(57)【要約】【課題】優れた電荷移動特性を有する有機半導体材料を用いた有機半導体素子、有機半導体装置、有機エレクトロルミネッセンス素子および有機エレクトロルミネッセンス装置を提供する。【解決手段】少なくとも、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素子であって、その有機半導体材料を、例えば図中の化学式で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類とすることにより、上記課題を解決した。また、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、少なくとも、電荷輸送性を有する有機半導体材料からなる電荷輸送層またはその有機半導体材料を含む発光層を有する有機ＥＬ素子であって、その有機半導体材料を、例えば図中の化学式で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類とすることにより、上記課題を解決した。【選択図】    図１
2004235277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、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素子であって、
前記有機半導体材料は、一般式（Ｉ）
【化１】
2004235277.tif 000011
（式中、Ｒは炭素原子数１〜２４のアルキル基を示し、Ｒ’は炭素原子数１〜４のアルキル基を示し、ｎは０〜３の整数を示す。）
で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類であることを特徴とする有機半導体素子。
【請求項２】
前記有機半導体材料が、デバイスの使用温度で１０−２ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の電荷移動度をもつことを特徴とする請求項１に記載の有機半導体素子。
【請求項３】
少なくとも基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体材料からなる有機半導体層、ドレイン電極およびソース電極で構成される有機半導体装置であって、
前記有機半導体材料が、請求項１に記載の一般式（Ｉ）で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類であることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項４】
少なくとも、電荷輸送性を有する有機半導体材料からなる電荷輸送層または当該有機半導体材料を含む発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機半導体材料は、一般式（Ｉ）
【化２】
2004235277.tif 000012
（式中、Ｒは炭素原子数１〜２４のアルキル基を示し、Ｒ’は炭素原子数１〜４のアルキル基を示し、ｎは０〜３の整数を示す。）
で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記有機半導体材料が、デバイスの使用温度で１０−２ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の電荷移動度をもつことを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
少なくとも基板／電極／電荷輸送性を有する有機半導体材料からなる電荷輸送層／発光層／電極、または、少なくとも基板／電極／電荷輸送性を有する有機半導体材料を含む発光層／電極、で構成される有機エレクトロルミネッセンス装置であって、
前記有機半導体材料が、請求項４に記載の一般式（Ｉ）で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた電荷移動特性を有する有機半導体材料として新規な４，４”−ジアルコキシターフェニル類を用いた、有機半導体素子、有機半導体装置、有機エレクトロルミネッセンス素子および有機エレクトロルミネッセンス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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（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。
【０００４】
一方、高い電荷移動度を示す材料として、ディスコテック液晶が知られている（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。
【０００５】
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（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。
【０００６】
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。
【０００７】
一方、電荷移動特性を有する有機半導体材料を有機エレクトロルミネッセンス素子の電荷輸送層に適用したり、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層に含有させる例がある。しかしながら、従来の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上述と同様、素子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。また、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った。こうした問題に対し、例えば下記特許文献１には、液晶性の有機半導体材料の有する電荷輸送特性を利用して電荷輸送層を構成したり、発光層を構成する例が記載されている。しかしながら、その例においても、十分な電荷輸送特性を満足することはできず、依然として、より優れた電荷移動特性を有する有機半導体材料で電荷輸送層や発光層を形成することが要請されている。
【０００８】
【非特許文献１】
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）
【非特許文献２】
Ｄ．Ａｄａｍ，  Ｆ．Ｃｌｏｓｓｓ，  Ｔ．Ｆｒｅｙ，  Ｄ．  Ｆｕｎｈｏｆｆ，  Ｄ．Ｈａａｒｅｒ，  Ｈ．Ｒｉｎｇｓｄｏｒｆ，  Ｐ．Ｓｃｈｕｎａｈｅｒ，  ａｎｄ  Ｋ．  Ｓｉｅｍｅｎｓｍｙｅｒ，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．，  ７０，  ４５７  （１９９３）
【非特許文献３】
Ｍ．Ｆｕｎａｈａｓｈｉ  ａｎｄ  Ｊ．Ｈａｎｎａ，  Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．，  ３５，  Ｌ７０３−Ｌ７０５（１９９６）
【特許文献１】
特開平１１−２４１０６９号公報
【特許文献２】
特開平１−１６８６３２号公報
【特許文献３】
特開平２−２１２４４９号公報
【特許文献４】
特開２００２−３０８８０８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の有機半導体材料の問題点に対し、本発明者らは、有機半導体材料として４，４”−ジアルコキシターフェニル類に着目した。従来、分子の一方の末端に置換基を有し、又は有しない４，４”−ジヒドロキシターフェニル類は、既に幾つかが知られている。例えば、４，４”−ジヒドロキシフェニル−ｐ−ターフェニル（上記特許文献２、３を参照）や、一方の分子の末端のヒドロキシ−ｐ−ターフェニル類（上記特許文献４を参照）が知られている。
【００１０】
しかし、従来、分子の両方の末端のフェニル基にアルコキシ基を有する４，４”−ジアルコキシターフェニル類は知られていない。このような４，４”−ジアルコキシターフェニル類は、そのアルキル基が中乃至長鎖である場合には、剛直な４，４”−ターフェニル骨格の分子の両末端にエーテル結合を介して、そのようなアルキル基が結合しているので、例えば、液晶性や溶剤への溶解性等の点において優れており、種々の用途への利用、例えば有機半導体装置や有機エレクトロルミネッセンス装置に適用できる有機半導体材料として利用が期待できる。
【００１１】
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、優れた電荷移動特性を有する有機半導体材料を用いた、有機半導体素子、有機半導体装置、有機エレクトロルミネッセンス素子および有機エレクトロルミネッセンス装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明に係る有機半導体素子は、少なくとも、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素子であって、前記有機半導体材料は、一般式（Ｉ）
【００１３】
【化３】
2004235277.tif 000003
【００１４】
（式中、Ｒは炭素原子数１〜２４のアルキル基を示し、Ｒ’は炭素原子数１〜４のアルキル基を示し、ｎは０〜３の整数を示す。）で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類であることを特徴とする。
【００１５】
本発明者らは、上記一般式（Ｉ）で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類を有機半導体材料として用い、その有機半導体材料で有機半導体層を形成した結果、デバイスの使用温度で高い電荷移動特性を有する有機半導体素子を初めて見出すことができた。さらに、この有機半導体材料は流動性のある液晶状態を有するので、高い電荷移動特性を実現でき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。
【００１６】
本発明に係る有機半導体素子においては、前記有機半導体材料が、デバイスの使用温度で１０−２ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の電荷移動度をもつことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決するための本発明に係る有機半導体装置は、少なくとも基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体材料からなる有機半導体層、ドレイン電極およびソース電極で構成される有機半導体装置であって、前記有機半導体材料が、上記の一般式（Ｉ）で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類であることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、常温で高い電荷移動度を示す上記一般式（Ｉ）で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類で有機半導体層を形成したので、その配向の向きまたは方向を特定すれば、高い電荷移動度を有し且つ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。なお、有機半導体材料の配向は、有機半導体材料を形成する面（被形成面という。例えば、ゲート絶縁層の表面など。）に、配向膜を形成したり、配向処理を施したり、あるいは、配向処理を施した層と接する形態とすることによって行うことができる。
【００１９】
上記課題を解決するための本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、少なくとも、電荷輸送性を有する有機半導体材料からなる電荷輸送層または当該有機半導体材料を含む発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機半導体材料は、一般式（Ｉ）
【００２０】
【化４】
2004235277.tif 000004
【００２１】
（式中、Ｒは炭素原子数１〜２４のアルキル基を示し、Ｒ’は炭素原子数１〜４のアルキル基を示し、ｎは０〜３の整数を示す。）で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類であることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、一般式（Ｉ）で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類を電荷輸送層用または発光層用の有機半導体材料として用いたので、その優れた電荷移動特性により、好ましい有機エレクトロルミネッセンス素子を構成することが可能となった。さらに、この有機半導体材料は流動性のある液晶状態を有するので、高い電荷移動特性を実現できる電荷輸送層または発光層を均一且つ大面積で形成することができる。
【００２３】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、前記有機半導体材料が、デバイスの使用温度で１０−２ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の電荷移動度をもつことを特徴とする。
【００２４】
上記課題を解決するための本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置は、少なくとも基板／電極／電荷輸送性を有する有機半導体材料からなる電荷輸送層／発光層／電極、または、少なくとも基板／電極／電荷輸送性を有する有機半導体材料を含む発光層／電極、で構成される有機エレクトロルミネッセンス装置であって、前記有機半導体材料が、上記の一般式（Ｉ）で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類であることを特徴とする。
【００２５】
以上、本発明の有機半導体素子、有機半導体装置、有機エレクトロルミネッセンス素子および有機エレクトロルミネッセンス装置は、デバイスの使用温度で優れた電荷移動特性を有する有機半導体材料を用いたことを要旨とするものである。従来において、ターフェニル骨格の液晶材料は一般にそのスメクティック相を示す温度領域が高いことが知られている。これに対して、本発明に適用される有機半導体材料は、その骨格構造に本発明に係る後述する置換基を導入してその対称性を崩したものであり、その結果、液晶分子の長軸方向の自由回転を抑制することができ、有機半導体材料（ターフェニル骨格を有する液晶材料）相系列を低温側にシフトさせることが可能となったのである。
【００２６】
本発明によれば、低温側にシフトした温度領域で電荷輸送特性が高速なスメクティック高次相を呈する有機半導体材料を適用するので、有機半導体素子および有機エレクトロルミネッセンス素子に、高速な電荷輸送特性をもつスメクティック液晶相を有する材料をその構成層として利用することが容易に可能となる。
【００２７】
また、液晶性の有機半導体からなる構成層を形成するため、流動性の高い状態を利用するために材料を加熱昇温する際においても、本発明に適用される有機半導体材料による相系列の低温化は、素子における他の構成層に高熱による負荷を与えることが回避できるため有効性が高いという効果がある。
【００２８】
【発明の実施の形態】
１．有機半導体素子および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素子は、少なくとも、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素子であって、その有機半導体材料は、上述した一般式（Ｉ）で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類であることに特徴がある。
【００２９】
また、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、、少なくとも、電荷輸送性を有する有機半導体材料からなる電荷輸送層または当該有機半導体材料を含む発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、その有機半導体材料は、上述した一般式（Ｉ）で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類であることに特徴がある。
【００３０】
（有機半導体材料）
有機半導体材料としては、上述した一般式（Ｉ）で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類が用いられる。その４，４”−ジアルコキシターフェニル類において、Ｒは炭素原子数１〜２４のアルキル基であり、好ましくは炭素原子数３〜２４のアルキル基であり、より好ましくは炭素原子数４〜２０のアルキル基であり、最も好ましくは炭素原子数６〜１８のアルキル基である。しかし、このようなアルキル基は、直鎖状でも、分岐鎖状でもよいが、好ましくは直鎖状である。
【００３１】
従って、Ｒの具体例として、例えば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、１−ペンチル、ｎ−ヘキシル、１−メチルペンチル、２−メチルペンチル、ｎ−オクチル、ｎ−デシル、ｎ−ドデシル、ｎ−テトラデシル、ｎ−ヘキサデシル、ｎ−オクタデシル等を挙げることができる。
【００３２】
また、Ｒ’は、炭素原子数１〜４のアルキル基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基又はブチル基であり、プロピル基又はブチル基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよい。また、ｎは０〜３の整数を示す。
【００３３】
従って、有機半導体材料である４，４”−ジアルコキシターフェニル類の具体例として、例えば、次のようなものを挙げることができる。先ず、分子の一方の末端のアルコキシフェニル基がアルキル置換基を有するもの、すなわち、前記一般式（Ｉ）において、ｎが１、２又は３であるものの具体例として、例えば、４，４”−ジアルコキシターフェニル類としては、４，４”−ジメトキシ−３”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−２”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−３”−エチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−２”−エチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−３”−ｎ−プロピル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−２”−ｎ−プロピル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−２”−イソプロピル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−３”−ｎ−ブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−２”−ｎ−ブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−３”−イソブチル−ｐ−ターフェニル、４、４”−ジメトキシ−２”−イソブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−３”−ｓ−ブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−２”−ｓ−ブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−３”−ｔ−ブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−２”−ｔ−ブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−３”，６”−ジメチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−３”，５”−ジメチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−２”，３”，６”−トリメチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−２”，３”，５”−トリメチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−３”−イソプロピル−６”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−３”−ｔ−ブチル−６”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−３”−ｔ−ブチル−５”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジメトキシ−３”，５”−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジエトキシ−３”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−ブロボキシ−３”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−ブトキシ−３”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−ペントキシ−３”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−ヘキシロキシ−３”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−オクチロキシ−３”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−デシロキシ−３”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−ドデシロキシ−３”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−テトラデシロキシ−３”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−ヘキサデシロキシ−３”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−オクタデシロキシ−３”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−テトラコサロキシ−３”−メチル−ｐ−ターフェニル等を挙げることができる。
【００３４】
次に、分子の一方の末端のアルコキシフェニル基がアルキル置換基を有しないもの、すなわち、前記一般式（Ｉ）において、ｎが０であるものの具体例として、例えば、４、４”−ジメトキシ−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジエトキシ−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−ブロボキシ−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−ブトキシ−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−ペントキシ−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−ヘキシロキシ−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−オクチロキシ−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−デシロキシ−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−ドデシロキシ−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−テトラデシロキシ−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−ヘキサデシロキシ−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−オクタデシロキシ−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジ−ｎ−テトラコサロキシ−ｐ−ターフェニル等を挙げることができる。
【００３５】
これらのなかでも、本発明によれば、アルコキシ基において炭素原子数が８〜１２であり、分子の一方の末端にイソプロピル基を有する４，４”−ジアルコキシ−３”−イソプロピルターフェニル類、例えば、アルコキシ基における炭素原子数が８である４、４”−ジオクチロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニルや、また、アルコキシ基における炭素原子数が１０である４，４”−ジデシロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニルを好ましい具体例として挙げることができる。
【００３６】
本発明によれば、このような４，４”−ジアルコキシターフェニル類は、一般式（ＩＩ）
【００３７】
【化５】
2004235277.tif 000005
【００３８】
（式中、Ｒ’は炭素原子数１〜４のアルキル基を示し、ｎは０〜３の整数を示す。）で表される４、４”−ジヒドロキシターフェニル類にアルカリの存在下、一般式（ＩＩＩ）
【００３９】
【化６】
2004235277.tif 000006
【００４０】
（式中、Ｒは炭素原子数１〜２４のアルキル基を示し、Ｘはハロゲン原子を示す。）で表されるハロゲン化アルキルを反応させることによって得ることができる。
【００４１】
上記一般式（ＩＩ）で表される原料４、４”−ジヒドロキシターフェニル類としては、目的とする４，４”−ジアルコキシターフェニル類に対応して、例えば、４，４”−ジヒドロキシ−３”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−２”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−３”−エチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−２”−エチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−３”−ｎ−プロピル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−２”−ｎ−プロピル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−２”−イソプロピル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−３”−ｎ−ブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−２”−ｎ−ブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−３”−イソブチル−ｐ−ターフェニル、４、４”−ジヒドロキシ−２”−イソブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−３”−ｓ−ブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−２”−ｓ−ブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−３”−ｔ−ブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−２”−ｔ−ブチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−３”，６”−ジメチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−３”，５”−ジメチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−２”，３”，６”−トリメチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−２”，３”，５”−トリメチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−３”−イソプロピル−６”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−３”−ｔ−ブチル−６”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−３”−ｔ−ブチル−５”−メチル−ｐ−ターフェニル、４，４”−ジヒドロキシ−３”，５”−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−ターフェニル等を挙げることができる。
【００４２】
他方の原料である上記一般式（ＩＩＩ）で表されるハロゲン化アルキルも、目的とする４，４”−ジアルコキシターフェニル類に対応して用いられる。従って、前記一般式（ＩＩＩ）で表されるハロゲン化アルキルにおいて、Ｒは、前記一般式（Ｉ）で表される本発明による４，４”−ジアルコキシターフェニル類の有するＲと同じであり、ハロゲン原子Ｘは塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子であり、好ましくは塩素原子である。
【００４３】
従って、上記ハロゲン化アルキルの具体例として、例えば、塩化メチル、塩化エチル、塩化ｎ−プロピル、塩化イソプロピル、塩化ｎ−ブチル、塩化ｔ−ブチル、塩化ｎ−ペンチル、塩化イソペンチル、塩化ネオペンチル、塩化ｔ−ペンチル、塩化ｎ−ヘキシル、塩化１−メチルペンチル、塩化２−メチルペンチル、塩化ｎ−オクチル、塩化ｎ−デシル、塩化ｎ−ドデシル、塩化ｎ−テトラデシル、塩化ｎ−ヘキサデシル、塩化ｎ−オクタデシル等を挙げることができる。
【００４４】
４，４”−ジヒドロキシターフェニル類とハロゲン化アルキルとの反応は、好ましくは、反応溶剤中、ハロゲン化アルキル／４，４”−ジヒドロキシターフェニル類モル比を０．１〜１０、好ましくは、２〜４の範囲として、アルカリの存在下に行われる。
【００４５】
上記アルカリとしては、４，４”−ジヒドロキシターフェニル類のヒドロキシル基とハロゲン化アルキルのハロゲン原子の反応を促進するものであれば、特に制限はなく、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ金属炭酸水素塩、ナトリウムフェノキシド、カリウムフェノキシド等のアルカリ金属フェノキシド、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム等のアルカリ土類金属水酸化物、水素化ナトリウム等のアルカリ金属水素化物、ブチルリチウム等の有機金属化合物、１．８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７等の有機塩基性化合物等を挙げることができる。これらのなかでは、特に、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムが好ましく用いられる。
【００４６】
このようなアルカリは、４，４”−ジヒドロキシターフェニル類１モル部に対して、通常、１〜２０モル部の範囲、好ましくは、２〜５モル部の範囲で用いられる。アルカリは、どのような形態で用いられてもよいが、反応に際して、仕込み操作が容易である点から、好ましくは、１０〜６０重量％の水溶液として用いられる。
【００４７】
４，４”−ジヒドロキシターフェニル類とハロゲン化アルキルとの反応生成物は融点が高いので、その液状性の改善を図り、更には、反応における熱重合を防止するために、前述したように、好ましくは、反応溶媒の存在下に行われる。この反応溶媒としては、上記目的に適うものであれば特に制限はないが、例えば、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等を挙げることができ、なかでも、ジメチルスルホキシドが好ましく用いられる。特に、限定されるものではないが、このような反応溶剤は、原料４，４”−ジヒドロキシターフェニル類１００重量部に対して、通常、１０〜２０００重量部、好ましくは、１００〜１０００重量部の範囲で用いられる。
【００４８】
４，４”−ジヒドロキシターフェニル類とハロゲン化アルキルとの反応は、通常、０〜１５０℃、好ましくは、４０〜１００℃の範囲で行われる。また、反応圧力は、特に限定されるものではないが、通常、常圧乃至減圧下で行われる。このような反応条件において、反応は、通常、１〜１０時間程度で完結する。
【００４９】
目的とする４，４”−ジアルコキシターフェニル類は、このようにして得られた反応混合物から、定法によって分離し、必要に応じて、精製することができる。例えば、得られた反応混合物に、トルエン等の希釈溶媒を加え、冷却して、目的物を析出させた後、更に、リン酸等の酸の水溶液を加えて、これを中和し、析出した結晶をろ過し、かくして、目的物の粗結晶を得ることができる。このようにして得られた粗結晶を、更に必要に応じて、再度、晶析濾過等の方法にて精製すれば、高純度品を得ることができる。
【００５０】
こうして得られた有機半導体材料の電荷移動度を、対向電極基板対（サンドウィッチ型）の試料構成にしてＴＯＦ法によって測定した。その結果を図１に示す。本発明の有機半導体素子および有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する有機半導体材料は、図１に示すように、デバイスの使用温度において１０−２ｃｍ２  ／Ｖ・ｓ以上の高い電荷移動度を示した。
【００５１】
なお、デバイスの使用温度とは、本発明に係る素子（有機半導体素子および有機エレクトロルミネッセンス素子）および装置（有機半導体装置および有機エレクトロルミネッセンス装置）における稼働温度領域を指すものであるが、いずれにしても、１０−２ｃｍ２  ／Ｖ・ｓ以上の高い電荷移動度を示す温度領域は、従来の液晶材料のターフェニル骨格構造の対称性を崩して液晶分子の長軸方向の自由回転を抑制した結果、材料の相系列が低温側にシフトすることにより達成される温度である。
【００５２】
（有機半導体材料の配向手段）
本発明の有機半導体素子および本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、上述した有機半導体材料が特定の向きまたは方向に配向していることが好ましい。
【００５３】
先ず、有機半導体素子の場合について説明する。有機半導体素子においては、有機半導体材料を特定の向きまたは方向に配向させる配向手段として、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、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。
【００５４】
こうした配向手段により、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上に積層されて配向していること、微小な凹凸を表面に有した硬化性樹脂からなる基板上に形成されていること、の何れかであることが好ましい。
【００５５】
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素子においては、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、微小な凹凸を有した硬化性樹脂からなるもの、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。
【００５６】
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ート、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。
【００５７】
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性分子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。
【００５８】
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。
【００５９】
本発明の有機半導体素子においては、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、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。
【００６０】
次に、有機エレクトロルミネッセンス素子の場合について説明する。有機エレクトロルミネッセンス素子においても、上述した有機半導体素子と同様な液晶配向層が形成されることが好ましい。なお、上述した有機半導体材料は、その分子構造により自己配向性を有するため、自己配向した有機半導体材料をホッピングサイトとする電荷輸送は、従来の分子分散系材料とは異なり、ホッピングサイトの空間的且つエネルギー的な分散が抑制され、分子性結晶にみられるバンドライクな輸送特性を実現することができる。そのため、従来の分子分散系材料に比べて極めて大きな移動度が実現でき、更にその温度・電界の依存性がないという特徴があらわれる。また、自己配向性を有する有機半導体材料の液晶性分子に蛍光材料を導入することによって、自己配向性が蛍光材料の添加によって阻害されることのない液晶性電荷輸送材料となる。
【００６１】
２．有機半導体装置
本発明の有機半導体装置１０１は、図２および図３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、配向した有機半導体材料からなる有機半導体層１４、ドレイン電極１５およびソース電極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素子を構成する有機半導体材料で形成されている。
【００６２】
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材料からなる有機半導体層１４、ドレイン電極１５とソース電極１６、保護膜１７の順に構成される逆スタガー構造、または、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、配向した有機半導体材料からなる有機半導体層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、蓄積状態または空乏状態の何れかで動作する。
【００６３】
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。
【００６４】
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また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、引き上げ法等が挙げられる。
【００６５】
なお、メタルマスクを介した真空製膜を用いて、または、真空製膜と組み合わせたフォトリソグラフ法を用いて、電極を形成してもよい。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。
【００６６】
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、電極材料の導電率およ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およびソース・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。
【００６７】
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、引き上げ法等が挙げられる。
【００６８】
なお、ＣＶＤ法等の既存パターンプロセスを用いてもよく、その場合には、ＳｉＯ２  、ＳｉＮｘ、Ａｌ２  Ｏ３  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。
【００６９】
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。
【００７０】
ドレイン電極１５およびソース電極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、本発明で用いる有機半導体材料は、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とオーミック接触をと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のエネルギー差を電荷量で割った値として定義される。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。
【００７１】
なお、本発明で適用されるドレイン電極１５およびソース電極１６の厚さは、５０〜１００ｎｍ程度である。
【００７２】
有機半導体層１４は、配向した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は、既に説明したとおりである。この有機半導体層は、液晶相において分子配向を揃えるための配向層の上、その目的で配向処理された下地の上、あるいは、電極および配向能を有する層に接する形態で形成される。この電極および配向能を有する層としては、有機半導体層の形成に続いて形成される層であってもよい。
【００７３】
有機半導体材料の配向処理や液晶配向層等についても上述した通りである。すなわち、本発明においては、有機半導体材料を用いるので、その液晶性分子は、上述した配向処理により一定の向きまたは方向に配向される。配向処理されてなる有機半導体層１４は、従来知られている有機半導体層に比べても、クラックの発生等がなく、そうしたクラックに基づく電荷輸送速度の低下等の弊害が生じないという優れた効果を有している。
【００７４】
液晶性分子の配向態様としては、（イ）図２に示すように、ゲート絶縁層１３の上に形成されたドレイン電極１５とソース電極１６の膜厚方向に直交し、且つ、当該ドレイン電極１５とソース電極１６の間に横列するように配向している態様、または、（ロ）図３に示すように、ゲート絶縁層１３の上に形成されたドレイン電極１５とソース電極１６の膜厚方向に平行に配向している態様、等を挙げることができる。
【００７５】
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、上記の有機半導体材料を用いてなる有機半導体装置は、デバイスの使用温度において電子輸送速度が１０−２ｃｍ２  ／Ｖ・ｓ以上または正孔輸送速度が１０−２ｃｍ２  ／Ｖ・ｓ以上となる（図１を参照）という優れた効果を発揮するので、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。
【００７６】
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または基板である場合には、そのゲート絶縁層または基板をラビング処理することにより、配向処理膜と、ゲート絶縁層または基板とを一体のものとすることができる。
【００７７】
配向制御層の膜厚は、ドレイン電極１５およびソース電極１６と、有機半導体層１４とのオーミック接触を妨げない範囲（０．５〜１０ｎｍ）であることが望ましい。
【００７８】
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およびソース電極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およびソース電極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およびドレイン電極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また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。
【００７９】
層間絶縁層を構成する材料としては、ＳｉＯ、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。
【００８０】
本発明の有機半導体装置においては、構成１：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／有機半導体層（／保護層）、構成２：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／有機半導体層（／保護層）、構成３：基板／ゲート電極／ゲート絶縁層（液晶配向層を兼ねる。）／有機半導体層／ソース・ドレイン電極（パタニング）／保護層、構成４：基板／ソース・ドレイン電極／有機半導体層／ゲート絶縁層／ゲート電極／保護層兼基板、とすることもできる。
【００８１】
こうした有機半導体装置は、セル構造を形成した後、毛細管現象にて液晶を注入し、徐冷してその有機半導体材料を結晶化させることが、製法上容易であるが、有機半導体材料を塗布法や蒸着法により形成したものであってもよい。
【００８２】
３．有機エレクトロルミネッセンス装置
本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置は、少なくとも基板／電極／電荷輸送性を有する有機半導体材料からなる電荷輸送層／発光層／電極、で構成されるもの、または、少なくとも基板／電極／電荷輸送性を有する有機半導体材料を含む発光層／電極、で構成されるものである。そして、この有機エレクトロルミネッセンス装置は、その有機半導体材料が、上記一般式（Ｉ）で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類であることに特徴がある。
【００８３】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置においては、電荷輸送性を有する有機半導体材料を単独で用いた場合には電荷輸送層を構成することができ、その有機半導体材料に発光性材料を添加した場合には発光層を構成することができる。
【００８４】
発光材料としては、蛍光量子収率の高い色素材料を利用することが好ましい。例えば、ジフェニルエチレン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、ジアミノカルバゾール誘導体、ビススチリル誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾキサゾール誘導体、芳香族ジアミン誘導体、キナクリドン系化合物、ペリレン系化合物、オキサジアゾール誘導体、クマリン系化合物、アントラキノン誘導体またはＤＣＭ−１等のレーザー発振用色素等が挙げられる。これらの色素は、電荷輸送性を有する有機半導体材料の液晶性を壊さない程度に、好ましくはその有機半導体材料１００重量部に対して約０．０１〜３０重量％程度添加する。発光のメカニズムとしては、おそらく色素分子が注入キャリアの再結合中心として働いていると考えられる。
【００８５】
本発明で使用される液晶性の有機半導体材料は、加工性を容易にするために有機高分子マトリックス中に包含させて使用することができる。このとき使用される高分子マトリックスとしては、セルロースアセテート系樹脂、ニトロセルロース系樹脂、スチレン系（共）重合体、（メタ）アクリル酸エステル系（共）重合体、ポリビニールブチラール系樹脂、アミノアルキッド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、可溶性ポリイミド系樹脂、可溶性ポリアミドイミド系樹脂、可溶性ポリエステルイミド系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、カゼイン、ヒドロキシエチルセルロース、スチレン−マレイン酸エステル系共重合体等が挙げられる。
【００８６】
上記高分子マトリックス中に電荷輸送性を有する有機半導体材料を包含させる方法としては、多孔質高分子膜中に有機半導体材料を強制的に含浸させ、膜の両面を封止する方法、高分子マトリックスと有機半導体材料とを共通溶剤中に溶解し、得られた溶液を適当な基板上に塗布し、適当な方法で脱溶剤して膜を形成する方法、高分子マトリックスの溶液中に有機半導体材料を乳化分散させた分散液を適当な基板上に塗布し、適当な方法で成膜する方法、高分子を形成するモノマー或いはプレポリマー等のポリマープレカーサー中に有機半導体材料を相溶させ、上記プレカーサーを重合させるとともに、有機半導体材料を相分離させる方法等、従来公知の方法が挙げられる。
【００８７】
本発明で使用される液晶性の有機半導体材料は、その有機半導体材料を主鎖及び／又は側鎖に含む高分子液晶として用いることもできる。これらは一般に融点以下の温度でも溶融状態における分子配向がそのまま固定される場合が多く、高い電荷輸送性を保持したまま成形性及び膜形成性を付与することができる。
【００８８】
以上のように、上述した有機半導体材料は、特にエレクトロルミネッセンス素子の用途に有用である。図４〜図７は、本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置の各種の形態を示したものである。素子の最も簡単な構造は、図４に示したように、発光層及び電荷輸送層を一層として陰極と陽極で挟んだものであり、本発明で用いられる液晶性の有機半導体材料のように、優れた電荷輸送性と蛍光性とを併せ持つ場合のみ、この層構成でのエレクトロルミネッセンス素子の作製が可能となる。このとき、強い発光を得るためには、電子注入の役割を果たす陰極材料は仕事関数の小さいもの、陽極材料は逆に仕事関数の値が陰極と同じ値又はより大きなものを選択することが好ましい。
【００８９】
陽極材料としては、一般的に、例えば、ＩＴＯ、酸化インジウム、酸化錫（アンチモン、砒素、又はフッ素ドープ）、Ｃｄ２ＳｎＯ４、酸化亜鉛、沃化銅、又はアルカリ金属又はアルカリ土類金属を基本とするナトリウム、カリウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−銀合金、アルミニウム、金、銀、ガリウム、インジウム、銅等、更に陽極に使用した材料と同一のものが挙げられる。
【００９０】
図６及び図７に示すような層構成とした場合には、発光層（発光材料）の厚みは電子又は正孔の移動を妨げない程度とすることが好ましい。発光層の膜厚は、好ましくは０．２〜１５μｍとし、材料中へのスペーサ粒子の散布、あるいはセルの周囲に設ける封止剤で膜厚を調整することができる。なお、発光層の膜厚調整としては、塗布法も適用できる。
【００９１】
なお、基板は、観察者側の表面に通常設けられ、発光層からの光を観察者が容易に視認することができる程度の透明性を有していることが好ましい。基板としては、有機エレクトロルミネッセンス装置に従来から用いられている各種のものを適用することができ、特に限定されない。基板の厚さは、通常５０〜２００μｍである。
【００９２】
また、電極上には正孔注入層が形成されていてもよい。正孔注入層は、陽極と電荷輸送層との間、または陽極と発光層との間に設けることができる。正孔注入層を形成する材料としては、フェニルアミン系、スターバースト型アミン系、フタロシアニン系、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウム等の酸化物、アモルファスカーボン、ポリアニリン、ポリチオフェン誘導体等が挙げられる。
【００９３】
以上のように、本発明の有機エレクトロルミネッセンス装置は、一般式（Ｉ）で表される４，４”−ジアルコキシターフェニル類を電荷輸送層用または発光層用の有機半導体材料として用いたので、その優れた電荷移動特性、特にデバイスの使用温度での高い電荷移動特性により、好ましい有機エレクトロルミネッセンス装置を構成することが可能となった。さらに、この有機半導体材料は流動性のある液晶状態を有するので、高い電荷移動特性を実現できる電荷輸送層または発光層を、塗布法等の製膜手段により均一且つ大面積で形成することができ、有機エレクトロルミネッセンス装置の大型化と生産性の向上に寄与することができた。
【００９４】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明について更に詳しく説明する。なお、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
【００９５】
（実施例１）
（４，４”−ジオクチロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニルの合成）撹拌装置、温度計、滴下漏斗及び還流冷却管を備えた５００ｍＬ容量の四つ口フラスコに４，４”−ジヒドロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニル１０ｇ（０．０３２９モル）、４８％水酸化ナトリウム水溶液５．８ｇ及びジメチルスルホキシド７０ｇを仕込み、フラスコ内を窒素置換した後、常圧下に、温度７０℃において、塩化ｎ−オクチル１２ｇ（０．０８０８モル）を撹拌下に約１５分かけて滴下した。滴下終了後、同じ温度で更に１０時間、撹拌下に反応を行った。
【００９６】
反応終了後、得られた反応混合物にトルエンを加え、冷却し、結晶を析出させた後、更に、リン酸水溶液を加えて、水酸化ナトリウムを中和した後、析出した結晶を濾過した。このようにして得られた粗結晶に再度、トルエンを加えて溶解し、水洗した後、水層を分液し、得られた油層にメタノールを加え、冷却、晶析、濾過、乾燥して、目的とする４，４”−ジオクチロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニル１４．７ｇを白色結晶（ゲル浸透クロマトグラフィーによる純度９９．９％）として得た。原料４，４”−ジヒドロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニルに対する収率は８６モル％であった。
相転移温度：６８．３℃、９５．９℃（示差熱分析法）
プロトンＮＭＲスペクトル分析（４００ＭＨｚ、重クロロホルム溶媒）：
【００９７】
【化７】
2004235277.tif 000007
【００９８】
【表１】
2004235277.tif 000008
【００９９】
（有機半導体装置の作製）
上述のように得られた４，４”−ジオクチロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニル（実施例１において、有機半導体材料という。）を用い、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／有機半導体層（／保護層）からなる有機半導体装置を作製した。この実施例１においては、ガラス基板上に有機半導体材料を製膜した。
【０１００】
＜基板＞中性洗剤、純水、アセトン、ＩＰＡを順に用いて超音波洗浄したガラス基板（厚さ１．１ｍｍ、コーニング１７３７）を用いた。
【０１０１】
＜ゲート電極＞ゲート電極は、上記の基板上に、Ａｕ（厚さ３００ｎｍ）の短冊状パターン（電極幅１００μｍ、電極間５ｍｍ）をメタルマスクを介して抵抗加熱蒸着して形成した。なお、同様の電極パターンとしては、ＩＴＯ電極をウェットプロセスにてパタニングしても形成できる。
【０１０２】
＜ゲート絶縁層およびその配向処理＞
（ａ）有機半導体材料の構成分子を基板に水平に配向させた場合（図２を参照。）；ゲート絶縁層として、感光性ポリイミド（東レ：ＵＲ−３１４０を１０ｇとり、それをｎメチルピロリドン２５ｇで希釈したもの。）をスピン塗布し、１００℃にて乾燥後露光現像することによりゲート電極端子を露出させた。その後、最高温度３５０℃で焼成した後、膜厚３００ｎｍのゲート絶縁層を形成した。
【０１０３】
こうして形成したポリイミド膜の表面をラビング（４８ｍｍのローラーに巻き付けたポリエステルをラビング布に用い、１２００ｒｐｍ、基板移動速度６００ｍｍ／ｍｉｎ）にて配向処理した。ラビング方向は、チャネル長方向（電荷輸送方向）に対して平行となる方向、垂直となる方向にてそれぞれ行った。
【０１０４】
本実施例においては、この配向処理に対して本実施例で用いた有機半導体材料は水平配向するので、液晶配向方向による電荷輸送の異方性（分子長軸方向、単軸方向の電荷輸送特性の差異）がＴＦＴの特性に及ぼす効果について比較を行った。
【０１０５】
（ｂ）有機半導体材料の構成分子を基板に垂直に配向させた場合（図３を参照。）；ＲＦスパッタ法にて上記ゲート電極を配した基板上に、ＳｉＯ２  膜１００ｎｍを形成（出力１００Ｗ×３０分）した。この基板上で、本実施例で用いた有機半導体材料は垂直配向するので、ＴＦＴを構成した際の電荷は分子長軸に垂直な方向に輸送されるものが支配的となる。この場合においては、上記の水平配向でチャネル長方向に対して垂直となる方向にラビングを行った場合と同様の電荷輸送となるが、電荷注入に対する液晶側鎖構造が及ぼす影響とＴＦＴの特性に対する効果についての知見を得た。
【０１０６】
＜ソース・ドレイン電極＞ソース・ドレイン電極パッド（チャネル長５０μｍ、チャネル幅４ｍｍ）として、Ａｕを抵抗加熱蒸着にてメタルマスクを用いて形成した（電極厚さ１００ｎｍ）。なお、ソース・ドレイン電極パッドからの引き出し電極線として、Ａｌを用いた。
【０１０７】
＜有機半導体層＞有機半導体材料として、４，４”−ジオクチロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニルを使用した。この有機半導体材料を、メタルマスクを用いて４ｍｍ×１００μｍの長方形パターンが上記で形成したソース・ドレイン間に、チャネルが形成されるような配置で形成し、良好な配向状態をもった厚さ５０ｎｍの有機半導体層を得た。
【０１０８】
（特性評価）
（ａ）有機半導体材料の構成分子を基板に水平に配向させた場合（図２を参照。）、すなわち、ゲート絶縁層に膜厚３００ｎｍで形成したポリイミドを用い、チャネル長５０μｍ、チャネル幅４ｍｍとなるようにソース電極、ドレイン電極を形成し、上記有機半導体材料で有機半導体層を形成した有機半導体装置の場合；
【０１０９】
この有機半導体装置について、ソース−ドレイン間電圧Ｖｄｓ：０〜−１００Ｖ、ゲート電圧Ｖｇ：０〜−１００Ｖの範囲で電圧を印加し、ソース−ドレイン間の電流Ｉｄｓがゲート電圧Ｖｇの印加によって変化する挙動を測定し、評価した。その測定範囲内において、一定のＶｄｓ条件下ではゲート電圧の絶対値を大きくするにつれてドレイン電流が増大し、ゲート電圧を一定に保った条件下ではソース−ドレイン間の印加電圧の絶対値を増加させるにつれてドレイン電流が増大し、さらにソース−ドレイン間の印加電圧の絶対値を増加させると、いわゆる有機トランジスタにおけるドレイン電流が飽和領域に達した。
【０１１０】
前記の有機半導体材料の電荷移動度を、対向電極基板対（サンドウィッチ型）の試料構成にしてＴＯＦ法によって測定した。その結果を図１に示す。本発明に係る有機半導体装置は、−２０〜７０℃という室温が含まれる温度領域において、１０−２ｃｍ２  ／Ｖ・ｓ以上の高い電荷移動度を有すると共に、従来の高移動度を呈する有機トランジスタと比較して極めて簡便な手法で実現できた。
【０１１１】
（ｂ）有機半導体材料の構成分子を基板に垂直に配向させた場合（図３を参照。）、すなわち、ゲート絶縁層に膜厚１００ｎｍで形成したＳｉＯ２  を用い、チャネル長５０μｍ、チャネル幅４ｍｍとなるようにソース電極、ドレイン電極を形成し、上記有機半導体材料で有機半導体層を形成した有機半導体装置の場合；
【０１１２】
この有機半導体装置について、ソース−ドレイン間電圧Ｖｄｓ：０〜−１００Ｖ、ゲート電圧Ｖｇ：０〜−１００Ｖの範囲で電圧を印加し、ソース−ドレイン間の電流Ｉｄｓがゲート電圧Ｖｇの印加によって変化する挙動を測定し、評価した。この（ｂ）の場合においても、トランジスタ特性が発現し、容易に有機トランジスタが実現されることが示された。
【０１１３】
（有機エレクトロルミネッセンス装置の作製）
真空成膜によりＩＴＯ電極（表面抵抗：１０Ω／□）を設けたガラス基板を、ＩＴＯ電極が対向するように、スペーサー粒子によってギャップ（約２μｍ）を設け、張り合わせたセルを作製した。ＩＴＯ電極の片面にはポリイミド（約６００Å）を塗布し、ラビング処理を行った。そのセルに、液晶性の有機半導体材料である４，４”−ジオクチロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニルに対して、発光材料（３−（２−Ｂｅｎｚｏｔｈｉａｚｏｌｙｌ）−７−（ｄｉｃｔｈｙｌａｍｉｎｏ）２Ｈ−１−ｂｅｎｚｏｐｙｒａｎ−２−ｏｎｅ、株式会社日本感光色素研究所製）を１モル％の割合で混合し、１２５℃の条件下で注入した。液晶が配向していることを確認しながら、暗所中、上記セルに３０℃、３００Ｖの直流電界をかけたところ発光色素の蛍光波長に由来する発光が見られ、偏光子と平行方向に偏光が確認された。
【０１１４】
（実施例２）
（４，４”−ジデシロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニルの合成）
実施例１において、塩化ｎ−オクチルに代えて、塩化ｎ−デシル１４．３ｇ（０．０８１０モル）を用いた以外は、実施例１と同様にして、目的とする４，４”−ジデシロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニル１３．９ｇを白色結晶（ゲル浸透クロマトグラフィーによる純度９９．９％）として得た。原料４，４”−ジヒドロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニルに対する収率は７３モル％であった。
相転移温度：８７．０℃（示差熱分析法）
プロトンＮＭＲスペクトル分析（４００ＭＨｚ、重クロロホルム溶媒）：
【０１１５】
【化８】
2004235277.tif 000009
【０１１６】
【表２】
2004235277.tif 000010
【０１１７】
（有機半導体装置の作製）
上述のように得られた４，４”−ジデシロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニル（実施例２において、有機半導体材料という。）を用い、実施例１と同様の構成の有機半導体装置を作製した。
【０１１８】
（特性評価）
（ａ）有機半導体材料の構成分子を基板に水平に配向させた場合（図２を参照。）；この有機半導体装置について、ソース−ドレイン間電圧Ｖｄｓ：０〜−１００Ｖ、ゲート電圧Ｖｇ：０〜−１００Ｖの範囲で電圧を印加し、ソース−ドレイン間の電流Ｉｄｓがゲート電圧Ｖｇの印加によって変化する挙動を測定し、評価した。その測定範囲内において、一定のＶｄｓ条件下ではゲート電圧の絶対値を大きくするにつれてドレイン電流が増大し、ゲート電圧を一定に保った条件下ではソース−ドレイン間の印加電圧の絶対値を増加させるにつれてドレイン電流が増大し、さらにソース−ドレイン間の印加電圧の絶対値を増加させると、いわゆる有機トランジスタにおけるドレイン電流が飽和領域に達した。
【０１１９】
前記の有機半導体材料の電荷移動度を、対向電極基板対（サンドウィッチ型）の試料構成にしてＴＯＦ法によって測定した。本発明に係る有機半導体装置は、−２０〜７０℃という室温が含まれる温度領域において、１０−２ｃｍ２  ／Ｖ・ｓ以上の高い電荷移動度を有すると共に、従来の高移動度を呈する有機トランジスタと比較して極めて簡便な手法で実現できた。
【０１２０】
（ｂ）有機半導体材料の構成分子を基板に垂直に配向させた場合（図３を参照。）；この有機半導体装置について、ソース−ドレイン間電圧Ｖｄｓ：０〜−１００Ｖ、ゲート電圧Ｖｇ：０〜−１００Ｖの範囲で電圧を印加し、ソース−ドレイン間の電流Ｉｄｓがゲート電圧Ｖｇの印加によって変化する挙動を測定し、評価した。この（ｂ）の場合においても、トランジスタ特性が発現し、容易に有機トランジスタが実現されることが示された。
【０１２１】
（有機エレクトロルミネッセンス装置の作製）
液晶性の有機半導体材料として、４，４”−ジデシロキシ−３”−イソプロピル−ｐ−ターフェニルを用いた他は、実施例１と同様の有機エレクトロルミネッセンス装置を作製した。作製した有機エレクトロルミネッセンス装置において、液晶が配向していることを確認しながら、暗所中、上記セルに３０℃、３００Ｖの直流電界をかけたところ発光色素の蛍光波長に由来する発光が見られ、偏光子と平行方向に偏光が確認された。
【０１２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に用いられる有機半導体材料は、デバイスの使用温度において優れた電荷移動特性を示すので、有機半導体素子および有機半導体装置、さらには有機エレクトロルミネッセンス素子および有機エレクトロルミネッセンス装置に好ましく適用できる。
【０１２３】
また、その有機半導体材料が流動性を有するので、電荷移動特性が均一で大面積の有機半導体素子および有機半導体装置、さらには有機エレクトロルミネッセンス素子および有機エレクトロルミネッセンス装置を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機半導体材料の電荷移動度を、対向電極基板対の試料構成にしてＴＯＦ法によって測定した結果である。
【図２】本発明の有機半導体装置の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の有機半導体装置の他の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の他の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子のさらに他の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子のさらに他の一例を示す模式図である。
【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  有機半導体層
１５  ドレイン電極
１６  ソース電極
【図１】
2004235277.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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