JP2011060787A - 有機発光トランジスタアレイおよびその駆動方法、ならびに有機エレクトロルミネッセンス表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡略な回路で駆動可能な有機発光トランジスタアレイおよびその駆動方法を提供する
【解決手段】有機発光トランジスタアレイ１０は有機発光トランジスタをマトリックス状に複数備えている。有機発光トランジスタのゲート電極はワードラインＷ１に接続され、ゲート電極に対向する位置に配置されたボディ電極はワードラインＷ２に接続されている。また、ドレイン電極はビットラインＢ１に接続され、ソース電極はプレートラインＰ１に接続されている。ドレイン電極およびソース電極に接触するように有機半導体膜は配置され、ドレイン電極およびソース電極とゲート電極との間には、ゲート強誘電体膜が配置されている。ゲート電極に第一電圧を印加すると、ゲート強誘電体膜に分極が生じる。その後、ドレイン電極とボディ電極とゲート電極とに第一電圧と反対の極性の電圧を印加すると、ゲート強誘電体膜に分極が生じる。
【選択図】図１

Description

本発明は複数の配線に接続された有機発光トランジスタをマトリックス状に複数備えている有機発光トランジスタアレイおよびその駆動方法、ならびに有機エレクトロルミネッセンス表示装置に関するものである。

近年では、従来主流であったブラウン管を使用した表示装置から、薄型のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の表示装置が広く利用されるようになっている。ＦＰＤには、表示素子として液晶、発光ダイオード（ＬＥＤ）または、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）等を利用したものがある。中でも有機ＥＬは、薄型であり、軽量であるという利点から、有機ＥＬを利用したＦＰＤの研究開発が盛んに行われている。

有機ＥＬ素子の駆動には、有機トランジスタのアクティブマトリックス（ＡＭ）回路を利用した方式がある。ＡＭ回路とは、画素ごとに表示／非表示を制御するスイッチ回路である。ＡＭ回路は画素ごとに制御しているので、表示装置の配線数が増えても、各画素を確実に動作することができる。そのため、ＡＭ回路を利用した有機ＥＬ表示装置では、高精細化、コントラストの明晰化、また反応速度の高速化が可能である。しかしながら、ＡＭ回路を利用した有機ＥＬ表示装置は、製造工程が複雑であり、製造コストが高いという問題がある。

そのため、有機ＥＬ素子と有機トランジスタとを一体化する工夫が行われている。有機ＥＬ素子と有機トランジスタとを一体化にすることによって、製造工程を簡略化することができ、製造コストを抑えることができる。

特許文献１〜３には、有機ＥＬ素子と有機トランジスタとを一体化した有機発光トランジスタが開示されている。

特許文献１では、基板上に下引き層を備え、当該下引き層に接するように有機半導体膜、ソース電極およびドレイン電極が配置され、有機半導体膜の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が配置されている有機発光トランジスタが開示されている。

一方、特許文献２には、ゲート電極層の上に絶縁層が設けられ、その上にソース電極およびドレイン電極が間隔を空けて設けられている有機発光トランジスタが開示されている。すなわち、ソース電極とドレイン電極とは、絶縁層に接しており、そして、両電極を覆い、かつ両電極の間に入り込むように有機半導体層が設けられている。

前述した２件の特許文献に開示されている技術では、有機トランジスタに自発光する機能を持たせることができるため、有機トランジスタおよび有機ＥＬ素子を別々に製造する必要がない。したがって、有機トランジスタの製造工程の短縮を図ることができ、プロセスを簡易化できる。

なお、特許文献３には、有機半導体素子がゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体膜およびボディ電極を有する構成が開示されている。本文献に記載されている技術では、ゲート電極に電圧を印加すると同時に、当該電圧とは反対の極性の電圧をボディ電極に印加することによって有機半導体素子を発光させる。このように、有機半導体膜の電位を外部から与えるボディ電極を有することによって、有機半導体膜におけるゲート電極との電位差を調整することができる。

特開２００７−２５１０９３号公報（２００７年９月２７日公開） 特開２００８−５０５２９号公報（２００８年３月６日公開） 特開２００４−１０３７１９号公報（２００４年４月２日公開）

従来の有機ＥＬ表示装置では、一つの画素を構成する有機発光トランジスタを駆動するために、表示のオン／オフを制御するスイッチング用トランジスタ素子が必要である。また、有機発光トランジスタを発光させるために必要な電流を供給する駆動用トランジスタ素子も必要である。

したがって、特許文献１に開示されている技術を用いた場合では、前述した二つのトランジスタ素子を備える必要がある。さらには、ある一定時間発光状態を保つために、駆動用トランジスタのゲート電圧を保持するキャパシタも必要となる。その結果、有機発光トランジスタのＡＭ回路が複雑化し、トランジスタ面積が大きくなるため、トランジスタの高精細化が困難である。

また、特許文献２に開示されている有機発光トランジスタにおいても、スイッチング用トランジスタ、およびゲート電圧保持用キャパシタが必要となる。そのため、前述したように、有機発光トランジスタの高精細化を行うのは難しい。

前述したように、特許文献３には、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体膜およびボディ電極を有機半導体素子が有する構成が開示されている。この場合、ゲート電極に電圧を印加すると同時に、当該電圧とは反対の極性の電圧をボディ電極に印加することによって、有機半導体素子を発光させることができる。しかしながら、本文献には、当該有機半導体素子によって有機半導体素子アレイをどのように構成し、アレイをどのようにして駆動するのかが具体的に開示されていない。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、より簡略な回路で有機ＥＬ表示装置を駆動することができる有機発光トランジスタアレイおよびその駆動方法、ならびに有機エレクトロルミネッセンス表示装置を提供することにある。

本発明は、以上の課題を解決するために、
第一のワードラインに接続されたゲート電極と、ビットラインに接続されたドレイン電極と、前記ドレイン電極と間隔を空けて配置され、プレートラインに接続されたソース電極と、前記ドレイン電極および前記ソース電極に接触するように配置された有機半導体膜と、前記ドレイン電極および前記ソース電極と前記ゲート電極との間に配置されたゲート強誘電体膜と、前記ゲート電極に対向する位置に配置され、第二のワードラインに接続されたボディ電極とを基板上に有する有機発光トランジスタをマトリックス状に複数備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明に係る有機発光トランジスタアレイは、複数の有機発光トランジスタをマトリックス状に備えた構造をしている。具体的には、有機発光トランジスタは、複数の配線に接続されている。複数の配線とは、ビットライン、プレートライン、第一のワードラインおよび第二のワードラインであり、これらの配線は互いに格子状に交差するように配置されている。有機発光トランジスタは自身の四方を囲むこれら４つの配線と同時に接続されている。

本発明に係る有機発光トランジスタは、基板上にゲート電極を有しており、当該ゲート電極を覆うようにしてゲート強誘電体膜が形成されている。ゲート強誘電体膜の上にはソース電極およびドレイン電極が間隔を空けて設けられている。さらに両電極を覆い、かつ両電極の間に入り込むように、有機半導体膜から成る発光層を備えている。そして、有機半導体膜上において、ゲート強誘電体膜と対向する位置にボディ電極が配置されている。

有機発光トランジスタでは、ソース電極とプレートラインとが接続され、ドレイン電極とビットラインとが接続されている。また、ゲート電極と第一のワードラインとが接続されており、ボディ電極と第二のワードラインとが接続されている。このようにして、有機発光トランジスタは複数の配線と接続され、有機発光トランジスタアレイを形成している。

本発明に係る有機発光トランジスタアレイでは、従来の有機発光トランジスタアレイと比較して、必要なトランジスタ等の個数が少ない。そのため、アレイの高精細化に有利である。また、製造しなければならない素子の数が少ないため、アレイ製造工程の簡略化を図ることができ、さらにはコストを低減でき、歩留まりを向上できる。

また、本発明に係る有機発光トランジスタアレイでは、ゲート強誘電体膜中に極性の異なる２つの分極状態を同時に発現することができる。そのため、ゲート強誘電体膜とそれに接している有機半導体膜との間の界面に、正孔と電子とを誘起でき、有機発光トランジスタの発光強度が向上する。

以上より、本発明に係る有機発光トランジスタアレイは、従来の有機発光トランジスタアレイと比較してシンプルな構造をしているため、高精細化が可能である。さらには、高い発光強度を有する有機発光トランジスタアレイを提供することができる。

また、本発明に係る有機発光トランジスタアレイにおいては、
前記ゲート強誘電体膜は、ポリフッ化ビニリデンコポリマーであることが好ましい。

上記の構成によれば、ポリフッ化ビニリデンコポリマーでは、低温でゲート強誘電体膜を形成することができる。

また、本発明に係る有機発光トランジスタアレイにおいては、
前記有機半導体膜は、ポリ（３-置換チオフェン）であることが好ましい。

上記の構成によれば、大面積の有機半導体膜を均一に形成することができる。

また、本発明に係る有機発光トランジスタアレイの駆動方法は、
前記ゲート電極に第一の電圧を印加することによって、前記ゲート強誘電体膜に第一の分極を生じさせる工程と、前記ソース電極または前記ドレイン電極のいずれか一方の電極を接地または浮遊状態とし、もう一方の電極と前記ボディ電極と前記ゲート電極とに、前記第一の電圧とは反対の極性の第二の電圧を印加することによって、前記接地または浮遊状態とした電極近傍の前記ゲート強誘電体膜に第二の分極を生じさせる工程とを有することを特徴としている。

上記の構成によれば、効率よく有機発光トランジスタアレイを駆動し、高い発光強度で有機発光トランジスタを発光させることができる。

また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置は、以上の課題を解決するために、
上述したいずれかの有機発光トランジスタアレイを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、高精細化した有機発光トランジスタアレイを搭載した有機エレクトロルミネッセンス表示装置を提供できる。

本発明に係る有機発光トランジスタアレイでは、従来の有機発光トランジスタアレイと比較して、必要なトランジスタ等の個数が少ない。そのため、アレイの高精細化に有利である。また、製造しなければならない素子の数が少ないため、アレイ製造工程の簡略化を図ることができ、さらにはコストを低減でき、歩留まりを向上できる。

また、本発明に係る有機発光トランジスタアレイでは、ゲート強誘電体膜中に極性の異なる２つの分極状態を同時に発現することができる。そのため、ゲート強誘電体膜とそれに接している有機半導体膜との間の界面に、正孔と電子とを誘起でき、有機発光トランジスタの発光強度が向上する。

本発明の一実施形態に係る有機発光トランジスタアレイの等価回路を示す図である。 本発明の一実施形態に係る有機発光トランジスタ（ボトムコンタクト型）の断面を示す図である。 （ａ）は、支持体上にゲート電極を形成する工程を示す図であり、（ｂ）は、支持体上にゲート電極をパターニングする工程を示す図であり、（ｃ）は、ゲート強誘電体膜を形成する工程を示す図であり、（ｄ）は、ソース電極を形成する工程を示す図であり、（ｅ）は、ドレイン電極を形成する工程を示す図であり、（ｆ）は、有機半導体膜を形成する工程を示す図であり、（ｇ）は、ボディ電極を形成する工程を示す図である。 ｐ型の有機半導体膜を有する本発明の一実施形態に係る有機発光トランジスタアレイの駆動波形を示す図である。 本発明の一実施形態に係る有機発光トランジスタアレイの第一の分極を示す図であり。 本発明の一実施形態に係る有機発光トランジスタアレイの第二の分極を示す図である。 ｎ型の有機半導体膜を有する本発明の一実施形態に係る有機発光トランジスタアレイの駆動波形を示す図である。 本発明の一実施形態に係る有機発光トランジスタ（トップコンタクト型）の断面を示す図である。 （ａ）は、支持体上にゲート電極を形成する工程を示す図であり、（ｂ）は、支持体上にゲート電極をパターニングする工程を示す図であり、（ｃ）ゲート強誘電体膜を形成する工程を示す図であり、（ｄ）は、有機半導体膜を形成する工程を示す図であり、（ｅ）は、ソース電極、ドレイン電極およびボディ電極を形成する工程を示す図である。

〔第一の実施の形態〕
（有機発光トランジスタアレイの概要）
本実施形態に係る有機発光トランジスタアレイの概要について説明する。

有機発光トランジスタアレイは、複数の単位画素をマトリックス状に整列した構造をしている。具体的には、複数の配線に接続された有機発光トランジスタを含む画素が複数整列している。複数の配線は、互いに格子状に交差するように配置されており、有機発光トランジスタは自身の四方を囲む４つの配線と同時に接続されている。

有機発光トランジスタは、有機半導体膜を有しており、有機発光トランジスタの電極に電圧を印加することによって、有機半導体膜自体が発光する。有機発光トランジスタアレイを利用した表示装置では、各画素の有機発光トランジスタを選択的に発光させることによって、二次元表示を可能にしている。詳しい構造および発光方法については、後に説明する。

（有機発光トランジスタアレイ１０の構成）
本実施形態に係る有機発光トランジスタアレイ１０の詳しい構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る有機発光トランジスタアレイ１０の等価回路を示す図である。

前述したように、有機発光トランジスタアレイ１０は、複数の単位画素をマトリックス状に整列した構造をしている。例として、２×２単位画素構造の有機発光トランジスタアレイ１０を図１に示す。有機発光トランジスタアレイ１０には、複数の配線が互いに交差するように配置されている。具体的には、図１に示すように、ビットライン（Ｂ１，Ｂ２）およびプレートライン（Ｐ１，Ｐ２）が交互に配列されている。さらに、ビットラインおよびプレートラインは、ワードライン（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４）と交差するように配置されている。なお、ビットラインはデータ線であり、ワードラインは走査線である。１つの有機発光トランジスタが、ビットラインＢ１、プレートラインＰ１およびワードラインＷ１，Ｗ２に接続され、画素Ｃ１１を形成している。同様にして、他の有機発光トランジスタが、ビットラインＢ２、プレートラインＰ２およびワードラインＷ１，Ｗ２に接続され、画素Ｃ１２を形成している。画素Ｃ２１，Ｃ２２においても、同様にして形成されている。

なお、ワードラインは、ワードライン選択回路（図示せず）に繋がっており、ビットラインは、ビットライン選択回路（図示せず）に繋がっている。これら選択回路を介して、特定の画素を発光させることができる。

（単一画素の構成）
各画素は、複数の配線に接続された有機発光トランジスタを含んでいる。その詳しい構成について説明する。

まず、有機発光トランジスタの構成について、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係る有機発光トランジスタ１２（ボトムコンタクト型）の断面を示す図である。

図２に示すように、本実施形態に係る有機発光トランジスタ１２は、ボトムコンタクト型のトランジスタである。有機発光トランジスタ１２は、支持体（基板）１上にゲート電極２を有しており、当該ゲート電極２を覆うようにしてゲート強誘電体膜３が形成されている。ゲート強誘電体膜３の上にはソース電極４Ｓおよびドレイン電極４Ｄが間隔を空けて設けられている。さらに両電極を覆い、かつ両電極の間に入り込むように、有機半導体膜５から成る発光層を備えている。そして、有機半導体膜５上において、ゲート強誘電体膜３と対向する位置にボディ電極６が配置されている。

有機発光トランジスタ１２では、ソース電極４ＳとプレートラインＰ１とが接続され、ドレイン電極４ＤとビットラインＢ１とが接続されている。また、ゲート電極２とワードラインＷ１とが接続されており、ボディ電極６とワードラインＷ２とが接続されている。このようにして、有機発光トランジスタ１２は複数の配線と接続され、単位画素を形成している。

（有機発光トランジスタ１２の各部材）
なお、支持体１としては、ガラス基板を用いることができる。それ以外には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板、またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）基板等のプラスチック基板、あるいは珪素基板を用いることができる。ガラス基板は、光透過性が高いため、有機半導体膜５が発した光を効率よく取り出すことができる。また、ＰＥＴ基板またはＰＥＮ基板等のプラスチック基板を用いた場合は、フレキシブルであり、軽量な有機発光トランジスタ１２が得られる。珪素基板には、その導体性により、珪素基板自体をゲート電極２として使用できるという利点がある。このように、それぞれの基板に特徴があるので、所望の有機発光トランジスタ１２の構造、特性等を考慮した基板を選択すると良い。

ゲート電極２としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）または酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明電極を使用できる。他には、テトラチアフルバレン−テトラアシアノキノジメタン（ＴＴＦ−ＴＣＮＱ）等の電荷移動錯体またはポリエチレンジオキシチオフォン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等の導電性高分子等の有機材料も使用できる。また、金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）等の金属電極も使用できる。透明電極を用いた場合、透明電極は高い光透過性を有しているので、透明電極側から有機半導体膜５が発した光を取り出すことができる。一方、電荷移動錯体を使用した場合、電荷移動錯体の光透過率は極めて小さいため、電荷移動錯体側から有機半導体膜５の光を取り出すことができない。しかし、電荷移動錯体は有機物であるため、低温でのゲート電極２の形成が可能であり、製造費を抑えることができる。金属電極を用いた場合においても、金属電極の光透過率は極めて小さいため、金属電極側から有機半導体膜５が発した光を取り出すことができない。しかし、金属電極は高い導電率を有しているため、回路の遅延時間が短くなり、有機発光トランジスタアレイ１０の高速動作を可能にする。このように、それぞれの電極材料に特徴があるので、所望の有機発光トランジスタ１２の構造、特性等を考慮した電極材料を選択すると良い。

ゲート強誘電体膜３としては、ポリフッ化ビニリデンコポリマー（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））膜またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）膜が適用可能である。Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を用いた場合、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜は有機物であるため、低温でゲート強誘電体膜３を形成することができる。したがって、製造コストを抑えることができる。さらには、プラスチック基板またはガラス基板等の上に問題なく形成できるため、フレキシブルな有機発光トランジスタを製造できる。この際、ゲート強誘電体膜３としてＳＢＴ（ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９）またはＢＬＴ（（Ｂｉ，Ｌａ）_４Ｔｉ_３Ｏ_１２）等の無機物を用いた場合、７００℃以上の加熱を必要とする。そのため、耐熱性が低いプラスチック基板またはガラス基板上には形成することができない。

ソース電極４Ｓおよびドレイン電極４Ｄの材料は、有機半導体膜５が有する最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）を考慮して決定する。ｐ型の有機半導体膜５を使用した場合は、ソース電極４Ｓから正孔を取り出すため、ソース電極４Ｓには有機半導体膜５のＨＯＭＯに近い仕事関数を有する材料を用いるのが好ましい。また、ドレイン電極４Ｄからは電子を取り出すため、ドレイン電極４Ｄには有機半導体膜５のＬＵＭＯに近い仕事関数を有する材料を用いるのが好ましい。一方、ｎ型の有機半導体膜５では、ソース電極４Ｓから電子を取り出しており、ドレイン電極４Ｄから正孔を取り出している。そのため、ｎ型の有機半導体膜５を使用した場合では、ソース電極４Ｓには有機半導体膜５のＬＵＭＯに近い仕事関数を有する材料を用い、ドレイン電極４Ｄには有機半導体膜５のＬＵＭＯに近い仕事関数を有する材料を用いるのが好ましい。

以上では、有機半導体膜５のＨＯＭＯおよびＬＵＭＯを考慮してソース電極４Ｓおよびドレイン電極４Ｄの材料を決定する例を示したが、ソース電極およびドレイン電極に同じ材料を用いても、有機半導体膜５の発光を確認することができる。

なお、有機半導体膜５としては、ポリ（３-置換チオフェン）（Ｐ３ＨＴ）等の高分子材料の他、フラーレン類等の低分子材料も使用できる。高分子材料は、スピンコート法等のウェットプロセスによって成膜するため、大面積の均一な膜を低コストで形成することができる。一方、低分子材料は、電子ビーム蒸着法等の真空プロセスによって成膜するため、純度の高い膜を形成することができる。

ボディ電極６としては、金（Ａｕ）等の金属電極、またはＴＴＦ−ＴＣＮＱ等の電荷移動錯体を使用できる。また、ＺｎＯまたはＩＴＯ等の透明電極も使用できる。金属電極を用いた場合、金属電極の光透過率は極めて小さいため、金属電極側から有機半導体膜５が発した光を取り出すことができない。しかし、金属電極は高い導電率を有しているため、回路の遅延時間が短くなり、有機発光トランジスタアレイ１０の高速動作を可能にする。電荷移動錯体を使用した場合においても、電荷移動錯体の光透過率は極めて小さいため、電荷移動錯体側から有機半導体膜５の光を取り出すことができない。しかし、電荷移動錯体は有機物であるため、低温でのボディ電極６の形成が可能であり、製造費を抑えることができる。一方、透明電極を用いた場合、透明電極の光透過率は高いため、透明電極側から有機半導体膜５の光を取り出すことができる。

なお、一般的な有機発光トランジスタでは、有機半導体膜が発した光を、ゲート電極側またはそれに対向する側のいずれか一方から取り出す。本実施形態では、ゲート電極２側またはボディ電極６側のいずれか一方から取り出す。この際、両方の電極に光透過性が高い電極を用いると、両側から有機半導体膜５の光が抜けてしまうため、光量が半減してしまう。そのため、片側の電極には光透過性が高い電極を用い、もう一方側には光透過性が低い電極を用いるのが良い。このように、ゲート電極２およびボディ電極６のどちらから光を取り出すのかを考慮して、それぞれの電極の材質を選択するのが良い。

（有機発光トランジスタ１２の製造工程）
有機発光トランジスタ１２の具体的な製造工程について、図３（ａ）〜（ｇ）を参照して説明する。図３（ａ）は、支持体１上にゲート電極２を形成する工程を示す図である。図３（ｂ）は、支持体１上にゲート電極２をパターニングする工程を示す図である。図３（ｃ）は、ゲート強誘電体膜３を形成する工程を示す図である。図３（ｄ）は、ソース電極４Ｓを形成する工程を示す図である。図３（ｅ）は、ドレイン電極４Ｄを形成する工程を示す図である。図３（ｆ）は、有機半導体膜５を形成する工程を示す図である。図３（ｇ）は、ボディ電極６を形成する工程を示す図である。

始めに、支持体１上にゲート電極２を形成する。支持体１としてガラス基板、ゲート電極２としてＺｎＯを用いた例を示す。ガラス基板上（支持体１）に酢酸亜鉛を前駆体とした溶液をディップコート法によって塗布する。その後、３０分間６００℃で焼成し、ＺｎＯ膜を形成する（図３（ａ））。膜厚はおよそ５０ｎｍであるのが好ましい。形成したＺｎＯ膜をフォトリソグラフィー法によってパターニングし、ゲート電極２を形成する（図３（ｂ））。形成したＺｎＯ電極（ゲート電極２）の光透過率は、９２％である。

次に、ゲート強誘電体膜３を形成する。ゲート強誘電体膜３としてＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を用いた例を示す。ゲート電極２の上にＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜をスピンコート法によって形成する。膜厚はおよそ４００ｎｍであるのが好ましい。そして、結晶化アニールを行った後、３０分間１４０℃で焼成し、ゲート強誘電体膜３を形成する（図３（ｃ））。

続いて、ソース電極４Ｓおよびドレイン電極４Ｄを形成する。ソース電極４ＳとしてＡｕ電極、ドレイン電極４ＤとしてＡｌ電極を用いた例を示す。まずソース電極４Ｓを形成する方法を説明する。ゲート強誘電体膜３の上にＡｕの金属膜を、抵抗加熱蒸着法によって形成する。膜厚はおよそ６０ｎｍであるのが好ましい。形成した膜をフォトリソグラフィー法によってパターニングし、ソース電極４Ｓを形成する（図３（ｄ））。同様にして、ドレイン電極４Ｄを続いて形成する。ゲート強誘電体膜３の上にＡｌの金属膜を、抵抗加熱蒸着法によって形成する。膜厚はおよそ６０ｎｍであるのが好ましい。形成した膜をフォトリソグラフィー法によってパターニングし、ソース電極４Ｓと間隔を空けた位置にドレイン電極４Ｄを形成する（図３（ｅ））。この際、ソース電極４Ｓおよびドレイン電極４Ｄは櫛歯型の電極構造（図示せず）をしており、有機発光トランジスタ１２のチャネル幅が９５５μｍ、およびチャネル長が５μｍとなるように配置するのが好ましい。

次に、有機半導体膜５を形成する。有機半導体膜５としてＰ３ＨＴ膜を用いた例を示す。ソース電極４Ｓおよびドレイン電極４Ｄの上にＰ３ＨＴ膜をスピンコート法によって形成する。膜厚はおよそ１００ｎｍであるのが好ましい。その後、１０分間１５０℃で焼成し、有機半導体膜５を形成する（図３（ｆ））。

最後に、ボディ電極６を形成する。ボディ電極６として、Ａｕ電極を用いた例を示す。有機半導体膜５の上にＡｕの金属膜を、シャドウマスクを用いて抵抗加熱蒸着法によって形成する（図３（ｇ））。膜厚はおよそ６０ｎｍであるのが好ましい。

このようにして、有機発光トランジスタ１２は製造される。以上では本実施形態に係る有機発光トランジスタ１２の具体的な製造工程を示したが、本実施形態に係る有機発光トランジスタ１２の製造工程はこれに限定されるものではない。

なお、上述した例では、有機半導体膜５としてＰ３ＨＴ膜を用いており、Ｐ３ＨＴ膜はＨＯＭＯ＝５．０ｅＶ、ＬＵＭＯ＝３．１ｅＶという特徴を有している。そのため、ソース電極４Ｓには仕事関数４．９ｅＶのＡｕ電極を用い、ドレイン電極４Ｄには仕事関数３．５ｅＶのＡｌ電極を用いている。

（有機発光トランジスタ１２の発光原理）
有機発光トランジスタ１２の発光原理について説明する。

有機発光トランジスタ１２の発光原理は、ゲート電極２に電圧を印加することによって、有機半導体膜５が発光するというものである。詳しくは、ｐ型の有機半導体膜５の場合は、ゲート電極６に負の電圧を印加することによってソース電極４Ｓとドレイン電極４Ｄとの間に電位差を生じさせる。その結果、有機半導体膜５中に、ソース電極４Ｓから正孔が注入され、ドレイン電極４Ｄから電子が注入される。注入された正孔および電子が有機半導体膜５中で再結合することによって、有機半導体膜５は発光する。

一方、ｎ型の有機半導体膜５の場合は、ゲート電極６に正の電圧を印加する。その結果、有機半導体膜５中に、ソース電極４Ｓから電子が注入され、ドレイン電極４Ｄから正孔が注入される。

なお、ゲート電極２に印加する電圧が閾値以上でない場合、またソース電極４Ｓおよびドレイン電極４Ｄに電位差がない場合には、有機発光トランジスタ１２は発光しない。閾値以上の電圧とは、閾値電圧よりも大きい電圧のことである。閾値電圧とは、有機発光トランジスタ１２がオフ状態（ドレイン電流が流れない）から、オン状態（ドレイン電流が流れる）に切り替わる時のゲート電圧である。ｐ型の有機半導体膜５の閾値電圧は負の電圧であり、ｎ型の有機半導体膜５の閾値電圧は正の電圧である。

なお、有機発光トランジスタ１２の発光量は、注入される正孔および電子の量に依存しているため、注入される正孔および電子の量が多ければ多いほど発光量も増加する。また、ゲート電極２に印加する電圧が大きいほど、ソース電極４Ｓおよびドレイン電極４Ｄに誘起される正孔および電子の量も増加する。これによって、再結合する正孔および電子の量が増えるので、発光量が増加する。

（有機発光トランジスタアレイ１０の駆動方法）
有機発光トランジスタアレイ１０の駆動方法について、図４〜図６を参照して説明する。図４は、ｐ型の有機半導体膜５を有する有機発光トランジスタアレイ１０の駆動波形を示す図である。図５は、有機発光トランジスタアレイ１０の第一の分極を示す図である。図６は、有機発光トランジスタアレイ１０の第二の分極を示す図である。

有機発光トランジスタアレイ１０を利用した表示装置では、有機発光トランジスタアレイ１０を構成する各画素（Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２）の有機発光トランジスタを選択的に発光させることによって、二次元表示を可能にしている。具体的には、ワードライン選択回路およびビットライン選択回路を介して、適当なワードライン（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４）およびビットライン（Ｂ１，Ｂ２）を選択することによって各画素を選択的に発光させる。例として、画素Ｃ１１を発光させる場合の有機発光トランジスタアレイ１０の駆動方法を以下に示す。有機発光トランジスタアレイ１０は、閾値電圧が−１５Ｖ程度のｐ型の有機半導体膜５を有しているとする。

画素Ｃ１１を選択するために、ワードライン選択回路およびビットライン選択回路を介してワードラインＷ１，Ｗ２およびビットラインＢ１に電圧を印加する。詳しくは、ワードラインＷ１（ゲート電極２）に正の電圧を印加すると同時に、プレートラインＰ１（ソース電極４Ｓ）、ビットラインＢ１（ドレイン電極４Ｄ）およびワードラインＷ２（ボディ電極６）を接地状態（電位ＧＮＤ）にする。その結果、画素Ｃ１１のゲート強誘電体膜３中に第一の分極が生じる（図４のＳ１）。ワードラインＷ１に印加する電圧の大きさは、ゲート強誘電体膜３を分極させるのに充分な電圧であれば良い。本実施形態では、第一の分極を生じさせるために、ワードラインＷ１に１５Ｖの電圧を印加する。第一の分極は、図５に示すように、分極方向８に分極しており、ソース電極４Ｓおよびドレイン電極４Ｄの近傍には電子が注入されている状態となっている。

次に、ワードラインＷ１，Ｗ２およびビットラインＢ１にそれぞれ同じ大きさの負の電圧を印加する（Ｓ２）。この際、画素Ｃ１１を構成する有機発光トランジスタ１２の閾値電圧以上の電圧を印加する。本実施形態の有機半導体膜５の閾値電圧は−１５Ｖ程度なので、−１５Ｖよりも大きい（閾値電圧以上の）電圧を印加すれば、ソース電極４Ｓとドレイン電極４Ｄとの間には十分な電位差が生じる。これによって、有機発光トランジスタ１２のゲートがオンされ（ドレイン電流流れる）、有機発光トランジスタ１２が発光する。なお、図６に示すように、ゲート強誘電体膜３中のドレイン電極４Ｄ近傍には第一の分極が保持されたまま、ゲート強誘電体膜３中のソース電極４Ｓ近傍には第二の分極が分極方向９に生じている。

この状態では、ソース電極４Ｓ近傍には正孔が誘起されており、ドレイン電極４Ｄ近傍には電子が誘起されている。そこにソース電極４Ｓから正孔を注入し、ドレイン電極４Ｄから電子を注入すると、再結合する正孔および電子の量が増える。そのため、発光量は増加する。また、ゲート電極２、ドレイン電極４Ｄおよびボディ電極６に印加する電圧を大きくすると、ソース電極４Ｓおよびドレイン電極４Ｄから注入される正孔および電子の量が増えるので、発光量は増加する。

ワードラインＷ１，Ｗ２、プレートラインＰ１およびビットラインＢ１をすべて接地状態（電位ＧＮＤ）にすると、有機発光トランジスタ１２のゲートがオフされ（ドレイン電流が流れない）、有機発光トランジスタ１２の発光は消える（図４のＳ３）。なお、有機発光トランジスタ１２の発光を消すためには、ワードラインＷ１に印加する電圧を閾値電圧以下にするか、プレートラインＰ１とビットラインＢ１との電位差をなくすかの２方法がある。両方の方法を実行しても良いし、どちらか一方の方法を実行しても良い。

以上では、有機発光トランジスタアレイ１０がｐ型の有機半導体膜５を有する場合を説明したが、ｎ型の有機半導体膜５も使用可能である。その場合の有機トランジスタアレイ１０の駆動波形を図７に示す。図７に示すように、ｐ型の有機半導体膜５を有する有機トランジスタアレイ１０に印加した電圧とは逆の極性の電圧を印加する。第一の分極を生じさせるために、ワードラインＷ１に負の電圧を印加する（Ｓ１１）。次に第二の分極を生じさせるために、ワードラインＷ１，Ｗ２およびビットラインＢ１にそれぞれ同じ大きさの正の電圧を印加する（Ｓ１２）。最後は、有機発光トランジスタ１２の発光を消すために、ワードラインＷ１，Ｗ２、プレートラインＰ１およびビットラインＢ１をすべて接地状態（電位ＧＮＤ）にする（Ｓ１３）。

なお、以上では、配線を接地状態（電位ＧＮＤ）にしているが、浮遊状態（浮遊電位）としても良い。

〔第二の実施形態〕
（有機発光トランジスタ１４の構成）
前述した実施形態では、有機発光トランジスタ１２は、ボトムコンタクト型のトランジスタであるが、トップコンタクト型のものでも良い。トップコンタクト型の有機トランジスタ１４の詳細を図８に示す。図８は、本実施形態に係る有機発光トランジスタ１４（トップコンタクト型）の断面を示す図である。

図８に示すように、本実施形態に係る有機発光トランジスタ１４では、ソース電極７Ｓおよびドレイン電極７Ｄが有機半導体膜５の上面に配置されている。なお、有機発光トランジスタ１４の各部材においては、第一の実施形態と同様の材質が適用可能である。

（有機発光トランジスタ１４の製造工程）
有機発光トランジスタ１４の具体的な製造過程について、図９（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。図９（ａ）は、支持体１上にゲート電極２を形成する工程を示す図である。図９（ｂ）は、支持体１上にゲート電極２をパターニングする工程を示す図である。図９（ｃ）は、ゲート強誘電体膜３を形成する工程を示す図である。図９（ｄ）は、有機半導体膜５を形成する工程を示す図である。図９（ｅ）は、ソース電極７Ｓ、ドレイン電極７Ｄおよびボディ電極６を形成する工程を示す図である。

支持体１上にゲート強誘電体膜３を形成するまでの工程は、第一の実施形態の製造工程と同様である。本実施形態では、次にゲート強誘電体膜３の上に有機半導体膜５を形成する。有機半導体膜５としてＰ３ＨＴを用いた例を示す。ゲート強誘電体膜３の上にＰ３ＨＴ膜をスピンコート法によって形成する。膜厚はおよそ１００ｎｍであるのが好ましい。その後、１０分間１５０℃で焼成し、有機半導体膜５を形成する（図９（ｄ））。

最後に、ソース電極７Ｓ、ドレイン電極７Ｄおよびボディ電極６を形成する。ソース電極７ＳとしてＡｕ電極を用い、ドレイン電極７ＤとしてＡｌ電極を用い、ボディ電極６としてＡｕ電極を用いた例を示す。有機半導体膜５の上にＡｕの金属膜を抵抗加熱蒸着法によって形成する。形成した膜をフォトリソグラフィー法によってパターニングし、ソース電極７Ｓを形成する（図９（ｅ））。ドレイン電極７Ｄおよびボディ電極６においても、同様にして形成する。なお、膜厚はそれぞれおよそ６０ｎｍであるのが好ましい。また、ソース電極７Ｓおよびドレイン電極７Ｄを、有機発光トランジスタ１２のチャネル幅が９５５μｍ、およびチャネル長が５μｍとなるように配置するのが好ましい。

以上より、本実施形態に係る有機発光トランジスタアレイ１０では、従来の有機発光トランジスタアレイと比較して、必要なトランジスタ等の個数が少ない。そのため、アレイの高精細化に有利である。また、製造しなければならない素子の数が少ないため、アレイ製造工程の簡略化を図ることができ、さらにはコストを低減でき、歩留まりを向上できる。

また、本実施形態に係る有機発光トランジスタアレイ１０では、ゲート強誘電体膜３中に極性の異なる２つの分極状態を同時に発現することができる。そのため、ゲート強誘電体膜３とそれに接している有機半導体膜５との間の界面に、正孔と電子とを誘起でき、有機発光トランジスタ１２，１４の発光強度が向上する。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、たとえば有機発光トランジスタを利用するＦＰＤの表示装置に利用することができる。

１ 支持体（基板）
２ ゲート電極
３ ゲート強誘電体膜
４Ｓ，７Ｓ ソース電極
４Ｄ，７Ｄ ドレイン電極
５ 有機半導体膜
６ ボディ電極
８，９ 分極方向
１０ 有機発光トランジスタアレイ
１２，１４ 有機発光トランジスタ
Ｂ１，Ｂ２ ビットライン
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２ 画素
Ｐ１，Ｐ２ プレートライン
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４ ワードライン

Claims (5)

1. 第一のワードラインに接続されたゲート電極と、
   ビットラインに接続されたドレイン電極と、
   前記ドレイン電極と間隔を空けて配置され、プレートラインに接続されたソース電極と、
   前記ドレイン電極および前記ソース電極に接触するように配置された有機半導体膜と、
   前記ドレイン電極および前記ソース電極と前記ゲート電極との間に配置されたゲート強誘電体膜と、
   前記ゲート電極に対向する位置に配置され、第二のワードラインに接続されたボディ電極とを基板上に有する有機発光トランジスタをマトリックス状に複数備えていることを特徴とする有機発光トランジスタアレイ。
2. 前記ゲート強誘電体膜は、ポリフッ化ビニリデンコポリマーであることを特徴とする請求項１に記載の有機発光トランジスタアレイ。
3. 前記有機半導体膜は、ポリ（３-置換チオフェン）であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機発光トランジスタアレイ。
4. 請求項１に記載の有機発光トランジスタアレイの駆動方法であって、
   前記ゲート電極に第一の電圧を印加することによって、前記ゲート強誘電体膜に第一の分極を生じさせる工程と、
   前記ソース電極または前記ドレイン電極のいずれか一方の電極を接地または浮遊状態とし、もう一方の電極と前記ボディ電極と前記ゲート電極とに、前記第一の電圧とは反対の極性の第二の電圧を印加することによって、前記接地または浮遊状態とした電極近傍の前記ゲート強誘電体膜に第二の分極を生じさせる工程とを有することを特徴とする有機発光トランジスタアレイの駆動方法。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機発光トランジスタアレイを備えていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。

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