(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（IV）、
0004061561.tif 000026
（式中、Ｒ３７およびＲ３８は夫々同一かまたは異なり、水素原子、炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｘ１およびＸ２は、下記式、
0004061561.tif 000027
で表わされる二価の置換基であって、Ｙ１およびＹ２は、硫黄原子である。）で示されるπ共役系分子からなることを特徴とする有機分子配向薄膜用材料。
【請求項２】
下記一般式（Ｖ）、
0004061561.tif 000028
（式中、Ｒ３７およびＲ３８は前記と同じものであり、Ｘ３〜Ｘ５は、下記式、
0004061561.tif 000029
で表わされる二価の置換基であって、Ｙ１およびＹ２は前記と同じものである。）で示されるπ共役系分子からなることを特徴とする有機分子配向薄膜用材料。
【請求項３】
下記一般式（VI）、
0004061561.tif 000030
（式中、Ｒ３７およびＲ３８は前記と同じものであり、Ｘ６〜Ｘ９は、下記式、
0004061561.tif 000031
で表わされる二価の置換基であって、Ｙ１およびＹ２は前記と同じものである。）で示されるπ共役系分子からなることを特徴とする有機分子配向薄膜用材料。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか一項記載の有機分子配向薄膜用材料を用いた有機分子配向薄膜の製造方法において、真空蒸着法により成膜することを特徴とする有機分子配向薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路、光非線形素子、発光素子、薄膜トランジスター、光学フィルターなどの多くの光、電子、光電子デバイスなどに用いられる有機分子配向薄膜用材料およびそれを用いた有機分子配向薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路、光非線形素子、発光素子、薄膜トランジスター、光学フィルターなどへの応用が期待されるものとして、擬一次元的な共役系を有する有機半導体であるπ共役系オリゴマーの研究が近年活発に行われている。
【０００３】
また、これらの薄膜に関する研究も、近年活発に行われている。これらを精密に配列させることができれば、光非線型性及びキャリア移動度の非常に大きい薄膜が作製できる可能性がある。したがって、高度に配向した有機配向薄膜からなる光、電子、光電子デバイスの実現が期待されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有機分子はファンデルワールス力により結合するものであり、その相互作用が非常に小さいために、高度に配向した薄膜を得ることは困難であった。
【０００５】
有機分子を用いた配向膜作製の例として、チオフェン６量体配向薄膜の作製を有機分子線蒸着法によって行う試みが、Jpn.J.Appl.Phys.33,L1031(1994)に記載されている。ここで、有機分子線蒸着法とは、通常の真空蒸着装置では到達できない１０−６Ｐａ以下の真空度で、０．１ｎｍ／ｍｉｎのオーダー以下の速度で蒸着を行う方法である。この方法を用いると高度に配向した薄膜は得られるが、蒸着速度を非常に遅くする必要があるため、配向膜の作製に時間がかかるとともに、高真空を実現するために高価な装置を用いなければならず、コスト高になってしまうという問題があった。
【０００６】
また、最近、ペンタセン(IEEE Electron Device Lett.18,87(1997)）およびジチエノチオフェン(Appl.Phys.Lett.71,3871(1997)）などの芳香族多環及び複素環を持つ構造において、配向性の高い薄膜が得られたとの報告がなされた。これらの薄膜のキャリア移動度は、０．０３〜０．７ｃｍ２／Ｖ・ｓと、有機膜の中では非常に大きな値である。しかしながら、ａ−Ｓｉ（アモルファス・シリコン）の移動度に追いつくには、さらに１〜２桁程度高い移動度を実現させる必要があり、そのためには分子の配向性をより向上させることにより分子間の相互作用を大きくし、分子間のキャリア移動を高速化する必要がある。
【０００７】
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的は、有機分子線蒸着法によらず、通常の真空蒸着法によって、高度に配向した有機分子配向薄膜を作製することを可能にする材料を提供するとともに、その材料を用いて安価で量産性に優れた有機分子配向薄膜の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の有機分子配向薄膜用材料は、下記一般式（IV）、
0004061561.tif 000002
（式中、Ｒ３７およびＲ３８は夫々同一かまたは異なり、水素原子、炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｘ１およびＸ２は、下記式、
0004061561.tif 000003
で表わされる二価の置換基であって、Ｙ１およびＹ２は、硫黄原子である。）で示されるπ共役系分子からなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の有機分子配向薄膜用材料は、下記一般式（Ｖ）、
0004061561.tif 000004
（式中、Ｒ３７およびＲ３８は前記と同じものであり、Ｘ３〜Ｘ５は、下記式、
0004061561.tif 000005
で表わされる二価の置換基であって、Ｙ１およびＹ２は前記と同じものである。）で示されるπ共役系分子からなることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の有機分子配向薄膜用材料は、下記一般式（VI）、
0004061561.tif 000006
（式中、Ｒ３７およびＲ３８は前記と同じものであり、Ｘ６〜Ｘ９は、下記式、
0004061561.tif 000007
で表わされる二価の置換基であって、Ｙ１およびＹ２は前記と同じものである。）で示されるπ共役系分子からなることを特徴とする。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明の有機分子配向薄膜の製造方法は、上記π共役系オリゴマー又はπ共役系分子のいずれかからなる有機分子配向薄膜用材料を用いて真空蒸着法により成膜することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の有機分子配向薄膜用材料のπ共役系オリゴマー又はπ共役系分子を、下記化学式（Ｉ−１〜２０）、（II−１〜１０）、（III−１〜１２）、（IV−１〜１１）、（Ｖ−１〜４）及び（VI−１、２）に具体的に示す。
【００１６】
0004061561.tif 000008
【００１７】
0004061561.tif 000009
【００１８】
0004061561.tif 000010
【００１９】
0004061561.tif 000011
0004061561.tif 000012
【００２０】
0004061561.tif 000013
0004061561.tif 000014
【００２１】
0004061561.tif 000015
0004061561.tif 000016
【００２２】
0004061561.tif 000017
【００２３】
本発明の有機分子配向薄膜の製造方法においては、上記π共役系オリゴマー又はπ共役系分子を用いて、真空蒸着法により成膜する。かかる真空蒸着法は、例えば石英等の基板を抵抗加熱蒸着装置内に戴置し、真空槽内を、好ましくは１×１０−７〜５×１０−３Ｐａに減圧する。また、成長速度が、好ましくは０．０５〜２ｎｍ／ｓとなるようるつぼの温度を加熱する。膜厚は、好ましくは０．５〜３００ｎｍの範囲内である。
【００２４】
【実施例】
参考例１
石英を基板とし、抵抗加熱蒸着装置内に戴置し、前記化学式（Ｉ−１１）の化合物分子を成膜させた。成膜に際して真空槽内は５×１０−４Ｐａまで減圧した。成長速度が０．３ｎｍ／ｓとなるようるつぼの温度を加熱し、５０ｎｍの厚さに成膜した。
【００２５】
参考例２
参考例１の式（Ｉ−１１）の化合物を式（II−１）の化合物に代えた以外は、参考例１と同様にして、有機薄膜を作製した。
【００２６】
参考例３
参考例１の式（Ｉ−１１）の化合物を式（III−１）の化合物に代えた以外は、参考例１と同様にして、有機薄膜を作製した。
【００２７】
実施例１
参考例１の式（Ｉ−１１）の化合物を式（IV−１）の化合物に代えた以外は、参考例１と同様にして、有機薄膜を作製した。
【００２８】
実施例２
参考例１の式（Ｉ−１１）の化合物を式（Ｖ−１）の化合物に代えた以外は、参考例１と同様にして、有機薄膜を作製した。
【００２９】
実施例３
参考例１の式（Ｉ−１１）の化合物を式（VI−１）の化合物に代えた以外は、参考例１と同様にして、有機薄膜を作製した。
【００３０】
比較例１
参考例１の式（Ｉ−１１）の化合物を次式（VII−１）、
0004061561.tif 000018
で表される化合物に代えた以外は、参考例１と同様にして、有機薄膜を作製した。
【００３１】
比較例２
参考例１の式（Ｉ−１１）の化合物を次式（VII−２）、
0004061561.tif 000019
の化合物に代えた以外は、参考例１と同様にして、有機薄膜を作製した。
【００３２】
比較例３
参考例１の式（Ｉ−１１）の化合物を次式（VII−３）、
0004061561.tif 000020
の化合物に代えた以外は、参考例１と同様にして、有機薄膜を作製した。
【００３３】
比較例４
参考例１の式（Ｉ−１１）の化合物を次式（VII−４）、
0004061561.tif 000021
の化合物に代えた以外は、参考例１と同様にして、有機薄膜を作製した。
【００３４】
比較例５
参考例１の式（Ｉ−１１）の化合物を次式（VII−５）、
0004061561.tif 000022
の化合物に代えた以外は、参考例１と同様にして、有機薄膜を作製した。
【００３５】
比較例６
参考例１の式（Ｉ−１１）の化合物を次式（VII−６）、
0004061561.tif 000023
の化合物に代えた以外は、参考例１と同様にして、有機薄膜を作製した。
【００３６】
上述のようにして得られた有機薄膜の配向性の評価を偏光吸収測定により行った。測定されたｐ偏光時の吸収量対ｓ偏光時の吸収量の比Ｉｐ／Ｉｓを参考例１〜３、実施例１〜３及び比較例１〜６について夫々下記の表１、２に示す。
【００３７】
0004061561.tif 000024
【００３８】
【表２】
0004061561.tif 000025
【００３９】
表１及び２から、対応する番号の実施例と比較例とを夫々比較すると、各比較例のＩｐ／Ｉｓ比の値に対し、その分子内にビニレン基を挟み込んだ構造を有する各実施例の比の値が明らかに大きくなっていることがわかる。これは、オリゴマー、芳香族多環及び芳香族複素環の間にビニレン構造を挟み込むことにより、分子が非常に高度に配向し、その結果会合状態を形成していることを示唆している。
【００４０】
また、溶液中での吸収ピークを比較すると、参考例１〜３および実施例１〜３と対応する比較例１〜６とでは、各実施例の吸収ピークはそれぞれ各比較例の吸収ピークよりも長波長側に存在していた。これはすなわち、ビニレン基を分子内に挟み込むことにより、分子の共役長が増大したことを示している。
【００４１】
また、半経験的分子軌道計算（ＭＯＰＡＣ９３：富士通、Ｓｔｅｗａｒｔによる）を用いたチオフェンのねじれ角に対する生成エネルギーの値を図１に示すが、この結果より、隣接するチオフェンのねじれにくさは、ビニレン基＞チオフェン基＞フェニレン基の順番であった。一方、室温（３００Ｋ）における熱エネルギーは、０．６ｋｃａｌ／ｍｏｌに相当する。したがって図１より、チオフェン基又はフェニレン基を挟み込んだ場合には室温でも回転が起こり得るが、ビニレン基を挟み込んだ場合には回転はほとんど起こり得ないことが分かる。これはすなわち、ビニレン基を挟み込んだ分子構造が、他の構造と比較してねじれ角が変化しにくいということを意味する。
【００４２】
さらに、ビニレン基を結合した分子構造についての生成エネルギーがねじれ角が０度の時に最も小さいことから、この構造はもともとねじれが少ない状態で安定であることが分かる。すなわち、ビニレン基を挟み込んだ分子構造は、平坦性の非常によい分子骨格を持ち、したがって、上記構造は蒸着時においても分子が配列しやすく、分子配向膜を作製するのに適した構造といえる。
【００４３】
以上の結果より、ビニレン基を分子内に挟み込むことにより、分子の共役長を増大させつつ、高度に配向した結晶性薄膜を得ることができ、本発明の優位性は明らかである。
【００４４】
なお、前記化学式（Ｉ−１〜１０、１２〜２０）、（II−２〜１０）、（III−２〜１２）、（IV−２〜１１）、（Ｖ−２〜４）、（VI−２）に示す分子構造の有機分子においても同等の効果が得られた。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の、チオフェンオリゴマー誘導体、フェニレンオリゴマー誘導体、芳香族多環及び芳香族複素環の間にビニレン基を挟み込んだ有機分子配向薄膜用材料により、分子の共役系を増大させつつ、通常の真空蒸着法を用いても、高度に配向した配向薄膜を得ることが可能となる。
【００４６】
また、分子を配向させるとキャリアの移動度が大きくなることが明らかになっており（例えばJ.Am.Chem.Soc.115,8716(1993)）、本発明に係る分子配向膜を薄膜トランジスターの活性層に使用することにより、非常に高いキャリア移動度が達成できることが期待される。
【００４７】
さらに、本発明の有機分子配向薄膜用材料を用いることにより、基板温度が室温であっても、また通常の真空蒸着で用いる程度の真空度及び蒸着速度においても、高度に配向した薄膜を、大面積で均一に作製することができる。したがって、低コストで量産性に優れた有機分子配向薄膜の作製が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る、（ａ）ビニレン基、（ｂ）チオフェン基、（ｃ）フェニレン基を、チオフェン２量体間に挟み込んだ構造の生成エネルギーの、隣接チオフェンとのねじれ角依存性を示す説明図である。
【図１】
0004061561.tif 000032