(57)【要約】  ゲート絶縁膜におけるリーク電流が抑止され、高い絶縁膜容量が得られ、ヒステリシスが生じにくく、低ゲート電圧で動作可能な有機薄膜トランジスタを提供する。  基板上に（Ａ）有機半導体膜、（Ｂ）ゲート電極、（Ｃ）ソース電極、（Ｄ）ドレイン電極、及び（Ｅ）非共有電子対を有する官能基を持たず且つ分子構造内にπ電子結合を持たない有機高分子化合物、好ましくは非共有電子対を有する官能基を持たず且つ分子構造内にπ電子結合を持たない脂環式オレフィンポリマーを含んでなるゲート絶縁膜を有する有機薄膜トランジスタ。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、（Ａ）有機半導体膜、（Ｂ）ゲート電極、（Ｃ）ソース電極、（Ｄ）ドレイン電極、及び（Ｅ）非共有電子対を有する官能基を持たず且つ分子構造内にπ電子結合を持たない有機高分子化合物を含んでなるゲート絶縁膜を有する有機薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記ゲート絶縁膜が湿式法によって形成されたものである請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項３】
有機高分子化合物が脂環式オレフィンポリマーである請求項１又は２に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４】
さらに保護膜を有する請求項１〜３のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項５】
基板及び／又は保護膜が脂環式オレフィンポリマーからなるものである請求項４記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項６】
非共有電子対を有する官能基を持たず且つ分子構造内にπ電子結合を持たない有機高分子化合物を含んでなるゲート絶縁膜。
【請求項７】
有機高分子化合物が脂環式オレフィンポリマーである請求項６に記載のゲート絶縁膜。
【請求項８】
非共有電子対を有する官能基を持たず且つ分子構造内にπ電子結合を持たない有機高分子化合物を溶媒に溶かし溶液を得る工程、及び該溶液を流延させた後、溶媒を除去し、ゲート絶縁膜を形成する工程を有する有機薄膜トランジスタの製法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタを備えてなる表示装置。
【請求項１０】
基板上にマトリクス配列して形成された各画素が、少なくとも１つの有機ＥＬ素子と、該有機ＥＬ素子を駆動するための少なくとも２つの有機薄膜トランジスタとを有し、
該有機薄膜トランジスタの少なくとも１つが請求項１〜５のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタである有機ＥＬ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に関し、さらに詳細には、ゲート絶縁膜におけるリーク電流が抑止され、高い絶縁膜容量が得られ、ヒステリシスが生じにくく、低ゲート電圧で動作可能な有機薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機薄膜トランジスタは、たとえば、基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体膜及び保護膜をこの順に積層した構造を有している。有機薄膜トランジスタは、印刷法などの常温・常圧下での低コスト製造プロセスによって得ることができ、しかも柔軟な基板への適合性が良い。その特性を活かして、有機薄膜トランジスタは、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、電気泳動表示装置等のフラットパネルディスプレイの画像駆動素子への適用や、シートディスプレイ、電子ペーパー、電子値札・電子荷札などの電子タグ、バイオセンサー等の電子機器の集積回路技術への適用が期待されている。【０００３】
このように期待される有機薄膜トランジスタの特性を向上させるために、チャネル層の有機半導体の移動度を高くすることが考えられている。その有機半導体の移動度がゲート絶縁膜の材質によって変化することが知られており（特許文献１及び特許文献２）、有機ゲート絶縁膜用の材料開発が盛んに行われるようになってきた。【０００４】
例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されている有機薄膜トランジスタでは、ドレイン電流を大きくとるには、ゲート絶縁膜の単位面積当りの電気容量が大きい方がよいので、高誘電率、少なくとも５の比誘電率を持つ、絶縁性の高いポリマー（シアノエチルプルランなど）をゲート絶縁膜に用いている。このシアノエチルプルランは比誘電率が１８．５である。【０００５】
また、特許文献３において有機ゲート絶縁材料として、シアノ基を有するポリマーである、ポリアクリロニトリルが提案されている。ポリアクリロニトリルの比誘電率は４．５である。さらに、特許文献３ではゲート絶縁膜として、ポリイミド、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルクロライド、ポリビニルアルコール、ポリパラキシレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルフェノール、プルラン、パリレンなどのポリマー及びその誘導体が提案されている。特許文献４には、さらに、より効果的な電界効果を得るために誘電率を大きくするための材料を混入した複合材料を用いることが提案されている。【０００６】
しかしながら、これらの有機材料は、膜厚を大きく確保しておかないと、絶縁膜にトンネル現象によるゲートリーク電流が流れてしまい、絶縁性が保たれなくなってしまい、さらにゲートバイアス印加の妨げになり、高いオン／オフ比が得られないということがあった。また、ヒステリシスが出現し、キャリアトラップが多く、ｎ型特性の発現性が不十分であった。【０００７】
【特許文献１】特表平５−５０８７４５号公報
【特許文献２】米国特許５３４７１４４号公報
【特許文献３】特開２００４−１７９５４２号公報
【特許文献４】特開平８−１９１１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ゲート絶縁膜におけるリーク電流が抑止され、高い絶縁膜容量が得られ、ヒステリシスが生じにくく、低ゲート電圧で動作可能な有機薄膜トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、従来用いられていた有機ゲート絶縁膜材料を種々検討した結果、分子構造中に存在する官能基の電子対及びベンゼン環等のπ電子がリーク電流に影響していることに気づき、さらに検討した結果、非共有電子対を有する官能基を持たず且つ分子構造内にπ電子結合を持たない有機高分子化合物を用いてゲート絶縁膜を形成すると、該絶縁膜は良質でピンホールができにくい膜となり、ゲート絶縁膜におけるリーク電流が抑止され、高い絶縁膜容量が得られ、ヒステリシスが生じにくく、低ゲート電圧で動作可能な有機薄膜トランジスタが得られることを見出した。本発明者らはこの知見に基づいて本発明を完成するに至ったものである。【００１０】
かくして本発明によれば、基板上に（Ａ）有機半導体膜、（Ｂ）ゲート電極、（Ｃ）ソース電極、（Ｄ）ドレイン電極、及び（Ｅ）非共有電子対を有する官能基を持たず且つ分子構造内にπ電子結合を持たない有機高分子化合物を含んでなるゲート絶縁膜を有する有機薄膜トランジスタが提供される。また、非共有電子対を有する官能基を持たず且つ分子構造内にπ電子結合を持たない有機高分子化合物を含んでなるゲート絶縁膜が提供される。さらに前記有機薄膜トランジスタを備えてなる表示装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のゲート絶縁膜は、薄い膜厚においても、ピンホールができにくい安定した膜であり、リーク電流を抑制することができる。このゲート絶縁膜を有する本発明の有機薄膜トランジスタは、高い絶縁膜容量が得られ、低いゲート電圧で動作させることができる。さらにヒステリシスが発生しないので、半導体特性を高精度に発現させることができる。
本発明の有機薄膜トランジスタは、液晶表示装置、有機ＥＬ（＝エレクトロルミネッセンスの略表記）表示装置、電気泳動表示装置等のフラットパネルディスプレイの画像駆動素子として、また、シートディスプレイ、電子ペーパー、電子値札・電子荷札などの電子タグ、バイオセンサー、ガスセンサー、メモリ素子等の電子機器の集積回路技術に適用できる。特に本発明の有機薄膜トランジスタは低電圧で動作できるということから、有機ＥＬ表示装置の画像駆動素子に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のトップゲート型有機薄膜トランジスタの例を示す図。
【図２】本発明のボトムゲート型有機薄膜トランジスタの例を示す図。
【図３】公知の典型的な有機ＥＬ素子の構成例を示す図。
【図４】本発明の有機ＥＬ表示装置の一画素分の構成例を示す図。
【図５】本発明のアクティブマトリックス方式の有機ＥＬ表示装置の回路の一例を示す図。
【図６】実施例１における、絶縁薄膜の厚さのスピン速度と溶媒の濃度の依存性を示す図である。
【図７】実施例１における、絶縁薄膜のＡＦＭの画像（イメージ）を示す図である。
【図８】実施例２のＭＩＭ構造素子の電流―電圧曲線を示す図である。
【図９】実施例２のＭＩＭ構造素子の電気容量―周波数曲線を示す図である。
【図１０】（ａ）は実施例３で得られた有機半導体膜がペンタセン薄膜で、ゲート絶縁膜が約２６０ｎｍ厚の脂環式オレフィンポリマー薄膜で基板がガラスである有機ＴＦＴの動作特性を示す図であり、（ｂ）は電界効果移動度を計算するために、（ａ）のドレイン電流の平方根を飽和状態でのゲート電圧の関数として示す図である。
【図１１】（ａ）は実施例３で得られた有機半導体膜がペンタセン薄膜で、ゲート絶縁膜が約４５０ｎｍ厚の脂環式オレフィンポリマー薄膜で基板がポリエチレンテレフタレートである有機ＴＦＴの動作特性を示す図であり、（ｂ）は電界効果移動度を計算するために、（ａ）のドレイン電流の平方根を飽和状態でのゲート電圧の関数として示す図である。
【図１２】実施例３で得られた有機半導体膜がペンタセン薄膜で、ゲート絶縁膜が約４５０ｎｍ厚の脂環式オレフィンポリマー薄膜で基板がガラスである有機ＴＦＴの動作特性におけるヒステリシス特性を示す図である。
【符号の説明】
【００１３】
２、５：有機薄膜トランジスタ；  ４：コンデンサ；  ６：有機ＥＬ素子；  １１：基板；  １１’：透明基板；  １２：下引き層；  １４：ドレイン電極；  １５：ソース電極；  １６：有機半導体膜；  １７：ゲート絶縁膜；  １８：ゲート電極；  ２３：保護膜（封止膜）；  ５４：下部電極層（陽極）；  ５５：上部電極層（陰極）；  ６２：発光材料層；
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の有機薄膜トランジスタは、基板上に（Ａ）有機半導体膜、（Ｂ）ゲート電極、（Ｃ）ソース電極、（Ｄ）ドレイン電極、及び（Ｅ）ゲート絶縁膜を有するものである。
有機薄膜トランジスタは、（Ａ）有機半導体膜に接した（Ｃ）ソース電極と（Ｄ）ドレイン電極を有し、その上に（Ｅ）ゲート絶縁膜を介して（Ｂ）ゲート電極を有するトップゲート型と、（Ｂ）ゲート電極を有し、その上に（Ｅ）ゲート絶縁膜を介して（Ａ）有機半導体膜で連結された（Ｃ）ソース電極と（Ｄ）ドレイン電極を有するボトムゲート型とに大別される。【００１５】
図１はトップゲート型の例である。図１（ａ）に示すトップゲート型有機薄膜トランジスタでは、基板１１上にポリマー又は、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含む下引き層１２を有し、下引き層１２に接して有機半導体膜１６、ドレイン電極１４及びソース電極１５を有し、有機半導体膜１６の上にゲート絶縁膜１７を介してゲート電極１８を有するものである。また最外層として保護膜（封止膜）２３が設けられている。図１（ｂ）はドレイン電極及びソース電極と有機半導体膜の積層順序を入れ替えた構成のものである。【００１６】
図２はボトムゲート型の例である。図２（ａ）に示すボトムゲート型有機薄膜トランジスタでは、基板１１上にポリマー又は、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含有する下引き層１２を有し、下引き層１２に接してゲート電極１８、ゲート絶縁膜１７を介して有機半導体膜１６を有している。さらに有機半導体膜１６に接してドレイン電極１４及びソース電極１５を有している。図２（ｂ）はドレイン電極及びソース電極と有機半導体膜の積層順序を入れ替えた構成のものである。【００１７】
本発明の有機薄膜トランジスタを構成する（Ａ）有機半導体膜は、有機半導体材料で形成されている。有機半導体材料としてはπ共役系材料が挙げられる。π共役系材料としては、例えばポリピロール、ポリ（Ｎ−置換ピロール）、ポリ（３−置換ピロール）、ポリ（３，４−二置換ピロール）などのポリピロール類、ポリチオフェン、ポリ（３−置換チオフェン）、ポリ（３，４−二置換チオフェン）、ポリベンゾチオフェンなどのポリチオフェン類、ポリイソチアナフテンなどのポリイソチアナフテン類、ポリチェニレンビニレンなどのポリチェニレンビニレン類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）などのポリ（ｐ−フェニレンビニレン）類、ポリアニリン、ポリ（Ｎ−置換アニリン）、ポリ（３−置換アニリン）、ポリ（２，３−置換アニリン）などのポリアニリン類、ポリアセチレンなどのポリアセチレン類、ポリジアセチレンなどのポリジアセチレン類、ポリアズレンなどのポリアズレン類、ポリピレンなどのポリピレン類、ポリカルバゾール、ポリ（Ｎ−置換カルバゾール）などのポリカルバゾール類、ポリセレノフェンなどのポリセレノフェン類、ポリフラン、ポリベンゾフランなどのポリフラン類、ポリ（ｐ−フェニレン）などのポリ（ｐ−フェニレン）類、ポリインドールなどのポリインドール類、ポリピリダジンなどのポリピリダジン類、ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセンなどのポリアセン類およびポリアセン類の炭素の一部をＮ、Ｓ、Ｏなどの原子、カルボニル基などの官能基に置換した誘導体（トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−６，１５−キノンなど）、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィドなどのポリマーや特開平１１−１９５７９０号公報に記載された多環縮合体などを挙げることができる。【００１８】
また、これらのポリマーと同じ繰返し単位を有する、例えばチオフェン６量体であるα−セクシチオフェン、α，ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α，ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α，ω−ビス（３−ブトキシプロピル）−α−セクシチオフェン、スチリルベンゼン誘導体などのオリゴマーが挙げられる。【００１９】
さらに銅フタロシアニンや特開平１１−２５１６０１号公報に記載のフッ素置換銅フタロシアニンなどの金属フタロシアニン類；ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド、Ｎ，Ｎ’−ビス（４−トリフルオロメチルベンジル）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド、Ｎ，Ｎ’−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロオクチル）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド、Ｎ，Ｎ’−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロブチル）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド及びＮ，Ｎ’−ジオクチルナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド、ナフタレン２，３，６，７−テトラカルボン酸ジイミドなどのナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、及びアントラセン２，３，６，７−テトラカルボン酸ジイミドなどのアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類などの縮合環テトラカルボン酸ジイミド類；Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８４等のフラーレン類、ＳＷＮＴなどのカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類などの色素などが挙げられる。【００２０】
これらのπ共役系材料のうちでも、チオフェン、チェニレンビニレン、フェニレンビニレン、ｐ−フェニレン、及びこれらの置換体の少なくとも１種を繰返し単位とし、かつ該繰返し単位の数ｎが４〜１０であるオリゴマー並びに該繰返し単位の数ｎが２０以上であるポリマー；ペンタセンなどの縮合多環芳香族化合物；フラーレン類；縮合環テトラカルボン酸ジイミド類；並びに金属フタロシアニンよりなる群から選ばれた少なくとも１種が好ましい。【００２１】
また、その他の有機半導体材料としては、テトラチアフルバレン（ＴＴＦ）−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン（ＢＥＤＴＴＴＦ）−過塩素酸錯体、ＢＥＤＴＴＴＦ−ヨウ素錯体、ＴＣＮＱ−ヨウ素錯体、などの有機分子錯体が挙げられる。さらにポリシラン、ポリゲルマンなどのσ共役系ポリマーや特開２０００−２６０９９９号公報に記載の有機・無機混成材料が挙げられる。【００２２】
本発明においては、有機半導体膜に、たとえば、アクリル酸、アセトアミド、ジメチルアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基などの官能基を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレンおよびテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体などのように電子を受容するアクセプターとなる材料や、たとえばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、フェニル基などの官能基を有する材料、フェニレンジアミンなどの置換アミン類、アントラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン類、ピレン、置換ピレン、カルバゾールおよびその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体などのように電子の供与体であるドナーとなるような材料を含有させてもよい。【００２３】
これら有機半導体膜の作製法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法およびＬＢ法等が挙げられる。【００２４】
有機半導体膜の膜厚は、用いられる有機半導体材料により異なるが、通常１μｍ以下、好ましくは一単分子層の厚み以上４００ｎｍ以下である。【００２５】
本発明の有機薄膜トランジスタを構成する、（Ｂ）ゲート電極、（Ｃ）ソース電極及び（Ｄ）ドレイン電極は、導電性材料で形成されている。導電性材料としては、例えば、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム混合物、リチウム／アルミニウム混合物等が挙げられる。またドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン（ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体など）が挙げられる。【００２６】
特に、（Ｃ）ソース電極及び（Ｄ）ドレイン電極を形成する材料は、上に挙げた中で有機半導体膜との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましく、ｐ型半導体の場合は特に、白金、金、銀、ＩＴＯ、導電性ポリマーおよび炭素が好ましい。【００２７】
本発明に用いるゲート電極、ソース電極及びドレイン電極としては、上記の導電性材料を含む、溶液、ペースト、インク、分散液などの流動性電極材料を用いて形成したもの、特に、導電性ポリマー、または白金、金、銀、銅を含有する金属微粒子を含む流動性電極材料を用いて形成したものが好ましい。【００２８】
金属微粒子を含有する流動性電極材料としては、たとえば公知の導電性ペーストなどを用いても良いが、好ましくは、平均粒子径が１〜５０ｎｍ、好ましくは１〜１０ｎｍの金属微粒子を、必要に応じて分散安定剤を用いて、水や任意の有機溶剤である分散媒中に分散した材料を用いる。平均粒子径は光子相関法により測定することができる。【００２９】
金属微粒子の材料としては、前記した白金、金、銀、銅の他、ニッケル、クロム、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、亜鉛等であってもよい。【００３０】
このような金属微粒子の分散物の製造方法として、ガス中蒸発法、スパッタリング法、金属蒸気合成法などの物理的生成法や、コロイド法、共沈法などの、液相で金属イオンを還元して金属微粒子を生成する化学的生成法が挙げられる。これらの金属微粒子分散物を用いて電極を成形し、溶媒を乾燥させた後、必要に応じて１００〜３００℃、好ましくは１５０〜２００℃の範囲で加熱することにより、金属微粒子を熱融着させ、目的の形状を有する電極パターンを形成するものである。【００３１】
電極の他の形成方法としては、前記導電性材料を原料としてスパッタリングや蒸着などにより導電性薄膜を形成し、次いでフォトレジストでパターンを形成した後にエッチングにより不要な薄膜を除去して電極パターンを形成するフォトリソグラフ法、基板上にメタルマスクを置いて、そのままスパッタリングや蒸着を行い、電極パターンを形成するメタルマスク法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写やインクジェット等によりフォトレジストのパターンを形成した後にエッチングにより不要な薄膜を除去して電極パターンを形成する方法などの公知の方法が挙げられる。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、金属微粒子を含有する分散液等を直接インクジェット法によりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。さらに導電性ポリマーや金属微粒子を含有する導電性インク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。電極の厚さは特に限定されないが、通常２０〜５００ｎｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍである。【００３２】
本発明の有機薄膜トランジスタに用いる（Ｅ）ゲート絶縁膜は、非共有電子対を有する官能基を持たず且つ分子構造内にπ電子結合を持たない有機高分子化合物を含んでなる膜である。このゲート絶縁膜には、非共有電子対を有する官能基を持たず且つ分子構造内にπ電子結合を持たない有機高分子化合物の他に、本発明の所望の効果の発現を阻害しない範囲で前記官能基および／またはπ電子結合を持つ有機高分子化合物を含んでいてもよい。本明細書において、「官能基」とは有機高分子化合物の主鎖の骨格構造の形成に関与していない、主鎖に結合し主鎖から分枝した原子団をいう。【００３３】
本明細書において非共有電子対とは、原子の最外郭電子のうち、他の原子との結合にあずからないで、二つずつ対になっている電子である。孤立電子対や非結合電子対とも呼ばれるものである。本発明において非共有電子対を有する官能基は、主鎖に結合し主鎖から分枝した基であり、主鎖自体が基となっているものを含まない。例えばポリオキシエチレンのごとく主鎖自体にエーテル基（−Ｏ−）がある場合のエーテル基や、ポリアミンのごとく主鎖自体にイミノ基（＞ＮＨ）が在る場合のイミノ基は非共有電子対を有する官能基に含まれない。ポリアクリロニトリルのごとき主鎖に結合した二トリル基が有る場合の二トリル基や、ポリテトラフルオロエチレンのごとき主鎖に結合したフッ素基がある場合のフッ素基は非共有電子対を有する官能基に含まれる。【００３４】
本明細書においてπ電子結合とは、π軌道に属する電子によってつくられる結合をいう。π軌道とは、分子内の電子を収容する軌道の一種であり、ひとつの結合の原子核を結ぶ軸（結合軸）に対して、垂直な方向に分布を有する軌道同士が分子面の上下でそれぞれ横方向に重なってつくる電子軌道である。
π電子結合を有する結合の具体例としては、炭素−炭素間の二重結合及び三重結合、窒素と炭素間の三重結合、炭素と酸素間の二重結合、ベンゼンやナフタレンの二重結合などが挙げられる。【００３５】
本発明のゲート絶縁膜に含まれる有機高分子化合物は、上記のような、非共有電子対を有する官能基を持たず且つ分子構造内にπ電子結合を持たない化合物である。かかる化合物はいずれも本発明の所望の効果を奏し得る。本発明に使用する有機高分子化合物は比誘電率が小さく、通常、３以下である。なお、比誘電率はＬＣＲメーター（アジレントテクノロジー社製、品番４２８４Ａ）を用いた容量法により測定することができる。
このような有機高分子化合物としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどのポリオレフィン；脂環式オレフィンポリマー；ポリアミン；ポリエーテル；などが挙げられる。これらのうち、誘電率の周波数依存性が小さいという観点から脂環式オレフィンポリマーが好適である。【００３６】
本発明に好適に用いられる脂環式オレフィンポリマーは、主鎖及び／または側鎖にシクロアルカン構造を有する重合体である。機械的強度や耐熱性などの観点から、主鎖にシクロアルカン構造を含有する重合体が好適である。また、シクロアルカン構造としては、単環や多環（縮合多環、橋架け環など）が挙げられる。シクロアルカン構造の一単位を構成する炭素原子数は、格別な制限はないが、通常４〜３０個、好ましくは５〜２０個、より好ましくは５〜１５個の範囲であるときに、機械的強度、耐熱性、及び成形性の諸特性が高度にバランスされ好適である。また、本発明で使用される脂環式オレフィンポリマーは、通常、熱可塑性の樹脂である。【００３７】
脂環式オレフィンポリマーは、通常、シクロアルカン構造を有する繰り返し単位を脂環式オレフィンポリマーの主鎖における全繰り返し単位中に通常３０〜１００重量％、好ましくは５０〜１００重量％、より好ましくは７０〜１００重量％有する。シクロアルカン構造を有する繰り返し単位の割合がこれらの範囲にあれば耐熱性に優れる。【００３８】
脂環式オレフィンポリマーは、通常、環構造を有するオレフィンを付加重合又は開環重合し、そして必要に応じて不飽和結合部分及び芳香環部分を水素化することによって得られる。【００３９】
脂環式オレフィンポリマーを得るために使用される環構造を有するオレフィンとしては、ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、テトラシクロドデセン、エチルテトラシクロドデセン、エチリデンテトラシクロドデセン、テトラシクロ〔７．４．０．１１０，１３．０２，７〕トリデカ−２，４，６，１１−テトラエンなどの多環構造の不飽和炭化水素及びその誘導体；シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、３，４−ジメチルシクロペンテン、３−メチルシクロヘキセン、２−（２−メチルブチル）−１−シクロヘキセン、シクロオクテン、３ａ，５，６，７ａ−テトラヒドロ−４、７−メタノ−１Ｈ−インデン、シクロヘプテン、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエンなどの単環構造の不飽和炭化水素及びその誘導体；スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼンなどの芳香族ビニル化合物；ビニルシクロヘキサン、ビニルシクロヘキセン、ビニルシクロペンタン、ビニルシクロペンテンなどの脂環族ビニル化合物等が挙げられる。環構造を有するオレフィンは、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。【００４０】
環構造を有するオレフィンと共重合可能な単量体を必要に応じて付加共重合させることができる。その具体例として、エチレン、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、３−メチル−１−ブテン、３−メチル−１−ペンテン、３−エチル−１−ペンテン、４−メチル−１−ペンテン、４−メチル−１−ヘキセン、４，４−ジメチル−１−ヘキセン、４，４−ジメチル−１−ペンテン、４−エチル−１−ヘキセン、３−エチル−１−ヘキセン、１−オクテン、１−デセン、１−ドデセン、１−テトラデセン、１−ヘキサデセン、１−オクタデセン、１−エイコセンなどの炭素数２〜２０のエチレンまたはα−オレフィン；１，４−ヘキサジエン、４−メチル−１，４−ヘキサジエン、５−メチル−１，４−ヘキサジエン、１，７−オクタジエンなどの非共役ジエン；１，３−ブタジエン、イソプレンなどの共役ジエン等が挙げられる。これらの単量体は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。【００４１】
環構造を有するオレフィンの重合は公知の方法に従って行うことができる。重合温度、圧力等は特に限定されないが、通常−５０℃〜１００℃の重合温度、０〜５ＭＰａの重合圧力で重合させる。水素化反応は、公知の水素化触媒の存在下で、水素を吹き込んで行う。【００４２】
脂環式オレフィンポリマーの具体例としては、ノルボルネン系単量体の開環重合体の水素化物、ノルボルネン系単量体の付加重合体及びその水素化物、ノルボルネン系単量体とビニル化合物（エチレンや、α−オレフィンなど）との付加重合体及びその水素化物、単環シクロアルケンの重合体及びその水素化物、脂環式共役ジエン系単量体の重合体及びその水素化物、ビニル脂環式炭化水素系単量体の重合体及びその水素化物、芳香族ビニル化合物の重合体の芳香環を水素化した物などが挙げられる。これらの中でも、ノルボルネン系単量体の開環重合体の水素化物、ノルボルネン系単量体の付加重合体、ノルボルネン系単量体とビニル化合物（＝エチレンやα−オレフィンなど）との付加重合体、芳香族オレフィン重合体の芳香環水素化物が好ましく、特にノルボルネン系単量体の開環重合体の水素化物が好ましい。前記の脂環式オレフィンポリマーは、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、ここでノルボルネン系単量体とは化１に示すようなノルボルネン構造を有する単量体のことである。ノルボルネン系単量体を開環重合すると化２のような繰り返し単位を持つポリマーが得られ、これを水素化すると化３に示すような繰り返し単位を持つポリマーが得られる。【００４３】
【化１】
2006129718.tif 000002
【００４４】
【化２】
2006129718.tif 000003
【００４５】
【化３】
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【００４６】
但し、化３中のＲ１及びＲ２は、非共有電子対を有さず且つπ電子結合の無い置換基を示し、Ｒ１とＲ２とが結合して環を形成してもよい。化１及び化２中のＲ１及びＲ２は、種々の製造工程を経て、最終的に得られる脂環式オレフィンポリマーが非共有電子対を有する官能基を持たず且つπ電子結合を持たないものになるのであれば、特に制限されないが、好ましくは、非共有電子対を有さず且つπ電子結合の無い置換基を示し、Ｒ１とＲ２とが結合して環を形成してもよい。【００４７】
本発明に用いる脂環式オレフィンポリマーは、その分子量によって特に制限されない。脂環式オレフィンポリマーの分子量は、シクロヘキサンを溶媒とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）で、通常１，０００〜１，０００，０００、好ましくは５，０００〜５００，０００、より好ましくは１０，０００〜２５０，０００の範囲である。脂環式オレフィンポリマーの重量平均分子量（Ｍｗ）がこの範囲にあるときには、耐熱性、接着性、表面平滑性などがバランスされ好適である。【００４８】
脂環式オレフィンポリマーの分子量分布は、シクロヘキサンを溶媒とするＧＰＣで測定される重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）との比（Ｍｗ／Ｍｎ）で、通常５以下、好ましくは４以下、より好ましくは３以下である。脂環式オレフィンポリマーのガラス転移温度は、好ましくは７０℃以上、より好ましくは１２０℃以上、最も好ましくは１４０℃以上である。なお、ガラス転移温度は示差走査熱量計により測定することができる。【００４９】
本発明のゲート絶縁膜には、本発明の所望の効果の発現が阻害されない範囲であれば、非共有電子対を有する官能基を持たず且つ分子構造内にπ電子結合を持たない有機高分子化合物の他、その他の公知の有機高分子化合物が含まれていてもよい。非共有電子対を有する官能基を持たず且つ分子構造内にπ電子結合を持たない有機高分子化合物のゲート絶縁膜中の含有量としては、好ましくは７０〜１００重量％、より好ましくは９０〜１００重量％である。また、その他、顔料や染料のごとき着色剤、蛍光増白剤、分散剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、耐電防止剤、酸化防止剤、滑剤、溶剤などの配合剤を適宜配合したものであってもよい。【００５０】
ゲート絶縁膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法およびＬＢ法等が挙げられる。これらのうち、湿式法が好ましい。湿式法とは、ゲート絶縁膜を構成する前記の有機高分子化合物及び所望により前記配合剤を溶媒に溶かし溶液を得、該溶液を流延させた後、溶媒を除去し、成膜する方法で、例えば、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等が挙げられる。また、マイクロコンタクトプリンティング、マイクロモルディングなどのソフトリソグラフィーと呼ばれる印刷法などを適応することもできる。【００５１】
ゲート絶縁膜の膜厚は、特に限定されず、絶縁性が保たれればいかなる厚さを用いてもよい。一般に好適に用いられるのは、２０ｎｍ以上１μｍ以下、より好ましくは８０〜５００ｎｍであるが、これに限定されるものではない。有機薄膜トランジスタ素子のサイズの微小化に従って、できるだけ薄くするのが望ましい。【００５２】
本発明の好ましい有機薄膜トランジスタは、最外層に保護膜（例えば、図１及び図２における保護膜２３）を有する。保護膜は、例えばＣＶＤ法やスパッタリング法によって形成した酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜、あるいは、熱ＣＶＤ法によって形成したポリパラキシレン膜、コーティングにより形成したポリイミド膜、脂環式オレフィンポリマー膜、紫外線硬化エポキシ樹脂膜、アクリル系樹脂膜等が好ましい。【００５３】
図１及び図２に示す有機薄膜トランジスタでは、薄膜状の有機薄膜トランジスタを支持するために基板１１が用いられている。基板は特に限定されず、いかなる物を用いても良い。一般に好適に用いられる物は、ポリカーボネート、ポリイミドやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の他、脂環式オレフィンポリマーなどの柔軟性のあるプラスチック基板であるが、石英、ソーダガラス、無機アルカリガラスなどのガラス基板やシリコンウェハー等も用いることができる。【００５４】
本発明の有機薄膜トランジスタは、前記基板及び／又は保護膜が、前述の脂環式オレフィンポリマーからなるものであることが好ましい。脂環式オレフィンポリマーは透湿度やガス透過度が低いので、前記基板及び／又は保護膜が前述の脂環式オレフィンポリマーからなるものであれば、有機半導体膜の劣化を防止する効果が高い。【００５５】
また、本発明の有機薄膜トランジスタは、有機半導体層の空気による劣化や製造時に用いる塗布溶媒等による劣化等でトランジスタ特性が低下するのを抑えるために、有機半導体保護膜を有していてもよい。有機半導体保護膜を設けることにより、折れ曲がり等に対する耐久性も向上し、これもトランジスタ特性の低下を抑えるのに寄与する。【００５６】
該有機半導体保護膜としては、有機半導体トランジスタの製造過程や製造後に有機半導体膜へ影響を与えない材料を用いる。該有機半導体保護膜に用いることができる材料としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル系ポリマーやコポリマー、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂など公知のポリマーから、有機半導体膜への影響を鑑みたうえで、選択することができる。また、例えば、ポリビニルアルコールや、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）、アクリル酸、アクリルアミドなどの成分からなるホモポリマー、コポリマーなどが挙げられる。【００５７】
また該有機半導体保護膜のその他の材料として、無機酸化物、無機窒化物を含有する材料が挙げられる。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物；さらにイオナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、スチーブンサイト、スインホルダイト、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、ボルコンスコアイトなどのスメクタイト族層状珪酸塩化合物などが挙げられる。【００５８】
該有機半導体保護膜の成膜法は特に制限されず、例えば、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが挙げられる。また、加熱焼成過程などを加えても良い。該有機半導体保護膜の膜厚としては、０．１μｍ〜１０μｍが好ましい。【００５９】
本発明の実施態様の一例である図１及び図２に示す有機薄膜トランジスタにおいては、ポリマー又は無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含有する下引き層を有している。【００６０】
下引き層に含有される無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム，チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウム等が挙げられる。また無機窒化物としては窒化ケイ素、窒化アルミニウム等が挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、窒化ケイ素である。【００６１】
ポリマーを含む下引き層に用いるポリマーとしては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、セルロース樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノキシ樹脂、ノルボルネン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニルとビニルアルコールの共重合体、部分加水分解した塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール、塩素化ポリ塩化ビニル、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のビニル系重合体、ポリアミド樹脂、エチレン−ブタジエン樹脂、ブタジエン−アクリロニトリル樹脂等のゴム系樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂等を挙げることができる。【００６２】
下引き層はその形成方法によって特に制限されない。下引き層の形成方法としては、例えば、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが挙げられる。【００６３】
本発明の表示装置は、前記有機薄膜トランジスタを備えたものである。本発明の表示装置をより具体的に説明するために有機ＥＬ表示装置を一例にして説明する。
本発明の有機ＥＬ表示装置は、基板上にマトリクス配列して形成された各画素が、少なくとも１つの有機ＥＬ素子と、該有機ＥＬ素子を駆動するための少なくとも２つの有機薄膜トランジスタとを有するものである。そして、該有機薄膜トランジスタの少なくとも１つは前述の本発明有機薄膜トランジスタである。【００６４】
有機ＥＬ素子は、特に制限されず、例えば陽極となる正孔注入電極と陰極となる電子注入電極との間に正孔輸送層と発光材料層とが形成された構造（ＳＨ−Ａ構造）のもの、正孔注入電極と電子注入電極との間に発光材料層と電子輸送層とが形成された構造（ＳＨ−Ｂ構造）のもの、又は正孔注入電極と電子注入電極との間に、正孔輸送層と発光材料層と電子輸送層とが形成された構造（ＤＨ構造）のものなどが挙げられる。いずれの構造の場合でも、有機ＥＬ素子は正孔注入電極（陽極）から注入された正孔と電子注入電極（陰極）から注入された電子が、発光材料層と正孔（または電子）輸送層の界面、および発光材料層内で再結合して発光するという原理で作動する。【００６５】
図３に典型的な有機ＥＬ素子の構成例を示す。図３に示す有機ＥＬ素子は、透明基板１１’、下部電極層（陽極）５４、発光材料層６２、上部電極層（陰極）５５とから構成されている。また最外層として保護膜２３が設けられている。透明基板１１’としては、４００〜７００ｎｍの可視領域の光の透過率が、５０％以上で、平滑であり、かつ電極や有機ＥＬ素子の各層を形成する際に特性が変化しないものであるのが好ましい。【００６６】
透明基板１１’は、プラスチック、ガラス、石英、シリコンおよびセラミックよりなる群から選択された材料で形成することができる。特に、基板材料としてプラスチックを用いると、フレキシブルで軽量な有機ＥＬディスプレイを得ることができる。プラスチックとしては、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂および脂環式オレフィンポリマーよりなる群から選択されると、好適である。基板の平均厚みは、通常３０μｍ〜３ｍｍで好ましくは５０〜３００μｍである。【００６７】
下部電極層５４を構成する材料としては、下部電極層から光を出光させるための材料が挙げられ、具体的には導電性の金属酸化物や半透明の金属またはその積層体が挙げられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、およびそれらの複合体である酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム・亜鉛等からなる導電性ガラス  （ＮＥＳＡなど）や、金、白金、銀、銅等が用いられ、中でもＩＴＯ、酸化インジウム・亜鉛、酸化スズが好ましい。また下部電極層として、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリチオフェンなどの有機の透明導電膜を用いてもよい。【００６８】
下部電極層の平均厚みは、光の透過性と電気伝導度とを考慮して、適宜選択することができるが、通常１０ｎｍ〜１０μｍであり、好ましくは１００〜５００ｎｍである。
下部電極層は透明又は半透明であることが、発光の取出し効率がよく好都合である。下部電極層の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、金属薄膜を熱圧着するラミネート法が挙げられる。【００６９】
発光材料層６２を構成する材料は、特に制限はなく、従来有機ＥＬ素子における発光材料として公知のものを用いることができる。このような発光材料の具体例としては、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤や、金属キレート化オキシノイド化合物、スチリルベンゼン系化合物、ジスチリルピラジン誘導体、芳香族ジメチリジン化合物などが挙げられる。
発光材料層に２種類以上の発光材料を混合して使用してもよく、２層以上の発光材料層が積層されていてもよい。発光材料層の作製方法としては、真空蒸着法、キャスト法などが挙げられる。
発光材料層の平均厚みは、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように選択すればよいが、通常は１ｎｍ〜１μｍであり、好ましくは２ｎｍ〜５００ｎｍである。【００７０】
上部電極層５５（陰極）を構成する材料としては、仕事関数の小さい材料が好ましく、発光材料層から上部電極層側に向かう発光光を反射させ、下部電極層側に向かわせるため鏡面体であることがさらに好ましい。具体的には、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウムなどの金属、およびこれらから選ばれる２つ以上の金属の合金、若しくはこれらから選ばれる１つ以上の金属と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、及び錫の中から選ばれる１つ以上の金属との合金、グラファイト若しくはグラファイト層間化合物等が用いられる。合金の具体例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金などが挙げられる。上部電極層は２層以上の積層構造としてもよい。上部電極層の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法などが挙げられる。
上部電極層の平均厚みは、電気伝導度や耐久性を考慮して、適宜選択することができるが、通常１０ｎｍ〜１０μｍ、好ましくは１００〜５００ｎｍである。【００７１】
有機ＥＬ素子には、透明基板１１と、下部電極層５４、発光材料層６２、上部電極層５５、及び保護膜２３のほかに他の層を有していてもよい。他の層としては、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層が挙げられる。
正孔注入層とは、陽極に隣接して設ける層であり、陽極からの正孔注入効率を改善する機能を有する層をいう。正孔注入層の平均厚みは、通常１ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは２ｎｍ〜５０ｎｍである。
正孔輸送層２１とは、正孔を輸送する機能を有する層をいう。正孔輸送層の厚さは、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように選択すればよいが、少なくともピンホールが発生しないような厚さが必要であり、あまり厚いと、素子の駆動電圧が高くなり好ましくない。したがって、正孔輸送層の平均厚みは、通常１ｎｍ〜１μｍ、好ましくは２ｎｍ〜５００ｎｍである。
正孔注入層や正孔輸送層に用いる材料としては、従来有機ＥＬ素子における正孔伝達化合物として公知のものが挙げられる。【００７２】
電子輸送層とは、電子を輸送する機能を有する層をいう。
電子輸送層の厚さは、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように選択すればよいが、少なくともピンホールが発生しないような厚さが必要であり、あまり厚いと、有機ＥＬ素子の駆動電圧が高くなり好ましくない。したがって、電子輸送層の平均厚さは、通常１ｎｍ〜１μｍ、好ましくは２ｎｍ〜５００ｎｍである。
電子注入層とは、陰極に隣接して設けた層であって、陰極からの電子注入効率を改善する機能を有し、素子の駆動電圧を下げる効果を有するものをいう。
電子注入層の平均厚みは、通常１ｎｍ〜１００ｎｍであり、好ましくは２ｎｍ〜５０ｎｍである。  電子輸送層、電子注入層に用いる材料としては、従来有機ＥＬ素子における電子伝達化合物として公知のものが挙げられる。以上のその他の層の作製方法としては、スピンコート法、キャスト法、真空蒸着法などが挙げられる。【００７３】
図４は本発明の有機ＥＬ表示装置の一画素分の回路構成例である。有機ＥＬ表示装置の一画素分の構成としては、通常、少なくとも１つの有機ＥＬ素子に対し、該ＥＬ素子を駆動するための有機薄膜トランジスタとして少なくとも２つ、すなわち、駆動トランジスタと書き込みトランジスタが必要であるが、図４の構成例では駆動トランジスタのみを示し、書き込みトランジスタは省略してある。駆動トランジスタと書き込みトランジスタの少なくとも１つは本発明の有機薄膜トランジスタにより構成される。【００７４】
図４では、前記有機ＥＬ素子の陽極と前記した本発明の有機薄膜トランジスタ５（駆動トランジスタ）のドレイン電極１４とが接続されている。そして、例えば図５に示すようなアクティブマトリックス方式の回路において、水平駆動回路に接続された走査電極１に順じ印加された電圧により有機薄膜トランジスタ２（書き込みトランジスタ）がオン状態になり、垂直駆動回路に接続されたデータ電極３からの表示信号に応じた電荷量がコンデンサ４に蓄積される。コンデンサ４に蓄積された電荷量により駆動トランジスタ５が動作し、有機ＥＬ素子６に電流が供給され有機ＥＬ素子が点灯する。走査電極１に電圧が印加されるまでの間この点灯状態が保持されることになる。
【実施例】
【００７５】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。また、部および％は、特に記載のない限り重量基準である。【００７６】
実施例１
脂環式オレフィンポリマー（日本ゼオン社製：ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）４８０Ｒ）の５％シクロヘキサン溶液５ｍｌを、ガラス基板及びアルミニウムを蒸着したガラス基板にそれぞれスピンコートして絶縁膜を得た。回転数２０００〜７０００ｒｐｍで、３０秒間行った。
また、脂環式オレフィンポリマー（日本ゼオン社製：ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）４８０Ｒ）の２．５％シクロヘキサン溶液５ｍｌを、ガラス基板及びアルミニウムを蒸着したガラス基板にそれぞれスピンコートして絶縁膜を得た。回転数２０００ｒｐｍで、３０秒間行った。【００７７】
実施例１で得られた絶縁薄膜の厚さのスピン速度及び溶媒の濃度の依存性を図６に示す。また、実施例１で得られた、絶縁薄膜表面の原子力間顕微鏡（ＡＦＭ）画像のイメージを図７に示す。図７に示すように脂環式オレフィンポリマーによって非常に平滑な表面が得られた（ＲＭＳ＜  ０．３  ｎｍ  ）。これらの結果から、脂環式オレフィンポリマーによって極薄の均一性薄膜が得られたことが分かる。【００７８】
実施例２
実施例１と同じ脂環式オレフィンポリマー５％シクロヘキサン溶液５ｍｌ、４０００ｒｐｍで３０秒のスピンコートで得た薄膜の一面にアルミニウムを、もう一方の面に金を蒸着し、１ｍｍ×１ｍｍの大きさのメタル−インシュレーター−メタル（ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ））構造の素子を得た。アルミニウム及び金の蒸着は、いずれも、真空度が１×１０−２Ｐａ未満、基板温度がＲＴ（室温）で膜厚さが約２００ｎｍになるようにした。
また、実施例１と同じ脂環式オレフィンポリマー２．５％シクロヘキサン溶液５ｍｌ、２０００ｒｐｍで３０秒のスピンコートで得た薄膜に上記同様にアルミニウム及び金を蒸着し、ＭＩＭ構造の素子を得た。【００７９】
これらのＭＩＭ構造素子の電気的特性を電流―電圧曲線、電気容量―周波数曲線などの測定により評価し、その結果を図８及び図９に示した（測定装置はＨＰ４２８４Ａ  ＬＣＲ  Ｍｅｔｅｒ  及びＲ６２４５  ２−Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｏｕｒｃｅ  ／Ｍｏｎｉｔｏｒである）。【００８０】
図８の電流―電圧曲線が示すように、このＭＩＭ構造素子は、リーク電流が非常に小さく、また耐電圧が高い（＞１ｘ  １０６  Ｖ／ｃｍ）。さらに、図９に示すように、電気容量が周波数（２０〜１ＭＨｚ）にあまり依存しないことが分かる。【００８１】
実施例３
図２（ａ）に示すようなボトムゲート型有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（Ｓｔａｇｇｅｒ  ｔｙｐｅ）を製造した。なお、基板として、ガラス基板（２５ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの大きさ）又はポリエチレンテレフタレートフィルム基板（２５ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍの大きさ）を用いた。ゲート電極は基板上にアルミニウムを蒸着して形成した。アルミニウムの蒸着は、真空度が１×１０−２Ｐａ未満、基板の温度がＲＴ（室温）で、膜厚が約２００ｎｍになるように行った。ゲート絶縁膜としては、実施例１と同じ脂環式オレフィンポリマー５％シクロヘキサン溶液５ｍｌを４０００ｒｐｍで３０秒のスピンコートして得た厚さ約４５０ｎｍのものと、脂環式オレフィンポリマー２．５％シクロヘキサン溶液５ｍｌを２０００ｒｐｍで３０秒のスピンコートして得た厚さ約２６０ｎｍのものとを用いた。【００８２】
有機半導体膜は、ゲート絶縁膜上にペンタセンを蒸着して形成した。ペンタセンの蒸着は、真空度が２×１０−３Ｐａ未満、基板温度がＲＴ（室温）、蒸着温度が１８５℃、蒸着速度が０．０６ｎｍ／ｓ、で膜厚さ約５０ｎｍになるように行った。ソース電極及びドレイン電極（Ｗ＝５ｍｍ；Ｌ＝２０−７０μｍ）は、有機半導体膜上にメタルマスクを覆い、そこに金を蒸着して形成した。金の蒸着は、真空度が１×１０−２Ｐａ未満、基板の温度がＲＴ（室温）で、膜厚が約２００ｎｍになるように行った。【００８３】
これらのＴＦＴの電気的特性を電流―電圧曲線の測定より評価し、その結果を図１０〜図１２に示した（測定装置はＲ６４２５  ２  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｏｕｒｃｅ／Ｍｏｎｉｔｏｒである）。【００８４】
図１０（ａ）は、有機半導体膜にペンタセンを用い、ゲート絶縁膜の膜厚さが約２６０ｎｍ（Ｃｉ  ＝  ７．６６  ｎＦ／ｃｍ２）で、基板がガラスで、ソース・ドレイン間の形状をＷ  ＝  ５ｍｍ，  Ｌ  ＝７０ｕｍ  にしたＴＦＴの動作特性を示すものである。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＩＤの平方根対ＶＧプロットで、曲線の傾斜から移動度は０．０４２  ｃｍ２／Ｖｓと計算された。【００８５】
図１１（ａ）は、有機半導体膜にペンタセンを用い、ゲート絶縁膜の膜厚さが約４５０ｎｍ（Ｃｉ  ＝  ４．５０  ｎＦ／ｃｍ２）で、基板がポリエチレンテレフタレートフィルムで、ソース・ドレイン間の形状をＷ  ＝  ５ｍｍ，  Ｌ  ＝５０ｕｍ  にしたＴＦＴの動作特性を示すものである。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＩＤの平方根対ＶＧプロットで、曲線の傾斜から移動度は０．２０  ｃｍ２／Ｖｓと計算された。【００８６】
図１２は、有機半導体膜にペンタセンを用い、ゲート絶縁薄膜の膜厚さが約４５０ｎｍで、基板がガラスであるＴＦＴのスウィ−プ特性を示すものである。図１２の上段はＶＧを一定状態でＶＤを＋１０Ｖと−６０Ｖとの間で変化させたときのＶＤ−ＩＤ線図であり、下段はＶＤを一定状態（−６０Ｖ）でＶＧを＋２０Ｖと−６０Ｖとの間で変化させたときのＶＧ−ＩＤ線図である。これらの結果から、本発明の有機ＴＦＴは、ヒステリシス性の非常に少ない良好な特性をもつことが分かる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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