JP5055849B2

JP5055849B2 - 表示装置、有機薄膜トランジスタの製造方法

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Publication number: JP5055849B2
Application number: JP2006164426A
Authority: JP
Inventors: 三嘉宮井; 潤山田; 真和岡田; 顕松岡
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: JP2007335560A

Description

本発明は、有機薄膜トランジスタ、表示装置、有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。

情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。また、さらに情報化の進展に伴い、従来紙媒体で提供されていた情報が電子化されて提供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。

一般に平板型のディスプレイ装置においては液晶、有機ＥＬ、電気泳動などを利用した素子を用いて表示媒体を形成している。またこうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保するために、画像駆動素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）により構成されたアクティブ駆動素子を用いる技術が主流になっている。

ここでＴＦＴ素子は、通常、ガラス基板上に、主にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）などの半導体薄膜や、ソース、ドレイン、ゲート電極などの金属薄膜を基板上に順次形成していくことで製造される。このＴＦＴ素子を用いるフラットパネルディスプレイの製造には通常、ＣＶＤ、スパッタリングなどの真空系設備や高温処理工程を要する薄膜形成工程に加え、精度の高いフォトリソグラフィ法工程が必要とされ、設備コスト、ランニングコストの負荷が非常に大きい。さらに、近年のディスプレイの大画面化のニーズに伴い、それらのコストは非常に膨大なものとなっている。

近年、従来のＴＦＴ素子のデメリットを補う技術として、有機半導体材料を用いた有機ＴＦＴ素子の研究開発が盛んに進められている（特許文献１、非特許文献１等参照）。この有機ＴＦＴ素子は低温プロセスで製造可能であるため、軽く、割れにくい樹脂基板を用いることができ、さらに、樹脂フィルムを基板として用いたフレキシブルなディスプレイが実現できると言われている（非特許文献２参照）。また、大気圧下で、印刷や塗布などのウェットプロセスで製造できる有機半導体材料を用いることで、生産性に優れ、非常に低コストのディスプレイが実現できる。

しかしながら、有機半導体材料は、シリコンなどの無機半導体と比べて、化学的に不安定な材料であり、可視光や紫外線の照射や、有機溶剤、酸素、水分との接触によって特性の変化や、性能の劣化が起こる。そのため、有機半導体素子は、遮光性とガスバリア性を持った保護層で覆う必要がある。

光と有機溶剤による有機半導体材料の性能劣化を防止するため、有機半導体層上に親水性の保護層を形成した後、その上に光感応性樹脂を形成し、保護層、または光感応性樹脂に染料等の色剤を含有させて半導体層を遮光する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

一方、特許文献２ではフォトリソグラフィ法や真空蒸着法などのドライプロセスによって保護層が形成されているが、スピン塗布法・印刷法などのウエットプロセスを用いた方がより簡便・安価であり、かつ様々な有機ポリマー材料を保護層材料として使用できるという利点がある。

しかしながら、スピン塗布法・印刷法などのウエットプロセスにより保護層を形成する場合、保護層の材料を溶解させている有機溶剤による半導体層の劣化や、物理的に半導体層が剥離してしまう懸念がある。そのため、有機溶剤から保護する親水性の保護層（第１の保護層）と、ガスバリア性の高い有機溶剤系の保護層（第２の保護層）の両方を形成する必要がある。

そのため、有機溶剤から保護する親水性の第１の保護層を形成して密閉し、さらに基板上の部材全体を保護するために、第１の保護層よりも広い領域を覆う第２の保護層を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平１０−１９０００１号公報特開２００４−２２１５６２号公報特開２００５−２７７２３８号公報ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌ誌２００２年第２号９９頁（レビュー）ＳＩＤ‘０２Ｄｉｇｅｓｔｐ５７

しかしながら、特許文献３では光による有機半導体層の性能劣化を防止する方法は開示されておらず、開示されている方法で作製した有機薄膜トランジスタを例えば表示装置に用いた場合、開口部から入射する光により性能が劣化するという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、簡単な工程で、劣化の少ない高性能な有機薄膜トランジスタ、表示装置、有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することを課題とする。

１．
基板の上にゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタにおいて、
前記有機半導体層の上には、前記有機半導体層を密閉する第１の保護層と、
前記第１の保護層よりも広い領域を覆う第２の保護層を有し、
前記第１の保護層、または前記第２の保護層の少なくとも一方が光吸収材料を含有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ。

２．
前記第１の保護層は光吸収材料を含有し、前記第２の保護層が透明な材料により形成されていることを特徴とする１に記載の有機薄膜トランジスタ。

３．
前記第１の保護層、または前記第２の保護層の少なくとも一方が印刷法により形成されていることを特徴とする１または２に記載の有機薄膜トランジスタ。

４．
１から３の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタを含む画素が、基板上にマトリクス状に複数形成されていることを特徴とする表示装置。

５．
前記表示装置は、前記基板に対向する第２の基板を有し、
前記第２の保護層によって、前記基板と前記第２の基板の間隔を所定の間隔に保持することを特徴とする４に記載の表示装置。

６．
基板の上にゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記有機半導体層を形成する工程の後に、
前記有機半導体層を密閉する第１の保護層を形成する工程と、
前記第１の保護層よりも広い領域を覆う第２の保護層を形成する工程と、
を含み、
前記第１の保護層、または前記第２の保護層の何れか一方が光吸収材料を含有することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。

７．
前記第１の保護層は光吸収材料を含有し、前記第２の保護層が透明な材料により形成されていることを特徴とする６に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。

８．
前記第１の保護層、または前記第２の保護層の何れか一方が印刷法により形成されていることを特徴とする６または７に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。

９．
前記第２の保護層の材料に熱可塑性樹脂を用い、
前記基板と対向する第２の基板を熱圧着することを特徴とする６乃至８の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。

本発明によれば、第１の保護層、または第２の保護層の何れか一方に光吸収材料を含有させるので、簡単な工程で、光による劣化の少ない高性能な有機薄膜トランジスタ、表示装置、有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。

以下、実施形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は本発明に係わる有機薄膜トランジスタ（以下有機ＴＦＴと記す。）の製造方法を説明する説明図である。図１を用いて、基板１上にゲート電極２ｂを設け、更にゲート絶縁層７ｂ、有機半導体層１０を形成してソース電極８とドレイン電極９を設けたボトムゲート型の有機ＴＦＴを形成する場合の製造方法について順を追って説明する。

図１（１−ａ）〜図１（６−ａ）は、基板１を上面から見た平面図であり、図１（１−ｂ）〜図１（６−ｂ）は基板１を図１（１−ａ）〜図１（６−ａ）の断面Ｘ−Ｘ’で切断した断面図である。

本発明に係る有機ＴＦＴの製造方法の一例として、次の工程Ｓ１〜Ｓ７を説明する。
Ｓ１・・・・・導電性薄膜２が形成された基板１上に、各電極パターンを形成するためのレジスト層４を形成する工程。
Ｓ２・・・・・導電性薄膜２をエッチングする工程。
Ｓ３・・・・・ゲート電極２ｂ上のレジスト層４を除去する工程。
Ｓ４・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ５・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ６・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９の間に有機半導体層１０を成膜する工程。

以下、各工程について順に説明する。

Ｓ１・・・・・導電性薄膜２が形成された基板１上に、各電極パターンのレジスト層４を形成する工程。

導電性薄膜２が形成された基板１上に感光性レジストを塗布後、各電極パターンのフォトマスクを介して露光、現像して、各電極パターンのレジスト層４を形成する。工程Ｓ１では、図１（１−ａ）、図１（１−ｂ）のようにレジスト層４ｂが、基板１上に形成される。

なお、本発明において、基板１は特に材料を限定されない。例えばガラスやフレキシブルな樹脂製シートを用いることができる。導電性薄膜２は、例えば、蒸着やスパッタリング、ＣＶＤ法等の方法を用いて、基板１上に導電性薄膜としてＡｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｇなどの低抵抗金属材料やこれら金属の積層構造、また、金属薄膜の耐熱性向上、支持基板への密着性向上、欠陥防止のために他の材料のドーピングしたものを用いることができる。また、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯなどの透明電極を用いることもできる。

Ｓ２・・・・・導電性薄膜２をエッチングする工程。

図１（２−ａ）、図１（２−ｂ）に示すように、導電性薄膜２をエッチングすることにより、導電性薄膜２上のレジスト層４が無い部分を除去する。

Ｓ３・・・・・ゲート電極２ｂ上のレジスト層４を除去する工程。

図１（３−ａ）、図１（３−ｂ）に示すように、ゲート電極２ｂ上のレジスト層４ｂを除去する。

Ｓ４・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。

図１（４−ａ）、図１（４−ｂ）に示すように、ゲート絶縁層７を形成する。

ゲート絶縁層７は、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスで形成する。ゲート絶縁層７としては、特に材料を限定されず種々の絶縁膜を用いることができるが、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物、及びポリマーを含む材料から選定することが好ましい。例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンなどの比誘電率の高い無機酸化物皮膜が用いられる。

Ｓ５・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。

図１（５−ａ）、図１（５−ｂ）に示すように、ソース電極８、ドレイン電極９を形成する。

図１（５−ａ）、図１（５−ｂ）に示すように、ソース電極８、ドレイン電極９を形成する。ソース電極８、ドレイン電極９は、例えば、金をスパッタにより成膜することにより形成する。なお、ここでは金を例示したが、特に金に材料を限定されることなく、白金、銀、銅、アルミニウム等種々の材料を用いることができる。または、塗布材料としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに代表される導電性有機材料、金属ナノ粒子を分散させた塗布材料を用いることもできる。

Ｓ６・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９の間に有機半導体層１０を成膜する工程。

図１（６−ａ）、図１（６−ｂ）に示すように、基板１上に形成されたソース電極８、ドレイン電極９と電気的に接合し、かつゲート絶縁層７ｂに接するように有機半導体層１０を成膜する。

半導体材料は溶媒に溶解または分散させるものであれば、その材料については問わない。有機高分子材料はもちろんのこと、最近、低分子材料であるペンタセンも、加熱した溶媒に溶かし塗布されているが、それらについても同様であり、半導体材料は低分子材料でも高分子材料でも構わない。

塗布できる材料の代表例としては、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）などのポリチオフェン類、チオフェンの６量体を基本に側鎖を有するオリゴチオフェンなどの芳香族オリゴマー類、ペンタセンに置換基を持たせ溶解性を高めたペンタセン類、フルオレンとバイチオフェンとの共重合体（Ｆ８Ｔ２）、ポリチエニレンビニレンまたはフタロシアニンなどのいかなる可溶性の半導体でも使用できる。特にペンタセン類には６、１３−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセン、６、１３−ビストリエチルシリルエチニルペンタセンを含むシリルエチニルペンタセンがある。

有機半導体層１０の成膜方法はインクジェット法、スピンコート法、マイクロコンタクトプリント法を用いることも可能であり、成膜方法を問わない。ペンタセンのように印刷による塗布が困難な有機半導体材料の場合は、真空蒸着法によって成膜しても良い。

次に、有機半導体層１０を密閉する第１の保護層２０を形成する工程Ｓ７と、工程Ｓ７で形成した第１の保護層２０よりも広い領域を覆う第２の保護層２１を形成する工程Ｓ８について図２を用いて説明する。

図２は、第１の保護層２０と第２の保護層２１を形成する工程を説明する説明図である。

Ｓ７・・・・・有機半導体層１０を密閉する第１の保護層２０を形成する工程。

図２は、図１（６−ｂ）に示す断面図のソース電極８とドレイン電極９の間を部分的に拡大している。ただし、図１（６−ｂ）の工程以降に形成されるソース電極８と接続するソース電極線１９、及びドレイン電極９と接続する画素電極３０も図２に図示している。なお、その他の今までに説明した構成要素と同一機能を有する構成要素には同番号を付し、説明を省略する。

第１の保護層２０は有機半導体層１０を有機溶剤等から保護するために設けられた保護層であり、有機半導体トランジスタ素子の製造過程や製造後に、有機半導体層への影響が少ない材料を用いる必要がある。また、第１の保護層２０の上に光感応性樹脂層等の感光性組成物を形成するような場合には、その塗布工程において影響を受けない材料を用いる必要がある。

このような条件を満たす材料として、好ましくは、親水性ポリマーを含有する材料であり、さらに好ましくは、親水性ポリマーの水溶液又は水分散液である。親水性ポリマーは、水、または酸性水溶液、アルカリ性水溶液、アルコール水溶液、各種の界面活性剤の水溶液に対して、溶解性または分散性を有するポリマーである。

たとえばポリビニルアルコールや、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）、アクリル酸、アクリルアミドなどの成分からなるホモポリマー、コポリマーを好適に用いることができる。

図２に示すように、有機半導体層１０の全体を覆い、密閉するよう第１の保護層２０を形成する。

図２では、第１の保護層２０に光吸収材料を含有させ、遮光性を持たせた例を示している。光吸収材料は、カーボンブラック、チタンブラックなどの顔料や、染料を用いることができる。第１の保護層２０に光吸収材料を含有させるときは、第１の保護層２０形成時に、光吸収材料を第１の保護層２０の材料に混合した材料を用いる。

第１の保護層２０の形成方法は、印刷法、塗布法などを用いることができるが、特に印刷法を用いると簡単な工程で安価に製造することができる。印刷法としては、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、インクジェット印刷などを用いることができる。

第１の保護層２０は、光透過率が１０％以下であることが好ましく、さらに好ましくは１％以下である。これにより、有機半導体層の光による特性の劣化を抑えることができる。また、第１の保護層は、０．１から１０ミクロンの厚みであることが望ましい。

Ｓ８・・・・・第２の保護層２１を形成する工程。

第２の保護層２１は有機半導体層１０をガスから保護するために設けられた保護層であり、図２に示すように第１の保護層２０より広い範囲を覆うことが望ましい。第１の保護層２０に水系の材料を用いた場合はガスバリア性が不足するので、ガスバリア性を高めるために有機溶剤系の材料を用いることが望ましい。例えば、感光性アクリレート材料、ポリエステル樹脂などである。

第２の保護層２１の形成方法も、印刷法、塗布法、フォトリソグラフィー法、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などを用いることができるが、特に印刷法を用いると簡単な工程で安価に製造することができる。印刷法としては、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、インクジェット印刷などを用いることができる。

一方、一般的な印刷法を用いた場合、１０μｍ以上の印刷誤差が発生する。そのため、例えば液晶表示装置の画素駆動用の有機ＴＦＴに本発明を適用する場合は、画素の開口部分に第２の保護層２１がはみ出すおそれがある。次に、図３を用いてこの点について説明する。

図３は液晶表示装置の有機ＴＦＴを含む１画素の構成を説明する説明図である。

図３の３０は画素電極であり、基板１と対向する図３には図示せぬ第２の基板上に設けられた対向電極との間に液晶を挟持する。図３には画素電極３０を１つしか図示していないが、各格子状に配列されたゲート電極線４とソース電極線１９の間に、有機ＴＦＴを含む画素電極３０が形成されている。画素電極３０はドレイン電極９に接続され、ソース電極８はソース電極線１９に接続されている。また、ゲート電極４ａはゲート電極線４の一部であり、ソース電極８とドレイン電極９の間には有機半導体層１０が形成されている。

図３において点線で示す第１の保護層２０は、有機半導体層１０を覆うように形成され、外側の点線で示す第２の保護層２１は第１の保護層２０より広い範囲を覆うように形成されている。このように、非常に狭い領域に第２の保護層２１を形成しなければならないので、図３に例示するように、第２の保護層２１が開口部である画素電極３０の領域まではみ出すことがある。

第２の保護層２１が画素の開口部分にはみ出した場合、第２の保護層２１の光透過率が低いと、画素の開口率を低下させるので、第２の保護層２１は、光透過率が９０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは９９％以上であることが望ましい。

このように、第１の保護層２０に光吸収材料を含有させることで、有機半導体層１０の光による性能劣化を防止することができる。また、第２の保護層２１を透明にすることにより、画素領域に第２の保護層２１がはみ出しても画素の開口率を低下させることがないので、一般的な精度の低コストな印刷法で第２の保護層２１を形成できる。

一方、有機ＴＦＴを、液晶パネルのドライバー回路や、ロジック回路など開口率の低下を考慮する必要がない用途に用いる場合や、画素構成が大きく画素の開口率を低下させるおそれがない場合は、第２の保護層２１に光吸収材料を含有させても良い。第２の保護層２１の方が厚い場合には、第２の保護層２１に光吸収材料を含有させると、遮光性をより高めることができる。

図４は、図２で説明した断面図において、第２の保護層２１に光吸収材料を含有させ、第１の保護層２０に遮光性を持たせた例である。なお、今までに説明した構成要素と同一機能を有する構成要素には同番号を付し、説明を省略する。

第２の保護層２１に光吸収材料を含有させるときは、第２の保護層２１形成時に、光吸収材料を第２の保護層２１の材料に混合した材料を用いる。第１の保護層２０に光吸収材料を含有させる場合と同様に、光吸収材料は、カーボンブラック、チタンブラックなどの顔料や、染料を用いることができる。

図４では、第１の保護層２０が透明な場合を図示しているが、第１の保護層２０、第２の保護層２１ともに光吸収材料を含有していても良い。

次に、液晶表示装置作製時において、第２の保護層２１の材料に熱可塑性樹脂を用いて、第２の保護層２１を基板１と対向する第２の基板５１の間隔を所定の間隔に保持する例について図５を用いて説明する。

図５（ａ）〜（ｄ）は第２の保護層２１を第１の保護層２０の上に形成してから、基板１を第２の基板５１と貼り合わせるまでの工程を説明する説明図である。工程に沿って順に説明する。

工程Ｓ６までは、図２と同様であり説明を省略する。

図５（ａ）に示すように、光吸収材料を含有した水溶性の保護材料、例えばポリビニルアルコールをスピンコート法を用いて基板１上に均一に塗布後、乾燥する。保護層の厚みは約０．５μｍ程度である。

Ｓ８・・・・・第２の保護層２１を形成する工程。

図５（ｂ）に示すように、印刷法を用いて、熱可塑性樹脂を第１の保護層２０の上に概ね円筒形状に形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、基板１を水に浸漬させて、熱可塑性樹脂が柱状に形成されていない部分の第１の保護層２０を除去する。

第１の保護層２０の一部の除去は、水、または酸性水溶液、アルカリ性水溶液、アルコール水溶液、各種の界面活性剤の水溶液に浸漬することによって行うことができる。また、プラズマエッチングや、エネルギー線照射によるアブレーションによって行っても良い。

Ｓ２０・・・・・第２の基板５１上に、電極パターンを形成する工程。

第２の基板５１上に、スパッタ法を用いて対向電極５２を形成する。図５（ｄ）には、工程Ｓ２０を終えて、対向電極５２が形成された第２の基板５１を図示している。

なお、本発明において、第２の基板５１は特に材料を限定されない。例えばポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）などを用いることができる。対向電極５２は、例えば、蒸着やスパッタリング、ＣＶＤ法等の方法を用いて、第２の基板５１上にＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯなどの透明電極を形成する。

Ｓ２１・・・・・シール材を塗布する工程。

シール材をディスペンサで画素の周囲に所定の高さに塗布する。画素の周囲とは、図３の各ソース電極線１９と各ゲート電極線４上の領域である。

Ｓ２２・・・・・液晶を塗布する工程。

直径５μｍのスペーサビーズ４０を混入させたネマティック液晶を、ディスペンサで基板１の各画素電極３０の中央に適量塗布する。液晶は第２の基板上に塗布しても良い。また、スペーサビーズ４０は、液晶の塗布とは別工程で基板上に形成しても良い。

Ｓ２３・・・・・基板１と第２の基板５１を貼り合わせる工程。

基板１と第２の基板５１を対向させ、加圧しながら加熱してシール材を硬化させる。この工程中に、工程Ｓ８で形成した柱状の第２の保護層２１は押し広げられて、図５（ｄ）に示すように、第１の保護層２０を含む広い範囲を覆う。このとき、図５（ｄ）に示すように基板１と第２の基板５１の間隔は、スペーサビーズ４０により一定の間隔になる。加熱を終了し、第２の保護層２１が冷却されて硬化すると、第２の保護層２１は柱状構造物として２つの基板間の間隔を一定に保つ機能を持つ。

このようにして作製した液晶表示装置は、開口率が比較的大きく、第２の保護層２１が間隔を一定に保持する柱状構造物を兼ねているので、低コストで信頼性の高い液晶表示装置を製造することができる。

以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１〜７は、比較したい工程の条件だけを変え、それ以外の工程は同一の条件で実験を行っているので、実施例１で各工程の実験条件を説明した後は同一の条件の工程については説明を省略し、異なる条件のみ説明する。

実施例１〜７では、基板１上に５×５の計２５の有機ＴＦＴを作製して効果を確認した。

［実施例１］
〔有機ＴＦＴの作製〕
図１で説明したＳ１〜Ｓ８の工程で作製したので、各工程の番号を付して順に説明し、共通する点は説明を省略する。

Ｓ１：基板１は、導電性薄膜２としてＡｌ膜を表面に１３０ｎｍ形成した１５０ｍｍ×１５０ｍｍの大きさの住友ベークライト製ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）基板を用いた。この基板１にレジストを約１μｍの厚みで形成し、露光、現像を行う。

Ｓ２：Ａｌ膜のエッチングを行う。

Ｓ３：ゲート電極２ｂ上のレジスト層４を除去する。

Ｓ４：ゲート絶縁層７として、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスを用いてＳｉＯ₂膜を基板１上に３００ｎｍ形成する。

Ｓ５：洗浄後、スパッタ法にて錫ドープ酸化インジウム膜（ＩＴＯ）をゲート絶縁層７上に１００ｎｍ形成し、ソース電極８、ドレイン電極９の形状を反転させたパターンを持つフォトマスクを用いて露光する。次に、現像を行い、ソース電極８、ドレイン電極９を設けたい箇所のみレジストを除去し、電極を設けたくない箇所にはレジストを残す。Ａｕをスパッタにより約５０ｎｍ成膜し、ソース電極８、ドレイン電極９を形成し、レジストを除去する。チャンネル部分のゲート長は１０μｍ、ゲート幅は１００μｍとする。

Ｓ６：下記組成の半導体溶液を、インクジェット法によりソース電極８、ドレイン電極９間のゲート絶縁層７ｂ上に適量を滴下した。

有機半導体材料：６、１３−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセン溶液
溶媒：トルエン
チャンネルの幅３０μｍ、長さ１００μｍ
ソース電極８、ドレイン電極９間の乾燥後の半導体材料の厚み：５０ｎｍ
Ｓ７：下記組成の第１の保護層材料を、半ピエゾ方式のインクジェット法により上記チャネル部分を完全に覆うように吐出し、８０℃で５分乾燥を行う。乾燥後の第１の保護層２０の厚みは約０．５μｍである。

第１の保護層材料：カーボンブラックを混合させたポリビニルアルコール（クラレ社製、ＰＶＡ−１２４Ｃの２％水溶液）
Ｓ８：下記組成の第２の保護層材料を、ピエゾ方式のインクジェット法により、第１の保護層２０を完全に覆うよう、第１の保護層２０を含む幅６０μｍ、長さ１５０μｍの範囲で、厚み６μｍになるまで繰り返し吐出する。第２の保護層２１の厚みが６μｍになったら、１００℃で６０分焼成する。焼成によって第２の保護層２１は収縮し、厚みは約４．５μｍとなる。

第２の保護層材料：ＪＳＲ社製感光性アクリレート材料であるオプトマーＰＣ−４０３
なお、第２の保護層材料は透明材料である。

実施例１で形成した第１の保護層２０と第２の保護層２１の合計の厚みは５．０μｍであり、有機半導体層１０への光透過率は０．１％であった。

また、実施例１で作製した有機ＴＦＴを実装した基板１は、開口率が８０％であり、保護層を設けることにより開口率が低下することは無かった。

〔液晶表示装置の作製〕
次にこれまでの工程で作製した有機ＴＦＴを用いて液晶表示装置を作製した。液晶表示装置は図５で説明したＳ２０〜Ｓ２３の工程で作製したので、各工程の番号を付して順に説明し、共通する点は説明を省略する。

Ｓ２０：第２の基板５１上に、スパッタ法を用いて厚み１００ｎｍの錫ドープ酸化インジウム膜（ＩＴＯ）を形成する。第２の基板５１の材質は、住友ベークライト製ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）である。

Ｓ２１：シール材ＸＮ２１（三井化学社製）をディスペンサで画素の周囲に所定の高さに塗布する。

Ｓ２２：直径５μｍのスペーサビーズ４０を混入させたネマティック液晶を、ディスペンサで基板１の各画素電極３０の中央に適量塗布する。

Ｓ２３：基板１と第２の基板５１を対向させ、１００００Ｐａで加圧しながら、１５０℃で１時間加熱してシール材を硬化させる。

このようにして作製した液晶表示装置は、開口率が８０％と大きく、またスペーサを兼ねる第２の保護層２１が基板間の間隔を一定に保つので、構造が堅牢であり信頼性が高い。また、液晶表示装置の表示画質も優れていることが確認できた。

［比較例１］
比較例１では本発明の効果を確認するため、工程Ｓ７において、第１の保護層材料としてカーボンブラックを混合させない透明なポリビニルアルコール（クラレ社製、ＰＶＡ−１２４Ｃの２％水溶液）を用いて第１の保護層２０を形成した。

それ以外の工程は実施例１と全く同一の条件で作製したので説明を省略する。

〔実験結果〕
実施例１で作製した有機ＴＦＴと、比較例１で作製した有機ＴＦＴについて移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比（有機ＴＦＴがＯＮ時のソースードレイン間の電流値／有機ＴＦＴがＯＦＦ時のソースードレイン間の電流値）を作製直後と、直射日光下に１ヶ月曝露後に評価した。

作製直後：実施例１で作製した有機ＴＦＴと、比較例１で作製した有機ＴＦＴは同等の性能を示した。

直射日光下に１ヶ月曝露後：実施例１で作製した有機ＴＦＴは作製直後と同等の性能を示した。一方、比較例１で作製した有機ＴＦＴは動作しなかった。

このように実施例１で作製した有機ＴＦＴは、光による有機半導体層１０の性能劣化を防止できることが確認できた。

［実施例２］
実施例２では、工程Ｓ８において、第２の保護層材料としてカーボンブラックを混合させたＪＳＲ社製感光性アクリレート材料であるオプトマーＰＣ−４０３を用いて第２の保護層２１を形成した。

実施例２で形成した第１の保護層２０と第２の保護層２１の合計の厚みは５．０μｍであり、有機半導体層１０への光透過率は０．０１％であった。実施例１と比較すると１／１０の光透過率であり、実施例２は実施例１より１０倍明るい光に対して、同等の有機半導体層１０の性能劣化を防止する性能を有している。

一方、実施例２で作製した有機ＴＦＴを実装した基板１は、開口率が７０％であり、保護層を設けることにより開口率は低下した。

以上このように、本発明によれば、第１の保護層、または第２の保護層の少なくとも一方に光吸収材料を含有させるので、簡単な工程で、光による劣化の少ない高性能な有機薄膜トランジスタ、表示装置、有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。

本発明に係わる有機薄膜トランジスタの製造方法を説明する説明図である。光吸収材料を含有する第１の保護層２０と透明な第２の保護層２１を形成する工程を説明する説明図である。液晶表示装置の有機ＴＦＴを含む１画素の構成を説明する説明図である。透明な第１の保護層２０と光吸収材料を含有する第２の保護層２１を形成する工程を説明する説明図である。本発明に係わる液晶表示装置の製造方法を説明する説明図である。

符号の説明

１基板
２ｂゲート電極
７ゲート絶縁層
８ソース電極
９ドレイン電極
１０有機半導体層
１９ソース電極線
２０第１の保護層
２１第２の保護層
３０画素電極

Claims

基板の上にゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタを含む画素が、前記基板上にマトリクス状に複数形成されている表示装置であって、
前記有機半導体層の上には、前記有機半導体層を密閉する第１の保護層と、
前記第１の保護層よりも広い領域を覆う第２の保護層を有し、
前記第１の保護層、または前記第２の保護層の少なくとも一方が光吸収材料を含有し、
前記表示装置は、前記基板に対向する第２の基板を有し、
前記第２の保護層によって、前記基板と前記第２の基板の間隔を所定の間隔に保持することを特徴とする表示装置。
前記第１の保護層は光吸収材料を含有し、前記第２の保護層が透明な材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記第１の保護層、または前記第２の保護層の少なくとも一方が印刷法により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
基板の上にゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記有機半導体層を形成する工程の後に、
前記有機半導体層を密閉する第１の保護層を形成する工程と、
前記第１の保護層よりも広い領域を覆う第２の保護層を形成する工程と、
を含み、
前記第１の保護層、または前記第２の保護層の何れか一方が光吸収材料を含有し、
前記第２の保護層の材料に熱可塑性樹脂を用い、
前記基板と対向する第２の基板を熱圧着することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記第１の保護層は光吸収材料を含有し、前記第２の保護層が透明な材料により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記第１の保護層、または前記第２の保護層の何れか一方が印刷法により形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。