CN1934714A - 有机半导体元件和使用它的有机el显示装置 - Google Patents

有机半导体元件和使用它的有机el显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有能够将沟道长度控制为较小、并且不产生与台阶差部相伴的接触电阻上升的结构的FET的有机半导体元件和一种使用该有机FET的开口率大的有机发光显示装置。在基板(1)上设置有作为源极电极/漏极电极的一方的第一导电层(2)，在该第一导电层(2)上设置有有机半导体层(3)和作为源极电极/漏极电极的另一方的第二导电层(4)。然后，在有机半导体层的侧面或除去第二导电层的一部分而露出的有机半导体层(3)的表面和第二导电层的侧面，隔着绝缘层(5)，设置有栅极电极(第三导电层)(6)，由此形成FET。该有机半导体元件具有该FET。有机EL显示装置将该结构的FET叠层设置在有机EL部上作为驱动元件。

Description

有机半导体元件和使用它的有机EL显示装置
技术领域
本发明涉及包括使用有机半导体的场效应型晶体管(以下称为FET)等的有机半导体元件和使用该有机半导体元件的有机EL显示装置。更详细地说，涉及使用有机半导体，但能够使沟道长度非常短，并且仅通过与有机EL部叠层就能够构成显示装置的结构的有机半导体元件和使用该有机半导体元件的有机EL显示装置。
背景技术
已知现有的使用有机半导体层的FET结构为图9A～图9C所示的结构。即，图9A所示的结构被称为底接触(bottom contact)(BC)型，例如在由硅基板构成的栅极电极31上的绝缘膜32上，设置有一对源极电极/漏极电极33、34，在其表面上设置有有机半导体层35，由此将源极电极/漏极电极33、34之间的有机半导体层35作为沟道区域。由于该结构可以使用光刻技术形成源极电极/漏极电极33、34，所以能够利用某种程度的精细图案形成，但是由于将有机半导体层35设置在源极电极/漏极电极的台阶差部分，所以有机半导体层35的覆盖率(coverage)恶化，在作为沟道区域的有机半导体层35和两电极33、34的底面角部之间容易形成空隙36，存在接触电阻上升的问题。
此外，图9B所示的结构被称为顶接触(top contact)(TC)型，在栅极电极31上的绝缘膜32上设置有有机半导体层35，在其上形成有源极电极/漏极电极33、34，由此，将在源极电极/漏极电极33、34的下方处于其间的有机半导体层35作为沟道区域。该结构没有有机半导体层35的覆盖率的问题，但在形成有机半导体层35后，需要形成电极。但是，有机半导体材料不能用暴露在溶剂或碱水溶液中的光刻技术形成图案，需要使用由金属板构成的荫罩(shadow mask)(金属掩模)来形成有机半导体层35。荫罩分辨率为25μm，不能形成精细的图案，存在不能缩短沟道长度的问题。
另外，图9C所示的结构被称为顶底接触(top and bottom contact)(TBC)型，在绝缘膜32上的一部分上设置源极电极/漏极电极的一方33，在其上和露出的绝缘膜32上设置有机半导体层35，再在其上设置源极电极/漏极电极的另一方34，由此，将源极电极/漏极电极的一方33的侧面和另一方34的台阶差部分之间的有机半导体层35作为沟道区域(例如参照专利文献1)。在该结构中，由于可以用有机半导体层35的厚度来控制沟道长度，所以容易缩短沟道长度，但是与最初的BC型同样，由于在源极电极/漏极电极33的台阶差部分形成有机半导体层，所以存在其覆盖率恶化、接触电阻上升的问题。
专利文献1：特开2003-258265号公报(例如图4)
发明内容
如前所述，现有的使用有机半导体的FET，由于在有机层中具有台阶差部时覆盖率恶化，所以接触电阻升高，若要使用平坦的有机半导体层，则不能形成精细的源极电极/漏极电极，所以不能缩短沟道长度，存在无论使用哪种结构，都不能形成低电阻的沟道的问题。
此外，由于这种情况，例如在使用有机EL半导体的有源显示装置中，不能使用有机半导体元件作为其驱动元件，而使用多晶硅等硅类半导体作为驱动元件。因此，必须使用有机半导体和硅类半导体两者。此外，在使用硅类半导体形成驱动元件的情况下，使用光刻技术是必不可少的，但是如前所述，将有机半导体成膜后不能使用光刻技术，所以不能在有机EL部上形成驱动元件。另一方面，在基板侧形成驱动元件时，必须从表面侧获取光，因此，配置在上部的电极必须是透光性电极。另一方面，在将有机EL半导体层叠层后，不能进行高温加热处理。但是，低电阻的透光性电极通常需要进行高温处理，所以不能将其形成在表面侧。因此，如后述的图5D中平面说明图所示，必须在平面上分离地形成发光部L和驱动元件部(Tr和电容器CAPA)，存在显示部的面积变小、开口率(aperture ratio)降低的问题。
本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的是提供一种具有能够将沟道长度控制为较小、并且不产生与台阶差部相伴的接触电阻上升的结构的FET的有机半导体元件。
本发明的另一目的在于提供一种有机EL显示装置，作为半导体层全部用有机半导体层，构成有源型的有机发光显示装置，并且将发光部与驱动元件、电容器部分形成为叠层结构，能够形成开口率大的显示部。
本发明的有机半导体元件具有FET，该FET包括：基板；设置在该基板上的作为源极电极/漏极电极的一方的第一导电层；设置在该第一导电层上的有机半导体层；设置在该有机半导体层上的作为源极电极/漏极电极的另一方的第二导电层；在上述有机半导体层的侧面或除去上述第二导电层的一部分而露出的上述有机半导体层的表面和上述第二导电层的侧面，隔着绝缘层设置的栅极电极。
通过在上述第一导电层与有机半导体层之间、和/或在上述第二导电层与上述有机半导体层之间，设置降低能障(energy barrier)的有机半导体层，可以容易在低动作电压下流动电流，所以优选。本发明的结构，是有机半导体层被源极电极/漏极电极夹在中间的结构，是有机半导体层在两面与源极电极/漏极电极接触的结构，所以其效果特别大。
本发明的有机EL显示装置由透光性基板、设置在该透光性基板上的透光性电极、设置在该透光性电极上的EL有机层、以及在该EL有机层上叠层设置的驱动元件、开关元件和电容器构成，上述驱动元件由在第一导电层、有机半导体层和第二导电层的叠层结构中，至少在上述第二导电层的侧面上隔着绝缘层设置栅极电极的结构的纵型FET形成。在此，所谓EL有机层是指以形成有机EL部(以形成发光部的方式叠层电极和有机半导体层的部分)的方式叠层的有机半导体层的部分。此外，在构成驱动元件的第一导电层与有机EL部叠层的情况下，可以与有机EL部的电极共用，也可以由有机EL部的EL有机层代用。
也可以：上述驱动元件设置在上述EL有机层上，将在该驱动元件的上面形成的栅极电极用的第三导电层的一部分作为上述开关元件的源极电极/漏极电极的一方，在该第三导电层的一部分上叠层有机半导体层和作为源极电极/漏极电极的另一方的第四导电层，由此形成纵型FET，利用该纵型FET形成上述开关元件。此外，也可以：上述驱动元件和开关元件，在上述EL有机层上、在平面上分成驱动元件区域和开关元件区域而设置，上述开关元件是开关元件用有机半导体层与上述驱动元件的有机半导体层连续或同时形成、与该有机半导体层的相同面接触、一对源极电极/漏极电极分开设置的横型FET。
作为具体的结构，可以形成为如下结构：在上述EL有机层上，设置有上述驱动元件用的第一有机半导体层，在该第一有机半导体层上的一部分上设置有作为驱动元件用源极电极/漏极电极的一方的第二导电层，在露出的表面上，设置有作为上述驱动元件用的栅极绝缘膜的第一绝缘层，在该第一绝缘层上，设置有上述驱动元件用的栅极电极和作为上述开关元件用的源极电极/漏极电极的一方的第三导电层，在设置有上述开关元件的开关元件区域中的该第三导电层上，设置有上述开关元件用的第二有机半导体层，在该第二有机半导体层上的一部分上设置有作为上述开关元件用的源极电极/漏极电极的另一方的第四导电层，在设置有上述驱动元件的驱动元件区域中的上述第三导电层上、上述开关元件区域中的上述第二有机半导体层的露出部和上述第四导电层上，设置有上述电容器的电介质层和作为上述开关元件用的栅极绝缘膜的第二绝缘层，在上述开关元件区域中的该第二绝缘层上，设置有作为上述开关元件用的栅极电极的第五导电层，在上述驱动元件区域中的上述第二绝缘层上，设置有作为上述电容器的电极的第六导电层。
通过形成该结构，能够同时连续形成驱动元件的栅极电极和开关元件的源极电极/漏极电极，仅通过依次叠层就能够形成全部的元件，能够由非常简单的制造工序形成，并且可以将电容器的电极和驱动元件的栅极电极共用。
另外，作为另一个具体的结构，可以形成为如下结构：在上述开关元件区域中的上述EL有机层上设置有第三绝缘层，在该第三绝缘层上和上述驱动元件区域中的上述EL有机层上，设置有上述驱动元件用和开关元件用的第一有机半导体层，在上述驱动元件区域中的该第一有机半导体层上的一部分上，设置有作为驱动元件用源极电极/漏极电极的另一方的第二导电层，并且在上述开关元件区域中的上述第一有机半导体层上，分开设置有作为上述开关元件用的源极电极和漏极电极的第七和第八导电层，在上述驱动元件区域中的上述第一有机半导体层的露出部和上述第二导电层上，设置有作为上述驱动元件用的栅极绝缘膜的第一绝缘层，并且在上述开关元件区域中的上述第一有机半导体层的露出部和上述第七和第八导电层上，以上述第七或第八导电层的任一方的一部分露出的方式，设置有作为上述开关元件用的栅极绝缘膜的第四绝缘层，在上述第一绝缘层上，以与上述第七或第八导电层的露出部电连接的方式，设置有作为上述驱动元件用的栅极电极的第三导电层，并且在上述第四绝缘层上，设置有作为上述开关元件用的栅极电极的第五导电层，在上述第三导电层上，设置有作为上述电容器的电介质层的第二绝缘层，在该第二绝缘层上，设置有作为上述电容器的电极的第六导电层。
如果形成为该结构，由于能够同时连续地形成驱动元件用有机半导体层和开关元件用有机半导体层，所以作为关键工序的有机半导体层的形成工序可以一次完成。在这种情况下，开关元件为横型的FET，由于开关元件的沟道长度可以不那么微细，所以可以使用荫罩形成源极电极/漏极电极。
在上述EL有机层和上述第一有机半导体层之间，设置有有机EL部的上部电极和作为上述驱动元件的源极电极/漏极电极的一方的导电层，作为共同的导电层或各自的导电层，由此，电流通过低电阻的第一导电层进行扩散，可以使电流扩散至有机EL显示部的整体，在开关元件的下部也发光，能够使整体发出明亮的光，所以优选。
通过形成本发明的有机半导体元件的结构，在有机半导体层的侧面、或第二导电层的侧面附近的栅极电极与第一导电层相对的部分的有机半导体层上，形成沟道区域，由于沟道长度由有机半导体层的厚度决定，所以可以精度非常高地将沟道长度控制在纳米量级。而且，有机半导体层与源极电极/漏极电极都由平坦的叠层结构形成，不会产生因台阶差造成的覆盖率的问题。其结果，接触电阻降低，并且能够以精确的尺寸形成期望的沟道长度的FET。因此，可以使漏极电流增加、动作电压降低等晶体管特性大幅提高。
另外，由于栅极电极在上面形成，例如在将开关元件的源极/漏极与显示装置的驱动元件的栅极电极连接的情况下、或在将电容器与驱动元件的栅极连接形成控制电路的情况下，可以通过在上面侧依次叠层而简单地形成，特别地，若应用于有机发光(EL)显示装置，则仅通过与有机EL部(发光部)一起叠层就可以形成。
其结果，虽然使用有机半导体，但可得到具有沟道长度非常短的FET的半导体元件，而且能够用有机半导体层的膜厚控制沟道长度，所以，可以不使用光刻技术而形成纳米量级的非常严密的沟道长度的FET，可以作为有机发光(EL)显示装置的驱动元件使用。而且，由于能够仅用简单的叠层结构形成，而且由于沟道部分也自我整合地形成，所以可以降低加工成本，可以非常廉价地得到。
此外，通过形成本发明的有机EL显示装置的结构，驱动元件即使不使用光刻技术，也能得到沟道长度短、接触电阻非常低的FET，而且，可以仅用简单的叠层结构在有机EL部上形成驱动元件或电容器，不需要将驱动元件等与显示部并排配置，所以，可以用有机EL部构成各像素面积的大部分。其结果，可以非常廉价地得到开口率大幅提高、能够进行鲜明的显示的有机EL显示装置。另外，由于驱动元件为纵型结构，电流在纵向流动，所以，电流连续地流过有机EL部。因此，没有无用的路径，能够以低电阻流动电流，并且即使没有有机EL部的上面电极或驱动元件用下面侧的源极电极/漏极电极，也能够使电流从驱动元件向有机EL部流动。其结果，可以廉价地得到高性能的有源矩阵型的有机发光(EL)显示装置，大大地有助于图像显示装置的新发展。
附图说明
图1是表示本发明的有机半导体元件的一个实施方式的截面结构的说明图。
图2A～2D是用截面说明图表示图1所示的有机半导体元件的制造工序的图。
图3A和3B是表示本发明的有机半导体元件的另一个实施方式的截面说明图。
图4是表示本发明的有机半导体元件的又一个实施方式的截面说明图。
图5A～5D是说明本发明的有机EL显示装置的一个实施方式的简要结构的图。
图6是说明图1的有机EL部的结构的图。
图7是表示本发明有机EL显示装置的具体结构例的截面说明图。
图8是表示本发明有机EL显示装置的具体结构例的截面说明图。
图9A～9C是现有的有机半导体元件的截面说明图。
符号说明
1    基板
2    第一导电层
3    有机半导体层(第一有机半导体层)
4    第二导电层
5    绝缘层(第一绝缘层)
6    栅极电极(第三导电层)
7    第二有机半导体层
8    第四导电层
9    第二绝缘层
10   第五导电层
11   第六导电层
12   第三绝缘层
13   第七导电层
14   第八导电层
15   第四绝缘层
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的有机半导体元件和使用该有机半导体元件的有机EL显示装置进行说明。本发明的有机半导体元件，如图1中它的一个实施方式的截面说明图所示，在基板1上设置有作为源极电极/漏极电极的一方的第一导电层2，在该第一导电层2上设置有有机半导体层3和作为源极电极/漏极电极的另一方的第二导电层4。在图1所示的例子中，有机半导体层3和第二导电层4形成为比第一导电层2小，形成第一导电层2的一部分露出的结构。在其表面上具有通过隔着作为栅极绝缘膜的绝缘层5设置有栅极电极(第三导电层)6而形成的FET。此外，基板1与其它层相比非常厚，包括下面的图在内，在图中没有表示出厚度的关系。
基板1除了玻璃、氧化铝烧结体等无机材料和聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、聚乙烯薄膜、聚苯硫醚膜、聚对二甲苯膜等各种绝缘性塑料等以外，也可以是这些无机物和有机物的混合材料、兼作第一导电层的半导体基板等导电性基板等，根据目的的不同，叠层该有机半导体元件的各膜，只要具有为了保持器件的足够的强度即可。在后述的作为有机EL显示装置使用的情况下，意味着形成有有机发光部的整个基板。在仅制作有机半导体元件的情况下，若使用塑料基板，则能够制作轻量、挠性的有机TFT。
作为源极电极/漏极电极的第一导电层2和第二导电层4，使用导电性优异、并且与基板和有机半导体层的粘合性良好、接触电阻低的金属、或导电性有机(无机)材料、或它们的络合物材料。具体地说，为了获得与p型有机半导体层欧姆接触，优选功函数大的金属，优选使用金、铂等。但是并不限定于这些材料。此外，在半导体层表面高密度地掺杂有掺杂剂的情况下，能够使载流子在金属-半导体之间形成隧道，由于与金属的材质无关，所以也可以使用后述的作为栅极电极材料而列举的金属材料。这些导电层2、4被形成为可以作为低电阻层利用的20～200nm左右、优选50～100nm左右的厚度。
作为有机半导体层3，使用通断比高、载流子输送性优异、与绝缘层和电极材料的粘合性好的材料，可以使用π电子共轭类的芳香族化合物、链式化合物、有机颜料、有机硅化合物等。具体地说，可以使用并五苯、并四苯、噻吩低聚物衍生物、亚苯基衍生物、酞菁化合物、聚乙炔衍生物、聚噻吩衍生物、花青色素等，但不限定于这些材料。该有机半导体层3被形成为与期望的沟道长度相应的50～5000nm左右、优选100～1000nm左右的厚度。
作为栅极绝缘膜的绝缘层5，优选能够使用涂敷法的聚氯丁二烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、氰乙基茁霉多糖(cyano-ethylpullulan)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚碳酸酯、聚酰亚胺等有机材料。此外，也可以使用能够使用现有的图案工艺(pattern process)的SiO2、SiNx、Al2O3等无机材料。当然并不限定于这些材料，这些材料也可以两种以上同时使用。该绝缘层5绝缘性优异，为了确保可承受能够向栅极电极施加的电压的耐压，形成为10～1000nm左右、优选50～100nm左右的厚度。
作为栅极电极(第三导电层)6，优选能够使用电极形成工艺简单的涂敷法的聚苯胺、聚噻吩等有机材料、或导电性油墨。此外，也可以利用使用荫罩的溅射法和真空蒸镀法等，使用金、铂、铬、钯、铝、铟、钼、镍等金属、使用这些金属的合金、锡氧化物、氧化铟、铟锡氧化物(ITO)等无机材料。此外，也可以使用硅、多晶硅、非晶硅。另外，这些材料可以两种以上同时使用。
参照图2A～2D所示的工序图，通过具体的例子对制造该有机半导体的方法的一个例子进行说明。首先，如图2A所示，利用真空蒸镀法等形成作为源极电极/漏极电极的一方的第一导电层2。该第一导电层2例如也可以利用涂敷法由导电性有机材料等形成。接着，设置荫罩，如图2B所示，以第一导电层2一部分露出的方式形成有机半导体层3。接着，使用相同的掩模，如图2C所示，在有机半导体层3上形成作为源极电极/漏极电极的另一方的第二导电层4。此后，在整个表面上形成绝缘层5。然后，在其表面上形成栅极电极6。结果，形成具有图1所示的截面结构的FET。此外，在以上的方法中，利用真空蒸镀法形成各层，但也可以利用涂敷法形成。
根据本发明的有机半导体元件，以隔着绝缘层5而位于被夹在作为源极电极/漏极电极的第一和第二导电层2、4之间的有机半导体层3的侧面的方式，形成栅极电极6。因此，有机半导体层3的与栅极电极6相对的有机半导体层3的侧面成为沟道区域，通过栅极电极6的控制，沟道通断(on-off)，进行FET动作。
在该结构中，有机半导体层3和作为源极电极/漏极电极的第一和第二导电层2、4的任一方的界面都是平坦的、粘合性好，所以接触电阻非常低。此外，绝缘层5和栅极电极6在有机半导体层3和第一导电层2的台阶差部形成，所以覆盖率恶化，有在角部绝缘层未被充分填充的可能性，但由于本来绝缘层5不流过电流，所以接触电阻不成为问题。
而且，由于沟道长度由有机半导体层3的厚度确定，所以，通过控制成膜厚度，可以形成期望的沟道长度。该有机半导体层3的厚度能够以纳米量级形成，沟道长度也可以控制为该量级。另外，因为利用简单的叠层结构、而且沟道部分可以自我整合地加工，所以制造简单，能够大幅降低加工成本。其结果，能够使用较低的动作电压得到较大的漏极电流，可廉价地得到高性能的FET。因此，也可以作为电流驱动的有机发光显示装置的驱动元件充分地使用，可以与有机EL部连续叠层而构成有机EL显示装置。
图1和2A～2D所示的结构，以空缺一部分的方式形成有机半导体层3和第二导电层4，在其侧面隔着绝缘层形成栅极电极，但不一定是这样的结构，形成为图3A～3B所示的变形例的结构，也同样能够进行以有机半导体层3的厚度作为沟道长度的FET动作。
即，图3A所示的结构中，第一导电层2没有在整个面上形成，被形成为一部分空缺的形状，根据该结构，由于栅极电极6更完全地与有机半导体层3的侧面相对，所以能够以低的栅极电压控制沟道区域的通断。此外，其它部分与图1所示的例子相同，相同部分采用相同符号，省略其说明。
此外，相反，图3B所示的结构中，有机半导体层在整个面上设置，仅将第二导电层4以空缺一部分的状态形成，在其侧面和有机半导体层的露出面上，隔着绝缘层5设置有栅极电极6。在该结构中，第二导电层4侧面附近的有机半导体层3成为沟道区域，能够利用栅极电极6进行通断控制。在该例子中，其它部分与图1所示的例子相同，相同部分采用相同符号，省略其说明。通过形成该结构，在并排形成多个驱动元件的情况下，仅图案形成第二导电层4即可，所以具有制造工艺简单的优点。
图4是表示本发明的有机半导体元件的另一实施方式的与图1同样的截面说明图，进一步改善了漏极电流的注入和引出。即，在有机半导体层3与第一导电层2和第二导电层4的界面上，形成源极层/漏极层(载流子注入层)3a、3b。该源极层/漏极层3a、3b是减小源极电极/漏极电极2、4与有机半导体层3之间的能障的有机半导体层，通过使有机半导体层3与源极电极/漏极电极2、4之间的能障变小，载流子的注入和引出变得容易，可以得到更低的接触电阻，容易用较低的驱动电压得到较大的漏极电流。
本发明的有机FET是在有机半导体层3的上下两个面上设置有源极电极/漏极电极2、4的结构，所以通过在沟道区域的两端设置容易流过电流的源极层/漏极层3a、3b，可以得到与在硅类的半导体层中，使源极区域/漏极区域形成高杂质浓度从而容易流过电流同等的效果。即，现有的在有机半导体层的一面上设置有源极电极/漏极电极的结构中，由于电流通路是有机半导体层表面侧的横向，所以除了沟道区域以外，难以设置源极层/漏极层3a、3b，但在本发明中，由于是简单的叠层结构，所以容易设置源极层/漏极层3a、3b。
作为源极层/漏极层(载流子注入层)3a、3b，可以使用例如CuPc(铜酞菁)、PANI(聚苯胺)、PEDOT(聚3，4-乙撑二氧噻吩)等。
图5A～5C是表示使用上述的FET的本发明的有机EL显示装置的简要结构的图。即，本发明的有机EL显示装置，其特征在于：在透光性基板1a上设置有透光性电极21，在该透光性电极21上设置有有机EL部20，在该有机EL部20上，驱动元件Tr1、开关元件Tr2和电容器C分别叠层设置在有机EL部20上，该驱动元件Tr1由上述结构的纵型FET构成。即，为了用该种显示装置显示纤细的图像，如图5B中的一个像素的等价电路图所示，有机EL部20通过驱动元件Tr1，与电源线Vcc和地线之间连接，开关元件Tr2与驱动元件Tr1的栅极连接，用字线WL和位线BL组成矩阵，构成为可以选择各像素的有源型。
在本发明中，作为驱动元件Tr1，使用上述结构的有机FET，由此，即使不用光刻技术也能够用有机半导体形成沟道长度短的FET，能够在有机EL部20上叠层形成。因此，如图5C中的一个像素的平面说明图所示，可以将像素的大致整个面作为发光部L，不需要确保图5D所示的现有的晶体管Tr和电容器CAPA的面积，与现有结构相比可以大幅提高发光部L的面积。
作为基板1a，由于从该基板侧获得光，所以使用透光性的玻璃基板或塑料薄膜。此外，透光性电极21使用由真空蒸镀法或溅射法等设置的ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)、氧化铟等。
有机EL部20，例如如图6所示，例如在玻璃基板Sub 1a上的透光性电极21上设置有由空穴输送层23、发光层24和电子输送层25构成的EL有机层27，在其上通过依次叠层形成另一个电极(上面电极)26，EL有机层27不限于该三层结构，只要至少形成发光层即可，而且，各层也可以进一步做成多层。
通常，为了提高向发光层24的空穴注入性和提高空穴的稳定输送，要求空穴输送层23的电离能量小到一定程度、能够封闭向发光层24的电子(能障)，可以使用胺类材料，例如三苯基二胺(triphenyldiamine)衍生物、苯乙烯胺衍生物、具有芳香族缩合环的胺衍生物等，将厚度设置为10～100nm、优选为20～50nm左右。此外，图中没有表示，但在空穴输送层23和阳极电极21之间设置有空穴注入层，使载流子向空穴输送层23的注入性进一步提高。在这种情况下，为了提高来自阳极电极21的空穴的注入性，使用电离能量的匹配性好的材料，作为代表性的例子，可使用胺类或酞菁类。在图6所示的例子中，作为空穴输送层23，NPB被设置为35nm的厚度。
作为发光层24，根据发光波长进行选择，但通过将Alq3作为母材并掺杂有机物荧光材料，能够得到掺杂材料固有的发光色，而且，能够提高发光效率和稳定性。对于发光材料以几重量(wt)％左右(0.1～20wt％)进行该掺杂。
作为荧光性物质，可以使用喹吖啶酮、红荧烯、苯乙烯基类色素等。此外，可以使用喹啉衍生物、四苯基丁二烯、蒽、二萘嵌苯、六苯并苯、12-酞紫环酮(phthaloperinone)衍生物、苯基蒽衍生物、四芳基乙烯衍生物等。此外，优选与自身能够发光的基质(host)物质组合使用，作为基质物质，优选喹啉醇化物(quinolinolate)络合物，优选以8-羟基喹啉(quinolinol)或其衍生物作为配合基的铝络合物，除此以外，可以使用苯基蒽衍生物和四芳基乙烯衍生物等。
电子输送层25具有提高来自阴极26的电子的注入性的功能和稳定地输送电子的功能，所以在图6所示的例子中，Alq3(三(8-羟基喹啉)铝(tris(8-quinolinolate)aluminum))被设置为25nm左右的厚度。若该层变得太厚，则串联电阻成分变大，所以不要太厚，通常设置为10～80nm、优选20～50nm左右的厚度。作为电子输送层25，除了上述的材料以外，还可以使用喹啉衍生物、以8-羟基喹啉(quinolinol)或其衍生物作为配合基的金属络合物、苯基蒽衍生物、四芳基乙烯衍生物等。在该电子输送层25和阴极电极26之间间隙大的情况下，与空穴侧同样地设置由LiF等构成的电子注入层26a。
作为阴极电极26，为了提高电子注入性，主要使用功函数小的金属。作为代表性的例子，通常使用Mg、K、Li、Na、Ca、Sr、Ba、Al、Ag、In、Sn、Zn、Zr等。此外，也可以使用氧化铟这样的透光性导电膜。为了防止这些金属氧化等并使其稳定，大多与其它金属形成合金，图6所示的例子是隔着LiF层26a，形成110nm左右的Al层，从而形成阴极电极26。
由于驱动元件Tr1与有机EL部20串联连接，所以，若沟道长度变长，则电阻增大，供给有机EL部20的电流减少。因此，优选为沟道长度短的FET，可使用上述的图1或图3A～3B所示的结构的纵型有机FET。由于该FET为纵型，所以，即使没有图1或图3A～3B所示的作为源极电极/漏极电极的第一导电层2和上述图6所示的有机EL部20的电极26，电流也可以直接流过有机EL部20，从而使其发光。但是，通过设置共用两者的电极的第一导电层，利用第一导电层将通过驱动元件Tr1的电流扩散至整个面，所以能够向有机EL部20的整体供给电流，从而在较宽的面积上发光，因此优选。
另一方面，由于开关元件Tr2不那么需要电流，所以，可以使用上述的图1或图3A～3B所示的结构的有机FET，也可以不是该结构，而使用荫罩形成现有的横型结构的FET。电容器C用于将驱动元件接通的状态保持一定时间，被形成为能够保持数据的电容量。
接着，用具体的结构例进一步进行详细说明。图7是驱动元件Tr1和开关元件Tr2双方都使用上述的纵型结构的有机FET的例子。即，在例如玻璃等透光性基板1a上，形成例如由ITO构成的透光性电极21，叠层上述图6所示的结构的有机EL部20。然后，在其表面上，形成与有机EL部的上部电极和驱动元件的源极电极/漏极电极的一方共用的第一导电层2。此外，如前所述，也可以没有该第一导电层2。在其表面的驱动元件区域A上叠层有机半导体层3，再在其表面的一部分(在图7中是两处)上设置作为源极电极/漏极电极的另一方的第二导电层4，在其整个表面上设置作为栅极绝缘膜的第一绝缘层5，再在其表面上设置作为栅极电极的第三导电层6，由此，作为驱动元件Tr1，形成上述结构的有机FET。
在开关元件区域B中，将第三导电层6作为源极电极/漏极电极的一方，在其表面叠层开关元件用的第二有机半导体层7，在其表面的一部分上设置作为源极电极/漏极电极的另一方的第四导电层8，在其表面和驱动元件区域A的第三导电层6上，设置作为开关元件用栅极绝缘膜和电容器用绝缘膜的第二绝缘层9。然后，用相同的材料，同时在开关元件区域B中的第二绝缘层9上形成作为开关元件用栅极电极的第五导电层10、在驱动元件区域A中的第二绝缘层上形成作为电容器电极的第六导电层11。然后，通过在该表面上形成保护膜19(参照图5A)，得到由图5A的概略图表示的结构的有机发光显示装置。
在该结构中，在第二导电层4的侧端部与第一导电层2相对的部分D的第一有机半导体层3上，形成驱动元件Tr1的沟道区域，沟道接通时，在D部分中电流在纵向流动，电流流过其下方的有机EL部20，从而发光。因此，尽量减小第二导电层4的宽度并形成多个，可以增加沟道区域的数量，增加沟道宽度，容易流过更多电流，所以优选。此外，优选在与纸面垂直的方向上，连续地形成带状的第二导电层4。
在图7所示的例子中，形成有两个第二导电层4，例如在构成一个像素的大小为300μm×300μm的显示装置的情况下，若用R、G、B三种颜色构成一个像素，则一个像素的R、G、B各自的大小为100μm×300μm，可以形成更多的第二导电层4(在300μm方向或100μm方向上连续形成为带状)。
在图7所示的例子中，在开关元件Tr2的下侧没有形成驱动元件Tr1，但由于第三导电层6是驱动元件Tr1的最上面，所以高度稍微变高，可以在形成驱动元件Tr1的基础上形成开关元件Tr2，如图7所示，不需要使驱动元件区域A和开关元件区域B在平面上分离。
此外，图7所示的例子是第一有机半导体层3和第一导电层2被设置在驱动元件区域的大致整个面上的结构(上述图3B所示的有机半导体元件的结构)，但在上述的图1或图3A所示的有机半导体元件的结构中，也可以形成纵型FET，第一有机半导体层3或第一导电层2可以与第二导电层4的图案配合地形成。
另外，在图7所示的例子中，开关元件Tr2也是纵型结构的FET，与驱动元件Tr1的例子同样，在第四导电层8的侧端部附近的第二有机半导体层7上形成沟道区域，但该开关元件Tr2不那么需要电流，形成一个第四导电层8即可，在其后侧(与纸面垂直的方向)，可以形成驱动元件。这样在像素的大致整个面上形成驱动元件Tr1，可以直接从驱动元件Tr1向有机EL部20的大致整个面上供给电流，所以即使没有第一导电层2，也不会对动作造成妨碍。
图8是不用上述的纵型结构的FET、而用现有的横型结构的FET构成开关元件Tr2的例子。由于开关元件Tr2不那么需要电流量，所以，即使沟道长度不短，也不会产生问题。因此，使用荫罩的现有结构的FET也没有妨碍。图8所示的例子中，直到第一导电层2都与图7所示的例子相同，在形成第一导电层2后，在开关元件区域B设置有第三绝缘层12，在第三绝缘层12和驱动元件区域A的第一导电层2上，叠层驱动元件和开关元件用的第一有机半导体层3，在其上，在驱动元件区域A中，与上述同样地形成第二导电层4，同时，在开关元件区域B中，用与第二导电层4相同的材料，仅隔开规定间隔形成作为开关元件用源极电极/漏极电极的第七和第八导电层13、14。
然后，以使作为开关元件用源极电极/漏极电极的一方的例如第八导电层14的一部分露出的方式形成绝缘膜，设置作为驱动元件用栅极绝缘膜的第一绝缘层5和作为开关元件用栅极绝缘膜的第四绝缘层15。此外，第一绝缘层5和第四绝缘层15可以连续地形成，但要以第八导电层14的一部分露出的方式形成。然后，在驱动元件区域A的第一绝缘层5上，以与第八导电层14接触的方式设置有作为驱动元件用栅极电极的第三导电层6，在开关元件区域B的第四绝缘层15上的源极电极/漏极电极13、14之间，设置有作为开关元件用栅极电极的第五导电层10。在驱动元件区域A的第三导电层6上，进一步隔着第二绝缘层9设置有作为电容器电极的第六导电层11，由此形成有机发光显示装置。此外，在图8中，与图7对应的部分采用与图7相同的符号。
在该结构中，驱动元件与图7所示的结构相同，但开关元件的FET形成为横型，所以，其特征在于，两元件的有机半导体层在第一有机半导体层3的一层上同时形成。但是，在上述图7所示的结构中，驱动元件的栅极电极和开关元件的源极电极/漏极电极的一方同时在第三导电层6上形成，但是，在图8所示的结构中，由于开关元件Tr2的源极电极/漏极电极13、14双方与驱动元件Tr1的源极电极/漏极电极的另一方4同时形成，所以，以与开关元件的源极电极/漏极电极的另一方14接触的方式，形成驱动元件的栅极电极6。根据该结构，具有作为关键的能够在同一层同时形成的两元件的有机半导体层3和能够减少制造工序的优点。当然，也可以不在同一层上同时形成。
在图8所示的例子中，在一层上以连续的方式形成驱动元件用有机半导体层和开关元件用有机半导体层，但也可以以分开的方式形成。但是，可以同时用相同的材料形成，可以用一个工序形成。此外，在图8所示的结构中，作为开关元件用源极电极/漏极电极的第七和第八导电层13、14在第一有机半导体层3的上侧形成，但也可以在有机半导体层3的下侧形成，而且，可以在有机半导体层3的上侧形成作为源极电极/漏极电极的第七和第八导电层13、14、在有机半导体层3的下侧形成作为栅极电极的第五导电层10。
如图7和图8所示，根据本发明的有机EL显示装置，因为在有机EL部上设置有有驱动元件用FET，所以，可以共用在有机EL部和驱动元件的连接部的两者的电极，或者可以将两者的电极都省略。另外，由于电容器也形成在驱动元件的栅极电极上，所以可以共用两者的电极。此外，开关元件也在驱动元件的栅极电极上叠层形成，或与驱动元件的各层同时形成，所以只要通过简单的叠层就可得到有源矩阵型有机发光显示装置。
而且，由于驱动元件、开关元件和电容器全部形成在有机EL部上，所以，显示部的面积不会由于驱动元件等而减少，可以大幅提高开口率。此外，由于有机EL部先在发光面侧的ITO电极上形成，所以可以充分降低透光性电极的电阻，可以提高发光效率。
产业上的可利用性
本发明的有机半导体元件可以用于便携式显示器、和电子价格标签、电子货签等电子标签那样以低价格供给的电子设备的集成电路，此外，本发明的有机EL显示装置可以用于便携式电话机、便携式终端机、薄型电视等的显示器等。

Claims (12)

1.一种有机半导体元件，其特征在于：
具有FET，所述FET包括：基板；设置在该基板上的作为源极电极/漏极电极的一方的第一导电层；设置在该第一导电层上的有机半导体层；设置在该有机半导体层上的作为源极电极/漏极电极的另一方的第二导电层；在所述有机半导体层的侧面或除去所述第二导电层的一部分而露出的所述有机半导体层的表面和所述第二导电层的侧面，隔着绝缘层设置的栅极电极。
2.如权利要求1所述的有机半导体元件，其特征在于：
在所述第一导电层与有机半导体层之间，和/或在所述第二导电层与所述有机半导体层之间，设置有降低能障的有机半导体层。
3.如权利要求1所述的有机半导体元件，其特征在于：
所述第一导电层在宽的范围内设置，所述有机半导体层和所述第二导电层以各自的侧面对齐露出的方式设置在该第一导电层上，以覆盖该有机半导体层和第二导电层的侧面的方式，隔着所述绝缘层设置所述栅极电极。
4.如权利要求1所述的有机半导体元件，其特征在于：
所述第一导电层、所述有机半导体层和所述第二导电层以各自的侧面对齐露出的方式设置，以覆盖该第一导电层、有机半导体层和第二导电层的侧面的方式，隔着所述绝缘层设置所述栅极电极。
5.如权利要求1所述的有机半导体元件，其特征在于：
所述第一导电层和所述有机半导体层在宽的范围内设置，所述第二导电层以露出其侧面的方式设置在该有机半导体层上，以覆盖该第二导电层的侧面的方式，隔着所述绝缘层设置所述栅极电极。
6.一种有机EL显示装置，其特征在于：
由透光性基板、设置在该透光性基板上的透光性电极、设置在该透光性电极上的EL有机层、以及在该EL有机层上叠层设置的驱动元件、开关元件和电容器构成，所述驱动元件由在第一导电层、有机半导体层和第二导电层的叠层结构中，至少在所述第二导电层的侧面上隔着绝缘层设置栅极电极的结构的纵型FET形成。
7.如权利要求6所述的结构的FET的有机EL显示装置，其特征在于：
在所述EL有机层和所述驱动元件之间，设置有有机EL部的上部电极和作为所述驱动元件的源极电极/漏极电极的一方的导电层，作为共同的导电层或作为各自的导电层。
8.如权利要求6所述的有机EL显示装置，其特征在于：
所述驱动元件设置在所述EL有机层上，将在该驱动元件的上面形成的栅极电极用的第三导电层的一部分作为所述开关元件的源极电极/漏极电极的一方，在该第三导电层的一部分上叠层有机半导体层和作为源极电极/漏极电极的另一方的第四导电层，由此形成纵型FET，利用该纵型FET形成所述开关元件。
9.如权利要求6所述的有机EL显示装置，其特征在于：
所述驱动元件和开关元件，在所述EL有机层上、在平面上分成驱动元件区域和开关元件区域而设置，所述开关元件是开关元件用有机半导体层与所述驱动元件的有机半导体层连续或同时形成、与该有机半导体层的相同面接触、一对源极电极/漏极电极分开设置的横型FET。
10.如权利要求8所述的有机EL显示装置，其特征在于：
在所述EL有机层上，设置有所述驱动元件用的第一有机半导体层，在该第一有机半导体层上的一部分上设置有作为驱动元件用源极电极/漏极电极的一方的第二导电层，在露出的表面上，设置有作为所述驱动元件用的栅极绝缘膜的第一绝缘层，在该第一绝缘层上，设置有所述驱动元件用的栅极电极和作为所述开关元件用的源极电极/漏极电极的一方的第三导电层，在设置有所述开关元件的开关元件区域中的该第三导电层上，设置有所述开关元件用的第二有机半导体层，在该第二有机半导体层上的一部分上设置有作为所述开关元件用的源极电极/漏极电极的另一方的第四导电层，在设置有所述驱动元件的驱动元件区域中的所述第三导电层上、所述开关元件区域中的所述第二有机半导体层的露出部和所述第四导电层上，设置有所述电容器的电介质层和作为所述开关元件用的栅极绝缘膜的第二绝缘层，在所述开关元件区域中的该第二绝缘层上，设置有作为所述开关元件用的栅极电极的第五导电层，在所述驱动元件区域中的所述第二绝缘层上，设置有作为所述电容器的电极的第六导电层。
11.如权利要求9所述的有机EL显示装置，其特征在于：
在所述开关元件区域中的所述EL有机层上设置有第三绝缘层，在该第三绝缘层上和所述驱动元件区域中的所述EL有机层上，设置有所述驱动元件用和开关元件用的第一有机半导体层，在所述驱动元件区域中的该第一有机半导体层上的一部分上，设置有作为驱动元件用源极电极/漏极电极的另一方的第二导电层，并且在所述开关元件区域中的所述第一有机半导体层上，分开设置有作为所述开关元件用的源极电极和漏极电极的第七和第八导电层，在所述驱动元件区域中的所述第一有机半导体层的露出部和所述第二导电层上，设置有作为所述驱动元件用的栅极绝缘膜的第一绝缘层，并且在所述开关元件区域中的所述第一有机半导体层的露出部和所述第七和第八导电层上，以所述第七或第八导电层的任一方的一部分露出的方式，设置有作为所述开关元件用的栅极绝缘膜的第四绝缘层，在所述第一绝缘层上，以与所述第七或第八导电层的露出部电连接的方式，设置有作为所述驱动元件用的栅极电极的第三导电层，并且在所述第四绝缘层上，设置有作为所述开关元件用的栅极电极的第五导电层，在所述第三导电层上，设置有作为所述电容器的电介质层的第二绝缘层，在该第二绝缘层上，设置有作为所述电容器的电极的第六导电层。
12.如权利要求10或11所述的有机EL显示装置，其特征在于：
在所述EL有机层和所述第一有机半导体层之间，设置有有机EL部的上部电极和作为所述驱动元件的源极电极/漏极电极的一方的导电层，作为共同的导电层或各自的导电层。
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