JP2002164177A

JP2002164177A - 液晶素子

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Publication number: JP2002164177A
Application number: JP2000358669A
Authority: JP
Inventors: Akira Tsuboyama; 明坪山; Shinjiro Okada; 伸二郎岡田; Takao Takiguchi; 隆雄滝口; Takashi Moriyama; 孝志森山; Atsushi Kamatani; 淳鎌谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2002-06-07
Anticipated expiration: 2020-11-27
Also published as: JP4717198B2

Abstract

(57)【要約】【課題】効率的で安定な液晶へのドーピングを行い、
良好な電子電流特性を有する液晶素子を作製する。【解決手段】スメクチック液晶或いはディスコティッ
ク液晶にπ電子共役構造を有する電子供与性化合物或い
は電子受容性化合物をドーピングした液晶組成物からな
る液晶層を電極間に挟持して素子を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶の自己配列性
と電気導電性を利用した液晶素子に関するものであり、
さらに詳しくは、液晶をキャリア輸送層に用いる有機エ
レクトロルミネッセンス素子や、液晶の導電性を利用し
たトランジスタやダイオードなどの電子素子に用いられ
る液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機エレクトロルミネッセンス素子（以
下、「有機ＥＬ素子」と記す）は、高速応答性や高効率
の発光素子として、応用研究が精力的に行われている。
その構成は、例えばＭａｃｒｏｍｏｌ．Ｓｙｍｐ．１２
５，１〜４８（１９９７）に記載されている。基本的な
構成の断面模式図を図１に示した。図中、１は金属電
極、２は発光層、３はホール輸送層、４は透明電極、５
は透明基板、６は電子輸送層である。

【０００３】図１に示したように、一般に有機ＥＬ素子
は透明基板５上に、透明電極４と金属電極１の間に単層
或いは複数層の有機層を狭持した積層体を構成してな
る。図１（ａ）は有機層が発光層２とホール輸送層３か
らなる。透明電極４としては、仕事関数が大きなＩＴＯ
（インジウム・チン・オキサイド）などが用いられ、透
明電極４からホール輸送層３への良好なホール注入特性
を持たせている。金属電極１としては、アルミニウム、
マグネシウム或いはそれらを用いた合金などの仕事関数
の小さな金属材料を用い、有機層への良好な電子注入性
を持たせる。これら電極の膜厚は５０〜２００ｎｍ程度
である。

【０００４】図１（ａ）の有機ＥＬ素子において、発光
層２には、通常、電子輸送性と発光特性を有するアルミ
キノリノール錯体誘導体〔代表的には、下記に示すＡｌ
ｑ（トリス（８−キノラリト）アルミニウム）が挙げら
れる。〕が用いられる。また、ホール輸送層３には、例
えばトリフェニルジアミン誘導体〔代表的には、下記に
示すαＮＰＤ（ビス〔Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェ
ニル〕ベンジジン）〕などの電子供与性を有する材料が
用いられる。

【０００５】

【化１】

【０００６】以上の構成を備えた有機ＥＬ素子は、整流
性を示し、金属電極１を陰極に、透明電極４を陽極にな
るように電界を印加すると、金属電極１から電子が発光
層２に注入され、透明電極４からはホールが注入され
る。発光層２に注入されたホールと電子は発光層２内で
再結合し、励起子が生じて発光する。この時、ホール輸
送層３は電子のブロッキング層の役割を果たし、発光層
／ホール輸送層界面の再結合効率が高くなることにより
発光効率が向上する。

【０００７】さらに、図１（ｂ）の構成では、図１
（ａ）の金属電極１と発光層２との間に、電子輸送層６
が設けられている。当該構成では、発光と電子・ホール
輸送を分離して、より効果的なキャリアブロッキング構
成とすることで、効率的な発光を行うことができる。電
子輸送層６としては、例えば、オキサジアゾール誘導体
などを用いることができる。

【０００８】上記に述べた有機層（発光層２、ホール輸
送層３、電子輸送層６）の厚さは、２層或いは３層の膜
厚総計で５０〜５００ｎｍである。

【０００９】上記有機ＥＬ素子では、電子或いはホール
の電極からの注入性能が発光輝度の優劣を左右する問題
である。これまで述べてきたＡｌｑやαＮＰＤなどのア
モルファス材料を用いた場合、電極−有機層界面の問題
から、必ずしも十分なキャリア注入特性を有していない
と考えられている。

【００１０】そこで、キャリア注入性能が高く、高移動
度を有する新しい電荷輸送層や発光層として液晶材料を
用いることが期待されている。

【００１１】キャリア輸送能の高い液晶材料としては、
ディスコティック液晶相や高い秩序度を有するスメクチ
ック相を呈する液晶、即ちディスコティック液晶、スメ
クチック液晶が挙げられる。

【００１２】ディスコティック液晶材料としては、例え
ば、下記に示すトリフェニレン系の液晶群が挙げられる
（ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，１９９６．
８，Ｎｏ．１０参照）。下記液晶化合物１〜４の側鎖−
Ｒは、−ＯＣ₄Ｈ₉や、−ＯＣ ₅Ｈ₁₁、−ＯＣ₆Ｈ₁₃のアル
コキシ基や、−ＳＣ₆Ｈ₁₃のチオエーテル基が高キャリ
ア移動度（１０^-1〜１０^-3ｃｍ／Ｖｓ）のホール輸送能
を有することが知られている。これらはディスコティッ
ク・カラムナー相を示し、ディスク状の液晶分子がカラ
ムを形成し、豊富なπ電子骨格を有するトリフェニレン
基が互いに重なり合う形で配向するため、トリフェニレ
ン基を介して良好なホール輸送能が得られる。液晶化合
物５に関しては、本発明者等が開発したものであり、側
鎖をポリフッ素化することで、ディスコティック液晶の
温度範囲が未置換のものに比べて低温側にシフトすると
同時に、イオン化ポテンシャルが低下する。液晶化合物
７は液晶骨格をジベンゾピレンにした例であり、これも
ディスコティック・カラムナー相を呈する化合物であ
る。

【００１３】

【化２】

【００１４】

【化３】

【００１５】他のディスコティック液晶の骨格として
は、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、
トルクセン誘導体、ヘキサベンゾコロネン誘導体、ベン
ゾキノン誘導体などが挙げられる。

【００１６】また、代表的なスメクチック液晶材料とし
ては、例えば、下記に示す液晶化合物８〜１１が挙げら
れる（応用物理、第６８巻、第１号、ｐ２６（１９９
９）参照）。

【００１７】

【化４】

【００１８】フェニルベンゾチアゾール誘導体である上
記液晶化合物８（スメクチックＡ相を呈する）はホール
輸送能を有し、フェニルナフタレン誘導体である上記液
晶化合物９（スメクチックＡ相及びスメクチックＥ相を
呈し、より高秩序度を有するスメクチックＥ相がより高
移動度を示す）はホール・電子の両極性輸送材料であ
る。上記液晶化合物８、９はいずれも１０^-3ｃｍ／Ｖｓ
以上の高移動度を示す。

【００１９】ここに挙げた骨格以外の液晶化合物でも棒
状の骨格を有し、スメクチック液晶相を呈するものであ
れば良い。

【００２０】これら液晶化合物を図１に示した電子、ホ
ール輸送層に用いることにより、良好な生産性や素子性
能が発現されることが期待される。

【００２１】キャリア輸送性の液晶材料の特徴をまとめ
ると、バルクの自己配列による高キャリア移動度電極界面へのπ電子共役面の配向による高キャリア注
入性が挙げられ、これまでの材料にない性能を有している。

【００２２】さらに、本発明者等は、キャリアを電極か
ら注入するだけでなく、有機層内でキャリアを生成する
ことにより、より効率的な発光が得られないか検討を行
った。これまでに、有機層への電子受容性または供与性
化合物をキャリア輸送材料にドーピングする検討がいく
つかのグループでなされている。例えば、（１）Ａｐｐ
ｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒ，ｖｏｌ．７
２，Ｎｏ．１７，ｐ．２１４７（１９９８）Ｙａｍａｍ
ｏｔｏら（２）ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅ
ｔｔｅｒ，ｖｏｌ．７３，Ｎｏ．２０，ｐ．２８６６
（１９９８）Ｋｉｄｏらが挙げられる。

【００２３】上記文献（１）では、ホール輸送層に高分
子材料を用いて、それにＳｂＣｌ₆ ^-を含む塩を２０ｍｏ
ｌ％混入し、ホール輸送性高分子材料にホールを生成
し、キャリア密度を向上させ、高発光輝度放射に成功し
ている。また、上記文献（２）では、Ｌｉ金属を電子輸
送層にドーピングして、電子注入性を向上させている。

【００２４】また、液晶へのドーピングの例としては、
（３）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．１１
６，Ｎｏ．２３，ｐ．１０８０８（１９９４）Ｂｏｄｅ
ｎら（４）Ｊ．ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ：Ｍ
ａｔｅｒｉａｌｓｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，
５，ｐ．８３（１９９４）が挙げられる。

【００２５】上記文献（３）は、トリシクロキナゾリン
骨格のディスコティック液晶材料に、カリウムを６ｍｏ
ｌ％ドーピングすることで、主たるキャリアが電子であ
るｎ型半導体を作っている。また、上記文献（４）で
は、トリフェニレン骨格のディスコティック液晶にＡｌ
Ｃｌ₃をドープすることで、主たるキャリアがホールで
あるｐ型半導体を作っている。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】上記したような、液晶
化合物に無機化合物をドープした化合物層を有する何ら
かの電子素子を構成した場合、外部からの印加電界によ
り電子性のキャリア（ホールまたは電子）のみならず、
液晶化合物中でイオン化（アニオン化またはカチオン
化）したドーパントが移動し、イオン性電流が流れる。
イオン性電流は、ドーパントそのものが移動するもの
で、電流特性の可逆性に乏しく、初期的な性能だけでな
く耐久性にも大きな問題点が残る。特に、液晶化合物の
場合には、液体の性質を有するため、イオン電流の問題
はアモルファスや高分子系の材料に比して非常に大き
い。上記文献（３）或いは（４）に挙げられた素子は、
液晶層単層の素子であり、また、基礎的な電圧−電流特
性を測定しているに過ぎないため、イオン性の電流と電
子性の電流とが混在して存在したとしても問題が顕在化
しない。

【００２７】本発明の課題は、上記問題に鑑み、効率的
で安定な液晶へのドーピング技術を開発し、該技術によ
って得られた液晶組成物を用いて、良好な電子素子を構
成することが可能な液晶素子を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、一対の
電極間に、複数の層を配して構成される液晶素子におい
て、前記複数層の少なくとも１層は、２成分以上の化合
物を含み電子性キャリア輸送能を有する液晶組成物を用
いた液晶層で構成され、少なくとも前記１成分は、π電
子共役構造を有する電子供与性化合物或いは電子受容性
化合物であることを特徴とする液晶素子である。

【００２９】上記本発明の液晶素子においては、下記の
構成を好ましい態様として含むものである。上記液晶組
成物を構成する化合物の少なくとも１成分は、該化合物
単体で液晶相を示す液晶化合物であること。上記液晶化
合物中に含まれる不純物濃度が高速液体クロマトグラフ
ィによる測定において１重量％以下であること。上記液
晶層が、液晶組成物を真空蒸着法によって共蒸着形成さ
れたもの、或いは、液晶組成物をスピンコート法により
塗布して形成されたものであること。上記液晶組成物が
スメクチック液晶相或いはディスコティック液晶相であ
ること。前記液晶層が複数層設けられたこと。

【００３０】また、本発明の液晶素子においては、下記
の構成も好ましい態様として含むものである。一つの液
晶層に前記π電子共役構造を有する電子供与性化合物を
含有する液晶組成物が含有され、別の液晶層に前記π電
子共役構造を有する電子受容性化合物が含有されたこ
と。上記電子供与性化合物のイオン化ポテンシャルをＩ
_P ^Dとし、液晶組成物の他の成分のイオン化ポテンシャル
をＩ_P ^LCとすると、上記電子供与性化合物は、次の式を
満足すること。

【００３１】Ｉ_P ^D−Ｉ_P ^LC＜−０．３ｅＶ上記電子受容性化合物のイオン化ポテンシャルをＩ_P ^Aと
し、液晶組成物の他の成分のイオン化ポテンシャルをＩ
_P ^LCとすると、上記電子受容性化合物は、次の式を満足
すること。

【００３２】Ｉ_P ^A−Ｉ_P ^LC＞０．３ｅＶ有機エレクトロルミネッセンス素子として機能するこ
と。上記液晶層が輸送する主たるキャリア種と同種のキ
ャリア種を輸送する異なる化合物からなるキャリア輸送
層が、該液晶層に接して設けてあること。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明は、液晶の自己組織性を利
用してその秩序度に由来する良好な電流特性を利用した
高性能な液晶素子を提供するものである。本発明におい
ては、複数の化合物からなる液晶組成物を用いて液晶素
子を構成する。

【００３４】ここで、液晶化合物を種々の半導体に応用
する場合をＳｉ結晶半導体と対比して考える。Ｓｉ結晶
は、１．１ｅＶ程度のバンドギャップを持ち、さらに、
電子供与性或いは電子受容性の原子を混入することで伝
導帯の電子や価電子帯のホール密度を上げ、フリーキャ
リアの生成を行っている。これにより、ＰＮ接合など種
々の組み合わせによっていろいろな機能を有する素子を
構成している。

【００３５】一方、液晶化合物は、一般に２〜３ｅＶの
バンドギャップを持ち、熱的に励起されたフリーキャリ
ア密度は低い。有機ＥＬ素子の場合には、外部から電子
やホールのキャリアを注入して使用されるため、フリー
キャリア密度の小さい液晶化合物を用いることができる
が、さらに効率を上げるためには、液晶化合物にドーピ
ングをして、高電流密度・高輝度を実現することができ
る。

【００３６】即ち、液晶化合物の応用範囲を広げるため
には、電子供与性或いは電子受容性の化合物を適切な割
合で混合し、ｐ型やｎ型半導体を作製する必要がある。

【００３７】図２に、本発明の液晶素子を用いてなるト
ランジスタの一例であり、液晶層を用いたＭＯＳ（Ｍｅ
ｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型
ＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔ
ｏｒ）素子の断面模式図を示した。図中、２１はゲート
電極、２２はゲート絶縁膜、２３は有機活性層、２４は
ドレイン電極、２５はソース電極である。本素子におい
ては、有機活性層２３を液晶組成物で構成する。また、
他の部材については、従来のＭＯＳ型ＦＥＴ素子に用い
た部材をそのまま用いることができる。有機活性層２３
を構成する液晶組成物としては、例えば電子供与性化合
物を一定量混入し、ｎ型半導体層にしたものを用いる。
当該構成において、ゲート電極２１に一定値以上の正電
圧を印加することにより、ソース電極２５とドレイン電
極２４間に電流を流すことができる。

【００３８】また、図３は、本発明の液晶素子を用いて
なるダイオードの一例であり、図中、３１、３４は電極
で、その間にｐ型半導体層３３とｎ型半導体層３４とを
狭持してなる。本素子においては、電極３１，３４は従
来のダイオードを構成する部材からなり、ｐ型半導体層
３３及びｎ型半導体層３４が共に液晶組成物からなり、
ｐ型半導体層３３は電子受容性化合物を、ｎ型半導体層
３４は電子供与性化合物を含んでいる。当該構成によ
り、電極３１を正電極として電極３１，３４間に電界を
印加した場合に電流が流れる整流性を示す。

【００３９】また、本発明の液晶素子においては、液晶
層に含まれる不純物がキャリアトラップになり、ある程
度以上の不純物が混入していると満足な特性が得られな
い。不純物としては、合成過程で生成される有機物など
があるが、再結晶や昇華精製などして取り除くことがで
きる。不純物濃度を一定レベル以下にすることは、高性
能な素子を作る上で不可欠である。特にドーピングをす
る場合、ドーパント以外の不純物混入は影響が大きいた
め、ドーパント以外の不純物濃度が素子特性に大きく影
響する。よって、本発明において、ドーピング前の液晶
化合物に含まれる不純物の許容量は高速液体クロマトグ
ラフィ（ＨＰＬＣ）による測定において１重量％以下で
ある。

【００４０】上記した液晶化合物のドーパントの具体例
を以下に挙げる。ドーパントとしては、無機系と有機系
（π電子共役構造を有する系）に分かれる。電子供与性
化合物は、小さいイオン化ポテンシャルを有し、電子受
容性化合物は、大きな電子親和力を持つものが用いられ
る。

【００４１】本発明においては、２成分以上の化合物を
含み電子性キャリア輸送能を有する液晶組成分の１成分
は、π電子共役構造を有する電子供与性化合物或いは電
子受容性化合物である。

【００４２】ここで、電子供与性化合物のイオン化ポテ
ンシャルをＩ_P ^Dとし、液晶組成物の他成分のイオン化ポ
テンシャルをＩ_P ^LCとすると、電子供与性化合物は、次
の式を満足することが好ましい。

【００４３】Ｉ_P ^D−Ｉ_P ^LC＜−０．３ｅＶまた、電子受容性化合物のイオン化ポテンシャルをＩ_P ^A
とすると、電子受容性化合物は、次の式を満足すること
が好ましい。

【００４４】Ｉ_P ^A−Ｉ_P ^LC＞０．３ｅＶこれらの式を満足する電子供与性化合物、電子受容性化
合物を採用すると安定してフリーキャリアの発生が図ら
れる。

【００４５】〔電子供与性化合物〕無機系Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓなどの金属有機系（π電子共役構造を有する系）

【００４６】

【化５】

【００４７】〔電子受容性化合物〕無機系Ｂｒ₂、Ｉ₂、Ｃｌ₂、ＢＦ₃、ＰＦ₅、ＳｂＦ₅、ＳＯ₃、
ＦｅＣｌ₃、ＡｌＣｌ₃など有機系（π電子共役構造を有する系）

【００４８】

【化６】

【００４９】上記の無機系ドーパントは、液晶化合物や
上記有機系ドーパントに対して、比較的小さい体積しか
持たない。液晶化合物は骨格部と側鎖部がそれぞれ積層
した形をとり、特に側鎖部に存在するイオン化したドー
パントは、電界に応じて動きやすく、イオン電流が無視
できない。

【００５０】一方、有機系ドーパントはホストとなる液
晶化合物の骨格系と同程度或いはそれ以上の体積を有
し、π電子−π電子相互作用により電荷移動を起こし、
フリーキャリアを生成する。そのため、ホストの液晶と
ドーパントとは、比較的強い相互作用によって結合する
電荷移動錯体を形成する。従って、有機系のドーパント
は動きにくく、イオン性の電流は無視できる程度とな
り、耐久性・信頼性の高い素子が可能になる。また、ド
ーパントとしては、上記のような液晶化合物を用いるこ
とも可能である。

【００５１】また、ドーピングした液晶層が輸送する主
たるキャリア種（ホール或いは電子）と同じキャリア種
を輸送する異なる化合物から構成される層を、該液晶層
に積層して素子を形成した方が素子が安定に作製でき
る。この層はドーパントの拡散の保護層的な役割をす
る。このような保護層がない場合、ホール輸送性液晶層
内にドーピングされた電子受容性化合物が、電子輸送性
化合物の中に拡散して、新たな電子準位を作るなどし
て、電子移動や発光などを妨げることになる。同種キャ
リア輸送層をドーピング液晶層に接して積層すること
で、上記の問題点を回避することができる。

【００５２】Ｓｉ結晶を用いた素子では周知の通り厳密
な結晶成長を行ってＳｉ結晶層を作製することが必要
で、生産プロセスを考えるとコストが高く、また、大面
積の素子の作製はさらに困難になる。本発明の液晶素子
にかかる液晶層は、液晶が自己組織性があり、結晶に近
い配向秩序を有することから、真空蒸着法による共蒸着
や、スピンコート法による塗布により形成することがで
きるため、生産性が高い。従って、低コストで高性能な
電子素子が実現し、また、その自己組織性により大面積
で素子作製が可能なため、従来のＳｉ結晶にはできなか
った大面積の素子を作製することが可能となる。

【００５３】

【実施例】（実施例１、比較例１）ドーピングした液晶
組成物として、先に示した液晶化合物４に電子受容性ド
ーパントとして化合物２１（ＴＣＮＱ）を１ｍｏｌ％ド
ープした液晶組成物を用いて、図４に示す構成の有機Ｅ
Ｌ素子（実施例１）を作製した。尚、図４中、７はホー
ル注入層であり、図１と同じ部材には同じ符号を付し
た。

【００５４】先ず、厚さが７０μｍのＩＴＯ膜が形成さ
れているガラス基板上に、上記液晶組成物の１重量％ク
ロロホルム溶液を１０００ｒｐｍ、２０ｓｅｃ間スピン
塗布した。この方法で６０ｎｍの膜厚の液晶層（ホール
注入層）が形成された。

【００５５】この基板上に、先に示したホール輸送性ア
モルファス材料であるαＮＰＤを厚さ２０ｎｍに、さら
にその上に発光層としてＡｌｑ３を厚さ５０ｎｍに、真
空蒸着した。真空度は１．０６×１０^-3Ｐａで抵抗加熱
で０．２ｎｍ／ｓｅｃの蒸着速度で蒸着した。その上
に、Ａｌ／１．８重量％Ｌｉ合金を１０ｎｍの厚さに、
さらにその上にＡｌ金属を厚さ１００ｎｍに蒸着した。
全て真空度は１．０６×１０^-3Ｐａ以下で蒸着した。

【００５６】比較例１として、電子受容性ドーパント
（化合物２１）を除いた他は全く同様にして素子を作製
した。

【００５７】得られた有機ＥＬ素子のＩＴＯを陽極とし
て、１０Ｖ印加時の電流値を比較すると以下のようにな
った。用いた液晶組成物は３０℃では結晶、７０℃では
液晶相を示す。

【００５８】３０℃ ７０℃ ドーパントあり４ｍＡ／ｃｍ² ３０ｍＡ／ｃｍ² ドーパントなし０．５ｍＡ／ｃｍ² ５ｍＡ／ｃｍ²

【００５９】本実施例に用いた液晶化合物は、１ｍｏｌ
％のドーパントを混入しても相転移温度は大きな変化は
なく、昇温過程において約６５℃で結晶相からディスコ
ティック・カラムナー・ディスオーダード相への相転移
が見られる。液晶相になると、分子配向が自発的に行わ
れ、電流密度が飛躍的に向上する。

【００６０】本実施例の素子では、上記のような液晶相
になり配向した効果と、ドーパントによるフリーキャリ
ア生成によって、電流特性が向上したことがわかる。ま
た、これに伴ってほぼ比例して発光輝度も高くなったこ
とが確認できた。また、窒素雰囲気下の通電耐久試験に
おいても良好で安定な発光を示した。

【００６１】（実施例２、比較例２）厚さ７０ｎｍのＩ
ＴＯ膜が形成されているガラス基板上に、厚さ５０ｎｍ
のαＮＰＤ、厚さ４０ｎｍのＡｌｑ３を真空蒸着法によ
り実施例１と同様の方法で成膜した。その上に、先に示
した液晶化合物５と電子供与性ドーパントとして化合物
１１（ＴＴＦ）を共蒸着法により膜形成した。ドーパン
トと液晶化合物の膜厚比が１：２００になる条件を前も
って設定して、共蒸着を行った。この液晶層の厚さは２
０ｎｍとした。その上に、実施例１と同様のＡｌＬｉ／
Ａｌ電極を形成し、図１（ｂ）に示す構成の有機ＥＬ素
子（実施例２）を作製した。

【００６２】比較例２として、ドーパントを用いない以
外は全く同じ構成の素子を作製した。

【００６３】得られた有機ＥＬ素子のＩＴＯを陽極とし
て、３０℃において１０Ｖ印加時の電流値を比較すると
以下のようになった。用いた液晶組成物は３０℃では過
冷却ではあるが、スメクチック液晶相を示す。ドーパントあり８ｍＡ／ｃｍ² ドーパントなし１．５ｍＡ／ｃｍ²

【００６４】以上のように、ドーパントを混入した液晶
層を有する実施例２の素子の方が、比較例２の素子より
も良好な電流特性を示した。

【００６５】（実施例３、比較例３）液晶化合物５を液
晶化合物１０に変更した以外は、実施例２及び比較例２
と全く同様にして実施例３及び比較例３の有機ＥＬ素子
を作製した。

【００６６】得られた有機ＥＬ素子のＩＴＯを陽極とし
て、３０℃において１０Ｖ印加時の電流値を比較すると
以下のようになった。用いた液晶組成物は３０℃では過
冷却ではあるが液晶相を示す。ドーパントあり１１ｍＡ／ｃｍ² ドーパントなし２ｍＡ／ｃｍ²

【００６７】以上のように、ドーパントを混入した液晶
層を有する実施例３の素子の方が、比較例３の素子より
も良好な電流特性を示した。

【００６８】（実施例４、比較例４）液晶化合物５を液
晶化合物１１に変更した以外は、実施例２及び比較例２
と全く同様にして実施例４及び比較例４の有機ＥＬ素子
を作製した。

【００６９】得られた有機ＥＬ素子のＩＴＯを陽極とし
て、３０℃において１０Ｖ印加時の電流値を比較すると
以下のようになった。用いた液晶組成物は３０℃では過
冷却ではあるが液晶相を示す。ドーパントあり６ｍＡ／ｃｍ² ドーパントなし０．５ｍＡ／ｃｍ²

【００７０】以上のように、ドーパントを混入した液晶
層を有する実施例３の素子の方が、比較例３の素子より
も良好な電流特性を示した。

【００７１】（実施例５）実施例１で用いた液晶組成物
の主成分である液晶化合物４の純度と、実施例１の有機
ＥＬ素子の電流特性に関して実験を行った。素子の作製
方法は実施例１と同様であり、本実施例、比較例では用
いた液晶化合物の純度のみを変更した。

【００７２】液晶化合物の純度はその構成する液晶化合
物の精製の度合いによって異なる。精製にはカラムクロ
マトグラフィや再結晶精製の回数によって変化した。組
成物の純度は以下のＨＰＬＣによって測定した。

【００７３】ＨＰＬＣ分析条件カラム：日本分光社製「ＣｒｅｓｔＰａｋＣ１８Ｓ」
（逆相）溶離液：メタノールＨＰＬＣ純度検出波長：２８０ｎｍ

【００７４】合成・生成過程を考えるとこの手法によっ
てほぼ全量の不純物が検出できていると考えられる。こ
れによって、精製度（純度）の異なるいくつかのサンプ
ルを入手することができた。

【００７５】実施例１と同様にして、上記純度の異なる
液晶化合物４に電子受容性ドーパントである化合物２１
を１ｍｏｌ％混入したものをホール注入層として用い、
実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。用いた
液晶化合物４のＨＰＬＣ純度及び素子の電流特性（７０
℃、１０Ｖ印加時）を以下に示す。

【００７６】液晶化合物４のＨＰＬＣ純度９８．２重量％５ｍＡ／ｃｍ² ９８．８重量％７ｍＡ／ｃｍ² ９９．２重量％３０ｍＡ／ｃｍ² ９９．５重量％２６ｍＡ／ｃｍ²

【００７７】本例の結果から、液晶組成物からドーパン
トを除いた場合の純度が、ＨＰＬＣ純度で９９．０重量
％以上であることが望ましいことがわかる。尚、実施例
１〜４に用いた液晶化合物は全て純度が９９．５重量％
以上である。

【００７８】（実施例６）ドーピングした液晶組成物と
して、先に示した液晶化合物４に電子受容性ドーパント
として化合物２１（ＴＣＮＱ）を１ｍｏｌ％ドープした
液晶組成物を用いて、図５に示す構成の有機ＥＬ素子
（実施例６）を作製した。尚、図５中、８は電子注入層
であり、図１、図４と同じ部材には同じ符号を付した。

【００７９】先ず、厚さが７０μｍのＩＴＯ膜が形成さ
れているガラス基板上に、上記液晶組成物の１重量％ク
ロロホルム溶液を１０００ｒｐｍ、２０ｓｅｃ間スピン
塗布した。この方法で６０ｎｍの膜厚の液晶層（ホール
注入層）が形成された。

【００８０】この基板上に、先に示したホール輸送性ア
モルファス材料であるαＮＰＤを厚さ２０ｎｍに、さら
にその上に発光層としてＡｌｑ３を厚さ５０ｎｍに、真
空蒸着した。真空度は１．０６×１０^-3Ｐａで抵抗加熱
で０．２ｎｍ／ｓｅｃの蒸着速度で蒸着した。

【００８１】次いで、先に示した液晶化合物５と電子供
与性ドーパントとして化合物１１（ＴＴＦ）を共蒸着法
により膜形成した。ドーパント液晶化合物の膜厚比が
１：２００になる条件を前もって設定して、共蒸着を行
い、電子注入層とした。この液晶層の厚さは２０ｎｍと
した。

【００８２】その上に、Ａｌ／１．８重量％Ｌｉ合金を
１０ｎｍの厚さに、さらにその上にＡｌ金属を厚さ１０
０ｎｍに蒸着した。全て真空度は１．０６×１０^-3Ｐａ
以下で蒸着した。

【００８３】得られた素子は、実施例１で得られた素子
と比較して電子注入層８を配した構成となり、実施例１
の素子よりもさらに優れた電流特性を示した。

【００８４】

【発明の効果】本発明の液晶素子においては、電子性キ
ャリア輸送能を有する液晶組成物の１成分にπ電子共役
構造を有する電子供与性化合物或いは電子受容性化合物
を採用したことにより、他成分との相互作用により、安
定的にキャリアを発生し得る。これにより、得られる液
晶層は、効率的で安定なドーピングを行ったものとな
り、良好な電子性電流特性が得られる。本発明を用いる
と、半導体素子や発光素子等電子素子を構成することが
でき、該素子における大幅な性能向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】有機ＥＬ素子の基本構成を示す断面模式図であ
る。

【図２】本発明の液晶素子を用いてなるＭＯＳ型ＦＥＴ
素子の断面模式図である。

【図３】本発明の液晶素子を用いてなるダイオードの断
面模式図である。

【図４】有機ＥＬ素子の一構成を示す断面模式図であ
る。

【図５】有機ＥＬ素子の一構成を示す断面模式図であ
る。

【符号の説明】

１金属電極２発光層３ホール輸送層４透明電極５透明基板６電子輸送層７ホール注入層８電子注入層２１ゲート電極２２ゲート絶縁層２３有機活性層２４ドレイン電極２５ソース電極３１電極３２ｐ型半導体層３３ｎ型半導体層３４電極

フロントページの続き (72)発明者滝口隆雄東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者森山孝志東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者鎌谷淳東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 3K007 AB03 AB05 CB01 DA01 DB03 EB00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極間に、複数の層を配して構成
される液晶素子において、前記複数層の少なくとも１層
は、２成分以上の化合物を含み電子性キャリア輸送能を
有する液晶組成物を用いた液晶層で構成され、少なくと
も前記１成分は、π電子共役構造を有する電子供与性化
合物或いは電子受容性化合物であることを特徴とする液
晶素子。
【請求項２】上記液晶組成物を構成する化合物の少な
くとも１成分は、該化合物単体で液晶相を示す液晶化合
物である請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３】上記液晶化合物中に含まれる不純物濃度
が高速液体クロマトグラフィによる測定において１重量
％以下である請求項２に記載の液晶素子。
【請求項４】上記液晶層が、液晶組成物を真空蒸着法
によって共蒸着形成されたものである請求項１に記載の
液晶素子。
【請求項５】上記液晶層が、液晶組成物をスピンコー
ト法により塗布して形成されたものである請求項１に記
載の液晶素子。
【請求項６】上記液晶組成物がスメクチック液晶相で
ある請求項１に記載の液晶素子。
【請求項７】上記液晶組成物がディスコティック液晶
相である請求項１に記載の液晶素子。
【請求項８】前記液晶層が複数層設けられた請求項１
に記載の液晶素子。
【請求項９】一つの液晶層に前記π電子共役構造を有
する電子供与性化合物を含有する液晶組成物が含有さ
れ、別の液晶層に前記π電子共役構造を有する電子受容
性化合物が含有された請求項８に記載の液晶素子。
【請求項１０】上記電子供与性化合物のイオン化ポテ
ンシャルをＩ_P ^Dとし、液晶組成物の他の成分のイオン化
ポテンシャルをＩ_P ^LCとすると、上記電子供与性化合物
は、次の式を満足する請求項１に記載の液晶素子。Ｉ_P ^D−Ｉ_P ^LC＜−０．３ｅＶ
【請求項１１】上記電子受容性化合物のイオン化ポテ
ンシャルをＩ_P ^Aとし、液晶組成物の他の成分のイオン化
ポテンシャルをＩ_P ^LCとすると、上記電子受容性化合物
は、次の式を満足する請求項１に記載の液晶素子。Ｉ_P ^A−Ｉ_P ^LC＞０．３ｅＶ
【請求項１２】有機エレクトロルミネッセンス素子と
して機能する請求項１に記載の液晶素子。
【請求項１３】上記液晶層が輸送する主たるキャリア
種と同種のキャリア種を輸送する異なる化合物からなる
キャリア輸送層が、該液晶層に接して設けてある請求項
１に記載の液晶素子。