(57)【要約】【課題】インクジェット法による有機半導体層のパターン形成を歩留まり良く達成することができる有機薄膜トランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、該ゲート絶縁膜よりも表面自由エネルギーの高いソース電極、該ゲート絶縁膜よりも表面自由エネルギーの高いドレイン電極、有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタの製造方法であって、有機半導体を第一の溶媒に溶解し、インクジェット法で滴下することで、該ソース電極と該ドレイン電極と該ゲート絶縁膜と、あるいは該ソース電極と該ドレイン電極と接触する島状有機半導体層を形成する段階と、該有機半導体を可溶な第二の溶媒をインクジェット法で該島状有機半導体層に滴下し、該ソース電極と該ドレインン電極と該ゲート絶縁膜と接触する島状有機半導体層を形成する段階を含み、第二の溶媒は第一の溶媒より表面張力が低く、かつ、第二の溶媒は第一の溶媒より沸点が低い、ことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、該ゲート絶縁膜よりも表面自由エネルギーの高いソース電極、該ゲート絶縁膜よりも表面自由エネルギーの高いドレイン電極、有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
有機半導体を第一の溶媒に溶解し、インクジェット法で滴下することで、該ソース電極と該ドレイン電極と該ゲート絶縁膜と、あるいは該ソース電極と該ドレイン電極と接触する島状有機半導体層を形成する段階と、
該有機半導体を可溶な第二の溶媒をインクジェット法で該島状有機半導体層に滴下し、該ソース電極と該ドレインン電極と該ゲート絶縁膜と接触する島状有機半導体層を形成する段階を含み、
第二の溶媒は第一の溶媒より表面張力が低く、かつ、
第二の溶媒は第一の溶媒より沸点が低い、
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記有機半導体層を形成する段階は、有機半導体が高分子材料を含有することを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記ゲート絶縁膜は、高分子材料を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、印刷法により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、金属粒子又は金属錯体を含有するインクを用いて形成されていることを特徴とする請求項４に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記金属粒子は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ又はＮｉであることを特徴とする請求項５に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、導電性高分子を含有することを特徴とする請求項４に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記導電性高分子は、ポリエチレンジオキシチオフェンを含有することを特徴とする請求項７に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかの製造方法により得られたことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれかに記載の製造方法で得られた有機トランジスタを複数有することを特徴とする有機トランジスタアレイ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の有機トランジスタアレイを有することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜トランジスタ、有機薄膜トランジスタの製造方法、有機薄膜トランジスタアレイ及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体材料を用いた有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、
１．材料構成の多様性、製造方法、製品形態等でフレキシビリティーが高いこと、
２．大面積化が容易であること、
３．単純な層構成が可能であり、製造プロセスが単純化できること、
４．安価な製造装置を用いて、製造できること、
等の利点があることから、精力的に研究されている。
【０００３】
有機薄膜トランジスタを製造する際、有機半導体層の成膜方法としては、印刷法、スピンコート法、浸漬法等のウェットプロセスによる簡便な方法で容易に薄膜形成が可能であり、有機ＴＦＴは、従来のＳｉ半導体材料を用いたＴＦＴより桁違いに安く製造することができる。また、有機ＴＦＴは、製造プロセス温度を低温化できるという利点がある。これにより、一般に耐熱性の低いプラスチック基板上への形成が可能となり、ディスプレイ等のエレクトロニクスデバイスの軽量化や低コスト化できるとともに、プラスチック基板のフレキシビリティーを活かした用途等、多様な展開が期待できる。
【０００４】
有機ＴＦＴを集積する場合、電極をパターン形成することが必須になる。有機半導体層をパターン形成しないで、有機ＴＦＴを集積化すると、チャネル領域以外に成膜された有機半導体層の影響で、トランジスタの動作時にオフ電流が発生し、消費電力が上昇する。また、画素を表示する場合には、クロストークの原因にもなる。なお、Ｓｉ半導体材料を用いたＴＦＴを作製する際に、Ｓｉ半導体材料は、フォトリソグラフィー・エッチングにより、パターン形成されている。
【０００５】
有機半導体層のパターン形成のみに着目すれば、フォトレジストを塗布し、所望のパターンを露光・現像し、レジストパターンを形成し、これをエッチングマスクとしてエッチングを行い、レジストを剥離してパターン形成することは可能である。しかしながら、有機半導体材料として、高分子材料を用いる場合には、高分子材料上にフォトレジストを塗布してパターン形成すると、トランジスタ特性が劣化することがある。フォトレジストとしては、ナフトキノンジアジドを感光基としたノボラック系樹脂を、キシレン、セロソルブ系溶剤等の有機溶媒に溶解させたものが用いられており、高分子材料は、フォトレジストに含まれる有機溶媒等に溶解することが多い。また、有機半導体材料として、ペンタセン等の結晶性分子を用いる場合も、程度の差はあるものの、同様に、トランジスタ特性が劣化することがある。さらに、レジストを剥離する際に用いられるエチレングリコールモノブチルエーテル、モノエタノールアミン等の剥離液により、ダメージを受けたり、レジストを剥離した後の純水リンスにより、ダメージを受けたりすることもある。以上のことから、従来のフォトリソグラフィー・エッチングによる有機半導体層のパターン形成が困難であることがわかる。
【０００６】
このようなパターン形成を改善するものとして、例えば次の特許文献１〜４に記載された方法が提案されている。
即ち、特許文献１には、エネルギーの付与によって臨界表面張力が変化する材料を含む濡れ性変化層を形成する工程と、濡れ性変化層の一部分にエネルギーを付与することによってより臨界表面張力の小さい低表面エネルギー部とより臨界表面張力の大きい高表面エネルギー部とからなる臨界表面張力を異ならせたパターンを形成する工程と、導電性材料を含有する液体をパターンが形成された濡れ性変化層の表面に付与することで、高表面エネルギー部に導電層を形成する工程と、濡れ性変化層上に半導体層を形成する工程とを有する積層構造体の製造方法が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、塗布対象面の所定位置に電荷を付与するとともに、その電荷と反対極性の電荷を塗布材料に付与してクーロン力により電荷を付与した材料を所定位置に導かせて特定のパターンを形成する方法、塗布対象面の所定位置に凹部を形成して塗布材料（電極、半導体層、絶縁層のうちの少なくとも１つの材料）を塗布して凹部に堆積する方法、または、材料塗布後に溶媒を蒸発させてパターンを形成したものに当該パターンにレーザを照射して成形する方法を適宜組み合わせて有機トランジスタを作製する方法が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、基板上に導電層を設けること、導電層上に少なくとも１つの窓を有するマスクを設けること、窓を通して導電層をエッチングして、導電層に開口を形成し、導電層の一部を画定してトランジスタのソース及びドレインを形成すること、窓を通して導電材料を堆積させて、開口内に金属のトランジスタのゲートを形成すること、ゲート上に金属酸化物の誘電層を形成すること、及びソースとドレインとの間、ゲート上、及び、ソース又はドレインとゲートとの間の空間に半導体材料を導入して、トランジスタの半導体ボディを形成することを含むトランジスタの製造方法が開示されている。なお、エッチングは、開口が基板の表面に平行な方向において窓より大きな広がりを有するように、窓の周縁部でアンダーカットを引き起こすように行われ、導電材料の堆積は、ゲートの周縁部がソース及びドレインから離隔するように、トランジスタのゲートの周縁部が開口の周縁部にぴったりと合うように、金属蒸着により行われる。
【０００９】
特許文献４には、ゲート電極を形成する段階と、前記ゲート電極と離隔したソース電極、及び前記ソース電極と対向するドレイン電極を形成する段階と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と接触する島状有機半導体層を形成する段階とを含み、前記島状有機半導体層を形成する段階は有機半導体の溶液を噴射する段階と、前記有機半導体の溶液を１次乾燥する段階と、前記乾燥された有機半導体の溶液を再溶解する段階と、前記再溶解された有機半導体の溶液を２次乾燥する段階とを有する薄膜トランジスタ表示板の製造方法が開示されている。
【００１０】
しかしながら、これらの方法は、プロセスステップが増加することによるスループットの低下、製造コストの増加等の問題がある。
【００１１】
一方、パターン形成方法としては、インクジェット法及びディスペンサ法が知られている。インクジェット法及びディスペンサ法は、パターンを直接描画できるため、材料使用率を格段に向上させることができる。このようなインクジェット法又はディスペンサ法により有機半導体層をパターン形成すると、製造プロセスの簡略化、コストの低下を実現できる可能性がある。このとき、有機半導体材料として、有機溶媒に可溶な高分子材料を用いると、有機半導体材料の溶液（有機半導体インク）を調製することができるため、インクジェット法により有機半導体層をパターン形成することができる。
【００１２】
しかしながら、これらの印刷方式により、トランジスタのゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極からなるチャネル部に安定して有機半導体層を形成するためには、インクの濡れ性の制御が重要となる。一般的に金属で構成されるソースおよびドレイン電極表面は表面自由エネルギーが高いため、インクが濡れやすい。それに比べると、有機高分子などで構成されるゲート絶縁膜表面は表面自由エネルギーが相対的に電極より低い。そのため、チャネル部に滴下した有機半導体インクが、着弾後により濡れやすい電極上に移動し、電極上にのみ形成されてしまい、チャネルを形成できないことがある。この傾向は絶縁膜の表面自由エネルギーがインクの表面張力より小さい場合にはより顕著となる。チャネル部に有機半導体層が形成されないと、有機トランジスタが動作しない。有機トランジスタを複数個配置した有機トランジスタアレイと表示素子を組み合わせた表示装置において、上記の問題で動作しない有機トランジスタが存在すると、その画素は欠陥となってしまう。表示装置においてはひとつでも画素欠陥があると表示品質が大きく低下するため、これは大きな問題である。
この問題を解決するための方法としては、インクの物性を調整することがある。第一に溶媒の表面張力をなるべく小さいものにしてやることで、表面自由エネルギーの低いゲート絶縁膜表面にも濡れやすくしてやることが可能であるが、一方で、表面張力を下げることは、液滴の着弾後の拡がりが大きくなるため、チャネル部以外にも有機半導体層が形成されてしまい、オフリークの上昇やクロストークといった問題が発生しうる。
あるいは第二に溶媒の沸点を下げ、インクが着弾後になるべく早く乾燥するようにしてやることで、インクが着弾後に電極上に移動することを抑制することが可能であるが、一方で、インクジェットの吐出安定性という面では、インクの沸点が低下し、乾燥しやすくなることで、ノズル面でインクが乾燥して詰まりによる吐出不安定や不吐出を招く。
以上のことから、表面エネルギーのより高い電極と表面エネルギーのより低いゲート絶縁膜から構成されるチャネル部に対して、インクジェット法やディスペンサ法で有機半導体層を形成する際に、安定した成膜性と安定した吐出特性の両方を満たすのは困難であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、インクジェット法による有機半導体層のパターン形成を歩留まり良く達成した有機トランジスタ、有機トランジスタの製造方法、該有機トランジスタを複数有する有機トランジスタアレイ及び該有機トランジスタアレイを有する表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の発明は、基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜よりも表面自由エネルギーの高いソース電極、ゲート絶縁膜よりも表面自由エネルギーの高いドレイン電極、有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
有機半導体を第一の溶媒に溶解し、インクジェット法で滴下することで、ソース電極とドレイン電極とゲート絶縁膜と、あるいは、ソース電極とドレイン電極と接触する島状有機半導体層を形成する段階と、
有機半導体を可溶な第二の溶媒をインクジェット法で前記島状有機半導体層に滴下し、ソース電極とドレインン電極とゲート絶縁膜と接触する島状有機半導体層を形成する段階を含み、第二の溶媒は第一の溶媒より表面張力が低く、かつ第二の溶媒は第一の溶媒より沸点が低いことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法において、前記有機半導体層を形成する段階は、有機半導体が高分子材料を含有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法において、前記ゲート絶縁膜は高分子材料を含有することを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法において、前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、印刷法により形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法において、前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、金属粒子又は金属錯体を含有するインクを用いて形成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法において、前記金属粒子は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ又はＮｉであることを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項４に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法において、前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート電極の少なくとも一方は、導電性高分子を含有することを特徴とする。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法において、前記導電性高分子は、ポリエチレンジオキシチオフェンを含有することを特徴とする。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、有機薄膜トランジスタであって請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法で得られたことを特徴とする。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、有機トランジスタアレイであって請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法で得られた有機トランジスタを複数有することを特徴とする。
【００２４】
請求項１１に記載の発明は、表示装置であって請求項１０に記載の有機トランジスタアレイを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、インクジェット法による有機半導体層のパターン形成を歩留まり良く達成した有機トランジスタ、該有機トランジスタを複数有する有機トランジスタアレイ及び該有機トランジスタアレイを有する表示装置を提供することが可能となる。
また、本発明によれば、有機半導体を第一の溶媒に溶解し、インクジェット法で、絶縁膜とソース電極とドレイン電極からなるチャネル部に滴下することで、チャネル上あるいはチャネル近傍に島状有機半導体層を形成し、続いて有機半導体を可溶で、第一の溶媒より表面張力が低く、沸点が低い第二の溶媒をインクジェット法で前記島状有機半導体層に滴下することで、有機トランジスタの有機半導体層をインクジェット法で形成する際のチャネル形成歩留まりを向上させることが可能となる。
また、ゲート絶縁膜に高分子材料を含有させることで、可溶な溶媒の選択性が拡がり、印刷プロセスへの適応性が高まり、さらなる製造プロセスの簡略化、低コスト化が可能となる。
また、電極材料として、インクジェット法に適した金属微粒子を分散させた金属インクや導電性高分子を使用する場合は、さらなる製造プロセスの簡略化、低コストを実現することが可能になる。
さらに、本発明の有機薄膜トランジスタからなる有機トランジスタアレイと画素表示素子を組み合わせることで、安価で可撓性に優れた表示装置を作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】有機薄膜トランジスタの構造を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線断面図である。
【図２】有機薄膜トランジスタのチャンネル部を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図である。
【図３】本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法における有機半導体層が形成される過程を説明するためのもので、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は上面から見た図である。
【図４】有機トランジスタアレイを示す断面図である。
【図５】表示装置の一例を示す断面図である。
【図６】表示装置の他の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００２８】
図１に本発明による有機薄膜トランジスタ１０の構造の一例を示す。なお図１（ａ）では、ゲート絶縁膜３は省略されている。有機薄膜トランジスタ１０は、基板１上にゲート電極２及びゲート絶縁膜３が順次形成され、ゲート絶縁膜３上には、空隙を隔てて、ソース電極４及びドレイン電極５が形成されている。このとき、ソース電極４及びドレイン電極５を隔てる空隙は、ゲート電極２上に形成されている。また、ソース電極４及びドレイン電極５を隔てる空隙を覆うように有機半導体層６が形成されている。さらに、電極および有機半導体層は、インクジェット法などの印刷法で形成されている。
【００２９】
有機薄膜トランジスタ１０においては、ソース・ドレイン電極間（ソース電極４・ドレイン電極５間）を流れる電流をゲート電極２によって制御するため、有機半導体層６は、チャネル部Ｃに形成されなくてはならない。チャネル部Ｃとは、図２において点線で囲って示されるように、ソース電極４とドレイン電極５が対向し、ゲート絶縁膜３を介して電気的に絶縁されたゲート電極２上の領域のことである。なお図２（ａ）では、ゲート絶縁膜３は省略されている。
【００３０】
インクジェット法で有機半導体層６をチャネル部Ｃに形成する際の模式図を図３に示した。有機半導体層６は、ソース電極４、ドレイン電極５、ゲート絶縁膜３と接している必要があるが、一般的に金属などの電極表面は表面自由エネルギーが高いため、ソース電極４及びドレイン電極５の表面は有機半導体インク６１がぬれ拡がりやすい。それに対して、有機高分子などを用いたゲート絶縁膜３の表面は一般的に表面自由エネルギーが相対的にソース電極４及びドレイン電極５の表面より低いことが多く、有機半導体インク６１がゲート絶縁膜３の表面にぬれ拡がりにくい。その結果、図３に示すように、インクジェット法でチャネル部Ｃに滴下した有機半導体インク６１が、一部着弾後によりぬれ拡がりやすい電極表面に移動してしまい、チャネル部Ｃに有機半導体層が歩留まり良く形成できないという問題がある（図３の（１）〜（４）参照）。これはゲート絶縁膜３の表面自由エネルギーが有機半導体インク６１の表面張力よりも小さい場合にはより顕著となる。
【００３１】
このために本発明では、まず有機半導体層６を構成する有機半導体を第一の溶媒に溶解し、有機半導体インク６１を作製する。これをインクジェット法でチャネル部Ｃに滴下することで、チャネル部Ｃを構成するソース電極４とドレイン電極５とゲート絶縁膜３の全て、或いは、ソース電極４とドレイン電極５にのみ接するように有機半導体層６を形成した。この時点では、チャネル部Ｃへの有機半導体層６の形成は歩留まり良く形成されてはおらず、チャネル部に形成されている場合と、図３（ａ）及び（ｂ）の（４）に示したようにチャネル部Ｃを構成する電極４、５上にのみ有機半導体層６が形成されている場合とが混在している。
【００３２】
次に、インクジェット法で第二の溶媒７をチャネル部Ｃ上に滴下する（図３（ａ）の（５）参照）。ここで滴下する第二の溶媒には有機半導体は含まない。ただし第二の溶媒は有機半導体を溶解でき、第一の溶媒より表面張力が小さく、沸点が小さい特徴をもつ。そのため、この第二溶媒の液滴の吐出時には乾燥によるノズル詰まりや吐出不安定、不吐出は発生しない。そして第二の溶媒７による液滴は、着弾後にチャネル部Ｃ上あるいは電極４、５上の有機半導体層６を溶解し、かつ表面張力が第一の溶媒より小さいために、表面自由エネルギーの低いゲート絶縁膜３上でも塗れ広がることが可能となる。また、沸点が第一の溶媒より低いために乾燥しやすく、一旦ゲート絶縁膜３上にまで塗れ広がったインクが再び電極４、５上に移動してしまう前に乾燥させることができる。また乾燥が速いために、インクが拡がり過ぎるのを抑制し、チャネル部Ｃ以外に有機半導体層６が形成されることが防げる。
これらのことから、有機半導体層６のチャネル形成の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００３３】
第一の溶媒としては、インクジェットの吐出安定性や着弾後の拡がりを抑制するという点から、表面張力が３０ｍＮ／ｍより大きいことが好ましい。また沸点が１８０℃以上であることが好ましく、２００℃以上であることがより好ましい。第一の溶媒の例としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキサン、安息香酸エチル、安息香酸メチル、アセトフェノンなどの芳香族材料およびこれらの誘導体、ケトン類、エステル類、などの少なくとも1つあるいはこれらを複数混合したものが好ましい。
【００３４】
第二の溶媒としては、表面張力が３０ｍＮ／ｍよりも小さいことが好ましい。また沸点が１８０℃以下であることが好ましく、１６０℃以下であることがより好ましい。第二の溶媒の例としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキサン、安息香酸エチル、安息香酸メチル、アセトフェノンなどの芳香族材料およびこれらの誘導体、あるいはケトン類、エステル類、などの少なくとも1つあるいはこれらを複数混合したものが好ましいが、その組成は第一の溶媒とは異なる。
【００３５】
上記のように、本発明におけるパターン形成には、有機半導体材料を有機溶剤に溶解させることにより得られる有機半導体インクが用いられる。
有機溶剤に可溶な有機半導体材料としては、特に限定されず、高分子材料、オリゴマー材料、低分子材料等を用いることができ、ペンタセン、アントラセン、テトラセン、フタロシアニン等の有機低分子；ポリアセチレン系導電性高分子；ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体等のポリフェニレン系導電性高分子；ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリフラン及びその誘導体等の複素環系導電性高分子；ポリアニリン及びその誘導体等のイオン性導電性高分子等が挙げられる。中でも、トリアリールアミン骨格を有する高分子材料が好ましい。このような高分子材料としては特に限定されないが、下記化学式（１）で表される材料を用いることが好ましい。
【００３６】
【化１】
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【００３７】
この材料は、無配向性高分子材料であり、成膜形状や方法に関わらず、特性のバラツキが非常に小さい。
【００３８】
また、ゲート絶縁膜３を構成する材料としては、ポリイミド；ポリビニルフェノール；ポリエステル；ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系樹脂；エポキシ樹脂；熱硬化型樹脂等の高分子材料が挙げられる。ゲート絶縁膜３は、例えば前記高分子材料のＮＭP(Ｎ−メチルピロリドン)混合溶液をスピンコート塗布し、１８０℃にて焼成して、厚さ４００ｎｍに形成することができる。
【００３９】
また、ソース電極４及びドレイン電極５並びにゲート電極２の少なくとも一方は、インクジェット法、ディスペンサ法等の印刷法によりパターン形成することができる。このとき、金属粒子又は金属錯体を含有する金属インクを用いることが好ましい。金属粒子としては、特に限定されないが、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｉｎ、Ｓｎ等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉは、電気抵抗、熱伝導率及び腐食の面で、好ましい。このとき、金属粒子は、平均粒径が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度で、溶剤中に均一に分散されていると、格段に低い温度で焼結することが知られている。これは、金属粒子の粒径が小さくなるにつれ、活性の高い表面原子の影響が大きくなることに起因している。金属錯体としては、特に限定されないが、中心金属として、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｃｒ、Ｎｉ等を有する錯体等が挙げられる。このような金属インクを用いて、パターン形成した後、焼結することで、ゲート電極２、ソース電極４及びドレイン電極５を形成することができる。
【００４０】
なお、金属インクは、表面張力や粘度が適していない場合は、吐出不能や吐出不良を起こし、丸い液滴になりにくく、さらに、リガメントが長くなることがある。このため、金属インクは、表面張力が約３０ｍＮ／ｍであると共に、粘度が２〜１３ｍＰａ・秒であることが好ましく、７〜１０ｍＰａ・秒がさらに好ましい。さらに、金属インクを吐出する際に、溶剤が揮発して、金属粒子又は金属錯体が固化しない程度の乾燥性も必要である。
【００４１】
また、このような電極２、４、５を形成する際には、導電性高分子の分散液等を用いることができる。導電性高分子としては、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、あるいはこれらポリマーにドーピングを施したもの等が挙げられる。中でも、電気伝導度、安定性、耐熱性等の面で、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）の錯体（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）が好ましい。導電性高分子は、金属と比較して、電気特性や安定性で劣るが、重合度、構造により電極の電気特性を改善できること、焼結を必要としないため、低温で電極を形成できること等の点で優れる。
【００４２】
次に、有機薄膜トランジスタアレイ（有機トランジスタ基板）および表示装置について説明する。
【００４３】
図４に示したように、有機薄膜トランジスタアレイ２０は、基板上に複数の有機薄膜トランジスタ素子が形成されてなる。この有機薄膜トランジスタアレイ２０は、例えば以下の手順で作製できる。まず、ガラス基板、フィルム基板等の基板１に、例えばＡｇ微粒子が分散したＡｇインクを用いてインクジェット法で走査配線（ゲート電極）２を形成する。その上に、ゲート絶縁膜３および走査配線／信号配線の層間絶縁膜としてのポリイミド絶縁膜をスピンコート塗布して形成する。
次に、シャドウマスクを用いた真空蒸着法により、ゲート絶縁膜３上に、膜厚５０ｎｍのＡｕからなるソース電極４及びドレイン電極５をパターン成膜する。次に、ソース電極４及びドレイン電極５が形成されたゲート絶縁膜３上に、前記化学式（１）で表される材料を第一の溶媒に溶解したインクを用いて、インクジェット法により印刷し、有機半導体層を形成する。続いて、第二の溶媒をインクジェット法により有機半導体層上に滴下し、有機半導体層６をチャネル部に形成し。さらに、最上層に厚さ２０００ｎｍのパラキシリレン膜をＣＶＤ法により成膜し、保護層を形成する（図示省略）。以上のプロセスにより、有機薄膜トランジスタアレイが完成する。
【００４４】
上記のように製造した有機薄膜トランジスタアレイは、各種の表示素子と組み合わせることにより、種々の表示装置に利用できる。例えば、対向基板に厚さ１００ｎｍ程度のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）をスパッタ成膜し、その上にスピンコート法でポリイミド樹脂を塗布し、ラビングすることによって配向膜を２００ｎｍ程度の厚みで形成する。配向処理後、先述の有機薄膜トランジスタアレイとシリカスペーサーを配置、接合し、ギャップ間に液晶性材料を封入することで、液晶パネルが作製出来る。代表的な表示装置３０の構成例を図５に示した。図５において、符号３１は層間膜、３２は画素電極、３３は表示層である。
【００４５】
その他の表示パネルとして、ＩＴＯを成膜した対向基板にシリカスペーサーを配置、接合し、キャップ間にマイクロカプセル型電気泳動素子を封入することで、電気泳動表示パネルが出来る。代表的な電気泳動表示装置４０の構成例を図６に示した。図６において、符号４１はフィルム基板、４２はＩＴＯ膜、４３はカーボンブラック、４４は酸化チタン、４５はウレタン樹脂である。
【００４６】
なお、表示画素として有機ＥＬ素子を形成し、大気遮蔽シールドを配置させることで、有機ＥＬパネルを作製することも可能である。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これら実施例により限定されて解釈されるものではない。
【００４８】
〔比較例１〕
シャドウマスクを用いた真空蒸着法により、ガラス基板１上に、膜厚３ｎｍのＣｒからなる密着層（不図示）、膜厚１００ｎｍのＡｌからなるゲート電極２を成膜した。次にポリイミド溶液のリカコートＳＮ−２０（登録商標、新日本理化社製、イミド化が完結したポリイミド樹脂をＮ−メチルピロリドンに溶解したもの）をスピンコート法により塗布し、プリベークした後、２００℃で焼成することにより、膜厚５００ｎｍのゲート絶縁膜３を形成した。さらに、シャドウマスクを用いた真空蒸着法により、ゲート絶縁膜３上に、膜厚５０ｎｍのＡｕからなるソース電極４及びドレイン電極５をパターン成膜した。次に、ソース電極４及びドレイン電極５が形成されたゲート絶縁膜３上に、即ちチャンネル部Ｃ上に前記化学式（１）で表される材料を沸点１６０℃以下、表面張力３０ｍＮ／ｍ以下のトルエン溶媒に1ｗｔ%溶解した有機半導体インクを用いて、インクジェット法により印刷することを試みたが、インクの乾燥の影響で安定した吐出が得られず、安定した有機半導体層形成は出来なかった。
【００４９】
〔比較例２〕
比較例１と同様の方法でソース電極４、ドレイン電極５まで形成した。次に、ソース電極４及びドレイン電極５が形成されたゲート絶縁膜３上に、即ちチャンネル部Ｃ上に前記化学式（１）で表される材料を沸点２００℃以上、表面張力３０ｍＮ／ｍ以上の安息香酸エチルに１ｗｔ%溶解した有機半導体インクを用いて、インクジェット法により印刷することを試みた。安定した吐出が得られたが、金属顕微鏡での有機半導体層６の観察の結果、有機半導体層６がチャネル部Ｃ上に形成されているものと、ゲート絶縁膜３上で弾かれ、電極４、５上にしか形成されていないものとが混在していた。
【００５０】
〔比較例３〕
比較例１と同様の方法でソース電極４、ドレイン電極５まで形成した。次に、ソース電極４及びドレイン電極５が形成されたゲート絶縁膜３上に、即ちチャンネル部Ｃ上に前記化学式（１）で表される材料を沸点１８０℃以上、表面張力３０ｍＮ／ｍ以下となるよう調整した安息香酸エチルとｐ−シメンの混合溶媒（混合重量比：安息香酸エチル１部に対し、ｐ−シメン０．６部）に１ｗｔ%溶解した有機半導体インクを用いて、インクジェット法により印刷することを試みた。形成金属顕微鏡での有機半導体層６の観察の結果、有機半導体層６はゲート絶縁膜３上で弾かれずに歩留まり良くチャネル部Ｃ上に形成されていたが、拡がりが大きく、チャネル部Ｃではないソース・ドレイン電極間にも成膜されてしまった。
酸素＜１ｐｐｍ、水分＜１ｐｐｍの雰囲気下で、ソース・ドレイン電圧：−２０Ｖ、ゲート電圧：＋２０Ｖでのオフ電流を評価したところ、Ｔｒ（トランジスタ）のオフ電流が上昇してしまった。
【００５１】
比較例１〜３の結果をまとめたものを表１に示した。これらの比較例においては、インクジェット法での吐出安定のためには有機半導体インクで用いられる溶媒の沸点を高く設定する必要があり、また、チャネル形成の歩留まりを高めるためには溶媒の表面張力を低くすることが必要とされるが、沸点が高く且つ表面張力の小さい有機半導体インクは拡がりが大きいためにパターニングが困難である。
【００５２】
【表１】
2010212587.tif 000004
【００５３】
〔実施例１〕
比較例１と同様の方法でソース電極４、ドレイン電極５まで形成した。ソース電極４及びドレイン電極５が形成されたゲート絶縁膜３上に、即ちチャンネル部Ｃ上に前記化学式（１）で表される材料を第一の溶媒として沸点２００℃以上、表面張力３０ｍＮ／ｍ以上の安息香酸エチルに１ｗｔ%溶解した有機半導体インク６１を用いて、インクジェット法により印刷し、有機半導体層を形成した。続いて、第二の溶媒として沸点が１６０℃以下であって第一の溶媒より低く、表面張力が３０ｍＮ／ｍ以下であって第一の溶媒より低いｏ−キシレンをインクジェット法により有機半導体層上に滴下し、有機半導体層６をチャネル部Ｃに形成し、有機薄膜トランジスタアレイ２０を得た。
これを金属顕微鏡で観察したところ、有機半導体層６は歩留まりよくチャネル上に形成されており、チャネル領域以外の成膜も見られなかった。
【００５４】
〔実施例２〕
比較例１と同様の方法でソース電極４、ドレイン電極５まで形成した。ソース電極４及びドレイン電極５が形成されたゲート絶縁膜３上に、即ちチャンネル部Ｃ上に前記化学式（１）で表される材料を第一の溶媒として沸点２００℃以上、表面張力３０ｍＮ／ｍ以上の安息香酸エチルに１ｗｔ%溶解した有機半導体インク６１を用いて、インクジェット法により印刷し、有機半導体層６を形成した。続いて、第二の溶媒として沸点が１６０℃以下であって第一の溶媒より低く、表面張力が３０ｍＮ／ｍ以下であって第一の溶媒より低いトルエンをインクジェット法により有機半導体層上に滴下し、有機半導体層６をチャネル部Ｃに形成し、有機薄膜トランジスタアレイ２０を得た。
これを金属顕微鏡で観察したところ、有機半導体層６は歩留まりよくチャネル上に形成されており、チャネル領域以外の成膜も見られなかった。
【００５５】
〔実施例３〕
比較例１と同様の方法でソース電極４、ドレイン電極５まで形成した。ソース電極４及びドレイン電極５が形成されたゲート絶縁膜３上に、即ちチャンネル部Ｃ上に前記化学式（１）で表される材料を第一の溶媒として沸点２００℃以上、表面張力３０ｍＮ／ｍ以上のアセトフェノンに３０ｍＮ／ｍ溶解した有機半導体インク６１を用いて、インクジェット法により印刷し、有機半導体層を形成した。続いて、第二の溶媒として沸点が１６０℃以下であって第一の溶媒より低く、表面張力が３０ｍＮ／ｍ以下であって第一の溶媒より低いｏ−キシレンをインクジェット法により有機半導体層上に滴下し、有機半導体層６をチャネル部Ｃに形成し、有機薄膜トランジスタアレイ２０を得た。
これを金属顕微鏡で観察したところ、有機半導体層６は歩留まりよくチャネル上に形成されており、チャネル領域以外の成膜も見られなかった。
【００５６】
〔実施例４〕
比較例１と同様の方法でソース電極４、ドレイン電極５まで形成した。ソース電極４及びドレイン電極５が形成されたゲート絶縁膜３上に、即ちチャンネル部Ｃ上に前記化学式（Ａ）で表される材料を第一の溶媒として沸点２００℃以上、表面張力３０ｍＮ／ｍ以上のアセトフェノンに１ｗｔ%溶解した有機半導体インク６１を用いて、インクジェット法により印刷し、有機半導体層を形成した。続いて、第二の溶媒として沸点が１６０℃以下であって第一の溶媒より低く、表面張力が３０ｍＮ／ｍ以下であって第一の溶媒より低いトルエンをインクジェット法により前記の有機半導体層上に滴下し、有機半導体層６をチャネル部Ｃに形成し、有機トランジスタアレイ２０を得た。
これを金属顕微鏡で観察したところ、有機半導体層６は歩留まりよくチャネル上に形成されており、チャネル領域以外の成膜も見られなかった。
【００５７】
〔比較例４〕
比較例１と同様の方法でソース電極４、ドレイン電極５まで形成した。ソース電極４及びドレイン電極５が形成されたゲート絶縁膜３上に、即ちチャンネル部Ｃ上に前記化学式（１）で表される材料を第一の溶媒として沸点２００℃以上、表面張力３０ｍＮ／ｍ以上の安息香酸エチルに１ｗｔ%溶解した有機半導体インクを用いて、インクジェット法により印刷し、有機半導体層を形成した。続いて、第二の溶媒として第一の溶媒と同様に沸点２００℃以上、表面張力３０ｍＮ／ｍ以上の安息香酸エチルをインクジェット法により前記有機半導体層上に滴下し、有機半導体層６をチャネル部Ｃに形成することを試みた。
これを金属顕微鏡で観察した結果、有機半導体層６がチャネル上に形成されているものと、ゲート絶縁膜３上で弾かれ、電極４、５上にしか形成されていないものとが混在しているのが認められた。
【００５８】
〔比較例５〕
比較例１と同様の方法でソース電極４、ドレイン電極５まで形成した。ソース電極４及びドレイン電極５が形成されたゲート絶縁膜３上に、即ちチャンネル部Ｃ上に前記化学式（１）で表される材料を第一の溶媒として沸点２００℃以上、表面張力３０ｍＮ／ｍ以上の安息香酸エチルに１ｗｔ%溶解した有機半導体インクを用いて、インクジェット法により印刷し、有機半導体層を形成した。続いて、第二の溶媒として沸点が２００℃以上であって第一の溶媒より低く、表面張力が３０ｍＮ／ｍ以上であって第一の溶媒より高いアセトフェノンをインクジェット法により前記有機半導体層上に滴下し、有機半導体層６をチャネル部Ｃに形成することを試みた。
これを金属顕微鏡で観察した結果、有機半導体層６がチャネル上に形成されているものと、ゲート絶縁膜３上で弾かれ、電極４、５上にしか形成されていないものとが混在しているのが認められた。
【００５９】
〔比較例６〕
比較例１と同様の方法でソース電極４、ドレイン電極５まで形成した。ソース電極４及びドレイン電極５が形成されたゲート絶縁膜３上に、即ちチャンネル部Ｃ上に前記化学式（１）で表される材料を第一の溶媒として沸点２００℃以上、表面張力３０ｍＮ／ｍ以上のアセトフェノンに１ｗｔ%溶解した有機半導体インクを用いて、インクジェット法により印刷し、有機半導体層を形成した。続いて、第二の溶媒として沸点が２００℃以上であって第一の溶媒より高く、表面張力が３０ｍＮ／ｍ以上であって第一の溶媒より低い安息香酸エチルをインクジェット法により前記有機半導体層上に滴下し、有機半導体層６をチャネル部Ｃに形成することを試みた。
これを金属顕微鏡で観察した結果、有機半導体層６がチャネル上に形成されているものと、ゲート絶縁膜３上で弾かれ、電極４、５上にしか形成されていないものとが混在しているのが認められた。
【００６０】
実施例１〜４および比較例４〜６の結果をまとめたものを表２に示した。
上記のことから、本発明によって有機トランジスタのチャネル部に有機半導体層を歩留まり良く形成することが可能であることが実証できた。
【００６１】
【表２】
2010212587.tif 000005
【００６２】
〔実施例５〕
実施例１の有機トランジスタアレイを用いて、図６に示すアクティブマトリックス表示装置（電気泳動表示装置）を作製した。具体的には、カーボンブラック４３をアイソパーＧ（登録商標、エクソンモービル製：イソパラフィン系分散剤）に分散して内包するマイクロカプセルと、ポリビニルアルコール水溶液を混合した塗布液を、樹脂フィルム（ポリカーボネート）基板４１上に設けられたＩＴＯ４２からなる透明電極上に塗布して、マイクロカプセルとバインダーからなる層を形成した。これと、実施例１の有機トランジスタアレイとを、ガラス基板１及びポリカーボネート基板４１が最外面となるように、バインダーを介して接着させた。
得られたアクティブマトリックス表示装置のゲート電極に繋がるバスラインに走査信号用のドライバーＩＣを、ソース電極に繋がるバスラインにデータ信号用のドライバーＩＣを各々接続し、０．５秒毎に画像の切り替えを行ったところ、良好な静止画像を表示することができた。
【符号の説明】
【００６３】
１      基板
２      ゲート電極（走査線）
３      ゲート絶縁膜
４      ソース電極（信号線）
５      ドレイン電極
６      有機半導体層
７      第二の溶媒
１０    有機薄膜トランジスタ
２０    有機薄膜トランジスタアレイ
３０    表示装置
３１    層間膜
３２    画素電極
３３    表示層
４０    電気泳動表示装置
４１    樹脂フィルム基板
４２    ＩＴＯ
４３    カーボンブラック
４４    酸化チタン
４５    バインダー樹脂
Ｃ      チャンネル部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６４】
【特許文献１】特開２００５−３１０９６２号公報
【特許文献２】特開２００４−２９７０１１号公報
【特許文献３】特表２００３−５３６２６０号公報
【特許文献４】特開２００８−０７８６５５号公報
【図３】
2010212587.tif 000006
【図４】
2010212587.tif 000007
【図５】
2010212587.tif 000008
【図６】
2010212587.tif 000009
【図１】
2010212587.tif 000010
【図２】
2010212587.tif 000011