JP2005064122A - 有機半導体形成用インク、有機半導体パターン形成方法、電子素子および電子素子アレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 基板に対する付着性、成膜後の表面性、安定性、および、取り扱い性を向上させる。
【解決手段】 有機半導体材料とこの有機半導体材料を溶解する溶媒とを含む第一の液体２と、第一の液体２が分散されてこの第一の液体２を溶解しない第二の液体３と、を具備する有機半導体形成用インク１とすることで、有機半導体形成用インク１全体としての物性を、第二の液体３の物性によって調整することができるので、第二の液体３の物性を調整することで、基板に対する付着性、成膜後の表面性、安定性、および、取り扱い性を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機半導体形成用インク、有機半導体パターン形成方法、電子素子および電子素子アレイに関する。

有機材料を使ったデバイスは、無機材料のデバイスと比較して、成膜など製造工程が簡単であるという特徴を有している。また、材料自体に可撓性があるためにフレキシブル基板への作製が容易であるという特徴を有している。

このため、有機材料を使ったデバイスは、絶縁膜、誘電体膜、導電膜、半導体素子、発光素子、および、それらを用いたフレキシブルで軽量な表示装置など、さまざま応用展開が期待されている。有機材料を使ったデバイスについては、現在、各種の研究開発が進められている。

例えば、光や熱などの物理的外部刺激によりキャリア移動度が変化する材料を用いた電界効果型トランジスタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

有機トランジスタアレイを作製する場合、隣同士となる半導体層を電気的に互いに分離しておかないと、トランジスタ動作時に隣のトランジスタから発生するリーク電流によって、隣同士となる半導体層が相互に干渉を受けてしまう。このような場合には、有機トランジスタアレイを正確に制御することができない。

なお、有機材料を使ったデバイスに関しては、材料や構成の研究開発が進む一方で、有機材料に適した加工方法は未だ確立されていないのが現状である。このため、有機材料のパターニング技術の早急な研究開発が望まれている。

ところで、無機材料の分野では、パターニング方法として、フォトリソグラフィが広く用いられている。フォトリソグラフィでは、一般的に、以下に説明するような工程によってパターニングが行われる。

まず、パターニングしたい材料（以下、単に、材料Ａとよぶ）を基板全面に形成する。この材料Ａの上にフォトレジストをコーティングし、乾燥させた後、フォトマスクを用いて形成したいパターンを露光する。このレジストを現像し、リンスすることでレジストパターンを形成する。その後、材料Ａを溶解する性質を有するエッチング剤を用いて材料Ａをエッチングする。そして、エッチング後、レジストを除去する。これによって、材料Ａを所望のパターンにパターニングすることができる。

しかしながら、有機材料のパターニングについては、無機材料のパターニング方法をそのまま使うことは以下の理由から難しいとされている。

１点目として、有機材料は、無機材料に比べて物理的、化学的にダメージを受けやすいという性質を有している。このため、有機材料は、エッチングやエッチング後のレジスト除去時にダメージを受けやすい。このために、有機材料のパターニングにおいては、材料の劣化を抑えることが困難となっている。

また、２点目として、無機材料のパターニングに使われるレジスト剤は有機系材料である。このため、パターニングしたい有機材料によっては、レジスト剤を塗布することによって、レジスト剤に含まれる溶媒によってダメージを受けるおそれがある。

近年では、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）材料のパターニング方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法を用いた有機ＥＬ材料のパターニングについて、図９を参照して説明する。

まず、透明基板１００に対して、駆動回路を含む微細構造物１０１を埋め込み、保護薄膜１０２を形成する。その後、透明基板１００上に親液性の透明電極１０３を形成する（図９（ａ）参照）。次いで、図９（ｂ）に示すように、透明基板１００の表面全体をシリコン酸化膜などの親液性の材料からなる絶縁膜で覆った後、それをパターニングすることにより、透明電極１０３が形成されていない領域、すなわち保護薄膜１０２が露出している領域を絶縁膜１０４で覆う。これを、ヘプタデカフルオロテトラヒドロデシルトリエトキシシランとともに密閉容器に入れて９６時間室温で放置することで、透明基板１００の表面全体を撥液性の膜１０５を形成する。次に、透明基板１００の表面に、マスクを介して紫外線を選択的に照射することで、図９（ｃ）に示すように、撥液性膜１０５のうち、画素形成領域１０６の部分の撥液性膜１０５を分解除去する。次いで、インクジェット方式によって正孔注入材料１０７を画素形成領域１０６に塗布し、乾燥させることで、図９（ｄ）に示すように、正孔注入層１０８を形成する。同様にして、有機ＥＬ層１０９を形成して、発光層（正孔注入層１０８＋有機ＥＬ層１０９）を形成する（図９（ｅ）参照）。最後に、図９（ｆ）に示すように、陰極層１１０を形成することで有機ＥＬ素子１１１を作製する。

特開平７−８６６００号公報 特開２００２−１５８６６公報

しかしながら、特許文献２に記載された技術では、ダメージを与えることなく有機材料をパターニングすることが可能となるが、撥液性膜の形成に長時間かかり、実用的ではない。

また、特許文献２に記載された技術では、パターニング時に含フッ素有機膜を分解して除去しているが、含フッ素有機膜は分解によって有害な分解ガスを発生するので、安全性、環境の面で好ましくない。

本発明の目的は、基板に対する付着性、成膜後の表面性、安定性、および、取り扱い性を向上させることである。

請求項１記載の発明の有機半導体形成用インクは、有機半導体材料とこの有機半導体材料を溶解する溶媒とを含む第一の液体と、前記第一の液体が分散されてこの第一の液体を溶解しない第二の液体と、を具備する。

したがって、有機半導体形成用インク全体としての物性を、第二の液体の物性によって調整することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の有機半導体形成用インクにおいて、前記第二の液体は、室温での蒸気圧が前記第一の液体の室温での蒸気圧よりも低い。

したがって、第一の液体における溶媒の室温での蒸発を低減することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の有機半導体形成用インクにおいて、前記第二の液体は、前記第一の液体の表面張力よりも高い表面張力を有する。

したがって、第一の液体における溶媒の表面張力が低い場合にも、基板に対する濡れ性を適正に維持することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の有機半導体形成用インクにおいて、前記第二の液体は、水であることを特徴とする。

したがって、第一の液体における溶媒の種類に拘わらず、安全かつ安価で扱い易い有機半導体形成用インクを提供することができる。

請求項５記載の発明の有機半導体パターン形成方法は、請求項１、２、３または４記載のインクを用いて基板の表面に所定パターンの有機半導体材料層を形成する工程を具備する。

したがって、基板上に、特性の安定した有機半導体材料層を形成することができる。

請求項６記載の発明の有機半導体パターン形成方法は、請求項１、２、３または４記載のインクを所定のパターンに応じて噴射することにより基板の表面に有機半導体層を形成する工程を具備する。

したがって、基板上に、特性の安定した有機半導体材料層を形成することができる。

請求項７記載の発明の有機半導体パターン形成方法は、所定のパターンに応じた細孔が設けられた印刷版を通して請求項１、２、３または４記載のインクを付与することにより基板の表面に有機半導体材料層を形成する工程を具備する。

したがって、基板上に、特性の安定した有機半導体材料層を形成することができる。

請求項８記載の発明の有機半導体パターン形成方法は、所定のパターンが形成された印刷版を介して請求項１、２、３または４記載のインクを転写することにより基板の表面に有機半導体層を形成する工程を具備する。

したがって、基板上に、特性の安定した有機半導体材料層を形成することができる。

請求項９記載の発明の有機半導体パターン形成方法は、印刷版の表面に請求項１、２、３または４記載のインクを所定パターンで設ける工程と、前記印刷版の表面を基板に接触させることで前記転写部材表面のインクを前記基板に転写する工程と、を具備する。

ここで、印刷版は、弾性を有する材料によって形成することが好ましい。

したがって、基板の表面性に左右されることなく、特性の安定した有機半導体材料層を基板上に形成することができる。

請求項１０記載の発明は、請求項８または９記載の有機半導体パターン形成方法において、前記印刷版は、液体または固体に接触した状態で加熱されることにより後退接触角が低下し、気体に接触したで加熱されることにより後退接触角が上昇する性質を有する材料を含む層を表面に有する。

したがって、単一の印刷版であっても複数種類のパターンを形成することができる。

請求項１１記載の発明の有機半導体パターン形成方法は、基板表面に撥液性材料による撥液性パターンを形成する工程と、請求項１、２、３または４記載のインクを前記撥液性パターンが形成された基板表面へ付与することで撥液性材料のない部分に有機半導体層を形成する工程と、を具備する。

したがって、基板上に、特性の安定した有機半導体材料層を形成することができる。

請求項１２記載の発明の電子素子は、基板と、請求項１、２、３または４記載のインクを用いて前記基板の表面に所定パターンで形成された有機半導体材料層と、を具備する。

したがって、特性の安定した電子素子を得ることができる。

請求項１３記載の発明の電子素子アレイは、請求項１２記載の電子素子がアレイ状に配列された。

したがって、特性の安定した電子素子アレイを得ることができる。

請求項１４記載の発明の表示装置は、請求項１３記載の電子素子アレイを具備する。

したがって、請求項１３記載の発明の作用を奏する表示装置を得ることができる。

請求項１記載の発明の有機半導体形成用インクによれば、有機半導体形成用インク全体としての物性を、第二の液体の物性によって調整することができるので、第二の液体の物性を調整することで、基板に対する付着性、成膜後の表面性、安定性、および、取り扱い性を向上させることができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の有機半導体形成用インクにおいて、第一の液体における溶媒の室温での蒸発を低減することができるので、安定性を向上させることができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の有機半導体形成用インクにおいて、第一の液体における溶媒の表面張力が低い場合にも、基板に対する濡れ性を適正に維持することができるので、パターニング不良の発生を防止することができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の有機半導体形成用インクにおいて、第一の液体における溶媒の種類に拘わらず、安全かつ安価で扱い易い有機半導体形成用インクを提供することができる。

請求項５記載の発明の有機半導体パターン形成方法によれば、基板上に、特性の安定した有機半導体材料層を形成することができる。

請求項６記載の発明の有機半導体パターン形成方法によれば、基板上に、特性の安定した有機半導体材料層を形成することができる。

請求項７記載の発明の有機半導体パターン形成方法によれば、基板上に、特性の安定した有機半導体材料層を形成することができる。

請求項８記載の発明の有機半導体パターン形成方法によれば、基板上に、特性の安定した有機半導体材料層を形成することができる。

請求項９記載の発明の有機半導体パターン形成方法によれば、基板の表面性に左右されることなく、特性の安定した有機半導体材料層を基板上に形成することができる。

請求項１０記載の発明の有機半導体パターン形成方法によれば、請求項８または９記載の有機半導体パターン形成方法において、単一の印刷版であっても複数種類のパターンを形成することができる。

請求項１１記載の発明の有機半導体パターン形成方法によれば、基板上に、特性の安定した有機半導体材料層を形成することができる。

請求項１２記載の発明の電子素子によれば、特性の安定した電子素子を得ることができる。

請求項１３記載の発明の電子素子アレイによれば、特性の安定した電子素子アレイを得ることができる。

請求項１４記載の発明の表示装置によれば、請求項１３記載の発明の効果を奏する表示装置を得ることができる。

本発明を実施するための最良の一形態について図１ないし図４を参照して説明する。本実施の形態のインクは、有機ＥＬ等の電子素子の製造に際して用いることができる。公知の技術であるため有機ＥＬに関しては説明を省略するが、このような電子素子には、基板と、この基板の表面に設けられた有機半導体層とを有しているものがある。電子素子の製造に際して、基板表面に有機半導体材料を塗布して有機半導体材料を成膜する場合、有機半導体材料を有機溶媒に溶解した状態で塗布することが一般的である。

図１は、本発明の有機半導体形成用インクを模式的に示す説明図である。有機半導体形成用インク１は、有機半導体材料を溶解した第一の液体２を、第一の液体２を溶解しない第二の液体３に分散することによって構成されている。

第一の液体２においては、有機半導体材料を溶解するという機能を重視して溶媒を選定することが好ましい。

ここで、有機半導体材料の種類によっては、この有機半導体材料が溶けやすい溶媒と、溶けにくい溶媒とがある。例えば、公知のポリ３ヘキシルチオフェンを有機半導体材料として用いる場合には、溶媒としてキシレンやクロロホルムなどを用いる。これにより、有機半導体材料を溶媒中に溶解した第一の液体２を得ることができる。

図１から判るように、第一の液体２は、第二の液体３に包まれている。このため、有機半導体形成用インク１全体としての性質は、第二の液体３の特性が強く現れる。このため、本実施の形態においては、第二の液体３の特性を把握することで、有機半導体形成用インク１の特性を容易に制御することができる。言い換えるならば、第二の液体３の特性を選定することで、有機半導体形成用インク１として必要な特性を得ることができる。

例えば、室温中における第二の液体３の蒸気圧を、第一の液体２の室温での蒸気圧よりも低くする。これにより、第一の液体２の蒸気圧が高い場合にも、有機半導体形成用インク１全体では、蒸気圧の高い第一の液体２を蒸気圧の低い第二の液体３で包むこととなるので、蒸気圧の高い第一の液体２の蒸発を防止し、有機半導体形成用インク１の特性を安定させることが可能となる。

また、例えば、第二の液体３の表面張力を、第一の液体１の表面張力よりも高くするようにしてもよい。これによって、有機半導体を溶解する第一の液体２の表面張力に関わらず有機半導体形成用インク１全体での表面張力を高くすることが可能となる。

さらに、第二の液体３は、水であることが好ましい。これにより第一の液体２の種類に関わらず、安全で扱いやすい有機半導体形成用インク１を提供することが可能となる。また、安価な有機半導体形成用インク１を提供することができる。

第二の液体３としては、有機半導体形成用インク１の付着対象となる基板（図２参照）に対する有機半導体形成用インク１の付着性や保存性や、成膜後の有機半導体層の表面性等を考慮して適宜設定することが好ましい。

なお、有機半導体形成用インク１の製造において、第一の液体２を第二の液体３に分散させる際には、界面活性剤（図示せず）を添加しても良い。界面活性剤としては、例えば、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤および両性界面活性剤等が挙げられる。

なお、添加する界面活性剤は、第一の液体２と第二の液体３との組み合わせによって最適となる界面活性剤の種類が異なる。

例えば、アニオン界面活性剤としては、高級脂肪酸アルカリ塩、アルキル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルアリールスルホン酸塩、スルホコハク酸エステル塩などが挙げられる。

カチオン界面活性剤としては、高級アミンハロゲン酸塩、ハロゲン化アルキルピリジニウム、第四アンモニウム塩などが挙げられる。

ノニオン界面活性剤としては、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセリドが挙げられる。

両性界面活性剤としては、各種アミノ酸が挙げられる。

従来では、本実施の形態において第一の液体２となる溶液と同様の溶液をそのまま基板などに塗布した後、この溶液に含まれる溶媒を乾燥させることで有機半導体層を形成している。

これに対し、本実施の形態では、以下に示すようにして基板の表面に有機半導体材料層を形成する。ここで、図２は、基板の表面への有機半導体材料層の形成について示す説明図である。

まず、図２（ａ）に示すように、上述した有機半導体形成用インク１を用いて、基板４の表面に有機半導体形成用インク１の層５を形成する（基板の表面に有機半導体材料層を形成する工程）。

ここで、基板４の表面に有機半導体形成用インク１の層５を形成する方法としては、例えば、ノズルからインクを噴射させることが可能な装置（図示せず）を用いて、このノズルから所定のパターンに応じてインクを噴射することで、所定パターンの有機半導体形成用インク１の層５を基板４上に形成することが可能である。なお、有機半導体形成用インク１をノズルから噴射する技術としては、圧電素子を使って有機半導体形成用インク１に圧力を与えて噴射させる技術や、ヒーターによって有機半導体形成用インク１中に膜沸騰を発生させて有機半導体形成用インク１を噴射させる技術など各種技術があるが、いずれも公知の技術であるため説明を省略する。いずれの場合にも、有機半導体形成用インク１を良好に噴射させるためには、粘性や表面張力などの有機半導体形成用インク１の物性を定める各種の値を適正な値に制御することが必須である。

また、基板４の表面に有機半導体形成用インク１の層５を形成する方法としては、例えば、所定のパターンに応じた細孔が設けられた印刷版（図示せず）を通して、上述した有機半導体形成用インク１を付与することによって、基板４の表面に有機半導体形成用インク１の層５を形成するようにしてもよい。この方法は、いわゆる孔版印刷と同様であり、公知の技術であるため説明を省略する。

また、所定のパターンが形成された印刷版（図示せず）を介して、上述した有機半導体形成用インク１を転写することにより、基板４の表面に有機半導体形成用インク１の層５を形成するようにしてもよい。

ここで、所定のパターンが形成された印刷版としては、例えば、平版、凸版、凹版など種々のタイプのものを挙げることができる。このような方法によって有機半導体形成用インク１の層５を形成する場合、有機半導体形成用インク１全体として要求される特性（粘度、表面張力など）は印刷版によって異なるが、本実施の形態の有機半導体形成用インク１によれば、第二の液体３の選定によって有機半導体形成用インク１全体として要求される必要特性を実現することができる。なお、平版、凸版、凹版を印刷版として用いて基板上に所定のパターンを形成する方法は、いわゆる平版印刷、凸版印刷、凹版印刷として公知の技術であるため説明を省略する。

ところで、印刷版としては、加熱状態においては液体または固体と接触させたときの後退接触角が低下し、空気中で加熱するとこの後退接触角が上昇する性質を有する材料を含む層（以下、濡れ性可逆層と記す）を表面に有する基体を印刷版としてもよい。

ここで、後退接触角とは、図３に示すように、基体６の表面に積層した表面層７上に乗せた液体を乗せ、この液体の液滴８を移動させたときに、この液滴８の後端が表面層７に対してなす角（図３中αで示す）のことをいう。

本実施の形態の濡れ性可逆層の特性を図４を参照して模式的に示す。図４は、表面に濡れ性可逆層９が設けられた印刷版１０の一部を示している。表面（濡れ性可逆層９上）に液体の液滴８をのせた場合に、その後退接触角αが大きい状態を図４（ａ）とすると、図４（ａ）に示す状態の濡れ性可逆層９は、液体をはじきやすい状態にある。

濡れ性可逆層９は、図４（ａ）に示す状態から図４（ｂ）に示すようにこの濡れ性可逆層９に液体または固体（符号１１で示す）を接触させた状態で加熱すると、図４（ｃ）に示すように、液体（液体の液滴８）に対して濡れやすい表面状態に変化する。図４（ｃ）に示す状態では、後退接触角αも低下している。

濡れ性可逆層９は、図４（ｄ）に示すように、図４（ｃ）に示す状態からこの濡れ性可逆層９に気体を接触させた状態で加熱すると、再び、図４（ａ）に示すような液体をはじく状態に戻る。

このような濡れ性可逆層９を用いることで、単一の印刷版であっても、後退接触角αの低下したパターン、すなわち、濡れやすいパターンを可逆的に形成することが可能となる。これによって、一つの印刷版１０を使って様々なパターンを形成することができる。

なお、このような印刷版１０に対するパターンの形成方法としては、例えば、最初は濡れ性可逆層９全面を気体中で加熱して後退接触角が大きい状態にしておく。そして、パターンを形成したい部分に液体／固体１１を接触させて加熱することで、後退接触角αが小さいパターンを形成してもよい。

また、印刷版１０に対するパターンの形成方法としては、例えば、最初は濡れ性可逆層９の全面に液体／固体１１を接触させて加熱することで、濡れ性可逆層９の全面を後退接触角αが小さい状態にし、有機半導体形成用インク１を付着させたくない部分を気体中で加熱することによってパターン形成をするようにしてもよい。

そして、パターンが形成された後の印刷版１０の表面に上述した有機半導体形成用インク１を付与することで、形成したパターンに応じた有機半導体形成用インク層（図示せず）を形成することができる。印刷版１０に形成した有機半導体形成用インク層は、基板４などに転写して有機半導体インク１の層５のパターニングを行う。

なお、液体または固体と接触させた状態で加熱したときに後退接触角が低下し、空気中で加熱することにより後退接触角が上昇する性質を有する材料としては、例えば、パーフルオロアルキル基を側鎖に持つポリマーが好適に用いられる（例えば、特開平３−１７８４７８号公報、特開平３−２４６１３３号公報等参照）。

また、電子素子（図２（ｂ）参照）等に用いられるパターン形成方法として、基板４の表面に撥液性材料による撥液性パターンを形成する工程と、有機半導体材料を含有した有機半導体形成用インク１を撥液性パターンが形成された基板４の表面へ付与することで撥液性材料のない部分（非撥液部）に有機半導体インク１の層５を形成する工程とからなる有機半導体のパターン形成方法において、上述した有機半導体形成用インク１を用いるようにしてもよい。

このとき、本実施の形態の有機半導体形成用インク１は、第一の液体２の物性と第二の液体３の物性とをそれぞれ設定することができるので、第一の液体２における溶媒と、第二の液体３との物性の調整を容易に行なうことができる。

ここで、有機半導体形成用インク１の特性が、撥液性材料のある部分（撥液部）と非撥液部とのインクの付着性に差が出るように、第二の液体３の物性を調整することで、有機半導体材料の溶解と、有機半導体材料層形成に際してのプロセスに必要な特性とを容易に両立することが可能となる。これによって、特性の安定した有機半導体形成用インク１、すなわち、有機半導体材料のパターニングができる。

また、特に図示しないが、転写部材表面に上述した有機半導体インク１を所定パターンで設け（インクを所定パターンで設ける工程）、この転写部材の表面を基板４に接触させることで転写部材表面の有機半導体形成用インク１を基板４に転写する（インクを基板に転写する工程）ようにしてもよい。

ここで、転写部材としては、弾性を有する材料を用いることが好ましい。弾性を有する材料によって転写部材を形成することにより、所定パターンの有機半導体層を基板４の表面に形成する際に、基板４の表面の凹凸などの影響を受けにくくすることができる。弾性を有する材料としては、適度な弾性、インクが付着しやすい性質、さらには、付着したインクが凝集したり広がったりして付着させたパターンが変形することのないような特性が必要となる。インクの特性によって最適な転写体材料は変わるが、このような機能を実現する材料としては、具体的に、天然ゴム、スチレン・ブタジエン共重合ゴム、スチレンゴム、ブタジエンゴム、アクリロニトリルゴムなど各種ゴム類を一例として挙げることができる。

ここで、従来のインクでは、有機半導体インク１の層５を形成するためには、有機半導体材料を溶解する性能を有することが前提であり、安定性や取り扱い性等の機能をさらに付加するためには、有機半導体材料を溶解する性能に加えて安定性や取り扱い性等の機能をさらに有する単一の溶媒を用いなくてはならない。

これに対し、本実施の形態の有機半導体形成用インク１では、有機半導体材料を溶解する機能を有する溶媒を第一の液体２における溶媒とし、有機半導体形成用インク１として要求する物性を有する溶液を第二の液体３に用いることで、目的とする機能を第一および第二の溶液２，３にそれぞれ分けることができる。

このため、有機半導体材料を溶解するという特性と、有機半導体材料を基板４上に塗布するというプロセスに必要な特性との両立を容易に実現することができる。

これによって、有機半導体形成用インク１の性能を安定させ、有機半導体形成用インク１の層５のパターニング特性を安定化することができる。

有機半導体形成用インク１を基板４の表面に付着させた後、この有機半導体形成用インク１中に含まれる第一の液体２における溶媒および第二の液体３を除去する。これによって、図２（ｂ）に示すように、基板４の表面に有機半導体層１２を有する電子素子１３が形成される。なお、図２（ｂ）では、電子素子１３としたが、これに限るものではなく、この電子素子１３が複数個アレイ状に設けられた電子素子アレイ（図示せず）としてもよい。

ここで、第一の液体２における溶媒および第二の液体３を除去する方法としては、一般的な方法として、例えば、基板４を加熱したり基板４の周囲を減圧したりして液体状成分を蒸発させることによって除去する方法を用いることができる。

なお、第一の液体２における溶媒および第二の液体３を除去する方法としては、これに限るものではなく、第一の液体２中に含まれる有機半導体材料を基板４上に残留させ、かつ、第一の液体２における溶媒および第二の液体３を除去することが可能な方法であれば、蒸発に限定するものではない。

このように、本実施の形態の有機半導体形成用インク１によれば、第二の液体３の特性によって有機半導体形成用インク１としての機能を選択することができるため、有機半導体形成用インク１の付着性や保存性、成膜後の有機半導体層の表面性などを最適に調整することが可能となる。そのため、特性の安定した有機半導体層を得ることができる。

上述したように、基板４と、この基板４上に設けられて本実施の形態の有機半導体形成用インク１および製造方法を用いて形成した有機半導体層１２とを有する電子素子１３によれは、特性を安定化することができる。

また、このような電子素子１３が複数個アレイ状に配列された電子素子アレイによっても、特性を安定化することができる。

また、このような電子素子１３あるいは電子素子アレイを用いることで、特性の安定した表示装置を提供することができる。

ここで、図５は、表示装置および電子機器として、本実施の形態の電子素子１３が複数個アレイ状に配列された電子素子アレイを用いた画像表示装置を示す縦断面図である。図４に示すように、画像表示装置１４は、上述した有機半導体形成用インク１および製造方法によって形成された有機半導体材料層１２を有する電子素子アレイ基板１５と、透明導電膜１６を有する基板１７とを備えている。電子素子アレイ基板１５と基板１７との間には、表示素子１８が設けられている。画像表示装置１４においては、画素電極を兼ねるドレイン電極１９上の表示素子１８がスイッチングされる。

基板１７としては、ガラスやポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等のプラスチックなどを用いることができる。

表示素子１８としては、液晶、電気泳動、有機ＥＬ等の方式を用いることができる。

液晶表示素子は、電界駆動であることから消費電力が小さく、また、駆動電圧が低いこと。このため、表示素子１８として、例えば、液晶を用いた場合、ＴＦＴの駆動周波数を高くすることができ、大容量表示に適している。液晶表示素子の表示方式として、ＴＮ、ＳＴＮ、ゲスト・ホスト型、高分子分散液晶（Polymer-dispersed Liquid Crystal＝ＰＤＬＣ）が好ましい。

電気泳動表示素子は、第一の色（例えば白色）を呈する粒子を、第一の色とは異なる第二の色を呈する着色分散媒中に分散させた分散液からなる。公知の技術であるため説明を省略するが、第一の色を呈する粒子は、着色分散媒中で帯電することにより、電界の作用によって分散媒中における存在位置を変えることができるので、電気泳動表示素子では、それによって呈する色を変化させる。この表示方式によれば、明るく、視野角の広い表示を行うことができる。また、この表示方式によれば、表示メモリ性があるため、特に、消費電力を低減することができ、好ましい。

また、上述した分散液を高分子膜で包んだマイクロカプセルとすることで、表示動作の安定化を図ることができる。さらに、上述した分散液を高分子膜で包んだマイクロカプセルとすることで、画像表示装置１４を容易に製造することができる。

マイクロカプセルは、コアセルベーション法、Ｉｎ−Ｓｉｔｕ重合法、界面重合法等、公知の各種方法を用いて作製することができる。なお、コアセルベーション法、Ｉｎ−Ｓｉｔｕ重合法、界面重合法については公知の技術であるため説明を省略する。

上述した分散液において、白色を呈する粒子としては、酸化チタンが特に好適に用いられる。酸化チタンは、必要に応じて表面処理あるいは他の材料との複合化等が施される。

また、上述した分散液における分散媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフテン系炭化水素等の芳香族炭化水素類や、ヘキサン、シクロヘキサン、ケロシン、パラフィン系炭化水素等の脂肪族炭化水素類や、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、トリクロロフルオロエチレン、臭化エチル等のハロゲン化炭素類（炭化水素類）や、含フッ素エーテル化合物、含フッ素エステル化合物、シリコーンオイル等の抵抗率の高い有機溶媒を使用することが好ましい。分散媒を着色するためには、所望の吸収特性を有するアントラキノン類やアゾ化合物類等の油溶性染料が用いられる。

なお、分散媒中には、分散安定化のために、界面活性剤等を添加してもよい。

有機ＥＬ素子は、自発光型である。このため、表示素子１８として、例えば、有機ＥＬを用いた場合には、鮮やかなフルカラー表示を行うことができる。また、ＥＬ層は、非常に薄い有機薄膜である。このため、柔軟性に富み、特に、フレキシブルな基板１７上に表示素子１８を形成する場合に適している。

このように、本実施の形態の電子素子アレイ基板１５を用いることで、画像表示装置１４における特性の安定化を図ることができる。

次に、本発明の実施例について説明する。

＜実施例１＞
有機半導体材料としてポリ３ヘキシルチオフェンを用い、このポリ３ヘキシルチオフェンをクロロホルムに溶解することで第一の液体２を作製した。すなわち、実施例１では、クロロホルムが第一の液体における溶媒となる。この第一の液体２を、第二の液体３としての水に混合した後、高速攪拌して分散させることで有機半導体形成用インク１を作製した。なお、実施例１では、第二の液体３としての水に、ノニオン界面活性剤が添加されている。

実施例１では、有機半導体形成用インク１からのクロロホルムの蒸発はほとんどなく、安定した組成の有機半導体形成用インク１を得ることができた。

＜比較例１＞
有機半導体材料としてポリ３ヘキシルチオフェンを用い、このポリ３ヘキシルチオフェンをクロロホルムに溶解しただけのインクを作製した。

比較例１のインクでは、時間の経過とともにクロロホルムが蒸発し、組成の変化が大きかった。

＜実施例２＞
図６は、実施例２の有機トランジスタアレイを示す説明図である。図６（ａ）に示すように、絶縁性基板２０の上に、通常のフォトリソグラフィ工程によって、ゲート電極２１、ゲート絶縁膜２２、ソース電極２３およびドレイン電極２４を順次形成することで、有機トランジスタアレイの基板２５を形成した。

次に、ガラス基板（図示せず）にフッ素系コーティング剤オプツールＤＳＸ（製品名、ダイキン工業）をマスク蒸着して版とした。

また、ポリ３ヘキシルチオフェンをクロロホルムに溶解し、これを水に混合した後高速攪拌して分散させて、有機半導体形成用インク１を作製した。

この有機半導体形成用インク１を攪拌した直後に上述の版上に塗布し、この版を上述した基板２５に接触させて、版上の有機半導体形成用インク１を基板２５に転写した。

なお、本実施例における有機半導体形成用インク１には界面活性剤が入っていない。

本実施例における有機半導体形成用インク１には界面活性剤が入っていないため、この有機半導体形成用インク１の分散安定性は悪く時間が経過すると分散したクロロホルム液滴の凝集が起こる。しかしながら、攪拌直後に塗布した後の、転写工程中（数秒）においては、凝集はほとんど起こらなかった。また、版の濡れ性の違いに応じて有機半導体形成用インク１が付着し、版上の有機半導体形成用インク１が基板２５に良好に転写された。

その後、１００℃で２０分乾燥することで有機半導体層１２を形成することで（図６（ｂ））、複数のトランジスタ２６を有する有機トランジスタアレイ２７を製作した。

実施例２によれば、隣のトランジスタ２６からのリークのない特性の安定した有機トランジスタアレイ２７を得ることができた。

＜比較例２＞
比較例２として、上述の比較例１の有機半導体形成用インク１を用い、実施例２と同様にして基板２５上に有機半導体層１２を形成して有機トランジスタアレイ２７を製作した。

比較例１によれば、版の濡れ性の悪い部分（撥液性部分）にも多少の有機半導体形成用インク１が付着していることが認められた。また、場所によっては、隣どうしのトランジスタ２６の半導体層が電気的に接続されている部分があった。このような部分では、隣のトランジスタ２６からのリーク電流による相互干渉が大きかった。

＜実施例３＞
実施例２と同様にしてトランジスタアレイ基板２５を製作した（図６（ａ）参照）。

次に、カーボン入りポリイミドフィルムに含フッ素アクリレート系材料ＬＳ３１７（製品名、旭硝子）を塗布して濡れ性可逆層９を形成し、全面に水を接触させて加熱することで、濡れ性可逆層９の全面を後退接触角αが低い状態にした。

空気中で半導体レーザを照射して加熱することによって、濡れ性の違うパターンを形成した。

次いで、実施例２に示した有機半導体形成用インク１を濡れ性可逆層９の表面に付与して有機半導体形成用インク１のパターンを形成し、これをトランジスタアレイ基板２５に接触させて有機半導体形成用インク１をトランジスタアレイ基板２５に転写した。

その後、このトランジスタアレイ基板２５を１００℃２０分加熱して有機半導体層１２を形成することで（図６（ｂ）参照）、有機トランジスタアレイ２７を作製した。

実施例３によれば、隣のトランジスタ２６からのリークのない特性の安定した有機トランジスタアレイ２７を得ることができた。

また、トランジスタアレイ２７の製作終了後、濡れ性可逆層９全面を水に接触させて加熱することで、再び、濡れ性可逆層９全面を後退接触角が低い状態にした。

次に、上記と同じ手順で別のパターンを形成し、有機半導体形成用インク１付与、別のトランジスタアレイ基板２５への転写、加熱処理を施して別のトランジスタアレイ２７を製作することができた。これにより、単一の版で複数のパターンの有機半導体層１２の形成が可能であることが判る。

＜実施例４＞
実施例２と同様の版に有機半導体を含有する有機半導体形成用インク１を付着させ、そのパターンを転写体であるスチレン・ブタジエン共重合体ゴムに転写し、その後、実施例２と同様のトランジスタアレイ基板２５に転写した。

実施例４によれば、隣のトランジスタから２６のリークのない特性の安定した有機トランジスタアレイ２７を得ることができた。

＜実施例５＞
図７は、実施例５の有機トランジスタアレイを示す説明図である。絶縁性基板２０の上に通常のフォトリソグラフィ工程によってゲート電極２１、ゲート絶縁膜２２、ソース電極２３およびドレイン電極２４をこの順番で順次形成した。次に基板２５表面にメタルマスクをのせて、フッ素系コーティング剤オプツールＤＳＸ（製品名、ダイキン工業製）を蒸着することで、図７（ａ）に示すようなパターンの撥液性材料層２８を形成した。

その後、実施の形態２と同じ有機半導体形成用インク１を塗布、乾燥することで図７（ｂ）に示すように有機半導体層１２を形成して、トランジスタ２６が複数個配列された有機トランジスタアレイ２９を製作した。

実施例５によれば、隣のトランジスタ２６からのリークのない特性の安定した有機トランジスタアレイ２９を得ることができた。
＜比較例３＞
比較のために、インクとしてポリ３ヘキシルチオフェンをクロロホルムに溶解したものを用いたところ、撥液性材料層にも多少のインクが付着し、場所によっては隣どうしのトランジスタの半導体層が電気的に接続されている部分があった。このような部分では、隣のトランジスタからのリーク電流による相互干渉が大きかった。

＜実施例６＞
図８は、実施例６の画像表示装置を示す縦断面図である。図８に示すように、表示装置としての画像表示装置３０は、ポリカーボネート基板３１と、このポリカーボネート基板３１上に形成されたマイクロカプセル層３２とを備えている。ポリカーボネート基板３１は、ＩＴＯからなる透明電極３３が形成されている。マイクロカプセル層３２は、酸化チタン粒子３４とオイルブルーで着色したアイソパー３５とを内包するマイクロカプセル３６をＰＶＡ水溶液に混合した溶液を、ポリカーボネート基板３１に塗布することによって形成されている。画像表示装置３０は、このマイクロカプセル層３２が設けられたポリカーボネート基板３１と、実施例３のトランジスタアレイ基板２５とを接着することにより構成されている。

画像表示装置３０において、ゲート電極に繋がるバスラインには走査信号用のドライバＩＣが接続され、ソース電極に繋がるバスラインにはデータ信号用のドライバＩＣがそれぞれ接続されている。

このような画像表示装置３０で、０．５秒毎に画面の切り替えを行ったところ、良好な静止画像表示を行うことができた。

本発明のインクを模式的に示す説明図である。 基板の表面への有機半導体材料層の形成について示す説明図である。 後退接触角について示す説明図である。 表面に濡れ性可逆層が設けられた印刷版の一部を示している。 画像表示装置を示す縦断面図である。 実施例２の有機トランジスタアレイを示す説明図である。 実施例５の有機トランジスタアレイを示す説明図である。 実施例６の画像表示装置を示す縦断面図である。 従来の有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）材料のパターニング方法を示す説明図である。

符号の説明

２ 第一の液体
３ 第二の液体
１ 有機半導体形成用インク
４ 基板
１２ 有機半導体材料層
１３ 電子素子
１４ 表示装置
１５ 電子素子アレイ
３０ 表示装置

Claims (14)

1. 有機半導体材料とこの有機半導体材料を溶解する溶媒とを含む第一の液体と、
   前記第一の液体が分散されてこの第一の液体を溶解しない第二の液体と、
   を具備する有機半導体形成用インク。
2. 前記第二の液体は、室温での蒸気圧が前記第一の液体の室温での蒸気圧よりも低い請求項１記載の有機半導体形成用インク。
3. 前記第二の液体は、前記第一の液体の表面張力よりも高い表面張力を有する請求項１記載の有機半導体形成用インク。
4. 前記第二の液体は、水であることを特徴とする請求項１記載の有機半導体形成用インク。
5. 請求項１、２、３または４記載のインクを用いて基板の表面に所定パターンの有機半導体材料層を形成する工程を具備する有機半導体パターン形成方法。
6. 請求項１、２、３または４記載のインクを所定のパターンに応じて噴射することにより基板の表面に有機半導体層を形成する工程を具備する有機半導体パターン形成方法。
7. 所定のパターンに応じた細孔が設けられた印刷版を通して請求項１、２、３または４記載のインクを付与することにより基板の表面に有機半導体材料層を形成する工程を具備する有機半導体パターン形成方法。
8. 所定のパターンが形成された印刷版を介して請求項１、２、３または４記載のインクを転写することにより基板の表面に有機半導体層を形成する工程を具備する有機半導体パターン形成方法。
9. 印刷版の表面に請求項１、２、３または４記載のインクを所定パターンで設ける工程と、
   前記印刷版の表面を基板に接触させることで前記転写部材表面のインクを前記基板に転写する工程と、
   を具備する有機半導体パターン形成方法。
10. 前記印刷版は、液体または固体に接触した状態で加熱されることにより後退接触角が低下し、気体に接触したで加熱されることにより後退接触角が上昇する性質を有する材料を含む層を表面に有する請求項８または９記載の有機半導体パターン形成方法。
11. 基板表面に撥液性材料による撥液性パターンを形成する工程と、
    請求項１、２、３または４記載のインクを前記撥液性パターンが形成された基板表面へ付与することで撥液性材料のない部分に有機半導体層を形成する工程と、
    を具備する有機半導体パターン形成方法。
12. 基板と、
    請求項１、２、３または４記載のインクを用いて前記基板の表面に所定パターンで形成された有機半導体材料層と、
    を具備する電子素子。
13. 請求項１２記載の電子素子がアレイ状に配列された電子素子アレイ。
14. 請求項１３記載の電子素子アレイを具備する表示装置。
    

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