JP2017212365A - 半導体装置用基板および表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】バリア性能を向上させることが可能な半導体装置用基板および表示装置を提供する。【解決手段】この半導体装置用基板は、基板と、基板上に形成されると共に、水分バリア性を有する第１の無機材料層と、第１の無機材料層上に形成され、有機材料を含むと共に剥離抑制機能を有する機能層とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、半導体装置の水分バリアとして用いられる半導体装置用基板と、それを備えた表示装置に関する。
例えばフレキシブルパネル等を用いた半導体装置には、フロントプレーンおよびバックプレーンへの水分の浸入を防ぐために、無機膜と有機膜とを積層させてなる水分バリアが用いられている（例えば、特許文献１）。
特表２００２−５３２８５０号公報
水分バリアでは、無機膜の上に有機膜を積層させることで、バリア性能を向上させることができるが、膜同士の密着性が悪く、剥がれ易い。結果として、バリア性能が低下し、半導体素子の特性不良あるいは特性低下につながる。
バリア性能を向上させることが可能な半導体装置用基板および表示装置を提供することが望ましい。
本開示の一実施の形態の半導体装置用基板は、基板と、基板上に形成されると共に、水分バリア性を有する第１の無機材料層と、第１の無機材料層上に形成され、有機材料を含むと共に剥離抑制機能を有する機能層とを備えたものである。
本開示の一実施の形態の表示装置は、基板と、基板上に形成されると共に、水分バリア性を有する第１のバリア膜と、第１のバリア膜上に形成されると共に、複数の画素を有する素子部とを備え、第１のバリア膜は、基板の側から順に、水分バリア性を有する第１の無機材料層と、第１の無機材料層上に形成され、有機材料を含むと共に剥離抑制機能を有する機能層とを有するものである。
本開示の一実施の形態の半導体装置用基板および表示装置では、基板上に形成された第１の無機材料層により水分の透過が抑制されるが、この第１の無機材料層では、成膜プロセスに起因して膜中に欠陥を含むことが多く、これによりバリア性能が低下し易い。第１の無機材料層上に、有機材料を含む機能層が形成されることで、そのような第１の無機材料層の欠陥によるバリア性能の低下が抑制される。ところが、第１の無機材料層に対し、有機材料は密着性が悪く剥がれ易い。有機材料を含む機能層が剥離抑制機能を有することで、第１の無機材料層と機能層との間の剥離が抑制され（密着性が向上し）、剥離によるバリア性能の低下が抑制される。
本開示の一実施の形態の半導体装置用基板および表示装置では、基板上に形成された第１の無機材料層の上に、有機材料を含む機能層を形成するようにしたので、第１の無機材料層の膜質に起因するバリア性能の低下を抑制することができる。また、この機能層が剥離抑制機能を有することにより、第１の無機材料層と機能層とが剥がれにくくなり、剥離によるバリア性能の低下を抑制することができる。よって、バリア性能を向上させることが可能となる。
尚、上記内容は本開示の一例である。本開示の効果は、上述したものに限らず、他の異なる効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
本開示の第１の実施の形態に係る表示装置の概略構成を表す断面図である。 図１に示した表示装置の詳細構成を表す断面図である。 図１および図２に示したバリア基板の構成例を表す断面図である。 図２に示した第２バリア膜の構成例を表す断面図である。 比較例に係るバリア基板の構成を表す断面図である。 本開示の第２の実施の形態に係るバリア基板の構成例を表す断面図である。 変形例１に係るバリア基板の構成例を表す断面図である。 変形例２に係るバリア基板の構成例を表す断面図である。 変形例３に係る表示装置の構成例を表す断面図である。
本開示の実施の形態について図面を参照して以下の順に詳細に説明する。

１．第１の実施の形態（無機材料層上に、剥離抑制層および有機平坦化層の積層膜を含む機能層を形成したバリア基板、表示装置の例）
２．第２の実施の形態（機能層が、ケイ素を含む有機平坦化層である場合の例）
３．変形例１（機能層が、剥離抑制層と、ケイ素を含む有機平坦化層との積層膜を含む場合の例）
４．変形例２（剥離抑制層が選択的な領域にのみ形成される場合の例）
５．変形例３（第２バリア膜の他の構成例）
＜第１の実施の形態＞
［構成］
図１は、本開示の一実施の形態に係る表示装置（表示装置１）の構成を表す断面図である。図２は、表示装置１の詳細構成を表す断面図である。表示装置１は、例えば、有機電界発光素子を用いた有機ＥＬ（ＥＬ；Electro Luminescence）ディスプレイであり、例えばＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）のいずれかの色の光が上面側から出射される、上面発光型（トップエミッション型）の表示装置である。表示装置１は、例えばバリア基板１０の上に、素子部１３を備えたものである。
バリア基板１０は、素子部１３を支持すると共に、素子部１３への水分の浸入を抑制する役割を有するものである。このバリア基板１０では、例えば支持基板１１上に第１バリア膜１２（第１のバリア膜）が形成されている。第１バリア膜１２は、例えば、支持基板１１の側から順に、無機材料層１２Ａ（第１の無機材料層）と、機能層１２Ｂと、無機材料層１２Ｃ（第２の無機材料層）とを含む積層膜である。尚、このバリア基板１０が、本開示の「半導体装置用基板」の一具体例に相当する。また、本実施の形態では、バリア基板１０（半導体装置用基板）を、表示装置１に適用した場合を例に挙げて説明を行うが、バリア基板１０は、表示装置１に限らず、他の様々な半導体装置、例えばイメージセンサ等の撮像装置にも適用することが可能である。但し、バリア基板１０は、水分の影響を受け易い（水分の浸入により特性が劣化し易い）素子、例えば有機電界発光素子、および酸化物半導体または低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ）を用いたアクティブ素子等を含む半導体装置に対して、好適に用いることができる。バリア基板１０の具体的な構成については、後述する。
素子部１３は、例えば２次元配置された複数の画素を含み、例えばアクティブマトリクス方式により外部から入力される映像信号に基づいて画像を表示するものである。具体的には、素子部１３では、各画素が、ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）１３１を含む画素回路と、有機電界発光素子（有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂのいずれか）とを含んで構成されている。
各画素には、画素配列の行方向に沿って延在する複数の走査線と、列方向に沿って延在する複数の信号線と、行方向に沿って延在する複数の電源線とが接続されている。各画素は、これらの走査線、信号線および電源線を通じて走査線駆動回路、信号線駆動回路および電源線駆動回路により表示駆動される。
（素子部１３の詳細構成）
素子部１３では、バリア基板１０上に、ＴＦＴ１３１を含む画素回路が形成され、この上に、平坦化層１３５を介して、複数の有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂが２次元配置されている。これらの有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂの上には、例えば第２バリア膜１４が設けられている。この第２バリア膜１４上に、カラーフィルタ層１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂと、ブラックマトリクス層１４１ＢＭとが配置され、この上に、オーバーコート層１４２および接着層１４３を介して第２基板１４４が貼り合わせられている。
ＴＦＴ１３１は、例えば、バリア基板１０上の選択的な領域に、半導体層１３２ｃを有し、この半導体層１３２ｃ上に、ゲート絶縁膜１３３を介してゲート電極１３２ｇを有している。ゲート電極１３２ｇ上には層間絶縁膜１３４が形成されている。この層間絶縁膜１３４上には、一対のソース・ドレイン電極１３２ｓｄが設けられている。これらのソース・ドレイン電極１３２ｓｄは、層間絶縁膜１３４に設けられたコンタクトホールを通じて、半導体層１３２ｃと電気的に接続されている。一対のソース・ドレイン電極１３２ｓｄのうちの一方は、コンタクト部ｃ１を通じて、有機ＥＬ素子１３Ｒ（または有機ＥＬ素子１３Ｇ，１３Ｂ）の第１電極１３６と電気的に接続されている。
半導体層１３２ｃは、例えば酸化物半導体、低温多結晶シリコン、有機半導体、高温多結晶シリコン、微結晶シリコンまたは非結晶シリコン等を含んで構成されている。ゲート電極１３２ｇは、例えばモリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）およびアルミニウム（Ａｌ）等のうちの少なくとも１種を含んで構成されている。ゲート絶縁膜１３３および層間絶縁膜１３４は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）および酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の無機材料を含んで構成されている。ソース・ドレイン電極１３２ｓｄは、ソースまたはドレインとして機能するものであり、例えばモリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）およびアルミニウム（Ａｌ）等のうちの少なくとも１種を含んで構成されている。ゲート電極１３２ｇおよびソース・ドレイン電極１３２ｓｄは、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）またはＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等の透明導電膜を含んで構成されていてもよい。ゲート絶縁膜１３３および層間絶縁膜１３４は、上記のような無機材料に限らず、有機材料を含んで構成されていてもよい。
このＴＦＴ１３１は、ここでは、トップゲート型の素子構造を例示するが、ＴＦＴ１３１の素子構造はこれに限定されず、例えばボトムゲート型であってもよい。また、シングルゲート型のものであってもよいし、デュアルゲート型のものであってもよい。
有機ＥＬ素子１３Ｒは、第１電極１３６と第２電極１３９との間に、赤色発光層を含む有機層１３８Ｒを有するものである。同様に、有機ＥＬ素子１３Ｇは、第１電極１３６と第２電極１３９との間に、緑色発光層を含む有機層１３８Ｇ有するものである。有機ＥＬ素子１３Ｂは、第１電極１３６と第２電極１３９との間に、青色発光層を含む有機層１３８Ｂを有するものである。
第１電極１３６は、例えばアノードとして機能するものであり、画素毎（有機ＥＬ素子毎）に設けられている。この第１電極１３６の構成材料としては、例えばクロム（Ｃｒ），金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），タングステン（Ｗ）あるいは銀（Ａｇ）などの金属元素の単体または合金が挙げられる。また、第１電極１３６は、これらの金属元素の単体または合金よりなる金属膜と、光透過性を有する導電性材料（透明導電膜）との積層膜を含んでいてもよい。透明導電膜としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）系材料等が挙げられる。酸化亜鉛系材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）を添加した酸化亜鉛（ＡＺＯ）、およびガリウム（Ｇａ）を添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などが挙げられる。
有機層１３８Ｒ，１３８Ｇ，１３８Ｂはそれぞれ、電界をかけることにより電子と正孔との再結合を生じ、Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれかの色光を発生する有機電界発光層（赤色発光層，緑色発光層，青色発光層）を含むものである。これらの有機層１３８Ｒ，１３８Ｇ，１３８Ｂの成膜方法としては、例えば真空蒸着法、印刷法および塗布法等が挙げられる。有機層１３８Ｒ，１３８Ｇ，１３８Ｂは、有機電界発光層の他にも、必要に応じて、例えば正孔注入層、正孔輸送層および電子輸送層等を含んでいてもよい。また、有機層１３８Ｒ，１３８Ｇ，１３８Ｂと第２電極１３９との間には、電子注入層が形成されていてもよい。尚、この例では、画素毎に、赤色発光層，緑色発光層および青色発光層を含む有機層１３８Ｒ，１３８Ｇ，１３８Ｂが形成されているが、白色発光層を含む有機層が各画素に共通の層として形成されていても構わない。
第２電極１３９は、例えばカソードとして機能するものであり、素子部１３の全面にわたって（全画素に共通の電極として）形成されている。この第２電極１３９は、例えば透明導電膜から構成されている。透明導電膜の材料としては、透明導電膜としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）系材料等が挙げられる。酸化亜鉛系材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）を添加した酸化亜鉛（ＡＺＯ）、およびガリウム（Ｇａ）を添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などが挙げられる。第２電極１３９の厚みは、特に限定されないが、導電性と光透過性とを考慮して設定されるとよい。第２電極１３９には、この他にも、マグネシウムと銀との合金（ＭｇＡｇ合金）が用いられてもよい。
これらの有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂの有機層１３８Ｒ，１３８Ｇ，１３８Ｂは、画素分離膜１３７によって規定された領域（開口部）にそれぞれ形成されている。画素分離膜１３７は、第１電極１３６上に形成されると共に、第１電極１３６に対向して開口部を有している。この画素分離膜１３７は、例えば、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系ポリマー、シリコン系ポリマー、ノボラック系樹脂、エポキシ系樹脂、ノルボルネン系樹脂等の感光性樹脂を含んで構成されている。あるいは、これらの樹脂材料に顔料を分散させたものが用いられてもよい。また、画素分離膜１３７には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）および酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の無機材料が用いられても構わない。
第２バリア膜１４（第２のバリア膜）は、例えば、素子部１３の内部において、有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂよりも上に設けられ、有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂへの水分の浸入を抑制するためのものである。この第２バリア膜１４の具体的な構成については、後述する。
カラーフィルタ層１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂはそれぞれ、有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに対向して設けられている。ブラックマトリクス層１４１ＢＭは、画素間の領域に配置されている。カラーフィルタ層１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂは、顔料を混入した樹脂によりそれぞれ構成されている。ブラックマトリクス層１４１ＢＭは、例えば黒色の着色剤を混入した樹脂膜、または薄膜の干渉を利用した薄膜フィルタにより構成されている。薄膜フィルタは、例えば、金属，金属窒化物あるいは金属酸化物よりなる薄膜を１層以上積層し、薄膜の干渉を利用して光を減衰させるものである。薄膜フィルタとしては、具体的には、Ｃｒと酸化クロム（III）（Ｃｒ2Ｏ3）とを交互に積層したものが挙げられる。尚、カラーフィルタ層１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂは、必要に応じて配置されればよく、配置されていなくともよい。但し、カラーフィルタ層１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂを設けることで、有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂで発生した光を取り出すと共に、その他の迷光や外光を吸収することができ、コントラストを改善することができる。
オーバーコート層１４２は、カラーフィルタ層１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂおよびブラックマトリクス層１４１ＢＭの表面を保護および平坦化するためのものである。このオーバーコート層１４２の構成材料としては、例えばアクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、ノボラック系樹脂、エポキシ系樹脂およびノルボルネン系樹脂等が挙げられる。あるいは、これらの樹脂材料に顔料を分散させたものが用いられてもよい。
接着層１４３は、例えばアクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、ノボラック系樹脂、エポキシ系樹脂およびノルボルネン系樹脂等の樹脂材料を含んで構成されている。
第２基板１４４は、有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂで発生した光に対して透明な材料、例えばガラスまたはプラスチック等により構成されている。
（バリア基板１０の詳細構成）
図３は、バリア基板１０の断面構成を表したものである。このように、バリア基板１０では、支持基板１１上に、無機材料層１２Ａ、機能層１２Ｂおよび無機材料層１２Ｃが、この順に積層されている。本実施の形態では、機能層１２Ｂが、剥離抑制層１２Ｂ１と有機平坦化層１２Ｂ２との積層膜を含んで構成されている。
支持基板１１は、例えば無機材料または有機材料を含んで構成されている。無機材料としては、例えばガラス、石英、シリコン、金属等が挙げられる。支持基板１１に用いられる金属としては、例えばステンレス（ＳＵＳ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ）等が挙げられる。これらの金属の表面に絶縁処理が施されていてもよい。有機材料としては、例えばポリイミド（ＰＩ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ），ポリカーボネート（ＰＣ）などのプラスチックが挙げられる。
この支持基板１１はフレキシブル性（可撓性）を有するものであってもよいし、リジッドなものであってもよい。但し、本実施の形態のバリア基板１０は、剥離抑制機能をもつ機能層１２Ｂを有することから、フレキシブルデバイスにおける曲げ応力に対して耐性を発揮する。このため、バリア基板１０は、特に支持基板１１がフレキシブル性を有する場合に、有用である。
無機材料層１２Ａは、水分バリア性を有する無機材料を含んで構成されている。そのような無機材料としては、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）および酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等が挙げられる。無機材料層１２Ａは、上記材料のうちのいずれかよりなる単層膜であってもよいし、上記材料のうちの２種以上からなる積層膜であってもよい。無機材料層１２Ａの厚みは、例えば５０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である。この無機材料層１２Ａは、例えばＰＥＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition：原子層堆積）法またはスパッタ法等を用いて成膜することができる。
機能層１２Ｂは、有機材料を含んで構成され、剥離抑制機能を有するものである。本実施の形態では、この機能層１２Ｂが、無機材料層１２Ａの側から順に、剥離抑制層１２Ｂ１と有機平坦化層１２Ｂ２（第１の有機平坦化層）とを有している。
剥離抑制層１２Ｂ１は、無機材料層１２Ａからの剥離を抑制する（無機材料層１２Ａに対する密着性を高める）ためのものである。剥離抑制層１２Ｂ１は、例えば、金属および金属酸化物のうちの少なくとも一方を含んでいる。この剥離抑制層１２Ｂ１には、無機材料層１２Ａと有機平坦化層１２Ｂ２との両方に対して密着性の高い材料が用いられることが望ましい。このような材料の一例としては、チタン（Ｔｉ）、酸化チタン（ＴｉＯx）、アルミニウム（Ａｌ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）および酸化インジウム錫（ＩＴＯ）が挙げられる。剥離抑制層１２Ｂ１は、このような材料のうちのいずれかから構成された単層膜であってもよいし、２種以上から構成された積層膜であってもよい。但し、密着性を高めるためには、単層膜であることが望ましい。この剥離抑制層１２Ｂ１は、例えば無機材料層１２Ａ上の全面にわたって、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法、あるいはＡＬＤ法等により形成することができる。
この剥離抑制層１２Ｂ１の厚みは、特に限定されないが、例えば剥離抑制層１２Ｂ１がチタンやアルミニウム等の金属膜から構成される場合には、１０ｎｍ以下であることが望ましい。剥離抑制層１２Ｂ１が金属膜である場合に、その厚みが１０ｎｍより大きくなると、該金属膜の表面に形成された酸化膜から有機平坦化層１２Ｂ２が剥離することがあるためである。尚、厚み１０ｎｍ以下であれば剥離を防止できることは、クロスカット試験および９０°剥離試験等により確認することができた。
有機平坦化層１２Ｂ２は、有機材料を含んで構成され、無機材料層１２Ａの表面を平坦化するためのものである。この有機平坦化層１２Ｂ２に用いられる有機材料は、耐熱性を有することが望ましい。これは、表示装置１の製造プロセスにおいて、例えばバリア基板１０上に、上述した素子部１３を形成する場合、素子部１３の形成過程（具体的には、ＴＦＴ１３１および有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂの形成過程）において高温プロセスを経るためである。例えば、有機平坦化層１２Ｂ２に用いられる有機材料は、４００℃以上の耐熱性を有することが望ましい。一例としては、例えば４００℃〜５００℃の耐熱性を持つポリイミド（ＰＩ）が挙げられる。
有機平坦化層１２Ｂ２の厚みは、例えば５μｍ以上２０μｍ以下である。この有機平坦化層１２Ｂ２は、例えばスリットコート法、スプレーコート法およびノズルコート法等の各種塗布法により成膜することができる。
無機材料層１２Ｃは、無機材料層１２Ａと同様、水分バリア性を有する無機材料を含んで構成されている。そのような無機材料としては、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンおよび酸化アルミニウム等が挙げられる。無機材料層１２Ｃは、上記材料のうちのいずれかよりなる単層膜であってもよいし、上記材料のうちの２種以上からなる積層膜であってもよい。無機材料層１２Ｃの厚みは、例えば５０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である。無機材料層１２Ｃの材料および厚みは、無機材料層１２Ａと同じであってもよいし、異なっていてもよい。この無機材料層１２Ｃは、必ずしも設けられてなくともよいが、機能層１２Ｂを挟んで無機材料層１２Ａ，１２Ｃが設けられることで、第１バリア膜１２におけるバリア性能をより高めることができる。
尚、この例では、第１バリア膜１２を、無機材料層１２Ａ、機能層１２Ｂおよび無機材料層１２Ｃからなる積層膜としているが、各層の間に更に他の層が介在していても構わない。また、機能層１２Ｂを、剥離抑制層１２Ｂ１と有機平坦化層１２Ｂ２との積層膜としたが、機能層１２Ｂの剥離抑制機能を大きく損なわないものであれば、剥離抑制層１２Ｂ１と有機平坦化層１２Ｂ２との間に、更に他の層が介在していても構わない。
このような第１バリア膜１２を含むバリア基板１０の上に、第２バリア膜１４を含む素子部１３が形成されている。これにより、素子部１３に形成された有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３ＢおよびＴＦＴ１３１等には、バックプレーン側およびフロントプレーン側から水分が浸入することが抑制される。
図４は、第２バリア膜１４の構成例を表したものである。このように、第２バリア膜１４は、例えば、無機材料層１４Ａ（第３の無機材料層）上に、有機平坦化層１４Ｂ（第３の有機平坦化層）および無機材料層１４Ｃ（第４の無機材料層）を積層したものである。第２バリア膜１４の各層は、例えば有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ上に、順次成膜することができる。
無機材料層１４Ａ，１４Ｃは、無機材料層１２Ａと同様、水分バリア性を有する無機材料、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンおよび酸化アルミニウム等を含んで構成されている。無機材料層１４Ａの厚みは、例えば５０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である。無機材料層１４Ａ，１４Ｃの材料および厚みは互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、無機材料層１４Ｃは、必ずしも設けられてなくともよいが、有機平坦化層１４Ｂを挟んで無機材料層１４Ａ，１４Ｃが設けられることで、第２バリア膜１４におけるバリア性能をより高めることができる。
有機平坦化層１４Ｂは、有機材料を含んで構成されている。ここで、第２バリア膜１４は、ＴＦＴ１３１および有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを形成した後に、形成される。このため、第２バリア膜１４の有機平坦化層１４Ｂでは、第１バリア膜１２の有機平坦化層１２Ｂ２と異なり、材料の耐熱性の有無は問われない。したがって、有機平坦化層１４Ｂでは、有機平坦化層１２Ｂ２に比べ、材料選択の自由度が高い。
［作用、効果］
上記のような表示装置１では、画素毎に有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに駆動電流が注入されると、有機層１３８Ｒ，１３８Ｇ，１３８Ｂでは、正孔と電子との再結合により発光を生じる。この光は、例えば第２電極１３９、第２バリア膜１４、カラーフィルタ層１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂ、オーバーコート層１４２、接着層１４３および第２基板１４４を順に透過して取り出される。このようにして各画素から射出された色光の加法混色により、カラーの映像表示がなされる。
この表示装置１では、素子部１３に形成された有機ＥＬ素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３ＢあるいはＴＦＴ１３１に水分が浸入すると、それらの特性が劣化する。このため、本実施の形態では、水分バリア性を有するバリア基板１０上に、素子部１３が形成されている。これにより、素子部１３へのバックプレーン側からの水分の浸入を抑制することができる。
バリア基板１０では、支持基板１１上に形成された無機材料層１２Ａにより水分の透過が抑制される。ところが、この無機材料層１２Ａでは、成膜プロセス（例えばＰＥＣＶＤ法による成膜プロセス）に起因して膜中に欠陥が生じ易い。このため、欠陥を経由して水分が通過し、バリア性能が低下してしまう。無機材料層１２Ａ上に、有機材料を含む機能層１２Ｂが形成されることで、そのような無機材料層１２Ａの欠陥によるバリア性能の低下が抑制される。
図５に、本実施の形態の比較例に係るバリア基板（バリア基板１００）の断面構成について示す。バリア基板１００では、支持基板１０１上に、無機材料層１０２および有機平坦化層１０３がこの順に積層されている。このバリア基板１００では、無機材料層１０２上に有機平坦化層１０３が形成されることで、無機材料層１０２の膜中の欠陥に起因するバリア性能の低下を抑制することができる。
しかしながら、有機平坦化層１０３は、無機材料層１０２に対して密着性が悪く、剥がれ易い。特に、バリア基板１００が高温プロセスを経る場合には、有機平坦化層１０３に用いられる有機材料は耐熱性を有することが望ましいが、このような耐熱性を有する有機材料は、無機材料層１０２に対して密着性が悪い。このため、無機材料層１０２と有機平坦化層１０３とが剥離し、有機平坦化層１０３を設けたことによる効果（バリア性能の低下を抑制する効果）を十分に得られなくなってしまう。
これに対し、本実施の形態のバリア基板１０では、無機材料層１２Ａ上に形成された機能層１２Ｂが、剥離抑制機能を有している。具体的には、本実施の形態では、機能層１２Ｂが、無機材料層１２Ａの側から順に、剥離抑制層１２Ｂ１と有機平坦化層１２Ｂ２とを有している。剥離抑制層１２Ｂ１により、無機材料層１２Ａと機能層１２Ｂ（有機平坦化層１２Ｂ２）との間の剥離が抑制され（密着性が向上し）、剥離によるバリア性能の低下が抑制される。換言すると、有機平坦化層１２Ｂ２を設けたことによる効果（バリア性能の低下を抑制する効果）を十分に得ることができる。
また、機能層１２Ｂの剥離抑制機能により、有機平坦化層１２Ｂ２に高耐熱性を有する材料（例えばポリイミド等）を用いることができ、無機材料層１２Ａと機能層１２Ｂとの積層構造によりバリア性能を高めつつ、プロセス耐性をも向上させることができる。
更に、支持基板１１がフレキシブル性を有する場合、バリア基板１０には曲げ応力が生じるが、機能層１２Ｂの剥離抑制機能により、曲率半径の小さな曲げ応力に対しても剥がれにくくなり、曲げ応力に対する耐性を向上させることができる。したがって、フレキシブルディスプレイに好適なバリア基板１０および表示装置１を実現可能となる。
加えて、バリア基板１０では、機能層１２Ｂの上に更に無機材料層１２Ｃを有することで、迷路効果により、より水分を透過しにくい積層構造を実現することができる。したがって、無機材料層１２Ｃを有することで、バリア性能をより向上させることができる。
以上のように、本実施の形態では、支持基板１１上に形成された無機材料層１２Ａの上に、有機材料を含む機能層１２Ｂを形成するようにしたので、無機材料層１２Ａの膜質に起因するバリア性能の低下を抑制することができる。この機能層１２Ｂが剥離抑制機能を有する（剥離抑制層１２Ｂ１を有する）ことで、無機材料層１２Ａと機能層１２Ｂ（有機平坦層層１２Ｂ２）とが剥がれにくくなり、剥離によるバリア性能の低下を抑制することができる。よって、バリア性能を向上させることが可能となる。
次に、本開示の他の実施の形態および変形例について説明する。以下では、上記第１の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
＜第２の実施の形態＞
図６は、本開示の第２の実施の形態に係るバリア基板（バリア基板１０Ａ）の断面構成を表したものである。バリア基板１０Ａは、上記第１の実施の形態のバリア基板１０と同様、有機ＥＬディスプレイ等の表示装置１あるいは他の様々な半導体装置の水分バリアとして適用されるものである。
バリア基板１０Ａは、上記第１の実施の形態のバリア基板１０と同様、素子部１３を支持すると共に、素子部１３への水分の浸入を抑制する役割を有するものである。このバリア基板１０Ａは、支持基板１１上に、第１バリア膜１２として、例えば無機材料層１２Ａと、有機平坦化層１２Ｂ３（機能層、第２の有機平坦化層）と、無機材料層１２Ｃとをこの順に含む積層膜を有している。
有機平坦化層１２Ｂ３は、有機材料を含んで構成され、剥離抑制機能を有する機能層である。この有機平坦化層１２Ｂ３は、無機材料層１２Ａの表面を平坦化すると共に、無機材料層１２Ａからの剥離を抑制する（無機材料層１２Ａに対する密着性を高める）ように構成されている。
有機平坦化層１２Ｂ３に用いられる有機材料は、耐熱性を有することが望ましい。これは、上記第１の実施の形態のバリア基板１０と同様、例えばバリア基板１０Ａ上に、上述のような素子部１３を形成する場合、素子部１３の形成過程において高温プロセスを経るためである。有機平坦化層１２Ｂ３においても、高耐熱性を有する有機材料として、例えばポリイミドを好適に用いることができる。
本実施の形態では、この有機平坦化層１２Ｂ３が、ケイ素（Ｓｉ）を含んで構成されている。具体的には、有機平坦化層１２Ｂ３は、上記有機材料（例えばポリイミド）と反応する反応性官能基と、無機材料層１２Ａの表面と化学結合を形成する加水分解性基とを有するシラン化合物を含む。そのようなシラン化合物の一例としては、シランカップリング剤が挙げられる。これにより、有機平坦化層１２Ｂ３では、無機材料層１２Ａに対する密着性を高めることができる。
この有機平坦化層１２Ｂ３の厚みは、例えば５μｍ以上２０μｍ以下である。
本実施の形態のバリア基板１０Ａでは、無機材料層１２Ａ上に形成された有機平坦化層１２Ｂ３が、剥離抑制機能を有している。具体的には、本実施の形態では、有機平坦化層１２Ｂ３が、有機材料と、ケイ素とを含んで構成されている。これにより、無機材料層１２Ａと有機平坦化層１２Ｂ３との間の剥離が抑制され（密着性が向上し）、剥離によるバリア性能の低下を抑制することができる。よって、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。
また、有機平坦化層１２Ｂ３の剥離抑制機能により、有機平坦化層１２Ｂ３に高耐熱性を有する材料（例えばポリイミド等）を用いることができ、上記第１の実施の形態と同様、無機材料層１２Ａと有機平坦化層１２Ｂ３との積層構造によりバリア性能を高めつつ、プロセス耐性をも向上させることができる。
更に、支持基板１１がフレキシブル性を有する場合、バリア基板１０Ａには曲げ応力が生じるが、有機平坦化層１２Ｂ３の剥離抑制機能により、そのような曲げ応力に対する耐性を向上させることができる。したがって、上記第１の実施の形態と同様、フレキシブルディスプレイに好適なバリア基板１０Ａを実現可能となる。
加えて、バリア基板１０Ａでは、有機平坦化層１２Ｂ３の上に更に無機材料層１２Ｃを有することで、迷路効果により、より水分を透過しにくい積層構造を実現することができる。したがって、上記第１の実施の形態と同様、無機材料層１２Ｃを有することで、バリア性能をより向上させることができる。
また、本実施の形態では、有機平坦化層１２Ｂ３の成膜時において、有機材料にシランカップリング剤等を添加するだけでよいので、上記第１の実施の形態に比べ、成膜工程を削減することができる。
＜変形例１＞
図７は、変形例１に係るバリア基板の断面構成を表したものである。上記実施の形態では、本開示の機能層が、剥離抑制層１２Ｂ１および有機平坦化層１２Ｂ２を含む積層膜である場合、あるいはケイ素を含む有機平坦化層１２Ｂ３である場合について説明したが、機能層の構成はこれに限定されるものではない。例えば、本変形例のように、機能層として、剥離抑制層１２Ｂ１と、ケイ素を含む有機平坦化層１２Ｂ３とを含む積層膜が用いられてもよい。本変形例のバリア基板では、支持基板１１上に形成された第１バリア膜１２において、無機材料層１２Ａ上に、剥離抑制層１２Ｂ１と、有機平坦化層１２Ｂ３と、無機材料層１２Ｃとがこの順に積層されている。
本変形例では、無機材料層１２Ａ上に、剥離抑制層１２Ｂ１と、ケイ素を含む有機平坦化層１２Ｂ３とが設けられることで、無機材料層１２Ａと有機平坦化層１２Ｂ３との剥離を抑制することができる。よって、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、剥離抑制層１２Ｂ１と、有機平坦化層１２Ｂ３との両方が剥離抑制機能を有するので、上記第１および第２の実施の形態よりも、強固な密着性を実現することが可能である。
＜変形例２＞
図８は、変形例２に係るバリア基板の断面構成を表したものである。上記第１実施の形態では、機能層１２Ｂにおいて剥離抑制層１２Ｂ１が、無機材料層１２Ａ上の全面にわたって形成された構成を例示したが、この剥離抑制層１２Ｂ１は、本変形例のように、無機材料層１２Ａ上の選択的な領域にのみ形成されていても構わない。具体的には、剥離抑制層１２Ｂ１は、例えば無機材料層１２Ａ上に離散して（複数の領域に）形成することができる。あるいは、剥離抑制層１２Ｂ１は、無機材料層１２Ａの表面のうちの端部（周縁部）のみ、もしくは端部を含む選択的な領域に形成されてもよい。
本変形例のように、剥離抑制層１２Ｂ１が選択的な領域にのみ形成された場合にも、無機材料層１２Ａと有機平坦化層１２Ｂ２との剥離を抑制することができ、上記第１の実施の形態とほぼ同等の効果を得ることができる。但し、密着性をより高め、バリア性能を向上させるためには、上記第１の実施の形態のように、剥離抑制層１２Ｂ１が無機材料層１２Ａの全面にわたって形成されることが望ましい。
＜変形例３＞
図９は、変形例３に係る表示装置の断面構成を表したものである。上記第１の実施の形態の表示装置１では、第２バリア膜１４が素子部１３の内部に形成された構成を例示したが、本変形例のように、第２バリア膜（第２バリア膜１５）は、素子部１３上に形成されていてもよい。即ち、本変形例では、第１バリア膜１２を含むバリア基板１０と、第２バリア膜１５との間に、素子部１３が設けられている。第２バリア膜１５の各層は、例えば素子部１３上（詳細には、第２基板１４４上）に、順次成膜することができる。
第２バリア膜１５は、例えば素子部１３の側から順に、無機材料層１５Ａ（第３の無機材料層）と、有機平坦化層１５Ｂ（第３の有機平坦化層）と、無機材料層１５Ｃ（第４の無機材料層）とを有している。
無機材料層１５Ａ，１５Ｃは、上記第１の実施の形態の無機材料層１２Ａと同様、水分バリア性を有する無機材料、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンおよび酸化アルミニウム等を含んで構成されている。無機材料層１５Ａ，１５Ｃの材料および厚みは互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、無機材料層１５Ｃは、必ずしも設けられてなくともよいが、有機平坦化層１５Ｂを挟んで無機材料層１５Ａ，１５Ｃが設けられることで、第２バリア膜１５におけるバリア性能をより高めることができる。
有機平坦化層１５Ｂは、有機材料を含んで構成されている。ここで、第２バリア膜１５は、素子部１３を形成した後に、形成される。このため、第２バリア膜１５の有機平坦化層１５Ｂでは、第１バリア膜１２の有機平坦化層１２Ｂ２と異なり、耐熱性の有無は問われない。したがって、有機平坦化層１５Ｂでは、有機平坦化層１２Ｂ２に比べ、材料選択の自由度が高い。
本変形例のように、第２バリア膜１５は素子部１３よりも上に設けられていてもよく、この場合にも、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。
以上、実施の形態および適用例を挙げて説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。上記実施の形態等において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件等は限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。
尚、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
また、本開示は以下のような構成をとることも可能である。
（１）
基板と、
前記基板上に形成されると共に、水分バリア性を有する第１の無機材料層と、
前記第１の無機材料層上に形成され、有機材料を含むと共に剥離抑制機能を有する機能層と
を備えた
半導体装置用基板。
（２）
前記機能層は、前記第１の無機材料層の側から順に、
金属および金属酸化物のうちの少なくとも一方を含む剥離抑制層と、
前記有機材料を含む第１の有機平坦化層と
を有する
上記（１）に記載の半導体装置用基板。
（３）
前記剥離抑制層は、チタン（Ｔｉ）、酸化チタン（ＴｉＯx）、アルミニウム（Ａｌ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）および酸化インジウム錫（ＩＴＯ）のうちの少なくとも１種を含む
上記（２）に記載の半導体装置用基板。
（４）
前記剥離抑制層は金属膜から構成され、
前記剥離抑制層の厚みは、１０ｎｍ以下である
上記（２）または（３）に記載の半導体装置用基板。
（５）
前記機能層は、前記有機材料と、ケイ素（Ｓｉ）とを含む第２の有機平坦化層である
上記（１）に記載の半導体装置用基板。
（６）
前記第２の有機平坦化層は、シランカップリング剤を含む
上記（５）に記載の半導体装置用基板。
（７）
前記機能層は、前記第１の無機材料層の側から順に、
金属および金属酸化物のうちの少なくとも一方を含む剥離抑制層と、
前記有機材料と、ケイ素（Ｓｉ）とを含む第２の有機平坦化層と
を有する
上記（１）に記載の半導体装置用基板。
（８）
前記有機材料は、耐熱性を有する
上記（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の半導体装置用基板。
（９）
前記有機材料は、ポリイミド（ＰＩ）である
上記（８）に記載の半導体装置用基板。
（１０）
前記機能層上に形成されると共に、水分バリア性を有する第２の無機材料層を、更に備えた
上記（１）ないし（９）のいずれか１つに記載の半導体装置用基板。
（１１）
前記基板は可撓性を有する
上記（１）ないし（１０）のいずれか１つに記載の半導体装置用基板。
（１２）
基板と、
前記基板上に形成されると共に、水分バリア性を有する第１のバリア膜と、
前記第１のバリア膜上に形成されると共に、複数の画素を含む素子部と
を備え、
前記第１のバリア膜は、前記基板の側から順に、
水分バリア性を有する第１の無機材料層と、
前記第１の無機材料層上に形成され、有機材料を含むと共に剥離抑制機能を有する機能層と
を有する
表示装置。
（１３）
前記機能層は、前記第１の無機材料層の側から順に、
金属および金属酸化物のうちの少なくとも一方を含む剥離抑制層と、
前記有機材料を含む第１の有機平坦化層と
を有する
上記（１２）に記載の表示装置。
（１４）
前記機能層は、前記有機材料と、ケイ素（Ｓｉ）とを含む第２の有機平坦化層である
上記（１２）に記載の表示装置。
（１５）
前記機能層は、前記第１の無機材料層の側から順に、
金属および金属酸化物のうちの少なくとも一方を含む剥離抑制層と、
前記有機材料と、ケイ素（Ｓｉ）とを含む第２の有機平坦化層と
を有する
上記（１２）に記載の表示装置。
（１６）
前記第１のバリア膜は、更に、前記機能層上に、水分バリア性を有する第２の無機材料層を有する
上記（１２）ないし（１５）のいずれか１つに記載の表示装置。
（１７）
前記素子部の内部または前記素子部よりも上に、水分バリア性を有する第２のバリア膜を更に備えた
上記（１２）ないし（１６）のいずれか１つに記載の表示装置。
（１８）
前記第２のバリア膜は、前記基板の側から順に、
水分バリア性を有する第３の無機材料層と、有機材料を含む第３の有機平坦化層と、水分バリア性を有する第４の無機材料層とを有する
上記（１７）に記載の表示装置。
１…表示装置、１０…バリア基板、１１…支持基板、１２…第１バリア膜、１３…素子部、１４，１５…第２バリア膜、１２Ａ，１２Ｃ，１４Ａ，１４Ｃ，１５Ａ，１５Ｃ…無機材料層、１２Ｂ…機能層、１２Ｂ１…剥離抑制層、１２Ｂ２，１２Ｂ３，１４Ｂ，１５Ｂ…有機平坦化層、１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ…有機ＥＬ素子、１３１…ＴＦＴ。

Claims (18)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成されると共に、水分バリア性を有する第１の無機材料層と、
    前記第１の無機材料層上に形成され、有機材料を含むと共に剥離抑制機能を有する機能層と
    を備えた
    半導体装置用基板。
  2. 前記機能層は、前記第１の無機材料層の側から順に、
    金属および金属酸化物のうちの少なくとも一方を含む剥離抑制層と、
    前記有機材料を含む第１の有機平坦化層と
    を有する
    請求項１に記載の半導体装置用基板。
  3. 前記剥離抑制層は、チタン（Ｔｉ）、酸化チタン（ＴｉＯx）、アルミニウム（Ａｌ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）および酸化インジウム錫（ＩＴＯ）のうちの少なくとも１種を含む
    請求項２に記載の半導体装置用基板。
  4. 前記剥離抑制層は金属膜から構成され、
    前記剥離抑制層の厚みは、１０ｎｍ以下である
    請求項２に記載の半導体装置用基板。
  5. 前記機能層は、前記有機材料と、ケイ素（Ｓｉ）とを含む第２の有機平坦化層である
    請求項１に記載の半導体装置用基板。
  6. 前記第２の有機平坦化層は、シランカップリング剤を含む
    請求項５に記載の半導体装置用基板。
  7. 前記機能層は、前記第１の無機材料層の側から順に、
    金属および金属酸化物のうちの少なくとも一方を含む剥離抑制層と、
    前記有機材料と、ケイ素（Ｓｉ）とを含む第２の有機平坦化層と
    を有する
    請求項１に記載の半導体装置用基板。
  8. 前記有機材料は、耐熱性を有する
    請求項１に記載の半導体装置用基板。
  9. 前記有機材料は、ポリイミド（ＰＩ）である
    請求項８に記載の半導体装置用基板。
  10. 前記機能層上に形成されると共に、水分バリア性を有する第２の無機材料層を、更に備えた
    請求項１に記載の半導体装置用基板。
  11. 前記基板は可撓性を有する
    請求項１に記載の半導体装置用基板。
  12. 基板と、
    前記基板上に形成されると共に、水分バリア性を有する第１のバリア膜と、
    前記第１のバリア膜上に形成されると共に、複数の画素を含む素子部と
    を備え、
    前記第１のバリア膜は、前記基板の側から順に、
    水分バリア性を有する第１の無機材料層と、
    前記第１の無機材料層上に形成され、有機材料を含むと共に剥離抑制機能を有する機能層と
    を有する
    表示装置。
  13. 前記機能層は、前記第１の無機材料層の側から順に、
    金属および金属酸化物のうちの少なくとも一方を含む剥離抑制層と、
    前記有機材料を含む第１の有機平坦化層と
    を有する
    請求項１２に記載の表示装置。
  14. 前記機能層は、前記有機材料と、ケイ素（Ｓｉ）とを含む第２の有機平坦化層である
    請求項１２に記載の表示装置。
  15. 前記機能層は、前記第１の無機材料層の側から順に、
    金属および金属酸化物のうちの少なくとも一方を含む剥離抑制層と、
    前記有機材料と、ケイ素（Ｓｉ）とを含む第２の有機平坦化層と
    を有する
    請求項１２に記載の表示装置。
  16. 前記第１のバリア膜は、更に、前記機能層上に、水分バリア性を有する第２の無機材料層を有する
    請求項１２に記載の表示装置。
  17. 前記素子部の内部または前記素子部よりも上に、水分バリア性を有する第２のバリア膜を更に備えた
    請求項１２に記載の表示装置。
  18. 前記第２のバリア膜は、前記基板の側から順に、
    水分バリア性を有する第３の無機材料層と、有機材料を含む第３の有機平坦化層と、水分バリア性を有する第４の無機材料層とを有する
    請求項１７に記載の表示装置。
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