CN101075091B - 感光可溶性有机半导体材料 - Google Patents

Abstract

一种感光可溶性有机半导体材料，包括一种狄尔斯-阿德耳加合物，其为具有一种亲二烯物的一种多环芳香族化合物。其中前述多环芳香族化合物是选自寡聚噻吩、苝、苯并[ghi]苝、晕苯和多并苯的一种物质。而前述亲二烯物的化学式为：O＝S＝N-R¹，其中R¹是SO₂R²、SO₃R²、SO₂ ^-或SO₃ ^-。前述R²是选自具有1-12个碳原子的烷基、烷氧基、酰基、芳基、芳烷基、氯烷基、氟烷以及取代的芳基的一种物质；且优选如下式的化合物：

其中R¹包括SO₂R²、SO₃R²、SO₂ ^-或SO₃ ^-。

Description

感光可溶性有机半导体材料 

技术领域

本发明是有关于一种应用于有机薄膜晶体管(organic thin filmtransistor，OTFT)的半导体材料，且特别是有关于一种感光可溶性有机半导体材料。 

背景技术

有机薄膜晶体管与金属氧化半导体(MOS)晶体管最大的不同，即在于有机薄膜晶体管采用有机半导体材料取代金属氧化半导体晶体管中的无机半导体材料。有机薄膜晶体管通常是由有机共轭高分子或寡聚分子材料所制成的晶体管。与传统的无机晶体管比较起来，有机薄膜晶体管可在低温下制作，因此在基板选择上可采用较轻、薄且便宜的塑料取代玻璃。 

此外，有机薄膜晶体管制造过程较简单，以印制技术直接图案化有机薄膜，可以减少光罩数目与降低真空蒸镀设备的使用成本，且由于适合塑料基板，因此对将来的滚动条式连续制造过程(roll to roll)兼容性高，对降低制造成本有很大的效益。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种感光型可溶性有机半导体材料，以使得有机薄膜晶体管(OTFT)应用于低成本、大面积电子产品的机会大大提升。 

本发明的另一目的在于提供一种感光型可溶性有机半导体材料，可以减少光罩数目与降低真空蒸镀设备的使用成本，即可应用于低成本、大面积电子产品的制造。 

本发明提出一种感光可溶性有机半导体材料，包括一种以狄尔斯-阿德耳反应(Diels-Alder reaction)得到的加合物(adduct)，这种加合物是具有亲二烯物(dienophile)的多环芳香族化合物(polycyclic aromatic compound)，其中前述多环芳香族化合物是选自寡聚噻吩(oligothiophene)、苝(perylene)、苯并[ghi]苝(benzo[ghi]perylene)、晕苯(coronene)和多并苯(polyacene)的一种物质，而前述亲二烯物的化学式为：O＝S＝N R¹

其中，R¹是SO₂R²或SO₃R²，而R²是选自具有1-12个碳原子的烷基、烷氧基(alkoxy)、酰基(acyl)、芳基(aryl)、芳烷基(aralkyl)、氯烷基(chloroalkyl)、氟烷基(fluoroalkyl)以及取代的芳基(substituted aryl)的一种物质，且上述取代的芳基具有取代基，这个取代基是选自-F、-Cl、-Br、-NO₂、-PO₃H、-SO₃H、三烷基甲硅烷基(trialkylsilyl)与酰基的一种物质。 

依照本发明的实施例所述的感光可溶性有机半导体材料，上述加合物的结构式如下： 

依照本发明的实施例所述的感光可溶性有机半导体材料，上述加合物的结构式如下： 

依照本发明的实施例所述的感光可溶性有机半导体材料，上述加合物的结构式如下： 

依照本发明的实施例所述的感光可溶性有机半导体材料，上述多环芳香族化合物包括多并苯(polyacene)，且多并苯的结构式如下： 

其中，n至少为2。 

依照本发明的实施例所述的感光可溶性有机半导体材料，上述多并苯(polyacene)可以是并五苯(pentacene)。 

本发明另提出一种感光可溶性有机半导体材料，包括一种以狄尔斯-阿德耳反应(Diels-Alder reaction)得到的加合物(adduct)，前述加合物是具有亲二烯物(dienophile)的多环芳香族化合物(polycyclic aromatic compound)，其中：多环芳香族化合物是选自寡聚噻吩(oligothiophene)、苝(perylene)、苯并[ghi]苝(benzo[ghi]perylene)、晕苯(coronene)和多并苯(polyacene)的一种物质。而亲二烯物的化学式为：O＝S＝N-R¹

其中，R¹是SO₂ ^-或SO₃ ^-。 

依照本发明的另一实施例所述的感光可溶性有机半导体材料，上述加合物的结构式如下： 

依照本发明的另一实施例所述的感光可溶性有机半导体材料，上述加合物的结构式如下： 

依照本发明的另一实施例所述的感光可溶性有机半导体材料，上述加合物的结构式如下： 

依照本发明的另一实施例所述的感光可溶性有机半导体材料，其中多环芳香族化合物包括多并苯(polyacene)，而多并苯的结构式如下： 

其中，n至少为2。 

依照本发明的另一实施例所述的感光可溶性有机半导体材料，上述多并苯(polyacene)例如是并五苯(pentacene)。 

本发明因为以不同的官能基结合小分子有机半导体材料形成感光可溶性有机半导体材料，而使得有机薄膜晶体管(OTFT)应用于低成本、大面积电子产品的机会大大提升。此外，因为本发明的感光型可溶性有机半导体材料可直接采用印制技术形成图案化的薄膜，所以能够减少光罩数目与降低真空蒸镀设备的使用成本。另外，由于本发明能够适用于塑料基板，所以对将来的连续式制造过程兼容性高，对降低制造成本有很大的效益，故而可应用于低成本、大面积电子产品的制造。 

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，作详细说明如下。 

具体实施方式

本发明是一种感光可溶性有机半导体材料，主要是以不同的官能基结合小分子有机半导体材料形成感光可溶性有机半导体材料。 

实施例1 

在这个实施例中的感光可溶性有机半导体材料包括一种以狄尔斯-阿德耳反应(Diels-Alder reaction)得到的加合物(adduct)，前述狄尔斯-阿德耳反应又称为双烯加成反应。而这种加合物是具有新双烯物(dienophile)的多环芳香族化合物(polycyclic aromatic compound)。 

在该实施例中，前述多环芳香族化合物是选自寡聚噻吩 (oligothiophene)、苝(perylene)、苯并[ghi]苝(benzo[ghi]perylene)、晕苯(coronene)和多并苯(polyacene)的一种物质。 

而在该实施例中，前述亲二烯物的化学式为：O＝S＝N R¹

其中，R¹是SO₂R²或SO₃R²，而R²是选自具有1-12个碳原子的烷基、烷氧基(alkoxy)、酰基(acyl)、芳基(aryl)、芳烷基(aralkyl)、氯烷基(chloroalkyl)、氟烷基(fluoroalkyl)以及取代的芳基(substituted aryl)的一种物质。上述取代的芳基具有取代基，而这个取代基是选自-F、-Cl、-Br、-NO₂、-PO₃H、-SO₃R、三烷基甲硅烷基(trialkylsilyl)与酰基的一种物质。 

以下提出一个实例来详细说明实施例1，但是本发明并不局限于这个实例中所描述的半导体材料。 

实例一 

当实施例1的感光可溶性有机半导体材料中的多环芳香族化合物是下列结构式(一)的多并苯： 

其中，n至少为2。而且，多并苯是并五苯(pentacene)时(也就是说，n为3)，实施例1的加合物是下列结构式(二)： 

由于R¹是SO₂R²或SO₃R²，所以实例一中的加合物可以是下列结构式(三)或者结构式(四)： 

而上述结构式(三)或者结构式(四)的感光可溶性有机半导体材料的制备方式主要是以狄尔斯-阿德耳(Diels-Alder)反应结合如多环芳香族化合物的小分子有机半导体材料与实施例1所描述的亲二烯物。 

举例来说，可将如N-亚硫酰基-R-磺酰胺(N-sulfinyl-R-sulfonamide)或是N-亚硫酰基-R-氨基硫酸盐(N-sulfinyl-R-amidosulfate)的亲二烯物与并五苯进行狄尔斯-阿德耳反应，其反应式如下： 

由于上述当作有机半导体材料的前驱物的感光可溶性有机半导体材料可利用喷墨印刷法(inkjet printing)、微接触印刷法(micro contact printing)、纳米压印法(nanoimprinting)、旋转涂布-黄光微影法等方法直接涂布于基板上。然后，再经由制造过程的控制，例如加热、烘烤或照光等步骤，使得此前 趋物还原为小分子有机半导体，达到溶液制造过程有机半导体的制作。以下即为实例一的结构式(三)经加热、烘烤或照光等步骤还原为并五苯的反应式： 

实施例2 

实施例2中的感光可溶性有机半导体材料与实施例1最大的差异在于亲二烯物的化学式：O＝S＝N—R¹中的R¹是SO₂ ^-或SO₃ ^-。而其它如感光可溶性有机半导体材料中的多环芳香族化合物是选自寡聚噻吩、苝、苯并[ghi]苝、晕苯和多并苯的一种物质。 

以下提出一个实例来详细说明实施例2，但是本发明并不局限于这个实例中所描述的半导体材料。 

实例二 

当实施例2的感光可溶性有机半导体材料中的多环芳香族化合物是下列结构式(一)的多并苯： 

                  (一) 

其中，n至少为2。 

而且实例二中所用的多并苯为并五苯时，实施例2的加合物是下列结构式(五)或者结构式(六)： 

     (五)

      (六) 

而且，上述结构式(五)或结构式(六)的感光可溶性有机半导体材料的制备方式同样是以狄尔斯-阿德耳(Diels-Alder)反应结合多环芳香族化合物与实施例2所描述的亲二烯物，其反应式如下： 

而且，上述感光可溶性有机半导体材料可利用喷墨印刷法、微接触印刷法、纳米压印法、旋转涂布-黄光微影法等方法直接涂布于基板上。然后，再经由制造过程的控制，例如加热、烘烤或照光等步骤，使其还原为小分子有机半导体，达到溶液制造过程有机半导体的制作。 

综上所述，本发明的特点在于以不同的官能基结合小分子有机半导体材料形成感光可溶性有机半导体材料，所以可使得有机薄膜晶体管(OTFT)应用于低成本、大面积电子产品的机会大大提升。此外，因为本发明的材料可直接采用印制技术形成图案化的薄膜，因此可减少光罩数目同时降低真空蒸镀设备的使用成本。此外，由于本发明能够适用于低成本且可弯曲的塑料基板，所以对将来的连续式制造过程兼容性高，对降低制造成本亦有很大的效益，故而可应用于低成本、大面积电子产品的制造 

虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域熟练技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作适当的改动与修饰，因此本发明的保护范围应当以所附权利要求所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种感光可溶性有机半导体材料，包括一种以狄尔斯-阿德耳反应得到的加合物，该加合物是具有亲二烯物的多环芳香族化合物，其中：

该多环芳香族化合物是选自寡聚噻吩、苝、苯并[ghi]苝、晕苯和多并苯的一种物质；以及

该亲二烯物的化学式为：O＝S＝N-R¹

其中，R¹是SO₂R²或SO₃R²，而R²是选自具有1-12个碳原子的烷基、烷氧基、酰基、芳基、芳烷基、氯烷基、氟烷基以及取代的芳基的一种物质，且该取代的芳基具有取代基，该取代基是选自-F、-Cl、-Br、-NO₂、-PO₃H、-SO₃H、三烷基甲硅烷基与酰基的一种物质。

2.如权利要求1所述的感光可溶性有机半导体材料，其中该加合物的结构式如下：

3.如权利要求2所述的感光可溶性有机半导体材料，其中该加合物的结构式如下：

4.如权利要求2所述的感光可溶性有机半导体材料，其中该加合物的结构式如下：

5.如权利要求1所述的感光可溶性有机半导体材料，其中该多环芳香族化合物包括多并苯，该多并苯的结构式如下：

其中，n至少为2。

6.如权利要求5所述的感光可溶性有机半导体材料，其中该多并苯包括并五苯。

7.一种感光可溶性有机半导体材料，包括一种以狄尔斯-阿德耳反应得到的加合物，该加合物是具有亲二烯物的多环芳香族化合物，其中：

该多环芳香族化合物是选自寡聚噻吩、苝、苯并[ghi]苝、晕苯和多并苯的一种物质；以及

该亲二烯物的化学式为：O＝S＝N-R¹

其中，R¹是SO₂ ^-或SO₃ ^-。

8.如权利要求7所述的感光可溶性有机半导体材料，其中该加合物的结构式如下：

9.如权利要求8所述的感光可溶性有机半导体材料，其中该加合物的结构式如下：

10.如权利要求8所述的感光可溶性有机半导体材料，其中该加合物的结构式如下：

11.如权利要求7所述的感光可溶性有机半导体材料，其中该多环芳香族化合物包括多并苯，该多并苯的结构式如下：

其中，n至少为2。

12.如权利要求11所述的感光可溶性有机半导体材料，其中该多并苯包括并五苯。