JP4474968B2 - 半導体装置、電気光学装置、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法、電気光学装置、電子機器に関する。

近年、シリコンに代表される無機材料を用いた薄膜電界効果型トランジスタ等の半導体装置から置き換え得るデバイスとして、有機材料にて半導体層を形成した半導体装置が注目されている。なかでも、高分子材料により半導体層を形成した半導体装置は、低コスト化が可能な技術として知られており、例えば非特許文献１及び非特許文献２には、半導体層に高分子材料を用いた薄膜トランジスタが提案されている。
川瀬建夫著、et al.著、「Thin Solid Films」 p279-287, vol438-439,2003 川瀬建夫著、「2000 International Electron Device Meeting technical digest」 p623-626

ところで、上記文献においては、半導体層と、これに接続する配線とを有機材料にて形成しているが、このように配線を有機材料にて形成した場合には、無機材料にて配線を形成した場合に比して抵抗値が大きくなる問題を有している。特に大型の表示装置等に有機材料からなる半導体装置を適用する場合には、該抵抗値の増大は画面の切り換えに遅延が生じるという問題を有している。

一方、配線を金属材料にて形成することで低抵抗化を実現することはできる。しかしながら、このような金属材料を用いた半導体装置を大型の表示装置に適用し、特にフレキシビリティのある表示装置に適用する場合には、その表示装置の撓みに伴って配線にクラック等が生じる惧れがあり、このようなクラック発生は先の有機材料を用いた場合に係る問題よりも一層深刻となる。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、有機材料を半導体層に用いた半導体装置であって、当該半導体装置が適用される用途に拘らず、特にフレキシビリティが要求されるような用途においても好適に用いることができ、配線において断線等の不具合の生じ難い半導体装置を安価に提供することを目的としている。
また、本発明は、上記のような半導体装置を簡便に提供できる製造方法を提供することを目的としている。さらに、本発明は上記半導体装置を備えた電気光学装置と、該電気光学装置を備えた電子機器を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置は、有機材料にて構成される有機半導体層を備える半導体装置であって、前記有機半導体層に電気的に接続する配線が、金属材料からなる金属導電部と有機材料からなる有機導電部との複合構造にて構成されていることを特徴とする。

このような半導体装置によると、半導体層を有機材料にて構成するとともに、該半導体層に電気的に接続する配線を金属導電部と有機導電部との複合構造にて構成しているため、当該半導体装置をフレキシビリティのある電気光学装置に適用した場合にも不具合発生を防止ないし抑制することができる。つまり、当該半導体装置を適用した電気光学装置に撓みが生じた場合にも、配線が金属導電部と有機導電部との複合構造にて構成されているため、相対的に柔軟性のある有機導電部が、相対的に脆い金属導電部を繋ぐことができ、金属導電部において断線が生じ難いものとなる。一方、本発明では、柔軟性のある有機導電部のみでなく、導電性の高い金属導電部との複合構造を採用しているため、十分な導電性も確保されており、大型の表示装置等に当該半導体装置を適用した場合にも、迅速な信号送信が可能とされている。また、半導体層を有機材料にて構成し、さらに配線を金属材料と有機材料との複合構造にて構成しているため、液相プロセス等の温和な条件（大気圧条件）で当該半導体装置を製造することができ、これにより製造コストの低減が可能となり、ひいては安価で高信頼性の半導体装置を提供することができるようになる。

なお、有機導電部は金属導電部においてクラックの発生し易い箇所に配置されていることが好ましく、この場合、余分な有機導電部が形成されず、当該配線の低抵抗化を好適に実現できるようになる。
また、金属導電部におけるクラック発生に起因した断線を好適に防止するためには、該金属導電部を覆う形にて有機導電部を形成することが好ましく、この場合、一層断線防止を図ることが可能となる。

本発明の半導体装置において、前記有機導電部が前記配線の長さ方向に対して連続して形成されているものとすることができる。この場合、配線の途上において金属導電部のクラックが何処で発生しようとも、有機導電部がクラック発生部を電気的に接続することとなるため、断線による信頼性低下を防止することができるようになる。

また、前記有機導電部は例えば導電性高分子材料にて構成することができる。高分子材料は低分子有機材料に比してフレキシビリティに優れ、本発明の柔軟性の効果を一層顕著に発現できるようになる。このような導電性高分子材料としては、例えばＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）を好適に用いることができる。

一方、前記金属導電部が前記配線の長さ方向に対して連続して形成されているものとすることができる。この場合、配線の導電性を一層高くすることができ、当該半導体装置の信頼性を一層向上させることが可能となる。

以上のように、本発明では、金属導電部を覆う形にて有機導電部が形成され、これら金属導電部と有機導電部との積層構造が当該配線の長さ方向に連続して形成されていることが、上記課題を解決する上で好ましい構成である。

次に、上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、有機材料にて構成される有機半導体層を備える半導体装置の製造方法であって、前記有機半導体層を液相プロセスにて形成する工程と、前記有機半導体層に電気的に接続する配線を形成する工程とを含み、前記配線の形成工程において、金属材料からなる金属導電部と有機材料からなる有機導電部とをそれぞれ液相プロセスにより形成し、これら金属導電部と有機導電部とを複合させた形にて当該配線を形成することを特徴とする。

このような製造方法によると、有機半導体層及び配線を液相プロセスにて形成しているため、本発明に係る半導体装置を簡便に製造することが可能となる。つまり、プラズマ発生装置や真空装置等の大型の装置を用いることなく、また温和な条件（大気圧下）にて当該半導体装置を製造でき、製造コスト低減に寄与し、ひいては安価で高信頼性の半導体装置を提供することが可能となる。なお、液相プロセスとしては液滴吐出法を用いることでき、該液滴吐出法によれば、有機材料のみならず、金属材料も液相にて簡便に配線化可能となる。

次に、本発明の電気光学装置は上記半導体装置を備えることを特徴とする。この場合、当該電気光学装置を大型化し、例えばプラスチック基板を用いてフレキシビリティを有する表示装置等として構成した場合にも、非常に信頼性の高いものとなる。また、本発明の電子機器は上記電気光学装置を有することを特徴とし、例えば電子ペーパーのようなフレキシビリティのある電子機器についても十分な信頼性を具備したものとなる。

なお、本発明の半導体装置とは、半導体層を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や、当該薄膜トランジスタに信号や電流を供給する配線や、薄膜トランジスタの駆動状態を保持する保持容量等、また薄膜トランジスタを駆動させる駆動回路を含むものとすることができる。したがって、例えば容量電極或いは駆動回路における配線も上述の金属導電部と有機導電部との複合構造にて構成するものとしても良い。

（電気光学装置用基板）
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１及び図２を参照し、本発明の一実施の形態である半導体装置を採用した電気光学装置用基板の構成を説明する。なお、各図において、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

図１は電気光学装置用基板の要部を示す平面図、図２は電気光学装置用基板に具備された半導体装置近傍の断面構成を示す断面模式図である。
図１に示すように、電気光学装置用基板１０は、データ線３と、ゲート線６と、半導体装置の主体をなすスイッチング素子（アクティブマトリクス素子）としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）９と、画素電極２とを主体として構成されている。データ線３及びゲート線６は、ＴＦＴ９に電気的に接続され、該ＴＦＴ９に対して電気的信号を供給する配線である。

ＴＦＴ９は画素電極２をスイッチング駆動させる機能を有しており、図２に示すようにソース電極３ａと、半導体層４と、ゲート絶縁膜５と、ゲート電極６とを主体として構成されている。ここで、ソース電極３ａ及び画素電極２は、ＴＦＴ９との接続付近において櫛歯状に形成されており、これにより当該ＴＦＴ９を形成する際のアライメントを容易化している。また、半導体層４は有機材料からなり、具体的には高分子半導体材料を用いて構成されている。

一方、図２に示すように、本実施の形態の電気光学装置用基板１０は、基板１上に、画素電極２と、ソース電極３ａと、半導体層４と、ゲート絶縁膜５と、ゲート電極６と、層間絶縁膜７とを有している。
ここで、画素電極２は、ＴＦＴ９に直接接続された構成となっており、この場合、画素電極２がＴＦＴ９のドレイン電極として機能するようになっている。
また、ゲート電極６（ゲート線６）は金属導電層６２及び有機導電層６１の２層構造を有してなり、ＴＦＴ９に対する走査信号を供給する配線として機能している。

このように構成された電気光学装置用基板１０において、データ線３がＴＦＴ９に電気的に接続されており、画像信号（データ信号）がデータ線３に対して順次に供給されるか、あるいは互いに隣接する複数のデータ線３に対してグループ毎に供給されるようになっている。
また、ゲート線６がＴＦＴ９に電気的に接続されており、複数のゲート線６に対して走査信号が所定のタイミングでパルス的に線順次で供給されるようになっている。
さらに、画素電極２はＴＦＴ９のドレイン電極として機能し、ゲート電極６にパルス電圧を印加してＴＦＴ９を一定期間だけオンすることで、データ線３から供給される画像信号が該画素電極２に対し所定のタイミングで書き込まれるようになっている。

ここで、本実施の形態の電気光学装置用基板１０は、基板１が可撓性のある樹脂基板にて構成されており、当該電気光学装置用基板１０全体がフレキシビリティを有して構成されている。したがって、特に電子ペーパー等を構成する電気泳動装置等に好適に用いられるものである。

このようなフレキシビリティのある電気光学装置用基板１０において、本実施の形態では、ＴＦＴ９を主体として構成された半導体装置が、有機材料にて構成される半導体層（有機半導体層）４に電気的に接続するゲート線６（ゲート電極６）が、金属材料からなる金属導電層６２と有機材料からなる有機導電層６１との複合構造にて構成されている。
このように半導体層４を有機材料にて構成するとともに、該半導体層４に電気的に接続するゲート線６（ゲート電極６）を金属導電層６２と有機導電層６１との複合構造にて構成しているため、電気光学装置用基板１０に撓みが生じた場合にも、断線等の不具合発生が生じ難いものとなっている。
つまり、ゲート線６（ゲート電極６）が金属導電層６２と有機導電層６１との複合構造にて構成されているため、相対的に柔軟性のある有機導電層６１が、相対的に脆い金属導電層６２を繋ぐことができ、その結果、金属導電層６２においてクラックが生じた場合にも、有機導電層６１がそのクラックを償う形で断線の防止を図ることができるようになっている。

なお、上記ゲート線６（ゲート電極６）以外にも、ＴＦＴ９に電気的に接続する配線としてデータ線３（ソース電極３ａ）についても金属導電層と有機導電層との複合構造を採用してもよい。また、本実施の形態では、有機導電層６１は金属導電層６１全体を覆う形にて形成されているが、特に金属導電層６１においてクラックの発生し易い箇所に選択的に配置されていても良く、この場合、余分な有機導電層６２が形成されないため、ゲート線６の抵抗が一層低減されることとなる。

また、本実施の形態では、図１に示すように、有機導電層６１がゲート線６の長さ方向に対して連続して形成されている。この場合、ゲート線６の何れの箇所において金属導電層６２のクラックが発生しようとも、有機導電層６１がクラック発生部を確実に償うため、断線による信頼性低下を防止することができるようになっている。有機導電材料としては、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリイソチアナフテン等が挙げられる。本実施の形態では、ゲート線６（ゲート電極６）を構成する有機導電層６１には導電性高分子材料であるＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）を用いている。

一方、金属導電層６２についても、ゲート線６の長さ方向に対して連続して形成されている。したがって、ゲート線６の抵抗値が一層小さくなり、ＴＦＴ９を備えた当該半導体装置の信頼性を一層向上させている。

次に、図１及び図２を参照しつつ、電気光学装置用基板１０の製造方法を説明する。
まず、基板１上に、画素電極２、及びデータ線３、ソース電極３ａを形成する。
基板１の材料は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリイミド（ＰＩ）等で構成されるプラスティック基板（樹脂基板）の他、可撓性のあるものであれば、ガラス基板、シリコン基板、金属基板、ガリウム砒素基板等を採用することができる。

また、画素電極２を構成する材料は、公知の電極材料であれば、種類は特に限定されるものではない。具体的には、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｃｏ等やそれらの金属を用いた合金、公知のあらゆる金属材料、及びその合金、及びその金属酸化物等を採用することができる。また、導電性粒子を含むポリマー混合物、或いは、導電性有機材料を電極材料として採用してもよい。また、本実施の形態で用いた有機半導体層４との組み合わせでは、該有機半導体層がｐ型半導体であるため、電極材料の仕事関数が大きいものは、正孔（キャリア）を有機半導体に注入するためには適している。なお、画素電極２についても、金属導電層と有機導電層との複合構造を採用しても良い。

また、データ線３及びソース電極３ａは、図面上省略してあるが、金属導電層と有機導電層との積層構造が採用されている。データ線３を構成する金属導電層としては、公知の導電性金属材料を用いることができ、例えばＣｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｃｏ等やそれらの金属を用いた合金、公知のあらゆる金属材料、及びその合金、及びその金属酸化物等を採用することができる。また、データ線３を構成する有機導電層としては、公知の導電性有機材料を用いることができ、ここでは導電性高分子材料であるＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）を用いている。データ線３及びソース電極３ａの具体的な形成方法としては、後述するゲート電極６（ゲート線６）の形成方法と同様の手法を採用することができる。つまり、形成材料をインクジェット法等の湿式法（液相プロセス）にて形成するものとしている。

次に、ソース電極３ａを覆う形にて半導体層４を形成する。
半導体材料としては、低分子系有機半導体材料、ポリマー有機半導体材料のいずれも使用することができる。
ポリマー有機半導体材料としては、ポリ（３−アルキルチオフェン）（ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３−オクチルチオフェン）、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）（ＰＴＶ）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ビス−Ｎ，Ｎ’−（４−メトキシフェニル）−ビス−Ｎ，Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン）（ＰＦＭＯ）、ポリ（９，９ジオクチルフルオレン−コ−ベンゾチアジアゾール）（ＢＴ）、フルオレン−トリアリルアミン共重合体、トリアリルアミン系ポリマー、フルオレンビチオフェン共重合体等が挙げられる。

低分子系有機半導体としては、例えば、Ｃ６０、或いは、金属フタロシアニン、或いは、それらの置換誘導体、或いは、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン等のアセン分子材料、或いは、α−オリゴチオフェン類、具体的にはクォーターチオフェン（４Ｔ）、セキシチオフェン（６Ｔ）、オクチチオフェン（８Ｔ）、ジヘキシルクォーターチオフェン（ＤＨ４Ｔ）、ジヘキルセキシチオフェン（ＤＨ６Ｔ）、等が挙げられる。

本実施形態においては、インクジェット法を用いて形成することが好ましく、具体的には、半導体材料を各種溶剤に分散又は溶解するとともに、得られた液体材料をインクジェット装置にて吐出することで、所定のパターンを形成することができる。

次に、半導体層４及び画素電極２を覆うようにゲート絶縁層５を形成する。
ゲート絶縁層５としては、公知のゲート絶縁体材料であれば、種類は特に限定されるものではない。ここでは、有機材料を用いるのが良く、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、あるいはポリイソブチレンに代表されるポリオレフィン系ポリマー等が挙げられる。形成方法としては、例えば、スピンコート法、インクジェット法等の湿式法を用いて形成することができる。

次に、ゲート絶縁層５上に、ゲート線６（ゲート電極６）を形成する。
ゲート線６（ゲート電極６）は、金属導電層６２と有機導電層６１の複合構造を採用しており、この場合、各層をインクジェット法等の湿式法（液相プロセス）にて形成するものとしている。以下、具体的な形成方法を説明する。

まず、金属微粒子と有機金属化合物の少なくとも一方を含有する溶液を用いた湿式法（液相プロセス）にて金属導電層６２を形成する。ここでは、溶液として、金属微粒子を分散媒に分散させた分散液、液体の有機金属化合物、有機金属化合物の溶液、又はそれらの混合物を用いることができる。

ここで、金属微粒子を用いる場合には、分散性を向上させるために、その表面に有機物など吸着させて表面を有機物で修飾して使うこともできる。

また、有機金属化合物としては、例えば金、銀、導、パラジウムなどを含有する化合物や錯体で、熱分解により金属が析出する化合物を用いることができる。具体的には、クロロトリエチルホスフィン金（Ｉ）、クロロトリメチルホスフィン金（Ｉ）、クロロトリフェニルホスフィン金（Ｉ）、銀（Ｉ）２，４−ペンタンジオナト錯体、トリメチルホスフィン（ヘキサフルオロアセチルアセトナート）銀（Ｉ）錯体、銅（Ｉ）ヘキサフルオロペンタンジオナトシクロオクタジエン錯体などを例示することができる。

使用する分散媒としては、前記の金属微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されない。また、溶媒としては、前記の有機金属化合物を溶解するものであれば特に限定されない。このような分散媒または溶媒として、具体的には、水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、またエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、ｐ−ジオキサンなどのエーテル系化合物、さらにプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を例示することができる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性、有機金属化合物の溶解性の点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、さらに好ましい分散媒または溶媒としては、水、炭化水素系化合物を例示することができる。これらの分散媒または溶媒は、単独でも、あるいは２種以上の混合物としても使用することができる。

前記金属微粒子を分散媒に分散する場合の分散質濃度としては、１質量％以上８０質量％以下とするのが好ましく、所望の導電膜の膜厚に応じて調整することができる。分散質濃度が８０質量％を超えると凝集を起こし易くなり、均一な膜を得ることが困難となる場合がある。また、同様の理由で、前記有機金属化合物を用いる場合の溶液の溶質濃度についても、前記分散質濃度と同範囲のものが好ましい。

これらの金属微粒子及び有機金属化合物の少なくとも一方を有する溶液を、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法、マイクロコンタクトプリンティング法のような印刷法を用いて塗布する。溶液塗布後、溶媒を除去し、金属微粒子を用いる場合には、金属微粒子間の電気的接触を向上させる目的で、熱処理を行うこともできる。熱処理は通常大気中で行われるが、必要に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で行うこともでき、該熱処理の上限温度は、溶媒の沸点と各材料と金属導電層の熱膨張係数差から生ずるクラックの発生温度により制限される。特に、金属導電層のクラックの発生を抑制するために室温（２５℃）以上３００℃以下程度で行うことが好ましい。

熱処理は、通常のホットプレート、電気炉などによる処理のほか、ランプアニールによって行うこともできる。ランプアニールに使用する光の光源としては、特に限定されないが、赤外線ランプ、キセノンランプ、ＹＡＧレーザー、アルゴンレーザー、炭酸ガスレーザー、ＸｅＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＢｒ、ＫｒＦ、ＫｒＣｌ、ＡｒＦ、ＡｒＣｌなどのエキシマレーザーなどを光源として使用することができる。これらの光源は一般には、出力１０Ｗ以上５０００Ｗ以下の範囲で十分である。

次に、こうして形成された金属導電層６２を覆う、或いは金属導電層６２の少なくとも一部に接するように導電性高分子材料からなる有機導電層６１を形成する。導電性高分子材料としては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチロスルフォネート）水溶液を用いることができる。このＰＥＤＯＴ（０．５重量％）／ＰＳＳ（０．８重量％）水溶液を前述した印刷法を用いて塗布する。溶液を塗布した後、必要に応じて、後処理（例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等）を施すことにより形成することもできる。ここで、ＰＳＳは酸性の性質を有するので、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの割合が多いと金属コロイドの分散性が低下することから、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは金属微粒子に対し１％から１０％程度の範囲であることが好ましい。

なお、有機導電層６１を形成した後に、金属導電層６２を形成するものとしても良い。この場合には、導電性高分子材料の耐熱性の制限から、金属導電層６２を形成する際の熱処理温度は室温以上２００℃以下で行うことが望ましい。

次に、ゲート絶縁層５及びゲート電極６を覆うように層間絶縁膜７を形成する。
層間絶縁膜７としては、前述のゲート絶縁膜５と同様の材料を用い、同様のスピンコート法、インクジェット法等の湿式法（液相プロセス）を採用することができる。

以上の工程により、ＴＦＴ９を含む電気光学装置用基板１０が作成される。本実施の形態では、一連の工程において湿式法（液相プロセス）を採用しているため、真空装置を用いずに大気圧雰囲気において成膜することができ、製造コストの削減を実現することができる。特に、画素電極２を除くＴＦＴ９の形成工程では、有機材料を主体として用いているため液相プロセスによる製造が好適で、その製造工程が非常に簡便なものとなっている。

（電気泳動表示装置）
次に、図３から図５を参照し、本発明の一実施形態に相当する電気光学装置を説明する。ここでは、電気光学装置として、上述した電気光学装置用基板１０を用いて構成した電気泳動ディスプレイについて説明する。
図３から図５の各々は、電気泳動表示装置の各実施形態の構成を示す断面図、部分平面図ある。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。

図３に示すように、第１実施形態の電気泳動装置ＥＰＤ１は、上述した電気光学装置用基板１０と、対向基板２０と、電気泳動層（電気光学層）１５を備えて構成されている。対向基板２０は、例えば樹脂フィルム基板等の可撓性を有した透明性材料からなり、対向基板２０の電気泳動層１５が配置される側には共通電極３０が形成されている。また、電気泳動層１５は、電気光学装置用基板１０と対向基板２０の間に挟持されている。また、電気光学装置用基板１０と対向基板２０とは、表示領域の周囲を囲むように枠状に形成された封止部材（図示略）によって貼り合わされ、スペーサ（図示略）により一定に離間された状態で保持されている。そして、本実施形態の電気泳動表示装置ＥＰＤ１では、基板１０、２０と封止部材とにより形成された閉空間に、分散媒４１、電気泳動粒子４２等を有する電気泳動分散液４０が封入され、電気泳動層１５が形成されている。

次に、分散媒４１、電気泳動粒子４２を有する電気泳動分散液４０について説明する。電気泳動分散液４０は、染料によって染色された分散媒４１中に電気泳動粒子４２を分散させた構成となっている。電気泳動粒子４２は、無機酸化物又は無機水酸化物からなる直径０．０１μｍ〜１０μｍ程度の略球状の微粒子であり、上記分散媒４１と異なる色相（白色及び黒色を含む）を有している。このように酸化物又は水酸化物からなる電気泳動粒子４２には固有の表面等電点が存在し、分散媒４１の水素イオン指数ｐＨによってその表面電荷密度（帯電量）が変化する。

ここで、表面等電点とは、水溶液中における両性電解質の電荷の代数和がゼロとなる状態を水素イオン指数ｐＨによって示したものである。例えば、分散媒４１のｐＨが電気泳動粒子４２の表面等電点に等しい場合には、粒子の実効電荷はゼロとなり、粒子は外部電界に対して無反応な状態となる。また、分散媒４１のｐＨが粒子の表面等電点よりも低い場合には、粒子の表面は下式（１）によりプラスの電荷を帯びる。逆に、分散媒４１のｐＨが粒子の表面等電点よりも高い場合には、粒子の表面は下式（２）によりマイナスの電荷を帯びる。
ｐＨ低：Ｍ−ＯＨ＋Ｈ⁺（過剰）＋ＯＨ^-→Ｍ−ＯＨ_２ ⁺＋ＯＨ^- ・・・（１）
ｐＨ高：Ｍ−ＯＨ＋Ｈ⁺ＯＨ^-（過剰）→Ｍ−ＯＨ^-＋Ｈ^＋ ・・・（２）

なお、分散媒４１のｐＨと粒子の表面等電点との差を大きくしていった場合、反応式（１）又は（２）にしたがって粒子の帯電量は増加していくが、この差が所定値以上となると略飽和し、ｐＨをそれ以上変化させても帯電量は変化しない。この差の値は、粒子の種類、大きさ、形状等によって異なるものの、概ね１以上であればどのような粒子においても帯電量は略飽和すると考えられる。

上述の電気泳動粒子４２としては、例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ベンガラ、酸化アルミニウム、黒色低次酸化チタン、酸化クロム、ベーマイト、ＦｅＯＯＨ、二酸化珪素、水酸化マグネシウム、水酸化ニッケル、酸化ジルコニウム、酸化銅等が用いられている。

また、このような電気泳動粒子４２は、単独の微粒子としてだけでなく、各種表面改質を施した状態でも用いることが可能である。このような表面改質の方法としては、例えば、粒子表面をアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等のポリマーでコーティング処理する方法や、シラン系、チタネート系、アルミニウム系、弗素系等のカップリング剤でカップリング処理する方法や、アクリル系モノマー、スチレンモノマー、エポキシ系モノマー、イソシアネート系モノマー等とグラフト重合処理する方法等があり、これらの処理を単独又は二種類以上組み合わせて行うことができる。

分散媒４１には、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、エーテル等の非水系有機溶媒が用いられており、スピリトブラック、オイルイエロー、オイルブルー、オイルグリーン、バリファーストブルー、マクロレックスブルー、オイルブラウン、スーダンブラック、ファーストオレンジ等の染料によって染色されて、電気泳動粒子４２と異なる色相を呈している。

例えば、上述の炭化水素としては、ヘキサン等のアルカン、石油エーテル、石油ベンジン、石油ナフサ、リグロイン、ドデシルベンゼン等のアルキルベンゼン類、工業ガソリン、灯油、ソルベントナフサ、１−オクテン等の不飽和炭化水素類、ビフェニル誘導体、ビシクロヘキシル誘導体、デカリン誘導体、シクロヘキシルベンゼン誘導体、テトラリン誘導体等の各種誘導体等が用いられている。

また、ハロゲン化炭化水素としては、クロロホルム、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロプロパン、トリクロロプロパン、モノクロロアルカン類、クロロフルオロアルカン類、パーフルオロアルカン類、パーフルオロデカリン誘導体、パーフルオロアルキルベンゼン類等が用いられている。

エーテルとしては、ジヘキシルエーテル等のジアルキルエーテル類、フェネトール等のアルコキシベンゼン類、ジオキサン等の環状エーテル類、ジメトキシエタン等のエチレングリコール誘導体、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のジエチレングリコール誘導体、グリセリンエーテル類、アセタール類等が用いられている。

さらに、上述の炭化水素、ハロゲン化炭化水素、エーテルの他にも、酢酸ブチル等のエステル類、メチルエチルケトン等のケトン類、カルボン酸類、アルキルアミン類、ドデカメチルペンタシロキサン等のシロキサン類、ＤＭＦ、ＤＭＡ、ＮＭＰ、ＤＭＳＯ、シリコーンオイル、液晶化合物、液晶混合物等を用いることができる。
そして、分散媒４１には、上述の有機化合物を単独又は二種類以上混合したものが用いられている。

また、分散媒４１にはｐＨを調整するためのｐＨ調整剤が配合されており、分散媒４１のｐＨが電気泳動粒子４２の表面等電点と異なる値となるように調整されている。この際、分散媒４１のｐＨを７以上（即ち、分散媒４１がアルカリ性を示す状態）とすると、水酸化物の水酸基の持つ凝集作用により、粒子同士が凝集し易くなるため、分散媒４１のｐＨは７以下（即ち、分散媒４１が酸性を示す状態）とすることが望ましい。また、分散媒４１のｐＨは粒子の帯電量が飽和するように調整することが好ましく、例えば分散媒４１のｐＨと粒子の表面等電点との差が１以上となるようにすることで粒子の帯電量を飽和させることができる。

具体的には、電気泳動粒子４２として、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等の表面等電点が６以上の材料を用いる場合には、分散媒４１のｐＨが粒子の表面等電点よりも１以上低いことが好ましい条件となる。この場合、粒子は分散媒４１中でプラスに帯電した状態となる。一方、電気泳動粒子４２として、二酸化珪素等の表面等電点が６以下の材料を用いた場合には、分散媒４１のｐＨが粒子の表面等電点よりも１以上低いこと、或いは、ｐＨが粒子の表面等電点よりも１以上高く且つ７以下であることが好ましい条件となる。

上述のｐＨ調整剤としては、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸等の有機モノカルボン酸、シュウ酸、マロン酸等の有機ジカルボン酸、塩酸、硫酸等の無機酸等及びアンモニア水、メチルアミン等のアルキルアミン、アニリン、ジエチルアニリン、ヒドロキシルアミン類、水酸化ナトリウム等の無機塩基が用いられている。

また、この分散媒４１には高分子界面活性剤が添加されている。高分子界面活性剤は、電気泳動粒子４２に吸着して粒子表面に吸着層を形成し、浸透圧効果とエントロピー効果により、界面活性剤に低分子のものを用いた場合に比べて、粒子の分散安定化に大きく寄与すると考えられる。
このような高分子界面活性剤としては、以下に示すようなアニオン系、カチオン系、非イオン系の高分子界面活性剤を例として挙げることができる。

例えば、アニオン系高分子界面活性剤としては、スチレン無水マレイン酸共重合体等の含カルボン酸共重合体類、ポリアクリル酸等のポリカルボン酸類等が用いられている。また、カチオン系高分子界面活性剤としては、ポリエチレンイミン類、ポリビニルイミダゾリン類、ポリビニルピリジン類等が用いられている。さらに、非イオン系界面活性剤としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ヒドロキシ脂肪酸のオリゴマー、ポリエチレングリコールジステアラート、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、ポリスチレン、ポリ（１−ビニルピロリドン−ｃｏ−ビニルアセタート）等が用いられている。
そして、高分子界面活性剤には、上述の高分子材料を単独又は二種類以上混合したものが用いられている。

また、上述の高分子界面活性剤に、以下に示すようなアニオン系、カチオン系、非イオン系、弗素系の低分子界面活性剤を併用して用いてもよい。
例えば、アニオン系低分子界面活性剤としては、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルベンゼンスルホン酸塩類、ラウリル酸ナトリウム等のカルボン酸塩類、ラウリル硫酸ナトリウム等の硫酸塩類、ラウリル燐酸ナトリウム等の燐酸塩類等が用いられている。また、カチオン系低分子界面活性剤としては、塩化セチルトリメチルアンモニウム等の四級アンモニウム塩類、ドデシルピリジニウムブロミド等のピリジニウム塩類、ラウリルアミン塩酸塩等のアミン塩類等が用いられている。非イオン系低分子界面活性剤としては、ソルビタントリオリエート等の多価アルコールの脂肪酸エステル類等が用いられている。さらに、弗素系低分子界面活性剤としては、パーフルオロデカン酸ナトリウム等のパーフルオロカルボン酸塩、パーフルオロノニルアルコール等のパーフルオロアルコール類等が用いられている。
なお、重力による粒子の沈降を避けるために、分散媒４１の比重と粒子の比重とはほぼ等しく設定されることが好ましい。

上述したように、電気泳動表示装置ＥＰＤ１においては、上述の電気光学装置用基板１０を備えているので、当該電気泳動表示装置ＥＰＤ１をフレキシブルな表示装置として用いる場合にも、ＴＦＴ９を構成する電極ないし該ＴＦＴに電気的に接続される配線において断線等が生じ難いものとなる。

一方、図４に示すように、第２実施形態の電気泳動表示装置ＥＰＤ２は、上記の電気泳動表示装置ＥＰＤ１の構成において、対向する電気光学装置用基板１０と対向基板２０との間に一定の厚みを有する平面視格子状の隔壁４３が設けられた構成となっている。また、隔壁４３、４３の間には、上述の電気泳動分散液４０が封入されている。そして、これ以外の構成は、上記第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。このような電気泳動表示装置ＥＰＤ２でも、上記電気泳動表示装置ＥＰＤ１と同様の効果が得られる。

さらに、図５に示すように、第３実施形態の電気泳動表示装置ＥＰＤ３は、電気泳動分散液４０をカプセル状の樹脂皮膜で覆ってマイクロカプセル化し、マイクロカプセル６０を電気光学装置用基板１０と対向基板２０との間に配置した構成となっている。なお、マイクロカプセル６０は、実際には隣接するマイクロカプセル６０同士が密着するため、表示領域はマイクロカプセル６０によって隙間なく覆われている。これ以外の構成については、上記第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。このような電気泳動表示装置ＥＰＤ３でも、上記電気泳動表示装置ＥＰＤ１、ＥＰＤ２と同様の効果が得られる。

（電子機器）
上述した本発明に係る電気泳動表示装置は、表示部を備えた様々な電子機器に適用することができる。以下、その電子機器の例について説明する。

まず、本発明の電気泳動表示装置をフレキシブルな電子ペーパーに適用した例について説明する。図６はこの電子ペーパーの構成を示す斜視図であり、電子ペーパー１４００は、本発明の電気泳動表示装置を表示部１４０１として備える。電子ペーパー１４００は、従来の紙と同様の質感及び柔軟性を有する書き換え可能なシートからなる本体１４０２を備えて構成されている。

また、図７は、電子ノートの構成を示す斜視図であり、電子ノート１５００は、図７で示した電子ペーパー１４００が複数枚束ねられ、カバー１５０１に挟まれているものである。カバー１５０１は、例えば外部の装置から送られる表示データを入力する不図示の表示データ入力手段を備える。これにより、その表示データに応じて、電子ペーパーが束ねられた状態のまま、表示内容を変更したり更新したりできる。

また、上述した例に加えて、他の例として、パソコン用モニタ、携帯電話、液晶テレビ、ビューファインダ型やモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。本発明に係るの電気光学装置は、こうした電子機器の表示部として用いることができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明に係る電気光学装置用基板について要部を示す平面模式図。 図１の電気光学装置用基板の要部を示す断面模式図。 本発明に係る電気光学装置について一実施形態を示す断面模式図。 本発明に係る電気光学装置について一変形例を示す断面模式図。 本発明に係る電気光学装置について一変形例を示す断面模式図。 本発明の電子機器の一例を模式的に示す斜視図。 本発明の電子機器の一例を模式的に示す斜視図。

符号の説明

１…基板、３…データ線（配線）、３ａ…ソース電極（配線）、４…半導体層（有機半導体層）、６…ゲート線（配線）、９…ＴＦＴ（半導体装置）、６１…有機導電層（有機導電部）、６２…金属導電層（金属導電部）、１０…電気光学装置用基板

Claims (7)

1. 可撓性のある基板上に設けられ、有機半導体層を備える半導体装置であって、
   前記有機半導体層の上に設けられた、有機材料を形成材料とするゲート絶縁膜と、
   前記ゲート絶縁膜を挟んで該有機半導体層と平面視で重なって形成されたゲート電極と、を有し、
   前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜側に設けられた金属導電層と該金属導電層の上に設けられた有機導電層との複合構造にて構成されており、
   前記有機導電層は、前記金属導電層および前記ゲート絶縁膜の少なくとも一部に接するとともに前記金属導電層と重なっていない領域を有していることを特徴とする半導体装置。
2. 前記有機導電層が前記ゲート電極の長さ方向に対して連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記有機導電層が導電性高分子材料にて構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記有機導電層がポリエチレンジオキシチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、及びポリアニリンのいずれかを含んで構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記金属導電層が前記ゲート電極の長さ方向に対して連続して形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体装置を備えることを特徴とする電気光学装置。
7. 請求項６に記載の電気光学装置を備えることを特徴とする電子機器。

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