JP6727762B2 - 発光装置及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明の一態様は、発光装置、入出力装置、及び電子機器に関する。特に、可撓性を有する発光装置、入出力装置、及び電子機器に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様は、物、方法、又は、製造方法に関する。本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。そのため、より具体的に本明細書で開示する発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置(例えば、タッチセンサなど)、出力装置、入出力装置(例えば、タッチパネルなど)、それらの駆動方法、又は、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
エレクトロルミネッセンス(EL:Electroluminescence)を利用した発光素子(EL素子とも記す)は、薄型軽量化が容易である、入力信号に対し高速に応答可能である、直流低電圧電源を用いて駆動可能である等の特徴を有し、表示装置や照明装置への応用が検討されている。
また、可撓性を有する基板(以下、可撓性基板とも記す)上に半導体素子、表示素子、発光素子などの機能素子が設けられたフレキシブルデバイスの開発が進められている。フレキシブルデバイスの代表的な例としては、照明装置、画像表示装置の他、トランジスタなどの半導体素子を有する種々の半導体回路などが挙げられる。
特許文献1には、フィルム基板上に、スイッチング素子であるトランジスタや有機EL素子を備えたフレキシブルなアクティブマトリクス方式の発光装置が開示されている。
また、表示装置は様々な用途への応用が期待されており、多様化が求められている。例えば、携帯情報端末として、タッチパネルを備えるスマートフォンやタブレット端末の開発が進められている。
特開2003−174153号公報
本発明の一態様は、新規な半導体装置、発光装置、表示装置、入出力装置、電子機器、又は照明装置等の装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、信頼性の高い装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、繰り返しの曲げに強い装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、高温高湿環境下においてもクラックが生じにくい装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、軽量である、薄型である、もしくは可撓性を有する装置を提供することを目的の一とする。
または、本発明の一態様は、装置を構成する各膜におけるクラックの発生を抑制することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、装置の作製工程における歩留まりを向上することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、量産性の高い装置の作製方法を提供することを目的の一とする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様の発光装置は、一対の可撓性を有する基板間に、一対の接着層を有し、一対の接着層間に一対の絶縁層を有し、一対の絶縁層間に、発光素子を有する。一対の絶縁層の少なくとも一方には圧縮応力が生じている。一対の接着層の少なくとも一方のガラス転移温度は60℃以上、好ましくは80℃以上である。一対の基板の少なくとも一方の線膨張係数は60ppm/K以下、好ましくは30ppm/K以下、より好ましくは20ppm/K以下である。
または、本発明の一態様の発光装置は、第1の基板と、第2の基板と、素子層と、第1の絶縁層と、第2の絶縁層と、第1の接着層と、第2の接着層と、を有する。第1の基板は、可撓性を有する。第2の基板は、可撓性を有する。素子層は、第1の基板と第2の基板との間に位置する。素子層は、発光素子を有する。第1の絶縁層は、第1の基板と素子層との間に位置する。第2の絶縁層は、第2の基板と素子層との間に位置する。第1の接着層は、第1の基板と第1の絶縁層との間に位置する。第2の接着層は、第2の基板と第2の絶縁層との間に位置する。第1の絶縁層又は第2の絶縁層の少なくとも一方には負の値の応力が生じている。第1の接着層又は第2の接着層の少なくとも一方のガラス転移温度は、60℃以上、好ましくは80℃以上である。第1の基板又は第2の基板の少なくとも一方の線膨張係数が60ppm/K以下、好ましくは30ppm/K以下、より好ましくは20ppm/K以下である。
なお、上記各構成において、第1の絶縁層又は第2の絶縁層の少なくとも一部に圧縮応力が生じていればよい。言い換えると、第1の絶縁層は、第1の部分を有し、第2の絶縁層は、第2の部分を有し、第1の部分又は第2の部分の少なくとも一方に圧縮応力が生じていればよい。特に、第1の部分及び第2の部分の双方に圧縮応力が生じていると好ましい。
本明細書中において説明する、接着層や基板のガラス転移温度、接着層や基板の線膨張係数、基板の厚さ、及び、絶縁層の応力や透過率等についても同様であり、少なくとも一部分が記載の数値範囲に含まれていればよい。
上記各構成において、第1の接着層又は第2の接着層の少なくとも一方の線膨張係数は、100ppm/K以下が好ましく、70ppm/K以下がより好ましい。
上記各構成において、第1の基板又は第2の基板の少なくとも一方のガラス転移温度は、150℃以上が好ましく、200℃以上がより好ましく、250℃以上がさらに好ましい。
上記各構成において、第1の基板又は第2の基板の少なくとも一方の厚さは、1μm以上100μm以下が好ましく、1μm以上25μm以下がより好ましい。
上記各構成において、第1の絶縁層又は第2の絶縁層の少なくとも一方に生じている応力は、−500MPa以上0MPa未満が好ましく、−250MPa以上0MPa未満がより好ましく、−250MPa以上−15MPa未満がさらに好ましく、−100MPa以上−15MPa未満が特に好ましい。
上記各構成において、第1の絶縁層又は第2の絶縁層の少なくとも一方の可視領域の透過率の平均は、80%以上が好ましく、85%以上がより好ましい。
上記各構成において、第1の絶縁層又は第2の絶縁層の少なくとも一方の波長475nmにおける透過率は、70%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、85%以上がさらに好ましい。
上記各構成において、第1の絶縁層又は第2の絶縁層の少なくとも一方の波長650nmにおける透過率は、70%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、85%以上がさらに好ましい。
上記各構成において、第1の絶縁層又は第2の絶縁層の少なくとも一方は、酸素、窒素、及びシリコンを有することが好ましい。例えば、酸化窒化シリコンを有することが好ましい。
上記各構成において、第1の絶縁層又は第2の絶縁層の少なくとも一方は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを有することが好ましい。
上記各構成において、第1の絶縁層又は第2の絶縁層の少なくとも一方は、酸化窒化シリコン膜及び窒化シリコン膜を有し、該酸化窒化シリコン膜及び該窒化シリコン膜は互いに接することが好ましい。
また、上記各構成の発光装置を用いた電子機器や照明装置も本発明の一態様である。例えば、本発明の一態様は、上記各構成の発光装置と、アンテナ、バッテリ、筐体、スピーカ、マイク、又は操作ボタンと、を有する、電子機器である。
なお、本明細書等において、本発明の一態様の発光装置又は入出力装置は、FPC(Flexible printed circuit)もしくはTCP(Tape Carrier Package)などのコネクターが取り付けられたモジュール、又はCOG(Chip On Glass)方式等によりICが実装されたモジュール等のモジュールも含む場合がある。または、これらのモジュールが、本発明の一態様の発光装置又は入出力装置を含む場合がある。
本発明の一態様により、新規な半導体装置、発光装置、表示装置、入出力装置、電子機器、又は照明装置等の装置を提供できる。または、本発明の一態様により、信頼性の高い装置を提供できる。または、本発明の一態様により、繰り返しの曲げに強い装置を提供できる。または、本発明の一態様により、高温高湿環境下においてもクラックが生じにくい装置を提供できる。または、本発明の一態様により、軽量である、薄型である、もしくは可撓性を有する装置を提供できる。
または、本発明の一態様により、装置を構成する各膜におけるクラックの発生を抑制できる。または、本発明の一態様により、装置の作製工程における歩留まりを向上できる。または、本発明の一態様により、量産性の高い装置の作製方法を提供できる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
発光装置の一例を示す図。 発光装置の一例を示す図。 発光装置の一例を示す図。 入出力装置の一例を示す図。 入出力装置の一例を示す図。 入出力装置の一例を示す図。 入出力装置の一例を示す図。 入出力装置の一例を示す図。 入出力装置の一例を示す図。 電子機器及び照明装置の一例を示す図。 電子機器の一例を示す図。 実施例1の試料、曲げ試験の方法、及び実施例2の試料を説明する図。 実施例2の試料の透過率の計算結果を示す図。 実施例2の試料の透過率の測定結果を示す図。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置について図面を用いて説明する。本実施の形態では、主に有機EL素子を用いた発光装置を例示するが、本発明の一態様はこれに限られない。本実施の形態で後に例示する、他の発光素子や表示素子を用いた発光装置又は表示装置も、本発明の一態様である。また、本発明の一態様は、発光装置及び表示装置に限られず、半導体装置、入出力装置等の各種装置に適用することができる。
作製基板上に被剥離層を形成した後、被剥離層を作製基板から剥離して別の基板に転置することができる。この方法によれば、例えば、耐熱性の高い作製基板上で形成した被剥離層を、耐熱性の低い基板に転置することができる。このため、被剥離層の作製温度が、耐熱性の低い基板によって制限されない。また、作製基板に比べて軽い、薄い、又は可撓性が高い基板等に被剥離層を転置することが可能であり、半導体装置、発光装置、表示装置、入出力装置等の各種装置の軽量化、薄型化、フレキシブル化を実現できる。
本実施の形態の発光装置の構成例を、図1(A1)、(A2)に示す。
図1(A1)に示す発光装置は、基板101、接着層103、絶縁層105、素子層106a、接着層107、機能層106b、絶縁層115、接着層113、及び基板111を有する。基板101及び基板111はそれぞれ可撓性を有する。素子層106aは少なくとも一つの機能素子を有する。機能素子としては、例えば、トランジスタ等の半導体素子や、発光ダイオード、無機EL素子、有機EL素子等の発光素子、液晶素子等の表示素子等が挙げられる。機能層106bは、例えば、着色層(カラーフィルタなど)、遮光層(ブラックマトリクスなど)、又は上述の機能素子等を有する。
図1(A1)に示す発光装置の作製方法を例示する。まず、作製基板上に剥離層を形成し、剥離層上に絶縁層105を形成し、絶縁層105上に素子層106aを形成する。また、別の作製基板上に剥離層を形成し、剥離層上に絶縁層115を形成し、絶縁層115上に機能層106bを形成する。次に、接着層107を介して素子層106aと機能層106bを対向させて貼り合わせる。そして、剥離層を用いて作製基板と絶縁層105を分離し、接着層103を用いて基板101と絶縁層105を貼り合わせる。同様に、剥離層を用いて作製基板と絶縁層115を分離し、接着層113を用いて基板111と絶縁層115を貼り合わせる。以上により、図1(A1)に示す発光装置を作製することができる。
なお、作製基板と絶縁層の分離後、剥離層は作製基板側に残っていてもよいし、絶縁層側に残っていてもよい。剥離層としては、無機材料や有機樹脂を用いることができる。無機材料としては、例えば、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、シリコンから選択された元素を含む金属、該元素を含む合金又は該元素を含む化合物等が挙げられる。例えば、剥離層に、タングステンを含む層とタングステンの酸化物を含む層の積層構造を適用できる。有機樹脂としては、ポリイミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、又はアクリル等が挙げられる。該有機樹脂を、装置を構成する層(例えば基板)として用いてもよいし、該有機樹脂を除去し、被剥離層の露出した面に接着剤を用いて別の基板を貼り合わせてもよい。
図1(A2)に示す発光装置は、基板101、接着層103、絶縁層105、素子層106、接着層107、及び基板111を有する。
図1(A2)に示す発光装置の作製方法を例示する。まず、作製基板上に剥離層を形成し、剥離層上に絶縁層105を形成し、絶縁層105上に素子層106を形成し、接着層107を用いて素子層106と基板111を貼り合わせる。そして、剥離層を用いて作製基板と絶縁層105を分離し、接着層103を用いて基板101と絶縁層105を貼り合わせる。以上により、図1(A2)に示す発光装置を作製することができる。
例えば、有機EL素子は水分などにより劣化しやすいため、防湿性が低い有機樹脂基板上に作製すると、信頼性が不十分である場合がある。ここで、上記の作製方法では、防湿性の高い保護膜(絶縁層105と絶縁層115の一方又は双方に相当)をガラス基板上に高温で形成し、耐熱性や防湿性が低く、可撓性を有する有機樹脂基板に転置することができる。有機樹脂基板に転置された保護膜上に有機EL素子を形成することで、信頼性の高いフレキシブルな発光装置を作製できる。
また、別の例としては、防湿性の高い保護膜をガラス基板上に高温で形成し、保護膜上に有機EL素子を形成した後、保護膜及び有機EL素子をガラス基板から剥離し、耐熱性や防湿性が低く、可撓性を有する有機樹脂基板に転置することができる。有機樹脂基板に保護膜及び有機EL素子を転置することで、信頼性の高いフレキシブルな発光装置を作製できる。
上記の装置の作製方法において、作製基板の剥離時に、絶縁層や素子層、機能層を構成する膜(代表的には無機絶縁膜)にクラック(膜割れやひび)が発生することがある。また、剥離時に生じた装置内のクラックが致命的でなくても、その後の作製工程(加熱処理など)や、作製後の装置の使用等によって、クラックの数や大きさが増していくことがある。また、装置を曲げる、又は高温高湿環境下で保存するなどによっても、装置内にクラックが発生する、又はクラックの数や大きさが増していくことがある。装置内におけるクラックの発生は、素子の動作不良や寿命の低下等につながり、装置の信頼性を低下させてしまう。
ここで、本発明者らは、絶縁層等におけるクラックの発生には、基板、接着層、及び絶縁層の物性が影響していることを見出した。具体的には、主に、基板の線膨張係数、接着層のガラス転移温度、及び絶縁層の応力が影響している。また、これらの物性は互いに影響し合う。例えば、基板の線膨張係数が十分に小さければ、接着層のガラス転移温度や絶縁層の応力の許容範囲は広くなる。また、接着層のガラス転移温度が十分に高ければ、基板の線膨張係数や絶縁層の応力の許容範囲は広くなる。また、生じている圧縮応力が十分に大きい絶縁層を用いれば、基板の線膨張係数や接着層のガラス転移温度の許容範囲は広くなる。
以下では、基板、接着層、及び絶縁層の物性について、図1(A1)を用いながら、それぞれ詳述する。
絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方には負の値の応力(圧縮応力)が生じている。特に、該応力は、0MPa未満であればよく、−15MPa未満が好ましく、−100MPa未満がより好ましく、−150MPa未満がさらに好ましい。該応力は、例えば、−250MPa以上0MPa未満、−500MPa以上0MPa未満、又は−1000MPa以上0MPa未満とすることができる。なお、応力が−1000MPa以下であってもよい。
絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方に圧縮応力が生じていると、絶縁層105及び絶縁層115に引張応力が生じている場合に比べて、絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方にクラックが入ることを抑制することができる。絶縁層105及び絶縁層115は、それぞれ、圧縮応力が大きいほどクラックが入りにくくなり、好ましい。
絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方が複数の層からなる積層体である場合、該積層体に圧縮応力が生じていればよい。つまり、該積層体を構成する全ての層に、それぞれ、圧縮応力が生じている構成に限られず、引張応力が生じている層と圧縮応力が生じている層で該積層体が構成されていてもよい。
機能素子を有する素子層106aに比べて、機能層106bは積層数が少なく、応力が制御しにくい場合がある。素子層106aと機能層106bの応力に差が生じることで、装置にクラックが発生しやすくなる可能性がある。したがって、絶縁層115に生じる応力が負の値(圧縮応力)であり、かつ、応力の絶対値が大きいことが好ましい。
接着層103又は接着層113の少なくとも一方のガラス転移温度は60℃以上、好ましくは80℃以上である。さらに、接着層103又は接着層113の少なくとも一方の線膨張係数は、100ppm/K以下が好ましく、70ppm/K以下がより好ましい。
基板101又は基板111の少なくとも一方の線膨張係数は60ppm/K以下、好ましくは30ppm/K以下、より好ましくは20ppm/K以下である。さらに、基板101又は基板111の少なくとも一方のガラス転移温度は、150℃以上が好ましく、200℃以上がより好ましく、250℃以上がさらに好ましい。
接着層もしくは基板のガラス転移温度が高いほど、又は、接着層もしくは基板の線膨張係数が小さいほど、絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方にクラックが入ることを抑制することができる。具体的には、接着層を用いて、絶縁層と基板とを貼り合わせた後の工程や、作製後の装置の使用等によって、該絶縁層にクラックが入ることを抑制することができる。
特に、高温高湿環境下での保存等によって、絶縁層にクラックが入ることを抑制することができる。高温高湿環境下では、接着層や基板に水分が特に拡散しやすい。水分が侵入することで接着層や基板が膨張し、絶縁層に力がかかった結果、絶縁層にクラックが発生すると考えられる。接着層もしくは基板のガラス転移温度が高いこと、又は接着層もしくは基板の線膨張係数が小さいことの少なくともいずれか一を満たすことで、本発明の一態様の発光装置は、絶縁層におけるクラックの発生を抑制できる。
また、FPCを圧着する際に、基板101又は基板111の少なくとも一方は、加圧及び加熱される。このとき、基板のガラス転移温度が高いほど、又は、基板の厚さが薄いほど、絶縁層にクラックが発生することを抑制できる。例えば、基板の厚さは、1μm以上200μm以下が好ましく、1μm以上100μm以下がより好ましく、1μm以上50μm以下がさらに好ましく、1μm以上25μm以下が特に好ましい。
絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方としては、防湿性の高い絶縁膜を用いることが好ましい。または、絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方は、不純物の発光素子への拡散を防ぐ機能を有していることが好ましい。
防湿性の高い絶縁膜としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の窒素と珪素を含む膜や、窒化アルミニウム膜等の窒素とアルミニウムを含む膜等が挙げられる。また、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を用いてもよい。
例えば、防湿性の高い絶縁膜の水蒸気透過量は、1×10−5[g/(m・day)]以下、好ましくは1×10−6[g/(m・day)]以下、より好ましくは1×10−7[g/(m・day)]以下、さらに好ましくは1×10−8[g/(m・day)]以下とする。
発光装置において、絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方は、素子層106a又は素子層106が有する発光素子の発光を透過する必要がある。
発光素子の発光を透過する絶縁層の可視領域の透過率の平均は、80%以上が好ましく、85%以上がより好ましい。また、該絶縁層の波長475nmにおける透過率は、70%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、85%以上がさらに好ましい。また、該絶縁層の波長650nmにおける透過率は、70%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、85%以上がさらに好ましい。
絶縁層105と絶縁層115は、それぞれ、酸素、窒素、及びシリコンを有することが好ましい。例えば、絶縁層105と絶縁層115は、それぞれ、酸化窒化シリコンを有することが好ましい。また、絶縁層105と絶縁層115は、それぞれ、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを有することが好ましい。また、絶縁層105と絶縁層115は、それぞれ、酸化窒化シリコン膜及び窒化シリコン膜を有し、該酸化窒化シリコン膜及び該窒化シリコン膜は接することが好ましい。酸化窒化シリコン膜と、窒化シリコン膜と、を交互に積層し、逆位相の干渉が可視領域で多く起こるようにすることで、積層体の可視領域における透過率を高めることができる。
以下では、本発明の一態様の発光装置の具体例について説明する。各具体例は、上述の基板101、基板111、接着層103、接着層113、絶縁層105、及び絶縁層115の少なくとも一つを有する発光装置である。上述の物性のいずれかが、上記好ましい数値範囲に含まれることで、クラックの発生しにくい発光装置を実現することができる。
<具体例1>
図1(B)に発光装置の平面図を示し、図1(B)における一点鎖線A1−A2間の断面図の一例を図1(D)に示す。具体例1で示す発光装置は、カラーフィルタ方式を用いたトップエミッション型の発光装置である。本実施の形態において、発光装置は、例えば、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の副画素で1つの色を表現する構成や、R(赤)、G(緑)、B(青)、W(白)の4色の副画素で1つの色を表現する構成、R(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)の4色の副画素で1つの色を表現する構成等が適用できる。色要素としては特に限定はなく、RGBWY以外の色を用いてもよく、例えば、シアン、マゼンタなどで構成されてもよい。
図1(B)に示す発光装置は、発光部804、駆動回路部806、FPC808を有する。
図1(D)に示す発光装置は、基板101、接着層103、絶縁層105、複数のトランジスタ、導電層857、絶縁層815、絶縁層817、複数の発光素子、絶縁層821、接着層822、着色層845、遮光層847、絶縁層115、接着層113、及び基板111を有する。接着層822、絶縁層115、接着層113、及び基板111は可視光を透過する。発光部804及び駆動回路部806に含まれる発光素子やトランジスタは基板101、基板111、及び接着層822によって封止されている。
発光部804は、接着層103及び絶縁層105を介して基板101上にトランジスタ820及び発光素子830を有する。発光素子830は、絶縁層817上の下部電極831と、下部電極831上のEL層833と、EL層833上の上部電極835と、を有する。下部電極831は、トランジスタ820のソース電極又はドレイン電極と電気的に接続する。下部電極831の端部は、絶縁層821で覆われている。下部電極831は可視光を反射することが好ましい。上部電極835は可視光を透過する。
また、発光部804は、発光素子830と重なる着色層845と、絶縁層821と重なる遮光層847と、を有する。発光素子830と着色層845の間は接着層822で充填されている。
絶縁層815は、トランジスタを構成する半導体への不純物の拡散を抑制する効果を奏する。また、絶縁層817は、トランジスタ起因の表面凹凸を低減するために平坦化機能を有する絶縁層を選択することが好適である。
駆動回路部806は、接着層103及び絶縁層105を介して基板101上にトランジスタを複数有する。図1(D)では、駆動回路部806が有するトランジスタのうち、1つのトランジスタを示している。
絶縁層105と基板101は接着層103によって貼り合わされている。また、絶縁層115と基板111は接着層113によって貼り合わされている。絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方に防湿性の高い膜を用いると、発光素子830やトランジスタ820に水分等の不純物が侵入することを抑制でき、発光装置の信頼性が高くなるため好ましい。
導電層857は、駆動回路部806に外部からの信号(ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、又はリセット信号等)や電位を伝達する外部入力端子と電気的に接続する。ここでは、外部入力端子としてFPC808を設ける例を示している。工程数の増加を防ぐため、導電層857は、発光部や駆動回路部に用いる電極や配線と同一の材料、同一の工程で作製することが好ましい。ここでは、導電層857を、トランジスタ820を構成する電極と同一の材料、同一の工程で作製した例を示す。
図1(D)に示す発光装置では、FPC808が基板111上に位置する。接続体825は、基板111、接着層113、絶縁層115、接着層822、絶縁層817、及び絶縁層815に設けられた開口を介して導電層857と接続している。また、接続体825はFPC808に接続している。接続体825を介してFPC808と導電層857は電気的に接続する。導電層857と基板111とが重なる場合には、基板111を開口する(又は開口部を有する基板を用いる)ことで、導電層857、接続体825、及びFPC808を電気的に接続させることができる。
<具体例2>
図1(C)に発光装置の平面図を示し、図1(C)における一点鎖線A3−A4間の断面図の一例を図2(A)に示す。具体例2で示す発光装置は、具体例1とは異なる、カラーフィルタ方式を用いたトップエミッション型の発光装置である。ここでは、具体例1と異なる点のみ詳述し、具体例1と共通する点は説明を省略する。
図2(A)に示す発光装置は、図1(D)に示す発光装置と下記の点で異なる。
図2(A)に示す発光装置は、絶縁層817a及び絶縁層817bを有し、絶縁層817a上に導電層856を有する。トランジスタ820のソース電極又はドレイン電極と、発光素子830の下部電極と、が、導電層856を介して、電気的に接続される。
図2(A)に示す発光装置は、絶縁層821上にスペーサ823を有する。スペーサ823を設けることで、基板101と基板111の間隔を調整することができる。
図2(A)に示す発光装置は、着色層845及び遮光層847を覆うオーバーコート849を有する。発光素子830とオーバーコート849の間は接着層822で充填されている。
また、図2(A)に示す発光装置は、基板101と基板111とで大きさが異なる。FPC808が絶縁層115上に位置し、基板111と重ならない。接続体825は、絶縁層115、接着層822、絶縁層817a、及び絶縁層815に設けられた開口を介して導電層857と接続している。基板111に開口を設ける必要がないため、基板111の材料が制限されない。
なお、図2(B)に示すように、発光素子830は、下部電極831とEL層833の間に、光学調整層832を有していてもよい。光学調整層832には、透光性を有する導電性材料を用いることが好ましい。カラーフィルタ(着色層)とマイクロキャビティ構造(光学調整層)との組み合わせにより、本発明の一態様の発光装置からは、色純度の高い光を取り出すことができる。光学調整層の膜厚は、各副画素の色に応じて変化させればよい。
<具体例3>
図1(C)に発光装置の平面図を示し、図1(C)における一点鎖線A3−A4間の断面図の一例を図2(C)に示す。具体例3で示す発光装置は、塗り分け方式を用いたトップエミッション型の発光装置である。
図2(C)に示す発光装置は、基板101、接着層103、絶縁層105、複数のトランジスタ、導電層857、絶縁層815、絶縁層817、複数の発光素子、絶縁層821、スペーサ823、接着層822、及び基板111を有する。接着層822及び基板111は可視光を透過する。
図2(C)に示す発光装置では、接続体825が絶縁層815上に位置する。接続体825は、絶縁層815に設けられた開口を介して導電層857と接続している。また、接続体825はFPC808に接続している。接続体825を介してFPC808と導電層857は電気的に接続する。
<具体例4>
図1(C)に発光装置の平面図を示し、図1(C)における一点鎖線A3−A4間の断面図の一例を図3(A)に示す。具体例4で示す発光装置は、カラーフィルタ方式を用いたボトムエミッション型の発光装置である。
図3(A)に示す発光装置は、基板101、接着層103、絶縁層105、複数のトランジスタ、導電層857、絶縁層815、着色層845、絶縁層817a、絶縁層817b、導電層856、複数の発光素子、絶縁層821、接着層822、及び基板111を有する。基板101、接着層103、絶縁層105、絶縁層815、絶縁層817a、及び絶縁層817bは可視光を透過する。
発光部804は、接着層103及び絶縁層105を介して基板101上にトランジスタ820、トランジスタ824、及び発光素子830を有する。発光素子830は、絶縁層817b上の下部電極831と、下部電極831上のEL層833と、EL層833上の上部電極835と、を有する。下部電極831は、トランジスタ820のソース電極又はドレイン電極と電気的に接続する。下部電極831の端部は、絶縁層821で覆われている。上部電極835は可視光を反射することが好ましい。下部電極831は可視光を透過する。発光素子830と重なる着色層845を設ける位置は、特に限定されず、例えば、絶縁層817aと絶縁層817bの間や、絶縁層815と絶縁層817aの間等に設ければよい。
駆動回路部806は、接着層103及び絶縁層105を介して基板101上にトランジスタを複数有する。図3(A)では、駆動回路部806が有するトランジスタのうち、2つのトランジスタを示している。
絶縁層105と基板101は接着層103によって貼り合わされている。絶縁層105に防湿性の高い膜を用いると、発光素子830やトランジスタ820、トランジスタ824に水等の不純物が侵入することを抑制でき、発光装置の信頼性が高くなるため好ましい。
導電層857は、駆動回路部806に外部からの信号や電位を伝達する外部入力端子と電気的に接続する。ここでは、外部入力端子としてFPC808を設ける例を示している。また、ここでは、導電層857を、導電層856と同一の材料、同一の工程で作製した例を示す。
<具体例5>
図3(B)に具体例1〜4とは異なる発光装置の例を示す。
図3(B)に示す発光装置は、基板101、接着層103、絶縁層105、導電層814、導電層857a、導電層857b、発光素子830、絶縁層821、接着層822、及び基板111を有する。
導電層857a及び導電層857bは、発光装置の外部接続電極であり、FPC等と電気的に接続させることができる。
発光素子830は、下部電極831、EL層833、及び上部電極835を有する。下部電極831の端部は、絶縁層821で覆われている。発光素子830はボトムエミッション型、トップエミッション型、又はデュアルエミッション型である。光を取り出す側の電極、基板、絶縁層等は、それぞれ可視光を透過する。導電層814は、下部電極831と電気的に接続する。
光を取り出す側の基板は、光取り出し構造として、半球レンズ、マイクロレンズアレイ、凹凸構造が施されたフィルム、光拡散フィルム等を有していてもよい。例えば、樹脂基板上に上記レンズやフィルムを、該基板又は該レンズもしくはフィルムと同程度の屈折率を有する接着剤等を用いて接着することで、光取り出し構造を有する基板を形成することができる。
導電層814は必ずしも設ける必要は無いが、下部電極831の抵抗に起因する電圧降下を抑制できるため、設けることが好ましい。また、同様の目的で、上部電極835と電気的に接続する導電層を絶縁層821上、EL層833上、又は上部電極835上などに設けてもよい。
導電層814は、銅、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウム、ニッケル、アルミニウムから選ばれた材料又はこれらを主成分とする合金材料等を用いて、単層で又は積層して形成することができる。導電層814の膜厚は、例えば、0.1μm以上3μm以下とすることができ、好ましくは、0.1μm以上0.5μm以下である。
<材料の一例>
次に、発光装置に用いることができる材料等を説明する。なお、本明細書中で先に説明した構成については説明を省略する場合がある。
基板には、ガラス、石英、有機樹脂、金属、合金などの材料を用いることができる。発光素子からの光を取り出す側の基板は、該光に対する透光性を有する材料を用いる。
特に、可撓性基板を用いることが好ましい。例えば、有機樹脂や可撓性を有する程度の厚さのガラス、金属、合金を用いることができる。
ガラスに比べて有機樹脂は比重が小さいため、可撓性基板として有機樹脂を用いると、ガラスを用いる場合に比べて発光装置を軽量化でき、好ましい。
基板には、靱性が高い材料を用いることが好ましい。これにより、耐衝撃性に優れ、破損しにくい発光装置を実現できる。例えば、有機樹脂基板や、厚さの薄い金属基板もしくは合金基板を用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて、軽量であり、破損しにくい発光装置を実現できる。
金属材料や合金材料は熱伝導性が高く、基板全体に熱を容易に伝導できるため、発光装置の局所的な温度上昇を抑制することができ、好ましい。金属材料や合金材料を用いた基板の厚さは、10μm以上200μm以下が好ましく、20μm以上50μm以下であることがより好ましい。
金属基板や合金基板を構成する材料としては、特に限定はないが、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、又は、アルミニウム合金もしくはステンレス等の金属の合金などを好適に用いることができる。
また、基板に、熱放射率が高い材料を用いると発光装置の表面温度が高くなることを抑制でき、発光装置の破壊や信頼性の低下を抑制できる。例えば、基板を金属基板と熱放射率の高い層(例えば、金属酸化物やセラミック材料を用いることができる)の積層構造としてもよい。
可撓性及び透光性を有する材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポリアミド樹脂(ナイロン、アラミド等)、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等が挙げられる。特に、熱膨張率の低い材料を用いることが好ましく、例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、PET等を好適に用いることができる。また、繊維体に樹脂を含浸した基板(プリプレグともいう)や、無機フィラーを有機樹脂に混ぜて熱膨張率を下げた基板を使用することもできる。
可撓性基板としては、上記材料を用いた層が、発光装置の表面を傷などから保護するハードコート層(例えば、窒化シリコン層など)や、押圧を分散可能な材質の層(例えば、アラミド樹脂層など)等と積層されて構成されていてもよい。
可撓性基板は、複数の層を積層して用いることもできる。特に、ガラス層を有する構成とすると、水や酸素に対するバリア性を向上させ、信頼性の高い発光装置とすることができる。
例えば、発光素子に近い側からガラス層、接着層、及び有機樹脂層を積層した可撓性基板を用いることができる。当該ガラス層の厚さとしては20μm以上200μm以下、好ましくは25μm以上100μm以下とする。このような厚さのガラス層は、水や酸素に対する高いバリア性と可撓性を同時に実現できる。また、有機樹脂層の厚さとしては、10μm以上200μm以下、好ましくは20μm以上50μm以下とする。このような有機樹脂層をガラス層よりも外側に設けることにより、ガラス層の割れやクラックを抑制し、機械的強度を向上させることができる。このようなガラス材料と有機樹脂の複合材料を基板に適用することにより、極めて信頼性が高いフレキシブルな発光装置とすることができる。
接着層には、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
また、上記樹脂に乾燥剤を含んでいてもよい。例えば、アルカリ土類金属の酸化物(酸化カルシウムや酸化バリウム等)のように、化学吸着によって水分を吸着する物質を用いることができる。または、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、水分などの不純物が機能素子に侵入することを抑制でき、発光装置の信頼性が向上するため好ましい。
また、上記樹脂に屈折率の高いフィラーや光散乱部材を混合することにより、発光素子からの光取り出し効率を向上させることができる。例えば、酸化チタン、酸化バリウム、ゼオライト、ジルコニウム等を用いることができる。
発光装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート型又はボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。トランジスタに用いる半導体材料は特に限定されず、例えば、シリコン、ゲルマニウム、有機半導体等が挙げられる。または、In−Ga−Zn系金属酸化物などの、インジウム、ガリウム、亜鉛のうち少なくとも一つを含む酸化物半導体を用いてもよい。
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、又は一部に結晶領域を有する半導体)のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
トランジスタの特性安定化等のため、下地膜を設けることが好ましい。下地膜としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などの無機絶縁膜を用い、単層で又は積層して作製することができる。下地膜はスパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法(プラズマCVD法、熱CVD法、MOCVD(Metal Organic CVD)法など)、ALD(Atomic Layer Deposition)法、塗布法、印刷法等を用いて形成できる。なお、下地膜は、必要で無ければ設けなくてもよい。上記各構成例では、絶縁層105がトランジスタの下地膜を兼ねることができる。
発光素子としては、自発光が可能な素子を用いることができ、電流又は電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでいる。例えば、発光ダイオード(LED)、有機EL素子、無機EL素子等を用いることができる。
発光素子は、トップエミッション型、ボトムエミッション型、デュアルエミッション型のいずれであってもよい。光を取り出す側の電極には、可視光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
可視光を透過する導電膜は、例えば、酸化インジウム、インジウム錫酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などを用いて形成することができる。また、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、もしくはチタン等の金属材料、これら金属材料を含む合金、又はこれら金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等も、透光性を有する程度に薄く形成することで用いることができる。また、上記材料の積層膜を導電膜として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とITOの積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。また、グラフェン等を用いてもよい。
可視光を反射する導電膜は、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、もしくはパラジウム等の金属材料、又はこれら金属材料を含む合金を用いることができる。また、上記金属材料や合金に、ランタン、ネオジム、又はゲルマニウム等が添加されていてもよい。また、アルミニウムとチタンの合金、アルミニウムとニッケルの合金、アルミニウムとネオジムの合金等のアルミニウムを含む合金(アルミニウム合金)や、銀と銅の合金、銀とパラジウムと銅の合金、銀とマグネシウムの合金等の銀を含む合金を用いて形成することができる。銀と銅を含む合金は、耐熱性が高いため好ましい。さらに、アルミニウム合金膜に接する金属膜又は金属酸化物膜を積層することで、アルミニウム合金膜の酸化を抑制することができる。該金属膜、金属酸化物膜の材料としては、チタン、酸化チタンなどが挙げられる。また、上記可視光を透過する導電膜と金属材料からなる膜とを積層してもよい。例えば、銀とITOの積層膜、銀とマグネシウムの合金とITOの積層膜などを用いることができる。
電極は、それぞれ、蒸着法やスパッタリング法を用いて形成すればよい。そのほか、インクジェット法などの吐出法、スクリーン印刷法などの印刷法、又はメッキ法を用いて形成することができる。
下部電極831及び上部電極835の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、EL層833に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔はEL層833において再結合し、EL層833に含まれる発光物質が発光する。
EL層833は少なくとも発光層を有する。EL層833は、発光層以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、又はバイポーラ性の物質(電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質)等を含む層をさらに有していてもよい。
EL層833には低分子系化合物及び高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。EL層833を構成する層は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
発光素子830は、2種類以上の発光物質を含んでいてもよい。これにより、例えば、白色発光の発光素子を実現することができる。例えば2種類以上の発光物質の各々の発光が補色の関係となるように、発光物質を選択することにより白色発光を得ることができる。例えば、R(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)、又はO(橙)等の発光を示す発光物質や、R、G、Bのうち2以上の色のスペクトル成分を含む発光を示す発光物質を用いることができる。例えば、青の発光を示す発光物質と、黄の発光を示す発光物質を用いてもよい。このとき、黄の発光を示す発光物質の発光スペクトルは、緑及び赤のスペクトル成分を含むことが好ましい。また、発光素子830の発光スペクトルは、可視領域の波長(例えば350nm〜750nm)の範囲内に2以上のピークを有することが好ましい。
EL層833は、複数の発光層を有していてもよい。EL層833において、複数の発光層は、互いに接して積層されていてもよいし、分離層を介して積層されていてもよい。例えば、蛍光発光層と、燐光発光層との間に、分離層を設けてもよい。
分離層は、例えば、燐光発光層中で生成する燐光材料等の励起状態から蛍光発光層中の蛍光材料等へのデクスター機構によるエネルギー移動(特に三重項エネルギー移動)を防ぐために設けることができる。分離層は数nm程度の厚さがあればよい。具体的には、0.1nm以上20nm以下、あるいは1nm以上10nm以下、あるいは1nm以上5nm以下である。分離層は、単一の材料(好ましくはバイポーラ性の物質)、又は複数の材料(好ましくは正孔輸送性材料及び電子輸送性材料)を含む。
分離層は、該分離層と接する発光層に含まれる材料を用いて形成してもよい。これにより、発光素子の作製が容易になり、また、駆動電圧が低減される。例えば、燐光発光層が、ホスト材料、アシスト材料、及び燐光材料(ゲスト材料)からなる場合、分離層を、該ホスト材料及び該アシスト材料で形成してもよい。上記構成を別言すると、分離層は、燐光材料を含まない領域を有し、燐光発光層は、燐光材料を含む領域を有する。これにより、分離層と燐光発光層とを燐光材料の有無で蒸着することが可能となる。また、このような構成とすることで、分離層と燐光発光層を同じチャンバーで成膜することが可能となる。これにより、製造コストを削減することができる。
また、発光素子830は、EL層を1つ有するシングル素子であってもよいし、電荷発生層を介して積層されたEL層を複数有するタンデム素子であってもよい。
発光素子は、一対の防湿性の高い絶縁膜の間に設けられていることが好ましい。これにより、発光素子に水分等の不純物が侵入することを抑制でき、発光装置の信頼性の低下を抑制できる。
絶縁層815としては、例えば、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。また、絶縁層817、絶縁層817a、及び絶縁層817bとしては、例えば、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン系樹脂等の有機材料をそれぞれ用いることができる。また、低誘電率材料(low−k材料)等を用いることができる。また、絶縁膜を複数積層させることで、各絶縁層を形成してもよい。
絶縁層821としては、有機絶縁材料又は無機絶縁材料を用いて形成する。樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂、又はフェノール樹脂等を用いることができる。特に感光性の樹脂材料を用い、絶縁層821の側壁が曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
絶縁層821の形成方法は、特に限定されないが、フォトリソグラフィ法、スパッタ法、蒸着法、液滴吐出法(インクジェット法等)、印刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷等)等を用いればよい。
スペーサ823は、無機絶縁材料、有機絶縁材料、金属材料等を用いて形成することができる。例えば、無機絶縁材料や有機絶縁材料としては、上記絶縁層に用いることができる各種材料が挙げられる。金属材料としては、チタン、アルミニウムなどを用いることができる。導電材料を含むスペーサ823と上部電極835とを電気的に接続させる構成とすることで、上部電極835の抵抗に起因した電位降下を抑制できる。また、スペーサ823は、順テーパ形状であっても逆テーパ形状であってもよい。
トランジスタの電極や配線、又は発光素子の補助電極等として機能する、発光装置に用いる導電層は、例えば、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらの元素を含む合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。また、導電層は、導電性の金属酸化物を用いて形成してもよい。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム(In等)、酸化スズ(SnO等)、酸化亜鉛(ZnO)、ITO、インジウム亜鉛酸化物(In−ZnO等)又はこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
着色層は特定の波長帯域の光を透過する有色層である。例えば、赤色の波長帯域の光を透過する赤色(R)のカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過する緑色(G)のカラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過する青色(B)のカラーフィルタ、黄色の波長帯域の光を透過する黄色(Y)のカラーフィルタなどを用いることができる。各着色層は、様々な材料を用いて、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ法を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置に形成する。また、白色の副画素では、発光素子と重ねて透明又は白色等の樹脂を配置してもよい。
遮光層は、隣接する着色層の間に設けられている。遮光層は隣接する発光素子からの光を遮光し、隣接する発光素子間における混色を抑制する。ここで、着色層の端部を、遮光層と重なるように設けることにより、光漏れを抑制することができる。遮光層としては、発光素子からの発光を遮る材料を用いることができ、例えば、金属材料や顔料や染料を含む樹脂材料を用いてブラックマトリクスを形成すればよい。なお、遮光層は、駆動回路部などの発光部以外の領域に設けると、導波光などによる意図しない光漏れを抑制できるため好ましい。
また、着色層及び遮光層を覆うオーバーコートを設けてもよい。オーバーコートを設けることで、着色層に含有された不純物等の発光素子への拡散を防止することができる。オーバーコートは、発光素子からの発光を透過する材料から構成され、例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等の無機絶縁膜や、アクリル膜、ポリイミド膜等の有機絶縁膜を用いることができ、有機絶縁膜と無機絶縁膜との積層構造としてもよい。
また、接着層の材料を着色層及び遮光層上に塗布する場合、オーバーコートの材料として接着層の材料に対してぬれ性の高い材料を用いることが好ましい。例えば、オーバーコートとして、ITO膜などの酸化物導電膜や、透光性を有する程度に薄いAg膜等の金属膜を用いることが好ましい。
接続体としては、様々な異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)や、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)などを用いることができる。
なお、本実施の形態では、発光装置を例に説明したが、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、入出力装置等の各種装置に適用することができる。
本明細書等において、表示素子、表示素子を有する装置である表示装置、発光素子、及び発光素子を有する装置である発光装置は、様々な形態を用いること、又は様々な素子を有することができる。表示素子、表示装置、発光素子又は発光装置は、例えば、EL素子(有機物及び無機物を含むEL素子、有機EL素子、無機EL素子)、LED(白色LED、赤色LED、緑色LED、青色LEDなど)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、液晶素子、電子インク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ(GLV)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)、干渉変調(IMOD)素子、シャッター方式のMEMS表示素子、光干渉方式のMEMS表示素子、エレクトロウェッティング素子、圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチューブを用いた表示素子などの少なくとも一つを有している。これらの他にも、電気的又は磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有していてもよい。EL素子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Electron−emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)などがある。電子インク、電子粉流体(登録商標)、又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部又は全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部又は全部が、アルミニウム、銀などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、SRAMなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。
例えば、本明細書等において、画素に能動素子(アクティブ素子、非線形素子)を有するアクティブマトリクス方式、又は画素に能動素子を有しないパッシブマトリクス方式を用いることができる。
アクティブマトリクス方式では、能動素子として、トランジスタだけでなく、さまざまな能動素子を用いることができる。例えば、MIM(Metal Insulator Metal)、又はTFD(Thin Film Diode)などを用いることも可能である。これらの素子は、製造工程が少ないため、製造コストの低減、又は歩留まりの向上を図ることができる。または、これらの素子は、素子のサイズが小さいため、開口率を向上させることができ、低消費電力化や高輝度化を図ることができる。
パッシブマトリクス方式では、能動素子を用いないため、製造工程が少なく、製造コストの低減、又は歩留まりの向上を図ることができる。または、能動素子を用いないため、開口率を向上させることができ、低消費電力化、又は高輝度化などを図ることができる。
なお、本発明の一態様の発光装置は、表示装置として用いてもよいし、照明装置として用いてもよい。例えば、バックライトやフロントライトなどの光源、つまり、表示パネルのための照明装置として活用してもよい。
以上、本実施の形態で示したように、本発明の一態様の装置は、圧縮応力が生じている絶縁層、ガラス転移温度が60℃以上である接着層、線膨張係数が60ppm/K以下である基板等を有するため、絶縁層や素子へのクラックの発生を抑制できる。また、絶縁層や素子にクラックが発生しても、そのクラックの進行を抑制できる。そして、信頼性が高く、繰り返しの曲げに対して強い装置を実現できる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の入出力装置について図面を用いて説明する。なお、入出力装置が有する構成要素のうち、実施の形態1で説明した発光装置と同様の構成要素については、先の記載も参照することができる。また、本実施の形態では、発光素子を用いた入出力装置を例示するが、これに限られない。例えば、実施の形態1に例示した他の素子(表示素子など)を用いた入出力装置も本発明の一態様である。また、本実施の形態で説明する入出力装置は、タッチパネルともいえる。
本発明の一態様の入出力装置は、圧縮応力が生じている絶縁層、ガラス転移温度が60℃以上である接着層、線膨張係数が60ppm/K以下である基板等を有するため、絶縁層や素子へのクラックの発生を抑制できる。また、絶縁層や素子にクラックが発生しても、そのクラックの進行を抑制できる。そして、信頼性が高く、繰り返しの曲げに対して強い入出力装置を実現できる。
<構成例1>
図4(A)は入出力装置の上面図である。図4(B)は図4(A)の一点鎖線A−B間及び一点鎖線C−D間の断面図である。図4(C)は図4(A)の一点鎖線E−F間の断面図である。
図4(A)に示す入出力装置390は、表示部301(入力部も兼ねる)、走査線駆動回路303g(1)、撮像画素駆動回路303g(2)、画像信号線駆動回路303s(1)、及び撮像信号線駆動回路303s(2)を有する。
表示部301は、複数の画素302と、複数の撮像画素308と、を有する。
画素302は、複数の副画素(例えば副画素302R)を有する。各副画素は、発光素子及び画素回路を有する。
画素回路は、発光素子を駆動する電力を供給することができる。画素回路は、選択信号を供給することができる配線と電気的に接続される。また、画素回路は、画像信号を供給することができる配線と電気的に接続される。
走査線駆動回路303g(1)は、選択信号を画素302に供給することができる。
画像信号線駆動回路303s(1)は、画像信号を画素302に供給することができる。
撮像画素308を用いてタッチセンサを構成することができる。具体的には、撮像画素308は、表示部301に触れる指等を検知することができる。
撮像画素308は、光電変換素子及び撮像画素回路を有する。
撮像画素回路は、光電変換素子を駆動することができる。撮像画素回路は、制御信号を供給することができる配線と電気的に接続される。また、撮像画素回路は、電源電位を供給することができる配線と電気的に接続される。
制御信号としては、例えば、記録された撮像信号を読み出す撮像画素回路を選択することができる信号、撮像画素回路を初期化することができる信号、及び撮像画素回路が光を検知する時間を決定することができる信号などを挙げることができる。
撮像画素駆動回路303g(2)は、制御信号を撮像画素308に供給することができる。
撮像信号線駆動回路303s(2)は、撮像信号を読み出すことができる。
図4(B)、(C)に示すように、入出力装置390は、基板101、接着層103、絶縁層105、基板111、接着層113、及び絶縁層115を有する。また、基板101及び基板111は、接着層360で貼り合されている。
基板101と絶縁層105は接着層103で貼り合されている。また、基板111と絶縁層115は接着層113で貼り合されている。これら基板、接着層、及び絶縁層に用いることができる材料については実施の形態1を参照することができる。
画素302は、副画素302R、副画素302G、及び副画素302Bを有する(図4(C))。また、副画素302Rは発光モジュール380Rを有し、副画素302Gは発光モジュール380Gを有し、副画素302Bは発光モジュール380Bを有する。
例えば副画素302Rは、発光素子350R及び画素回路を有する。画素回路は、発光素子350Rに電力を供給することができるトランジスタ302tを含む。また、発光モジュール380Rは、発光素子350R及び光学素子(例えば赤色の光を透過する着色層367R)を有する。
発光素子350Rは、下部電極351R、EL層353、及び上部電極352をこの順で積層して有する(図4(C))。
EL層353は、第1のEL層353a、中間層354、及び第2のEL層353bをこの順で積層して有する。
なお、特定の波長の光を効率よく取り出せるように、発光モジュール380Rにマイクロキャビティ構造を配設することができる。具体的には、特定の光を効率よく取り出せるように配置された可視光を反射する膜及び半反射・半透過する膜の間にEL層を配置してもよい。
例えば、発光モジュール380Rは、発光素子350Rと着色層367Rに接する接着層360を有する。
着色層367Rは発光素子350Rと重なる位置にある。これにより、発光素子350Rが発する光の一部は、接着層360及び着色層367Rを透過して、図中の矢印に示すように発光モジュール380Rの外部に射出される。
入出力装置390は、遮光層367BMを有する。遮光層367BMは、着色層(例えば着色層367R)を囲むように設けられている。
入出力装置390は、反射防止層367pを表示部301に重なる位置に有する。反射防止層367pとして、例えば円偏光板を用いることができる。
入出力装置390は、絶縁層321を有する。絶縁層321はトランジスタ302t等を覆っている。なお、絶縁層321は画素回路や撮像画素回路に起因する凹凸を平坦化するための層として用いることができる。また、不純物のトランジスタ302t等への拡散を抑制することができる層が積層された絶縁層を、絶縁層321に適用することができる。
入出力装置390は、下部電極351Rの端部に重なる隔壁328を有する。また、基板101と基板111の間隔を制御するスペーサ329を、隔壁328上に有する。
画像信号線駆動回路303s(1)は、トランジスタ303t及び容量303cを含む。なお、駆動回路は画素回路と同一の工程で同一基板上に形成することができる。図4(B)に示すようにトランジスタ303tは絶縁層321上に第2のゲート304を有していてもよい。第2のゲート304はトランジスタ303tのゲートと電気的に接続されていてもよいし、これらに異なる電位が与えられていてもよい。また、必要であれば、第2のゲート304をトランジスタ308t、トランジスタ302t等に設けてもよい。
撮像画素308は、光電変換素子308p及び撮像画素回路を有する。撮像画素回路は、光電変換素子308pに照射された光を検知することができる。撮像画素回路は、トランジスタ308tを含む。
例えばpin型のフォトダイオードを光電変換素子308pに用いることができる。
入出力装置390は、信号を供給することができる配線311を有し、端子319が配線311に設けられている。なお、画像信号及び同期信号等の信号を供給することができるFPC309が端子319に電気的に接続されている。なお、FPC309にはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていてもよい。
なお、トランジスタ302t、トランジスタ303t、トランジスタ308t等のトランジスタは、同一の工程で形成することができる。または、それぞれ異なる工程で形成してもよい。
<構成例2>
図5(A)、(B)は、入出力装置505の斜視図である。なお明瞭化のため、代表的な構成要素を示す。図6は、図5(A)に示す一点鎖線X1−X2間の断面図である。
図5(A)、(B)に示すように、入出力装置505は、表示部501、走査線駆動回路303g(1)、及びタッチセンサ595等を有する。また、入出力装置505は、基板101、基板111、及び基板590を有する。
入出力装置505は、複数の画素及び複数の配線311を有する。複数の配線311は、画素に信号を供給することができる。複数の配線311は、基板101の外周部にまで引き回され、その一部が端子319を構成している。端子319はFPC509(1)と電気的に接続する。
入出力装置505は、タッチセンサ595及び複数の配線598を有する。複数の配線598は、タッチセンサ595と電気的に接続される。複数の配線598は基板590の外周部に引き回され、その一部は端子を構成する。そして、当該端子はFPC509(2)と電気的に接続される。なお、図5(B)では明瞭化のため、基板590の裏面側(基板101と対向する面側)に設けられるタッチセンサ595の電極や配線等を実線で示している。
タッチセンサ595には、例えば静電容量方式のタッチセンサを適用できる。静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。ここでは、投影型静電容量方式のタッチセンサを適用する場合を示す。
投影型静電容量方式としては、主に駆動方式の違いから自己容量方式、相互容量方式などがある。相互容量方式を用いると同時多点検出が可能となるため好ましい。
なお、タッチセンサ595には、指等の検知対象の近接または接触を検知することができるさまざまなセンサを適用することができる。
投影型静電容量方式のタッチセンサ595は、電極591と電極592を有する。電極591は複数の配線598のいずれかと電気的に接続し、電極592は複数の配線598の他のいずれかと電気的に接続する。
電極592は、図5(A)、(B)に示すように、一方向に繰り返し配置された複数の四辺形が角部で接続された形状を有する。
電極591は四辺形であり、電極592が延在する方向と交差する方向に繰り返し配置されている。なお、複数の電極591は、一の電極592と必ずしも直交する方向に配置される必要はなく、90度未満の角度をなすように配置されてもよい。
配線594は電極592と交差して設けられている。配線594は、電極592の1つを挟む2つの電極591を電気的に接続する。このとき、電極592と配線594の交差部の面積ができるだけ小さくなる形状が好ましい。これにより、電極が設けられていない領域の面積を低減でき、透過率のムラを低減できる。その結果、タッチセンサ595を透過する光の輝度ムラを低減することができる。
なお、電極591、電極592の形状はこれに限られず、様々な形状を取りうる。例えば、帯状の複数の第1の電極をできるだけ隙間が生じないように配置し、絶縁層を介して帯状の複数の第2の電極を、第1の電極と交差するよう配置する。このとき、隣接する2つの第2の電極は離間して設ける構成としてもよい。このとき、隣接する2つの第2の電極の間に、これらとは電気的に絶縁されたダミー電極を設けると、透過率の異なる領域の面積を低減できるため好ましい。
図6(A)に示すように、入出力装置505は、基板101、接着層103、絶縁層105、基板111、接着層113、及び絶縁層115を有する。また、基板101及び基板111は、接着層360で貼り合されている。
接着層597は、タッチセンサ595が表示部501に重なるように、基板590を基板111に貼り合わせている。接着層597は、透光性を有する。
電極591及び電極592は、透光性を有する導電材料を用いて形成する。透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を用いることができる。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば膜状に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。還元する方法としては、熱を加える方法等を挙げることができる。
透光性を有する導電性材料を基板590上にスパッタリング法により成膜した後、フォトリソグラフィ法等の様々なパターニング技術により、不要な部分を除去して、電極591及び電極592を形成することができる。
電極591及び電極592は絶縁層593で覆われている。また、電極591に達する開口が絶縁層593に設けられ、配線594が隣接する電極591を電気的に接続する。透光性の導電性材料は、入出力装置の開口率を高まることができるため、配線594に好適に用いることができる。また、電極591及び電極592より導電性の高い材料は、電気抵抗を低減できるため配線594に好適に用いることができる。
なお、絶縁層593及び配線594を覆う絶縁層を設けて、タッチセンサ595を保護することができる。
また、接続層599は、配線598とFPC509(2)を電気的に接続する。
表示部501は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する。画素は、構成例1と同様であるため、説明を省略する。
なお、様々なトランジスタを入出力装置に適用できる。ボトムゲート型のトランジスタを適用する場合の構成を、図6(A)、(B)に示す。
例えば、酸化物半導体、アモルファスシリコン等を含む半導体層を、図6(A)に示すトランジスタ302t及びトランジスタ303tに適用することができる。
例えば、レーザーアニールなどの処理により結晶化させた多結晶シリコンを含む半導体層を、図6(B)に示すトランジスタ302t及びトランジスタ303tに適用することができる。
また、トップゲート型のトランジスタを適用する場合の構成を、図6(C)に示す。
例えば、多結晶シリコンまたは単結晶シリコン基板等から転置された単結晶シリコン膜等を含む半導体層を、図6(C)に示すトランジスタ302t及びトランジスタ303tに適用することができる。
<構成例3>
図7は、入出力装置505Bの断面図である。本実施の形態で説明する入出力装置505Bは、供給された画像情報をトランジスタが設けられている側に表示する点及びタッチセンサが表示部の基板101側に設けられている点が、構成例2の入出力装置505とは異なる。ここでは異なる構成について詳細に説明し、同様の構成を用いることができる部分は、上記の説明を援用する。
着色層367Rは発光素子350Rと重なる位置にある。また、図7(A)に示す発光素子350Rは、トランジスタ302tが設けられている側に光を射出する。これにより、発光素子350Rが発する光の一部は着色層367Rを透過して、図中に示す矢印の方向の発光モジュール380Rの外部に射出される。
入出力装置505Bは、光を射出する方向に遮光層367BMを有する。遮光層367BMは、着色層(例えば着色層367R)を囲むように設けられている。
タッチセンサ595は、基板111側でなく、基板101側に設けられている(図7(A))。
接着層597は、タッチセンサ595が表示部に重なるように、基板590を基板101に貼り合わせている。接着層597は、透光性を有する。
なお、ボトムゲート型のトランジスタを表示部501に適用する場合の構成を、図7(A)、(B)に示す。
例えば、酸化物半導体、アモルファスシリコン等を含む半導体層を、図7(A)に示すトランジスタ302t及びトランジスタ303tに適用することができる。
例えば、多結晶シリコン等を含む半導体層を、図7(B)に示すトランジスタ302t及びトランジスタ303tに適用することができる。
また、トップゲート型のトランジスタを適用する場合の構成を、図7(C)に示す。
例えば、多結晶シリコン又は単結晶シリコン基板等から転置された単結晶シリコン膜等を含む半導体層を、図7(C)に示すトランジスタ302t及びトランジスタ303tに適用することができる。
<構成例4>
図8に示すように、入出力装置500TPは、表示部500及び入力部600を重ねて有する。図9は、図8に示す一点鎖線Z1−Z2間の断面図である。
以下に、入出力装置500TPを構成する個々の要素について説明する。なお、これらの構成は明確に分離できず、一つの構成が他の構成を兼ねる場合や他の構成の一部を含む場合がある。なお、表示部500に入力部600が重ねられた入出力装置500TPをタッチパネルともいう。
入力部600は、マトリクス状に配設される複数の検知ユニット602を有する。また、入力部600は、選択信号線G1、制御線RES、信号線DLなどを有する。
選択信号線G1や制御線RESは、行方向(図中に矢印Rで示す)に配置される複数の検知ユニット602と電気的に接続される。信号線DLは、列方向(図中に矢印Cで示す)に配置される複数の検知ユニット602と電気的に接続される。
検知ユニット602は近接又は接触するものを検知して検知信号を供給する。例えば静電容量、照度、磁力、電波又は圧力等を検知して、検知した物理量に基づく情報を供給する。具体的には、容量素子、光電変換素子、磁気検知素子、圧電素子又は共振器等を検知素子に用いることができる。
検知ユニット602は、例えば、近接又は接触するものとの間の静電容量の変化を検知する。
なお、大気中において、指などの大気より大きな誘電率を有するものが導電膜に近接すると、指と導電膜の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検知して検知情報を供給することができる。
例えば、静電容量の変化に伴い容量素子との間で電荷の分配が引き起こされ、容量素子の両端の電極の電圧が変化する。この電圧の変化を検知信号に用いることができる。
検知ユニット602は検知回路を有する。検知回路は、選択信号線G1、制御線RES又は信号線DLなどに電気的に接続される。
検知回路は、トランジスタ又は/及び検知素子等を有する。例えば、導電膜と、当該導電膜に電気的に接続される容量素子と、を検知回路に用いることができる。また、容量素子と、当該容量素子に電気的に接続されるトランジスタと、を検知回路に用いることができる。
検知回路には、例えば、絶縁層653と、絶縁層653を挟持する第1の電極651及び第2の電極652と、を有する容量素子650を用いることができる(図9)。容量素子650の電極間の電圧は一方の電極に電気的に接続された導電膜にものが近接することにより変化する。
検知ユニット602は、制御信号に基づいて導通状態又は非導通状態にすることができるスイッチを有する。例えば、トランジスタM12をスイッチに用いることができる。
また、検知信号を増幅するトランジスタを検知ユニット602に用いることができる。
同一の工程で作製することができるトランジスタを、検知信号を増幅するトランジスタ及びスイッチに用いることができる。これにより、作製工程が簡略化された入力部600を提供できる。
また、検知ユニットはマトリクス状に配置された複数の窓部667を有する。窓部667は可視光を透過し、複数の窓部667の間に遮光性の層BMを配設してもよい。
入出力装置500TPは、窓部667に重なる位置に着色層を有する。着色層は、所定の色の光を透過する。なお、着色層はカラーフィルタということができる。例えば、青色の光を透過する着色層367B、緑色の光を透過する着色層367G、又は赤色の光を透過する着色層367Rを用いることができる。また、黄色の光を透過する着色層や白色の光を透過する着色層を用いてもよい。
表示部500は、マトリクス状に配置された複数の画素302を有する。画素302は入力部600の窓部667と重なるように配置されている。画素302は、検知ユニット602に比べて高い精細度で配設されてもよい。画素は、構成例1と同様であるため、説明を省略する。
入出力装置500TPは、可視光を透過する窓部667及びマトリクス状に配設される複数の検知ユニット602を有する入力部600と、窓部667に重なる画素302を複数有する表示部500と、を有し、窓部667と画素302の間に着色層を含んで構成される。また、それぞれの検知ユニットに他の検知ユニットへの干渉を低減することができるスイッチが配設されている。
これにより、各検知ユニットが検知する検知情報を検知ユニットの位置情報と共に供給することができる。また、画像を表示する画素の位置情報に関連付けて検知情報を供給することができる。また、検知情報を供給させない検知ユニットと信号線を非導通状態にすることで、検知信号を供給させる検知ユニットへの干渉を低減することができる。その結果、利便性又は信頼性に優れた新規な入出力装置500TPを提供することができる。
例えば、入出力装置500TPの入力部600は検知情報を検知して位置情報と共に供給することができる。具体的には、入出力装置500TPの使用者は、入力部600に触れた指等をポインタに用いて様々なジェスチャー(タップ、ドラッグ、スワイプ又はピンチイン等)をすることができる。
入力部600は、入力部600に近接又は接触する指等を検知して、検知した位置又は軌跡等を含む検知情報を供給することができる。
演算装置は供給された情報が所定の条件を満たすか否かをプログラム等に基づいて判断し、所定のジェスチャーに関連付けられた命令を実行する。
これにより、入力部600の使用者は、指等を用いて所定のジェスチャーを供給し、所定のジェスチャーに関連付けられた命令を演算装置に実行させることができる。
例えば、入出力装置500TPの入力部600は、まず、一の信号線に検知情報を供給することができる複数の検知ユニットから一の検知ユニットXを選択する。そして、検知ユニットXを除いた他の検知ユニットと当該一の信号線を非導通状態にする。これにより、他の検知ユニットがもたらす検知ユニットXへの干渉を低減することができる。
具体的には、他の検知ユニットの検知素子がもたらす検知ユニットXの検知素子への干渉を低減できる。
例えば、容量素子及び当該容量素子の一の電極が電気的に接続された導電膜を検知素子に用いる場合において、他の検知ユニットの導電膜の電位がもたらす、検知ユニットXの導電膜の電位への干渉を低減することができる。
これにより、入出力装置500TPはその大きさに依存することなく、検知ユニットを駆動して、検知情報を供給させることができる。例えば、ハンドヘルド型に用いることができる大きさから、電子黒板に用いることができる大きさまで、さまざまな大きさの入出力装置500TPを提供することができる。
また、入出力装置500TPは、折り畳まれた状態及び展開された状態にすることができる。そして、折り畳まれた状態と展開された状態とで、他の検知ユニットがもたらす検知ユニットXへの干渉が異なる場合においても、入出力装置500TPの状態に依存することなく検知ユニットを駆動して、検知情報を供給させることができる。
また、入出力装置500TPの表示部500は表示情報を供給されることができる。例えば、演算装置は表示情報を供給することができる。
以上の構成に加えて、入出力装置500TPは以下の構成を有することもできる。
入出力装置500TPは、駆動回路603g又は駆動回路603dを有してもよい。また、入出力装置500TP(又は駆動回路)は、FPC1と電気的に接続されてもよい。
駆動回路603gは例えば所定のタイミングで選択信号を供給することができる。具体的には、選択信号を選択信号線G1ごとに所定の順番で供給する。また、さまざまな回路を駆動回路603gに用いることができる。例えば、シフトレジスタ、フリップフロップ回路、組み合わせ回路などを用いることができる。
駆動回路603dは、検知ユニット602が供給する検知信号に基づいて検知情報を供給する。また、さまざまな回路を駆動回路603dに用いることができる。例えば、検知ユニットに配設された検知回路と電気的に接続されることによりソースフォロワ回路やカレントミラー回路を構成することができる回路を、駆動回路603dに用いることができる。また、検知信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換回路を有していてもよい。
FPC1は、タイミング信号、電源電位等を供給し、検知信号を供給される。
入出力装置500TPは、駆動回路503g、駆動回路503s、配線311、又は端子319を有してもよい。また、入出力装置500TP(又は駆動回路)は、FPC2と電気的に接続されてもよい。
また、傷の発生を防いで入出力装置500TPを保護する保護層670を有していてもよい。例えば、セラミックコート層又はハードコート層を保護層670に用いることができる。具体的には、酸化アルミニウムを含む層又はUV硬化樹脂を用いることができる。
なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、又は、全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、又は、全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。
また、反射電極の下に、SRAMなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。また、適用する表示素子に好適な構成を様々な画素回路から選択して用いることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器及び照明装置について、図面を用いて説明する。
本発明の一態様を適用することで、電子機器や照明装置の軽量化、薄型化、フレキシブル化を実現できる。例えば、実施の形態1に示した発光装置(発光素子を用いた表示装置も含む)や実施の形態2に示した入出力装置は、電子機器におけるフレキシブルな表示部や、照明装置におけるフレキシブルな発光部に適用できる。また、本発明の一態様を適用することで、信頼性が高く、繰り返しの曲げに対して強い電子機器や照明装置を作製できる。
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
また、本発明の一態様の電子機器又は照明装置は可撓性を有するため、家屋やビルの内壁もしくは外壁、又は、自動車の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことも可能である。
また、本発明の一態様の電子機器は、発光装置もしくは入出力装置と、二次電池と、を有していてもよい。このとき、非接触電力伝送を用いて、二次電池を充電することができると好ましい。
二次電池としては、例えば、ゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池(リチウムイオンポリマー電池)等のリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池などが挙げられる。
本発明の一態様の電子機器は、発光装置もしくは入出力装置と、アンテナと、二次電池と、を有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器が二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
図10(A)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機7400は、筐体7401に組み込まれた表示部7402のほか、操作ボタン7403、外部接続ポート7404、スピーカ7405、マイク7406などを備えている。なお、携帯電話機7400は、本発明の一態様の発光装置もしくは入出力装置を表示部7402に用いることにより作製される。本発明の一態様により、湾曲した表示部を備え、且つ信頼性の高い携帯電話機を歩留まりよく提供できる。
図10(A)に示す携帯電話機7400は、指などで表示部7402に触れることで、情報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指などで表示部7402に触れることにより行うことができる。
また、操作ボタン7403の操作により、電源のON、OFF動作や、表示部7402に表示される画像の種類を切り替えることができる。例えば、メール作成画面から、メインメニュー画面に切り替えることができる。
図10(B)は、腕時計型の携帯情報端末の一例を示している。携帯情報端末7100は、筐体7101、表示部7102、バンド7103、バックル7104、操作ボタン7105、入出力端子7106などを備える。
携帯情報端末7100は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。
表示部7102はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示部7102はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部7102に表示されたアイコン7107に触れることで、アプリケーションを起動することができる。
操作ボタン7105は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、携帯情報端末7100に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作ボタン7105の機能を自由に設定することもできる。
また、携帯情報端末7100は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。
また、携帯情報端末7100は入出力端子7106を備え、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子7106を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子7106を介さずに無線給電により行ってもよい。
携帯情報端末7100の表示部7102には、本発明の一態様の発光装置もしくは入出力装置が組み込まれている。本発明の一態様により、湾曲した表示部を備え、且つ信頼性の高い携帯情報端末を歩留まりよく提供できる。
図10(C)〜(E)は、照明装置の一例を示している。照明装置7200、照明装置7210、及び照明装置7220は、それぞれ、操作スイッチ7203を備える台部7201と、台部7201に支持される発光部を有する。
図10(C)に示す照明装置7200は、波状の発光面を有する発光部7202を備える。したがってデザイン性の高い照明装置となっている。
図10(D)に示す照明装置7210の備える発光部7212は、凸状に湾曲した2つの発光部が対称的に配置された構成となっている。したがって照明装置7210を中心に全方位を照らすことができる。
図10(E)に示す照明装置7220は、凹状に湾曲した発光部7222を備える。したがって、発光部7222からの発光を、照明装置7220の前面に集光するため、特定の範囲を明るく照らす場合に適している。
また、照明装置7200、照明装置7210及び照明装置7220の備える各々の発光部はフレキシブル性を有しているため、発光部を可塑性の部材や可動なフレームなどの部材で固定し、用途に合わせて発光部の発光面を自在に湾曲可能な構成としてもよい。
なおここでは、台部によって発光部が支持された照明装置について例示したが、発光部を備える筐体を天井に固定する、又は天井からつり下げるように用いることもできる。発光面を湾曲させて用いることができるため、発光面を凹状に湾曲させて特定の領域を明るく照らす、又は発光面を凸状に湾曲させて部屋全体を明るく照らすこともできる。
ここで、各発光部には、本発明の一態様の発光装置もしくは入出力装置が組み込まれている。本発明の一態様により、湾曲した発光部を備え、且つ信頼性の高い照明装置を歩留まりよく提供できる。
図10(F)には、携帯型の表示装置の一例を示している。表示装置7300は、筐体7301、表示部7302、操作ボタン7303、引き出し部材7304、制御部7305を備える。
表示装置7300は、筒状の筐体7301内にロール状に巻かれたフレキシブルな表示部7302を備える。
また、表示装置7300は制御部7305によって映像信号を受信可能で、受信した映像を表示部7302に表示することができる。また、制御部7305にはバッテリをそなえる。また、制御部7305にコネクターを接続する端子部を備え、映像信号や電力を有線により外部から直接供給する構成としてもよい。
また、操作ボタン7303によって、電源のON、OFF動作や表示する映像の切り替え等を行うことができる。
図10(G)には、表示部7302を引き出し部材7304により引き出した状態の表示装置7300を示す。この状態で表示部7302に映像を表示することができる。また、筐体7301の表面に配置された操作ボタン7303によって、片手で容易に操作することができる。また、図10(F)のように操作ボタン7303を筐体7301の中央でなく片側に寄せて配置することで、片手で容易に操作することができる。
なお、表示部7302を引き出した際に表示部7302の表示面が平面状となるように固定するため、表示部7302の側部に補強のためのフレームを設けていてもよい。
なお、この構成以外に、筐体にスピーカを設け、映像信号と共に受信した音声信号によって音声を出力する構成としてもよい。
表示部7302には、本発明の一態様の発光装置もしくは入出力装置が組み込まれている。本発明の一態様により、軽量で、且つ信頼性の高い表示装置を歩留まりよく提供できる。
図11(A)〜(C)に、折りたたみ可能な携帯情報端末310を示す。図11(A)に展開した状態の携帯情報端末310を示す。図11(B)に展開した状態又は折りたたんだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の携帯情報端末310を示す。図11(C)に折りたたんだ状態の携帯情報端末310を示す。携帯情報端末310は、折りたたんだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により一覧性に優れる。
表示パネル312はヒンジ313によって連結された3つの筐体315に支持されている。ヒンジ313を介して2つの筐体315間を屈曲させることにより、携帯情報端末310を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。本発明の一態様の発光装置もしくは入出力装置を表示パネル312に用いることができる。例えば、曲率半径1mm以上150mm以下で曲げることができる発光装置もしくは入出力装置を適用できる。
図11(D)、(E)に、折りたたみ可能な携帯情報端末320を示す。図11(D)に表示部322が外側になるように折りたたんだ状態の携帯情報端末320を示す。図11(E)に、表示部322が内側になるように折りたたんだ状態の携帯情報端末320を示す。携帯情報端末320を使用しない際に、非表示部325を外側に折りたたむことで、表示部322の汚れや傷つきを抑制できる。本発明の一態様の発光装置もしくは入出力装置を表示部322に用いることができる。
図11(F)は携帯情報端末330の外形を説明する斜視図である。図11(G)は、携帯情報端末330の上面図である。図11(H)は携帯情報端末340の外形を説明する斜視図である。
携帯情報端末330、340は、例えば電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又は複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとしてそれぞれ用いることができる。
携帯情報端末330、340は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。例えば、3つの操作ボタン339を一の面に表示することができる(図11(F)、(H))。また、破線の矩形で示す情報337を他の面に表示することができる(図11(G)、(H))。なお、情報337の例としては、SNS(ソーシャル・ネットワーキング・サービス)の通知、電子メールや電話などの着信を知らせる表示、電子メールなどの題名又は送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報337が表示されている位置に、情報337の代わりに、操作ボタン339、アイコンなどを表示してもよい。なお、図11(F)、(G)では、上側に情報337が表示される例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、図11(H)に示す携帯情報端末340のように、横側に表示されていてもよい。
例えば、携帯情報端末330の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末330を収納した状態で、その表示(ここでは情報337)を確認することができる。
具体的には、着信した電話の発信者の電話番号又は氏名等を、携帯情報端末330の上方から観察できる位置に表示する。使用者は、携帯情報端末330をポケットから取り出すことなく、表示を確認し、電話を受けるか否かを判断できる。
携帯情報端末330の筐体335、携帯情報端末340の筐体336がそれぞれ有する表示部333には、本発明の一態様の発光装置もしくは入出力装置を用いることができる。本発明の一態様により、湾曲した表示部を備え、且つ信頼性の高い携帯情報端末を歩留まりよく提供できる。
また、図11(I)に示す携帯情報端末345のように、3面以上に情報を表示してもよい。ここでは、情報355、情報356、情報357がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。
携帯情報端末345の筐体351が有する表示部358には、本発明の一態様の発光装置もしくは入出力装置を用いることができる。本発明の一態様により、湾曲した表示部を備え、且つ信頼性の高い携帯情報端末を歩留まりよく提供できる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
本実施例では、本発明の一態様に適用することができる絶縁層について説明する。具体的には、実施の形態1で説明した絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方として好適に用いることができる絶縁層の構成について説明する。
本実施例の試料の作製方法について図12(A)を用いて説明する。
まず、作製基板1101であるガラス基板上に、厚さ約100nmの酸化窒化シリコン膜を下地膜(図示せず)として形成した。酸化窒化シリコン膜は、プラズマCVD法にて、シランガスとNOガスの流量をそれぞれ10sccm、1200sccmとし、電源電力30W、圧力22Pa、基板温度330℃の条件で形成した。
次に、下地膜上に、厚さ約30nmのタングステン膜を剥離層1103として形成した。タングステン膜は、スパッタリング法にて、Arガスの流量を100sccmとし、電源電力60kW、圧力2Pa、基板温度100℃の条件で形成した。
次に、亜酸化窒素(NO)プラズマ処理を行った。NOプラズマ処理は、NOガスの流量を100sccmとし、電源電力500W、圧力100Pa、基板温度330℃、240秒間の条件で行った。
次に、剥離層1103上に被剥離層1005を形成した。被剥離層1005は、剥離層1103側から、第1の酸化窒化シリコン膜、第1の窒化シリコン膜、第2の酸化窒化シリコン膜、第2の窒化シリコン膜、及び第3の酸化窒化シリコン膜が積層された構成である。
被剥離層1005としては、まず、剥離層1103上に、厚さ約600nmの第1の酸化窒化シリコン膜を形成した。第1の酸化窒化シリコン膜は、プラズマCVD法にて、シランガスとNOガスの流量をそれぞれ75sccm、1200sccmとし、電源電力120W、圧力70Pa、基板温度330℃の条件で形成した。
次に、第1の酸化窒化シリコン膜上に、厚さ約200nmの第1の窒化シリコン膜を形成した。第1の窒化シリコン膜は、プラズマCVD法にて、シランガス、Hガス及びNHガスの流量をそれぞれ30sccm、800sccm、300sccmとし、電源電力600W、圧力60Pa、基板温度330℃の条件で形成した。
次に、第1の窒化シリコン膜上に、厚さ約200nmの第2の酸化窒化シリコン膜を形成した。第2の酸化窒化シリコン膜は、プラズマCVD法にて、シランガスとNOガスの流量をそれぞれ50sccm、1200sccmとし、電源電力120W、圧力70Pa、基板温度330℃の条件で形成した。
次に、第2の酸化窒化シリコン膜上に、厚さ約100nmの第2の窒化シリコン膜を形成した。第2の窒化シリコン膜は、第1の窒化シリコン膜と同様の条件で形成した。
次に、第2の窒化シリコン膜上に、厚さ約100nmの第3の酸化窒化シリコン膜を形成した。第3の酸化窒化シリコン膜は、下地膜と同様の条件で形成した。
その後、窒素雰囲気下、450℃で1時間の加熱処理を行った。
そして、被剥離層1005と基板1011とを、接着層1013で貼り合わせた。基板1011には、厚さ20μmのフィルムを用いた。接着層1013には、2液硬化型エポキシ系樹脂を用いた。この時点の試料の積層構造を図12(A)に示す。
また、被剥離層1005に生じている応力、及び被剥離層1005を構成する各絶縁膜単層に生じている応力を表1に示す。表1において、応力が負の値である場合、圧縮応力であることを示し、正の値である場合、引張応力であることを示す。応力を測定するために用いた試料は、それぞれ、シリコン基板上に応力を測定したい膜を形成し、窒素雰囲気下、450℃で1時間の加熱処理を行うことで作製した。
次に、作製基板1101から被剥離層1005を剥離した。作製基板1101から剥離した被剥離層1005には、目視で確認できるようなクラックは発生していなかった。このことから、本実施例の被剥離層1005は、剥離の際にクラックが発生しにくいことがわかった。
なお、表1に示すように、被剥離層1005に生じている応力は−155MPaであった。一方、生じている応力が正の値(引張応力)である被剥離層では、作製基板から被剥離層を剥離することで、目視で確認できるクラックが発生する場合があった。このことから、本実施例の被剥離層1005に生じている応力は、圧縮応力であるため、剥離の際にクラックが発生しにくいと考えられる。
また、作製基板1101を剥離することで被剥離層1005が露出する。以降では、2種類の可撓性を有する試料を作製した。一つ目は、露出した被剥離層1005と基板1001とを、接着層1003で貼り合わせた可撓性を有する試料A(図12(B)参照)である。二つ目は、露出した被剥離層1005上に異方性導電フィルム1151を配置した可撓性を有する試料B(図12(D)参照)である。なお、試料Bは、基板1011に用いたフィルムの保護フィルム(セパレートフィルムともいう。ここでは厚さ100μmのフィルムである。)がついたままの状態とした。
可撓性を有する試料Aについて、保存試験を行った。なお、接着層1003には、接着層1013と同一の材料を用い、基板1001には、基板1011と同一の材料を用いた。
可撓性を有する試料Aは2つ用意し、1つは、温度60℃、湿度95%の環境下に、240時間保存した。もう1つは、温度60℃、湿度95%の環境下に、380時間保存した。どちらの試料も、保存後の光学顕微鏡による観察(以下、顕微鏡観察とも記す)によって、被剥離層1005におけるクラックの発生は確認されなかった。このことから、本実施例の被剥離層1005は、高温環境下、高湿環境下に保存してもクラックが発生しにくいことがわかった。
なお、小さい圧縮応力が生じている(生じている応力が−15MPa程度である)被剥離層では、剥離時にクラックが観察されなくても、温度60℃、湿度95%の環境下に180時間保存後の、顕微鏡観察によって、被剥離層におけるクラックの発生が確認される場合があった。このことから、本実施例の被剥離層1005は、生じている圧縮応力の値が大きいため、高温環境下、高湿環境下に保存してもクラックが特に発生しにくいと考えられる。
次に、上記環境下に240時間保存後の可撓性を有する試料Aについて、曲率半径5mmで2500回曲げ試験を行った。曲げ試験は、図12(C)に示すように、試料99(試料Aに相当)を曲げる際の曲率半径を金属製の棒98で設定した。本実施例では、直径10mmの棒98を用いることで、試料Aについて、曲率半径5mmの曲げ試験を行った。
曲げ試験後の顕微鏡観察によって、被剥離層1005におけるクラックの発生は確認されなかった。このことから、本実施例の被剥離層1005は、曲げてもクラックが発生しにくいことがわかった。
また、可撓性を有する試料Bについて、被剥離層1005と、厚さ35μmの異方性導電フィルム1151と、を圧着させた。可撓性を有する試料Bは3つ用意し、圧着ヘッド1155の圧力を、それぞれ、0.25MPa、0.35MPa、0.45MPaとした。
図12(D)に示すように、圧着ヘッド1155と異方性導電フィルム1151の間には厚さ200μmのシリコーンゴム1153を配置した。圧着温度は250℃、圧着時間は20秒とした。
FPCなどの圧着の際に、被剥離層1005と異方性導電フィルム1151の境界部には力がかかりやすく、被剥離層1005にはクラックが発生しやすい。本実施例の可撓性を有する試料Bでは、圧着ヘッドの圧力によらず、圧着後の顕微鏡観察によって、被剥離層1005におけるクラックの発生は確認されなかった。このことから、本実施例の被剥離層1005は、圧着によるクラックが発生しにくいことがわかった。
以上、本実施例の被剥離層1005は、剥離時やFPCの圧着時、又は、剥離後の保存試験、曲げ試験等において、クラックが発生しにくい構成であることがわかった。本実施例の被剥離層1005を、実施の形態で説明した絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方として用いることで、クラックの発生を抑制し、装置の信頼性を高めることができる。また、被剥離層1005に圧縮応力が生じていることで、被剥離層1005におけるクラックの発生を抑制できることが示唆された。特に、被剥離層1005に生じている圧縮応力は大きいほど好ましいことが示唆された。
本実施例では、本発明の一態様に適用することができる絶縁層について説明する。具体的には、実施の形態1で説明した絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方として好適に用いることができる絶縁層の構成について説明する。
本発明の一態様の発光装置において、絶縁層105及び絶縁層115の間に発光素子が位置するため、絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方は、発光素子の発光を透過する必要がある。例えば、図1(D)に示す発光装置では、絶縁層115が、発光素子の発光を透過する必要がある。したがって、絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方として、可視領域の透過率が高く、クラックが入りにくい絶縁層が望まれる。
そこで、本実施例では、計算により、可視領域の透過率が高い積層構造を求め、実際に該積層構造の試料を作製し、透過率や、クラックの入りにくさを評価した。
計算には、薄膜計算ソフト「Essential Macleod」(Thin Film Center Inc.)を用いた。
計算では、一対の屈折率1.500の層の間に、積層構造が位置する前提とした。一対の屈折率1.500の層は、図12(E)において、層1201及び層1211と示す。層1201及び層1211は、実施例1の基板1001及び基板1011に用いたフィルムに相当する。積層構造は、図12(E)において、層1203、層1205、及び層1207の3層で示し、まとめて被剥離層1005とも記す。
層1203は、屈折率1.479、厚さ600nmであり、実施例1における第1の酸化窒化シリコン膜に相当する。
層1205は、屈折率1.898、厚さ200nm以上であり、実施例1における第1の窒化シリコン膜に相当する。
層1207は、各試料によって構成が異なる。試料1では、全体の積層構造が、実施例1で作製した被剥離層1005に相当する構成、膜厚となるように、層1207の構成、膜厚を決定した。試料2は、層1207を有していない場合である。試料3〜試料8は、計算により各層の最適な膜厚を求めた。
表2に、各試料における層1207の構成、計算により最適化された各層の膜厚(試料1及び試料2を除く)、及び可視領域(450nm以上650nm以下)の透過率の平均値を示す。表2の上段は試料1〜試料4についてであり、下段は試料5〜試料8についてである。また、計算により得られた透過率を図13に示す。
試料1、試料5〜試料7は、層1207が3層構造である場合の例であり、層1205側から、屈折率1.474の層(実施例1の第2の酸化窒化シリコン膜に相当)、屈折率1.898の層(実施例1の第2の窒化シリコン膜に相当)、及び屈折率1.469の層(実施例1の第3の酸化窒化シリコン膜に相当)が積層されている。
試料3及び試料4は、層1207が2層構造である場合の例であり、上記3層構造から屈折率1.469の層を除いた構成である。
試料8は、層1207が4層構造である場合の例であり、上記3層構造上に、さらに屈折率1.898の層が積層された構成である。屈折率1.898の層は、実施例1の第1の窒化シリコン膜や第2の窒化シリコン膜と同様の膜に相当する。
屈折率約1.5の層と、屈折率約1.9の層を交互に積層し、逆位相の干渉が可視領域で多く起こるようにすることで、被剥離層1005の可視領域における透過率を高めることができる。
試料1〜試料8は、可視領域の透過率の平均値がいずれも93%以上であり、可視光に対する透過性が高いことがわかる。また、試料2〜試料8は、可視領域の透過率の平均値が90%以上であり、さらに、試料3〜試料8は、可視領域の透過率の平均値が95%以上であり、可視光に対する透過性が特に高いことがわかる。
また、試料1〜試料8を実際に作製し、分光光度計を用いて透過率を測定した。
透過率を測定するための試料1〜試料8(図12(F))の作製方法を説明する。
まず、実施例1と同様に、作製基板1101上に、下地膜及び剥離層1103をこの順で形成した。そして、本実施例では、剥離層1103の形成後、NOプラズマ処理を行うことなく、剥離層1103上に被剥離層1005を形成した。なお、本実施例では、剥離層1103及び層1203をドライエッチングにより島状に加工した。
被剥離層1005としては、表2に示す各試料における層1203、層1205、及び層1207を形成した。各層は、前述の通り、実施例1で形成した被剥離層1005を構成する層のいずれかに対応するため、成膜条件は実施例1を参照できる。
その後、窒素雰囲気下、450℃で1時間の加熱処理を行った。そして、作製基板1101から被剥離層1005を剥離し、露出した被剥離層1005と基板1001とを、接着層1003を用いて貼り合わせた。
透過率の測定の際、基板1001側から光を試料に照射した。
表3に、各試料における、可視領域(450nm以上650nm以下)の透過率の平均値を示す。また、各試料の透過率を測定した結果を図14に示す。
また、各試料における被剥離層に生じている応力を測定した結果も表3に示す。応力を測定するために用いた試料の作製方法は、実施例1と同様である。
実際に作製した試料1〜試料8は、可視領域の透過率の平均値がいずれも82%以上であり、可視光に対する透過性が高いことがわかった。また、試料2〜試料8は、可視領域の透過率の平均値が70%以上であり、さらに、試料3〜試料8は、可視領域の透過率の平均値が80%以上であり、可視光に対する透過性が特に高いことがわかった。
また、試料1〜試料8には、いずれも圧縮応力が生じていることがわかった。このことから、剥離時やFPCの圧着時、又は、剥離後の保存試験、曲げ試験等において、クラックの発生が生じにくいことが示唆される。
実際に、高温高湿環境下での保存や、異方性導電フィルムの圧着等により、各試料にクラックが発生するか否かを確認した。これらの確認のための試料1〜試料8の作製方法を示す。
まず、実施例1と同様に、作製基板1101に、下地膜及び剥離層1103をこの順で形成した。次に、NOプラズマ処理を行い、剥離層1103上に被剥離層1005を形成した。その後、窒素雰囲気下、450℃で1時間の加熱処理を行った。そして、被剥離層1005と基板1011とを、接着層1013で貼り合わせた(図12(A)参照)。基板1011及び接着層1013の材料は実施例1と同様である。
次に、作製基板1101から被剥離層1005を剥離した。どの試料においても、剥離した被剥離層1005には、目視で確認できるようなクラックは発生していなかった。
試料1〜試料8における被剥離層1005には、いずれも圧縮応力が生じているため、剥離時にクラックが発生しにくい構成であると考えられる。
また、作製基板1101を剥離することで被剥離層1005が露出する。以降では、2種類の可撓性を有する試料を作製した。一つ目は、露出した被剥離層1005と基板1001を接着層1003で貼り合わせた可撓性を有する試料1A〜試料8A(図12(B)参照)である。二つ目は、露出した被剥離層1005上に異方性導電フィルム1151を配置した可撓性を有する試料1B〜試料8B(図12(D)参照)である。なお、試料1B〜試料8Bは、基板1011に用いたフィルムの保護フィルム(セパレートフィルムともいう。ここでは厚さ100μmのフィルムである。)がついたままの状態とした。
可撓性を有する試料1A〜試料8Aについて、保存試験を行った。なお、接着層1003には、接着層1013と同一の材料を用い、基板1001には、基板1011と同一の材料を用いた。
試料1A〜試料8Aを、温度60℃、湿度95%の環境下に、240時間保存した。いずれの試料も、保存後の顕微鏡観察によって、被剥離層1005におけるクラックの発生は確認されなかった。試料1A〜試料8Aにおける被剥離層1005には、いずれも圧縮応力が生じているため、高温環境下、高湿環境下に保存してもクラックが発生しにくいと考えられる。
また、可撓性を有する試料1B〜試料8Bについて、被剥離層1005と異方性導電フィルム1151とを圧着させた。可撓性を有する試料1B〜試料8Bはそれぞれ3つ用意し、圧着ヘッド1155の圧力を、それぞれ、0.25MPa、0.35MPa、0.45MPaとした。他の条件も実施例1と同様である。
圧着後に顕微鏡観察をしたところ、圧着ヘッドの圧力によらず、各試料に発生したクラックの数は0個以上3個以下であった。試料1B〜試料8Bにおける被剥離層1005には、いずれも圧縮応力が生じているため、圧着によるクラックが発生しにくいと考えられる。特に、被剥離層1005に生じている圧縮応力が大きいほど、圧着によるクラックが発生しにくかった。このことから、被剥離層1005に生じている圧縮応力が大きいほど、圧着によるクラックを抑制し、装置の信頼性を高めることができるとわかった。
以上、本実施例の試料は、剥離時やFPCの圧着時、又は、剥離後の保存試験等において、被剥離層1005のクラックが発生しにくい構成であることがわかった。さらに、本実施例の試料は、可視領域の透過率が高い構成であることがわかった。
本実施例の被剥離層1005を、実施の形態で説明した絶縁層105又は絶縁層115の少なくとも一方として用いることで、クラックの発生を抑制し、装置の信頼性を高めることができる。また、本実施例の被剥離層1005は、可視領域の透過率が高いため、発光素子の発光を取り出す側に設ける絶縁層として好適に用いることができる。
本実施例では、本発明の一態様の発光装置の信頼性試験の結果について説明する。
本実施例では、本発明の一態様を適用した発光装置を、曲げた状態で高温高湿環境下に保存した。
本実施例で作製した発光装置は、精細度が326ppi、解像度がQHD(Quarter Full High Definition、960×540×RGB)である、3.4インチのフレキシブルな有機ELディスプレイである。
本実施例の発光装置の作製方法を説明する。
まず、2つの作製基板上にそれぞれ剥離層を形成し、剥離層上に被剥離層を形成した。次に、2つの作製基板を、それぞれの被剥離層が形成された面が対向するように貼り合わせた。そして、2つの作製基板をそれぞれ被剥離層から剥離し、それぞれの被剥離層に可撓性基板を貼り合わせた。以上により、図1(A1)及び図2(A)に示す発光装置を作製した。以下に各層の材料を示す。
作製基板にはガラス基板を用いた。剥離層としては、タングステン膜と、該タングステン膜上の酸化タングステン膜の積層構造を形成した。具体的には、厚さ約30nmのタングステン膜をスパッタリング法により形成し、NOプラズマ処理を施した後、被剥離層を形成した。
剥離層を構成する積層構造は、成膜直後の剥離性は低いが、加熱処理により無機絶縁膜との反応が起こることで、界面状態が変化し脆性を示す。そして、剥離の起点を形成することで、物理的に剥離することができるようになる。
一方の作製基板上には、被剥離層として、絶縁層105及び素子層106aを形成した。他方の作製基板上には、被剥離層として、絶縁層115及び機能層106bを形成した。
素子層106aとしては、トランジスタと、発光素子830である有機EL素子等を形成した。機能層106bとしては、カラーフィルタ(着色層845)やブラックマトリクス(遮光層847)等を形成した。
トランジスタには、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)を用いたトランジスタを適用した。CAAC−OSは非晶質ではないため、欠陥準位が少なく、トランジスタの信頼性を高めることができる。また、CAAC−OSは結晶粒界を有さないため、可撓性を有する発光装置を湾曲させたときの応力によってCAAC−OS膜にクラックが生じにくい。
CAAC−OSは、膜面に垂直にc軸配向した酸化物半導体のことである。酸化物半導体としては他にナノスケールの微結晶集合体であるnano−crystal(nc−OS)など、アモルファスや単結晶とは異なる多彩な構造が存在することが確認されている。CAAC−OSは、単結晶よりも結晶性が低いが、アモルファスやnc−OSに比べて結晶性が高い。
本実施例では、In−Ga−Zn系酸化物を用いたチャネルエッチ型のトランジスタを用いた。該トランジスタは、ガラス基板上で500℃未満のプロセスで作製した。
プラスチック基板等の有機樹脂上に直接トランジスタ等の素子を作製する方法では、素子の作製工程の温度を、有機樹脂の耐熱温度よりも低くしなくてはならない。本実施例では、作製基板がガラス基板であり、また、無機膜である剥離層の耐熱性が高いため、ガラス基板上にトランジスタを作製する場合と同じ温度でトランジスタを作製することができ、トランジスタの性能、信頼性を容易に確保できる。
発光素子830には、青色の光を呈する発光層を有する蛍光発光ユニットと、緑色の光を呈する発光層及び赤色の光を呈する発光層を有する燐光発光ユニットと、を有するタンデム型の有機EL素子を用いた。発光素子830は、トップエミッション型である。
絶縁層105、絶縁層115、接着層103、接着層107、接着層113、基板101、及び基板111は、試料によってそれぞれ異なる構成とした。
試料1及び試料2では、絶縁層115に、実施例1で作製した被剥離層1005と同様の構成、作製方法を適用した。また、試料1及び試料2では、絶縁層105に、以下に記す点以外は、実施例1で作製した被剥離層1005と同様の構成、作製方法を適用した。絶縁層105では、第2の窒化シリコン膜に替えて、厚さ約140nmの窒化酸化シリコン膜を用いた。窒化酸化シリコン膜は、プラズマCVD法にて、シランガス、Hガス、Nガス、NHガス、NOガスの流量をそれぞれ110sccm、800sccm、800sccm、800sccm、70sccmとし、電源電力320W、圧力100Pa、基板温度330℃の条件で形成した。なお、絶縁層105に用いた構成について、実施例1と同様の方法で応力の測定をしたところ、−15MPaであった。
また、試料1では、接着層103、接着層107、及び接着層113に、ガラス転移温度が約100℃の熱硬化型接着剤を用いた。また、試料2では、接着層107に、ガラス転移温度が約100℃の熱硬化型接着剤を用い、接着層103及び接着層113に、ガラス転移温度が約150℃の紫外光硬化型接着剤を用いた。
比較試料では、絶縁層105及び絶縁層115の双方に、試料1の絶縁層105と同様の構成を適用した。また、接着層103、接着層107、及び接着層113には、いずれも、ガラス転移温度が60℃未満の接着剤を用いた。
試料1、試料2、及び比較試料では、基板101及び基板111に用いた材料は異なるが、いずれも線膨張係数が20ppm/K以下の有機樹脂フィルムである。試料2では、接着層103及び接着層113に、紫外光硬化型接着剤を用いるため、紫外光を透過するフィルムを用いた。
そして、作製した発光装置の信頼性試験を行った。信頼性試験では、発光装置を、曲率半径5mmで曲げた状態、かつ、画像を表示させた状態で、温度65℃、湿度95%の環境下で1000時間保存した。
実施例1の曲げ試験に用いた棒98を用いて、試料を曲げる際の曲率半径を設定した(図12(C)の右側参照)。このとき、曲げる部分は、発光装置の中央部であり、発光部とスキャンドライバを含む。本実施例では、発光装置の表示面を外側にして試験を行った。
試料1及び試料2では、1000時間後も、表示部にクラック等の欠陥の発生はなく、ドライバも正常に動作した。また、シュリンク(ここでは、発光部端部や曲げた部分における輝度劣化や、発光部の非発光領域の拡大を指す)もほとんど確認されなかった。具体的には、試料1の発光部端部、並びに、試料2の曲げた部分及び発光部端部について、顕微鏡観察を行ったところ、輝度劣化はほとんど確認されなかった。
一方、比較試料では、100時間以内に、試料内部のクラックによる、表示不良が発生した。
本実施例から、本発明の一態様を適用することで、発光装置を曲げた状態で長時間使用できることがわかった。また、本発明の一態様を適用することで、引張応力の絶縁層や、ガラス転移温度が低い接着層を用いる場合に比べて、クラックの発生や、表示部におけるシュリンクの発生を抑制できることがわかった。
98 棒
99 試料
101 基板
103 接着層
105 絶縁層
106 素子層
106a 素子層
106b 機能層
107 接着層
111 基板
113 接着層
115 絶縁層
301 表示部
302 画素
302B 副画素
302G 副画素
302R 副画素
302t トランジスタ
303c 容量
303g(1) 走査線駆動回路
303g(2) 撮像画素駆動回路
303s(1) 画像信号線駆動回路
303s(2) 撮像信号線駆動回路
303t トランジスタ
304 ゲート
308 撮像画素
308p 光電変換素子
308t トランジスタ
309 FPC
310 携帯情報端末
311 配線
312 表示パネル
313 ヒンジ
315 筐体
319 端子
320 携帯情報端末
321 絶縁層
322 表示部
325 非表示部
328 隔壁
329 スペーサ
330 携帯情報端末
333 表示部
335 筐体
336 筐体
337 情報
339 操作ボタン
340 携帯情報端末
345 携帯情報端末
350R 発光素子
351 筐体
351R 下部電極
352 上部電極
353 EL層
353a EL層
353b EL層
354 中間層
355 情報
356 情報
357 情報
358 表示部
360 接着層
367B 着色層
367BM 遮光層
367G 着色層
367p 反射防止層
367R 着色層
380B 発光モジュール
380G 発光モジュール
380R 発光モジュール
390 入出力装置
500 表示部
500TP 入出力装置
501 表示部
503g 駆動回路
503s 駆動回路
505 入出力装置
505B 入出力装置
509 FPC
590 基板
591 電極
592 電極
593 絶縁層
594 配線
595 タッチセンサ
597 接着層
598 配線
599 接続層
600 入力部
602 検知ユニット
603d 駆動回路
603g 駆動回路
650 容量素子
651 電極
652 電極
653 絶縁層
667 窓部
670 保護層
804 発光部
806 駆動回路部
808 FPC
814 導電層
815 絶縁層
817 絶縁層
817a 絶縁層
817b 絶縁層
820 トランジスタ
821 絶縁層
822 接着層
823 スペーサ
824 トランジスタ
825 接続体
830 発光素子
831 下部電極
832 光学調整層
833 EL層
835 上部電極
845 着色層
847 遮光層
849 オーバーコート
856 導電層
857 導電層
857a 導電層
857b 導電層
1001 基板
1003 接着層
1005 被剥離層
1011 基板
1013 接着層
1101 作製基板
1103 剥離層
1151 異方性導電フィルム
1153 シリコーンゴム
1155 圧着ヘッド
1201 層
1203 層
1205 層
1207 層
1211 層
7100 携帯情報端末
7101 筐体
7102 表示部
7103 バンド
7104 バックル
7105 操作ボタン
7106 入出力端子
7107 アイコン
7200 照明装置
7201 台部
7202 発光部
7203 操作スイッチ
7210 照明装置
7212 発光部
7220 照明装置
7222 発光部
7300 表示装置
7301 筐体
7302 表示部
7303 操作ボタン
7304 部材
7305 制御部
7400 携帯電話機
7401 筐体
7402 表示部
7403 操作ボタン
7404 外部接続ポート
7405 スピーカ
7406 マイク

Claims (3)

  1. 第1の基板と、第2の基板と、素子層と、第1の絶縁層と、第2の絶縁層と、第1の接着層と、第2の接着層と、を有し、
    前記第1の基板は、可撓性を有し、且つ、前記素子層の下方に設けられ、
    前記第2の基板は、可撓性を有し、且つ、前記素子層の上方に設けられ、
    前記素子層は、前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられ、
    前記素子層は、発光素子を有し、
    前記第1の絶縁層は、前記第1の基板と前記素子層との間に設けられ、
    前記第2の絶縁層は、前記第2の基板と前記素子層との間に設けられ、
    前記第1の接着層は、前記第1の基板と前記第1の絶縁層との間に設けられ、
    前記第2の接着層は、前記第2の基板と前記第2の絶縁層との間に設けられ、
    前記第1の絶縁層又は前記第2の絶縁層の少なくとも一方は圧縮応力が生じており、
    前記第1の接着層又は前記第2の接着層の少なくとも一方のガラス転移温度は、60℃以上であり、
    前記第1の基板又は前記第2の基板の少なくとも一方の線膨張係数は、60ppm/K以下であり、
    前記発光素子からの光は前記第2の基板側から取り出されることを特徴とする発光装置。
  2. 請求項1において、
    前記第1の絶縁層又は前記第2の絶縁層の少なくとも一方は、酸化窒化シリコン膜及び窒化シリコン膜を有し、
    前記酸化窒化シリコン膜及び前記窒化シリコン膜は互いに接することを特徴とする発光装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の発光装置と、
    アンテナ、バッテリ、筐体、スピーカ、マイク、又は操作ボタンと、を有することを特徴とする電子機器。
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