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25 

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全文

(1)

A 会場(孔雀)

材    料

14:05∼14:30

高性能分子デバイスを志向した配向性単分子膜の

新規製造方法

広島大学

大学院工学研究院 物質化学工学部門

准教授 今栄 一郎

● プレゼン技術の概要 有機デバイスの新機能発現・性能向上を目指し,基板表面に面内配向制御能力を持つ 単分子膜を作製する目的で,末端に反応性置換基を有する液晶性化合物の合成を行う とともに,それらの配向状態を維持したまま基板表面に固定化する手法を開発した。 ● 従来技術・競合技術との比較 これまでにも基板表面を有機単分子膜で修飾し,有機デバイスの性能向上を行った研 究例はあるが,その単分子膜内の分子配列を面内方向に積極的に制御した研究は全く ない。本研究で開発した技術は,液晶分子の両末端に反応性置換基を導入することに より,液晶分子の配向方向を基板平面に平行な面内に反映した単分子膜を作製できる。 ● プレゼン技術の特徴 ・基板面に平行な面内に単分子膜を配向制御できる ・単分子膜が基板表面に固定化されているので配向状態を安定に維持できる ・作製した配向単分子は,その膜上に作製する有機機能性分子膜の配向方向の制御が 期待できる ● 想定される用途 ・高性能有機電界効果トランジスタ ・3D テレビに応用可能な偏光発光型有機 EL ディスプレイ ・磁気記録媒体

(2)

高性能分子デバ

高性能分子デバ

配向性単分子膜

配向性単分子膜

広島大学 大学院工学研

広島大学 大学院

学研

准教授 今栄 一郎

バイスを志向した

バイスを志向した

の新規製造方法

の新規製造方法

究院 物質化学工学部門

究院 物質化学

学部門

郎、教授 播磨 裕

(3)

有機電子デバ

http://www.sony.co.jp/SonyInfo/News/Press

/200705/07-053/index.html

より引用

巻き取り可能な有機TFT

巻き取り可能な有機TFT

駆動ELディスプレイの開発

(2010年5月)

(2010年5月)

http

バイスの発展

プラスチックフィルム上での有機

TFT駆動ELディスプレイを実現

(2007年5月)

p://www.afpbb.com/article/economy/2730291/5805744

より引用

(4)

基板表面修

表面処理なし

Published in: L Li Q Tang H Li W Hu J

Published in: L. Li, Q. Tang, H. Li, W. Hu, J.

Copyright © 2008 American Chemical Socie

修飾の効果

有機半導体化合物の

分子配列が電荷移動度に影響

分子配列が電荷移動度に影響

表面処理あり

Phys Chem B 112 10405 (2008)

Phys. Chem. B, 112, 10405 (2008).

ety

(5)

有機分子の配向制

分子内

半導体分子の配向制御 ・・・

→ 高移

有機薄膜トランジスタ

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

制御のメリット1

内でのキャリア輸送の不規則性を低減

移動度トランジスタの作製を可能にする

キャリアの移動が

円滑になる

円滑になる

(6)

有機分子の配向制

無機L

発光性分子の配向制御

・・・

ディスプ

→ 新た

htt //l f bl

j

j /? id 128

より引用

http://leaf-blog.jugem.jp/?eid=128

より引用

偏光フィル

偏光フィル

→輝度やコント

制御のメリット2

LEDでは実現不可能だった偏光発光

プレイの開発

たなフォトニクス応用への道が拓ける

http://sankei.jp.msn.com/photos/release/electric/0910

p

jp

p

03/elc0910031801000-p1.htm

より引用

ターの使用

の使用

トラストの低下

(7)

機能性分子薄膜の面内

本研究の着眼点

①液晶性化合物の配向性

ラビング

①液晶性化合物の配向性

②反応性末端基の導入

ラビング

液晶単分子膜に沿って

機能性分子を配向制御可能

機能性分子

(導電性 発光性etc)

(導電性, 発光性etc)

洗浄

液晶単分子膜

内配向制御技術の提案

液晶性分子

液晶性分子

液晶性分子

基板

(金属酸化物、シリコン、金など) 表面官能基 ( など) (OH, Si-Hなど)

転写

(8)

機能性分子薄膜の面内

本研究の着眼点

①液晶性化合物の配向性

ラビング

①液晶性化合物の配向性

②反応性末端基の導入

ラビング

液晶単分子膜に沿って

機能性分子を配向制御可能

機能性分子

(導電性 発光性etc)

(導電性, 発光性etc)

洗浄

液晶単分子膜

内配向制御技術の提案

液晶性分子

液晶性分子

液晶性分子

基板

(金属酸化物、シリコン、金など) 表面官能基 ( など) (OH, Si-Hなど)

転写

(9)

液晶

体の流動性と結

の秩序

C N

mesogen

spacer

N C

mesogen

spacer

side view

Nematic

Smecti

top view

とは

序性をあわせもつ物質群

c A

Smectic C

Smectic B

(10)

液晶性分子

ラビング

液晶ディスプレイ

http://blog

の配向処理

液晶性分子

gs.yahoo.co.jp/linear_pcm0153/1638588.html

(11)

機能性分子薄膜の面内

本研究の着眼点

①液晶性化合物の配向性

ラビング

①液晶性化合物の配向性

②反応性末端基の導入

ラビング

液晶単分子膜に沿って

機能性分子を配向制御可能

機能性分子

(導電性 発光性etc)

(導電性, 発光性etc)

洗浄

液晶単分子膜

内配向制御技術の提案

液晶性分子

液晶性分子

液晶性分子

基板

(金属酸化物、シリコン、金など) 表面官能基 ( など) (OH, Si-Hなど)

転写

(12)

反応性置換

Si

R

Si

Cl

M

OH

+

R R

金属酸化物基板

(ガラス、ITO、チタニアなど)

クロロシラン類

P R HO O OH M P HO O O M OH C O R Cl C O R O OH Cl M M Si O Si OH Cl Si Cl Cl M O M OH

換基の導入

Si

R

共有結合を

M

Si

O

共有結

介して

固定化

R

R = 液晶性分子

Si H R R Si S R H S R シリコン基板 S R H Au Au 金基板 S R O S i S H M O

(13)

反応性置換基を有する液晶性

スペーサー

反応性置換基

スペ サ

メソ

メソゲン

メソゲン

X X X Y X

X, Y =

CH=CH

N=NO

CH=NO

C

C

CH=N

COO

,

,

,

,

反応性置換基

R

X

X

O

Si

R

X

R

Si

X

R

X

Si

X

X

X

C

Cl

O

P

R = alkyl

X = F, Cl, Br, I, OR, OH

性化合物の基板表面への固定化

スペーサー

ゲン

スペ サ

反応性置換基

スペ サ

Y

スペーサー

CH

2 n Y

O

CH

2 n

COO

CH

2 n

C

N=N

O

(none)

,

,

n = 1 ~ 20

O

SH

CH=CH

2

P

O

OH

OH

(14)

機能性分子薄膜の面内

本研究の着眼点

①液晶性化合物の配向性

ラビング

①液晶性化合物の配向性

②反応性末端基の導入

ラビング

液晶単分子膜に沿って

機能性分子を配向制御可能

機能性分子

(導電性 発光性etc)

(導電性, 発光性etc)

洗浄

液晶単分子膜

内配向制御技術の提案

液晶性分子

液晶性分子

液晶性分子

基板

(金属酸化物、シリコン、金など) 表面官能基 ( など) (OH, Si-Hなど)

転写

(15)

クロロシリル基を有する

クロロシリル基を有する

OH

HO

+ 2

NEt

3

O

O

O

1

HSiMe

2

Cl

O

O

Si

Cl

O

2

る液晶性化合物の合成

Cl

る液晶性化合物の合成

O

Cl

THF

O

O

O

Pt on C

1

Pt on C

Toluene

O

O

O

Si

Cl

2

(16)
(17)

化合物2のマイカ

化合物2のマイカ

加熱

乾燥

乾燥

カ基板への固定化

カ基板への固定化

冷却

マイカ

洗浄

洗浄

(※これら一連の操作は

グローブボックス中で行った)

(18)

マイカ基板上に固定し

基板

固定

<測定条件>

• ACモード

• カンチレバー: ナノワールド社製

PPP-FM(バネ定数:1.9 N/m)

O

Si

Cl

化合物2

O O

Si

化合物2

た化合物2の単分子膜

た化合物

単分子膜

O O

Si

O

Si

Cl

(19)

類似

~反応性置換基を有する液晶性化合物

G S b

i

M l C

t Li

C

t S i T

G. Subramaniam, Mol. Cryst. Liq. Cryst. Sci. Te

C

N

S Kumar S K Pal Liq Cryst 32 659 (2005)

S. Kumar, S. K. Pal, Liq. Cryst., 32, 659 (2005).

V. Ganesh, S. K. Pal, S. Kumar, V. Lakshminara

A. K. Agarwal, K. A. Suresh, S. K. Pal, S. Kuma

C

N

反応性置換基が片末端のみ

反応性置換基が片末端のみ

⇒ 基板面に平行に配向するこ

研究

物の基板への固定化に関する報告例~

h S

A M l C

t Li

C

t 308 121 (1997)

ch., Sec. A: Mol. Cryst. Liq. Cryst., 308, 121 (1997).

CH

3

O

CH

2

Si Cl

CH

3 n

n = 3 or 5

.

ayanan, Elecrochim. Acta, 52, 2987 (2007).

ar, J. Chem. Phys., 26, 164901 (2007).

O

CH

2

SH

n

n = 5 or 8 or 10

n 5 or 8 or 10

(20)

想定される用

~有機電子デバイスの高

http://leaf-blog.jugem.jp/?eid=128

より引用

用途・業界

高性能化・新機能付与~

電界効果トランジスタの

電界効果 ラ ジ タ

電荷輸送特性の向上

有機ELディスプレイへの

有機ELディスプレイへの

偏光発光性能の付与

(21)

実用化に向

・片末端でのみ反応した分子が

片末端でのみ反応した分子

立っている?

・配向方向がラビング方向と

不一致

・STMによる分子1個の観察を

行っていない

行っていない

・液晶性分子の

・基板表面に効

基板表面に効

向けた課題

構造およびラビング膜の材質を再検討

率的に固定化できる条件の再検討

率的に固定化できる条件の再検討

(22)

企業へ

1)電子デバイス

1)電子デバイスへ

面内配向制御技

面内配向制御技

企業との共同研

企業との共同研

2)ラビング膜

2)ラビング膜・平

の期待

の応用に限らず

への応用に限らず

技術にご関心のある

技術にご関心のある

研究を希望

研究を希望

平面性基板の提供

平面性基板の提供

(23)

本技術に関す

• 発明の名称

:液晶性化

及び 配

及び、配

• 出願番号

出願番号

:特願201

:特願201

• 出願人

:広島大学

• 出願人

:広島大学

• 発明者

:今栄一郎

• 発明者

:今栄

る知的財産権

化合物、配向性単分子膜、

向性単分子膜の製造方法

向性単分子膜の製造方法

0-197742

0-197742

郎 播磨 裕

郎、播磨 裕

(24)

産学連携

• 2003年 2006年

• 2003年-2006年

(株)ダイキン環境・空調技術

2008年-(株)クラレと共同研究実施

携の経緯

術研究所と共同研究実施

(バイオセンサーに関連した研究)

(導電性薄膜に関連した研究)

(25)

お問い合

広島大学

産学・地域連携センタ

TEL

082-421-363

TEL

082-421-363

FAX

082-421-363

e-mail

a

techrd@hiro

大学院工学研究院 物質

大学院工学研究院 物質

今栄 一郎(いまえ い

今栄

郎(いまえ い

TEL

082-424-768

FAX

082-424-549

e-mail

imae@hirosh

合わせ先

31

31

39

oshima-u.ac.jp

.a

.jp

質化学工学部門

質化学工学部門

いちろう)

いちろう)

88

94

hima-u.ac.jp

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参照

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