(57)【要約】【課題】導体膜の分子に対する十分な配向規制力を実現した電子素子を提供する。【解決手段】電子素子は、基板１上に配された導体膜２と、導体膜２に電流を流すための電極３，４と、導体膜２と基板１との間に配され、導体膜２に含まれる分子を所定の方向に配向する配向層５とを備えている。配向層５は、複数本の溝Ｍが平行に形成された主面を有する基層６と、溝Ｍの形成された主面を被覆する被膜７とからなる。被膜７は、主面に対して導体膜２の分子を平行に配向する水平配向能を有し、各溝Ｍは所定の方向（図では紙面に垂直な方向）に沿って伸びており且つ所定の方向と直交する直交方向（図では紙面に平行で且つ水平な方向）に沿って与えられたピッチで繰り返し配列されており、導体膜２の分子は、溝Ｍの直交方向に配向する部位を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配された導体膜と、
該導体膜に電流を流すための電極と、
該導体膜と該基板との間に配され、該導体膜に含まれる分子を所定の方向に配向する配向層とを備え、
前記配向層は、複数本の溝が平行に形成された主面を有する基層と、該溝の形成された主面を被覆する被膜とからなり、
前記被膜は、主面に対して該導体膜の分子を平行に配向する水平配向能を有し、
各溝は所定の方向に沿って伸びており且つ該所定の方向と直交する直交方向に沿って与えられたピッチで繰り返し配列されており、
前記導体膜の分子は、該直交方向に配向する部位を有する電子素子。
【請求項２】
前記導体膜は、チャネル領域として機能する有機半導体膜からなり、
前記電極は、該チャネル領域の両端に位置し電流を供給するドレイン電極及びソース電極と、該チャネル領域に対して絶縁膜を介して対向配置され該チャネル領域を流れる電流量を制御するゲート電極とを含み、
トランジスタとして動作する請求項１記載の電子素子。
【請求項３】
複数個のトランジスタが該基板に形成されており、チャネル領域を構成する有機半導体膜の分子の配向方向が異なるトランジスタが混在している請求項２記載の電子素子。
【請求項４】
前記導体膜は、電流に応じて光を放射する有機発光膜であり、
前記電極は、該有機発光膜の一面側にあるアノード電極と、他面側にあるカソード電極とを含み、
該有機発光膜に通電して該分子の配向方向に対応した偏光を放射する請求項１記載の電子素子。
【請求項５】
前記被膜はポリマーからなり、該ポリマーに含まれる分子鎖が該基層に形成された溝により所定の方向に配向し、
前記導体膜の分子は、該配向したポリマーの分子鎖の作用により、該直交方向に配向する請求項１記載の電子素子。
【請求項６】
前記ポリマーに含まれる分子鎖が該基層に形成された溝と直交する方向に配向し、
前記導体膜の分子は、該配向したポリマーの分子鎖の作用により、該直交方向に配向する請求項５記載の電子素子。
【請求項７】
基板上に配向層を形成する工程と、
該配向層の上に導体膜を形成する工程と、
該導体膜に電流を流すための電極を形成する工程とを含み、
前記配向層は、複数本の溝が平行に形成された主面を有する基層と、該溝の形成された主面を被覆する被膜とからなり、
前記被膜は、主面に対して該導体膜の分子を平行に配向する水平配向能を有し、
各溝は所定の方向に沿って伸びており且つ該所定の方向と直交する直交方向に沿って与えられたピッチで繰り返し配列されており、
前記導体膜の分子は、該直交方向に配向する部位を有する電子素子の製造方法。
【請求項８】
前記被膜はポリマーからなり、該ポリマーに含まれる分子鎖が該基層に形成された溝により所定の方向に配向し、
前記導体膜の分子は、該配向したポリマーの分子鎖の作用により、該直交方向に配向する請求項７記載の電子素子の製造方法。
【請求項９】
前記ポリマーに含まれる分子鎖が該基層に形成された溝と直交する方向に配向し、
前記導体膜の分子は、該配向したポリマーの分子鎖の作用により、該直交方向に配向する請求項８記載の電子素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子素子及びその製造方法に関し、例えば有機物トランジスタやＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の電子素子に適用することができる。本発明は、配向膜の下面を溝形状として配向膜に特定方向の配向能を付与することにより、従来に比して生産性が高く、分子に対する十分な配向規制力を有し、分割配向も容易で、高い設計の自由度を確保することができるようにする。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機物トランジスタやＯＬＥＤ等導電性の有機物材料を使用した電子機器、なかでもフラットパネルディスプレイ用途に関するもので特にフレキシブルディスプレイ関連の研究、開発が盛んに行われており、その中の一部は既に量産化まで実現したものも出始めている。以下本明細書では、導電性の有機物材料で形成された機能性膜を、単に「導体膜」と呼ぶ場合がある。
【０００３】
有機物は材料設計が可能な点で大きな利点を有するが、一般に有機物を用いた半導体素子は、無機半導体と比較してキャリア移動度が低いので、これを改善することが一つの課題となっている。
【０００４】
半導体素子として利用される有機物材料は、分子量の違いにより低分子から高分子まで様々のものが存在するが、多くの材料において分子構造に起因する導電性の異方性が存在するという点では共通している。そのため、これら有機物材料の下地に配向処理を施して、分子を配向させることで、特性の向上や新たな機能を付与する方法が提案されている。
【０００５】
例えば有機物トランジスタの場合、半導体膜を構成する有機物分子を配向させることにより電子の移動度が著しく向上することが、非特許文献１で報告されている。従来のシリコントランジスタと比較した場合の移動度の改善が製品化実現の一つの鍵となっている有機物トランジスタにおいて、非常に重要な技術と考えられている。
【０００６】
ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の場合、パッシブ駆動又はアクティブ駆動によりＯＬＥＤそのものを発光させて使用するディスプレイが考案されている。また、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライトとして使用する方法も考えられているが、偏光板を有するＬＣＤでの利用効率を向上させるための方法として偏光発光させるＯＬＥＤバックライトが非特許文献２で提案されている。この場合、有機ＥＬ材料の分子を配向させることで、偏光発光可能なデバイスの実現を図っている。
【０００７】
これら有機物材料の配向方法としては、液晶分子の配向で一般的に知られている種々の方法の利用が試みられており、中でもラビング配向は最も簡便な配向手法として利用が試みられている。ラビング法は、最も頻繁に使用される方法であり、ポリイミド等からなる高分子膜による配向膜を透明電極上に形成した後、表面に布等を取り付けたローラーでこの配向膜を一定方向に擦ることにより、この配向膜に配向能を付与する。しかしながらラビング法では、ラビング屑等が付着して配向膜の表面を汚染する恐れがあり、また静電気の発生によりパネル上のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を破壊する恐れもある。また、フレキシブルディスプレイ等で使用されるプラスチック基板では、厚さが薄くなってくると破損の懸念があるために十分な強度でのラビングを行うことが難しくなるという欠点も有する。更に、ラビング処理によると配向方向が一方向に限定されてしまうために、ＴＦＴ応用を考えた場合、チャネル方向が一方向に限定されてしまうので、パネル上での回路設計の自由度が大幅に制限されてしまうというという問題を有する。
【０００８】
上記問題を有するラビング法に代わる方法として、液晶分子の配向方法として知られているグレーティング法が、液晶に限らないその他有機物材料の配向処理方法として有用と考えられる。一般的に、基板表面を加工してグレーティング（溝）を形成し、このグレーティングによる弾性歪み効果を利用して液晶分子を配向させる。グレーティング法では、弾性自由エネルギーが最も安定になるグレーティングに沿って平行な方向に液晶分子が配向する原理を利用している。
【０００９】
このグレーティング法に関して、非特許文献３には、感光性ポリマーの層に光を照射して一定の間隔で直線状にグレーティングを形成する方法が提案されている。また特許文献１には、基板上の光重合性モノマーに光を照射してグレーティング状の配向膜を形成する方法が提案されている。また特許文献２には、転写の手法を適用して、基板表面に形成された樹脂塗布膜にグレーティングの凹凸形状を形成し、グレーティング状の配向膜を形成する方法が提案されている。
【００１０】
このグレーティング法では、グレーティングのピッチと高さとの調節によりアンカリングエネルギーを制御できることが知られている（非特許文献４）。
【００１１】
またグレーティング法では、ポリイミド等の配向膜材自体が有する配向規制力を利用してアンカリング強度を向上させる方法も提案されている。すなわち特許文献３には、フォトリソグラフィー法により感光性ポリイミドをパターニングする方法が提案されており、また特許文献４には、所定方向ではストライプ状であって、この所定方向と直交する方向では表面形状が鋸歯状である凹凸形状を第１配向膜の表面に形成し、この第１配向膜上に、この直交する方向に分子軸が揃った有機物を積層して配向膜を形成する方法が提案されている。また特許文献５には、感光性ガラスをフォトエッチングして表面に凹凸形状を形成した後、配向材を塗布する方法が提案されている。  
【特許文献１】特開平１１−２１８７６３号公報
【特許文献２】特開２０００−１０５３８０公報
【特許文献３】特開平０５−０８８１７７号公報
【特許文献４】特開平０８−１１４８０４号公報
【特許文献５】特開平０３−２０９２２０号公報
【非特許文献１】Ｈ．Ｈｅｉｌ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，９３（２００３）１６３６
【非特許文献２】Ｍ．Ｊａｎｄｋｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１１（１９９９）１５１８
【非特許文献３】Ｍ．Ｎａｋａｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，５２，２１０（１９８１）
【非特許文献４】Ｙ．Ｏｈｔａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４３，４３１０（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながらグレーティング法により、単に弾性歪み効果のみを利用して分子を配向させる場合には、ラビング法と同等のアンカリング強度にするために、溝のピッチＰと高さＨとのアスペクト比Ｔ（＝Ｈ／Ｐ）を十分に大きくする必要がある。具体的に、上述の非特許文献４の液晶分子配向に関する検討結果によると、ラビング処理を行った配向膜と同等の方位角アンカリング強度（約１×１０−４〔Ｊ／ｍ２〕）を得るためには、溝のピッチＰと高さＨとの比Ｔを１以上とする必要がある。
【００１３】
従って実用で想定されるグレーティングのピッチが１〔μｍ〕以上であることから、十分な方位角アンカリング強度を確保するためには、単に弾性歪み効果のみを利用して分子を配向させる場合、グレーティングの深さを１〔μｍ〕以上とすることが必要になる。ここで上述の有機物材料を使用した電子機器の場合、有機物層の厚さが１〔μｍ〕以下であることから、グレーティングの深さを１〔μｍ〕以上とすると、深さが１〔μｍ〕以上の周期的な凹凸が面内に形成されることになり、デバイスの性能を十分に引き出すことが難しくなってくる。また生産性を考慮しても、グレーティングの深さを１〔μｍ〕未満として、十分なアンカリング強度を確保することが望まれる。
【００１４】
また、ポリイミド等の配向膜の配向規制力を利用する方法に関しても、以下のような問題を有する。例えば、特許文献３，５の方法の場合、表面の凸凹による配向規制力と配向膜による配向規制力を比較すると、後者の方が強いため、分子の配向方向は、配向膜の分子長軸の配向方向に向くことになる。しかし、配向膜の分子長軸の方向が制御されていないために、全体として十分な配向規制力が得られるとは言い難い。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は導体膜の分子に対する十分な配向規制力を実現した電子素子及びその製造方法を提供することを目的とする。係る目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明に係る電子素子は、基板上に配された導体膜と、該導体膜に電流を流すための電極と、該導体膜と該基板との間に配され、該導体膜に含まれる分子を所定の方向に配向する配向層とを備えている。前記配向層は、複数本の溝が平行に形成された主面を有する基層と、該溝の形成された主面を被覆する被膜とからなる。前記被膜は、主面に対して該導体膜の分子を平行に配向する水平配向能を有し、各溝は所定の方向に沿って伸びており且つ該所定の方向と直交する直交方向に沿って与えられたピッチで繰り返し配列されており、前記導体膜の分子は、該直交方向に配向する部位を有する。
【００１６】
一態様では、前記導体膜は、チャネル領域として機能する有機半導体膜からなり、前記電極は、該チャネル領域の両端に位置し電流を供給するドレイン電極及びソース電極と、該チャネル領域に対して絶縁膜を介して対向配置され該チャネル領域を流れる電流量を制御するゲート電極とを含み、トランジスタとして動作する。場合により、複数個のトランジスタが該基板に形成されており、チャネル領域を構成する有機半導体膜の分子の配向方向が異なるトランジスタが混在している。他の態様では、前記導体膜は、電流に応じて光を放射する有機発光膜であり、前記電極は、該有機発光膜の一面側にあるアノード電極と、他面側にあるカソード電極とを含み、該有機発光膜に通電して該分子の配向方向に対応した偏光を放射する。前記被膜はポリマーからなり、該ポリマーに含まれる分子鎖が該基層に形成された溝により所定の方向に配向し、前記導体膜の分子は、該配向したポリマーの分子鎖の作用により、該直交方向に配向する。例えば前記ポリマーに含まれる分子鎖が該基層に形成された溝と直交する方向に配向し、前記導体膜の分子は、該配向したポリマーの分子鎖の作用により、該直交方向に配向する。
【発明の効果】
【００１７】
ラビング配向法と比較した場合、分子の配向方向が一方向に限定されず、溝の伸びる方向に応じた任意方向への配向制御が可能になるため、例えば有機ＴＦＴ等に応用した場合、トランジスタ素子領域ごとに溝の伸びる方向を変える事で、パネル上でのトランジスタの配置方向など回路設計の自由度が著しく向上する。このことは、配線の冗長さを回避できることを意味し、例えばトランジスタが集積形成されるパネル額縁の面積を縮小することに繋がる。
また、配向膜表面とラビング布の関係のように物理的に接触させる必要はないので、薄いプラスチック基板やフィルム状の基板に対しても損耗を与える心配が無いという利点も有する。
また、従来のグレーティング配向法と比較すると、導体膜分子に対する配向能がグレーティングと高分子被膜の複合効果で得られるため、溝のアスペクト比自体は従来の単純なグレーティング法に比較して大きく取る必要が無く、生産性や表示品質の上で優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。図１は本発明にかかる電子素子の要部を示す模式的な一部斜視図である。本発明にかかる素子は、基板に形成され導体膜分子を配向する配向層を備えている。図１は特に配向層が形成された片方の基板を模式的に表している。
【００１９】
配向層は、複数本の溝Ｍが平行に形成された主面を有する基層と、溝Ｍの形成された主面を被覆する被膜とからなる。但し、複数本の溝Ｍは幾何学的に厳密に平行である必要は無く、本発明の作用効果がある範囲で概ね若しくは実質的に平行であればよい。この被膜は例えばポリイミドなどの高分子フィルムからなる。図示の例では、有機、又は無機高分子被膜を構成する高分子鎖は溝Ｍが延びる直線方向と直交する直交方向に沿って整列している。但しこれは高分子鎖の状態を模式的に表したものであり、本発明は必ずしもこの様な高分子鎖配列に限定されるものではない。この被膜は、導体膜分子の長手方向を示す分子長軸を主面に対して平行に配向する水平配向能を有する。この様に導体膜分子に対する配向能を有する被膜を、以下本明細書では配向被膜と称する場合がある。また主面は、複数本の溝Ｍが形成された基層の表面を表しており、基板面と平行である。なお、配向層により配向される導体膜分子は、モノマーに限らず、分子量のより大きなオリゴマー、ポリマーであっても構わない。
【００２０】
各溝Ｍは与えられた直線方向に沿って伸びており、且つ直線方向と直交する直交方向に沿って与えられたピッチで繰り返し配列されている。この直交方向に沿った基層の断面は、各溝Ｍの底に対応した凹部と、隣り合う溝Ｍの境に対応した凸部とが、交互に繰り返し現れる凹凸構造となっている。
【００２１】
本発明の特徴事項として、導体膜分子の長軸が溝の直線方向と直交する直交方向に指向して水平配向している。従来のグレーティングを利用した配向では、導体膜分子が溝Ｍの直線方向と平行に指向した平行配向となっている。本発明はグレーティングを水平配向被膜で被覆することにより、従来の平行配向とは異なる直交配向を実現している。この直交配向は、グレーティング基層と水平配向被膜との相乗効果により得られたものであり、従来に比べアスペクト比を大きくとる必要が無い。溝Ｍの配列ピッチに対する溝の深さの比率を表すアスペクト比は、本発明に従って１未満に押さえることができる。
【００２２】
配向被膜は、例えばイミド化率が５０％以上のポリイミド材料で作成している。図２は、ポリイミド配向被膜の一般的な作成方法を示す。ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸は、酸無水物とジアミンとの反応で得られる。ポリイミド配向被膜を得るため方法として、溶媒に溶かしたポリアミック酸を基板に塗布、２５０〜３００℃に加熱（ベーク）して、基板上で直接、熱的にイミド化する方法（Ａ）と、溶液中で化学的にイミド化した可溶性ポリイミドを溶媒に溶かしたものを塗布、加熱する方法（Ｂ）の２種類が知られている。ポリアミック酸、可溶性ポリイミドの何れを出発材料として使用するかにより得られる特性が変わってくるので、目的、用途に応じて使い分けがなされている。また、両者の利点を兼ね備えた方法として、ポリアミック酸と可溶性ポリイミドを混合した溶液を使用して、それぞれの原料に基づく２層を形成するハイブリッドタイプのものも知られている。
【００２３】
図３は、本発明にかかる電子素子の第１実施形態を示す模式的な断面図である。本実施形態にかかる電子素子は、有機トランジスタである。図示するように、本電子素子は、基板１上に配された導体膜（２）と、導体膜に電流を流すための電極（３，４）と、導体膜と基板１との間に配され、導体膜に含まれる分子を所定の方向に配向する配向層５とを備えている。配向層５は、複数本の溝Ｍが平行に形成された主面を有する基層（６）と、溝Ｍの形成された主面を被覆する被膜７とからなる。被膜７は、主面に対して導体膜の分子を平行に配向する水平配向能を有し、各溝Ｍは所定の方向（図では紙面に垂直な方向）に沿って伸びており且つ所定の方向と直交する直交方向（図では紙面に平行で且つ水平な方向）に沿って与えられたピッチで繰り返し配列されており、導体膜の分子は、溝Ｍの直交方向に配向する部位を有する。
【００２４】
具体的には、導体膜は、チャネル領域８として機能する有機半導体膜２からなる。電極は、チャネル領域８の両端に位置し電流を供給するドレイン電極３及びソース電極４と、チャネル領域８に対して絶縁膜９を介して対向配置されチャネル領域８を流れる電流量（キャリアの量）を制御するゲート電極１０とを含み、トランジスタとして動作する。即ち、本トランジスタは、ソース電極４の電位を基準として、ドレイン電極３に所定のドレイン電圧ＶＤを印加し且つゲート電極１０に所定のゲート電圧ＶＧを印加することで動作する。ゲート電圧ＶＧが所定の閾電圧Ｖｔｈより高いときトランジスタはオンし、ゲート電圧ＶＧが所定の閾電圧Ｖｔｈより低いときトランジスタはオフする。ドレイン電圧ＶＤが十分高いときトランジスタは飽和領域で動作し、ゲート電圧に応じたドレイン電流を出力する。ドレイン電圧が低いとき、トランジスタは線形領域で動作し、ゲート電圧に応じてオンオフがスイッチする。
【００２５】
かかる構成を有するトランジスタ素子の作成は、以下の手順で行う。まず、ガラス、プラスチックその他の基板１上に絶縁膜６を形成した上に、フォトリソグラフィーその他の方法により溝Ｍを形成する。この絶縁膜６は、アクリル系、ノボラック系の有機物系樹脂や、ＳｉＯ、ＳｉＮ等の無機薄膜をＣＶＤ、スパッタ、その他の方法で成膜したものでも構わない。また、基板１上に直接溝形状を形成することが可能であるならば、絶縁膜６の形成は省略しても構わない。図３では、ソース電極４、ドレイン電極３の次に配向被膜７を形成する構造となっているが、順番が逆であっても構わない。配向被膜７は、有機、無機の種々の高分子を適用することが可能であるが、代表的な例として液晶分子の配向被膜として利用されているポリイミド薄膜を使用することが所望の性能を得るには最適である。その他、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール等の有機物高分子であっても構わない。
【００２６】
次に、配向被膜７上に有機半導体膜２を形成する。有機半導体膜２は、ポリチオフェンやポリパラフェニレンビニレン、ポリフルオレンに代表されるような共役高分子でも良いし、ペンタセン、フタロシアニンに代表されるような低分子でも構わない。これらの材料を真空蒸着または、溶剤化したものをスピンコート塗布、印刷、等の方法により成膜を行う。また、インクジェット描画法、気相輸送法等による成膜を行っても構わない。ここで、絶縁膜６上に形成される溝Ｍの方向は、ソース、ドレイン間のなす直線に対して直交しているので、配向被膜７上に形成される有機半導体膜２を構成する材料の分子は、ソース、ドレイン間のなす直線に対して平行方向に配向することになる。すなわち、キャリアの移動方向に沿って、分子配向が優先的になされているために、配向処理が行われていない場合よりもキャリア移動度の大幅な向上を実現することが可能になる。
【００２７】
溝Ｍの形成は、量産技術として一般的にフォトリソグラフィー法を利用して行われるために、マスクパターン上のレイアウト設計により、任意方向への溝形成、更にはトランジスタ形成が可能となる。一方、ラビング配向法のように、配向が一方向に限られる手法の場合、トランジスタの設置方向も一方向に限られてしまうという欠点を有している。結果として、画素内では開口率の低下、パネル周辺部では集積回路の面積増加による額縁の増加という不都合が生じてしまう等問題点を有しているが、本発明によればかかる問題を回避することが可能となる。なお、任意方向への溝の形成はフォトリソグラフィー法に限らず、ナノインプリント法、その他の方法によっても構わない。なお図３では、いわゆるトップゲート構造のトランジスタの断面模式図を示したが、ボトムゲート構造において本発明を適用しても構わない。
【００２８】
図４に、本発明の第２実施形態を示す。理解を容易ににするため、図３に示した第１実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付してある。有機半導体膜２として、ペンタセンのようなπ共役系の直鎖状分子を用いた場合、分子面が積層する方向でπ電子相互作用が強いためにキャリアが流れやすい。従って、電界効果トランジスタのように横型の構造を採っている場合には、ペンタセンの分子配向が垂直方向に配向している方がキャリア移動度に有利となる。しかし、垂直配向を誘起する配向被膜を単純に形成するのみでは、分子の方向が定まらないので、ハイプレチルト角を付与ことで、分子の方向を制御し、π電子相互作用によるキャリア移動度の向上が期待できる。
【００２９】
本実施形態では、ハイプレチルト角を実現するため、図４に示すように溝Ｍの断面形状を非対称型にしている。即ち溝Ｍを比較的なだらかな斜面Ｍ１と、比較的急な斜面Ｍ２で形成する。一方の斜面Ｍ１の傾斜角θ１は小さく、他方の斜面Ｍ２の傾斜角θ２を大きくする。このように、溝Ｍの断面形状を非対称とすることで、導体膜２の分子は基板に対して水平ではなく、ある傾き（プレチルト）を以って配向する。一対の傾斜面Ｍ１，Ｍ２の傾斜角θ１，θ２を適切に設定することで、導体膜分子のハイプレチルト角を実現できる。
【００３０】
図３に示した第１実施形態では、配向被膜膜界面から遠ざかるに従って、基板１に対して平行方向に配向する分子の割合が増加するので、ペンタセンのようなπ共役系の直鎖状分子のキャリア移動度向上に、最善の効果を発揮するとは限らない。それに対して図４に示した第２実施形態の構成では、グレーティングの傾斜角の比率を変化させることで、半導体膜２を構成する分子の平均チルト角を０°より大きく制御することが可能となるので、上述の理由によりキャリア移動度の向上を図ることが可能となる。
【００３１】
図５は、図３又は図４に示したトランジスタ素子の応用例を示す模式的な回路図である。本応用例は、トランジスタを能動素子に用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例である。図示するように、本液晶表示装置は、行状の走査線Ｘと、列状の信号線Ｙと、両者が交差する部分に配された行列状の画素ＰＩＸとで構成されている。又、各走査線Ｘにゲートパルスを供給するゲートドライバＸＤＲと、各信号線Ｙに映像信号を供給する信号ドライバＹＤＲを備えている。
【００３２】
各画素ＰＩＸは、トランジスタＴＲと、液晶セルＬＣと、容量ＣＳとで構成されている。トランジスタＴＲは、本発明に従って図３又は図４に示した構成を有している。トランジスタＴＲのゲートは、対応する走査線Ｘに接続し、ソースは対応する信号線Ｙに接続し、ドレインは液晶セルＬＣ及び容量ＣＳの一端に接続している。液晶セルＬＣ及び容量ＣＳの他端は、所定電位の配線Ｓ１に接続している。トランジスタＴＲは、走査線Ｘに供給されるゲートパルスに応答してオンし、信号線Ｙから映像信号をサンプリングして、容量ＣＳに書込む。液晶セルＬＣは、容量ＣＳに保持された映像信号に応じた透過率を呈する。
【００３３】
ゲートドライバＸＤＲは各走査線Ｘに対応してゲートパルスを供給する出力段を備えている。各出力段は、ダイオード接続された保護用のトランジスタＴＲを介して、所定電位の配線Ｓ１，Ｓ２に接地されている。又信号ドライバＹＤＲは各信号線Ｙに対応して映像信号を供給する出力段を備えている。各出力段は、ダイオード接続された保護用のトランジスタＴＲを介して、所定電位の配線Ｓ１，Ｓ２に接地されている。
【００３４】
本例では、画素ＰＩＸにトランジスタＴＲが含まれており、又ダイオード接続されたＴＲがゲートドライバＸＤＲ及び信号ドライバＹＤＲの各出力段に接続されている。いずれのトランジスタＴＲも、本発明に従って配向処理された有機半導体膜をチャネル領域とするトランジスタである。その配向方向は、全トランジスタＴＲに亘って、同一方向に設定されている。即ち、基板上に集積形成された各トランジスタのチャネル領域の方位は全て同一であり、図示の例ではチャネル領域の方位が走査線Ｘと平行である。
【００３５】
図６は、図５に示した表示装置の改良例を示す模式的な回路図である。理解を容易にするため、図５に示した先の例と対応する部分には対応する符号を付してある。異なる点は、異なる方位のトランジスタＴＲが混在していることである。大部分のトランジスタＴＲの方位が走査線Ｘに対して平行であり、ゲートドライバＸＤＲに接続した一部のトランジスタＴＲの方位が、走査線Ｘと直交している。
【００３６】
ラビング配向と異なり、グレーティング配向の場合は、基板を複数の領域に分割して、各領域ごとに溝（グレーティング）の方向を変えることが容易である。このような領域分割により、領域ごとに任意方向への分子の配向制御が可能になるため、トランジスタＴＲの配置も任意方向に可能となる。その結果、図６に示すような回路レイアウトを採ることが可能となるため、パネル上での回路設計の自由度が著しく向上する。このように、配線の冗長さを回避することにより、例えばゲートドライバＸＤＲ等が占めるパネル額縁の面積を縮小することを可能にする。
【００３７】
図７は、本発明にかかる電子素子の第３実施形態を示す模式的な断面図である。本実施形態は、電子素子を偏光有機ＥＬバックライト等に適用した例である。本電子素子は、基板１１上に配された導体膜（１２）と、導体膜に電流を流すための電極（１３，１４）と、導体膜と基板１１との間に配され、導体膜に含まれる分子を所定の方向に配向する配向層１５とを備えている。配向層１５は、複数本の溝Ｍが平行に形成された主面を有する基層（１６）と、溝Ｍの形成された主面を被覆する被膜１７とからなる。被膜１７は、主面に対して導体膜の分子を平行に配向する水平配向能を有し、各溝Ｍは所定の方向（図では紙面に垂直な方向）に沿って伸びており且つ所定の方向と直交する直交方向（図では紙面に平行で且つ水平な方向）に沿って与えられたピッチで繰り返し配列されており、導体膜の分子は、溝Ｍの直交方向に配向する部位を有する。
【００３８】
本実施形態の特徴事項として、導体膜は、電流に応じて光を放射する有機発光膜１２である。電極は、有機発光膜１２の一面側にあるアノード電極１３と、他面側にあるカソード電極１４とを含み、有機発光膜１２に通電して分子の配向方向に対応した偏光を放射する。
【００３９】
図７に示した実施形態では、共役系高分子の代表的な材料であるポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）をＥＬ材料（有機発光膜１２）として使用した例を示している。作成は、以下の手順で行う。まず、ガラス、プラスチックその他の材料からなる基板１１上に絶縁膜１６を形成した上に、フォトリソグラフィー、ナノインプリント、その他の方法により溝Ｍを形成する。この絶縁膜１６は、アクリル系、ノボラック系の有機物系樹脂や、ＳｉＯ、ＳｉＮ等の無機薄膜をＣＶＤ、スパッタ、その他の方法で成膜したものでも構わない。また、基板１１上に直接溝形状を形成することが可能であるならば、絶縁膜１６の形成は省略しても構わない。溝Ｍの形成後、陽極（アノード電極）１３としてＩＴＯ、ＩＺＯ、酸化スズ等の透明導電性膜をスパッタ等の方法により形成する。陽極１３は、正孔を有機発光膜１２に注入する働きを行う。
【００４０】
陽極１３の形成後、配向被膜１７を印刷、スピンコート法、その他の方法により塗布、乾燥、焼成により形成する。配向被膜１７として適当な材料は、有機物系の高分子系のもので、陽極１３からの正孔注入を容易にするため、陽極１３との仕事関数の差が小さいものが好ましい。例えば、ＥＬ材料として用いるＰＰＶを配向被膜材料として用いても構わないし、その他の好ましい材料を用いても構わない。
【００４１】
配向被膜１７の形成後、発光膜１２の形成を行う。図７では、高分子系材料であるＰＰＶを使用する例を示しているので、溶液をスピンコート法、インクジェット法、その他の方法により塗布後、乾燥、焼成過程を経て成膜を行う。ここで、発光膜１２は、高分子系材料に限らず、低分子系材料であっても構わない。その場合、真空蒸着法、その他の方法により成膜を行う。この際に、下地のグレーティングの作用により発光膜１２を形成する分子系材料の分子軸は配向する。
【００４２】
発光膜１２の形成後、陰極（カソード電極）１４の形成を行う。陰極１４としては、Ａｌ、その他の金属材料を使用する。このように作成した後、通電すると、配向した分子軸に沿った偏光発光が可能となる。この時、偏光軸を、ＬＣＤパネル入射側偏光板の透過軸と一致させることで、従来よりも大幅に光利用効率を向上させることが可能となる。
【００４３】
最後にグレーティング上に塗布されたポリイミド高分子鎖の配向に関して、ＮＥＸＡＦＳ（Ｎｅａｒ  Ｅｄｇｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｆｉｎｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）により調べた結果を図８に示す。ポリイミド材料は、構造が既知でＮＥＸＡＦＳによる測定ピークの同定がなされている酸無水物とジアミンの組合せであるＰＭＤＡ−ＯＤＡを使用した。基板には、図８（ａ）、（ｂ）に示すようにケガキ線を入れて基板方位の目印とした。そのケガキ線に対して平行、直交方向に偏光を入射し、観測される軟Ｘ線吸収スペクトルより、高分子鎖配向の異方性の有無について調査を行った。図８（ａ）に示すサンプル（ａ）は、ケガキ線に対して平行に偏光を入射したサンプルである。図８（ｂ）に示すサンプル（ｂ）は、ケガキ線に対して直交するように偏光を入射したサンプルである。各サンプルは比較のため、グレーティング上にポリイミドを塗布したサンプル基板に加えて、平坦なガラス基板上にポリイミドを塗布して配向処理を何もしないサンプル基板も用意した。なお、ケガキ線はグレーティングの直線方向と直交する直交方向に描かれている。
【００４４】
図８（ｃ）は、平坦な基板上にポリイミド塗布したサンプルの測定結果を示すグラフである。このグラフは、縦軸にＮＥＸＡＦＳによる測定ピーク（２８７．４ｅＶ：π＊（Ｃ＝Ｏ）（ＰＭＤＡ））の強度をとり、横軸に基板に対する入射光（ＳＲ  ｂｅａｍ）の入射角θをとってある。グラフから明らかなように、サンプル（ａ）とサンプル（ｂ）とで測定結果に差が無く、偏光入射方向の依存性が無いことが分かる。即ち、ポリイミド分子鎖の配向方向は、異方性が無くランダムな状態にある。
【００４５】
これに対して、図８（ｄ）の結果は、グレーティング上のポリイミドを測定したものである。グラフから明らかなように、サンプル（ａ）とサンプル（ｂ）とで測定結果に差がある。即ち偏光入射方向により差異が生じており、配向状態に異方性がのあることがわかる。グラフ中のシミュレーションとしてプロットされているデータは、サンプル（ａ）のデータに関して、グレーティング形状があるために、入射角度θにより実効入射面積が変化する効果を補正した結果で、やはり、サンプル（ｂ）とは異なることが示されている。
【００４６】
ここで、サンプル（ａ）はケガキ線の方向と平行に、即ちグレーティングに対して直交方向に、偏光を入射したものであることから、この測定結果よりポリイミド高分子鎖はグレーティングに対して直交方向に配向していることが明らかになった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の原理となる新規なグレーティング配向を示す模式図である。
【図２】ポリイミド配向被膜の成膜方法を示す模式図である。
【図３】本発明にかかる電子素子の第１実施形態を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明にかかる電子素子の第２実施形態を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明に係る電子素子をアクティブマトリクス型液晶表示装置の能動素子に用いた応用例を示す模式図である。
【図６】図５に示した応用例の改良例を示す模式図である。
【図７】本発明にかかる電子素子の第３実施形態を示す模式的な断面図である。
【図８】配向被膜の高分子鎖の配向解析結果を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：基板  ２：有機半導体膜（導体膜）  ３：ドレイン電極  ４：ソース電極  ５：配向層  ７：配向被膜  Ｍ：溝
【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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