JP2010040743A - トランジスタアクティブ基板およびその製造方法並びに電気泳動ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】活性層を保護するとともにドレイン電極と画素電極との電気的導通を十分確保できるような保護層を設けたトランジスタアクティブ基板を提供する。
【解決手段】トランジスタアクティブ基板は、基板３０１、ゲート電極３０２、ゲート絶縁膜３０３、ソース電極３０４、ドレイン電極３０５および活性層３０６から構成される薄膜トランジスタ上に、保護膜３０７および画素電極３０８が配置されており、ドレイン電極３０５の表面粗さをＲａ（Ｍ）、保護膜３０７の膜厚をＤ（Ｉ）としたときに、Ｄ（Ｉ）≦Ｒａ（Ｍ）×１５の関係にある。
【選択図】図３

Description

本発明は、トランジスタアクティブ基板、その製造方法および電気泳動ディスプレイに関する。

従来、マトリクス方式のディスプレイとして、互いに直交した走査電極とデータ電極を用いて駆動するパッシブ型のディスプレイと、トランジスタなどのスイッチング素子と記憶素子を用いて点灯画素を選択するアクティブ型のディスプレイが知られている。アクティブ型のディスプレイとしては、例えば「有機ＥＬディスプレイ」に関する公開特許公報（特許文献１）、「能動素子及びそれを有する表示装置」に関する公開特許公報（特許文献２）、「有機能動素子及びそれを有する表示素子」に関する公開特許公報（特許文献３）、「有機半導体形成用インク、有機半導体パターン形成方法、電子素子および電子素子アレイ」に関する公開特許公報（特許文献４）などに開示されたものがある。アクティブ型のディスプレイは、単純マトリックス駆動の構造に加えて、画素の一つ一つにアクティブ素子（スイッチング素子）を付けたものである。このような構成によって、目的の画素をオンオフすることができ、高い画質と速い応答速度が要求される動画の表示に用いられている。

上記のようなトランジスタアクティブ基板としては、ゲート電極、ゲート電極を中心に分離されてチャネル領域を定義するソース電極とドレイン電極及び半導体層を含んでいる。この半導体層としては、非晶質シリコンやポリシリコンが用いられるが、最近では、有機半導体の適用が進められている。

有機半導体は常温、常圧で形成できるので、工程単価を低減することができ、熱に弱いプラスチック基板に適用できるという長所がある。しかし、このような有機半導体は耐化学物質性能及び耐プラズマ性能が脆弱であり、また大気中の酸素や水分または光などによる特性劣化という短所がある。これを補うために有機半導体層後に、厚い有機膜や無機膜を保護層として設けている。

保護層を設けたものとしては、例えば「有機トランジスタアクティブ基板」に関する公開特許公報（特許文献５）に開示されたような樹脂をアルコール溶媒で溶解して得たペーストをスクリーン印刷法にて塗工し、形成したものがある。また「有機ＴＦＴ素子及びその製造方法」に関する公開特許公報（特許文献６）に開示されたような有機トランジスタ上にパリレンのような有機絶縁膜を保護膜として形成したものがある。

従来のアクティブ型のディスプレイの問題点について図１および図２を参照しながら説明する。図１および図２において、符号１０１はゲート電極、符号１０２はソース電極、符号１０３はドレイン電極、符号１０４は画素電極、符号１０５は走査線、符号１０６は信号線、符号１０７は基板、符号１０８はゲート絶縁膜、符号１０９は活性層、符号１１０は層間膜、符号１１１はスルーホールをそれぞれ示している。図１に示すように画素電極１０４を作製する場合、特許文献５に示すような有機半導体の保護層として設けられている層間膜１１０（絶縁ペースト膜）には、ドレイン電極１０３と画素電極１０４の導通がとれるように図２に示すようなスルーホール１１１が形成されている。しかしながら、絶縁ペーストに使用されているアルコール溶媒等の有機溶媒が下地の有機半導体（活性層１０９）またはゲート絶縁膜１０８を溶解する可能性が高く、その結果、保護層である層間膜１１０の作製直後に特性劣化する可能性がある。

また特許文献６に示すようなパリレン膜のような蒸着膜を保護層として設けた場合、特許文献７のようにドレイン電極と画素電極の導通をとるために、ドライエッチングプロセスなどでスルーホール部を形成する必要がある。しかし、この際、プラズマダメージにより有機半導体に影響し、トランジスタ特性が劣化する可能性がある。

特開２００３−２５５８５７号 特開２００３−３１８１９６号 特開２００４−２４１５２７号 特開２００５−６４１２２号 特開２００７−１０３９１３号 特開２００４−０７２０４９号 特開平０６―１９４６８９

本発明の目的は、活性層を保護するとともにドレイン電極と画素電極との電気的導通を十分確保できるような保護層を設けたトランジスタアクティブ基板を提供することにある。

上記課題は、本発明の次の（１）〜（１１）の観点により解決される。
（１）基板上に、第１の電極が形成され、該第１の電極上に第１の絶縁膜が形成され、該第１の絶縁膜上に第２の対電極が形成され、該第２の対電極上に半導体材料からなる活性層が形成されることによりトランジスタが構成され、該トランジスタ上に第２の絶縁膜を堆積し、さらに該第２の絶縁膜より上に前記第２の対電極の一方と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の対電極の表面粗さをＲa（Ｍ）、前記第２の絶縁膜の厚さをＤ（Ｉ）としたときに、Ｄ（Ｉ）≦Ｒa（Ｍ）×１５となることを特徴とするトランジスタアクティブ基板。

（２）基板上に、第１の電極が形成され、該第１の電極上に第１の絶縁膜が形成され、該第１の絶縁膜上に第２の対電極が形成され、該第２の対電極上に半導体材料からなる活性層が形成されることによりトランジスタが構成され、該トランジスタ上に第２の絶縁膜を堆積し、該第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を堆積し、さらに該第３の絶縁膜より上に、該第３の絶縁膜に設けられたスルーホールを介して前記第２の対電極の一方と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トランジスタアクティブ基板であって、前記活性層の表面粗さをＲa（Ｓ）、前記第２の対電極の表面粗さをＲa（Ｍ）、前記第２の絶縁膜の厚さをＤ（Ｉ）としたときに、Ｒa（Ｓ）×１５≦Ｄ（Ｉ）≦Ｒa（Ｍ）×１５となることを特徴とするトランジスタアクティブ基板。

（３）基板上に、第１の電極が形成され、該第１の電極上に第１の絶縁膜が形成され、該第１の絶縁膜上に半導体材料からなる活性層が形成され、該活性層上に第２の対電極が形成されることによりトランジスタが構成され、該トランジスタ上に第２の絶縁膜を堆積し、さらに該第２の絶縁膜より上に前記第２の対電極の一方と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の対電極の表面粗さをＲa（Ｍ）、前記第２の絶縁膜の厚さをＤ（Ｉ）としたときに、Ｄ（Ｉ）≦Ｒa（Ｍ）×１５となることを特徴とするトランジスタアクティブ基板。

（４）基板上に、第１の電極が形成され、該第１の電極上に第１の絶縁膜が形成され、該第１の絶縁膜上に半導体材料からなる活性層が形成され、該活性層上に第２の対電極が形成されることによりトランジスタが構成され、該トランジスタ上に第２の絶縁膜を堆積し、該第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を堆積し、さらに該第３の絶縁膜より上に、該第３の絶縁膜に設けられたスルーホールを介して前記第２の対電極の一方と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トランジスタアクティブ基板であって、前記活性層の表面粗さをＲa（Ｓ）、前記第２の対電極の表面粗さをＲa（Ｍ）、前記第２の絶縁膜の厚さをＤ（Ｉ）としたときに、Ｒa（Ｓ）×１５≦Ｄ（Ｉ）≦Ｒa（Ｍ）×１５となることを特徴とするトランジスタアクティブ基板。

（５）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の対電極と前記第３の電極との間に前記第２の絶縁膜が介在した状態で前記第２の対電極の一方と前記第３の電極との間が電気的に導通していることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のトランジスタアクティブ基板。

（６）前記活性層が有機半導体材料からなることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載のトランジスタアクティブ基板。

（７）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）〜（６）のいずれかに記載のトランジスタアクティブ基板。

（８）前記第２の絶縁膜が化学気相蒸着法を利用して形成される有機膜または無機膜であることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれかに記載のトランジスタアクティブ基板。

（９）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の対電極上に半導体材料からなる活性層を形成することによりトランジスタを構成させ、該トランジスタ上に第２の絶縁膜を堆積し、該第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を堆積し、さらに該第３の絶縁膜より上に、該第３の絶縁膜に設けられたスルーホールを介して前記第２の対電極の一方と電気的導通がとられた第３の電極を積層するようにし、前記活性層の表面粗さをＲa（Ｓ）、前記第２の対電極の表面粗さをＲa（Ｍ）、前記第２の絶縁膜の厚さをＤ（Ｉ）としたときに、Ｒa（Ｓ）×１５≦Ｄ（Ｉ）≦Ｒa（Ｍ）×１５とした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１の電極および前記第２の対電極が、インクジェット法により形成され、
前記第１の絶縁膜がコーティングにより形成され、
前記活性層がインクジェット法により形成され、
前記第３の電極がスクリーン印刷法により形成されてなることを特徴とするトランジスタアクティブ基板の製造方法。

（１０）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の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。

（１１）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の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、これらの間に設けられた隔壁層と、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。

本発明のトランジスタアクティブ基板によれば、第２の対電極（例えばソース・ドレイン電極）の表面粗さＲa（Ｍ）と、第２の絶縁膜（例えば保護膜）の厚さＤ（Ｉ）との関係をＤ（Ｉ）≦Ｒa（Ｍ）×１５としたことによって、活性層を保護するとともに第２の対電極と第３の電極（例えば画素電極）との電気的導通を十分に確保することが可能になり、良好なトランジスタ特性を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、詳しく説明する。
トランジスタアクティブ基板の層構成について図３に示す。このトランジスタアクティブ基板は、基板３０１、ゲート電極３０２、ゲート絶縁膜３０３、ソース電極３０４、ドレイン電極３０５および活性層３０６から構成される薄膜トランジスタ上に、保護膜３０７および画素電極３０８を配置した構成になる。図３の枠線で囲った部分についての詳細図を図４に示す。ドレイン電極３０５の表面粗さを大きくすることで、図４に示すようにドレイン電極３０５上を保護膜３０７で覆った場合においてもドレイン電極３０５と画素電極３０８との間で導通を取ることが可能になってくる。

これに対して、図５に、従来のトランジスタアクティブ基板における図４に対応する部分の構造を示す。図５中、符号５０１はドレイン電極、符号５０２は活性層、符号５０３は保護膜、符号５０４は画素電極である。図５に示すように、ドレイン電極５０１の表面粗さが小さかったり、保護膜５０３が厚くなったりする場合、ドレイン電極５０１上を保護膜５０３で覆うと、ドレイン電極５０１と画素電極５０４との間で導通が取れなくなり、十分なトランジスタ特性が得られなくなる。

本発明の別の実施の形態として、層間膜を用いたトランジスタアクティブ基板の層構成について図６に示す。このトランジスタアクティブ基板は、基板６０１、ゲート電極６０２、ゲート絶縁膜６０３、ソース電極６０４、ドレイン電極６０５および活性層６０６から構成される薄膜トランジスタ上に、保護膜６０７、スルーホールを有する層間膜６０８および画素電極６０９を配置した構成になる。図６の枠線で囲った部分についての詳細図を図７に示す。

上記図４と同様、ドレイン電極６０５の表面粗さを大きくすることで、ドレイン電極６０５上を保護膜６０７で覆った場合においても、ドレイン電極６０５とスルーホール内の下端まで延びた画素電極６０９との間で導通を取ることが可能になってくる。また活性層６０６の表面粗さが小さければ、層間膜６０８中に含まれるアルコール等の有機溶剤が活性層６０６へ浸透することを、活性層６０６上の保護膜６０７が防ぐ役割を果たし、活性層６０６が溶解するといった不具合を抑えることができる。

これに対して、図８に、従来のトランジスタアクティブ基板における図７に対応する部分の構造を示す。図８中、符号８０１はドレイン電極、符号８０２は活性層、符号８０３は保護膜、符号８０４は層間膜、符号８０５は画素電極である。図８に示すように活性層８０２の表面粗さが大きかったり、保護膜８０３が薄くなったりする場合、活性層８０２と層間膜８０４が接触し、層間膜８０４に含まれる有機溶媒が浸透して、活性層８０２を溶解する。その結果、十分なトランジスタ特性が得られなくなる。

ここで、本発明におけるドレイン電極や活性層の「表面粗さＲａ」の定義について図９を用いて説明する。本発明では、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を測定長さＬで割った値を、表面粗さＲａとして定義している。

図３のトランジスタアクティブ基板の層構成については、ドレイン電極３０５の表面粗さをＲａ（Ｍ）、保護膜３０７の膜厚をＤ（Ｉ）としたときに、Ｄ（Ｉ）≦Ｒａ（Ｍ）×１５の関係にあることが好ましく、Ｄ（Ｉ）≦Ｒａ（Ｍ）×１０の関係にあることがさらに好ましい。Ｄ（Ｉ）＞Ｒａ（Ｍ）×１５の関係にある場合、図５に示したような構造となって好ましくない。すなわち、ドレイン電極５０１上を保護膜５０３で覆った場合にドレイン電極５０１と画素電極５０４との間で導通が取れなくなり、十分なトランジスタ特性が得られなくなる。

保護膜３０７の膜厚Ｄ（Ｉ）としては、１０〜２０００ｎｍが好ましい。１０ｎｍより薄くなると保護膜３０７としての機能を果たさなくなり、２０００ｎｍより厚くなると保護膜３０７の応力が素子に影響を与え、トランジスタ特性に悪影響を与える。ドレイン電極３０５の表面粗さＲａ（Ｍ）は、０．６ｎｍより大きく１００ｎｍ以下である範囲が好ましく、５ｎｍより大きく５０ｎｍ以下である範囲がさらに好ましい。表面粗さＲａ（Ｍ）が０．６ｎｍ以下では、保護膜を介してドレイン電極と画素電極を導通させることが困難となる場合があり、１００ｎｍより大では、配線抵抗が高くなり、トランジスタ動作に悪影響を及ぼす場合がある。

上記図６のトランジスタアクティブ基板の層構成については、活性層６０６の表面粗さをＲa（Ｓ）、ドレイン電極６０５の表面粗さをＲa（Ｍ）、保護膜６０７の膜厚をＤ（Ｉ）としたときに、Ｒａ（Ｓ）×１５≦Ｄ（Ｉ）≦Ｒａ（Ｍ）×１５の関係にあることが好ましく、Ｒａ（Ｓ）×３０≦Ｄ（Ｉ）≦Ｒａ（Ｍ）×１０の関係にあることがさらに好ましい。

Ｄ（Ｉ）＜Ｒａ（Ｓ）×１５の関係にある場合、図８に示したような構造となって好ましくない。すなわち、活性層８０２の表面粗さが大きかったり、保護膜８０３が薄くなったりする場合、活性層８０２と層間膜８０４が接触し、層間膜８０４に含まれる有機溶媒が浸透して、活性層８０２を溶解してしまう。その結果トランジスタ特性が得られなくなる。

図６において、保護膜６０７の膜厚Ｄ（Ｉ）としては、１０〜２０００ｎｍが好ましい。１０ｎｍより薄くなると保護膜６０７としての機能を果たさなくなり、２０００ｎｍより厚くなると保護膜６０７の応力が素子に影響を与え、トランジスタ特性に悪影響を与える。

ドレイン電極６０５の表面粗さＲａ（Ｍ）としては、図３のトランジスタアクティブ基板の場合と同様の理由により、０．６ｎｍより大きく１００ｎｍ以下である範囲が好ましく、５ｎｍより大きく５０ｎｍ以下である範囲がさらに好ましい。

また、活性層の表面粗さＲa（Ｓ）は、４０ｎｍより小さいことが好ましく、２０ｎｍより小さいことがさらに好ましい。表面粗さＲａ（Ｓ）が４０ｎｍ以上では、トランジスタ特性として移動度が十分得られない。

また、図３、図６に示すようなソース・ドレイン電極が活性層の下に構成されるボトムコンタクト型のトランジスタアクティブ基板以外にも、例えば図１０、図１１に示すようなソース・ドレイン電極が活性層の上に構成されるトップコンタクト型のトランジスタアクティブ基板でも同様な作製方法が可能である。図１０のトランジスタアクティブ基板は、基板１００１、ゲート電極１００２、ゲート絶縁膜１００３、活性層１００４、ソース電極１００５、ドレイン電極１００６から構成される薄膜トランジスタ上に、保護膜１００７および画素電極１００８を配置した構成である。また、図１１のトランジスタアクティブ基板は、基板１１０１、ゲート電極１１０２、ゲート絶縁膜１１０３、活性層１１０４、ソース電極１１０５、ドレイン電極１１０６から構成される薄膜トランジスタ上に、保護膜１１０７、層間膜１１０８および画素電極１１０９を配置した構成である。

以下に本発明のトランジスタアクティブ基板に用いる各構成の材料、工法について具体的に説明する。

基板：
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、好ましいプラスチックの種類として、例えばポリカーボン、ポリイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などを使用することが可能である。

ゲート電極（第１の電極）：
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方法が好ましい。また、ナノメタルインクを用いてインクジェット方法（特許文献４参照）やその他の印刷工法にて形成する方法がさらに好ましい。

ゲート絶縁膜（第１の絶縁膜）：
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、これらの材料を２つ以上合わせて用いてもよい。

作製工法としては特に制限はなく、例えばＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、プラズマ重合法、蒸着法、スピンコーティング法、ディッピング法、印刷法、インクジェット法などが挙げられる。

また、上記材料の中でも、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、ポリパラキシリレン等の高分子材料をゲート絶縁膜中に含有している場合には、ゲート絶縁膜に紫外線を照射することにより、照射された領域の表面エネルギーを増大させることができる。その結果、印刷法を用いて、表面エネルギーを増大させた領域に、高精細なソース・ドレイン電極のパターンを直接描画することができる。さらに、表面エネルギーが小さいポリイミドを用いることにより、有機半導体層を高精細にパターニングすることが可能になる。紫外線で表面エネルギーを増大させることが可能な高分子材料としては、例えば特開２００６−０６００７９号公報に記載されている材料を用いることができる。

ゲート絶縁膜の膜厚範囲としては１０〜１０００ｎｍが好ましく、１００〜１０００ｎｍであれば更に好ましい。

ソース・ドレイン電極（第２の対電極）：
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。

ソース・ドレイン電極の作製工法としては、シャドーマスクを利用して金属膜を蒸着するか、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ことが好ましい。また、ナノメタルインクを用いてインクジェット方法（特許文献４参照）やその他印刷工法にて形成することがさらに好ましい。インクジェット塗工による電極形成においては、下地の表面エネルギーを変化させ、インクになじみやすい表面、なじみにくい表面を光処理することで簡便に電極を形成することができるとともに、塗布インクの自己排除機構により、５ミクロン間隔のパターン化が可能である（特許文献３参照）。トランジスタの第２の対電極であるソース・ドレイン電極において、チャネル領域を微小間隔で形成することはトランジスタ性能を向上させる点で非常に重要である。また、特許文献４においてインクジェット法による配線化技術が提案されており、それも利用できる。ソース・ドレイン電極の厚みは、適宜設定することができるが、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲に設定することが好ましい。

活性層：
活性層の材料としては、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。

また、活性層の材料として半導体ナノ粒子を用いることもできる。典型的な半導体ナノ粒子はＩＩ−ＶＩ材料、ＩＩＩ−Ｖ材料、第ＩＶ族材料またはそれらの組合せからなる。適切なＩＩ−ＶＩ材料は、最も典型的にはＳｅ、ＴｅおよびＳからなる群から選択される任意の数の第ＶＩ族材料を有する、最も典型的にはＺｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、およびＭｇからなる群から選択される任意の数の第ＩＩ族材料の合金からなってもよい。適切なＩＩ−ＶＩ材料は、酸化亜鉛または酸化マグネシウムを含んでもよい。適切なＩＩＩ−Ｖ材料は、最も典型的にはＡｓ、ＰおよびＳｂからなる群からから選択される任意の数の第Ｖ族材料を有する、最も典型的にはＩｎ、Ａｌ、およびＧａからなる群から選択される任意の数の第ＩＩＩ族材料からなってもよい。適切な第ＩＶ族材料は、ＳｉおよびＧｅを含んでいてもよい。

さらに、活性層の材料として特に好ましいものの例として、下式で表される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ものを挙げることができる。

活性層の作製工法としては、蒸着法、アーク放電、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、物理気相成長等の他に、湿式成膜法を用いることができる。湿式成膜法としては、スピンコート法、ディッピング法、ブレード塗工法、スプレー塗工法、キャスト法、インクジェット法、印刷法等の公知の湿式成膜技術を採用することが可能であり、これによって活性層を薄膜化することができる。

保護膜（第２の絶縁膜）：
保護膜の材料としては、窒化ケイ素または酸化ケイ素などの無機絶縁物、パリレンなどの有機絶縁物などを用いることができる。保護膜の形成方法としては、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）を利用することができ、より具体的には、ＬＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＥＣＶＤよりなる群から選択することができる。またパリレンは高い疎水性、耐溶剤性及び耐化学性により活性層以後の製造過程において有機溶媒等の溶剤から活性層を保護する役割をする。保護膜の膜厚としては１０〜２０００ｎｍが好ましい。

層間膜（第３の絶縁膜）：
層間絶縁膜を構成する混合物に含有される微粒子は、層間絶縁膜が形成された後に、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、現実的には、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。この場合、有機材料の例としては、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、アクリル系樹脂、エチルセルロース樹脂などを含む材料が挙げられる。また、無機粒子の例としては、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）等が挙げられる。これらの中でもシリカ、アルミナ、酸化亜鉛などの比較的比誘電率の低い材料が好ましい。また、例えばメソポーラスシリカのように、構造中にメソ孔あるいはマイクロ孔を有する無機多孔質粒子であってもよい。

本発明における層間絶縁膜の形成手段としては、例えばスクリーン印刷、凹版印刷などの印刷プロセスが適しており、本発明での層間絶縁膜の膜厚範囲は印刷の手法を用いて好適に形成できる範囲にあたる。例えば、スクリーン印刷を用いて、本発明にて想定するような精細度のパターンを形成する場合においては、線径が１５〜５０μｍ、開口率が４０〜６０％のメッシュ中に充填されたペースト状材料を転写することで膜を形成することになるため、スルーホールとともに形成することができる。層間絶縁膜の厚みは２μｍ以上４０μｍ以下である。層間絶縁膜に厚みを持たせることにより静電容量を小さくする効果があるので、少なくとも２μｍ、より望ましくは４μｍ以上の厚みが好ましい。

画素電極（第３の電極）：
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。

以下、本発明の実施例を説明する。
＜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、インクジェット装置を用いて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。

次に、第１の電極形成と同様にナノ銀インクを用いＩＪ（インクジェット）法にて第２の電極を形成した。露光部位はＣＣＤ観察ではパターン認識ができない。従って、第１のパターンに対し、基板整合させ、印刷データに基づくＩＪ印刷を実施した。

活性層として、前記構造のトリアリールアミン骨格を有する有機半導体材料をキシレンに溶解し、インク化した。インク濃度は１ｗｔ％、粘度約５ｍＰａ・秒、表面張力：約３０ｍＮ/ｍであった。その後、ＩＪ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。

また、第２の電極形成後および活性層形成後に走査型プローブ顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて走査領域１０μｍ×１０μｍの範囲で、第２の電極および活性層の表面粗さを測定した。

（２）第２の絶縁膜形成
化学蒸着法を用いてパリレン膜を１００ｎｍの厚みで形成した。

（３）第３の電極形成
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３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２＞
実施例１で第２の絶縁膜の膜厚を５０ｎｍとした以外は、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３＞
実施例１で第２の絶縁膜の膜厚を２０ｎｍとし、第２の電極の熱処理温度を２８０℃とした以外は、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４＞
実施例１で第２の絶縁膜の膜厚を２０ｎｍとし、第２の電極としてＡｕ電極をマスク蒸着で作製した以外は、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５＞
実施例１で第２の絶縁膜の膜厚を３０ｎｍとし、第２の電極としてＡｕ電極をマスク蒸着で作製した以外は、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。

＜比較例１＞
実施例１で、マスク蒸着機を用い、第２の電極としてＡｕ電極をマスク蒸着で作製した以外は実施例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。

＜比較例２＞
実施例１で蒸着機を用いて活性層としてペンタセンを蒸着で作製し、第２の絶縁膜の膜厚を６００ｎｍとし、第２の電極の熱処理温度を２８０℃とした以外は実施例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６＞
（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、リコープリンティングシステムズ社製の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。第１の電極パターンに対しフォトマスクの重ね合わせ精度を求めたところ、トータルピッチ２００ｍｍに対し±１０μｍのずれ範囲内で重ね合わせができた。

次に、第１の電極形成と同様にナノ銀インクを用いＩＪ法にて第２の電極を形成した。露光部位はＣＣＤ観察ではパターン認識ができない。従って、第１のパターンに対し、基板整合させ、印刷データに基づくＩＪ印刷を実施した。このようにして得られた積層パターンの重ね合わせ精度を求めたところ、トータルピッチ２００ｍｍに対し±１０μｍのずれ範囲内で重ね合わせができた。これは濡れ性制御面に対するインク再現性はほぼ１００％の割合でパターン再現ができ、±１０μｍのずれはフォトマスク露光時の重ね合わせずれに起因していた。

活性層として、前記構造のトリアリールアミン骨格を有する有機半導体材料をキシレンに溶解し、インク化した。インク濃度は１ｗｔ％、粘度約５ｍＰａ秒、表面張力：約３０ｍＮ/ｍであった。その後、ＩＪ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。

（２）第２の絶縁膜形成
化学蒸着法を用いてパリレン膜を１００ｎｍの厚みで形成した。

（３）第３の絶縁膜形成
積水化学社製ポリビニルブチラール樹脂をテルピネオール、ブトキシエタノールに溶解し、印刷適正粘度（６万〜２０万ｍＰａ・ｓ）に調整すべく、絶縁性フィラーを添加し、三本ロールミルにて混練してスクリーン印刷用ペーストを調整した。絶縁性フィラーとして均一な粒が容易に得られやすい材料として、堺化学社製水熱合成チタン酸バリウム（平均粒径０.１ミクロン）を添加した。具体的な処方はポリビニルブチラール濃度：５ｗｔ%(テルピネオール＋ブトキシエタノール)バインダーに対し、７０ｗｔ％のチタン酸バリウムフィラーを添加した。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、１２０℃で乾燥することで、第２の絶縁膜を形成した。この第２の絶縁膜の試料は、約１００μｍ×１００μｍのスルーホールが形成できていることが確認できた。

（４）第３の電極形成
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６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７＞
実施例６で第２の絶縁膜の膜厚を５０ｎｍとした以外は実施例６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８＞
実施例６で第２の絶縁膜の膜厚を２０ｎｍとし、第２の電極の熱処理温度を２８０℃とした以外は実施例６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９＞
実施例６で第２の絶縁膜の膜厚を２０ｎｍとし、第２の電極としてＡｕ電極をマスク蒸着で作製した以外は実施例６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１０＞
実施例６で第２の絶縁膜の膜厚を３０ｎｍとし、第２の電極としてＡｕ電極をマスク蒸着で作製した以外は実施例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。

＜比較例３＞
実施例６で、マスク蒸着機を用い、第２の電極としてＡｕ電極をマスク蒸着で作製した以外は実施例６と同様の有機トランジスタアクティブ基板を作製した。

＜比較例４＞
実施例６で蒸着機を用いて、活性層としてペンタセンを蒸着で作製し、第２の絶縁膜の膜厚を６００ｎｍとし、第２の電極の熱処理温度を２８０℃とした以外は実施例６と同様の有機トランジスタアクティブ基板を作製した。

＜比較例５＞
実施例６で蒸着機を用いてペンタセンを蒸着で作製し、第２の電極の熱処理温度を２８０℃とした以外は実施例６と同様の有機トランジスタアクティブ基板を作製した。

＜比較例６＞
実施例６で第２の絶縁膜の膜厚を１０ｎｍとし、第２の電極としてＡｕ電極をマスク蒸着で作製した以外は実施例６と同様の有機トランジスタアクティブ基板を作製した。

＜比較例７＞
実施例６で第２の絶縁膜を形成せずに作製した以外は実施例６と同様の有機トランジスタアクティブ基板を作製した。

上記実施例、比較例では、トランジスタチャネル長５μｍ、チャネル幅１０００μｍ、ゲート絶縁膜の比誘電率３.６、膜厚４００ｎｍのトランジスタを作製し、トランジスタ性能を半導体パラメータアナライザにて評価した。測定条件は以下のとおりである。

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。

算出方法については下記（１）の式より評価した。
Ｉｄｓ＝μＣｉｎＷ（Ｖｇ−Ｖｔｈ）^２／２Ｌ ・・・（１）

ここで、μは移動度、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・ドレイン電流を意味する。

また、上記トランジスタとは別に第２電極と第３電極との導通が確認できるパターンを用意し、電気的導通が取れているかどうかの確認を行った。

さらに、実施例６〜１０と比較例３〜７では、層間絶縁膜形成用に用いる印刷ペースト（インク）が主ポリマー（ポリビニルブチラール樹脂）、粘度調整用フィラーおよび有機溶剤からなるため、下地に配置した有機半導体膜を溶解し、トランジスタ不良が生じる可能性がある。そこで、活性層作製直後にトランジスタ性能を評価し、その後のプロセスと比較し特性劣化が生じているかどうかを確認した。

上記トランジスタをアクティブ基板として用いて、図１２に示すような透明電極（ITO ；Indium Tin Oxide）１２０４を共通電極として配置した支持基板１２０２と、実施例１〜１０と比較例１〜７記載の製法で作成したトランジスタアクティブ基板１２０１の第３の電極（画素電極）間に、白黒表示する電気泳動マイクロカプセル１２０３を挟み画素を形成した。走査線に−２０Ｖ、（画素）信号線に±２０Ｖを印加し、画素の白黒変化を確認した。

表１に結果を示すが、比較例１〜４の結果では画素電極作製後に電気的な導通が取れず、トランジスタ性能が評価できなかった。また比較例５、６の結果では画素電極作製後に電気的な導通は確認できたが、層間絶縁膜形成用に用いる印刷ペーストが有機半導体膜を溶解し、トランジスタ性能を大きく劣化させた。実施例１〜１０の結果では画素電極作製後に電気的な導通を確認でき、またトランジスタ性能についても画素電極作製前後で大きな差はなく、画素の白黒変化ができていることを確認した。また実施例２、７についてはその他実施例と比較しコントラストが非常に良好であることを確認した。なお、表１中、「Ｄ（Ｐ）」、「Ｄ」は第２の絶縁膜の膜厚（ｎｍ）を意味し、「層間前」は層間絶縁膜形成前を、「画素後」は画素電極形成後を、それぞれ意味する。

以上の結果より、ドレイン電極、活性層の表面粗さと保護膜の厚みを制御することで、ドレイン電極と画素電極との電気的導通を十分確保することが可能であり、良好なトランジスタ性能を有するトランジスタアクティブ基板を提供することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、図１２に示したように共通電極として配置した支持基板と、トランジスタアクティブ基板の第３の電極（画素電極）との間に、白黒表示する電気泳動マイクロカプセルを挟み画素を形成した電気泳動ディスプレイを挙げて説明したが、電気泳動ディスプレイの構成は図１２のものに限定されるものではない。例えば、図１３に示したように、トランジスタアクティブ基板上に隔壁１２を介して透明電極１０を備えた支持基板１１を接合してなる空間に、電気泳動分散液１３を充填してなる構成の電気泳動ディスプレイにおいても、本発明を適用できる。

従来のトランジスタアクティブ基板の基本構成を説明する図面である。 図１のトランジスタアクティブ基板の要部断面を説明する図面である。 本発明の一実施形態に係るトランジスタアクティブ基板の断面構造を説明する図面である。 図３の一部を拡大して示す説明図である。 図４との対比において従来のトランジスタアクティブ基板の一部を拡大して示す説明図である。 本発明の別の実施形態に係るトランジスタアクティブ基板の断面構造を説明する図面である。 図６の一部を拡大して示す説明図である。 図７との対比において従来のトランジスタアクティブ基板の一部を拡大して示す説明図である。 表面粗さの定義を説明するための図面である。 本発明に係るトランジスタアクティブ基板の別の構成例を説明する図面である。 本発明に係るトランジスタアクティブ基板のさらに別の構成例を説明する図面である。 本発明の一実施形態に係る電気泳動ディスプレイの概略構成を説明する図面である。 本発明の別の実施形態に係る電気泳動ディスプレイの概略構成を説明する図面である。

符号の説明

１０１…ゲート電極
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…層間膜
１１１…スルーホール

Claims (11)

1. 基板上に、第１の電極が形成され、該第１の電極上に第１の絶縁膜が形成され、該第１の絶縁膜上に第２の対電極が形成され、該第２の対電極上に半導体材料からなる活性層が形成されることによりトランジスタが構成され、
   該トランジスタ上に第２の絶縁膜を堆積し、さらに該第２の絶縁膜より上に前記第２の対電極の一方と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の対電極の表面粗さをＲa（Ｍ）、前記第２の絶縁膜の厚さをＤ（Ｉ）としたときに、Ｄ（Ｉ）≦Ｒa（Ｍ）×１５となることを特徴とするトランジスタアクティブ基板。
2. 基板上に、第１の電極が形成され、該第１の電極上に第１の絶縁膜が形成され、該第１の絶縁膜上に第２の対電極が形成され、該第２の対電極上に半導体材料からなる活性層が形成されることによりトランジスタが構成され、
   該トランジスタ上に第２の絶縁膜を堆積し、該第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を堆積し、さらに該第３の絶縁膜より上に、該第３の絶縁膜に設けられたスルーホールを介して前記第２の対電極の一方と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トランジスタアクティブ基板であって、
   前記活性層の表面粗さをＲa（Ｓ）、前記第２の対電極の表面粗さをＲa（Ｍ）、前記第２の絶縁膜の厚さをＤ（Ｉ）としたときに、Ｒa（Ｓ）×１５≦Ｄ（Ｉ）≦Ｒa（Ｍ）×１５となることを特徴とするトランジスタアクティブ基板。
3. 基板上に、第１の電極が形成され、該第１の電極上に第１の絶縁膜が形成され、該第１の絶縁膜上に半導体材料からなる活性層が形成され、該活性層上に第２の対電極が形成されることによりトランジスタが構成され、
   該トランジスタ上に第２の絶縁膜を堆積し、さらに該第２の絶縁膜より上に前記第２の対電極の一方と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の対電極の表面粗さをＲa（Ｍ）、前記第２の絶縁膜の厚さをＤ（Ｉ）としたときに、Ｄ（Ｉ）≦Ｒa（Ｍ）×１５となることを特徴とするトランジスタアクティブ基板。
4. 基板上に、第１の電極が形成され、該第１の電極上に第１の絶縁膜が形成され、該第１の絶縁膜上に半導体材料からなる活性層が形成され、該活性層上に第２の対電極が形成されることによりトランジスタが構成され、
   該トランジスタ上に第２の絶縁膜を堆積し、該第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を堆積し、さらに該第３の絶縁膜より上に、該第３の絶縁膜に設けられたスルーホールを介して前記第２の対電極の一方と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トランジスタアクティブ基板であって、
   前記活性層の表面粗さをＲa（Ｓ）、前記第２の対電極の表面粗さをＲa（Ｍ）、前記第２の絶縁膜の厚さをＤ（Ｉ）としたときに、Ｒa（Ｓ）×１５≦Ｄ（Ｉ）≦Ｒa（Ｍ）×１５となることを特徴とするトランジスタアクティブ基板。
5. 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の対電極と前記第３の電極との間に前記第２の絶縁膜が介在した状態で前記第２の対電極の一方と前記第３の電極との間が電気的に導通していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のトランジスタアクティブ基板。
6. 前記活性層が有機半導体材料からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のトランジスタアクティブ基板。
7. 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１〜６のいずれか１項に記載のトランジスタアクティブ基板。
8. 前記第２の絶縁膜が化学気相蒸着法を利用して形成される有機膜または無機膜であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のトランジスタアクティブ基板。
9. 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の対電極上に半導体材料からなる活性層を形成することによりトランジスタを構成させ、該トランジスタ上に第２の絶縁膜を堆積し、該第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を堆積し、さらに該第３の絶縁膜より上に、該第３の絶縁膜に設けられたスルーホールを介して前記第２の対電極の一方と電気的導通がとられた第３の電極を積層するようにし、前記活性層の表面粗さをＲa（Ｓ）、前記第２の対電極の表面粗さをＲa（Ｍ）、前記第２の絶縁膜の厚さをＤ（Ｉ）としたときに、Ｒa（Ｓ）×１５≦Ｄ（Ｉ）≦Ｒa（Ｍ）×１５とした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１の電極および前記第２の対電極が、インクジェット法により形成され、
   前記第１の絶縁膜がコーティングにより形成され、
   前記活性層がインクジェット法により形成され、
   前記第３の電極がスクリーン印刷法により形成されてなることを特徴とするトランジスタアクティブ基板の製造方法。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の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。
11. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の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、これらの間に設けられた隔壁層と、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。