JP4884120B2 - 平板表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
液晶ディスプレイ素子、有機電界発光ディスプレイ素子または無機電界発光ディスプレイ素子などの平板表示装置は、各ピクセルの動作を制御するスイッチング素子及び各ピクセルを駆動する駆動素子として薄膜トランジスタを用いる。このような薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されているゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されている半導体層と、前記半導体層を中心に離隔配置されてチャネル領域を規定するソース電極及びドレイン電極とを含む。
最近、可撓性ディスプレイ装置に対する関心が高まっておりプラスチック基板を利用して平板表示装置を製作しようとする研究が増加している。しかし、シリコンを半導体層として用いる平板表示装置は300℃以上の高温で製作されるため、プラスチック基板を用いることができないという問題がある。そのため、シリコンの代りに有機半導体物質を半導体層として用いる有機薄膜トランジスタを採用して、可撓性ディスプレイ装置を製作することが提案されている(例えば、特許文献1)。
ITO(indium tin oxide)またはIZO(indium zinc oxide)などの伝導性金属酸化物は、仕事関数が大きく、スパッタリングによって形成され易く、微細パターンの形成が容易であるという長所がある。そのため、前記金属の代りにソース及びドレイン電極として用いられる。しかし、ITOまたはIZOは有機半導体層に対して接触抵抗が発生し、薄膜トランジスタの特性を低下させる問題点がある。
本発明の他の目的は、薄膜トランジスタの特性が向上した平板表示装置の製造方法を提供することである。
ここで、自己組立単層膜は、ソース電極とドレイン電極領域内に形成されていることが好ましい。
そして、ソース電極とドレイン電極は、透明な伝導性金属酸化物によって形成されていてもよい。
また、ソース電極とドレイン電極は、ITO又はIZOからなることが好ましい。
ここで、自己組立単層膜は、ソース電極及びドレイン電極と化学的に結合されていることが好ましい。
有機半導体層を取り囲み、チャネル領域を露出させる隔壁をさらに含むことができる。
絶縁基板はプラスチック基板としてもよい。
有機半導体層は、ペンタセン(pentacene)、PTCDA(3、4、9、10ペニレンテトラカルボキシル二無水物)、オリゴチオフェン(oligothiopene)、ポリチオフェン(polythiophene)、及びポリチエニレンビニレン(polythienylenevinylene)のうちの少なくともいずれか一つを含むことが好ましい。
そして、ソース電極とドレイン電極を形成した後、チャネル領域を取り囲みながら、ソース電極とドレイン電極の少なくとも一部を露出させる隔壁を形成する工程をさらに含むことができる。
また、有機半導体層を、隔壁内にインクジェット方式によって形成することができる。
図1は本発明の第1実施形態による平板表示装置の断面図である。さらに詳しくは薄膜トランジスタが備えられた基板の断面図を簡略に示したものである。
図1に示したのように、本発明による有機薄膜トランジスタTが備えられている平板表示装置は、絶縁基板110と、前記絶縁基板110上に形成されているゲート電極120と、ゲート電極120を覆っているゲート絶縁膜130と、前記ゲート絶縁膜130上に前記ゲート電極120を中心として両方に分離されてチャネル領域Aを規定しているソース電極141及びドレイン電極143と、ソース電極141及びドレイン電極143上に形成されている自己組立単層膜160と、前記自己組立単層膜160とチャネル領域A上に備えられている有機半導体層170とを含む。
ゲート電極120上にはゲート絶縁膜130が形成されている。ゲート絶縁膜130は、窒化ケイ素(SiNx)または酸化ケイ素(SiOx)などの絶縁物質からなり、ゲート電極120を覆いながら形成された絶縁基板110の全面に積層されている。ゲート絶縁膜120は、後述する自己組立単層膜物質の処理の際に化学的反応が起きない構造を有し、ゲート絶縁膜130の表面に水酸基を含んでいないものが好ましい。
従来では、電荷の流れがなだらかに行われるように、仕事関数が大きいAu、Pd、Ptのような金属を用いてソース電極141とドレイン電極143とを形成した。しかし、このような金属はスパッタリングによって形成され難いため、蒸発法によって形成しなければならず、エッチングによる微細パターンの形成が困難であるので、有機薄膜トランジスタ用のソース電極141及びドレイン電極143に不適合である。
そこで、本発明においては、仕事関数が大きく、スパッタリング及び微細パターンの形成が容易である長所を有する透明な導電性金属酸化物を用いてソース電極141及びドレイン電極143を形成する。透明な導電性金属酸化物としては、ITO、IZO等が挙げられる。
自己組立単層膜150は、ソース電極141とドレイン電極143の領域内に形成され、ゲート絶縁膜130上には形成されていない。つまり、SAM(self assembly monolayer)処理の際にソース電極141及びドレイン電極143上にだけ選択的に表面処理が行われ、ゲート絶縁膜130のチャネル領域Aには表面処理が行われない。
上述したように、自己組立単層膜150がソース電極141及びドレイン電極143と規則的な化学的結合を形成することによって、ソース電極141及びドレイン電極143と有機半導体層160との間に空間電荷を形成して電位障壁を低め、後述する有機半導体層160とソース電極141及びドレイン電極143との間の接触抵抗を減少させる。これによって、有機薄膜トランジスタの特性が向上する。
ここで、自己組立単層膜物質は、次の構造式を有する物質からなる群から選択される1種以上の物質を含む。
構造式(1)〜構造式(6)ではハロゲン化フェニル基としているが、例えば、クロロフェニル、フルオロフェニル等が挙げられる。また、構造式(7)のように、ハロゲン化ナフチルとして、クロロナフチル、フルオロナフチル等が挙げられる。
また、構造式(1)〜構造式(7)の芳香族化合物の誘導体なども自己組立単層膜物質として用いることができる。
このような有機半導体層160としては、ベンゼン環が五つ連結されているペンタセン(pentacene)、PTCDA(3,4,9,10ペニレンテトラカルボキシル二無水物)、オリゴチオフェン(oligothiopene)、ポリチオフェン(polythiophene)、ポリチエニレンビニレン(polythienylenevinylene)などを用いることができる。この以外にも一般的に用いられる公知の有機半導体物質を用いてもよい。
これによって、有機薄膜トランジスタが製作され、公知の方法によって前記有機薄膜トランジスタを含む液晶ディスプレイ素子や有機電界発光ディスプレイ素子または無機電界発光ディスプレイ素子などの平板表示装置が製作される。
図2aは本発明の第1実施形態による自己組立単層膜が形成されない場合の有機半導体層の表面を原子力顕微鏡(AFM)で撮影した写真であり、図2bは本発明の第1実施形態による自己組立単層膜が形成された場合の有機半導体層の表面を撮影した写真である。
図3は本発明の第1実施形態による自己組立単層膜150が形成された場合と形成されない場合との電圧値の変化による電流値を示したグラフである。
一般的に、薄膜トランジスタの特性は、次の式で表すことができる。
この式から、Ion/Ioff電流比は電荷移動度に比例することが分かる。
図3に示したことから、自己組立単層膜150が形成された場合にIon/Ioff電流比がさらに大きいことが分かる。これは、自己組立単層膜150が形成された有機薄膜トランジスタの電荷下移動度が増加し、薄膜トランジスタの特性が向上したことが分かる。
図4aに示したように、ガラス、石英、セラミックスまたはプラスチックなどの絶縁性材質を含んで作られた絶縁基板110を備える。本発明による薄膜トランジスタTが可撓性平板表示装置1の製作に用いられる場合には、プラスチック基板を用いることが好ましい。
その後、図4bに示したように、Au、Pt、Pd、Al、Cr、Al/Cu、MoWのうちの少なくともいずれか一つを含んでなるゲート電極物質をスパッタリングまたは真空/化学蒸着法を通じて絶縁基板110上に塗布する。続いて、、フォトリソグラフィー工程とエッチング工程を利用して不必要な部分を除去し、所望のゲート電極110を完成する。
次いで、図4cに示したように、後述する自己組立単層膜物質を加える時に化学的反応が起きない構造を有し、ゲート絶縁膜130の表面に水酸基を含んでいない窒化ケイ素(SiNx)または酸化ケイ素(SiOx)などの絶縁物質からなるゲート絶縁膜130を形成する。
続いて、図4eに示したように、ソース電極141及びドレイン電極143上に自己組立単層膜物質を加える。自己組立単層膜物質の分子が自発的に特定固体(ソース電極及びドレイン電極)の表面に吸着して化学的結合を形成して自己組立単層膜150が形成される。つまり、SAM処理の際にソース電極141及びドレイン電極143上にだけ選択的に表面処理が行われ、ゲート絶縁膜130のチャネル領域Aには表面処理が行われない。そして、選択的なクリーニング工程を通じてゲート絶縁膜130上の残存する自己組立単層膜物質を除去することもできる。自己組立単層膜物質は、上述したような芳香族化合物及びその誘導体を含む。
公知の方法によって、前記有機薄膜トランジスタを含む液晶ディスプレイ素子や有機電界発光ディスプレイ素子または無機電界発光ディスプレイ素子などの平板表示装置を製作する。
第1実施形態では、有機半導体層260では、蒸発法とフォトリソグラフィー工程により製作しが、第2実施形態ではインクジェット方式によって形成する。
図5に示したように、ソース電極241とドレイン電極243を形成した後、ソース電極241とドレイン電極243の端には前記チャネル領域Aを取り囲みながらソース電極241とドレイン電極243それぞれの少なくとも一部を露出させる隔壁270を形成する。隔壁270は、チャネル領域Aにインクジェット方式によって有機半導体層260を形成するためのものである。そして、隔壁270にはドレイン電極243を露出する接触口が形成されている。
続いて、通常の方法によって有機保護膜280を形成し、ドレイン電極243を露出するドレイン接触口281を形成した後、ドレイン接触口281を通じてドレイン電極243と電気的に接続される画素電極290を前記有機保護膜280上に形成し、平板表示装置1を完成する。
第2実施形態による平板表示装置は、第1実施形態と比べ、比較的簡単な方法によって有機半導体層を形成することができる長所があり、第1実施形態と同様に、有機半導体層260とソース電極241及びドレイン電極243との間の接触抵抗を減少させて有機薄膜トランジスタの特性を向上させることができる。
120 ゲート電極
130 ゲート絶縁膜
141、241 ソース電極
143、243 ドレイン電極
160 自己組立単層膜
170、260 有機半導体層
250 自己組立単層膜
270 隔壁
280 有機保護膜
A チャネル領域
Claims (11)
- 絶縁基板と;
前記絶縁基板上に離隔して形成され、チャネル領域を規定し、透明な伝導性金属酸化物からなるソース電極及びドレイン電極と;
前記電極それぞれの少なくとも一領域と前記チャネル領域上に形成され、有機半導体層からなる半導体層と;
前記半導体層と前記電極との間に位置し、前記電極と前記半導体層との間の接触抵抗を減少させる自己組立単層膜と;
前記半導体層を取り囲み、前記チャネル領域を露出させる隔壁とを含み、
前記自己組立単層膜は、前記隔壁によって取り囲まれていることを特徴とする平板表示装置。 - 前記自己組立単層膜は、前記ソース電極と前記ドレイン電極領域内に形成されてなる請求項1に記載の平板表示装置。
- 前記ソース電極と前記ドレイン電極は、ITO又はIZOからなる請求項1又は2に記載の平板表示装置。
- 前記自己組立単層膜は、前記ソース電極及びドレイン電極と化学的に結合されている請求項1〜3のいずれか1つに記載の平板表示装置。
- 前記自己組立単層膜は、ハロゲンで置換されたアリールジハロリン酸、ハロゲンで置換されたアリールハロリン酸、ハロゲンで置換されたアリールスルホニルハライド、ハロゲンで置換されたベンゾニルハライド、ハロゲンで置換されたアリールハライド、ハロゲンで置換されたアリールトリハロシラン、ハロゲン置換されたアルキルトリハロシラン及びそれらの誘導体からなる群から選択される1種以上の化合物を含む請求項1〜4のいずれか1つに記載の平板表示装置。
- 前記自己組立単層膜は、ハロゲンで置換されたナフチルジハロリン酸、ハロゲンで置換されたナフチルハロリン酸、ハロゲンで置換されたナフチルスルホニルハライド、ハロゲンで置換されたナフチルハライド、ハロゲンで置換されたナフチルトリハロシラン及びそれらの誘導体からなる群から選択される1種以上の化合物を含む請求項5に記載の平板表示装置。
- 前記絶縁基板はプラスチック基板である請求項1〜6のいずれか1つに記載の平板表示装置。
- 前記半導体層は、ペンタセン、3,4,9,10ペニレンテトラカルボキシル二無水物、
オリゴチオフェン、ポリチオフェン及びポリチエニレンビニレンからなる群から選択される1種以上の化合物を含む請求項1〜7のいずれか1つに記載の平板表示装置。 - 絶縁基板を準備する工程と;
前記絶縁基板上に離隔して形成されてチャネル領域を規定し、透明な伝導性金属酸化物からなるソース電極及びドレイン電極を形成する工程と;
前記チャネル領域を取り囲みながら、前記ソース電極と前記ドレイン電極それぞれの少なくとも一部を露出させる隔壁を形成する工程と;
前記ソース電極と前記ドレイン電極上に自己組立単層膜物質を加え、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と化学的に結合する自己組立単層膜を形成する工程と;
前記自己組立単層膜の少なくとも一領域と前記チャネル領域に、有機半導体層からなる半導体層を形成する工程とを含み、
前記自己組立単層膜は、前記隔壁によって取り囲まれていることを特徴とする平板表示装置の製造方法。 - 前記ソース電極及びドレイン電極の形成前に、前記絶縁基板上にゲート電極と、前記ゲート電極上にゲート絶縁膜とを形成する工程をさらに含み、
前記半導体層の形成工程は、半導体層物質を前記ゲート絶縁膜と前記電極上に形成した後、フォトリソグラフィー法によってパターニングする請求項9に記載の平板表示装置の製造方法。 - 前記半導体層を、前記隔壁内にインクジェット方式によって形成する請求項9に記載の平板表示装置の製造方法。
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