JP6224486B2 - 多層フィルム、電子デバイス - Google Patents

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Description

本発明は、多層フィルム、電子デバイス、およびそれらの製造方法に関する。
プラスチックフィルム上に電子デバイスを形成することにより、軽い、薄い、割れない、曲るといった特長を有する電子デバイスを実現できる。このような電子デバイスは、フレキシブルエレクトロニクスデバイスと総称され、近年、活発に開発が進められている。電子デバイスの例としては、ディスプレイ、光電変換素子、RFタグなどが挙げられる。フレキシブルディスプレイの総説としては、非特許文献1などがある。
プラスチックフィルムは、従来のガラス基板よりも気体を透過しやすいため、透過した気体により電子デバイスが劣化する場合がある。特に水蒸気は、金属製の配線や半導体層の経時劣化を促進することが一般に知られている。これを防止するために、ガスバリア層をフィルム上に形成する手法が知られている。例えば、特許文献1には、無機膜と有機膜を交互に積層した構造について開示されている。
水蒸気透過率は、一日当たり、単位面積当たりに透過する水の質量で評価される。一般に薄膜自体のガスバリア性を比較した場合、有機膜よりも無機膜の方が優れている。
無機膜のほうが低い水蒸気透過率を示す理由は、無機膜は、有機膜よりも緻密で隙間がない膜を形成できるために、ガス分子(水蒸気の場合は、水分子)が透過しにくいためである。
一方、無機膜は、一般に有機膜よりも曲げや応力に対して割れやすいという性質がある。割れた場合は、ガスバリア性が失われることに加え、膜上に形成された電子デバイスの破壊が起こるために、デバイスに致命的な欠陥がもたらされる。一般に、膜密度が高いほど弾性率が大きく、弾性率が大きいほど割れやすいことが知られている。
フレキシブル電子デバイスの利点である、曲げられる特性を最大限に活かして工業的に応用するためには、ガスバリア層のガスバリア性と曲げ耐性の両立が必要である。
特許文献1の構成の場合、曲げや応力に対して、応力が無機膜中を膜に沿って伝達される。そのため、有機膜を使用した場合と比較して、最も応力が集中する箇所で無機膜が割れやすい。
米国特許第6 866 901号明細書
Flexible Flat Panel Displays, Gregory P. Crawford, 2005年, Wiley
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、曲げ応力が加えられた場合に割れにくく、かつ高いガスバリア性を備えた多層フィルム、当該多層フィルムを用いた電子デバイス、およびそれらの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様である多層フィルムは、可撓性を有する板状の基材と、前記基材の主面と平行な方向に互いに離間して前記基材上に配置された複数の板状の第1無機部材と、前記複数の第1無機部材のそれぞれを囲むように前記複数の第1無機部材間における前記基材上に立設された第1有機部材と、前記第1有機部材の上面および側面を覆う第2無機部材と、前記第1無機部材の上方であって前記第2無機部材により囲まれた空間を満たす第2有機部材と、を有する多層フィルムである。そして、前記第2無機部材のうち、前記第1有機部材の側面を覆う側面部分の厚みは、前記第1有機部材の上面を覆う上面部分の厚みおよび前記第1無機部材の厚みよりも薄いことを特徴とする。
本発明の一態様である多層フィルムの構成によると、基材の主面と平行な方向に互いに離間した複数の板状の第1無機部材を有し、複数の第1無機部材間には第1有機部材が介在している。即ち、基材の主面と平行な方向に沿って第1無機部材と第2無機部材とが交互に配置されている。そして、第1有機部材の上面および側面は、第2無機部材により覆われ、第1無機部材の上方であって第2無機部材により囲まれた空間は第2有機部材により満たされている。従って、多層フィルムの第1無機部材よりも上方で上面部分よりも下方の部分は、基材の主面と平行な方向に沿って、第2有機部材、第2無機部材(側面部分)、第1有機部材、第2無機部材(側面部分)、そして再び第2有機部材という順番で、有機部材と無機部材とが交互に配置されている。さらに、多層フィルムの上面部分が配置されている部分は、基材の主面に平行な方向に沿って、第2有機部材と第2無機部材(上面部分)とが交互に配置されている。従って、多層フィルムが曲げられた際に、基材の主面に沿った方向応力は、小さな弾性率(優れた曲げ耐性)を有する有機材料から成る第1有機部材および第2有機部材によって吸収される。これにより、基材の主面に沿った方向の応力伝達が抑制され、割れに対する耐性を高めることができる。
また、上述したように、本発明の一態様である多層フィルムは、第1無機部材と第1有機部材とが交互に配置され、第2有機部材の上面および側面を覆う第2無機部材を有する。従って、基材であるプラスチックフィルム面から進入してくる水分に対して、先ず、第1無機部材により水分の侵入を阻害することができる。そして、複数の第1無機部材間に介在する有機部材を通って侵入してくる水分に対しては、第2無機部材により水分の侵入を阻害することができる。
さらに、本発明の一態様である多層フィルムの構成によると、基材の主面に直行する方向に沿って形成された側面部の厚みが、基材の主面に沿った方向に形成された第1無機部材および上面部の厚みよりも薄いため、多層フィルムが曲げられた際に、側面部がある程度曲げ応力を吸収することができ、側面部にクラック等が発生しにくく、良好なガスバリア性を実現することができる。
なお、本発明でいう応力とは、曲げによって加えられる応力のみでなく、成膜工程などで自然発生する残留応力も含む。
実施形態1に係る多層フィルムの無機部材のパターンを示す平面図である。 実施形態1に係る多層フィルムの無機部材パターンの重ね合わせの態様を模式的に示す平面図である。 実施形態1に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。(a)は、図2のA−A断面図である。(b)は、図2のB−B断面図である。(c)は、図2のC−C断面図である。(d)は、図2のD−D断面図である。 実施形態1に係る多層フィルムの製造過程の一部を模式的に示す部分断面図である。(a)は、ガラス基板上に基材が形成された状態を示す部分断面図である。(b)は、基材上に第1無機材料層が形成された状態を示す部分断面図である。(c)は、第1無機材料層上に感光性レジスト層が形成された状態を示す部分断面図である。(d)は、感光性レジスト層が露光されている状態を示す部分断面図である。 図4の続きの多層フィルムの製造過程の一部を模式的に示す部分断面図である。(a)は、感光性レジスト層が現像された状態を示す部分断面図である。(b)は、第1無機材料層がパターニングされた状態を示す部分断面図である。(c)は、レジストが除去された状態を示す部分断面図である。(d)は、第1無機部および基材上に第1有機層が形成された状態を示す部分断面図である。 図5の続きの多層フィルムの製造過程の一部を模式的に示す部分断面図である。(a)は、第1有機層上に第2無機材料層が形成された状態を示す部分断面図である。(b)は、第2無機材料層上に感光性レジスト層が形成された状態を示す部分断面図である。(c)は、感光性レジスト層が露光されている状態を示す部分断面図である。 図6の続きの多層フィルムの製造過程の一部を模式的に示す部分断面図である。(a)は、感光性レジスト層が現像された状態を示す部分断面図である。(b)は、第2無機材料層がパターニングされた状態を示す部分断面図である。(c)は、レジストが除去された状態を示す部分断面図である。(d)は、第2無機部および第1有機層上に第2有機層が形成された状態を示す部分断面図である。 図7の続きの多層フィルムの製造過程の一部を模式的に示す部分断面図である。(a)は、第2有機層上に第3無機材料層が形成された状態を示す部分断面図である。(b)は、第3無機材料層上に感光性レジスト層が形成された状態を示す部分断面図である。(c)は、感光性レジスト層が露光されている状態を示す部分断面図である。 図8の続きの多層フィルムの製造過程の一部を模式的に示す部分断面図である。(a)は、感光性レジスト層が現像された状態を示す部分断面図である。(b)は、第3無機材料層がパターニングされた状態を示す部分断面図である。(c)は、レジストが除去された状態を示す部分断面図である。 図9の続きの多層フィルムの製造過程を模式的に示す部分断面図である。(a)は、第3無機部および第2有機層上に第3有機層が形成された状態を示す部分断面図である。(b)は、ガラス基板側からエキシマレーザが照射されている状態を示す部分断面図である。(c)は、ガラス基板が剥離され、完成した状態の実施形態1に係る多層フィルムの部分断面図である。 実施形態1に係る多層フィルムの製造過程を示す模式工程図である。 実施形態2に係る多層フィルムの無機部の態様を模式的に示す平面図である。 実施形態2に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図であって、図12のE−E断面図である。 実施形態2に係る多層フィルムの製造過程の一部を模式的に示す部分断面図である。(a)は、ガラス基板上に基材が形成された状態を示す部分断面図である。(b)は、基材上に感光性有機材料層が形成された状態を示す部分断面図である。(c)は、感光性有機材料層が露光されている状態を示す部分断面図である。(d)は、感光性有機材料層が現像された状態を示す部分断面図である。 図14の続きの多層フィルムの製造過程の一部を模式的に示す部分断面図である。(a)は、基材および有機部材上に第1無機部および第2無機部が形成された状態を示す部分断面図である。(b)は、第1無機部および第2無機部上に有機層が形成された状態を示す部分断面図である。(c)は、ガラス基板側からエキシマレーザが照射されている状態を示す部分断面図である。(d)は、ガラス基板が剥離され、完成した状態の実施形態2に係る多層フィルムの部分断面図である。 実施形態2に係る多層フィルムの製造過程を示す模式工程図である。 実施形態3に係る電子デバイスの構成を模式的に示す断面図である。 実施形態3に係る電子デバイスの製造過程を示す模式工程図である。 変形例1に係る多層フィルムの無機部材パターンの重ね合わせの態様を模式的に示す平面図である。 変形例1に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。(a)は、図19のF−F断面図である。(b)は、図19のG−G断面図である。 (a)は、変形例2に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。(b)は、変形例3に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。(c)は、変形例4に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。 (a)は、変形例10に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。(b)は、変形例11に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。(c)は、変形例12に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。(d)は、変形例13に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。 (a)は、変形例14に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。(b)は、変形例15に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。(c)は、変形例16に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。 (a)は、変形例17に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。(b)は、変形例18に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。(c)は、変形例19に係る多層フィルムの構成を模式的に示す部分断面図である。 (a)は、変形例17と同様の構成を有する多層フィルムの断面のDF−STEMによる電子顕微鏡写真である。(b)は、(a)と同じ断面のBF−STEMによる電子顕微鏡写真である。(c)は、(a),(b)の断面を、模式的に示す図である。
≪本発明の一態様の概要≫
本発明の一態様に係る多層フィルムは、可撓性を有する板状の基材と、前記基材の主面と平行な方向に互いに離間して前記基材上に配置された複数の板状の第1無機部材と、前記複数の第1無機部材のそれぞれを囲むように前記複数の第1無機部材間における前記基材上に立設された第1有機部材と、前記第1有機部材の上面および側面を覆う第2無機部材と、前記第1無機部材の上方であって前記第2無機部材により囲まれた空間を満たす第2有機部材と、を有する多層フィルムである。そして、前記第2無機部材のうち、前記第1有機部材の側面を覆う側面部分の厚みは、前記第1有機部材の上面を覆う上面部分の厚みおよび前記第1無機部材の厚みよりも薄いことを特徴とする。
本発明の一態様である多層フィルムの構成によると、基材の主面と平行な方向に互いに離間した複数の板状の第1無機部材を有し、複数の第1無機部材間には第1有機部材が介在している。即ち、基材の主面と平行な方向に沿って第1無機部材と第2無機部材とが交互に配置されている。そして、第1有機部材の上面および側面は、第2無機部材により覆われ、第1無機部材の上方であって第2無機部材により囲まれた空間は第2有機部材により満たされている。従って、多層フィルムの第1無機部材よりも上方で上面部分よりも下方の部分は、基材の主面と平行な方向に沿って、第2有機部材、第2無機部材(側面部分)、第1有機部材、第2無機部材(側面部分)、そして再び第2有機部材という順番で、有機部材と無機部材とが交互に配置されている。さらに、多層フィルムの上面部分が配置されている部分は、基材の主面に平行な方向に沿って、第2有機部材と第2無機部材(上面部分)とが交互に配置されている。従って、多層フィルムが曲げられた際に、基材の主面に沿った方向応力は、小さな弾性率(優れた曲げ耐性)を有する有機材料から成る第1有機部材および第2有機部材によって吸収される。これにより、基材の主面に沿った方向の応力伝達が抑制され、割れに対する耐性を高めることができる。
また、上述したように、本発明の一態様である多層フィルムは、第1無機部材と第1有機部材とが交互に配置され、第2有機部材の上面および側面を覆う第2無機部材を有する。従って、基材であるプラスチックフィルム面から進入してくる水分に対して、先ず、第1無機部材により水分の侵入を阻害することができる。そして、複数の第1無機部材間に介在する有機部材を通って侵入してくる水分に対しては、第2無機部材により水分の侵入を阻害することができる。
さらに、本発明の一態様である多層フィルムの構成によると、基材の主面に直行する方向に沿って形成された側面部の厚みが、基材の主面に沿った方向に形成された第1無機部材および上面部の厚みよりも薄いため、多層フィルムが曲げられた際に、側面部がある程度曲げ応力を吸収することができ、側面部にクラック等が発生しにくく、良好なガスバリア性を実現することができる。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記第1無機部材と、前記第1有機部材とは離間していることを特徴とする。
第1無機部材と第1有機部材とが接合しておらず、双方の間に隙間が存在するため、多層フィルムが曲げられた際に、隙間により曲げ応力を吸収することができ、良好な曲げ耐性を実現することができる。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記第1無機部材と、前記第2無機部材の前記側面部分とは接していることを特徴とする。
第1無機部材と第1有機部材とが接合していないため、多層フィルムが曲げられた際に、隙間により曲げ応力を吸収することができ、良好な曲げ耐性を実現することができる。加えて、第1無機部材と第1有機部材とが接しているため、第1無機部材と第1有機部材との間の隙間が非常に小さい。従って、当該隙間を通って水分が侵入しにくく、良好なガスバリア性を実現することができる。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記第1無機部材の前記第2無機部材と接している部分は、平面視で前記第2無機部材と重なっていることを特徴とする。
これにより、第1無機部材と第2無機部材とが接している部分の微小な隙間を通って侵入した水分は、そのまままっすぐ最短経路で上方へは進めず、第2有機部材を迂回する必要がある。その分、水分の侵入経路が長くなるため、多層フィルムの上方に電子デバイス層等が配置されている場合、水分が電子デバイス層に到達するまでにより長い時間を要することとなる。その結果、良好なガスバリア性を実現して、電子デバイスの長寿命化に資することができる。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記基材の主面と直交する断面において、前記第1有機部材のうち、前記基材と接している基底部分は、前記基底部分よりも上方の部分である上方部分よりも、前記基材の主面と平行な方向における長さが短いことを特徴とする。
第1有機部材が上記のような形状を有しているため、第1有機部材の上面を覆う上面部分は、第1有機部材の基底部分よりも基材の主面に平行な方向における長さが長くなる。従って、上面部分は、第1無機部材間の間隔よりも上記長さが長くなり、第1無機部材と第1有機部材との間の隙間から侵入した水分は、そのまままっすぐ最短経路で上方へは進めず、第2有機部材を迂回する必要がある。その分、水分の侵入経路が長くなるため、多層フィルムの上方に電子デバイス層等が配置されている場合、水分が電子デバイス層に到達するまでにより長い時間を要することとなる。その結果、良好なガスバリア性を実現して、電子デバイスの長寿命化に資することができる。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記第1有機部材は、前記長さの異なる少なくとも2層を含む複数の層が積層されて成り、前記基底部分は、前記複数の層のうち前記基材上に位置する第1段層であり、前記第1段層よりも上に積層された1または複数の層である前記上方部分は、前記第1段層よりも前記長さの長い層を含むことを特徴とする。
このように、長さの異なる複数の層を積層することで、上方部分の長さが基底部分の長さよりも長い第1有機部材を容易に形成することができる。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記第1無機部材の前記第1有機部材に最も近接した端縁部分と、前記第2無機部材の前記側面部分とは連結していることを特徴とする。
第1無機部材と第2無機部材とが連結しているため、基材の主面に沿った方向の水分の移動をより確実に阻害することができる。さらに、第1無機部材と第2無機部材とにより無機部材から成る連続した層が形成されるため、より良好なガスバリア性を得ることができる。 本発明の一態様に係る多層フィルムは、可撓性を有する基材と、前記基材の上方に形成され、第1無機部を含む第1層と、前記第1層上に積層され、有機材料を含む中間層と、前記中間層上に積層され、第2無機部を含む第2層と、を有し、前記第1無機部は、前記積層方向と直交する方向に互いに離間して配置された複数の板状の第1無機部材から成り、前記第1層は、前記複数の第1板状無機部材間に介在する有機材料を有し、前記第2層は、前記複数の第1無機部材間の領域の少なくとも一部の上方に、第2無機部を有することを特徴とする。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記複数の第1無機部材は、それぞれ厚みが同じであることを特徴とする。
これにより、複数の第1無機部材を同じ製法で形成することができる。また、複数の第1無機部材それぞれのガスバリア性を揃えて、全体としてのガスバリア性の均一化を図ることができる。さらに、複数の第1無機部材の厚みが揃っていない場合と比較して、第1層上面を平坦化しやすいため、その上に形成される層の凹凸を軽減することができる。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記複数の第1無機部材は、それぞれの下面が同一平面上に位置していることを特徴とする。
これにより、複数の第1無機部材を同一平面上に一度に形成することができ、製造が容易である。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記複数の第1無機部材は、平面視において、規則的なパターンで配置されていることを特徴とする。
これにより、複数の第1無機部材が不規則に配置されている場合と比較して、製造が容易である。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記複数の第1無機部材は、平面視において、形状およびサイズがそれぞれ同じであることを特徴とする。
これにより、複数の第1無機部材の形成が、形状およびサイズがバラバラである場合と比較して、製造が容易である。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記第2無機部は、前記複数の第1無機部材間の領域全部の上方に位置していることを特徴とする。
これにより、第1無機部材間の領域を通過した水分は、必ず第2無機部により侵入が阻害されるため、良好なガスバリア性を得ることができる。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記第2層において、前記第2無機部は、前記積層方向と直交する方向に互いに離間して配置された複数の第2無機部材から成るか、または、前記積層方向と直交する方向に沿って網目状に形成されており、前記複数の第2無機部材間の領域または前記網目の穴部分には、有機材料が配されていることを特徴とする。
これにより、第2層においても、第1層と同様に、曲げられた際に第2層の中での応力は、無機材料よりも小さな弾性率(優れた曲げ耐性)を有する有機材料よって吸収される。そのため、第2層内での応力伝達が抑制され、割れに対する耐性を高めることができる。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記第2無機部は、前記複数の第2無機部材から成り、有機材料を含む中間層を介して前記第2層上に積層され、前記積層方向と直交する方向に互いに離間して配置された複数の第3無機部材から成る第3無機部を含む第3層をさらに有し、前記第1無機部材および前記第2無機部材は、同一の形状およびサイズを有し、それぞれ前記積層方向と直交する方向に沿って平面視において同一の規則的なパターンで配置されており、前記第1無機部材および前記第2無機部材は、平面視において前記パターンが互いにずれた状態で形成されており、前記第3無機部は、前記ずれにより、前記複数の第1無機部材と前記複数の第2無機部材とが重なり合わない部分の上方に前記複数の第3無機部材の何れかを有することを特徴とする。
これにより、同一のパターンマスクを用いて第1無機部材および第2無機部材を形成することができ、製造が容易になる。また、第1無機部材と第2無機部材の配列パターンを互いにずらして形成することで、より広い領域をカバーすることができる。さらに、第1無機部材と第2無機部材とが重なり合わない部分の上方に複数の第3無機部材の何れかが位置していることにより、当該重なり合わない部分を通過した水分の侵入を、第3無機部材により阻害することができる。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記第3層において、前記複数の第3無機部材間には、有機材料が介在していることを特徴とする。
これにより、第3層においても、第1層と同様に、曲げられた際に第3層の中での応力は、小さな弾性率(優れた曲げ耐性)を有する有機材料よって吸収される。そのため、第3層内での応力伝達が抑制され、割れに対する耐性を高めることができる。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、平面視において、前記第3無機部材は、前記第1無機部材および前記第2無機部材の配置パターンと同一のパターンで配置されていることを特徴とする。
これにより、第1無機部材、第2無機部材、第3無機部材を同一のマスクを用いて形成することができる。
また、本発明の一態様に係る多層フィルムの特定の局面では、前記第2無機部材の端縁から下方に延伸し、前記第1無機部材の端縁に達する中間無機部材をさらに有し、前記中間無機部材の積層方向と直交する方向における幅は、前記第2無機部材の厚みよりも小さいことを特徴とする。
これにより、中間無機部材によって積層方向と直交する方向の水分の移動を阻害することができ、より良好なガスバリア性を得ることができる。
本発明の別の一態様に係る電子デバイスは、上記何れかの特徴を備えた多層フィルムと、前記多層フィルムの上方に形成されたデバイス層と、を有することを特徴とする。
これにより、良好なガスバリア性と曲げ耐性を兼ね備えた電子デバイスを得ることができる。
また、本発明の別の一態様に係る電子デバイスの特定の局面では、前記多層フィルムと前記デバイス層との間に平坦化層を有し、前記平坦化層の表面の凹凸は、100nm以下であることを特徴とする。
これにより、デバイス層の不具合の発生を抑制して良好な品質を得ることができる。
また、本発明の別の一態様に係る電子デバイスの特定の局面では、前記デバイス層は、有機EL素子、液晶素子、光電変換素子、およびRFID素子のうちの何れかを有することを特徴とする。
これにより、フレキシブルで良好な品質安定性を備えた有機ELデバイス、液晶デバイス、光電変換デバイス、RFIDの何れかを実現することができる。
また、本発明の別の一態様に係る電子デバイスの特定の局面では、前記デバイス層は、画像を表示する表示領域を有し、前記第1無機部および前記第2無機部のうち少なくとも一方は、平面視において前記表示領域の面積の90%以上を占めることを特徴とする。
画質劣化はユーザの目に留まりやすいため、画像表示領域において良好な品質を維持することが重要である。上記構成により、表示領域における品質劣化を抑制することができる。
本発明のさらに別の一態様に係る多層フィルムの製造方法は、可撓性を有する基材を準備し、前記基材の上方に第1有機層を積層し、積層された前記第1有機層をパターニングして、前記基材の主面と平行な方向に沿って網目状にパターニングされた第1有機部材を形成し、前記第1有機部材上に無機層を形成することにより、前記基材の前記第1有機部材の前記網目の穴の下方に位置する部分上に、前記基材の主面と平行な方向に互いに離間した複数の板状の第1無機部材を形成すると同時に、前記第1有機部材上に、前記基材の主面と平行な方向に沿って網目状の第2無機部材を形成し、前記第1無機部材および前記第2無機部材上に第2有機層を形成することを特徴とする。
これにより、第1無機部材と第2無機部材とを同時に形成することができるため、製造が容易で工程数の増加を抑制することができ、作業効率の向上およびコスト抑制に資することができる。
また、本発明のさらに別の一態様に係る多層フィルムの製造方法の特定の局面では、前記第1無機部材および前記第2無機部材の形成後、前記第2有機層の形成に先立って、前記第1無機部材および前記第2無機部材の表面に対して、プラズマ処理、光照射、自己整合単分子膜の形成のうちのいずれかにより表面処理を施すことを特徴とする。
これにより、第1無機部材と第2有機層との間の密着性、および第2無機部材と第2有機層との間の密着性を高め、それぞれの界面からの水分の侵入を抑制することができる。
本発明のさらに別の一態様に係る電子デバイスの製造方法は、上記何れかの多層フィルムの製造方法により製造される多層フィルムの上方にデバイス層を形成することを特徴とする。
また、本発明のさらに別の一態様に係る電子デバイスの製造方法の特定の局面では、前記デバイス層は、有機EL素子、液晶素子、光電変換素子、およびRFID素子のうちの何れかを有することを特徴とする。
本発明のさらに別の一態様に係る多層フィルムの製造方法は、可撓性を有する基材を準備する基材準備工程と、前記基材の上方に第1無機材料層を成膜する第1無機材料層形成工程と、成膜された前記第1無機材料層を島化して、層方向に互いに離間した複数の板状の第1無機部材から成る第1無機部を形成する第1無機部形成工程と、前記複数の第1無機部材の上方および前記複数の第1無機部材間の領域に有機材料を含む第1有機層を形成する第1有機層形成工程と、前記第1有機層の上方に第2無機材料層を成膜する第2無機材料層形成工程と、成膜された前記第2無機材料層を島化して、層方向に互いに離間した複数の第2無機部材から成る第2無機部を、前記複数の第1無機部材間の領域の少なくとも一部の上方に形成する第2無機部形成工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明のさらに別の一態様に係る多層フィルムの製造方法の特定の局面では、前記第1無機部形成工程の後、前記第1有機層形成工程に先立って、前記第1無機部の表面に対して、プラズマ処理、光照射、自己整合単分子膜の形成のうちのいずれかにより表面処理を施す第1無機部表面処理工程をさらに有することを特徴とする。
これにより、第1無機部と第1有機層との間の密着性を高め、第1無機部と第1有機層との界面からの水分の侵入を抑制することができる。
また、本発明のさらに別の一態様に係る多層フィルムの製造方法の特定の局面では、前記第2無機部形成工程の後、前記第2有機層形成工程に先立って、前記第2無機部の表面に対して、プラズマ処理、光照射、自己整合単分子膜の形成のうちのいずれかにより表面処理を施す第2無機部表面処理工程をさらに有することを特徴とする。
これにより、第2無機部と第2有機層との間の密着性を高め、第2無機部と第2有機層との界面からの水分の侵入を抑制することができる。
以下、具体例を示し、構成および作用・効果を説明する。
なお、以下の説明で用いる実施形態は、本発明の一態様に係る構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いる例示であって、本発明は、その本質的部分以外に何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
≪実施形態1≫
本発明の構造を、図面を用いてより詳細に説明する。
[1.多層フィルム100の全体構成]
図1は、実施形態1に係る多層フィルムにおける1つの層内の無機部材の態様を示す平面図である。図1に示すように、実施形態1に係る多層フィルムにおける1つの層内の無機部材は、島化された(積層方向と直交する方向に互いに離間した)複数の板状の無機部材から成り、複数の無機部材は規則的な繰り返しパターンで配置されている。ここで、積層方向とは、言い換えれば、層の厚み方向であり、積層方向と直交する方向とは、基材2(図3各図参照)の主面に平行な方向である。図1は、繰り返しパターンの一例であり、無機部材の一部分のみを示している。斜線部分が無機部材であり、白抜きの部分は、隣り合う無機部材間の領域部分である。1つの島としての無機部材は、図1に示すように、平面視において略正方形の形状を有している。本実施形態においては、正方形の一辺の長さは、例えば、40μmであり、隣り合う無機部材間の隙間の大きさは、例えば、2μmであるが、これらに限られない。
図2は、実施形態1に係る多層フィルム100の構成を模式的に示す平面図である。図3(a)は、図2のA−A直線による多層フィルム100の断面図である。図3(b)は、図2のB−B直線による多層フィルム100の断面図である。図3(c)は、図2のC−C直線による多層フィルム100の断面図である。図3(d)は、図2のD−D直線による多層フィルム100の断面図である。なお、図2においては、図示をわかりやすくするために、第1無機部3、第2無機部7、第3無機部10のみを示している。
図2および図3各図に示すように、多層フィルム100は、図1に示すパターンで配置された複数の無機部材から成る無機部材の層が3層(第1無機部3の層、第2無機部7の層、第3無機部10の層)、互いにアラインメントをずらして重ね合わされた構成を有している。また、図3(a)に示すように、多層フィルム100は、可撓性を有する有機材料から成る基材2上に、第1無機部3の層、第1有機層6、第2無機部7の層、第2有機層9、第3無機部10の層、第3有機層12がこの順に積層されて構成されている。
上記のように、アラインメントがずれていることにより、第1無機部3、第2無機部7、第3無機部10それぞれの隣り合う無機部材間の隙間領域が3つとも重なり合うことがない。そのため、多層フィルム100の周縁部分を除く何れの部分においても、平面視において上記3つの無機部材のうちの少なくとも1つが必ず存在する。
なお、上記アラインメントのずれは、本実施形態においては、例えば、以下の通りである。図2において、第2無機部7における第2無機部材7sのパターンは、第1無機部3における第1無機部材3sのパターンに対して紙面下方向に20μm、右方向に10μmずらした状態で形成されている。第3無機部10における第3無機部材10sのパターンは、第1無機部3における第1無機部材3sのパターンに対して紙面上方向に10μm、左方向に5μmずらした状態で形成されている。
基材2を構成する可撓性の有機材料としては、樹脂や、樹脂の中に無機材料や有機材料からなる添加剤、粒子やフィラーを含んだ材料が用いられる。
上記樹脂材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレンスルホン酸、シリコーン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド、ポリイミド、アラミド樹脂などが挙げられる。これらのうち2種類以上の材料が混合されていてもよく、また、これらの材料は化学的に修飾されていてもよい。本実施形態においては、基材2は、例えば、ポリイミドから成る。
基材2の性質としては、曲げたときに容易に割れたり破壊されたりしないことが必要である。
基材2の膜厚としては、必要な機械的強度と、曲げ性を確保するために、1μm〜1000μmの範囲が好ましい。
図2および図3に示すように、第1無機部3は、積層方向(層の厚み方向)と直交する方向(以下、単に「層方向」という。)に互いに離間して配置された複数の無機部材3sから成る。第2無機部7は、層方向に互いに離間して配置された複数の無機部材7sから成る。第3無機部10は、層方向に互いに離間して配置された複数の無機部材10sから成る。
複数の第1無機部材3sは、それぞれ板状で略同じ厚みを有し、それぞれの下面は、略同一平面上に位置している。複数の第2無機部材7sは、それぞれ板状で略同じ厚みを有し、それぞれの下面は、略同一平面上に位置している。複数の第3無機部材10sは、それぞれ板状で略同じ厚みを有し、それぞれの下面は、略同一平面上に位置している。
実施形態1に係る多層フィルム100においては、個々の第1無機部材3s、第2無機部材7s、第3無機部材10sは、平面視において全て略同一の形状(正方形)およびサイズである。
第1無機部3、第2無機部7、および第3無機部10は、金属膜や炭素膜、ケイ素膜、絶縁膜を用いて形成することができる。第1無機部3、第2無機部7、および第3無機部10を構成する材料は、無機材料を主成分として含んでいれば、必ずしも無機材料のみから構成されていなくてもよく、少量の無機材料以外の成分を含んでいても何ら問題はない。金属膜としては、金、銀、銅、アルミ、モリブデン、クロムおよびそれらの合金を好適に用いることができる。絶縁膜としては、金属酸化物、金属塩、酸化ケイ素、窒化ケイ素、シリサイドなどを好適に用いることができる。これらの材料は、低い水分透過性を有している。
第1無機部材3s、第2無機部材7s、および第3無機部材10sの膜厚としては、10nm〜100μmの範囲が好ましい。これよりも薄いと水分が透過するようになり、ガスバリア性を得ることが困難となる。これよりも厚いと段差が大きくなりすぎるために、上方を覆う有機層で平坦化することが困難となり、当該多層フィルムの上に電子デバイスを形成することが困難となる。
[2.多層フィルム100の可撓性および曲げ耐性]
第1有機層6は、第1無機部3上を覆い、さらに隣り合う第1無機部材3s間の隙間を埋めるように形成されている。即ち、第1有機層6は、隣り合う第1無機部材3s間の領域に形成された第1有機部材(有機材料)6aと、第1無機部材3s上に連続した層として形成された第1連続有機層部6bとから成る。同様に、第2有機層9は、隣り合う第2無機部材7s間の領域に形成された第2有機部材(有機材料)9aと、第2無機部材7s上に連続した層として形成された第2連続有機層部9bとから成る。また、第3有機層12は、隣り合う第3無機部材10s間の領域に形成された第3有機部材(有機材料)12aと、第3無機部材10s上に連続した層として形成された第3連続有機層部12bとから成る。第1有機層6、第2有機層9、および第3有機層12が形成される有機材料としては、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート、ポリキシレン、ポリイミド、ポリアミド、アラミド樹脂などを好適に用いることができる。また、有機材料を主成分として含んでいれば、必ずしも有機材料のみから構成されていなくてもよく、主成分以外の無機材料を含有していても何ら問題はない。第1有機層6、第2有機層9、および第3有機層12は、曲げに対する可撓性(柔軟性)を有していることが必要である。別の言い方をすると、曲げたときに伸縮しやすく、応力を緩和できることが必要であり、弾性率が小さいこととほぼ一致する。ただし、弾性率が小さい材料であっても、クラックが入りやすい材料は本発明の有機材料としては適性が低い。
第1有機層6、第2有機層9、および第3有機層12の膜厚としては、10nm〜100μmの範囲が好ましい。これよりも薄いと第1無機部材3s、第2無機部材7s、および第3無機部材10sを完全に覆うことが困難であり、曲げ時の応力を分散させることが困難である。これよりも厚いと多層フィルムの厚みが増加し、曲げることが困難となる。
上記説明したように、本実施形態に係る多層フィルム100においては、無機材料を主成分とする複数の無機部材が有機材料を主成分とする有機部材を間に挟んで間欠的に位置している。これにより、多層フィルム100が曲げられた場合に、無機部材ではなく有機部材が主に伸縮して、曲げによって発生する応力を吸収することができ、割れやクラックの発生を防止することができる。
複数の無機部材間の隙間領域を無機材料で充填した場合には、曲げられた場合に、無機部材および充填された無機材料のいずれか、または両方が容易に破壊されてしまう虞がある。無機部は、複数の無機部材が層方向にパターニングされて間欠的に位置した構成を有する(即ち、複数の無機部材が互いに層方向に離間して位置している)ことが本発明の効果を得るために必要である。これによって、連続膜として無機部が形成されている場合であれば発生しやすい、応力が伝播して膜の最も弱い箇所が破壊されるという課題を解決することができる。
また、複数の無機部材間の領域を空隙にした場合は、表面の凹凸が大きくなり、その上層に別の封止膜や機能デバイスを配置することが困難となる。
実施形態1に係る多層フィルム100の構成は、以下のように捉えることもできる。第1無機部3および第1有機部材6aを第1層20とし、第1連続有機層部6bを第1中間層30とする。第2無機部7および第2有機部材9aを第2層40とし、第2連続有機層部9bを第2中間層50とする。第3無機部10および第3有機部材12aを第3層60とし、第3連続有機層部12bを上部層70とする。この場合、多層フィルム100は、基材2上に、第1層20、第1中間層30、第2層40、第2中間層50、第3層60、上部層70が、この順に積層された構成と捉えることができる。
第1層20においては、複数の第1無機部材3sが互いに層方向に離間して形成されている。第2層40においては、複数の第2無機部材7sが互いに層方向に離間して形成されている。第3層60においては、複数の第3無機部材10sが互いに層方向に離間して形成されている。隣り合う第1無機部材3s間の隙間部分には、第1有機部材6aが形成されている。隣り合う第2無機部材7s間の隙間部分には、第2有機部材9aが形成されている。隣り合う第3無機部材10s間の隙間部分には、第3有機部材12aが形成されている。これにより、第1層20、第2層40、第3層60それぞれの内部を層方向に伝達される曲げ応力が、第1有機部材6a、第2有機部材9a、第3有機部材12aにより吸収され、第1無機部材3s、第2無機部7、第3無機部10に割れやクラックが発生するのを防止することができる。従って、多層フィルム100は、良好な可撓性および曲げ耐性を実現することができる。
また、第1層20と第2層40との間、および第2層40と第3層60との間に、有機材料を主成分とする第1中間層30および第2中間層50がそれぞれ形成されている。これにより、曲げ応力が第1中間層30および第2中間層50でも吸収される。従って、応力の積層方向(層の厚み方向)の伝達が抑制され、第1無機部3、第2無機部7、第3無機部10の割れやクラックの発生をより一層防止して、より良好な曲げ耐性を実現することができる。
[3.多層フィルム100の水分透過性]
図3(a)〜図3(d)において、矢印P1〜P4は、外部からの水分の侵入経路を示し、破線の矢印Pdは、水分の侵入を阻害するものが何も無いと想定した場合の水分の最短侵入経路を示す。
図3(a)において矢印P1で示すように、基材2を通って外部から侵入した水分は、水分透過性の低い第1無機部材3sにより上方への移動を阻害される。そして、水分は、第1無機部材3sを迂回するように第1無機部材3sの下面に沿って層方向(図3においては、紙面横方向)に移動した後、隣り合う第1無機部材3s間の領域に形成された第1有機部材6aに到達する。ここで、第1有機部材6aは、第1無機部材3sよりも水分透過性が高いため、水分は第1有機部材6aを通ってさらに上方へと侵入し、第2無機部材7sに到達する。そこで、水分透過性の低い第2無機部材7sにより上方への移動を阻害され、第2無機部材7sを迂回するように第2無機部材7sの下面に沿って層方向(図3においては、横方向)に移動する。そして、隣り合う第2無機部材7s間の領域に形成された第2有機部材9aに到達する。ここで、第2有機部材9aは、第2無機部材7sよりも水分透過性が高いため、水分は第2有機部材9aを通ってさらに上方へと侵入し、第3無機部材10sに到達する。そこで、水分透過性の低い第3無機部材10sにより上方への移動を阻害され、第3無機部材10sを迂回するように第3無機部材10sの下面に沿って層方向(図3においては、横方向)に移動する。そして、隣り合う第3無機部材10s間の領域に形成された第3有機部材12aを通って、第3連続有機層部12bに侵入する。そしてやがて、第3連続有機層部12bの上方に形成されたデバイス層90(図17参照)に達する。
このように、外部から基材2を通って侵入した水分は、第1無機部材3s、第2無機部材7s、および第3無機部材10sにより上方への移動が阻害されるたびに迂回しなくてはならず、これにより、最短経路Pdと比較して水分の侵入経路が長くなる。これは即ち、外部からの水分が多層フィルム100を透過して多層フィルム100の上方に形成されたデバイス層90(図17参照)に到達するまでにより長時間を要することを意味する。これにより、外部からの水分によりデバイス層90(図17参照)が受ける悪影響を長期間にわたって防止することができる。
図3(b),(c),(d)に示すように、多層フィルム100には、第1無機部3、第2無機部7、第3無機部10の3つのうち2つのみが重なり合っている部分が存在する。
図3(b)に示す多層フィルム100の断面は、第1無機部3が存在していない部分の断面であり、第2無機部7および第3無機部10のみが重なり合っている。当該部分において、図3(b)に示すように、矢印P3で示す水分の侵入経路は、第2無機部材7sおよび第3無機部材10sに当たって、これらを迂回する経路となっている。また、矢印P4で示す水分の侵入経路は、隣り合う第2無機部材7s間を通って第3無機部材10sに当たり、これを迂回する経路となっている。
図3(c)に示す多層フィルム100の断面は、第2無機部7が存在していない部分の断面であり、第1無機部3および第3無機部10のみが重なり合っている。当該部分において、図3(c)に示すように、矢印P5で示す水分の侵入経路は、第1無機部材3sおよび第3無機部材10sに当たって、これらを迂回する経路となっている。また、矢印P6で示す水分の侵入経路は、隣り合う第1無機部材3s間を通って第3無機部材10sに当たり、これを迂回する経路となっている。
図3(d)に示す多層フィルム100の断面は、第3無機部10が存在していない部分の断面であり、第1無機部3および第2無機部7のみが重なり合っている。当該部分において、図3(d)に示すように、矢印P7で示す水分の侵入経路は、第1無機部材3sおよび第2無機部材7sに当たり、これらを迂回する経路となっている。また、矢印P8で示す水分の侵入経路は、隣り合う第1無機部材3s間を通って第2無機部材7sに当たり、これを迂回する経路となっている。
以上説明したように、多層フィルム100の構成によると、周縁部分を除く何れの部分においても、平面視において第1無機部3、第2無機部7、および第3無機部10のうちの少なくとも1つが必ず存在するため、水分はそこで必ず迂回しなくてはならない。従って、最短経路Pdと比較して水分の侵入経路が長くなり、外部から侵入した水分が、多層フィルム100を透過して多層フィルム100の上方に形成されたデバイス層90(図17参照)に到達するまでにより長時間を要する。これにより、外部からの水分によりデバイス層90(図17参照)が受ける悪影響を長期間にわたって防止することができる。
なお、第1無機部3、第2無機部7、第3無機部10の全てが水分の封止の目的のために形成されたものである必要はなく、金属配線層などの機能層と兼用して用いることもできる。
多層フィルム100は、上面視したときに、第1層20のうち第1無機部材3sの間に位置する第1有機部材6aの全面が、第2層40の第2無機部材7sおよび第3層60の第3無機部材10sのうち少なくとも一方が重畳していることが望ましい。これにより、水分の進入経路を考えた際に、膜厚方向に最短距離で進入することができず、迂回することが必要であるため、ガスバリア性を高めることが出来る。
[4.多層フィルム100の製造方法]
図4〜図10は、実施形態1に係る多層フィルム100の製造方法を模式的に示す部分断面図である。図11は、多層フィルム100の製造過程を示す模式工程図である。
以下、多層フィルム100の製造方法について、図4〜図11に基づいて説明する。
まず、図4(a)に示すように、ガラス基板1上に、有機材料から成る基材2を形成する(図11のステップS1)。具体的には、ここでは例えば、ポリイミド前駆体をダイコーターにより膜状に形成し、そして形成された膜を400℃でベークすることによりポリイミド前駆体をポリイミドに化学変換して、ポリイミドから成る基材2を形成する。また、ここでは、ガラス基板1として、例えば、100mm角のガラス基板を用いる。基材2の膜厚は、ここでは、例えば、25μmである。
次に、図4(b)に示すように、基材2上に、第1無機材料層3’を形成する(図11のステップS2)。第1無機材料層3’は、ここでは、窒化シリコンの膜を膜厚333nmで形成した。
そして、図4(c)に示すように、第1無機材料層3’上に、感光性レジスト層4’を形成する(図11のステップS3)。感光性レジスト層4’は、ここでは、例えば、ノボラック系のポジ型感光性レジスト材料を用いて2μmの厚みとなるように成膜した後、100℃60秒ホットプレート上でプリベークして形成する。
続いて、図4(d)に示すように、図1に示す繰り返しパターンを有するマスク5を用いて感光性レジスト層4’を露光し、現像してパターニングを行った後(図11のステップS4)、ポストベークしてレジスト4を形成する。露光および現像については、ここでは、例えば、355nmの波長の光で15mJの露光量で露光し、2.3%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキシド水溶液によって現像する。また、ポストベークは、230℃で180秒間行った。パターニング後の状態を図5(a)に示す。
そして、マスク5を除去した後、図5(b)に示すように、レジスト4を用いて第1無機材料層3’をパターニングして複数の第1無機部材3sを形成することにより第1無機部3を形成する(図11のステップS5)。パターニングは、ここでは、例えば、テトラフルオロカーボンガスを用い、ドライエッチングを240秒行う。
図5(c)に示すように、レジスト4を剥離した後(図11のステップS6)、図5(d)に示すように、第1有機層6を形成する(図11のステップS7)。第1有機層6は、ここでは例えば、アクリル系樹脂層を2μmの膜厚で形成した後、180℃にて3時間ベークして形成する。
次に、図6(a)に示すように、第1有機層6上に第2無機材料層7’を形成する(図11のステップS8)。ここでは、第2無機材料層7’は、膜厚333nmの窒化シリコン膜をプラズマCVDにて形成する。
続いて、図6(b)に示すように、第2無機材料層7’上に、感光性レジスト層8’を形成する(図11のステップS9)。感光性レジスト層8’は、ここでは例えば、ノボラック系のポジ型感光性レジスト材料を2μmの厚みとなるように形成する。
形成された感光性レジスト層8’を、例えば、100℃60秒ホットプレート上でプリベークした後、図6(c)に示すように、図1に示す繰り返しパターンを有するマスクを用いて露光、現像し、感光性レジスト層8’のパターニングを行い、レジスト8を形成する(図11のステップS10)。ここでは、例えば、355nmの波長の光で15mJの露光量で露光を行い、2.3%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキシド水溶液を用いて現像を行う。露光現像後の状態を図7(a)に示す。
なお、ここでは、マスク5は、図4(d)(図11のステップS4)と同じものを使用するが、図4(d)(図11のステップS4)とはアラインメントをずらして露光現像を行う。ここでのマスクアラインメントのずれは、例えば、図2において紙面下方向に20μm、右方向に10μmである。
マスク5を剥離した後、図7(b)に示すように、レジスト8を用いて、第2無機材料層7’をパターニングして複数の第2無機部材7sを形成することにより、第2無機部7を形成する(図11のステップS11)。ここでは例えば、第2無機材料層7’のパターニングは、テトラフルオロカーボンガスによる240秒のドライエッチによって行う。
図7(c)に示すように、レジスト8を剥離した後(図11のステップS12)、図7(d)に示すように、第2有機層9を形成する(図11のステップS13)。第2有機層9は、ここでは例えば、アクリル系樹脂を用いて膜厚2μmの層を形成し、180℃にて3時間ベークして形成する。
そして、図8(a)に示すように、第2有機層9上に第3無機材料層10’を形成する(図11のステップS14)。第3無機材料層10’としては、ここでは例えば、膜厚334nmの窒化シリコン膜をプラズマCVDにて形成する。
次に、図8(b)に示すように、第3無機材料層10’上に、感光性レジスト層11’を形成する(図11のステップS15)。感光性レジスト層11’は、ここでは例えば、ノボラック系のポジ型感光性レジスト材料を2μmの厚みとなるように形成した後、プリベークして形成する。感光性レジスト層11’のプリベークは、ここでは例えば、100℃のホットプレート上で60秒行う。
そして、図8(c)に示すように、図1に示す繰り返しパターンを有するマスク5を用いて感光性レジスト層11’を露光、現像してパターニングを行い、図9(a)に示すように、レジスト11を形成する(図11のステップS16)。感光性レジスト層11’の露光は、ここでは例えば、355nmの波長の光で15mJの露光量で行う。感光性レジスト層11’の現像は、ここでは例えば、2.3%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキシド水溶液によって行う。
なお、ここでも、マスク5は、図4(d)(図11のステップS4)および図6(c)(図11のステップS10)と同じものを使用するが、図4(d)(図11のステップS4)および図6(c)(図11のステップS10)とはアラインメントをずらして露光現像を行う。ここでのマスクアラインメントのずれは、例えば、図4(d)(図11のステップS4)のアラインメントに対して、図2において紙面上方向に10μm、左方向に5μmである。
マスク5を剥離した後、図9(b)に示すように、レジスト11を用いて、第3無機材料層10’をパターニングして複数の第3無機部材10sを形成することにより、第3無機部10を形成する(図11のステップS17)。第3無機材料層10’のパターニングは、ここでは例えば、テトラフルオロカーボンガスによる240秒のドライエッチにより行う。
図9(c)に示すように、レジスト11を剥離した後(図11のステップS18)、図10(a)に示すように、第3有機層12を形成する(図11のステップS19)。第3有機層12は、ここでは例えば、アクリル系樹脂を用いて膜厚2μmの層を形成し、180℃にて3時間ベークして形成する。
そして、図10(b)に示すように、ガラス基板1側からエキシマレーザを基材2全面に照射する(図11のステップS20)。これにより、基材2とガラス基板1の界面の密着力を低下させて、ガラス基板1を剥離し(図11のステップS21)、図10(c)に示すように、実施形態1に係る多層フィルム100を得る。
なお、図5(c)に示す、レジスト4を剥離する工程(図11のステップS6)の後に、図5(d)に示す、第1有機層6を形成する工程(図11のステップS7)に先立って、第1無機部3の表面に、第1有機層6との親和性を高める表面処理を施してもよい。これにより、第1無機部3と第1有機層6との間の密着性を高め、第1無機部3と第1有機層6との界面が水分の侵入しやすい経路(水分の移動速度が速い経路)となるのを防ぐことができる。
また、図7(c)に示す、レジスト8を剥離する工程(図11のステップS12)の後に、図7(d)に示す、第2有機層9を形成する工程(図11のステップS13)に先立って、第2無機部7の表面に、第2有機層9との親和性を高める表面処理を施してもよい。これにより、第2無機部7と第2有機層9との間の密着性を高め、第2無機部7と第2有機層9との界面が水分の侵入しやすい経路となるのを防ぐことができる。
上記表面処理としては、例えば、プラズマ処理、光照射、自己整合単分子膜の形成等が挙げられる。自己整合単分子膜としては、例えば、HMDS(Hexamethyldisilazane;ヘキサメチルジシラザン)等を用いることができる。
[5.実施形態1のまとめ]
以上説明したように、本実施形態に係る多層フィルム100の構成によると、第1無機部材3s、第2無機部材7s、第3無機部材10sが、それぞれ複数個、層方向に互いに離間して形成され、それらの間の領域には、第1有機部材6a、第2有機部材9a、第3有機部材12aがそれぞれ形成されている。これにより、多層フィルム100が曲げられた場合に第1有機部材6a、第2有機部材9a、第3有機部材12aにより曲げ応力が吸収され、第1無機部3、第2無機部7、第3無機部10に割れやクラックが発生するのを防止することができる。従って、割れやクラックを通って外部から水分が最短距離で侵入するのを防止することができる。
また、多層フィルム100の構成によると、基材2を通って外部から侵入した水分が、第1無機部材3s、第2無機部材7s、第3無機部材10sの少なくとも何れかを迂回しなくてはならないため、その分、水分の侵入経路が長くなる。また、上述したように第1、第2、第3有機部材に割れやクラックが発生しないので、水分がそこからショートカットしてデバイス層に到達するのを防止することができる。これにより、外部からの水分がデバイス層に達するまでに、より長い時間がかかり、外部からの水分によりデバイス層が受ける悪影響を長期間にわたって防止することができる。
このように、本実施形態に係る多層フィルム100の構成によると、良好な曲げ耐性と良好なガスバリア性とを兼ね備えた多層フィルムを実現することができる。
≪実施形態2≫
以上、本発明の一態様である実施形態1に係る多層フィルム100について説明した。しかし、例示した多層フィルム100を以下のように変形することも可能であり、本発明が上述の実施形態1で示した通りの多層フィルム100に限られないことは勿論である。
以下に、本発明の別の態様である実施形態2に係る多層フィルムについて、説明する。
なお、説明の重複を避けるため、実施形態2の説明において、実施形態1と同じ構成要素については、同符号を付して、その説明を省略する。以下、実施形態3および各変形例においても同様である。
[1.多層フィルム200の全体構成]
図12は、実施形態2に係る多層フィルム200の構成を模式的に示す平面図である。図13は、図12のE−E直線による多層フィルム200の断面図である。なお、図12では、第2有機層205については図示を省略している。
図12および図13に示すように、多層フィルム200は、複数の板状の第1無機部材204asが図1に示すパターンで配列されて成る第1無機部204aが基材2上に形成されている。そして、隣り合う第1無機部材204as間の隙間に相当する部分(平面視で網目状の部分)に、第1有機部材203が形成され、第1有機部材203上に第2無機部204bが形成されている。第1有機部材203および第2無機部204bは、共に、平面視網目状に層方向に連続した層として形成されている。
図13に示すように、第1有機部材203は、積層方向の断面が逆テーパ形状(逆台形状)となっている。第1有機部材203の網目の穴部分には、第2有機部材部分205a1が形成されている。第2無機部204bの網目の穴部分には、第2有機部材部分(有機材料)205a2が形成されている。第2有機部材部分205a1および205a2は、同一の材料により一体的に形成され、第2有機部材205aを構成している。そして、第2無機部204bおよび第2有機部材部分205a2の上方を覆うように、層方向に連続な連続有機層部205bが形成されている。第2有機部材205aと連続有機層部205bとは、同一の材料により一体的に形成されており、第2有機部材205aと連続有機層部205bとで第2有機層205を構成している。
また、多層フィルム200は、以下のような構成と捉えることができる。第1無機部204aと、第1有機部材203の隣り合う第1無機部204a間に位置する部分であって、基材2と接する基底部分である第1有機部材部分(有機材料)203aとを第1層220とする。(より正確に言うと、第1無機部204aと第1有機部材部分203aとの間の微小な隙間に入り込んだ第2有機部材205aを構成する材料の一部も第1層220に含まれる。しかし、非常に微小な部分であり、有機材料から成るため、ここでは、第1有機部材部分203aに含めて考える。)
第1有機部材203の第1有機部材部分203aよりも上方の部分(上方部分)である第1有機部材部分203bと、第2有機部材部分205a1とを中間層230とする。第2無機部204bと第2有機部材部分205a2とを第2層240とする。連続有機層部205bを上部層250とする。この場合、多層フィルム200は、基材2上に、第1層220、中間層230、第2層240、および上部層250が、この順に積層された構成を有していると捉えることができる。
また、第1有機部材203において、基底部分である第1有機部材部分203aは、上方部分である第1有機部材部分203bよりも、基材2の主面2aと平行な方向における長さが短い。
[2.多層フィルム200の可撓性および曲げ耐性]
多層フィルム200の構成でも、第1層220において複数の板状の第1無機部材204asが互いに離間して形成されており、隣り合う第1無機部材204as間の領域には、第1有機部材部分203aが介在している。これにより、実施形態1に係る多層フィルム100における第1層20と同様に、第1層220の内部を層方向に伝達される曲げ応力が、第1有機部材部分203aにより吸収され、第1無機部204aに割れやクラックが発生するのを防ぐことができる。
多層フィルム200の第2層240においては、第2無機部204bは、島状ではなく、平面視網目状で層方向に連続した層として形成されている。第2無機部204bは層方向に連続してはいるが、平面視網目状であり、網目の穴部分に第2有機部材部分205a1が形成されている。そのため、多層フィルム200が曲げられた場合に、1面に連続して形成された無機層と比較して変形を許容することができる。また、網目の穴部分に形成された第2有機部材部分205a1により曲げ応力が吸収されるため、第1無機部204a内部を層方向に伝達される曲げ応力を低減させることができる。これにより、第2無機部204bの強度の弱い箇所に応力が集中して第2無機部204bに割れやクラックが発生するのを抑制することができる。
また、第1層220と第2層240との間には、中間層230が形成されている。中間層230を構成する第1有機部材部分203bおよび第2有機部材部分205a1は、共に有機材料から成るため、曲げ応力が中間層230でも吸収される。これにより、応力の積層方向(層の厚み方向)の伝達が阻害され、第1無機部204a、第2無機部204bの割れやクラックの発生をより一層防止することができる。
[3.多層フィルム200の水分透過性]
図13において、矢印P9およびP10は、外部からの水分の侵入経路を示し、破線の矢印Pdは、水分の侵入を阻害するものが何も無いと想定した場合の水分の最短侵入経路を示す。
図13において矢印P9で示すように、基材2を通って外部から侵入した水分は、水分透過性の低い第1無機部材204asにより上方への移動が阻害され、第1無機部材204asを迂回するように第1無機部材204asの下面に沿って層方向(図13においては、横方向)に移動した後、隣り合う第1無機部材204as間の領域に形成された第1有機部材部分203aに到達する。
第1有機部材部分203aは、第1無機部材204asよりも水分透過性が高いため、水分は第1有機部材部分203aを通ってさらに上方へと侵入し、第2無機部204bに到達する。そして、水分透過性の低い第2無機部204bにより上方への移動が阻害され、第2無機部204bを迂回するように第2無機部204bの下面に沿って層方向(図13においては、横方向)に移動した後、第2無機部204bの網目の穴部分に形成された第2有機部材部分205a2に到達する。
第2有機部材部分205a2は、第2無機部204bよりも水分透過性が高いため、水分は第2有機部材部分205a2を通って、連続有機層部205bに侵入する。そしてやがて、連続有機層部205bの上方に形成されたデバイス層に達する。
図13に示す侵入経路P10の場合は、基材2を通って外部から侵入した水分は、第1無機部材204asにより上方への移動を阻害されることなく、第1有機部材部分203aを通って、第1有機部材部分203bへと侵入する。そして第2無機部204bに到達すると、そこで上方への移動を阻害されて、第2無機部204bを迂回するように第2無機部204bの下面に沿って層方向(図13においては、紙面横方向)に移動した後、第2有機部材部分205a2に到達する。
第2有機部材部分205a2は、第2無機部204bよりも水分透過性が高いため、水分は第2有機部材部分205a2を通ってさらに上方へと侵入し、連続有機層部205bへと侵入する。そしてやがて、連続有機層部205bの上方に形成されたデバイス層に達する。
このように、外部から基材2を通って侵入した水分は、第1無機部204aおよび第2無機部204bにより上方への移動が阻害されるたびに迂回しなくてはならず、最短経路Pdと比較して水分の侵入経路が長くなる。これにより、実施形態2に係る多層フィルム200の構成によっても、外部からの水分によりデバイス層が受ける悪影響を長期間にわたって防止することができる。
[4.多層フィルム200の製造方法]
図14および図15は、実施形態2に係る多層フィルム200の製造方法を模式的に示す部分断面図である。図16は、多層フィルム200の製造過程を示す模式工程図である。
以下、多層フィルム200の製造方法について、図14〜図16に基づいて説明する。
まず、ガラス基板1上に基材2を形成する。当該工程(図14(a)および図16のステップS31)は、図4(a)および図11のステップS1と同様であるので、ここでは、詳細な説明を省略する。
次に、図14(b)に示すように、基材2上に、感光性有機材料層203’を形成する(図16のステップS32)。感光性有機材料層203’は、ここでは例えば、アクリル系のネガ型感光性有機材料を用いて厚さ3μmの層を形成した後、形成された有機膜を100℃60秒ホットプレート上でプリベークして形成する。
続いて、図14(c)に示すように、図1に示す繰り返しパターンを有するマスク5を用いて感光性有機材料層203’を露光、現像してパターニングを行い、図14(d)に示すように、第1有機部材203形成する(図16のステップS33)。ここでは例えば、355nmの波長の光で30mJの露光量で露光し、PGMEA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)によって180秒現像した。現像後、形成された第1有機部材203を180℃で3時間ポストベークした。
次に、基材2および第1有機部材203の上から、無機層を形成する。無機層は、窒化シリコン500nmの膜をプラズマCVDにて形成した。ここで、第1有機部材203は、図14(d)に示すように、その断面が逆テーパ形状(逆台形状)をしているため、エッジ部分で無機層に所謂段切れが発生し、連続した1つの層ではなく、別々の2種類の無機部材(第1無機部204a、第2無機部204b)が形成される。図15(a)に示すように、第2無機部204bは、第1有機部材203上に形成される。そして、第1無機部204aは、基材2の第1有機部材203が存在しない部分(第1有機部材203の網目の穴に相当する部分)の上に形成される。このように、第1無機部204aおよび第2無機部204bは、相補的な2層の無機部材の層として自己整合的に同時に形成される(図16のステップS34)。
そして、図15(b)に示すように、第1無機部204aおよび第2無機部204bの上から、第2有機層205を形成する(図16のステップS35)。第2有機層205は、ここでは例えば、アクリル系樹脂を用いて2μmの層を形成し、180℃にて3時間ベークして形成する。
その後、図15(c)に示すように、ガラス基板1側からエキシマレーザを基材2全面に照射する(図16のステップS36)。これにより、基材2とガラス基板1の界面の密着力を低下させ、形成された多層フィルム200を剥離し(図16のステップS37)、図15(d)に示すように、実施形態2に係る多層フィルム200を得る。
なお、図15(a)に示す、第1無機部204aおよび第2無機部204bを形成する工程(図16のステップS34)の後、図15(b)に示す、第2有機層205を形成する工程(図16のステップS35)に先立って、第1無機部204aおよび第2無機部204bの表面に、第2有機層205との親和性を高める表面処理を施してもよい。これにより、第1無機部204aと第2有機層205との間の密着性、および第2無機部204bと第2有機層205との間の密着性を高め、第1無機部204aと第2有機層205との界面および第2無機部204bと第2有機層205との界面が、水分の侵入しやすい経路となるのを防ぐことができる。
上記表面処理としては、例えば、プラズマ処理、光照射、自己整合単分子膜の形成等が挙げられる。自己整合単分子膜としては、例えば、HMDS等を用いることができる。
また、図14(d)に示すような逆テーパ形状の第1有機部材203を形成する際には、一般に、ネガ型の感光性有機材料が逆テーパ形状になりやすいため、ネガ型の感光性有機材料を用いるとよい。
[5.実施形態2のまとめ]
実施形態2に係る多層フィルム200の構成によると、第1無機部204aと第2無機部204bとが、相補的に形成されているため、2層でバリアしたい面全体を覆うことが出来、水分が最短距離で侵入するのを防止することができる。これにより、良好なガスバリア性を得ることができる。
また、第1無機部204aと第2無機部204bとを一度の工程で同時に形成できるため、工程数を少なく抑えることができる。
実施形態2に係る多層フィルム200は、実施形態1に係る多層フィルム100と同様に、第1無機部204aおよび第2無機部204bが層方向において断続的に形成された構造を有している。そして、第1無機部204aの隣り合う第1無機部材204as間の隙間部分には、第1有機部材部分203aが形成されている。また、第2無機部204bの網目の穴部分には、第2有機部材部分205a2が形成されている。これにより、第1有機部材部分203aおよび第2有機部材部分205a2により曲げ応力が吸収され、第1無機部204aおよび第2無機部204bの割れやクラックの発生が抑制されて、良好な可撓性および曲げ耐性を実現することができる。
≪ガスバリア性および曲げ耐性の検証≫
以上説明したように、実施形態1に係る多層フィルム100の構成および、実施形態2に係る多層フィルム200の構成によると、高いガスバリア性と良好な曲げ特性(可撓性および曲げ耐性)を両立することができる。
実施形態1に係る多層フィルム100および実施形態2に係る多層フィルム200のガスバリア性および曲げ耐性について、検証試験を行ってその効果を検証した。
検証試験には、多層フィルム100、多層フィルム200、および比較例について行った。検証試験に用いた多層フィルム100、多層フィルム200、および比較例の具体的なスペックおよび製造方法は、以下の通りである。
<試験体の製造方法>
(多層フィルム100)
100mm角ガラス基板1上にポリイミド前駆体をダイコーターにより、膜厚25μmに形成し、400℃でベークすることによりポリイミドに化学変換して基材2を形成した。
基材2の上から、厚さ333nmの窒化シリコンの膜を形成した(第1無機材料層3’)。第1無機材料層3’の上から、ノボラック系のポジ型感光性レジスト材料を用いて、2μmの厚みとなるように感光性レジスト層4’を形成した。形成された感光性レジスト層4’を100℃で60秒、ホットプレート上でプリベークした後、図1に示す繰り返しパターンをマスクとして、波長355nmの光を用い、15mJの露光量で露光した。
なお、図1に示すパターンの正方形は一片40μmで、スペースは2μm幅である。
露光後、感光性レジスト層4’を2.3%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキシド水溶液によって現像し、レジスト4を得た。そして、レジスト4を、230℃で180秒間、ポストベークした。レジスト4を用いて、テトラフルオロカーボンガスによるドライエッチを240秒間行い、第1無機材料層3’をパターニングして第1無機部3を形成した。レジスト4を剥離した後、第1有機層6として厚さ2μmのアクリル系樹脂の層を形成し、180℃にて3時間ベークした。
この上から第2無機材料層7’として、厚さ333nmの窒化シリコン膜をプラズマCVDにて形成した。この窒化シリコン膜の上から、ノボラック系のポジ型感光性レジスト材料を用いて厚さ2μmのレジスト膜(感光性レジスト層8’)を形成した。形成された感光性レジスト層8’を100℃60秒ホットプレート上でプリベークした後、図1に示す繰り返しパターンをマスクとして、355nmの波長の光で15mJの露光量で露光した。また、第1無機部3のパターンに対して、図2に示すように、下に20μm、右に10μmずらして重ね合わせた。その後、感光性レジスト層8’を2.3%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキシド水溶液によって現像し、レジスト8を得た。
レジスト8を用いて、テトラフルオロカーボンガスによるドライエッチを240秒行い、窒化シリコン(第2無機材料層7’)をパターニングした。レジスト8を剥離した後、第2有機層9として厚さ2μmのアクリル系樹脂層を形成し、180℃にて3時間ベークした。
第2有機層9の上から第3無機材料層10’として、厚さ334nmの窒化シリコン膜をプラズマCVDにて形成した。形成された第3無機材料層10’の上から、厚さ2μmのノボラック系のポジ型感光性レジスト材料の層(感光性レジスト層11’)を形成した。形成された感光性レジスト層11’を100℃60秒ホットプレート上でプリベークした後、図1に示す繰り返しパターンをマスクとして、355nmの波長の光で15mJの露光量で露光した。また、第1無機部3のパターンに対して、図2に示すように、上に10μm、左に5μmずらして重ね合わせた。露光後、2.3%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキシド水溶液によって現像し、レジスト11を得た。
レジスト11を用いて、テトラフルオロカーボンガスによるドライエッチを240秒行い、窒化シリコン(第3無機材料層10’)をパターニングして第3無機部10を形成した。レジスト11を剥離した後、第3有機層12として厚さ2μmのアクリル系樹脂層を形成し、180℃にて3時間ベークした。
その後、ガラス基板1側からエキシマレーザを基材2全面に照射して基材2とガラス基板1との界面の密着力を低下させ、形成された多層フィルム100をガラス基板1から剥離した。
(多層フィルム200)
ガラス基板1上にポリイミド前駆体をダイコーターにより、膜厚25μmに形成し、400℃でベークすることによりポリイミドに化学変換して基材2を形成した。
基材2の上から、アクリル系のネガ型感光性有機材料を用いて厚さ3μmの層(感光性有機材料層203’)を形成した。形成された感光性有機材料層203’を100℃で60秒間、ホットプレート上でプリベークした後、波長355nmの光を用い、30mJの露光量で露光した。そして、PGMEAによって180秒現像して、第1有機部材203を形成した。その後、形成された第1有機部材203を180℃3時間ポストベークした。
形成された第1有機部材203の断面を、断面SEMにより観察したところ、テーパ角が約115度の逆テーパ形状が確認された。
次に、第1有機部材203の上から、厚さ500nmの窒化シリコンの膜をプラズマCVDにて形成した。
成膜後、断面を断面SEMにより観察したところ、逆テーパ形状を有する第1有機部材203のエッジ部分で段切れが発生し、相補的な2層の無機層である第1無機部204a、204bが自己整合的に形成されていることが分かった。
これらの上から、第2有機層205として、厚さ2μmのアクリル系樹脂の層を形成し、180℃にて3時間ベークした。
その後、ガラス基板1側からエキシマレーザを基材2全面に照射して基材2とガラス基板1との界面の密着力を低下させ、形成された多層フィルム200をガラス基板1から剥離した。
(比較例)
100mm角のガラス基板1上にポリイミド前駆体をダイコーターにより、膜厚25μmに形成し、400℃でベークすることによりポリイミドに化学変換して基材2を形成した。基材2の上から、窒化シリコンからなる1000nmの膜(バリア層)を全面に形成した。次に、ガラス基板1側からエキシマレーザを基材2全面に照射して基材2とガラス基板1との界面の密着力を低下させ、形成された比較例のフィルムをガラス基板1から剥離した。
<検証試験>
上記の試験体製造方法により形成された、多層フィルム100、多層フィルム200、および比較例に対して、下記の1〜5の手順をこの順番に行い、検証試験を行った。
手順1.剥離したフィルムを偏光顕微鏡観察し、膜の割れがないかを確認した。
手順2.剥離したフィルムをモコン法にて透湿度を測定した。測定条件は、温度40℃、湿度90%である。
手順3.剥離したフィルムをR=5mmにて100回曲げた。
手順4.100回曲げた後のフィルムを顕微鏡観察した。
手順5.100回曲げた後のフィルムをモコン法にて透湿度を測定した。測定条件は、温度40℃、湿度90%である。
検証試験の結果を表1に示す。
比較例として作成したバリア層(無機層)付ポリイミドフィルムは、バリア層のSiNが層方向に連続した膜であるために応力緩和が困難であり、初期状態で曲率半径50mm程度の反りが発生している。さらにSiN膜(バリア層)に多くのひび割れが確認された。比較例1の初期透湿度は、1x10−2〔g/m2day〕であり、バリア割れのため、低いガスバリア性を示した。また、R=5mmで100回曲げた後のガスバリア性は、比較例1では、さらにクラックが入ってしまうために、5x10−2〔g/m2day〕まで悪化する。
ここで、バリア割れとは、バリア層として機能する無機層のひび割れのことである。バリア層として機能する無機層は、多層フィルム100では、第1無機部3、第2無機部7、および第3無機部10である。多層フィルム200では、第1無機部204aおよび第2無機部204bである。比較例では、バリア層である。
多層フィルム100では、SiN膜(第1無機部3、第2無機部7、第3無機部10)が島化されており、かつ隣り合う島間の領域に充填された有機層により曲げ応力が緩和されているために、初期反りが観察されなかった。また、初期バリア割れも発生していなかった。初期透湿度は、5x10−4〔g/m2day〕であり、高いガスバリア性を示した。また、R=5mmで100回曲げた後のガスバリア性に低下は見られず、優れた曲げ耐性と高いガスバリア性を両立していることが確認された。
多層フィルム200でも、SiN膜(第1無機部204aおよび第2無機部204b)が、逆テーパ形状の有機層によって自己整合的に島状および網目状に形成されている。そして、隣り合う島間の領域および網目の穴部分に充填された有機層により曲げ応力が緩和されているために初期反りが観察されなかった。また、初期バリア割れも発生していなかった。初期透湿度は、1x10−3〔g/m2day〕であり、高いガスバリア性を示した。また、R=5mmで100回曲げた後のガスバリア性に低下は見られず、より簡易な工程によっても、優れた曲げ耐性と高いガスバリア性を両立していることが確認された。
以上、検証試験の結果からも、実施形態1に係る多層フィルム100および実施形態2に係る多層フィルム200が、優れた曲げ耐性と高いガスバリア性を両立していることが確認された。
≪実施形態3≫
本発明の一態様としての実施形態は、多層フィルムに限定されるものではない。例えば、本発明を、上記各実施形態に係る多層フィルムを備えた電子デバイスとして実現することも可能である。本実施形態においては、電子デバイスが実施形態1に係る多層フィルム100を備える場合について説明する。
図17は、実施形態3に係る電子デバイス1000の構成を模式的に示す断面図である。図17に示すように、電子デバイス1000は、多層フィルム100上に形成されたデバイス層90を有する。デバイス層90は、電子デバイスの素子を有する。本実施形態においては、デバイス層90は、複数の有機EL素子がアレイ状に形成されて成る。また、デバイス層90は、表示領域Rを有する。ここでは、デバイス層90は、有機EL素子から成り、表示領域Rは、デバイス層90の周縁部を除いた領域である。
図18は、電子デバイス1000の製造過程を示す模式工程図である。ステップS41からステップS59は、図11のステップS1からステップS19と同じであるので、ここでは、説明を省略する。ステップS59で、第3有機層12を形成した後、第3有機層12上にデバイス層90を形成する(ステップS60)。本実施形態においては、デバイス層90は、上述のように複数の有機EL素子がアレイ状に形成されて成り、デバイス層90は、公知の製造方法を用いて形成することができる。
ステップS60においてデバイス層90を形成した後、これに続くステップS61およびステップS62は、図11のステップS20およびステップS21と同じであるので、ここでは説明を省略する。
電子デバイス1000に用いられている多層フィルム100において、第1無機部3および第2無機部7の少なくとも一方は、平面視で、表示領域Rの面積の90%以上をカバーしている。これにより、基材2を通って外部からの水分の侵入経路をより確実に阻害することができる。ガスバリア性を高めるために、無機層の面積比率は高いことが好ましい。
また、第3有機層12を形成した後、デバイス層90の形成に先立って平坦化層を形成してもよい。即ち、第3有機層12とデバイス層90との間に平坦化層が形成されていてもよい。この場合、平坦化層の表面の凹凸は、100nm以下であることが好適である。これにより、多層フィルム100の上にデバイス層90を形成するために一般に必要となる平坦性が確保できるために、電子デバイス用としての有用性がより高まる。なお、第3有機層12を平坦化層として利用してもよい。この場合においても、第3有機層12の表面の凹凸は、100nm以下であることが好適である。
≪変形例≫
以上、本発明を実施形態1〜3に基づいて説明してきたが、本発明が上記各実施形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することが出来る。
(変形例1)
図19は、変形例1に係る多層フィルム300の構成を模式的に示す平面図である。図20(a)は、図19のF−F直線による多層フィルム300の断面図である。図20(b)は、図19のG−G直線による多層フィルム300の断面図である。図19および図20各図に示すように、変形例1に係る多層フィルム300は、実施形態1に係る多層フィルム100の構成から、第3無機部10および第3有機層12を欠いた構成となっている。また、図20(a),(b)において、矢印は、外部からの水分の侵入経路を示す。図20(a)に示すように、F−F断面においては、外部から侵入した水分は、第1無機部材3sおよび/または第2無機部材7sにより上方への移動を阻害されて迂回しなければならないため、侵入経路が長くなり、良好なガスバリア性を発揮することができる。一方、G−G断面においては、一部において第1無機部3にも第2無機部7にもカバーされていない個所が存在する。このように、連続膜ではなく、同一のパターンを、アライメントをずらして重ね合わせる場合は、2層で全面積を覆うことはできない。従って、図20(b)に示すように、何れの無機部にもカバーされていない部分を通って矢印Pdのように、最短経路で水分が侵入可能となっている。しかし、第1無機部3と第2無機部7を同一形状とし、かつそれぞれの端部をそろえて配置した場合と比較して、第1無機部3にも第2無機部7にもカバーされていない面積を減少でき、ある程度のガスバリア性を実現することができる。
(変形例2)
図21(a)は、変形例2に係る多層フィルム400の構成を模式的に示す部分断面図である。多層フィルム400は、第1有機部材403の積層方向の断面形状が、逆テーパ形状ではなく、略矩形である点を除いては、実施形態2に係る多層フィルム200と基本的な構成は同じである。また、第1無機部404aは、複数の板状の第1無機部材404asが互いに層方向に離間して配置されて成る。
多層フィルム400の構成によっても、第1無機部404aと第2無機部404bとが相補的に形成されているため、多層フィルム200と同様に、良好なガスバリア性を有する。また、多層フィルム200と同様に、第1層420および第2層440において、無機部材と有機部材とが層方向において交互に形成されている。これにより、有機部材によって曲げ応力が緩和されて、無機部材に割れやクラックが発生しにくく、良好な可撓性および曲げ耐性を有する。
(変形例3)
図21(b)は、変形例3に係る多層フィルム500の構成を模式的に示す部分断面図である。多層フィルム500は、側面部分504cを有する点以外は、基本的な構成は、変形例2に係る多層フィルム400と同じである。第1無機部504aは、複数の板状の第1無機部材504asが互いに層方向に離間して配置されて成る。また、側面部分504cは、第1有機部材403の上面403cを覆う上面部分504b(変形例2に係る多層フィルム500における第2無機部404bに相当)の端縁から第1有機部材403の側面403dを覆って下方に延伸し、第1無機部材504asの端縁部分504as1に連結された態様で形成されている。そして、上面部分504bおよび側面部分504cから第2無機部材504dが構成されている。
この場合、中間層530は、第1有機部材部分403b、第2有機部材部分205a1、および側面部分504cから構成される。そして、中間層530は、層方向において、第1有機部材部分403bと第2有機部材部分205a1との間に側面部分504cが介在した構成となっている。言い換えれば、無機部材と有機部材とが層方向に交互に配置された構成となっている。これは即ち、第1層520、中間層530、および第2層540は、何れも層方向において無機部材と有機部材とが交互に配された構成を有していることになる。従って、上述した理由により、第1層520、中間層530、および第2層540は、何れも良好な可撓性と曲げ耐性とを有することとなる。
また、本変形例に係る多層フィルム500においては、第1無機部504aの第1無機部材504asと第2無機部材504dの上面部分504bとが側面部分504cにより連結されているため、第1層520、中間層530、および第2層540を1つの層と考えた場合、当該層内において、連続したひとつながりの無機部材の層が形成されていることとなる。従って、基材2を通って侵入してきた水分の上方への移動は、当該連続したひとつながりの無機部材の層によりブロックされることとなり、一層良好なガスバリア性を実現することができる。
なお、側面部分504cの厚み(基材の主面に平行な方向における厚み)d2は、あまり大きくないのが好適である。幅d2が大きいと、有機部材による応力の吸収よりも無機部材の層を伝わる曲げ応力の方が大きくなり、側面部分504cの強度の弱い箇所に応力が集中して割れやクラックが発生しやすくなるためである。側面部分504cの幅d2の大きさとしては、例えば、上面部分504bおよび第1無機部材504asの厚み(基材の主面に直交する方向における厚み)d1よりも小さいことが好適である。以下、各変形例において、側面部分の厚みは、基材の主面と平行な方向における厚みを意味し、上面部分の厚みおよび第1無機部材の厚みは、基材の主面に直交する方向における厚みを意味する。また、上面部分と第1無機部材とは同時に形成されるため、厚みも略同じであると考えられる。
(変形例4)
図21(c)は、変形例4に係る多層フィルム600の構成を模式的に示す部分断面図である。多層フィルム600は、側面部分604cを有する点以外は、基本的な構成は、実施形態2に係る多層フィルム200と同じである。側面部分604cは、第1有機部材203の上面203cを覆う上面部分604b(実施形態2に係る多層フィルム200における第2無機部204bに相当)の端縁から第1有機部材203の側面203dを覆って下方に延伸し、第1無機部材204asの端縁部分204as1に達している。側面部分604cは第1無機部材204asとは連結されておらず、双方の間には、微小な隙間であるシームSが存在する。
また、多層フィルム600は、第1有機部材203の断面形状が逆テーパ形状であり、側面部分604cが第1無機部材204asと連結されていない点以外は、基本的な構成は、変形例3に係る多層フィルム500と同じということもできる。
なお、側面部分604cの延伸端と第1無機部材204asとの間の全体にシームSが存在していなくてもよい。即ち、側面部分604cの延伸端の一部が、第1無機部材204asと接していてもよく、連結されていてもよい。
ここで、本変形例においては、「達している」とは、必ずしも、側面部分604cと第1無機部材204asとが接している状態を意味するとは限らない。双方が接している状態、双方が連結している状態、および、双方の間に微小な隙間(シームS)を介して互いに近接している状態の全てを含む用語として、ここでは「達する」との用語を用いている。また、シームSは、極微小な隙間であるので、シームSを介して第1無機部材204asと第2無機部材604dとが極近接して存在する状態を、第1無機部材204asと第2無機部材604dとが接している状態に含めてもよい。以下、シームを介して2つの部材が極近接して存在する状態を当該2つの部材が接している状態に含める。他の変形例においても同様である。
本変形例の構成によっても、変形例3に係る多層フィルム500と同様に、良好な可撓性および曲げ耐性を実現することができる。また、シームSが存在することにより、より良好な曲げ耐性を得ることができる。
なお、多層フィルム600においては、基材2を通って外部から侵入した水分は、シームSを通って第2有機層205内へと侵入することが可能である。しかし、シームSは、極微小な隙間であるため、水分はシームSを通って第2有機層205内へと侵入しにくい。また、第1有機部材203が逆テーパ形状を有しているため、平面視においてシームSは第2無機部材604dと重なっている、即ち、シームSよりも上面部分604bの方が外側に張り出しているため、シームSを通って侵入した水分は、まっすぐ最短経路を通って多層フィルム600の上方へと進むことができず、第2無機部材604dを迂回しなくてはならない。従って、侵入した水分が多層フィルム600を透過して多層フィルム600の上方に形成されたデバイス層90(図17参照)に到達するまでに、より長い時間を要することとなる。これにより、多層フィルム600は、良好なガスバリア性を実現し、外部からの水分によりデバイス層90(図17参照)が受ける悪影響を長期間にわたって防止することができる。
側面部分604cは、一般に、第1有機部材203のテーパ角が90°に近いほど第1有機部材203の側面203dに回り込んで形成されやすく、第1有機部材203のテーパ角が鋭角なほど回り込みにくい。また、同じ成膜手法でも、条件が異なると回り込みの程度も異なる。回り込みが小さいとシームSが大きくなり、水分が透過しやすくなるため、出来るだけ回り込みを大きくするのが望ましい。回り込みを大きくする方法としては、例えば、CVDでは、シラン流量を低減して基板表面での反応を増大させる方法などが一般的である。
(変形例5)
上記各実施形態および各変形例において、無機部材のパターンとして図1に示すパターンが用いられた場合を例に説明したが、これに限られない。無機部材の平面視形状は正方形に限られず、円形、楕円形、長方形、多角形等何れの形状でもよい。
図1に示すパターンにおいては、無機部材の列が、複数配列されたパターンを有している。そして、当該パターンにおいては、隣り合う無機部材の列同士は、無機部材の正方形の一辺の長さの略半分の長さ分だけ互いにずらされて配列されている。しかし、これに限られない。例えば、となり合う列同士のずれが、正方形の一辺の1/3や、1/4などの任意の長さであってもよいし、ずらされていなくてもよい。
また、実施形態1に係る多層フィルム100においては、第1無機部材3s、第2無機部材7s、第3無機部材10sは、平面視において全て略同一の形状(正方形)およびサイズであるが、これに限られない。層によって無機部材のサイズや形状を異ならせてもよいし、同一層内でサイズや形状の異なる無機部材を組み合わせて用いてもよい。また、複数のパターン(サブパターン)を組み合わせて1つの繰り返しパターンとして用いてもよい。
(変形例6)
実施形態3においては、電子デバイス1000のデバイス層90が有機EL素子を備えた場合について説明したが、これに限られない。デバイス層90が、例えば、液晶素子、光電変換素子、RFID素子等を備えた構成であってもよい。
(変形例7)
実施形態3においては、電子デバイス1000が実施形態1に係る多層フィルム100を備えた構成について説明したが、これに限られない。実施形態2および各変形例に係る多層フィルムを備えた電子デバイスであってもよい。
(変形例8)
実施形態1に係る多層フィルム100においては、第1無機部3、第2無機部7、第3無機部10の3層全てが島状に形成されていたが、これに限られない。第1無機部3、第2無機部7、第3無機部10の何れか1つが、一面連続した無機層として形成されていてもよい。本変形例の構成においても、島状に形成された2層には割れやクラックが発生しにくいため、3層全てが一面連続した無機層として形成されている場合と比較して、良好なガスバリア性を得ることができる。
この場合、基材2に最も近い無機層を一面連続した無機層とし、それよりも第3有機層12側(デバイス層90側)に島状の無機層を配置するのがよい。これにより、一面連続した無機層に割れやクラックが発生したとしても、デバイス層90への影響をより小さくすることができる。
(変形例9)
上記各実施形態および各変形例に係る多層フィルムにおいて、基材2の上方の何れかの位置に、一面連続した無機層をさらに形成してもよい。また、電子デバイスの場合は、基材2とデバイス層90との間の何れかの位置に、無機材料から成る一面に連続した薄膜をさらに形成してもよい。例えば、実施形態1に係る多層フィルム100に本変形例の構成を適用する場合は、第1無機部3、第2無機部7、第3無機部10、および一面連続無機層の合計4つの無機層を備える。実施形態2に係る多層フィルム200に本変形例の構成を適用する場合は、第1無機部204a、第2無機部204b、および一面連続無機層の合計3つの無機層を備える。
(変形例10)
変形例3に係る多層フィルム500おいては、側面部分504cと第1無機部材504asとは連結されていたが、これに限られない。
図22(a)は、変形例10に係る多層フィルム700Aの構成を模式的に示す部分断面図である。多層フィルム700Aにおいては、第2無機部材604dの上面部分704bの端縁から下方に延伸する側面部分704cの下端が、第1無機部材204asの端縁部分204as1と連結されずに互いに微小な隙間であるシームSを介して接していてもよい。
多層フィルム700Aにおいては、側面部分704cは、第1有機部材403の第1有機部材部分403a,403bの両方の側面、即ち、側面403d全体を覆っている。側面部分704cの下端側の部分は、下端に向かうにつれて厚み(基材2の主面2aに平行な方向の厚み)が薄くなっている。第1無機部材204asの端縁部分204as1は、第1有機部材403に近づくにつれて厚み(基材2の主面2aに直交する方向の厚み)が薄くなっている。第1無機部材204asと側面部分704cとは、シームSを介して第1有機部材403の最下端または当該最下端に非常に近接した近傍で接している。第1無機部材204asと側面部分704cとが接している部分Cは、平面視において、第2無機部材704dと重なっている。言い換えると、第1無機部材204asと接している第2無機部材704dの部分は、最外周縁部のみではない。これは即ち、図22(a)の断面図において、接している部分Cから基材2の主面2aに直交する方向に伸ばした仮想直線Qは、第2無機部材704dの外周縁から基材2の主面2aに直交する方向に伸ばした仮想直線Pよりも第1有機部材403の近くに位置している。従って、接している部分CのシームSを通って侵入した水分は、第2無機部材704dを迂回しなくてはならず、そのまままっすぐ上へと最短距離を進むことができない。従って、水分の親友経路がその分長くなって、水分が上方のデバイス層へと到達するのにより長い時間を要することとなる。
また、側面部分704cの厚みは、上面部分704bおよび第1無機部材204asの厚みよりも小さい。これにより、曲げ応力が加えられたときに、側面部分704cが曲げ応力を吸収することができ、第1無機部材204asおよび第2無機部材704dにクラック等が発生しにくい。さらに、上記シームが存在することによっても曲げ応力を吸収することができ、第1無機部材204asおよび第2無機部材704dにクラック等が発生しにくい。
以上説明したように、本変形例に係る多層フィルム700Aの構成によっても、変形例3に係る多層フィルム500および変形例4に係る多層フィルム600の場合と同様に、良好な可撓性,曲げ耐性,ガスバリア性を実現することができる。
(変形例11)
上記変形例10に係る多層フィルム700Aにおいては、側面部分704cが第1有機部材403の側面403d全体を覆い、側面部分704cと第1無機部材204asとは、第1有機部材403の最下端または当該最下端に極近接した近傍で接していた。しかし、側面部分704cと第1無機部材204asとが接する態様は、これに限られない。
図22(b)は、変形例11に係る多層フィルム700Bの構成を模式的に示す部分断面図である。多層フィルム700Bにおいては、側面部分704cは、第1有機部材403の側面403dの最下端部までは覆っていない。一方、第1無機部材204asの端縁部分204as1は、第1有機部材403に達している。そして、第1無機部材204asおよび側面部分704cが接している部分Cと、第1有機部材403の下端部との間には、空隙Vが存在する。
このように空隙Vが存在する場合においても、側面部分704cと第1無機部材204asとが接しており、双方が接している部分Cは、平面視で第2無機部材704dと重なっている。また、側面部分704cの厚みは、上面部分704bおよび第1無機部材204asの厚みよりも小さい。これにより、変形例10に係る多層フィルム700Aの場合と同様に、良好な可撓性,曲げ耐性,ガスバリア性を実現することができる。
なお、本変形例に係る側面部分704cは、第1有機部材403の側面403dの最下端部までは覆っていない点で変形例10に係る側面部分704cとは形状が異なっているが、材料や形成方法等、本質的な部分では同じであるので、ここでは同じ符号を付して同一の部材として扱っている。以下、変形例12および13においても、同様である。
(変形例12)
図22(c)は、変形例12に係る多層フィルム700Cの構成を模式的に示す部分断面図である。図22(c)に示すように、多層フィルム700Cにおいては、側面部分704cは、第1有機部材403の側面403dの最下端部まで覆っており、第1無機部材204asの端縁部分204as1は、第1有機部材403に達していない。第1無機部材204asと側面部分704cとは接しており、第1無機部材204asおよび側面部分704cが接している部分Cと、基材2の上側の主面2aとの間には、空隙Vが存在する。側面部分704cと第1無機部材204asとが接している部分Cは、平面視で第2無機部材704dと重なっている。また、側面部分704cの厚みは、上面部分704bおよび第1無機部材204asの厚みよりも小さい。
本変形例に係る多層フィルム700Cの構成によっても、変形例10に係る多層フィルム700Aおよび変形例11に係る多層フィルム700Bの場合と同様に、良好な可撓性,曲げ耐性,ガスバリア性を実現することができる。
(変形例13)
図22(d)は、変形例13に係る多層フィルム700Dの構成を模式的に示す部分断面図である。図22(d)に示すように、多層フィルム700Dにおいては、側面部分704cは、第1有機部材403の側面403dの最下端部までは覆っておらず、第1無機部材204asの端縁部分204as1は、第1有機部材403に達していない。第1無機部材204asと側面部分704cとは接しており、第1無機部材204asおよび側面部分704cが接している部分Cと、第1有機部材403の下端部および基材2の上側の主面2aとの間には、空隙Vが存在する。側面部分704cと第1無機部材204asとが接している部分Cは、平面視で第2無機部材704dと重なっている。また、側面部分704cの厚みは、上面部分704bおよび第1無機部材204asの厚みよりも小さい。
本変形例に係る多層フィルム700Dの構成によっても、変形例10に係る多層フィルム700A,変形例11に係る多層フィルム700B,変形例12に係る多層フィルム700Cの場合と同様に、良好な可撓性,曲げ耐性,ガスバリア性を実現することができる。
(変形例14)
変形例4に係る多層フィルム600においては、第1有機部材203が逆テーパ形状を有し、側面部分604cが第1有機部材203の側面203dの下端まで覆っていた。そして、第1無機部材204asの端縁部分204as1は、第1有機部材203の下端部に達していた。しかし、これに限られない。
図23(a)は、変形例14に係る多層フィルム600Aの構成を模式的に示す部分断面図である。多層フィルム600Aにおいては、側面部分604cは、第1有機部材203の側面203dの最下端部までは覆っていない。一方、第1無機部材204asの端縁部分204as1は、第1有機部材403に達している。そして、第1無機部材204asおよび側面部分704cが接している部分Cと、第1有機部材403の下端部との間には、空隙Vが存在する。
このように空隙Vが存在する場合においても、側面部分604cと第1無機部材204asとが接しており、双方が接している部分Cは、平面視で第2無機部材604dと重なっている。また、側面部分604cの厚み(基材2の主面2aに平行な方向における厚み又は第1有機部材203の側面に直交する方向における厚み)は、上面部分704bおよび第1無機部材204asの厚みよりも小さい。これにより、変形例4に係る多層フィルム600の場合と同様に、良好な可撓性,曲げ耐性,ガスバリア性を実現することができる。
なお、本変形例に係る側面部分604cは、第1有機部材203の側面203dの最下端までは覆っていない点で変形例4に係る側面部分604cとは形状が異なっているが、材料や形成方法等、本質的な部分では同じであるので、ここでは同じ符号を付して同一の部材として扱っている。以下、変形例15および16においても、同様である。
(変形例15)
図23(b)は、変形例15に係る多層フィルム600Bの構成を模式的に示す部分断面図である。図23(b)に示すように、多層フィルム600Bにおいては、側面部分604cは、第1有機部材203の側面203dの最下端まで覆っており、第1無機部材204asの端縁部分204as1は、第1有機部材203に達していない。第1無機部材204asと側面部分604cとは接しており、第1無機部材204asおよび側面部分604cが接している部分Cと、基材2の上面との間には、空隙Vが存在する。側面部分604cと第1無機部材204asとが接している部分Cは、平面視で第2無機部材604dと重なっている。また、側面部分604cの厚みは、上面部分704bおよび第1無機部材204asの厚みよりも小さい。
従って、本変形例に係る多層フィルム600Bの構成によっても、変形例4に係る多層フィルム600および変形例14に係る多層フィルム600Aの場合と同様に、良好な可撓性,曲げ耐性,ガスバリア性を実現することができる。
(変形例16)
図23(c)は、変形例16に係る多層フィルム600Cの構成を模式的に示す部分断面図である。図23(c)に示すように、多層フィルム600Cにおいては、側面部分604cは、第1有機部材603の側面203dの最下端までは覆っておらず、第1無機部材204asの端縁部分204as1は、第1有機部材203に達していない。第1無機部材204asと側面部分604cとは接しており、第1無機部材204asおよび側面部分604cが接している部分Cと、第1有機部材203の下端部および基材2の上面との間には、空隙Vが存在する。側面部分604cと第1無機部材204asとが接している部分Cは、平面視で第2無機部材604dと重なっている。また、側面部分604cの厚みは、上面部分704bおよび第1無機部材204asの厚みよりも小さい。
従って、本変形例に係る多層フィルム600Cの構成によっても、変形例4に係る多層フィルム600,変形例14に係る多層フィルム600A,変形例15に係る多層フィルム600Bの場合と同様に、良好な可撓性,曲げ耐性,ガスバリア性を実現することができる。
(変形例17)
変形例4,14,15,16においては、逆テーパ形状を有する第1有機部材は、単一の部材から構成されていたが、これに限られない。
図24(a)は、変形例17に係る多層フィルム800Aの構成を模式的に示す部分断面図である。図24(a)に示すように、多層フィルム800Aにおける第1有機部材803Aは、複数層から成る積層構造を有する。第1有機部材803Aは、基材2上に形成された第1段層803A1および第1段層803A1上に積層された第2段層803A2から成り、基材2の主面2aに平行な方向における長さ(以下、単に「長さ」という。)が、第1段層803A1よりも第2段層803A2の方が長い。言い換えると、第1有機部材803Aの基材2と接している基底部分である第1段層803A1の下面803A1cよりも、第1有機部材803Aの基底部分よりも上方の部分(上方部分)である第2段層803A2の上面803A2aの方が長さが長いと言うこともできる。このように、第1段層803A1よりも長さの長い第2段層803A2を積層することにより、下側(基材2側)よりも上側(基材2と反対側)の方を大きくして、第1有機部材の形状を、逆テーパ形状を模した形状とすることができる。
このように、第1有機部材803Aが、積層構造により逆テーパ形状を模した形状として形成された場合であっても、その上から無機層を形成すると、図24(a)に示すように、第1有機部材803Aの第2段層803A2の上面803A2aを覆う上面部分804bAおよび側面803A2bを覆う側面部分804cAから成る第2無機部材804dAと、第1有機部材803A間における基材2上に位置する第1無機部材204asとが同時に形成される。
この場合、第1段層803A1と第2段層803A2との長さの違いの程度にもよるが、側面部分804cAが第1段層803A1の側面803A1bまで十分回り込んで形成されず、図24(a)に示すように、第2段層803A2の下面803A2cおよび第1段層803A1の側面803A1b上には第2無機部材804dAの層がほとんど形成されない場合があると考えられる。また、第1無機部材204asの端縁部分204as1は第1段層803A1に達しておらず、比較的大きな空隙Vが存在する場合も考えられる。このような場合であっても、第2無機部材804dAと第1無機部材204asとは接しており、双方が接する部分Cは、平面視で第2無機部材804dAと重なっている。また、側面部分804cAの厚みは、上面部分704bおよび第1無機部材204asの厚みよりも薄い。これにより、本変形例に係る多層フィルム800Aの構成によっても、良好な可撓性,曲げ耐性,ガスバリア性を実現することができる。
ここで、上記変形例17に係る多層フィルム800Aのように複数の層から成る積層構造を有する第1有機部材の上から無機層を形成した場合に、実際に第1無機部材と第2無機部材とがどのような態様で形成されるのかを確認するために、発明者らは、試験体を作成し、その断面を電子顕微鏡により観察した。試験体は、Si基板である基材2上に、第1段層と第2段層がこの順に積層された積層構造体903Aを形成し、積層構造体903Aおよび基材2の上からSiNの無機層を形成したものを用いた。
なお、試験体における積層構造体903Aは、形成が比較的容易であることから、便宜的に有機材料ではなく無機材料を使用した。具体的には、第1段層903A1には、IGZO(インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)の酸化物)が用いられ、第2段層903A2には、MoW(モリブデン・タングステン)が用いられた。また、第1段層903A1よりも第2段層903A2の方が長さが長い。
なお、第1無機部材204asおよび第2無機部材804dA上にオスミウム(Os)等の材料から成るデポ膜が形成されている。Osデポ膜は、断面を観察するために試験体を切断する際に、試験体が受けるダメージを軽減して試験体の構造を保護するためのものである。
図25(a)および図25(b) は、上記試験体の基材2に直交する平面による断面の電子顕微鏡写真である。図25(a)は、DF−STEMによる電子顕微鏡写真であり、図25(b)は、BF−STEMによる電子顕微鏡写真である。また、図25(c)は、図25(a),(b)の電子顕微鏡写真に示された断面の様子をわかりやすく模式的に示した図である。
図25(a),(b),(c)に示すように、第2段層903A2の上面903A2aを覆って第2無機部材804dAの上面部分804bAが形成され、第1段層903A1の側面903A2bを覆って側面部分804cAが形成されている。側面部分804cAは、さらに第2段層903A2の下面903A2cに回り込んで薄膜部分804cA1が形成されており、そこからさらに第1段層903A1の側面903A1bにまで回り込んで薄膜部分804cA2が形成されている様子が、図25(a),(b),(c)から窺える。
第1無機部材204asの端縁部分204as1は、側面部分804cAの下に潜り込むように側面部分804cAに接した状態で形成されている。従って、第1無機部材204asと側面部分804cAとが接している部分C1は、平面視で第2無機部材804dAと重なっている。第1無機部材204asの端縁部分204as1は、側面部分804cAと接している部分C1からさらに延伸して基材2の上側の主面2a上に非常に薄い層である薄膜部分 204as2が形成されている。薄膜部分204as2の先端領域204as2aは、第1段層903A1の側面を覆って形成されている薄膜部分804cA2と接している。また、薄膜部分804cA1,804cA2,204as2により囲まれた領域に空隙Vが存在している。
このように、実際の第2無機部材は、第1有機部材の裏側や側面側にまで回り込んで薄膜が形成されていることが観察された。また、実際の第1無機部材は、第1有機部材の下側にまで潜り込んで薄膜が形成されていることが観察された。このように、試験体は比較的大きな空隙Vを有しているものの、第1無機部材204asと第2無機部材804dAとが、空隙Vを間に挟んでC1およびC2の2か所で互いに接した構造を有していると捉えることができる。従って、基材2を透過した水分は、第1無機部材204asと第2無機部材804dAとが接している部分C2のシームS2を先ず通過して空隙V内に侵入する。空隙Vは、無機材料からそれぞれ成る薄膜部分804cA1,804cA2,204as2により囲まれているため、これらの薄膜部分を透過することができない。なお、薄膜部分の膜厚が非常に薄い場合、水分が透過可能である場合も考えられるが、その場合であっても水分の透過は容易ではない。従って、空隙V内に侵入した水分が多層フィルムの上方へとさらに進むためには、第1無機部材204asと第2無機部材804dAとが接している部分C1のシームS1を次に通過する必要がある。シームS1は、シームS2に比べて距離が長いため、その分水分の侵入に時間がかかる。
このように、試験体は、側面部分804cAの厚みが上面部分804bAおよび第1無機部材204asの厚みよりも薄く、第1無機部材204asと第2無機部材804dAとが接していることにより、良好な可撓性および曲げ耐性を実現することができることも確認された。また、基材2を透過した水分の侵入経路にシームS1とシームS2との2つのシームが存在し、その分、水分の侵入に長い時間を要するため、良好なガスバリア性を実現することができることが確認された。さらに、第1無機部材204asと第2無機部材804dAとが接している部分C1およびC2は、平面視で第2無機部材804dAと重なっている。そのため、シームを通って侵入した水分は、まっすぐ最短経路で上方へと進むことができず、第2無機部材804dAを迂回して進まなくてはならないためその分、水分の侵入経路が長くなる。これにより、第2無機部材804dAの上方に形成されたデバイス層に水分が到達するまでに要する時間が長くなり、良好なガスバリア性を実現することができることが確認された。
積層構造体903Aは、第1段層903A1と第2段層903A2とが無機材料から成る点で、変形例17の第1有機部材803Aとは異なっている。しかし、積層構造自体は共通しているため、実際に有機材料から成る2層を積層させて成る変形例17に係る第1有機部材803Aの上から無機層を形成した場合も、試験体と同様の態様で第1無機部材204asおよび第2無機部材804dAが形成されると考えられ、同様の効果が得られると考えられる。
なお、本変形例の第1有機部材803Aおよび図25(a),(b),(c)に示す積層構造体903Aのように、長さの異なる複数の層が積層された構成を有する部材の形成方法については、例えば、特許第4556757号公報を参照されたし。以下、変形例18に係る第1有機部材803Bおよび変形例19に係る第1有機部材803Cの形成方法についても、同様である。
(変形例18)
変形例17においては、第1有機部材803Aが、2層から成る積層構造を有する例について説明した。しかし、これに限られない。
図24(b)は、変形例18に係る多層フィルム800Bの構成を模式的に示す部分断面図である。多層フィルム800Bにおける第1有機部材803Bは、基材2側から順に、第1段層803B1,第2段層803B2,第3段層803B3の3つの層が積層されて構成されている。
また、第1有機部材が3つ以上の層が積層されて成る場合、最上位の層の長さが最も長い場合に限られない。多層フィルム800Bにおいては、第3段層803B3よりも第2段層803B2の方が、長さが長い。このように、図24(b)に示す多層フィルム800Bのように、第3段層803B3の長さが第2段層803B2の長さよりも短くてもよい。多層フィルム800Bのように、第1段層803B1(基底部分)の長さよりも第2段層803B2(上方部分)の長さを長くすることにより、逆テーパ形状を模した形状とすることができる。この場合においても、第1有機部材803B上に無機層を形成する際に、図24(b)に示すように、第3段層803B3の上面803B3aおよび第2段層803B2の上面803B2aを覆う上面部分804bBと、第3段層803B3の側面803B3bおよび第2段層803B2の側面803B2bを覆う側面部分804cBとから成る第2無機部材804dBが形成されるのと同時に、第1無機部材204asが基材2上に形成される。そして、第1無機部材204asと側面部分804cBとは接しており、双方が接する部分Cは、平面視で第2無機部材804dBと重なっている。さらに、側面部分804cBの厚みは、上面部分804bBおよび第1無機部材204asの厚みよりも薄い。
これにより、本変形例に係る多層フィルム800Bの構成によっても、良好な可撓性,曲げ耐性,ガスバリア性を実現することができる。
なお、上面部分804bBの厚みとは、上面部分804bBのうち最も厚い部分の厚みとする。
(変形例19)
また、第1有機部材が3層以上の層が積層されて成る場合、必ずしも最下層の長さ(基材2の主面2aに平行な方向の長さ)が最も短い場合に限られない。
図24(c)は、変形例19に係る多層フィルム800Cの構成を模式的に示す部分断面図である。多層フィルム800Cにおける第1有機部材803Cは、基材2側から順に、第1段層803C1,第2段層803C2,第3段層803C3が積層されて構成されている。これら3つの層のうち、最下位の層である第1段層803C1の長さよりも、第2段層803C2の長さの方が短い。この場合であっても、第3段層803C3の長さを第1段層803C1の長さよりも長くすることにより、第1有機部材803C全体として逆テーパ形状を模した形状とすることができる。
この場合においても、第1有機部材803C上に無機層を形成する際に、図24(c)に示すように、第3段層803C3の上面803C3aを覆う上面部分804bCと、第3段層803C3の側面803C3bを覆って下面803C3cまで一部回り込む側面部分804cCとから成る第2無機部材804dCが形成されるのと同時に、第1無機部材204asが基材2上に形成される。そして、第1無機部材204asと側面部分804cCとは接しており、双方が接する部分Cは、平面視で第2無機部材804dCと重なっている。さらに、側面部分804cCの厚みは、上面部分804bCおよび第1無機部材204asの厚みよりも小さい。
これにより、本変形例に係る多層フィルム800Cの構成によっても、良好な可撓性,曲げ耐性,ガスバリア性を実現することができる。
なお、第1有機部材が3層以上の積層構造を有する場合に、最上位の層の長さが最も長く、上層から下層へ向かうにつれて長さが短くなるように積層されていてもよい。このようにすることで、側面部分が第1有機部材の側面に回り込んで形成されやすくなり、その結果、側面部分と第1無機部材204asとが接する面積を大きくして、空隙Vを小さくすることができる。これにより、多層フィルム800Bのガスバリア性をより高めることができる。
(変形例20)
上記各実施形態および各変形例においては、基材は、単層構造であったが、これに限られない。基材が、複数の層から構成されていてもよい。例えば、基材が樹脂層上に絶縁層,接着層,金属薄膜等が積層されて構成されていてもよい。
≪補足≫
以上で説明した各実施形態および各変形例は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。各実施形態および各変形例で示される数値、形状、材料などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。
また、上記示した各図は模式図であり、各図の構成要素の縮尺は必ずしも厳密に図示したものではない。また本発明は上記各実施形態の記載によって限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、各実施形態に係る構成および各変形例の部分的な構成を、適宜組み合わせてなる多層フィルムまたは電子デバイスであってもよい。
多層フィルム、電子デバイス、およびこれらの製造方法は、例えば、表示装置に適性があり、テレビや携帯端末のディスプレイなどに好適に利用可能である。
2 基材
2a 主面
3,204a,404a,504a,504a 第1無機部
3’ 第1無機材料層
3s,204as,404as,504as 第1無機部材
6 第1有機層
6a 第1有機部材
7,204b,404b 第2無機部
7’ 第2無機材料層
7s 第2無機部材
9,205 第2有機層
9a 第2有機部材
10 第3無機部
10s 第3無機部材
12 第3有機層
12a 第3有機部材
20,220,420,520,620 第1層
30,50,240,430,530,630 中間層
40,240,440,540,640 第2層
60 第3層
90 デバイス層 100,200,300,400,500,600,700,800 多層フィルム
203a,803A1c,803B1 基底部分(第1有機部材部分,下面,第1段層)
205a2 第2有機部材部分
203b,803A2a,803B2 上方部分(第1有機部材部分,上面,第2段層)
203c,403c,803A2a,803B2a,803B3a,803C3,903A2a 上面
203d,403d,803A2b,803B2b,803B3b,803C3b,903A1b,903A2b 側面
204as1, 504as1 端縁部分
504b,604b,704b,804bA,804bB,804bC 上面部分
504c,604c,704c,804cA,804cB,804cC 側面部分
1000 電子デバイス
R 表示領域

Claims (9)

  1. 可撓性を有する板状の基材 と、
    前記基材の主面と平行な方向に互いに離間して前記基材上に配置された複数の板状の第1無機部材と、
    前記複数の第1無機部材のそれぞれを囲むように前記複数の第1無機部材間における前記基材上に立設された第1有機部材と、
    前記第1有機部材の上面および側面を覆う第2無機部材と、
    前記第1無機部材の上方であって前記第2無機部材により囲まれた空間を満たす第2有機部材と、を有し、
    前記第2無機部材のうち、前記第1有機部材の側面を覆う側面部分の厚みは、前記第1有機部材の上面を覆う上面部分の厚みおよび前記第1無機部材の厚みよりも薄く、
    前記第1無機部材と、前記第1有機部材とは離間している
    多層フィルム。
  2. 可撓性を有する板状の基材 と、
    前記基材の主面と平行な方向に互いに離間して前記基材上に配置された複数の板状の第1無機部材と、
    前記複数の第1無機部材のそれぞれを囲むように前記複数の第1無機部材間における前記基材上に立設された第1有機部材と
    前記第1有機部材の上面および側面を覆う第2無機部材と
    前記第1無機部材の上方であって前記第2無機部材により囲まれた空間を満たす第2有機部材と、を有し
    前記第2無機部材のうち、前記第1有機部材の側面を覆う側面部分の厚みは、前記第1有機部材の上面を覆う上面部分の厚みおよび前記第1無機部材の厚みよりも薄く、
    前記第1無機部材と、前記第2無機部材の前記側面部分とは接してい
    層フィルム。
  3. 前記第1無機部材の前記第2無機部材と接している部分は、平面視で前記第2無機部材と重なっている
    請求項に記載の多層フィルム。
  4. 可撓性を有する板状の基材 と、
    前記基材の主面と平行な方向に互いに離間して前記基材上に配置された複数の板状の第1無機部材と、
    前記複数の第1無機部材のそれぞれを囲むように前記複数の第1無機部材間における前記基材上に立設された第1有機部材と
    前記第1有機部材の上面および側面を覆う第2無機部材と
    前記第1無機部材の上方であって前記第2無機部材により囲まれた空間を満たす第2有機部材と、を有し
    前記第2無機部材のうち、前記第1有機部材の側面を覆う側面部分の厚みは、前記第1有機部材の上面を覆う上面部分の厚みおよび前記第1無機部材の厚みよりも薄く、
    前記基材の主面と直交する断面において、前記第1有機部材のうち、前記基材と接している基底部分は、前記基底部分よりも上方の部分である上方部分よりも、前記基材の主面と平行な方向における長さが短
    層フィルム。
  5. 前記第1有機部材は、前記長さの異なる少なくとも2層を含む複数の層が積層されて成り、
    前記基底部分は、前記複数の層のうち前記基材上に位置する第1段層であり、
    前記第1段層よりも上に積層された1または複数の層である前記上方部分は、前記第1段層よりも前記長さの長い層を含む
    請求項に記載の多層フィルム。
  6. 前記第1無機部材の前記第1有機部材に最も近接した端縁部分と、前記第2無機部材の前記側面部分とは連結している
    請求項に記載の多層フィルム。
  7. 可撓性を有する板状の基材 と、
    前記基材の主面と平行な方向に互いに離間して前記基材上に配置された複数の板状の第1無機部材と、
    前記複数の第1無機部材のそれぞれを囲むように前記複数の第1無機部材間における前記基材上に立設された第1有機部材と
    前記第1有機部材の上面および側面を覆う第2無機部材と
    前記第1無機部材の上方であって前記第2無機部材により囲まれた空間を満たす第2有機部材と、を有し
    前記第2無機部材のうち、前記第1有機部材の側面を覆う側面部分の厚みは、前記第1有機部材の上面を覆う上面部分の厚みおよび前記第1無機部材の厚みよりも薄い多層フィルムと、
    前記多層フィルムの上方に形成されたデバイス層と、
    前記多層フィルムと前記デバイス層との間に平坦化層を有し、
    前記平坦化層の表面の凹凸は、100nm以下であ
    子デバイス。
  8. 前記デバイス層は、有機EL素子、液晶素子、光電変換素子、およびRFID素子のうちの何れかを有する
    ことを特徴とする請求項に記載の電子デバイス。
  9. 前記デバイス層は、画像を表示する表示領域を有し、
    前記第1無機部および前記第2無機部のうち少なくとも一方は、平面視において前記表示領域の面積の90%以上を占める
    ことを特徴とする請求項7又は8に記載の電子デバイス。
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