CN106661057A - 苯并双(噻二唑)衍生物、包含其的油墨、以及使用了其的有机电子装置 - Google Patents

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垣田一成
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Abstract

本发明的课题在于,提供电子迁移率(电场效应迁移率)优异、在大气中的稳定性也优异的苯并双(噻二唑)衍生物等。本发明涉及下述通式(1)或(2)所示的、在分子内具有缩环成芳香环的环状酰亚胺结构的苯并双(噻二唑)衍生物等(式中,R、A和Z表示特定的基团。)。

Description

苯并双(噻二唑)衍生物、包含其的油墨、以及使用了其的有机 电子装置
技术领域
本发明涉及苯并双(噻二唑)衍生物、包含其的有机半导体油墨、以及使用了其的有机薄膜晶体管、有机电致发光元件、显示装置、有机薄膜太阳能电池、RFID标签和传感器等有机电子装置。
背景技术
以往,作为有机薄膜晶体管(有机TFT)、有机电致发光元件(有机EL元件)或有机薄膜太阳能电池用的化合物,苯并双噻唑化合物备受关注。因此,针对以苯并双(噻二唑)作为主骨架的各种衍生物积极地进行了研究开发。
尤其是,为了改善空穴和电子的迁移率、在大气中的稳定性,提出了导入有强吸电子基团的苯并双(噻二唑)衍生物。例如,专利文献1以及非专利文献1和非专利文献2公开了通过亚噻吩基在苯并双(噻二唑)上键合了三氟甲基苯基等的化合物。该化合物中,通过导入作为强吸电子基团的三氟甲基苯基等,空穴和电子迁移率提高。
此外,专利文献2还公开了作为n型有机半导体材料的各种苯并双(噻二唑)化合物。但是,该文献的实施例中实际合成的仅是4,8-双[3,5-双(三氟甲基)苯基]苯并[1,2-c;4,5-c’]双[1,2,5]噻二唑(参照下述结构式)。
此外,通常已知的是:虽然不以苯并双(噻二唑)作为主骨架,但通过向噻吩环上导入强吸电子基团,能够实现该化合物的电子稳定性、迁移率的提高(例如参照专利文献3)。
非专利文献3、非专利文献4中合成了对双噻唑骨架、噻吩并噻吩骨架、双噻吩骨架和四联噻吩骨架键合噻吩并双酰亚胺结构的取代基而成的化合物。该文献中报告了这些化合物显示出晶体管特性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:WO2013/141182号单行本
专利文献2:日本特开2013-124231号公报
专利文献3:日本特开2009-280515号公报
非专利文献
非专利文献1:Chem.Commun.,46,3265(2010)
非专利文献2:Applied Physics Lett.,97,133303(2010)
非专利文献3:Chem.Commun.,49,4298(2013)
非专利文献4:Chem.Mater.25,668(2013)
发明内容
发明要解决的问题
专利文献2公开了作为n型有机半导体材料的各种苯并双(噻二唑)化合物。但是,实际合成的化合物如上所示,仅为4,8-双[3,5-双(三氟甲基)苯基]苯并[1,2-c;4,5-c’]双[1,2,5]噻二唑。进而,专利文献2记载了前述化合物的循环伏安法(CV)的测定结果,但未使用该化合物制作薄膜晶体管(TFT)等装置来进行特性评价。因此,专利文献2中,就连前述实施例中实际合成的化合物都无法说已经确认其作为有机半导体材料具有充分的特性。
针对非专利文献3、非专利文献4所述的、噻吩并双酰亚胺结构的取代基键合于各种骨架而成的化合物,记载了显示出p型和n型这两种特性。已知显示出这两种特性作为晶体管元件是不优选的特性。像这样,可以认为显示出两种特性的原因是噻吩并双酰亚胺结构所键合的中心骨架结构的LUMO能级的位置。仅变更噻吩并双酰亚胺结构上的取代基时,使中心骨架结构的LUMO能级明显改变是非常困难的。由此,为了制成仅显示出p型或n型的特性的有机半导体材料,需要从根本上改变分子设计。
本发明的课题在于,提供电子迁移率(电场效应迁移率)优异、在大气中的稳定性也优异的苯并双(噻二唑)衍生物。期望的是,本发明的课题在于,提供显示出p型或n型中的一种特性占优势的苯并双(噻二唑)衍生物。进而,本发明的课题还在于,提供使用了这些苯并双(噻二唑)衍生物的有机薄膜晶体管、有机电致发光元件、显示装置、有机薄膜太阳能电池、RFID标签和传感器等有机电子装置。
用于解决问题的方案
本发明涉及下述事项。
1.一种苯并双(噻二唑)衍生物,其用下述通式(1)或(2)表示,且在分子内具有缩环成芳香环的环状酰亚胺结构:
(式(1)和(2)中,两个R独立地表示直链状或支链状的烷基、或者直链状或支链状的芳烷基(前述烷基和芳烷基中的烷基上的氢原子任选被氟原子取代。)
两个A独立地表示氧原子、硫原子或硒原子,
两个Z独立地表示次甲基碳或氮原子。)。
2.根据上述1所述的苯并双(噻二唑)衍生物,其中,前述通式(1)和(2)中,两个A为硫原子,两个Z独立地为次甲基碳或氮原子,两个R独立地为直链状或支链状的烷基。
3.根据上述1或2所述的苯并双(噻二唑)衍生物,其中,前述通式(1)和(2)中,两个R为碳原子数5~25的直链状或支链状的烷基。
4.根据上述1~3中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物,其中,前述苯并双(噻二唑)衍生物为前述通式(1)所示的化合物。
5.根据上述1~4中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物,其可溶于有机溶剂。
6.一种有机半导体油墨,其包含上述1~5中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物。
7.一种有机半导体油墨,其包含2种以上的有机半导体,其中的1种以上为上述1~5中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物。
8.一种有机电子装置,其具备包含上述1~5中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物的有机层。
9.一种有机薄膜晶体管,其在基板上具有栅电极、栅绝缘层、有机半导体层、源电极和漏电极,前述有机半导体层包含上述1~5中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物。
10.根据上述9所述的有机薄膜晶体管,其中,前述基板为挠性基板。
11.一种有机电致发光元件,其在基板上具有阳极、发光层、空穴传输层和/或电子传输层、以及阴极,前述空穴传输层和/或前述电子传输层包含上述1~5中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物。
12.根据上述11所述的有机电致发光元件,其中,前述基板为挠性基板。
13.一种显示装置,其使用有机薄膜晶体管来驱动/点亮有机电致发光元件,前述有机薄膜晶体管为上述9或10所述的有机薄膜晶体管。
14.一种有源矩阵方式的显示装置,其中,具备有机电致发光元件和上述9或10所述的有机薄膜晶体管的像素元件被配置成矩阵状。
15.根据上述13或14所述的显示装置,其中,前述有机电致发光元件为上述11或12所述的有机电致发光元件。
16.一种显示装置,其使用有机薄膜晶体管来驱动/点亮有机电致发光元件,前述有机电致发光元件为上述11或12所述的有机电致发光元件。
17.一种有机薄膜太阳能电池,其在基板上具有阳极、电荷分离层和阴极,所述电荷分离层包含空穴传输材料和电子传输材料,前述电荷分离层包含上述1~5中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物。
18.一种有机薄膜太阳能电池,其在基板上具有阳极、电荷分离层、空穴传输层和/或电子传输层、以及阴极,所述电荷分离层包含空穴传输材料和电子传输材料,前述空穴传输层和/或前述电子传输层包含上述1~5中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物。
19.根据上述17或18所述的有机薄膜太阳能电池,其中,前述基板为挠性基板。
20.一种RFID标签,其使用有机薄膜晶体管来运转,前述有机薄膜晶体管为上述9或10所述的有机薄膜晶体管。
21.一种传感器,其使用有机薄膜晶体管来运转,前述有机薄膜晶体管为上述9或10所述的有机薄膜晶体管。
发明的效果
通过本发明,能够提供电子迁移率(电场效应迁移率)优异、在大气中的稳定性也优异的苯并双(噻二唑)衍生物。本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的电子迁移率(电场效应迁移率)优异,在大气中的稳定性也优异。由此,前述衍生物可适用于例如有机薄膜晶体管、有机电致发光元件、显示装置、显示器、有机薄膜太阳能电池、RFID标签、传感器等有机电子装置。此外,可适用于其它多种装置。进而理想的是,本发明的苯并双(噻二唑)衍生物占优势地显示出p型或n型中的一种半导体特性。
附图说明
图1是示出本发明的有机薄膜晶体管(有机TFT)的层构成的例子的截面图。
图2是互补型逆变器(逻辑逆变)电路的一例的示意图。
图3是示出本发明的有机电致发光元件(有机EL元件)的一例的层构成的截面图。
图4是示出本发明的显示装置的一例的层构成的截面图。
图5是示出本发明的有机薄膜太阳能电池的一例的层构成的截面图。
图6是实施例E-1a的有机TFT的传导特性的示意图。
图7是实施例E-1e的有机TFT的传导特性的示意图。
具体实施方式
以下,针对本发明的苯并双(噻二唑)衍生物、有机半导体油墨和有机电子装置进行详细说明。
<苯并双(噻二唑)衍生物>
本发明的苯并双(噻二唑)衍生物用下述通式(1)或(2)表示。
如由通式(1)和(2)所示结构可明确的那样,本发明的苯并双(噻二唑)衍生物是在分子内具有缩环成芳香环的环状酰亚胺结构的化合物。以下,针对这些通式中的基团R、A和Z依次进行说明。
(关于基团R)
前述通式(1)和(2)中,R表示直链状或支链状的烷基、或者直链状或支链状的芳烷基。前述烷基和前述芳烷基中的烷基上的氢原子任选被氟原子取代。通式(1)和(2)中分别存在两个R,但它们是独立的,可以相同也可以不同。
关于前述直链状或支链状的烷基,从提高本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的电场效应迁移率和溶解度的观点出发,其碳原子数优选为1~30,碳原子数更优选为3~28,碳原子数进一步优选为5~25,碳原子数特别优选为5~15。此外,关于支链状的烷基,支链和主链部分可以键合而形成环状结构。即,前述支链状的烷基包括环烷基。
作为直链状烷基的具体例,可列举出例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基和十八烷基等,进而,还可列举出下述示出的结构(其中,也存在与上述例示出的基团重复的基团)。需要说明的是,这些烷基上的氢原子任选被氟原子取代。
上述示出的结构中,星号为键合处。以下也相同。
接着,作为支链状烷基的具体例,可列举出例如异丙基、1-甲基丙基、1-甲基丁基、2-甲基己基、2-乙基己基、3-甲基己基、3-乙基己基、2-甲基辛基、2-乙基辛基、2-己基癸基、2-辛基十二烷基、2-癸基十四烷基、3-甲基辛基和3-乙基辛基等,进而,还可列举出下述示出的结构(其中,也存在与上述例示出的基团重复的基团)。需要说明的是,这些烷基上的氢原子任选被氟原子取代。
上述列举之中,优选为具有在直接键合于氮原子的碳上不具有支链的支链结构的烷基。作为这种烷基的适合例,可列举出2-甲基己基、2-乙基己基、3-甲基己基、3-乙基己基、2-甲基辛基、2-乙基辛基、2-己基癸基、2-辛基十二烷基、2-癸基十四烷基、3-甲基辛基和3-乙基辛基等。此外,通式(1)中,A为硫原子且Z为次甲基碳时,R优选不是1-甲基己基。
接着,关于上述直链状或支链状的芳烷基,“直链状或支链状的”是指芳烷基中的烷基部分的结构是直链状或支链状。此外,在芳烷基的芳基部分,除了通式(1)和(2)的N原子上键合的烷基之外,还可以键合有一个以上的烷基。
作为上述说明的直链状芳烷基的例子,可列举出苄基、2-苯基乙基、1-萘基甲基和2-萘基-2-乙基等。
此外,作为支链状芳烷基的例子,可列举出二苯基甲基、三苯基甲基、1,2-二苯基乙基、4-苯基己基、1-苯基乙基和1-(4-甲基苯基)乙基等。
(关于基团A)
上述通式(1)和(2)中,基团A表示氧原子、硫原子或硒原子。通式(1)和(2)中存在两个基团A,但它们是独立的,可以相同也可以不同。从本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的大气稳定性的观点出发,基团A优选为硫原子。
(关于基团Z)
上述通式(1)和(2)中,基团Z表示次甲基碳(CH)或氮原子。通式(1)和(2)中存在两个基团Z,但它们是独立的,可以相同也可以不同。从本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的大气稳定性的观点出发,作为基团Z,次甲基碳和氮原子均是优选的,从原料的获取容易性的观点出发,基团Z优选为次甲基碳。
(基团R、A和Z的优选组合)
上述说明的通式(1)和(2)中,基团R、Z和A的优选组合如下所示。即,对于从本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的大气稳定性和原料获取容易性的观点出发而优选的本发明的实施方式而言,在通式(1)和(2)中,优选的是,基团A为硫原子、Z独立地为次甲基碳或氮原子、且R独立地为直链状或支链状的烷基。
如上所示,通式(1)和(2)中,两个基团A、两个基团Z和两个基团R均可以相同也可以不同,从本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的合成容易性的观点出发,优选相同。
本发明的苯并双(噻二唑)衍生物为前述通式(1)或(2)所示的化合物,从电场效应迁移率的观点出发,优选为前述通式(1)所示的化合物。
(苯并双(噻二唑)衍生物)
作为上述说明的本发明的苯并双(噻二唑)衍生物,可列举出例如下述式(11)~(15)和(21)~(25)所示的化合物。其中,式中的R如上述定义所示。
(苯并双(噻二唑)衍生物的合成方法)
本发明的苯并双(噻二唑)衍生物可通过组合公知的原料和反应来合成。例如,可以按照如下所示的反应路线来合成前述衍生物。
通式(1)的苯并双(噻二唑)衍生物的合成路线
通式(2)的苯并双(噻二唑)衍生物的合成路线
上述合成路线中,基团R、A和Z如上述定义所示。此外,Bu表示丁基。
关于通式(1)的苯并双(噻二唑)衍生物的合成路线,首先准备具有基团A和Z作为成环原子的二醛化合物。该化合物已有市售,也可通过公知的方法来合成。
将前述二醛化合物氧化,进而制成酸酐。通过使其与具有基团R的胺(RNH2)发生反应而使酸酐基开环,同时形成酰胺基。使亚硫酰氯等氯化剂作用于其而提高羰基的活性时,再次闭环而形成酰亚胺结构(N原子上键合有R)。需要说明的是,除了亚硫酰氯之外,还可以使用卤化锌、醋酸酐等。
使其与N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)反应而向特定的位置导入溴原子。接着,使所得产物在钯催化剂(在本路线中,为1,1’-双(二苯基膦)二茂铁二氯化钯(II)-二氯甲烷络合物)和四丁基碘化铵(TBAI)的存在下与特定的有机锡化试剂发生反应,从而使前述产物中的导入有溴原子的位置发生有机锡化。
通过使这样操作而得到的有机锡化化合物与在苯环位置导入有溴原子的苯并双(噻二唑)发生反应,能够得到通式(1)的苯并双(噻二唑)衍生物(Stille偶联。其中,导入有溴原子的苯并双(噻二唑)已有市售,也可以通过公知的原料和反应来合成)。需要说明的是,不使用有机锡化化合物,而是通过使前述导入有溴原子的产物与锌化试剂发生反应而制成锌化合物并使其与前述导入有溴原子的苯并双(噻二唑)发生反应,也能够得到通式(1)的苯并双(噻二唑)衍生物(根岸偶联)。
接着,关于通式(2)的苯并双(噻二唑)衍生物的合成路线,首先使马来酸酐与具有基团R的胺(RNH2)反应而进行开环,从而形成酰胺基。使其在例如醋酸酐的存在下进行闭环,从而形成酰亚胺。
另一方面,另行准备具有基团A和Z作为成环原子的二甲基化合物。该化合物已有市售,可通过公知的方法来合成。通过使该化合物与NBS发生反应,从而向前述环的特定位置、甲基中导入溴原子。
使这样操作而得到的化合物与前述得到的酰亚胺在碘化钾的存在下发生反应时,这两个五元环以在它们之间缩合有苯环的状态来形成的方式发生缩合。具有基团A和Z作为成环原子的环上键合的溴原子仍然保持原样残留。
通过使这样操作而得到的缩合环化合物在钯催化剂和TBAI的存在下与规定的有机锡化试剂发生反应,从而使前述导入有溴原子的位置发生有机锡化。
通过使这样操作而得到的有机锡化化合物与在苯环位置导入有溴原子的苯并双(噻二唑)发生反应,能够得到通式(2)的苯并双(噻二唑)衍生物(Stille偶联)。
作为上述说明的用于合成本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的钯催化剂,除了上述合成路线所述的催化剂之外,还可以使用四(三苯基膦)钯(Pd(PPh3)4)、双(三叔丁基膦)钯(Pd(PtBu3)2)、三(二苄叉基丙酮)钯(Pd2(dba)3)、醋酸钯(Pd(OAc)2)、氯化钯(PdCl2)等钯络合物中的1种或2种以上。作为钯催化剂的用量,相对于在苯环位置上导入有溴原子的苯并双(噻二唑)1mol,优选使用0.01~0.5mol。更优选使用0.1~0.5mol。
进而,能够使用的碱、卤化剂等不限定于上述合成路线中记载的试剂,上述所示的反应可没有特别限制地使用以往使用的物质。
以上说明的合成路线的反应结束后,可以通过例如过滤、浓缩、提取、蒸馏、升华、重结晶、柱色谱等一般操作从所得反应液中分离/提纯本发明的苯并双(噻二唑)衍生物。为了去除溶解度不同的杂质并提高化合物的纯度,在提纯工序中组入利用有机溶剂进行的索氏提取是简便而优选的。
(苯并双(噻二唑)衍生物的溶解性)
本发明的苯并双(噻二唑)衍生物通常可以溶解于各种有机溶剂,例如:甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、异丁醇、2-丁醇、2-乙基-1-丁醇、正辛醇、苄醇和萜品醇等醇类;
丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环戊酮、环己酮、苯乙酮和异佛尔酮等酮类:
醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸丁酯、水杨酸甲酯、丙二酸乙酯、醋酸-2-乙氧基乙烷和醋酸-2-甲氧基-1-甲基乙酯等酯类;
N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮和六甲基磷酸三酰胺等酰胺类;
1,3-二甲基-2-咪唑烷酮和1,3-二甲基咪唑烷-2,4-二酮等脲类;
二甲基亚砜和二乙基亚砜等亚砜类;
环丁砜等砜类;
乙腈、丙腈、丁腈和苯甲腈等腈类;
γ-丁内酯等内酯类;
二乙醚、二异丙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二噁烷、叔丁基甲醚、苯甲醚、苯乙醚、1,2-二甲氧基苯、1,3-二甲氧基苯、1,4-二甲氧基苯、1,2-甲基苯甲醚、1,3-甲基苯甲醚、1,4-甲基苯甲醚、1,2-亚甲基二氧基苯、2,3-二氢苯并呋喃、异苯并呋喃、辛基氧基苯、二苯醚和乙基溶纤剂等醚类;
碳酸二甲酯和1,2-丁二醇碳酸酯等碳酸酯类;
硫代苯甲醚和乙基苯硫醚等硫醚类;
苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯、偏三甲苯、连三甲苯、均四甲苯、偏四甲苯、连四甲苯、乙苯、异丙苯、叔丁基苯、环己基苯、三异丙基苯、苯乙炔、茚满、甲基茚满、茚、四氢萘、萘、1-甲基萘、2-甲基萘、苯基辛烷和二苯基甲烷等芳香族烃类;
苯酚、1,2-甲酚、1,3-甲酚、1,4-甲酚、1,2-甲氧基苯酚、1,3-甲氧基苯酚和1,4-甲氧基苯酚等酚类;
氯苯、1,2-二氯苯、1,3-二氯苯、1,2,4-三氯苯、溴苯、1,2-二溴苯、1,3-二溴苯、1,4-二氯甲苯、1-氯萘、2,4-二氯甲苯、2-氯-1,3-二甲基苯、2-氯甲苯、2-氯-1,4-二甲基苯、4-氯-1,2-二甲基苯、2,5-二氯甲苯、间氯甲苯、1-氯-2,3-二甲基苯、4-(三氟甲氧基)苯甲醚和三氟甲氧基苯等卤代芳香族烃类;
己烷、庚烷、辛烷、环己烷和柠檬烯等脂肪族烃类;
二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、1,3-二氯丙烷和1,2-二溴乙烷等卤代脂肪族烃类;
2,6-二甲基吡啶和2,6-二叔丁基吡啶等吡啶类等。
“可溶于有机溶剂”是指:在常压下,对沸点以下、优选80℃以下、更优选15℃~30℃以下的有机溶剂具有优选0.03wt%以上、更优选0.1wt%以上的溶解度。需要说明的是,不要求本发明的苯并双(噻二唑)衍生物可溶于全部有机溶剂,而是可溶于例如上述列举出的至少一种有机溶剂。此外,有机溶剂还包括多种有机溶剂的混合溶剂。本发明的苯并双(噻二唑)衍生物有时也可以是不溶于单独的上述任一有机溶剂,但可溶于混合溶剂。
作为有机溶剂,从以下说明的本发明的有机半导体油墨的有机半导体薄膜的制膜性及其半导体特性的观点出发,在上述举例之中,可适合地使用卤代芳香族烃类、芳香族烃类和卤代脂肪族烃类。
作为适合的卤代芳香族烃类,可列举出氯苯和1,2-二氯苯。
作为适合的芳香族烃类,可列举出甲苯、二甲苯、均三甲苯、四氢萘、环己基苯和1-甲基萘。
作为适合的卤代脂肪族烃类,可列举出氯仿和1,2-二氯乙烷。
进而,从与上述相同的观点出发,作为适合的其它有机溶剂,可列举出苯甲酸甲酯、水杨酸甲酯、苯甲醚、4-甲基苯甲醚和间甲酚。
(苯并双(噻二唑)衍生物的半导体特性)
以上说明的本发明的苯并双(噻二唑)衍生物用上述通式(1)或(2)表示,其以苯并双(噻二唑)环作为中心且在其上具有缩环成芳香环的环状酰亚胺结构。因此,该衍生物的电子迁移率优异,可用作优异的n型有机半导体材料。
而且,苯并双(噻二唑)衍生物中,显示n型半导体特性比p型半导体特性更占优势,因此,作为晶体管元件等中的有机半导体材料是极其有用的。
需要说明的是,本说明书中,“显示n型半导体特性比p型半导体特性更占优势”是指满足下述列举的条件的情况。
即:n型的电场效应迁移率与p型的电场效应迁移率相比为104倍以上。
(苯并双(噻二唑)衍生物的稳定性)
本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的热稳定性非常高,即使加热至350℃也不会分解。此外,该衍生物的大气稳定性也高,即使在大气中制作使用了该衍生物的晶体管元件也能够得到高迁移率。此外,所制作的晶体管元件即使在大气中放置,其电子迁移率也不会变化。
<有机半导体油墨>
如上说明的那样,本发明的苯并双(噻二唑)衍生物显示出n型半导体特性,而且,在大气中稳定且可溶于通常的有机溶剂,因此,可以使本发明的苯并双(噻二唑)衍生物溶解于有机溶剂并将所得溶液用作有机半导体油墨。需要说明的是,这些有机溶剂可以单独使用,也可以混合两种以上使用。
若制成有机半导体油墨,则容易处理且能够保存。进而,作为有机半导体层的形成方法,通常可列举出蒸镀和涂布,但蒸镀需要高热源且高真空,因此与涂布相比成本非常高。即,若利用本发明的有机半导体油墨,则能够大幅降低有机半导体层的形成成本。
进而,本发明的苯并双(噻二唑)衍生物在大气中稳定,因此能够在大气中进行涂布,不需要制作氩气之类的非活性气体气氛。在这一点上,通过利用本发明的有机半导体油墨也会实现成本的削减。
本发明的有机半导体油墨包含1种以上的本发明的苯并双(噻二唑)衍生物,进而,还可以包含1种以上的其它有机半导体。进而,本发明的有机半导体油墨可以包含用于调整油墨粘度的添加剂;用于控制油墨的亲水性或拒水性的添加剂;抗氧化剂、光稳定剂、表面调节剂(流平剂)、表面活性剂、保存稳定剂、润滑剂、湿润性改善材料和偶联剂等用于控制油墨物性的添加剂。
作为用于调整前述油墨粘度的添加剂,可列举出绝缘性的高分子化合物。绝缘性高分子化合物是指合成树脂、塑料和合成橡胶等,具体而言,是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯、酚醛树脂、丙烯酸类树脂、酰胺树脂、尼龙、维尼纶、聚异戊二烯、聚丁二烯、丙烯酸类橡胶、丙烯腈橡胶和氨基甲酸酯橡胶等。通过添加它们,能够实现有机半导体油墨粘度的最佳化、制膜性的提高等。
本发明的苯并双(噻二唑)衍生物在有机半导体油墨中的含量没有特别限定,可以适当选择。例如,前述含量可以设为0.001wt%~10wt%左右,进而,从制膜性的观点出发,进一步适合为0.01wt%~1wt%左右。此外,前述油墨包含其它有机半导体时,它们与前述苯并双(噻二唑)衍生物的总含量例如可以设为0.001~10wt%。此外,上述各种添加剂的添加量可以从现有公知的范围内适当选择。
作为前述其它有机半导体,可列举出例如高分子半导体化合物。此处的高分子半导体化合物是特征在于显示出半导体特性的高分子化合物。作为其具体例,可列举出聚乙炔系高分子、聚二乙炔系高分子、聚对苯撑系高分子、聚苯胺系高分子、聚三苯基胺系高分子、聚噻吩系高分子、聚吡咯系高分子、聚对苯撑亚乙烯系高分子、聚乙烯二氧基噻吩系高分子、以萘二酰亚胺作为一种成分的共聚高分子、以苝二酰亚胺作为一种成分的共聚高分子和以二酮基吡咯并吡咯作为一种成分的共聚高分子等。
这些高分子半导体化合物之中,适合为聚苯胺系高分子、聚噻吩系高分子、聚吡咯系高分子、聚对苯撑亚乙烯系高分子、以萘二酰亚胺作为一种成分的共聚高分子、以苝二酰亚胺作为一种成分的共聚高分子和以二酮基吡咯并吡咯作为一种成分的共聚高分子等。
进而,作为其它有机半导体,可列举出例如除了本发明的苯并双(噻二唑)衍生物之外的低分子半导体化合物。此处的低分子半导体化合物是特征在于显示出半导体特性的低分子化合物。作为其具体例,可列举出并苯、苯撑亚乙烯、三苯基胺、芴、氮杂并苯、噻吩并并苯、噻吩、苯并噻吩、噻吩并噻吩、噻唑、噻唑并噻唑、四硫富瓦烯、酞菁、卟啉、萘二酰亚胺、苝二酰亚胺、苯并噻二唑、萘并双噻二唑、二酮基吡咯并吡咯、富勒烯和它们的衍生物等。
这些低分子半导体化合物之中,适合为并苯、噻吩并并苯、噻吩、噻吩并噻吩、四硫富瓦烯、萘二酰亚胺、苝二酰亚胺、二酮基吡咯并吡咯、富勒烯和它们的衍生物等。
此外,作为其它有机半导体,还可列举出例如Chem.Rev.,2012,Vol.112、pp.2208-2267记载的有机半导体。
进而,本发明的有机半导体油墨根据需要可以包含导电性的高分子化合物来作为添加成分。此处的导电性高分子化合物是特征在于显示出导电性的高分子化合物。作为其具体例,可列举出聚乙炔系高分子、聚二乙炔系高分子、聚对苯撑系高分子、聚苯胺系高分子、聚三苯基胺系高分子、聚噻吩系高分子、聚吡咯系高分子、聚对苯撑亚乙烯系高分子、聚乙烯二氧基噻吩系高分子和聚乙烯二氧基噻吩/聚苯乙烯磺酸的混合物(一般名为PEDOT-PSS)等。
这些导电性高分子化合物之中,适合为聚乙炔系高分子、聚对苯撑系高分子、聚苯胺系高分子、聚三苯基胺系高分子、聚噻吩系高分子、聚吡咯系高分子和聚对苯撑亚乙烯系高分子等。作为它们的添加效果,除了油墨粘度的最佳化、提高制膜性等之外,还可列举出提高电荷迁移率。
此外,本发明的有机半导体油墨根据需要还可以包含下述低分子化合物作为用于控制油墨物性的添加剂。作为其具体例,可列举出癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、十七烷、十八烷、十九烷和二十烷等脂肪族烃;
己醇、庚醇、辛醇、壬醇、癸醇、十一醇、十二醇、十三醇、十四醇、十五醇、十六醇、十七醇、十八醇、十九醇和二十醇等脂肪族醇;
己胺、庚胺、辛胺、壬胺、癸胺、十一烷胺、十二烷胺、十三烷胺、十四烷胺、十五烷胺、十六烷胺、十七烷胺、十八烷胺、十九烷胺和二十烷胺等脂肪族胺;
己硫醇、庚硫醇、辛硫醇、壬硫醇、癸硫醇、十一烷硫醇、十二烷硫醇、十三烷硫醇、十四烷硫醇、十五烷硫醇、十六烷硫醇、十七烷硫醇、十八烷硫醇、十九烷硫醇、二十烷硫醇、苯基甲硫醇、(2-甲基苯基)甲硫醇、(3-甲基苯基)甲硫醇、(4-甲基苯基)甲硫醇、(2-氟苯基)甲硫醇、(3-氟苯基)甲硫醇、(4-氟苯基)甲硫醇和2-苯基乙硫醇等脂肪族硫醇;以及
苯硫醇、2-甲基苯硫醇、3-甲基苯硫醇、4-甲基苯硫醇、2-乙基苯硫醇、3-乙基苯硫醇、4-乙基苯硫醇、2-氨基苯硫醇、3-氨基苯硫醇、4-氨基苯硫醇、2-异丙基苯硫醇、3-异丙基苯硫醇、4-异丙基苯硫醇、2-(二甲氨基)苯硫醇、3-(二甲氨基)苯硫醇和4-(二甲氨基)苯硫醇等芳香族硫醇。
作为它们的添加效果,除了有机半导体油墨粘度的最佳化、提高制膜性等之外,还可列举出提高电荷迁移率。这些低分子化合物之中,出于通过提高油墨的湿润性来实现迁移率的提高的目的,适合为脂肪族硫醇和芳香族硫醇。
通过涂布以上说明的本发明的有机半导体油墨,能够形成本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的层或薄膜。需要说明的是,本发明的有机半导体油墨的涂布可通过公知的方法、例如旋涂法、滴涂法、流延法和LB(Langmuir-Blodgett)法等来进行。此外,作为涂布法,还可以使用通常作为印刷技法而已知的公知方法,例如可以通过喷墨法、丝网印刷法、胶版印刷法、凹版印刷法、柔性印刷法和微触印刷法等来进行印刷。
需要说明的是,将本发明的有机半导体油墨涂布在基材上,然后去除溶剂成分时,可形成包含本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的层或薄膜(以下也称为有机半导体层)。此时的溶剂成分去除条件可适当选择。
例如,优选将溶剂成分在室温下进行自然干燥或风干。但是,溶剂的沸点高而难以去除时,可以在室温附近在减压下去除溶剂、或者加热至50℃~200℃左右来去除溶剂、或者将两者组合使用并在减压下进行加热处理。
进而,为了提高包含本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的层或薄膜的半导体特性,可以对前述层或薄膜进行加热处理。此时的加热处理条件可以适当选择,可列举出例如以50℃~250℃左右加热处理0.1小时~24小时的方法。该工序可兼作溶剂去除工序。
此外,为了提高前述层或薄膜的半导体特性,可以实施将该层或薄膜暴露于溶剂蒸气的处理。
作为本工序中使用的有机溶剂,可列举出作为能够溶解本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的溶剂而在以上记载的有机溶剂,优选的有机溶剂与上述情况同样地为卤代芳香族烃类、芳香族烃类和卤代脂肪族烃类,它们的适合例也与上述相同。需要说明的是,这些有机溶剂可以单独使用,也可以混合两种以上使用。
溶剂蒸气暴露处理工序例如可通过使溶剂与包含苯并双(噻二唑)衍生物的层或薄膜在溶剂(液体状态的溶剂)与前述层或薄膜不直接接触,并静置在具有密闭性的空间来实现。为了增加溶剂蒸气的量,也可以将溶剂加热至40℃~150℃左右。在该溶剂蒸气暴露处理工序之后,为了去除该工序中附着于上述层或薄膜的溶剂,可以适当选择与上述相同的干燥、加热处理并实施。
<有机电子装置>
本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的电子迁移率(电场效应迁移率)优异,可适用于例如有机薄膜晶体管、有机电致发光元件、显示装置、有机薄膜太阳能电池、RFID标签和传感器等有机电子装置。这些各种装置均具备包含有机半导体的有机层作为其构成部件,该有机层包含本发明的苯并双(噻二唑)衍生物。
此外,本发明的苯并双(噻二唑)衍生物可用于背光、光通信、电子摄影、照明光源、记录光源、曝光光源、阅读光源、指示牌、招牌、室内装饰、以及物流管理、库存管理、商品管理、个体识别、温度测定、压力测定、载重测定、明暗测定和生物体信息测定等广泛的各领域用途。以下针对前述的有机电子装置分别进行说明。
(有机薄膜晶体管)
首先,针对本发明的有机薄膜晶体管(以下也称为有机TFT)进行说明。本发明的有机薄膜晶体管中,有机半导体层包含上述苯并双(噻二唑)衍生物。本发明中使用的苯并双(噻二唑)衍生物容易使分子的取向方向一致,能够实现高电场效应迁移率,因此用于有机TFT的有机半导体层时是有效的。
本发明的有机薄膜晶体管中,有机半导体层除了包含本发明所使用的苯并双(噻二唑)衍生物之外,还可以使用公知的结构、材料。
有机半导体层的膜厚在不丧失必要功能的范围内优选较薄。用于显示出必要功能的有机半导体层的膜厚通常为1nm~10μm、优选为5nm~5μm、更优选为10nm~1μm。
图1示出本发明的有机TFT的一例的层构成。如图1的(1-1)所示的有机TFT是底栅-顶部接触结构,是在基板11上依次层叠栅电极12、栅绝缘层13、有机半导体层16、漏电极14和源电极15而成的。
此外,作为除了底栅-顶部接触结构之外的结构,还存在如图1的(1-2)所示的有机TFT的底栅-底部接触结构、如(1-3)所示的有机TFT的顶栅-底部接触结构。从晶体管元件的微细化和集成化的观点出发,通常适合为底栅-底接触结构或者顶栅-底接触结构。需要说明的是,图1的(1-2)、(1-3)中的各标记与(1-1)相同。
已知构成有机半导体层16的有机半导体分子的分子排列的均匀性越高则显示出越良好的晶体管特性,因此,为了控制构成有机半导体层16的有机半导体分子的分子排列均匀性,可以对与有机半导体薄膜接触的界面进行控制。此处所说的界面具体是指:栅绝缘层13与有机半导体层16的界面、以及漏电极14和源电极15与有机半导体层16的界面。
作为有机TFT中的基板11,可以使用下述A组所示的基板材料。
A组是指:由硅系无机化合物形成的片或膜、以及由高分子化合物形成的片或膜。
具体而言,A组的基板材料表示下述材料。硅系无机化合物为玻璃、石英、硅、陶瓷,高分子化合物为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对二亚甲苯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚砜、聚氨酯、聚四氟乙烯等聚氟碳树脂、聚硅氧烷等有机硅树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、脲树脂和橡胶。需要说明的是,这些材料之中的2种以上经化学混合或物理混合而得到的材料也包含在前述基板材料中。
如上所述,本发明中使用的苯并双(噻二唑)衍生物通常可溶于有机溶剂,能够通过溶于溶剂制成有机半导体油墨并进行涂布而形成有机半导体层。涂布可以在200℃以下的较低温度下形成有机半导体层。因此,在其它电极等也能够在非高温的环境下形成的情况下,能够通过较低温度的工艺来制作有机薄膜晶体管。此时,作为基板11,也可以使用耐热性低的材料。
因此,根据本发明,耐热性较低的各种塑料材料也可以用作基板11,可以使用具有挠性的材料。此时,可以将基板11制成挠性(柔性)基板,由此,不仅能够将有机TFT配置在平面上,还能够将其配置在曲面等上。即,具备有机TFT的有机电子装置整体的设计自由度提高。出于该目的,在A组之中,适合为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对二亚甲苯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚砜、聚氨酯、聚四氟乙烯等聚氟碳树脂、聚硅氧烷等有机硅树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、脲树脂。
从挠性和利用低温工艺制作晶体管的观点出发,在A组之中,特别适合为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯。另一方面,从挠性和晶体管制作工艺中的基板尺寸稳定性的观点出发,在A组之中,适合为聚酰亚胺。
作为栅电极12、漏电极14和源电极15,可以使用下述B组中示出的材料。需要说明的是,对于栅电极、漏电极和源电极而言,选自B组中的电极材料可以相同也可以不同。
B组是指金属、金属氧化物、碳材料、导电性高分子化合物和硅材料。
具体而言,B组中的电极材料表示下述材料。金属为金、银、铜、铂、铝、钨、铬、钼、铁、锌、钽、镁、钙、锂、钴、铟、锡、硅和镍,金属氧化物为掺杂锡的氧化铟、氧化铟、氧化锡和氧化锌,碳材料为石墨和碳纳米管,导电性高分子化合物为聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯和PEDOT/PSS(聚乙烯二氧基噻吩·聚苯乙烯磺酸的混合物),硅材料为多晶硅和非晶硅。需要说明的是,这些材料之中的2种以上经化学混合或物理混合而得到的材料也包含在B组的材料中。
B组之中,作为金属,适合为金、银、铜、铝,作为碳材料,适合为碳纳米管,作为导电性高分子化合物,适合为PEDOT/PSS。
使用B组的材料,可以通过真空蒸镀法、电子束蒸镀法、RF溅射法或印刷法等周知的制膜方法来形成栅电极等。
通过对漏电极14和源电极15的表面进行修饰,能够控制与接触漏电极14和源电极15的有机半导体层16之间的界面。该修饰适合于图1的(1-2)所示的有机TFT的底栅-底部接触结构、(1-3)所示的有机TFT的顶栅-底部接触结构。
因此,选自前述B组中的至少1种电极材料优选与选自下述C组中的至少1种电极修饰材料一同使用。
C组是指有机化合物、碱金属盐和金属氧化物。
具体而言,C组的电极修饰材料表示下述材料。有机化合物为脂肪族硫醇类、芳香族硫醇类、脂肪族醇类、芳香族酚类、脂肪族胺类、芳香族胺类、脂肪族羧酸类、芳香族羧酸类、脂肪族膦酸类、脂肪族磷酸类、二硫化物类、氯硅烷类、烷氧基硅烷类和氟化四氰基醌二甲烷,碱金属盐为氟化锂、碳酸锂、氟化铯、碳酸铯,金属氧化物为氧化钼和氧化钨。需要说明的是,这些材料之中的2种以上经化学混合或物理混合而得到的材料也包含在C组的材料中。
使用选自C组中的材料,通过下示的方法等,能够对漏电极14和源电极15的表面进行修饰。
·将漏电极14和源电极15暴露于选自C组中的材料的蒸气中。
·制备选自C组中的材料的溶液,涂布于漏电极14和源电极15后,去除溶剂。
·制备选自C组中的材料的溶液,使漏电极14和源电极15浸渗在前述溶液中,使C组所示的材料吸附至漏电极14和源电极15的表面后去除溶剂。
C组所述的材料之中,作为脂肪族硫醇类,可列举出己硫醇、庚硫醇、辛硫醇、壬硫醇、癸硫醇、十一烷硫醇、十二烷硫醇、十三烷硫醇、十四烷硫醇、十五烷硫醇、十六烷硫醇、十七烷硫醇、十八烷硫醇、十九烷硫醇、二十烷硫醇、苯基甲硫醇、(2-甲基苯基)甲硫醇、(3-甲基苯基)甲硫醇、(4-甲基苯基)甲硫醇、(2-氟苯基)甲硫醇、(3-氟苯基)甲硫醇、(4-氟苯基)甲硫醇、2-苯基乙硫醇、3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟-1-己硫醇、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟-1-辛硫醇、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-十七氟-1-癸硫醇等来作为适合例。
作为芳香族硫醇类,可列举出苯硫醇、2-甲基苯硫醇、3-甲基苯硫醇、4-甲基苯硫醇、2-乙基苯硫醇、3-乙基苯硫醇、4-乙基苯硫醇、2-氨基苯硫醇、3-氨基苯硫醇、4-氨基苯硫醇、2-异丙基苯硫醇、3-异丙基苯硫醇、4-异丙基苯硫醇、2-(二甲氨基)苯硫醇、3-(二甲氨基)苯硫醇、4-(二甲氨基)苯硫醇、2-甲基-3-呋喃硫醇、5-甲基-2-呋喃硫醇、2-噻吩硫醇、3-噻吩硫醇等来作为适合例。
作为脂肪族醇类,可列举出己醇、庚醇、辛醇、壬醇、癸醇、十一醇、十二醇、十三醇、十四醇、十五醇、十六醇、十七醇、十八醇、十九醇、二十醇等来作为适合例。
作为芳香族酚类,可列举出苯酚、2-甲基苯酚、3-甲基苯酚、4-甲基苯酚、2-乙基苯酚、3-乙基苯酚、4-乙基苯酚、2-氨基苯酚、3-氨基苯酚、4-氨基苯酚、2-异丙基苯酚、3-异丙基苯酚、4-异丙基苯酚、2-二甲氨基苯酚、3-二甲氨基苯酚、4-二甲氨基苯酚、4-丙基苯酚、4-丁基苯酚、4-戊基苯酚、4-己基苯酚、4-庚基苯酚、4-辛基苯酚、4-壬基苯酚、4-癸基苯酚、4-十一烷基苯酚、4-十二烷基苯酚、4-十三烷基苯酚、4-十四烷基苯酚、4-十五烷基苯酚、4-十六烷基苯酚、4-十七烷基苯酚、4-十八烷基苯酚、4-十九烷基苯酚、4-二十烷基苯酚等来作为适合例。
作为脂肪族胺类,可列举出己胺、庚胺、辛胺、壬胺、癸胺、十一烷胺、十二烷胺、十三烷胺、十四烷胺、十五烷胺、十六烷胺、十七烷胺、十八烷胺、十九烷胺、二十烷胺等来作为适合例。
作为芳香族胺类,可列举出苯胺、2-甲基苯胺、3-甲基苯胺、4-甲基苯胺、2-乙基苯胺、3-乙基苯胺、4-乙基苯胺、1,2-苯二胺、1,3-苯二胺、1,4-苯二胺、2-异丙基苯胺、3-异丙基苯胺、4-异丙基苯胺、4-丙基苯胺、4-丁基苯胺、4-戊基苯胺、4-己基苯胺、4-庚基苯胺、4-辛基苯胺、4-壬基苯胺、4-癸基苯胺、4-十一烷基苯胺、4-十二烷基苯胺、4-十三烷基苯胺、4-十四烷基苯胺、4-十五烷基癸基苯胺、4-十六烷基苯胺、4-十七烷基苯胺、4-十八烷基苯胺、4-十九烷基苯胺、4-二十烷基苯胺等来作为适合例。
作为脂肪族羧酸类,可列举出己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、十二烷酸、十三烷酸、十四烷酸、十五烷酸、十六烷酸、十七烷酸、十八烷酸、十九烷酸、二十烷酸等来作为适合例。
作为芳香族羧酸类,可列举出苯甲酸、4-甲基苯甲酸、4-乙基苯甲酸、4-丙基苯甲酸、4-丁基苯甲酸、4-戊基苯甲酸、4-己基苯甲酸、4-庚基苯甲酸、4-辛基苯甲酸、4-壬基苯甲酸、4-癸基苯甲酸、4-十一烷基苯甲酸、4-十二烷基苯甲酸、4-十三烷基苯甲酸、4-十四烷基苯甲酸、4-十五烷基苯甲酸、4-十六烷基苯甲酸、4-十七烷基苯甲酸、4-十八烷基苯甲酸、4-十九烷基苯甲酸、4-二十烷基苯甲酸等来作为适合例。
作为脂肪族膦酸类,可列举出己基膦酸、庚基膦酸、辛基膦酸、壬基膦酸、癸基膦酸、十一烷基膦酸、十二烷基膦酸、十三烷基膦酸、十四烷基膦酸、十五烷基膦酸、十六烷基膦酸、十七烷基膦酸、十八烷基膦酸、十九烷基膦酸、二十烷基膦酸等来作为适合例。
作为脂肪族磷酸类,可列举出己基磷酸、庚基磷酸、辛基磷酸、壬基磷酸、癸基磷酸、十一烷基磷酸、十二烷基磷酸、十三烷基磷酸、十四烷基磷酸、十五烷基磷酸、十六烷基磷酸、十七烷基磷酸、十八烷基磷酸、十九烷基磷酸、二十烷基磷酸来作为适合例。
作为二硫化物类,可列举出二己基二硫化物、二庚基二硫化物、二辛基二硫化物、二壬基二硫化物、二癸基二硫化物、双十一烷基二硫化物、双十二烷基二硫化物、双十三烷基二硫化物、双十四烷基二硫化物、双十五烷基二硫化物、双十六烷基二硫化物、双十七烷基二硫化物、双十八烷基二硫化物、双十九烷基二硫化物、双二十烷基二硫化物、2,2’-二噻吩基二硫化物等来作为适合例。
作为氯硅烷类,可列举出己基三氯硅烷、庚基三氯硅烷、辛基三氯硅烷、壬基三氯硅烷、癸基三氯硅烷、十一烷基三氯硅烷、十二烷基三氯硅烷、十三烷基三氯硅烷、十四烷基三氯硅烷、十五烷基三氯硅烷、十六烷基三氯硅烷、十七烷基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、十九烷基三氯硅烷、二十烷基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、4-甲基苯基三氯硅烷、4-乙基苯基三氯硅烷、4-丙基苯基三氯硅烷、4-异丙基苯基三氯硅烷、苯基甲基三氯硅烷、苯基乙基三氯硅烷、苯基丙基三氯硅烷、苯基丁基三氯硅烷、苯基戊基三氯硅烷、苯基己基三氯硅烷、苯基庚基三氯硅烷、苯基辛基三氯硅烷、五氟苯基二甲基氯硅烷、3-(五氟苯基)丙基二甲基氯硅烷、3-(五氟苯基)丙基三氯硅烷等来作为适合例。
作为烷氧基硅烷类,可列举出己基三甲氧基硅烷、庚基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、壬基三甲氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、十一烷基甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十三烷基三甲氧基硅烷、十四烷基三甲氧基硅烷、十五烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十七烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十九烷基三甲氧基硅烷、二十烷基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、4-甲基苯基三甲氧基硅烷、4-乙基苯基三甲氧基硅烷、4-丙基苯基三甲氧基硅烷、4-异丙基苯基三甲氧基硅烷、苯基甲基三甲氧基硅烷、苯基乙基三甲氧基硅烷、苯基丙基三甲氧基硅烷、苯基丁基三甲氧基硅烷、苯基戊基三甲氧基硅烷、苯基己基三甲氧基硅烷、苯基庚基三甲氧基硅烷、苯基辛基三甲氧基硅烷、五氟苯基二甲基乙氧基硅烷、11-(五氟苯氧基)十一烷基三甲氧基硅烷等来作为适合例。
通过对漏电极14和源电极15的表面进行修饰,能够控制与接触漏电极14和源电极15的有机半导体层16之间的界面。该修饰适合于图1的(1-2)所示的有机TFT的底栅-底部接触结构、(1-3)所示的有机TFT的顶栅-底部接触结构。与为了该修饰而使用选自C组中的材料的方法不同地,也可以使用化学蚀刻处理、物理蚀刻处理、等离子体处理、UV臭氧处理等能够改变电极表面的物理状态或化学组成的处理。
作为栅绝缘层13,可以使用下述D组所示的材料。此外,栅绝缘层13可以是通过选自下述D组中的2种以上材料形成多层并层叠的结构。
D组是指金属氧化物、金属氮化物和非导电性高分子化合物。
具体而言,D组中的材料表示下述材料。金属氧化物和金属氮化物为SiO2、Si3N4、SiON、Al2O3和Ta2O5,非导电性高分子化合物为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乙烯基苯酚、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、二乙烯基四甲基硅氧烷苯并环丁烯树脂、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对二亚甲苯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚砜、聚氨酯、聚四氟乙烯等聚氟碳树脂、聚硅氧烷等有机硅树脂、尼龙树脂、维尼纶树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、脲树脂、含环丁烯的聚合物、含环烯烃的聚合物、含芴的聚合物、含倍半硅氧烷的聚合物等塑料、天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、聚丁二烯橡胶、丙烯酸类橡胶、丙烯腈橡胶、氨基甲酸酯橡胶等橡胶。需要说明的是,这些材料之中的2种以上经化学混合或物理混合而得到的材料也包含在D组的材料中。
D组之中,作为金属氧化物,适合为SiO2、Al2O3,作为非导电性高分子化合物,适合为聚酰亚胺、聚氟化碳树脂、二乙烯基四甲基硅氧烷苯并环丁烯树脂、聚对二亚甲苯、聚乙烯基苯酚与三聚氰胺树脂的复合树脂。
此外,用选自D组中的2种以上材料进行层叠而形成栅绝缘层时,作为适合例可列举出在SiO2上层叠聚苯乙烯、在SiO2上层叠聚甲基丙烯酸甲酯、在SiO2上层叠聚氟化碳树脂、在SiO2上层叠聚乙烯基苯酚与三聚氰胺树脂的复合树脂、在SiO2上层叠二乙烯基四甲基硅氧烷苯并环丁烯树脂的组合。
这些可通过与栅电极12相同的公知制膜方法来形成。
通过对栅绝缘层13的表面进行修饰,能够控制与接触栅绝缘层13的有机半导体层16之间的界面。该修饰适合于图1的(1-1)所示的有机TFT的底栅-顶部接触结构、(1-2)所示的有机TFT的底栅-底部接触结构。
因此,选自前述D组中的至少1种栅绝缘层材料优选与选自下述E组中的至少1种栅绝缘层修饰材料一同使用。
E组是指有机化合物。具体而言,E组的材料表示下述材料。脂肪族硫醇类、芳香族硫醇类、脂肪族醇类、芳香族酚类、脂肪族胺类、芳香族胺类、脂肪族羧酸类、芳香族羧酸类、脂肪族膦酸类、脂肪族磷酸类、二硅氮烷类、二硫化物类、氯硅烷类和烷氧基硅烷类。需要说明的是,这些材料之中的2种以上经化学混合或物理混合而得到的材料也包括在E组的材料中。
这些之中,脂肪族硫醇类、芳香族硫醇类、脂肪族醇类、芳香族酚类、脂肪族胺类、芳香族胺类、脂肪族羧酸类、芳香族羧酸类、脂肪族膦酸类、脂肪族磷酸类、二硫化物类、氯硅烷类和烷氧基硅烷类与C组的说明中列举出的物质相同。
作为二硅氮烷类,可列举出六甲基二硅氮烷来作为适合例。
使用选自E组中的材料,通过下示的方法等,能够修饰栅绝缘层13的表面。
·将栅绝缘层13暴露于选自E组中的材料的蒸气中。
·制备选自E组中的材料的溶液,涂布于栅绝缘层13后去除溶剂。
·制备选自E组中的材料的溶液,使栅绝缘层13浸渗在前述溶液中,使选自E组中的材料吸附至栅绝缘层13的表面后去除溶剂。
如上所述,前述C组的电极修饰材料与选自前述B组中的至少1种电极材料一同使用,前述E组的栅绝缘层修饰材料与选自前述D组中的至少1种栅绝缘层材料一同使用。因此,有机薄膜晶体管优选包含选自C组中的至少1种电极修饰材料、以及选自前述E组中的至少1种栅绝缘层修饰材料。但是,有机TFT根据目的、用途可以仅包含前述C组的电极修饰材料或前述E组的栅绝缘层修饰材料中的任一者。
通过对栅绝缘层13的表面进行修饰,能够控制与接触栅绝缘层13的有机半导体层16之间的界面。该修饰适合于图1的(1-1)所示的有机TFT的底栅-顶部接触结构、(1-2)所示的有机TFT的底栅-底部接触结构。与为了该修饰而使用选自E组中的材料的方法不同地,也可以使用化学蚀刻处理、物理蚀刻处理、等离子体处理、UV臭氧处理等能够改变栅绝缘层表面的物理状态或化学组成的处理。
本发明的有机薄膜晶体管中,有机半导体层16包含本发明中使用的1种以上苯并双(噻二唑)衍生物,例如可通过真空蒸镀法、旋涂等公知的制膜方法来形成。本发明中使用的苯并双(噻二唑)衍生物可溶于通常的有机溶剂,因此,能够通过涂布(印刷)法形成有机半导体层16。此外,有机半导体层16还可以包含1种以上的其它有机化合物。
通常,本发明的有机TFT显示出良好的n型特性,因此,能够与p型的有机TFT组合而制作图2所示的互补型逆变器(逻辑逆变)电路(有时也称为NOT电路)。该图中,Vin表示输入信号线、Vout表示输出信号线、Vdd表示电源线、GND表示接地。此外,图中上侧的晶体管为p型TFT、下侧为n型TFT。
为了使该电路运转而使Vdd与GND之间具备能够驱动这些晶体管的电位差。Vin与GND为相同电位的情况下,p型TFT呈现on状态且n型TFT呈现off状态,因此,向Vout输出与Vdd基本相同的电位。另一方面,Vin与Vdd为相同电位时,p型TFT呈现off状态且n型TFT呈现on状态,Vout的电位与GND大致达到相同电位。即,向Vout输出与Vin相反的电位,因此被称为倒相电路。该电路是构成数字逻辑电路的基本电路。仅在逻辑逆变的瞬间流通微小的电流,因此,该电路从构成耗电量少的逻辑电路的观点出发是适合使用的。
此外,显示出良好n型特性的本发明的有机TFT可以与p型的有机TFT组合来制作NAND电路、NOR电路、触发电路等。这些电路通过基于符合目的的设计来组合并集成化而构成集成化逻辑电路,可适用于显示器电路、RFID电路、传感器电路等。
(有机电致发光元件)
接着,针对本发明的有机电致发光元件(以下称为有机EL元件)进行说明。本发明的有机EL元件中,作为其构成部件的空穴传输层和/或电子传输层包含本发明的苯并双(噻二唑)衍生物。本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的电子传输性优异,因此用于有机EL元件的尤其电子传输层时是有效的。
本发明的有机EL元件中,空穴传输层和/或电子传输层除了包含本发明的苯并双(噻二唑)衍生物之外,还可以采用公知的结构、材料。
有机EL元件是在基板上在阳极与阴极之间形成有包括发光层以及空穴传输层和/或电子传输层在内的有机化合物层的元件。典型来说,可以构成为(基板/阳极/空穴传输层/发光层/阴极)、(基板/阳极/发光层/电子传输层/阴极)、(基板/阳极/空穴传输层/发光层/电子传输层/阴极)等元件结构。
图3示出本发明的有机EL元件的一例的层构成。图3所示的有机EL元件在基板21上依次层叠有阳极22、空穴传输层23、发光层24、电子传输层25和阴极26而成。
对于如上那样构成的有机EL元件,在阳极22与阴极26之间施加特定的直流电压时,能够从发光层24得到高亮度的发光。该发光的机理可认为如下。
即,若在上述两个层之间施加特定的直流电压,则从阳极22流入至空穴传输层23的空穴被传输至发光层24。另一方面,从阴极26注入至电子传输层25的电子被传输至发光层24,在该发光层24中扩散移动并与空穴再结合,呈现电中和状态。进行该再结合时会释放出特定的能量,发光层24内的有机发光材料通过该能量而被激发成激发状态。从该状态恢复至基态时会发光。
尤其是,通过在有机EL元件的电子传输层25中使用高电场效应迁移率的本发明的苯并双(噻二唑)衍生物,能够将电子高效地注入至发光层中,能够提高发光效率。
作为上述基板21,可以使用例如玻璃和塑料等透明材料。此处,可以使用本发明的有机半导体油墨通过涂布法来形成空穴传输层23、电子传输层25,能够将挠性基板用作基板21与上述有机TFT的情况是相同的。
作为上述阳极22,通常使用会透光的材料。具体而言,优选使用掺杂有锡的氧化铟(ITO)、氧化铟、氧化锡、氧化铟和氧化锌合金。此外,还可以使用金、铂、银以及镁合金等金属的薄膜。进而,还可以使用聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯和它们的衍生物等有机材料。阳极22可通过真空蒸镀法、电子束蒸镀法、RF溅射法或涂布(印刷)法等公知的成膜方法来形成。
作为上述阴极26,从电子注入性的观点出发,优选使用功函数小的Li、K和Na等碱金属、Mg和Ca等碱土金属。此外,还优选使用稳定的Al等。为了兼顾稳定性和电子注入性,可以制成包含2种以上材料的层,关于这些材料,例如在日本特开平2-15595号公报和日本特开平5-121172号公报等中有详细记载。阴极26可通过真空蒸镀法、电子束蒸镀法或RF溅射法等公知的成膜方法来形成。
作为上述发光层24,优选使用在羟基喹啉络合物、芳香族胺等主体材料中添加了香豆素衍生物、DCM、喹吖啶酮或红荧烯等色素材料(掺杂)而得到的发光层,也可以仅用主体材料来形成发光层24。此外,通过掺杂铱金属络合物来形成发光层24,能够制作高效的有机EL元件。发光层24可通过真空蒸镀法、溅射法或涂布(印刷)法等公知的成膜方法来形成。
空穴传输层23和/或电子传输层25包含本发明的苯并双(噻二唑)衍生物。包含该衍生物的情况下,空穴传输层23和电子传输层25可以使用本发明的有机半导体油墨通过涂布法来适合地形成。
空穴传输层23不使用本发明的苯并双(噻二唑)衍生物时,作为空穴传输层23,可以使用例如N,N’-双(3-甲基苯基)-N,N’-双(苯基)联苯胺(TPD)、N,N’-双(萘-1-基)-N,N’-双苯基-2,2’-二甲基联苯胺(α-NPD)、以及2,2-双(3-(N,N-二对甲苯基氨基)苯基)联苯基(3DTAPBP)等材料。
电子传输层25不使用本发明的苯并双(噻二唑)衍生物时,作为电子传输层25,可以使用例如2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁唑(PBD)、1,3-双[2-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-5-基]苯(OXD-7)、以及2,2’,2”-(1,3,5-苯三基)-三(1-苯基-1-H-苯并咪唑(TPBi)等材料。
作为空穴传输层23和电子传输层25的成膜方法,可以使用与上述发光层24的成膜方法相同的方法。此外,这些厚度可以从现有公知的范围中适当选择,通常为1nm~1μm、优选为1nm~100nm。
需要说明的是,本发明的有机EL元件可以如下构成:除了上述的各层之外,还设置电子注入层、空穴注入层、电子阻挡层、空穴阻挡层或保护层等。这些层也可以通过与上述发光层24的成膜方法相同的方法来形成。
(显示装置)
接着,针对本发明的显示装置进行说明。本发明的显示装置具备有机EL元件和电连接于该有机EL元件的有机TFT,通过有机TFT来控制有机EL元件的驱动(开关晶体管)和点灯(驱动晶体管),该显示装置中的有机TFT为上述那样的本发明的有机TFT、或者有机EL元件为上述那样的本发明的有机EL元件。本发明的显示装置中,从高电场效应迁移率的观点出发,优选的是,有机TFT为本发明的有机TFT且有机EL元件为本发明的有机EL元件。
图4示出本发明的显示装置的构成的一例。图4所示的显示装置在基板111上隔着阻隔层112具有:由阴极101、电子传输层102、发光层103、空穴传输层104和阳极105构成的有机EL元件120;以及由栅电极106、栅绝缘层107、有机半导体层108、源电极109和漏电极110构成的有机TFT121。并且,这些层结构的上方部分被保护层113覆盖。
该显示装置呈现有机EL元件120的阴极101(接近基板111一侧的电极)与有机TFT121的漏电极110电连接的结构。通过对栅电极106施加电压,在源电极·漏电极之间流通电流,有机EL元件120发光。此外,也可以制成阳极与有机TFT的漏电极进行电连接的结构。
本发明中,如上所示,优选有机TFT和通过有机TFT进行驱动/点灯的有机EL元件这两者均是使用本发明的苯并双(噻二唑)衍生物而得到的本发明的有机TFT和本发明的有机EL元件。此外,也可以是这些中的任一者不含本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的、公知的材料和构成。
进而,通过将图4所示那样的用于控制驱动/点灯的有机TFT与有机EL元件组合得到的像素元件配置成矩阵状,能够制作有源矩阵方式的显示装置。有源矩阵方式的显示装置存在下述优点:即使像素数量变多,对非选择点施加无用电压的风险也小,此外,即使在高负载时发生电场效应的降低、劣化的风险也小,响应性优异。
需要说明的是,本发明的显示装置(显示器)中,除了使用本发明的有机TFT和/或本发明的有机EL元件之外,还可以采用公知的结构、材料,可通过公知的方法来制造。
(有机薄膜太阳能电池)
接着,针对本发明的有机薄膜太阳能电池(以下称为有机PV元件)进行说明。本发明的有机PV元件在基板上具有阳极、包含空穴传输材料和电子传输材料的电荷分离层、以及阴极,前述电荷分离层包含本发明的苯并双(噻二唑)衍生物。
进而,作为本发明的有机PV元件,也可列举出下述构成:在基板上具有阳极、前述电荷分离层、空穴传输层和/或电子传输层、以及阳极,前述空穴传输层和/或电子传输层包含本发明的苯并双(噻二唑)衍生物。
本发明的苯并双(噻二唑)衍生物的电子传输性优异,因此,用于有机PV元件的尤其电荷分离层、电子传输层时是有效的。
本发明的有机PV元件除了采用上述构成之外,还可以采用公知的结构、材料。
有机PV元件是在基板上在阳极与阴极之间形成有包含电荷分离层在内的至少1层有机化合物层的元件。典型来说,可以构成为(基板/阳极/电荷分离层/阴极)、(基板/阳极/电荷分离层/电子传输层/阴极)、(基板/阳极/空穴传输层/电荷分离层/电子传输层/阴极)等元件结构。
图5示出本发明的有机PV元件的一例的层构成。如图5所示的有机PV元件在基板31上依次层叠有阳极32、电荷分离层33和阴极34。
对如上那样构成的有机PV元件照射光时,在电荷分离层33中产生空穴和电子,将阳极32与阴极34连接时能够获取电流。该发电的机理可认为如下。
即,若对上述电荷分离层33照射光,则光被吸收,有机分子通过该能量而被激发并产生电荷分离,从而产生空穴和电子。空穴通过电荷分离层33中的空穴传输材料而被传输至阳极32,电子通过电荷分离层33中的电子传输材料而被传输至阴极34,从而被取出至外部电路。
通过在有机PV元件的电荷分离层33中使用高电场效应迁移率的本发明的苯并双(噻二唑)衍生物,能够将空穴和电子从电荷分离层33中有效地取出,能够提高发电效率。此外,通过将本发明的苯并双(噻二唑)衍生物用于电子传输层,能够将电子有效地传输至阴极,能够提高发电效率。
作为上述基板31,可以使用例如玻璃、塑料等透明材料。此处,可以使用本发明的有机半导体油墨,通过涂布法而形成电荷分离层33、空穴传输层、电子传输层,能够将挠性基板用作基板31与上述有机TFT的情况相同。
作为上述阳极32,通常使用会透光的材料。具体而言,优选为掺杂有锡的氧化铟(ITO)、氧化铟、氧化锡、氧化铟或氧化锌合金。也可以使用金、铂、银和镁合金等金属的薄膜。进而,还可以使用聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯和它们的衍生物等有机材料。阳极32可通过真空蒸镀法、电子束蒸镀法、RF溅射法或涂布(印刷)法等公知的成膜方法来形成。
作为上述阴极34,从电子取出性的观点出发,优选使用功函数小的Li、K和Na等碱金属、Mg和Ca等碱土金属。此外,还优选使用稳定的Al等。为了兼顾稳定性和电子取出性,可以制成包含2种以上材料的层。阴极34可以通过真空蒸镀法、电子束蒸镀法或RF溅射法等公知的成膜方法来形成。
上述电荷分离层33中,将本发明的苯并双(噻二唑)衍生物用作有机半导体材料。所使用的苯并双(噻二唑)衍生物可以设为1种,也可以设为多种。进而,电荷分离层33也可以包含1种以上的其它有机半导体化合物。
作为与苯并双(噻二唑)衍生物一起构成电荷分离层的材料,例如作为空穴传输材料,可列举出聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(P3HT)和聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑亚乙烯基](MEH-PPV)等,
作为电子传输材料,可列举出富勒烯C60、(6,6)-苯基-C61丁酸甲酯(C61-PCBM)、富勒烯C70和(6,6)-苯基-C71丁酸甲酯(C71-PCBM)等。
电荷分离层33可通过真空蒸镀法、溅射法或涂布(印刷)法等公知的成膜方法来形成,优选使用本发明的有机半导体油墨通过涂布(印刷)法来形成电荷分离层33。此外,电荷分离层33的厚度可从现有公知的范围内适当选择,通常为5nm~1μm、优选为10nm~500nm。
本发明的有机PV元件还可以设置空穴传输层和/或电子传输层。这些层也可以适合地使用本发明的苯并双(噻二唑)衍生物。所使用的苯并双(噻二唑)衍生物可以设为1种,也可以设为多种。进而,空穴传输层和电子传输层还可以包含1种以上的其它化合物。
空穴传输层或电子传输层不使用本发明的苯并双(噻二唑)衍生物时,作为空穴传输层,可以使用例如聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT-PSS)等材料,作为电子传输层,可以使用例如2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(BCP)等材料。
作为空穴传输层和电子传输层的成膜方法,可以使用与上述电荷分离层33的成膜方法相同的方法。此外,这些厚度可以从现有公知的范围内适当选择,通常为1nm~1μm、优选为1nm~100nm。
(RFID标签)
接着,针对本发明的RFID标签(Radio Frequency IDentification tag,射频识别标签)进行说明。本发明的RFID标签使用有机TFT来运转,有机TFT为上述那样的本发明的有机TFT。
RFID标签是如下电子装置:其具有集成电路部(以下称为IC部)和天线部,对于被存储在IC部中的ID、即个体识别信息等,能够借助天线部与读写装置进行无线通信,能够利用读写装置以非接触的方式读取IC部中存储的信息或者反之向IC部内写入。
通过将RFID标签粘贴在物品上或者印刷在物品上,能够进行物品的信息管理、流通管理和个体认证等,可应用于各种领域。本发明的苯并双(噻二唑)衍生物能够实现高电场效应迁移率,若用于构成RFID标签的IC部的有机TFT的有机半导体层,则能够提高RFID标签的响应性。
本发明的RFID标签例如可通过将Solid-State Electronics 84(2013)167-178记载的公知电路进行组合来制作。
需要说明的是,本发明的RFID标签除了使用本发明的有机TFT之外,还可以采用公知的结构、材料,可通过公知的方法进行制造。
RFID标签的IC部可以具备多个有机TFT。此时,多个有机TFT之中,可以是所有的有机TFT均为本发明的有机TFT,此外,也可以是一部分有机TFT为本发明的有机TFT。
(传感器)
接着,针对本发明的传感器进行说明。本发明的传感器使用有机TFT来运转,有机TFT为上述那样的本发明的有机TFT。
传感器可以应用于如下的体系:通过对有机TFT施加的外部刺激,构成有机TFT的有机半导体的物理状态发生变化,其结果,由有机TFT得到的电流和/或电压发生变化。
作为本发明的传感器,可列举出例如构成有机TFT的有机半导体受热、受光而使该有机半导体的物理状态发生变化,由此来检测温度、光的温度传感器、光传感器。
此外,可列举出:构成有机TFT的有机半导体受到应力而使该有机半导体的物理状态发生变化,由此来检测应力、压力的弯曲应力传感器和压力传感器。
此外,可列举出:构成有机TFT的有机半导体受到特定的化学物质、例如水分子、氧分子等的影响而使该有机半导体的物理状态发生变化,由此来检测该化学物质的化学传感器。
进而,可列举出:构成有机TFT的金属电极因特定的化学物质而受到影响,由有机TFT得到的电流和/或电压发生变化,由此来检测该化学物质的化学传感器。
本发明的苯并双(噻二唑)衍生物能够实现高电场效应迁移率,因此若用于构成传感器的有机TFT的有机半导体层,则能够提高传感器的响应性、动态范围。
需要说明的是,本发明的传感器除了使用本发明的有机TFT之外,还可以采用公知的结构、材料,可通过公知的方法来制造。
传感器根据用途可以具备单一的有机TFT,也可以具备多个有机TFT。具备多个有机TFT时,可以是有机TFT之中的所有有机TFT均为本发明的有机TFT,此外,也可以是一部分有机TFT为本发明的有机TFT。
以上说明的各种本发明的有机电子装置中,作为基板,可以使用塑料基板。用作基板的塑料优选耐热性、尺寸稳定性、耐溶剂性、电绝缘性、加工性、低透气性和低吸湿性优异。作为这种塑料,可列举出聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯和聚酰亚胺等。
在塑料基板的情况下,优选在基板的电极侧表面、与电极相反一侧的表面、或在这两者上设置防透湿层(气体阻隔层)。作为构成防透湿层的材料,可优选列举出氮化硅、氧化硅等无机物。防透湿层可通过RF溅射法等公知的制膜方法来形成。此外,根据需要可以设置硬涂层、锚固涂层。
进而,对于本发明的有机电子装置中的基板,为了调整基板表面的表面能、控制基板与层叠在基板上的材料的亲和性,可以通过用六甲基二硅氮烷、辛基三氯硅烷进行处理,或者涂布聚苯乙烯等树脂,或者实施UV臭氧处理等来实施基板的表面修饰处理。
需要说明的是,除了上述说明的上述式(1)和(2)所示的本发明的苯并双(噻二唑)衍生物之外,下式所示的衍生物作为有机半导体材料也是有用的。
上述式中,Ar表示芳基(关于各化合物,虽然存在2个Ar,但它们可以相同也可以不同),优选为下式所示的基团。
式中,波浪线表示与前述(A1)~(M2)所示的苯并双(噻二唑)骨架键合的键合位置。此外,R1、R2和R3各自独立地为氢原子、烷基或下述式所示的基团。
式中,R4表示直链状或支链状的烷基。前述烷基中的氢原子任选被氟原子取代。
关于前述直链状或支链状的烷基,从提高前述(A1)~(M2)所示的苯并双(噻二唑)衍生物的电场效应迁移率和溶解度的观点出发,其碳原子数优选为1~30、碳原子数更优选为3~28、碳原子数特别优选为5~25。此外,关于支链状的烷基,支链和主链部分可以键合而形成环状结构。即,前述支链状的烷基包括环烷基。
作为直链状烷基的具体例,可列举出例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基和十八烷基等。需要说明的是,这些烷基上的氢原子任选被氟原子取代。
接着,作为支链状烷基的具体例,可列举出例如异丙基、1-甲基丙基、1-甲基丁基、2-甲基己基、2-乙基己基、3-甲基己基、3-乙基己基、2-甲基辛基、2-乙基辛基、2-己基癸基、2-辛基十二烷基、2-癸基十四烷基、3-甲基辛基和3-乙基辛基等。需要说明的是,这些烷基上的氢原子任选被氟原子取代。
实施例
接着,列举出实施例来具体说明本发明,但本发明不限定于这些实施例。
[溶解性的评价]
所合成的化合物的溶解性评价按照下述方法来进行。
精密称量所合成的化合物约2-3mg,添加各溶剂使其达到所设定的溶质浓度(0.3wt%、0.2wt%、0.1wt%),在规定的温度下搅拌30分钟后,通过外观目视来评价溶质(所合成的化合物)是否完全溶解,作为溶解性的评价结果。溶剂使用了氯仿(沸点为61℃)、甲苯(沸点为111℃)、苯甲醚(沸点为154℃)、均三甲苯(沸点为165℃)、邻二氯苯(沸点为181℃)、1-甲基萘(沸点为241℃)。
[有机TFT的制作/评价]
下述实施例中,在各项没有特别记载的情况下,按照下述有机TFT的制作步骤,在硅基板上制作底栅-顶部接触元件,并进行评价。
<有机TFT的制作步骤>
利用旋涂法来制作有机半导体层的情况下,通过下述步骤来制作有机TFT:
(TFT基板的制作)-(利用旋涂法制作有机半导体层)-(源电极和漏电极的制作);或者
(TFT基板的制作)-(TFT的基板的表面修饰)-(利用旋涂法制作有机半导体层)-(源电极和漏电极的制作)
利用真空蒸镀法来制作有机半导体层的情况下,通过下述步骤来制作有机TFT:
(TFT基板的制作)-(利用真空蒸镀法制作有机半导体层)-(源电极和漏电极的制作);或者
(TFT基板的制作)-(TFT的基板的表面修饰)-(利用真空蒸镀法制作有机半导体层)-(源电极和漏电极的制作)。
(TFT基板的制作)
作为有机TFT的基板,使用在表面上形成有膜厚200nm的热氧化硅的市售硅晶圆。硅晶圆制成低电阻的晶圆,还作为有机TFT的栅电极而发挥功能。此外,将氧化硅膜用作栅绝缘层。该硅晶圆用过氧化氢水与硫酸的混合液进行清洗,在即将用于下一工序之前通过UV臭氧处理来清洗表面并使用。以下将这样处理而得到的基板记为“裸基板”。
(TFT基板的表面修饰)
将“裸基板”浸渍在市售的六甲基二硅氮烷中,静置12小时以上,对基板表面进行修饰。以下将这样处理而得到的基板记为“HMDS修饰基板”。
使用市售的辛基三氯硅烷,以5mmol/L的浓度制备甲苯溶液,在该溶液中浸渍“裸基板”并静置12小时以上,对基板表面进行修饰。以下将这样处理而得到的基板记为“OTS修饰基板”。
在“裸基板”上旋涂市售的将聚苯乙烯以0.5wt%溶解于二甲苯而得到的溶液,接着,以150℃加热1小时,从而在基板表面制作约20nm的聚苯乙烯薄膜。以下将这样处理而得到的基板记为“PS基板”。
在“裸基板”上旋涂由市售的聚乙烯基苯酚和三聚氰胺制备且以丙二醇单甲醚乙酸酯作为它们的溶剂的、聚乙烯基苯酚与三聚氰胺的混合溶液,接着,以180℃加热1小时,在基板表面制作约20nm的聚乙烯基苯酚-三聚氰胺薄膜。以下将这样处理而得到的基板记为“PVP基板”。
(利用旋涂法来制作有机半导体层)
使用所合成的化合物(有机半导体化合物),制作各项所述的溶剂、溶质浓度的溶液(有机半导体油墨),使用该有机半导体油墨,通过旋涂法在各项所述的基板上形成膜厚约为20~50nm的有机半导体层。其后,根据需要在各项所述的条件下实施热退火。旋涂和热退火在各项没有特别记载的情况下在氮气气氛下实施。
(利用真空蒸镀法来制作有机半导体层)
使用所合成的化合物(有机半导体化合物),在各项所述的基板上通过真空蒸镀法形成膜厚约为50nm的有机半导体层。形成有机半导体层时的蒸镀装置腔室内的压力设为2×10-5~6×10-4Pa,将有机半导体化合物投入至坩埚内,用卷绕在坩埚周围的细丝加热并进行蒸镀。蒸镀速度设为每秒
(源电极和漏电极的制作)
在上述有机半导体层上,使用金属掩模通过真空蒸镀法来制作金膜,从而形成源电极和漏电极。有机TFT的通道宽度和通道长度分别设为1000μm和70μm。此外,源电极和漏电极的膜厚设为约50nm。
(电场效应迁移率的评价)
电场效应迁移率(μ)如下求出:使用KEITHLEY公司的半导体特性评价系统4200-SCS型,对所制作的有机TFT的传导特性进行测定,由所得结果来求出。
电场效应迁移率(μ)可使用表示漏电流Id的下式(式A)来算出。
Id=(W/2L)μCi(Vg-Vt)2…(式A)
此处,L和W是通道长度和通道宽度。此外,Ci为栅绝缘层的单位面积的电容。Vg为栅电压,Vt为阈值电压。根据上述传导特性测定显示某一栅电压时的阈值电压和漏电流的值,因此能够求出电场效应迁移率。
<实施例S-1>
[化合物(12-6)的合成]
按照下述合成路线,合成作为本发明苯并双(噻二唑)衍生物的化合物(12-6)。以下针对各工序进行说明。
(工序S1-1:化合物(12-0-f)的合成)
向具备搅拌装置的容量1L的玻璃制反应容器中添加硝酸银34.8g(205.0mmol)、水100mL而制成溶液,向其中添加氢氧化钠16.4g(410.0mmol)的水205mL溶液,并在室温下搅拌15分钟后,耗费1.5小时滴加2,3-噻吩二羧基醛7.0g(50.0mmol)的乙醇250mL溶液。
在室温下搅拌2小时后,进行抽滤而浓缩滤液后,用冰水冷却,添加2当量的盐酸水溶液而使pH为1。通过对沉淀物进行抽滤并减压干燥,从而以淡黄土色粉末的形式得到化合物(12-0-f)7.4g。
化合物(12-0-f)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD3)2CO;δ(ppm));7.72(d、1H)、7.94(d、1H)
EI-MS;172(M+)、CI-MS;173(M+1)
(工序S1-2:化合物(12-0-e)的合成)
向具备搅拌装置的容量250mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-0-f)6.9g(40.0mmol)和醋酸酐160mL,从室温升温至135℃,以135℃使其反应16小时。减压蒸馏去除醋酸酐后,添加甲苯,以65℃进行加热溶解,滤取不溶物后,添加己烷并滤取析出的沉淀物,从而以淡褐色固体的形式得到化合物(12-0-e)5.6g。
化合物(12-0-e)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD3)2CO;δ(ppm));7.58(d、1H)、8.43(d、1H)
EI-MS;154(M+)
(工序S1-3:化合物(12-6-d)的合成)
向具备搅拌装置的容量250mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-0-e)1.7g(11.0mmol)和甲苯164mL,进行冰水冷却而制成5℃后,添加正己胺1.5mL(11.5mmol),在室温下使其反应4小时。减压蒸馏去除甲苯后,添加二乙醚并滤取沉淀物,从而以白色固体的形式得到化合物(12-6-d)2.6g。
化合物(12-6-d)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CDCl3;δ(ppm));主产物:0.86-0.92(m、3H)、1.29-1.43(m、6H)、1.62-1.77(m、2H)、3.45-3.52(m、2H)、6.74(s、1H)、7.33(d、1H)、7.58(d、1H)
副产物:0.86-0.92(m、3H)、1.29-1.43(m、6H)、1.62-1.77(m、2H)、3.45-3.52(m、2H)、7.10(s、1H)、7.40(d、1H)、7.79(s、1H)
EI-MS;255(M+)、CI-MS;256(M+1)
化合物(12-6-d)不经分离提纯地用于下一工序。
(工序S1-4:化合物(12-6-c)的合成)
向具备搅拌装置的容量50mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-6-d)255.3mg(1.0mmol)和亚硫酰氯19.7mL,从室温升温至90℃,以90℃使其反应3小时。减压蒸馏去除亚硫酰氯后,用硅胶柱色谱(己烷:二氯甲烷:醋酸乙酯=5:1:1)进行提纯,从而以淡黄色固体的形式得到化合物(12-6-c)218.4mg。
化合物(12-6-c)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CD2Cl2;δ(ppm));0.84-0.92(m、3H)、1.26-1.34(m、6H)、1.49-1.66(m、2H)、3.52-3.61(m、2H)、7.29(d、1H)、7.78(d、1H)
EI-MS;237(M+)
(工序S1-5:化合物(12-6-b)的合成)
向具备搅拌装置的容量100mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-6-c)1.8g(7.6mmol)、三氟醋酸45mL、硫酸15mL、N-溴代琥珀酰亚胺1.48g(8.34mmol),在室温下使其反应3小时。向反应物中添加水,用二氯甲烷进行提取,然后用硫酸镁干燥,减压蒸馏去除溶剂后,用硅胶柱色谱(己烷:醋酸乙酯=10:1)进行提纯,从而以淡黄色固体的形式得到化合物(12-6-b)2.3g。
需要说明的是,合成化合物(12-6)时的一系列工序(工序S1-1~S1-7)中,实施反应规模不同的多个实验(在下述化合物(22-6)、化合物(22-1)、化合物(12-8)、化合物(12-EH)、化合物(12-12)、化合物(12-HepFBu)和化合物(12-Me)的合成中均是相同的)。作为本工序S1-5,记载了与作为上述工序S1-4记载的实验所对应的反应不同的反应规模的实验。
化合物(12-6-b)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CD2Cl2;δ(ppm));0.86-0.90(m、3H)、1.27-1.33(m、6H)、1.57-1.62(m、2H)、3.51-3.57(m、2H)、7.31(s、1H)
EI-MS;317(M+)
(工序S1-6:化合物(12-6-a)的合成)
向具备搅拌装置的容量15mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-6-b)158.1mg(0.5mmol)、四丁基碘化铵738.7mg(2.0mmol)、双三丁基锡1.0mL(2.0mmol)、1,1’-双(二苯基膦基)二茂铁钯(II)二氯化物-二氯甲烷络合物40.8mg(0.05mmol)和1,4-二噁烷5mL,以70℃使其反应4小时。减压蒸馏去除1,4-二噁烷后,用氨基丙基修饰硅胶柱色谱(己烷)进行提纯,从而以无色液体的形式得到化合物(12-6-a)34.2mg。
化合物(12-6-a)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD2Cl2;δ(ppm));0.83-0.94(m、12H)、1.10-1.39(m、20H)、1.54-1.63(m、6H)、3.52-3.56(m、2H)、7.30(s、1H)
FD-MS;526(M+)
(工序S1-7:化合物(12-6)的合成)
向具备搅拌装置的容量100mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-6-a)3.0g(5.7mmol)、二溴苯并双(噻二唑)(化合物(70))503.4mg(1.4mmol)、二氯双(三苯基膦)钯(II)301.1mg(0.4mmol)和无水甲苯29mL,在反应容器的内部温度约100℃下使其反应6小时。减压蒸馏去除甲苯后,用硅胶柱色谱(二氯甲烷)进行提纯,从而以深绿色固体的形式得到化合物(12-6)309.9mg。
需要说明的是,作为本工序S1-7,记载了与作为上述工序S1-6记载的实验所对应的反应不同的反应规模的实验。
化合物(12-6)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CD2Cl2;δ(ppm));0.89-0.92(m、6H)、1.33-1.40(m、12H)、1.65-1.73(m、4H)、3.63-3.67(m、4H)、9.23(s、2H)
FD-MS;664(M+)
此外,根据热减重分析的结果,化合物(12-6)的分解开始温度为364℃,根据差示扫描量热分析的结果,熔点为286℃且从室温升温至熔点为止未显示出源自相转变等的峰。根据本结果可知:化合物(12-6)是对热极其稳定的化合物。
评价化合物(12-6)的溶解性时,在室温(25℃)下,0.2wt%的化合物(12-6)完全溶解于氯仿。此外,0.3wt%的化合物(12-6)在80℃下完全溶解于均三甲苯。此外,0.3wt%的化合物(12-6)在80℃下完全溶解于甲苯。此外,0.1wt%的化合物(12-6)在室温(25℃)下完全溶解于1-甲基萘。
<实施例S-2>
[化合物(22-6)的合成]
按照下述合成路线,合成作为本发明苯并双(噻二唑)衍生物的化合物(22-6)。以下针对各工序进行说明。
(工序S2-1:化合物(22-6-f)的合成)
向具备搅拌装置的容量250mL的玻璃制反应容器中添加马来酸酐2.5g(25.0mmol)和甲苯100mL,制成-70℃后,添加正己胺3.3mL(25.0mmol),缓慢地升温至室温,在室温下使其反应12小时。对析出的沉淀物进行抽滤,并甲苯进行清洗,从而以白色固体的形式得到化合物(22-6-f)3.8g。
化合物(22-6-f)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CDCl3;δ(ppm));0.85-0.93(m、3H)、1.27-1.39(m、6H)、1.56-1.79(m、2H)、3.29-3.43(m、2H)、6.32(d、1H)、6.40(d、1H)、7.36(br、1H)
CI-MS;200(M+1)
(工序S2-2:化合物(22-6-e)的合成)
向具备搅拌装置的容量100mL的玻璃制反应容器中添加化合物(22-6-f)3.6g(18.0mmol)、醋酸钠0.74g(9.0mmol)和醋酸酐71mL,以110℃使其反应4小时。减压蒸馏去除醋酸酐后,用硅胶柱色谱(二氯甲烷:己烷=3:1)进行提纯,从而以白色固体的形式得到化合物(22-6-e)2.4g。
化合物(22-6-e)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CDCl3;δ(ppm));0.84-0.89(m、3H)、1.26-1.32(m、6H)、1.54-1.61(m、2H)、3.49-3.53(m、2H)、6.68(s、2H)
EI-MS;181(M+)
(工序S2-3:化合物(22-0-d)的合成)
在具备搅拌装置的容量250mL的玻璃制反应容器中,向添加有二甲基噻吩2.2mL(20.0mmol)和二氯甲烷100mL的溶液中添加N-溴代琥珀酰亚胺3.9g(22.0mmol),在室温下使其反应15小时。减压蒸馏去除二氯甲烷后,用硅胶柱色谱(己烷)进行提纯,从而以无色液体的形式得到化合物(22-0-d)3.6g。
化合物(22-0-d)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CD2Cl2;δ(ppm));2.08(s、3H)、2.26(s、3H)、6.73(s、1H)
EI-MS;192(M+)
(工序S2-4:化合物(22-0-c)的合成)
在具备搅拌装置的容量100mL的玻璃制反应容器中,向添加有化合物(22-0-d)0.96g(5.0mmol)和四氯化碳50mL的溶液中添加N-溴代琥珀酰亚胺3.9g(22.0mmol)和偶氮双异丁腈361.3mg(2.2mmol),以85℃使其反应17小时。向反应物中添加水,用二氯甲烷进行提取后,用硫酸镁干燥并减压蒸馏去除溶剂。化合物(22-0-c)不经分离提纯地用于下一工序。
(工序S2-5:化合物(22-6-b)的合成)
向具备搅拌装置的容量100mL的玻璃制反应容器中添加通过工序S2-4得到的全部量的化合物(22-0-c)和通过工序S2-2得到的化合物(22-6-e)1.8g(10.0mmol)、碘化钾1.7g(10.0mmol)和N,N-二甲基甲酰胺30mL,以140℃使其反应17小时。减压蒸馏去除N,N-二甲基甲酰胺,向反应物中添加水,用二氯甲烷进行提取后,用硫酸镁干燥,并减压蒸馏去除溶剂。
将所得深褐色固体用硅胶柱色谱(二氯甲烷:己烷=1:1)进行提纯,将所得黄色固体用己烷进行重结晶,从而以黄色结晶的形式得到化合物(22-6-b)710.5mg。
化合物(22-6-b)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CD2Cl2;δ(ppm));0.86-0.90(m、3H)、1.28-1.38(m、6H)、1.63-1.71(m、2H)、3.63-3.69(m、2H)、7.58(s、1H)、8.12(s、1H)、8.18(s、1H)
EI-MS;366(M+)
(工序S2-6:化合物(22-6-a)的合成)
除了使用化合物(22-6-b)来代替工序S1-6的化合物(12-6-b)之外,与工序S1-6同样操作而得到化合物(22-6-a)。
化合物(22-6-a)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CD2Cl2;δ(ppm));0.89-0.92(m、12H)、1.21-1.41(m、20H)、1.55-1.69(m、6H)、3.65-3.69(m、2H)、7.61(s、1H)、8.20(s、1H)、8.29(s、1H)
FD-MS;576(M+)
(工序S2-7:化合物(22-6)的合成)
除了使用化合物(22-6-a)来代替工序S1-7的化合物(12-6-a)之外,与工序S1-7同样操作而得到化合物(22-6)。
化合物(22-6)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;C6D4Cl2:100℃;δ(ppm));1.05-1.08(m、6H)、1.46-1.60(m、12H)、1.94-2.02(m、4H)、3.95-3.99(m、4H)、8.49(s、4H)、9.71(s、2H)
FD-MS;764(M+)
此外,根据热减重分析的结果,化合物(22-6)的分解开始温度为405℃,根据差示扫描量热分析的结果,至分解开始温度为止包括熔点在内未显示出源自相转变等的峰。根据本结果可知:化合物(22-6)是对热极其稳定的化合物。
<实施例S-3>
[化合物(22-1)的合成]
(工序S3-1:化合物(22-1-b)的合成)
除了使用市售的N-甲基马来酰亚胺来代替工序S2-5的化合物(22-6-e)之外,与工序S2-5同样操作而得到化合物(22-1-b)。
化合物(22-1-b)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CD2Cl2;δ(ppm));3.17(s、3H)、7.58(s、1H)、8.13(s、1H)、8.19(s、1H)
EI-MS;297(M+)
(工序S3-2:化合物(22-1-a)的合成)
除了使用化合物(22-1-b)来代替工序S1-6的化合物(12-6-b)之外,与工序S1-6同样操作而得到化合物(22-1-a)。
化合物(22-1-a)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CD2Cl2;δ(ppm));0.89-0.92(m、9H)、1.21-1.25(m、6H)、1.32-1.41(m、6H)、1.58-1.66(m、6H)、3.16(s、3H)、7.61(s、1H)、8.21(s、1H)、8.30(s、1H)
FD-MS;506(M+)
(工序S3-3:化合物(22-1)的合成)
除了使用化合物(22-1-a)来代替工序S1-7的化合物(12-6-a)之外,与工序S1-7同样操作而得到化合物(22-1)。
化合物(22-1)的物性值如下所示。
FD-MS;624(M+)
此外,根据热减重分析的结果,化合物(22-1)的分解开始温度为475℃,根据差示扫描量热分析的结果,至分解开始温度为止包括熔点在内未显示出源自相转变等的峰。根据本结果可知,化合物(22-1)是对热极其稳定的化合物。
<实施例S-4>
[化合物(12-8)的合成]
实施例S-1所示的化合物(12-6)的合成工序S1-3:除了使用正辛胺来代替化合物(12-6-d)的合成中使用的正己胺之外,经由与实施例S-1相同的工序,得到化合物(12-8)。
(工序S4-1:化合物(12-8-d)的合成)
向具备搅拌装置的容量500mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-0-e)3.9g(25.0mmol)和甲苯250mL,进行冰水冷却而制成5℃后,添加正辛胺4.5mL(27.5mmol),在室温下使其反应15小时。减压蒸馏去除甲苯后,添加正己烷而滤取沉淀物,从而以淡黄色粉末的形式得到化合物(12-8-d)6.8g。
化合物(12-8-d)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD3)2CO;δ(ppm));主产物:0.84-0.89(m、3H)、1.28-1.44(m、10H)、1.58-1.70(m、2H)、3.46-3.48(m、2H)、7.64(s、1H)、7.75(d、1H)、7.82(d、1H)
副产物:0.86-0.89(m、3H)、1.28-1.42(m、10H)、1.60-1.69(m、2H)、3.39-3.45(m、2H)、7.66(d、1H)、7.72(d、1H)、9.43(br、1H)
EI-MS;283(M+)、CI-MS;284(M+1)
化合物(12-8-d)不经分离提纯地用于下一工序。
(工序S4-2:化合物(12-8-c)的合成)
向具备搅拌装置的容量300mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-8-d)4.3g(15.2mmol)和亚硫酰氯166mL,从室温升温至90℃,以90℃使其反应17小时。减压蒸馏去除亚硫酰氯后,用硅胶柱色谱进行提纯,从而以淡黄色固体的形式得到化合物(12-8-c)3.7g。
化合物(12-8-c)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD2Cl2;δ(ppm));0.85-0.89(m、3H)、1.27-1.31(m、10H)、1.59-1.64(m、2H)、3.55-3.58(m、2H)、7.29(d、1H)、7.78(d、1H)
EI-MS;265(M+)
(工序S4-3:化合物(12-8-b)的合成)
向具备搅拌装置的容量250mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-8-c)4.7g(17.5mmol)、三氟醋酸105mL、硫酸35mL、N-溴代琥珀酰亚胺3.4g(19.3mmol),在室温下使其反应3小时。向反应物中添加水,用二氯甲烷进行提取,然后用硫酸镁干燥,减压蒸馏去除溶剂后,用硅胶柱色谱进行提纯,从而以白色固体的形式得到化合物(12-8-b)5.6g。
需要说明的是,作为本工序S4-3,记载了与作为上述工序S4-2记载的实验所对应的反应不同的反应规模的实验。
化合物(12-8-b)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD2Cl2;δ(ppm));0.85-0.91(m、3H)、1.23-1.30(m、10H)、1.58-1.62(m、2H)、3.53-3.59(m、2H)、7.32(s、1H)
EI-MS;345(M+)
(工序S4-4:化合物(12-8-a)的合成)
向具备搅拌装置的容量250mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-8-b)5.8g(17.0mmol)、四丁基碘化铵12.5g(33.9mmol)、双三丁基锡17.1mL(33.9mmol)、1,1’-双(二苯基膦基)二茂铁钯(II)二氯化物-二氯甲烷络合物1.4g(1.7mmol)和1,4-二噁烷170mL,以70℃使其反应20小时。减压蒸馏去除1,4-二噁烷后,用正己烷进行提取,从而以深褐色液体的形式得到化合物(12-8-a)5.2g。
需要说明的是,作为本工序S4-4,记载了与作为上述工序S4-3记载的实验所对应的反应不同的反应规模的实验。
化合物(12-8-a)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD2Cl2;δ(ppm));0.87-0.93(m、12H)、1.17-1.39(m、20H)、1.55-1.63(m、10H)、3.52-3.56(m、2H)、7.32(t、1H)
FD-MS;554(M+)
(工序S4-5:化合物(12-8)的合成)
向具备搅拌装置的容量100mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-8-a)4.9g(8.8mmol)、二溴苯并双(噻二唑)(化合物(70))770.9mg(2.2mmol)、二氯双(三苯基膦)钯(II)461.1mg(0.7mmol)和无水甲苯33mL,在反应容器的内部温度约100℃下使其反应7小时。减压蒸馏去除甲苯后,用硅胶柱色谱进行提纯,并用氯仿:甲醇的混合溶剂进行重结晶,从而以深绿色固体的形式得到化合物(12-8)194.3mg。
化合物(12-8)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD2Cl2;δ(ppm));0.87-0.90(m、6H)、1.29-1.37(m、20H)、1.67-1.71(m、4H)、3.62-3.65(m、4H)、9.14(s、2H)
FD-MS;720(M+)
此外,根据热减重分析的结果,化合物(12-8)的分解开始温度为367℃,根据差示扫描量热分析的结果,熔点为276℃。根据本结果可知,化合物(12-8)是对热极其稳定的化合物。
评价化合物(12-8)的溶解性时,在室温(25℃)下,0.2wt%的化合物(12-8)完全溶解于氯仿。此外,在室温(25℃)下,0.3wt%的化合物(12-8)完全溶解于甲苯。此外,在室温(25℃)下,0.3wt%的化合物(12-8)完全溶解于均三甲苯。此外,在室温(25℃)下,0.3wt%的化合物(12-8)完全溶解于1-甲基萘。
<实施例S-5>
[化合物(12-EH)的合成]
实施例S-1中示出的化合物(12-6)的合成工序S1-3:除了使用2-乙基己胺来代替化合物(12-6-d)的合成中使用的正己胺之外,经由与实施例S-1相同的工序,得到化合物(12-EH)。
(工序S5-1:化合物(12-EH-d)的合成)
向具备搅拌装置的容量500mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-0-e)4.6g(30.0mmol)和甲苯300mL,进行冰水冷却而制成5℃后,添加2-乙基己胺5.4mL(33.0mmol),在室温下使其反应5小时。减压蒸馏去除甲苯后,添加正己烷并滤取沉淀物,从而以白色固体的形式得到化合物(12-EH-d)8.0g。
化合物(12-EH-d)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD3)2CO;δ(ppm));主产物:0.91-0.93(m、6H)、1.31-1.36(m、8H)、1.64-1.69(m、1H)、3.39-3.41(d、2H)7.62-7.65(m、1H)、7.75(d、1H)、7.79(d、1H)
副产物:0.87-0.90(m、6H)、1.38-1.44(m、8H)、1.57-1.60(m、1H)、3.70(d、2H)、7.62-7.65(m、1H)、7.75(d、1H)、7.79(d、1H)
EI-MS;283(M+)、CI-MS;284(M+1)
化合物(12-EH-d)不经分离提纯地用于下一工序。
(工序S5-2:化合物(12-EH-c)的合成)
向具备搅拌装置的容量500mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-EH-d)8.5g(30.0mmol)和亚硫酰氯328mL,从室温升温至90℃,以90℃使其反应16小时。减压蒸馏去除亚硫酰氯后,用硅胶柱色谱进行提纯,从而以淡黄色粘稠液体的形式得到化合物(12-EH-c)7.6g。
需要说明的是,作为本工序S5-2,记载了与作为上述工序S5-1记载的实验所对应的反应不同的反应规模的实验。
化合物(12-EH-c)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD2Cl2;δ(ppm));0.88-0.92(m、6H)、1.23-1.39(m、8H)、1.72-1.81(m、1H)、3.47(d、2H)、7.30(d、1H)、7.78(d、1H)
EI-MS;265(M+)
(工序S5-3:化合物(12-EH-b)的合成)
向具备搅拌装置的容量250mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-EH-c)4.9g(18.6mmol)、三氟醋酸111mL、硫酸37mL、N-溴代琥珀酰亚胺3.6g(20.4mmol),在室温下使其反应3小时。向反应物中添加水,用二氯甲烷进行提取后,用硫酸镁干燥,减压蒸馏去除溶剂后,用硅胶柱色谱进行提纯,从而以白色固体的形式得到化合物(12-EH-b)6.1g。
化合物(12-EH-b)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD2Cl2;δ(ppm));0.87-0.91(m、6H)、1.22-1.39(m、8H)、1.71-1.77(m、1H)、3.45(d、2H)、7.32(s、1H)、
EI-MS;345(M+)
(工序S5-4:化合物(12-EH-a)的合成)
向具备搅拌装置的容量250mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-EH-b)6.9g(20.0mmol)、四丁基碘化铵14.8g(40.0mmol)、双三丁基锡20.2mL(40.0mmol)、1,1’-双(二苯基膦基)二茂铁钯(II)二氯化物-二氯甲烷络合物1.63g(2.0mmol)和1,4-二噁烷200mL,以70℃使其反应24小时。减压蒸馏去除1,4-二噁烷后,用正己烷进行提取,从而以深褐色液体的形式得到化合物(12-EH-a)6.1g。
需要说明的是,作为本工序S5-4,记载了与作为上述工序S5-3记载的实验所对应的反应不同的反应规模的实验。
化合物(12-EH-a)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD2Cl2;δ(ppm));0.87-1.00(m、15H)、1.27-1.65(m、27H)、3.44(d、2H)、7.30(t、1H)
FD-MS;554(M+)
(工序S5-5:化合物(12-EH)的合成)
向具备搅拌装置的容量100mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-EH-a)6.8g(12.3mmol)、二溴苯并双(噻二唑)(化合物(70))1.1g(3.1mmol)、二氯双(三苯基膦)钯(II)646.4mg(0.9mmol)和无水甲苯46mL,在反应容器的内部温度约100℃下使其反应7小时。减压蒸馏去除甲苯后,用硅胶柱色谱进行提纯,并用氯仿:甲醇的混合溶剂进行重结晶,从而以深绿色固体的形式得到化合物(12-EH)186.0mg。
需要说明的是,作为本工序S5-5,记载了与作为上述工序S5-4记载的实验所对应的反应不同的反应规模的实验。
化合物(12-EH)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD2Cl2;δ(ppm));0.89-0.96(m、12H)、1.32-1.46(m、16H)、1.82-1.85(m、2H)、3.55(d、4H)、9.23(s、2H)
FD-MS;720(M+)
此外,根据热减重分析的结果,化合物(12-EH)的分解开始温度为369℃,根据差示扫描量热分析的结果,熔点为315℃。根据本结果可知,化合物(12-EH)是对热极其稳定的化合物。
评价化合物(12-EH)的溶解性时,在室温(25℃)下,0.2wt%的化合物(12-EH)完全溶解于氯仿。此外,0.3wt%的化合物(12-EH)在室温(25℃)下完全溶解于1-甲基萘。此外,0.3wt%的化合物(12-EH)在室温(25℃)下完全溶解于邻二氯苯。此外,0.3wt%的化合物(12-EH)在60℃下完全溶解于甲苯。此外,0.3wt%的化合物(12-EH)在80℃下完全溶解于均三甲苯。
<实施例S-6>
[化合物(12-12)的合成]
实施例S-1中示出的化合物(12-6)的合成工序S1-3:除了使用正十二烷胺来代替化合物(12-6-d)的合成中使用的正己胺之外,经由与实施例S-1相同的工序,得到化合物(12-12)。
(工序S6-1:化合物(12-12-d)的合成)
向具备搅拌装置的容量500mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-0-e)4.6g(30.0mmol)和甲苯300mL,进行冰水冷却而制成5℃后,添加正十二烷胺6.1g(33.0mmol),在室温下使其反应22小时。减压蒸馏去除甲苯后,添加正己烷并滤取沉淀物,从而以淡灰色粉末的形式得到化合物(12-12-d)10.0g。
化合物(12-12-d)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD3)2SO;δ(ppm));主产物:0.83-0.87(m、3H)、1.24-1.29(m、18H)、1.47-1.54(m、2H)、3.23-3.28(m、2H)、7.47(d、1H)、7.59(d、1H)、10.25(br、1H)
副产物:0.83-0.87(m、3H)、1.24-1.29(m、18H)、1.47-1.54(m、2H)、2.49-2.51(m、2H)、7.67(s、1H)、7.79(d、1H)、10.00(br、1H)
EI-MS;339(M+)、CI-MS;340(M+1)
化合物(12-12-d)不经分离提纯地用于下一工序。
(工序S6-2:化合物(12-12-c)的合成)
向具备搅拌装置的容量500mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-12-d)9.9g(29.0mmol)和亚硫酰氯317mL,从室温升温至90℃,以90℃使其反应17小时。减压蒸馏去除亚硫酰氯后,用硅胶柱色谱进行提纯,从而以淡褐色固体的形式得到化合物(12-12-c)8.1g。
化合物(12-12-c)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD2Cl2;δ(ppm));0.86-0.91(m、3H)、1.26-1.31(m、18H)、1.60-1.63(m、2H)、3.54-3.58(m、2H)、7.29(d、1H)、7.77(d、1H)
EI-MS;321(M+)
(工序S6-3:化合物(12-12-b)的合成)
向具备搅拌装置的容量500mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-12-c)8.0g(25.0mmol)、三氟醋酸150mL、硫酸50mL、N-溴代琥珀酰亚胺4.9g(27.5mmol),在室温下使其反应3小时。向反应物中添加水,用二氯甲烷进行提取,然后用硫酸镁干燥,减压蒸馏去除溶剂后,用硅胶柱色谱进行提纯,从而以淡橙色固体的形式得到化合物(12-12-b)9.4g。
化合物(12-12-b)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CD2Cl2;δ(ppm));0.86-0.89(m、3H)、1.26-1.30(m、18H)、1.59-1.64(m、2H)、3.51-3.59(m、2H)、7.31(s、1H)
EI-MS;399(M+)
(工序S6-4:化合物(12-12-a)的合成)
向具备搅拌装置的容量15mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-12-b)9.4g(23.5mmol)、四丁基碘化铵17.4mg(47.0mmol)、双三丁基锡23.8mL(47.0mmol)、1,1’-双(二苯基膦基)二茂铁钯(II)二氯化物-二氯甲烷络合物1.9g(2.4mmol)和1,4-二噁烷235mL,以70℃使其反应19小时。减压蒸馏去除1,4-二噁烷后,用正己烷进行提取,从而以深褐色液体的形式得到化合物(12-12-a)8.6g。
化合物(12-12-a)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CD2Cl2;δ(ppm));0.87-1.00(m、12H)、1.26-1.63(m、38H)、3.52-3.56(m、2H)、7.30(t、1H)
FD-MS;610(M+)
(工序S6-5:化合物(12-12)的合成)
向具备搅拌装置的容量250mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-12-a)8.6g(14.0mmol)、二溴苯并双(噻二唑)(化合物(70))1.23g(3.5mmol)、二氯双(三苯基膦)钯(II)737.0mg(1.1mmol)和无水甲苯53mL,在反应容器的内部温度约100℃下使其反应7小时。减压蒸馏去除甲苯后,用硅胶柱色谱进行提纯,用氯仿:甲醇的混合溶剂进行重结晶,从而以深蓝色固体的形式得到化合物(12-12)47.5mg。
化合物(12-12)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CDCl3;δ(ppm));0.85-0.89(m、6H)、1.26-1.35(m、36H)、1.69-1.72(m、4H)、3.65-3.69(m、4H)、9.27(s、2H)
FD-MS;833(M+)
此外,根据热减重分析的结果,化合物(12-12)的分解开始温度为360℃,根据差示扫描量热分析的结果,熔点为257℃。根据本结果可知,化合物(12-12)是对热极其稳定的化合物。
评价化合物(12-12)的溶解性时,在室温(25℃)下,0.1wt%的化合物(12-12)完全溶解于氯仿。此外,0.3wt%的化合物(12-12)在60℃下完全溶解于甲苯。此外,0.3wt%的化合物(12-12)在60℃下完全溶解于均三甲苯。
<实施例S-7>
[化合物(12-HepFBu)的合成]
使用实施例S-1中示出的化合物(化合物(12-0-e),按照下示的路线,得到化合物(12-HepFBu)。
(工序S7-1:化合物(12-HepFBu-d)的合成)
向具备搅拌装置的容量500mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-0-e)3.9g(25.0mmol)和甲苯250mL,进行冰水冷却而制成5℃后,添加2,2,3,3,4,4,4-七氟丁胺4.0mL(30.0mmol),在室温下使其反应16小时。减压蒸馏去除甲苯后,添加正己烷并滤取沉淀物,从而以淡黄土色粉末的形式得到化合物(12-HepFBu-d)8.7g。
化合物(12-HepFBu-d)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD3)2CO;δ(ppm));主产物:4.30-4.41(m、2H)、7.78(d、1H)、7.79(d、1H)
副产物:3.91-3.99(m、2H)、1.28-1.42(m、10H)、1.60-1.69(m、2H)、7.70(d、1H)、7.83(d、1H)
EI-MS;353(M+)、CI-MS;354(M+1)
化合物(12-HepFBu-d)不经分离提纯地用于下一工序。
(工序S7-2:化合物(12-HepFBu-c)的合成)
向具备搅拌装置的容量500mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-HepFBu-d)8.4g(23.8mmol)、溴化锌1.6g(7.1mmol)和亚硫酰氯260mL,从室温升温至90℃,以90℃使其反应5小时。减压蒸馏去除亚硫酰氯后,用硅胶柱色谱进行提纯,从而以白色固体的形式得到化合物(12-HepFBu-c)7.1g。
化合物(12-HepFBu-c)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CD2Cl2;δ(ppm));4.25-4.33(m、2H)、7.38(d、1H)、7.89(d、1H)
EI-MS;335(M+)
(工序S7-3:化合物(12-HepFBu-b)的合成)
向具备搅拌装置的容量300mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-HepFBu-c)8.2g(24.5mmol)、三氟醋酸146mL、硫酸49mL、N-溴代琥珀酰亚胺4.8g(26.7mmol),在室温下使其反应3小时。向反应物中添加水,用二氯甲烷进行提取,然后用硫酸镁干燥,减压蒸馏去除溶剂后,用硅胶柱色谱进行提纯,从而以白色固体的形式得到化合物(12-HepFBu-b)9.7g。
需要说明的是,作为本工序S7-3,记载了与作为上述工序S7-2记载的实验所对应的反应不同的反应规模的实验。
化合物(12-HepFBu-b)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CD2Cl2;δ(ppm));4.23-4.33(m、2H)、7.41(s、1H)
EI-MS;415(M+)
(工序S7-4:化合物(12-HepFBu)的合成)
向具备搅拌装置的容量50mL的玻璃制反应容器中添加锌粉末化合物784.6mg(12.0mmol)、乙腈20mL、三氟醋酸18μL(0.24mmol),在室温下搅拌15分钟后,添加化合物(12-HepFBu-b)1.7g(4.0mmol)。冷却至-30℃,添加溴化锌90.1mg(0.4mmol)、溴化钴175.0mg(0.8mmol)后,以0℃搅拌1小时。减压去除乙腈后,添加四氢呋喃20mL,提取化合物(12-HepFBu-a)。
接着,向具备搅拌装置的容量50mL的玻璃制反应容器中添加三(二苯甲叉基丙酮)钯91.6mg(0.1mmol)、2-二环己基膦基-2’,6’-二甲氧基联苯基(也称为SPhos)164.2mg(0.4mmol)、四氢呋喃5mL,在室温下搅拌15分钟后,添加二溴苯并双(噻二唑)(化合物(70))352.0mg(1.0mmol)和先前提取的化合物(12-HepFBu-a)溶液,以50℃使其反应21.5小时。减压蒸馏去除四氢呋喃后,用硅胶柱色谱进行提纯,并用甲苯:甲醇的混合溶剂进行重结晶,从而以深蓝色固体的形式得到化合物(12-HepFBu)26.1mg。
化合物(12-HepFBu)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;C4D8O;δ(ppm));4.46(m、4H)、9.32(s、2H)
FD-MS;860(M+)
此外,根据热减重分析的结果,化合物(12-HepFBu)的分解开始温度为367℃,根据差示扫描量热分析的结果,熔点为276℃。根据本结果可知,化合物(12-HepFBu)是对热极其稳定的化合物。
评价化合物(12-HepFBu)的溶解性时,在室温(25℃)下,0.1wt%的化合物(12-HepFBu)完全溶解于氯仿。此外,0.1wt%的化合物(12-HepFBu)在室温(25℃)下完全溶解于均三甲苯。此外,0.1wt%的化合物(12-HepFBu)在室温(25℃)下完全溶解于苯甲醚。
<实施例S-8>
[化合物(12-Me)的合成]
使用实施例S-1中示出的化合物(化合物(12-0-e),按照下示的路线,得到化合物(12-Me)。
(工序S8-1:化合物(12-Me-d)的合成)
向具备搅拌装置的容量500mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-0-e)4.6g(30.0mmol)和甲苯300mL,进行冰水冷却而制成5℃后,耗费15分钟滴加甲胺的四氢呋喃溶液(2M/L)16.5mL(33.0mmol)后,在室温下搅拌15小时。减压蒸馏去除甲苯后,添加正己烷并滤取沉淀物,从而以淡黄土色粉末的形式得到化合物(12-Me-d)5.5g。
化合物(12-Me-d)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;CD3)2CO;δ(ppm));主产物:2.99-3.00(m、3H)、7.72(d、1H)、7.87(d、1H)、8.71(br、1H)
副产物:2.95-2.96(m、2H)、7.66(d、1H)、7.71(d、1H)、9.22(br、1H)
EI-MS;185(M+)、CI-MS;186(M+1)
化合物(12-Me-d)不经分离提纯地用于下一工序。
(工序S8-2:化合物(12-Me-c)的合成)
向具备搅拌装置的容量250mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-Me-d)3.3g(18.0mmol)、醋酸钠738.3mg(9.0mmol)和醋酸酐85mL,从室温升温至110℃,以110℃使其反应23小时。减压蒸馏去除醋酸酐后,用硅胶柱色谱进行提纯,从而以白色固体的形式得到化合物(12-Me-c)2.5g。
化合物(12-Me-c)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD2Cl2;δ(ppm));3.07(s、3H)、7.29(d、1H)、7.78(d、1H)
EI-MS;167(M+)
(工序S8-3:化合物(12-Me-b)的合成)
向具备搅拌装置的容量500mL的玻璃制反应容器中添加化合物(12-Me-c)3.8g(22.7mmol)、三氟醋酸136mL、硫酸46mL、N-溴代琥珀酰亚胺4.5g(25.0mmol),在室温下使其反应3小时。向反应物中添加水,用二氯甲烷进行提取后,用硫酸镁干燥,减压蒸馏去除溶剂,然后用硅胶柱色谱进行提纯,从而以淡黄色固体的形式得到化合物(12-Me-b)4.7g。
需要说明的是,作为本工序S8-3,记载了与作为上述工序S8-2记载的实验所对应的反应不同的反应规模的实验。
化合物(12-Me-b)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CD2Cl2;δ(ppm));3.06(s、3H)、7.33(s、1H)
EI-MS;247(M+)
(工序S8-4:化合物(12-Me)的合成)
向具备搅拌装置的容量50mL的玻璃制反应容器中添加锌粉末588.4mg(9.0mmol)、乙腈15mL、三氟醋酸14μL(0.18mmol),在室温下搅拌15分钟后,添加化合物(12-Me-b)738.2mg(3.0mmol),然后添加溴化锌67.6mg(0.3mmol)、溴化钴131.2mg(0.6mmol),在室温下搅拌17小时。减压去除乙腈后,添加四氢呋喃15mL,提取化合物(12-Me-a)。
接着,向具备搅拌装置的容量50mL的玻璃制反应容器中添加三(二苯甲叉基丙酮)钯91.6mg(0.1mmol)、2-二环己基膦基-2’,6’-二甲氧基联苯基(SPhos)164.2mg(0.4mmol)、四氢呋喃5mL,在室温下搅拌15分钟后,添加二溴苯并双(噻二唑)(化合物(70))352.0mg(1.0mmol)和先前提取的化合物(12-Me-a)溶液,以50℃使其反应5小时。减压蒸馏去除四氢呋喃后,用硅胶柱色谱进行提纯,从而以深蓝色固体的形式得到化合物(12-Me)26.2mg。
化合物(12-Me)的物性值如下所示。
1H-NMR(400MHz;(CDCl3;δ(ppm));3.08(s、6H)、9.26(s、2H)
FD-MS;524(M+)
此外,根据热减重分析的结果,化合物(12-Me)的分解开始温度为367℃,根据差示扫描量热分析的结果,熔点为276℃。根据本结果可知,化合物(12-Me)是对热极其稳定的化合物。
<实施例E-1a>
使用实施例S-1中得到的化合物(12-6),在“裸基板”上在氮气气氛下通过旋涂法进行涂布而形成有机半导体层,进而如上所述地形成源电极和漏电极来制作有机TFT,并进行评价。需要说明的是,有机半导体层的制作条件如下所示。
(有机半导体层的制作条件)
将化合物(12-6)以浓度达到0.1wt%的方式添加至氯仿中,在室温下进行溶解,将由此制备的溶液(有机半导体油墨)0.18mL在氮气气氛下滴加在“裸基板”上,以1000rpm进行30秒钟的旋涂,从而形成膜厚约为20nm的有机半导体层。其后,将形成有有机半导体层的“裸基板”在氮气气氛下以180℃加热35分钟。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为100V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。将所得传导特性示于图6。图6的横轴为栅电压(V)、纵轴为漏电流(A)。标记灰色圆圈的曲线为fore,标记白色圆圈的曲线为back。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“裸基板”上的化合物(12-6)的有机TFT能够得到3.9×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-1b>
使用实施例S-1中得到的化合物(12-6),作为有机半导体层的制作条件,除了使用在氯仿中以0.2wt%的浓度制备的有机半导体油墨之外,与实施例E-1a同样操作而制作有机TFT。在与实施例E-1a相同的条件下测定传导特性时,可知能够得到3.6×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。
并且,将前述有机TFT在大气中保存28天后,在与实施例E-1a相同的条件下测定传导特性时,可知能够得到3.9×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。根据本结果可知:本发明的有机TFT在大气中的28天是稳定的。
<实施例E-1c>
使用实施例S-1中得到的化合物(12-6),在“PVP基板”上在氮气气氛下通过旋涂法进行涂布来形成有机半导体层,进而如上所述地形成源电极和漏电极来制作有机TFT,并进行评价。需要说明的是,有机半导体层的制作条件如下所示。
(有机半导体层的制作条件)
将化合物(12-6)以浓度达到0.1wt%的方式添加至氯仿中,在室温下进行溶解,将由此制备的溶液(有机半导体油墨)0.18mL在氮气气氛下滴加在“PVP基板”上,以1000rpm进行30秒钟的旋涂,从而形成膜厚约为20nm的有机半导体层。其后,将形成有有机半导体层的“PVP基板”在氮气气氛下以120℃加热35分钟。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为100V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“PVP基板”上的化合物(12-6)的有机TFT能够得到2.9×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-1d>
使用实施例S-1中得到的化合物(12-6),在“裸基板”上在大气下通过旋涂法进行涂布来形成有机半导体层,进而如上所述地形成源电极和漏电极来制作有机TFT,并进行评价。需要说明的是,有机半导体层的制作条件如下所示。
(有机半导体层的制作条件)
将化合物(12-6)以浓度达到0.1wt%的方式添加至氯仿中,在室温下进行溶解,将由此制备的溶液(有机半导体油墨)0.18mL在大气下滴加在“裸基板”上,以1000rpm进行30秒钟的旋涂,从而形成膜厚约为20nm的有机半导体层。其后,将形成有有机半导体层的“裸基板”在大气下以120℃加热35分钟。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为100V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“裸基板”上的化合物(12-6)的有机TFT能够得到3.2×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-1e>
使用实施例S-1中得到的化合物(12-6),在“PVP基板”上在大气下通过旋涂法进行涂布来形成有机半导体层,进而如上所述地形成源电极和漏电极来制作有机TFT,并进行评价。需要说明的是,有机半导体层的制作条件如下所示。
(有机半导体层的制作条件)
将化合物(12-6)以浓度达到0.1wt%的方式添加至氯仿中,在室温下进行溶解,将由此制备的溶液(有机半导体油墨)0.18mL在大气下滴加在“PVP基板”上,以1000rpm进行30秒钟的旋涂,从而形成膜厚约为20nm的有机半导体层。其后,将形成有有机半导体层的“PVP基板”在大气下以180℃加热35分钟。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为80V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。将所得传导特性示于图7。图7的横轴为栅电压(V)、纵轴为漏电流(A)。标记灰色圆圈的曲线为fore,标记空心圆圈的曲线为back。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“PVP基板”上的化合物(12-6)的有机TFT能够得到6.3×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-2a>
使用实施例S-3中得到的化合物(22-1),在“HMDS修饰基板”上通过真空蒸镀法形成有机半导体层,进而在其上通过上述方法形成源电极和漏电极,制作有机TFT并进行评价。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为100V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“HMDS修饰基板”上的化合物(22-1)的有机TFT能够得到3.6×10-4cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-2b>
使用实施例S-3中得到的化合物(22-1),在“PS基板”上通过真空蒸镀法形成有机半导体层,进而在其上通过上述方法形成源电极和漏电极,制作有机TFT并进行评价。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为100V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“PS基板”上的化合物(22-1)的有机TFT能够得到5.2×10-4cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-2c>
使用实施例S-3中得到的化合物(22-1),在“PVP基板”上通过真空蒸镀法形成有机半导体层,进而在其上通过上述方法形成源电极和漏电极,制作有机TFT并进行评价。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为100V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“PVP基板”上的化合物(22-1)的有机TFT能够得到3.6×10-4cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-3a>
使用实施例S-4中得到的化合物(12-8),在“裸基板”上在氮气气氛下通过旋涂法进行涂布而形成有机半导体层,进而如上所述地形成源电极和漏电极来制作有机TFT,并进行评价。需要说明的是,有机半导体层的制作条件如下所示。
(有机半导体层的制作条件)
将化合物(12-8)以浓度达到0.1wt%的方式添加至氯仿中,在室温下进行溶解,将由此制备的溶液(有机半导体油墨)0.18mL在氮气气氛下滴加在“裸基板”上,以1000rpm进行30秒钟的旋涂,从而形成膜厚约为20nm的有机半导体层。其后,将形成有有机半导体层的“裸基板”在氮气气氛下以180℃加热35分钟。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为80V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“裸基板”上的化合物(12-8)的有机TFT能够得到1.0×100cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-3b>
使用实施例S-4中得到的化合物(12-8),在“PVP基板”上在氮气气氛下通过旋涂法进行涂布来形成有机半导体层,进而如上所述地形成源电极和漏电极来制作有机TFT,并进行评价。需要说明的是,有机半导体层的制作条件如下所示。
(有机半导体层的制作条件)
将化合物(12-8)以浓度达到0.1wt%的方式添加至氯仿中,在室温下进行溶解,将由此制备的溶液(有机半导体油墨)0.18mL在氮气气氛下滴加在“PVP基板”上,以1000rpm进行30秒钟的旋涂,从而形成膜厚约为20nm的有机半导体层。其后,将形成有有机半导体层的“PVP基板”在氮气气氛下以180℃加热35分钟。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为80V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“PVP基板”上的化合物(12-8)的有机TFT能够得到9.6×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-3c>
使用实施例S-4中得到的化合物(12-8),在“裸基板”上在大气下通过旋涂法进行涂布来形成有机半导体层,进而如上所述地形成源电极和漏电极来制作有机TFT,并进行评价。需要说明的是,有机半导体层的制作条件如下所示。
(有机半导体层的制作条件)
将化合物(12-8)以浓度达到0.1wt%的方式添加至氯仿中,在室温下进行溶解,将由此制备的溶液(有机半导体油墨)0.18mL在大气下滴加在“裸基板”上,以1000rpm进行30秒钟的旋涂,从而形成膜厚约为20nm的有机半导体层。其后,将形成有有机半导体层的“裸基板”在大气下以180℃加热35分钟。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为100V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“裸基板”上的化合物(12-8)的有机TFT能够得到8.3×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-3d>
使用实施例S-4中得到的化合物(12-8),在“PVP基板”上在大气下通过旋涂法进行涂布来形成有机半导体层,进而如上所述地形成源电极和漏电极来制作有机TFT,并进行评价。需要说明的是,有机半导体层的制作条件如下所示。
(有机半导体层的制作条件)
将化合物(12-8)以浓度达到0.1wt%的方式添加至氯仿中,在室温下进行溶解,将由此制备的溶液(有机半导体油墨)0.18mL在大气下滴加在“PVP基板”上,以1000rpm进行30秒钟的旋涂,从而形成膜厚约为20nm的有机半导体层。其后,将形成有有机半导体层的“PVP基板”在大气下以180℃加热35分钟。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为100V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“PVP基板”上的化合物(12-8)的有机TFT能够得到5.2×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-4a>
使用实施例S-5中得到的化合物(12-EH),在“裸基板”上在氮气气氛下通过旋涂法进行涂布而形成有机半导体层,进而如上所述地形成源电极和漏电极来制作有机TFT,并进行评价。需要说明的是,有机半导体层的制作条件如下所示。
(有机半导体层的制作条件)
将化合物(12-EH)以浓度达到0.1wt%的方式添加至氯仿中,在室温下进行溶解,将由此制备的溶液(有机半导体油墨)0.18mL在氮气气氛下滴加在“裸基板”上,以1000rpm进行30秒钟的旋涂,从而形成膜厚约20nm的有机半导体层。其后,将形成有有机半导体层的“裸基板”在氮气气氛下以180℃加热35分钟。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为80V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“裸基板”上的化合物(12-EH)的有机TFT能够得到5.7×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-4b>
使用实施例S-5中得到的化合物(12-EH),在“PVP基板”上在氮气气氛下通过旋涂法进行涂布来形成有机半导体层,进而如上所述地形成源电极和漏电极来制作有机TFT,并进行评价。需要说明的是,有机半导体层的制作条件如下所示。
(有机半导体层的制作条件)
将化合物(12-EH)以浓度达到0.1wt%的方式添加至氯仿中,在室温下进行溶解,将由此制备的溶液(有机半导体油墨)0.18mL在氮气气氛下滴加在“PVP基板”上,以1000rpm进行30秒钟的旋涂,从而形成膜厚约为20nm的有机半导体层。其后,将形成有有机半导体层的“PVP基板”在氮气气氛下以180℃加热35分钟。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为80V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“PVP基板”上的化合物(12-EH)的有机TFT能够得到2.0×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-5a>
使用实施例S-6中得到的化合物(12-12),在“裸基板”上在氮气气氛下通过旋涂法进行涂布而形成有机半导体层,进而如上所述地形成源电极和漏电极来制作有机TFT,并进行评价。需要说明的是,有机半导体层的制作条件如下所示。
(有机半导体层的制作条件)
将化合物(12-12)以浓度达到0.1wt%的方式添加至氯仿中,在室温下进行溶解,将由此制备的溶液(有机半导体油墨)0.18mL在氮气气氛下滴加在“裸基板”上,以1000rpm进行30秒钟的旋涂,从而形成膜厚约为20nm的有机半导体层。其后,将形成有有机半导体层的“裸基板”在氮气气氛下以180℃加热35分钟。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为100V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“裸基板”上的化合物(12-12)的有机TFT能够得到7.3×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。
(有机TFT的评价)
进而,针对所制作的有机TFT,在漏电压为20V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“裸基板”上的化合物(12-12)的有机TFT能够得到3.3×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-5b>
使用实施例S-6中得到的化合物(12-12),在“PVP基板”上在氮气气氛下通过旋涂法进行涂布来形成有机半导体层,进而如上所述地形成源电极和漏电极来制作有机TFT,并进行评价。需要说明的是,有机半导体层的制作条件如下所示。
(有机半导体层的制作条件)
将化合物(12-12)以浓度达到0.1wt%的方式添加至氯仿中,在室温下进行溶解,将由此制备的溶液(有机半导体油墨)0.18mL在氮气气氛下滴加在”PVP基板”上,以1000rpm进行30秒钟的旋涂,从而形成膜厚约为20nm的有机半导体层。其后,将形成有有机半导体层的“PVP基板”在氮气气氛下以150℃加热35分钟。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为100V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“PVP基板”上的化合物(12-12)的有机TFT能够得到6.2×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。
(有机TFT的评价)
进而,针对所制作的有机TFT,在漏电压为20V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“PVP基板”上的化合物(12-12)的有机TFT能够得到3.5×10-1cm2/Vs的电场效应迁移率。
<实施例E-6>
使用实施例S-7中得到的化合物(12-HepFBu),在“OTS修饰基板”上通过真空蒸镀法形成有机半导体层,进而在其上通过上述方法形成源电极和漏电极,制作有机TFT并进行评价。
(有机TFT的评价)
针对所制作的有机TFT,在漏电压为100V的条件下测定传导特性时,该有机TFT显示出n型的半导体特性,另一方面,不显示p型的半导体特性。
使用上述(式A)计算电场效应迁移率(μ)的结果,可知“OTS修饰基板”上的化合物(12-HepFBu)的有机TFT能够得到6.4×10-3cm2/Vs的电场效应迁移率。
根据上述结果可知:本发明的苯并双(噻二唑)衍生物显示出高的电场效应迁移率。
产业上的可利用性
根据本发明,能够提供电子迁移率(电场效应迁移率)优异、在大气中的稳定性也优异、且通常可溶于有机溶剂、能够利用涂布形成薄膜的苯并双(噻二唑)衍生物。尤其是,已知截止至今的n型有机半导体材料即使可溶解于有机溶剂,也仅溶解于卤代芳香族烃类、卤代脂肪族烃类,但本发明的苯并双(噻二唑)衍生物还可溶解于芳香族烃类。
此外,本发明的苯并双(噻二唑)衍生物不仅对热稳定,还具有高电场效应迁移率,因此,通过将该化合物用于有机TFT的半导体层,能够实现高的电场效应迁移率特性。此外,通过将该化合物用于有机EL元件、尤其是用于电子传输层,能够实现高发光效率。进而,通过将该化合物用于有机薄膜太阳能电池的电荷分离层、电子传输层,能够实现高的光电转换效率。
此外,配置有将本发明的有机TFT与本发明的有机EL元件或其与其它有机EL元件组合而成的像素元件的显示装置具有发光效率优异且响应性也优异的优点。此外,本发明的有机TFT可适合地用作使RFID标签、传感器运转的有机TFT。
附图标记说明
11、21、31、111 基板
12、106 栅电极
13、107 栅绝缘层
14、110 漏电极
15、109 源电极
16、108 有机半导体层
22、105 阳极
23、104 空穴传输层
24、103 发光层
25、102 电子传输层
26、101 阴极
112 阻隔层
113 保护层
120 有机EL元件
121 有机TFT
32 阳极
33 电荷分离层
34 阴极

Claims (21)

1.一种苯并双(噻二唑)衍生物,其用下述通式(1)或(2)表示,且在分子内具有缩环成芳香环的环状酰亚胺结构:
式(1)和(2)中,两个R独立地表示直链状或支链状的烷基、或者直链状或支链状的芳烷基,所述烷基和芳烷基中的烷基上的氢原子任选被氟原子取代,
两个A独立地表示氧原子、硫原子或硒原子,
两个Z独立地表示次甲基碳或氮原子。
2.根据权利要求1所述的苯并双(噻二唑)衍生物,其中,所述通式(1)和(2)中,两个A为硫原子,两个Z独立地为次甲基碳或氮原子,两个R独立地为直链状或支链状的烷基,该烷基上的氢原子任选被氟原子取代。
3.根据权利要求1或2所述的苯并双(噻二唑)衍生物,其中,所述通式(1)和(2)中,两个R为碳原子数5~25的直链状或支链状的烷基,该烷基上的氢原子任选被氟原子取代。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物,其中,所述苯并双(噻二唑)衍生物为所述通式(1)所示的化合物。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物,其可溶于有机溶剂。
6.一种有机半导体油墨,其包含权利要求1~5中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物。
7.一种有机半导体油墨,其包含2种以上的有机半导体,其中的1种以上为权利要求1~5中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物。
8.一种有机电子装置,其具备包含权利要求1~5中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物的有机层。
9.一种有机薄膜晶体管,其在基板上具有栅电极、栅绝缘层、有机半导体层、源电极和漏电极,
所述有机半导体层包含权利要求1~5中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物。
10.根据权利要求9所述的有机薄膜晶体管,其中,所述基板为挠性基板。
11.一种有机电致发光元件,其在基板上具有阳极、发光层、空穴传输层和/或电子传输层、以及阴极,
所述空穴传输层和/或所述电子传输层包含权利要求1~5中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物。
12.根据权利要求11所述的有机电致发光元件,其中,所述基板为挠性基板。
13.一种显示装置,其使用有机薄膜晶体管来驱动/点亮有机电致发光元件,
所述有机薄膜晶体管为权利要求9或10所述的有机薄膜晶体管。
14.一种有源矩阵方式的显示装置,其中,具备有机电致发光元件和权利要求9或10所述的有机薄膜晶体管的像素元件被配置成矩阵状。
15.根据权利要求13或14所述的显示装置,其中,所述有机电致发光元件为权利要求11或12所述的有机电致发光元件。
16.一种显示装置,其使用有机薄膜晶体管来驱动/点亮有机电致发光元件,
所述有机电致发光元件为权利要求11或12所述的有机电致发光元件。
17.一种有机薄膜太阳能电池,其在基板上具有阳极、电荷分离层和阴极,所述电荷分离层包含空穴传输材料和电子传输材料,
所述电荷分离层包含权利要求1~5中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物。
18.一种有机薄膜太阳能电池,其在基板上具有阳极、电荷分离层、空穴传输层和/或电子传输层、以及阴极,所述电荷分离层包含空穴传输材料和电子传输材料,
所述空穴传输层和/或所述电子传输层包含权利要求1~5中任一项所述的苯并双(噻二唑)衍生物。
19.根据权利要求17或18所述的有机薄膜太阳能电池,其中,所述基板为挠性基板。
20.一种RFID标签,其使用有机薄膜晶体管来运转,
所述有机薄膜晶体管为权利要求9或10所述的有机薄膜晶体管。
21.一种传感器,其使用有机薄膜晶体管来运转,
所述有机薄膜晶体管为权利要求9或10所述的有机薄膜晶体管。
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