JPS6250383A - 両性化合物から形成された薄膜を含む素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は特定の両性化合物から形成された薄膜を含む素
子に関する。さらに詳しくは、アントラセン骨格の９位
および１０位にそれぞれ疎水性の置換基および親水性の
置換基を有する両性化合物から形成された薄膜を含む素
子に関する。

［従来の技術］ 最近、膜形成能を有する両性化合物が注目されている。

とくにラングミユア・ブロジエツト膜（以下、ＬＢ膜と
いう）や２分子膜を形成するような化合物が合成され、
学術的研究とともに応用研究が急速に展開されている。

アントラセン骨格を含む両性化合物については、イギリ
スのダーハム（ＤｕｒｈａＩｌｌ）大学のジー・ジーー
ロバーツ（Ｇ、　Ｇ、　Ｒｏｂｅｒｔｓ）教授らによっ
てアントラセンの９位、１０位が置換された一連の一般
式（■）： ＣｔｈＣＨ２Ｃ００Ｈ （式中、Ｒは０４〜１？のアルキル基を表わす）で示さ
れるアントラセン系両性化合物が研究され、Ｒがみじか
（ｎ−ｃ４）１９のときに電界発光が起こることが報告
されている。

一般式（１）で示される化合物のアルキル基の長さをか
えたジー・ジー・ロバーツ教授らの結果から、一般式（
Ｉ［）で示される化合物のばあいにはアルキル基がバリ
ヤーとして動き、該化合物が電界発光などの性質を発現
するのを妨げるという問題を有していることが指摘され
ており、またアルキル基が大きくなると耐熱性の低下を
まねくという問題もある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明者らは上記のごとき実情に鑑み、一般式（Ｉ［）
で示される化合物のアントラセン骨格の９位、１０位に
結合したアルキル基、アルキレン基に相当する部分の比
率が小さく、しかもＬＢＩＩＪＩを形成するのに充分な
疎水性を有する耐熱性の向上したアントラセン骨格を有
する両性化合物をすでに提案している（特願昭５９−１
８３９５８号明細り。しかし該両性化合物を適用した新
規な素子をうるに至っていない。

本発明は該両性化合物をを適用した素子をうろことを目
的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、一般式（Ｉ）： （ＣＨ２）ｎ （式中、１１．！、ｊ、に、ｊ、ｍ、ｎは０または正の
整数で、Ｏ≦ｈ、ｉ、Ｊ、に、ρ、ｍ、ｎ≦１０、ｈ＋
ｉ＋ｊ＋ｋｉ　＋ｍ＋ｎ≦ｌｏｔ’あり、Ｘは親水性基
を表わす）で示される両性化合物から形成された１膜を
含む素子に関する。

［実施例］ 本発明に用いる両性化合物は、一般式（Ｉ）：支 （式中、ｈ、ｉ、ｊ、に、ｆＪ、ｍ、ｎは０または正の
整数で、０≦ｈ、ｉ、ｊ、ｌ＜、ρ、ｍ、ｎ≦１０、ｈ
＋ｉ＋ｊ＋に＋ｊ　＋ｌｌｌ＋４１≦１０、好ましくは
ｈ＋１＋ｊ＋に＋１１÷ｍａｎ≦５であり、Ｘは親水性
基を表わす）で示される化合物であり、アントラセン骨
格の９位および１０位にそれぞれ疎水性の置換基および
親水性の置換基を有する両性化合物である。

アンｌ−ラセン骨格の９位および１０位に結合している
基のアルキル部分（ｈ、ｉ、ｊ、に、Ｎ、１ｍ、ｎが係
る部分）の比率が一般式（１）で示される両性化合物中
で大きくなると、すなわち一般式（Ｉ）中の１１．ｉ、
ｊ、に、Ｊｌ、ｌ、ｎがＯ≦ｈ、ｉ、ｊ、ｋＳ４１、ｍ
％ｎ≦１０．　ｈ＋ｉ＋ｊ＋ｋｉ　＋ｍ＋ｎ≦１０の範
囲をはずれると、アントラセン骨格の電界発光などの機
能を利用しようとするときに、前記９位および１０位に
結合している基のアルキル部分によって機能がうすめら
れ、また該化合物の耐熱性も低下する。したがって、こ
の観点からはアントラセン骨格の９位および１０位に結
合している基のアルキル部分の比率はできるだけ小さい
方が望ましいが、ＬＢＩＩｍとして使用するためには、
アントラセン骨格の９位および１０位に結合している基
がある程度大きいこと（とくに９位に結合する基の疎水
性が大きいこと）が必要で、一般式（１１中のｎが１で
あることが望ましく、ｎ＝１でり、ｉ、ｊ、に、Ｎが０
．１．２であり、ｍ＝ｉ、２であることがさらに好まし
い。

一般式ｆＩｌ中のｍがｍ≧１のときには、２つの独立し
た非局在π電子系がメチレン基によって分離された構造
になる。またｍ＝　０のときにはアルキル置換フェニル
基が直接アントラセン骨格に結合するが、この結合の酸
化安定性は、ｍが１またはそれ以上のばあいに比べてよ
くない。

一般式（１１中のＸとしては、たとえば−ＣＨ（ＣＯ２
Ｒ＋）　２　　（式中、Ｒ１はＣＩ〜５のアルキル基を
表わす）　、−ＣＨ（ＣＯ２Ｈ）２、−ＣＭ（ＣＨ２０
Ｈ１２、−ＣＨ（ＣＨ２０Ｒｔ）　２　　（式中、Ｒ１
は前記と同じ）、−ＣＨ２ＣＯ叶、−ＣＨ２ＣＯＯＲ＋
　　（式中、Ｒ１は前記と同じ）　、　−ＣＨ２ＣＨ２
ＯＨｌ−ＣＨ２ＣＲ２ＯＲ＋　　（式中、Ｒ１は前記と
同じ）などのほか、−ＣＯＯＨ、−０Ｈ１−ＮＲ２、−
ＣＭ、−ＣＯＯＲ＋　　（式中、Ｒ１は前記と同じ）　
、−ＣＯＮＨ２、−３Ｏ３Ｈなどの親水性基があげられ
るがこれらに限定されるものではない。一般式（１）で
示される両性化合物を用いて製造したし８膿の水面上に
おける膜の安定性および基板へ累積づる際の安定性の面
からすると、×が−（：Ｈ（ＣＯ２Ｒ１）　２　、−Ｃ
ｔｌ　（ＣＯ２Ｈ）２、−Ｃｌ（ＣＨ２０＋１１２、−
ＣＨ（ＣＨ２０８Ｂ）　２　、−ＣＨ２ＣＯ叶、−ＣＨ
２Ｃ０ＯＲ＋　、−ＣＨ２Ｃ１１２０Ｈｌ−ＣＨ２ＣＲ
２ＯＲ＋であることが好ましく、とくに−ＣＨ２ＣＯ叶
あるいは一〇８２ＣＨ＝ｏ　Ｈであることが望ましい。

本発明の素子には一般式ｆｌ）で示される両性化合物か
ら形成されたＭｉｌｌが含まれている。

本明細書にいう素子とは、電気および電子素子、光素子
で、一般式ｆｌ）の構造の化合物のもつ特性、すなわち
発光現象、光導電性および絶縁性を利用した上記の素子
である。一般式（１）で示される化合物は良好な絶縁性
能をもつことが確かめられており、Ｈｌｓ　　（金ｆｉ
／絶縁体／半導体）構造、ＨＩＭ　　（金属、／絶縁体
／′金属）構造にすることによって多くの素子を製造し
うる。具体的に列挙すれば、電界発光素子、放射線検出
素子、光導電素子、電界効果１〜ランジスタ、Ｉｌｌ〜
ランジスタ、光電変換素子、光検出素子、受光素子、発
光素子、熱電子トランジスタなどである。

一般式（１１で示される両性化合物から形成された薄膜
の形成法、膜厚などにはとくに限定はなく、簿膜に所望
される特性などに応じて適宜選択すればよい。

たとえばＬＢ法で成膜すると、２次元平面内で高度に配
向した薄膜がえられ、膜厚を数十人単位で成膜時の累積
回数で容易に制■することができ、ピンホールの少ない
１０００Å以下、望むなら１０〜２００人程度の厚さの
膜も成膜することができ、第４図に示すように薄膜でも
ピンホールなどの影響の少ない誘電特性を示す膿が形成
され、旧Ｓ　、　ＨＩＨ構造の各種デバイスに好適に使
用しろる。具体的には５００〜１００００人程度の厚さ
の膜を成膜して第１図に示すようなＨＩＭ構造の素子を
作製すると、ｌ　Ｘ　１０’　Ｖ／ｃａ程度以上の電界
をかけることによって、たとえば青色に発光する電界発
光素子がえられる。さらに絶縁体としての性能を利用し
、電子が金属と金属とにはさまれた絶縁層中で加速され
るように１旧Ｈ構造にすれば、熱電子トランジスタを製
造することができる。また種々の半導体、たとえばＳｉ
、ＧａＡｓ、　Ｚｎ５ｅ、　ＺｎＳ　、　ＣｄＴｅなど
の上に前記ｉｎ！Ｉを絶縁層として設け、ついで金１電
極を設けて旧Ｓ構造を有する電界効果トランジスタ、薄
膜トランジスタ、光電変換素子、受光素子、光検出素子
、発光素子などとして使用することもできる。このよう
に一般式ｍで示される両性化合物の５０〜５００人とい
うような薄膜を絶縁層として素子を作製すると、とくに
化合物半導体に適用したばあい、ＭＳ構造の素子や無機
の絶縁層を用いるばあいに比較して性能を向上させうる
。たとえば電界効果トランジスタなどでゲート電圧を低
下させたつしうる。

一方、一般式［＋１で示される両性化合物を用いて溶剤
キャスト法、真空蒸着法、スパッタ法などによって１１
１１を形成してもよい。

溶剤キャスト法によるばあい、一般式［＋］で示される
両性化合物をベンゼン、クロロホルム、エチルエーテル
、酢酸エチル、テトラヒドロフランなどの溶剤にとかし
、要すれば機械的強度改善、耐環境性の向上などのため
にアクリル系ポリマー、酢酸ビニル系ポリマー、ポリ塩
化ビニル、ポリスチレンなどのポリマーを共存せしめて
スピンコード法などの方法により基体上に塗布などすれ
ばよく、分子を配向させることはできないが、膜厚が１
０００人程度上り厚いばあいにピンホールのない良質な
膜が容易にえられる。

それゆえ、このような膜厚で用いる電界発光素子、放射
線検出素子、光導電素子などの用途に好適に使用しつる
。

蒸着法またはスパッタ法により薄膜を形成するばあい、
通常の有機物の成膜方法に準して行なえばよく、１００
０Å以下の薄くてピンホールの少ない膜をうるのは困難
で、Ｌ　Ｂ　＋ｌｌのように分子の高い配向性も望めな
いが、ドライプロセスであるという特徴があり、イオン
を介在させるためＬＢ法が適さない、かなり配向性のよ
い膜をつくることができる。ＨＩＳ構造や旧Ｈ構造の素
子などを形成するのに充分使用しうる。

つぎに本発明に用いる一般式（１）で示される両性化合
物で［Ｂ膜を成膜し、本発明の素子をうるばあいについ
て説明する。

ＬＢＩｍの製法としては、一般式ｍで示される両性化合
物を水面上に展開し、水面上に展開された化合物を一定
の表面圧で圧縮して単分子膜を形成し、その躾を基板上
に移しとる方法であるし８法のほか、水平付着法、回転
円筒法などの方法（新実験化学講座第１８巻　界面とコ
ロイド４９８〜５０８頁）などがあげられ、通常行なわ
れている方法であればとくに限定されることなく使用し
つる。

前記基板はえられる薄膜の用途に応じて適宜選択すれば
よく、たとえばガラス、アルミナ、石英などの一般的な
無機基板のほか、金属、プラスチックや、Ｓｉ、　Ｇａ
、　ＺｎＳのようなＩＶ族、■−Ｖ族、ＩＩ−Ｖｌ族な
どの半導体、さらにはＰｂＴ　ｉ０３、ＢａＴｉＯ３、
ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ５のような強誘電体なども基
板として用いつる。

たとえば電界発光素子のばあい、ガラス、アルミナ、石
英、プラスチック板、プラスチックフィルム、金属板、
金属ホイルなどの上に電子注入′Ｒ極（ＡＩ／　／Ｖ　
２０３など）またはホール注入電極（Ａｕ、　Ｐｔ、　
ＣｕＯ／Ｉ　ＸＳｅ／Ｔｅ　、　Ｒ化スズ、酸化スズイ
ンジウムなど）のいずれか、たとえばＡＪ電極を設け、
要すればその上にステアリン酸カドミウムなどを数！５
Ｉ９１１理したのちＬＢ法により一般式ｍで示される両
性化合物を必要な層数（約４０〜８００層）累積させる
。乾燥後他方の電極、たとえば半透明の金電極を蒸着さ
せ、それぞれの電極にワイヤリングを施し、Ａｕを（÷
）、Ｎを（−）にして　ＩＸ　１０’　Ｖ／ｃａｓ以上
印加すると０．１〜０．２ｆＬ程度の輝度で青色に発光
する。それゆえ暗所での表示用などの分野に適用しつる
。

つぎに本発明の素子を実施例にもとづき説明する。

実施例１ β−（９−フェニルエチル−１０−アントリル）プロピ
オン酸く以下、β−９−ＰＥ−１０−ＡＰＡという）：
の表面圧一分子当り面積曲線をｐＨ約４．５、水温１７
℃、Ｃｄ”　＝’　２．５ｘ１０−’Ｍ／ｊの条件で測
定した。

結果を第２図に示す。

表面圧を１５ｄｎｙｅ／　ｃｍに保持し、累積スピード
１０＋ａｍ／ｍｉｎで６９層のβ−９−ＰＥ−１０−Ａ
ＰＡ層（１）を、３層のステアリン酸カドミウムを処理
した厚さ１０００人のＭ電極（２を有するガラス基板（
３）上に累積させた。室温で一昼夜乾燥したのち厚さ２
００人（７）Ａｕ電Ｖ７Ａｔ４）を１　Ｘ　１０−”Ｔ
ｏｒｒ（７）条件下、通常の抵抗加熱蒸着法で形成した
のち各電極にワイヤリングを施し、第１図に示すような
電界発光素子を作製した。Ａｊ電慢を（−）　、Ａｕ電
極を（＋）になるように直流電圧２０ｖ／を印加したと
ころ、輝度０．　ＨＬの安定な青色の発光がえられた。

比較例１ 実施例１で用いたβ−９−ＰＥ−１０−ＡＰＡをβ−（
９−ｎ−ブチル−１０−アントリル）プロピオン酸にか
えたほかは実施例１と同様にして電界発光素子を作製し
、電圧を印加したところ、輝度０．０１ｆＬの青色の発
光が生じた。発光は実施例１のばあいよりも不安定であ
った。

実施例２ 実施例１で用いたβ−９−ＰＥ−１０−ＡＰＡのがねり
にβ−（９−ベンジル−１０−アントリル）プロピオン
酸く以下、β−９−８−１０−ＡＰＡ　、！：　イウ）
　ヲ用イ、実ｉ例１と同様にして電界発光素子を作製し
、直流１９Ｖを印加すると輝度０．２ｆＬであった。

実施例３ アルミ電極上にβ−９−ＰＥ−１０−ＡＰＡを累積数を
変えて累積し、乾燥後（デシケータ−中で１日）アルミ
電極を蒸着して誘電特性測定用サンプルを作製した。電
極面積は４．５＋＋ｍ２であった。

１ＫＨｚの周波数で測定したキャパシタンスから１／Ｃ
を累計数に対してプロットすると、第４図に示すように
勾配のある直線になり、累積が所定のとおり行なわれ、
ピンホールなどのないことがわかり、累積数が増加する
にしたがって１／Ｃが増加することがわかる。

［発明の効果］ 本発明に用いる両性化合物から形成された薄膜を有する
電界発光素子は従来のものにくらべて輝度が向上し、化
合物の耐熱性が良好であるので安定性が増す。またピン
ホールが少ない薄膜を利用した旧Ｓ　、　８１Ｍ構造の
素子では性能を向上せしめうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１でえられた電界発光素子の構造に関す
る説明図、第２図は実施例１で用いたβ−９−ＰＥ−１
０−ＡＰＡの実施例１の条件における表面圧一分子当り
面積曲線を示すグラフ、第３図は実施例２で用いたβ−
９−Ｂ−１０−ＡＰＡの所定の条件における表面圧一分
子当り面積曲線を示すグラフ、第４図は実施例３でえら
れたＬＢＩＩＩの累積数と１／Ｃとの関係を示すグラフ
である。 、ｔ’２国 分子当り面積　　Ｇ＠褐子） ７３図 分子当り面積　（人シ券→

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．一般式（Ｉ）： ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎは０または正の整
   数で、０≦ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ≦１０、ｈ＋ｉ
   ＋ｊ＋ｋ＋ｌ＋ｍ＋ｎ≦１０であり、ｘは親水性基を表
   わす）で示される両性化合物から形成された薄膜を含む
   素子。
2. ２．前記薄膜がラングミユア・ブロジエツト法により形
   成された薄膜である特許請求の範囲第１項記載の素子。
3. ３．前記素子が電界発光素子である特許請求の範囲第２
   項記載の素子。