JP2010066678A - フレキシブル電子装置及びフレキシブル表示装置 - Google Patents

フレキシブル電子装置及びフレキシブル表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】信頼性を向上させることが可能な電子装置を提供すること。
【解決手段】
表面に電子回路が形成された薄膜状の第１の基板の裏面と、柔軟性のある第２の基板の表面とは、８０℃で１．０×１０３［Ｐａ］以上、２．１×１０４［Ｐａ］以下の弾性率の接着剤で接着される。
【選択図】図１

Description

本発明は、転写法を用いて形成されたフレキシブル電子装置及びフレキシブル表示装置に関する。
近年、可撓性を有する、いわゆるフレキシブル電子装置に関する技術開発が広く進められている。このフレキシブル電子装置は、例えば、ＩＣカードに代表されるような集積回路（ＩＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が形成された薄膜状のシリコンウェハからなる被転写基板を可撓性の樹脂基板からなる転写先基板上に転写することで形成された装置や、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が形成された薄膜状の被転写基板を可撓性の樹脂基板からなる転写先基板上に転写することで形成された軽量で割れにくいフレキシブル液晶表示装置等である。特に、フレキシブル液晶表示装置においては、例えば、ディスプレイの曲がりの変位量や変位する速度等を電気的な特性変化として検出し、この検出された特性変化に基づいて所望の画像を表示するヒューマンインターフェイスデバイスも知られている。例えば、このディスプレイを用いて電子ブックを形成すれば、ディスプレイに対してページをめくる動作を行うことで、ディスプレイに表示される画像を変化させることが可能である（特許文献１参照）。
このような可撓性を有するフレキシブル電子装置は、一般的には、転写法と呼ばれる方法により形成される（例えば、特許文献２等参照）。ここで転写法とは、予め耐熱性の高い無機基板上に電子回路を形成し、回路が形成された表層部分を無機基板から剥離し、又は、回路が形成された無機基板の裏面をエッチング等により薄膜化することで、薄膜状の被転写基板を形成し、これらの方法で形成された薄膜状の被転写基板の裏面に接着層を塗布して転写先基板の表面に貼り合わせる方法である。
ところで、上述の転写法により形成される電子装置において、紙程度の薄さのフレキシブル電子装置を形成する場合、転写先基板は耐熱性の低いプラスチックを主体とするため、可能な限り低温のプロセスによって転写法を行う必要がある。
このように低温プロセスによる転写法によってフレキシブル電子装置を形成する方法としては、以下の方法が知られている。
すなわち、スピンコートや印刷等の常温・常圧のプロセスによる形成が可能な有機半導体を利用する方法（例えば、非特許文献１、２参照）、または、単結晶シリコンウェハ上に半導体回路あるいは半導体集積回路を形成した後、これを小片（チップ）として切り出したものを流体中に分散させ、チップが分散された流体中に、所定の位置に凹部を有するプラスチック基板を浸漬することにより、凹部に単結晶シリコンのチップを自己配列的にはめ込む方法（ＦＳＡと呼ばれる）（例えば、非特許文献３を参照）等がある。特に非特許文献３に開示されている方法は、転写先基板の材質に制限がなく、プラスチック等の低融点材料も利用できる点で有効な方法である。
特開２００４−０４６７９２号公報 特開２００７−８８２３５号公報 Ｄ.Ｇｕｎｄｌａｃｈ.ｅｔ.ａｌ，Ｔｅｃｈ.Ｄｉｇ. −Ｉｎｔ.Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｍｅｅｔ. (１９９９), ｐｐ.１１１−１１４ Ｔ.Ｎ.Ｊａｃｋｓｏｎ.ｅｔ.ａｌ，ＳＩＤ ００Ｄｉｇ. (２０００)，ｐｐ.４１１−４１４ Ｓ.Ｄｒｏｂａｃ，ＳＩＤ ９９Ｄｉｇ. (１９９９), ｐｐ.１２−１６
しかしながら、上述の転写法により形成した電子装置は、高温下に保存する場合、転写先基板と被転写基板との熱膨張率の差により面内方向に熱応力が発生し、被転写基板にクラックが発生するという問題がある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、信頼性を向上させることが可能な電子装置を提供することを目的とする。
本発明による電子装置は、表面に電子回路が形成された薄膜状の第１の基板と、この第１の基板の裏面に塗布され、８０℃での弾性率が１．０×１０３［Ｐａ］以上、２．１×１０４［Ｐａ］以下の接着層と、この接着層により前記第１の基板の裏面が表面に接着された可撓性を有する第２の基板と、を具備することを特徴とするものである。
また、本発明による表示装置は、表面に薄膜トランジスタが形成された薄膜状の第１の基板と、この第１の基板の裏面に塗布され、８０℃での弾性率が１．０×１０３［Ｐａ］以上、２．１×１０４［Ｐａ］以下の透明な接着層と、この接着層により第１の基板の裏面が表面に接着された可撓性を有する第２の基板と、を具備することを特徴とするものである。
本発明によれば、上述の範囲の弾性率を有する接着層を薄膜状の第１の基板の裏面に塗布し、この接着層により、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせることにより、第１の基板に発生する熱応力を抑制することができ、信頼性を向上させることが可能な電子装置を提供することができる。
以下に、本発明の実施形態について図１〜図６を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図1は、本発明の第１の実施形態によるフレキシブル電子装置を示す構造断面図である。
図１に示すように、本実施形態によるフレキシブル電子装置は、表面に電子回路１１が形成された薄層状の被転写基板１２の裏面が、接着層１３を介して、転写先基板１４の表面に接着されたものである。
上述のフレキシブル電子装置において、転写先基板１４は、可撓性を有するものであり、例えば、樹脂シートまたは絶縁性の無機膜である。樹脂シートは、ＰＥＳ(ポリエーテルサルフォン）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）等の樹脂フィルムである。また、絶縁性の無機膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等を薄く成膜したメタルホイルである。
電子回路１１が表面に形成された薄膜状の被転写基板１２は、例えば、後述するように、エッチングにより被転写基板を可撓性を有する程度に薄く形成したものである。ここで、上述の薄膜状の被転写基板１２の裏面とは、被転写基板のエッチングされた面である。しかし、この薄膜状の被転写基板１２は、例えば被転写基板の裏面を溶融することで薄く形成したものであってもよいし、また、被転写基板の裏面からレーザ光を照射する等して表面を剥離することで形成されたものであってもよい。特に剥離することで形成された場合、薄膜状の被転写基板１２の裏面とは、剥離面である。
以上のような本実施形態のフレキシブル電子装置において、薄膜状の被転写基板１２の裏面と転写先基板１４の表面と間には、８０℃での弾性率が１．０×１０３［Ｐａ］以上、２．１×１０４［Ｐａ］以下の接着剤または粘着剤からなる接着層１３が塗布されている。
ここで、図２に、シリコンウェハからなる薄膜状の被転写基板１２の裏面に接着層１３が塗布され、この薄膜状の被転写基板１２の裏面を、可撓性を有する樹脂ＰＥＳ(ポリエーテルサルフォン）フィルムからなる転写先基板１４の表面に接着することで形成した電子装置を８０℃に加熱した時に、薄膜状の被転写基板１２にかかる熱応力を測定した結果を示す。図２において、横軸は接着層１３の弾性率［単位はＭＰａ］を示し、縦軸は薄膜状の被転写基板１２にかかる熱応力［単位はＮ／ｍ］を示す。なお、図中の各プロットは、およそ０．００９［ＭＰａ］のプロットはシリコーンゲルを使用した場合の結果であり、それ以外は全てアクリル系の接着剤または粘着剤を使用した場合の結果である。
図２によれば、１．０×１０５［Ｐａ］程度の弾性率の接着層１３が使用されることで、急激に薄膜状の被転写基板１２にかかる熱応力が低下することがわかった。また、さらに小さな弾性率を使用し、弾性率が２．１４×１０４［Ｐａ］以下の接着層１３を使用した場合、薄膜状の被転写基板１２にかかる熱応力がほぼ０になることがわかった。これらは、１．０×１０５［Ｐａ］程度の弾性率の接着層１３を使用することで、転写先基板１４と薄膜状の被転写基板１２との熱膨張率差により発生する熱応力を、接着層１３を大きく変形させることで緩和することができたためである。また、２．１４×１０４［Ｐａ］以下の弾性率の接着層１３を使用することで、転写先基板１４と薄膜状の被転写基板１２との熱膨張率差により発生する熱応力を、同様の理由により、ほぼ完全に抑制できたためである。以上より、弾性率が２．１×１０４［Ｐａ］以下の接着層１３を使用すれば、薄膜状の被転写基板１２に発生する熱応力をほぼ完全に抑制するのに十分であることがわかった。
しかし、弾性率が２．１×１０４［Ｐａ］以下であっても、弾性率がこれより極端に小さな接着層１３を使用して被転写基板１２と転写先基板１４とを接着させたフレキシブル電子装置を形成した場合、被転写基板１２と転写先基板１４との相対的な位置にズレが生じ、信頼性に欠くフレキシブル電子装置が形成される。このズレを抑制するためには、弾性率が１．０×１０３［Ｐａ］以上の接着層１３を使用することが好ましい。
本実施形態において使用される接着層１３の弾性率は、以上の理由による。なお、図２の結果は、シリコンウェハの他に、例えばガラス基板等の無機基板を被転写基板１２として使用し、また、樹脂ＰＥＳフィルムの他に、上述した他の樹脂シートまたは絶縁性の無機膜を転写先基板１４として使用した場合においても同様に得られる。
上述した接着層１３は、例えば、アクリル系接着剤、アクリル系粘着剤である。特に、後の第２の実施形態で示すように、透過型のフレキシブル表示装置のように転写先基板１４、及び接着層１３に透明性が必要とされる場合には、透明なアクリル系接着剤または粘着剤の他、薄く塗布することで実効的に透明と見なせる程度に淡く着色したアクリル系の粘着剤または接着剤であっても良い。このような接着層１３は、均一な厚みで塗布されていることが好ましい。
次に、上述のフレキシブル電子装置の製造方法について、図３〜図５を参照して説明する。
まず、図３に示すように、一般的な半導体プロセスを用いて表面に電子回路１１が形成されたガラス基板からなる被転写基板１５の表面に、仮接着剤１６によって仮支持基板１７を貼り合わせる。この仮支持基板１７は、後述する被転写基板１５をエッチングする工程において、エッチング酸溶液から電子回路１１を保護すると共に、後述する貼り合わせ工程において薄層化された電子回路１１のハンドリングを可能とする。従って、仮支持基板１７は、耐酸性に優れた材質が必要であり、例えばテフロン（登録商標）である。また、転写プロセス終了後に、仮支持基板１７は剥離する必要があるため、仮接着剤１６は、剥離を容易に行えることが要求される。
次に、図４に示すように、仮支持基板１７が仮接着剤１６を介して表面に貼り合わされた被転写基板１５の裏面を、可撓性を有する程度の所望の厚さまでエッチングすることで薄膜状の被転写基板１２を形成する。このエッチングには、例えば、フッ酸に塩酸や硝酸などの強酸を混ぜた混酸等の酸溶液が用いられる。
次に、上述のように、薄膜状の被転写基板１２を形成した後、図５に示すように、この薄膜状の被転写基板１２裏面に接着層１３を塗布し、この接着層１３により、薄膜状の被転写基板１２を転写先基板１４の表面に貼り合わせる。このとき、接着層１３は、透明な接着剤又は、実効的に透明とみなせる程度に薄く塗布された有色の接着剤が、薄膜状の被転写基板１２の裏面に、例えばスピンコート法、またはスクリーン印刷によって均一な厚さで塗布されている。
最後に、転写先基板１４に貼り合わせた薄膜状の被転写基板１２から仮支持基板１７を剥離することで、図１に示すフレキシブル電子装置を形成することができる。このとき、仮接着剤１６も同時に薄膜状の被転写基板１２上から除去されることが好ましいが、残留した場合は、仮接着剤１６を除去する。
以上に示すように、本実施形態によるフレキシブル電子装置は、上述した範囲の弾性率を有する接着層１３を使用することで、転写先基板１４と薄膜状の被転写基板１２との熱膨張率差により発生する熱応力をほぼ完全に抑制でき、信頼性を向上させることが可能な電子装置を提供することができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態よるフレキシブル電子装置として、フレキシブル表示装置を、図６を参照して説明する。
図６は、上述の一実施形態を示すフレキシブル表示装置を示す構造断面図である。
図６に示すように、本実施形態に係るフレキシブル表示装置は、表面にディスプレイ駆動用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）アレイ２１が形成された薄層状の被転写基板２２の裏面が、接着層２３を介して、可撓性を有する転写先基板２４の表面に接着されたものである。薄膜状の被転写基板２２は、第１の実施形態で説明したように、可撓性を有する程度の薄さであればよく、例えば、エッチング、溶融または剥離等によって薄膜化されたものである。このような薄膜状の被転写基板２２が表面に形成された転写先基板２４上には、ＩＴＯコート（透明導電膜）２５が表面に形成された透明で可撓性を有する対向基板２６が、この表面が転写先基板２４の表面に対向するように、スペーサ２７を介して形成される。薄膜状の被転写基板２２が表面に形成された転写先基板２４と対向基板２６との間は、液晶層２８で埋められている。
上述のフレキシブル表示装置において、特に透過型のフレキシブル表示装置の場合には、転写先基板２４は、透明（全光線透過率８５％以上）で、複屈折がなく（１００μｍ厚時のリタデーションが１０ｎｍ以下）、可撓性を有するものであり、例えば、ＰＥＳ、ＣＯＰ、ＰＭＭＡの樹脂フィルム、及びガラス繊維等のフィラーとこれら樹脂フィルムとの複合膜である。一方で、自発光型、または反射型のフレキシブル表示装置の場合、転写先基板２４は、可撓性を有した絶縁性のフィルムであれば良い。
このような転写先基板２４の表面には、薄膜状の被転写基板２２の裏面に均一な厚さで塗布され、８０℃での弾性率が１．０×１０３［Ｐａ］以上、２．１×１０４［Ｐａ］以下で透明（全光線透過率８５％以上）な接着層２３によって、薄膜状の被転写基板２２が貼り合わされている。このような接着層２３として、例えば、透明または薄く塗布することで実効的に透明と見なせる程度に淡く着色したアクリル系の接着剤または粘着剤を使用している。また、接着層２３は、シリコーンゲルであってもよい。
このようなフレキシブル表示装置は、各画素（図示せず）において、ＴＦＴアレイ２１の保持電極（図示せず）とＩＴＯコート２５間で液晶層２８にかかる電位差をＴＦＴで制御することにより、各画素のｏｎ、ｏｆｆを切り替えることで、所望の画像を表示する。
このようなフレキシブル表示装置は、第１の実施形態に示すフレキシブル電子装置の製造方法と同様に形成できる。従って、製造方法については詳細な説明を省略するが、図１と同様の形態に形成した後、薄膜状の被転写基板２２の表面上に、スペーサ２７を介してＩＴＯコート２５が形成された対向基板２６を形成し、これら薄膜状の被転写基板２２と対向基板２６との間に液晶層２８を注入することで、図６に示すフレキシブル表示装置を形成することができる。
上述したように、本実施形態によるフレキシブル表示装置は、薄膜状の被転写基板２２の裏面に、上述した範囲の弾性率を有する接着層２３が塗布され、この塗布された接着層２３により、転写先基板２９の表面に薄膜状の被転写基板２２を貼り合わせている。従って、転写先基板２９と薄膜状の被転写基板２２との熱膨張率差により発生する熱応力をほぼ完全に抑制でき、信頼性を向上させることが可能なフレキシブル表示装置を提供することができる。
以上に本発明の実施形態を示した。しかし、実施形態は、これらに限定されるものではなく、いわゆる転写法により形成された全ての電子装置において、適用可能である。
また、上記の各実施形態において接着層１３、２３は、アクリル系の接着剤・粘着剤また、特に第２の実施形態においては、さらにシリコーンゲルであった。しかし、接着層１３、２３は、これらに限定されるものではなく、いわゆる接着剤として使用されたものであり、上述した範囲の弾性率を有するものであれば、適用可能である。
第１の実施形態によるフレキシブル電子装置を示す構造断面図である。 接着層の弾性率と被転写基板にかかる熱応力との関係を示す図である。 第１の実施形態によるフレキシブル電子装置の製造方法を説明する説明図である。 第１の実施形態によるフレキシブル電子装置の製造方法を説明する説明図である。 第１の実施形態によるフレキシブル電子装置の製造方法を説明する説明図である。 第２の実施形態によるフレキシブル表示装置を示す構造断面図である。
符号の説明
１１・・・電子回路、１２、２２・・・薄膜状の被転写基板、１３、２３・・・接着層、１４、２４・・・転写先基板、１５・・・被転写基板、１６・・・仮接着剤、１７・・・仮支持基板、２１・・・薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ、２５・・・ＩＴＯコート（透明導電膜）、２６・・・対向基板、２７・・・スペーサ、２８・・・液晶層

Claims (6)

  1. 表面に電子回路が形成された薄膜状の第１の基板と、
    この第１の基板の裏面に塗布され、８０℃での弾性率が１．０×１０３［Ｐａ］以上、２．１×１０４［Ｐａ］以下の接着層と、
    この接着層により前記第１の基板の裏面が表面に接着された可撓性を有する第２の基板と、
    を具備することを特徴とする電子装置。
  2. 前記接着層は、アクリル系接着剤またはアクリル系粘着剤であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
  3. 表面に薄膜トランジスタが形成された薄膜状の第１の基板と、
    この第１の基板の裏面に塗布され、８０℃での弾性率が１．０×１０３［Ｐａ］以上、２．１×１０４［Ｐａ］以下の透明な接着層と、
    この接着層により前記第１の基板の裏面が表面に接着された可撓性を有する第２の基板と、
    を具備することを特徴とする表示装置。
  4. 前記接着層は、透明になる程度の薄さで塗布された有色の接着層であることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
  5. 前記接着層は、アクリル系接着剤またはアクリル系粘着剤であることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
  6. 前記第１の基板上にスペーサを介して形成され、表面に透明導電膜を有する対向基板と、
    この対向基板と前記第１の基板との間に充填された液晶層と、
    を具備することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の表示装置。
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