JP2005302893A - 電子デバイス用基板及びその製造方法並びに電子デバイスユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】 半導体層に有機材料を含むトランジスタを備えた電子デバイス用基板において、基板上に設けられる電子デバイスと良好な密着性を保ち、電子デバイスの耐久性を向上させることができる電子デバイス用基板及びその製造方法を提供する。更に、特性劣化の少ない電子デバイスユニットを提供する。
【解決手段】 半導体層12に有機材料を含むトランジスタ10を備え、トランジスタ10の少なくとも一部が、基板に埋設されていることを特徴とする電子デバイス用基板1とし、この電子デバイス用基板1上に、シート状の電子デバイス18が設けられている電子デバイスユニット20とする。
【選択図】 図1
【解決手段】 半導体層12に有機材料を含むトランジスタ10を備え、トランジスタ10の少なくとも一部が、基板に埋設されていることを特徴とする電子デバイス用基板1とし、この電子デバイス用基板1上に、シート状の電子デバイス18が設けられている電子デバイスユニット20とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は半導体層に有機材料を含むトランジスタを備えた電子デバイス用基板及びその製造方法並びに電子デバイスユニットに関する。
現在、薄膜トランジスタ(以下、TFTという)は、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ等における駆動デバイスとして好適に使用されている。このTFTは、種々の構成が提案されているが、基本的には、半導体層に接触して設けられたソース電極及びドレイン電極と、半導体層に対して絶縁層を介して設けられたゲート電極とを備え、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流を、ゲート電極に印加される電圧(つまり、印加される電圧で発生する電界)により制御できるように構成されている。
そして、TFTの構成要素である前記半導体層に関し、現在実用化されている半導体材料としては、結晶シリコンに比べ特性面では劣るものの、比較的安価であるアモルファスシリコンや低温ポリシリコン等がある。また、ゲート電極が設けられる前記絶縁層に関し、現在実用化されている絶縁材料としては、酸化シリコンや窒化シリコン等がある。しかし、これらの半導体材料及び絶縁材料を用いるTFTの製造プロセスでは、プラズマCVD法等に使用する大規模な装置や、精密加工のための薄膜制御装置等を必要とするため、TFTの製造コストが高くなる。また、前記製造プロセスは、一般に、350℃を越える処理温度を必要とするプロセスを含むため、使用可能な材料(半導体材料、基板材料等)には制限がある。
ところで、近年では、TFTに適用可能な半導体として、有機材料で構成される有機半導体が注目されている。この有機半導体によれば、前述したアモルファスシリコンや低温ポリシリコン等の無機系の半導体を用いる場合に比べ、低コストかつ低温プロセスであるスピンコーティング、インクジェット印刷、浸漬コーティング等の製造プロセスによって、前記半導体層を形成することが可能である。そのため、TFTの製造コストを低コスト化することが可能であり、更に、使用可能な材料に関しても、無機系の半導体を用いる場合に比べ、制限が緩和される。また、前記製造プロセスが適用可能なため、大面積を有する基板やフレキシブルな基板へTFTを形成することができ、これによって大画面ディスプレイや、シートライク又はペーパーライクなディスプレイ等への用途拡大が期待される。
これまでに、有機半導体により形成されたTFT(以下、単に「有機TFT」という)を用いた電子デバイスやその製造方法について様々な提案がなされている。例えば、特許文献1〜3には、表示デバイス等の電子デバイスを形成するための基板として、有機TFTが積層形成された基板(以下、単に「有機TFT積層基板」という)が提案されている。
特許第2813428号公報
特許第3224829号公報
特開平11−204774号公報
しかしながら、特許文献1〜3に提案されている有機TFT積層基板は、それらを形成する基材上に構成要素を積み重ねて構成されているため、有機TFTが基材上に形成された状態において、その基板表面には凸凹が存在する。そのため、基板表面にシート状の電子デバイスを実装した場合に、基板との密着性が悪くなるおそれがある。また、基板表面に直接シート状の電子デバイスを形成した場合も、基板表面の凸凹の存在により、電子デバイスにクラック等が発生し、特性が劣化するおそれがある。これらの問題は、有機TFT積層基板のアプリケーションとして期待されているフレキシブルなデバイスへ応用する際に、より顕著となる。
本発明は、前記従来の問題を解決するためになされたものであり、半導体層に有機材料を含むトランジスタを備えた電子デバイス用基板において、基板上に設けられる電子デバイスと良好な密着性を保ち、電子デバイスの耐久性を向上させることができる電子デバイス用基板及びその製造方法を提供する。更に、特性劣化の少ない電子デバイスユニットを提供する。
本発明の電子デバイス用基板は、半導体層に有機材料を含むトランジスタを備えた電子デバイス用基板であって、前記トランジスタの少なくとも一部が、前記電子デバイス用基板に埋設されていることを特徴とする。
本発明の電子デバイス用基板の製造方法は、前記電子デバイス用基板を構成する基材に前記トランジスタを設けるための凹状部分を形成し、前記凹状部分の所定の位置に前記トランジスタを形成することを特徴とする。
本発明の電子デバイスユニットは、本発明の電子デバイス用基板と、この電子デバイス用基板上に設けられたシート状の電子デバイスとを含むことを特徴とする。
本発明の電子デバイス用基板によれば、トランジスタの少なくとも一部が電子デバイス用基板に埋設されているため、トランジスタ形成後の基板表面の凹凸を少なくすることができる。これにより、基板表面に設けられる電子デバイスと良好な密着性を保ち、電子デバイスの耐久性を向上させることができる。また、本発明の電子デバイス用基板の製造方法によれば、本発明の電子デバイス用基板に設けられるトランジスタを精度よく形成することができる。また、本発明の電子デバイスユニットによれば、本発明の電子デバイス用基板上に、シート状の電子デバイスを設けているので、特性劣化の少ない電子デバイスユニットが実現できる。
本発明の電子デバイス用基板(以下、単に「基板」とも称する)は、半導体層に有機材料を含むトランジスタ(以下、「有機トランジスタ」と略称する)を備えている。有機トランジスタとしては、例えば、直鎖状アセンやπ共役系オリゴマー等といった低分子系有機材料や、π共役系ポリマーやコポリマー等の高分子系有機材料を半導体層として用いた有機TFTが挙げられる。そして、本発明の電子デバイス用基板は、この有機トランジスタの少なくとも一部が基板に埋設されている。これにより、基板表面の凹凸を少なくすることができるため、基板表面に設けられる電子デバイスと良好な密着性を保ち、電子デバイスの耐久性を向上させることができる。また、本発明の電子デバイス用基板は、有機トランジスタの全ての構成要素が基板に埋設されていてもよい。この構成によっても、基板表面の凹凸を少なくすることができる。なお、本発明の電子デバイス用基板を構成する基材は特に限定されないが、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、ポリイミド等の可撓性を有する基材が好ましい。可撓性を有する基材を用いることにより、基板の屈曲性や耐衝撃性を向上させることができる。
また、本発明の電子デバイス用基板は、有機トランジスタの最外層の表面が、基板の主表面と面一になるように構成されていることが好ましい。この構成によれば、基板表面をほぼフラットにすることができるため、基板表面の凹凸をより少なくすることができる。なお、「主表面」とは、主たる表面をいい、基板を平面視した際において正面に位置する表面をいう。また、「面一」とは、実質的に面一であればよく、プロセス上の制約により生ずる誤差に起因する段差(通常1μm未満)は考慮しないものとする。
更に、本発明の電子デバイス用基板は、有機トランジスタの表面が、基板を構成する基材で覆われていることがより好ましい。この構成によれば、有機トランジスタに起因する基板表面の凹凸をほぼ無くすことができる。
また、本発明の電子デバイス用基板は、外部からの気体又は液体の浸入を遮断して前記有機材料を保護する保護層が設けられていることが好ましい。この構成により、有機材料の劣化の原因となる外部からの気体又は液体の浸入を遮断する効果を基板に持たせることができる。好ましい保護層の材料としては、例えば、Al,Ni,Cr等の金属やそれらの合金、あるいは無機酸化物や無機窒化物等の絶縁物が挙げられる。また、本発明の電子デバイス用基板は、有機トランジスタに設けられた電極に接続された配線の少なくとも一部が、基板に埋設されていることが好ましい。この構成により、基板表面での配線の引き回しを少なくすることができるため、基板表面の凹凸をより少なくすることができる。
本発明の電子デバイス用基板の製造方法は、前記電子デバイス用基板の製造方法であって、基板を構成する基材に有機トランジスタを設けるための凹状部分を形成し、この凹状部分の所定の位置に有機トランジスタを形成する製造方法である。これにより、本発明の電子デバイス用基板に設けられる有機トランジスタを精度よく形成することができる。なお、凹状部分の形成方法は特に限定されないが、例えば、レーザー加工等により形成すればよい。また、本発明の電子デバイス用基板の製造方法は、有機トランジスタを設けるための凹状部分を形成する際に、基板を構成する1つ以上の第1基材に有機トランジスタを設けるための孔を形成し、前記孔が形成された第1基材に、基板を構成する第2基材を張り合わせる製造方法であってもよい。この場合、基板を構成する基材は、前記第1基材と前記第2基材とから構成される。
また、本発明の電子デバイス用基板の製造方法は、有機トランジスタを形成した後で、この有機トランジスタを覆うように、更に基板を構成する上層基材を張り合わせることが好ましい。この場合、基板を構成する基材は、有機トランジスタが形成された基材(下層基材)と前記上層基材とから構成される。この製造方法により、有機トランジスタに起因する基板表面の凹凸をほぼ無くすことができる。
また、本発明の電子デバイス用基板の製造方法は、有機トランジスタを構成する層のうち少なくとも1つの層の形成方法が、前記層を形成する有機材料を所定の溶媒、例えば、
水、キシレン、イソプロピルアルコール、クロロホルム等に溶解させ、溶媒に溶解した有機材料の所望量を凹状部分の所定の位置にインクジェット印刷法等により塗布し、溶媒を乾燥させる形成方法であることが好ましい。また、前記製造方法において、凹状部分を、有機トランジスタを構成する際の層数に応じて複数段に形成し、かつ、有機トランジスタを構成する層のうち少なくとも2つの層の形成方法が、前記層を形成する有機材料を所定の溶媒に溶解させ、溶媒に溶解した有機材料の所望量を凹状部分の所定の位置に塗布し、溶媒を乾燥させる形成方法であることが好ましい。この製造方法により、例えば、有機トランジスタの構成要素のうち半導体層及び絶縁層が有機材料で構成されている場合に、凹状部分に形成された段差を利用して、各々の構成層を順次形成することができる。
水、キシレン、イソプロピルアルコール、クロロホルム等に溶解させ、溶媒に溶解した有機材料の所望量を凹状部分の所定の位置にインクジェット印刷法等により塗布し、溶媒を乾燥させる形成方法であることが好ましい。また、前記製造方法において、凹状部分を、有機トランジスタを構成する際の層数に応じて複数段に形成し、かつ、有機トランジスタを構成する層のうち少なくとも2つの層の形成方法が、前記層を形成する有機材料を所定の溶媒に溶解させ、溶媒に溶解した有機材料の所望量を凹状部分の所定の位置に塗布し、溶媒を乾燥させる形成方法であることが好ましい。この製造方法により、例えば、有機トランジスタの構成要素のうち半導体層及び絶縁層が有機材料で構成されている場合に、凹状部分に形成された段差を利用して、各々の構成層を順次形成することができる。
本発明の電子デバイスユニットは、本発明の電子デバイス用基板と、この電子デバイス用基板上に設けられたシート状の電子デバイスとを含む。ここで、本発明の電子デバイス用基板は、前述したように基板表面の凹凸が少ないため、基板と、この基板上に設けたシート状の電子デバイスとの密着性を良好に保ち、電子デバイスの耐久性を向上させることができる。これにより、特性劣化の少ない電子デバイスユニットが実現できる。また、本発明の電子デバイスユニットは、シート状の電子デバイスとして、有機EL等の表示デバイスが設けられていてもよい。この構成により、特性劣化の少ないフレキシブルなディスプレイ等を実現できる。更に、前記電子デバイスユニットにおいて、シート状の電子デバイスとして、電池が設けられていてもよい。この構成により、別途電源を接続することなく、単体で駆動できるフレキシブルなディスプレイ等を実現することができる。なお、シート状の電池としては、例えばリチウムポリマー電池等が挙げられる。以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
[第1実施形態]
まず、本発明の第1実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図1Aは、本発明の第1実施形態に係る電子デバイス用基板の1画素分の斜視図であり、図1Bは、前記電子デバイス用基板上に、シート状の電子デバイスとして、有機EL(表示デバイス)を設けた電子デバイスユニットを、図1AのI−I矢視方向から見た断面図である。
まず、本発明の第1実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図1Aは、本発明の第1実施形態に係る電子デバイス用基板の1画素分の斜視図であり、図1Bは、前記電子デバイス用基板上に、シート状の電子デバイスとして、有機EL(表示デバイス)を設けた電子デバイスユニットを、図1AのI−I矢視方向から見た断面図である。
図1Aに示すように、本発明の第1実施形態に係る電子デバイス用基板1は、有機トランジスタ10、基材11、画素電極17、ソース走査ライン13s、ゲート走査ライン15s及び絶縁層16bを備えている。
図1Bに示すように、有機トランジスタ10は、基材11に形成された凹状部分11aに、ソース電極13、ドレイン電極14及び有機半導体層12を備え、基材11に形成された凹状部分11bに、ゲート絶縁層16aを備え、更に、ゲート絶縁層16a上にゲート電極15を備えている。そして、ドレイン電極14は、画素電極17に接続されている。
図1Aに示すように、ソース走査ライン13sの突設部13aには、同一ラインの他のソース電極とともにソース電極13(図1B参照)が接続され、ゲート走査ライン15sには、同一ラインの他のゲート電極とともにゲート電極15が接続されている。また、ソース走査ライン13sとゲート走査ライン15sとが交差する部分には、凹状部分11cが設けられており、ソース走査ライン13sが凹状部分11cの底を迂回してゲート走査ライン15sと交差するように構成されている。そして、ソース走査ライン13sとゲート走査ライン15sとを絶縁するための絶縁層16bが、凹状部分11cに設けられている。
以上のように構成された電子デバイス用基板1は、図1Bに示すように、有機トランジスタ10に備えたゲート電極15の表面15a(即ち有機トランジスタ10の最外層であるゲート電極15の表面)が、画素電極17の表面17a(即ち電子デバイス用基板1の主表面)と面一になっている。これにより、電子デバイス用基板1の表面をほぼフラットにすることができる。
更に、図1Bに示すように、電子デバイス用基板1の表面には、有機EL層18が蒸着等によりシート状に積層形成され、この有機EL層18の表面(上面)には、画素電極17に対向するように表層電極19が蒸着等により形成されて、シート状の表示デバイスを備えた電子デバイスユニット20が形成されている。ここで、電子デバイス用基板1の表面は、前述したようにほぼフラットに形成されているため、電子デバイス用基板1と有機EL層18との間の密着性が良好に保たれ、有機EL層18の耐久性が向上する。これにより、特性劣化の少ない電子デバイスユニット20が得られる。
次に、本発明の第1実施形態に係る電子デバイス用基板1の製造方法について適宜図面を参照して説明する。参照する図2は、電子デバイス用基板1の製造工程を示す断面図であり、図3は、電子デバイス用基板1の製造工程を示す斜視図である。
まず、図2Aに示す電子デバイス用基板1の基材11の表面(上面)に、図2Bに示すように、レーザー加工等によって凹状部分11a,11b,11c(図3C参照)を形成する。ここで、凹状部分11a及び凹状部分11bは、それぞれ有機半導体層12及びゲート絶縁層16aを埋設する部分であり、図2Bに示すように2段に形成され、各々の側面は、基材11の主表面に対して傾斜を持たせている。
次に、図2C,図3Cに示すように、基材11の表面の所定位置に、ソース電極13、ソース走査ライン13s、ドレイン電極14及び画素電極17を蒸着等により形成する。続いて、図2D,図3Dに示すように、クロロホルム等の溶媒に溶解させたポリチオフェン誘導体等の有機半導体材料を、凹状部分11aが埋まる程度に所望量塗布し、溶媒を乾燥させることで有機半導体層12を形成する。そして、図2Eに示すように、水等の溶媒に溶解させたポリビニルアルコール等の有機絶縁体材料を、凹状部分11b,11c(図3D参照)が埋まる程度に所望量塗布し、溶媒を乾燥させることでゲート絶縁層16a,絶縁層16b(図1A参照)を形成する。最後に、図2Fに示すように、ゲート絶縁層16a,絶縁層16b及び基材11の所定位置に、ゲート電極15及びゲート走査ライン15s(図1A参照)を蒸着等により形成し、電子デバイス用基板1を得る。
なお、画素電極17とドレイン電極14、ソース電極13とソース走査ライン13s、ゲート電極15とゲート走査ライン15s等の電極パターンは、必ずしも一体形成する必要はなく、予め一方の電極を形成しておいて、後の工程でもう一方の電極を接続形成してもよい。また、有機半導体層や絶縁層を形成するのに利用される凹状部分の側面は、基材の主表面に対して垂直に形成してもよいが、本実施形態で示したように、傾斜を持たせて形成した方が有機材料を塗布する際の位置決めがし易い上、ステップ部分への電極配線がし易くなるので好ましい。
また、図4に示すように、同じ有機材料が塗布形成される凹状部分41b,41c(ここではともに絶縁層を想定)を、凹状部分41dを形成して接続してもよい。これにより、塗布工程を減らすことができる上、1回の塗布に必要な量を増やせるので厚み精度が増し、よりフラットな基板を形成することができる。また、凹状部分41dを深く形成したり、凹状部分41dを形成せずに凹状部分41b,41cを拡大して形成したりすることでも、1回の塗布量に必要な量を増やせるので厚み精度が増し、よりフラットな基板を形成することができる。
また、図2及び図3で説明した電子デバイス用基板1の製造方法では、1つの基材11に直接凹状部分を形成する方法を示したが、図5に示すように、第1基材51y,51z及び第2基材51xを用意し(図5A)、第1基材51y,51zに所定形状の孔51o1,51o2を形成して(図5B)、前記3枚の基材51x,51y,51zを、例えば熱プレス等の手段を用いて張り合わせることにより(図5C)、凹状部分51a,51bを形成してもよい。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図6は、第2実施形態に係る電子デバイス用基板上に、シート状の電子デバイスとして、有機EL(表示デバイス)を設けた電子デバイスユニットの断面図で、第1実施形態で参照した図1Bに相当する図である。本発明の第2実施形態に係る電子デバイス用基板は、第1実施形態の構成において、有機トランジスタの全ての構成要素が、基板に埋設されている。以下、第1実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その説明は省略する。
次に、本発明の第2実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図6は、第2実施形態に係る電子デバイス用基板上に、シート状の電子デバイスとして、有機EL(表示デバイス)を設けた電子デバイスユニットの断面図で、第1実施形態で参照した図1Bに相当する図である。本発明の第2実施形態に係る電子デバイス用基板は、第1実施形態の構成において、有機トランジスタの全ての構成要素が、基板に埋設されている。以下、第1実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その説明は省略する。
図6に示すように、本発明の第2実施形態に係る電子デバイス用基板60は、ゲート電極15の表面15aが、基材11の主表面11sに対し、図6中下方に位置しており、有機トランジスタ10の全ての構成要素が、電子デバイス用基板60に埋設されている。これにより、第1実施形態と同様に、従来の有機TFT積層基板と比べ、基板表面の凹凸を少なくすることができる。
また、電子デバイス用基板60の表面には、第1実施形態と同様に、有機EL層18がシート状に積層形成され、この有機EL層18の表面(上面)には、画素電極17に対向するように表層電極19が形成されて、シート状の表示デバイスを備えた電子デバイスユニット61が形成されている。ここで、電子デバイス用基板60の表面は、前述したように従来の有機TFT積層基板と比べ凹凸が少ないため、電子デバイス用基板60と有機EL層18との間の密着性が良好に保たれ、有機EL層18の耐久性が向上する。これにより、特性劣化の少ない電子デバイスユニット61が得られる。なお、電子デバイス用基板60の製造方法は、図2及び図3で説明した電子デバイス用基板1の製造方法と同様なので、説明は省略する。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図7は、第3実施形態に係る電子デバイス用基板上に、シート状の電子デバイスとして、有機EL(表示デバイス)を設けた電子デバイスユニットの断面図である。
次に、本発明の第3実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図7は、第3実施形態に係る電子デバイス用基板上に、シート状の電子デバイスとして、有機EL(表示デバイス)を設けた電子デバイスユニットの断面図である。
図7に示すように、本発明の第3実施形態に係る電子デバイス用基板70は、有機トランジスタ80、基材71及び画素電極77を備え、更に、図示はしないが、ソース走査ライン、ゲート走査ライン等も備えている。
有機トランジスタ80は、基材71に形成された凹状部分71aに、ソース電極73、ドレイン電極74及び有機半導体層72を備え、有機半導体層72上にゲート絶縁層76を備え、更に、ゲート絶縁層76上にゲート電極75を備えている。そして、有機半導体層72の表面72aは、画素電極77の表面77a(即ち電子デバイス用基板70の主表面)と面一になっている。また、ドレイン電極74は、画素電極77に接続されている。
以上のように構成された電子デバイス用基板70は、図7に示すように、有機トランジスタ80の一部が、電子デバイス用基板70に埋設されている。これにより、従来の有機TFT積層基板と比べ、基板表面の凹凸を少なくすることができる。
更に、図7に示すように、電子デバイス用基板70の表面には、有機EL層78が蒸着等によりシート状に積層形成され、この有機EL層78の表面(上面)には、画素電極77に対向するように表層電極79が蒸着等により形成されて、シート状の表示デバイスを備えた電子デバイスユニット81が形成されている。ここで、電子デバイス用基板70の表面は、前述したように従来の有機TFT積層基板と比べ凹凸が少ないため、電子デバイス用基板70と有機EL層78との間の密着性が良好に保たれ、有機EL層78の耐久性が向上する。これにより、特性劣化の少ない電子デバイスユニット81が得られる。
次に、本発明の第3実施形態に係る電子デバイス用基板70の製造方法について適宜図面を参照して説明する。参照する図8は、電子デバイス用基板70の製造工程を示す断面図である。なお、図8で示していない電子デバイス用基板70の他の構成要素の形成方法は、図2及び図3で説明した電子デバイス用基板1の製造方法と同様なので、説明は省略する。
まず、図8Aに示す電子デバイス用基板70の基材71の表面に、図8Bに示すように、レーザー加工等によって凹状部分71aを形成する。次に、図8Cに示すように、基材71の表面の所定位置に、ソース電極73、ドレイン電極74及び画素電極77を蒸着等により形成する。続いて、図8Dに示すように、溶媒に溶解させた有機半導体材料を、凹状部分71aが埋まる程度に所望量塗布し、溶媒を乾燥させることで有機半導体層72を形成する。そして、図8Eに示すように、溶媒に溶解させた有機絶縁体材料を、有機半導体層72、ソース走査ライン(図示せず)の突設部73a及び画素電極77の表面の所定位置に所望量塗布し、溶媒を乾燥させることでゲート絶縁層76を形成する。最後に、図8Fに示すように、ゲート絶縁層76上の所定位置に、ゲート電極75を蒸着等により形成し、電子デバイス用基板70を得る。
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図9は、第4実施形態に係る電子デバイス用基板上に、シート状の電子デバイスとして、有機EL(表示デバイス)を設けた電子デバイスユニットの断面図である。
次に、本発明の第4実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図9は、第4実施形態に係る電子デバイス用基板上に、シート状の電子デバイスとして、有機EL(表示デバイス)を設けた電子デバイスユニットの断面図である。
図9に示すように、本発明の第4実施形態に係る電子デバイス用基板90は、有機トランジスタ100、下層基材91x、上層基材91y及び画素電極97を備え、上層基材91yの内部に、有機トランジスタ100に設けられたドレイン電極94と画素電極97とを接続するためのビア電極97vを備えている。更に、図示はしないが、ソース走査ライン、ゲート走査ライン等も備えている。
有機トランジスタ100は、下層基材91xに形成された凹状部分91aに、ソース電極93、ドレイン電極94及び有機半導体層92を備え、下層基材91xに形成された凹状部分91bに、ゲート絶縁層96を備え、更に、ゲート絶縁層96上にゲート電極95を備えている。そして、有機トランジスタ100を覆うようにして、画素電極97を備えた上層基材91yが、画素電極97を上に向けて下層基材91x上に張り合わされることにより、ドレイン電極94がビア電極97vを介して画素電極97に接続されている。以上のように構成された電子デバイス用基板90は,有機トランジスタ100の表面が上層基材91yで覆われており、電子デバイス用基板90の表面に露出していないため、有機トランジスタ100に起因する基板表面の凹凸をほぼ無くすことができる。
更に、図9に示すように、電子デバイス用基板90の表面には、有機EL層98が、蒸着等によりシート状に積層形成され、この有機EL層98の表面(上面)には、画素電極97に対向するように表層電極99が蒸着等により形成されて、シート状の表示デバイスを備えた電子デバイスユニット101が形成されている。ここで、電子デバイス用基板90の表面は、前述したように凹凸がほとんど無いため、電子デバイス用基板90と有機EL層98との間の密着性が良好に保たれ、有機EL層98の耐久性が向上する。これにより、特性劣化の少ない電子デバイスユニット101が得られる。
次に、本発明の第4実施形態に係る電子デバイス用基板90の製造方法について適宜図面を参照して説明する。参照する図10は、電子デバイス用基板90の製造工程を示す断面図である。なお、図10で示していない電子デバイス用基板90の他の構成要素の形成方法は、図2及び図3で説明した電子デバイス用基板1の製造方法と同様なので、説明は省略する。
まず、図10Aに示す電子デバイス用基板90の下層基材91xの表面(上面)に、図10Bに示すように、レーザー加工等によって凹状部分91a,91bを形成する。次に、図10Cに示すように、下層基材91xの表面の所定位置に、ソース電極93及びドレイン電極94を蒸着等により形成する。続いて、図10Dに示すように、溶媒に溶解させた有機半導体材料を、凹状部分91aが埋まる程度に所望量塗布し、溶媒を乾燥させることで有機半導体層92を形成し、更に、溶媒に溶解させた有機絶縁体材料を、凹状部分91bが埋まる程度に所望量塗布し、溶媒を乾燥させることでゲート絶縁層96を形成する。続いて、図10Eに示すように、ゲート絶縁層96上にゲート電極95を蒸着等により形成し、予め画素電極97と、ドレイン電極94と接続するためのビア電極97vとを蒸着等により形成した上層基材91yを用意する。最後に、図10Fに示すように、画素電極97を上に向けて、上層基材91yを下層基材91x上に張り合わせて、電子デバイス用基板90を得る。
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図11Aは、第5実施形態に係る電子デバイス用基板上に、シート状の電子デバイスとして、有機EL(表示デバイス)を設けた電子デバイスユニットの断面図であり、図11Bは11Aに示す電子デバイスユニットの変形例である。本発明の第5実施形態に係る電子デバイス用基板は、第1実施形態の構成において、有機トランジスタを形成する有機材料を保護するため、基材の内部に、外部からの気体又は液体の浸入を遮断する保護層が設けられている。以下、第1実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その説明は省略する。
次に、本発明の第5実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図11Aは、第5実施形態に係る電子デバイス用基板上に、シート状の電子デバイスとして、有機EL(表示デバイス)を設けた電子デバイスユニットの断面図であり、図11Bは11Aに示す電子デバイスユニットの変形例である。本発明の第5実施形態に係る電子デバイス用基板は、第1実施形態の構成において、有機トランジスタを形成する有機材料を保護するため、基材の内部に、外部からの気体又は液体の浸入を遮断する保護層が設けられている。以下、第1実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その説明は省略する。
図11Aに示すように、本発明の第5実施形態に係る電子デバイス用基板110は、基材111の内部において、有機トランジスタ10の図11A中下方に、外部からの気体又は液体の浸入を遮断する保護層111pが設けられている。これにより、有機トランジスタ10を形成する有機材料の劣化を抑制することができる。なお、この保護層111pは、図11Bに示すように、有機トランジスタ10のみをカバーするように部分的に設けることもできる。また、本実施形態では、第1実施形態に係る電子デバイス用基板の基材中に、保護層が一層配置された場合を示したが、本発明に係るその他の構成の電子デバイス用基板に適用された場合でも同様の効果が得られる。また、配置される保護層は一層に限られる訳ではなく、有機トランジスタが形成された部分の上下の基材中にそれぞれ配置されてもよい。更に、本実施形態では、保護層が基材の内部に配置された場合を示したが、保護層が配置される個所はこれに限定されず、例えば、表層電極上に配置されてもよい。
また、電子デバイス用基板110の製造方法は、図2及び図3で説明した電子デバイス用基板1の製造方法において、基材中に保護層111pを挿入する工程が追加される。保護層111pの挿入は、例えば、基材111xと基材111yとの間に保護層111pを配置して、熱プレス等により張り合わせればよい。
[第6実施形態]
次に、本発明の第6実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図12は、第6実施形態に係る電子デバイス用基板上に、シート状の電子デバイスとして、有機EL(表示デバイス)を設けた電子デバイスユニットの断面図である。
次に、本発明の第6実施形態について適宜図面を参照して説明する。参照する図12は、第6実施形態に係る電子デバイス用基板上に、シート状の電子デバイスとして、有機EL(表示デバイス)を設けた電子デバイスユニットの断面図である。
図12に示すように、本発明の第6実施形態に係る電子デバイス用基板120は、有機トランジスタ130、下層基材121x、上層基材121y及び画素電極127を備え、上層基材121yの内部に、有機トランジスタ130に設けられたドレイン電極124と画素電極127とを接続するためのビア電極127vを備えている。更に、電子デバイス用基板120は、内部に、有機トランジスタ130に設けられた電極に接続される配線部121hを有しており、例えば、ゲート走査ラインやソース走査ライン等を3次元的に配線することができる。
有機トランジスタ130は、下層基材121xに形成された凹状部分121aに、ゲート電極125と、このゲート電極125上に設けられたゲート絶縁層126とを備え、下層基材121xに形成された凹状部分121bに、有機半導体層122を備え、更に、有機半導体層122と接触してソース電極123及びドレイン電極124を備えている。そして、有機トランジスタ130を覆うようにして、画素電極127を備えた上層基材121yが、画素電極127を上に向けて下層基材121x上に張り合わされることにより、ドレイン電極124がビア電極127vを介して画素電極127に接続されている。また、下層基材121xと上層基材121yとの間に配線部121hが設けられており、この配線部121hは、図示しない接続部にて有機トランジスタ130に設けられた電極と接続されている。以上のように構成された電子デバイス用基板120は,有機トランジスタ130及び配線部121hが、上層基材121yで覆われており、電子デバイス用基板120の表面に露出していないため、有機トランジスタ130及び配線部121hに起因する基板表面の凹凸をほぼ無くすことができる。
更に、図12に示すように、電子デバイス用基板120の表面には、有機EL層128が蒸着等によりシート状に積層形成され、この有機EL層128の表面(上面)には、画素電極127に対向するように表層電極129が蒸着等により形成されて、シート状の表示デバイスを備えた電子デバイスユニット131が形成されている。ここで、電子デバイス用基板120の表面は、前述したように凹凸がほとんど無いため、電子デバイス用基板120と有機EL層128との間の密着性が良好に保たれ、有機EL層128の耐久性が向上する。これにより、特性劣化の少ない電子デバイスユニット131が得られる。
次に、本発明の第6実施形態に係る電子デバイス用基板120の製造方法について適宜図面を参照して説明する。参照する図13は、電子デバイス用基板120の製造工程を示す断面図である。
まず、第1基材121x2,121x3及び第2基材121x1を用意する(図10A)。そして、第2基材121x1の所定位置に、ゲート電極125と内層配線121w1を形成し、第1基材121x2に、所定形状の孔121o1と内層配線用のビア電極121v1を形成し、更に第1基材121x3に所定形状の孔121o2と内層配線用のビア電極121v2を形成した後(図13B)、前記3枚の基材を張り合わせ、ゲート絶縁層126を形成するための凹状部分121aと、有機半導体層122を形成するための凹状部分121bと、内層配線用のビア電極121vとが形成された下層基材121xを得る(図13C)。
次に、図13Dに示すように、溶媒に溶解させた有機絶縁体材料を、凹状部分121aが埋まる程度に所望量塗布し、溶媒を乾燥させることでゲート絶縁層126を形成し、更に、溶媒に溶解させた有機半導体材料を、凹状部分121bが埋まる程度に所望量塗布し、溶媒を乾燥させることで有機半導体層122を形成する。続いて、図13Eに示すように、各層が設けられた下層基材121xの表面の所定位置に、ソース電極123、ドレイン電極124及び内層配線121w2を形成し、予め画素電極127と、ドレイン電極124と接続するためのビア電極127vとが形成された上層基材121yを用意する。最後に、図13Fに示すように、画素電極127を上に向けて、上層基材121yを下層基材121x上に張り合わせて、電子デバイス用基板120を得る。なお、本実施形態では、ソース走査ライン及びゲート走査ラインの構成について言及していないが、例えば、基材の内部に設けられる配線部として、ソース走査ライン及びゲート走査ラインを形成し、これらの走査ライン間にビア電極を形成せずに、基材を挟んで走査ライン同士を立体的に交差させることにより、これまでに説明した他の実施形態で必要であった、ソース走査ラインとゲート走査ラインとの間に配置される絶縁層を省くことが可能となる。
代表的な実施例として、第1実施形態の実施例について、図1A,B及び図14を参照して説明する。本実施例における基材11には、厚み100μmのポリエチレンテレフタレート(以下PETという)フィルムを用いた。このPETフィルムにレーザー加工機により、凹状部分11b(500μm×800μm×1μm高さ)と、凹状部分11c(500μm×250μm×1μm高さ)を8×8画素分(ピッチ3mm)形成した。更に、凹状部分11bの中心部分に凹状部分11a(150μm×500μm×0.5μm高さ)を形成し、階段状の凹状部分11a,11bを形成した。次に、画素電極17として、厚み50nmのLi/Mg−Ag/Au層を、マスク蒸着により形成した後、ソース電極13、ドレイン電極14、ソース走査ライン13s及びゲート走査ライン15s(凹状部分11cに掛かる部分は除く)として、厚み100nmのTi電極をマスク蒸着によりパターン形成した。次に、ポリチオフェン誘導体をクロロホルムに溶かし、インクジェット印刷法により凹状部分11aに塗布した後、乾燥し有機半導体層12を形成した。続いて、ポリビニルアルコールを水に溶かし、インクジェット印刷法により凹状部分11b,11cに塗布した後、乾燥しゲート絶縁層16a及び絶縁層16bを形成した。次に、ゲート電極15及びゲート走査ライン15sの絶縁層16b上の部分として、厚み100nmのTi電極をマスク蒸着によりパターン形成した。これにより、チャネル長50μm、チャネル幅350μmの有機トランジスタ10が埋設された電子デバイス用基板1を得た。更に、この電子デバイス用基板1上に、図1Bに示すように、有機EL層18として、厚み200nmのトリフェニルジアミン誘導体(TPD)/アルミニウムキノリノール錯体(Alq3)層を蒸着により形成し、続いて表層電極19として、厚み50nmのインジウム−スズ酸化物(ITO)層を蒸着により形成した。そして、表層電極19上に、保護層19c(図14)として、厚み500nmのAl2O3膜を、スパッタリング製膜により設けて、電子デバイスユニット140(図14)を得た。得られた電子デバイスユニット140の一部破断斜視図を図14に示す。電子デバイスユニット140は、図14に示すように8×8のマトリクス状の構成を有している。
比較例として、基材上に有機トランジスタの構成要素を積み重ねて形成した従来の電子デバイス用基板を作製したので、適宜図面を参照して説明する。参照する図15Aは、比較例に係る従来の電子デバイス用基板の1画素分の斜視図であり、図15Bは、この電子デバイス用基板上に、シート状の電子デバイスとして、有機ELを設けた電子デバイスユニットを、図15AのII−II矢視方向から見た断面図である。
図15Aに示すように、比較例に係る電子デバイス用基板150は、有機トランジスタ160、基材151、画素電極157、ソース走査ライン153s、ゲート走査ライン155s及び絶縁層156bを備えている。
図15Bに示すように、有機トランジスタ160は、基材151上に、有機半導体層152、ソース電極153及びドレイン電極154を備え、有機半導体層152上に、ゲート絶縁層156aを備え、更に、ゲート絶縁層156a上に、ゲート電極155を備えている。そして、ドレイン電極154は、画素電極157に接続されている。また、電子デバイス用基板150は、図15Bに示すように、有機トランジスタ160の全ての構成要素が、基材151上に積み重ねて構成されており、基板上に凸部を形成している。
そして、この電子デバイス用基板150上に、有機EL層158をシート状に積層形成し、更に、画素電極157に対向するように、有機EL層158上に表層電極159を形成した後、表層電極159上に、保護層(図示せず)として、Al2O3膜を設けて、8×8画素の表示装置である電子デバイスユニット170を得た。なお、各構成要素の材料、寸法等は前記実施例のものに準じた。
以上説明した実施例及び比較例の表示装置(8×8画素の表示装置)を、温度60℃、湿度85%の大気雰囲気下、60Hzの周期でランダムに各画素を点灯/非点灯させる動作(マトリクス駆動)を500時間行い、比較評価した。その結果、実施例の表示装置においては、欠陥画素は見られなかったが、比較例の表示装置では、約1割にあたる6画素で非点灯となる欠陥が見られた。この欠陥画素となった表示部をSEM観察したところ、有機トランジスタ設置部の凸部から伸長したクラックにより破壊が起きていることがわかった。以上の結果より、本発明の電子デバイス用基板(電子デバイスユニット)によれば、搭載される電子デバイスの耐久性が向上することがわかった。
また、実施例及び比較例の表示装置(外形寸法50mm×50mm)について、折り曲げ角度±10度、折り曲げ回数100回の繰り返し折り曲げ試験を行った。なお、折り曲げ角度とは、折り曲げない状態を0度、折り曲げて重ね合わせた状態を180度として測定した値である。その結果、実施例の表示装置においては、欠陥画素は見られなかったが、比較例の表示装置では、約半分にあたる34画素で非点灯となる欠陥が見られた。この欠陥画素となった表示部をSEM観察したところ、前述したマトリクス駆動試験と同様に、有機トランジスタ設置部の凸部から伸長したクラックにより破壊が起きていることがわかった。以上の結果より、本発明の電子デバイス用基板(電子デバイスユニット)によれば、屈曲性が向上することがわかった。
以上説明した実施例と比較例との比較から明らかなように、本発明の効果は、各構成要素の材料に起因するのではなく、有機トランジスタの少なくとも一部を基板に埋設して、基板表面の凹凸を少なくした結果生じるものである。したがって、本発明の各構成要素を形成する材料は、前記実施形態及び実施例で示した材料に限定されない。例えば、前記実施例では、基材としてPETフィルムを使用したが、ポリエチレンナフタレートやポリイミド等の別のポリマーフィルムを用いてもよいし、可撓性は無くなるがガラス基板やシリコン基板のような無機系の基材を用いても耐久性を向上させる効果は同様に得られる。
また、前記実施例では、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極等の各電極にTiを使用し、画素電極にLi/Mg−Ag/Auを使用したが、本発明に使用できる電極材料はこれらに限定されるものではなく、有機半導体層と表示デバイスとの関係により、有機、無機を問わず様々な導体材料が使用可能である。また、同様の理由で、有機半導体層及びゲート絶縁層も、前記実施例で使用したポリチオフェン誘導体及びポリビニルアルコールの組み合わせに限定されない。
また、前記実施形態及び実施例では、有機半導体層及び絶縁層を形成する場合にのみ、有機材料を溶媒に溶解させて凹状部分に塗布し、溶媒を乾燥させて形成する方法を用いたが、その他の有機トランジスタの構成要素、例えばソース電極、ドレイン電極、ゲート電極等の電極についても有機導電材料を用いて、同様の方法で形成することができる。その際、それらの電極形成部についても所望の形状に凹状部分を基材に形成しておくことで、精度よく有機トランジスタを構成できる。
また、前記実施形態及び実施例では、表示デバイスに有機ELを用いた場合についてのみ示したが、本発明に使用できる表示デバイスはこれに限定されず、例えば、前記実施形態及び実施例の有機EL層を液晶層に置き換えた場合においても同様の効果が得られる。なお、前記実施形態及び実施例では、いずれの場合も1つの画素を駆動するのに1つの有機トランジスタのみを用いた例について説明したが、複数の有機トランジスタを用いて1画素を駆動するように構成してもよい。複数の有機トランジスタを用いると、従来の方法では1画素あたりの基板表面の凸部が更に増えることになるが、本発明の電子デバイス用基板によれば、基板表面の凹凸が少ないので、1画素あたりの基板表面の凸部の増加を抑えることができる。
また、前記実施形態及び実施例では、本発明の電子デバイス用基板に、表示デバイスを直接搭載した場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、インダクタ、コンデンサ、抵抗等の受動部品がシート状に形成されたシートデバイスや、シート状の電池等を基板上に実装するような場合でも、本発明の電子デバイス用基板を使用することで、電子デバイスユニットの作製が容易になり、電子デバイスの耐久性も向上させることができる。例えば、有機トランジスタを備えたRFID(Radio Frequency Identification)タグや、各種センサ等を搭載するための基板にも応用できる。
1 電子デバイス用基板
10 有機トランジスタ
11 基材
11a,11b 凹状部分
12 有機半導体層
15a ゲート電極の表面(トランジスタの最外層の表面)
17a 画素電極の表面(電子デバイス用基板の主表面)
18 有機EL層
19c 保護層
20 電子デバイスユニット
51o1,51o2 孔
51x 基材
51x 第2基材
51y,51z 第1基材
51a,51b 凹状部分
60 電子デバイス用基板
61 電子デバイスユニット
70 電子デバイス用基板
71 基材
71a 凹状部分
72 有機半導体層
78 有機EL層
80 有機トランジスタ
81 電子デバイスユニット
90 電子デバイス用基板
91a,91b 凹状部分
91x 下層基材
91y 上層基材
92 有機半導体層
98 有機EL層
100 有機トランジスタ
101 電子デバイスユニット
110 電子デバイス用基板
111 基材
111p 保護層
120 電子デバイス用基板
121a,121b 凹状部分
121o1,121o2 孔
121h 配線部
121x 下層基材
121x1 第2基材
121x2,121x3 第1基材
121y 上層基材
122 有機半導体層
128 有機EL層
130 有機トランジスタ
131 電子デバイスユニット
140 電子デバイスユニット
10 有機トランジスタ
11 基材
11a,11b 凹状部分
12 有機半導体層
15a ゲート電極の表面(トランジスタの最外層の表面)
17a 画素電極の表面(電子デバイス用基板の主表面)
18 有機EL層
19c 保護層
20 電子デバイスユニット
51o1,51o2 孔
51x 基材
51x 第2基材
51y,51z 第1基材
51a,51b 凹状部分
60 電子デバイス用基板
61 電子デバイスユニット
70 電子デバイス用基板
71 基材
71a 凹状部分
72 有機半導体層
78 有機EL層
80 有機トランジスタ
81 電子デバイスユニット
90 電子デバイス用基板
91a,91b 凹状部分
91x 下層基材
91y 上層基材
92 有機半導体層
98 有機EL層
100 有機トランジスタ
101 電子デバイスユニット
110 電子デバイス用基板
111 基材
111p 保護層
120 電子デバイス用基板
121a,121b 凹状部分
121o1,121o2 孔
121h 配線部
121x 下層基材
121x1 第2基材
121x2,121x3 第1基材
121y 上層基材
122 有機半導体層
128 有機EL層
130 有機トランジスタ
131 電子デバイスユニット
140 電子デバイスユニット
Claims (15)
- 半導体層に有機材料を含むトランジスタを備えた電子デバイス用基板であって、
前記トランジスタの少なくとも一部が、前記電子デバイス用基板に埋設されていることを特徴とする電子デバイス用基板。 - 前記トランジスタの全ての構成要素は、前記電子デバイス用基板に埋設されている請求項1に記載の電子デバイス用基板。
- 前記トランジスタの最外層の表面は、前記電子デバイス用基板の主表面と面一になるように構成されている請求項1に記載の電子デバイス用基板。
- 前記トランジスタの表面は、前記電子デバイス用基板を構成する基材で覆われている請求項2に記載の電子デバイス用基板。
- 外部からの気体又は液体の浸入を遮断して前記有機材料を保護する保護層が設けられている請求項1〜4のいずれか1項に記載の電子デバイス用基板。
- 前記トランジスタに設けられた電極に接続された配線の少なくとも一部は、前記電子デバイス用基板に埋設されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の電子デバイス用基板。
- 前記電子デバイス用基板を構成する基材は可撓性を有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の電子デバイス用基板。
- 請求項1に記載の電子デバイス用基板の製造方法であって、
前記電子デバイス用基板を構成する基材に前記トランジスタを設けるための凹状部分を形成し、
前記凹状部分の所定の位置に前記トランジスタを形成することを特徴とする電子デバイス用基板の製造方法。 - 前記凹状部分を形成する際に、
前記電子デバイス用基板を構成する1つ以上の第1基材に前記トランジスタを設けるための孔を形成し、
前記孔が形成された前記第1基材に、前記電子デバイス用基板を構成する第2基材を張り合わせる請求項8に記載の電子デバイス用基板の製造方法。 - 前記トランジスタを形成した後で、前記トランジスタを覆うように、更に前記電子デバイス用基板を構成する上層基材を張り合わせる請求項8又は請求項9に記載の電子デバイス用基板の製造方法。
- 前記トランジスタを構成する層のうち少なくとも1つの層の形成方法は、
前記層を形成する有機材料を所定の溶媒に溶解させ、
前記溶媒に溶解した有機材料の所望量を前記凹状部分の所定の位置に塗布し、
前記溶媒を乾燥させる請求項8〜10のいずれか1項に記載の電子デバイス用基板の製造方法。 - 前記凹状部分を、前記トランジスタを構成する層数に応じて複数段に形成し、かつ、
前記トランジスタを構成する層のうち少なくとも2つの層の形成方法は、
前記層を形成する有機材料を所定の溶媒に溶解させ、
前記溶媒に溶解した有機材料の所望量を前記凹状部分の所定の位置に塗布し、
前記溶媒を乾燥させる請求項11に記載の電子デバイス用基板の製造方法。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の電子デバイス用基板と、前記電子デバイス用基板上に設けられたシート状の電子デバイスとを含むことを特徴とする電子デバイスユニット。
- 前記シート状の電子デバイスとして、表示デバイスが設けられている請求項13に記載の電子デバイスユニット。
- 前記シート状の電子デバイスとして、更に電池が設けられている請求項14に記載の電子デバイスユニット。
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JP2004114541A JP2005302893A (ja) | 2004-04-08 | 2004-04-08 | 電子デバイス用基板及びその製造方法並びに電子デバイスユニット |
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JP2004114541A JP2005302893A (ja) | 2004-04-08 | 2004-04-08 | 電子デバイス用基板及びその製造方法並びに電子デバイスユニット |
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-
2004
- 2004-04-08 JP JP2004114541A patent/JP2005302893A/ja not_active Withdrawn
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