JP4444694B2 - Liquid crystal display element - Google Patents

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Description

本発明は、アクテイブ駆動方式の液晶表示素子に関する。
The present invention relates to a liquid crystal display device of Akuteibu drive system.

光の散乱を利用して白色表示を行い、電圧の印加により光の透過画像を表示する液晶表示素子は、紙と同様な表示が可能であり、目にやさしく見易い表示素子として期待され盛んに研究開発が行われている。
このような液晶表示素子としては、動的散乱モード方式、高分子分散型液晶方式、フォーカルコニック相を利用したスメクチック液晶方式、或いはコレステリック・ネマチック相転移方式などが挙げられる。これらの方式では、液晶を駆動して光の散乱状態と透過状態とを制御することができる。光の散乱状態は白色に見えるため、液晶層よりも背面側に、透過した光の吸収層を配置することにより、例えば白色と黒色との二色表示が可能とな。
これらの液晶表示素子は、必ずしも結晶基板上に形成する必要がないことから、軽くて柔軟性のある表示素子の作成を可能にする。また、偏光板やバックライトを用いる必要がないため、低消費電力で低コストの表示素子の実現を可能とする。
A liquid crystal display element that displays white light by using light scattering and displays a light transmission image by applying a voltage can be displayed in the same way as paper. Development is underway.
Examples of such a liquid crystal display element include a dynamic scattering mode method, a polymer dispersion type liquid crystal method, a smectic liquid crystal method using a focal conic phase, or a cholesteric-nematic phase transition method. In these systems, the liquid crystal can be driven to control the light scattering state and the transmission state. Since the light scattering state appears white, by disposing the light absorption layer on the back side of the liquid crystal layer, for example, two-color display of white and black can be performed.
Since these liquid crystal display elements do not necessarily have to be formed on a crystal substrate, a light and flexible display element can be produced. Further, since it is not necessary to use a polarizing plate or a backlight, a display element with low power consumption and low cost can be realized.

アクテイブ駆動方式の液晶表示素子は、これまで、アモルファスシリコンやポリシリコンなどの無機材料により作製された薄膜トランジスタ(TFT)からなる半導体装置をその駆動回路として用いてきた。しかし、無機材料を用いる駆動回路の薄膜トランジスタはは、結晶基板上に形成されるので、サイズを大きくすることが困難である上、1000度近くに達する熱処理やリソグラフィ、エッチングなどを経て作製されるため製造工程が複雑であり低コスト化が難しいという課題を抱えている。そのため、結晶基板上に形成する必要がない上、製造工程が簡易である有機トランジスタからなる半導体装置により液晶表示素子の駆動回路を構成する試みがなされている。   In the active drive type liquid crystal display element, a semiconductor device including a thin film transistor (TFT) made of an inorganic material such as amorphous silicon or polysilicon has been used as a drive circuit. However, since a thin film transistor for a drive circuit using an inorganic material is formed on a crystal substrate, it is difficult to increase the size, and the thin film transistor is manufactured through heat treatment, lithography, etching, or the like reaching nearly 1000 degrees. The manufacturing process is complicated and it is difficult to reduce the cost. For this reason, an attempt has been made to configure a drive circuit for a liquid crystal display element with a semiconductor device made of an organic transistor that does not need to be formed on a crystal substrate and has a simple manufacturing process.

例えば、高分子分散型液晶の表示素子を、ペンタセンを半導体材料とする有機トランジスタにより駆動し、2×3画素の表示を行った例(非特許文献1参照)、高分子分散型液晶の表示素子を、ポリチェニレンビニレンを半導体材料とする有機トランジスタにより駆動し、64×64画素の表示を行った例(非特許文献2参照)などが報告されている。   For example, an example in which a polymer dispersed liquid crystal display element is driven by an organic transistor using pentacene as a semiconductor material to perform display of 2 × 3 pixels (see Non-Patent Document 1), a polymer dispersed liquid crystal display element Have been reported to display 64 × 64 pixels by driving an organic transistor using polychenylene vinylene as a semiconductor material (see Non-Patent Document 2).

また、高分子系材料は、低分子系材料に比べてキャリヤ移動度は低いが、溶媒溶解性が高いので、印刷プロセスにより作製が可能であるという利点を生かし、縮合環有機材料を半導体材料としたものがある(特許文献1参照)。   In addition, high molecular weight materials have lower carrier mobility than low molecular weight materials, but have high solvent solubility. Therefore, taking advantage of the fact that they can be produced by a printing process, condensed ring organic materials can be used as semiconductor materials. (See Patent Document 1).

一方、例えば高分子分散型液晶表示素子の光の散乱状態における現状の反射率は低いので、白表示と黒表示とを行ったときのコントラストが悪いという課題がある。   On the other hand, for example, since the present reflectance in the light scattering state of the polymer dispersion type liquid crystal display element is low, there is a problem that the contrast is poor when white display and black display are performed.

そこで、基板よりも背面側に、屈折率が基板よりも0.2以上小さい反射層を積層したもの(特許文献2参照)、さらに屈折率が異なる複数の反射層を、背面側に向かって順次屈折率が小さくなるように積層し、光の散乱状態における液晶層を透過した一部の光を反射させることにより白表示をより明るくするものがある(特許文献3参照)。
また、液晶表示層の背面側に半透過光反射層と光吸収層とを設けると共に、背面側の基板よりもさらに背面側に低屈折層を設けたものもある(特許文献4参照)。
特開平11−195790号 特許第2842172号 特開平7−104286号 特開平7−56157号 APPLIED PHYSICS LETTERS, VOL.78, P3592 (2001)(P.MACH, S.J.RODRIGUEZ, R.NORTRUP, P.WILTZIUS, J.A.ROGERS) NATURE, VOL.414, P599 (2001)(H.E.HUITEMA, G.H.GELINCK, J.B.P.H.VAN DER PUTTEN, K.E.KUIJK, C.M.HART, E.CANTATORE, P.T.HERWIG, A.J.J.M.VAN BREEMEN, D.M.DE LEEUW)
Therefore, a reflective layer having a refractive index smaller by 0.2 or more than that of the substrate is laminated on the back side of the substrate (see Patent Document 2), and a plurality of reflective layers having different refractive indexes are sequentially arranged toward the back side. Some layers are laminated so that the refractive index becomes small, and a part of light transmitted through the liquid crystal layer in a light scattering state is reflected to make white display brighter (see Patent Document 3).
In addition, there is a liquid crystal display layer in which a transflective layer and a light absorption layer are provided on the back side, and a low refractive layer is provided on the back side of the back side substrate (see Patent Document 4).
JP-A-11-195790 Japanese Patent No. 2842172 JP 7-104286 A JP-A-7-56157 APPLIED PHYSICS LETTERS, VOL.78, P3592 (2001) (P.MACH, SJRODRIGUEZ, R.NORTRUP, P.WILTZIUS, JAROGERS) NATURE, VOL.414, P599 (2001) (HEHUITEMA, GHGELINCK, JBPHVAN DER PUTTEN, KEKUIJK, CMHART, E.CANTATORE, PTHERWIG, AJJMVAN BREEMEN, DMDE LEEUW)

しかしながら、特許文献に開示された方法は、スペーサーを用いて空気もしくは不活性ガスを挿入した低屈折率気体層を形成し、比較的高屈折率の基板とその低屈折率気体層との屈折率差により液晶層を透過した光をそれらの界面で反射させて、所定の明るさを得ようとするものである。したがって、低屈折率気体層などを形成する工程が新たに増え、コストアップになるという問題がある。また、従来から、液晶素子とその駆動回路とを簡単なプロセスを用いて集積化し、低コストの液晶表示素子を形成する方法に関する開発要望がある。   However, the method disclosed in the patent document forms a low refractive index gas layer in which air or inert gas is inserted using a spacer, and the refractive index of the relatively high refractive index substrate and the low refractive index gas layer. The light transmitted through the liquid crystal layer due to the difference is reflected at the interface between them to obtain a predetermined brightness. Therefore, there is a problem that a process for forming a low refractive index gas layer or the like is newly increased, resulting in an increase in cost. Conventionally, there is a demand for development relating to a method for forming a low-cost liquid crystal display element by integrating a liquid crystal element and its drive circuit using a simple process.

本発明は上記事情に鑑み、特別なプロセスを追加することなく、高コントラストな表示を可能とする高分子液晶層と、その液晶層の駆動回路を構成する有機トランジスタとが同一基板上に形成された液晶表示素子を提供する。
In view of the above circumstances, in the present invention, a polymer liquid crystal layer capable of high-contrast display without adding a special process and an organic transistor constituting a driving circuit for the liquid crystal layer are formed on the same substrate. A liquid crystal display device is provided.

上記の目的を達成する本発明の液晶表示素子は、対向する基板間に、液晶層と駆動回路とが積層され、該駆動回路から印加される電界の有無に応じて該液晶層が光の透過状態又は散乱状態を呈する液晶表示素子であって、
上記駆動回路は、光の透過状態における上記液晶層よりも屈折率が小さいゲート絶縁層を有する有機トランジスタにより構成されたものであり、
上記ゲート絶縁層は、少なくともミクロ孔、メソ孔、及びマクロ孔のうちの何れか1つの大きさの細孔が含まれる多孔質体からなることを特徴とする。
In the liquid crystal display element of the present invention that achieves the above object, a liquid crystal layer and a drive circuit are stacked between opposing substrates, and the liquid crystal layer transmits light according to the presence or absence of an electric field applied from the drive circuit. A liquid crystal display element exhibiting a state or a scattering state,
The drive circuit state, and are not constructed by an organic transistor having a gate insulating layer having a smaller refractive index than the liquid crystal layer in the transmission state of light,
The gate insulating layer is at least micropores, mesopores, and wherein Rukoto such a porous body that contains any one size pores of the macropores.

このように、ゲート絶縁層の屈折率は、液晶層よりも小さくなるように構成され、ゲート絶縁層が液晶表示素子の低屈折率層としても機能するので、光散乱状態の液晶層を透過した一部の光は、ゲート絶縁層の界面で反射し、より明るい白表示を可能にする。   Thus, the refractive index of the gate insulating layer is configured to be smaller than that of the liquid crystal layer, and the gate insulating layer also functions as a low refractive index layer of the liquid crystal display element, so that the light scattering state liquid crystal layer is transmitted. Some light is reflected at the interface of the gate insulating layer, enabling a brighter white display.

また、多孔質体によりゲート絶縁層を構成することにより、リーク電流がほとんどない、絶縁膜を得ることができるとともに、曲げや捩れによるストレスが加わっても、ストレスが吸収されて基板から剥がれにくい液晶表示素子を形成することができる。
Further, by constituting the gate insulating layer by the porous body, there is little leakage current, it is possible to obtain an insulating film, even subjected to any stress due to bending and twisting, hardly peeled stress is absorbed from the substrate crystal A display element can be formed.

本発明の液晶表示素子によれば、共通の基板上に、有機半導体による薄膜トランジスタと液晶層とが形成され、薄膜トランジスタのゲート絶縁層が液晶表示素子の低屈折率層としても機能するので、作製プロセスの簡素化と、低コスト化が図れる。また、ゲート絶縁層に多孔質体を用いることにより、リーク電流がほとんどない、絶縁膜を得ることができるとともに、曲げや捩れによるストレスが加わっても、液晶表示素子の基板からの剥がれが防止される。 According to the liquid crystal display element of the present invention, a thin film transistor and a liquid crystal layer made of an organic semiconductor are formed on a common substrate, and the gate insulating layer of the thin film transistor also functions as a low refractive index layer of the liquid crystal display element. Simplification and cost reduction. In addition, by using a porous material for the gate insulating layer, an insulating film with almost no leakage current can be obtained, and even when stress due to bending or twisting is applied, peeling of the liquid crystal display element from the substrate is prevented. The

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、有機トランジスタのゲート絶縁層を液晶表示素子の低屈折率層としても活用することにより、同一基板上にコントラストの高い表示を可能とする液晶層と、その駆動回路を構成する有機トランジスタレイとを簡単なプロセスで一体形成することができるとの知見を得、本発明を完成するに至った。
以下に、本発明の液晶表示素子、その駆動回路を構成する本発明の有機半導体装置、及び有機半導体装置の製造方法の実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の液晶表示素子、有機半導体装置、及び有機半導体装置の製造方法の第1の実施形態を示す液晶表示素子の概略断面図である。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have made it possible to display a high contrast on the same substrate by utilizing the gate insulating layer of the organic transistor as a low refractive index layer of the liquid crystal display element. The present inventors have obtained the knowledge that the liquid crystal layer to be formed and the organic transistor array constituting the drive circuit can be integrally formed by a simple process, and the present invention has been completed.
Hereinafter, embodiments of the liquid crystal display element of the present invention, the organic semiconductor device of the present invention constituting the drive circuit thereof, and the method of manufacturing the organic semiconductor device will be described.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display element showing a first embodiment of a liquid crystal display element, an organic semiconductor device, and a method for manufacturing the organic semiconductor device of the present invention.

図1に示す第1の実施形態の液晶表示素子には、液晶層のほかに、液晶層の駆動回路となり、本発明の半導体装置の構成要素となる1つの電界効果型有機トランジスタが示されている。   In the liquid crystal display element of the first embodiment shown in FIG. 1, in addition to the liquid crystal layer, one field effect organic transistor which is a driving circuit for the liquid crystal layer and is a component of the semiconductor device of the present invention is shown. Yes.

第1の実施形態の液晶表示素子30は、対向するフイルム基板1及び基板2と、対向する基板1、2間に積層された、電界の印加により光の透過状態と光の散乱状態とを有する液晶層3、液晶層を駆動する駆動回路を構成する有機トランジスタ10、及び光の吸収層4とにより構成されている。     The liquid crystal display element 30 according to the first embodiment includes a film substrate 1 and a substrate 2 that are opposed to each other, and a light transmission state and a light scattering state that are stacked between the opposing substrates 1 and 2 by applying an electric field. The liquid crystal layer 3, the organic transistor 10 constituting the drive circuit for driving the liquid crystal layer, and the light absorption layer 4 are configured.

有機トランジスタ10は、有機化合物からなる半導体を用いた電界効果トランジスタで、ゲート電極11と、ソース電極12と、ドレイン電極13と、有機半導体層14と、チャネルを形成するゲート絶縁層15と、により構成されている。   The organic transistor 10 is a field effect transistor using a semiconductor made of an organic compound, and includes a gate electrode 11, a source electrode 12, a drain electrode 13, an organic semiconductor layer 14, and a gate insulating layer 15 that forms a channel. It is configured.

また、液晶表示素子30に画像が表示される視認側Aにおいて液晶層3に電界を印加する上部電極(走査電極)5は、フイルム基板1の内面に積層されている。また、背面側Bにおける下部電極(信号電極)は、基板2上に形成された複数の有機トランジスタ10のドレイン電極13を兼用している。   An upper electrode (scanning electrode) 5 that applies an electric field to the liquid crystal layer 3 on the viewing side A on which an image is displayed on the liquid crystal display element 30 is laminated on the inner surface of the film substrate 1. In addition, the lower electrode (signal electrode) on the back side B also serves as the drain electrodes 13 of the plurality of organic transistors 10 formed on the substrate 2.

液晶層3は、高分子分散型の液晶からなり、電界を印加すると光の透過状態となり、電界の印加をなくすと光の散乱状態となることにより、例えば白黒2色画像を表示することができる。なお、詳細は後述する。   The liquid crystal layer 3 is made of polymer-dispersed liquid crystal. When an electric field is applied, the liquid crystal layer 3 is in a light transmission state. When the electric field is not applied, the liquid crystal layer 3 is in a light scattering state. . Details will be described later.

液晶層3を挟持する走査電極5は、透明な材料を用いることが好ましく、フイルム基板1の内面に複数形成される。また、ドレイン電極13と兼用の信号電極13は、走査電極5と直交するように配置される。これら上部電極5と、下部電極13とにより、例えば64×64などのマトリックスが形成される。   The scanning electrode 5 sandwiching the liquid crystal layer 3 is preferably made of a transparent material, and a plurality of scanning electrodes 5 are formed on the inner surface of the film substrate 1. In addition, the signal electrode 13 which is also used as the drain electrode 13 is disposed so as to be orthogonal to the scanning electrode 5. These upper electrode 5 and lower electrode 13 form a 64 × 64 matrix, for example.

有機トランジスタ10により構成される駆動回路は、本発明の半導体装置の実施形態に相当し、液晶層3を挟持する走査電極5、及び信号電極13により形成されたマトリックスに対応させて、有機トランジスタ10とその有機トランジスタ10に直列に接続されたコンデンサとからなるメモリセルのアレイをなすとともに、有機トランジスタ10のゲート電極11にはそれぞれの走査電極5が接続され、ドレイン電極13は、それぞれの信号電極を兼用している。   The drive circuit constituted by the organic transistor 10 corresponds to the embodiment of the semiconductor device of the present invention, and corresponds to the matrix formed by the scanning electrode 5 and the signal electrode 13 sandwiching the liquid crystal layer 3, and the organic transistor 10. And a capacitor connected in series to the organic transistor 10, and the scanning electrode 5 is connected to the gate electrode 11 of the organic transistor 10, and the drain electrode 13 is connected to each signal electrode. Is also used.

このように有機トランジスタ10のドレイン電極13が、走査電極5とマトリックスをなす信号電極を兼ね、連接する有機トランジスタ10のドレイン電極13相互が一体形成されているので、信号電極の作成に要する工程を削減することができる。   As described above, the drain electrode 13 of the organic transistor 10 also serves as a signal electrode that forms a matrix with the scanning electrode 5, and the drain electrodes 13 of the organic transistor 10 that are connected to each other are integrally formed. Can be reduced.

本実施形態のゲート絶縁層15には、光の透過状態における液晶層3よりも屈折率が小さい絶縁材料が用いられる。   An insulating material having a refractive index smaller than that of the liquid crystal layer 3 in a light transmission state is used for the gate insulating layer 15 of the present embodiment.

光吸収層4は、例えば自然光のうち特定波長域の色光を吸収し、残りの波長域の色光を反射し、例えばイエローが吸収される光吸収層を用いると液晶表示素子が青色表示となり、自然光全てが吸収される光吸収層を用いると液晶表示素子が黒色表示となる。   The light absorption layer 4 absorbs, for example, color light in a specific wavelength region of natural light and reflects color light in the remaining wavelength region. For example, when a light absorption layer that absorbs yellow is used, the liquid crystal display element displays blue, and natural light is displayed. When a light absorption layer that absorbs all is used, the liquid crystal display element displays black.

したがって、駆動回路の各メモリセルのコンデンサに電荷を蓄積して、各メモリセルに対応する液晶層の画素に電圧を印加し、その画素を光の透過状態としたときに、その画素を「黒表示」したい場合には、走査電極5に電圧を印加し、ゲート電極11に電圧が印加された状態で、信号電極13に電圧を印加する。すると、有機トランジスタ10のドレイン電極13からソース電極12に電流が流れ、コンデンサが充電されるので、液晶層3の該当する画素が光の透過状態となり、透過した光は光吸収層4で吸収され、黒表示となる。   Therefore, when a charge is accumulated in the capacitor of each memory cell of the drive circuit, a voltage is applied to the pixel of the liquid crystal layer corresponding to each memory cell, and the pixel is in a light transmission state, the pixel is set to “black”. When “display” is desired, a voltage is applied to the scanning electrode 5 and a voltage is applied to the signal electrode 13 in a state where the voltage is applied to the gate electrode 11. Then, a current flows from the drain electrode 13 of the organic transistor 10 to the source electrode 12 and the capacitor is charged, so that the corresponding pixel of the liquid crystal layer 3 enters a light transmission state, and the transmitted light is absorbed by the light absorption layer 4. Is black.

また、走査電極5に電圧を印加した状態で、信号電極13の印加電圧をなくすると、コンデンサの電荷が放電されるので、液晶層3の該当する画素が光の散乱状態となり、白表示となる。   Further, if the voltage applied to the scanning electrode 5 is removed and the voltage applied to the signal electrode 13 is removed, the charge of the capacitor is discharged, so that the corresponding pixel of the liquid crystal layer 3 is in a light scattering state and white display is performed. .

本実施形態の液晶表示素子30は、液晶層3よりも、ゲート絶縁層15の屈折率の方が小さくなるように構成されているので、光の散乱状態において液晶層3を透過した一部の光は、ゲート絶縁層15で反射されるので、より明るい白表示とすることができる。また、光の透過状態においては、一部の光は反射されるが、黒表示の場合には大部分の光が光吸収層4で吸収される。したがって、白黒表示させる場合のコントラストを向上させることができる。   Since the liquid crystal display element 30 of the present embodiment is configured such that the refractive index of the gate insulating layer 15 is smaller than that of the liquid crystal layer 3, a part of the light transmitted through the liquid crystal layer 3 in the light scattering state. Since light is reflected by the gate insulating layer 15, a brighter white display can be achieved. In the light transmission state, part of the light is reflected, but in the case of black display, most of the light is absorbed by the light absorption layer 4. Therefore, the contrast when displaying in black and white can be improved.

図2(a)、(b)は、本実施形態の液晶表示素子に用いる液晶層を示す図であり、図2(c)、(d)は、液晶層中の液晶滴の状態を示す図である。   2A and 2B are diagrams showing a liquid crystal layer used in the liquid crystal display element of this embodiment, and FIGS. 2C and 2D are diagrams showing states of liquid crystal droplets in the liquid crystal layer. It is.

図2に示すように、本実施形態の液晶層3には、高分子分散型液晶(以下、PDLC「Polymer Dispersed Liquid Crystal」と略称する。)が用いられる。   As shown in FIG. 2, a polymer dispersed liquid crystal (hereinafter abbreviated as PDLC “Polymer Dispersed Liquid Crystal”) is used for the liquid crystal layer 3 of the present embodiment.

PDLCは、一般に、マトリクスとなる高分子中に液晶が分散した状態になっている。そして、液晶の濃度によって高分子の組織が変わり、液晶がドロップレット状の液晶滴になったり、高分子が網目状になったりして、屈折率の異なる領域ができる。本実施形態では、図示するように、液晶3bが液晶滴3aになったものを用いている。   PDLC is generally in a state in which liquid crystals are dispersed in a matrix polymer. Then, the structure of the polymer changes depending on the concentration of the liquid crystal, the liquid crystal becomes droplet-like liquid crystal droplets, or the polymer becomes a network, and regions having different refractive indexes are formed. In the present embodiment, as shown in the figure, the liquid crystal 3b is a liquid crystal droplet 3a.

液晶3bは屈折率異方性を有する棒状分子であり、その配向状態によって屈折率が変化する。   The liquid crystal 3b is a rod-like molecule having refractive index anisotropy, and the refractive index changes depending on the alignment state.

いま、図2(d)に示すように、液晶3bの短軸方向の屈折率を常屈折率no、長軸方向の屈折率を異常屈折率neとすれば、液晶3bとして、no<neなる関係を有する正の液晶が用いられると高分子材料の屈折率npは、noと略等しくなる。   Now, as shown in FIG. 2D, if the refractive index in the minor axis direction of the liquid crystal 3b is the ordinary refractive index no and the refractive index in the major axis direction is the extraordinary refractive index ne, the liquid crystal 3b has no <ne. When a positive liquid crystal having a relationship is used, the refractive index np of the polymer material becomes substantially equal to no.

この液晶層3に、電界を印加しないときは、図2(a)、(c)に示すように、液晶3bがランダムに配向し、液晶層3は光の散乱状態となり、平均の屈折率(ne〜no)は、高分子8の屈折率npと異なる状態となる。このため液晶の平均屈折率は、npとnoの間の値をとり、npとの差が大きくなるので、液晶層に入射した光は液晶滴内部と高分子材料の界面で屈折を繰り返して散乱し、不透明な白濁状態となるので、液晶表示素子は、白色表示となる。   When no electric field is applied to the liquid crystal layer 3, as shown in FIGS. 2A and 2C, the liquid crystal 3b is randomly oriented, the liquid crystal layer 3 is in a light scattering state, and an average refractive index ( ne to no) is different from the refractive index np of the polymer 8. For this reason, the average refractive index of the liquid crystal takes a value between np and no, and the difference from np becomes large, so that the light incident on the liquid crystal layer is repeatedly refracted at the interface between the liquid crystal droplet and the polymer material and scattered. And since it becomes an opaque white turbid state, a liquid crystal display element becomes white display.

一方、この液晶層3に、電界を印加したときは、図2(b)、(d)に示すように、液晶滴3a中の液晶3bの配向方向が変わり、液晶3bが基板に対して例えば垂直配向した場合には、noとnpとがほぼ等しくなるため、液晶層3に入射した光は透過状態となる。この透過した光を底面の吸収層4で吸収すると、液晶表示素子30は、黒色表示となる。また、この光の散乱と透過状態とを繰り返す(スイッチングする)ことにより、各色光の透過量を制御してカラー表示を行うこともできる。   On the other hand, when an electric field is applied to the liquid crystal layer 3, the orientation direction of the liquid crystal 3b in the liquid crystal droplet 3a changes as shown in FIGS. In the case of vertical alignment, no and np are substantially equal, so that the light incident on the liquid crystal layer 3 is in a transmission state. When this transmitted light is absorbed by the absorption layer 4 on the bottom surface, the liquid crystal display element 30 displays black. Further, by repeating (switching) this light scattering and transmission state, it is possible to perform color display by controlling the transmission amount of each color light.

図3−1及び図3−2は、さまざまな液晶材料の屈折率を示す図である。   3A and 3B are diagrams illustrating the refractive indexes of various liquid crystal materials.

図3−1及び図3−2において、noは、単軸方向の常屈折率、neは、長軸方向の異常屈折率、Δnは、屈折率差、をそれぞれ示し、測定波長の記載がないものは、全て633nmにより測定したものである。   In FIGS. 3A and 3B, no is an ordinary refractive index in the uniaxial direction, ne is an extraordinary refractive index in the major axis direction, and Δn is a refractive index difference, and there is no description of the measurement wavelength. All were measured at 633 nm.

ここで、屈折率は、アッべの屈折率計を用い、波長633あるいは589nmの光を入射することにより測定した。なお、アッベの屈折率計は、屈折率1.3300〜1.700の範囲のものを、精度0.0002(589nmにおいて)で測定可能であり、それよりも屈折率が大きい場合には、干渉屈折率計を用いることにより、1.116〜2.350まで測定することができる。   Here, the refractive index was measured by entering light having a wavelength of 633 or 589 nm using an Abbe refractometer. Abbe's refractometer can measure a refractive index in the range of 1.3300 to 1.700 with an accuracy of 0.0002 (at 589 nm). By using a refractometer, it is possible to measure from 1.116 to 2.350.

図から明らかなように、液晶材料の大部分の常屈折率noは1.5付近であり、異常屈折率ne、1.7付近であり、液晶材料のマトリクスとなる高分子材料の屈折率npは、概ね1.5である。   As is apparent from the figure, the ordinary refractive index no of most liquid crystal materials is around 1.5, the extraordinary refractive index ne is around 1.7, and the refractive index np of the polymer material that becomes the matrix of the liquid crystal material. Is approximately 1.5.

これに対して、本実施形態の有機トランジスタのゲート絶縁層には、屈折率が1.2〜1.4程度のフッ素系高分子やメチル含有ポリシロキサンなどを用いるので、本実施形態の液晶層に用いる液晶材の光の透過状態における屈折率(概ね1.5)よりも小さくすることができる。したがって、光の散乱状態において、液晶層を透過し、ゲート絶縁層に達した光の一部は、界面で反射して後方散乱光となり、表示面側の基板を透過するので、白表示をより明るくすることができる。   On the other hand, since the fluorine insulating polymer having a refractive index of about 1.2 to 1.4, methyl-containing polysiloxane, or the like is used for the gate insulating layer of the organic transistor of the present embodiment, the liquid crystal layer of the present embodiment. The refractive index in the light transmission state of the liquid crystal material used for (approximately 1.5) can be made. Therefore, in the light scattering state, part of the light transmitted through the liquid crystal layer and reaching the gate insulating layer is reflected at the interface to become backscattered light, and is transmitted through the substrate on the display surface side. Can be brightened.

このように、本実施形態の液晶表示素子は、有機トランジスタのゲート絶縁層が液晶層に対する低屈折率層として構成され、半導体装置の作製と同時に低屈折率層が形成されるので、コントラストの高い液晶表示素子を低コストで作製することが可能となる。また、図1に示したように、有機トランジスタのうちの、連接するドレイン電極を一体成形し、液晶表示素子の画素を構成する共通の信号電極として兼用することにより、さらに作製工程を減らすことが可能となる。
[半導体装置の使用材料]
つぎに、本実施形態の半導体装置の使用材料について説明する。
As described above, in the liquid crystal display element of this embodiment, the gate insulating layer of the organic transistor is configured as a low refractive index layer with respect to the liquid crystal layer, and the low refractive index layer is formed simultaneously with the fabrication of the semiconductor device. A liquid crystal display element can be manufactured at low cost. In addition, as shown in FIG. 1, the connecting drain electrode of the organic transistor is integrally formed and also used as a common signal electrode constituting the pixel of the liquid crystal display element, thereby further reducing the manufacturing process. It becomes possible.
[Materials used for semiconductor devices]
Next, materials used for the semiconductor device of this embodiment will be described.

ドレイン電極には、透明な材料を用いることが望ましく、具体的には、酸化インジウム・スズ(ITO)、酸化インジウム・酸化亜鉛(IZO)、ドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体などを用いることができる。これらの材料を用いない場合は、例えばアルミニウムや金の薄膜を作製することで、半透明の電極を作製することも可能である。   It is desirable to use a transparent material for the drain electrode. Specifically, indium oxide / tin oxide (ITO), indium oxide / zinc oxide (IZO), a known conductive polymer whose conductivity is improved by doping, etc. For example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, a complex of polyethylenedioxythiophene and polystyrene sulfonic acid, or the like can be used. When these materials are not used, it is possible to produce a translucent electrode, for example, by producing a thin film of aluminum or gold.

低屈折率層を構成するゲート絶縁層には、屈折率が概ね1.5〜1.7の高分子液晶層よりも屈折率が小さいものを用いる。具体的には、フッ素系高分子やメチル含有ポリシロキサン材料などを用いることができる。   As the gate insulating layer constituting the low refractive index layer, a layer having a refractive index smaller than that of the polymer liquid crystal layer having a refractive index of about 1.5 to 1.7 is used. Specifically, a fluorine-based polymer or a methyl-containing polysiloxane material can be used.

ちなみに、フッ素系高分子の屈折率は、1.36〜1.42であり、メチル含有ポリシロキサンの屈折率は、1.38であり、金属酸化物多孔質体の屈折率は、小さいもので1.20であり、ポリイミド多孔質体の屈折率は、1.32程度であり、いずれも光の透過状態の液晶層より屈折率が小さい。   Incidentally, the refractive index of the fluorine-based polymer is 1.36 to 1.42, the refractive index of the methyl-containing polysiloxane is 1.38, and the refractive index of the metal oxide porous body is small. The refractive index of the polyimide porous body is about 1.32, both of which are lower than the refractive index of the light-transmitting liquid crystal layer.

ここで、有機トランジスタにおけるゲート絶縁膜については、液晶表示素子の低屈折率層としての役割のほかに、電界効果トランジスタのチャンネルを構成するという本来の役割があり、液晶表示素子のサイズを大きくすると共に、その駆動回路としてスイッチング速度を向上させるためには、如何にしてリーク電流のない状態で絶縁膜を薄くし、誘電率を低くするかが重要である。   Here, the gate insulating film in the organic transistor has an original role of forming a channel of the field effect transistor in addition to the role as a low refractive index layer of the liquid crystal display element, and increases the size of the liquid crystal display element. At the same time, in order to improve the switching speed as the drive circuit, it is important how to reduce the dielectric constant by reducing the thickness of the insulating film in the absence of leakage current.

ゲート電極の材料としては、導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン,タングステン,酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、酸化インジウム・酸化亜鉛(IZO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等を用いることができる。あるいは、ドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体なども好適に用いることができる。ただし、これらの材料に限られるわけではなく、また、これらの材料を2種類以上併用しても差し支えない。   The material of the gate electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material. Platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum , Ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin oxide / antimony, indium / tin oxide (ITO), indium / zinc oxide (IZO), fluorine-doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon paste , Lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / copper mixed Things, magnesium / silver mixture, a magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, can be used lithium / aluminum mixtures. Alternatively, a known conductive polymer whose conductivity is improved by doping or the like, for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, a complex of polyethylenedioxythiophene and polystyrene sulfonic acid, or the like can be suitably used. However, the present invention is not limited to these materials, and two or more of these materials may be used in combination.

次に、ソース電極及びドレイン電極に用いられる材料は、互いに異なっていても良いし、同じでも良い。ただし、液晶層を駆動する電極を兼ねるドレイン電極には、下地の吸収層まで光を透過させるため、透明な材料が用いられる。具体的には、前述したように、酸化インジウム・スズ(ITO)、酸化インジウム・酸化亜鉛(IZO)、ドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体などを用いることができる。ソース電極には、有機半導体層との界面におけるエネルギー障壁を減らすために、オーミック接触できる材料を用いることが望ましい。オーミック接触を得る為には、有機半導体材料にキャリアがホールであるP型半導体が用いられるときは、ソース及びドレイン電極の仕事関数が有機半導体の仕事関数よりも大きくなるものが望ましい。有機半導体材料にキャリアが電子であるN型半導体が用いられるときは、有機半導体の仕事関数よりも小さくなるものが望ましい。具体的には、有機半導体層との接触面において電気抵抗がより小さくなるかどうかを、電流―電圧特性により調査し決定することができる。一般的には、以下の材料を用いることが可能である。   Next, the materials used for the source electrode and the drain electrode may be different from each other or the same. However, a transparent material is used for the drain electrode which also serves as an electrode for driving the liquid crystal layer in order to transmit light to the underlying absorption layer. Specifically, as described above, indium tin oxide (ITO), indium oxide zinc oxide (IZO), known conductive polymers whose conductivity is improved by doping, such as conductive polyaniline, conductive polypyrrole. In addition, a conductive polythiophene, a complex of polyethylene dioxythiophene and polystyrene sulfonic acid, or the like can be used. For the source electrode, it is desirable to use a material capable of ohmic contact in order to reduce an energy barrier at the interface with the organic semiconductor layer. In order to obtain ohmic contact, when a P-type semiconductor having holes as carriers is used as the organic semiconductor material, it is desirable that the work function of the source and drain electrodes is larger than that of the organic semiconductor. When an N-type semiconductor whose carriers are electrons is used as the organic semiconductor material, it is desirable that the work function is smaller than the work function of the organic semiconductor. Specifically, whether or not the electrical resistance is smaller at the contact surface with the organic semiconductor layer can be determined by examining the current-voltage characteristics. In general, the following materials can be used.

白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン,タングステン,酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、酸化インジウム・酸化亜鉛(IZO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等が用いられるが、特に、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ITO、IZOおよび炭素が好ましい。あるいはドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体なども好適に用いることができる。ただし、これらの材料に限られるわけではなく、また、これらの材料を2種類以上併用しても差し支えない。また、カーボンブラックやC60、カーボンナノチューブなどのカーボン材料を用いることも可能である。   Platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin oxide / antimony, indium tin oxide (ITO), indium oxide / zinc oxide (IZO), fluorine-doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese , Zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture , Magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, lithium / aluminum mixture, etc. are used, in particular, platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium, ITO, IZO and carbon are preferable. Alternatively, a known conductive polymer whose conductivity has been improved by doping or the like, for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, a complex of polyethylene dioxythiophene and polystyrene sulfonic acid, or the like can be suitably used. However, the present invention is not limited to these materials, and two or more of these materials may be used in combination. It is also possible to use carbon materials such as carbon black, C60, and carbon nanotubes.

次に、有機半導体材料としては、π電子共役系の芳香族化合物、鎖式化合物、有機顔料、有機ケイ素化合物などを用いることができる。具体的には、ポリピロール、ポリ(N−置換ピロール)、ポリ(3−置換ピロール)、ポリ(3,4−二置換ピロール)などのポリピロール類、ポリチオフェン、ポリ(3−置換チオフェン)、ポリ(3,4−二置換チオフェン)、ポリベンゾチオフェンなどのポリチオフェン類、ポリイソチアナフテンなどのポリイソチアナフテン類、ポリチェニレンビニレンなどのポリチェニレンビニレン類、ポリ(p−フェニレンビニレン)などのポリ(p−フェニレンビニレン)類、ポリアニリン、ポリ(N−置換アニリン)、ポリ(3−置換アニリン)、ポリ(2,3−置換アニリン)などのポリアニリン類、ポリアセチレンなどのポリアセチレン類、ポリジアセチレンなどのポリジアセチレン類、ポリアズレンなどのポリアズレン類、ポリピレンなどのポリピレン類、ポリカルバゾール、ポリ(N−置換カルバゾール)などのポリカルバゾール類、ポリセレノフェンなどのポリセレノフェン類、ポリフラン、ポリベンゾフランなどのポリフラン類、ポリ(p−フェニレン)などのポリ(p−フェニレン)類、ポリインドールなどのポリインドール類、ポリピリダジンなどのポリピリダジン類、ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセンなどのポリアセン類およびポリアセン類の炭素の一部をN、S、Oなどの原子、カルボニル基などの官能基に置換した誘導体(トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−6,15−キノンなど)、ポリビニルカルバゾール、ポリフエニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィドなどのポリマーや、特許文献1に記載された多環縮合体などを用いることができる。また、これらのポリマーと同じ繰返し単位を有するたとえばチオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、スチリルベンゼン誘導体などのオリゴマーも好適に用いることができる。さらに銅フタロシアニンや特許文献3に記載のフッ素置換銅フタロシアニンなどの金属フタロシアニン類、ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N’−ビス(4−トリフルオロメチルベンジル)ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミドとともに、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロオクチル)、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロブチル)及びN,N’−ジオクチルナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン2,3,6,7テトラカルボン酸ジイミドなどのナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、及びアントラセン2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミドなどのアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類などの縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、C60、C70、C76、C78、C84等フラーレン類、SWNTなどのカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類などの色素などがあげられる。   Next, as the organic semiconductor material, a π-electron conjugated aromatic compound, a chain compound, an organic pigment, an organic silicon compound, or the like can be used. Specifically, polypyrroles such as polypyrrole, poly (N-substituted pyrrole), poly (3-substituted pyrrole), poly (3,4-disubstituted pyrrole), polythiophene, poly (3-substituted thiophene), poly ( 3,4-disubstituted thiophene), polythiophenes such as polybenzothiophene, polyisothianaphthenes such as polyisothianaphthene, polychenylene vinylenes such as polychenylene vinylene, poly (p-phenylene vinylene), etc. Poly (p-phenylene vinylene) s, polyaniline, poly (N-substituted aniline), poly (3-substituted aniline), poly (aniline) such as poly (2,3-substituted aniline), polyacetylenes such as polyacetylene, polydiacetylene, etc. Of polydiacetylenes, polyazulenes such as polyazulene, polypyrene Which polypyrenes, polycarbazoles such as polycarbazole and poly (N-substituted carbazole), polyselenophenes such as polyselenophene, polyfurans such as polyfuran and polybenzofuran, poly (p-phenylene) such as poly (p-phenylene) -Phenylene), polyindoles such as polyindole, polypyridazines such as polypyridazine, naphthacene, pentacene, hexacene, heptacene, dibenzopentacene, tetrabenzopentacene, pyrene, dibenzopyrene, chrysene, perylene, coronene, terylene, ovalene , Derivatives of polyacenes such as quaterylene and circumanthracene, and polyacenes substituted with a functional group such as an atom such as N, S or O, or a carbonyl group (triphenodioxazine, triphenodithia Emissions, hexacene-6,15-quinone, etc.), polyvinylcarbazole, polyphenylene sulfide, and polymers such as polyethylene vinyl sulfide, and the like can be used polycyclic condensate described in Patent Document 1. Further, for example, α-sexual thiophene α, ω-dihexyl-α-sexual thiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (α, which is a thiophene hexamer having the same repeating unit as those polymers. Oligomers such as 3-butoxypropyl) -α-sexithiophene and styrylbenzene derivatives can also be preferably used. Furthermore, metal phthalocyanines such as copper phthalocyanine and fluorine-substituted copper phthalocyanine described in Patent Document 3, naphthalene 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (4-trifluoromethylbenzyl) naphthalene 1 , 4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (1H, 1H-perfluorooctyl), N, N′-bis (1H, 1H-perfluorobutyl) and N, N′-dioctylnaphthalene 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide derivatives, naphthalene 2,3,6,7 tetracarboxylic acid diimides and other naphthalene tetracarboxylic acid diimides, anthracene 2,3,6,7-tetracarboxylic acid diimide, etc. Anthracene tetracarboxylic acid diimides such as fused ring tetracarboxylic acid diimides , C60, C70, C76, C78, C84, such as fullerenes, carbon nanotubes, merocyanine dyes, such as SWNT, such as dyes such as hemicyanine dyes, and the like.

また、その他の有機半導体材料としては、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、BEDTTTF−ヨウ素錯体、TCNQ−ヨウ素錯体、などの有機分子錯体も用いることができる。さらにポリシラン、ポリゲルマンなどのσ共役系ポリマーや有機・無機混成材料も用いることができる。
これらの中から少なくとも1種の有機半導体材料を選択しても良いし、複数の材料を用いてもよい。また、これらの材料に限定される必要はない。
Other organic semiconductor materials include tetrathiafulvalene (TTF) -tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF) -perchloric acid complex, BEDTTTTF-iodine complex, TCNQ-iodine complex. Organic molecular complexes such as can also be used. Furthermore, σ conjugated polymers such as polysilane and polygerman, and organic / inorganic hybrid materials can also be used.
At least one organic semiconductor material may be selected from these, or a plurality of materials may be used. Moreover, it is not necessary to be limited to these materials.

さらに、本発明の有機半導体層には、たとえば、アクリル酸、アセトアミド、ジメチルアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基などの官能基を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレンおよびテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体などのように電子を受容するアクセプターとなる材料や、たとえばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、フェニル基などの官能基を有する材料、フェニレンジアミンなどの置換アミン類、アントラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン類、ピレン、置換ピレン、カルバゾールおよびその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体などのように電子の供与体であるドナーを含有させ、いわゆるドーピング処理を施してもよい。   Furthermore, the organic semiconductor layer of the present invention includes, for example, a material having a functional group such as acrylic acid, acetamide, dimethylamino group, cyano group, carboxyl group, nitro group, benzoquinone derivative, tetracyanoethylene and tetracyanoquinodi. Materials that can accept electrons, such as methane and their derivatives, materials that have functional groups such as amino, triphenyl, alkyl, hydroxyl, alkoxy, and phenyl groups, substitutions such as phenylenediamine It contains a donor which is an electron donor such as amines, anthracene, benzoanthracene, substituted benzoanthracenes, pyrene, substituted pyrene, carbazole and its derivatives, tetrathiafulvalene and its derivatives, and so-called doping treatment. Also good.

ここで、ドーピングとは電子授与性分子(アクセクプタ)または電子供与性分子(ドナー)をドーパントとして薄膜に導入することを意味する。従って、ドーピングが施された薄膜は、縮合多環芳香族化合物とドーパントを含有する薄膜である。   Here, doping means introducing an electron-donating molecule (acceptor) or an electron-donating molecule (donor) into the thin film as a dopant. Therefore, the doped thin film is a thin film containing a condensed polycyclic aromatic compound and a dopant.

ドーパントとしては、アクセプタ、ドナーのいずれも使用可能である。このアクセプタとしてCl、Br、I、ICl、ICl、IBr、IFなどのハロゲン、PF、AsF、SbF、BF、BCl、BBr、SOなどのルイス酸、HF、HCl、HNO、HSO、HClO、FSOH、ClSOH、CFSOHなどのプロトン酸、酢酸、蟻酸、アミノ酸などの有機酸、FeCl、FeOCl、TiCl、ZrCl、HfCl、NbF、NbCl、TaCl、MoCl、WF、WCl、UF、LnCl(Ln=La、Ce、Nd、Pr、などのランタノイド)などの遷移金属化合物、Cl-、Br-、I-、ClO -、PF -、AsF -、SbF -、BF -、スルホン酸アニオンなどの電解質アニオンなどを挙げることができる。またドナーとしては、Li、Na、K、Rb、Csなどのアルカリ金属、Ca、Sr、Baなどのアルカリ土類金属、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Ybなどの希土類金属、アンモニウムイオン、R、RAs、R、アセチルコリンなどをあげることができる。 As the dopant, either an acceptor or a donor can be used. As this acceptor, halogens such as Cl 2 , Br 2 , I 2 , ICl, ICl 3 , IBr and IF, Lewis acids such as PF 5 , AsF 5 , SbF 5 , BF 3 , BCl 3 , BBr 3 and SO 3 , HF , HCl, HNO 3 , H 2 SO 4 , HClO 4 , FSO 3 H, ClSO 3 H, CF 3 SO 3 H and other proton acids, acetic acid, formic acid, organic acids such as amino acids, FeCl 3 , FeOCl, TiCl 4 , Transition metal compounds such as ZrCl 4 , HfCl 4 , NbF 5 , NbCl 5 , TaCl 5 , MoCl 5 , WF 5 , WCl 6 , UF 6 , LnCl 3 (lanthanoids such as Ln = La, Ce, Nd, Pr, etc.) Cl -, Br -, I - , ClO 4 -, PF 6 -, AsF 5 -, SbF 6 -, BF 4 -, a sulfonate anion such as And the like can be mentioned electrolyte anions. As donors, alkali metals such as Li, Na, K, Rb, and Cs, alkaline earth metals such as Ca, Sr, and Ba, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, and Dy , Ho, Er, Yb and other rare earth metals, ammonium ions, R 4 P + , R 4 As + , R 3 S + , acetylcholine, and the like.

また、これらのドーパントのドーピング方法としては、予め有機半導体の薄膜を作製しておき、ドーパントを後で導入する方法、有機半導体の薄膜作製時にドーパントを導入する方法のいずれも使用可能である。   In addition, as a doping method of these dopants, either a method of preparing an organic semiconductor thin film in advance and then introducing the dopant later, or a method of introducing the dopant when forming the organic semiconductor thin film can be used.

前者の方法のドーピングとして、ガス状態のドーパントを用いる気相ドーピング、溶液あるいは液体のドーパントをその薄膜に接触させてドーピングする液相ドーピング、固体状態のドーパントをその薄膜に接触させてドーパントを拡散ドーピングする固相ドーピングなどの方法があげられる。また液相ドーピングにおいては電解を施すことによってドーピングの効率を調整することができる。   As doping of the former method, gas phase doping using a dopant in a gas state, liquid phase doping in which a solution or a liquid dopant is brought into contact with the thin film, and diffusion doping in which a solid state dopant is brought into contact with the thin film Examples of such methods include solid phase doping. In liquid phase doping, the efficiency of doping can be adjusted by applying electrolysis.

後者の方法では、有機半導体化合物とドーパントの混合溶液あるいは分散液を同時に塗布、乾燥してもよい。たとえば真空蒸着法を用いる場合、有機半導体化合物とともにドーパントを共蒸着することによりドーパントを導入することができる。またスパッタリング法で薄膜を作製する場合、有機半導体化合物とドーパントの二元ターゲットを用いてスパッタリングして薄膜中にドーパントを導入させることができる。さらに他の方法として、電気化学的ドーピング、光開始ドーピング等の化学的ドーピングおよびイオン注入法等の物理的ドーピングの何れも使用可能である。   In the latter method, a mixed solution or dispersion of an organic semiconductor compound and a dopant may be simultaneously applied and dried. For example, when using a vacuum evaporation method, a dopant can be introduce | transduced by co-evaporating a dopant with an organic-semiconductor compound. When a thin film is formed by a sputtering method, a dopant can be introduced into the thin film by sputtering using a binary target of an organic semiconductor compound and a dopant. As other methods, any of chemical doping such as electrochemical doping, photoinitiation doping, and physical doping such as ion implantation can be used.

また、基板を構成する樹脂としては、スチレン系重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、アクリル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリエステルアルキド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ジアリルフタレート樹脂、ケトン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂や、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、その他架橋性の熱硬化性樹脂、さらにエポキシアクリレート、ウレタン−アクリレート等の光硬化性樹脂等があげられる。なお、ポリイミドについては、商品名SE−1180(日産化学製)、商品名AL3046(JSR製)などの市販品を利用することが可能である。   In addition, as a resin constituting the substrate, styrene polymer, styrene-butadiene copolymer, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene-maleic acid copolymer, acrylic copolymer, styrene-acrylic acid copolymer, Polyethylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, chlorinated polyethylene, polyvinyl chloride, polypropylene, vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, polyester alkyd resin, polyamide, polyimide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polysulfone, diallyl phthalate resin, Thermoplastic resins such as ketone resins, polyvinyl butyral resins, polyether resins, polyester resins, silicone resins, epoxy resins, phenol resins, urea resins, melamine resins, other crosslinkable thermosetting resins, and epoxy resins Relate, urethane - photocurable resin such as acrylate. In addition, about polyimide, commercial items, such as brand name SE-1180 (made by Nissan Chemical) and brand name AL3046 (made by JSR), can be used.

次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する
[半導体装置の製造方法]
本実施形態の半導体装置は、基板上にゲート電極を形成する工程と、そのゲート電極上に、液晶層よりも屈折率が小さいゲート絶縁層を形成する工程と、ゲート絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、ソース電極及びドレイン電極上に有機化合物からなる半導体の薄膜を形成する工程とを有する。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described [Method for manufacturing a semiconductor device].
The semiconductor device of this embodiment includes a step of forming a gate electrode on a substrate, a step of forming a gate insulating layer having a refractive index smaller than that of the liquid crystal layer on the gate electrode, and a source electrode on the gate insulating layer. And forming a drain electrode, and forming a semiconductor thin film made of an organic compound on the source electrode and the drain electrode.

ここで、ゲート電極ならびにソース電極、ドレイン電極の作製方法としては、上述したような材料を蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、フォトリソグラフ法やリフトオフ法により電極形成する方法や、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等によるレジストを用いてエッチングする方法が用いられる。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより電極を形成してもよい。さらに導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングすることにより電極を形成する方法も用いることができる。   Here, as a method of manufacturing the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode, a method of forming an electrode by a photolithographic method or a lift-off method using a conductive thin film formed by using a method such as vapor deposition or sputtering with the above-described materials. Alternatively, a method of etching using a resist such as thermal transfer or ink jet on a metal foil such as aluminum or copper is used. Alternatively, a conductive polymer solution or dispersion, or a conductive fine particle dispersion may be directly patterned by ink jetting, or an electrode may be formed from the coating film by lithography or laser ablation. Furthermore, a method of forming an electrode by patterning an ink containing a conductive polymer or conductive fine particles, a conductive paste, or the like by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, or screen printing can also be used.

ここで、導電性微粒子として、粒子径が1〜50nm好ましくは1〜10nmの白金、金、銀、銅、コバルト、クロム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、モリブデン、タングステンなどの金属微粒子が挙げられる。この場合は、金属微粒子を加熱融着して形成された電極を用いる。   Here, examples of the conductive fine particles include fine metal particles such as platinum, gold, silver, copper, cobalt, chromium, iridium, nickel, palladium, molybdenum, and tungsten having a particle diameter of 1 to 50 nm, preferably 1 to 10 nm. In this case, an electrode formed by heat fusing metal fine particles is used.

また、ゲート絶縁層の作製方法としては、上述したようなフッ素系高分子やメチル含有ポリシロキサン材料をスピンコートして焼成する方法により形成することができる。   As a method for manufacturing the gate insulating layer, the gate insulating layer can be formed by a method in which a fluorine-based polymer or a methyl-containing polysiloxane material as described above is spin-coated and baked.

また、有機半導体の薄膜の作製法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法およびLB法等が挙げられ、材料に応じて使用できる。
これら有機半導体からなる薄膜の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、有機半導体からなる活性層の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、有機半導体により異なるが、一般に1μm以下、特に5〜300nmが好ましい。
In addition, organic semiconductor thin film fabrication methods include vacuum deposition, molecular beam epitaxial growth, ion cluster beam, low energy ion beam, ion plating, CVD, sputtering, plasma polymerization, and electropolymerization. , Chemical polymerization method, spray coating method, spin coating method, blade coating method, dip coating method, casting method, roll coating method, bar coating method, die coating method, LB method and the like, and can be used depending on the material.
The thickness of the thin film made of these organic semiconductors is not particularly limited, but the characteristics of the obtained transistor are often greatly influenced by the thickness of the active layer made of the organic semiconductor. Although it varies depending on the semiconductor, it is generally 1 μm or less, particularly preferably 5 to 300 nm.

なお、本実施形態の半導体装置において、ゲート絶縁層の作製温度が200℃程度以下の場合には、高分子基板を薄膜トランジスタならびに液晶表示素子の共通基板として用いることが可能である。   In the semiconductor device of this embodiment, when the gate insulating layer is formed at a temperature of about 200 ° C. or lower, the polymer substrate can be used as a common substrate for the thin film transistor and the liquid crystal display element.

本実施形態の液晶表示素子は、液晶層を駆動する駆動回路が一体成形されているが、駆動回路を構成する半導体装置を別に製造し、液晶層と組み合わせることもできる。その場合、ドレイン電極と、液晶層の信号電極とは別に形成し、後に接続することにしてもよい。
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、第1の実施形態に比べて、ゲート絶縁層が高分子材の多孔質体により構成されている点が相違する。しかし、それ以外の点は共通するので、相違する多孔質体について説明する。
[多孔質体について]
本発明における「多孔質体」とは、多数の細孔を有する固体物質であり、物質中の細孔の占める割合、細孔の大きさの分布、及び細孔形状により特徴付けられる。細孔の大きさは、IUPAK(The International Union of Pure and Applied Chemistry)によって定義された、径が2nm以下のミクロ孔、径が2〜50nmのメソ孔、及び径が50nm以上のマクロ孔に分類される。
In the liquid crystal display element of the present embodiment, a drive circuit for driving the liquid crystal layer is integrally formed. However, a semiconductor device constituting the drive circuit can be separately manufactured and combined with the liquid crystal layer. In that case, the drain electrode and the signal electrode of the liquid crystal layer may be formed separately and connected later.
(Second Embodiment)
The second embodiment is different from the first embodiment in that the gate insulating layer is made of a porous polymer material. However, since other points are common, different porous bodies will be described.
[About porous materials]
The “porous body” in the present invention is a solid substance having a large number of pores, and is characterized by the proportion of the pores in the substance, the pore size distribution, and the pore shape. The pore size is defined by IUPAK (The International Union of Pure and Applied Chemistry), classified into micropores with a diameter of 2 nm or less, mesopores with a diameter of 2 to 50 nm, and macropores with a diameter of 50 nm or more. Is done.

なお、多孔質体の孔の大きさは平均的なものであり、球状ではなく、例えば柱状になっていても良い。また大きさの異なる球状の孔により形成されたものであってもよいし、柱状のものに球状のものが含まれていても良い。   In addition, the size of the pores of the porous body is average, and may be a columnar shape instead of a spherical shape. Moreover, it may be formed by spherical holes having different sizes, or a spherical shape may be included in the columnar shape.

このような多孔質体の屈折率は、屈折率が空気と同じである孔と空気よりも大きい屈折率を有する物質との平均的な屈折率になるものと考えられる。したがって、例えば、多孔質体からなるゲート絶縁層の体積の20%が孔であり、80%が屈折率1.6の物質である場合には1.48であり、高分子液晶の平均的な屈折率1.5よりも小さい。   The refractive index of such a porous body is considered to be an average refractive index of pores having the same refractive index as that of air and substances having a refractive index higher than that of air. Therefore, for example, when 20% of the volume of the gate insulating layer made of a porous body is a hole and 80% is a substance having a refractive index of 1.6, it is 1.48. Refractive index is less than 1.5.

ここで孔径は3軸平均径で表したものと定義する。具体的には、断面走査型電子顕微鏡像や断面透過型電子顕微鏡像により求めることができる。また電子顕微鏡像を測定することが困難な試料の場合は、X線小角散乱法により細孔径分布を測定し、粒径分布の最大となる径を平均径とする。また孔の体積密度は、X線小角散乱法により細孔径分布を測定し求めることができる。   Here, the pore diameter is defined as a triaxial average diameter. Specifically, it can be obtained from a cross-sectional scanning electron microscope image or a cross-sectional transmission electron microscope image. In the case of a sample for which it is difficult to measure an electron microscope image, the pore size distribution is measured by the X-ray small angle scattering method, and the diameter that maximizes the particle size distribution is taken as the average diameter. The volume density of the pores can be determined by measuring the pore size distribution by the X-ray small angle scattering method.

本実施形態の半導体装置において、このような多数の細孔を有する多孔質の物質をゲート絶縁層に用いることにより、リーク電流がほとんどない、薄くて誘電率が低い絶縁膜とすることができる。   In the semiconductor device of this embodiment, by using such a porous material having a large number of pores for the gate insulating layer, it is possible to obtain a thin and low dielectric constant insulating film with almost no leakage current.

これは、多孔質体表面が曲面形状をなすため、比表面積が大きくなり、結果として絶縁層の静電容量が増加するためと考えられる。また、静電容量の増加により、メモリセルを構成する場合における充電電荷を大きくすることができるので、本実施形態の液晶表示素子の駆動回路を形成するのに好適である。   This is presumably because the surface of the porous body has a curved surface, so that the specific surface area increases, and as a result, the capacitance of the insulating layer increases. Moreover, since the charge in the memory cell can be increased by increasing the capacitance, it is suitable for forming the drive circuit for the liquid crystal display element of this embodiment.

また、全体積のうちの少なくとも20%が孔により占められる多孔質体を用いることにより、有機半導体層と多孔質体との界面における接触面積を大きくすることが可能となり、オン電流を大きくすることができる一方、多孔質体中に絶縁性に優れた空気が含まれることになるので、ゲート絶縁層の電気絶縁性を一層向上させ、オフ時のリーク電流を抑制する上でも好適である。   In addition, by using a porous body in which at least 20% of the total volume is occupied by pores, the contact area at the interface between the organic semiconductor layer and the porous body can be increased, and the on-current can be increased. On the other hand, since air having excellent insulating properties is contained in the porous body, it is preferable for further improving the electrical insulating properties of the gate insulating layer and suppressing the leakage current at the time of OFF.

さらに、有機半導体層と多孔質体との界面近傍に蓄積されるキャリアを多くするため、多孔質体の厚さを1nm以上にして、有機半導体層と多孔質体との界面の接触面積を十分大きくすることが好ましい。   Furthermore, in order to increase the number of carriers accumulated near the interface between the organic semiconductor layer and the porous body, the thickness of the porous body is set to 1 nm or more, and the contact area at the interface between the organic semiconductor layer and the porous body is sufficient. It is preferable to enlarge it.

ここで、多孔質体の厚さは、有機半導体層と多孔質体との界面における厚さと定義し、界面は、多孔質体表面の粗さ曲面の平均面と定義する。ここで粗さ曲面ならびに平均面は、多孔質体層の断面の粗さ曲線ならびに平均線を、二次元平面に拡張したものとする。   Here, the thickness of the porous body is defined as the thickness at the interface between the organic semiconductor layer and the porous body, and the interface is defined as the average surface of the roughness curved surface of the porous body surface. Here, the roughness curved surface and the average surface are obtained by extending the roughness curve and average line of the cross section of the porous body layer to a two-dimensional plane.

したがって、本実施形態の多孔質体の厚さは、多孔質体表面の粗さ曲面の平均面からの厚さが1nm以上あるということを意味する。具体的には、走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)、走査プローブ顕微鏡(SPM)等により、断面形状を測定し厚さを求めることが可能である。また2次イオン質量分析系(SIMS)による元素深さ分布から求めることも可能である。   Therefore, the thickness of the porous body of this embodiment means that the thickness from the average surface of the roughness curved surface of the porous body surface is 1 nm or more. Specifically, the thickness can be obtained by measuring the cross-sectional shape with a scanning electron microscope (SEM), a transmission electron microscope (TEM), a scanning probe microscope (SPM), or the like. It can also be obtained from the element depth distribution by a secondary ion mass spectrometry system (SIMS).

さらに、孔半径の平均値が100nm以下である多孔質体を用いれば、可撓性基板を用いることにより、曲げや捩れによるストレスが半導体装置に加わっても、多孔質体からなるゲート絶縁層がストレスを吸収するので、基板との剥がれを防ぐことが可能となる。
また、孔半径の平均値が100nm以下であればマクロ孔の多孔質体に比べて多孔質体の機械強度を高くすることが可能であり、有機半導体装置(あるいは、その有機半導体装置を駆動回路とする液晶表示素子)を折り曲げたり、丸めたり、落としたりしても、多孔質体の孔が潰れて空孔率が変わることがないので、基板に可撓性基板を用いても、多孔質体を用いることによる電気的特性を維持することができる。
Furthermore, if a porous body having an average pore radius of 100 nm or less is used, a gate insulating layer made of a porous body can be obtained by using a flexible substrate even if stress due to bending or twisting is applied to the semiconductor device. Since stress is absorbed, it is possible to prevent peeling from the substrate.
Further, if the average value of the pore radii is 100 nm or less, the mechanical strength of the porous body can be made higher than that of the macroporous porous body, and the organic semiconductor device (or the organic semiconductor device is driven by a driving circuit). Even if a flexible substrate is used as the substrate, the porous body will not be crushed and the porosity will not change even if the liquid crystal display element is bent, rolled or dropped. The electrical characteristics by using the body can be maintained.

本実施形態の多孔質体材料としては、ポリエチレンやポリイミドなどの高分子材料を用いることができる。ポリエチレンやポリイミドは適当な条件でプラズマ表面処理を行うことで、多孔質化することが可能である。   As the porous material of the present embodiment, a polymer material such as polyethylene or polyimide can be used. Polyethylene and polyimide can be made porous by performing plasma surface treatment under appropriate conditions.

次に、本実施形態の半導体装置の製造方法の一例について説明する。
[半導体装置の製造方法]
本実施形態においては、黒色樹脂を設けたガラス基板上に、アルミニウム電極を真空蒸着により成膜し、ゲート電極を作製する。
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described.
[Method for Manufacturing Semiconductor Device]
In the present embodiment, an aluminum electrode is formed by vacuum deposition on a glass substrate provided with a black resin to produce a gate electrode.

次に、テトラエトキシシラン(TEOS)、水、エタノール、濃塩酸がモル比で1:5:5:0.03となる混合溶液を70℃に加熱し4時間攪拌する。その加熱した溶液に界面活性剤である、例えばポリエチレンオキサイドーポリプロピレンオキサイドーポリエチレンオキサイドブロック共重合体(EO−b−PO−b−EO)のエタノール溶液を加え、攪拌した後5時間静置し、界面活性剤の存在下でケイ素アルコキシドを酸性条件で加水分解してゾル溶液を得る。このゾル溶液を、ゲート電極を覆うようにスピンキャストし、110℃のオーブンで乾燥して界面活性剤分散シリカ膜を作製する。   Next, a mixed solution of tetraethoxysilane (TEOS), water, ethanol, and concentrated hydrochloric acid in a molar ratio of 1: 5: 5: 0.03 is heated to 70 ° C. and stirred for 4 hours. To the heated solution was added a surfactant, for example, an ethanol solution of polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide block copolymer (EO-b-PO-b-EO), stirred and allowed to stand for 5 hours. A silicon alkoxide is hydrolyzed under acidic conditions in the presence of a surfactant to obtain a sol solution. This sol solution is spin-cast so as to cover the gate electrode, and dried in an oven at 110 ° C. to produce a surfactant-dispersed silica film.

次に、作製したシリカ膜を空気中300℃に加熱することによって界面活性剤を除去した後、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)に浸漬し、110℃で真空乾燥する。   Next, after removing the surfactant by heating the produced silica film at 300 ° C. in air, it is immersed in hexamethyldisilazane (HMDS) and vacuum-dried at 110 ° C.

これにより膜厚約0.5μmの多孔質体からなるゲート絶縁膜を形成することができる。   Thereby, a gate insulating film made of a porous body having a film thickness of about 0.5 μm can be formed.

次に、多孔質体上にメタルマスクを配置した後、インジウムスズ酸化物(ITO)をスパッタリングで成膜し、ソースならびにドレイン電極を作製する。   Next, after disposing a metal mask on the porous body, indium tin oxide (ITO) is formed by sputtering to produce source and drain electrodes.

次に、ソースならびにドレイン電極上にレジオレギュラ・ポリ(3−ヘキシルチオフェン)のキシレン溶液をインクジェット法により塗布成膜し、膜厚50nmの有機半導体層を形成し、その上に再度ITOをスパッタすることにより、図1に示した第1の実施形態と同じ断面構成の有機半導体装置を作製することができる。   Next, a xylene solution of regioregular poly (3-hexylthiophene) is applied and formed on the source and drain electrodes by an inkjet method to form an organic semiconductor layer having a thickness of 50 nm, and ITO is sputtered again thereon. Thus, an organic semiconductor device having the same cross-sectional configuration as that of the first embodiment shown in FIG. 1 can be manufactured.

本実施形態の液晶表示素子によれば、ゲート絶縁層が液晶表示素子の低屈折率層を兼ねるので、作製プロセスの簡易化が図れ、低コストで有機半導体装置を作製することが可能となる。また、ソースおよびドレイン電極の形成後に有機半導体層を積層するので、ソースおよびドレイン電極のパターニングを行う際に溶媒を用いても、半導体材料が溶媒に溶解することがなく、液晶表示素子の特性に影響を与えることがない。   According to the liquid crystal display element of this embodiment, since the gate insulating layer also serves as the low refractive index layer of the liquid crystal display element, the manufacturing process can be simplified and the organic semiconductor device can be manufactured at low cost. In addition, since the organic semiconductor layer is stacked after the source and drain electrodes are formed, the semiconductor material does not dissolve in the solvent even when a solvent is used for patterning the source and drain electrodes, and the characteristics of the liquid crystal display element are improved. There is no impact.

図4は、本実施形態の半導体装置の製造方法により製造された多孔質体表面を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した結果を示す。   FIG. 4 shows the result of observation of the surface of the porous body manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment with a transmission electron microscope (TEM).

図4からわかるように、多孔質体には、ほぼ均一な大きさの細孔が無数に形成されていることがわかる。   As can be seen from FIG. 4, it can be seen that innumerable pores of almost uniform size are formed in the porous body.

次に、この様な多孔質体からなるゲート絶縁層を有する有機トランジスタの電気特性の測定と、反射率とを測定した。反射率は、30%であった。なお、電流−電圧特性は、窒素雰囲気下において、半導体パラメータアナライザー4145B(ヒューレット・パッカード製)により測定した。   Next, the electrical characteristics of the organic transistor having the gate insulating layer made of such a porous body and the reflectance were measured. The reflectance was 30%. The current-voltage characteristics were measured with a semiconductor parameter analyzer 4145B (manufactured by Hewlett-Packard) in a nitrogen atmosphere.

図5は、本実施形態の有機トランジスタの電流−電圧特性を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing current-voltage characteristics of the organic transistor of this embodiment.

図5において、縦軸は、ソース・ドレイン間に流れる電流(Ids)Aを示し、横軸は、ソース・ドレイン間電圧(Vds)Vを示す。   In FIG. 5, the vertical axis indicates the current (Ids) A flowing between the source and the drain, and the horizontal axis indicates the source-drain voltage (Vds) V.

図中のグラフは、ゲート電圧Vgを、0V〜−30Vまで変化させたときの、ソース・ドレイン間電圧とソース・ドレイン間電流との関係を示している。   The graph in the figure shows the relationship between the source-drain voltage and the source-drain current when the gate voltage Vg is changed from 0V to -30V.

例えば、ソース・ドレイン間電圧が−30Vにおいて、ゲート電圧が変化するとソース・ドレイン間電流も変化し、ゲート電圧による変調が行われることがわかる。また、そのとき、ソース・ドレイン間には最大で約0.1mAのオン電流が得られるので、ソース・ドレイン間電圧−30Vにおけるオン/オフ比は、約300であることがわかる。   For example, when the source-drain voltage is −30 V, when the gate voltage changes, the source-drain current also changes, and modulation by the gate voltage is performed. Further, at that time, a maximum ON current of about 0.1 mA is obtained between the source and the drain, so that the on / off ratio at a source-drain voltage of −30 V is about 300.

次に、本実施形態の半導体装置における、多孔質体からなるゲート絶縁層の効果を確認するため、上述した製造方法における界面活性剤分散シリカ膜に対する、空気中300℃に加熱する界面活性剤除去処理、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)に浸漬し、110℃で真空乾燥する処理を行わずに形成した有機トランジスタの電流−電圧特性を、同様に窒素雰囲気下で測定した。   Next, in order to confirm the effect of the porous gate insulating layer in the semiconductor device of the present embodiment, the surfactant is removed at 300 ° C. in the air with respect to the surfactant-dispersed silica film in the manufacturing method described above. The current-voltage characteristics of the organic transistor formed without treatment, immersion in hexamethyldisilazane (HMDS), and vacuum drying at 110 ° C. were similarly measured in a nitrogen atmosphere.

測定の結果、ソース・ドレイン間電圧−30Vにおけるオン/オフ比は、約4であり、反射率は、2%であった。   As a result of the measurement, the on / off ratio at a source-drain voltage of −30 V was about 4, and the reflectance was 2%.

この結果、本実施形態の半導体装置は、液晶表示素子の駆動回路として十分実用に耐えるものであり、また、白表示における明るさを十分確保することができることがわかった。
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、第2の実施形態に比べて、ゲート絶縁層が金属酸化物の多孔質体により構成されている点が相違する。しかし、それ以外の点は共通するので、相違する半導体装置の製造方法について説明する。
[半導体装置の製造方法]
本実施形態の半導体製造方法は、第2の実施形態と比べると、ゲート絶縁層の形成工程は相違するが、それ以外の工程は共通する。したがって、相違するゲート絶縁層の形成工程について説明する。
As a result, it has been found that the semiconductor device of this embodiment can sufficiently withstand the practical use as a drive circuit for a liquid crystal display element, and can sufficiently ensure brightness in white display.
(Third embodiment)
The third embodiment is different from the second embodiment in that the gate insulating layer is made of a metal oxide porous body. However, since other points are common, a method for manufacturing a different semiconductor device will be described.
[Method for Manufacturing Semiconductor Device]
The semiconductor manufacturing method of this embodiment is different from the second embodiment in the formation process of the gate insulating layer, but the other processes are common. Therefore, a different gate insulating layer forming step will be described.

本実施形態の多孔質体には、金属アルコキシドが用いられる。金属アルコキシドには、金属とアルコキシ基の組み合わせにより数多くの種類が存在するが、金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、インジウム、ゲルマニウム、ビスマス、鉄、銅、イットリウム、ジルコニウム、タンタル、ケイ素などが挙げられる。とくに、ケイ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、などが好適である。
ケイ素のアルコキシドには、テトラメトキシシラン(TMOS)、あるいはテトラエトキシシラン(TEOS)、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ヘプタデカトリフルオロデシルトリメトキシシランなどが挙げられる。また、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、水ガラスなども用いることができる。
A metal alkoxide is used for the porous body of this embodiment. There are many types of metal alkoxides depending on the combination of metal and alkoxy group. Examples of metals include lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, strontium, barium, aluminum, indium, germanium, bismuth, iron, copper, Examples thereof include yttrium, zirconium, tantalum, and silicon. In particular, silicon, titanium, aluminum, zirconium and the like are suitable.
Silicon alkoxides include tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane (TEOS), tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyldimethoxy. Silane, phenyltrimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, tetraethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, phenyltriethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, hexyltriethoxysilane, decyltrimethoxysilane, Decyltrimethoxysilane, trifluoropropyltrimethoxysilane, heptadecatrifluorodecyltrimethoxysilane, etc. It is. Further, fumed silica, colloidal silica, water glass and the like can also be used.

本実施形態の半導体装置におけるゲート絶縁層を構成する多孔質体が金属酸化物であることから、例えば高分子化合物である場合に比べて、耐薬品性、耐酸化性に優れ、また力学的強度を高くすることが可能である。   Since the porous body constituting the gate insulating layer in the semiconductor device of the present embodiment is a metal oxide, it has excellent chemical resistance, oxidation resistance, and mechanical strength compared to, for example, a polymer compound. Can be increased.

本実施形態のゲート絶縁層は、一例として次のように形成することができる。   The gate insulating layer of this embodiment can be formed as follows as an example.

界面活性剤の存在下で、金属アルコキシドを酸性条件下で加水分解して得られるゾル溶液を、ゲート電極を覆うように塗布し乾燥する。そして得られた界面活性剤分散金属酸化物を焼成することにより、界面活性剤を分解除去し、金属酸化物の多孔質体からなるゲート絶縁層を形成する。   In the presence of a surfactant, a sol solution obtained by hydrolyzing a metal alkoxide under acidic conditions is applied and dried so as to cover the gate electrode. Then, the obtained surfactant-dispersed metal oxide is fired to decompose and remove the surfactant, thereby forming a gate insulating layer made of a metal oxide porous body.

ここで、界面活性剤分散金属酸化物膜とは、金属酸化物を母剤とした多孔質体に界面活性剤が最後部に保持された状態を示し、本実施形態のゾル溶液を塗布し乾燥させて得られる膜の状態である。この界面活性剤分散金属酸化物膜から界面活性剤を除去することにより、膜中に中空細孔を形成し多孔質体層が得られる。焼成の温度は、用いる界面活性剤により適宜最適の温度が存在するが、400度以下が望ましい。   Here, the surfactant-dispersed metal oxide film refers to a state in which the surfactant is held at the last part in the porous body using the metal oxide as a base material, and the sol solution of this embodiment is applied and dried. This is the state of the film obtained. By removing the surfactant from the surfactant-dispersed metal oxide film, hollow pores are formed in the film to obtain a porous body layer. The firing temperature has an optimum temperature as appropriate depending on the surfactant to be used, but is preferably 400 ° C. or less.

界面活性剤を分解除去する方法としては、焼成のほかにも、ゾル溶液を塗布し乾燥した界面活性剤分散金属酸化物膜を溶媒で洗浄することにより、界面活性剤を溶出除去し中空細孔を形成し多孔質体層を得ることも可能である。また、界面活性剤をオゾン雰囲気下で酸化除去する方法、界面活性剤を酸素プラズマ雰囲気下で酸化除去する方法により、加熱を伴うことなく界面活性剤分散金属酸化物膜から多孔質体を形成することも可能である。これら焼成以外の方法を用いれば、素子内に耐熱性の低い材料が存在しても金属酸化物の多孔質体層を形成することが可能である。   As a method for decomposing and removing the surfactant, in addition to firing, the surfactant-dispersed metal oxide film coated with sol solution and dried is washed with a solvent to elute and remove the surfactant. It is also possible to obtain a porous body layer. Further, a porous body is formed from a surfactant-dispersed metal oxide film without heating by a method of oxidizing and removing a surfactant in an ozone atmosphere and a method of oxidizing and removing a surfactant in an oxygen plasma atmosphere. It is also possible. If these methods other than firing are used, a metal oxide porous layer can be formed even if a material having low heat resistance exists in the element.

本実施形態の溶媒にて抽出除去する方法は、用いる溶媒に限定されるものではないが、メタノール、エタノール、水、テトラヒドロフランなどは極性が高く活性剤を溶出させやすいので好ましい。また、細孔内を何らかの方法で疎水化処理した場合は、極性の低い溶媒が有効であり、石油エーテル、ヘキサン、オクタンなどの炭化水素系の溶媒やベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系の溶媒が有効である。これら、極性、非極性溶媒を加熱したものは活性剤の溶解度が増すためにさらに好ましい溶媒となる。   The method of extracting and removing with the solvent of the present embodiment is not limited to the solvent to be used, but methanol, ethanol, water, tetrahydrofuran and the like are preferable because they have high polarity and easily elute the active agent. In addition, when the pores are hydrophobized by some method, solvents with low polarity are effective. Hydrocarbon solvents such as petroleum ether, hexane, and octane, and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene The solvent of the system is effective. These heated polar and nonpolar solvents are more preferred solvents because of the increased solubility of the active agent.

本実施形態の金属酸化物の多孔質体は、特別な塗布工程を必要とせずあらゆる塗布工程を持つ製造プロセスに適用可能であり生産性に優れている。また、スピンキャスト法、ディップコート法、スクリーン印刷法、キャスト法等の塗布工程を用いることも可能であり、特に好ましくは、膜厚の制御が容易で比較的大面積を塗工できるスピンキャスト法ならびにディップコート法である。   The metal oxide porous body of the present embodiment is applicable to a manufacturing process having any coating process without requiring a special coating process, and is excellent in productivity. It is also possible to use a coating process such as a spin casting method, a dip coating method, a screen printing method, a casting method, etc., and particularly preferably, a spin casting method in which a film thickness can be easily controlled and a relatively large area can be applied. And dip coating.

本実施形態で用いる界面活性剤としては、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、あるいはポリエチレンオキシド(PEO)やポリプロピレンオキシド(PPO)、また、これらの共重合体やブロック共重合体などの非イオン系界面活性剤、トリブロックコポリマーの何れでもよい。また、中空細孔の体積を大きくするためにメシチレンなどの化合物を添加しても良い。   Examples of the surfactant used in the present embodiment include a cationic surfactant, an anionic surfactant, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers and block copolymers thereof. Either a nonionic surfactant or a triblock copolymer may be used. In addition, a compound such as mesitylene may be added to increase the volume of the hollow pores.

カチオン系界面活性剤としては、特に制限されないが、第4級アンモニウム塩又はアルキルアミン塩等が挙げられる。第4級アンモニウム塩としては、式(1)で表される第4級アルキルトリメチルアンモニウムのハライドまたは水酸化物が好ましい。   The cationic surfactant is not particularly limited, and examples thereof include a quaternary ammonium salt or an alkylamine salt. The quaternary ammonium salt is preferably a quaternary alkyltrimethylammonium halide or hydroxide represented by the formula (1).

式(1)中、直鎖状アルキル基R1 の炭素数としては8〜24が好ましく、特に8〜17が好ましい。炭素数が25以上では不溶性で扱い難い。また、Xのハロゲン原子としては、塩素原子及び臭素原子が好ましい。また、第4級アルキルトリメチルアンモニウム塩の具体的な化合物としては、例えばオクチルトリメチルアンモニウムクロライド、オクチルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化オクチルトリメチルアンモニウム、デシルトリメチルアンモニウムクロライド、デシルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化デシルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化ドデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、オクタデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化オクタデシルトリメチルアンモニウム等が挙げられ、これらアンモニウム塩の1種または2種以上を組み合わせて使用することができる。 In the formula (1), the linear alkyl group R 1 preferably has 8 to 24 carbon atoms, particularly preferably 8 to 17 carbon atoms. When the number of carbon atoms is 25 or more, it is insoluble and difficult to handle. Moreover, as a halogen atom of X, a chlorine atom and a bromine atom are preferable. Specific examples of the quaternary alkyltrimethylammonium salt include octyltrimethylammonium chloride, octyltrimethylammonium bromide, octyltrimethylammonium hydroxide, decyltrimethylammonium chloride, decyltrimethylammonium bromide, decyltrimethylammonium hydroxide, Dodecyltrimethylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium bromide, dodecyltrimethylammonium hydroxide, hexadecyltrimethylammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium bromide, hexadecyltrimethylammonium hydroxide, octadecyltrimethylammonium chloride, octadecyltrimethylammonium bromide, hydroxy acid Include octadecyl trimethylammonium etc., may be used in combination of one or more of these ammonium salts.

また、アルキルアミン塩としては、式(2)で表されるアルキルアミン塩が挙げられる。   Moreover, as an alkylamine salt, the alkylamine salt represented by Formula (2) is mentioned.

式(2)中、直鎖状アルキル基R1 の炭素数としては8〜24が好ましく、特に8〜17が好ましい。炭素数が25以上では不溶性で扱い難い。また、Xのハロゲン原子としては、塩素原子及び臭素原子が挙げられる。 In the formula (2), the linear alkyl group R 1 preferably has 8 to 24 carbon atoms, particularly preferably 8 to 17 carbon atoms. When the number of carbon atoms is 25 or more, it is insoluble and difficult to handle. Moreover, a chlorine atom and a bromine atom are mentioned as a halogen atom of X.

また、本発明の金属酸化物の多孔質体は、陽極酸化法により作製することも可能である。この場合は、ゲート電極に、アルミニウム、チタン、ジルコニア、ニオブ、ハフニア、亜鉛、タンタルなどを用いることができる。   The porous body of the metal oxide of the present invention can also be produced by an anodic oxidation method. In this case, aluminum, titanium, zirconia, niobium, hafnia, zinc, tantalum, or the like can be used for the gate electrode.

ここで、多孔質体がケイ素酸化物により構成されている場合には、ゾル溶液の作製条件によって、界面活性剤分散ケイ素酸化物膜から界面活性剤を除去する過程もしくは除去した後に膜にクラックが生じ、均一で平滑な多孔質体層を形成することが困難な場合が多い。   Here, when the porous body is composed of silicon oxide, the process of removing the surfactant from the surfactant-dispersed silicon oxide film or the crack after the removal depends on the preparation conditions of the sol solution. In many cases, it is difficult to form a uniform and smooth porous body layer.

しかしながら、これは、多孔質体の細孔表面を疎水化することにより解決可能である。
疎水化の方法としては、疎水化部を持つケイ素化合物をゾル溶液に添加する方法、あるいは界面活性剤の除去後に多孔質体層の細孔表面を疎水化処理する方法が挙げられる。
However, this can be solved by hydrophobizing the pore surface of the porous body.
Examples of the hydrophobizing method include a method of adding a silicon compound having a hydrophobizing portion to the sol solution, or a method of hydrophobizing the pore surface of the porous body layer after removing the surfactant.

前者は、アルキル基を持つアルコキシシランを添加する方法、アルキル基を持つクロロシランを添加する方法により達成できる。具体的な材料としては、モノアルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、トリアルキルアルコキシシランがある。これらにアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基、ビニル基等を付加し、また、アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等を付加した材料を用いることができる。   The former can be achieved by a method of adding an alkoxysilane having an alkyl group or a method of adding a chlorosilane having an alkyl group. Specific materials include monoalkyltrialkoxysilane, dialkyldialkoxysilane, and trialkylalkoxysilane. As alkyl groups, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, phenyl group, vinyl group and the like are added, and as alkoxy groups, for example, methoxy group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group are added. A material to which a group or the like is added can be used.

後者は、多孔質体層を形成した後に、1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルシラザンやアルキル基を持つクロロシランの溶液に浸したり、これらの蒸気に曝したりして乾燥することにより達成できる。
(第4の実施形態)
第4の実施形態は、第1〜第3の実施形態に比べると、有機トランジスタのゲート絶縁層が2層になっている点が相違する。しかし、それ以外の点は共通するので、同一の構成要素には同一の符号を付し、相違点について説明する。
In the latter case, the porous body layer is formed and then dried by immersing it in a solution of 1,1,1,3,3,3-hexamethylsilazane or a chlorosilane having an alkyl group, or by exposing it to these vapors. Can be achieved.
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment is different from the first to third embodiments in that the gate insulating layer of the organic transistor has two layers. However, since other points are common, the same components are denoted by the same reference numerals, and differences will be described.

図6は、4の実施形態の液晶表示素子を示す概略断面図である。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the liquid crystal display element of the fourth embodiment.

図6に示すように、本実施形態の液晶表示素子30の駆動回路を構成する有機トランジスタ10のゲート絶縁層15は、第1の絶縁層15aと第2の絶縁層15bとが積層された積層構造をなしている。このゲート絶縁層15のうち、液晶層3に近い第2の絶縁層15bは、屈折率が液晶層3よりも小さくなるように構成されている。   As shown in FIG. 6, the gate insulating layer 15 of the organic transistor 10 constituting the driving circuit of the liquid crystal display element 30 of the present embodiment is a stacked layer in which a first insulating layer 15a and a second insulating layer 15b are stacked. It has a structure. Of the gate insulating layer 15, the second insulating layer 15 b close to the liquid crystal layer 3 is configured to have a refractive index smaller than that of the liquid crystal layer 3.

したがって、本実施形態の有機トランジスタ10を駆動回路とする液晶表示素子30は、光の散乱状態において液晶層3を透過した一部の光が第2の絶縁層15bで反射するので、白表示をより明るくすることができる。   Accordingly, in the liquid crystal display element 30 using the organic transistor 10 of the present embodiment as a drive circuit, a part of light transmitted through the liquid crystal layer 3 in the light scattering state is reflected by the second insulating layer 15b, so that white display is performed. It can be brighter.

ここで、本実施形態のゲート絶縁層15は2層構造をなしているが、必ずしも2層である必要はなく、3層以上であってもよい。   Here, although the gate insulating layer 15 of the present embodiment has a two-layer structure, the gate insulating layer 15 does not necessarily have to be two layers, and may have three or more layers.

積層構造において下地層となる第1の絶縁層15aに用いられる材料としては、絶縁性のものであれば無機、有機の何れの材料でも使用可能であり、一般的にはポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレン、ポリエステル、ポリビニルフェノール、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン、ポリアクリロニトリルなどの有機材料や、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、窒素酸化シリコン、などの無機材料および各種絶縁性Langmuir-Blodgett膜等が用いられる。もちろんこれらの材料に限られるわけではなく、また、これらの材料を2種類以上併用しても構わない。   As the material used for the first insulating layer 15a which is the base layer in the laminated structure, any material can be used as long as it is insulative. In general, any material such as polychloropyrene, polyethylene terephthalate, Polyoxymethylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, cyanoethyl pullulan, polymethyl methacrylate, polysulfone, polycarbonate, polyimide, polyethylene, polyester, polyvinylphenol, melamine resin, phenol resin, fluororesin, polyphenylene sulfide, polyparaxylene, polyacrylonitrile, etc. Organic materials, inorganic materials such as silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, titanium oxide, silicon nitride oxide, and various insulating Langmuir-Blodgett films It is needed. Of course, it is not necessarily limited to these materials, and two or more of these materials may be used in combination.

一般に、多孔質体の平均孔径が小さくなると多孔質体間の界面に電界が集中しやすくなり、その結果、絶縁破壊強度が小さくなることがある。しかし、本実施形態のゲート絶縁層15は、2層以上の積層構造からなるので、絶縁破壊強度の大きい材料を積層することにより、絶縁層全体の絶縁破壊強度を大きくすることが可能となる。   In general, when the average pore size of the porous body is small, the electric field tends to concentrate on the interface between the porous bodies, and as a result, the dielectric breakdown strength may be small. However, since the gate insulating layer 15 of the present embodiment has a laminated structure of two or more layers, it is possible to increase the dielectric breakdown strength of the entire insulating layer by stacking materials having a high dielectric breakdown strength.

次に、本実施形態の半導体装置の製造方法の一例について説明する。
[半導体装置の製造方法]
本実施形態の半導体装置は、基板上にゲート電極を形成する工程と、そのゲート電極上に、液晶層よりも屈折率が小さいゲート絶縁層を形成する工程と、ゲート絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、ソース電極及びドレイン電極上に有機化合物からなる半導体の薄膜を形成する工程とを有する。
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described.
[Method for Manufacturing Semiconductor Device]
The semiconductor device of this embodiment includes a step of forming a gate electrode on a substrate, a step of forming a gate insulating layer having a refractive index smaller than that of the liquid crystal layer on the gate electrode, and a source electrode on the gate insulating layer. And forming a drain electrode, and forming a semiconductor thin film made of an organic compound on the source electrode and the drain electrode.

まず、黒色樹脂を設けたガラス基板上に、アルミニウム電極を真空蒸着により成膜し、ゲート電極を作製する。   First, an aluminum electrode is formed by vacuum deposition on a glass substrate provided with a black resin to produce a gate electrode.

次に、ポリビニルフェノールと架橋剤であるヘキサメトキシメチルメラミンをn−ブタノール溶液に溶かし、これをスピンコートし、200℃で焼成することにより厚さ100nmの膜を得る。   Next, polyvinylphenol and a cross-linking agent hexamethoxymethylmelamine are dissolved in an n-butanol solution, spin-coated, and baked at 200 ° C. to obtain a film having a thickness of 100 nm.

次に、テトラエトキシシラン(TEOS)、水、エタノール、濃塩酸がモル比で1:5:5:0.03となる混合溶液を70℃に加熱し4時間攪拌する。その加熱した溶液に界面活性剤である、例えばポリエチレンオキシドのエタノール溶液を加え、攪拌した後5時間静置し、界面活性剤の存在下でケイ素アルコキシドを酸性条件で加水分解してゾル溶液を得る。このゾル溶液を、ポリビニルフェノールにスピンキャスト成膜し、110℃にて乾燥後、O2プラズマ雰囲気下で3分間暴露し、界面活性剤分散シリカ膜を作製する。 Next, a mixed solution of tetraethoxysilane (TEOS), water, ethanol, and concentrated hydrochloric acid in a molar ratio of 1: 5: 5: 0.03 is heated to 70 ° C. and stirred for 4 hours. For example, an ethanol solution of polyethylene oxide, which is a surfactant, is added to the heated solution, and the mixture is stirred and allowed to stand for 5 hours. In the presence of the surfactant, silicon alkoxide is hydrolyzed under acidic conditions to obtain a sol solution. . This sol solution is spin-cast on polyvinylphenol, dried at 110 ° C., and then exposed in an O 2 plasma atmosphere for 3 minutes to produce a surfactant-dispersed silica film.

次に、作製したシリカ膜を空気中300℃に加熱することによって界面活性剤を除去した後、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)に浸漬し、110℃で真空乾燥する。   Next, after removing the surfactant by heating the produced silica film at 300 ° C. in air, it is immersed in hexamethyldisilazane (HMDS) and vacuum-dried at 110 ° C.

次に、多孔質体上にメタルマスクを配置した後、インジウムスズ酸化物(ITO)をスパッタリングで成膜し、ソースならびにドレイン電極を作製する。   Next, after disposing a metal mask on the porous body, indium tin oxide (ITO) is formed by sputtering to produce source and drain electrodes.

次に、ソースならびにドレイン電極上にレジオレギュラ・ポリ(3−ヘキシルチオフェン)のキシレン溶液をインクジェット法により塗布成膜し、膜厚50nmの有機半導体層を形成し、その上に再度ITOをスパッタすることにより、図4に示した第4の実施形態と同じ断面構成の有機半導体装置を作製することができる。   Next, a xylene solution of regioregular poly (3-hexylthiophene) is applied and formed on the source and drain electrodes by an inkjet method to form an organic semiconductor layer having a thickness of 50 nm, and ITO is sputtered again thereon. Thus, an organic semiconductor device having the same cross-sectional configuration as that of the fourth embodiment shown in FIG. 4 can be manufactured.

本実施形態の液晶表示素子によれば、ゲート絶縁層が液晶表示素子の低屈折率層を兼ねるので、作製プロセスの簡易化が図れ、低コストで有機半導体装置を作製することが可能となる。また、ソースおよびドレイン電極の形成後に有機半導体層を積層するので、ソースおよびドレイン電極のパターニングを行う際に溶媒を用いても、半導体材料が溶媒に溶解することがなく、液晶表示素子の特性に影響を与えることがない。   According to the liquid crystal display element of this embodiment, since the gate insulating layer also serves as the low refractive index layer of the liquid crystal display element, the manufacturing process can be simplified and the organic semiconductor device can be manufactured at low cost. In addition, since the organic semiconductor layer is stacked after the source and drain electrodes are formed, the semiconductor material does not dissolve in the solvent even when a solvent is used for patterning the source and drain electrodes, and the characteristics of the liquid crystal display element are improved. There is no impact.

次に、本実施形態の半導体製造方法を用いて製造した多孔質体からなるゲート絶縁層を有する有機トランジスタの電気特性の測定と、反射率とを測定した。   Next, measurement of electrical characteristics and reflectance of an organic transistor having a gate insulating layer made of a porous body manufactured using the semiconductor manufacturing method of the present embodiment were measured.

電流−電圧特性は、窒素雰囲気下において、半導体パラメータアナライザー4145B(ヒューレット・パッカード製)により測定した。   The current-voltage characteristics were measured with a semiconductor parameter analyzer 4145B (manufactured by Hewlett-Packard) under a nitrogen atmosphere.

測定の結果、反射率は、約37%であり、ソース・ドレイン間電圧−20Vにおけるオン/オフ比は約200であった。   As a result of the measurement, the reflectance was about 37%, and the on / off ratio at a source-drain voltage of −20 V was about 200.

次に、本実施形態の半導体装置における、多孔質体からなるゲート絶縁層の効果を確認するため、上述した製造方法における界面活性剤分散シリカ膜に対する、その後のO2プラズマ雰囲気下での暴露処理を行わずに、界面活性剤分散シリカ膜を作製して得られた有機トランジスタの電流−電圧特性を、半導体パラメータアナライザー4145B(ヒューレット・パッカード製)で窒素雰囲気下で測定を行った。 Next, in order to confirm the effect of the porous gate insulating layer in the semiconductor device of this embodiment, the subsequent exposure treatment in the O 2 plasma atmosphere to the surfactant-dispersed silica film in the manufacturing method described above. The current-voltage characteristics of the organic transistor obtained by producing the surfactant-dispersed silica film were measured with a semiconductor parameter analyzer 4145B (manufactured by Hewlett-Packard) in a nitrogen atmosphere.

その結果、ソース・ドレイン間電圧−20Vにおけるオン/オフ比は約6であった。また、反射率は5%であった。   As a result, the on / off ratio at a source-drain voltage of −20 V was about 6. Further, the reflectance was 5%.

この結果、本実施形態の半導体装置は、液晶表示素子の駆動回路として十分実用に耐えるものであり、また、白表示における明るさを十分確保することができることがわかった。   As a result, it has been found that the semiconductor device of this embodiment can sufficiently withstand the practical use as a drive circuit for a liquid crystal display element, and can sufficiently ensure brightness in white display.

本実施形態においては、所定のポリマーをゲート電極上にスピンコートして焼成し、
ヘキサメチルジシラザンに侵漬した後真空乾燥することにより多孔質体を形成しているが、必ずしもこの方法に限定されるものではなく、例えばCVD法、プラズマCVD法、プラズマ重合法、蒸着法、スピンコーティング法、ディッピング法、クラスタイオンビーム蒸着法およびLangmuir-Blodgett法などを用いてもよい。また、本実施形態におけるゲート絶縁層には、高分子材料により界面活性剤分散シリカ膜を作製し、多孔質体を形成しているが、必ずしも高分子材料を用いる必要はなく、第3の実施形態で説明した金属酸化物を用いることもできる。
In this embodiment, a predetermined polymer is spin-coated on the gate electrode and baked,
A porous body is formed by immersing in hexamethyldisilazane and then vacuum drying, but is not necessarily limited to this method, for example, CVD method, plasma CVD method, plasma polymerization method, vapor deposition method, A spin coating method, a dipping method, a cluster ion beam evaporation method, a Langmuir-Blodgett method, or the like may be used. In the present embodiment, a surfactant-dispersed silica film is made of a polymer material to form a porous body in the gate insulating layer, but the polymer material is not necessarily used. The metal oxide described in the embodiment can also be used.

本実施形態の液晶表示素子は、液晶層を駆動する駆動回路が一体成形されているが、駆動回路を構成する半導体装置を別に製造し、液晶層と組み合わせることもできる。その場合、ドレイン電極と、液晶層の信号電極とは別に形成し、後に接続することにしてもよい。   In the liquid crystal display element of the present embodiment, a drive circuit for driving the liquid crystal layer is integrally formed. However, a semiconductor device constituting the drive circuit can be separately manufactured and combined with the liquid crystal layer. In that case, the drain electrode and the signal electrode of the liquid crystal layer may be formed separately and connected later.

本発明の液晶表示素子、有機半導体装置、及び有機半導体装置の製造方法の第1の実施形態を示す液晶表示素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the liquid crystal display element which shows 1st Embodiment of the liquid crystal display element of this invention, an organic semiconductor device, and the manufacturing method of an organic semiconductor device. 本実施形態の液晶表示素子に用いる液晶層と液晶層中の液晶滴の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the liquid crystal layer used for the liquid crystal display element of this embodiment, and the liquid crystal droplet in a liquid crystal layer. さまざまな液晶材料の屈折率を示す図である。It is a figure which shows the refractive index of various liquid crystal materials. さまざまな液晶材料の屈折率を示す図である。It is a figure which shows the refractive index of various liquid crystal materials. 本実施形態の半導体装置の製造方法により製造された多孔質体表面を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した結果を示す。The result of having observed the porous body surface manufactured with the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment with the transmission electron microscope (TEM) is shown. 本実施形態の有機トランジスタの電流−電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic of the organic transistor of this embodiment. 第4の実施形態の液晶表示素子を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the liquid crystal display element of 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 フイルム基板
2 基板
3 液晶層
3a 液晶滴
3b 液晶
4 光吸収層
5 走査電極
8 高分子
10 有機トランジスタ
11 ゲート電極
12 ソース電極
13 ドレイン電極
14 有機半導体層
15 ゲート絶縁層
15a 第1の絶縁層
15b 第2の絶縁層
30 液晶表示素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film substrate 2 Substrate 3 Liquid crystal layer 3a Liquid crystal droplet 3b Liquid crystal 4 Light absorption layer 5 Scan electrode 8 Polymer 10 Organic transistor 11 Gate electrode 12 Source electrode 13 Drain electrode 14 Organic semiconductor layer 15 Gate insulating layer 15a First insulating layer 15b Second insulating layer 30 Liquid crystal display element

Claims (7)

対向する基板間に、液晶層と駆動回路とが積層され、該駆動回路から印加される電界の有無に応じて該液晶層が光の透過状態又は散乱状態を呈する液晶表示素子であって、
前記駆動回路は、光の透過状態における前記液晶層よりも屈折率が小さいゲート絶縁層を有する有機トランジスタにより構成されたものであり、
前記ゲート絶縁層は、少なくともミクロ孔、メソ孔、及びマクロ孔のうちの何れか1つの大きさの細孔が含まれる多孔質体からなることを特徴とする液晶表示素子。
A liquid crystal display element in which a liquid crystal layer and a driving circuit are stacked between opposing substrates, and the liquid crystal layer exhibits a light transmission state or a scattering state depending on the presence or absence of an electric field applied from the driving circuit,
The drive circuit is constituted by an organic transistor having a gate insulating layer having a refractive index smaller than that of the liquid crystal layer in a light transmission state,
The gate insulating layer is at least micropores, mesopores, and any one that made of a porous material that includes pores of size you wherein liquid crystal display device of the macropores.
対向する基板間に、液晶層と駆動回路とが積層され、該駆動回路から印加される電界の有無に応じて該液晶層が光の透過状態又は散乱状態を呈する液晶表示素子であって、
前記駆動回路は、光の透過状態における前記液晶層よりも屈折率が小さいゲート絶縁層を有する有機トランジスタにより構成されたものであり、
前記ゲート絶縁層は、金属酸化物の多孔質体からなることを特徴とする液晶表示素子。
A liquid crystal display element in which a liquid crystal layer and a driving circuit are stacked between opposing substrates, and the liquid crystal layer exhibits a light transmission state or a scattering state depending on the presence or absence of an electric field applied from the driving circuit,
The drive circuit is constituted by an organic transistor having a gate insulating layer having a refractive index smaller than that of the liquid crystal layer in a light transmission state,
The gate insulating layer, a porous body liquid crystal display device you characterized in that it consists of metal oxides.
対向する基板間に、液晶層と駆動回路とが積層され、該駆動回路から印加される電界の有無に応じて該液晶層が光の透過状態又は散乱状態を呈する液晶表示素子であって、
前記駆動回路は、光の透過状態における前記液晶層よりも屈折率が小さいゲート絶縁層を有する有機トランジスタにより構成されたものであり、
前記ゲート絶縁層は、珪素酸化物の多孔質体からなることを特徴とする液晶表示素子。
A liquid crystal display element in which a liquid crystal layer and a driving circuit are stacked between opposing substrates, and the liquid crystal layer exhibits a light transmission state or a scattering state depending on the presence or absence of an electric field applied from the driving circuit,
The drive circuit is constituted by an organic transistor having a gate insulating layer having a refractive index smaller than that of the liquid crystal layer in a light transmission state,
The gate insulating layer is silicon oxide porous body liquid crystal display device you characterized in that it consists of.
前記多孔質体は、1ナノメートル以上の厚みを有することを特徴とする請求項1〜3のうち何れか1項記載の液晶表示素子。 The porous body, any one liquid crystal display device according one of claims 1 to 3, characterized in that it has a 1 nm or more thickness. 前記多孔質体は、全体積のうち、孔の占める割合が20%以上であることを特徴とする請求項1〜3のうち何れか1項記載の液晶表示素子。 The porous body, of the total volume, any one liquid crystal display element according of the claims 1 to 3, the proportion of holes is equal to or less than 20%. 前記多孔質体は、孔の平均半径が100ナノメートル以下であることを特徴とする請求項1〜3のうち何れか1項記載の液晶表示素子。 The porous body, the liquid crystal display device of any one of claims 1 to 3, wherein the average pore radius of 100 nm or less. 前記ゲート絶縁層は、複数の層が積層されたものであることを特徴とする請求項1〜6のうち何れか1項記載の液晶表示素子。
The gate insulating layer, the liquid crystal display device of any one of claims 1 to 6, wherein the plurality of layers in which are laminated.
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