(57)【要約】【課題】  １つ以上の凹凸パターンが形成されたシリコーン・エラストマー・スタンプにおいて、  前記シリコーン・エラストマー・スタンプの凸部表面のみに親水層を設けることで、親水性インクを用いることができる、印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを提供すること。【解決手段】  １つ以上の凹凸パターンが形成されたシリコーン・エラストマー・スタンプについて、  前記シリコーン・エラストマー・スタンプの凸部表面のみに親水層が設けられていることであり、上記、親水層を親水性ポリマー層で形成することであり、また、当該親水性ポリマー層をアミノ基を有するポリマー層にすることである。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の凹凸パターンが形成されたシリコーン・エラストマー・スタンプにおいて、
前記シリコーン・エラストマー・スタンプの凸部表面のみに親水層が設けられていることを特徴とするシリコーン・エラストマー・スタンプ。
【請求項２】
前記親水層が親水性ポリマー層であることを特徴とする請求項１記載のシリコーン・エラストマー・スタンプ。
【請求項３】
前記親水性ポリマー層が、アミノ基を有するポリマーであることを特徴とする請求項２記載のシリコーン・エラストマー・スタンプ。
【請求項４】
前記シリコーン・エラストマー・スタンプが、ポリジメチルシロキサンからなることを特徴とする請求項１記載のシリコーン・エラストマー・スタンプ。
【請求項５】
前記親水性ポリマー層の形成前にその表面を酸素プラズマ処理することを特徴とする請求項２記載のシリコーン・エラストマー・スタンプの製造方法。
【請求項６】
前記親水性ポリマー層の形成前に表面をエキシマＵＶ照射処理することを特徴とする請求項２記載のシリコーン・エラストマー・スタンプの製造方法。
【請求項７】
前記親水性ポリマー層の形成を、マイクロコンタクトプリント（以下、μＣＰ）装置により行うことを特徴とする請求項２記載のシリコーン・エラストマー・スタンプの製造方法。
【請求項８】
前記親水性ポリマー層の形成後に、その表面全体を不活性化処理することを特徴とする請求項２記載のシリコーン・エラストマー・スタンプの製造方法。
【請求項９】
前記シリコーン・エラストマー・スタンプを用いたμＣＰにより製造される、絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース・ドレイン電極、半導体層を順次積層した薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
複数のゲート配線、絶縁膜、前記ゲート配線に対してマトリクス状に交差した複数の信号配線、保護膜、画素電極を有し、前記複数のゲート配線と信号配線の交差部に請求項９記載の薄膜トランジスタが配置され、前記ゲート配線とゲート電極が接続され、前記信号配線とソース電極が接続され、前記画素電極とドレイン電極が接続されることを特徴とするアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイ。
【請求項１１】
請求項１０記載のアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイを用いて表示素子を駆動することを特徴とするアクティブマトリクス駆動表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、μＣＰ（マイクロコンタクトプリント）技術に関し、親水性シリコーン・エラストマー・スタンプ、およびμＣＰに有用なスタンプ作製技術、殊に、シリコーン・エラストマー・スタンプを用いた微細パターン形成方法に関するものであり、μＣＰによる有機トランジスタとその製造方法、およびこれを用いた表示装置に有効なものである。
【背景技術】
【０００２】
この出願の発明に関連する従来技術として、特開２００６−１８１４０７号公報の『ＰＤＭＳ製シート』、特許第３４９６８３１号公報の『親水性表面を有するシリコーン・エラストマー・スタンプを製造する方法』、特開２００５−１２９７９１号公報の『マイクロコンタクトプリント方法及び装置』等があり、これらの概略は次のようなものである。
【０００３】
（１）特開２００６−１８１４０７号公報（特許文献１）
これは、少なくとも一方の表面に凹状ウエル又は凹状チャネルなどの微細構造が配設されており、該微細構造配設面側が恒久的親水性を有することを特徴とするＰＤＭＳ製シートであり、このＰＤＭＳ製シートは、（ａ）上面に所定の微細構造を有するマスターを準備するステップと、（ｂ）前記マスターの微細構造形成面側に、ＰＤＭＳプレポリマーと硬化剤とポリエーテル変性界面活性剤とからなる混合物を注入するステップと、（ｃ）成型されたＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側を酸素プラズマ処理するステップと、（ｄ）前記ＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側にオルガノシラン溶液を塗布するステップとからなる方法によって製造される。
【０００４】
（２）特許第３４９６８３１号公報（特許文献２）
これは、シリコーン・エラストマー・スタンプの製造方法であって、
（ａ）前記スタンプの表面を活性化するステップと、（ｂ）前記活性化した表面を親水性ポリマーと反応させるステップとを有していて、前記スタンプの表面を変性させることを特徴とする方法である。
そして、この方法によって製造されたスタンプは、疎水性ＰＤＭＳ表面に薄い親水性ポリマーをグラフトさせることにより、ＰＤＭＳスタンプが恒久的に親水性となる大きな特長を有する。
【０００５】
（３）特開２００５−１２９７９１号公報（特許文献３）
これは、ナノ構造を構築するための、マイクロコンタクトプリント方法であって、並置された第１ステーション並びに第２ステーション、それらの間を移動する移動体及びいずれか一方のステーションに配置可能な光源装置を用いる方法であり、
上記両ステーションのうちのいずれか一方のステーションにおいて光源装置を用いて試料を露光し、スタンプのマスターを作製し、移動体に、マスターから複製したスタンプを配置し、他方のステーションにてスタンプをスタンプ台に接離させることによりインクを補充し、いずれか一方のステーションにて、そこに配置された試料に対してスタンプを接離させることにより、スタンプの持つパターンを試料に転写することが可能である。
【０００６】
〔従来技術の問題点〕
情報化の進展に伴い、紙に代わる薄くて軽い電子ペーパーや、商品１つ１つを瞬時に識別可能なＩＤタグ等の開発が注目されている。現行では、これらのデバイスにアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）を半導体に用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が、スイッチング素子として使用されている。しかし、これらのシリコン系半導体を用いた薄膜トランジスタを作製するには、高価なプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）装置やスパッタリング装置等が必要なために製造コストがかかるという問題があり、その上に、真空プロセス、フォトリソグラフィー、加工等のプロセスをいくつも経るため、スループットが低いという問題がある。さらに、既存のシリコン薄膜トランジスタでは、外部の衝撃によって容易に砕け、また、３００℃以上の高温工程によって生産されるため、プラスチック基板を使用できないという問題点がある。このため、ソフトリソグラフィー等のプリント形成が適用でき、安価に製品を提供することが可能な、有機材料を半導体層に用いた有機薄膜トランジスタが注目されている。
【０００７】
従来の有機薄膜トランジスタは、基板上にゲート電極を設け、その上にゲート絶縁膜を形成し、さらに、その上にソース電極とドレイン電極を互いに離して設け、さらに、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶縁膜の上に有機半導体層を積層して構成され、また、上記のソース電極とドレイン電極との間の横方向にチャネルが形成される。有機薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極との間に電圧（ソース−ドレイン間電圧）を印加すると共に、ゲート電極に印加する電圧（ゲート電圧：Ｖｇ）を変化させると、ゲート電圧に依存して有機半導体層とゲート絶縁膜との界面における電荷量が変化し、ソース電極とドレイン電極との間における有機半導体層の部分（チャネル）を流れる電流（ソース−ドレイン電流）を変化させることができる。このようにして、有機薄膜トランジスタでは、ゲート電圧を制御することにより、ドレイン電極から得られるドレイン電流Ｉｄを制御することができる。
【０００８】
ここで、有機薄膜トランジスタのゲインｇｍ、即ち、ゲート電圧の変化に対するドレイン電流の変化（ｄＩｄ／ｄＶｇ）は、ソース−ドレイン電流が流れるチャネルが長方形であるとすると、次式で表される。
ｇｍ＝Ｗ／Ｌ・ε０ε／ｄ・・・（Ｖｇ−ＶＴ）  ・・・（１）
ただし、Ｗはチャネル幅であり、Ｌはチャネル長であり、ε０は真空誘電率であり、εは絶縁膜の比誘電率であり、ｄはゲート絶縁膜の厚さであり、・はキャリア移動度であり、ＶＴは閾値電圧である。
【０００９】
式（１）によれば、チャネル幅Ｗとチャネル長Ｌの比Ｗ／Ｌが大きいほど、有機薄膜トランジスタのゲインは大きくなり、また、トランジスタを高速にすることができる。
これらのことからすると、有機薄膜トランジスタのチャネル長Ｌを精緻に規定できる、優れたソフトリソグラフィー技術の開発が必要であることが明らかである。
μＣＰは、横方向の寸法がμｍ〜サブμｍの有機物単分子層のパターンを形成する技術であり、上記特開２００５−１２９７９１号公報（特許文献３）の装置を用いて、研究が進められている。従来のμＣＰ技術は、例えば、金などの金属上に形成される、アルキルチオールの自己整合した単分子層の顕著な能力に依存していた。これらのパターンは、支持する金属を適切に処方したエッチャントによる腐食から保護することにより、ｎｍオーダーのレジストとして機能し、またはパターンの親水性領域上の流体を選択的に配置させることができる。寸法が１μｍ未満の自己整合した単分子層は、「インク」としてアルカンチオールを使用し、エラストマーの「スタンプ」を使用して基板上に印刷することにより形成する。このスタンプは、フォトリソグラフィー等の技術により作製した母型を用いて、シリコーン・エラストマーを成形（ｍｏｌｄｉｎｇ）することにより製作する。
【００１０】
これまでのμＣＰには、シリコーン・エラストマーとしてポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）エラストマーを金型中で重合させてパターン形成したスタンプが使用されている。硬化後、ＰＤＭＳスタンプは、金型のパターンのネガティブ像を保持し、一連のインク付けおよび印刷に使用することができる。つまり、スタンプは正確なパターンを有し、インク付け、印刷、および表面（たとえば金型）からの剥離の間安定でなければならないが、その反面、塗布する基板に密着するのに十分な柔らかさがなければならない。さらに、スタンプは製作および操作が容易でなければならない。スタンプの材料としてのシリコーン・エラストマーは、上記の必要条件を満たしている。
【００１１】
しかし、μＣＰに有用なシリコーン・エラストマーのスタンプ表面は疎水性であり、したがって、インク中の非極性の化学成分しか取り込まない。このことにより、μＣＰの適用は、主としてアルカンチオールなどの非極性インクの、金、銀、銅などの金属基板への印刷に限定されている。親水性表面を有するスタンプを作製し、これらのスタンプが基板に一様に接触し、正確なパターンを有することができれば、μＣＰを適用することにより、多種類の化学薬品を多種類の基板にインク付けおよび印刷することが可能になり、適用範囲がかなり拡大する。たとえば、Ｃｕの無電解付着のための極性触媒をインク付けし、印刷することは、疎水性ＰＤＭＳスタンプでは不可能である。従来は、ＰＤＭＳスタンプは極性触媒を含有する溶液をインク付けする前に、酸素プラズマやエキシマＵＶ照射等でスタンプ表面を親水化処理しなければならなかった。しかし、これらの親水化処理をすると、そのスタンプは不安定で、厚みが不均一であり、その表面の親水性を制御できず、もろいなどの不具合があった。さらに、親水化処理の効果が一過性であり、時間の経過と共に親水性が失われるなどの不具合があった。
【００１２】
〔従来技術による対策〕
上記のとおり親水処理の効果が一過性で時間の経過と共に親水性が失われる問題に対して、上記特開２００６−１８１４０７号公報（特許文献１）のものは、（ａ）上面に所定の微細構造を有するマスターを準備するステップと、（ｂ）前記マスターの微細構造形成面側に、ＰＤＭＳプレポリマーと硬化剤とポリエーテル変性界面活性剤とからなる混合物を注入するステップと、（ｃ）成型されたＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側を酸素プラズマ処理するステップと、（ｄ）前記ＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側にオルガノシラン溶液を塗布するステップとからなる方法により恒久的親水性を付与している。
また、特許第３４９６８３１号公報（特許文献２）のものは、（ａ）前記スタンプの表面を活性化するステップと、（ｂ）前記活性化した表面を親水性ポリマーと反応させるステップとを有し、前記スタンプの表面を変性する方法により恒久的親水性を付与している。しかしながら、これらの方法では微細構造を有する面全体を親水化することになり、例えば有機薄膜トランジスタのチャネル長Ｌを制御するようなギャップ形成に際しては、高解像化には困難がある。
【００１３】
この問題について、図１を参照して説明する。μＣＰでは、インク台１上にインク２を用意し、スタンプ３を下降、上昇させることにより、インク２をスタンプ３に付け（又は付着させ）、別途用意する基板等にインク２を転写する。しかしながら、スタンプ全体が親水化されていると、同図のように、インク２が表面張力により毛細管現象を生じ、凸部３ａの表面３ｃだけでなく、この凸部の間のギャップ３ｂにまで入り込んでしまい、必要なインク４の外に、不必要なインク５がスタンプ３に付着してしまう。このままスタンプ３を基板に転写すると、不必要なインク５までが転写されてしまい、その結果、印刷解像度を低下させる不具合がある。このような現象は、インクが低粘度であるほど生じやすく、また、ギャップが狭いほど生じやすい。
【特許文献１】特開２００６−１８１４０７号公報
【特許文献２】特許第３４９６８３１号公報
【特許文献３】特開２００５−１２９７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
この発明の目的は次のとおりである。
（１）請求項１の目的
１つ以上の凹凸パターンが形成されたシリコーン・エラストマー・スタンプにおいて、
前記シリコーン・エラストマー・スタンプの凸部表面のみに親水層を設けることで、親水性インクを用いることができる、印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを提供すること。
（２）請求項２の目的
前記親水層が親水性ポリマー層からなることで、親水性インクを用いることができる、印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを提供すること。
【００１５】
（３）請求項３の目的
前記親水性ポリマー層がアミノ基を有するポリマーであることで、親水性インクを用いることができる、印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを提供すること。
（４）請求項４の目的
前記シリコーン・エラストマー・スタンプが、ポリジメチルシロキサンからなることで、スタンプの柔らかさを利用して基板に馴染んだフレキソ印刷が可能な印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを提供すること。
（５）請求項５の目的
前記親水性ポリマー層の形成前にその表面を酸素プラズマ処理することで、スタンプ母材に親水層を付加されていて、親水性インクを用いることができる、印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを提供すること。
（６）請求項６の目的
前記親水性ポリマー層の形成前に表面をエキシマＵＶ照射処理することで、スタンプ母材に親水層を付加することができ、親水性インクを用いることができる、印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを提供すること。
（７）請求項７の目的
前記親水性ポリマー層の形成をマイクロコンタクトプリント（以下、μＣＰ）装置により行うことで、同一設備による製販及び印刷を行うことができ、低コストで、親水性インクを用いることができる、印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを提供すること。
（８）請求項８の目的
前記親水性ポリマー層の形成後に、表面全体を不活性化処理することで、親水性インクを用いることができる、印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを提供すること。
【００１６】
（９）請求項９の目的
絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース・ドレイン電極、半導体層を順次積層した薄膜トランジスタを、前記シリコーン・エラストマー・スタンプを用いたμＣＰにより製造することで、チャネル長が短く、動作周波数が大きな薄膜トランジスタを提供すること。
（１０）請求項１０の目的
複数のゲート配線、絶縁膜、前記ゲート配線に対してマトリクス状に交差した複数の信号配線、保護膜、画素電極を有し、前記複数のゲート配線と信号配線の交差部に請求項９記載の薄膜トランジスタが配置され、前記ゲート配線とゲート電極が接続され、前記信号配線とソース電極が接続され、前記画素電極とドレイン電極が接続されることで、動作周波数が大きな薄膜トランジスタを有し、且つ、画素バラツキの小さいアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイを提供すること。
（１１）請求項１１の目的
請求項１０記載のアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイを用いて表示素子を駆動することで、画素バラツキの小さいアクティブマトリクス駆動表示装置を提供すること。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するための手段は、１つ以上の凹凸パターンが形成されたシリコーン・エラストマー・スタンプについて、
前記シリコーン・エラストマー・スタンプの凸部表面のみに親水層が設けられていることである（請求項１）。
【００１８】
上記、親水層を親水性ポリマー層で形成することができ（請求項２）、また、当該親水性ポリマー層をアミノ基を有するポリマー層にすることができる（請求項３）。
【００１９】
また、前記シリコーン・エラストマー・スタンプについては、これをポリジメチルシロキサンで成形することができる（請求項４）。
【００２０】
前記シリコーン・エラストマー・スタンプの製造方法について、前記親水性ポリマー層の形成前に、その凸部表面を酸素プラズマ処理することであり（請求項５）、または、前記親水性ポリマー層を形成する前にその凸部表面をエキシマＵＶ照射処理することである（請求項６）。
【００２１】
そして、前記親水性ポリマー層の形成を、マイクロコンタクトプリント（以下、μＣＰ）装置により行うことである（請求項７）。
また、前記親水性ポリマー層の形成後に、その表面全体を不活性化処理することもできる（請求項８）。
【発明の効果】
【００２２】
この発明の効果を特許請求の範囲に記載した各請求項の発明毎に整理すれば次のとおりである。
（１）請求項１の発明
１つ以上の凹凸パターンが形成されたシリコーン・エラストマー・スタンプにおいて、前記シリコーン・エラストマー・スタンプの凸部表面のみに親水層を設けることによって、当該凸部表面の親水性が高められてその表面張力が低下し、当該凸部表面のみに親水性インクが付けられ、凸部間のギャップにインクが付着することはない。したがって、親水性インクを用いても印刷解像度が高いシリコーン・エラストマー・スタンプを作成することができる。
そして特に、凸部の間のギャップが狭い印刷であっても、毛細管現象によって当該ギャップにまでインクが入り込んでしまう不具合を防止することができる。
【００２３】
（２）請求項２の発明
前記親水層が親水性ポリマー層からなることによって、上記凸部表面の親水性が高められてその表面張力が低下し、表面のみに親水性インクが付けられる。したがって、親水性インクを用いることができる、印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを作成することができる。
そして特に、凸部の間のギャップが狭い印刷であっても、毛細管現象によって当該ギャップにまでインクが入り込んでしまう不具合を防止することができる。
以上は、請求項１の発明の効果であるが、請求項２の発明は、特に、上記親水層を親水性ポリマー層の積層構造で形成したことで、ＵＶ光やプラズマ処理のような表面改質のみの親水化に比べて、半永久的に親水化の効果を得ることができる。
【００２４】
（３）請求項３の発明
前記親水性ポリマー層が、アミノ基を有するポリマーであることによって、請求項１の発明の、印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを作成することができ、特に、凸部の間のギャップが狭い印刷であっても、毛細管現象によって当該ギャップにまでインクが入り込んでしまう不具合を防止することができる。
以上の請求項１、請求項２の発明の効果であるが、請求項３の発明は、特に、親水性ポリマー層が、アミノ基を有するポリマーであるので、親水性のインクの濡れ性が向上し、多様なインクを印刷できる効果が有る。
【００２５】
（４）請求項４の発明
前記シリコーン・エラストマー・スタンプが、ポリジメチルシロキサンからなることで、その柔軟性が高く、したがって、基板に馴染んだフレキソ印刷が可能な印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを作成することができる。
【００２６】
（５）請求項５の発明
前記親水性ポリマー層の形成前にその凸部表面を酸素プラズマ処理する。したがって、親水性インクを用いることができる、印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを作成することができる。
以上は、請求項１、請求項２の発明の効果であるが、請求項５の発明は、特に、親水性ポリマー層の形成前にその表面を酸素プラズマ処理をしてスタンプ母材に親水性を付加するものであるから、前記親水性ポリマー層の形成が容易になる効果がある。
【００２７】
（６）請求項６の発明
前記親水性ポリマー層の形成前に表面をエキシマＵＶ照射処理する。したがって、親水性インクを用いることができる、印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを作成することができる。
以上は、請求項１、請求項２の発明の効果であるが、請求項６の発明は、特に、親水性ポリマー層の形成前にその表面をエキシマＵＶ照射処理するスタンプ母材に親水層を付加するものであるから、前記親水性ポリマー層の形成が容易になる効果がある。
【００２８】
（７）請求項７の発明
前記親水性ポリマー層の形成を、マイクロコンタクトプリント（以下、μＣＰ）装置で行うことによって、μＣＰ装置の精緻な高さ方向位置決め機能を用いることで凸部表面にのみ選択的に光反応性架橋剤を結合させるなどの効果が得られ、且つ、同一設備による製版及び印刷が行え、低コストに、親水性インクを用いることができる、印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを作成することができる。
【００２９】
（８）請求項８の発明
前記親水性ポリマー層の形成後に、表面全体を不活性化処理することによって、より表面自由エネルギーの高いインクを用いることができ、印刷解像度の高いシリコーン・エラストマー・スタンプを作成することができる。
【００３０】
（９）請求項９の発明
絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース・ドレイン電極、半導体層を順次積層した薄膜トランジスタを、前記シリコーン・エラストマー・スタンプを用いたμＣＰにより製造することによって、チャネル長が短く、動作周波数が大きな薄膜トランジスタを作成することができ、特に、ソース電極とドレイン電極の間のチャネル部が精緻に制御できる。
すなわち、上述したようなスタンプを用いることで、凸部の間のギャップが狭い印刷であっても、毛細管現象によって当該ギャップにまでインクが入り込んでしまう不具合を防止することができるため、不必要なインクがチャネル部に付着することを防止でき、特に、ソース電極とドレイン電極の間のチャネル部がショートする不具合や、チャネル部の距離のバラツキを少なくすることができる。
【００３１】
（１０）請求項１０の発明
複数のゲート配線、絶縁膜、前記ゲート配線に対してマトリクス状に交差した複数の信号配線、保護膜、画素電極を有し、前記複数のゲート配線と信号配線の交差部に請求項９記載の薄膜トランジスタが配置され、前記ゲート配線とゲート電極が接続され、前記信号配線とソース電極が接続され、前記画素電極とドレイン電極が接続されることによって、動作周波数が大きな薄膜トランジスタを有し、且つ画素バラツキの小さいアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイを作成することができる。
すなわち、上述したようなスタンプを用いることで、凸部の間のギャップが狭い印刷であっても、毛細管現象によって当該ギャップにまでインクが入り込んでしまう不具合を防止することができるため、不必要なインクがチャネル部に付着することが防止でき、特に、ソース電極とドレイン電極の間のチャネル部の距離のバラツキをアレイ間で少なくすることができる。
【００３２】
（１１）請求項１１の発明
請求項１０記載のアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイを用いて表示素子を駆動することによって、画素バラツキの小さいアクティブマトリクス駆動表示装置を得ることができる。
すなわち、上述したようなスタンプを用いることで、凸部の間のギャップが狭い印刷であっても、毛細管現象によって当該ギャップにまでインクが入り込んでしまう不具合を防止することができるため、不必要なインクがチャネル部に付着することを防止でき、特に、ソース電極とドレイン電極の間のチャネル部の距離のバラツキをアレイ間で少なくすることができる。より、詳細には、チャネル部の距離が短いところは、見かけ上、遮断周波数が上がり、他のアレイ部に比べて応答が速くなる。逆に、チャネル部の距離が長いところは、他のアレイ部に比べて応答が遅くなり、結果、画素バラツキが発生する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
次いで、図面を参照して実施例を説明する。
〔実施例１〕
実施例１は、シリコーン・エラストマー・スタンプについての具体例であり、この実施例１の説明で使用する薄膜トランジスタ６の一例の断面形状は図２に模式的に示しているものである。この薄膜トランジスタ６は、絶縁基板７、ゲート電極８、ゲート絶縁膜９、ソース電極１０、ドレイン電極１１、半導体層１２からなっている。
そして、薄膜トランジスタ６の形状寸法は次のとおりである。
ゲート電極幅：５μｍ、ゲート電極厚さ：１００ｎｍ、ゲート絶縁膜厚さ：２００ｎｍ、ソース電極厚さ：５０ｎｍ、ドレイン電極厚さ：５０ｎｍ、チャネル長：５μｍ
【００３４】
次に、薄膜トランジスタ６製造装置の構成及び動作を説明する。
絶縁基板７として、厚さ５０μｍのポリカーボネートフィルムを用い、その上に厚さ１００ｎｍのクロムをスパッタ成膜後、フォトリソグラフィー法で幅５μｍのゲート電極８を形成し、次に、厚さ２００ｎｍのポリイミドをスピンコートで成膜し、１５０℃で焼成してゲート絶縁膜９を形成する。その後、ポリチオフェンをチャネル部分にインクジェット装置で描画して半導体層１２を形成する。
次に、μＣＰ法により、導電性高分子であるＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）をドープしたＰＥＤＯＴ（ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン）を超純水中に分散させたインクを使用して、ソース電極１０、ドレイン電極１１を形成する。
【００３５】
μＣＰ用スタンプの概略を図３に示している。この実施例１で用いたμＣＰ用スタンプはスタンプ母材１３の凸部表面のみに親水層１４を有している。また、μＣＰ用スタンプにインクを付ける工程の概略を図４に示している。ここでは、インク台１上にインク２を用意し、μＣＰ用スタンプを下降、上昇させることにより、インク２をμＣＰ用スタンプに付ける。
【００３６】
さらに、薄膜トランジスタ６上にソース電極１０、ドレイン電極１１を形成（転写）する工程の概略を図５に示している。この工程で、図４に示す工程によりスタンプに付けたインクをコンタクト転写させている。
【００３７】
ここで、実施例１で使用したμＣＰ用スタンプの作製方法を説明する。スタンプ母材１３はフォトマスクを用いて作製したレジストパターンをＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）で反転コピー（金型中で熱インプリントにより重合）する方法で作製し、その後、スタンプ母材１３の表面に酸素プラズマ処理を行って、表面に水酸基を形成して表面改質を行った。次に、μＣＰ装置上で、アルコキシシランを末端に有するポリエチレングリコール（５ｍＭエタノール溶液）をインク台に用意し、スタンプ母材１３の凸部表面のみに親水層１４を形成し、その後、リンスを行い、親水層１４以外のスタンプ母材表面を不活性化処理する。
この実施例１では、上述した方法で用意したμＣＰ用スタンプにより薄膜トランジスタ６を製造した。
【００３８】
実施例１により、ソース電極１０とドレイン電極１１の間のチャネル部が精緻に制御された、動作周波数が大きな薄膜トランジスタを製造することができる。さらに、スタンプの凸部表面のみに親水層を設けることで、μＣＰにより親水性インクを高解像に印刷することができる。このことによって、実施例１のように、ボトムゲート・トップコンタクト構造の薄膜トランジスタにおいて、ソース電極１０及びドレイン電極１１材料に、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳインクを使用でき、ナノＡｇインク等のような高い温度で焼成する必要がないため、半導体の耐熱性の問題を回避することができる。
【００３９】
ここで、比較例を示す。この比較例は図６のものであり、親水層がスタンプ母材表面全体にあり、このために凸部間のギャップ３ｂにインクが入り込む。その結果、この比較例の薄膜トランジスタは、ソース電極１０とドレイン電極１１の間のチャネル部の解像度が低いものになる。
【００４０】
実施例１では、シリコーン・エラストマー・スタンプ母材にポリジメチルシロキサンを用いたが、ジエチルシロキサン、ジフェニルシロキサン、メチルビニルシロキサン、エチルビニルシロキサン、フェニルビニルシロキサン、エチルメチルシロキサン、メチルフェニルシロキサン、エチルフェニルシロキサン等を適用することもできる。
【００４１】
またこの実施例１では、親水性ポリマー層にポリエチレングリコールを用いたが、ポリエチレンイミンやポリアクリル酸およびアクリル酸を含有するコポリマー、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコールなどの水酸基を有するポリマー、ポリスルホン酸スチレンなどのスルホン酸官能性を有するポリマー等を適用することもできる。
【００４２】
さらにこの実施例１では、絶縁基板７に、ポリカーボネートフィルムを用いたが、絶縁性であり、プロセス温度に対する耐熱を有する材料であれば広い範囲から選択することが可能である。具体的には、ガラス、石英、アルミナ焼結体等の無機材料や、ポリイミド膜、ポリエステル膜、ポリエチレン膜、ポリフェニルレンスルフィド膜、ポリパラキシレン膜等の絶縁プラスチック、及びこれら無機材料と絶縁プラスチックとを組み合わせたハイブリッド基板等が使用可能である。
【００４３】
この実施例１では、ゲート電極８にクロムを用いたが、タンタル、アルミニウム、金、銀、銅、白金、パラジウム、クロム、モリブデン、ニッケル等や、これらの金属を用いた合金、ポリアニリン、ポリピロール、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等の導電性高分子が使用可能である。また、この実施例１では、ゲート電極８は、スパッタ成膜後、フォトリソグラフィーにより形状を形成したが、インクジェットや印刷法等を用いることも可能である。
【００４４】
またこの実施例１では、ゲート絶縁膜９に、ポリイミドを用いたが、例えばゲート電極８にタンタルやアルミニウムを用いた場合には、ゲート電極８を陽極酸化して得られる酸化タンタル、酸化アルミニウムを用いても良いし、ＣＶＤによってＳｉＮ，ＳｉＯ２等を形成しても良い。また、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、酸化ケイ素等を塗布し、１００℃〜２００℃で焼成することもできる。
【００４５】
またこの実施例１では、ソース電極１０、ドレイン電極１１にＰＥＤＯＴを用いたが、ゲート電極と同様、金、銀、銅、白金、パラジウム、クロム、モリブデン等を用いることもできる。
【００４６】
またこの実施例１では、半導体層１２にポリチオフェンを用いたが、低分子系としては、ペンタセン、チオフェンオリゴマーに代表されるアセン系材料、高分子系としては、ポリチオフェン系でポリ−３、ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）、ポリフルオレン系ではフルオレン−バイチオフェン（Ｆ８Ｔ２）の共重合体、またポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）等を用いることもできる。
【００４７】
またこの実施例１では、薄膜トランジスタとしてボトムゲート・トップコンタクトのものを採用しているが、トランジスタ構造についての特別の制約はないから（シリコーン・エラストマー・スタンプの凸部表面のみに親水層を設けたスタンプを用いてμＣＰによりソース電極とドレイン電極を形成することが重要）、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造、トップゲート・ボトムコンタクト、トップゲート・トップコンタクト等あらゆるトランジスタ構造のものを採用することができる。
【００４８】
〔実施例２〕
実施例２は、実施例１の薄膜トランジスタをアクティブ素子に用いたアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイについての実施例であり、その平面形状は図７に示すとおりであり、回路を含んだ概略は図８に示すとおりである。
絶縁基板７上に、水平方向にｍ本のゲート走査配線１５が配置され、垂直方向にｎ本の信号配線１６が配置され、マトリクス状に配置された前記の交差部に実施例１の薄膜トランジスタが配置され、各薄膜トランジスタのゲート電極８はゲート走査配線１５に接続され、ソース電極１０は信号配線１６に接続され、ドレイン電極１１はパッシベーション膜（層間絶縁膜）１７に開口されたビアホール（ｖｉａ  ｈｏｌｅ）１８を介して画素電極１９と接続される。ゲート走査配線１５はゲート電極８と併せて形成され、信号配線１６はソース電極１０、ドレイン電極１１と併せて形成される。パッシベーション膜１７のビアホール１８は、ドレイン電極１１以外に、各ゲート走査配線１５の端子部２０と各信号配線１６の端子部２１にも開口している。
【００４９】
図９に、この実施例２のアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイ２２を用いた電気泳動表示装置の主要部品の断面構造を概略的に示している。このアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイ２２のゲート走査配線の端子部２０にはゲート走査回路２３が、また、信号配線の端子部２１には信号回路２４が接続されており、さらに、両回路はコントロール回路２５に接続されている。
【００５０】
表示部には、画素電極１９に対向して設けられた透明電極２６が配置されている。すなわち、透明電極２６は、各画素電極１９に対向する対向電極を構成し、この透明電極２６と画素電極１９の間に電気泳動分散液層２７を有し、電気泳動分散液層２７に分散した光反射用電気泳動粒子２８と光吸収用電気泳動粒子２９からなっている。
透明電極２６は、光透過性を有するもの、好ましくは実質的に透明（無色透明、着色透明または半透明）なものである。これにより、前述した電気泳動分散液層２７中における光反射用電気泳動粒子２８と光吸収用電気泳動粒子２９の状態を、すなわち、表示された所望の情報を、目視により容易に認識することができる。
【００５１】
この実施例２における電気泳動表示装置は以下のように動作する。ゲート走査回路２３から出力される走査電圧が印加されたゲート走査配線１５／ゲート電極８に接続されている薄膜トランジスタ６が動作して、この薄膜トランジスタ６に接続されている画素電極１９に、走査電圧と同期して信号回路２４から供給される信号電圧が加わり、電気泳動粒子がいわゆる線順次駆動されて、各画素の反射光量が変化するかたちで表示装置が動作する。この表示装置は携帯電話、デジタルカメラ、フラットテレビ，ノートＰＣ等のフラットパネルディスプレイのほか、電子ペーパー等のフレキシブルディスプレイ等にも適用される。
【００５２】
上記画素電極１９の材料としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、コバルト、白金、金、銀、銅、モリブデン、チタン、タンタル等の金属、またはこれらを含む合金等があり、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００５３】
また、上記透明電極２６は、電気泳動分散液層２７に電圧を印加する他方の電極として機能するものであり、フィルム状（膜状）をしている。
透明電極２６の構成材料としては、例えば、インジウムティンオキサイド（ＩＴＯ）、フッ素ドープした酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム（ＩＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）のような導電性金属酸化物の他、ポリアセチレンのような導電性樹脂、導電性金属微粒子を含有する導電性樹脂等があり、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００５４】
また、上記電気泳動分散液層２７としては、比較的高い絶縁性を有する有機溶媒を用いることができる。この有機溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、アルキルベンゼンなどの芳香族炭化水素、ぺンタン、ヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素、シクロへキサン、メチルシクロへキサン等の脂環式炭化水素、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素、シリコン系オイル、フッ素系オイル、オリーブ油等の種々の鉱物油および植物油類、高級脂肪酸エステル等が挙げられ、これらを単独あるいは混合して用いることができる。
【００５５】
電気泳動粒子については、光反射用電気泳動粒子２８として酸化チタンを、また、光吸収用電気泳動粒子２９としてカーボンブラックを使用したが、有機または無機の粒子、または、これらを含む複合体を用いることもできる。この粒子としては、例えば、アニリンブラック、カーボンブラック等の黒色粒子、二酸化チタン、亜鉛華、三酸化アンチモン等の白色粒子がある。
さらに、カラー化をするためのものとして、モノアゾ、ジイスアゾン、ポリアゾ等のアゾ系粒子、イソインドリノン、黄鉛、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、チタンイエロー、アンチモン等の黄色粒子、キナクリドンレッド、クロムバーミリオン等の赤色粒子、フタロシアニンブルー、インダスレンブルー、アントラキノン系染料、紺青、群青、コバルトブルー等の青色粒子、フタロシアニングリーン等の緑色粒子等がある。
【００５６】
この実施例２では、上記電気泳動分散液層２７としてIsopar等のイソパラフィン溶液を用いているが、マイクロカプセス内に分散液、電気泳動粒子を内包する方式であっても駆動回路（薄膜トランジスタアレイを用いる画素スイッチング部）の構成は同様であり、本発明を適用することは可能である。
【００５７】
この実施例２はこの発明をモノクロディスプレイに適用したものであるが、波長領域によってフィルタリングが可能なカラーフィルタを介することでカラーディスプレイとして使用することも可能である。
【００５８】
〔実施例３〕
この実施例３は、実施例１のスタンプ作成方法を変更した実施例である。
この実施例３は、実施例１と同様の薄膜トランジスタ６を使用しているものである。この実施例３における薄膜トランジスタ６製造装置の構成及び動作を説明する（図４、図５、図７、図８等参照）。
半導体層１２までの構成及び動作は実施例１と同様である。そして、μＣＰ法により、水系溶媒のナノＡｇインクを使用して、ソース電極１０、ドレイン電極１１を形成した。この実施例３で用いたμＣＰ用スタンプはスタンプ母材１３の凸部表面のみに親水層１４を有している。
【００５９】
ここで、実施例３で使用したμＣＰ用スタンプの作製方法を示す。スタンプ母材１３はフォトマスクを用いて作製したレジストパターンをＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）で反転コピー（金型中で熱インプリントにより重合）する方法で作製し、次いで、スタンプ母材１３の表面にエキシマＵＶ光を照射し、表面に水酸基を形成して表面改質を行った。放電性ガスにはキセノンを、また、照射ランプにはキセノンガスを封入した誘電体バリヤ放電ランプを使用し、これによるエキシマＵＶ光を用いた。なお、誘電体バリヤ放電ランプは、キセノン原子が励起されたエキシマ状態となり、このエキシマ状態から再びキセノン原子に解離するときにＵＶ光を放射するものである。
エキシマＵＶ光を酸素に照射すると、高濃度のオゾンが得られ、更にまた、この高濃度のオゾンから活性酸化性分解物も得られる。これら高濃度オゾンと活性酸化性分解物との相乗作用によりＰＤＭＳ表面が親水性化される。
【００６０】
次に、μＣＰ装置上で、第一のステップとして、スタンプ母材１３の凸部表面のみに光反応性架橋剤を結合させる。そして、第二のステップとして、末端にアミノ基を有するポリエチレングリコールをインク台に用意し、光反応性架橋剤と結合させたスタンプ母材１３をコンタクトさせた後、ＵＶ光を照射した。このようにして、親水性ポリマーをスタンプの凸部表面のみに結合させる。
【００６１】
この実施例３では、上記方法によって用意されたμＣＰ用スタンプにより薄膜トランジスタ６を製造した。
以上のようにして、ソース電極１０とドレイン電極１１の間のチャネル部が精緻に制御された、動作周波数が大きな薄膜トランジスタを製造することができる。さらに、スタンプの凸部表面のみに親水層を設けることで、μＣＰにより親水性インクを高解像に印刷することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】は、従来技術の問題点を示す模式図
【図２】は、薄膜トランジスタの一例の断面形状を示す模式図
【図３】は、マイクロコンタクトプリント（μＣＰ）用スタンプの概略図
【図４】は、μＣＰ用スタンプにインクを付ける工程を概略的に示す模式図
【図５】は、 薄膜トランジスタ上にソース電極、ドレイン電極を形成（転写）する工程を概略的に示す模式図
【図６】は、実施例１におけるマイクロコンタクトプリントに対する比較例の概略図
【図７】は、実施例２のアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイを模式的に示す平面図
【図８】は、図７のアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイの回路を含んだ概略図
【図９】は、実施例２のアクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイを用いた電気泳動表示装置の主要部品の断面構造を概略的に示す断面図
【符号の説明】
【００６３】
１：インク台
２：インク
３：スタンプ
４：凸部
３ａ：凸部
３ｂ：ギャップ
３ｃ：表面
４：必要なインク
５：不必要なインク
６：薄膜トランジスタ
７：絶縁基板
８：ゲート電極
９：ゲート絶縁膜
１０：ソース電極
１１：ドレイン電極
１２：半導体層
１３：スタンプ母材
１４：親水層
１５：ゲート走査配線
１６：信号配線
１７：パッシベーション膜
１８：ビアホール
１９：画素電極
２０：ゲート走査配線の端子部
２１：信号配線の端子部
２２：アクティブマトリクス型薄膜トランジスタアレイ
２３：ゲート走査回路
２４：信号回路
２５：コントロール回路
２６：透明電極
２７：電気泳動分散液層
２８：光反射用電気泳動粒子
２９：光吸収用電気泳動粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009051178.tif 000008
【図７】
2009051178.tif 000009
【図８】
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【図９】
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