(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層を介して電極間に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦを行うようにした能動素子において、前記半導体層が、次の式
【化１】
0004226841.tif 000008
（Ａ及びＢは、水素原子、アルキル基又はアリール基を示し、環を形成していてもよい。Ｃ″及びＤは、アリール基又は複素環基を示す。）
で示される有機化合物よりなる電子輸送材料を分散した合成樹脂組成物で構成されていることを特徴とする能動素子。
【請求項２】
前記能動素子が、半導体層を介してソース電極とドレイン電極との間に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦをゲート電極への電圧印加によって行うようにされてることを特徴とする請求項１に記載の能動素子。
【請求項３】
前記能動素子が、ソース電極、半導体層及びドレイン電極を同一平面となるように横方向に順次積層した積層体で構成され、そして、該積層体の下面にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の能動素子。
【請求項４】
前記能動素子が、ソース電極及びドレイン電極を間隔を開けて同一平面となるように横方向に半導体層上に積層した積層体で構成され、そして、該積層体の下面にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の能動素子。
【請求項５】
前記能動素子が、ソース電極、半導体層及びドレイン電極を垂直方向に順次積層した積層体で構成され、そして、該半導体層がその略中央部分に間隔をあけて該ソース電極及びドレイン電極と略平行に配置された複数の棒状のゲート電極又は１つのドーナツ状のゲート電極を有していることを特徴とする請求項２に記載の能動素子。
【請求項６】
前記能動素子が、ソース電極、半導体層及びドレイン電極を垂直方向に順次積層した積層体で構成され、そして、その積層体の一方の側壁に接するように垂直方向にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の能動素子。
【請求項７】
前記合成樹脂組成物を構成する合成樹脂が、１）スチレン系重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、アクリル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ケトン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、及び、ポリエステル樹脂から選ばれる熱可塑性樹脂、２）シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、及び、メラミン樹脂から選ばれる熱硬化性樹脂、或いは、３）エポキシアクリレート、及び、ウレタン−アクリレートから選ばれる光硬化性樹脂、であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の能動素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の能動素子をスイッチング素子として有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載の能動素子をスイッチング素子として有することを特徴とする電気泳動表示素子。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載の能動素子を有することを特徴とするＣ−ＭＯＳインバータ回路。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＣ−ＭＯＳインバータ回路を駆動素子として有することを特徴とする表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、能動素子及びそれを有する表示装置に関し、さらに詳しくは、半導体層を介してソース電極とドレイン電極との間に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦをゲート電極への電圧印加によって行うようにした能動素子及びそれを有する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、情報表示等の目的に用いられてきた代表的な表示装置は、カソード  レイ  チューブ（以下、「ＣＲＴ」という。）、液晶表示装置、及び、ＥＬ表示装置である。ＣＲＴは、高い表示品質を有し、しかも、装置コストが比較的低いので、今日に至るまで表示装置として広く用いられてきたが、これに用いるブラウン管の小型化が難しく、また、それに消費される電力を低下させることも難しい、という欠点があった。こういった背景から、液晶表示装置の需要が急速に高まり、特に、液晶表示装置は、良好な視認性、及び、高速応答性を実現したので、現在幅広く普及しており、また、ＥＬ表示装置において用いられる有機ＥＬ表示素子は、自己発光型であるので低電圧で駆動することができ、しかも、表示が鮮明であるので、有機ＥＬ表示素子への期待が高まっている。
【０００３】
また、最近では、電気泳動表示装置の開発が活発に行われるようになってきた。このような電気泳動表示装置は、少なくとも一方が透明な基板よりなる２枚の基板をスペーサーを介して所用間隔を開けて対向配置して密閉空間を形成し、この密閉空間に分散粒子（顔料成分粒子）をこれと色調の異なる色に着色された分散媒中に分散させた表示液を充填して表示パネルとし、この表示パネルに電界を印加して表示を得ようとするものである。この電気泳動表示装置においては、透明な基板の面が表示面になる。この電気泳動表示装置は、１）電界の向きを制御することにより所望の表示を得ることができること、２）表示液が比較的入手容易な低コスト材料であること、３）視野角が通常の印刷物なみに広いこと、４）消費電力が小さいこと、５）メモリー性を有していること、等の長所を有しているので、表示装置として注目されている。
【０００４】
一方、表示素子に用いられる一般的な能動素子としては、アノード電極、半導体層、及び、カソード電極を有したダイオード、並びに、ソース電極、半導体層、ゲート電極、及び、ドレイン電極を有したトランジスタがある。これらのダイオード及びトランジスタにおける半導体層を構成する半導体材料として、近年、塗布プロセスの適用が可能な有機半導体材料が盛んに開発されている。塗布による製造が可能な有機半導体デバイスは、真空成膜プロセスを用いる必要がないため、製造コストの大幅なコストダウンが可能となるメリットを有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、代表的有機半導体材料である主骨格に長鎖アルキル等の可溶性部位を付与していないフタロシアニン系材料は、有機溶剤に難溶であるので、その薄膜形成においては、一般に、蒸着法を用いざるを得ず、そのために、コストがかかるという問題があった。また、有機溶剤に可溶性の有機半導体材料が合成できたとしても、有機半導体材料自身の結晶性が非常に高いものは、基板表面で凝集するので、均一な成膜性が成膜できないという問題があった。さらに、工夫して均一な塗膜を形成したとしても、基板の僅かな変形によって、塗膜が剥がれて、割れ等が生じるので、耐久性が低下するという問題があった。
【０００６】
そして、近年、塗布可能な高移動度材料として、ポリチオフェン材料が注目されているが（Applied Physics Letter, vol.69. p4108 (1996)）、ポリチオフェン材料は、酸化され易いという欠点を有しているので、材料の抵抗が経時変化により低下するという問題があった。また、最近では、高移動度の電子輸送材料が注目されているが、かかる高移動度の電子輸送材料には、置換基としてニトロ基、シアノ基といった強い電子吸引性の置換基が用いられるので、これらの置換基に基ずく毒性が強く発揮されることとなり、そのために、発癌性を有する材料が合成される場合が多くなる。
【０００７】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
即ち、本発明は、キャリヤーの高移動度を保持すると共に、耐久性を向上させた毒性の少ない多様な能動素子及びそれを有する表示装置を低コストで提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、半導体層を介して電極間に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦを行うようにした能動素子において、前記半導体層が、次の式
【化２】
0004226841.tif 000002
（Ａ及びＢは、水素原子、アルキル基又はアリール基を示し、環を形成していてもよい。Ｃ″及びＤは、アリール基又は複素環基を示す。）
で示される有機化合物よりなる電子輸送材料を分散した合成樹脂組成物で構成されていることを特徴とする能動素子である。
【０００９】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記能動素子が、半導体層を介してソース電極とドレイン電極との間に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦをゲート電極への電圧印加によって行うようにされていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記能動素子が、ソース電極、半導体層及びドレイン電極を同一平面となるように横方向に順次積層した積層体で構成され、そして、該積層体の下面にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記能動素子が、ソース電極及びドレイン電極を間隔を開けて同一平面となるように横方向に半導体層上に積層した積層体で構成され、そして、該積層体の下面にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記能動素子が、ソース電極、半導体層及びドレイン電極を垂直方向に順次積層した積層体で構成され、そして、該半導体層がその略中央部分に間隔をあけて該ソース電極及びドレイン電極と略平行に配置された複数の棒状のゲート電極又は１つのドーナツ状のゲート電極を有していることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記能動素子が、ソース電極、半導体層及びドレイン電極を垂直方向に順次積層した積層体で構成され、そして、その積層体の一方の側壁に接するように垂直方向にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７に記載された発明は、請求項１〜６のいずれかに記載された発明において、前記合成樹脂組成物を構成する合成樹脂が、１）スチレン系重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、アクリル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ケトン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、及び、ポリエステル樹脂から選ばれる熱可塑性樹脂、２）シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、及び、メラミン樹脂から選ばれる熱硬化性樹脂、或いは、３）エポキシアクリレート、及び、ウレタン−アクリレートから選ばれる光硬化性樹脂、であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８に記載された発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の能動素子をスイッチング素子として有することを特徴とする液晶表示素子である。
【００１６】
請求項９に記載された発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の能動素子をスイッチング素子として有することを特徴とする電気泳動表示素子である。
【００１７】
請求項１０に記載された発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の能動素子を有することを特徴とするＣ−ＭＯＳインバータ回路である。
【００１８】
請求項１１に記載された発明は、請求項１０に記載のＣ−ＭＯＳインバータ回路を駆動素子として有することを特徴とする表示素子である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図２は、本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図３は、本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図４は、本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。図５は、本発明の他の一実施の形態を示すＣ−ＭＯＳインバータ回路である。
【００２０】
本発明の能動素子は、半導体層を介して電極間に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦを行うようにした能動素子において、前記半導体層が、次の式
【化３】
0004226841.tif 000003
（Ａ及びＢは、水素原子、アルキル基又はアリール基を示し、環を形成していてもよい。Ｃ″及びＤは、アリール基又は複素環基を示す。）
で示される有機化合物よりなる電子輸送材料を分散した合成樹脂組成物で構成されているものとする。
【００２１】
前記電子輸送材料が式（１）の化学構造を有したものであると、高キャリヤー移動度を有し且つ毒性の無い電子輸送材料を得ることが可能となり、しかも、酸化され難いので、正孔輸送材料を用いたものと比較して、耐環境性が良好となり、耐久性の良好なものとなる。また、高移動度の電子輸送材料には、置換基としてニトロ基、シアノ基といった強い電子吸引性の置換基が用いられるが、これらの置換基に基ずく毒性が強く発揮されることとなり、そのために、発癌性を有する材料が合成される場合が多くなることは、前述のとおりである。しかし、式（１）の化学構造を有するものは、そういった問題を生じることはない。また、前記半導体層が前記合成樹脂組成物で構成されていると、該合成樹脂組成物の成膜による半導体層の形成が容易となるので、低コストで能動素子を作製することができることとなり、しかも、様々な有機半導体材料を構成成分とする合成樹脂組成物を良好に成膜することができるので、多様な能動素子を提供することができる。
【００２２】
したがって、前記半導体層が、次の式
【化４】
0004226841.tif 000004
（Ａ及びＢは、水素原子、アルキル基又はアリール基を示し、環を形成していてもよい。Ｃ″及びＤは、アリール基又は複素環基を示す。）
で示される有機化合物よりなる電子輸送材料を分散した合成樹脂組成物で構成されていると、キャリヤーの高移動度を保持すると共に、耐久性を向上させた毒性の少ない多様な能動素子を低コストで提供することができる。
【００２３】
前記能動素子は、好ましくは、半導体層を介してソース電極とドレイン電極との間に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦをゲート電極への電圧印加によって行うようにした能動素子である。この能動素子は、ゲート電極を有したトランジスタ構造をしており、このゲート電極への電圧印加によってＳ／Ｄ電流のＯＮ／ＯＦＦを行っている。このために、トランジスタ構造をした能動素子は、ダイオード構造をした能動素子と比較して、Ｓ／Ｄ電流値を任意の値に制御することが可能となる。その理由は、トランジスタ構造をした能動素子の場合には、一つのゲート電圧に対して、Ｓ／Ｄ電圧値が所定値以上となると、Ｓ／Ｄ電流値が飽和する特性を有するためである。
【００２４】
このようなトランジスタ構造をした能動素子としては、例えば、次に示すものがある。
（１）図１に示される能動素子
図１において、１０は、能動素子である。能動素子１０は、ソース電極１、半導体層３及びドレイン電極２を同一平面となるように横方向に順次積層した積層体で構成され、そして、該積層体の下面にゲート絶縁膜４を介してゲート電極５が設けられている。能動素子１０においては、チャネル長は、ソース電極１とドレイン電極２との間に設けられた半導体層の幅である。
【００２５】
（２）図２に示される能動素子
図２において、２０は、能動素子である。能動素子２０は、ソース電極１１及びドレイン電極１２を間隔を開けて同一平面となるように横方向に半導体層１３上に積層した積層体で構成され、そして、該積層体の下面にゲート絶縁膜１４を介してゲート電極１５が設けられている。
【００２６】
（３）図３に示される能動素子
図３において、３０は、能動素子である。能動素子３０は、ソース電極２１、半導体層２３及びドレイン電極２２を垂直方向に順次積層した積層体で構成され、該半導体層２３がその略中央部分に間隔をあけて該ソース電極２１及びドレイン電極２２と略平行に配置された複数の棒状のゲート電極２５又は１つのドーナツ状のゲート電極（図示せず）を有している。能動素子３０においては、チャネル長は、半導体層の厚みである。
【００２７】
（４）図４に示される能動素子
図４において、４０は、能動素子である。能動素子４０は、ソース電極３１、半導体層３３及びドレイン電極３２を垂直方向に順次積層した積層体で構成され、そして、その積層体の一方の側壁に接するように垂直方向にゲート絶縁膜３４を介してゲート電極３５が設けられている。
【００２８】
前記合成樹脂組成物を構成する合成樹脂は、好ましくは、１）スチレン系重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、アクリル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ケトン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、及び、ポリエステル樹脂から選ばれる熱可塑性樹脂、２）シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、及び、メラミン樹脂から選ばれる熱硬化性樹脂、或いは、３）エポキシアクリレート、及び、ウレタン−アクリレートから選ばれる光硬化性樹脂、である。
【００２９】
合成樹脂は、分極すると、正孔又は電子の移動が妨げられるので、前記した合成樹脂の中でも、比誘電率の小さなものが好ましく、特に、スチレン系重合体が好ましい。半導体層を構成する有機半導体材料と合成樹脂との重量比については、成膜可能な範囲で合成樹脂を極小とした方が、キャリア移動度の向上の点からは好ましいが、対環境性、塗膜の強度等が必要となってくる場合においては、必要に応じて樹脂材料の比率を多くする場合が生じることもある。
【００３０】
本発明の能動素子は、これをスイッチング素子として有する液晶表示素子とすることができる。このように、本発明の能動素子をスイッチング素子として有する液晶表示素子とすると、良好な視認性を有する低消費電力の表示素子を低コストで製造することが可能となる。
【００３１】
本発明の能動素子は、これをスイッチング素子として有する電気泳動表示素子とすることができる。このように、本発明の能動素子をスイッチング素子として有する電気泳動表示素子とすると、良好な視認性とメモリー性とを有する電気泳動表示素子を低コストで製造することが可能となる。
【００３２】
本発明の能動素子は、これを有するＣ−ＭＯＳインバータ回路とすることができる。
【００３３】
本発明の能動素子を有するＣ−ＭＯＳインバータ回路とすると、低コストで演算素子を製造することができる。図５において、ｐ−ｃｈ及びｎ−ｃｈは、それぞれ、正孔輸送材料を用いたトランジスタ、及び、電子輸送材料を用いたトランジスタを示している。ここで、Ｖinに＋５Ｖを印加した場合、ｎ−ｃｈはＯＮとなるものの、ｐ−ｃｈはＯＦＦとなり、Ｖoutは０Ｖとなる。また、Ｖin が０Ｖの時は、ｎ−ｃｈはＯＦＦとなり、またＶDDが＋５Ｖであるので、ｐ−ｃｈのゲート・ソース間の電位差が５Ｖとなり、Ｖoutは＋５Ｖが出力される。
【００３４】
また、このようなＣ−ＭＯＳインバータ回路は、これを駆動素子として有する表示素子とすることができる。Ｃ−ＭＯＳインバータ回路を駆動素子として有する表示素子とすると、低コストで表示装置を製造することができる。
【００３５】
【実施例】
（実施例１）
シリコン基板の表面に、その表面を酸化させることにより、ＳｉＯ2 よりなる１００ｎｍ厚のゲート絶縁膜を形成した。次に、次の式
【化５】
0004226841.tif 000005
に示される有機半導体材料（電子輸送材料）８．５重量％及びポリスチレン１．５重量％をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）９０重量％の中に分散させて塗布液を調合し、これを前記ゲート絶縁膜上にスピンコートして８０ｎｍ厚の半導体層を形成した。そして、前記半導体層上に金属よりなるソース電極及びドレイン電極を成膜して能動素子を形成した。このようにして得られた能動素子における、チャネル長は５０μｍであり、チャネル幅は１０ｎｍであり、ゲート電圧は＋２０Ｖであった。
そして、環境性評価、即ち、この能動素子の１）作成直後の電気特性評価、及び、２）１週間大気中に放置後の電気特性評価を行った。評価項目は、Ｖｇ＝−２０Ｖにおける移動度、Ｖｇ＝０における電流値（ＯＦＦ電流）を測定し、１）における値と、２）における値の比［１）／２）］を取り、この値を変動比として評価した。その結果、ＯＦＦ電流は、１．０４であり、また、移動度は、０．９８であった。
【００３６】
（比較例１）
次の式
【化６】
0004226841.tif 000006
に示される有機半導体材料を用いた以外は、実施例１と同様にして、能動素子を形成した。
この能動素子の環境性評価を実施例１と同様にして評価した。その結果、ＯＦＦ電流は、３．８５であり、また、移動度は、０．６１であった。
【００３７】
以上、大気放置による環境性評価については、実施例１〜３では、ほとんど特性の変化が無いのに対し、比較例１，２では、ホールの移動度が著しく低下し、そして、ＯＦＦ電流が大きく増加している（ＯＦＦ電流は０が好ましい）ことがわかる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１，７に記載された発明によれば、前記半導体層が、次の式
【化７】
0004226841.tif 000007
（Ａ及びＢは、水素原子、アルキル基又はアリール基を示し、環を形成していてもよい。Ｃ″及びＤは、アリール基又は複素環基を示す。）
で示される有機化合物よりなる電子輸送材料を分散した合成樹脂組成物で構成されているので、キャリヤーの高移動度を保持すると共に、耐久性を向上させた毒性の少ない多様な能動素子を低コストで提供することができる。
【００３９】
請求項２〜６に記載された発明によれば、能動素子が、半導体層を介してソース電極とドレイン電極との間に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦをゲート電極への電圧印加によって行うようにしたものであるので、Ｓ／Ｄ電流値を任意の値に制御することが可能となる。
【００４０】
請求項８に記載された発明によれば、本発明の能動素子をスイッチング素子として有する液晶表示素子としたので、良好な視認性を有する表示素子を低コストで製造することが可能となる。
【００４１】
請求項９に記載された発明によれば、本発明の能動素子をスイッチング素子として有する電気泳動表示素子としたので、良好な視認性とメモリー性とを有する電気泳動表示素子を低コストで製造することが可能となる。
【００４２】
請求項１０に記載された発明によれば、本発明の能動素子を有するＣ−ＭＯＳインバータ回路としたので、低コストで演算素子を製造することができる。
【００４３】
請求項１１に記載された発明によれば、Ｃ−ＭＯＳインバータ回路を駆動素子として有する表示素子としたので、低コストで表示装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図２】  本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図３】  本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図４】  本発明の他の一実施の形態を示す能動素子の断面図である。
【図５】  本発明の他の一実施の形態を示すＣ−ＭＯＳインバータ回路である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１  ソース電極
２，１２，２２，３２  ドレイン電極
３，１３，２３，３３  半導体層
４，１４，３４  ゲート絶縁膜
５，１５，２５，３５  ゲート電極
１０，２０，３０，４０  能動素子
【図１】
0004226841.tif 000009
【図２】
0004226841.tif 000010
【図３】
0004226841.tif 000011
【図４】
0004226841.tif 000012
【図５】
0004226841.tif 000013