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JP2009087907A - Organic semiconductor light-emitting device - Google Patents

Organic semiconductor light-emitting device Download PDF

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JP2009087907A
JP2009087907A JP2007259991A JP2007259991A JP2009087907A JP 2009087907 A JP2009087907 A JP 2009087907A JP 2007259991 A JP2007259991 A JP 2007259991A JP 2007259991 A JP2007259991 A JP 2007259991A JP 2009087907 A JP2009087907 A JP 2009087907A
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light emitting
transport layer
organic semiconductor
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JP2007259991A
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Yoshiaki Oku
良彰 奥
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10K59/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface light-emitting type organic semiconductor light-emitting device which is integrated by an organic thin film transistor of low voltage driving and a high driving current, and holds flatness, and in which light-emitting characteristics and an yield are improved. <P>SOLUTION: This device is equipped with a gate electrode 120 arranged on a substrate 10, a gate insulating film 15 arranged on the gate electrode, a source electrode 16 and a drain electrode 18 arranged on the gate insulating film, an organic semiconductor layer 400 arranged on the gate insulating film between the source electrode and the drain electrode, an organic thin film transistor composed of a laminated structure of a positive hole transport layer, a light-emitting layer, and an electron transport layer repeatedly arranged in a plurality of layers on the organic semiconductor layer 400, an anode electrode 30 arranged on the substrate 10 at the peripheral part of the organic thin film transistor, and an organic semiconductor light-emitting element composed of the laminated structure of the positive hole transport layer, the light-emitting layer, and the electron transport layer repeatedly arranged in the plurality of layers on the anode electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機半導体発光装置に関し、特に有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子を同一基板上に集積化した有機半導体発光装置に関する。   The present invention relates to an organic semiconductor light emitting device, and more particularly to an organic semiconductor light emitting device in which an organic thin film transistor and a surface emitting organic semiconductor light emitting element are integrated on the same substrate.

有機半導体を用いた回路素子において、長期間安定して有機半導体の特性を維持し、また外部からの種々の応力および衝撃などに対しても耐久性が高い、信頼性に優れた回路素子が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に係る回路素子においては、有機半導体を含む回路部を基板上に形成してなる回路素子であって、当該回路部を所定空間をもって、囲む封止缶を有することを特徴とする。   In circuit elements using organic semiconductors, a highly reliable circuit element that maintains the characteristics of organic semiconductors stably for a long period of time and has high durability against various external stresses and shocks is disclosed. (For example, refer to Patent Document 1). The circuit element according to Patent Document 1 is a circuit element formed by forming a circuit part including an organic semiconductor on a substrate, and has a sealing can surrounding the circuit part with a predetermined space.

大気中の水蒸気の存在に起因して特性が変化若しくは劣化することを抑制し得る構造を有する電界効果トランジスタが開示されている(例えば、特許文献2参照。)。特許文献2に開示された電界効果トランジスタは、基体上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたソース/ドレイン電極と、および、ソース/ドレイン電極間であってゲート絶縁膜上に形成された有機半導体材料層からなるチャネル形成領域とを備える。少なくともチャネル形成領域の上には保護層が形成され、この保護層は、少なくとも、吸湿性を有する層と、耐湿性を有する層の積層構造を有する。   A field effect transistor having a structure capable of suppressing a change or deterioration in characteristics due to the presence of water vapor in the atmosphere is disclosed (see, for example, Patent Document 2). The field effect transistor disclosed in Patent Document 2 includes a gate electrode formed on a substrate, a gate insulating film formed on the gate electrode, a source / drain electrode formed on the gate insulating film, and And a channel forming region made of an organic semiconductor material layer formed between the source / drain electrodes and on the gate insulating film. A protective layer is formed at least on the channel formation region, and this protective layer has a laminated structure of at least a layer having hygroscopicity and a layer having moisture resistance.

一方、タンタル酸化膜(タンタルオキサイド:Ta25)膜は、その高誘電率(バルクの比誘電率が25)な電気特性のために、トランジスタのゲート絶縁膜として用いると、ゲート駆動電圧を大きく低減することが可能であるが、Ta25膜自体の内部欠陥及び結合性に由来するヒステリシスな特性のために、安定したゲート絶縁膜として用いることができず、トランジスタを高性能とすることが困難である。また、タンタル酸化膜を有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として用いる場合には、表面改質が非常に困難であり、有機半導体材料の配向制御も良好でなく、有機薄膜トランジスタの特性向上(低電圧駆動,高駆動電流)を達成することが困難である。 On the other hand, a tantalum oxide film (tantalum oxide: Ta 2 O 5 ) film has a high dielectric constant (bulk dielectric constant is 25) and has a gate driving voltage when used as a gate insulating film of a transistor. Although it can be greatly reduced, it cannot be used as a stable gate insulating film due to the hysteresis characteristics derived from internal defects and bonding properties of the Ta 2 O 5 film itself, and the transistor has high performance. Is difficult. In addition, when a tantalum oxide film is used as a gate insulating film of an organic thin film transistor, the surface modification is very difficult, the orientation control of the organic semiconductor material is not good, and the characteristics of the organic thin film transistor are improved (low voltage driving, high Driving current) is difficult to achieve.

また、金(Au)電極を有機薄膜トランジスタのソース/ドレイン電極として使用する場合にはその比較的大きな仕事関数のため、有機半導体層への正孔注入が容易であるが、仕事関数の大きな有機半導体層に対しては必ずしも正孔注入量が十分では無い。又、特に、ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層/無機電極界面の接触抵抗が大きい。   In addition, when a gold (Au) electrode is used as a source / drain electrode of an organic thin film transistor, hole injection into an organic semiconductor layer is easy due to its relatively large work function, but an organic semiconductor having a large work function. The hole injection amount is not always sufficient for the layer. In particular, in a bottom contact type organic thin film transistor, the contact resistance of the organic semiconductor layer / inorganic electrode interface is large.

一方、面発光型有機薄膜トランジスタは、有機発光ダイオード(OLED:Organic Light Emitting Diode)若しくは有機エレクトロルミネッセンス(OEL:Organic Electroluminescence)などの有機半導体発光素子と、スイッチング素子である有機薄膜トランジスタ(OTFT:Organic Thin Film Transistor)から構成され、一括に形成すること(連続成膜)が可能であり、高開口率で高精細な表示デバイスを形成することが可能である。   On the other hand, a surface-emitting organic thin film transistor includes an organic semiconductor light emitting device such as an organic light emitting diode (OLED) or organic electroluminescence (OEL) and an organic thin film transistor (OTFT) that is a switching device. Transistors) can be formed in a lump (continuous film formation), and a high-definition display device with a high aperture ratio can be formed.

OTFTの移動度を向上させることにより、OTFTのオン抵抗を低減し、オン電流を増大化し、電流駆動能力の増加と共に、有機半導体発光素子と組み合わせることによって、高輝度発光が可能になる。
特開2005−277065号公報 特開2005−191077号公報
By improving the mobility of the OTFT, the on-resistance of the OTFT is reduced, the on-current is increased, and the current drive capability is increased, and in combination with the organic semiconductor light-emitting element, high-luminance light emission becomes possible.
JP 2005-277065 A JP 2005-191077 A

しかしながら、有機薄膜トランジスタの高移動度化は、有機薄膜トランジスタ層の結晶化乃至グレインサイズ成長を引き起こすことが一般的であり、背反として有機発光ダイオード層の平坦性が損われ、発光特性や歩留りの低下が発生するという課題があった。   However, increasing the mobility of organic thin film transistors generally causes crystallization or grain size growth of the organic thin film transistor layer. As a contradiction, the flatness of the organic light emitting diode layer is impaired, and the emission characteristics and yield are reduced. There was a problem that occurred.

本発明の目的は、有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子を同一基板上に集積化した有機半導体発光装置において、ソース/ドレイン電極からの正孔注入能力が高く、高誘電率の絶縁膜を有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として用い、表面改質が容易であり、有機半導体材料の配向制御も良好で、有機薄膜トランジスタの特性向上(低電圧駆動,高駆動電流)を達成するとともに、有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子の平坦性が保持され、発光特性や歩留りの向上する集積化に適した有機半導体発光装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an organic semiconductor light-emitting device in which an organic thin-film transistor and a surface-emitting organic semiconductor light-emitting element are integrated on the same substrate. Used as a gate insulating film for organic thin film transistors, easy surface modification, good orientation control of organic semiconductor materials, improved characteristics of organic thin film transistors (low voltage drive, high drive current), An object of the present invention is to provide an organic semiconductor light emitting device suitable for integration in which the flatness of a light emitting organic semiconductor light emitting element is maintained and the light emission characteristics and the yield are improved.

そこで、有機薄膜トランジスタ層に積層する面発光型有機半導体発光素子層もしくは発光層を多層化することにより全体的な有機半導体発光装置を構成する積層構造の平坦性を確保する。   Therefore, the flatness of the laminated structure constituting the entire organic semiconductor light emitting device is secured by multilayering the surface emitting organic semiconductor light emitting element layer or the light emitting layer laminated on the organic thin film transistor layer.

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、基板と、前記基板上に配置されたゲート電極と、前記ゲート電極上に配置されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に配置されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極間であって前記ゲート絶縁膜上に配置された有機半導体層と、前記有機半導体層上に配置された第1正孔輸送層と、前記第1正孔輸送層上に配置された第1発光層と、前記第1発光層上に配置された第1電子輸送層と、前記第1電子輸送層上に配置された第2正孔輸送層と、前記第2正孔輸送層上に配置された第2発光層と、前記第2発光層上に配置された第2電子輸送層と、前記第2電子輸送層上に配置された導電体層とを備える有機薄膜トランジスタと、前記有機薄膜トランジスタの周辺部において、前記基板上に配置されたアノード電極と、前記アノード電極上に配置された第4正孔輸送層と、前記第4正孔輸送層上に配置された第4発光層と、前記第4発光層上に配置された第4電子輸送層と、前記第4電子輸送層上に配置された第5正孔輸送層と、前記第5正孔輸送層上に配置された第5発光層と、前記第5発光層上に配置された第5電子輸送層と、前記第5電子輸送層上に配置されたカソード電極との積層構造からなる有機半導体発光素子とをさらに備える有機半導体発光装置が提供される。   According to one embodiment of the present invention for achieving the above object, a substrate, a gate electrode disposed on the substrate, a gate insulating film disposed on the gate electrode, and disposed on the gate insulating film A source electrode and a drain electrode, an organic semiconductor layer disposed on the gate insulating film between the source electrode and the drain electrode, and a first hole transport layer disposed on the organic semiconductor layer, A first light-emitting layer disposed on the first hole-transport layer, a first electron-transport layer disposed on the first light-emitting layer, and a second positive layer disposed on the first electron-transport layer. A hole transport layer; a second light emitting layer disposed on the second hole transport layer; a second electron transport layer disposed on the second light emitting layer; and a second electron transport layer disposed on the second electron transport layer. Organic thin film transistor comprising a conductive layer and the organic thin film transistor In the peripheral portion, an anode electrode disposed on the substrate, a fourth hole transport layer disposed on the anode electrode, a fourth light emitting layer disposed on the fourth hole transport layer, A fourth electron transport layer disposed on the fourth light emitting layer; a fifth hole transport layer disposed on the fourth electron transport layer; and a fifth light emitting disposed on the fifth hole transport layer. An organic semiconductor light emitting device, further comprising: a layer, a fifth electron transport layer disposed on the fifth light emitting layer, and an organic semiconductor light emitting element having a stacked structure of a cathode electrode disposed on the fifth electron transport layer An apparatus is provided.

本発明の他の態様によれば、基板と、前記基板上に配置されたゲート電極と、前記ゲート電極上に配置されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に配置された第1金属層と、前記第1金属層上に配置された第2金属層の積層構造からなるソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極間であって前記ゲート絶縁膜上に配置された有機半導体層と、前記有機半導体層上に配置された第1正孔輸送層と、前記第1正孔輸送層上に配置された第1発光層と、前記第1発光層上に配置された第1電子輸送層と、前記第1電子輸送層上に配置された第2正孔輸送層と、前記第2正孔輸送層上に配置された第2発光層と、前記第2発光層上に配置された第2電子輸送層と、前記第2電子輸送層上に配置された導電体層とを備え、前記第1金属層の仕事関数は前記第2金属層の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタと、前記有機薄膜トランジスタの周辺部において、前記基板上に配置されたアノード電極と、前記アノード電極上に配置された第4正孔輸送層と、前記第4正孔輸送層上に配置された第4発光層と、前記第4発光層上に配置された第4電子輸送層と、前記第4電子輸送層上に配置された第5正孔輸送層と、前記第5正孔輸送層上に配置された第5発光層と、前記第5発光層上に配置された第5電子輸送層と、前記第5電子輸送層上に配置されたカソード電極との積層構造からなる有機半導体発光素子とをさらに備える有機半導体発光装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, a substrate, a gate electrode disposed on the substrate, a gate insulating film disposed on the gate electrode, and a first metal layer disposed on the gate insulating film. A source electrode and a drain electrode having a laminated structure of a second metal layer disposed on the first metal layer, and an organic semiconductor disposed on the gate insulating film between the source electrode and the drain electrode A first hole transporting layer disposed on the organic semiconductor layer, a first light emitting layer disposed on the first hole transporting layer, and a first light disposed on the first light emitting layer. An electron transport layer; a second hole transport layer disposed on the first electron transport layer; a second light emitting layer disposed on the second hole transport layer; and disposed on the second light emitting layer. A second electron transport layer, and a conductor layer disposed on the second electron transport layer, The work function of the first metal layer is larger than the work function of the second metal layer, an anode electrode disposed on the substrate in the periphery of the organic thin film transistor, and the work function of the first metal layer. A fourth hole transporting layer, a fourth light emitting layer disposed on the fourth hole transporting layer, a fourth electron transporting layer disposed on the fourth light emitting layer, and the fourth electron transporting layer. A fifth hole transport layer disposed on the fifth light-emitting layer disposed on the fifth hole transport layer; a fifth electron transport layer disposed on the fifth light-emitting layer; An organic semiconductor light-emitting device further comprising an organic semiconductor light-emitting element having a stacked structure with a cathode electrode disposed on a 5-electron transport layer is provided.

本発明の他の態様によれば、基板と、前記基板上に配置されたゲート電極と、前記ゲート電極上に配置された第1ゲート絶縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜上に配置された第2ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート絶縁膜上に配置された第1金属層と、前記第1金属層上に配置された第2金属層の積層構造からなるソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極間であって前記ゲート絶縁膜上に配置された有機半導体層と、前記有機半導体層上に配置された第1正孔輸送層と、前記第1正孔輸送層上に配置された第1発光層と、前記第1発光層上に配置された第1電子輸送層と、前記第1電子輸送層上に配置された第2正孔輸送層と、前記第2正孔輸送層上に配置された第2発光層と、前記第2発光層上に配置された第2電子輸送層と、前記第2電子輸送層上に配置された導電体層とを備え、前記第1金属層の仕事関数は前記第2金属層の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタと、前記有機薄膜トランジスタの周辺部において、前記基板上に配置されたアノード電極と、前記アノード電極上に配置された第4正孔輸送層と、前記第4正孔輸送層上に配置された第4発光層と、前記第4発光層上に配置された第4電子輸送層と、前記第4電子輸送層上に配置された第5正孔輸送層と、前記第5正孔輸送層上に配置された第5発光層と、前記第5発光層上に配置された第5電子輸送層と、前記第5電子輸送層上に配置されたカソード電極との積層構造からなる有機半導体発光素子とをさらに備える有機半導体発光装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, the substrate, the gate electrode disposed on the substrate, the first gate insulating film disposed on the gate electrode, and the first gate insulating film are disposed. A source electrode and a drain electrode having a stacked structure of a second gate insulating film, a first metal layer disposed on the second gate insulating film, and a second metal layer disposed on the first metal layer; An organic semiconductor layer disposed on the gate insulating film between the source electrode and the drain electrode, a first hole transport layer disposed on the organic semiconductor layer, and on the first hole transport layer A first light-emitting layer disposed on the first light-emitting layer, a second electron transport layer disposed on the first light-emitting layer, a second hole transport layer disposed on the first electron-transport layer, and the second positive transport layer. A second light emitting layer disposed on the hole transport layer; and a second light emitting layer disposed on the second light emitting layer. An organic thin film transistor including a transport layer and a conductor layer disposed on the second electron transport layer, wherein a work function of the first metal layer is larger than a work function of the second metal layer; In the peripheral portion, an anode electrode disposed on the substrate, a fourth hole transport layer disposed on the anode electrode, a fourth light emitting layer disposed on the fourth hole transport layer, A fourth electron transport layer disposed on the fourth light emitting layer; a fifth hole transport layer disposed on the fourth electron transport layer; and a fifth light emitting disposed on the fifth hole transport layer. An organic semiconductor light emitting device, further comprising: a layer, a fifth electron transport layer disposed on the fifth light emitting layer, and an organic semiconductor light emitting element having a stacked structure of a cathode electrode disposed on the fifth electron transport layer An apparatus is provided.

本発明の他の態様によれば、基板と、前記基板上に配置されたゲート電極と、前記ゲート電極上に配置された第1ゲート絶縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜上に配置された第2ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート絶縁膜上に配置された第1金属層と、前記第1金属層上に配置された第2金属層と、前記第2金属層上に配置された第3金属層との積層構造からなるソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極間であって前記第2ゲート絶縁膜上に配置された有機半導体層と前記有機半導体層上に配置された第1正孔輸送層と、前記第1正孔輸送層上に配置された第1発光層と、前記第1発光層上に配置された第1電子輸送層と、前記第1電子輸送層上に配置された第2正孔輸送層と、前記第2正孔輸送層上に配置された第2発光層と、前記第2発光層上に配置された第2電子輸送層と、前記第2電子輸送層上に配置された導電体層とを備え、前記第1金属層および前記第3金属層の仕事関数は前記第2金属層の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタと、前記有機薄膜トランジスタの周辺部において、前記基板上に配置されたアノード電極と、前記アノード電極上に配置された第4正孔輸送層と、前記第4正孔輸送層上に配置された第4発光層と、前記第4発光層上に配置された第4電子輸送層と、前記第4電子輸送層上に配置された第5正孔輸送層と、前記第5正孔輸送層上に配置された第5発光層と、前記第5発光層上に配置された第5電子輸送層と、前記第5電子輸送層上に配置されたカソード電極との積層構造からなる有機半導体発光素子とをさらに備える有機半導体発光装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, the substrate, the gate electrode disposed on the substrate, the first gate insulating film disposed on the gate electrode, and the first gate insulating film are disposed. A second gate insulating film; a first metal layer disposed on the second gate insulating film; a second metal layer disposed on the first metal layer; and a second metal layer disposed on the second metal layer. A source electrode and a drain electrode having a laminated structure with a third metal layer; an organic semiconductor layer disposed on the second gate insulating film between the source electrode and the drain electrode; and disposed on the organic semiconductor layer The first hole transport layer, the first light emitting layer disposed on the first hole transport layer, the first electron transport layer disposed on the first light emitting layer, and the first electron transport. A second hole transport layer disposed on the layer, and a second hole transport layer disposed on the second hole transport layer. A light-emitting layer; a second electron-transport layer disposed on the second light-emitting layer; and a conductor layer disposed on the second electron-transport layer. The first metal layer and the third metal layer The organic thin film transistor whose work function is larger than the work function of the second metal layer, the anode electrode disposed on the substrate in the periphery of the organic thin film transistor, and the fourth hole disposed on the anode electrode A transport layer; a fourth light emitting layer disposed on the fourth hole transport layer; a fourth electron transport layer disposed on the fourth light emitting layer; and a fourth electron transport layer disposed on the fourth electron transport layer. A fifth hole transporting layer; a fifth light emitting layer disposed on the fifth hole transporting layer; a fifth electron transporting layer disposed on the fifth light emitting layer; and the fifth electron transporting layer. And an organic semiconductor light emitting device having a laminated structure with a cathode electrode disposed on the substrate. The organic semiconductor light-emitting device is provided with.

本発明の他の態様によれば、基板と、前記基板上に配置されたゲート電極と、前記ゲート電極上に配置された第1ゲート絶縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜上に配置された第2ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート絶縁膜上に配置された有機半導体層と、前記有機半導体層上に離隔して配置された第1金属層と、前記第1金属層上に配置された第2金属層と、前記第2金属層上に配置された第3金属層との積層構造からなるソース電極およびドレイン電極と、前記有機半導体層上および前記ソース電極およびドレイン電極上に配置された第1正孔輸送層と、前記第1正孔輸送層上に配置された第1発光層と、前記第1発光層上に配置された第1電子輸送層と、前記第1電子輸送層上に配置された第2正孔輸送層と、前記第2正孔輸送層上に配置された第2発光層と、前記第2発光層上に配置された第2電子輸送層と、前記第2電子輸送層上に配置された導電体層とを備え、前記第1金属層および前記第3金属層の仕事関数は前記第2金属層の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタと、前記有機薄膜トランジスタの周辺部において、前記基板上に配置されたアノード電極と、前記アノード電極上に配置された第4正孔輸送層と、前記第4正孔輸送層上に配置された第4発光層と、前記第4発光層上に配置された第4電子輸送層と、前記第4電子輸送層上に配置された第5正孔輸送層と、前記第5正孔輸送層上に配置された第5発光層と、前記第5発光層上に配置された第5電子輸送層と、前記第5電子輸送層上に配置されたカソード電極との積層構造からなる有機半導体発光素子とをさらに備える有機半導体発光装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, the substrate, the gate electrode disposed on the substrate, the first gate insulating film disposed on the gate electrode, and the first gate insulating film are disposed. A second gate insulating film; an organic semiconductor layer disposed on the second gate insulating film; a first metal layer disposed separately on the organic semiconductor layer; and disposed on the first metal layer. A source electrode and a drain electrode having a stacked structure of a second metal layer and a third metal layer disposed on the second metal layer; and disposed on the organic semiconductor layer and the source electrode and drain electrode. The first hole transport layer, the first light emitting layer disposed on the first hole transport layer, the first electron transport layer disposed on the first light emitting layer, and the first electron transport layer A second hole transport layer disposed thereon, and disposed on the second hole transport layer. A second light-emitting layer; a second electron-transport layer disposed on the second light-emitting layer; and a conductor layer disposed on the second electron-transport layer. The first metal layer and the third metal layer An organic thin film transistor having a work function of the metal layer larger than that of the second metal layer, an anode electrode disposed on the substrate in a peripheral portion of the organic thin film transistor, and a fourth disposed on the anode electrode A hole transport layer, a fourth light-emitting layer disposed on the fourth hole transport layer, a fourth electron transport layer disposed on the fourth light-emitting layer, and disposed on the fourth electron transport layer The fifth hole transport layer, the fifth light emitting layer disposed on the fifth hole transport layer, the fifth electron transport layer disposed on the fifth light emitting layer, and the fifth electron transport. An organic semiconductor light emitting device having a laminated structure with a cathode electrode disposed on the layer; The organic semiconductor light-emitting device is provided comprising the al.

本発明の他の態様によれば、ボトムエミッション型、トップエミッション型もしくはボスエミッション型である有機半導体発光装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided an organic semiconductor light emitting device that is a bottom emission type, a top emission type, or a boss emission type.

本発明の他の態様によれば、シリコン酸化膜の表面をAr逆スパッタリング,UV/O3処理,Ar/O2プラズマ処理,HMDS処理によりあるいはその組み合わせにより表面修飾を行ったことを特徴とする有機半導体発光装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, the surface of the silicon oxide film is surface modified by Ar reverse sputtering, UV / O 3 treatment, Ar / O 2 plasma treatment, HMDS treatment, or a combination thereof. An organic semiconductor light emitting device is provided.

本発明の他の態様によれば、有機発光デバイス、フラットパネルディスプレイ、フレキシブルエレクトロニクス、透明エレクトロニクス、および照明装置のいずれか若しくは組み合わせに適用されることを特徴とする有機半導体発光装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided an organic semiconductor light emitting device that is applied to any one or combination of an organic light emitting device, a flat panel display, flexible electronics, transparent electronics, and a lighting device.

本発明によれば、有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子を同一基板上に集積化した有機半導体発光装置において、ソース/ドレイン電極からの正孔注入能力が高く、高誘電率の絶縁膜を有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として用い、表面改質が容易であり、有機半導体材料の配向制御も良好で、有機薄膜トランジスタの特性向上(低電圧駆動,高駆動電流)を達成するとともに、有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子の平坦性が保持され、発光特性や歩留りの向上する集積化に適した有機半導体発光装置提供することができる。   According to the present invention, in an organic semiconductor light emitting device in which an organic thin film transistor and a surface emitting organic semiconductor light emitting element are integrated on the same substrate, an insulating film having a high hole injecting ability from a source / drain electrode and a high dielectric constant is provided. Used as a gate insulating film for organic thin film transistors, easy surface modification, good orientation control of organic semiconductor materials, improved characteristics of organic thin film transistors (low voltage drive, high drive current), It is possible to provide an organic semiconductor light emitting device suitable for integration in which the flatness of the light emitting organic semiconductor light emitting element is maintained and the light emission characteristics and the yield are improved.

本発明の有機半導体発光装置によれば、面発光型有機半導体発光素子の輝度ばらつき、発光波長のばらつきに起因する輝度むら/色むらなどの発光特性を改善し、歩留りの低下も抑制をするだけでなく、面発光型有機半導体発光素子および有機薄膜トランジスタを多層化しているため、発光効率を大幅に高めることも可能になる。   According to the organic semiconductor light emitting device of the present invention, the light emission characteristics such as luminance unevenness / color unevenness due to the luminance variation and emission wavelength variation of the surface emitting organic semiconductor light emitting element are improved, and the decrease in yield is also suppressed. In addition, since the surface-emitting organic semiconductor light-emitting element and the organic thin-film transistor are multi-layered, the light emission efficiency can be significantly increased.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and different from the actual ones. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention. The technical idea of the present invention is the arrangement of each component as described below. It is not something specific. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置であって、ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタの周辺部において有機半導体発光素子を集積化した模式的断面構造図を示す。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional structure diagram showing an organic semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention, in which organic semiconductor light emitting elements are integrated in a peripheral portion of a bottom contact type organic thin film transistor.

有機薄膜トランジスタは、有機半導体発光素子のドライバ用のトランジスタとして構成されることから、低電圧駆動かつ高輝度発光のためには、有機薄膜トランジスタのオン電流を増大することが必要である。本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置は、図1に示す有機薄膜トランジスタの構造を適用することにより、高い駆動電流を実現している。   Since the organic thin film transistor is configured as a transistor for a driver of an organic semiconductor light emitting element, it is necessary to increase the on-current of the organic thin film transistor for low voltage driving and high luminance light emission. The organic semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention realizes a high driving current by applying the structure of the organic thin film transistor shown in FIG.

本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置の構造は、図1に示すように、基板10と基板10上に配置されたゲート電極120と、ゲート電極120上に配置されたゲート絶縁膜15と、ゲート絶縁膜15上に離隔して配置されたソース電極16およびドレイン電極18と、ソース電極16とドレイン電極18間であってゲート絶縁膜15上に配置された有機半導体層400と、有機半導体層400上に配置された正孔輸送層411と、正孔輸送層411上に配置された発光層412と、発光層412上に配置された電子輸送層413と、電子輸送層413上に配置された正孔輸送層421と、正孔輸送層421上に配置された発光層4422と、発光層422上に配置された電子輸送層423と、電子輸送層423上に配置された正孔輸送層431と、正孔輸送層431上に配置された発光層432と、発光層432上に配置された電子輸送層433と電子輸送層433上に配置された導電体層60とを備える有機薄膜トランジスタを備える。   As shown in FIG. 1, the structure of the organic semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention includes a substrate 10, a gate electrode 120 disposed on the substrate 10, and a gate disposed on the gate electrode 120. The insulating film 15, the source electrode 16 and the drain electrode 18 that are spaced apart on the gate insulating film 15, and the organic semiconductor layer 400 that is disposed on the gate insulating film 15 between the source electrode 16 and the drain electrode 18. A hole transport layer 411 disposed on the organic semiconductor layer 400, a light-emitting layer 412 disposed on the hole transport layer 411, an electron transport layer 413 disposed on the light-emitting layer 412, and an electron transport layer A hole transport layer 421 disposed on the electron transport layer 413, a light emitting layer 4422 disposed on the hole transport layer 421, an electron transport layer 423 disposed on the light emitting layer 422, and an electron transport layer 423. A hole transport layer 431, a light emitting layer 432 disposed on the hole transport layer 431, an electron transport layer 433 disposed on the light emitting layer 432, and a conductor layer 60 disposed on the electron transport layer 433. An organic thin film transistor is provided.

また、有機薄膜トランジスタの周辺部において、基板10上に配置されたアノード電極30と、アノード電極30上に配置された正孔輸送層311と、正孔輸送層311上に配置された発光層312と、発光層312上に配置された電子輸送層313と、電子輸送層313上に配置された正孔輸送層321と、正孔輸送層321上に配置された発光層322と、発光層322上に配置された電子輸送層323と、電子輸送層323上に配置された正孔輸送層331と、正孔輸送層331上に配置された発光層332と、発光層332上に配置された電子輸送層333と、電子輸送層333上に配置されたカソード電極40との積層構造からなる有機半導体発光素子を備える。   In addition, in the periphery of the organic thin film transistor, an anode electrode 30 disposed on the substrate 10, a hole transport layer 311 disposed on the anode electrode 30, and a light emitting layer 312 disposed on the hole transport layer 311, The electron transport layer 313 disposed on the light emitting layer 312, the hole transport layer 321 disposed on the electron transport layer 313, the light emitting layer 322 disposed on the hole transport layer 321, and the light emitting layer 322 , The electron transport layer 323 disposed on the electron transport layer 323, the hole transport layer 331 disposed on the electron transport layer 323, the light emitting layer 332 disposed on the hole transport layer 331, and the electron disposed on the light emitting layer 332 An organic semiconductor light emitting device having a stacked structure of a transport layer 333 and a cathode electrode 40 disposed on the electron transport layer 333 is provided.

有機半導体発光素子を搭載する基板10の裏面には、カラーフィルタ50を配置しても良い。   A color filter 50 may be disposed on the back surface of the substrate 10 on which the organic semiconductor light emitting element is mounted.

金属層16,18は、金(Au)電極で形成され、その膜厚は、例えば、約20nm〜200nm程度であり、望ましくは、約80nmである。   The metal layers 16 and 18 are formed of gold (Au) electrodes, and the film thickness thereof is, for example, about 20 nm to 200 nm, and preferably about 80 nm.

また、ゲート絶縁膜15はタンタル酸化膜で構成されていても良い。   The gate insulating film 15 may be made of a tantalum oxide film.

さらに、具体的に、本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置の構造は、図1に示すように、基板10と、基板10上に配置され,厚さ約100nmのAl−Nd層からなるゲート電極120と、ゲート電極120上に配置され, 厚さ約100nmのタンタル酸化膜(PVD−Ta25)からなるゲート絶縁膜15と、ゲート絶縁膜15上に離隔して配置され,厚さ約80nmの金電極層からなるソース電極16およびドレイン電極18と、ソース電極16とドレイン電極18間であってゲート絶縁膜15上に配置され,例えば、後述するPy105(Me)からなる厚さ約50nmのp型有機半導体層400と、有機半導体層400上に配置された正孔輸送層411と、正孔輸送層411上に配置された発光層412と、発光層412上に配置された電子輸送層413と、電子輸送層413上に配置された正孔輸送層421と、正孔輸送層421上に配置された発光層422と、発光層422上に配置された電子輸送層423と、電子輸送層423上に配置された正孔輸送層431と、正孔輸送層431上に配置された発光層432と、発光層432上に配置された電子輸送層433と、電子輸送層433上に配置された導電体層60とを備える有機薄膜トランジスタを備える。 Furthermore, specifically, the structure of the organic semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention is, as shown in FIG. 1, a substrate 10 and an Al— having a thickness of about 100 nm, disposed on the substrate 10. A gate electrode 120 made of an Nd layer, a gate insulating film 15 made of a tantalum oxide film (PVD-Ta 2 O 5 ) having a thickness of about 100 nm disposed on the gate electrode 120, and spaced apart on the gate insulating film 15 The source electrode 16 and the drain electrode 18 which are disposed and are formed of a gold electrode layer having a thickness of about 80 nm, and are disposed between the source electrode 16 and the drain electrode 18 and on the gate insulating film 15. For example, Py105 (Me) described later A p-type organic semiconductor layer 400 having a thickness of about 50 nm, a hole transport layer 411 disposed on the organic semiconductor layer 400, a light emitting layer 412 disposed on the hole transport layer 411, and the light emitting layer 4 12, an electron transport layer 413 disposed on the electron transport layer, a hole transport layer 421 disposed on the electron transport layer 413, a light emitting layer 422 disposed on the hole transport layer 421, and a light emitting layer 422. The electron transport layer 423, the hole transport layer 431 disposed on the electron transport layer 423, the light emitting layer 432 disposed on the hole transport layer 431, and the electron transport layer 433 disposed on the light emitting layer 432 And an organic thin film transistor including the conductor layer 60 disposed on the electron transport layer 433.

また、有機薄膜トランジスタの周辺部において、基板10上に配置され,例えば、ITOからなるアノード電極30と、アノード電極30上に配置された正孔輸送層311と、正孔輸送層311上に配置された発光層312と、発光層312上に配置された電子輸送層313と、電子輸送層313上に配置された正孔輸送層321と、正孔輸送層321上に配置された発光層322と、発光層322上に配置された電子輸送層323と、電子輸送層323上に配置された正孔輸送層331と、正孔輸送層331上に配置された発光層332と、発光層332上に配置された電子輸送層333と、電子輸送層333上に配置され,例えば、Al/LiF積層電極からなるカソード電極40との積層構造からなる有機半導体発光素子をさらに備える。   Further, in the peripheral portion of the organic thin film transistor, it is disposed on the substrate 10, for example, an anode electrode 30 made of ITO, a hole transport layer 311 disposed on the anode electrode 30, and a hole transport layer 311. The light emitting layer 312, the electron transport layer 313 disposed on the light emitting layer 312, the hole transport layer 321 disposed on the electron transport layer 313, and the light emitting layer 322 disposed on the hole transport layer 321 The electron transport layer 323 disposed on the light emitting layer 322, the hole transport layer 331 disposed on the electron transport layer 323, the light emitting layer 332 disposed on the hole transport layer 331, and the light emitting layer 332 And an organic semiconductor light emitting device having a stacked structure of, for example, a cathode electrode 40 formed of an Al / LiF stacked electrode.

また、正孔輸送層311と411を同時に形成してもよく、また、正孔輸送層321と421を同時に形成してもよく、また、正孔輸送層331と431を同時に形成しても良い。   In addition, the hole transport layers 311 and 411 may be formed at the same time, the hole transport layers 321 and 421 may be formed at the same time, and the hole transport layers 331 and 431 may be formed at the same time. .

尚、上記の有機半導体発光素子の積層構造において、アノード電極30と正孔輸送層311との間に、有機薄膜トランジスタの積層構造における有機半導体層400と同様に有機半導体層を介在させてもよい。   In the organic semiconductor light emitting element laminated structure, an organic semiconductor layer may be interposed between the anode electrode 30 and the hole transport layer 311 in the same manner as the organic semiconductor layer 400 in the organic thin film transistor laminated structure.

また、電子輸送層313と413を同時に形成してもよく、また、電子輸送層323と423を同時に形成してもよく、また、電子輸送層333と433を同時に形成しても良い。   Further, the electron transport layers 313 and 413 may be formed at the same time, the electron transport layers 323 and 423 may be formed at the same time, and the electron transport layers 333 and 433 may be formed at the same time.

また、発光層312と412を同時に形成してもよく、また、発光層322と422を同時に形成してもよく、また、発光層332と432を同時に形成しても良い。   In addition, the light emitting layers 312 and 412 may be formed at the same time, the light emitting layers 322 and 422 may be formed at the same time, and the light emitting layers 332 and 432 may be formed at the same time.

本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置の形成工程においても有機半導体層400を形成するための前処理として、タンタル酸化膜(PVD−Ta25)からなるゲート絶縁膜15の表面に対して、表面清浄化のために以下の処理を実行している。すなわち、Arの逆スパッタリング処理を約60sec、次に、UV/O3処理を約2分、さらに疎水化するためにHMDS処理を約15分、気相雰囲気中で行っている。また、Ar/O2プラズマ処理を実施しても良い。 Also in the formation process of the organic semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention, as a pretreatment for forming the organic semiconductor layer 400, the gate insulating film 15 made of a tantalum oxide film (PVD-Ta 2 O 5 ). The following processing is performed on the surface of the surface for surface cleaning. That is, reverse sputtering of Ar is carried out for about 60 seconds, then UV / O 3 treatment is carried out for about 2 minutes, and further HMDS treatment is carried out for about 15 minutes in order to make it hydrophobic in a gas phase atmosphere. Further, Ar / O 2 plasma treatment may be performed.

さらに、ソース電極16およびドレイン電極18を形成する金(Au)層はその比較的大きな仕事関数のため、有機半導体層400への正孔注入が容易である。   Further, since the gold (Au) layer forming the source electrode 16 and the drain electrode 18 has a relatively large work function, hole injection into the organic semiconductor layer 400 is easy.

尚、最終的な構造としては、図1には図示を省略されているが、導電体層60およびカソード電極40上には、低温成長によって形成された窒化膜やシリコン酸化膜、或いはこれらの積層構造をパッシベーション膜として形成しても良い。或いはまた、無機膜と有機膜の積層膜をパッシベーション膜として形成しても良い。さらに、所定空間をもって、囲む封止缶によるパッケージ構造を備えていても良い。   Although the final structure is not shown in FIG. 1, a nitride film or silicon oxide film formed by low-temperature growth or a laminate thereof is formed on the conductor layer 60 and the cathode electrode 40. The structure may be formed as a passivation film. Alternatively, a laminated film of an inorganic film and an organic film may be formed as a passivation film. Furthermore, you may provide the package structure by the sealing can which has predetermined space.

また、本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置は、有機薄膜トランジスタ部分において、p型有機半導体層400のHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)のエネルギー準位の絶対値がキャップ用の導電体層60の仕事関数の絶対値よりも大きくすると良い。ここで、HOMOのエネルギー準位とは、有機分子の基底状態を表す。また、LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)のエネルギー準位とは、有機分子の励起状態を表す。ここで、LUMO準位は最低励起一重項準位(S1)に対応する。さらに電子や正孔が有機物に注入され、ラジカルアニオン(M-),ラジカルカチオン(M+)が形成された場合の正孔および電子の準位は、励起子結合エネルギーが存在しない分、HOMO準位,LUMO準位の外側の位置に電子伝導準位、正孔伝導準位が位置することになる。 Further, in the organic semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention, the absolute value of the HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) energy level of the p-type organic semiconductor layer 400 in the organic thin film transistor portion is a conductive material for capping. The absolute value of the work function of the body layer 60 is preferably larger. Here, the energy level of HOMO represents the ground state of an organic molecule. The energy level of LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) represents an excited state of an organic molecule. Here, the LUMO level corresponds to the lowest excited singlet level (S 1 ). Furthermore, when electrons and holes are injected into an organic substance to form radical anions (M ) and radical cations (M + ), the levels of holes and electrons are HOMO levels because there is no exciton binding energy. The electron conduction level and the hole conduction level are located outside the level and the LUMO level.

p型有機半導体層400の代わりにn型有機半導体層を適用する場合には、n型有機半導体層のLUMOのエネルギー準位の絶対値が導電体層の仕事関数の絶対値よりも小さくすれば良い。   When an n-type organic semiconductor layer is applied instead of the p-type organic semiconductor layer 400, the absolute value of the LUMO energy level of the n-type organic semiconductor layer is made smaller than the absolute value of the work function of the conductor layer. good.

正孔輸送層411,421,431としては、例えば、α−NPDを用いることができる。ここで、α−NPDは、4,4−ビスN−(1−ナフチル−1−)[N−フェニル−アミノ]−ビフェニル(4,4-bis[N-(1-naphtyl-1-)N-phenyl-amino]-biphenyl)と呼ばれる。   As the hole transport layers 411, 421, and 431, for example, α-NPD can be used. Here, α-NPD is 4,4-bisN- (1-naphthyl-1-) [N-phenyl-amino] -biphenyl (4,4-bis [N- (1-naphtyl-1-) N]. -phenyl-amino] -biphenyl).

電子輸送層412,422,432としては、例えばAlq3などで形成することができる。ここで、Alq3は、アルミニウム8−ヒドロキシキノリネート(Aluminum 8-hydroxyquinolinate)或いは、トリ8−キノリノラトアルミニウムと呼ばれる材料である。 The electron transport layers 412, 422, and 432 can be formed of, for example, Alq 3 . Here, Alq 3 is a material called aluminum 8-hydroxyquinolinate or tri-8-quinolinolato aluminum.

導電体層60は、例えば、MgAg、Al、Ca、Li、Cs、Ni、Tiなどの金属材料、LiF/Alからなる金属積層構造、ITO、IZOなどの無機導電体材料、PEDOTなどの有機導電体材料で形成することができる。   The conductor layer 60 includes, for example, a metal material such as MgAg, Al, Ca, Li, Cs, Ni, and Ti, a metal laminated structure made of LiF / Al, an inorganic conductor material such as ITO and IZO, and an organic conductor such as PEDOT. It can be made of body material.

すなわち、p型有機半導体層400と導電体層60の間に正孔輸送層411,421,431、発光層412,422,432および電子輸送層413,423,433の積層構造によって構成されるpnダイオードによって、ソース電極16とドレイン電極18間の短絡を防止することができる。すなわち、上記pnダイオードによって、キャリアの逆流を防ぐことができ、導電体層60を介してソース・ドレイン間が短絡することは原理的に発生しない。   That is, a pn formed by a stacked structure of hole transport layers 411, 421, 431, light emitting layers 412, 422, 432 and electron transport layers 413, 423, 433 between the p-type organic semiconductor layer 400 and the conductor layer 60. A short circuit between the source electrode 16 and the drain electrode 18 can be prevented by the diode. That is, the pn diode can prevent the backflow of carriers, and a short circuit between the source and the drain via the conductor layer 60 does not occur in principle.

p型トランジスタとして、ソース・ドレイン間にバイアス電圧を印加する場合、導電体層60とドレイン電極18間は、電界の向きがpn接合の逆方向バイアスにあたるため、導電体層60を介してソース電極16とドレイン電極18間が短絡することはない。   As a p-type transistor, when a bias voltage is applied between the source and the drain, the direction of the electric field between the conductor layer 60 and the drain electrode 18 is a reverse bias of a pn junction. There is no short circuit between 16 and the drain electrode 18.

同様に、ソース・ドレイン間にバイアス電圧を印加した場合、キャップ用の導電体層60とソース電極16間は、pn接合の順方向バイアスにあたるため、キャップ用の導電体層60はソース電極(基準電位)からpn接合の順方向電圧降下(Vf)分の電位差をもって安定する。また、p型有機半導体層(トランジスタ活性層)400内部の電位は、キャップ用の導電体層60の電磁シールド効果によって安定化する。   Similarly, when a bias voltage is applied between the source and the drain, the forward conductive bias of the pn junction is applied between the capping conductor layer 60 and the source electrode 16, so that the capping conductor layer 60 is the source electrode (reference). It stabilizes with a potential difference corresponding to the forward voltage drop (Vf) of the pn junction. The potential inside the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 400 is stabilized by the electromagnetic shielding effect of the cap conductor layer 60.

本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置の構造において、各電極、各層はそれぞれスパッタ、蒸着、塗布などにより成膜される。   In the structure of the organic semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention, each electrode and each layer are formed by sputtering, vapor deposition, coating, or the like.

基板10は、例えば、厚さ約30μm〜1mm程度のガラス基板,ステンレス基板,サファイア基板,シリコン基板などの無機材料基板、或いは、ポリイミド(PI),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),ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン(PES)などの有機材料基板、或いはプラスチック基板などが用いられる。   The substrate 10 is, for example, a glass substrate having a thickness of about 30 μm to 1 mm, an inorganic material substrate such as a stainless steel substrate, a sapphire substrate, a silicon substrate, or polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN). , Organic material substrates such as polycarbonate and polyethersulfone (PES), or plastic substrates are used.

ゲート電極120は、上記の例ではAl−Nd層を開示したが、他には、例えばMgAg、Al、Au、Ca、Li、Ta、Ni、Tiなどの金属、或いは、例えばITO、IZOなどの無機導電体材料、或いは、例えば、PEDOTなどの有機導電体材料で形成される。ここで、PEDOTとは、PEDOT:PSSであり、ポリ−(3,4−エチレンジオキシチオフェン):ポリスチレンスルフォネート(Poly-(3,4-ethylenedioxy-thiophene):poly-styrenesulfonate)と呼ばれる材料である。   As the gate electrode 120, the Al—Nd layer is disclosed in the above example, but other than that, for example, a metal such as MgAg, Al, Au, Ca, Li, Ta, Ni, and Ti, or a metal such as ITO and IZO, for example. It is formed of an inorganic conductor material or an organic conductor material such as PEDOT. Here, PEDOT is PEDOT: PSS, a material called poly- (3,4-ethylenedioxythiophene): polystyrene sulfonate (Poly- (3,4-ethylenedioxy-thiophene): poly-styrenesulfonate). It is.

ゲート絶縁膜15は、上記の例ではTa25層の例を開示したが、他には、例えば、Si3 4、Al23 、TiO2などのシリコン酸化膜に比べて高比誘電率の無機絶縁体材料、或いは、ポリイミド(PI)、ポリビニルフェノール(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)などの有機絶縁体材料を用いることもできる。 In the above example, the example of the Ta 2 O 5 layer is disclosed as the gate insulating film 15, but the ratio of the gate insulating film 15 is higher than that of a silicon oxide film such as Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , or TiO 2. An inorganic insulator material having a dielectric constant, or an organic insulator material such as polyimide (PI), polyvinylphenol (PVP), or polyvinyl alcohol (PVA) can also be used.

ソース電極16およびドレイン電極18には、上記の例では金層の例を開示したが、他には、例えば、Pt,Taなどの仕事関数の高い金属、ITO、IZOなどの無機導電体材料、PEDOT:ポリ3,4−エチレンジオキシチオフェン:ポリスチレンスルホン酸(PSS)、PVPTA2:TBPAH、Et−PTPDEK:TBPAHなどの有機導電体材料が用いられ、p型有機半導体層(トランジスタ活性層)400へのキャリア注入に適した材料を使用することもできる。   For the source electrode 16 and the drain electrode 18, an example of a gold layer is disclosed in the above example, but other examples include metals having a high work function such as Pt and Ta, inorganic conductor materials such as ITO and IZO, An organic conductor material such as PEDOT: poly3,4-ethylenedioxythiophene: polystyrene sulfonic acid (PSS), PVPTA2: TBPAH, Et-PTPDK: TBPAH is used, and the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 400 is obtained. It is also possible to use materials suitable for carrier injection.

p型有機半導体層(トランジスタ活性層)400は、例えば、ペンタセン、ポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)、銅フタロシアニン(CuPc)などの有機半導体材料で形成される。ペンタセンは、後述する図6(c)に示すような分子構造を有する。ポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)は、後述する図7(d)に示すような分子構造を有する。銅フタロシアニン(CuPc)は、後述する図6(d)に示すような分子構造を有する。   The p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 400 is formed of an organic semiconductor material such as pentacene, poly-3-hexylthiophene (P3HT), or copper phthalocyanine (CuPc). Pentacene has a molecular structure as shown in FIG. Poly-3-hexylthiophene (P3HT) has a molecular structure as shown in FIG. Copper phthalocyanine (CuPc) has a molecular structure as shown in FIG.

或いはまた、p型有機半導体層(トランジスタ活性層)400には、例えば、a−Si,ポリシリコンなどの無機半導体材料などで置換形成することもできる。   Alternatively, the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 400 can be replaced with an inorganic semiconductor material such as a-Si or polysilicon.

(p型有機半導体材料)
図6は、本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置のp型有機半導体層(トランジスタ活性層)400に適用可能なp型有機半導体材料の分子構造例である。
(P-type organic semiconductor materials)
FIG. 6 is a molecular structure example of a p-type organic semiconductor material applicable to the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 400 of the organic semiconductor light-emitting device according to the first embodiment of the present invention.

図6(a)は、Py105(Me):1,6ビス(2−(4−メチルフェニル)ビニル)ピレンの分子構造例を示す。ここでは分子構造の記載を省略するが、例えば同様の適用可能なフェニル系有機半導体材料としては、Py105:1,6ビス(2−(4−ブフェニル)ビニル)ピレン、ST10:4,4’ビス(2−(4−オクチルフェニル)ビニル)ビフェニル、ST126:4,4’ビス(2−(4−オクチルフェニル)ビニル)p−ターフェニル、ST128:1,6ビス(2−(4−ヘキシルフェニル)ビニル)ビフェニル、ST94:1,4ビス(2−(4−(4−ブチルフェニル)フェニル)ビニル)ベンゼン、ST124:4,4’ビス(2−(5−オクチルチオフェン−2−イル)ビニル)ビフェニルなどがある。   FIG. 6A shows an example of the molecular structure of Py105 (Me): 1,6bis (2- (4-methylphenyl) vinyl) pyrene. Although description of the molecular structure is omitted here, for example, similar applicable phenyl organic semiconductor materials include Py105: 1,6 bis (2- (4-buphenyl) vinyl) pyrene, ST10: 4,4′bis. (2- (4-Octylphenyl) vinyl) biphenyl, ST126: 4,4′bis (2- (4-octylphenyl) vinyl) p-terphenyl, ST128: 1,6bis (2- (4-hexylphenyl) ) Vinyl) biphenyl, ST94: 1,4bis (2- (4- (4-butylphenyl) phenyl) vinyl) benzene, ST124: 4,4′bis (2- (5-octylthiophen-2-yl) vinyl ) Biphenyl.

図6(b)は、アセン系材料としてのテトラセンの分子構造例、図6(c)は、アセン系材料としてのペンタセンの分子構造例、図6(d)は、フタロシアニン系材料としての銅フタロシアニン(CuPc)の分子構造例、図6(e)は、α―NPDの分子構造例、図6(f)は、P−6Pの分子構造例、図6(g)は、DBTBTの分子構造例、図6(h)は、BV2TVBの分子構造例、図6(i)は、BP2Tの分子構造例、図6(j)は、DHADTの分子構造例をそれぞれ示す。   6B is an example of the molecular structure of tetracene as an acene-based material, FIG. 6C is an example of the molecular structure of pentacene as an acene-based material, and FIG. 6D is a copper phthalocyanine as a phthalocyanine-based material. Example of molecular structure of (CuPc), FIG. 6 (e) is an example of molecular structure of α-NPD, FIG. 6 (f) is an example of molecular structure of P-6P, and FIG. 6 (g) is an example of molecular structure of DBTBT. 6 (h) shows an example of the molecular structure of BV2TVB, FIG. 6 (i) shows an example of the molecular structure of BP2T, and FIG. 6 (j) shows an example of the molecular structure of DHADT.

さらに、図7は、本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置のp型有機半導体層(トランジスタ活性層)400に適用可能な高分子系半導体材料の分子構造例である。   Furthermore, FIG. 7 is an example of a molecular structure of a polymer semiconductor material applicable to the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 400 of the organic semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.

図7(a)は、ポリチオフェン(PT)の分子構造例、図7(b)は、ポリアセチレン(PA)の分子構造例、図7(c)は、ポリチエニレンビニレン(PTV)の分子構造例、図7(d)は、ポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)の分子構造例、図7(e)は、9,9−ジオクチルフルオレン−ビチオフェン共重合体(F8T2)の分子構造例をそれぞれ示す。   7A is a molecular structure example of polythiophene (PT), FIG. 7B is a molecular structure example of polyacetylene (PA), and FIG. 7C is a molecular structure example of polythienylene vinylene (PTV). 7 (d) shows an example of the molecular structure of poly-3-hexylthiophene (P3HT), and FIG. 7 (e) shows an example of the molecular structure of 9,9-dioctylfluorene-bithiophene copolymer (F8T2). .

(正孔輸送層を形成する正孔輸送材料)
図8は、本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置に適用可能な正孔輸送層311,321,331,411,421,431を形成する正孔輸送材料の分子構造例であって、図8(a)は、GPDの分子構造例、図8(b)は、spiro-TADの分子構造例、図8(c)は、spiro-NPDの分子構造例、図8(d)は、oxidized-TPDの分子構造例をそれぞれ示す。
(Hole transport material that forms the hole transport layer)
FIG. 8 shows an example of the molecular structure of the hole transport material forming the hole transport layers 311, 321, 331, 411, 421, 431 applicable to the organic semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention. 8A shows a molecular structure example of GPD, FIG. 8B shows a molecular structure example of spiro-TAD, FIG. 8C shows a molecular structure example of spiro-NPD, and FIG. ) Shows examples of the molecular structure of oxidized-TPD, respectively.

また、図9は、本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置に適用可能な正孔輸送層311,321,331,411,421,431を形成するさらに別の正孔輸送材料の分子構造例であって、図9(a)は、TDAPBの分子構造例、図9(b)はMTDATAの分子構造例を示す。   FIG. 9 shows still another hole transport material for forming the hole transport layers 311, 321, 331, 411, 421, 431 applicable to the organic semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 9A shows an example of the molecular structure of TDAPB, and FIG. 9B shows an example of the molecular structure of MTDATA.

(電子輸送層を形成する電子輸送材料)
図10は、本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置の電子輸送層313,323,333,413,423,433を形成する電子輸送材料の分子構造例であって、図10(a)は、t-butyl-PBDの分子構造例、図10(b)は、TAZの分子構造例、図10(c)は、シロール誘導体の分子構造例、図10(d)は、ホウ素置換型トリアリール系化合物の分子構造例、図10(e)は、フェニルキノキサリン誘導体の分子構造例をそれぞれ示す。
(Electron transport material forming the electron transport layer)
FIG. 10 shows an example of the molecular structure of the electron transport material for forming the electron transport layers 313, 323, 333, 413, 423, 433 of the organic semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention. (A) is an example of the molecular structure of t-butyl-PBD, FIG. 10 (b) is an example of the molecular structure of TAZ, FIG. 10 (c) is an example of the molecular structure of a silole derivative, and FIG. FIG. 10E shows an example of the molecular structure of a substituted triaryl compound, and FIG. 10E shows an example of the molecular structure of a phenylquinoxaline derivative.

また、図11は、本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置の電子輸送層313,323,333,413,423,433を形成する別の電子輸送材料の分子構造例であって、図11(a)は、Alq3の分子構造例、図11(b)は、BCPの分子構造例、図11(c)は、オキサジアゾール二量体の分子構造例、図11(d)は、スターバーストオキサジアゾールの分子構造例をそれぞれ示す。 FIG. 11 shows an example of the molecular structure of another electron transport material for forming the electron transport layers 313, 323, 333, 413, 423, 433 of the organic semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention. 11 (a) shows an example of the molecular structure of Alq 3 , FIG. 11 (b) shows an example of the molecular structure of BCP, FIG. 11 (c) shows an example of the molecular structure of the oxadiazole dimer, and FIG. d) each shows an example of the molecular structure of starburst oxadiazole.

発光層312,322,332,412,422,432には、例えば、キャリア輸送性発光材料、或いは発光ドーパントとホスト材料の混合層を適用することができる。キャリア輸送性発光材料としては、例えば、Alq,Almq,Mgq,BeBq2,ZnPBO,ZnPBT,Be(5Fla)2,Eu錯体,BPVBi,BAlq,Bepp2,BDPHVBi,spiro-BDPVBi,(PSA)2Np−5,(PPA)(PSA)Pe−1,BSN,APD,BSBなどの材料を用いることができる。発光ドーパントとホスト材料としては、例えば、クマリン6,C545T,Qd4,DEQ,ペリレン,DPT,DCM2,DCJTB,ルブレン,DPP,CBP,ABTX,DSA,DSAアミン,Co−6,PMDFB,キナクリドン,BTX,DCM,DCJTなどの材料を用いることができる。また、リン光発光材料とホスト、周辺材料としては、PtOEP,TPBI,btp2Ir(acac),Ir(ppy)3,Flrpic,CDBP,m−CP,デンドリマーIr(ppy)3,TCTA,CF−X,CF−Yなどの材料を用いることができる。 For the light emitting layers 312,322,332,412,422,432, for example, a carrier transporting light emitting material or a mixed layer of a light emitting dopant and a host material can be applied. Examples of the carrier transporting light-emitting material include Alq, Almq, Mgq, BeBq 2 , ZnPBO, ZnPBT, Be (5Fla) 2 , Eu complex, BPVBi, BAlq, Bepp 2 , BDPHVBi, spiro-BDPVBi, (PSA) 2 Np Materials such as -5, (PPA) (PSA) Pe-1, BSN, APD, BSB can be used. Examples of the luminescent dopant and host material include coumarin 6, C545T, Qd4, DEQ, perylene, DPT, DCM2, DCJTB, rubrene, DPP, CBP, ABTX, DSA, DSA amine, Co-6, PMDFB, quinacridone, BTX, Materials such as DCM and DCJT can be used. Further, phosphorescent materials and hosts, and peripheral materials include PtOEP, TPBI, btp 2 Ir (acac), Ir (ppy) 3 , Flrpic, CDBP, m-CP, dendrimer Ir (ppy) 3 , TCTA, CF− Materials such as X and CF-Y can be used.

また、本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光装置においては、図1に示すように、半導体発光素子部分は、ボトムエミッション型として構成する例が示されているが、トップエミッション型もしくはボスエミッション型としても構成することができる。   Further, in the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, an example in which the semiconductor light emitting element portion is configured as a bottom emission type is shown. It can also be configured as a boss emission type.

本発明の第1の実施の形態によれば、ソース/ドレイン電極からの正孔注入能力が高く、有機薄膜トランジスタの特性向上(低電圧駆動,高駆動電流)を達成するとともに、有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子の平坦性が保持され、発光特性や歩留りの向上する集積化に適した有機半導体発光装置を提供することができる。   According to the first embodiment of the present invention, the hole injection capability from the source / drain electrodes is high, the characteristics of the organic thin film transistor are improved (low voltage drive, high drive current), and the organic thin film transistor and surface light emission are achieved. It is possible to provide an organic semiconductor light emitting device suitable for integration in which the flatness of the organic semiconductor light emitting element is maintained and the light emission characteristics and the yield are improved.

本発明の第1の実施の形態によれば、面発光型有機半導体発光素子の輝度ばらつき、発光波長のばらつきに起因する輝度むら/色むらなどの発光特性を改善し、歩留りの低下を抑制し、また、面発光型有機半導体発光素子および有機薄膜トランジスタを多層化して、発光効率を大幅に高める有機半導体発光装置を提供することができる。   According to the first embodiment of the present invention, the light emission characteristics such as luminance unevenness / color unevenness due to the luminance variation and emission wavelength variation of the surface emitting organic semiconductor light emitting element are improved, and the decrease in yield is suppressed. In addition, it is possible to provide an organic semiconductor light-emitting device in which the surface-emitting organic semiconductor light-emitting element and the organic thin film transistor are multi-layered to greatly increase the light emission efficiency.

[第2の実施の形態]
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置であって、ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタの周辺部において有機半導体発光素子を集積化した模式的断面構造図を示す。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram showing an organic semiconductor light-emitting device according to the second embodiment of the present invention, in which organic semiconductor light-emitting elements are integrated in the periphery of a bottom contact type organic thin film transistor.

有機薄膜トランジスタは、有機半導体発光素子のドライバ用のトランジスタとして構成されることから、低電圧駆動かつ高輝度発光のためには、有機薄膜トランジスタのオン電流を増大することが必要である。本発明の第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置は、図2に示す有機薄膜トランジスタの構造を適用することにより、高い駆動電流を実現している。   Since the organic thin film transistor is configured as a transistor for a driver of an organic semiconductor light emitting element, it is necessary to increase the on-current of the organic thin film transistor for low voltage driving and high luminance light emission. The organic semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention realizes a high driving current by applying the structure of the organic thin film transistor shown in FIG.

本発明の第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置は、図2に示すように、基板10と、基板10上に配置されたゲート電極120と、ゲート電極120上に配置されたゲート絶縁膜15と、ゲート絶縁膜15上に離隔して配置された金属層160,180と、金属層160,180上に配置された金属層20,22の積層構造からなるソース電極(160,20)およびドレイン電極(180,22)と、ソース電極(160,20)とドレイン電極(180,22)間であってゲート絶縁膜15上に配置された有機半導体層400と、有機半導体層400上に配置された正孔輸送層411と、正孔輸送層411上に配置された発光層412と、発光層412上に配置された電子輸送層413と、電子輸送層413上に配置された正孔輸送層421と、正孔輸送層421上に配置された発光層422と、発光層422上に配置された電子輸送層423と、電子輸送層423上に配置された正孔輸送層431と、正孔輸送層431上に配置された発光層432と、発光層432上に配置された電子輸送層433と、電子輸送層433上に配置された導電体層60とを備え、金属層160,180の仕事関数は金属層20,22の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタを備える。   As shown in FIG. 2, the organic semiconductor light-emitting device according to the second embodiment of the present invention includes a substrate 10, a gate electrode 120 disposed on the substrate 10, and a gate insulation disposed on the gate electrode 120. Source electrode (160, 20) having a laminated structure of film 15, metal layers 160, 180 spaced apart on gate insulating film 15, and metal layers 20, 22 disposed on metal layers 160, 180 And the drain electrode (180, 22), the organic semiconductor layer 400 disposed on the gate insulating film 15 between the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22), and the organic semiconductor layer 400 The hole transport layer 411 disposed, the light emitting layer 412 disposed on the hole transport layer 411, the electron transport layer 413 disposed on the light emitting layer 412, and the holes disposed on the electron transport layer 413 Transport layer 421 A light emitting layer 422 disposed on the hole transport layer 421, an electron transport layer 423 disposed on the light emitting layer 422, a hole transport layer 431 disposed on the electron transport layer 423, and a hole transport A light emitting layer 432 disposed on the layer 431, an electron transport layer 433 disposed on the light emitting layer 432, and a conductor layer 60 disposed on the electron transport layer 433. The function comprises an organic thin film transistor that is larger than the work function of the metal layers 20,22.

また、有機薄膜トランジスタの周辺部において、基板10上に配置されたアノード電極30と、アノード電極30上に配置された正孔輸送層311と、正孔輸送層311上に配置された発光層312と、発光層312上に配置された電子輸送層313と、電子輸送層313上に配置された正孔輸送層321と、正孔輸送層321上に配置された発光層322と、発光層322上に配置された電子輸送層323と、電子輸送層323上に配置された正孔輸送層331と、正孔輸送層331上に配置された発光層332と、発光層332上に配置された電子輸送層333と、電子輸送層333上に配置されたカソード電極40との積層構造からなる有機半導体発光素子とをさらに備える。   In addition, in the periphery of the organic thin film transistor, an anode electrode 30 disposed on the substrate 10, a hole transport layer 311 disposed on the anode electrode 30, and a light emitting layer 312 disposed on the hole transport layer 311, The electron transport layer 313 disposed on the light emitting layer 312, the hole transport layer 321 disposed on the electron transport layer 313, the light emitting layer 322 disposed on the hole transport layer 321, and the light emitting layer 322 , The electron transport layer 323 disposed on the electron transport layer 323, the hole transport layer 331 disposed on the electron transport layer 323, the light emitting layer 332 disposed on the hole transport layer 331, and the electron disposed on the light emitting layer 332 It further includes an organic semiconductor light emitting device having a stacked structure of a transport layer 333 and a cathode electrode 40 disposed on the electron transport layer 333.

有機半導体発光素子を搭載する基板10の裏面には、カラーフィルタ50を配置しても良い。   A color filter 50 may be disposed on the back surface of the substrate 10 on which the organic semiconductor light emitting element is mounted.

また、金属層20,22は、金(Au)電極で形成され、金属層160,180は、金電極よりも仕事関数の大きな金属酸化物で形成される。   The metal layers 20 and 22 are formed of gold (Au) electrodes, and the metal layers 160 and 180 are formed of metal oxide having a work function larger than that of the gold electrode.

また、金属層20,22は、モリブデン酸化物層で形成される。また、金属層20,22は、モリブデン酸化物(MoOX)層とクロム層との混合層若しくはクロム層とモリブデン酸化物層の積層構造で形成されていても良い。 The metal layers 20 and 22 are formed of a molybdenum oxide layer. The metal layers 20 and 22 may be formed of a mixed layer of a molybdenum oxide (MoO x ) layer and a chromium layer or a laminated structure of a chromium layer and a molybdenum oxide layer.

例えば、モリブデン酸化物(MoOX)層の膜厚は、約1nm〜5nm程度、望ましくは、約1.2nm〜4nm程度である。また、金(Au)電極の膜厚は、例えば、約20nm〜200nm程度であり、望ましくは、約80nmである。 For example, the film thickness of the molybdenum oxide (MoO x ) layer is about 1 nm to 5 nm, preferably about 1.2 nm to 4 nm. The film thickness of the gold (Au) electrode is, for example, about 20 nm to 200 nm, and preferably about 80 nm.

また、ゲート絶縁膜15はタンタル酸化膜で構成されていても良い。   The gate insulating film 15 may be made of a tantalum oxide film.

さらに、具体的に、本発明の第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置の構造は、図2に示すように、基板10と、基板10上に配置され,厚さ約100nmのAl−Nd層からなるゲート電極120と、ゲート電極120上に配置され, 厚さ約100nmのタンタル酸化膜(PVD−Ta25)からなるゲート絶縁膜15と、ゲート絶縁膜15上に離隔して配置され,厚さ約2.5nmのモリブデン酸化物(MoOX)層からなる金属層160,180と、金属層160,180膜17上に配置され,厚さ約80nmの金層からなる金属層20,22の積層構造からなるソース電極(160,20)およびドレイン電極(180,22)と、ソース電極(160,20)とドレイン電極(180,22)間であってゲート絶縁膜15上に配置され,例えば、後述するPy105(Me)からなる厚さ約50nmのp型有機半導体層400と、有機半導体層400上に配置された正孔輸送層411と、正孔輸送層411上に配置された発光層412と、発光層412上に配置された電子輸送層413と、電子輸送層413上に配置された正孔輸送層421と、正孔輸送層421上に配置された発光層422と、発光層422上に配置された電子輸送層423と、電子輸送層423上に配置された正孔輸送層431と、正孔輸送層431上に配置された発光層432と、発光層432上に配置された電子輸送層433と、電子輸送層433上に配置された導電体層60とを備え、金属層160,180の仕事関数は金属層20,22の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタを備える。 Furthermore, specifically, the structure of the organic semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention is as shown in FIG. 2 and is arranged on a substrate 10 and an Al-- having a thickness of about 100 nm. A gate electrode 120 made of an Nd layer, a gate insulating film 15 made of a tantalum oxide film (PVD-Ta 2 O 5 ) having a thickness of about 100 nm disposed on the gate electrode 120, and spaced apart on the gate insulating film 15 Metal layers 160 and 180 made of a molybdenum oxide (MoO x ) layer having a thickness of about 2.5 nm and metal layers made of a gold layer having a thickness of about 80 nm and arranged on the metal layers 160 and 180 film 17. On the gate insulating film 15 between the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22) having a stacked structure of 20, 22 and between the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22). Arranged , For example, a p-type organic semiconductor layer 400 made of Py105 (Me) to be described later and having a thickness of about 50 nm, a hole transport layer 411 disposed on the organic semiconductor layer 400, and a hole transport layer 411. A light-emitting layer 412, an electron transport layer 413 disposed on the light-emitting layer 412, a hole transport layer 421 disposed on the electron transport layer 413, a light-emitting layer 422 disposed on the hole transport layer 421, An electron transport layer 423 disposed on the light emitting layer 422, a hole transport layer 431 disposed on the electron transport layer 423, a light emitting layer 432 disposed on the hole transport layer 431, and the light emitting layer 432 The electron transport layer 433 is disposed, and the conductor layer 60 is disposed on the electron transport layer 433. The work function of the metal layers 160 and 180 is greater than the work function of the metal layers 20 and 22. .

また、有機薄膜トランジスタの周辺部において、基板10上に配置され,例えば、ITOからなるアノード電極30と、アノード電極30上に配置された正孔輸送層311と、正孔輸送層311上に配置された発光層312と、発光層312上に配置された電子輸送層313と、電子輸送層313上に配置された正孔輸送層321と、正孔輸送層321上に配置された発光層322と、発光層322上に配置された電子輸送層323と、電子輸送層323上に配置された正孔輸送層331と、正孔輸送層331上に配置された発光層332と、発光層332上に配置された電子輸送層333と、電子輸送層333上に配置され,例えば、Al/LiF積層電極からなるカソード電極40との積層構造からなる有機半導体発光素子をさらに備える。   Further, in the peripheral portion of the organic thin film transistor, it is disposed on the substrate 10, for example, an anode electrode 30 made of ITO, a hole transport layer 311 disposed on the anode electrode 30, and a hole transport layer 311. The light emitting layer 312, the electron transport layer 313 disposed on the light emitting layer 312, the hole transport layer 321 disposed on the electron transport layer 313, and the light emitting layer 322 disposed on the hole transport layer 321 The electron transport layer 323 disposed on the light emitting layer 322, the hole transport layer 331 disposed on the electron transport layer 323, the light emitting layer 332 disposed on the hole transport layer 331, and the light emitting layer 332 And an organic semiconductor light emitting device having a stacked structure of, for example, a cathode electrode 40 formed of an Al / LiF stacked electrode.

また、正孔輸送層311と411を同時に形成してもよく、また、正孔輸送層321と421を同時に形成してもよく、また、正孔輸送層331と431を同時に形成しても良い。   In addition, the hole transport layers 311 and 411 may be formed at the same time, the hole transport layers 321 and 421 may be formed at the same time, and the hole transport layers 331 and 431 may be formed at the same time. .

また、電子輸送層313と413を同時に形成してもよく、また、電子輸送層323と423を同時に形成してもよく、また、電子輸送層333と433を同時に形成しても良い。   Further, the electron transport layers 313 and 413 may be formed at the same time, the electron transport layers 323 and 423 may be formed at the same time, and the electron transport layers 333 and 433 may be formed at the same time.

また、発光層312と412を同時に形成してもよく、また、発光層322と422を同時に形成してもよく、また、発光層332と432を同時に形成しても良い。   In addition, the light emitting layers 312 and 412 may be formed at the same time, the light emitting layers 322 and 422 may be formed at the same time, and the light emitting layers 332 and 432 may be formed at the same time.

尚、上記の有機半導体発光素子の積層構造において、アノード電極30と正孔輸送層311との間に、有機薄膜トランジスタの積層構造における有機半導体層400と同様に有機半導体層を介在させてもよい。   In the organic semiconductor light emitting element laminated structure, an organic semiconductor layer may be interposed between the anode electrode 30 and the hole transport layer 311 in the same manner as the organic semiconductor layer 400 in the organic thin film transistor laminated structure.

本発明の第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置の形成工程においても有機半導体層400を形成するための前処理として、タンタル酸化膜(PVD−Ta25)からなるゲート絶縁膜15の表面に対して、表面清浄化のために以下の処理を実行している。すなわち、Arの逆スパッタリング処理を約60sec、次に、UV/O3処理を約2分、さらに疎水化するためにHMDS処理を約15分、気相雰囲気中で行っている。また、Ar/O2プラズマ処理を実施しても良い。 Also in the formation process of the organic semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, as a pretreatment for forming the organic semiconductor layer 400, the gate insulating film 15 made of a tantalum oxide film (PVD-Ta 2 O 5 ). The following processing is performed on the surface of the surface for surface cleaning. That is, reverse sputtering of Ar is carried out for about 60 seconds, then UV / O 3 treatment is carried out for about 2 minutes, and further HMDS treatment is carried out for about 15 minutes in order to make it hydrophobic in a gas phase atmosphere. Further, Ar / O 2 plasma treatment may be performed.

さらに、ソース電極(160,20)およびドレイン電極(180,22)を形成する金層20,22はその比較的大きな仕事関数のため、有機半導体層400への正孔注入が容易であるが、モリブデン酸化物(MoOX)層160,180も相対的に大きな仕事関数を有するため、仕事関数の大きな有機半導体層400への正孔注入量が十分に確保される。 Furthermore, since the gold layers 20 and 22 forming the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22) have a relatively large work function, hole injection into the organic semiconductor layer 400 is easy. Since the molybdenum oxide (MoO x ) layers 160 and 180 also have a relatively large work function, a sufficient amount of holes can be injected into the organic semiconductor layer 400 having a large work function.

又、図2に示すようなボトムコンタクト型の有機半導体トランジスタにおいて、有機半導体層400/無機電極(160,180,20,22)界面の接触抵抗が小さくなる。
このため、本発明の第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置におけるドレイン電流ID―ドレイン電圧VD特性において、オン抵抗が低く、オン電流が高いという結果が得られている。
Further, in the bottom contact type organic semiconductor transistor as shown in FIG. 2, the contact resistance at the interface of the organic semiconductor layer 400 / inorganic electrode (160, 180, 20, 22) is reduced.
For this reason, in the drain current I D -drain voltage V D characteristics in the organic semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, a result that the on-resistance is low and the on-current is high is obtained.

すなわち、本発明の第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置によれば、有機薄膜トランジスタ部分において、ソース電極(160,20)およびドレイン電極(180,22)構造の改善効果によって、有機半導体層400への正孔注入量が増大し、接触抵抗の低減と共に、オン抵抗の低減化、オン電流の増大化、トランスコンダクタンスの増大化を図ることができる。   That is, according to the organic semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, the organic semiconductor layer is improved in the organic thin film transistor portion by the effect of improving the structure of the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22). The amount of holes injected into 400 is increased, and the contact resistance can be reduced, the on-resistance can be reduced, the on-current can be increased, and the transconductance can be increased.

尚、最終的な構造としては、図2には図示を省略されているが、導電体層60およびカソード電極40上には、低温成長によって形成された窒化膜やシリコン酸化膜、或いはこれらの積層構造をパッシベーション膜として形成しても良い。或いはまた、無機膜と有機膜の積層膜をパッシベーション膜として形成しても良い。さらに、所定空間をもって、囲む封止缶によるパッケージ構造を備えていても良い。   Although the final structure is not shown in FIG. 2, a nitride film or a silicon oxide film formed by low-temperature growth or a laminate thereof is formed on the conductor layer 60 and the cathode electrode 40. The structure may be formed as a passivation film. Alternatively, a laminated film of an inorganic film and an organic film may be formed as a passivation film. Furthermore, you may provide the package structure by the sealing can which has predetermined space.

また、本発明の第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置は、有機薄膜トランジスタ部分において、p型有機半導体層400のHOMOのエネルギー準位の絶対値がキャップ用の導電体層60の仕事関数の絶対値よりも大きくすると良い。   Further, in the organic semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, the absolute value of the HOMO energy level of the p-type organic semiconductor layer 400 is the work function of the capping conductor layer 60 in the organic thin film transistor portion. It should be larger than the absolute value of.

p型有機半導体層400の代わりにn型有機半導体層を適用する場合には、n型有機半導体層のLUMOのエネルギー準位の絶対値が導電体層の仕事関数の絶対値よりも小さくすれば良い。   When an n-type organic semiconductor layer is applied instead of the p-type organic semiconductor layer 400, the absolute value of the LUMO energy level of the n-type organic semiconductor layer is made smaller than the absolute value of the work function of the conductor layer. good.

正孔輸送層411,421,431としては、例えば、α−NPDを用いることができる。   As the hole transport layers 411, 421, and 431, for example, α-NPD can be used.

電子輸送層412,422,432としては、例えばAlq3などで形成することができる。 The electron transport layers 412, 422, and 432 can be formed of, for example, Alq 3 .

導電体層60は、例えば、MgAg、Al、Ca、Li、Cs、Ni、Tiなどの金属材料、LiF/Alからなる金属積層構造、ITO、IZOなどの無機導電体材料、PEDOTなどの有機導電体材料で形成することができる。   The conductor layer 60 includes, for example, a metal material such as MgAg, Al, Ca, Li, Cs, Ni, and Ti, a metal laminated structure made of LiF / Al, an inorganic conductor material such as ITO and IZO, and an organic conductor such as PEDOT. It can be made of body material.

p型有機半導体層400と導電体層60の間に正孔輸送層411,421,431、発光層412,422,432および電子輸送層413,423,433の積層構造によって構成されるpnダイオードによって、ソース電極(160,20)とドレイン電極(180,22)間の短絡を防止することができる。すなわち、上記pnダイオードによって、キャリアの逆流を防ぐことができ、導電体層60を介してソース・ドレイン間が短絡することは原理的に発生しない。   Between the p-type organic semiconductor layer 400 and the conductor layer 60, a pn diode constituted by a stacked structure of hole transport layers 411, 421, 431, light emitting layers 412, 422, 432 and electron transport layers 413, 423, 433 The short circuit between the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22) can be prevented. That is, the pn diode can prevent the backflow of carriers, and a short circuit between the source and the drain via the conductor layer 60 does not occur in principle.

p型トランジスタとして、ソース・ドレイン間にバイアス電圧を印加する場合、導電体層60とドレイン電極(180,22)間は、電界の向きがpn接合の逆方向バイアスにあたるため、導電体層60を介してソース電極(160,20)とドレイン電極(180,22)間が短絡することはない。   As a p-type transistor, when a bias voltage is applied between the source and the drain, the direction of the electric field is the reverse bias of the pn junction between the conductor layer 60 and the drain electrodes (180, 22). Therefore, there is no short circuit between the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22).

同様に、ソース・ドレイン間にバイアス電圧を印加した場合、キャップ用の導電体層60とソース電極(160,20)間は、pn接合の順方向バイアスにあたるため、キャップ用の導電体層60はソース電極(基準電位)からpn接合の順方向電圧降下(Vf)分の電位差をもって安定する。また、p型有機半導体層(トランジスタ活性層)400内部の電位は、キャップ用の導電体層60の電磁シールド効果によって安定化する。   Similarly, when a bias voltage is applied between the source and the drain, the capping conductor layer 60 and the source electrode (160, 20) are in a forward bias of a pn junction. It stabilizes with a potential difference corresponding to the forward voltage drop (Vf) of the pn junction from the source electrode (reference potential). The potential inside the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 400 is stabilized by the electromagnetic shielding effect of the cap conductor layer 60.

本発明の第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置の構造において、各電極、各層はそれぞれスパッタ、蒸着、塗布などにより成膜される。   In the structure of the organic semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, each electrode and each layer are formed by sputtering, vapor deposition, coating, or the like.

基板10の材料としては、第1の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the substrate 10, the same material as in the first embodiment can be used.

ゲート電極120の材料としても、第1の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the gate electrode 120, the same material as in the first embodiment can be used.

ゲート絶縁膜15の材料としても、第1の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the gate insulating film 15, the same material as that of the first embodiment can be used.

ソース電極(160,20)およびドレイン電極(180,22)の材料としても、第1の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22), the same material as in the first embodiment can be used.

p型有機半導体層(トランジスタ活性層)400を、例えば、a−Si,ポリシリコンなどの無機半導体材料などで置換形成することもできる。   For example, the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 400 may be replaced with an inorganic semiconductor material such as a-Si or polysilicon.

(p型有機半導体材料)
図6乃至図7に示したp型有機半導体材料の分子構造例は、本発明の第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置においても同様に適用することができる。
(P-type organic semiconductor materials)
The molecular structure examples of the p-type organic semiconductor material shown in FIGS. 6 to 7 can be similarly applied to the organic semiconductor light-emitting device according to the second embodiment of the present invention.

(正孔輸送層を形成する正孔輸送材料)
図8乃至図9に示した正孔輸送材料の分子構造例は、本発明の第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置においても同様に適用することができる。
(Hole transport material that forms the hole transport layer)
The molecular structure examples of the hole transport material shown in FIGS. 8 to 9 can be similarly applied to the organic semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention.

(電子輸送層を形成する電子輸送材料)
図10乃至図11に示した電子輸送材料の分子構造例は、本発明の第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置においても同様に適用することができる。
(Electron transport material forming the electron transport layer)
The example of the molecular structure of the electron transport material shown in FIGS. 10 to 11 can be similarly applied to the organic semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention.

(キャリア輸送性発光材料、或いは発光ドーパントとホスト材料)
発光層312,322,332,412,422,432には、本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置に適用するキャリア輸送性発光材料、或いは発光ドーパントとホスト材料と同様の材料を適用することができる。
(Carrier transporting light emitting material, or light emitting dopant and host material)
The light emitting layers 312, 322, 332, 412, 422, and 432 have the same material as the carrier transporting light emitting material or the light emitting dopant and the host material applied to the organic semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention. Can be applied.

また、本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光装置においては、図2に示すように、有機半導体発光素子部分は、ボトムエミッション型として構成する例が示されているが、トップエミッション型もしくはボスエミッション型としても構成することができる。   Further, in the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, an example in which the organic semiconductor light emitting element portion is configured as a bottom emission type is shown. Alternatively, it can be configured as a boss emission type.

本発明の第2の実施の形態によれば、有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子を同一基板上に集積化した有機半導体発光装置において、ソース/ドレイン電極からの正孔注入能力が高く、有機薄膜トランジスタの特性向上(低電圧駆動,高駆動電流)を達成するとともに、有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子の平坦性が保持され、発光特性や歩留りの向上する集積化に適した有機半導体発光装置提供することができる。   According to the second embodiment of the present invention, in an organic semiconductor light emitting device in which an organic thin film transistor and a surface light emitting organic semiconductor light emitting element are integrated on the same substrate, the ability to inject holes from the source / drain electrodes is high, Organic semiconductor suitable for integration that achieves improved characteristics (low voltage drive, high drive current) of organic thin-film transistors, and maintains flatness of organic thin-film transistors and surface-emitting organic semiconductor light-emitting elements, improving light-emitting characteristics and yield A light-emitting device can be provided.

本発明の第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置によれば、面発光型有機半導体発光素子の輝度ばらつき、発光波長のばらつきに起因する輝度むら/色むらなどの発光特性を改善し、歩留りの低下を抑制し、また、面発光型有機半導体発光素子および有機薄膜トランジスタを多層化して、発光効率を大幅に高めることができる。   According to the organic semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, the light emission characteristics such as luminance unevenness / color unevenness due to the luminance variation of the surface emitting organic semiconductor light emitting element and the variation of the emission wavelength are improved, Yield efficiency can be significantly increased by suppressing the decrease in yield and by multilayering the surface emitting organic semiconductor light emitting element and the organic thin film transistor.

[第3の実施の形態]
図3は、本発明の第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置であって、ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタの周辺部において有機半導体発光素子を集積化した模式的断面構造図を示す。
[Third embodiment]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure diagram showing an organic semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention, in which organic semiconductor light emitting elements are integrated in the peripheral portion of a bottom contact type organic thin film transistor.

有機薄膜トランジスタは、有機半導体発光素子のドライバ用のトランジスタとして構成されることから、低電圧駆動かつ高輝度発光のためには、有機薄膜トランジスタのオン電流を増大することが必要である。本発明の第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置は、積層ゲート絶縁膜による高いオン電流と共に、図3に示す有機薄膜トランジスタのソース/ドレイン電極構造を適用することにより、高い駆動電流を実現している。   Since the organic thin film transistor is configured as a transistor for a driver of an organic semiconductor light emitting element, it is necessary to increase the on-current of the organic thin film transistor for low voltage driving and high luminance light emission. The organic semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention realizes a high driving current by applying the source / drain electrode structure of the organic thin film transistor shown in FIG. 3 together with the high on-current due to the laminated gate insulating film. is doing.

本発明の第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置は、図3に示すように、基板10と、基板10上に配置されたゲート電極120と、ゲート電極120上に配置されたゲート絶縁膜15と、ゲート絶縁膜15上に配置されたゲート絶縁膜170と、ゲート絶縁膜170上に離隔して配置された金属層160,180と、金属層160,180上に配置された金属層20,22の積層構造からなるソース電極(160,20)およびドレイン電極(180,22)と、ソース電極(160,20)とドレイン電極(180,22)間であってゲート絶縁膜170上に配置された有機半導体層400と、有機半導体層400上に配置された正孔輸送層411と、正孔輸送層411上に配置された発光層412と、発光層412上に配置された電子輸送層413と、電子輸送層413上に配置された正孔輸送層421と、正孔輸送層421上に配置された発光層422と、発光層422上に配置された電子輸送層423と、電子輸送層423上に配置された正孔輸送層431と、正孔輸送層431上に配置された発光層432と、発光層432上に配置された電子輸送層433と、電子輸送層433上に配置された導電体層60とを備え、金属層160,180の仕事関数は金属層20,22の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタを備える。   As shown in FIG. 3, the organic semiconductor light-emitting device according to the third embodiment of the present invention includes a substrate 10, a gate electrode 120 disposed on the substrate 10, and a gate insulation disposed on the gate electrode 120. Film 15, gate insulating film 170 disposed on gate insulating film 15, metal layers 160 and 180 disposed on gate insulating film 170 and metal layers disposed on metal layers 160 and 180. On the gate insulating film 170 between the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22) having a stacked structure of 20, 22 and between the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22). The disposed organic semiconductor layer 400, the hole transport layer 411 disposed on the organic semiconductor layer 400, the light emitting layer 412 disposed on the hole transport layer 411, and the electron transport disposed on the light emitting layer 412. layer 413, a hole transport layer 421 disposed on the electron transport layer 413, a light emitting layer 422 disposed on the hole transport layer 421, an electron transport layer 423 disposed on the light emitting layer 422, and an electron transport A hole transport layer 431 disposed on the layer 423, a light emitting layer 432 disposed on the hole transport layer 431, an electron transport layer 433 disposed on the light emitting layer 432, and an electron transport layer 433. And the organic thin film transistor having a larger work function than that of the metal layers 20 and 22.

有機半導体発光素子を搭載する基板10の裏面には、カラーフィルタ50を配置しても良い。   A color filter 50 may be disposed on the back surface of the substrate 10 on which the organic semiconductor light emitting element is mounted.

また、有機薄膜トランジスタの周辺部において、基板10上に配置されたアノード電極30と、アノード電極30上に配置された正孔輸送層311と、正孔輸送層311上に配置された発光層312と、発光層312上に配置された電子輸送層313と、電子輸送層313上に配置された正孔輸送層321と、正孔輸送層321上に配置された発光層322と、発光層322上に配置された電子輸送層323と、電子輸送層323上に配置された正孔輸送層331と、正孔輸送層331上に配置された発光層332と、発光層332上に配置された電子輸送層333とをさらに備える。   In addition, in the periphery of the organic thin film transistor, an anode electrode 30 disposed on the substrate 10, a hole transport layer 311 disposed on the anode electrode 30, and a light emitting layer 312 disposed on the hole transport layer 311, The electron transport layer 313 disposed on the light emitting layer 312, the hole transport layer 321 disposed on the electron transport layer 313, the light emitting layer 322 disposed on the hole transport layer 321, and the light emitting layer 322 , The electron transport layer 323 disposed on the electron transport layer 323, the hole transport layer 331 disposed on the electron transport layer 323, the light emitting layer 332 disposed on the hole transport layer 331, and the electron disposed on the light emitting layer 332 And a transport layer 333.

また、金属層20,22は、金(Au)電極で形成され、金属層160,180は、Au電極よりも仕事関数の大きな金属酸化物で形成される。   The metal layers 20 and 22 are formed of gold (Au) electrodes, and the metal layers 160 and 180 are formed of metal oxide having a work function larger than that of the Au electrodes.

また、金属層160,180は、モリブデン酸化物(MoOX)層で形成される。 The metal layers 160 and 180 are formed of a molybdenum oxide (MoO x ) layer.

例えば、モリブデン酸化物(MoOX)層の膜厚は、約1nm〜5nm程度、望ましくは、約1.2nm〜4nm程度である。また、金(Au)電極の膜厚は、例えば、約20nm〜200nm程度であり、望ましくは、約80nmである。 For example, the film thickness of the molybdenum oxide (MoO x ) layer is about 1 nm to 5 nm, preferably about 1.2 nm to 4 nm. The film thickness of the gold (Au) electrode is, for example, about 20 nm to 200 nm, and preferably about 80 nm.

或いはまた、金属層160,180は、モリブデン酸化物(MoOX)層と、例えば厚さ約0.5nm程度の極薄のクロム(Cr)層との混合層で形成されていても良い。或いはまた、金属層160,180は、クロム(Cr)層とモリブデン酸化物(MoOX)層の積層構造(Cr/MoOX)で形成されていても良い。 Alternatively, the metal layers 160 and 180 may be formed of a mixed layer of a molybdenum oxide (MoO x ) layer and an ultrathin chromium (Cr) layer having a thickness of about 0.5 nm, for example. Alternatively, the metal layers 160 and 180 may be formed of a laminated structure (Cr / MoO x ) of a chromium (Cr) layer and a molybdenum oxide (MoO x ) layer.

ここで、MoOX層の膜厚tについて、ゲート絶縁膜170との密着性、ソース/ドレイン電極である金(Au)層との密着性の観点から説明する。 Here, the film thickness t of the MoO x layer will be described from the viewpoint of adhesion to the gate insulating film 170 and adhesion to the gold (Au) layer that is the source / drain electrode.

MoOX層はCr層に比べて、仕事関数が大きいことから、有機薄膜トランジスタの電流駆動能力を高めることが可能である。しかしながら、MoOX層は、Cr層と比較した場合、ゲート絶縁膜であるSiO2膜と、ソース/ドレイン電極である金層との界面密着性が低い。一例として、MoOX(tnm)/Au(80nm)積層型電極構造において、t=2.5nmの場合、リフトオフプロセス中のソース/ドレイン電極の剥がれは無い。試作後のテープテストによるソース/ドレイン電極の剥がれも無い。したがって、t=2.5nmの場合、比較的十分な密着性が確保されている。一方、t=1.2nmの場合、リフトオフプロセス中のソース/ドレイン電極の剥がれは無いが、試作後のテープテストで、SiO2/MoOX界面において、ソース/ドレイン電極の剥がれが観測されている。さらに、t=5nm場合、リフトオフプロセス中にSiO2/MoOX界面において、ソース/ドレイン電極の剥がれが観測されている。これは、MoOX層の膜ストレス起因で、密着力が大幅に低くなっているためである。 Since the MoO x layer has a work function larger than that of the Cr layer, the current driving capability of the organic thin film transistor can be increased. However, the MoO x layer has lower interfacial adhesion between the SiO 2 film as the gate insulating film and the gold layer as the source / drain electrodes when compared with the Cr layer. As an example, in a MoO x (tnm) / Au (80 nm) stacked electrode structure, when t = 2.5 nm, there is no peeling of the source / drain electrodes during the lift-off process. There is no peeling of the source / drain electrodes by the tape test after the trial manufacture. Therefore, when t = 2.5 nm, relatively sufficient adhesion is ensured. On the other hand, when t = 1.2 nm, there is no peeling of the source / drain electrode during the lift-off process, but peeling of the source / drain electrode is observed at the SiO 2 / MoO x interface in the tape test after the trial manufacture. . Further, when t = 5 nm, peeling of the source / drain electrode is observed at the SiO 2 / MoO x interface during the lift-off process. This is because the adhesive force is greatly reduced due to the film stress of the MoO x layer.

密着性の向上方法として、Cr層とMoOX層の共蒸着によるCr−MoOX密着層を形成すると良い。例えば、Cr(33wt%)−MoOX(67wt%)の2.5nmのよるCr−MoOX混合層を形成することが良い。或いはまた、Cr層とMoOX層の積層構造によるCr/MoOX密着層を形成しても良い。例えば、Cr層(0.5nm)/MoOX層(2.5nm))の積層構造を形成すると良い。 As a method for improving adhesion, a Cr—MoO x adhesion layer is preferably formed by co-evaporation of a Cr layer and a MoO x layer. For example, a Cr-MoO x mixed layer of 2.5 nm of Cr (33 wt%)-MoO x (67 wt%) is preferably formed. Alternatively, a Cr / MoO x adhesion layer having a laminated structure of a Cr layer and a MoO x layer may be formed. For example, a stacked structure of Cr layer (0.5 nm) / MoO x layer (2.5 nm) may be formed.

また、ゲート絶縁膜15はゲート絶縁膜170よりも高誘電率の絶縁膜で構成され、ゲート絶縁膜170はゲート絶縁膜15よりも薄いシリコン酸化膜で構成されて,全体として積層型ゲート絶縁膜構造を有する。   The gate insulating film 15 is made of an insulating film having a dielectric constant higher than that of the gate insulating film 170, and the gate insulating film 170 is made of a silicon oxide film thinner than the gate insulating film 15, and as a whole is a stacked gate insulating film. It has a structure.

また、ゲート絶縁膜15はタンタル酸化膜で構成されていても良い。   The gate insulating film 15 may be made of a tantalum oxide film.

また、ゲート絶縁膜15は、例えば、厚さ100nm以下のタンタル酸化膜で構成され、ゲート絶縁膜170はゲート絶縁膜15よりも薄く、例えば、約20nm以下のシリコン酸化膜で構成されて, 全体として積層型ゲート絶縁膜構造を備えていても良い。   The gate insulating film 15 is made of, for example, a tantalum oxide film having a thickness of 100 nm or less, and the gate insulating film 170 is thinner than the gate insulating film 15, for example, is made of a silicon oxide film having a thickness of about 20 nm or less. A stacked gate insulating film structure may be provided.

さらに、具体的に、本発明の第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置の構造は、図3に示すように、基板10と、基板10上に配置され,厚さ約100nmのAl−Nd層からなるゲート電極120と、ゲート電極120上に配置され, 厚さ約100nmのタンタル酸化膜(PVD−Ta25)からなるゲート絶縁膜15と、ゲート絶縁膜15上に配置され, 厚さ約10nmのシリコン酸化膜(CVD−SiO2)からなるゲート絶縁膜170と、ゲート絶縁膜170上に離隔して配置され, 厚さ約2.5nmのモリブデン酸化物(MoOX )層からなる金属層160,180と厚さ約80nmの金層からなる金属層20,22の積層構造からなるソース電極(160,20)およびドレイン電極(180,22)と、ソース電極(160,20)とドレイン電極(180,22)間であってゲート絶縁膜170上に配置され,例えば、Py105(Me)からなる厚さ約50nmのp型有機半導体層400と、有機半導体層400上に配置された正孔輸送層411と、正孔輸送層411上に配置された発光層412と、発光層412上に配置された電子輸送層413と、電子輸送層413上に配置された正孔輸送層421と、正孔輸送層421上に配置された発光層422と、発光層422上に配置された電子輸送層423と、電子輸送層423上に配置された正孔輸送層431と、正孔輸送層431上に配置された発光層432と、発光層432上に配置された電子輸送層433と、電子輸送層433上に配置された導電体層60とを備え、金属層160,180の仕事関数は金属層20,22の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタを備える。 Further, specifically, the structure of the organic semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention includes a substrate 10 and an Al— having a thickness of about 100 nm, disposed on the substrate 10 as shown in FIG. A gate electrode 120 made of an Nd layer; a gate insulating film 15 made of a tantalum oxide film (PVD-Ta 2 O 5 ) having a thickness of about 100 nm; and a gate insulating film 15 arranged on the gate electrode 120; A gate insulating film 170 made of a silicon oxide film (CVD-SiO 2 ) having a thickness of about 10 nm, and a molybdenum oxide (MoO x ) layer having a thickness of about 2.5 nm, which is separately disposed on the gate insulating film 170. A source electrode (160, 20) and a drain electrode (180, 22), and a source electrode (160, 20) having a laminated structure of metal layers 160, 180 and a metal layer 20, 22 made of a gold layer having a thickness of about 80 nm. When Between the rain electrodes (180, 22) and disposed on the gate insulating film 170, for example, the p-type organic semiconductor layer 400 made of Py105 (Me) and having a thickness of about 50 nm and the organic semiconductor layer 400 are disposed. Hole transport layer 411, light-emitting layer 412 disposed on hole transport layer 411, electron transport layer 413 disposed on light-emitting layer 412, hole transport layer 421 disposed on electron transport layer 413 A light emitting layer 422 disposed on the hole transport layer 421, an electron transport layer 423 disposed on the light emitting layer 422, a hole transport layer 431 disposed on the electron transport layer 423, and a hole transport A light emitting layer 432 disposed on the layer 431, an electron transport layer 433 disposed on the light emitting layer 432, and a conductor layer 60 disposed on the electron transport layer 433. Function is metal layer 20,2 Comprising a large organic thin than the work functions of.

また、有機薄膜トランジスタの周辺部において、基板10上に配置され,例えば、ITOからなるアノード電極30と、アノード電極30上に配置された正孔輸送層311と、正孔輸送層311上に配置された発光層312と、発光層312上に配置された電子輸送層313と、電子輸送層313上に配置された正孔輸送層321と、正孔輸送層321上に配置された発光層322と、発光層322上に配置された電子輸送層323と、電子輸送層323上に配置された正孔輸送層331と、正孔輸送層331上に配置された発光層332と、発光層332上に配置された電子輸送層333と、電子輸送層333上に配置され,例えば、Al/LiF積層電極からなるカソード電極40との積層構造からなる有機半導体発光素子をさらに備える。   Further, in the peripheral portion of the organic thin film transistor, it is disposed on the substrate 10, for example, an anode electrode 30 made of ITO, a hole transport layer 311 disposed on the anode electrode 30, and a hole transport layer 311. The light emitting layer 312, the electron transport layer 313 disposed on the light emitting layer 312, the hole transport layer 321 disposed on the electron transport layer 313, and the light emitting layer 322 disposed on the hole transport layer 321 The electron transport layer 323 disposed on the light emitting layer 322, the hole transport layer 331 disposed on the electron transport layer 323, the light emitting layer 332 disposed on the hole transport layer 331, and the light emitting layer 332 And an organic semiconductor light emitting device having a stacked structure of, for example, a cathode electrode 40 formed of an Al / LiF stacked electrode.

また、正孔輸送層311と411を同時に形成してもよく、また、正孔輸送層321と421を同時に形成してもよく、また、正孔輸送層331と431を同時に形成しても良い。   In addition, the hole transport layers 311 and 411 may be formed at the same time, the hole transport layers 321 and 421 may be formed at the same time, and the hole transport layers 331 and 431 may be formed at the same time. .

また、電子輸送層313と413を同時に形成してもよく、また、電子輸送層323と423を同時に形成してもよく、また、電子輸送層333と433を同時に形成しても良い。   Further, the electron transport layers 313 and 413 may be formed at the same time, the electron transport layers 323 and 423 may be formed at the same time, and the electron transport layers 333 and 433 may be formed at the same time.

また、発光層312と412を同時に形成してもよく、また、発光層322と422を同時に形成してもよく、また、発光層332と432を同時に形成しても良い。   In addition, the light emitting layers 312 and 412 may be formed at the same time, the light emitting layers 322 and 422 may be formed at the same time, and the light emitting layers 332 and 432 may be formed at the same time.

尚、上記の有機半導体発光素子の積層構造において、アノード電極30と正孔輸送層311との間に、有機薄膜トランジスタの積層構造における有機半導体層400と同様に有機半導体層を介在させてもよい。   In the organic semiconductor light emitting element laminated structure, an organic semiconductor layer may be interposed between the anode electrode 30 and the hole transport layer 311 in the same manner as the organic semiconductor layer 400 in the organic thin film transistor laminated structure.

本発明の第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置の形成工程においても有機半導体層400を形成するための前処理として、シリコン酸化膜(CVD−SiO2)からなるゲート絶縁膜170の表面に対して、表面清浄化のために以下の処理を実行している。すなわち、Arの逆スパッタリング処理を約60sec、次に、UV/O3処理を約2分、さらに疎水化するためにHMDS処理を約15分、気相雰囲気中で行っている。また、Ar/O2プラズマ処理を実施しても良い。 As a pretreatment for also forming the organic semiconductor layer 400 in the step of forming the organic semiconductor light-emitting device according to a third embodiment of the present invention, the surface of the gate insulating film 170 made of a silicon oxide film (CVD-SiO 2) On the other hand, the following processing is performed for surface cleaning. That is, reverse sputtering of Ar is carried out for about 60 seconds, then UV / O 3 treatment is carried out for about 2 minutes, and further HMDS treatment is carried out for about 15 minutes in order to make it hydrophobic in a gas phase atmosphere. Further, Ar / O 2 plasma treatment may be performed.

さらに、ソース電極(160,20)およびドレイン電極(180,22)を形成する金(Au)層20,22はその比較的大きな仕事関数のため、有機半導体層400への正孔注入が容易であるが、モリブデン酸化物(MoOX)層160,180も相対的に大きな仕事関数を有するため、仕事関数の大きな有機半導体層400への正孔注入量が十分に確保される。 Furthermore, since the gold (Au) layers 20 and 22 forming the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22) have a relatively large work function, it is easy to inject holes into the organic semiconductor layer 400. However, since the molybdenum oxide (MoO x ) layers 160 and 180 also have a relatively large work function, the amount of holes injected into the organic semiconductor layer 400 having a large work function is sufficiently ensured.

又、図3に示すようなボトムコンタクト型の有機半導体トランジスタにおいて、有機半導体層400/無機電極(160,180,20,22)界面の接触抵抗が小さくなる。
このため、本発明の第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置におけるドレイン電流ID―ドレイン電圧VD特性において、オン抵抗が低く、オン電流が高いという結果が得られている。
Further, in the bottom contact type organic semiconductor transistor as shown in FIG. 3, the contact resistance at the interface of the organic semiconductor layer 400 / inorganic electrode (160, 180, 20, 22) is reduced.
For this reason, in the drain current I D -drain voltage V D characteristics in the organic semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention, a result that the on-resistance is low and the on-current is high is obtained.

すなわち、本発明の第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置によれば、有機薄膜トランジスタ部分において、ソース電極(160,20)およびドレイン電極(180,22)構造の改善効果によって、有機半導体層400への正孔注入量が増大し、接触抵抗の低減と共に、オン抵抗の低減化、オン電流の増大化、トランスコンダクタンスの増大化を図ることができる。   That is, according to the organic semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention, the organic semiconductor layer is formed in the organic thin film transistor portion by the effect of improving the source electrode (160, 20) and drain electrode (180, 22) structure. The amount of holes injected into 400 is increased, and the contact resistance can be reduced, the on-resistance can be reduced, the on-current can be increased, and the transconductance can be increased.

尚、最終的な構造としては、図3には図示を省略されているが、導電体層60およびカソード電極40上には、低温成長によって形成された窒化膜やシリコン酸化膜、或いはこれらの積層構造をパッシベーション膜として形成しても良い。或いはまた、無機膜と有機膜の積層膜をパッシベーション膜として形成しても良い。さらに、所定空間をもって、囲む封止缶によるパッケージ構造を備えていても良い。   Although the final structure is not shown in FIG. 3, a nitride film or a silicon oxide film formed by low-temperature growth or a laminate thereof is formed on the conductor layer 60 and the cathode electrode 40. The structure may be formed as a passivation film. Alternatively, a laminated film of an inorganic film and an organic film may be formed as a passivation film. Furthermore, you may provide the package structure by the sealing can which has predetermined space.

また、本発明の第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置は、有機薄膜トランジスタ部分において、p型有機半導体層400のHOMOのエネルギー準位の絶対値がキャップ用の導電体層60の仕事関数の絶対値よりも大きくすると良い。   In the organic semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention, the absolute value of the HOMO energy level of the p-type organic semiconductor layer 400 is the work function of the capping conductor layer 60 in the organic thin film transistor portion. It should be larger than the absolute value of.

p型有機半導体層400の代わりにn型有機半導体層を適用する場合には、n型有機半導体層のLUMOのエネルギー準位の絶対値が導電体層の仕事関数の絶対値よりも小さくすれば良い。   When an n-type organic semiconductor layer is applied instead of the p-type organic semiconductor layer 400, the absolute value of the LUMO energy level of the n-type organic semiconductor layer is made smaller than the absolute value of the work function of the conductor layer. good.

正孔輸送層411,421,431としては、例えば、α−NPDを用いることができる。   As the hole transport layers 411, 421, and 431, for example, α-NPD can be used.

電子輸送層412,422,432としては、例えばAlq3などで形成することができる。 The electron transport layers 412, 422, and 432 can be formed of, for example, Alq 3 .

導電体層60は、例えば、MgAg、Al、Ca、Li、Cs、Ni、Tiなどの金属材料、LiF/Alからなる金属積層構造、ITO、IZOなどの無機導電体材料、PEDOTなどの有機導電体材料で形成することができる。   The conductor layer 60 includes, for example, a metal material such as MgAg, Al, Ca, Li, Cs, Ni, and Ti, a metal laminated structure made of LiF / Al, an inorganic conductor material such as ITO and IZO, and an organic conductor such as PEDOT. It can be made of body material.

p型有機半導体層400と導電体層60の間に正孔輸送層411,421,431、発光層412,422,432および電子輸送層413,423,433の積層構造によって構成されるpnダイオードによって、ソース電極(160,20)とドレイン電極(180,22)間の短絡を防止することができる。すなわち、上記pnダイオードによって、キャリアの逆流を防ぐことができ、導電体層60を介してソース・ドレイン間が短絡することは原理的に発生しない。   Between the p-type organic semiconductor layer 400 and the conductor layer 60, a pn diode constituted by a stacked structure of hole transport layers 411, 421, 431, light emitting layers 412, 422, 432 and electron transport layers 413, 423, 433 The short circuit between the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22) can be prevented. That is, the pn diode can prevent the backflow of carriers, and a short circuit between the source and the drain via the conductor layer 60 does not occur in principle.

p型トランジスタとして、ソース・ドレイン間にバイアス電圧を印加する場合、導電体層60とドレイン電極(180,22)間は、電界の向きがpn接合の逆方向バイアスにあたるため、導電体層60を介してソース電極(160,20)とドレイン電極(180,22)間が短絡することはない。   As a p-type transistor, when a bias voltage is applied between the source and the drain, the direction of the electric field is the reverse bias of the pn junction between the conductor layer 60 and the drain electrodes (180, 22). Therefore, there is no short circuit between the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22).

同様に、ソース・ドレイン間にバイアス電圧を印加した場合、キャップ用の導電体層60とソース電極(160,20)間は、pn接合の順方向バイアスにあたるため、キャップ用の導電体層60はソース電極(基準電位)からpn接合の順方向電圧降下(Vf)分の電位差をもって安定する。また、p型有機半導体層(トランジスタ活性層)400内部の電位は、キャップ用の導電体層60の電磁シールド効果によって安定化する。   Similarly, when a bias voltage is applied between the source and the drain, the capping conductor layer 60 and the source electrode (160, 20) are in a forward bias of a pn junction. It stabilizes with a potential difference corresponding to the forward voltage drop (Vf) of the pn junction from the source electrode (reference potential). The potential inside the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 400 is stabilized by the electromagnetic shielding effect of the cap conductor layer 60.

本発明の第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置の構造において、各電極、各層はそれぞれスパッタ、蒸着、塗布などにより成膜される。   In the structure of the organic semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention, each electrode and each layer are formed by sputtering, vapor deposition, coating, or the like.

基板10の材料としては、第1乃至第2の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the substrate 10, the same material as that of the first to second embodiments can be used.

ゲート電極120の材料としても、第1乃至第2の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the gate electrode 120, the same material as that in the first to second embodiments can be used.

ゲート絶縁膜15の材料としても、第1乃至第2の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the gate insulating film 15, the same material as that in the first and second embodiments can be used.

ソース電極(160,20)およびドレイン電極(180,22)の材料としても、第2の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22), the same material as in the second embodiment can be used.

p型有機半導体層(トランジスタ活性層)400を、例えば、a−Si,ポリシリコンなどの無機半導体材料などで置換形成することもできる。   For example, the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 400 may be replaced with an inorganic semiconductor material such as a-Si or polysilicon.

(p型有機半導体材料)
図6乃至図7に示したp型有機半導体材料の分子構造例は、本発明の第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置においても同様に適用することができる。
(P-type organic semiconductor materials)
The molecular structure examples of the p-type organic semiconductor material shown in FIGS. 6 to 7 can be similarly applied to the organic semiconductor light-emitting device according to the third embodiment of the present invention.

(正孔輸送層を形成する正孔輸送材料)
図8乃至図9に示した正孔輸送材料の分子構造例は、本発明の第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置においても同様に適用することができる。
(Hole transport material that forms the hole transport layer)
The example of the molecular structure of the hole transport material shown in FIGS. 8 to 9 can be similarly applied to the organic semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention.

(電子輸送層を形成する電子輸送材料)
図10乃至図11に示した電子輸送材料の分子構造例は、本発明の第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置においても同様に適用することができる。
(Electron transport material forming the electron transport layer)
The molecular structure examples of the electron transport material shown in FIGS. 10 to 11 can be similarly applied to the organic semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention.

(キャリア輸送性発光材料、或いは発光ドーパントとホスト材料)
発光層312,322,332,412,422,432には、本発明の第1乃至第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置に適用するキャリア輸送性発光材料、或いは発光ドーパントとホスト材料と同様の材料を適用することができる。
(Carrier transporting light emitting material, or light emitting dopant and host material)
The light emitting layers 312, 322, 332, 412, 422, and 432 include a carrier transporting light emitting material or a light emitting dopant and a host material applied to the organic semiconductor light emitting devices according to the first to second embodiments of the present invention. Similar materials can be applied.

また、本発明の第3の実施の形態に係る半導体発光装置においては、図3に示すように、有機半導体発光素子部分は、ボトムエミッション型として構成する例が示されているが、トップエミッション型もしくはボスエミッション型としても構成することができる。   Further, in the semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, an example in which the organic semiconductor light emitting element portion is configured as a bottom emission type is shown. Alternatively, it can be configured as a boss emission type.

本発明の第3の実施の形態によれば、有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子を同一基板上に集積化した有機半導体発光装置において、ソース/ドレイン電極からの正孔注入能力が高く、高誘電率の絶縁膜を有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として用い、表面改質が容易であり、有機半導体材料の配向制御も良好で、有機薄膜トランジスタの特性向上(低電圧駆動,高駆動電流)を達成するとともに、有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子の平坦性が保持され、発光特性や歩留りの向上する集積化に適した有機半導体発光装置提供することができる。   According to the third embodiment of the present invention, in an organic semiconductor light emitting device in which an organic thin film transistor and a surface light emitting organic semiconductor light emitting element are integrated on the same substrate, the ability to inject holes from the source / drain electrodes is high, High dielectric constant insulating film is used as gate insulating film of organic thin film transistor, surface modification is easy, organic semiconductor material orientation control is good, and characteristics of organic thin film transistor (low voltage drive, high drive current) are achieved. In addition, the flatness of the organic thin-film transistor and the surface-emitting organic semiconductor light-emitting element can be maintained, and an organic semiconductor light-emitting device suitable for integration that improves the light emission characteristics and the yield can be provided.

本発明の第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置によれば、面発光型有機半導体発光素子の輝度ばらつき、発光波長のばらつきに起因する輝度むら/色むらなどの発光特性を改善し、歩留りの低下を抑制し、面発光型有機半導体発光素子および有機薄膜トランジスタを多層化して、発光効率を大幅に高めることができる。   According to the organic semiconductor light-emitting device of the third embodiment of the present invention, the luminance variation of the surface-emitting organic semiconductor light-emitting element, the emission characteristics such as luminance unevenness / color unevenness due to the emission wavelength variation, Yield efficiency can be greatly increased by suppressing a decrease in yield and by multilayering a surface-emitting organic semiconductor light-emitting element and an organic thin-film transistor.

[第4の実施の形態]
図4は、本発明の第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置であって、ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタの周辺部において有機半導体発光素子を集積化した模式的断面構造図を示す。
[Fourth embodiment]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional structure diagram showing an organic semiconductor light-emitting device according to the fourth embodiment of the present invention, in which organic semiconductor light-emitting elements are integrated in the periphery of a bottom contact type organic thin film transistor.

有機薄膜トランジスタは、有機半導体発光素子のドライバ用のトランジスタとして構成されることから、低電圧駆動かつ高輝度発光のためには、有機薄膜トランジスタのオン電流を増大することが必要である。本発明の第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置は、積層ゲート絶縁膜による高いオン電流と共に、ソース/ドレイン電極を図4に示す有機薄膜トランジスタの構造を適用することにより、更に高い駆動電流を実現している。   Since the organic thin film transistor is configured as a transistor for a driver of an organic semiconductor light emitting element, it is necessary to increase the on-current of the organic thin film transistor for low voltage driving and high luminance light emission. The organic semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention has a higher on-current due to the stacked gate insulating film and a higher driving current by applying the organic thin film transistor structure shown in FIG. 4 to the source / drain electrodes. Is realized.

本発明の第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置の構造は、図4に示すように、基板10と、基板10上に配置されたゲート電極120と、ゲート電極120上に配置されたゲート絶縁膜15と、ゲート絶縁膜15上に配置されたゲート絶縁膜170と、ゲート絶縁膜170上に離隔して配置された金属層160,180と、金属層160,180上に配置された金属層20,22と、金属層20,22上に配置された金属層260,280との積層構造からなるソース電極(160,20,260)およびドレイン電極(180,22,280)と、ソース電極(160,20,260)とドレイン電極(180,22,280)間であってゲート絶縁膜170上に配置された有機半導体層400と、有機半導体層400上に配置された正孔輸送層411と、正孔輸送層411上に配置された発光層412と、発光層412上に配置された電子輸送層413と、電子輸送層413上に配置された正孔輸送層421と、正孔輸送層421上に配置された発光層422と、発光層422上に配置された電子輸送層423と、電子輸送層423上に配置された正孔輸送層431と、正孔輸送層431上に配置された発光層432と、発光層432上に配置された電子輸送層433と、電子輸送層433上に配置された導電体層60とを備え、金属層160,180および金属層260,280の仕事関数は金属層20,22の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタを備える。   As shown in FIG. 4, the structure of the organic semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention is disposed on the substrate 10, the gate electrode 120 disposed on the substrate 10, and the gate electrode 120. Gate insulating film 15, gate insulating film 170 disposed on gate insulating film 15, metal layers 160 and 180 disposed separately on gate insulating film 170, and disposed on metal layers 160 and 180 Source electrode (160, 20, 260) and drain electrode (180, 22, 280) having a laminated structure of metal layers 20, 22 and metal layers 260, 280 disposed on metal layers 20, 22, and source The organic semiconductor layer 400 disposed on the gate insulating film 170 between the electrodes (160, 20, 260) and the drain electrodes (180, 22, 280), and the hole transport layer disposed on the organic semiconductor layer 400 411 A light emitting layer 412 disposed on the hole transport layer 411, an electron transport layer 413 disposed on the light emitting layer 412, a hole transport layer 421 disposed on the electron transport layer 413, and a hole transport A light-emitting layer 422 disposed on the layer 421, an electron transport layer 423 disposed on the light-emitting layer 422, a hole transport layer 431 disposed on the electron transport layer 423, and a hole transport layer 431. The light emitting layer 432, the electron transport layer 433 disposed on the light emitting layer 432, and the conductor layer 60 disposed on the electron transport layer 433, and the metal layers 160 and 180 and the metal layers 260 and 280 are provided. The organic thin film transistor having a work function larger than that of the metal layers 20 and 22 is provided.

また、有機薄膜トランジスタの周辺部において、基板10上に配置されたアノード電極30と、アノード電極30上に配置された正孔輸送層311と、正孔輸送層311上に配置された発光層312と、発光層312上に配置された電子輸送層313と、電子輸送層313上に配置された正孔輸送層321と、正孔輸送層321上に配置された発光層322と、発光層322上に配置された電子輸送層323と、電子輸送層323上に配置された正孔輸送層331と、正孔輸送層331上に配置された発光層332と、発光層332上に配置された電子輸送層333と、電子輸送層333上に配置されたカソード電極40との積層構造からなる有機半導体発光素子をさらに備える。   In addition, in the periphery of the organic thin film transistor, an anode electrode 30 disposed on the substrate 10, a hole transport layer 311 disposed on the anode electrode 30, and a light emitting layer 312 disposed on the hole transport layer 311, The electron transport layer 313 disposed on the light emitting layer 312, the hole transport layer 321 disposed on the electron transport layer 313, the light emitting layer 322 disposed on the hole transport layer 321, and the light emitting layer 322 , The electron transport layer 323 disposed on the electron transport layer 323, the hole transport layer 331 disposed on the electron transport layer 323, the light emitting layer 332 disposed on the hole transport layer 331, and the electron disposed on the light emitting layer 332 An organic semiconductor light emitting device having a stacked structure of a transport layer 333 and a cathode electrode 40 disposed on the electron transport layer 333 is further provided.

有機半導体発光素子を搭載する基板10の裏面には、カラーフィルタ50を配置しても良い。   A color filter 50 may be disposed on the back surface of the substrate 10 on which the organic semiconductor light emitting element is mounted.

また、金属層20,22は、金(Au)電極で形成され、金属層160,180および金属層260,280は、金電極よりも仕事関数の大きな金属酸化物で形成される。   The metal layers 20 and 22 are formed of gold (Au) electrodes, and the metal layers 160 and 180 and the metal layers 260 and 280 are formed of metal oxide having a work function larger than that of the gold electrode.

また、金属層160,180および金属層260,280は、モリブデン酸化物(MoOX)層で形成される。 The metal layers 160 and 180 and the metal layers 260 and 280 are formed of a molybdenum oxide (MoO x ) layer.

例えば、モリブデン酸化物(MoOX)層の膜厚は、約1nm〜5nm程度、望ましくは、約1.2nm〜4nm程度である。また、金(Au)電極の膜厚は、例えば、約20nm〜200nm程度であり、望ましくは、約80nmである。 For example, the film thickness of the molybdenum oxide (MoO x ) layer is about 1 nm to 5 nm, preferably about 1.2 nm to 4 nm. The film thickness of the gold (Au) electrode is, for example, about 20 nm to 200 nm, and preferably about 80 nm.

或いはまた、金属層160,180は、モリブデン酸化物(MoOX)層と、例えば、厚さ約0.5nm程度の極薄のクロム(Cr)層との混合層で形成されていても良い。或いはまた、金属層160,180は、クロム(Cr)層とモリブデン酸化物(MoOX)層の積層構造(Cr/MoOX)で形成されていても良い。 Alternatively, the metal layers 160 and 180 may be formed of a mixed layer of a molybdenum oxide (MoO x ) layer and, for example, an extremely thin chromium (Cr) layer having a thickness of about 0.5 nm. Alternatively, the metal layers 160 and 180 may be formed of a laminated structure (Cr / MoO x ) of a chromium (Cr) layer and a molybdenum oxide (MoO x ) layer.

MoOX層はCr層に比べて、仕事関数が大きいことから、有機薄膜トランジスタの電流駆動能力を高めることが可能である。しかしながら、MoOX層は、Cr層と比較した場合、ゲート絶縁膜であるSiO2膜と、ソース/ドレイン電極である金層との界面密着性が低い。一例として、MoOX(tnm)/Au(80nm)/MoOX(tnm)積層型電極構造において、t=2.5nmの場合、リフトオフプロセス中のソース/ドレイン電極の剥がれは無い。試作後のテープテストによるソース/ドレイン電極の剥がれも無い。したがって、t=2.5nmの場合、比較的十分な密着性が確保されている。一方、t=1.2nmの場合、リフトオフプロセス中のソース/ドレイン電極の剥がれは無いが、試作後のテープテストで、SiO2/MoOX界面において、ソース/ドレイン電極の剥がれが観測されている。さらに、t=5nm場合、リフトオフプロセス中にSiO2/MoOX界面において、ソース/ドレイン電極の剥がれが観測されている。これは、MoOX層の膜ストレス起因で、密着力が大幅に低くなっているためである。 Since the MoO x layer has a work function larger than that of the Cr layer, the current driving capability of the organic thin film transistor can be increased. However, the MoO x layer has lower interfacial adhesion between the SiO 2 film as the gate insulating film and the gold layer as the source / drain electrodes when compared with the Cr layer. As an example, in a MoO x (tnm) / Au (80 nm) / MoO x (tnm) stacked electrode structure, when t = 2.5 nm, there is no peeling of the source / drain electrodes during the lift-off process. There is no peeling of the source / drain electrodes by the tape test after the trial manufacture. Therefore, when t = 2.5 nm, relatively sufficient adhesion is ensured. On the other hand, when t = 1.2 nm, there is no peeling of the source / drain electrode during the lift-off process, but peeling of the source / drain electrode is observed at the SiO 2 / MoO x interface in the tape test after the trial manufacture. . Further, when t = 5 nm, peeling of the source / drain electrode is observed at the SiO 2 / MoO x interface during the lift-off process. This is because the adhesive force is greatly reduced due to the film stress of the MoO x layer.

密着性の向上方法として、Cr層とMoOX層の共蒸着によるCr−MoOX密着層を形成すると良い。例えば、Cr(33wt%)−MoOX(67wt%)の2.5nmのよるCr−MoOX混合層を形成することが良い。 As a method for improving adhesion, a Cr—MoO x adhesion layer is preferably formed by co-evaporation of a Cr layer and a MoO x layer. For example, a Cr-MoO x mixed layer of 2.5 nm of Cr (33 wt%)-MoO x (67 wt%) is preferably formed.

或いはまた、Cr層とMoOX層の積層構造によるCr/MoOX密着層を形成しても良い。例えば、Cr層(0.5nm)/ MoOX層(2.5nm))の積層構造を形成すると良い。 Alternatively, a Cr / MoO x adhesion layer having a laminated structure of a Cr layer and a MoO x layer may be formed. For example, a laminated structure of Cr layer (0.5 nm) / MoO x layer (2.5 nm) may be formed.

また、ゲート絶縁膜15はゲート絶縁膜170よりも高誘電率の絶縁膜で構成され、ゲート絶縁膜170はゲート絶縁膜15よりも薄いシリコン酸化膜で構成されて,全体として積層型ゲート絶縁膜構造を有する。   The gate insulating film 15 is made of an insulating film having a dielectric constant higher than that of the gate insulating film 170, and the gate insulating film 170 is made of a silicon oxide film thinner than the gate insulating film 15, and as a whole is a stacked gate insulating film. It has a structure.

また、ゲート絶縁膜15はタンタル酸化膜で構成されていても良い。   The gate insulating film 15 may be made of a tantalum oxide film.

また、ゲート絶縁膜15は、例えば、厚さ100nm以下のタンタル酸化膜で構成され、ゲート絶縁膜170はゲート絶縁膜15よりも薄く、例えば、約5nm以下のシリコン酸化膜で構成されて, 全体として積層型ゲート絶縁膜構造を備えていても良い。   The gate insulating film 15 is made of, for example, a tantalum oxide film having a thickness of 100 nm or less, and the gate insulating film 170 is thinner than the gate insulating film 15, for example, is made of a silicon oxide film having a thickness of about 5 nm or less. A stacked gate insulating film structure may be provided.

さらに、具体的に、本発明の第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置の構造は、図4に示すように、基板10と、基板10上に配置され,厚さ約100nmのAl−Nd層からなるゲート電極120と、ゲート電極120上に配置され, 厚さ約100nmのタンタル酸化膜(PVD−Ta25)からなるゲート絶縁膜15と、ゲート絶縁膜15上に配置され, 厚さ約5nmのシリコン酸化膜(CVD−SiO2)からなるゲート絶縁膜170と、ゲート絶縁膜170上に離隔して配置され, 厚さ約2.5nmのモリブデン酸化物(MoOX )層からなる金属層160,180と、金属層160,180上に配置され,厚さ約80nmの金層からなる金属層20,22と、金属層20,22上に配置され, 厚さ約2.5nmのモリブデン酸化物(MoOX )層からなる金属層260,280との積層構造からなるソース電極(160,20,260)およびドレイン電極(180,22,280)と、ソース電極(160,20,260)とドレイン電極(180,22,280)間であってゲート絶縁膜170上に配置され,例えば、Py105(Me)からなる厚さ約50nmのp型有機半導体層400と、有機半導体層400上に配置された正孔輸送層411と、正孔輸送層411上に配置された発光層412と、発光層412上に配置された電子輸送層413と、電子輸送層413上に配置された正孔輸送層421と、正孔輸送層421上に配置された発光層422と、発光層422上に配置された電子輸送層423と、電子輸送層423上に配置された正孔輸送層431と、正孔輸送層431上に配置された発光層432と、発光層432上に配置された電子輸送層433と、電子輸送層433上に配置され, 例えば、Al/LiF積層電極からなる導電体層60とを備え、金属層160,180および金属層260,280の仕事関数は金属層20,22の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタを備える。 Furthermore, specifically, the structure of the organic semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention is, as shown in FIG. 4, a substrate 10 and an Al— having a thickness of about 100 nm, disposed on the substrate 10. A gate electrode 120 made of an Nd layer; a gate insulating film 15 made of a tantalum oxide film (PVD-Ta 2 O 5 ) having a thickness of about 100 nm; and a gate insulating film 15 arranged on the gate electrode 120; A gate insulating film 170 made of a silicon oxide film (CVD-SiO 2 ) having a thickness of about 5 nm, and a molybdenum oxide (MoO x ) layer having a thickness of about 2.5 nm, which is separately disposed on the gate insulating film 170. The metal layers 160 and 180, and the metal layers 20 and 22 made of a gold layer having a thickness of about 80 nm and the metal layers 20 and 22 are arranged on the metal layers 160 and 180, and the thickness is about 2.5 nm. Molybdenum oxide (M O X) a source electrode (160,20,260) and a drain electrode (180,22,280) having a laminated structure of a metal layer 260, 280 made of layer, a source electrode (160,20,260) and a drain electrode (180, 22, 280) and disposed on the gate insulating film 170, for example, a p-type organic semiconductor layer 400 made of Py105 (Me) and having a thickness of about 50 nm, and the organic semiconductor layer 400. Hole transport layer 411, light-emitting layer 412 disposed on hole transport layer 411, electron transport layer 413 disposed on light-emitting layer 412, hole transport layer 421 disposed on electron transport layer 413 A light emitting layer 422 disposed on the hole transport layer 421, an electron transport layer 423 disposed on the light emitting layer 422, a hole transport layer 431 disposed on the electron transport layer 423, and a hole transport On layer 431 A light emitting layer 432 disposed thereon, an electron transporting layer 433 disposed on the light emitting layer 432, and a conductor layer 60 disposed on the electron transporting layer 433, for example, made of an Al / LiF laminated electrode. The work functions of 160 and 180 and the metal layers 260 and 280 include organic thin film transistors that are larger than the work functions of the metal layers 20 and 22.

また、有機薄膜トランジスタの周辺部において、基板10上に配置され,例えば、ITOからなるアノード電極30と、アノード電極30上に配置された正孔輸送層311と、正孔輸送層311上に配置された発光層312と、発光層312上に配置された電子輸送層313と、電子輸送層313上に配置された正孔輸送層321と、正孔輸送層321上に配置された発光層322と、発光層322上に配置された電子輸送層323と、電子輸送層323上に配置された正孔輸送層331と、正孔輸送層331上に配置された発光層332と、発光層332上に配置された電子輸送層333と、電子輸送層333上に配置され,例えば、Al/LiF積層電極からなるカソード電極40との積層構造からなる有機半導体発光素子をさらに備える。   Further, in the peripheral portion of the organic thin film transistor, it is disposed on the substrate 10, for example, an anode electrode 30 made of ITO, a hole transport layer 311 disposed on the anode electrode 30, and a hole transport layer 311. The light emitting layer 312, the electron transport layer 313 disposed on the light emitting layer 312, the hole transport layer 321 disposed on the electron transport layer 313, and the light emitting layer 322 disposed on the hole transport layer 321 The electron transport layer 323 disposed on the light emitting layer 322, the hole transport layer 331 disposed on the electron transport layer 323, the light emitting layer 332 disposed on the hole transport layer 331, and the light emitting layer 332 And an organic semiconductor light emitting device having a stacked structure of, for example, a cathode electrode 40 formed of an Al / LiF stacked electrode.

また、正孔輸送層311と411を同時に形成してもよく、また、正孔輸送層321と421を同時に形成してもよく、また、正孔輸送層331と431を同時に形成しても良い。   In addition, the hole transport layers 311 and 411 may be formed at the same time, the hole transport layers 321 and 421 may be formed at the same time, and the hole transport layers 331 and 431 may be formed at the same time. .

また、電子輸送層313と413を同時に形成してもよく、また、電子輸送層323と423を同時に形成してもよく、また、電子輸送層333と433を同時に形成しても良い。   Further, the electron transport layers 313 and 413 may be formed at the same time, the electron transport layers 323 and 423 may be formed at the same time, and the electron transport layers 333 and 433 may be formed at the same time.

また、発光層312と412を同時に形成してもよく、また、発光層322と422を同時に形成してもよく、また、発光層332と432を同時に形成しても良い。   In addition, the light emitting layers 312 and 412 may be formed at the same time, the light emitting layers 322 and 422 may be formed at the same time, and the light emitting layers 332 and 432 may be formed at the same time.

尚、上記の有機半導体発光素子の積層構造において、アノード電極30と正孔輸送層311との間に、有機薄膜トランジスタの積層構造における有機半導体層400と同様に有機半導体層を介在させてもよい。   In the organic semiconductor light emitting element laminated structure, an organic semiconductor layer may be interposed between the anode electrode 30 and the hole transport layer 311 in the same manner as the organic semiconductor layer 400 in the organic thin film transistor laminated structure.

本発明の第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置の形成工程においても有機半導体層400を形成するための前処理として、シリコン酸化膜(CVD−SiO2)からなるゲート絶縁膜170の表面に対して、表面清浄化のために以下の処理を実行している。すなわち、Arの逆スパッタリング処理を約60sec、次に、UV/O3処理を約2分、さらに疎水化するためにHMDS処理を約15分、気相雰囲気中で行っている。また、Ar/O2プラズマ処理を実施しても良い。 As pretreatment for forming the organic semiconductor layer 400 even in the step of forming the organic semiconductor light-emitting device according to a fourth embodiment of the present invention, the surface of the gate insulating film 170 made of a silicon oxide film (CVD-SiO 2) On the other hand, the following processing is performed for surface cleaning. That is, reverse sputtering of Ar is carried out for about 60 seconds, then UV / O 3 treatment is carried out for about 2 minutes, and further HMDS treatment is carried out for about 15 minutes in order to make it hydrophobic in a gas phase atmosphere. Further, Ar / O 2 plasma treatment may be performed.

さらに、ソース電極(160,20)およびドレイン電極(180,22)を形成する金層20,22はその比較的大きな仕事関数のため、有機半導体層400への正孔注入が容易であるが、モリブデン酸化物(MoOX)層160,180も相対的に大きな仕事関数を有するため、仕事関数の大きな有機半導体層400への正孔注入量が十分に確保される。 Furthermore, since the gold layers 20 and 22 forming the source electrode (160, 20) and the drain electrode (180, 22) have a relatively large work function, hole injection into the organic semiconductor layer 400 is easy. Since the molybdenum oxide (MoO x ) layers 160 and 180 also have a relatively large work function, a sufficient amount of holes can be injected into the organic semiconductor layer 400 having a large work function.

又、図4に示すようなボトムコンタクト型の有機半導体トランジスタにおいて、有機半導体層400/無機電極(160,180,20,22)界面の接触抵抗が小さくなる。
このため、本発明の第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置におけるドレイン電流ID―ドレイン電圧VD特性において、オン抵抗が低く、オン電流が高いという結果が得られている。
Further, in the bottom contact type organic semiconductor transistor as shown in FIG. 4, the contact resistance at the interface of the organic semiconductor layer 400 / inorganic electrode (160, 180, 20, 22) is reduced.
For this reason, in the drain current I D -drain voltage V D characteristic in the organic semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention, a result that the on-resistance is low and the on-current is high is obtained.

すなわち、本発明の第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置によれば、有機薄膜トランジスタ部分において、ソース電極(160,20,260)およびドレイン電極(180,22,280)構造の改善効果によって、有機半導体層400への正孔注入量が増大し、接触抵抗の低減と共に、オン抵抗の低減化、オン電流の増大化、トランスコンダクタンスの増大化を図ることができる。   That is, according to the organic semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention, the organic thin film transistor portion is improved by the structure of the source electrode (160, 20, 260) and the drain electrode (180, 22, 280). In addition, the amount of holes injected into the organic semiconductor layer 400 increases, and it is possible to reduce contact resistance, reduce on-resistance, increase on-current, and increase transconductance.

尚、最終的な構造としては、図4には図示を省略されているが、導電体層60およびカソード電極40上には、低温成長によって形成された窒化膜やシリコン酸化膜、或いはこれらの積層構造をパッシベーション膜として形成しても良い。或いはまた、無機膜と有機膜の積層膜をパッシベーション膜として形成しても良い。さらに、所定空間をもって、囲む封止缶によるパッケージ構造を備えていても良い。   Although the final structure is not shown in FIG. 4, a nitride film or silicon oxide film formed by low-temperature growth or a laminate thereof is formed on the conductor layer 60 and the cathode electrode 40. The structure may be formed as a passivation film. Alternatively, a laminated film of an inorganic film and an organic film may be formed as a passivation film. Furthermore, you may provide the package structure by the sealing can which has predetermined space.

また、本発明の第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置は、有機薄膜トランジスタ部分において、p型有機半導体層400のHOMOのエネルギー準位の絶対値がキャップ用の導電体層60の仕事関数の絶対値よりも大きくすると良い。   In the organic semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention, the absolute value of the HOMO energy level of the p-type organic semiconductor layer 400 is the work function of the capping conductor layer 60 in the organic thin film transistor portion. It should be larger than the absolute value of.

p型有機半導体層400の代わりにn型有機半導体層を適用する場合には、n型有機半導体層のLUMOのエネルギー準位の絶対値が導電体層の仕事関数の絶対値よりも小さくすれば良い。   When an n-type organic semiconductor layer is applied instead of the p-type organic semiconductor layer 400, the absolute value of the LUMO energy level of the n-type organic semiconductor layer is made smaller than the absolute value of the work function of the conductor layer. good.

正孔輸送層411,421,431としては、例えば、α−NPDを用いることができる。   As the hole transport layers 411, 421, and 431, for example, α-NPD can be used.

電子輸送層412,422,432としては、例えばAlq3などで形成することができる。 The electron transport layers 412, 422, and 432 can be formed of, for example, Alq 3 .

導電体層60は、例えば、MgAg、Al、Ca、Li、Cs、Ni、Tiなどの金属材料、LiF/Alからなる金属積層構造、ITO、IZOなどの無機導電体材料、PEDOTなどの有機導電体材料で形成することができる。   The conductor layer 60 includes, for example, a metal material such as MgAg, Al, Ca, Li, Cs, Ni, and Ti, a metal laminated structure made of LiF / Al, an inorganic conductor material such as ITO and IZO, and an organic conductor such as PEDOT. It can be made of body material.

p型有機半導体層400と導電体層60の間に正孔輸送層411,421,431、発光層412,422,432および電子輸送層413,423,433の積層構造によって構成されるpnダイオードによって、ソース電極(160,20,260)とドレイン電極(180,22,280)間の短絡を防止することができる。すなわち、上記pnダイオードによって、キャリアの逆流を防ぐことができ、導電体層60を介してソース・ドレイン間が短絡することは原理的に発生しない。   Between the p-type organic semiconductor layer 400 and the conductor layer 60, a pn diode constituted by a stacked structure of hole transport layers 411, 421, 431, light emitting layers 412, 422, 432 and electron transport layers 413, 423, 433 Therefore, it is possible to prevent a short circuit between the source electrode (160, 20, 260) and the drain electrode (180, 22, 280). That is, the pn diode can prevent the backflow of carriers, and a short circuit between the source and the drain via the conductor layer 60 does not occur in principle.

p型トランジスタとして、ソース・ドレイン間にバイアス電圧を印加する場合、導電体層60とドレイン電極(180,22,280)間は、電界の向きがpn接合の逆方向バイアスにあたるため、導電体層60を介してソース電極(160,20,260)とドレイン電極(180,22,280)間が短絡することはない。   As a p-type transistor, when a bias voltage is applied between the source and the drain, the direction of the electric field between the conductor layer 60 and the drain electrodes (180, 22, 280) is a reverse bias of a pn junction. There is no short circuit between the source electrode (160, 20, 260) and the drain electrode (180, 22, 280) via 60.

同様に、ソース・ドレイン間にバイアス電圧を印加した場合、キャップ用の導電体層60とソース電極(160,20,260)間は、pn接合の順方向バイアスにあたるため、キャップ用の導電体層60はソース電極(基準電位)からpn接合の順方向電圧降下(Vf)分の電位差をもって安定する。また、p型有機半導体層(トランジスタ活性層)400内部の電位は、キャップ用の導電体層60の電磁シールド効果によって安定化する。   Similarly, when a bias voltage is applied between the source and the drain, the cap conductor layer 60 and the source electrode (160, 20, 260) are in the forward bias of the pn junction, and therefore the cap conductor layer. 60 stabilizes with a potential difference corresponding to the forward voltage drop (Vf) of the pn junction from the source electrode (reference potential). The potential inside the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 400 is stabilized by the electromagnetic shielding effect of the cap conductor layer 60.

本発明の第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置の構造において、各電極、各層はそれぞれスパッタ、蒸着、塗布などにより成膜される。   In the structure of the organic semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention, each electrode and each layer are formed by sputtering, vapor deposition, coating, or the like.

基板10の材料としては、第1乃至第3の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the substrate 10, the same material as in the first to third embodiments can be used.

ゲート電極120の材料としても、第1乃至第3の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the gate electrode 120, the same material as in the first to third embodiments can be used.

ゲート絶縁膜15の材料としても、第1乃至第3の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the gate insulating film 15, the same material as in the first to third embodiments can be used.

ソース電極(160,20,260)およびドレイン電極(180,22,280)の材料としても、第3の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the source electrode (160, 20, 260) and the drain electrode (180, 22, 280), the same material as that of the third embodiment can be used.

p型有機半導体層(トランジスタ活性層)400を、例えば、a−Si,ポリシリコンなどの無機半導体材料などで置換形成することもできる。   For example, the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 400 may be replaced with an inorganic semiconductor material such as a-Si or polysilicon.

(p型有機半導体材料)
図6乃至図7に示したp型有機半導体材料の分子構造例は、本発明の第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置においても同様に適用することができる。
(P-type organic semiconductor materials)
The molecular structure examples of the p-type organic semiconductor material shown in FIGS. 6 to 7 can be similarly applied to the organic semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention.

(正孔輸送層を形成する正孔輸送材料)
図8乃至図9に示した正孔輸送材料の分子構造例は、本発明の第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置においても同様に適用することができる。
(Hole transport material that forms the hole transport layer)
The molecular structure examples of the hole transport material shown in FIGS. 8 to 9 can be similarly applied to the organic semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention.

(電子輸送層を形成する電子輸送材料)
図10乃至図11に示した電子輸送材料の分子構造例は、本発明の第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置においても同様に適用することができる。
(Electron transport material forming the electron transport layer)
The molecular structure examples of the electron transport material shown in FIGS. 10 to 11 can be similarly applied to the organic semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention.

(キャリア輸送性発光材料、或いは発光ドーパントとホスト材料)
発光層312,322,332,412,422,432には、本発明の第1乃至第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置に適用するキャリア輸送性発光材料、或いは発光ドーパントとホスト材料と同様の材料を適用することができる。
(Carrier transporting light emitting material, or light emitting dopant and host material)
The light emitting layers 312, 322, 332, 412, 422, and 432 include a carrier transporting light emitting material or a light emitting dopant and a host material applied to the organic semiconductor light emitting devices according to the first to third embodiments of the present invention. Similar materials can be applied.

また、本発明の第4の実施の形態に係る半導体発光装置においては、図4に示すように、有機半導体発光素子部分は、ボトムエミッション型として構成する例が示されているが、トップエミッション型もしくはボスエミッション型としても構成することができる。   Further, in the semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, an example in which the organic semiconductor light emitting element portion is configured as a bottom emission type is shown. Alternatively, it can be configured as a boss emission type.

本発明の第4の実施の形態によれば、有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子を同一基板上に集積化した有機半導体発光装置において、ソース/ドレイン電極からの正孔注入能力が高く、高誘電率の絶縁膜を有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として用い、表面改質が容易であり、有機半導体材料の配向制御も良好で、有機薄膜トランジスタの特性向上(低電圧駆動,高駆動電流)を達成するとともに、有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子の平坦性が保持され、発光特性や歩留りの向上する集積化に適した有機半導体発光装置提供することができる。   According to the fourth embodiment of the present invention, in the organic semiconductor light emitting device in which the organic thin film transistor and the surface emitting organic semiconductor light emitting element are integrated on the same substrate, the hole injection capability from the source / drain electrode is high, High dielectric constant insulating film is used as gate insulating film of organic thin film transistor, surface modification is easy, organic semiconductor material orientation control is good, and characteristics of organic thin film transistor (low voltage drive, high drive current) are achieved. In addition, the flatness of the organic thin-film transistor and the surface-emitting organic semiconductor light-emitting element can be maintained, and an organic semiconductor light-emitting device suitable for integration that improves the light emission characteristics and the yield can be provided.

本発明の第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置によれば、面発光型有機半導体発光素子の輝度ばらつき、発光波長のばらつきに起因する輝度むら/色むらなどの発光特性を改善し、歩留りの低下を抑制し、面発光型有機半導体発光素子および有機薄膜トランジスタを多層化して、発光効率を大幅に高めることができる。   According to the organic semiconductor light-emitting device of the fourth embodiment of the present invention, the luminance variation of the surface-emitting organic semiconductor light-emitting element, the luminance characteristics such as luminance unevenness / color unevenness due to the emission wavelength variation, are improved, Yield efficiency can be greatly increased by suppressing a decrease in yield and by multilayering a surface-emitting organic semiconductor light-emitting element and an organic thin-film transistor.

[第5の実施の形態]
図5は、本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置であって、トップコンタクト型の有機半導体発光装置の周辺部において有機半導体発光素子を集積化した模式的断面構造図を示す。
[Fifth embodiment]
FIG. 5 is a schematic cross-sectional structure diagram showing an organic semiconductor light-emitting device according to a fifth embodiment of the present invention, in which organic semiconductor light-emitting elements are integrated in the periphery of a top contact type organic semiconductor light-emitting device. .

本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置は、図5に示すように、トップコンタクト型構造の有機薄膜トランジスタと、有機半導体発光素子を集積化形成した構成を有する。   As shown in FIG. 5, the organic semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention has a configuration in which an organic thin film transistor having a top contact type structure and an organic semiconductor light emitting element are integrated.

有機薄膜トランジスタは、有機半導体発光素子のドライバ用のトランジスタとして構成されることから、低電圧駆動かつ高輝度発光のためには、有機薄膜トランジスタのオン電流を増大することが必要である。本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置は、積層ゲート絶縁膜による高いオン電流と共に、図5に示す有機薄膜トランジスタの構造を適用することにより、更に高い駆動電流を実現している。   Since the organic thin film transistor is configured as a transistor for a driver of an organic semiconductor light emitting element, it is necessary to increase the on-current of the organic thin film transistor for low voltage driving and high luminance light emission. The organic semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention realizes a higher driving current by applying the structure of the organic thin film transistor shown in FIG. 5 together with the high on-current due to the stacked gate insulating film. .

本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置は、図5に示すように、基板10と、基板10上に配置されたゲート電極120と、ゲート電極120上に配置されたゲート絶縁膜15と、ゲート絶縁膜15上に配置されたゲート絶縁膜170と、ゲート絶縁膜170上に配置された有機半導体層400と、有機半導体層400上に離隔して配置された金属層160,180と、金属層160,180上に配置された金属層20,22と、金属層20,22上に配置された金属層260,280の積層構造からなるソース電極(160,20,260)およびドレイン電極(180,22,280)と、有機半導体層400上およびソース電極(160,20, 260)およびドレイン電極(180,22,280)上に配置された正孔輸送層411と、正孔輸送層411上に配置された発光層412と、発光層412上に配置された電子輸送層413と、電子輸送層413上に配置された正孔輸送層421と、正孔輸送層421上に配置された発光層422と、発光層422上に配置された電子輸送層423と、電子輸送層423上に配置された正孔輸送層431と、正孔輸送層431上に配置された発光層432と、発光層432上に配置された電子輸送層433と、電子輸送層433上に配置された導電体層60とを備え、金属層160,180および金属層260,280の仕事関数は金属層20,22の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタを備える。   As shown in FIG. 5, the organic semiconductor light-emitting device according to the fifth embodiment of the present invention includes a substrate 10, a gate electrode 120 disposed on the substrate 10, and a gate insulation disposed on the gate electrode 120. A film 15, a gate insulating film 170 disposed on the gate insulating film 15, an organic semiconductor layer 400 disposed on the gate insulating film 170, and a metal layer 160 disposed separately on the organic semiconductor layer 400, 180, a source electrode (160, 20, 260) having a laminated structure of metal layers 20, 22 disposed on the metal layers 160, 180, and metal layers 260, 280 disposed on the metal layers 20, 22. A drain electrode (180, 22, 280), a hole transport layer 411 disposed on the organic semiconductor layer 400 and on the source electrode (160, 20, 260) and the drain electrode (180, 22, 280); On the light-emitting layer 412 disposed on the hole transport layer 411, the electron transport layer 413 disposed on the light-emitting layer 412, the hole transport layer 421 disposed on the electron transport layer 413, and the hole transport layer 421 A light emitting layer 422 disposed on the light emitting layer 422, an electron transporting layer 423 disposed on the light emitting layer 422, a hole transporting layer 431 disposed on the electron transporting layer 423, and a light emitting disposed on the hole transporting layer 431. A layer 432, an electron transport layer 433 disposed on the light emitting layer 432, and a conductor layer 60 disposed on the electron transport layer 433. The work functions of the metal layers 160 and 180 and the metal layers 260 and 280 are An organic thin film transistor having a larger work function than the metal layers 20 and 22 is provided.

また、有機薄膜トランジスタの周辺部において、基板10上に配置されたアノード電極30と、アノード電極30上に配置された正孔輸送層311と、正孔輸送層311上に配置された発光層312と、発光層312上に配置された電子輸送層313と、電子輸送層313上に配置された正孔輸送層321と、正孔輸送層321上に配置された発光層322と、発光層322上に配置された電子輸送層323と、電子輸送層323上に配置された正孔輸送層331と、正孔輸送層331上に配置された発光層332と、発光層332上に配置された電子輸送層333と、電子輸送層333上に配置されたカソード電極40との積層構造からなる有機半導体発光素子をさらに備える。   In addition, in the periphery of the organic thin film transistor, an anode electrode 30 disposed on the substrate 10, a hole transport layer 311 disposed on the anode electrode 30, and a light emitting layer 312 disposed on the hole transport layer 311, The electron transport layer 313 disposed on the light emitting layer 312, the hole transport layer 321 disposed on the electron transport layer 313, the light emitting layer 322 disposed on the hole transport layer 321, and the light emitting layer 322 , The electron transport layer 323 disposed on the electron transport layer 323, the hole transport layer 331 disposed on the electron transport layer 323, the light emitting layer 332 disposed on the hole transport layer 331, and the electron disposed on the light emitting layer 332 An organic semiconductor light emitting device having a stacked structure of a transport layer 333 and a cathode electrode 40 disposed on the electron transport layer 333 is further provided.

有機半導体発光素子を搭載する基板10の裏面には、カラーフィルタ50を配置しても良い。   A color filter 50 may be disposed on the back surface of the substrate 10 on which the organic semiconductor light emitting element is mounted.

また、金属層20,22は、金(Au)電極で形成され、金属層160,180および金属層260,280は、金電極よりも仕事関数の大きな金属酸化物で形成される。   The metal layers 20 and 22 are formed of gold (Au) electrodes, and the metal layers 160 and 180 and the metal layers 260 and 280 are formed of metal oxide having a work function larger than that of the gold electrode.

また、金属層160,180および金属層260,280は、モリブデン酸化物(MoOX)層で形成される。 The metal layers 160 and 180 and the metal layers 260 and 280 are formed of a molybdenum oxide (MoO x ) layer.

例えば、モリブデン酸化物(MoOX)層の膜厚は、約1nm〜5nm程度、望ましくは、約1.2nm〜4nm程度である。また、金(Au)電極の膜厚は、例えば、約20nm〜200nm程度であり、望ましくは、約80nmである。 For example, the film thickness of the molybdenum oxide (MoO x ) layer is about 1 nm to 5 nm, preferably about 1.2 nm to 4 nm. The film thickness of the gold (Au) electrode is, for example, about 20 nm to 200 nm, and preferably about 80 nm.

或いはまた、金属層160,180は、モリブデン酸化物(MoOX)層と、例えば、厚さ約0.5nm程度の極薄のクロム(Cr)層との混合層で形成されていても良い。或いはまた、金属層160,180は、クロム(Cr)層とモリブデン酸化物(MoOX)層の積層構造(Cr/MoOX)で形成されていても良い。 Alternatively, the metal layers 160 and 180 may be formed of a mixed layer of a molybdenum oxide (MoO x ) layer and, for example, an extremely thin chromium (Cr) layer having a thickness of about 0.5 nm. Alternatively, the metal layers 160 and 180 may be formed of a laminated structure (Cr / MoO x ) of a chromium (Cr) layer and a molybdenum oxide (MoO x ) layer.

MoOX層はCr層に比べて、仕事関数が大きいことから、有機薄膜トランジスタの電流駆動能力を高めることが可能である。しかしながら、MoOX層は、Cr層と比較した場合、ゲート絶縁膜であるSiO2膜と、ソース/ドレイン電極である金層との界面密着性が低い。一例として、MoOX(tnm)/Au(80nm)/MoOX(tnm)積層型電極構造において、t=2.5nmの場合、リフトオフプロセス中のソース/ドレイン電極の剥がれは無い。試作後のテープテストによるソース/ドレイン電極の剥がれも無い。したがって、t=2.5nmの場合、比較的十分な密着性が確保されている。一方、t=1.2nmの場合、リフトオフプロセス中のソース/ドレイン電極の剥がれは無いが、試作後のテープテストで、SiO2/MoOX界面において、ソース/ドレイン電極の剥がれが観測されている。さらに、t=5nm場合、リフトオフプロセス中にSiO2/MoOX界面において、ソース/ドレイン電極の剥がれが観測されている。これは、MoOX層の膜ストレス起因で、密着力が大幅に低くなっているためである。 Since the MoO x layer has a work function larger than that of the Cr layer, the current driving capability of the organic thin film transistor can be increased. However, the MoO x layer has lower interfacial adhesion between the SiO 2 film as the gate insulating film and the gold layer as the source / drain electrodes when compared with the Cr layer. As an example, in a MoO x (tnm) / Au (80 nm) / MoO x (tnm) stacked electrode structure, when t = 2.5 nm, there is no peeling of the source / drain electrodes during the lift-off process. There is no peeling of the source / drain electrodes by the tape test after the trial manufacture. Therefore, when t = 2.5 nm, relatively sufficient adhesion is ensured. On the other hand, when t = 1.2 nm, there is no peeling of the source / drain electrode during the lift-off process, but peeling of the source / drain electrode is observed at the SiO 2 / MoO x interface in the tape test after the trial manufacture. . Further, when t = 5 nm, peeling of the source / drain electrode is observed at the SiO 2 / MoO x interface during the lift-off process. This is because the adhesive force is greatly reduced due to the film stress of the MoO x layer.

密着性の向上方法として、Cr層とMoOX層の共蒸着によるCr−MoOX密着層を形成すると良い。例えば、Cr(33wt%)−MoOX(67wt%)の2.5nmのよるCr−MoOX混合層を形成することが良い。 As a method for improving adhesion, a Cr—MoO x adhesion layer is preferably formed by co-evaporation of a Cr layer and a MoO x layer. For example, a Cr-MoO x mixed layer of 2.5 nm of Cr (33 wt%)-MoO x (67 wt%) is preferably formed.

或いはまた、Cr層とMoOX層の積層構造によるCr/MoOX密着層を形成しても良い。例えば、Cr層(0.5nm)/ MoOX層(2.5nm))の積層構造を形成すると良い。 Alternatively, a Cr / MoO x adhesion layer having a laminated structure of a Cr layer and a MoO x layer may be formed. For example, a laminated structure of Cr layer (0.5 nm) / MoO x layer (2.5 nm) may be formed.

また、ゲート絶縁膜15はゲート絶縁膜170よりも高誘電率の絶縁膜で構成され、ゲート絶縁膜170はゲート絶縁膜15よりも薄いシリコン酸化膜で構成されて,全体として積層型ゲート絶縁膜構造を有する。   The gate insulating film 15 is made of an insulating film having a dielectric constant higher than that of the gate insulating film 170, and the gate insulating film 170 is made of a silicon oxide film thinner than the gate insulating film 15, and as a whole is a stacked gate insulating film. It has a structure.

また、ゲート絶縁膜15はタンタル酸化膜で構成されていても良い。   The gate insulating film 15 may be made of a tantalum oxide film.

また、ゲート絶縁膜15は、例えば、厚さ100nm以下のタンタル酸化膜で構成され、ゲート絶縁膜170はゲート絶縁膜15よりも薄く、例えば、約5nm以下のシリコン酸化膜で構成されて, 全体として積層型ゲート絶縁膜構造を備えていても良い。   The gate insulating film 15 is made of, for example, a tantalum oxide film having a thickness of 100 nm or less, and the gate insulating film 170 is thinner than the gate insulating film 15, for example, is made of a silicon oxide film having a thickness of about 5 nm or less. A stacked gate insulating film structure may be provided.

さらに、具体的に、本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置の構造は、図5に示すように、基板10と、基板10上に配置され,厚さ約100nmのAl−Nd層からなるゲート電極120と、ゲート電極120上に配置され, 厚さ約100nmのタンタル酸化膜(PVD−Ta25)からなるゲート絶縁膜15と、ゲート絶縁膜15上に配置され, 厚さ約10nmのシリコン酸化膜(CVD−SiO2)からなるゲート絶縁膜170と、ゲート絶縁膜170上に配置され, 例えば、Py105(Me)からなる厚さ約50nmのp型有機半導体層400と、p型有機半導体層400上に離隔して配置され, 厚さ約2.5nmのモリブデン酸化物(MoOX)層からなる金属層160,180と、金属層160,180膜17上に配置され,厚さ約80nmの金層からなる金属層20,22と、金属層20,22上に配置され, 厚さ約2.5nmのモリブデン酸化物(MoOX)層からなる金属層260,280の積層構造からなるソース電極(160,20,260)およびドレイン電極(180,22,280)と、有機半導体層400上およびソース電極(160,20, 260)およびドレイン電極(180,22,280)上に配置された正孔輸送層411と、正孔輸送層411上に配置された発光層412と、発光層412上に配置された電子輸送層413と、電子輸送層413上に配置された正孔輸送層421と、正孔輸送層421上に配置された発光層422と、発光層422上に配置された電子輸送層423と、電子輸送層423上に配置された正孔輸送層431と、正孔輸送層431上に配置された発光層432と、発光層432上に配置された電子輸送層433と、電子輸送層433上に配置された導電体層60とを備え、金属層160,180および金属層260,280の仕事関数は金属層20,22の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタを備える。 Furthermore, specifically, the structure of the organic semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention is, as shown in FIG. 5, a substrate 10 and an Al— having a thickness of about 100 nm, disposed on the substrate 10. A gate electrode 120 made of an Nd layer; a gate insulating film 15 made of a tantalum oxide film (PVD-Ta 2 O 5 ) having a thickness of about 100 nm; and a gate insulating film 15 arranged on the gate electrode 120; A gate insulating film 170 made of a silicon oxide film (CVD-SiO 2 ) having a thickness of about 10 nm, and a p-type organic semiconductor layer 400 having a thickness of about 50 nm made of, for example, Py105 (Me), disposed on the gate insulating film 170. When, are spaced on the p-type organic semiconductor layer 400, molybdenum oxide with a thickness of about 2.5nm and the metal layer 160 and 180 made of (MoO X) layer, distribution on the metal layer 160 and 180 film 17 Is, the metal layer 20 and 22 made of gold layer having a thickness of about 80 nm, is disposed on the metal layers 20 and 22, molybdenum oxide having a thickness of about 2.5 nm (MoO X) consisting of layer metal layer 260, 280 Source electrode (160, 20, 260) and drain electrode (180, 22, 280) having a laminated structure of the above, and organic semiconductor layer 400 and source electrode (160, 20, 260) and drain electrode (180, 22, 280). ) Disposed on the hole transport layer 411, the light emitting layer 412 disposed on the hole transport layer 411, the electron transport layer 413 disposed on the light emitting layer 412, and the electron transport layer 413. Hole transport layer 421, light emitting layer 422 disposed on hole transport layer 421, electron transport layer 423 disposed on light emitting layer 422, hole transport layer disposed on electron transport layer 423 431 and holes A light emitting layer 432 disposed on the transport layer 431, an electron transport layer 433 disposed on the light emitting layer 432, and a conductor layer 60 disposed on the electron transport layer 433, the metal layers 160, 180 and The work functions of the metal layers 260 and 280 include organic thin film transistors that are larger than the work functions of the metal layers 20 and 22.

また、有機薄膜トランジスタの周辺部において、基板10上に配置され,例えば、ITOからなるアノード電極30と、アノード電極30上に配置された正孔輸送層311と、正孔輸送層311上に配置された発光層312と、発光層312上に配置された電子輸送層313と、電子輸送層313上に配置された正孔輸送層321と、正孔輸送層321上に配置された発光層322と、発光層322上に配置された電子輸送層323と、電子輸送層323上に配置された正孔輸送層331と、正孔輸送層331上に配置された発光層332と、発光層332上に配置された電子輸送層333と、電子輸送層333上に配置され,例えば、Al/LiF積層電極からなるカソード電極40との積層構造からなる有機半導体発光素子をさらに備える。   Further, in the peripheral portion of the organic thin film transistor, it is disposed on the substrate 10, for example, an anode electrode 30 made of ITO, a hole transport layer 311 disposed on the anode electrode 30, and a hole transport layer 311. The light emitting layer 312, the electron transport layer 313 disposed on the light emitting layer 312, the hole transport layer 321 disposed on the electron transport layer 313, and the light emitting layer 322 disposed on the hole transport layer 321 The electron transport layer 323 disposed on the light emitting layer 322, the hole transport layer 331 disposed on the electron transport layer 323, the light emitting layer 332 disposed on the hole transport layer 331, and the light emitting layer 332 And an organic semiconductor light emitting device having a stacked structure of, for example, a cathode electrode 40 formed of an Al / LiF stacked electrode.

また、正孔輸送層311と411を同時に形成してもよく、また、正孔輸送層321と421を同時に形成してもよく、また、正孔輸送層331と431を同時に形成しても良い。   In addition, the hole transport layers 311 and 411 may be formed at the same time, the hole transport layers 321 and 421 may be formed at the same time, and the hole transport layers 331 and 431 may be formed at the same time. .

また、電子輸送層313と413を同時に形成してもよく、また、電子輸送層323と423を同時に形成してもよく、また、電子輸送層333と433を同時に形成しても良い。   Further, the electron transport layers 313 and 413 may be formed at the same time, the electron transport layers 323 and 423 may be formed at the same time, and the electron transport layers 333 and 433 may be formed at the same time.

また、発光層312と412を同時に形成してもよく、また、発光層322と422を同時に形成してもよく、また、発光層332と432を同時に形成しても良い。   In addition, the light emitting layers 312 and 412 may be formed at the same time, the light emitting layers 322 and 422 may be formed at the same time, and the light emitting layers 332 and 432 may be formed at the same time.

尚、上記の有機半導体発光素子の積層構造において、アノード電極30と正孔輸送層311との間に、有機薄膜トランジスタの積層構造における有機半導体層400と同様に有機半導体層を介在させてもよい。   In the organic semiconductor light emitting element laminated structure, an organic semiconductor layer may be interposed between the anode electrode 30 and the hole transport layer 311 in the same manner as the organic semiconductor layer 400 in the organic thin film transistor laminated structure.

本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置の形成工程においても有機半導体層400を形成するための前処理として、シリコン酸化膜(CVD−SiO2)からなるゲート絶縁膜170の表面に対して、表面清浄化のために以下の処理を実行している。すなわち、Arの逆スパッタリング処理を約60sec、次に、UV/O3処理を約2分、さらに疎水化するためにHMDS処理を約15分、気相雰囲気中で行っている。また、Ar/O2プラズマ処理を実施しても良い。 Also in the formation process of the organic semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention, as a pretreatment for forming the organic semiconductor layer 400, the surface of the gate insulating film 170 made of a silicon oxide film (CVD-SiO 2 ). On the other hand, the following processing is performed for surface cleaning. That is, reverse sputtering of Ar is carried out for about 60 seconds, then UV / O 3 treatment is carried out for about 2 minutes, and further HMDS treatment is carried out for about 15 minutes in order to make it hydrophobic in a gas phase atmosphere. Further, Ar / O 2 plasma treatment may be performed.

さらに、ソース電極(160,20,260)およびドレイン電極(180,22,280)を形成する金層20,22はその比較的大きな仕事関数のため、有機半導体層400への正孔注入が容易であるが、モリブデン酸化物(MoOX)層160,180,260,280も相対的に大きな仕事関数を有するため、仕事関数の大きな有機半導体層400への正孔注入量が十分に確保される。 Furthermore, since the gold layers 20 and 22 forming the source electrode (160, 20, 260) and the drain electrode (180, 22, 280) have a relatively large work function, holes can be easily injected into the organic semiconductor layer 400. However, since the molybdenum oxide (MoO x ) layers 160, 180, 260, and 280 also have a relatively large work function, a sufficient amount of hole injection into the organic semiconductor layer 400 having a large work function is ensured. .

又、図5に示すようなトップコンタクト型の有機半導体トランジスタにおいて、有機半導体層400/無機電極(160,180,20,22,260,280)界面の接触抵抗が小さくなる。
このため、本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置におけるドレイン電流ID―ドレイン電圧VD特性において、オン抵抗が低く、オン電流が高いという結果が得られている。
Further, in the top contact type organic semiconductor transistor as shown in FIG. 5, the contact resistance at the interface of the organic semiconductor layer 400 / inorganic electrode (160, 180, 20, 22, 260, 280) is reduced.
For this reason, in the drain current I D -drain voltage V D characteristic in the organic semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention, the result that the on-resistance is low and the on-current is high is obtained.

すなわち、本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置によれば、有機薄膜トランジスタ部分において、ソース電極(160,20,260)およびドレイン電極(180,22,280)構造の改善効果によって、有機半導体層400への正孔注入量が増大し、接触抵抗の低減と共に、オン抵抗の低減化、オン電流の増大化、トランスコンダクタンスの増大化を図ることができる。   That is, according to the organic semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention, the organic thin film transistor portion is improved by the structure of the source electrode (160, 20, 260) and the drain electrode (180, 22, 280). In addition, the amount of holes injected into the organic semiconductor layer 400 increases, and it is possible to reduce contact resistance, reduce on-resistance, increase on-current, and increase transconductance.

尚、最終的な構造としては、図5には図示を省略されているが、導電体層60およびカソード電極40上には、低温成長によって形成された窒化膜やシリコン酸化膜、或いはこれらの積層構造をパッシベーション膜として形成しても良い。或いはまた、無機膜と有機膜の積層膜をパッシベーション膜として形成しても良い。さらに、所定空間をもって、囲む封止缶によるパッケージ構造を備えていても良い。   Although the final structure is not shown in FIG. 5, a nitride film or silicon oxide film formed by low-temperature growth or a laminate thereof is formed on the conductor layer 60 and the cathode electrode 40. The structure may be formed as a passivation film. Alternatively, a laminated film of an inorganic film and an organic film may be formed as a passivation film. Furthermore, you may provide the package structure by the sealing can which has predetermined space.

また、本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置は、有機薄膜トランジスタ部分において、p型有機半導体層400のHOMOのエネルギー準位の絶対値がキャップ用の導電体層60の仕事関数の絶対値よりも大きくすると良い。   In the organic semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention, the absolute value of the HOMO energy level of the p-type organic semiconductor layer 400 is the work function of the capping conductor layer 60 in the organic thin film transistor portion. It should be larger than the absolute value of.

p型有機半導体層400の代わりにn型有機半導体層を適用する場合には、n型有機半導体層のLUMOのエネルギー準位の絶対値が導電体層の仕事関数の絶対値よりも小さくすれば良い。   When an n-type organic semiconductor layer is applied instead of the p-type organic semiconductor layer 400, the absolute value of the LUMO energy level of the n-type organic semiconductor layer is made smaller than the absolute value of the work function of the conductor layer. good.

正孔輸送層411,421,431としては、例えば、α−NPDを用いることができる。   As the hole transport layers 411, 421, and 431, for example, α-NPD can be used.

電子輸送層412,422,432としては、例えばAlq3などで形成することができる。 The electron transport layers 412, 422, and 432 can be formed of, for example, Alq 3 .

導電体層60は、例えば、MgAg、Al、Ca、Li、Cs、Ni、Tiなどの金属材料、LiF/Alからなる金属積層構造、ITO、IZOなどの無機導電体材料、PEDOTなどの有機導電体材料で形成することができる。   The conductor layer 60 includes, for example, a metal material such as MgAg, Al, Ca, Li, Cs, Ni, and Ti, a metal laminated structure made of LiF / Al, an inorganic conductor material such as ITO and IZO, and an organic conductor such as PEDOT. It can be made of body material.

正孔輸送層411,421,431、発光層412,422,432および電子輸送層413,423,433の積層構造によって構成されるpnダイオードによって、ソース電極(160,20,260)とドレイン電極(180,22,280)間の短絡を防止することができる。すなわち、上記pnダイオードによって、キャリアの逆流を防ぐことができ、導電体層60を介してソース・ドレイン間が短絡することは原理的に発生しない。   A source electrode (160, 20, 260) and a drain electrode (by a pn diode constituted by a stacked structure of a hole transport layer 411, 421, 431, a light emitting layer 412, 422, 432 and an electron transport layer 413, 423, 433 ( 180, 22, 280) can be prevented. That is, the pn diode can prevent the backflow of carriers, and a short circuit between the source and the drain via the conductor layer 60 does not occur in principle.

p型トランジスタとして、ソース・ドレイン間にバイアス電圧を印加する場合、導電体層60とドレイン電極(180,22,280)間は、電界の向きがpn接合の逆方向バイアスにあたるため、導電体層60を介してソース電極16とドレイン電極(180,22,280)間が短絡することはない。   As a p-type transistor, when a bias voltage is applied between the source and the drain, the direction of the electric field between the conductor layer 60 and the drain electrodes (180, 22, 280) is a reverse bias of a pn junction. There is no short circuit between the source electrode 16 and the drain electrodes (180, 22, 280) via 60.

同様に、ソース・ドレイン間にバイアス電圧を印加した場合、キャップ用の導電体層60とソース電極(160,20,260)間は、pn接合の順方向バイアスにあたるため、キャップ用の導電体層60はソース電極(基準電位)からpn接合の順方向電圧降下(Vf)分の電位差をもって安定する。また、p型有機半導体層(トランジスタ活性層)400内部の電位は、キャップ用の導電体層60の電磁シールド効果によって安定化する。   Similarly, when a bias voltage is applied between the source and the drain, the cap conductor layer 60 and the source electrode (160, 20, 260) are in the forward bias of the pn junction, and therefore the cap conductor layer. 60 stabilizes with a potential difference corresponding to the forward voltage drop (Vf) of the pn junction from the source electrode (reference potential). The potential inside the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 400 is stabilized by the electromagnetic shielding effect of the cap conductor layer 60.

本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置の構造において、各電極、各層はそれぞれスパッタ、蒸着、塗布などにより成膜される。   In the structure of the organic semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention, each electrode and each layer are formed by sputtering, vapor deposition, coating, or the like.

基板10の材料としては、第1乃至第4の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the substrate 10, the same material as that of the first to fourth embodiments can be used.

ゲート電極120の材料としても、第1乃至第4の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the gate electrode 120, the same material as in the first to fourth embodiments can be used.

ゲート絶縁膜15の材料としても、第1乃至第4の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the gate insulating film 15, the same material as in the first to fourth embodiments can be used.

ソース電極(160,20,260)およびドレイン電極(180,22,280)の材料としても、第3乃至第4の実施の形態と同様の材料を用いることができる。   As the material of the source electrode (160, 20, 260) and the drain electrode (180, 22, 280), the same material as in the third to fourth embodiments can be used.

p型有機半導体層(トランジスタ活性層)400を、例えば、a−Si,ポリシリコンなどの無機半導体材料などで置換形成することもできる。   For example, the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 400 may be replaced with an inorganic semiconductor material such as a-Si or polysilicon.

(p型有機半導体材料)
図6乃至図7に示したp型有機半導体材料の分子構造例は、本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置においても同様に適用することができる。
(P-type organic semiconductor materials)
The molecular structure examples of the p-type organic semiconductor material shown in FIGS. 6 to 7 can be similarly applied to the organic semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention.

(正孔輸送層を形成する正孔輸送材料)
図8乃至図9に示した正孔輸送材料の分子構造例は、本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置においても同様に適用することができる。
(Hole transport material that forms the hole transport layer)
The molecular structure examples of the hole transport material shown in FIGS. 8 to 9 can be similarly applied to the organic semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention.

(電子輸送層を形成する電子輸送材料)
図10乃至図11に示した電子輸送材料の分子構造例は、本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置においても同様に適用することができる。
(Electron transport material forming the electron transport layer)
The molecular structure examples of the electron transport material shown in FIGS. 10 to 11 can be similarly applied to the organic semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention.

(キャリア輸送性発光材料、或いは発光ドーパントとホスト材料)
発光層312,322,332,412,422,432には、本発明の第1乃至第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置に適用するキャリア輸送性発光材料、或いは発光ドーパントとホスト材料と同様の材料を適用することができる。
(Carrier transporting light emitting material, or light emitting dopant and host material)
The light emitting layers 312, 322, 332, 412, 422, and 432 include carrier transporting light emitting materials or light emitting dopants and host materials applied to the organic semiconductor light emitting devices according to the first to fourth embodiments of the present invention. Similar materials can be applied.

また、本発明の第5の実施の形態に係る半導体発光装置においては、図5に示すように、有機半導体発光素子部分は、ボトムエミッション型として構成する例が示されているが、トップエミッション型もしくはボスエミッション型としても構成することができる。   Further, in the semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, an example in which the organic semiconductor light emitting element portion is configured as a bottom emission type is shown. Alternatively, it can be configured as a boss emission type.

本発明の第5の実施の形態によれば、トップコンタクト型の有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子を同一基板上に集積化した有機半導体発光装置において、ソース/ドレイン電極からの正孔注入能力が高く、高誘電率の絶縁膜を有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として用い、表面改質が容易であり、有機半導体材料の配向制御も良好で、有機薄膜トランジスタの特性向上(低電圧駆動,高駆動電流)を達成するとともに、有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子の平坦性が保持され、発光特性や歩留りの向上する集積化に適した有機半導体発光装置提供することができる。   According to the fifth embodiment of the present invention, in an organic semiconductor light emitting device in which a top contact type organic thin film transistor and a surface light emitting organic semiconductor light emitting element are integrated on the same substrate, holes are injected from the source / drain electrodes. High-performance, high dielectric constant insulating film is used as the gate insulating film of organic thin film transistors, surface modification is easy, organic semiconductor material orientation control is good, and organic thin film transistor characteristics are improved (low voltage drive, high drive) Current) and the flatness of the organic thin-film transistor and the surface-emitting organic semiconductor light-emitting element are maintained, and an organic semiconductor light-emitting device suitable for integration that improves light-emitting characteristics and yield can be provided.

本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置によれば、面発光型有機半導体発光素子の輝度ばらつき、発光波長のばらつきに起因する輝度むら/色むらなどの発光特性を改善し、歩留りの低下を抑制し、面発光型有機半導体発光素子および有機薄膜トランジスタを多層化して、発光効率を大幅に高めることができる。   According to the organic semiconductor light-emitting device of the fifth embodiment of the present invention, the luminance variation of the surface-emitting organic semiconductor light-emitting element, the emission characteristics such as luminance unevenness / color unevenness due to the emission wavelength variation, Yield efficiency can be greatly increased by suppressing a decrease in yield and by multilayering a surface-emitting organic semiconductor light-emitting element and an organic thin-film transistor.

[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第1乃至第5の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the present invention has been described according to the first to fifth embodiments. However, the description and the drawings which constitute a part of this disclosure do not limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

本発明の第1乃至第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置の構成に適用される有機半導体材料は、例えば、真空蒸着法、カラムクロマトグラフィー,再結晶法などの化学的精製法、昇華精製法、高分子材料の場合には、スピンコート,ディップコート,ブレードコート,インクジェット法などの湿式成膜法などを用いて形成することができる。   The organic semiconductor material applied to the configuration of the organic semiconductor light emitting device according to the first to fifth embodiments of the present invention is, for example, a chemical purification method such as vacuum deposition, column chromatography, recrystallization, sublimation, etc. In the case of a purification method or a polymer material, it can be formed by using a wet film formation method such as spin coating, dip coating, blade coating, or ink jet method.

本発明の第1乃至第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置においては、有機薄膜トランジスタはボトムコンタクト型の例を開示し、また、本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置においては、トップコンタクト型の例を開示したが、有機薄膜トランジスタの構造はこれらに限定されるものではなく、ソース電極/ドレイン電極のいずれか一方をボトムコンタクト型、他方をトップコンタクト型として構成することもできる。   In the organic semiconductor light emitting devices according to the first to fourth embodiments of the present invention, the organic thin film transistor discloses an example of a bottom contact type, and the organic semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention. However, the structure of the organic thin film transistor is not limited to these, and either one of the source electrode / drain electrode is configured as a bottom contact type and the other is configured as a top contact type. You can also.

さらにまた、本発明の第1乃至第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置においては、有機薄膜トランジスタは、ソース電極/ドレイン電極を横方向に配置し、電流が基板表面に略平行方向に導通するラテラル型構造を開示しているが、有機薄膜トランジスタの構造はこれに限定されるものではなく、ソース電極/ドレイン電極を縦型に配置し、電流が基板表面に略垂直方向に導通するバーティカル型構造となるような静電誘導トランジスタの構造に形成しても良い。バーティカル型構造の方が電流容量を増大することができ、ラテラル型構造に比べて有利である。   Furthermore, in the organic semiconductor light emitting devices according to the first to fifth embodiments of the present invention, the organic thin film transistor has the source electrode / drain electrode arranged in the lateral direction, and current is conducted in the direction substantially parallel to the substrate surface. However, the structure of the organic thin film transistor is not limited to this, and the vertical type in which the source / drain electrodes are arranged vertically and the current is conducted substantially vertically to the substrate surface. You may form in the structure of the electrostatic induction transistor which becomes a structure. The vertical structure can increase the current capacity, and is advantageous compared to the lateral structure.

さらにまた、本発明の第1乃至第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置においては、有機半導体発光素子は、正孔輸送層/発光層/電子輸送層の繰り返し構造を有する例が示されているが、正孔輸送層/発光層/電子輸送層と正孔輸送層/発光層/電子輸送層の間に、金属若しくは導電体層からなる電荷発生層を挟むことで発光効率を高めることもできる。   Furthermore, in the organic semiconductor light emitting devices according to the first to fifth embodiments of the present invention, an example in which the organic semiconductor light emitting element has a repeating structure of a hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer is shown. However, the luminous efficiency is improved by sandwiching a charge generation layer made of a metal or conductor layer between the hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer and the hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer. You can also.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments that are not described herein. Accordingly, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

本発明の実施の形態に係る面発光型有機半導体発光装置は、高性能な有機薄膜トランジスタと面発光型有機半導体発光素子との集積化構造を実現できることから、有機CMOSFETなどの有機集積回路分野、有機発光デバイス、フラットパネルディスプレイ,フレキシブルディスプレイを実現するための有機ELディスプレイなどのフレキシブルエレクトロニクス分野、および透明エレクトロニクス分野、さらに照明機器、有機レーザ、太陽電池、ガスセンサ、味覚センサ,匂いセンサなどのバイオセンサなど幅広い分野において適用可能である。   Since the surface-emitting organic semiconductor light-emitting device according to the embodiment of the present invention can realize an integrated structure of a high-performance organic thin-film transistor and a surface-emitting organic semiconductor light-emitting element, the organic integrated circuit field such as organic CMOSFET, organic Light emitting devices, flat panel displays, flexible electronics fields such as organic EL displays for realizing flexible displays, and transparent electronics fields, as well as biosensors such as lighting equipment, organic lasers, solar cells, gas sensors, taste sensors, odor sensors, etc. Applicable in a wide range of fields.

本発明の第1の実施の形態に係る有機半導体発光装置の模式的断面構造図。1 is a schematic cross-sectional structure diagram of an organic semiconductor light-emitting device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係る有機半導体発光装置の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the organic-semiconductor light-emitting device concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る有機半導体発光装置の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the organic-semiconductor light-emitting device concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る有機半導体発光装置の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the organic-semiconductor light-emitting device concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the organic-semiconductor light-emitting device concerning the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第1乃至第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置のp型有機半導体層(トランジスタ活性層)24に適用可能なp型有機半導体材料の分子構造例であって、(a)Py105(Me):1,6ビス(2−(4−メチルフェニル)ビニル)ピレンの分子構造例、(b)アセン系材料としてのテトラセンの分子構造例、(c)アセン系材料としてのペンタセンの分子構造例、(d)フタロシアニン系材料としての銅フタロシアニン(CuPc)の分子構造例、(e)α―NPDの分子構造例、(f)P−6Pの分子構造例、(g)DBTBTの分子構造例、(h)BV2TVBの分子構造例、(i)BP2Tの分子構造例、(j)DHADTの分子構造例。It is an example of the molecular structure of a p-type organic semiconductor material applicable to the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 24 of the organic semiconductor light emitting device according to the first to fifth embodiments of the present invention, and (a) Py105 (Me): molecular structure example of 1,6 bis (2- (4-methylphenyl) vinyl) pyrene, (b) molecular structure example of tetracene as acene-based material, (c) pentacene as acene-based material Example of molecular structure, (d) Example of molecular structure of copper phthalocyanine (CuPc) as a phthalocyanine-based material, (e) Example of molecular structure of α-NPD, (f) Example of molecular structure of P-6P, (g) Molecule of DBTBT Example of structure, (h) Example of molecular structure of BV2TVB, (i) Example of molecular structure of BP2T, (j) Example of molecular structure of DHADT. 本発明の第1乃至第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置のp型有機半導体層(トランジスタ活性層)24に適用可能な高分子系半導体材料の分子構造例であって、(a)ポリチオフェン(PT)の分子構造例、(b)ポリアセチレン(PA)の分子構造例、(c)ポリチエニレンビニレン(PTV)の分子構造例、(d)ポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)の分子構造例、(e)9,9−ジオクチルフルオレン−ビチオフェン共重合体(F8T2)の分子構造例。It is an example of a molecular structure of a polymer semiconductor material applicable to the p-type organic semiconductor layer (transistor active layer) 24 of the organic semiconductor light emitting device according to the first to fifth embodiments of the present invention. Example of molecular structure of polythiophene (PT), (b) Example of molecular structure of polyacetylene (PA), (c) Example of molecular structure of polythienylene vinylene (PTV), (d) Molecule of poly-3-hexylthiophene (P3HT) Example of structure, (e) Example of molecular structure of 9,9-dioctylfluorene-bithiophene copolymer (F8T2). 本発明の第1乃至第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置の正孔輸送層を形成する正孔輸送材料の分子構造例であって、(a)GPDの分子構造例、(b)spiro-TADの分子構造例、(c)spiro-NPDの分子構造例、(d)oxidized-TPDの分子構造例。It is an example of the molecular structure of the hole transport material forming the hole transport layer of the organic semiconductor light emitting device according to the first to fifth embodiments of the present invention, and (a) an example of the molecular structure of GPD, (b) Example of molecular structure of spiro-TAD, (c) Example of molecular structure of spiro-NPD, (d) Example of molecular structure of oxidized-TPD. 本発明の第1乃至第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置の正孔輸送層を形成するさらに別の正孔輸送材料の分子構造例であって、(a)TDAPBの分子構造例、(b)MTDATAの分子構造例。It is a molecular structure example of still another hole transport material forming the hole transport layer of the organic semiconductor light emitting device according to the first to fifth embodiments of the present invention, and (a) a molecular structure example of TDAPB, (B) Molecular structure example of MTDATA. 本発明の第1乃至第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置の電子輸送層を形成する電子輸送材料の分子構造例であって、(a)t-butyl-PBDの分子構造例、(b)TAZの分子構造例、(c)シロール誘導体の分子構造例、(d)ホウ素置換型トリアリール系化合物の分子構造例、(e)フェニルキノキサリン誘導体の分子構造例。It is the molecular structure example of the electron transport material which forms the electron carrying layer of the organic-semiconductor light-emitting device which concerns on the 1st thru | or 5th embodiment of this invention, Comprising: (a) The molecular structure example of t-butyl-PBD, b) Molecular structure example of TAZ, (c) Molecular structure example of silole derivative, (d) Molecular structure example of boron-substituted triaryl compound, (e) Molecular structure example of phenylquinoxaline derivative. 本発明の第1乃至第5の実施の形態に係る有機半導体発光装置の電子輸送層を形成する別の電子輸送材料の分子構造例であって、(a)Alq3の分子構造例、(b)BCPの分子構造例、(c)オキサジアゾール二量体の分子構造例、(d)スターバーストオキサジアゾールの分子構造例。First through a molecular structure of another electron-transporting material forming the electron-transporting layer of an organic semiconductor light-emitting device according to a fifth embodiment, (a) Molecular structure of Alq 3 of the present invention, (b ) Example of molecular structure of BCP, (c) Example of molecular structure of oxadiazole dimer, (d) Example of molecular structure of starburst oxadiazole.

符号の説明Explanation of symbols

10…基板
15,170…ゲート絶縁膜
16,20,160,260…金属層(ソース電極)
18,22,180,280…金属層(ドレイン電極)
30…アノード電極
40…カソード電極
50…カラーフィルタ
60…導電体層
120…ゲート電極
311,321,331,411,421,431…正孔輸送層
312,322,332,412,422,432…発光層
400…p型有機半導体層(トランジスタ活性層)
413,323,333,413,423,433…電子輸送層
10 ... Substrate 15, 170 ... Gate insulating film 16, 20, 160, 260 ... Metal layer (source electrode)
18, 22, 180, 280 ... metal layer (drain electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Anode electrode 40 ... Cathode electrode 50 ... Color filter 60 ... Conductor layer 120 ... Gate electrode 311,321,331,411,421,431 ... Hole transport layer 312,322,332,412,422,432 ... Light emission Layer 400 ... p-type organic semiconductor layer (transistor active layer)
413, 323, 333, 413, 423, 433 ... electron transport layer

Claims (10)

基板と、
前記基板上に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に配置されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極間であって前記ゲート絶縁膜上に配置された有機半導体層と、
前記有機半導体層上に配置された第1正孔輸送層と、
前記第1正孔輸送層上に配置された第1発光層と、
前記第1発光層上に配置された第1電子輸送層と、
前記第1電子輸送層上に配置された第2正孔輸送層と、
前記第2正孔輸送層上に配置された第2発光層と、
前記第2発光層上に配置された第2電子輸送層と、
前記第2電子輸送層上に配置された導電体層と
を備える有機薄膜トランジスタと、
前記有機薄膜トランジスタの周辺部において、
前記基板上に配置されたアノード電極と、
前記アノード電極上に配置された第4正孔輸送層と、
前記第4正孔輸送層上に配置された第4発光層と、
前記第4発光層上に配置された第4電子輸送層と、
前記第4電子輸送層上に配置された第5正孔輸送層と、
前記第5正孔輸送層上に配置された第5発光層と、
前記第5発光層上に配置された第5電子輸送層と、
前記第5電子輸送層上に配置されたカソード電極と
の積層構造からなる有機半導体発光素子と
をさらに備えることを特徴とする有機半導体発光装置。
A substrate,
A gate electrode disposed on the substrate;
A gate insulating film disposed on the gate electrode;
A source electrode and a drain electrode disposed on the gate insulating film;
An organic semiconductor layer disposed between the source electrode and the drain electrode and on the gate insulating film;
A first hole transport layer disposed on the organic semiconductor layer;
A first light emitting layer disposed on the first hole transport layer;
A first electron transport layer disposed on the first light emitting layer;
A second hole transport layer disposed on the first electron transport layer;
A second light emitting layer disposed on the second hole transport layer;
A second electron transport layer disposed on the second light emitting layer;
An organic thin film transistor comprising: a conductor layer disposed on the second electron transport layer;
In the periphery of the organic thin film transistor,
An anode electrode disposed on the substrate;
A fourth hole transport layer disposed on the anode electrode;
A fourth light emitting layer disposed on the fourth hole transport layer;
A fourth electron transport layer disposed on the fourth light emitting layer;
A fifth hole transport layer disposed on the fourth electron transport layer;
A fifth light emitting layer disposed on the fifth hole transport layer;
A fifth electron transport layer disposed on the fifth light emitting layer;
An organic semiconductor light-emitting device, further comprising: an organic semiconductor light-emitting element having a laminated structure with a cathode electrode disposed on the fifth electron transport layer.
基板と、
前記基板上に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に配置されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置された第1金属層と、前記第1金属層上に配置された第2金属層の積層構造からなるソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極間であって前記ゲート絶縁膜上に配置された有機半導体層と、
前記有機半導体層上に配置された第1正孔輸送層と、
前記第1正孔輸送層上に配置された第1発光層と、
前記第1発光層上に配置された第1電子輸送層と、
前記第1電子輸送層上に配置された第2正孔輸送層と、
前記第2正孔輸送層上に配置された第2発光層と、
前記第2発光層上に配置された第2電子輸送層と、
前記第2電子輸送層上に配置された導電体層と
を備え、
前記第1金属層の仕事関数は前記第2金属層の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタと、
前記有機薄膜トランジスタの周辺部において、
前記基板上に配置されたアノード電極と、
前記アノード電極上に配置された第4正孔輸送層と、
前記第4正孔輸送層上に配置された第4発光層と、
前記第4発光層上に配置された第4電子輸送層と、
前記第4電子輸送層上に配置された第5正孔輸送層と、
前記第5正孔輸送層上に配置された第5発光層と、
前記第5発光層上に配置された第5電子輸送層と、
前記第5電子輸送層上に配置されたカソード電極と
の積層構造からなる有機半導体発光素子と
をさらに備えることを特徴とする有機半導体発光装置。
A substrate,
A gate electrode disposed on the substrate;
A gate insulating film disposed on the gate electrode;
A source electrode and a drain electrode having a laminated structure of a first metal layer disposed on the gate insulating film and a second metal layer disposed on the first metal layer;
An organic semiconductor layer disposed between the source electrode and the drain electrode and on the gate insulating film;
A first hole transport layer disposed on the organic semiconductor layer;
A first light emitting layer disposed on the first hole transport layer;
A first electron transport layer disposed on the first light emitting layer;
A second hole transport layer disposed on the first electron transport layer;
A second light emitting layer disposed on the second hole transport layer;
A second electron transport layer disposed on the second light emitting layer;
A conductor layer disposed on the second electron transport layer,
An organic thin film transistor having a work function of the first metal layer larger than a work function of the second metal layer;
In the periphery of the organic thin film transistor,
An anode electrode disposed on the substrate;
A fourth hole transport layer disposed on the anode electrode;
A fourth light emitting layer disposed on the fourth hole transport layer;
A fourth electron transport layer disposed on the fourth light emitting layer;
A fifth hole transport layer disposed on the fourth electron transport layer;
A fifth light emitting layer disposed on the fifth hole transport layer;
A fifth electron transport layer disposed on the fifth light emitting layer;
An organic semiconductor light-emitting device, further comprising: an organic semiconductor light-emitting element having a laminated structure with a cathode electrode disposed on the fifth electron transport layer.
前記第1金属層は、モリブデン酸化物層、モリブデン酸化物層とクロム層との混合層若しくはクロム層とモリブデン酸化物層の積層構造で形成されることを特徴とする請求項2に記載の有機半導体発光装置。   3. The organic material according to claim 2, wherein the first metal layer is formed of a molybdenum oxide layer, a mixed layer of a molybdenum oxide layer and a chromium layer, or a stacked structure of a chromium layer and a molybdenum oxide layer. Semiconductor light emitting device. 基板と、
前記基板上に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に配置された第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜上に配置された第2ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート絶縁膜上に配置された第1金属層と、前記第1金属層上に配置された第2金属層の積層構造からなるソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極間であって前記ゲート絶縁膜上に配置された有機半導体層と、
前記有機半導体層上に配置された第1正孔輸送層と、
前記第1正孔輸送層上に配置された第1発光層と、
前記第1発光層上に配置された第1電子輸送層と、
前記第1電子輸送層上に配置された第2正孔輸送層と、
前記第2正孔輸送層上に配置された第2発光層と、
前記第2発光層上に配置された第2電子輸送層と、
前記第2電子輸送層上に配置された導電体層と
を備え、
前記第1金属層の仕事関数は前記第2金属層の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタと、
前記有機薄膜トランジスタの周辺部において、
前記基板上に配置されたアノード電極と、
前記アノード電極上に配置された第4正孔輸送層と、
前記第4正孔輸送層上に配置された第4発光層と、
前記第4発光層上に配置された第4電子輸送層と、
前記第4電子輸送層上に配置された第5正孔輸送層と、
前記第5正孔輸送層上に配置された第5発光層と、
前記第5発光層上に配置された第5電子輸送層と、
前記第5電子輸送層上に配置されたカソード電極と
の積層構造からなる有機半導体発光素子と
をさらに備えることを特徴とする有機半導体発光装置。
A substrate,
A gate electrode disposed on the substrate;
A first gate insulating film disposed on the gate electrode;
A second gate insulating film disposed on the first gate insulating film;
A source electrode and a drain electrode having a laminated structure of a first metal layer disposed on the second gate insulating film and a second metal layer disposed on the first metal layer;
An organic semiconductor layer disposed between the source electrode and the drain electrode and on the gate insulating film;
A first hole transport layer disposed on the organic semiconductor layer;
A first light emitting layer disposed on the first hole transport layer;
A first electron transport layer disposed on the first light emitting layer;
A second hole transport layer disposed on the first electron transport layer;
A second light emitting layer disposed on the second hole transport layer;
A second electron transport layer disposed on the second light emitting layer;
A conductor layer disposed on the second electron transport layer,
An organic thin film transistor having a work function of the first metal layer larger than a work function of the second metal layer;
In the periphery of the organic thin film transistor,
An anode electrode disposed on the substrate;
A fourth hole transport layer disposed on the anode electrode;
A fourth light emitting layer disposed on the fourth hole transport layer;
A fourth electron transport layer disposed on the fourth light emitting layer;
A fifth hole transport layer disposed on the fourth electron transport layer;
A fifth light emitting layer disposed on the fifth hole transport layer;
A fifth electron transport layer disposed on the fifth light emitting layer;
An organic semiconductor light-emitting device, further comprising: an organic semiconductor light-emitting element having a laminated structure with a cathode electrode disposed on the fifth electron transport layer.
前記第1金属層は、モリブデン酸化物層、モリブデン酸化物層とクロム層との混合層若しくはクロム層とモリブデン酸化物層の積層構造で形成されることを特徴とする請求項4に記載の有機半導体発光装置。   5. The organic material according to claim 4, wherein the first metal layer is formed of a molybdenum oxide layer, a mixed layer of a molybdenum oxide layer and a chromium layer, or a stacked structure of a chromium layer and a molybdenum oxide layer. Semiconductor light emitting device. 基板と、
前記基板上に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に配置された第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜上に配置された第2ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート絶縁膜上に配置された第1金属層と、前記第1金属層上に配置された第2金属層と、前記第2金属層上に配置された第3金属層との積層構造からなるソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極間であって前記第2ゲート絶縁膜上に配置された有機半導体層と
前記有機半導体層上に配置された第1正孔輸送層と、
前記第1正孔輸送層上に配置された第1発光層と、
前記第1発光層上に配置された第1電子輸送層と、
前記第1電子輸送層上に配置された第2正孔輸送層と、
前記第2正孔輸送層上に配置された第2発光層と、
前記第2発光層上に配置された第2電子輸送層と、
前記第2電子輸送層上に配置された導電体層と
を備え、
前記第1金属層および前記第3金属層の仕事関数は前記第2金属層の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタと、
前記有機薄膜トランジスタの周辺部において、
前記基板上に配置されたアノード電極と、
前記アノード電極上に配置された第4正孔輸送層と、
前記第4正孔輸送層上に配置された第4発光層と、
前記第4発光層上に配置された第4電子輸送層と、
前記第4電子輸送層上に配置された第5正孔輸送層と、
前記第5正孔輸送層上に配置された第5発光層と、
前記第5発光層上に配置された第5電子輸送層と、
前記第5電子輸送層上に配置されたカソード電極と
の積層構造からなる有機半導体発光素子と
をさらに備えることを特徴とする有機半導体発光装置。
A substrate,
A gate electrode disposed on the substrate;
A first gate insulating film disposed on the gate electrode;
A second gate insulating film disposed on the first gate insulating film;
A stack of a first metal layer disposed on the second gate insulating film, a second metal layer disposed on the first metal layer, and a third metal layer disposed on the second metal layer. A source electrode and a drain electrode comprising a structure;
An organic semiconductor layer disposed on the second gate insulating film between the source electrode and the drain electrode; a first hole transport layer disposed on the organic semiconductor layer;
A first light emitting layer disposed on the first hole transport layer;
A first electron transport layer disposed on the first light emitting layer;
A second hole transport layer disposed on the first electron transport layer;
A second light emitting layer disposed on the second hole transport layer;
A second electron transport layer disposed on the second light emitting layer;
A conductor layer disposed on the second electron transport layer,
An organic thin film transistor in which a work function of the first metal layer and the third metal layer is larger than a work function of the second metal layer;
In the periphery of the organic thin film transistor,
An anode electrode disposed on the substrate;
A fourth hole transport layer disposed on the anode electrode;
A fourth light emitting layer disposed on the fourth hole transport layer;
A fourth electron transport layer disposed on the fourth light emitting layer;
A fifth hole transport layer disposed on the fourth electron transport layer;
A fifth light emitting layer disposed on the fifth hole transport layer;
A fifth electron transport layer disposed on the fifth light emitting layer;
An organic semiconductor light-emitting device, further comprising: an organic semiconductor light-emitting element having a laminated structure with a cathode electrode disposed on the fifth electron transport layer.
前記第1金属層は、モリブデン酸化物層、モリブデン酸化物層とクロム層との混合層若しくはクロム層とモリブデン酸化物層の積層構造で形成されることを特徴とする請求項6に記載の有機半導体発光装置。   The organic material according to claim 6, wherein the first metal layer is formed of a molybdenum oxide layer, a mixed layer of a molybdenum oxide layer and a chromium layer, or a stacked structure of a chromium layer and a molybdenum oxide layer. Semiconductor light emitting device. 基板と、
前記基板上に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に配置された第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜上に配置された第2ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート絶縁膜上に配置された有機半導体層と、
前記有機半導体層上に離隔して配置された第1金属層と、前記第1金属層上に配置された第2金属層と、前記第2金属層上に配置された第3金属層との積層構造からなるソース電極およびドレイン電極と、
前記有機半導体層上および前記ソース電極およびドレイン電極上に配置された第1正孔輸送層と、
前記第1正孔輸送層上に配置された第1発光層と、
前記第1発光層上に配置された第1電子輸送層と、
前記第1電子輸送層上に配置された第2正孔輸送層と、
前記第2正孔輸送層上に配置された第2発光層と、
前記第2発光層上に配置された第2電子輸送層と、
前記第2電子輸送層上に配置された導電体層と
を備え、
前記第1金属層および前記第3金属層の仕事関数は前記第2金属層の仕事関数よりも大きい有機薄膜トランジスタと、
前記有機薄膜トランジスタの周辺部において、
前記基板上に配置されたアノード電極と、
前記アノード電極上に配置された第4正孔輸送層と、
前記第4正孔輸送層上に配置された第4発光層と、
前記第4発光層上に配置された第4電子輸送層と、
前記第4電子輸送層上に配置された第5正孔輸送層と、
前記第5正孔輸送層上に配置された第5発光層と、
前記第5発光層上に配置された第5電子輸送層と、
前記第5電子輸送層上に配置されたカソード電極と
の積層構造からなる有機半導体発光素子と
をさらに備えることを特徴とする有機半導体発光装置。
A substrate,
A gate electrode disposed on the substrate;
A first gate insulating film disposed on the gate electrode;
A second gate insulating film disposed on the first gate insulating film;
An organic semiconductor layer disposed on the second gate insulating film;
A first metal layer disposed on the organic semiconductor layer; a second metal layer disposed on the first metal layer; and a third metal layer disposed on the second metal layer. A source electrode and a drain electrode having a laminated structure;
A first hole transport layer disposed on the organic semiconductor layer and on the source and drain electrodes;
A first light emitting layer disposed on the first hole transport layer;
A first electron transport layer disposed on the first light emitting layer;
A second hole transport layer disposed on the first electron transport layer;
A second light emitting layer disposed on the second hole transport layer;
A second electron transport layer disposed on the second light emitting layer;
A conductor layer disposed on the second electron transport layer,
An organic thin film transistor in which a work function of the first metal layer and the third metal layer is larger than a work function of the second metal layer;
In the periphery of the organic thin film transistor,
An anode electrode disposed on the substrate;
A fourth hole transport layer disposed on the anode electrode;
A fourth light emitting layer disposed on the fourth hole transport layer;
A fourth electron transport layer disposed on the fourth light emitting layer;
A fifth hole transport layer disposed on the fourth electron transport layer;
A fifth light emitting layer disposed on the fifth hole transport layer;
A fifth electron transport layer disposed on the fifth light emitting layer;
An organic semiconductor light-emitting device, further comprising: an organic semiconductor light-emitting element having a laminated structure with a cathode electrode disposed on the fifth electron transport layer.
前記第1金属層は、モリブデン酸化物層、モリブデン酸化物層とクロム層との混合層若しくはクロム層とモリブデン酸化物層の積層構造で形成されることを特徴とする請求項8に記載の有機半導体発光装置。   The organic material according to claim 8, wherein the first metal layer is formed of a molybdenum oxide layer, a mixed layer of a molybdenum oxide layer and a chromium layer, or a stacked structure of a chromium layer and a molybdenum oxide layer. Semiconductor light emitting device. 前記有機半導体層がp型有機半導体であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の有機半導体発光装置。   The organic semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the organic semiconductor layer is a p-type organic semiconductor.
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