JP2017510073A - 有機電子組成物及びそのデバイス - Google Patents

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Abstract

本発明は、有機電子デバイス、より具体的にはオレフィン側鎖を有するポリシクロオレフィンポリマーを含む誘電体層を含む有機電界効果トランジスターに関する。

Description

本発明は、有機電子組成物及びそのデバイス、具体的には有機誘電体組成物及びオレフィン側鎖を有するポリシクロオレフィンポリマーを含む誘電体層を含む有機電界効果トランジスターに関する。
近年、有機電子(OE)デバイス、たとえば、表示デバイスのバックプレーン又は論理機能回路に使用するための有機電界効果トランジスター(OFET)、及び有機光起電力(OPV)デバイスへの関心が高まってきた。従来のOFETは、ゲート電極と、誘電体材料(「誘電体」又は「ゲート誘電体」としても参照される)で作製されたゲート絶縁体層と、ソース電極及びドレイン電極と、有機半導体(OSC)材料で作製された半導体層と、典型的には環境の影響から又は後続のデバイス製造工程による損傷から保護するために上述の層の上にパッシベーション層と、を有する。
多くのトップゲート(TG)OFET用途では、固有の低誘電率(「低k」)といくつかのOSC材料クラスに対する良好な直交性とを有する誘電体層を提供するために、通常、サイトップ(Cytop)(登録商標)ポリマー又はハイフロン(Hyflon)(登録商標)ポリマーのようなフルオロ誘電体がフルオロ溶媒から堆積される。しかしながら、かかる誘電体の使用にはいくつかの欠点があり、その主要な問題点は、架橋性官能基が欠如しているために誘電率を変化させることなく組み込むことが困難なことである。その他に、フッ素化溶媒の使用は環境上及びコスト上の理由から好適ではない。
光パターニングを可能にする反応性官能基を誘電体に組み込むことが望ましくかつ有利である。なぜなら、こうすることにより後続の処理工程で利用される溶媒に対する直交性が提供されるだけでなく、フォトリソグラフィープロセスを用いて誘電体層及びOSC層の下のソース電極及びドレイン電極(S/D)へのビア相互接続を形成することによりスタック集積も可能になるからである。
架橋性トップゲート誘電体を開発する際、低k及び溶解性などの使用する材料のバルク性を維持しなければならない。また、副生成物として多量の極性副生成物種又は荷電副生成物種が発生することがないように架橋反応に利用する官能基を考慮することも重要である。かかる種は、架橋誘電体に組み込まれてk値の増加などの望ましくない影響を引き起こすであろうし、又は荷電種の導入は、OSC層がドープされて性能及び安定性の低下をもたらすおそれがある。
したがって、低誘電率を有し、いくつかのOSC材料クラスに対する良好な直交性を示し、非ハロゲン化溶媒から堆積可能であり、光パターニング及びS/D電極へのビア相互接続の形成によるスタック集積が行えるように架橋可能であり、しかも架橋反応が副生成物として望ましくない極性副生成物種又は荷電副生成物種を発生しない、OEデバイスの誘電体層を作製するための溶液処理可能な誘電体の必要性が存在する。
とくに、OSCポリマーに対する直交性がある溶解性プロファイルと、最高のTFT性能を与えるためにできる限り低い誘電率と、ビア相互接続パターニングを可能にするために組み込まれる架橋性官能基及び/又は架橋剤と、を有するUV架橋性誘電体を有することが望ましい。誘電体は、OSCポリマーと組み合わせて、高い移動度、高いオン電流、
及び低いオフ電流を与えることが望ましい。
本発明は、OEデバイスの誘電体層でポリシクロオレフィンポリマーを使用することにより以上の必要性を満たしうる。このポリシクロオレフィンポリマーは、極性単位又は芳香族単位を含有せず、化学的に不活性であり、本質的に低いkを有し、溶解性官能基及び架橋性官能基を付与するペンダント基を有し、しかもこのペンダント基は、好適にはオレフィン鎖中のC−C二重結合の異性化を制御可能なペンダントオレフィン鎖から選択される。
本発明は、誘電体層を含むOEデバイスに関する。前記誘電体層は、好適にはC〜C20アルケニル基から選択される1個以上のペンダントオレフィン基を含むポリシクロオレフィンポリマーを含むか、又はこのポリシクロオレフィンポリマーを用いて得られる。
本発明はさらに、1個以上のペンダントオレフィン基を含むポリシクロオレフィンポリマーに関する。このペンダントオレフィン基は、末端/内部オレフィン基の制御された異性化レベルを特徴とするので、良く制御された望ましい接着性を提供する。
本発明はさらに、OEデバイスの誘電体層に関する。前記誘電体層は、1個以上のペンダントオレフィン基を含むポリシクロオレフィンポリマーを含むか、又はこのポリシクロオレフィンポリマーを用いて得られる。
本発明に係るいくつかの実施形態は、1個以上のペンダントオレフィン基を含むポリシクロオレフィンポリマーを用いてOEデバイスの誘電体層を作製するプロセスを含む。
上述のOEデバイスは、たとえば、有機電界効果トランジスター(OFET)(有機薄膜トランジスター(OTFT)を含む)、有機発光ダイオード(OLED)、有機光検出器(OPD)、又は有機光起電力(OPV)デバイスである。OFETに関して、かかるデバイスはトップゲートOFET及びボトムゲートOFETの両方を含む。
また、本発明の実施形態は、以上及び以下に記載のOEデバイスを含む製品又は集合体を含む。かかる製品又は集合体は、集積回路(IC)、無線周波数識別(RFID)タグ、RFIDタグを含有するセキュリティーマーキングもしくはセキュリティーデバイス、フラットパネルディスプレイ(FPD)、FPDのバックプレーン、FPDのバックライト、電子写真デバイス、電子写真記録デバイス、有機メモリーデバイス、圧力センサー、光学センサー、化学センサー、バイオセンサー、又はバイオチップである。
以下の図面を参照して本発明の実施形態を以下に説明する。
本発明に係るトップゲートOFETデバイスの実施形態の概略図。 本発明に係るボトムゲートOFETデバイスの実施形態の概略図。 実施例2のトップゲートOFETデバイスの伝達曲線を示すグラフ。 実施例2のトップゲートOFETデバイスの伝達曲線を示すグラフ。 実施例2のトップゲートOFETデバイスの伝達曲線を示すグラフ。 実施例2のトップゲートOFETデバイスの伝達曲線を示すグラフ。 実施例3のトップゲートOFETデバイスの伝達曲線を示すグラフ。 実施例3のトップゲートOFETデバイスの伝達曲線を示すグラフ。 実施例3のトップゲートOFETデバイスの伝達曲線を示すグラフ。 実施例3のトップゲートOFETデバイスの伝達曲線を示すグラフ。
本明細書で用いられる場合、有機電界効果トランジスター(OFET)という用語は有機薄膜トランジスター(OTFT)として知られるようなサブクラスのデバイスを含むことが理解されよう。
その他に、「誘電体」及び「絶縁」という用語は本明細書では同義的に用いられることが理解されよう。したがって、絶縁材料又は絶縁層への言及は誘電体材料又は誘電体層を含む。さらに、本明細書で用いられる場合、「有機電子デバイス」という用語は「有機半導体デバイス」という用語を含むことが理解されよう。また、OFETなどのかかるデバイスのいくつかの具体的実現形態は以上に規定した通りである。
本明細書で用いられる場合、「直交」及び「直交性」という用語は化学的直交性を意味することが理解されよう。たとえば、直交溶媒とは、それに溶解された材料の層を既堆積層上に堆積するように使用する場合に前記既堆積層を溶解しない溶媒を意味する。
本明細書で用いられる場合、「ポリマー」という用語は、1つ以上の異なるタイプの繰返し単位(分子の最小構成単位)の骨格を含む分子を意味することが理解されよう。また、この用語は、「オリゴマー」、「コポリマー」、「ホモポリマー」などの一般に知られている用語を含む。さらに、ポリマーという用語は、ポリマー自体の他に、開始剤、触媒の少量の残留物、及びかかるポリマーの合成に付随する他の要素を含むことが理解されよう。かかる残留物は共有結合でポリマーに組み込まれていないと理解される。さらに、かかる残留物及び他の要素は一般に重合後の精製プロセス時に除去されるが、痕跡量のかかる材料がポリマーとの混合状態又は混在状態で見いだされうるので、槽間又は溶媒間もしくは分散媒間でポリマーを移動させた場合にそれらは一般にポリマーと共に残存する。
本明細書で用いられる場合、「小分子」という用語は、典型的には反応によりポリマーを形成可能な反応性基を有しておらずかつ単量体形で使用するように設計された単量体化合物を意味することが理解されよう。これとは対照的に、「モノマー」という用語は、とくに明記されていない限り、反応によりオリゴマー又はポリマーを形成可能な1個以上の反応性官能基を有する単量体化合物を意味することが理解されよう。
本明細書で用いられる場合、簡潔に「組成物」としても参照される「有機半導体(OSC)組成物」という用語は、少なくとも1種の有機半導体(OSC)化合物と、OSC組成物及び/又はそれに含まれる少なくとも1種のOSC化合物の特定の性質を提供又は改変するために少なくとも1種のOSC化合物に添加される1種以上の他の材料と、を意味する。OSC組成物はまた、OSCを基材に担持してその上に層又は構造を形成できるようにするための媒体であることが理解されよう。例示的な材料としては、溶媒、揮発性界面活性剤、及び接着促進剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本明細書で定義される場合、「ポリシクロオレフィン」、「多環式オレフィン」、及び「ノルボルネン型」という用語は、同義的に用いられ、少なくとも1つのノルボルネン部分、たとえば、以下の構造A1又はA2のいずれかにより示される部分を含む付加重合性モノマー又は得られる繰返し単位を意味する。最も単純なノルボルネン型モノマー又は多環式オレフィンモノマーであるビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン(A1)は、通常、ノルボルネンとして参照される。
しかしながら、「ノルボルネン型繰返し単位」又は「ノルボルネン型モノマー」という用語は、本明細書で用いられる場合、ノルボルネン自体を意味するだけでなく、任意の置換ノルボルネン又はノルボルネンの置換及び非置換の高級環式誘導体、たとえば、それぞれ以下に示される構造B1又はB2の誘導体をも意味するものと理解され、式中、mはゼロ以上の整数であり、m=ゼロのときは式A1のノルボルネンモノマー又は式A2のその各繰返し単位である。
以下で考察される場合、本発明のポリマーの実施形態を形成するために置換ノルボルネン型モノマーを使用すれば、個々の用途の必要性を満たすようにかかる実施形態の性質を調整することが可能である。以下に記載されるようなさまざまな官能性置換基を有するノルボルネン型モノマーを重合するために開発された手順及び方法は、モノマーの種々の部分及び基に対する卓越した柔軟性及び許容性を呈する。特定のペンダント基を有するモノマーの重合の他に、得られるポリマーの全バルク性が使用モノマーのタイプ及び比により決定される最終材料を形成するために、さまざまな異なる官能基を有するモノマーのランダム重合を行うことが可能である。
本発明のいくつかの好適な実施形態は、誘電体層を含むOEデバイスを含み、前記誘電体層は、好適にはC〜C20アルケニル基から選択される1個以上のペンダントオレフィン基を含むポリシクロオレフィンポリマーから本質的になる。
本発明のさらに好適な実施形態は、OEデバイスの誘電体層の作製に使用される1個以上のペンダントオレフィン基を含むポリシクロオレフィンポリマーを含む。ペンダントオレフィン基は、好適にはたとえば反応を開始するジアジド架橋剤のような架橋剤により開始される架橋反応で架橋可能である。
本発明のいくつかの好適な実施形態では、ポリシクロオレフィンポリマーは、非フッ素化溶媒、好適には不活性溶媒に可溶であり、かつ不活性非フッ素化溶媒又は溶媒組成物の溶液から堆積される。溶媒又は溶媒組成物は、下側OSC層に対する良好な直交性を提供し、かつポリシクロオレフィンポリマーをトップゲートOFETデバイスの誘電体層として使用するのにとくに適したものとする。
ペンダントオレフィン基を含有するポリシクロオレフィンポリマーの合成時、異性化が起こって末端形と異性化形との混合物を生成しうることを見いだした。本発明はまた、かかるペンダントオレフィン基を含有するポリシクロオレフィンポリマーのOEデバイス性能に及ぼす影響に関するが、異性化は、大部分が末端オレフィンを含有する材料及び大部分が内部異性体形を含有する他の材料を与えるように制御される。この態様はさらに以下で詳細に考察される。
誘電体層に使用されるポリシクロオレフィンポリマーは、好適にはノルボルネン型ポリマーから選択される。
本発明に係るいくつかの好適なポリマーの実施形態では、ノルボルネン型ポリマーは2つ以上の異なるタイプの繰返し単位を含む。
本発明に係る他の好適なポリマーの実施形態は、1つ以上の異なるタイプの式Iの繰返し単位を有する1種以上のノルボルネン型ポリマーを含む。
式中、Zは、−CH−、−CH−CH−、又は−O−から選択され、mは、0〜5の整数であり、R、R、R、及びRは、それぞれ独立して、H又はC〜C20アルケニル基を表し、かつR1〜4の1つ以上は、C〜C20アルケニル基を表す。
式Iの繰返し単位は、対応する式Iaのノルボルネン型モノマーから形成される。式中、Z、m、及びR1〜4は、以上に定義された通りである。
本発明に係るいくつかの好適なポリマーの実施形態は、式Iの繰返し単位及び式Iaのモノマーを含み、式中、Zは−CH−であり、かつmは、0、1、又は2である。他のかかる実施形態では、Zは−CH−であり、かつmは0又は1であり、さらに他の実施形態では、Zは−CH−であり、かつmは0である。
本発明の他の好適なポリマーの実施形態は、式Iの繰返し単位及び式Iaのモノマーを含み、式中、R1〜4の1つのみ、たとえばRはHとは異なり、かつR1〜4の他のも
のはHである。
本発明の他の好適なポリマーの実施形態は、式Iの繰返し単位及び式Iaのモノマーを含み、式中、Hとは異なるR1〜4のものは、C〜C12アルケニル基、非常に好適にはC〜C10アルケニル基、最適にはブテニル基又はヘキセニル基を表す。
本発明のポリマーの実施形態は、有利には、多くの特定の用途のそれぞれに合った個別の一群の性質を提供するように調整可能である。たとえば、アルケニルペンダント基の長さを変化させることによりポリマーの弾性率及びガラス転移温度(T)を制御することが可能である。
オレフィン部分を有するペンダント反応性基を含みかつ式Iで表される好適な例示的な繰返し単位は、限定されるものではないが式Mから選択されるものを含むノルボルネン型モノマーから重合時に形成される。
式中、nは0〜8の整数である。式Mのノルボルネン型モノマーの好適な例は、部分式M4(「ブテニルNB」)及びM6(「ヘキセニルNB」)のモノマーである。非常に好適なのは部分式M4のモノマーである。
ノルボルネン型モノマーの重合時、ペンダントオレフィン部分の少なくとも一部は異性化を受けることがあり、その結果として、ペンダントC=C二重結合はオレフィン鎖中の末端位置から非末端位置にシフトされうる。したがって、ノルボルネン型ポリマーは、異性化オレフィン基を有する繰返し単位及び非異性化オレフィン基を有する繰返し単位の両方を含みうる。
オレフィン部分を有するペンダント反応性基を含みかつ式Iで表される好適な例示的な繰返し単位は、式P(異性化の前又は後)及び式Pi(異性化の後)のものである。
式中、nは0〜8の整数であり、a及びbは互いに独立して0〜7の整数であり、かつa+b≦7である。
式PA及びPBのノルボルネン型繰返し単位の好適な例は、以下の部分式から選択される。
式P4及びP4i1の繰返し単位が非常に好適である。
ノルボルネン型ポリマーは、式P又はその部分式の繰返し単位と式Pi又はその部分式の1つ以上の繰返し単位とを含みうる。
したがって、他の好適な実施形態は、2つ以上の繰返し単位を含み各繰返し単位が同一のペンダントアルケニル基の異なる異性体形を含むコポリマーであるポリシクロオレフィンポリマーに関する。
この好適な実施形態のポリシクロオレフィンポリマーは、好適には式IIから選択される。
式中、nは0〜8の整数であり、a及びbは互いに独立して0〜7の整数でありかつa+b≦7であり、dは>1の整数であり、Pは末端ペンダントアルケニル基を有する単位Pのモル比でありかつPiは異性化ペンダントアルケニル基を有する単位Piのモル比であり、しかもPは>0かつ<1でありかつPiは>0かつ<1である。
式IIのポリシクロオレフィンポリマーが特に好適であり、式中、nは2であり、しかもa+b=1、特定的にはaは1でありかつbは0である。
さらに好適には、末端ペンダントアルケニル基を有する単位Pと異性化ペンダントアルケニル基を有する単位Piとから好適にはなり、単位P対単位Piの比が1:6〜20:1、好適には1:4〜14:1、非常に好適には1:3〜12:1であるポリシクロオレフィンポリマーである。
式IIaのポリシクロオレフィンポリマーがさらに好適である。
式中、d、n、a、及びbは、式IIで定義された通りであり、かつ末端ペンダントアルケニル基を有する単位Pと異性化ペンダントアルケニル基を有する単位Piとの比は1:6〜20:1、好適には1:4〜14:1、非常に好適には1:3〜12:1である。
とくに明記されていない限り、ポリシクロオレフィンポリマー中の末端ペンダントアルケニル基と異性化ペンダントアルケニル基との比の値は、H NMRスペクトルのオレフィン領域の積分により決定される。
式I及びIaさらには以上に提供された各部分式及び一般式は、立体化学をなんら示すことなく描かれているが、とくに指定がない限り、一般に、各モノマーは、繰返し単位に変換される時にそれらの配置を維持するジアステレオマー混合物として得られることに留意すべきである。かかるジアステレオマー混合物のエキソ異性体及びエンド異性体はわずかに異なる性質を有しうるので、本発明の好適な実施形態では、エキソ異性体もしくはエンド異性体のいずれかが富む異性体の混合物であるモノマー又は本質的に純粋な有利な異性体であるモノマーを用いてかかる差の利点が生かされることをさらに理解すべきである。
したがって、本発明のいくつかの実施形態は、
式P:
の初期繰返し単位を含むポリシクロオレフィンポリマーを60℃〜100℃の温度範囲の好適な反応溶媒中で十分な時間に付して式Pi:
の異性化繰返し単位を形成する工程と、
得られた式(IIa):
のポリシクロオレフィンポリマーを単離する工程と、
を含む、ポリシクロオレフィンポリマー中の末端二重結合の異性化を制御する方法を含む。式中、d、n、a、b、P、及びPiは、本明細書に定義される通りである。
一般に、式Mのノルボルネン型モノマーの重合は、以上及び以下に記載の重合条件に付されて式Pの初期繰返し単位を含むポリシクロオレフィンポリマーを形成する。かかる重合は、好適には溶媒中の触媒/共触媒の存在下で行われる。かかる重合反応のために、たとえばリチウムテトラ(ペンタフルオロフェニル)ボレートエーテラートLiFABA([Li(EtO)2.5][B(C]をはじめとするさまざまな共触媒の存在下で、パラジウム触媒をはじめとする種々の第VIII族遷移金属触媒、たとえば、[(アリル)パラジウム(トリナフチルホスフィン)(トリフルオロアセテート)]を利用することが可能である。以下でさらに詳細に考察されるように、重合は、一般に、たとえばトルエンなどの炭化水素溶媒の存在下で行われる。次いで、得られた式Pのポリシクロオレフィンポリマーは、十分な時間にわたり、たとえば、4時間〜100時間にわたり異性化されて、式Piの繰返し単位を有するポリマーを形成する。いくつかの実施形態では、異性化の反応時間は、好適には8時間〜60時間、非常に好適には18時間〜40時間である。しかしながら、所望の異性化度を達成するのに必要とされる時間は、とくに、ポリマー中の式Pの初期繰返し単位のタイプ、触媒のタイプ、及び利用する反応温度をはじめとして、いくつかの因子に依存することに留意すべきである。この態様は、以下の特定の実施例からより明らかになる。これらの実施例では、式Pの繰返し単位のいくつかは、数分以内で迅速に異性化されてペンダント内部オレフィン基を有する式Piの繰返し単位になるが、いくつかの他の式Pの繰返し単位は、異性化するのに数時間を要しうることが示される。したがって、かかる変形形態はすべて本発明の一部である。一般に、異性化時
の反応温度は、60℃〜100℃、好適には70℃〜90℃、非常に好適には75℃〜85℃の固定温度に維持される。
本発明のいくつかの好適な実施形態では、組成物は、式(IIa):
(式中、d、n、a、b、P、及びPiは本明細書に定義される通りである)
のポリシクロオレフィンポリマーと、光活性架橋剤と、担体溶媒と、を含む。
本明細書に定義される光活性架橋剤とは、ある特定の線量のある特定の波長の放射線に暴露すると化学反応を起こしてそれにより形成された反応性光生成物が含有ポリマーマトリックスの架橋を引き起こす材料のことである。本明細書に記載されるようにかかる変化を引き起こす公知の光活性架橋剤はいずれも、本発明の組成物で使用可能である。いくつかのかかる例示的な光活性架橋剤としてはビスアジド化合物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
かかるビスアジドの例は、4,4’−ジアジドカルコン、2,6−ビス(4’−アジドベンジル)4−メチルシクロヘキサノン、4,4’−ジアジドジフェニルスルホン、4,4’ −ジアジドベンゾフェノン、4,4’−ジアジドビフェニル、2,2’−ジアジド
スチルベン、4,4’−ジアジド−3,3’−ジメチルビフェニル、2,7−ジアジドフルオレン、4,4’−ジアジドジフェニルメタン、2,6−ジ−(p−アジドベンジル)−4−tert−アミルシクロヘキサノン、4,4’−ジアジドカルコン−2−[N,N−ジ−(2−エトキシエチル)スルホンアミド]、4,4’−ジアジドスチルベン−2,2’−[N,N−ジ−(2−エトキシエチル)スルホンアミド]、及び2,6−ジ−(p−アジドベンジル)−4−エチルシクロヘキサノンである。以上の光活性架橋剤の1種以上を利用することが可能である。
本発明の組成物のいくつかの実施形態では、利用する光活性架橋剤は、式
のBAC−Eとしても知られる(2E,6E)−2,6−ビス(4−アジドベンジリデン)−4−エチルシクロヘキサノンである。
式(IIa)のポリマーの溶解に適した溶媒はいずれも、光活性架橋剤をも溶解する溶媒と共に担体溶媒として使用可能である。かかる好適な溶媒のいくつかは以下に列挙される。いくつかの実施形態では、式(IIa)のポリマーはデカンなどの炭化水素溶媒に溶解され、かつ光活性架橋剤はベンジルアセテートなどのエステル溶媒に溶解される。
いくつかの好適な実施形態では、本発明の組成物は、以下のポリマー、すなわち、
ポリ(ブテニルノルボルネン)、及び
ポリ(ヘキセニルノルボルネン)
を含む。
好適なノルボルネンモノマー、ポリマーの例、及びそれらの合成方法は、本明細書に提供されており、米国特許第6,455,650号明細書、米国特許出願公開第2011/0104614A1号明細書、米国特許出願公開第2007/0066775A1号明細書、米国特許出願公開第2008/0194740A1号明細書、米国特許出願公開第2012/0056249A1号明細書、米国特許出願公開第2012/0056183A1号明細書、及びPCT/EP2013/002671号明細書の関連部分(それらの関連部分は参照により本出願に組み込まれる)にも見いだしうる。たとえば、第VIII族遷移金属触媒を利用する例示的な重合プロセスは、上述の参照文献のいくつかにも記載されており、さらに以下にも記載されている。
本発明のポリマーの実施形態は、それらの使用に適した重量平均分子量(M)を有するように形成される。一般に、5,000〜500,000のMはいくつかの実施形態に適していることが見いだされ、一方、他のM範囲は他の実施形態に有利でありうる。たとえば、いくつかの好適な実施形態では、ポリマーは少なくとも10,000のMを有するが、他の好適な実施形態では、ポリマーは少なくとも20,000のMを有する。他の好適な実施形態では、ポリマーのMの上限は400,000まででありうると共に、他の好適な実施形態では、ポリマーのMの上限は250,000まででありうる。適切なMは、硬化ポリマー、それから得られる膜、層、又は構造の所望の物理的性質の関数であるので、それは設計上の選択肢であり、したがって、以上に提供された範囲内の任意のMは本発明の範囲内であることが理解されよう。本発明のポリマーでは、繰返し単位dの総数は好適には2〜10,000である。繰返し単位dの総数は、好適には≧5、非常に好適には≧10、最適には≧50であり、かつ好適には≦500、非常に好適には≦1,000、最適には≦2,000であり、dの上述の下限及び上限の任意の組合せを含む。
本発明に係る他の好適な実施形態は、以上及び以下にすでに記載されているポリシクロオレフィンポリマーとキャスト溶媒又は印刷溶媒とを含む組成物に関する。
本発明に係るいくつかの好適な組成物の実施形態では、溶媒は以下及び以上に記載の有機溶媒から選択される。他の実施形態では、溶媒は、限定されるものではないが、シクロヘキシルベンゼン、メシチレン、インダン、キシレン、テトラリン、ジエチルベンゼン、シクロペンタノン、ベンジルアセテート、又は上述の溶媒の組合せを含む。
本発明に係る他の好適な組成物の実施形態では、組成物中のポリシクロオレフィンポリマーの濃度は、0.1%〜20%、好適には0.5%〜10%、非常に好適には1%〜5%である。
上述の濃度値は、溶媒とポリシクロオレフィンポリマーなどのすべての固体成分とを含む組成物を基準にする。
本発明に係るいくつかの好適な組成物の実施形態では、OSCはn型又はp型のOSCでありうる。効果的なOSCは、1×10−5cm−1−1超のFET移動度を呈する。
本発明に係るデバイスの実施形態に利用されるOSC材料は、任意の共役分子、たとえば、2つ以上、より具体的には少なくとも3つの芳香環を含有する芳香族分子でありうる。本発明のいくつかの好適なOSCの実施形態では、OSCは、5員、6員、又は7員の芳香環から選択される芳香環を含有するが、他の好適な実施形態では、OSCは、5員又は6員の芳香環から選択される芳香環を含有する。OSC材料は、モノマー、オリゴマー、又はポリマーの1種以上の混合物、ディスパージョン、及びブレンドを含めて、モノマー、オリゴマー、又はポリマーでありうる。
OSCの各芳香環は、任意選択で、Se、Te、P、Si、B、As、N、O、又はS、一般的にはN、O、又はSから選択される1個以上のヘテロ原子を含有する。さらに、芳香環は、任意選択で、フルオロ基、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、ポリアルコキシ基、チオアルキル基、シリル基、エチニルシリル基、任意選択で置換された第2級又は第3級のアルキルアミン基又はアリールアミン基、アリール基又は置換アリール基で置換可能であり、エチニルシリル基は−C≡C−SiR’R’’R’’’により表され、かつ置換された第2級又は第3級のアルキルアミン又はアリールアミンは−N(R’)(R’’)により表され、R’及びR’’は、それぞれ独立して、H、任意選択でフッ素化されたC1〜12アルキル、又は任意選択でフッ素化されたC6〜10アリールである。
上述の芳香環は、縮合環でありうるか、又は−C(T’)=C(T’’)−、−C≡C−、−N(R’’’’)−、−N=N−、(R’’’’)=N−、−N=C(R’’’’)−などの共役結合基で結合されうる。式中、T’及びT’’は、それぞれ独立して、H、Cl、F、−C≡N、又はC1〜4アルキル基などの低級アルキル基を表し、かつR’’’’は以上に定義された通りである。
本発明に係る他の好適な組成物の実施形態では、使用可能なOSC材料は、縮合芳香族炭化水素、たとえば、テトラセン、クリセン、ペンタセン、ピレン、ペリレン、コロネン、又は上述の縮合芳香族炭化水素の可溶性の置換誘導体及び/又はヘテロ環式誘導体、オリゴマーパラ置換フェニレン、たとえば、p−クアテルフェニル(p−4P)、p−キンクエフェニル(p−5P)、p−セキシフェニル(p−6P)、又はこれらの可溶性置換誘導体、ベンジジン化合物、スチルベン化合物、トリアジン、置換メタロ又はメタルフリーポルフィン、フタロシアニン、フルオロフタロシアニン、ナフタロシアニン、又はフルオロナフタロシアニン、C60及びC70フラーレン、N,N’−ジアルキル、置換ジアルキル、ジアリール、又は置換ジアリール−1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン
酸ジイミド及びフルオロ誘導体、N,N’−ジアルキル、置換ジアルキル、ジアリール、又は置換ジアリール−3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド、バソフェナントロリン、ジフェノキノン、1,3,4−オキサジアゾール、11,11,12,12−テトラシアノナフト−2,6−キノジメタン、α,α’−ビス(ジチエノ[3,2−b2’,3’−d]チオフェン)、2,8−ジアルキル、置換ジアルキル、ジアリール、又は置換ジアリールアントラジチオフェン、2,2’−ビベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェンからなる群から選択される化合物、化合物のオリゴマー及び誘導体を含む。OSCの液相堆積技術が望まれる場合、以上に列挙された化合物及びそれらの誘導体は、適切な溶媒又は適切な溶媒の混合物に可溶なものに限定される。
本発明に係る他の好適な組成物の実施形態では、OSC材料は、置換オリゴアセン、たとえば、ペンタセン、テトラセン、もしくはアントラセン、又はそれらのヘテロ環式誘導体、より具体的には、アルキルシリルエチニル基で置換されたオリゴアセン、たとえば、ビス(トリアルキルシリルエチニル)オリゴアセン又はビス(トリアルキルシリルエチニル)ヘテロアセン、たとえば、米国特許第6,690,029号明細書、国際公開第2005/055248A1号パンフレット、米国特許第7,385,221号明細書などに開示される任意選択でフッ素化されたビス(トリアルキルシリルエチニル)アントラジチオフェンである。
たとえば、国際公開第2005/055248A1号パンフレットなどに記載されるようにOSC組成物のレオロジー性を調整することが適切でありかつ必要とされる場合、本発明のいくつかの実施形態は、ポリシクロオレフィンポリマーの他に1種以上の有機バインダーを含むOSC組成物を利用する。他の実施形態では、OSC組成物は、ポリシクロオレフィンポリマーの他に有機バインダーを含まない。
本発明に係る他の好適な実施形態は、本発明に係るOSC組成物を用いて得られるOSC層に関する。
本発明に係る他の好適な実施形態は、本発明に係るOSC組成物を基材上に堆積する工程と、OSC組成物が溶媒を含む場合には溶媒を除去する工程と、を含む、OSC層の作製プロセスに関する。
本発明に係るいくつかの好適なOSC層の実施形態では、OSC層の堆積及び/又は形成は、溶液処理技術を用いて行われる。たとえば、OSCとポリシクロオレフィンポリマーとの組成物、典型的には1種以上の有機溶媒を含む溶液は、限定されるものではないが、ディップ塗布、ロットダイ塗布、スピン塗布、インクジェット印刷、活版プレス印刷、スクリーン印刷、ドクターブレード塗布、ローラ印刷、反転ローラ印刷、オフセットリソグラフィー印刷、フレキソ印刷、ウェブ印刷、スプレー塗布、ブラシ塗布、又はパッド印刷と、続いて、かかる溶液を形成するために利用した溶媒の蒸発と、をはじめとする好適な技術を用いて、堆積又は形成することが可能である。たとえば、OSC材料、バンク構造材料、及び有機誘電体材料は、それぞれ、形成されるデバイスに適した順序で、スピン塗布技術、フレキソ印刷技術、及びインクジェット印刷技術により、堆積又は形成することが可能である。
本発明に係る他の好適なOSC層の実施形態では、堆積及び溶媒除去を行った後のOSC層中のポリシクロオレフィンポリマーの濃度は、2.5〜25%、より具体的には10〜15%である。
本発明に係る他の好適な実施形態は、OSC層と誘電体層又はパッシベーション層とを含むOEデバイスに関する。このOSC層は、本発明に係るOSC組成物を用いて得られ、かつ誘電体層又はパッシベーション層は、p−キシリレンの気相堆積により得られ、し
たがって、ポリ(p−キシリレン)の層を形成する。
本発明に係るいくつかの好適なOEデバイス実施形態では、ポリ(p−キシリレン)はパリレンC(Parylene C)である。
p−キシリレンの気相堆積プロセスに適したプロセス条件は、当業者に公知であり、たとえば、P.クラマー(P.Kramer)ら著、ジャーナル・オブ・ポリマー・サイエンス(Journal of Polymer Science):高分子化学編(Polymer Chemistry Edition)、第22巻、1984年、pp.475−491の文献に記載されている。
本発明に係るいくつかの好適なOEデバイスの実施形態では、OEデバイスは、OSC層と誘電体層又はパッシベーション層とを含み、OSC層は、OSCと1個以上の反応性基を有するポリシクロオレフィンポリマーとを含むOSC組成物を用いて得られ、かつ誘電体層又はパッシベーション層は、OSC層上にp−キシリレンを気相堆積してOSC層上にポリ(p−キシリレン)の層を形成することにより得られ、しかもポリシクロオレフィンポリマーの反応性基は、p−キシリレンの気相堆積時にOSC層と誘電体層又はパッシベーション層との間の界面でp−キシリレンの不飽和基と反応して、OSC層と誘電体層又はパッシベーション層との間の界面に誘電体層又はパッシベーション層のポリ(p−キシリレン)とOSC層のポリシクロオレフィンポリマーとの化学結合をもたらす。
本発明に係る好適なOEデバイスの実施形態は、限定されるものではないが、有機電界効果トランジスター(OFET)、有機薄膜トランジスター(OTFT)(トップゲートトランジスター又はボトムゲートトランジスターでありうる)、有機発光ダイオード(OLED)、有機光検出(OPD)デバイス、又は有機光起電力(OPV)デバイスを含む。
本発明に係るいくつかの好適なOEデバイスの実施形態は、たとえば、OSCがアクティブチャネル材料として使用されるOFET、OSCが電荷担体材料として使用されるOPVデバイス、又はOSCがダイオードの層要素である有機整流ダイオード(ORD)でありうる。かかる実施形態に供されるOSCは、これまでに考察した堆積方法のいずれかにより堆積可能であるが、一般にブランケット層として堆積又は形成されるので、典型的には、周囲温度処理ができるように、スプレー塗布、ディップ塗布、ウェブ塗布、スピン塗布などの溶媒塗布方法、又はインクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷などの印刷方法が利用される。
いくつかの好適なOEデバイスの実施形態では、OEデバイスは、以上及び以下に記載のポリシクロオレフィンポリマーを含むゲート誘電体層を含むボトムゲートOFET又はトップゲートOFETである。
他の好適なOEデバイスの実施形態では、OEデバイスは、以上及び以下に記載のポリシクロオレフィンポリマーを含むパッシベーション層を含むボトムゲートOFET又はトップゲートOFETである。
本発明に係る他の好適な実施形態は、以上及び以下に記載のポリシクロオレフィンポリマーを含む誘電体層又はパッシベーション層を含むOEデバイスの作製プロセスに関する。前記OEデバイスは、OSC材料の溶液堆積により得られるOSC層をさらに含む。
本発明の他の好適な実施形態は、以下の工程を適切な順序で含む、OEデバイスの作製プロセスに関する。
a)OSC材料を(好適には有機溶液から)堆積してOSC層を形成する工程。
b)ソース電極及びドレイン電極を堆積する工程。
c)ゲート電極を堆積する工程。
d)以上及び以下に記載のポリシクロオレフィンポリマーを(好適には有機溶液から)堆積して誘電体層を形成する工程。
本発明の好適な一実施形態に係るトップゲートOFETは図1に模式的に描かれ、かつ本発明の他の実施形態に係るボトムゲートOFETは図2に模式的に描かれる。
次に図1に目を向けると、本発明の好適な実施形態に係るトップゲートOFETデバイスの単純化された概略図が提供される。かかるOFETデバイスは、基材(1)と、ソース電極及びドレイン電極(2a、2b)と、OSC層(3)と、以上及び以下に記載のポリシクロオレフィンポリマーを含みかつゲート絶縁体として機能する誘電体層(4)と、ゲート電極(5)と、を含む。
本発明に係る他の好適な実施形態は、以下の工程を含むプロセスによる、トップゲートOFETデバイス(たとえば図1に例示されるもの)の作製プロセスに関する。
a)基材(1)上にソース電極及びドレイン電極(2a、2b)を形成する工程。
b)ソース電極及びドレイン電極(2a、2b)の上にOSC材料を(好適には有機溶液から)堆積することによりOSC層(3)を形成する工程。
c)以上及び以下に記載のポリシクロオレフィンポリマーをOSC層(3)上に(好適には有機溶液から)堆積することにより誘電体層(4)を形成する工程。
d)誘電体層(4)上にゲート電極(5)を形成する工程。
次に図2に目を向けると、本発明の他の好適な実施形態に係るボトムゲートOFETデバイスが単純化された概略図で提供される。かかるOFETデバイスは、基材(1)と、ゲート電極(5)と、以上及び以下に記載のポリシクロオレフィンポリマーを含みかつゲート絶縁体として機能する誘電体層(4)と、ソース電極及びドレイン電極(2a、2b)と、OSC層(3)と、任意選択でパッシベーション層(6)と、を含む。
本発明に係る他の好適な実施形態は、以下の工程を含むプロセスによる、ボトムゲートOFETデバイス(たとえば図2に例示されるもの)の作製プロセスに関する。
a)基材(1)上にゲート電極(5)を形成する工程。
b)以上及び以下に記載のポリシクロオレフィンポリマーを(好適には有機溶液から)堆積することにより基材(1)及びゲート電極(5)の上に誘電体層(4)を形成する工程。
c)誘電体層(4)上にソース電極及びドレイン電極(2a、2b)を形成する工程。
d)ソース電極及びドレイン電極(2a、2b)ならびに誘電体層(4)の上に(好適には有機溶液から)OSC材料を堆積することによりOSC層(3)を形成する工程。
e)任意選択で、OSC層(3)上に誘電体材料を堆積することによりパッシベーション層(6)を形成する工程。
上述のプロセスでは、電極(2a、2b、5)は、たとえば、スパッタリングプロセスにより基材(1)又は誘電体層(4)の上に適用され、かつエッチング及び/又はリソグラフィーパターニングによりパターニング可能である。OSC層(3)及び誘電体層(4)は、以上に記載の塗布プロセス又は印刷プロセスにより適用可能である。
OEデバイス及びOFETデバイスの他のコンポーネント又は機能層、たとえば、基材
ならびにゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極は、標準的材料から選択可能であり、かつ標準的方法により製造及びデバイスへの適用が可能である。これらのコンポーネント及び層に好適な材料及び製造技術は、当業者に公知でありかつ文献に記載されている。例示的な堆積方法は、以上に記載の液体塗布方法さらには化学気相堆積(CVD)方法又は物理気相堆積方法を含む。
本発明に係るOFETデバイスの実施形態のゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極は、スプレー塗布、ディップ塗布、ウェブ塗布、スピン塗布などの液体塗布、又は限定されるものではないが物理気相堆積(PVD)方法、化学気相堆積(CVD)方法、又は熱蒸発方法をはじめとする真空堆積方法により、堆積及び形成することが可能である。好適な電極材料及び堆積方法は当業者に公知である。好適な電極材料は、限定されるものではないが無機材料もしくは有機材料又はこれら2つの複合体を含む。例示的な電極材料は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリ(3,4−エチレンジオキシ−チオフェン)(PEDOT)、ドープ共役ポリマー、さらにはグラファイト又はAu、Ag、Cu、Al、Ni、それらの混合物などの金属粒子のディスパージョン又はペースト、さらにはスパッター塗布又は蒸発されるCu、Cr、Pt/Pd、Ag、Auなどの金属又は酸化インジウムスズ(ITO)、FドープITO、AlドープZnOなどの金属酸化物を含む。有機金属前駆体を用いて液相から堆積することも可能である。
一般に、機能層、たとえば、ゲート誘電体層又はOSC層の厚さは、本発明に係るいくつかの好適なOEデバイス及びOFETデバイスの実施形態では、0.001(単層の場合)〜10μmである。いくつかの他の好適な実施形態では、かかる厚さは0.001〜1μmの範囲内であり、さらに他の好適な実施形態では5nm〜500nmであるが、他の厚さ又は厚さ範囲が想定されるので、それらは本発明の範囲内である。
本発明のOEデバイスの実施形態の作製のために種々の基材を使用しうる。たとえば、ガラス材料又は高分子材料は最もよく使用される。好適な高分子材料は、限定されるものではないが、アルキド樹脂、アリルエステル、ベンゾシクロブテン、ブタジエン−スチレン、セルロース、セルロースアセテート、エポキシド、エポキシポリマー、エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー、繊維ガラス強化プラスチック、フルオロカーボンポリマー、ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオリドコポリマー、高密度ポリエチレン、パリレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアラミド、ポリジメチルシロキサン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリケトン、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリビニルクロリド、ポリシクロオレフィン、シリコーンゴム、及びシリコーンを含み、ポリエチレンテレフタレート材料、ポリイミド材料、ポリシクロオレフィン材料、及びポリエチレンナフタレート材料が最も適切であることが見いだされた。その他に、本発明のいくつかの好適な実施形態では、基材は、任意の好適な材料、たとえば、以上に列挙した材料の1つ以上で被覆されたプラスチック材料、金属材料、又はガラス材料でありうる。かかる基材を形成する際、デバイス製造用の均一表面を提供するために、さらには内部の担体移動度を増強するように有機半導体材料をプレアライメントするために、押出し技術、延伸技術、ラビング技術、光化学的技術などの方法を利用可能であることが理解されよう。
本明細書で用いられる場合、とくに文脈上明確に示されていない限り、本明細書の用語の複数形は単数形を含むものと解釈されるべきであり、その逆も同様である。
本発明の範囲内に含まれる状態を維持して本発明の以上の実施形態に変更を加えうることは分かるであろう。本明細書に開示された各特徴は、とくに明記されていない限り、同一、等価、又は類似の目的を果たす代替的特徴で置き換えることが可能である。したがっ
て、とくに明記されていない限り、開示された各特徴は、汎用的な一連の等価又は類似の特徴の一例にすぎない。
本明細書に開示された特徴はすべて、かかる特徴及び/又は工程の少なくとも一部が相互排他的である組合せを除いて、任意の組合せで組み合わせることが可能である。とくに、本発明の特徴は、本発明のすべての態様に適用可能であり、かつ任意の組合せで使用可能である。同様に、本質的でない組合せで記載された特徴は、個別に(組合せでなく)使用可能である。
次に、以下の実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、これらの実施例は例示的なものにすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
以上及び以下では、とくに明記されていない限り、パーセントは重量パーセントであり、かつ温度はセルシウス度(℃)で与えられる。誘電定数ε(「誘電率」)の値は、20℃及び1,000Hzで測定された値を意味する。
(実施例)
実施例1
本明細書に記載のポリシクロオレフィンポリマーは以下のように調製される。
異性化ブテニル基の比を変化させて(ポリ(1−ブト−3−エニルノルボルネン−co−1−ブト−2−エニルノルボルネン)を調製した。
ポリマー1:トルエン中のリチウムテトラ(ペンタフルオロフェニル)ボレートエーテラートLiFABA([Li(EtO)2.5][B(C]、47.4mg、0.054mmol)及びブテニルノルボルネン(「ブテニルNB」、20g、136mmol)の溶液(全溶液体積50mL)を80℃に加熱した。次いで、トルエン中の[(アリル)パラジウム(トリナフチルホスフィン)(トリフルオロアセテート)](9.6mg、0.014mmol、0.01M)の溶液を反応混合物に添加した。反応混合物を80℃で18時間撹拌した。反応混合物を室温に冷却した。反応混合物をTHFで全体積100mLに希釈し、MeOH(約10倍過剰)に注加した。沈殿したポリマーを濾過し、次いで50℃の真空オーブン中で一晩乾燥させた白色粉末を得た。収量:19.4g、97%。GPC:M:13,400、M/M:3.35。ブテニルNBペンダント基に関連する末端ペンダントブテニル基と異性化ペンダントブテニル基との比をH NMRスペクトルのオレフィン領域の積分により決定したところ、1対3.3であることが分かった。
ポリマー2:トルエン中のLiFABA([Li(EtO)2.5][B(C]、39.2mg、0.045mmol)及びブテニルNB(22.1g、150m
mol)の溶液(全溶液体積55mL)を70℃に加熱した。次いで、トルエン中の[(アリル)パラジウム(トリナフチルホスフィン)(トリフルオロアセテート)](10.6mg、0.015mmol、0.004M)の溶液を反応混合物に添加した。反応混合物を70℃で5時間撹拌した。反応混合物を室温に冷却した。転化率を測定したところ98.4%であった(GC分析に基づく)。反応混合物をトルエンで全体積275mLに希釈し、イソプロパノール(約6倍過剰)に注加した。沈殿したポリマーを濾過し、次いで50℃の真空オーブン中で一晩乾燥させた白色粉末を得た。GPC:Mw:16,000、Mw/Mn:2.81。ブテニルNBペンダント基に関連する末端ペンダントブテニル基と異性化ペンダントブテニル基との比をH NMRスペクトルのオレフィン領域の積分により決定したところ、12対1であることが分かった。
ポリマー3:この実施例は、末端結合から内部結合への異性化速度に及ぼす時間の影響を例示する。その際、最終ポリマー中の単位Pと単位Piとの比は60:1から1:5に変化する。トルエン中のLiFABA([Li(EtO)2.5][B(C]、11.8mg、0.014mmol)及びブテニルNB(5g、34mmol)の溶液(全溶液体積13mL)を70℃に加熱した。次いで、トルエン中の[(アリル)パラジウム(トリナフチルホスフィン)(トリフルオロアセテート)](2.4mg、0.003mmol、0.003M)の溶液を反応混合物に添加した。種々の時間間隔で7×1.5mLアリコートを取り出して反応混合物を70℃で88時間撹拌した(表1参照)。各アリコートの0.5mLを全固体測定による転化率の決定に使用し、かつ各アリコートの残りの1mLを20mLのアセトン中で沈殿させ、得られた固体を濾過して捕集し、GPC及びNMR分析に供した。ブテニルNBペンダント基に関連する末端ペンダントオレフィンと異性化ペンダントオレフィンとの比をH NMRスペクトルのオレフィン領域の積分により決定した。その結果は表1にまとめられている。末端オレフィン結合から内部オレフィン結合への異性化を制御可能であり、かつ意図される用途に依存して式(IIa)の所望のポリマーを容易に形成可能であることは、これらの結果から明らかである。
1−ヘキセンの異性化:この実施例は、アルケニルノルボルネンの重合に利用される条件下で1−ヘキセンなどの末端オレフィンが容易に異性化されることを示すために提供される。トルエン中のLiFABA([Li(EtO)2.5][B(C]、36mg、0.041mmol)及び1−ヘキセン(4.8g、57mmol)の溶液(全溶液体積111mL)を80℃に加熱した。次いで、トルエン中の[(アリル)パラジウム(トリナフチルホスフィン)(トリフルオロアセテート)](7mg、0.01mmol、0.01M)の溶液を反応混合物に添加した。反応混合物を80℃で0.5時間撹拌し、アリコートを取り出し、そしてGC−MSにより分析して1−ヘキセンペンダント
基に関連する末端オレフィンと異性化オレフィンとの比を決定した。結果は表2にまとめられている。1−ヘキセンが内部オレフィンへの迅速な異性化を受けることは、表2に提示されたデータから明らかである。
比較例
ポリマーC1:ペンダントオレフィン付加の影響を比較するために使用可能な非架橋性ポリマーであるポリ(ヘキシルノルボルネン)(pHexNB)を試験した。pHexNBは、ペンダントヘキシル鎖のみを含有するので、架橋性官能基を有していない。このポリマーは以下のように調製した。ヘキシルノルボルネン(161g、900mmol)、シクロヘキサン(823ml)、及びエチルアセテート(364ml)の溶液をジャケット付きガラス製反応器に添加し、窒素で30分間スパージし、そして撹拌しながら20℃に冷却した。次いで、エチルアセテート中の(η−トルエン)ニッケルビス(ペンタフルオロフェニル)(1.26g、2.6mmol)の溶液を反応混合物に添加した。反応混合物を20℃で2時間撹拌した。反応混合物を室温に加温した。残留触媒の除去後、ポリマーを2−ヘプタノン中で溶媒交換して18%w/w溶液を形成した。重合転化率は100%である(全固体分析に基づく)。GPC:Mw:240,000、Mw/Mn:2。
比較目的で、二重結合の単一異性体のみが存在し内部異性化形に最もよく類似しているコポリマーp(BuNB/DCPD)(77/23)であるポリマーC2も調べた。
上述したように、架橋部分を導入する場合、ポリマーの低k性を維持することが重要である。この場合、ヘキシルNBの代わりにブテニルNBを導入するとkが0.1だけごくわずかに増加する。表3から分かるように、2つの異性化形はk値の差を示さない。
架橋を促進するために、以下に示されるジアジド架橋剤BAC−Eを10%(10pph)の濃度でポリマー1、ポリマー2、及びポリマーC2にそれぞれ添加した。組成物は以下のように調製した。ポリマー1及びポリマー2(各2g)ならびにBAC−E(0.2g)は、各混合物をローリングすることによりデカン及びシクロペンタノンの混合物(wt2:1、7.8g)に溶解させた。ポリマーC2(0.9g)はローリングによりデカン(9g)に溶解させた。BAC−E(0.1g)はベンジルアセテート(1g)に溶解させた。BAC−E溶液は、ポリマー溶液に添加してローリングにより混合した。組成物はすべて、0.45μmPTFEシリンジフィルターに通して濾過した。
ポリマー及び組成物の誘電体誘電率(k値)は次のように決定した。清浄化された(アセトン続いてIPA)ITO被覆ガラス上に研究対象のポリマーを堆積した。所望のポリマー厚さは800〜1200nmの範囲内であった。シャドウマスクを介して熱蒸発により金属ドット(通常はAg又はAu)を堆積してキャパシター型デバイスを形成した。この場合、研究対象のポリマーのk値は、各デバイスのキャパシタンスを測定して(各電極すなわちITO電極及び金属電極に接続された2つのプローブ)、得られた値をポリマーの正確な厚さに関連付けることにより決定可能であった。測定誤差を低減するために、いくつかの試験デバイスの測定の平均値を使用する。
結果は表4に示されており、BAC−Eの極性に起因して開始剤の添加により膜のk値が増加することが示される。その他に、表4に示されるように、UV照射するとBAC−Eは反応性ニトレン中間体を形成し、これがポリマーと反応してアミン誘導体を形成するので、硬化膜のk値が変化する。
THFへの暴露後に365nmUV線量の関数として%厚さ損失を測定する単純な溶媒暴露パドル試験を用いて、異性体ポリマー1及びポリマー2の架橋の有効性を評価した。これらの結果から、末端異性体を有するポリマー2は、表5に示されるように同一の硬化条件及びBAC−E負荷で内部異性体と比較して改善された架橋有効性を有すると結論付けることが可能である。
以上の組成物はまた、式Pの単位から式Piの単位への異性化度に基づいて、それらの画像形成性及びそのように形成された画像の性能に関して試験した。画像形成試験は以下のように行った。BAC−Eを用いてポリマー1及びポリマー2から得られた組成物をそれぞれ10.2cm(4”)SiOウエハ上に注加し、ヘッドウェイスピナーを用いて300rpmで40秒間スピン塗布した。膜を120℃で2分間ソフトベークした。365nmで64mJ/cmの線量を用いてABMマスクアライナーにより、ウエハを365nmでイメージワイズ露光した。1000rpmランプを用いた100rpmのスピナー上で、露光されたウエハをデカンで15秒間現像した。2000rpmで30秒間スピニングすることによりウエハを乾燥させた。画像形成結果は表6にまとめられている。表6では、画像形成例は、ポリマー1及びポリマー2のそれぞれの組成物から得られた画像に対してB1及びB2として表示されている。また、比較目的で、比較例のポリマーC1ポリ(ヘキシルノルボルネン)から実質的に同一の組成物を形成した。表6では、B3として表示されている。より高い異性化度のペンダントオレフィン基を有するポリマー1から形成された画像形成例B1がより良好な解像度を呈したことは、表6にまとめられたデータから明らかである。これに対して、BAC−Eを用いて架橋性基を有していないポリマーC1から形成された画像形成例B3は光画像形成性を示さず、その膜はほとんど洗浄除去された。このことは、ポリマー1及びポリマー2の組成物でそれぞれ得られたリソグラフィー光画像でさらに明らかにされる。こうしたことから、5μmのコンタクトホールを生成するという点でポリマー1の組成物がより良好な光画像解像度を呈することは明らかである。これに対して、ポリマー2を用いて得られた光画像では10μmのコンタクトホールを生成する。
実施例2
材料のOTFT性能を評価するために、それらを使用することによりメルク(Merck)社製のOSCポリマーのリシコン(lisicon)(登録商標)SP400を用いて標準的トップゲートボトムコンタクトOFETデバイスを構築した。
下側OSC層に対する直交性を提供するデカンから15%の濃度で誘電体ポリマー1及びポリマー2を塗布した。以下の試験では、架橋剤を添加せずに誘電体を使用し、900rpmで30秒間スピン塗布して0.5μmの膜厚を得た。膜を100℃で2分間ベークした。
ポリマーC1(pヘキシルNB)をデカンから12.5%の濃度で塗布し、500rpmで10秒間、次いで1800rpmで30秒間スピニングして0.8μmの膜を得た。膜を100℃で2分間ベークした。
ポリマーC2[p(BuNB/DPCD)]をデカンから15%の濃度で塗布し、3000rpmで30秒間スピニングして0.65μmの膜を得た。架橋剤は添加しなかった。膜を100℃で2分間ベークした。
図3、4、5、及び6ならびに表7は、誘電体スタックでBAC−Eを添加することなく配合された非架橋材料の比較を示している。
図3は、架橋性官能基を有していないポリマーC1(pヘキシルNB)誘電体が組み込まれたデバイスを示している。したがって、これは、この実験でアルキルをアルケニルに置き換えることにより生じる性能の変化を例示するために参照として使用される。
図4及び5は、それぞれポリマー1及びポリマー2を用いて作製されたデバイスを示している。図3の参照デバイスと比較して、移動度は大きな影響を受けないが、ポリマー1のオフ電流の有意な変化を観測することが可能である(図4)。このことは表4でさらに例示される。
図6は、ポリマーC2[p(BuNB/DCPD)]を用いて作製されたデバイスを示している。このポリマー中の低パーセントの非異性化性二重結合は、ポリマー1の内部二重結合に類似していると考えられ、オフ電流に関して類似の挙動を示す。この変化の大きさは、ポリマー1と比較してポリマーC2中の内部二重結合の相対パーセントが低いのでより少ない。
オフ電流に及ぼす異性体比の影響は強く、参照ポリマーC1と比較してポリマーC2ではオフ電流に及ぼすDCPDの影響がいくらか存在することが分かる。
実施例3
BAC−Eを含むOTFTデバイスを作製し、約3J/cmの365nmUV線量を用いて架橋した。BAC−Eを添加した場合、デバイスの正孔移動度は、この測定のk依存性に起因して低下が見られると予想される。
下側OSC層に対する直交性を提供すると共にポリマー及びBAC−Eの両方に対する溶解性も提供するデカンとシクロペンタノンとの混合物(2:1)から20%の濃度で誘電体ポリマー1及びポリマー2を塗布した。10%BAC−E架橋剤を添加して誘電体を使用し、3000rpmで30秒間スピン塗布して1.1μmの膜厚を得た。膜を照射して100℃で2分間ベークした。
ポリマーC1(pヘキシルNB)をデカンから12.5%の濃度で塗布し、500rpmで10秒間、次いで1800rpmで30秒間スピニングして0.8μmの膜を得た。膜を100℃で2分間ベークした。
デカンとエチルベンゾエートとの混合物(80:20)から9%の濃度でポリマーC2[p(BuNB/DPCD)]を塗布した。10%BAC−E架橋剤を添加して誘電体を使用し、900rpmで30秒間スピニングして0.90μmの膜を得た。膜を照射して100℃で2分間ベークした。
図7、8、9、及び10ならびに表8は、誘電体スタックで材料の比較を示している。
図7は、架橋性官能基を有していない誘電体としてポリマーC1が組み込まれかつBAC−Eが無添加であるデバイスを示している。したがって、これは、この実験で架橋により生じる性能の変化を例示するために参照として使用される。
図8及び9は、それぞれポリマー1及びポリマー2を用いて作製されたデバイスを示している。両方のデバイスで、参照デバイスを上回る移動度の有意な低下が観測される。このことは、BAC−E含有ポリマーで測定された誘電体誘電率(k値)の増加が原因でありうる。オフ電流を比較すると、ポリマー2は参照からの偏差をほとんど示さないが、ポリマー1は有意な変化を示す。この観測結果は、ポリマー1が参照及びポリマー2を用いて作製されたものの両方よりも高いオフ電流を呈するという点で、実験1と一致する。
図10は、ポリマーC2[p(BuNB/DCPD)]を用いて作製されたデバイスを示しており、内部二重結合の存在に起因して類似のオフ電流の低下を観測可能である。このサンプルではBAC−Eの組込みによる移動度の低下はそれほど有意ではなく、表2で測定されたより低いk値と一致する。
架橋後、より高いkの結果として移動度が低下するが、主に内部異性体(すなわち、式Piの繰返し単位)を有するポリマー1を使用した場合、オフ電流レベルは、ポリマーC1及び主に末端異性体(すなわち、式Pの繰返し単位)からなるポリマー2とは対照的に高い状態を維持することも分かる。ポリマーC2は、参照ポリマーC1を上回ってオフ電流を増加させる内部二重結合のいくらかの影響を示す。

Claims (20)

  1. 誘電体層を含んでなる有機電子(OE)デバイスにおいて、前記誘電体層が、1個以上のペンダントオレフィン基を含んでなるポリシクロオレフィンポリマーを含有し、又はこのポリシクロオレフィンポリマーを用いて得られる、有機電子(OE)デバイス。
  2. 前記ペンダントオレフィン基がC〜C20アルケニル基である、請求項1に記載のOEデバイス。
  3. 前記ポリシクロオレフィンポリマーが、式I
    (式中、Zは、−CH−、−CH−CH−、又は−O−から選択され、mは、0〜5の整数であり、R、R、R、及びRは、それぞれ独立して、H又はC〜C20アルケニル基を表し、かつR1〜4の1つ以上は、C〜C20アルケニル基を表す)の1つ以上の異なるタイプの繰返し単位を有するノルボルネン型ポリマーである、請求項1又は2に記載のOEデバイス。
  4. 前記ポリシクロオレフィンポリマーが、以下の式
    (式中、nは0〜8の整数であり、a及びbは互いに独立して0〜7の整数であり、かつa+b≦7である)
    から選択される1つ以上の繰返し単位を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のOEデバイス。
  5. 前記ポリシクロオレフィンポリマーが、以下の式
    (式中、nは1〜8の整数であり、a及びbは互いに独立して0〜7の整数であり、かつa+b≦7である)
    から選択される1つ以上の繰返し単位を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のOEデバイス。
  6. 前記ポリシクロオレフィンポリマーが2つ以上の繰返し単位を有するコポリマーであり、各繰返し単位が同一のペンダントアルケニル基の異なる異性体形を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のOEデバイス。
  7. 前記ポリシクロオレフィンポリマーが、式II
    (式中、nは0〜8の整数であり、a及びbは互いに独立して0〜7の整数でありかつa+b≦7であり、dは>1の整数であり、Pは末端ペンダントアルケニル基を有する単位Pのモル比でありかつPiは異性化ペンダントアルケニル基を有する単位Piのモル比であり、しかもPは>0かつ<1でありかつPiは>0かつ<1である)
    から選択される、請求項6に記載のOEデバイス。
  8. 前記ポリシクロオレフィンポリマーが、末端ペンダントアルケニル基を有する請求項4に定義された単位Pと、異性化ペンダントアルケニル基を有する請求項4に定義された単位Piと、を含み、単位Pと単位Piとの比が1:6〜20:1である、請求項4〜7のいずれか一項に記載のOEデバイス。
  9. 前記ポリシクロオレフィンポリマーが、式IIa
    (式中、d、n、a、及びbは、請求項7に定義された通りであり、かつ末端ペンダントアルケニル基を有する単位Pと異性化ペンダントアルケニル基を有する単位Piとの比は、1:6〜20:1にある)
    から選択される、請求項4〜8のいずれか一項に記載のOEデバイス。
  10. OEデバイスの誘電体層であって、前記誘電体層が、請求項1〜9のいずれか一項に定義
    されたポリシクロオレフィンポリマーを含有し、又はこのポリシクロオレフィンポリマーを用いて得られる、OEデバイスの誘電体層。
  11. 有機電界効果トランジスター(OFET)、有機薄膜トランジスター(OTFT)、有機発光ダイオード(OLED)、有機光起電力(OPV)デバイス又は有機光検出器(OPD)である、請求項1〜10のいずれか一項に記載のOEデバイス。
  12. トップゲートOFET又はボトムゲートOFETである、請求項11に記載のOEデバイス。
  13. 基材(1)と、ソース電極及びドレイン電極(2a、2b)と、有機半導体(OSC)層(3)と、請求項1〜9のいずれか一項に定義されたポリシクロオレフィンポリマーを含みかつゲート絶縁体として機能する誘電体層(4)と、ゲート電極(5)とからなる、請求項12に記載のトップゲートOFET。
  14. A)基材(1)上にソース電極及びドレイン電極(2a、2b)を形成する工程と、
    B)前記ソース電極及びドレイン電極(2a、2b)の上にOSC材料を堆積することによりOSC層(3)を形成する工程と、
    C)請求項1〜9のいずれか一項に定義されたポリシクロオレフィンポリマーを前記OSC層(3)上に堆積することにより誘電体層(4)を形成する工程と、
    D)前記誘電体層(4)上にゲート電極(5)を形成する工程と、
    を備える、請求項13に記載のOFETの製造方法。
  15. 基材(1)と、ゲート電極(5)と、請求項1〜9のいずれか一項に定義されたポリシクロオレフィンポリマーを含みかつゲート絶縁体として機能する誘電体層(4)と、ソース電極及びドレイン電極(2a、2b)と、OSC層(3)と、任意選択でパッシベーション層(6)とからなる、請求項12に記載のボトムゲートOFET。
  16. A)基材(1)上にゲート電極(5)を形成する工程と、
    B)前記基材(1)及び前記ゲート電極(5)の上に請求項1〜9のいずれか一項に定義されたポリシクロオレフィンポリマーを堆積することにより誘電体層(4)を形成する工程と、
    C)前記誘電体層(4)上にソース電極及びドレイン電極(2a、2b)を形成する工程と、
    D)前記ソース電極及びドレイン電極(2a、2b)ならびに前記誘電体層(4)の上にOSC材料を堆積することによりOSC層(3)を形成する工程と、
    E)任意選択で前記OSC層(3)上にパッシベーション層(6)を形成する工程と、
    を備える、請求項15に記載のOFETの製造方法。
  17. 前記OSC層(3)のOSC材料及び前記誘電体層(4)のポリシクロオレフィンポリマーが有機溶液から堆積される、請求項14又は16に記載の方法。
  18. 集積回路(IC)、無線周波数識別(RFID)タグ、RFIDタグを含有するセキュリティーマーキングもしくはセキュリティーデバイス、フラットパネルディスプレイ(FPD)、FPDのバックプレーン、FPDのバックライト、電子写真デバイス、電子写真記録デバイス、有機メモリーデバイス、圧力センサー、光学センサー、化学センサー、バイオセンサー、又はバイオチップである、請求項1〜9、11〜13、及び15のいずれか一項に記載のOEデバイスを含んでなる製品又は集合体。
  19. 式P:
    の初期繰返し単位を有するポリシクロオレフィンポリマーを60℃〜80℃の温度範囲の好適な反応溶媒中で十分な時間に付して式Pi:
    の異性化繰返し単位を形成する工程と、
    得られた式(IIa):
    のポリシクロオレフィンポリマーを単離する工程と、
    (式中、nは0〜8の整数であり、a及びbは互いに独立して0〜7の整数でありかつa+b≦7であり、dは>1の整数であり、しかも末端ペンダントアルケニル基を有する単位Pと異性化ペンダントアルケニル基を有する単位Piとの比は1:6〜20:1にある)
    を備える、ポリシクロオレフィンポリマー中の末端二重結合の異性化を制御する方法。
  20. 式(IIa)
    (式中、nは0〜8の整数であり、a及びbは互いに独立して0〜7の整数でありかつa+b≦7であり、dは>1の整数であり、しかも末端ペンダントアルケニル基を有する単位Pと異性化ペンダントアルケニル基を有する単位Piとの比は1:6〜20:1にある)
    のポリシクロオレフィンポリマーと、
    光活性架橋剤と、
    担体溶媒と、
    を含んでなる組成物。
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