JP5157079B2 - 有機半導体材料、有機半導体膜、有機半導体デバイス及び有機薄膜トランジスタ - Google Patents

Description

本発明は、有機半導体材料、有機半導体膜、有機半導体デバイス及び有機薄膜トランジスタに関する。

情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。また、さらに情報化の進展に伴い、従来、紙媒体で提供されていた情報が電子化される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。

一般に平板型のディスプレイ装置においては、液晶、有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス）、電気泳動等を利用した素子を用いて表示媒体を形成している。また、こうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度等を確保するために、画像駆動素子としてアクティブ駆動素子（ＴＦＴ素子）を用いる技術が主流になっている。例えば、通常のコンピュータディスプレイではガラス基板上にこれらＴＦＴ素子を形成し、液晶、有機ＥＬ素子等が封止されている。

ここでＴＦＴ素子には主にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）等の半導体を用いることができ、これらのＳｉ半導体（必要に応じて金属膜も）を多層化し、ソース、ドレイン、ゲート電極を基板上に順次形成していくことでＴＦＴ素子が製造される。こうしたＴＦＴ素子の製造には通常、スパッタリング、その他の真空系の製造プロセスが必要とされる。

しかしながら、このようなＴＦＴ素子の製造では、真空チャンバーを含む真空系の製造プロセスを何度も繰り返して各層を形成せざるを得ず、装置コスト、ランニングコストが非常に膨大なものとなっていた。例えば、ＴＦＴ素子では、通常それぞれの層の形成のために真空蒸着、ドープ、フォトリソグラフ、現像等の工程を何度も繰り返す必要があり、何十もの工程を経て素子を基板上に形成している。スイッチング動作の要となる半導体部分に関しても、ｐ型、ｎ型等、複数種類の半導体層を積層している。こうした従来のＳｉ半導体による製造方法ではディスプレイ画面の大型化のニーズに対し、真空チャンバー等の製造装置の大幅な設計変更が必要とされる等、設備の変更が容易ではない。

また、このような従来からのＳｉ材料を用いたＴＦＴ素子の形成には高い温度の工程が含まれるため、基板材料には工程温度に耐える材料であるという制限が加わることになる。このため実際上はガラスを用いざるをえず、先に述べた電子ペーパーあるいはデジタルペーパーといった薄型ディスプレイを、こうした従来知られたＴＦＴ素子を利用して構成した場合、そのディスプレイは重く、柔軟性に欠け、落下の衝撃で割れる可能性のある製品となってしまう。ガラス基板上にＴＦＴ素子を形成することに起因するこれらの特徴は、情報化の進展に伴う手軽な携行用薄型ディスプレイへのニーズを満たすにあたり望ましくないものである。

一方、近年において高い電荷輸送性を有する有機化合物として、有機半導体材料の研究が精力的に進められている。これらの化合物は有機ＥＬ素子用の電荷輸送性材料のほか、有機レーザー発振素子（例えば、非特許文献１参照。）や、多数の論文にて報告されている有機薄膜トランジスタ素子（有機ＴＦＴ素子）への応用が期待されている（例えば、非特許文献２参照。）。

これら有機半導体デバイスを実現できれば、比較的低い温度での真空ないし低圧蒸着による製造プロセスの簡易化や、さらにはその分子構造を適切に改良することによって、溶液化できる半導体を得る可能性があると考えられ、有機半導体溶液をインク化することによりインクジェット方式を含む印刷法による製造も考えられる。これらの低温プロセスによる製造は、従来のＳｉ系半導体材料については不可能と考えられてきたが、有機半導体を用いたデバイスにはその可能性があり、従って前述の基板耐熱性に関する制限が緩和され、透明樹脂基板上にも例えばＴＦＴ素子を形成できる可能性がある。透明樹脂基板上にＴＦＴ素子を形成し、そのＴＦＴ素子により表示材料を駆動させることができれば、ディスプレイを従来のものよりも軽く、柔軟性に富み、落としても割れない（もしくは非常に割れにくい）ディスプレイとすることができるであろう。

しかしながら、こうしたＴＦＴ素子を実現するための有機半導体としてこれまでに検討されてきたのは、ペンタセンやテトラセンといったアセン類（例えば、特許文献１参照。）、鉛フタロシアニンを含むフタロシアニン類、ペリレンやそのテトラカルボン酸誘導体といった低分子化合物（例えば、特許文献２参照。）や、α−チエニールもしくはセクシチオフェンと呼ばれるチオフェン６量体を代表例とする芳香族オリゴマー（例えば、特許文献３参照。）、ナフタレン、アントラセンに５員の芳香族複素環が対称に縮合した化合物（例えば、特許文献４参照。）、モノ、オリゴ及びポリジチエノピリジン（例えば、特許文献５参照。）、更には、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリ−ｐ−フェニレンビニレンといった共役高分子等限られた種類の化合物（例えば、非特許文献１〜３参照。）でしかなく、溶剤への十分な溶解性を保持しながら、十分なキャリア移動度・ＯＮ／ＯＦＦ比を示す材料は見出されていない。

最近、溶解性の高いアセン類であるルブレンの単結晶によって非常に高い移動度が報告されているが（例えば、非特許文献４参照。）、溶液キャストで成膜したルブレンの膜はこのような単結晶構造を取らず、十分な移動度は得られていない。また、高いキャリア移動度と優れた半導体デバイス特性を発現することが報告されているペンタセンは、有機溶媒に対して不溶、もしくは難溶という課題があった。この点を改良するために、ペンタセンに官能基を付与した化合物等も開示され、溶液塗布によって比較的良好なキャリア移動度が得られるとの報告もされている（例えば、特許文献６参照。）。

しかし、これらルブレンやペンタセン等のアセン系の化合物は、空気によって容易に酸化されエンドペルオキシドのような酸化体や二量体などへの転化を起こし、電界効果トランジスタとしての性能が大きく劣化してしまうことが知られており、溶液での保存安定性や、塗布膜の安定性についてはいまだ解決すべき課題が残されている。酸化に対して比較的安定なアセン系化合物の例としては、ペンタセンの６、１３位やアントラジチオフェンの５、１１位をシリルエチニル基で置換した一部の化合物が、塗布膜の安定性が良いとの報告がある（例えば、非特許文献５、６、７及び特許文献７参照。）。

しかしながら、これらの報告においては、酸化に対する安定性が向上したと定性的な性状を述べているのみであり、いまだ実用に耐えうる程度の安定性は得られていない。

従って、工程適性を有する溶媒に高濃度に溶解し、且つ、十分なキャリア移動度、ｏｎ／ｏｆｆ比を有し、さらには溶液状態での安定性を有するような、新規な電荷輸送性材料を用いた半導体性組成物の開発が待望されている。

しかしながら、上記文献においては、該化合物の半導体材料としての検討は行われておらず利用法が例示されているのみであり、十分なＴＦＴ性能は得られていない。

従って、工程適性を有する溶媒に高濃度に溶解し、かつ十分なキャリア移動度、ｏｎ／ｏｆｆ比を有し、さらには溶液状態での安定性を有するような、新規な電荷輸送性材料を用いた半導体性組成物の開発が待望されている。
特開平５−５５５６８号公報 特開平５−１９０８７７号公報 特開平８−２６４８０５号公報 特開平１１−１９５７９０号公報 特開２００３−１５５２８９号公報 国際公開第０３／０１６５９９号パンフレット 米国特許第６６９００２９号明細書 『サイエンス』（Ｓｃｉｅｎｃｅ）誌２８９巻、５９９ページ（２０００） 『ネイチャー』（Ｎａｔｕｒｅ）誌４０３巻、５２１ページ（２０００） 『アドバンスド・マテリアル』（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ）誌、２００２年、第２号、９９ページ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００４，３０３，５６６４，１６４４−１６４６ Ｏｒｇ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．４（２００２），１５ページ Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．１２７（２００５），４９８６ページ Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，Ｖｏｌ．１５（２００３），２００９頁

本発明の目的は、薄膜トランジスタ用途に有用な有機半導体材料を分子設計し、得られた有機半導体材料を用いて、高いキャリア移動度を示し、ＯＮ／ＯＦＦ比が高く、且つ、高耐久性（酸化安定性及び経時安定性向上）を併せ持つ、有機半導体膜、有機半導体デバイス及び有機薄膜トランジスタを提供することである。

本発明の上記目的は、下記の構成１〜１２により達成された。

１．３〜７のベンゼン環が一直線状に縮合したアセンからなる芳香族縮合多環、又は該アセンにおける片末端又は両末端にチオフェン環を縮合してなる芳香族縮合多環からなる化合物を含有する有機半導体材料を含有する有機半導体膜であって、
該芳香族縮合多環が下記一般式（１）で表される置換基を３つ以上有し、
前記３つ以上の前記一般式（１）で表される置換基のＲが、各々、
水素原子、ハロゲン原子、または、下記（ア）から選ばれるアルキル基で置換されてもよい下記置換基群（ア）〜（ミ）から選ばれた１つの置換基を表すか、
あるいは、−Ｓｉ（Ｒ’）₃、−Ｇｅ（Ｒ’）₃又は−Ｐ（Ｎ（Ｒ’）_２）_２からなる１つの置換基（Ｒ’は、水素原子、ハロゲン原子または下記（ア）から選ばれるアルキル基を表す）を表し、
少なくとも１つの前記一般式（１）で表される置換基のＲが、アルキル基又はシクロアルキル基を含んでいることを特徴とする有機半導体膜。
＜置換基群（ア）〜（ミ）＞
（ア）メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、又はペンタデシル基から選ばれるアルキル基；
（イ）シクロペンチル基、又はシクロヘキシル基から選ばれるシクロアルキル基；
（ウ）ビニル基、アリル基、１−プロペニル基、２−ブテニル基、１，３−ブタジエニル基、２−ペンテニル基、又はイソプロペニル基から選ばれるアルケニル基；
（エ）エチニル基、プロパルギル基から選ばれるアルキニル基；
（オ）フェニル基、ｐ−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、又はビフェニリル基から選ばれる芳香族炭化水素基；
（カ）フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、キナゾリニル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基、又はフタラジニル基から選ばれる芳香族複素環基；
（キ）ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、又はオキサゾリジル基から選ばれる複素環基；
（ク）メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、又はドデシルオキシ基から選ばれるアルコキシ基；
（ケ）シクロペンチルオキシ基、又はシクロヘキシルオキシ基から選ばれるシクロアルコキシ基；
（コ）フェノキシ基、又はナフチルオキシ基から選ばれるアリールオキシ基；
（サ）メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、又はドデシルチオ基から選ばれるアルキルチオ基；
（シ）シクロペンチルチオ基、又はシクロヘキシルチオ基から選ばれるシクロアルキルチオ基；
（ス）フェニルチオ基、又はナフチルチオ基から選ばれるアリールチオ基；
（セ）メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、又はドデシルオキシカルボニル基から選ばれるアルコキシカルボニル基；
（ソ）フェニルオキシカルボニル基、又はナフチルオキシカルボニル基から選ばれるアリールオキシカルボニル基；
（タ）アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、又は２−ピリジルアミノスルホニル基から選ばれるスルファモイル基；
（チ）アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、２−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、又はピリジルカルボニル基から選ばれるアシル基；
（ツ）アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、又はフェニルカルボニルオキシ基から選ばれるアシルオキシ基；
（テ）メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、２−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、又はナフチルカルボニルアミノ基から選ばれるアミド基；
（ト）アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、２−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、又は２−ピリジルアミノカルボニル基から選ばれるカルバモイル基；
（ナ）メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基ナフチルウレイド基、又は２−ピリジルアミノウレイド基から選ばれるウレイド基；
（ニ）メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、２−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、又は２−ピリジルスルフィニル基から選ばれるスルフィニル基；
（ヌ）メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、２−エチルヘキシルスルホニル基、又はドデシルスルホニル基から選ばれるアルキルスルホニル基；
（ネ）フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、又は２−ピリジルスルホニル基から選ばれるアリールスルホニル基またはヘテロアリールスルホニル基；
（ノ）アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、２−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、又は２−ピリジルアミノ基から選ばれるアミノ基；
（ハ）フッ素原子、塩素原子、又は臭素原子から選ばれるハロゲン原子；
（ヒ）フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、又はペンタフルオロフェニル基から選ばれるフッ化炭化水素基；
（フ）シアノ基；
（ヘ）ニトロ基；
（ホ）ヒドロキシ基；
（マ）メルカプト基；
（ミ）ホスホノ基

〔式中、＊は前記芳香族縮合多環との結合部位を表す。〕
２．前記化合物は、前記芳香族縮合多環が下記一般式（２）で表される部分構造を少なくとも一つ含んでいることを特徴とする前記１に記載の有機半導体膜。

〔式中、Ｒ₁、Ｒ₂は、各々前記一般式（１）のＲを表す。〕
３．前記化合物は、前記芳香族縮合多環が前記一般式（２）で表される部分構造を二つ以上含んでいることを特徴とする前記２に記載の有機半導体膜。

前記化合物は、下記一般式（３）で表される部分構造を有することを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の有機半導体膜。

〔式中、Ｒ₃〜Ｒ₆は、各々前記一般式（１）のＲを表す。ｎ１〜ｎ３は０以上の整数を表すが、２≦ｎ１＋ｎ２＋ｎ３≦５である。〕

５．前記化合物は、前記一般式（２）のＲ₁、Ｒ₂、一般式（３）のＲ₃〜Ｒ₆が、各々同一の置換基であることを特徴とする前記２〜４のいずれか１項に記載の有機半導体膜。

６．前記有機半導体材料を有機溶媒に溶解または分散し、得られた溶液または分散液を塗布・乾燥することによって形成されることを特徴とする前記１〜５の何れかに記載の有機半導体膜。

７．前記１〜６のいずれか１項に記載の有機半導体膜を用いることを特徴とする有機半導体デバイス。

８．前記１〜６のいずれか１項に記載の有機半導体膜を半導体層に用いることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。

本発明により、薄膜トランジスタ用途に有用な有機半導体材料を分子設計し、得られた有機半導体材料を用いて、高いキャリア移動度を示し、ＯＮ／ＯＦＦ比が高く、且つ、高耐久性（酸化安定性及び経時安定性向上）を併せ持つ、有機半導体膜、有機半導体デバイス及び有機薄膜トランジスタを提供することが出来た。

本発明の有機半導体材料においては、請求項１〜８のいずれか１項に規定される構成を用いることにより、薄膜トランジスタ用途に有用な有機半導体材料が得られた。

得られた該有機半導体材料を用いて、高いキャリア移動度を示し、良好なＯＮ／Ｏｆｆ特性を示す、有機半導体膜、有機半導体デバイス及び有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴともいう）が得られた。

また、本発明の有機ＴＦＴを具備した有機エレクトロルミネッセンス素子は、良好な発光特性を示すことが判った。

以下、本発明に係る各構成要素の詳細について、順次説明する。

《有機半導体材料》
本発明に係る有機半導体材料について説明する。

本発明者等は上記の問題点を種々検討した結果、３環以上の環が縮合した芳香族縮合多環を部分構造として有し、該芳香族縮合多環が上記一般式（１）で表される置換基を３つ以上有する、本発明に係る化合物を含有する有機半導体材料が、高い移動度と酸化に対する高い安定性を有することが判明した。これは、本発明に係る化合物はキャリア移動に有利な大きなπ共役面を有する芳香族縮合多環を部分構造として有しており、さらに縮合多環化合物で大きな問題となる溶液中での安定性についても、アルキニル置換基を３つ以上導入することにより酸化に対して十分に安定な程度に分子の酸化電位を下げることができたことによると推測される。

また、アルキニル置換基は芳香環同士のπスタックを阻害する要素が少ないため、分子がより密に配列した結晶性の高い膜が形成され、その結果、塗布膜の移動度を高いものとできるのみならず、酸素や水分などの劣化因子が浸透しにくい薄膜となり、耐久性が向上したものと推測される。

《一般式（１）で表される置換基を３つ以上有する化合物》
本発明の有機半導体材料に係る、３環以上の環が縮合した芳香族縮合多環を部分構造として有し、該芳香族縮合多環が上記一般式（１）で表される置換基を３つ以上有する化合物について説明する。

《芳香族縮合多環》
本発明に係る芳香族縮合多環について説明する。

本発明の有機半導体材料に係る化合物は、３環以上の環が縮合した芳香族縮合多環を部分構造として有する。ここで、３環以上の環が縮合した芳香族縮合多環としては、芳香族炭化水素環または芳香族複素環等が挙げられる。

《３環以上が縮合した芳香族炭化水素環》
３環以上が縮合した芳香族炭化水素環としては、具体的には、ナフタセン環、アントラセン環、テトラセン環、ペンタセン環、ヘキサセン環、フェナントレン環、ピレン環、ベンゾピレン環、ベンゾアズレン環、クリセン環、ベンゾクリセン環、アセナフテン環、アセナフチレン環、トリフェニレン環、コロネン環、ベンゾコロネン環、ヘキサベンゾコロネン環、フルオレン環、ベンゾフルオレン環、フルオランテン環、ペリレン環、ナフトペリレン環、ペンタベンゾペリレン環、ベンゾペリレン環、ペンタフェン環、ピセン環、ピラントレン環、コロネン環、ナフトコロネン環、オバレン環、アンスラアントレン環等が挙げられる。

尚、これらの環は後述する一般式（１）のＲで表される置換基を有していてもよい。

《３環以上が縮合した芳香族複素環》
３環以上が縮合した芳香族複素環としては、好ましくはＮ、Ｏ及びＳから選択されたヘテロ原子を縮合環を構成する元素として含有する芳香族複素縮合環であることが好ましく、具体的には、アクリジン環、ベンゾキノリン環、カルバゾール環、フェナジン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、カルボリン環、サイクラジン環、キンドリン環、テペニジン環、キニンドリン環、トリフェノジチアジン環、トリフェノジオキサジン環、フェナントラジン環、アクリンドリン環、アントラジン環、ペリミジン環、ジアザカルバゾール環（カルボリン環を構成する炭素原子の任意の一つが窒素原子で置き換わったものを表す）、フェナントロリン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ナフトフラン環、ナフトチオフェン環、ベンゾジフラン環、ベンゾジチオフェン環、ナフトジフラン環、ナフトジチオフェン環、アントラフラン環、アントラジフラン環、アントラチオフェン環、アントラジチオフェン環、チアントレン環、フェノキサチイン環、チオファントレン環（ナフトチオフェン環）等が挙げられる。

尚、これらの環は後述する一般式（１）のＲで表される置換基を有していてもよい。

また、これらの縮合芳香族環は、ペリ縮環（縮合芳香族環を構成する元素のうち、３環の芳香族環の頂点として共有される原子がある縮合環）よりもカタ縮環（３環の芳香族環の頂点として共有される原子がなく、芳香族環が線状に伸びた縮合環）であることが好ましく、さらにカタ縮環のうちフェン系列（芳香族環が屈曲して縮合した縮合環）の縮合環よりもアセン系列（芳香族環が一直線状に縮合した縮合環）である方が好ましい。

更には、本発明に係る芳香族縮合多環は、好ましくは３〜８つの環が縮合しているものが好ましく、更に、４〜７つの環が縮合しているものが好ましい。

一般式（１）で表される置換基において、Ｒで表される置換基としては、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等）、シクロアルキル基（例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等）、アルケニル基（例えば、ビニル基、アリル基、１−プロペニル基、２−ブテニル基、１，３−ブタジエニル基、２−ペンテニル基、イソプロペニル基等）、アルキニル基（例えば、エチニル基、プロパルギル基等）、芳香族炭化水素基（芳香族炭素環基、アリール基等ともいい、例えば、フェニル基、ｐ−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等）、芳香族複素環基（例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、キナゾリニル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基（前記カルボリニル基のカルボリン環を構成する任意の炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す）、フタラジニル基等）、複素環基（例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等）、アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等）、シクロアルコキシ基（例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等）、アリールオキシ基（例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等）、アルキルチオ基（例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等）、シクロアルキルチオ基（例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等）、アリールチオ基（例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等）、アルコキシカルボニル基（例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等）、アリールオキシカルボニル基（例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等）、スルファモイル基（例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、２−ピリジルアミノスルホニル基等）、アシル基（例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、２−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等）、アシルオキシ基（例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等）、アミド基（例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、２−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等）、カルバモイル基（例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、２−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、２−ピリジルアミノカルボニル基等）、ウレイド基（例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基ナフチルウレイド基、２−ピリジルアミノウレイド基等）、スルフィニル基（例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、２−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、２−ピリジルスルフィニル基等）、アルキルスルホニル基（例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、２−エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基等）、アリールスルホニル基またはヘテロアリールスルホニル基（例えば、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、２−ピリジルスルホニル基等）、アミノ基（例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、２−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、２−ピリジルアミノ基等）、ハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等）、フッ化炭化水素基（例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基等）、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、−Ｓｉ（Ｒ）₃基（ここで、Ｒは置換基を表し、前記芳香族炭化水素環や芳香族複素環が有してもよい置換基と同義である）、−Ｇｅ（Ｒ）₃（ここで、Ｒは置換基を表し、前記芳香族炭化水素環や芳香族複素環が有してもよい置換基と同義である）またはホスホノ基等が挙げられる。

これらの置換基は、さらに置換されていてもよく、また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成していてもよい。また、本発明に係る芳香族縮合多環が、一般式（１）で表される置換基を複数有する場合には、該置換基のＲで表される置換基は、同一でもよく、異なっていても良い。

このような、３環以上の環が縮合した芳香族縮合多環を部分構造として有し、該芳香族縮合多環が上記一般式（１）で表される置換基を３つ以上有する化合物は、より結晶性の高い膜を形成し、その結果、塗布膜の移動度を高いものとできるのみならず、酸素や水分等の劣化因子が浸透しにくい薄膜となり、耐久性（酸化安定性及び経時安定性）を向上できたものと推定される。

本発明に係る一般式（１）で表される置換基を三つ以上有する化合物の中でも、好ましく用いられるのは、上記一般式（２）、一般式（３）等で各々表される部分構造を有する化合物である。

《一般式（２）で表される部分構造を少なくとも一つまたは少なくとも二つ含んでいる化合物》
一般式（２）において、Ｒ₁、Ｒ₂で、各々表される置換基は、一般式（１）において、Ｒで表される置換基と同義である。

《一般式（３）で表される部分構造を含む化合物》
一般式（３）において、Ｒ₃〜Ｒ₆で、各々表される置換基は、一般式（１）において、Ｒで表される置換基と同義である。

更に、本発明に係る化合物の好ましい態様（ａ）、（ｂ）、（ｃ）または（ｄ）について下記に示すと、
（ａ）前記一般式（１）のＲ、一般式（２）のＲ₁、Ｒ₂、一般式（３）のＲ₃〜Ｒ₅が、各々アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、−Ｓｉ（Ｒ‘）₃または−Ｇｅ（Ｒ‘）₃（ここで、Ｒ’は置換基を表す。）で表される場合、
（ｂ）前記一般式（１）のＲ、一般式（２）のＲ₁、Ｒ₂、一般式（３）のＲ₃〜Ｒ₅が、各々芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、−Ｓｉ（Ｒ）₃または−Ｇｅ（Ｒ）₃（ここで、Ｒは置換基を表す。）で表される場合、
（ｃ）前記一般式（２）のＲ₁、Ｒ₂、一般式（３）のＲ₃〜Ｒ₅が、各々同一の置換基で表される場合、
（ｄ）前記一般式（２）のＲ₁、Ｒ₂、一般式（３）のＲ₃〜Ｒ₅が、各々置換基を有するまたは２環以上が縮合した芳香族炭化水素環基または芳香族複素環基で表される場合、
等が挙げられる。

以上のことから、上記一般式（１）で表される置換基を３つ以上有する化合物を含む、本発明の有機半導体材料は、高耐久性（酸化安定性及び経時安定性）であり、且つ、キャリア移動度の高い材料を提供することが可能となった。

以下、本発明の有機半導体材料に係る化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。

本発明の有機半導体材料に係る化合物は、従来公知の合成法を参照することにより合成可能であるが、ここで、上記に具体例としてあげた例示化合物１の合成例を一例として示す。

《例示化合物１の合成》
以下に例示化合物１の合成スキーム概要を示す。

市販の５，７，１２，１４−ペンタセンテトロンを原料とし、Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，ｖｏｌ．３４， Ｎｏ．６， １９６９を参考に中間体１を合成し、次いで、該中間体１を用い、Ｃｈｅｍ．Ｚｅｎｔｒａｂｌ．，１１２，１９４１，８８９ページを参考に化合物例１を合成した。

《有機半導体膜》
本発明に係る有機半導体膜について説明する。

本発明の有機半導体材料は適当な有機溶媒（後述する）と混合し、溶液または分散液として用いることができる。

本発明の有機半導体材料を含有する溶液を用いて有機半導体膜を作製する場合、使用する有機溶媒は何を用いても構わず、また２種以上の有機溶媒を混合して用いてもよいが、好ましくは非ハロゲン系の溶媒を１種以上含んでおり、より好ましくは非ハロゲン系の溶媒のみで構成されていることが望ましい。

《室温で溶液または分散液》
本発明の有機半導体膜は、本発明の有機半導体材料を下記に示す有機溶媒と混合して調製した、室温で溶液または分散液を用いて膜形成する工程を経て作製されることが好ましい。ここで、室温で溶液または分散液とは、有機半導体材料と有機溶媒とを１０℃〜８０
℃の条件下で混合した時に、溶液または分散液が形成されることが好ましく、分散液とは、有機半導体材料が粒子状に分散された状態を表すが、分散液中に、有機半導体材料が部分的溶解している状態も含まれる。

また、分散液の一態様としては、例えば、８０℃の温度条件下では溶解し、溶液を形成するが、室温（通常２５℃前後の温度を示す）に戻すと有機半導体材料の粒子、凝集体、析出物等が有機溶媒中に分散されている状態等を挙げることが出来る。

（有機溶媒）
上記の溶液または分散液の調製に用いる有機溶媒としては、特に制限はなく、単一溶媒でも混合溶媒でもよいが、好ましくは、非ハロゲン系溶媒が用いられる。本発明に用いられる非ハロゲン系溶媒としては、ヘキサン、オクタンなどの脂肪族系、シクロヘキサンなどの脂環式系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジエチルエーテル、アニソール、ベンジルエチルエーテル、エチルフェニルエーテル、ジフェニルエーテル、メチル−ｔ−ブチルエーテル等のエーテル系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、エチルセロソルブ等のエステル系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、２−ヘキサノン、２−ヘプタノン、３−ヘプタノン等のケトン系溶媒、その他ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジエチルホルムアミド、１，３−ジオキソラン等が挙げられる。

また、併用される有機溶剤は、特に制限されるものではないが、好ましいものとしては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ピロリドン、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、β−メトキシプロピオン酸メチル、β−エトキシプロピオン酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、ヘキサン、リモネン、シクロヘキサンなどが挙げられる。これらの有機溶媒は２種類以上を組合せて用いることもできる。

また、エステル系溶剤としては、オキシイソ酪酸アルキルエステル等を用いてもよく、オキシイソ酪酸エステルとしては、α−メトキシイソ酪酸メチル、α−メトキシイソ酪酸エチル、α−エトキシイソ酪酸メチル、α−エトキシイソ酪酸エチルなどのα−アルコキシイソ酪酸アルキルエステル；β−メトキシイソ酪酸メチル、β−メトキシイソ酪酸エチル、β−エトキシイソ酪酸メチル、β−エトキシイソ酪酸エチルなどのβ−アルコキシイソ酪酸アルキルエステル；およびα−ヒドロキシイソ酪酸メチル、α−ヒドロキシイソ酪酸エチルなどのα−ヒドロキシイソ酪酸アルキルエステルが挙げられ、特にα−メトキシイソ酪酸メチル、β−メトキシイソ酪酸メチル、β−エトキシイソ酪酸メチルまたはα−ヒドロキシイソ酪酸メチル等を用いることができる。

《有機半導体デバイス、有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴともいう）》
本発明の有機半導体デバイス、有機薄膜トランジスタ（本願では、有機ＴＦＴともいう）について説明する。

本発明の有機半導体材料は、有機半導体膜、有機半導体デバイス、有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）等の半導体層に用いられることにより、良好に駆動する有機半導体デバイス、有機ＴＦＴを提供することができる。

有機ＴＦＴ（有機薄膜トランジスタ）は、支持体上に、半導体層として有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有し、その上にゲート絶縁層を介してゲー
ト電極を有するトップゲート型と、支持体上にまずゲート電極を有し、ゲート絶縁層を介して有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有するボトムゲート型に大別される。

本発明の有機半導体材料を有機ＴＦＴの半導体層に設置するには、真空蒸着により基板上に設置することもできるが、適切な溶剤に溶解し必要に応じ添加剤を加えて調製した溶液をキャストコート、スピンコート、印刷、インクジェット法、アブレーション法等によって基板上に設置するのが好ましい。

この場合、本発明に係る有機半導体化合物を溶解する溶剤は、該有機半導体化合物を溶解して適切な濃度の溶液が調製できるものであれば格別の制限はないが、具体的にはジエチルエーテルやジイソプロピルエーテル等の鎖状エーテル系溶媒、テトラヒドロフランやジオキサンなどの環状エーテル系溶媒、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン系溶媒、クロロホルムや１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、トルエン、ｏ−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、ｍ−クレゾール等の芳香族系溶媒、Ｎ−メチルピロリドン、２硫化炭素等を挙げることができる。これらの溶媒のうち、非ハロゲン系溶媒を含む溶媒が好ましく、非ハロゲン系溶媒で構成することが好ましい。

本発明において、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を形成する材料は導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム混合物、リチウム／アルミニウム混合物等が用いられるが、特に、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ＩＴＯおよび炭素が好ましい。あるいはドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体なども好適に用いられる。中でも半導体層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましい。

電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等によるレジストを用いてエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。更に導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。

ゲート絶縁層としては種々の絶縁膜を用いることができるが、特に比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニ
オブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。

上記皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。

ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えば、アルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法が用いられる。これらのうち好ましいのは、大気圧プラズマ法とゾルゲル法である。

大気圧下でのプラズマ製膜処理による絶縁膜の形成方法は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、基材上に薄膜を形成する処理で、その方法については特開平１１−６１４０６号公報、同１１−１３３２０５号公報、特開２０００−１２１８０４号公報、同２０００−１４７２０９号公報、同２０００−１８５３６２号公報等に記載されている（以下、大気圧プラズマ法とも称する）。これによって高機能性の薄膜を、生産性高く形成することができる。

また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、およびシアノエチルプルラン等を用いることもできる。有機化合物皮膜の形成法としては、前記ウェットプロセスが好ましい。無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。またこれら絶縁膜の膜厚としては、一般に５０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍである。

また、支持体はガラスやフレキシブルな樹脂製シートで構成され、例えば、プラスチックフィルムをシートとして用いることができる。前記プラスチックフィルムとしては、例えば、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）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）等からなるフィルム等が挙げられる。このように、プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに、衝撃に対する耐性を向上できる。

以下に、本発明に係る有機半導体化合物を用いて形成された有機薄膜を用いた有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）について説明する。

図１は、本発明に係る有機ＴＦＴの構成例を示す図である。同図（ａ）は、支持体６上に金属箔等によりソース電極２、ドレイン電極３を形成し、両電極間に本発明の有機薄膜トランジスタ材料からなる有機半導体層１を形成し、その上に絶縁層５を形成し、更にその上にゲート電極４を形成して電界効果トランジスタを形成したものである。同図（ｂ）は、有機半導体層１を、（ａ）では電極間に形成したものを、コート法等を用いて電極及び支持体表面全体を覆うように形成したものを表す。（ｃ）は、支持体６上に先ずコート
法等を用いて、有機半導体層１を形成し、その後ソース電極２、ドレイン電極３、絶縁層５、ゲート電極４を形成したものを表す。

同図（ｄ）は、支持体６上にゲート電極４を金属箔等で形成した後、絶縁層５を形成し、その上に金属箔等で、ソース電極２及びドレイン電極３を形成し、該電極間に本発明の有機薄膜トランジスタ材料により形成された有機半導体層１を形成する。その他同図（ｅ）、（ｆ）に示すような構成を取ることもできる。

図２は、有機ＴＦＴシートの概略等価回路図の１例を示す図である。

有機ＴＦＴシート１０はマトリクス配置された多数の有機ＴＦＴ１１を有する。７は各ＴＦＴ１１のゲートバスラインであり、８は各ＴＦＴ１１のソースバスラインである。各ＴＦＴ１１のソース電極には、出力素子１２が接続され、この出力素子１２は例えば液晶、電気泳動素子等であり、表示装置における画素を構成する。画素電極は光センサの入力電極として用いてもよい。図示の例では、出力素子として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。１３は蓄積コンデンサ、１４は垂直駆動回路、１５は水平駆動回路である。

また、本発明の有機半導体材料を用いた有機ＴＦＴは、例えばＳＩＤ２００５， ｓｅｓｓｉｏｎ４９−１，２，３で紹介されている技術に適用することができ、ａ−Ｓｉトランジスタを本発明の有機半導体トランジスタに置き換えることで良好な特性を得ることが可能である。

以下、技術適用の一例として、本発明の有機ＴＦＴを具備している有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）について記載する。

《有機ＥＬ素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）》
本発明の有機半導体デバイスまたは有機薄膜トランジスタは、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子ともいう）に具備することができ、有機ＥＬ素子は、例えば、陽極と陰極との間に有機ＥＬ層（有機層、有機化合物層ともいう）が挟まれた状態（挟持された状態ともいう）のものが挙げられるが、これらの構成としては、従来公知の層構成、有機ＥＬ層の材料等を用いて作製することが出来る。例えば、Ｎａｔｕｒｅ，３９５巻，１５１〜１５４頁の文献等が参照出来る。

有機ＥＬ素子を発光（例えば、表示装置、照明装置等に適用）させるにあたっては、高い発光輝度を得、且つ、発光寿命が長い等の効果を得る観点から、本発明の有機半導体デバイスまたは、本発明の有機薄膜トランジスタを具備していることが好ましい。

《表示装置》
有機ＥＬ素子は、照明用や露光光源のような一種のランプとして使用しても良いし、画像を投影するタイプのプロジェクション装置や、静止画像や動画像を直接視認するタイプの表示装置（ディスプレイ）として使用しても良い。動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は単純マトリクス（パッシブマトリクス）方式でもアクティブマトリクス方式でもどちらでも良い。または、異なる発光色を有する本発明の有機ＥＬ素子を２種以上使用することにより、フルカラー表示装置を作製することが可能である。

本発明の有機ＥＬ素子から構成される表示装置の一例を図面に基づいて説明する。

図３は、有機ＥＬ素子から構成される表示装置の一例を示した模式図である。

有機ＥＬ素子の発光により画像情報の表示を行う、例えば、携帯電話等のディスプレイの模式図である。ディスプレイ２１は、複数の画素を有する表示部Ａ、画像情報に基づいて表示部Ａの画像走査を行う制御部Ｂ等からなる。

制御部Ｂは、表示部Ａと電気的に接続され、複数の画素それぞれに外部からの画像情報に基づいて走査信号と画像データ信号を送り、走査信号により走査線毎の画素が画像データ信号に応じて順次発光して画像走査を行って画像情報を表示部Ａに表示する。

図４は、表示部Ａの模式図である。

表示部Ａは基板上に、複数の走査線２５及びデータ線２６を含む配線部と、複数の画素２３等とを有する。

表示部Ａの主要な部材の説明を以下に行う。

図においては、画素２３の発光した光が、白矢印方向（下方向）へ取り出される場合を示している。配線部の走査線２５及び複数のデータ線２６は、それぞれ導電材料からなり、走査線２５とデータ線２６は格子状に直交して、直交する位置で画素２３に接続している（詳細は図示せず）。

画素２３は、走査線２５から走査信号が印加されると、データ線２６から画像データ信号を受け取り、受け取った画像データに応じて発光する。発光の色が赤領域の画素、緑領域の画素、青領域の画素を、適宜、同一基板上に並置することによって、フルカラー表示が可能となる。

次に、画素の発光プロセスを説明する。

図５は、画素の模式図である。

画素は、有機ＥＬ素子１００、スイッチングトランジスタ１１０、駆動トランジスタ１２０、コンデンサ１３０等を備えている。複数の画素に有機ＥＬ素子１００として、赤色、緑色、青色発光の有機ＥＬ素子を用い、これらを同一基板上に並置することでフルカラー表示を行うことができる。

図５において、制御部Ｂからデータ線６０を介してスイッチングトランジスタ１１０のドレインに画像データ信号が印加される。そして、制御部Ｂから走査線５０を介してスイッチングトランジスタ１１０のゲートに走査信号が印加されると、スイッチングトランジスタ１１０の駆動がオンし、ドレインに印加された画像データ信号がコンデンサ１３０と駆動トランジスタ１２０のゲートに伝達される。

画像データ信号の伝達により、コンデンサ１３０が画像データ信号の電位に応じて充電されるとともに、駆動トランジスタ１２０の駆動がオンする。駆動トランジスタ１２０は、ドレインが電源ライン７に接続され、ソースが有機ＥＬ素子１００の電極に接続されており、ゲートに印加された画像データ信号の電位に応じて電源ライン７０から有機ＥＬ素子１００に電流が供給される。

制御部Ｂの順次走査により走査信号が次の走査線５０に移ると、スイッチングトランジスタ１１の駆動がオフする。しかし、スイッチングトランジスタ１１０の駆動がオフしてもコンデンサ１３０は充電された画像データ信号の電位を保持するので、駆動トランジス
タ１２の駆動はオン状態が保たれて、次の走査信号の印加が行われるまで有機ＥＬ素子１０の発光が継続する。順次走査により次に走査信号が印加されたとき、走査信号に同期した次の画像データ信号の電位に応じて駆動トランジスタ１２０が駆動して有機ＥＬ素子１００が発光する。

すなわち、有機ＥＬ素子１００の発光は、複数の画素それぞれの有機ＥＬ素子１００に対して、アクティブ素子であるスイッチングトランジスタ１１０と駆動トランジスタ１２０を設けて、図４に示されるような複数の画素２３に具備されている、各々の有機ＥＬ素子１００の発光を行っている。このような発光方法をアクティブマトリクス方式と呼んでいる。

ここで、有機ＥＬ素子１００の発光は、複数の階調電位を持つ多値の画像データ信号による複数の階調の発光でもよいし、２値の画像データ信号による所定の発光量のオン、オフでもよい。

また、コンデンサ１３０の電位の保持は、次の走査信号の印加まで継続して保持してもよいし、次の走査信号が印加される直前に放電させてもよい。

本発明においては、上述したアクティブマトリクス方式に限らず、走査信号が走査されたときのみデータ信号に応じて有機ＥＬ素子を発光させるパッシブマトリクス方式の発光駆動でもよい。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されない。ここで、実施例に用いる、比較用の有機半導体材料（有機半導体化合物ともいう）の構造式を以下に示す。

実施例１
《有機薄膜トランジスタ１の作製》
ゲート電極としての比抵抗０．０１Ω・ｃｍのＳｉウェハーに、厚さ２０００Åの熱酸化膜を形成してゲート絶縁層とした後、オクタデシルトリクロロシランによる表面処理を行った。

このような表面処理を行ったＳｉウェハー上に、比較化合物１（ペンタセン、アルドリッチ社製、市販試薬を昇華精製して用いた）を、窒素雰囲気下で窒素を３０分間バブリングしたトルエンに対して０．５質量％の濃度で溶解させ、窒素雰囲気下でスピンコート塗布（回転数２５００ｒｐｍ、１５秒）し、自然乾燥することによりキャスト膜を形成して、窒素雰囲気下で５０℃、３０分間の熱処理を施した。

さらに、この膜の表面にマスクを用いて金を蒸着してソース電極及びドレイン電極を形成した。ソース電極及びドレイン電極は幅１００μｍ、厚さ２００ｎｍで、チャネル幅Ｗ＝３ｍｍ、チャネル長Ｌ＝２０μｍの有機薄膜トランジスタ１を作製した。

《有機薄膜トランジスタ２の作製》
比較化合物２（２，３，９，１０−テトラヘキシルペンタセン）は、Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．２（２０００），ｐ８５に記載の方法で合成した。

有機薄膜トランジスタ１の作製において、比較化合物１を比較化合物２に変更した以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ２を作製した。

《有機薄膜トランジスタ３の作製》
比較化合物３は、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．１２３（２００１），ｐ９４８６，ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎに記載の方法で合成した。
有機薄膜トランジスタ１の作製において、比較化合物１を比較化合物４に変更した以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ３を作製した。

《有機薄膜トランジスタ４の作製》
比較化合物４は、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．１２７（２００５），ｐ４９８６，ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎに記載の方法で合成した。

有機薄膜トランジスタ１の作製において、比較化合物１を比較化合物５に変更した以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ４を作製した。

《有機薄膜トランジスタ５の作製》
有機薄膜トランジスタ１の作製において、比較化合物１を比較化合物４（ルブレン、アルドリッチ社製、市販試薬を昇華精製して用いた）に変更した以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ４を作製した。

《有機薄膜トランジスタ６〜１４の作製》
有機薄膜トランジスタ２の作製において、比較化合物１の代わりに、表１に記載の本発明の有機半導体材料に変更した以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ６〜１４を作製した。

《キャリア移動度及びＯＮ／ＯＦＦ値の評価》
得られた有機薄膜トランジスタ１〜１４について、各素子のキャリア移動度とＯＮ／ＯＦＦ値を、素子作成直後に測定した。なお、本発明では、Ｉ−Ｖ特性の飽和領域からキャリア移動度を求め、さらに、ドレインバイアス−５０Ｖとし、ゲートバイアス−５０Ｖ及び０Ｖにしたときのドレイン電流値の比率からＯＮ／ＯＦＦ比を求めた。

また同様の評価を、各素子を４０℃、９０％ＲＨの環境室に４８時間投入したのち、キャリア移動度・ＯＮ／ＯＦＦ比の再測定を行った。得られた結果を表１に示す。

表１から、本発明の有機半導体材料を用いて作製した有機薄膜トランジスタ６〜１４では、作製直後においてキャリア移動度・ＯＮ／ＯＦＦ比ともに優れた特性を示し、かつ、耐久試験後においても移動度が１０^-2以上、ＯＮ／ＯＦＦ比も１０⁵以上であり，経時劣化が少なく高い耐久性を併せ持つということが解る

本発明に係る有機ＴＦＴの構成例を示す図である。 有機ＴＦＴシートの概略等価回路図の１例を示す図である。 有機ＥＬ素子から構成される表示装置の一例を示した模式図である。 表示部Ａの模式図である。 画素の模式図である。

符号の説明

１ 有機半導体層
２ ソース電極
３ ドレイン電極
４ ゲート電極
５ 絶縁層
６ 支持体
７ ゲートバスライン
８ ソースバスライン
１０ 有機ＴＦＴシート
１１ 有機ＴＦＴ
１２ 出力素子
１３ 蓄積コンデンサ
１４ 垂直駆動回路
１５ 水平駆動回路
２１ ディスプレイ
２３ 画素
２５ 走査線
２６ データ線
２７ 電源ライン
１００ 有機ＥＬ素子
１１０ スイッチングトランジスタ
１２０ 駆動トランジスタ
１３０ コンデンサ
Ａ 表示部
Ｂ 制御部

Claims (8)

1. ３〜７のベンゼン環が一直線状に縮合したアセンからなる芳香族縮合多環、又は該アセンにおける片末端又は両末端にチオフェン環を縮合してなる芳香族縮合多環からなる化合物を含有する有機半導体材料を含有する有機半導体膜であって、
   該芳香族縮合多環が下記一般式（１）で表される置換基を３つ以上有し、
   前記３つ以上の前記一般式（１）で表される置換基のＲが、各々、
   水素原子、ハロゲン原子、または、下記（ア）から選ばれるアルキル基で置換されてもよい下記置換基群（ア）〜（ミ）から選ばれた１つの置換基を表すか、
   あるいは、−Ｓｉ（Ｒ’）₃、−Ｇｅ（Ｒ’）₃又は−Ｐ（Ｎ（Ｒ’）_２）_２からなる１つの置換基（Ｒ’は、水素原子、ハロゲン原子または下記（ア）から選ばれるアルキル基を表す）を表し、
   少なくとも１つの前記一般式（１）で表される置換基のＲが、アルキル基又はシクロアルキル基を含んでいることを特徴とする有機半導体膜。
   ＜置換基群（ア）〜（ミ）＞
   （ア）メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、又はペンタデシル基から選ばれるアルキル基；
   （イ）シクロペンチル基、又はシクロヘキシル基から選ばれるシクロアルキル基；
   （ウ）ビニル基、アリル基、１−プロペニル基、２−ブテニル基、１，３−ブタジエニル基、２−ペンテニル基、又はイソプロペニル基から選ばれるアルケニル基；
   （エ）エチニル基、プロパルギル基から選ばれるアルキニル基；
   （オ）フェニル基、ｐ−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、又はビフェニリル基から選ばれる芳香族炭化水素基；
   （カ）フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、キナゾリニル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基、又はフタラジニル基から選ばれる芳香族複素環基；
   （キ）ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、又はオキサゾリジル基から選ばれる複素環基；
   （ク）メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、又はドデシルオキシ基から選ばれるアルコキシ基；
   （ケ）シクロペンチルオキシ基、又はシクロヘキシルオキシ基から選ばれるシクロアルコキシ基；
   （コ）フェノキシ基、又はナフチルオキシ基から選ばれるアリールオキシ基；
   （サ）メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、又はドデシルチオ基から選ばれるアルキルチオ基；
   （シ）シクロペンチルチオ基、又はシクロヘキシルチオ基から選ばれるシクロアルキルチオ基；
   （ス）フェニルチオ基、又はナフチルチオ基から選ばれるアリールチオ基；
   （セ）メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、又はドデシルオキシカルボニル基から選ばれるアルコキシカルボニル基；
   （ソ）フェニルオキシカルボニル基、又はナフチルオキシカルボニル基から選ばれるアリールオキシカルボニル基；
   （タ）アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、又は２−ピリジルアミノスルホニル基から選ばれるスルファモイル基；
   （チ）アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、２−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、又はピリジルカルボニル基から選ばれるアシル基；
   （ツ）アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、又はフェニルカルボニルオキシ基から選ばれるアシルオキシ基；
   （テ）メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、２−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、又はナフチルカルボニルアミノ基から選ばれるアミド基；
   （ト）アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、２−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、又は２−ピリジルアミノカルボニル基から選ばれるカルバモイル基；
   （ナ）メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基ナフチルウレイド基、又は２−ピリジルアミノウレイド基から選ばれるウレイド基；
   （ニ）メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、２−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、又は２−ピリジルスルフィニル基から選ばれるスルフィニル基；
   （ヌ）メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、２−エチルヘキシルスルホニル基、又はドデシルスルホニル基から選ばれるアルキルスルホニル基；
   （ネ）フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、又は２−ピリジルスルホニル基から選ばれるアリールスルホニル基またはヘテロアリールスルホニル基；
   （ノ）アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、２−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、又は２−ピリジルアミノ基から選ばれるアミノ基；
   （ハ）フッ素原子、塩素原子、又は臭素原子から選ばれるハロゲン原子；
   （ヒ）フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、又はペンタフルオロフェニル基から選ばれるフッ化炭化水素基；
   （フ）シアノ基；
   （ヘ）ニトロ基；
   （ホ）ヒドロキシ基；
   （マ）メルカプト基；
   （ミ）ホスホノ基
   

   

   〔式中、＊は前記芳香族縮合多環との結合部位を表す。〕
2. 前記化合物は、前記芳香族縮合多環が下記一般式（２）で表される部分構造を少なくとも一つ含んでいることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体膜。
   

   

   
   〔式中、Ｒ₁、Ｒ₂は、各々前記一般式（１）のＲを表す。〕
3. 前記化合物は、前記芳香族縮合多環が前記一般式（２）で表される部分構造を二つ以上含んでいることを特徴とする請求項２に記載の有機半導体膜。
4. 前記化合物は、下記一般式（３）で表される部分構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機半導体膜。
   

   

   
   
   
   〔式中、Ｒ₃〜Ｒ₆は、各々前記一般式（１）のＲを表す。ｎ１〜ｎ３は０以上の整数を表すが、２≦ｎ１＋ｎ２＋ｎ３≦５である。〕
5. 前記化合物は、前記一般式（２）のＲ₁、Ｒ₂、一般式（３）のＲ₃〜Ｒ₆が、各々同一の置換基であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の有機半導体膜。
6. 前記有機半導体材料を有機溶媒に溶解または分散し、得られた溶液または分散液を塗布・乾燥することによって形成されることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の有機半導体膜。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機半導体膜を用いることを特徴とする有機半導体デバイス。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機半導体膜を半導体層に用いることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。

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