JP6478086B2 - 電子デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電子デバイス及びその製造方法に関する。
近年、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）装置をディスプレイ及び照明に応用する技術が開発されてきている。有機ＥＬ装置は、基板と、基板上に形成された陽極、発光層及び陰極の積層構造からなる発光構造体とを備えており、陽極と陰極との間に電圧が印加されると発光層に電流が流れて発光する。
通常、発光構造体は多層構造を有する。そして、各層を構成する材料の中には、水分及び酸素により劣化しやすい材料も含まれている。そのため、有機ＥＬ装置では、外部からの水分及び酸素の浸入を防止するため、基板上に形成された発光構造体を封止膜で被覆するのが一般的である。
特許文献１には、樹脂基板上にアルミナからなる基板保護膜を形成し、基板保護膜上に有機ＥＬ構造体を形成し、有機ＥＬ構造体上にアルミナからなるデバイス保護膜を形成することが提案されている。特許文献１に記載の技術では、基板保護膜及びデバイス保護膜を形成することにより、有機ＥＬ構造体の劣化を抑制している。
また、発光構造体は、成膜される層の厚さが数ｎｍ〜数十ｎｍオーダーと極めて薄く、基材に凹凸又は突起があると、その凹凸又は突起により厚さムラが生じ、あるいは、欠損部が生じたダークスポット欠陥又は発光ムラが生じる。このため、特許文献２のように、密着性及び平坦性に優れた有機層と、バリア性を有する無機層とを積層した封止構造が提案されている。
ところで、水分による発光構造体の特性劣化を抑制するために、よりバリア性能が高い封止構造が要望されている。一方、特許文献２のように、封止構造に有機膜を使用した場合には、有機膜の端面から有機膜中に水分が浸入し、その水分により封止性が劣化する場合がある。
そこで、本発明は、水分による電子素子の性能劣化をより効果的に抑制することができる電子デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る電子デバイスは、基板と、前記基板に順に積層された、電子素子、第１バリア層、有機層及び第２バリア層とを備え、前記有機層は、前記第１バリア層に接触して積層され、かつ、水蒸気透過率が前記第１バリア層より高く、前記第２バリア層は、前記有機層に接触して積層され、かつ、水蒸気透過率が前記有機層より高い。
本発明によれば、水分による電子素子の性能劣化をより効果的に抑制することができる。
（本発明の概要）
本発明の一態様に係る電子デバイスは、基板と、前記基板に順に積層された、電子素子、第１バリア層、有機層及び第２バリア層とを備え、前記有機層は、前記第１バリア層に接触して積層され、かつ、水蒸気透過率が前記第１バリア層より高く、前記第２バリア層は、前記有機層に接触して積層され、かつ、水蒸気透過率が前記有機層より高い。
本発明の一態様に係る電子デバイスは、基板と、前記基板に順に積層された、電子素子、第１バリア層、有機層及び第２バリア層とを備え、前記有機層は、前記第１バリア層に接触して積層され、かつ、水蒸気透過率が前記第１バリア層より高く、前記第２バリア層は、前記有機層に接触して積層され、かつ、水蒸気透過率が前記有機層より高い。
これにより、有機層に水分が浸入した場合であっても、有機層に接触して積層された第２バリア層の水蒸気透過率が有機層より高いため、水分は第２バリア層側へと浸透する。このため、有機層に水分が長時間たまりにくくなるため、有機層の膨潤によって有機層の体積が変化し、第１バリア層又は第２バリア層を破壊することを抑制する。その結果、電子素子に対する水分の浸入を効果的に抑制することができ、例えば、長寿命で、かつ、信頼性の高い電子デバイスを実現することができる。
また、例えば、前記第１バリア層は、主成分として無機材料を含んでもよい。
これにより、一般的に無機材料は有機材料に比べて水蒸気透過率が低いので、容易に電子素子を水分から保護することができる。
また、例えば、前記基板は、樹脂材料から構成され、前記電子デバイスは、さらに、前記基板と前記電子素子との間に設けられ、水蒸気透過率が前記基板より低い又は前記基板と同等の第３バリア層を備えてもよい。
これにより、基板側からの水分の浸透を第３バリア層が抑制するので、電子素子が外部環境の水分によって劣化することを抑制することができる。
また、例えば、前記第１バリア層は、平面視において、前記電子素子より大きく、かつ、前記基板より小さく、少なくとも窒化珪素を主成分として含んでもよい。
これにより、電子素子は第１バリア層で被覆された状態を保つことができるので、電子素子の封止性をより高めることができ、電子素子が外部環境の水分によって劣化することを抑制することができる。
また、例えば、前記第２バリア層は、平面視において、前記電子素子より大きく、かつ、前記基板より小さく、ポリエチレンテレフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネート及びポリイミドの少なくとも１つを含んでもよい。
これにより、有機層から浸入した水分を、第２バリア層を介して外部環境に排出することができ、結果、有機層の膨潤を抑制し、第１バリア層又は第２バリア層の破壊を抑制することができる。したがって、電子素子に対する水分の浸入を効果的に抑制することができる。
また、例えば、前記電子素子は、発光素子であり、前記有機層は、平面視において、前記発光素子より大きく、かつ、前記基板より小さく、エポキシ樹脂及びアクリル樹脂の少なくとも１つを含む透明接着材料であってもよい。
これにより、例えば、有機層によって第１バリア層と第２バリア層とを接着することができる。その結果、例えば、フレキシブル基板に対してハンドリング性が良く、かつ、電子素子（発光素子）が外部環境の水分によって劣化することを抑制することができる。また、有機層が透明であるため、発光素子からの発光を効率良く外部に取り出すことができる。
また、例えば、前記第１バリア層の水蒸気透過率は、１０Ｅ−４ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下であってもよい。
これにより、外部環境の水分が第１バリア層を浸透して電子素子まで到達しにくくなるので、水分による電子素子の劣化を抑制することができる。
また、例えば、前記電子素子は、有機ＥＬ素子であってもよい。
これにより、一般的に水分に弱い有機ＥＬ素子を効果的に水分から保護することができるので、本構成に係る封止構造は、より有用である。
また、例えば、前記基板は、フレキシブル基板であってもよい。
また、本発明の一態様に係る電子デバイスの製造方法は、基板の上方に、電子素子を設ける工程と、前記電子素子の上方に、第１バリア層を形成する工程と、前記第１バリア層上に、前記第１バリア層に接触する有機層を形成する工程と、前記有機層上に、前記有機層に接触する第２バリア層を形成する工程とを含み、前記有機層は、前記第１バリア層より水蒸気透過率が高く、前記第２バリア層は、前記有機層より水蒸気透過率が高い。
これにより、長寿命で、かつ、信頼性の高い電子デバイスを提供することができる。
以下では、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
（実施の形態）
［１．電子デバイスの構成］
まず、本実施の形態に係る電子デバイスの構成について、図１Ａ〜図１Ｃを参照しながら説明する。図１Ａ〜図１Ｃはそれぞれ、本実施の形態に係る電子デバイス１０の概略を示す斜視図、平面図、断面図である。なお、図１Ｃは、図１ＢにおけるＡ−Ａ線での断面を示している。
［１．電子デバイスの構成］
まず、本実施の形態に係る電子デバイスの構成について、図１Ａ〜図１Ｃを参照しながら説明する。図１Ａ〜図１Ｃはそれぞれ、本実施の形態に係る電子デバイス１０の概略を示す斜視図、平面図、断面図である。なお、図１Ｃは、図１ＢにおけるＡ−Ａ線での断面を示している。
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、電子デバイス１０は、基板１００と、電子素子１１０と、第１バリア層１２０と、有機層１３０と、第２バリア層１４０と、第３バリア層１５０とを備える。図２Ｂに示すように、第３バリア層１５０、電子素子１１０、第１バリア層１２０、有機層１３０及び第２バリア層１４０は、この順で基板１００に積層されている。
［１−１．基板］
基板１００は、例えば、可撓性を有するフレキシブル基板である。基板１００は、樹脂材料から構成される。基板１００の材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、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、シリコーン樹脂、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、アラミド樹脂などを用いることができる。実用的には、耐熱性及び寸法安定性の観点からポリイミドを用いることが好ましい。
基板１００は、例えば、可撓性を有するフレキシブル基板である。基板１００は、樹脂材料から構成される。基板１００の材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、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、シリコーン樹脂、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、アラミド樹脂などを用いることができる。実用的には、耐熱性及び寸法安定性の観点からポリイミドを用いることが好ましい。
なお、基板１００は、無アルカリガラス、ソーダガラスなどのガラス基板でもよい。あるいは、基板１００は、アルミナなどのセラミック基板でもよい。
［１−２．電子素子］
電子素子１１０は、例えば、発光素子である。具体的には、電子素子１１０は、有機ＥＬ素子である。有機ＥＬ素子は、図示しない陰極と、陽極と、陰極と陽極との間に挟まれた発光層とを有する。有機ＥＬ素子は、さらに、電子注入層、電子輸送層、正孔注入層、正孔輸送層、隔壁層等を有してもよい。
電子素子１１０は、例えば、発光素子である。具体的には、電子素子１１０は、有機ＥＬ素子である。有機ＥＬ素子は、図示しない陰極と、陽極と、陰極と陽極との間に挟まれた発光層とを有する。有機ＥＬ素子は、さらに、電子注入層、電子輸送層、正孔注入層、正孔輸送層、隔壁層等を有してもよい。
例えば、陽極及び陰極のうち、基板１００と反対側（第１バリア層１２０側）の電極層を、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などの透明電極で構成する。これにより、発光層からの光を外部（第２バリア層１４０側）に取り出すことができる。これにより、電子デバイス１０をトップエミッション型の有機ＥＬ発光装置として利用することができる。
また、陽極及び陰極のうち、基板１００側の電極層をアルミニウムなどの金属膜で構成する。これにより、発光層からの光を第２バリア層１４０側に反射することができ、光取り出し効率を高めることができる。
発光層は、陽極から注入されたホールと、陰極から注入された電子とが再結合することにより発光する。例えば、発光層は、赤色、緑色、青色のいずれの光を発してもよい。あるいは、発光層は、赤色、緑色、青色の３色のドーパント色素がドーピングされて、白色光を発してもよい。発光層は、例えば、アントラセン、金属錯体などの有機材料から構成される。
なお、電子素子１１０は、発光ダイオード又は無機ＥＬ素子などの発光素子でもよい。あるいは、電子素子１１０は、有機トランジスタ、太陽電池、エレクトロクロミック素子、ジョセフソン素子などの電子デバイスでもよい。
［１−３．第１バリア層］
第１バリア層１２０は、電子素子１１０を被覆する。具体的には、第１バリア層１２０は、基板１００の上方であって、第３バリア層１５０上に、電子素子１１０を被覆するように設けられる。
第１バリア層１２０は、電子素子１１０を被覆する。具体的には、第１バリア層１２０は、基板１００の上方であって、第３バリア層１５０上に、電子素子１１０を被覆するように設けられる。
なお、第１バリア層１２０は、電子素子１１０の発光層などの有機機能層を覆っており、例えば、陽極及び陰極の一部は覆っていなくてもよい。具体的には、陽極及び陰極はそれぞれ、引き出し電極に電気的に接続されていてもよい。
また、第１バリア層１２０は、図１Ｂに示すように、平面視において電子素子１１０より大きい。これにより、電子素子１１０が第１バリア層１２０で被覆された状態を保持することができる。このため、電子素子１１０が外部環境の水分によって劣化することを抑制することができる。
また、第１バリア層１２０は、図１Ｂに示すように、平面視において基板１００より小さい。これにより、電子素子１１０への引き出し電極を被覆することがなく、給電が可能になる。例えば、平面視において基板１００（第３バリア層１５０）の第１バリア層１２０に覆われてない領域、具体的には、基板１００の周端領域に引き出し電極を設けることができる。
第１バリア層１２０は、例えば、主成分として無機材料を含む。例えば、第１バリア層１２０は、主成分として窒化珪素を含む。無機材料としては、窒化珪素の他に、酸窒化珪素、酸化アルミニウムなどを用いてもよい。第１バリア層１２０の厚みは、例えば、１００ｎｍ〜１０００ｎｍである。
第１バリア層１２０は、水分（水蒸気）に対するバリア性を有する。水分に対するバリア性とは、水分の浸透を抑制する機能である。例えば、第１バリア層１２０は、水蒸気透過率が所定の値より小さく構成される。これにより、第１バリア層１２０は、水蒸気の浸透を抑制する。例えば、所定の値は、１０Ｅ−４ｇ／ｍ２・ｄａｙである。
第１バリア層１２０の水蒸気透過率は、有機層１３０及び第２バリア層１４０の水蒸気透過率より低い。詳細については、後で説明する。
［１−４．有機層］
有機層１３０は、例えば、第１バリア層１２０の凹凸を吸収するために設けられた平坦化層である。また、有機層１３０は、第１バリア層１２０と第２バリア層１４０とを接着する接着層でもある。有機層１３０は、例えば、可撓性の高い材料から構成される。
有機層１３０は、例えば、第１バリア層１２０の凹凸を吸収するために設けられた平坦化層である。また、有機層１３０は、第１バリア層１２０と第２バリア層１４０とを接着する接着層でもある。有機層１３０は、例えば、可撓性の高い材料から構成される。
有機層１３０は、第１バリア層１２０に接触して積層される。具体的には、有機層１３０は、第１バリア層１２０上に形成される。また、有機層１３０は、図１Ｂに示すように、平面視において電子素子１１０より大きく、かつ、基板１００より小さい。例えば、有機層１３０の平面視形状は、第１バリア層１２０と同じである。
有機層１３０は、例えば、透明接着材料である。具体的には、有機層１３０の材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを使用することができる。これらの樹脂材料を塗布し、第１バリア層１２０と第２バリア層１４０とを接着後、熱硬化又は光硬化などにより硬化させる。実用的には、有機層１３０は、封止性及びフレキシブル基板に対するハンドリングの観点から、水蒸気透過率の低い熱硬化性エポキシ樹脂が好ましい。有機層１３０の厚みは、例えば、１０μｍ〜２０μｍである。
有機層１３０は、水分に対するバリア性を有する。有機層１３０の水蒸気透過率は、第１バリア層１２０の水蒸気透過率より高く、第２バリア層１４０の水蒸気透過率より低い。
［１−５．第２バリア層］
第２バリア層１４０は、有機層１３０に接触して積層される。具体的には、第２バリア層１４０は、有機層１３０上に形成される。また、第２バリア層１４０は、図１Ｂに示すように、平面視において電子素子１１０より大きく、かつ、基板１００より小さい。例えば、第２バリア層１４０の平面視形状は、有機層１３０及び第１バリア層１２０と同じである。
第２バリア層１４０は、有機層１３０に接触して積層される。具体的には、第２バリア層１４０は、有機層１３０上に形成される。また、第２バリア層１４０は、図１Ｂに示すように、平面視において電子素子１１０より大きく、かつ、基板１００より小さい。例えば、第２バリア層１４０の平面視形状は、有機層１３０及び第１バリア層１２０と同じである。
第２バリア層１４０は、例えば、有機材料から構成される。具体的には、第２バリア層１４０の材料としては、ポリエチレンテレナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネート、ポリイミドなどを使用することができる。実用的には、第２バリア層１４０は、加熱に対する寸法安定性の観点からポリエチレンテレナフタレートが好ましい。第２バリア層１４０の厚みは、例えば、５０μｍ〜１００μｍである。
なお、第２バリア層１４０は、いわゆる封止基板であり、無機材料から構成されてもよい。例えば、第２バリア層１４０は、無アルカリガラス、ソーダガラスなどのガラス基板でもよい。あるいは、アルミナなどのセラミック基板でもよい。
第２バリア層１４０は、水分に対するバリア性を有する。第２バリア層１４０の水蒸気透過率は、第１バリア層１２０及び有機層１３０の水蒸気透過率より高い。
［１−６．第３バリア層］
第３バリア層１５０は、基板１００と電子素子１１０との間に設けられる。具体的には、第３バリア層１５０は、基板１００上に形成される。
第３バリア層１５０は、基板１００と電子素子１１０との間に設けられる。具体的には、第３バリア層１５０は、基板１００上に形成される。
また、第３バリア層１５０は、図１Ｂに示すように、電子素子１１０より大きい。例えば、第３バリア層１５０の平面視形状は、基板１００と同じである。これにより、電子素子１１０が第３バリア層で被覆された状態を保持することができる。このため、電子素子１１０が外部環境の水分によって劣化することを抑制することができる。
第３バリア層１５０は、例えば、無機材料から構成される。具体的には、第３バリア層１５０の材料としては、例えば、窒化珪素を使用することができる。なお、無機材料としては、窒化珪素の他に、酸窒化珪素、酸化アルミニウムなどを用いてもよい。第３バリア層１５０の厚みは、例えば、１００ｎｍ〜１０００ｎｍである。
第３バリア層１５０は、水分に対するバリア性を有する。第３バリア層１５０の水蒸気透過率は、基板１００の水蒸気透過率より低い、又は、基板１００の水蒸気透過率と同等である。これにより、第３バリア層１５０は、基板１００側からの水分の浸入を抑制する。
［２．電子デバイスの製造方法］
続いて、本実施の形態に係る電子デバイス１０の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｄ及び図１Ｃを用いて以下に説明する。
続いて、本実施の形態に係る電子デバイス１０の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｄ及び図１Ｃを用いて以下に説明する。
まず、基板１００を構成するフレキシブル基板として、一辺が３０ｍｍの矩形のポリイミドフィルムを用意する。なお、基板１００は、例えば、厚さが２０μｍで、水蒸気透過率が１０ｇ／ｍ２・ｄａｙである。
そして、図２Ａに示すように、基板１００上に第３バリア層１５０を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などにより窒化珪素膜を成膜することで、第３バリア層１５０を形成する。第３バリア層１５０は、例えば、厚さが２００ｎｍで、水蒸気透過率が１０Ｅ−４ｇ／ｍ２・ｄａｙである。
次に、基板１００の上方に電子素子１１０を設ける。具体的には、図２Ｂに示すように、第３バリア層１５０上に電子素子１１０を形成する。例えば、まず、第３バリア層１５０上に真空蒸着などによりアルミニウム等の金属膜を、有機ＥＬ素子の陽極（又は陰極）として形成する。次に、陽極上にスピンコート法、インクジェット法又は印刷法などの塗布法により、発光層を含む有機機能層を形成する。さらに、有機機能層上に、スパッタリングなどによってＩＴＯなどの透明導電膜を、有機ＥＬ素子の陰極（又は陽極）として形成する。なお、陽極又は陰極の形成の際に、陽極及び陰極に電気的に接続される引き出し電極を第３バリア層１５０上に形成してもよい。
次に、図２Ｃに示すように、電子素子１１０を被覆するように第１バリア層１２０を形成する。例えば、プラズマＣＶＤなどにより窒化珪素膜を成膜することで、第１バリア層１２０を形成する。第１バリア層１２０は、厚さが６００ｎｍで、水蒸気透過率が１０Ｅ−４ｇ／ｍ２・ｄａｙである。
続いて、図２Ｄに示すように、第１バリア層１２０上に有機層１３０を形成する。具体的には、厚さ２０μｍ、大きさ２３ｍｍ×２８ｍｍ、水蒸気透過率０．０４ｇ／ｍ２・ｄａｙのエポキシ樹脂を第１バリア層１２０上に塗布することで、有機層１３０を形成する。
さらに、図１Ｃに示すように、有機層１３０上に第２バリア層１４０を形成する。具体的には、厚さ５０μｍ、大きさ２３ｍｍ×２８ｍｍ、水蒸気透過率１〜１０ｇ／ｍ２・ｄａｙのポリエチレンナフタレート製の樹脂基板を有機層１３０上に戴置して、第１バリア層１２０に有機層１３０を介して接着させる。その後、加熱又は光照射によって有機層１３０を硬化させることで、電子デバイス１０を製造することができる。
［３．各層の水蒸気透過率］
続いて、本実施の形態に係る電子デバイス１０が備える各バリア層の水蒸気透過率について、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る封止構造の概略と水分の浸透の様子とを示す斜視図及び断面図である。
続いて、本実施の形態に係る電子デバイス１０が備える各バリア層の水蒸気透過率について、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る封止構造の概略と水分の浸透の様子とを示す斜視図及び断面図である。
本実施の形態では、電子素子１１０を水分から保護するためのバリア層として、第１バリア層１２０、有機層１３０及び第２バリア層１４０の三層の封止構造を有する。これにより、電子素子１１０の上面側から水分が浸透するのを抑制している。なお、電子素子１１０の基板１００側からの水分の浸透は、第３バリア層１５０によって抑制される。
有機層１３０は、封止構造の中間層であり、第１バリア層１２０と第２バリア層１４０との間に設けられている。具体的には、有機層１３０の下面は、第１バリア層１２０の上面に接触し、有機層１３０の上面は、第２バリア層１４０の下面に接触している。
一方で、有機層１３０の側面は外部に露出しているため、側面から水分が浸透する。ここで、側面から浸入する水分の浸透速度をＷで表す。有機層１３０の側面からＷの浸透速度で浸入した水分は、上下方向に（第１バリア層１２０又は第２バリア層１４０に向かって）浸透する。
図３Ａ及び図３Ｂにおいて、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３はそれぞれ、第２バリア層１４０、有機層１３０、第１バリア層１２０の水蒸気透過率を示す。Ｗ１〜Ｗ３は、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３の関係を満たす。
つまり、有機層１３０の水蒸気透過率Ｗ２は、第１バリア層１２０の水蒸気透過率Ｗ３より高く、第２バリア層１４０の水蒸気透過率Ｗ１より低い。言い換えると、電子素子１１０に近い層ほど、水蒸気透過率が低く、電子素子１１０から遠い層ほど、水蒸気透過率が高い。例えば、第２バリア層１４０の水蒸気透過率Ｗ１は、有機層１３０の水蒸気透過率Ｗ２の１０倍以上である。また、有機層１３０の水蒸気透過率Ｗ２は、第１バリア層１２０の水蒸気透過率Ｗ３の１０倍以上である。
本実施の形態に係る封止構造によれば、有機層１３０の側面から浸入した水分は、水蒸気透過率の高い第２バリア層１４０側に浸透し、第２バリア層１４０より電子デバイス１０外に排出される。このため、有機層１３０に水分が長時間たまることを抑制することができる。
［４．有機層の膨潤による影響］
ここで、有機層１３０に水分が溜まった場合に生じる現象について、図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明する。図４Ａは、本実施の形態の比較例に係る封止構造を有する電子デバイスの概略を示す断面図である。図４Ｂは、本実施の形態の比較例に係る封止構造を有する電子デバイスの環境試験後の概略構成を示す断面図である。図４Ｃは、本実施の形態及び比較例に係る電子デバイスの環境試験の結果を示す図である。
ここで、有機層１３０に水分が溜まった場合に生じる現象について、図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明する。図４Ａは、本実施の形態の比較例に係る封止構造を有する電子デバイスの概略を示す断面図である。図４Ｂは、本実施の形態の比較例に係る封止構造を有する電子デバイスの環境試験後の概略構成を示す断面図である。図４Ｃは、本実施の形態及び比較例に係る電子デバイスの環境試験の結果を示す図である。
［４−１．比較例に係る電子デバイスの構成］
図４Ａに示すように、比較例に係る電子デバイス２０は、図１Ｃに示す電子デバイス１０と比較して、第２バリア層１４０の代わりに第２バリア層２４０を備える点が異なっている。例えば、第２バリア層２４０は、窒化珪素などの無機膜で形成されていて、その水蒸気透過率は、１０Ｅ−４ｇ／ｍ２・ｄａｙである。有機層１３０の水蒸気透過率は、０．０４ｇ／ｍ２・ｄａｙである。つまり、比較例に係る電子デバイス２０の封止構造では、有機層１３０の水蒸気透過率が、上下に配置された第１バリア層１２０及び第２バリア層２４０の水蒸気透過率より高い。
図４Ａに示すように、比較例に係る電子デバイス２０は、図１Ｃに示す電子デバイス１０と比較して、第２バリア層１４０の代わりに第２バリア層２４０を備える点が異なっている。例えば、第２バリア層２４０は、窒化珪素などの無機膜で形成されていて、その水蒸気透過率は、１０Ｅ−４ｇ／ｍ２・ｄａｙである。有機層１３０の水蒸気透過率は、０．０４ｇ／ｍ２・ｄａｙである。つまり、比較例に係る電子デバイス２０の封止構造では、有機層１３０の水蒸気透過率が、上下に配置された第１バリア層１２０及び第２バリア層２４０の水蒸気透過率より高い。
なお、水蒸気透過率が高いということは、水分に対するバリア性が低いことを意味する。つまり、水蒸気透過率が高い層は、水分に対するバリア性が低く、水蒸気透過率が低い層は、水分に対するバリア性が高い。
［４−２．電子デバイスの環境試験］
本実施の形態に係る電子デバイス１０及び比較例に係る電子デバイス２０の環境試験の結果について、図４Ｂ及び図４Ｃを用いて以下に説明する。
本実施の形態に係る電子デバイス１０及び比較例に係る電子デバイス２０の環境試験の結果について、図４Ｂ及び図４Ｃを用いて以下に説明する。
環境試験は、高温高湿環境にデバイスを放置し、所定時間経過する度に発光状態を測定することで行なった。具体的には、図１Ｃに示す電子デバイス１０及び図４Ａに示す電子デバイス２０を、８５℃８５％ＲＨ環境の恒温恒湿槽で保存し、所定時間毎に取り出して通電する。このときの発光状態を光学顕微鏡にて観察し、発光領域及び非発光領域の面積を計測した。
上述したように、第１バリア層１２０と第２バリア層２４０とは、窒化珪素などの無機膜であるため、一般的に有機層１３０よりも水蒸気透過率が低い。そのため、有機層１３０の側面から浸入した水分は、第１バリア層１２０及び第２バリア層２４０のいずれへも浸透しにくく、有機層１３０の内部に留まる傾向が予測される。
そのため、有機層１３０は、膜厚方向及び平面方向に体積膨潤し、第１バリア層１２０及び第２バリア層２４０に対して応力が加わる。その結果、図４Ｂに示すように、第１バリア層１２０及び第２バリア層２４０に割れ目（クラック２５５）が発生する。一度クラック２５５が発生すると、クラック２５５を介して外部から水分が容易に浸入して電子素子１１０に到達し、電子素子１１０がダメージを受けて特性が劣化する。
以上のように、比較例に係る電子デバイス２０では、有機層１３０の側面から徐々に浸入した水分が、バリア性の高い第１バリア層１２０及び第２バリア層２４０に挟まれているため、外部環境に放出されることなく有機層１３０内に蓄積する。これにより、有機層１３０は、たまった水分によって体積膨張し、第１バリア層１２０及び第２バリア層２４０を破壊している。
このため、比較例に係る電子デバイス２０は、環境試験実施前には正常に発光するのに対して、環境試験を実施した後、非発光領域が散見された。具体的には、図４Ｃに示すように、４００ｈ経過後には、非発光領域が発光面中の約１２％になり、６００ｈ経過後には、発光面中の約２５％になった。さらに、８５０ｈ経過後には、発光面中の約１００％になった。このように、比較例に係る電子デバイス２０では、短い期間で発光装置としては利用することができなくなる。
これに対して、本実施の形態では、図４Ｃに示すように１０００時間を経過しても非発光領域は観察されることがなかった。有機層１３０の側面から浸入した水分が、有機層１３０より水蒸気透過率が低い第２バリア層１４０から外部に放出されたためと考えられる。
このように、本実施の形態による封止構造によれば、電子素子１１０の封止性を長時間維持することができており、水分による電子素子１１０の性能劣化を効率良く抑制することができた。
［５．まとめ］
以上のように、本実施の形態に係る電子デバイス１０は、基板１００と、基板１００に順に積層された、電子素子１１０、第１バリア層１２０、有機層１３０及び第２バリア層１４０とを備え、有機層１３０は、第１バリア層１２０に接触して積層され、かつ、水蒸気透過率が第１バリア層１２０より高く、第２バリア層１４０は、有機層１３０に接触して積層され、かつ、水蒸気透過率が有機層１３０より高い。
以上のように、本実施の形態に係る電子デバイス１０は、基板１００と、基板１００に順に積層された、電子素子１１０、第１バリア層１２０、有機層１３０及び第２バリア層１４０とを備え、有機層１３０は、第１バリア層１２０に接触して積層され、かつ、水蒸気透過率が第１バリア層１２０より高く、第２バリア層１４０は、有機層１３０に接触して積層され、かつ、水蒸気透過率が有機層１３０より高い。
これにより、有機層１３０に水分が浸入した場合であっても、有機層１３０の水蒸気透過率が、第２バリア層１４０より低く、第１バリア層１２０より高いため、水分は第２バリア層１４０側へと浸透する。このため、有機層１３０に水分が長時間たまりにくくなるため、有機層１３０の膨潤によって有機層１３０の体積が変化し、第１バリア層１２０又は第２バリア層１４０を破壊することを抑制する。その結果、電子素子１１０に対する水分の浸入を効果的に抑制することができ、例えば、長寿命で、かつ、信頼性の高い電子デバイス１０を実現することができる。
なお、本実施の形態に係る電子デバイス１０は、例えば、図５に示すような照明装置３０に利用することができる。つまり、電子デバイス１０は、電子素子１１０として有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ照明装置に利用することができる。
図５に示す照明装置３０は、上述した電子デバイス１０を備える。例えば、照明装置３０は、複数の電子デバイス１０が互いに隣接するように複数並べて構成される発光部３１を備える。また、発光部３１は、その端部が灯具ケースで覆われて保護され、天井から吊り下げられる構成を有する。なお、照明装置３０は、天井に吊り下げられる構成に限らず、壁に設置される構成でもよい。
（変形例）
上述した実施の形態では、電子デバイス１０が、電子素子１１０として有機ＥＬ素子を備え、有機ＥＬ照明装置に利用することができる例について示したが、これに限らない。例えば、本変形例に係る電子デバイスは、行列状に配置された複数の画素と、当該複数の画素を駆動する駆動回路とを備える表示装置として利用することもできる。
上述した実施の形態では、電子デバイス１０が、電子素子１１０として有機ＥＬ素子を備え、有機ＥＬ照明装置に利用することができる例について示したが、これに限らない。例えば、本変形例に係る電子デバイスは、行列状に配置された複数の画素と、当該複数の画素を駆動する駆動回路とを備える表示装置として利用することもできる。
図６は、本変形例に係る電子デバイス４０の概略を示す断面図である。
本変形例に係る電子デバイス４０は、電子素子３１０（有機ＥＬ素子）と基板１００との間に、電子素子３１０を駆動するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備える。具体的には、図６に示すように、電子デバイス４０は、図１Ｃに示す電子デバイス１０と比較して、電子素子１１０の代わりに電子素子３１０を備える点と、新たにＴＦＴ３６０、平坦化膜３７０、電極３８０、バンク３９０を備える点とが異なっている。以下では、上記実施の形態と異なる点を中心に説明する。
電子素子３１０は、電極３８０とともに有機ＥＬ素子を構成する。例えば、電極３８０が有機ＥＬ素子の陽極である場合、電子素子３１０は、電極３８０上に順に積層された、発光層を含む各種機能層と、陰極とを備える。このとき、発光層は、例えば、平面視において互いに異なる領域に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のそれぞれが形成されている。ＲＧＢのそれぞれは、例えば、バンク３９０によって分離されている。
ＴＦＴ３６０は、有機ＥＬ素子である電子素子３１０の発光及び非発光を制御するための駆動回路に含まれるトランジスタである。例えば、ＴＦＴ３６０は、駆動トランジスタ又は選択トランジスタなどである。
ＴＦＴ３６０は、第３バリア層１５０上に形成される。ＴＦＴ３６０は、図示しないゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、半導体層（チャネル層）及びゲート絶縁膜を備える。ＴＦＴ３６０は、金属蒸着、スパッタリング、プラズマＣＶＤなどの成膜、及び、エッチングなどのパターニングを行うことで形成される。
平坦化膜３７０は、ＴＦＴ３６０の凹凸を吸収するために設けられた平坦化層であり、ＴＦＴ３６０上に形成される。例えば、平坦化膜３７０は、絶縁性を有する樹脂材料から構成される。具体的には、平坦化膜３７０は、ポリイミド、アクリルなどの樹脂材料から構成される。
電極３８０は、電子素子３１０に電気的に接続された画素電極であり、平坦化膜３７０上に形成される。具体的には、電極３８０は、有機ＥＬ素子の陽極（又は陰極）に相当する。電極３８０は、例えば、アルミニウムなどの金属膜で構成され、電子素子３１０の発光層から発せられた光を反射する。
バンク３９０は、例えば、格子状に設けられたピクセルバンク、又は、線状に設けられたラインバンクである。バンク３９０は、ＲＧＢのそれぞれの発光層を分離するために設けられる。バンク３９０を設けることで、例えば、発光層の塗布工程においてＲＧＢの塗り分けを容易に行うことができる。例えば、バンク３９０は、絶縁性を有する樹脂材料から構成される。具体的には、バンク３９０は、ポリイミド、アクリルなどの樹脂材料から構成される。
以上のように、電子素子３１０と基板１００との間にＴＦＴ３６０を設けることで、有機ＥＬ素子を画素毎に発光させることができる。これにより、本変形例に係る電子デバイス４０は、例えば、図７に示すような表示装置５０に適用することができる。
（他の実施の形態）
以上、１つ又は複数の態様に係る電子デバイス及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
以上、１つ又は複数の態様に係る電子デバイス及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
例えば、上記の実施の形態では、第１バリア層１２０、有機層１３０及び第２バリア層１４０の三層の封止構造について説明したが、４層以上のバリア層を含む封止構造でもよい。このとき、有機層の直上のバリア層（すなわち、第２バリア層１４０）の水蒸気透過率が有機層より高ければよい。有機層の直上のバリア層より上層のバリア層の水蒸気透過率は、有機層の水蒸気透過率より低くてもよい。つまり、必ずしも電子素子から遠いバリア層である程、その水蒸気透過率が高くなくてもよい。
また、上記の実施の形態では、電子デバイス１０が第３バリア層１５０を備える構成について説明したが、第３バリア層１５０を備えなくてもよい。例えば、基板１００がガラス基板などの水蒸気透過率が十分に高い材料から構成されている場合は、第３バリア層１５０を設けなくてもよい。
また、上記の実施の形態では、第１バリア層１２０が主成分として無機材料を含む例について示したが、これに限らない。第１バリア層１２０は、主成分として有機材料を含んでもよい。例えば、第１バリア層１２０は、窒化珪素と同等のバリア性を有する有機層で構成されてもよい。
また、上記の実施の形態では、第１バリア層１２０、有機層１３０、第２バリア層１４０及び第３バリア層１５０のそれぞれが単層構造である例について説明したが、２層以上の積層構造でもよい。
また、上記の実施の形態では、第１バリア層１２０、有機層１３０及び第２バリア層１４０のそれぞれが、平面視において電子素子１１０より大きく、基板１００より小さい例について示したが、これに限らない。例えば、第１バリア層１２０、有機層１３０及び第２バリア層１４０の少なくとも１つは、基板１００と同じ大きさでもよい。
また、上記の実施の形態に係る電子素子１１０は、トップエミッション型の有機ＥＬ素子である例について示したが、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子でもよい。あるいは、電子素子１１０は、陽極及び陰極の両方を透明電極で構成した両面発光型の有機ＥＬ素子でもよい。
また、上記の実施の形態に係る電子デバイス１０は、平面視形状が矩形である例について示したが、これに限らない。例えば、電子デバイス１０の平面視形状は、多角形、円形又は楕円形などの、直線若しくは曲線で描かれた閉じた形状でもよい。
また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本発明に係る電子デバイス及びその製造方法は、例えば、有機ＥＬ素子として利用可能であり、照明装置、表示装置等の有機ＥＬ素子を用いた各種デバイスに利用可能である。
１０、２０、４０ 電子デバイス
３０ 照明装置
３１ 発光部
５０ 表示装置
１００ 基板
１１０、３１０ 電子素子
１２０ 第１バリア層
１３０ 有機層
１４０、２４０ 第２バリア層
１５０ 第３バリア層
２５５ クラック
３６０ ＴＦＴ
３７０ 平坦化膜
３８０ 電極
３９０ バンク
３０ 照明装置
３１ 発光部
５０ 表示装置
１００ 基板
１１０、３１０ 電子素子
１２０ 第１バリア層
１３０ 有機層
１４０、２４０ 第２バリア層
１５０ 第３バリア層
２５５ クラック
３６０ ＴＦＴ
３７０ 平坦化膜
３８０ 電極
３９０ バンク
Claims (11)
- 基板と、
前記基板に順に積層された、電子素子、第１バリア層、有機層及び第２バリア層とを備え、
前記有機層は、前記第１バリア層に接触して積層され、厚みが１０μｍ〜２０μｍであり、かつ、水蒸気透過率が前記第１バリア層より高く、
前記第２バリア層は、前記有機層に接触して積層され、かつ、水蒸気透過率が前記有機層より高い
電子デバイス。 - 前記第１バリア層は、主成分として無機材料を含む
請求項１に記載の電子デバイス。 - 前記基板は、樹脂材料から構成され、
前記電子デバイスは、さらに、前記基板と前記電子素子との間に設けられ、水蒸気透過率が前記基板より低い又は前記基板と同等の第３バリア層を備える
請求項１又は２に記載の電子デバイス。 - 前記第１バリア層は、
平面視において、前記電子素子より大きく、かつ、前記基板より小さく、
少なくとも窒化珪素を主成分として含む
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子デバイス。 - 前記第２バリア層は、
平面視において、前記電子素子より大きく、かつ、前記基板より小さく、
ポリエチレンテレフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネート及びポリイミドの少なくとも１つを含む
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子デバイス。 - 前記電子素子は、発光素子であり、
前記有機層は、
平面視において、前記発光素子より大きく、かつ、前記基板より小さく、
エポキシ樹脂及びアクリル樹脂の少なくとも１つを含む透明接着材料である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子デバイス。 - 前記第１バリア層の水蒸気透過率は、１０Ｅ−４ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子デバイス。 - 前記電子素子は、有機ＥＬ素子である
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子デバイス。 - 前記基板は、フレキシブル基板である
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電子デバイス。 - 前記第２バリア層の水蒸気透過率は、前記有機層の水蒸気透過率の１０倍以上である
請求項１〜９のいずれか１項に記載の電子デバイス。 - 基板の上方に、電子素子を設ける工程と、
前記電子素子の上方に、第１バリア層を形成する工程と、
前記第１バリア層上に、前記第１バリア層に接触する、厚みが１０μｍ〜２０μｍの有機層を形成する工程と、
前記有機層上に、前記有機層に接触する第２バリア層を形成する工程とを含み、
前記有機層は、前記第１バリア層より水蒸気透過率が高く、
前記第２バリア層は、前記有機層より水蒸気透過率が高い
電子デバイスの製造方法。
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