JP5481893B2 - 有機トランジスタアクティブ基板、有機トランジスタアクティブ基板の製造方法および有機トランジスタアクティブ基板を用いた電気泳動ディスプレイ - Google Patents
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Description
1.材料構成の多様性、製造方法、製品形態等でフレキシビリティが高い
2.大面積化が容易である
3.単純な層構成が可能であり、製造プロセスが単純化できる
4.安価な製造装置を用いて、製造できる
等の利点があることから、精力的に研究されている。このとき、有機半導体層の成膜方法としては、印刷法、スピンコート法、浸漬法等が挙げられ、有機TFTは、従来のSi半導体材料を用いたTFTより桁違いに安く製造することができる。
本発明に係る有機トランジスタアクティブ基板の層構成の一例を図1に示す。本実施形態に係る有機トランジスタアクティブ基板10は、基板1上に、ゲート電極(第1の電極)2を形成し、該ゲート電極2上にゲート絶縁膜(第1の絶縁膜、以下、単に、絶縁膜ともいう)3を形成し、該絶縁膜3上にソース電極(以下、S電極ともいう)4およびドレイン電極(以下、D電極ともいう)5(第2の対電極)を形成し、該ソース・ドレイン電極4,5上に有機半導体材料からなる活性層(有機半導体層)6を形成することにより薄膜トランジスタを構成させ、該薄膜トランジスタ上に層間膜(第2の絶縁膜、層間絶縁膜)7を堆積し、ソース電極4、ドレイン電極5のいずれか一方(図1の例では、ドレイン電極5)と層間膜7に設けられたスルーホール9を介して電気的導通がとられた画素電極(第3の電極、以下、上部電極ともいう)8を積層するようにした有機トランジスタアクティブ基板10であって、ソース・ドレイン電極4,5上に2つの異なるSAM形成分子種(後述の第1のSAM形成分子種12、第2のSAM形成分子種14)が形成されているものである。なお、以下、SAM形成分子種を、以下、SAM材ともいう。
基板1は、例えば、ガラスまたはプラスチックにより形成することができる。プラスチックで構成される場合、トランジスタアクティブ基板10に柔軟性を付与することができる長所があるが、基板1が熱に弱いという短所がある。なお、プラスチック種類としては、特に限られるものではなく、例えば、ポリカーボン、ポリイミド、PES、PAR、PEN、PET等を用いることができる。
ゲート電極2の材料としては、導電性材料であれば特に限定されず、例えば、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン、鉛、タンタル、インジウム、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、およびこれらの合金やインジウム・錫酸化物等の導電性金属酸化物、あるいはドーピング等で導電率を向上させた無機および有機半導体、たとえばシリコン単結晶、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、グラファイト、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチエニレンビニレン、ポリパラフェニレンビニレン等を用いることができる。
ゲート絶縁膜3の材料としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン等の無機系材料やポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、ポリエステル、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシリレン、ポリアクリロニトリル、シアノエチルプルラン等の有機系材料を用いることができる。また、これらの材料を2つ以上合わせて用いてもよい。
ソース・ドレイン電極4,5の材料としては、ゲート電極2の材料で挙げた導電性物質の中でも有機半導体層6との接触面においてオーミックに接続されるものが好ましい。
活性層6の材料としては、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、例えば、トリアリールアミンを含むパイ共役高分子材料や、結晶性材料を含むパイ共役低分子材料を主成分とすることが好ましい。また、その他、一般的に用いられる公知の有機半導体物質を用いても良い。
層間絶縁膜7を構成する混合物に含有される微粒子は、層間絶縁膜7が形成された後に、粒子として存在することができる材料であれば、有機粒子、無機粒子のいずれでも良いが、粒度制御がし易く、溶媒中で溶けずに有機材料中に分散させることが可能な無機粒子を用いることが好ましい。例えば、有機材料と無機粒子との混合物を用いることが好ましい。これにより、活性層6中に不要なチャネルが誘起されることを抑制することができるからである。なお、有機材料中に無機粒子が分散した状態の層間絶縁膜7を用いると下地の有機半導体との界面が粗くなることに起因し、活性層6との界面が粗いために、上部電極8の電位による電界効果を受けにくくなり、層間絶縁膜7がゲート絶縁膜として作用しにくくなる。
画素電極8の材料としては、例えば、パーフェクトゴールド(登録商標)(金ペースト、真空冶金社製商品名)、パーフェクトカッパー(銅ペースト、真空冶金社製商品名)、Orgacon Paste variant 1/4、Paste variant 1/3(以上、印刷用透明PEDOT/PSSインク、日本アグファ・ゲバルト社製商品名)、Orgacon Carbon Paste variant 2/2(カーボン電極ペースト、日本アグファ・ゲバルト社製商品名)、BAYTRON(登録商標) P(PEDT/PSS水溶液、日本スタルクヴィテック社製商品名)等のペースト材料が好ましい。上記材料をスクリーン印刷にて画素電極8を構成する。
2つの異なるSAM形成分子種(第1のSAM形成分子種12、第2のSAM形成分子種14)は、チオール化合物、ジスルフィド化合物またはイソシアニド化合物のいずれかの組み合わせにより形成されていることが好ましい。また、第1のSAM形成分子種12は、末端に芳香族化合物を有し、第2のSAM形成分子種14は、アルキル化合物を有することも好ましい。
次に、本発明に係る有機トランジスタアクティブ基板の製造方法、特に、本発明の特徴であるインクジェット法による活性層6のパターン作製について説明する。
また、上述の構成に係る有機トランジスタアクティブ基板10を用いた電気泳動ディスプレイを構成することができる。電気泳動ディスプレイ20は、例えば、図12に示すように、透明電極15を共通電極として配置した支持基板16と、有機トランジスタアクティブ基板10の画素電極8との間に、電界により白黒表示可能な媒体を充填してなる電気泳動マイクロカプセル17を挟み、画素が形成されるものである。また、マイクロカプセル17に限らず、有機トランジスタアクティブ基板10と、透明電極15を持つ支持基板16と、隔壁層とを介して形成される空間に、電界により白黒表示可能な媒体を充填することで、電気泳動ディスプレイ20を構成するようにしても良い。
〔有機トランジスタの形成〕
ガラス基板に市販のナノ銀インクを用い、インクジェット装置を用い、所望するパターンに印刷後、200℃で熱処理し、ゲート電極(第1の電極)を形成した。
層間絶縁膜材料として、分子量4000、多重分散度2.5となるフェノール樹脂とシリカフィラーをEG(エチレングリコール)に重量比で樹脂:フィラー:溶媒=3:3:4となるように混合しペースト化したものを準備した。このように調整したペーストを用い、スクリーン印刷(カレンダーメッシュ:500番、乳厚5ミクロンのスクリーン版)を行い、スルーホール部を残してトランジスタ上に転写し、溶媒を110℃で乾燥することで、層間膜(第2の絶縁膜)を形成した。
銀ペースト(大研化学社製)をスクリーン印刷し、120℃で乾燥することで、画素電極(第3の電極)を形成し、図2に示したような有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1で活性層を次式(2)の構造を有するペンタセン前駆体(13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene、SIGMA-ALDRICH製)をインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することで、有機トランジスタを得た以外、実施例1と同様の有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
第2の電極形成までは、実施例1と同様に作製を行い、その後、PFBT(ペンタフルオロチオール、東京化成工業製)をIPA溶媒に10mM濃度で作成した第1のSAM材を用意し、10分間浸漬処理させて、その後、IPAで洗浄処理した。SAM処理後に、PFDT(1H,1H,2H,2H-PERFLUORODECANETHIOL、SIGMA-ALDRICH製)をIPA溶媒に10mM濃度で作成した第2のSAM材を用意し、続けて10分間浸漬処理させて、その後、活性層を、上記式(2)の構造を有するペンタセン前駆体(13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene、SIGMA-ALDRICH製)をインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することで、有機トランジスタを得た。その他、第2の絶縁膜形成、第3の電極形成については、実施例1と同様の有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1でPFBT(ペンタフルオロチオール、東京化成工業製)をIPA溶媒に10mM濃度で作成した第1のSAM材を用意し、10分間浸漬処理させて、その後、IPAで洗浄処理した後、フォトマスクを介した照射と第2のSAM材による表面処理は行わず、活性層を上記式(2)の構造を有するペンタセン前駆体(13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene、SIGMA-ALDRICH製)をインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することで、有機トランジスタを得た以外、実施例1と同様の有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1でC7(1−ヘプタンチオール、東京化成工業製)をIPA溶媒に10mM濃度で作成した第1のSAM材を用意し、10分間浸漬処理させて、その後、IPAで洗浄処理した後、フォトマスクを介した照射と第2のSAM材による表面処理は行わず、活性層を上記式(2)の構造を有するペンタセン前駆体(13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene、SIGMA-ALDRICH製)をインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することで、有機トランジスタを得た以外、実施例1と同様の有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1でPFDT(1H,1H,2H,2H-PERFLUORODECANETHIOL、SIGMA-ALDRICH製)をIPA溶媒に10mM濃度で作成した第1のSAM材を用意し、10分間浸漬処理させて、その後、IPAで洗浄処理した後、フォトマスクを介した照射と第2のSAM材による表面処理は行わず、活性層を上記式(2)の構造を有するペンタセン前駆体(13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene、SIGMA-ALDRICH製)をインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することで、有機トランジスタを得た以外、実施例1と同様の有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1でPFBT(ペンタフルオロチオール、東京化成工業製)とC7(1−ヘプタンチオール、東京化成工業製)をIPA溶媒に10mM濃度で作成した後に、10:1の比率で混合した第1のSAM材を用意し、10分間浸漬処理させて、その後、IPAで洗浄処理した後、フォトマスクを介した照射と第2のSAM材による表面処理は行わず、活性層を上記式(2)の構造を有するペンタセン前駆体(13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene、SIGMA-ALDRICH製)をインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することで、有機トランジスタを得た以外、実施例1と同様の有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
第2の電極形成までは、実施例1と同様に作製を行い、その後、PFBT(ペンタフルオロチオール、東京化成工業製)をIPA溶媒に10mM濃度で作成した第1のSAM材を用意し、10分間浸漬処理させて、その後、IPAで洗浄処理した。SAM処理後に、C7(1−ヘプタンチオール、東京化成工業製)をIPA溶媒に10mM濃度で作成した第2のSAM材を用意し、続けて10分間浸漬処理させて、その後、活性層を上記式(2)の構造を有するペンタセン前駆体(13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene、SIGMA-ALDRICH製)をインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することで、有機トランジスタを得た。その後の第2の絶縁膜形成、第3の電極形成について実施例1と同様の有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
ソース・ドレイン電圧:−20V
ゲート電圧:20〜―20V
Vth:ソース・ドレイン電圧:−20V、ゲート電圧20〜―20Vに挿引したときのソース・ドレイン電流を測定し、ゲート電圧に対するソース・ドレイン電流の平方根をプロットし、示される直線領域を外挿し、X軸と交わる点を閾値電圧と定義する。
μ:移動度
Ids=μCinW(Vg−Vth)2/2L …(3)
ここで、Cinはゲート絶縁膜の単位面積あ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、Idsはソース・ドレイン電流である。
2 ゲート電極(第1の電極)
3 ゲート絶縁膜(第1の絶縁膜)
4 ソース電極(第2の対電極)
5 ドレイン電極(第2の対電極)
6 活性層
7 層間膜(第2の絶縁膜)
8 画素電極(第3の電極)
9 スルーホール
10 有機トランジスタアクティブ基板
11 有機半導体
12 第1のSAM材(第1のSAM形成分子種)
13 マスク
14 第2のSAM材(第2のSAM形成分子種)
15 透明電極
16 支持基板
17 マイクロカプセル
20 電気泳動ディスプレイ
Claims (8)
- 基板上に、第1の電極を形成し、該第1の電極上に第1の絶縁膜を形成し、該第1の絶縁膜上に第2の対電極を形成し、該第2の対電極上に有機半導体材料からなる活性層を形成することにより有機トランジスタを構成させ、該有機トランジスタ上に第2の絶縁膜を堆積し、前記第2の対電極の一方と前記第2の絶縁膜に設けられたスルーホールを介して電気的導通がとられた第3の電極を積層するようにした有機トランジスタアクティブ基板であって、
前記第2の対電極上に、2つの異なるSAM形成分子種が形成され、
前記2つの異なるSAM形成分子種のうち、第1のSAM形成分子種は、芳香族化合物を有しており、前記第2の対電極表面の大部分を占めるように形成され、第2のSAM形成分子種は、末端がフッ素で置換されたアルキル化合物を有しており、前記第2の対電極表面における前記第1のSAM形成分子種の隙間を埋めるように形成されていることを特徴とする有機トランジスタアクティブ基板。 - 前記2つの異なるSAM形成分子種は、チオール化合物、ジスルフィド化合物またはイソシアニド化合物のいずれかの組み合わせにより形成されていることを特徴とする請求項1に記載の有機トランジスタアクティブ基板。
- 前記2つの異なるSAM形成分子種のうち、第1のSAM形成分子種は、末端に芳香族化合物を有することを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の有機トランジスタアクティブ基板。
- 前記活性層は、トリアリールアミンを含むパイ共役高分子材料を主成分とすることを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の有機トランジスタアクティブ基板。
- 前記活性層は、結晶性材料を含むパイ共役低分子材料を主成分とすることを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の有機トランジスタアクティブ基板。
- 基板上に、第1の電極を形成し、該第1の電極上に第1の絶縁膜を形成し、該第1の絶縁膜上に第2の対電極を形成し、該第2の対電極上に有機半導体材料からなる活性層を形成することにより有機トランジスタを構成させ、該有機トランジスタ上に第2の絶縁膜を堆積し、前記第2の対電極の一方と前記第2の絶縁膜に設けられたスルーホールを介して電気的導通がとられた第3の電極を積層するようにした有機トランジスタアクティブ基板の製造方法であって、
前記第2の対電極上に2つの異なるSAM形成分子種を形成して、前記第2の対電極上に前記有機半導体材料からなる活性層をインクジェット法により形成し、
前記2つの異なるSAM形成分子種のうち、第1のSAM形成分子種は、芳香族化合物を有しており、前記第2の対電極表面の大部分を占めるように形成され、第2のSAM形成分子種は、末端がフッ素で置換されたアルキル化合物を有しており、前記第2の対電極表面における前記第1のSAM形成分子種の隙間を埋めるように形成されていることを特徴とする有機トランジスタアクティブ基板の製造方法。 - 請求項1から5までのいずれか1項に記載の有機トランジスタアクティブ基板上に、電気泳動表示素子を積層してなる電気泳動ディスプレイであって、
前記電気泳動表示素子は、電界により白黒表示可能な媒体をカプセル化し、前記第3の電極上に配置されてなるものであることを特徴とする電気泳動ディスプレイ。 - 請求項1から5までのいずれか1項に記載の有機トランジスタアクティブ基板上に、電気泳動表示素子を積層してなる電気泳動ディスプレイであって、
前記電気泳動表示素子は、前記有機トランジスタアクティブ基板と、透明電極を持つ支持基板と、隔壁層とを介して形成される空間に、電界により白黒表示可能な媒体を充填してなるものであることを特徴とする電気泳動ディスプレイ。
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