JP2003283005A - 有機半導体、それを用いた発光素子および受光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 有機半導体に高い電荷移動特性等の新しい機
能性の発現を可能とした有機半導体、および、その有機
半導体を用いた発光素子および受光素子の提供。 【解決手段】 液晶性有機半導体材料と機能性材料分子
とを有する有機半導体混合物で形成された有機半導体１
０であって、液晶性有機半導体材料は、Ｌ個の６π電子
系芳香環、Ｍ個の１０π電子系芳香環、Ｎ個の１４π電
子系芳香環（ただし、Ｌ、Ｍ、Ｎはそれぞれ０〜４の整
数を表し、Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＝１〜４とする。）を含む骨格構
造と、当該骨格構造の片末端もしくは両末端に導入され
た鎖状分子とを有する液晶性分子１からなり、有機半導
体１０には、液晶性分子１の骨格構造３が隣接して存在
する領域Ａおよび骨格構造３の片末端もしくは両末端の
鎖状分子４が存在する領域Ｂを備え、機能性材料分子２
が、液晶性分子１の骨格構造３が隣接して存在する領域
Ａに導入されている有機半導体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高い電荷移動特性
等の新しい機能性の発現を可能とする有機半導体、その
有機半導体を用いた発光素子および受光素子に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、有機半導体材料を機能層として利
用した電子デバイスの形態としては、（イ）嵩高な有機
半導体分子を高分子バインダー中に混合して機能層を形
成し、その有機半導体分子が相互に重なり合った部分を
通じてホッピング伝導を起こす電子デバイス、（ロ）有
機半導体材料を薄膜蒸着等の手段によって機能層を形成
することで電荷の伝導性を確保した電子デバイス、が実
用化されている。

【０００３】また、（ハ）発光中心となる材料や光伝導
性材料等の機能性材料を、高分子バインダー中に混合し
分散させて形成した機能層を有する電子デバイス、
（ニ）機能性材料を薄膜蒸着してなる機能層を有する電
子デバイス、（ホ）上述した伝導性を有する薄膜と機能
性を有する薄膜とを積層した機能層を有する機能分離型
の電子デバイス、等のような、エレクトロルミネッセン
ス（ＥＬ）や電子写真感光性などの機能を発現させた電
子デバイス、が実用化されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した（イ）の電子
デバイスにおいては、伝導度をより高くするために、有
機半導体材料を高分子バインダー中に多く含有させる必
要がある。しかしながら、有機半導体材料を高分子バイ
ンダー中に多く含有させた塗工剤は、有機半導体膜を形
成する際の塗工適性が悪く、均一な膜が得難いという欠
点があった。また、有機半導体で回路を形成する場合に
おいては、特定の印加電圧における電荷輸送のバランス
をとるために膜厚を薄くする必要があるが、膜厚を薄く
すると、ピンホールなどの欠陥が生じやすく、経時的に
も絶縁破壊し易いという欠点があった。

【０００５】また、上述した（ロ）および（ニ）の電子
デバイスにおいては、基板への密着力が低く、形成され
た有機半導体が剥がれやすいという欠点、および、衝撃
が加わるとひび割れたり剥離しやすいなどの欠点があっ
た。

【０００６】また、上述した（ハ）および（ホ）の電子
デバイスにおいては、回路の中を流れる電流が少なくて
もよい電子写真感光体などの場合には問題なく機能す
る。しかし、低印加電圧で高速の応答を得る必要のある
有機ＥＬデバイスの場合には、各機能層に要求される厚
みは電荷移動度と密接な関係を持つことから、従来の有
機電子材料のように電荷移動度が低いものでは極めて均
一な薄膜化技術が要求されることとなり、製造技術面で
の制約が多かった。

【０００７】本発明は、上述した課題を解決すると共
に、有機半導体に高い電荷移動特性等の新しい機能性の
発現を可能とした有機半導体を提供するものである。さ
らに、その有機半導体を用いた発光素子および受光素子
を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の有機半導体は、液晶性有機半導体材料と機能性材料
分子とを有する有機半導体混合物で形成された有機半導
体であって、前記液晶性有機半導体材料は、Ｌ個の６π
電子系芳香環、Ｍ個の１０π電子系芳香環、Ｎ個の１４
π電子系芳香環（ただし、Ｌ、Ｍ、Ｎはそれぞれ０〜４
の整数を表し、Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＝１〜４とする。）を含む骨
格構造と、当該骨格構造の片末端もしくは両末端に導入
された鎖状分子とを有する液晶性分子からなり、前記有
機半導体には、当該液晶性分子の骨格構造が隣接して存
在する領域Ａおよび当該骨格構造の片末端もしくは両末
端の鎖状分子が存在する領域Ｂを備え、前記機能性材料
分子が、前記液晶性分子の骨格構造が隣接して存在する
領域Ａに導入されていることに特徴を有する。

【０００９】この発明によれば、有機半導体は、上述し
た液晶性分子の骨格構造が隣接して存在する領域Ａおよ
びその骨格構造の有する鎖状分子が存在する領域Ｂを備
えるので、高い自己組織性を有した領域Ａの分子凝集部
分では、電子や正孔がホッピング伝導を起こしやすく、
その結果、得られた有機半導体は、高速の電荷移動特性
を有している。さらに、機能性材料分子が、液晶性分子
の骨格構造が隣接して存在する領域Ａに導入されている
ので、その機能性材料分子は、高い自己組織性を有した
領域Ａの分子凝集部分の作用により、物質移動に伴うイ
オン伝導を発現しにくい状態となっている。その結果、
ホッピング伝導を維持しつつ、その機能性材料分子の有
する機能性を有効に発現することができる有機半導体を
形成することができる。こうした有機半導体は、高い電
荷移動度を有するので、電荷の輸送長を極端に短くする
必要がなく、例えば電荷の輸送長が機能層の厚みで規定
される場合、その膜厚のぶれによる機能欠陥や短絡・絶
縁破壊の問題を起こし難いという利点もある。さらに、
本発明の有機半導体は、液晶性有機半導体材料を有する
混合物で形成されるので、その混合物を塗布等の簡便な
形成手段で形成できると共に、形成された有機半導体の
膜厚を均一なものとすることができる。さらに、形成さ
れた有機半導体は、基板への密着力が高いので、剥離や
ひび割れも起こり難いという効果がある。

【００１０】本発明の有機半導体においては、前記機能
性材料分子は、芳香環を持ち、かつ、当該芳香環の両末
端もしくは片末端に鎖状分子を持つものであることに特
徴を有する。

【００１１】この発明によれば、芳香環を持ち、かつ、
当該芳香環の両末端もしくは片末端に鎖状分子を持つ機
能性材料分子は、上述した液晶性分子との親和性に優れ
るので、高い自己組織性を有した領域Ａに導入され易
い。その結果、ホッピング伝導を維持しつつ、その機能
性材料分子の有する機能性を有効に発現することができ
る有機半導体を形成することができる。

【００１２】また、本発明の有機半導体においては、前
記機能性材料分子が有する鎖状分子がアルキル基を有す
ること、前記機能性材料分子が蛍光性を有する材料また
は可視域で吸光性を有する材料であること、が好まし
い。

【００１３】上記課題を解決する本発明の発光素子は、
上述した本発明の有機半導体において、機能性材料分子
が蛍光性を有する材料で構成された有機半導体を用いた
ことに特徴を有し、上記課題を解決する本発明の受光素
子は、上述した本発明の有機半導体において、機能性材
料分子が可視域で吸光性を有する材料で構成された有機
半導体を用いたことに特徴を有するものである。このと
き、受光素子としては、光ダイオード、光トランジス
タ、有機太陽電池等が挙げられる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の有機半導体は、液晶性有
機半導体材料と機能性材料分子とを有する有機半導体混
合物で形成されたものである。以下、本発明の有機半導
体の構成について詳しく説明する。

【００１５】（液晶性有機半導体材料）液晶性有機半導
体材料（以下、単に「有機半導体材料」ともいう。）
は、本発明の有機半導体を形成するための有機半導体混
合物を構成する主要材料であり、Ｌ個の６π電子系芳香
環、Ｍ個の１０π電子系芳香環、Ｎ個の１４π電子系芳
香環を含む骨格構造と、その骨格構造の片末端もしくは
両末端に導入された鎖状分子とを有する液晶性分子から
なるものである。この有機半導体材料においては、構成
する各電子系芳香環のＬ、Ｍ、Ｎは、それぞれ０〜４の
整数を表し、Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＝１〜４である。

【００１６】この液晶性有機半導体材料において、６π
電子系芳香環としては、例えば、ベンゼン環、ピリジン
環ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、トロボロ
ン環を挙げることができ、１０π電子系芳香環として
は、例えば、ナフタレン環、アズレン環、ベンゾフラン
環、インドール環、インダゾール環、ベンゾチアゾール
環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾイミダゾール環、キ
ノリン環、イソキノリン環、キナゾリン環、キノキサリ
ン環を挙げることができ、１４π電子系芳香環として
は、例えば、フェナントレン環、アントラセン環等を挙
げることができる。

【００１７】有機半導体材料には、熱分解温度以下で少
なくとも一種類の液晶状態を持つものが適用される。
「熱分解温度以下で」とは、有機半導体材料がそれ自身
熱分解されない状態の下で、の意味である。熱分解温度
は、適用される有機半導体材料それぞれにより異なる。
また、「少なくとも一種類の液晶状態を持つ」とは、本
発明の材料からなる素子が液晶状態でない温度範囲で利
用される場合であっても、複数の液晶相、もしくは最低
一種類の液晶相を持つ、という意味である。例えば、後
述するスメクティック（以下、Ｓｍともいう。）液晶相
としては、ＳｍＡ相、ＳｍＢ相、ＳｍＣ相、…等々の複
数種類の液晶状態が知られているが、そのうち少なくと
も一種類の液晶状態を呈する温度範囲を持つことであ
る。

【００１８】有機半導体材料の具体例として以下に挙げ
るもののうち、その電荷移動特性を考慮し、最終的に製
造される有機半導体素子に要求される特性を考慮して、
有機半導体混合物に含有させる液晶性有機半導体材料が
選定される。選定基準とされる特性としては、電子もし
くは正孔の電荷移動度１０^-5ｃｍ² ／Ｖ・ｓ以上である
こと等が挙げられる。

【００１９】そのような液晶性有機半導体材料の例とし
ては、例えば、以下の化学式１〜化学式２７に示すよう
な骨格構造を有するものが挙げられる。

【００２０】

【化１】

【００２１】

【化２】

【００２２】

【化３】

【００２３】

【化４】

【００２４】

【化５】

【００２５】

【化６】

【００２６】

【化７】

【００２７】

【化８】

【００２８】

【化９】

【００２９】

【化１０】

【００３０】

【化１１】

【００３１】

【化１２】

【００３２】

【化１３】

【００３３】

【化１４】

【００３４】

【化１５】

【００３５】

【化１６】

【００３６】

【化１７】

【００３７】

【化１８】

【００３８】

【化１９】

【００３９】

【化２０】

【００４０】

【化２１】

【００４１】

【化２２】

【００４２】

【化２３】

【００４３】

【化２４】

【００４４】

【化２５】

【００４５】

【化２６】

【００４６】

【化２７】

【００４７】但し、上記式中のＲ¹ およびＲ² は以下に
示す末端構造を示し、Ｒ³ はトリフルオロメチル基、ア
ルキル基、ニトロ基、ハロゲン原子または水素原子を示
し、ＸはＣＨまたはＮを示し、ＹはＳまたはＯを示す。

【００４８】上述した各種の液晶性有機半導体材料のう
ち、「少なくとも一種類の液晶状態を持つ液晶性有機半
導体材料」が、ロッド状のスメクティック液晶相を呈す
る材料であることが好ましい。液晶は、自己組織作用を
有するので、自発的に分子秩序が形成され、特にスメク
ティック相では、電荷輸送パスにとって分子結晶のよう
な高い分子秩序が形成される。

【００４９】このようなスメクティック液晶相を有する
有機半導体材料を含む有機半導体混合物を用いて形成し
た有機半導体層は、分子結晶のような優れた電荷輸送特
性を示すことができる。有機半導体層は、特に、高次の
スメクティック液晶からなる有機半導体材料を用いて形
成することが好ましい。

【００５０】こうして形成された有機半導体層は、ホッ
ピング伝導に基づいた高い電子と正孔についていずれも
高速の電荷輸送能が発現する、という電荷移動特性に関
する顕著な効果を有している。この理由は、以下の通り
である。

【００５１】有機半導体材料を構成する液晶性分子は、
骨格構造の片末端もしくは両末端に導入されているアル
キル鎖等の鎖状分子の存在により自己組織化を起こし、
極めて秩序的に配向する。有機半導体には、液晶性分子
により、高い自己組織性を有した分子凝集部分である領
域Ａが形成される。その領域Ａにおいては、液晶性分子
の剛直なπ電子芳香環を有する骨格構造部位が、隣接す
る分子間と極めて小さな距離で隣接する。その結果、液
晶性分子の領域Ａでは、π電子軌道の重なりが大きくな
ることにより、ホッピング伝導に基づいた高速の電子伝
導と高速のホール伝導が起こるので、形成された有機半
導体は、高い電荷輸送特性を示すこととなる。なお、こ
の場合における骨格構造同士の間隔は０．３〜０．５ｎ
ｍ程度である。

【００５２】本発明の有機半導体は、液晶性分子の自己
組織化により剛直なπ電子芳香環がかなりの長距離にわ
たり連続して重なり合う領域Ａを有するので、電子やホ
ールのホッピング伝導を容易に起こすことになるが、微
結晶のように高い分子秩序が長距離にわたって実現して
いない有機半導体の場合には、結晶粒界でトラップが生
成し、高い伝導性は期待できない。

【００５３】一方で、スメクティック液晶相を呈する有
機半導体は、鎖状分子がリッチとなる領域Ｂを持ってい
る。この領域は、領域Ａの電荷輸送パスとなる層を隔て
る緩衝層として機能し、大きな電荷輸送異方性を発現さ
せる効果を有する。

【００５４】このような液晶性分子の端部を構成する鎖
状分子の具体例としては、剛直な骨格構造の片端に、Ｈ
（水素原子）、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒ
ドロキシル基のいずれかを有し、もう一端に、置換若し
くは無置換アルキル基、または、置換若しくは無置換ア
ルキルチオ基を有するものが挙げられる。この場合にお
ける置換基の例としては、ハロゲン原子、シアノ基、ス
ルホ基、アルコキシカルボニル基、アルコキシ基、ヒド
ロキシ基、アリールオキシ基、アシロキシ基、アリール
基、アシル基等を挙げることができる。

【００５５】また、両末端に、置換若しくは無置換アル
キル基、または、置換若しくは無置換アルキルチオ基を
有するものが挙げられる。この場合における置換基の例
としては、ハロゲン原子、シアノ基、スルホ基、アルコ
キシカルボニル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、アリ
ールオキシ基、アシロキシ基、アリール基、アシル基等
の構造を有するものが挙げられる。

【００５６】スメクティック液晶相を有する材料の具体
例としては、フェニルナフタレン骨格を有する下記の化
学式２８、２９、ターチオフェン骨格を有する下記の化
学式３０、３１、フェニルベンゾチアゾール骨格を有す
る下記の化学式３２、で表される液晶性有機半導体材料
を例示することができる。これらの材料は、同一相内
で、電子および正孔の何れについても、ホッピング伝導
による電荷輸送の移動度が電界強度および温度に依存し
ない両極性の輸送を示す。

【００５７】

【化２８】

【００５８】

【化２９】

【００５９】

【化３０】

【００６０】

【化３１】

【００６１】

【化３２】

【００６２】（機能性材料分子）機能性材料分子は、本
発明の有機半導体を形成するための有機半導体混合物を
構成するもう一つの主要材料であり、上述した液晶性分
子の骨格構造が隣接して存在する領域Ａに導入される。

【００６３】機能性材料分子は、領域Ａに導入されやす
い分子構造を有するものであり、具体的には、芳香環を
持ち、かつ、その芳香環の両末端または片末端に鎖状分
子を持つものである。こうした分子構造からなる機能性
材料分子の機能部位は、上述した液晶性分子の領域Ａと
の親和性に優れるので、領域Ｂには存在せず、高い自己
組織性を有した領域Ａに導入され易い。その領域Ａは、
液晶性分子の骨格構造が隣接的に重なって形成された分
子凝集部分でありホッピング伝導が起こる領域であるの
で、そこに機能性材料分子が存在することにより、領域
Ａに基づく優れた電荷移動特性と、機能性材料分子の存
在に基づく高い機能性とを発現する有機半導体とするこ
とができる。

【００６４】機能性材料分子としては、例えば、蛍光
性を有するもの、具体的には蛍光性が強い骨格構造の片
末端または両末端に鎖状炭素基を導入したもの、可視
域で吸光性を有するもの、等が挙げられる。なお、鎖状
炭素基の導入位置は、上述した液晶性分子との親和性の
向上を図ることができるという理由により、液晶性分子
と類似の末端構造であることが好ましい。

【００６５】鎖状炭素基としては、直鎖アルキル基、分
岐アルキル基、が好ましく挙げられる。また、上述の液
晶性有機半導体材料に合わせて、エーテル結合を介して
直鎖アルキル基や分岐アルキル基を導入してもよい。さ
らに、アルキル基以外の、エステル結合、アミド結合、
イミド結合、エーテル結合、スルフィド結合等を有する
基やグループが、鎖状分子中や末端に含まれているもの
であってもよい。

【００６６】蛍光性を持つ機能性材料分子の具体的な化
合物としては、クマリン、オキサゾール、チアゾール、
イミダゾール、イミダゾロン、ピラゾール、ベンジジ
ン、ジアミノカルバゾール、ナフタール酸、テトラセ
ン、コロネン、ペリレン、ジベンゾカルバゾール、ルブ
レン、ピレン、ナフタルイミド、ピリレン、キナクリド
ン、ピロロピロール、ポリフェニル系化合物、キサンテ
ン系化合物、等からなる化合物を挙げることができる。

【００６７】また、可視域に吸収を持つ機能性材料分子
の具体的な化合物としては、インジゴ、フタロシアニ
ン、ナフタロシアニン、インダンスレン、キノフタロ
ン、ナフトラクタム、ピリジン、インドリン、インドア
ニリン、イソインドリン、メチン、アントラキノン系化
合物、ベンゼンアゾ、スチリル系化合物、メロシアニン
系化合物、テトラジン系化合物、ベンジジン系化合物、
トリジン系化合物、スチルベン系化合物、ポリメチン系
化合物、ヒドラゾン系化合物、等からなる化合物を挙げ
ることができる。

【００６８】こうした機能性分子を有する有機半導体
は、液晶性に由来する高い電荷移動特性に加え、その機
能性材料分子特有の特徴的な機能を併せて発現すること
が可能となる。

【００６９】さらに、上記以外の機能性材料分子であっ
ても、領域Ａに導入されやすいように、その分子構造の
両末端または片末端に鎖状分子を導入することにより、
液晶性分子との親和性を図ることができる。こうした手
段を行うことによって、電荷移動特性と機能性を有する
有機半導体を形成できる。

【００７０】なお、たとえ上述した機能性材料分子がイ
オン伝導しやすいものであったとしても、その機能性材
料分子は、高い自己組織性を有した領域Ａの分子凝集部
分に存在するので、物質移動を伴なうイオン伝導が発現
しにくい状態となっている。そのため、本発明の有機半
導体は、ホッピング伝導を維持しつつ、その機能性材料
分子の有する機能性を有効に発現することができる。

【００７１】本発明においては、機能性材料分子が、Ｓ
ｍＡ相、ＳｍＢ相、ＳｍＣ相、ＳｍＥ相、ＳｍＦ相、Ｓ
ｍＧ相といったスメクティック相を少なくとも一つ呈す
る温度範囲（例えば、５０〜２００℃）を有する液晶性
有機半導体層中に存在していることが好ましく、特に、
高い自己組織性を有し秩序性に優れたＳｍＢ相、ＳｍＥ
相を呈する温度範囲（例えば、５０〜１５０℃）を有す
る液晶性有機半導体層中に存在していることが好まし
い。こうして形成された有機半導体は、高い電荷移動特
性と機能性を有している。

【００７２】（有機半導体）有機半導体は、上述した液
晶性有機半導体材料と機能性材料分子とを混合してなる
有機半導体混合物により形成されたものである。

【００７３】有機半導体混合物は、共通の溶媒にて予め
別途溶解された液晶性有機半導体材料溶液および機能性
材料分子溶液を混合し減圧乾燥により溶媒を除去する、
等の手段により得られる。この有機半導体混合物で形成
された本発明の有機半導体は、上述した液晶性分子の骨
格構造が隣接して存在する領域Ａと、その骨格構造の片
末端もしくは両末端の鎖状分子が存在する領域Ｂを持っ
ている。

【００７４】有機半導体の形成；有機半導体の形成方
法の一例としては、電極配線パターンを配した一対の対
向基板間に液晶相を狭持して形成する、という従来の液
晶ディスプレイの形態に類似した形成方法が挙げられ
る。この方法によれば、流動性の高い相状態での毛細管
現象の利用等に因る有機半導体層の形成が可能である。

【００７５】他の一例としては、液晶性有機半導体材料
および機能性材料分子の種類、および、その液晶性有機
半導体材料が結晶相になる温度と液晶相を維持または経
由できる温度との関係を考慮し、その液晶相を維持また
は経由できる温度に有機半導体混合物の温度を調節し、
次いで、その状態に維持した有機半導体混合物を被形成
面に塗布し、その後、例えば０．１〜１．０℃／分の速
度で徐冷して結晶相になる温度以下にし、結晶相を呈
し、且つ電荷輸送特性が損なわれることなく光電変換の
機能を有する有機半導体を形成することが可能である。

【００７６】本願の有機半導体材料は、液晶状態を維持
する温度において流動性を有するので、電荷移動特性が
均一な有機半導体層を大面積にわたって極めて容易に形
成することができる。このとき、塗布方法としては、各
種の塗布方法および印刷方法を適用できる。なお、本願
において、結晶相または結晶状態とは、液晶性有機半導
体材料が液晶−結晶相転移温度以下の凝集状態になって
いることをいう。

【００７７】この場合において、液晶性有機半導体材料
が液晶相を維持または経由できる温度は、その種類に応
じて異なるが、本発明においては、それぞれの有機半導
体材料の熱分解温度以下で少なくとも一種類の液晶状態
を持つ液晶性有機半導体材料が好ましく使用される。

【００７８】液晶性有機半導体材料は、後述の配向手段
により、その液晶性分子が一定の向きまたは方向に配向
されるので、液晶性分子が分子結晶のように規則正しく
配列し、液晶性分子のスメクティック相由来の分子層内
における分子間距離の平均値も０．３〜０．４ｎｍとな
りその間隔は極めて小さくなる。こうした分子間距離で
結晶状態を形成した有機半導体は、分子相互の電子相関
が極めて大きくなり、キャリアのホッピング確率が大き
く、高い電荷輸送特性を示すという効果がある。例え
ば、上述の化学式２８のスメクティック液晶性を有する
液晶性分子の分子間距離の平均値が０．３〜０．４ｎｍ
の場合においては、電荷移動度が１０^-3〜１０^-2ｃｍ²
／Ｖ・ｓという高い電荷輸送特性を有する。

【００７９】液晶配向手段；有機半導体は、配向手段
により、液晶性分子が特定の向きまたは方向に配向する
ように形成される。

【００８０】配向手段としては、液晶性有機半導体材料
を形成する面に、液晶配向層を形成したり、ラビング処
理等の配向処理を施したり、あるいは、配向処理を施し
た層と接したりする手段によって行うことができる。こ
のような配向手段により、液晶性有機半導体材料の液晶
性分子を特定の向きまたは方向に配向するように形成で
きるので、配向する向きまたは方向に応じた特有の機能
性や電気特性を発現させることができる。

【００８１】こうした配向手段としては、ポリイミド系
材料からなる液晶配向層を形成すること、微小な凹凸を
表面に有した硬化性樹脂からなる液晶配向層を形成する
こと、微小な凹凸を表面に有した硬化性樹脂からなる基
板を液晶配向層として形成すること、等を挙げることが
できる。また、電場、磁場、などの外揚での配向も可能
である。なお、硬化性樹脂としては、アクリル系紫外線
硬化性樹脂、フッ素系紫外線硬化性樹脂等が挙げられ
る。

【００８２】本発明の有機半導体は、有機半導体が配向
処理を施した層と接する形態となるように構成すること
によって、液晶性有機半導体材料を構成する液晶性分子
に高い配向性を付与することができる。

【００８３】有機半導体；こうして形成された有機半
導体は、液晶性有機半導体材料を構成する液晶性分子が
高い配向性で配列した膜であり、且つ、機能性材料分子
が液晶性分子と同じ液晶性の配向秩序をもって領域Ａに
存在している膜である。

【００８４】こうして形成される有機半導体は、欠陥の
ない均一な大面積の有機半導体を形成することができる
という特徴的な効果がある。また、有機半導体の奏する
電子輸送速度としては、１０^-5ｃｍ² ／Ｖ・ｓ以上また
は正孔輸送速度が１０^-5ｃｍ ² ／Ｖ・ｓ以上であること
がより好ましく、そうした特性値になるように、液晶性
有機半導体材料や配向処理等を随時検討して行うことが
できる。

【００８５】こうして形成されてなる有機半導体は、例
えば、トランジスタ、有機ＥＬ、太陽電池、センサー
等、これまでにない高い性能および優れた機能を示すこ
とができる。

【００８６】特に、発光中心になる材料を上記の機能性
材料分子とした場合には、分子配向に由来する高い偏光
発光を示す有機ＥＬ素子を形成できる。また、蛍光性を
有する材料を上記の機能性材料分子とした場合には、ア
モルファス（分子分散系）と比較して発光効率が良好な
発光素子を形成でき、可視域で吸光性を有する材料を上
記の機能性材料分子とした場合には、光ダイオード、光
トランジスタ、有機太陽電池等の受光素子とすることが
できる。

【００８７】

【実施例】以下に、本発明について更に詳しく説明す
る。

【００８８】（１）有機半導体の形成 液晶性有機半導体材料としては、フェニルナフタレン骨
格を有する下記の化合物２８（2-phenylnaphthalene 誘
導体である、6-(4'-octylphenyl)-2-dodecyloxynaphtha
lene。以下、「８−ＰＮＰ−Ｏ１２」という。）を用い
た。また、機能性材料分子としては、ターチオフェン骨
格を有する下記の化合物３３を用いた。なお、以下にお
いて、化合物３３の両末端に、Ｒ₁ ＝ＨおよびＲ₂ ＝Ｈ
を置換させたものを「ＴＴＰ」と表し、Ｒ₁ ＝Ｃ₁₂Ｈ₂₅
およびＲ₂ ＝Ｈを置換させたものを「１２−ＴＴＰ」と
表し、Ｒ₁ ＝Ｒ₂ ＝Ｃ₆Ｈ₁₃を置換させたものを「６−
ＴＴＰ−６」と表す。これらの各機能性材料分子は、液
晶性有機半導体材料である８−ＰＮＰ−Ｏ１２に対する
親和性に優れる順から並べれば、６−ＴＴＰ−６、１２
−ＴＴＰ、ＴＴＰとなる。なお、親和性の評価は、後述
するように、光伝導性の温度依存性から求まる活性化エ
ネルギーを比較することにより行った。

【００８９】

【化３３】

【００９０】

【化３４】 上述した液晶性有機半導体材料に機能性材料分子をドー
ピングしてなる有機半導体は、液晶状態の有機半導体混
合物を、配向処理されたガラス基板（厚さ１．１ｍｍ、
コーニング１７３７）上に塗布し、その後、０．１℃／
ｍｉｎの速度で徐冷して形成した。なお、ガラス基板上
にポリイミド（日産化学７４９２）をスピン塗布し、そ
の後焼成して、厚さ５０ｎｍ（５００Å）の配向膜を形
成した。こうして形成した配向膜の表面をラビング法で
配向処理した。配向処理は、ローラー径：４８ｍｍ、ラ
ビング布：ポリエステル、ラビング条件：１２００ｒｐ
ｍ、基板移動速度：６００ｍｍ／ｍｉｎで行った。

【００９１】（２）有機半導体の構造と特性評価 基本構造 図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の有機半導体の一例
である８−ＰＮＰ−Ｏ１２（化合物２８）を５０μｍに
支持した平行対向基板間に封入した際の基本構造につい
て、十分な配向処理を行わなかった場合と行った場合に
ついてそれぞれ表した顕微鏡写真である。図１（ａ）
は、何ら配向処理を行っていない場合のＳｍＢ相（９０
℃）における偏光顕微鏡によるクロスニコル下での観察
結果である。何ら配向処理を行わない場合でも、自己組
織的に電荷輸送パス（この場合は５０μｍである）に対
して十分大きなドメイン（２００〜６００μｍ程度）が
形成され、、電荷輸送に与えるドメイン界面の影響を無
視することができるという特徴を有する配向組織を示し
た。また、図１（ｂ）に示すように、適切な配向処理を
行った場合には、十分大きな面積にわたって、電荷輸送
を阻害する配向欠陥が存在しない配線組織が得られた。

【００９２】ドープした機能性材料分子とその濃度依
存性 図２は、液晶性分子で形成されたＳｍＢ相からなる分子
凝集層中の機能性材料分子のドーピング濃度を変化させ
た有機半導体の光伝導の活性化エネルギーの測定結果で
ある。このときの機能性材料分子は、上述したＴＴＰ、
１２−ＴＴＰおよび６−ＴＴＰ−６である。

【００９３】図２の測定結果によれば、６−ＴＴＰ−６
をドープした場合の活性化エネルギーが最も高く、１２
−ＴＴＰ、ＴＴＰの順に低い値となっている。また、６
−ＴＴＰ−６および１２−ＴＴＰにおいては、濃度依存
性がないのに対し、ＴＴＰにおいては、濃度依存性が見
られている。

【００９４】図３は、液晶性分子１で形成されたＳｍＢ
相からなる分子凝集層と、その分子凝集層の層間に偏在
する機能性材料分子２の模式図を示している。ここで、
図３（Ａ）は液晶性分子１である８−ＰＮＰ−Ｏ１２の
模式図、図３（Ｂ）は液晶性分子１で形成されたＳｍＢ
相からなる分子凝集層および層間に機能性材料分子を有
したの模式図、図３（Ｃ）は分子凝集層の層間に偏在す
る機能性材料分子２の模式図を示している。

【００９５】ＴＴＰは、８−ＰＮＰ−Ｏ１２に対する親
和性が乏しいので、図３に示すように、液晶性分子１骨
格構造３の両末端の鎖状分子４（アルキル基）が重なり
合った領域Ｂに存在するか、分子凝集層の層間に偏在す
ることとなる。こうした部位に存在したＴＴＰは、電荷
（電子や正孔）をトラップしてイオン伝導を起こしやす
いので、図２に示すように、活性化エネルギーが低くな
り、ドープした濃度に応じて徐々に活性化エネルギーが
上昇するのである。

【００９６】一方、鎖状分子４を有する１２−ＴＴＰお
よび６−ＴＴＰ−６は、液晶性を発現するので、液晶性
分子１である８−ＰＮＰ−Ｏ１２に対する親和性が高
い。そのため、図３に示すように、液晶性分子１の骨格
構造３が隣接して存在する領域Ａに存在することとな
る。こうした部位に存在した１２−ＴＴＰおよび６−Ｔ
ＴＰ−６は、その分子凝集層中に閉じ込められるので、
電荷（電子や正孔）をトラップしてもイオン伝導を起こ
さず、従って、電荷移動は、８−ＰＮＰ−Ｏ１２からな
る分子凝集層と同様のホッピング伝導に基づいたものと
なる。そのため、図２に示すように、活性化エネルギー
が高く、ドープした濃度に対しても変化しないのであ
る。なお、１２−ＴＴＰと６−ＴＴＰ−６との差は、８
−ＰＮＰ−Ｏ１２との親和性の程度の差に基づくもので
あり、両末端に鎖状分子４を有する６−ＴＴＰ−６は、
片末端に鎖状分子４を有する１２−ＴＴＰに比べ、８−
ＰＮＰ−Ｏ１２に対して高い親和性を発現し、８−ＰＮ
Ｐ−Ｏ１２の分子凝集層中により深くトラップされる。
その結果、６−ＴＴＰ−６の活性化エネルギーがより高
く表れている。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の有機半導
体によれば、高い自己組織性を有した領域Ａの分子凝集
部分で、電子や正孔がホッピング伝導を起こしやすく、
高い電荷移動特性を有している。このとき、機能性材料
分子は、液晶性分子の骨格構造が隣接して存在する領域
Ａに導入されているので、高い自己組織性を有した領域
Ａの分子凝集部分の作用により、イオン伝導しにくい状
態となっている。そのため、得られた有機半導体は、ホ
ッピング伝導を維持しつつ、その機能性材料分子の有す
る機能性を有効に発現することができる有機半導体が形
成される。こうした本発明の有機半導体は、高い伝導性
を有するので、膜厚を極端に薄くする必要がなく、欠陥
や絶縁破壊の問題を起こし難いという利点があると共
に、有機半導体混合物を塗布等の簡便な形成手段で形成
できるので、形成された有機半導体の膜厚を均一なもの
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機半導体の基本構造の一例を示す顕
微鏡写真である。

【図２】液晶性分子で形成された分子凝集層中の機能性
材料分子のドーピング濃度と、有機半導体の光伝導の活
性化エネルギーとの関係の一例を示す測定結果である。

【図３】液晶性分子で形成された分子凝集層と、その分
子凝集層の層間に偏在する機能性材料分子の模式図であ
る。

【符号の説明】

１０ 有機半導体 １ 液晶性分子 ２ 機能性材料分子 ３ 骨格構造 ４ 鎖状分子 Ａ 液晶性分子の骨格構造が隣接して存在する領域 Ｂ 骨格構造の両末端の鎖状分子が存在する領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 博己 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 (72)発明者 赤田 正典 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 Ｆターム(参考） 3K007 AB01 DB03 5F088 AA11 AB11

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶性有機半導体材料と機能性材料分子
   とを有する有機半導体混合物で形成された有機半導体で
   あって、 前記液晶性有機半導体材料は、Ｌ個の６π電子系芳香
   環、Ｍ個の１０π電子系芳香環、Ｎ個の１４π電子系芳
   香環（ただし、Ｌ、Ｍ、Ｎはそれぞれ０〜４の整数を表
   し、Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＝１〜４とする。）を含む骨格構造と、
   当該骨格構造の片末端もしくは両末端に導入された鎖状
   分子とを有する液晶性分子からなり、 前記有機半導体には、当該液晶性分子の骨格構造が隣接
   して存在する領域Ａおよび当該骨格構造の片末端もしく
   は両末端の鎖状分子が存在する領域Ｂを備え、前記機能
   性材料分子が、前記液晶性分子の骨格構造が隣接して存
   在する領域Ａに導入されていることを特徴とする有機半
   導体。
2. 【請求項２】 前記機能性材料分子は、芳香環を持ち、
   かつ、当該芳香環の両末端もしくは片末端に鎖状分子を
   持つものであることを特徴とする請求項１に記載の有機
   半導体。
3. 【請求項３】 前記機能性材料分子が有する鎖状分子
   が、アルキル基を有することを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載の有機半導体。
4. 【請求項４】 前記機能性材料分子が、蛍光性を有する
   材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何
   れか１項に記載の有機半導体。
5. 【請求項５】 前記機能性材料分子が、可視域で吸光性
   を有する材料であることを特徴とする請求項１乃至請求
   項３の何れか１項に記載の有機半導体。
6. 【請求項６】 請求項４の有機半導体を用いたことを特
   徴とする発光素子。
7. 【請求項７】 請求項５の有機半導体を用いたことを特
   徴とする受光素子。