专利名称：有机薄膜晶体管的制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有机薄膜晶体管的制法。
背景技术：
在液晶显示器、有机EL显示器等平板显示器、电子纸等电泳型显示器等显示装置中，使用有源矩阵型的驱动电路。该有源矩阵型的驱动电路由以晶格状形成在基板上的多个薄膜晶体管(以下，称为TFT)构成。在上述TFT中，近年，开发了用于代替以往的无机(Si)类TFT而能够进行低温处理且使用印刷方法容易实现大面积化的有机薄膜晶体管(以下，称为有机TFT)，利用了该有机TFT的特征(柔软性、挠性等)的较薄的柔性晶体管正在被付诸实用。如图3的(a) 图3的(c)所示，上述有机TFT主要包括栅电极、栅绝缘层、源电极及漏电极和由有机半导体材料构成的有机半导体层，通过上述构件的配置关系，大致将上述有机TFT区分为顶栅型的有机TFT和底栅型的有机TFT。此外，上述底栅型有机TFT 进一步分类为顶触点型(top contact)的有机TFT和底触点型(bottom contact)的有机 TFT(参照专利文献1、幻。对上述分类进行以下列举。A 顶栅型有机TFT在基材B上依次层叠源电极及漏电极(两者没有区别，都用S/D表示)、有机半导体层S C、栅绝缘层GD、栅电极G的顶栅型元件(参照图3的(a))。B 顶触点型有机TFT (底栅型的一种)在基材B上依次层叠有栅电极G、栅绝缘层GD、有机半导体层S C后，在该基材B 和有机半导体层S C之上形成源电极及漏电极(S/D)的顶触点型元件(参照图3的(b))。C 底触点型有机TFT (底栅型的一种)在基材B上依次层叠有栅电极G、栅绝缘层GD、源电极及漏电极(S/D)后，在该源电极及漏电极(S/D)之上的通道C部位层叠有机半导体层S C的底触点型元件(参照图3 的(C))作为构成上述有机TET的有机半导体层的有机半导体材料，可以举出戊省、丁省这样的低分子材料及η共轭体系高分子材料，近年来，尤其是不发生由高分子主链的扭曲产生的共轭体系的切断且结晶性高的聚乙炔、多吡咯、聚苯胺等的直链状聚合物及聚噻吩等受到关注。此外，在使用上述高分子类有机半导体材料在柔性基材上制作有机TFT的有机半导体层的情况下，使上述有机半导体材料溶解、分散到乙二醇酯类、芳香族烃类的有机溶液 (溶剂)，调整有机半导体墨，使用喷墨法、丝网印刷、凸版印刷等印刷法在基材上的规定位置上涂覆该有机半导体墨且使其干燥，从而完成有机TFT的有机半导体层的制作。专利文献1 日本特开2003-282883号公报专利文献2 日本特开2004-288836号公报然而，在利用上述那样的喷墨法、印刷法等涂覆法形成有机半导体层的有机薄膜晶体管的制法中，具有在进行涂覆及干燥(成膜)后的有机半导体层的表面产生了成为缺点的“晶粒”和伴随着该晶粒的表面粗糙的情况。该晶粒在其周围的晶粒界中生成用于捕获或者散射载体(空穴或者电子)的“捕获点”且成为降低有机半导体层中的载体移动程度的主要原因，因此在寻求有机薄膜晶体管中尽可能地减少在有机半导体层中的上述晶粒、表面粗糙等缺点的制法。
发明内容
本发明鉴于以上情况，目的在于提供一种能够有效地制造缺点较少的平滑的有机半导体层的有机薄膜晶体管的制法。为了达到上述目的，作为本发明的第一技术方案，有机薄膜晶体管的制法包括在具有挠性的基材的表面上形成源电极及漏电极的工序；将在溶剂中分散有有机半导体材料的有机半导体墨保持于在表面上形成有规定图案的墨保持部的柔性印刷版，使上述基材与该柔性印刷版贴紧，将墨保持部的有机半导体墨转印到上述源电极及漏电极之上的工序; 使上述转印后的有机半导体墨的溶剂蒸发且形成用于覆盖上述源电极及漏电极的有机半导体层的工序；在该有机半导体层上层叠由电介质构成的栅绝缘层的工序；在上述栅绝缘层上的规定位置上层叠栅电极的工序。作为本发明的第二技术方案，有机薄膜晶体管的制法包括在形成在具有挠性的基材的表面上的栅电极之上层叠由电介质构成的栅绝缘层的工序；将在溶剂中分散有有机半导体材料的有机半导体墨保持于在表面上形成有规定图案的墨保持部的柔性印刷版， 使上述基材与该柔性印刷版贴紧，将墨保持部的有机半导体墨转印到上述栅绝缘层上的工序；使上述转印后的有机半导体墨的溶剂蒸发且在上述栅绝缘层的表面上形成有机半导体层的工序；在该有机半导体层上层叠规定形状的源电极及漏电极的工序。此外，作为本发明的第三技术方案，有机薄膜晶体管的制法包括在形成在具有挠性的基材的表面上的栅电极之上层叠由电介质构成的栅绝缘层的工序；在该栅绝缘层上的规定位置上层叠源电极及漏电极的工序；将在溶剂中分散有有机半导体材料的有机半导体墨保持于在表面上形成有规定图案的墨保持部的柔性印刷版，使上述基材与该柔性印刷版贴紧，将墨保持部的有机半导体墨转印到源电极和漏电极上的规定位置的工序；使上述转印后的有机半导体墨的溶剂蒸发且形成用于覆盖上述源电极及漏电极的一部分和该源电极和漏电极之间的通道部分的有机半导体层的工序。S卩，本发明人为了解决上述课题而进行反复研究，结果发现，由于有机半导体墨的不均勻涂覆(浓度差)而在有机半导体层上产生了作为载体移动程度下降的主要原因的晶粒。此外，在该研究的过程中，发现在形成由有机半导体材料的薄膜构成的有机半导体层的过程中，通过使用能够高速、高精细地进行印刷的柔性印刷法，从而能够大幅地提高有机薄膜晶体管的制造过程中的有机半导体层形成工序的产品成品率和加工效率，以至完成本发明。本发明鉴于以上情况，记载于本发明的第一至第三技术方案的有机薄膜晶体管的制法包括将在溶剂中分散有有机半导体材料的有机半导体墨保持于在表面上形成有规定图案的墨保持部的柔性印刷版，使上述基材与该柔性印刷版贴紧，将墨保持部的有机半导体墨转印到基材上的工序。因此，将上述有机半导体墨以规定的设定量迅速地转印(印刷)
4到需要部分，防止使该版上的有机半导体墨干燥(浓度上升)。此外，通过迅速地进行转印， 从而不易产生有机半导体墨的局部浓度不均勻的情况。由此，在有机半导体层的表面上抑制了晶粒、表面粗糙等缺点的产生，能够有效地形成表面平滑整齐的有机半导体层。此外，利用该有机薄膜晶体管的制法能够提高有机半导体层中的载体的移动程度且制造出高品质的有机薄膜晶体管，并且不对其它部位给予损伤等，能够通过一次工序 (一次通过)对多个基材同时进行转印、印刷。从而，利用本发明的有机薄膜晶体管的制法能够缩短花费于工序上的作业时间(生产节拍时间等)。此外，在本发明的有机薄膜晶体管的制法中，作为上述柔性印刷版，在用平版或者分辨率为400线 1270线/2. 54cm (1英寸)的高精细印刷版的情况下，更精密地控制保持于上述墨保持部的墨保持量，从而能够进一步降低上述晶粒、表面粗糙等缺点的产生。此外，在将上述柔性印刷版的肖氏A硬度设定在30° 70°的范围内的情况下， 使该柔性印刷版相对于树脂薄膜(片材)等具有挠性的基材形成有与转印印刷相适应的硬度。由此，利用本发明的有机薄膜晶体管的制法能够在上述基材上长时间持续进行高精细的图案鲜明的转印(涂覆)。此外，其结果能够提高上述柔性印刷版的印刷耐久度(耐刷性)且延长该柔性印刷版的寿命，并且也能够降低工序整体的成本。
图1的(a) 图1的(e)是用于说明本发明的实施方式中的有机薄膜晶体管(顶栅型)的制法的图。图2是用于涂覆有机半导体墨的柔性(苯胺)印刷机的概略结构图。图3是表示有机薄膜晶体管的结构例的图，图3的(a)是示意性地表示顶栅型的有机TFT的剖视图，图3的(b)是示意性地表示顶触点型的有机TFT的剖视图，图3的(c) 是示意性地表示底触点型的有机TFT的剖视图。
具体实施例方式接下来，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1的(a) 图1的(e)是示意性地说明本发明的实施方式中的有机薄膜晶体管的制法的剖视图。在该实施方式中，以将栅电极层叠在最上层的“顶栅型”的有机TFT的制法为例进行说明。此外，为了方便说明，在附图中用附图标记1和附图标记1'对有机TFT 的源电极和漏电极进行区分，但是即使有机TFT的源电极和漏电极的位置、名称与附图所示相反，也不会产生功能问题，通常用“源/漏电极”或者只用“源/漏”表示二者。本实施方式中的有机TFT(元件)用于电子纸等电泳型显示器的有源矩阵型的驱动电路，以利用纵横的晶格状整齐排列在具有挠性的薄膜状基材10的表面上的方式形成上述有机TFT。如图1的(e)所示，各个有机TFT与以往的顶栅型有机TFT相同地包括形成于上述基板10之上的源/漏电极1、1'；为了覆盖上述源/漏电极1、1'而被层叠的有机半导体层2 ；层叠于上述有机半导体层2之上的栅绝缘层3 ；层叠于该栅绝缘层3之上的栅电极4。通过下述方式进行上述有机TFT的制作，首先，如图1的(a)所示，在基材10的表面(上表面)上形成源/漏电极1、1'，如图1的(b)所示，利用柔性印刷在上述源/漏电极1、1'之上涂覆了由有机半导体材料构成的墨(I nk)后，如图1的(C)所示，使上述有机半导体墨中的溶剂蒸发而形成用于覆盖源/漏电极1、1'的有机半导体层2。接下来，如图 1的(d)所示，在上述有机半导体层2之上层叠栅绝缘层3，之后，如图1的(e)所示，在该栅绝缘层3之上形成规定形状的栅电极4。如上所述，本实施方式中的有机TFT的制法的特征是利用使用了有机半导体墨和柔性印刷版的柔性印刷法涂覆上述有机半导体墨，通过使上述有机半导体墨中的溶剂蒸发、挥散从而形成有上述有机半导体层2。接下来，对上述有机TFT的制法进行详细说明。(1)源/漏电极1、1'形成工序首先，准备树脂制的薄膜、片材、加工纸等兼具阻气性和挠性的基材10。然后，利用蒸镀、蚀刻、柔性印刷等在该基材10上使用金属材料以成对的形式成形源电极1及漏电极 1'(参照图1的(a))。例如，在利用柔性印刷法形成上述源/漏电极1、1'的情况下，通过使用柔性印刷机将含有银纳米颗粒的导电性糊(导电性墨)等转印(印刷)到基材10之上且加热使其固化(成膜)，从而能够在不使用真空处理的情况下制作规定电路图案的源/漏电极1、1'。此外，在利用蒸镀法形成上述源/漏电极1、1'的情况下，能够使用下述方法进行制作，即，在蒸镀前预先利用树脂等掩蔽基材10上的不必要部分的方法，或者，掩蔽形成在基材10上的金属薄膜(箔)等需要部分且利用蚀刻等去除其它的不需要部分。(2)有机半导体墨涂覆工序接下来，准备在有机溶液(溶剂)中分散、溶解有有机半导体材料(高分子类材料)的有机半导体墨(Ink)，使用柔性印刷机将上述有机半导体墨涂覆到上述源/漏电极 1、Γ之上。图2是用于在上述基材10上涂覆有机半导体墨的柔性印刷机的概略结构图。 此外，图2中的附图标记11是柔性印刷版，附图标记12是印版滚筒，附图标记13是压印滚筒(anclox roll)，附图标记14是移动台，附图标记15是刮板，附图标记16是墨盒。如图2所示，使用上述柔性印刷机的有机半导体墨的涂覆过程包含将上述有机半导体墨保持于在表面上形成有规定的图案的墨保持部的柔性印刷版11的过程；使该柔性印刷版11紧贴在基材10上且将保持于上述墨保持部的有机半导体墨转印到源/漏电极 1、1'上及其周围的规定位置的过程。作为被使用的有机半导体墨，使用利用上述直链状聚合物、聚噻吩等高分子类的有机半导体材料作为主成分且利用乙二醇酯类有机溶液或者芳香族烃类有机物作为溶剂的有机半导体墨(粘度0. 5mPa · s IOOOmPa · s)。此外，上述柔性印刷版11使用平版或者每英寸的分辨率为400线 1270线 /2. 54cm的高精细印刷版，在该柔性印刷版11的表面(墨保持部)上形成有具有微细凹凸的墨保持部。然后，在该墨保持部上能够在每单位面积上保持有大约0. 05ml/m2 50ml/m2 的有机半导体墨。此外，在上述高精细印刷版的分辨率不足400线/2. 54cm的情况下，形成在该版的表面上的墨保持部的每一个区(由凸部围成的区域)的墨保持量过多，在向基材10进行转印时产生印刷不均勻的问题，从而具有在成膜后的有机半导体层上增加晶粒、表面粗糙等缺点的部分的倾向。此外，相反地，在柔性印刷版的分辨率超过1270线/2. 54cm的情况下， 具有降低墨的转印效率且使产生效率下降的倾向。
此外，考虑到被使用的柔性印刷版11相对于上述有机半导体墨的溶剂所使用的乙二醇酯类有机溶液及芳香族烃类有机溶液的耐溶胀性，从而用由聚酯类丙烯酸酯作为预聚物形成的丙烯酸酯低聚物、丙烯酸酯单体、光聚合禁止剂及光聚合引发剂等的混合物 (感光性树脂组成物)构成上述柔性印刷版11，将该柔性印刷版11的肖氏A硬度设定在 30° 70°的范围内。在上述柔性印刷版11的肖氏A硬度不足30°的情况下，具有版相对于上述基板 10过于柔软而在短时间内磨损该柔性印刷版11而不能维持高精细印刷的倾向。此外，相反地，在上述柔性印刷版11的肖氏A硬度超过70°的情况下，具有对上述基板10的表面、形成在该表面上的电极、配线等造成损伤的倾向。然后，优选上述柔性印刷版11相对于上述有机半导体墨的溶剂的溶胀度较低， 例如，优选该柔性印刷版11相对于上述乙二醇酯类有机溶液的溶胀率(体积变化率)为 0. 5% 10%，相对于上述芳香族烃类有机溶剂的溶胀率(体积变化率)为0. 5% 10%。 因此，也可以在构成上述柔性印刷版11的聚酯类丙烯酸酯中导入聚丁二烯骨架、聚醚骨架寸。大体来说，使用上述的结构的柔性印刷版11的有机半导体墨(Ink)的涂覆形成方法与通常的柔性印刷顺序相同。首先，如图2所示，将由墨盒16供给的有机半导体墨借助压印滚筒13供给到柔性印刷版11，且在形成于该柔性印刷版11的表面的规定图案的墨保持部保持有规定量的有机半导体墨(墨保持过程)。接下来，使该柔性印刷版11与印版滚筒12 —起旋转，并且使该柔性印刷版11与载置在移动台14上的基材(形成源/漏电极1、1'后的基材10)同步移动，通过使该基材 10贴紧(轻压)在上述柔性印刷版11上，如图1的(b)所示，从而将需要量的由上述墨保持部保持的有机半导体墨转印到该基材10的规定位置(上述源/漏电极1、Γ之上和周围)上(墨转印过程)。(3)有机半导体层成膜工序之后，利用烤炉等对转印了上述有机半导体墨后的基材10进行加热，通过使该墨中的溶液等蒸发、挥散，如图1的(C)所示，从而获得了形成有覆盖源/漏电极1、1'的有机半导体层2的基材10。此外，优选形成的有机半导体层2的膜厚为25nm 85nm。(4)栅绝缘层形成工序接下来，利用涂覆法，使用树脂等电介质(绝缘体)在上述有机半导体层2之上形成栅绝缘层3(参照图1的(d))。该栅绝缘层3也能够与上述源/漏电极1、1'同样地以下述方法制作，即，通过使用柔性印刷机将非导电性糊(非导电性墨)等转印(印刷)到基材10上且进行加热使其固化从而在不使用真空处理的情况下制作上述栅绝缘层3。(5)栅电极形成工序接下来，利用蒸镀、蚀刻及柔性印刷等，在上述栅绝缘层3上使用金属材料形成栅电极4且获得有机TFT元件(参照图1的(e))。在与上述源/漏电极1、1 ‘同样地利用柔性印刷法形成该栅电极4的情况下，也能够使用柔性印刷机将含有银纳米颗粒的导电性糊(导电性墨)等转印到基材10 (栅绝缘层 3)上且进行加热使其固化，从而在不使用真空处理的情况下制作具有规定电路图案的栅电极4。
此外，在利用蒸镀法形成上述栅电极4的情况下，能够使用下述方法制作该栅电极4，即，在蒸镀前预先利用树脂等掩蔽基材10 (栅绝缘层幻上的不需要部分的方法，或者掩蔽形成在基材10 (栅绝缘层3)上的金属薄膜(箔)等需要部分且利用蚀刻等去除其它的不需要部分的方法。由此，在上述有机TFT的制法中，将在溶剂中分散有有机半导体材料的有机半导体墨ank)保持于在表面上形成有规定的图案的墨保持部的柔性印刷版11上，并且将该墨保持部的有机半导体墨转印到基材10上。因此，上述有机半导体墨在需要部分上以规定的设定量精度良好地进行转印(印刷)且在有机半导体层的表面上不易产生晶粒、表面粗糙等缺点。其结果是利用本实施方式中的有机TFT的制法能够有效地制造在有机半导体层的表面上缺点较少且表面平滑的高品质的有机薄膜晶体管。此外，用于上述有机TFT的制法的柔性印刷版11的肖式A硬度被设定在30° 70°的范围内，将上述柔性印刷版11相对于上述有机半导体墨的溶剂的溶胀度抑制得较低，从而能够长时间持续进行高精细地具有鲜明图案的转印(涂覆)。从而，本实施方式中的有机TFT的制法能够减少维护工作、降低该有机TFT的制造成本。此外，在上述实施方式中，虽然以顶栅型的有机TFT为例进行说明，但是本发明的有机TFT的制法也能够适用于制造顶触点型、底触点型的有机TFT的情况。此外，在使用本发明的有机TFT的制法制造上述有机TFT的情况下也可以获得与制造上述顶栅型的有机 TFT的情况相同的效果。接下来，对实施例进行说明。但是，本发明并不限定为以下的实施例。实施例在该实施例中代替利用墨喷射法涂覆有有机半导体层的有机TFT(以往品=工厂产品)，如上述实施方式所述，制作了利用柔性印刷机涂覆有有机半导体层的有机TFT(试
验品)ο用于形成作为上述试验品及工厂产品的有机TFT的基材、有机半导体墨如下所述。miPET树脂制片材厚度0. 2mm有机半导体墨固体成分高分子类有机半导体材料(5wt% 30wt% )溶剂(稀释剂)甲苯、二甲苯、四氢化萘(注册商标)粘度:3mPa · s 50mPa · s此外，用于印刷(涂覆)上述试验品的有机半导体墨的柔性印刷版和柔性印刷机等的规格如下所述。柔性印刷机MT-tech 社制 FC-33S柔性印刷版柔性印刷版是利用穿过负片的紫外线照射使混合有由聚酯类丙烯酸酯作为预聚物形成的丙烯酸酯低聚物、丙烯酸酯单体、光聚合禁止剂及光聚合引发剂的感光性树脂组成物固化而成形的凸印刷版。
8
KOMURA-tech社制柔性印刷版版厚2.25mm600 线/2. 54cm 开口率5% 40%硬度30° 70° (肖式A硬度)对于墨溶液的溶胀率0. 5% 10% (重量变化率)墨保持部的墨保持量2ml/m2 (调整幅度0. 05ml/m2 50ml/m2)墨的涂覆图案(每一部分)1.5mmXL5m m(线宽度0. Imm)压印滚筒400 线 /2. 54cm(150 线 600 线 /2. 54cm)凹部容量(凹部容积)2ml/m2 (调整幅度0. 05ml/m2 60ml/m2)在以下条件下进行上述试验品的有机半导体墨的印刷(涂覆)(参照图2所示的柔性印刷机的概略结构)。柔件印刷条件印刷速度(印刷台移动量)25m/分钟(调整幅度5m/分 30m/分钟)压印滚筒速度120rpm压印滚筒-印刷版间压印点(nip)宽度6mm 7mm(调整幅度1mm 15mm)印刷版-基材间压印点宽度8mm 9m m(调整幅度1mm 20mm)印刷室的环境(室温下大气)印刷后的干燥条件温度80°C时间10分钟通过上述的加工条件的柔性印刷形成有有机半导体层的有机TFT (试验品)与以往产品维持有同等的尺寸精度和膜厚，并且与以往产品相比减少了有机半导体层表面的缺点。其结果能够确认利用本发明的有机薄膜晶体管的制法可以提高产品成品率和加工效率。本发明能够广泛地应用于平板显示器、电子纸等电泳型显示器等具有较多地使用有机薄膜晶体管的有源矩阵型驱动电路的产品的制造。
权利要求
1.一种有机薄膜晶体管的制法，其特征在于，该有机薄膜晶体管的制法包括在具有挠性的基材的表面上形成源电极及漏电极的工序；将在溶剂中分散有有机半导体材料的有机半导体墨保持于在表面上形成有规定图案的墨保持部的柔性印刷版，使上述基材与该柔性印刷版贴紧，从而将墨保持部的有机半导体墨转印到上述源电极及漏电极之上的工序；使上述转印后的有机半导体墨的溶剂蒸发且形成用于覆盖上述源电极及漏电极的有机半导体层的工序；在该有机半导体层上层叠由电介质构成的栅绝缘层的工序；在上述栅绝缘层上的规定位置上层叠栅电极的工序。
2.一种有机薄膜晶体管的制法，其特征在于，该有机薄膜晶体管的制法包括在形成在具有挠性的基材的表面上的栅电极之上层叠由电介质构成的栅绝缘层的工序；将在溶剂中分散有有机半导体材料的有机半导体墨保持于在表面上形成有规定图案的墨保持部的柔性印刷版，使上述基材与该柔性印刷版贴紧， 从而将墨保持部的有机半导体墨转印到上述栅绝缘层上的工序；使上述转印后的有机半导体墨的溶剂蒸发且在上述栅绝缘层的表面上形成有机半导体层的工序；在该有机半导体层上层叠规定形状的源电极及漏电极的工序。
3.一种有机薄膜晶体管的制法，其特征在于，该有机薄膜晶体管的制法包括在形成在具有挠性的基材的表面上的栅电极之上层叠由电介质构成的栅绝缘层的工序；在该栅绝缘层上的规定位置上层叠源电极及漏电极的工序；将在溶剂中分散有有机半导体材料的有机半导体墨保持于在表面上形成有规定图案的墨保持部的柔性印刷版，使上述基材与该柔性印刷版贴紧，从而将墨保持部的有机半导体墨转印到上述源电极及漏电极上的规定位置的工序；使上述转印后的有机半导体墨的溶剂蒸发且形成用于覆盖上述源电极及漏电极的一部分和该源电极和漏电极之间的通道部分的有机半导体层的工序。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的有机薄膜晶体管的制法，其中，作为上述柔性印刷版使用平版或者分辨率为400线 1270线/2. 54cm的高精细印刷版。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的有机薄膜晶体管的制法，其中，将上述柔性印刷版的肖式A硬度设定在30° 70°的范围内。
全文摘要
本发明提供一种能够有效地制造缺点较少且平滑的有机半导体层的有机薄膜晶体管的制法。本发明的有机薄膜晶体管的制法包括将在溶剂中分散有有机半导体材料的有机半导体墨(I nk)保持于在表面上形成有规定的图案的墨保持部的柔性印刷版(11)，使在表面上形成有电极的基材(10)贴紧该柔性印刷版(11)，从而将墨保持部的有机半导体墨转印到上述基材(10)之上的工序；使上述转印后的有机半导体墨的溶剂蒸发，在基材(10)之上形成有机半导体层的薄膜的工序。
文档编号H01L51/40GK102403460SQ20111027206
公开日2012年4月4日 申请日期2011年9月9日 优先权日2010年9月13日
发明者梅岛隆一, 西山聪 申请人:株式会社小村技术