KR20100040668A - 밀봉 디바이스 - Google Patents

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KR20100040668A
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지로 츠카하라
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후지필름 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 디바이스의 수증기에 의한 열화를 방지한다.
[해결 수단] 기판과, 아연과 산소를 함유하는 반도체층 또는 도전층을 포함하는 디바이스와, 유기층 또는 유기 영역과, 무기층 또는 무기 영역을 포함하는 가스 배리어성 적층체를 그 순서로 갖는 밀봉 디바이스.
밀봉 디바이스

Description

밀봉 디바이스{SEALING DEVICE}
본 발명은 아연과 산소를 함유하는 반도체층, 또는 아연과 산소를 함유하는 도전층을 구성 요소로 하는 밀봉 디바이스에 관한 것이다.
종래부터 공기 중의 수증기나 산소에 의해 열화되기 쉬운 디바이스에 가스 배리어성 적층체를 갖는 필름이나 보호층을 형성하는 것이 검토되고 있다. 특허문헌 1에는 기판 상에 형성된 디바이스의 표면을 유기무기 적층체로 밀봉한 디바이스가 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 기판 상에 형성된 발광 소자의 표면에 보호층(패시베이션층)을 형성하는 것이 기재되어 있다. 여기에서의 보호층으로서는 질화규소층이 사용되고 있다.
특허문헌 1 : 미국 특허 6268695호 명세서
특허문헌 2 : 일본 특허공개 2007-184251호 공보
최근, 아연과 산소를 함유하는 반도체 재료 또는 아연과 산소를 함유하는 도전 재료가 각종 실용화되어 있다. 이들 재료는 수분(예를 들면 수증기)에 의해 열화되기 쉽기 때문에 수분의 침입을 방지하기 위한 밀봉 기술과, 침입한 수분을 흡수하는 흡습 기술이 실용 상의 큰 과제로 되어 있다. 디바이스를 스테인레스 용기나 유리 용기를 이용하여 밀봉하는 종래형의 밀봉 기술(소위 용기 밀봉)에 있어서는, 용기 내부의 자유 공간에 산화칼슘 등의 건조제를 봉입함으로써 밀봉과 흡습의 양 과제를 해결하고 있다. 그러나, 유리판이나 가스 배리어성 적층체를 갖는 필름을 디바이스에 직접 부착하는 방법(소위 고체 밀봉)이나, 디바이스 상에 가스 배리어성의 막을 직접 설치하는 방법(소위 막밀봉)에서는 디바이스 상에 자유 공간을 가지지 않기 때문에 건조제를 봉입할 수 없다. 이 경우, 처음부터 소자 내에 존재하고 있던 수분이나, 밀봉 재료를 경유하지 않고 침입한 수분(예를 들면 끝면이나 접착제를 경유해서 침입한 수증기)에 의해 열화된다고 하는 문제가 있다. 이러한 수분에 의한 열화는 소자의 수명을 짧게 한다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한 것으로서, 아연과 산소를 함유하는 반도체층, 또는 아연과 산소를 함유하는 도전층을 구성 요소로 하는 디바이스의 수증기에 의한 열화를 방지하는 것을 목적으로 한다.
이러한 과제를 기초로 본원 발명자가 예의 검토한 결과, 놀랍게도 기판 상에 설치된 디바이스를 배리어성 적층체에 의해 밀봉함으로써 디바이스의 수분 열화 억제를 달성할 수 있는 것을 찾아내어, 본 발명을 이루는데 이르렀다. 또한, 수소화 질화규소층을 포함하는 배리어성 적층체에 의해 밀봉하면 실질적으로 건조제의 역할을 하여, 더욱 현저한 효과를 얻을 수 있는 것도 분명히 하였다.
(1) 기판과, 아연과 산소를 함유하는 반도체층 또는 도전층을 포함하는 디바이스와, 유기층 또는 유기 영역과, 무기층 또는 무기 영역을 포함하는 가스 배리어성 적층체를 그 순서로 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
(2) (1)에 있어서, 디바이스와, 가스 배리어성 적층체 사이에 수소화질화규소층을 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
(3) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 아연과 산소를 함유하는 반도체층 또는 도전층은 산화아연을 함유하는 반도체층 또는 도전층인 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
(4) (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 가스 배리어성 적층체는 적어도 2층의 유기층과, 적어도 2층의 무기층이 교대로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
(5) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 기판이 플렉서블 기판인 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
(6) (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 무기 영역 또는 무기층이 산화알루미늄인 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
(7) (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 유기 영역 또는 유기층이 아크릴레이트 중합물인 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
(8) (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 디바이스가 태양전지인 것을 특징 으로 하는 밀봉 디바이스.
(9) (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 디바이스가 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
(발명의 효과)
본 발명에 의해 아연과 산소를 함유하는 반도체층, 또는 아연과 산소를 함유하는 도전층을 구성 요소로 하는 디바이스, 특히 디바이스 상에 자유 공간을 갖지 않는 고체 밀봉이나 막밀봉한 디바이스라도 수증기에 의한 열화를 방지하여, 디바이스 수명을 연장시킬 수 있게 되었다.
이하에 있어서, 본 발명의 내용에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본원 명세서에 있어서 「∼」란 그 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 의미로 사용된다.
<밀봉 디바이스>
본 발명에 있어서의 밀봉 디바이스는 기판 상에 형성된 아연과 산소를 함유하는 반도체층 또는 도전층을 포함하는 디바이스이고, 배리어성 적층체에 의해 밀봉되어 있는 것을 특징으로 한다. 배리어성 적층체는 수소화질화규소 영역을 가져도 좋다. 수소화질화규소 영역은 흡습성을 갖기 때문에 디바이스의 장수명화에 유효하다.
이하, 본 발명의 밀봉 디바이스의 바람직한 실시형태를 도 1에 따라서 설명한다. 본 발명의 디바이스가 이것에 한정되는 것은 아닌 것은 말할 것도 없다. 도 1 중에 1은 기판을, 2는 디바이스를, 3은 수소화질화규소층을 포함하는 가스 배리어성 적층체를 각각 나타내고 있다. 3 위에 또 다른 층이나 기판이 적층되어 있어도 좋다.
여기에서 디바이스란, 예를 들면 태양전지에 있어서의 1쌍의 전극이나 그 사이에 형성된 층을 말하고, 디바이스의 실질적인 기능을 하는 부분을 말한다. 디바이스(2)는 통상 기판(1) 위에 설치된다(기판을 포함해서 디바이스라고 하는 경우도 있다).
본 실시형태에 있어서의 가스 배리어성 적층체(3)는 적어도 하나의 수소화질화규소 영역, 적어도 하나의 무기 영역, 적어도 하나의 유기 영역을 포함한다. 여기에서 말하는 영역이란 통상, 층과 바꿔서 읽어도 좋지만, 각 층이 명확한 계면을 갖지 않는 경사 재료의 것도 포함하는 용어이다.
도 2는 본 발명의 밀봉 디바이스를 더욱 구체적으로 도시한 것이다. 도면 중301은 무기층(소위 패시베이션층), 302는 수소화질화규소층, 303은 유기무기 적층체이다. 유기무기 적층체는 적어도 1층의 유기층과 적어도 1층의 무기층으로 이루어진다. 유기층과 무기층이 복수층 적층되어 있어도 된다. 302측이 유기층이어도, 무기층이어도 된다. 외측(환경과의 계면)이 유기층이어도 무기층이어도 된다. 본 발명에서는 유기층 및 무기층은 각각 2층 이상인 것이 바람직하다.
도 3도 본 발명의 밀봉 디바이스의 다른 구체예이다. 도면 중 311은 무기층(소위 패시베이션층), 313은 유기무기 적층체이다. 유기무기 적층체는 적어도 1층의 수소화질화규소층과, 적어도 1층의 유기층과 적어도 1층의 무기층으로 이루어진 다. 각 층이 복수층 적층되어 있어도 된다. 311측은 수소화질화규소층, 유기층, 무기층 중 어느 것이라도 좋다. 외측(환경과의 계면)도 수소화질화규소층, 유기층, 무기층 중 어느 것이라도 좋지만, 313의 외측에 어떠한 층도 존재하지 않는 경우에는 수소화질화규소층은 그 기능인 흡습성이 외계와의 접촉에 의해 손상되기 때문에, 수소화질화규소층과 외계 사이에 적어도 1층의 무기층이 존재하는 것이 바람직하다. 도 2, 도 3은 예이고 본 발명의 밀봉 디바이스의 구성은 이것에 한정되지 않는다.
<기판>
본 발명의 밀봉 디바이스에 사용하는 기판으로서는 각종의 기판(유리, 스테인레스, 플라스틱 필름 등)을 널리 채용할 수 있다. 플렉서블 기판으로서는 절연층을 설치한 플렉서블 금속 기판이나, 플렉서블 합금 기판이나, 플라스틱 기판이 바람직하게 사용된다. 플렉서블 금속 기판으로서는 스테인레스, 크롬, 알루미늄 등으로 이루어지는 기판이 바람직하다. 플라스틱 필름으로서는 폴리에스테르 수지, 메타크릴 수지, 메타크릴산-말레산 공중합체, 폴리스티렌 수지, 투명 불소 수지, 폴리이미드 수지, 불소화 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 셀룰로오스아실레이트 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리카보네이트 수지, 지환식 폴리올레핀 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리술폰 수지, 시클로올레핀 코폴리머, 플루오렌환 변성 폴리카보네이트 수지, 지환 변성 폴리카보네이트 수지, 플루오렌환 변성 폴리에스테르 수지, 아크릴로일 화합물 등의 열가소성 수지를 들 수 있다. 플라스 틱 필름은 가스 배리어성을 갖는 것이 바람직하다. 가스 배리어성을 갖는 필름의 예로서는 플라스틱 필름 상에 유기층 및 무기층을 형성한 필름 이외에 일본 특허공개 2004-136466호 공보, 일본 특허공개 2004-148566호 공보, 일본 특허공개 2005-246716호 공보, 일본 특허공개 2005-262529호 공보 등에 기재된 가스 배리어성 필름도 바람직하게 사용할 수 있다.
<디바이스>
본 발명의 디바이스는 아연과 산소를 함유하는 반도체층, 또는 아연과 산소를 함유하는 도전층을 구성 요소로 하는 디바이스이다. 아연과 산소를 함유하는 반도체층이란, 아연과 산소를 함유하는 반도체 재료를 포함하는 층이고, 아연과 산소를 함유하는 도전층이란, 아연과 산소를 함유하는 도전 재료를 포함하는 층이다. 아연과 산소를 함유하는 반도체 재료로서는 산화아연 및 불순물 도핑한 산화아연을 들 수 있다. 아연과 산소를 함유하는 도전 재료로서는 불순물 도핑한 산화아연을 들 수 있다. 불순물 도핑한 산화아연은 불순물의 종류나 도핑량에 따라 캐리어 농도를 변화시킬 수 있고, 반도체로부터 도전체까지 연속적으로 변화한다. 도핑되는 불순물은 전형적으로는 13족 원소이고, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐이 바람직하게 예시된다. 이 외에, 12족 원소(예를 들면 카드뮴 등), 16족 원소(예를 들면 유황, 셀레늄 등)를 도핑해도 좋다. 도핑하는 원소는 1종이어도 2종 이상이어도 좋다. 도전층 또는 반도체층은 1종의 재료로 구성되어도 좋고, 2종 이상의 재료에 의해 다층 구성되어 있어도 된다. 또한, 조성이 연속적으로 변화하는 경사 재료이어도 된다.
불순물 도핑한 산화아연의 구체예로서는 ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:In, ZnO:Ga, ZnO:(In,Ga)를 들 수 있다. ZnO:B의 표기는 붕소를 불순물로서 도핑한 산화아연을 나타낸다. ZnO:(In,Ga)의 표기는 인듐과 갈륨을 불순물로서 도핑한 산화아연을 나타낸다. ZnO:(In,Ga)는 IGZO라고 약칭된다.
본 발명에 있어서 디바이스로서는 태양전지나 박막 트랜지스터 등이 예시된다. 본 발명자들의 연구에 의하면, 이들 디바이스는 수증기를 함유하는 공기에 장기간 노출되면 특성이 열화되는 것을 알고 있다. 이것은, 아연과 산소를 함유하는 반도체 재료나 도전 재료가 약간이기는 하지만 물에 용해되는 성질을 갖는 것이 원인이라고 추찰하고 있다.
(CIGS형 태양전지)
태양전지로서는 CIGS형 태양전지가 예시된다. CIGS형 태양전지란 황동광(chalcopyrite)계의 화합물 반도체를 광전 변환 재료로 하는 태양전지의 총칭이고, 구리/인듐/셀레늄계(소위, CIS계), 구리/인듐/갈륨/셀레늄계(소위, CIGS계), 구리/인듐/갈륨/셀레늄/유황계(소위, CIGSS계) 등을 포함한다. CIGS 태양전지는 적어도 정극, 광전 변환층, n형 반도체층, 부극으로 이루어진다
정극으로서는 주기표 6족 원소를 함유하는 재료가 사용된다. 구체적으로는 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 등의 금속이나, 몰리브덴 화합물(예를 들면 MoSe2 등)을 사용할 수 있다. 이들 중, 금속 몰리브덴을 사용하는 것이 바람직하다.
광전 변환층은 p형 반도체층이다. 본 발명에 있어서 광전 변환층은 11족 원 소와 13족 원소와 16족 원소로 이루어지는 황동광 구조의 화합물로 이루어지는 박막이다. 11족 원소로서는 Cu가 바람직하다. 13족 원소로서는 알루미늄, 갈륨, 인듐, 또는 이들의 혼합계가 바람직하다. 16족 원소로서는 유황, 셀레늄, 텔루륨이 바람직하다. 이러한 반도체 화합물의 구체예로서는 CuGaS2, CuGaSe2, CuInS2, CuInSe2(CIS), Cu(In,Ga)S2, Cu(In,Ga)Se2(CIGS), Cu(In,Ga)(S,Se)2 등을 들 수 있다. 이들 중, CIS, CIGS가 바람직하고, CIGS가 보다 바람직하다. 단, 상기 기재에 있어서 (In,Ga), (S,Se)는 각각 (In1-xGax), (S1-ySey)(단, x=0∼1, y=0∼1)를 나타낸다. 광전 변환층의 막두께는 통상 100㎚∼5㎛이다.
n형 반도체층은 광전 변환층과 양호한 접합을 형성하는 Ⅱ-Ⅵ족의 화합물 반도체의 박막이다. 바람직한 재료의 구체예로서는, 예를 들면 CdS, CdSe, ZnO, ZnS, Zn(O,S,OH), ZnMgO 등을 들 수 있다. n형 반도체층의 막두께는 통상 10㎚∼500㎚이다.
부극에는 투명 도전 재료가 사용된다. 투명 도전 재료로서는 In2O3:Sn(ITO), ZnO:Ga, ZnO:Al, ZnO:B, SnO2:F 등의 공지의 재료를 사용할 수 있다. 부극의 막두께는 통상 100㎚∼5㎛이다. 또한 집전(集電)을 위하여 금속 전극을 병용해도 좋다. 금속 전극은 태양전지의 개구율을 저하시키지 않도록 패터닝해서 사용된다.
(박막 트랜지스터)
본 발명의 디바이스로서는 IGZO를 사용한 박막 트랜지스터가 예시된다. 박막 트랜지스터는 적어도 게이트 전극, 게이트 절연막, 활성층, 소스 전극 및 드레인 전극을 순차적으로 갖고, 게이트 전극에 전압을 인가해서 활성층에 흐르는 전류를 제어하고, 소스 전극과 드레인 전극간의 전류를 스위칭하는 기능을 갖는 액티브 소자이다. TFT 구조로서 스태거 구조 및 역스태거 구조 모두 형성할 수 있다.
게이트 절연막으로서는 SiO2, SiNx, SiON, Al2O3, Y2O3, Ta2O5, HfO2 등의 절연체, 또는 그들 화합물을 적어도 두개 이상 함유하는 혼정 화합물이 사용된다. 또한, 폴리이미드와 같은 고분자 절연체도 게이트 절연막으로서 사용할 수 있다.
게이트 절연막의 막두께로서는 10㎚∼10㎛가 바람직하다. 게이트 절연막은 리크 전류를 줄이고, 전압 내성을 높이기 위해서 어느 정도 막두께를 두껍게 할 필요가 있다. 그러나, 게이트 절연막의 막두께를 두껍게 하면 TFT의 구동 전압의 상승을 초래하는 결과가 된다. 그 때문에, 게이트 절연막의 막두께는 무기 절연체라면 50㎚∼1㎛, 고분자 절연체라면 500㎚∼5㎛로 사용되는 것이 보다 바람직하다. 특히, HfO2와 같은 고유전율 절연체를 게이트 절연막에 사용하면 막두께를 두껍게 해도 저전압에서의 TFT 구동이 가능하므로 특히 바람직하다.
활성층은 Zn을 함유하는 산화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 비정질 산화물 반도체가 더욱 바람직하다. 산화물 반도체, 특히 비정질 산화물 반도체는 저온에서 성막 가능하기 때문에 플라스틱과 같은 가요성이 있는 수지 기판에 제작할 수 있다. 저온에서 제작할 수 있는 양호한 비정질 산화물 반도체로서는, 일본 특허공개 2006-165529호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 In과 Zn을 함유하는 산화물, In, Ga 및 Zn을 함유하는 산화물이고, 조성 구조로서는 InGaO3(ZnO)m(m은 6 미만의 자연수)가 바람직한 것이 알려져 있다. 이들은 캐리어가 전자의 n형 반도체이다. 물론, ZnO·Rh2O3와 같은 p형 산화물 반도체를 활성층 및 저항층에 사용해도 된다. 활성층의 막두께는 1㎚∼500㎚가 바람직하다.
본 발명에 있어서의 게이트 전극으로서는, 예를 들면 Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au 또는 Ag 등의 금속, Al-Nd, APC 등의 합금, 산화주석, 산화아연, 산화인듐, 산화인듐주석(ITO), 산화아연인듐(IZO) 등의 금속 산화물 도전막, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리피롤 등의 유기 도전성 화합물, 또는 이들의 혼합물을 적합하게 들 수 있다. 게이트 전극의 두께는 10㎚∼1㎛로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 소스 전극 및 드레인 전극 재료로서, 예를 들면 Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, 또는 Ag 등의 금속, Al-Nd, APC 등의 합금, 산화주석, 산화아연, 산화인듐, 산화인듐주석(ITO), 산화아연인듐(IZO) 등의 금속 산화물 도전막, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리피롤 등의 유기 도전성 화합물, 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 소스 전극 및 드레인 전극의 두께는 10㎚∼1㎛로 하는 것이 바람직하다.
(가스 배리어성 적층체)
본 발명에 있어서의 가스 배리어성 적층체는 무기층 또는 무기 영역과, 유기층 또는 유기 영역을 포함하고, 통상은 무기층 및 유기층을 포함한다. 본 발명에 있어서의 배리어성 적층체는 2층 이상의 무기층과, 2층 이상의 유기층이 교대로 적층되어 있는 구성이 바람직하다.
(무기층 또는 무기 영역)
무기층은 통상 금속 화합물로 이루어지는 박막의 층이다. 무기층의 형성 방법은 목적하는 박막을 형성할 수 있는 방법이면 어떠한 방법이라도 사용할 수 있다. 예를 들면, 도포법, 스퍼터링법, 진공증착법, 이온도금법, 플라즈마 CVD법 등이 적합하고, 구체적으로는 일본 특허 제 3400324호, 일본 특허공개 2002-322561호, 일본 특허공개 2002-361774호 각 공보 기재의 형성 방법을 채용할 수 있다.
상기 무기층에 함유되는 성분은 상기 성능을 만족시키는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 Si, Al, In, Sn, Zn, Ti, Cu, Ce 또는 Ta 등으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 함유하는 산화물, 질화물, 탄화물, 산화질화물, 산화탄화물, 질화탄화물, 산화질화탄화물이나, C 또는 C 및 Si로 이루어지는 다이아몬드상 화합물 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서도 Si, Al, In, Sn, Zn, Ti로부터 선택되는 금속 산화물, 질화물 또는 산화질화물이 바람직하고, 특히 Si 또는 Al의 산화물, 질화물 또는 산화질화물이 바람직하다. 이들은 부차적인 성분으로서 다른 원소를 함유해도 좋다. 본 발명에서는 특히 무기층이 산화알루미늄, 산화규소, 산화질화규소, 질화규소인 것이 바람직하다.
상기 무기층의 두께에 관해서는 특별히 한정되지 않지만, 통상 5㎚∼500㎚의 범위 내인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10㎚∼200㎚이다.
무기층은 1종류의 무기 재료로 이루어져 있어도, 2종 이상의 재료의 혼합이어도 된다. 또한, 다른 재료를 2층 이상 적층해도 좋다. 또한, 상술한 바와 같이, 미국 공개 특허 2004-46497호 명세서에 개시하고 있는 바와 같이 유기층과의 계면 이 명확하지 않고, 조성이 막두께 방향으로 연속적으로 변화하는 층(무기 영역)이라도 된다.
(유기층 또는 유기 영역)
본 발명에 있어서의 유기층이란 유기 폴리머를 주성분으로 하는 유기층인 것이 바람직하다. 여기에서 주성분이란, 유기층을 구성하는 성분의 제 1 성분이 유기 폴리머인 것을 말하고, 통상은 유기층을 구성하는 성분의 80중량% 이상이 유기 폴리머인 것을 말한다.
유기 폴리머로서는, 예를 들면 폴리에스테르, 아크릴 수지, 메타크릴 수지, 메타크릴산-말레산 공중합체, 폴리스티렌, 투명 불소 수지, 폴리이미드, 불소화 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 셀룰로오스아실레이트, 폴리우레탄, 폴리에테르에테르케톤, 폴리카보네이트, 지환식 폴리올레핀, 폴리아릴레이트, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 플루오렌환 변성 폴리카보네이트, 지환 변성 폴리카보네이트, 플루오렌환 변성 폴리에스테르 및 아크릴로일 화합물 등의 열가소성 수지, 또는 폴리실록산 등의 유기 규소 폴리머 등을 들 수 있다. 유기층은 단독 재료로 이루어져 있어도 혼합물로 이루어져 있어도 되고, 서브레이어의 적층 구조이어도 된다. 이 경우, 각 서브레이어가 같은 조성이어도 다른 조성이어도 된다. 또한, 상술한 바와 같이, 미국 공개 특허 2004-46497호 명세서에 개시하고 있는 바와 같이 무기층과의 계면이 명확하지 않고, 조성이 막두께 방향으로 연속적으로 변화하는 층(유기 영역)이어도 된다.
본 발명에 있어서의 유기층은 바람직하게는 중합성 화합물을 함유하는 중합 성 조성물을 경화시켜서 이루어지는 것이다.
(중합성 화합물)
중합성 화합물은 바람직하게는 라디칼 중합성 화합물 및/또는 에테르기를 관능기에 갖는 양이온 중합성 화합물이고, 보다 바람직하게는 에틸렌성 불포화 결합을 말단 또는 측쇄에 갖는 화합물, 및/또는 에폭시 또는 옥세탄을 말단 또는 측쇄에 갖는 화합물이다. 이들 중, 에틸렌성 불포화 결합을 말단 또는 측쇄에 갖는 화합물이 바람직하다. 에틸렌성 불포화 결합을 말단 또는 측쇄에 갖는 화합물의 예 로서는 (메타)아크릴레이트계 화합물, 아크릴아미드계 화합물, 스티렌계 화합물, 무수말레산 등을 들 수 있고, (메타)아크릴레이트계 화합물 및/또는 스티렌계 화합물이 바람직하며, (메타)아크릴레이트계 화합물이 더욱 바람직하다.
(메타)아크릴레이트계 화합물로서는 (메타)아크릴레이트, 우레탄(메타)아크릴레이트나 폴리에스테르(메타)아크릴레이트, 에폭시(메타)아크릴레이트 등이 바람직하다.
스티렌계 화합물로서는 스티렌, α-메틸스티렌, 4-메틸스티렌, 디비닐벤젠, 4-히드록시스티렌, 4-카르복시스티렌 등이 바람직하다.
이하에, 본 발명에서 바람직하게 사용되는 (메타)아크릴레이트계 화합물의 구체예를 나타내지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112009057627022-PAT00001
Figure 112009057627022-PAT00002
Figure 112009057627022-PAT00003
Figure 112009057627022-PAT00004
Figure 112009057627022-PAT00005
Figure 112009057627022-PAT00006
(중합개시제)
본 발명에 있어서의 유기층을 중합성 화합물을 함유하는 중합성 조성물을 도포 경화시켜서 제작할 경우, 상기 중합성 조성물은 중합개시제를 함유하고 있어도 된다. 광중합개시제를 사용할 경우, 그 함량은 중합성 화합물의 합계량의 0.1몰% 이상인 것이 바람직하고, 0.5∼2몰%인 것이 보다 바람직하다. 이러한 조성으로 함으로써 활성 성분 생성 반응을 경유하는 중합 반응을 적절하게 제어할 수 있다. 광중합개시제의 예로서는 치바스페셜티케미컬즈사로부터 시판되고 있는 이르가큐 어(Irgacure) 시리즈(예를 들면 이르가큐어 651, 이르가큐어 754, 이르가큐어 184, 이르가큐어 2959, 이르가큐어 907, 이르가큐어 369, 이르가큐어 379, 이르가큐어 819 등), 다로큐어(Darocure) 시리즈(예를 들면 다로큐어 TPO, 다로큐어 1173 등), 콴타큐어(Quantacure) PDO, 사토머(Sartomer)사로부터 시판되고 있는 에자큐어(Ezacure) 시리즈(예를 들면 에자큐어 TZM, 에자큐어 TZT 등), 마찬가지로 올리고머형의 에자큐어 KIP 시리즈 등을 들 수 있다.
(유기층의 형성 방법)
유기층의 형성 방법으로서는 특별히 정해진 것은 아니지만, 예를 들면 용액 도포법이나 진공 성막법에 의해 형성할 수 있다. 용액 도포법으로서는, 예를 들면 딥 코팅법, 에어나이프 코팅법, 커튼 코팅법, 롤러 코팅법, 와이어바 코팅법, 그라비어 코팅법, 슬라이드 코팅법, 또는 미국 특허 제 2681294호 명세서에 기재된 호퍼를 사용하는 익스트루젼 코팅법에 의해 도포할 수 있다. 진공 성막법으로서는 특별히 제한은 없지만, 증착, 플라즈마 CVD 등의 성막 방법이 바람직하다. 본 발명에 있어서는 폴리머를 용액 도포해도 좋고, 일본 특허공개 2000-323273호 공보, 일본 특허공개 2004-25732호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 무기물을 함유하는 하이브리드 코팅법을 사용해도 된다.
본 발명에서는 통상 중합성 화합물을 함유하는 조성물을 광조사해서 경화시키지만, 조사하는 광은 통상 고압수은등 또는 저압수은등에 의한 자외선이다. 조사 에너지는 0.1J/㎠ 이상이 바람직하고, 0.5J/㎠ 이상이 보다 바람직하다. 중합성 화합물로서 (메타)아크릴레이트계 화합물을 채용할 경우, 공기 중의 산소에 의해 중 합 저해를 받기 때문에 중합시의 산소 농도 또는 산소 분압을 낮게 하는 것이 바람직하다. 질소치환법에 의해 중합시의 산소 농도를 저하시킬 경우에 산소 농도는 2% 이하가 바람직하고, 0.5% 이하가 보다 바람직하다. 감압법에 의해 중합시의 산소 분압을 저하시킬 경우에 전체 압력이 1000Pa 이하인 것이 바람직하고, 100Pa 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 100Pa 이하의 감압 조건 하에서 0.5J/㎠ 이상의 에너지를 조사해서 자외선 중합을 행하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 있어서의 유기층은 평활하고, 막경도가 높은 것이 바람직하다. 유기층의 평활성은 1㎛×1㎛의 평균 거칠기(Ra값)로서 1㎚ 미만인 것이 바람직하고, 0.5㎚ 미만인 것이 보다 바람직하다. 모노머의 중합률은 85% 이상인 것이 바람직하고, 88% 이상인 것이 보다 바람직하며, 90% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 92% 이상인 것이 특히 바람직하다. 여기에서 말하는 중합률이란 모노머 혼합물 중의 모든 중합성기(예를 들면 아크릴로일기 및 메타크릴로일기) 중, 반응한 중합성기의 비율을 의미한다. 중합률은 적외선 흡수법에 의해 정량할 수 있다.
유기층의 막두께에 대해서는 특별히 한정은 없지만, 지나치게 얇으면 막두께의 균일성을 얻는 것이 곤란해지고, 지나치게 두꺼우면 외력에 의해 크랙이 발생해서 배리어성이 저하된다. 이러한 관점으로부터 유기층의 두께는 50㎚∼2000㎚가 바람직하고, 200㎚∼1500㎚가 보다 바람직하다.
또한, 유기층은 앞서 기재한 바와 같이 평활한 것이 바람직하다. 유기층의 평활성은 1㎛×1㎛의 평균 거칠기(Ra값)로서 1㎚ 미만이 바람직하고, 0.5㎚ 미만인 것이 보다 바람직하다. 유기층의 표면에는 파티클 등의 이물, 돌기가 없을 것이 요 구된다. 이 때문에, 유기층의 성막은 클린룸 내에서 행하여지는 것이 바람직하다. 클린도는 클래스 10000 이하가 바람직하고, 클래스 1000 이하가 보다 바람직하다.
유기층의 경도는 높은 편이 바람직하다. 유기층의 경도가 높으면 무기층이 평활하게 성막되어 그 결과로서 배리어능이 향상되는 것을 알고 있다. 유기층의 경도는 나노인덴테이션(nanoindentation)법에 의거하는 미소 경도로서 나타낼 수 있다. 유기층의 미소 경도는 100N/㎜ 이상인 것이 바람직하고, 150N/㎜ 이상인 것이 보다 바람직하다.
(유기층과 무기층의 적층)
유기층과 무기층의 적층은 원하는 층 구성에 따라 유기층과 무기층을 순차적으로 반복 제막함으로써 행할 수 있다. 특히, 본 발명은 적어도 2층의 유기층과 적어도 2층의 무기층을 교대로 적층했을 경우에 높은 배리어성을 발휘할 수 있다. 교대 적층은 디바이스측(수소화질화규소층측)으로부터 유기층/무기층/유기층/무기층의 순서로 적층하고 있어도, 무기층/유기층/무기층/유기층의 순서로 적층하고 있어도 된다.
디바이스의 배리어성 적층체와 반대측의 면에 플라스틱 필름이 존재해도 좋다. 이러한 구성으로 하기 위해서 디바이스와, 배리어성 적층체를 갖는 플라스틱 필름을 접착해서 밀봉해도 좋다. 또는, 디바이스와 수소화질화규소층의 적층체와, 유기무기 적층체를 갖는 플라스틱 필름을 접착해서 밀봉해도 좋다. 접착제로서 특별히 제한이 없고, 시판의 열경화성 접착제, 자외선 경화성 접착제 등이 적당하게 사용된다.
(수소화질화규소층)
본 발명에 있어서의 「수소화질화규소층」이란, 수소화질화규소를 주성분으로 하는 층을 말하고, 예를 들면 중량% 농도로 90% 이상이 수소화질화규소인 층을 말한다. 수소화질화규소는 산소 원자를 함유하고 있어도 된다. 단, 산소의 함유량이 지나치게 많으면 흡습성(탈산소성)이 저하되므로 함유하는 산소의 양은 수소화질화규소층에 함유되는 질소의 50원자% 이하인 것이 바람직하다.
수소화질화규소는 흡습성을 갖는다. 여기에서, 수소 함률이 낮으면 흡습성이 낮아지고, 반대로 수소 함률이 지나치게 높으면 재료의 안정성이 부족해진다. 따라서, 본 발명에서는 수소화질화규소층에 있어서의 수소/질소비(원자수비)가 0.1∼3이고, 0.2∼2인 것이 바람직하다. 수소화질화규소는 플라즈마 지원 화학 기상 퇴적법(PECVD법)에 의해 제작할 수 있다. 원료 가스로서는 암모니아, 실란의 혼합 가스를 사용하고, 필요에 따라서 질소, 수소를 혼합해도 좋다. 수소화질화규소에 있어서의 수소의 함률을 높이기 위해서는, 예를 들면 PECVD법에 있어서 원료 가스의 조성을 컨트롤함으로써 달성할 수 있고, 암모니아/실란비가 높으면 수소 함률이 높아지는 경향이 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 수소화질화규소층의 막밀도는 1.8∼2.7g/㎤이고, 1.8∼2.4g/㎤인 것이 바람직하다. 2.7g/㎤ 이하로 함으로써 흡습 효과를 보다 높일 수 있다. 수소화질화규소층의 바람직한 두께는 사용하는 위치에 따라 다르다. 통상은 10∼2000㎚이고, 50∼1000㎚가 바람직하다.
수소화질화규소층은 목적하는 층을 형성할 수 있는 방법이면 어떠한 방법으 로 형성해도 좋다. PECVD 이외의 형성 방법으로서는 스퍼터링법, 진공증착법, 이온도금법 등을 들 수 있다. 구체적으로는 일본 특허등록 제 3400324호 공보, 일본 특허공개 2002-322561호 공보, 일본 특허공개 2002-361774호 공보 등에 기재된 형성 방법을 채용할 수 있다.
<기능층>
본 발명의 밀봉 디바이스에 있어서는 배리어성 적층체 위, 또는 그 밖의 위치에 기능층을 갖고 있어도 된다. 기능층에 대해서는 일본 특허공개 2006-289627호 공보의 단락번호 0036∼0038에 상세하게 기재되어 있다. 이들 이외의 기능층의 예로서는 매트제층, 보호층, 대전방지층, 평활화층, 밀착개량층, 차광층, 반사방지층, 하드코팅층, 응력완화층, 방담층(防曇層), 방오층, 피인쇄층, 접착층 등을 들 수 있다.
[실시예]
이하에 실시예를 들어서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예에 나타내는 재료, 사용량, 비율, 처리 내용, 처리 순서 등은 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 한 적당하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하에 나타내는 구체예에 한정되는 것은 아니다.
<가스 배리어성 적층체를 갖는 필름의 제작>
가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(1)의 제작
폴리에틸렌나프탈레이트 필름(PEN, 테이진듀퐁사제, 테오넥스 Q65FA, 두께100㎛) 상에 하기에 나타낸 중합성 화합물(합계 14중량부)과 중합개시제(치바스페 셜티케미컬즈사, IRGACURE 907, 1중량부), 2-부타논(185중량부)으로 이루어지는 조성물을 와이어바로 도포하고, 질소 100ppm 분위기 하, 자외선 조사량 0.5J/㎠로 조사해서 경화시켜 유기층을 제작했다. 유기층의 막두께는 500㎚이었다. 다음에, 유기층 표면에 막두께가 40㎚가 되도록 Al2O3을 진공 스퍼터링법(반응성 스퍼터링법)으로 제막해서 가스 배리어성 적층체를 갖는 필름을 제작했다.
중합성 화합물의 조성
본 실시예에서 사용한 중합성 화합물의 조성비는 다음과 같다.
화합물A : 교에이샤카가쿠(주)제, 라이트아크릴레이트1,9-ND-A : 50질량％
Figure 112009057627022-PAT00007
화합물B : 다이셀사이텍(주), TMPTA : 30질량%
Figure 112009057627022-PAT00008
화합물C : 다이셀사이텍(주)제, IRR=214K : 10질량%
Figure 112009057627022-PAT00009
화합물D : 니혼카야쿠(주)제, KAYARAD, PM-21 : 10질량%
Figure 112009057627022-PAT00010
가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(2)의 제작
가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(1)과 같은 방법으로 유기층 1층, 무기층 1층으로 이루어지는 가스 배리어성 적층체를 갖는 필름을 제작하고, 그 위에 같은 방법으로 유기층 1층, 무기층 1층을 성막했다. 이것에 의해 유기층 2층, 무기층 2층이 교대로 적층된 가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(2)가 얻어졌다.
가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(3)의 제작
가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(2)와 같은 방법으로, 단 유기층 및 무기층의 수를 각각 3층으로 하고, 그 외에는 마찬가지로 행하여 가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(3)을 제작했다.
가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(4)의 제작
가스 배리어성 적층체를 갖는 필름의 제작(3)에 있어서, 무기층의 Al2O3을 SiO2로 변경시킨것 이외에는 마찬가지로 해서 가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(4)를 제작했다.
가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(5)의 제작
가스 배리어성 적층체를 갖는 필름의 제작(3)에 있어서, 무기층의 Al2O3을 Si3N4로 변경시킨것 이외에는 마찬가지로 해서 가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(5)를 제작했다.
무기층을 갖는 필름(6)의 제작
유기층을 도포하지 않은 이외는 가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(1)과 마찬가지로 해서 무기층 1층만을 갖는 필름(6)을 제작했다.
<수증기 투과율의 측정>
상기에서 얻어진 각 가스 배리어성 적층체를 갖는 필름 및 비교용 필름에 대해서 하기 방법에 의해 배리어 성능(수증기 투과율)을 측정했다.
[배리어 성능]
G.NISATO, P.C.P.BOUTEN, P.J.SLIKKERVEER 외 SID Conference Record of the International Display Research Conference 1435-l438쪽에 기재된 방법(소위 칼슘법)을 이용하여 수증기 투과율(g/㎡/day)을 측정했다. 이 때의 온도는 40℃, 상대 습도는 90%로 했다.
Figure 112009057627022-PAT00011
실시예 1 밀봉 태양전지 소자의 제작
하기 소자 구성을 갖는 CIGS 태양전지 소자를 제작했다.
(소자 구성)
스테인레스 기판/몰리브덴막/CIGS막/CdS막/ZnO막:Al막/수소화질화규소층/접착층/가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(또는 비교용 필름)
스테인레스 기판 상에 정극인 몰리브덴막을 스퍼터법으로 막두께 0.8㎛가 되도록 퇴적시켰다. 이 위에 CIGS막을 2㎛ 두께가 되도록 성막했다. 본 실시예에서는 고순도 Cu(순도 99.9999%)의 디스크상 타깃과, 고순도 In(순도 99.9999%)의 디스크상 타깃과, 고순도 Ga(순도 99.999%)의 디스크상 타깃과, 고순도 Se(순도 99.999%)의 디스크상 타깃을 사용했다. 제막 조건으로서는 각 증발원으로부터의 증착 레이트를 제어하고, 최고 기판 온도 550℃로 행했다. 다음에 n형 반도체층으로서 CdS막을 용액 성장법으로 90㎚의 두께가 되도록 퇴적시키고, 그 위에 부극의 투명 도전막으로서 ZnO막:Al막을 고주파(RF) 스퍼터법으로 두께 0.6㎛의 두께가 되도록 형성했다. 최후에 상부 전극인 그리드 전극으로서 Al막을 증착법으로 제작했다. Al막의 막두께는 200㎚이다. 이상과 같이 해서 기판 상에 미밀봉의 태양전지 소자를 제작했다.
상기에서 형성한 태양전지 소자 표면에 PECVD법에 의해 수소화질화규소층을 형성했다. 태양전지를 반응 쳄버 내에 셋팅하고, 감압 하에서 하기에 기재된 PECVD 원료 가스 처방 1에 따른 원료 가스를 도입하고, 13.56MHz의 고주파 전력을 투입해서 플라즈마를 발생시켜 수소화질화규소층을 형성했다. 수소화질화규소층의 두께는 400㎚가 되도록 성막 시간을 조정했다. 성막한 층의 밀도를 X선 회절법으로 측정한 결과 1.9g/㎤이었다. 수소화질화규소층의 조성은 Si : 29%, N : 23%, O : 1%, H : 47%(각각 원자%)이다. 수소 이외의 원소 조성을 ESCA법으로 정량했다. 수소는 수소 전방 산란법으로 정량했다.
(PECVD 원료 가스 처방 1)
실란 25sccm
암모니아 50sccm
질소 175sccm
다음에, 열경화형 접착제[에포텍 310, 다이조니치모리(주)]를 이용하여 제작한 태양전지 소자와, 상기에서 제작한 필름(1)∼(6)을 가스 배리어성 적층체(유기층·무기층을 적층한 측)가 태양전지 소자와 마주 보도록 접합하고, 65℃로 3시간가열해서 접착제를 경화시켰다. 이렇게 하여 밀봉된 태양전지 소자(1)∼(6)을 제작했다. 또한, 미밀봉의 태양전지 소자에 가스 배리어성 적층체를 설치하고 있지 않은 폴리에틸렌나프탈레이트 필름만도 같은 방법으로 접합해서 비교용 태양전지 소자(7)을 얻었다. 제작한 태양전지 소자의 유효 영역은 5㎜×5㎜, 유효 면적은 0.25㎠이다.
<광전 변환 특성의 평가>
상기와 같이 해서 제작한 태양전지 소자를 AM1.5, 100mW/㎠의 모의 태양광을 조사하면서 소스 메저 유닛(SMU 2400형, KEITHLEY사제)을 이용하여 전류전압 특성을 평가했다. 측정 결과를 표 2에 나타낸다. 여기에서, FF는 필 팩터:형상 인자를 의미하고, 무차원이다.
Figure 112009057627022-PAT00012
비교용 태양전지(8)
실시예 1에 있어서, 투명 도전층 ZnO:Al 대신에 ITO를 사용하는 이외는 같은 방법으로 비교용 태양전지(8)을 제작했다. 이때, 가스 배리어성 적층체를 갖는 필름으로서 가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(5)를 사용했다. 태양전지(8)의 변환 효율은 1.5%이고, 산화인듐주석(ITO)을 사용한 태양전지에서는 가스 배리어성 적층체를 형성해도 변환 효율이 낮은 것을 알 수 있다.
상기 각 태양전지 소자를 60℃·상대 습도 90%의 고온고습 실내에 500시간 정치한 후, AM1.5, 100mW/㎠의 모의 태양광을 조사하면서 전류전압 특성을 측정하고, 변환 효율의 유지율을 측정했다. 측정 결과를 표 3에 나타낸다.
변환 효율의 유지율(%)=(고온고습 시간 경과 후의 변환 효율)÷(소자 제작 직후의 변환 효율)×100
Figure 112009057627022-PAT00013
본 발명의 태양전지는 고온고습 시간 경과 후의 변환 효율의 유지율이 높고, 내구성이 높은 것을 알 수 있다. 적어도 1층의 유기층과 적어도 1층의 무기층을 갖는 태양전지(1)∼(5)의 내구성이 높고, 특히 유기층과 무기층을 복수층 갖는 태양전지(2)∼(5)의 내구성이 높은 것을 알 수 있다. 즉, 수소화질화규소층과 배리어성 적층체를 갖는 산화아연 함유 디바이스는 고온고습 조건 하에서의 내구성이 높은 것이 명백하다.
실시예 1에 있어서의 태양전지(2), (7) 및 (8)에 있어서, 수소화질화규소층을 형성하지 않은 것 이외는 마찬가지의 방법으로 본 발명의 태양전지(12), (17) 및 비교용 태양전지(18)을 제작했다. 이들 태양전지의 제작 직후의 변환 효율은 각각 대응하는 태양전지 (2), (7) 및 (8)과 동등했다. 즉, 수소화질화규소층의 유무에 관계없이 가스 배리어성 적층체를 갖는 산화아연을 사용한 태양전지쪽이 ITO를 사용한 태양전지보다 변환 효율의 점에서 뛰어나다는 것을 알 수 있다. 단, 본 발명의 태양전지(2)와 태양전지(12)의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 수소화질화규소층을 설치한 쪽이 보다 내구성이 높아 유리한 것이 확인되었다.
다음에, 본 발명의 태양전지(12), (17) 및 비교용 태양전지(18)을 이용하여 60℃·상대 습도 90%의 고온고습 실내에 500시간 정치한 후의 변환 효율 유지율을 측정한 결과 각각 91%, 40%, 90%이었다. 내구성은 PEN 필름으로 밀봉한 태양전지(17)에서는 바람직하지 않았다. 이상으로부터, 본 발명의 태양전지(12)만이 높은 변환 효율을 나타내고, 또한 그 유지율이 높은 것을 알 수 있다.
실시예 2 박막 트랜지스터(TFT)의 제작
본 발명의 구성을 갖는 TFT 소자를 제작했다. 단면 개략도를 도 4에 나타낸다.
기판(41)으로서 무알칼리 유리판(코닝사, 품번 No.1737)을 사용했다. 기판을 순수 15분, 아세톤 15분, 순수 15분의 순서로 초음파 세정을 행하고, SnO2 함유율이 10질량%인 산화인듐주석(ITO) 타깃[인듐:주석=95:5(몰비)]을 이용하여 RF 마그네트론 스퍼터(조건 : 성막 온도 43℃, 스퍼터 가스 Ar=12sccm, RF 파워 40W, 성막 압력 0.4Pa)에 의해 게이트 전극(42)으로서의 ITO 박막(두께 30㎚)을 형성했다. 게이트 전극(42)의 ITO의 패터닝에는 스퍼터시에 쉐도우 마스크를 사용함으로써 행했다.
다음에 게이트 전극 상에 하기의 게이트 절연막(43)의 형성을 행했다.
SiO2를 RF 마그네트론 스퍼터 진공증착법(조건 : 타깃 SiO2, 성막 온도 54℃, 스퍼터 가스 Ar/O2=12/2sccm, RF 파워 400W, 성막 압력 0.4Pa)으로 200㎚의 두께가 되도록 형성해서 게이트 절연막(3)으로 했다. 게이트 절연막(3)의 패터닝에는 스퍼터시에 쉐도우 마스크를 사용함으로써 행했다.
게이트 절연막(43) 상에 InGaZnO4의 조성을 갖는 다결정 소결체를 타깃으로해서 RF 마그네트론 스퍼터 진공증착법에 의해, Ar 유량 12sccm, O2 유량 1.4sccm, RF 파워 200W, 압력 0.4Pa의 조건으로 활성층(44)(막두께 50㎚)을 형성했다. 얻어진 재료의 조성은 In:Ga:Zn=1.0:0.95:0.56이다. 전기전도도는 5.9×10-3S/㎝, 캐리어 농도는 1.1×1016/㎤, 홀 이동도는 3.0㎠/Vs이다. 활성층 및 InGaZnO4의 패터닝에는 상기와 마찬가지로 스퍼터시에 쉐도우 마스크을 사용함으로써 행했다.
이어서, 상기 활성층 상에 소스 전극 및 드레인 전극으로서 ITO를 40㎚의 두께로 RF 마그네트론 스퍼터(조건 : 성막 온도 43℃, 스퍼터 가스 Ar=12sccm, RF 파워 40W, 성막 압력 0.4Pa)로 증착했다. 또한, 소스 전극 및 드레인 전극의 패터닝에는 스퍼터시에 쉐도우 마스크를 사용함으로써 행했다. 이상에 의해, 채널 길이(L)=200㎛, 채널 폭(W)=1000㎛의 역스태거 구조의 TFT 소자를 제작했다.
상기에서 형성한 TFT 표면에 PECVD법에 의해 실시예 1과 마찬가지로 해서 수소화질화규소층을 형성했다. 성막 두께는 200㎚로 했다.
다음에, 열경화형 접착제[에포텍 310, 다이조니치모리(주)]를 이용하여 제작한 TFT 소자와, 각각 실시예 1에서 제작한 가스 배리어성 적층체를 갖는 필름(2) 및 폴리에틸렌나프탈레이트 필름을 배리어성 적층체가 TFT와 마주 보도록 접합하고, 65℃에서 3시간 가열해서 접착제를 경화시켰다. 이렇게 하여 가스 배리어성 적층체를 갖는 필름으로 밀봉된 TFT(2) 및 폴리에틸렌나프탈레이트 필름으로 밀봉된 TFT(7)을 제작했다.
(박막 트랜지스터의 성능 평가)
상기에서 얻어진 각 TFT 소자에 대해서 포화 영역 드레인 전압(Vd)=40V(게이트 전압-20V≤Vg≤40V)에서의 TFT 전달 특성의 측정을 행하고, TFT 소자의 전계 효과 이동도를 평가했다. TFT 전달 특성의 측정은 반도체 파라미터 애널라이저 4156C(애질런트테크놀로지사제)를 사용해 행했다.
포화 영역에 있어서의 전계 효과 이동도(μ)는 TFT 전달 특성으로부터 다음 식으로 구해진다.
μ=(2L/W×Cox)×(∂Id1/2/∂Vg)
여기에서, L은 채널 길이, W는 채널 폭, Cox는 게이트 절연막의 정전 용량, Id는 드레인 전류, Vg는 게이트 전압을 나타낸다.
각 소자를 60℃·상대 습도 90%의 고온고습실 내에 500시간 정치한 후, TFT의 전계 효과 이동도를 측정하고, 전계 효과 이동도의 유지율을 평가했다.
전계 효과 이동도의 유지율(%)=(고온고습 시간 경과 후의 이동도)÷(소자 제작 직후의 이동도)×100
Figure 112009057627022-PAT00014
본 발명의 TFT, 즉 수소화질화규소층과 배리어성 적층체를 갖는 산화아연 함유 디바이스는 고온고습 조건 하에서의 내구성이 높은 것이 명백하다.
실시예 2에 있어서의 TFT(2)에 있어서, 수소화질화규소층을 형성하지 않은 것 이외는 마찬가지로 행해서 얻은 TFT를 이용하여 60℃·상대 습도 90%의 고온고습실 내에 500시간 정치한 후의 전계 효과 이동도의 유지율을 측정한 결과, 85%이었다.
즉, 배리어성 적층체를 갖는 산화아연 함유 디바이스는 고온고습 조건 하에서의 내구성이 비교예에 비하여 높다. 단, 수소화질화규소층을 설치한 쪽이 보다 내구성이 높아 유리한 것을 알 수 있다.
본 발명의 소자는 높은 시간 경과 안정성을 갖기 때문에, 장기간의 사용에 견딜 수 있는 점에서 매우 유의하다.
도 1은 본 발명의 환경 감수성 디바이스의 실시형태의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 환경 감수성의 보다 구체적인 구성의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 환경 감수성의 보다 구체적인 구성의 다른 일례를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본원 실시예에서 제작한 박막 트랜지스터의 단면 개략도를 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기판 2 : 환경 감수성 소자
3 : 가스 배리어성 적층체 301 : 패시베이션층
302 : 수소화질화규소층 303 : 유기무기 적층체
311 : 패시베이션층 313 : 유기무기 적층체
41 : 기판 42 : 게이트 전극
43 : 게이트 절연막 44 : 활성층

Claims (9)

  1. 기판; 아연과 산소를 함유하는 반도체층 또는 도전층을 포함하는 디바이스; 유기층 또는 유기 영역; 및 무기층 또는 무기 영역을 포함하는 가스 배리어성 적층체를 그 순서로 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 디바이스와 상기 가스 배리어성 적층체 사이에 수소화질화규소층을 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 아연과 산소를 함유하는 반도체층 또는 도전층은 산화아연을 함유하는 반도체층 또는 도전층인 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 배리어성 적층체는 2층 이상의 유기층과, 2층 이상의 무기층이 교대로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 플렉서블 기판인 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기 영역 또는 무기층은 산화알루미늄인 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 영역 또는 유기층은 아크릴레이트 중합물인 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 태양전지인 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 밀봉 디바이스.
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