有机半导体材料制造技术

本发明专利技术的目的在于，提供一种不仅显示出液晶性而且还显示出高电子迁移率的有机半导体材料。本发明专利技术的有机半导体材料至少包含具有芳族稠环结构的电荷输送性分子单元A、以及通过单键与该单元相连的环状结构单元B，且上述单元A和单元B中的至少一个单元具有作为侧链的单元C，其特征在于，该有机半导体材料显示N相、SmA相和SmC相以外的液晶相。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有机半导体材料
本专利技术涉及适用于各种器件(例如，有机电子器件)的有机半导体材料。更详细地说，涉及具有液晶性的有机半导体材料。
技术介绍
能够通过空穴或电子进行电子的电荷输送的有机物质可以用作有机半导体，并且可以用作复印机感光器、光敏器件、有机EL元件、有机晶体管、有机太阳能电池、有机存储元件等有机电子元件的材料。这类材料的利用形态一般是非晶质薄膜或多晶薄膜。另一方面，在以往只考虑离子传导性的液晶物质的液晶相中，近年来发现了显示出比非晶质有机半导体高得多的迁移率的电子传导性，并已查明，可将液晶相作为有机半导体使用。液晶物质被定位为能够形成以自组织的方式取向的分子凝聚相(液晶相)并显示出高迁移率(10-4cm2/Vs～1cm2/Vs)的新型有机半导体。另外，已经查明，液晶物质具有晶畴界面或旋错(disclination)等液晶所特有的取向缺陷而导致难以形成电活性能级的特征等，但液晶物质也具有以往的非晶质有机半导体材料和结晶性有机半导体材料所从未见过的优良的特性。实际上，现今正在使用液晶相作为有机半导体进行光敏器件、电子照片感光器、有机EL元件、有机晶体管、有机太阳能电池等的电子元件的试生产。液晶物质具有一种很大的特征，即，在液晶相中一般可以容易地进行非液晶物质所难以实现的对分子取向的控制。例如，对于棒状液晶物质，如液晶盒等，当将液晶物质注入到2个基材之间时，在液晶相温度下，一般来说，液晶分子具有这样的倾向，即，分子长轴相对于基材表面容易呈水平状态取向，而且，当将液晶物质涂布在基材上时，分子长轴相对于基材表面容易呈垂直状态取向。如果利用这个倾向，则通过降低温度，可使在液晶相温度下取向的液晶薄膜相转变为结晶相，这样就可以容易地制作不仅在液晶相中而且在结晶相中均能控制分子取向的薄膜(结晶薄膜)。这一点对于普通的非液晶性有机物质来说是难以实现的。可以理解，通过利用这种特征，将液晶物质的液晶薄膜(液晶相状态的薄膜)用作在形成结晶薄膜时的前体，可以制作结晶性和平坦性优良的结晶薄膜。根据这一点，可以说，如果在液晶相温度形成液晶膜，再将其冷却至结晶化温度，可以获得均匀的且表面平坦性优良的膜。这样，液晶物质不仅作为液晶薄膜而且作为结晶薄膜，可以作为有机半导体材料应用于电子元件中，根据这一点，可以说，液晶物质是作为有机半导体的自由度高的材料(例如，非专利文献1：AdvancedMaterials，电子版，25FEB2011，DOI：10.1002/adma.201004474)。但是，在将液晶物质用作有机半导体的情况下，必须得到一种显示出高的电子迁移率的液晶物质。在这一点上出现这样一个问题，即，想要得到显示出高的电子迁移率的物质来作为有机半导体，究竟应该合成哪种物质才可以。迄今为止，已合成了各种各样可作为液晶物质的材料，但其对象基本上局限于用于利用光学各向异性的显示元件的显示材料的向列液晶，迄今为止尚不明确的是，当将液晶物质用作有机半导体时，是否只要基于适宜的液晶物质的分子设计的指导方针来合成液晶物质就行了呢？即，究竟要基于什么样的考虑来合成液晶物质才好？因此，在过去，当想要合成显示高电子迁移率的新的液晶物质时，基本上是通过将含有芳环的核芯结构与烃链相组合，选择目标化学结构进行合成，考察其液晶相，由此进行试错法，除此以外没有别的方法。另外，作为显示出高迁移率的有机半导体，在设计适宜的结构方面，迄今为止，还不能给出有用的指导方针，在材料的开发上存在很大的问题。现有技术文献非专利文献非专利文献1：AdvancedMaterials，电子版，25FEB2011，DOI：10.1002/adma.201004474
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术的目的在于，提供能够克服上述现有技术的缺点，不仅显示液晶性而且还显示出高电子迁移率的有机半导体材料。用于解决课题的手段本专利技术人经过认真研究，结果发现，至少包含特定的电荷输送性分子单元A以及通过单键与该单元相连的环状结构单元B的材料，作为上述有机半导体材料是极为适宜的。本专利技术的有机半导体材料是基于上述知识而专利技术的，更详细地说，本专利技术是一种有机半导体材料，其至少包含具有芳族稠环结构的电荷输送性分子单元A以及通过单键与该单元相连的环状结构单元B，且上述单元A和单元B中的至少一个单元具有作为侧链的单元C；该材料的特征是，除了显示N相、SmA相和SmC相以外，还显示其他的相。根据本专利技术人的知识，关于本专利技术的有机半导体材料显示出适宜特性的理由，可以推测如下。一般来说，液晶物质包括高分子液晶和低分子液晶，在高分子液晶的情况下，液晶相的粘性一般都很高，因此，具有不易引起离子传导的倾向。另一方面，在低分子液晶的情况下，当存在离子化杂质时，在向列相(N相)、近晶A相(SmA相，下同)和SmC相等液体性强的低阶的液晶相中，具有诱发离子传导的倾向。此处所说的“离子化杂质”是指，离子性杂质被解离而生成的离子、或者能够形成电荷陷阱的电活性杂质(即，HOMO能级、LUMO能级、或者这两者的能级在液晶物质的HOMO、LUMO能级之间还具有能级的杂质)通过光离子化或电荷的捕获而生成的离子化的物质(参见例如，M.Funahashi和J.Hanna，Impurityeffectonchargecarriertransportinsmecticliquidcrystals，Chem.Phys.Lett.，397，319-323(2004)、H.Ahn，A.Ohno和J.Hanna，DetectionofTraceAmountofImpurityinSmecticLiquidCrystals，Jpn.J.Appl.Phys.，Vol.44，No.6A，2005，pp.3764-37687)。因此，当作为有机半导体，利用低分子液晶物质的液晶薄膜时，在上述的不具有分子有序排列的向列相、或形成分子凝聚层的近晶液晶物质中，由于在分子层内不具有分子有序排列的SmA相或SmC相中的流动性高，因此容易诱发离子传导，在用作有机半导体时成为很大的问题。与此相比，在分子层内具有分子有序排列的“N相、SmA相和SmC相以外的液晶相”，即，高阶的近晶相(SmB，SmBcryst、SmI、SmF、SmE、SmJ、SmG、SmK、SmH等)在这一点上具有不易诱发离子传导(当用作有机半导体时情况良好)的特性。另外，一般来说，与低阶的液晶相相比，其取向秩序高，因此显示出高的迁移率。(参见H.Ahn，A.Ohno和J.Hanna，“Impurityeffectsonchargecarriertransportinvariousmesophasesofsmecticliquidcrystal”，J.Appl.Phys.，102，093718(2007))。另外，迄今为止，对各种液晶物质的液晶相中的电荷输送特性的研究得知，在具有同一核芯结构的液晶物质中，近晶相内的分子排列的有序性越高的高阶液晶相，显示出越高的迁移率，从不仅抑制离子传导、而且实现高迁移率的观点考虑，显示出高阶的近晶相的液晶物质作为有机半导体是有用的。另一方面，当将液晶物质以结晶薄膜的形式作为有机半导体利用时，在紧邻结晶相之上的温度区域中，对于出现液体性强的低阶液晶相(N相、SmA相或SmC本文档来自技高网...

【技术保护点】
有机半导体材料，其至少包含具有芳族稠环结构的电荷输送性分子单元A以及通过单键与该单元相连的环状结构单元B，且上述单元A和单元B中的至少一个单元具有作为侧链的单元C，其特征在于，该材料除了显示N相、SmA相和SmC相以外，还显示其他的相。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.10 JP 2011-0536421.有机半导体材料，其至少包含具有芳族稠环结构的电荷输送性分子单元A、以及通过单键与该单元相连的环状结构单元B，且上述单元A和单元B中的至少一个单元具有作为侧链的单元C，其特征在于，上述电荷输送性分子单元A的稠环的个数NA为4～5，上述环状结构单元B的环的个数NB与上述NA满足下述关系，NA≥NB，上述单元C为碳数2～20的烃、或通式(1)表示的基团，[化1]-(CH2)n-X-(CH2)m-CH3(1)式中，X表示S、O、NH，m为0～17的整数，n为2以上的整数，该材料显示选自SmB、SmBcryst、SmI、SmF、SmG、SmE、SmJ、SmK和SmH的液晶相，其中，电子迁移率、空穴迁移率或由场效应晶体管特性求出的迁移率中的任一项迁移率均为0.1cm2/Vs以上。2.权利要求1所述的有机半导体材料，其中，构成上述单元A的化合物的熔点为150℃以上。3.权利要求1或2所述的有机半导体材料，其中，构成上述电荷输送性分子单元A的各个稠环的各环元数为5或6。4.权利要求1或2所述的有机半导体材料，其中，当通过以上述单元C与单元A或单元B之间的单键为轴，使单元A或单元B旋转时，从单元C所键合的碳原子直至单元A或单元B旋转时处于未与单元C直接键合的单元A或单元B的核芯部的最外侧的碳原子或杂原子之间连接一...

【专利技术属性】
技术研发人员：半那纯一，小堀武夫，臼井孝之，高屋敷由纪子，饭野裕明，大野玲，
申请(专利权)人：国立大学法人东京工业大学，DIC油墨株式会社，
类型：
国别省市：