JP2009226707A

JP2009226707A - 電子部品

Info

Publication number: JP2009226707A
Application number: JP2008074081A
Authority: JP
Inventors: Hajime Amano; 一天野; Tetsuji Inoue; 鉄司井上; Sumiko Kitagawa; 寿美子北川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: JP5309638B2

Abstract

【課題】有機ＥＬ素子を有する表示装置において、有機ＥＬ素子への水分の浸入を十分に抑制すること。
【解決手段】樹脂基板１と、樹脂基板１上に設けられた防湿部４と、を備える電子部品１００。防湿部４が無機材料を含有する保護膜４０とポリシラザン膜３０とを有し、保護膜４０が樹脂基板１とポリシラザン膜３０との間に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂基板を備える電子部品に関する。

樹脂基板は、薄い、軽い、安いなど、多くのメリットを有していることから、電子部品において各種素子等を支持する基板として広く用いられている。しかし、樹脂自体の透湿性は一般に無機材料と比較して大きいため、樹脂基板を透過した水分の影響による素子等の劣化が問題となる場合がある。

その対策として、アルミナやＳｉＯ_２などから形成された無機物膜、または、ポリパラフィンなどの比較的透湿性の低い有機材料から形成された有機物膜を樹脂基板と素子等との間に設ける方法がある。

ところで、半導体装置のパッシベーション膜として、ポリシラザンの硬化により形成されるシリコン酸化膜を用いることが提案されている（特許文献１）。また、ポリシラザンをセラミックス化したセラミックス層と硬化樹脂層とを組合わせた透明ガスバリヤー性積層フィルムが知られている（特許文献２）。
特開平５−２４３２１２号公報特開平１０−１６１４２号公報

しかし、無機物膜の場合、薄膜を形成する際にピンホール等の欠陥の発生を防ぐことができず、欠陥部分から水分が透過するという問題が存在する。また、有機物膜で十分に低い透湿性を達成することは困難である。そのため、樹脂基板を用いた電子部品において、水分の影響を受け易い素子等を搭載することは事実上困難なのが実情であった。

そこで、本発明は、樹脂基板を用いた電子部品において、樹脂基板側からの水分の透過を十分に抑制することを目的とする。

上記課題を解決すべく鋭意検討の結果、本発明者らは、無機材料を含有する保護膜とポリシラザン膜との組み合わせを採用し、その上で保護膜を樹脂基板とポリシラザン膜との間に配置することにより、樹脂基板側からの水分の透過が著しく抑制されることを見出し、係る知見に基づいて本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、樹脂基板と、該樹脂基板上に設けられた防湿部と、を備え、該防湿部が無機材料を含有する保護膜とポリシラザン膜とを有し、保護膜が樹脂基板とポリシラザン膜との間に配置されている電子部品に関する。

上記本発明に係る電子部品によれば、樹脂基板側からの水分の透過を十分に抑制することが可能である。一般に防湿膜として用いられている、無機材料を含有する保護膜においては、ピンホールのような欠陥部分を完全に排除することは困難であり、この欠陥部分から微量の水分が保護膜の内側に侵入する場合があると考えられる。しかし、上記本発明に係る表示装置の場合、無機材料の保護膜よりも内側にポリシラザン膜を配置しているため、保護膜の内側に侵入した水分はポリシラザン膜によって捕捉される。その結果、十分な防湿効果が得ることが可能になったと考えられる。

防湿部は複数のポリシラザン膜及び複数の保護膜を有し、それらが交互に積層されていてもよい。これにより一層高いレベルの防湿効果を容易に得ることができる。

ポリシラザン膜の硬化率は、５０％以下であることが好ましい。これにより特に高いレベルの防湿効果を得ることができる。同様の観点から、ポリシラザン膜の厚さは１００〜２０００ｎｍであることが好ましい。また、保護膜は、スパッタ、イオンプレーティング、ＣＶＤ又はＡＬＤによって形成された膜であることが好ましい。

本発明によれば、樹脂基板を用いた電子部品において、樹脂基板側からの水分の透過を十分に抑制することができる。このため、水分の影響により劣化しやすい素子を樹脂基板上に搭載したときに、電子部品の長寿命化できる。

また、真空成膜された従来のセラミック膜を厚膜化して防湿効果の向上を図ると、成膜に要する時間が長くなって生産効率が低下するが、本発明によれば高い生産効率を維持しつつ高い防湿効果を得ることが可能である。

更に、ポリシラザン膜は適度な可撓性を有しており、ＣａＯ膜のような吸湿機能を有する他の膜と比較して割れが発生し難いという利点もある。従って、保護膜の割れを防止することができる点でもポリシラザン膜は有効である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。重複する説明については適宜省略される。

図１及び２は、それぞれ、電子部品の一実施形態を示す断面図である。

図１に示す電子部品１００は、樹脂基板１と、樹脂基板１の一方面側に配置された被保護物２０と、樹脂基板１と被保護物２０との間に設けられた防湿部４とを備える。防湿部４は、保護膜４０と、ポリシラザン膜３０とを有しており、これらは樹脂基板１側からこの順に積層されている。

樹脂基板１は、高分子材料を主成分として形成されている。樹脂基板１としては、例えばポリカーボネートフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルムが用いられる。樹脂基板１は一般に水分の透過性が高いため、電子部品１００においては、環境中の水分が矢印Ａの方向に樹脂基板１を透過しやすい。この方向で透過した水分が被保護物まで到達することが防湿部４により防止される。

ポリシラザン膜３０は、例えば下記式：
−（ＳｉＨ_２ＮＨ）−
で表される繰り返し単位を有するポリシラザンから形成された膜である。ポリシラザンは、下記反応によって水と反応してシリカ（ＳｉＯ_２）を生成する。この反応により、ポリシラザン膜３０は水分を吸収する機能を発揮する。
−（ＳｉＨ_２ＮＨ）− ＋２Ｈ_２Ｏ → ＳｉＯ_２＋ＮＨ_３

なお、ポリシラザン膜３０を構成するポリシラザンは上記繰り返し単位を有するものに限られるものではなく、水分を吸収する機能を持つものであれば他の繰り返し単位を有するものであっても構わない。例えば、−（ＳｉＨ_２ＮＨ）−、−（ＳｉＲＨＮＨ）−、−（ＳｉＲ_２ＮＨ）−、及び−（ＳｉＢＮＨ）−（式中のＲはメチル基、エチル基などの炭化水素であり、Ｂはホウ素原子である。）から選ばれる少なくとも１つの繰り返し単位を有するポリシラザンであれば、同様な効果を発揮する。

ポリシラザン膜３０は上記反応により生成するシリカを含んでいる場合がある。ポリシラザン膜３０において、ポリシラザンが有する上記繰り返し単位のうちシリカに転化したものの割合（硬化率）が低いほうが、より高い防湿効果が得られる傾向にある。具体的には、ポリシラザン膜３０の硬化率は５０％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより好ましい。

ポリシラザン膜３０の厚さは、１００〜２０００ｎｍであることが好ましい。保護膜４０を透過した微量の水分のみがポリシラザン膜３０に達するため、ポリシラザン膜３０が薄くても十分な防湿効果が達成され得る。

ポリシラザン膜３０は、例えば、ポリシラザン及びこれを溶解する溶媒を含有する溶液の層を形成し、そこから溶媒を除去する方法により形成することができる。

保護膜４０は、無機材料から構成される膜であり、ポリシラザン膜３０よりも低い水分透過率を有する。保護膜４０はセラミック膜又は金属膜であることが好ましい。より具体的には、保護膜４０は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化アルミニウム、酸化珪素、窒化珪素、炭化珪素、酸化タンタル、酸化錫、酸化インジウム、酸化ゲルマニウム、酸化タングステン、金、白金、タングステン及びタンタルからなる群より選ばれる少なくとも１種の無機材料を含有することが好ましい。

保護膜４０は、スパッタ、イオンプレーティング、ＣＶＤ、及びＡＬＤのような真空成膜法により形成された膜であることが好ましい。真空成膜法により形成された保護膜４０とその内側に配置されたポリシラザン膜３０とを組合わせることにより、相乗的により一層顕著な防湿効果が得られる。真空成膜された保護膜４０は、単独でもある程度は良好な防湿効果を発揮するものの、必ずしも満足できるレベルではない。これは、保護膜４０中にわずかに存在する微小な欠陥部分から水分が局所的に侵入するためであると考えられる。一方、ポリシラザン膜３０よりも外側に保護膜４０が配置されていない場合、ポリシラザン膜３０が樹脂基板１を透過した高濃度の水分に晒されてシリカへの転化が進行し、短時間でその吸水機能が失われる。これに対して、本実施形態に係る電子部品１００においては、保護膜４０の欠陥部分から侵入した微量の水分のみがポリシラザン膜３０によって捕捉されるため、ポリシラザン膜３０の吸湿機能が維持される。その結果、被保護物２０への水分の侵入が長期間にわたって十分に抑制されると考えられる。

被保護物２０は、電子部品を構成する各種素子等であり、特に制限はない。被保護物２０が有機ＥＬ素子、薄膜コイル、薄膜トランジスタ、有機トランジスタ、薄膜フィルター、アイソレータ、又はマイクロポンプである場合、これらが水分の影響を受け易いことから本発明の適用が特に有用である。

図２に示す電子部品１００の防湿膜４は、保護膜４０の樹脂基板１側に順に積層された第２のポリシラザン膜３１及び第２の保護膜４１を更に有する。このようにポリシラザン膜と無機材料を含む保護膜との組合せを複数組積層することにより、より一層高いレベルの防湿効果を容易に得ることができる。

以下、本発明による防湿効果を検証する実験を行った結果について説明する。

図３に示すように、ガラス基板３上に蒸着によりカルシウム膜６１（２０ｎｍ厚）及びマグネシウム膜６２（２０ｎｍ厚）を形成し、その上に各種の積層構造を形成して、試験用サンプルを準備した。図３の（ａ）はスパッタによって成膜した酸化珪素膜４０（３０ｎｍ厚）のみを形成し、（ｂ）はポリシラザン膜３０（５００ｎｍ厚）のみを形成し、（ｃ）は酸化珪素膜４０（３０ｎｍ厚）及びポリシラザン膜３０（５００ｎｍ）をマグネシウム膜６２側からこの順に形成し、（ｄ）はポリシラザン膜３０（５００ｎｍ）及び酸化珪素膜４０（３０ｎｍ厚）をマグネシウム膜６２側からこの順に形成した試験用サンプルの積層構造を示す。ポリシラザン膜３０は、ＡＺエレクトロニックマテリアル株式会社製の「アクアミカＮＰ１１０−２０」（パーヒドロポリシラザン）を用いて形成した。

準備した試験用サンプルを、温度８５℃、湿度８５％の環境下に貯蔵し、カルシウム膜６１及びマグネシウム膜６２まで浸透した水分の透過率の経時変化を測定した。水分の透過率は、カルシウム膜６１及びマグネシウム膜６２が吸湿により透明化する性質に基づいて求めた。

図４は、水分の透過率を貯蔵時間に対してプロットしたグラフである。図４のグラフにおいて、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の積層構造にそれぞれ対応する。図４に示されるように、ポリシラザン膜３０及び酸化珪素膜４０を両方有し、ポリシラザン膜３０が内側に配置されている（ｄ）では、酸化珪素膜４０側からの水分の透過が長時間にわたって十分に抑制された。この結果から、酸化珪素膜４０側に樹脂基板を配置し、ポリシラザン膜３０側に被保護物を配置することにより、十分な防湿効果が得られることが確認された。

更に、図３の（ｄ）と同様の積層構造を有し、ポリシラザン膜の厚さが６００ｎｍ、酸化珪素膜を２０ｎｍ、３０ｎｍ、６０ｎｍ又は１２０ｎｍである試験用サンプルを準備した。これら試験用サンプルについて上記と同様に水分の透過率の経時変化を測定したところ、透過率の明らかな上昇が認められるまでの時間（防湿寿命）は、酸化珪素膜が２０ｎｍのとき約１２０時間、３０ｎｍのとき約２５０時間、６０ｎｍのとき約４００時間、１２０ｎｍのとき約６４０時間であった。図３の（ａ）、すなわちスパッタによる酸化珪素膜単独の場合の防湿寿命は０．５時間未満であった。この結果、ポリシラザン膜及び酸化珪素膜を内側から順に積層した構成を採用することにより、酸化珪素膜が２０ｎｍのときに約１２０時間の防湿寿命が達成され、酸化珪素膜単独の場合の０．５時間未満と比較して防湿寿命が２００倍以上にまで延びることが確認された。

また、図３の（ａ）と同様の積層構成を有し、酸化珪素膜４０をＣＶＤにより２０００ｎｍの厚さで成膜した試験用サンプルの防湿寿命は約６０時間であった。この結果から、無機材料の保護膜の厚さを極端に厚くすればそれ単独でも防湿寿命がある程度向上するものの、ポリシラザン膜及び無機材料の保護膜を組み合わせた図３の（ｄ）の積層構成と比較すればまだ劣っていることが確認された。

図３の（ｄ）と同様の積層構成を有し、ポリシラザン膜の硬化率（シリカへの転化率）が０％、２０％、６０％、８０％又は９５％である試験用サンプルを準備した。ポリシラザン膜が２０〜９５％の硬化率で硬化したサンプルは、１４０℃の恒温槽内で所定時間加熱することにより準備した。ポリシラザンの硬化率は、ＦＴ−ＩＲにより観測される、Ｓｉ−Ｏ結合に基づくシグナルの強度に基づいて決定した。

準備した試験用サンプルについて。上述と同様に水分の透過率の経時変化を測定した。図５は、水分の透過率を貯蔵時間に対してプロットしたグラフである。図５に示されるように、硬化率が低いほど防湿寿命が長くなる傾向が確認された。

シリコン基板上に、ポリシラザン膜（３５０ｎｍ厚）、及びスパッタにより成膜された酸化珪素膜（３０ｎｍ厚）の組合せから構成される積層構成を、１組、２組又は３組形成した試験用サンプルを準備した。

準備した試験用サンプルを温度８５℃、湿度８５％の環境下に貯蔵した。その際、最下層のポリシラザン膜におけるＳｉ−Ｎ結合に由来するシグナルの強度の、シリカへの転化が全く進行していないと仮定したときの強度に対する比率（Ｓｉ−Ｎ結合残存率）の経時変化をＦＴ−ＩＲによって測定した。ポリシラザンが水分と反応してシリカに転化する際にＳｉ−Ｎ結合が切れることから、Ｓｉ−Ｎ結合残存率は、ポリシラザンのうちシリカに転化していない部分の比率に対応する。Ｓｉ−Ｎ結合残存率が０％になるまでの時間を防湿寿命とみなすことができる。

図６は、Ｓｉ−Ｎ結合残存率を貯蔵時間に対してプロットしたグラフである。図６に示されるように、積層回数を増やすことにより、Ｓｉ−Ｎ結合残存率の低下が長時間にわたって高く維持される傾向、すなわち防湿効果が向上する傾向が認められた。防湿寿命は「１組」の場合に約５００時間であり、「２組」では１３００時間まで延びた。更に、「３組」の試験用サンプルは、１５００時間でも５０％以上のＳｉ−Ｎ結合残存率を維持していることから、その防湿寿命は３０００時間程度にまで達すると推定される。これを温度２５℃、湿度５０％の環境下での防湿寿命に換算すると約８００００時間となる。

図７に示す積層構成を有する試験用サンプルを準備した。図７（ａ）のサンプルは、ポリカーボネート基板１（０．１５ｍｍ厚）、スパッタによる酸化珪素膜４０（６０ｎｍ厚）、ポリシラザン膜３０（６００ｎｍ厚）、カルシウム膜６１（２０ｎｍ厚）、マグネシウム膜６２（２０ｎｍ厚）及び多層保護膜３５がこの順に積層された構成を有する。多層保護膜３５は、ポリシラザン膜（６００ｎｍ厚）、酸化珪素膜（６０ｎｍ厚）、ポリシラザン膜（６００ｎｍ厚）及び酸化珪素膜（１２０ｎｍ厚）がこの順に積層された構成を有する。図７（ｂ）のサンプルは、図７（ａ）のサンプルからポリシラザン膜３０を除き、酸化珪素膜４０の膜厚を６００ｎｍとしたものである。図７（ｃ）のサンプルは、図７（ａ）のサンプルからポリシラザン膜３０及び酸化珪素膜４０を除いた構成を有する。

これらの各サンプルについて、温度８５℃湿度８５％環境下での貯蔵試験を行った。図８はこの貯蔵試験における水分の透過率を貯蔵時間に対してプロットしたグラフである。図８中、＃０１は図７（ａ）に、＃０２は図７（ｂ）に、＃０３は図７（ｃ）にそれぞれ対応する。ポリシラザン膜３０を有しない＃０２及び＃０３のサンプルでは、２４時間後にはＭｇとＣａがほぼ完全に反応してしまっていた。これに対して、＃０１のサンプルを１００時間後に目視で確認したところ、ＭｇとＣａほとんど反応していなかった。

以上の実験結果からも、本発明によれば、樹脂基板を用いた電子部品において、樹脂基板側からの水分の透過を十分に抑制することが可能であることが確認された。

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。例えば、ポリシラザン膜及び保護膜が隣接して積層されるのに代えて、これらの間に他の層が挿入されていてもよい。

電子部品の一実施形態を示す断面図である。電子部品の一実施形態を示す断面図である。試験用サンプルを示す断面図である。水分の透過率を貯蔵時間に対してプロットしたグラフである。水分の透過率を貯蔵時間に対してプロットしたグラフである。Ｓｉ−Ｎ結合残存率を貯蔵時間に対してプロットしたグラフである。試験用サンプルを示す断面図である。水分の透過率を貯蔵時間に対してプロットしたグラフである。

符号の説明

１…樹脂基板、４…防湿部、２０…被保護物、３０，３１…ポリシラザン膜、４０，４１…保護膜、５０…内部保護膜、１００…電子部品。

Claims

樹脂基板と、該樹脂基板上に設けられた防湿部と、を備え、
該防湿部が無機材料を含有する保護膜とポリシラザン膜とを有し、前記保護膜が前記樹脂基板と前記ポリシラザン膜との間に配置されている、
電子部品。
前記防湿部が複数の前記保護膜及び複数の前記ポリシラザン膜を有し、それらが交互に積層されている、請求項１記載の電子部品。
前記ポリシラザン膜の硬化率が５０％以下である、請求項１又は２記載の電子部品。
前記ポリシラザン膜の厚さが１００〜２０００ｎｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子部品。
前記保護膜が、スパッタ、イオンプレーティング、ＣＶＤ又はＡＬＤによって形成された膜である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子部品。