KR101367858B1 - 전자 디바이스, 유기 일렉트로루미네선스 장치, 유기 박막반도체 장치 - Google Patents

Abstract

[과제] 유기 재료 등의 비교적 가스 투과성이 높은 재료로 밀봉 구조를 구성했을 경우에도 충분한 신뢰성을 확보할 수 있는 전자 디바이스를 제공한다.

[해결 수단] 본 발명의 전자 디바이스(유기 EL 장치(1))는, 기판(2)과, 기판(2) 위에 형성된 유기 재료층을 포함하는 기능 소자(유기 EL 소자(3))와, 기판의 기능 소자가 형성된 측, 또는 기능 소자가 형성된 측과 반대측에 설치되는 동시에, 고체 전해질층(5)과 이것을 협지하는 한 쌍의 전극(6,7)을 가져서 구성되어, 물을 전기분해할 수 있는 전기분해 소자(4)와, 기능 소자와 전기분해 소자를 밀봉하는 밀봉 부재(밀봉층(8))를 구비하고 있다.

유기 EL 장치, 유리 기판, 유기 EL 소자, 전기분해 소자, 고체 전해질층, 음극, 양극, 전기영동 표시 장치, 유기 TFT 지지 기판, 산화물 TFT 지지 기판

Description

전자 디바이스, 유기 일렉트로루미네선스 장치, 유기 박막 반도체 장치{ELECTRONIC DEVICE, ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE, AND ORGANIC THIN FILM SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은, 전자 디바이스, 유기 일렉트로루미네선스 장치, 유기 박막 반도체 장치에 관한 것으로서, 특히, 유기 반도체 소자, 산화물 반도체 소자, 유기 일렉트로루미네선스 소자 등을 구비한 전자 디바이스의 밀봉 기술에 관한 것이다.

최근, 휴대 전화, PDA 등의 휴대 기기나 퍼스널 컴퓨터 등의 표시부에, 유기 일렉트로루미네선스(Electro-Luminescence, 이하, 간단히 EL이라고도 한다) 표시 장치, 전기영동 표시 장치 등의 박형 디스플레이를 사용한 것이 개발되고 있다. 유기 EL 표시 장치는, EL층(발광층)을 갖는 다수의 발광 소자를 기판면 내에 구비하고 있어, 각 발광 소자를 독립적으로 구동 제어함으로써 원하는 표시를 행하고 있다. 또한, 유기 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하, TFT로 약기한다)를 구비한 액티브 매트릭스 기판과, 예를 들면, 전기영동 소자를 조합시킴으로써 전기영동 표시 장치를 구성하는 것도 검토되고 있다. 이렇게, 유기 EL 소자나 유기 TFT는 디스플레이용의 디바이스로서 기대되고 있으며, 특히, 유기 재료를 사용 한 디바이스는 비교적 저온에서 제작할 수 있으므로 플라스틱 기판을 사용할 수 있고, 플렉시블 소자로서의 가능성이 기대되고 있다.

그런데, 이러한 유기 디바이스는 신뢰성이 큰 문제였다. 예를 들면, 유기 EL 표시 장치의 경우, 상술의 발광부가 산소나 수분에 의해 열화함이 잘 알려져 있어, 산소나 수분의 침입을 막는 고(高)기밀성의 밀봉 구조가 필요했다. 또한, 산소나 수분의 외부로부터의 침입을 방지할 뿐만 아니라, 소자 내부에 게터제(getter agent)(건조제, 산소 흡착제 등)를 봉입하여, 미량 침입해 오는 산소나 수분을 포획할 필요가 있었다. 즉, 밀봉 구조만으로는 신뢰성의 향상이 불충분해서, 침입해 온 유해 성분을 포획하는 수단이 없으면, 밀봉 구조를 설치한 효과가 오래 계속되지 않는다. 예를 들면, 밀봉 기판에 의해 밀폐된 공간의 내부에 게터제를 배치한 유기 EL 표시 장치의 예가 하기의 특허문헌 1, 2에 개시되어 있다.

또한, 유기 TFT의 경우도, 진공 중이나 불활성 가스 분위기 중에서는 안정하게 동작해도, 산소나 수분을 포함한 대기에 노출되면 특성이 열화할 경우가 있었다. 그 때문에, 유기 EL 표시 장치와 마찬가지로 밀봉 구조와 유해 성분의 포획 수단이 필요하게 되었다.

[특허문헌 1] 일본 특개 2000-208252호 공보

[특허문헌 2] 특허 제 2686169호 공보

상기한 바와 같이, 유기 EL 소자나 유기 TFT는 저온에서 제작 가능하다는 특 징을 살려, 플렉시블 소자를 제작하는데 적합하다. 그러나, 여기에서도 역시 신뢰성이 문제가 된다. 즉, 디바이스 측의 기판으로서 유리 기판을 사용하면, 밀봉 구조(밀봉용 기판)의 재료로서도 유리나 금속을 사용할 수 있다. 이 경우에는, 고 기밀성의 밀봉 구조를 실현함이 가능하다. 한편, 디바이스 측의 기판으로서 플라스틱 기판을 사용하는 경우, 밀봉 구조의 재료로 유리나 금속을 사용한 것은 플렉시블 소자를 실현할 수 없고, 플라스틱 기판을 사용한 의미가 없어져 버린다. 따라서, 이 경우에는 필연적으로 밀봉 구조 측에도 플라스틱을 사용하게 되지만, 플라스틱을 사용하면 고 기밀성의 밀봉 구조를 실현함이 매우 곤란하다. 구체적으로는, 수지 피막이나 무기 박막이나 이들의 다층 구조로 유기 디바이스를 밀봉함이 제안되어 있지만, 이들 재료의 가스 투과성은 유리나 금속의 그것과 비교하여 매우 크고, 밀봉이 불충분하다. 또한, 예를 들어, 게터제 등의 포획 수단을 설치해도, 비교적 단시간에 포획 한계에 달해서, 실용화가 곤란했다.

본 발명의 일 태양은, 상기의 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 예를 들면, 유기 재료 등의 비교적 가스 투과성이 높은 재료로 밀봉 구조를 구성한 경우에도 충분한 신뢰성을 확보할 수 있는 전자 디바이스, 유기 일렉트로루미네선스 장치, 유기 박막 반도체 장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전자 디바이스는, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 기능 소자와, 상기 기판의 상기 기능 소자가 형성된 측, 또는 상기 기능 소자가 형성된 측과 반대측에 설치되는 동시에, 고체 전해질층과 상 기 고체 전해질층을 협지하는 한 쌍의 전극을 가져서 구성되어, 물을 전기분해할 수 있는 전기분해 소자와, 상기 기능 소자와 상기 전기분해 소자를 밀봉하는 밀봉 부재를 구비한 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 기능 소자로서 유기 재료층을 포함하는 것을 사용할 수 있다. 또는, 상기 기능 소자가 산화물 반도체층을 포함하는 것을 사용할 수 있다.

본원 발명자는, 분위기를 제어한 다음 각종 기능 소자의 특성 변화를 측정한 결과, 대기 중에 포함되는 가스 성분 중, 가장 문제가 되는 가스가 물(수분)인 것을 알아냈다. 당초, 수분과 마찬가지로 산소의 영향도 크다고 생각했지만, 실제로는 수분을 포함하는 분위기 중에 소자를 노출하면, 특성의 열화가 현저함을 알았다. 한편, 소자 구조나 구성 재료에 따라서는, 산소 중에서 전혀 열화하지 않는 것도 있었다. 그래서, 본원 발명자는, 분위기 중의 수분을 가장 유해한 것으로 생각하여, 디바이스의 내부에 침입한 물을 전기분해에 의해 산소와 수소로 변하게 하는 구성의 발명에 이르렀다.

본 발명의 전자 디바이스의 구성에 의하면, 고체 전해질층과 한 쌍의 전극으로 이루어지는 전기분해 소자가 밀봉 부재의 내부에 봉입되어 있으므로, 예를 들어, 밀봉 부재의 내부에 물이 침입해 오더라도, 전기분해 소자에 의해 물이 분해되어, 산소와 수소로 변환된다. 이 작용에 의해, 전기분해 소자의 근방에 위치하는 기능 소자의 수분에 의한 특성 열화를 억제할 수 있어, 신뢰성이 뛰어난 전자 디바이스를 실현할 수 있다.

또한, 기능 소자와 전기분해 소자가 기판의 한 면 측에 적층되어 있는 구성 을 채용할 수 있다.

기능 소자와 전기분해 소자는, 예를 들면, 기판의 한 면 측에 나란히 설치되어 있어도 좋지만, 기능 소자와 전기분해 소자를 적층한 구성이면, 신뢰성을 향상시키면서, 유기 전자 디바이스의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 상기의 구성에 있어서는, 전기분해 소자를 구성하는 한 쌍의 전극 중, 음극이 기능 소자 측을 향해서 배치되고, 양극이 기능 소자와 반대측을 향해서 배치됨이 바람직하다.

물의 전기분해에 있어서, 음극에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.

2H⁺ + 2e^- → H₂

한편, 양극에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.

4OH^- → 2H₂O + O₂ + 4e^-

수소 가스는 기능 소자에 유해하지 않지만, 산소 가스는 수분만큼은 아니지만, 기능 소자를 열화시키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 음극을 기능 소자 측을 향하고, 양극을 기능 소자와 반대측을 향해서 배치하면, 산소에 의한 기능 소자의 특성 열화를 억제할 수 있다.

또한, 상기의 구성에 있어서는, 양극이 가스 투과 구멍을 갖고 있음이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 고체 전해질층과 양극의 계면에서 발생한 산소가 가스 투과 구멍을 통과해서 서서히 외부로 방출되므로, 산소가 일정 농도 이상으로 되지 않고, 산소에 의한 소자 특성 열화의 억제 효과를 지속시킬 수 있다.

또한, 기판과 밀봉 부재가 함께 수지 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

일반적으로, 수지 재료는 어느 정도의 가스 투과성을 갖고 있기 때문에, 특히 밀봉 부재가 수지 재료로 구성된 경우, 밀봉 부재의 내부에 대기가 침입하게 된다. 그런데, 본 발명의 구성에서는 밀봉 부재의 내부에 전기분해 소자가 구비되어 있으므로, 상기한 바와 같이, 수분에 의한 기능 소자의 특성 열화를 억제할 수 있다. 게다가, 기판과 밀봉 부재를 함께 수지 재료로 구성한 경우, 플렉시블 전자 디바이스를 실현할 수 있고, 예를 들면, 휴대 기기 등에의 적용에 적합한 것이 된다.

또한, 상기 고체 전해질층이 고분자 전해질 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

고분자 전해질 재료로는, 예를 들면, 이온 교환 수지 등을 사용할 수 있고, 용이하게 입수할 수 있으며, 저비용으로 실현할 수 있다.

특히, 고분자 전해질 재료가 설폰산기를 포함하는 것이면, 분극이 커지므로 전기분해 능력이 향상되고, 또한 고분자 전해질 재료를 구성하는 적어도 일부의 수소가 불소로 치환되어 있는 경우, 더 큰 분극과 발수성을 얻을 수 있다.

또한, 상기 전기분해 소자를 구성하는 전극의 재료가 플래티나 또는 팔라듐을 포함하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 전극 재료로서의 플래티나 또는 팔라듐은 촉매 작용도 갖 기 때문에, 상기의 전기분해 반응이 더 효과적으로 진행하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 유기 EL 장치는, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 유기 재료층을 포함하는 유기 EL 소자와, 상기 기판의 상기 유기 EL 소자가 형성된 측, 또는 상기 유기 EL 소자가 형성된 측과 반대측에 설치되는 동시에, 고체 전해질층과 상기 고체 전해질층을 협지하는 한 쌍의 전극을 가져서 구성되어, 물을 전기분해할 수 있는 전기분해 소자와, 상기 유기 EL 소자와 상기 전기분해 소자를 밀봉하는 밀봉 부재를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유기 EL 장치의 구성에 의하면, 고체 전해질층과 한 쌍의 전극으로 이루어지는 전기분해 소자가 밀봉 부재의 내부에 봉입되어 있으므로, 예를 들어, 밀봉 부재의 내부에 물이 침입해 오더라도, 전기분해 소자에 의해 물이 분해되어, 산소와 수소로 변환된다. 이 작용에 의해, 전기분해 소자의 근방에 위치하는 유기 EL 소자의 수분에 의한 특성 열화를 억제할 수 있어, 신뢰성이 뛰어난 유기 EL 장치를 실현할 수 있다.

또한, 유기 EL 소자가 발광층을 끼워서 대치하는 투명 전극과 반사 전극을 갖고, 유기 EL 소자의 반사 전극이 설치된 측에 전기분해 소자가 적층된 구성으로 하는 것이 바람직하다.

유기 EL 소자의 반사 전극이 설치된 측에 전기분해 소자가 적층된 경우, 유기 EL 소자의 광이 사출되는 측과 반대 측에 전기분해 소자가 위치하게 된다. 그 경우, 전기분해 소자는 광 투과성을 가질 필요가 없으므로, 전기분해 소자의 구성 재료의 선택의 자유도가 올라가고, 전기분해 소자를 제작하기 쉬워진다.

또한, 본 발명에 따른 유기 박막 반도체 장치는, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 유기 재료층을 포함하는 유기 TFT와, 상기 기판의 상기 유기 TFT가 형성된 측, 또는 상기 유기 TFT가 형성된 측과 반대측에 설치되는 동시에, 고체 전해질층과 상기 고체 전해질층을 협지하는 한 쌍의 전극을 가져서 구성되어, 물을 전기분해할 수 있는 전기분해 소자와, 상기 유기 TFT와 상기 전기분해 소자를 밀봉하는 밀봉 부재를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유기 박막 반도체 장치의 구성에 의하면, 고체 전해질층과 한 쌍의 전극으로 이루어지는 전기분해 소자가 밀봉 부재의 내부에 봉입되어 있으므로, 예를 들어, 밀봉 부재의 내부에 물이 침입해 오더라도, 전기분해 소자에 의해 물이 분해되어, 산소와 수소로 변환된다. 이 작용에 의해, 전기분해 소자의 근방에 위치하는 유기 TFT의 수분에 의한 특성 열화를 억제할 수 있어, 신뢰성이 뛰어난 유기 박막 반도체 장치를 실현할 수 있다.

또한, 기판의 유기 TFT가 설치된 측과 반대측의 면에 전기분해 소자가 배치된 구성으로 하는 것이 바람직하다.

유기 TFT의 경우에는, 기판 위에 소스, 드레인, 게이트 등을 만들어 넣는 관계로 기판 위에 단차가 생기게 된다. 따라서, 유기 TFT가 설치된 측과 반대측의 기판면 쪽이, 전기분해 소자를 제작하기 쉬워진다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

[제 1 실시 형태]

이하, 본 발명의 제 1 실시 형태를 도 1, 도 2를 참조해서 설명한다.

본 실시 형태의 유기 전자 디바이스는, 기능 소자로서의 유기 EL 소자 위에 전기분해 소자를 적층한 유기 EL 장치의 예이다.

도 1은, 본 실시 형태의 유기 EL 장치의 단면도, 도 2는 유기 EL 기판의 상세한 구성을 나타내는 확대 단면도이다. 또한, 이하의 모든 도면에 있어서는, 각 구성 요소를 보기 쉽게 하기 위해서, 구성 요소마다 치수나 막 두께의 축척을 다르게 하고 있다.

본 실시 형태의 유기 EL 장치(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(2)의 한 면에 유기 EL 소자(3)가 형성되고, 유기 EL 소자(3) 위에 전기분해 소자(4)가 적층되어 있다. 전기분해 소자(4)는, 고체 전해질층(5)과 이것을 협지하는 음극(6), 양극(7)으로 구성되어 있고, 음극(6)을 유기 EL 소자(3) 측에, 양극(7)을 유기 EL 소자(3) 반대측을 향해서 배치되어 있다. 그리고, 이들 유기 EL 소자(3)와 전기분해 소자(4)가, 유리 기판(2)의 한 면 측에 형성된 밀봉층(8)(밀봉 부재)에 의해 일체로 밀봉되어 있다.

유기 EL 소자(3)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(2) 위에 화소 전극(9)(양극), 정공 주입층(10), 발광층(11), 전자 수송층(12), 공통 전극(13)(음극)이 적층된 구성이다. 정공 주입층(10), 발광층(11), 전자 수송층(12)은 유기물 재료에 의해 형성되고, 이들 유기물 층에 의해 유기 기능층(14)이 구성되어 있다. 즉, 유기 기능층(14)은 화소 전극(9)과 공통 전극(13)의 사이에 협지되어 있고, 이들 화소 전극(9), 유기 기능층(14), 공통 전극(13)에 의해 유기 EL 소자(3)가 구성 되어 있다. 본 구성에 있어서, 화소 전극(9)과 공통 전극(13)의 사이에 전압을 인가하면, 공통 전극(13)으로부터 주입된 전자와 화소 전극(9)로부터 주입된 정공이 발광층(11) 중에서 재결합하고, 재결합시 방출된 에너지가 형광이나 인광이라는 형으로 방출된다. 유기 EL 소자(3)로부터 방출된 광(L)은, 유리 기판(2)으로부터 외부로 사출된다 (보텀 에미션 방식). 따라서, 본 실시 형태에서는 공통 전극(13)이 반사 전극으로 기능하고, 등방적으로 방출된 광이 유리 기판(2) 측을 향해 사출된다.

화소 전극(9)은, 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, 이하, ITO로 약기)로 형성되어 있다. 여기에서는, 도시를 생략하지만, 화소 전극(9)은 TFT를 거쳐서 액티브 매트릭스 회로에 의해 구동된다. 또한, 정공 주입층(10)은, 아릴아민 유도체, 프탈로시아닌 유도체, 폴리아닐린 유도체 + 유기산, 폴리티오펜 유도체 + 폴리머 산 등의 유기 재료로 형성되어 있다. 특히, 폴리에틸렌디옥시티오펜과 폴리스티렌술폰산과의 혼합물(PEDOT/PSS)이 적합하다.

발광층(11)은, 에폭시기 등의 가교성 관능기를 갖는 발광 재료를 포함해서 구성되어 있다. 이러한 발광 재료로서는, 형광 발광이나 인광 발광이 가능한 공지의 고분자 발광 재료인 폴리플루오렌 유도체(PF, 예를 들면, F8BT), 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체(PPV), 폴리페닐렌 유도체(PP), 폴리파라페닐렌 유도체(PPP), 폴리비닐카바졸(PVK), 폴리티오펜 유도체나, 폴리메틸페닐실란(PMPS) 등의 폴리실란계 등의 고분자 유기 재료를 적합하게 사용할 수 있다.

전자 수송층(12)의 재료로서는, 폴리플루오렌 유도체, 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체, 폴리파라페닐렌 유도체, 폴리비닐카바졸, 폴리티오펜 유도체, 폴리메틸페닐실란 등의 폴리실란계 등의 고분자 유기 재료가 적합하게 사용된다. 이들 정공 주입층(10), 발광층(11), 전자 수송층(12)의 각 층은, 상기의 재료를 스핀 코팅법, 잉크젯법 등의 습식법으로 도포함으로써 형성할 수 있다. 또한, 공통 전극(13)은, 예를 들면, 마그네슘-금 합금(몰비로 Mg:Au = 1:2)의 박막으로 형성되어 있다.

한편, 전기분해 소자(4)의 음극(6)은, 증착법 등에 의해 형성된 플래티나 박막으로 구성되어 있다.

고체 전해질층(5)의 재료에는, 나피온(등록상표, 듀퐁사제)을 사용할 수 있고, 예를 들면, 나피온의 분산액을 스핀 코팅법에 의해 도포해서 형성할 수 있다. 나피온은, 퍼플루오로설폰산(Perfluorosulfonic Acid)/PTFE 공중합체이며, 일반적으로 하기의 화학식[화학식 1]으로 표시되는 물질이다. 설폰산기를 포함하는 동시에, 고분자 폴리머를 구성하는 수소가 불소로 치환되어 있다. 나피온과 같은 퍼플루오로 폴리머가 화학적 안정성이 높다. 하이드로퍼옥시라디칼 생성에 따르는 수소의 인발이 일어나기 어렵기 때문에, 안정화한다고 여겨지고 있다.

또는, 나피온 이외의 유기 재료로서, 폴리(비스(4-설포페녹시)포스파젠) (하기의 [화학식 2]), 폴리[(염화비닐-코-(1-메틸-4-비닐피페라진)) (하기의 [화학식 3]), 폴리(2-비닐피리딘-코-스티렌), 광산란에 의한 중량 평균 분자량(Mw) 220,000, 수 평균 분자량(Mn) 130,000, 입상 (하기의 [화학식 4]) 등을 사용할 수도 있다. 또는, 이온 교환 수지로서 이용되고 있는 폴리스티렌술폰산을 사용할 수 있다. 퍼플루오로폴리머보다 안정성은 뒤떨어지지만, 미량의 침입 수분의 전기분해에는, 안정성이 뒤떨어지는 탄화수소계의 수지라도 가능하다.

또한, 무기 재료로서는, 요오드화은, Li₂Ti₃O₇, β-알루미나, RbAg₄I₅, 인텅스텐산 등을 사용할 수 있다.

또한, 전기분해 소자(4)의 양극(7)은, 음극(6)과 마찬가지로, 증착법 등에 의해 형성된 플래티나 박막으로 구성되어 있다. 또한, 양극(7)에는, 산소 가스가 통과할 수 있는 정도의 구멍이나 홈(가스 투과 구멍)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 그 의미에서는, 예를 들면, 다공질 재료인 도전성 그래파이트 시트 등을 사용할 수도 있다. 또한, 밀봉층(8)에는 에폭시 수지가 사용되어 있다. 또는, 폴리3불화에틸렌 등으로 이루어진 필름을 유리 기판(2) 위에 라미네이트 함으로써 밀봉층(8)으로 할 수도 있다. 본 실시 형태에서는, 전기분해 소자(4)의 음극(6), 양극(7)이 모두 플래티나로 형성되어 있기 때문에, 플래티나의 촉매 작용에 의해 전기분해 반응을 더욱 효과적으로 진행시킬 수 있다. 도전성 그래파이트 시트를 사용하는 경우에는, 플래티나 미립자를 그래파이트 표면상에 담지함으로써, 전극의 비용을 억제하고, 가스 투과성을 높이면서, 효과적인 전기분해 반응을 얻는 것이 가능하다.

상기 구성의 유기 EL 장치(1)를 사용할 때, 전기분해 소자(4)의 음극(6) - 양극(7) 사이에 1.2V 이상, 50V 이하(바람직하게는, 10V 이하, 적어도 1.2V 이상이 아니면 전기분해가 시작되지 않는다)의 전압을 인가해 둔다. 이 때, 밀봉층(8)의 내부에 수분이 침입하여, 고체 전해질층(5)에 흡수되면, 수분이 H⁺(H₃O⁺), OH^_로 각각 이온화한다. 그리고, H⁺(H₃O^_) 이온은 음극(6) 측으로, OH^_ 이온은 양극(7) 측으로 각각 확산하여, 각 전극상에서 각각 수소 가스와 산소 가스가 된다. 이들 가스는 서서히 장치 외부로 방출되어, 일정 농도 이상은 되지 않는다.

본 실시 형태의 유기 EL 장치(1)에서는, 전기분해 소자(4)가 유기 EL 소 자(3)와 함께 밀봉층(8)의 내부에 봉입되어 있으므로, 예를 들어, 밀봉층(8)의 내부에 물이 침입해 오더라도, 전기분해 소자(4)에 의해 수분이 분해되어, 산소 가스와 수소 가스로 변환된다. 이 작용에 의해, 장치 내부의 수분 농도가 낮게 억제되어, 유기 EL 소자(3)의 수분에 의한 특성 열화를 방지할 수 있기 때문에, 신뢰성이 뛰어난 유기 EL 장치를 실현할 수 있다. 특히, 전기분해 소자(4)의 음극(6) - 양극(7) 사이에 항상 전압을 인가해 두면, 장치 내부의 수분 농도를 항상 낮게 억제할 수 있다. 또는, 간헐적으로 전압을 인가하는 것만으로도, 밀봉층(8)의 수분 투과성이 충분히 낮으면, 수분 농도를 장시간 낮은 상태로 제어할 수 있다. 일반적으로, 유기 EL 장치는 통전시에 수분이 존재하면, 특히 열화가 가속된다. 이 관점에서는, 적어도 소자의 동작시에는 전기분해 소자(4)의 전극(6,7) 사이에 전압을 인가해 두는 편이 좋다.

본 실시 형태의 경우, 유기 EL 소자(3)와 전기분해 소자(4)가 유리 기판(2)의 한 면 측에 적층되어 있기 때문에, 높은 신뢰성을 유지하면서, 유기 전자 디바이스의 소형화를 도모할 수 있다. 이 때, 전기분해 소자(4)의 음극(6)이 유기 EL 소자(3) 측을 향하고, 양극(7)이 반대측을 향해서 배치되어 있기 때문에, 양극(7)에서 발생하는 산소에 의해 유기 EL 소자(3)의 특성 열화를 억제할 수도 있다. 따라서, 양극(7)이 가스 투과 구멍을 갖고 있어, 높은 산소 투과성을 갖는 것이 바람직하다.

[제 2 실시 형태]

이하, 본 발명의 제 2 실시 형태에 대해서 도 3을 사용하여 설명한다.

본 실시 형태의 유기 전자 디바이스는, 기능 소자로서의 유기 EL 소자와 전기분해 소자를 기판 위에 나란히 설치한 유기 EL 장치의 예이다.

도 3은 본 실시 형태의 유기 EL 장치의 단면도이다. 또한, 도 3에 있어서 도 1과 공통되는 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 유기 EL 장치(21)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(2)의 한 면에 유기 EL 소자(3)가 형성되고, 유기 EL 소자(3)에 인접해서 전기분해 소자(4)가 형성되어 있다. 전기분해 소자(4)의 음극(6)이 유리 기판(2) 측에, 양극(7)이 유리 기판(2)과 반대측을 향해서 배치되어 있다. 그리고, 이들 유기 EL 소자(3)와 전기분해 소자(4)가, 유리 기판(2)의 한 면 측에 형성된 밀봉층(8)에 의해 일체로 밀봉되어 있다.

유기 EL 소자(21)의 내부 구성은 제 1 실시 형태와 공통이고, 상세한 설명은 생략하지만, 구성 재료가 약간 다르다. 도 2에 나타내는 정공 주입층(10)으로서, NPB 박막이 증착법에 의해 형성되어 있다. 또한, 정공 주입층(10) 상의 발광층(11)으로서, Alq3(알루미늄 킬레이트 착체) 박막이 증착법에 의해 형성되어 있다. 또한, 전기분해 소자(4)는, 음극(6), 고체 전해질층(5), 양극(7)을 순차적으로 적층해 가는 제 1 실시 형태의 구성 대신에, 나피온 115 시트의 양면에 미리 플래티나 박막을 증착해서 각각 음극(6), 양극(7)으로 한 시트를 유리 기판(2) 위에 배치한다. 그리고, 폴리3불화에틸렌 등으로 이루어지는 필름을 유리 기판(2) 위에 라미네이트 함으로써 이것을 밀봉층(8)으로 한다.

본 실시 형태의 유기 EL 장치(21)에 있어서도, 수분에 의한 유기 EL 소자(3) 의 특성 열화를 방지할 수 있기 때문에, 신뢰성이 뛰어난 유기 EL 장치를 실현할 수 있다는 제 1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

[제 3 실시 형태]

이하, 본 발명의 제 3 실시 형태에 대해서 도 4 ~ 도 6을 사용하여 설명한다.

본 실시 형태의 유기 전자 디바이스는, 기능 소자로서의 유기 TFT 및 이것에 의해 구동되는 전기영동 소자와 전기분해 소자를 각각 기판의 반대측 면에 형성한 전기영동 표시 장치의 예이다.

도 4는 본 실시 형태의 전기영동 표시 장치의 단면도, 도 5는 유기 TFT의 부분만을 나타내는 단면도, 도 6은 본 실시 형태의 전기영동 표시 장치의 변형예의 단면도이다. 또한, 도 4 ~ 도 6에 있어서 도 1과 공통되는 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 전기영동 표시 장치(31)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등, 주지의 플라스틱 기판으로 이루어지는 유기 TFT 지지 기판(32)의 한 면에 유기 TFT를 구비한 액티브 매트릭스 회로(33)가 형성되고, 그 위에 액티브 매트릭스 회로(33)에 의해 구동되는 전기영동 소자(34)가 설치되어 있다. 전기영동 소자(34)는, 예를 들면, 상기와 같은 플라스틱 기판으로 이루어지는 표시 소자 기판(35) 위에, 전기영동 입자가 봉입된 다수의 마이크로캡슐(36)이 배치된 것이다. 그리고, 전기영동 소자(34)의 마이크로캡슐(36)이 설치된 측이 액티브 매트릭스 회로(33) 위에 붙여진 형태로 되어 있다. 한편, 유 기 TFT 지지 기판(32)의 반대측 면에는 전기분해 소자(4)가 설치되어 있고, 전체가 밀봉층(8)에 의해 밀봉되어 있다.

유기 TFT(38)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 주로 습식 성막법을 이용하여 형성되는 스위칭 소자이며, 유기 TFT 지지 기판(32) 측으로부터 소스 전극 및 드레인 전극(39), 유기 반도체층(40), 절연층(41), 게이트 전극(42)이 적층 형성된, 소위 톱 게이트 구조의 트랜지스터이다. 또한, 유기 TFT(38)에 대응해서 화소 전극(도시되지 않음)이 설치되고, 화소 전극은 컨택트 홀(도시되지 않음)을 거쳐서 유기 TFT(38)의 드레인 전극(39)과 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 톱 게이트 구조에 관하여 설명하지만, 그 구조에 한정되는 것이 아니고, 보텀 게이트 구조이어도 좋다.

보다 구체적으로는, 유기 TFT 지지 기판(32) 위에, 크롬, 티탄 등의 밀착층(도시되지 않음)이 형성된 후, 금 박막이 포토리소그래피법에 의해 패터닝되고, 소스 전극 및 드레인 전극(39)이 형성되어 있다. 그리고, 채널부를 덮도록, 예를 들면, F8T2(Fluorene/Bithiophene copolymer) 등의 재료로 이루어지는 유기 반도체층(40)이 잉크젯법에 의해 형성되어 있다. 그리고, 유기 반도체층(40)을 덮도록 폴리스티렌(PS), 폴리메타크릴산메틸(PMMA) 등으로 이루어지는 절연층(41)이 잉크젯법, 또는 스핀 코팅법에 의해 성막한 위에, 잉크젯법에 의해 Ag 콜로이드 액이 인쇄되어, 게이트 전극(42)이 형성되어 있다. 또한, 전면에, 예를 들면, PVA 등의 수용성 폴리머 막이 스핀 코팅법에 의해 성막됨으로써, 보호층(43)이 형성되어 있다. 이와 같이 하여 형성된 액티브 매트릭스 회로(33) 위에, 별도 제작된 전기영 동 소자(34)가 마이크로캡슐(36) 측을 액티브 매트릭스 회로(33) 측을 향해서 붙여져 있다.

한편, 나피온 115 시트로 이루어지는 고체 전해질층(5)의 양면에 플래티나 박막을 증착해서, 각각 음극(6), 양극(7)으로 한 전기분해 소자(4)를 별도 제작해 둔다. 그리고, 이 전기분해 소자(4)를 유기 TFT 지지 기판(32)의 액티브 매트릭스 회로(33) 측과 반대측의 면에 포개고, 이것들을 폴리3불화에틸렌 등으로 이루어지는 필름에 끼워 넣어 라미네이트 밀봉함으로써 밀봉층(8)이 형성되어 있다.

본 실시 형태의 전기영동 표시 장치(31)에서도, 수분에 의한 유기 TFT(38)의 특성 열화를 방지할 수 있기 때문에, 신뢰성이 뛰어난 전기영동 표시 장치를 실현할 수 있다는 제 1, 제 2 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 유기 TFT(38)도 유기 EL 장치와 마찬가지로 통전시에 수분이 존재하면 열화가 가속되기 때문에, 적어도 유기 TFT(38)의 동작시에는 전기분해 소자(4)의 전극(6,7) 사이에 전압을 인가해 두는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태의 경우, 유기 TFT 지지 기판(32), 표시 소자 기판(35), 밀봉층(8) 모두에 플라스틱 재료가 사용되어 있으므로, 간이한 밀봉 구조이면서 신뢰성이 높고, 유연한 표시 장치를 실현할 수 있다.

또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전기분해 소자(4)를 전기분해 소자 지지 기판(45) 위에 형성하고, 이것과 유기 TFT 지지 기판(32)을 서로 붙이는 구성으로 하여도 좋다.

유기 반도체로서 F8T2 외에, 알려져 있는 유기 반도체를 널리 사용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 나프탈렌, 안트라센, 테트라센, 펜타센, 헥사센, 프탈로시 아닌, 페릴렌, 히드라존, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 스틸벤, 아릴비닐, 피라졸린, 트리페닐아민, 트리아릴아민, 프탈로시아닌 또는 이들의 유도체와 같은 저분자의 유기 반도체 재료나, 폴리-N-비닐카바졸, 폴리비닐피렌, 폴리비닐안트라센, 폴리티오펜, 폴리헥실티오펜, 폴리(p-페닐렌비닐렌), 폴리티닐렌비닐렌, 폴리아릴아민, 피렌-포름알데히드 수지, 에틸카바졸-포름알데히드 수지, 플루오렌-비티오펜 공중합체, 플루오렌-아릴아민 공중합체 또는 이들의 유도체와 같은 고분자의 유기 반도체 재료를 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 조합시켜서 사용할 수 있다. 또는, 티오펜, 트리페닐아민, 나프탈렌, 페릴렌, 플루오렌 등을 포함하는 올리고머를 사용할 수 있다.

이들 유기 반도체 중에서도 p형의 채널층으로서 기능하는 유기 반도체를 사용하는 것이 특히 유효하다. p형의 유기 반도체 쪽이, n형의 유기 반도체와 비교하여 산소에 대해 안정하다. 따라서, 본 발명의 전기분해 소자(4)가, 발생하는 산소의 영향을 받기 어렵기 때문에, 전기분해 소자(4)에 의해 물이 제거되는 효과가 유효적으로 작용한다. 즉, p형의 유기 반도체는 물의 영향은 받지만, 산소의 영향은 작기 때문에, 소자 내로 침입해 오는 대기로부터 물을 제거하기만 하면, 신뢰성이 높은 소자를 실현함이 가능하다. p형의 유기 반도체 중에서도, 이온화 포텐셜이 4.7eV 이상인 유기 반도체가 산소의 영향을 받기 어렵기 때문에, 본 발명의 유기 반도체로서 유효하다.

또한, 본 실시 형태에서는 게이트 전극을 Ag 콜로이드 액을 인쇄함으로써 형성했다. 인쇄된 Ag 콜로이드는 저온에서 소성함으로써 (예를 들면, 120℃ 이하에 서) 높은 도전성을 얻는 것이 가능하다. 플라스틱 위에 도전성이 높은 전극을 형성하기 위해서 Ag 콜로이드는 극히 유용한 재료이다. 한편, Ag는 물의 존재하에서 용이하게 이온화하여, 전압이 인가되어 있으면 Ag 이온이 마이그레이션 해서 전극간 단락의 원인이 된다. 그 때문에, 본 발명의 구성에서 소자 내부의 물을 제거함으로써, 플라스틱상에서도 신뢰성이 높은 전극·배선을 형성함이 가능하다. 따라서, 은을 포함하는 콜로이드를 인쇄해서 형성된 전극·배선 또는 그것들을 포함하는 박막 트랜지스터를 본 발명에 사용하는 것은 특히 유효하다.

[제 4 실시 형태]

이하, 본 발명의 제 4 실시 형태에 대해서 도 7을 사용하여 설명한다.

본 실시 형태의 전자 디바이스는, 전기영동 소자와 전기분해 소자를 동일 기판 위에 적층한 전기영동 표시 장치의 예이다.

도 7은 본 실시 형태의 전기영동 표시 장치의 단면도이다. 또한, 도 7에 있어서 도 4, 도 6과 공통되는 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 전기영동 표시 장치(51)은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등, 주지의 플라스틱 기판으로 이루어지는 산화물 박막 트랜지스터(산화물 TFT) 지지 기판(53)의 한 면에 전기분해 소자(4)가 설치되고, 전기분해 소자(4) 위에 산화물 TFT를 구비한 액티브 매트릭스 회로(54)가 형성되며, 그 위에 전기영동 소자(34)가 설치되어 있다. 전기영동 소자(34)는, 표시 소자 기판(35) 위에 전기영동 입자가 봉입된 마이크로캡슐(36)이 배치된 것이 며, 마이크로캡슐(36)이 설치된 측이 액티브 매트릭스 회로(54) 위에 붙여진 형태가 되어 있다.

산화물 TFT 지지 기판(53) 위에, 플래티나 박막이 증착되어서 양극(7)이 형성되고, 나피온 분산액이 스핀 코팅법에 의해 도포되어서 고체 전해질층(5)이 형성되며, 재차 플래티나 박막이 증착되어서 음극(6)이 형성되어 있다. 그 위에, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지 등의 절연체 폴리머가 스핀 코팅법에 의해 도포되고, 경화에 의해 불용화되어서 하지층(52)이 형성되어 있다. 그 하지층(52) 위에 산화물 TFT가 형성됨으로써 액티브 매트릭스 회로(54)가 제작되고, 전기영동 소자(34)가 마이크로캡슐(36) 측을 액티브 매트릭스 회로(54) 측을 향해서 붙여져 있다. 산화물 TFT를 형성하는 이후의 공정은 주지이기 때문에, 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 전기영동 표시 장치(51)에서도, 수분에 의한 산화물 TFT의 특성 열화를 방지할 수 있기 때문에, 신뢰성이 뛰어난 전기영동 표시 장치를 실현할 수 있다는 제 3 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 특히, 본 실시 형태의 경우, 전기분해 소자(4) 위에 산화물 TFT를 갖는 액티브 매트릭스 회로(54)가 직접 적층되어 있기 때문에, 수분에 의한 특성 열화 방지 효과를 높일 수 있다. 이것은, 산화물 반도체가 일반적으로 흡습성이 크고, 수분의 영향을 받기 쉽기 때문이다. 그 이름과 같이, 산소의 영향은 받기 어렵기 때문에, 본 발명이 특히 유효하다.

산화물 반도체로서는, ZnO, NiO, SnO₂, TiO₂, In₂O₅, V₂O₅, SrTiO₃, WO₂, 아모 퍼스 In-Ga-Zn-O(a-IGZO), 아모퍼스 Cd-Ge-O, 아모퍼스 Cd-Pb-O를, 증착법, 스퍼터링법, 졸겔법 등으로 박막화함으로써 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경을 가하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서 기능 소자로서 예시한 유기 EL 소자, 유기 TFT 등의 구체적인 구성, 재료, 제조 방법 등은 적당히 변경이 가능하다. 또한, 본 발명의 소자는 수분의 영향을 받기 쉬운 유기 기능 디바이스에 특히 유효하지만, 반드시 유기 기능 디바이스일 필요는 없다. 예를 들면, 산화물 반도체를 사용한 일렉트로루미네선스 소자, 박막 트랜지스터 소자에서도 유효하다. 또한, 유기 반도체, 산화물 반도체를 사용한 태양 전지에 본 구조를 사용하는 것도 마찬가지로 유효하다.

본 발명은, 전자 디바이스, 유기 일렉트로루미네선스 장치, 유기 박막 반도체 장치에 관한 것으로서, 특히, 유기 반도체 소자, 산화물 반도체 소자, 유기 일렉트로루미네선스 소자 등을 구비한 전자 디바이스의 밀봉 기술에 사용된다.

도 1은, 제 1 실시 형태의 유기 EL 장치(전자 디바이스)의 단면도.

도 2는, 제 1 실시 형태의 유기 EL 소자의 상세한 구성을 나타내는 단면도.

도 3은, 제 2 실시 형태의 유기 EL 장치(전자 디바이스)의 단면도.

도 4는, 제 3 실시 형태의 전기영동 표시 장치(전자 디바이스)의 단면도.

도 5는, 제 3 실시 형태의 전기영동 표시 장치에 사용하는 유기 TFT의 상세한 구성을 나타내는 단면도.

도 6은, 제 3 실시 형태의 전기영동 표시 장치의 변형예의 단면도.

도 7은, 제 4 실시 형태의 전기영동 표시 장치(전자 디바이스)의 단면도.

[부호의 설명]

1,21…유기 EL 장치(전자 디바이스), 2…유리 기판(기판), 3…유기 EL 소자(기능 소자), 4…전기분해 소자, 5…고체 전해질층, 6…음극, 7…양극, 31,44,51…전기영동 표시 장치(전자 디바이스), 32…유기 TFT 지지 기판(기판), 38…유기 TFT (기능 소자), 53…산화물 TFT 지지 기판(기판).

Claims (15)

1. 기판과,

   밀봉 부재와,

   상기 기판과 상기 밀봉 부재 사이에 위치하는 기능 소자와,

   상기 기판과 상기 밀봉 부재 사이에 상기 기능 소자와 인접해 위치하는 전기분해 소자를 포함하고,

   상기 전기분해 소자는 음극과 양극과, 상기 음극과 상기 양극 사이에 위치한 고체 전해질층을 포함하여 물을 전기분해 가능한 소자이고,

   상기 밀봉 부재의 일부가 상기 기능 소자와 상기 전기분해 소자 사이에 위치하고, 상기 밀봉 부재가 필름을 상기 기판상에 라미네이트함으로써 상기 기능 소자와 상기 전기분해 소자를 일체로 밀봉하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 기능 소자의 동작시에 상기 전기분해 소자에 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 전기분해 소자가 제 1 플래티나 박막과 제 2 플래티나 박막과, 상기 제 1 플래티나 박막과 상기 제 2 플래티나 박막 사이에 위치한 고체 전해질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 고체 전해질층이 퍼플루오로 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 고체 전해질층이 요오드화은을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 밀봉 부재가 플라스틱 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 기능 소자가 일렉트로루미네선스 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 기능 소자가 전기영동 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 기능 소자가 유기 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
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