(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシタ部とトランジスタ部を有する有機半導体装置であって、
基板と、
前記基板上に形成された凸部の少なくとも上面部を構成する第１の電極と、
前記第１の電極上及び前記凸部の側面上に設けられる第１の絶縁膜と、
前記凸部の上方の前記第１の絶縁膜上に設けられる第２の電極と、
前記凸部の前記側面の下方に隣接して前記基板上に設けられる第３の電極と、
前記凸部の前記側面上の前記第１の絶縁膜を覆い、前記第２の電極及び前記第３の電極と接するように設けられる有機半導体層とを備え、
前記第１の電極と、前記第１の絶縁膜と、前記第２の電極とから、前記キャパシタ部が構成され、
前記第２の電極及び前記第３の電極からなるソース電極及びドレイン電極と、前記第１の電極からなるゲート電極と、前記第１の絶縁膜からなるゲート絶縁膜と、前記有機半導体層からなる半導体層とから、前記トランジスタ部が構成され、
前記凸部が、前記基板上に設けられる第４の電極と、前記第４の電極上に設けられる第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に設けられる前記第１の電極とから構成されており、
前記第４の電極が前記第２の電極と電気的に接続され、前記キャパシタ部が、前記第２の絶縁膜を介して設けられる前記第４の電極と前記第１の電極間にも形成されていることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項２】
スイッチング用トランジスタと、駆動用トランジスタと、前記駆動用トランジスタからの駆動信号により駆動される画素表示部と、走査信号を与える走査線と、画素信号を与える信号線と、前記画素表示部に印加する電圧を与える電源線とを備え、
前記駆動用トランジスタが前記トランジスタ部から構成され、
前記スイッチング用トランジスタのゲート電極に与えられる前記走査線からの前記走査信号に応じて前記スイッチング用トランジスタが、前記信号線からの前記画素信号を前記駆動用トランジスタの前記ゲート電極である前記第１の電極に与え、これによって前記キャパシタ部に電荷を蓄積し、前記第１の電極の電位または前記キャパシタ部に蓄積された電荷量に応じて、前記電源線に電気的に接続された前記第２の電極と、前記画素表示部に設けられた前記第３の電極との間を流れる電流を制御し、前記画素表示部に印加する前記電源線から供給された電流もしくは電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の有機半導体装置。
【請求項３】
前記電源線の一部が前記第２の電極を兼ねており、前記電源線の前記一部の下方に、前記第１の絶縁膜及び前記第１の電極が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の有機半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャパシタ部とトランジスタ部を有する有機半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイ分野を中心に、薄膜容量素子及び薄膜トランジスタを集積化したアクティブマトリクスデバイスの応用が拡がっている。液晶テレビにおいては、現在ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）等の無機系半導体を薄膜トランジスタ部に用いたＴＦＴ−ＬＣＤあるいはＡＭ−ＬＣＤと呼ばれるアクティブマトリクス方式の液晶パネルが標準的に用いられている。
【０００３】
このようなアクティブマトリクスデバイスにおいては、各画素に設けられた保持容量（キャパシタ）部に、各画素に設けられた薄膜トランジスタを通してデータが書き込まれ、そのデータに応じた表示を行うことにより、従来のパッシブマトリクスよりも高い階調性でかつ高コントラストな、優れた品質の画像を提供することが可能である。
【０００４】
最近では液晶パネルのみならず、有機ＥＬパネルの駆動においても、薄膜容量素子と薄膜トランジスタを集積化したアクティブマトリクスバックプレーンが用いられており、特に有機ＥＬパネルの駆動を行う場合は、液晶パネルよりも大きな電流を必要とするため、ａ−Ｓｉよりも移動度の高い多結晶Ｓｉが用いられたり、１画素あたり１Ｔｒではなく、２Ｔｒ以上のトランジスタが設けられたりしている。
【０００５】
薄膜トランジスタについては、従来の無機系材料に替えて、有機材料を活性材料として用いる有機薄膜素子への注目が集まっている。有機薄膜素子の代表例としては、有機薄膜トランジスタや、有機ＥＬ素子等が挙げられる。有機薄膜素子は、印刷法で成膜ができ、シリコン系等の無機半導体系素子に比べて低温での膜形成が可能であり、超軽量、薄型でフレキシブルなプラスチック基板上にも形成が可能であるため、新しいデバイスの創出や、低コスト化面での期待が高い。
【０００６】
有機薄膜トランジスタの応用として最も期待されているものの１つは、上述したアクティブマトリクス型フラットパネルディスプレイのバックプレーンへの応用である。具体的には、液晶、有機ＥＬ素子、電子ペーパー等の表示素子を駆動するための画素トランジスタとして有機薄膜トランジスタを使用できる可能性が示されている。しかしながら、有機材料は、一般的に導電性あるいは移動度が低く、無機半導体に比べ高い抵抗値を示すため、駆動電圧が高くなる傾向にある。高抵抗であるため、取れる電流値が少なく、必要性能を満たすトランジスタを形成すれば、トランジスタの占める面積が大きくなるため、結果的に開口率が高いディスプレイを実現することが難しいという問題があった。
【０００７】
有機半導体を用いた有機薄膜トランジスタの代表例として、高分子系材料であるポリチオフェンを用いた電界効果型トランジスタ（非特許文献１）や、低分子系材料であるペンタセンを用いた電界効果型トランジスタ（非特許文献２）などが報告されている。いずれもチャネル領域が基板に対して水平に設けられた、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）構造が用いられているが、動作電圧が２０〜３０Ｖ程度と高く、十分なドレイン電流も得られていなかった。
【０００８】
有機薄膜トランジスタのドレイン電流は、飽和領域において次の式で表される。
【０００９】
ＩＤ＝Ｗε０εｒμ（ＶＧ−Ｖｔｈ）２／（２ｄＬ）
（但し、ＩＤ:ドレイン電流、Ｗ：チャネル幅、ε０：真空の誘電率、εｒ：比誘電率、μ：電界効果移動度、ＶＧ：ゲート電圧、Ｖｔｈ：しきい値電圧、ｄ：ゲート絶縁膜厚み、Ｌ：チャネル長）
【００１０】
有機薄膜トランジスタを有機ＥＬパネルの画素駆動用トランジスタとして用いる場合、ドレイン電流と開口率の不足が問題となる。有機ＥＬ素子は、電流量に応じた輝度を示すため、画素駆動用トランジスタにおいては、一定以上のドレイン電流を必要とする。ドレイン電流を増加させるためには、チャネル幅Ｗを増加させることが有効であるが、チャネル幅を増加すれば、その分有機薄膜トランジスタの占有面積が増大し、有機ＥＬ素子を形成するための面積が減少し、開口率が減少する。また、低い開口率のままパネル輝度を上げようとすれば、個々の有機ＥＬ素子の負荷が増え、パネルの短寿命化をもたらす。
【００１１】
そこで、ドレイン電流を増加させるためのもう一つの方法として、チャネル長を短くする方法が考えられた。従来のＭＯＳ−ＦＥＴではリソグラフィー技術の解像度に依存するため、短チャネル化に限界があったが、チャネルを縦方向に設け、膜厚でチャネル長を制御することにより、より短いチャネルを再現性良く形成することが可能となる。例えば、銅フタロシアニンの２００ｎｍ程度の薄膜を有機半導体として用い、薄膜の上下にソース／ドレイン電極を設け、薄膜の中間に半透明あるいは櫛型のＡｌゲート電極を設ける方法等が報告されており（非特許文献３）、飛躍的な駆動電圧の低減が図られた。しかしながら、オンオフ比の改善、飽和領域の形成や、配線方法の開発等に課題が残されている。
【００１２】
また、四角形または三角形のゲート電極を用い、チャネル領域を縦方向に設けた縦型の電界効果トランジスタが開示されている（特許文献１）。この方法によると、高精度にかつ容易に短いチャネル長を得ることができ、しかも、ソース／ドレイン電極とゲート電極とが自己整合的に形成することができると記載されている。
【００１３】
また、ゲート電極とソース／ドレイン電極との間の寄生容量の増加を生じることがないと記載されている。しかしながら、画素駆動用トランジスタとして用いた場合において、開口率を向上させる具体的な開示は記載されていない。
【００１４】
開口率を向上させる手段として、無機系のａ−Ｓｉトランジスタを用いた液晶駆動用半導体装置において、透明電極と表示電極の積層部をキャパシタとして利用する方法が開示されている（特許文献２）。この方法によれば、表示電極部の下部にキャパシタを備えることができるため、開口率を減少させることなく、保持容量を得ることが可能である。しかしながら、その構造が複雑であり、無機系の半導体においては動作しても、移動度の低い有機半導体を用いた有機薄膜トランジスタにおいては、十分に低い駆動電圧での動作や、必要でかつ十分なドレイン電流を取ることが困難であるという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−３４９２９２号公報
【特許文献２】特開平６−９５１２号公報
【非特許文献１】A. Tsumura, H. Koezuka, and T. Ando, Appl. Phys. Lett., Vol. 49, p. 1210, 1986
【非特許文献２】D. J. Gundlach, Y. Y. Lin, T. N. Jackson, S. F. Nelson, and D. G. Schlom, IEEE Electron Device Lett., Vol. 18, p. 87, 1997
【非特許文献３】K. Kudo, M. Iizuka, S. Kuniyoshi, and K. Tanaka, Thin Solid Films, Vol. 393, p. 362, 2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、キャパシタ部とトランジスタ部を有する有機半導体装置において、製造工程を簡略化することができ、かつキャパシタ部及びトランジスタ部の専有面積を低減することができる有機半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、キャパシタ部とトランジスタ部を有する有機半導体装置であって、基板と、基板上に形成された凸部の少なくとも上面部を構成する第１の電極と、第１の電極上及び凸部の側面上に設けられる第１の絶縁膜と、凸部の上方の第１の絶縁膜上に設けられる第２の電極と、凸部の側面の下方に隣接して基板上に設けられる第３の電極と、凸部の側面上の第１の絶縁膜を覆い、第２の電極及び第３の電極と接するように設けられる有機半導体層とを備え、第１の電極と、第１の絶縁膜と、第２の電極とから、キャパシタ部が構成され、第２の電極及び第３の電極からなるソース電極及びドレイン電極と、第１の電極からなるゲート電極と、第１の絶縁膜からなるゲート絶縁膜と、有機半導体層からなる半導体層とから、トランジスタ部が構成されていることを特徴としている。
【００１７】
本発明においては、基板上に形成された凸部の少なくとも上面部を構成する第１の電極と、この第１の電極の上に第１の絶縁膜を介して設けられる第２の電極との間でキャパシタ部が構成されている。また、トランジスタ部は、第２の電極と、凸部の側面下方に隣接して基板上に設けられる第３の電極との間に有機半導体層を設け、第１の電極をゲート電極とし、第１の絶縁膜をゲート絶縁膜とすることにより構成されている。従って、本願発明においては、キャパシタ部の側面を利用して、縦型のトランジスタを形成しており、製造工程を簡略化することができるとともに、キャパシタ部及びトランジスタ部の占有面積を低減することができる。従って、本発明の有機半導体装置を、有機ＥＬ表示パネルなどの画素駆動用回路として用いることにより、開口率を大幅に高めることができる。
【００１８】
本発明においては、第１の電極の下方に、第２の絶縁膜を介して、第４の電極を設け、第４の電極を第２の電極と電気的に接続し、第２の絶縁膜を介して設けられる第４の電極と第１の電極間にもキャパシタを形成してもよい。すなわち、凸部が、基板上に設けられる第４の電極と、第４の電極上に設けられる第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜上に設けられる第１の電極とから構成されており、第４の電極が第２の電極と電気的に接続され、キャパシタ部が、第２の絶縁膜を介して設けられる第４の電極と第１の電極間にも形成されていてもよい。
【００１９】
本発明の有機半導体装置は、有機ＥＬ素子などの表示パネルを駆動するためのアクティブマトリクス型回路とすることができる。例えば、本発明におけるトランジスタ部を駆動用トランジスタとして用い、スイッチング用トランジスタをさらに設け、走査線からの走査信号に応じて信号線からの画素信号を駆動用トランジスタのゲート電極に与えることによって画素表示部を駆動することができる。
【００２０】
すなわち、本発明の好ましい実施形態における有機半導体装置は、スイッチング用トランジスタと、駆動用トランジスタと、駆動用トランジスタからの駆動信号により駆動される画素表示部と、走査信号を与える走査線と、画素信号を与える信号線と、画素表示部に印加する電圧を与える電源線とを備え、駆動用トランジスタが、トランジスタ部から構成され、スイッチング用トランジスタのゲート電極に与えられる走査線からの走査信号に応じてスイッチング用トランジスタが、信号線からの画素信号を駆動用トランジスタのゲート電極である第１の電極に与え、これによってキャパシタ部に電荷を蓄積し、第１の電極の電位またはキャパシタ部に蓄積された電荷量に応じて、電源線に電気的に接続された第２電極と、画素表示部に設けられた第３電極との間を流れる電流を制御し、画素表示部に印加する電源線から供給された電流もしくは電圧を制御することを特徴としている。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態によれば、製造工程を簡略化することができ、かつキャパシタ部及びトランジスタ部の専有面積を低減し、開口率を向上させることができる。
【００２２】
上記好ましい実施形態においては、電源線の一部を、第２の電極として用いてもよい。すなわち、電源線の一部が第２の電極を兼ねており、電源線の一部の下方に、第１の絶縁膜及び第２の電極が設けられていてもよい。電源線の一部を、第２の電極として用いることにより、キャパシタ部及びトランジスタ部の専有面積をさらに低減することができ、開口率をさらに向上させることができる。
【００２３】
本発明における有機半導体層を形成するための有機材料としては、電子受容性機能を有する材料（ｎ型半導体）と、電子供与性機能を有する材料（ｐ型半導体）を用いる。例えば、以下に例示するような材料が利用できる。
【００２４】
上記電子受容性機能を有する材料としては、例えば、ピリジンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、キノリンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフェナンスロリン類およびその誘導体によるラダーポリマー、シアノ− ポリフェニレンビニレンなどの高分子、フッ素化無金属フタロシアニン、フッ素化金属フタロシアニン類およびその誘導体、ペリレンおよびその誘導体（ＰＴＣＤＡ、ＰＴＣＤＩなど）、ナフタレン誘導体（ ＮＴＣＤＡ、ＮＴＣＤＩなど） 、バソキュプロインおよびその誘導体などの低分子有機化合物が利用できる。また、電子供与性機能を有する材料にフッ素基を置換した材料は電子受容性を示すので、これらフッ素基を導入した材料も利用できる。
【００２５】
電子供与性機能を有する材料としては、チオフェンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、フェニレン− ビニレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、フルオレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフランおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、チエニレン− ビニレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、トリフェニルアミンなどの芳香族第３級アミンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、カルバゾールおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ビニルカルバゾールおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ピロールおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、アセチレンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、イソチアナフェンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ヘプタジエンおよびその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマーなどの高分子、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン類およびそれらの誘導体、ジアミン類、フェニルジアミン類およびそれらの誘導体、ルブレン、ペンタセンなどのアセン類およびその誘導体、ポルフィリン、テトラメチルポルフィリン、テトラフェニルポルフィリン、テトラベンズポルフィリン、モノアゾテトラベンズポルフィリン、ジアゾテトラベンズポルフィン、トリアゾテトラベンズポルフィリン、オクタエチルポルフィリン、オクタアルキルチオポルフィラジン、オクタアルキルアミノポルフィラジン、ヘミポルフィラジン、クロロフィル等の無金属ポルフィリンや金属ポルフィリンおよびそれらの誘導体、シアニン色素、メロシアニン色素、スクアリリウム色素、キナクリドン色素、アゾ色素、アントラキノン、ベンゾキノン、ナフトキノン等のキノン系色素などの低分子有機化合物が利用できる。金属フタロシアニンや金属ポルフィリンの中心金属としては、マグネシウム、亜鉛、銅、銀、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、スズ、白金、鉛などの金属、金属酸化物、金属ハロゲン化物などを用いることができる。
【００２６】
有機半導体層としては、上記材料を単体で用いてもよいが、上記材料が適当なバインダ材料に分散混合されたものを用いてもよい。また、適当な高分子有機化合物の主鎖中や側鎖に、上記低分子有機化合物を組み込んだ材料を用いてもよい。バインダ材料あるいは主鎖となる高分子有機化合物としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、ポリエステル樹脂、変性エーテル型ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、フェノキシ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、セルロース樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂などや、これらの共重合体や架橋体、あるいは、ポリビニルカルバゾールやポリシランなどの光導電性ポリマーなどが用いられる。
【００２７】
有機半導体層の形成方法として、有機半導体層を構成する材料にもよるが、真空蒸着法やスパッタリング法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、各種の化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、スピンコート法； スクリーン印刷法やインクジェット印刷法などの印刷法；エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法、浸漬法などの各種コーティング法、スプレー法等を挙げることができる。
【００２８】
また、本発明における電極を構成する材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）等の金属、これらの金属元素を含む合金、これらの金属から成る導電性粒子、あるいは、これらの金属を含む合金の導電性粒子を挙げることができる。また、透明電極に形成する場合、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）やフッ素ドープされた酸化スズ、酸化亜鉛および酸化錫などの金属酸化物が用いられる。更には、上述した各種の導電性高分子を挙げることもできる。電極材料は、半導体層との間の電気的性質（オーミック性やショットキー性など）によっても選択される。電極は、電極を構成する材料にもよるが、真空蒸着法やスパッタリング法に例示されるＰＶＤ法とエッチング技術との組合せ、各種のＣＶＤ法とエッチング技術との組合せ、スピンコート法とエッチング技術との組合せ、導電性ペーストや上述した各種の導電性高分子の溶液を用いたスクリーン印刷法やインクジェット印刷法といった印刷法、リフトオフ法、シャドウマスク法、上述した各種コーティング法とエッチング技術との組合せ及び、スプレー法とエッチング技術との組合せを挙げることができる。
【００２９】
本発明における絶縁膜は、無機材料または有機材料から形成することができる。絶縁膜を形成するための無機材料としては、金属酸化物や金属窒化物などを用いることができる。
【００３０】
絶縁膜を形成するための有機材料としては、例えばパリレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、変性エーテル型ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、フェノキシ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、セルロース樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリビニルフェノール樹脂及びポリビニルアルコール樹脂などの有機材料や、これらの共重合体や架橋体などが利用できる。
【００３１】
また、絶縁膜の形成方法としては、真空蒸着法やスパッタリング法などのＰＶＤ法、各種のＣＶＤ法、スピンコート法、スクリーン印刷法及びインクジェット印刷法などの印刷法、各種コーティング法、浸漬法、キャスティング法、スプレー法などが挙げられる。
【００３２】
本発明における基板としては、各種ガラス基板や、表面に絶縁層が形成された各種ガラス基板、石英基板、表面に絶縁層が形成された石英基板、表面に絶縁層が形成されたシリコン基板を挙げることができる。さらには、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミドに例示される高分子材料から構成されたプラスチックフィルムやプラスチックシート、プラスチック基板を挙げることができる。このような可撓性を有する高分子材料から構成された基板を使用すれば、例えば曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器への電界効果型トランジスタの組込みあるいは一体化が可能となる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、キャパシタ部とトランジスタ部を有する有機半導体装置において、製造工程を簡略化することができ、かつキャパシタ部及びトランジスタ部の占有面積を低減することができる。
【００３４】
従って、本発明を、画素駆動用の回路として用いた場合、画素における開口率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３６】
（実施例１）
図１は、本発明に従う一実施形態の有機半導体装置を示す断面図である。本実施形態の有機半導体装置は、有機ＥＬ素子を用いた画素を駆動するためのアクティブマトリクスデバイスである。図１に示す断面図は、図２に示す平面図のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００３７】
図２は、アクティブマトリクスデバイスの画素部分を示す平面図であり、図３は等価回路図である。
【００３８】
図２及び図３に示すように、縦方向には信号線２３及び電源線２４が設けられており、横方向には走査線８が設けられている。信号線２３及び電源線２４と、走査線８により囲まれる部分が、１つの画素を構成している。走査線８は、スイッチング用トランジスタ２２のゲート電極として用いられており、スイッチング用トランジスタ２２のソース／ドレイン電極の一方の電極９は、信号線２３に接続されている。図１に示すように、スイッチング用トランジスタ２２のソース／ドレイン電極の他方の電極１０は、キャパシタ部２０の一方の電極２に接続されており、キャパシタ部２０の他方の電極４は電源線２４に接続されている。図３に示すように、電源線２４は、キャパシタ部２０の他方の電極４に接続されるとともに、駆動用トランジスタ２１のソース／ドレイン電極の一方に接続されており、駆動用トランジスタ２１の他方のソース／ドレイン電極は有機ＥＬ素子２５に接続されている。有機ＥＬ素子２５は、図２に示す透明電極１４の上に形成されている。
【００３９】
図３を参照して、走査線８からの走査信号がスイッチング用トランジスタ２２のゲート電極に与えられ、この走査信号に応じて、スイッチング用トランジスタ２２が、信号線２３からの画素信号を、駆動用トランジスタ２１のゲート電極に与えるとともに、キャパシタ部２０に電荷が蓄積される。スイッチング用トランジスタ２２がオン状態のときは、スイッチング用トランジスタ２２のソース／ドレイン電極から与えられる電圧により駆動用トランジスタ２１がオン状態となり、電源線２４からの電圧が有機ＥＬ素子２５に印加される。
【００４０】
また、スイッチング用トランジスタ２２がオフ状態になっても、キャパシタ部２０に蓄積された電荷による電圧で、駆動用トランジスタ２１がオン状態を保ち、電源線２４からの電圧が有機ＥＬ素子２５に与え続けることができる。このため、画素をほぼ１フレーム期間にわたって発光させ続けることができ、高い輝度を得ることができる。
【００４１】
図１を参照して、基板１の上には第１の電極２が形成されており、第１の電極２により、基板１の上に凸部が形成されている。第１の電極２の上には、第１の絶縁膜３が設けられている。第１の絶縁膜３は、第１の電極２の上面２ａ及び側面２ｂの上を覆うように設けられている。
【００４２】
第１の電極２の上面２ａの上方には、第１の絶縁膜３を介して、第２の電極４が設けられている。第１の電極２の側面２ｂの下方に隣接して、基板１の上に第３の電極５が設けられている。第１の電極２の側面２ｂ上の第１の絶縁膜３は露出した状態となっている。この露出した側面２ｂ上の第１の絶縁膜３を覆い、第２の電極４及び第３の電極５と接するように、有機半導体層６が設けられている。従って、第２の電極４の端部と、第３の電極５の端部との間がチャネル領域となる。
【００４３】
従って、本実施形態の有機半導体装置においては、第１の電極２と、第１の絶縁膜３と、第２の電極４とから、キャパシタ部２０が構成されている。また、第２の電極４及び第３の電極５からなるソース電極及びドレイン電極と、第１の電極２からなるゲート電極と、第１の絶縁膜３からなるゲート絶縁膜と、有機半導体層６からなる半導体層とから、トランジスタ部２１が構成されている。トランジスタ部２１は、図２及び図３に示す駆動用トランジスタ２１となる。
【００４４】
図１に示すように、基板１の上には、もう１つのトランジスタが形成されており、このトランジスタがスイッチング用トランジスタ２２となる。このスイッチング用トランジスタ２２は、図２及び図３に示すように、基板１上に形成された走査線８をゲート電極として用いている。ゲート電極である走査線８の上を覆うように、ゲート絶縁膜１１が形成されており、凸部であるゲート電極８上のゲート絶縁膜１１の上には、フローティング電極１２が形成されている。また、ゲート電極８の両側の基板上のゲート絶縁膜１１の上には、ソース／ドレイン電極９及び１０がそれぞれ形成されている。
【００４５】
ゲート電極８の両側の側面のゲート絶縁膜１１は露出しており、この露出したゲート絶縁膜１１を覆うように、有機半導体層１３が形成されている。従って、ソース／ドレイン電極９とフローティング電極１２との間、及びフローティング電極１２とソース／ドレイン電極１０との間の領域が、チャネル領域となる。
【００４６】
スイッチング用トランジスタ２２のソース／ドレイン電極１０は、基板１上に形成された電極パッド７に接続されており、この電極パッド７は、第１の電極２と接続されている。これにより、スイッチング用トランジスタ２２のソース／ドレイン電極１０が、駆動用トランジスタ２１のゲート電極（第１の電極）２に接続されている。
【００４７】
図４及び図５は、図１に示す本実施形態の有機半導体装置を製造する工程を示す断面図である。また、図６及び図７は平面図である。図４（ａ）〜（ｄ）は図６（ａ）〜（ｄ）に対応し、図５（ｅ）〜（ｈ）は図７（ｅ）〜（ｈ）に対応している。
【００４８】
図４（ａ）に示すように、基板１の上に、電極パッド７を形成する。電極パッド７は、蒸着法またはスパッタリング法などにより、例えば、クロム／金の積層膜からなる金属膜を形成し、これをレジストマスクを用いウェットエッチングすることによりパターニングして形成することができる。また、基板１の上に、透明電極１４を形成する。透明電極１４は、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）などの透明導電性金属酸化物から、蒸着法またはスパッタリング法などにより形成した後、パターニングして形成する。また、図６（ａ）に示すように、縦方向にアルミニウムなどの金属膜からなる信号線２３及び電源線２４を形成する。
【００４９】
次に、図４（ｂ）に示すように、アルミニウムからなる走査線８及び第１の電極２を蒸着法またはスパッタリング法などにより形成し、これをウェットエッチングなどでパターニングして形成する。図６（ｂ）に示すように、走査線８が信号線２３及び電源線２４と交叉する部分には、層間絶縁膜１７を形成し、層間絶縁膜１７の上に走査線８を形成する。図４（ｂ）に示すように、第１の電極２は、電極パッド７と電気的に接続するように形成する。
【００５０】
次に、図４（ｃ）に示すように、第１の電極２の上面及び側面を覆うように、第１の絶縁膜（ゲート絶縁膜）３を形成する。また、走査線８（ゲート電極）を覆うように、ゲート絶縁膜１１を形成する。ゲート絶縁膜１１及び第１の絶縁膜３は、例えば、パリレンＣを蒸着重合することにより形成することができる。図６（ｃ）は、ゲート絶縁膜１１及び第１の絶縁膜３を形成した状態を示している。
【００５１】
次に、図４（ｄ）及び図６（ｄ）に示すように、第１の電極２の上方の第１の絶縁膜３の上に第２の電極４を形成し、第１の電極２の側面２ｂの下方に隣接して、基板１上に第３の電極５を形成する。この第３の電極５は、透明電極１４に電気的に接続されている。
【００５２】
また、走査線８の上方のゲート絶縁膜１１の上にフローティング電極１２を形成するとともに、ソース／ドレイン電極９及び１０をそれぞれ形成する。ソース／ドレイン電極１０は、電極パッド７に接続されており、電極パッド７を介して、第１の電極２に電気的に接続されている。
【００５３】
走査線（ゲート電極）８の側面のゲート絶縁膜１１上に付着した金属膜、及び第１の電極２の側面２ｂ上の第１の絶縁膜３上に付着した金属膜は、金属膜の蒸着後、エッチングすることにより除去することができる。
【００５４】
次に、図５（ｅ）及び図７（ｅ）に示すように、走査線（ゲート電極）８の側面上のゲート絶縁膜１１、及び第１の電極２の側面２ｂ上の第１の絶縁膜３の上を覆うように、有機半導体層１３及び有機半導体層６をそれぞれ形成する。有機半導体層１３及び６は、例えば、ペンタセンを用い蒸着法により形成することができる。
【００５５】
次に、図５（ｆ）及び図７（ｆ）に示すように、透明電極１４以外の領域の上を覆うように、保護絶縁膜３０を形成する。保護絶縁膜３０は、例えば、パリレンＣから形成することができる。
【００５６】
次に、図５（ｇ）及び図７（ｇ）に示すように、透明電極１４及び保護絶縁膜３０を含む画素全体を覆うように、ホール輸送層３１、発光層３２、電子輸送層３３、及び陰極３４をこの順序で蒸着法により形成する。
【００５７】
次に、図５（ｈ）及び図７（ｈ）に示すように、陰極３４の上に、全体を封止するための封止膜３５を形成する。封止膜３５は、例えば、パリレン等の樹脂膜と、ＡｌあるいはＳｉＯＮ等の無機膜との積層膜から形成することができる。
【００５８】
以上のようにして、本発明に従う有機半導体装置であるアクティブマトリクス型駆動回路を形成することができる。
【００５９】
５０ｍｍ角、０．７ｍｍの厚みのガラス基板の中央に、７．２ｍｍ×７．２ｍｍの表示エリアを設け、その中に１６×１６の画素の表示素子を形成した。各画素の大きさは、０．４５ｍｍ×０．４５ｍｍ（面積約０．２ｍｍ２）である。キャパシタ部２０の大きさは、０．２８ｍｍ×０．０７ｍｍ（面積約０．０２ｍｍ２）であり、有機ＥＬ素子部の大きさは、０．３１ｍｍ×０．３３ｍｍ（面積約０．１ｍｍ２）であり、開口率は５０％であった。
【００６０】
または、駆動用トランジスタ２１は、チャネル幅Ｗ＝３３０μｍ、チャネル長Ｌ＝１μｍの大きさで形成した。キャパシタ部２０の上部電極である第２の電極４に対し、ＶＤ＝−５Ｖ、ＶＧ＝−５Ｖを印加した場合、ドレイン電流値として、４μＡが得られた。これは、画素内の有機ＥＬ素子を２００ｃｄ／ｍ２以上の実用輝度で光らせるのに十分な値である。また、ＶＤ＝−５Ｖ、ＶＧ＝０Ｖの場合のドレイン電流は、約０．０４μＡであり、オンオフ比として約１００が得られた。
【００６１】
（比較例１）
比較の有機半導体装置として、図１５に示すアクティブマトリクス型回路を形成した。図１５に示すように、駆動用トランジスタ２１として、スイッチング用トランジスタ２２と同様の縦型トランジスタを形成した。スイッチング用トランジスタ２２のソース／ドレイン電極１０は、第１の電極２に接続されており、第１の電極２は、有機ＥＬ素子を形成する透明電極１４に隣接して形成されている。第１の電極２には、駆動用トランジスタ２１のゲート電極１６が接続されている。第１の電極２の上には、層間絶縁膜１７が設けられ、層間絶縁膜１７の上に、キャパシタ用電極１５が形成されている。キャパシタ用電極１５は、電源線２４に接続されている。
【００６２】
従って、この比較例のアクティブマトリクス型回路においては、透明電極１４に隣接した領域に、第１の電極２、層間絶縁膜１７、及びキャパシタ用電極１５からなるキャパシタが設けられている。このため、有機ＥＬ素子を形成する領域が狭くなっている。
【００６３】
上記実施例１と同様に各画素の大きさを０．４５ｍｍ×０．４５ｍｍ（面積約０．２ｍｍ２）としたところ、キャパシタ部の大きさは、０．２８ｍｍ×０．０７ｍｍ（面積約０．０２ｍｍ２）となり、有機ＥＬ素子部の大きさは、０．２８ｍｍ×０．２４ｍｍ（面積約０．０６６ｍｍ２）となった。従って、開口率は３３％であった。
【００６４】
駆動用トランジスタ２１は、チャネル幅Ｗ＝２４０μｍ、チャネル長Ｌ＝１μｍの大きさで形成した。ソース電極に対し、ＶＤ＝−５Ｖ、ＶＧ＝−５Ｖを印加した場合、ドレイン電流値として３μＡ、オンオフ比として約１００が得られた。
【００６５】
以上のように、実施例１では開口率が５０％であったのに対し、比較例１では開口率が３３％となった。このため、比較例１においては、有機ＥＬ素子の部分の輝度が同じであっても、パネルの平均輝度は３分の２に低下する。液晶パネルの場合も同様であり、開口率が低いとバックライトの光の利用効率が悪くなり、輝度が低下する。
【００６６】
また、有機ＥＬパネルにおいて、開口率が高いパネルと同じパネル平均輝度を得ようとすると、有機ＥＬ素子の部分の輝度を上げる必要があり、有機ＥＬ素子にかかる負担が高くなり、パネルの寿命に悪影響を及ぼす。液晶パネルにおいても、開口率の小さいパネルで高い輝度を得ようとすると、バックライトの輝度を上げる必要があり、消費電力が増大する等の問題を生じる。従って、開口率を高めることにより、パネルの平均輝度を高めることができ、パネルの寿命を長くしたり、消費電力を低減したりすることが可能となる。
【００６７】
（実施例２）
図８は、本発明に従う他の実施形態の有機半導体装置を示す断面図である。図８に示す断面図は、図９に示すＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図９は、本実施形態の有機半導体装置を示す平面図である。
【００６８】
本実施形態においては、図８に示すように、基板１の上に第４の電極１９が設けられ、第４の電極１９の上に第２の絶縁膜１８を形成し、第２の絶縁膜１８の上に第１の電極２が形成されている。第２の電極４と第４の電極１９は、電源線２４に接続されている。従って、本実施形態においては、第１の電極２と第２の電極４との間、及び第１の電極２と第４の電極１９との間にキャパシタが形成され、より大きな保持容量を形成することができる。
【００６９】
図１０は、図８及び図９に示す本実施形態の有機半導体装置を製造する工程を説明するための平面図である。
【００７０】
図１０（ａ）に示すように、基板上に電極パッド７及び透明電極１４を形成する。また、信号線２３及び電源線２４を形成する。電源線２４には、図１０（ａ）に示すように、信号線２３側に向かって電源線２４から連続して延びる第４の電極１９を有している。
【００７１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、第４の電極１９、信号線２３の一部、及び電源線２４の一部を覆うように、第２の絶縁膜１８を形成する。第２の絶縁膜１８には、電極パッド７の上にスルーホール１８ａが形成されている。また、電源線２４の上方の一部にも、スルーホール１８ｂが形成されている。
【００７２】
次に、図１０（ｃ）に示すように、第４の電極１９の上方の第２の絶縁膜１８の上に、第１の電極２を形成する。この第１の電極２は、スルーホール１８ａを通り下方の電極パッド７に電気的に接続されている。また、第２の絶縁膜１８の上に横方向に走査線８が形成される。
【００７３】
次に、図１０（ｄ）に示すように、走査線８及び第１の電極２の上を覆うように第１の絶縁膜３を形成する。電極パッド７上方の第１の絶縁膜３では、スルーホール３ａが形成されている。また、スルーホール１８ｂの上にも、スルーホール３ｂが形成されている。
【００７４】
次に、図１０（ｅ）に示すように、第１の絶縁膜３の上に、第２の電極４が形成されている。第２の電極４は、スルーホール３ｂ及びスルーホール１８ｂを通して、その下方の電源線２４と電気的に接続されている。また、透明電極１４と接続される第３の電極５が形成されている。
【００７５】
さらに、スイッチング用トランジスタを形成するためのソース／ドレイン電極９及び１０並びにフローティング電極１２が形成される。ソース／ドレイン電極１０は、スルーホール３ａを介して第１の電極２と電気的に接続されている。
【００７６】
次に、図９に示すように、第２の電極４及び第３の電極５と接するように、有機半導体層６が形成される。これにより、駆動用トランジスタとなるトランジスタ部が形成される。また、同時に、フローティング電極１２を覆い、ソース／ドレイン電極９及び１０と接するように有機半導体層１３が形成される。これにより、スイッチング用トランジスタが形成される。
【００７７】
以上のようにして、スイッチング用トランジスタ、駆動用トランジスタであるトランジスタ部及びキャパシタ部を形成した後、実施例１と同様にして、保護絶縁膜を形成し、保護絶縁膜を形成した後、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、陰極をこの順で形成し、さらに全体を封止膜で封止することにより、有機ＥＬ素子を画素部に用いたアクティブマトリクス型回路を形成することができる。
【００７８】
（実施例３）
図１１は、本発明に従うさらに他の実施形態であるアクティブマトリクス型回路を製造する工程を示す平面図である。
【００７９】
図１１（ａ）に示すように、基板１上に、第１の電極２、走査線８、及び透明電極１４を形成する。走査線８には、下方に延びるゲート電極部８ａが形成されており、第１の電極２からは、ゲート電極部８ａに向かって延びる延長部２ｃが形成されている。
【００８０】
次に、図１１（ｂ）に示すように、透明電極１４以外の領域の上に第１の絶縁膜３を形成する。延長部２ｃの端部の上の第１の絶縁膜３には、スルーホール３ａが形成されている。
【００８１】
次に、図１１（ｃ）に示すように、第１の絶縁膜３の上に、信号線２３及び電源線２４を形成する。信号線２３からは、ソース／ドレイン電極９を連続して形成する。または、ゲート電極部８ａ上の第１の絶縁膜３の上にはフローティング電極１２を形成する。また、ゲート電極部８ａの反対側には、ソース／ドレイン電極１０を形成し、このソース／ドレイン電極１０をスルーホール３ａを通して第１の電極２に電気的に接続する。
【００８２】
第１の電極２の上方の第１の絶縁膜３の上には、電源線２４を形成する。または、同時に透明電極１４と電気的に接続された第３の電極５を形成する。
【００８３】
次に、図１１（ｄ）に示すように、電源線２４と第３の電極５に接するように、有機半導体層６を形成する。従って、本実施形態においては、電源線２４の一部を第２の電極として用いている。有機半導体層６を形成することにより、駆動用トランジスタを形成する。
【００８４】
また、図１１（ｃ）に示すフローティング電極１２及びソース／ドレイン電極９及び１０の上に、有機半導体層１３を形成する。これによりスイッチング用トランジスタを形成する。
【００８５】
図１２は、図１１（ｄ）に示すＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図１２に示すように、基板１の上には第１の電極２が形成されており第１の電極２の上に、第１の絶縁膜３を介して第２の電極としての電源線２４が形成されている。従って、本実施形態においては、第２の電極として機能する電源線２４の一部と、第１の電極２との間にキャパシタ部が形成されている。
【００８６】
本実施形態のように、電源線２４の一部を用いて第２の電極とすることにより、さらにキャパシタ部及びトランジスタ部が占有する面積を小さくすることができ、さらに開口率を向上させることができる。
【００８７】
（実施例４）
図１３は、本発明に従うさらに他の実施形態の有機半導体装置である、有機ＥＬ素子を用いたアクティブマトリクス型回路の製造工程を示す平面図である。
【００８８】
図１３（ａ）に示すように、基板の上に、電極パッド７、透明電極１４、信号線２３、及び電源線２４を形成する。電源線２４は、図１３（ａ）に示すように、信号線２３側に向かって延びる第４の電極部１９ａを有している。
【００８９】
次に、図１３（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１７を形成する。層間絶縁膜１７は、電源線２４の部分を覆い、さらに信号線２３の一部を覆うように形成されている。電極パッド７の上方の層間絶縁膜１７には、スルーホール１７ａが形成されている。また、電源線２４の上方の一部にもスルーホール１７ｂが形成されている。
【００９０】
次に、図１３（ｃ）に示すように、層間絶縁膜１７の上に、第１の電極２を形成する。第１の電極２は、スルーホール１７ａを介して電極パッド７と接続されるように形成する。また、電源線２４に沿うように形成する。横方向には、走査線８を形成する。
【００９１】
次に、図１３（ｄ）に示すように、第１の電極２及び走査線８を覆うように、第１の絶縁膜３を形成する。第１の絶縁膜３の電極パッド７上方には、スルーホール３ａを形成する。また、スルーホール１７ｂの上方にも、スルーホール３ｂを形成する。
【００９２】
次に、図１３（ｅ）に示すように、第１の絶縁膜３の上に、第２の電極４を形成する。第２の電極４は、スルーホール３ｂ及びスルーホール１７ｂを通して、電源線２４と電気的に接続されている。また、透明電極１４と接続される第３の電極５を形成する。また、走査線８をゲート電極とするスイッチング用トランジスタのソース／ドレイン電極９及び１０及びフローティング電極１２を形成する。
【００９３】
次に、図１３（ｆ）に示すように、第２の電極４と第３の電極５と接するように、有機半導体層６を形成し、この有機半導体層６を形成することにより、駆動用トランジスタを形成する。
【００９４】
また、ソース／ドレイン電極９及び１０と接し、フローティング電極１２を覆うように、有機半導体層１３を形成する。この有機半導体層１３の形成により、スイッチング用トランジスタを形成する。
【００９５】
図１４は、図１３（ｆ）に示すＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【００９６】
図１４に示すように、電源線２４の上には、層間絶縁膜１７が形成され、層間絶縁膜１７の上に、第１の電極２が形成されている。また、第１の電極２の上には、第１の絶縁膜３を介して第２の電極４が形成されている。第２の電極４は、スルーホール３ｂ及びスルーホール１７ｂを介して電源線２４と接続されている。従って、本実施形態においては、第１の電極２と第２の電極４との間、及び第１の電極２と電源線２４との間にキャパシタが形成されている。従って、キャパシタ部における保持容量を大きくすることができる。
【００９７】
また、電源線２４の上に第１の電極２及び第２の電極４を形成しているので、本実施形態においては、キャパシタ部及びトランジスタ部が占有する面積をより小さくすることができる。従って、本実施形態によれば、開口率をさらに高めることができる。
【００９８】
上記各実施例においては、有機ＥＬ素子を駆動するアクティブマトリクス型回路を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、液晶パネルなどその他の画素の駆動回路としても用いることができるものである。
【００９９】
また、本発明の有機半導体装置は、上記のようなアクティブマトリクス型回路に限定されるものではなく、キャパシタ部及びトランジスタ部を有する有機半導体装置に広く適用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明に従う一実施形態の有機半導体装置であるアクティブトランジスタ型回路を示す断面図。
【図２】本発明に従う一実施形態の有機半導体装置であるアクティブトランジスタ型回路を示す平面図。
【図３】本発明に従う一実施形態の有機半導体装置であるアクティブトランジスタ型回路を示す等価回路図。
【図４】図１に示す実施形態の有機半導体装置であるアクティブトランジスタ型回路を製造する工程を示す断面図。
【図５】図１に示す実施形態の有機半導体装置であるアクティブトランジスタ型回路を製造する工程を示す断面図。
【図６】図１に示す実施形態の有機半導体装置であるアクティブトランジスタ型回路を製造する工程を示す平面図。
【図７】図１に示す実施形態の有機半導体装置であるアクティブトランジスタ型回路を製造する工程を示す平面図。
【図８】本発明に従う他の実施形態の有機半導体装置であるアクティブマトリクス型回路を示す断面図。
【図９】本発明に従う他の実施形態の有機半導体装置であるアクティブマトリクス型回路を示す平面図。
【図１０】本発明に従う他の実施形態の有機半導体装置であるアクティブマトリクス型回路を製造する工程を示す平面図。
【図１１】本発明に従うさらに他の実施形態の有機半導体装置であるアクティブマトリクス型回路の製造工程を示す平面図。
【図１２】図１１（ｄ）に示すＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図１３】本発明に従うさらに他の実施形態の有機半導体装置であるアクティブマトリクス型回路の製造工程を示す平面図。
【図１４】図１３（ｆ）に示すＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図１５】比較例のアクティブマトリクス型回路を示す平面図。
【符号の説明】
【０１０１】
１…基板
２…第１の電極（ゲート電極）
３…第１の絶縁膜（ゲート絶縁膜）
４…第２の電極（ソース／ドレイン電極）
５…第３の電極（ソース／ドレイン電極）
６…有機半導体層
７…電極パッド
８…走査線（ゲート電極）
９…ソース／ドレイン電極
１０…ソース／ドレイン電極
１１…ゲート絶縁膜
１２…フローティング電極
１３…有機半導体層
１４…透明電極
１５…キャパシタ用電極
１６…ゲート電極
１７…層間絶縁膜
１８…第２の絶縁膜
１９…第４の電極
２０…キャパシタ部
２１…トランジスタ部（駆動用トランジスタ）
２２…スイッチング用トランジスタ
２３…信号線
２４…電源線
２５…有機ＥＬ素子
３０…保護絶縁膜
３１…ホール輸送層
３２…発光層
３３…電子輸送層
３４…陰極
３５…封止膜
【図３】
0005410032.tif 000002
【図４】
0005410032.tif 000003
【図１２】
0005410032.tif 000004
【図１４】
0005410032.tif 000005
【図１５】
0005410032.tif 000006
【図１】
0005410032.tif 000007
【図２】
0005410032.tif 000008
【図５】
0005410032.tif 000009
【図６】
0005410032.tif 000010
【図７】
0005410032.tif 000011
【図８】
0005410032.tif 000012
【図９】
0005410032.tif 000013
【図１０】
0005410032.tif 000014
【図１１】
0005410032.tif 000015
【図１３】
0005410032.tif 000016