JP4157467B2

JP4157467B2 - 半導体のパターン形成方法、半導体のパターン形成装置、電子素子、電子素子アレイ及び表示装置

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Publication number: JP4157467B2
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Inventors: 英紀友野; 隆徳田野; 均近藤
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Description

本発明は、半導体材料のパターニングに係る半導体のパターン形成方法、半導体のパターン形成装置、電子素子、電子素子アレイ及び表示装置に関する。

良好な性能の半導体素子を作る上で、半導体材料のパターニングは必須である。例えばトランジスタアレイを形成する場合、隣あった素子の半導体層を電気的に分離しておかないと動作時に隣のトランジスタからのリーク電流によって相互干渉し、正確な動作ができなくなる。

現在広く利用されている無機半導体材料の場合には、フォトリソグラフィを用いて微細なパターンを形成する方法が一般的に用いられている。フォトリソグラフィでは一般的に次のような工程によってパターニングが行われる。すなわち、まずパターニングしたい材料（以下、材料Ａとよぶ）を基板全面に形成する。次に形成した材料Ａの上にフォトレジストをコーティング、乾燥し、フォトマスクを使って形成したいパターンを露光する。次にレジストを現像、リンスすることでレジストパターンを形成する。その後、材料Ａを溶解するエッチング剤で材料Ａをエッチングする。エッチング後、レジストを除去することで材料Ａを所望のパターンにパターニングすることができる。

また、有機半導体材料を使ったデバイスは無機半導体材料のデバイスと比較して、（１）成膜など製造工程が簡単、（２）材料自体に可撓性があるため、フレキシブル基板への製作が容易、といった特徴があり、絶縁膜、誘電体膜、導電膜、半導体素子、発光素子、およびそれらを用いたフレキシブルで軽量な表示デバイスなどさまざま応用展開が期待されており、研究開発が進められている。

例えば特許文献１では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。

しかし、材料や構成の研究開発が進む一方で、有機半導体材料に適した加工方法は未だ確立されていない。有機半導体材料のパターニングに無機半導体材料のパターニング方法をそのまま使うことは以下の理由から難しい。

（１）有機材料は無機材料に比べて物理的、化学的にダメージを受けやすい。そのため、エッチングや、エッチング後のレジスト除去時にダメージを受けやすく、材料の劣化を抑えることが困難である。

（２）無機材料のパターニングに使われるレジスト剤は有機系材料であり、パターニングしたい有機材料によっては、レジスト剤塗布時にレジスト剤の溶媒によってダメージを受けるおそれがある。

最近、特許文献２において、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）材料のパターニング方法が提案された。図１６および図１７に特許文献２で提案されている有機ＥＬ材料のパターニング方法を示す。

透明基板１０に駆動回路を含む微細構造物２０を埋め込み、保護薄膜１２を形成した後、親液性の透明電極１４を形成する。次いで図１６（ｂ）にあるように透明基板１０の表面全体をシリコン酸化膜などの親液性の材料からなる絶縁膜で覆った後にそれをパターニングすることにより、透明電極１４が形成されていない領域、すなわち保護薄膜１２が露出している領域を絶縁膜５０で覆う。これを、ヘプタデカフルオロテトラヒドロデシルトリエトキシシランとともに密閉容器に入れて９６時間室温で放置することで、透明基板１０の表面全体を撥液性の膜５１を形成する。

次に透明基板１０の表面に、マスクを介して紫外線を選択的に照射することで図１６（ｃ）に示すように、撥液性膜５１のうち、画素形成領域４０の部分を撥液性膜を分解除去する。

次いで、図１７（ａ）に示すようにインクジェット方式によって正孔注入材料４１ａを画素形成領域４０に塗布し、乾燥させることで正孔注入層４１を形成する。同様にして有機ＥＬ層４２を形成して発光層４３を形成する（図１７（ｂ））。最後に図１７（ｃ）に示すように陰極層１６を形成して有機ＥＬ素子が完成する。

この方法によれば、ダメージを与えることなく有機材料をパターニングすることが可能となるが、撥液性膜の形成に長時間かかり、実用的でない。またパターニング時に含フッ素有機膜を分解して除去しているが、含フッ素有機膜は分解によって有害な分解ガスを発生するので、安全性、環境の面で好ましくない。また、有機材料のパターニングにインクジェット方式を用いているが、高速にパターニングしようとするとノズル数を増やさなければならないため目詰まりなどメンテナンスの問題が生じるおそれがある。

上記問題点を解決するための有機半導体のパターニング方法についていくつか提案されている。

例えば、基板表面に撥液性材料による撥液性パターンを形成する工程と、有機材料を含有する液体を前記撥液性パターンが形成された基板表面へ付与することで非撥液部に有機材料層を形成する工程とからなることを特徴とする有機材料のパターン形成方法が提案されている。

また、有機材料を含有する液体を表面エネルギーの大きな液体中に分散することで、撥液部への有機材料の付着をより防止できる有機材料のパターニング方法が提案されている。

しかし、それらの方法では、有機材料層のパターニングに先だって基板上へ撥液性パターンを形成しなければならない。

さらに、フォトリソや上記有機半導体材料のパターニング方法の場合、いずれのパターニング方法でもパターンの形成にマスクを使うのでマスク製作のコスト・納期がかかることや、任意のパターンを形成して少量多品種に対応することができないなどの欠点がある。
特開平７−８６６００号公報特開２００２−１５８６６号公報

本発明は上記問題点を解決し、半導体層を任意のパターンで高速に、メンテナンス性よく形成できる半導体のパターン形成方法、半導体のパターン形成装置およびこれらによって形成された電子素子、電子素子アレイ及び表示装置を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、基板に半導体パターンに応じた静電潜像を形成する工程と、静電潜像に応じた形状に有機低分子半導体材料及び有機高分子半導体材料とからなるトナーを付着させる工程と、トナーが付着した基板を180度で加熱し、基板表面に半導体層を形成する工程と、を有する半導体のパターン形成方法にある。

本発明の特徴は、感光体に半導体パターンに応じた静電潜像を形成する工程と、前記静電潜像に応じた形状に、有機高分子半導体材料からなるトナーにより現像する工程と、現像する工程により現像されたトナーを基板に転写する工程と、トナーが付着した基板を180度で加熱し、基板表面に半導体層を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体のパターン形成方法にある。

本発明の特徴は、基板に半導体パターンに応じた静電潜像を形成する潜像形成部、基板に形成された静電潜像を有機低分子半導体材料及び有機高分子半導体材料とからなるトナーで現像する現像部、および基板を180度で加熱する加熱部とを有することを特徴とする半導体のパターン形成装置にある。

本発明の特徴は、感光体に半導体パターンに応じた静電潜像を形成する潜像形成部、感光体に形成された静電潜像を有機高分子半導体材料からなるトナーで現像する現像部、該現像されたトナー像を基板に転写する転写部、および基板を180度で加熱する加熱部とを有することを特徴とする半導体のパターン形成装置にある。

本発明の特徴は、上記の半導体のパターン形成方法で形成されたことを特徴とする電子素子にある。

本発明の特徴は、上記の半導体のパターン形成方法で形成されたことを特徴とする電子素子アレイにある。

本発明の特徴は、上記の電子素子または上記の電子素子アレイを備えたことを特徴とする表示装置にある。

本発明により、低い温度で、且つ簡単な手段で半導体パターニングすることが可能な半導体のパターン形成方法を提供することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

ここで、本実施形態の第一の特徴は、基板上に静電潜像を形成し、基板上に形成された静電潜像を少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナーであって、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、無機半導体材料の微粒子と高分子材料とからなるトナーで現像した後、高分子材料を分解除去しかつ無機半導体材料の微粒子どうしが融着する温度に基板を加熱することを特徴とする半導体のパターン形成方法にある、とする。

本実施形態の第二の特徴は、基板上に静電潜像を形成し、基板上に形成された静電潜像を少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナーであって、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、無機半導体材料の微粒子と有機高分子半導体材料とからなるトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、有機低分子半導体材料と有機高分子半導体材料とからなるトナー、及び少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、有機高分子半導体材料からなるトナーのいずれかのトナーで現像した後、基板を加熱してトナーを融着することを特徴とする半導体のパターン形成方法にある、とする。

本実施形態の第三の特徴は、感光体に静電潜像を形成し、感光体上に形成された静電潜像を少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナーであって、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、無機半導体材料の微粒子と高分子材料とからなるトナーで現像し、現像されたトナー像を基板に転写した後、高分子材料を分解除去しかつ無機半導体材料の微粒子どうしが融着する温度に基板を加熱することを特徴とする半導体のパターン形成方法にある、とする。

本実施形態の第四の特徴は、感光体に静電潜像を形成し、感光体上に形成された静電潜像を少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナーであって、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、無機半導体材料の微粒子と有機高分子半導体材料とからなるトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、有機低分子半導体材料と有機高分子半導体材料とからなるトナー、及び少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、有機高分子半導体材料からなるトナーのいずれかのトナーで現像し、現像されたトナー像を基板に転写した後、基板を加熱してトナーを融着することを特徴とする半導体のパターン形成方法にある、とする。

本実施形態で採り上げるトナーの例を図１に示す。

無機半導体材料の微粒子101と高分子材料102とを混練して微粒子100を形成する。無機半導体材料にはSi、Ge、CdSeなど公知の無機半導体材料を挙げることができる。これによって無機半導体材料微粒子は高分子材料に包埋されるため、帯電特性を得てトナーとして使用することができる。

また、図２に示すように無機半導体材料の微粒子101と有機高分子半導体材料104とを混練して微粒子103を形成する。有機高分子半導体材料としてはポリ３ヘキシルチオフェンなど公知の材料を用いることができる。これによって無機半導体材料微粒子は有機高分子半導体材料に包埋されるため、トナーとして使用することができる。

本実施形態で採り上げるトナーの別の例を図３に示す。有機低分子半導体材料106と有機高分子半導体材料104とを混練して微粒子105を形成する。有機低分子半導体材料としてはペンタセンなど公知の材料を用いることができる。

本実施形態で採り上げるトナーのさらに別の例を図４に示す。有機高分子半導体材料104の微粒子をトナーとして用いる。

本実施形態で採り上げるトナーのさらに別の例を図５に示す。少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子108を液体109中に分散してトナー107としている。微粒子は空気中よりも液体中の方が分散安定性を高めることができるため、微粒子をより細かい粒径にしても凝集を起こしにくく分散状態を保つことができる。液体109としては絶縁性液体が良く、例えば、シリコーンオイル、アイソパーなどを用いることができる。

本実施形態で採り上げる半導体のパターン形成方法の一例を図６に示す。まず、（ａ）に示すごとく半導体を形成する基板200に半導体パターンに応じた静電潜像201を形成する。次に少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナーであって、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、無機半導体材料の微粒子と高分子材料とからなるトナー202で現像することで静電潜像に応じた形状にトナーが付着する（図６（ｂ））。トナーが付着した基板を高分子材料が分解除去しかつ無機半導体材料の微粒子どうしが融着する温度に基板を加熱することで基板上には無機半導体層203が形成される。通常、無機半導体材料の融点は非常に高温で1000℃を越えるものが多いが、粒径が小さくなるとその融点は低下し、300℃前後で溶融するようになるので、比較的低い温度で成膜することが可能である。

図７に本実施形態で採り上げる半導体のパターン形成方法の別の例を示す。半導体を形成する基板200に半導体パターンに応じた静電潜像201を形成（図７（ａ））した後、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナーであって、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、無機半導体材料の微粒子と有機高分子半導体材料とからなるトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、有機低分子半導体材料と有機高分子半導体材料とからなるトナー、及び少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、有機高分子半導体材料からなるトナーのいずれかのトナー204で現像することで静電潜像に応じた形状にトナーを付着させ（図７（ｂ））、トナーが付着した基板をトナーが融着する温度に加熱する。トナーとして少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナーであって、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、無機半導体材料の微粒子と有機高分子半導体材料とからなるトナーを用いた場合には有機高分子半導体と無機半導体による半導体層が、また、トナーとして少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナーであって、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、有機低分子半導体材料と有機高分子半導体材料とからなるトナーを用いた場合には有機低分子半導体材料と有機高分子半導体材料による半導体層が、またトナーとして少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナーであって、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、有機高分子半導体材料からなるトナーを用いた場合には有機高分子半導体材料による半導体層がそれぞれ形成できる。なお、図７（ｃ）ではこれら３種類の半導体層を代表して半導体層205と表示している。

以上の半導体のパターン形成方法によれば、簡易な方法で半導体のパターニングができる。

図８に本実施形態で採り上げる半導体のパターン形成方法の別の例を示す。（ａ）に示すように感光体206上に静電潜像201を形成する。次いで（ｂ）のように少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナーであって、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、無機半導体材料の微粒子と高分子材料とからなるトナー202で静電潜像201を現像し静電潜像に応じてトナーを付着させる。次に（ｃ）のように感光体上のトナーを基板200に転写し、トナーの転写された基板を、トナーに含まれる高分子材料が分解除去されかつ無機半導体微粒子どうしが融着する温度に加熱する。これにより（ｄ）のように基板表面には無機半導体層203が形成される。

本実施形態で採り上げる半導体のパターン形成方法の別の例を図９に示す。（ａ）のように感光体上206に静電潜像201を形成し、（ｂ）のように少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナーであって、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、無機半導体材料の微粒子と有機高分子半導体材料とからなるトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、有機低分子半導体材料と有機高分子半導体材料とからなるトナー、及び少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、有機高分子半導体材料からなるトナーのいずれかのトナー204で現像し、次いで（ｃ）に示すように感光体上のトナーパターンを基板200に転写する。次にトナーに含まれる有機高分子半導体材料どうしが融着する温度に基板を加熱する。これにより、トナーとして少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナーであって、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、無機半導体材料の微粒子と有機高分子半導体材料とからなるトナーを用いた場合には有機高分子半導体と無機半導体による半導体層が、また、トナーとして少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナーであって、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、有機低分子半導体材料と有機高分子半導体材料とからなるトナーを用いた場合には有機低分子半導体材料と有機高分子半導体材料による半導体層が、またトナーとして少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナーであって、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が、有機高分子半導体材料からなるトナーを用いた場合には有機高分子半導体材料による半導体層がそれぞれ形成できる。なお、図９（ｄ）ではこれら３種類の半導体層を代表して半導体層205と表示している。

以上の半導体パターンの形成方法によれば、感光体上で静電潜像の形成、現像を行なってから現像されたトナー像を基板に転写するので、形成されるトナー像のパターン精度が高く、高精度な半導体パターンを形成することができる。

なお、これらのパターン形成方法では、半導体を含有したトナーを用いて半導体層のパターン形成を行ったが、導電性高分子や金属微粒子を含有したトナーを用いることで導電層のパターン形成を行うこともできる。

図１０に本実施形態で採り上げるパターン形成装置の一例を示す。基板213は図の左から右へと移動して処理される。まず潜像形成装置210によって基板213表面に静電潜像パターンが形成される。潜像形成装置としてはマルチスタイラス電極などが挙げられる。

現像装置211によって基板に形成された静電潜像を少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が液体に分散されているトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が無機半導体材料の微粒子と高分子材料とからなるトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が無機半導体材料の微粒子と有機高分子半導体材料とからなるトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が有機低分子半導体材料と有機高分子半導体材料とからなるトナー、及び少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が有機高分子半導体材料からなるトナーのいずれかのトナーで現像する。現像装置には通常の電子写真方式に使われる公知の現像装置を用いることが可能である。次に現像された基板を加熱装置212で加熱することでトナーを加熱し、基板上に半導体層を形成する。加熱装置は加熱温度や処理速度などに応じて、加熱加圧ローラ、輻射熱など、既知の加熱方式から適当なものを選ぶことができる。

図１１に本実施形態で採り上げるパターン形成装置の別の例を示す。基板213は図の右から左へと移動して処理される。帯電装置215によって感光体214全面を帯電する。帯電装置215としては、コロナチャージャや接触帯電装置など、電子写真装置で用いられる公知の装置を用いることができる。次にレーザ光源装置など、公知の露光装置216によって形成するパターンに応じて露光することによって静電潜像を形成する。次に電子写真装置で公知の現像装置217によって感光体214上の静電潜像を少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が液体に分散されているトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が無機半導体材料の微粒子と高分子材料とからなるトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が無機半導体材料の微粒子と有機高分子半導体材料とからなるトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が有機低分子半導体材料と有機高分子半導体材料とからなるトナー、及び少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が有機高分子半導体材料からなるトナーのいずれかのトナーで現像する。

次に現像されたトナーを転写装置218によって基板213に転写する。転写装置218は基板の裏面からトナーと反対の極性の電圧を印加するなど、既存の電子写真装置に使われているような公知の方式を用いることができる。基板213に転写されたトナーは加熱装置212によって加熱されて基板表面に半導体層を形成する。一方、感光体表面はトナー転写後、感光体表面に残存したトナーをクリーニング装置219で除去し、除像装置220によって感光体上の静電潜像を除去して一回のパターン形成プロセスを終了する。これらのクリーニング装置や除像装置も電子写真装置で公知な装置を用いることができる。

基板としては無機材料、有機材料など適宜選ぶことができる。特に転写プロセスを含む、感光体に静電潜像を形成する潜像形成部、感光体上に形成された静電潜像を少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子からなるトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が液体に分散されているトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が無機半導体材料の微粒子と高分子材料とからなるトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が無機半導体材料の微粒子と有機高分子半導体材料とからなるトナー、少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が有機低分子半導体材料と有機高分子半導体材料とからなるトナー、及び少なくとも１種類の半導体材料を含有した微粒子が有機高分子半導体材料からなるトナーのいずれかのトナーで現像する現像部、現像されたトナー像を基板に転写する転写部、および基板を加熱する加熱部とを有するパターン形成装置で半導体パターニングする場合、基板が可撓性を有していると処理しやすい。可撓性の基板としてはPET、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネートなど各種の樹脂基板や、アルミニウムやステンレスなどの金属薄膜を用いることができる。

図１２に本実施形態で採り上げる電子素子の一例として薄膜トランジスタ（TFT）の例を示す。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213の上に電極層222Cが蒸着法、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形成される。電極層222Cとしては、各種の導電性薄膜が使用でき、全面に成膜した後に通常のフォトリソグラフィー法や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。

その上に絶縁体層221が蒸着法、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形成される。絶縁体層221としては、無機絶縁体及び有機絶縁体が使用可能である。次に電極層222A、222Bが電極層222Cと同様の方法によって形成される。その上に半導体層224を上記第一乃至第四の特徴のいずれかに記載の半導体のパターン形成方法で形成することで、電子素子が完成する。これによって簡易な方法で微細に半導体層パターニングされた電子素子を提供できる。

図１３に本実施形態で採り上げる電子素子アレイの例としてTFTアレイの例を示す。

基板213上にゲート電極となる電極層222C、ゲート絶縁膜221、ソース電極となる電極層222A及びドレイン電極となる222B、半導体層224を図１２に示したものと同様の方法で２次元状に複数個形成する。半導体層224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への電流リークは発生しない。

図１４に本実施形態で採り上げる表示装置の一例を示す。

前記の電子素子（TFT）アレイ基板と透明導電膜226を有する第二の基板225との間に表示素子227が設けられ、TFTによって画素電極を兼ねるドレイン電極222B上の表示素子がスイッチングされる。第二の基板としては、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227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。

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（Polymer-dispersed Liquid Crystal=PDLC）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。

電気泳動表示素子は第一の色（例えば白色）を呈する粒子を第二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、第一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。

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、界面重合法等公知の方法で製作することができる。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ある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。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。

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。

有機低分子半導体材料であるペンタセンの微粒子と有機高分子半導体材料であるポリ３ヘキシルチオフェンとを混合し、170℃で混練した後、粉砕して平均粒径が10μmのトナーを製作した。このトナーにキャリアとしての鉄粉を混ぜて良く混合して現像剤とし、マグネットローラ式の現像装置に充填した。ポリイミド基板上にマルチスタイラス電極でドット径150μm、ドットピッチ300μmの静電潜像を形成し、上記の現像装置で現像したところ、基板上の静電潜像部に応じてトナーが付着した。現像された基板を180℃のオーブンで20分加熱することでトナーが融着し基板に固定された。以上のように基板上にドット径150μm、ドットピッチ150μmの半導体パターンを形成することができた。

定着装置を除去したレーザープリンタの現像装置に実施例１の現像剤を充填し、ポリイミドフィルム上にドット径64μm、ドットピッチ128μmのトナー画像を出力した。トナー画像が形成された基板を180℃のオーブンで20分加熱することでトナーが融着し基板に固定された。以上のように基板上にドット径64μm、ドットピッチ128μmの半導体パターンを形成することができた。

次のように基板を準備した。

ポリイミド基板213上に膜厚60nmのAlを真空蒸着し、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222Cを形成した。

次にポリビニルフェノール(PVP)をn-ブタノールに溶解した溶液をスピンコート法にて塗布し、乾燥させてゲート絶縁体層221を形成した。

次にメタルマスクを介してAuを蒸着することで電極幅40μm、電極間隔5μmのソース電極層222A及びドレイン電極層222Bを形成した。

パターン形成装置は次のように準備した。

ポリ３ヘキシルチオフェンを粉砕し平均粒径10μmのトナーとした。このトナーにキャリアとしての鉄粉を混ぜて良く混合して現像剤とし、定着装置を除去したレーザプリンタの現像装置に充填した。

上記基板を上記パターン形成装置にセットし、パソコンからの信号によってソース電極222Aおよびドレイン電極222Bの電極間が被覆される位置に64μm角の半導体パターンを形成した。最後に180℃のオーブンで20分加熱することで半導体層224を形成し、TFTを製作した。

このTFTの移動度は9.8×10^-3cm²/Vs、On/Off比は550であり、半導体層224をスピンコート法で形成する場合に較べて遜色なかった。

図１３に示す電子素子アレイを次のように製作した。

実施例３と同様の方法によってポリイミド基板213上にゲート電極222C、ゲート絶縁膜221、ソース電極222A、ドレイン電極222B、半導体層224を形成した。以上の工程により、基板上に32×32個（素子間ピッチ500μm）のTFTを有するアレイを製作した。TFTの平均的な特性は移動度が3.5×10^-3cm²/Vs、On/Off比が340であった。

図１５に示す表示装置を以下のようにして製作した。

酸化チタン粒子228とオイルブルーで着色したアイソパー229を内包するマイクロカプセル227をPVA水溶液に混合して、ITOからなる透明電極226を形成したポリカーボネート基板225上に塗布して、マイクロカプセル227とPVAバインダー230からなる層を形成した。この基板と、実施例４で製作したTFTアレイ基板とを接着した。

ゲート電極に繋がるバスラインに走査信号用のドライバーICを、ソース電極に繋がるバスラインにデータ信号用のドライバーICをそれぞれ接続した。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。

なお、上記した形態は本発明の好適な一例であって、本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形することが可能である。

本実施形態で採り上げるトナーの一例である。本実施形態で採り上げるトナーの一例である。本実施形態で採り上げるトナーの一例である。本実施形態で採り上げるトナーの一例である。本実施形態で採り上げるトナーの一例である。本実施形態で採り上げる半導体のパターン形成方法の一例である。本実施形態で採り上げる半導体のパターン形成方法の一例である。本実施形態で採り上げる半導体のパターン形成方法の一例である。本実施形態で採り上げる半導体のパターン形成方法の一例である。本実施形態で採り上げるパターン形成装置の一例である。本実施形態で採り上げるパターン形成装置の一例である。本実施形態で採り上げる電子素子の一例である。本実施形態で採り上げる電子素子アレイの一例である。本実施形態で採り上げる表示装置の一例である。本実施形態で採り上げる表示装置の一例である。特許文献２で提案されているパターニング方法に係る有機ＥＬ材料の断面図である。特許文献２で提案されているパターニング方法に係る有機ＥＬ材料の断面図である。

符号の説明

１００微粒子
１０１無機半導体材料の微粒子
１０２高分子材料
１０３微粒子
１０４有機高分子半導体材料
１０５微粒子
１０６有機低分子半導体材料
１０７トナー
１０８微粒子
１０９液体
２００基板
２０１静電潜像
２０２トナー
２０３無機半導体層
２０４トナー
２０５半導体層
２０６感光体

Claims

基板に半導体パターンに応じた静電潜像を形成する工程と、
前記静電潜像に応じた形状に有機低分子半導体材料及び有機高分子半導体材料とからなるトナーを付着させる工程と、
前記トナーが付着した基板を180度で加熱し、前記基板表面に半導体層を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体のパターン形成方法。
感光体に半導体パターンに応じた静電潜像を形成する工程と、
前記静電潜像に応じた形状に、有機高分子半導体材料からなるトナーにより現像する工程と、
前記現像する工程により現像されたトナーを基板に転写する工程と、
前記トナーが付着した基板を180度で加熱し、前記基板表面に半導体層を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体のパターン形成方法。
基板に半導体パターンに応じた静電潜像を形成する潜像形成部、前記基板に形成された静電潜像を有機低分子半導体材料及び有機高分子半導体材料とからなるトナーで現像する現像部、および前記基板を180度で加熱する加熱部とを有することを特徴とする半導体のパターン形成装置。
感光体に半導体パターンに応じた静電潜像を形成する潜像形成部、前記感光体に形成された静電潜像を有機高分子半導体材料からなるトナーで現像する現像部、該現像されたトナー像を基板に転写する転写部、および前記基板を180度で加熱する加熱部とを有することを特徴とする半導体のパターン形成装置。
請求項２に記載の半導体のパターン形成方法で形成されたことを特徴とする電子素子。
請求項２に記載の半導体のパターン形成方法で形成されたことを特徴とする電子素子アレイ。
請求項５に記載の電子素子または請求項６に記載の電子素子アレイを備えたことを特徴とする表示装置。