JPWO2007116660A1 - 有機薄膜トランジスタ装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

複数の有機ＴＦＴを狭い領域に形成することができる有機ＴＦＴ装置及びその製造方法を提供する。有機ＴＦＴ装置は、基板と、該基板上のトランジスタ領域に配置された複数の有機ＴＦＴと、を含む。ここで、該有機ＴＦＴ装置は、該トランジスタ領域を取り囲む単一の開口を有するバンクと、該バンクによって画定されかつ該有機ＴＦＴのチャネルを形成する単一の有機半導体層と、を含む。

Description

本発明は、複数の有機薄膜トランジスタからなる有機薄膜トランジスタ装置及びその製造方法に関する。
液晶表示装置、有機エレクトロルミネセンス表示装置（以下、有機ＥＬ表示装置と称する）、電気泳動表示装置等のいわゆるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）では、アクティブマトリクス駆動方式のディスプレイが主流となっている。かかるディスプレイは、画素毎に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）により構成された駆動部が設けられている。アクティブマトリクス駆動方式のディスプレイによれば、画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保することができるようになる。
ここでＴＦＴは、通常、ガラス基板上に成膜された金属薄膜からなるゲート電極と、該ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上で離間して対向する１対のソース／ドレイン電極と、該ソース／ドレイン電極間のチャネルとなる半導体層と、を順に形成して構成されている。半導体層は、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）等の無機材料からなっている。
かかる構成のＴＦＴを用いるＦＰＤの製造には通常、ＣＶＤ（化学蒸着）、スパッタリングなどの真空系設備や高温処理工程を要する薄膜形成工程に加えて、精度の高いフォトリソグラフ工程が必要とされる。従って、設備コスト、ランニングコストの負荷が非常に大きくなっている。
そこで、有機化合物からなる半導体層を用いた有機薄膜トランジスタ（以下、有機ＴＦＴと称する）の研究開発が行われている（特許文献１参照）。有機ＴＦＴの作製にあたり、有機半導体層の成膜方法としては、該半導体層の有機化合物が低分子系材料であれば真空蒸着法を、高分子系材料であれば印刷法を用いることが一般的である。しかし、トランジスタの半導体層に有機材料を用いる利点、すなわち（１）半導体層を作製する際に真空状態を形成しなくても良いということ、（２）半導体層の作製を低温プロセスで行うことができる故、樹脂基板が使用できること、などを最大限に活用するため、印刷法を用いた有機ＴＦＴの製造が試みられている。かかる製造方法のひとつの手法として、インクジェット法がある。
ここで、インクジェット法は、細いノズルから有機半導体層を構成する有機材料を含む微小液滴を、電気信号により制御しながら被成膜体に向けて噴出させて、所望の形状の薄膜を形成する方法である。なお、被成膜体には、所望の形状、すなわち有機ＴＦＴの半導体層の形状に対応する開口を有する撥水性のバンクが予め設けられており、当該開口に向けて噴出された該液滴は、該バンクによってはじかれて、当該開口内に配置される。
特開２００２−３４３５７８公報
上記の如き構成の有機ＴＦＴで、ＦＰＤをアクティブマトリクス駆動させる場合、画素毎に複数の有機ＴＦＴが必要となる場合がある。例えば、有機ＥＬ表示装置を構成する有機エレクトロルミネセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と称する）の場合、該有機ＥＬ素子をアクティブマトリクス駆動するには、スイッチングトランジスタとドライビングトランジスタの最低２つ以上の有機ＴＦＴが有機ＥＬ素子毎に必要となる。従って、インクジェット法を用いる場合、有機ＴＦＴ毎に開口を有するバンクを形成する必要がある。
ここで、表示装置における画素サイズが小さくなるに従って、各有機ＴＦＴの大きさおよび間隔も小さくなる。その結果、有機ＴＦＴ毎に有機半導体層を作製することは困難となる。すなわち、インクジェットのノズルから噴出された液滴の着弾精度（〜１０μｍ程度）に比べて、有機ＴＦＴの大きさおよび間隔が小（数μｍオーダー）となると、インクジェット法による成膜が非常に困難となる。
本発明は、上記した問題が１例として挙げられる諸問題を解決する手段を提供することを目的とする。
請求項１記載の有機ＴＦＴ装置は、基板と、該基板上のトランジスタ領域に配置された複数の有機ＴＦＴと、を含む有機ＴＦＴ装置であって、該トランジスタ領域を取り囲む単一の開口を有するバンクと、該バンクによって画定されかつ該有機ＴＦＴのチャネルを形成する単一の有機半導体層と、を含むことを特徴とする。
請求項７記載の有機ＴＦＴ装置の製造方法は、基板と、該基板上のトランジスタ領域に配置された複数の有機ＴＦＴと、を含む有機ＴＦＴ装置の製造方法であって、該トランジスタ領域に複数のゲート電極を形成する工程と、該ゲート電極の各々の上にゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲート絶縁膜の各々の上に互いに離間して対向するソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、該トランジスタ領域を取り囲む単一の開口を有するバンクを形成する工程と、該バンクに囲まれた領域内にインクジェット法を用いて該有機ＴＦＴのチャネルとなる単一の有機半導体層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明による有機ＴＦＴ装置を有する有機ＥＬ表示装置の部分拡大平面図である。 本発明による有機ＴＦＴ装置を有する有機ＥＬ表示装置のサブピクセルを示す平面図である。 図２のＡ‐Ａ線断面図である。 本発明による有機ＴＦＴ装置を有する有機ＥＬ表示装置のサブピクセルの構成を示す回路図である。 本発明による有機ＴＦＴ装置を有する有機ＥＬ表示装置のサブピクセルの動作を示すタイミングチャートである。 本発明による有機ＴＦＴ装置を有する有機ＥＬ表示装置のサブピクセルの製造工程を説明するための平面図である。 本発明による有機ＴＦＴ装置を有する有機ＥＬ表示装置のサブピクセルの製造工程を説明するための平面図である。 本発明による有機ＴＦＴ装置を有する有機ＥＬ表示装置のサブピクセルの製造工程を説明するための平面図である。 本発明による有機ＴＦＴ装置を有する有機ＥＬ表示装置のサブピクセルの製造工程を説明するための平面図である。 本発明による有機ＴＦＴ装置を有する有機ＥＬ表示装置のサブピクセルの製造工程を説明するための平面図である。 本発明による有機ＴＦＴ装置を有する有機ＥＬ表示装置のサブピクセルの製造工程を説明するための平面図である。 本発明による有機ＴＦＴ装置を有する有機ＥＬ表示装置のサブピクセルの製造工程を説明するための平面図である。 本発明による有機ＴＦＴ装置を有する有機ＥＬ表示装置のサブピクセルの製造工程を説明するための平面図である。 本発明による有機ＴＦＴ装置を有する有機ＥＬ表示装置のサブピクセルの変形例を示す平面図である。
符号の説明
１ 有機ＥＬ表示装置
２ 基板
３ ピクセル部
３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ サブピクセル
４ 有機ＥＬ素子
７ キャパシタ
９ トランジスタ領域
１０ 第１の有機ＴＦＴ
１１ 第２の有機ＴＦＴ
１２ 第３の有機ＴＦＴ
１３ 第４の有機ＴＦＴ
１４ 有機ＴＦＴ装置
１５ 開口
１６ バンク
１７ 有機半導体層
１８ ゲート電極
１９ ゲート絶縁膜
２０ ソース電極
２１ ドレイン電極
２９ 隔壁
発明を実施するための形態
以下、本発明による有機ＴＦＴ装置の一例として、有機ＥＬ素子をアクティブマトリクス駆動せしめる有機ＴＦＴ装置について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に示す如く、複数の有機ＴＦＴを備えたアクティブマトリクス駆動方式の有機ＥＬ表示装置１は、基板２と、基板２上にマトリックス配置された複数のピクセル部３を含んでいる。ピクセル部３は、各々赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の３原色を各々発する３つのサブピクセル（３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ）からなっており、ピクセル部３においてサブピクセル（３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ）は並置されている。
サブピクセル（３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ）はそれぞれ有機ＥＬ素子（図１において図示せず）を含んでいる。なお、サブピクセルの一例として、図２に示す如く、赤色（Ｒ）の光を発する有機ＥＬ素子４を含むサブピクセル３Ｒを用いて説明する。また、説明を簡単にするために、図２において、サブピクセル３Ｒを構成する構成素子に接続する配線は図示することを省略する。
有機ＥＬ素子４は、陽極および陰極となる第１の表示電極（図２中、図示せず）及び第２の表示電極５と、該第１及び第２の表示電極の間に挟持されている有機機能層（図２中、図示せず）と、を有しており、基板２から、該第１の表示電極、該有機機能層、第２の表示電極５の順に配置されて構成されている。該有機機能層は、正孔と電子との再結合によって発光し得る発光層（図示せず）を含んでいる。また、該有機機能層には、該発光層への正孔及び電子の注入性及び輸送性を高めるための、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び／又は電子注入層が任意に設けられている。
有機ＥＬ素子４の近傍には有機ＥＬ素子４を駆動せしめる駆動部６が設けられており、駆動部６はキャパシタ７を含んでいる。キャパシタ７は、第１のキャパシタ電極（図２中、図示せず）及び第２のキャパシタ電極８と、該第１及び第２のキャパシタ電極の間に挟持されているキャパシタ絶縁膜（図２中、図示せず）と、からなっている。
また、サブピクセル３Ｒにおいて、有機ＥＬ素子４及びキャパシタ７の近傍には、トランジスタ領域９が設けられている。ここでトランジスタ領域９とは複数の有機ＴＦＴ（１０〜１３）が配置される基板上の領域をいい、図２中に示す如きトランジスタ領域９には４つの有機ＴＦＴ（１０〜１３）が形成されている。なお、図示しないものの、基板上には複数のトランジスタ領域が設けられていても良い。４つの有機ＴＦＴ（１０〜１３）は、トランジスタ領域９による平面に並べて配置されており、かかる複数の有機ＴＦＴ（１０〜１３）は有機ＴＦＴ装置１４を形成している。また、４つの有機ＴＦＴ（１０〜１３）は、キャパシタ７と共に、有機ＥＬ素子４の駆動部６を構成している。なお、４つの有機ＴＦＴ（１０〜１３）は、それぞれスイッチングトランジスタ若しくはドライビングトランジスタとして作用し、詳細は後述する。
トランジスタ領域９には、これを取り囲む単一の開口１５を有するバンク１６が形成されている。すなわち、バンク１６によって複数の有機ＴＦＴ（１０〜１３）が囲まれている。バンク１６は、有機ＴＦＴ（１０〜１３）のチャネルを形成する単一の有機半導体層１７を画定しており、かかる有機半導体層１７は、複数の有機ＴＦＴ（１０〜１３）に対して共通の半導体層となっている。バンクの開口１５の形状は、複数の有機ＴＦＴ（１０〜１３）の配置状態に対応している。
図３に示す如く、トランジスタ領域９において、基板２上にはゲート電極１８が配置されている。基板２はガラスからなり、ゲート電極１８はタンタル（Ｔａ）からなる導電性薄膜によって構成されている。なお、基板２は、ガラス基板に限定されず、樹脂基板、ガラスとプラスティックの貼り合せ基板でもよい。また、本明細書において、基板とは有機ＥＬ素子及び有機ＴＦＴを担持する部材をいい、ガラス及び／又は樹脂等の基材の表面にアルカリバリア膜及び／またはガスバリア膜等の構造物が形成されているものも含むものとする。ゲート電極１８は、充電制御線および走査線（いずれも図３中、図示せず）に接続されている。ゲート電極１８上には、ゲート絶縁膜１９が設けられている。ゲート絶縁膜１９は、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）からなり、ゲート電極１８のＴａを陽極酸化することによって形成することができる。
ゲート絶縁膜１９上にはソース電極２０及びドレイン電極２１が設けられており、ソース電極２０およびドレイン電極２１は、ゲート絶縁膜１９上において離間して互いに対向している。ソース電極２０およびドレイン電極２１は、クロム（Ｃｒ）を接着層とした金（Ａｕ）からなる金属薄膜（Ｃｒ／Ａｕ）からなる。なお、ソース電極２０およびドレイン電極２１は、データ線及び電源線（いずれも図３中、図示せず）に接続されている。
上記の如きゲート電極１８、ゲート絶縁膜１９、ソース電極２０及びドレイン電極２１を含むトランジスタ領域９において、当該領域を取り囲む単一の開口１５を有するバンク１６が形成されている。バンク１６は、ソース電極２０およびドレイン電極２１の一部の上に配置されている。バンク１６は、絶縁性のフッ素系感光樹脂からなる。
ソース電極２０およびドレイン電極２１の上には、バンク１６によって画定された単一の有機半導体層１７が設けられており、有機半導体層１７はトランジスタ領域９における複数の有機ＴＦＴ（１０〜１３）に対して共通の半導体層となっている。有機半導体層１７は、ゲート絶縁膜１９上においてソース電極２０及びドレイン電極２１間の隙間にも配置されている。かかる隙間領域において、有機半導体層１７は、ゲート絶縁膜１９と接しかつゲート電極１８とはゲート絶縁膜１９を介して対向している。当該隙間領域における有機半導体層１７は、有機ＴＦＴ（１０〜１３）のチャネルとなり得る。以上のことから、バンク１６は、トランジスタ領域９を画定する。ここで、有機半導体層１７は、半導体特性を示す有機材料からなり、例えばポリ（３‐ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）からなる。なお、有機半導体層１７は、複数の半導体特性材料からなることとしても良く、また積層体からなることとしても良い。
トランジスタ領域９の近傍に配置された有機ＥＬ素子４は、基板２から第１の表示電極２２、有機機能層２３、第２の表示電極５の順に配置されて構成されている。第１の表示電極２２は、有機ＥＬ素子の近傍に配置されている有機ＴＦＴ１２のドレイン電極２１に接続されている。
なお、図示していないものの、上記の如き構成の有機ＥＬ表示装置のピクセル部は、皿状の封止キャップもしくは封止膜によって封止されており、有機ＥＬ素子が大気中の水分及び酸素と接しないようになっている。
上記の如き構成のサブピクセルは、図４に示す如き回路図によってその構成を示すことができる。サブピクセル内には、有機ＥＬ素子４、第１乃至第４の有機ＴＦＴ（１０〜１３）、及びキャパシタ７が設けられている。キャパシタ７は、データ線Ａ１を介して供給されたデータ信号に応じた電荷を保持して、有機ＥＬ素子４の発光の階調を調節する。換言すれば、キャパシタ７は、データ線Ａ１に流れる電流に応じた電圧を保持する。有機ＥＬ素子４は、フォトダイオードと同様の電流駆動型の発光素子であることから、ここではダイオードの記号で描かれている。
第１の有機ＴＦＴ１０のソースＳは、第２及び第４の有機ＴＦＴ（１１，１３）のドレインＤ並びに第３の有機ＴＦＴ１２のソースＳとそれぞれ接続している。第１の有機ＴＦＴ１０のドレインＤは、第４の有機ＴＦＴ１３のゲートＧに接続されている。キャパシタ７は、第４の有機ＴＦＴ１３のソースＳとゲートＧとの間に接続されている。また、第４の有機ＴＦＴ１３のソースＳは、電源線２４に接続されており、電源線２４には駆動電圧ＶDDが供給されている。有機ＥＬ素子４は、その陽極となる第１の表示電極２２（図３参照）が第３の有機ＴＦＴ１２のドレインＤに接続され陰極となる第２の表示電極５が接地されている。
第１の有機ＴＦＴ１０と第２の有機ＴＦＴ１１のゲートＧは、キャパシタ７への充電を制御する充電制御線Ｂ１に共通に接続され、データ書込み用の充電信号が入力される。また、第３の有機ＴＦＴ１２のゲートＧは、走査線Ｃ１に接続され、発光期間設定用の走査信号が入力される。
第１の有機ＴＦＴ１０と第２の有機ＴＦＴ１１は、キャパシタ７に電荷を蓄積する際に使用されるスイッチングトランジスタである。第３の有機ＴＦＴ１２は、有機ＥＬ素子４の発光期間においてオン状態に保たれるスイッチングトランジスタである。また、第４の有機ＴＦＴ１３は、有機ＥＬ素子４に流れる電流値を制御するためのドライブトランジスタである。第４の有機ＴＦＴ１３の電流値は、キャパシタに保持される電荷量によって制御される。
図５は、サブピクセルの動作を示すタイミングチャートである。ここでは、充電制御線Ｂ１を介して入力される充電信号、走査線Ｃ１を介して入力される走査信号と、データ線Ａ１を介して入力されるデータ信号（データ電流値Ｉ）と、有機ＥＬ素子に流れる電流値ＩELとが示されている。
又、Ｔｃは１フレーム期間であって、全ての走査線が一巡して選択され終わる期間である。Ｔｐｒはプログラム期間であって、有機ＥＬ素子の発光階調をサブピクセル内に設定する期間であり、充電制御線Ｂ１を介して入力されるデータ書込み用の充電信号によって決定される。Ｔｅｌは発光期間であって、有機ＥＬ素子が発光する期間であり、走査線Ｃ１を介して入力される発光期間設定用の走査信号によって決定される。
プログラム期間Ｔｐｒでは、データ線駆動回路（図示せず）からデータ線Ａ１上に発光階調に応じたデータ信号を出力しながら、充電制御線駆動回路（図示せず）から充電制御線Ｂ１上にＨレベルの充電信号が出力される。すると、第１及び第２の有機ＴＦＴ（１０，１１）がオン状態になる。このとき、該データ線駆動回路（図示せず）は、発光階調に応じたデータ電流値Ｉを流す可変定電流源として機能する。そして、キャパシタ７には、データ電流値Ｉに対応した電荷が保持され、プログラム期間Ｔｐｒは終了する。この結果、第４の有機ＴＦＴ１３のソース／ゲート間には、キャパシタ７に記憶された電圧が印加される。
プログラム期間Ｔｐｒが終了すると、充電信号がＬレベルとなり、第１の有機ＴＦＴ１０と第２の有機ＴＦＴ１１がオフ状態となる。また、該データ線駆動回路（図示せず）はその画素回路のためのデータ信号（電流値Ｉ）の供給を停止する。
続いて、発光期間Ｔｅｌでは、充電信号をＬレベルに維持して第１及び第２の有機ＴＦＴ１０，１１をオフ状態に保ったまま、走査線駆動回路（図示せず）から走査線Ｃ１にＨレベルの走査信号を出力して第３の有機ＴＦＴ１２をオン状態に設定する。
キャパシタ７には、データ信号（データ電流値Ｉ）に対応した電荷が予め保持されている。従って、第４の有機ＴＦＴ１３にはデータ電流値Ｉとほぼ同じ電流が流れ、その電流は第３の有機ＴＦＴ１２を介して有機ＥＬ素子４に流れる。その結果、有機ＥＬ素子４は、発光期間Ｔｅｌの間、データ信号（データ電流値Ｉ）に応じた階調で発光する。
次に、上記の如き構成の有機ＴＦＴ装置を有する有機ＥＬ表示装置の製造方法について説明する。なお、サブピクセルの大きさを１８０μｍ×６０μｍとし、有機ＥＬ素子における開口率は３０％、有機ＴＦＴの数を４つとする場合について説明するものの、大きさはこれに限定されない。
まず、無アルカリガラスからなるガラス基板上にタンタル（Ｔａ）薄膜を成膜した後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて、図６に示す如きＴａ薄膜のパターンを作製する。かかるＴａ薄膜パターンはゲート電極１８、充電制御線Ｂ１、走査線Ｃ１及び第１のキャパシタ電極２５を含んでいる。また、該Ｔａ薄膜パターンは、ゲート電極１８同士を電気的に接続するブリッジ部２６を含んでいる。なお、ゲート電極１８は、トランジスタ領域９（図６中、一点鎖線で示す。以下、図７〜図１０において同様）内に設けられている。
当該Ｔａ薄膜パターンに対して陽極酸化を行って、Ｔａ薄膜の表面に酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）膜が作製される。図７に示す如く、Ｔａ2Ｏ5膜は、ゲート電極１８の上ではゲート絶縁膜１９となり、第１のキャパシタ電極２５の上においてはキャパシタ絶縁膜２７となる。なお、Ｔａ薄膜にブリッジ部２６が含まれていることによって、Ｔａ薄膜に対する陽極酸化を一回の工程で実施することができる。ここで、Ｔａ膜厚は１００ｎｍ、Ｔａ2Ｏ5膜厚は１５０ｎｍとする。
次に、図８に示す如く、基板上にインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）膜を作製した後にリフトオフ法を用いて、有機ＥＬ素子の第１の表示電極２２となるＩＺＯパターン薄膜を形成する。なお、第１の表示電極２２の大きさは３０μｍｘ１１０μｍであり、膜厚は１１０ｎｍとする。
反応性イオンエッチングを用いて、Ｔａ薄膜のブリッジ部２６を除去して、ブリッジ部２６によって接続されたゲート電極同士を電気的に切断する。さらに、図９に示す如く、第１のキャパシタ電極２５とゲート電極１８との間のＴａ2Ｏ5薄膜にスルーホール２８が設けられる。
続いて、クロム（Ｃｒ）を接着層とした金（Ａｕ）をマグネトロンスパッタ法で形成し、リフトオフ法を用いて図１０に示す如きパターンのＣｒ／Ａｕ金属膜を形成する。かかるＣｒ／Ａｕ金属膜は、ソース電極２０及びドレイン電極２１、データ線Ａ１及び電源線２４を構成する。なお、第１の表示電極２２の近傍に設けられた第３の有機ＴＦＴ１２のドレイン電極２１は、第１の表示電極２２に接続されている。なお、Ｃｒ膜の膜厚は５ｎｍ、Ａｕ膜厚は１００ｎｍとする。
また、ソース電極２０およびドレイン電極２１は、最終的に作製される有機ＴＦＴのチャネル長が２μｍとなるように形成する。また、４つの該有機ＴＦＴのうち、チャネル幅を４０μｍとしたものを２つ、チャネル幅を１５０μｍとしたものを２つ作製する。
図１１に示す如く、サブピクセルにおけるトランジスタ領域９を囲みかつ単一の開口１５を有するバンク１６を形成する。バンク１６はフッ素系感光樹脂を用いて形成され、フォトマスクを用いてバンク１６のパターンが形成される。バンク１６の開口１５の大きさは、２０μｍｘ１７０μｍ、バンク１６の高さは３μｍとする。
バンク１６を作製した後、図１２に示す如く、インクジェット法を用いて、バンク１６に囲まれた領域に単一の有機半導体層１７を作製する。有機半導体層１７は、半導体特性を有する有機材料であるＰ３ＨＴからなる。インクジェット法において、インクジェットノズル（図示せず）から吐出される液滴はバンク１６によってはじかれて開口１５内に配置され、バンク１６によって囲まれた領域内に該液滴によって形成された有機半導体層１７が形成される。かかる単一の有機半導体層１７は、複数の有機ＴＦＴに対してチャネルを形成する。
有機半導体層１７を作製した後、シャドーマスク（図示せず）を用いた真空蒸着法を用いて、第１の表示電極２２上に、発光層（図示せず）を含む有機機能層２３（図３参照）及び第２の表示電極５を順に作製し、図１３に示す如き有機ＥＬ素子４を形成する。有機機能層２３は、低分子材料からなる。最後に皿状の封止キャップを用いて封止を行い、有機ＥＬ表示装置として完成した。
上記の如き有機ＴＦＴ装置を含む有機ＥＬ表示装置において、有機ＴＦＴを駆動させたところ、有機ＥＬ素子の発光が確認できた。
複数の有機ＴＦＴに対して単一の開口を有するバンクを形成することによって、バンクの開口の大きさを大とすることができることから、有機ＴＦＴの大きさ及び有機ＴＦＴ間の間隔が小であっても、インクジェット法を用いた有機半導体層の作製ができる。すなわち、インクジェットの液滴の着弾精度よりも小なる大きさ（チャネル幅）の有機ＴＦＴを狭い領域において複数個作製することができる。また、有機ＴＦＴ毎にバンクを作製することがないことから、有機ＴＦＴ装置の作製工程を単純化することができて、結果的に歩留まりを向上させることができる。
なお、上記した実施例において、ゲート電極としてＴａ、ソース電極及びドレイン電極としてＣｒ／Ａｕを用いたが、その材料は特に限定されることはなく、十分な導電性があればよい。すなわち、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｌｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等の金属単体もしくは積層もしくはその化合物でも良い。また、ＩＴＯ、ＩＺＯのような金属酸化物類、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、ポリピロール類などの共役性高分子化合物を含む有機導電材料でもよい。
また、上記した実施例では、ゲート電極としてＴａ、ゲート絶縁膜としてＴａを陽極酸化して作製されたＴａ2Ｏ5を用いているものの、ゲート電極材料としては陽極酸化可能な金属であれば何でも良く、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ等の単体もしくはそれらの合金を陽極酸化してゲート絶縁膜としてもよい。
さらに、ゲート絶縁膜として、陽極酸化を用いずとも無機材料、有機材料のいずれの絶縁物も使用できる。例えばＬｉＯx、ＬｉＮx、ＮａＯx、ＫＯx、ＲｂＯx、ＣｓＯx、ＢｅＯx、ＭｇＯx、ＭｇＮx、ＣａＯx、ＣａＮx、ＳｒＯx、ＢａＯx、ＳｃＯx、ＹＯx、ＹＮx、ＬａＯx、ＬａＮx、ＣｅＯx、ＰｒＯx、ＮｄＯx、ＳｍＯx、ＥｕＯx、ＧｄＯx、ＴｂＯx、ＤｙＯx、ＨｏＯx、ＥｒＯx、ＴｍＯx、ＹｂＯx、ＬｕＯx、ＴｉＯx、ＴｉＮx、ＺｒＯx、ＺｒＮx、ＨｆＯx、ＨｆＮx、ＴｈＯx、ＶＯx、ＶＮx、ＮｂＯx、ＴａＯx、ＴａＮx、ＣｒＯx、ＣｒＮx、ＭｏＯx、ＭｏＮx、ＷＯx、ＷＮx、ＭｎＯx、ＲｅＯx、ＦｅＯx、ＦｅＮx、ＲｕＯx、ＯｓＯx、ＣｏＯx、ＲｈＯx、ＩｒＯx、ＮｉＯx、ＰｄＯx、ＰｔＯx、ＣｕＯx、ＣｕＮx、ＡｇＯx、ＡｕＯx、ＺｎＯx、ＣｄＯx、ＨｇＯx、ＢＯx、ＢＮx、ＡｌＯx、ＡｌＮx、ＧａＯx、ＧａＮx、ＩｎＯx、ＴｉＯx、ＴｉＮx、ＳｉＮx、ＧｅＯx、ＳｎＯx、ＰｂＯx、ＰＯx、ＰＮx、ＡｓＯx、ＳｂＯx、ＳｅＯx、ＴｅＯxなどの金属酸化物でも、ＬｉＡｌＯ2、Ｌｉ2ＳｉＯ3、Ｌｉ2ＴｉＯ3、Ｎａ2Ａｌ22Ｏ34、ＮａＦｅＯ2、Ｎａ4ＳｉＯ4、Ｋ2ＳｉＯ3、Ｋ2ＴｉＯ3、Ｋ2ＷＯ4、Ｒｂ2ＣｒＯ4、Ｃｓ2ＣｒＯ4、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＭｇＦｅ2Ｏ4、ＭｇＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ3、ＣａＷＯ4、ＣａＺｒＯ3、ＳｒＦｅ12Ｏ19、ＳｒＴｉＯ3、ＳｒＺｒＯ3、ＢａＡｌ2Ｏ4、ＢａＦｅ12Ｏ19、ＢａＴｉＯ3、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12、Ｙ3Ｆｅ5Ｏ12、ＬａＦｅＯ3、Ｌａ3Ｆｅ5Ｏ12、Ｌａ2Ｔｉ2Ｏ7、ＣｅＳｎＯ4、ＣｅＴｉＯ4、Ｓｍ3Ｆｅ5Ｏ12、ＥｕＦｅＯ3、Ｅｕ3Ｆｅ5Ｏ12、ＧｄＦｅＯ3、Ｇｄ3Ｆｅ5Ｏ12、ＤｙＦｅＯ3、Ｄｙ3Ｆｅ5Ｏ12、ＨｏＦｅＯ3、Ｈｏ3Ｆｅ5Ｏ12、ＥｒＦｅＯ3、Ｅｒ3Ｆｅ5Ｏ12、Ｔｍ3Ｆｅ5Ｏ12、ＬｕＦｅＯ3、Ｌｕ3Ｆｅ5Ｏ12、ＮｉＴｉＯ3、Ａｌ2ＴｉＯ3、ＦｅＴｉＯ3、ＢａＺｒＯ3、ＬｉＺｒＯ3、ＭｇＺｒＯ3、ＨｆＴｉＯ4、ＮＨ4ＶＯ3、ＡｇＶＯ3、ＬｉＶＯ3、ＢａＮｂ2Ｏ6、ＮａＮｂＯ3、ＳｒＮｂ2Ｏ6、ＫＴａＯ3、ＮａＴａＯ3、ＳｒＴａ2Ｏ6、ＣｕＣｒ2Ｏ4、Ａｇ2ＣｒＯ4、ＢａＣｒＯ4、Ｋ2ＭｏＯ4、Ｎａ2ＭｏＯ4、ＮｉＭｏＯ4、ＢａＷＯ4、Ｎａ2ＷＯ4、ＳｒＷＯ4、ＭｎＣｒ2Ｏ4、ＭｎＦｅ2Ｏ4、ＭｎＴｉＯ3、ＭｎＷＯ4、ＣｏＦｅ2Ｏ4、ＺｎＦｅ2Ｏ4、ＦｅＷＯ4、ＣｏＭｏＯ4、ＣｕＴｉＯ3、ＣｕＷＯ4、Ａｇ2ＭｏＯ4、Ａｇ2ＷＯ4、ＺｎＡｌ2Ｏ4、ＺｎＭｏＯ4、ＺｎＷＯ4、ＣｄＳｎＯ3、ＣｄＴｉＯ3、ＣｄＭｏＯ4、ＣｄＷＯ4、ＮａＡｌＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＳｒＡｌ2Ｏ4、Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12、ＩｎＦｅＯ3、ＭｇＩｎ2Ｏ4、Ａｌ2ＴｉＯ5、ＦｅＴｉＯ3、ＭｇＴｉＯ3、Ｎａ2ＳｉＯ3、ＣａＳｉＯ3、ＺｒＳｉＯ4、Ｋ2ＧｅＯ3、Ｌｉ2ＧｅＯ3、Ｎａ2ＧｅＯ3、Ｂｉ2Ｓｎ3Ｏ9、ＭｇＳｎＯ3、ＳｒＳｎＯ3、ＰｂＳｉＯ3、ＰｂＭｏＯ4、ＰｂＴｉＯ3、ＳｎＯ2‐Ｓｂ2Ｏ3、ＣｕＳｅＯ4、Ｎａ2ＳｅＯ3、ＺｎＳｅＯ3、Ｋ2ＴｅＯ3、Ｋ2ＴｅＯ4、Ｎａ2ＴｅＯ3、Ｎａ2ＴｅＯ4などの金属複合酸化物でも、ＦｅＳ、Ａｌ2Ｓ3、ＭｇＳ、ＺｎＳなどの硫化物、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、ＳｍＦ3などのフッ化物、ＨｇＣｌ、ＦｅＣｌ2、ＣｒＣｌ3などの塩化物、ＡｇＢｒ、ＣｕＢｒ、ＭｎＢｒ2などの臭化物、ＰｂＩ2、ＣｕＩ、ＦｅＩ2などのヨウ化物、またはＳｉＡｌＯＮなどの金属酸化窒化物でも有効である。また、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール、などポリマー系材料でも有効である。また、ゲート絶縁膜表面をＯＴＳ（オクタデシルトリクロロシラン）、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）などで疎水処理を行っても良い。
さらにまた、上記実施例において、バンク材料として、フッ素系感光樹脂を用いているものの、絶縁性の高い材料であれば有機、無機に限られない。また、バンクの高さも上記実施例では３μｍとしているもののこれに限定されず、バンクの開口内に着弾した液滴がバンクを超えて溢れ出ることがなければどのような高さでも良い。
また、バンクのパターン形成方法も上記実施例では、感光性樹脂を用いたフォトリソ技術を用いているものの、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用するドライプロセスであっても良い。また、バンク材料が撥水性材料であれば好ましいものの、バンクを作製した後に、バンク表面に撥水処理を施しても良い。
さらに、上記実施例において、有機ＴＦＴの有機半導体材料としてＰ３ＨＴを使用しているものの、これに限られず、半導体特性を示す有機材料であれば良い。例えば高分子材料では、上述した低分子化合物の構造がポリエチレン鎖、ポリシロキサン鎖、ポリエーテル鎖、ポリエステル鎖、ポリアミド鎖、ポリイミド鎖等の高分子の主鎖中に用いられた物あるいは側鎖としてペンダント状に結合したもの、もしくはポリパラフェニレン等の芳香族系共役性高分子、ポリアセチレン等の脂肪族系共役性高分子、ポリピノールやポリチオフェン等の複素環式共役性高分子、ポリアニリン類やポリフェニレンサルファイド等の含ヘテロ原子共役性高分子、ポリ（フェニレンビニレン）やポリ（アニーレンビニレン）やポリ（チェニレンビニレン）等の共役性高分子の構成単位が交互に結合した構造を有する複合型共役系高分子等の炭素系共役高分子が用いられる。また、ポリシラン類やジシラニレンアリレンポリマー類、（ジシラニレン）エテニレンポリマー類、（ジシラニレン）エチニレンポリマー類のようなジシラニレン炭素系共役性ポリマー構造などのオリゴシラン類と炭素系共役性構造が交互に連鎖した高分子類などが用いられる。他にもリン系、窒素系等の無機元素からなる高分子鎖でも良く、さらにフタロシアナートポリシロキサンのような高分子鎖の芳香族系配位子が配位した高分子類、ペリレンテトラカルボン酸のようなペリレン類を熱処理して縮環させた高分子類、ポリアクリロニトリルなどのシアノ基を有するポリエチレン誘導体を熱処理して得られるラダー型高分子類、さらにペロブスカイト類に有機化合物がインターカレートした複合材料を用いてもよい。また低分子系材料ではフタロシアニン系誘導体、ナフタロシアニン系誘導体、アゾ化合物系誘導体、ペリレン系誘導体、インジゴ系誘導体、キナクリドン系誘導体、アントラキノン類などの多環キノン系誘導体、シアニン系誘導体、フラーレン類誘導体、あるいはインドール、カルバゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、イミダゾール、ピラゾール、オキサアジアゾール、ピラゾリン、チアチアゾール、トリアゾールなどの含窒素環式化合物誘導体、ヒドラジン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、スチルベン類、アントラキノンジフェノキノン等のキノン化合物誘導体、アントラセン、ビレン、フェナントレン、コロネンなどの多環芳香族化合物誘導体などでも良いし、官能基の付与等によって溶媒に可溶なものであっても良い。
上記実施例において、有機ＥＬ素子は、第１の表示電極及び基板を介して外部に光を取り出すボトムエミッション型の素子として説明しているもののこれに限定されず、第２の表示電極を介して光を外部に取り出すトップエミッション型の素子としても良い。
また、上記実施例において、有機ＴＦＴ装置は、有機ＥＬ表示装置に使用しているもののこれに限定されず、液晶表示装置及び電気泳動表示装置等のアクティブ駆動方式が使用できる表示装置に用いることができる。
変形例として、図１４に示す如き構成の有機ＴＦＴ装置の説明を行う。図１４は有機ＥＬ表示装置のサブピクセル３Ｒを示しており、変形例の有機ＴＦＴ１４構造は、有機ＥＬ素子４の駆動部６を構成している。有機ＴＦＴ装置は、基板上のトランジスタ領域９に設けられており、トランジスタ領域９に設けられた複数の有機ＴＦＴ（１０〜１３）のうち、互いに隣り合っている有機ＴＦＴ同士の間に隔壁２９が設けられている。隔壁２９は、有機ＴＦＴ間にリーク電流が流れることを防止するためのものであり、バンク１６の開口１５内の領域を仕切って当該トランジスタ領域９を複数の領域に画定するものではない。隔壁２９は、バンク１６と同様に絶縁性材料からなり、例えばフッ素系感光樹脂からなる。その他の構成は、上記した実施例とほぼ同様の構成である。
互いに隣り合う有機ＴＦＴ間において流れるリーク電流とは、隣り合う別個の有機ＴＦＴの間に存在する有機半導体材料を介して当該有機ＴＦＴの間を流れる電流をいい、有機ＴＦＴ毎の印加電圧、有機半導体層の材料特性及び有機ＴＦＴ間の距離等の種々の要因に応じて生じ得る。特に、表示装置の解像度が高くなるに従って、有機ＴＦＴ間の間隔が短くなることから、かかる問題が生じるおそれがある。従って、互いに隣り合う有機ＴＦＴの間に隔壁を作製することによって、当該有機ＴＦＴ間にリーク電流が流れること防止することができる。
図１４に示す如き構成のサブピクセル３Ｒを有する有機ＥＬ表示装置を作製した。作製手順は、基本的に、上記した実施例の作製方法（図６乃至図１３参照）とほぼ同様である。なお、サブピクセル３Ｒの大きさは、１８０μｍ×６０μｍとし、有機ＥＬ素子４における開口率を３０％とした。また、トランジスタ領域９における複数の有機ＴＦＴ（１０〜１３）は、それぞれのチャネル長を２μｍとした。また、第１及び第２の有機ＴＦＴ（１０，１１）のチャネル幅は４０μｍとし、第３及び第４の有機ＴＦＴ（１２，１３）のチャネル幅は１５０μｍとした。
（１） ゲート電極及びゲート絶縁膜の形成…無アルカリガラス基板上にＴａ薄膜を成膜した後、反応性イオンエッチング法を用いてＴａ薄膜のパターンを形成した。当該パターンＴａ薄膜をゲート電極とした。かかるＴａ薄膜に陽極酸化を施して、表面に酸化膜（Ｔａ2Ｏ5膜）を作製した。このＴａ2Ｏ5膜をゲート絶縁膜とした。なお、Ｔａ膜厚は１００ｎｍ、Ｔａ2Ｏ5膜厚は１５０ｎｍであった。
（２）第１の表示電極の形成…ＩＺＯ膜をマグネトロンスパッタ法により作製した後、リフトオフ法でＩＺＯ膜にパターンを形成した。当該パターンＩＺＯ薄膜を有機ＥＬ表示素子の陽極とした。なお、該パターンＩＺＯ薄膜の膜厚は１１０ｎｍであった。
（３）ソース電極及びドレイン電極の作製…マグネトロンスパッタ法により、クロム（Ｃｒ）薄膜及び金（Ａｕ）薄膜を作製した後、リフトオフ法を用いて当該Ｃｒ／Ａｕ薄膜にパターンを形成した。かかる工程によって、ゲート絶縁膜上で互いに離間して対向するソース電極及びドレイン電極を作製した。なお、Ｃｒ薄膜の膜厚は５ｎｍ、Ａｕ薄膜の膜厚は１００ｎｍとした。また、互いに隣り合っている有機ＴＦＴ間の距離を２μｍとした。すなわち、互いに隣り合っている有機ＴＦＴの各有機ＴＦＴのソース電極及びドレイン電極の組み合わせにおいて、当該組み合わせの間のうち互いに最も近い電極間の距離を２μｍとした。
（４）バンクおよび隔壁の形成…スピンコート法を用いて未感光のフッ素系感光性樹脂液を配置した後、フォトマスクを用いて露光して現像し、バンクと隔壁とを形成した。バンクはトランジスタ領域を囲みかつ１つの開口を有するように形成し、隔壁は有機ＴＦＴのうち隣り合うもの同士が形成されるべき位置の間に形成した。バンクの開口の大きさは、２０μｍ×１７０μｍであった。また、隔壁は幅４μｍ、長さ１６０μｍであった。さらにバンク及び隔壁の高さは３μｍであった。
（５）有機半導体層の形成…インクジェット法を用いて、上記の如きバンクに囲まれた領域に有機半導体層を形成した。具体的には、インク吐出ノズルから吐出された液滴をバンクの開口内に向かうように噴出して、有機半導体層を形成した。なお、有機半導体層を構成する有機半導体材料としてＰ３ＨＴを用い、Ｐ３ＨＴの溶液をインクジェット法に使用するインクとした。
（６）有機ＥＬ素子の形成および封止…真空蒸着法を用いて、第１の表示電極上に有機機能層及び第２の表示電極を順に形成して、有機ＥＬ素子を作製した。さらに、皿状の封止キャップを用いて有機ＥＬ素子及び有機ＴＦＴを封止して、有機ＥＬ表示装置とした。
上記の如き手順によって作製された有機ＥＬ表示装置を駆動せしめて、有機ＴＦＴ間のリーク電流を測定した。なお、比較例として、トランジスタ領域内に隔壁がない有機ＥＬ表示装置も作製した。ここで、比較例の有機ＥＬ表示装置は、上記した手順のうちのバンク及び隔壁の形成工程を、隔壁を形成しないでバンクのみを形成する工程としたほかは、同様の手順で作製した。実施例及び比較例の何れの有機ＥＬ表示装置においても、互いに隣り合う有機ＴＦＴのうち、隣り合っている電極間に３０Ｖの電圧を印加した。
互いに隣り合う有機ＴＦＴ間を流れるリーク電流の電流値は、実施例が１．６×１０-10Ａであったのに対して、比較例の電流値は５．８×１０‐7Ａであった。かかる結果より、隣り合う有機ＴＦＴ間に隔壁を設けることによって、リーク電流が低減することが確認できた。
なお、上記した何れの実施例においても、有機ＴＦＴは、基板上にゲート電極を設けたボトムゲート構造を用いて説明しているものの、トップゲート構造としても良い。すなわち、有機ＴＦＴは、基板からソース／ドレイン電極、有機半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極を順に作製して形成することとしても良い。ここで、バンクは、ソース／ドレイン電極を作製した後にトランジスタ領域を囲んで形成される。有機半導体層は、上記したボトムゲート構造の有機ＴＦＴと同様に、インクジェット法を用いて作製することができて、バンクによって画定される。
基板と、該基板上のトランジスタ領域に配置された複数の有機ＴＦＴと、を含む有機ＴＦＴ装置であって、該トランジスタ領域を取り囲む単一の開口を有するバンクと、該バンクによって画定されかつ該有機ＴＦＴのチャネルを形成する単一の有機半導体層と、を含むことを特徴とする本発明による有機ＴＦＴ装置によれば、インクジェット法を用いて有機ＴＦＴ装置を作製する際に有機ＴＦＴ毎にバンクを設ける必要がない故、有機ＴＦＴの各々の大きさ及び有機ＴＦＴ間の間隔が狭くなっても有機ＴＦＴ装置を作製することができる。
基板と、該基板上のトランジスタ領域に配置された複数の有機ＴＦＴと、を含む有機薄膜ＴＦＴ装置の製造方法であって、該トランジスタ領域に複数のゲート電極を形成する工程と、該ゲート電極の各々の上にゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲート絶縁膜の各々の上に互いに離間して対向するソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、該トランジスタ領域を取り囲む単一の開口を有するバンクを形成する工程と、該バンクに囲まれた領域内にインクジェット法を用いて該有機ＴＦＴのチャネルとなる単一の有機半導体層を形成する工程と、を含むことを特徴とする本発明による有機ＴＦＴの製造方法によれば、有機ＴＦＴ毎にバンクを設ける必要がない故、作製工程を単純化することができるだけでなく、有機ＴＦＴの各々の大きさ及び有機ＴＦＴ間の間隔が狭くなっても、インクジェット法を用いて有機ＴＦＴを作製することができる。

Claims (8)

  1. 基板と、前記基板上のトランジスタ領域に配置された複数の有機薄膜トランジスタと、を含む有機薄膜トランジスタ装置であって、
    前記トランジスタ領域を取り囲む単一の開口を有するバンクと、
    前記バンクによって画定されかつ前記有機薄膜トランジスタのチャネルを形成する単一の有機半導体層と、を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタ装置。
  2. 前記有機薄膜トランジスタのうち隣り合うもの同士の間に配置された隔壁を有することを特徴とする請求項１記載の有機薄膜トランジスタ装置。
  3. 前記有機半導体層はインクジェット法を用いて成膜されていることを特徴とする請求項１記載の有機薄膜トランジスタ装置。
  4. 請求項１乃至３の何れかに記載の有機薄膜トランジスタ装置を有する有機ＥＬ表示装置。
  5. 請求項１乃至３の何れか１に記載の有機薄膜トランジスタ装置を有することを特徴とする電気泳動表示装置。
  6. 請求項１乃至３の何れか１に記載の有機薄膜トランジスタ装置を有することを特徴とする液晶表示装置。
  7. 基板と、前記基板上のトランジスタ領域に配置された複数の有機薄膜トランジスタと、
    を含む有機薄膜トランジスタ装置の製造方法であって、
    前記トランジスタ領域に複数のゲート電極を形成する工程と、
    前記ゲート電極の各々の上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
    前記ゲート絶縁膜の各々の上に互いに離間して対向するソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
    前記トランジスタ領域を取り囲む単一の開口を有するバンクを形成する工程と、
    前記バンクに囲まれた領域内にインクジェット法を用いて前記有機薄膜トランジスタのチャネルとなる単一の有機半導体層を形成する工程と、を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタ装置の製造方法。
  8. 前記バンクを形成する工程は前記有機薄膜トランジスタのうち隣り合うもの同士が形成されるべき位置の間に隔壁を形成する工程を含むことを特徴とする請求項７記載の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法。
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