高分子結構體及具有該結構體的功能元件、和電晶體及使用該電晶體的顯示裝置的製作方法
2023-11-03 11:54:22
專利名稱：高分子結構體及具有該結構體的功能元件、和電晶體及使用該電晶體的顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有空穴傳導性或電子傳導性的超分支高分子的高分子結構體及使用該結構體的功能元件，以及半導體層含有有機高分子的電晶體及使用該電晶體的顯示裝置。
背景技術：
近年來，使用以薄膜電晶體(TFT)為代表的有源元件的有源矩陣液晶顯示裝置，具有與CRT同等以上的高畫面質量，而且，由於具有比CRT更低的功率消耗、節省空間等優點，也已經作為筆記本型個人電腦、臺式個人電腦、工作站等的監視器和液晶電視等使用。但是，與CRT相比，有源矩陣液晶顯示裝置的價格高，為了更加普及，要求價格進一步。
最近，對於有機電致發光(有機EL、OLED)發光元件，廣泛開發了使用有源元件驅動的有源矩陣有機EL，對於有機EL的有源元件也在力求低價格化。
低價格化的手段之一，就是考慮將使用具有能夠用比較簡便的方法製造的優點的有機薄膜半導體的場效應電晶體(有機FET、有機TFT)用於有源元件。
現行的製造無定形矽或多晶矽TFT的絕緣層或半導體層的等離子體化學氣相澱積(CVD)裝置或者在形成電極時使用的濺鍍裝置都是昂貴的。CVD法在230℃～350℃的高溫下成膜，需要頻繁地進行清洗等的保養，生產能力很低。另一方面，與CVD裝置或濺鍍裝置相比，製造有機FET等的塗布裝置、噴墨裝置等比較便宜，成膜溫度比較低，維修也比較簡單。因此，在液晶顯示裝置或有機EL等顯示裝置中使用有機FET的情況下，能夠期待大幅度地實現低成本化。
一般的有機TFT由玻璃等透明基板、柵電極、柵極絕緣層、漏電極、源電極及有機半導體膜構成。在使柵極電壓變化，使柵極絕緣層和有機半導體膜的界面上的電荷量變得過剩或者不足，流經漏電極和源電極之間的漏電流的大小發生變化，這樣就進行了切換。
特開昭63-076378號公報公開了使用聚噻吩或聚噻吩衍生物的膜作為有機半導體膜製造有機TFT的方法。另外，Yen-Yi Lin、David J.Gundlach、Shelby F.Nelson和Thomas N.Jackson，在IEEE Transactionon Electron Device，vol.44，No.8 p.1325(1997)中公開了使用並五苯製作有機TFT的方法。
在使用上述並五苯的情況下，必須使用真空鍍膜的方法，在提高了性能的同時卻有了高結晶化的問題。另外，為了提高加工性能使用並五苯衍生物時，也研究了賦予其可溶性的衍生物，但不能得到足夠的性能。
使用聚噻吩或聚噻吩衍生物、噻吩低聚物的有機半導體，由於具有使用電解聚合法或溶液塗布法等很容易形成薄膜等優異的成形性，所以在應用開以方面有了進展，但還沒得到足夠的性能。
如上所述，由於導電性高分子(包括半導體性的高分子)具有容易形成薄膜狀等優異的成形性，所以除了製造有機FET元件以外，也在發光元件、太陽能電池、光電變換元件等各種功能元件中應用開發有了進展。
對於這些功能元件，存在著半導體-半導體間、半導體-導體間的界面，發現作為空穴或電子的載流子通過這些界面而產生的功能。這樣的界面在大面積上進行貼合是很重要的，但是擴大界面的面積是有限度的，界面大了，就要經受更強的電場和應力，容易發生或劣化或剝離。為此，因界面劣化引起的耐久性降低和界面面積不能充分擴大而造成響應速度降低和輸出降低等。
因此，在美國專利5563424號說明書中公開，為了擴大界面面積利用聚合物共混型的聚合物合金的三維共連續相分離結構的技術。在特開2000-286479號公報中公開了利用通過在界面形成化學鍵提高界面耐久性的共聚型聚合物的聚合物合金的技術。
近年來，所謂樹枝狀聚合物和超分支聚合物的超分支高分子引人注目。樹枝狀聚合物和超分支聚合物都是非晶體，具有可溶於有機溶劑，存在多個能夠引入功能性基的端基等特徵。例如，L.L.Miller等人在J.Am.Chem.Soc.，1997，119，1005中公開了在分支末端上具有結合了季吡啶鎓鹽的1，4，5，8-萘四羧酸二醯亞胺殘基的聚醯胺樹枝狀聚合物，該聚合物具有各向同性的電子傳導性，此導電性是由於分支末端結構在空間上重合的π電子的相互作用造成的。在特開2000-336171號公報中，公開了在分支末端具有空穴(正空穴)傳導性結構、使用不含包括羰基和苯環的π電子共軛體系的樹枝元的樹枝狀聚合物和使用這種樹枝狀聚合物的光電變換器件。
下面，把以共軛系高分子為代表且不含超分支高分子的導電性高分子稱為「現有的導電性高分子」。
但是，對於使用上述現有的導電性高分子的功能元件來說，在分子鏈的定向方向具有高的電荷傳導性，電荷傳導性受到高分子結構的影響。
現有的導電性高分子一般是剛性的，多為不溶不融性的物質。因此，為了賦予或者提高熔融性或者溶解性，使用導入了側鏈的聚合物衍生物或者低聚物(例如，特開平4-133351號公報、特開昭63-76378號公報和特開平5-110069號公報、特開平7-126616號公報、特開平8-18125號公報和特開平10-92576號公報)。
但是發現，在導入側鏈時能夠提高高分子鏈的柔韌性，玻璃化溫度在使用溫度的範圍內，其結果是，由於微觀布朗運動導發生了熱色現象，π電子的共軛長度縮短，產生了性能對溫度的穩定性下降的問題。另一方面，在使用低聚物時，也產生可靠性降低等問題。在利用低聚物的體系中，得不到足夠的遷移度，而使聚合度升高，或者如在特開平7-206599號公報中所述，使用定向膜提高導電有機化合物的定向性等對策是必要的。而且，共軛系高分子容易受到氧和水分的影響，有容易劣化的問題。
在特開2000-336171號公報中公開的元件中，由於只有電荷傳導部是使用樹枝狀聚合物形成的，而電荷發生部是使用現有的導電性高分子形成的，所以由樹枝狀聚合物形成的電荷傳導部的特性雖然是提高了，可是層間的能量移動和載流子移動等特性，與使用現有的導電性高分子的結構在實質上是相同的，會產生耐久性和界面剝離等的問題。
如上所述，以現有的有機FET元件為主的有機功能元件，存在不能得到充分的特性、缺乏穩定性且壽命短等問題。
本發明是鑑於以上各點而開發的，其目的是改善使用導電性高分子的功能元件的特性和/或可靠性，提供適用於這種功能元件的高分子結構體。本發明的另一個目的是提供使用這樣的有機功能元件的顯示裝置。
發明內容
本發明的高分子結構體具有空穴傳導層和電子傳導層，其特徵在於，具有第一超分支高分子和第二超分支高分子，上述第一超分支高分子和上述第二超分支高分子中的至少一種具有空穴傳導性或電子傳導性，上述空穴傳導層和上述電子傳導層中的任何一層，含有上述第一超分支高分子和上述第二超分支高分子中的任何一種，上述空穴傳導層、上述電子傳導層及在上述空穴傳導層和上述電子傳導層之間的至少一層中，具有通過上述第一超分支高分子或上述第二超分支高分子由於非共價鍵的相互作用形成的自組織結構，由此就實現了上述目的。
在優選的實施方式中，上述第一超分支高分子具有空穴傳導性，上述第二超分支高分子具有電子傳導性。
上述空穴傳導層優選含有由多個第一超分支高分子形成的自組織結構，上述電子傳導層優選含有由多個第二超分支高分子形成的自組織結構。
優選上述空穴傳導層和上述電子傳導層相互層疊，含有由上述第一超分支高分子和上述第二超分支高分子之間的非共價鍵的相互作用形成的自組織結構。
上述空穴傳導層和上述電子傳導層中的至少一層，優選具有各向同性，更優選任何一層都具有各向同性。所謂各向同性，意味著在多個超分支高分子(無論同種還是異種)的中心結構間和分支結構間都沒有實質性的差別。
上述第一超分支高分子和上述第二超分支高分子中的至少一種優選是樹枝狀聚合物，更優選都是樹枝狀聚合物。
上述第一超分支高分子和上述第二超分支高分子中的至少一種也可以具有兩種以上的不同功能。兩種功能例如是螢光性和電子傳導性。
某實施方式的上述高分子結構體，在上述第一超分支高分子和上述第二超分支高分子之間還具有第三超分支高分子，由於上述第三超分支高分子與上述第一超分支高分子或上述第二超分支高分子之間的非共價鍵的相互作用形成自組織結構。
上述第一超分支高分子具有空穴傳導性，上述第二超分支高分子具有電子傳導性，上述第三超分支高分子可以具有空穴傳導性、電子傳導性和離子傳導性中的任一種。
上述空穴傳導層含有由多個第一超分支高分子形成的自組織結構，上述電子傳導層含有由多個第二超分支高分子形成的自組織結構，可以在上述空穴傳導層和上述電子傳導層之間，含有由第三超分支高分子形成的自組織結構，具有附加功能層。
優選為，上述空穴傳導層、上述電子傳導層和上述附加功能層互相層疊，含有由上述第一超分支高分子和上述第三超分支高分子之間的非共價鍵的相互作用形成的自組織結構及由上述第二超分支高分子和上述第三超分支高分子之間的非共價鍵的相互作用形成的自組織結構之中的至少一種，更優選都含有。
上述空穴傳導層、上述電子傳導層和上述附加功能層中的至少一層優選具有各向同性，更優選每一層都具有各向同性。
上述第一超分支高分子、上述第二超分支高分子和上述第三超分支高分子中的至少一種，優選是樹枝狀聚合物，更優選每一種都是樹枝狀聚合物。
上述第一超分支高分子、上述第二超分支高分子和上述第三超分支高分子中的至少一種可以具有兩種以上的不同功能。
本發明的功能元件具有上述任何一種高分子結構體和與上述高分子結構體電連接的電極，由此就實現了如上所述的目的。
本發明的電晶體包括第一電極、第二電極、設置於上述第一電極和第二電極之間的半導體層和用於在上述半導體層上施加電場的第三電極，上述半導體層含有超分支高分子，並且，具有通過上述超分支高分子由於非共價鍵相互作用形成的自組織結構，由此就實現了如上所述的目的。
上述半導體層優選具有各向同性的導電性。
上述超分支高分子優選具有球狀或圓盤狀的立體結構。
上述超分支高分子優選是樹枝狀聚合物。
在優選的實施方式中，本發明的電晶體，是利用上述半導體層對由上述第三電極施加的電場產生的場效應的場效應型電晶體。
本發明的顯示裝置的特徵在於，具有多個像素和分別與上述多個像素相對應地設置的多個有源元件，上述多個有源元件中的每一個就是上述電晶體，由此就實現了如上所述的目的。
圖1是示意性地表示超分支高分子的結構與分類的概念圖。
圖2是示意性地表示在本發明中使用的超分支高分子的結構圖。
圖3是表示樹枝狀聚合物世代數概念的示意圖。
圖4(a)和圖4(b)是表示由本發明的超分支高分子形成的自組織結構的例子的示意圖。
圖5(a)～(e)是表示本發明實施方式的功能元件例子的部面示意圖。
圖6是本發明的實施方式的場效應型電晶體30的部面示意圖。
圖7是本發明的實施方式的液晶顯示裝置100的部面示意圖。
圖8是本發明的實施方式的有機EL顯示裝置200的部面示意圖。
具體實施例方式
下面說明本發明的實施方式。
在本說明書中，所謂超分支高分子是具有至少一個持任意形狀分支結構的超分支結構單元的高分子。在此，所謂「超分支結構單元」，如在圖1上示意性地所示的那樣，含有樹枝狀聚合物的結構單元和超分支聚合物的結構單元。有關樹枝狀聚合物和超分支聚合物，例如在柿本雅明，化學，50卷，608頁(1995)、高分子，Vol.47，p.804(1998)中有記載。
超分支結構單元12具有一個樹木狀分支的開始點13a。超分支結構單元12所具有的分支點13的數量是無限的，也可以是只以樹木狀分支的開始點13a作為分支點13的結構。超分支結構單元12可以像樹枝狀聚合物結構單元那樣，具有規則的重複分支結構，也可以像超分支聚合物結構單元那樣，具有不規則的重複分支結構。
本說明書中的超分支高分子，如果具有至少一個如圖1所示的超分支結構單元12是可以的，但優選如圖2所示的超分支高分子10那樣，具有與中心結構(芯)14相結合的多個超分支結構單元12(12a～12c)。特別是，優選超分支高分子10的分子結構具有高的對稱性，使得超分支高分子10和超分支高分子10的自組織結構顯示出各向同性，超分支結構單元12的數量，優選是3個或4個。多個超分支結構單元12也可以是相互不同的單元，但從結構對稱性的觀點出發，優選是相同的結構。
圖2所示的超分支高分子10具有三個超分支結構單元12a、12b和12c的樹木狀分支開始點13a與作為中心結構14的三官能性原子團結合的結構。中心結構14和超分支結構單元12的鍵是典型的共價鍵，但也可以是氫鍵或配位鍵等非共價鍵。
超分支結構單元12a、12b和12c可以是彼此不同的，也可以是彼此相同的。三個超分支結構單元12a、12b和12c優選是相同的，以使超分支高分子10具有各向同性。下面，作為中心結構14的多官能原子團也用表示符號14表示。
在本發明中使用的超分支高分子10，可以是在其分子表面上具有空穴傳導性和電子傳導性或離子傳導性的高分子，也可以是在分子表面和內部之間具有能量相互作用的高分子或者在樹枝狀單元(超分支結構單元中的重複單元)上具有載流子傳導性的高分子。在分子表面上具有載流子傳導性的超分支高分子10，載流子由在具有載流子傳導性的端基之間跳躍而發生移動。在樹枝狀單元包括了具有π共軛鏈等π電子結構的情況，樹枝狀單元具有載流子傳導性的情況下，由於載流子也能夠在中心結構14和超分支結構單元12之間移動，就能夠引出中心結構14所具有的功能。
所謂超分支高分子10的中心結構14，指的是與任意數量的樹木狀分支開始點13a相結合且除了樹木狀分支開始點13a以下的超分支結構單元12部分的結構。適用於本發明的超分支高分子10，典型地在中心結構14的周圍具有多個超分支結構單元12，由於具有高對稱性的立體結構，所以中心結構14位於超分支高分子10的立體結構的中心。
作為構成中心結構14的多官能原子團14，可以舉出(1)碳原子數為1～20並通過O、NH、N(CH3)、S、SO2等雜原子連接的未取代的、或者被羥基、羧基、醯基或氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等滷素取代的亞烷基；(2)碳原子數為6～20的亞芳基；(3)這些亞烷基和亞芳基結合形成的基；(4)脫除了與上述(1)～(3)的各基的碳原子結合的氫原子的多價基；(5)多價雜環基；(6)多價雜環基和上述(1)～(4)的烴基結合的基；(7)卟啉或卟啉衍生物。
本發明中使用的超分支高分子10的樹枝狀單元，可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。具體可以舉出芳香族或脂肪族的聚醚結構、芳香族聚酯結構、聚矽氧烷結構、聚碳矽烷結構、聚醚醯胺結構、聚醯胺胺結構、聚亞丙基亞胺結構等高分子結構、聚亞苯基、聚亞苯基亞乙烯基、聚亞苯基亞乙炔基等共軛系的高分子結構，也可以含有聚噻吩或聚亞噻嗯基亞乙烯基或聚吡咯或Polysiloles等雜環基。
為了使樹枝狀單元具有載流子傳導性，在樹枝狀單元上可以具有共軛系統的結構，作為空穴傳導結構，可以持有帶二烷基苯基胺殘基的結構、具有三苯基胺殘基的結構、菲繞啉殘基、咪唑殘基。而作為電子傳導結構，可以持有萘四羧酸二醯亞胺殘基等。作為離子傳導結構，可以持有羧酸根或磺酸根官能基等陰離子和鹼金屬或鹼土金屬等陽離子形成的鹽。
可以在超分支高分子的分子內導入呈現載流子傳導性以外功能的原子團(官能基)，做到功能的複合化。例如可以向分子內導入具有螢光性的基和具有吸收紫外線性能的基等。具體可以舉出例如在樹枝狀聚合物的中心結構上持有羅丹明色素等。
如上所述，本發明中使用的超分支高分子10，只要具有超分支結構單元12，對其分支的結構就沒有限制，但從分子結構的對稱性的觀點出發，優選是樹枝狀聚合物。在超分支高分子10是樹枝狀聚合物的情況下，對其世代數沒有特別的限制，但當含有的中心結構14大而且長時，典型的世代數是1～10，但從端基(超分支結構單元12的末端、構成超分支高分子10表面的末端)的密集性與容易合成的觀點出發，優選的世代數是2～8，更優選的世代數是3～7，最優選的世代數是3～5。所謂樹枝狀聚合物的世代數，如圖3所示，表示的是規則的分支的次數。
本發明的高分子結構體包括空穴傳導層和電子傳導層，具有第一超分支高分子和第二超分支高分子。第一超分支高分子和第二超分支高分子中的至少任何一種具有空穴傳導性或電子傳導性。空穴傳導層和電子傳導層中的任何一種含有第一超分支高分子和第二超分支高分子中的任何一種。在空穴傳導層、電子傳導層及空穴傳導層和電子傳導層之間的至少一層中具有通過第一超分支高分子或第二超分支高分子由非共價鍵相互作用形成的自組織結構。
這就是說，本發明的高分子結構體包含通過上述超分支高分子由非共價鍵的相互作用形成的自組織結構。此自組織結構可以是在同種的超分支高分子之間形成的，也可以是在不同種的超分支高分子之間形成的。在高分子結構體包含現有的鏈狀高分子的情況下，也可以在超分支高分子和現有的鏈狀高分子之間形成自組織結構。在使用超分支高分子的情況下，最小的自組織結構可由兩個超分支高分子(雙分子)形成。
本發明的高分子結構體所具有的至少兩種超分支高分子中的一種，具有空穴傳導性或電子傳導性，高分子結構體所具有的空穴傳導層和電子傳導層的任何一層都含有上述超分支高分子。例如，在第一超分支高分子具有空穴傳導性、第二超分支高分子具有電子傳導性的情況下，空穴傳導層含有第一超分支高分子，電子傳導層含有第二超分支高分子。此時，自組織結構，可以通過第一超分支高分子間的相互作用，在空穴傳導層內形成，也可以通過第二超分支高分子間的相互作用，在電子傳導層內形成，或者通過第一超分支高分子和第二超分支高分子之間的相互作用，在空穴傳導層和電子傳導層的界面上形成。優選在空穴傳導層、電子傳導層及它們之間(界面區域)全都含有自組織結構。
本發明的電晶體所具有的半導體層含有超分支高分子，而且通過超分支高分子，由非共價鍵的相互作用具有自組織結構。此自組織結構可以是由同種的超分支高分子間形成的，也可以是由不同種的超分支高分子間形成的。在半導體層含有現有的鏈狀高分子的情況下，也可以是在超分支高分子和現有的鏈狀高分子之間形成的自組織結構。在使用超分支高分子的情況下，最小的自組織結構能夠由兩個超分支高分子(雙分子)形成。
在非共價鍵的相互作用中，包括範德華力、氫鍵、靜電相互作用、π電子相互作用、電荷移動相互作用等。
在此，參照圖4(a)和(b)說明本發明的高分子結構體和半導體層所具有的自組織結構。
本發明中所使用的超分支高分子的立體結構，為了顯示出各向同性，優選是如圖4(a)中所示的圓盤狀和如圖4(b)中所示的球狀。如上所述，具有這樣立體結構的超分支高分子，可以通過適當調節中心結構和樹枝狀單元結構的世代數而得到。
如在圖4(a)中所示，圓盤狀的超分支高分子10a，通過作用在其分子間的非共價鍵的相互作用，形成自組織結構20a。而如在圖4(b)中所示，球狀的超分支高分子10b，通過作用在其分子間的非共價鍵的相互作用，形成自組織結構20b。在圖4(b)中，示出的自組織結構20b，第二層的超分支高分子10b位於第一層的四個超分支高分子10b的中央，但不限於這樣的例子，形成第一層和第二層的超分支高分子10b互相重疊的自組織結構也是可以的。
在圖4(a)和(b)當中，互相層疊的超分支高分子10a和10b，彼此可以是相同種類的，也可以是不同種類的。這就是說，可以用由相同種類的超分支高分子組成的多個層構成一個功能層(例如空穴傳導層)，也可以用超分支高分子的單分子層構成一個功能層。因此，在圖4(a)和(b)中所示的自組織結構20a和20b，既有構成單一功能層的情況，也有構成多個功能層的層疊結構的情況。
這樣一來，由於通過非共價鍵的相互作用形成了自組織結構，在各層上產生的能量移動和載流子移動，經過非共價鍵相互作用強的部分，順利地發生在各個層內和/或各層間，可以加速移動的速度。
由於具有三維範圍的超分支高分子和/或其自組織結構承擔了導電性等功能，所以抑制了如一維的共軛鏈承擔功能的現有的導電性高分子那樣特性易隨溫度變化而變化的問題的發生。
在使用超分支高分子形成空穴傳導層和電子傳導層等功能層的方法中，可以廣泛使用公知的成膜方法。由於超分支高分子比現有的共軛系導電性高分子對溶劑有更優異的溶解性，所以能夠使用各種溶劑來配製溶液。可以使用旋塗法、浸塗法、澆塗法、印刷法和噴墨法等將此溶液塗布或印刷到基板(支持體)21上，在乾燥以後，根據需要進行熱處理，由此就可以形成超分支高分子的膜。
例如，可通過將基板21在規定濃度的溶液中浸漬規定的時間，形成超分支高分子的單分子膜。如果在基板表面上預先形成與超分支高分子顯示出非共價鍵相互作用的層，那麼一邊形成自組織結構，一邊形成單分子層。
這樣，通過在基板21上依次形成超分支高分子的膜，就能夠形成本發明的高分子結構體和在本發明的電晶體中使用的半導體層。
由於超分支高分子與現有的共軛系導電性高分子等相比能夠在更低的溫度下熔融，所以能夠用熱壓法、注射成形法和轉移成形法等成形為各種形狀。通過將所得到的超分支高分子膜層疊起來，就能夠得到本發明的高分子結構體。
用圖4(a)和(b)說明了通過超分支高分子間的非共價鍵相互作用形成的自組織結構，但通過超分支高分子和現有的鏈狀高分子之間的非共價鍵相互作用也可以形成自組織結構。例如用第一超分支高分子形成空穴傳導層，用現有的導電性高分子(鏈狀共軛體系高分子)形成電子傳導層，通過它們之間的非共價鍵相互作用形成自組織結構也可以。
作為超分支高分子以外的高分子，可以舉出在例如聚苯乙烯鏈、聚矽氧烷鏈、聚醚鏈、聚酯鏈、聚醯胺鏈和聚醯亞胺等主鏈上引入酞菁系衍生物、偶氮化合物系衍生物、苝系衍生物、喹吖酮系衍生物、多環醌系衍生物、菁系衍生物、富勒烯(Fullerene)衍生物、吲哚、咔唑等含氮環狀化合物衍生物、腙衍生物、三苯基胺衍生物、多環芳香族化合物衍生物等側鏈的高分子。而且，可以舉出作為共軛系高分子鏈的具有聚對亞苯基等芳香族共軛系高分子、具有聚乙炔等脂肪族共軛系高分子、聚吡咯和聚噻吩等雜環共軛系高分子、聚苯胺類和聚苯硫醚等含雜原子的共軛系高分子、聚(亞苯基亞乙烯基)和聚(亞芳基亞乙烯基)及聚(亞噻嗯基亞乙烯基)等上述共軛系高分子的構成單元互相結合的結構的複合型共軛系高分子等含碳共軛系高分子、聚矽烷類和亞乙矽烷基聚合物、亞乙矽烷基-碳系共軛性聚合物結構等。
本發明的高分子結構體典型地具有如上所述的層疊結構，但具有層疊結構並非必要的。例如，也可以將第一超分支高分子和第二超分支高分子混合，由它們之間的非共價鍵的相互作用形成自組織結構，將其混合、分散在高分子的基質中。而且，在高分子基質中的超分支高分子的濃度非常高的情況下，例如，能夠將空穴傳導性超分支高分子分散在絕緣性的高分子基質中形成組合物，使用這種組合物形成空穴傳導層。此時，不僅由於分散在高分子基質中的超分支高分子間非共價鍵的相互作用形成自組織結構，而且在與此空穴傳導層相鄰形成的電子傳導層之間形成自組織結構的情況也是有的。也可以由超分支高分子分散在高分子基質中而成的組合物形成電子傳導層。
作為高分子基質的材料，只要不妨礙形成自組織結構就沒有特別的限制，可以例示的有例如以2，2-二(4-羥苯基)丙烷(通稱雙酚A)為原料的聚碳酸酯、以2，2-二(3-甲基-4-羥苯基)丙烷(通稱雙酚C)為原料的聚碳酸酯、以二(4-羥苯基)苯基甲烷(通稱雙酚P)為原料的聚碳酸酯、以1，1-二(4-羥苯基)環己烷(通稱雙酚Z)為原料的聚碳酸酯和芳香族聚碳酸酯樹脂、聚芳基樹脂、丙烯酸酯系樹脂、苯乙烯系樹脂、聚氯乙烯、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯、聚偏氯乙烯、苯氧基樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂等熱塑性或熱固性樹脂。
在將超分支高分子分散在高分子基質中使用的情況下，超分支高分子的配合量在40重量％以上、不足100重量％，優選在60重量％以上、不足100重量％。
配製這樣的超分支高分子分散系組合物的方法沒有特別的限制，可以使用例如各種的溶劑進行配製。作為適合使用的溶劑，可以例示的是四氫呋喃(THF)、1，4-二噁烷、環己酮、甲苯、氯化苯、甲乙酮(MEK)、丙酮、N，N-二甲基甲醯胺(DMF)、二氯甲烷等。將得到的溶液通過旋塗法、浸塗法、澆塗法、印刷法及噴墨法等方法進行塗布或印刷，在乾燥以後，根據需要進行熱處理，由此就能夠形成超分支高分子分散系組合物的膜。
在超分支高分子的溶液和含有超分支高分子的組合物的溶液中，也可以添加摻雜劑等添加劑。作為添加劑，可以舉出例如苯乙烯基色素(DCM)等n型或p型摻雜劑等。根據超分支高分子的種類和功能，可以使用各種的添加劑。特別是，超分支高分子通過在分子內引入了具有螢光性的基和具有紫外線吸收功能的基等能夠獲得多種功能，所以通過使用這樣的添加劑，能夠在提高特性的同時，實現功能的複合化。
通過在本發明的高分子結構體中設置用來施加電壓的電極，就能夠構成各種功能元件。例如，本發明的高分子結構體能夠用於太陽能電池、光電變換元件、有機FET元件、電容器、發光元件、電致彩色發光元件、聚合物蓄電池等。下面詳細敘述適合於如下各個用途的元件結構。
在光電變換元件或太陽能電池中，一般用一對平行的平板電極夾持著高分子結構體，但也可以在梳形電極上形成，對此沒有限制。電極的材料，沒有特別的限制，但在平行平板電極的情況下，至少一個電極是ITO電極，優選是摻雜了氟的氧化錫等透明電極。上述高分子結構體，由p型半導體性或者空穴傳導性超分支高分子和n型半導體性或者電子傳導性超分支高分子形成。在上述兩層的任何一層的超分支高分子中引入光增感色素基，或者在上述兩層之間導入HOMO(最高已佔軌道)的電平比空穴傳導性超分支高分子的HOMO低，LUMO(最低未佔軌道)的電平比電子傳導性超分支高分子的LUMO高的光增感色素分子結構的高分子和導入超分支高分子時就更加提高，在作為太陽能電池等使用的情況下，能夠進行高效率的發電。
通過在上述p型半導體性或者空穴傳導性超分支高分子和n型半導體性或者電子傳導性超分支高分子之間設置可進行氧化還原的離子導電性的超分支高分子或離子導電性高分子，就能夠形成電化學光電變換元件。此時，離子導電性超分支高分子或者離子導電性高分子的氧化還原順序，在p型半導體性或者空穴傳導性超分支高分子激發光的情況下，優選設定高於p型半導體性或者空穴傳導性超分支高分子的LUMO，低於n型半導體性或者電子傳導性超分支高分子的LUMO。另一方面，在n型半導體性或者電子傳導性超分支高分子激發光的情況下，優選設定高於p型半導體性或者空穴傳導性超分支高分子的HOMO，低於n型半導體性或者電子傳導性超分支高分子的HOMO。在p型半導體性或者空穴傳導性超分支高分子和n型半導體性或者電子傳導性超分支高分子兩者都激發光的情況下，優選設定高於p型半導體性或者空穴傳導性超分支高分子的LUMO，低於n型半導體性或者電子傳導性超分支高分子的HOMO。根據需要，也可以任意在各層中導入光增感性色素基。
對於三層結構的高分子結構體，至少兩層是超分支高分子，優選互相相鄰的層是超分支高分子，更優選三層都是由超分支高分子形成的。由於在各層內和各層間形成了自組織結構，能夠提高性能和可靠性。
在發光元件中，在多數情況下，本發明的高分子結構體夾持在平行平板電極之間。在下面說明代表性功能元件結構的圖5(a)～(e)中，符號1和4表示一對電極，符號2表示電子傳導層，符號3表示電子傳導層(或發光層)，符號5表示空穴傳導層，符號6表示空穴傳導層(或發光層)，符號7表示發光層，符號8表示電荷發生層。
利用圖5(a)中所示的結構1、圖5(b)中所示的結構2和在圖5(c)中所示的結構3能夠提高由一對兩個電極1和4注入的正負載流子再結合的效率。利用圖5(d)中所示的結構4，使得電極1和4、發光層7和載流子傳導層(電子傳導層2和空穴傳導層5)之間的接觸更加確實，能夠增大由電極1和4注入載流子的效率。與在所示光電變換元件項中敘述的相同，可以在超分支高分子的內部導入涉及發光的基和色素基，在中心結構中導入涉及發光的基等。將功能不同的超分支高分子混合，形成超分支高分子的自組織結構，由此，製造出在結構上兼有載流子傳導功能和發光功能的材料也是可以的。
這樣，在本發明的功能元件中，由於超分支高分子的分子內的功能的複合化和分子間的非共價鍵的相互作用，使得自組織結構帶來的功能複合化成為可能。在浸塗法、噴墨法和旋塗法等公知的塗布方法中，由於重疊的塗布，通過非共價鍵的相互作用形成自組織結構，在噴墨法的墨和浸塗法、旋塗法的溶液中進行混合，在溶液中或除去溶劑同時的成膜中，可以通過非共價鍵的相互作用形成自組織結構。可以在功能元件用的基板上直接形成高分子結構體，也可以將如上所述的用其他途經形成的高分子結構體轉印在功能元件用的基板上。
由於非共價鍵的相互作用形成的自組織結構，能夠在分子水平通過納米結構進行控制，很容易控制一層幾個至幾十個納米數量級的層疊結構的膜厚和分子定向，由於存在因電場集中效應而使載流子層間的注入效率增大等的效果，所以可大幅度地提高性能。
有機電晶體元件，通過使用以空穴傳導層和電子傳導層中的一種作為導電層、以另一種作為半導體層、在上述導電層和半導體層之間設置絕緣層的高分子結構體，在這樣的高分子結構體上形成柵電極、源電極和漏電極而實現。
電容器也是使用以空穴傳導層和電子傳導層中的一種作為導電層、以另外一種作為半導體層、在上述導電層和半導體層之間設置絕緣層的高分子結構體而形成的。而且，還可以以空穴傳導層和電子傳導層作為導電層、在導電層相互之間插入離子傳導性層、以空穴傳導層作為p型半導體層、以電子傳導層作為n型半導體層，形成這樣的連續層。
電致彩色發光元件由這樣一種高分子結構體形成，這種高分子結構體以空穴傳導層作為能夠進行p型摻雜的高分子層，它在氧化還原反應中會改變顏色，以電子傳導層作為能夠進行n型摻雜的高分子層，它在氧化還原反應中也會改變顏色，在這些層間具有含支持電解質鹽的層。可以把這樣的元件結構用作聚合物蓄電池，能夠提供高容量、低內阻的蓄電池。
如上所述，本發明的功能元件包括具有各向同性的超分支高分子、而且通過超分支高分子的非共價鍵相互作用而具有自組織結構的高分子結構體，因此，具有各向同性極高的載流子傳導性，而且，能夠提供層間接觸確實、具有高可靠性、高耐久性的功能元件。本發明的功能元件，只是通過塗布高分子溶液(或者高分子)形成，能夠在納米級的分子水平控制膜厚和分子定向。
進而，可以提供因在超分支高分子的分子中導入各種各樣的功能性基而實現的功能複合化、因非共價鍵的相互作用產生的自組織結構而實現的功能複合化及具有現在所沒有的新功能的功能元件和元件結構。這是用現有的聚合物材料和聚合物合金等不可能形成的結構。
下面示出超分支高分子的合成例。
作為聚亞丙基亞胺基系的化合物，首先在水-甲苯中，利用醋酸催化劑使化學式1的伯胺化合物與丙烯腈進行氰乙基化反應，生成化學式2的化合物。
[化學式2] 然後，利用鈷催化劑(Raney催化劑)對上述化學式2的化合物進行加氫反應，生成化學式3的化合物。
這就是說，由一個氨基(化學式1)得到分支的兩個氨基(化學式2)，通過重複進行上述反應，很容易得到化學式4、化學式5和化學式6的化合物。
[化學式5] [化學式6] 通過由分子的中心向外側合成超分支高分子的發散法和由外側向中心合成超分支高分子的收斂法，就能夠合成化學式7等的樹枝狀聚合物。
可以使用市售的聚亞丙基亞胺樹枝狀聚合物(Aldrich公司商品目錄的DAB-Am-4，8，16，32，64)。在此，將4-(N，N-二乙基氨基)苯甲酸乙酯或4-(1，8-萘二醯亞氨基苯甲酸)甲酯等溶解於N，N-二甲基甲醯胺中，在減壓下在60℃加熱攪拌，蒸出生成的乙醇，在濃縮以後，用矽凝膠色層分離法進行精製，就得到將該樹枝狀聚合物和超分支聚合物的分支末端的氨基變換為4-二乙基氨基苯甲醯胺或4-(1，8-萘基醯亞胺基)苯甲醯胺等的物質。
作為聚苄醚系的化合物，使用4-溴甲基苯甲酸甲酯(化學式8)等和1，3，5-三羥基苯(化學式9)，通過與Hawker，C.J.等在J.Am.Chem.Soc.，112，p.7638(1990)同樣地使用無水碳酸鉀和18-冠-6-醚的醚化反應，就能夠得到超分支高分子化合物(化學式10)等的聚苄醚系的樹枝狀聚合物或超分支聚合物，在4-溴甲基苯甲酸甲酯的情況下，也能夠把末端的甲酯基變換為羧基或鉀鹽等。
[化學式10] 作為聚亞苯基亞乙烯基系的化合物，使用Shirshendu K.Deb等在J.Am.Chem.Soc.，119，p.9079(1997)的方法，使3，5-二-叔丁基苯甲醛(化學式11)和由5-溴-間二甲苯進行Arbuzov反應的生成物(化學式12)在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中與氫氧化鈉反應，合成(化學式13)的生成物。通過Still偶聯反應，把1，3，5-三溴化苯的兩個溴變換為乙烯基，生成(化學式14)的生成物。重複進行此反應，就生成(化學式15)等的聚亞苯基亞乙烯基系的樹枝狀聚合物。進而，可與苯三磷酸酯(化學式16)等中心結構的化合物進行反應，就能夠生成超分支高分子化合物(化學式17)等的聚亞苯基亞乙烯基系的樹枝狀聚合物和超分支聚合物。
[化學式12] [化學式13] [化學式14] [化學式16] 在上述實例中，例示了中心結構和超分支結構通過共價鍵結合的超分支高分子，但在本發明中使用的超分支高分子不限於此，也可以是中心結構和超分支結構通過非共價鍵結合的高分子。
例如，6個如下(化學式18)所示的分子A，由氫鍵互相結合，就形成了如(化學式19)所示的樹枝狀聚合物。
如在上面所詳細敘述的，按照本發明，可利用現在沒有的使用超分支高分子的元件結構提高功能元件的性能，而且簡便地製造這樣的功能元件是可能的，在工業上的價值是非常大的。
(實施例1)有機發光元件在玻璃基板上形成ITO作為陽極，使用部分無規離子化的超分支高分子化合物1(化學式20)的四氫呋喃溶液，通過旋塗法在室溫下進行超分支高分子化合物1的成膜，作為空穴傳導層。膜厚為100nm。而且，使用兼作為發光層和電子傳導層的超分支高分子化合物2(化學式21)的四氫呋喃溶液，在室溫下通過旋塗法進行超分支高分子化合物2的成膜，超分支高分子化合物1的薄膜和超分支高分子化合物2的薄膜通過靜電相互作用形成自組織結構，得到高分子結構體。超分支高分子化合物2的膜厚是50nm。然後，蒸鍍MgAg合金(重量比10∶1)形成陰極，製造如圖5(a)所示結構的發光元件。
在此發光元件上施加規定的電壓，驅動其發光，測量其初期亮度，結果顯示出亮度為1500cd/m2。為了使初期亮度衰減一半，需要3000小時以上。
(比較例1)除了在空穴傳導層使用聚亞乙基二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸鈉的混合物以外，製造與實施例1同樣結構的發光元件。
在此發光元件上施加規定的電壓，驅動其發光，測量其初期亮度，結果顯示出亮度為800cd/m2。為了使初期亮度衰減一半，需要800小時。
(實施例2)有機發光元件在玻璃基板上形成ITO作為陽極，使用超分支高分子化合物3(化學式22)的四氫呋喃溶液，通過旋塗法在室溫下進行超分支高分子化合物3的成膜，作為空穴傳導層。膜厚為50nm。另外，使用超分支高分子化合物4(化學式23)的四氫呋喃溶液，通過旋塗法在室溫下進行超分支高分子化合物4的成膜，作為發光層。膜厚是30nm。而且，使用超分支高分子化合物5(化學式24)的四氫呋喃溶液，通過旋塗法在室溫下進行超分支高分子化合物5的成膜，作為電子傳導層，超分支高分子化合物4的薄膜和超分支高分子化合物5的薄膜，通過靜電相互作用形成自組織結構，得到高分子結構體。超分支高分子化合物5的膜厚是50nm。然後，蒸鍍MgAg合金(重量比10∶1)形成陰極，製造如圖5(d)所示的發光元件。
在此發光元件上施加規定的電壓，驅動其發光，測量其初期亮度，結果顯示出亮度為1500cd/m2。為了使初期亮度衰減一半，需要3000小時以上。
(比較例2)除了在空穴傳導層使用聚亞乙基二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸鈉的混合物、使用聚己基噻吩作為發光層以外，製造與實施例2同樣結構的發光元件。在此發光元件上施加規定的電壓，驅動其發光，測量其初期亮度，結果顯示出亮度為800cd/m2。為了使初期亮度衰減一半，需要800小時。
(實施例3)有機整流元件在玻璃基板上形成MgAg合金(重量比10∶1)蒸鍍電極，使用超分支高分子化合物1(化學式20)的四氫呋喃溶液，通過旋塗法在室溫下進行超分支高分子化合物1的成膜，作為空穴傳導層，膜厚是50nm。而且，使用超分支高分子化合物5(化學式24)的四氫呋喃溶液，通過旋塗法在室溫下進行超分支高分子化合物5的成膜，作為電子傳導層，超分支高分子化合物1的薄膜和超分支高分子化合物5的薄膜，通過靜電相互作用形成自組織結構，得到高分子結構體。超分支高分子化合物5的膜厚是50nm。然後，蒸鍍MgAg合金(重量比10∶1)形成上部電極，製造出有機整流元件。
測定此整流元件遮斷光線時的電流-電壓特性。顯示出只有在上部電極是負極的情況下才流過電流的整流特性。而且，在室溫下將此整流元件放置三個月以後，進行同樣的測定，結果沒有發生特性劣化和膜界面的剝離。
(比較例3)除了在空穴傳導層使用聚亞乙基二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸鈉的混合物以外，製造與實施例3同樣結構的有機整流元件。
測定此整流元件遮斷光線時的電流-電壓特性。顯示出只有在上部電極是負極的情況下才流過電流的整流特性，但在室溫下將此整流元件放置三個月以後，進行同樣的測定，結果發生了特性劣化和膜界面的剝離的現象。
(實施例4)有機太陽能電池元件在玻璃基板上形成ITO作為電極極，使用超分支高分子化合物3(化學式22)的四氫呋喃溶液，通過旋塗法在室溫下進行超分支高分子化合物5的成膜，作為空穴傳導層。膜厚是50nm。另外，使用超分支高分子化合物6(化學式25)的四氫呋喃溶液，通過旋塗法在室溫下進行超分支高分子化合物6的成膜，作為電荷發生層。膜厚是30nm。而且，使用超分支高分子化合物5(化學式24)的四氫呋喃溶液，通過旋塗法在室溫下進行超分支高分子化合物5的成膜，作為電子傳導層，超分支高分子化合物6的薄膜和超分支高分子化合物5的薄膜，通過靜電相互作用形成自組織結構，得到高分子結構體。超分支高分子化合物5的膜厚是50nm。然後，蒸鍍MgAg合金(重量比10∶1)形成電極，製造有機太陽能電池元件。
用切割到400nm以下的鎢燈光照射此太陽能電池元件，測定初期的能量轉換率，結果得到1.8～2.2％的良好值。
(比較例4)除了在空穴傳導層使用聚亞乙基二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸鈉的混合物、使用銅酞菁作為電荷發生層以外，製造與實施例2相同結構的發光元件。
用切割到400nm以下的鎢燈光照射此太陽能電池元件，測定初期的能量轉換率，結果得到1.0～1.2％的值。
由以上的結果可以看出，在實施例1～4的功能元件中，由於由兩層以上的超分支高分子構成的功能層通過非共價鍵的相互作用形成了自組織結構，所以使得元件結構(特別是界面結構)穩定化，能夠大幅度地提高特性。
下面，說明包括具有超分支高分子的自組織結構的半導體層的電晶體的結構。在下面，作為有源驅動型顯示裝置的有源元件，舉出適合使用的場效應電晶體(下面稱為FET)，但本發明並不限於FET，也適合於其他類型的電晶體。
本發明的FET30的示意性剖面圖示於圖6中。FET30是底柵型電晶體，具有在絕緣性基板31上形成的柵電極32、為了覆蓋柵電極32而形成的柵極絕緣層33、在柵極絕緣層33上形成的源電極34及漏電極35、設置在源電極34和漏電極35之間的半導體層36。所形成的半導體層36各有一部分覆蓋在源電極34和漏電極35上。
電晶體30按照例如如下的方法製造。
首先，在絕緣性基板31上形成柵電極32。作為柵電極32的材料，可以舉出Cr、Al、Ta、Mo、Nb、Cu、Ag、Au、Pt、Pd、In、Ni、Nd和它們的合金、多晶矽、非晶矽、錫氧化物、氧化銦、銦錫氧化物(ITO，Indiumu Tin Oxide)等無機材料、摻雜的導電性高分子(例如聚亞乙基二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸鈉的混合物)等有機材料。也可以是兩層以上的膜層疊起來。根據材料不同使用蒸鍍法或濺鍍法、塗布法或印刷法等公知的成膜方法堆積出導電性的膜以後，通過照像平板印刷工序和蝕刻工序，將此導電性膜加工成柵電極32的規定形狀。
然後，形成柵極絕緣層33，使之覆蓋住柵電極32。作為此柵極絕緣層333來說，可以舉出SiO2、SiN、Al2O3等無機材料、聚氯丁烯聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚碸、聚有機矽氧烷等高分子材料。另外，也可以兩層以上的膜層疊起來。也可以用公知的成膜方法堆積起柵極絕緣層33，根據需要進行構圖。
在柵極絕緣層33上形成源電極34和漏電極35。作為源電極34和漏電極35的材料來說，可使用與柵電極32同樣的材料，用同樣的方法形成。當然，柵電極32的材料和源電極34及漏電極35的材料，可以不同，也可以相同。還可以層疊兩層以上的膜。
然後，形成含有超分支高分子的有機半導體層。例如，由超分支高分子構成的半導體層，如上所述，可以如下這樣形成，即，配製超分支高分子溶液，使用各種塗布方法和印刷法塗布此溶液。乾燥以後，根據需要進行熱處理，就能夠形成超分支高分子的膜。
由以上的工序，能夠製造本發明的FET30。本發明的FET的結構不限於上述的例子，頂柵型也是可以的，而且，漏電極/柵電極/源電極並排配置在同一層中的層疊型以外的結構也是未嘗不可的。
本發明的有機FET所具有的半導體層，如上所述，由於具有超分支高分子，並且，通過超分支高分子的非共價鍵的相互作用，具有了自組織結構，所以具有高的載流子遷移度。而且，由於不易受到空氣中氧氣和水分的影響，所以提高了穩定性，具有高可靠性和高耐久性。而當使用具有圓盤狀、球狀(也包括橢圓球狀)立體結構的超分支高分子時，能夠得到導電性是各向同性而且導電性更高的半導體層。
此半導體層，可以只塗布或印刷含有超分支高分子的溶液而形成，同時，能夠在納米級的分子水平控制膜厚和分子定向。由於形成半導體膜無需高溫，所以可以很容易地在塑料基板上形成。
由於例如通過增大雜質的摻雜量，也可以形成具有能夠作為電極利用水平的導電性的膜，所以也就能夠利用含有超分支高分子的膜形成柵電極32、源電極34和漏電極35都可以。此時，若選擇材料，使得例如構成源電極34及漏電極35的超分支高分子和構成半導體層36的超分支高分子之間由於非共價鍵的相互作用而形成自組織結構時，就更能夠提高FET的特性。在源電極34和漏電極35中使用現有的導電性高分子的情況下，由於構成這些電極的導電性高分子和構成半導體層36的超分支高分子之間通過非共價鍵的相互作用形成了自組織結構，也能夠提高FET的特性。
作為用作電極材料的超分支高分子以外的導電性高分子，可以舉出例如如上所述的在聚苯乙烯鏈、聚矽氧烷鏈、聚醚鏈、聚酯鏈、聚醯胺鏈和聚醯亞胺鏈等主鏈上導入酞菁系衍生物、偶氮化合物系衍生物、苝系衍生物、喹吖酮系衍生物、多環醌系衍生物、菁系衍生物、富勒烯衍生物、吲哚、咔唑等含氮環狀化合物衍生物、腙衍生物、三苯基胺衍生物、多環芳香族化合物衍生物等側鏈的高分子。而且可以舉出作為共軛系的高分子鏈的具有聚對亞苯基等芳香族共軛系高分子、聚乙炔等脂肪族共軛系高分子、聚吡咯和聚噻吩等雜環族共軛系高分子、聚苯胺類和聚苯硫醚等含有雜原子的共軛系高分子、聚(亞苯基亞乙烯基)和聚(亞芳基亞乙烯基)及聚(亞噻嗯基亞乙烯基)等上述共軛系高分子的結構單元相互結合結構的複合型共軛系高分子等碳型共軛系高分子和聚矽烷、亞乙矽烷基聚合物類、亞乙矽烷基-碳系共軛系高分子結構等。
可以提供因在超分支高分子中導入各種功能性基而產生的功能複合化、因非共價鍵的相互作用形成自組織結構而產生的功能複合化、以及具有現在沒有發現的新功能的有機FET和元件結構。這是用現有的聚合物材料和聚合物合金等不可能形成的結構。
本發明的FET適合用於液晶顯示裝置和有機EL顯示裝置。例如，在製造顯示裝置的時候，需要在FET30的漏電極35上形成連續的像素電極。在透過型液晶顯示裝置的情況下，此像素電極是使用錫氧化物、氧化銦、ITO等透明導電膜形成的。而在反射型液晶顯示裝置的情況下，是使用Al、Ag等金屬膜形成的。在製造有機EL顯示裝置時，使用了Mg、Ca、Al、Au等金屬膜。在像素也極中使用與漏電極和源電極相同的材料時，可以在與漏電極和源電極同一工序中形成像素電極。而在使用不同材料的情況下，在形成漏電極和源電極之前或者之後形成像素電極。
通過使用本發明的FET，就能夠廉價地製造液晶顯示裝置和有機EL顯示裝置等有源驅動型顯示裝置。當然，本發明的電晶體可以用於其他各種電子機器中。
在本發明的電晶體的半導體層中，可適當地使用上述超分支高分子。
根據本發明，通過使用具有因超分支高分子形成的自組織結構的從未有過的半導體層，就能夠提高電晶體的性能，並且，能夠簡便地製造這樣的電晶體和使用該電晶體的有源驅動型顯示裝置，工業上的價值是非常大的。
下面一起說明本發明實施方式的電晶體和使用該電晶體的顯示裝置的實施例和比較例。但是，本發明並不限於這些實施例。
(實施例5)在實施例5當中，製造圖6所示的逆交錯結構的有機薄膜電晶體30。柵電極32是用Ta形成的，源電極34和漏電極35是用鋁形成的。有機半導體層36使用了用上述(化學式7)表示的聚亞丙基亞胺基系的球狀樹枝狀聚合物，在此，使用了5世代的樹枝狀聚合物。
按照如下的順序製造實施例5的電晶體30。
(1)通過用使用掩模的蒸鍍法在基板1上堆積Ta，形成柵電極32；(2)通過使柵電極32的表面氧化，形成柵極絕緣層33；(3)通過用使用掩模的蒸鍍法堆積鋁，形成源電極34和漏電極35。此時，設定源電極34和漏電極35之間的間隔，使得溝道的長度為12μm；(4)通過使用噴墨法把如(化學式7)所示的樹枝狀聚合物放置在適當的位置上，形成有機半導體層36。
利用時間跳躍法測定所得到的有機薄膜FET30的載流子遷移度，測量結果是0.3cm2V-1s-1。由電流-電壓特性評價得到的開/關電流比大約是7位數。遷移度和開/關電流比兩個結果都是與現行的a-Si性能相匹敵的。
(實施例6)除了用具有球狀立體結構的樹枝狀聚合物的聚苄醚系樹枝狀聚合物(化學式10)形成有機半導體層36以外，其餘都與實施例5相同，製造實施例6的FET30。
所得到的FET30的載流子遷移度是0.8cm2V-1s-1，開/關電流比大約是7位數左右。
這樣，通過使用球狀樹枝狀聚合物，更加提高了遷移度，得到與a-Si相同或更高的遷移度。
(實施例7)除了使用由π共軛相互作用形成自組織結構的聚亞噻嗯基亞乙烯基系的圓盤狀樹枝狀聚合物(化學式17)形成有機半導體層36以外，其餘都與實施例5相同地製造實施例7的FET30。作為此樹枝狀聚合物的樹枝狀單元的聚亞噻嗯基亞乙烯基，由於樹枝狀聚合物之間的π共軛相互作用形成了穩定的自組織結構。
所得到的FET30的載流子遷移度是25cm2V-1s-1，開/關電流比大約是7位數左右。
這樣，使用π共軛系的樹枝狀單元時，由於樹枝狀單元間的π共軛相互作用使自組織結構穩定化，同時，還大幅度地提高了遷移度，得到與低溫p-Si相同程度的特性。
(比較例5)除了使用現有的導電性高分子的噻吩低聚物形成有機半導體層36以外，其餘都與實施例5同樣地製造比較例5的FET。FET的結構與圖6上所示的FET30相同。
所得到的FET的載流子遷移度為8.5×10-5cm2V-1s-1。開/關電流比大約3位數左右。
由以上的結果可以看出，通過在有機半導體層36上使用各種類型的樹枝狀聚合物，能夠大幅度地提高有機薄膜FET的性能。
(實施例8)在圖7中示出本實施例的液晶顯示裝置100的示意性剖面圖。此液晶顯示裝置100是典型的TN模式的TFT型液晶顯示裝置，除了使用實施例7的FET30作為TFT30A這一點以外，具有公知的結構，可以用公知的方法製造。
在玻璃基板41上形成具有柵電極42、柵極絕緣層43、源電極44、漏電極45和有機半導體層46的FET30A。在FET30A的漏電極45上，連接著由ITO形成的像素電極47。在對置基板的玻璃基板41上裝有由ITO形成的對置電極49。一對基板41的液晶層50一側的表面上全面地設置有定向膜48。液晶層50的液晶分子由定向膜48進行TN定向。使用具有正介電常數各向異性的向列型液晶，作為液晶材料，並使用傾斜角(プレチルト角)約為2°的聚醯亞胺定向膜。
此液晶顯示裝置100用4V電壓驅動，進行視野角特性評價，結果維持反差比10的角度(視角)，上下、左右都在80°以上。
如此可以看出，本發明的FET30A適合於作為液晶顯示裝置TFT使用。本發明的FET，不限於例示的液晶顯示裝置，可以用於各種類型的液晶顯示裝置。
(實施例9)圖8表示本實施例的有機EL顯示裝置200的示意性剖面圖。此有機EL顯示裝置200是典型的TFT型有機EL顯示裝置，除了使用實施例7的FET30作為TFT30B這一點以外具有公知的結構，能夠用公知的方法製造。
有機EL顯示裝置200在被透明電極(ITO)107覆蓋的透明基板101上層疊了由有機薄膜構成的場致發光層111和正空穴輸送層112，在其上面形成矩陣狀分離的像素電極113，在各像素電極113上，通過漏電極105配置FET30B。
此有機EL顯示裝置200，由於可以不依存FET30B的大小配置發光面，所以發光面的開口率很高。由於層間絕緣層114起著平坦化層的功能，所以在構成全彩色顯示裝置的情況下，能夠在平坦的層上構成各像素的FET30B。
有機EL顯示裝置200，在5V的源電壓、5V的柵極電壓下，得到7000Cd/m2的發光亮度。能夠顯示動畫。
作為場致發光層111，通過呈條狀並排構成紅色發光層、綠色發光層、藍色發光層而構成彩色顯示裝置。在5V的源電壓、5V的柵極電壓下，此彩色顯示裝置顯示動畫，結果發光亮度為3000Cd/m2，非常明亮，響應速度是0.5msec。
由此可以看出，本發明的FET30B適合於作為有機EL顯示裝置的TFT使用。本發明的FET不限於例示的有機EL顯示裝置，可以用於各種類型的有機EL顯示裝置中。
在上述實施例中，說明了使用逆交錯結構型的FET30B的例子，但也可以使用平面型的FET。
產業上利用的可能性由於本發明的高分子結構體含有超分支高分子，通過該超分支高分子利用非共價鍵的相互作用而具有了自組織結構，所以能夠提高使用現有的導電性高分子的功能元件的特性和可靠性。
本發明的功能元件可適用於發光元件、顯示器、太陽能電池、光電變換元件、光調諧元件、有機FET元件、電容器、整流元件或各種傳感器元件。
按照本發明，與使用現有的導電性高分子的電晶體相比，提供了性能和/或可靠性都得到改善的有機電晶體。本發明的電晶體，適合於作為有源驅動型顯示裝置的有源元件使用，具有與現有的a-SiTFT相同程度的特性，而且能夠廉價地進行製造。
權利要求
1.一種高分子結構體，包括空穴傳導層和電子傳導層，其中具有第一超分支高分子和第二超分支高分子，所述第一超分支高分子和所述第二超分支高分子中的至少任一種具有空穴傳導性或者電子傳導性，所述空穴傳導層和所述電子傳導層中的任一層含有所述第一超分支高分子和所述第二超分支高分子中的任一種，在所述空穴傳導層、所述電子傳導層及所述空穴傳導層與所述電子傳導層之間的至少一層中，具有通過所述第一超分支高分子或所述第二超分支高分子由於非共價鍵的相互作用形成的自組織結構。
2.如權利要求1所述的高分子結構體，其中所述第一超分支高分子具有空穴傳導性，所述第二超分支高分子具有電子傳導性。
3.如權利要求2所述的高分子結構體，其中所述空穴傳導層含有由多個第一超分支高分子形成的自組織結構，所述電子傳導層含有由多個第二超分支高分子形成的自組織結構。
4.如權利要求3所述的高分子結構體，其中所述空穴傳導層和所述電子傳導層互相層疊，含有由於所述第一超分支高分子和所述第二超分支高分子之間的非共價鍵的相互作用形成的自組織結構。
5.如權利要求3或4所述的高分子結構體，其中所述空穴傳導層和所述電子傳導層中的至少一層具有各向同性。
6.如權利要求1～5中任一項所述的高分子結構體，其中所述第一超分支高分子和所述第二超分支高分子中的至少一種是樹枝狀聚合物。
7.如權利要求1～6中任一項所述的高分子結構體，其中所述第一超分支高分子和所述第二超分支高分子中的至少一種具有兩種以上的不同功能。
8.如權利要求1所述的高分子結構體，其中在所述第一超分支高分子和所述第二超分支高分子之間還具有第三超分支高分子，由於所述第三超分支高分子與所述第一超分支高分子或所述第二超分支高分子之間的非共價鍵的相互作用形成了自組織結構。
9.如權利要求8所述的高分子結構體，其中所述第一超分支高分子具有空穴傳導性，所述第二超分支高分子具有電子傳導性，所述第三超分支高分子具有空穴傳導性、電子傳導性和離子傳導性中的任一種。
10.如權利要求9所述的高分子結構體，其中所述空穴傳導層含有由多個第一超分支高分子形成的自組織結構，所述電子傳導層含有由多個第二超分支高分子形成的自組織結構，在所述空穴傳導層和所述電子傳導層之間含有由多個第三超分支高分子形成的自組織結構，具有附加功能層。
11.如權利要求10所述的高分子結構體，其中所述空穴傳導層、所述電子傳導層和所述附加功能層互相層疊，含有由於所述第一超分支高分子和所述第三超分支高分子之間的非共價鍵的相互作用形成的自組織結構及由於所述第二超分支高分子和所述第三超分支高分子之間的非共價鍵的相互作用形成的自組織結構中的至少一種。
12.如權利要求10或11所述的高分子結構體，其中所述空穴傳導層、所述電子傳導層和所述附加功能層中的至少一層具有各向同性。
13.如權利要求8～12中任一項所述的高分子結構體，其中所述第一超分支高分子、所述第二超分支高分子和所述第三超分支高分子中的至少一種是樹枝狀聚合物。
14.如權利要求8～13中任一項所述的高分子結構體，其中所述第一超分支高分子、所述第二超分支高分子和所述第三超分支高分子中的至少一種具有兩種以上的不同功能。
15.一種功能元件，該元件具有如權利要求1～14中任一項中所述的高分子結構體和與所述高分子結構體電連接的電極。
16.一種電晶體，該電晶體包括第一電極、第二電極、設置於所述第一電極和所述第二電極之間的半導體層、和用於在所述半導體層上施加電場的第三電極，所述半導體層含有超分支高分子，並且，具有通過所述超分支高分子由於非共價鍵的相互作用形成的自組織結構。
17.如權利要求16所述的電晶體，其中所述半導體層具有各向同性的導電性。
18.如權利要求16或17所述的電晶體，其中所述超分支高分子具有球狀的立體結構。
19.如權利要求16或17所述的電晶體，其中所述超分支高分子具有圓盤狀的立體結構。
20.如權利要求16～19中任一項所述的電晶體，其中所述超分支高分子是樹枝狀聚合物。
21.如權利要求16～20中任一項所述的電晶體，該電晶體是利用所述半導體層對由所述第三電極施加的電場產生的電場效應的場效應型電晶體。
22.一種顯示裝置，該顯示裝置具有多個像素和分別與所述多個像素相對應地設置的多個有源元件，所述多個有源元件中的每一個都是如權利要求21中所述的電晶體。
全文摘要
功能元件包括一對電極1和4及具有空穴傳導層5和電子傳導層2的高分子結構體。此高分子結構體具有第一超分支高分子和第二超分支高分子，第一超分支高分子和第二超分支高分子中的至少任一種具有空穴傳導性或電子傳導性，該空穴傳導層和電子傳導層中的任一層含有第一超分支高分子和第二超分支高分子中的任一種，在空穴傳導層、電子傳導層和空穴傳導層與電子傳導層之間的至少一層上，具有通過第一超分支高分子或第二超分支高分子由於非共價鍵的相互作用形成的自組織結構。
文檔編號H01L51/50GK1550049SQ02816879
公開日2004年11月24日 申請日期2002年8月29日 優先權日2001年9月5日
發明者山原基裕, 伸, 水崎真伸 申請人:夏普株式會社