JP5997299B2 - 薄膜トランジスタ - Google Patents
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Description
本発明では、平坦化性、耐熱性、耐薬品性に優れた硬化性組成物を用いたプライマー層を設けた透明フィルム上に形成した薄膜トランジスタを与え得る。
本発明で得られる薄膜トランジスタとは、電界効果トランジスタ(FET)を示し、ソース、ドレイン、ゲート電極から形成されている3端子型、およびバックゲートを含む4端子型のトランジスタのことであり、ゲート電極に電圧印加することで発生するチャネルの電界によりソース/ドレイン間の電流を制御する薄膜型のトランジスタを示す。
薄膜トランジスタは、アクティブマトリクス型のフラットパネルディスプレイにおける画素トランジスタとして広く用いられている。ディスプレイを安定的に駆動させるためトランジスタの特性として、閾値電圧、ヒステリシス、ON/OFF比が重要特性として挙げられる。
フレキシブルディスプレイなどへの展開のためには薄膜トランジスタは屈曲性を有する基材上に設ける必要がある。屈曲性を有する材料としては金属薄膜、樹脂フィルムを挙げることができる。基材の加工性、取り扱い性、透明性を有する面からは樹脂フィルムが優れている。用いることができる樹脂フィルムとしては特に限定はないが、例えばポリエステル系、ポリスルホン系、ポリオレフィン系、シクロオレフィン系、ポリアクリル系、ポリカーボネート系、ポリアリレート系、ポリスチレン系、ポリイミド系、ポリアラミド系などが挙げられる。
本発明のプライマー層の厚みに関しては、フィルムの表面平坦化性が確保できる厚みであれば特に限定されないが、プライマー層を形成したフィルムを屈曲させた場合に追随性を有しクラックが発生しにくいという観点よりできる限り薄膜である事が好ましく、10μm以下である事が好ましく、5μm以下である事が好ましい。
本発明の硬化性組成物について説明する。
硬化性組成物は溶液状態で層状となすことが可能で、高い平坦性、耐薬品性、耐熱性、透明性を発現するものであれば特に限定されるものではなく、エポキシ系化合物、アクリル系化合物、フェノール系化合物、ベンゾオキサゾール系化合物、イミド系化合物、シアネート系化合物、フッ素系化合物、ポリシロキサン系化合物などが挙げられる。
また、樹脂構造中に下記一般式(I)
硬化性組成物を層状に設けて後硬化させる場合、熱もしくは光エネルギーを外部より加えて架橋させ高い耐薬品性、耐熱性を発現させてもよい。硬化反応としては特に限定されるものではないが、カチオン重合反応、ラジカル重合反応、ヒドロシリル化反応、重縮合反応などが挙げることができ、小さなエネルギーで効率的に硬化反応が進めることができるという観点より、カチオン重合反応、ラジカル重合反応、ヒドロシリル化反応が好ましく、未反応部位が生成しにくいという観点より、ヒドロシリル化反応を用いるものが好ましい。
硬化性組成物を層状に均一に設ける場合、溶剤を使用してもよい。使用できる溶剤は特に限定されるものではなく具体的に例示すれば、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素系溶剤、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル等のエーテル系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテル−2−アセテート(PGMEA)、エチレングリコールジエチルエーテル等のグリコール系溶剤、クロロホルム、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン系溶剤を好適に用いることができる。
使用量が少ないと、低粘度化等の溶剤を用いることの効果が得られにくく、また、使用量が多いと、材料に溶剤が残留して熱クラック等の問題となり易く、またコスト的にも不利になり工業的利用価値が低下する。これらの、溶剤は単独で使用してもよく、2種類以上の混合溶剤として用いることもできる。
本発明の硬化性組成物において、光硬化性を有する場合、適宜光ラジカル重合開始剤、光カチオン重合開始剤を特に限定せず使用できる。
本発明の硬化性組成物には、光エネルギーで硬化させる場合には、光の感度向上のおよびg線(436nm)、h線(405nm)、i線(365nm)と言われるような高波長の光に感度を持たせるために、適宜、増感剤を添加する事ができる。これら増感剤は、上記カチオン重合開始剤及び/またはラジカル重合開始剤等と併用して使用し、硬化性の調整を行うことができる。添加する化合物には、アントラセン系化合物、チオキサントン系化合物などが挙げることができる。
本発明の硬化性組成物には、作業性、反応性、接着性、硬化物強度の調整のために適宜、反応性希釈剤を添加する事ができる。添加する化合物には、硬化反応形式によって選択して特に限定無く使用することが可能であり、エポキシ化合物、オキセタン化合物、アルコキシシラン化合物、(メタ)アクリレート化合物など重合基を有する化合物を使用する。
本発明の硬化性組成物には、接着性改良剤を添加することもできる。接着性改良剤としては一般に用いられている接着剤の他、例えば種々のカップリング剤、エポキシ化合物、オキセタン化合物、フェノール樹脂、クマロン−インデン樹脂、ロジンエステル樹脂、テルペン−フェノール樹脂、α−メチルスチレン−ビニルトルエン共重合体、ポリエチルメチルスチレン、芳香族ポリイソシアネート等を挙げることができる。
硬化性組成物には特性を改質する等の目的で、種々の熱可塑性樹脂を添加することも可能である。熱可塑性樹脂としては種々のものを用いることができるが、例えば、メチルメタクリレートの単独重合体あるいはメチルメタクリレートと他モノマーとのランダム、ブロック、あるいはグラフト重合体等のポリメチルメタクリレート系樹脂(例えば日立化成社製オプトレッツ等)、ブチルアクリレートの単独重合体あるいはブチルアクリレートと他モノマーとのランダム、ブロック、あるいはグラフト重合体等のポリブチルアクリレート系樹脂等に代表されるアクリル系樹脂、ビスフェノールA、3,3,5−トリメチルシクロヘキシリデンビスフェノール等をモノマー構造として含有するポリカーボネート樹脂等のポリカーボネート系樹脂(例えば帝人社製APEC等)、ノルボルネン誘導体、ビニルモノマー等を単独あるいは共重合した樹脂、ノルボルネン誘導体を開環メタセシス重合させた樹脂、あるいはその水素添加物等のシクロオレフィン系樹脂(例えば、三井化学社製APEL、日本ゼオン社製ZEONOR、ZEONEX、JSR社製ARTON等)、エチレンとマレイミドの共重合体等のオレフィン−マレイミド系樹脂(例えば東ソー社製TI−PAS等)、ビスフェノールA、ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレン等のビスフェノール類やジエチレングリコール等のジオール類とテレフタル酸、イソフタル酸、等のフタル酸類や脂肪族ジカルボン酸類を重縮合させたポリエステル等のポリエステル系樹脂(例えば鐘紡社製O−PET等)、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の他、天然ゴム、EPDMといったゴム状樹脂が例示されるがこれに限定されるものではない。
本発明の硬化性組成物には老化防止剤を添加してもよい。老化防止剤としては、ヒンダートフェノール系等一般に用いられている老化防止剤の他、クエン酸やリン酸、硫黄系老化防止剤等が挙げられる。ヒンダートフェノール系老化防止剤としては、チバスペシャリティーケミカルズ社から入手できるイルガノックス1010をはじめとして、各種のものが用いられる。硫黄系老化防止剤としては、メルカプタン類、メルカプタンの塩類、スルフィドカルボン酸エステル類や、ヒンダードフェノール系スルフィド類を含むスルフィド類、ポリスルフィド類、ジチオカルボン酸塩類、チオウレア類、チオホスフェイト類、スルホニウム化合物、チオアルデヒド類、チオケトン類、メルカプタール類、メルカプトール類、モノチオ酸類、ポリチオ酸類、チオアミド類、スルホキシド類等が挙げられる。また、これらの老化防止剤は単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
本発明の硬化性組成物には紫外線吸収剤を添加してもよい。紫外線吸収剤としては、例えば2(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−t−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジン)セバケート等が挙げられる。また、これらの紫外線吸収剤は単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
本発明の硬化性組成物には、その他、難燃剤、難燃助剤、界面活性剤、消泡剤、乳化剤、レベリング剤、はじき防止剤、アンチモン−ビスマス等のイオントラップ剤、チクソ性付与剤、保存安定改良剤、オゾン劣化防止剤、光安定剤、増粘剤、可塑剤、反応性希釈剤、酸化防止剤、熱安定化剤、帯電防止剤、放射線遮断剤、核剤、リン系過酸化物分解剤、滑剤、金属不活性化剤、熱伝導性付与剤、物性調整剤等を本発明の目的および効果を損なわない範囲において添加することができる。
薄膜トランジスタを設ける際使用したフィルム表面の平均表面粗さ(Ra)をレーザー干渉計(Canon製、商品名:Zygo)用いて測定し評価した。
実施例および比較例で得られた樹脂フィルムについて分光光度計(日本分光製)を用い500nmにおける光線透過率(T%)を測定し、透明性の指標とした。
作製したトランジスタにおいてソース/ドレイン間に−40Vの電圧を印加した状態で、ゲート電極に20〜−40Vで印加した際のソース/ドレイン間電流量(Id)をプロットし伝達特性とした。
電流伝達特性の曲線においてソース/ドレイン間に流れる電流Id、ゲート印加電圧Vgとした際の(Id)1/2とVg間の曲線より線形領域の延長線とVg軸との交点より算出した。
トランジスタ反復動作時において、閾値電圧の差をヒステリシスとして算出した。
オン時の電流Ionは、電流伝達特性の曲線において飽和領域での最大電流値とし、オフ時の電流Ioffは、オフ状態の最小電流から求めた。ON/OFF電流比Ion/Ioffは、オン状態の最大電流値とオフ状態の最小電流値との比から算出した。
300mL四つ口フラスコにトルエン72.4g、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン72.4gを入れて気相部を窒素置換した後、内温105℃とし、トリアリルイソシアヌレート10g、トルエン10g及び白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液(白金として3wt%含有)0.0063gの混合液を滴下した。1H−NMRでアリル基が消失したことを確認し、冷却により反応を終了した。溶剤のトルエンを減圧留去し、ポリシロキサン系化合物Aを得た。1H−NMR測定により、得られたポリシロキサン系化合物AよりSiH基由来のピークが確認されており、SiH基を有するポリシロキサン化合物であることがわかる。
200mL四つ口フラスコに製造参考例1で得られたポリシロキサン化合物A10g、トルエン20gを入れ、気相部を窒素置換した後、内温105℃とし、トルエン3.81g、ビニルシクロヘキセンオキシド3.81gの混合液を滴下した。1H−NMRでビニル基が消失したことを確認し、冷却により反応を終了した。溶剤のトルエンを減圧留去し、ポリシロキサン系化合物Bを得た。1H−NMR測定により、得られたポリシロキサン系化合物Bよりエポキシ基由来のピークが確認されており、エポキシ基を有するポリシロキサン化合物であることがわかる。
50μmPENフィルム基板1(テオネックス、帝人製)に製造参考例1の硬化性組成物1を2000rpm、20secの条件でスピンコートにより塗布し、150℃、1hでポストベイクしプライマー層2を形成した。真空蒸着製膜装置により厚さ500Åアルミ(Al)のゲート電極3を形成し、その上に製造参考例1の硬化性組成物1を2000rpm、20secの条件でスピンコートにより塗布し、150℃、1hでポストベイクしゲート絶縁膜4を形成した。さらに蒸着により500Åの厚さにペンタセンの有機半導体層5を形成させ、その上にチャネル長さ100μm、チャネル幅5mmのマスクを用いて蒸着によって厚さ300Åのソース/ドレインAu電極6、7を形成し薄膜トランジスタを製作した。
用いた硬化性組成物を製造実施例2の硬化性組成物2に変えたこと、塗布後ポストベイク前にUV光を150mJ/cm2露光させる工程を加える以外は参考例1と同様にして薄膜トランジスタを作製した。
プライマー層2を設けない以外は参考例1と同様にして薄膜トランジスタを作製した。
2 プライマー層
3 ゲート電極
4 ゲート絶縁膜
5 有機半導体層
6 ソース電極
7 ドレイン電極
Claims (8)
- 樹脂フィルム、樹脂フィルム上に形成された光重合官能基を有する硬化性組成物からなるプライマー層、および、プライマー層上に形成された光重合官能基を有する硬化性組成物からなるゲート絶縁膜を有する薄膜トランジスタであって、
プライマー層の平坦性Raは30nm以下であり、
プライマー層を設けた樹脂フィルムにおいて、500nmでの光線透過率が80%以上であり、閾値電圧が−5〜5Vである薄膜トランジスタ。 - 硬化性組成物がポリシロキサン系化合物であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 硬化性組成物が下記一般式(I)
- 光重合官能基がエポキシ基、架橋性ケイ素基および(メタ)アクリロイル基からなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
- 光重合官能基が、脂環式エポキシ基であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
- 光重合官能基が、アルコキシリル基であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
- 樹脂フィルムがポリエステル系材料であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
- 半導体層として有機半導体を用いて形成されることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
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