JP2009026899A - Laminate structure, electronic device, electronic device array, and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層構造体、積層構造体を用いた電子素子、電子素子アレイ及び表示装置に関する。 The present invention relates to a laminated structure, an electronic element using the laminated structure, an electronic element array, and a display device.
近年、有機半導体材料を用いた有機薄膜トランジスタが精力的に研究されている。トランジスタに有機半導体材料を用いる利点として、フレキシビリティー、大面積化、単純層構成によるプロセスの単純化及び製造装置が安価であることが挙げられる。 In recent years, organic thin film transistors using organic semiconductor materials have been intensively studied. Advantages of using an organic semiconductor material for a transistor include flexibility, a large area, simplification of a process by a simple layer structure, and a low cost manufacturing apparatus.
また、有機薄膜トランジスタは、印刷法を用いることで、従来のフォトリソグラフィーを用いるＳｉ系半導体の場合よりも、桁違いに安く製造することが可能であり、さらに、印刷法、スピンコート法、浸漬法等を用いて、薄膜や回路も簡便に形成することが可能である。 In addition, organic thin film transistors can be manufactured by orders of magnitude cheaper than conventional Si-based semiconductors using photolithography, and printing methods, spin coating methods, and immersion methods can be used. Etc., it is possible to easily form a thin film or a circuit.
このような有機薄膜トランジスタの特性を示すパラメータの一つとして、電流のオンオフ比（Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ）が挙げられる。有機薄膜トランジスタにおいて、飽和領域でのソース・ドレイン電極間に流れる電流Ｉｄｓは、
Ｉｄｓ＝μＣｉｎＷ（ＶＧ−Ｖｔｈ）２／２Ｌ ・・・・・・・式（１）
で表される。ここで、μは電界効果移動度、Ｃｉｎはゲート絶縁膜の単位面積当たりのキャパシタンス、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長、ＶＧはゲート電圧、Ｖｔｈは閾値電圧である。なお、Ｃｉｎは、
Ｃｉｎ＝εε０／ｄ ・・・・・・・・・・・・・・・・・式（２）
で表される。ここで、εはゲート絶縁膜の比誘電率、ε０は真空の誘電率、ｄはゲート絶縁膜の厚さである。
One of the parameters indicating the characteristics of such an organic thin film transistor is a current on / off ratio (I on / I off ). In the organic thin film transistor, the current I ds flowing between the source and drain electrodes in the saturation region is
I ds = μC in W (V G -V th) 2 / 2L ······· formula (1)
It is represented by Here, μ is the field effect mobility, C in is the capacitance per unit area of the gate insulating film, W is the channel width, L is the channel length, V G is the gate voltage, and V th is the threshold voltage. C in is
C in = εε 0 / d (2)
It is represented by Here, ε is the relative dielectric constant of the gate insulating film, ε 0 is the vacuum dielectric constant, and d is the thickness of the gate insulating film.
式（１）から、オン電流を大きくするためには、
１．電界効果移動度μを向上させること
２．チャネル長Ｌを短くすること
３．チャネル幅Ｗを大きくすること
等が有効であることがわかる。電界効果移動度μは、材料特性によるところが大きく、電界効果移動度を向上させるための材料開発が行われている。
From equation (1), to increase the on-current,
1. 1. improve the field effect mobility μ 2. Shorten the channel length L It can be seen that increasing the channel width W is effective. The field effect mobility μ largely depends on the material characteristics, and materials are being developed to improve the field effect mobility.
一方、チャネル長Ｌは、素子構成に由来するので、素子構成の工夫により、オン電流を向上させる試みが行われている。従来より、ソース・ドレイン電極間距離を短くすることで、チャンネル長Ｌを短くできることが知られている。 On the other hand, since the channel length L is derived from the element configuration, attempts have been made to improve the on-current by devising the element configuration. Conventionally, it is known that the channel length L can be shortened by shortening the distance between the source and drain electrodes.
有機半導体材料は、シリコン半導体などの無機半導体材料に較べ電界効果移動度μが大きくないため、チャネル長Ｌは、通常、少なくとも１０ｕｍ以下であることが必要であり、５ｕｍ以下であることが好ましい。ソース・ドレイン電極間距離を正確に短くする方法の一つとして、Ｓｉプロセスで用いられるフォトリソグラフィーが挙げられる。 Since the organic semiconductor material does not have a large field-effect mobility μ as compared with an inorganic semiconductor material such as a silicon semiconductor, the channel length L is usually required to be at least 10 μm or less, and preferably 5 μm or less. One method for accurately shortening the distance between the source and drain electrodes is photolithography used in the Si process.
フォトリソグラフィーの工程は、
１．薄膜層を有する基板上にフォトレジスト層を塗布する（レジスト塗布）
２．加熱により溶剤を除去する（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する（露光）
４．アルカリ溶液で露光部のレジストを除去する（現像）
５．未露光部（パターン部）のレジストを加熱により硬化する（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する（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する（レジスト剥離）
からなる。各薄膜層を形成した後、上記の工程を繰り返すことによって電子素子が完成するが、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。
The photolithography process is
1. Coating a photoresist layer on a substrate with a thin film layer (resist coating)
2. Remove solvent by heating (pre-bake)
3. Irradiate ultraviolet light through a hard mask drawn using laser or electron beam according to pattern data (exposure)
4). Remove resist in exposed area with alkaline solution (development)
5). Curing resist in unexposed areas (pattern areas) by heating (post-baking)
6). Immerse in an etching solution or expose 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)
Consists of. After forming each thin film layer, the above-described steps are repeated to complete the electronic device. However, expensive equipment and the length of the steps increase the cost.
そこで、製造コストを低減するために、インクジェット印刷法等の印刷法を用いた電極パターンの形成が試みられている。インクジェット印刷法を用いると、電極パターンを直接描画することができるため、材料使用率が高くなり、製造プロセスの簡略化及び低コスト化を実現できる可能性がある。しかしながら、インクジェット印刷法は、吐出量の少量化が困難であり、機械的な誤差等によるインクの着弾精度を考慮すると、３０ｕｍ以下のパターンを形成することが難しいという欠点がある。このため、インクジェット印刷法のみを用いて、例えばチャンネル長の短いトランジスタなどの、高精細なデバイスを作製することは困難である。したがって、高精細なデバイスを作製するためには、何らかの工夫が必要となり、その一つとして、インクを着弾させる表面に細工を施すことが挙げられる。 Therefore, in order to reduce manufacturing costs, attempts have been made to form electrode patterns using a printing method such as an inkjet printing method. When the ink jet printing method is used, the electrode pattern can be directly drawn, so that the material usage rate increases, and there is a possibility that the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. However, the inkjet printing method has a drawback that it is difficult to reduce the discharge amount, and it is difficult to form a pattern of 30 μm or less in consideration of ink landing accuracy due to mechanical errors and the like. For this reason, it is difficult to manufacture a high-definition device such as a transistor having a short channel length by using only the inkjet printing method. Therefore, in order to manufacture a high-definition device, some device is required, and one of them is to apply a work to the surface on which the ink is landed.
例えば、基板上にポリイミドからなるバンク（土手）を形成し、バンクに囲まれた領域にインクを吐出することでパターンを形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この提案によれば、インクジェット印刷法のみを用いる場合よりも高精細なパターンを形成することができるが、バンクを作るために、多くの工程を要するフォトリソグラフィーを必要とするので、コストが高くなってしまい、安価な印刷プロセス（インクジェットプロセス）で電子素子を作るメリットが損なわれてしまう。 For example, a technique has been proposed in which a bank (bank) made of polyimide is formed on a substrate, and a pattern is formed by ejecting ink to a region surrounded by the bank (see, for example, Patent Document 1). According to this proposal, it is possible to form a pattern with higher definition than when only the ink jet printing method is used, but the cost is high because photolithography that requires many steps is required to form a bank. Therefore, the merit of making an electronic element by an inexpensive printing process (inkjet process) is impaired.
また、基板上に濡れ性が同一なインデント部およびインデント部間（丘の部分）の二つの領域を形成し、形成されたインデント部間に、インクジェットヘッドからインクを吐出することでインクをインデント部の端部で停止させ境界ラインを形成する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この提案によれば、インクジェットから吐出されたインクは、到達した表面でうまく止まらなくても、余分なインクはインデント部分に落ちてしまい、境界ラインがきっちりと形成される。この手法も、インクをきちっと止めたいラインを、インデントにより規定したという点で優れているが、インデントを作るために、多くの工程を要するフォトリソグラフィーを必要とするので、コストが高くなってしまい、安価な印刷プロセス（インクジェットプロセス）で電子素子を作るメリットが損なわれてしまう。また、インデント部およびインデント部間の濡れ性は同一であるため、インクがインデント部間の端部に着弾するとインデント部およびインデント部間の両方に濡れ広がってしまうという問題がある。
しかるに、従来から、表面自由エネルギーの高い領域と、表面自由エネルギーの低い領域を生成し、それを利用することで、薄膜トランジスタのチャンネル長を短くする技術が提案されているが、表面自由エネルギーの高い領域と、表面自由エネルギーの低い領域の境界ラインを明確に切り分けることができず素子の特性がばらつく問題があった。また、係る問題を解決するための技術も提案されているが、フォトリソグラフィーによる製造工程が必要となり、製造コストが高くなる問題があった。 However, conventionally, a technique for shortening the channel length of a thin film transistor by generating a region having a high surface free energy and a region having a low surface free energy and using the same has been proposed. The boundary line between the region and the region having a low surface free energy could not be clearly separated, and there was a problem that the characteristics of the device varied. In addition, a technique for solving such a problem has been proposed, but a manufacturing process by photolithography is required, and there is a problem in that the manufacturing cost increases.
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、表面自由エネルギーの高い領域と、表面自由エネルギーの低い領域の境界ラインを明確に切り分けることが可能な積層構造体を、簡易な製造工程を用いて低コストで提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and a laminated structure capable of clearly separating a boundary line between a region having a high surface free energy and a region having a low surface free energy using a simple manufacturing process. It aims to provide at low cost.
上記目的を達成するため、第１の発明は、第１の膜厚である第１の表面エネルギー部と、所定のエネルギーが付与されて前記第１の表面エネルギー部よりも表面エネルギーが高くなり、かつ、前記第１の表面エネルギー部との境界に沿って溝が形成された第２の膜厚である第２の表面エネルギー部とを有する濡れ性変化層と、前記濡れ性変化層の前記第２の表面エネルギー部に形成された導電層とを有する積層構造体であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the first invention has a first surface energy part having a first film thickness, and a predetermined energy is imparted so that the surface energy is higher than the first surface energy part, And a wettability changing layer having a second surface energy part that is a second film thickness formed with a groove along a boundary with the first surface energy part, and the first of the wettability changing layer. And a conductive layer formed on the surface energy part.
第２の発明は、第１の発明に係る積層構造体において、前記第２の表面エネルギー部に形成された前記溝の、前記第１の表面エネルギー部の表面からの深さは、前記第１の表面エネルギー部の前記第１の膜厚の１０％以下であることを特徴とする。 According to a second invention, in the multilayer structure according to the first invention, the depth of the groove formed in the second surface energy portion from the surface of the first surface energy portion is the first structure. The surface energy portion is 10% or less of the first film thickness.
第３の発明は、第１又は第２の発明に係る積層構造体において、前記第２の表面エネルギー部の前記第２の膜厚は、前記第１の表面エネルギー部の前記第１の膜厚よりも薄いことを特徴とする。 According to a third invention, in the laminated structure according to the first or second invention, the second film thickness of the second surface energy part is the first film thickness of the first surface energy part. It is characterized by being thinner.
第４の発明は、第３の発明に係る積層構造体において、前記第１の表面エネルギー部の前記第１の膜厚と、前記第２の表面エネルギー部の前記第２の膜厚との差は、５ｎｍ以上であり、かつ、前記第１の表面エネルギー部の前記第１の膜厚の１０％以下であることを特徴とする。 According to a fourth invention, in the stacked structure according to the third invention, a difference between the first film thickness of the first surface energy part and the second film thickness of the second surface energy part. Is 5 nm or more and 10% or less of the first film thickness of the first surface energy part.
第５の発明は、第１乃至第４の何れか一に記載の発明に係る積層構造体において、前記濡れ性変化層は、第１の材料と第２の材料を有し、前記第１の材料は、前記第２の材料よりも電気絶縁性に優れ、前記第２の材料は、前記第１の材料よりもエネルギーの付与によって表面エネルギーが高くなる割合が大きいことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the multilayer structure according to any one of the first to fourth aspects, the wettability changing layer includes a first material and a second material, The material is more excellent in electrical insulation than the second material, and the second material has a higher rate of surface energy increase due to energy application than the first material.
第６の発明は、第５の発明に係る積層構造体において、前記第２の材料は、側鎖に疎水性基を有する高分子材料からなることを特徴とする。 According to a sixth invention, in the laminated structure according to the fifth invention, the second material is made of a polymer material having a hydrophobic group in a side chain.
第７の発明は、第６の発明に係る積層構造体において、前記側鎖に疎水性基を有する高分子材料は、ポリイミドを含む高分子材料からなることを特徴とする。 The seventh invention is characterized in that, in the laminated structure according to the sixth invention, the polymer material having a hydrophobic group in the side chain is made of a polymer material containing polyimide.
第８の発明は、基板上に、電極を構成する第１乃至第７の何れか一に記載の発明に係る積層構造体、半導体層及び絶縁膜を有する電子素子であることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the invention, there is provided an electronic device having a stacked structure according to any one of the first to seventh aspects constituting the electrode, a semiconductor layer, and an insulating film on a substrate.
第９の発明は、第８の発明に係る電子素子において、複数の前記積層構造体が、前記絶縁膜を介して積層されることを特徴とする。 According to a ninth invention, in the electronic device according to the eighth invention, a plurality of the laminated structures are laminated via the insulating film.
第１０の発明は、第８又は第９の発明に係る電子素子において、前記積層構造体の濡れ性変化層は、前記絶縁膜を兼ねることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the electronic device according to the eighth or ninth aspect, the wettability changing layer of the multilayer structure also serves as the insulating film.
第１１の発明は、第８乃至第１０の何れか一に記載の電子素子が前記基板上に複数個配設された電子素子アレイであることを特徴とする。 An eleventh aspect of the invention is an electronic element array in which a plurality of electronic elements according to any one of the eighth to tenth aspects are arranged on the substrate.
第１２の発明は、第１１の発明に係る電子素子アレイ、対向基板及び表示素子を有する表示装置であることを特徴とする。 A twelfth invention is a display device having the electronic element array, the counter substrate, and the display element according to the eleventh invention.
本発明によれば、表面自由エネルギーの高い領域と、表面自由エネルギーの低い領域の境界ラインを明確に切り分けることが可能な積層構造体を、簡易な製造工程を用いて低コストで提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a laminated structure capable of clearly separating a boundary line between a region having a high surface free energy and a region having a low surface free energy at a low cost using a simple manufacturing process. it can.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は本発明の積層構造体の例を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a laminated structure of the present invention.
図１に示す積層構造体は、基板１１、濡れ性変化層１２、導電層１３、半導体層１４から構成されている。また、また、濡れ性変化層１２は、高表面エネルギー部（第２の膜厚である第２の表面エネルギー部）１２ａと低表面エネルギー部（第１の膜厚である第１の表面エネルギー部）１２ｂとからなる。 The laminated structure shown in FIG. 1 includes a substrate 11, a wettability changing layer 12, a conductive layer 13, and a semiconductor layer 14. Further, the wettability changing layer 12 includes a high surface energy part (second surface energy part having a second film thickness) 12a and a low surface energy part (first surface energy part having a first film thickness). ) 12b.
ここで、高表面エネルギー部１２ａの膜厚（第２の膜厚）と低表面エネルギー部１２ｂの膜厚（第１の膜厚）とは等しくても構わないし、後述するように、高表面エネルギー部１２ａの膜厚（第２の膜厚）は、低表面エネルギー部１２ｂの膜厚（第１の膜厚）より薄くても構わない。 Here, the film thickness (second film thickness) of the high surface energy portion 12a may be equal to the film thickness (first film thickness) of the low surface energy portion 12b. The film thickness (second film thickness) of the portion 12a may be smaller than the film thickness (first film thickness) of the low surface energy portion 12b.
図１に示す積層構造体は、基板１１上に形成された濡れ性変化層１２をベースとして構成されている。ここで、濡れ性変化層１２は、熱、紫外線、電子線、プラズマ等のエネルギーを付与することにより臨界表面張力（表面自由エネルギーともいう）が変化する材料を含有し、少なくとも臨界表面張力（表面自由エネルギー）が異なる２つの領域として、相対的に臨界表面張力（表面自由エネルギー）が大きい高表面エネルギー部１２ａと、相対的に臨界表面張力（表面自由エネルギー）が小さい低表面エネルギー部１２ｂが形成されている。エネルギーの付与は、微細なパターンを作製するという点では、紫外線や電子線を用いることが望ましいが、材料が有機物の場合、電子線では大きなダメージを与える可能性があることを考慮すると、紫外線を用いる方がより望ましい。尚、隣接する２つの高表面エネルギー部１２ａの間には、例えば、１〜５ｕｍ程度のギャップが形成されている。さらに、高表面エネルギー部１２ａには、導電層１３が形成されており、少なくとも低表面エネルギー部１２ｂに接するようにして半導体層１４が設けられている。 The laminated structure shown in FIG. 1 is configured based on a wettability changing layer 12 formed on a substrate 11. Here, the wettability changing layer 12 contains a material whose critical surface tension (also referred to as surface free energy) is changed by applying energy such as heat, ultraviolet rays, electron beams, plasma, etc., and at least the critical surface tension (surface As two regions having different free energy, a high surface energy portion 12a having a relatively large critical surface tension (surface free energy) and a low surface energy portion 12b having a relatively small critical surface tension (surface free energy) are formed. Has been. In terms of applying energy, it is desirable to use ultraviolet rays or an electron beam in terms of producing a fine pattern. However, if the material is an organic material, the electron beam may cause significant damage. It is more desirable to use it. For example, a gap of about 1 to 5 μm is formed between two adjacent high surface energy portions 12a. Further, a conductive layer 13 is formed on the high surface energy portion 12a, and a semiconductor layer 14 is provided so as to be in contact with at least the low surface energy portion 12b.
本発明では、高表面エネルギー部１２ａと低表面エネルギー部１２ｂを構成する材料に同一のものを用いることが望ましい。紫外線を照射しない状態では表面自由エネルギーが低いが、紫外線を照射することで、表面自由エネルギーが高くなる材料が望ましい。同一の材料を用いることで作製工程が大幅に簡略化でき、また材料費も安くなることから、低コストの電子素子を提供することが可能となるからである。 In the present invention, it is desirable to use the same material for the high surface energy portion 12a and the low surface energy portion 12b. Although the surface free energy is low in the state where the ultraviolet rays are not irradiated, a material that increases the surface free energy when irradiated with the ultraviolet rays is desirable. This is because by using the same material, the manufacturing process can be greatly simplified and the material cost can be reduced, so that a low-cost electronic element can be provided.
図２は図１の高表面エネルギー部（第２の表面エネルギー部）１２ａと低表面エネルギー部（第１の表面エネルギー部）１２ｂの境界を拡大した図である。図２では、厚さ方向が強調されている。図２において、高表面エネルギー部１２aの低表面エネルギー部１２ｂとの境界に沿った部分に溝が形成されていることがわかる。インクジェットにより吐出された親液性のインクは親液面である高表面エネルギー部１２aに着弾し濡れ広がるが、従来の技術では、撥液面である低表面エネルギー部１２ｂとの境界ラインによって（親液・撥液のコントラストによって）、インクの広がりが抑制されていた。 FIG. 2 is an enlarged view of the boundary between the high surface energy part (second surface energy part) 12a and the low surface energy part (first surface energy part) 12b in FIG. In FIG. 2, the thickness direction is emphasized. In FIG. 2, it can be seen that a groove is formed at a portion along the boundary between the high surface energy portion 12a and the low surface energy portion 12b. The lyophilic ink ejected by ink jet lands on the high surface energy portion 12a that is the lyophilic surface and spreads wet. However, according to the conventional technology, the boundary line with the low surface energy portion 12b that is the liquid repellent surface is The spread of ink was suppressed by the contrast between the liquid and the liquid repellency.
本発明では、これに加えて、高表面エネルギー部１２ａの低表面エネルギー部１２ｂとの境界に溝を形成することによって、低表面エネルギー部１２ｂの領域までインクがはみ出してしまうことを防止できる。その結果、高表面エネルギー部１２ａと低表面エネルギー部１２ｂとの境界ラインが正確にラインとして形成でき、電極パターンのエッジ形状（図１に示す積層構造体の例では、導電層１３のエッジ形状）を良好にできることから、特性の揃った電子素子を作製することが可能となる。例えば、電界効果型トランジスタの構成に本発明の積層構造体が用いられる場合、チャネル長が明確に規定されるため、トランジスタ性能のバラツキを抑えることが可能となる。 In the present invention, in addition to this, by forming a groove at the boundary between the high surface energy portion 12a and the low surface energy portion 12b, it is possible to prevent the ink from protruding to the region of the low surface energy portion 12b. As a result, the boundary line between the high surface energy portion 12a and the low surface energy portion 12b can be accurately formed as a line, and the edge shape of the electrode pattern (the edge shape of the conductive layer 13 in the example of the laminated structure shown in FIG. 1). Therefore, it is possible to manufacture an electronic device with uniform characteristics. For example, when the stacked structure of the present invention is used for the structure of a field effect transistor, the channel length is clearly defined, so that variations in transistor performance can be suppressed.
実施例１に示されるように、材料を選択し、紫外線照射量を調整することで、任意の深さの溝を形成することが可能である。 As shown in Example 1, it is possible to form a groove having an arbitrary depth by selecting a material and adjusting the ultraviolet irradiation amount.
上記溝は、インクのはみ出しを防止する観点からは深いほうが良いと考えられるが、実施例１に示されるように、濡れ性変化層１２の膜厚（＝第１の表面エネルギー部である低表面エネルギー部１２ｂの第１の膜厚）の１０％を越えると、電場が集中するため、膜厚方向のリークが大きくなり、絶縁性が損なわれるという結果が得られた。そのため、溝の深さは、濡れ性変化層１２の膜厚（＝第１の表面エネルギー部である低表面エネルギー部１２ｂの第１の膜厚）の１０％以下が望ましい。 The groove is considered to be deeper from the viewpoint of preventing the ink from protruding, but as shown in Example 1, the film thickness of the wettability changing layer 12 (= the low surface which is the first surface energy part) When it exceeds 10% of the first thickness of the energy portion 12b), the electric field is concentrated, so that the leakage in the film thickness direction is increased and the insulation is impaired. Therefore, the depth of the groove is desirably 10% or less of the film thickness of the wettability changing layer 12 (= the first film thickness of the low surface energy part 12b which is the first surface energy part).
溝の境界ラインに沿った長さは、フォトマスクのパターンに添う。また幅は、用いる紫外線の波長とフォトマスクの厚み、ならびにフォトマスクパターンの膜厚とエッジ形状、紫外線照射時のマスクと濡れ性変化層表面とのギャップ量に依存する。一般には、３００ｎｍ以下の波長では、５ｕｍ程度である。 The length along the groove boundary line follows the pattern of the photomask. The width depends on the wavelength of the ultraviolet ray used and the thickness of the photomask, the film thickness and edge shape of the photomask pattern, and the amount of gap between the mask and the wettability changing layer surface during ultraviolet irradiation. Generally, it is about 5 μm at a wavelength of 300 nm or less.
本発明において、１４は半導体層だけとは限らず、電極間のリークを防ぐことを目的とした絶縁膜でも構わない。また、図１では、半導体層１４は、全面を覆うように描かれているが、二つの導電層１３の間にのみパターニングされていても良い。全面を覆う場合は、スピンコート法が一般的であるが、その他の手法によって作製しても構わない。パターニングする場合は、フォトリソグラフィーを用いることも可能であるが、インクジェットやマイクロコンタクトプリンティング、フレキソ印刷やグラビア印刷などの手法により作製することが、安価な素子を提供するという点では、優れている。 In the present invention, 14 is not limited to a semiconductor layer, but may be an insulating film for the purpose of preventing leakage between electrodes. In FIG. 1, the semiconductor layer 14 is drawn so as to cover the entire surface, but may be patterned only between the two conductive layers 13. When the entire surface is covered, spin coating is generally used, but other methods may be used. In the case of patterning, it is possible to use photolithography, but manufacturing by a technique such as ink jet, microcontact printing, flexographic printing, or gravure printing is excellent in terms of providing an inexpensive element.
基板１１は、ガラス基板でもフィルム基板でも構わない。フィルム基板では、ポリイミド（ＰＩ）基板、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）基板等を用いることができる。 The substrate 11 may be a glass substrate or a film substrate. As the film substrate, a polyimide (PI) substrate, a polyethersulfone (PES) substrate, a polyethylene terephthalate (PET) substrate, a polyethylene naphthalate (PEN) substrate, or the like can be used.
図３は本発明の濡れ性変化層の膜表面の原子間力顕微鏡写真の例を示す図である。材料の選択ならびに紫外線等のエネルギーの付与量によっては、エネルギーが付与された部分は、高表面エネルギー部（第２の膜厚である第２の表面エネルギー部）１２ａに変化すると共に、若干の膜減りが生じる。すなわち、高表面エネルギー部（第２の表面エネルギー部）１２ａの膜厚（第２の膜厚）は、低表面エネルギー部（第１の表面エネルギー部）１２ｂの膜厚（第１の膜厚）よりも薄くなる。これにより、図３に示されるように、高表面エネルギー部１２ａと低表面エネルギー部１２ｂとに段差（第１の膜厚と第２の膜厚の差）が生じる。 FIG. 3 is a diagram showing an example of an atomic force micrograph of the film surface of the wettability changing layer of the present invention. Depending on the selection of materials and the amount of energy such as ultraviolet rays, the portion to which energy is applied changes to a high surface energy portion (second surface energy portion that is the second film thickness) 12a, and some film Reduction occurs. That is, the film thickness (second film thickness) of the high surface energy part (second surface energy part) 12a is the film thickness (first film thickness) of the low surface energy part (first surface energy part) 12b. Thinner. Thereby, as shown in FIG. 3, a step (difference between the first film thickness and the second film thickness) occurs between the high surface energy portion 12a and the low surface energy portion 12b.
図４は図３の原子間力顕微鏡写真の段差部分を模式的に示した図である。図４に示すように、高表面エネルギー部１２ａと低表面エネルギー部１２ｂとに段差が設けられており、さらに、高表面エネルギー部１２aの低表面エネルギー部１２ｂとの境界にそった部分に溝が形成されている。 FIG. 4 is a diagram schematically showing a step portion of the atomic force micrograph of FIG. As shown in FIG. 4, a step is provided between the high surface energy portion 12a and the low surface energy portion 12b, and a groove is formed along the boundary between the high surface energy portion 12a and the low surface energy portion 12b. Is formed.
高表面エネルギー部１２ａと低表面エネルギー部１２ｂとの段差（第１の膜厚と第２の膜厚の差）と、高表面エネルギー部１２aの低表面エネルギー部１２ｂとの境界にそった部分に形成された溝との相乗効果により、高表面エネルギー部１２ａに着弾したインクが低表面エネルギー部１２ｂに広がることを更に防止することができる。 In a portion along the boundary between the step (difference between the first film thickness and the second film thickness) between the high surface energy part 12a and the low surface energy part 12b and the low surface energy part 12b of the high surface energy part 12a. Due to the synergistic effect with the formed grooves, it is possible to further prevent the ink landed on the high surface energy portion 12a from spreading to the low surface energy portion 12b.
尚、低表面エネルギー部１２ｂと高表面エネルギー部１２ａとに段差がある場合、溝深さは低表面エネルギー部１２ｂを基準に計測する。すなわち、本発明においては、高表面エネルギー部１２ａ（第２の膜厚である第２の表面エネルギー部）に形成された溝の深さは、低表面エネルギー部１２ｂ（第１の膜厚である第１の表面エネルギー部）の表面からの深さとして規定される（図４参照）。 When there is a step between the low surface energy portion 12b and the high surface energy portion 12a, the groove depth is measured with reference to the low surface energy portion 12b. That is, in the present invention, the depth of the groove formed in the high surface energy portion 12a (second surface energy portion having the second film thickness) is the low surface energy portion 12b (first film thickness). It is defined as the depth from the surface of the first surface energy portion (see FIG. 4).
実施例２に示すように、高表面エネルギー部１２aの低表面エネルギー部１２ｂとの段差は５ｎｍ以上あると高表面エネルギー部１２ａと低表面エネルギー部１２ｂとの境界でインクが良好に停止するので、５ｎｍ以上の段差が好ましい。また、段差が大きすぎると濡れ性変化層１２の膜厚に対して膜減りの寄与が大きくなり、実施例３及び実施例４に示すように膜減りが低表面エネルギー部１２ｂの膜厚の１０％を超えると電気絶縁性が取れないため、高表面エネルギー部１２aの低表面エネルギー部１２ｂとの段差は低表面エネルギー部１２ｂの膜厚の１０％以下が望ましい。 As shown in Example 2, if the level difference between the high surface energy portion 12a and the low surface energy portion 12b is 5 nm or more, the ink stops well at the boundary between the high surface energy portion 12a and the low surface energy portion 12b. A step of 5 nm or more is preferable. On the other hand, if the level difference is too large, the contribution of film reduction to the film thickness of the wettability changing layer 12 becomes large, and as shown in Examples 3 and 4, the film reduction is 10% of the film thickness of the low surface energy portion 12b. If it exceeds 50%, electrical insulation cannot be obtained. Therefore, the step difference between the high surface energy portion 12a and the low surface energy portion 12b is desirably 10% or less of the film thickness of the low surface energy portion 12b.
材料は無機材料でも有機材料でも構わないが、印刷手法にマッチするという点では、有機材料が望ましい。尚、絶縁性を向上させるために有機材料に無機材料を少量添加しても構わない。絶縁層上に濡れ性変化層を形成する場合は、紫外線照射により絶縁層が影響を受けることを防ぐため、濡れ性変化層は、絶縁層に用いられる絶縁材料よりも吸収係数が大きい材料からなることが望ましい。絶縁性の大きな材料としては、有機材料では、ポリイミド、ポリアミドイミド、エポキシ樹脂、シルセスキオキサン、ポリビニルフェノール、ポリカーボネート、フッ素系樹脂、ポリパラキシリレン、ポリビニルブチラール等が挙げられ、ポリビニルフェノールやポリビニルアルコールは適当な架橋剤によって、架橋して用いてもよい。無機材料では、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２などが挙げられる。 The material may be an inorganic material or an organic material, but an organic material is preferable in that it matches the printing method. Note that a small amount of an inorganic material may be added to the organic material in order to improve insulation. When forming the wettability changing layer on the insulating layer, the wettability changing layer is made of a material having a larger absorption coefficient than the insulating material used for the insulating layer in order to prevent the insulating layer from being affected by ultraviolet irradiation. It is desirable. Examples of highly insulating materials include polyimide, polyamideimide, epoxy resin, silsesquioxane, polyvinylphenol, polycarbonate, fluororesin, polyparaxylylene, polyvinyl butyral, and the like. The alcohol may be used after being crosslinked by a suitable crosslinking agent. Examples of inorganic materials include TiO 2 and SiO 2 .
紫外線のようなエネルギーの付与によって表面自由エネルギーの変化する割合が相対的に大きい材料は、印刷手法にマッチするという点で、高分子材料が望ましく、更には、側鎖に疎水性基を有する高分子材料であることが望ましい。側鎖に疎水性基を有することで、紫外線未照射時は膜の表面自由エネルギーは低く、紫外線照射後はエネルギーの付与によって膜の表面自由エネルギーは高くなるので、紫外線照射前後での表面自由エネルギーの差（親液・撥液のコントランスト）を大きくとることが可能となる。 A material having a relatively large change rate of surface free energy by application of energy such as ultraviolet rays is preferably a polymer material in terms of matching with the printing method, and moreover, a high molecular weight material having a hydrophobic group in the side chain. A molecular material is desirable. By having a hydrophobic group in the side chain, the surface free energy of the film is low when not irradiated with ultraviolet light, and the surface free energy of the film is increased by applying energy after ultraviolet irradiation. The difference between the two (lyophilic / liquid repellent contrast) can be increased.
本発明において、臨界表面張力（表面自由エネルギー）が変化する材料は、紫外線により、ある程度切断されても、剛直な構造であるため、充填性が良好なポリイミドを主鎖に導入することが好ましい。ポリイミドとしては、ポリアミック酸を加熱することによる脱水縮合反応で生じる熱硬化型ポリイミドと、溶媒に可溶な可溶性ポリイミドがある。可溶性ポリイミドは、溶媒に溶解させた塗布液を塗布した後、２００℃未満の低温で溶媒を揮発させることにより、成膜することができる。一方、熱硬化型ポリイミドは、脱水縮合反応が起こる程度まで加熱しないと反応が生じないため、一般に、２００℃以上の高温にする必要がある。したがって、絶縁性が高く、耐溶剤性を有する膜を低温で形成することが可能な可溶性ポリイミドが好ましい。可溶性ポリイミドは、未反応のポリアミック酸や副生成物の酸二無水物が残存しないため、これらの不純物により、ポリイミドの電気特性が不良となる問題が生じにくい。 In the present invention, since the material whose critical surface tension (surface free energy) changes has a rigid structure even if it is cut to some extent by ultraviolet rays, it is preferable to introduce polyimide with good filling properties into the main chain. Examples of the polyimide include a thermosetting polyimide generated by a dehydration condensation reaction by heating polyamic acid and a soluble polyimide soluble in a solvent. The soluble polyimide can be formed by applying a coating solution dissolved in a solvent and then volatilizing the solvent at a low temperature of less than 200 ° C. On the other hand, since the thermosetting polyimide does not react unless it is heated to such an extent that a dehydration condensation reaction occurs, it generally needs to be at a high temperature of 200 ° C. or higher. Therefore, a soluble polyimide that can form a film having high insulation and solvent resistance at low temperature is preferable. In the soluble polyimide, since unreacted polyamic acid and by-product acid dianhydride do not remain, the problem that the electrical characteristics of the polyimide become poor due to these impurities hardly occurs.
可溶性ポリイミドは、例えば、γ−ブチルラクトン、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ−ジメチルアセトアミド等の極性の高い溶媒に可溶である。このため、濡れ性変化層上に半導体層を形成する際に、トルエン、キシレン、アセトン、イソプロピルアルコール等の極性の低い溶媒を用いれば、溶媒による濡れ性変化層の侵食を抑制することができる。 The soluble polyimide is soluble in a highly polar solvent such as γ-butyllactone, N-methylpyrrolidone, N-dimethylacetamide, and the like. For this reason, when a low-polarity solvent such as toluene, xylene, acetone, or isopropyl alcohol is used when forming the semiconductor layer on the wettability changing layer, erosion of the wettability changing layer by the solvent can be suppressed.
本発明において、濡れ性変化層は、厚さが３０ｎｍ〜３ｕｍであることが好ましく、５０ｎｍ〜１ｕｍがさらに好ましい。厚さが３０ｎｍより薄い場合は、バルク体としての特性（絶縁性、ガスバリア性、防湿性等）が損なわれることがあり、３ｕｍより厚い場合は、表面形状が悪化することがある。 In the present invention, the wettability changing layer preferably has a thickness of 30 nm to 3 μm, and more preferably 50 nm to 1 μm. When the thickness is less than 30 nm, properties (insulating properties, gas barrier properties, moisture resistance, etc.) as a bulk body may be impaired, and when the thickness is more than 3 μm, the surface shape may be deteriorated.
半導体層としては、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、Ｓｉ等の無機半導体、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、濡れ性変化層による特性向上の効果がより顕著に現れるため、有機半導体が好ましい。 Examples of the semiconductor layer include inorganic semiconductors such as CdSe, CdTe, and Si, organic low molecules such as pentacene, anthracene, tetracene, and phthalocyanine, polyacetylene conductive polymers, polyparaphenylene and derivatives thereof, and polyphenylene such as polyphenylene vinylene and derivatives thereof. Organic semiconductors such as ionic conductive polymers such as heterocyclic conductive polymers, polypyrrole and derivatives thereof, polythiophene and derivatives thereof, heterocyclic conductive polymers such as polyfuran and derivatives thereof, and polyaniline and derivatives thereof However, an organic semiconductor is preferable because the effect of improving characteristics by the wettability changing layer appears more remarkably.
導電層は、導電材料を含有する液体を塗布し、加熱、紫外線照射等で固化することにより形成される。なお、導電材料を含有する液体としては、導電材料を溶媒に溶解させた溶液、導電材料の前駆体を溶媒に溶解させた溶液、導電材料を溶媒に分散させた分散液、導電材料の前駆体を溶媒に分散させた分散液等を用いることができる。具体的には、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ等の金属微粒子を有機溶媒や水に分散させた分散液、ドープドＰＡＮＩ（ポリアニリン）や、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が挙げられる。 The conductive layer is formed by applying a liquid containing a conductive material and solidifying by heating, ultraviolet irradiation, or the like. The liquid containing the conductive material includes a solution in which the conductive material is dissolved in a solvent, a solution in which the precursor of the conductive material is dissolved in the solvent, a dispersion in which the conductive material is dispersed in the solvent, and a precursor of the conductive material. A dispersion liquid in which is dispersed in a solvent can be used. Specifically, a dispersion in which fine metal particles such as Ag, Au, and Ni are dispersed in an organic solvent or water, doped PANI (polyaniline), or PEDOT (polyethylenedioxythiophene) is doped with PSS (polystyrene sulfonic acid). Examples thereof include an aqueous solution of a conductive polymer.
導電材料を含有する液体を濡れ性変化層の表面に塗布する方法としては、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、インクジェット法等が挙げられるが、濡れ性変化層の表面エネルギーの影響を受けやすくするためには、より小さな液滴を供給できるインクジェット法が好ましい。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３０ｕｍ、位置合わせ精度は±１５ｕｍ程度であるが、濡れ性変化層における表面エネルギーの差を利用することにより、これよりも微細なパターンを形成することが可能となる。本発明は、従来と比較し、より微細なパターンを形成することが要求される場合に、特に有効である。 Examples of the method of applying a liquid containing a conductive material to the surface of the wettability changing layer include spin coating, dip coating, screen printing, offset printing, and ink jet method. In order to be easily affected by energy, an ink jet method capable of supplying smaller droplets is preferable. When using a normal head at the level used in a printer, the resolution of the ink jet method is 30 μm and the alignment accuracy is about ± 15 μm, but by utilizing the difference in surface energy in the wettability changing layer, In addition, a fine pattern can be formed. The present invention is particularly effective when it is required to form a finer pattern as compared with the prior art.
紫外線の照射は、例えば、図１０の装置を用いて行う。図１０はＵＶ照射装置の例を示す図である。図１０に示すＵＶ照射装置は、フォトマスクホルダー１００、基板ステージ２００、ＵＶ光源３００から構成されている。４００はＵＶ照射装置にセットされるフォトマスク、５００はＵＶ照射装置にセットされる基板である。図１０に示すＵＶ照射装置は、フォトマスクホルダー１００を開閉する機構（図示せず）を備えている。また、図１０に示すＵＶ照射装置は、フォトマスク４００と基板５００の角度および位置を調整する所定の駆動機構（図示せず）を備えている。 Irradiation with ultraviolet rays is performed using, for example, the apparatus shown in FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a UV irradiation apparatus. The UV irradiation apparatus shown in FIG. 10 includes a photomask holder 100, a substrate stage 200, and a UV light source 300. 400 is a photomask set in the UV irradiation apparatus, and 500 is a substrate set in the UV irradiation apparatus. The UV irradiation apparatus shown in FIG. 10 includes a mechanism (not shown) that opens and closes the photomask holder 100. The UV irradiation apparatus shown in FIG. 10 includes a predetermined drive mechanism (not shown) that adjusts the angle and position of the photomask 400 and the substrate 500.
最初に、フォトマスク４００をフォトマスクホルダー１００にセットし、基板５００を基板ステージ２００にセットする。フォトマスク４００および基板５００は所定の吸着機構によりフォトマスクホルダー１００および基板ステージ２００に固定される。図１０（ａ）はフォトマスク４００および基板５００がＵＶ照射装置に固定される様子を例示する図である。 First, the photomask 400 is set on the photomask holder 100 and the substrate 500 is set on the substrate stage 200. The photomask 400 and the substrate 500 are fixed to the photomask holder 100 and the substrate stage 200 by a predetermined suction mechanism. FIG. 10A illustrates a state in which the photomask 400 and the substrate 500 are fixed to the UV irradiation apparatus.
次に、フォトマスク４００と基板５００が対向するようにフォトマスクホルダー１００を閉じる。図１０（ｂ）はＵＶ照射装置のフォトマスクホルダー１００が閉じられた様子を例示する図である。フォトマスクホルダー１００が閉じられた後に、所定の駆動機構により基板ステージ２００もしくはフォトマスクホルダー１００を動かすことによってフォトマスク４００と基板５００の角度および位置を調整する。調整が終了した後に、ＵＶ光源３００から一定量の紫外線を照射する。このときフォトマスク４００と基板５００は密着させた状態で紫外線を照射しても良いし、わずかなギャップを設けた状態で紫外線を照射しても良い（いわゆるプロキシミティ露光）。所定の量の紫外線を照射した後、フォトマスクホルダー１００を開き基板５００の吸着機構を解除して基板５００を取り外す。 Next, the photomask holder 100 is closed so that the photomask 400 and the substrate 500 face each other. FIG. 10B is a diagram illustrating a state in which the photomask holder 100 of the UV irradiation apparatus is closed. After the photomask holder 100 is closed, the angle and position of the photomask 400 and the substrate 500 are adjusted by moving the substrate stage 200 or the photomask holder 100 by a predetermined driving mechanism. After the adjustment is completed, a certain amount of ultraviolet light is irradiated from the UV light source 300. At this time, the photomask 400 and the substrate 500 may be irradiated with ultraviolet rays in close contact, or may be irradiated with a slight gap (so-called proximity exposure). After irradiating a predetermined amount of ultraviolet rays, the photomask holder 100 is opened, the suction mechanism of the substrate 500 is released, and the substrate 500 is removed.
このように、本発明によれば、低表面エネルギー部（第１の膜厚である第１の表面エネルギー部）と、紫外線等によりエネルギーが付与されて低表面エネルギー部（第１の膜厚である第１の表面エネルギー部）よりも表面エネルギーが高くなった高表面エネルギー部（第２の膜厚である第２の表面エネルギー部）との境界に沿って、高表面エネルギー部（第２の膜厚である第２の表面エネルギー部）に溝が形成される。その結果、高表面エネルギー部（第２の膜厚である第２の表面エネルギー部）と低表面エネルギー部（第１の膜厚である第１の表面エネルギー部）との境界ラインを明確に切り分けることが可能な積層構造体を、フォトリソグラフィーなどの高価な設備と多数の工程を必要とする方法によらず、インクジェットなどの安価な方法により、安いコストで提供することができる。 Thus, according to the present invention, the low surface energy portion (the first surface energy portion having the first film thickness) and the low surface energy portion (with the first film thickness) applied with energy by ultraviolet rays or the like. A high surface energy part (second surface energy part) along a boundary with a high surface energy part (second surface energy part having a second film thickness) whose surface energy is higher than a certain first surface energy part) A groove is formed in the second surface energy portion having a film thickness. As a result, the boundary line between the high surface energy part (second surface energy part having the second film thickness) and the low surface energy part (first surface energy part having the first film thickness) is clearly separated. A stack structure that can be provided can be provided at a low cost by an inexpensive method such as an ink jet, regardless of an expensive facility such as photolithography and a method that requires a large number of steps.
また、本発明によれば、濡れ性変化層の材料の選択ならびに濡れ性変化層への紫外線等のエネルギーの付与量によっては、エネルギーが付与された部分は、高表面エネルギー部（第２の膜厚である第２の表面エネルギー部）に変化すると共に、若干の膜減りが生じ、高表面エネルギー部（第２の膜厚である第２の表面エネルギー部）の膜厚は、低表面エネルギー部（第１の膜厚である第１の表面エネルギー部）の膜厚よりも薄くなる。これにより、高表面エネルギー部（第２の膜厚である第２の表面エネルギー部）と低表面エネルギー部（第１の膜厚である第１の表面エネルギー部）とに段差が生じる。この段差と高表面エネルギー部（第２の膜厚である第２の表面エネルギー部）の低表面エネルギー部（第１の膜厚である第１の表面エネルギー部）との境界にそった部分に形成された溝との相乗効果により、高表面エネルギー部（第２の膜厚である第２の表面エネルギー部）に着弾したインクが低表面エネルギー部（第１の膜厚である第１の表面エネルギー部）に広がることを更に防止することができる。その結果、高表面エネルギー部（第２の膜厚である第２の表面エネルギー部）と低表面エネルギー部（第１の膜厚である第１の表面エネルギー部）との境界ラインを明確に切り分けることが可能な積層構造体を、フォトリソグラフィーなどの高価な設備と多数の工程を必要とする方法によらず、インクジェットなどの安価な方法により、安いコストで提供することができる。 Further, according to the present invention, depending on the selection of the material of the wettability changing layer and the amount of energy such as ultraviolet rays applied to the wettability changing layer, the portion to which energy is applied is the high surface energy portion (second film). The second surface energy portion is changed to a thicker second surface energy portion, and a slight film reduction occurs, and the high surface energy portion (second surface energy portion being the second film thickness) has a lower film thickness. It becomes thinner than the film thickness of (the first surface energy part which is the first film thickness). Thereby, a level | step difference arises in a high surface energy part (2nd surface energy part which is 2nd film thickness), and a low surface energy part (1st surface energy part which is 1st film thickness). In the portion along the boundary between this step and the low surface energy part (first surface energy part having the first film thickness) of the high surface energy part (second surface energy part having the second film thickness) Due to the synergistic effect with the formed grooves, the ink that has landed on the high surface energy portion (second surface energy portion having the second film thickness) is the low surface energy portion (first surface having the first film thickness). It can be further prevented from spreading to the energy part). As a result, the boundary line between the high surface energy part (second surface energy part having the second film thickness) and the low surface energy part (first surface energy part having the first film thickness) is clearly separated. A stack structure that can be provided can be provided at a low cost by an inexpensive method such as an ink jet, regardless of an expensive facility such as photolithography and a method that requires a large number of steps.
また、本発明の積層構造体において、前記濡れ性変化層は、少なくとも、第二の材料よりも電気絶縁性が相対的に優れた第一の材料と、第一の材料よりもエネルギーの付与によって表面エネルギーが変化する割合が相対的に大きな第二の材料とからなることにより、高表面エネルギー部と低表面エネルギー部との境界ラインを明確に切り分けることが可能となると同時に、電気絶縁性にも優れることから、例えば、電界効果型トランジスタの構成に本発明の積層構造体が用いられる場合、トランジスタ性能のバラツキが少なく、かつ電気絶縁性に優れたトランジスタ素子を提供することが可能となる。 In the laminated structure of the present invention, the wettability changing layer includes at least a first material that is relatively better in electrical insulation than the second material and energy applied to the first material. By comprising the second material with a relatively large rate of change in surface energy, it becomes possible to clearly separate the boundary line between the high surface energy part and the low surface energy part, and at the same time, also in electrical insulation For example, when the stacked structure according to the present invention is used for the configuration of a field effect transistor, it is possible to provide a transistor element with little variation in transistor performance and excellent electrical insulation.
また、本発明の積層構造体において、エネルギーの付与によって表面エネルギーが変化する割合が相対的に大きな材料として側鎖に疎水性基を有する高分子材料を用いることにより、少ないエネルギーの付与で表面自由エネルギーを変化させることができる。 Further, in the laminated structure of the present invention, by using a polymer material having a hydrophobic group in a side chain as a material having a relatively large ratio of change in surface energy due to energy application, surface freeness can be obtained with less energy application. The energy can be changed.
また、本発明の積層構造体において、側鎖に疎水性基を有する高分子材料として、ポリイミドを含む高分子材料を用いることにより、例えば、エネルギーの付与として紫外線が照射されても絶縁性を維持することができる。 In addition, in the laminated structure of the present invention, by using a polymer material containing polyimide as a polymer material having a hydrophobic group in the side chain, for example, insulation is maintained even when irradiated with ultraviolet rays as energy is applied. can do.
また、少なくとも基板上に、電極を構成する本発明の積層構造体、半導体層、絶縁膜を有することにより、高表面エネルギー部と低表面エネルギー部の境界が正確にラインとして形成でき、電極パターンのエッジを良好にできることから、特性の揃った電子素子を作製することが可能となる。例えば、電界効果型トランジスタの構成に本発明の積層構造体が用いられる場合、チャネル長が明確に規定されるため、トランジスタ性能のバラツキを抑えることが可能となる。 In addition, by having the laminated structure of the present invention constituting the electrode, the semiconductor layer, and the insulating film on at least the substrate, the boundary between the high surface energy portion and the low surface energy portion can be accurately formed as a line. Since the edge can be made favorable, it is possible to produce an electronic device with uniform characteristics. For example, when the stacked structure of the present invention is used for the structure of a field effect transistor, the channel length is clearly defined, so that variations in transistor performance can be suppressed.
また、本発明の積層構造体を用いた電子素子において、半導体層に有機半導体材料を用いることにより、印刷法などのプロセスを用いて安価に電子素子を作製することが可能となる。 In addition, in an electronic device using the stacked structure of the present invention, by using an organic semiconductor material for the semiconductor layer, the electronic device can be manufactured at low cost by using a process such as a printing method.
また、本発明の積層構造体を用いた電子素子において、ゲート絶縁膜と積層構造体が積層された構造を有することにより、紫外線のようなエネルギーが付与されても絶縁性を維持することができる。 In addition, an electronic device using the stacked structure according to the present invention has a structure in which a gate insulating film and a stacked structure are stacked, so that insulation can be maintained even when energy such as ultraviolet rays is applied. .
また、本発明の積層構造体を用いた電子素子において、濡れ性変化層が絶縁膜を兼ねることにより、濡れ性変化層が絶縁膜の役割を果たし、特性の良い薄膜トランジスタ等の電子素子を安価に得ることができる。 In addition, in an electronic device using the laminated structure of the present invention, the wettability changing layer also serves as an insulating film, so that the wettability changing layer serves as an insulating film, and an electronic device such as a thin film transistor with good characteristics can be made inexpensive. Obtainable.
また、本発明の積層構造体を用いた電子素子において、本発明の積層構造体を複数の電極層に用いることにより、薄膜トランジスタ等の電子素子の全ての電極を高精細かつ高密度に形成することができる。 In addition, in an electronic device using the multilayer structure of the present invention, all electrodes of an electronic element such as a thin film transistor can be formed with high definition and high density by using the multilayer structure of the present invention for a plurality of electrode layers. Can do.
〈実施例１〉
実施例１では、高表面エネルギー部の低表面エネルギー部との境界にそった部分に、どの程度の深さの溝が形成されれば良いのかを見るために、以下のような実験を行った。紫外線照射により表面自由エネルギーが変化する材料である、側鎖にアルキル基を有するポリイミド材料をＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）に溶解した溶液を、ガラス基板上にスピンコート塗布した。１００℃のオーブンで前焼成を行った後、１８０℃で溶媒を除去し、濡れ性変化層を形成した。それぞれの濡れ性変化層に波長が３００ｎｍ以下の紫外線（超高圧水銀ランプ）をパターンのあるフォトマスク越しに照射し、同一膜面上に、紫外線を照射した部分と、紫外線を照射していない部分を作製した。図５は紫外線照射量が５Ｊ／ｃｍ２における膜表面の原子間力顕微鏡写真の例を示す図である。これより、紫外線を照射した部分と紫外線を照射していない部分の境界ラインが溝のように窪んでいることがわかる。
<Example 1>
In Example 1, the following experiment was performed in order to see how deep the groove should be formed in the portion along the boundary between the high surface energy portion and the low surface energy portion. . A solution obtained by dissolving a polyimide material having an alkyl group in the side chain, which is a material whose surface free energy is changed by ultraviolet irradiation, in NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) was spin-coated on a glass substrate. After pre-baking in an oven at 100 ° C., the solvent was removed at 180 ° C. to form a wettability changing layer. Each wettability changing layer is irradiated with ultraviolet rays (ultra-high pressure mercury lamp) having a wavelength of 300 nm or less through a photomask having a pattern, and a portion irradiated with ultraviolet rays and a portion not irradiated with ultraviolet rays on the same film surface Was made. FIG. 5 is a diagram showing an example of an atomic force microscope photograph of the film surface at an ultraviolet irradiation amount of 5 J / cm 2 . From this, it can be seen that the boundary line between the portion irradiated with ultraviolet rays and the portion not irradiated with ultraviolet rays is depressed like a groove.
ガラス基板上に真空蒸着法によりアルミニウム電極を全面に作製した。続いて、本実施例で用いているポリイミド材料について、これのＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）溶液を、下地であるアルミニウム上にスピンコート塗布した。１００℃のオーブンで前焼成を行った後、１８０℃で溶媒を除去し、濡れ性変化層を形成した。この時の膜厚は、４００ｎｍであった。この濡れ性変化層に、種々の照射量となるように波長が３００ｎｍ以下の紫外線（超高圧水銀ランプ）を照射した。続いて、径が１ｍｍの穴があいたマスクパターン越しにアルミニウムを真空蒸着法でこの膜の上に作製した。アルミニウムが全面についた方を下部電極、径が１ｍｍのアルミニウム電極を上部電極とし、電圧を印加していき、濡れ性変化層の膜厚方向に流れる電流値（リーク電流）を測定し、段階評価した。また、紫外線照射部（高表面エネルギー部）にインクジェットからナノ銀インクを吐出し、着弾後の紫外線照射部（高表面エネルギー部）と未照射部（低表面エネルギー部）境界でのインクの止まり具合（液滴の打ち分け状態）を確認した。結果を表１に示す。 An aluminum electrode was formed on the entire surface of the glass substrate by vacuum deposition. Subsequently, the NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) solution of the polyimide material used in this example was spin-coated on aluminum as a base. After pre-baking in an oven at 100 ° C., the solvent was removed at 180 ° C. to form a wettability changing layer. The film thickness at this time was 400 nm. The wettability changing layer was irradiated with ultraviolet rays (ultra-high pressure mercury lamp) having a wavelength of 300 nm or less so as to have various irradiation doses. Subsequently, aluminum was formed on the film by vacuum deposition through a mask pattern having a hole with a diameter of 1 mm. The one with aluminum on the entire surface is the lower electrode, the aluminum electrode with a diameter of 1 mm is the upper electrode, voltage is applied, the current value (leakage current) flowing in the film thickness direction of the wettability changing layer is measured, and the stage evaluation did. In addition, nano silver ink is ejected from the inkjet to the ultraviolet irradiation part (high surface energy part), and the ink stops at the boundary between the ultraviolet irradiation part (high surface energy part) and the non-irradiation part (low surface energy part) after landing (Dropping state of droplets) was confirmed. The results are shown in Table 1.
〈実施例２〉
実施例２では、高表面エネルギー部の面と、低表面エネルギー部の面にどの程度の段差（第１の膜厚と第２の膜厚の差）があれば良いのかを見るために、以下のような実験を行った。
<Example 2>
In Example 2, in order to see how many steps (difference between the first film thickness and the second film thickness) should be provided between the surface of the high surface energy portion and the surface of the low surface energy portion, An experiment like this was conducted.
実施例１で使用したものとは異なる、紫外線照射により表面自由エネルギーが変化する材料である側鎖にアルキル基を有するポリイミド材料のＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）溶液を、ガラス基板上にスピンコート塗布した。１００℃のオーブンで前焼成を行った後、１８０℃で溶媒を除去し、濡れ性変化層を形成した。この濡れ性変化層に波長が３００ｎｍ以下の紫外線（超高圧水銀ランプ）をパターンのあるフォトマスク越しに照射し、同一膜面上に、紫外線を照射した部分と、紫外線を照射していない部分を作製した。図３は紫外線照射量を５Ｊ／ｃｍ２とした場合の膜表面の原子間力顕微鏡写真である。低表面エネルギー部から一段下がった面が、紫外線が照射された高表面エネルギー部である。これより、紫外線照射により膜が目減りすることが分かる。 An NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) solution of a polyimide material having an alkyl group on the side chain, which is a material whose surface free energy changes by ultraviolet irradiation, different from that used in Example 1, is applied on a glass substrate. A spin coat was applied. After pre-baking in an oven at 100 ° C., the solvent was removed at 180 ° C. to form a wettability changing layer. The wettability changing layer is irradiated with ultraviolet rays (ultra-high pressure mercury lamp) having a wavelength of 300 nm or less through a photomask having a pattern, and the portion irradiated with ultraviolet rays and the portion not irradiated with ultraviolet rays on the same film surface. Produced. FIG. 3 is an atomic force micrograph of the film surface when the ultraviolet irradiation amount is 5 J / cm 2 . The surface that is one step lower than the low surface energy portion is the high surface energy portion irradiated with ultraviolet rays. From this, it can be seen that the film is reduced by ultraviolet irradiation.
続いて、紫外線照射量に対する紫外線照射部（高表面エネルギー部）と紫外線未照射部（低表面エネルギー部）の膜厚差を原子間力顕微鏡により測定した。紫外線照射量に対する膜厚差の結果を表２に示す。また、紫外線照射部のナノ銀接触角の測定結果も表２に示す。 Subsequently, the difference in film thickness between the ultraviolet irradiation part (high surface energy part) and the ultraviolet non-irradiation part (low surface energy part) with respect to the ultraviolet irradiation amount was measured by an atomic force microscope. Table 2 shows the results of the film thickness difference with respect to the UV irradiation amount. Table 2 also shows the measurement results of the nano silver contact angle of the ultraviolet irradiation part.
次に、紫外線照射部（高表面エネルギー部）にインクジェットからナノ銀インクを吐出し、着弾後の紫外線照射部（高表面エネルギー部）と未照射部（低表面エネルギー部）との境界でのインクの止まり具合（液滴の打ち分け状態）を確認した。結果を表２に示す。高表面エネルギー部の低表面エネルギー部との境界にそった部分に形成された溝の効果により、全体的にインクの止まり具合は良好であるが、段差（第１の膜厚と第２の膜厚との差）が５ｎｍ以上になると、溝の効果に段差の効果が加わり、インクは界面で非常に良好に停止した。従って、低表面エネルギー部（第１の表面エネルギー部）の膜厚（第１の膜厚）と、高表面エネルギー部（第２の表面エネルギー部）の膜厚（第２の膜厚）との差は、５ｎｍ以上であることが望ましい。
い
Next, nano silver ink is ejected from the ink jet to the ultraviolet irradiation part (high surface energy part), and the ink at the boundary between the ultraviolet irradiation part (high surface energy part) after landing and the non-irradiation part (low surface energy part) Was confirmed (dropping state). The results are shown in Table 2. Due to the effect of the grooves formed along the boundary between the high surface energy part and the low surface energy part, the ink stoppage is good overall, but the step (the first film thickness and the second film) When the difference from the thickness was 5 nm or more, the step effect was added to the groove effect, and the ink stopped very well at the interface. Therefore, the film thickness (first film thickness) of the low surface energy part (first surface energy part) and the film thickness (second film thickness) of the high surface energy part (second surface energy part). The difference is desirably 5 nm or more.
No
実施例３では、高表面エネルギー部の面と、低表面エネルギー部の面との段差（第１の膜厚と第２の膜厚の差）は、いくらでもいいのかを知るために、以下の実験を行った。ガラス基板上に真空蒸着法によりアルミニウム電極を全面に作製した。続いて、実施例２と同じ材料を同じ方法で塗布し、１８０℃焼成後の膜厚が４００ｎｍとなるように成膜した。この濡れ性変化層に、種々の照射量となるように波長が３００ｎｍ以下の紫外線（超高圧水銀ランプ）を照射した。続いて、径が１ｍｍの穴があいたマスクパターン越しにアルミニウムを真空蒸着法でこの膜の上に作製した。アルミニウムが全面についた方を下部電極、径が１ｍｍのアルミニウム電極を上部電極とし、電圧を印加していき、濡れ性変化層の膜厚方向に流れる電流値（リーク電流）を測定した。結果を表３に示す。
In Example 3, in order to know how much the level difference (difference between the first film thickness and the second film thickness) between the surface of the high surface energy portion and the surface of the low surface energy portion is, the following experiment is performed. Went. An aluminum electrode was formed on the entire surface of the glass substrate by vacuum deposition. Subsequently, the same material as in Example 2 was applied by the same method, and a film was formed so that the film thickness after baking at 180 ° C. was 400 nm. The wettability changing layer was irradiated with ultraviolet rays (ultra-high pressure mercury lamp) having a wavelength of 300 nm or less so as to have various irradiation doses. Subsequently, aluminum was formed on the film by vacuum deposition through a mask pattern having a hole with a diameter of 1 mm. The one with aluminum on the entire surface was used as the lower electrode, and the aluminum electrode with a diameter of 1 mm was used as the upper electrode. A voltage was applied, and the current value (leakage current) flowing in the film thickness direction of the wettability changing layer was measured. The results are shown in Table 3.
〈実施例４〉
実施例４では、実施例３の実験を他の材料でも行った。実施例３と同様に、ガラス基板上に真空蒸着法によりアルミニウム電極を全面に作製した。続いて、実施例３で用いた材料と主鎖の分子骨格が異なるが、紫外線照射により表面自由エネルギーが変化する側鎖にアルキル基を有するポリイミド材料について、これのＧＢＬ（γ−ブチルラクトン）溶液を、下地であるアルミニウム上にスピンコート塗布した。１００℃のオーブンで前焼成を行った後、１８０℃で溶媒を除去し、濡れ性変化層を形成した。この時の膜厚は、４００ｎｍであった。この濡れ性変化層に、種々の照射量となるように波長が３００ｎｍ以下の紫外線（超高圧水銀ランプ）を照射した。続いて、径が１ｍｍの穴があいたマスクパターン越しにアルミニウムを真空蒸着法でこの膜の上に作製した。アルミニウムが全面についた方を下部電極、径が１ｍｍのアルミニウム電極を上部電極とし、電圧を印加していき、濡れ性変化層の膜厚方向に流れる電流値（リーク電流）を測定した。結果を表４に示す。
<Example 4>
In Example 4, the experiment of Example 3 was also performed with other materials. As in Example 3, an aluminum electrode was formed on the entire surface of a glass substrate by vacuum deposition. Subsequently, a polyimide material having an alkyl group in a side chain in which the surface free energy is changed by irradiation with ultraviolet rays, although the molecular skeleton of the main chain is different from the material used in Example 3, and this GBL (γ-butyllactone) solution. Was spin-coated on aluminum as a base. After pre-baking in an oven at 100 ° C., the solvent was removed at 180 ° C. to form a wettability changing layer. The film thickness at this time was 400 nm. The wettability changing layer was irradiated with ultraviolet rays (ultra-high pressure mercury lamp) having a wavelength of 300 nm or less so as to have various irradiation doses. Subsequently, aluminum was formed on the film by vacuum deposition through a mask pattern having a hole with a diameter of 1 mm. The one with aluminum on the entire surface was used as the lower electrode, and the aluminum electrode with a diameter of 1 mm was used as the upper electrode. A voltage was applied, and the current value (leakage current) flowing in the film thickness direction of the wettability changing layer was measured. The results are shown in Table 4.
また、表４に示すように、紫外線照射部と未照射部の平均段差が６．２％まででは、リーク電流は紫外線未照射時の場合と大きな差は見られなかった。しかしながら９．５％を越えると、リーク電流が徐々に増加し、１１．７％では、測定した素子全てにおいてリーク電流が大きくなった。 Further, as shown in Table 4, when the average step difference between the ultraviolet irradiation part and the non-irradiation part was up to 6.2%, the leak current was not significantly different from that when the ultraviolet light was not irradiated. However, when it exceeded 9.5%, the leakage current gradually increased, and at 11.7%, the leakage current increased in all measured devices.
以上、実施例３及び実施例４から、材料によらず、膜厚に対する平均段差の割合が１０％程度以下が、リーク電流が問題とならない限界といえる。 As described above, it can be said from Examples 3 and 4 that the ratio of the average step to the film thickness is about 10% or less regardless of the material, which is the limit that the leakage current does not cause a problem.
〈実施例５ならびに比較例１〉
図６は本発明の実施例５ならびに比較例１の有機トランジスタの例を示す図である。
<Example 5 and Comparative Example 1>
FIG. 6 is a diagram showing examples of organic transistors of Example 5 and Comparative Example 1 of the present invention.
図６に示す有機トランジスタは、フィルム基板２１、ゲート電極２２、第２の濡れ性変化層２４、ソース・ドレイン電極２５、有機半導体層２６、第１の濡れ性変化層３１から構成されている。 The organic transistor shown in FIG. 6 includes a film substrate 21, a gate electrode 22, a second wettability changing layer 24, a source / drain electrode 25, an organic semiconductor layer 26, and a first wettability changing layer 31.
実施例５では、波長が３００ｎｍ以下の紫外線（超高圧水銀ランプ）を照射量が１０Ｊ／ｃｍ２となるように照射し、第２の濡れ性変化層２４上に高表面エネルギー部を形成した。また、比較例１では、波長が３００ｎｍ以下の紫外線（超高圧水銀ランプ）を照射量が４０Ｊ／ｃｍ２となるように照射し、第２の濡れ性変化層２４上に高表面エネルギー部を形成した。表３及び表４に示したように、材料によらず、紫外線照射量の増加とともに、膜厚に対する平均段差の割合は増加し、リーク電流は大きくなる。実施例５ならびに比較例１では、紫外線照射量を変えることにより、トランジスタ特性にどのような影響があるかについて調べた。
フィルム基板２１上に、実施例２で用いたポリイミドのＮＭＰ溶液をスピンコート塗布し、膜厚５０ｎｍの第１の濡れ性変化層３１を形成した。次に、フォトマスク越しに、波長が３００ｎｍ以下の紫外線（超高圧水銀ランプ）を照射量が５Ｊ／ｃｍ２となるように照射し、第１の濡れ性変化層３１上に高表面エネルギー部を形成した。さらに、インクジェット法を用いて、高表面エネルギー部に銀ナノインクを吐出し、１８０℃で焼成して、膜厚５０ｎｍのゲート電極２２を形成した。この上に、ポリイミド溶液ＰＩ１００（丸善石油化学社製）と実施例１で用いたポリイミドのNMP混合溶液をスピンコート塗布し１８０℃にて焼成して、厚さ４００ｎｍの第２の濡れ性変化層２４（ゲート絶縁膜を兼ねる）を形成した。次に、３ｕｍ間隔のライン形状のフォトマスク越しに、波長が３００ｎｍ以下の紫外線（超高圧水銀ランプ）を照射量が１０Ｊ／ｃｍ２（実施例５）又は４０Ｊ／ｃｍ２（比較例１）となるように照射し、第２の濡れ性変化層２４上に高表面エネルギー部を形成した。さらに、インクジェット法を用いて、高表面エネルギー部に銀ナノインクを吐出し、１８０℃で焼成して、ソース・ドレイン電極２５を形成した。次に、［化１］に示す構造式で表されるトリアリールアミン（有機半導体材料）をキシレン／メシチレン混合溶媒に溶解させた塗布液を、インクジェット法によりチャネル長部分に滴下し、１２０℃で乾燥させ、膜厚３０ｎｍの有機半導体層２６を形成し、有機トランジスタを作製した（図６参照）。このとき、絶縁層２３及び第２の濡れ性変化層２４は、ゲート絶縁膜として作用する。
In Example 5, an ultraviolet ray (ultra-high pressure mercury lamp) having a wavelength of 300 nm or less was irradiated so that the irradiation amount was 10 J / cm 2, and a high surface energy part was formed on the second wettability changing layer 24. Further, in Comparative Example 1, a high surface energy portion is formed on the second wettability changing layer 24 by irradiating ultraviolet rays (ultra-high pressure mercury lamp) having a wavelength of 300 nm or less so that the irradiation amount is 40 J / cm 2. did. As shown in Tables 3 and 4, regardless of the material, the ratio of the average step to the film thickness increases and the leakage current increases as the amount of ultraviolet irradiation increases. In Example 5 and Comparative Example 1, the influence on the transistor characteristics by changing the ultraviolet irradiation amount was examined.
On the film substrate 21, the NMP solution of polyimide used in Example 2 was spin-coated to form a first wettability changing layer 31 having a thickness of 50 nm. Next, an ultraviolet ray (ultra-high pressure mercury lamp) having a wavelength of 300 nm or less is irradiated through a photomask so that the irradiation amount is 5 J / cm 2, and a high surface energy part is formed on the first wettability changing layer 31. Formed. Furthermore, the silver nano ink was discharged to the high surface energy part using the inkjet method, and it baked at 180 degreeC, and formed the gate electrode 22 with a film thickness of 50 nm. The polyimide solution PI100 (manufactured by Maruzen Petrochemical Co., Ltd.) and the NMP mixed solution of the polyimide used in Example 1 were applied by spin coating and baked at 180 ° C. to form a second wettability variable layer having a thickness of 400 nm. 24 (also serving as a gate insulating film) was formed. Next, ultraviolet rays (ultra-high pressure mercury lamp) having a wavelength of 300 nm or less are applied through a photomask having a line shape of 3 μm intervals, and the irradiation dose is 10 J / cm 2 (Example 5) or 40 J / cm 2 (Comparative Example 1). The high surface energy part was formed on the second wettability changing layer 24. Furthermore, using the ink jet method, the silver nano ink was discharged to the high surface energy part, and baked at 180 ° C. to form the source / drain electrodes 25. Next, a coating solution in which a triarylamine (organic semiconductor material) represented by the structural formula shown in [Chemical Formula 1] is dissolved in a xylene / mesitylene mixed solvent is dropped onto the channel length portion by an inkjet method, and the temperature is 120 ° C. The organic semiconductor layer 26 with a film thickness of 30 nm was formed by drying, and an organic transistor was manufactured (see FIG. 6). At this time, the insulating layer 23 and the second wettability changing layer 24 function as a gate insulating film.
〈実施例６ならびに比較例２〉
図７は本発明の実施例６ならびに比較例２の有機トランジスタの例を示す図である。
<Example 6 and Comparative Example 2>
FIG. 7 is a diagram showing examples of organic transistors of Example 6 and Comparative Example 2 of the present invention.
図７に示す有機トランジスタは、フィルム基板２１、ゲート電極２２、絶縁層２３、第２の濡れ性変化層２４、ソース・ドレイン電極２５、有機半導体層２６、第１の濡れ性変化層３１から構成されている。 The organic transistor shown in FIG. 7 includes a film substrate 21, a gate electrode 22, an insulating layer 23, a second wettability changing layer 24, a source / drain electrode 25, an organic semiconductor layer 26, and a first wettability changing layer 31. Has been.
実施例６では、波長が３００ｎｍ以下の紫外線（超高圧水銀ランプ）を照射量が８Ｊ／ｃｍ２となるように照射し、第２の濡れ性変化層２４上に高表面エネルギー部を形成した。また、比較例２では、波長が３００ｎｍ以下の紫外線（超高圧水銀ランプ）を照射量が１２０Ｊ／ｃｍ２となるように照射し、第２の濡れ性変化層２４上に高表面エネルギー部を形成した。表１に示したように、紫外線照射量の増加とともに、境界に沿った溝の平均深さは増加し、リーク電流は大きくなる。実施例６ならびに比較例２では、紫外線照射量を変えることにより、トランジスタ特性にどのような影響があるかについて調べた。 In Example 6, ultraviolet rays (ultra-high pressure mercury lamp) having a wavelength of 300 nm or less were irradiated so that the irradiation amount was 8 J / cm 2, and a high surface energy part was formed on the second wettability changing layer 24. Further, in Comparative Example 2, ultraviolet rays (ultra-high pressure mercury lamp) having a wavelength of 300 nm or less are irradiated so that the irradiation amount is 120 J / cm 2, and a high surface energy portion is formed on the second wettability changing layer 24. did. As shown in Table 1, the average depth of the groove along the boundary increases and the leakage current increases with the increase in the amount of ultraviolet irradiation. In Example 6 and Comparative Example 2, the influence on the transistor characteristics by changing the ultraviolet irradiation amount was examined.
フィルム基板２１上に実施例１で用いたポリイミドのＮＭＰ溶液をスピンコート塗布し、１８０℃で焼成して、厚さ５０ｎｍの第１の濡れ性変化層３１を形成した。次に、フォトマスク越しに、波長が３００ｎｍ以下の紫外線（超高圧水銀ランプ）を照射量が５Ｊ／ｃｍ２となるように照射し、第１の濡れ性変化層３１上に高表面エネルギー部を形成した。インクジェット法を用いて、高表面エネルギー部に銀ナノインクを吐出し、１８０℃で焼成して、厚さ５０ｎｍのゲート電極２２を形成した。この上に、ポリイミド溶液ＰＩ２１３Ｂ（丸善石油化学社製）をスピンコート塗布し、１８０℃で焼成して、厚さ５００ｎｍの絶縁層２３を形成した。次に、絶縁層２３上に、上記と同様に、厚さ１００ｎｍの実施例１で用いたポリイミドからなる第２の濡れ性変化層２４を形成した。さらに、５μｍ間隔のライン形状のフォトマスク越しに、波長が３００ｎｍ以下の紫外線（超高圧水銀ランプ）を照射量が８Ｊ／ｃｍ２（実施例６）ならびに１２０Ｊ／ｃｍ２（比較例２）となるように照射し、第２の濡れ性変化層２４上に高表面エネルギー部を形成した。次に、インクジェット法を用いて、高表面エネルギー部に銀ナノインクを吐出し、１８０℃で焼成して、厚さ５０ｎｍのソース・ドレイン電極２５を形成した。さらに、実施例５と同様に有機半導体層２６を形成し、有機トランジスタを作製した。このとき、絶縁層２３及び第２の濡れ性変化層２４は、ゲート絶縁膜として作用する。 The NMP solution of polyimide used in Example 1 was spin-coated on the film substrate 21 and baked at 180 ° C. to form the first wettability changing layer 31 having a thickness of 50 nm. Next, an ultraviolet ray (ultra-high pressure mercury lamp) having a wavelength of 300 nm or less is irradiated through a photomask so that the irradiation amount is 5 J / cm 2, and a high surface energy part is formed on the first wettability changing layer 31. Formed. Silver ink was ejected onto the high surface energy portion using an ink jet method and baked at 180 ° C. to form a gate electrode 22 having a thickness of 50 nm. A polyimide solution PI213B (manufactured by Maruzen Petrochemical Co., Ltd.) was spin-coated thereon and baked at 180 ° C. to form an insulating layer 23 having a thickness of 500 nm. Next, the second wettability changing layer 24 made of polyimide used in Example 1 having a thickness of 100 nm was formed on the insulating layer 23 in the same manner as described above. Furthermore, ultraviolet rays (ultra-high pressure mercury lamp) having a wavelength of 300 nm or less are irradiated through a photomask having a line shape at intervals of 5 μm to 8 J / cm 2 (Example 6) and 120 J / cm 2 (Comparative Example 2). The high surface energy part was formed on the second wettability changing layer 24. Next, using the ink jet method, silver nano ink was discharged to the high surface energy part, and baked at 180 ° C. to form the source / drain electrodes 25 having a thickness of 50 nm. Further, an organic semiconductor layer 26 was formed in the same manner as in Example 5 to produce an organic transistor. At this time, the insulating layer 23 and the second wettability changing layer 24 function as a gate insulating film.
実施例６では、ゲート電極ならびにソース・ドレイン電極のパターニング性が良好であり、トランジスタ特性を評価したところ、オンオフ比５桁、３×１０−３ｃｍ２／V・秒の電界効果移動度を有する有機トランジスタが得られた。一方、比較例２では、ゲートリークが大きくオンオフ比１桁、電界効果移動度は１０−５ｃｍ２／V・秒のオーダーであった。これは、高表面エネルギー部の低表面エネルギー部との境界にそった部分に形成された溝の深さが大きく、実効的なゲート絶縁膜厚が小さくなり、ゲートリークを生じたためと考えられる。 In Example 6, the patterning properties of the gate electrode and the source / drain electrodes were good, and the transistor characteristics were evaluated. As a result, the field effect mobility was 5 digits on the on / off ratio, 3 × 10 −3 cm 2 / V · sec. An organic transistor was obtained. On the other hand, in Comparative Example 2, the gate leak was large, the on / off ratio was one digit, and the field-effect mobility was on the order of 10 −5 cm 2 / V · sec. This is presumably because the depth of the groove formed in the portion along the boundary between the high surface energy portion and the low surface energy portion is large, the effective gate insulating film thickness is reduced, and gate leakage occurs.
〈実施例７〉
図８は、本発明の実施例７の電子素子アレイの例を示す模式図である。ここで、図８（ａ）は断面図であり、図８（ｂ）は平面図である。同図中、図６と同一部品については、同一符号を付し、その説明は省略する。
<Example 7>
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of an electronic element array according to Example 7 of the present invention. Here, FIG. 8A is a cross-sectional view, and FIG. 8B is a plan view. In the figure, parts that are the same as those in FIG. 6 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
図８において、４１は図６に示す電子素子、すなわち有機トランジスタである。また、２５ａはソース電極、２５（ｂ）ドレイン電極である。 In FIG. 8, 41 is the electronic element shown in FIG. 6, ie, an organic transistor. Reference numeral 25a denotes a source electrode and 25 (b) a drain electrode.
実施例７では、実施例５と同様のトランジスタ構成を用いて、複数の電子素子を有する電子素子アレイを作製した。具体的には、基板２１上に２００×２００個（素子間ピッチ１２７μｍ）の有機トランジスタ４１を２次元アレイ状に有する電子素子アレイを作製した。形成方法は、実施例５に示した方法と同様である。 In Example 7, an electronic element array having a plurality of electronic elements was manufactured using the same transistor configuration as in Example 5. Specifically, an electronic element array having 200 × 200 (127 μm inter-element pitch) organic transistors 41 on a substrate 21 in a two-dimensional array was produced. The formation method is the same as the method shown in Example 5.
トランジスタ特性を評価したところ、複数の有機トランジスタ４１の移動度の平均値は、１．３×１０−３ｃｍ２／Ｖ・秒であった。 When the transistor characteristics were evaluated, the average mobility of the plurality of organic transistors 41 was 1.3 × 10 −3 cm 2 / V · sec.
このように、本発明の積層構造体を用いた電子素子を基板上に複数個配設することより、製造プロセスが簡略化され、低コストかつ高性能な薄膜トランジスタからなる電子素子アレイを提供することができる。 Thus, by providing a plurality of electronic elements using the laminated structure of the present invention on a substrate, a manufacturing process is simplified, and an electronic element array composed of low-cost and high-performance thin film transistors is provided. Can do.
〈実施例８〉
図９は本発明の実施例７の図８の電子素子アレイを利用した表示装置の例を示す断面図である。同図中、図６、図８と同一部品については、同一符号を付し、その説明は省略する。
<Example 8>
FIG. 9 is a sectional view showing an example of a display device using the electronic element array of FIG. 8 according to the seventh embodiment of the present invention. In FIG. 6, parts that are the same as those in FIGS. 6 and 8 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
図９に示す断面図において、５２は対向基板であるポリエチレンナフタレート基板、５１は表示素子であるマイクロカプセル、５１ａは酸化チタン粒子、５１ｂはオイルブルーで着色したアイソパー、５３はＩＴＯからなる透明電極、５４はＰＶＡバインダーである。 In the cross-sectional view shown in FIG. 9, 52 is a polyethylene naphthalate substrate which is a counter substrate, 51 is a microcapsule which is a display element, 51a is titanium oxide particles, 51b is an oil blue colored isopar, and 53 is a transparent electrode made of ITO. , 54 is a PVA binder.
実施例８では、図８に示す電子素子アレイを用いて、表示装置を作製した。具体的には、酸化チタン粒子５１ａとオイルブルーで着色したアイソパー５１ｂを内包するマイクロカプセル（表示素子）５１と、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）水溶液を混合した塗布液を、ポリエチレンナフタレート基板５２上に設けられたＩＴＯからなる透明電極５３上に塗布して、マイクロカプセル５１とＰＶＡバインダー５４からなる層を形成した。得られた基板と、図８に示す電子素子アレイを、基板２１及び５３が最外面となるように接着させた。ゲート電極２２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２５ａ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秒毎に画面切り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。 In Example 8, a display device was manufactured using the electronic element array shown in FIG. Specifically, a coating liquid in which a microcapsule (display element) 51 containing titanium oxide particles 51a and oil blue colored isopar 51b and a polyvinyl alcohol (PVA) aqueous solution is mixed is provided on a polyethylene naphthalate substrate 52. The resultant was coated on the transparent electrode 53 made of ITO to form a layer made of the microcapsule 51 and the PVA binder 54. The obtained substrate and the electronic element array shown in FIG. 8 were bonded so that the substrates 21 and 53 were the outermost surfaces. A driver IC for a scanning signal was connected to a bus line connected to the gate electrode 22, and a driver IC for a data signal was connected to a bus line connected to the source electrode 25a. When the screen was switched every 0.5 seconds, a good still image could be displayed.
このように、本発明の積層構造体を用いた電子素子アレイを備えたことにより、有機薄膜トランジスタからなる電子素子アレイ（アクティブマトリクス基板）と画素表示素子を組み合わせることで、安価で可撓性に優れた表示装置を提供することができる。 Thus, by providing an electronic element array using the laminated structure of the present invention, an electronic element array (active matrix substrate) composed of an organic thin film transistor and a pixel display element are combined, so that it is inexpensive and excellent in flexibility. A display device can be provided.
以上、本発明を実施するための最良の形態及び本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態や実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態や実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The best mode for carrying out the present invention and preferred examples of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and departs from the scope of the present invention. Without departing from the above, various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments and examples.
１１ 基板
１２ 濡れ性変化層
１２ａ 高表面エネルギー部（第２の表面エネルギー部）
１２ｂ 低表面エネルギー部（第１の表面エネルギー部）
１３ 導電層
１４ 半導体層
２１ フィルム基板
２２ ゲート電極
２３ 絶縁層
２４ 第２の濡れ性変化層
２５ ソース・ドレイン電極
２５ａ ソース電極
２５ｂ ドレイン電極
２６ 有機半導体層
３１ 第１の濡れ性変化層
４１ 図６に示す電子素子（有機トランジスタ）
５１ 表示素子であるマイクロカプセル
５１ａ 酸化チタン粒子
５１ｂ オイルブルーで着色したアイソパー
５２ 対向基板であるポリエチレンナフタレート基板
５３ ＩＴＯからなる透明電極
５４ ＰＶＡバインダー
１００ フォトマスクホルダー
２００ 基板ステージ
３００ ＵＶ光源
４００ フォトマスク
５００ 基板
11 Substrate 12 Wetting change layer 12a High surface energy part (second surface energy part)
12b Low surface energy part (first surface energy part)
13 conductive layer 14 semiconductor layer 21 film substrate 22 gate electrode 23 insulating layer 24 second wettability variable layer 25 source / drain electrode 25a source electrode 25b drain electrode 26 organic semiconductor layer 31 first wettability variable layer 41 Electronic device (organic transistor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 51 Microcapsule which is display element 51a Titanium oxide particle 51b Isopar colored with oil blue 52 Polyethylene naphthalate substrate which is opposite substrate 53 Transparent electrode made of ITO 54 PVA binder 100 Photomask holder 200 Substrate stage 300 UV light source 400 Photomask 500 substrate
Claims (12)
前記濡れ性変化層の前記第２の表面エネルギー部に形成された導電層とを有する積層構造体。 At the boundary between the first surface energy part having the first film thickness, the surface energy becomes higher than the first surface energy part when given energy is applied, and the first surface energy part. A wettability changing layer having a second surface energy portion having a second film thickness along which grooves are formed;
And a conductive layer formed on the second surface energy portion of the wettability changing layer.
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