JP4246949B2

JP4246949B2 - 有機薄膜発光トランジスタ

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Publication number: JP4246949B2
Application number: JP2002082848A
Authority: JP
Inventors: 哲夫筒井; 剛安田
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP2003282256A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機薄膜に電流を流して面状発光を取り出す有機薄膜エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という）を用いた有機薄膜発光トランジスタ及びそれを用いた発光輝度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機薄膜ＥＬ素子は、電圧の印加によって両面の電極から有機薄膜中に注入される電子と正孔の再結合による発光を利用する電流駆動型の面状自発光素子である。
従って、有機ＥＬ素子が発光する時間は、印加した電圧により電子と正孔が注入されている時間中だけに限られ、素子が発光状態であるか非発光状態かは、駆動電圧印加のＯＮ、ＯＦＦ状態にのみ対応している。即ち、駆動のための電気エネルギーの供給と発光、非発光の駆動情報の付与とを切り離すことが不可能である。
このため、有機ＥＬ素子を多数のピクセルから構成される面状表示素子として利用する場合に、各ピクセルの発光にメモリー効果がないので、単純マトリックス方式による直接駆動か、アクティブマトリックス薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いる駆動方式かを採用しなければ画像表示はできない。
【０００３】
しかしながら、単純マトリックス方式による直接駆動方式には、クロストークや、階調付与の困難性等の問題があり、アクティブマトリックス駆動方式には、作製コストが高い、大面積表示が困難である等の問題がある。
有機ＥＬ素子をＳｉ−ＴＦＴでアクティブマトリックス駆動する場合は、基板上に通常の方法でＳｉ−ＴＦＴを作成後に、これとは全く異なる製造プロセスでその上部に有機ＥＬ素子部を形成しなければならない。もし、基板上に有機ＴＦＴ部と有機ＥＬ素子部を作成することにすれば、同一の乾式ないしは湿式製膜方式でアクティブマトリックス駆動の有機ＥＬディスプレイを作製できる可能性があり、その例が報告されている（A. Dodabalapur, Z. Bao, A. Makhija, J. g. Laquindanum, V. R. Raju, Y. Feng, H. E. Kats, J. Rogers; “Organic smart pixels”, Applied Physcs Letter, 73(2), 142-144 (1998)）。
しかしながら、上記従来の有機ＥＬ素子と有機トランジスタを基板上に並列に配置する方式は、駆動トランジスタと発光部を別々のプロセスで作製するという煩雑さと、駆動部が基板上で占める面積が大きいため発光部が基板上で占める比面積が小さくなるという問題を有していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、有機ＥＬ素子と有機トランジスタを一体化し、有機薄膜発光トランジスタを容易に作製することができるとともに、トランジスタで制御する有機ＥＬ素子の特性を画期的に向上させ、基板上に占める発光部の比占有面積を格段に改良した有機薄膜発光トランジスタを提供すること、及びゲート電圧を変化させるだけで有機ＥＬ素子の発光輝度を変調することができる発光輝度制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、有機ＥＬ素子は電流駆動素子であるので、ディスプレイを構成するピクセルの発光輝度はピクセルに流す電流量に比例する。
一方、一個の電界効果トランジスタで制御できる飽和電流の量は、用いる活性層材料のキャリヤ移動度とチャンネル幅に比例し、チャンネル長に逆比例する。有機薄膜材料のキャリヤ移動度は、大きいもので１０^−２ｃｍ^２／Ｖｓ程度であるので、チャンネル長を数ミクロン以下にしても、チャンネル幅をチャンネル長と同程度のサイズにしたのでは有機ＥＬ素子のピクセルを明るく発光させるに足る電流を流すことはできない。
【０００６】
ところが、チャンネル幅が発光素子のピクセルサイズより大きなトランジスタを用いたのでは、基板上で駆動トランジスタ部分が発光素子の発光面積より広い面積を占有することになってしまう。
この矛盾点を解決する手段としては、チャンネル幅を大きくするため、発光素子の周辺部に線状の長いチャンネルを形成する方法がある。この方法を一歩すすめて、発光素子の電極の周りに一体的にトランジスタのソース−ドレイン電極を作りこめば、素子構成も一挙に簡素化できるという新しい発想に至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［３］に記載した事項により特定される。
〔１〕基板と、基板の一方の面に設けられたゲート電極と、基板のゲート電極が形成された側の面に、少なくともゲート電極を含む領域を覆うよう設けられたゲート絶縁薄膜層と、ゲート絶縁薄膜層の表面に形成された有機トランジスタ活性薄膜層と、有機トランジスタ活性薄膜層の表面に設けられた電極Ｂと、有機トランジスタ活性薄膜層の表面に電極Ｂを包囲するように設けられたソース電極と、少なくとも電極Ｂの一部を覆うように設けられた有機エレクトロルミネッセンス薄膜層と、有機エレクトロルミネッセンス薄膜層の表面に形成された電極Ａとを具備することを特徴とする有機薄膜発光トランジスタ。
【０００８】
〔２〕基板と、基板の一方の面に設けられたゲート電極と、基板のゲート電極が形成された側の面に、少なくともゲート電極を含む領域を覆うよう設けられたゲート絶縁薄膜層と、ゲート絶縁薄膜層の表面に設けられた電極Ｂと、ゲート絶縁薄膜層の表面に電極Ｂを包囲するように設けられたソース電極と、少なくとも電極Ｂの一部を覆うように設けられた有機薄膜層と、有機薄膜層の表面に形成された電極Ａとを具備することを特徴とする有機薄膜発光トランジスタ。
【０００９】
〔３〕［１］又は［２］に記載の有機薄膜発光トランジスタのソース電極と電極Ａとの間に電圧を印加し、ゲート電極に印加する電圧の変化により電極Ａと電極Ｂ間を流れる電流量を調節し発光輝度を制御する、発光輝度制御方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
有機ＥＬ素子で一辺の長さがＷの正方形のピクセルを考え、そのピクセルを流れる電流をＩとするとき、面発光輝度はＩ／Ｗ^２に比例する。一方、この一辺の長さがＷの正方形のピクセルの外周をチャンネル長に取ったトランジスタで取り囲むとすると、トランジスタを流れるソース−ドレイン電流Ｉは４Ｗに比例する。トランジスタに流すことができる単位チャンネル幅当たりの電流をＩ_ｌｉｍとすると、この発光素子の外周に沿ってトランジスタを作り込んだ素子では、ピクセルの面発光輝度は４Ｉ_ｌｉｍＷ／Ｗ^２ = ４Ｉ_ｌｉｍ／Ｗに比例する。即ち、同じ材料を用いたチャンネル長が同一のトランジスタで比較すると、ピクセルのサイズに逆比例して、最大面発光輝度は大きくなることがわかる。
従って、この発光素子とトランジスタが一体化した素子は、ピクセルサイズが大きなディスプレイには適さないが、小さなピクセルサイズを集積して構成する高解像度のディスプレイでより有効性が大きいことがわかる。
【００１１】
表１（表１）に、キャリヤ移動度が０．０２０ｃｍ^２／Ｖｓ（有機薄膜トランジスタで報告されている典型的な値）で、チャンネル長が０．１ｍｍの場合の飽和電流の値とその時の発光効率１．５ｃｄ／ｍ^２（有機ＥＬ素子の典型的な発光効率）の発光素子を組み込んだ場合の発光輝度の値をピクセルサイズを１００μｍから１０ｍｍまで変えた場合の例を示した。
【００１２】
【表１】

【００１３】
電流は、ＦＥＴの飽和電流の下記式（１）（数１）を用いて計算した。
【００１４】
【数１】
Ｉ_ｓａｔ＝Ｗ／２Ｌ（Ｃ_ｉμ（Ｖ_Ｇ−Ｖ_Ｔ）^２）（１）
（式中、Ｗはチャンネル幅、Ｌはチャンネル長、Ｃ_ｉは素子のキャパシタンス、μはキャリヤ移動度、Ｖ_Ｇはゲート電圧、Ｖ_Ｔはしきい電圧をそれぞれ表す）
表１から、ピクセルサイズが１ｍｍ以下であれば、現在開発されている材料を用いても１９ｃｄ／ｍ^２以上の明るい発光が実現できることがわかる。
【００１５】
以下、有機薄膜発光トランジスタ及びその製造方法並びに発光輝度制御方法について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における有機薄膜発光トランジスタの構造の一例であり、図２は図１のＡ−Ａにおける断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂにおける断面図である。
図中１は有機薄膜発光トランジスタ、２は基板、３は基板２の一方の面に設けられたゲート電極、４は基板のゲート電極３が形成された側の面に、少なくともゲート電極３を含む領域を覆うように設けられたゲート絶縁薄膜層、５はゲート絶縁薄膜層４の表面に形成された有機トランジスタ活性薄膜層、６は電極Ｂ７を包囲するように設けられたソース電極、７は有機トランジスタ活性薄膜層５の表面に設けられた面状の電極Ｂ、８は少なくともソース電極６と電極Ｂ７を含む領域を覆うように設けられた有機エレクトロルミネッセンス薄膜層（以下、有機ＥＬ薄膜層という）、９は有機ＥＬ薄膜層８の表面に形成された面状の電極Ａ、１０、１１は電極の取出口である。
【００１６】
ここで、有機ＥＬ薄膜層からの発光は、電極Ｂを通して基板側から取り出す場合と、電極Ａを通して基板側と反対方向に取り出す場合とがある。有機ＥＬ薄膜層からの発光を電極Ｂを通して基板側から取り出す場合には、透明電極、半透明電極等の各種可視光を通過する電極材料、具体的には、ＩＴＯ薄膜、酸化亜鉛薄膜、インジウム亜鉛酸化物薄膜、半透明金薄膜、半透明アルミニウム薄膜、半透明白金薄膜、ＣｕＩ薄膜等とし、ゲート電極を、図２に示すような形状の光通過部を有する電極、あるいは透明電極、半透明電極等の各種可視光を通過する電極材料、具体的には、ＩＴＯ薄膜、酸化亜鉛薄膜、インジウム亜鉛酸化物薄膜、半透明金薄膜、半透明アルミニウム薄膜、半透明白金薄膜、ＣｕＩ薄膜等にする。また、有機ＥＬ薄膜層からの発光を電極Ａを通して基板側と反対方向に取り出す場合には、電極Ａを透明電極、半透明電極等の各種可視光を通過する電極材料、具体的には、ＩＴＯ薄膜、酸化亜鉛薄膜、インジウム亜鉛酸化物薄膜、半透明金薄膜、半透明アルミニウム薄膜、半透明白金薄膜、ＣｕＩ薄膜等にする。
【００１７】
基板の材質は、シリコンウェハ、ガラス、錫インジウム酸化物、雲母、グラファイト、硫化モリブデンの他、銅、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、マグネシウム、鉄、ニッケル、金、銀等の金属、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、アクリル樹脂等のプラスチックフィルム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
ゲート電極の形状の一例を図２に示したが、形状は必ずしもこれに限定されるものではなく、円形、長方形等の他、基板上に多数の発光部を集積し、面状発光部を最大化する形状とすることができる。
【００１９】
ゲート絶縁薄膜層の材質としては、ポリビニルフェノール、ポリパラキシリレンやその誘導体、ポリイミドやその誘導体、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリフェノール誘導体、ポリ尿素、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、アセチルセルロースやその誘導体等のポリマー薄膜、アルミナなどの金属酸化物薄膜、シリカなどの無機酸化物薄膜、シリコン窒化物薄膜等が用いられ、スピンコートにより形成する湿式法、パリレン薄膜（パリレン：商品名；日本パリレン社（株）製）を真空蒸着で形成する乾式法、電解酸化による薄膜形成法、電解重合法、シリカやアルミナの薄膜をスパッタで形成する方法等が用いられるが、これらに限定されるものではない。
ゲート絶縁薄膜層は、少なくともゲート電極を含む領域を覆うように形成されていれば足り、基板の全面を覆うように形成される必要はない。
【００２０】
有機トランジスタ活性薄膜層の材質としては、共役ポリマーで代表されるポリマーないしはオリゴマー、例えば、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体およびこれらの共重合体、オリゴフェニレン、オリゴチオフェン、オリゴフェニレンビニレン等の芳香族炭化水素オリゴマー等が挙げられ、この場合にはスピンコート法、ディップコーティング法、インクジェットプリント法、スクリーンプリント法、スプレイコーティング法等の湿式法が用いられる。また、低分子物質、例えば、ペンタセン、テトラセン、銅フタロシアニン、フッ素置換フタロシアニン、ペリレン誘導体等の場合には主に真空蒸着法が用いられるが、電解重合法、電解析出法等の手法も用いることができる。
【００２１】
ソース電極、電極Ｂの形状の一例を図３に示したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、円形、長方形等の他、基板上に多数の発光部を集積し、面状発光部を最大化する形状とすることができる。
【００２２】
有機ＥＬ薄膜層としては、単層有機薄膜、ないしは２層以上の有機薄膜を積層して形成される。ここで、有機薄膜には低分子化合物（具体的には、ホール輸送層としてのＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−（ビス−３−メチルフェニル）−１，１’−ジフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）等の芳香族アミン類の薄膜と電子輸送性発光層としての８−オキシキノリノアルミニウム錯体等の薄膜との積層薄膜等）から成るもの、高分子化合物（具体的には、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリフェニレン誘導体等）から成るもの、両者の混合物から成るもの等が含まれる。
【００２３】
有機ＥＬ薄膜層を挟む上電極Ａと電極Ｂの表面は、バッファー層と呼ばれるキャリヤ注入を促進し駆動電圧を低下させる役目のリチウム、マグネシウム等の金属、ＬｉＦ、Ｌｉ_２Ｏ、ＣａＯ等の無機化合物、フタロシアニン等の有機化合物、あるいはそれらの混合物の薄膜で覆われている場合もある。
電極Ｂの上面に有機ＥＬ薄膜層を形成する場合、電極Ｂを陽極として利用するので、まず陽極バッファー層として、陽極を保護し、正孔の注入特性を改良する目的で、フタロシアニン、芳香族ポリアミン類等の蒸着薄膜や、ポリアニリン、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリピロール等の導電性高分子薄膜を形成して用いる。
【００２４】
電極Ａと有機ＥＬ薄膜層の間には陰極バッファー層としてＬｉＦ等の無機誘電体薄膜、Ｌｉ酸化物等の金属酸化物、アルカリ金属やアルカリ土類金属イオンを含む有機物薄膜層等が挿入される場合がある。明細書中、陽極、陰極で用いる電極には、このようなバッファー層を付加した場合を含む。
有機ＥＬ薄膜層を形成する方法としては、真空蒸着法、スピンコート法、ディップコート法、シルクスクリーン法、スプレイ法、インクジェットプリント法等、溶液からの各種湿式製膜法等が用いられる。
有機ＥＬ薄膜層は、少なくとも電極Ｂの一部を含む領域を覆うように形成されていれば足りる。
【００２５】
陰極としての電極Ａには、具体的にはアルミニウム、アルミニウム−リチウム合金、カルシウム、マグネシウム−銀合金等の金属電極等が用いられる。
電極Ａの形状は、特に限定されるものではないが、ソース電極からの漏れ電流を防止し、発光部の面積を最大にする点から、電極Ｂとほぼ同一の形状とするのが好ましい。
【００２６】
ゲート電極、ソース電極、電極Ｂ（ドレイン電極）及び電極Ａの電極材料としては、金、銅、アルミニウム、白金、クロム、パラジウム、インジウム、ニッケル、マグネシウム、銀、ガリウム等の金属やこれらの合金、スズ・インジウム酸化物、ポリシリコン、アモルファスシリコン、スズ酸化物、酸化インジウム、酸化チタン等の酸化物半導体、ガリウム砒素、窒化ガリウム等の化合物半導体等の１種又は２種以上が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２７】
以下、本実施の形態における有機薄膜発光トランジスタの製造方法を説明する。
まず、有機ＥＬ薄膜層からの発光を電極Ｂを通して基板側から取り出し、電極Ｂを有機ＥＬ素子部の陽極として、電極Ａを陰極として用いる場合について説明する。
基板上に、図２に示した形状のゲート電極としての金薄膜を形成する。ここで、パターン形成にはマスク蒸着、フォトレジストを用いた方法等が用いられる。
【００２８】
次に、基板全面にゲート絶縁薄膜層を形成する。ゲート絶縁薄膜層としてポリマー薄膜を用い、スピンコートによる湿式法等により形成する。
その後、ゲート絶縁薄膜層の上部に有機トランジスタ活性薄膜層を基板全面に形成する。ここで、有機トランジスタ活性薄膜層が共役ポリマーで代表されるポリマーないしはオリゴマーである場合、スピンコート等の湿式法が利用できるが、低分子物質の場合は主に真空蒸着法を用いる。
【００２９】
有機トランジスタ活性薄膜層の上部に、光透過性がある電極Ｂ（ドレイン電極）とソース電極を、図３に示した形状に形成する。透過率が５０％以上あるような厚さの金電極をマスク蒸着する、有機トランジスタ活性薄膜層にダメージを与えない条件を選んでインジウム錫酸化物透明導電性薄膜（ＩＴＯ透明電極）をスパッタで形成する等の方法が用いられる。
ソース電極と電極Ｂを形成した後、電極Ｂの上部全面に有機ＥＬ薄膜層を形成し、最後に陰極電極Ａを形成して有機薄膜発光トランジスタが完成する。
【００３０】
このように形成された有機薄膜発光トランジスタにおいて、電極Ａが陰極である場合の駆動法としては、予めソース電極（接地）に対して電極Ａをマイナスにバイアスする。例えば −１５Ｖを印加した状態では、印加電圧はトランジスタ部のソース電極−ドレイン電極（電極Ｂ）間と有機ＥＬ部の陰極（電極Ａ）−電極Ｂ（陽極）間に分配されるが、ゲート電圧が加わっていないため、主に電圧はトランジスタ部にかかっている。
【００３１】
この状態で、ゲート電極に加えるマイナス電圧を増加させると電界効果が働き、しきい電圧以上になるとトランジスタ部のソース電極−ドレイン電極間に電流が流れ始める。この状態では、ソース電極と電極Ａ間の電圧は主に陰極（電極Ａ）−電極Ｂ（陽極）間に加わるので、有機ＥＬ部にも電流が流れ、即ちソース電極−ドレイン電極間を移動したホールは陽極に到達後陽極の面全体に広がり、面状の電極Ｂ（陽極）全面からホールが有機ＥＬ薄膜層に均一に注入され、一方、陰極（電極Ａ）から電子が有機ＥＬ薄膜層に注入され、注入されたホールと電子が再結合して面状発光に至る。発光は透明性の電極Ｂ（陽極）を通して基板側から取り出される。
このように、ソース電極−ドレイン電極間には一定の電圧を印加したままで、ゲート電圧を変化させることで発光輝度を変調することができる。
【００３２】
次に、電極Ａが陽極である場合の駆動法としては、ソース電極に対して電極Ａ（陽極）をプラスにバイアスする。例えば、＋１５Ｖを印加した状態では、印加電圧はトランジスタ部のソース電極−ドレイン電極（電極Ｂ）間と有機ＥＬ部の陽極（電極Ａ）−電極Ｂ（陰極）間に分配されるが、ゲート電圧が加わっていないため、主に電圧はトランジスタ部にかかっている。
【００３３】
この状態で、ゲート電極に加えるマイナス電圧を増加させると電界効果が働き、しきい電圧以上になるとトランジスタ部のソース電極−ドレイン電極間に電流が流れ始める。この状態ではソース電極と電極Ａ間の電圧は主に陽極（電極Ａ）−電極Ｂ（陰極）間に加わるので、有機ＥＬ部にも電流が流れ、即ちホールはドレイン電極（電極Ｂ）からソース電極に向けて移動し、陰極である電極Ｂ全面から電子が有機ＥＬ薄膜層に注入され、一方、陽極（電極Ａ）からホールが有機ＥＬ薄膜層に注入され、注入されたホールと電子が再結合して面状発光に至る。発光は透明性の電極Ｂ（陰極）を通して基板側から取り出される。
【００３４】
このように、ソース電極−ドレイン電極間には一定の電圧を印加したままで、ゲート電圧を変化させることで発光輝度を変調することができる。
一方、発光を基板側と反対方向の電極Ａを通して取り出す場合には、電極ＡにＩＴＯ薄膜、半透明金電極等の各種可視光を通過する電極材料等を用いることができるが、ＩＴＯ薄膜が好適である。
【００３５】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における有機薄膜発光トランジスタの構造の一例である。
図中１ａは有機薄膜発光トランジスタ、２ａは基板、３ａは基板２ａの一方の面に設けられたゲート電極、４ａは基板のゲート電極３ａが形成された側の面に、少なくともゲート電極３ａを含む領域を覆うように設けられたゲート絶縁薄膜層、５ａは少なくともソース電極６ａと電極Ｂ７ａを含む領域を覆うように設けられた有機薄膜層、６ａは電極Ｂ７ａを包囲するように設けられたソース電極、７ａはゲート絶縁薄膜層４ａの表面に形成された面状の電極Ｂ、９ａは有機薄膜層５ａの表面に形成された面状の電極Ａである。
【００３６】
本実施の形態における有機薄膜発光トランジスタは、有機トランジスタ活性薄膜層の役割と有機ＥＬ活性薄膜層の全部ないし一部の役割を有機薄膜層が担っている。
【００３７】
ここで、有機トランジスタ活性薄膜層と有機ＥＬ活性薄膜層の両方の機能を兼ね備えた有機薄膜層の材料としては、具体的には、フェニレンビニレンオリゴマー、フェニレンオリゴマー、ペンタセン、アントラセン、テトラセン等の芳香族炭化水素の真空蒸着薄膜、チオフェンオリゴマー等のヘテロ原子を含む芳香族化合物の真空蒸着薄膜、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリフェニレン誘導体等の主鎖π共役ポリマーの薄膜等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
有機薄膜層を作製する方法としては、真空蒸着法、スピンコート法、ディップコート法、シルクスクリーン法、スプレイ法、インクジェットプリント法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
基板、ゲート電極、ゲート絶縁薄膜層、電極Ｂ、ソース電極及び電極Ａについては、実施の形態１と同様である。
本実施の形態における有機薄膜発光トランジスタは、有機トランジスタ活性薄膜層と有機ＥＬ薄膜層を別々に形成する必要が無くなり、プロセスをより簡素化でき、製造コストを低減することができる。
【００３９】
以下、本実施の形態における有機薄膜発光トランジスタの製造方法を説明する。
実施の形態１と同様にして、基板上にゲート電極、ゲート絶縁薄膜層を形成する。その上部に直接ソース電極とドレイン電極（電極Ｂ）を形成する。この上に有機トランジスタ活性薄膜層と有機ＥＬ薄膜層の一部を兼ねる有機薄膜層を形成し、この上に電極Ａを形成する。
【００４０】
ここで、有機トランジスタ活性薄膜層と有機ＥＬ薄膜層を兼ねる層として、単層膜を用いる場合と、有機トランジスタ活性薄膜層と有機ＥＬ薄膜層の一部（電子輸送層ないしはホール輸送層）を兼ねる層を形成した上部に、更にホール輸送性発光層なしは電子輸送性発光層を形成した２層積層構造とする場合とがある。
【００４１】
このように形成された有機薄膜発光トランジスタにおいて、電極Ａが陰極である場合の駆動法としては、予めソース電極（アース電位）に対して電極Ａをマイナスにバイアスする。例えば −１５Ｖを印加した状態では、印加電圧はトランジスタ部のソース電極−ドレイン電極（電極Ｂ）間と有機ＥＬ部の陰極（電極Ａ）−電極Ｂ（陽極）間に分配されるが、ゲート電圧が加わっていないため、主に電圧はトランジスタ部にかかっている。
【００４２】
この状態で、ゲート電極に加えるマイナス電圧を増加させると電界効果が働き、しきい電圧以上になるとトランジスタ部のソース電極−ドレイン電極間に電流が流れ始める。この状態ではソース電極と電極Ａ間の電圧は主に陰極（電極Ａ）−電極Ｂ（陽極）間に加わるので、有機ＥＬ部にも電流が流れ、即ちソース電極−ドレイン電極間を移動したホールは陽極に到達後は一旦陽極の面全体に広がり、面状の電極Ｂ（陽極）全面からホールが有機トランジスタ活性薄膜層を兼ねる有機ＥＬ薄膜層に再度均一に注入され、一方、陰極（電極Ａ）から電子が有機ＥＬ薄膜層に注入され、注入されたホールと電子が再結合して面状発光に至る。発光は透明性の電極Ｂ（陽極）を通して基板側から取り出される。
このように、ソース電極−ドレイン電極間には一定の電圧を印加したままで、ゲート電圧を変化させることで発光輝度を変調することができる。
【００４３】
次に、電極Ａが陽極である場合の駆動法としては、ソース電極に対して電極Ａ（陽極）をプラスにバイアスする。例えば＋１５Ｖを印加した状態では、印加電圧はトランジスタ部のソース電極−ドレイン電極（電極Ｂ）間と有機ＥＬ部の陽極（電極Ａ）−電極Ｂ（陰極）間に分配されるが、ゲート電圧が加わっていないため、主に電圧はトランジスタ部にかかっている。
【００４４】
この状態で、ゲート電極に加えるマイナス電圧を増加させると電界効果が働き、しきい電圧以上になるとトランジスタ部のソース電極−ドレイン電極間に電流が流れ始める。この状態ではソース電極と電極Ａ間の電圧は主に陽極（電極Ａ）−電極Ｂ（陰極）間に加わるので、有機ＥＬ部にも電流が流れ、即ちホールはドレイン電極（電極Ｂ）からソース電極に向けて移動し、陰極である電極Ｂ全面からホールでなく電子が有機ＥＬ薄膜層に注入され、一方、陽極（電極Ａ）からホールが有機ＥＬ薄膜層に注入され、注入されたホールと電子が再結合して面状発光に至る。発光は透明性の電極Ｂ（陰極）を通して基板側から取り出される。
【００４５】
このように、ソース電極−ドレイン電極間には一定の電圧を印加したままで、ゲート電圧を変化させることで発光輝度を変調することができる。
以上、有機トランジスタ活性薄膜層がホール輸送型（ｐ−型）である場合を例として説明したが、電子輸送型（ｎ−型）の場合も同様の駆動方法と動作原理が該当する。
また、発光を基板側と反対方向の電極Ａを通して取り出す場合には、電極ＡにＩＴＯ薄膜、半透明金電極等の各種可視光を通過する電極材料等を用いることができるが、ＩＴＯ薄膜が好適である。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
ガラス基板上に、図２に示した電極のパターンのマスクを介して金を真空蒸着法により厚さ３０ｎｍ製膜し、一辺の長さが０．２ｍｍのゲート金電極を作製する。
このガラス基板を化学蒸着装置へ移す。減圧下でキシリレンダイマー（商品名：パリレン，日本パリレン（株）製）を加熱蒸発させ、６８０℃に加熱した加熱管を通して熱分解して、ジラジカルモノマーを発生させる。室温に保持した当該基板上へ、発生させたジラジカルモノマー導入し、厚さ３００ｎｍのポリパラキシリレン薄膜を作製する。
基板を真空蒸着機に移し、有機トランジスタ活性薄膜層としてペンタセン薄膜５０ｎｍを真空蒸着により形成する。図３に示した形状のソース電極とドレイン電極を形成するためのマスクパターンを設けて、真空蒸着により厚さ２０ｎｍの半透明金薄膜電極を形成する。
これにより、チャンネル長が０．１ｍｍでチャンネル幅が約０．８ｍｍのトランジスタと一辺の長さが０．２ｍｍの矩形の電極Ｂ（陽極を兼ねる）が形成される。
この上に基板全面を覆うように有機ＥＬバーッファー層としての銅フタロシアニンを１０ｎｍ真空蒸着により形成する。この上に正孔輸送層としてのＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−（ビス−３−メチルフェニル）−１，１’−ジフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、電子輸送／発光層としての８−オキシキノリノアルミニウム錯体（Ａｌｑ_３）を真空蒸着により、それぞれ５０ｎｍの膜厚に形成する。
更に、電極Ａ（陰極）として２００ｎｍの膜厚のＭｇＡｇ合金薄膜（重量比１０：１）を形成する。
作製した素子を石英窓を有する測定容器に移し、容器を真空にして後、素子特性の測定を行う。素子のソース電極を接地し、電極Ａ（陰極）にマイナス１００Ｖの直流電圧を印加する。この状態では発光は全く観測されない。
次に、ゲート電極にマイナス電圧を印加し、電圧を増加させると、−３０Ｖで発光が観測される。更に電圧を増加させると発光輝度はほぼゲート電圧の増加に従って増加し、ゲート電圧の値を減らすと輝度は減少する。
図５にドレイン電流と発光輝度のゲート電圧依存性を示す。
【００４７】
実施例２
ガラス基板上に、図２に示した電極のパターンのマスクを介して金を真空蒸着法により厚さ３０ｎｍ製膜し、一辺の長さが０．２ｍｍのゲート金電極を作製する。
このガラス基板を化学蒸着装置へ移す。減圧下でキシリレンダイマー（商品名：パリレン，日本パリレン（株）製）を加熱蒸発させ、６８０℃に加熱した加熱管を通して熱分解して、ジラジカルモノマーを発生させる。室温に保持した当該基板上へ発生させた、ジラジカルモノマー導入し、厚さ３００ｎｍのポリパラキシリレン薄膜を作製する。
レジオレギュラーポリ（３−オクチルチオフェン−２，５−ジイル）（Ｐ３０Ｔ）のクロロフォルム溶液からスピンコートにより、１００ｎｍの膜厚のトランジスタ活性層を形成する。図１に例示した形状のソース電極とドレイン電極を形成するためのマスクパターンを設けて、真空蒸着により厚さ２０ｎｍの半透明金薄膜電極を形成する。
これにより、チャンネル長が０．１ｍｍでチャンネル幅が約０．８ｍｍのトランジスタと一辺の長さが０．２ｍｍの矩形の電極Ｂ（陽極を兼ねる）が形成される。
この上面に基板を全面被覆する形状で、陽極バーファー層としてのポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）薄膜を1００ｎｍ、有機ＥＬ活性薄膜層としてのポリ（２−メトキシ−５−（２−エチルヘキソキシ）−１，４−フェニレンビニレン（ＭＥＨ−ＰＰＶ）のトルエン溶液からスピンコートして１００ｎｍの薄膜とする。
更に、電極Ａ（陰極）としてカルシウム薄膜１５０ｎｍとカルシウムの酸化を防止するキャップとしてＡｌを１５０ｎｍ蒸着する。
作製した素子を石英窓を有する測定容器に移し、容器を真空にして後、素子特性の測定を行う。素子のソース電極を接地し、電極Ａ（陰極）にマイナス１００Ｖの直流電圧を印加する。この状態では発光は全く観測されない。
次に、ゲート電極にマイナス電圧を印加し、電圧を増加させると、−２０Ｖで発光が観測される。更に電圧を増加させると発光輝度はほぼゲート電圧の増加に比例して増加し、ゲート電圧の値を減らすと輝度は減少する。
図６にドレイン電流と発光輝度のゲート電圧依存性を示す。
【００４８】
実施例３
ガラス基板上に、図２に示した電極のパターンのマスクを介して金を真空蒸着法により厚さ３０ｎｍ製膜し、一辺の長さが０．２ｍｍのゲート金電極を作製する。
このガラス基板を化学蒸着装置へ移す。減圧下でキシリレンダイマー（商品名：パリレン，日本パリレン（株）製）を加熱蒸発させ、６８０℃に加熱した加熱管を通して熱分解して、ジラジカルモノマーを発生させる。室温に保持した当該基板上へ発生させた、ジラジカルモノマー導入し、厚さ３００ｎｍのポリパラキシリレン薄膜を作製する。
次に図３に示した形状のソース電極とドレイン電極を形成するためのマスクパターンを設けて、真空蒸着により厚さ２０ｎｍの半透明金薄膜電極を形成する。これにより、チャンネル長が０．１ｍｍでチャンネル幅が約０．８ｍｍのトランジスタと一辺の長さが０．２ｍｍの矩形の電極Ｂ（陽極を兼ねる）が形成される。
トランジスタ活性層と有機ＥＬ活性層とを兼ねる薄膜層としてポリ（２−メトキシ−５−（２−エチルヘキソキシ）−１，４−フェニレンビニレン（ＭＥＨ−ＰＰＶ）のトルエン溶液からスピンコートして１００ｎｍの薄膜とする。
更に、電極Ａ（陰極）としてカルシウム薄膜１５０ｎｍとカルシウムの酸化を防止するキャップとしてＡｌを１５０ｎｍ蒸着する。
作製した素子を石英窓を有する測定容器に移し、容器を真空にして後、素子特性の測定を行う。素子のソース電極を接地し、電極Ａ（陰極）にマイナス１００Ｖの直流電圧を印加する。この状態では発光は全く観測されない。
次に、ゲート電極にマイナス電圧を印加し、電圧を増加させると、−６０Ｖで発光が観測される。更に、電圧を増加させると発光輝度はほぼゲート電圧の増加に比例して増加し、ゲート電圧の値を減らすと輝度は減少する。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の有機薄膜発光トランジスタによれば、有機ＥＬ素子と有機トランジスタを一体化し、極めて容易に作製することができるとともに、トランジスタで制御する有機ＥＬ素子の特性を画期的に向上させることができ、基板上に占める発光部の比占有面積を格段に改良することができる。
更に、この発光トランジスタをピクセルとしてマトリックスに組み込んだ面状ディスプレイを用いれば、すべてのピクセルに一定の駆動電圧を印加した状態で、ピクセルのゲート電圧のみをアドレスすることで高い解像度で階調性を持つ画像表示が可能となる。
本発明の発光輝度制御方法によれば、ゲート電圧を変化させるだけで有機ＥＬ素子の発光輝度を変調することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における有機薄膜発光トランジスタの断面図
【図２】図１のＡ−Ａにおける断面図であり、ゲート電極の形状の一例を示す図
【図３】図１のＢ−Ｂにおける断面図であり、ソース電極と電極Ｂの形状の一例を示す図
【図４】本発明の一実施の形態における有機薄膜発光トランジスタの断面図
【図５】ドレイン電流と発光輝度のゲート電圧依存性を示すグラフ
【図６】ドレイン電流と発光輝度のゲート電圧依存性を示すグラフ
【符号の説明】
１，１ａ有機薄膜発光トランジスタ
２，２ａ基板
３，３ａゲート電極
４，４ａゲート絶縁薄膜層
５有機トランジスタ活性薄膜層
５ａ有機薄膜層
６，６ａソース電極
７，７ａ電極Ｂ
８有機ＥＬ薄膜層
９，９ａ電極Ａ
１０電極の取出口
１１電極の取出口

Claims

基板と、
前記基板の一方の面に設けられた四角枠形状又は円枠形状のゲート電極と、
前記基板の前記ゲート電極が設けられた面に、少なくとも前記ゲート電極を覆うように設けられたゲート絶縁薄膜層と、
前記ゲート絶縁薄膜層の表面に設けられた有機トランジスタ活性薄膜層と、
前記有機トランジスタ活性薄膜層の表面に設けられたドレイン電極及び陽極として機能する四角形状又は円形状の電極と、
前記ドレイン電極及び陽極として機能する四角形状又は円形状の電極を包囲するように前記有機トランジスタ活性薄膜層の表面に設けられたソース電極と、
少なくとも前記ドレイン電極及び陽極として機能する四角形状又は円形状の電極、及び前記ソース電極の一部を覆うように設けられた有機エレクトロルミネッセンス薄膜層と、
前記有機エレクトロルミネッセンス薄膜層の表面に前記ドレイン電極及び陽極として機能する四角形状又は円形状の電極と重なるように設けられた陰極として機能する電極とを具備し、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁薄膜層及び前記有機トランジスタ活性薄膜層を介して、前記ドレイン電極及び陽極として機能する四角形状又は円形状の電極の一部、及び前記ソース電極の一部と重なることを特徴とする有機薄膜発光トランジスタ。
基板と、
前記基板の一方の面に設けられた四角枠形状又は円枠形状のゲート電極と、
前記基板の前記ゲート電極が設けられた面に、少なくとも前記ゲート電極を覆うように設けられたゲート絶縁薄膜層と、
前記ゲート絶縁薄膜層の表面に設けられた有機トランジスタ活性薄膜層と、
前記有機トランジスタ活性薄膜層の表面に設けられたドレイン電極及び陰極として機能する四角形状又は円形状の電極と、
前記ドレイン電極及び陰極として機能する四角形状又は円形状の電極を包囲するように前記有機トランジスタ活性薄膜層の表面に設けられたソース電極と、
少なくとも前記ドレイン電極及び陰極として機能する四角形状又は円形状の電極、及び前記ソース電極の一部を覆うように設けられた有機エレクトロルミネッセンス薄膜層と、
前記有機エレクトロルミネッセンス薄膜層の表面に前記ドレイン電極及び陰極として機能する四角形状又は円形状の電極と重なるように設けられた陽極として機能する電極とを具備し、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁薄膜層及び前記有機トランジスタ活性薄膜層を介して、前記ドレイン電極及び陰極として機能する四角形状又は円形状の電極の一部、及び前記ソース電極の一部と重なることを特徴とする有機薄膜発光トランジスタ。
基板と、
前記基板の一方の面に設けられた四角枠形状又は円枠形状のゲート電極と、
前記基板の前記ゲート電極が設けられた面に、少なくとも前記ゲート電極を覆うように設けられたゲート絶縁薄膜層と、
前記ゲート絶縁薄膜層の表面に設けられたドレイン電極及び陽極として機能する四角形状又は円形状の電極と、
前記ドレイン電極及び陽極として機能する四角形状又は円形状の電極を包囲するように前記ゲート絶縁薄膜層の表面に設けられたソース電極と、
少なくとも前記ドレイン電極及び陽極として機能する四角形状又は円形状の電極、及び前記ソース電極の一部を覆うように設けられた、有機トランジスタ活性薄膜層及び有機エレクトロルミネッセンス薄膜層として機能する有機薄膜層と、
前記有機薄膜層の表面に前記ドレイン電極及び陽極として機能する四角形状又は円形状の電極と重なるように設けられた陰極として機能する電極とを具備し、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁薄膜層を介して、前記ドレイン電極及び陽極として機能する四角形状又は円形状の電極の一部、及び前記ソース電極の一部と重なることを特徴とする有機薄膜発光トランジスタ。
基板と、
前記基板の一方の面に設けられた四角枠形状又は円枠形状のゲート電極と、
前記基板の前記ゲート電極が設けられた面に、少なくとも前記ゲート電極を覆うように設けられたゲート絶縁薄膜層と、
前記ゲート絶縁薄膜層の表面に設けられたドレイン電極及び陰極として機能する四角形状又は円形状の電極と、
前記ドレイン電極及び陰極として機能する四角形状又は円形状の電極を包囲するように前記ゲート絶縁薄膜層の表面に設けられたソース電極と、
少なくとも前記ドレイン電極及び陰極として機能する四角形状又は円形状の電極、及び前記ソース電極の一部を覆うように設けられた、有機トランジスタ活性薄膜層及び有機エレクトロルミネッセンス薄膜層として機能する有機薄膜層と、
前記有機薄膜層の表面に前記ドレイン電極及び陰極として機能する四角形状又は円形状の電極と重なるように設けられた陽極として機能する電極とを具備し、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁薄膜層を介して、前記ドレイン電極及び陰極として機能する四角形状又は円形状の電極の一部、及び前記ソース電極の一部と重なることを特徴とする有機薄膜発光トランジスタ。
請求項１乃至４のいずれか一に記載のゲート絶縁薄膜層が、金属酸化物薄膜、無機酸化物薄膜、又はシリコン窒化物薄膜であることを特徴とする有機薄膜発光トランジスタ。