(57)【要約】【課題】  長期的には光照射による有機半導体層の劣化を防止し、短期的には照射される光の変化などが有機半導体素子の動作の不安定な要因や一種のノイズとして振舞うことを防止することが可能な有機半導体素子技術を提供すること。【解決手段】  カーボンブラックを１２重量％混入したポリカーボネート基板２０１上に、絶縁膜２１２ｂを設けた後、カソード電極２０２を作製し、この上に、有機半導体材料２０４を蒸着などで作製している。その上に、アノード電極２０３を作製する。基板材料にポリカーボネートを電気的絶縁層を兼ねて利用し、遮光層として裏面側にポリカーボネートの原料（２１１ａ）にフィラーとしてカーボンブラックを約１２重量％混合したものを塗布することで作製した。有機半導体材料および電極と前記遮光性ポリカーボネートの間に絶縁性の膜２１２ｂを設けてもよいが、基板材のポリカーボネート材の絶縁性を利用してもよい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体材料を用いた有機半導体素子において、基板上に設けられた有機半導体層と、該有機半導体層上に設けられた第１の遮光層と、前記有機半導体層を挟んで前記第１の遮光層と反対側に設けられた第２の遮光層を有することを特徴とする有機半導体素子。
【請求項２】
前記第１の遮光層と前記有機半導体層との間、および前記第２の遮光層と前記有機半導体層との間に、電気的絶縁層が設けられたことを特徴とする請求項１記載の有機半導体素子。
【請求項３】
前記第２の遮光層の機能を、前記基板に具備させたことを特徴とする請求項１または２記載の有機半導体素子。
【請求項４】
前記第２の遮光層と前記有機半導体素子との間に設けられる絶縁層の機能を、前記基板に具備させたことを特徴とする請求項２または３記載の有機半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体材料を用いた半導体素子、電界効果トランジスタ、あるいはスイッチ素子などにおける遮光性保護膜に関し、特に印刷技術を主体として作製できる有機半導体スイッチング素子、ＭＯＳ−ＴＦＴなどの有機半導体素子に関する。本発明に係る有機半導体素子は、有機ＥＬディスプレイ、液晶ディスプレイなどの駆動素子などに応用可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来、保護膜の一般的な応用として、例えばガスや湿気などに対して食品の品質低下を防ぐものなど多数提案されている。
【０００３】
有機半導体素子自体についての文献は多数あるが、有機半導体素子の光に対する保護膜（遮光用保護膜）に関してはあまりなく、特開平８−１１６１０９号公報「有機薄膜スイッチング・メモリー複合素子の製造方法および有機薄膜スイッチング・メモリー複合素子」平成６年１０月１４日出願、出願人：松下技研株式会社（特許文献１）が見うけられる程度である。
【０００４】
特許文献１に記載された従来技術を図５および図６を用いて説明する。
図５は、特許文献１に記載された有機薄膜スイッチング・メモリー複合素子の構成図であり、石英ガラス基板３１１上に、金を蒸着して下部電極３１２を形成し、鉛フタロシアニン（ＰｂＰｃ）薄膜を蒸着して有機薄膜３１４を形成し、さらにその上に金を蒸着して上部電極３１３を形成したものである。
【０００５】
図５に示したような有機薄膜スイッチング・メモリー複合素子としての特性は、図６に示すように、有機薄膜３１４が空気中に曝された状態で数日の空気中への放置によって、大きく特性の変化が発生する。特に、長期にわたって、紫外線を照射すると、有機半導体材料ポリマーが分解することに起因すると思われる著しく半導体としての特性が失われ、単に導電率の極めて低い有機抵抗体のような動作に変化し、ヒステリシスが失われる。
【０００６】
また、僅かではあるが、周囲からの迷光（の変化）によって有機薄膜スイッチング・メモリー複合素子のヒステリシスの動作に影響が出ることがありノイズとして問題になる。特許文献１では、有機薄膜スイッチング・メモリー複合素子をフッ素樹脂で覆うことにより上述したような変化を防止することが提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以下、従来技術における問題点を述べる。
上述した特許文献１における保護膜は、特に、フッ素樹脂を主体として提案されたものであるが、フッ素樹脂はその表面極性の極端な弱さから、極性分子である水や水蒸気を非常に通しにくいものの、樹脂であるために、一般のガスは比較的良く通し、また、金属などとの密着性も悪いという問題がある。
【０００８】
有機半導体材料の光からの保護（遮光性）は、単に有機半導体材料の劣化を防止するのみでなく、外部から入る光によるキャリア動作の不安定化を防ぐためにも重要である。例えば，液晶ディスプレイのドライバ素子（TFTなど）への応用では、すぐ隣に光源を有し、これが同材料の動作に影響を与えてしまうという問題がある。
【０００９】
遮光性保護膜は、そのままでは一般に導電性があり（特にカーボンブラックの場合は著しい）使用できず、有機半導体材料の間の絶縁が必要であり、例えば絶縁層として有機半導体との間に顔料を入れていない樹脂層を設けることが考えられる。
【００１０】
ポリパラキシリレン層はその絶縁膜として特性のよい材料である。しかし、ポリパラキシリレンは、蒸着によってつけるため、顔料を入れた材料として蒸着膜をつけることは困難である。
【００１１】
そこで、遮光材としては、塗布できるポリカーボネートなどのポリマー系樹脂にカーボンブラックを入れたものを使い、機能を分担させる必要がある。もちろん、塗布材料で良好な遮光性と良好な絶縁性を確保できる材料があれば、この限りではない。一層だけで両方の機能を達成できる。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑み、長期的には光照射による有機半導体層の劣化を防止し、短期的には照射される光の変化などが有機半導体素子の動作の不安定な要因や一種のノイズとして振舞うことを防止することが可能な有機半導体素子技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成を採用した。以下、請求項毎の構成を述べる。
【００１４】
（１）請求項１記載の発明は、有機半導体材料を用いた有機半導体素子において、基板上に設けられた有機半導体層と、該有機半導体層上に設けられた第１の遮光層と、前記有機半導体層を挟んで前記第１の遮光層と反対側に設けられた第２の遮光層を有することを特徴としている。
【００１５】
（２）請求項２記載の発明は、前記第１の遮光層と前記有機半導体層との間、および前記第２の遮光層と前記有機半導体層との間に、電気的絶縁層が設けられたことを特徴としている。
【００１６】
（３）請求項３記載の発明は、前記第２の遮光層の機能を、前記基板に具備させたことを特徴としている。
【００１７】
（４）請求項４記載の発明は、前記第２の遮光層と前記有機半導体素子との間に設けられる絶縁層の機能を、前記基板に具備させたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、上記構成を採用したことにより次のような効果を有する。以下、請求項毎の効果を述べる。
（１）請求項１記載の発明によれば、長期的な光照射による有機半導体層の劣化が防げるようになり、短期的には照射される光の変化などが有機半導体の動作の不安定な要因や一種のノイズとして振舞うことがなくなった。
【００１９】
（２）請求項２記載の発明によれば、遮光性材料によく用いられる顔料の一種であるカーボンブラックを混ぜることで発生する導電性が、有機半導体の特性に影響しないようにできるようになった。
【００２０】
（３）請求項３記載の発明によれば、基板が遮光層を兼ねるために、構成が簡単になり作製が容易になった。
【００２１】
（４）請求項４記載の発明によれば、基板が電気的絶縁層を兼ねるため、構成が簡単になり作製が容易になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る有機半導体素子の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。ここでは有機半導体スイッチング素子を中心にした実施例を説明する。
【実施例】
【００２３】
図１は、従来技術（特許文献１）に記載された図５に対応する本発明に係る有機半導体素子の実施例の断面図である。図６は、前述したように、図５のスイッチング素子の電圧電流特性を示したものである。
【００２４】
この例では有機半導体として用いたペンタセンのＩ−Ｖの特性の例であるが、特性にヒステリシスを有しており、このヒステリシスを利用して表示素子のスイッチング等に利用している。材料としては、一般に低分子系の有機半導体材料などで結晶化しやすい材料において、比較的このような特性を得られる場合が多い。
【００２５】
本発明に係る有機半導体素子は、図１に示すように、カーボンブラックを１２重量％混入したポリカーボネート基板２０１上に、絶縁膜２１２ｂを設けた後、カソード電極２０２を作製し、この上に、有機半導体材料２０４を蒸着などで作製している。その上に、アノード電極２０３を作製する。これら電極に用いる材料に金を用いた。本発明では基板材料にポリカーボネートを電気的絶縁層を兼ねて利用し、遮光層として裏面側にポリカーボネートの原料（２１１ａ）にフィラーとしてカーボンブラックを約１２重量％混合したものを塗布することで作製した。
【００２６】
一般に、カーボンブラックのような顔料をバインダーに混ぜると導電性が出るため、有機半導体材料および電極と前記遮光性ポリカーボネートの間に絶縁性の膜２１２ｂを設けてもよいが、基板材のポリカーボネート材の絶縁性を利用してもよい。
【００２７】
この絶縁性膜（２１２ｂや２１１ｂ）にはもちろんカーボンブラックを入れていないポリカーボネートを用いても一定の性能が得られるが、さらに高性能の絶縁性および空気の遮断・水蒸気遮断性能力の高いポリパラキシリレンを用いてもよい。ポリパラキシリレンは蒸着による公知の方法が提案されており、蒸着するため遮光性顔料を混合した膜を作製することは困難である。
【００２８】
図２および３は、光透過性基板材料として基板に、カーボンブラックを重量比１２％入れたポリカーボネート材料を塗布した変形実施例である。
【００２９】
図２は、ガラス基板２０１の有機半導体を塗布する側に、また図３はポリカーボネート基板２０１の裏面側（すなわち図３の手前側）に、２１２を設ける。必要に応じてこれら基板材と遮光材の間に接着層を設ける（図示してない）。
【００３０】
図２では、遮光性材料が電気的にあるいは空気や水蒸気の遮断特性が必ずしもよくないので、絶縁膜として（顔料を入れていない）ポリカーボネートや、ガスその他の遮断特性が特別高いポリパラキシリレンなどを有機半導体材料と前記遮光性材料との間に用いた（２１１ｂおよび２１２ｂ）。
【００３１】
図３は、ポリカーボネート基板２０１の有機半導体材料を塗布する側にポリパラキシリレン膜からなる絶縁層２１２ｂを蒸着によって作製し、ポリカーボネート基板２０１の反対側の面には、カーボンブラックを約１２重量％混入した塗布材（遮光層）２１２ａを塗布する。このようにして得られた基板２０１に、カソード電極２０２として金を蒸着した後、有機半導体材料２０４を塗布した。
【００３２】
さらにこの上に、アノード電極２０３として金を蒸着して、過熱乾燥したのちポリパラキシリレンからなる絶縁層２１１ｂを蒸着によって成膜した。
【００３３】
この上に、ポリカーボネート原料にカーボンブラックを約１２重量％を混入した遮光膜２１１ａを塗布した。
【００３４】
図４は、図１において、基板２０１が兼ねる電気的絶縁機能（基板２０１が絶縁機能を有する（図４では「２０１（２１２ｂ）」と記す））として利用しつつ、基板面の有機半導体層を作製する側の反対側にポリプロピレン樹脂原料にカーボンブラックを約１２重量％混合させた遮光膜（２１２ａ）を塗布した実施例である。
【００３５】
一般的に、ポリパラキシリレンは、ポリカーボネートに比べ、電気的絶縁のみならず空気などのガスや水蒸気などの透過性が低く、有機半導体の保護には適している。このように、光によって短期的にはノイズなど動作の不安定な要因になり、また長期的には光によって劣化をきたす有機半導体は、遮光性の高い材料で周囲を固めて使用する必要がある。
【００３６】
以上、スイッチング素子を例に有機半導体素子の説明をしたが、有機半導体材料を用いた他の半導体素子（有機ＴＦＴや有機ＭＯＳトランジスタなど）への応用も可能である。
【００３７】
以下、本願実施例の特徴事項および注意事項を列記する。
（１）比較的強度の高いポリカーボネート系は利用しやすい。特に塗布することができるため、バインダー材としてポリカーボネート原料にカーボンブラックをフィラーとして混合して有機半導体材料に対し影響の少ない絶縁膜を介して塗布すると都合がよい。もちろん顔料としてはカーボンブラックに限らない。適切な分光吸収特性のある顔料を用いればよい。樹脂の導電性や有機半導体に影響を与えないのであれば、絶縁膜（２１１ｂ、２１２ｂ）を省略することもできる。
【００３８】
（２）絶縁膜には、例えば、ポリパラキシリレン、特にジパラキシリレンおよびその誘導体（パリレン（登録商標）を用いるのもよい）のような材料を用いるとよい。
（３）フィラーを用いているので、塗布できるバインダー樹脂で密着性さえよければその他多くの材料に適合できる。
【００３９】
（４）有機半導体材料を塗布する基板が、ガラス基板や透明な樹脂基板など遮光性でない場合は、基板の裏面または有機半導体直下または基板裏面側に、これら材料を塗布する。基板裏面側に遮光性材料を塗布するのは、有機半導体に直接接しないため基板の表面側に塗布する場合より作製は容易であり、有機半導体素子全体を最後に覆うのにも適するが、図３に示したような場合は、基板に沿って入る光などについては完全な遮光ができない可能性があるので注意を要する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る有機半導体素子の実施例を示す図である。
【図２】光透過性基板に、カーボンブラックを重量比１２％入れたポリカーボネート材料を塗布した変形実施例である（その１）。
【図３】光透過性基板に、カーボンブラックを重量比１２％入れたポリカーボネート材料を塗布した変形実施例である（その２）。
【図４】図１において、基板が兼ねる電気的絶縁機能として利用しつつ、基板面の有機半導体層を作製する側の反対側にポリプロピレン樹脂原料にカーボンブラックを約１２重量％混合させた遮光膜を塗布した実施例である。
【図５】特許文献１に記載された有機薄膜スイッチング・メモリー複合素子の構成図である。
【図６】図５に示した有機薄膜スイッチング・メモリー複合素子の特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
２０１：基板
２０２：カソード電極
２０３：アノード電極
２０４：有機半導体材料
２１１ａ，２１２ａ：遮光層
２１１ｂ、２１２ｂ：絶縁層
３１１：基板
３１２：下部電極
３１３：上部電極
３１４：有機薄膜
【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】
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