(57)【要約】【課題】  フォトリソプロセスを用いないＩＪプロセスによって正確な有機体材料液滴の着弾性を実現し、低温プロセスによる有機電子デバイスを提供する。【解決手段】  電子デバイスを構成する一部もしくは全ての有機材料を、液滴に電荷付与することが可能なインクジェット法で吐出し、着弾させる電子デバイスに光反応電荷誘起層を設け、光によって発生した液滴とは逆の電荷部分に液滴を誘引着滴させる。【選択図】  図１
2006165233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機材料を用い、かつ、自発光または電力発生用途を除く電子デバイスにおいて、その構成の一部に、光反応電荷誘起層を有することを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記有機材料を用いた電子デバイスが、トランジスタであることを特徴とする、請求項1に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記有機材料を用いたトランジスタが、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）であることを特徴とする請求項2に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記光反応電荷誘起層が、有機材料で構成されることを特徴とする、請求項1〜3に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記光反応電荷誘起層に隣接して、電荷輸送層を有することを特徴とする、請求項1〜4に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記電荷輸送層が、トランジスタのチャネルを形成することを特徴とする、請求項5に記載の電子デバイス。
【請求項７】
有機材料を用いた電子デバイス形成方法であって、基板に光反応電荷誘起層を設ける工程と、前記光反応電荷誘起層の一部分に光によって電荷を付与する工程と、有機材料に電荷を付与し液滴として前記光反応電荷誘起層に吐出する工程とを少なくとも有することを特徴とする電子デバイス形成方法。
【請求項８】
前記該光反応電荷誘起層に付与された電荷が液滴の電荷と逆極性であることを特徴とする請求項７に記載の電子デバイス形成方法。
【請求項９】
前記該光反応電荷誘起層に付与された電荷が液滴の電荷と同極性であることを特徴とする請求項７に記載の電子デバイス形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機材料を用いた電子デバイスに関するものであり、特にＩＪプロセスを用いた有機薄膜電子デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年有機材料を使った電子デバイス研究が盛んである。有機材料を薄膜化しデバイスに応用することによって、プロセスの低温化や携帯性に優れた電子デバイスの実現が期待されている。
【０００３】
例えば、有機EL、有機IDタグ、有機FET等の電子デバイス研究が盛んであるが、なかでも有機FETは、有機材料自身が分子集合体で部分的に共有結合している比較的弱い結合体であるため、プロセスの低温化が期待でき、かつ、フレキシブル性に富み軽量化が可能な為携帯性に優れている。このため、ペーパーライクディスプレイはもとより、液晶ディスプレイにも応用の可能性があり、近年急速に研究が活発になっている。このような電子デバイス分野においては将来における更なるプロセス低温化・優れた携帯性への要望が高まってきている。実現の為の一つの方法としてＩＪプロセスを利用した有機電子デバイス作成方法があげられ、次世代低温プロセス・高携帯性電子デバイスへの応用が期待されている。
【０００４】
例えば、特許文献１にはインクジェット式印刷技術による電子デバイスの製造方法が開示されている。
また、圧電性を有する膜の作製にあたっては様々な方法が挙げられるが、例えばScience 280、2123（2000）やTech Digest of IEDM、p.623（2000）などにセイコーエプソンによるピエゾＩＪプロセスと表面自由エネルギー制御による表面マッピングを用いた有機ＴＦＴの作製方法が記載されている。
【特許文献１】２００４−１４１８５６号公報
【非特許文献１】Science 280、2123（2000）
【非特許文献２】Tech Digest of IEDM、p.623（2000）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩＪプロセスとして幾つかの方式を挙げることができる。主な方式としては、圧電アクチュエーターを用いた方式（ピエゾ方式）、サーマル方式、静電誘引方式などであるが、特にピエゾ方式、サーマル方式は民生用のプリンターとして近年飛躍的な進化をとげ、微細液滴化・高速度化が進んでいる。また高精度着弾性も大きく進んでいるが、ＩＪ法の原理上、微小液滴化すればするほど外的な要因により液滴の正確な着弾は困難になり、通常の民生用ＩＪ法においては3σ＜10μmの領域は殆ど不可能な領域と現状考えられている。しかしながらFETなどの電子デバイスではチャネル長において1μm以下の高精度が要求されており、様々な利点を備えたＩＪ法の適応を妨げる大きな障壁となっている。
【０００６】
このような問題点を解決するためには、基板表面をエネルギー的にマッピングし、微細な液滴を誘導する方法が有効である。基板表面をエネルギー的にマッピングする方法としては表面自由エネルギーによるマッピングや静電気によるものが上げられるが、表面自由エネルギーを利用する物はマッピングするためにフォトリソ工程が必須であり、コストＵＰ、工程の複雑化が発生する。また液滴は着弾してから移動するため、コンタミ等の汚染の危険性がある。本発明は、光反応電荷誘起層を利用して非常に簡便な構成・手段で静電気によるマッピングを基板表面に施し、フォトリソプロセスを用いずに直接ＩＪプロセスによって正確な液滴自身の着弾性を実現し、低温プロセスで携帯性に優れる様々な有機電子デバイスを実現する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明の構成は以下のようになる。
【０００８】
本発明の第一は、有機材料を用い、かつ、自発光または電力発生用途を除く電子デバイスにおいて、その構成の一部に、光反応電荷誘起層を有することを特徴とする電子デバイス、にある。
【０００９】
本発明の第二は、前記有機材料を用いた電子デバイスが、トランジスタであることを特徴とする、本発明の第一に記載の電子デバイス、にある。
【００１０】
本発明の第三は、前記有機材料を用いたトランジスタが、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）であることを特徴とする本発明第二に記載の電子デバイス、にある。
【００１１】
本発明の第四は、前記光反応電荷誘起層が、有機材料で構成されることを特徴とする、本発明第一〜第三に記載の電子デバイス、にある。
【００１２】
本発明の第五は、前記光反応電荷誘起層に隣接して、電荷輸送層を有することを特徴とする、本発明第一〜第四に記載の電子デバイス、にある。
【００１３】
本発明の第六は、前記電荷輸送層が、トランジスタのチャネルを形成することを特徴とする、本発明第五に記載の電子デバイス、にある。
【００１４】
本発明の第七は、有機材料を用いた電子デバイス形成方法であって、基板に光反応電荷誘起層を設ける工程と、前記光反応電荷誘起層の一部分に光によって電荷を付与する工程と、有機材料に電荷を付与し液滴として前記光反応電荷誘起層に吐出する工程とを少なくとも有することを特徴とする電子デバイス形成方法、にある。
【００１５】
本発明の第八は、前記該光反応電荷誘起層に付与された電荷が液滴の電荷と逆極性であることを特徴とする請求項７に記載の電子デバイス形成方法、にある。
【００１６】
本発明の第九は、前記該光反応電荷誘起層に付与された電荷が液滴の電荷と同極性であることを特徴とする請求項７に記載の電子デバイス形成方法、にある。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、有機ＦＥＴの構成において、基板上に光反応電荷有機層を形成し、その上に半導体層、更にその上にソース・ドレイン、その上に絶縁膜を形成し、その上にゲート電極を設けた構造にすることにより、ソース・ドレインを形成する際に光反応電荷誘起層に書き込んだ潜像に静電誘引ＩＪ法で画像を形成することが可能になり、非常に微細なチャネル長を直接形成することが可能になる。またこの構成及び作成方法によって、表面エネルギーを用いずに直接所望の場所へ液滴を誘引することが可能になり、一度基板に付着した場合にコンタミが心配される材料をコンタミの心配なしに直接描画でき、優れた有機ＦＥＴを実現することができる。また、有機ＦＥＴ以外にも様々な有機デバイスにおいて液滴を所望の個所に正確に誘引することが可能になり、有機機能性薄膜を利用した様々なデバイス、有機ＦＥＴ、有機ＩＤタグ、有機ＥＬ等様々なデバイスへの応用が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明者は基板表面のエネルギー的マッピングとして、光反応電荷有機層による静電エネルギーマッピングに着目した。光反応電荷誘起層としては、InNなどの化合物半導体、SiやSeなどの金属、Alq3（アルミニウムキノリノール錯体）やアゾ顔料などの有機物が上げられるが、光反応電荷誘起層は光によって電荷を発生しnmオーダーで静電的な潜像を形成することが可能である。また一方で、ＩＪプロセスとして静電誘引方式が知られている。静電誘引方式は液滴に静電圧を印加し、静電気によってメニスカスを誘引・着滴させる物である。さらにこの方式は容易に他のＩＪプロセス、例えばピエゾ方式やサーマル方式などと組み合わせることが可能で、他方式で吐出する液滴に補助的に電荷を印加することも可能である。本発明者は、これらの現象に着目し、構成上の工夫を加えることにより、静電気によるマッピングによって正確に液滴を誘導し、高精度な着弾精度が要求される有機電子デバイスの実現を可能にした。すなわち基板上に光反応電荷誘起層を設けることによって、nmレベルで潜像を形成することが可能になり、電荷を帯びた微小液滴を逆電荷で潜像に誘引、あるいは同電荷で潜像を避けることによって微細なパターンを描画することが可能になり、高性能な有機電子デバイスを実現することが可能になる。またフォトリソプロセスが不要になることによって、コストを大きく下げ、単純工程化によってスループットを大きく向上させる事が可能となる。
【００１９】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明においてはＩＪプロセスを用いて導電膜、半導体膜、絶縁膜などの様々な機能性を有する有機膜を描画でき、様々な機能を持った電子デバイスを作製することができるが、実施例、比較例においては有機電子デバイスとして有機FETの作製を行った例を示す。
【００２０】
本発明における光反応電荷誘起層には、特定の光波長帯を吸収するエネルギーバンドを持ち光電反応を示すP−N接合を形成する、InN、CdSなどの化合物半導体やSi、Seなどの金属、ZnOなどの酸化物など公知のあらゆる材料を用いることが出来るが、特にアゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、ペリレン系顔料、キナクリドン系顔料、多環キノン系顔料などの有機顔料材料やAlq3などの有機材料を用いることが望ましい。また、光反応電荷誘起層の塗布方法には様々な方法があり、スピンコート法やＩＪ法、オフセット印刷、スクリーン印刷などで容易に作製可能である。また無機材料の場合は蒸着法やスパッタリング法などの物理蒸着手段を使用することも可能である。いずれの成膜方法も本発明の光反応電荷誘起材層として十分に機能する薄膜を作成する事が可能である。
【００２１】
本発明における光反応電荷誘起層はどのような厚みでも問題はないが、十分なキャリア密度を確保するために0.1μm以上である事が望ましい。また、発生した電荷の効果を最大限に生かすために電荷輸送層を光反応電荷誘起材料層に積層することが望ましい。
【００２２】
本発明における光反応電荷誘起材料層を設けた有機ＦＥＴにおいて、光反応電荷誘起層上に隣接する電荷輸送層の厚みは、発生した電荷による静電像の端部における電位の変化が急峻であるためには、ある程度薄い方が好ましく、50μm程度以下が望ましい。また電荷輸送層は電荷移動度を有する半導体である為、チャネルを形成する半導体層は電荷輸送層と同一もしくは積層体どちらでも構わない。電荷輸送層としては低分子系、高分子系様々な材料が挙げられ、公知のあらゆる材料を用いることができるが、特にトリフェニルアミン骨格、ベンジジン骨格を有する低分子化合物やポリカーボネート、ポリエステル、ポリシランなどの高分子材料が移動度が高くて好ましい。電荷輸送層とチャネル形成層を兼ねる材料としては例えばフタロシアニンなどがその代表例として挙げられる。
【００２３】
電荷輸送層上にチャネル形成用の半導体層を形成する場合、チャネル形成用の半導体層の厚みは光をより透過する為、0.1μm以下が望ましい。チャネルを形成する半導体層には、様々な膜を用いることができるが、特に高移動度を示す有機材料が望ましい。例えば電荷輸送層と積層して用いる材料としてはF8T2（フルオレン-バイチオフェン）やP3HT（ポリ３-ヘキシルチオフェン）などがその代表として上げられる。またペンタセンのような低分子材料も材料として好ましい。
【００２４】
図１、図２に沿って本発明における光反応電荷誘起層を設けた有機ＦＥＴについて簡単に説明する。図１は本発明を最も良く表わす一実施例である。図１に示されるように、十分に厚い基板11上に導電膜12が形成され、さらに顔料系の光反応電荷有機層13が形成され、その上に電荷輸送層として14が形成され、その上にチャネル形成用の半導体層15が形成される。電荷輸送層14と半導体層15は同一でも構わない。半導体層15の上にソース・ドレイン16がＩＪ法で形成され、ソース・ドレイン16上に絶縁膜17が積層され、さらにゲート電極18を形成する。図２は比較例に用いられる有機ＦＥＴの一般的な構造である。図２に示されるように、十分に厚い基板上に半導体層15が直接設けられ、光反応電荷有機層及び電荷輸送層は設けられていない。半導体層15の上にソース・ドレイン16がＩＪ法で形成され、ソース・ドレイン16上に絶縁膜17が積層され、さらにゲート電極18を形成する。以下、具体例を示す。
【００２５】
(実施例)
ソース・ドレイン及びゲートの形成方法として静電誘引ＩＪ法を用いて、光反応電荷有機層を設けた有機ＦＥＴを作製した例を挙げる。ＰＥＴ基板上に導電膜としてAl膜を設けたAl/PET基板に、光反応電荷有機層としてアゾ顔料を厚さ1μm、および電荷輸送層としてヒドラゾン化合物を厚さ20μm、スピンコートにて形成し乾燥を行った。その上に半導体層としてF8T2をスピンコートにて0.1μm形成し、乾燥を行った。次にソース・ドレイン層を静電誘引ＩＪ法を用いて、形成を行った。半導体層全体を帯電させた後、アルゴンイオンレーザーを用いて514nmの波長の光をソース・ドレインを設けたい部分以外にソース・ドレイン間を0.5μm間隔が空くように照射し、ソース・ドレインを設けたい部分以外の電荷を消失させた。ノズル径18μmの金属ノズルを基板上400μm上に位置させ、ソース・ドレインとなるPEDOT・PSS溶液を充填し、帯電とは逆の矩形波を印加して液滴を基板上に滴下したところ、レーザーが照射され帯電した個所へ約1μm径の液滴が誘引された。チャネル長は0.5μｍであった。さらにその上に絶縁膜となるＰＶＰ層をスピンコートにて形成し乾燥を行った。その上にゲート電極層をピエゾタイプのIJ法で形成した。電極材料にはPEDOT・PSS溶液を用い、液滴径は10μｍで行った。
【００２６】
ソース・ドレイン形成の際、レーザー照射によって残留した電荷と同符号の電界を印足して静電誘引ＩＪ法で液滴を吐出して形成することも可能である。この場合は、ソース・ドレインを設けたい部分にレーザーで電荷を発生させて帯電した電荷を消失させ、周囲の帯電電荷と同符号に帯電した液滴を吐出することにより、周囲を避けてソース・ドレインとなる部分に液滴が着弾し、レーザーで形成した潜像がソースドレインとなる。
【００２７】
またソース・ドレイン形成の際、レーザー照射によってチャネル長部分のみに電荷を残留させ、残留した電荷と同符号の電界を印足して静電誘引ＩＪ法で液滴を吐出して形成することも可能である。この場合は、チャネル長部分を避けて液滴が着弾し、潜像部分がそのままチャネル長となる。
【００２８】
本実施例においては半導体層にF8T2を用いているが、その他の高分子半導体を用いることも可能である。また低分子系のペンタセンを蒸着法を用いて形成することも可能である。
【００２９】
また本実施例においては電荷輸送層とチャネル形成用の半導体層を積層しているが、一つの材料の兼用しても構わない。例えばフタロシアニン系の銅フタロシアニンを20μmをスピンコートして電荷輸送層、兼、チャネル形成用半導体層として用いることが可能である。
【００３０】
また本実施例においては、ソース・ドレイン、ゲートそれぞれの導電材料にPEDOT・PSSを用いているが、金属のナノ粒子を分散させたナノ分散材料を用いることも可能である。
【００３１】
形成した有機ＦＥＴ上のゲート、ソース・ドレインに配線を行った。インピーダンスアナライザーを用いて形成した有機ＦＥＴの特性を測定したところ、良好なＦＥＴ特性を示した。
【００３２】
（比較例）
基板上の導電層、光反応電荷誘起層、電荷輸送層を設けない以外は、実施例１と同様に有機ＦＥＴ作製を行った。ＰＥＴ基板上に半導体層としてF8T2をスピンコートにて1μm形成し、乾燥を行った。次にソース・ドレイン層を静電誘引ＩＪ法を用いて、形成を行った。ノズル径18μmの金属ノズルを基板上400μm上に位置させ、ソース・ドレインとなるPEDOT・PSS溶液を充填し、負の矩形波を印加して液滴を基板上に滴下したところ、チャネル長は10μｍであった。さらにその上に絶縁膜となるＰＶＰ層をスピンコートにて形成し乾燥を行った。その上にゲート電極層をピエゾタイプのIJ法で形成した。電極材料にはPEDOT・PSS溶液を用い、液滴径は10μｍで行った。
【００３３】
形成した有機ＦＥＴ上のゲート、ソース・ドレインに配線を行った。インピーダンスアナライザーを用いて形成した有機ＦＥＴの特性を測定したところ、チャネル長が大きく、十分なＦＥＴ特性を得られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】光反応電荷誘起層が形成された場合の誘起ＦＥＴの断面図である。
【図２】光反応電荷誘起層が形成されていない場合の有機ＦＥＴの断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
11  有機ＦＥＴを形成する基板
12  導電膜
13  光反応電荷誘起層
14  電荷輸送層
15  半導体層
16  ソース・ドレイン
17  絶縁膜
18  ゲート電極
【図１】
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【図２】
2006165233.tif 000004