JP5987274B2 - アクティブマトリクス基板 - Google Patents
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Description
アクティブマトリクス駆動方式を用いた表示装置は、高コントラストで画像表示を行うことができ、応答速度が速く、また、表示装置を大画面化した場合にその消費電力を小さいものとすることができるといった利点を有するものである。
また、これに伴い、上記アクティブマトリクス駆動方式を用いた表示装置に用いられるアクティブマトリクス基板の開発についても盛んに行われている。
一方で印刷法は、フォトリソグラフィー法に比べて大掛かりな設備や多数の工程を必要とせず、また材料の使用効率も高くすることが可能であることから、形成される部材の生産性を向上させることが可能である反面、微細で精密なパターンを形成することが困難であるといった性質を有する方法であることが知られている。
図5(a)および図6(a)は、従来のアクティブマトリクス基板の一例を示す概略平面図であり、図5(b)は図5(a)のA’−A’断面図、図6(b)は図6(a)のA”−A”線断面図である。特許文献1には、図5(a)、(b)および図6(a)、(b)に示すように、アクティブマトリクス基板100’にマトリクス状に配列されている複数の有機半導体トランジスタ2において、各々の有機半導体トランジスタ2を構成するゲート電極21、ソース電極22、およびドレイン電極23のうち、上記いずれかの1つの電極(図5(a)、(b)および図6(a)、(b)ではソース電極22)と有機半導体層24とが隣接する2つの有機半導体トランジスタ2間で共有されている構成が示されている。なお、図5(a)、(b)においては有機半導体トランジスタ2がボトムゲート構造を有する場合、図6(a)、(b)においてはトップゲート構造を有する場合について示している。また、上述した図5(a)、(b)、および図6(a)、(b)において説明していない符号については、後述する図1等で説明する。
なお、アクティブマトリクス基板においては、有機半導体トランジスタの配列パターン、有機半導体トランジスタの各構成の配置等から、実際には、図5(a)、(b)、図6(a)、(b)等に示すように、隣接する2つの有機半導体トランジスタ2において、ソース電極22および有機半導体層24が共有される構成が検討されている。
すなわち、上述したように、アクティブマトリクス基板において、基材としてフレキシブル性を有する樹脂製基材等を用いた場合は、アクティブマトリクス基板の製造工程中の温度変化によって樹脂製基材の寸法が変化してしまう場合がある。そのため、樹脂製基材上に形成される電極と、上記電極上に形成される他の電極との位置が設計上の位置と異なってしまうことにより、例えば、図7(a)、(b)に示すように、ゲート電極21α、21βとソース電極22との重なり部分の面積U1およびU2が、隣接する2つの有機半導体トランジスタ2α、2β間で異なることにより、ゲート電極21α、21βに対しソース電極22およびドレイン電極23α、23βが形成する寄生容量が異なってしまうといった問題があった。また、その結果、アクティブマトリクス基板に配置される複数の有機半導体トランジスタの寄生容量にバラツキを生じてしまうといった問題があった。また、このようなアクティブマトリクス基板が用いられた表示装置は、均一な画像表示を行うことが困難となり、十分な視認性を示すことが困難となるといった問題があった。
なお、図7(a)、(b)は、従来のアクティブマトリクス基板における有機半導体トランジスタの一例を示す概略断面図である。また、説明していない符号については後述する図1等で説明する。
なお、トップゲート構造の有機半導体トランジスタを用いたアクティブマトリクス基板においては、後述する修正を用いることは困難であることから、短絡の発生頻度が上昇してしまうことはより深刻な問題である。
また、本発明によれば、隣接する2つの有機半導体トランジスタにおける各電極については共有されていないことから、たとえ製造工程中の寸法変化の起こりやすい樹脂製基材を用いた場合であっても、ゲート電極およびソース電極の重なり部分の面積を調整して各電極を形成することが可能となるため、隣接する2つの有機半導体トランジスタの寄生容量を同等とすることが可能となる。よって、アクティブマトリクス基板における複数の有機半導体トランジスタの寄生容量にバラツキを生じないものとすることができることから、本発明のアクティブマトリクス基板を表示装置に用いた場合に、均一で視認性に優れた画像表示を行うことが可能となる。
また、上述した従来の構成に比べて、有機半導体層を形成する領域におけるソース電極の形成面積を小さくすることができることから、有機半導体材料の塗布性を向上させることができる。よって、有機半導体層をソース電極およびドレイン電極上に均質に形成することが可能となるため、複数の有機半導体トランジスタのスイッチ機能を同等とすることが可能となる。
さらに、本発明によれば、有機半導体トランジスタがボトムゲート構造を有する場合は、ライン欠陥の修正を行った場合に生じる点欠陥の発生を最小限のものとすることが可能となる。
また、本発明において、「有機半導体トランジスタがマトリクス状に複数配列されている」とは、本発明のアクティブマトリクス基板を表示装置に用いた場合に、上記表示装置の各画素に対応する領域にそれぞれ有機半導体トランジスタが配置されるように、複数の有機半導体トランジスタが配列されていることを指す。具体的には、上記表示装置の複数の画素が格子状に配列されたものである場合は、格子状に配列されている各画素に対応する領域にそれぞれ有機半導体トランジスタが配置されるように、複数の有機半導体トランジスタが格子状に配列されていることを指す。
図1、図2(a)〜(c)に示すように、本発明のアクティブマトリクス基板100は、樹脂製基材1と、樹脂製基材1上に形成され、ゲート電極21、ソース電極22、ドレイン電極23、および有機半導体材料を含む有機半導体層24を備える有機半導体トランジスタ2とを有するものである。また、図2(b)、(c)に示すように、本発明は、通常、ゲート電極21α、21βとソース電極22α、22β、ドレイン電極23α、23β、および有機半導体層24との間にゲート絶縁層25を有するものである。
なお、図1および図2(a)においては、説明のため、有機半導体層24については太い点線で示しており、ゲート絶縁層については省略して示している。
図2(b)に示すように、有機半導体トランジスタ2α、2βがボトムゲート構造を有する場合は、樹脂製基材1上にゲート電極21α、21βが形成され、ゲート電極21α、21β上にゲート絶縁層25が形成され、ゲート絶縁層25上にソース電極22α、22βおよびドレイン電極23α、23βが形成され、ソース電極22α、22βおよびドレイン電極23α、23β上に有機半導体層24が形成される。また、この場合、アクティブマトリクス基板100を有機半導体層24側から観察した場合に、図1に示されるような平面が観察される。
一方、図2(c)に示すように、有機半導体トランジスタ2α、2βがトップゲート構造を有する場合は、樹脂製基材1上にソース電極22α、22βおよびドレイン電極23α、23βが形成され、ソース電極22α、22βおよびドレイン電極23α、23β上に有機半導体層24が形成され、ソース電極22α、22β、ドレイン電極23α、23β、および有機半導体層24上にゲート絶縁層25が形成され、ゲート絶縁層25上にゲート電極21α、21βが形成される。また、この場合、アクティブマトリクス基板100を樹脂製基材1の各電極側とは反対側の面から観察した場合に、図1に示されるような平面が観察される。
さらに、本発明においては、通常、アクティブマトリクス基板100に配列された複数の有機半導体トランジスタ2のゲート電極21はそれぞれゲート配線21X1〜21X4に接続され、ソース電極22はそれぞれソース配線22Y1〜22Y4に接続される。
また、上述した従来の構成に比べて、有機半導体層の形成する領域におけるソース電極の形成面積を小さくすることができることから、有機半導体材料の塗布性を向上させることができる。よって、有機半導体層をソース電極およびドレイン電極上に均質に形成することが可能となるため、複数の有機半導体トランジスタのスイッチ機能を同等とすることが可能となる。
本発明における有機半導体トランジスタは、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、および有機半導体層を備えるものであり、アクティブマトリクス基板において、マトリクス状に複数配列されるものである。
また、隣接する2つの有機半導体トランジスタが、有機半導体層のみを共有するものである。
以下、有機半導体トランジスタに用いられる各構成について説明する。
本発明における有機半導体層について説明する。
本発明における有機半導体層は、上記有機半導体トランジスタがボトムゲート構造を有する場合、またはトップゲート構造を有する場合のいずれであっても、ソース電極およびドレイン電極上に形成されるものである。
また、本発明においては、1つの有機半導体層は2つの有機半導体トランジスタ間に連続して形成されるものである。
本発明において、隣接する2つの有機半導体トランジスタに共有されている1つの有機半導体層の形成位置について説明する。
上記1つの有機半導体層の形成位置としては、隣接する2つの有機半導体トランジスタ間に連続して形成可能であり、かつ各々の有機半導体トランジスタが有するソース電極およびドレイン電極上に有機半導体層を形成することができ、かつ各々の有機半導体トランジスタが同等のスイッチ機能を示すことが可能となる位置であれば特に限定されない。通常は、本発明における有機半導体トランジスタの配列パターンに応じて適宜選択される。
なお、図3は、本発明における有機半導体トランジスタの配列パターンの例を示すパターン図であり、説明していない符号については図1と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。また、上述の1つの有機半導体層の形成位置は、例示であり、本発明における1つの有機半導体層の形成位置については、上述した形成位置に限られるものではない。
本発明における有機半導体層のパターン形状としては、隣接する2つの有機半導体トランジスタ間に連続して形成可能であり、マトリクス状に配列された複数の有機半導体トランジスタが各々有機半導体層を有することが可能であり、かつ、各々の有機半導体トランジスタが同等のスイッチ機能を示すことが可能となるようなパターン形状であれば特に限定されない。通常は、有機半導体トランジスタの配列パターンに応じて適宜選択される。
なお、有機半導体層の厚みとは、有機半導体トランジスタがボトムゲート構造である場合は、絶縁層表面から有機半導体層表面までの距離(図2(b)においてS1で示される距離)を指し、有機半導体トランジスタがトップゲート構造である場合は樹脂製基材表面から有機半導体層表面までの距離(図2(c)においてS2で示される距離)を指す。
なお、有機半導体層の線幅とは、図2(a)においてT1で示される距離を指す。
なお、連続幅とは、図2(a)においてT2で示される距離を指す。
本発明においては、隣接する2つの有機半導体トランジスタが1つの有機半導体層を共有することから、フォトリソグラフィー法等と比較して微細なパターンを形成困難な印刷法を用いて有機半導体層を形成したとしても、アクティブマトリクス基板における有機半導体トランジスタの形成面積を小さいものとすることができる。
次に、本発明に用いられるゲート電極について説明する。
本発明におけるゲート電極は、上記有機半導体トランジスタがボトムゲート構造を有する場合は樹脂製基材上に形成されるものであり、上記有機半導体トランジスタがトップゲート構造を有する場合はゲート絶縁層上に形成されるものである。
また、上記ゲート電極は、本発明のアクティブマトリクス基板に配列される複数の有機半導体トランジスタにそれぞれ1つずつ形成されるものである。
本発明におけるゲート電極の形成方法としては、フォトリソグラフィー法を用いた方法であることがより好ましい。ゲート電極を高精細なパターンとすることができるため、本発明のアクティブマトリクス基板における有機半導体トランジスタの形成面積を小さくすることができるからである。
次に、本発明におけるソース電極およびドレイン電極について説明する。
本発明におけるソース電極およびドレイン電極は、上記有機半導体トランジスタがボトムゲート構造を有する場合はゲート絶縁層上に形成されるものであり、上記有機半導体トランジスタがトップゲート構造を有する場合は樹脂製基材上に形成されるものである。
また、上記ソース電極およびドレイン電極は、本発明のアクティブマトリクス基板に配列される複数の有機半導体トランジスタにそれぞれ1つずつ形成されるものである。
また、ソース電極とドレイン電極とは、通常、同一の平面上に形成されるものである。
本発明においては、なかでも、上記有機半導体トランジスタにおける上記ソース電極の線幅およびドレイン電極の線幅が同一となるようなパターン形状であることが好ましい。これにより、ソース電極およびドレイン電極上に有機半導体材料を塗布して有機半導体層を形成するに際して、いずれかの電極上に有機半導体材料が偏って塗布されることを抑制し、ソース電極およびドレイン電極の間に設けられるチャネル領域に有機半導体層を安定的に形成することが可能となる。よって、アクティブマトリクス基板における各々の有機半導体トランジスタに形成される有機半導体層を均質なものとすることが可能となることから、スイッチ機能を同様とすることが可能となる。
なお、本発明におけるソース電極の線幅、ドレイン電極の線幅とは、図2(a)において、それぞれQ、Rで示される幅である。
本発明における有機半導体トランジスタは、上記有機半導体層、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を有するものであれば特に限定されず、他にも必要な構成を適宜選択して追加することができる。このような構成としては例えば、ゲート絶縁層を挙げることができる。
本発明における有機半導体トランジスタは、通常、ゲート電極と、ソース電極、ドレイン電極、および有機半導体層との間にゲート絶縁層を有するものである。
本発明における有機半導体トランジスタは上述したゲート絶縁層以外にも、必要な構成を適宜選択して用いることができる。
本発明における有機半導体トランジスタは、上述した各構成を有するものであり、本発明のアクティブマトリクス基板においてマトリクス状に複数配列されるものである。
より具体的には、本発明のアクティブマトリクス基板を表示装置に用いた場合に、各画素に対応する領域の全面積に占める有機半導体トランジスタの面積の比率が、30%以下、なかでも5%〜20%の範囲内、特に5%〜10%の範囲内であることが好ましい。上記比率が上記範囲を超える場合は、表示装置の画素内での有機半導体トランジスタの占有面積が大きくなることから、他の構成を配置することが困難となる場合や、画素自体を小さくすることが困難となる可能性があるからである。また、上記大きさが上記範囲に満たない場合は、有機半導体トランジスタが十分なスイッチング特性を示さない可能性があるからである。
また、上記比率についてはアクティブマトリクス基板の用途等に応じて適宜設定されるものであることから、下限値については特に限定されないが、本発明のアクティブマトリクス基板の製造の容易性の観点からは、5%程度とすることができる。
なお、有機半導体トランジスタの面積については、図2(a)に示すように、1つの有機半導体トランジスタ2におけるゲート電極21の線幅P1(と同等の距離W1)と、1つの有機半導体トランジスタ2に接続されるゲート配線21Xの垂直方向に対して最も遠くに位置するゲート電極21までの距離W2により求めることができる。
本発明における樹脂製基材は、上述した有機半導体トランジスタを支持するものである。
本発明のアクティブマトリクス基板を加工性に優れたものとすることができるからである。また、本発明のアクティブマトリクス基板をRoll to Rollプロセスにより製造することが可能になるため、本発明のアクティブマトリクス基板を生産性の高いものとすることができるからである。
ここで、上記樹脂製基材が複数の層が積層された構成を有するものである場合、上記厚みは、各層の厚みの総和を意味するものとする。
本発明のアクティブマトリクス基板は、上述した有機半導体トランジスタおよび樹脂製基材を有するものであれば特に限定されず、必要な構成を適宜選択して用いることができる。以下、このような構成について説明する。
本発明における有機半導体トランジスタがボトムゲート構造を有する場合、有機半導体層を覆うように形成され、空気中に存在する水分や酸素の作用により上記有機半導体層が劣化することを防止するパッシベーション層を有することができる。
本発明における有機半導体トランジスタは、通常、ソース配線およびゲート配線に接続されているものである。本発明におけるソース配線およびゲート配線の配列パターン、および線幅については、本発明における有機半導体トランジスタの配列パターン、有機半導体トランジスタの各構成の線幅、大きさ等により適宜決定される。
上記ソース配線およびゲート配線については、一般的なアクティブマトリクス基板に用いられるものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
本発明のアクティブマトリクス基板の製造方法としては、上述した構成を有するアクティブマトリクス基板を製造することが可能な方法であれば特に限定されず、一般的なアクティブマトリクス基板を製造する際に用いられる方法と同様とすることができる。
本発明のアクティブマトリクス基板は、アクティブマトリクス駆動方式を用いた表示装置に採用することができる。具体的には、液晶表示装置、有機EL表示装置、電気泳動表示装置等を挙げることができる。
本発明のアクティブマトリクス基板を用いた表示装置において、ライン欠陥を生じた場合の修正方法について説明する。なお以下に説明する修正方法は、アクティブマトリクス基板に用いられた有機半導体トランジスタがボトムゲート構造を有する場合に行うことが可能である。
図4は、本発明のアクティブマトリクス基板の他の例を示す概略平面図である。
図4に示すように、ゲート電極21およびソース電極22間で短絡zが発生した有機半導体トランジスタ2’を有するアクティブマトリクス基板が表示装置に用いられている場合、上述のゲート電極21が接続されたゲート配線21X2に対応する部分、および上述のソース電極22が接続されたソース配線22Y3に対応する部分での画像表示を行うことが困難となるライン欠陥が生じる場合がある。
本発明のアクティブマトリクス基板100においては、短絡の生じた有機半導体トランジスタ2’のソース電極22をソース配線22Y3から分離することにより、短絡部分のみを点欠陥とすることで、上述したライン欠陥を修正することが可能である。
また、本発明のアクティブマトリクス基板においては、短絡の生じた有機半導体トランジスタ2’に隣接し、有機半導体層24を共有している有機半導体トランジスタ2については、修正を行う必要がないため、図5(a)に示される従来の構成を有するアクティブマトリクス基板100’に比べ、ライン欠陥の修正による点欠陥を最小限に抑えることが可能となる。
実施例1においては、図8(a)〜(c)に示すトップゲート型構造を有する有機半導体トランジスタを備えるアクティブマトリクス基板を以下の手順で作製した。なお、基材にはPEN(ポリエチレンナフタレート)を使用し、作製時のプロセス温度は180℃以下とした。具体的な手順について以下に示す。
ポリチオフェンをテトラリンに0.5wt%の濃度で溶解させた有機半導体層用塗工液を調製し、フレキソ印刷法により隣接する2つの有機半導体トランジスタに用いられるソース・ドレイン電極上に塗布して有機半導体層を形成した。次に、基板上へアクリル系樹脂をスピンコートし、UV露光と加熱硬化によりゲート絶縁層(厚さ;1μm)を形成した。さらにゲート電極上へメタルマスクを介してAlを蒸着してゲート電極を形成して有機半導体トランジスタを形成することにより、アクティブマトリクス基板を得た。
実施例2においては、図9(a)〜(c)に示すボトムゲート型構造を有する有機半導体トランジスタを備えるアクティブマトリクス基板を作製した。基材にはPEN(ポリエチレンナフタレート)を使用し、作製時のプロセス温度は180℃以下とした。なお、具体的な各構成の形成手順については実施例1と同様とすることができるので、記載を省略する。
比較例1においては、図10(a)〜(c)に示すトップゲート型構造を有する有機半導体トランジスタを備えるアクティブマトリクス基板を作製した。基材にはPEN(ポリエチレンナフタレート)を使用し、作製時のプロセス温度は180℃以下とした。なお、具体的な各構成の形成手順については実施例1と同様とすることができるので、記載を省略する。
比較例2においては、図11(a)〜(c)に示すボトムゲート型構造を有する有機半導体トランジスタを備えるアクティブマトリクス基板を作製した。基材にはPEN(ポリエチレンナフタレート)を使用し、作製時のプロセス温度は180℃以下とした。なお、具体的な各構成の形成手順については実施例1と同様とすることができるので、記載を省略する。
2、2α、2β … 有機半導体トランジスタ
21、21α、21β … ゲート電極
22、22α、22β … ソース電極
23、23α、23β … ドレイン電極
24 … 有機半導体層
100 … アクティブマトリクス基板
Claims (1)
- 樹脂製基材と、
前記樹脂製基材上に形成され、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、および有機半導体材料を含む有機半導体層を備える有機半導体トランジスタと、を有し、
前記有機半導体トランジスタがマトリクス状に複数配列されているアクティブマトリクス基板であって、
隣接する2つのみの前記有機半導体トランジスタが、1つの前記有機半導体層のみを共有し、かつ、前記ソース電極、前記ドレイン電極、および前記ゲート電極を共有しておらず、
前記有機半導体トランジスタの前記ソース電極の線幅および前記ドレイン電極の線幅が同一であることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
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