JP2007305950A

JP2007305950A - 絶縁塗料、これから形成された有機絶縁膜、その形成方法および有機トランジスタ

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Publication number: JP2007305950A
Application number: JP2006177942A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kino; 修喜納
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-04-12
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2026-06-28
Also published as: JP4807159B2

Abstract

【課題】移動度およびオンオフ比が高く、閾値、駆動電圧、オフ電流を低くすることのできる有機トランジスタの形成に好適な絶縁塗料、これから形成された有機絶縁膜、その形成方法および有機トランジスタを提供する。
【解決手段】（１）シランカップリング剤と、（２）１種類以上のエポキシ系高分子前駆体と、（３）前記（１）および前記（２）成分を溶解させる溶媒とを含む絶縁塗料。
絶縁塗料を基材上に薄膜形成した後に硬化させる工程を含む有機絶縁膜の形成方法。
該方法により形成されたことを特徴とする有機絶縁膜。
ゲート電極１１１、ゲート絶縁層１１２、ソース電極１１３、ドレイン電極１１４および半導体層１１５を含み、ゲート絶縁層１１２が該有機絶縁膜からなる有機トランジスタ。
【選択図】図５

Description

本発明は表示装置の製造に好適に用いられる絶縁塗料、これから形成された有機絶縁膜、その形成方法および有機トランジスタに関し、詳しくは、プラスチックフィルム基材を用い、印刷的手法によって有機トランジスタを形成するための絶縁塗料、これから形成された有機絶縁膜、その形成方法および有機トランジスタに関する。

各種の半導体装置のうち、液晶ディスプレイ、電界発光ディスプレイ、電気泳動型ディスプレイ等のアクティブマトリックス基板は、絶縁表面を有する基板の表面にフォトリソグラフィーなどの方法を用いて非晶質もしくは多結晶シリコン薄膜トランジスタを形成する。一般的にＴＦＴを作製する際の金属や半導体、絶縁体を成膜する工程は高温処理を伴うため、用いる基板には耐熱性の優れる材質が必要であり、石英ガラスや耐熱ガラスなど限られている。
また、製造に多くのエネルギーを使用し、真空での素子作製工程を経るため、製造ラインに高価な設備を必要とし、高コストになるという欠点がある。

これに対して有機トランジスタを用いると、ガラス基板などに代えてプラスチックフィルム基材上にウェットプロセスで、低温工程を用いてＴＦＴを形成できる可能性がある。
これにより、プラスチックフィルム基材を用いたフレキシブルＴＦＴおよびフレキシブルディスプレイを低価に製造できる利点がある。

ところで、従来、有機トランジスタにおいてウェットプロセスでゲート絶縁膜を形成した例としては、例えば、ポリイミドを使用した例や（非特許文献１、非特許文献２）、熱硬化型ポリビニルフェノールを使用した例があるが（非特許文献３）、これらの絶縁膜の工程温度は２００℃から３００℃以上必要であり、プラスチックフィルム基材を用いる製造条件が厳しく工業的に適さないなどの問題を有している。

一方、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を絶縁膜として使用するトランジスタが開示されているが（非特許文献４）、ＰＶＡは吸湿性が高く、空気中の製造やトランジスタ性能の安定性には問題があり、ゲート絶縁膜の吸湿性は低いことが望ましい。

また、一般に有機トランジスタは非晶質シリコントランジスタと比較して、駆動電圧および閾値電圧が非常に高い。
ＴＦＴの特性、特に駆動電圧を調整し、閾値電圧を減らすためにゲート絶縁膜を表面処理した研究例がある（非特許文献３、非特許文献５）。
しかしながら、絶縁膜の表面を処理する工程は複雑な堆積プロセスを必要とすることがある。
Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．９，１２９９（１９９７）Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，２６５（２００３）Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．９２，９，５２５９（２００２）ＳＩＤ０１Ｄｉｇｅｓｔ５７ページＰｏｌｙｍ．Ｐｒｅｐｒ．Ｊｐｎ．Ｖｏｌ．５４，Ｎｏ．２（２００５）

本発明の目的は、移動度およびオンオフ比が高く、閾値、駆動電圧、オフ電流を低くすることのできる有機トランジスタの形成に好適な絶縁塗料、これから形成された有機絶縁膜、その形成方法および有機トランジスタを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、
（１）シランカップリング剤と、
（２）１種類以上のエポキシ系高分子前駆体と、
（３）前記（１）および前記（２）成分を溶解させる溶媒と、
を含むことを特徴とする絶縁塗料である。

請求項２に記載の発明は、前記シランカップリング剤は、下記化学式１〜４で表される化合物から選択された１種類以上の化合物であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁塗料である。

（化学式１）ＳｉＸ^１Ｘ^２Ｘ^３Ｘ^４

（化学式２）Ｒ^１ＳｉＸ^１Ｘ^２Ｘ^３

（化学式３）Ｒ^１Ｒ^２ＳｉＸ^１Ｘ^２

（化学式４）Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３ＳｉＸ^１

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は独立したアルキル基もしくは、アミノ基である。
また、式中、Ｘ^１、Ｘ^２、Ｘ^３、Ｘ^４は独立したアルコキシ基である。）

請求項３に記載の発明は、前記エポキシ系高分子前駆体が、エポキシ基を２個以上含むことを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁塗料である。

請求項４に記載の発明は、前記エポキシ系高分子前駆体１００重量部に対し、カップリング剤を０．１〜２０重量部添加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁塗料である。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁塗料を基材上に薄膜形成した後に硬化させる工程を含む有機絶縁膜の形成方法である。

請求項６に記載の発明は、前記薄膜形成が、スピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、グラビアコーティング、リバースグラビアコーティング、ロールコーティング、フレキソプリンティング、インクジェットプリンティング、スロットダイコーティング、キャップコーティングまたはバーコーティングにより行われることを特徴とする請求項５に記載の有機絶縁膜の形成方法である。

請求項７に記載の発明は、前記硬化させる工程が、６０℃から１８０℃の温度で１０分から１２０分の熱処理を行う工程であることを特徴とする請求項５または６に記載の有機絶縁膜の形成方法である。

請求項８に記載の発明は、請求項５〜７のいずれかに記載の方法により形成されたことを特徴とする有機絶縁膜である。

請求項９に記載の発明は、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極および有機半導体層を含んでなる有機トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁層が請求項８に記載の有機絶縁膜からなることを特徴とする有機トランジスタである。

請求項１０に記載の発明は、前記有機トランジスタがボトムゲート構造であることを特徴とする請求項９に記載の有機トランジスタである。

請求項１１に記載の発明は、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極および有機半導体層を含んでなるボトムゲート構造の有機トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁膜が、オクタデシルトリメトキシシランと、エポキシ基を２個以上含むエポキシ系高分子前駆体と、シクロヘキサノンとからなるとともに、前記エポキシ系高分子前駆体１００重量部に対し、オクタデシルトリメトキシシランを１．０〜１５．０重量部添加してなる絶縁塗料を基材上に薄膜形成した後に硬化させて形成したものであることを特徴とする有機トランジスタである。

本発明によれば、移動度およびオンオフ比が高く、閾値、駆動電圧、オフ電流を低くすることのできる有機トランジスタの形成に好適な絶縁塗料、これから形成された有機絶縁膜、その形成方法および有機トランジスタを提供することができる。
とくに本発明では、有機トランジスタに用いるゲート絶縁膜形成をウェットプロセスによって行うことができ、製造工程の低温化、簡略化、コスト削減を得ることができるので、フレキシブル薄膜トランジスタの形成に有効である。

以下、本発明の実施の形態についてさらに説明する。
本実施の形態に関わる絶縁塗料は、（１）シランカップリング剤と（２）エポキシ系高分子前駆体と（３）前記（１）と前記（２）成分を溶解させる溶媒からなる。

シランカップリング剤は、下記化学式１から４で表される化合物からなる群より選択された１種類以上の化合物であることが好ましい。

（化学式１）ＳｉＸ^１Ｘ^２Ｘ^３Ｘ^４

（化学式２）Ｒ^１ＳｉＸ^１Ｘ^２Ｘ^３

（化学式３）Ｒ^１Ｒ^２ＳｉＸ^１Ｘ^２

（化学式４）Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３ＳｉＸ^１

上記式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は独立してアルキル基もしくは、アミノ基である。また、式中、Ｘ^１、Ｘ^２、Ｘ^３、Ｘ^４は独立してアルコキシ基である。

具体的には、イソブチルトリメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、ｎ−デシルトリメトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ジイソブチルジメトキシシラン、ｎ−オクチルメトキシシロキサン、エチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ｎ−ヘキシルトリメトキシシラン、ｎ−ヘキシルトリエトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ｎ−オクタデシルトリメトキシシラン、トリメチルプロポキシシラン、トリメチルイソプロポキシシラン、フェノキシトリメチルシラン、シクロヘキロキシトリメチルシラン、などのアルキル基や、

３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルメチルジメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、２−アミノエチルアミノメチルトリメトキシシラン、４−（ジメチルアミノ）フェニルトリエトキシシラン、Ｎ−［３−（トリメトキシシリル）プロピル］エチレンジアミン、３−（ジメチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、［４−（ジメチルアミノ）フェニル］トリエトキシシランなどの１級、２級、３級アミン部位を有するアルコキシシランを用いることができる。

また上記化合物例以外に、化学式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は独立して水素原子、アルキレン基、シクロアルキル基、アリール基でも良く、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、スチリル基、シアノ基、ニトロ基、スルフィド基、エーテル基で置換されたアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、フェニル基であっても良く、複素環や有機リン結合部位を含んでいても良い。
また、アルキル基、アルキレン基、シクロアルキル基、アリール基、もしくは、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、スチリル基、シアノ基、ニトロ基、スルフィド基、エーテル基で置換されたアルキル基、アルキレン基、シクロアルキル基、アリール基は全フッ素化もしくは部分フッ素化されていてもよい。
Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は複数の官能基を有していても良い。

具体的には、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメトキシメチルフェニルシラン、フェニルトリメトキシシラン、ベンジルジメチルエトキシシラン、ベンジルトリエトキシシラン、（９Ｈ−フルオレン−９−イル）トリイソプロポキシシランなどのアリール基を有するアルコキシシランや、

シクロヘキシルトリメトキシシラン、ジシクロペンチルジメトキシシラン、（シクロプロピルメチル）ジメチルメトキシシランなどのシクロアルキル基を有するアルコキシシランや、

ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリス（メトキシエトキシ）シラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、アリルトリメトキシシラン、エトキシジメチルビニルシラン、１−シクロヘキセニロキシトリメチルシラン、２，４−シクロペンタジエニルトリメトキシシランなどの不飽和炭素結合を有するアルコキシシランや、

ジメトキシメチル−３，３，３−トリフルオロプロピルシラン、３，３，３−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、２−（ノナデカフルオロノニル）エチルトリエトキシシラン、３，３，３−トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、（ペンタフルオロフェニル）トリエトキシシラン、８，８，８−トリフルオロオクチルトリエトキシシラン、２−（ヘニコサフルオロデシル）エチルトリエトキシシラン、（４−フルオロフェニル）トリメトキシシランなどのフッ素化されたアルコキシシランや、

ビス［３−（トリメトキシシリル）プロピル］ペルスルフィド、ビス［３−（トリエトキシシリル）プロピル］ペルスルフィド、ビス［３−（トリエトキシシリル）プロピル］ペルテトラスルフィド、４−［４−［３−（トリメトキシシリル）プロピルチオ］ブチル］−４′−メチル−２，２′−ビピリジンなどのスルフィド基を有するアルコキシシランや、

１−（トリメトキシシロキシ）シクロヘキセン、（３−メトキシプロピル）トリメトキシシラン、［３−（１，３−ジオキソラン−４−イルメトキシ）プロピル］トリメトキシシラン、（４，７，１０，１３−テトラオキサテトラデカン−１−イル）ジメトキシシランなどのエ−テル基を有するアルコキシシランや、

３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ウレイドプロピルトリメトキシシラン、３−（３−ヘプチルウレイド）プロピルトリエトキシシランなどのウレイド基を有するアルコキシシランや、

ｐ−スチリルトリメトキシシラン、スチリルエチルジメトキシシランなどのスチリル基を有するアルコキシシランや、

３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメチルシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、１１−メルカプトウンデシルトリエトキシシランなどのメルカプト基を有するアルコキシシランや、

３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、テトライソシアネートシラン、ビス（アセチルアセトナート）シリコンジイソシアネートなどのイソシアネート基を有するアルコキシシランや、

３−［（２−ニトロベンジル）チオ］プロピルトリメトキシシラン、３−［（２−ニトロベンジル）オキシ］プロピルトリメトキシシラン、３−（２，４−ジニトロアニリノ）プロピルトリエトキシシラン、メチル［３−（４−ニトロベンジリデンアミノ）プロピル］ジエトキシシランなどのニトロ基を有するアルコキシシランや、

２−シアノエチルトリエトキシシラン、（２−シアノエチル）エトキシジメトキシシラン、３−シアノプロピルトリメトキシシランなどのシアノ基を有するアルコキシシランや、

３−ピペリジノプロピルトリメトキシシラン、（ピペリジノメチル）トリエトキシシラン、３−ピペラジノプロピルトリメトキシシラン、ジメトキシメチル−３−ピペラジノプロピルシシラン、［３−（ベンゾチアゾ−ル−２−イルジチオ）プロピル］トリエトキシシラン、１−［３−（トリメトキシシリル）プロピル］−１Ｈ−イミダゾ−ル、２−［２−（トリメトキシシリル）エチル］ピリジンなどの複素環を含むアルコキシシランや、

３−（ジフェニルホスフィノ）プロピルトリメトキシシラン、［４−［４−（ジフェニルホスフィノ）フェニル］ブチル］トリイソプロポキシシランなどの有機リン結合部位を含むアルコキシシランなどを例としてあげることが出来るがこれに限定されない。

シランカップリング剤の加水分解性官能基として塩素などのハロゲンを用いることは、ゲート絶縁膜中に活性イオンを混入させることになり、閾値電圧および駆動電圧、オフ電流が増加し好ましくない。

絶縁塗料に用いるエポキシ系高分子前駆体はエポキシ基を２個以上含む化合物であることが好ましく、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、臭素含有ビスフェノールＡ型、ノボラック型、アルコール型のグリシジルエーテルタイプのエポキシ樹脂や、芳香族アミン型、アミノフェノール型のグリシジルアミンタイプのエポキシ樹脂や、ヒドロフタル酸型やダイマー型のグリシジルエステルタイプのエポキシ樹脂や脂環式タイプのエポキシ樹脂などを用いることができるが、これに限定される物では無い。

また、使用される溶媒はヘキサンなどの脂肪族炭化水素系溶媒、シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素系溶媒、ペンテン等の不飽和炭化水素系溶媒、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、アセトンなどのケトン系溶媒、ジエチルエーテルなどのエーテル系溶媒、ブチルアセテートなどのアセテート系溶媒、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶媒、クロロホルムなどのハロゲン系溶媒またはこれらの混合溶媒を用いることができる。

硬化剤は、脂肪族、脂環族、芳香族などのアミン系硬化剤や、酸無水物系硬化剤や、フェノール系硬化剤を用いることができる。
１８０℃以下の硬化条件により有機絶縁膜を形成でき、室温で使用する際にはゲル化等を引き起こす反応性を示さない硬化剤を選択することが好ましい。

さらには、添加物として絶縁性高分子や高分子前駆体を硬化させる硬化剤、硬化促進剤、レベリング剤などを含んでいても良く、（３）の溶媒はこれらの添加物を溶解させることが好ましい。

シランカップリング剤の使用割合は前記高分子前駆体１００重量部に対し、０．１から２０重量部であることが好ましい。
シランカップリング剤が０．１質量部より少ないと、絶縁塗料から有機絶縁膜を形成した際の有機トランジスタへの有効な効果（オフ電流の低減、閾値電圧の低減など）が得られない。
また、シランカップリング剤が２０質量部より多いと、有機絶縁膜の表面平滑性が低下することや、有機絶縁膜強度の脆弱化、絶縁性の低下などの不良が発生する。

また、本発明では絶縁塗料を基材上にウェットプロセスで薄膜形成し、硬化させることで有機絶縁膜を得る。
この際の薄膜の形成方法は、スピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、グラビアコーティング、リバースグラビアコーティング、ロールコーティング、フレキソプリンティング、インクジェットプリンティング、スロットダイコーティング、キャップコーティング、バーコーティングなどを用いることができる。
薄膜を形成した後の硬化は、６０℃から１８０℃の温度で１０分から１２０分の熱処理が行われることが好ましい。
室温で絶縁塗料の薄膜を形成するためには、室温において絶縁塗料が増粘を起こさないことが好ましく、薄膜の硬化温度は６０℃以上が好ましい。
また、プラスチックフィルム基材上に形成するためには１８０℃以下の硬化温度が好ましい。

熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂は硬化剤や硬化促進剤を選択することにより硬化条件を決定することができる。
硬化温度の範囲は室温以下から２００℃程度と広い範囲から選択でき、低温硬化が可能な組成を選択することで耐熱性の低い基材上に薄膜を形成することができる。

また、適切なエポキシ樹脂と硬化剤を選択することで、硬化した膜に柔軟性を与えることができるので、プラスチックフィルムなどのフレキシブル基材上にエポキシ樹脂絶縁膜を形成するのに好適である。

絶縁塗料で薄膜を形成し硬化する際に、エポキシ基と１級アミン、２級アミン、メルカプタン、無機酸、有機酸、フェノール、アルコールなどが反応すると水酸基が生じる。（参考文献、『総説エポキシ樹脂第１巻基礎編』エポキシ樹脂技術協会）
また、樹脂中の水酸基とシランカップリング剤が反応することが知られ（参考文献、『高分子表面技術初版』日刊工業新聞社）、エポキシ樹脂中の水酸基とシランカップリング剤の反応は下記の化１で表すことができる。

式中、Ｒは任意のアルキル基である。

上記反応式により、シランカップリング剤と水酸基の反応により、水酸基が消失することがわかる。
エポキシ樹脂膜中の親水性である水酸基が減少することで、吸湿性が低下する。
これにより、エポキシ樹脂中の水分が有機半導体に吸着することによるオフ電流と閾値電圧の増加と、有機半導体の水分劣化による移動度とオン電流の低下が抑制される。
また、モル体積が小さく、モル分極率の大きい水酸基が減少することにより、半導体とゲート絶縁膜界面付近の不均一な分極が減少することによる移動度向上の効果も期待できる。

さらには、ゲート絶縁膜表層の水酸基とシランカップリング剤が結合することにより、シランカップリング剤の非加水分解性官能基をゲート絶縁膜表面に形成することができる。シランカップリング剤の非加水分解性官能基を電子供与性官能基や電子授与性官能基とすることで、半導体チャネル部分のキャリア密度と閾値電圧の制御ができる。

このように形成された有機絶縁膜はウェットプロセスを用いて低温形成できる。
また、有機絶縁膜は優れた絶縁性を有し、これをゲート絶縁膜とした有機トランジスタはオフ電流と閾値電圧、駆動電圧が低く、移動度とオン電流、オンオフ比が高い値を示し、トランジスタとしての特性に優れている。

本発明における有機トランジスタおよびその作製方法の実施の形態について図５を参照して、以下に説明する。

まず、本実施の形態例に係るボトムゲート構造を有する有機トランジスタは、基板００１上に形成されたゲート電極１１１とゲート電極１１１上に形成されたゲート絶縁膜１１２と、ゲート絶縁膜１１２上にチャネル部を対向するようにして形成されたソース電極１１３とドレイン電極１１４と、チャネル部分に形成された有機半導体１１５が設けられた構成である。
ここで、図５の構成は１つの好ましい構成であり、本発明の有機絶縁膜は様々な構成の有機トランジスタに使用できる。

本実施の形態において、基板００１はプラスチックフィルム状である。
プラスチックフィルムの樹脂材料として例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、シクロオレフィンポリマー、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂などの材料を用いることができ、これらの樹脂を組み合わせたポリマーアロイや、１種または２種以上の上記樹脂材料を組み合わせて積層した多層構造の積層構造のプラスチックフィルムとして構成されることもある。

ゲート電極１１１とソース電極１１３、ドレイン電極１１４はＡｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｇなどの金属をＰＶＤやＣＶＤで製膜した後にフォトリソグラフィーなどの公知の方法を用いて形成できる。
また、金属ペースト、金属ナノ粒子分散液、導電性高分子溶液などを印刷的手法で形成することも出来る。
用いられる印刷方法は凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、反転オフセット印刷、スクリーン印刷法、インクジェット、熱転写印刷、ディスペンサなどのパターニング方法を用いることができ、これらを組み合わせても良く、各構成要素で別の印刷方式を用いても良い。

ゲート電極１１１とソース電極１１３、ドレイン電極１１４を印刷方法で形成する際に用いる材料はＡｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｇなどの金属ペーストや金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルミニウム、マンガンの金属からなるナノ粒子、または、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルミニウム、マンガンの金属から選択される２種類以上の金属からなる合金のナノ粒子、ポリアニリン、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリピロールなどの導電性高分子とドーパントの溶液を用いることが出来る。

有機半導体１１５としてはπ共役ポリマーが広く用いられ、例えば、ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリアリルアミン類、フルオレン類、ポリカルバゾール類、ポリインドール類、ポリ（Ｐ−フェニレンビニレン）類などを用いることができる。また、有機溶媒への溶解性を有する低分子物質、例えば、ペンタセンなどの多環芳香族の誘導体、フタロシアニン誘導体、ペリレン誘導体、テトラチアフルバレン誘導体、テトラシアノキノジメタン誘導体、フラーレン類、カーボンナノチューブ類などを用いることができる。

以下、具体的な実施例によって本発明を詳細に説明するが、これらの実施例は説明を目的としたもので、本発明はこれに限定されるものではない。

［絶縁塗料の作製］
シランカップリング剤、エポキシ系高分子前駆体、硬化剤、硬化促進剤、溶媒を表１に記した組成比で混合し、絶縁塗料１〜６を作製した。
エポキシ系高分子前駆体としてエポキシモノマー（共栄社製エポライト３００２、分子中にエポキシ基を２個有する）と、硬化剤としてＡｌｄｒｉｃｈ社製のＨｅｘａｈｙｄｒｏ−４−ｍｅｔｈｙｌｐｈｔｈａｌｉｃａｎｈｙｄｒｉｄｅ（ヘキサヒドロ−４−メチルフタル酸無水物）と、硬化促進剤として和光純薬工業社製の２，４，６−ｔｒｉｓ（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｍｅｔｈｙｌ）ｐｈｅｎｏｌ（２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール）と、溶媒にＣｙｃｌｏｈｅｘａｎｏｎｅ（シクロヘキサノン）を用いた。
シランカップリング剤にはＡｌｄｒｉｃｈ社製のＯｃｔａｄｅｃｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ（オクタデシルトリメトキシシラン）と、Ａｌｄｒｉｃｈ製のＯｃｔａｄｅｃｙｌｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ（オクタデシルトリクロロシラン）を用いた。

シランカップリング剤、エポキシ系高分子前駆体、硬化剤、硬化促進剤、溶媒を表２に記した組成比で混合し、絶縁塗料７〜９を作製した。
エポキシ系高分子前駆体としてエポキシモノマー（共栄社製エポライト３００２、分子中にエポキシ基を２個有する）と、硬化剤としてＡｌｄｒｉｃｈ社製のＨｅｘａｈｙｄｒｏ−４−ｍｅｔｈｙｌｐｈｔｈａｌｉｃａｎｈｙｄｒｉｄｅ（ヘキサヒドロ−４−メチルフタル酸無水物）と、硬化促進剤として和光純薬工業社製の２，４，６−ｔｒｉｓ（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｍｅｔｈｙｌ）ｐｈｅｎｏｌ（２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール）と、溶媒にＣｙｃｌｏｈｅｘａｎｏｎｅ（シクロヘキサノン）を用いた。
シランカップリング剤には和光純薬工業社製の（Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｔｒｉｍｅｔｏｘｙｓｉｌａｎｅを用いた。

なお、シランカップリング剤の固形分比は絶縁塗料の高分子前駆体を１００重量部としたときのシランカップリング剤の割合とする。

［実施例１］
ポリイミドフィルムを基材として用い、基材表面に銀電極インク（真空冶金製Ａｇナノメタルインク：Ａｌｄｒｉｃｈ社製ポリエチレングリコール＝８：１）をフレキソ印刷で印刷し、１５０℃の熱処理を行いゲート電極を形成した。
つぎに、ゲート電極を覆うように絶縁塗料１をスピンコート法にて塗布し、１５０℃の熱処理を行ってゲート絶縁膜を形成した。
つぎに、ゲート絶縁膜上に銀ペーストをスクリーン印刷で印刷し、１５０℃の熱処理を行ってソース電極とドレイン電極を形成した。
さらに、有機半導体（９，９−ジオクチルフルオレンコビチオフェン溶液）をインクジェット印刷にて形成することにより、有機半導体層を形成した。

上記の構成で作製した有機トランジスタをＫｅｉｔｈｋｅｙ社製の半導体パラメータアナライザーＳＣＳ４２００を用いて測定することによりＩ−Ｖ特性を求め、トランジスタ特性を評価した。
得られた有機トランジスタで以下の条件における測定値を得た。
ドレイン電圧を−４０Ｖとした時のドレイン電流について、ゲートバイアス−４０Ｖ時および０Ｖ時の比を示す。
閾値電圧は（Ｉｄ）１／２とＶｇのグラフの線形部分の近似直線とＶｇ軸との交点から求めた。
閾値の絶対値が小さいほど低電力で駆動できることを意味する。
また、周知の方法により、Ｉｄ−Ｖｇカーブの飽和領域から電界効果移動度を算出した。

［実施例２］
絶縁塗料として絶縁塗料２を用いた以外は実施例１と同様に素子を作製し評価した。

［実施例３］
絶縁塗料として絶縁塗料３を用いた以外は実施例１と同様に素子を作製し評価した。

［実施例４］
絶縁塗料として絶縁塗料４を用いた以外は実施例１と同様に素子を作製し評価した。

［実施例５］
絶縁塗料として絶縁塗料７を用いた以外は実施例１と同様に素子を作製し評価した。

［実施例６］
絶縁塗料として絶縁塗料８を用いた以外は実施例１と同様に素子を作製し評価した。

［実施例７］
絶縁塗料として絶縁塗料９を用いた以外は実施例１と同様に素子を作製し評価した。

［比較例１］
絶縁塗料として絶縁塗料５を用いた以外は実施例１と同様に素子を作製し評価した。

［比較例２］
絶縁塗料として絶縁塗料６を用いた以外は実施例１と同様に素子を作製し評価した。

以上の有機トランジスタを評価した実施例と比較例の結果を図１に示す。
図１からわかるように実施例１から４では、オフ電流が低く良好なトランジスタ特性が得られた。

以上の有機トランジスタを評価した実施例と比較例の結果を図２に示す。
図２からわかるように実施例１から４では、オンオフ比が高く良好なトランジスタ特性が得られた。

以上の有機トランジスタを評価した実施例と比較例の結果を図３に示す。
図３からわかるように実施例１から４では、閾値電圧が低く良好なトランジスタ特性が得られた。

以上の有機トランジスタを評価した実施例と比較例の結果を図４に示す。
図４からわかるように実施例１から４では、移動度が高く良好なトランジスタ特性が得られた。

以上の有機トランジスタを評価した実施例５から７と比較例１の結果（オフ電流）を図６に示す。
図６からわかるように実施例５から７では、オフ電流が低く良好なトランジスタ特性が得られた。

以上の有機トランジスタを評価した実施例５から７と比較例１の結果（オンオフ比）を図７に示す。
図７からわかるように実施例５から７では、オンオフ比が高く良好なトランジスタ特性が得られた。

以上の有機トランジスタを評価した実施例５から７と比較例１の結果（閾値電圧）を図８に示す。
図８からわかるように実施例５から７では、閾値電圧が低く良好なトランジスタ特性が得られた。

以上の有機トランジスタを評価した実施例５から７と比較例１の結果（移動度）を図９に示す。
図９からわかるように実施例５から７では、移動度が高く良好なトランジスタ特性が得られた。

本発明によれば、移動度およびオンオフ比が高く、閾値、駆動電圧、オフ電流を低くすることのできる有機トランジスタの形成に好適な絶縁塗料、これから形成された有機絶縁膜、その形成方法および有機トランジスタを提供することができる。
とくに本発明では、有機トランジスタに用いるゲート絶縁膜形成をウェットプロセスによって行うことができ、製造工程の低温化、簡略化、コスト削減を得ることができるので、フレキシブル薄膜トランジスタの形成に有効である。
本発明の有機トランジスタは、表示装置に有用である。

実施例と比較例で作製された有機トランジスタのゲート絶縁膜成分とトランジスタ特性の関係を示すグラフである。実施例と比較例で作製された有機トランジスタのゲート絶縁膜成分とトランジスタ特性の関係を示すグラフである。実施例と比較例で作製された有機トランジスタのゲート絶縁膜成分とトランジスタ特性の関係を示すグラフである。実施例と比較例で作製された有機トランジスタのゲート絶縁膜成分とトランジスタ特性の関係を示すグラフである。本実施の形態に係る有機トランジスタの断面図である。実施例と比較例で作製された有機トランジスタのゲート絶縁膜成分とトランジスタ特性の関係を示すグラフである。実施例と比較例で作製された有機トランジスタのゲート絶縁膜成分とトランジスタ特性の関係を示すグラフである。実施例と比較例で作製された有機トランジスタのゲート絶縁膜成分とトランジスタ特性の関係を示すグラフである。実施例と比較例で作製された有機トランジスタのゲート絶縁膜成分とトランジスタ特性の関係を示すグラフである。

符号の説明

００１……基材、１１１……ゲート電極、１１２……ゲート絶縁膜、１１３……ソース電極、１１４……ドレイン電極、１１５……有機半導体。

Claims

（１）シランカップリング剤と、
（２）１種類以上のエポキシ系高分子前駆体と、
（３）前記（１）および前記（２）成分を溶解させる溶媒と、
を含むことを特徴とする絶縁塗料。
前記シランカップリング剤は、下記化学式１〜４で表される化合物から選択された１種類以上の化合物であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁塗料。
（化学式１）ＳｉＸ^１Ｘ^２Ｘ^３Ｘ^４
（化学式２）Ｒ^１ＳｉＸ^１Ｘ^２Ｘ^３
（化学式３）Ｒ^１Ｒ^２ＳｉＸ^１Ｘ^２
（化学式４）Ｒ^１Ｒ^２Ｒ^３ＳｉＸ^１
（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は独立してアルキル基もしくは、アミノ基である。
また、式中、Ｘ^１、Ｘ^２、Ｘ^３、Ｘ^４は独立したアルコキシ基である。）
前記エポキシ系高分子前駆体が、エポキシ基を２個以上含むことを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁塗料。
前記エポキシ系高分子前駆体１００重量部に対し、カップリング剤を０．１〜２０重量部添加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁塗料。
請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁塗料を基材上に薄膜形成した後に硬化させる工程を含む有機絶縁膜の形成方法。
前記薄膜形成が、スピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、グラビアコーティング、リバースグラビアコーティング、ロールコーティング、フレキソプリンティング、インクジェットプリンティング、スロットダイコーティング、キャップコーティングまたはバーコーティングにより行われることを特徴とする請求項５に記載の有機絶縁膜の形成方法。
前記硬化させる工程が、６０℃から１８０℃の温度で１０分から１２０分の熱処理を行う工程であることを特徴とする請求項５または６に記載の有機絶縁膜の形成方法。
請求項５〜７のいずれかに記載の方法により形成されたことを特徴とする有機絶縁膜。
ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極および有機半導体層を含んでなる有機トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁層が請求項８に記載の有機絶縁膜からなることを特徴とする有機トランジスタ。
前記有機トランジスタがボトムゲート構造であることを特徴とする請求項９に記載の有機トランジスタ。
ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極および有機半導体層を含んでなるボトムゲート構造の有機トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁膜が、オクタデシルトリメトキシシランと、エポキシ基を２個以上含むエポキシ系高分子前駆体と、シクロヘキサノンとからなるとともに、前記エポキシ系高分子前駆体１００重量部に対し、オクタデシルトリメトキシシランを１．０〜１５．０重量部添加してなる絶縁塗料を基材上に薄膜形成した後に硬化させて形成したものであることを特徴とする有機トランジスタ。