JP5494923B2 - 薄膜トランジスタアクティブ基板、薄膜トランジスタアクティブ基板の製造方法および電気泳動ディスプレイ - Google Patents
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(1) 基板と、該基板上に形成された第1の電極と、該第1の電極上に形成された第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜上に形成された第2の対電極と、該第2の対電極上に形成された活性層とを有する有機トランジスタと、
該有機トランジスタ上に形成された第2の絶縁膜と、
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るように積層された第3の電極と、を備える薄膜トランジスタアクティブ基板であって、
前記基板は、ガラスまたはプラスチックであり、
前記第2の絶縁膜は、樹脂と、無機もしくは有機フィラーとを含有し、前記樹脂および前記無機もしくは有機フィラーとして、EG(エチレングリコール)に、あるいはEGとアルコール溶剤とを組み合わせてなる溶剤に、溶解または分散が可能な樹脂およびフィラーを用いて形成されてなり、
前記EG(エチレングリコール)あるいはEG及びアルコール溶剤を組み合わせてなる溶剤に、前記樹脂及び前記フィラーが溶解または分散されたペーストの粘度が、50Pa・s以上250Pa・s以下であり、
前記第2の絶縁膜は、前記ペーストを用いて形成されてなり、
前記第2の絶縁膜に含まれる樹脂が、フェノール樹脂であり、且つ、多分散度が5以下の範囲内にあり、
前記第2の絶縁膜に含まれる樹脂の分子量(Mw)が2000以上8000以下の範囲内にあることを特徴とする薄膜トランジスタアクティブ基板。
(2) 前記第2の絶縁膜が、前記活性層を保護するとともに、前記第2の対電極の一方と前記第3の電極との間で電気的導通がとれるようなスルーホールを印刷により形成することを特徴とする上記(1)に記載の薄膜トランジスタアクティブ基板。
(3) 前記活性層が、有機半導体材料を含んで構成されることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の有機薄膜トランジスタアクティブ基板。
(4) 前記活性層が、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上記(1)から(3)のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタアクティブ基板。
(5) 前記活性層が、ポリアセン化合物を主成分とすることを特徴とする上記(1)から(3)のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタアクティブ基板。
(7) 上記(1)から(5)のいずれか1項に記載の薄膜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が、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。
(6) 上記(1)から(5)のいずれか1項に記載の薄膜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が、前記薄膜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。
トランジスタアクティブ基板の層構成の例について図2に示す。この有機トランジスタアクティブ基板は、基板107、ゲート電極101、ゲート絶縁膜108、ソース電極102、ドレイン電極103、活性層109から構成される薄膜トランジスタ上に保護層としての層間絶縁膜110および画素電極104を配置した構成になる。トランジスタ部と上部電極(画素電極104)は層間絶縁膜110に設けられたスルーホール111を介して電気的に導通している。
fp=SPp/(SPd+SPp+SPh)
fh=SPh/(SPd+SPp+SPh)
式2:fd+fp+fh=100
(fd、fp、fh)=(45、10、45)、(45、50、5)、
(20、50、30)、(20、10、70)
(fd、fp、fh)=(40、10、50)、(40、30、30)、
(30、30、40)、(30、20、50)
基板はガラスまたはプラスチックで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に柔軟性を付与することができる長所があるが、基板が熱に弱いという短所がある。ここでプラスチック種類としては、例えばポリカーボン、ポリイミド、PES、PAR、PEN、PETなどが可能である。
ゲート電極の材料としては、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が挙げられる。
ゲート電極の作製工法としては、真空成膜後にフォトエッチング工程でパターニングして形成するかナノメタルインクを用いてインクジェット方法(上記特許文献4)やその他の印刷工法にて形成することがさらに好ましい。
ゲート絶縁膜の材料としては、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が挙げられる。これらの材料は2つ以上組み合わせて用いてもよい。
ソース・ドレイン電極の材料としては、ゲート電極材料で挙げた導電性物質の中でも半導体層との接触面においてオーミックに接続される材質のものが好ましい。
活性層の材料としては、例えばペンタセン、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る。また、その他にも、一般的に用いられる公知の有機半導体物質を活性層の材料として用いてもよい。
画素電極の材料としては、以下のような市販されているペースト材料が好ましい。市販のペースト材料の例としては、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)を挙げることができる。上記材料をスクリーン印刷にて塗布することにより画素電極を形成することができる。
<実施例1>
(1)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、第1の電極を形成した。次に、第1の絶縁膜として熱重合型ポリイミドをスピンコートにより塗布し、280℃で熱処理したのち、フォトマスクを介して、所望する部位(後述、第2の電極形成部位)に紫外線照射を行い、表面改質を実施した。
層間絶縁膜材料として、分子量4000、多分散度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5μm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、第2の絶縁膜を形成した。
大研化学社製銀ペーストをスクリーン印刷し、120℃で乾燥することで、第3の電極(個別電極,画素電極)を形成し、図2に示したものと同様の構成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で第2の絶縁膜形成について、層間絶縁膜材料として、分子量7000、多分散度3.5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以外は実施例1と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1で第2の絶縁膜形成について、層間絶縁膜材料として、分子量3000、多分散度2.8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以外は実施例1と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1で活性層として、下記化学式(2)で表される構造を有するペンタセン前駆体(13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene、SIGMA-ALDRICH製)をメシチレン溶媒(1wt%)でインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することした以外は実施例1と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例2で活性層として、前記化学式(2)で表される構造を有するペンタセン前駆体(13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene、SIGMA-ALDRICH製)をメシチレン溶媒(1wt%)でインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することした以外は実施例2と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例3で活性層として、前記化学式(2)で表される構造を有するペンタセン前駆体(13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene、SIGMA-ALDRICH製)をメシチレン溶媒(1wt%)でインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することした以外は実施例3と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1で活性層として、下記化学式(3)で表される構造を有するTipsペンタセン(6,13-bis_triisopropyl-silylethynyl_ pentacene)をメシチレン溶媒(1wt%)でインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することした以外は実施例1と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例2で活性層として、前記化学式(3)で表される構造を有するTipsペンタセン(6,13-bis_triisopropyl-silylethynyl_ pentacene)をメシチレン溶媒(1wt%)でインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することした以外は実施例2と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例3で活性層として、前記化学式(3)で表される構造を有するTipsペンタセン(6,13-bis_triisopropyl-silylethynyl_ pentacene)をメシチレン溶媒(1wt%)でインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することした以外は実施例3と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1で第2の絶縁膜形成について、層間絶縁膜材料として、分子量7000、多分散度3.5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)とIPAの混合溶剤(重量比で7:3)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以外は実施例1と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1で第2の絶縁膜形成について、層間絶縁膜材料として、分子量3500、多分散度3.3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以外は実施例1と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1で第2の絶縁膜形成について、層間絶縁膜材料として、分子量17000、多分散度20.6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以外は実施例1と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1で第2の絶縁膜形成について、層間絶縁膜材料として、分子量9000、多分散度5.2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以外は実施例1と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1で第2の絶縁膜形成について、層間絶縁膜材料として、分子量4000、多分散度2.5となるフェノール樹脂とシリカフィラーを、HMG(エチレングリコールモノヘキシルエーテル)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以外は実施例1と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1で第2の絶縁膜形成について、層間絶縁膜材料として、分子量4000、多分散度2.5となるフェノール樹脂とシリカフィラーを、BMG(ブチルセロソルブ)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以外は実施例1と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1で第2の絶縁膜形成について、層間絶縁膜材料として、分子量20000、多分散度3.2となるPVB樹脂(ポリビニルブチラール)とシリカフィラーを、HMG(エチレングリコールモノヘキシルエーテル)に重量比で樹脂:フィラー:溶媒=6:10:9となるように混合し、ペースト化したものを準備した以外は実施例1と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
実施例1で第2の絶縁膜形成について、層間絶縁膜材料として、分子量55000、多分散度3.4となるエチルセルロース樹脂とシリカフィラーを、HMG(エチレングリコールモノヘキシルエーテル)に重量比で樹脂:フィラー:溶媒=3:10:12となるように混合し、ペースト化したものを準備した以外は実施例1と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
比較例3で活性層として、前記化学式(2)で表される構造を有するペンタセン前駆体(13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene、SIGMA-ALDRICH製)をメシチレン溶媒(1wt%)でインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することした以外は比較例3と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
比較例4で活性層として、前記化学式(2)で表される構造を有するペンタセン前駆体(13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene、SIGMA-ALDRICH製)をメシチレン溶媒(1wt%)でインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することした以外は比較例4と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
比較例3で活性層として、前記化学式(3)で表される構造を有するTipsペンタセン(6,13-bis_triisopropyl-silylethynyl_ pentacene)をメシチレン溶媒(1wt%)でインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することした以外は比較例3と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
比較例4で活性層として、前記化学式(3)で表される構造を有するTipsペンタセン(6,13-bis_triisopropyl-silylethynyl_ pentacene)をメシチレン溶媒(1wt%)でインク化し、インクジェット法にて所望する部位に膜形成することした以外は、比較例4と同様にして有機トランジスタアクティブ基板を作製した。
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。
Ids=μCinW(Vg−Vth)2/2L ・・・(3)
102…ソース電極
103…ドレイン電極
104…画素電極
105…走査線
106…信号線
107…基板
108…ゲート絶縁膜
109…活性層
110…層間絶縁膜
111…スルーホール
Claims (7)
- 基板と、該基板上に形成された第1の電極と、該第1の電極上に形成された第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜上に形成された第2の対電極と、該第2の対電極上に形成された活性層とを有する有機トランジスタと、
該有機トランジスタ上に形成された第2の絶縁膜と、
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るように積層された第3の電極と、を備える薄膜トランジスタアクティブ基板であって、
前記基板は、ガラスまたはプラスチックであり、
前記第2の絶縁膜は、樹脂と、無機もしくは有機フィラーとを含有し、前記樹脂および前記無機もしくは有機フィラーとして、EG(エチレングリコール)に、あるいはEGとアルコール溶剤とを組み合わせてなる溶剤に、溶解または分散が可能な樹脂およびフィラーを用いて形成されてなり、
前記EG(エチレングリコール)あるいはEG及びアルコール溶剤を組み合わせてなる溶剤に、前記樹脂及び前記フィラーが溶解または分散されたペーストの粘度が、50Pa・s以上250Pa・s以下であり、
前記第2の絶縁膜は、前記ペーストを用いて形成されてなり、
前記第2の絶縁膜に含まれる樹脂が、フェノール樹脂であり、且つ、多分散度が5以下の範囲内にあり、
前記第2の絶縁膜に含まれる樹脂の分子量(Mw)が2000以上8000以下の範囲内にあることを特徴とする薄膜トランジスタアクティブ基板。 - 前記第2の絶縁膜が、前記活性層を保護するとともに、前記第2の対電極の一方と前記第3の電極との間で電気的導通がとれるようなスルーホールを印刷により形成することを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタアクティブ基板。
- 前記活性層が、有機半導体材料を含んで構成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の有機薄膜トランジスタアクティブ基板。
- 前記活性層が、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から請求項3のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタアクティブ基板。
- 前記活性層が、ポリアセン化合物を主成分とすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタアクティブ基板。
- 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の薄膜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が、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から請求項5のいずれか1項に記載の薄膜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が、前記薄膜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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