JP2010010296A - 有機トランジスタアレイ及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プロセスステップを増加させず、かつ現状の印刷プロセスで製造可能な集積度の高い有機トランジスタアレイ、及び、前記有機トランジスタアレイを有する表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 基板上に設けられた複数のゲート電極と、前記複数のゲート電極の上層又は下層にゲート絶縁膜を介して設けられた複数のソース電極及び複数のドレイン電極と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極に対向して配置され、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間にチャネル領域を形成する有機半導体層と、を有する有機トランジスタアレイであって、前記有機トランジスタアレイは、平面視において、単一画素を構成する複数の区画に区分され、前記区画は、最密充填構造を有することを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、有機トランジスタアレイ及びそれを用いた表示装置に関する。

近年、有機材料を用いた有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が精力的に研究されている。有機薄膜トランジスタは以下の第１〜第４に示すような利点を有するからである。第１に、材料構成の多様性、製造方法、製品形態等についてフレキシビリティが高いこと。第２に、大面積化が容易であること。第３に、単純な層構成が可能であり製造プロセスが単純化できること。第４に、安価な製造装置を用いて製造できること。

有機薄膜トランジスタを構成する電極や絶縁膜、有機半導体層などの成膜方法としては、印刷法、スピンコート法、浸漬法等が挙げられ、有機薄膜トランジスタは、従来のシリコン等の半導体材料を用いた薄膜トランジスタと比べて桁違いに安く製造することができる。

又、有機薄膜トランジスタを集積した有機薄膜トランジスタアレイを作製し、表示素子を駆動することにより、表示装置が得られる。この表示装置は、有機薄膜トランジスタの特性を備えたこれまでにない付加価値を有するものとなる。例えば非特許文献１等では、印刷工程で作製した有機薄膜トランジスタアレイを電気泳動素子と組み合わせ、フレキシブルな表示装置を作製した。このような特性は、曲面を有する壁への展示パネルや、携帯ディスプレイとしての利便性、又、落下等により壊れにくいといった利点に直結する。更には、印刷工程で作製することによるコストメリットももちろん反映される。

上記表示装置の表示品質を向上させるためには、画素密度を向上させることが重要である。そのためには、表示素子を駆動するための有機薄膜トランジスタアレイの集積度を向上させることが求められる。有機薄膜トランジスタアレイを集積する場合、電極や有機半導体層等をパターン形成することが必須になる。そのため、表示装置の表示品質を向上させるためには、有機薄膜トランジスタアレイを構成する電極や有機半導体層の微細なパターニング技術の開発が必要である。

従来の有機薄膜トランジスタアレイの構成においては、信号線と選択線を直行させ、有機薄膜トランジスタを含む単一画素の区画を四角形としたものが最も単純で一般的である。しかしながら、印刷工程のパターン精度が低いため、現状では充分な集積度を有する有機薄膜トランジスタアレイは得られていない。例えば電極のパターン形成において、印刷工程のパターン精度が低いと、電極間ショートによる有機薄膜トランジスタの動作不良を起こす。

これに対し、特許文献１では、エネルギーの付与によって臨界表面張力が変化する材料を含む濡れ性変化層を形成する工程と、濡れ性変化層の一部分にエネルギーを付与することによって臨界表面張力の小さい低表面エネルギー部と臨界表面張力の大きい高表面エネルギー部とからなる臨界表面張力の異なる部分を形成する工程と、導電性材料を含有する液体を濡れ性変化層の表面に付与することで、高表面エネルギー部に導電層を形成する工程と、濡れ性変化層上に有機半導体層を形成する工程と、を有することを特徴とする積層構造体の製造方法が開示されている。

しかしながら、例えば有機半導体層のパターン形成において、印刷工程のパターン精度が低いと、有機薄膜トランジスタのチャネル部以外に有機半導体層が成膜されてしまい、それによってオフリーク電流の上昇によるコントラスト比の低下や、隣接する有機薄膜トランジスタ間でのクロストークが発生し、有機薄膜トランジスタが動作不良を起こす。

これに対し、特許文献２では、チャネル部の周囲に障壁を形成して、有機半導体層のパターニングを行うことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造技術が開示されている。しかしながら、この技術は、プロセスステップが増加することによるスループットの低下や製造コストの増加等の問題がある。

一方、パターン形成方法としては、インクジェット法及びディスペンサ法が知られている。インクジェット法及びディスペンサ法は、パターンを直接描画できるため、材料使用率を格段に向上させることができる。このようなインクジェット法又はディスペンサ法により有機半導体層をパターン形成すると、製造プロセスの簡略化、歩留まりの向上、コストの低下を実現できる可能性がある。このとき、有機半導体材料として、有機溶媒に可溶な高分子材料を用いると、有機半導体材料の溶液（有機半導体インク）を調製することができるため、インクジェット法により有機半導体層をパターン形成することができる。

しかしながら、有機半導体インクの液滴が着弾した後の拡がりや、液滴の着弾ばらつきが問題となる。有機半導体インク液滴の着弾後の拡がりの問題は、有機薄膜トランジスタの集積度が向上するほど、液滴の形成密度が上昇するため、着弾後の溶媒雰囲気の影響が強くなり液滴の乾燥時間が長くなる傾向がある。そのため、有機薄膜トランジスタの集積度が向上するほどより一層インク液滴は拡がりやすくなる。その結果、有機半導体層のパターンの制御が困難になる。

また、Ａｇインク等を用いて、インクジェット法により印刷し電極を形成する場合は、印刷精度を考慮すると、微細化に限界がある。そのため、有機薄膜トランジスタ及び、有機薄膜トランジスタを集積した有機薄膜トランジスタアレイは、このようなインクの拡がりや着弾のばらつきを考慮する必要があるが、より集積度の高い有機薄膜トランジスタアレイを作製する場合には困難となる。
０７ＩＤＷ−ＡＭＤ５−４Ｌ Ｔ．ＯＫＵＢＯ 特開２００５−３１０９６２号公報 特開２００７−０３６２５９号公報

このように、従来より有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に関する種々の技術が提案されているが、プロセスステップを増加させず、かつ現状の印刷プロセスで有機薄膜トランジスタアレイの集積度を向上させる技術は得られていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、プロセスステップを増加させず、かつ現状の印刷プロセスで製造可能な集積度の高い有機トランジスタアレイ、及び、前記有機トランジスタアレイを有する表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明は、基板上に設けられた複数のゲート電極と、前記複数のゲート電極の上層又は下層にゲート絶縁膜を介して設けられた複数のソース電極及び複数のドレイン電極と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極に対向して配置され、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間にチャネル領域を形成する有機半導体層と、を有する有機トランジスタアレイであって、前記有機トランジスタアレイは、平面視において、単一画素を構成する複数の区画に区分され、前記区画は、最密充填構造を有することを特徴とする。

第２の発明は、本発明に係る有機トランジスタアレイ、対向基板及び表示素子を有する表示装置である。

本発明によれば、プロセスステップを増加させず、かつ現状の印刷プロセスで製造可能な集積度の高い有機トランジスタアレイ、及び、前記有機トランジスタアレイを有する表示装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

〈第１の実施の形態〉
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイを例示する平面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイを例示する図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１及び図２を参照するに、有機薄膜トランジスタアレイ１は、複数の有機薄膜トランジスタ１０を有する。有機薄膜トランジスタ１０は、基板１１と、ゲート電極１２と、アース電極１３と、ゲート絶縁膜１４と、ソース電極１５と、ドレイン電極１６と、有機半導体層１７とを有する。

有機薄膜トランジスタ１０において、基板１１上にはゲート電極１２及びアース電極１３が所定の距離を隔てて形成されており、ゲート電極１２及びアース電極１３を覆うようにゲート絶縁膜１４が形成されている。ゲート絶縁膜１４上には、ソース電極１５及びドレイン電極１６が所定の距離を隔てて形成されている。

ソース電極１５及びドレイン電極１６は、ソース電極１５とドレイン電極１６とに挟まれた領域（チャネル領域）が、ゲート絶縁膜１４を介してゲート電極１２とオーバーラップする位置に形成されている。ソース電極１５とドレイン電極１６とに挟まれた領域（チャネル領域）を覆うように有機半導体層１７が形成されている。ゲート電極１２と、ソース電極１５と、ドレイン電極１６と、有機半導体層１７とは、例えば、インクジェット法等の印刷法により形成することができる。なお、基板１１上に密着層（図示せず）としてＣｒ膜等を形成し、密着層上にゲート電極１２及びアース電極１３を形成する構造としても良い。

図３は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイの単一画素を構成する区画を例示する平面図である。同図中、図１及び図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図３において、２０は区画を示している。図３を参照するに、有機薄膜トランジスタアレイ１は、平面視において、単一画素を構成する複数の区画２０に区分されている。区画２０は、幾何学的な最密充填構造を有し、具体的には平面視六角形である。又、区画２０は、ｙ軸に沿って平面視ちどり状に配置されている。なお、平面視とは、図２のＺプラス方向から有機薄膜トランジスタアレイ１を見た状態を示す。

有機薄膜トランジスタアレイ１の区画２０は単一画素を構成し、ゲート電極１２、アース電極１３、ゲート絶縁膜１４、ソース電極１５、ドレイン電極１６、有機半導体層１７とを備えた単一の有機薄膜トランジスタ１０を含む。区画２０は、有機薄膜トランジスタアレイ１における繰り返し構造の最小構成単位で規定される領域である。有機トランジスタアレイ１の区画２０は、正六角形に構成できる位置関係を満たしていれば、ゲート電極１２、アース電極１３、ソース電極１５、ドレイン電極１６及び有機半導体層１７の印刷法による印字位置は何れであってもよい。

なお、設計的には区画２０は正六角形とするが、実際に形成される有機薄膜トランジスタアレイ１においては、製造精度等の関係で設計通りの寸法にならない場合もあるため、厳密に正六角形になるとは限らず、正六角形に近い六角形となる場合がある。しなしながら、このような場合にも本発明の効果を奏する。

又、有機薄膜トランジスタアレイ１が表示装置を構成する際には、有機薄膜トランジスタアレイ１上に表示素子が設けられ、表示素子の区画２０に対応する領域には、ドレイン電極１６と電気的に接続される画素電極及び前記画素電極と有機半導体層１７等とを電気的に絶縁する層間絶縁膜等が形成される場合がある。

図４は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイの単一画素を構成する区画を従来のそれと比較して例示する図である。図４（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイの単一画素を構成する区画（六角形）を例示している。図４（ａ）において、２０は本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ１の単一画素を構成する六角形の区画を示している。２０ａ及び２０ｂは補助線である。補助線２０ａは区画２０を構成する六角形の対向する頂点間を結んでいる。補助線２０ｂは隣接する区画２０の中心間を結んでおり、Ａは補助線２０ｂ一本当たりの長さを示している（以降、ＡをパターンピッチＡという）。

図４（ｂ）は、従来の有機薄膜トランジスタアレイの単一画素を構成する区画（四角形）を例示している。図４（ｂ）において、２１は従来の有機薄膜トランジスタアレイの単一画素を構成する四角形の区画を示している。２１ａ及び２１ｂは補助線である。補助線２１ａは区画２１を構成する四角形の対向する頂点間を結んでいる。補助線２１ｂは隣接する区画２１の中心間を結んでおり、Ｂは補助線２１ｂ一本当たりの長さを示している（以降、ＢをパターンピッチＢという）。

図４（ａ）に示す区画２０と、図４（ｂ）に示す区画２１とは、面積を等しくしてある。図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較すると、区画２０を集積した場合の繰り返し周期であるパターンピッチＡは、区画２１を集積した場合の繰り返し周期であるパターンピッチＢよりも広くなる。このように、六角形は幾何学的に最密充填構造であるため、単一画素を構成する区画２０を六角形とすることにより、解像度に対してパターンの繰返し周期が長くなるという利点がある。

これにより、同一の層に形成されるゲート電極１２とアース電極１３との間隔や、ソース電極１５とドレイン電極１６との間隔を広くできるため、印刷工程でこれらの電極を形成する際に、隣接する電極間がショートするという問題を抑制することが可能となる。又、パターンピッチＡが広くなることで有機半導体層１７の着弾ばらつき及び着弾後の拡がりを考慮した電極構造が可能になるため、所望の領域以外への有機半導体層１７の成膜を抑制でき、オフリーク電流の上昇によるコントラスト比の低下や、隣接する有機薄膜トランジスタ１７間でのクロストークの発生を抑制することができる。又、パターンピッチＡとパターンピッチＢとを等しくした場合には、区画２０を六角形とすることにより、解像度を高めることができる。

図５及び図６は、インクジェット法によるパターニングを模式的に例示する断面図である。図５及び図６において、「ＩＪヘッド走査方向」の矢印は、ノズル２３が設けられているインクジェットヘッドの走査方向を示している。

図５（ａ）〜図５（ｃ）は、基板２２上にノズル２３からインク液滴２４を、パターンピッチＣで順次滴下する例を示している。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、基板２２上にノズル２３からインク液滴２４を、パターンピッチＣよりも狭いパターンピッチＤで順次滴下する例を示している。図５（ａ）及び図６（ａ）はインク液滴２４の着弾直後の状態を、図５（ｂ）及び図６（ｂ）はインク液滴２４の乾燥していく過程を、図５（ｃ）及び図６（ｃ）はインク液滴２４の乾燥時の状態を示している。なお、図５（ｂ）及び図６（ｂ）における矢印は、インク液滴２４が乾燥していく様子を模式的に示している。

印刷法の一種であるインクジェット法では、ノズル２３から所望の位置に滴下したインク液滴２４は、着弾後から乾燥するまでの過程で拡がる。その際にインク液滴２４の乾燥は周囲に着弾したインク液滴２４の溶媒雰囲気に影響を受ける。そのため、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、パターンピッチＣを広くすれば、着弾後のインク液滴２４が乾燥しやすくなり、インク液滴２４の乾燥時の拡がりを抑制できる。その結果、最大径φａはさほど大きくはならない。

これに対し、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、パターンピッチＤが狭いと、インク液滴２４は着弾後に乾燥しにくいため、乾燥時の拡がりを抑制できない。その結果、最大径φｂは最大径φａに比べて大きくなる。なお、φａ及びφｂは平面視における最大径を示す。例えば、インク液滴２４が乾燥時に平面視円形であれば最大径は直径であり、平面視楕円形であれば最大径は長径である。

このように、パターンピッチＣを広くすることにより、インク液滴２４が着弾してから乾燥するまでの時間が短くなるため、インク液滴２４の着弾後の広がりを抑制でき、乾燥時の最大径φａを小さくすることが可能となる。

図７は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイにおけるチャネル領域の中心位置を例示する平面図である。同図中、図１及び図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図７において、２５はチャネル領域のおよその中心位置を示している。前述のように、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ１の区画２０は、幾何学的な最密充填構造である六角形でありｙ軸に沿って平面視ちどり状に配置されている。そのため、ソース電極１５とドレイン電極１６とに挟まれた領域であるチャネル領域の中心位置２５は、ｙ方向には同一直線上に位置しない。

図８は、従来の有機薄膜トランジスタアレイにおけるチャネル領域の中心位置を例示する平面図である。図８に示す従来の有機薄膜トランジスタアレイ９は、基板（図示せず）と、ゲート電極９２と、アース電極９３と、ゲート絶縁膜９４と、ソース電極９５と、ドレイン電極９６と、有機半導体層９７とを有する。９８はチャネル領域のおよその中心位置を示している。

有機薄膜トランジスタアレイ９において、基板（図示せず）上にはゲート電極９２及びアース電極９３が所定の距離を隔てて形成されており、ゲート電極９２及びアース電極９３を覆うようにゲート絶縁膜９４が形成されている。ゲート絶縁膜９４上には、ソース電極９５及びドレイン電極９６が所定の距離を隔てて形成されている。

ソース電極９５及びドレイン電極９６は、ソース電極９５とドレイン電極９６とに挟まれた領域（チャネル領域）が、ゲート絶縁膜９４を介してゲート電極９２とオーバーラップする位置に形成されている。ソース電極９５とドレイン電極９６とに挟まれた領域（チャネル領域）を覆うように有機半導体層９７が形成されている。有機薄膜トランジスタアレイ９の区画は四角形である。そのため、ソース電極９５とドレイン電極９６とに挟まれた領域であるチャネル領域の中心位置９８は、図７に示す中心位置２５とは異なり、ｘ方向及びｙ方向に同一直線上に位置している。

図９は、インクジェット法においてインク液滴を吐出する方法を説明するための図である。図９（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ１におけるチャネル領域の中心位置２５にインク液滴を吐出する方法を説明するための図であり、図９（ｂ）は、従来の有機薄膜トランジスタアレイ９におけるチャネル領域の中心位置９８にインク液滴を吐出する方法を説明するための図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）の矢印は、インクジェット法においてインク液滴を吐出するノズルの走査方向を示している。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、インクジェット法では、インク液滴を吐出するノズルは直線状に走査させていく。

前述のように、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ１では、チャネルの中心位置２５がｙ方向には同一直線上に位置していない。そのため、図９（ａ）に示すように、チャネルの中心位置２５にインクジェット法で有機半導体層１７となるインク液滴を着弾させる際に、隣接する単一画素を構成する区画間の成膜間隔Ｌａ（以降、単に成膜間隔Ｌａという）を長くすることができる。

一方、前述のように、従来の有機薄膜トランジスタアレイ９では、チャネルの中心位置９８がｘ方向及びｙ方向に同一直線上に位置している。そのため、図９（ｂ）に示すように、チャネルの中心位置９８にインクジェット法で有機半導体層９７となるインク液滴を着弾させる際に、隣接する単一画素を構成する区画の成膜間隔Ｌｂ（以降、単に成膜間隔Ｌｂという）は成膜間隔Ｌａに対して短くなる。

このように、成膜間隔Ｌｂが短くなると、有機半導体層９７のパターニングマージンが小さくなるため、所望の領域以外への成膜が発生しやすくなる。すなわち、インクジェット法において、ヘッドの走査方向（ｙ方向）に連続した単一画素を構成する区画（隣接画素）に対して連続して有機半導体層９７となるインク液滴を滴下することになるため、インク液滴は着弾後に乾燥しにくく、また広がり易くなり、有機半導体層９７のパターニングが困難となる。その結果、オフリーク電流の上昇やクロストークの発生を引き起こし、良好なトランジスタ特性を得ることが困難となる。又、同一の層に形成されるゲート電極９２とアース電極９３との間隔や、ソース電極９５とドレイン電極９６との間隔が狭くなるため、印刷工程でこれらの電極を形成する際に、隣接する電極間がショートするという問題が生じる。

図９（ｂ）に示す従来の有機薄膜トランジスタアレイ９の場合でも、インク液滴を不連続に（例えば、ｙ方向に１つおきに）吐出するなどして、成膜間隔Ｌｂを長くすることは可能である。しかしながら、同じ位置を複数回走査する必要があるため、時間がかかり、スループットの増加による生産性の低下、コストの増大等に繋がるという問題がある。本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ１の構造では、生産性を落とさずに、成膜間隔Ｌａを長くすることが可能である。これにより、更にインク液滴の着弾後の乾燥速度を速め、着弾後の拡がりを抑制することができるため、有機半導体層１７のパターニングが容易になる。

又、インク液滴の着弾後の広がりを抑制することは、有機半導体層１７の極薄膜化を抑える効果もある。更には、コーヒーステイン形状のような膜厚不均一性や不連続膜となる可能性を低くすることができる。このことは有機半導体インク濃度を小さくできることを意味しており、材料使用量の低減、すなわち、コスト低減にもつながる。

続いて、有機薄膜トランジスタアレイ１を構成する各構成要素の材料について説明する。有機薄膜トランジスタアレイ１において、基板１１は、ガラス基板でもフィルム基板でも構わない。フィルム基板では、ポリイミド（ＰＩ）基板、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）基板等を用いることができる。

有機半導体層１７は、有機半導体材料を有機溶剤に溶解させることにより得られる有機半導体インクを用いて、パターン形成されていることが好ましい。有機溶剤に可溶な有機半導体材料としては、特に限定されず、高分子材料、オリゴマー材料、低分子材料等を用いることができ、ペンタセン、アントラセン、テトラセン、フタロシアニン等の有機低分子；ポリアセチレン系導電性高分子；ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体等のポリフェニレン系導電性高分子；ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリフラン及びその誘導体等の複素環系導電性高分子；ポリアニリン及びその誘導体等のイオン性導電性高分子等が挙げられる。

有機半導体材料に有機溶剤に可溶な高分子材料、オリゴマー材料及び低分子材料等を用いることで、インクジェット法などの印刷法によるパターニングプロセスが可能になるが、本発明の構造と組み合わせることでさらなる製造プロセスの簡略化、低コストを実現することが可能になる。

これらの中でも、トリアリールアミン骨格を有する高分子材料が好ましい。このような高分子材料としては、特に限定されないが、構造式（化１）で表される材料を用いることができる。この材料は、無配向性高分子材料であり、成膜形状や方法に関わらず、特性のバラツキが非常に小さい。

ゲート電極１２、ソース電極１５及びドレイン電極１６のうちの少なくとも一つは、インクジェット法、ディスペンサ法等の印刷法によりパターン形成することができる。このとき、金属粒子又は金属錯体を含有する金属インクを用いることが好ましい。金属粒子としては、特に限定されないが、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｉｎ、Ｓｎ等が挙げられ、これらを二種以上併用してもよい。

これらの中でも、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉは、電気抵抗、熱伝導率及び腐食の面で好ましい。このとき、金属粒子は、平均粒径が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度で、溶剤中に均一に分散されていると、格段に低い温度で焼結することが知られている。これは、金属粒子の粒径が小さくなるにつれ、活性の高い表面原子の影響が大きくなることに起因している。金属錯体としては、特に限定されないが、中心金属として、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｃｒ、Ｎｉ等を有する錯体等が挙げられる。このような金属インクを用いて、パターン形成した後、焼結することで、ゲート電極１２、ソース電極１５及びドレイン電極１６を形成することができる。

なお、金属インクは、表面張力や粘度が適していない場合は、吐出不能や吐出不良を起こし、丸い液滴になりにくく、更に、リガメントが長くなることがある。このため、金属インクは、表面張力が約３０ｍＮ／ｍであると共に、粘度が２〜１３ｍＰａ・秒であることが好ましく、粘度が７〜１０ｍＰａ・秒であれば更に好ましい。金属インクを吐出する際に、溶剤が揮発して、金属粒子又は金属錯体が固化しない程度の乾燥性も必要である。

又、ゲート電極１２、ソース電極１５及びドレイン電極１６のような電極を形成する際には、導電性高分子の分散液等を用いることができる。導電性高分子としては、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、あるいはこれらポリマーにドーピングを施したもの等が挙げられる。中でも、電気伝導度、安定性、耐熱性等の面で、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）の錯体（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）が好ましい。導電性高分子は、金属と比較して、電気特性や安定性で劣るが、重合度、構造により電極の電気特性を改善できること、焼結を必要としないため、低温で電極を形成できること等の点で優れる。

本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ１によれば、有機薄膜トランジスタアレイ１の単一画素を構成する区画２０を幾何学的に最密充填構造である平面視六角形とし、平面視ちどり状に配置している。そのため、解像度に対してパターンの繰返し周期を長くすることが可能となる。その結果、同一の層に形成されるゲート電極１２とアース電極１３との間隔や、ソース電極１５とドレイン電極１６との間隔を広くできるため、プロセスステップを増加させずに印刷工程でこれらの電極を形成する際に、隣接する電極間がショートするという問題を抑制することが可能となる。又、パターンピッチＡが広くなることで有機半導体層１７の着弾ばらつき及び着弾後の拡がりを考慮した電極構造が可能になるため、所望の領域以外への有機半導体層１７の成膜を抑制でき、オフリーク電流の上昇によるコントラスト比の低下や、隣接する有機薄膜トランジスタ間でのクロストークの発生を抑制することができる。

〈第２の実施の形態〉
本発明の第２の実施の形態では、ゲート絶縁膜として濡れ性変化層を用いる例を示す。図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイを例示する段面図である。同図中、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイを例示する平面図は図１と同様であるためその説明は省略する。

図１０を参照するに、有機薄膜トランジスタアレイ２は、有機薄膜トランジスタアレイ１におけるゲート絶縁膜１４がゲート絶縁膜３４に置換された点を除いて、有機薄膜トランジスタアレイ１と同様に構成される。３０は有機薄膜トランジスタアレイ２を構成する有機薄膜トランジスタを示している。以下、有機薄膜トランジスタアレイ２について、有機薄膜トランジスタアレイ１と異なる点についてのみ説明する。

図１０に示す有機薄膜トランジスタアレイ２において、ゲート絶縁膜３４は高表面エネルギー部３４ａ及び低表面エネルギー部３４ｂを有する濡れ性変化層から構成されている。濡れ性変化層は、熱、紫外線、電子線、プラズマ等のエネルギーを付与することにより臨界表面張力（表面自由エネルギーともいう）が変化する材料を含有する層である。高表面エネルギー部３４ａは、熱、紫外線、電子線、プラズマ等のエネルギーを付与することにより臨界表面張力（表面自由エネルギーともいう）が大きくなった部分である。高表面エネルギー部３４ａは、濡れ性変化層の表面近傍のみに形成される。

低表面エネルギー部３４ｂは、熱、紫外線、電子線、プラズマ等のエネルギーを付与されず、臨界表面張力（表面自由エネルギーともいう）が変化していない部分である。臨界表面張力が大きくなった部分である高表面エネルギー部３４ａは、低表面エネルギー部３４ｂよりも親液性であるため、高表面エネルギー部３４ａにのみソース電極１５等の所定の導電層を確実に形成することができる。

濡れ性変化層を構成する高表面エネルギー部３４ａ上には、ソース電極１５及びドレイン電極１６が所定の距離を隔てて形成されている。ソース電極１５及びドレイン電極１６は、ソース電極１５とドレイン電極１６とに挟まれた領域（チャネル領域）が、ゲート絶縁膜３４を介してゲート電極１２とオーバーラップする位置に形成される。ソース電極１５とドレイン電極１６とに挟まれた領域（チャネル領域）を覆うように有機半導体層１７が形成されている。ゲート電極１２と、ソース電極１５と、ドレイン電極１６と、有機半導体層１７とは、例えば、インクジェット法などの印刷法により形成することができる。

このように、ゲート絶縁膜３４を構成する濡れ性変化層の高表面エネルギー部３４ａ上にソース電極１５及びドレイン電極１６を形成することにより、高表面エネルギー部３４ａと低表面エネルギー部３４ｂとの境界ラインを明確に切り分けることが可能となる。その結果、高精細な電極パターンをインクジェット印刷法あるいはディスペンサ印刷法で直接描画できる。又、ソース電極１５及びドレイン電極１６に挟まれた領域であるチャネルのチャンネル長を短くすることができる。

高表面エネルギー部３４ａを形成するためには、上述の熱、紫外線、電子線、プラズマ等によりエネルギーを付与する必要があるが、微細なパターンを作製するという観点からは、紫外線や電子線により、エネルギーを付与することが望ましい。但し、電子線の場合には、濡れ性変化層に有機材料を使用している場合、有機材料にダメージを与えやすく、絶縁性が低下する可能性がある。又、スループットが低く、真空装置が必要である。これに対して、紫外線の場合、絶縁性低下のダメージが低く、大気中での一括露光が可能であり、スループットが高いため、より望ましいプロセスを構築できる。隣接する高表面エネルギー部３４ａ間は、紫外線を用いた場合、１〜５μｍ程度の微細化まで可能である。

濡れ性変化層は、複数の材料を混合して単層としたものでも、一種類の材料の単層としたものでも構わない。又、複数層（２層以上）から形成されていても構わない。複数層から形成される場合、絶縁性を向上させる意味で相対的に電気絶縁性に優れた材料からなる第一の層と、紫外線のようなエネルギーの付与によって表面自由エネルギーの変化する割合が相対的に大きい第二の材料からなる第二の層というように、機能を分離することが可能となる。単層の場合は、相対的に電気絶縁性に優れた材料と紫外線のようなエネルギーの付与によって表面自由エネルギーの変化する割合が相対的に大きい第二の材料を混合し、両者材料の物性の違いを利用して膜厚方向に材料の分布のある構造をとってもかまわない。

材料は無機材料でも有機材料でもかまわないが、低コストのデバイス作製をする印刷手法に対しては、有機材料が望ましい。なお、絶縁性を向上させるために有機材料に無機材料を少量添加してもかまわない。絶縁層上に濡れ性変化層を形成する場合は、紫外線照射により絶縁層が影響を受けることを防ぐため、濡れ性変化層は、絶縁層に用いられる絶縁材料よりも吸収係数が大きい材料からなることが望ましい。

絶縁性の大きな材料としては、有機材料では、ポリイミド、ポリアミドイミド、エポキシ樹脂、シルセスキオキサン、ポリビニルフェノール、ポリカーボネート、フッ素系樹脂、ポリパラキシリレン、ポリビニルブチラールなどが挙げられ、ポリビニルフェノールやポリビニルアルコールは適当な架橋剤によって、架橋して用いてもよい。無機材料では、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２などが挙げられる。

紫外線のようなエネルギーの付与によって表面自由エネルギーの変化する割合が相対的に大きい材料は、低コストのデバイス作製をする印刷手法に対しては、高分子材料が望ましく、更には、側鎖に疎水性基を有する高分子材料であることが望ましい。側鎖に疎水性基を有することで、紫外線未照射時は、膜の表面自由エネルギーは低いので、紫外線照射後の親液・撥液のコントランストを大きくとることが可能となる。

本発明において、臨界表面張力（表面自由エネルギー）が変化する材料は、紫外線により、ある程度切断されても、剛直な構造であるため、充填性が良好なポリイミドを主鎖に導入することによって、吸湿がそれほど高くなく、また絶縁性も良好なため、より信頼性の高い積層構造体を形成できる。ポリイミドとしては、ポリアミック酸を加熱することによる脱水縮合反応で生じる熱硬化型ポリイミドと、溶媒に可溶な可溶性ポリイミドがある。 可溶性ポリイミドは、溶媒に溶解させた塗布液を塗布した後、２００℃未満の低温で溶媒を揮発させることにより、成膜することができる。一方、熱硬化型ポリイミドは、脱水縮合反応が起こる程度まで加熱しないと反応が生じないため、一般に、２００℃以上の高温にする必要がある。プロセスにあわせて、どちらのポリイミドも使用可能である。ポリイミドを用いることで、２％程度の吸湿性はあるものの、絶縁性が高く安定しており、信頼性の高い絶縁性を確保しながら、濡れ性制御も可能となる。

濡れ性変化層は、厚さが３０ｎｍ〜３μｍであることが好ましく、５０ｎｍ〜１μｍが更に好ましい。厚さが３０ｎｍより薄い場合は、バルク体としての特性（絶縁性、ガスバリア性、防湿性等）が損なわれることがあり、３μｍより厚い場合は、表面形状が悪化することがあるからである。

濡れ性変化層上に、紫外線を照射した部分と、紫外線を照射していない部分を作製するためには、ソース電極１５等に対応する所定の形状の開口部を有するフォトマスクを用意し、フォトマスクごしに例えば波長が３００ｎｍ以下の紫外線（超高圧水銀ランプ）を照射すればよい。濡れ性変化層上の紫外線を照射した部分が高表面エネルギー部３４ａとなり、濡れ性変化層上の紫外線を照射していない部分が低表面エネルギー部３４ｂとなる。

本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ２によれば、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ１と同様の効果を奏する。又、ゲート絶縁膜３４を濡れ性変化層から構成し、濡れ性変化層の高表面エネルギー部３４ａ上にソース電極１５及びドレイン電極１６を形成することにより、高表面エネルギー部３４ａと低表面エネルギー部３４ｂとの境界ラインを明確に切り分けることが可能となる。その結果、ソース電極１５及びドレイン電極１６に挟まれた領域であるチャネルのチャネル長を短くすることができる。

〈第３の実施の形態〉
本発明の第３の実施の形態では、ゲート絶縁膜上に濡れ性変化層を形成する例を示す。図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイを例示する段面図である。同図中、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。本発明の第３の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイを例示する平面図は図１と同様であるためその説明は省略する。

図１１を参照するに、有機薄膜トランジスタアレイ３は、有機薄膜トランジスタアレイ１におけるゲート絶縁膜１４上に濡れ性変化層４１が形成されている点を除いて、有機薄膜トランジスタアレイ１と同様に構成される。４０は有機薄膜トランジスタアレイ３を構成する有機薄膜トランジスタを示している。以下、有機薄膜トランジスタアレイ３について、有機薄膜トランジスタアレイ１と異なる点についてのみ説明する。

図１１に示す有機薄膜トランジスタアレイ３において、濡れ性変化層４１は高表面エネルギー部４１ａ及び低表面エネルギー部４１ｂ層から構成されている。濡れ性変化層４１は、熱、紫外線、電子線、プラズマ等のエネルギーを付与することにより臨界表面張力（表面自由エネルギーともいう）が変化する材料を含有する層である。高表面エネルギー部４１ａは、熱、紫外線、電子線、プラズマ等のエネルギーを付与することにより臨界表面張力（表面自由エネルギーともいう）が大きくなった部分である。高表面エネルギー部４１ａは、濡れ性変化層の表面近傍のみに形成される。

低表面エネルギー部４１ｂは、熱、紫外線、電子線、プラズマ等のエネルギーを付与されず、臨界表面張力（表面自由エネルギーともいう）が変化していない部分である。臨界表面張力が大きくなった部分である高表面エネルギー部４１ａは、低表面エネルギー部４１ｂよりも親液性であるため、高表面エネルギー部４１ａにのみソース電極１５等の所定の導電層を確実に形成することができる。

濡れ性変化層を構成する高表面エネルギー部４１ａ上には、ソース電極１５及びドレイン電極１６が所定の距離を隔てて形成されている。ソース電極１５及びドレイン電極１６は、ソース電極１５とドレイン電極１６とに挟まれた領域（チャネル領域）が、ゲート絶縁膜３４を介してゲート電極１２とオーバーラップする位置に形成される。ソース電極１５とドレイン電極１６とに挟まれた領域（チャネル領域）を覆うように有機半導体層１７が形成されている。ゲート電極１２と、ソース電極１５と、ドレイン電極１６と、有機半導体層１７とは、例えば、インクジェット法などの印刷法により形成することができる。

このように、ゲート絶縁膜１４上に濡れ性変化層４１を形成し、濡れ性変化層４１の高表面エネルギー部４１ａ上にソース電極１５及びドレイン電極１６を形成することにより、高表面エネルギー部４１ａと低表面エネルギー部４１ｂとの境界ラインを明確に切り分けることが可能となる。その結果、ソース電極１５及びドレイン電極１６に挟まれた領域であるチャネルのチャンネル長を短くすることができる。なお、濡れ性変化層４１の詳細については、本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ２のゲート絶縁膜３４を構成する濡れ性変化層と同様であるため、その説明は省略する。

本発明の第３の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ３によれば、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ１と同様の効果を奏する。又、ゲート絶縁膜１４上に濡れ性変化層４１を形成し、濡れ性変化層４１の高表面エネルギー部４１ａ上にソース電極１５及びドレイン電極１６を形成することにより、高表面エネルギー部４１ａと低表面エネルギー部４１ｂとの境界ラインを明確に切り分けることが可能となる。その結果、ソース電極１５及びドレイン電極１６に挟まれた領域であるチャネルのチャネル長を短くすることができる。

〈第４の実施の形態〉
本発明の第４の実施の形態では、基板上にアース電極を設けない構造の例を示す。図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイを例示する平面図である。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図１２を参照するに、有機薄膜トランジスタアレイ４は、有機薄膜トランジスタアレイ１におけるゲート電極１２がゲート電極５２に置換され、アース電極１３が設けられていない点を除いて、有機薄膜トランジスタアレイ１と同様に構成される。以下、有機薄膜トランジスタアレイ３について、有機薄膜トランジスタアレイ１と異なる点についてのみ説明する。

有機薄膜トランジスタアレイ４は、基板上にアース電極１３が設けられていないため、ゲート電極５２のパターン幅を広くとることができる。又、隣接するゲート電極５２同士の間隔を広くとることができる。その結果、パターニング精度に対するマージンを大きくとることができる。

本発明の第４の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ４によれば、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ１と同様の効果を奏する。又、基板上にアース電極１３が設けられていないため、ゲート電極５２のパターン幅及び隣接するゲート電極５２同士の間隔を広くとることが可能となり、パターニング精度に対するマージンを大きくとることができる。

〈第５の実施の形態〉
本発明の第５の実施の形態では、基板上にアース電極を設けず、アース電極を隣接するゲート電極と共通にする構造の例を示す。図１３は、本発明の第５の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイを例示する平面図である。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図１３を参照するに、有機薄膜トランジスタアレイ５は、有機薄膜トランジスタアレイ１におけるゲート電極１２及びソース電極１５がゲート電極６２及びソース電極６５に置換され、アース電極１３が設けられていない点を除いて、有機薄膜トランジスタアレイ１と同様に構成される。以下、有機薄膜トランジスタアレイ５について、有機薄膜トランジスタアレイ１と異なる点についてのみ説明する。

有機薄膜トランジスタアレイ５は、基板上にアース電極１３が設けられていないが、アース電極に相当する電極を隣接するゲート電極と共通にした構造のゲート電極６２を設けている。このような構造のゲート電極６２を設けることにより、同一の層に形成されるゲート電極とアース電極との間隔を考慮する必要がなくなる。その結果、パターニング精度に対するマージンを大きくとることができる。

本発明の第５の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ５によれば、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ１と同様の効果を奏する。又、基板上にアース電極１３を設けず、アース電極に相当する電極を隣接するゲート電極と共通にした構造のゲート電極６２を設けることにより、同一の層に形成されるゲート電極とアース電極との間隔を考慮する必要がなくなるため、パターニング精度に対するマージンを大きくとることができる。

〈第６の実施の形態〉
本発明の第６の実施の形態では、アクティブマトリックス素子として本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ２を有するアクティブマトリックス基板を用いた表示装置の例を示す。図１４は本発明に係る表示装置を例示する断面図である。同図中、図１０と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図１４を参照するに、表示装置６は、アクティブマトリックス基板７０と、マイクロカプセルシート８０とを有する。表示装置６において、有機半導体層１７等が形成されている側のアクティブマトリックス基板７０上にはマイクロカプセルシート８０が接合されている。

アクティブマトリックス基板７０は有機薄膜トランジスタアレイ２を有し、有機薄膜トランジスタアレイ２上にポリパラキシリレンからなる保護層（図示せず）が形成されたものである。マイクロカプセルシート８０は、対向基板８１と、透明導電膜８２と、ウレタン樹脂溶液８３と、マイクロカプセル８４とを有する。ポリエチレンナフタレート等からなる対向基板８１の一方の面上には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明導電膜８２が形成されている。透明導電膜８２上には、更に、ウレタン樹脂溶液８３中に分散させたマイクロカプセル８４が形成されている。マイクロカプセル８４は、酸化チタン８４ａ及びカーボンブラック８４ｂを有する表示素子である。

表示装置６のゲート電極１２に繋がるバスラインに走査信号用のドライバーＩＣを、ソース電極１５に繋がるバスラインにデータ信号用のドライバーＩＣを各々接続し、所定の時間間隔で画面切り替えを行うことにより静止画表示を行うことができる。

続いて、表示装置６の製造方法の一例について説明する。始めに、ガラスやフィルム等から成る基板１１上に、Ａｇ粒子が分散されているＡｇインクを用いて、インクジェット法により印刷し、ゲート電極１２（走査配線）及びアース電極１３を形成する。次に、ゲート電極１２及びアース電極１３上に、ポリアミド酸をスピンコート法により塗布し、焼成することにより、濡れ性変化層から構成されるゲート絶縁膜３４を形成する。

次に、ソース電極１４及びドレイン電極１５の形成位置に対応する開口部を有するフォトマスクを用意する。そして、ゲート絶縁膜３４上に用意したフォトマスクを載せ、フォトマスクを介して紫外線を照射し、表面近傍に高表面エネルギー部３４ａを形成する。次に、高表面エネルギー部３４ａ上に、Ａｇ粒子が分散されているＡｇインクを用いて、インクジェット法により印刷し、ソース電極１４及びドレイン電極１５（信号配線）を形成する。更に、有機半導体インクを用いて、インクジェット法により印刷し、有機半導体層１７を形成する。次に、ＣＶＤ法を用いて、厚さ２μｍのポリパラキシリレンからなる保護層（図示せず）を形成し、アクティブマトリックス基板７０が得られる。

一方、ポリエチレンナフタレート等からなる対向基板８１上に、厚さ１００ｎｍ程度のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）をスパッタリング法により成膜し、透明導電膜８２を形成する。次に、透明導電膜８２が形成された対向基板８１に、アクティブマトリックス基板７０をシリカスペーサーを介して接合し、キャップ間にマイクロカプセル８４（電気泳動素子）を封入することにより、所謂電気泳動表示パネルである表示装置６が得られる。

本発明の第６の実施の形態によれば、本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ２を用いて表示装置６を実現することができる。その結果、オフリーク電流の上昇によるコントラスト比の低下や、隣接する有機薄膜トランジスタ間でのクロストークの発生を抑制することができる。又、安価で可撓性に優れた表示装置６を作製することができる。

〈実施例１〉
単一画素を構成する区画が六角形となる有機薄膜トランジスタ４０を３０×３０素子配列した有機薄膜トランジスタアレイ３を作製した（構造は、図１及び図１１参照）。単一画素を構成する区画２０（図４（ａ）参照）の占有面積を、後述する比較例１における単一画素を構成する区画２１（図４（ｂ）参照）の占有面積と等しい２００μｍ×２００μｍとした結果、パターンピッチＡ（図４（ａ）参照）は２１５μｍであった。

始めに、インクジェット法により、ガラスからなる基板１１上に膜厚１００ｎｍのＡｇからなるゲート電極１２（走査線）及びアース電極１３を成膜し、２８０℃で焼結させた。次に、ゲート電極１２（走査線）及びアース電極１３上にポリイミドであるリカコートＳＮ−２０（新日本理化社製）をスピンコート塗布し、プリベーク後、２００℃で焼成して、膜厚５００ｎｍのゲート絶縁膜１４を形成した。更に、ゲート絶縁膜１４上に、構造式（化２）に示されるポリイミドを、同様にスピンコート塗布し、焼成して、厚さ１００ｎｍの濡れ性変化層４１を形成した。

次に、ソース電極１５及びドレイン電極１６の形成位置に対応するパターンが描画されたフォトマスクを用意し、用意したフォトマスク越しに、波長が３００ｎｍ以下の紫外線を照射量１５分照射し、濡れ性変化層４１上に高表面自由エネルギー部４１ａを形成した。次に、インクジェット法を用いて、高表面自由エネルギー部４１ａに電極インク（電極材料には、銀ナノ粒子を水系の溶液に分散した物を用いた）を吐出し、２８０℃のオーブンで焼成してソース電極１５及びドレイン電極１６を形成した。

このとき、チャネル長（ソース電極１５とドレイン電極１６との間の距離）は５μｍであった。次に、ソース電極１５（信号線）及びドレイン電極１６が形成された濡れ性変化層４１上に、前述の構造式（化１）で表される材料をトリメチルベンゼンに溶解させた溶液を用いて、インクジェット法により印刷し、有機半導体層１７を形成し、有機薄膜トランジスタアレイ３を得た。なお、ソース電極１５の線幅を変化させた複数の有機薄膜トランジスタアレイ３を作製した。

〈比較例１〉
実施例１と同様の方法で、単一画素を構成する区画が四角形となる有機薄膜トランジスタを３０×３０素子配列した有機薄膜トランジスタアレイ９を作製した（構造は、図８参照）。単一画素を構成する区画２１（図４（ｂ）参照）の占有面積を、前述の実施例１における単一画素を構成する区画２０（図４（ａ）参照）の占有面積と等しい２００μｍ×２００μｍとした結果、パターンピッチＢ（図４（ｂ）参照）は約２００μｍであった。なお、ソース電極９５の線幅を変化させた複数の有機薄膜トランジスタアレイ９を作製した。

〈実施例１と比較例１との比較（評価方法及び評価結果）〉
実施例１及び比較例１で作製した有機薄膜トランジスタアレイ３及び９について、ソース電極１５及び９５の線幅を変化させ、隣接するソース電極１５及び９５間に電圧を印加したときの、ショートの有無の評価を行った。表１に評価結果を示す。表１において、○はショートが発生しなかったことを、×はショートが発生したことを示している。表１に示すように、ソース電極１５及び９５の線幅を広くするほど、隣接するソース電極１５同士及び９５同士の間隔が狭くなるため、ショートが発生しやすくなるが、単一画素を構成する区画が六角形である本発明に係る有機薄膜トランジスタ３はパターンピッチＡが広いため、ショートの発生を抑制できることが確認できた。

〈実施例２〉
単一画素を構成する区画が六角形となる有機薄膜トランジスタ１０を３０×３０素子配列した有機薄膜トランジスタアレイ１を作製した（構造は、図１及び図２参照）。単一画素を構成する区画２０（図４（ａ）参照）の占有面積は、後述する比較例２における集積度１００、１２７、１５０、２００ｐｐｉの各有機薄膜トランジスタアレイ９の単一画素を構成する区画２１（図４（ｂ）参照）の占有面積に対応するように作製した。

始めに、ガラスからなる基板１１上に密着層としてＣｒ膜（３ｎｍ）、ゲート電極１２（走査線）及びアース電極１３としてＡｌ膜（１００ｎｍ）をシャドウマスクを用いた真空蒸着法により成膜し、ゲート電極１２（走査線）とアース電極１３とを形成した。更に、ジモノクロロパラキシリレン固体ダイマーより膜厚５００ｎｍのポリパラキシリレン絶縁膜をＣＶＤ法により成膜しゲート絶縁膜１４を形成した。

次に、ゲート絶縁膜１４上にＡｕ膜（５０ｎｍ）をシャドウマスクを用いた真空蒸着法によりパターン成膜し、ソース電極１５（信号線）及びドレイン電極１６を形成した。次に、ソース電極１５（信号線）及びドレイン電極１６が形成されたゲート絶縁膜１４上に、インクジェット法によりインク液滴を滴下して印刷することにより有機半導体層１７を形成し、有機薄膜トランジスタアレイ１を得た。このような方法で、集積度が１００、１２７、１５０、２００ｐｐｉである有機薄膜トランジスタアレイ１を多数個作製した。

〈比較例２〉
実施例２と同様の方法で、単一画素を構成する区画が四角形となる有機薄膜トランジスタを３０×３０素子配列した有機薄膜トランジスタアレイ９を多数個作製した。なお、比較例２で作製した集積度が１００、１２７、１５０、２００ｐｐｉである各有機薄膜トランジスタアレイ９は、単一画素を構成する区画２１（図４（ｂ）参照）の占有面積が実施例２で作製した集積度が１００、１２７、１５０、２００ｐｐｉである各有機薄膜トランジスタアレイ１の単一画素を構成する区画２０（図４（ａ）参照）の占有面積と対応するように作製した。各有機薄膜トランジスタアレイ９について、単一画素を構成する区画である四角形のパターンピッチＢは２５４μｍ、２００μｍ、１６９．３μｍ、１２７μｍである。

〈実施例２と比較例２との比較（評価方法及び評価結果）〉
実施例２及び比較例２で作製した有機薄膜トランジスタアレイ１及び９について、インクジェット法でパターニングした有機半導体層１７及び９７の乾燥後の径を金属顕微鏡で評価した。又、有機薄膜トランジスタのオフリークやクロストークを評価した。

［有機半導体層１７及び９７の乾燥後の径］
図１５は、有機半導体層の乾燥後の径を金属顕微鏡で評価した結果を例示する図である。図１５において、横軸は有機半導体層の乾燥後の径を、縦軸は有機薄膜トランジスタアレイの個数を示している。比較例２では有機半導体層９７の径がφ１００μｍ程度であったのに対して、単一画素を構成する区画が六角形となる実施例２では有機半導体層１７の径がφ８０μｍ程度となり、大幅に小さくすることができた。なお、ここでいう径とは最大径を意味する（図５に示すφａ及びφｂに対応する物である）。

有機半導体層１７及び９７となるインク液滴の着弾時の径はφ６０〜７０μｍと見積もられているが、比較例２では有機半導体層９７の乾燥後の径はφ１００μｍ程度であり、乾燥の過程でインク液滴の径が倍近くまで拡がっているものがある。これに対して、実施例２では有機半導体層１７の乾燥後の径がφ８０μｍ程度であり、インク液滴の広がりは１０〜３０％にまで抑制できている。パターンピッチＡがパターンピッチＢよりも広くなることに加え、有機半導体層１７となる液滴の着弾時間間隔が広がることで、着弾後の乾燥を速め、拡がりを抑制することができたためである。

ディスプレイ表示に好適とされる２００ｐｐｉ（従来では１２７μｍピッチ）を実現するためには、有機半導体層の乾燥後の径が、比較例２のようにφ１００μｍでは単一画素の面積の８０％程度を占めることになり、パターニングはほぼ不可能である。これに対し実施例２ではφ８０μｍという径まで抑えることができたため、２００ｐｐｉといった高解像化が可能となる。それを証明するために、実施例２及び比較例２の有機薄膜トランジスタアレイ１及び９に対して、オフリーク及びクロストークの評価を行った。以下に結果を示す。

［オフリーク及びクロストークの評価］
酸素＜１ｐｐｍ、水分＜１ｐｐｍの雰囲気下で、ドレイン電圧Ｖｄｓを−２０Ｖ印加し、ゲート電圧Ｖｇを＋２０Ｖ印加することにより、実施例２及び比較例２の有機薄膜トランジスタアレイ１及び９のオフリーク電流値を評価した。又、同様の雰囲気下で、隣接するソース電極１５及び９５間に±２０Ｖの電圧を印加し、有機半導体層１７及び９７の成膜範囲が広がることによるクロストークの影響を評価した。表２に有機薄膜トランジスタアレイ１及び９の集積度を変化させたときのオフリーク電流値及びクロストークの発生の評価結果を示す。

表２において、○はオフリーク電流値の上昇及びクロストークの発生がなかったことを、×はオフリーク電流値の上昇及びクロストークの発生があったことを示している。なお、集積度［ｐｐｉ］は比較例２における値である。表２に示すように、比較例２では、１５０ｐｐｉ及び２００ｐｐｉの集積度において、オフリーク電流値の上昇及びクロストークの発生が確認された。これに対し、実施例２では、従来の２００ｐｐｉに相当する単一画素の占有面積でもオフリーク電流値の上昇及びクロストークの発生は見られなかった。本発明により、パターンピッチＡが広くなったこと及び有機半導体層１７の乾燥後の径を小さくできたこと（成膜範囲が必要以上に広がらなかったこと）による効果である。

〈実施例３〉
実施例１で作製した有機薄膜トランジスタアレイ３を用いて、アクティブマトリックス表示装置を作製した。具体的には、フィルム基板上に、厚さ１００ｎｍのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）をスパッタにより成膜し、透明導電膜付きフィルム基板を作製した。

一方、酸化チタン２０重量部、シリコーンマクロマー／メタクリル酸共重合体１重量部、シリコーンポリマーグラフトカーボンブラック２重量部及びシリコーンオイル７７重量部を混合し、超音波で１時間分散させて、白黒粒子分散液を調製した。得られた白黒粒子分散液をゼラチン−アラビアゴム コンプレックスコアセルベーション法によりマイクロカプセル化した。マイクロカプセルの平均粒径は、約６０μmであった。次に、ブレードコート法を用いて、マイクロカプセルをウレタン樹脂溶液中に分散させた分散液を、透明電極膜付きフィルム基板上に展開し、マイクロカプセルシートを作製した。

マイクロカプセルシートをアクティブマトリックス基板に接合し、電気泳動表示パネルを作製した。得られたアクティブマトリックス表示装置のゲート電極に繋がるバスラインに走査信号用のドライバーＩＣを、ソース電極に繋がるバスラインにデータ信号用のドライバーＩＣを各々接続し、０．５秒毎に画像の切り替えを行ったところ、良好な静止画像を表示することができた。

このように、本発明に係る有機薄膜トランジスタアレイを用いて、アクティブマトリックス表示装置を実現することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態及び本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態や実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態や実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、第２の実施の形態及び第３の実施の形態では、濡れ性変化層の高表面エネルギー部上にソース電極及びドレイン電極を形成する例を示したが、これとは別に又はこれと合わせて、基板上に濡れ性変化層を形成し、形成した濡れ性変化層の高表面エネルギー部上にゲート電極及びアース電極を形成する構造としても構わない。

又、第６の実施の形態では、本発明に係る有機薄膜トランジスタアレイと表示素子である電気泳動素子とを有する所謂電気泳動表示パネルである表示装置を作製する例を示したが、本発明に係る有機薄膜トランジスタアレイと表示素子である液晶素子とを有する所謂液晶パネルである表示装置や、本発明に係る有機薄膜トランジスタアレイと表示素子である有機ＥＬ素子とを有する所謂有機ＥＬパネルである表示装置を作製することも可能である。例えば、図１４に示す透明導電膜８２上に、ポリアミド酸をスピンコート法により塗布し、ラビングすることにより、厚さ２００ｎｍ程度の配向膜を形成した後、配向処理する。更に、配向膜が形成された対向基板８１と、アクティブマトリックス基板７０を、シリカスペーサーを介して接合し、ギャップ間に液晶性材料を封入することにより、所謂液晶パネルである表示装置を作製することができる。又、アクティブマトリックス基板７０に、有機ＥＬ素子を形成し、大気遮蔽シールドを配置させることにより、所謂有機ＥＬパネルである表示装置を作製することができる。

又、第６の実施の形態では、本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ２を用いて表示装置６を作製する例を示したが、本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ１、本発明の第３の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ３、本発明の第４の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ４、本発明の第５の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイ５を用いて表示装置６を作製できることは言うまでもない。これらを用いた場合にも有機薄膜トランジスタアレイ２を用いた場合と同様な効果を奏する。

又、本発明の各実施の形態及び各実施例においては、基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極及びドレイン電極が順次積層されたボトムゲート型の有機薄膜トランジスタアレイを例に説明をしたが、本発明は、基板上にソース電極及びドレイン電極、ゲート絶縁膜、ゲート電極が順次積層されたトップゲート型の有機薄膜トランジスタアレイにも適用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイを例示する平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイを例示する図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイの単一画素を構成する区画を例示する平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイの単一画素を構成する区画を従来のそれと比較して例示する図である。 インクジェット法によるパターニングを模式的に例示する断面図（その１）である。 インクジェット法によるパターニングを模式的に例示する断面図（その２）である。 本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイにおけるチャネル領域の中心位置を例示する平面図である。 従来の有機薄膜トランジスタアレイにおけるチャネル領域の中心位置を例示する平面図である。 インクジェット法においてインク液滴を吐出する方法を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイを例示する段面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイを例示する段面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイを例示する平面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタアレイを例示する平面図である。 本発明に係る表示装置を例示する断面図である。 有機半導体層の乾燥後の径を金属顕微鏡で評価した結果を例示する図である。

符号の説明

１，２，３，４，５，９ 有機薄膜トランジスタアレイ
６ 表示装置
１０，３０，４０ 有機薄膜トランジスタ
１１，２２ 基板
１２，５２，６２，９２ ゲート電極
１３，９３ アース電極
１４，３４，９４ ゲート絶縁膜
１５，６５，９５ ソース電極
１６，９６ ドレイン電極
１７，９７ 有機半導体層
２０，２１ 区画
２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ 補助線
２３ ノズル
２４ インク液滴
２５，９８ 中心位置
３４ａ，４１ａ 高表面エネルギー部
３４ｂ，４１ｂ 低表面エネルギー部
４１ 濡れ性変化層
７０ アクティブマトリックス基板
８０ マイクロカプセルシート
８１ 対向基板
８２ 透明導電膜
８３ ウレタン樹脂溶液
８４ マイクロカプセル
８４ａ 酸化チタン
８４ｂ カーボンブラック
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ パターンピッチ
Ｌａ，Ｌｂ 成膜間隔
φａ，φｂ 最大径

Claims (16)

1. 基板上に設けられた複数のゲート電極と、
   前記複数のゲート電極の上層又は下層にゲート絶縁膜を介して設けられた複数のソース電極及び複数のドレイン電極と、
   前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極に対向して配置され、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間にチャネル領域を形成する有機半導体層と、を有する有機トランジスタアレイであって、
   前記有機トランジスタアレイは、平面視において、単一画素を構成する複数の区画に区分され、
   前記区画は、最密充填構造を有することを特徴とする有機トランジスタアレイ。
2. 前記最密充填構造は、平面視六角形であることを特徴とする請求項１記載の有機トランジスタアレイ。
3. 前記区画は、平面視ちどり状に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の有機トランジスタアレイ。
4. 前記有機半導体層は、印刷法で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の有機トランジスタアレイ。
5. 前記印刷法は、インクジェット法であることを特徴とする請求項４記載の有機トランジスタアレイ。
6. 前記有機半導体層は、有機溶剤に可溶な有機半導体材料を含有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載の有機トランジスタアレイ。
7. 前記ゲート電極、前記ソース電極、前記ドレイン電極のうちの少なくとも一つは、印刷法により形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載の有機トランジスタアレイ。
8. 前記ゲート絶縁膜上には、エネルギーの付与によって表面エネルギーが変化する材料を含有する濡れ性変化層が形成されており、
   前記濡れ性変化層は、第１の表面エネルギー部と、所定のエネルギーが付与されて前記第１の表面エネルギー部よりも表面エネルギーが高くなった第２の表面エネルギー部とを有し、
   前記第２の表面エネルギー部上には、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項記載の有機トランジスタアレイ。
9. 前記ゲート絶縁膜は、エネルギーの付与によって表面エネルギーが変化する材料を含有する濡れ性変化層から構成され、
   前記濡れ性変化層は、第１の表面エネルギー部と、所定のエネルギーが付与されて前記第１の表面エネルギー部よりも表面エネルギーが高くなった第２の表面エネルギー部とを有し、
   前記第２の表面エネルギー部上には、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項記載の有機トランジスタアレイ。
10. 前記濡れ性変化層は、第１の材料と第２の材料とを有し、
    前記第１の材料は、前記第２の材料よりも電気絶縁性に優れ、
    前記第２の材料は、前記第１の材料よりもエネルギーの付与によって表面エネルギーが高くなる割合が大きいことを特徴とする請求項８又は９記載の有機トランジスタアレイ。
11. 前記ゲート電極、前記ソース電極、前記ドレイン電極のうちの少なくとも一つは、金属粒子又は金属錯体を含有するインクを用いて形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項記載の有機トランジスタアレイ。
12. 前記金属粒子は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ又はＮｉであることを特徴とする請求項１１記載の有機トランジスタアレイ。
13. 前記ゲート電極、前記ソース電極、前記ドレイン電極のうちの少なくとも一つは、導電性高分子を含有することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項記載の有機トランジスタアレイ。
14. 前記導電性高分子は、ポリエチレンジオキシチオフェンを含有することを特徴とする請求項１３記載の有機トランジスタアレイ。
15. 前記ゲート絶縁膜は高分子材料を含むことを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項記載の有機トランジスタアレイ。
16. 請求項１乃至１５の何れか一項記載の有機トランジスタアレイ、対向基板及び表示素子を有する表示装置。

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