JPH04199638A - 電界効果型薄膜トランジスタ、これを用いた表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラスチック基板上に形成された電界効果型薄
膜トランジスタ、その薄膜トランジスタを用いた表示装
置及びその表示装置の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

電解重合法、プラズマ重合法、ラングミュア・ブロジェ
ット法（ＬＢ法）などに代表される有機薄膜の形成技術
の進歩により、有機薄膜を用いた電子素子の研究が活発
になされている。ダーラム（Ｄｕｈｒａｍ）大学のロバ
ーツ（Ｇ、Ｇ、Ｒｏｂｅｒｓ）らの有機薄膜を用いたＭ
ＬＳ型ＦＥＴ素子の研究を初めとして、多くの研究機関
で有機化合物の半導体素子への応用研究が進められてい
る。そして、これらの有機薄膜を用いた電子素子は、等
倍イメージセンサ、ＬＣＤ、　ＥＣなどの表示デバイス
のアクティブマトリクス等の大面積化への応用に大きく
期待される。

ところで、液晶の表示容量を拡大する手段として、各画
素毎にアクティブ素子を形成する方法が。

表示品質の向上と大容量化を可能にするものとして注目
され、小型カラーテレビからＯＡ機機器用ラントマトリ
クス用表示装置と発展しつつある。

液晶表示用アクティブマトリクスとしては、単純マトリ
クス、ＭＩＭ素子などの二端子型、ＴＦＴのような三端
子型などいろいろなものが考案されている。二端子型の
ものは、三端子型のものに比較して構造が単純で製造工
程が比較的低温であるため、低価格で高信頼性のアクテ
ィブ素子として用いられている。また、カラー化、高精
細化にはＴＰＴが有力と考えられている。しかし、シリ
コンプロセスの中でも比較的低温とされているアモルフ
ァスＳｉで３００℃、多結晶Ｓ１は多結晶化温度が６０
０℃と高温であり、基板には石英を採用するなど多くの
制約がある。

これに対して、有機材料は低温で加工でき、アクティブ
マトリクスの大面積化はシリコンプロセスに比べ遥かに
容易になる可能性を秘めている。

最近、有機材料の非線形電気特性を利用した新規なアク
ティブ素子を液晶表示装置に利用しよという動きもある
。さらに、液晶表示装置の小型、軽量化に対応するため
に、基板として高分子フィルムを用いることが提案され
、一部実用化もされている。高分子フィルム基板にアク
ティブマトリクス素子を形成する場合には、基板の耐熱
性が十分でないことから特に低温で形成する必要があり
、特開昭６０−３５５７４号公報などに各種の低温プロ
セスが提案されている。

〔発明が解決とようとする課題〕

本発明は、プラスチック基板上に形成された新規な構成
、プロセスによる薄膜トランジスタに関するものであり
、製造工程を簡略化する二とが可能で、さらに、生産性
に優れたアクティブマトリクス型表示装置を提供するも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１は、プラスチック基板上に形成された電界
効果型薄膜トランジスタにおいて、チャンネル半導体及
びゲート絶縁膜が高分子膜からなことを特徴としている
。

本発明の第２はアクティブマトリクス型表示装置におい
て、前記本発明の第１の電界効果型薄膜トランジスタに
よって駆動されるものであってゲート電極と画素電極と
がプラスチック基板の同一平面上にあることを特徴とし
てる。

本発明の第３は表示装置の製造方法であって、少なくと
も （りゲート電極表面に高分子材料を電析させる工程５ （ｂ）ソース及びドレイン電梗を敷設する工程（ｃ）チ
ャンネル半導体としての有機高分子薄膜を塗布する工程
、 （ｄ）フォトエツチングによって不要部分の有機高分子
薄膜を除去する工程、 を含むことを特徴としている。

本発明者は、プラスチックを基板とした表示素子用アク
ティブマトリクスにあって、特定の系が、性能並びにプ
ロセスにおいて特に優れていることを見い出し本発明を
なすにいたった。即ち、本発明は、プラスチック基板上
に高分子薄膜よりなる新規な薄膜トランジスタを形成す
るものであり、低温プロセスにより、大面積アクティブ
マトリクスを形成するというものである。

もっとも、有機材料等の非線型伝導性を利用した２端子
型アクテイブ素子の他、３端子型アクテイブ素子の半導
体としても有機高分子材料を用いる試みは既に行なわて
おり、ポリアセチンを用いたＭｉＳ　ＦＥＴについては
Ｅｂｉｓａｖａ、Ｅ、、Ｋｕ＋ｏｋａｖａ　Ｔ、＆、Ｎ
ａ＋ａ　Ｓ、Ｊ、＾ＰＰＩ、Ｐｈｙｓ、５４．３２５５
−３２６０（１９８３）で動作が確認されている。その
後、いくつかの研究によりその特性の改良が試みられて
いるが、いまだデバイス化には到っていないのが実情で
ある。その理由として有機高分子としてキャリアモビリ
ティ−の十分に高いものが得られていないこと、従来考
えられている応用面でのプロセスとしてのメリットがあ
まりないこと、等があげられる。また、液晶表示用のア
クティブマトリクスとしての用途も提案されているが、
構成面において具体性がなく、更に、報告はいずれもシ
リコン基板、プラスチック基板に対する検討はほとんど
行われていない。

以下に本発明を添付の図面に従がいながらさらに詳細に
説明する。

第１図及び第２図は本発明に係るアクティブマトリクス
型表示装置の二側の概略を示したものであり、図中、Ｇ
は表示装置の主要部を構成する電界効果型薄膜トランジ
スタのドレイン電極が画素電極に接続している様子を表
わしている。

高分子基板としては、ポリイミドフィルム、二軸延伸ポ
リエステルフィルム、−軸延伸ポリエステルフィルム、
ポリカーボネートフィルム、ポリエーテルサルホンフィ
ルム、ポリサルホンフィルムなどの高分子フィルムがあ
げられるが、温湿度に対する伸縮性が小さいものが望ま
れる。

基板として高分子フィルムを使用することは電子機器の
ハンドベルト化に伴う軽量化、高信頼性に大きなメリッ
トである。しかし、一方において。

基板の耐熱温度は低く、耐熱温度の高いポリイミドフィ
ルムといえども２５０℃程度以下の温度が加工温度の上
限となる。現在のところアモルファスシリコンで３００
℃、多結晶シリコンでは多結晶化温度に６００℃と高温
を要する。

本発明はこれらのプロセスにおける熱処理温度をポリエ
ステルフィルムが使用可能な１５０℃以下とするととも
に、ヒートサイクルに対して基板上に形成されたトラン
ジスタが高分子フィルム基板との剥離を起こさず、かつ
、表示用アクティブマトリクスとして高精細化、カラー
化等に対応できる薄膜にトランジスタに関するものであ
る。

本発明はスタガ型あるいは逆スタガ型のいずれの構成に
おいても有効であるが、特に第２図に示される逆スタガ
型において高信頼化、大面積化が容易である。

実際に、例えば第２図にみられる薄膜トランジスタをつ
くるには、高分子基板Ｉ上にゲート電極２を例えばＩＴ
Ｏでパターン化して形成する。その際、ゲート電極２と
ともに画素電極７を形成せしめれば表示装置Ｇが得られ
るようになる。次いで、ゲート絶縁膜３及びチャンネル
半導体膜ＩＯを形成する。

ゲート絶縁膜３としてはあらゆる絶縁性の有機又は無機
高分子があげられ、プラズマ重合、ＬＢ法、電析法によ
って形成されたものが膜厚制御という観点から望ましい
。プラズマ重合による１−カーボン膜、ＬＢ法によるア
ラキン酸は絶縁膜としてずくれているが、レジストによ
るパターンニングの工程を必要とする。これに対し、電
析法では電極部分に選択的に絶縁膜を形成することがで
きるために特に好ましい。

電析法としては電解重合法があげられ未ドープ状態の導
電性高分子がこの方法によって容易に形成できる。また
、フェロセニルアルキレンオキシドのような界面活性剤
にフィラーを分散して微粒子から膜を得る方法がとられ
てもよい。

チャンネル半導体１０としては、ポリピロール。

ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリフタロシアニン
、ポリシラン、ポリジアセチレン等いわゆる導電性高分
子が採用されるが、その中でも、次の物性値を有するも
のが好ましい。即ち、イオン化ポテンシャルが５ｅＶ以
下であるのが好ましく、更に、微量のドーピングによっ
ても物性が安定であること等である。

本発明においては可溶化タイプの高分子が特に本発明を
実現する上で重要であり、このような高分子としてポリ
アニリン、ポリ−Ｎ−カルボキシピロール、ポリ３−ア
ルキルチオフェン、ポリ３−アルキルシラン、ポリ−３
，４−アルキルチオフェン、ポリフェニルアセチレン等
の他、ポリフェニレンビニレン、ポリチェニレンビニレ
ン等の前駆体ポリマーが可溶な系が有用である。

本発明はこれらの高分子をパターン化する工程において
、次の高分子が最も好ましい。

（Ｒ１，Ｒ２はＨ１炭素数１−］２のアルキル基、アル
コキシ基、又は分子量５００以下のポリエーテルを、Ｘ
はＮＨ又はＳ、Ｏ，Ｓｅ、Ｔｅ等の酸素属から選ばれる
ペテロ原子を表わす。） これらの一般式で示される高分子又はその前駆体はいず
れも光または放射線でレジストとなることが見い出され
た。（１）、（２）はその前駆体がＵｖ光に対して、（
３）はそのものが放射線に対してレジスト作用をもつも
のであり、本発明のアクティブマトリクスの製造工程に
おいてフオトエツチング工程を有するものである。

ドレイン電極４及びソース電極５は従来法と同様リフト
オフ法により形成される。なお、トランジスタの表面に
はバンシヘーション膜（図示されていない）及び配向膜
等が必要になり成膜される。。

本発明はかかる材料及びプロセスによりプラスチック基
板上に形成された薄膜トランジスタ及びそれを用いたア
クティブマトリクス素子、これらの製造プロセスに関す
るものであり、薄膜トランジスタの具体的製造例を第３
図に示した。

〔実施例〕

プラスチック基板として約１００μｍ厚の一延伸ポリエ
テイルフィルム基板上話ＩＴＯ膜を形成し、エツチング
により画素電極、ゲート１！極を形成した。

このゲート電極上に電解重合法によりポリパラフェニレ
ンを析出せしめ完全に中和処理を行った。

さらにポリ２，５−エトキシフェニレンビニレンのスル
ホン化前駆体をトルエン溶媒に溶解させてスピンコータ
ーにより塗布乾燥した。この際画素電極７及びゲート電
極にマスクして光照射を行い未照射部を溶媒で洗いなが
した。ソース電極及びドレイン電極はリフトオフ法によ
り金を蒸着した。

こうして得られた電界効果型薄膜トランジスタの静特性
を第４図に示す。

さらに、ポリイミド配向膜を形成したのちラヒング処理
したものに、約１０μｍのギャップ幅で対向させ、この
中にネマティック液晶ＺＬＩ　１５０５（メルク社製）
を封入し周囲をシールして、アクティブマトリクス型液
晶表示装置（セル）を作成した。

このセルを２枚の偏光板に挾み、線順次駆動方式により
駆動したところ、デユーティ比１７２５６程度までほぼ
スタティック駆動と同様のコントラスト視覚特性が得ら
れた。

〔発明の効果〕

本発明によれば製造工程が簡素化されるだけなく、生産
性にすぐれたアクティブマトリクス型表示装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る電界効果型薄膜トラン
ジスタを用いた表示装置の二側の概略図である。 第３図はその薄膜トランジスタの製造例を示したのであ
る。 第４図は本発明に係る薄膜トランジスタの一例の静特性
を表わしたグラフである。 特許出願人　株式会社　リ　　コ　−

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラスチック基板上に形成された薄膜トランジス
   タにおいて、チャンネル半導体及びゲート絶縁膜が高分
   子膜からなることを特徴とする電界効果型薄膜トランジ
   スタ。
2. （２）前記チャンネル半導体としての有機高分子薄膜及
   び／又はその前駆体が活性光線に対してレジスト性を有
   するものである請求項１に記載の電界効果型薄膜トラン
   ジスタ。
3. （３）前記チャンネル半導体としての有機高分子薄膜が
   、ポリアリーレンビニレンまたは置換ポリアセチレンか
   ら選ばれるものである請求項１に記載の電界効果型薄膜
   トランジスタ。
4. （４）プラスチック基板上にチャンネル半導体及びゲー
   ト絶縁膜を有機高分子膜で形成した電界効果型トランジ
   スタによって駆動されるものであって、ゲート電極及び
   画素電極が該プラスチック基板の同一平面上にあること
   を特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
5. （５）少なくとも下記（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）の
   工程を含むことを特徴とする表示装置の製造方法。 （ａ）ゲート電極表面に高分子材料を電析させる工程 （ｂ）ソース及びドレイン電極を敷設する工程 （ｃ）チャンネル半導体としての有機高分子薄膜を塗布
   する工程 （ｄ）フォトエッチングによって不要部分の有機高分子
   薄膜を除去する工程