(57)【要約】【課題】樹脂フィルムなど柔軟性を有する基材上に、有機材料など水分や酸素に弱い物質を含む薄膜トランジスタアレイが形成された構造であっても、素子特性が劣化せず安定して動作する半導体回路シート、およびそれを用いた画像表示装置を提供する。【解決手段】半導体回路シートは、柔軟性を有する基材と、薄膜トランジスタアレイが形成されたトランジスタ層とを少なくとも含み、基材とトランジスタ層との間には無機蒸着層が形成されており、さらに基材と無機蒸着層との間には下地層が介在する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性を有する基材と、薄膜トランジスタアレイが形成されたトランジスタ層とを少なくとも含み、
前記基材と前記トランジスタ層との間には無機蒸着層が形成されており、
さらに前記基材と前記無機蒸着層との間には下地層が介在することを特徴とする半導体回路シート。
【請求項２】
前記柔軟性を有する基材は、樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の半導体回路シート。
【請求項３】
前記トランジスタ層は、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、半導体薄膜を含み、半導体薄膜は有機物よりなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体回路シート。
【請求項４】
前記無機蒸着層は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウムのいずれか、あるいはそれらの複合物であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体回路シート。
【請求項５】
前記下地層は、アクリルポリオールの水酸基もしくはイソシアネート化合物のイソシアネート基の少なくとも一方と反応する有機官能基を有するシランカップリング剤またはその加水分解物と、アクリルポリオールと、イソシアネート化合物とが含まれる溶液が反応してなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体回路シート。
【請求項６】
前記シランカップリング剤に含まれる有機官能基は、イソシアネート基、アミノ基、またはメルカプト基のいずれか１種であることを特徴とする請求項５に記載の半導体回路シート。
【請求項７】
前記無機蒸着層の、前記基材とは反対側の面には被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体回路シート。
【請求項８】
前記被覆層は、水溶性高分子と、１種以上のアルコキシドまたは／およびその加水分解物とが含まれる水溶液が反応してなることを特徴とする請求項７に記載の半導体回路シート。
【請求項９】
前記水溶液は、塩化スズを含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体回路シート。
【請求項１０】
前記水溶性高分子は、ポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項８または９に記載の半導体回路シート。
【請求項１１】
前記アルコキシドは、一般式Ｍ(ＯＲ)ｍ（Ｍ：金属元素，Ｒ：アルキル基，ｍ：金属元素の酸化数）で表せる金属アルコキシド、または一般式Ｒ’Ｍ(ＯＲ)ｍ−１（Ｒ’：官能基，Ｍ：金属元素，Ｒ：のアルキル基，ｍ：金属元素の酸化数）で表せるオルガノアルコキシメタラン、あるいはその混合物であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の半導体回路シート。
【請求項１２】
前記金属アルコキシドは、テトラエトキシシランまたはトリイソプロポキシアルミニウム、あるいはその混合物であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体回路シート。
【請求項１３】
前記オルガノアルコキシメタランは、グリシドキシプロピルトリメトキシシランであることを特徴とする請求項１１または１２に記載の半導体回路シート。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の半導体回路シートと、
対向電極を設けた柔軟性を有する対向シートと、
前記半導体回路シートと対向シートに挟まれて配置された表示媒体と、
前記対向シートの前記表示媒体とは反対面に配置された、水蒸気または／および酸素を遮断するバリアシートと
を含むことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタアレイを形成した、柔軟性を有する半導体回路シート、およびそれを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイ、電子ペーパーなどの画像表示装置は、情報機器などへ急速にその用途を拡大している。近年、樹脂フィルムなど柔軟性を有する物質を基材として用いて薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）アレイを形成したシート、およびそれを用いてなるフレキシブルな画像表示装置が注目されている。そのような画像表示装置は、丸めて収納できて持ち運びに便利な超薄型・軽量のモバイル用ばかりではなく、大型ディスプレイ用としても利用できる。
【０００３】
しかし、樹脂フィルムなど柔軟性を有する材料は、剛性が低く、また耐熱性に劣るものが多いため、熱処理を伴う製造工程において反りや膨張収縮のような熱変形が生じ易い。このため、こうした材料の上に、比較的高い温度の工程を必要とするアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のＴＦＴを形成することは難しい。
【０００４】
こうした問題に対し、トランジスタの活性層を有機材料で形成する有機ＴＦＴを使用することが提案されている。有機ＴＦＴは、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のＴＦＴと比較して低い温度の工程を採用できるため、樹脂フィルムなど柔軟性を有する材料上に形成するのに好適である。
【０００５】
例えば、特許文献１には、有機半導体膜ないし有機導電性膜前駆体としての有機分子が選択的に良配向性を示す表面を有する基板を選択し、有機化合物の配向性を良好にした有機電子素子が開示されており、軽量で柔軟性に富む等の優れた特性を付与させることも可能とされている。
【０００６】
また、特許文献２には、無機ゲート絶縁膜と有機ゲート絶縁膜の積層構造を有するゲート絶縁膜と、有機半導体層とを備えることを特徴とする有機薄膜トランジスタが開示されており、柔軟性を有しながらもしきい電圧が低く漏れ電流が少ない薄膜トランジスタが得られるとされている。
【０００７】
しかしながら、有機ＴＦＴは、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のＴＦＴと比較して水分や酸素に弱く、これらによって動作不良が引き起こされる可能性が高いにもかかわらず、樹脂フィルムなど柔軟性を有する基材は、ガラスや金属などの基板と比較して水分や酸素の遮断能力が低いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−９２９０号公報
【特許文献２】特開２００６−１３４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、樹脂フィルムなど柔軟性を有する基材上に、有機材料など水分や酸素に弱い物質を含む薄膜トランジスタアレイが形成された構造であっても、素子特性が劣化せず安定して動作する半導体回路シート、およびそれを用いた画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の一局面は、柔軟性を有する基材と、薄膜トランジスタアレイが形成されたトランジスタ層とを少なくとも含み、基材とトランジスタ層との間には無機蒸着層が形成されており、さらに基材と無機蒸着層との間には下地層が介在することを特徴とする半導体回路シートである。
【００１１】
柔軟性を有する基材は、樹脂フィルムであってもよい。
【００１２】
トランジスタ層は、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、半導体薄膜を含み、半導体薄膜は有機物よりなってもよい。
【００１３】
無機蒸着層は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウムのいずれか、あるいはそれらの複合物であってもよい。
【００１４】
下地層は、アクリルポリオールの水酸基もしくはイソシアネート化合物のイソシアネート基の少なくとも一方と反応する有機官能基を有するシランカップリング剤またはその加水分解物と、アクリルポリオールと、イソシアネート化合物とが含まれる溶液が反応してなってもよい。
【００１５】
シランカップリング剤に含まれる有機官能基は、イソシアネート基、アミノ基、またはメルカプト基のいずれか１種であってもよい。
【００１６】
無機蒸着層の、基材とは反対側の面には被覆層が形成されてもよい。
【００１７】
被覆層は、水溶性高分子と、１種以上のアルコキシドまたは／およびその加水分解物とが含まれる水溶液が反応してなってもよい。
【００１８】
水溶液は、塩化スズを含んでもよい。
【００１９】
水溶性高分子は、ポリビニルアルコールであってもよい。
【００２０】
アルコキシドは、一般式Ｍ(ＯＲ)ｍ（Ｍ：金属元素，Ｒ：アルキル基，ｍ：金属元素の酸化数）で表せる金属アルコキシド、または一般式Ｒ’Ｍ(ＯＲ)ｍ−１（Ｒ’：官能基，Ｍ：金属元素，Ｒ：のアルキル基，ｍ：金属元素の酸化数）で表せるオルガノアルコキシメタラン、あるいはその混合物であってもよい。
【００２１】
金属アルコキシドは、テトラエトキシシランまたはトリイソプロポキシアルミニウム、あるいはその混合物であってもよい。
【００２２】
オルガノアルコキシメタランは、グリシドキシプロピルトリメトキシシランであってもよい。
【００２３】
本発明の他の局面は、上述の半導体回路シートと、対向電極を設けた柔軟性を有する対向シートと、半導体回路シートと対向シートに挟まれて配置された表示媒体と、対向シートの表示媒体とは反対面に配置された、水蒸気または／および酸素を遮断するバリアシートとを含んでもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、水分や酸素のバリア層となる無機蒸着膜および下地層が付与された半導体回路シート、およびそれを用いた画像表示装置が得られる。下地層によって、柔軟性を有する基材に強固に結びついた無機蒸着膜が安定して水分や酸素を遮断する結果、薄膜トランジスタアレイが有機材料など水分や酸素に弱い物質を含んで形成されていても、素子特性が劣化せず安定して動作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体回路シートの断面図
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体回路シートのトランジスタ層の断面図
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体回路シートに被覆層を形成した態様の断面図
【図４】本発明の一実施形態に係る画像表示装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様または類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態に係る半導体回路シート１０の一部を模式的に示した断面図である。半導体回路シート１０は、柔軟性を有する基材１１と、ＴＦＴアレイが形成されたトランジスタ層２０とを少なくとも含み、基材１１とトランジスタ層２０との間には無機蒸着層１２が形成されており、無機蒸着層１２と基材１１との間には下地層１３が介在する。
【００２８】
柔軟性を有する基材１１としては、樹脂板や樹脂フィルムを用いることができる。樹脂板や樹脂フィルムの材料としては、例えば、トリアセチルセルロースなどのセルロースエステル、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ナイロンなどのポリアミド、直鎖状あるいは分枝ポリオレフィン、環状ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、エポキシ、ポリアリレート、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、あるいはこれらの共重合体等を挙げることができる。
【００２９】
半導体回路シート１０は、必ずしも独立した基材１１上にトランジスタ層２０をはじめとした各層を形成する製造法によらなくてもよい。例えば、ガラス基板などの支持板上に樹脂フィルム材料の溶液、あるいは前駆体の溶液等を塗工して樹脂膜とし、その上に順次、下地層１３、無機蒸着層１２、必要に応じて被覆層、トランジスタ層２０等を形成し、最後にシートを支持板から剥離してもよい。
【００３０】
基材１１に用いられる樹脂材料には、必要に応じて帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤など公知の添加剤を加えることができる。
【００３１】
柔軟性を有する基材１１とトランジスタ層２０との間には無機蒸着層１２が形成されている。
【００３２】
無機蒸着層１２は、ケイ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、錫、マグネシウムなどの酸化物、窒化物、弗化物の単体、或いはそれらの複合物からなり、真空蒸着法、スパッタリング法、プラズマ気相成長法（ＣＶＤ法）などの真空プロセスにより形成される。特に酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、あるいはこれらの複合物は、無色または色が薄くかつ透明であり、半導体回路シート１０の無機蒸着層１２として好適である。
【００３３】
無機蒸着層１２の膜厚は、概ね数ｎｍから５００ｎｍとできるが、５ｎｍ未満では薄膜の連続性に問題があり、また３００ｎｍを越えるとクラックが発生しやすくなるため、好ましくは５ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
【００３４】
柔軟性を有する基材１１と無機蒸着層１２との間には下地層１３が介在している。下地層１３の材料には、光透過性の基材１１と無機蒸着層１２の密着性が向上するものが選択されるのが好ましい。この点において、アクリルポリオールの水酸基もしくはイソシアネート化合物のイソシアネート基の少なくとも一方と反応する有機官能基を有するシランカップリング剤またはその加水分解物と、アクリルポリオールと、イソシアネート化合物とが含まれる溶液を塗布し、加熱乾燥して得られる膜は下地層１３として好適である。
【００３５】
シランカップリング剤に含まれる有機官能基としては、イソシアネート基、アミノ基、またはメルカプト基のいずれか１種が、上述した密着性の観点からは特に好ましい。
【００３６】
下地層１３が基材１１と無機蒸着層１２との間に介在することにより両者が強固に結びつき、無機蒸着層１２が安定して水分や酸素を遮断することが可能となる。
【００３７】
無機蒸着層１２の基材１１と反対面には、トランジスタ層２０が形成されている。図２は、トランジスタ層２０の一部を模式的に示した断面図である。
【００３８】
トランジスタ層２０には、ゲート配線（図示せず）に接続されたゲート電極２１、ゲート絶縁膜２２、ソース配線（図示せず）に接続されたソース電極２３、ドレイン電極（下部画素電極）２４、半導体薄膜２５を含む。
【００３９】
ゲート電極２１およびゲート配線、ソース電極２３およびソース配線、ドレイン電極２４は、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属や、ＩＴＯ等の導電性酸化物、カーボン、導電性高分子等を用いて形成することができる。電極および配線の製法としては、全面成膜後にフォトリソ、エッチング、レジスト剥離、あるいは、全面成膜後にレジスト印刷、エッチング、レジスト剥離を選択することもできるが、インクを印刷、焼成して電極および配線を得る製法が望ましい。印刷方法としては、オフセット印刷が好適である。オフセット印刷には、反転オフセット印刷や、グラビアオフセット印刷が含まれる。
【００４０】
ゲート絶縁膜２２は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等の無機物や、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、エポキシ等の有機物を用いて形成することができる。製法としては、スパッタ、ＣＶＤ等の真空成膜や、溶液の塗布・焼成が挙げられる。
【００４１】
半導体薄膜２５は、Ｉｎ２Ｏ３系、Ｇａ２Ｏ３系、ＺｎＯ系、ＳｎＯ２系、ＩｎＧａＺｎＯ系、ＩｎＧａＳｎＯ系、ＩｎＳｎＺｎＯ系などの酸化物半導体を用いて形成することもできるが、ポリチオフェン系、アセン系、アリルアミン系などの有機半導体を用いて形成することが好ましい。製法としては、溶液をインクジェット、ディスペンサ、凸版印刷等で印刷・焼成する方法が好適である。
【００４２】
トランジスタ層２０には、必要に応じてキャパシタ配線（図示せず）に接続されたキャパシタ電極２６が含まれていてもよい。キャパシタ電極２６およびキャパシタ配線は、ゲート電極２１およびゲート配線、ソース電極２３およびソース配線、ドレイン電極２４などと同様の材料を用い、同様の製法にて形成することができる。
【００４３】
またトランジスタ層２０には、半導体薄膜２５を覆う保護層２７が含まれていてもよい。保護層２７には、半導体薄膜２５を水分や酸素などから保護するという目的を達するのであればどのような材料を用いることもできるが、フッ素系樹脂、ポリビニルアルコール等が好適である。製法としては、溶液をインクジェット、ディスペンサ、凸版印刷等で印刷・焼成する方法を挙げることができる。
【００４４】
さらにトランジスタ層２０には、上部絶縁膜２８、および上部絶縁膜２８に形成された貫通孔を介してドレイン電極２４と接続された上部画素電極２９が含まれていてもよい。上部絶縁膜２８は、エポキシ、アクリル等の樹脂や、フォトレジスト等を用いて形成することができる。製法としては、フォトリソでもよいが、スクリーン印刷やグラビアオフセット印刷が好適である。上部画素電極２９には、導電性を得られる材料であればどのようなものでも用いることができるが、ＡｇペーストやＣペースト等が好適である。製法としては、スクリーン印刷やグラビアオフセット印刷を挙げることができる。
【００４５】
無機蒸着層１２の、柔軟性を有する基材１１とは反対側の面には被覆層１４を形成してもよい。図３は、半導体回路シート１０に被覆層１４を形成した態様の一部を模式的に示した断面図である。被覆層１４により、硬くてもろい無機蒸着層１２を保護することができるともに、トランジスタ層２０と無機蒸着層１２の密着性向上が期待できる。
【００４６】
被覆層１４の材料はどのようなものを使用して、どのような方法で形成してもよいが、水溶性高分子と、１種以上のアルコキシドまたは／およびその加水分解物とが含まれる水溶液を塗布し、加熱乾燥して得ると、被覆層１４そのものにバリア性を付与でき、何らかの原因で無機蒸着層１２にクラックが発生してもトランジスタ層２０に対する、基材１１側からの水蒸気等の侵入を抑制できるため好ましい。水溶液には、塩化スズが含まれていてもよい。
【００４７】
水溶性高分子には、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、デンプン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウムなどを用いることができる。特にポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡとする）は、本発明の光学素子の被覆層の材料として用いた場合にガスバリア性が優れるため好適である。ここでいうＰＶＡは、一般にポリ酢酸ビニルを鹸化して得られるもので、酢酸基が数十％残存している、いわゆる部分けん化ＰＶＡから酢酸基が数％しか残存していない完全鹸化ＰＶＡまでを含み、特に限定されるものではない。
【００４８】
アルコキシドとしては、例えば、一般式Ｍ（ＯＲ）ｍ（Ｍ：金属元素，Ｒ：アルキル基，ｍ：金属元素の酸化数）で表せる金属アルコキシド、または一般式Ｒ’Ｍ（ＯＲ）ｍ−１（Ｒ’：官能基，Ｍ：金属元素，Ｒ：のアルキル基，ｍ：金属元素の酸化数）で表せるオルガノアルコキシメタラン、あるいはその混合物を用いることができる。
【００４９】
金属アルコキシドの例としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリイソプロポキシアルミニウム、テトライソプロポキシチタン、ペンタエトキシタンタル、ペンタエトキシニオブなどを挙げることができるが、なかでもテトラエトキシシランまたはトリイソプロポキシアルミニウム、あるいはその混合物が加水分解後、水系の溶媒中において比較的安定であるので好ましい。
【００５０】
オルガノアルコキシメタランの例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、アセトアルコキシジイソプロポキシアルミニウム、ビス（トリエタノールアミナト）ジイソプロポキシチタンなどを挙げることができるが、なかでもグリシドキシプロピルトリメトキシシランが、耐久性の高い塗膜が得られるので好ましい。
【００５１】
次に、半導体回路シート１０を用いた画像表示装置１００について説明する。図４は、画像表示装置１００の層構成を概念的に示した断面図である。
【００５２】
画像表示装置１００では、典型的には、半導体回路シート１０と、対向電極３１を設けた柔軟性を有する対向シート３０と、半導体回路シート１０のトランジスタ層２０が形成された面および対向シート３０の対向電極３１が形成された面に挟まれた表示媒体４０と、対向シートの表示媒体４０とは反対面に配置された、水蒸気または／および酸素を遮断するバリアシート３２を含む。
【００５３】
表示媒体４０としては、半導体回路シート１０によって駆動されうるものであればどのような方式のものでもよく、例えば、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）、液晶、コレステリック液晶、粉体移動方式、電気泳動方式、マイクロカップ方式などが選択される。
【００５４】
表示媒体４０は、トランジスタ層２０のドレイン電極（下部画素電極）２４、あるいは上部画素電極２９が形成された構成においては上部画素電極２９と、対向シート３０上の対向電極３１との間の電界によって表示状態が変わり、画像を表示できる。
【００５５】
対向シート３０は、半導体回路シート１０の基材１１と同様の材料を用い、同様の製法にて形成することができる。
【００５６】
バリアシート３２は、水蒸気または／および酸素を遮断するシートを貼合してもよいが、半導体回路シート１０の無機蒸着層１２、さらには必要に応じて下地層１３または／および被覆層１４と同様のものを同様の材料を用いて形成し、その代わりとしてもよい。
【００５７】
以上説明したように、本発明によれば、水分や酸素のバリア層となる無機蒸着膜および下地層が付与された半導体回路シート、およびそれを用いた画像表示装置が得られる。下地層によって、柔軟性を有する基材に強固に結びついた無機蒸着膜が安定して水分や酸素を遮断する結果、薄膜トランジスタアレイが有機材料など水分や酸素に弱い物質を含んで形成されていても、水蒸気等の侵入により素子特性が劣化せず安定して動作することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、トランジスタを能動素子に用いた表示装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１０    半導体回路シート
１１    基材
１２    無機蒸着層
１３    下地層
１４    被覆層
２０    トランジスタ層
２１    ゲート電極
２２    ゲート絶縁膜
２３    ソース電極
２４    ドレイン電極（下部画素電極）
２５    半導体薄膜
２６    キャパシタ電極
２７    保護層
２８    上部絶縁膜
２９    上部画素電極
３０    対向シート
３１    対向電極
３２    バリアシート
４０    表示媒体
１００    画像表示装置
【図１】
2017152626.tif 000003
【図２】
2017152626.tif 000004
【図３】
2017152626.tif 000005
【図４】
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