(57)【要約】【課題】分子配向方向が制御された電荷輸送性非晶質薄膜を得る方法を提供する。【解決手段】明確な融点を示さず、６０℃以上のガラス転移点（Tg）を有し、分子量４００〜２５００の範囲にあり、電荷輸送性のアミン系π共役化合物であって、該π共役化合物が内接する最小直径の円筒の長さ(L)と直径(D)の比(L/D)が２．５以上であるπ共役化合物を、基板に蒸着製膜する際に、基板温度を制御することにより、π共役化合物の配向方向を制御して電荷輸送性非晶質膜の配向方向を制御する方法、及び蒸着する基板の温度を０℃〜Tg-３０℃の範囲に制御してπ共役化合物の分子配向が基板に対して水平方向に配向した電荷輸送性非晶質薄膜を製造する方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
明確な融点を示さず、６０℃以上のガラス転移点を有し、分子量４００〜２５００の範囲にあり、電荷輸送性のアミン系のπ共役化合物であって、該π共役化合物が内接する最小直径の円筒の長さ(L)と直径(D)の比(L/D)が２．５以上であるπ共役化合物を、基板に蒸着製膜する際に、基板温度を制御することにより、π共役化合物の配向方向を制御することを特徴とする電荷輸送性非晶質膜の配向方向制御方法。
【請求項２】
π共役化合物が、下式（１）で示されるπ共役化合物である請求項１に記載の電荷輸送性非晶質膜の配向方向制御方法。
【化１】
2010212112.tif 000010
（ここで、Ar1〜Ar3は独立に、２価の炭素数６〜３０の芳香族炭化水素基を表し、Ar4〜Ar7は独立に、炭素数６〜３０の芳香族炭化水素基を表し、Ar4とAr5を構成する２つの芳香族炭化水素基が直接結合又は置換基を介して結合してAr4とAr5が置換するNとで縮合複素環を形成しても良く、Ar6とAr7を構成する２つの芳香族炭化水素基が直接結合又は置換基を介して結合してAr6とAr7が置換するNとで縮合複素環を形成しても良い。L1〜L2は独立に、エチレン基又はアセチレン基を表す。ｌ、ｍ、ｎ、ｏ及びｐは０〜６の整数を表すが、ｌ、ｎ又はｐの何れか１つは０ではない。）
【請求項３】
明確な融点を示さず、６０℃以上のガラス転移点を有し、分子量４００〜２５００の範囲にある下式（１）で示されるπ共役化合物であって、該π共役化合物が内接する最小直径の円筒の長さ(L)と直径(D)の比(L/D)が２．５以上であるπ共役化合物を基板に蒸着製膜する際に、基板温度を制御することにより、π共役化合物の配向方向を制御することを特徴とする電荷輸送性非晶質膜の製造方法。
【化２】
2010212112.tif 000011
（ここで、Ar1〜Ar3は独立に、２価の炭素数６〜３０の芳香族炭化水素基を表し、Ar4〜Ar7は独立に、炭素数６〜３０の芳香族炭化水素基を表し、Ar4とAr5を構成する２つの芳香族炭化水素基が直接結合又は置換基を介して結合してAr4とAr5が置換するNとで縮合複素環を形成しても良く、Ar6とAr7を構成する２つの芳香族炭化水素基が直接結合又は置換基を介して結合してAr6とAr7が置換するNとで縮合複素環を形成しても良い。L1〜L2は独立に、エチレン基又はアセチレン基を表す。ｌ、ｍ、ｎ、ｏ及びｐは０〜６の整数を表すが、ｌ、ｎ又はｐの何れか１つは０ではない。）
【請求項４】
式（１）で示されるπ共役化合物が、下式（２）で示されるπ共役化合物である請求項３に記載の電荷輸送性非晶質薄膜の製造方法。
【化３】
2010212112.tif 000012
（ここで、Ar1〜Ar3は独立に、２価の炭素数６〜３０の芳香族炭化水素基を表し、L1〜L2は独立に、エチレン基又はアセチレン基を表す。ｌ、ｍ、ｎ、ｏ及びｐは０〜６の整数を表し、ｌ、ｎ又はｐの何れか１つは０ではない。）
【請求項５】
式（１）で示されるπ共役化合物が、下式（３）で示されるπ共役化合物である請求項３に記載の電荷輸送性非晶質薄膜の製造方法。
【化４】
2010212112.tif 000013
（ここで、Ar2は、２価の炭素数６〜３０の芳香族炭化水素基を表す。）
【請求項６】
蒸着する基板の温度を、０℃〜π共役化合物のガラス転移点−３０℃の範囲に制御し、π共役化合物の分子配向が基板に対して水平方向になるように制御することを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の電荷輸送性非晶質薄膜の製造方法。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれかに記載の製造方法により製造されることを特徴とする電荷輸送性非晶質薄膜。
【請求項８】
請求項７に記載の電荷輸送性非晶質薄膜を用いることを特徴とする有機半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分子配向方向が制御された高電荷輸送性非晶質薄膜、その製造方法、及び分子配向方向の制御方法に関するものであり、更にはこれを使用した有機半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子デバイス分野では、有機半導体材料を用いる有機電子デバイスに関する技術開発が活発に進められている。この有機半導体材料は薄膜として所望のデバイスに使用される（非特許文献１）。例えば、有機EL素子の場合、一対の電極の間に有機半導体材料から得られる薄膜を積層して挟むことにより構成されるものが一般的である。また、有機トランジスタの場合、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を配置した基板上に有機半導体薄膜を形成する方法が一般的作成法の一つである。
【０００３】
これらの有機電子デバイスの特性を支配する重要な因子として有機薄膜の電荷輸送特性や界面平滑性が挙げられる。有機薄膜は、結晶質薄膜と非晶質薄膜の２種に大別することができる。結晶質薄膜では、結晶内の有機半導体材料分子の高次構造が規則的に配列しているために、電荷輸送特性は高くなる。しかし、薄膜形成の際に生じる結晶並びに結晶凝集により薄膜表面の平滑性が低下するため、面内の均一性が低下し、薄膜の積層構造によって構成される厚み方向に電流を流すデバイスにおいて、リーク電流・電気的ショート・耐久性悪化といった問題を生じる。一方、非晶質薄膜では、薄膜内での有機半導体材料分子の高次構造の規則性は無いため、電荷輸送特性は低くなる。しかし、薄膜形成の際には結晶生成が起きないため、平滑な薄膜表面を得ることができる。このため、厚み方向に電流を流すデバイスの面均一性・安定性といった点からは、非晶質薄膜は結晶質薄膜よりも好ましいといえる。すなわち、電荷輸送特性と界面平滑性の双方を両立できる薄膜が求められているが、その両立は困難な課題であった。
【０００４】
例えば、一対の電極の間に有機半導体材料から得られる薄膜を積層して挟むことにより構成される有機EL素子では、有機半導体薄膜として非晶質薄膜を用いることにより、デバイスの面均一性・安定性に好ましい平滑な界面を得ている。この場合、有機薄膜として、分子配向方向が水平方向に制御された有機薄膜を用いることができれば、電荷輸送性が向上すると共に光取出し効率の向上が期待されるが、従来の技術では困難であった。また、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を配置した基板上に有機半導体薄膜を形成することにより得られる有機トランジスタ素子では、ソース及びドレイン電極間での高い電荷輸送特性を得ることを目的として結晶質薄膜が用いられているが、薄膜内での結晶粒界や結晶凝集による電荷輸送特性の低下や界面平滑性の低下が課題となっていた。
【０００５】
このような問題点を解決するために、強電界条件下で低分子有機材料をスピンコート製膜することによる分子配向方向が制御された有機非晶質薄膜の製造が提案されている（特許文献１）。しかしながら、この報告では、得られる有機薄膜の分子配向状態に関する情報が開示されておらず、その得られた薄膜が与える特性としては２次の非線形光学効果が明らかにされているのみであった。また、有機EL素子において、そのキャリア輸送層に導電性液晶化合物を用いることによる配向制御された薄膜を用いる試みもなされているが（特許文献２、３）、非晶質薄膜を得る方法は開示されておらず、また、有機EL素子としての特性も十分ではなかった。最近、本発明者らの一部が、π共役材料としてスチリル系化合物の蒸着製膜を行った場合、基板に対して水平方向の配向が優先することを報告したが、配向方向を制御する具体的な因子や、水平配向が優先することによる電荷輸送特性の変化や、水平配向が優先することを利用した具体的な有機半導体素子を示すには至らなかった（非特許文献２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３３００１８号公報
【特許文献２】特開２００１−１６７８８７号公報
【特許文献３】特開２００１−１６７８８８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】進化する有機半導体、株式会社エヌ・ティー・エス  2006年
【非特許文献２】Organic Electronics 10(2009)127-137
【非特許文献３】Applied Physics Letters 93(2008)173302
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、分子配向が制御された電荷輸送性非晶質薄膜及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らはこのような問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、明確な融点を示さず、６０℃以上のガラス転移点を有する分子量４００〜２５００の範囲の比較的細長い構造を有するアミン系のπ共役化合物を基板に蒸着製膜する際に、基板温度を制御することにより、π共役化合物の配向方向が制御された電荷輸送性非晶質膜が得られることを見出し、本発明に到達した。
【００１０】
本発明は、明確な融点を示さず、６０℃以上のガラス転移点を有し、分子量４００〜２５００の範囲にあり、電荷輸送性のアミン系のπ共役化合物であって、該π共役化合物が内接する最小直径の円筒の長さ(L)と直径(D)の比(L/D)が２．５以上であるπ共役化合物を、基板に蒸着製膜する際に、基板温度を制御することにより、π共役化合物の配向方向を制御することを特徴とする電荷輸送性非晶質膜の配向方向制御方法である。
【００１１】
上記π共役化合物としては、下式（１）で示されるπ共役化合物が挙げられる。
【化１】
2010212112.tif 000002
（ここで、Ar1〜Ar3は独立に、２価の炭素数６〜３０の芳香族炭化水素基を表し、Ar4〜Ar7は、独立に、炭素数６〜３０の芳香族炭化水素基を表し、Ar4とAr5を構成する２つの芳香族炭化水素基が直接結合又は置換基を介して結合してAr4とAr5が置換するNとで縮合複素環を形成しても良く、Ar6とAr7を構成する２つの芳香族炭化水素基が直接結合又は置換基を介して結合してAr6とAr7が置換するNとで縮合複素環を形成しても良い。L1〜L2は独立に、エチレン基又はアセチレン基を表す。ｌ、ｍ、ｎ、ｏ及びｐは０〜６の整数を表すが、ｌ、ｎ又はｐの何れか１つは０ではない。）
【００１２】
また、本発明は上記式（１）で示されるπ共役化合物を基板に蒸着製膜する際に、基板温度を制御することにより、π共役化合物の配向方向を制御することを特徴とする電荷輸送性非晶質膜の製造方法である。
【００１３】
式（１）で示されるπ共役化合物としては、下式（２）又は（３）で示されるπ共役化合物が好ましい化合物として挙げられる。
【化２】
2010212112.tif 000003
（ここで、Ar1〜Ar3、L1〜L2及びl〜ｐは、式（１）と同じ意味である。）
【００１４】
【化３】
2010212112.tif 000004
（ここで、Ar2は、式（１）と同じ意味である。）
【００１５】
更に、本発明は、蒸着する基板の温度を、０℃〜π共役化合物のガラス転移点−３０℃の範囲に制御し、π共役化合物の分子配向が基板に対して水平方向になるように制御することを特徴とする上記の電荷輸送性非晶質薄膜の製造方法である。
【００１６】
また、本発明は上記電荷輸送性非晶質薄膜の製造方法により製造された電荷輸送性非晶質薄膜である。更に、本発明は、この電荷輸送性非晶質薄膜を用いることを特徴とする有機半導体素子である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の分子配向方向が制御された電荷輸送性非晶質薄膜は、非晶質薄膜が有する界面平滑性という特徴に加えて、分子配向方向が制御されることによる高電荷輸送特性という特徴を併せ持っている。したがって、有機半導体素子にこの薄膜を用いることにより、従来困難であった非晶質の特徴と分子配向方向制御による特徴を併せ持った有機半導体素子が得られるようになる。例えば、基板に対する水平配向を優先させた薄膜を積層することにより、有機EL素子や有機薄膜太陽電池等の素子での特性向上が可能となる。また、本発明の制御方法によれば、基板温度を特定範囲の温度に変化させるという簡易な操作で分子配向方向が制御された電荷輸送性非晶質薄膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】分子配向が制御された電荷輸送性非晶質薄膜のOut of Plane法によるXRD測定結果である。
【図２】分子配向が制御された電荷輸送性非晶質薄膜のIn Plane法によるXRD測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２０】
本発明の電荷輸送性非晶質膜の配向方向制御方法では、電荷輸送性非晶質膜となるπ共役化合物として、明確な融点を示さず、６０℃以上のガラス転移点を有し、分子量４００〜２５００の範囲にあり、電荷輸送性のアミン系π共役化合物である。そして、このπ共役化合物が内接する最小直径の円筒の長さ(L)と直径(D)の比(L/D)は、２．５以上である。ここで、(L/D)はπ共役化合物の分子の細長さを規定する数値であり、大きいほど細長いことを意味する。細長い分子である場合、その配向制御の効果が大きい。したがって、(L/D)は３〜１０の範囲が好ましい。また、アミン系π共役化合物は、化合物骨格（芳香族環含有骨格）の末端にアミノ基又はN-複素環基をする化合物が好ましい。式（１）で表わされる化合物の中には、式（２）及び式（３）で表わされる化合物がある。
【００２１】
上記アミノ基としては-N(Ar)2  （ここで、Arは芳香族基である）で表わされる芳香族アミノ基が好ましい。また、N-複素環基は環状アミノ基であり、化合物骨格の末端にN原子で結合するN-カルバゾリル基、N-フェノキサジニル基、N-フェノチアジニル基等のN-複素環基が好ましい。好ましいπ共役化合物には式（１）で表わされる化合物がある。
【００２２】
式（１）において、Ar1〜Ar3は独立に、２価の炭素数６〜３０の芳香族炭化水素基を表し、Ar4〜Ar7は、独立に、炭素数６〜３０の芳香族炭化水素基を表し、Ar4とAr5又はAr6とAr7は、Ar4〜Ar7を構成する２つの芳香族炭化水素基が直接結合又は置換基を介して結合してAr4とAr5又はAr6とAr7が置換するNとで縮合複素環を形成しても良い。また、-NAr6Ar7又は-NAr6とAr7は環状アミノ基を形成しても良い。ここで、縮合複素環とは中心に該Nを含む複素環がありその両側に縮合する芳香族炭化水素基がある構造と理解される。具体的にはN-カルバゾリル基等があるが、3環には限定されず4環以上であってもよく、置換基を有してもよい。L1〜L2は独立に、エチレン基又はアセチレン基を表す。ｌ、ｍ、ｎ、ｏ及びｐは０〜６の整数を表すが、ｌ、ｎ又はｐの何れか１つは０ではない。ｌ、ｍ、ｎ、ｏ及びｐの合計は２〜１０の範囲が好ましく、これは前記(L/D)に関係する。また、ｌ、ｍ、ｎ、ｏ又はｐが６より大きい整数となると、π共役化合物の分子量が大きくなるために、蒸着製膜が困難となるので、好ましくは、ｌ、ｍ、ｎ、ｏ及びｐは０〜３の整数であり、ｌ、ｎ又はｐの何れか１つは０ではない整数であることがよい。
【００２３】
上記、π共役化合物は、π共役化合物の分子が内接する最小直径の円筒の長さ(L)と直径(D)の比(L/D)が２．５以上であることが好ましい。Ｌ／Ｄが大きくなると、π共役化合物の分子量が大きくなるために、蒸着製膜が困難となる好ましくない。好ましくは２．５以上１０．０以下であり、特に好ましくは２．５以上５．０以下である。
【００２４】
本発明の制御方法では、π共役化合物を基板に蒸着製膜する際に、基板温度を制御することにより、π共役化合物の配向方向を制御して、得られる電荷輸送性非晶質膜の配向を制御するものである。すなわち、蒸着製膜する際の基板温度を低くすることにより水平方向（基板に対し平行方向）の配列が優先することが見出された。そこで、蒸着製膜する際の基板温度を変化させることにより、電荷輸送性非晶質膜の配向又は配向度が制御される。したがって、本発明では所望の配向とするため、基板温度を制御する。変化させる温度範囲は、０℃〜融点未満の範囲であるが、好ましくは０℃〜Tg、より好ましくは０℃〜（Tg-30℃）の範囲である。０℃〜（Tg-30℃）の範囲では水平方向の配列が優先し、電荷輸送性非晶質膜の配向が水平方向に制御される。ここで、Tgはπ共役化合物のガラス転移温度（℃）である。そして、この範囲の中であっても低温であるほど水平方向の配列が優先する。したがって、基板温度を低く設定することで、水平方向の配列の程度を大きくすることができ、高く設定することで、水平方向の配列の程度を小さくできるため、膜厚方向の電荷移動度を制御可能な電荷輸送性非晶質膜を形成できる。
【００２５】
本発明の電荷輸送性非晶質膜の製造方法は、上記π共役化合物を基板に蒸着製膜する際に、基板温度を変化させることにより、π共役化合物の配向方向が制御された電荷輸送性非晶質膜を製造する方法である。
【００２６】
上記のように基板温度を制御することにより、π共役化合物の配向方向が制御された電荷輸送性非晶質膜が得られる。そこで、本発明の製造方法では基板温度を所望の配向となるように変化させて電荷輸送性非晶質膜を得る。変化させる温度範囲は、上記の範囲であるが、好ましくは０℃〜（Tg-30℃）のである。この範囲では水平方向の配列が優先し、配向が水平方向に制御された電荷輸送性非晶質膜が得られる。
【００２７】
本発明の電荷輸送性非晶質膜の製造方法で使用されるπ共役化合物としては、本発明の電荷輸送性非晶質膜の配向方向制御方法で説明した化合物が使用できる。好ましくは、式（１）で表わされる化合物である。式（１）で表わされる化合物の中でも好ましい化合物には式（２）及び（３）で表わされる化合物がある。
【００２８】
式（２）において、Ar1〜Ar3、L1〜L2及びl〜pは、式（１）におけるAr1〜Ar3、L1〜L2及びl〜pと同じ意味を有する。また、式（３）において、Ar2は、式（１）におけるAr2と同じ意味を有する。
【００２９】
式（１）において、Ａｒ1〜Ａｒ3は、炭素数６〜３０の炭化水素系芳香族化合物から２個の水素をとって生じる２価の炭化水素系芳香族基であり、Ａｒ4〜Ａｒ7は、炭素数６〜３０の炭化水素系芳香族化合物から１個の水素をとって生じる１価の炭化水素系芳香族基であるが、かかる炭化水素系芳香族化合物としては、ベンゼン、ビフェニル、ターフェニル、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、フェナンスレン、クリセン、コロネン、フルオレン等を例示することができる。上記炭化水素系芳香族基を与える芳香族炭化水素化合物の例を以下に示すが、これらに限定するものではない。以下に示す例は置換基を有しない例であるが、炭素数が上記範囲であればアルキル基のような置換基を有することができる。
【００３０】
【化４】
2010212112.tif 000005
【００３１】
本発明の制御方法又は製造方法で蒸着に使用されるπ共役化合物は明確な融点を示さず、６０℃以上のガラス転移点を示す。好ましいTgは６０〜３００℃である、この温度を超えるTgであると、蒸着製膜を行う際の基板温度の制御を行うために多大な装置負荷を必要とすることや、基板に製膜されたπ共役化合物の昇華が起きるため、好ましくない。また、このπ共役化合物の分子量は４００〜２５００の範囲であり、好ましくは４００〜１０００の範囲である。この分子量を超えると蒸着製膜が困難となる。
【００３２】
π共役化合物の分子配向が基板に対して水平方向になるように制御された電荷輸送性非晶質薄膜は、基板温度を０℃〜融点未満の範囲、好ましくは０℃〜Tg、より好ましくは０℃〜（Tg-３０℃）とすることにより得られる。この温度範囲内の中でも、温度を低く設定すれば、より水平方向の配向が高くなる。
【００３３】
本発明で使用する基板としては、結晶性、非晶質性のいずれの基板を用いることも可能である。例えば、結晶性基板としては、シリコン、サファイア等による単結晶基板や、事前に有機単結晶または多結晶薄膜を製膜した基板、ガラス上にITOの如き非晶質無機導電性酸化物を製膜した基板等が例示できる。また、非晶質性基板としては、ガラス上に非晶質無機導電性酸化物を製膜した基板や、事前に有機非晶質薄膜を製膜した基板等が例示できる。
【００３４】
基板温度の制御は基板が存在する系の雰囲気温度を変化させたり、基板を保持する保持部材に加熱又は冷却媒体を流したり、電流を流したりすることによりなされる。
【００３５】
蒸着製膜する際の基板の種類と基板の温度は、上記のように目的とする分子配向方向によって選ばれる。例えば、基板に対して水平方向の分子配向を目的とする場合、基板温度を上記の範囲とし、基板の種類は、結晶性、非結晶性のいずれも用いることができる。
【００３６】
本発明の分子配向が制御された電荷輸送性非晶質薄膜とは、電荷輸送特性を有する分子配向が制御された非晶質薄膜と言い換えることができる。ここで、薄膜の膜厚は１０ｎｍ〜１０００ｎｍである。一般的に、非晶質とは分子の高次構造に規則性が無く、ランダムな状態を示している。この状態は、粉末Ｘ線回折でハローピークが観察されることや鋭い回折ピークが観察されないことから判断できる。これに対し、分子配向が制御された非晶質薄膜とは、粉末Ｘ線回折でハローピークが観察されるため、非晶質であると判断できると共に、多入射角分光エリプソメトリーや紫外・可視吸収スペクトルの解析などで観察される光学的異方性から分子配向の存在が確認されるものである。
【００３７】
一般に、光学的異方性と分子配向方向の関係については下式（a）が知られている（非特許文献２）。
Ｓ＝３／２ｃｏｓ2θ−１／２＝（ｋe−ｋo）／（ｋe＋２ｋo）    式（a）
（ここで、Ｓは配向パラメータ、ｋeは基板に対して垂直方向の消衰係数、ｋoは基板に対して水平方向の消衰係数を示す。）
【００３８】
式（a）において、ｋe及びｋoは、基板上薄膜の光学的評価によって得ることができるが、例えば、多入射角分光エリプソメトリによって求めることができる。この式を用いることにより薄膜中の分子配向方向を定量化することが可能となる。例えば、薄膜が光学的異方性を有していない場合のＳ値は０、薄膜中の分子配向方向が基板に対して完全に水平方向の場合のＳ値は−０．５となる。本発明の分子配向が制御された電荷輸送性薄膜では、π共役化合物の分子配向が基板に対して水平方向に制御された電荷輸送性非晶質薄膜の場合、Ｓ値は−０．２〜−０．５の範囲の値を示す。
【００３９】
本発明の分子配向方向が制御された電荷輸送性非晶質薄膜では、電荷輸送性に異方性が確認される。すなわち、上述の分子配向方向に応じて電荷輸送性の異方性が確認されるため、例えば、基板上薄膜の水平方向と垂直方向に対する電荷移動度が異なる。薄膜中の分子配向方向が水平方向となる場合、水平方向の電荷移動度と垂直方向の電荷移動度を比較すると垂直方向の電荷移動度が高くなる。
【００４０】
電荷移動度は種々の方法により評価できるが、例えば、ＴＯＦ法やＦＥＴ法を用いることができる。
【００４１】
本発明の製造方法で得られる分子配向方向が制御された電荷輸送性非晶質薄膜を用いることにより様々な有機電子デバイスを得ることができる。例えば、基板に対する水平配向を優先させた薄膜を積層することにより、有機EL素子や有機薄膜太陽電池等の素子が得られる。有機EL素子の場合、例えば、ITOガラス基板上に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極を製膜することにより得られる。この際、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層から選ばれる一つ以上の層に本発明の分子配向が制御された電荷輸送性非晶質薄膜を用いることができる。有機薄膜太陽電池の場合、たとえば、ITOガラス基板上にｐ型半導体層、ｎ型半導体層、陰極を製膜することにより得られる。この際、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層のいずれか一つ又は双方に本発明の分子配向が制御された電荷輸送性非晶質薄膜を用いることができる。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００４３】
実施例１
下式（４）で示されるπ共役化合物（BSB-Cz、ガラス転移点；１１６℃，Ｌ／Ｄ＝３．０１）を使用して電荷輸送性非晶質薄膜を作成する。
【化５】
2010212112.tif 000006
【００４４】
25℃に制御されたITO電極を有するガラス基板（以下、ITOガラス基板）のITO電極面に真空蒸着法にて、真空度3.0×10-3 Pa以下の条件でBSB-Cz薄膜を2.0Å／秒にて100nmの厚さで蒸着形成した。得られたBSB-Cz薄膜を有するITOガラス基板の多入射角分光エリプソメトリによる光学的評価により、ITOガラス基板上のBSB-Cz薄膜の基板に対して垂直方向の消衰係数、及び、基板に対して水平方向の消衰係数を求めた。得られた値と式(a)を用いることにより、ITOガラス基板上のBSB-Cz薄膜の配向パラメータが−０．３１であることがわかった。分子配向パラメータが−０．２〜−０．５の値をとっているため、ITOガラス基板上のBSB-Cz薄膜中のBSB-Cz分子が基板に対して水平方向に配向制御されていることが確認された。ITOガラス基板上のBSB-Cz膜をAFM観察を行った結果、Rrmsが1.1nmであり、高い表面平滑性を有していることが確認された。これらのことから、ITOガラス基板上のBSB-Cz薄膜は、基板に対して水平方向の分子配向を有することがわかった。
【００４５】
実施例２
実施例１においてITO電極を有するガラス基板の代わりにシリコン（100）基板を用いた他は同様の操作を行うことによりBSB-Cz薄膜を有するシリコン（100）基板を得た。得られたBSB-Cz薄膜を有するシリコン（100）基板について、実施例１と同様にして垂直方向の消衰係数、水平方向の消衰係数を、配向パラメータを計算した。この配向パラメータは−０．３３であることから、BSB-Cz薄膜中のBSB-Cz分子が基板に対して水平方向に配向制御されていることが確認された。また、シリコン（100）基板上のBSB-Cｚ膜をOut of Plane法によるXRD評価を行った結果、シリコン（002）由来の鋭い回折ピークと非晶質であることを示すハローピークが確認された。結果を図１に示す。また、In Plane法にて行った結果、非晶質であることを示すハローピークが確認された。結果を図２に示す。
【００４６】
実施例３
実施例２においてシリコン（100）基板の制御温度を９０℃としたほかは同様の操作を行うことによりBSB-Cｚ薄膜を得た。得られたBSB-Cｚ薄膜を有するシリコン（100）の多入射角分光エリプソメトリによる光学的評価により、基板上のBSB-Cｚ薄膜の配向パラメータを計算した。この配向パラメータは−０．１０であり、シリコン（100）基板上のBSB-Cｚ薄膜中のBSB-Cｚ分子が基板に対して水平方向に配向制御されていないことが確認された。なお、配向制御されていない薄膜については、そのような性質が望まれる用途に有用である。
【００４７】
実施例４
式（４）で示されるπ共役化合物による基板に対して水平方向に分子配向が制御された電荷輸送性非晶質薄膜の電荷移動度評価を行った。
25℃に制御されたITO電極を有するガラス基板のITO電極面に対して、真空蒸着法にて、真空度3.0×10-3 Pa以下の条件にてBSB-Czを蒸着することにより、ITOガラス基板のITO電極面にBSB-Cz薄膜を2.0Å／秒にて約1000nmの厚さで形成し、更に同じく真空蒸着法にて半透明アルミニウム薄膜を15nm積層することにより、ITO電極を有するガラス基板上にBSB-Cz薄膜（25℃で蒸着製膜）とアルミニウム薄膜を積層した素子を作成した。得られた積層素子の電荷移動度をTOF（タイムオブフライト）法にて評価した結果、電界強度0.58MV/cmにおいて、電子移動度が４×１０-4cm2/Vs、正孔移動度が７×１０-4cm2/Vsであった。
【００４８】
実施例５
式（４）で示されるπ共役化合物による分子配向が制御されていない電荷輸送性非晶質薄膜の電荷移動度評価を行なった。
実施例２において、ITO電極を有するガラス基板を１１０℃で制御したほかは同様の操作を行い、ITO電極を有するガラス基板上にBSB-Cｚ薄膜（25℃で蒸着製膜）と半透明アルミニウム薄膜を積層した素子を作成した。得られた素子の電荷移動度をTOF（タイムオブフライト）法にて評価した結果、電界強度0.58MV/cmにおいて、電子移動度が８×１０-5cm2/Vs、正孔移動度が４×１０-4cm2/Vsであった。
【００４９】
実施例６〜７
下式（５）で示されるπ共役化合物（BSP-Cz、Ｌ／Ｄ＝２．６３）及び下式（６）で示されるπ共役化合物（Ｌ／Ｄ＝２．８９）を使用して、基板に対して水平方向に分子配向が制御された電荷輸送性非晶質薄膜を作成した。
【００５０】
【化６】
2010212112.tif 000007
【００５１】
実施例１において、ＢＳＢ−Ｃｚの代わりに式（５）で示される化合物5及び式（６）で示される化合物6を用いた他は同様の操作を行ない、薄膜を得て、分子配向パラメータＳを求めた。化合物5のパラメータＳは-0.29であり、化合物6のパラメータＳは-0.28であった。
【００５２】
実施例８〜１０
実施例１において、ITO電極を有するガラス基板の代わりに、石英基板、銀薄膜（100nm）を有するガラス基板、下式（７）で示されるπ共役化合物（ＣＢＰ、ガラス転移点；６２℃，Ｌ／Ｄ＝１．８５）を蒸着製膜（５０ｎｍ）したシリコン基板を用いた他は同様の操作を行い、ＢＳＢ−Ｃｚ薄膜を形成し、薄膜の分子配向パラメータＳを求めた。パラメータＳは、石英基板が-0.45、銀薄膜（100nm）を有するガラス基板が-0.36、ＣＢＰ薄膜を有するシリコン基板が-0.39であった。
【００５３】
【化７】
2010212112.tif 000008
【００５４】
比較例１及び２
実施例１においてＢＳＢ−Ｃｚの代わりに、ＣＢＰ（Ｌ／Ｄ＝１．８５）及び下式（８）で示されるπ共役化合物（ＢＣＳ、Ｌ／Ｄ＝２．０６）を用いた他は同様の操作を行い、分子配向パラメータＳを求めた。分子配向パラメータＳは、ＣＢＰは-0.07、ＢＣＳは-0.17であった。
【００５５】
【化８】
2010212112.tif 000009
【図１】
2010212112.tif 000014
【図２】
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