JPWO2005098927A1 - Tftシートおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
薄膜トランジスター(TFT)シートを構成するエレメントのすべてを、樹脂フィルム上に効率的に精度よく形成する製造方法の提案。支持体シート上に、エレメントとしてのゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する複数のTFT素子が、ゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結されたTFTシートを製造するにおいて、支持体シートを回転支持部材上に固定した後、回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程を2以上行うことを特徴とするTFTシートの製造方法。
Description
本発明はTFTシートの製造方法及びそれにより製造されたTFTシートに関する。
情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。またさらに情報化の進展に伴い、従来紙媒体で提供されていた情報が電子化されて提供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。
一般に平板型のディスプレイ装置においては液晶、有機EL、電気泳動などを利用した素子を用いて表示媒体を形成している。またこうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保するために、画像駆動素子として薄膜トランジスタ(TFT)により構成されたアクティブ駆動素子を用いる技術が主流になっている。
ここでTFT素子は、通常、ガラス基板上に、主にa−Si(アモルファスシリコン)、p−Si(ポリシリコン)などの半導体薄膜や、ソース、ドレイン、ゲート電極などの金属薄膜を基板上に順次形成していくことで製造される。このTFTを用いるフラットパネルディスプレイの製造には通常、CVD、スパッタリングなどの真空系設備や高温処理工程を要する薄膜形成工程に加え、精度の高いフォトリソグラフ工程が必要とされ、設備コスト、ランニングコストの負荷が非常に大きい。さらに、近年のディスプレイの大画面化のニーズに伴い、それらのコストは非常に膨大なものとなっている。
近年、従来のTFT素子のデメリットを補う技術として、有機半導体材料を用いた有機TFT素子の研究開発が盛んに進められている(特許文献1、非特許文献1等参照)。この有機TFT素子は低温プロセスで製造可能であるため、軽く、割れにくい樹脂基板を用いることができ、さらに、樹脂フィルムを支持体として用いたフレキシブルなディスプレイが実現できると言われている(非特許文献2参照)。また、大気圧下で、印刷や塗布などのウェットプロセスで製造できる有機半導体材料を用いることで、生産性に優れ、非常に低コストのディスプレイが実現できる。
例えば特許文献2や特許文献3にはインクジェットを用いた有機TFT素子の製造方法が提案されている。
特開平10−190001号公報
米国特許第6,087,196号明細書
国際公開第01/46987号パンフレット
Advanced Material誌 2002年 第2号 99頁(レビュー)
SID‘02 Digest p57
上記特許文献2や特許文献3に記載される技術では、TFT素子を構成する各エレメントの位置精度に問題があり、多数の画素単位や対応するバスラインをシート上に精度よく形成することができない。したがって、シート上に形成された各TFT素子間の性能のばらつきも大きくなってしまう問題がある。また位置精度を向上させるためには、パターニング速度が低下し、効率的な製造ができず、大幅にコストが高くなってしまう。特に樹脂フィルムを支持体に用いた場合は、これらの問題が顕著である。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、TFTを構成するエレメントのすべてを、樹脂フィルム上に効率的に精度よく形成する製造方法の提案を、その目的とする。
本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
(1)支持体シート上に、エレメントとしてゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する複数の薄膜トランジスター(TFT)素子がゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結されたTFTシートを製造するにおいて、支持体シートを回転支持部材上に固定した後、回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程を2以上行うことを特徴とするTFTシートの製造方法。
(2)回転支持部材を回転させながら行う2以上の工程がソース電極の形成工程、ドレイン電極の形成工程、ソースバスラインの形成工程の何れかを含む前記(1)に記載のTFTシートの製造方法。
(3)回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程がインクジェット法又はレーザー照射を含む前記(1)又は(2)に記載のTFTシートの製造方法。
(4)回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程が塗布工程を含む前記(1)〜(3)の何れか1項に記載のTFTシートの製造方法。
(5)回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程が乾燥工程又は加熱処理工程を含む前記(1)〜(4)の何れか1項に記載のTFTシートの製造方法。
(6)回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程が大気圧プラズマ工程を含む前記(1)〜(5)の何れか1項に記載のTFTシートの製造方法。
(7)回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程において、現像前の露光により感光膜を形成する工程を含む前記(1)〜(6)の何れか1項に記載のTFTシートの製造方法。
(8)回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程が現像工程又は洗浄工程を含む前記(1)〜(7)の何れか1項に記載のTFTシートの製造方法。
(9)回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する2以上の異なる工程で、回転支持部材の回転条件を少なくとも1回変更する前記(1)〜(8)の何れか1項に記載のTFTシートの製造方法。
(10)前記エレメントから選ばれる少なくとも1種が予め形成された支持体シートを回転支持部材上に固定した後、該形成されたエレメントの位置を検出し、その位置情報に基づいて、回転支持部材を回転させながら追加形成する他のエレメントの少なくとも1種の配列位置と形状の情報を出力し、前記配列位置に当該他のエレメントを形成する前記(1)〜(9)の何れか1項に記載のTFTシートの製造方法。
(11)前記(1)〜(10)の何れか1項に記載の製造方法で製造されるTFTシート。
本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
(1)支持体シート上に、エレメントとしてゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する複数の薄膜トランジスター(TFT)素子がゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結されたTFTシートを製造するにおいて、支持体シートを回転支持部材上に固定した後、回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程を2以上行うことを特徴とするTFTシートの製造方法。
(2)回転支持部材を回転させながら行う2以上の工程がソース電極の形成工程、ドレイン電極の形成工程、ソースバスラインの形成工程の何れかを含む前記(1)に記載のTFTシートの製造方法。
(3)回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程がインクジェット法又はレーザー照射を含む前記(1)又は(2)に記載のTFTシートの製造方法。
(4)回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程が塗布工程を含む前記(1)〜(3)の何れか1項に記載のTFTシートの製造方法。
(5)回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程が乾燥工程又は加熱処理工程を含む前記(1)〜(4)の何れか1項に記載のTFTシートの製造方法。
(6)回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程が大気圧プラズマ工程を含む前記(1)〜(5)の何れか1項に記載のTFTシートの製造方法。
(7)回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程において、現像前の露光により感光膜を形成する工程を含む前記(1)〜(6)の何れか1項に記載のTFTシートの製造方法。
(8)回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程が現像工程又は洗浄工程を含む前記(1)〜(7)の何れか1項に記載のTFTシートの製造方法。
(9)回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する2以上の異なる工程で、回転支持部材の回転条件を少なくとも1回変更する前記(1)〜(8)の何れか1項に記載のTFTシートの製造方法。
(10)前記エレメントから選ばれる少なくとも1種が予め形成された支持体シートを回転支持部材上に固定した後、該形成されたエレメントの位置を検出し、その位置情報に基づいて、回転支持部材を回転させながら追加形成する他のエレメントの少なくとも1種の配列位置と形状の情報を出力し、前記配列位置に当該他のエレメントを形成する前記(1)〜(9)の何れか1項に記載のTFTシートの製造方法。
(11)前記(1)〜(10)の何れか1項に記載の製造方法で製造されるTFTシート。
以下本発明の実施形態について述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明のTFTシートの製造方法は、支持体シートを回転ドラムやエンドレスベルトの様な回転支持部材上に固定した後、回転支持部材を回転させながらTFT素子のエレメントを形成する工程を2以上(複数)行うことを特徴とする。
本発明に係るTFTシートは、支持体シート上に、ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層からなるチャネルで連結されたソース電極及びドレイン電極をエレメントとして有する複数の薄膜トランジスタ素子が、ゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結されて形成されたものである。
そして薄膜トランジスタ素子は、支持体上に半導体層に接したソース電極とドレイン電極を有し、その上にゲート絶縁層を介してゲート電極を有するトップゲート型と、支持体上にまずゲート電極を有し、ゲート絶縁層を介して半導体層で連結されたソース電極とドレイン電極を有するボトムゲート型に大別される。
図1はボトムゲート型の有機TFT素子を有するシートの配置の1例であり、有機TFTとしてはアディショナルキャパシタタイプで、支持体上にまずゲート電極4を有し、ゲート絶縁層を介して半導体層1からなるチャネルで連結されたソース電極2及びドレイン電極3を有し、支持体シート上にそれらがゲートバスライン7及びソースバスライン8を介して連結されている。9は画素電極、20はアディショナルキャパシタである。なお図2はストレージキャパシタタイプの有機TFTを配置したシートの例で、21がストレージキャパシタである。
図3は、TFT素子が複数配置されるシートの1例の概略等価回路図である。
有機TFTシート10はマトリクス配置された多数の有機TFT11を有する。7は各TFT11のゲートバスラインであり、8は各TFT11のソースバスラインである。各TFT11のソース電極には、出力素子12が接続され、この出力12は例えば液晶、電気泳動素子等であり、表示装置における画素を構成する。画素電極は光センサの入力電極として用いてもよい。図示の例では、出力素子として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。13は蓄積コンデンサ、14は垂直駆動回路、15は水平駆動回路である。
本発明においては、TFT素子がボトムゲート型で、回転支持部材を回転させながら行う2以上の工程が、ソース電極2の形成工程、ドレイン電極3の形成工程、ソースバスライン8の形成工程の何れかを含むことが製造の実効上から好ましい。
また本発明の製造方法においては、少なくとも1種のエレメントが予め形成された支持体シートを回転支持部材上に固定した後、該形成されたエレメントの位置を検出し、その位置情報に基づいて、回転支持部材を回転させながら追加形成する他のエレメントの少なくとも1種の配列位置と形状の情報を出力し、前記配列位置に当該他のエレメントを形成するのが好ましい。
チャネルを構成する半導体材料としては、a−Si、p−Si、有機半導体材料等公知のものが用いられ、好ましくは有機半導体材料で、π共役系材料が用いられ、例えばポリピロール、ポリ(N−置換ピロール)、ポリ(3−置換ピロール)、ポリ(3,4−二置換ピロール)などのポリピロール類、ポリチオフェン、ポリ(3−置換チオフェン)、ポリ(3,4−二置換チオフェン)、ポリベンゾチオフェンなどのポリチオフェン類、ポリイソチアナフテンなどのポリイソチアナフテン類、ポリチェニレンビニレンなどのポリチェニレンビニレン類、ポリ(p−フェニレンビニレン)などのポリ(p−フェニレンビニレン)類、ポリアニリン、ポリ(N−置換アニリン)、ポリ(3−置換アニリン)、ポリ(2,3−置換アニリン)などのポリアニリン類、ポリアセチレンなどのポリアセチレン類、ポリジアセチレンなどのポリジアセチレン類、ポリアズレンなどのポリアズレン類、ポリピレンなどのポリピレン類、ポリカルバゾール、ポリ(N−置換カルバゾール)などのポリカルバゾール類、ポリセレノフェンなどのポリセレノフェン類、ポリフラン、ポリベンゾフランなどのポリフラン類、ポリ(p−フェニレン)などのポリ(p−フェニレン)類、ポリインドールなどのポリインドール類、ポリピリダジンなどのポリピリダジン類、ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセンなどのポリアセン類およびポリアセン類の炭素の一部をN、S、Oなどの原子、カルボニル基などの官能基に置換した誘導体(トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−6,15−キノンなど)、ポリビニルカルバゾール、ポリフエニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィドなどのポリマーや特開平11−195790に記載された多環縮合体などを用いることができる。
また、これらのポリマーと同じ繰返し単位を有するたとえばチオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、スチリルベンゼン誘導体などのオリゴマーも好適に用いることができる。
さらに銅フタロシアニンや特開平11−251601に記載のフッ素置換銅フタロシアニンなどの金属フタロシアニン類、ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N’−ビス(4−トリフルオロメチルベンジル)ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミドとともに、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロオクチル)、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロブチル)及びN,N’−ジオクチルナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン2,3,6,7テトラカルボン酸ジイミドなどのナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、及びアントラセン2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミドなどのアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類などの縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、C60、C70、C76、C78、C84等フラーレン類、SWNTなどのカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類などの色素などがあげられる。
これらのπ共役系材料のうちでも、チオフェン、ビニレン、チェニレンビニレン、フェニレンビニレン、p−フェニレン、これらの置換体またはこれらの2種以上を繰返し単位とし、かつ該繰返し単位の数nが4〜10であるオリゴマーもしくは該繰返し単位の数nが20以上であるポリマー、ペンタセンなどの縮合多環芳香族化合物、フラーレン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、金属フタロシアニンよりなる群から選ばれた少なくとも1種が好ましい。
また、その他の有機半導体材料としては、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、BEDTTTF−ヨウ素錯体、TCNQ−ヨウ素錯体、などの有機分子錯体も用いることができる。さらにポリシラン、ポリゲルマンなどのσ共役系ポリマーや特開2000−260999に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。
本発明においては、有機半導体層に、たとえば、アクリル酸、アセトアミド、ジメチルアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基などの官能基を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレンおよびテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体などのように電子を受容するアクセプターとなる材料や、たとえばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、フェニル基などの官能基を有する材料、フェニレンジアミンなどの置換アミン類、アントラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン類、ピレン、置換ピレン、カルバゾールおよびその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体などのように電子の供与体であるドナーとなるような材料を含有させ、いわゆるドーピング処理を施してもよい。
前記ドーピングとは電子授与性分子(アクセプター)または電子供与性分子(ドナー)をドーパントとして該薄膜に導入することを意味する。従って,ドーピングが施された薄膜は、前記の縮合多環芳香族化合物とドーパントを含有する薄膜である。本発明に用いるドーパントとしては公知のものを採用することができる。
これら有機薄膜の作製法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法およびLB法等が挙げられ、材料に応じて使用できる。
これらのうち、製造効率の点で、有機半導体の溶液を用いて簡単かつ精密に薄膜が形成できるスピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等が好まれ、本発明においては、回転支持部材を回転させながら塗布工程にて有機半導体層を形成するのが好ましい態様の一つである。それに続く乾燥工程も回転支持部材を回転させながら行うことが好ましい。
なおAdvanced Material誌 1999年 第6号、p480〜483に記載の様に、ペンタセン等前駆体が溶媒に可溶であるものは、塗布により形成した前駆体の膜を加熱処理して目的とする有機材料の薄膜を形成しても良い。この加熱処理工程も回転支持部材を回転させながら行うのが好ましい。
この様に1つのエレメントを形成する場合でも、例えば有機半導体層の様に塗布工程及び加熱乾燥工程等2以上の工程を要する場合が有り、本発明においては、個別の工程を1工程とする。
半導体層の膜厚としては、特に制限はないが、一般に1μm以下、特に10〜300nmが好ましい。
本発明おいて、ドレイン電極3、ソースバスライン8、ソース電極2、ゲート電極4、ゲートバスライン7及び画素電極9を形成する材料は導電性材料であれば特に限定されず、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、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等が用いられるが、特に、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ITOおよび炭素が好ましい。あるいはドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体なども好適に用いられる。中でも半導体層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましい。
電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等によるレジストを用いてエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。さらに導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペーストなどの流動性電極材料を凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。
このような金属微粒子分散液の製造方法として、ガス中蒸発法、スパッタリング法、金属蒸気合成法などの物理的生成法や、コロイド法、共沈法などの、液相で金属イオンを還元して金属微粒子を生成する化学的生成法が挙げられるが、好ましくは、特開平11−76800号、同11−80647号、同11−319538号、特開2000−239853等に示されたコロイド法、特開2001−254185、同2001−53028、同2001−35255、同2000−124157、同2000−123634などに記載されたガス中蒸発法により製造された金属微粒子分散液である。これらの金属微粒子分散液を、下記に示す方法により層を成形した後、溶媒を乾燥させ、さらに100〜300℃、好ましくは150〜200℃の範囲で熱処理することにより、金属微粒子を熱融着させることで電極形成する。
流動性電極材料を、それを受容する絶縁性層に電極やバスラインのパターンで浸透させる方法も用いることができる。
流動性電極材料を受容する絶縁性層としては、無機微粒子と少量の親水性ポリマーを含有する多孔質皮膜が好ましい。
このような無機微粒子としては、例えば、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、カオリン、クレー、タルク、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、硫化亜鉛、炭酸亜鉛、ハイドロタルサイト、珪酸アルミニウム、ケイソウ土、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、合成非晶質シリカ、コロイダルシリカ、アルミナ、コロイダルアルミナ、擬ベーマイト、水酸化アルミニウム、リトポン、ゼオライト、水酸化マグネシウム等を挙げることができる。
親水性ポリマーとしては、例えば、ゼラチン(例えば、アルカリ処理ゼラチン、酸処理ゼラチン、アミノ機をフェニルイソシアネートや無水フタル酸等で封鎖した誘導体ゼラチンなど)、ポリビニルアルコール(平均重合度が300〜4000、ケン化度が80〜99.5%が好ましい)、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、ヒドロキシルエチルセルロース、ポリアクリルアミド、寒天、プルラン、デキストラン、アクリル酸、カルボキシメチルセルロース、カゼイン、アルギン酸等が挙げられ、2種類以上を併用することもできる。
本発明の製造方法においては、エレメントとしてソースバスライン8、ソース電極2、ドレイン電極3、ゲート電極4、ゲートバスライン7及び画素電極を形成する場合はインクジェット法又はレーザー照射によることが、位置や形状の制御のし易さから好ましい。
図4は、予め形成されたエレメントの位置を検知する機構をモデル的に示すものである。
図において位置検出センサ31は、支持体シート6の搬送方向(ドラム回転方向)yの下流側に有るインクジェットプリンタやレーザ露光装置といったエレメントの形成手段32に先行して、回転ドラム30に隣接して図のx方向で移動し、ドラム上に固定された支持体シート6上の予め形成されたエレメントの位置を検出する。検出に当たっては支持体シート全面のエレメントを検出しても、部分的にサンプリングして検出してもよい。位置検出センサは複数設けてもよいし、複数の検出センサを並べたライン状ヘッドを用いてもよい。また、図5(後述)に示すような発光素子310と受光素子311を組み合わせた光センサを用いて、電極またはバスラインの反射を検出するのが好ましく、回転ドラム30中に検出センサを埋め込んでいてもよい。
支持体シートの固定方法としては、シートの端部をクランプ機構により抑えたり、ドラムへ吸引密着させるたりするなど、任意の方法を用いることができる。
なお、エレメントの形成手段32として、インクジェットプリンタのヘッドのノズルや、レーザー露光装置のビームヘッドはマルチ化されていることが好ましい。また、これらのヘッド321を連結して、図6(a)に示すようにインライン状に並べることで、パターニング時間を低減し、かつ出力位置精度を向上させることができる。更に、図6(b)の様にヘッドを傾けることで、出力の解像度を高めることができる。
レーザー照射による電極形成にはアブレーション層を用い、アブレーション層は、エネルギー光吸収剤、バインダー樹脂および必要に応じて添加される各種添加剤から構成することができる。
エネルギー光吸収剤は、照射するエネルギー光を吸収する各種の有機および無機材料が使用可能であり、たとえばレーザー光源を赤外線レーザーとした場合、赤外線を吸収する顔料、色素、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、グラファイト、カーボンブラック、チタンブラック、Al、Fe、Ni、Co等を主成分とするメタル磁性粉末等の強磁性金属粉末などを用いることができ、中でも、カーボンブラック、シアニン系などの色素、Fe系強磁性金属粉末が好ましい。エネルギー光吸収剤の含有量は、アブレーション層形成成分の30〜95質量%程度、好ましくは40〜80質量%である。
アブレーション層のバインダー樹脂は、前記色材微粒子を十分に保持できるものであれば、特に制限無く用いることができ、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、セルロース系樹脂、アクリル系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド系樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などを挙げることができる。バインダー樹脂の含有量は、アブレーション層形成成分5〜70質量%程度、好ましくは20〜60質量%である。
なおアブレーション層とは、高密度エネルギー光の照射によりアブレートする層を指し、ここで言うアブレートとは、物理的或いは化学的変化によりアブレーション層が完全に飛散する、一部が破壊される或いは飛散する、隣接する層との界面近傍のみに物理的或いは化学的変化が起こるという現象を含む。このアブレートを利用してレジスト像を形成し、電極を形成させる。
高密度エネルギー光は、アブレートを発生させる活性光であれば特に制限はなく用いることができる。露光方法としては、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプなどによるフラッシュ露光を、フォトマスクを介して行ってもよいし、レーザー光等を収束させ走査露光を行っても良い。レーザー1ビーム当たりの出力は20〜200mWである赤外線レーザー、特に半導体レーザーが最も好ましく用いられる。エネルギー密度としては、好ましくは50〜500mJ/cm2、更に好ましくは100〜300mJ/cm2である。
本発明のTFTシートの製造方法では、感光層を形成し、この感光層の上に電極材料と反発する性能を有する電極材料反発層を形成して、前記感光層に露光及び現像を行って電極材料反発層のパターニングを行い、パターニングを行った電極材料反発層に電極材料を供給して電極パターンを形成するのも好ましい。すなわち、パターニングが行われた電極材料反発層の除去された領域に流動性の電極材料を供給することで、流動性の電極材料が付着し、電極が形成され、これが電極パターンとなる。
電極材料反発層とは、電極となる電極材料と反発する性能を有している層であり、感光層に露光及び現像を行うことにより、パターニングを行うことのできる層である。このような電極材料反発層としては、特開平9−292703号公報、特開平9−319075号公報、特開平10−244773号公報、特公昭54−26923号公報、特公昭56−23150号公報、特公昭61−614号公報、特開平8−82921号公報、特開平10−319579号公報、特開2000−275824号公報、特開2000−330268号公報、特開2001−201849号公報、特開2001−249445号公報、特開2001−324800号公報、特開2002−229189号公報、特開平4−324865号公報、特開平5−53318号公報、特開平5−257269号公報、特開平6−89023号公報、特開平7−199454号公報、特開平8−328240号公報、特開平9−62001号公報、特開平9−120157号公報、特開平11−30852号公報、特開2001−188339号公報、特開2001−343741号公報、特開2002−131894号公報、特開2002−268216号公報に記載されるいわゆる水なし平板のインキ反発性層等を用いることができ、パターニング時の解像度や、電極間のリーク電流をなくすことが出来るという観点から、シリコーンゴム層を用いることが好ましい。
シリコーンゴム層は、特開平7−164773号公報等に記載されているような公知のものから適宜選択できるが、特開平10−244773号公報に記載される、縮合反応によりシリコーンゴム層組成物を硬化させる縮合架橋タイプと、付加反応によりシリコーンゴム層組成物を硬化させる付加架橋タイプの2つのタイプのものが好ましく用いられる。
シリコーンゴム層組成物は、適当な溶剤に溶解して溶液となし使用する。
電極材料反発層の膜厚は、好ましくは0.05〜10μmであり、より好ましくは0.1〜2μmである。
感光層及び電極材料反発層のパターニング方法は、感光層に露光及び現像を行うことにより、電極材料反発層にパターニングを行うことができるものであればどのようなものを用いても構わない。感光層については、例えば水なし平板の技術に用いられるパターニング方法で用いられる感光層を用いることができる。好ましくは、アブレーション層である。
図5は、ゲートバスライン7を検出し、回転支持部材を回転させながらソースバスライン、画素電極をレーザー照射で形成する場合の検出をモデル的に示すもので、下引き層22を有する支持体6上に形成されたゲートバスライン7は陽極酸化被膜23を有し、ゲート絶縁層5で被覆され、その上にアブレーション層及び電極材料の金属微粒子が分散された層が形成された状態で、ゲートバスラインの位置が検知される。
図7にエレメントの位置を検出する場合の、本発明のTFTシートの製造方法に係る装置構成の1例をモデル的に示す。
実施形態の1例として、ゲートバスラインが形成された支持体シートが回転支持部材の回転で搬送され、位置検出センサ31がゲートバスラインg1、g2・・・・gNの位置を検出し、その位置情報をTFTシート製造プロセス制御コンピュータ100の中央演算装置(CPU)101に出力する。コンピュータ100は予めROM102に、製造ロットに対応したTFT素子のエレメントの配置のデータと位置と形状を出力するための演算プログラムをメモリとして有し、位置検出センサ31から出力されたバスライン位置情報に基づいて、ROM102から演算プログラムを読み出し、ROM102の配置データを参照しつつTFTシートに形成する個々のTFT素子のエレメントの実配列を演算して、その位置と形状のデータ(情報)を、製造ロットと対応付けてRAM103に書き込む。
例えば樹脂シートの伸縮やバスライン製造法に起因してゲートバスラインg1、g2・・・・gNの各間隔に多少のバラツキが有ったり、ラインに多少の揺らぎが有ったりしても、バスライン位置を検出してそれを基に他のエレメントの位置と形状データを作成するので、確実に全てのTFT素子が、ゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結される。
位置と形状の情報を出力したエレメントの形成をインクジェット法やレーザー照射法によって形成する場合、CPU101はRAM103から製造ロットと対応付けた位置と形状の情報を読み出し、図示しないインターフェイス(I/F)を介して、インクジェットプリンタ111のドライバ110又はレーザー露光装置121のドライバ120に画像データとして出力し、エレメントの形成を回転支持部材を回転させながら行う。
図8にこの場合の、バスラインの検知と同期して位置と形状の情報を出力し、更にインクジェットプリンタ又はレーザー露光装置のドライバに画像データとしてオンタイムで出力するフローを示す。なおこの場合は必ずしもRAM103に位置と形状の情報を記憶する必要は無い。またこの例は検知と同時に位置と形状の情報を出力するものであるが、何本目かのバスラインを検知してからでも良いし、何本か先からのバスライン上のエレメントの位置と情報で出力を開始しても良い。
回転ドラム30の回転によるバスラインが形成されたシートの搬送が開始され(ステップS101)、CPU101が有するクロック手段がカウントを開始する(ステップS102)。またCPU101はバスラインのカウントn=iを0にリセットする(ステップS103)。
位置検知センサ31は複数個の光センサs1、s2・・・snからなり、各光センサがバスラインbiを検知したら信号をCPU101に送信する(ステップS104)。CPU101はクロックのカウントと光センサからの信号を対応付けてバスラインbiの位置と揺らぎの状況を例えばx−y座標上にプロットする画像データとして演算する(ステップS105)。CPU101はROM102の配置データを参照しつつTFTシートに形成するバスラインbi上のTFT素子のエレメントの実配列を演算し(ステップS106)、インターフェイスを介して、インクジェットプリンタ又はレーザー露光装置のドライバに画像データとして出力する(ステップS107)。
次いでCPU101はバスラインのカウントnをi+1とし(ステップS108)、全てのバスラインの検知が終わったか(i+1=N?)をチェックし(ステップS109)、全てのバスラインの検知が終了するまでステップS104からステップS109を繰り返す。
全てのバスラインの検知が終了したら(ステップS109でYES)、クロック手段のカウントを終了し(ステップS110)、処理を終了する。
本発明においては、フォトリソグラフ法を用いてソース電極2及びドレイン電極3を形成することも好ましく、この場合、有機半導体層に保護層を介して全面に光感応性樹脂の溶液を塗布し、光感応性樹脂層を形成する。
光感応性樹脂層としては、ポジ型、ネガ型の公知の材料を用いることができるが、レーザで露光が行えるレーザ感光性の材料を用いることが好ましい。このような光感応性樹脂材料として、(1)特開平11−271969号、特開2001−117219、特開平11−311859号、同11−352691号のような色素増感型の光重合感光材料、(2)特開平9−179292号、米国特許第5,340,699号、特開平10−90885号、特開2000−321780、同2001−154374のような赤外線レーザに感光性を有するネガ型感光材料、(3)特開平9−171254号、同5−115144号、同10−87733号、同9−43847号、同10−268512号、同11−194504号、同11−223936号、同11−84657号、同11−174681号、同7−285275号、特開2000−56452、WO97/39894、同98/42507のような赤外線レーザに感光性を有するポジ型感光材料が挙げられる。工程が暗所に限定されない点で、好ましいのは(2)と(3)である。
フォトリソグラフ法では、この後にソース電極及びドレイン電極の材料として金属微粒子含有分散体又は導電性ポリマーを用いてパターニングし、必要に応じて熱融着することにより、ソース電極又はドレイン電極を容易に高精度に作製することが可能となり、種々の形態でパターニングすることが容易となり、有機TFTを容易に製造することが可能となる。
光感応性樹脂の塗布溶液を形成する溶媒としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジオキサン、アセトン、シクロヘキサノン、トリクロロエチレン、メチルエチルケトン等が挙げられる。これら溶媒は、単独であるいは2種以上混合して使用する。
光感応性樹脂層を形成する方法としては、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法が用いられる。
光感応性樹脂層は、有機半導体層の光による劣化を抑えるために有機半導体層に到達する光を抑えるという観点から、染料等の色材や紫外線吸収剤を含有させることにより、光透過率を低減させておいてもよい。
光感応性樹脂層が形成されたら、光感応性樹脂層にパターニング露光を行う。パターニング露光を行う光源としては、Arレーザー、半導体レーザー、He−Neレーザー、YAGレーザー、炭酸ガスレーザー等が挙げられ、好ましくは赤外に発振波長があるもので、半導体レーザーである。出力は50mW以上が適当であり、好ましくは100mW以上である。
次に、露光された光感応性樹脂層を現像する。光感応性樹脂の現像に用いられる現像液としては、水系アルカリ現像液が好適である。水系アルカリ現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、第二リン酸ナトリウム、第三リン酸ナトリウム等のアルカリ金属塩の水溶液や、アンモニア、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン、ピロール、ピペリジン、1,8−ジアザビシクロ−[5,4,0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4,3,0]−5−ノナン等のアルカリ性化合物を溶解した水溶液水を挙げることが出来る。本発明におけるアルカリ性化合物のアルカリ現像液中における濃度は、通常1〜10質量%、好ましくは2〜5質量%である。
現像液には、必要に応じアニオン性界面活性剤、両性界面活性剤やアルコール等の有機溶剤を加えることができる。有機溶剤としては、プロピレングリコール、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ベンジルアルコール、n−プロピルアルコール等が有用である。
必要により、光感応性樹脂層を除去する工程を加えることができる。金属微粒子含有分散体又は導電性ポリマー層のパターニング後に光感応性樹脂層を除去する場合、光感応性樹脂材料はポジ型が好ましい。また光感応性樹脂層を形成する組成物には、ノボラック樹脂やポリビニルフェノールの様なフェノール樹脂を混合するのが好ましい。ノボラック樹脂としては、例えばフェノール・ホルムアルデヒド樹脂、クレゾール・ホルムアルデヒド樹脂、特開昭55−57841号公報に記載されるようなフェノール・クレゾール・ホルムアルデヒド共重縮合体樹脂、特開昭55−127553号公報に記載されているような、p−置換フェノールとフェノールもしくは、クレゾールとホルムアルデヒドとの共重縮合体樹脂等が挙げられる。金属微粒子分散物又は導電性ポリマー層のパターニング後に光感応性樹脂層を除去する場合、アルコール系、エーテル系、エステル系、ケトン系、グリコールエーテル系などの前記光感応性樹脂層の有機溶媒から適宜選択して除去に用いる。導電性ポリマー層への影響をより少なくするため、つまり導電性の低下を防止させたり、導電性ポリマー層の残存率を向上させるため、エーテル系又はケトン系の溶媒を用いることが好ましい。最も好ましいのはテトラヒドロフラン(THF)等のエーテル系溶媒である。
なお保護層としては、有機TFTの製造過程や製造後に、有機半導体層へ影響を与えない材料を用い、保護層の上に光感応性樹脂層等の感光性組成物を形成するような場合には、その塗布工程で影響を受けない材料を用いる。ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのアクリル系ポリマーやコポリマー、ウレタン樹脂ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂など公知のポリマーから、有機半導体層への影響を鑑みたうえで、選択することができる。さらに光感応性樹脂層のパターニング時にも影響を受けない材料であるが好ましい。そのような材料として、好ましくは、親水性ポリマーを含有する材料であり、さらに好ましくは、親水性ポリマーの水溶液又は水分散液である。親水性ポリマーは、水、または酸性水溶液、アルカリ性水溶液、アルコール水溶液、各種の界面活性剤の水溶液に対して、溶解性または分散性を有するポリマーである。たとえばポリビニルアルコールや、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル(HEMA)、アクリル酸、アクリルアミドなどの成分からなるホモポリマー、コポリマーを好適に用いることができる。有機半導体保護層はその様な親水性ポリマーの水溶液又は水分散液を塗布して形成されることが好ましい。
また有機半導体保護層のその他の材料として、無機酸化物、無機窒化物を含有する材料も、有機半導体への影響を与えず、その他塗布工程での影響を与えないので好ましい。無機酸化物、無機窒化物としては後述するゲート絶縁層の材料を好ましく用いることができる。無機酸化物又は無機窒化物を含有する有機半導体保護層は、大気圧プラズマ法で形成されるのが好ましい。
有機半導体保護層の膜厚としては、0.01μm〜10μmが好ましい。
このような現像工程又は洗浄工程も回転支持部材を回転させながら行う工程とするのが好ましい。
ゲート絶縁層としては種々の絶縁膜を用いることができるが、特に、比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
上記皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。
ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えばアルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法が用いられる。
これらのうち好ましいのは、大気圧プラズマ法であり、回転支持部材を回転させながら大気圧プラズマ工程を行うことも、本発明においては好ましい。
大気圧下でのプラズマ製膜処理による絶縁膜の形成方法は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、基材上に薄膜を形成する処理で、その方法については特開平11−61406、同11−133205、特開2000−121804、同2000−147209、同2000−185362等に記載されている(以下、大気圧プラズマ法とも称する)。これによって高機能性の薄膜を、生産性高く形成することができる。
ゲート絶縁層が陽極酸化膜又は該陽極酸化膜と絶縁膜とで構成されることも好ましい。陽極酸化膜は封孔処理されることが望ましい。陽極酸化膜は、陽極酸化が可能な金属を公知の方法により陽極酸化することにより形成される。
陽極酸化処理可能な金属としては、アルミニウム又はタンタルを挙げることができ、陽極酸化処理の方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。陽極酸化処理を行なうことにより、酸化被膜が形成される。陽極酸化処理に用いられる電解液としては、多孔質酸化皮膜を形成することができるものならばいかなるものでも使用でき、一般には、硫酸、燐酸、蓚酸、クロム酸、ホウ酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸等あるいはこれらを2種類以上組み合わせた混酸あるいそれらの塩が用いられる。陽極酸化の処理条件は使用する電解液により種々変化するので一概に特定し得ないが、一般的には、電解液の濃度が1〜80質量%、電解液の温度5〜70℃、電流密度0.5〜60A/dm2、電圧1〜100ボルト、電解時間10秒〜5分の範囲が適当である。好ましい陽極酸化処理は、電解液として硫酸、リン酸又はホウ酸の水溶液を用い、直流電流で処理する方法であるが、交流電流を用いることもできる。これらの酸の濃度は5〜45質量%であることが好ましく、電解液の温度20〜50℃、電流密度0.5〜20A/dm2で20〜250秒間電解処理するのが好ましい。
また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、およびシアノエチルプルラン等を用いることもできる。
有機化合物皮膜の形成法としては、前記ウェットプロセスが好ましい。
無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。またこれら絶縁膜の膜厚としては、一般に50nm〜3μm、好ましくは、100nm〜1μmである。
ゲート絶縁層と半導体チャネルの間に、任意の配向処理を施してもよい。シランカップリング剤、たとえばオクタデシルトリクロロシラン、トリクロロメチルシラザンや、アルカン燐酸、アルカンスルホン酸、アルカンカルボン酸などの自己組織化配向膜が好適に用いられる。
本発明において支持体は樹脂からなることが好ましく、例えばプラスチックフィルムシートを用いることができる。前記プラスチックフィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。このように、プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに、衝撃に対する耐性を向上できる。
以上述べた様に、回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する2以上の異なる工程は、インクジェット工程、レーザー照射工程、塗布工程、乾燥工程、加熱処理工程、大気圧プラズマ工程、現像工程、洗浄工程、エレメントの位置検出工程等様々な工程が組み合わされることになり、回転支持部材の回転に伴って順次経ていくにあたり、各工程で要する時間も変化するので、回転支持部材の回転条件を変更しつつ対応することが好ましい。
図9及び図10を用いて、本発明の製造方法に係る、回転支持部材上に固定する支持体シートの作製の1例を説明する。
図は、ポリイミド、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などの樹脂フィルム(厚さ200μm)のロール60から、フィルムを連続的に搬送しながら、回転支持部材上に固定する支持体シートを製造する工程を示す。
Iは洗浄工程であり、公知の洗浄方法によりフィルムの表面を洗浄し、例えば予め大気圧プラズマ法で下引き処理を行う等して付着したパーティクルを除去する。次いで工程IIで、ピエゾ方式のインクジェットヘッドから、平均粒径20nmの銅微粒子の分散液を吐出し、図に示すのようにライン状にゲートバスライン7を形成する。このときインクジェットヘッドはフィルム幅に渡るライン状のマルチノズルヘッドを用い、フィルム端面をセンサーで検出し、搬送方向と直交する方向の搬送ずれを検出しながら、ヘッドのフィルムの端面から、一定の位置にラインが形成されるように、ヘッドの動きを連動させた。その後、100℃で乾燥させ、150℃で熱処理する工程IIIを経て、銅微粒子を熱融着させることで、厚さ500nmのゲートバスライン7のパターンを形成した。この時、図示の如く、キャパシタライン24を同時に形成してもよい。
次に工程IVにおいて、ゲートバスライン7を有する面上に、スノーテックス−PSM(日産化学社製、固形分20質量%)を塗布し、工程Vで乾燥し、厚さ3μmの流動性電極材料を受容する絶縁性層(受容層とも言う)25を形成した。
ポリスチレンスルホン酸とポリ(エチレンジオキシチオフェン)の錯体(PEDOT/PSS錯体)の水分散液(バイエル製、Baytron P)に、ノニオン界面活性剤(ポリオキシエチレンアルキルエーテル)を0.05質量%添加し、調製した。この導電性ポリマー溶液を、工程VIにおいて、ピエゾ方式のインクジェットヘッドを用いて図に示す位置に吐出し、受容層に含浸させ、工程VIIで乾燥させることで、ゲート電極4を形成した。このとき、同時に、キャパシタライン24上にキャパシタ用電極26を同様に設けるか、または、アディショナルキャパシタ20用の電極を、隣のバスライン上に設ける。
さらに工程VIIIにおいて、
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート単量体 60g
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート2量体 20g
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート3量体以上の成分 20g
ジエトキシベンゾフェノンUV開始剤 2g
シリコーン系界面活性剤 1g
メチルエチルケトン 75g
メチルプロピレングリコール 75g
からなる組成の塗布液を塗布し、受容層内に満たした後、余剰の塗布液をブレード、またはロールで除去する。工程IXにおいて、90℃で1分間乾燥した後、60W/cmの高圧水銀灯33を用い、10cmの距離から照射して4秒間硬化させた。
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート単量体 60g
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート2量体 20g
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート3量体以上の成分 20g
ジエトキシベンゾフェノンUV開始剤 2g
シリコーン系界面活性剤 1g
メチルエチルケトン 75g
メチルプロピレングリコール 75g
からなる組成の塗布液を塗布し、受容層内に満たした後、余剰の塗布液をブレード、またはロールで除去する。工程IXにおいて、90℃で1分間乾燥した後、60W/cmの高圧水銀灯33を用い、10cmの距離から照射して4秒間硬化させた。
工程Xにおいて、ゲート絶縁層5として厚さ200nmの酸化珪素被膜を、下記条件の大気圧プラズマ法にて形成した(X−1)。なお、このときフィルムの温度は180℃とした。
(使用ガス)
不活性ガス:ヘリウム 98.25体積%
反応性ガス:酸素ガス 1.5体積%
反応性ガス:テトラエトキシシラン蒸気
(ヘリウムガスにてバブリング) 0.25体積%
(放電条件)
放電出力:10W/cm2
さらに、酸化珪素皮膜上に、反応性ガスにトリメトキシプロピルシランのみを用いて、大気圧プラズマ処理を行い、撥水処理を施した(X−2)。
不活性ガス:ヘリウム 98.25体積%
反応性ガス:酸素ガス 1.5体積%
反応性ガス:テトラエトキシシラン蒸気
(ヘリウムガスにてバブリング) 0.25体積%
(放電条件)
放電出力:10W/cm2
さらに、酸化珪素皮膜上に、反応性ガスにトリメトキシプロピルシランのみを用いて、大気圧プラズマ処理を行い、撥水処理を施した(X−2)。
次にπ共役系ポリマーなどの半導体材料の溶液を塗工して50nmの半導体層1を形成する(図10(a)工程XI)。
良く精製したポリ(3−ヘキシルチオフェン)のregioregular体(アルドリッチ社製)のクロロホルム溶液を調製し、N2ガスでバブリングすることで、溶液中の溶存酸素を除去して塗布液とし、N2ガス雰囲気中で塗布し、60℃で3分間の乾燥工程VII中を搬送させた。
〈感光層形成工程〜工程XIII&XIV〉
Fe−Al系強磁性金属粉末 100部
カーボンブラック 30部
ノボラック樹脂 10部
ポリウレタン樹脂 15部
メチルエチルケトン 300部
からなる組成物を混練分散して、ポリイソシアネート化合物などの硬化剤を1部添加し、感光層組成物を調製した。これを塗布し(工程XIII)、乾燥し(工程XIV)、厚さ0.3μmの感光層27を形成した。
Fe−Al系強磁性金属粉末 100部
カーボンブラック 30部
ノボラック樹脂 10部
ポリウレタン樹脂 15部
メチルエチルケトン 300部
からなる組成物を混練分散して、ポリイソシアネート化合物などの硬化剤を1部添加し、感光層組成物を調製した。これを塗布し(工程XIII)、乾燥し(工程XIV)、厚さ0.3μmの感光層27を形成した。
〈電極材料反発層形成工程〜工程XV&XVI〉
感光層27上に
α,ω−ジビニルポリジメチルシロキサン(分子量約60,000) 100部
HMS−501(両末端メチル(メチルハイドロジェンシロキサン)(ジメチルシロキサン)共重合体、SiH基数/分子量=0.69mol/g、チッソ(株)製)
7部
ビニルトリス(メチルエチルケトキシイミノ)シラン 3部
SRX−212(白金触媒、東レ・ダウコーニングシリコーン(株)製、) 5部
からなる組成物をアイソパーE”(イソパラフィン系炭化水素、エクソン化学(株)製)で固形分濃度10.3質量%に希釈した液体を塗設し(工程XV)、乾燥して(工程XVI)、厚さ0.4μmのシリコーンゴム層の電極材料反発層28を形成した。
感光層27上に
α,ω−ジビニルポリジメチルシロキサン(分子量約60,000) 100部
HMS−501(両末端メチル(メチルハイドロジェンシロキサン)(ジメチルシロキサン)共重合体、SiH基数/分子量=0.69mol/g、チッソ(株)製)
7部
ビニルトリス(メチルエチルケトキシイミノ)シラン 3部
SRX−212(白金触媒、東レ・ダウコーニングシリコーン(株)製、) 5部
からなる組成物をアイソパーE”(イソパラフィン系炭化水素、エクソン化学(株)製)で固形分濃度10.3質量%に希釈した液体を塗設し(工程XV)、乾燥して(工程XVI)、厚さ0.4μmのシリコーンゴム層の電極材料反発層28を形成した。
以上の方法で製造した支持体シート60を、適当な大きさに断裁した(工程XVII)。シートの断面構成を図10(b)に示す。
以下、上記で作製した支持体シートを用いて本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されない。
実施例1
図11にモデル的に示す構成の装置に断裁した支持体シート60をセットする。
図11にモデル的に示す構成の装置に断裁した支持体シート60をセットする。
この実施例の回転支持部材30は直径70cm、幅150cmの円筒状ドラムで、0.1〜1000rpmの速度で回転が可能である。
シート端部のクランプと減圧吸引により、ドラム30上に、ゲートバスラインがドラムの回転方向に対して図12に示す様な方向になるようセットした後、反射型の位置検出センサ31で、ゲートバスライン7及びゲート電極4の位置を検出し、図12のような電極パターン(図1、図2参照)が重ね合わせられるよう、後述のレーザー出力の位置を決定した。
発振波長830nm、最大出力300mWの出力が可能なレーザービームをライン状に500個並べで出力可能な半導体レーザーヘッド322を用い、円筒外面走査により、電極材料反発層28が現像後図12に示すパターンとなる様に、電極材料反発層28部分以外、即ち電極およびソースバスライン8のパターンで、300mJ/cm2のエネルギー密度となるよう、800rpmでドラムを回転させながら露光した。
一旦、ドラム30を静止させた後、0.5rpmの速度で回転させながら、装置の現像部34で、露光部のシリコーンゴム層をブラシ処理で除去し、露出した感光層をメチルエチルケトン(MEK)で洗浄して除去した。さらによく純水で洗浄した後、90℃の乾燥部36を0.1rpmの速度で搬送させながら乾燥させた。
次に、1.0rpmの速度でドラム30を回転させながら、コーターヘッド35から、ノニオン界面活性剤(ポリオキシエチレンアルキルエーテル)を0.01質量%添加したPEDOT/PSS錯体の水分散液(バイエル製、Baytron P)を供給し、支持体シート全面に塗布した。電極材料反撥層28のパターン部分はこの溶液をはじくため、パターン以外の部分(電極およびソースバスライン8に相当する領域)のみに付着した(図12参照)。さらに90℃の乾燥部36を0.1rpmの速度で搬送させながら乾燥させ、導電性ポリマーによる電極を形成した。
次に、ドラム30の幅手に渡りライン状に並べたピエゾ方式のインクジェットヘッド321を用いて、平均粒径20nmの銅微粒子の分散液を吐出し、ソースバスライン8のパターンを形成した。検出した位置情報に基づき、0.5rpmにてパターン形成した。さらにソースバスライン8部分の輻射熱を160℃とする乾燥部36を0.1rpmで5回往復回転させ、バスラインのパターンを融着させた。
最後に、インクジェットヘッド321からポリビニルフェノールのMEK溶液を、0.5rpmにてソースバスライン8上に吐出し、2rpmで乾燥部36を通過させて乾燥し、封止した。
実施例2
図13にモデル的に示す構成の装置に変え、ソースバスラインのパターニングを以下の様に変更した以外は実施例1と同様に行った。なお、此処で用いたインキ供給機構323は、インクつぼからインキ元ローラを経て練りローラへインキが渡され、練りローラにて薄膜化され、転写ロールから支持体シート上にインキが転移される構成とした。
図13にモデル的に示す構成の装置に変え、ソースバスラインのパターニングを以下の様に変更した以外は実施例1と同様に行った。なお、此処で用いたインキ供給機構323は、インクつぼからインキ元ローラを経て練りローラへインキが渡され、練りローラにて薄膜化され、転写ロールから支持体シート上にインキが転移される構成とした。
市販の銀ペーストをインキ供給機構323から支持体シート全面に転写した。電極材料反撥層28のパターン部分はこのペーストをはじくため、パターン以外の部分(電極およびソースバスライン8に相当する領域)のみに付着した。このペースト部分の輻射熱を160℃とする乾燥部36を0.1rpmで5回往復回転させ、ペーストのパターンを融着させた。
最後に、インクジェットヘッド321からポリビニルフェノールのMEK溶液を、0.5rpmにてソースバスライン上に吐出し、2rpmで乾燥部36を通過させて乾燥し、封止した。
実施例3
支持体シートとして前述の工程VII終了後断裁したもの(有機半導体層上に感光層と電極材料反発層を有さないもの)を、装置として図11の構成でレーザーヘッド322を公知の静電吸引型のインクジェットヘッドに変更したものを、それぞれ用いた。なお図14はTFT素子形成プロセスを説明する図である。
支持体シートとして前述の工程VII終了後断裁したもの(有機半導体層上に感光層と電極材料反発層を有さないもの)を、装置として図11の構成でレーザーヘッド322を公知の静電吸引型のインクジェットヘッドに変更したものを、それぞれ用いた。なお図14はTFT素子形成プロセスを説明する図である。
ドラム30を50rpmで回転させながら、静電吸引型インクジェットヘッドにより連続噴射して半導体チャネル、及びバスライン形成に必要な反撥性領域29をライン状に形成した。なお反発性領域29形成用の吐出材料として、オルガノシロキサンとその硬化触媒を混合した流動性材料を使用した。パターン化の後、乾燥部36を120℃とし、1rpmで、3分間、回転させながら、反撥性領域29を硬化させた(図14(a))。
次にピエゾ型のインクジェットヘッド321を用いて、ノニオン界面活性剤(ポリオキシエチレンアルキルエーテル)を0.05質量%添加したPEDOT/PSS錯体の水分散液(バイエル製、Baytron P)を図14(a)に点線で示すパターン部分に吐出した。吐出時のドラム回転数は3rpmとし、あらかじめ設定したタイミングで図14(a)に示すの位置にドットパターンが重なるように調整した。反撥性領域29の部分はこの溶液をはじくため、反撥性領域29以外のソース電極2、ドレイン電極3及び画素電極9に相当する領域のみに付着した(図14(b))。ドラム回転数は変化させずに3分間、90℃の乾燥部36を通過させることで乾燥させた。
さらに、静電吸引型インクジェットヘッド324から、平均粒径20nmの銅微粒子の分散液を吐出し、ソースバスライン8のパターンを形成した。検出した位置情報に基づき、反発性領域29の間に連続噴射を行い、ドラム回転数0.5rpmにてパターン形成し、ソースバスライン8部分の輻射熱を160℃とする乾燥部36をドラム回転数0.1rpmで5回往復回転させ、バスラインのパターンを融着した(図14(c))。
最後に、インクジェットヘッド321からポリビニルフェノールのMEK溶液を、ドラム回転数0.5rpmにてソースバスライン8上に吐出し、ドラム回転数2rpmで乾燥部36を通過させて乾燥し、封止した。
実施例4
厚さ200nmのアルミニウムが一面に蒸着された、厚さ150μmのポリイミドフィルムを断裁した後、フィルム端部のクランプと減圧吸引により、図15でモデル的に示す構成の装置のドラム30上にセットした。図の塗布機構35から、下記の組成から成るフォトレジスト材料をアルミニウム蒸着面に塗布した。
厚さ200nmのアルミニウムが一面に蒸着された、厚さ150μmのポリイミドフィルムを断裁した後、フィルム端部のクランプと減圧吸引により、図15でモデル的に示す構成の装置のドラム30上にセットした。図の塗布機構35から、下記の組成から成るフォトレジスト材料をアルミニウム蒸着面に塗布した。
色素A 7部
ノボラック樹脂 90部
(フェノールとm−、p−混合クレゾールとホルムアルデヒドを共縮合させたノボラック樹脂(Mw=4000、フェノール/m−クレゾール/p−クレゾールのモル比がそれぞれ5/57/38))
クリスタルバイオレット 3部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 1000部
ノボラック樹脂 90部
(フェノールとm−、p−混合クレゾールとホルムアルデヒドを共縮合させたノボラック樹脂(Mw=4000、フェノール/m−クレゾール/p−クレゾールのモル比がそれぞれ5/57/38))
クリスタルバイオレット 3部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 1000部
塗布後、1rpmで5分間回転させながら、90℃に設定した乾燥部36を通過させることでフォトレジスト材料を乾燥させた。
発振波長830nm、最大出力300mWの出力が可能なレーザービームをライン状に500個並べで出力可能な半導体レーザーヘッド322を用い、円筒外面走査により、300mJ/cm2のエネルギー密度となるよう、800rpmでドラムを回転させながらゲート電極及びゲートバスラインのパターン部分以外を露光した。
一旦、ドラムを静止させた後、0.5rpmの速度で回転させながら、装置の現像機構34で、露光部のフォトレジスト材料を、アルカリ現像液を用いて除去し、よく水洗した。次に、現像機構34をエッチング機構に変更し、0.5rpmの速度で回転させながら、エッチング液を用いて、露出したアルミ蒸着層を除去し、残存したフォトレジスト層をMEKを用いて除去し、さらによく純水で洗浄した後、90℃の乾燥部36を0.1rpmの速度で搬送させながら乾燥させた。
次に、装置の大気圧プラズマ機構37を用いて、ゲート絶縁層として厚さ200nmの酸化珪素被膜を形成した。このときドラム30の表面の温度は200℃とし、0.1rpmの速度で往復回転させながら下記の条件で大気圧プラズマ処理を施した。
(使用ガス)
不活性ガス:ヘリウム 98.25体積%
反応性ガス:酸素ガス 1.5体積%
反応性ガス:テトラエトキシシラン蒸気 0.25体積%
(ヘリウムガスにてバブリング)
(放電条件)
放電出力:10W/cm2
さらに、酸化珪素皮膜上に、反応性ガスにトリメトキシプロピルシランのみを用いて、1rpmの速度で1回、回転させながら、大気圧プラズマ処理を行い、撥水処理を施した。
不活性ガス:ヘリウム 98.25体積%
反応性ガス:酸素ガス 1.5体積%
反応性ガス:テトラエトキシシラン蒸気 0.25体積%
(ヘリウムガスにてバブリング)
(放電条件)
放電出力:10W/cm2
さらに、酸化珪素皮膜上に、反応性ガスにトリメトキシプロピルシランのみを用いて、1rpmの速度で1回、回転させながら、大気圧プラズマ処理を行い、撥水処理を施した。
次に、ドラムを0.5rpmで回転させながら、ドラムの幅手に渡りライン状に並べたピエゾ方式のインクジェットヘッド321により、下記化合物のクロロホルム溶液をゲート電極部分に吐出し、半導体層のパターンを形成させた。さらに、ドラム上の温度を200℃とし、5分間の熱処理を行い、厚さ50nmのペンタセン薄膜である有機半導体層を形成した。
次に、ドラムを0.5rpmで回転させながら、インクジェットヘッド321を用いて、平均粒径20nmの金微粒子の分散液を吐出し、ソース電極、ドレイン電極のパターンを形成し、それらに接合するよう、平均粒径20nmの銅微粒子の分散液を吐出し、画素電極、ソースバスラインのパターンを形成した。輻射熱を230℃とする乾燥部36を0.1rpmで5回往復回転させ、各電極およびソースバスラインのパターンを融着した。
最後に、インクジェットヘッド321からポリビニルフェノールのMEK溶液を、0.5rpmにてソースバスライン上に吐出し、2rpmで乾燥部を通過させて乾燥し、封止した。
本発明によれば、TFTシートを簡易且つ効率的に製造でき、それにより位置精度が向上し、且つ個々のTFT間の性能のバラツキが抑えられたTFTシートを得ることができる。また支持体シートが固定された回転支持部材上で、複数の工程を行うので、工程ごとに位置あわせをしなくても、各工程に対応したエレメント間の位置精度を向上させることができる。
Claims (11)
- 支持体シート上に、エレメントとしてゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する複数の薄膜トランジスター(TFT)素子がゲートバスライン及びソースバスラインを介して連結されたTFTシートを製造するにおいて、支持体シートを回転支持部材上に固定した後、回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程を2以上行うことを特徴とするTFTシートの製造方法。
- 回転支持部材を回転させながら行う2以上の工程がソース電極の形成工程、ドレイン電極の形成工程、ソースバスラインの形成工程の何れかを含むことを特徴とする請求の範囲第1項に記載のTFTシートの製造方法。
- 回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程がインクジェット法又はレーザー照射を含むことを特徴とする請求の範囲第1項に記載のTFTシートの製造方法。
- 回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程が塗布工程を含むことを特徴とする請求の範囲第1項に記載のTFTシートの製造方法。
- 回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程が乾燥工程又は加熱処理工程を含むことを特徴とする請求の範囲第1項に記載のTFTシートの製造方法。
- 回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程が大気圧プラズマ工程を含むことを特徴とする請求の範囲第1項に記載のTFTシートの製造方法。
- 回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程において、現像前の露光により感光膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求の範囲第1項に記載のTFTシートの製造方法。
- 回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する工程が現像工程又は洗浄工程を含むことを特徴とする請求の範囲第1項に記載のTFTシートの製造方法。
- 回転支持部材を回転させながらエレメントを形成する2以上の異なる工程で、回転支持部材の回転条件を少なくとも1回変更することを特徴とする請求の範囲第1項に記載のTFTシートの製造方法。
- 前記エレメントから選ばれる少なくとも1種が予め形成された支持体シートを回転支持部材上に固定した後、該形成されたエレメントの位置を検出し、その位置情報に基づいて、回転支持部材を回転させながら追加形成する他のエレメントの少なくとも1種の配列位置と形状の情報を出力し、前記配列位置に当該他のエレメントを形成することを特徴とする請求の範囲第1項に記載のTFTシートの製造方法。
- 請求の範囲第1項に記載の製造方法で製造されることを特徴とするTFTシート。
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