JP2010262897A

JP2010262897A - 有機半導体装置

Info

Publication number: JP2010262897A
Application number: JP2009114501A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Shimoji; 規之下地
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2010-11-18

Abstract

【課題】内部への酸素や水分の侵入を抑制し、且つ基板の割れを防止できるフレキシブルな有機半導体装置を提供する。
【解決手段】プラスティック膜１１とガラス板１２を積層してなり、ガラス板１２の端面１２０がプラスティック膜１１の端面１１０よりも内側にある基板１０と、基板１０上に配置され、有機半導体層２２を有する積層体２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機半導体層を有する有機半導体装置に関する。

近年、有機半導体中に注入された電子と正孔の再結合を利用して発光する有機エレクトロルミネセンス（有機ＥＬ）素子等の、有機半導体層を有する半導体装置（以下において、「有機半導体装置」という。）が実用化されている。

プラスティック膜からなる基板上に半導体層を積層して有機半導体装置を形成することにより、曲げることが可能な可撓性を有するフレキシブルな有機半導体装置を実現できる。しかし、プラスティック膜を基板に用いた場合には、有機半導体装置内部への酸素や水分の侵入を防ぐことができず、有機半導体層が変質する等して有機半導体装置の品質が劣化する。

一方、ガラス板を基板に使用した場合には、上記のような酸素や水分の侵入による有機半導体装置の品質の劣化を防止できる（例えば、特許文献１参照。）。ただし、フレキシブルな有機半導体装置を実現するためには、基板であるガラス板の厚さを薄くする必要がある。

特開２００７−１０３０４８号公報

しかしながら、薄いガラス板を基板に用いた有機半導体装置に外部から衝撃が加わった場合に、ガラス板が割れやすいという問題がある。これは、ガラス板の微小な傷（クラック）を起因として、ガラス板が割れるためである。このクラックは、ガラス板の端部に多く存在することが分かっている。つまり、有機半導体装置を曲げた時や落下時等に、ガラス板の端部のクラックに応力が集中することでガラス板が割れると推定される。

上記問題点に鑑み、本発明は、内部への酸素や水分の侵入を抑制し、且つ基板の割れを防止できるフレキシブルな有機半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、プラスティック膜とガラス板を積層してなり、ガラス板の端面がプラスティック膜の端面よりも内側にある基板と、基板上に配置され、有機半導体層を有する積層体とを備える有機半導体装置が提供される。

本発明によれば、内部への酸素や水分の侵入を抑制し、且つ基板の割れを防止できるフレキシブルな有機半導体装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る有機半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。本発明の第１の実施形態に係る有機半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その１）。本発明の第１の実施形態に係る有機半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その２）。本発明の第１の実施形態に係る有機半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その３）。本発明の第１の実施形態に係る有機半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その４）。本発明の第２の実施形態に係る有機半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。

次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す第１及び第２の実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る有機半導体装置１は、図１に示すように、プラスティック膜１１とガラス板１２を積層してなり、ガラス板１２の端面１２０がプラスティック膜１１の端面１１０よりも内側にある基板１０と、基板１０上に配置され、有機半導体層２２を有する積層体２０とを備える。ここで、「内側」とは、図１からも明らかなように、基板１０の主面方向に沿って基板１０の主面の中心側である。基板１０の主面方向とは、基板１０の厚さ方向と垂直な方向である。

有機半導体装置１では、基板１０のガラス板１２上に積層体２０が形成されている。ガラス板１２によって積層体２０への酸素や水分の侵入を防ぐため、積層体２０に近い位置にガラス板１２を配置することが好ましいためである。なお、詳細は後述するが、図１に示した有機半導体装置１は、基板１０から外部に光Ｌを出射する有機ＥＬ素子である。

図１に示すように、ガラス板１２の端面１２０は、プラスティック膜１１の端面１１０より、基板１０の主面方向に沿って距離ｔ１だけ基板１０の主面の中心方向に後退させられている。これにより、ガラス板１２の端面１２０がプラスティック膜１１の端面１１０よりも内側に位置している。

上記のように、プラスティック膜１１の端面１１０がガラス板１２の端面１２０よりも外側、即ち基板１０の主面方向に沿って基板１０の外縁側に位置しているため、例えば有機半導体装置１が落下したり外部の物体に衝突したりした場合等において、有機半導体装置１の横方向からの衝撃はプラスティック膜１１の端部に加わる。このため、プラスティック膜１１の端部がクッションの役割を果たし、ガラス板１２の端部に加わる応力が緩和される。

既に説明したように、ガラス板１２の割れる原因は、ガラス板１２の端部に多く存在するクラックに応力が集中するためである。したがって、ガラス板１２の端部に加わる応力が緩和されるため、図１に示した有機半導体装置１においてはガラス板１２の割れが防止される。

有機半導体装置１の積層体２０の上方にはカバー膜３０が配置され、有機半導体装置１の上方からの衝撃によってガラス板１２の端部に加わる応力が緩和される。

更に、図１に示したように、有機半導体装置１の側面方向から見て、カバー膜３０の端面３００の上端Ｅ３とプラスティック膜１１の端面１１０の上端Ｅ１とを結ぶ破線で示した仮想直線Ｄよりも、ガラス板１２の端面１２０を内側に配置する。つまり、ガラス板１２の端面１２０を基板１０の主面の中心方向に後退させて、仮想直線Ｄとガラス板１２が交差しないようにする。上記のようにカバー膜３０を配置することにより、上方や斜め上方から有機半導体装置１に加わる衝撃に対してカバー膜３０及びプラスティック膜１１がクッションの役割を果たし、ガラス板１２の端部に加わる応力が緩和される。

プラスティック膜１１の端面１１０とガラス板１２の端面１２０間の基板１０の主面方向に沿った距離ｔ１は、積層体２０の膜厚やガラス板１２の厚さ等に応じて設定されるが、例えば１０μｍ程度である。

また、有機半導体装置１が可撓性を有するため、有機半導体装置１が曲げられたりひねられたりした場合に、基板１０においては端部よりも中心部に近い領域で曲げ半径は大きい。このため、ガラス板１２の端部に加わる応力が緩和される。有機半導体装置１が可撓性を有するためには、ガラス板１２の厚さは１００μｍ以下であることが好ましく、ガラス板１２の厚さが５０μｍ以下であることがより好ましい。なお、ガラス板１２を安定して形成するためには、一般的にガラス板１２の厚さは３０μｍ以上程度である。

また、図１に示したように、端面１２０の上端の角を削るようにガラス板１２の端部は面取りされており、ガラス板１２の厚さ方向に対して端面１２０は傾斜している。このようにガラス板１２がテーパー形状を有するため、有機半導体装置１に外部から衝撃が加わった際に、ガラス板１２の端部が欠けることを防止できる。

プラスティック膜１１には、ポリエチレンナレフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンサクシネート（ＰＥＳ）等が採用可能である。ガラス板１２には種々のガラスが使用可能であるが、例えば安価なアルカリガラスが使用可能である。

図１に示した有機半導体装置１は有機ＥＬ素子であり、積層体２０は、透明電極層２１、有機半導体層２２、金属電極層２３を順に積層した構造である。透明電極層２１及び金属電極層２３は、有機半導体層２２にキャリアを供給する電極層である。有機半導体装置１では、透明電極層２１をアノード電極とし、金属電極層２３をカソード電極として有機半導体層２２にキャリアを供給し、有機半導体層２２で光を発生させる。

透明電極層２１には、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）或いは酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）等の酸化物系透明電極が採用可能である。また、金属電極層２３には、マグネシウム−銀の合金（ＭｇＡｇ）膜、アルミニウム（Ａｌ）膜等が採用可能である。

有機半導体層２２は、例えば正孔輸送層と電子輸送層とが積層された構造である。この場合、正孔輸送層にジフェニルナフチルジアミン（ＮＰＤ）膜等が採用可能であり、電子輸送層にキノリノールアルミ錯体（Ａｌｑ₃）膜等が採用可能である。なお、正孔輸送層と電子輸送層の間に発光層を配置してもよい。更に、有機半導体層２２が、正孔注入層、電子注入層等を備えてもよい。

例えば有機半導体層２２が正孔輸送層と電子輸送層との積層体である場合、透明電極層２１から正孔輸送層に正孔が供給され、金属電極層２３から電子輸送層に電子が供給される。そして、正孔と電子の再結合を利用して発生した光が有機半導体層２２から放出され、透明電極層２１及び基板１０を透過して、有機半導体装置１の外部に光Ｌが出射される。正孔輸送層にＮＰＤ膜、電子輸送層にＡｌｑ₃膜をそれぞれ採用した場合には、電子輸送層から光Ｌが出射される。

金属電極層２３上には、パッシベーション膜２４が配置されている。ガラス板１２が基板１０方向からの酸素や水分の浸入を防止するのに対して、パッシベーション膜２４は、カバー膜３０方向からの酸素や水分の浸入を防止する。パッシベーション膜２４には、シリコン酸窒化（ＳｉＯＮ）膜、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜、或いはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）膜等の無機絶縁膜が採用可能である。

カバー膜３０は、接着材２５を介して積層体２０上及びパッシベーション膜２４上に配置されている。カバー膜３０には、ＰＥＮ、ＰＥＴ、ＰＥＳ等のプラスティック若しくはステンレス、銅（Ｃｕ）等の金属、又はこれらのプラスティックと金属の複合材が採用可能である。接着材２５の材料は、カバー膜３０の材質等に応じて選択されるが、エポキシ樹脂等が使用される。例えば、カバー膜３０がＰＥＴからなる場合、光硬化性エポキシ樹脂が接着材２５に使用可能である。

なお、カバー膜３０に金属膜を使用する等してカバー膜３０方向から積層体２０への酸素や水分の浸入が防止される場合には、必ずしもパッシベーション膜２４を配置しなくてもよい。

図１に示したように、金属電極層２３の一部が接着材２５の外部において基板１０上に配置されている。また、透明電極層２１に接続する引き出し電極２１１の一部が、接着材２５の外部において基板１０上に配置されている。このため、透明電極層２１及び金属電極層２３に、有機半導体装置１の外部から電圧又は電流を印加できる。引き出し電極２１１には、例えば金属電極層２３と同様に、ＭｇＡｇ膜やＡｌ膜等が採用可能である。

以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る有機半導体装置１では、基板１０がプラスティック膜１１と薄いガラス板１２からなるため、有機半導体装置１内部への酸素や水分の侵入を防止すると共に、有機半導体装置１に可撓性を持たせることができる。また、ガラス板１２を薄くすることにより、有機半導体装置１の重量を軽くできる。そして、ガラス板１２の端面１２０をプラスティック膜１１の端面１１０よりも内側にすることにより、有機半導体装置１の製造時や製造後にガラス板１２の端部に加わる応力の集中が緩和されて、ガラス板１２が割れることを防止できる。その結果、図１に示した有機半導体装置１によれば、内部への酸素や水分の侵入を抑制し、且つ基板１０の割れを防止できるフレキシブルな有機半導体装置を実現することができる。

図２〜図５を参照して、本発明の第１の実施形態に係る有機半導体装置１の製造方法を説明する。なお、以下に述べる有機半導体装置１の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。

（イ）図２に示すように、プラスティック膜１１とガラス板１２を張り合わせた基板１０を用意する。プラスティック膜１１の厚さは１００μｍ〜２００μｍ程度である。ガラス板１２の厚さは１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下である。

（ロ）ガラス板１２上の全面にフォトレジスト膜４００を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジスト膜４００を所定のパターンに形成する。その後、図３に示すように、フォトレジスト膜４００をエッチングマスクにして、フッ化水素（ＨＦ）等を用いてガラス板１２の周辺領域をエッチングする。これにより、ガラス板１２の端面１２０がプラスティック膜１１の端面１１０よりも内側になる。なお、等方性エッチングによってガラス板１２をエッチングすることにより、図３に示したようにガラス板１２の端部がテーパー形状をなすようにガラス板１２はエッチングされる。このため、ガラス板１２の端面１２０は傾斜し、ガラス板１２はテーパー形状を有する。

（ハ）フォトレジスト膜４００を除去した後、基板１０上に透明電極層２１を形成する。例えば、透明電極層２１としてＩＴＯをスパッタ法等により厚さ１００ｎｍ程度形成する。その後、図４に示したように、フォトリソグラフィ技術を用いて透明電極層２１を所望のパターンに形成する。例えば透明電極層２１がＩＴＯ膜である場合、王水等の薬液を用いて透明電極層２１をエッチングする。

（ニ）次いで、蒸着法等によって有機半導体層２２を形成する。例えば、シャドーマスクを用いて有機半導体を蒸着することにより、有機半導体層２２を所望の形状に形成する。その後、金属電極層２３と引き出し電極２１１を形成する。例えば、全面に形成したＡｌ膜を、フォトリソグラフィ技術を用いて所望の形状にパターニングすることによって、金属電極層２３と引き出し電極２１１を同時に形成する。更に、スパッタ法や化学気相成長（ＣＶＤ）法等により膜厚１００ｎｍ程度で形成した無機絶縁膜を、積層体２０の上方に残すようにフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングしてパッシベーション膜２４を形成し、図５の構造断面図を得る。

（ニ）次に、接着材２５によってカバー膜３０を基板１０に張り合わせることにより、図１に示した有機半導体装置１が完成する。例えば、接着材２５の膜厚は２０μｍ〜３０μｍ程度、カバー膜３０の膜厚は５０μｍ〜１００μｍ程度である。

なお、既に述べたように、カバー膜３０に金属膜を使用した場合には、必ずしもパッシベーション膜２４を形成しなくてもよい。

上記のような本発明の第１の実施形態に係る有機半導体装置１の製造方法によれば、ガラス板１２の端面１２０をプラスティック膜１１の端面１１０よりも内側にすることにより、ガラス板１２の端部に加わる応力の集中が緩和されて、ガラス板１２が割れることを防止できる。このため、内部への酸素や水分の侵入を抑制し、且つ基板１０の割れを防止できるフレキシブルな有機半導体装置１を提供することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る有機半導体装置１を図６に示す。図６に示す有機半導体装置１では、ガラス板１２の端面１２０が、基板１０の主面方向に沿って距離ｔ２だけカバー膜３０の端面３００よりも内側に配置されている。図６に示す有機半導体装置１のその他の構成については、図１に示した第１の実施形態と同様である。

図６に示した有機半導体装置１では、カバー膜３０の端部がガラス板１２の端部に対してオーバーラップした形状であるため、有機半導体装置１の上方や斜め上方からの衝撃に対してカバー膜３０がクッションの役割を果たし、ガラス板１２の端部に加わる応力が緩和される。更に、有機半導体装置１の横方向からの衝撃に対して、プラスティック膜１１の端部とカバー膜３０の端部がクッションの役割を果たす。このため、有機半導体装置１の製造時や製造後にガラス板１２の端部に加わる応力が緩和される。

ガラス板１２の端面１２０に対してカバー膜３０の端面３００をオーバーラップさせる距離ｔ２は任意に設定可能であるが、例えば距離ｔ２は５μｍ程度に設定される。

図６に示すように、ガラス板１２の端部に対してカバー膜３０の端部がオーバーラップしているため、積層体２０全体が接着材２５に覆われる。このため、有機半導体層２２にキャリアを供給するために、金属電極層２３と引き出し電極２１１のそれぞれ一部が接着材２５の外側まで延伸している。つまり、金属電極層２３と引き出し電極２１１それぞれは、ガラス板１２上からプラスティック膜１１のガラス板１２が配置されていない周辺領域上に渡って連続的に配置されている。これにより、プラスティック膜１１上で金属電極層２３と引き出し電極２１１の一部が有機半導体装置１の外部に露出し、有機半導体装置１の外部から積層体２０に電圧又は電流を印加できる。

図６に示した有機半導体装置１によれば、ガラス板１２の端面１２０をカバー膜３０の端面３００よりも内側に配置することによって、ガラス板１２の端部に加わる応力の集中が緩和されて、ガラス板１２が割れることを防止できる。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。

以上に説明したように、本発明の第２の実施形態に係る有機半導体装置１によれば、内部への酸素や水分の侵入を抑制し、且つ基板１０の割れを防止できるフレキシブルな有機半導体装置を実現することができる。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

既に述べた第１及び第２の実施形態においては、有機半導体装置１が有機ＥＬ素子である場合を例示的に説明したが、有機ＥＬ素子以外の有機半導体層を有する半導体装置であってもよい。例えば、有機半導体装置１が有機薄膜層をチャネル領域として使用する有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）の場合に、本発明は適用可能である。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の有機半導体装置は、有機半導体層を有する半導体装置を製造する製造業を含む電子機器産業に利用可能である。

Ｌ…光
１…有機半導体装置
１０…基板
１１…プラスティック膜
１２…ガラス板
２０…積層体
２１…透明電極層
２２…有機半導体層
２３…金属電極層
２４…パッシベーション膜
２５…接着材
３０…カバー膜
１１０、１２０、３００…端面
２１１…引き出し電極
４００…フォトレジスト膜

Claims

プラスティック膜とガラス板を積層してなり、前記ガラス板の端面が前記プラスティック膜の端面よりも内側にある基板と、
前記基板上に配置され、有機半導体層を有する積層体と
を備えることを特徴とする有機半導体装置。
前記積層体の上方に配置されたカバー膜を更に備え、前記カバー膜の端面の上端と前記プラスティック膜の端面の上端とを結ぶ直線よりも前記ガラス板の端面が内側にあることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体装置。
前記ガラス板の端面が、前記カバー膜の端面よりも内側にあることを特徴とする請求項２に記載の有機半導体装置。
前記積層体が前記有機半導体層にキャリアを供給する電極層を有し、前記ガラス板上から前記プラスティック膜の前記ガラス板が配置されていない周辺領域上に渡り前記電極層が連続的に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の有機半導体装置。
前記カバー膜が、プラスティック若しくは金属、又はプラスティックと金属の複合材からなることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の有機半導体装置。
前記ガラス板の端部が面取りされ、前記ガラス板がテーパー形状を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機半導体装置。
前記プラスティック膜が、ポリエチレンナレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンサクシネートのいずれかからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機半導体装置。
前記積層体が、透明電極層、前記有機半導体層、金属電極層を順に積層した構造であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の有機半導体装置。
前記有機半導体層が、正孔輸送層と電子輸送層を有することを特徴とする請求項８に記載の有機半導体装置。