JP4948726B2 - 電子ディスプレイを制御するための電子回路素子を作製する好適な方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、１９９９年７月２１日に出願された、米国仮特許出願シリアルナンバー第６０／１４４，９５２号により得られる利益を主張する。本明細書中、同出願の全体を参考のため援用する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は概して、電気回路素子の製造を制御するシステムおよび方法に関する。より詳細には、本発明は、印刷技術を用いた電気回路制御素子の製造に関する。
【０００３】
（発明の背景）
殆どの従来の電子ディスプレイは、フォトリソグラフィックパターニング技術を多く用いた多工程プロセスを用いて製造される電気回路素子によって駆動される。フォトリソグラフィックプロセスは、現在のディスプレイに技術的に非常に適切であり、高解像度能力と、優れたデバイス性能とを提供する。残念ながら、機器と、これらのプロセスに関連する基礎設備とにかかるコストは、非常に高コストである。従って、従来の微細製造プロセスに代わる低コストの代替技術の発見が強く望まれている。
【０００４】
具体的には、別の全加色（ａｌｌ−ａｄｄｉｔｉｖｅ）プロセスの開発が望まれている；すなわち、機能材料を１つの構成に直接堆積させ、これにより、機能性電気回路素子を形成させる。さらに、このようなプロセスを用いると、材料および消費され得るコストを確実に低減でき、これにより、プロセスフローを劇的に簡略化し、製造時の処理量を増加させることができる。
【０００５】
（発明の要旨）
一局面において、本発明は、電子ディスプレイのためのアドレシングデバイスを製造する方法に関する。上記方法は、基板を提供する工程と、表面を処理して、液体と表面との間の接触角、表面粗さおよび表面エネルギーを制御することにより、上記基板の近隣に上記アドレシングデバイスを製造する工程と、上記アドレシングデバイスの少なくとも１つの回路素子を印刷する工程と、を含む。
【０００６】
一実施形態において、上記接触角は、９０度未満に制御される。好適な実施形態において、上記接触角は、６０度未満に制御される。
【０００７】
別の局面において、本発明は、電子ディスプレイのためのアドレシングデバイスを製造する方法に関する。上記方法は、基板を提供する工程と、（（ｉ）ゲート構造をスクリーン印刷し、（ｉｉ）誘電体材料および半導体をインクジェット印刷し、（ｉｉｉ）ソース構造およびドレイン構造の粗形状をスクリーン印刷し、そして（ｉｖ）ソフトリソグラフィーを用いて、上記ソース構造および上記ドレイン構造の高解像度形状を印刷することにより）少なくとも１つの回路素子を印刷することにより、上記アドレシングデバイスを上記基板の表面の近隣に製造する工程とを含む。一実施形態において、スクリーン印刷工程は、導電性ペーストの使用を伴う。上記導電性ペーストは、約１０００ｃＰと約５００００ｃＰとの間の粘度を有する。
【０００８】
別の実施形態において、上記方法は、アドレシングデバイスの一部を保護するためのカプセル材料を印刷する工程を含む。さらに別の実施形態において、上記方法は、約１００ｃＰ未満の粘度を有するインクを用いて少なくとも１つの回路素子をインクジェット印刷する工程を含む。別の実施形態において、インクジェット印刷工程は、インクジェットヘッドのオリフィスの直径の１／４よりも小さな直径の複数の粒子を用いる工程を含む。好適な実施形態において、インクジェットヘッドのオリフィスの直径の１／１０よりも小さな直径の複数の粒子を用いて、インクジェット印刷工程を行う。
【０００９】
別の実施形態において、上記方法は、溶媒中に溶解された半導体を含むインクを用いて少なくとも１つの回路素子をインクジェット印刷する工程を含む。別の実施形態において、インクジェット印刷工程は、溶媒中に溶解された誘電体材料を含むインクを用いてインクジェット印刷を行う工程を含む。
【００１０】
さらに別の実施形態において、上記方法は、上記基板に対してインクジェットヘッドを速度Ｕで移動させることにより、少なくとも１つの回路素子をインクジェット印刷する工程を含む。ここで、Ｕは数量２ＲＦよりも少量であり、Ｒは、液滴半径であり、Ｆは液滴噴出周波数である。
【００１１】
さらなる実施形態において、インクジェット印刷は、衝突時にインクジェット液滴を基板上に固着させる工程を含む。さらに別の実施形態において、基板温度を単独で制御することにより、インクジェット液滴を固着させる。
【００１２】
さらなる実施形態において、ソフトリソグラフィーを用いた印刷工程は、エラストマースタンプおよび硬質スタンプのいずれかを用いたマイクロコンタクト印刷により、少なくとも１つの回路素子を印刷する工程を含む。さらなる実施形態において、ソフトリソグラフィーを用いた印刷工程は、接触マスクおよび近接マスクのいずれかを通じて印刷を行う工程と、蒸着、スパッタリングおよび化学気相堆積法のいずれかを用いて少なくとも１つの回路素子を印刷する工程と、型から上記基板へインクを転写し、上記インクを硬化させることにより、少なくとも１つの回路素子を印刷する工程とを含む。別の実施形態において、ソフトリソグラフィーを用いた印刷工程は、インクが乾く際上記インクを（型にではなく）上記インクが印刷された表面に優先的に付着させる表面特性を有する型を用いて、少なくとも１つの回路素子を印刷する工程を含む。
【００１３】
なおさらなる実施形態において、インクジェット印刷による半導体材料は、ポリチオフェン、オリゴチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体と、無機半導体粒子のコロイド懸濁系とからなる種類の材料群から選択される。インクジェット印刷による絶縁材料は、可溶性ポリマーと、ガラスと、無機膜と、複合材料とからなる種類の材料群から選択される。
【００１４】
さらに別の実施形態において、インクジェット印刷工程を、蒸着、スパッタリング、反応性ガス処理および化学気相堆積法から選択される真空ベースの処理を含む印刷工程と取り換える。
【００１５】
他の実施形態において、スクリーン印刷工程を、蒸着、スパッタリング、反応性ガス処理および化学気相堆積法から選択される真空ベースの処理を含む印刷工程と取り換え、ソフトリソグラフィーを用いた印刷を含む工程を、蒸着、スパッタリング、反応性ガス処理および化学気相堆積法から選択される真空ベースの処理を含む印刷工程と取り換え、複数の（しかしその全てではない）工程を、複数の印刷工程と取り換える。上記複数の印刷工程はそれぞれ、蒸着、スパッタリング、反応性ガス処理および化学気相堆積法から選択される真空ベースの処理を含む。
【００１６】
別の局面において、本発明は、電子デバイスを作製する方法に関する。上記方法は、（ａ）基板を提供する工程と、（ｂ）フレキソ−グラビア印刷を用いてゲート構造を上記基板上に堆積する工程と、（ｃ）スロットコーティングを用いて誘電体材料層を堆積する工程とを含む。上記誘電体材料層は、上記ゲート構造と上記基板の一部とを被覆する。上記方法はまた、（ｄ）上記誘電性層の近隣において上記ゲート構造と反対側の上記誘電性層の面上に、低解像度形状のソース構造と、低解像度形状のドレイン構造とをスクリーン印刷を用いて堆積する工程であって、上記ソース構造および上記ドレイン構造は、両者の間に空間を有するパターニング構造として堆積する、工程と、（ｅ）上記ソース構造と上記ドレイン構造との間の空間内に、上記誘電性層の近隣に半導体材料をインクジェット印刷を用いて堆積する工程と、（ｆ）上記アドレシングデバイスに隣接して少なくとも１つの電子素子を堆積し、これにより、上記アドレシングデバイスに上記少なくとも１つの電子素子をアドレシングさせて、上記電子素子の挙動を制御する、工程と、を含む。
【００１７】
一実施形態において、上記方法は、工程（ｃ）の後かつ工程（ｄ）の前に、上記誘電性層の近隣において上記ゲート構造と反対側の上記誘電性層の面上に、高解像度形状のソース構造と高解像度形状のドレイン構造とをソフトリソグラフィー技術を用いて堆積する工程であって、上記ソース構造および上記ドレイン構造は、互いの間に空間を有する、工程、をさらに含み得る。
【００１８】
別の局面において、本発明は、電子ディスプレイをアドレシングするトランジスタに関する。上記トランジスタは、基板と、上記基板の一部の近隣に配置され、かつ、フレキソ−グラビア印刷によって形成されるゲート構造と、上記基板の近隣に配置され、スロットコーティングにより形成される誘電体膜とを含む。上記トランジスタはまた、近隣の上記誘電体膜の近隣に配置され、互いに離され、かつ、ソフトリソグラフィーおよびスクリーン印刷のうち少なくとも１つを用いて形成されるソースおよびドレインと、上記誘電体膜の一部の近隣でかつ上記ソースと上記ドレインとの間に配置され、インクジェット印刷によって形成される半導体膜とを含む。上記ソースおよび上記ドレインから選択された一方は、ピクセル電極と電気的に連絡する。
【００１９】
一局面において、本発明は、電子ディスプレイのためのアドレシングデバイスを作製する方法を特徴とする。上記方法は、（ａ）基板を提供する工程と、（ｂ）１つ以上の全加色製造プロセスを用いて、上記基板の表面の近隣に上記アドレシングデバイスを製造する工程と、を含む。好適な実施形態において、工程ｂ）は、上記アドレシングデバイスの少なくとも１つの回路素子を「印刷する」ことにより、上記アドレシングデバイスを製造する工程を含む。上記印刷工程は、任意の適切な印刷工程（例えば、スクリーン印刷、ステンシル印刷、インク−ジェット印刷、ソフトリソグラフィー、オフセット印刷、フレキソグラフィック印刷、凹版印刷もしくはグラビア印刷、または、当業者に公知の類似の方法）を用いて行われ得る。別の実施形態において、工程ｂ）は、少なくとも２つの異なる加色工程を用いる工程を含む。
【００２０】
別の実施形態において、工程ｂ）は、導電線、抵抗器、電極、少なくとも１つの回路素子用のカプセル材料、ダイオードまたはその一部、バリスターまたはその一部、あるいは電界効果トランジスタまたはその一部を印刷する工程を含む。好適な実施形態において、印刷された素子を共に組み合わせて、パッシブマトリクスアレイ、制御グリッド構造、ダイオードアレイ、バリスターアレイ、電界効果トランジスタベースのアクティブマトリクスアレイ、論理回路、または他の複雑な回路を形成する。
【００２１】
一実施形態において、工程ｂ）は、導電性ペースト（例えば、グラファイト、銀、金、またはポリマー材料中に分散したニッケル粒子）を用いて、少なくとも１つの回路素子を印刷する工程を含む。１つの詳細な実施形態において、工程ｂ）は、約１０００ｃＰと約５００００ｃＰとの間の粘度を有する導電性ペーストを用いて少なくとも１つの回路素子を印刷する工程を含む。
【００２２】
一実施形態において、工程ｂ）は、ｂ１）インク材料を溶媒に溶解し、ｂ２）上記インク材料を上記基板上に印刷し、そしてｂ３）上記溶媒を除去することにより、少なくとも１つの回路素子を印刷する工程を含む。別の詳細な実施形態において、工程ｂ）は、ｂ１）光硬化可能なインク材料を上記基板上に印刷し、ｂ２）上記インク材料を露光により硬化させることにより、少なくとも１つの回路素子を印刷する工程を含む。
【００２３】
別の実施形態において、工程ｂ）は、導電性ポリマーまたは導電粒子のコロイド分散系を印刷する工程を含む。詳細な一実施形態において、工程ｂ）は、約１０００ｃＰ未満の粘度の導電材料を用いた、インクジェット印刷、オフセット印刷、フレキソグラフィック印刷、凹版印刷、またはグラビア印刷の少なくとも１つの回路素子への使用を含む。
【００２４】
一実施形態において、工程ｂ）は、溶媒中に溶解された誘電体を用いて少なくとも１つの回路素子をインクジェット印刷する工程を含む。あるいは、工程ｂ）は、溶媒中に溶解された半導体材料を用いて少なくとも１つの回路素子をインクジェット印刷する工程を含み得る。
【００２５】
詳細な一実施形態において、工程ｂ）は、粒子が細かいためインクジェット印刷ヘッドのオリフィスを実質的に詰まらせない複数の粒子を用いて、少なくとも１つの回路素子をインクジェット印刷する工程を含む。これは、上記粒子が上記オリフィスの直径の約１／４よりも小さな直径を有する場合に最良に達成されるが、高い歩留まりを達成するためには、上記粒子を上記オリフィスの直径の１／１０よりも小さな直径にするのが好ましい。
【００２６】
一実施形態において、工程ｂ）は、上記液滴が連続線を印刷するような速度（すなわち、移動速度Ｕ＜２ＲＦ（Ｒは液滴半径であり、Ｆは液滴噴出周波数である）速度）で、上記基板に対してインクジェットヘッドを移動させることにより、少なくとも１つの回路素子をインクジェット印刷する工程を含む。別の実施形態において、工程ｂ）は、衝突時に上記基板上にインクジェットされた液滴を上記基板に固着させることにより、少なくとも１つの回路素子をインクジェット印刷する工程を含む。
【００２７】
別の実施形態において、工程ｂ）は、エラストマースタンプまたは硬質スタンプもしくは印刷プレートを用いた機能材料を印刷することにより、少なくとも１つの回路素子を印刷する工程を含む。詳細な一実施形態において、工程ｂ）は、上記基板へ型からインクを転写し、その後上記インクを硬化させることにより、少なくとも１つの回路素子を印刷する工程を含む。別の詳細な実施形態において、工程ｂ）は、上記基板に型からインクを転写する前に、上記インクが上記型と接触している間に上記インクを実質的に硬化させることにより、少なくとも１つの回路素子を印刷する工程を含む。
【００２８】
ぬれ印刷を伴う実施形態において（特に、粘度が数千ｃＰ未満の材料を使用する実施形態において）連続的な（すなわち、途切れの無い）微細線を作製するためには、上記基板の表面を処理して、液体の上記表面となす平衡接触角を調節するのが好ましい。これは、化学的処理（例えば、ヘキサメチルジシラザン、オクタデシルトリクロロシランまたは類似の材料）の適用、上記表面のプラズマ処理への暴露、または当業者に公知の他の方法の使用により、行うことが可能である。これらの実施形態において、液体の上記表面となす平衡接触角が実質的に９０度未満（好適には６０度未満）となるように上記基板の表面エネルギーを調節するのが好ましい。これは、毛管の不安定性または分圧により、長く細い数珠状の液体をばらばらにして分散した液滴にさせることを確実にする点において有用である。
【００２９】
別の実施形態において、工程ｂ）は、真空ベースの堆積を通じて少なくとも１つの回路素子を形成する工程を含む。上記真空ベースの堆積は、蒸着、スパッタリングまたは化学気相堆積法を含む（ただし、これらに限定されない）。
【００３０】
上記回路素子は、コロイド導電粒子、カーボン、グラファイト、銀、ニッケル、パラジウムまたは金属酸化物を用いて印刷され得る。上記回路素子は、ポリアニリン、ポリエチルジオキシチオフェンまたは他の導電性ポリマーを用いて印刷され得る。上記回路素子は、無機半導体（例えば、シリコン、セレン化カドミウムまたはガリウムヒ素）を用いて堆積され得る。上記回路素子は、有機半導体（例えば、ポリ（３−アルキル）チオフェン、ヘキサチオフェンおよび他のオリゴチオフェン、α，ω−ジヘキシル 四元チオフェンおよび他のアルキル置換されたオリゴチオフェンおよび他の可溶性有機半導体）を用いて印刷され得る。上記回路素子はまた、誘電体材料（（例えば、ベンゾシクロブテン（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）、ポリイミド、ポリビニルフェノールまたはスピンオンガラス材料）を用いても印刷され得る。
【００３１】
上記の好適な実施形態において、工程ｂ）は、ｂ１）上記ゲート構造を規定するための、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソグラフィック印刷、凹版印刷、グラビア印刷またはインクジェット印刷、ｂ２）誘電体材料を堆積するための、スロットコーティング、浸漬コーティング、ナイフオーバーロールコーティングもしくはスピンコーティング、オフセット印刷、フレキソグラフィック印刷、凹版印刷、グラビア印刷もしくはインクジェット印刷、または真空堆積技術、ｂ３）半導体材料を堆積するための、スロットコーティング、浸漬コーティング、ナイフオーバーロールコーティングもしくはスピンコーティング、オフセット印刷、フレキソグラフィック印刷、凹版印刷、グラビア印刷もしくはインクジェット印刷、または真空堆積技術、ｂ４）上記ソースおよびドレイン構造を規定するための、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソグラフィック印刷、グラビア印刷もしくはインクジェット印刷を用いることにより、少なくとも１つの回路素子を印刷する工程を含む。いくつかの設計の場合、上記ソースおよびドレイン構造に高解像度形状を設けることが必要である。上記高解像度形状は、ソフトリソグラフィー技術またはフォトリソグラフィックパターニング（すなわち、減色）技術を用いて形成され得る。
【００３２】
別の局面において、本発明は、電子ディスプレイを作製する方法を特徴とする。上記方法は、（ａ）基板を提供する工程と、（ｂ）上記基板の近隣に電子ディスプレイ媒体を提供する工程と、（ｃ）加色製造プロセスを用いて上記アドレシングデバイスを上記基板表面の近隣に製造する工程とを含む。一実施形態において、上記電子ディスプレイ媒体は、カプセル化された電子ディスプレイ媒体を含む。一実施形態において、上記カプセル化された電子ディスプレイ媒体は、流体中に分散した電気泳動粒子を含む。
【００３３】
さらに別の局面において、本発明は、電子デバイスを作製する方法を特徴とする。上記方法は、（ａ）第１の加色製造プロセスを用いて、上記デバイスの第１の部分を製造する工程と、（ｂ）上記第１の加色製造プロセスと異なる第２の加色製造プロセスを用いて上記デバイスの第２の部分を製造する工程とを含む。
【００３４】
さらに別の局面において、本発明は、電子ディスプレイをアドレシングするトランジスタを特徴とする。一実施形態において、上記トランジスタは、基板と、上記基板の一部の近隣に配置されたゲートと、上記ゲートおよび上記基板の近隣に配置された誘電体膜と、上記誘電体膜の一部の近隣に配置された半導体膜と、上記半導体膜の近隣に配置されたドレインと、上記半導体膜の近隣に配置されたソースとを含む。上記ソースは、ピクセル電極と電気的に連絡する。
【００３５】
別の実施形態において、上記トランジスタは、基板と、上記基板の一部の近隣に配置されたソースおよびドレインと、上記ソース、上記基板および上記ドレインの近隣に配置された半導体膜と、上記半導体膜の近隣に配置された誘電体膜と、上記半導体膜の一部の近隣に配置されたゲートとを含む。上記ソースは、ピクセル電極と電気的に連絡する。
【００３６】
別の実施形態において、上記トランジスタは、基板と、上記基板の一部の近隣に配置されたゲートと、上記ゲートおよび上記基板の近隣に配置された誘電体膜と、上記誘電体膜の一部の近隣に配置された半導体膜と、上記半導体膜の一部の近隣に配置されたソースおよびドレインと、上記ドレイン、上記半導体膜および上記ソースの一部の近隣に配置された絶縁体膜と、上記絶縁体膜および上記ソースの近隣に配置されたピクセル電極とを含む。上記絶縁体膜は、上記ソースを上記ドレインから絶縁し、上記ピクセル電極を上記ドレインから絶縁する。
【００３７】
さらに別の実施形態において、上記トランジスタは、基板と、上記基板の近隣に配置されたソースおよびドレインと、上記ソース、上記ドレインおよび上記基板の近隣に配置された半導体膜と、上記半導体膜の近隣に配置された誘電体膜と、上記誘電体膜の近隣に配置されたゲートと、上記ゲートおよび上記誘電体膜の近隣に配置された絶縁体膜と、上記絶縁体膜の近隣に配置されたピクセル電極とを含む。上記ピクセル電極は、上記絶縁体膜および上記半導体膜を通じて、上記ソースと電気的に連絡する。
【００３８】
さらに別の実施形態において、上記トランジスタは、基板と、上記基板の近隣に配置されたゲートと、上記基板および上記ゲートの近隣に配置された誘電体膜と、上記誘電体膜の近隣に配置された半導体膜と、上記半導体膜の近隣に配置されたドレインおよびソースと、上記半導体膜の近隣に配置された絶縁体膜と、上記ソースおよび上記絶縁体膜の近隣に配置されたピクセル電極とを含む。上記絶縁体膜は、上記ピクセル電極を上記半導体膜から絶縁する。
【００３９】
さらに別の実施形態において、上記トランジスタは、基板と、上記基板の近隣に配置されたゲートと、上記ゲートおよび上記基板の近隣に配置された誘電体膜と、上記誘電体膜の近隣に配置された半導体膜と、上記半導体膜の近隣に配置されたドレインおよびソースと、上記ドレイン、上記半導体膜および上記ソースの近隣に配置された絶縁体膜と、上記絶縁体膜の近隣に配置されたピクセル電極とを含む。上記ピクセル電極は、上記絶縁体膜を通じて上記ドレインから絶縁され、上記ピクセル電極は、上記ソースと電気的に連絡する。
【００４０】
さらに別の実施形態において、上記トランジスタは、基板と、上記基板の近隣に配置されたゲートと、上記ゲートおよび上記基板の近隣に配置された誘電性層と、上記誘電性層の近隣に配置されたドレインおよびソースと、上記ドレイン、上記誘電性層および上記ソースの近隣に配置された半導体膜とを含む。
【００４１】
（詳細な説明）
本発明の目的および特徴は、以下に説明する図面および特許請求の範囲を参照すればより良く理解され得る。これらの図面は必ずしも縮尺通りではなく、それよりも、本発明の原理の説明に概して重点を置いたものである。図面中、類似の参照符号は、様々な視点から見た類似の構成部品を示すために用いられる。
【００４２】
本発明は、１つ以上の全加色印刷工程（例えば、スクリーン印刷およびステンシル印刷、インクジェット印刷、オフセット印刷、フレキソグラフィック印刷、凹版印刷、またはグラビア印刷）を用いて、電子ディスプレイの駆動に必要な電気素子および電子素子アレイを作製することが可能な方法について、説明する。これらの電子ディスプレイを挙げると、電気泳動ディスプレイ、液晶ディスプレイ、回転球ディスプレイまたは回転針ディスプレイがある（ただし、これらに限定されない）。開示される製造方法は、従来からのフォトリソグラフィー技術に基づくものではなく、「印刷」プロセスとしてより適切に規定されているため、電子ディスプレイ製造のコスト構造を劇的に変えることが期待できる。
【００４３】
本発明は、高コストな減色処理方法（すなわち、レジスト兼エッチング）の代わりに低コストな加色プロセス（すなわち、印刷）を用いて、パターニングされた電子デバイスを形成することを開示する。典型的には、パターニングされた電子的コンポーネントは、（フォトリソグラフィーを用いて規定された）レジストパターンを基板上に作製することにより、作製される。このプロセスにおいて、ポジレジストまたはネガレジストのいずれかを用いて、パターニングされたポリマー層を形成することが可能である。このパターニングされたポリマー層は、下側にある基板をエッチング剤から保護する。パターニングされたレジストを形成した後、エッチング工程を用いて基板をパターニングし、その後、レジストパターンを除去する。このプロセスは典型的には、少なくとも７つの工程（すなわち、レジスト堆積工程、レジスト乾燥工程、レジスト露光工程、レジスト現像工程、レジスト硬化工程、活性材料のエッチング（または堆積）工程、およびレジスト除去工程）を必要とする。１つの印刷工程において活性材料を堆積させた後に硬化工程を行う加色プロセスは、コスト面において有意に有利である。ほとんどの加色プロセスは溶媒ベースの印刷を含むため、他のプロセス（例えば、近接マスクまたは接触マスクを通じた蒸着）を用いて、電子デバイスに有用なパターニング材料を達成することも可能である。
【００４４】
また、本発明者らは、電界効果トランジスタをカプセル層およびピクセル電極の下側に埋め込んだ好適な構造についても説明する。これらのカプセル層およびピクセル電極はそれぞれ、全加色印刷技術を用いて堆積される。
【００４５】
最近の電子ディスプレイにおいて一般的に用いられる種類の電子的アドレシング構造は複数ある（例えば、パッシブマトリクス、ダイオードアレイおよびトランジスタアレイ（ただし、これらに限定されない））。現在、これらのシステムの高解像度形状（約７０ｄｐｉよりも高い解像度を持つ高性能ディスプレイには、約２０μｍ未満の形状サイズが必要とされている）は、フォトリソグラフィックプロセスを用いて製造されている。本明細書中に説明する本発明を用いれば、低解像度および中程度の解像度（２５０μｍもの大きさの形状サイズを約１０ｄｐｉから７０ｄｐｉの範囲の解像度を持つディスプレイに組み込むことが可能である）デバイス構造が可能となる。製造プロセス制御を適切に高度化させれば、これらと同じ技術を用いて高解像度形状を生み出すことが可能となり、よって、低コストで高性能な電子ディスプレイの製造を行うことが可能となる。
【００４６】
本発明の中心となる全加色印刷技術は、１）スクリーン印刷およびステンシル印刷と、２）インクジェット印刷と、３）オフセット印刷、フレキソグラフィック印刷、凹版印刷またはグラビア印刷と、４）ソフトリソグラフィー技術とである。これらの方法は、単独でも組み合わせてでも用いることが可能であり、これにより、異なる技術の長所を利用して所望のデバイスを構築することができる。簡潔にするために、本開示において、これらの印刷技術について、電子ディスプレイを駆動させるアクティブマトリクストランジスタアレイの製造の文脈において説明する。以下に概要を述べる方法は、ダイオードアレイ、パッシブマトリクスアレイ、制御グリッドおよび電子ディスプレイ分野において用いられる他の複雑な回路の製造に容易に適用可能である。
【００４７】
（埋め込みトランジスタの設計）
本発明の好適な実施形態において、加色な印刷プロセスを用いて、薄膜トランジスタの選択部分をカプセル化するかまたは埋め込む。
【００４８】
パターニングされたゲート構造、誘電体膜、半導体膜、オプションとして電気接触膜（アモルファスシリコン半導体の場合、この膜はｎ＋ドープされたシリコンを含み得る；有機半導体の場合、この膜は不要である）、ならびにパターニングされたソース構造およびドレイン構造を堆積させることにより、下部ゲートトランジスタを構築する。下部ゲートアクティブマトリクス構造を用いて電子ディスプレイの駆動を行うと、以下の３つの主要な不利点が生じる：すなわち、１）ディスプレイを組み立てた後、露出したドレイン線がディスプレイ媒体と密接に接触する位置に配置されるため、ディスプレイに送られるデータ信号により、ドレイン線の上にあるディスプレイの光学的状態が変化し得る点；２）データ線のサイズにより、ディスプレイのアパーチャ（ピクセル電極領域の面積とディスプレイ上のピクセルセルサイズ面積との比）が限定される点；および３）ディスプレイ媒体に直接曝されるので、半導体材料の汚染が起こり得る点。
【００４９】
不利点１は、商用のディスプレイの設計に影響を与える。例えば、液晶ディスプレイの場合、データ線信号が、ディスプレイ材料をスプリアスに切り換える。しかし、このスプリアスに切り換えられた材料は、ディスプレイの前面に整合され、取付けられた（フォトリソグラフィック技術を用いて構築された）精密色フィルタ内に組み込まれた「ブラックマスク」のため、観察者の目から見ると不明瞭に見える。
【００５０】
従来のフォトリソグラフィック技術を用いて上記の不利点を解消しようとすると極めて複雑かつ高コストとなるのに対し、本発明による加色印刷プロセスを用いれば、埋め込みトランジスタを形成することにより適切な解像度と高い生産性が得られ、上記の不利点の少なくともいくつかを、低コストで解消することが可能である。以下に説明する本発明の好適な実施形態は、「ブラックマスク」の機能をアレイ電子機器中に直接組み込むことを可能にする。それとは対照的に、フォトリソグラフィック技術によって作製されたブラックマスクと一体型の色フィルタは、商用ディスプレイ中のコンポーネントの中で最も高価なコンポーネントの１つである。
【００５１】
図２Ｃに示す１つの形態の埋め込みトランジスタにおいて、絶縁材料１００の膜を、下部ゲートＴＦＴの露出したデータ線９０上に印刷し、これにより、ＴＦＴの近隣のディスプレイ媒体を、これらのデータ線に沿って送られる電気信号から遮蔽する。この構造は、上記の不利点１および２を軽減する。各図において、基板８０を提供し、基板８０上にデバイスを作製する。様々なデバイスが半導体層７０を含み、絶縁体または誘電性層６０を含み得る。
【００５２】
図２Ａに示す別の形態の埋め込みトランジスタにおいて、ソース１０電極およびドレイン２０電極のいずれかの上に小さなアパーチャを設けるように、絶縁材料１００の膜を下部ゲートＴＦＴ上に印刷する。これらの小さなアパーチャにより、ピクセル電極４０に接続することができる。その結果、アパーチャを介してＴＦＴのソース電極またはドレイン電極と電気的に接触するピクセル電極４０を導電材料が形成するように、導電材料が絶縁材料の膜上にパターニングされる。この構造は、半導体およびデータ線を完全にカプセル化し、ディスプレイのアパーチャをデータ線のサイズと無関係にすることにより、上記の３つの不利点全てを軽減する。
【００５３】
類似の埋め込みトランジスタ構造を、上部ゲートＴＦＴと共に用いることが可能である。この上部ゲートＴＦＴは、ソース構造およびドレイン構造を堆積させ、半導体層（およびオプションとして、下部ゲートＴＦＴについて上記にて述べたような電気接触膜）を堆積させ、誘電性層を堆積させ、ゲート構造を堆積させることにより、構築される。図２Ｄに示すように、本発明を用いて、絶縁材料１００を露出したゲート３０線上に堆積することによりこのような上部ゲートＴＦＴを埋め込み、これによりディスプレイ媒体をこれらの線から電気的に遮蔽することが可能である。
【００５４】
あるいは、図２Ｂに示すように、ソース１０電極およびドレイン２０電極のいずれかの上に小さなアパーチャを設けるように、絶縁膜１００をＴＦＴ上にパターニングし、これらの小さなアパーチャにより、ピクセル電極４０に接続することができる。その結果、アパーチャを介してＴＦＴのソース電極またはドレイン電極と電気的に接触するピクセル電極４０を導電材料が形成するように、導電材料が絶縁材料の膜上にパターニングされる。
【００５５】
説明目的のため、同時出願され、共有され、かつ同時係属中である米国特許出願（弁理士受付番号第ＩＮＫ−０８６号）と、ＰＣＴ特許出願（弁理士受付番号第ＩＮＫ−０８６ＰＣ号）と（両出願のタイトルは、「Ｕｓｅ ｏｆ ａ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｔｏ Ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｎ Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｄｒｉｖｅｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ」である）において議論された代表的な最小パターニングされたアクティブマトリクストランジスタの断面図を、図１Ａおよび図１Ｂに示す。導電ゲート構造３０は薄膜誘電体膜６０で被覆され、薄膜誘電体膜６０は半導体層７０によって被覆される。導電性のソース１０の形状およびドレイン２０の形状は、半導体材料上に堆積される。図１Ｂの上部ゲート構造は、誘電体および半導体のパターニング、または、電極をドレイン構造に接続する技術による適切なパターニングを必要とする。より多くのパターニング工程を取り入れることにより、図２Ａおよび図２Ｂ中に提案されているようにトランジスタをピクセル電極４０の下に「埋め込む」ことにより、アパーチャを増加させることが可能である。
【００５６】
図１Ａおよび図１Ｂを参照して、ソース１０構造、ドレイン２０構造およびゲート３０構造が示されている。図１Ａの図は下部ゲート構造を示し、図１Ｂの図は上部ゲート構造を示す。５０は、蓄積キャパシタを示す。ソースおよびドレインのラベルは、一般性を失うことなく逆にすることが可能であり、これにより、ｎチャネルまたはｐチャネルのデバイスのいずれかをパストランジスタとして用いることが可能となる点に留意されたい。
【００５７】
図２Ａおよび図２Ｂは、プロセス工程数の増加を犠牲にすることにより複数の利点を提供する埋め込みトランジスタ構造を示す。その利点を挙げると、１）デバイスのアパーチャ比の増加（全ディスプレイ面積に対するスイッチング面積の比の増加）と、２）半導体膜をカプセル化することにより、湿気、光、ガスまたはディスプレイ材料の化学物質への露出を避ける点とがある。
【００５８】
同様の機能を備えたデバイスを製作するために用いられ得る代替設計が存在し、そのうちの１つを図３に示す。図３は、ピクセル電極がその領域の一部において、絶縁層により電気的に絶縁される下部ゲート構造を示す。半導体層の堆積後、絶縁体がパターニングにより堆積され、その後、ソース電極およびドレイン電極が堆積される。前述のとおり、ソース電極およびドレイン電極用のラベルは、普遍性を失うことなく逆にすることができる。
【００５９】
図４は、ゲート３０が最初に基板８０上に堆積される、さらに別の代替設計を示す。誘電体層６０がゲート３０および基板８０の上に堆積される。ソース電極１０およびドレイン電極２０が誘電体層６０上に堆積されており、ゲート３０がある領域（ｒｅｇｉｓｔｒｙ）において、ソース電極１０およびドレイン電極２０の間に空間が存在する。次いで、半導体７０が、誘電体層６０上の領域において、ソース１０からドレイン２０までの範囲にわたって堆積されるため、ゲート３０に印加される信号に応答して、ゲート３０は、半導体層７０に、エンハンスメントモードデバイスの場合にはさらに導電性を持たせ、空乏モードデバイスの場合にはさらに抵抗性に持たせ得る。前述のとおり、ソース電極およびドレイン電極用のラベルは、普遍性を失うことなく逆にすることができる。
【００６０】
（印刷技術の論議）
スクリーン印刷プロセスまたはステンシル印刷プロセスは、従来の製造環境でのわずか１５０〜２００μｍ程度の印刷形状（すなわち、線および空間）に最適な低コストで高容量なプロセスである。本発明では、スクリーン印刷およびステンシル印刷は、コンポーネントアレイ内にパターンニングされたゲートコンダクタ、ソースコンダクタ、およびドレインコンダクタを印刷するために特に有用である。スクリーン印刷可能な「インク」は、市販の導電性インクのいずれからも選択され得るか、またはその用途に適切な導電性を提供する、手近な別の材料であり得る（例えば、市販のインクを改変したもの、本質的に導電性を有するポリマー、導電性粒子のナノ相分散等）。スクリーン印刷またはステンシル印刷はまた、作製されたデバイスを保護、絶縁、または、それ以外では、格納するためのカプセル層を設けるために用いられ得る。この場合のスクリーン印刷可能な「インク」は、熱硬化されるか、またはＵＶ硬化される、市販の誘電性インクのいずれからも選択され得る。
【００６１】
細線スクリーン印刷構造（５０〜７５μｍの線および空間）が、高性能なスクリーンおよびインクを用いて達成可能であるが、そのような線は、通常、多くの市販の電子ディスプレイ用には、抵抗が大きすぎ、かつ解像度が低すぎる。高度な低電力ディスプレイ（例えば、電気泳動ディスプレイ、回転ボールディスプレイ、回転ニードルまたはいくつかの液晶ディスプレイ）には、導線を渡る抵抗性電圧降下が、ディスプレイを流れる電流が減少するため、はるかに小さくなり得る。
【００６２】
同様に、スクリーンまたはステンシルは、パターニングして、またはパターニングせずに、誘電体材料または半導体材料のぬれ膜を基板上に設けるために用いられ得る。この技術を用いて極薄層を作製するために、材料を溶媒で希釈することが必要であり、次いで、この溶媒は、後の乾燥プロセスまたは硬化プロセス中に除去される。
【００６３】
（インクジェット印刷）
インクジェット印刷は、スクリーン印刷およびステンシル印刷と比較して、提供するスループットはわずかに低減されるが、電子コンポーネントまたは電子コンポーネントアレイを形成するための少量の材料を正確に堆積する有用な技術である。この方法は、最大でも５０μｍ程度の線解像度または空間解像度しか提供せず、粘度が低い流体（すなわち、約１００ｃＰよりも低い粘度を有する流体）の使用を必要とする。よって、インクジェット技術は、本質的に導電性を有するポリマー、または導電性粒子の分散（ナノスコーピックまたはマイクロスコーピックのいずれか）等の一般に所望の範囲の粘度を有する材料を分配するために適している。インクジェット分散中の目詰まりを防止するために、最大の粒子サイズは、インクジェットオリフィスの直径の４分の１よりも小さくあるべきであるが、好ましくは、インクジェットオリフィスの直径の１０分の１よりも小さい。
【００６４】
インクジェットは、粘度が低い流体の正確な分散に適しているため、半導体材料および誘電体材料（それらのいくつかは選択溶媒で容易に溶解する）の分配にも適する。この操作中に、周囲条件は、所望の量の溶媒が飛行中の液滴から確実に蒸発するように制御されなければならない。その性能が溶媒乾燥動力学（ｓｏｌｖｅｎｔ ｄｒｙｉｎｇ ｋｉｎｅｔｉｃｓ）に関連するいくつかの空気不安定性有機半導体については、不活性雰囲気（例えば、窒素またはアルゴン）、または溶媒に浸した雰囲気（ｓｏｌｖｅｎｔ−ｌａｄｅｎ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）でインクジェット操作を実施することが所望される。そのような材料の堆積条件は、１９９９年８月３１日に出願され、「Ａ Ｓｏｌｖｅｎｔ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ ａ Ｔｈｉｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｌｍ ｗｉｔｈ Ａｄｖａｎｔａｇｅｏｕｓ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」と題された、共有された係属中の米国仮特許出願第６０／１５１，５４７号において説明されている。インクジェットの分配が採用される場合には常に、インクジェットオリフィスが、液滴と基板との正確な弾道衝突を確実にする程度に十分に基板の近くに位置しなければならない。
【００６５】
インクジェットにより堆積された線上で非常に明確なエッジを達成するために、１）基板表面が、表面の均一性、および堆積された流体の基板となす平衡接触角が９０°未満であり、好適には約６０°未満であることを確実にするように処理されること、ならびに２）インクジェットヘッドの移動速度が、液滴により継続した線が印刷されるように調整される（すなわち、移動速度Ｕ＜２ＲＦ、ここで、Ｒは液滴半径であり、Ｆは液滴噴出周波数である）ことが必要である。平衡接触角に対する拘束は、表面に堆積された液体の細線が、毛管の不安定性または分離圧力により、個々の液滴に分裂しないことを確実にすることを助長する。
【００６６】
別の局面では、本発明は、衝突時に液滴を基板に固着させるプロセスを特徴とする。基板温度の単独制御により、操作者は、基板上の液滴の広がりに対して、より高い制御性を与えられる。多くの溶媒ベースの材料およびポリマーについては、例えば、その粘度が温度の関数であることが公知である。そのような液体を冷たい基板上に堆積することにより、堆積された液体の粘度は、オリフィスからの噴出時に測定された値よりも実質的に増加し得る。よって、冷たい基板上への堆積は、基板上の液体の安定化を助長し、細線を良好にパターニングすることを可能にする。また、明確な相変化を経る材料については、冷たい基板との衝突時に、噴射された液体を完全に凝固させることが可能である（例えば、Ｄｕｔｈａｌｅｒ，Ｇ．１９９９、「Ｍｏｌｔｅｎ Ｄｒｏｐ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｏｌｔｅｎ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｌｉｎｅ」、ＭＩＴ ＰｈＤ Ｔｈｅｓｉｓ、またはＤｕｔｈａｌｅｒ，Ｇ．１９９５、「Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｄｒｏｐ−ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｌｔｅｎ Ｓｏｌｄｅｒ Ｍｉｃｒｏｄｒｏｐｓ」、ＭＩＴ ＭＳＭＥ Ｔｈｅｓｉｓを参照）。
【００６７】
（オフセット印刷、フレキソ印刷、凹版印刷、およびグラビア印刷）
オフセット印刷、フレキソ印刷、凹版印刷、およびグラビア印刷の技術は、電子コンポーネントまたは電子コンポーネントアレイの組立に有用な全加色印刷プロセスを実施するために用いられ得る。現在、これらの技術、およびこれらの技術を用いて印刷されるインクは、グラフィックアート、および他のより伝統的な印刷用途に用いられる。企図される実施形態では、これらの技術のうちの１つ以上が、全加色法で、機能性電子材料を堆積するために用いられ得る。
【００６８】
オフセット印刷は、インクが１つの領域をぬらし、別の領域をぬらさないように、化学上の相違を印刷プレート上で維持する方法である。パターニングされたインクは、所望の基板に転写された後、プレートからゴム引きされた「ブランケット」の表面に転写される。オフセット印刷プロセスは、非常に高いスループット、良好な解像度を提供し、粘度が低い材料（すなわち、約１００ｃＰ未満の粘度を有するインク）用に最適化される。
【００６９】
フレキソ印刷は、印刷領域が（硬質金属、光ポリマー、またはエラストマーのうちのいずれかにより形成された）印刷プレート上の非印刷領域よりも上に突起している印刷プロセスである。インクは、ローラからその突起した領域に転写され、次いで、基板上に印刷される。マイクロコンタクト印刷（ソフトリソグラフィの一種）は、単層の材料がエラストマー印刷プレートを用いて表面に転写されるフレキソ印刷の一種である。
【００７０】
凹版印刷は、印刷領域が（硬質金属で形成されていることがもっとも多い）印刷プレート上の非印刷領域に対して、くぼんでいる印刷プロセスである。印刷領域はインクで満たされており、このインクが後に基板に転写される。グラビア印刷は、印刷プレートに形成され、正確に配置された小さなディンプルが基板に直接転写されるまでインクを保持する、凹版印刷プロセスの一種である。製造印刷機にはハイブリッドマシンのものがあり、例えば、それらは、フレキソ印刷のエラストマー印刷プレートにインクを供給するために、グラビア印刷のローラを用いる。
【００７１】
これらの印刷技術は、粘度が低いインク（すなわち、約１００ｃＰ未満の粘度を有するインク）を必要とするため、粘度が低い、本質的に導電性であるポリマーまたはコンダクタ粒子の分散（ナノスコーピック、またはマイクロスコーピックのいずれか）が印刷可能である。これらのインクは、好適には、有機溶媒ベース（例えば、ナノ粒子ベースのインク用のアルファテルピノールまたはトリオクチルホスフィン；導電性ポリマー用のｍ−クレゾール、Ｎ−メチルピロリドン、またはジメチルホルムアミド）である。
【００７２】
可溶性誘電体および半導体材料の溶液もまた、これらの技術を用いて印刷され得る。印刷可能誘電体材料は、ベンゾシクロブテン（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）、ポリイミド、ポリビニルフェノール、スピンオンガラス、ＦＬＡＲＥ^TM、およびＳｉＬＫ^TMを含むが、これらに限定されない。ＦＬＡＲＥ^TMは、減色アルミニウムおよび銅ダマシンの用途の両方での使用のために調合され、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＡｄｖａｎｃｅｄ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ操作により製造される有機スピンオンポリマー誘電体である。ＳｉＬＫ^TMは、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙにより製造される、ぬれ加工可能なポリマー誘電体である。ＦＬＡＲＥ^TM、およびＳｉＬＫ^TMの両方とも、従来のＣＭＯＳプロセスで誘電体層として用いるために調合されてきた低誘電率（すなわち、低ｋ）材料である。しかしながら、両方とも、本明細書中に記載される方法を用いて容易に印刷され得る。
【００７３】
（ソフトリソグラフィ）
ある実施形態において、ソフトリソグラフィ技術は、基板上に材料を直接堆積するために用いられ、電子コンポーネントまたは電子成要素アレイを形成する。ソフトリソグラフィは、マイクロコンタクト印刷およびマイクロ成型を含むが、それらに限定されない技術の集まりを含む。マイクロコンタクト印刷は実際は、パターニングされた熱可塑性スタンプ（例えば、印刷プレート）が用いられるフレキソ印刷の形式であり、表面上に分子薄膜をパターニングする。スタンプは、従来のフォトリソグラフィ技術を用いて、製造された硬質マスターを介してエラストマーを鋳造することにより形成される。
【００７４】
マイクロコンタクト印刷は、たくさんの注目を集めた。なぜなら、研究団体が減色パターニング法としてそれを広範に使用したからである。特に、印刷技術は、アルカンチオールの自己集合単分子層を金属表面（例えば、好適には金および銀）上に堆積するために広範に使用された。単分子層は、エッチレジストとして働き、かつ下にある金属は、化学的にエッチされ得、高解像度形状を生成する。数十ナノメートルに至る、ラインおよびスペースが、実証された。例えば、Ｙｏｕｎａｎ ＸｉａおよびＧｅｏｒｇｅ Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓによる「Ｓｏｆｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」Ａｎｇｅｗ． Ｃｈｅｍ． Ｉｎｔ． Ｅｄ．１９９８、３７、５５０−５７５を参照されたい。
【００７５】
マイクロコンタクト印刷は、多工程の全加色法にも同様に用いられた。研究員は、パターニングされた形状を形成するために基板に印刷されたパラジウムコロイドを用いて、熱可塑性スタンプにインクをつけた。パターニングされた形状は、パターニングされたパラジウムコロイド上に銅を無電解堆積することにより機能性が与えられた（すなわち、電気導電性となった）。
【００７６】
本実施形態において、フォトリソグラフィによって規定されるマスターを型として用いて、熱可塑性または硬質金属のいずれでもあり得る印刷プレートを形成する。熱可塑性プレートは、鋳造法によって生成され得る。金属プレートは、電鋳によって生成され得る。同じ方法を使用して、コンパクトディスクの製造プロセスにおいてマスタースタンプとして使用されるニッケルツールを生成する。印刷プレートを使用して、本質的に導電性のポリマーまたは導体粒子の分散（ナノスコーピックまたはマイクロスコーピックのいずれか）などの機能材料を、単一のステップによって堆積する。
【００７７】
所望の膜の厚さは、アプリケーションに依存するが、通常分子的に薄くない。導電性ラインのアプリケーションの場合、印刷された膜は、手近な電子ディスプレイアプリケーションに許容可能な線抵抗を提供するために充分な大きさにされるべきである。膜の厚さは、典型的なアクティブマトリクスディスプレイの場合には、線の解像度および導体の抵抗に応じて、０．１μｍ〜５μｍのオーダであり得る。印刷された誘電体膜の場合には、厚さはデバイス性能が最適されるように選択される必要がある。典型的な薄膜トランジスタアプリケーションの場合には、０．１μｍ〜２．０μｍの膜の厚さが一般的である。ぬれた印刷半導体は、適切なデバイスが機能可能な程に厚くなければらない（少なくとも５〜１０分子の厚さ）が、好適にはより厚く（通常１００〜５００ｎｍ）して、ディスプレイ全体にわたって許容可能な均一性を保証する。
【００７８】
別のソフトリソグラフィプロセスは、マイクロ成型として公知であり、マイクロトランスファ成型、毛管内のマイクロ成型、および溶媒支援によるマイクロ成型を含むプロセスの集まりを参照する。これらのプロセスは、機械的な力、毛管内で生じる力、または化学的な力を用いて、インクをパターニングされた型内に押し込む方法である。インクは次に、硬化され、型から基板に移される。これらの方法はまた、電子コンポーネントまたは電子コンポーネントアレイの形状を生成するためにも使用され得る。
【００７９】
（印刷に適切な材料）
当該分野で公知の材料で、一度印刷されると、導体、半導体または絶縁層のいずれかを形成し得るものがある。いくつかの例は、下記を含む。
【００８０】
ポリマーベースのコロイド導電性粒子の懸濁系は、導電性インクとして周知である。カーボン、グラファイト、アルミニウム、クロム、金、銀、ニッケル、インジウムスズ酸化物などの金属酸化物は、導電性素子を形成するために、分散され、堆積され得る。ポリアニリンおよび特定のポリチオフェンなどの可溶性材料もまた、導電性膜を形成し得る。
【００８１】
特定の有機半導体は、印刷によって堆積され得る。例に含まれるのは、ポリ（３−アルキル）チオフェン、ヘキサチオフェンおよび他のオリゴチオフェン、α，ω−ジヘキシル四元チオフェンおよび他のアルキル置換されたオリゴチオフェン、および他の可溶性有機半導体である。シリコン、カドミウムセレン化物、ガリウムヒ素、および他の半導体などの無機半導体粒子のコロイド懸濁系もまた、半導体材料として用いられ得る。
【００８２】
可溶性ポリマー、ガラス、無機膜、および複合材料の広い多様性は、絶縁材料および誘電体材料として有用である。これらの材料は、溶媒に可溶であるか、またはコロイドとして懸濁されるかのいずかであり得る。いくつかの例は、ベンゾシクロブテン（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）、ポリイミド、ポリビニルフェノール、またはスピンオンガラス材料を含む。
【００８３】
（真空に基づくプロセス）
溶媒に基づく印刷方法が、電子ディスプレイをアドレスするための電子アレイを構成する実用的な方法であると予測されるが、本明細書中に記載の方法を用いて印刷される程充分に実際の溶媒に可溶となり得るそのような電子アレイに有用であり得る材料はない。例えば、ペンタシンおよびチオフェンオリゴマーなどの半導体有機材料は、一般的な溶媒に非可溶性であり、従って容易に印刷されない。さらに、無機半導体材料は、特にシリコン（アモルファス、微結晶、多結晶、または単結晶）および無機誘電体材料（例えば、窒化ケイ素、二酸化ケイ素等）は通常、印刷されにくいが、そのいくつかの形式は、基板に蒸着し得るか、または反応性ガス環境において形成され得る。これらのデバイスを形成するために有用な金属導電ラインもまた、真空プロセスを用いて堆積され得る。
【００８４】
さらに、ある印刷工程中に堆積される材料が、その次の印刷工程から溶媒によって攻撃される場合がある。このような場合、電子デバイスの構造の完全性が損われる。気相処理はこのような場合、有利になり得、結果として下にある材料にダメージを与えることなく材料を追加する。
【００８５】
これらの理由から、真空に基づく処理工程を用いて、１つ以上の材料の層を堆積し、電子デバイスを形成することは有利であり得る。真空に基づくプロセスの例は、蒸着、スパッタリングおよび化学的気相成長法を含む。
【００８６】
ある真空プロセスの種類は、所望の材料のブランケット堆積を使用し、次にレジストおよびエッチを使用し、パターンを形成する。あるいは、粗解像度構造により、接触マスクまたは近接マスクを介して所望の材料を堆積することが可能である。マスクは、材料が材料源からターゲットまで移動する間、材料を遮り、マスクを通り抜ける穴がある領域においてのみ堆積を可能にする。このようにして、コンポーネント材料は、全加色処理を使用してパターンに堆積され得る。
【００８７】
（混成設計および表面処理）
上記の方法は、基板に電子コンポーネントの構成材料を堆積するために使用される。これらの方法の任意の組合せもまた、このような構造を生成するために使用され得る。図４に示されるようなある例示的な例は、下記の堆積工程を含む。１）フレキソ−グラビア印刷を使用して基板８０へのゲート構造３０の堆積、２）スロットコーティングを使用した誘電体材料６０の層の堆積、３）ソフトリソグラフィ技術を使用したソース１０構造およびドレーン２０構造の高解像度形状の堆積、４）スクリーン印刷を使用したソース１０構造およびドレーン２０構造のパターニングされた構造への堆積、および５）インクジェット印刷を使用したパターニングされた半導体材料７０への堆積。
【００８８】
あるいは、全加色技術をデバイスの他の部分に使用し、いくつかのコンポーネントは、減色法を使用して堆積され得る。例えば、下部ゲート構造においてゲート電極３０は、エッチングの後に金属膜を堆積することにより形成され得、残りのコンポーネントは、印刷を使用して堆積される。別の例として、ゲート電極３０がフォトリソグラフィによって規定され、誘電体ポリマー６０がウェットコートされ、シリコン半導体層７０が反応性化学的気相成長プロセスを用いて堆積され、ソース１０およびドレーン２０がソフトリソグラフィ技術を使用して印刷され得る。別の例として、上部ゲート薄膜トランジスタ構造は、フォトリソグラフィによってソース１０およびドレーン２０構造を規定し、無機半導体７０および誘電体６０を真空堆積し、ゲート構造３０をオフセット印刷、フレキソグラビア印刷またはスクリーン印刷することによって構築され得る。これらの例から印刷技術における当業者に理解されるように、多くの変更が可能である。本出願人は、最適な設計が各印刷技術の力を利用し、最も低いコストで最も高い質の電子デバイスを生成することを強調する。
【００８９】
さらに、印刷された層の質は、基板の表面化学に依存することに留意されたい。現時点では、基板表面の粗さが印刷の質を決定する重要な役割を果たし、平滑な材料はより高い質を提供することを断定する。別の局面において、本発明は、基板および以前に堆積された層を薬品を用いて化学処理をし、上記基板または堆積された層上に次の印刷層のぬれ性を高めること、または下げることを特徴とする。最後に、印刷された材料の電気的特性は、材料処理条件に大きく依存し、特に硬化および／または乾燥条件に敏感であることに留意されたい。最終的なデバイスの性能は、従って、電子デバイスのコンポーネントを印刷することに関与する全ての処理工程に密接に依存し得る。
【００９０】
（アドレッシング可能ディスプレイ）
上記方法にしたがって製造されるアドレシングデバイスを使用して、電気泳動ディスプレイを含む種々の電子ディスプレイのアドレッシングを行い得る。電気泳動ディスプレイは、多年のあいだ集中して研究および開発されてきた対象である。電気泳動ディスプレイは、液晶ディスプレイと比べて、良好な輝度およびコントラスト、ならびに広い視角、状態双安定性、および低電力消費の属性を有する。にもかかわらず、これらのディスプレイの長期にわたるイメージ品質には問題があるので、これらが広く使用されることを阻んできた。例えば、そのようなディスプレイを構成する粒子は、クラスタおよび沈殿しがちであり、その結果これらのディスプレイの稼働寿命は不十分となる。
【００９１】
カプセル化された電気泳動ディスプレイは、典型的には、従来の電気泳動デバイスのクラスタおよび沈殿障害モードがなく、そして広範囲の種々の可撓および剛性な基板上にディスプレイを印刷またはコーティングすることが可能などのさらなる利点を提供する。用語「印刷」の使用は、以下を含むがそれらに限定されないすべての形態の印刷およびコーティングを含むことを意図する：好ましいコーティングは、パッチダイコーティング、スロットまたは押出コーティング、スライドまたはカスケードコーティング、およびカーテンコーティング；ナイフオーバーロールコーティング、順方向および逆方向ロールコーティングなどのロールコーティング；グラビアコーティング；浸漬コーティング；スプレーコーティング；メニスカスコーティング；スピンコーティング；ブラシコーティング；エアナイフコーティング；シルクスクリーン印刷プロセス；静電印刷プロセス；熱印刷プロセス；および他の同様の技術。このように、得られたディスプレイは可撓であり得る。さらに、ディスプレイ媒体が（種々の方法を使用して）印刷され得るので、ディスプレイそのものは安価に製造され得る。
【００９２】
おおざっぱに概観すると、本発明は、容易に製造されかつ消費電力の小さく（または所定の状態における双安定性ディスプレイの場合は電力を全く消費しない）あり得る可撓な反射型ディスプレイを提供するカプセル化電気泳動ディスプレイ、ならびにその構築に有用な材料および方法に関する。したがって、そのようなディスプレイは、種々のアプリケーションに組み込まれ得る。ディスプレイは、電荷に応答して移動する粒子から形成され、かつその粒子を含み得る。この動作モードは電気泳動学の分野において通常のものである。粒子が電荷にしたがって所定の構成をとるディスプレイは、多くの形態をとり得る。一旦電解が除去されると、粒子は一般に安定であり得る（例えば、双安定性）。加えて、その後に電荷を提供する工程は、粒子の前回の構成を変更し得る。いくつかのカプセル化電気泳動ディスプレイは、２つ以上の異なるタイプの粒子を含み得る。そのようなディスプレイは、例えば、懸濁流体中に複数の異方性粒子および複数の第２の粒子を含むディスプレイを含み得る。第１の電界を印加することによって、異方性粒子は特定の方向を向き、そして光学特性を提示し得る。次に、第２の電界を印加することによって、複数の第２の粒子は平行移動し、それにより異方性粒子の向きを混乱させ、そして光学特性を混乱させる。あるいは、異方性粒子の方向付けによって、複数の第２の粒子の平行移動が容易になる。粒子は、懸濁流体の屈折率に実質的に一致する屈折率を有し得る。
【００９３】
カプセル化電気泳動ディスプレイは、そのディスプレイの光学状態が所定期間安定であるように構築され得る。ディスプレイがこのように安定な２つの状態を有する場合、そのディスプレイは双安定性を有する。ディスプレイの２つより多くの状態が安定であるならば、そのディスプレイはマルチ安定性を有する。本発明の目的のために、用語「双安定性」は、アドレッシング電圧が除去された場合に任意の光学状態が固定されたままとなるディスプレイを示す。しかし、双安定性状態の定義はディスプレイのアプリケーションに依存する。徐々に減衰する光学状態は、その光学状態が必要な観察時間にわたって実質的に変化しなければ、有効に双安定性を有し得る。例えば、数分ごとに更新されるディスプレイにおいて、何時間または何日間も安定なディスプレイイメージは特定のアプリケーションに対して有効に双安定性を有する。このように、本発明の目的のために、用語「双安定性」はまた、光学状態が特定のアプリケーションに対して有効に双安定性を有するために十分に長い間続くようなディスプレイを示す。あるいは、一旦ディスプレイへのアドレッシング電圧が除去されるとイメージが急速に減衰するようなカプセル化電気泳動ディスプレイを構築することが可能である（すなわち、ディスプレイは双安定性を有さず、マルチ安定性も有さない）。カプセル化電気泳動ディスプレイが双安定性を有する否か、およびその双安定性の程度は、電気泳動粒子、懸濁流体、カプセル、および結合材料の適切な化学的な変更を介して制御され得る。
【００９４】
カプセル化電気泳動ディスプレイは多くの形態をとり得る。ディスプレイは、結合剤中に分散するカプセルを含み得る。カプセルは、任意のサイズまたは形であり得る。例えば、カプセルは、球形であり得、そしてミリメートルの範囲またはミクロンの範囲の直径を有し得るが、好ましくは約１０〜約数百ミクロンである。カプセルは、カプセル化技術によって形成され得る。粒子は、カプセル中にカプセル化され得る。粒子は、２つ以上の異なるタイプの粒子であり得る。粒子は、例えば、着色されるか、発光するか、光を吸収するか、または透明であり得る。粒子は、例えば、ニートピグメント、着色された（レーキされた（ｌａｋｅｄ））ピグメント、またはピグメント／ポリマー複合体を含み得る。ディスプレイは、さらに粒子を分散させる懸濁流体を含み得る。
【００９５】
一般に、カプセル化電気泳動ディスプレイは、光を吸収するかまたは散乱するかのいずれでもよく、かつ流体中に懸濁される１つ以上の種の粒子を有するカプセルを含む。１つの例は、カプセルが染色された懸濁流体中に分散された１つ以上の種の電気泳動的に可動な粒子を含むシステムである。別の例は、カプセルがクリアな懸濁流体中に懸濁された２つの異なる種の粒子を含むシステムであって、一方の種の粒子が光を吸収し（黒）、他方の粒子が光を散乱する（白）システムである。他の拡張（２つより多い種の粒子、染料が存在するかまたはしないか、など）がある。粒子は一般に、固体ピグメント、着色粒子、またはピグメント／ポリマー複合体である。
【００９６】
電気泳動ディスプレイにおいて、粒子は、電界をカプセルにわたって印加することによって方向付けまたは平行移動され得る。電界は、交流電界または直流電界を含み得る。電界は、カプセルを備えるディスプレイに隣接して配置される少なくとも１組の電極によって提供され得る。
【００９７】
カプセル化電気泳動ディスプレイを首尾よく構築するためには、すべてのこれらの材料およびプロセスが適切に相互作用することが必要である。ポリマー結合剤（例えば、カプセルを基板に結合させるため）、電気泳動粒子、流体（例えば、電気泳動粒子を囲み、そして泳動のための媒体を提供するため）、およびカプセル膜（例えば、電気泳動粒子および流体を封入するため）などの材料は、すべて化学的に相溶性でなければならない。カプセル膜は、電気泳動粒子との有用な表面相互作用を行い得るか、または流体と結合剤との間の不活性な物理的境界として機能し得る。ポリマー結合剤は、カプセル膜と電極表面との間の接着剤となり得る。
【００９８】
電気泳動ディスプレイを生成する際に使用するための材料は、ディスプレイを製造する際に使用される粒子、染料、懸濁流体、および結合剤を含むがこれらに限定されない材料のタイプに関する。１つの実施形態において、懸濁された粒子ディスプレイを製造するために使用され得る粒子のタイプは、散乱ピグメント、吸収ピグメント、および発光粒子を含む。そのような粒子はまた透明であり得る。例えば、粒子の例は、アルミニウム酸化物またはシリコン酸化物などの金属酸化物を有する１または２層にコーティングされ得るチタニアを含む。そのような粒子は、コーナーキューブとして構築され得る。発光粒子は、例えば、硫化亜鉛粒子を含み得る。硫化亜鉛粒子はまた、電気伝導を低減するように絶縁コーティングを用いてカプセル化され得る。光遮断または吸収粒子は、例えば、染料またはピグメントを含み得る。電気泳動ディスプレイにおいて使用するための染料のタイプは、当該技術分野において一般に公知である。有用な染料は一般に、懸濁流体において可溶性であり、そしてさらにポリマー鎖の部分であり得る。染料は、熱、光化学、および化学拡散プロセスによって重合化され得る。単一の染料または染料の混合物がまた使用され得る。
【００９９】
懸濁（すなわち、電気泳動）流体は、高抵抗性流体であり得る。懸濁流体は、単一流体であり得るか、または２つ以上の流体の混合物であり得る。懸濁流体は、単一流体または流体の混合物にかかわらず、カプセル内の粒子の濃度に実質的に位置する密度を有し得る。懸濁流体は、例えば、テトラクロロエチレンなどのハロゲン化炭化水素であり得る。ハロゲン化炭化水素はまた、低分子量ポリマーであり得る。１つのそのような低分子ポリマーは、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）である。このポリマーの重合度は、約２〜約１０であり得る。
【０１００】
さらに、カプセルは、結合剤中に形成されるか、または後で拡散され得る。結合剤として使用するための材料は、水溶性ポリマー、水分散性ポリマー、油溶性ポリマー、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、およびＵＶ−または放射線硬化ポリマーを含む。
【０１０１】
いくつかの場合において、プロセスの別個のカプセル化工程は必要でない。電気泳動流体は、結合剤（または結合剤材料に対する前駆体）中に直接に分散または乳化されて「ポリマー−分散化電気泳動ディスプレイ」と呼ばれ得るものを形成する。そのようなディスプレイにおいて、個々の電気泳動相は、例えカプセル膜が存在しなくてもカプセルまたはマイクロカプセルと称され得る。そのようなポリマー−分散化電気泳動ディスプレイは、カプセル化電気泳動ディスプレイのサブセットであると考えられる。
【０１０２】
カプセル化電気泳動ディスプレイにおいて、結合剤材料は、カプセルを取り囲み、そして２つの境界電極を隔離する。この結合剤材料は、カプセルおよび境界電極と相溶性でなければならなく、そして容易な印刷またはコーティングを可能にする性質を有さなければならない。結合剤材料はまた、水、酸素、紫外線、電気泳動流体、または他の材料に対してバリア性質を有し得る。さらに、結合剤材料は、コーティングまたは耐久性を助長し得る界面活性剤および架橋剤を含み得る。ポリマー−分散化電気泳動ディスプレイは、乳化または相分離タイプであり得る。
【０１０３】
（均等物）
本発明は、特定の好ましい実施形態を参照して特に示され、そして記載されたが、形態および詳細において種々の変更が添付の請求項によって定義されるような本発明の精神および範囲から逸脱せずに本発明においてなされ得ることが当業者によって理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 図１Ａは、下部ゲート構造を有する本発明の例示的実施形態を示す。
【図１Ｂ】 図１Ｂは、上部ゲート構造を有する本発明の例示的実施形態を示す。
【図２Ａ】 図２Ａは、下部ゲート薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む埋め込みトランジスタ構造を有する本発明の例示的実施形態を示す。
【図２Ｂ】 図２Ｂは、上部ゲート薄膜トランジスタを含む埋め込みトランジスタ構造を有する本発明の別の例示的実施形態を示す。
【図２Ｃ】 図２Ｃは、下部ゲート薄膜トランジスタを含む埋め込みトランジスタ構造を有する本発明のさらに別の例示的実施形態を示す。
【図２Ｄ】 図２Ｄは、上部ゲート薄膜トランジスタを含む埋め込みトランジスタ構造を有する本発明の別の例示的実施形態を示す。
【図３】 図３は、下部ゲート薄膜トランジスタを含む埋め込みトランジスタ構造を有する本発明の別の例示的実施形態を示す。
【図４】 図４は、下部ゲート薄膜トランジスタを含む別のトランジスタ構造を有する本発明のさらに別の例示的実施形態を示す。

Claims (9)

1. 電子ディスプレイのためのアドレシングデバイスを基板上に作製する方法であって、
   （ｉ）ゲート構造をスクリーン印刷する工程と、
   （ｉｉ）誘電体材料および半導体をインクジェット印刷する工程と、
   （ｉｉｉ）ソース構造およびドレイン構造をスクリーン印刷する工程と、
   （ｉｖ）該ソース構造および該ドレイン構造をさらに定義するように、マイクロコンタクト印刷およびマイクロ成型のうちの１つを用いて印刷する工程と
   を特徴とする、方法。
2. 前記インクジェット印刷する工程（ｉｉ）は、
   （ａ）１００ｃＰ未満の粘度を有するインクを用いる工程と、
   （ｂ）インクジェットヘッドのオリフィスの直径の１／４よりも小さな直径の複数の粒子を用いる工程と、
   （ｃ）インクジェットヘッドのオリフィスの直径の１／１０よりも小さな直径の複数の粒子を用いる工程と、
   （ｄ）溶媒中に溶解された半導体を含むインクを用いる工程と、
   （ｅ）溶媒中に溶解された誘電体材料を含むインクを用いる工程と、
   （ｆ）前記基板に対してインクジェットヘッドを速度Ｕで移動させる工程であって、Ｕは数量２ＲＦ未満であり、Ｒは液滴半径であり、Ｆは液滴噴出周波数である、工程と、
   （ｇ）インクジェット液滴が該基板に接触するときに該インクジェット液滴を該基板に固着させる工程と
   のうち任意の１つ以上によって、前記誘電体材料および前記半導体のうちの少なくとも１つを印刷する工程を包含することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記工程（ｇ）は、基板温度を単独で制御することにより前記インクジェット液滴を固着させることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記マイクロコンタクト印刷およびマイクロ成型のうちの１つを用いて印刷する工程（ｉｖ）は、
   （ａ）エラストマースタンプおよび硬質スタンプのうちの１つを用いたマイクロコンタクト印刷によって、前記ソース構造および前記ドレイン構造のうちの少なくとも１つを印刷する工程と、
   （ｂ）接触マスクまたは近接マスクを通じて印刷を行う工程と、
   （ｃ）蒸着、スパッタリングまたは化学気相堆積法を用いて、該ソース構造および該ドレイン構造のうちの少なくとも１つに対して真空ベースの処理を行う工程と、
   （ｄ）インクを型から前記基板に転写して該インクを硬化させることにより、該ソース構造および該ドレイン構造のうちの少なくとも１つを印刷する工程と
   のうち、任意の１つ以上をさらに包含する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記インクジェット印刷される半導体材料は、ポリチオフェン、オリゴチオフェンもしくはポリチエニレンビニレン、前記ポリチオフェン、オリゴチオフェンもしくはポリチエニレンビニレンのうちの任意の誘導体または無機半導体粒子のコロイド懸濁系のうち任意の１つ以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記インクジェット印刷される絶縁材料は、可溶性ポリマー、ガラス、無機膜または複合材料のうち任意の１つ以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記インクジェット印刷工程、前記スクリーン印刷工程、前記マイクロコンタクト印刷およびマイクロ成型のうちの１つを用いて印刷する工程、または、これらの工程のうち任意の２つが、蒸着、スパッタリング、反応性ガス処理および化学気相堆積法から選択される真空ベースの処理によってとって代わられる、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 電子デバイスを基板（８０）上に作製する方法であって、
   （ｉ）フレキソ−グラビア印刷を用いて、該基板（８０）上にゲート構造（３０）を堆積する工程と、
   （ｉｉ）スロットコーティングを用いて、誘電体材料（６０）の層を堆積する工程であって、該誘電体材料層は、該ゲート構造（３０）と、該基板（８０）の一部とを被覆する、工程と、
   （ｉｉｉ）スクリーン印刷を用いて、該誘電性層（６０）上の該ゲート構造（３０）と反対側の該誘電性層（６０）の面上に、ソース構造（１０）およびドレイン構造（２０）を堆積する工程であって、該ソース構造（１０）および該ドレイン構造（２０）は、該ソース構造（１０）と該ドレイン構造（２０）との間に空間を有するパターニング構造として堆積される、工程と、
   （ｉｖ）半導体材料のインクジェット印刷を用いて、該ソース構造（１０）と該ドレイン構造（２０）との間の該空間内の該誘電性層（６０）の上に半導体材料（７０）を堆積する工程と
   を特徴とする、方法。
9. 前記工程（ｉｉ）後でかつ前記工程（ｉｉｉ）の前に、前記誘電性層（６０）上の前記ゲート構造（３０）と反対側の該誘電性層（６０）の面上に、ソース構造（１０）のさらなる定義およびドレイン構造（２０）のさらなる定義をソフトリソグラフィー技術を用いて堆積する工程を特徴とし、該ソース構造（１０）および該ドレイン構造（２０）は、両者の間に空間を有する、請求項８に記載の方法。

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