JP5446982B2 - 画像表示パネル及び画像表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、トランジスタアレイを有する画像表示パネル、及びその画像表示パネルを有する画像表示装置に関する。
近年、有機半導体材料を用いた有機薄膜トランジスタ及び有機薄膜トランジスタをマトリクス状に配列して集積した有機薄膜トランジスタアレイが精力的に研究されている。有機トランジスタ及び有機トランジスタアレイの利点としては、多様な材料を用いて構成することができること、製造方法・製品形態等においてフレキシビリティが高いこと、大面積化が容易であること、フィルム基板上への形成が容易であること、単純な層構成とすることができ製造プロセスが単純化できること、安価な製造装置を用いて製造できること等が挙げられる。フィルム基板上に形成された有機薄膜トランジスタアレイと画像表示媒体を組合せることにより、可撓性を有する画像表示パネル及び画像表示装置を実現できる。
有機トランジスタアレイを製造する際には、印刷法、スピンコート法、浸漬法等を用いることにより、簡便に薄膜や回路を形成することが可能になる。その結果、従来のSi半導体材料を用いた薄膜トランジスタより桁違いに安く製造することができる。特にインクジェット印刷法は、インクジェットヘッドからインク滴を吐出し、パターンを直接描画できるため、材料使用率を格段に向上させることができる。有機半導体層及び電極材料をインクジェット印刷法によりパターニングすることによって、製造プロセスの簡略化、歩留まりの向上、低コスト化を実現できる。
ところが、このような有機薄膜トランジスタアレイにおいては、インクジェット印刷法により形成される配線パターンの信頼性、とりわけマイグレーションが大きな課題となっている。マイグレーションとは、高湿度環境下において電極間に電圧が印加された場合、電極間に金属の析出物が発生して短絡へと繋がる現象である。インクジェット印刷法での配線パターン形成に用いられる電極材料の代表的なものとして、ナノサイズの金属微粒子を溶液中に分散させたナノメタルインクがあり、低価格で導電性が高いAg材料が主に用いられている。しかしながら、Ag材料はイオンマイグレーションが生じやすいという性質を併せ持っており、イオンマイグレーションを防止するための技術が必要不可欠となる。
このようなマイグレーションを防止するための技術として、無機バリア層を形成する防湿技術が知られている。又、防湿技術に頼らないマイグレーション防止技術として、合金等のマイグレーション耐性に優れる金属材料を用いる方法が知られている。
又、有機薄膜トランジスタに用いられる有機半導体材料は、空気中で放置した場合に、電気的特性が経時変化し、劣化しやすいことが知られている。これは、空気中の酸素や水分等による酸化や劣化による、有機半導体材料の構造的変化に起因するものである。この場合もマイグレーションを防止するための技術と同様に、無機あるいは有機のバリア層を形成し、有機半導体を保護する解決方法が採られている。
しかしながら、前述のバリア層を形成する防湿技術やマイグレーション耐性に優れる金属材料を用いる方法は、画像表示パネル及び画像表示装置の製造コストを上昇させるという問題があった。
上記の点に鑑みて、製造コストを上昇させることなくマイグレーション耐性の向上及び有機半導体の劣化の抑制を実現可能な画像表示パネル及び画像表示装置を提供することを課題とする。
本画像表示パネルは、第一の基板上にゲート電極が形成され、前記ゲート電極上にゲート絶縁膜が形成され、前記ゲート絶縁膜上に空隙を隔ててソース電極及びドレイン電極並びに第二の接着が形成され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の空隙を含む領域に有機半導体層が形成され、前記ゲート絶縁膜、前記ソース電極、前記ドレイン電極の一部、及び前記有機半導体層を覆うように層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜上に前記ドレイン電極と接合されている導電層が形成され、前記層間絶縁膜及び前記導電層上に第一の接着が形成され、前記第一の接着上に画像表示媒体が形成され、前記画像表示媒体及び前記第二の接着上に無機膜が形成され、前記無機膜上に第二の基板を有する画像表示パネルであって、前記第二の接着は、前記画像表示媒体と前記導電層との間に配置された前記第一の接着層よりも外側に配置されており、前記無機膜及び親水化処理された前記ゲート絶縁膜との接合を形成することを要件とする。
開示の技術によれば、製造コストを上昇させることなくマイグレーション耐性の向上及び有機半導体の劣化の抑制を実現可能な画像表示パネル及び画像表示装置を提供することができる。
本実施形態に係る有機トランジスタアレイを例示する平面図である。 図1のA−A線に沿う断面図である。 本実施形態に係る電気泳動画像表示媒体の一例を示す断面図である。 本実施形態に係る電気泳動画像表示媒体の他の例を示す平面図である。 図4AのB−B線に沿う断面図である。 本実施形態に係る電気泳動画像表示パネルの例を示す図である。 本実施形態に係る電気泳動画像表示パネルの他の例を示す図(その1)である。 本実施形態に係る電気泳動画像表示パネルの他の例を示す図(その2)である。 本実施形態に係る電気泳動画像表示パネルの他の例を示す図(その3)である。 比較例及び実施例の結果を示す図(その1)である。 比較例及び実施例の結果を示す図(その2)である。 本実施形態に係る画像表示装置を例示する図である。
以下、図面を参照して、実施の形態の説明を行う。
始めに、図1及び図2を参照しながら、本実施形態に係る有機トランジスタアレイについて説明する。図1は、本実施形態に係る有機トランジスタアレイを例示する平面図である。図2は、図1のA−A線に沿う断面図である。但し、図2において図1に示すゲート絶縁膜及び層間絶縁膜は省略されている。又、図1において、図2との対応関係を明確にするために、各断面に対応するハッチングが描かれている場合がある。
図1及び図2を参照するに、有機トランジスタアレイ10は、基板11上にマトリクス状に設けられている複数の走査線及び信号線と、複数の走査線及び信号線が交差して形成されている複数の画素領域各々に設けられる複数の有機トランジスタ20を有する。
有機トランジスタ20は、ゲート電極21と、ゲート絶縁膜22と、ソース電極23と、ドレイン電極24と、有機半導体層25と、層間絶縁膜26と、導電層27とを有する。走査線は、X方向に配列してなる各有機トランジスタ20の各ゲート電極21に接続するように、X方向に連続して一体に設けられる。又、信号線は、Y方向に配列してなる各有機トランジスタ20の各ソース電極23に接続するように、Y方向に連続して一体に設けられる。
有機トランジスタ20において、基板11上に形成された走査線と接続されるようにゲート電極21が形成されている。走査線及びゲート電極21が形成された基板上に、走査線及びゲート電極21を覆うようにゲート絶縁膜22が形成されている。ゲート絶縁膜22上に信号線が形成され、信号線と接続されるようにソース電極23が形成されている。又、ゲート電極21上の所定の領域、すなわちチャネル領域を挟んでソース電極23と対向してドレイン電極24が形成されている。
ソース電極23とドレイン電極24とは、互いにチャネル長となる所定の間隔を隔てて形成されている。その結果、ソース電極23とドレイン電極24とを隔てる領域は、ゲート電極21上にある。又、ゲート絶縁膜22上のチャネル領域に有機半導体層25が形成されている。更に、有機半導体層25を覆うように層間絶縁膜26が形成されている。層間絶縁膜26上には、導電層27が形成されている。導電層27は、層間絶縁膜26に形成されているスルーホール28を介して、ドレイン電極24と接合されている。
走査線及びゲート電極21、信号線及びソース電極23、並びにドレイン電極24は、一般的なフォトリソグラフィ法を用いて形成してもよいが、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法等の印刷法を用いて形成してもよい。パターニング精度、大面積化、コスト、工程数の理由から、インクジェット印刷法を用いることが特に好ましい。更に、紫外線を照射することにより表面エネルギーが変化する絶縁材料を絶縁膜等に活用し、紫外線照射後に高エネルギー表面となる領域にインクジェット印刷することで、パターニング精度は格段に向上する。インクジェット印刷法のインクとしては、金属粒子が分散されている金属インクを用いることが好ましい。金属粒子としては、Au、Ag、Cu、Pt、Pd、Ni、Ir、Rh、Co、Fe、Mn、Cr、Zn、Mo、W、Ru、In、Sn等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、電気抵抗、熱伝導率、腐食の面で、Au、Ag、Cu、Niが好ましい。
ただし、これらの金属粒子を用いる場合、マイグレーションの防止に留意する必要がある。特に、Ag及びCuはマイグレーションが顕著に発生しやすいため留意する必要がある。マイグレーションを防止する技術については、後述する。
金属インクとしては、平均粒径が数ナノメートルから数十ナノメートル程度の金属粒子が溶媒中に均一に分散されているものが用いられる。金属粒子は、熱処理によって容易に焼結することができる。これは、金属粒子の粒径が小さくなると、活性の高い表面の原子の影響が大きくなることに起因している。従って、金属インクをインクジェット印刷法を用いて塗布し、焼結することにより、電極を直接描画することができる。このとき、金属インクは、インクジェット印刷法によって塗布するために、表面張力が約30mN/mであることが好ましい。又、金属インクは、粘度が2〜13mPa・秒であることが好ましく、7〜10mPa・秒が更に好ましい。金属インクの表面張力及び粘度が適していないと、吐出が不能になったり、不良になったりして、丸い液滴になりにくく、更にリガメントが長くなる。更に、金属インクは、吐出する際に溶媒が揮発して金属粒子が固化しない程度の乾燥性も必要である。
走査線及びゲート電極21、信号線及びソース電極23、並びにドレイン電極24は、導電性高分子を含有してもよい。導電性高分子としては、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン等が挙げられる。また、これらのポリマーにドーピングを施したものも導電性高分子として用いることができる。中でも、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸(PSS)の錯体(PEDOT/PSS)は、電気伝導度、安定性、耐熱性等の面で好ましい。導電性高分子は、重合度、構造により電気特性を調整することができ、更に、焼結を必要としないため、低温で電極を形成することができる。
有機半導体層25は、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法等の印刷法を用いて形成することが好ましく、パターニング精度、コスト、材料溶解性等の理由から、インクジェット印刷法が特に好ましい。このとき、有機半導体層25は、有機溶媒に可溶な有機半導体材料を含有することが好ましい。これにより、有機半導体材料が有機溶媒に溶解されている有機半導体インクを用いて、有機半導体層25を形成することができる。このような有機半導体材料は、特に限定されず、高分子材料、オリゴマー材料、低分子材料等を用いることができるが、トリアリールアミン骨格を有する高分子材料が好ましく、化1で表される化合物が特に好ましい。この高分子材料は、無配向性高分子材料であり、成膜形状や方法に関わらず、特性のバラツキが非常に少ない特徴を有する。
Figure 0005446982
層間絶縁膜26を形成する際には、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法等の印刷法を用いることが好ましく、スクリーン印刷法が特に好ましい。これにより、フォトリソグラフィ法を用いる場合と比較して、スループットが向上し、工程数を低減し、コストを削減することができる。層間絶縁膜26は、結着樹脂及び粒子を含有することが好ましい。結着樹脂としては、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、アクリル系樹脂、エチルセルロース樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
又、粒子は、層間絶縁膜26中で粒子として存在することができれば、有機粒子及び無機粒子の何れであってもよいが、粒度を制御しやすく、溶剤中で分散させることが可能であることから、無機粒子が好ましい。有機粒子としては、特に限定されないが、カーボンブラック、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、ペリレン系顔料等が挙げられ、二種以上併用してもよい。また、無機粒子としては、特に限定されないが、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸バリウム等の金属酸化物、金属水酸化物、金属錯体等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛等の比誘電率の低い材料が好ましい。
又、粒子は、メソ孔又はマイクロ孔を有する多孔質粒子であってもよく、例えば、メソポーラスシリカが挙げられる。なお、層間絶縁膜26を形成する際には、結着樹脂、粒子等を溶媒と混合し、必要に応じて、分散剤、可塑剤、粘度調整剤等を添加した絶縁ペーストを用いることができる。また、結着樹脂と粒子の混合比は、特に限定されず、形成するパターンに応じて、最適な物性のペーストとなるように適宜調整することができるが、層間絶縁膜26の柔軟性を確保するためには、結着樹脂が多いことが好ましい。
一般に、有機半導体材料が光を吸収することにより、有機薄膜トランジスタのトランジスタ特性が経時劣化することが知られている。このため、層間絶縁膜26は、有機半導体層25が吸収する光を遮断することが可能であることが好ましい。このとき、層間絶縁膜26は、このような光を吸収することが可能な材料、又は反射することが可能な材料を含有することが好ましい。
有機半導体層25が吸収する光を吸収することが可能な材料としては、層間絶縁膜26の絶縁性を維持できれば、特に限定されず、金属酸化物、金属水酸化物、金属錯体、カーボンブラック、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、ペリレン系顔料等の着色顔料、アニリンブラック、インディゴ等の染料が挙げられ、二種以上併用してもよい。又、有機半導体層25が吸収する光を反射することが可能な材料としては、層間絶縁膜26の絶縁性を維持できれば、特に限定されず、酸化亜鉛、酸化チタン等の白色顔料が挙げられ、二種以上併用してもよい。
続いて、電気泳動画像表示媒体について説明する。電気泳動画像表示媒体は、2枚の電極間に、電気泳動粒子を分散させた分散液をセル内に閉じ込めた構成を有する。電気泳動粒子は、帯電処理されている。電極に電圧を印加すると、電極間の電気泳動粒子に電界が作用し、帯電処理された電気泳動粒子が上下方向に沿って一方向へ移動する。表示色の変更は、電極に印加する電圧を反転することにより、電気泳動粒子に作用する電界を反転させ、電気泳動粒子の移動方向を反転させて実現できる。なお、電極への電圧印加を解除すると、電気泳動粒子は各方向への移動を停止し、そのままの状態を保つことができる。このため、電気泳動画像表示媒体では、電極への電圧印加を解除しても、表示色を維持することができる。
図3は、本実施形態に係る電気泳動画像表示媒体の一例を示す断面図である。図3を参照するに、電気泳動画像表示媒体30は、基板31と、透明導電膜32と、複数のマイクロカプセル33とを有する。電気泳動画像表示媒体30において、基板31上には透明導電膜32が形成されており、透明導電膜32上には白粒子33aと黒粒子33bとが混入したマイクロカプセル33が一面に形成されている。透明導電膜32は、例えばITO(Indium Tin Oxide)から構成することができる。
電気泳動画像表示媒体30は、以下の方法で形成することができる。始めに、酸化チタン、シリコーンマクロマー/メタクリル酸共重合体、シリコーンポリマーグラフトカーボンブラック及びシリコーンオイルを混合し、超音波で分散させて、白黒粒子分散液を調製する。次いで、得られた白黒粒子分散液から、ゼラチン−アラビアゴムコンプレックスコアセルベーション法を用いて、マイクロカプセル33を形成する。次いで、マイクロカプセル33をウレタン樹脂溶液中に分散させた分散液を、ワイヤーブレード法を用いて展開することにより、図3に示す電気泳動画像表示媒体30が形成される。
図4Aは、本実施形態に係る電気泳動画像表示媒体の他の例を示す平面図である。図4Bは、図4AのB−B線に沿う断面図である。図4A及び図4Bを参照するに、電気泳動画像表示媒体35は、基板31と、透明導電膜32と、複数のハニカムセル36とを有する。電気泳動画像表示媒体35において、基板31上には透明導電膜32が形成されており、透明導電膜32上には白粒子33aと黒粒子33bとが混入したハニカムセル36が一面に形成されている。透明導電膜32は、例えばITO(Indium Tin Oxide)から構成することができる。
電気泳動画像表示媒体35は、以下の方法で形成することができる。始めに、基板31に形成された透明導電膜32上に、フォトリソグラフィ法等により、中空構造体として樹脂製等のハニカムセルを形成する。そして、形成したハニカムセルに前述の方法により調整した白黒粒子分散液を充填し、樹脂等でハニカムセルの表面を封止することによりハニカムセル36が完成し、図4A及び図4Bに示す電気泳動画像表示媒体35が形成される。
続いて、本実施形態に係る電気泳動画像表示パネルについて説明する。なお、以下に説明する各電気泳動画像表示パネルでは、電気泳動画像表示媒体30を用いる例を説明するが、電気泳動画像表示媒体30に代えて電気泳動画像表示媒体35を用いても、同様の効果を奏する。
図5は、本実施形態に係る電気泳動画像表示パネルの例を示す図である。図5において、図1〜図4と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図5を参照するに、電気泳動画像表示パネル40は、有機トランジスタアレイ10と、電気泳動画像表示媒体30と、第一の接着層41と、第二の接着層42とを有する。電気泳動画像表示パネル40において、有機トランジスタアレイ10と電気泳動画像表示媒体30とは、導電層27とマイクロカプセル33とが対向するように配置され、第一の接着層41及び第二の接着層42により固着されている。
第一の接着層41は、電気泳動画像表示媒体領域に形成されている。第二の接着層42は、第一の接着層41の周囲に形成されている。第一の接着層41は、マイクロカプセル33と導電層27及び層間絶縁膜26とを固着し、第二の接着層42は透明導電膜32と有機トランジスタアレイ10の外領域(例えばゲート絶縁膜22)とを固着している。
第一の接着層41は、体積抵抗値が重要となる。第一の接着層41の体積抵抗値は、画像表示パネルに表示される表示画面のコントラスト、解像度、及び応答性に影響を与えるからである。第一の接着層41の体積抵抗値が低い場合、画素電極である導電層27に電圧が印加されたとき、電気泳動画像表示媒体30に分圧される電圧が高くなるため、表示画面の応答性が向上する。しかしながら、隣接する導電層27間でリーク電流が発生し易くなる。特に、隣接する導電層27間で電位差があると、リーク電流が発生し易い。リーク電流が発生すると、導電層27の電位は所望の電位に保たれなくなり、表示画面のコントラストが低下する。なお、リーク電流の発生を防止すべく、隣接する導電層27間の間隙を大きくすると、表示画面の解像度やコントラストが低下する。
一方、第一の接着層41の体積抵抗値が高い場合、隣接する導電層27間のリーク電流の発生を抑制又は防止できる限りにおいて、導電層27間の間隙を小さくでき、表示画面の解像度やコントラストを向上できる。しかしながら、電気泳動画像表示媒体30に分圧される電圧が低下するため、表示画面の応答性の低下を招いてしまう。そのため、第一の接着層41には画像表示に適した体積抵抗値が求められる。体積抵抗値は適宜設定することができるが、例えば10〜1011Ω・cm程度の値とすることが好ましい。
第一の接着層41としては、例えば、EVA系、エラストマー系、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系接着剤等を用いることができる。これら接着剤の体積抵抗値が高い場合、導電性フィラーを含有することにより、所望の体積抵抗値に調整してもよい。導電性フィラーには、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラファイトなどの炭素系粒子、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、白金などの金属粒子、金属フレーク、金属ファイバー、酸化亜鉛、酸化インジウムなどの金属酸化物、そのほか導電性酸化チタン、金属繊維樹脂、金属被覆繊維、金属被覆粒子などが使用できる。
第二の接着層42は、Ag等の金属粒子を含むゲート電極21、ソース電極23、及びドレイン電極24によるマイグレーション及び有機半導体層25の劣化抑制のために、外部からの水分及び酸素進入を遮断する機能を有することが重要となる。Ag等の金属粒子を含むゲート電極21、ソース電極23、及びドレイン電極24によるマイグレーションは、水分の存在により、陽極のAg等がイオンとなり溶け出し、これが酸化物や水酸化物の生成や分解過程を伴いながら、印加される電圧に従って陰極に到達し、陰極においてAg等が還元析出される。このような現象が繰り返され、例えばソース電極23とドレイン電極24や、ソース電極23とゲート電極21の短絡に繋がる。有機トランジスタに用いられる有機半導体材料も、外気成分、特に水分・酸素等により劣化が生じ、有機トランジスタ20のオン電流低下や閾値電圧Vthシフトを引き起こす。
第二の接着層42は、これら劣化を抑制するに適した接着剤が選択される。第二の接着層42としては、例えば、水分・酸素遮断能力が高いエポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、アリル樹脂系接着剤等を用いることができる。
特に、水分や酸素の遮断能力は接着剤自身のバルク透過はさることながら、それ以上に接着界面からの進入が大きいことが知られている。よって、第二の接着層42の場合、遮断に適した接着界面を選択する必要がある。接着界面は、材料にも依存するが、特に無機膜と強い接着界面を形成する場合が多い。よって、外部からの水分・酸素を遮断する第二の接着層42の接着界面は、無機膜との界面が特に好ましい。例えば、図5に示す電気泳動画像表示パネル40のように、第二の接着層42は、基板31側では無機膜である透明導電膜32との間に接着界面を形成することが好ましい。第二の接着層42は、基板11側ではより強い接着界面を形成できるように、界面を選択することが好ましい。例えば、図5に示す電気泳動画像表示パネル40のように、第二の接着層42は、基板11側では高エネルギー領域を有するゲート絶縁膜22との間に接着界面を形成することが好ましい。
この場合、ゲート絶縁膜22として紫外線を照射することにより表面エネルギー(臨界表面張力)が変化する絶縁材料を用い、ゲート絶縁膜22と第二の接着層42との間に接着界面を形成する領域に予め紫外線を照射し、前記接着界面を形成する領域を高エネルギー領域としておけばよい。又、紫外線照射に代えて、熱、電子線、プラズマ等のエネルギーを付与することにより表面エネルギーを変化させても構わない。なお、高エネルギー領域とは、紫外線照射等でエネルギーを付与することにより、紫外線照射等の前より表面エネルギーが高くなった領域を指す。高エネルギー領域は、例えば40mN/m以上の表面エネルギーを有する。
図6〜8は、本実施形態に係る電気泳動画像表示パネルの他の例を示す図である。第二の接着層42の基板11側の接着界面は図5の例の他に図6〜図8に示す例のようにしても構わない。すなわち、図6に示す電気泳動画像表示パネル50のように、第二の接着層42は、基板11側では層間絶縁膜26との間に接着界面を形成しても構わない。又、図7に示す電気泳動画像表示パネル60のように、第二の接着層42は、基板11側では基板11自体との間に接着界面を形成しても構わない。又、図8に示す電気泳動画像表示パネル70のように、基板11上に絶縁性の無機膜71を形成し、第二の接着層42は、基板11側では無機膜71との間に接着界面を形成しても構わない。無機膜71の材料としては、例えば二酸化ケイ素やシリコンナイトライド、アルミナ等を用いることができる。
このように、第二の接着層42の少なくとも基板31側は、無機膜(例えば、透明導電膜32)との間に接着界面を形成することが好ましい。又、第二の接着層42の基板11側は、ゲート絶縁膜22、層間絶縁膜26、又は基板11自体との間に接着界面を形成すれば良いが、無機膜(例えば、無機膜71)との間に接着界面を形成しても構わない。
図5〜図8に示す電気泳動画像表示パネル40〜70において、接着界面となる表面には、酸素プラズマやUVオゾン洗浄等により親水化処理された、より親水面に改質された表面を用いることが、特に好ましい。
このように、本実施形態によれば、所定の体積抵抗率の第一の接着層を電気泳動画像表示媒体領域に形成し、無機膜との界面を有している第二の接着層を第一の接着層の周囲に形成する。その結果、コントラスト、解像度、及び応答性に優れ、かつ、Ag等に対するマイグレーション耐性の向上及び有機半導体の劣化の抑制を実現可能な電気泳動画像表示パネルを提供することができる。
又、本実施形態では、バリア層を形成したりマイグレーション耐性に優れる金属材料を用いたりしないため、製造コストを上昇させることなく、マイグレーション耐性の向上及び有機半導体の劣化の抑制を実現することができる。
なお、電気泳動画像表示パネル等の画像表示パネルに用いられるフィルム基板は一般的に耐熱性が低いため、ソース電極等として比較的焼成温度が低いAgが使用される場合が多い。その結果、マイグレーションの発生する虞が高くなる。本実施形態の構成は、ソース電極等にAg以外の材料(例えばCu等)を使用した場合にも、その材料がマイグレーションを発生し得る材料である限り、マイグレーションを抑制する効果を奏する。従って、本実施形態の構成は、焼成温度や抵抗・プロセス適応性等の問題により、マイグレーションが発生しにくい金属材料を選択できない場合に、特に効果を奏する。
以下に比較例及び実施例を示す
〈比較例1〉
第一フィルム基板上に、Al膜を100nmスパッタリングにより成膜した。次に、ポリアミド酸をスピンコートにより塗布し、180℃で加熱処理することにより、膜厚500nmのポリイミド膜を形成した。
第二フィルム基板上に、第一フィルム基板同様に、Al膜を100nmスパッタリングにより成膜した。次に、ポリアミド酸をスピンコートにより塗布し、180℃で加熱処理することにより、膜厚500nmのポリイミド膜を形成した。さらに、UVランプ(照射量7J/cm)を用い、フォトマスクを介して、櫛歯電極に対応する高エネルギーパターンを形成した。次に、インクジェット印刷法を用い、その高エネルギーパターン上に、Agインクを吐出し、180℃で焼結させることにより、膜厚100nmの櫛歯電極を形成した。このとき、電極間スペースは5μm、10μm、20μmとし、電極幅は800mmとした。なお、櫛歯電極とは、所定の電極間スペースで並設され、一端部を接続された複数の帯状の電極が2セット設けられ、それらが互いに間挿し合うように配置されたものをいう。
次に、第二フィルム基板上に、ディスペンサを用いて、基板外周に接着剤(HC−1920/エポキシ樹脂系/三井化学製)を塗布し、90℃で10分間、プリベークを行った。次に、第一フィルム基板と重ね合わせ、120℃で90分間、加重しながら熱硬化させた。貼り合わせ後の接着幅は5mmとし、ポリイミド膜との接着界面を形成した。
次に、作製したサンプルでイオンマイグレーション試験を行った。試験条件は、20Vの電界を印加し、環境を85℃/85%RHを設定した。図9は比較例及び実施例の結果を示す図(その1)である。図9に示すように、比較例1では、電極間スペースが5μm、10μm、20μmの全ての場合において、450時間でイオンマイグレーションに起因したショートが発生した。
〈実施例1〉
第一フィルム基板上に、Al膜を100nmスパッタリングにより成膜した。続いて、ITO膜100nmを基板外周領域にだけスパッタリングにより成膜した。
第二フィルム基板上に、第一フィルム基板同様に、Al膜を100nmスパッタリングにより成膜し、ITO膜100nmを基板外周領域にだけスパッタリングにより成膜した。次に、ポリアミド酸をスピンコートにより塗布し、180℃で加熱処理することにより、膜厚500nmのポリイミド膜を形成した。この時、基板外周はマスキングすることにより、接着剤が形成される領域は、ITO表面となるようにした。更に、UVランプ(照射量7J/cm)を用い、フォトマスクを介して、櫛歯電極に対応する高エネルギーパターンを形成した。次に、インクジェット印刷法を用い、その高エネルギーパターン上に、Agインクを吐出し、180℃で焼結させることにより、膜厚100nmの櫛歯電極を形成した。このとき、電極間スペースは5μm、10μm、20μmとし、電極幅は800mmとした。
なお、マイグレーションは、電位を有する電極間で発生するので、比較例1、及び実施例1〜3では、単にAgからなる櫛歯電極を用意して、その電極間に電界を印加している。トランジスタに置き換えたとすると、櫛歯電極はソース電極とドレイン電極等の2つの電極に相当する。
次に、第二フィルム基板上に、ディスペンサを用いて、基板外周に接着剤(HC−1920/エポキシ樹脂系/三井化学製)を塗布し、90℃で10分間、プリベークを行った。次に、第一フィルム基板と重ね合わせ、120℃で90分間、加重しながら熱硬化させた。貼り合わせ後の接着幅は5mmとし、無機膜であるITOとの接着界面を形成した。
作製したサンプルでイオンマイグレーション試験を行った。試験条件は、20Vの電界を印加し、環境を85℃/85%RHを設定した。図9に示すように、実施例1では、電極間スペースが5μm、10μm、20μmの全ての場合において、1000時間においてもイオンマイグレーションに起因したショートは発生しなかった。試験は1000時間で終了とした。この結果から、実施形態の第二の接着層42に相当する接着剤が、無機膜であるITO膜との接着界面を形成することにより、外部からの水分が遮断されることが確認できた。
〈実施例2〉
第一フィルム基板上に、Al膜を100nmスパッタリングにより成膜した。次に、ポリアミド酸をスピンコートにより塗布し、180℃で加熱処理することにより、膜厚500nmのポリイミド膜を形成し、UVランプ(照射量7J/cm)を用い、高エネルギー表面を形成した。
第二フィルム基板上に、第一フィルム基板同様に、Al膜を100nmスパッタリングにより成膜した。次に、ポリアミド酸をスピンコートにより塗布し、180℃で加熱処理することにより、膜厚500nmのポリイミド膜を形成した。更に、UVランプ(照射量7J/cm)を用い、フォトマスクを介して、櫛歯電極及び接着剤が形成される外周領域に対応する高エネルギーパターンを形成した。次に、インクジェット印刷法を用い、櫛歯電極に対応する高エネルギーパターン上に、Agインクを吐出し、180℃で焼結させることにより、膜厚100nmの櫛歯電極を形成した。このとき、電極間スペースは5μm、10μm、20μmとし、電極幅は800mmとした。
次に、第二フィルム基板上に、ディスペンサを用いて、基板外周に接着剤(HC−1920/エポキシ樹脂系/三井化学製)を塗布し、90℃で10分間、プリベークを行った。次に、第一フィルム基板と重ね合わせ、120℃で90分間、加重しながら熱硬化させた。貼り合わせ後の接着幅は5mmとし、ポリイミド膜の高エネルギー領域との接着界面を形成した。
作製したサンプルでイオンマイグレーション試験を行った。試験条件は、20Vの電界を印加し、環境を85℃/85%RHを設定した。図9に示すように、実施例2では、電極間スペースが5μmの場合には835時間でイオンマイグレーションに起因したショートが発生したが、電極間スペースが10μm及び20μmの場合には1000時間においてもイオンマイグレーションに起因したショートは発生しなかった。試験は1000時間で終了とした。この結果から、実施形態の第二の接着層42に相当する接着剤が、ポリイミド膜の高エネルギー領域との接着界面を形成することにより、外部からの水分進入が抑制されることが確認できた。
〈実施例3〉
第一フィルム基板上に、Al膜を100nmスパッタリングにより成膜した。続いて、ITO膜100nmを基板外周領域にだけスパッタリングにより成膜した。
第二フィルム基板上に、第一フィルム基板同様に、Al膜を100nmスパッタリングにより成膜した。次に、ポリアミド酸をスピンコートにより塗布し、180℃で加熱処理することにより、膜厚500nmのポリイミド膜を形成した。更に、UVランプ(照射量7J/cm)を用い、フォトマスクを介して、櫛歯電極及び接着剤が形成される外周領域に対応する高エネルギーパターンを形成した。次に、インクジェット印刷法を用い、櫛歯電極に対応する高エネルギーパターン上に、Agインクを吐出し、180℃で焼結させることにより、膜厚100nmの櫛歯電極を形成した。このとき、電極間スペースは5μm、10μm、20μmとし、電極幅は800mmとした。
次に、第二フィルム基板上に、ディスペンサを用いて、基板外周に接着剤(HC−1920/エポキシ樹脂系/三井化学製)を塗布し、90℃で10分間、プリベークを行った。次に、第一フィルム基板と重ね合わせ、120℃で90分間、加重しながら熱硬化させた。貼り合わせ後の接着幅は5mmとし、無機膜であるITO及びポリイミド膜の高エネルギー領域との接着界面を形成した。
作製したサンプルでイオンマイグレーション試験を行った。試験条件は、20Vの電界を印加し、環境を85℃/85%RHを設定した。図9に示すように、実施例3では、電極間スペースが5μm、10μm、20μmの全ての場合において、1000時間においてもイオンマイグレーションに起因したショートは発生しなかった。試験は1000時間で終了とした。この結果から、実施形態の第二の接着層42に相当する接着剤が、無機膜であるITO膜及びポリイミド膜の高エネルギー領域との接着界面を形成することにより、外部からの水分が遮断されることが確認できた。
〈比較例2〉
第一フィルム基板上に、Al膜を100nmスパッタリングにより成膜した。次に、ポリアミド酸をスピンコートにより塗布し、180℃で加熱処理することにより、膜厚500nmのポリイミド膜を形成した。
第二フィルム基板上に、第一フィルム基板同様に、Al膜を100nmスパッタリングにより成膜した。ポリアミド酸をスピンコート塗布し、180℃で加熱処理することにより、膜厚200nmの絶縁膜を形成した。次に、UVランプ(照射量7J/cm)を用いて、フォトマスクを介して紫外線を照射し、ゲート電極に対応する高エネルギーパターンを形成した。更に、インクジェット印刷法を用いて、高エネルギーパターン上にAg粒子が分散されているAgインクを吐出し、180℃で焼結させることにより、ゲート電極を形成した(膜厚100nm)。
次に、これらの上に、ポリアミド酸をスピンコート塗布し、180℃で加熱処理することにより、膜厚500nmのゲート絶縁膜を形成した。さらに、UVランプ(照射量7J/cm2)を用い、フォトマスクを介して、ソース電極及びドレイン電極に対応する高エネルギーパターンを形成した。
次に、インクジェット印刷法を用い、その高エネルギーパターン上に、Agインクを吐出し、180℃で焼結させることにより、膜厚100nmのソース電極及びドレイン電極を形成した。このとき、チャネル幅が140μm、チャネル長が10μmであった。次に、インクジェット印刷法を用いて、化1で表される化合物がメシチレンに溶解されている有機半導体インクを塗布し、パターニングされた有機半導体を形成し、有機トランジスタアレイを得た。
次に、第二フィルム基板上に、ディスペンサを用いて、基板外周に接着剤(HC−1920/エポキシ樹脂系/三井化学製)を塗布し、90℃で10分間、プリベークを行った。次に、第一フィルム基板と重ね合わせ、120℃で90分間、加重しながら熱硬化させた。貼り合わせ後の接着幅は5mmとし、ポリイミド膜との接着界面を形成した。
作製したサンプルでトランジスタ特性の環境試験を行った。試験条件は、電界は印加せず、環境を85℃/85%RHに設定した。図10は比較例及び実施例の結果を示す図(その2)である。図10に示すように、比較例2では、100時間後に大きな閾値電圧シフトが見られる。オン電流の低下は、閾値電圧シフトによるものも含まれているが、移動度自体も大きく低下していると考えられる。
〈実施例4〉
第一フィルム基板上に、Al膜を100nmスパッタリングにより成膜した。続いて、ITO膜100nmを基板外周領域にだけスパッタリングにより成膜した。
第二フィルム基板上に、第一フィルム基板同様に、Al膜を100nmスパッタリングにより成膜した。ポリアミド酸をスピンコート塗布し、180℃で加熱処理することにより、膜厚200nmの絶縁膜を形成した。次に、UVランプ(照射量7J/cm)を用いて、フォトマスクを介して紫外線を照射し、ゲート電極に対応する高エネルギーパターンを形成した。更に、インクジェット印刷法を用いて、高エネルギーパターン上にAg粒子が分散されているAgインクを吐出し、180℃で焼結させることにより、ゲート電極を形成した(膜厚100nm)。
次に、これらの上に、ポリアミド酸をスピンコート塗布し、180℃で加熱処理することにより、膜厚500nmのゲート絶縁膜を形成した。更に、UVランプ(照射量7J/cm)を用い、フォトマスクを介して、ソース電極及びドレイン電極及び接着剤が形成される基板外周領域に対応する高エネルギーパターンを形成した。
次に、インクジェット印刷法を用い、そのソース電極及びドレイン電極に対応する高エネルギーパターン上に、Agインクを吐出し、180℃で焼結させることにより、膜厚100nmのソース電極及びドレイン電極を形成した。このとき、チャネル幅が140μm、チャネル長が10μmであった。次に、インクジェット印刷法を用いて、化1で表される化合物がメシチレンに溶解されている有機半導体インクを塗布し、パターニングされた有機半導体を形成し、有機トランジスタアレイを得た。
次に、第二フィルム基板上に、ディスペンサを用いて、基板外周に接着剤(HC−1920/エポキシ樹脂系/三井化学製)を塗布し、90℃で10分間、プリベークを行った。次に、第一フィルム基板と重ね合わせ、120℃で90分間、加重しながら熱硬化させた。貼り合わせ後の接着幅は5mmとし、無機膜であるITO及びポリイミド膜の高エネルギー領域との接着界面を形成した。
作製したサンプルでトランジスタ特性の環境試験を行った。試験条件は、電界は印加せず、環境を85℃/85%RHに設定した。図10に示すように、実施例4では、100時間後に閾値電圧シフトが見られるが、比較例2より小さな値である。オン電流の低下は閾値電圧シフトによるものであり、移動度自体の低下は小さいと考えられる。
この結果から、実施形態の第二の接着層42に相当する接着剤が、無機膜であるITO及びポリイミド膜の高エネルギー領域との接着界面を形成することにより、外部からの水分進入が抑制されることが確認できた。
〈実施例5〉
第一フィルム基板上に、Al膜を100nmスパッタリングにより成膜した。続いて、ITO膜100nmを全面にスパッタリングにより成膜した。次に、酸化チタン20重量部、酸ポリマー1重量部、シリコーンポリマーグラフトカーボンブラック(MX3−GRX−001/日本触媒製)2重量部及びシリコーンオイル(KF96L−1cs/信越化学工業製)77重量部を混合し、超音波で1時間分散させて、白黒粒子分散液を調整した。得られた白黒粒子分散液をゼラチン−アラビアゴムコンプレックスコアセルべーション法によりマイクロカプセル化した。マイクロカプセルの平均粒径は、約60μmであった。
次に、マイクロカプセルをウレタン樹脂溶液中に分散させた分散液を得た。ワイヤーブレード法を用いて、この分散液を第一フィルム基板上に展開することにより、メモリ性を有する画像表示層を形成したマイクロカプセル基板を作製した。この時、第二の接着層が形成される領域をマスキングすることにより、基板外周領域はITO表面となるようにした。
第二フィルム基板上に、第一フィルム基板同様に、Al膜を100nmスパッタリングにより成膜した。次にポリアミド酸をスピンコート塗布し、180℃で加熱処理することにより、膜厚200nmの絶縁膜を形成した。次に、UVランプ(照射量7J/cm)を用いて、フォトマスクを介して紫外線を照射し、走査線及びゲート電極に対応する高エネルギーパターンを形成した。更に、インクジェット印刷法を用いて、高エネルギーパターン上にAg粒子が分散されているAgインクを吐出し、180℃で焼結させることにより、膜厚100nmの走査線及びゲート電極を形成した。
次に、これらの上に、ポリアミド酸をスピンコート塗布し、180℃で加熱処理することにより、膜厚500nmのゲート絶縁膜を形成した。さらに、UVランプ(照射量7J/cm)を用いて、フォトマスクを介して、紫外線を照射し、信号線及びソース電極、ドレイン電極及び第二の接着層の形成領域に対応する高エネルギーパターンを形成した。さらに、インクジェット印刷法を用いて、信号線及びソース電極、ドレイン電極に対応する高エネルギーパターン上にAg粒子が分散されているAgインクを吐出し、180℃で焼結させることにより、膜厚100nmの信号線及びソース電極、ドレイン電極を形成した。このとき、チャネル幅が140μm、チャネル長が10μmであった。
次に、インクジェット印刷法を用いて、化1で表される化合物がメシチレンに溶解されている有機半導体インクを塗布し、パターニングされた有機半導体層を形成した。次に、スクリーン印刷法を用いて、ポリビニルブチラール樹脂と、シリカフィラーと、エチレングリコールヘキシルエーテルとを含有する絶縁ペーストを印刷し、減圧乾燥させることにより、ドレイン電極上にスルーホールを有する層間絶縁膜を形成した。更に、スクリーン印刷法を用いて、銀を含む熱硬化性のペーストを印刷し、乾燥させることにより、ドレイン電極と接合する導電層を形成し、有機薄膜トランジスタアレイ基板を得た。
次に、第一フィルム基板上に、ディスペンサを用いて、マイクロカプセルが形成されている領域に第一の接着層(NeoRezR−9330/ウレタン樹脂系/DSM製)を、基板外周のITO表面に第二の接着層(HC−1920/エポキシ樹脂系/三井化学製)を塗布し、100℃で10分間、プリベークを行った。次に、第一フィルム基板と重ね合わせ、120℃で90分間、加重しながら熱硬化させた。貼り合わせ後の接着幅は5mmとし、無機膜であるITO膜及びポリイミド膜の高エネルギー領域との接着界面を形成し、図5に示すような電気泳動画像表示パネルを作製した。
更に、このようにして得られた電気泳動画像表示パネルを他の電子機器と組合せることにより、図11に示すような、表示部81と、駆動制御IC82と、操作部83とを有する画像表示装置80を得ることができる。
以上、好ましい実施の形態及び実施例について詳説したが、上述した実施の形態及び実施例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、本実施の形態において、基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極及びドレイン電極、半導体が順次積層されたボトムゲート型のトランジスタアレイを用いたが、基板上にソース電極及びドレイン電極、半導体、ゲート絶縁膜、ゲート電極が順次積層されたトップゲート型のトランジスタアレイを用いても構わない。
又、画像表示媒体としては、電気泳動方式の他に、例えばポリマー分散型液晶等の液晶方式、有機EL方式等を用いることができる。
10 有機トランジスタアレイ
11、31 基板
20 有機トランジスタ
21 ゲート電極
22 ゲート絶縁膜
23 ソース電極
24 ドレイン電極
25 有機半導体層
26 層間絶縁膜
27 導電層
28 スルーホール
30、35 電気泳動画像表示媒体
32 透明導電膜
33 マイクロカプセル
33a 白粒子
33b 黒粒子
36 ハニカムセル
40、50、60、70 電気泳動画像表示パネル
41 第一の接着層
42 第二の接着層
71 無機膜
80 画像表示装置
81 表示部
82 駆動制御IC
83 操作部
特開2006−156985号公報 特開2006−344992号公報

Claims (13)

  1. 第一の基板上にゲート電極が形成され、前記ゲート電極上にゲート絶縁膜が形成され、前記ゲート絶縁膜上に空隙を隔ててソース電極及びドレイン電極並びに第二の接着が形成され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の空隙を含む領域に有機半導体層が形成され、前記ゲート絶縁膜、前記ソース電極、前記ドレイン電極の一部、及び前記有機半導体層を覆うように層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜上に前記ドレイン電極と接合されている導電層が形成され、前記層間絶縁膜及び前記導電層上に第一の接着が形成され、前記第一の接着上に画像表示媒体が形成され、前記画像表示媒体及び前記第二の接着上に無機膜が形成され、前記無機膜上に第二の基板を有する画像表示パネルであって、
    前記第二の接着は、前記画像表示媒体と前記導電層との間に配置された前記第一の接着層よりも外側に配置されており、前記無機膜及び親水化処理された前記ゲート絶縁膜との接合を形成することを特徴とする画像表示パネル。
  2. 第一の基板上にゲート電極が形成され、前記ゲート電極上にゲート絶縁膜が形成され、前記ゲート絶縁膜上に空隙を隔ててソース電極及びドレイン電極が形成され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の空隙を含む領域に有機半導体層が形成され、前記ゲート絶縁膜、前記ソース電極、前記ドレイン電極の一部、及び前記有機半導体層を覆うように層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜上に前記ドレイン電極と接合されている導電層と第二の接着が形成され、前記層間絶縁膜及び前記導電層上に第一の接着が形成され、前記第一の接着上に画像表示媒体が形成され、前記画像表示媒体及び前記第二の接着上に無機膜が形成され、前記無機膜上に第二の基板を有する画像表示パネルであって、
    前記第二の接着は、前記画像表示媒体と前記導電層との間に配置された前記第一の接着層よりも外側に配置されており、前記無機膜及び親水化処理された前記層間絶縁膜との接合を形成することを特徴とする画像表示パネル。
  3. 無機膜表面を有する第一の基板上に、ゲート電極と第二の接着が形成され、前記ゲート電極上にゲート絶縁膜が形成され、前記ゲート絶縁膜上に空隙を隔ててソース電極及びドレイン電極が形成され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の空隙を含む領域に有機半導体層が形成され、前記ゲート絶縁膜、前記ソース電極、前記ドレイン電極の一部、及び前記有機半導体層を覆うように層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜上に前記ドレイン電極と接合されている導電層が形成され、前記層間絶縁膜及び前記導電層上に第一の接着が形成され、前記第一の接着上に画像表示媒体が形成され、前記画像表示媒体及び前記第二の接着上に無機膜が形成され、前記第二の接着層上に形成された無機膜上に第二の基板を有する画像表示パネルであって、
    前記第二の接着は、前記画像表示媒体と前記導電層との間に配置された前記第一の接着層よりも外側に配置されており、前記第一の基板の無機膜表面及び前記第二の接着層上に形成された無機膜との接合を形成することを特徴とする画像表示パネル。
  4. 前記第一の接着層は、導電性フィラーを含有する請求項1乃至3の何れか一項記載の画像表示パネル。
  5. 前記第一の基板及び前記第二の基板の何れか一方又は双方は、可撓性を有するフィルム基板である請求項1乃至4の何れか一項記載の画像表示パネル。
  6. 前記ゲート電極、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の電極材料は、金属粒子を分散させた金属インクである請求項1乃至5の何れか一項記載の画像表示パネル。
  7. 前記有機半導体層は、トリアリールアミン骨格を有する高分子材料である請求項1乃至6の何れか一項記載の画像表示パネル。
  8. 前記有機半導体層は、インクジェット印刷法を用いて形成されている請求項1乃至7の何れか一項記載の画像表示パネル。
  9. 前記ゲート絶縁膜及び前記層間絶縁膜は、紫外線を照射することにより表面エネルギーを増大させることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項記載の画像表示パネル。
  10. 前記画像表示媒体は、電気泳動方式の表示媒体である請求項1乃至9の何れか一項記載の画像表示パネル。
  11. 前記電気泳動方式の表示媒体は、透明導電膜を有し、前記第二の接着層上に形成された無機膜は、前記透明導電膜である請求項10記載の画像表示パネル。
  12. 前記ゲート電極、前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記有機半導体層を含むトランジスタアレイ、並びに前記画像表示媒体は、可撓性を有する請求項1乃至11の何れか一項記載の画像表示パネル。
  13. 請求項1乃至12の何れか一項記載の画像表示パネルと、表示部と、制御部と、操作部と、を有する画像表示装置。
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