JP5320877B2 - 有機薄膜トランジスタ及びディスプレイ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタ及び該有機薄膜トランジスタを用いたディスプレイ装置に関する。
近年、有機半導体材料を利用した有機薄膜トランジスタの開発が盛んに行われている。
有機半導体材料は、印刷法、スピンコート法等のウェットプロセスによる簡便な方法で容易に薄膜を形成でき、無機半導体材料を利用した薄膜トランジスタと比し、製造プロセスを低温条件下で行うことができるという利点を有している。
これにより、耐熱性の低いプラスチック基板上へ成膜することも可能であり、ディスプレイ等のエレクトロニクスデバイスの軽量化や低コスト化が図られ、材料のフレキシビリティーを活かした用途等、幅広い展開が期待される。
有機半導体材料は、印刷法、スピンコート法等のウェットプロセスによる簡便な方法で容易に薄膜を形成でき、無機半導体材料を利用した薄膜トランジスタと比し、製造プロセスを低温条件下で行うことができるという利点を有している。
これにより、耐熱性の低いプラスチック基板上へ成膜することも可能であり、ディスプレイ等のエレクトロニクスデバイスの軽量化や低コスト化が図られ、材料のフレキシビリティーを活かした用途等、幅広い展開が期待される。
従来においても、有機半導体材料としてペンタセン等のアセン系材料を利用した技術の提案がなされている（例えば、下記特許文献１参照。）。
ペンタセンを有機半導体層として利用した有機薄膜トランジスタは、比較的高移動度を実現できるが、アセン系材料は汎用溶媒に対し極めて溶解性が低く、有機半導体層として薄膜化する際には、真空蒸着工程を経る必要がある。
すなわち、塗布法や印刷法等の簡易な工程により薄膜形成できず、今後の有機半導体材料への期待には必ずしも満足に応える材料ではない。
ペンタセンを有機半導体層として利用した有機薄膜トランジスタは、比較的高移動度を実現できるが、アセン系材料は汎用溶媒に対し極めて溶解性が低く、有機半導体層として薄膜化する際には、真空蒸着工程を経る必要がある。
すなわち、塗布法や印刷法等の簡易な工程により薄膜形成できず、今後の有機半導体材料への期待には必ずしも満足に応える材料ではない。
また、高分子有機半導体材料として、ポリ（３−アルキルチオフェン）を利用した技術（例えば、下記非特許文献１参照。）や、ジアルキルフルオレンとビチオフェンとの共重合体を利用した技術（例えば、下記非特許文献２参照。）等が提案されている。
これらの高分子有機半導体材料は、アルキル基を導入したことにより、低いながらも溶剤への溶解性をしているため、真空蒸着工程を経ずに、塗布法や印刷法を適用して薄膜形成を行うことが可能である。
ところで高分子有機半導体材料は、分子間が整列した状態において高い移動度が実現できるものである。しかしながら、成膜の際に、溶媒種、塗工方法等をはじめとする種々の要因により配列状態が劣化すると、最終的に得られるトランジスタ特性にバラツキが生じ、品質安定性が悪化するという問題を有している。
これらの高分子有機半導体材料は、アルキル基を導入したことにより、低いながらも溶剤への溶解性をしているため、真空蒸着工程を経ずに、塗布法や印刷法を適用して薄膜形成を行うことが可能である。
ところで高分子有機半導体材料は、分子間が整列した状態において高い移動度が実現できるものである。しかしながら、成膜の際に、溶媒種、塗工方法等をはじめとする種々の要因により配列状態が劣化すると、最終的に得られるトランジスタ特性にバラツキが生じ、品質安定性が悪化するという問題を有している。
そこで本発明においては、簡易な工程により確実に薄膜を形成して最終的に得られるトランジスタに品質に関して高い安定性を実現するべく、新規な有機半導体材料を利用した有機薄膜トランジスタ及び該有機薄膜トランジスタを用いたディスプレイ装置を提供することとした。
請求項１の発明においては、有機半導体層を具備する有機薄膜トランジスタであって、
前記有機半導体層が、下記一般式（I）で示される繰り返し単位を有する平均分子量が１０００以上１００００００以下の化合物を主成分として含有していることを特徴とする有機薄膜トランジスタを提供する。
前記有機半導体層が、下記一般式（I）で示される繰り返し単位を有する平均分子量が１０００以上１００００００以下の化合物を主成分として含有していることを特徴とする有機薄膜トランジスタを提供する。
但し、一般式（I）中、Ａｒ1は、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、Ａｒ2及びＡｒ3はそれぞれ独立に置換又は無置換の芳香族炭化水素基の二価基であり、かつ、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素基、置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基である。
請求項２の発明においては、前記有機半導体層は、下記一般式（II）で示される繰り返し単位を有する化合物を、主成分として含有していることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタを提供する。
ただし、一般式（II）中、Ａｒ1は置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素基、置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、Ｒ3及びＲ4はそれぞれ独立に、水素基、ハロゲン基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアルコキシ基又は置換若しくは無置換のアルキルチオ基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、ｘ及びｙは１以上４以下の整数であり、かつ、前記ｘ及び／又は前記ｙが２以上である場合、複数個の前記Ｒ3及び前記Ｒ4は、それぞれ独立している。
請求項３の発明においては、前記有機半導体層が、下記一般式（III）で示される繰り返し単位を有する化合物を主成分として含有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機薄膜トランジスタを提供する。
ただし、一般式（III）中、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素基、置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、Ｒ3、Ｒ4及びＲ5はそれぞれ独立に、水素基、ハロゲン基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアルコキシ基又は置換若しくは無置換のアルキルチオ基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、ｘ及びｙは１以上４以下の整数であり、ｚは１以上５以下の整数であり、かつ、前記ｘ及び／又は前記ｙ及び／又は前記ｚが２以上である場合、複数個の前記Ｒ3及び前記Ｒ4はそれぞれ独立し、複数個の前記Ｒ5はそれぞれ独立している若しくは少なくとも一部が結合している。
請求項４の発明においては、前記有機半導体層が、下記一般式（IV）で示される繰り返し単位を有する化合物を主成分として含有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタを提供する。
但し、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素基、置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9はそれぞれ独立に、水素基、ハロゲン基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアルコキシ基又は置換若しくは無置換のアルキルチオ基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、ｘ、ｙ及びｗは１以上４以下の整数であり、ｖは１以上３以下の整数であり、かつ、前記ｘ及び／又は前記ｙ及び／又は前記ｖ及び／又は前記ｗが２以上である場合、複数個の前記Ｒ3、前記Ｒ4、前記Ｒ6及び前記Ｒ7はそれぞれ独立している。
請求項５の発明においては、前記一般式（I）〜（IV）で示される繰り返し単位を有する化合物が、下記一般式（Ｖ）で表される置換基により末端封止されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタを提供する。
（式中、Ａｒ４及びＡｒ５はそれぞれ独立に、置換又は無置換の芳香族炭化水素基である。）
請求項６に記載の発明においては、有機半導体層を介して互いに分離した対の第１の電極と第２の電極と、
電圧を印加することにより、前記第１の電極と前記第２の電極との間の有機半導体層内を流れる電流をコントロールする機能を具備する第３の電極を具備していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタを提供する。
電圧を印加することにより、前記第１の電極と前記第２の電極との間の有機半導体層内を流れる電流をコントロールする機能を具備する第３の電極を具備していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタを提供する。
請求項７に記載の発明においては、前記第３の電極と、前記有機半導体層との間に、絶縁膜が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の有機薄膜トランジスタを提供する。
請求項８に記載の発明においては、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタにより表示画素が駆動されることを特徴とするディスプレイ装置を提供する。
請求項９に記載の発明においては、前記表示画素は、液晶素子、エレクトロルミネッセンス素子、エレクトロクロミック素子、及び電気泳動素子の中から選ばれたものであることを特徴とする請求項８に記載のディスプレイ装置を提供する。
本発明において有機半導体層の材料とした一般式（I）、（II）、（III）、（IV）の重合体化合物は、汎用溶媒に対する溶解性が良好であるため、湿式工程での成膜が可能である。特に高濃度溶液を利用すると、溶液粘度が高くなるため、印刷工程も利用可能となり、確実に薄膜形成が可能となった。
また、前記重合体化合物がアモルファス材料であるため、分子配向やグレインサイズ、グレインバウンダリーが存在せず、これらによって移動度が影響されることがないため、極めて再現性良く、高品質の有機半導体層を形成することができ、簡易工程により確実に薄膜形成が可能な有機半導体薄膜層を有する、品質安定性に優れた有機薄膜トランジスタ及び該有機薄膜トランジスタを用いたディスプレイ装置が提供された。
また、前記重合体化合物がアモルファス材料であるため、分子配向やグレインサイズ、グレインバウンダリーが存在せず、これらによって移動度が影響されることがないため、極めて再現性良く、高品質の有機半導体層を形成することができ、簡易工程により確実に薄膜形成が可能な有機半導体薄膜層を有する、品質安定性に優れた有機薄膜トランジスタ及び該有機薄膜トランジスタを用いたディスプレイ装置が提供された。
本発明の有機薄膜トランジスタの具体的な実施形態について図を参照して説明するが、本発明は下記に限定されるものではない。
本発明の有機薄膜トランジスタの構造について、図１〜図４に概略構造図を示して説明する。
有機薄膜トランジスタ１０、２０、３０、４０を構成する有機半導体層１は、後述する所定の繰り返し単位を有する重合体化合物を主成分としている。
有機薄膜トランジスタは、有機半導体層１を介して分離形成された第１の電極（ソース電極）２、第２の電極（ドレイン電極）３を有しており、これらと対向する第３の電極（ゲート電極）４を有している。
なお、ゲート電極４と有機半導体層１との間には、絶縁膜５（図３、図４）が設けられていてもよい。
有機薄膜トランジスタ１０、２０、３０、４０は、ゲート電極４への電圧印加により、ソース電極２とドレイン電極３の間の有機半導体層１内を流れる電流がコントロールされるようになされている。
本発明の有機薄膜トランジスタの構造について、図１〜図４に概略構造図を示して説明する。
有機薄膜トランジスタ１０、２０、３０、４０を構成する有機半導体層１は、後述する所定の繰り返し単位を有する重合体化合物を主成分としている。
有機薄膜トランジスタは、有機半導体層１を介して分離形成された第１の電極（ソース電極）２、第２の電極（ドレイン電極）３を有しており、これらと対向する第３の電極（ゲート電極）４を有している。
なお、ゲート電極４と有機半導体層１との間には、絶縁膜５（図３、図４）が設けられていてもよい。
有機薄膜トランジスタ１０、２０、３０、４０は、ゲート電極４への電圧印加により、ソース電極２とドレイン電極３の間の有機半導体層１内を流れる電流がコントロールされるようになされている。
本発明の有機薄膜トランジスタは、所定の支持体上に形成される。
支持体としては、従来公知の基板材料が適用でき、例えば、ガラス、シリコン、プラスチック等が挙げられる。なお導電性基板を用いることによりゲート電極４を兼用することができる。
また、ゲート電極４と導電性基板とが積層された構成としてもよいが、本発明の有機薄膜トランジスタをデバイスに応用する場合、フレキシビリティー、軽量化、安価、耐衝撃性等の実用面の特性を良好なものとするために、支持体としては、プラスチックシートを用いることが好ましい。
プラスチックシートとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートプロピオネート等のフィルムが挙げられる。
支持体としては、従来公知の基板材料が適用でき、例えば、ガラス、シリコン、プラスチック等が挙げられる。なお導電性基板を用いることによりゲート電極４を兼用することができる。
また、ゲート電極４と導電性基板とが積層された構成としてもよいが、本発明の有機薄膜トランジスタをデバイスに応用する場合、フレキシビリティー、軽量化、安価、耐衝撃性等の実用面の特性を良好なものとするために、支持体としては、プラスチックシートを用いることが好ましい。
プラスチックシートとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートプロピオネート等のフィルムが挙げられる。
次に、本発明の有機薄膜トランジスタ１０、２０、３０、４０を構成する有機半導体層１について説明する。
有機半導体層１は、下記一般式（I）、（II）、（III）あるいは（IV）で示される繰り返し単位を有する重合体化合物を主成分とする。
有機半導体層１は、下記一般式（I）、（II）、（III）あるいは（IV）で示される繰り返し単位を有する重合体化合物を主成分とする。
但し、一般式（I）中、Ａｒ1は、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、Ａｒ2及びＡｒ3はそれぞれ独立に置換又は無置換の芳香族炭化水素基の二価基であり、かつ、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素基、置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基である。
ただし、一般式（II）中、Ａｒ1は置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素基、置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、Ｒ3及びＲ4はそれぞれ独立に、水素基、ハロゲン基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアルコキシ基又は置換若しくは無置換のアルキルチオ基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、ｘ及びｙは１以上４以下の整数であり、かつ、前記ｘ及び／又は前記ｙが２以上である場合、複数個の前記Ｒ3及び前記Ｒ4は、それぞれ独立している。
但し、一般式（III）中、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素基、置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、Ｒ3、Ｒ4及びＲ5はそれぞれ独立に、水素基、ハロゲン基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアルコキシ基又は置換若しくは無置換のアルキルチオ基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、ｘ及びｙは１以上４以下の整数であり、ｚは１以上５以下の整数であり、かつ、前記ｘ及び／又は前記ｙ及び／又は前記ｚが２以上である場合、複数個の前記Ｒ3及び前記Ｒ4はそれぞれ独立し、複数個の前記Ｒ5はそれぞれ独立している若しくは少なくとも一部が結合している。
但し、一般式（IV）中、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素基、置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9はそれぞれ独立に、水素基、ハロゲン基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアルコキシ基又は置換若しくは無置換のアルキルチオ基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、ｘ、ｙ及びｗは１以上４以下の整数であり、ｖは１以上３以下の整数であり、かつ、前記ｘ及び／又は前記ｙ及び／又は前記ｖ及び／又は前記ｗが２以上である場合、複数個の前記Ｒ3、前記Ｒ4、前記Ｒ6及び前記Ｒ7はそれぞれ独立している。
上記重合体化合物について詳細に説明する。
一般式（I）、（II）、（III）、（IV）で表される繰返し単位をもつ重合体化合物は、アリールアミン重合体である。
一般式（Ｉ）のアリールアミン重合体は、ハロゲン化物とボロン酸化合物の鈴木カップリング、カルボニル化合物同士のマクマリーカップリング等の反応により得られるが、下記式に示すように、塩基存在下における、パラジウム触媒を用いてアミン化合物とジハロゲン化合物とのカップリング反応（脱ハロゲン化水素を伴う縮合反応）により、容易に短時間で収率良く重合体を得られるため、本法が好ましい。
一般式（I）、（II）、（III）、（IV）で表される繰返し単位をもつ重合体化合物は、アリールアミン重合体である。
一般式（Ｉ）のアリールアミン重合体は、ハロゲン化物とボロン酸化合物の鈴木カップリング、カルボニル化合物同士のマクマリーカップリング等の反応により得られるが、下記式に示すように、塩基存在下における、パラジウム触媒を用いてアミン化合物とジハロゲン化合物とのカップリング反応（脱ハロゲン化水素を伴う縮合反応）により、容易に短時間で収率良く重合体を得られるため、本法が好ましい。
上記式中、Ａｒ1は置換又は無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ａｒ2及びＡｒ3はそれぞれ独立に置換又は無置換の芳香族炭化水素基の二価基であり、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素基、置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であり、Ｘ1及びＸ2はそれぞれ独立に塩素、臭素、ヨウ素を表す。
原料となるアミン化合物とジハロゲン化合物は、通常１対１のモル比で使用するが、各モノマーの純度や目的とする重合体分子量の調節を図るために、一方を過剰量とすることもある。
合成に用いるパラジウム触媒としては、例えば、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム、塩化ビス（トリフェニルホスフィン）パラジウム、塩化ビス（ベンゾニトリル）パラジウム、トリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム、塩化パラジウム、酢酸パラジウム等が挙げられる。
なお、ホスフィン配位子も、上記カップリング反応に影響を与えることが確認されているため、例えば、トリ（ｔ−ブチル）ホスフィン、トリ（オルトトリル）ホスフィン、ＢＩＮＡＰ、ジフェニルホスフィノエタン等も適用することができる。
上述したパラジウム化合物と配位子からなる触媒成分は、各々反応系に加えても良いし、あらかじめパラジウム化合物と配位子成分を調製した後、反応系に添加しても良い。
なお、ホスフィン配位子も、上記カップリング反応に影響を与えることが確認されているため、例えば、トリ（ｔ−ブチル）ホスフィン、トリ（オルトトリル）ホスフィン、ＢＩＮＡＰ、ジフェニルホスフィノエタン等も適用することができる。
上述したパラジウム化合物と配位子からなる触媒成分は、各々反応系に加えても良いし、あらかじめパラジウム化合物と配位子成分を調製した後、反応系に添加しても良い。
パラジウム触媒の使用量は、アミン化合物に対し、パラジウム換算で通常、０．０００００１〜２０モル％、好ましくは０．０００１〜１０モル％とすることが好ましい。
上記カップリング反応において使用する塩基としては、金属アルコシド、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物等が適用できる。
具体的には、カリウムｔ−ブトキシド、ナトリウムｔ−ブトキシド、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸セシウム、リン酸カリウム、リン酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等が挙げられる。
上述した塩基の使用量は、特に限定されず適宜選定するが、原料のジハロゲン化物に対して２倍モル以上使用することが好ましい。
反応の際の雰囲気は、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
具体的には、カリウムｔ−ブトキシド、ナトリウムｔ−ブトキシド、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸セシウム、リン酸カリウム、リン酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等が挙げられる。
上述した塩基の使用量は、特に限定されず適宜選定するが、原料のジハロゲン化物に対して２倍モル以上使用することが好ましい。
反応の際の雰囲気は、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
上記カップリング反応における溶媒としては、反応を阻害しなければ特に限定されない。具体的にはベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、シメン、クメン、テトラリン等の芳香族炭化水素溶媒や、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン等のエーテル溶媒や、その他、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル等が挙げられる。
前記反応に用いられるジハロゲン化合物の反応性に関しては、ハロゲン原子が、ヨウ素＞臭素＞塩素の順で高い。反応温度はジハロゲン化合物の反応性に応じて設定することが好ましい。
重合時間は、適用するモノマーの反応性、目的とする重合体化合物の分子量に応じて適宜設定されるが、具体的には０．２時間〜４８時間が好適である。
重合時間は、適用するモノマーの反応性、目的とする重合体化合物の分子量に応じて適宜設定されるが、具体的には０．２時間〜４８時間が好適である。
また、重合体分子量を調節するために、所定の分子量調節剤、または末端修飾基として重合体の末端を封止するための封止剤を、反応途中、あるいは反応開始時に添加してもよい。
上記カップリング反応により得た重合体は、最終的にエレクトロニクス材料として利用することを考慮して、末端封止処理を施しておくことが望ましい。
これにより、ポリマー鎖の末端にハロゲンあるいはアミノ基に由来するプロトンが存在することが無くなり、材料特性の経時変化や、ロット毎、あるいは素子毎の特性のばらつきを効果的に抑制できる。
末端封止剤としては、モノハロゲン化物、あるいは、第二アミン等の反応活性基を１個有する化合物が挙げられる。特に、一般式（Ｖ）に示される末端基にするには第三アミノ基を有するモノハロゲン化物又は第二アミンが好ましい。重合体の末端は複数存在するが、各々同一でも別異でも良い。
これにより、ポリマー鎖の末端にハロゲンあるいはアミノ基に由来するプロトンが存在することが無くなり、材料特性の経時変化や、ロット毎、あるいは素子毎の特性のばらつきを効果的に抑制できる。
末端封止剤としては、モノハロゲン化物、あるいは、第二アミン等の反応活性基を１個有する化合物が挙げられる。特に、一般式（Ｖ）に示される末端基にするには第三アミノ基を有するモノハロゲン化物又は第二アミンが好ましい。重合体の末端は複数存在するが、各々同一でも別異でも良い。
（式中、Ａｒ４及びＡｒ５はそれぞれ独立に、置換又は無置換の芳香族炭化水素基である。）
分子量調節剤としては、前記末端封止剤と同様のものを適用できる。あるいは、アミンモノマー材料に対応する第二アミン、又はジハロゲン化物モノマー材料に対応するモノハロゲン化物を小過剰加えて分子量調調節剤とすることもできる。
次に、上記有機半導体層を構成する重合体化合物について、更に詳細に説明する。
上記一般式（I）中の、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基Ａｒ1は、単環基、多環基（縮合多環基、非縮合多環基）のいずれでもよい。例えばフェニル基、ナフチル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アントリル基、トリフェニレニル基、クリセニル基、ビフェニル基、ターフェニル基等が挙げられ、一般式中、Ｒ１およびＲ２における置換又は無置換の芳香族炭化水素基についても上記と同様に定義される。
置換もしくは無置換の、芳香族炭化水素Ａｒ2、Ａｒ3としては、一例として上記芳香族基の二価基が挙げられる。
上記一般式（I）の好適な第一の態様を下記式に示す。
上記一般式（I）中の、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基Ａｒ1は、単環基、多環基（縮合多環基、非縮合多環基）のいずれでもよい。例えばフェニル基、ナフチル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アントリル基、トリフェニレニル基、クリセニル基、ビフェニル基、ターフェニル基等が挙げられ、一般式中、Ｒ１およびＲ２における置換又は無置換の芳香族炭化水素基についても上記と同様に定義される。
置換もしくは無置換の、芳香族炭化水素Ａｒ2、Ａｒ3としては、一例として上記芳香族基の二価基が挙げられる。
上記一般式（I）の好適な第一の態様を下記式に示す。
更に好ましい第二の態様を下記式に示す。
更に好ましい第三の態様を下記式に示す。
また、前記芳香族炭化水素基Ａｒ1、Ａｒ2、Ａｒ3は、下記（１）〜（６）の置換基を有していてもよい。
（１）ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基。
（２）炭素数１〜２５の直鎖または分岐鎖の、アルキル基、アルコキシ基。但しこれらはさらにハロゲン原子、シアノ基、フェニル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシ基、アルキルチオ基で置換されていてもよい。
（３）アリールオキシ基（アリール基とフェニル基、ナフチル基を有するアリールオキシ基。）。ハロゲン原子を置換基として含有しても良く、炭素数１〜２５の直鎖または分岐鎖の、アルキル基またはアルコキシ基あるいはアルキルチオ基を含有していても良い。具体的には、フェノキシ基、１−ナフチルオキシ基、２−ナフチルオキシ基、４−メチルフェノキシ基、４−メトキシフェノキシ基、４−クロロフェノキシ基、６−メチル−２−ナフチルオキシ基等が挙げられる。
（４）アルキルチオ基又はアリールチオ基。具体的にはメチルチオ基、エチルチオ基、フェニルチオ基、ｐ−メチルフェニルチオ基等が挙げられる。
（５）アルキル置換アミノ基。具体的には、ジエチルアミノ基、Ｎ−メチル−Ｎ−フェニルアミノ基、Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ基、Ｎ，Ｎ−ジ（ｐ−トリル）アミノ基、ジベンジルアミノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、ユロリジル基等が挙げられる。
（６）アシル基。具体的にはアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、マロニル基、ベンゾイル基等が挙げられる。
更に、Ａｒ4及びＡｒ5についても、上記Ａｒ1の説明と同様であるが、ポリマー鎖には二つの末端基が存在するため、互いの末端基は上記説明の範囲内で異なっていても良い。
（１）ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基。
（２）炭素数１〜２５の直鎖または分岐鎖の、アルキル基、アルコキシ基。但しこれらはさらにハロゲン原子、シアノ基、フェニル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシ基、アルキルチオ基で置換されていてもよい。
（３）アリールオキシ基（アリール基とフェニル基、ナフチル基を有するアリールオキシ基。）。ハロゲン原子を置換基として含有しても良く、炭素数１〜２５の直鎖または分岐鎖の、アルキル基またはアルコキシ基あるいはアルキルチオ基を含有していても良い。具体的には、フェノキシ基、１−ナフチルオキシ基、２−ナフチルオキシ基、４−メチルフェノキシ基、４−メトキシフェノキシ基、４−クロロフェノキシ基、６−メチル−２−ナフチルオキシ基等が挙げられる。
（４）アルキルチオ基又はアリールチオ基。具体的にはメチルチオ基、エチルチオ基、フェニルチオ基、ｐ−メチルフェニルチオ基等が挙げられる。
（５）アルキル置換アミノ基。具体的には、ジエチルアミノ基、Ｎ−メチル−Ｎ−フェニルアミノ基、Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ基、Ｎ，Ｎ−ジ（ｐ−トリル）アミノ基、ジベンジルアミノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、ユロリジル基等が挙げられる。
（６）アシル基。具体的にはアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、マロニル基、ベンゾイル基等が挙げられる。
更に、Ａｒ4及びＡｒ5についても、上記Ａｒ1の説明と同様であるが、ポリマー鎖には二つの末端基が存在するため、互いの末端基は上記説明の範囲内で異なっていても良い。
上記有機半導体層の重合体化合物は、芳香環上にハロゲン原子、置換もしくは無置換の、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基を置換基として有しているものとすることにより、溶媒への溶解性の向上効果が得られる。特に、置換基もしくは無置換の、アルキル基やアルコキシ基、アルキルチオ基が好適である。
好適な置換基としては、具体的に、炭素数が１〜２５の、アルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基が挙げられる。これら置換基は同一のものを複数導入してもよいし、異なるものを複数導入してもよい。また、これらのアルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基はさらにハロゲン原子、シアノ基、アリール基、ヒドロキシル基、カルボキシル基または炭素数１〜１２の直鎖、分岐鎖もしくは環状のアルキル基、アルコキシ基あるいはアルキルチオ基で置換されたアリール基を含有していてもよい。
アルキル基として具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｔ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、３，７−ジメチルオクチル基、２−エチルヘキシル基、トリフルオロメチル基、２−シアノエチル基、ベンジル基、４−クロロベンジル基、４−メチルベンジル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等を一例として挙げることができ、アルコキシ基、アルキルチオ基としては上記アルキル基の結合位に酸素原子または硫黄原子を挿入してアルコキシ基、アルキルチオ基としたものが一例として挙げられる。
一般式中、Ｒ１およびＲ２における置換又は無置換のアルキル基についても上記と同様に定義される。
重合体化合物を上記のような構造とすることにより、最終的に目的とする有機薄膜トランジスタを、有機ＥＬ素子や有機トランジスタ素子等に利用する場合においても、製造工程における湿式成膜過程の製造許容範囲を大きくできるという利点が得られる。
すなわち、塗工溶媒の選択肢の拡大、溶液調製時の温度範囲の拡大、溶媒の乾燥時の温度及び圧力範囲の拡大という種々の利点が得られ、これらプロセッシビリティーの高さにより、結果的に高純度で均一性の高い高品質な薄膜が得られるという効果が得られる。
好適な置換基としては、具体的に、炭素数が１〜２５の、アルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基が挙げられる。これら置換基は同一のものを複数導入してもよいし、異なるものを複数導入してもよい。また、これらのアルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基はさらにハロゲン原子、シアノ基、アリール基、ヒドロキシル基、カルボキシル基または炭素数１〜１２の直鎖、分岐鎖もしくは環状のアルキル基、アルコキシ基あるいはアルキルチオ基で置換されたアリール基を含有していてもよい。
アルキル基として具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｔ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、３，７−ジメチルオクチル基、２−エチルヘキシル基、トリフルオロメチル基、２−シアノエチル基、ベンジル基、４−クロロベンジル基、４−メチルベンジル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等を一例として挙げることができ、アルコキシ基、アルキルチオ基としては上記アルキル基の結合位に酸素原子または硫黄原子を挿入してアルコキシ基、アルキルチオ基としたものが一例として挙げられる。
一般式中、Ｒ１およびＲ２における置換又は無置換のアルキル基についても上記と同様に定義される。
重合体化合物を上記のような構造とすることにより、最終的に目的とする有機薄膜トランジスタを、有機ＥＬ素子や有機トランジスタ素子等に利用する場合においても、製造工程における湿式成膜過程の製造許容範囲を大きくできるという利点が得られる。
すなわち、塗工溶媒の選択肢の拡大、溶液調製時の温度範囲の拡大、溶媒の乾燥時の温度及び圧力範囲の拡大という種々の利点が得られ、これらプロセッシビリティーの高さにより、結果的に高純度で均一性の高い高品質な薄膜が得られるという効果が得られる。
前記重合体化合物の分子量は、ポリスチレン換算数平均分子量で１０００〜１００００００が好ましく、より好ましくは２０００〜５０００００である。
上記換算数平均分子量が１０００未満である場合には、クラックが発生したりし、成膜性が悪化し、実用上の特性が悪化する。
また、上記換算数平均分子量が１００００００を超えるような場合には、汎用されている有機溶媒に対する溶解性が悪化し、溶液の粘度が高くなりすぎ、塗工が困難になり、実用性上問題になる。
上記換算数平均分子量が１０００未満である場合には、クラックが発生したりし、成膜性が悪化し、実用上の特性が悪化する。
また、上記換算数平均分子量が１００００００を超えるような場合には、汎用されている有機溶媒に対する溶解性が悪化し、溶液の粘度が高くなりすぎ、塗工が困難になり、実用性上問題になる。
また、前記重合体化合物には、機械的特性の向上を図ることを目的として、重合時に分岐化剤を少量加えてもよい。
分岐化剤としては、重合反応活性基を３つ以上（同種でも異種でもよい）有する、従来公知の化合物を適用できる。分岐化剤は単独で使用してもよく、また複数併用してもよい。
分岐化剤としては、重合反応活性基を３つ以上（同種でも異種でもよい）有する、従来公知の化合物を適用できる。分岐化剤は単独で使用してもよく、また複数併用してもよい。
なお、上述した工程により合成された重合体は、触媒、塩基、未反応モノマー、末端停止剤、また、重合中に発生した無機塩等の不純物を除去して、その後の有機半導体層形成工程で使用される。本発明に用いられる重合体化合物は溶解性に優れるため、精製方法の選択肢が多様であり、加えて精製操作が容易になるため、結果的に高純度な材料を得る事が可能となる。
精製操作は、再沈澱、抽出、ソックスレー抽出、限外濾過、透析等をはじめとする従来公知の方法を使用できる。
精製操作は、再沈澱、抽出、ソックスレー抽出、限外濾過、透析等をはじめとする従来公知の方法を使用できる。
重合体化合物（一般式（I）、（II）、（III）、（IV）で表される繰返し単位をもつ重合体化合物）は、溶剤への溶解性が良好なため、インク形成能に優れている。本発明に用いられる重合体化合物を含有するインク組成物は、各種成膜方法や目的とする膜厚に応じて、溶媒種、濃度、粘度を適宜変更して、あるいはその他の添加物を添加して調製する事ができる。前記インク組成物を用いて、スピンコート法、キャスト法、ディップ法、インクジェット法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法、ディスペンス法等の、従来公知の成膜技術を適用することにより、素子の短絡を引き起こしたり、素子の寿命を低下させる要因となるクラックやピンホールのない、強度、靭性、耐久性、耐熱性、発光性等に優れた良好な薄膜を作製することができる。これにより、各種光電変換素子、薄膜トランジスタ素子、発光素子等の機能素子用材料として応用できる。
次に、上述した重合体化合物を用いて、図１〜図４に示した有機薄膜トランジスタの、有機半導体層１を成膜する工程について説明する。
先ず、塗布方法としては、例えばジクロロメタン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、トルエン、ジクロロベンゼン及びキシレン等の溶剤に溶解し、所定の支持体上に塗布することによって薄膜を形成することができる。
具体的な成膜方法としては、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、インクジェット法、ディスペンス法等が挙げられ、材料に応じて適した方法と、溶媒を選定する。
有機薄膜トランジスタを得る場合、有機半導体層１の膜厚は、特に制限はないが、均一な薄膜（即ち、有機半導体層のキャリア輸送特性に悪影響を及ぼすギャップやホールがない）が形成されるような膜厚を選択する。一般には１μｍ以下であり、特に５〜２００ｎｍが好ましい。
先ず、塗布方法としては、例えばジクロロメタン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、トルエン、ジクロロベンゼン及びキシレン等の溶剤に溶解し、所定の支持体上に塗布することによって薄膜を形成することができる。
具体的な成膜方法としては、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、インクジェット法、ディスペンス法等が挙げられ、材料に応じて適した方法と、溶媒を選定する。
有機薄膜トランジスタを得る場合、有機半導体層１の膜厚は、特に制限はないが、均一な薄膜（即ち、有機半導体層のキャリア輸送特性に悪影響を及ぼすギャップやホールがない）が形成されるような膜厚を選択する。一般には１μｍ以下であり、特に５〜２００ｎｍが好ましい。
次に、図１〜図４の有機薄膜トランジスタにおける、上記有機半導体層以外の構成要素について説明する。
有機半導体層１は、第１の電極（ソース電極）、第２の電極（ドレイン電極）、及び必要に応じて絶縁膜５に接して形成されている。
有機半導体層１は、第１の電極（ソース電極）、第２の電極（ドレイン電極）、及び必要に応じて絶縁膜５に接して形成されている。
絶縁膜５について説明する。
有機薄膜トランジスタを構成する絶縁膜は、種々の絶縁膜材料を用いて形成されている。
例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコウム酸化チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウム等の無機系絶縁材料が挙げられる。
また、例えば、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、ポリエステル、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスチレン、ポリメタクリル酸エステル、無置換またはハロゲン原子置換ポリパラキシリレン、ポリアクリロニトリル、シアノエチルプルラン等の高分子化合物も用いることができる。
更には、上記絶縁材料を２種以上合わせて用いても良い。これらのうち、特に材料は限定されないが、誘電率が高く導電率が低いものが好ましい。
絶縁膜５の形成方法としては、例えば、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、プラズマ重合法、蒸着法のドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ディップコート法、インクジェット法、キャスト法、ブレードコート法、バーコート法等の塗布によるウェットプロセスが挙げられる。
有機薄膜トランジスタを構成する絶縁膜は、種々の絶縁膜材料を用いて形成されている。
例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコウム酸化チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウム等の無機系絶縁材料が挙げられる。
また、例えば、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、ポリエステル、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスチレン、ポリメタクリル酸エステル、無置換またはハロゲン原子置換ポリパラキシリレン、ポリアクリロニトリル、シアノエチルプルラン等の高分子化合物も用いることができる。
更には、上記絶縁材料を２種以上合わせて用いても良い。これらのうち、特に材料は限定されないが、誘電率が高く導電率が低いものが好ましい。
絶縁膜５の形成方法としては、例えば、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、プラズマ重合法、蒸着法のドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ディップコート法、インクジェット法、キャスト法、ブレードコート法、バーコート法等の塗布によるウェットプロセスが挙げられる。
次に、有機半導体層１と絶縁膜５との界面修飾について説明する。
有機薄膜トランジスタにおいて、絶縁膜５と有機半導体層１との接着性を向上させ、かつ駆動電圧の低減、リーク電流の低減等を図ることを目的として、有機半導体層１と絶縁膜５との間には、所定の有機薄膜を設けるようにしてもよい。
この有機薄膜は有機半導体層に対し化学的影響を与えなければ特に限定されるものではないが、例えば、有機分子膜や高分子薄膜が利用できる。
有機分子膜としては、例えばオクタデシルトリクロロシランやヘキサメチルジシラザン等を始めとしたカップリング剤が挙げられる。
高分子薄膜としては、上述の高分子絶縁膜材料を利用することができ、これらが絶縁膜の一種として機能していても良い。
また、この有機薄膜をラビング等により、異方性処理を施していても良い。
有機薄膜トランジスタにおいて、絶縁膜５と有機半導体層１との接着性を向上させ、かつ駆動電圧の低減、リーク電流の低減等を図ることを目的として、有機半導体層１と絶縁膜５との間には、所定の有機薄膜を設けるようにしてもよい。
この有機薄膜は有機半導体層に対し化学的影響を与えなければ特に限定されるものではないが、例えば、有機分子膜や高分子薄膜が利用できる。
有機分子膜としては、例えばオクタデシルトリクロロシランやヘキサメチルジシラザン等を始めとしたカップリング剤が挙げられる。
高分子薄膜としては、上述の高分子絶縁膜材料を利用することができ、これらが絶縁膜の一種として機能していても良い。
また、この有機薄膜をラビング等により、異方性処理を施していても良い。
次に、有機薄膜トランジスタを構成する電極について説明する。
本発明の有機薄膜トランジスタは、有機半導体層を介して互いに分離した対の第１の電極（ソース電極）と第２の電極（ドレイン電極）と、電圧を印加することにより、前記第１の電極と前記第２の電極との間の有機半導体層内を流れる電流をコントロールする機能を具備する第３の電極（ゲート電極）を具備している。有機薄膜トランジスタはスイッチング素子であるため、第３の電極（ゲート電極）による電圧の印加状態により、第１の電極（ソース電極）と第２の電極（ドレイン電極）間に流れる電流量が大きく変調できることが重要である。これはトランジスタの駆動状態で大きな電流が流れ、非駆動状態では、電流が流れないことを意味する。
ゲート電極、ソース電極としては、導電性材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、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、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム等、及びこれらの合金やインジウム・錫酸化物等の導電性金属酸化物、あるいはドーピング等で導電率を向上させた無機及び有機半導体、例えば、シリコン単結晶、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、グラファイト、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチエニレンビニレン、ポリパラフェニレンビニレン、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等が適用できる。
ソース電極、及びドレイン電極は、半導体層との接触面において、電気抵抗が少ないものとすることが望ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタは、有機半導体層を介して互いに分離した対の第１の電極（ソース電極）と第２の電極（ドレイン電極）と、電圧を印加することにより、前記第１の電極と前記第２の電極との間の有機半導体層内を流れる電流をコントロールする機能を具備する第３の電極（ゲート電極）を具備している。有機薄膜トランジスタはスイッチング素子であるため、第３の電極（ゲート電極）による電圧の印加状態により、第１の電極（ソース電極）と第２の電極（ドレイン電極）間に流れる電流量が大きく変調できることが重要である。これはトランジスタの駆動状態で大きな電流が流れ、非駆動状態では、電流が流れないことを意味する。
ゲート電極、ソース電極としては、導電性材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、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、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム等、及びこれらの合金やインジウム・錫酸化物等の導電性金属酸化物、あるいはドーピング等で導電率を向上させた無機及び有機半導体、例えば、シリコン単結晶、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、グラファイト、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチエニレンビニレン、ポリパラフェニレンビニレン、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等が適用できる。
ソース電極、及びドレイン電極は、半導体層との接触面において、電気抵抗が少ないものとすることが望ましい。
上記電極の形成方法としては、例えば、上記電極形成用材料を原料として、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、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を適用することによって、電極形状とする方法が挙げられる。
また、アルミニウムや銅等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も適用できる。
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良いし、塗工膜からリソグラフィーやレーザーアブレーション等により形成しても良い。
さらには、導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペースト等を凸版、凹版、平版、スクリーン印刷等の印刷法でパターニングする方法も適用できる。
また、アルミニウムや銅等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も適用できる。
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良いし、塗工膜からリソグラフィーやレーザーアブレーション等により形成しても良い。
さらには、導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペースト等を凸版、凹版、平版、スクリーン印刷等の印刷法でパターニングする方法も適用できる。
本発明の有機薄膜トランジスタは、必要に応じて各電極からの引出し電極を設けてもよい。
また、本発明の有機トランジスタは、大気中でも安定に駆動するものであるが、機械的破壊からの保護、水分やガスからの保護、またはデバイスの集積の都合上の保護等のため必要に応じて保護層を設けることもできる。
上述した本発明の有機薄膜トランジスタはばらつきが低減され、オンオフ比が高い（特にオフ電流が低い）ため、液晶、エレクトロルミネッセンス、エレクトロクロミック、電気泳動等の、従来公知の各種表示画像素子を駆動するための素子として好適に利用でき、これらの集積化により、いわゆる「電子ペーパー」と呼ばれるディスプレイを製造することが可能である。
本発明のディスプレイ装置は、例えば、液晶表示装置では液晶表示素子、ＥＬ表示装置では有機若しくは無機のエレクトロルミネッセンス表示素子、電気泳動表示装置では電気泳動表示素子などの表示素子を１表示画素として、該表示素子をＸ方向及びＹ方向にマトリックス状に複数配列して構成される。前記表示素子は、該表示素子に対して電圧の印加又は電流の供給を行うためのスイッチング素子として、本発明の有機薄膜トランジスタを備えている。本発明のディスプレイ装置としては、前記スイッチング素子が前記表示素子の数、即ち表示画素数に対応して複数備えられる。
前記表示素子は、前記スイッチング素子の他に、例えば、基板、透明電極等の電極、偏光板、カラーフィルタなどの構成部材を備えるが、これらの構成部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、従来から公知のものを使用することができる。
前記ディスプレイ装置が、所定の画像を形成する場合には、例えば、マトリックス状に配置されたスイッチング素子の中から任意に選択された前記スイッチング素子が、対応する前記表示素子に電圧の印加又は電流を供給する時のみスイッチがＯＮ又はＯＦＦとなり、その他の時間はＯＦＦ又はＯＮとなるように構成することにより、高速、高コントラストで、前記ディスプレイ装置の表示を行うことができる。なお、前記ディスプレイ装置における画像の表示動作としては、従来から公知の表示動作により画像等が表示される。例えば、前記液晶表示素子の場合には、液晶に対して電圧を印加することにより、該液晶の分子配列を制御して画像等の表示が行われる。また、前記有機若しくは無機のエレクトロルミネッセンス表示素子の場合には、有機若しくは無機膜で形成された発光ダイオードに電流を供給して該有機若しくは無機膜を発光させることにより画像等の表示が行われる。また、前記電気泳動表示素子の場合には、例えば、異なる極性に帯電された白及び黒色の着色粒子に電圧を印加して、電極間で前記粒子を所定方向に電気的に泳動させて画像等の表示が行われる。
前記ディスプレイ装置は、前記スイッチング素子を塗工、印刷等の簡易なプロセスにより作製可能であり、プラスチック基板、紙等の高温処理に耐えない基板を用いることができるとともに、大面積のディスプレイであっても、省エネルギー、低コストで前記スイッチング素子を作製可能となる。
加えて、ばらつきの少ない上述した重合体化合物を用いた本発明有機薄膜トランジスタにより表示画素を駆動する事により、マトリックス状に複数配列した場合でも、画素間の表示のばらつきが低減される。
また、ＩＣタグ等のデバイスとして、本発明の有機薄膜トランジスタを集積化したICを利用することが可能である。
本発明の有機薄膜トランジスタの具体的な実施例を示して説明する。
先ず、有機半導体層を構成する重合体を合成する。
＜合成例１（重合体１の合成）＞
先ず、有機半導体層を構成する重合体を合成する。
＜合成例１（重合体１の合成）＞
上記式に従い、重合体１を合成する。
１００ｍｌフラスコにｐ−ｎ−オクチルアニリン：０．９１１ｇ（４．４４ｍｍｏｌ）、４，４’−ジブロモ−トランス−スチルベン：１．５００ｇ（４．４４ｍｍｏｌ）、Ｐ（ｔＢｕ）３：１８．０ｍｇ、Ｐｄ2（ｄｂａ）3：２０．３ｍｇ、ナトリウムｔ−ブトキシド：１．７０５ｇ、トルエン：２７ｍｌ入れ、系内をアルゴン置換し、３０分還流した。
反応溶液に末端封止剤としてジフェニルアミン３７．５ｍｇを加え３０分還流した後、ブロモベンゼン６９．７ｍｇを加えさらに３０分還流した。
室温に放冷し、トルエンを加えて希釈した後、少量の水を加えた。
この溶液を８００ｍｌのメタノールに滴下し、析出した固体を濾取した。
得られたポリマーをトルエン／アセトンで再沈精製した後、トルエンに溶解し、溶液をイオン交換水で数回洗浄した。
溶媒を留去して減圧下乾燥し、重合体１（末端はジフェニルアミン構造を有する）を１．２２ｇ、収率７２％で得た。
得られた重合体１は、ＴＨＦ、トルエン、キシレン、メシチレン、ジクロロメタン、クロロホルム等の溶剤に易溶であった。
キャスト、あるいはスピンコート等による湿式成膜法から得られた重合体１の薄膜は、クラックやピンホールの無い良質なアモルファス膜であり、黄緑色の強い蛍光を示した。 ＧＰＣで測定したポリスチレン換算の数平均分子量は４３０００、重量平均分子量は１２９０００であった。ＩＲ分析を行ったところ、下記の結果が得られた。
ＩＲ（ＮａＣｌキャスト膜）ν/ｃｍ-1：３０２６，２９２５，２８５３，１６０１，１５０６，１４６６，１３１９，１２８３，１１７８，９５９（トランス−ＣＨ＝ＣＨ−），８２９，７３２，５８３，５３９．
１００ｍｌフラスコにｐ−ｎ−オクチルアニリン：０．９１１ｇ（４．４４ｍｍｏｌ）、４，４’−ジブロモ−トランス−スチルベン：１．５００ｇ（４．４４ｍｍｏｌ）、Ｐ（ｔＢｕ）３：１８．０ｍｇ、Ｐｄ2（ｄｂａ）3：２０．３ｍｇ、ナトリウムｔ−ブトキシド：１．７０５ｇ、トルエン：２７ｍｌ入れ、系内をアルゴン置換し、３０分還流した。
反応溶液に末端封止剤としてジフェニルアミン３７．５ｍｇを加え３０分還流した後、ブロモベンゼン６９．７ｍｇを加えさらに３０分還流した。
室温に放冷し、トルエンを加えて希釈した後、少量の水を加えた。
この溶液を８００ｍｌのメタノールに滴下し、析出した固体を濾取した。
得られたポリマーをトルエン／アセトンで再沈精製した後、トルエンに溶解し、溶液をイオン交換水で数回洗浄した。
溶媒を留去して減圧下乾燥し、重合体１（末端はジフェニルアミン構造を有する）を１．２２ｇ、収率７２％で得た。
得られた重合体１は、ＴＨＦ、トルエン、キシレン、メシチレン、ジクロロメタン、クロロホルム等の溶剤に易溶であった。
キャスト、あるいはスピンコート等による湿式成膜法から得られた重合体１の薄膜は、クラックやピンホールの無い良質なアモルファス膜であり、黄緑色の強い蛍光を示した。 ＧＰＣで測定したポリスチレン換算の数平均分子量は４３０００、重量平均分子量は１２９０００であった。ＩＲ分析を行ったところ、下記の結果が得られた。
ＩＲ（ＮａＣｌキャスト膜）ν/ｃｍ-1：３０２６，２９２５，２８５３，１６０１，１５０６，１４６６，１３１９，１２８３，１１７８，９５９（トランス−ＣＨ＝ＣＨ−），８２９，７３２，５８３，５３９．
＜合成例２（重合体２の合成）＞
上記式に従い、重合体２を合成する。
ｐ−ｎ−ヘキシルオキシアニリン：０．５７２ｇ（２．９６ｍｍｏｌ）、４，４’−ジブロモ−トランス−スチルベン：１．０００ｇ（２．９６ｍｍｏｌ）を用いて、実施例１と同様の方法により、重合体２（末端はジフェニルアミン構造を有する）を０．７５ｇ得た。
得られた重合体２は、ＴＨＦ、トルエン、キシレン、ジクロロメタン、クロロホルム等の溶剤に易溶であった。
キャスト、あるいはスピンコート等による湿式成膜法から得られた重合体２の薄膜は、クラックやピンホールの無い良質なアモルファス膜であり、黄緑色の強い蛍光を示した。
ＧＰＣで測定したポリスチレン換算の数平均分子量は２７０００、重量平均分子量は７３０００であった。ＩＲ分析を行ったところ、下記の結果が得られた。
ＩＲ（ＮａＣｌキャスト膜）ν/ｃｍ-1：３０２７，２９２９，２８５８，１５９９，１５０５，１４７１，１３１６，１２８３，１２４０，１１７８，９５９（トランス−ＣＨ＝ＣＨ−），８２７，７３０，５８１．
ｐ−ｎ−ヘキシルオキシアニリン：０．５７２ｇ（２．９６ｍｍｏｌ）、４，４’−ジブロモ−トランス−スチルベン：１．０００ｇ（２．９６ｍｍｏｌ）を用いて、実施例１と同様の方法により、重合体２（末端はジフェニルアミン構造を有する）を０．７５ｇ得た。
得られた重合体２は、ＴＨＦ、トルエン、キシレン、ジクロロメタン、クロロホルム等の溶剤に易溶であった。
キャスト、あるいはスピンコート等による湿式成膜法から得られた重合体２の薄膜は、クラックやピンホールの無い良質なアモルファス膜であり、黄緑色の強い蛍光を示した。
ＧＰＣで測定したポリスチレン換算の数平均分子量は２７０００、重量平均分子量は７３０００であった。ＩＲ分析を行ったところ、下記の結果が得られた。
ＩＲ（ＮａＣｌキャスト膜）ν/ｃｍ-1：３０２７，２９２９，２８５８，１５９９，１５０５，１４７１，１３１６，１２８３，１２４０，１１７８，９５９（トランス−ＣＨ＝ＣＨ−），８２７，７３０，５８１．
＜合成例３（重合体３の合成）＞
上記式に従い、重合体３を合成する。
アルゴン置換した１００ｍｌフラスコに、Ｐ（ｔＢｕ）3：１２ｍｇ、脱気した乾燥トルエン：２０ｍｌを入れ、さらにＰｄ2（ｄｂａ）3：１３．５ｍｇを加えて１５分攪拌した。
この溶液に、９，９−ジヘキシル−２−アミノフルオレン：１．０３４ｇ（２．９６ｍｍｏｌ）、４，４’−ジブロモ−トランス−スチルベン：１．０４９ｇ（３．１１ｍｍｏｌ）、ナトリウムｔ−ブトキシド：１．１３７ｇ（１１．８３ｍｍｏｌ）を入れ、１．５時間還流した後、ジフェニルアミン３７．５ｍｇを加えてさらに１．５時間還流した。
室温に戻した後、少量の水を加えた。この溶液を７００ｍｌのメタノールに滴下し、析出した固体を濾取した。
得られたポリマーをトルエン／メタノールで数回再沈精製した後、トルエンに溶解し、溶液を脱イオン水でよく洗浄した。溶媒を留去して減圧下乾燥し、重合体３を１．１７３ｇ、収率７５％で得た。
得られた重合体３は、ＴＨＦ、トルエン、キシレン、メシチレン、ジクロロメタン、クロロホルム等の溶剤に易溶であった。キャストあるいはスピンコート等による湿式成膜法から得られた重合体３の薄膜は、クラックやピンホールの無い良質なアモルファス膜であり、黄緑色の強い蛍光を示した。
ＧＰＣで測定したポリスチレン換算の数平均分子量は２３０００、重量平均分子量は５３０００であった。ＩＲ分析を行ったところ、下記の結果が得られた。
ＩＲ（ＮａＣｌキャスト膜）ν/ｃｍ−１：３０２７，２９５４，２９２７，２８５５，１６０２，１５０８，１４５２，１３０９，１２８２，１２１５，１１７７，９５９（トランス−ＣＨ＝ＣＨ−），８２８，７５７，７３８，５４０．
アルゴン置換した１００ｍｌフラスコに、Ｐ（ｔＢｕ）3：１２ｍｇ、脱気した乾燥トルエン：２０ｍｌを入れ、さらにＰｄ2（ｄｂａ）3：１３．５ｍｇを加えて１５分攪拌した。
この溶液に、９，９−ジヘキシル−２−アミノフルオレン：１．０３４ｇ（２．９６ｍｍｏｌ）、４，４’−ジブロモ−トランス−スチルベン：１．０４９ｇ（３．１１ｍｍｏｌ）、ナトリウムｔ−ブトキシド：１．１３７ｇ（１１．８３ｍｍｏｌ）を入れ、１．５時間還流した後、ジフェニルアミン３７．５ｍｇを加えてさらに１．５時間還流した。
室温に戻した後、少量の水を加えた。この溶液を７００ｍｌのメタノールに滴下し、析出した固体を濾取した。
得られたポリマーをトルエン／メタノールで数回再沈精製した後、トルエンに溶解し、溶液を脱イオン水でよく洗浄した。溶媒を留去して減圧下乾燥し、重合体３を１．１７３ｇ、収率７５％で得た。
得られた重合体３は、ＴＨＦ、トルエン、キシレン、メシチレン、ジクロロメタン、クロロホルム等の溶剤に易溶であった。キャストあるいはスピンコート等による湿式成膜法から得られた重合体３の薄膜は、クラックやピンホールの無い良質なアモルファス膜であり、黄緑色の強い蛍光を示した。
ＧＰＣで測定したポリスチレン換算の数平均分子量は２３０００、重量平均分子量は５３０００であった。ＩＲ分析を行ったところ、下記の結果が得られた。
ＩＲ（ＮａＣｌキャスト膜）ν/ｃｍ−１：３０２７，２９５４，２９２７，２８５５，１６０２，１５０８，１４５２，１３０９，１２８２，１２１５，１１７７，９５９（トランス−ＣＨ＝ＣＨ−），８２８，７５７，７３８，５４０．
次に、上述した重合体１〜３を用いて成膜した有機半導体薄膜を具備する有機薄膜トランジスタを評価用サンプルを作製した。
先ず、有機薄膜トランジスタ評価用基板を作製した。
３０ｍｍ×３０ｍｍのｐ−ドープされたシリコン基板表面を熱酸化して、ＳｉＯ2の絶縁膜を２００ｎｍ形成した後、片面だけレジスト膜（東京応化製：ＴＳＭＲ８８００）で覆い、もう片面をフッ酸により酸化膜を除去した。
次いで、この熱酸化膜を除去した面にアルミニウムを３００ｎｍ蒸着した。
レジスト膜をアセトンで除去した後、基板を１４０℃で１５分間加熱処理した。
先ず、有機薄膜トランジスタ評価用基板を作製した。
３０ｍｍ×３０ｍｍのｐ−ドープされたシリコン基板表面を熱酸化して、ＳｉＯ2の絶縁膜を２００ｎｍ形成した後、片面だけレジスト膜（東京応化製：ＴＳＭＲ８８００）で覆い、もう片面をフッ酸により酸化膜を除去した。
次いで、この熱酸化膜を除去した面にアルミニウムを３００ｎｍ蒸着した。
レジスト膜をアセトンで除去した後、基板を１４０℃で１５分間加熱処理した。
〔実施例１〕
上記方法により作製した有機薄膜トランジスタ評価用基板上に、上述した合成例１により作製した重合体１を用いて、有機薄膜トランジスタを作製した。
合成例１で合成した重合体１の１．０ｗｔ％のテトラヒドロフラン溶液を、基板のＳｉＯ2面にスピンコートして乾燥することにより、膜厚およそ３０ｎｍの有機半導体層を作成した。
次に、チャネル長５０μｍ、チャネル幅１０ｍｍとなるように、金を蒸着することにより、膜厚１００ｎｍのソース電極、およびドレイン電極を有機半導体層上に形成した。
作製した有機薄膜トランジスタは、図４の構造であるものとし、支持体として用いたｐ−ドープされたシリコン基板は下部に設けたアルミニウム薄膜とともにゲート電極として作用する。
上記のようにして作製した有機薄膜トランジスタの特性である電界効果移動度を測定した。
なお、有機薄膜トランジスタの電界効果移動度の算出には、以下の式を用いた。
Ｉｄｓ＝μＣｉｎＷ（Ｖｇ−Ｖｔｈ）2／２Ｌ
（ただし、Ｃｉｎはゲート絶縁膜の単位面積あたりのキャパシタンス、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長、Ｖｇはゲート電圧、Ｉｄｓはソースドレイン電流、μは移動度、Ｖｔｈはチャネルが形成し始めるゲートの閾値電圧である。）
上記方法により作製した有機薄膜トランジスタ評価用基板上に、上述した合成例１により作製した重合体１を用いて、有機薄膜トランジスタを作製した。
合成例１で合成した重合体１の１．０ｗｔ％のテトラヒドロフラン溶液を、基板のＳｉＯ2面にスピンコートして乾燥することにより、膜厚およそ３０ｎｍの有機半導体層を作成した。
次に、チャネル長５０μｍ、チャネル幅１０ｍｍとなるように、金を蒸着することにより、膜厚１００ｎｍのソース電極、およびドレイン電極を有機半導体層上に形成した。
作製した有機薄膜トランジスタは、図４の構造であるものとし、支持体として用いたｐ−ドープされたシリコン基板は下部に設けたアルミニウム薄膜とともにゲート電極として作用する。
上記のようにして作製した有機薄膜トランジスタの特性である電界効果移動度を測定した。
なお、有機薄膜トランジスタの電界効果移動度の算出には、以下の式を用いた。
Ｉｄｓ＝μＣｉｎＷ（Ｖｇ−Ｖｔｈ）2／２Ｌ
（ただし、Ｃｉｎはゲート絶縁膜の単位面積あたりのキャパシタンス、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長、Ｖｇはゲート電圧、Ｉｄｓはソースドレイン電流、μは移動度、Ｖｔｈはチャネルが形成し始めるゲートの閾値電圧である。）
作成した薄膜トランジスタの特性を評価したところ、電界効果移動度８．９×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ、閾値電圧−２．５Ｖ、オンオフ比９．３×１０4の非常に優れた特性を示した。
図５に作製したトランジスタのＶｄｓ＝−２０Ｖの際の伝達特性を示した。
この有機薄膜トランジスタの特性の再現性を確認するため、同様に１０個の有機薄膜トランジスタを作製し評価したところ、移動度は８．７×１０-4〜８．９×１０-4ｃｍ2／Ｖｓの範囲にあり、再現性の良いトランジスタ特性が得られたことが確認された。
図５に作製したトランジスタのＶｄｓ＝−２０Ｖの際の伝達特性を示した。
この有機薄膜トランジスタの特性の再現性を確認するため、同様に１０個の有機薄膜トランジスタを作製し評価したところ、移動度は８．７×１０-4〜８．９×１０-4ｃｍ2／Ｖｓの範囲にあり、再現性の良いトランジスタ特性が得られたことが確認された。
〔実施例２〕
上記方法により作製した有機薄膜トランジスタ評価用基板を、フェニルトリクロロシランのトルエン溶液に浸漬することにより、ＳｉＯ2表面にシランカップリング処理を施した。
この基板を用いた以外は、上記実施例１と同様の方法により、有機薄膜トランジスタを作製した。
作製した有機薄膜トランジスタの特性を評価したところ、電界効果移動度２．４×１０-3ｃｍ2／Ｖｓ、閾値電圧−２．８Ｖ、オンオフ比１×１０5の非常に優れた特性を示した。
図６に、実施例２における有機薄膜トランジスタのＶｄｓ＝−２０Ｖの際の伝達特性を示した。
この有機薄膜トランジスタの特性の再現性を確認するため、同様に１０個の有機薄膜トランジスタを作製し評価したところ、移動度は２．１×１０-3〜２．４×１０-3ｃｍ2／Ｖｓの範囲にあり、再現性の良いトランジスタ特性が得られたことが確認された。
上記方法により作製した有機薄膜トランジスタ評価用基板を、フェニルトリクロロシランのトルエン溶液に浸漬することにより、ＳｉＯ2表面にシランカップリング処理を施した。
この基板を用いた以外は、上記実施例１と同様の方法により、有機薄膜トランジスタを作製した。
作製した有機薄膜トランジスタの特性を評価したところ、電界効果移動度２．４×１０-3ｃｍ2／Ｖｓ、閾値電圧−２．８Ｖ、オンオフ比１×１０5の非常に優れた特性を示した。
図６に、実施例２における有機薄膜トランジスタのＶｄｓ＝−２０Ｖの際の伝達特性を示した。
この有機薄膜トランジスタの特性の再現性を確認するため、同様に１０個の有機薄膜トランジスタを作製し評価したところ、移動度は２．１×１０-3〜２．４×１０-3ｃｍ2／Ｖｓの範囲にあり、再現性の良いトランジスタ特性が得られたことが確認された。
〔実施例３〕
上述した実施例１と同様の方法により、上記合成例２により合成した重合体２を用いて有機薄膜トランジスタを作製した。
作製した有機薄膜トランジスタの特性を評価したところ、電界効果移動度７．０×１０−4ｃｍ2／Ｖｓ、閾値電圧−２．９Ｖ、オンオフ比１．４×１０5の非常に優れた特性を示した。図７に作製したトランジスタのＶｄｓ＝−２０Ｖの際の伝達特性を示した。
この有機薄膜トランジスタの特性の再現性を確認するため、同様に１０個の有機薄膜トランジスタを作製し評価したところ、移動度は６．８×１０-4〜７．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓの範囲にあり、再現性の良いトランジスタ特性が得られた。
上述した実施例１と同様の方法により、上記合成例２により合成した重合体２を用いて有機薄膜トランジスタを作製した。
作製した有機薄膜トランジスタの特性を評価したところ、電界効果移動度７．０×１０−4ｃｍ2／Ｖｓ、閾値電圧−２．９Ｖ、オンオフ比１．４×１０5の非常に優れた特性を示した。図７に作製したトランジスタのＶｄｓ＝−２０Ｖの際の伝達特性を示した。
この有機薄膜トランジスタの特性の再現性を確認するため、同様に１０個の有機薄膜トランジスタを作製し評価したところ、移動度は６．８×１０-4〜７．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓの範囲にあり、再現性の良いトランジスタ特性が得られた。
〔実施例４〕
上述した実施例１と同様の方法により、上記合成例３で合成した重合体３を用いて有機薄膜トランジスタを作製した。
作製した有機薄膜トランジスタの特性を評価したところ、電界効果移動度３．５×１０-3ｃｍ2／Ｖｓ、オンオフ比２×１０5の非常に優れた特性を示した。
この有機薄膜トランジスタの特性の再現性を確認するため、同様に１０個の有機薄膜トランジスタを作製し評価したところ、移動度は３．３×１０-3〜３．７×１０-3ｃｍ2／Ｖｓの範囲にあり、再現性の良いトランジスタ特性が得られた。
上述した実施例１と同様の方法により、上記合成例３で合成した重合体３を用いて有機薄膜トランジスタを作製した。
作製した有機薄膜トランジスタの特性を評価したところ、電界効果移動度３．５×１０-3ｃｍ2／Ｖｓ、オンオフ比２×１０5の非常に優れた特性を示した。
この有機薄膜トランジスタの特性の再現性を確認するため、同様に１０個の有機薄膜トランジスタを作製し評価したところ、移動度は３．３×１０-3〜３．７×１０-3ｃｍ2／Ｖｓの範囲にあり、再現性の良いトランジスタ特性が得られた。
〔実施例５〕
前記方法により作製した有機薄膜トランジスタ評価用基板を、４−フェニルブチルトリクロロシランのトルエン溶液に浸漬することにより、ＳｉＯ2表面にシランカップリング処理を施した。
合成例３で合成した重合体３の０．５ｗｔ％のクロロホルム溶液を、基板のシランカップリング処理したＳｉＯ2面にスピンコートして乾燥することにより、膜厚およそ３０ｎｍの有機半導体層を作成した。
次に、チャネル長４０μｍ、チャネル幅１０ｍｍとなるように、金を蒸着することにより、膜厚１００ｎｍのソース電極、およびドレイン電極を有機半導体層上に形成した。
作製した有機薄膜トランジスタは、図４の構造であるものとし、支持体として用いたｐ−ドープされたシリコン基板は下部に設けたアルミニウム薄膜とともにゲート電極として作用する。
作製した有機薄膜トランジスタの特性を評価したところ、電界効果移動度１．０×１０−2ｃｍ2／Ｖｓ、オンオフ比１×１０5の非常に優れた特性を示した。
この有機薄膜トランジスタの特性の再現性を確認するため、同様に１０個の有機薄膜トランジスタを作製し評価したところ、移動度は９.０×１０-3〜１.１×１０-2ｃｍ2／Ｖｓの範囲にあり、再現性の良いトランジスタ特性が得られたことが確認された。
前記方法により作製した有機薄膜トランジスタ評価用基板を、４−フェニルブチルトリクロロシランのトルエン溶液に浸漬することにより、ＳｉＯ2表面にシランカップリング処理を施した。
合成例３で合成した重合体３の０．５ｗｔ％のクロロホルム溶液を、基板のシランカップリング処理したＳｉＯ2面にスピンコートして乾燥することにより、膜厚およそ３０ｎｍの有機半導体層を作成した。
次に、チャネル長４０μｍ、チャネル幅１０ｍｍとなるように、金を蒸着することにより、膜厚１００ｎｍのソース電極、およびドレイン電極を有機半導体層上に形成した。
作製した有機薄膜トランジスタは、図４の構造であるものとし、支持体として用いたｐ−ドープされたシリコン基板は下部に設けたアルミニウム薄膜とともにゲート電極として作用する。
作製した有機薄膜トランジスタの特性を評価したところ、電界効果移動度１．０×１０−2ｃｍ2／Ｖｓ、オンオフ比１×１０5の非常に優れた特性を示した。
この有機薄膜トランジスタの特性の再現性を確認するため、同様に１０個の有機薄膜トランジスタを作製し評価したところ、移動度は９.０×１０-3〜１.１×１０-2ｃｍ2／Ｖｓの範囲にあり、再現性の良いトランジスタ特性が得られたことが確認された。
〔比較例１〕
下に示す９，９−ジオクチルフルオレンとビチオフェンとの共重合体を用いた以外は実施例１と同様に有機薄膜トランジスタを作製した。
下に示す９，９−ジオクチルフルオレンとビチオフェンとの共重合体を用いた以外は実施例１と同様に有機薄膜トランジスタを作製した。
この有機薄膜トランジスタの電界効果移動度は、４．０×１０-4〜２．４×１０-3ｃｍ2／Ｖｓであり、素子によっては６倍もの特性の差があり、特性のバラツキが大きく、実用的な観点からは品質安定性に劣ったものであった。
〔比較例２〕
下記に示す、ポリ−３−ヘキシルチオフェンの0.01ｗｔ％キシレン溶液を用いた以外は実施例１と同様の方法より有機薄膜トランジスタを作製した。
下記に示す、ポリ−３−ヘキシルチオフェンの0.01ｗｔ％キシレン溶液を用いた以外は実施例１と同様の方法より有機薄膜トランジスタを作製した。
この有機薄膜トランジスタの電界効果移動度は、４．０×１０-4〜１．６×１０-3ｃｍ2／Ｖｓであり、素子によっては４倍もの特性の差があり、特性のバラツキが大きく、実用的な観点からは品質安定性に劣ったものであった。
上述した結果から、従来技術における９，９−ジオクチルフルオレンとビチオフェンとの共重合体はトランジスタ特性がバラツキを示すのに対し、本発明の有機半導体トランジスタは、極めて簡易な製造プロセスで製造可能であり、特性再現性が高く、優れた品質を実現できることが解った。
実施例によれば、適用した一般式（I）の重合体化合物は、湿式プロセスにより成膜が可能であり、また、この化合物の形成膜がアモルファス材料であるため、分子配向やグレインサイズ、グレインバウンダリーが存在せず、これにより移動度に悪影響が及ぼされることが無いため、品質安定性に優れたものとなることが確認できた。
実施例によれば、適用した一般式（I）の重合体化合物は、湿式プロセスにより成膜が可能であり、また、この化合物の形成膜がアモルファス材料であるため、分子配向やグレインサイズ、グレインバウンダリーが存在せず、これにより移動度に悪影響が及ぼされることが無いため、品質安定性に優れたものとなることが確認できた。
１ 有機半導体層
２ 第１の電極（ソース電極）
３ 第２の電極（ドレイン電極）
４ 第３の電極（ゲート電極）
５ 絶縁膜
１０，２０，３０，４０ 有機薄膜トランジスタ
２ 第１の電極（ソース電極）
３ 第２の電極（ドレイン電極）
４ 第３の電極（ゲート電極）
５ 絶縁膜
１０，２０，３０，４０ 有機薄膜トランジスタ
Claims (9)
- 有機半導体層を具備する有機薄膜トランジスタであって、
前記有機半導体層が、下記一般式（I）で示される繰り返し単位を有する平均分子量が１０００以上１００００００以下の化合物を主成分として含有していることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
- 前記有機半導体層は、下記一般式（II）で示される繰り返し単位を有する化合物を、主成分として含有していることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記有機半導体層が、下記一般式（III）で示される繰り返し単位を有する化合物を主成分として含有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記有機半導体層が、下記一般式（IV）で示される繰り返し単位を有する化合物を主成分として含有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 前記一般式（I）〜（IV）で示される繰り返し単位を有する化合物が、下記一般式（Ｖ）で表される置換基により末端封止されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 有機半導体層を介して互いに分離した対の第１の電極と第２の電極と、
電圧を印加することにより、前記第１の電極と前記第２の電極との間の有機半導体層内を流れる電流をコントロールする機能を具備する第３の電極を具備していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタ。 - 前記第３の電極と、前記有機半導体層との間に、絶縁膜が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の有機薄膜トランジスタ。
- 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタにより表示画素が駆動されることを特徴とするディスプレイ装置。
- 前記表示画素は、液晶素子、エレクトロルミネッセンス素子、エレクトロクロミック素子、及び電気泳動素子の中から選ばれたものであることを特徴とする請求項８に記載のディスプレイ装置。
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