JP2010511305A - フォトクロミックバリア層を有するプリント電子基板 - Google Patents

Abstract

光感受性プリンテッドエレクトロニクス基板のための保護用フォトクロミックバリア層が提供される。絶縁基板１０上の光感受性半導体デバイス１２は、導電体によって電気的に接続されている。フォトクロミック染料２２を含むバリア層２０は、光感受性半導体デバイス１２の一部又は全てを覆う。可視光、赤外線光、又は紫外線光に晒されたとき、フォトクロミック染料２２はその化学的構造を変化させると共に、光感受性半導体デバイスに衝突する可視又は不可視光線の選択された波長の量を減少させる。可視光、赤外線光、又は紫外線光が除去されたとき、フォトクロミック染料２２は初期の化学構造に戻るか、或いは変化した状態のまま維持される。

Description

本発明は、プリント電気回路に関連し、さらに詳しくは、電磁放射に反応する保護層を有するプリント電子基板に関する。

半導体材料を含む電子デバイスは、しばしば、可視光線の影響を受けやすいことが知られている。つまり、半導体媒質に衝突する光子が異常な電気転移を引き起こし、それによってデバイスが損傷を受けたり、スプリアス信号が生成されたりすることがある。デバイスを光学的に不透明な材料で封入すれば上記の問題を防ぐことはできる。しかしながら、この方法は、すべての半導体デバイスに適用できるわけではない。不透明材料を用いた封入は、表示品位検査及び／又はパターン認識を困難にし、デバイスからの光の出射を妨げてしまう。加えて、感光性プリンテッドエレクトロニクスの中には、可視光線及び／又は非可視光線の特定周波数への露出が電気性能に有益である特殊な性質を有しているものもある。これらの場合、光バリアを恒久的に設けてしまうのは実用性に欠ける。

ところが、多くのデバイスでは、これらの周波数への長期に亘る露出により悪影響が受けるため、何らかの光バリアを設けることが望まれている。従来、このジレンマを解決するために機械式のシャッター機構を使用することも試みられている。しかしながら、小型マイクロエレクトロニクスの最近での世界的な利用を考慮すれば、明らかに実用的ではない。

誘電体基板上の感光性半導体デバイスは、導体により電気的に接続されている。フォトクロミック染料を含有するバリア層は、感光性半導体デバイスの一部又は全てを覆うように設けられている。可視光線、赤外線、或いは紫外線に晒されると、フォトクロミック染料は、その化学構造を変化させると共に、感光性電子デバイスに衝突する光の量を減少させる。可視光線又は非可視光線を除去する際、フォトクロミック染料は、最初の構造に戻るか、或いは変化した状態に維持される。

本発明の実施形態に係るフォトクロミックバリア層により保護された感光性回路を示す一部破断斜視図。 本発明の実施形態に係る感光性電子部品を覆うフォトクロミックバリア層における図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。 本発明の実施形態に係るフォトクロミック染料を付加した場合と付加しない場合とにおける絶縁保護コーティングの吸光度と周波数との関係を示すグラフ。

別々の図面を通じて同じ部材番号が同一、又は機能的に類似した要素を示し、また本明細書に組み込まれるか、或いはその一部をなす詳細な説明は、実施形態をさらに例示すると共に、本発明の原理及びそれによる利点等を説明するために用いられる。

図中の構成要素が単純化され明瞭になるよう示され、必ずしも実寸に従い図示されていないことは、当業者にとって明らかである。例えば、本発明の実施形態の理解を深めるため、図中の構成要素のうちの幾つかは、その寸法が他の要素よりも誇張されている。

本発明の実施形態の詳細な説明に先立ち、本実施形態がプリント電子基板に用いられるフォトクロミックバリア層に関連する方法及び装置を構成する要素の組み合わせに関するものであることに留意すべきである。

従って、適切である場合、装置構成要素及び方法は、従来から用いられている記号により表されており、また、当業者により既に周知である細部の記述を不明瞭にしないため、本発明の実施例の理解を深めるものの詳細についてのみを示す。

本明細書において、第一及び第二、上部及び下部などの相対関係を表す文言は、ある部材又は動作を、他の部材又は動作と区別するために使用されるものであり、必ずしもそれらの部材間又は動作間にそのような関係や順番が実際に存在することを必要としたり、示唆したりするものではない。ここで使用される「からなる」、「構成されている」との文言、又はそれらと同等の他の表現は、非排除的な包括関係を意味しており、列挙される要素からなる処理、方法、物品、又は装置は、これらの要素のみを含むものではなく、明示されないか又は固有の処理、方法、物品、装置等の他の要素を含むこともある。「…からなる」に由来する構成要素は、更なる制限を伴うことなく、その構成要素からなる処理、方法、物品又は装置中に追加された同一の構成要素の存在を排除するものではない。「光」の使用は、可視領域の光と赤外線（ＩＲ）、近赤外線、紫外線（ＵＶ）及び遠紫外線領域の光またはその一部を含むことを目的としている。「半導体」としては、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素などの一般的な無機物を有する半導体が挙げられ、さらに、ペンタセンやカーボンナノチューブを含有する有機物やエレクトロルミネセンス部などの有機物も挙げられる。

ここで説明される本発明の実施形態は、従来からの一又は複数原料や処理方法により構成されていることは明らかである。従って、方法及びそれらの作用をもたらす手段を本明細書において説明した。当業者にとって、必要な時間、現在の技術水準、及び経済状況により可能性のある多様な設計上の選択肢やかなりの努力を必要とすることが予想されるにもかかわらず、本詳細な説明に開示される思想及び原理によれば、最小限の実験でフォトクロミック保護基板を容易に作製できるであろう。

ここで、図１に示すように、絶縁基板１０は、同基板に物理的に取り付けられた一以上の感光性電子デバイス１２を備える。デバイス１２は、電気的に互いに相互接続されると共に、他のデバイス（図示しない）に対し光学的に接続され、及び／又はコンタクト或いは端子（図示しない）に対し複数の導電体１４によって従来の方法で相互接続されている。導電体１４は、基板１０上に配置されている。感光性デバイス１２は、従来の半導体デバイス、例えば、トランジスタ、トランジスタアレイ、シリコン集積回路チップであってもよく、或いは、プリント有機部品、例えば、発光画素、反射画素であってもよい。発光及び／又は反射画素は、一連の印刷工程、例えば、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、インクジェット、ディスペンシング、及びフレキソ印刷によって基板上に形成されている。例えば、第１の電極が基板上に形成され、その第１の電極上に絶縁層がプリント形成され、さらにその絶縁層上にエレクトロルミネセンス層がプリント形成又は積層され、さらにその上に一以上の第２の電極が設けられてエレクトロルミネセンス画素が形成される。これらの感光性電子デバイス１２は、可視光線の影響を受け易いことが一般に知られている。例えば、半導体媒質に衝突する光子が異常な電気転移を引き起こし、それによってデバイスが損傷を受けたり、スプリアス信号が生成されたりすることがある。更に、いくらかの感光性プリント電子部品は、可視及び／又は不可視光線の特定の波長に対する初期暴露がその電子部品の性能に有益であるという特有の特徴を有している。

ここで、図１及び図２に示すように、感光性デバイス１２はバリア層で覆われている。そのバリア層の材料は、光の選択波長からデバイスを保護すべく、その光の選択波長をフィルタリングする。バリア層２０は、光に晒される前に特定のスペクトルを吸収する一種類以上のフォトクロミック材料２２を含むポリマー、紙、又は絶縁保護コーティングからなる。バリア層として利用される材料の適切な例として、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアクリル酸塩、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、及びポリシロキサンからなる膜又はコーティングが挙げられる。図２に示すように、フォトクロミック材料２２は、バリアポリマ２０の表面上のコーティングとして組み込まれてもよく、或いは、ポリマトリクス内に分散されてもよい。一実施形態は、周辺光に晒されるが、第１の状態で３２０〜６５０ナノメートル（ｎｍ）の範囲の光を効果的に放射する吸収スペクトルを有するフォトクロミック材料を組み込む。フォトクロミック材料は、感光性デバイスに衝突する選択された波長に光の量を低減するように、異なる吸収スペクトルを有する別の状態へと化学変換を受ける。光を吸収するように化学構造を変化させるフォトクロミック材料の例として、トリアリルメタン、スチルベン、アザスチルベン、ニトロン、フルギド、スピロピラン、ナフトピラン、スピロナフトオキサジン、及びスピロオキサジンが挙げられる。更に図示するように、フォトクロミック材料が第１の状態にあるときにバリア層２０に達する選択された波長の放射光２４は、感光性デバイス１２に衝突する（２５）ようにフォトクロミック材料及びバリア層を通じて変化せずに通過する。周辺光の環境に変化が生じる場合、フォトクロミック材料は第２の状態へとその化学構造を変化させ、入射光２６がフォトクロミック材料によって吸収されて、感光性デバイスに衝突する光の量が低減される。光の減少量は、バリア層２０内／上に組み込まれるフォトクロミック材料の種類や量に応じて変化し、１％未満から９０％の範囲で低減する。周辺光の環境が初期状態に戻る場合、フォトクロミック材料は元の化学構造に選択的に戻るため、光の選択波長を再び放射する。他のフォトクロミック材料は、構造上、永続的な変化の特性を示すため、元には戻らない。これにより、デバイスに達する選択波長の光の量は、低減されたレベルに維持される。化学的組成の賢明な選択により、設計者は、所望の保護特性を有するように製品を完成させることができる。図示するように、アクアグリーン（ジェームスロビンソン社、品番７５３９−Ｒ）から市販されている波長６１７ｎｍのフォトクロミック材料「REVERSACOL（登録商標）」を含有する絶縁コーティングを形成することにより、約３８０ｎｍのピーク吸収率を有する感光性プリント有機半導体デバイスを保護した。フォトクロミック染料の好ましい種類は、使用される半導体の種類に応じて決まる。いずれの場合にも、フォトクロミック膜／コーティングの吸収率は、半導体の吸収率よりも支配的である。

図３は、フォトクロミック染料を含有するもの３２、フォトクロミック染料を含有しないもの３４の双方の絶縁コーティングシステムに関する吸収スペクトルを示す。図より、フォトクロミック染料を含有するシステムにおいて、約４００ナノメートル付近で本質的な吸収が生じることは明らかである。

要約すると、可視光、赤外線光、又は紫外線光の選択波長のフィルタリングを時間制御可能な膜を形成するために、可逆的及び／又は非可逆的なフォトクロミック染料が透明バリア材料と共に使用される。得られるバリア材料は、バリア膜の初期の光学的な状態を変化させることはないが、その光学的な状態は、光の選択波長に晒された後にしか変化しない。同様に、一旦、放射源が取り除かれると、膜の光学特性はその初期状態に戻る。必要な製品属性に基づき膜をカスタマイズするため、広範囲の波長及び光分散動力学を採用してもよい。それらは、最適なプリント電子部品の動作に関してこれらの波長を「絞ったり」、選択的にフィルタリングして除去可能な「スマート」バリア膜システムを形成するために、４１８〜６１８ｎｍの範囲のピーク強度吸収のために作製されて、品質検査工程に影響を与えることなく、最適なデバイス性能をもたらすことになる。

上述の明細書において、本発明の具体的な実施形態について説明した。しかしながら、添付の特許請求の範囲に記載した本発明の範囲を逸脱することなく、種々の改変及び変更が可能であることを当業者は認識するであろう。従って、本明細書及び図面は、限定的なものではなく、むしろ例示的なものとして認識されるべきであり、そのような全ての改変は、本発明の範囲内に含まれることが意図される。利点、効果、課題に対する解決方法、及び、任意の利点、効果、又は課題に対する解決方法を生じ、或いはより断言されるものとなる任意の要素は、任意又は全ての請求項の決定的な、必要な又は本質的な特徴、或いは要素であると解釈されるべきではない。本発明は、本願の係属中になされた全ての補正を含む添付の特許請求の範囲、及び発行された特許請求の範囲の全ての均等物のみによって定義されるものである。

Claims (20)

1. 波長感受性電子デバイスを保護するためのフォトクロミック材料を有するプリンテッドエレクトロニクス基板であって、
   上部に一又は複数の能動電子デバイスを有する絶縁基板であって、前記能動電子デバイスは、可視又は不可視光線の選択された波長に反応する絶縁基板と、
   前記絶縁基板上に設けられ、前記能動電子デバイスに対し電気的に接続されている複数の導電体と、
   前記能動電子デバイス上に設けられ、前記選択された波長から前記能動電子デバイスを保護するように、周辺光の変化に応じて前記選択された波長の光をフィルタリングするためのフォトクロミック分子を含むバリア層と
   を含むプリンテッドエレクトロニクス基板。
2. 請求項１記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
   前記バリア層は、ポリマー、紙、又は絶縁保護コーティングからなるプリンテッドエレクトロニクス基板。
3. 請求項２記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
   前記バリア層は、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアクリル酸塩、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、及びポリシロキサンからなる群より選択される一又は複数のポリマーからなるプリンテッドエレクトロニクス基板。
4. 請求項２記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
   前記バリア層は、更に、前記複数の導電体を覆うプリンテッドエレクトロニクス基板。
5. 請求項１記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
   前記一又は複数の能動電子デバイスは半導体デバイスからなるプリンテッドエレクトロニクス基板。
6. 請求項１記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
   前記一又は複数の能動電子デバイスは、トランジスタ、発光画素、及び反射画素からなる群より選択されるプリンテッドエレクトロニクス基板。
7. 請求項１記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
   前記フォトクロミック分子は、トリアリルメタン、スチルベン、アザスチルベン、ニトロン、フルギド、スピロピラン、ナフトピラン、スピロナフトオキサジン、及びスピロオキサジンからなる群より選択されるプリンテッドエレクトロニクス基板。
8. 請求項１記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
   前記フォトクロミック分子は、前記バリア層上に配置される層からなるプリンテッドエレクトロニクス基板。
9. 請求項１記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
   前記フォトクロミック分子は、前記バリア層の内部に配置されるプリンテッドエレクトロニクス基板。
10. 波長感受性電子デバイスを保護するためのフォトクロミック材料を有するプリンテッドエレクトロニクス基板であって、
    上部に一又は複数の能動電子デバイスを有する絶縁基板であって、前記能動電子デバイスは、可視又は不可視光線の選択された波長に対し少なくとも部分的に反応する絶縁基板と、
    前記絶縁基板上に設けられ、前記能動電子デバイスに対し電気的に接続されている複数の導電体と、
    前記能動電子デバイス上に設けられ、一又は複数のフォトクロミック染料からなるバリア層とを備え、
    所定の周期の電磁放射に晒されたとき、前記フォトクロミック染料は、前記能動電子デバイスに衝突する可視又は不可視光線の選択された波長の量を減少させるように前記フォトクロミック染料の化学構造を変化させるプリンテッドエレクトロニクス基板。
11. 請求項１０記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
    所定の周期の電磁放射が除去されたとき、前記フォトクロミック染料は初期の化学構造に戻るプリンテッドエレクトロニクス基板。
12. 請求項１０記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
    所定の周期の電磁放射が除去されたとき、前記フォトクロミック染料は初期の化学構造には戻らずに、前記能動電子デバイスに衝突する可視又は不可視光線の選択された波長の量が減少した状態のまま維持されるプリンテッドエレクトロニクス基板。
13. 請求項１０記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
    前記バリア層は、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアクリル酸塩、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、及びポリシロキサンからなる群より選択される一又は複数のポリマーからなるプリンテッドエレクトロニクス基板。
14. 請求項１０記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
    前記フォトクロミック染料は、トリアリルメタン、スチルベン、アザスチルベン、ニトロン、フルギド、スピロピラン、ナフトピラン、スピロナフトオキサジン、及びスピロオキサジンからなる群より選択されるプリンテッドエレクトロニクス基板。
15. 保護用フォトクロミックバリア層を有する光感受性プリンテッドエレクトロニクス基板であって、
    上部に一又は複数の光感受性半導体デバイスを有する絶縁基板であって、前記光感受性半導体デバイスは、可視又は不可視光線の選択された波長に対し少なくとも部分的に反応する絶縁基板と、
    前記絶縁基板上に設けられ、一又は複数の光感受性半導体デバイスに対し電気的に接続されている複数の導電体と、
    前記光感受性半導体デバイスの少なくとも一部を覆うように設けられ、第１吸収スペクトルを有する一又は複数のフォトクロミック染料からなるバリア層とを備え、
    所定の周期の電磁放射に晒されたとき、前記フォトクロミック染料は、前記光感受性半導体デバイスに衝突する可視又は不可視光線の選択された波長の量を減少させるように第２吸収スペクトルを示す第２の状態に前記フォトクロミック染料の化学構造を変化させるプリンテッドエレクトロニクス基板。
16. 請求項１５記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
    前記バリア層は、ポリマー、紙、又は絶縁保護コーティングからなるプリンテッドエレクトロニクス基板。
17. 請求項１５記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
    前記バリア層は、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアクリル酸塩、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、及びポリシロキサンからなる群より選択される一又は複数のポリマーからなるプリンテッドエレクトロニクス基板。
18. 請求項１５記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
    前記フォトクロミック染料は、トリアリルメタン、スチルベン、アザスチルベン、ニトロン、フルギド、スピロピラン、ナフトピラン、スピロナフトオキサジン、及びスピロオキサジンからなる群より選択されるプリンテッドエレクトロニクス基板。
19. 請求項１５記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
    所定の周期の電磁放射が除去されたとき、前記フォトクロミック染料は初期の化学構造に戻るプリンテッドエレクトロニクス基板。
20. 請求項１５記載のプリンテッドエレクトロニクス基板において、
    所定の周期の電磁放射が除去されたとき、前記フォトクロミック染料は初期の化学構造には戻らずに、前記光感受性半導体デバイスに衝突する可視又は不可視光線の選択された波長の量が減少したレベルのまま維持されるプリンテッドエレクトロニクス基板。

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