(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に有機薄膜トランジスタと有機発光素子とが面内に並んで存在する有機半導体デバイスにおいて、
前記有機薄膜トランジスタは、該基板に接触して存在するソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極および前記ドレイン電極に接触して存在する第１の有機半導体層と、前記第１の有機半導体層に接触するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層に接触して存在するゲート電極とを有し、
前記有機発光素子は、前記ソース電極およびドレイン電極のうちの一方の電極でもある下部電極と、前記下部電極に対向する位置に存在する第２の有機半導体層および上部電極と、前記第２の有機半導体層と前記下部電極の間に存在する前記第１の有機半導体層とを有し、前記第１の有機半導体層は、前記有機薄膜トランジスタの前記ソース電極および前記ドレイン電極に接触して存在し且つ前記有機薄膜トランジスタと共通あるいは分離して前記第２の有機半導体層と前記下部電極の間に存在しており、
前記ゲート絶縁層は、前記有機薄膜トランジスタの前記第１の有機半導体層に接触し且つ共通して前記有機発光素子の前記第２の有機半導体層および前記上部電極を覆うように存在し、そして前記第１の有機半導体層と前記第２の有機半導体層とが異なる導電型を有することを特徴とする有機半導体デバイス。
【請求項２】
前記第１の有機半導体層および前記第２の有機半導体層のうちの、一方がＮ型有機半導体層であり、他方がＰ型有機半導体層であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体デバイス。
【請求項３】
前記ソース電極およびドレイン電極のうちの一方の電極でもある下部電極と前記上部電極のうちの少なくとも一方が透明電極であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか一項に記載の有機半導体デバイス。
【請求項４】
基板上にソース電極とドレイン電極と第１の有機半導体層とゲート絶縁層とゲート電極を有する有機薄膜トランジスタと、前記ソース電極と前記ドレイン電極のいずれか一方としても機能する下部電極と前記第１の有機半導体層と第２の有機半導体層と上部電極と保護層とを有する有機発光素子とが面内に並んで存在している有機半導体デバイスの製造方法であって、
前記有機薄膜トランジスタを製造する工程は、
基板の表面に第１の導電層を形成する工程と、
前記第１の導電層をパターニングして前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極に接触する前記第１の有機半導体層を形成する工程と、
前記第１の有機半導体層に接触して前記ゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層に接触する前記ゲート電極を前記ソース電極と前記ドレイン電極との間隙の上方に形成する工程とを有し、
前記有機発光素子を製造する工程は、
前記下部電極を形成する工程と、
前記第１の有機半導体層を前記下部電極に接して形成する工程と、
前記下部電極と対向する位置に、前記第１の有機半導体層と接触する第２の有機半導体層および前記第２の有機半導体層と接触する上部電極をこの順に形成する工程と、前記上部電極を覆うように前記保護層を形成する工程とを有し、
前記下部電極を形成する工程は、前記第１の導電層をパターニングして前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程において得られる前記ソース電極と前記ドレイン電極のいずれか一方を形成する工程と同じであり、前記ソース電極と前記ドレイン電極の前記いずれか一方が前記下部電極としても機能し、
前記第１の有機半導体層を前記下部電極に接して形成する工程は、前記ソース電極および前記ドレイン電極に接触する前記第１の有機半導体層を形成する工程において得られる前記第１の有機半導体層が前記有機発光素子として前記有機薄膜トランジスタと共通してあるいは分離して存在するように形成される工程であり、
前記上部電極を覆うように前記保護層を形成する工程は、前記第１の有機半導体層に接してゲート絶縁層を形成する工程において形成されるゲート絶縁層が前記有機薄膜トランジスタと共通して前記有機発光素子の保護層として前記上部電極を覆うように形成される工程であり、
前記ゲート電極と前記上部電極とは面内で離れて配置されていることを特徴とする有機半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機半導体層から成る薄膜トランジスタと発光素子共通基板に一体で形成された有機半導体デバイス及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を用いたものが良く知られており、既にアクテクィブマトリクス液晶デバイスに実用化されている。
【０００３】
一方、発光素子として有機ＥＬ（ＬＥＤ）も発表されている。しかし、実際に発表されている例では、発光素子は有機ＥＬで駆動用デバイスとしてポリシリコン（poly−Ｓｉ）ＴＦＴが用いられている。
【０００４】
又、一方、駆動用デバイスにも発光素子と同じ有機半導体を用いたＴＦＴは、特開２０００−２９４０３に開示されている。
【０００５】
図３及び図４は特開２０００−２９４０３で説明されている有機ＬＥＤとＴＦＴである。ＴＦＴと発光ダイオードの有機半導体は共通である。しかし、有機半導体層が共通なこの例では、ＴＦＴの主電極であるソース電極とドレイン電極上に半導体層が形成されている。
【０００６】
図４は半導体形成後に主電極を形成している。しかし、ＴＦＴとＬＥＤの半導体層は共通でなく、別々に形成し、パターニングしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図３のようなＴＦＴでは、移動度の大きい半導体層でＴＦＴを作製した場合、ゲート電極と反対側の表面は空乏化し切らず、低抵抗領域が残り、ＴＦＴのオフ抵抗が小さくリーク電流が大きいものになる。
【０００８】
図３では、ＴＦＴとＬＥＤが別々に形成、パターニングされるため、プロセスが煩雑になる。
【０００９】
又、図３の構成では、ＴＦＴ、ＬＥＤの半導体層における保護膜が開示されておらず、もし、保護膜を形成する場合は、更にもう１層、ＴＦＴとＬＥＤの保護膜として新たな絶縁膜が必要になる。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、極めて簡単なプロセスで同一基板上にＴＦＴとＬＥＤを形成することができる有機半導体デバイス及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が提供する有機半導体デバイスは、基板上に有機薄膜トランジスタと有機発光素子とが面内に並んで存在する有機半導体デバイスにおいて、
前記有機薄膜トランジスタは、該基板に接触して存在するソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極および前記ドレイン電極に接触して存在する第１の有機半導体層と、前記第１の有機半導体層に接触するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層に接触して存在するゲート電極とを有し、
前記有機発光素子は、前記ソース電極およびドレイン電極のうちの一方の電極でもある下部電極と、前記下部電極に対向する位置に存在する第２の有機半導体層および上部電極と、前記第２の有機半導体層と前記下部電極の間に存在する前記第１の有機半導体層とを有し、前記第１の有機半導体層は、前記有機薄膜トランジスタの前記ソース電極および前記ドレイン電極に接触して存在し且つ前記有機薄膜トランジスタと共通あるいは分離して前記第２の有機半導体層と前記下部電極の間に存在しており、
前記ゲート絶縁層は、前記有機薄膜トランジスタの前記第１の有機半導体層に接触し且つ共通して前記有機発光素子の前記第２の有機半導体層および前記上部電極を覆うように存在し、そして前記第１の有機半導体層と前記第２の有機半導体層とが異なる導電型を有することを特徴とする有機半導体デバイスである。
【００１２】
又、本発明が提供する有機半導体デバイスの製造方法は、基板上にソース電極とドレイン電極と第１の有機半導体層とゲート絶縁層とゲート電極を有する有機薄膜トランジスタと、前記ソース電極と前記ドレイン電極のいずれか一方としても機能する下部電極と前記第１の有機半導体層と第２の有機半導体層と上部電極と保護層とを有する有機発光素子とが面内に並んで存在している有機半導体デバイスの製造方法であって、
前記有機薄膜トランジスタを製造する工程は、
基板の表面に第１の導電層を形成する工程と、
前記第１の導電層をパターニングして前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極に接触する前記第１の有機半導体層を形成する工程と、
前記第１の有機半導体層に接触して前記ゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層に接触する前記ゲート電極を前記ソース電極と前記ドレイン電極との間隙の上方に形成する工程とを有し、
前記有機発光素子を製造する工程は、
前記下部電極を形成する工程と、
前記第１の有機半導体層を前記下部電極に接して形成する工程と、
前記下部電極と対向する位置に、前記第１の有機半導体層と接触する第２の有機半導体層および前記第２の有機半導体層と接触する上部電極をこの順に形成する工程と、前記上部電極を覆うように前記保護層を形成する工程とを有し、
前記下部電極を形成する工程は、前記第１の導電層をパターニングして前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程において得られる前記ソース電極と前記ドレイン電極のいずれか一方を形成する工程と同じであり、前記ソース電極と前記ドレイン電極の前記いずれか一方が前記下部電極としても機能し、
前記第１の有機半導体層を前記下部電極に接して形成する工程は、前記ソース電極および前記ドレイン電極に接触する前記第１の有機半導体層を形成する工程において得られる前記第１の有機半導体層が前記有機発光素子として前記有機薄膜トランジスタと共通してあるいは分離して存在するように形成される工程であり、
前記上部電極を覆うように前記保護層を形成する工程は、前記第１の有機半導体層に接してゲート絶縁層を形成する工程において形成されるゲート絶縁層が前記有機薄膜トランジスタと共通して前記有機発光素子の保護層として前記上部電極を覆うように形成される工程であり、
前記ゲート電極と前記上部電極とは面内で離れて配置されていることを特徴とする有機半導体デバイスの製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１に一実施例として、同一基板上に有機半導体共有したＴＦＴとＬＥＤを形成した有機半導体素子を示す。図２（Ａ）〜（Ｄ）に図１の有機半導体素子を形成するプロセスを示す。
【００１５】
図２（Ａ）に示すように、ガラス基板１１上にＴＦＴの主電極とＬＥＤの下電極となる導電体１２を堆積し、所望の形状にパターニングする。ＬＥＤからの光をガラス基板側から取り出す場合、下電極は、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の透明導電体が必要である。このとき、基板は透明な有機フィルムでも構わない。
【００１６】
基板と反対側から光を取り出す場合は、ＴＦＴの主電極とＬＥＤの下電極は、Ａｌ、Ｃｒ，Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔａ等の金属が使用できる。この場合、基板は不透明のセラミックス、有機のフィルムでも構わない。
【００１７】
更に、図２（Ｂ）に示すたように、導電体１２上にＴＦＴとＬＥＤの共通有機半導体層１３を形成する。この半導体は、正孔輸送体であっても電子輸送体であっても良い。このとき、ＴＦＴとＬＥＤの半導体を分離しても構わず、連続に形成したままでも構わない。但し、このときでも、ＴＦＴとＬＥＤから成る画素の間は、除去して、画素間は分離した方が良い。このとき、半導体は、所望の形状のみ開口されたマスクを用いて蒸着しても良く、前面に堆積した後、フォトリソによりパターニングしても良い。更に、所望の部分のみ有機半導体を含むインクを印刷するインクジェット法等による印刷でも構わない。
【００１８】
正孔輸送体としては、オリゴチオフェン、ペンタセン、アントラジチオフェン、フタロシアニン等が知られている。
【００１９】
電子輸送体としては、フッ化金属フタロシアニン、ペリレンテトラカルボキシル・ジアンヒドライド、或はそのイミド誘導体、Ｃ６０等が知られている。
【００２０】
可溶性共役ポリマ等は、スクリーン印刷、インクジェット印刷に有効である。
【００２１】
又、図２（Ｃ）に示すように、ＬＥＤ部分２の共通半導体１３上に共通半導体とは異なる型の輸送体の有機半導体層１４を形成する。共通半導体１３が正孔輸送体のときは有機半導体層１４に電子輸送体、共通半導体１３が電子輸送体のときは有機半導体層１４に正孔輸送体を用いる。
【００２２】
更に、ＬＥＤ部２の上部電極１５を堆積し、所望の形状にパターニングする。この上部電極１５は、上部電極側からＬＥＤからの光を照射する場合は、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の透明電極にする。下部電極１２側から光が照射される場合は、上部電極は透明電極以外に、Ａｌ、Ｃｒ，Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔａ等の金属でも構わない。
【００２３】
図２（Ｄ）で示すように、ＬＥＤの保護層を兼ねるゲート絶縁層１６を形成する。絶縁層１６には耐湿性から、プラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜等が用いられるが、工程が簡便なスピンナー塗布によるポリイミド膜、或はエポキシ樹脂等の有機系膜でも構わない。この絶縁層は、ＬＥＤ２全体を覆うように形成され、ＬＥＤの保護層を兼ねる。
【００２４】
更に、ＬＥＤからの光の出射側とは反対側の面の電極に金属を用い、その表面を鏡面とすることは、出射側とは反対側の面に到達した光を反射するため、ＬＥＤ発光効率が改善されるために好ましい。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、同一基板上にＴＦＴとＬＥＤを形成する際、有機半導体、電極、絶縁層を共通に形成するため、極めて簡便なプロセスで有機半導体デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】同一基板上にＴＦＴとＥＬの有機半導体層を共通にした有機半導体デバイスの断面図である。
【図２】有機半導体デバイスの製造工程を示すプロセス図である。
【図３】特開２０００−２９４０３で説明されている有機ＬＥＤの断面図である。
【図４】特開２０００−２９４０３で説明されているＴＦＴの断面図である。
【符号の説明】
１        ＴＦＴ部
２        ＬＥＤ部
１１      ガラス基板
１２      ＴＦＴの主電極、ＬＥＤの下電極
１３      有機半導体層
１４      有機半導体層
１５      ＬＥＤの上部電極
１６      ＴＦＴのゲート絶縁層、ＬＥＤの保護層
１７      ゲート電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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