JP2004063462A

JP2004063462A - パッシベーション構造

Info

Publication number: JP2004063462A
Application number: JP2003176202A
Authority: JP
Inventors: Kuang-Jung Chen; 陳光榮
Original assignee: Toppoly Optoelectronics Corp
Current assignee: TPO Displays Corp
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2004-02-26
Also published as: TWI283914B; US20040056269A1

Abstract

【課題】この発明の課題は、ダイヤモンドに似た炭素薄膜からなるサイクリック構造からなるパッシベーション構造を提供することである。
【解決手段】基板の上に配置された電気素子を封止するパッシベーション構造を紹介している。パッシベーション構造は電気素子の表面と側面と基板の表面とを覆う第一のダイヤモンドに似た炭素薄膜層と、第一のダイヤモンドに似た炭素薄膜層の上のバッファー層と、バッファー層の上の、第二のダイヤモンドに似た炭素薄膜層を含む。第二のダイヤモンドに似た炭素薄膜層の一部は、第一のダイヤモンドに似た炭素薄膜層を直接覆ってサイクリック構造を形成している。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はパッシベーション構造に係わるもので、特に、ＯＬＥＤ（有機発光表示装置）の熱の問題を解決するために、ダイヤモンドに似た炭素薄膜からなるサイクリック構造を含むパシベーションの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
科学技術の進歩によって有機物が全ての種類の電気装置に応用されるようになってきた。例えば、有機物からなる有機発光表示装置（ＯＬＥＤｓ）がある。それは単純な構造で、動作温度に優れ、高いコントラストをもち、視角が広く、表示素子として広い分野で使用されている整流性と明るさとをもつ発光ダイオード（ＬＥＤｓ）のように有用な特性を持っている。有機発光表示装置（以後ＯＬＥＤと呼ぶ）は光源として有機物からなる発光素子を使っているので、湿気に対して非常に敏感である。一旦有機発光素子が湿気に曝されると、カソードが酸化されて有機化合物の境界がはがれることがある。これが発光素子に黒点を発生させる原因となり、表示装置の輝度と寿命を低下させることになる。したがって耐摩耗や熱伝達のためにパッケージが必要とされるだけでなく、有機物質が外部環境に曝されるのを防止して素子の寿命を改善するために、湿気を通しにくいパッケージが要求される。
【０００３】
例えば、表示装置の通常のパッケージングプロセスでは、高分子材料で作った封止剤を使って、金属やガラスでできた函に基板と乾燥剤と隙間に乾燥窒素を封入して組み立てていた。しかし、このパッケージング構造は金属やガラスの基板を使った表示装置では適用可能であるが、柔軟な基板には適用できない。それに、金属の函は重くて酸化しやすいという欠点がある。組み立て工程では、金属の函はガラスがはがれやすいという欠点があり、高度の平坦性が要求される。ガラスの函は重くてひびが入りやすく、圧力の違いではがれやすいという欠点がある。そのうえ、高分子材料で作った大部分の封止剤は湿気を十分に防止することができない。したがって、電気装置はパッケージされてはいるけれど、湿気が外部環境から徐々に侵入して表示素子を浸食し、表示能力を低下させ、表示素子の寿命を縮める。
【０００４】
上述した金属またはガラスの函の問題を解決するために、保護された素子を封入するのに薄膜を使う新しいパッシベーションプロセスが開発された。図１に、米国特許５，８１１，１７７号に開示されているパッシベーション構造１６の断面図を示す。図１に示すように、ＯＬＥＤ１０は、主として基板１２、基板１２の上に位置する表示ユニット１４、基板１２と表示ユニット１４とを覆うパッシベーション構造１６とから構成されている。表示ユニット１４は複数のピクセルから構成され、さらにピクセルを駆動するために、基板１２配列された駆動回路から構成されている。複数の薄膜構造であるパッシベーション構造は、金属層１８、バッファー層２０、熱膨張係数のマッチング層２２、低透湿層２４、封止層２６などが表示ユニット１４を保護するために順番に積み重ねられた構造となっている。
【０００５】
さらに、金属層、無機材料、撥水性高分子材料などを使った、もう一つのパッシベーション構造が米国特許５，９５２，７７８号に開示されている。上記の問題を改善するため、もう一つの防湿多層構造が中国台北特許３７９，５３１号に開示されている。そのような構造の層は、湿気を吸着する樹脂層と接着層と透明な樹脂層を含んでおり、発光素子を湿気と酸化から保護するために、発光素子を覆っている。
【０００６】
上述したように、通常のパッシベーション構造は、無機セラミック材料、金属材料、高分子材料などをパッシベーション構造として、表示ユニットの上に積層し、電極金属や表示素子の有機材料を、外部環境の湿気や酸素による浸食や酸化から保護している。通常、ＯＬＥＤのような湿度に敏感な電気素子は湿気の透過率が０．０５　ｇ／ｍ^２ｄａｙ未満であることが必要である。このように、一般的なパッシベーション構造は、湿気の透過率の要求から５層以上の層を重ねる構造になっている。しかし、上記の構造では熱放散が満足できない。言い換えれば、多層構造は湿気を防止する効果は大きいが、熱放散が小さいことと複雑な組み立て工程のために、組み立てコストが高く、時間がかかるという欠点がある。上記の問題を解決するためには、新しいパッシベーション構造を開発することが重要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の主たる目的は、上記の問題を解決するために、ダイヤモンドに似た炭素薄膜からなるサイクリック構造からなるパッシベーション構造を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の好ましい実施例では、基板の上に配列された電気素子を覆い被せるようなパッシベーション構造が導入されている。そのパッシベーション構造は、電気素子の表面と側面および基板の表面を覆う第一のダイヤモンドに似た炭素薄膜と第一のダイヤモンドに似た炭素薄膜の上にあるバッファー層とバッファー層の上にある第二のダイヤモンドに似た炭素薄膜で構成されている。第二のダイヤモンドに似た炭素薄膜の一部分は、直接、第一のダイヤモンドに似た炭素薄膜を覆ってサイクリック構造を形成している。
【０００９】
この発明の利点は、このパッシベーション構造がダイヤモンドに似た炭素薄膜の、摩耗に対して強く低透湿性であるという材料の特性を利用して、サイクリック構造とすることによって高い熱伝導を得て電気素子の寿命を改善していることである。
この発明における、これらの目的は以下の好ましい実施例についての図表を使った詳細な記述を読めば明らかであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明は電気素子のパッシベーションに関するものである。この発明によるパッシベーション構造と従来技術によるパッシベーション構造との違いを示すために、ＯＬＥＤの図で、この発明におけるパッシベーション構造を説明する。この発明は、ＯＬＥＤのパッシベーション構造に限定されるものではなくて、ＬＣＤや半導体素子などの他の電気素子にも適用できることが重要である。
【００１１】
図２に、この発明の好ましい実施例を適用したＯＬＥＤのパッシベーション構造の断面図を示す。図２に示すように、ＯＬＥＤ１１０は、基板１１２と、表示領域１２６と周辺領域１２８を定めるように基板１１２の上に置かれた表示ユニット１１４とで構成されている。さらに、ＯＬＥＤ１１０は、表示ユニットが外気に曝されるのを防ぐために、表示ユニット１１４を覆うパッシベーション構造１１８から構成されている。
【００１２】
図３に、図２で示されたパッシベーション構造１１８の局所拡大図を示す。図３に示すように、表示ユニット１１４は複数のピクセルから構成されている。多層構造をもつそれぞれのピクセルは、基板１１２の上に順に積層された導電層１３０、発光層１３２、金属層１３４、導電層１３８などから構成されている。この発明の好ましい実施例では、基板１１２はガラス基板である。導電層１３０と１３８は酸化すずインジューム（ＩＴＯ）または酸化亜鉛インジューム（ＩＺＯ）からなっている。発光層１３２は連接した高分子からなる有機発光層のような有機物から構成されている。金属層１３４は、Ａｌ−Ｍｇ，　Ａｌ−Ｌｉ，　Ａｌ−ＬｉＦなどの合金で構成されている。
【００１３】
パッシベーション構造１１８は、順に積層された第一のダイヤモンドに似た炭素薄膜（ＤＬＣ）１２０とバッファー層１２２と第二のダイヤモンドに似た炭素薄膜（以後、ＤＬＣと呼ぶ）とから構成されている。第一のＤＬＣは表示ユニット１１４の表面と側面および基板１１２を覆っており、表示ユニット１１４は基板１１２とパッシベーション構造１１８との間に完全に封じられている。この発明の好ましい実施例では、第一のＤＬＣ薄膜１２０と第二のＤＬＣ薄膜１２４とは、プラズマ付勢化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）プロセスで、約１０から５００００オングストロームの厚さに作られる。バッファー層１２２は、溶剤型または非溶剤型の熱処理可能な材料、ダイヤモンドに似た炭素層と高分子からなる材料、ＵＶ処理可能な材料、熱蒸着高分子材料などからなっている。バッファー層１２２の主たる機能は、第一のＤＬＣ薄膜１２０と第二のＤＬＣ薄膜１２４との間のストレスを減少させ、第一のＤＬＣ薄膜１２０と第二のＤＬＣ薄膜１２４にひび割れが生じないようにすることである。
【００１４】
図４は、この発明のパッシベーション構造１１８の上面図である。バッファー層１２２によって覆われている領域は、第一のＤＬＣ薄膜１２０で覆われる領域より狭く、かつ第二のＤＬＣ薄膜１２４で覆われる領域より狭いことが示されている。その結果として、第二のＤＬＣ薄膜１２４が第一のＤＬＣ薄膜１２０の部分を直接覆うことによって第一のＤＬＣ薄膜１２０と第二のＤＬＣ薄膜１２４とでサイクリック構造を形成している。さらに、サイクリック構造は周辺部分１２８にもあって、表示領域１２６の上のパッシベーション構造での透湿には影響を与えない。
【００１５】
この発明のパッシベーション構造１１８は主たるパッケージ材料としてＤＬＣ薄膜を用いている。ＤＬＣ薄膜はダイヤモンドのようなｓｐ^３状態とグラファイト（黒鉛）のようなｓｐ^２の状態との間で結合された炭素で、磁場内スパッタリング法、イオン蒸着法、アークイオン蒸着法、好ましい実施例で前述したＰＥＣＶＤ法などで作成する。さらに、プロセスパラメータを制御したり、添加物を使うことにより、作成されたＤＬＣは、ストレスが小さい高分子薄膜のような柔らかい特性を持たせたり、非常に硬いアモルファスＤＬＣ薄膜の特性を持たせたりすることができる。この発明において、低透湿性をもつＤＬＣ薄膜は、湿気が透過することを防ぐ目的で使用される。
【００１６】
中東らは、米国特許６，１３６，３８６号で、高分子やガラスなどを炭素薄膜で覆う方法を開示している。中東らの開示内容によれば、ＤＬＣ薄膜はＣＶＤ（化学気相成長）プロセスによってプラスティック薄膜の上に堆積されたもので、湿気と酸素の透過率が減少している。
【００１７】
表１に示すように、プラスティックの上に堆積されたＤＬＣ薄膜は湿気と酸素の透過を効果的に少なくできる。プラスティック薄膜のみと比較すれば、ＤＬＣで覆ったプラスティック薄膜は湿気の透過率で１／１４、酸素の透過率で１／１２にすることができる。
【表１】

【００１８】
Ｊａｐａｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　（日本工業材料）２０００年７月号（４８巻６号の９７ページ）には、ＰＥＴフィルムの上に約１０〜１００ｎｍの厚さで堆積させたＤＬＣ薄膜が、酸素の透過率をＰＥＴフィルムだけのときの１／３０に減少させたことを明らかにしている。
【００１９】
ＤＬＣ薄膜は低透過性だけでなく、硬度が高く（３０００〜５０００　ｋｇ／ｍｍ^２）酸や塩基に侵されにくく、高誘電率、耐摩耗性、表面の滑らかさという特性を持っている。さらに、ＤＬＣ薄膜の熱伝導率は約１１００　Ｗ／ｃｍ−Ｋであり、通常のパッケージ材料である窒化アルミニウム（１７０　Ｗ／ｃｍ−Ｋ）、酸化アルミニウム（２８　Ｗ／ｃｍ−Ｋ）、窒化シリコン（２５　Ｗ／ｃｍ−Ｋ）、酸化チタン（１０．４　Ｗ／ｃｍ−Ｋ）、酸化シリコン（０．０２　Ｗ／ｃｍ−Ｋ）などよりもずっと大きい。その上さらに、第一のＤＬＣ薄膜１２０と第二のＤＬＣ薄膜１２４とで形成されるサイクリック構造をもつ、この発明によるパッシベーション構造はＤＬＣ薄膜の高熱伝導特性を十分に発揮させることができる。言い換えれば、表示ユニットが動作するときには、大量の熱を発生するが、その熱はサイクリック構造を通して、パッシベーション構造１１８の内部の層である第一のＤＬＣ薄膜１２０からパッシベーション構造１１８の外部の層である第二のＤＬＣ薄膜１２４へと速やかに伝達される。そこで、熱は外気と直接に接している第二のＤＬＣ薄膜１２４から外界へ速やかに放散される。これにより表示素子１１０の熱放散を効果的に改善するので、多層構造を使って、十分な耐水性を確保するために、表示ユニットの熱放散が低下するという通常のＯＬＥＤ装置における問題が解決する。
【００２０】
先に述べた実施例のように、このパッシベーション構造がＯＬＥＤのパッケージングの分野に適用されることは重要である。しかし、この発明はＯＬＥＤの分野に限定されるものではない。この分野の技術者にとっては、この発明は電気素子の寿命を改善するために、先に述べたような耐摩耗性、低透湿性、高い熱放散性能などを必要とする全ての電気素子に適用できることが明らかである。
【００２１】
当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものである。
【００２２】
【発明の効果】
無機材料やセラミック材料を使う従来の技術とは対照的に、この発明は、主たるパッケージング材料として、ＤＬＣ薄膜を使い、良好な耐摩耗性、高い熱放散性能、低い透湿性を得ている。それ故に、この発明によるパッシベーション構造は、電気素子の中の電極材料や有機材料が、電気素子の寿命を縮めるような外気に触れるのを防止する。さらに、第一のＤＬＣ薄膜１２０と第二のＤＬＣ薄膜１２４とが直接に接合してサイクリック構造を作っている。その結果として、パッシベーション構造の表面にあるＤＬＣ薄膜は、パッケージされた電気素子を保護するのに、高い耐摩耗性を提供するだけでなく、発生する熱を、内部のＤＬＣ薄膜からサイクリック構造を通して外界へ速やかに放散するように、高い熱伝導率のＤＬＣ薄膜となっている。したがって、パッシベーション構造の熱放散性能が効果的に増強されて電気素子の安定性と寿命が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるパッシベーション構造の概略図である。
【図２】この発明によるパッシベーション構造の概略図である。
【図３】図２で示されたパッシベーション構造の局所拡大図である。
【図４】この発明によるパッシベーション構造の上面図である。
【符号の説明】
１０、１１０、　　有機発光素子ＯＬＥＤ
１２、１１２、　　　基板
１４、１１４、　　表示ユニット
１６、１１８、　　パッシベーション構造
１８、１３４、　　金属層
２０、１２２、　　バッファー層
２２、　熱膨張係数のマッチング層
２４、　低透湿層
２６、封止層
１２０、　第一のダイヤモンドに似た炭素薄膜（ＤＬＣ）
１２４、第二のＤＬＣ薄膜
１２６、表示領域
１２８、　周辺領域
１３０、１３８、　導電層
１３２、　発光層

Claims

基板に置かれた電気素子を覆うパッシベーション構造であって、パッシベーション構造の最下層としては、基板と電気素子の表面および側面を覆う第一のダイヤモンドに似た炭素（ＤＬＣ）薄膜であり、その第一のダイヤモンドに似た炭素薄膜の上にバッファー層が配され、パッシベーション構造の表面層としては、第一のダイヤモンドに似た炭素薄膜の一部分とバッファー層を覆う第二のダイヤモンドに似た炭素薄膜とで構成され、第一のダイヤモンドに似た炭素薄膜と第二のダイヤモンドに似た炭素薄膜とでサイクリック構造をなしていることを特徴とするパッシベーション構造。
第一のダイヤモンドに似た炭素薄膜と第二のダイヤモンドに似た炭素薄膜の厚みが、それぞれ約１０〜５００００オングストロームであることを特徴とする請求項１記載のパッシベーション構造。
バッファー層は、溶剤型または非溶剤型の熱処理可能またはＵＶ処理可能な材料からなることを特徴とする請求項１記載のパッシベーション構造。
バッファー層は、熱蒸着高分子材料からなることを特徴とする請求項１記載のパッシベーション構造。
バッファー層は、ダイヤモンドに似た炭素と高分子とで構成された材料からなることを特徴とする請求項１記載のパッシベーション構造。
バッファー層は、無機材料と高分子とで構成された材料からなることを特徴とする請求項１記載のパッシベーション構造。
電気素子から発生する熱を第二のダイヤモンドに似た炭素薄膜に伝えて熱伝導体として働く第一のダイヤモンドに似た炭素薄膜と熱放散と電気装置の保護として働く第二のダイヤモンドに似た炭素薄膜を有することを特徴とする請求項１記載のパッシベーション構造。
電気素子の、熱放散のための構造として、サイクリック構造が使われていることを特徴とする請求項１記載のパッシベーション構造。
電気素子が表示ユニットであることを特徴とする請求項１記載のパッシベーション構造。
表示ユニットが有機発光表示ユニット（ＯＬＥＤ）であることを特徴とする請求項９記載のパッシベーション構造。
有機発光表示ユニットは連接した高分子層と該連接した高分子層の上にある導電層と該連接した高分子層の下にある導電層とから構成されることを特徴とする請求項１０記載のパッシベーション構造。
バッファー層で覆われた領域より第一のダイヤモンドに似た炭素薄膜層で覆われた領域が大きいことを特徴とする請求項１記載のパッシベーション構造。
バッファー層で覆われた領域より第二のダイヤモンドに似た炭素薄膜層で覆われた領域が大きいことを特徴とする請求項１記載のパッシベーション構造。