JP2008084642A

JP2008084642A - 電子デバイス、有機エレクトロルミネッセンス装置、有機薄膜半導体装置

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Publication number: JP2008084642A
Application number: JP2006261997A
Authority: JP
Inventors: Takeo Kawase; 健夫川瀬
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2026-09-27
Also published as: KR101367858B1; JP4274219B2; CN101154716B; KR20080028775A; US8553312B2; US20080106191A1; CN101154716A

Abstract

【課題】有機材料等の比較的ガス透過性が高い材料で封止構造を構成した場合でも十分な信頼性を確保し得る電子デバイスを提供する。
【解決手段】本発明の電子デバイス（有機ＥＬ装置１）は、基板２と、基板２上に形成された有機材料層を含む機能素子（有機ＥＬ素子３）と、基板の機能素子が形成された側、あるいは機能素子が形成された側と反対側に設けられるとともに、固体電解質層５とこれを挟持する一対の電極６，７とを有して構成され、水を電気分解可能な電気分解素子４と、機能素子と電気分解素子とを封止する封止部材（封止層８）と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子デバイス、有機エレクトロルミネッセンス装置、有機薄膜半導体装置に関し、特に、有機半導体素子、酸化物半導体素子、有機エレクトロルミネッセンス素子等を備えた電子デバイスの封止技術に関する。

近年、携帯電話、ＰＤＡ等の携帯機器やパーソナルコンピュータ等の表示部に、有機エレクトロルミネッセンス（Electro-Luminescence, 以下、単にＥＬともいう）表示装置、電気泳動表示装置等の薄型ディスプレイを用いたものが開発されている。有機ＥＬ表示装置は、ＥＬ層（発光層）を有する多数の発光素子を基板面内に備えており、各発光素子を独立に駆動制御することで所望の表示を行なっている。また、有機薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を備えたアクティブマトリクス基板と、例えば電気泳動素子を組み合わせることで電気泳動表示装置を構成することも検討されている。このように、有機ＥＬ素子や有機ＴＦＴはディスプレイ用のデバイスとして期待されており、特に有機材料を用いたデバイスは比較的低温で作製できることからプラスチック基板が使用でき、フレキシブル素子としての可能性が期待されている。

ところが、これらの有機デバイスは信頼性が大きな問題であった。例えば有機ＥＬ表示装置の場合、上述の発光部が酸素や水分により劣化することがよく知られており、酸素や水分の侵入を防ぐ高気密性の封止構造が必要であった。さらに、酸素や水分の外部からの侵入を防止するのみならず、素子内部にゲッター剤（乾燥剤、酸素吸着剤等）を封入し、僅かに侵入してくる酸素や水分を捕獲する必要があった。すなわち、封止構造だけでは信頼性の向上に不十分であり、侵入してきた有害成分を捕獲する手段がないと、封止構造を設けた効果が長続きしない。例えば、封止基板によって密閉された空間の内部にゲッター剤を配置した有機ＥＬ表示装置の例が下記の特許文献１，２に開示されている。

また、有機ＴＦＴの場合も、真空中や不活性ガス雰囲気中では安定に動作しても、酸素や水分を含む大気に曝されると特性が劣化する場合があった。そのため、有機ＥＬ表示装置と同様、封止構造と有害成分の捕獲手段が必要になっている。
特開２０００−２０８２５２号公報特許第２６８６１６９号公報

上述したように、有機ＥＬ素子や有機ＴＦＴは低温で作製可能という特徴を生かして、フレキシブル素子を作製するのに好適である。しかしながら、ここでもやはり信頼性が問題となる。すなわち、デバイス側の基板としてガラス基板を用いるのであれば、封止構造（封止用基板）の材料としてもガラスや金属を用いることができる。この場合には、高気密性の封止構造を実現することが可能である。一方、デバイス側の基板としてプラスチック基板を用いる場合、封止構造の材料にガラスや金属を用いたのではフレキシブル素子を実現できず、プラスチック基板を使った意味がなくなってしまう。よって、この場合には必然的に封止構造側にもプラスチックを用いることになるが、プラスチックを用いると高気密性の封止構造を実現するのは甚だ困難である。具体的には、樹脂被膜や無機薄膜やこれらの多層構造で有機デバイスを封止することが提案されているが、これらの材料のガス透過性はガラスや金属のそれと比較して非常に大きく、封止が不十分である。また、仮にゲッター剤等の捕獲手段を設けても、比較的短時間で捕獲限界に達してしまい、実用化が困難であった。

本発明の一態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、例えば有機材料等の比較的ガス透過性が高い材料で封止構造を構成した場合でも十分な信頼性を確保し得る電子デバイス、有機エレクトロルミネッセンス装置、有機薄膜半導体装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る電子デバイスは、基板と、前記基板上に形成された機能素子と、前記基板の前記機能素子が形成された側、あるいは前記機能素子が形成された側と反対側に設けられるとともに、固体電解質層と前記固体電解質層を挟持する一対の電極とを有して構成され、水を電気分解可能な電気分解素子と、前記機能素子と前記電気分解素子とを封止する封止部材と、を備えたことを特徴とする。また、前記機能素子として有機材料層を含むものを用いることができる。あるいは、前記機能素子が酸化物半導体層を含むものを用いることができる。

本願発明者は、雰囲気を制御した上で各種機能素子の特性変化を測定した結果、大気中に含まれるガス成分のうち、最も問題になるガスが水（水分）であることを見い出した。当初、水分と同様、酸素の影響も大きいと考えていたが、実際は水分を含む雰囲気中に素子を晒すと、特性の劣化が著しいことが判った。一方、素子構造や構成材料によっては、酸素中では全く劣化しないものもあった。そこで、本願発明者は、雰囲気中の水分を最も有害なものと考え、デバイスの内部に侵入してきた水を電気分解によって酸素と水素に変える構成の発明に到った。

本発明の電子デバイスの構成によれば、固体電解質層と一対の電極からなる電気分解素子が封止部材の内部に封入されているので、たとえ封止部材の内部に水が侵入してきたとしても、電気分解素子によって水が分解され、酸素と水素に変換される。この作用により、電気分解素子の近傍に位置する機能素子の水分による特性劣化が抑えられ、信頼性に優れた電子デバイスを実現することができる。

また、機能素子と電気分解素子とが基板の一面側に積層されている構成を採用することができる。
機能素子と電気分解素子は例えば基板の一面側に並置されていてもよいが、機能素子と電気分解素子を積層した構成であれば、信頼性を向上させつつ、有機電子デバイスの小型化を図ることができる。

また、上記の構成においては、電気分解素子を構成する一対の電極のうち、陰極が機能素子側に向けて配置され、陽極が機能素子と反対側に向けて配置されることが望ましい。
水の電気分解において、陰極では次のような反応が生じる。
２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ → Ｈ_２
一方、陽極では次のような反応が生じる。
４ＯＨ⁻ → ２Ｈ_２Ｏ＋Ｏ_２＋４ｅ⁻
水素ガスは機能素子にとって有害にならないが、酸素ガスは水分ほどではないにしろ、機能素子を劣化させる原因となり得る。したがって、陰極を機能素子側に向けて、陽極を機能素子と反対側に向けて配置すれば、酸素による機能素子の特性劣化を抑えることができる。

さらに、上記の構成においては、陽極がガス透過孔を有していることが望ましい。
この構成によれば、固体電解質層と陽極の界面で発生した酸素がガス透過孔を通して徐々に外部に放出されるので、酸素が一定濃度以上にならず、酸素による素子特性劣化の抑制効果を持続させることができる。

また、基板と封止部材がともに樹脂材料で構成されることが望ましい。
一般に樹脂材料はある程度のガス透過性を有しているため、特に封止部材が樹脂材料で構成された場合、封止部材の内部に大気が侵入することになる。ところが、本発明の構成では封止部材の内部に電気分解素子が備えられているので、上述したように、水分による機能素子の特性劣化を抑えることができる。それに加えて、基板と封止部材をともに樹脂材料で構成した場合、フレキシブルな電子デバイスを実現でき、例えば携帯機器等への適用に好適なものとなる。

また、前記固体電解質層が高分子電解質材料で構成されることが望ましい。
高分子電解質材料としては例えばイオン交換樹脂等を用いることができ、容易に入手でき、低コストで実現することができる。
特に高分子電解質材料がスルフォン酸基を含むものであれば、分極が大きくなることで電気分解能力が向上し、さらに高分子電解質材料を構成する少なくとも一部の水素がフッ素で置換されている場合、より大きな分極と撥水性を得ることができる。

また、前記電気分解素子を構成する電極の材料がプラチナまたはパラジウムを含むことが望ましい。
この構成によれば、電極材料としてのプラチナやパラジウムは触媒作用も有しているため、上記の電気分解反応がより効果的に進行するようになる。

また、本発明に係る有機ＥＬ装置は、基板と、前記基板上に形成された有機材料層を含む有機ＥＬ素子と、前記基板の前記有機ＥＬ素子が形成された側、あるいは前記有機ＥＬ素子が形成された側と反対側に設けられるとともに、固体電解質層と前記固体電解質層を挟持する一対の電極とを有して構成され、水を電気分解可能な電気分解素子と、前記有機ＥＬ素子と前記電気分解素子とを封止する封止部材と、を備えたことを特徴とする。

本発明の有機ＥＬ装置の構成によれば、固体電解質層と一対の電極からなる電気分解素子が封止部材の内部に封入されているので、たとえ封止部材の内部に水が侵入してきたとしても、電気分解素子によって水が分解され、酸素と水素に変換される。この作用により、電気分解素子の近傍に位置する有機ＥＬ素子の水分による特性劣化が抑えられ、信頼性に優れた有機ＥＬ装置を実現することができる。

また、有機ＥＬ素子が発光層を挟んで対峙する透明電極と反射電極とを有し、有機ＥＬ素子の反射電極が設けられた側に電気分解素子が積層された構成とすることが望ましい。
有機ＥＬ素子の反射電極が設けられた側に電気分解素子が積層された場合、有機ＥＬ素子の光が射出される側と反対側に電気分解素子が位置することになる。その場合、電気分解素子は光透過性を有する必要がないので、電気分解素子の構成材料の選択の自由度が上がり、電気分解素子を作製しやすくなる。

また、本発明に係る有機薄膜半導体装置は、基板と、前記基板上に形成された有機材料層を含む有機ＴＦＴと、前記基板の前記有機ＴＦＴが形成された側、あるいは前記有機ＴＦＴが形成された側と反対側に設けられるとともに、固体電解質層と前記固体電解質層を挟持する一対の電極とを有して構成され、水を電気分解可能な電気分解素子と、前記有機ＴＦＴと前記電気分解素子とを封止する封止部材と、を備えたことを特徴とする。

本発明の有機薄膜半導体装置の構成によれば、固体電解質層と一対の電極からなる電気分解素子が封止部材の内部に封入されているので、たとえ封止部材の内部に水が侵入してきたとしても、電気分解素子によって水が分解され、酸素と水素に変換される。この作用により、電気分解素子の近傍に位置する有機ＴＦＴの水分による特性劣化が抑えられ、信頼性に優れた有機薄膜半導体装置を実現することができる。

また、基板の有機ＴＦＴが設けられた側と反対側の面に電気分解素子が配置された構成とすることが望ましい。
有機ＴＦＴの場合は、基板上にソース、ドレイン、ゲート等を作り込む関係から基板上に段差が生じることになる。したがって、有機ＴＦＴが設けられた側と反対側の基板面の方が、電気分解素子を作製しやすくなる。

[第１の実施の形態]
以下、本発明の第１の実施の形態を図１、図２を参照して説明する。
本実施形態の有機電子デバイスは、機能素子としての有機ＥＬ素子上に電気分解素子を積層した有機ＥＬ装置の例である。
図１は本実施形態の有機ＥＬ装置の断面図、図２は有機ＥＬ基板の詳細な構成を示す拡大断面図、である。なお、以下の全ての図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素毎に寸法や膜厚の縮尺を異ならせてある。

本実施形態の有機ＥＬ装置１は、図１に示すように、ガラス基板２の一面に有機ＥＬ素子３が形成され、有機ＥＬ素子３上に電気分解素子４が積層されている。電気分解素子４は、固体電解質層５とこれを挟持する陰極６、陽極７から構成されており、陰極６を有機ＥＬ素子３側に、陽極７を有機ＥＬ素子３と反対側に向けて配置されている。そして、これら有機ＥＬ素子３と電気分解素子４とが、ガラス基板２の一面側に形成された封止層８（封止部材）によって一体に封止されている。

有機ＥＬ素子３は、図２に示すように、ガラス基板２上に画素電極９（陽極）、正孔注入層１０、発光層１１、電子輸送層１２、共通電極１３（陰極）が積層された構成である。正孔注入層１０、発光層１１、電子輸送層１２は有機物材料によって形成され、これら有機物層によって有機機能層１４が構成されている。すなわち、有機機能層１４は画素電極９と共通電極１３との間に挟持されており、これら画素電極９、有機機能層１４、共通電極１３によって有機ＥＬ素子３が構成されている。本構成において、画素電極９と共通電極１３との間に電圧を印加すると、共通電極１３から注入された電子と画素電極９から注入された正孔とが発光層１１中で再結合し、再結合の際に放出されたエネルギーが蛍光や燐光という形で放出される。有機ＥＬ素子３から放出された光Ｌは、ガラス基板２から外部に射出される（ボトムエミッション方式）。よって、本実施形態では共通電極１３が反射電極として機能し、等方的に放出された光がガラス基板２側に向けて射出される。

画素電極９は、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）から形成されている。ここでは図示を省略するが、画素電極９はＴＦＴを介してアクティブマトリクス回路により駆動される。また、正孔注入層１０は、アリールアミン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポリアニリン誘導体＋有機酸、ポリチオフェン誘導体＋ポリマー酸等の有機材料から形成されている。特に、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルフォン酸との混合物（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）が好適である。

発光層１１は、エポキシ基等の架橋性官能基を有する発光材料を含んで構成されている。このような発光材料としては、蛍光発光や燐光発光が可能な公知の高分子発光材料であるポリフルオレン誘導体（ＰＦ、例えばＦ８ＢＴ）、ポリパラフェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ）、ポリフェニレン誘導体（ＰＰ）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリチオフェン誘導体や、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）等のポリシラン系等の高分子有機材料を好適に用いることができる。

電子輸送層１２の材料としては、ポリフルオレン誘導体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリチオフェン誘導体、ポリメチルフェニルシランなどのポリシラン系などの高分子有機材料が好適に用いられる。これら正孔注入層１０、発光層１１、電子輸送層１２の各層は、上記の材料をスピンコート法、インクジェット法などの湿式法で塗布することによって形成することができる。
また、共通電極１３は、例えばマグネシウム−金合金（モル比でＭｇ：Ａｕ＝１：２）の薄膜から形成されている。

一方、電気分解素子４の陰極６は、蒸着法等によって形成されたプラチナ薄膜から構成されている。
固体電解質層５の材料には、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）を用いることができ、例えば、ナフィオンの分散液をスピンコート法により塗布して形成することができる。ナフィオンとは、Perfluorosulfonic Acid / PTFE copolymerであって、一般に下記の化学式［化１］で表される物質である。スルフォン酸基を含むとともに、高分子ポリマーを構成する水素がフッ素で置換されている。ナフィオンのようなパーフルオロポリマーの方が化学的安定性が高い。ハイドロパーオキシラジカル生成に伴う水素の引き抜きが起こりにくいため、安定化すると考えられている。

あるいは、ナフィオン以外の有機材料として、Poly(bis(4-sulfophenoxy)phosphazene)（下記の［化２］）、Poly[(vinylchloride-co-(1-methyl-4-vinylpiperazine))（下記の［化３］）、Poly(2-vinylpyridine-co-styrene),Average Mw 220,000 by LS, Average Mn 130,000,granular（下記の［化４］）等を用いることもできる。あるいは、イオン交換樹脂として利用されているポリスチレンスルフォン酸を用いることができる。パーフルオロポリマーより安定性は劣るが、微量の侵入水分の電気分解には、安定性の劣る炭化水素系の樹脂でも可能である。

さらに、無機材料としては、ヨウ化銀、Ｌｉ_２Ｔｉ_３Ｏ_７、β−アルミナ、ＲｂＡｇ_４Ｉ_５、リンタングステン酸などを用いることができる。

また、電気分解素子４の陽極７は、陰極６と同様、蒸着法等によって形成されたプラチナ薄膜から構成されている。さらに、陽極７には、酸素ガスが通過できる程度の孔や溝（ガス透過孔）が形成されていることが望ましい。その意味では、例えば多孔質材料である導電性グラファイトシート等を用いることもできる。また、封止層８にはエポキシ樹脂が用いられている。あるいは、ポリ３フッ化エチレン等からなるフィルムをガラス基板２上にラミネートすることによって封止層８とすることもできる。本実施形態では、電気分解素子４の陰極６、陽極７がともにプラチナで形成されているため、プラチナの触媒作用により電気分解反応をより効果的に進行させることができる。導電性グラファイトシートを用いる場合は、プラチナ微粒子をグラファイト表面上に担持することによって、電極のコストを抑え、ガス透過性を高めつつ、効果的な電気分解反応を得ることが可能である。

上記構成の有機ＥＬ装置１を使用する際には、電気分解素子４の陰極６−陽極７間に１．２Ｖ以上、５０Ｖ以下（好ましくは１０Ｖ以下、少なくとも１．２Ｖ以上でないと電気分解が開始しない）の電圧を印加しておく。このとき、封止層８の内部に水分が侵入し、固体電解質層５に吸収されると、水分がＨ^＋（Ｈ_３Ｏ^＋）、ＯＨ⁻にそれぞれイオン化する。そして、Ｈ^＋（Ｈ_３Ｏ^＋）イオンは陰極６側に、ＯＨ⁻イオンは陽極７側にそれぞれ拡散していき、各電極上でそれぞれ水素ガスと酸素ガスになる。これらのガスは徐々に装置外部に放出されていき、一定濃度以上にはならない。

本実施形態の有機ＥＬ装置１においては、電気分解素子４が有機ＥＬ素子３とともに封止層８の内部に封入されているので、たとえ封止層８の内部に水が侵入してきたとしても、電気分解素子４によって水分が分解され、酸素ガスと水素ガスとに変換される。この作用により、装置内部の水分濃度が低く抑えられ、有機ＥＬ素子３の水分による特性劣化が防止できるため、信頼性に優れた有機ＥＬ装置を実現することができる。特に、電気分解素子４の陰極６−陽極７間に常に電圧を印加しておけば、装置内部の水分濃度を常に低く抑えることができる。あるいは、間欠的に電圧を印加するだけでも、封止層８の水分透過性が十分に低ければ、水分濃度を長時間低い状態に制御することができる。一般に、有機ＥＬ装置は通電時に水分が存在すると、特に劣化が加速される。この観点からすると、少なくとも素子の動作時には電気分解素子４の電極６，７間に電圧を印加しておく方が良い。

本実施形態の場合、有機ＥＬ素子３と電気分解素子４とがガラス基板２の一面側に積層されているため、高い信頼性を維持しつつ、有機電子デバイスの小型化を図ることができる。このとき、電気分解素子４の陰極６が有機ＥＬ素子３側に向けて、陽極７が反対側に向けて配置されているため、陽極７で発生する酸素による有機ＥＬ素子３の特性劣化を抑えることもできる。したがって、陽極７がガス透過孔を有しており、高い酸素透過性を有していることが望ましい。

〔第２の実施の形態〕
以下、本発明の第２の実施の形態について図３を用いて説明する。
本実施形態の有機電子デバイスは、機能素子としての有機ＥＬ素子と電気分解素子を基板上に並置した有機ＥＬ装置の例である。
図３は本実施形態の有機ＥＬ装置の断面図である。また、図３において図１と共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態の有機ＥＬ装置２１は、図３に示すように、ガラス基板２の一面に有機ＥＬ素子３が形成され、有機ＥＬ素子３に隣接して電気分解素子４が形成されている。電気分解素子４の陰極６がガラス基板２側に、陽極７がガラス基板２と反対側に向けて配置されている。そして、これら有機ＥＬ素子３と電気分解素子４とが、ガラス基板２の一面側に形成された封止層８によって一体に封止されている。

有機ＥＬ素子２１の内部構成は第１実施形態と共通であり、詳細な説明は省略するが、構成材料が若干異なっている。図２に示す正孔注入層１０として、ＮＰＢ薄膜が蒸着法により形成されている。また、正孔注入層１０上の発光層１１として、Ａｌｑ３（アルミキレート錯体）薄膜が蒸着法により形成されている。また、電気分解素子４は、陰極６、固体電解質層５、陽極７を順次積層していく第１実施形態の構成に代えて、ナフィオン１１５シートの両面に予めプラチナ薄膜を蒸着してそれぞれ陰極６、陽極７としたシートをガラス基板２上に配置する。そして、ポリ３フッ化エチレン等からなるフィルムをガラス基板２上にラミネートすることによってこれを封止層８とする。

本実施形態の有機ＥＬ装置２１においても、水分による有機ＥＬ素子３の特性劣化が防止できるため、信頼性に優れた有機ＥＬ装置を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

〔第３の実施の形態〕
以下、本発明の第３の実施の形態について図４〜図６を用いて説明する。
本実施形態の有機電子デバイスは、機能素子としての有機ＴＦＴおよびこれによって駆動される電気泳動素子と電気分解素子とをそれぞれ基板の反対側の面に形成した電気泳動表示装置の例である。
図４は本実施形態の電気泳動表示装置の断面図、図５は有機ＴＦＴの部分のみを示す断面図、図６は同、電気泳動表示装置の変形例の断面図である。また、図４〜図６において図１と共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態の電気泳動表示装置３１は、図４に示すように、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等、周知のプラスチック基板からなる有機ＴＦＴ支持基板３２の一面に有機ＴＦＴを備えたアクティブマトリクス回路３３が形成され、その上にアクティブマトリクス回路３３によって駆動される電気泳動素子３４が設けられている。電気泳動素子３４は、例えば上記と同様のプラスチック基板からなる表示素子基板３５上に、電気泳動粒子が封入された多数のマイクロカプセル３６が配置されたものである。そして、電気泳動素子３４のマイクロカプセル３６が設けられた側がアクティブマトリクス回路３３上に貼り合わされた形態となっている。一方、有機ＴＦＴ支持基板３２の反対側の面には電気分解素子４が設けられており、全体が封止層８によって封止されている。

有機ＴＦＴ３８は、図５に示すように、主として湿式成膜法を用いて形成されるスイッチング素子であり、有機ＴＦＴ支持基板３２側からソース電極およびドレイン電極３９、有機半導体層４０、絶縁層４１、ゲート電極４２とが積層形成された、いわゆるトップゲート構造のトランジスタである。また、有機ＴＦＴ３８に対応して画素電極（図示せず）が設けられ、画素電極はコンタクトホール（図示せず）を介して有機ＴＦＴ３８のドレイン電極３９と電気的に接続されている。なお、本実施形態ではトップゲート構造について説明するが、当該構造に限定されるものではなく、ボトムゲート構造であってもよい。

より具体的には、有機ＴＦＴ支持基板３２上にクロム、チタン等の密着層（図示せず）が形成された後、金薄膜がフォトリソグラフィー法によりパターニングされ、ソース電極およびドレイン電極３９が形成されている。そして、チャネル部を覆うように、例えばＦ８Ｔ２（Fluorene / Bithiophene copolymer）等の材料からなる有機半導体層４０がインクジェット法により形成されている。そして、有機半導体層４０を覆うようにポリスチレン（ＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等からなる絶縁層４１がインクジェット法、あるいはスピンコート法により成膜された上に、インクジェット法によりＡｇコロイド液が印刷され、ゲート電極４２が形成されている。さらに、全面に例えばＰＶＡ等の水溶性ポリマー膜がスピンコート法により成膜されることにより、保護層４３が形成されている。このようにして形成されたアクティブマトリクス回路３３上に、別途作製された電気泳動素子３４がマイクロカプセル３６側をアクティブマトリクス回路３３側に向けて貼り合わされている。

一方、ナフィオン１１５シートからなる固体電解質層５の両面にプラチナ薄膜を蒸着してそれぞれ陰極６、陽極７とした電気分解素子４を別途作製しておく。そして、この電気分解素子４を有機ＴＦＴ支持基板３２のアクティブマトリクス回路３３側と反対側の面に重ね合わせ、これらをポリ３フッ化エチレン等からなるフィルムで挟み込んでラミネート封止することによって封止層８が形成されている。

本実施形態の電気泳動表示装置３１においても、水分による有機ＴＦＴ３８の特性劣化が防止できるため、信頼性に優れた電気泳動表示装置を実現できる、といった第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。有機ＴＦＴ３８も有機ＥＬ装置と同様、通電時に水分が存在すると劣化が加速されるため、少なくとも有機ＴＦＴ３８の動作時には電気分解素子４の電極６，７間に電圧を印加しておく方が望ましい。また本実施形態の場合、有機ＴＦＴ支持基板３２、表示素子基板３５、封止層８の全てにプラスチック材料が用いられているので、簡易な封止構造でありながら信頼性が高く、フレキシブルな表示装置を実現することができる。

なお、図６に示すように、電気分解素子４を電気分解素子支持基板４５上に形成しておき、これと有機ＴＦＴ支持基板３２とを貼り合わせる構成としても良い。
有機半導体としてＦ８Ｔ２の他に、知られている有機半導体を広く用いることが可能である。例えば、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、フタロシアニン、ペリレン、ヒドラゾン、トリフェニルメタン、ジフェニルメタン、スチルベン、アリールビニル、ピラゾリン、トリフェニルアミン、トリアリールアミン、フタロシアニンまたはこれらの誘導体のような低分子の有機半導体材料や、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン、ポリヘキシルチオフェン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリチニレンビニレン、ポリアリールアミン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂、フルオレン−ビチオフェン共重合体、フルオレン−アリールアミン共重合体またはこれらの誘導体のような高分子の有機半導体材料が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。あるいは、チオフェン、トリフェニルアミン、ナフタレン、ペリレン、フルオレンなどを含むオリゴマを用いることができる。

これらの有機半導体の中でもｐ型のチャンネル層として機能する有機半導体を用いることが特に有効である。ｐ型の有機半導体の方が、ｎ型の有機半導体と比較して酸素に対して安定である。したがって、本発明の電気分解素子４が発生する酸素の影響を受けにくいため、電気分解素子４によって水が除去される効果が有効的に作用する。別の言い方をすれば、ｐ型の有機半導体は水の影響は受けるが、酸素の影響は小さいため、素子内に侵入してくる大気から水を除去しさえすれば、信頼性の高い素子を実現することが可能である。ｐ型の有機半導体の中でも、イオン化ポテンシャルが４．７ｅＶ以上の有機半導体が酸素の影響を受けにくいため、本発明の有機半導体として有効である。

また、本実施形態ではゲート電極をＡｇコロイド液を印刷することによって形成した。印刷されたＡｇコロイドは低温で焼成する（例えば１２０℃以下で）ことによって高い導電性を得ることが可能である。プラスチック上に導電性の高い電極を形成するためにはＡｇコロイドは極めて有用な材料である。その一方でＡｇは水の存在下で容易にイオン化して、電圧が印加されているとＡｇイオンがマイグレーションして電極間の短絡の原因になってしまう。そのため、本発明の構成で素子内部の水を除去してやることによって、プラスチック上でも信頼性の高い電極・配線を形成することが可能である。したがって、銀を含むコロイドを印刷して形成された電極・配線あるいはそれらを含む薄膜トランジスタを本発明に用いることは特に有効である。

〔第４の実施の形態〕
以下、本発明の第４の実施の形態について図７を用いて説明する。
本実施形態の電子デバイスは、電気泳動素子と電気分解素子とを同一基板上に積層した電気泳動表示装置の例である。
図７は本実施形態の電気泳動表示装置の断面図である。また、図７において図４、図６と共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態の電気泳動表示装置５１は、図７に示すように、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等、周知のプラスチック基板からなる酸化物薄膜トランジスタ（酸化物ＴＦＴ）支持基板５３の一面に電気分解素子４が設けられ、電気分解素子４上に酸化物ＴＦＴを備えたアクティブマトリクス回路５４が形成され、その上に電気泳動素子３４が設けられている。電気泳動素子３４は、表示素子基板３５上に電気泳動粒子が封入されたマイクロカプセル３６が配置されたものであり、マイクロカプセル３６が設けられた側がアクティブマトリクス回路５４上に貼り合わされた形態となっている。

酸化物ＴＦＴ支持基板５３上に、プラチナ薄膜が蒸着されて陽極７が形成され、ナフィオン分散液がスピンコート法により塗布されて固体電解質層５が形成され、再度プラチナ薄膜が蒸着されて陰極６が形成されている。その上に、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等の絶縁体ポリマーがスピンコート法により塗布され、キュアにより不溶化されて下地層５２が形成されている。その下地層５２上に酸化物ＴＦＴが形成されることによりアクティブマトリクス回路５４が作製され、電気泳動素子３４がマイクロカプセル３６側をアクティブマトリクス回路５４側に向けて貼り合わされている。酸化物ＴＦＴを形成する以降の工程は周知であるため、説明を省略する。

本実施形態の電気泳動表示装置５１においても、水分による酸化物ＴＦＴの特性劣化が防止できるため、信頼性に優れた電気泳動表示装置を実現できる、といった第３実施形態と同様の効果を得ることができる。特に本実施形態の場合、電気分解素子４上に酸化物ＴＦＴを有するアクティブマトリクス回路５４が直接積層されているため、水分による特性劣化防止効果をより高めることができる。これは、酸化物半導体が一般的に吸湿性が高く、水分の影響を受けやすいためである。その名の通り、酸素の影響は受けにくいため、本発明が特に有効である。
酸化物半導体としては、ＺｎＯ、ＮｉＯ，ＳｎＯ_２，ＴｉＯ_２，Ｉｎ_２Ｏ_５，Ｖ_２Ｏ_５，ＳｒＴｉＯ_３，ＷＯ_２、アモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（ａ−ＩＧＺＯ）、アモルファスＣｄ−Ｇｅ−Ｏ、アモルファスＣｄ−Ｐｂ−Ｏを、蒸着法、スパッタリング法、ゾルゲル法などで薄膜化することによって用いることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態において機能素子として例示した有機ＥＬ素子、有機ＴＦＴ等の具体的な構成、材料、製造方法等は適宜変更が可能である。さらに本発明の素子は水分の影響を受けやすい有機機能デバイスに特に有効であるが、必ずしも有機機能デバイスである必要はない。例えば、酸化物半導体を用いた、エレクトロルミネッセンス素子、薄膜トランジスタ素子においても有効である。さらには有機半導体、酸化物半導体を用いた太陽電池に本構造を用いることも同じく有効である。

第１実施形態の有機ＥＬ装置（電子デバイス）の断面図である。同、有機ＥＬ基板の詳細な構成を示す断面図である。第２実施形態の有機ＥＬ装置（電子デバイス）の断面図である。第３実施形態の電気泳動表示装置（電子デバイス）の断面図である。同、装置に用いる有機ＴＦＴの詳細な構成を示す断面図である。第３実施形態の電気泳動表示装置の変形例の断面図である。第４実施形態の電気泳動表示装置（電子デバイス）の断面図である。

符号の説明

１，２１…有機ＥＬ装置（電子デバイス）、２…ガラス基板（基板）、３…有機ＥＬ素子（機能素子）、４…電気分解素子、５…固体電解質層、６…陰極、７…陽極、３１，４４，５１…電気泳動表示装置（電子デバイス）、３２…有機ＴＦＴ支持基板（基板）、３８…有機ＴＦＴ（機能素子）、５３…酸化物ＴＦＴ支持基板（基板）。

Claims

基板と、
前記基板上に形成された機能素子と、
前記基板の前記機能素子が形成された側、あるいは前記機能素子が形成された側と反対側に設けられるとともに、固体電解質層と前記固体電解質層を挟持する一対の電極とを有して構成され、水を電気分解可能な電気分解素子と、
前記機能素子と前記電気分解素子とを封止する封止部材と、を備えたことを特徴とする電子デバイス。
前記機能素子が有機材料層を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
前記機能素子が酸化物半導体層を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
前記機能素子と前記電気分解素子とが前記基板の一面側に積層されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電子デバイス。
前記電気分解素子を構成する一対の電極のうち、陰極が前記機能素子側に向けて配置され、陽極が前記機能素子と反対側に向けて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電子デバイス。
前記陽極がガス透過孔を有していることを特徴とする請求項５に記載の電子デバイス。
前記基板と前記封止部材がともに樹脂材料で構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の電子デバイス。
前記固体電解質層が高分子電解質材料で構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の電子デバイス。
前記高分子電解質材料がスルフォン酸基を含むことを特徴とする請求項８に記載の電子デバイス。
前記高分子電解質材料を構成する少なくとも一部の水素がフッ素で置換されていることを特徴とする請求項８または９に記載の電子デバイス。
前記電気分解素子を構成する電極の材料がプラチナまたはパラジウムを含むことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の電子デバイス。
基板と、
前記基板上に形成された有機材料層を含む有機エレクトロルミネッセンス素子と、
前記基板の前記有機エレクトロルミネッセンス素子が形成された側、あるいは前記有機エレクトロルミネッセンス素子が形成された側と反対側に設けられるとともに、固体電解質層と前記固体電解質層を挟持する一対の電極とを有して構成され、水を電気分解可能な電気分解素子と、
前記有機エレクトロルミネッセンス素子と前記電気分解素子とを封止する封止部材と、を備えたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。
前記有機エレクトロルミネッセンス素子が発光層を挟んで対峙する透明電極と反射電極とを有し、前記有機エレクトロルミネッセンス素子の前記反射電極が設けられた側に前記電気分解素子が積層されたことを特徴とする請求項１２に記載の有機エレクトロルミネッセンス装置。
基板と、
前記基板上に形成された有機材料層を含む有機薄膜トランジスタと、
前記基板の前記有機薄膜トランジスタが形成された側、あるいは前記有機薄膜トランジスタが形成された側と反対側に設けられるとともに、固体電解質層と前記固体電解質層を挟持する一対の電極とを有して構成され、水を電気分解可能な電気分解素子と、
前記有機薄膜トランジスタと前記電気分解素子とを封止する封止部材と、を備えたことを特徴とする有機薄膜半導体装置。
前記基板の前記有機薄膜トランジスタが設けられた側と反対側の面に前記電気分解素子が配置されたことを特徴とする請求項１４に記載の有機薄膜半導体装置。