等形成(形成膜、成膜)。此时，由于第2无机材料层层积于形成在上述分界部的第1树脂材料部上，因而能够提高第2无机材料层对凸部的覆盖率。从而可以构成能够防止氧气、水分等侵入到元件内部的元件结构体。
第1树脂材料部的形成方法并没有特别限定，典型的是，通过喷雾法、旋涂法、蒸镀法等适当的涂膜法，将液体状、气体状或者雾状的有机材料涂敷在基体的表面上。涂覆后的有机材料根据毛细管现象进入到微小的间隙内，或者在其自身的表面张力的作用下滴状化或者凝结，偏聚在凸部的侧表面与基体的表面之间的分界部。之后，通过使该有机材料固化，从而能够在凸部的周围、即上述分界部形成上述第1树脂材料部。
构成第1树脂材料部的有机材料并没有特别限定，典型的是，使用可以在自身的表面张力作用下在基体上滴状化、凝集，于基板上移动，偏聚在凸部的周围的材料。例如，作为有机材料，可以使用例如丙烯酸树脂、聚脲树脂等。另外，通过使用在紫外线等能量线的照射下固化的有机材料，能够容易进行树脂的固化处理。有机材料的涂覆条件并没有特别限定，为了防止对有机材料滴状化造成妨碍或者不使得有机材料成膜，限制有机材料的涂覆量为好。另外，必要时，为了促使有机材料向凸部周围移动，可以使基体倾斜，或者使基体振动等。
上述元件结构体还可以具有第2树脂材料部。上述第2树脂材料部形成在上述第1无机材料层与上述第2无机材料层之间，独立于上述第1树脂材料部形成在上述凸部的表面上。
第1无机材料层的表面不一定是平坦的面，例如，在成膜时，有时因为颗粒混入到膜中而使第1无机材料层的表面形成凹凸形状。如果颗粒混入到第1无机材料层内，可能会使第1无机材料层对器件层的覆盖范围减小，而无法得到所期望的阻隔特性。
因此，上述元件结构体具有在因颗粒的混入等而形成的第1无机材料层的覆盖不良部填充形成第2树脂材料部的结构。典型的是，第2树脂材料部形成在第1无机材料层的表面与颗粒的外周面之间的分界部。从而，能够提高对器件层的覆盖率，并且，由于第2树脂材料部具有第2无机材料层的基础层的功能，因而能够适当地形成第2无机材料层(膜)。
第2树脂材料部由与第1树脂材料部的形成方法相同的方法形成。第2树脂材料部可以由与第1树脂材料部相同的有机材料构成。这种情况下，可以在同一工序中同时形成第1树脂材料部和第2树脂材料部。此时，偏聚在凸部的侧面与基体的表面之间的分界部的有机材料构成第1树脂材料部，偏聚在凸部的表面的有机材料构成第2树脂材料部。
本发明的一个实施方式所涉及的元件结构体的制造方法包括如下步骤：
形成由第1无机材料层构成的凸部，该第1无机材料层覆盖设置在基板的表面上的器件层；
将液体状的有机材料提供到上述基板的表面上，使上述有机材料凝结在上述凸部的侧面与上述基板的表面之间的分界部；
在上述基板的表面上形成覆盖上述凸部和上述有机材料的第2无机材料层。
在上述制造方法中，涂覆在基板的表面上的有机材料根据毛细管现象进入到微小的间隙内，并且在其自身的表面张力的作用下滴状化或者凝结，偏聚在凸部的周围与基板的表面的分界部。之后，通过使该有机材料固化，从而能够在上述分界部形成有机材料的凝结体(树脂材料部)。由于第2无机材料层层积于形成在上述分界部的树脂材料部上，因而能够提高第2无机材料层对凸部的覆盖率。从而可以制造出能够防止氧气、水分等侵入到元件内部的元件结构体。
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
<第1实施方式>
图1是大致表示本发明的一个实施方式所涉及的元件结构体的剖视图。图2是表示该元件结构体的俯视图。在各图中，X轴、Y轴及Z轴方向表示相互垂直的3个轴向，在本实施方式中，X轴和Y轴方向是相互垂直的水平方向，Z轴方向表示铅直方向。
本实施方式的元件结构体10具有：基板2(基体)，其包含器件层3；第1无机材料层41(凸部)，其形成于基板2的表面2a上；第2无机材料层42，其覆盖第1无机材料层41。在本实施方式中，元件结构体10由具有有机EL发光层的发光元件构成。
基板2具有表面2a(第1表面)和背面2c(第2表面)，例如由玻璃基板、塑料基板等构成。基板2的形状没有特别限定，在本实施方式中为矩形。基板2的大小、厚度等没有特别限定，可以根据元件尺寸的大小来选择适当的大小和厚度的基板。在本实施方式中，在一块大的基板上制作同一元件的集合体，之后分割成多个元件结构体10。
器件层3由包含上部电极和下部电极的有机EL发光层构成。除此之外，器件层3也可以由液晶元件的液晶层、发电元件的发电层等这样的包含易受水分、氧气等侵害而劣化的材料的各种功能元件构成。
器件层3形成于基板2的表面2a的规定区域。器件层3的平面形状并没有特别限定，在本实施方式中大致呈矩形，除此之外，也可以呈圆形、线形等。器件层3并不局限于配置在基板2的表面2a上，也可以配置在基板2的表面2a和背面2c中至少一个表面上。
第1无机材料层41设置在基板2的配置有器件层3的表面(本实施方式中为表面2a)上，构成覆盖器件层3的表面3a和侧面3s的凸部。第1无机材料层41具有向附图中的上方突出的立体结构。
第1无机材料层41由能够保护器件层3免受水分或者氧气侵害的无机材料构成。在本实施方式中，第1无机材料层41由具有良好的水蒸气阻隔特性的氮化硅(SiNx)构成，但是，并不局限于此，也可以由氧化硅和氮氧化硅等其他硅化合物或者氧化铝等具有水蒸气阻隔特性的其他无机材料构成。
第1无机材料层41例如使用适当的掩膜形成于基板2的表面2a上。在本实施方式中，使用具有能够收装器件层3的矩形开口部的掩膜来形成第1无机材料层41。成膜方法并没有特别限定，可以使用CVD(Chemical Vapor Deposition：气相沉积)法、溅射法、ALD(Atomic Layer Deposition：原子层沉积)法等。第1无机材料层41的厚度并没有特别限定，例如为200nm～2μm。
与第1无机材料层41相同，第2无机材料层42也由能够保护器件层3免受水分或者氧气侵害的无机材料构成，该第2无机材料层42设置在基板2的表面2a上，并且覆盖第1无机材料层41的表面41a和侧面41s。在本实施方式中，第2无机材料层42由具有良好的水蒸气阻隔特性的氮化硅(SiNx)构成，但是，并不局限于此，也可以由氧化硅和氮氧化硅等其他硅化合物或者氧化铝等具有水蒸气阻隔特性的其他无机材料构成。
第2无机材料层42例如使用适当的掩膜形成于基板2的表面2a上。在本实施方式中，使用具有能够收装第1无机材料层41的矩形开口部的掩膜来形成第2无机材料层42。成膜方法并没有特别限定，可以使用CVD(Chemical Vapor Deposition)法、溅射法、ALD(Atomic Layer Deposition)法等。第2无机材料层42的厚度并没有特别限定，例如为300nm～1μm。
本实施方式的元件结构体10还具有第1树脂材料部51。第1树脂材料部51形成在第1无机材料层41(凸部)的周围。在本实施方式中，第1树脂材料部51形成在第1无机材料层41与第2无机材料层42之间，且形成在第1无机材料层41的侧面41s和基板2的表面2a之间的分界部2b处。第1树脂材料部51具有对形成于分界部2b附近的第1无机材料层41与基板表面2a之间的间隙G(图3)进行填充的功能。
图3是表示分界部2b的周围结构的元件结构体10的局部放大剖视图。由于第1无机材料层41由无机材料的CVD膜或者溅射膜形成，因而，该第1无机材料层41对包含器件层3的基板2的凹凸结构面的覆盖范围较小。因此，可能导致，如图3所示的那样，覆盖器件层3的侧面3s的第1无机材料层41在基板的表面2a附近的覆盖范围较小，有处于覆盖膜厚度极小或者没有形成覆盖膜状态的危险。
于是，在本实施方式中，通过如上述那样使第1树脂材料部51形成在第1无机材料层41周围的覆盖不良区域，来抑制水分或者氧气从该区域侵入到器件层3的内部。另外，在形成第2无机材料层42时，第1树脂材料部51具有第2无机材料层42的基础层的功能，从而能够适当地形成第2无机材料层42，并且能够使该第2无机材料层42以规定的膜厚适当地覆盖第1无机材料层41的侧面41s。
第1树脂材料部51的形成方法并没有特别限定，典型的是，通过喷雾法、旋涂法、蒸镀法等适当的涂膜法，将液体状、气体状或者雾状的有机材料涂敷在基板的表面2a上。图4A～图4C示意性地表示第1树脂材料部51的形成方法。
首先，如图4A所示，例如将加热后气化的雾状的有机材料5a提供给基板2的表面2a。此时，基板2的温度例如维持在室温以下。从而，雾状的有机材料5a如图4B所示那样在基板的表面2a上凝结成滴状的有机材料5b。另外，最好限制有机材料5a的供给量，以防止对有机材料滴状化造成妨碍。
滴状化的有机材料5b根据毛细管现象进入到微小的间隙内，或者在其自身的表面张力的作用下，在滴状化或者凝集的同时在基板2上移动，如图4C所示那样偏聚在第1无机材料层41的侧面41s与基板2的表面2a之间的分界部2b。之后，通过使该有机材料固化，以在分界部2b形成第1树脂材料部51。
第1树脂材料部51可以沿着分界部2b连续设置在第1无机材料层41的周围，也可以间断地设置在第1无机材料层41的周围。通过使第1树脂材料部51沿着分界部2b连续设置，能够提高对器件层3的覆盖性。
采用本实施方式时，由于由滴状的有机材料5b形成第1树脂材料部51，因而，树脂材料容易渗透到分界部2b处的由第1无机材料层41的侧面41s与基板2的表面2a所成的角度不足90°的狭窄的间隙G(图3)内。从而能够由第1树脂材料部51对分界部2b处的间隙进行填充，得到较高的防止水蒸气侵入到器件层3内的水蒸气阻隔性能。
构成第1树脂材料部51的有机材料并没有特别限定，典型的是，使用可以在自身的表面张力作用下在基板2上滴状化、凝集，于基板上移动，偏聚在第1无机材料层41的周围的材料。在本实施方式中，使用的是丙烯酸树脂、更详细来说，使用的是丙烯酸系的紫外线固化树脂。从而能够容易使偏聚在分界部2b的有机材料固化。
第1树脂材料部51形成后，在基板2的表面2a上形成覆盖第1无机材料层41的表面41a和侧面41s的第2无机材料层42。第2无机材料层42在第1无机材料层41的表面41a处，层积在该表面41a上，在分界部2b处，层积在第1树脂材料部51和第1无机材料层41的侧面41s上。采用本实施方式时，由于第1无机材料层41和第2无机材料层42由同一材料构成，且该第1无机材料层41与该第2无机材料层42接触，因而能够提高第1无机材料层41与第2无机材料层42的紧贴性。
固化后的有机材料(树脂材料)并不局限于均偏聚在分界部2b，例如，该有机材料也可以残留在分界部2b以外的基板的表面2a及第1无机材料层41的表面41a等上。这种情况下，如图5所示，第2无机材料层42具有隔着第2树脂材料部52层积在第1无机材料层41上的区域。第2树脂材料部52形成在第1无机材料层41和第2无机材料层42之间，且独立于第1树脂材料部51形成在第1无机材料层41的表面41a上。这种情况下，也能够维持第1无机材料层41与第2无机材料层42的紧贴性，因而不会损害元件结构体10的阻隔特性。
如上所示，采用本实施方式的元件结构体10时，由于器件层3的侧面被第1无机材料层41和第2无机材料层42覆盖，因而能够防止水分或者氧气侵入到器件层3内。
另外，采用本实施方式时，由于在分界部2b形成有第1树脂材料部51，因而能够防止因第1无机材料层41或者第2无机材料层42的覆盖不良而引起的阻隔特性的降低，能够长时间稳定地维持元件特性。
<第2实施方式>
图6是示意性地表示本发明的第2实施方式所涉及的元件结构体的结构的剖视图。下面主要对不同于第1实施方式的结构进行说明，对于与上述的实施方式相同的结构，标注相同的标记，并且省略或者简化其说明。
本实施方式的元件结构体20还具有形成在第1无机材料层41与第2无机材料层42之间的第2树脂材料部52。第2树脂材料部52独立于第1树脂材料部51形成在第1无机材料层41的表面上。
第1无机材料层41的表面不一定是平坦的面，例如，如图6所示，在成膜前(搬运基板时或者投入到成膜装置之前)或者成膜时等，有时因为颗粒P混入到膜中而使第1无机材料层41的表面形成凹凸形状。如果颗粒混入到第1无机材料层41内，可能会使第1无机材料层41对器件层3的覆盖范围减小，而无法得到所期望的阻隔特性。
于是，本实施方式所涉及的元件结构体20具有如下结构:在因颗粒P的混入而形成的第1无机材料层41的覆盖不良部,填充形成第2树脂材料部52。典型的是，第2树脂材料部52形成在第1无机材料层41的表面与颗粒P的外周面之间的分界部32b。从而，能够提高对器件层3的覆盖率，并且，由于第2树脂材料部52具有第2无机材料层42的基础层的功能，因而能够适当地形成(成膜)第2无机材料层42。
第2树脂材料部52由与第1树脂材料部51的形成方法相同的方法形成。第2树脂材料部52可以由与第1树脂材料部51相同的有机材料构成。这种情况下，可以在同一工序中同时形成第1树脂材料部51和第2树脂材料部52。此时，通过滴状的有机材料凝结在分界部2b，形成第1树脂材料部51，同样，通过滴状的有机材料凝结在分界部32b，形成第2树脂材料部52。
在本实施方式中，也能够得到与上述的第1实施方式相同的作用效果。另外，采用本实施方式时，由于能够利用第2树脂材料部52来防止因颗粒P的混入而引起的膜质降低，因而，不仅能够确保所期望的阻隔特性，还能够提高生产效率。
<第3实施方式>
图7是大致表示第3实施方式所涉及的元件结构体的剖视图。下面主要对不同于第1实施方式的结构进行说明，对于与上述的实施方式相同的结构，标注相同的标记，并且省略或者简化其说明。
本实施方式的元件结构体30具有基板21、凸部40、第1无机材料层41以及第2无机材料层42，其中，基板21具有器件层3；凸部40覆盖器件层3的侧面3s；第1无机材料层41和第2无机材料层42形成于基板21的表面，并且覆盖凸部40和器件层3。
凸部40形成于基板21的表面21a上，在中央部具有收装器件层3的凹部40a。在本实施方式中，凹部40a的底面形成在高于基板21的表面21a的位置上，然而，凹部40a的底面也可以形成在与表面21a高度相同的位置上，也可以形成在低于表面21a的位置上。
元件结构体30还具有树脂材料部53(第1树脂材料部)，该树脂材料部53形成在第1无机材料层41与第2无机材料层42之间。树脂材料部53分别形成在凸部40的外侧面与基板21的表面21a之间的分界部21b以及凸部40的内侧面与器件层3的分界部22b。从而能够抑制第1和第2无机材料层41、42对凸部40和器件层3的表面3a的覆盖不良，提高阻隔特性。树脂材料部53可以由与上述的第1、第2树脂材料部51、52的形成方法相同的方法形成，可以利用滴状的有机材料的表面张力使树脂材料部53分别偏聚在上述的部位。
上面对本发明的实施方式进行了说明，然而，本发明并不局限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以添加各种变更。
例如，在以上的实施方式中，覆盖第1无机材料层41的第2无机材料层42由单层膜构成，然而，第2无机材料层42可以由多层膜构成。这种情况下，可以在每次形成各层膜时将有机材料提供到基板上，以在基板的凹凸部形成树脂材料部，从而能够进一步提高阻隔性能。
再者，在以上的实施方式中，在第1无机材料层41形成后，使第1树脂材料部51形成在该无机材料层41的周围，然而，也可以在第1无机材料层41形成之前，使第1树脂材料部51形成在器件层3的周围。从而能够提高第1无机材料层41对器件层3的覆盖率。
【附图标记说明】
2、21：基板；2b、21b、22b、32b：分界部；3：器件层；10、20、30：元件结构体；40：凸部；41：第1无机材料层；42：第2无机材料层；51、53：第1树脂材料部；52：第2树脂材料部。
Claims (10)
1.一种元件结构体，其特征在于，具有基体、器件层、凸部以及第1树脂材料部，其中，
所述基体具有第1表面和位于与所述第1表面相反一侧的第2表面；
所述器件层至少配置在所述第1表面和所述第2表面中的所述第1表面上；
所述凸部形成于所述第1表面；
所述第1树脂材料部形成在所述凸部的周围，
所述第1树脂材料部对在所述凸部的侧面和所述第1表面之间的分界部附近形成的间隙进行填充。
2.根据权利要求1所述的元件结构体，其特征在于，
所述凸部由覆盖所述器件层的第1无机材料层构成，
所述元件结构体还具有第2无机材料层，所述第2无机材料层覆盖所述第1树脂材料部和所述第1无机材料层。
3.根据权利要求2所述的元件结构体，其特征在于，
还具有第2树脂材料部，所述第2树脂材料部形成在所述第1无机材料层与所述第2无机材料层之间，独立于所述第1树脂材料部形成在所述凸部的表面上。
4.根据权利要求2所述的元件结构体，其特征在于，
还具有对所述凸部的表面与附着在所述凸部的表面上的颗粒之间的分界部进行填充的第2树脂材料部。
5.根据权利要求1所述的元件结构体，其特征在于，
所述第1树脂材料部沿着所述分界部连续设置。
6.根据权利要求5所述的元件结构体，其特征在于，
所述分界部处的所述凸部的侧面与所述第1表面所成的角度不足90°，
所述分界部由所述第1树脂材料部填充。
7.根据权利要求2～4中任意一项所述的元件结构体，其特征在于，
所述第1无机材料层由硅化合物构成。
8.根据权利要求1～6中任意一项所述的元件结构体，其特征在于，
所述第1树脂材料部由丙烯酸树脂和聚脲树脂中的一种树脂构成。
9.根据权利要求1～6中任意一项所述的元件结构体，其特征在于，
所述器件层包含有机发光层。
10.一种元件结构体的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
形成由第1无机材料层构成的凸部，所述第1无机材料层覆盖设置在基板的表面上的器件层；
将液体状的有机材料提供到所述基板的表面上，使所述有机材料凝结在所述凸部的侧面与所述基板的表面之间的分界部；
在所述基板的表面上形成覆盖所述凸部和所述有机材料的第2无机材料层。
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