JP2005294586A - 有機半導体材料、有機半導体構造物及び有機半導体装置 - Google Patents

有機半導体材料、有機半導体構造物及び有機半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 材料設計が容易で、十分な純度を確保することができる有機半導体材料及びその有機半導体材料を利用した有機半導体構造物及び有機半導体装置を提供する。
【解決手段】 主鎖に液晶性を発現するメソゲンを有する液晶性高分子有機半導体材料であって、そのメソゲンが、Ｌ個の６π電子系環、Ｍ個の８π電子系環、Ｎ個の１０π電子系環、Ｏ個の１２π電子系環、Ｐ個の１４π電子系環、Ｑ個の１６π電子系環、Ｒ個の１８π電子系環、Ｓ個の２０π電子系環、Ｔ個の２２π電子系環、Ｕ個の２４π電子系環、及びＶ個の２６π電子系環（但し、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖはそれぞれ０〜１２の整数を表し、Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｐ＋Ｑ＋Ｒ＋Ｓ＋Ｔ＋Ｕ＋Ｖ＝１〜１２とする。）からなる群より選択されるπ電子環からなる骨格構造を有する有機半導体材料により、上記課題を解決した。
【選択図】 なし

Description

本発明は、液晶性を有する高分子有機半導体材料、その有機半導体材料で形成された有機半導体構造物及び有機半導体装置に関する。
有機半導体装置の構成素子の代表的なものとして、有機半導体を活性層（以下、有機半導体層という。）に利用した薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴともいう。）が挙げられる。
この薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層は、ペンタセンに代表される分子性結晶を真空製膜して形成されている。真空製膜による有機半導体層の形成方法では、製膜条件の最適化により、１ｃｍ２／Ｖ・ｓを超える高い電荷移動度の有機半導体層が得られると報告されている（例えば、非特許文献１を参照）。しかしながら、上述した真空製膜により形成された有機半導体層は、一般に、微結晶の集合した多結晶状態となって多くの粒界が存在し易い上、欠陥が生じ易く、そうした粒界や欠陥が電荷の輸送を阻害する。そのため、有機半導体層を真空製膜により形成する場合においては、有機半導体装置の構成素子である有機半導体層を、十分広い面積にわたって均一な性能で連続的に作ることは事実上困難であった。
一方、高い電荷移動度を示す材料として、ディスコティック液晶が知られている（例えば、非特許文献２を参照）。しかしながら、このディスコティック液晶は、カラム状の分子配向に沿った一次元の電荷輸送機構に基づいて電荷の輸送が行われるので、厳密な分子配向の制御が要求され、工業的な利用が難しいという問題があった。このディスコティック液晶を有機半導体層の構成材料に使った薄膜トランジスタの成功例は、未だ報告されていない。
また、フェニルベンゾチアゾール誘導体等の棒状（ロッド状）の液晶性材料も、液晶状態で高い電荷移動度を示すことは既に報告されている（例えば、非特許文献３を参照）。しかしながら、棒状の液晶性材料を有機半導体層に利用した薄膜トランジスタの成功例は未だ報告されていない。なお、棒状の液晶性材料は、いくつかの液晶状態を有しているが、この液晶性材料の構造規則性が高くなるにつれて電荷の移動度は上昇する傾向にある。しかし、この液晶性材料がより構造規則性の高い結晶状態に転移すると、電荷の移動度が逆に低下ないし観測されず、当然、薄膜トランジスタの性能を発現することはなかった。
また、高い電荷移動度を示す液晶状態で利用するためには、ガラスのセルなどに封入して使用する必要があり、装置製造上の制約があった。さらに、これらの棒状の液晶性材料が液晶性を示すのは比較的高い温度であり、室温（−１０〜４０℃程度）付近で利用することはできなかった。
また、分子分散系の高分子材料を有機半導体材料として使用する場合においては、この有機半導体材料を塗布することにより大面積にわたって均一な電荷移動特性を有する有機半導体層を形成することができる。しかしながら、形成された有機半導体層は、電荷の移動度が１０−５〜１０−６ｃｍ２／Ｖ・ｓと低く、しかも温度依存性や電場依存性があるという問題がある。
このような問題に対し、本発明者らは、過去の出願において、少なくとも一部に、配向した液晶性有機半導体材料からなる有機半導体層を有する有機半導体構造物であって、その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。）を含むコアを有し、熱分解温度以下で少なくとも一種類の液晶状態を持つ有機半導体構造物を提供し、上記の課題を解決した。
しかしながら、上述した有機半導体構造物は、非高分子材料である液晶性有機半導体材料から形成されるものであり、高分子材料である有機半導体材料については、下記の報告があるだけで未だ有効な有機半導体材料は見いだされてはおらず、有効な電荷移動特性を有する有機半導体構造物や有機半導体層は報告されていない。
すなわち、従来において、室温付近で高い電荷移動度を持つ高分子半導体材料については、例えば、M.RedeckerとD.D.C.Bradleyが報告している（非特許文献４を参照）。この文献には、長い共役系を主鎖に持つ高分子材料を用い、その高分子材料をネマクティック相を呈する温度まで加熱した後急冷し、ネマクティック状態を固定したガラス状高分子材料とすることで高い移動度を有する高分子半導体材料が得られることが報告されている。特に、ポリイミド膜を擦ってラビング処理した配向膜と接触させた状態で、上記の操作をすると高い移動度が得られると報告されている。
Y.-Y.Lin, D.J.Gundlach, S.Nelson, and T.N.Jackson, "Stacked Pentacene Layer Organic Thin-Film Transistors with Improved Characteristics," IEEE Electron Device Lett., 18,606(1997) D.Adam, F.Closss, T.Frey, D.Funhoff, D.Haarer, H.Ringsdorf, P.Schunaher, and K.Siemensmyer, Phys.Rev.Lett., 70,457(1993) M.Funahashi and J.Hanna, Jpn.J.Appl.Phys., 35,L703-L705(1996) M.Redecker and D.D.C.Bradley, Applied Physics Letters, vol.74,10,(1999)
上述した従来の材料のうち、直鎖型高分子からなる電荷輸送材料や有機半導体材料は、塗布適性に優れるという理由から、工業的な利用が検討されている。そうした電荷輸送材料や有機半導体材料が高速電荷輸送能を発現するためには、主鎖方向の分子内電荷輸送が主として起こると共に、分子間のホッピング伝導が補助的に起こることが望ましい。そのためには、材料中の分子内骨格部の共役がつながっていることが望ましく、材料を設計するのに制限があるという問題があった。
また、有機半導体素子や有機半導体構造物が充分な電気特性や寿命等の安定性及び信頼性を確保するためには、有機半導体素子や有機半導体構造物を形成する材料を精製して所望の純度とすることが必須となる。しかしながら、高分子からなる電荷輸送材料や有機半導体材料は、その精製手段に高分子材料構造由来の制約（例えば、溶解性、融点、沸点等）があるために必ずしも工業的に充分な純度を確保することができない場合が多いという問題があった。
また、有機半導体素子や有機半導体構造物を形成する高分子材料の重合度のばらつきは、有機半導体素子や有機半導体構造物の諸特性にばらつきを与えるという点では好ましくない要素である。しかしながら、分子量の揃った高分子材料を得ることには一般に困難であり、工業的な観点で問題があった。
本発明は、上記の問題を解決したものであって、その目的は、材料設計が容易で、十分な純度を確保することができる工業的に利用し易い有機半導体材料を提供すること、及び、さらにその有機半導体材料を利用した有機半導体構造物及び有機半導体装置を提供することにある。
現在まで、主鎖に共役系の分子を持ちつつもその共役が切れた高分子材料が高い電荷移動度を示すことは知られていなかった。そうした高分子材料が高い電荷移動度を示さない理由は、主鎖に長い共役系を持った高分子材料は主鎖に沿って電子伝導が進むのに対し、主鎖に短い共役系しか持たない高分子材料は分子の共役系が重なりあうことにより分子間にホッピング伝導が起こって電荷が移動するからである。また、従来は、主鎖の短い共役系同士の重なりをうまくコントロールできる材料が知られておらず、高い電荷移動度は得られていなかった。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、共役系が分子内で途切れていても、液晶性由来の凝集状態がもたらす隣接分子間のホッピング伝導を利用することにより、巨視的には高速電荷輸送能を発現することができることを見出した。
すなわち、本発明の有機半導体材料は、上記知見に基づいて更に研究を重ねた結果得られたものであり、下記化学式１の構造式を持つ有機半導体材料であって、
Figure 2005294586
 式中のＡは液晶性を発現するメソゲンであり、Ｌ個の６π電子系環、Ｍ個の８π電子系環、Ｎ個の１０π電子系環、Ｏ個の１２π電子系環、Ｐ個の１４π電子系環、Ｑ個の１６π電子系環、Ｒ個の１８π電子系環、Ｓ個の２０π電子系環、Ｔ個の２２π電子系環、Ｕ個の２４π電子系環、及びＶ個の２６π電子系環（但し、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖはそれぞれ０〜１２の整数を表し、Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｐ＋Ｑ＋Ｒ＋Ｓ＋Ｔ＋Ｕ＋Ｖ＝１〜１２とする。）からなる群より選択されるπ電子環からなる骨格構造を有し、式中のＢは屈曲性の高い鎖状構造を有し、式中のｎは約３〜約３０００であることを特徴とする。
この発明によれば、いたずらに分子量を大きくすることにより高速電荷輸送能を得る必要がないため、材料設計が容易であると共に材料の精製による純度の確保が容易となる。また、この発明によれば、式中のＡからなる骨格構造間をつなぐ式中のＢの存在により、従来の低分子材料と比較して塗布等の加工適性に優れた有機半導体材料となる。また、本発明の態様として、有機半導体材料が化学式１の構造を複数持つ共重合体高分子化合物である場合、その共重合高分子化合物の各モノマーのＡが同じπ電子系環からなることが好ましいが、異なるπ電子系環からなる場合であってもよい。なお、異なるπ電子系環からなる場合は、それぞれのπ電子系環の電荷輸送に関わるエネルギー準位が同程度であればよい。
本発明の有機半導体材料は、上記本発明の有機半導体材料において、熱分解温度以下の温度で少なくとも一種類のサーモトロピック液晶相状態を有することを特徴とし、さらに、前記サーモトロピック液晶相状態が、スメクティック液晶相状態であることを特徴とする。なお、熱分解温度以下の温度で少なくとも一種類のサーモトロピック液晶相状態を有する有機半導体材料を、以下、「有機半導体材料Ｉ」で表す。
本発明の有機半導体材料は、上記本発明の有機半導体材料において、少なくとも一種類のライオトロピック液晶相状態を有することを特徴とする。なお、少なくとも一種類のライオトロピック液晶相状態を有する有機半導体材料を、以下、「有機半導体材料II」で表す。
上記目的を達成するための本発明の有機半導体構造物は、上述した有機半導体材料Ｉからなる有機半導体層を有する有機半導体構造物であって、前記有機半導体層は、液晶ガラス状態を有し、前記有機半導体材料をサーモトロピック液晶相を呈する温度に保持した後に該温度から急冷することにより形成されることを特徴とする。
また、上記目的を達成するための他の態様の本発明の有機半導体構造物は、上述した有機半導体材料Ｉからなる有機半導体層を有する有機半導体構造物であって、前記有機半導体層は、少なくとも一部が結晶状態を有し、前記有機半導体材料をサーモトロピック液晶相を呈する温度に保持した後に該温度から徐冷することにより形成されることを特徴とする。
また、上記目的を達成するための他の態様の本発明の有機半導体構造物は、上述した有機半導体材料IIからなる有機半導体層を有する有機半導体構造物であって、前記有機半導体層は、良配向状態を有し、前記有機半導体材料をライオトロピック液晶相を呈する濃度に保持した後に溶媒を徐々に除くことにより形成されることを特徴とする。
本発明の有機半導体構造物は、上記各態様に係る本発明の有機半導体構造物において、前記有機半導体層が、液晶配向層と接触する状態で形成されていることを特徴とする。この発明によれば、有機半導体層が液晶配向層と接触する状態で形成されているので、分子配向に基づく電荷輸送特性の優れた有機半導体構造物となる。
本発明の有機半導体構造物は、上記本発明の有機半導体構造物において、（１）前記液晶配向層がポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、及び、ポリイミドからなる群より選択される材料からなり、前記有機半導体層を構成する有機半導体材料が、当該液晶配向層との接触により特定方向に異方性配向していること、（２）前記液晶配向層が微小凹凸を表面に有する硬化性樹脂からなり、前記有機半導体層を構成する有機半導体材料が当該液晶配向層との接触により特定方向に異方性配向していること、（３）前記液晶配向層が基材と微小凹凸を表面に有する硬化性樹脂とからなり、前記有機半導体層を構成する有機半導体材料が当該液晶配向層との接触により特定方向に異方性配向していること、及び、（４）前記有機半導体層を構成する有機半導体材料が、π電子環からなる骨格構造の電子軌道の重なり方向と電荷輸送方向とが一致する方向に異方性配向していること、の特徴のうち少なくとも１の特徴を有する。
また、本発明の有機半導体構造物は、上記各態様に係る本発明の有機半導体構造物において、前記有機半導体層が、１０−５ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の電子移動度、又は、１０−５ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の正孔輸送移動度を有することを特徴とする。
上記目的を達成するための本発明の有機半導体装置は、少なくとも基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ドレイン電極、及びソース電極を有する有機半導体装置であって、前記有機半導体層が、上記本発明の有機半導体材料で形成されていることを特徴とし、前記有機半導体層が、１０−５ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の電子移動度、又は、１０−５ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の正孔輸送移動度を有することを特徴とする。
また、本発明は、上記有機半導体構造物を、有機トランジスタ、有機ＥＬ素子、有機電子デバイス又は有機太陽電池として使用する。
以上のように、本発明の有機半導体材料によれば、主鎖に液晶性を発現するメソゲンを有し、且つその主鎖のπ共役系が途切れた構造からなる高分子有機半導体材料であるので、主鎖に沿った電荷輸送は起こらないものの、その液晶性を利用することによりホッピング伝導による電荷輸送能を発現することができる。
また、本発明の有機半導体材料においては、隣接分子のπ電子系環からなるコア同士の凝集、及びその凝集状態の規則性が高い高次のスメクティック相を有することが好ましく、より高速な電荷輸送能を期待できる。すなわち、本発明の有機半導体材料のように、主鎖にπ電子系環からなる骨格構造を有する高分子化合物を有機半導体材料として用いた場合においは、高分子化合物の立体構造の自由度から、主鎖を構成するπ電子系環が互いに相互作用することができる。特に、本発明において、高次な構造であるスメクティック相を呈する有機半導体材料は、極めて高い結晶性を有した有機半導体層を形成できるので、より高い電荷移動特性を示す有機半導体構造物の形成に有利である。さらに、有機半導体材料は、液晶状態を維持する温度においては流動性を有するので、その状態で塗布することができる。その結果、高い電荷移動特性を有する有機半導体層及び有機半導体装置を、均一且つ大面積で形成することができる。
また、本発明の有機半導体材料は、主鎖のπ共役系を広げて高速電荷輸送を得る必要が本質的に無いため、大きな分子量とする必要もなく、その結果、材料の精製が容易で十分な純度を確保することができ、工業的に利用し易いというメリットがある。
また、本発明の有機半導体材料は、コア同士をつなぐ鎖状構造部分を持つので、基本的に高い溶媒親和性を有し、その結果、塗布等の加工適性に優れる。したがって、本発明の有機半導体材料によれば、π共役直鎖型の高分子有機半導体材料のように加工適性を向上させるために側鎖を付加したり、電気特性を向上させるために側鎖の方向を一定にして平面性を保持したりする等の構造上の制約が少ないという利点がある。
また、本発明の有機半導体材料は、共重合高分子化合物でも構わないが、主鎖に含まれるメソゲンが有するコアは、同じπ電子系環で構成されている方が好ましい。また、主鎖に含まれるメソゲンが有するコアは異なっていても良いが、その場合には、電荷輸送に関わるエネルギー順位は近似していることが好ましい。
また、本発明の有機半導体構造物によれば、上記本発明の有機半導体材料からなる有機半導体層を備えるので、液晶性を発現するメソゲンを利用したホッピング伝導による電荷輸送能を発現することができる。さらに、塗布等の加工適性に優れる高分子有機半導体材料で有機半導体層が形成されるので、高い電荷移動特性を有する有機半導体層を均一且つ大面積で形成することができる。その結果、有機半導体構造物及び有機半導体装置の製造に有利である。
以下、本発明の有機半導体材料、有機半導体構造物及び有機半導体装置について説明する。
＜有機半導体材料＞
本発明の有機半導体材料は、化学式１の構造式を持つ有機半導体材料であって、主鎖に液晶性を発現するメソゲン（式中のＡで表されている。）が、所定のπ電子環からなる骨格構造を有するものである。なお、本発明の態様として、有機半導体材料が上記化学式１の構造を複数持つ共重合高分子化合物であっても、その共重合高分子化合物の各モノマーのＡが同じπ電子系環からなることが好ましい。
最初に、化学式１中のＡを構成する骨格構造について説明する。骨格構造としては、Ｌ個の６π電子系環、Ｍ個の８π電子系環、Ｎ個の１０π電子系環、Ｏ個の１２π電子系環、Ｐ個の１４π電子系環、Ｑ個の１６π電子系環、Ｒ個の１８π電子系環、Ｓ個の２０π電子系環、Ｔ個の２２π電子系環、Ｕ個の２４π電子系環、Ｖ個の２６π電子系環からなる群より選択される。本発明の有機半導体材料においては、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖはそれぞれ０〜１２の整数を表し、Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｐ＋Ｑ＋Ｒ＋Ｓ＋Ｔ＋Ｕ＋Ｖ＝１〜１２となる。
具体的には、６π電子系環としては、例えば、ベンゼン環、フラン環、チオフェン環、ピロール環、２Ｈ−ピラン環、４Ｈ−チオピラン環、ピリジン環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、フラザン環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環を挙げることができる。８π電子系環としては、例えば、ペンタレン環、インデン環、インドリジン環、４Ｈ−キノリジン環を挙げることができる。１０π電子系環としては、例えば、ナフタレン環、アズレン環、ベンゾフラン環、イソベンゾフラン環、１−ベンゾチオフェン環、２−ベンゾチオフェン環、インドール環、イソインドール環、２Ｈ−クロメン環、１Ｈ−２−ベンゾピラン環、キノリン環、イソキノリン環、１，８−ナフチリジン環、ベンゾイミダゾール環、１Ｈ−インダゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、キノキサリン環、キナゾリン環、シンノリン環、プテリジン環、プリン環、フタラジン環を挙げることができる。１２π電子系環としては、例えば、ヘプタレン環、ビフェニレン環、ａｓ−インダセン環、ｓ−インダセン環、アセナフチレン環、フルオレン環、フェナレン環を挙げることができる。１４π電子系環としては、例えば、フェナントレン環、アントラセン環、カルバゾール環、キサンテン環、アクリジン環、フェナントリジン環、ペリミジン環、１，１０−フェナントロリン環、フェナジン環、フェナルサジン環、テトラチアフルバレン環を挙げることができる。１６π電子系環としては、例えば、フルオランテン環、アセフェナントリレン環、アセアントリレン環、ピレン環、チアントレン環、フェノキサチイン環、フェノキサジン環、フェノチアジン環を挙げることができる。１８π電子系環としては、例えば、トリフェニレン環、クリセン環、ナフタセン環、プレイアデン環を挙げることができる。２０π電子系環としては、例えば、ペリレン環を挙げることができ、２２π電子系環としては、例えば、ピセン環、ペンタフェン環、ペンタセン環を挙げることができる。２４π電子系環としては、例えば、テトラフェニレン環、コロネン環を挙げることができる。２６π電子系環としては、例えば、ヘキサフェン環、ヘキサセン環、ルビセン環等を挙げることができる。
これらのπ電子系環を構造の一部に有する骨格構造としては、例えば、下記化学式２〜３７に示すような構造を挙げることができる。
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ここで、上記式２〜３６中のＲ１は下記式３７に示すような２価の構造を示し、別の骨格と連結する連結基である。これらの液晶性分子にＲ１が複数個ある場合には、それぞれが同一でもよいし、異なっていてもよい。また、これらの液晶性分子にＲ１はなくてもよい。上記式２〜３６中のＲ２は下記式３８に示すような官能基を示す。これらの液晶性分子にＲ２が複数個ある場合には、それぞれが同一でもよいし、異なっていてもよい。また、上記式２〜３６中のＸはＣＨ又はＮを示し、上記式２〜３６中のＹはＳ又はＯを示す。また、下記式３８中のＲは、Ｃ１〜Ｃ４０の直鎖又は分岐アルキル基である。
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次に、化学式１中のＢの構造について説明する。
Ｂは、屈曲性の高い鎖状構造である。屈曲性の高い鎖状構造は、基本的には直鎖状アルキル鎖又は分岐鎖状アルキル鎖であるが、このようなアルキル鎖には化学式３７に示す３９個の２価の構造の群から選択される構造が含まれていてもよい。また、屈曲性の高い鎖状構造は、化学式３７に示す３９個の２価の構造の群から選択された構造のみで構成されてもよく、この場合にはこの群から選択された１つの構造で構成されてもよいし、この群から選択された複数の構造が直鎖状又は分岐状に連結して構成されていてもよい。また、これらの屈曲性の高い鎖状構造は、置換基として化学式３８に例示した２１個の官能基の群から選択された官能基を有していてもよい。直鎖若しくは分岐鎖構造を有し、化学式３７の２価の構造から構成される。これらの置換基として、化学式３８に示した２１個の構造からなるものを例示でき、何れもが同じでもよく、また異なっていても良い。
以上のようなＡ及びＢを構造骨格とする液晶性高分子有機半導体材料は、いたずらに分子量を大きくすることにより高速電荷輸送能を得る必要がないため、材料設計が容易であると共に材料の精製による純度の確保が容易となる。また、式中のＡからなる骨格構造間をつなぐ式中のＢの存在により、従来の低分子材料と比較して塗布等の加工適性に優れた有機半導体材料となる。また、有機半導体材料が化学式１の構造を複数持つ共重合体高分子化合物である場合、その共重合高分子化合物の各モノマーのＡが同じπ電子系環からなることが好ましいが、異なるπ電子系環からなる場合であってもよい。なお、異なるπ電子系環からなる場合は、それぞれのπ電子系環の電荷輸送に関わるエネルギー準位が同程度であればよい。
次に、こうした液晶性有機半導体材料の特性について説明する。
本発明の有機半導体材料は 熱分解温度以下の温度で少なくとも一種類のサーモトロピック液晶相状態を有する有機半導体材料（「有機半導体材料Ｉ」で表す。）、及び、少なくとも一種類のライオトロピック液晶相状態を有する有機半導体材料（「有機半導体材料II」で表す。）に分けることができる。なお、サーモトロピック液晶（Thermotropic LC）とは、ある温度範囲で液晶になる物質であり、本発明においては、分子配列の違いにより、スメクティック液晶及びネマティック液晶が含まれる。また、ライオトロピック液晶（リオトロピック液晶ともいう。Liotropic LC）とは、溶媒の存在下で液晶となるものであり、溶媒に対する親和性の相反する２つの部分が局在することによって相転移するものであり、特に温度によらすに濃度変化だけで起こることがあり、濃度転移型液晶と呼ばれることもある。
本発明の液晶性高分子有機半導体材料は、熱分解温度以下の温度において、少なくとも一種類のサーモトロピック液晶相状態を持っている。なお、「熱分解温度以下の温度において」とは、その材料がそれ自身熱分解されない状態を意味するものである。熱分解温度は、適用される材料それぞれにより異なる。また、「少なくとも一種類のサーモトロピック液晶相状態」とは、最低一種類のサーモトロピック液晶相状態を持つものが使用されるという意味である。サーモトロピック液晶のうち、例えば、後述するスメクティック（以下、Ｓｍともいう。）液晶においては、ＳｍＡ相、ＳｍＢ相、ＳｍＣ相、ＳｍＤ相、…等々の複数種類の液晶状態を有し、そのうち少なくとも一種類の液晶状態を持つことである。
特に、本発明において、高次な構造であるスメクティック相を呈する有機半導体材料は、極めて高い結晶性を有した有機半導体層を形成できるので、より高い電荷移動特性を示す有機半導体構造物の形成に有利である。さらに、有機半導体材料は、液晶状態を維持する温度においては流動性を有するので、その液晶状態で塗布することができる。そして、その後、後述する手段で有機半導体構造物を形成することにより、高い電荷移動特性を有する有機半導体層を、均一且つ大面積に形成することができる。
また、本発明の有機半導体材料は、少なくとも一種類のライオトロピック液晶相状態を持つものであってもよい。
＜有機半導体構造物＞
本発明の有機半導体構造物は、上述した本発明に係る有機半導体材料からなる有機半導体層を有するものである。そして、その有機半導体層は、下記の３つの手段により形成される。
（第１の手段）
第１の手段は、有機半導体層が、上記有機半導体材料Ｉをサーモトロピック液晶相を呈する温度に保持した後にその温度から急冷することにより形成される。こうして形成された有機半導体層は、高次の構造（高い構造性）を有する相（好ましくはスメクティック相）が液晶ガラス状態に固定されている。形成された有機半導体層は、高い電荷移動特性を有している。有機半導体層を、液晶配向層と接触する状態で形成することにより、分子配向に基づく電荷輸送特性の優れた有機半導体構造物を得ることができる。
この第１の手段において、例えばスメクティック液晶相を維持又は経由できる温度域からの急冷速度は５０℃以上／分〜２０℃／分である。なお、得られた有機半導体構造物がガラス状態であるか否かは、偏光顕微鏡で観察したテクスチャーを液晶状態のテクスチャーと比較することにより判定できる。
（第２の手段）
第２の手段は、有機半導体層が、上記有機半導体材料Ｉをサーモトロピック液晶相を維持又は経由できる温度に保持した後にその温度から徐冷することにより形成される。こうして形成された有機半導体層は、少なくとも一部が結晶状態を有しており、広い範囲で高い秩序性が実現される。有機半導体材料を徐々に冷却することにより、有機半導体材料の結晶サイズが大きくなり、高い電荷移動度を発現できる。特に、その結晶サイズが電荷移動に関与する電極間距離よりも大きい場合に、より高い電荷移動度を実現できる。有機半導体層を、液晶配向層と接触する状態で形成することにより、分子配向に基づく電荷輸送特性の優れた有機半導体構造物を得ることができる。
この第２の手段において、有機半導体材料がポリイミド系材料からなる液晶配向層上に積層されて配向していること、微少な凹凸を表面に有する硬化性樹脂からなる液晶配向層上に積層されて配向していること、又は、基材と微小凹凸を表面に有する硬化性樹脂からなる液晶配向層上に積層されて配向していることが好ましい。
この第２の手段において、例えばスメクティック液晶相を維持又は経由できる温度域からの徐冷速度は１０℃／分〜０．１℃／分である。徐冷速度が０．１℃／分未満では、所要時間が長くなりすぎるため不都合となり、徐冷速度が１０℃／分を超えると、結晶相の急激な体積収縮による電荷輸送に対する構造欠陥が発生する結果となり、好ましくない。なお、得られた有機半導体相の一部が結晶化しているか否かは、偏光顕微鏡による観察かＸ線回折法により測定できる。また、結晶化した部分の割合は、１００〜８０％であることが好ましく、結晶化したときの結晶のサイズは、偏光顕微鏡下で測定した平均結晶粒径で、数十〜数百μｍであることが好ましい。
上述した第１の手段及び第２の手段の何れにおいても、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牲を有するので、その状態で塗布することができる。こうした方法によれば、電荷移動特性が均一で大面積の有機半導体層を極めて容易に形成することができる。このときの塗布方法としては、各種の塗布方法及び印刷方法を適用できる。なお、本明細書において、結晶相又は結晶状態とは、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。
（第３の手段）
第３の手段は、有機半導体層が、上記有機半導体材料IIをライオトロピック液晶相を呈する濃度に保持した後に溶媒を徐々に除くことにより形成される。こうして形成された有機半導体層は、良好な配向状態を有しており、広い範囲で高い配向性が実現される。有機半導体材料中の溶媒を徐々に除くことにより、高い電荷移動度を発現できる。有機半導体層を、液晶配向層と接触する状態で形成することにより、分子配向に基づく電荷輸送特性の優れた有機半導体構造物を得ることができる。
上述した第３の手段においても、溶媒を除去する前の有機半導体材料は流動牲を有するので、その状態で塗布することができる。こうした方法によれば、電荷移動特性が均一で大面積の有機半導体層を極めて容易に形成することができる。このときの塗布方法としては、各種の塗布方法及び印刷方法を適用できる。
以上説明した本発明の有機半導体構造物において、有機半導体材料からなる有機半導体層が１０−５ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の電子移動度又は１０−５ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の正孔輸送移動度であることが好ましい。
（液晶配向手段）
本発明の有機半導体構造物を構成する有機半導体層は、液晶配向層と接触する状態で形成されることにより、特定方向に異方性配向した良好な配向状態を示す。例えば、上述した第２の手段で形成される有機半導体構造物の有機半導体層は、配向手段により特定の向きに異方性配向した有機半導体材料を徐冷することにより形成されている。
こうした液晶配向手段により、有機半導体層を構成する有機半導体材料が、π電子環からなる骨格構造の電子軌道の重なり方向と電荷輸送方向とが一致する方向に異方性配向させることができる。
配向手段としては、有機半導体材料を形成する面（被形成面、例えば、後述のゲート絶縁層の表面など。）に、液晶配向層を形成し、ラビング処理、光照射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が挙げられる。このような配向手段は、有機半導体材料の液晶相を特定の向き異方性配向するように形成させるので、形成された有機半導体層は、液晶相が配向した向き又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。
液晶配向層としては、各種の液晶配向層を適用できるが、本発明の有機半導体構造物においては、ポリイミド系材料を塗布した後ラビング処理をしたもの、ポリイミド系材料を塗布した後光照射処理をしたもの、微小な凹凸を有した硬化性樹脂からなるもの、又は、微小な凹凸を有した硬化性樹脂からなり液晶配向層と基板とが一体となっているもの、の何れかであることが好ましい。また、電場、磁場、などの外揚での配向も可能である。
特に、液晶配向層としては、特に、ポリイミド樹脂を塗布後ラビング処理を施したものが代表的なものとして挙げられる。材料としては、この他にも、アクリル、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレ−ト、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド等の樹脂材料を挙げることができる。なお、これらの材料は、その種類によって、液晶に対して垂直配向能を有するものと水平配向能を有するものに分類できる。塗布の具体的な手法としては、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法、転写法、インクジェット法等が挙げられる。こうした液晶配向層は、基板と有機半導体層との間、あるいは有機半導体層上のオーバーコート層に置くことができる。
微小な凹凸を有した硬化性樹脂からなるものとしては、例えば、硬化性樹脂からなる層を形成し、その層の表面をラビング処理して形成したり、未硬化状態の硬化性樹脂の表面に、微小凹凸を賦形できる賦形部材を押圧し、その後樹脂層を硬化させることにより形成することができる。こうして得られた硬化性樹脂の表面には、微細な凹凸が形成され、有機半導体材料の液晶相をその向きに並べることができる。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。このとき、微小な凹凸を有した硬化性樹脂からなる液晶配向層が、基板と一体の態様となっていることが特に好ましい。
この場合における微小な凹凸は、方向の揃った微小な溝からなるものである。この凹凸部分における溝の深さは、０．０１〜１．０μｍ、好ましくは０．０３〜０．３μｍ程度、幅は、０．０５〜１．０μｍ程度、また、隣接する溝のピッチは、０．１〜２．０μｍ程度である。溝の深さが０．０１未満では、液晶分子を正しく配向できなくなり、また、１．０μｍを超えると、溝の縁部で液晶の配向が乱れることがある。また、溝の幅が０．０５μｍ未満では溝の作製が困難となり、幅が１．０μｍを超えると、溝の中央での配向力が低下することがある。さらに、溝の形成ピッチが０．１μｍ未満では、溝の作製が困難となり、また、２．０μｍを超えると、液晶の配向乱れを生じやすい。
本発明の有機半導体構造物においては、液晶配向層の第一の態様として基板、液晶配向層、有機半導体層を順次積層したものを挙げることができ、液晶配向層の第二の態様として、基板、有機半導体層、液晶配向層を順次積層したものを挙げることができ、液晶配向層の第三の態様として、基板、液晶配向層、有機半導体層、液晶配向層を順次積層したものを挙げることができる。本発明においては、このように、有機半導体層が、配向処理を施した層と接する形態となるように構成されることによって、有機半導体材料を構成する液晶相に高い配向性を付与することができる。
＜有機半導体装置＞
本発明の有機半導体装置１０１は、図１に示すように、少なくとも基板１１、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、有機半導体層１４、ドレイン電極１５及びソ−ス電極１６で構成される。この有機半導体装置１０１は、有機半導体層１４が、上述した本発明の有機半導体構造物を構成する有機半導体材料で形成されている。
構成の一例としては、基板１１上に、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、配向した有機半導体層１４、ドレイン電極１５とソ−ス電極１６、保護膜１７の順に構成される逆スタガー構造、又は、基板１１上に、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、ドレイン電極１５とソース電極１６、有機半導体層１４、保護膜（図示しない。）の順に構成されるコプラナー構造、を挙げることができる。こうした構成からなる有機半導体装置１０１は、ゲート電極１２に印加される電圧の極性に応じて、蓄積状態又は空乏状態の何れかで動作する。以下、有機半導体装置の構成部材について詳細に説明する。
（基板）
基板１１は、絶縁性の材料であれば広い範囲の材料から選択することができる。例えば、ガラス、アルミナ焼結体などの無機材料、ポリイミド膜、ポリエステル膜、ポリエチレン膜、ポリフェニレンスルフィド膜、ポリパラキシレン膜等の各種の絶縁性材料を挙げることができる。特に、高分子化合物からなる膜を用いると、軽量でフレシキブルな有機半導体装置を作製することができるので、極めて有用である。なお、本発明で適用される基板１１の厚さは、２５μｍ〜１．５ｍｍ程度である。
（ゲート電極）
ゲート電極１２は、ポリアニリン、ポリチオフェン等の有機材料からなる電極又は導電性インキを塗布して形成した電極であることが好ましい。これらの電極は、有機材料や導電性インキを塗布して形成できるので、電極形成プロセスが極めて簡便となるという利点がある。塗布法の具体的な手法としては、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法、転写法、インクジェット法等が挙げられる。
なお、電極として金属膜を形成する場合には、既存の真空成膜法を用いることができ、具体的には、マスク成膜法又はフォトリソグラフ法を用いることができる。この場合には、金、白金、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、ニッケル等の金属、これら金属を用いた合金、ポリシリコン、アモリファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）等の無機材料を、電極形成用の材料として挙げることができる。また、これらの材料を２種以上併用してもよい。
ゲート電極の膜厚は、その材質の導電率によるが、５０〜１０００ｎｍ程度であることが好ましい。ゲート電極の厚さの下限は、電極材料の導電率及び下地基板との密着強度によって異なる。ゲート電極の厚さの上限は、後述のゲート絶縁層及びソース・ドレイン電極対を設けた際に、下地基板とゲート電極の段差部分におけるゲート絶縁層による絶縁被覆が十分で、かつその上に形成する電極パターンに断線を生ぜしめないことが必要である。特に、可とう性がある基板を使用した場合には、応力のバランスを考慮する必要がある。
（ゲート絶縁層）
ゲート絶縁層１３は、上記のゲート電極１２と同じように、有機材料を塗布して形成したものであることが好ましく、使用される有機材料としては、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド等を挙げることができる。塗布法の具体的な手法としては、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法、転写法、インクジェット法等が挙げられる。なお、ＣＶＤ法等の既存パターンプロセスを用いて形成してもよく、その場合には、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａ１２Ｏ３等の無機材料が好ましく使用される。また、これらの材料を２種以上併用してもよい。
有機半導体装置の移動度は電界強度に依存するので、ゲート絶縁層の膜厚は、５０〜３００ｎｍ程度であることが好ましい。このときの絶縁耐圧は、２ＭＶ／ｃｍ以上であることが望ましい。
（ドレイン電極及びソース電極）
ドレイン電極１５及びソース電極１６は、仕事関数の大きい金属で形成されることが好ましい。その理由としては、後述する液晶性有機半導体材料は、電荷を輸送するキャリアがホールであることから、有機半導体層１４とオーミック接触していることが必要となるからである。ここでいう仕事関数とは、固体中の電子を外部に取り出すのに必要な電位差であり、真空準位とフェルミ準位とのエネルギー差として定義される。好ましい仕事関数としては、４．６〜５．２ｅＶ程度であり、具体的には、金、白金、透明導電膜（インジウム・スズ酸化物、インジウム・亜鉛酸化物等）等が挙げられる。透明導電膜は、スパッタリング法、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法で形成することができる。
なお、本発明で適用されるドレイン電極１５及びソース電極１６の厚さは、５０〜１００ｎｍ程度である。
（有機半導体層）
有機半導体層１４は、有機半導体材料により形成された層である。具体的な有機半導体材料、その冷却条件、配向処理や液晶配向層等については上述した通りである。
こうして形成される有機半導体層１４は、欠陥のない均一な大面積の有機半導体層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、有機半導体層１４の奏する電子輸送速度としては１０−５ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上又は正孔輸送速度が１０−５ｃｍ２／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、有機半導体材料の種類や条件等が随時検討される。有機半導体層１４がこうした電荷輸送速度を有することにより、例えば、有機薄膜トランジスタの駆動電圧の低減に寄与したり、応答速度の向上に寄与できるという利点がある。
なお、有機半導体材料を形成する被形成面がゲート絶縁層又は基板である場合には、そのゲート絶縁層又は基板をラビング処理することにより、配向処理膜と、ゲート絶縁層又は基板とを一体のものとすることができる。
（層間絶縁層）
有機半導体装置１０１には、層間絶縁層を設けることが望ましい。層間絶縁層は、ゲート絶縁層１３上にドレイン電極１５及びソース電極１６を形成する際に、ゲート電極１２の表面の汚染を防ぐことを目的として形成される。したがって、層間絶縁層は、ドレイン電極１５及びソース電極１６を形成する前にゲート絶縁層１３の上に形成される。そして、ソース電極１５及びドレイン電極１６が形成された後においては、チャネル領域上方に位置する部分を完全に除去又は一部を除去するように加工される。除去される層間絶縁層領域は、ゲート電極１２のサイズと同等であることが望ましい。
材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３等の無機材料や、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド等の有機材料が挙げられる。
（有機半導体装置の他の態様）
本発明の有機半導体装置においては、その構成として、(i)基板／ゲート電極／ゲート絶縁層（液晶配向層を兼ねる。）／ソース・ドレイン電極／液晶性有機半導体層（／保護層）、(ii)基板／ゲート電極／ゲート絶縁層／ソース・ドレイン電極／液晶配向層／液晶性有機半導体層（／保護層）、(iii)基板／ゲート電極／ゲート絶縁層（液晶配向層を兼ねる）／液晶性有機半導体層／ソース・ドレイン電極／（保護層）、(iv)基板／ゲート電極／ゲート絶縁層（液晶配向層を兼ねる）／液晶性有機半導体層／ソース・ドレイン電極がパタニングされた基板（保護層を兼ねる）、(v)基板／ソース・ドレイン電極／液晶性有機半導体層／ゲート絶縁層（液晶配向層を兼ねる）／ゲート電極／基板（保護層を兼ねる）、(vi)基板（配向層を兼ねる）／ソース・ドレイン電極／液晶性有機半導体層／ゲート絶縁層／ゲート電極／基板（保護層を兼ねる）、又は、(vii)基板／ゲート電極／ゲート絶縁層／ソース・ドレイン電極／液晶性有機半導体層／基板（配向層を兼ねる）、とすることもできる。
こうした有機半導体装置においては、本発明の有機半導体材料を用いることによって、塗布方式で有機半導体層を形成することが容易にできるものである。
以下に、同骨格のメソゲンを持つ低分子と高分子の電荷輸送特性について実施例を挙げて、本発明についてさらに詳しく説明する。
＜フルオレン骨格を含む低分子液晶性有機半導体＞
（合成法）
３００ｍＬの三口フラスコに、アルゴン気流中、塩化ヘプタノイル（４９．０ｇ，０．３３ｍｏｌ）、塩化アルミニウム（５０．０ｇ，０．３７５ｍｏｌ）及びジクロロメタン（１００ｍｌ）からなる懸濁液を入れ、アイスバスで０℃まで冷却した。次に、フルオレン（２４．９ｇ，０．１５ｍｏｌ）及びジクロロメタン（１００ｍｌ）からなる混合溶液を、上記懸濁液中にその温度が０℃以上にならないように２時間かけてゆっくりと滴下した。滴下を終了した後、反応溶液を室温まで昇温し、終夜攪拌を行った。反応が終了した後、赤色を呈した反応溶液を氷水（３００ｍｌ）にゆっくりと注ぎ、ジクロロメタンからなる有機層を水層から分離し、中性になるまで水洗した。その後、硫酸ナトリウムにて乾燥と濃縮を行った後、酢酸エチルにて再結晶することにより、目的物である２，７−ジヘプタノイル−フルオレンを４０．８ｇ、収率６９．７％で得た。下記化学式に、この反応式を示した。
Figure 2005294586
（相系列）
ＤＳＣ（示差走査熱量計：Differential Scanning Calorimeter）と偏光顕微鏡により、降温時に１６０℃で等方相からスメクティックＡ相に相転移し、１５０℃でスメクティックＣ相に相転移し、１４０℃で結晶相に相転移することがわかった。
（電荷移動度測定）
得られた低分子化合物である２，７−ジヘプタノイル−フルオレンを、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）電極付きガラスセルに注入し、ホットプレート上で図２に示す装置を用いた過渡光電流測定（ＴＯＦ法）により電荷移動度を測定した。正孔電荷移動度は等方相で２×１０−４ｃｍ２／Ｖｓ、スメクティックＡ相で８×１０−４ｃｍ２／Ｖｓ、スメクティックＣ相で１×１０−３ｃｍ２／Ｖｓを示したが、結晶相では分散型波形しか得られず、電荷移動度を算出することはできなかった。なお、過渡光電流測定は、本実施例では波長３３７ｎｍのＮ２ パルスレーザーにより試料を励起する方法を用いた。図２中、符号２０１はＮ２パルスレーザーであり、符号３０１は試料であり、符号４０１はデジタルオシロスコープである。
＜フルオレンポリマーの合成＞
（合成法）
フルオレン０．９１ｇ（５．５ｍｍｏｌ）を１００ｍｌ三口フラスコに入れ、Ａｒ置換した後、その三口フラスコ中にＰＰＭＡ（メタンスルホン酸３６０ｇ（３．７５ｍｏｌ）と５酸化２リン３６ｇ（０．２５ｍｏｌ）とを約２時間撹拌したものを用いた。）１５ｍｌをさらに加えて撹拌し溶解させた。これを６０℃に加熱し、セバシン酸０．９３ｇ（４．６ｍｍｏｌ）を加え、約４時間撹拌した。この反応液を、氷浴中で冷却した水１Ｌに注ぎ、約６時間撹拌した。これをメンブレンフィルターにてろ過した。このフィルター上の残留物を特級ＮＭＰに溶解して、特級アセトンで再沈を行なった。同溶媒で、再沈を更に２回行なった後、ＥＬ規格のＮＭＰ、及びアセトンで更に２回再沈を行なって、下記化学式４０中に示される高分子化合物を収量約１．２ｇで得た。
Figure 2005294586
（相系列観測）
ＤＳＣ測定では、昇温過程において約１０５℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１４５で吸熱ピークが見られ、降温過程では約１１０℃でのみ発熱ピークが見られた。得られた高分子化合物を注入したガラスセルを使って偏光顕微鏡によるテクスチャー観察を行なったところ、約１１０℃以下でスメクティック相状の液晶ガラス状態が観察された。
（電荷移動度測定）
得られた高分子化合物であるフレオンポリマーを、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）電極付きガラスセルに注入し、ホットプレート上で上記同様の過渡光電流測定（ＴＯＦ法）により電荷移動度を測定した。正孔電荷移動度は等方相で８×１０−３ｃｍ２／Ｖｓ、液晶ガラス状態では１×１０−３ｃｍ２／Ｖｓであり、この値は常温（３０℃）においても観測された。
本発明の有機半導体装置の一例を示す断面図である。 過渡光電流測定（ＴＯＦ法）の概略図である。
符号の説明
１０１ 有機半導体装置
１１ 基板
１２ ゲート電極
１３ ゲート絶縁層
１４ 高分子有機半導体層
１５ ドレイン電極
１６ ソ−ス電極
２０１ Ｎ２パルスレーザー
３０１ 試料
４０１ デジタルオシロスコープ

Claims (16)

  1. 下記化学式１の構造式を持つ有機半導体材料であって、
    Figure 2005294586
     式中のＡは液晶性を発現するメソゲンであり、Ｌ個の６π電子系環、Ｍ個の８π電子系環、Ｎ個の１０π電子系環、Ｏ個の１２π電子系環、Ｐ個の１４π電子系環、Ｑ個の１６π電子系環、Ｒ個の１８π電子系環、Ｓ個の２０π電子系環、Ｔ個の２２π電子系環、Ｕ個の２４π電子系環、及びＶ個の２６π電子系環（但し、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖはそれぞれ０〜１２の整数を表し、Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｐ＋Ｑ＋Ｒ＋Ｓ＋Ｔ＋Ｕ＋Ｖ＝１〜１２とする。）からなる群より選択されるπ電子環からなる骨格構造を有し、式中のＢは屈曲性の高い鎖状構造を有し、式中のｎは約３〜約３０００であることを特徴とする有機半導体材料。
  2. 熱分解温度以下の温度で少なくとも一種類のサーモトロピック液晶相状態を有することを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
  3. 前記サーモトロピック液晶相状態が、スメクティック液晶相状態であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
  4. 少なくとも一種類のライオトロピック液晶相状態を有することを特徴とする請求項１に記載の有機半導体材料。
  5. 請求項２に記載の有機半導体材料からなる有機半導体層を有する有機半導体構造物であって、前記有機半導体層は、液晶ガラス状態を有し、前記有機半導体材料をサーモトロピック液晶相を呈する温度に保持した後に該温度から急冷することにより形成されることを特徴とする有機半導体構造物。
  6. 請求項２に記載の有機半導体材料からなる有機半導体層を有する有機半導体構造物であって、前記有機半導体層は、少なくとも一部が結晶状態を有し、前記有機半導体材料をサーモトロピック液晶相を呈する温度に保持した後に該温度から徐冷することにより形成されることを特徴とする有機半導体構造物。
  7. 請求項４に記載の有機半導体材料からなる有機半導体層を有する有機半導体構造物であって、前記有機半導体層は、良配向状態を有し、前記有機半導体材料をライオトロピック液晶相を呈する濃度に保持した後に溶媒を徐々に除くことにより形成されることを特徴とする有機半導体構造物。
  8. 前記有機半導体層が、液晶配向層と接触する状態で形成されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の有機半導体構造物。
  9. 前記液晶配向層がポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、及び、ポリイミドからなる群より選択される材料からなり、前記有機半導体層を構成する有機半導体材料が、当該液晶配向層との接触により特定方向に異方性配向していることを特徴とする請求項８に記載の有機半導体構造物。
  10. 前記液晶配向層が微小凹凸を表面に有する硬化性樹脂からなり、前記有機半導体層を構成する有機半導体材料が当該液晶配向層との接触により特定方向に異方性配向していることを特徴とする請求項８に記載の有機半導体構造物。
  11. 前記液晶配向層が基材と微小凹凸を表面に有する硬化性樹脂とからなり、前記有機半導体層を構成する有機半導体材料が当該液晶配向層との接触により特定方向に異方性配向していることを特徴とする請求項８に記載の有機半導体構造物。
  12. 前記有機半導体層を構成する有機半導体材料が、π電子環からなる骨格構造の電子軌道の重なり方向と電荷輸送方向とが一致する方向に異方性配向していることを特徴とする請求項８に記載の有機半導体構造物。
  13. 前記有機半導体層が、電子移動度１０−５ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上、又は、正孔輸送移動度１０−５ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上を有することを特徴とする請求項５〜１２のいずれか１項に記載の有機半導体構造物。
  14. 少なくとも基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ドレイン電極、及びソース電極を有する有機半導体装置であって、前記有機半導体層が、請求項１に記載の有機半導体材料で形成されていることを特徴とする有機半導体装置。
  15. 前記有機半導体層が、電子移動度１０−５ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上、又は、正孔輸送移動度１０−５ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上を有することを特徴とする請求項１４に記載の有機半導体装置。
  16. 請求項５〜１３のいずれか１項に記載の有機半導体構造物の、有機トランジスタ、有機ＥＬ素子、有機電子デバイス又は有機太陽電池としての使用。


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