JP2023169949A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高い、伸縮可能なフレキシブル電子装置を実現する。
【解決手段】
本発明の構成は次のとおりである。複数の素子領域１０１が第１の方向に第１の間隔をもって配置し、第２の方向に第２の間隔をもって配置し、前記複数の素子領域１０１は、蛇行しながら第１の方向に延在する第１の有機絶縁膜によって第１の方向に接続し、前記第１の有機絶縁膜の表面には、グラフェンによる第１の配線１１１が形成され、前記複数の素子領域は、蛇行しながら第２の方向に延在する第２の有機絶縁膜によって第２の方向に接続し、前記第２の有機絶縁膜の表面には、グラフェンによる第２の配線１２１が形成されていることを特徴とする電子装置。
【選択図】図１８

Description

本発明は可撓性および伸縮性を有した電子装置に関する。

可撓性あるいは伸縮性を有する電子装置への需要が高まっている。このようなフレキシブル電子装置の用途は、例えば、曲面を有する電子機器の筐体に貼り付ける、曲面を有する表示媒体に取り付ける、センサとして人体等に取り付ける等がある。素子としては、例えばタッチセンサ、温度センサ、圧力センサ、加速度センサなどのセンサ、あるいは、種々の表示装置を構成する発光素子、光バルブ等が挙げられる。

センサ装置では、各素子を制御するために、走査線や信号線が用いられる。フレキシブル電子装置においては、装置が湾曲や伸縮に耐える必要がある。特許文献１には、走査線及び信号線を蛇行させる（以後ミアンダ配線とも言う）ことによって、曲げや伸縮に耐える構成とすることが記載されている。

特開２０２１－１０６１９９号公報

走査線や信号線をミアンダ構造とすることによって、フレキシブル電子装置を伸縮させたり湾曲させたりすることに対してはある程度の耐性を得ることが出来る。しかし、装置を伸縮させたり、湾曲させたりすると、走査線や信号線をミアンダ構造としても、配線全体に対して均一な応力とすることが出来るわけではない。

すなわち、装置を伸縮させたり、湾曲させたりすると、応力が最も大きくなる部分において破断が生ずる。逆にいうと、この応力が最もかかりやすい部分の構造を対策することによって、フレキシブル電子装置の湾曲や伸縮に対する耐性を向上させることが出来る。

本発明の課題は、フレキシブル電子装置を伸縮させたり、湾曲させたりしたときに、応力がかかりやすい部分の構造を対策し、伸縮や湾曲に対して耐性が高い、したがって、信頼性が高いフレキシブル電子装置を実現することである。

本発明は上記目的を実現するものであり、代表的な手段は次のとおりである。

（１）複数の素子領域が第１の方向に第１の間隔をもって配置し、第２の方向に第２の間隔をもって配置し、前記複数の素子領域は、蛇行しながら第１の方向に延在する第１の有機絶縁膜によって第１の方向に接続し、前記第１の有機絶縁膜の表面には、グラフェンによる第１の配線が形成され、前記複数の素子領域は、蛇行しながら第２の方向に延在する第２の有機絶縁膜によって第２の方向に接続し、前記第２の有機絶縁膜の表面には、グラフェンによる第２の配線が形成されていることを特徴とする電子装置。

（２）前記素子領域、前記第１の有機絶縁膜、及び前記第２の有機絶縁膜は、有機絶縁膜で形成された基材の上に形成されていることを特徴とする（１）に記載の電子装置。

（３）前記基材、第１の有機絶縁膜、第２の有機絶縁膜は、ミアンダ構造を含む外形を有していることを特徴とする（２）に記載の電子装置。

（４）前記素子領域は、無機絶縁膜を含むことを特徴とする（１）に記載の電子装置。

（５）前記素子領域には、前記第１の方向に延在する第３の配線が第１の金属膜によって形成され、前記第２の方向に延在する第４の配線が第２の金属膜によって形成され、前記第１の配線と前記第３の配線は接続し、前記第２の配線は前記第４の配線と接続することを特徴とする（１）に記載の電子装置。

（６）前記第３の配線は、端部において、前記第１の配線と積層し、前記第４の配線は、端部において、前記第２の配線と積層することを特徴とする（５）に記載の電子装置。

（７）前記第１の配線と前記第３の配線は走査線であり、前記第２の配線と前記第４の配線は信号線であることを特徴とする請求項６に記載の電子装置。

（８）前記基材、前記第１の有機絶縁膜、前記第２の有機絶縁膜はポリイミドで形成されていることを特徴とする（２）に記載の電子装置。

フレキシブル電子装置の平面図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 アクティブ領域における配線形状を示す平面図である。 図３のＢ－Ｂ断面図である。 図３のＣ－Ｃ断面図である。 素子及びその周辺を示す平面図である。 図６のＤ－Ｄ断面図である。 配線及び素子が形成される、基材の一部を示す平面図である。 フレキシブル電子装置が横方向（ｘ方向）に延ばされた場合おいて、大きなストレスが生ずる領域を示す平面図である。 図９に示す、大きなストレスがかかる領域において配線に断線が生ずることを示す平面図である。 実施例１の概略構成を示す平面図である。 図１１のＥ－Ｅ断面図である。 図１１のＦ－Ｆ断面図である。 図１１のＧ－Ｇ断面図である。 図１１のＨ－Ｈ断面図である。 ミアンダ構造にグラフェンによる走査線を形成した状態を示す平面図である。 素子領域に形成された走査線と、ミアンダ構造に形成されたグラフェンによる走査線を接続した状態を示す平面図である。 実施例１によるアクティブ領域の平面図である。 図１８の構成を実現する最初のプロセスを示す断面図である。 第１有機絶縁膜の表面にレーザを照射してグラフェンを形成している状態の断面図である。 走査線を構成するグラフェンの平面図である。 信号線側の断面図である。 第２有機絶縁膜の表面にレーザを照射してグラフェンを形成している状態の断面図である。 信号線を構成するグラフェンの平面図である。 信号線側に第３有機絶縁膜を形成した状態を示す断面図である。 走査線側に第３有機絶縁膜を形成した状態を示す断面図である。 走査線側のミアンダ構造をパターニングした状態を示す断面図である。 図２７の構成を覆って、上バッファー層及び上保護膜を形成した状態を示す断面図である。 図２８の構成からガラス基板を除去している状態を示す断面図である。 図２９の構成に下バッファー層及び下保護層を形成した状態を示す断面図である。 実施例２の素子領域付近の平面図である。 図３１のＩ－Ｉ断面図である。

以下に実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。

図１は、実施例１におけるフレキシブル電子装置１の平面図である。図１のフレキシブル電子装置１は全体としては平板状となっているが、ｚ方向に湾曲させたり、ｘ－ｙ平面上において、伸ばしたりすることが出来る。破断伸長率、すなわち、フレキシブル電子装置１が破壊するまでの伸び率は、フレキシブル電子装置１を構成する材料によっても異なるが、延性に富む有機材料が主となっている場合は、伸び率は３０％程度が可能である、場合によっては、６０％が可能な場合もある。一方、無機材料が比較的多く使用されていれば、伸び率は、１０％乃至１５％程度である。

図１において、フレキシブル電子装置１は、アクティブ領域５が大きな領域を占めている。アクティブ領域５には、電子素子１００がマトリクス状に配置している。電子素子１００としては、例えば、センサ、半導体素子、アクチュエータ等を配置することが出来る。センサとしては、例えば、可視光あるいは赤外光を検出する光センサ、温度センサ、圧力センサ、タッチセンサ等を配置することが出来る。半導体素子としては、例えば、発光素子、受光素子、ダイオード、トランジスタ等を配置することが出来る。アクチュエータとしては、例えば、ピエゾ素子等を使用することができる。

各電子素子１００は走査線１１０及び信号線１２０と接続している。走査線１１０は横方向（ｘ方向）に延在し、縦方向（ｙ方向）に配列している、信号線１２０は縦方向に延在し、横方向に配列している。図１では、走査線１１０も信号線１２０も直線状に延在しているが、これは、図を複雑にしないためであり、実際には、図３に示すように、蛇行して走査線１１０は横方向に延在し、信号線１２０は縦方向に延在している。

図１において、アクティブ領域５の外側には、駆動回路１１５、１２５や端子領域６が配置している。アクティブ領域５のｘ方向両側には走査線駆動回路１１５が配置し、アクティブ領域５のｙ方向上側には、電子素子１００に電源を供給するための電源回路１３０が存在し、アクティブ領域５のｙ方向下側には信号線駆動回路１２５が配置している。信号線駆動回路１２５のさらに下側には、端子領域６が配置している。端子領域６にはフレキシブル電子装置１に電源や信号を供給し、また、信号を外部に送るためのフレキシブル配線基板１５０が接続している。

図２は図１のＡ－Ａ断面図である。図２は概略断面図である。図２において、図１で説明した電子素子１００（以後電子素子は単に素子１００という）、走査線１１０、信号線１２０等は素子層２に存在している。つまり、フレキシブル電子装置１としての機能は素子層２に存在している。この素子層２を上側から上保護層３、下側から下保護層４によって覆っている。上保護層３も下保護層４も、弾性変形をしやすい、すなわち、ヤング率の小さい材料によって形成されている。

図２において、アクティブ領域５及び駆動回路１１５、１２５等は、上保護層３と下保護層４によって覆われているが、素子層２の端部には、上保護層３に覆われていない部分があり、この部分が端子領域６となっている。端子領域６は、下保護層４のみによって保護されている。端子領域６には、フレキシブル配線基板１５０が接続している。

図３は比較例における表示領域５の平面図である。なお、図３乃至図１０は、比較例であるが、新規事項を含むので、従来例ではない。比較例は、実施例１と対比するための例である。図３は、図２で示す素子層２の主要構成部分である。すなわち、図２で示す素子層２は、単一の平面基板として存在しているのではなく、図３に示すような、走査線１１０と信号線１２０が形成されたミアンダ構造１０２、及び、走査線１１０と信号線１２０の交差部に形成され、素子１００が形成された、素子領域１０１の存在する基材１０で構成され、いわば、網目状の構造を有している。

図３において、ミアンダ構造１０２及び交点に存在する素子領域１０１は、ポリイミド等の樹脂で構成されている。この樹脂を基材１０として、その上に各種有機絶縁膜を介して、走査線１１０、信号線１２０、素子１００等が形成されている。図３において、素子領域１０１に、菱形の素子１００が存在している。このような構成とするのは、フレキシブル電子装置１を引き延ばしたときにも、各部品に対する応力を軽減するためである。

図３において、菱形に形成された素子１００のｘ方向の径、及び、ｙ方向の径は、例えば、各々１００μmである。素子１００のｘ方向のピッチ及びｙ方向のピッチは、例えば、２５０μmである。また、走査線１１０、信号線１２０等を含む、ミアンダ構造１０２における基材１０の幅は、例えば３０μmである。

図４は、図３のＢ－Ｂ断面図であり、走査線１１０を含むミアンダ構造１０２の断面図である。図４において、基材１０の上に第１有機絶縁膜２０が形成されている。第１有機絶縁膜２０の上に走査線１１０が形成されている。走査線１１０を覆って第２有機絶縁膜３０が形成され、第２有機絶縁膜の上に第３有機絶縁膜が形成されている。図３における走査線１１０を含むミアンダ構造１０２の平面図は、基材１０の平面形状を表している。

基材１０、第１有機絶縁膜２０、第２有機絶縁膜３０、第３有機絶縁膜３０は、例えばポリイミドで形成されている。ポリイミドは、機械的な強度、耐熱性等で優れた性能を持つので、走査線１１０や信号線１２０の基材１０として好適である。すなわち、フレキシブル電子装置１を引き延ばした場合、ミアンダ構造に発生する応力は、ポリイミドが引き受けるので、金属で形成された走査線１１０等にかかる応力は軽減される。

走査線１１０は例えばＴＡＴ（Ｔｉ－Ａｌ－Ｔｉ、チタンーアルミニウムーチタン）構造を有する。三層構造において、導電性は主としてＡｌが担い、ＴｉはＡｌの保護、あるいは、他の配線との接合の改良のために使用される。走査線１１０の材料はこのほかに、ＭｏＷ（モリブデンータングステン合金）等、フレキシブル電子装置１の用途により種々の構成をとることが出来る。

図３に示すように、走査線１１０を有するミアンダ構造１０２は、形状が不安定なので、上下から保護層（図２で示す３、４）で固定している。まず、走査線１１０が形成されたミアンダ構造１０２を有機材料で形成された上バッファー層５０で覆う。その上を有機材料で形成された保護層６０で覆う。基材１０の下面には、有機材料で形成された下バッファー層７０が配置し、その下に有機材料で下保護層８０が形成されている。

このように、走査線１１０を含むミアンダ構造は、不安定な形状であるが、上下からバッファー層５０、７０及び保護層６０、８０で固定されているので、形状を安定して保つことが出来る。ところで、本発明の電子装置は、フレキシブル電子装置であるから、外部からの引っ張り応力に対して、伸縮可能である必要がある。したがって、ポリイミドによるミアンダ構造をサンドイッチするバッファー層５０、７０及び保護層６０、８０は、ポリイミドよりも延伸しやすい材料、すなわち、ヤング率の小さい材料であることが望ましい。このような材料としては、たとえば、アクリル、ウレタン、エポキシ、シリコーン等の樹脂が挙げられる。

図５は、図３のＣ－Ｃ断面図であり、信号線１２０を有するミアンダ構造１０２の断面図である。図５のミアンダ構造１０２では、基材１０の上に第１有機絶縁膜２０、第２有機絶縁膜３０が連続して形成されている。そして、第２有機絶縁膜３０の上に信号線１２０が形成され、これを覆って第３有機絶縁膜が形成されている。実施例１においては、信号線１２０は、走査線１１０と同じ材料、すなわち、ＴＡＴ（Ｔｉ－Ａｌ－Ｔｉ）構造を有しているが、フレキシブル電子装置の用途によって他の材料に変えてもよい。その他の構造は、図４で説明した走査線１１０部分の断面形状と同じである。

図６は、素子領域１０１の平面図である。素子領域１０１も、外形はポリイミドで形成された基材１０で規定されている。図６における素子領域１０１は菱形であるが、菱形の頂部は走査線１１０及び信号線１２０を有するミアンダ構造１０２と接続しているので、概略８角形のような形となっている。図６においては、走査線１１０も信号線１２０も直線となっているが、図６よりも外側では、図３に示すようなミアンダ構造となっている。

図６において、素子領域１０１に、素子１００が配置している。素子１００の外形は、菱形の頂部を切り欠いた概略８角形となっている。素子１００の下を信号線１２０と走査線１１０が絶縁膜を挟んで交差している。ただし、図６は模式図であり、実際の装置では、走査線１１０、信号線１２０とも、素子１００を駆動するトランジスタ等と接続する。

図７は図６のＤ－Ｄ断面図である。図７において、基材１０の上に無機絶縁膜９０が形成されている。無機絶縁膜９０は、その上側に形成される素子１００等に対して、下側から侵入するする不純物などをブロックする。図７では、無機絶縁膜９０は基材１０の上に形成されているが、これは例であり、必要に応じて、素子１００に近い層に形成してもよい。

無機絶縁膜９０は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）、あるいは、これらの積層膜で形成される。場合によっては、アルミニウム酸化膜（ＡｌＯ）が使用される場合もある。無機絶縁膜９０は剛性が高いが、素子領域１０１にのみ形成されているので、フレキシブル電子装置１の伸縮性に対する影響は小さい。

無機絶縁膜９０を覆って第１有機絶縁膜２０が、例えばポリイミドで形成されている。第１有機絶縁膜２０の上に走査線１１０が横方向（ｘ方向）に延在している。走査線１１０及び第１有機絶縁膜２０を覆って、例えばポリイミドによって第２有機絶縁膜３０が形成されている。第２有機絶縁膜３０の上を信号線１２０がｙ方向に延在している。そして信号線１２０を覆って第３有機絶縁膜４０が形成されている。第３有機絶縁膜の上に素子１００が形成されている。

図７は模式図であり、素子１００と、走査線１１０や信号線１２０等の接続構造は省略されている。実際には、素子１００としてどのようなものが使用されるかにもよるが、素子１００と走査線１１０あるいは信号線１２０との間に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を配置し、ＴＦＴを走査線制御回路１１５、信号線制御回路１２５によって制御することによって、素子１００からの信号、あるいは、素子１００への信号を制御する場合が多い。したがって、素子１００が形成された領域では、複数の有機または無機の絶縁膜が形成される可能性もある。しかし、図７等では、素子１００の形成領域以外では、フレキシブル電子装置を伸縮容易とするために、このような絶縁膜は形成されていない。

図６に示す平面構造は、図７における基材１０から素子１００までの断面構造に対応する。このままだと、平面形状は図３に示すようなものになり、不安定である。そこで、図４で説明したように、上バッファー層５０、上保護層６０、下バッファー層７０、下保護層８０を形成し、全体を平板状にまとめて形状を安定化している。また、図４で説明したように、上バッファー層５０、上保護層６０、下バッファー層７０、下保護層８０は、基材１０、第１有機絶縁膜２０、第２有機絶縁膜３０、第３有機絶縁膜４０等よりもヤング率の小さい材料を使用することによって、フレキシブル電子装置１の伸縮性を損なわない構成とすることが出来る。

図８は、ミアンダ領域１０２及び素子領域１０１を構成するポリイミドで形成された基材１０の形状の一部を示す平面図である。素子が配置される素子領域１０１は菱形に近い形状となっており、その他の部分は、大部分はミアンダ構造１０２となっており、フレキシブルに伸縮が可能な構成となっている。

図９は、図８の構造を白矢印の方向に延伸した場合における問題点を示す平面図である。この場合、菱形である素子領域１０１と走査線１１０を有するミアンダ構造１０２の直線領域と素子領域１０１つなぎ目部分Ｂに応力が集中する。さらに、素子領域１０１には、素子１００や無機絶縁膜８０等が存在するので、他の部分よりも剛性が高い。したがって、菱形である素子領域１０１とミアンダ構造１０２のつなぎ目部分Ｂには、さらに応力が集中しやすい。

それでも、基材１０等を構成するポリイミドのような樹脂は強度が高いので破断することは無いが、基材１０の上を延在する、金属で形成された走査線１１０は、この部分において断線しやすい。この様子を図１０に示す。図１０は、フレキシブル電子装置１を横方向（ｘ方向）に引っ張った場合に、応力が大きい部分において、走査線１１０に破断ＢＢが生ずることを示す平面図である。実施例１は、このような走査線１１０の断線を防止する構成を与える与ものである。なお、図１０では、フレキシブル電子装置１を横方向に延伸させた場合の例であるが、フレキシブル電子装置を縦方向に延伸させれば、信号線１２０に対して同様な現象が生ずる。本発明は、信号１２０側の問題に対しても同様に適用できる。

図１１は以上の問題点を対策する実施例１の概略構成を示す平面図である。図１１において、素子領域１０１及びミアンダ構造１０２は基材１０、第１有機絶縁膜２０、第２有機絶縁膜３０、第３有機絶縁膜４０等によって形成されていることは比較例と同様である。図１１の特徴は、ミアンダ構造１０２において、走査線１１１を構成する部分と、信号線１２１を構成する部分は、金属膜ではなく、グラフェン構造となっていることである。

「グラフェン」は炭素で構成された厚みが原子１個分のシートである。金属の銅と同じくらいの導電性を有し、熱の伝わりやすさは銀以上とされている。その一方で耐熱性は高く、３０００度程度まで溶けないとされている。さらに、柔軟、伸縮性もあって曲げ延ばしも可能である。したがって、グラフェンはフレキシブル電子装置における走査線、あるいは信号線としては、きわめて好適である。

グラフェンは、グラファイトと同様、炭素のみで構成されている。原子を、厚みを取らないようにハニカム状に共有結合させた状態で並ばせたシートにすることで、鉱物の黒鉛と違った性質を持つようになる。本発明者は、このようなグラフェンをポリイミド膜の表面にレーザを特定の条件で照射することによって実現できることを発見した。このような製法で形成されたグラフェンは、レーザ照射されたポリイミドの上面に１０nm以下の厚さ（多くは、５nm以下）で形成することで、十分な電気的性能を得ることが出来る。また、このようなグラフェンはポリイミドの伸縮に伴って伸縮することが出来る。したがって、基材である、ポリイミドが破壊されない限り、フレキシブル電子装置は破壊することは無い。

図１１では、このようなグラフェンを第１有機絶縁膜２０の上に形成して走査線１１１とし、第２有機絶縁膜３０の上に形成して信号線１２１としている。一方、素子領域１０１では、従来のように、金属膜による走査線１１０及び金属膜による信号線１２０が形成されている。つまり、素子領域の断面構成は、図７と同じである。

図１２は、図１１のＥ－Ｅ断面図である。図１２において、第１有機絶縁膜２０の表面がグラフェンに変換され、これが走査線１１１を構成している。したがって、ミアンダ領域１０２のグラフェンによる走査線１１１を、素子領域１０１の金属による走査線１１０と接続する必要がある。図１３は、図１１のＦ－Ｆ断面図であり、この接続部を示す断面図である。図１３において、ミアンダ部分では、第１有機絶縁膜２０の表面には、グラフェンによる走査線１１１が形成されている。一方、素子領域１０１では、金属膜による走査線１１０が形成されている。金属膜による走査線１１０がグラフェンによる走査線１１１の上に重なるようにして、電気的な接続がとられている。

図１４は、図１１のＧ－Ｇ断面図である。図１４において、第２有機絶縁膜３０の表面がグラフェンに変換され、これが信号線１２１を構成している。一方、素子領域では、従来のように、金属膜による信号線１２０が形成されている。したがって、ミアンダ領域１０２のグラフェンによる信号線１２１を素子領域１０１の金属による信号線１２０と接続する必要がある。

図１５は図１１のＦ－Ｆ断面図であり、この接続部を示す断面図である。図１５において、ミアンダ部分では、第２有機絶縁膜の表面には、グラフェンによる信号線１２１が形成されている。一方、素子領域１０１では、金属膜による信号線１２０が形成されている。金属膜による信号線１２０がグラフェンによる信号線１２１の上に重なるようにして、電気的な接続がとられている。

図１６は、グラフェン１１１が形成された状態におけるミアンダ領域１０２及び素子領域１０１を構成するポリイミドで形成された第１有機絶縁膜２０の形状の一部を示す平面図である。グラフェンはミアンダ領域１０２にみに形成されている。図１７は素子領域１０１に素子１００、金属膜による走査線１１０が形成された状態を示す平面図である。走査線１１０は、グラフェン１１１の上に積層された形で走査線１１１との接続がとられている。

図１８は、アクティブ領域５において、グラフェンによって走査線１１１を、また、グラフェンによって信号線１２１を構成した状態を示す平面図である。図１８において、グラフェンによる走査線１１１が横方向（ｘ方向）に蛇行しながら延在し、グラフェンによる信号線１２１が縦方向（ｙ方向）に蛇行しながら延在している。図１８における素子領域１０１付近の構成は、図１１で説明したのと同様である。その他の構成は図３で説明したのと同様である。

図１９乃至図２９は、図１１、図１８等に示す実施例１の構成を実現するためのプロセスの例を示す図である。ところで、素子１００が形成された素子領域１０１と、走査線１１１や信号線１２１が形成されたミアンダ構造領域１０２は同時に形成される。したがって、ミアンダ構造領域１０２を形成するプロセスは素子１００の構成によって異なってくる。以下で説明するプロセスは、走査線１１１や信号線１２１が形成されたミアンダ構造領域１０２を形成するプロセスのみを取り出したものである。

図１９は、ガラス基板２００の上に基材１０及び第１有機絶縁膜２０を積層して形成した状態を示す断面図である。ガラス基板２００は、製造プロセスにおいて使用されるものであり、最終プロセスにおいて除去される。図１９において、ポリイミドの材料であるポリアミック酸をガラス基板２００上に塗布し、焼成してイミド化し、基材１０を形成する。基材１０の厚さは、例えば５μmである。その後、基材１０の上に、同様に、ポリアミック酸を塗布し、焼成してイミド化し、第１有機絶縁膜２０を形成する。第１有機絶縁膜の厚さは、例えば１乃至５μmである。第２有機絶縁膜３０、第３有機絶縁膜４０の製造も基本的には、基材１０，第１有機絶縁膜２０等と同じである。

図２０は、レーザを、第１有機絶縁膜２０の表面にフォーカスさせて、照射している状態を示す断面図である。レーザ照射された部分は、グラフェン１１１に変換される。グラフェンが形成された領域は、１０nm以下ときわめて薄い。しかし、グラフェンの導電率は高いので、走査線１１１としての役割を果たすことが出来る。

図２０に示すようなレーザ照射は、第１有機絶縁膜２０の全面に照射されるわけではない。横方向（ｘ方向）に蛇行して延在する走査線１１１を構成するように、描画される。図２１は、このようなレーザ描画領域を示す平面図である。図２１において、第１有機絶縁膜２０の表面に、横方向に蛇行して延在する走査線１１１がグラフェンによって形成されている。

図２２乃至図２４は、図１８に示す信号線１２１側を構成するためのプロセスを示す断面図である。図２２は、ガラス基板２００の上に、ポリイミドによって、基材１０、第１有機絶縁膜２０、第２有機絶縁膜３０が形成された状態を示す断面図である。第２有機絶縁膜３０の厚さは例えば、１乃至５μmである。

図２３は、レーザを、第２有機絶縁膜３０の表面にフォーカスさせて、照射している状態を示す断面図である。レーザ照射された部分は、グラフェン１２１に変換される。グラフェンが形成された領域は、１０nm以下ときわめて薄い。しかし、グラフェンの導電率は高いので、信号線１２１としての役割を果たすことが出来る。

図２３に示すようなレーザ照射は、第２有機絶縁膜３０の全面に照射されるわけではない。縦方向（ｙ方向）に蛇行して延在する信号線１２１を構成するように、描画される。図２４は、このようなレーザ描画領域を示す平面図である。図２４において、第２有機絶縁膜３０の表面に、縦方向に蛇行して延在する信号線１２１がグラフェンによって形成されている。

図２５は、図２３及び図２４のようにして形成されたグラフェンによる信号線１２１を覆って、例えば、ポリイミドによって第３有機絶縁膜４０が形成された状態を示す断面図である。図２６は、図２０及び図２１のようにして形成されたグラフェンによる走査線１１１を覆って、例えば、ポリイミドによって第２有機絶縁膜３０及び第３有機絶縁膜４０が形成された状態を示す断面図である。以後のプロセスは、走査線１１１側も信号線１２１側も共通なので、走査線１１１側のプロセスのみについて説明する。

図２７は、基材１０、第１有機絶縁膜２０、第２有機絶縁膜３０、第３有機絶縁膜４０、をパターニングして、ミアンダ構造１０２を形成した状態を示す断面図である。このパターニングにおいて、素子領域１０１も同時にパターンンされる。すなわち、図２６までは、平面状の第１有機絶縁膜２０に走査線１１１が形成され、平面状の第２有機絶縁膜３０に信号線１２１が形成されている状態であるが、図２７におけるパターニングによって、ミアンダ領域１０２及び素子領域１０１の平面構造が規定される。

図２８は、第３有機絶縁膜４０を覆って、上バッファー層５０及び上保護層６０が形成された状態を示す断面図である。上バッファー層５０及び上保護層６０の構成は、比較例で説明したのと同様である。上バッファー層５０はミアンダ領域１０２の間にも充填される。

図２９は、基材１０及び上バッファー層５０からガラス基板２００を剥離している状態を示す断面図である。ガラス基板２００の剥離は、例えば、ガラス基板２００と、基材１０及び上バッファー層５０の下面との界面にレーザを照射して、いわゆるレーザアブレーションによっておこなうことが出来る。なお、走査線１１１、信号線１２１はミアンダ構造となっており、平面で視て、網目状の構造であるが、図２９の状態では、上バッファー層５０によって固定されているので、ガラス基板２００を剥離しても、ばらばらになることはない。

その後、図３０に示すように、下バッファー層７０及び下保護層８０を形成することによって、平板状のフレキシブル電子装置が完成する。図２９のように、ガラス基板２００を剥離した状態の構造をひっくり返して下バッファー層７０を形成する材料を塗布、焼成し、その後、下保護層８０を構成する材料を塗布、焼成してバッファー層７０及び下保護層８０を形成する。信号線側の断面における製造プロセスも同様である。なお、フレキシブル電子装置の用途によっては、下保護膜８０は省略してもよい。

実施例１の構成によれば、第１有機絶縁膜２０に形成されたグラフェンによる走査線１１１、及び、第２有機絶縁膜３０に形成されたグラフェンによる信号線１２１は、各々、第１有機絶縁膜２０及び第２有機絶縁膜３０と一体的に伸縮するので、フレキシブル電子装置を伸縮したことによる、断線は免れる。したがって、信頼性の高いフレキシブル電子装置を実現することが出来る。

素子領域１０２には、センサ等の素子の他、素子の動作を制御するための、トランジスタ等が形成される。このために、素子領域１０２には、半導体、金属による電極、無機絶縁膜等の無機膜が多用される。無機絶縁膜には例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）等が使用され、アルミニウム酸化膜（ＡｌＯ）が使用されることもある。

これらの、金属膜、無機絶縁膜、半導体膜等は、剛体であり、伸縮すると破壊する。しかし、図１１、図１８に示すような、本発明の構成によれば、フレキシブル電子装置を伸縮させた場合、伸縮するのは、ミアンダ構造を有する走査線１１１や信号線１２１等である。したがって、素子領域の歪は、小さくすることが出来るので、素子領域に硬い無機材料を多用しても、フレキシブル電子装置が破壊することは無い。

図３２は、図３１のＩ－Ｉ断面図であり、素子領域１０１の断面構造の例である。なお、図３２の領域では、走査線は金属による走査線１１０が形成され、信号線は金属による信号線１２０が形成されている。金属による走査線１１０と、グラフェンによる走査線１１１との接合は、例えば、図１３のように行うことが出来、金属による信号線１２０と、グラフェンによる信号線１２１との接合は、例えば、図１５のように行うことが出来る。

図３２において、ポリイミドによる基材の上にＳｉＯ膜及びＳｉＮ膜の積層膜によって下地膜３００が形成されている。下地膜３００の上に、例えばトランジスタを形成するための半導体膜３０１が形成されている。下地膜３００は、ポリイミドからの不純物が半導体膜３０１を汚染することを防止する。半導体膜３０１を覆って、例えば、ＳｉＮ膜によってゲート絶縁膜３０２が形成されている。下地膜３００もゲート絶縁膜３０２も、端部は第１有機絶縁膜２０によって覆われている。

ゲート絶縁膜３０２の上を、例えば、ゲート電極の役割を有する走査線１１０が延在している。走査線１１０は、第１有機絶縁膜２０の上を延在している。図３２において、走査線１１０の上を層間絶縁膜絶縁膜３０３がＳｉＯ膜あるいはＳｉＮ膜、または、これらの積層膜によって形成される。層間絶縁膜絶縁膜３０３は、走査線１１０及び第１有機絶縁膜２０の上を覆っている。

層間絶縁膜絶縁膜３０３の上を信号線１２０が、紙面垂直方向、すなわちｙ方向に延在している。信号線１２０は、層間絶縁膜絶縁膜３０３及び第２有機絶縁膜３０の上を延在している。その後、信号線１２０及び第２有機絶縁膜３０を覆って、第３有機絶縁膜４０が形成される。第３有機絶縁膜４０は、平坦化膜としての役割も有している。

第３有機絶縁膜４０の上に、センサ等の素子１００が形成されている。図３２における素子１００は、電極等、複数の層を有している。また、半導体膜３０１と素子１００とは、図３２には記載していない領域において接続している。

ところで、図３２に示すように、素子１００を形成する領域においては、第１有機絶縁膜２０及び第２有機絶縁膜３０にスルーホールが形成されている。実施例１において説明した製造プロセスにおいて、第１有機絶縁膜２０の外形を規定するためのパターニングは第１有機絶縁膜２０にスルーホールを形成するプロセスと同時に、また、第２有機絶縁膜３０の外形を規定するためのパターニングは第２有機絶縁膜３０にスルーホールを形成するプロセスと同時におこなってもよい。

このように、素子領域１０１に無機材料による膜が多用されたとしても、図１１、図１８等に示す本発明では、フレキシブル電子装置を伸縮させた場合の、伸縮する領域は、主としてミアンダ構造１０２が受け持つので、素子領域１０１は、破壊することを免れる。そして、本発明では、ミアンダ構造１０２に形成された走査線１１１は第１有機絶縁膜２０と一体で、また、信号線１２１は第２有機絶縁膜３０と一体で形成されているので、フレキシブル電子装置を伸縮させた場合の断線の危険は非常に小さく抑えることが出来る。

このように、本発明によれば、信頼性の高い、伸縮可能なフレキシブル電子装置を実現することが出来る。なお、実施例１や実施例２で説明した、フレキシブル電子装置の断面構造は例であり、本発明は、他の断面構造を有するフレキシブル電子装置に対しても使用することが出来る。

また、走査線駆動回路、信号線駆動回路、電源回路なども、図１の場合とは、配置が異なる場合がある。それにともなって、走査線、信号線駆動回路が配置される層も、以上で説明した構成と異なってくるが、本発明は、同様に適用することが出来る。

１…フレキシブル電子装置、 ２…素子層、 ３…上保護層、 ４…下保護層、 ５…アクティブ領域、 ６…端子領域、 １０…基材、 ２０…第１有機絶縁膜、 ３０…第２有機絶縁膜、 ４０…第３有機絶縁膜、 ５０…上バッファー層、 ６０…上保護膜、 ７０…下バッファー層、 ８０…下保護膜、 ９０…無機絶縁膜、 １００…素子、 １０１…基材の素子領域、 １０２…基材のミアンダ構造領域、 １１０…走査線、 １１１…グラフェンによる走査線、 １１５…走査線駆動回路、 １２０…信号線、 １２１…グラフェンによる信号線、 １２５…信号線駆動回路、 １３０…電源回路、 １５０…フレキシブル配線基板、 ２００…ガラス基板、 ３００…下地膜、 ３０１…半導体膜、 ３０２…ゲート絶縁膜、 ３０３…層間絶縁膜

Claims (17)

1. 複数の素子領域が第１の方向に第１の間隔をもって配置し、第２の方向に第２の間隔をもって配置し、
   前記複数の素子領域は、蛇行しながら第１の方向に延在する第１の有機絶縁膜によって第１の方向に接続し、前記第１の有機絶縁膜の表面には、グラフェンによる第１の配線が形成され、
   前記複数の素子領域は、蛇行しながら第２の方向に延在する第２の有機絶縁膜によって第２の方向に接続し、前記第２の有機絶縁膜の表面には、グラフェンによる第２の配線が形成されていることを特徴とする電子装置。
2. 前記素子領域、前記第１の有機絶縁膜、及び前記第２の有機絶縁膜は、有機絶縁膜で形成された基材の上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記基材、第１の有機絶縁膜、第２の有機絶縁膜は、ミアンダ構造を含む外形を有していることを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
4. 前記素子領域は、無機絶縁膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
5. 前記素子領域には、前記第１の方向に延在する第３の配線が第１の金属膜によって形成され、前記第２の方向に延在する第４の配線が第２の金属膜によって形成され、
   前記第１の配線と前記第３の配線は接続し、前記第２の配線は前記第４の配線と接続することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
6. 前記第３の配線は、端部において、前記第１の配線と積層し、前記第４の配線は、端部において、前記第２の配線と積層することを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
7. 前記第１の配線と前記第３の配線は走査線であり、前記第２の配線と前記第４の配線は信号線であることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
8. 前記基材、前記第１の有機絶縁膜、前記第２の有機絶縁膜はポリイミドで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
9. 前記第２の有機絶縁膜は、第３の有機絶縁膜によって覆われ、
   前記第３の有機絶縁膜は前記素子領域にも形成され、
   前記素子領域に形成された素子は、前記第３の有機絶縁膜の上に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
10. 前記第３の有機絶縁膜はミアンダ構造を有していることを特徴とする請求項９に記載の電子装置。
11. 前記第３の有機絶縁膜及び前記基材の側面は、第４の有機絶縁膜によって覆われ、前記第４の有機絶縁膜のヤング率は、前記基材よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の電子装置。
12. 前記基材及び前記第４の有機絶縁膜の下面には、第５の有機絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の電子装置。
13. 前記第５の有機絶縁膜のヤング率は、前記基材のヤング率よりも小さいことを特徴とする請求項１２に記載の電子装置。
14. 前記電子装置は、主面方向において、動作可能な伸長率は１０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
15. 前記素子領域に形成された素子は、トランジスタまたはダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
16. 前記素子領域に形成された素子は、光センサ、温度センサ、圧力センサ、タッチセンサ、発光素子、又は、受光素子であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
17. 前記素子領域に形成された素子は、アクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。

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