JP5250981B2 - 有機デバイスの製造方法並びに電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、導電性有機材料を用いた有機デバイスの製造技術に関するものである。

近年、電気伝導性を有する有機材料（導電性有機材料）を用いた有機デバイスの開発が進められている。有機デバイスは、薄型軽量化に適すること、可撓性を有する基板上に形成できること、材料コストが安価であること等の長所を有しており、フレキシブルディスプレイ等への適用が検討されている。例えば、有機トランジスタや有機ＥＬ素子は、有機材料を溶液化することにより、インクジェット法を初めとする液体プロセスが可能となり、プロセスコストの低減や大面積製膜が容易になること等から、非常に期待されている技術分野である。これらの有機デバイスにおいては、特定の領域のみに溶液化された有機材料を製膜するために、インクジェット法やスクリーン印刷法等が用いられ、精細な塗り分けを実現している（例えば、特許文献１〜２を参照）。
特開２００５−２２３２８６号公報 特開平１０−１２３７７号公報

上述のように塗り分けを行う目的としては、溶液の使用量の低減だけでなく、次のような目的も挙げられる。例えば、面内方向に微細化され接近した配線間でのリーク電流の低減や、積層構造の最適化による電気特性の向上である。後者の例としては、有機ＥＬ素子が挙げられる。有機ＥＬ素子では、発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層等を積層することにより、発光効率の高い有機ＥＬ素子が実現できる。

有機材料の塗り分けが必要とされる有機デバイスには、例えば液体プロセスが得意とするディスプレイや太陽電池等の大面積デバイスが挙げられる。しかしながら、近年では、有機デバイスを構成する回路の高密度化、大面積化がますます進み、溶液パターンについてもさらなる微細化、細線化が要求されている。このような高密度化、大面積化が進むほど塗り分けには高い技術が必要となり、欠陥の発生確率は高まることになる。例えば、インクジェット法により溶液を塗布した場合には、塗布した溶液が不必要な場所に広がったり、飛散若しくは誤滴下されることにより、寄生容量の増大やリークパスの発生が生ずる場合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、溶液の広がりや飛散若しくは誤滴下等による寄生容量やリークパスの発生を防止することのできる有機デバイスの製造方法を提供することを目的とする。また、このような有機デバイスを備えることにより、歩留まりが高く、電気的特性に優れた電子機器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の有機デバイスの製造方法は、導電性有機膜が形成されるべき基板上の第１領域に導電性有機材料を含む溶液を選択的に配置する工程と、前記溶液を乾燥することにより前記第１領域に前記導電性有機膜を形成する工程と、前記第１領域以外の第２領域に前記溶液が広がりまたは飛散して形成された前記導電性有機膜に光を照射することにより、前記第２領域に配置された前記導電性有機膜の導電性を低下させる工程とを備えたことを特徴とする。この方法によれば、不所望な領域（第２領域）に配置された導電性有機膜の導電性を光によって低下させることができる。このため、所望の領域に精度良く薄膜素子を形成することができる。また、薄膜素子のサイズが溶液の濡れ広がりによって制限されないため、溶液の塗布面積よりも小さなサイズの薄膜素子を形成することができる。

なお、本発明において「導電性有機材料」とは、一定の導電性を備えた有機材料を意味し、絶縁性有機材料以外の材料を広く含む概念である。この「導電性有機材料」の中には、金属導電性を備えた有機導電材料の他、半導体性を備えた有機半導体材料が含まれる。導電性有機材料で形成される膜（導電性有機膜）は、配線層、半導体層又は電極として用いられる。このような膜を備えた有機デバイスとしては、薄膜トランジスタ、ダイオード、抵抗、インダクタ、キャパシタ、その他能動素子、受動素子を問わない単体の素子、一定の機能を奏するように素子が集積され配線された集積回路等の回路（チップ）、さらに複数の素子の組み合わせからなる回路の一部、集積回路等の回路を１以上組み合わせて一定の機能を奏するように構成された装置の全部又は一部を意味し、有機デバイスの構成や形状、大きさに限定はない。

本発明において「光」とは、少なくとも対象となる導電性有機膜の電気伝導に関与する部分を破壊するものであれば良く、紫外線又は可視光のいずれでも良い。多くの有機膜は酸素や水分の存在下で紫外線等の光を照射することにより、酸化等による構造変化の進行速度が加速される。そのため、前記光としては紫外線を用いることが最も有効である。しかし、π共役系の有機材料は可視光によって励起されるものもあり、可視光によって分子の立体的な構造、配置を変化させることができれば、それによって導電性を大きく低下させることができる。可視光の場合は紫外線と比べて光のエネルギーが小さいため、光照射によって与えるダメージが少なく、歩留まりの高い有機デバイスが提供できる。

本発明においては、前記導電性有機膜はπ共役系有機膜であり、前記光は、π共役に係わる分子骨格の立体構造を変化させ、前記分子骨格内におけるπ電子軌道の重なりを切断することのできる波長及びエネルギーを持った光であることが望ましい。この方法によれば、例えば、紫外線等によって分子の結合を物理的に切断する場合に比べて、エネルギーの小さい光を用いることができる。具体的には可視光用いることができるが、可視光であれば光照射によるダメージが少ないため、歩留まりの高い有機デバイスが提供できる。

本発明においては、前記導電性有機膜はπ共役系有機膜であり、前記光は、酸素又は水分の存在下で前記導電性有機膜を酸化させることのできる波長及びエネルギーを持った光であることが望ましい。この方法によれば、π電子を酸素が付加された部分に局在化させることができるため、導電性が大幅に低下する。前記光としては紫外線を用いることが望ましく、これにより確実に酸化を行うことができる。

本発明においては、前記光は、レーザ光又はレンズで絞った光であり、前記第２領域に選択的に照射されるものとすることができる。或いは、前記光は、前記第２領域に前記光を透過する光透過領域を備えたマスクを用いて照射されるものとすることができる。この方法によれば、前記光として紫外線を用いた場合でも、光照射によるダメージを極力小さくすることができる。

本発明においては、前記第１領域に前記光を透過しない導電層を形成し、前記導電層をマスクとして前記基板の全面に前記光を照射するものとすることができる。例えば、前記光を照射する側から見て、前記導電層は、前記第１領域における前記導電性有機膜の一部を覆うように形成されているものとすることができる。より具体的には、前記導電層は薄膜トランジスタのゲート電極であり、前記導電性有機膜の一部は前記薄膜トランジスタのチャネル領域であるものとすることができる。この方法によれば、有機デバイスの一部として形成された導電層をマスクとするため、新たに露光マスクを用意する必要がない。このため、製造工程が簡単になり、プロセスコストも低減できる。

本発明においては、前記導電性有機膜を形成した後、前記導電性有機膜をアニールする工程を備え、前記アニールする工程は、前記導電性有機膜に光を照射する工程の後に行われることが望ましい。アニール処理は導電性有機材料の配向状態を良好にし、分子間の電気伝導性（ホッピング伝導）を向上するために行うものであるが、導電性有機材料を配向させた後（アニール処理後）に光照射を行った場合には、導電性有機材料間のホッピング伝導は良好なものとなっているので、光照射による効果は限定的なものとなる。しかし、導電性有機材料を配向する前（アニール処理前）に光照射を行った場合には、導電性有機材料の分子骨格の変化によって導電性有機材料の配向性（液晶性）が低下するため、アニール処理を行っても、十分なホッピング伝導が期待できない。したがって、アニールを行う前に光照射を行えば、その分だけ導電性有機膜の導電性を低下させることができるため、効果は大きくなる。

本発明の電子機器は、前述した本発明の有機デバイスの製造方法により製造されてなる有機デバイスを備えたことを特徴とする。この構成によれば、歩留まりが高く、電気的特性に優れた電子機器を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではない。下記の実施形態において、各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

また、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。この際、水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。例えば本実施形態においては、Ｘ軸方向を走査線の延在方向、Ｙ軸方向をデータ線の延在方向、Ｚ軸方向を観察者による観察方向としている。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の有機デバイスの一実施形態である有機薄膜トランジスタ１３を備えた電気光学装置１の概略構成図である。電気光学装置１は、互いに対向する第１基板１０及び第２基板２０と、第１基板１０及び第２基板２０の間に挟持された電気光学層５０とを備えている。

電気光学層５０は、液晶、電気泳動分散液等の電気光学物質を備えている。本実施形態の場合、電気光学層５０は、分散媒中に１種又は２種以上の電気泳動粒子を分散させた電気泳動分散液を備えている。電気泳動粒子はＴｉＯ_２等の無機酸化物又は無機水酸化物からなる直径０．０１μｍ〜１０μｍ程度の微粒子であり、分散媒の水素イオン指数ＰＨによってその表面電荷密度（帯電量）が制御されている。電気泳動粒子は画素電極１１と対向電極２１との間の電界によって泳動し、一方の電極の表面に付着することにより画像表示を行う。なお、電気泳動分散液はマイクロカプセルの内部に封入しても良い。

第１基板１０の電気光学層５０側には複数の画素電極１１が設けられている。画素電極１１はＸ軸方向及びＹ軸方向に配列されており、画素電極１１の間隙に沿ってＹ軸方向に延在する複数のデータ線１３が設けられている。画素電極１１の配置された領域は表示の最小単位であるサブ画素を構成し、該サブ画素がＸ軸方向及びＹ軸方向に配列することにより全体としての表示領域１０Ａが形成されている。

データ線１３と画素電極１１との間には、有機デバイスである有機薄膜トランジスタ（Organic Thin Film Transistor；以下、「有機ＴＦＴ」と略記する）３０が設けられている。有機ＴＦＴ３０は、Ｘ軸方向を長手方向とする長尺状の半導体層１５と、半導体層１５を覆うゲート絶縁膜１６と、ゲート絶縁膜１６を介して半導体層１５と対向するゲート電極１７とを備えている。

半導体層１５は、有機半導体材料からなる有機半導体層である。半導体層１５はデータ線１３と画素電極１１とに跨って設けられている。半導体層１５はデータ線１３の一部に乗り上げるように設けられており、両者が重なり合う部分において半導体層１５とデータ線１３とが電気的に接続されている（ソースコンタクト部）。また、半導体層１５は画素電極１１の一部に乗り上げるように設けられており、両者が重なり合う部分において半導体層１５と画素電極１１とが電気的に接続されている（ドレインコンタクト部）。

画素電極１１、データ線１３及び半導体層１５を覆ってゲート絶縁膜１６が設けられている。ゲート絶縁膜１６は表示領域１０Ａの全面に設けられている。ゲート絶縁膜１６上には画素電極１１の間隙に沿ってＸ軸方向に延在する複数の走査線１２が設けられている。走査線１２はＹ軸方向に突出する突出部を備えており、該突出部がゲート電極１７となっている。ゲート電極１７は半導体層１５と対向して設けられており、両者が平面的に重なる部分において半導体層１５のチャネル領域が形成されている。ゲート電極１７はデータ線１３と画素電極１１とに跨るように設けられている。ゲート電極１７のＸ軸方向の幅はデータ線１３（ソースコンタクト部）と画素電極１１（ドレインコンタクト部）との間の距離（チャネル長）よりも大きくなっており、半導体層１５のソースコンタクト部とドレインコンタクト部までの領域がゲート電極１７によって覆われるようになっている。

表示領域１０Ａの周囲には配線領域１０Ｂが設けられている。配線領域１０Ｂには、走査線１２と電気的に接続された引き廻し配線１４が設けられている。配線領域１０Ｂにはゲート絶縁膜１６は設けられておらず、走査線１２はゲート絶縁膜１６の端部を覆って配線領域１０Ｂに引き出されている。走査線１２は引き廻し配線１４の一部に乗り上げるように設けられており、両者が重なり合う部分において走査線１２と引き廻し配線１４とが電気的に接続されている。図示は省略したが、走査線１２の端部は配線領域１０Ｂに向けて一本毎に交互に図示右方向及び左方向に引き出されている。配線領域１０Ｂには複数の走査線１２の何れかに対応した複数の導通端子１４ｔが設けられている。図示左側の配線領域１０Ｂには、各々が偶数行目の走査線１２の何れかに対応する複数の導通端子１４ｔが設けられており、図示右側の配線領域１０Ｂには、各々が奇数行目の走査線１２の何れかに対応する複数の導通端子１４ｔが設けられている。走査線１２は一方の端部が左右の何れかの配線領域１０Ｂまで延びており、何れかの導通端子１４ｔと電気的に接続されている。

配線領域１０Ｂには、複数の導通端子１４ｔの何れかに対応した複数の引き廻し配線１４が設けられている。引き廻し配線１４は表示領域１０Ａの外周に沿ってＹ軸方向に延在しており、その先端部が導通端子１４ｔとなっている。引き廻し配線１４と導通端子１４ｔは、例えば、データ線１２と同一材料により同一工程で形成されている。引き廻し配線１４とデータ線１３は、第１基板１０の図示略の端子部に引き廻され、該端子部に形成された外部端子と電気的に接続されている。

第２基板２０の電気光学層５０側にはカラーフィルタ２２が設けられている。カラーフィルタ２２は互いに色の異なる複数の着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを備えている。着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、例えば、Ｙ軸方向に延在するストライプ状に形成され、これらが赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の順でＸ軸方向に互いに交互に並んでいる。各サブ画素には３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のうちの１色の着色層が配置されており、３つのサブ画素によって３色の着色層２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを含む１つの画素が形成されている。カラーフィルタ２２の電気光学層５０側には対向電極２１が設けられている。対向電極２１は表示領域１０Ａの全面を覆っており、各画素電極１１に共通の共通電極となっている。

次に、図２〜図６を用いて電気光学装置１の製造方法を説明する。図２〜図６では第１基板１０の製造工程を中心に説明し、他の工程の説明は省略する。

図２に示すように、まず第１基板１０上に、データ線１３、引き廻し配線１４及び画素電極１１を形成する。第１基板１０としては、ガラス基板、ポリイミド、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）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）等で構成されるプラスチック基板（樹脂基板）、石英基板、シリコン基板、ガリウム砒素基板等を用いることができる。電気光学装置１に可撓性を付与する場合には、第１基板１０として樹脂基板が選択される。

データ線１３、引き廻し配線１４及び画素電極１１としては、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕ又はこれらを含む合金等の導電性材料、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＡＴＯ、ＳｎＯ_２等の導電性酸化物、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン等の炭素系材料、ポリアセチレン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ（poly-ethylenedioxythiophene）のようなポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリフルオレン、ポリカルバゾール、ポリシラン又はこれらの誘導体等の導電性高分子材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、前記導電性高分子材料は、通常、酸化鉄、ヨウ素、無機酸、有機酸、ポリスチレンサルフォニック酸などの高分子でドープされ導電性を付与された状態で用いられる。

次に、図３に示すように、液体プロセスを用いてデータ線１３と画素電極１１との間（第１領域）に半導体層を形成する。液体プロセスとしては、インクジェット法、スピンコート法、ディッピング法、ロールコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等の各種印刷方法が挙げられるが、膜厚制御性が高く、吐出位置が正確に制御できることから、インクジェット法が好適に採用される。本実施形態では、導電性有機材料の一種である有機半導体材料を溶液４２中に分散又は溶解し、その溶液をインクジェットヘッド４０に充填する。そして、インクジェットヘッド４０と第１基板１０とを相対移動させながら、インクジェットヘッド４０のノズル４１から１滴当たりの液量が制御された溶液４２をデータ線１３と画素電極１１との間に吐出する。そして、溶液４２の塗膜４３の溶媒を乾燥することにより、半導体層を形成する。

有機半導体材料としては、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、フタロシアニン、ペリレン、ヒドラゾン、トリフェニルメタン、ジフェニルメタン、スチルベン、アリールビニル、ピラゾリン、トリフェニルアミン、トリアリールアミン、オリゴチオフェン、フタロシアニンまたはこれらの誘導体のような低分子の有機半導体材料や、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン、ポリヘキシルチオフェン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリチニレンビニレン、ポリアリールアミン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂、フルオレン−ビチオフェン共重合体、フルオレン−アリールアミン共重合体またはこれらの誘導体のような高分子の有機半導体材料が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、π共役系が１次元的に繋がったπ共役系の有機半導体材料は、高い移動度が得られることから、好ましく用いることができる。π共役系の有機半導体材料は、その特有な電子雲の広がりにより、キャリアの移動能が特に高く、ペンタセン等の低分子有機半導体材料においてはアモルファスシリコンに匹敵する高い移動度が実現されている。

このような有機半導体材料としては、液体プロセスにより簡易に成膜できることから、高分子の有機半導体材料が好ましく用いられるが、低分子の有機半導体材料を用いることも可能である。低分子の有機半導体材料は通常は蒸着法によって成膜されるが、最近では、前駆体を用いる方法や、直接溶媒に分散又は溶解して塗布する方法により成膜した例が報告されている。例えば、下記の参考文献１及び２には、溶媒に可溶な前駆体状態で塗布した後、熱による脱離反応を利用してペンタセンを得る方法が記載されている。また、参考文献３には、ポルフィリン系の低分子有機半導体材料を液体プロセスで成膜する方法が記載されている。この方法では、前駆体のポルフィリン系低分子材料を、成膜後、加熱することにより分解する。これにより、分子構造が高い平面性を備えた構造となり、π共役系が実現される。
参考文献１：J. AM. CHEM. SOC.124 (2002) 8812, Ali Afzali, Christos D. Dimitrakopoulos, and Tricia L. Breen
参考文献２：Adv. Mater. 11 (1990) 490, Peter T. Herwig and Klaus Mullen
参考文献３：Applied Phsics Letters,84 (2004) 2085, Shinji Aramaki et al.

次に、図４に示すように、データ線１３と画素電極１１との間に配置された塗膜を乾燥し、導電性有機膜である半導体層１５を形成する。そして、半導体層１５のガラス転移温度Ｔｇ付近（Ｔｇ±５０℃）まで加熱する（アニール処理）。このアニール処理は、有機半導体の配向状態を整え、有機半導体間の伝導性（ホッピング伝導）を高めるものである。さらに、画素電極１１、データ線１３及び半導体層１５を覆ってゲート絶縁膜１６を形成する。ゲート絶縁膜１６は配線領域１０Ｂを除く表示領域１０Ａの全面に形成する。

ゲート絶縁膜１６は、主として有機材料（特に有機高分子材料）で構成されているのが好ましい。有機材料を主材料とするゲート絶縁膜１６は、有機半導体である半導体層１５との間で高い密着性が得られる。特に有機高分子材料を主材料とするものは、液体プロセスによって容易に形成可能であることから好ましい。このような有機高分子材料としては、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリビニルフェニレン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のようなアクリル系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素系樹脂、ポリビニルフェノールあるいはノボラック樹脂のようなフェノール系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリブテンなどのオレフィン系樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

また、ゲート絶縁膜１６は、後述の光照射工程によって照射する光Ｌ（図６参照）に対して透過率の高い材料であることが望ましい。後述のように、光Ｌは半導体層１５が吸収可能な波長の光であるため、ゲート絶縁膜１６の材料としては、半導体層１５の材料に応じて、例えば光Ｌによってゲート絶縁膜１６が劣化しないような材料が選択される。

ゲート絶縁膜１６を形成するに当たっては、予め配線領域１０Ｂにマスキングテープを配置しておくことが望ましい。マスキングテープとしては公知の粘着テープを用いることができる。マスキングテープを用いた場合、基板全面にゲート絶縁膜１６を形成した後、マスキングテープを取り除くことで、容易に配線領域１０Ｂを露出させることができる。

次に、図５に示すように、ゲート絶縁膜１６上に走査線１２及びゲート電極１７を形成する。走査線１２は、一方の端部を配線領域１０Ｂまで引き出し、引き廻し配線１４の導通端子１４ｔと重なるように配置する。走査線１２及びゲート電極１７としては、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＣｕおよびＮｉまたはこれらを含む合金、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム酸化物（ＩＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アンチモン錫酸化物（ＡＴＯ）および酸化錫（ＳｎＯ_２）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。その他、導電性材料としては、例えば、データ線１３及び画素電極１１で挙げたような導電性高分子材料を用いることもできる。

ここで、図３のように液体プロセスを用いて半導体層１５を形成すると、塗布した溶液４２が不必要な場所に広がったり、飛散若しくは誤滴下される場合がある。図３において、符号４３ａは、塗膜４３のうちデータ線１３を越えて隣の画素電極１１に濡れ広がった部分を示している。符号４４ｂは、塗膜４３のうち走査線１２を越えて隣の画素電極１１に濡れ広がった部分を示している。符号４４は、溶液４２の飛散又は誤滴下によって引き廻し配線１４間に配置された塗膜を示している。塗膜４３ａ，４３ｂ，４４は、乾燥して半導体層を形成すると、画素電極１１，１１間又は引き廻し配線１４，１４間にリーク電流を発生させる。また、塗膜４３ａ，４３ｂによって半導体層１５が大きく広がるため、ゲート電極１７とデータ線１３との間又はゲート電極１７と画素電極１１との間の寄生容量が大きくなり、表示不良の原因となる。

そこで、本実施形態では、図６に示すように、光源４５を用いて不所望な領域（第２領域）に配置された半導体層１８，１５ａ，１５ｂに光Ｌを照射し、半導体層１８，１５ａ，１５ｂを構成する有機半導体材料の導電性を低下させている。光Ｌは、少なくとも対象となる有機半導体材料の電気伝導に関与する部分を破壊するものであれば良く、紫外線又は可視光のいずれを用いても良い。光Ｌとしてはレーザ光を用いても良く、レンズによって絞った光を半導体層１８，１５ａ，１５ｂに選択的に照射しても良い。

光Ｌとしては、酸素又は水分の存在下で半導体層１８，１５ａ，１５ｂの有機半導体材料を酸化させる波長及びエネルギーを持った光を用いることができる。この場合の光Ｌとしては、紫外線を用いることが望ましい。多くの有機膜は、酸素や水分の存在下で紫外線を照射することにより、酸化等による構造変化の進行速度が加速されるからである。π共役系に係わる部分を酸化した場合には、π電子を特定領域（例えば酸化によって酸素が付与された部分）に局在化させることができるため、導電性は大幅に低下する。

紫外線の波長は２００ｎｍ〜３５０ｎｍ程度であることが好ましい。この波長の紫外線により殆どの有機物の酸化反応が進行可能となる。この波長の紫外線が酸化に関与する理由は、下記の表１に示すように、有機物の骨格であるＣ−Ｃ結合やベンゼン環のＣ＝Ｃ結合等を切断できる以上のエネルギーがあるためである。例えば、有機半導体の主骨格とされるベンゼン環のＣ＝Ｃ結合（共役二重結合）のエネルギーは５３０ｋＪ／ｍｏｌ程度であり、２２５ｎｍ以下の波長の紫外線よって切断される。同様に、側鎖に溶解性の向上又は配向性の向上のために導入されるアルキル基（ＣＨ_２）については、結合エネルギーが３４７ｋＪ／ｍｏｌ程度であるので、３４５ｎｍ以下の波長の光によって分解される。

紫外線により分解された分子は、反応性の高いラジカルや、イオン、中性分子等になる。さらに、ラジカル状態のものは酸素等と反応し、酸化物へと変化していく。例えば、紫外線でＣ−Ｈ結合が切断されてしまうと、その後は以下に示すような一連の自動酸化機構で反応が進んでいき、分子の立体構造変化に伴うπ共役系の消失によって、導電性を有しない分子へと変化する可能性が高い。なお、下記の化学式において、Ｒはアルキル基であり、・は不対電子である。

＜開始過程＞：紫外線照射により開始
ＲＨ → Ｈ・＋Ｒ・
＜進行過程＞
Ｒ・＋Ｏ_２ → ＲＯＯ・
ＲＯＯ・＋ＲＨ → ＲＯＯＨ＋Ｒ・
ＲＯＯＨ → ＨＯ・＋ＲＯ・
ＲＯＯＨ＋ＲＨ → ＲＯ・＋Ｈ_２Ｏ＋ Ｒ・
２ＲＯＯＨ → ＲＯ・＋ＲＯＯ・＋ Ｈ_２Ｏ
＜停止過程＞
Ｒ・＋Ｒ・ → Ｒ−Ｒ
Ｒ・＋ＲＯ・ → Ｒ−Ｏ−Ｒ…不活性物質（停止反応）
ＲＯ・＋ＲＯ・ → ＲＯＯＲ
ＲＯＯ・＋ＲＯＯ・ → ＲＯＯＲ＋Ｏ_２
Ｒ・＋ＨＯ・ → ＲＯＨ

光Ｌとしては、π共役に係わる分子骨格の立体構造を変化させ、該分子骨格内におけるπ電子軌道の重なりを切断することのできる波長及びエネルギーを持った光を用いることもできる。この場合の光Ｌとしては可視光を用いることができる。可視光は紫外線よりもエネルギーが小さいため、光照射によるダメージは少なくなる。

ここで「π電子軌道の重なりが切断される」とは、置換基の導入等による立体障害の作用によってπ電子の軌道が相互作用できなくなることをいう。具体的には、単結合の両端にある２つの不飽和結合のπ電子の軌道が同一平面上にない状態のことをいい、一般にその平面同士の角度が０°から９０°に近づくほど相互作用しにくくなり、９０°になったときに最も相互作用しにくくなる。π電子軌道の重なりが切断されると、分子骨格内の電荷の移動が阻害されるため、有機膜全体として導電性が著しく低下する。なお、π電子軌道の重なりが切断されることを「π共役系が切断される」という場合がある。

２つのπ電子軌道は同一平面上にあるときが最も相互作用しやすく安定であり、２つのπ電子軌道が直交するときが最も相互作用しにくく不安定になると考えられている。安定な電子軌道はエネルギーの小さい光によって励起することができる。例えば、可視光によってπ電子軌道を励起し、分子骨格内に新たな置換基を導入することができる。この場合、置換基の立体障害によって分子の立体構造が変化し、π電子軌道の重なりが切断される。また、可視光によってπ電子軌道を励起し、分子骨格内にもともとあった置換基を除去することもできる。この場合も、分子の立体構造の変化によってπ電子軌道の重なりを切断することができる。

例えば、下式（１）〜（５）の有機半導体材料を例に挙げて説明すると、式（１）〜（５）はいずれもチオフェン環に側鎖としてアルキル基を導入した分子骨格を有するものである。有機半導体材料に側鎖を導入する理由としては、溶解性の向上を期待したものと、溶解性だけでなくπ共役系に係わる骨格部分の平面性の向上を期待したものとに大別される。式（１）のＦ８、式（２）のＦ８ＢＴ及び式（３）のＦ８Ｔ２は前者の例であり、式（４）のＰ３ＨＴ及び式（５）のＰＱＴは後者の例に該当する。いずれの場合も、側鎖の導入によって分子内に立体障害が生じ、そのバランスによって平面性が保たれる点では共通している。後者の平面性の向上を図る理由としては、平面性を向上することにより分子間のスタッキング性（配向性）が良くなり、隣接する分子間のπ電子軌道の重なりによる導電性の向上が図られることが挙げられる。また、平面性を向上することにより、分子に液晶性を発現させ、分子の配向によりホッピング伝導を促進する効果も挙げられる。

このような有機半導体材料に光を照射すると、照射エネルギーによっては、側鎖と主鎖との間の分子結合や側鎖内の分子結合が切断される。その結果、分子内の立体障害によって保たれていたバランスが崩れ、主鎖の平面性が変化し、π共役系の広がりが低下（切断）する。また、分子の平面性により配向性が低下した場合、ホッピング伝導による導電性も失われるため、電気的特性はさらに低下する。

また、フルオレン骨格を有する材料（式（１）〜（３））では、下式（６）のような劣化機構が知られている。この劣化機構では、チオフェン環のアルキル基が導入された部分が酸化されることにより、アルキル基が酸素原子に置換される。この反応では、分子量の大きなアルキル基に代わって分子量の小さい酸素原子が導入されるため、分子内の立体的なバランスが崩れ、分子全体としての平面性が失われる。また、酸素原子は電子吸引性を有するため、分子全体に非局在化していた電子が酸素原子の近傍に局在化されるようになり、π共役系が切断又は消滅する。

例えば、式（７）の有機半導体材料（ＢＦＴＴ）を例に挙げて説明すると、式（７）の有機半導体材料は、中央で結合された２つのチオフェン環と、その両側に結合された２つのフルオレンとを備えた分子骨格を有する。この有機半導体材料は高い平面性を有しており、分子全体に電子が非局在化している。しかし、中央の５員環を光によって酸化すると、酸素原子の強い電子吸引性によって電子が局在化し、π共役系が切断又は消滅する。例えば、大気雰囲気において波長３８０ｎｍの青色の光（５０ｍＷ／ｃｍ^２）を６時間照射すると、１／１０程度の伝導度に低下することが報告されており（Yong-Young Noh et.al.,Appl. Phys. Lett.,85 (2004) 2953.）、単純計算すると、市販されている数十Ｗ／ｃｍ^２の照射強度の紫外線を照射することで、０．３６秒で同様の効果が得られるものと考えられる。

以上により第１基板１０が完成したら、第１基板上又は第２基板上に電気光学層を形成し、第１基板と第２基板とを貼り合わせる。或いは、第１基板と第２基板とを貼り合わせた後、第１基板と第２基板との間に電気光学層を形成する。以上により、図１に示した電気光学装置１が完成する。

以上説明したように、本実施形態では、不所望な領域に配置された半導体層１８，１５ａ，１５ｂの導電性を光Ｌによって低下させるため、所望の領域に精度良く有機ＴＦＴ３０を形成することができる。また、有機ＴＦＴ３０のサイズが溶液４２の濡れ広がりによって制限されないので、溶液４２の塗布面積よりも小さなサイズの有機ＴＦＴ３０を形成することができる。また、光Ｌとしてレーザ光又はレンズで絞った光を用いているため、光Ｌとして紫外線を用いた場合でも光照射によるダメージを小さくすることができる。

なお、本実施形態では、半導体層１８，１５ａ，１５ｂへの光照射をアニール処理後に行っているが、光照射はアニール処理前に行っても良い。アニール処理は有機半導体材料の配向状態を良好にし、分子間の電気伝導性（ホッピング伝導）を向上するために行うものであるが、有機半導体材料を配向させた後（アニール処理後）に光照射を行った場合には、有機半導体材料間のホッピング伝導は良好なものとなっているので、光照射による効果は限定的なものとなる。しかし、有機半導体材料を配向する前（アニール処理前）に光照射を行った場合には、有機半導体材料の分子骨格の変化によって有機半導体材料の配向性（液晶性）が低下するため、アニール処理を行っても、十分なホッピング伝導が期待できない。したがって、アニールを行う前に光照射を行えば、その分だけ半導体層１８，１５ａ，１５ｂの導電性を低下させることができるため、効果は大きくなる。

また本実施形態では、有機デバイスの一例として有機ＴＦＴ１３を説明したが、本発明の有機デバイスは有機ＴＦＴ１３に限定されるものではない。例えば、走査線１２、データ線１３、引き廻し配線１４等を導電性有機材料で製造する場合にも、本実施形態と同様の製造方法を適用することができる。走査線１２、データ線１３、引き廻し配線１４等は、高精細化が進むと、配線間のピッチが小さくなり、インクジェット法によって形成された配線では解像度に限界がある。このような場合には、配線間に形成された不要な導電部（溶液の濡れ広がりや、溶液の飛散若しくは誤滴下により配線同士が重なった部分）に光を照射し、導電性を低下させることで、配線間のリークを防止することができる。

［第２の実施の形態］
図７は光照射工程の第２の実施形態の説明図である。図７は第１実施形態の図６に対応する図である。本実施形態では、面光源とマスク４６を用いて配線領域１０Ｂの半導体層１８に光Ｌを照射している。マスク４６は配線領域１０Ｂに光透過領域４６ａを備えており、配線領域１０Ｂ全面に一括で光Ｌを照射するようになっている。光Ｌとしては、第１実施形態で説明した光Ｌと同じものを用いることができる。この方法では、配線領域全体に光Ｌが照射されるため、一度の処理で配線領域１０Ｂに存在する全ての半導体層を処理することができる。このため、製造工程が簡略化され、プロセスコストも低減できる。なお、表示領域１０Ａには光Ｌが照射されないので、表示領域１０Ａの半導体層１５ａ，１５ｂについては別の工程で光を照射する必要がある。この方法としては、図６に示した方法が適用できる。

［第３の実施の形態］
図８は光照射工程の第３の実施形態の説明図である。図８（ａ）は第１実施形態の図６に対応する図であり、図８（ｂ）は有機ＴＦＴ３０の断面図である。本実施形態では、ゲート電極１７をマスクとして表示領域１０Ａと配線領域１０Ｂの半導体層１５ａ，１５ｂ，１８に光Ｌを照射している。光Ｌとしては、第１実施形態で説明した光Ｌと同じものを用いることができる。この方法では、基板全体に光Ｌが照射されるため、一度の処理で表示領域１０Ａと配線領域１０Ｂに存在する全ての半導体層を処理することができる。また、ゲート電極７をマスクとするため、新たに露光マスクを用意する必要がない。このため、製造工程が簡単になり、プロセスコストも低減できる。本実施形態の場合、有機ＴＦＴ３０のチャネル領域はゲート電極１７によって保護されるため、有機ＴＦＴ３０の電気的特性が劣化される惧れはない。特にゲート電極１７の幅はチャネル長よりも長く形成されているので、半導体層３１の保護を万全にすることができる。

なお、本実施形態ではトップゲート構造の有機ＴＦＴ３０を形成したが、ボトムゲート構造の有機ＴＦＴの場合も同様に処理することができる。図９はボトムゲート構造の有機ＴＦＴの断面図である。同図において光Ｌは半導体層１５に対してゲート１７側から照射される。この場合、基板１０としては光Ｌを透過する透光性の基板を用いる必要がある。

［電子機器］
図１０は、本発明の有機デバイスを備えた電子機器の一実施形態である電子ペーパー１４００の概略構成図である。電子ペーパー１４００は、上記実施形態の電気光学装置を搭載した表示部１４０１と、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とを備えている。なお、本発明の有機デバイスは、前述した電子ペーパーに限らず、種々の電子機器に搭載することができる。この電子機器としては例えば、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいは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ある。

第１実施形態の電気光学装置の概略構成図である。 同電気光学装置の製造方法の説明図である。 同電気光学装置の製造方法の説明図である。 同電気光学装置の製造方法の説明図である。 同電気光学装置の製造方法の説明図である。 同電気光学装置の製造方法の説明図である。 第２実施形態の電気光学装置の製造方法の説明図である。 第３実施形態の電気光学装置の製造方法の説明図である。 同製造方法の変形例の説明図である。 電子機器の概略構成図である。

符号の説明

１…電気光学装置、１０…第１基板、１５，１５ａ，１５ｂ，１８…半導体層（導電性有機膜）、１７…ゲート電極（導電層）、３０…有機ＴＦＴ（有機デバイス）、４２…溶液、４６…マスク、４６ａ…光透過領域、１４００…電子ペーパー（電子機器）、Ｌ…光

Claims (6)

1. 導電性有機膜が形成されるべき基板上の第１領域に導電性有機材料を含む溶液を選択的に配置する工程と、
   前記溶液を乾燥することにより前記第１領域に前記導電性有機膜を形成する工程と、
   前記第１領域以外の第２領域に前記溶液が広がりまたは飛散して形成された前記導電性有機膜に光を照射することにより、前記第２領域に配置された前記導電性有機膜の導電性を低下させ、その後、前記第１領域および前記第２領域に配置された前記導電性有機膜をアニールする工程とを備え、
   前記第２領域に前記光を照射する工程では、前記光は、前記第２領域に前記光を透過する光透過領域を備えたマスクを用いて照射されることを特徴とする有機デバイスの製造方法。
2. 前記導電性有機膜はπ共役系有機膜であり、
   前記光は、π共役に係わる分子骨格の立体構造を変化させ、前記分子骨格内におけるπ電子軌道の重なりを切断することのできる波長及びエネルギーを持った光であることを特徴とする請求項１に記載の有機デバイスの製造方法。
3. 前記光は、可視光であることを特徴とする請求項２に記載の有機デバイスの製造方法。
4. 前記導電性有機膜はπ共役系有機膜であり、
   前記光は、酸素又は水分の存在下で前記導電性有機膜を酸化させることのできる波長及びエネルギーを持った光であることを特徴とする請求項１に記載の有機デバイスの製造方法。
5. 前記光は、紫外線であることを特徴とする請求項４に記載の有機デバイスの製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかの項に記載の有機デバイスの製造方法により製造されてなる有機デバイスを備えたことを特徴とする電子機器。

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