(57)【要約】  【課題】棒状液晶化合物において、配向膜のラビングによることなくその配列を任意に制御し、膜厚方向及び膜面に平行な特定方向の導電性を大幅に高める手段を提供する。  【解決手段】基材表面に棒状液晶化合物をＰＶＤ法により斜方蒸着して蒸着膜を形成した後、該蒸着膜をこの化合物のスメクチック相の温度域で熱処理する。また、ＰＶＤ法として真空蒸着法で斜方蒸着する。さらに、上記の熱処理を、蒸着対象の液晶化合物のスメクチック相温度域の高温側１／２の温度範囲内で行なう。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面に長い直線的共役構造部分を有する棒状液晶化合物をＰＶＤ法により斜方蒸着して蒸着膜を形成した後、該蒸着膜をこの化合物のスメクチック相の温度域で熱処理することを特徴とする液晶化合物薄膜の配向制御方法。
【請求項２】
前記ＰＶＤ法が、真空蒸着法である請求項１記載の配向制御方法。
【請求項３】
前記熱処理を、蒸着対象の液晶化合物のスメクチック相温度域の高温側１／２の温度範囲内で行なうことを特徴とする請求項１又は２記載の配向制御方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の配向制御方法により形成された液晶化合物薄膜の膜構造であって、前記液晶化合物の直線的共役構造部分が基材表面と平行に積層され、かつその長手方向が蒸着時の蒸気流の方向と平行になるように積層されてなることを特徴とする膜構造。
【請求項５】
一対の電極間の導電チャネルとして、請求項４記載の膜構造を有する液晶化合物薄膜が用いられていることを特徴とするスイッチング素子。
【請求項６】
ゲート、ソース及びドレインの３電極と、ゲート電極を覆うように形成された絶縁膜と、該絶縁膜の外側に形成されソース及びドレイン電極間を導通せしめるチャネル部とを有する薄膜トランジスタであって、前記チャネル部に請求項４記載の膜構造を有する液晶化合物薄膜が用いられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項７】
一対の電極の間に、発光層及び電荷輸送層を含む複数の層が形成され、少なくともそのうちの１層が、導電性の液晶化合物からなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、該液晶化合物層に請求項４記載の膜構造を有する液晶化合物薄膜が用いられてい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８】
基板上に陽極層、陽極バッファ層、液晶化合物層、必要に応じて陰極バッファ層及び陰極層が順次積層されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、該液晶化合物層に請求項４記載の膜構造を有する液晶化合物薄膜が用いられてい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９】
前記陽極層がＩＴＯで形成され、前記陽極バッファ層がＰＥＤＯＴ−ＰＳＳで形成されていることを特徴とする請求項８記載の有機エレクトロルミネッセンス素子
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜トランジスタや有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる液晶化合物薄膜の膜構造とその形成方法に関し、とくに蒸着法の選択と熱処理により液晶化合物の配向を制御する配向制御方法と、この方法により形成された液晶化合物薄膜の膜構造、薄膜トランジスタ、有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体素子は、柔軟で衝撃に耐える素子の形成が可能なこと、印刷法等により安価な成膜が可能なこと、有機物特有の機能性が期待されることなどから、大きな注目を集めるようになり、その研究が活発に行われている。有機半導体素子の中で、最も研究が進んでいるのは有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子であるが、有機発光ダイオード（ＬＥＤ）や、有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）についても研究が進められており、中でもスイッチング素子として用いられることの多い電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）について多く研究がなされている。
【０００３】
かかる有機半導体素子の実現のためには、まず導電性の高い有機材料の開発が重要である。導電性有機材料の開発には多くの努力が積み重ねられ、低分子のものや高分子のものなど種々のものが検討されてきた。近年、液晶性の有機化合物の中で、高い電荷輸送性を有するものが見出され、その応用についても多くの研究がなされるようになってきた。本発明者らも、以前から導電性の高い液晶化合物について種々の研究を行なっており、新規な高分子化合物を多数提案してきた（下記特許文献１，２等）。
【０００４】
本発明者らが注目している液晶化合物は、長い直線的共役構造部分（以下、「コア部分」という）の両側（又は片側）に鎖状のアルキル系炭化水素の枝部分を有する棒状の化合物である。図６は、この液晶化合物の電荷輸送機構の説明図である。この化合物は、鎖状炭化水素部分１６の相互作用により、コア部分４が平行に積み重なるように配向し易いという特徴を持っている。コア部分は、芳香環や多重結合により共役系を形成してπ電子が移動可能になっている。したがって、図６に見られるように、コア部分４を平行に配向させることによって、電荷輸送性が顕著に増大するので、この化合物を有機半導体素子として利用するためには、その配向の制御がきわめて重要になっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５６４７３号公報
【特許文献２】特開２００３−０５５３３７号公報
【特許文献３】特開２００１−１６７８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような液晶化合物は、電界印加により導電性を発現する半導体の性質を有し、薄膜トランジスタとしての利用が考えられる。しかし、有機材料の電荷輸送性は、シリコン単結晶に比してはるかに小さく、近年漸くアモルファスシリコンに近い移動度の有機材料が入手可能になってきたという状況である。一般に、移動度が増大すれば、スイッチング素子としての応答性も高速化するから、上述のような液晶化合物も、できるだけその配向を制御して、電荷輸送性を高めることが望ましい。
【０００７】
また、この液晶化合物は、図６に示した電荷輸送の機構からも明らかなように、電荷の輸送に異方性があり、電界効果トランジスタの場合には、この異方性を如何に利用するかが課題となる。図７は、従来の電界効果トランジスタ（ｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴ）の構造の説明図である。ｐ型シリコン基板１７の一部がｎ型にドープされてチャネル部１０が形成され、その両端にソース電極７とドレイン電極８が設けられている。また、チャネル部１０の上に、ＳｉＯ2の絶縁膜９を介してゲート電極６が設けられている。有機ＦＥＴの場合には、このチャネル部１０に液晶化合物の薄膜が用いられるので、この薄膜の特定の方向、すなわちソース電極７とドレイン電極８とを結ぶ方向の電荷輸送性を高めることが重要である。したがって、前述の液晶化合物のコア部分が、ソースとドレイン電極を結ぶ線に直交して積層されるように、その配向を制御する必要がある。
【０００８】
従来から、液晶材料の配向制御には、ポリイミド等の高分子材料の配向膜の表面を一定方向にラビングして、このラビングの方向に沿って、液晶分子を配列させるという方法が多用されてきた。しかし、ラビングで発生する屑による汚染や静電気の問題等から、ラビングによらない配向制御の方法についても種々の検討がされるようになってきている。上記の液晶化合物を有機半導体素子とくに有機薄膜トランジスタとして利用する場合にも、ラビングによらず液晶分子の配向を制御する手段を確立することが望まれる。
【０００９】
そこで本発明は、長い直線的共役構造部分を有する棒状液晶化合物において、配向膜のラビングによることなく、この共役構造部分の配列を任意に制御し得る配向制御の手段を提供することを課題としている。これにより、その電荷輸送性を大幅に高めるとともに、この化合物を電界効果トランジスタのチャンネル部に用いる場合に、そのソースとドレイン電極間の電荷輸送性を選択的に高めうる手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の液晶化合物薄膜の配向制御方法は、
長い直線的共役構造部分とその両側又は片側に直鎖炭化水素の部分を有する棒状液晶化合物を、基材表面にＰＶＤ法により斜方蒸着して蒸着膜を形成した後、該蒸着膜をこの化合物のスメクチック相の温度域で熱処理することを特徴とする。
【００１１】
斜方蒸着は、蒸気流の方向に対して、基材の表面を傾斜させて蒸着する方法で、これにより、棒状液晶化合物が基材表面に対して略一定の角度で傾斜した状態で積み重ねられる。このような状態の蒸着膜を、この化合物のスメクチック相の温度域で熱処理することにより、液晶分子の再配列が起こって、長い直線的共役構造部分（コア部分）が、基材表面に平行に積層されるようになる。その際に、斜方蒸着されているため、コア部分が一定の方向を向いて配列する。すなわち、コア部分が蒸着時の蒸気流（と蒸着点を含む面）に平行に基材上に配列するので、これと直角な方向の電荷輸送性を顕著に向上させることができる。
【００１２】
この配向制御方法においては、前記ＰＶＤ法が真空蒸着法であることが好ましい。その理由は、蒸着粒子に過大なエネルギーを与えることなく、熱速度程度の運動エネルギーで蒸着を行なった方が、棒状分子を整列させる上で有利になると考えられ、かかる目的には、真空蒸着法が好適なためである。
【００１３】
また、この配向制御方法においては、前記熱処理を蒸着対象の液晶化合物のスメクチック相温度域の高温側１／２の温度範囲内で行なうことが好ましい。より好ましくは、スメクチック相温度域の高温側１／３の温度範囲内で行なう。これより高温側では、流動性が過度になって、コア部分の配列が乱れるおそれがあり、これより低温側では、流動性不足で液晶分子の再配列が十分進行しないおそれがあるためである。なお、この熱処理は、液晶化合物の変質を避けるため真空又は不活性ガス雰囲気で行なうことが好ましい。後記実施例に示すように、熱処理の有無によって、液晶化合物薄膜の電圧−電流特性とくにその立上り特性が顕著に相違することが確かめられている。
【００１４】
本発明の液晶化合物薄膜の膜構造は、上記のいずれかの配向制御方法を用いて形成されたものであって、前記液晶化合物の直線的共役構造部分が基材表面と平行に積層され、かつその長手方向が蒸着時の蒸気流の方向と平行になるように積層されてなることを特徴とする。このような膜構造にすることにより、該液晶化合物薄膜は、膜厚方向（基材の法線方向）の導電性のみならず、膜面（膜厚方向と直角な面）のある特定の方向、すなわち蒸着時の蒸気流の方向と直角な膜面方向の導電性が顕著に増大する。この後者の導電性は、この薄膜を電界効果トランジスタの導電チャネルとして利用するのに好適な特性である。
【００１５】
本発明のスイッチング素子は、一対の電極間の導電チャネルとして、上記の膜構造を有する液晶化合物薄膜が用いられていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の薄膜トランジスタは、ゲート、ソース及びドレインの３電極と、ゲート電極を覆うように形成された絶縁膜と、該絶縁膜の外側に形成されソース及びドレイン電極間を導通せしめるチャネル部とを有する薄膜トランジスタであって、前記チャネル部に上記の膜構造を有する液晶化合物薄膜が用いられていることを特徴とするものである。本発明によれば、チャネル部を形成する棒状液晶化合物のコア部分をソース及びドレイン電極を結ぶ線と直角に積層するように、容易に配向を制御することができ、これによりその電荷輸送性と高速応答性を顕著に改善することができる。
【００１７】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の第一は、一対の電極の間に、発光層及び電荷輸送層を含む複数の層が形成され、少なくともそのうちの１層が、導電性の液晶化合物からなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、該液晶化合物層に上記の膜構造を有する液晶化合物薄膜が用いられていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の第二は、基板上に陽極層、陽極バッファ層、液晶化合物層、必要に応じて陰極バッファ層及び陰極層が順次積層されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、該液晶化合物層に上記の膜構造を有する液晶化合物薄膜が用いられていることを特徴とするものである。この素子においては、前記陽極層がＩＴＯ（Indium Tin Oxide）で形成され、前記陽極バッファ層がＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（poly（ethylenedioxythiphene）−polystylene sulphonic acid）で形成されているものであってもよい。
【００１９】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、液晶化合物薄膜の配向が十分に制御されているため、電荷輸送性がきわめて高い。そのため、作動電圧の低下や素子内部の電圧勾配の低下が可能である。また、この液晶化合物自体が発光性を有し、電荷輸送層と発光層を一体にし得るため素子構造の簡略化が可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、棒状液晶化合物において、配向膜のラビングによることなく、この共役構造部分の配列を任意に制御し得る配向制御の手段を提供することが可能になった。これにより、その電荷輸送性を大幅に高めるとともに、この化合物を電界効果トランジスタのチャンネル部に用いる場合に、そのソースとドレイン電極間の電荷輸送性を選択的に高めことが可能になった。この技術は、スイッチング素子として用いる有機薄膜トランジスタの実現に大きな貢献をするものと言える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の液晶化合物薄膜の形成方法は、基材表面に棒状液晶化合物の蒸着膜をの斜方蒸着法により形成し、その後この蒸着膜を所定の温度域で熱処理してなるものである。
まず、本発明で用いる液晶化合物について説明する。この化合物は、長い直線的共役構造部分とその両側又は片側にパラフィン系炭化水素の部分を有するものである。このような液晶化合物として、下式で示されるものが例示される（式中Ｒ１，Ｒ２はアルキル基）。この化合物は、３個のベンゼン環がそれぞれの間にエチレン基を挟んで直線的に連結され、その両端にアルキル基を有するものである。
【００２２】
【化１】
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このベンゼン環とエチレン基との部分が直線的共役構造部分（コア部分）であり、この部分を前出の図６のように配列させることにより、共役電子がホッピングして高い導電性を示す。両側のアルキル基は、隣接する分子のアルキル基との相互作用によって、コア部分の配列を促進するもので、片側のみであってもよいが、両側にあることがより好ましい。アルキル基の炭素数はとくに限定を要しないが、５〜２０個程度でよい。
【００２３】
基材表面にこの液晶化合物の蒸着膜を形成するにあたっては、ＰＶＤ法（物理的気相成長法）で斜方蒸着する。斜方蒸着は、蒸気流の方向に対して、基材の表面を傾斜させて蒸着する方法で、磁気記録媒体や液晶のＳｉＯ等の配向膜の製造には多用されている。しかし、従来の斜方蒸着は主に粒状の分子に用いられている技術であって、本発明のような棒状液晶化合物の場合に、どのような特性の蒸着膜が得られるかについての知見はほとんどない。
【００２４】
本発明者らは、棒状の液晶化合物を蒸着すると、その長手方向が蒸気流の方向とおおよそ平行になるように運動するため、これを斜方蒸着すると、棒状化合物が規則性をもって配列した蒸着膜が得られることを知見した。本発明は、この技術とその後の熱処理とを組み合わせて、液晶化合物薄膜の配向を制御し、その導電性を顕著に増大させるとともに、電界効果トランジスタに好適な配向状態を形成することを特徴とするものである。
【００２５】
図１は、本発明の方法における液晶化合物の配向制御の原理を示す説明図で、図１(ａ)は液晶分子が空間を移動する状態を示す模式図、図１(ｂ)，(ｃ)は蒸着膜の液晶分子の配列を示す模式図で、それぞれ図１(ａ)のＢ方向及びＡ方向から見た図、図１(ｄ)，(ｅ)は熱処理後の薄膜の液晶分子の配列を示す模式図で、それぞれ図１(ａ)のＢ方向及びＡ方向から見た図である。
【００２６】
棒状の液晶化合物は、蒸気流内においては抵抗が小さくなるように、その長軸がおおむね蒸気流の方向と一致するように運動する（真空中でも若干の気体分子は残存しているので、このような運動をすると考えられる）。したがって、斜方蒸着においては、図１(ｂ)に見られるように、液晶分子の長手方向が蒸気流の方向と略平行になるように配列して基材に付着する。なお、図１(ｃ)（Ａ方向から見た側面図）に見られるように、棒状分子は基材表面に対してある程度傾斜して付着していればよく、その傾斜角が必ずしも一定でなくともよい。なお、蒸着時の基材温度は常温に近く、この状態では液晶化合物は固相であり、基材上の液晶分子はある程度空隙を持った状態で付着しているため、蒸着膜の密度は小さい。
【００２７】
次いで、この蒸着膜をこの液晶化合物のスメクチック状態の温度域で熱処理する。これにより、液晶分子の再配列が起こって、図１(ｅ)に見られるように、傾斜して付着していた液晶分子のコア部分が、基材表面に平行に積層されるようになる。その際に、このコア部分が蒸気流の方向に平行に並んでいるため、この平行状態がそのまま維持される（図１(ｄ)。これにより、膜厚方向（基材の法線方向）とともに、整列したコア部分の軸と直角な方向（図１(ｄ)の矢印Ｃ方向）の導電性が顕著に増大する。
【００２８】
スメクチック相の温度域での熱処理の際に、分子を動かす主な駆動力は、コア部分の両側のアルキル基の相互作用、すなわち隣接する分子のアルキル基相互の分子間引力によると考えられる。これにより棒状分子が平行に配列され、コア部分が一定の間隔で積み重なるように積層される。コア部分の長さが一定であれば、その両端がほぼ揃うように積層されると考えられ、これによりコア間の共役電子の移動がきわめて容易になって、積層面と直角な方向の導電性が顕著に増大する。      
【００２９】
前記の特許文献３にも示されているように、一般に液晶化合物をその液晶域の温度まで加熱処理すると、π電子共鳴構造面が電極面と平行に配列することが知られている。しかし、基材表面に棒状液晶化合物をランダムに蒸着した後加熱処理したのでは、コア部分が基材面と平行に積み重なっても、その方向はランダムになり、図１(ｄ)のようにコア部分が一定の方向を向いて配列しない。そのため、膜厚方向の導電性が増大しても、膜面と平行な方向の導電性は増大しない。蒸着膜を斜方蒸着で形成することにより、図１(ｂ)に示すように、棒状液晶化合物が略一様な方向を向いて蒸着されるので、これを熱処理して図１(ｄ)のように配列させ、膜面と平行な特定の方向（図１(ｄ)の矢印Ｃ方向）の導電性を高めたことが、本発明の特徴である。
【００３０】
本発明において、液晶化合物の蒸着膜を形成する基材は、有機材料例えば高分子の薄膜であってもよく、あるいは無機材料例えばガラスやシリコンの基板やその上に形成された金属電極膜等であってもよい。蒸着方法は、真空蒸着法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、イオンプレーティング、スパッタ蒸着法等のＰＶＤ法を広く適用可能と考えられる。しかし、本発明者らの知見によれば、蒸着粒子に過大なエネルギーを与えることなく、熱速度程度の運動エネルギーで蒸着を行なった方が、空間を移動する速度が遅くなり、棒状分子の長手方向が蒸気流と平行に整列し易くなると考えられ、このような観点からは、真空蒸着法がとくに好適である。
【００３１】
斜方蒸着における傾斜角度（基板の法線と蒸気流との間の角度）は、必ずしも厳密に限定するを要しないが、これが小さすぎると、棒状分子が基板に直角に近い角度で配列するため、熱処理でこれを一定方向に寝かせることが難しくなる。また傾斜角度が大き過ぎると蒸着ムラが生じ易くなって好ましくない。したがって、傾斜角度は１０〜７０度程度の範囲が適当と思われる。
【００３２】
本発明の方法においては、熱処理の温度も重要である。等方性液体の温度まで昇温すると、斜方蒸着時の配列が失われて不適切なことは言うまでもないが、本発明者らの知見によれば、ネマチック相の温度でも流動性が過度になって好ましくない。ただし、スメクチック相の温度域の低温側では、流動性不足で適切に配向しない場合が生じる。したがって、熱処理温度は、対象となる液晶化合物のスメクチック相温度域の高温側半分の温度範囲が好ましい。より好ましくは、高温側の１／３の温度範囲とする。なお、熱処理時間はとくに限定を要しないが、上記の温度域で数分乃至数十分程度保定すればよい。
【００３３】
次ぎに、本発明の薄膜トランジスタについて説明する。図２は、本発明の実施例である薄膜トランジスタの断面模式図である。この薄膜トランジスタは、基板５上に、ゲート電極６を挟んでソース電極７及びドレイン電極８が対向して形成された電界効果トランジスタであり、ゲート６を覆うように絶縁膜９が形成され、絶縁膜９の外側にソース７とドレイン８を導通させるチャネル部１０が形成されているが、このチャネル部１０に、上述の方法で配向制御された液晶化合物薄膜が用いられていることが特徴である。
【００３４】
この薄膜トランジスタを製造するには、まず基板５上に金属の蒸着法等によりゲート電極６を形成し、その上に高分子材料等からなる絶縁膜９を、蒸着法やスピンコート法等により形成する。さらにその上に、ゲート電極６を挟んで互いに対向するソース電極７及びドレイン電極８を、金属の蒸着法等により形成する。その後この基材に真空蒸着法により、本発明の対象である棒状液晶化合物を斜方蒸着する。この際、ソース電極７とドレイン電極８を結ぶ線が、蒸気流の方向（蒸発源と蒸着点を結ぶ線）と略直角になるように、基板５をセットする。所定膜厚の蒸着膜が得られたら、これを真空又は不活性ガス雰囲気で所定温度に保定する熱処理を行なえばよい。これにより、棒状液晶化合物のコア部分がソースとドレインを結ぶ線に直角に積層されて、この方向の電荷輸送性が顕著に増大する。        
【００３５】
次ぎに、本発明の有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子について説明する。図３は、本発明の実施例である有機ＥＬ素子の断面模式図である。この素子は、透明基板１１上に陽極１２、バッファ層１３、液晶化合物薄膜１４及び陰極１５が順次積層されてなるものである。陽極１２には、光を取り出すため透明な材料で仕事関数が大きいもの、例えばＩＴＯ膜が用いられる。陰極１５は、仕事関数の小さい金属例えばＡｌ，Ｃａ，ＦＬｉ（フッ化リチウム），Ｍｇやこれらの合金の薄膜により形成する。
【００３６】
本実施例の液晶化合物には、それ自体発光性を有するものが用いられているため、液晶化合物薄膜１４は、発光層でありかつキャリア輸送層の機能を有する。バッファ層１３は、陽極１２からの正孔注入のエネルギー障壁を低下させることを目的とし、例えばＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（poly（ethylenedioxythiphene）−polystylene sulphonic acid）等を用いる。なお、バッファ層１３を必要としない場合もあり、また、必要に応じて陰極１５側に電子注入を目的とするバッファ層を設けてもよい。
【００３７】
本発明の有機ＥＬ素子は、液晶化合物薄膜１４の膜構造・形成方法に特徴を有するものであり、その他の層の形成は従来と同様の方法で行なえばよい。透明基板１１上に陽極１２、バッファ層１３の形成を終えた後、真空蒸着法により、本発明の対象である棒状液晶化合物を斜方蒸着する。この場合は、基板をセットする方向は特定することを要しない。所定膜厚の蒸着膜が得られたら、これを真空又は不活性ガス雰囲気で所定温度に保定する熱処理を行い、さらにその上に蒸着法等により陰極１５を形成すればよい。
【００３８】
本発明の有機ＥＬ素子の場合は、薄膜トランジスタの場合と相違して、液晶化合物薄膜１４の膜厚と直角な特定の方向の導電性を高めることを必要とするわけではない。しかし、本発明者らの知見によれば、蒸着膜が斜方蒸着の場合と非斜方蒸着（垂直蒸着）の場合では、熱処理後の電荷輸送性は前者の方が高いので、本発明の配向制御方法を有機ＥＬ素子に適用する意義は十分に大きい。なお、本発明の有機ＥＬ素子において、液晶化合物薄膜１４を発光層と電荷輸送層の２層に別けてもよく、その場合は、これらの両方又は一方の層が本発明の配向制御方法により形成された液晶化合物薄膜であればよい。
【実施例】
【００３９】
透明基板上にＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ薄膜を形成し、さらにその上に本発明の方法により配向制御した液晶化合物薄膜を形成して、この液晶薄膜の偏光特性と電圧−電流特性を調査した。寸法４×４ｍｍのガラス基板を超音波洗浄液（洗浄液：イソプロパノール＋アセトン）とＵＶ洗浄で清浄化した後、スピンコート法によりＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ薄膜を形成した。製膜条件は、回転数２０００ｒｐｍ、製膜時間３０ｓｅｃとした。製膜後１５０℃で３０分間熱処理してＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ薄膜を硬化させた。
【００４０】
このＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ薄膜上に、本発明の方法により液晶化合物薄膜を形成した。用いた液晶化合物は、前記、化１で示される化合物のアルキル基Ｒ1及びＲ2が、ともにＣ12Ｈ25で表されるものである。この化合物３０ｍｇを、蒸気流の方向に対して４５°傾斜させた室温の基材上に、抵抗加熱真空蒸着法により斜方蒸着した。その後、窒素雰囲気下でこの基板を２００℃に加熱し、この温度に２分間保持する熱処理を行なった。なお、この化合物のスメクチック相の温度域は、おおよそ１００〜２５０℃である。
【００４１】
このようにして形成された液晶化合物薄膜の配向性を、偏光顕微鏡で観察した結果の例を、図４に示す。図４(ａ)は、偏光顕微鏡の偏光子の方向と、液晶化合物のコア部分の整列方向（図１(ｄ)の矢印Ｃと直角な方向）が一致している場合で、視野がかなり暗くなっている。完全な暗視野でないのは、液晶化合物の配列に若干の乱れがあるためと考えられる。一方、図４(ｂ)は、試料をこれと４５°回転したときの観察像で、十分に明るい視野になっている。このことから、上記のように作製された液晶化合物薄膜が、図１(ｄ)に示すような配向状態になっていることが窺える。
【００４２】
また、上述のように作製した液晶化合物薄膜（＋ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ薄膜）の導電性を評価した。基材−ＩＴＯ電極膜−ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ薄膜−液晶化合物薄膜−金属陰極の構成からなる素子を作製し、両極間の電圧−電流特性を測定した。ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ薄膜及び液晶化合物薄膜の製膜条件は上記と同じである。また、ＩＴＯ電極膜および金属陰極は、真空蒸着により形成した。また、比較例として、液晶化合物薄膜の熱処理を行なわなかった試料を作製し、熱処理したものとの導電性を比較した。測定結果の例を図５に示す。
【００４３】
同図において、熱処理したもの（○印）は、印加電圧４Ｖ付近から急激な立上りを見せて、電流が急激に増大する。これに対して、熱処理の無い比較例（●印）は、電流の立上り不明瞭で、電流の増大幅も著しく小さい。このことから、この
液晶化合物薄膜の膜厚方向の導電性は、２００℃での熱処理によって顕著に増大することが明らかになった。この熱処理材のような急激な立上り特性は、これをスイッチング素子として用いるのに、好適な特性と言える。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の方法における液晶化合物の配向制御の原理を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例である薄膜トランジスタの断面模式図である。
【図３】本発明の実施例である有機エレクトロルミネッセンス素子の断面模式図である。
【図４】本実施例における液晶化合物薄膜の偏光顕微鏡写真の例である。
【図５】本実施例における電圧−電流特性の測定結果の例を示す図である。
【図６】本発明に用いられる液晶化合物の電荷輸送機構の説明図である。
【図７】従来の電界効果トランジスタの構造を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  棒状液晶化合物
２  蒸気流
３  基材
４  コア部分
５  基板
６  ゲート電極
７  ソース電極
８  ドレイン電極
９  絶縁膜
１０  チャネル部
１１  透明基板
１２  陽極
１３  バッファ層
１４  液晶化合物薄膜
１５  陰極
１６  鎖状炭化水素部分
１７  ｐ型シリコン基板
【図１】
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【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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