JP2006261535A - Lamination structure, electronic element using the same, electronic element array using electronic element, manufacturing method of lamination structure, and manufacturing method of electronic element - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)等に好適な積層構造体、積層構造体を用いた電子素子、電子素子を用いた電子素子アレイ、積層構造体の製造方法および電子素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a multilayer structure suitable for a thin film transistor (TFT), an electronic element using the multilayer structure, an electronic element array using the electronic element, a method for manufacturing the multilayer structure, and a method for manufacturing the electronic element It is about.
液晶表示装置、プラズマディスプレイパネル(PDP:Plasma Display Panel)および有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイは、電極、MIM(Metal−Insulator−Metal)素子およびTFT等の能動素子或いは発光素子など薄膜層をパターニングして構成される部位を備えている。 Flat panel displays such as liquid crystal display devices, plasma display panels (PDPs), and organic EL (Electro Luminescence) displays are electrodes, active elements such as MIM (Metal-Insulator-Metal) elements, TFTs, and light-emitting elements. A portion configured by patterning the thin film layer is provided.
特に、近年、その一部または全部に有機材料を用いた素子が、低コスト化または大面積化容易性等の製造上のメリットや無機材料にない機能発現の可能性から注目されている。例えば、特許文献1によれば、光や熱などの物理的外部刺激によりキャリア移動度が変化する有機半導体材料を用いた電界効果型トランジスタが提案されている。
In particular, in recent years, an element using an organic material for a part or all of the device has been attracting attention because of its merit in manufacturing such as cost reduction and easy area enlargement, and the possibility of function not found in inorganic materials. For example, according to
一方、薄膜層をパターニングする方法としては、フォトリソグラフィー法が一般に使用される。その工程は以下の通りである。 On the other hand, a photolithography method is generally used as a method for patterning the thin film layer. The process is as follows.
(1) 薄膜層を有する基板上にフォトレジスト層を塗布(レジスト塗布)
(2) 加熱により溶剤を除去(プリベーク)
(3) パターンデータに従ってレーザー或いは電子線を用いて描画されたハードマスクを通して紫外光を照射(露光)
(4) アルカリ溶液で露光部のレジストを除去(現像)
(5) 加熱により未露光部(パターン部)のレジストを硬化(ポストベーク)
(6) エッチング液に浸漬又はエッチングガスに暴露し、レジストのない部分の薄膜層を除去(エッチング)
(7) アルカリ溶液又は酸素ラジカルでレジストを除去(レジスト剥離)
各薄膜層を形成後、上記(1)〜(7)の工程を繰返すことによって能動素子が完成するが、高価な設備と工程の長さがコストを上昇させる原因となっている。
(1) Coating a photoresist layer on a substrate having a thin film layer (resist coating)
(2) Remove the solvent by heating (pre-bake)
(3) Irradiate ultraviolet light through a hard mask drawn using a laser or electron beam according to pattern data (exposure)
(4) Remove resist in exposed area with alkaline solution (development)
(5) Curing unexposed portion (pattern portion) resist by heating (post-baking)
(6) Immersion in etching solution or exposure to etching gas to remove the thin film layer where there is no resist (etching)
(7) Remove resist with alkaline solution or oxygen radical (resist stripping)
After forming each thin film layer, an active element is completed by repeating the steps (1) to (7). However, expensive equipment and the length of the steps increase the cost.
近年、製造コストを低減するために印刷法によるパターン形成が試みられている。特許文献2では、TFTを構成する薄膜層のパターニング工程の一部を、フォトリソグラフィー法の代わりに例えば凹版オフセット印刷法で行う方法が開示されている。図14は、凹版オフセット印刷法の概念図である。図14を参照して、レジスト102が印刷版101の凹部に入れられ(図14の(a)参照)、レジスト102が入った印刷版101の上を転写体103が回転することによってレジスト102を転写体103に転写する(図14の(b)参照)。これを被転写層(薄膜層)105が形成された基板104上に印刷することによって被転写層(薄膜層)105上にレジストパターンが形成される(図14の(c)参照)。
In recent years, pattern formation by a printing method has been attempted in order to reduce manufacturing costs.
このように、凹版オフセット印刷法は、所定のパターンに配置されたレジスト102を回転体に転写し、その転写されたレジスト102を被転写層105に印刷することにより基板104上に所定のパターンからなるレジスト102を形成する方法である。
As described above, the intaglio offset printing method transfers the
非特許文献1によれば、ナノパーティクルインクを使ったインクジェット法で幅50μm、ピッチ400μm程度の金属配線を形成する方法が記載されている。
Non-Patent
図15は、TFTの構成例を示す断面図である。非特許文献2によれば、図15に示すように、全ての層が有機材料で構成されるTFTの電極層(ゲート電極層110、ソース電極層111、ドレイン電極層112)をインクジェット法でパターン形成する方法が記載されている。ここでは、疎水性の材料(ポリイミド)からなるリブ113をガラス基板114上に設けて、電極間ギャップ(チャネル長)が5〜10μmのソース・ドレイン電極層111,112を形成している。なお、半導体層115、およびポリマー絶縁体層116は、ソース電極111およびドレイン電極112上に順次積層される。
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a TFT. According to
図16は、導電膜パターンの形成方法を示す断面図である。特許文献3によれば、図16に示すように、基板121上の有機分子膜122を用いて紫外線等によりその一部を分解、除去することにより親液部121aと撥液部121bとからなるパターンを形成し、導電性微粒子を含有した液体123を親液部121aに選択的に塗布した後、熱処理することによって導電膜パターンを形成する方法が開示されている。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a method for forming a conductive film pattern. According to
この方法によれば、有機分子膜122にフォトマスクを介して紫外光を照射するだけで親液部121aと撥液部121bとからなるパターンを形成することができるため大幅に工程を短縮することができる。
しかし、特許文献1のようなオフセット印刷法では、極めて高精度なものを用いてもパターン寸法精度及び位置合わせ精度を合わせたパターン誤差は±10μmで、汎用的なものでは±50μmにも及ぶため、微細なパターン形成には適さない。
However, in the offset printing method as in
また、非特許文献1では、プリンタに使用されるレベルの通常のインクジェットヘッドを用いた場合、解像度が30μmであり、位置合わせ精度が±15μm程度であるため、微細なパターン形成は困難である。
In
非特許文献2では、表面エネルギーを制御することによってインクに対する濡れ性をコントロールして、インクジェット法の解像度を超えたパターン形成を可能にしている点で優れているが、ポリイミドからなるリブを作製するために以下のような長い工程が必要である。
Non-Patent
(A)ポリイミドプリカーサーを塗布し焼成(ポリイミド膜形成)
(B)フォトレジスト層を塗布(レジスト塗布)
(C)加熱により溶剤を除去(プリベーク)
(D)マスクを通して紫外光を照射(露光)
(E)アルカリ溶液で露光部のレジストを除去(現像)
(F)加熱により未露光部(パターン部)のレジストを硬化(ポストベーク)
(G)酸素プラズマによりレジストのない部分のポリイミド膜を除去(エッチング)
(H)溶剤でレジストを除去(レジスト剥離)
したがって、インクジェット法の利点を損なっている。
(A) Applying polyimide precursor and firing (polyimide film formation)
(B) Apply photoresist layer (resist coating)
(C) Remove the solvent by heating (pre-bake)
(D) Irradiate ultraviolet light through a mask (exposure)
(E) Remove resist in exposed area with alkaline solution (development)
(F) Curing the resist of the unexposed part (pattern part) by heating (post bake)
(G) Remove the resist-free polyimide film with oxygen plasma (etching)
(H) Remove resist with solvent (resist stripping)
Therefore, the advantages of the inkjet method are impaired.
また、特許文献3の場合、有機分子膜122が非常に薄いこと、親液部121aにおいては、この膜が存在せず基板121が露出していることなどから有機分子膜122は表面エネルギー制御以外のバルク体としての機能は有しておらず、機能性が低いものである。
In the case of
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡便に微細なパターンの形成が可能であって、かつ、パターン形成以外に高付加価値機能を有する積層構造体を提供することである。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a multilayer structure capable of easily forming a fine pattern and having a high value-added function other than pattern formation. Is to provide a body.
また、この発明の別の目的は、簡便に微細なパターンの形成が可能であって、かつ、パターン形成以外に高付加価値機能を有する積層構造体を備える電子素子を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an electronic device including a laminated structure that can easily form a fine pattern and has a high value-added function in addition to pattern formation.
さらに、この発明の別の目的は、簡便に微細なパターンの形成が可能であって、かつ、パターン形成以外に高付加価値機能を有する積層構造体を備えた電子素子アレイを提供することである。 Furthermore, another object of the present invention is to provide an electronic element array including a laminated structure that can easily form a fine pattern and has a high value-added function in addition to pattern formation. .
さらに、この発明の別の目的は、簡便に微細なパターンの形成が可能であって、かつ、パターン形成以外に高付加価値機能を有する積層構造体の製造方法を提供することである。 Furthermore, another object of the present invention is to provide a method for producing a laminated structure which can easily form a fine pattern and has a high value-added function other than pattern formation.
さらに、この発明の別の目的は、簡便に微細なパターンの形成が可能であって、かつ、パターン形成以外に高付加価値機能を有する積層構造体を備えた電子素子の製造方法を提供することである。 Furthermore, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electronic device having a laminated structure that can easily form a fine pattern and has a high value-added function in addition to pattern formation. It is.
この発明によれば、積層構造体は、濡れ性変化層と、導電層と、半導体層とを備える。濡れ性変化層は、エネルギーの付与によって臨界表面張力が変化する材料を含み、臨界表面張力が相対的に大きな高表面エネルギー部と臨界表面張力が相対的に小さな低表面エネルギー部との少なくとも臨界表面張力が異なる2つの部位を有する。導電層は、濡れ性変化層の高表面エネルギー部に形成される。半導体層は、濡れ性変化層の低表面エネルギー部に少なくとも接して設けられる。そして、濡れ性変化層は、ハロゲン化物を含む高分子材料からなる。 According to this invention, the laminated structure includes a wettability changing layer, a conductive layer, and a semiconductor layer. The wettability changing layer includes a material whose critical surface tension is changed by applying energy, and has at least a critical surface of a high surface energy portion having a relatively large critical surface tension and a low surface energy portion having a relatively small critical surface tension. It has two parts with different tensions. The conductive layer is formed on the high surface energy portion of the wettability changing layer. The semiconductor layer is provided at least in contact with the low surface energy portion of the wettability changing layer. The wettability changing layer is made of a polymer material containing a halide.
好ましくは、濡れ性変化層は、パラキシリレン化合物からなる。 Preferably, the wettability changing layer is made of a paraxylylene compound.
好ましくは、半導体層は、有機半導体からなる。 Preferably, the semiconductor layer is made of an organic semiconductor.
好ましくは、濡れ性変化層は、紫外線照射により臨界表面張力が変化する。 Preferably, the critical surface tension of the wettability changing layer changes upon irradiation with ultraviolet rays.
また、この発明によれば、電子素子は、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の積層構造体を備える。 Moreover, according to this invention, an electronic element is provided with the laminated structure of any one of Claims 1-4.
好ましくは、電子素子は、絶縁体層と、第1の電極層とをさらに備える。絶縁体層は、半導体層に少なくとも接して形成される。第1の電極層は、絶縁体層に接して設けられる。そして、半導体層は、濡れ性変化層上に形成される。導電層は、半導体層に接して設けられた一対の第2の電極層からなる。 Preferably, the electronic device further includes an insulator layer and a first electrode layer. The insulator layer is formed at least in contact with the semiconductor layer. The first electrode layer is provided in contact with the insulator layer. The semiconductor layer is formed on the wettability changing layer. The conductive layer includes a pair of second electrode layers provided in contact with the semiconductor layer.
好ましくは、電子素子は、第1の電極層をさらに備える。そして、濡れ性変化層は、第1の電極層上に設けられる。半導体層は、前記濡れ性変化層上に形成される。導電層は、半導体層に接して設けられた一対の第2の電極層からなる。 Preferably, the electronic device further includes a first electrode layer. The wettability changing layer is provided on the first electrode layer. The semiconductor layer is formed on the wettability changing layer. The conductive layer includes a pair of second electrode layers provided in contact with the semiconductor layer.
さらに、この発明によれば、電子素子アレイは、基板上に配設された複数の電子素子を備える。複数の電子素子の各々は、請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の電子素子からなる。
Furthermore, according to the present invention, the electronic element array includes a plurality of electronic elements disposed on the substrate. Each of the plurality of electronic elements includes the electronic element according to any one of
さらに、この発明によれば、積層構造体の製造方法は、ハロゲン化物を含む高分子材料をエネルギーの付与によって臨界表面張力が変化する材料として含む濡れ性変化層を形成する第1のステップと、濡れ性変化層の一部分にエネルギーを付与することによって臨界表面張力が相対的に小さい低表面エネルギー部と臨界表面張力が相対的に大きい高表面エネルギー部とからなり、かつ、臨界表面張力を異ならせたパターンを形成する第2のステップと、導電性材料を含有する液体をパターンが形成された濡れ性変化層の表面に付与して高表面エネルギー部に導電層を形成する第3のステップと、濡れ性変化層上に半導体層を形成する第4のステップとを備える。 Furthermore, according to this invention, the manufacturing method of the laminated structure includes a first step of forming a wettability changing layer including a polymer material containing a halide as a material whose critical surface tension is changed by applying energy; By applying energy to a part of the wettability changing layer, it consists of a low surface energy part with a relatively small critical surface tension and a high surface energy part with a relatively large critical surface tension, and different critical surface tensions. A second step of forming a patterned pattern, a third step of applying a liquid containing a conductive material to the surface of the wettability changing layer on which the pattern is formed to form a conductive layer in a high surface energy portion, And a fourth step of forming a semiconductor layer on the wettability changing layer.
好ましくは、導電性材料を含有する液体を前記濡れ性変化層の表面に付与する方法は、インクジェット法である。 Preferably, the method of applying a liquid containing a conductive material to the surface of the wettability changing layer is an ink jet method.
好ましくは、濡れ性変化層は、紫外線照射により臨界表面張力が変化する。 Preferably, the critical surface tension of the wettability changing layer changes upon irradiation with ultraviolet rays.
さらに、この発明によれば、電子素子の製造方法は、請求項6または請求項7に記載の電子素子の製造方法であって、濡れ性変化層の一部分にエネルギーを付与することによって低表面エネルギー部と高表面エネルギー部とからなり、かつ、臨界表面張力を異ならせたパターンを形成する第1のステップと、導電性材料を含有する液体をパターンが形成された濡れ性変化層の表面に付与することで、高表面エネルギー部に一対の第2の電極層を形成する第2のステップと、濡れ性変化層上に半導体層を形成する第3のステップとを備える。
Furthermore, according to this invention, the manufacturing method of an electronic device is the manufacturing method of an electronic device according to
好ましくは、導電性材料を含有する液体を濡れ性変化層の表面に付与する方法は、インクジェット法である。 Preferably, the method of applying a liquid containing a conductive material to the surface of the wettability changing layer is an ink jet method.
好ましくは、濡れ性変化層は、紫外線照射により臨界表面張力が変化する。 Preferably, the critical surface tension of the wettability changing layer changes upon irradiation with ultraviolet rays.
この発明による積層構造体においては、濡れ性変化層としてハロゲン化物を含む高分子材料が用いられる。その結果、導電層は、ハロゲン化物の高い疎水性により濡れ性変化層上に精度良く配置される。 In the laminated structure according to the present invention, a polymer material containing a halide is used as the wettability changing layer. As a result, the conductive layer is accurately arranged on the wettability changing layer due to the high hydrophobicity of the halide.
したがって、この発明によれば、微細な導電層を形成することができる。 Therefore, according to the present invention, a fine conductive layer can be formed.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[積層構造体]
この発明の実施の形態による積層構造体について説明する。図1は、この発明の実施の形態による積層構造体の原理的構成例を示す断面模式図である。図1を参照して、この発明の実施の形態による積層構造体1は、濡れ性変化層2と、導電層5と、半導体層6とを備える。
[Laminated structure]
A laminated structure according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the basic configuration of a laminated structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a
濡れ性変化層2は、例えば、基板(図示せず)上に形成される。濡れ性変化層2は、エネルギーの付与によって臨界表面張力が変化する材料からなる層であって、この発明に実施の形態においては、少なくとも臨界表面張力の異なる2つの部位として、臨界表面張力が相対的に大きな高表面エネルギー部3と、臨界表面張力が相対的に小さな低表面エネルギー部4とを有している。
For example, the
そして、2つの高表面エネルギー部3間は、例えば、1〜5μm程度の微小ギャップに設定されている。濡れ性変化層2に対して高表面エネルギー部3の部位には各々導電層5が形成され、かつ、濡れ性変化層2に対して少なくとも低表面エネルギー部4に接するようにして半導体層6が設けられている。
The gap between the two high
ここで、導電層5は、望ましくは導電性材料を含有する液体を加熱、紫外線照射等によって固化することによって得られる層である。なお、導電性材料を含有する液体とは、次のいずれかのものを言う。
Here, the
(a)導電性材料を溶媒に溶解したもの、
(b)導電性材料の前駆体若しくは前駆体を溶媒に溶解したもの、
(c)導電性材料粒子を溶媒に分散したもの、
(d)導電性材料の前駆体粒子を溶媒に分散したもの、
より具体的には、Ag,Au,Ni等の金属微粒子を有機溶媒または水に分散したもの、ドープドPANI(ポリアニリン)、およびPEDOT(ポリエチレンジオキシチオフェン)にPSS(ポリスチレンスルホン酸)をドープした導電性高分子の水溶液等である。
(A) a conductive material dissolved in a solvent;
(B) a conductive material precursor or a precursor dissolved in a solvent;
(C) Conductive material particles dispersed in a solvent,
(D) Conductive material precursor particles dispersed in a solvent,
More specifically, conductive particles in which fine metal particles such as Ag, Au, and Ni are dispersed in an organic solvent or water, doped PANI (polyaniline), and PEDOT (polyethylenedioxythiophene) are doped with PSS (polystyrene sulfonic acid). An aqueous solution of a conductive polymer.
濡れ性変化層2は、熱、紫外線、電子線、およびプラズマ等のエネルギーを与えることによって、臨界表面張力が変化する材料からなる層で、エネルギー付与前後での臨界表面張力の変化量が大きいものが好ましい。このような材料の場合、濡れ性変化層2の一部分にエネルギーを付与し、高表面エネルギー部3と低表面エネルギー部4とからなり、かつ、臨界表面張力の異なるパターンを形成することにより、導電性材料を含有する液体が、高表面エネルギー部3には付着しやすく(親液性)、低表面エネルギー部4には付着し難く(疎液性)なるため、パターン形状に従って導電性材料を含有する液体が親液性である高表面エネルギー部3に選択的に付着し、それを固化することにより導電層5が形成される。
The
ここで、固体表面に対する液体の濡れ性(付着性)について説明する。図2は、固体表面上で液滴が接触角で平衡状態にあるときの模式図である。図2を参照して、液滴12が固体11の表面上で接触角θで平衡状態にあるとき、ヤングの式(1)が成立する。
Here, the wettability (adhesiveness) of the liquid to the solid surface will be described. FIG. 2 is a schematic diagram when a droplet is in an equilibrium state at a contact angle on a solid surface. Referring to FIG. 2, when the
γS=γSL+γLcosθ ・・・(1)
式(1)において、γSは、固体11の表面張力であり、γSLは、固体11と液体(液滴12)の界面張力であり、γLは、液体(液滴12)の表面張力である。
γ S = γ SL + γ L cos θ (1)
In Equation (1), γ S is the surface tension of the solid 11, γ SL is the interface tension between the solid 11 and the liquid (droplet 12), and γ L is the surface tension of the liquid (droplet 12). It is.
表面張力は表面エネルギーと実質的に同義であり、全く同じ値となる。cosθ=1の時、θ=0°となり、液体(液滴12)は、完全に濡れる。この時のγLの値は、γS−γSLとなり、これをその固体11の臨界表面張力γCと呼ぶ。γCは、表面張力の判っている何種類かの液体を用いて、液体(液滴12)の表面張力と接触角の関係をプロットし、θ=0°(cosθ=1)となる表面張力を求めることにより容易に決定できる(Zismanプロット)。液体(液滴12)は、γCの大きい固体11の表面には濡れやすく(親液性)、γCの小さい固体11の表面には濡れ難い(疎液性)。 The surface tension is substantially synonymous with the surface energy and has exactly the same value. When cos θ = 1, θ = 0 °, and the liquid (droplet 12) is completely wetted. The value of γ L at this time is γ S −γ SL , which is called the critical surface tension γ C of the solid 11. γ C plots the relationship between the surface tension of the liquid (droplet 12) and the contact angle using several types of liquid whose surface tension is known, and the surface tension becomes θ = 0 ° (cos θ = 1). Can be easily determined (Zisman plot). The liquid (droplet 12) is easily wetted on the surface of the solid 11 having a large γ C (lyophilic) and hardly wet on the surface of the solid 11 having a small γ C (lyophobic).
接触角θの測定は液滴法で行うのが簡便である。液滴法には、
(e) 読取顕微鏡を液滴12に向け、顕微鏡内のカーソル線を液滴12の接点に合わせて角度を読取る接線法
(f) 十字のカーソルを液滴12の頂点に合わせ、一端を液滴12と固体11試料の接する点に合わせた時のカーソル線の角度を2倍することにより求めるθ/2法
(g) モニター画面に液滴12を映し出し、円周上の1点(できれば頂点)と液滴12と固体11試料の接点(2点)をクリックしてコンピュータで処理する3点クリック法
がある。(e)→(f)→(g)の順に精度が高くなる。
It is convenient to measure the contact angle θ by the droplet method. For the droplet method,
(E) A tangent method in which the reading microscope is pointed at the
図3は、塩素化ポリパラキシリレンを濡れ性変化層に用いた場合の、紫外線未照射部と紫外線照射部とのZismanプロットを行った結果を示す表面張力−接触角特性図である。図3を参照して、塩素化ポリパラキシリレンを濡れ性変化層2に用いた場合、紫外線未照射部の臨界表面張力γCは、約31mN/mであり、紫外線照射部の臨界表面張力γC′は、約52mN/mであり、その差ΔγCは、約21mN/mである。
FIG. 3 is a surface tension-contact angle characteristic diagram showing the results of performing Zisman plots of the ultraviolet non-irradiated part and the ultraviolet irradiated part when chlorinated polyparaxylylene is used for the wettability changing layer. Referring to FIG. 3, when chlorinated polyparaxylylene is used for
高表面エネルギー部3と低表面エネルギー部4とのパターン形状に従って導電性材料を含有する液体が親液性である高表面エネルギー部3にのみ確実に付着するためには、表面エネルギー差が大きいこと、言い換えれば、臨界表面張力の差ΔγCが大きいことが必要である。
In order to ensure that the liquid containing the conductive material adheres only to the high
表1は、ガラス基板上に種々の材料からなる濡れ性変化層2を形成し、エネルギー付与部と未付与部との臨界表面張力の差ΔγC、およびPEDOT/PSS(水溶液系導電性高分子)の選択付着性を評価したものである。選択付着性はエネルギー付与部と未付与部とからなるパターンの境界を含むエリアにPEDOT/PSS水溶液を滴下し、余分の溶液を除去した後に未付与部に対するPEDOT/PSSの付着(パターン不良)の有無を観察した。なお、表1において、Aは、マルカリンカーM(丸善化学)であり、Bは、RN−1024(日産化学)であり、Cは、AG−7000(旭硝子)であり、Dは塩素化ポリパラキシリレンである。
Table 1 shows that the
表1より、濡れ性変化層2の低表面エネルギー部4の臨界表面張力と高表面エネルギー部3の臨界表面張力との差ΔγCは、10mN/m以上であることが望ましく、15mN/m以上であることがさらに望ましいことが判る。
From Table 1, the difference Δγ C between the critical surface tension of the low
ところで、この発明の実施の形態による積層構造体1においては、半導体層6は濡れ性変化層2の低表面エネルギー部4に接するため、その部位の物性が半導体層6の特性に影響を与えると考えられる。
By the way, in the
図4は、電子素子(TFT)に関して濡れ性変化層の材料を変えて作製した場合の結果を示す臨界表面張力−移動度特性図である。より具体的には、図4は、後述する実施例2の構造の電子素子(TFT)を濡れ性変化層(ゲート絶縁膜)2の材料を変えて作製し、その移動度を濡れ性変化層2(エネルギー未付与)の臨界表面張力γCに対してプロットしたものである。 FIG. 4 is a critical surface tension-mobility characteristic diagram showing the results when the material of the wettability changing layer is changed for the electronic device (TFT). More specifically, FIG. 4 shows that an electronic device (TFT) having a structure of Example 2 to be described later is manufactured by changing the material of the wettability changing layer (gate insulating film) 2 and the mobility is changed to the wettability changing layer. Plotted against critical surface tension γ C of 2 (no energy applied).
なお、図4において、Aは、塩素化ポリパラキシリレンであり、Bは、ポリビニルフェノールであり、Cは、有機シリカであり、Dは、熱酸化膜であり、Eは、ポリイミドであり、Fは、SiO2(スパッタ膜)である。ただし、ソース電極5aとドレイン電極5bとはAu蒸着膜をリフトオフすることにより形成した。
In FIG. 4, A is chlorinated polyparaxylylene, B is polyvinylphenol, C is organic silica, D is a thermal oxide film, E is polyimide, F is SiO 2 (sputtered film). However, the
図4を参照して、移動度は、臨界表面張力γCが40mN/mを超えると急激に減少する。この結果から濡れ性変化層2の低表面エネルギー部の臨界表面張力(γC)は、40mN/m以下であることが望ましい。
Referring to FIG. 4, the mobility rapidly decreases when the critical surface tension γ C exceeds 40 mN / m. From this result, it is desirable that the critical surface tension (γ C ) of the low surface energy portion of the
なお、臨界表面張力(γC)が20mN/mよりも小さいと、ほとんどの溶媒をはじいてしまうため、半導体層6を塗布によって形成する場合には、臨界表面張力(γC)は20mN/m以上であることが望ましい。
If the critical surface tension (γ C ) is smaller than 20 mN / m, most of the solvent is repelled. Therefore, when the
また、濡れ性変化層2には疎水性基を有する高分子材料を用いるのが望ましい。これは主鎖から側鎖が出ているものでもよいし、主鎖の中に疎水性基が含まれていてもよい。
Moreover, it is desirable to use a polymer material having a hydrophobic group for the
なお、「側鎖」とは、一般的には、主鎖から枝分かれした炭素鎖を言う(化学辞典(東京化学同人発行))が、この明細書においては、ハロゲン化物のように炭素を含まない基も含む。 The “side chain” generally refers to a carbon chain branched from the main chain (Chemical Dictionary (published by Tokyo Kagaku Dojin)), but in this specification, it does not contain carbon like a halide. Also includes groups.
具体的には、図5の概念図に示すように、ポリイミドおよび(メタ)アクリレート等の骨格を有する主鎖Lに直接或いは結合基(図示せず)を介して疎水性基を有する側鎖Rが結合しているものを言う。また、図6の概念図に示すように、主鎖Lに疎水性を有する基Rが結合しているものを言う。 Specifically, as shown in the conceptual diagram of FIG. 5, the side chain R having a hydrophobic group directly or via a bonding group (not shown) on the main chain L having a skeleton such as polyimide and (meth) acrylate. Say what is bound. Further, as shown in the conceptual diagram of FIG. 6, it means that a hydrophobic group R is bonded to the main chain L.
疎水性基としては、末端構造が−CF2CH3、−CF2CF3、−CF(CF3)2、−C(CF3)3、−CF2H、−CFH2等である基が挙げられる。分子鎖同士を配向しやすくするためには炭素鎖長の長い基が好ましく、炭素数4以上のものがより好ましい。さらには、アルキル基の水素原子の2個以上がフッ素原子に置換されたポリフルオロアルキル基(以下、「Rf基」と記す。)が好ましく、特に炭素数4〜20のRf基が好ましく、特に、炭素数6〜12のRf基が好ましい。Rf基は直鎖構造であっても分岐構造であってもよいが、直鎖構造の方が好ましい。さらに、疎水性基は、アルキル基の水素原子の実質的に全てがフッ素原子に置換されたパーフルオロアルキル基が好ましい。パーフルオロアルキル基は、CnF2n+1−(nは、4〜16の整数)で表わされる基が好ましく、特に、nが6〜12の整数である場合の基が好ましい。パーフルオロアルキル基は。直鎖構造であっても分岐構造であってもよく、直鎖構造が好ましい。 Examples of the hydrophobic group include groups having a terminal structure of —CF 2 CH 3 , —CF 2 CF 3 , —CF (CF 3 ) 2 , —C (CF 3 ) 3 , —CF 2 H, —CFH 2 and the like. Can be mentioned. In order to facilitate the orientation of molecular chains, a group having a long carbon chain length is preferable, and a group having 4 or more carbon atoms is more preferable. Furthermore, a polyfluoroalkyl group (hereinafter referred to as “Rf group”) in which two or more of the hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with fluorine atoms is preferable, and an Rf group having 4 to 20 carbon atoms is particularly preferable. The Rf group having 6 to 12 carbon atoms is preferred. The Rf group may have a linear structure or a branched structure, but a linear structure is preferred. Further, the hydrophobic group is preferably a perfluoroalkyl group in which substantially all of the hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with fluorine atoms. Perfluoroalkyl group, C n F 2n + 1 - (n is an integer of 4 to 16) preferably a group represented by, in particular, groups where n is an integer from 6-12 is preferred. Perfluoroalkyl group. It may be a linear structure or a branched structure, and a linear structure is preferred.
上記材料は、特開平3−178478号公報等に詳しく記載されており、加熱状態で液体又は固体と接触させたときに親液性となり、空気中で加熱すると疎液性となる性質を有する。即ち、接触媒体の選択と熱エネルギーの付与によって臨界表面張力を変化させることができる。 The above materials are described in detail in JP-A-3-178478 and the like, and have the property of becoming lyophilic when brought into contact with a liquid or solid in a heated state and becoming lyophobic when heated in air. That is, the critical surface tension can be changed by selecting a contact medium and applying thermal energy.
さらに、疎水性基としては、フッ素原子を含まない−CH2CH3、−CH(CH3)2、−C(CH3)3等の末端構造を有する基を挙げることができる。この場合にも、分子鎖同士を配向しやすくするためには炭素鎖長の長い基が好ましく、炭素数4以上のものがより好ましい。疎水性基は直鎖構造であっても分岐構造であってもよいが、直鎖構造の方が好ましい。 Furthermore, examples of the hydrophobic group include groups having a terminal structure such as —CH 2 CH 3 , —CH (CH 3 ) 2 , and —C (CH 3 ) 3 that do not contain a fluorine atom. Also in this case, in order to facilitate the orientation of molecular chains, a group having a long carbon chain length is preferable, and a group having 4 or more carbon atoms is more preferable. The hydrophobic group may have a linear structure or a branched structure, but a linear structure is preferred.
上記アルキル基は、ハロゲン原子、シアノ基、フェニル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基又は炭素数1〜12の直鎖、分岐鎖もしくは環状のアルキル基やアルコキシ基で置換されたフェニル基を含有していてもよい。Rの結合部位が多いほど表面エネルギーが低く(臨界表面張力が小さく)、疎液性となると考えられる。紫外線照射等によって、結合の一部が切断され、或いは、配向状態が変化するために臨界表面張力が増加し、親液性になるものと考えられる。 The alkyl group contains a halogen atom, a cyano group, a phenyl group, a hydroxyl group, a carboxyl group, or a phenyl group substituted with a linear, branched or cyclic alkyl group or alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms. Also good. It is considered that the more R binding sites, the lower the surface energy (the smaller the critical surface tension) and the more lyophobic. It is considered that, due to ultraviolet irradiation or the like, a part of the bond is cut or the orientation state changes, so that the critical surface tension increases and becomes lyophilic.
さらに、疎水性基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲンを挙げることができる。これらハロゲン原子と炭素原子との結合エネルギーは、例えば炭素−フッ素で441kJ/mol、炭素−塩素で328kJ/mol、炭素−臭素で276kJ/molであり、光の波長に換算するとそれぞれ271nm、364nm、434nmであり、紫外線の光エネルギーで十分に切ることが可能である。これらは、疎水性であるが、紫外線照射等によって、結合が切断されるために、結果として親水性になるものと考えられる。特にハロゲン化したポリパラキシリレンは、絶縁性が高く、またカバレッジ性がよく下地のエッジ部やコーナー部の被覆性にも優れているため、ショートし難く絶縁膜が形成可能であり、膜形成は、室温下で行なえるため、基板に熱ストレスを与えないので、膜剥がれおよびボイドなどを避けることができ、より望ましい。 Furthermore, examples of the hydrophobic group include halogens such as a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. The bond energy of these halogen atoms and carbon atoms is, for example, 441 kJ / mol for carbon-fluorine, 328 kJ / mol for carbon-chlorine, 276 kJ / mol for carbon-bromine, and 271 nm, 364 nm, respectively, when converted to the wavelength of light, It is 434 nm, and can be sufficiently cut with the light energy of ultraviolet rays. These are hydrophobic, but are considered to become hydrophilic as a result because the bond is broken by ultraviolet irradiation or the like. In particular, halogenated polyparaxylylene has high insulation, good coverage, and excellent coverage at the edge and corner of the base, so that it is difficult to short-circuit and an insulating film can be formed. Since it can be performed at room temperature, it does not apply thermal stress to the substrate, so that film peeling and voids can be avoided, which is more desirable.
疎水性基が半導体層との積層界面に存在している他の効果として、それに接している半導体層6との界面特性を良好なものとすることができる。半導体層6が有機半導体からなる場合、その効果がより顕著である。界面特性が良好であるとは、(i)半導体が結晶質である場合には結晶粒が大きくなり、移動度が増大する、(ii)半導体が非晶質(高分子)である場合には、界面準位密度が減少し、移動度が増大する、(iii)半導体が高分子であり、長鎖アルキル基等の側鎖を有する場合には、その配向が規制されることによりπ共役主鎖の分子軸を概ね一方向に配列させることができ、移動度が増大する、等の現象が出現することを指す。
As another effect that the hydrophobic group is present at the laminated interface with the semiconductor layer, the interface characteristic with the
この発明の実施の形態における濡れ性変化層2の厚さは、30nm〜3μmの範囲が好ましく、50nm〜1μmの範囲がさらに好ましい。濡れ性変化層2が、上記の厚さより薄い場合にはバルク体としての特性(絶縁性、ガスバリア性、防湿性等)が損なわれ、上記の厚さより厚い場合には表面形状が悪化するため好ましくない。
The thickness of the
導電性材料を含有する液体を濡れ性変化層2の表面に付与する方法として、スピンコート法、ディップコート法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、およびインクジェット法等の各種塗布法を用いることができるが、濡れ性変化層2の表面エネルギーの影響を受け易くするためには、より小さな液滴を供給できるインクジェット法が特に好ましい。上述したようにプリンタに使用されるレベルの通常のヘッドを用いた場合、インクジェット法の解像度は、30μmであり、位置合わせ精度は、±15μm程度であるが、濡れ性変化層2における表面エネルギーの差を利用することにより、それよりも微細なパターンを形成することが可能となる。
As a method for applying a liquid containing a conductive material to the surface of the
半導体層6としては、CdSe,CdTe,Si等の無機半導体やペンタセン、アントラセン、テトラセン、フタロシアニン等の有機低分子、ポリアセチレン系導電性高分子、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体等のポリフェニレン系導電性高分子、ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリフラン及びその誘導体等の複素環系導電性高分子、ポリアニリン及びその誘導体等のイオン性導電性高分子等の有機半導体を用いることができるが、上述したように有機半導体を用いた場合に、濡れ性変化層2による特性向上の効果がより顕著に現れる。
Examples of the
また、濡れ性変化層2の一部にエネルギーを付与する方法として、(C1)大気中で操作できる、(C2)高い解像度が得られる、(C3)層内部へのダメージが少ない等の点から紫外線照射を用いるのが好ましい。
In addition, as a method of imparting energy to a part of the
[積層構造体の製造方法]
図7は、この発明の実施の形態による積層構造体1の作製プロセスを示す図である。
[Manufacturing method of laminated structure]
FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing process of the
まず、図7の(a)に示すように、ガラスやポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等のプラスチック、シリコンウェハ、金属等からなる基板7上に濡れ性変化層2を形成する。濡れ性変化層2は、紫外線の照射によって臨界表面張力が増加し、低表面エネルギー(疎液性)から高表面エネルギー(親液性)へ変化する材料からなる。
First, as shown in FIG. 7A, the
濡れ性変化層2の好ましい構造については前述した通りであるが、実験によれば、ポリパラキシリレン骨格からなるポリマーが、特に紫外線照射による濡れ性変化が大きかった。このような構造を有するポリマーは、その前駆体を気化、熱分解させ、発生したラジカルが基板上7で吸着と重合の同時反応を起こすことにより濡れ性変化層2が形成される。上記前駆体の具体例として、ジモノクロロパラキシリレン固体が挙げられる。
The preferred structure of the
次に、図7の(b)に示すように、濡れ性変化層2の表面にマスク8を通して紫外線を照射する。これにより低表面エネルギー部4と高表面エネルギー部3とからなるパターンが形成される。紫外線としては100nmから300nmの比較的短い波長の光が含まれるのが望ましい。
Next, as shown in FIG. 7B, the surface of the
次に、図7の(c)に示すように、上記パターンが形成された濡れ性変化層2上に導電性材料を含有する液体を、例えばインクジェット法によって供給すると、高表面エネルギー部3のみに導電層5が形成される。
Next, as shown in FIG. 7C, when a liquid containing a conductive material is supplied onto the
最後に、図7の(d)に示すように、低分子半導体を蒸着するか、高分子半導体又はその前駆体を溶解した溶液をスピンコート法、ディップコート法、ワイヤーバーコート法、キャスト法等で塗布し、加熱することにより、半導体層6が形成される。
Finally, as shown in FIG. 7 (d), a low molecular semiconductor is vapor-deposited, or a solution in which a polymer semiconductor or a precursor thereof is dissolved is spin-coated, dip-coated, wire bar-coated, cast, etc. The
[電子素子]
上述したような構造の積層構造体1を構成要素の一部とするダイオード、トランジスタ、光電変換素子、および熱電変換素子等の電子素子を形成することができる。
[Electronic element]
Electronic elements such as a diode, a transistor, a photoelectric conversion element, and a thermoelectric conversion element can be formed using the
図8は、この発明の実施の形態における電子素子41の例を示す図である。この発明の実施の形態による電子素子41は、濡れ性変化層2と、一対の電極層5a,5bと、半導体層6と、基板7と、電極層42とを備える。
FIG. 8 is a diagram showing an example of the
基板7は、ガラスやポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等のプラスチック、シリコンウェハ、金属等からなる。電極層42は、蒸着法、CVD法、スピンコート法、ディップコート法、キャスト法等により基板7上に形成される。電極層42は、各種の導電性薄膜からなる。電極層42を形成する場合、各種の導電性薄膜を全面に成膜した後に通常のフォトリソグラフィー法またはマイクロコンタクトプリンティング法でパターニングしてもよいし、導電性材料を含有する液体をインクジェット法等で供給して直接描画してもよい。
The
電極層42が基板7上に形成されると、電極層42の上に上述した濡れ性変化層2を形成する。この濡れ性変化層2は、ゲート絶縁膜を兼ねるので、高絶縁性であることが望ましい。
When the
なお、濡れ性変化層42は、上層を濡れ性変化層、下層を濡れ性変化機能はないがより絶縁性の高い絶縁体層とする2層構造からなっていてもよい。
The
濡れ性変化層2が形成されると、上述した方法によって濡れ性変化層2に低表面エネルギー部4と高表面エネルギー部3とからなるパターンが形成され、その上に導電性材料を含有する液体を付与することにより高表面エネルギー部3に導電層として一対の電極層5a,5bが形成される。
When the
最後に、上述した半導体層6が全面(又は少なくともチャネル領域を含む島状)に形成される。
Finally, the above-described
図8から明らかなように、この電子素子41はTFT(薄膜トランジスタ)として機能する。即ち、電極層42は、ゲート電極Gであり、濡れ性変化層2は、ゲート絶縁膜であり、電極層5a,5bは、それぞれ、ソース電極Sおよびドレイン電極Dである。電極層5a,5b間のギャップはチャネル長に相当する。濡れ性変化層2がゲート絶縁膜を兼ねるため、図7に示した構成例に比して、工程が簡略化される。
As is apparent from FIG. 8, the
なお、図8において、電極層42を形成する前に基板7上に、濡れ性変化層2とは別の濡れ性変化層(図示せず)を設け、電極層42のパターニングに利用してもよい。
In FIG. 8, a wettability changing layer (not shown) different from the
[電子素子アレイ]
図9は、この発明の実施の形態による電子素子アレイの一例を示す図である。図9の(a)は、電子素子アレイの断面図であり、図9の(b)は、電極等の配置関係を示す平面図である。なお、図9においては、図8に示すタイプの電子素子41を利用した例を示している。
[Electronic element array]
FIG. 9 is a diagram showing an example of an electronic element array according to the embodiment of the present invention. FIG. 9A is a cross-sectional view of the electronic element array, and FIG. 9B is a plan view showing an arrangement relationship of electrodes and the like. 9 shows an example in which the
基板7上にゲート電極となる電極層42、ゲート絶縁膜を兼ねる濡れ性変化層2、ソース電極となる電極層5a及びドレイン電極となる電極層5bを、図8に示した場合と同様の方法で2次元アレイ状にパターンニングして複数個形成する。
An
なお、各TFT(電子素子41)毎のゲート電極42は、走査信号用のドライバーICにより駆動させるため、バスラインに接続され、同様に、各TFT(電子素子41)毎のソース電極5aもデータ信号用のドライバーにより駆動させるためバスラインに接続される。
The
次に、半導体層6を、例えばマイクロコンタクトプリンティング法やディスペンサー法でチャネル領域を含む島状に形成することで、電子素子(TFT)アレイ51が完成する。なお、マイクロコンタクトプリンティング法はフォトリソグラフィーでパターン形成したマスターを用いてPDMS(ポリジメチルシロキサン)のスタンプを作製し、その凸部に半導体材料を含有する液体を付着させ、基板に転写する方法である。これらの方法を用いると、半導体層7がチャネル領域を含む島状に形成されているので隣接する素子部分への電流リークは発生しない。
Next, the
なお、図9には示していないが、酸素や水分、放射線などにより電子素子(TFT)41の特性が劣化することを防ぐために、電子素子(TFT)41はパッシベーション膜に覆われていることが望ましい。 Although not shown in FIG. 9, the electronic element (TFT) 41 is covered with a passivation film in order to prevent the characteristics of the electronic element (TFT) 41 from being deteriorated by oxygen, moisture, radiation, or the like. desirable.
パッシベーション膜には、例えば、窒化アルミニウム、窒化シリコン、および窒化酸化シリコン等を用いることができる。これらは、CVD法およびイオンプレーティング法などにより成膜される。 For example, aluminum nitride, silicon nitride, silicon nitride oxide, or the like can be used for the passivation film. These are formed by a CVD method, an ion plating method, or the like.
[表示装置]
図10は、図9に示す電子素子アレイ51を用いた表示装置の断面図である。電子素子(TFT)アレイ51の基板7と透明導電膜62を有する基板63との間に表示素子64が設けられ、TFT(電子素子)41によって画素電極を兼ねるドレイン電極5b上の表示素子がスイッチングされる。基板63としては、ガラスやポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等のプラスチックを用いることができる。表示素子64としては液晶、電気泳動、有機EL等の方式を用いることができる。
[Display device]
FIG. 10 is a cross-sectional view of a display device using the
表示素子64として液晶を用いた液晶表示素子は、電界駆動であることから消費電力が小さく、また駆動電圧が低いことからTFTの駆動周波数を高くすることができ、大容量表示に適している。液晶表示素子の表示方式として、TN、STN、ゲスト・ホスト型、高分子分散液晶(PDLC:Polymer−dispersed Liquid Crystal)等が挙げられるが、反射型で明るい白色表示が得られる点ではPDLCが好ましい。
A liquid crystal display element using a liquid crystal as the
なお、電子素子(TFT)アレイ51上に表示素子64が積層される反射型液晶素子等においては、図13に示すように電子素子(TFT)アレイ52上に層間絶縁膜81を設け、コンタクトホール82を通じて層間絶縁膜81上に設けた画素電極83が、電子素子(TFT)41のドレイン電極5bと接続される。
In a reflective liquid crystal element or the like in which a
電気泳動表示素子は、第1の色(例えば白色)を呈する粒子を第2の色を呈する着色分散媒中に分散した分散液からなるものであり、第1の色を呈する粒子は、着色分散媒中で帯電することにより、電界の作用で分散媒中における存在位置を変えることができ、それによって呈する色が変化する。この表示方式によれば明るく、視野角の広い表示ができ、また表示メモリー性があるため特に消費電力の観点から好ましく使用される。 The electrophoretic display element is composed of a dispersion liquid in which particles exhibiting a first color (for example, white) are dispersed in a color dispersion medium exhibiting a second color, and the particles exhibiting the first color are colored and dispersed. By charging in the medium, the position in the dispersion medium can be changed by the action of an electric field, thereby changing the color to be exhibited. According to this display method, it is possible to display brightly and with a wide viewing angle, and since it has a display memory property, it is preferably used particularly from the viewpoint of power consumption.
上記分散液を高分子膜で包んだマイクロカプセルとすることにより、表示動作が安定化するとともに、表示装置の製造が容易になる。マイクロカプセルは、コアセルベーション法、In−Situ重合法、および界面重合法等の公知の方法で作製することができる。白色粒子としては、酸化チタンが特に好適に用いられ、必要に応じて表面処理或いは他の材料との複合化等が施される。分散媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフテン系炭化水素等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン、ケロシン、パラフィン系炭化水素等の脂肪族炭化水素類、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、トリクロロフルオロエチレン、臭化エチル等のハロゲン化炭(化水)素類、含フッ素エーテル化合物、含フッ素エステル化合物、シリコーンオイル等の抵抗率の高い有機溶媒を使用するのが好ましい。 By using microcapsules in which the dispersion is wrapped with a polymer film, the display operation is stabilized and the display device can be easily manufactured. Microcapsules can be produced by a known method such as a coacervation method, an In-Situ polymerization method, or an interfacial polymerization method. As the white particles, titanium oxide is particularly preferably used, and surface treatment or compounding with other materials is performed as necessary. Examples of the dispersion medium include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, naphthenic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons such as hexane, cyclohexane, kerosene, and paraffinic hydrocarbons, trichloroethylene, tetrachloroethylene, trichlorofluoroethylene, odor It is preferable to use an organic solvent having a high resistivity such as halogenated carbon (hydrocarbon) such as ethyl halide, fluorine-containing ether compound, fluorine-containing ester compound, or silicone oil.
分散媒を着色するためには所望の吸収特性を有するアントラキノン類やアゾ化合物類等の油溶性染料が用いられる。分散液中には分散安定化のために界面活性剤等を添加してもよい。 In order to color the dispersion medium, oil-soluble dyes such as anthraquinones and azo compounds having desired absorption characteristics are used. A surfactant or the like may be added to the dispersion for stabilization of dispersion.
有機EL素子は、自発光型であるため、鮮やかなフルカラー表示を行うことができる。また、EL層は、非常に薄い有機薄膜であるので、柔軟性に富み、特にフレキシブルな基板上に形成するのに適している。 Since the organic EL element is a self-luminous type, vivid full color display can be performed. Further, since the EL layer is a very thin organic thin film, it has a high flexibility and is particularly suitable for being formed on a flexible substrate.
上述したような実施の形態を具体化した実施例について、比較例とともに、以下に説明する。 Examples that embody the above-described embodiment will be described below together with comparative examples.
[実施例1]
実施例1は、電子素子の作製に関するものである。ここでは、図8に示した構造の電子素子(TFT)41を作製した。
[Example 1]
Example 1 relates to fabrication of an electronic device. Here, an electronic element (TFT) 41 having the structure shown in FIG. 8 was produced.
まず、ガラス基板7上に膜厚60nmのアルミニウム(Al)を真空蒸着し、その真空蒸着したAlをフォトリソエッチングにより40μmの幅に加工し、ゲート電極42を形成した。
First, 60 nm-thick aluminum (Al) was vacuum-deposited on the
次に、ゲート絶縁膜を兼ねる濡れ性変化層2として、成膜後に化1の化学式で表される構造体となるジモノクロロパラキシリレン固体ダイマーを化学気相堆積法(CVD法)により気化、熱分解させ基板7上に形成した。
Next, as the
このような濡れ性変化層2の特性を評価するために別途以下の実験を行った。
In order to evaluate the characteristics of the
UVランプを用い、250nmの光の強度が40mW/cm2となるように光源と基板との距離を調整し、照射時間を変化させることにより(250nmの波長に対する)照射量を変え、水に対する接触角の変化を観測した。 Using a UV lamp, adjusting the distance between the light source and the substrate so that the intensity of light at 250 nm is 40 mW / cm 2 , changing the irradiation time to change the irradiation amount (for a wavelength of 250 nm), and contact with water A change in angle was observed.
図11は、紫外線照射量と水に対する接触角の関係を示す図である。未照射時には接触角が80°を超え疎水性(撥水性)であるが、照射量10J/cm2以上では10°程度に低下し、親水性に変化している。この変化を誘起するのに有効な光の波長に合わせた光源を用いることによって照射量をさらに小さくすることが可能であると考えられる。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the UV irradiation amount and the contact angle with water. When not irradiated, the contact angle exceeds 80 ° and is hydrophobic (water repellency). However, when the irradiation dose is 10 J / cm 2 or more, the contact angle decreases to about 10 ° and changes to hydrophilicity. It is considered that the amount of irradiation can be further reduced by using a light source adapted to the wavelength of light effective for inducing this change.
上記紫外線を10J/cm2照射した場合と未照射の場合において、表面エネルギーの異なる数種類の液体の接触角を測定した。 The contact angles of several types of liquids having different surface energies were measured when the ultraviolet rays were irradiated at 10 J / cm 2 and when they were not irradiated.
図3は、液体の表面張力と接触角の関係を示したものである。図3から、臨界表面張力は、未照射の場合に約31mN/mであり、紫外線照射した場合に約52mN/mである。 FIG. 3 shows the relationship between the surface tension of the liquid and the contact angle. From FIG. 3, the critical surface tension is about 31 mN / m when not irradiated and about 52 mN / m when irradiated with ultraviolet rays.
次に、開口幅が40μmであり、開口部間のスペースが5μmであるパターンを施したマスクを濡れ性変化層2に圧着し、紫外線を10J/cm2照射した。
Next, a mask provided with a pattern having an opening width of 40 μm and a space between the openings of 5 μm was pressure-bonded to the
続いて、インクジェット法を用いて、導電性高分子であるPEDOT/PPSの水溶液を濡れ性変化層2上に供給し、乾燥させてソース電極層5a及びドレイン電極層5bを形成した。
Subsequently, an aqueous solution of PEDOT / PPS, which is a conductive polymer, was supplied onto the
最後に、下記化学式に示すようなスキームより合成した有機半導体なる重合体1をトルエンに溶解した溶液をスピンコート法にて塗布し、乾燥させて半導体層6を形成した。
Finally, a solution obtained by dissolving an
このように作製されたTFT(電子素子41)の移動度は、2.5×10−3cm2/Vs、On/Off比は、1950であり、ソース電極層5a及びドレイン電極層5bを、Auの蒸着膜をリフトオフすることにより形成した場合と比べて遜色はなかった。
The mobility of the TFT (electronic element 41) thus manufactured is 2.5 × 10 −3 cm 2 / Vs, the On / Off ratio is 1950, and the
[比較例1]
低抵抗Si基板上にゲート絶縁膜として熱酸化膜を形成し、Auの蒸着膜をリフトオフによりパターニングし、ソース電極層5a及びドレイン電極層5bを形成したこと以外は実施例1と同様にして作製した。
[Comparative Example 1]
Fabricated in the same manner as in Example 1 except that a thermal oxide film was formed as a gate insulating film on a low-resistance Si substrate, an Au vapor deposition film was patterned by lift-off, and a
このように作製されたTFTの移動度は、9.8×10−5cm2/Vs、On/Off比は、1050であり、実施例1に比べ特性が劣っていた。ゲート絶縁膜の表面が親水性であるために、局所分極により界面準位密度が増加し、移動度が小さくなったものと考えられる。 The mobility of the TFT manufactured in this manner was 9.8 × 10 −5 cm 2 / Vs, and the On / Off ratio was 1050. The characteristics were inferior to those of Example 1. It is considered that since the surface of the gate insulating film is hydrophilic, the interface state density is increased by local polarization, and the mobility is decreased.
[実施例2]
焼成後に、化3〜化4の化学式で表される構造体となる前駆体を、実施例1と同様の成膜条件でガラス基板上に作製した。
[Example 2]
After firing, a precursor to be a structure represented by the chemical formulas of
次に、実施例1と同様に紫外線を10J/cm2照射した前後において、表面エネルギーの異なる数種類の液体の接触角を測定し、実施例1と同様にして臨界表面張力を求めた結果を表2に示す。 Next, the contact angles of several types of liquids having different surface energies were measured before and after UV irradiation at 10 J / cm 2 in the same manner as in Example 1, and the critical surface tension was obtained in the same manner as in Example 1. It is shown in 2.
表2から、臨界表面張力は、未照射の場合には27〜31mN/m程度であり、紫外線照射した場合には50〜52mN/m程度であることが分かる。このことから、何れの材料も濡れ性変化層2を構成する材料として用いることが可能なことが分かる。
From Table 2, it can be seen that the critical surface tension is about 27 to 31 mN / m when not irradiated and about 50 to 52 mN / m when irradiated with ultraviolet rays. From this, it can be seen that any material can be used as the material constituting the
[実施例3]
実施例2で用いた材料を、実施例1と同様の成膜条件でガラス基板上に作製した。次に、実施例1と同様の条件でパターニングを行い、インクジェット法によりソース電極及びドレイン電極を作製した。続いて、有機半導体材料に化2の化学式で表される重合体1を用いてスピンコート法により半導体層を形成した。
[Example 3]
The material used in Example 2 was produced on a glass substrate under the same film formation conditions as in Example 1. Next, patterning was performed under the same conditions as in Example 1, and a source electrode and a drain electrode were produced by an inkjet method. Subsequently, a semiconductor layer was formed by spin coating using the
このように作製されたTFTの移動度とOn/Off比の結果を表3に示す。 Table 3 shows the mobility and On / Off ratio results of the TFTs thus fabricated.
何れのポリパラキシリレン材料を用いても、同じ有機半導体を用いた実施例1と同等の結果が得られた。 Whichever polyparaxylylene material was used, the same result as in Example 1 using the same organic semiconductor was obtained.
[実施例4]
本実施例は、図9に示すような電子素子アレイ51の作製に関するものである。
[Example 4]
This embodiment relates to the production of an
まず、ゲート電極42と、ゲート絶縁膜を兼ねる濡れ性変化層2とを実施例1と同様にして作製した。ソース電極層5a及びドレイン電極層5bは、導電性高分子であるPEDOT/PSSの水溶液を用い、実施例1と同様にして形成した。
First, the
最後に上記重合体1をトルエンに溶解した溶液を用いて、ディスペンサーで半導体層6を島状に形成した。
Finally, the
以上の工程により、基板7上に32×32個(素子間ピッチ500μm)のTFT(電子素子41)を2次元アレイ状に有する電子素子アレイ51を作製した。これらの複数のTFT(電子素子41)の平均的な特性は移動度が1.5×10−3cm2/Vs、On/Off比が2000であった。
Through the above steps, an
[実施例5]
本実施例は、図12に示すような電子素子アレイ51を用いた表示装置61の作製に関するものである。
[Example 5]
This embodiment relates to the production of a
まず、酸化チタン粒子65とオイルブルーで着色したアイソパー66を内包するマイクロカプセル67を表示素子64としてPVA水溶液に混合して、ITOからなる透明電極62を形成したポリカーボネート基板63上に塗布して、マイクロカプセル67とPVAバインダー68からなる層を形成した。この基板と、実施例4で作製したTFTアレイ(電子素子アレイ51)が形成された基板7とを接着した。
First, a
ゲート電極42に繋がるバスラインに走査信号用のドライバーICを、ソース電極5aに繋がるバスラインにデータ信号用のドライバーICを各々接続した。0.5秒毎に画面切替えを行ったところ、良好な静止画表示を行うことができた。
A driver IC for scanning signals was connected to the bus line connected to the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
この発明は、簡便に微細なパターンの形成が可能であって、かつ、パターン形成以外に高付加価値機能を有する積層構造体に適用される。また、この発明は、簡便に微細なパターンの形成が可能であって、かつ、パターン形成以外に高付加価値機能を有する積層構造体を備える電子素子に適用される。さらに、この発明は、簡便に微細なパターンの形成が可能であって、かつ、パターン形成以外に高付加価値機能を有する積層構造体を備えた電子素子アレイに適用される。さらに、この発明は、簡便に微細なパターンの形成が可能であって、かつ、パターン形成以外に高付加価値機能を有する積層構造体の製造方法に適用される。さらに、この発明は、簡便に微細なパターンの形成が可能であって、かつ、パターン形成以外に高付加価値機能を有する積層構造体を備えた電子素子の製造方法に適用される。 The present invention is applicable to a laminated structure which can easily form a fine pattern and has a high value-added function in addition to pattern formation. In addition, the present invention is applied to an electronic device that can easily form a fine pattern and includes a laminated structure having a high value-added function in addition to pattern formation. Furthermore, the present invention is applied to an electronic element array having a laminated structure that can easily form a fine pattern and has a high value-added function in addition to pattern formation. Furthermore, the present invention is applied to a method for manufacturing a laminated structure that can easily form a fine pattern and has a high value-added function in addition to pattern formation. Furthermore, the present invention is applied to a method of manufacturing an electronic device including a laminated structure that can easily form a fine pattern and has a high value-added function in addition to pattern formation.
1 積層構造体、2 濡れ性変化層、3 高表面エネルギー部、4 低表面エネルギー部、5 導電層、5a,5b 一対の電極層、6 半導体層、31 電子素子、32 絶縁体層、33 電極層、41 電子素子、42 電極層、51 電子素子アレイ、61 表示装置。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記濡れ性変化層の前記高表面エネルギー部に形成された導電層と、
前記濡れ性変化層の前記低表面エネルギー部に少なくとも接して設けられた半導体層とを備え、
前記濡れ性変化層は、ハロゲン化物を含む高分子材料からなる、積層構造体。 The material includes a material whose critical surface tension is changed by application of energy, and at least the critical surface tension is different between the high surface energy portion having a relatively large critical surface tension and the low surface energy portion having a relatively small critical surface tension. A wettability changing layer having two sites;
A conductive layer formed on the high surface energy portion of the wettability changing layer;
A semiconductor layer provided at least in contact with the low surface energy portion of the wettability changing layer,
The wettability changing layer is a laminated structure made of a polymer material containing a halide.
前記絶縁体層に接して設けられた第1の電極層とをさらに備え、
前記半導体層は、前記濡れ性変化層上に形成され、
前記導電層は、前記半導体層に接して設けられた一対の第2の電極層からなる、請求項5に記載の電子素子。 An insulator layer formed at least in contact with the semiconductor layer;
A first electrode layer provided in contact with the insulator layer;
The semiconductor layer is formed on the wettability changing layer,
The electronic device according to claim 5, wherein the conductive layer includes a pair of second electrode layers provided in contact with the semiconductor layer.
前記濡れ性変化層は、前記第1の電極層上に設けられ、
前記半導体層は、前記濡れ性変化層上に形成され、
前記導電層は、前記半導体層に接して設けられた一対の第2の電極層からなる、請求項5に記載の電子素子。 A first electrode layer;
The wettability changing layer is provided on the first electrode layer;
The semiconductor layer is formed on the wettability changing layer,
The electronic device according to claim 5, wherein the conductive layer includes a pair of second electrode layers provided in contact with the semiconductor layer.
前記複数の電子素子の各々は、請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の電子素子からなる、電子素子アレイ。 Comprising a plurality of electronic elements disposed on a substrate;
Each of these electronic elements is an electronic element array which consists of an electronic element of any one of Claims 5-7.
前記濡れ性変化層の一部分にエネルギーを付与することによって前記臨界表面張力が相対的に小さい低表面エネルギー部と前記臨界表面張力が相対的に大きい高表面エネルギー部とからなり、かつ、前記臨界表面張力を異ならせたパターンを形成する第2のステップと、
導電性材料を含有する液体を前記パターンが形成された前記濡れ性変化層の表面に付与して前記高表面エネルギー部に導電層を形成する第3のステップと、
前記濡れ性変化層上に半導体層を形成する第4のステップとを備える積層構造体の製造方法。 A first step of forming a wettability changing layer containing a polymer material containing a halide as a material whose critical surface tension is changed by applying energy;
The critical surface is composed of a low surface energy part having a relatively small critical surface tension and a high surface energy part having a relatively large critical surface tension by applying energy to a part of the wettability changing layer. A second step of forming patterns with different tensions;
A third step of applying a liquid containing a conductive material to the surface of the wettability changing layer on which the pattern is formed to form a conductive layer on the high surface energy portion;
And a fourth step of forming a semiconductor layer on the wettability changing layer.
前記電子素子は、請求項6または請求項7に記載の電子素子からなり、
前記製造方法は、
前記濡れ性変化層の一部分にエネルギーを付与することによって前記低表面エネルギー部と前記高表面エネルギー部とからなり、かつ、前記臨界表面張力を異ならせたパターンを形成する第1のステップと、
導電性材料を含有する液体を前記パターンが形成された濡れ性変化層の表面に付与することで、前記高表面エネルギー部に前記一対の第2の電極層を形成する第2のステップと、
前記濡れ性変化層上に半導体層を形成する第3のステップとを備える電子素子の製造方法。 A method for manufacturing an electronic device, comprising:
The electronic element comprises the electronic element according to claim 6 or claim 7,
The manufacturing method includes:
A first step of forming a pattern comprising the low surface energy part and the high surface energy part by applying energy to a part of the wettability changing layer and having different critical surface tensions;
A second step of forming the pair of second electrode layers on the high surface energy portion by applying a liquid containing a conductive material to the surface of the wettability changing layer on which the pattern is formed;
And a third step of forming a semiconductor layer on the wettability changing layer.
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