JP6497386B2 - 組成物および高分子化合物、並びに、該組成物または該高分子化合物を含有する有機半導体素子 - Google Patents

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Description

本発明は、組成物および高分子化合物、並びに、該組成物または該高分子化合物を含有する有機半導体素子に関する。
有機半導体材料を用いた有機薄膜トランジスタは、従来の無機半導体材料を用いたトランジスタと比較して、低温で製造できるほか、デバイスの軽量化や製造コストの低下が期待されるため、盛んに研究開発が行われている。
有機薄膜トランジスタの性能を示す指標の一つである電界効果移動度は、活性層に含有される有機半導体材料の電界効果移動度に大きく依存する。そのため、有機トランジスタの活性層に用いる材料として、様々な有機半導体材料が検討されている。
例えば、非特許文献1には、有機薄膜トランジスタに用いる有機半導体材料として、下記式で表される構造単位(A)および構造単位(B)からなる高分子化合物が提案されている。
Figure 0006497386
J.Am.Chem.Soc.,2010,132,11437−11439
しかしながら、上記の高分子化合物を活性層に用いた有機薄膜トランジスタの電界効果移動度は、必ずしも十分ではなかった。
本発明は、電界効果移動度に優れる有機薄膜トランジスタの製造に有用な組成物および高分子化合物を提供することを目的とする。本発明はまた、該組成物または該高分子化合物を含有する有機半導体素子を提供することを目的とする。
本発明は、以下の組成物および高分子化合物、並びに、該組成物または該高分子化合物を含有する有機半導体素子を提供する。
[1]式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物と、式(2)で表される化合物とを含有する組成物。
Figure 0006497386
〔式中、
環Aおよび環Bは、それぞれ独立に、複素環を表し、この複素環は置換基を有していてもよい。
環Cは、芳香族炭化水素環または複素環を表し、これらの環は置換基を有していてもよい。
は、式(Z−1)で表される基、式(Z−2)で表される基、式(Z−3)で表される基、式(Z−4)で表される基または式(Z−5)で表される基を表す。複数存在するZは、互いに同一でも異なっていてもよい。〕
Figure 0006497386
〔式中、Rは、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基または1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。Rが複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。〕
Figure 0006497386
〔式中、
nは、1以上の整数を表す。
環Dおよび環Fは、それぞれ独立に、ベンゼン環、5員の複素環または6員の複素環を表し、これらの環は置換基を有していてもよい。
環Eは、ベンゼン環、シクロペンタジエン環、5員の複素環または6員の複素環を表し、これらの環は置換基を有していてもよい。環Eが複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。
但し、環Dと環Eとは互いに縮合して縮合環を形成し、環Eと環Fとは互いに縮合して縮合環を形成し、環Eが複数存在する場合、隣り合う環E同士は互いに縮合して縮合環を形成している。〕
[2]前記式(1)で表される構造単位が、式(1−1)で表される構造単位、式(1−2)で表される構造単位または式(1−3)で表される構造単位である、[1]に記載の組成物。
Figure 0006497386
〔式中、
環CおよびZは、前記と同じ意味を表す。
およびXは、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子またはセレン原子を表す。複数存在するXは、互いに同一でも異なっていてもよい。Xが複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。
は、窒素原子または−CR=で表される基を表す。Rは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基またはハロゲン原子を表す。これらの基のうちアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基および1価の複素環基はそれぞれ置換基を有していてもよい。複数存在するYは、互いに同一でも異なっていてもよい。〕
[3]前記環Cが、置換基を有していてもよいベンゼン環、または、置換基を有していてもよいナフタレン環である、[1]または[2]に記載の組成物。
[4]前記XおよびXが、硫黄原子である、[2]または[3]に記載の組成物。
[5]前記Yが、−CH=で表される基である、[2]〜[4]のいずれか一項に記載の組成物。
[6]前記Zが、前記式(Z−1)で表される基である、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の組成物。
[7]式(3)で表される構造単位(但し、前記式(1)で表される構造単位とは異なる。)をさらに含む、[1]〜[6]のいずれか一項に記載の組成物。
Figure 0006497386
〔式中、Arは、アリーレン基または2価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。〕
[8]前記式(2)で表される化合物が、式(2−1)で表される化合物、式(2−2)で表される化合物、式(2−3)で表される化合物、式(2−4)で表される化合物、式(2−5)で表される化合物、式(2−6)で表される化合物、式(2−7)で表される化合物、式(2−8)で表される化合物、式(2−9)で表される化合物、式(2−10)で表される化合物、式(2−11)で表される化合物、式(2−12)で表される化合物、式(2−13)で表される化合物または式(2−14)で表される化合物である[1]〜[7]のいずれか一項に記載の組成物。
Figure 0006497386
Figure 0006497386
〔式中、
11は、式(Z−1’)で表される基、式(Z−2’)で表される基、式(Z−3’)で表される基、式(Z−4’)で表される基または式(Z−5’)で表される基を表す。複数存在するZ11は、互いに同一でも異なっていてもよい。
11、X12、X13およびX14は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子またはセレン原子を表す。複数存在するX11、X13およびX14は、それぞれ、互いに同一でも異なっていてもよい。X12が複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。
11およびY12は、それぞれ独立に、窒素原子または−CR’=で表される基を表す。R’は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基またはハロゲン原子を表す。これらの基のうちアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基および1価の複素環基はそれぞれ置換基を有していてもよい。複数存在するY11およびY12は、それぞれ、互いに同一でも異なっていてもよい。
11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23およびR24は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、アルキニル基、1価の複素環基またはハロゲン原子を表す。これらの基のうちアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、アルキニル基および1価の複素環基はそれぞれ置換基を有していてもよい。複数存在するR11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23およびR24は、それぞれ、互いに同一でも異なっていてもよい。〕
Figure 0006497386
〔式中、R’は、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基または1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。R’が複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。〕
[9]前記式(2)で表される化合物が、前記式(2−4)で表される化合物、前記式(2−5)で表される化合物、前記式(2−6)で表される化合物または前記式(2−7)で表される化合物である、[8]に記載の組成物。
[10]前記X11、X12、X13およびX14が、硫黄原子である、[8]または[9]に記載の組成物。
[11]前記Y11およびY12が、−CH=で表される基である、[8]〜[10]のいずれか一項に記載の組成物。
[12]前記Z11が、前記式(Z−1’)で表される基である、[8]〜[11]のいずれか一項に記載の組成物。
[13]前記式(2)で表される化合物の含有量が、前記式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物および前記式(2)で表される化合物の合計100質量部に対して、5〜50質量部である、[1]〜[12]のいずれか一項に記載の組成物。
[14]式(4)で表される構造単位を含み、ポリスチレン換算の重量平均分子量が3.0×10以上の高分子化合物。
Figure 0006497386
〔式中、
環A’および環B’は、それぞれ独立に、複素環を表し、該複素環は置換基を有していてもよい。
およびZは、それぞれ独立に、式(Z−1'')で表される基、式(Z−2'')で表される基、式(Z−3'')で表される基、式(Z−4'')で表される基または式(Z−5'')で表される基を表す。〕
Figure 0006497386
〔式中、Rは、置換基を有していてもよいアルキル基を表す。Rが複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。〕
[15]前記式(4)で表される構造単位が、式(5)で表される構造単位である、[14]に記載の高分子化合物。
Figure 0006497386
〔式中、
およびZは、前記と同じ意味を表す。
およびXは、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子またはセレン原子を表す。
は、窒素原子または−CR=で表される基を表す。Yは、窒素原子または−CR=で表される基を表す。RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基またはハロゲン原子を表す。これらの基のうちアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基および1価の複素環基はそれぞれ置換基を有していてもよい。〕
[16]前記XおよびXが、硫黄原子である、[15]に記載の高分子化合物。
[17]前記YおよびYが、−CH=で表される基である、[15]または[16]に記載の高分子化合物。
[18]前記ZおよびZが、前記式(Z−1’’)で表される基である、[14]〜[17]のいずれかに記載の高分子化合物。
[19]式(6)で表される構造単位(但し、前記式(4)で表される構造単位とは異なる。)をさらに含む、[14]〜[18]のいずれかに記載の高分子化合物。
Figure 0006497386
〔式中、
Ar’は、アリーレン基または2価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。〕
[20]前記式(4)で表される構造単位と、前記式(6)で表される構造単位との交互共重合体である、[19]に記載の高分子化合物。
[21]第1の電極と第2の電極とを有し、該第1の電極と該第2の電極との間に活性層を有し、該活性層に[1]〜[13]のいずれかに記載の組成物または[14]〜[20]のいずれかに記載の高分子化合物を含有する、有機半導体素子。
[22]有機薄膜トランジスタ、光電変換素子、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機電界効果型トランジスタセンサおよび有機電導度変調型センサのいずれかである、[21]に記載の有機半導体素子。
[23]有機薄膜トランジスタである、[22]に記載の有機半導体素子。
第1実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。 第2実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。 第3実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。 第4実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。 第5実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。 第6実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。 第7実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
以下、必要に応じて図面を参照することにより、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
<組成物>
本発明の組成物は、式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物と、式(2)で表される化合物とを含有する。
<組成物に含有される高分子化合物>
(第1構造単位)
本発明の組成物に含有される高分子化合物は、式(1)で表される構造単位(以下、「第1構造単位」ということがある。)を含む高分子化合物である。第1構造単位は、高分子化合物中に一種のみ含まれていても二種以上含まれていてもよい。本発明の組成物に含有される高分子化合物は、共役高分子化合物であることが好ましい。
Figure 0006497386
式(1)中、環Aおよび環Bは、それぞれ独立に、複素環を表し、この複素環は置換基を有していてもよい。複素環の炭素原子数は、好ましくは2〜30であり、より好ましくは2〜14であり、さらに好ましくは3〜10である。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
複素環としては、例えば、フラン環、チオフェン環、セレノフェン環、ピロール環、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール環、ピリジン環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、チエノチオフェン環、2,1,3−ベンゾチアジアゾール環が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、ハロゲン原子、シリル基、アミノ基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、シクロアルキニル基、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、アルキルカルボニル基、シクロアルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、シクロアルコキシカルボニル基が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基は、直鎖アルキル基、分岐アルキル基のいずれでもよい。アルキル基が有する炭素原子数は、通常1〜30(分岐アルキル基の場合、通常3〜30)であり、1〜20(分岐アルキル基の場合、3〜20)であることが好ましい。複素環が有していてもよい置換基であるシクロアルキル基が有する炭素原子数は、通常3〜30であり、3〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−ドデシル基、n−ヘキサデシル基等の直鎖アルキル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、2−エチルヘキシル基、3,7−ジメチルオクチル基等の分岐アルキル基が挙げられる。シクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が挙げられる。
アルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。シクロアルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。置換基を有しているアルキル基としては、例えば、メトキシエチル基、ベンジル基、トリフルオロメチル基、パーフルオロヘキシル基が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアルコキシ基は、直鎖アルコキシ基、分岐アルコキシ基のいずれでもよい。アルコキシ基が有する炭素原子数は、通常1〜30(分岐アルコキシ基の場合、通常3〜30)であり、1〜20(分岐アルコキシ基の場合、3〜20)であることが好ましい。複素環が有していてもよい置換基であるシクロアルコキシ基が有する炭素原子数は、通常3〜30であり、3〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、n−ブチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−オクチルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基等の直鎖アルコキシ基、イソプロピルオキシ基、イソブチルオキシ基、sec−ブチルオキシ基、tert−ブチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基等の分岐アルコキシ基が挙げられる。シクロアルコキシ基としては、例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基が挙げられる。
アルコキシ基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。シクロアルコキシ基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアルキルチオ基は、直鎖アルキルチオ基、分岐アルキルチオ基のいずれでもよい。アルキルチオ基が有する炭素原子数は、通常1〜30(分岐アルキルチオ基の場合、通常3〜30)であり、1〜20(分岐アルキルチオ基の場合、3〜20)であることが好ましい。複素環が有していてもよい置換基であるシクロアルキルチオ基が有する炭素原子数は、通常3〜30であり、3〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アルキルチオ基としては、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、n−プロピルチオ基、n−ブチルチオ基、n−ヘキシルチオ基、n−オクチルチオ基、n−ドデシルチオ基、n−ヘキサデシルチオ基等の直鎖アルキルチオ基、イソプロピルチオ基、イソブチルチオ基、sec−ブチルチオ基、tert−ブチルチオ基、2−エチルヘキシルチオ基、3,7−ジメチルオクチルチオ基等の分岐アルキルチオ基が挙げられる。シクロアルキルチオ基としては、例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基が挙げられる。
アルキルチオ基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。シクロアルキルチオ基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアリール基は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から、環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子1個を除いた残りの原子団であり、縮合環を有する基、独立したベンゼン環および縮合環からなる群から選ばれる2個以上が直接結合した基を含む。アリール基が有する炭素原子数は、通常6〜30であり、6〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アリール基としては、例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アントラセニル基、2−アントラセニル基、9−アントラセニル基、1−ピレニル基、2−ピレニル基、4−ピレニル基、2−フルオレニル基、3−フルオレニル基、4−フルオレニル基、4−フェニルフェニル基が挙げられる。
アリール基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、1価の複素環基、ハロゲン原子が挙げられる。置換基を有しているアリール基としては、例えば、4−ヘキサデシルフェニル基、3,5−ジメトキシフェニル基、ペンタフルオロフェニル基が挙げられる。アリール基が置換基を有する場合、置換基としてはアルキル基またはシクロアルキル基が好ましい。
複素環が有していてもよい置換基である1価の複素環基は、置換基を有していてもよい複素環式化合物から、環を構成する炭素原子またはヘテロ原子に直接結合する水素原子1個を除いた残りの原子団であり、縮合環を有する基、独立した複素環および縮合環からなる群から選ばれる2個以上が直接結合した基を含む。1価の複素環基が有する炭素原子数は、通常2〜30であり、3〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
1価の複素環基としては、例えば、2−フリル基、3−フリル基、2−チエニル基、3−チエニル基、2−ピロリル基、3−ピロリル基、2−オキサゾリル基、2−チアゾリル基、2−イミダゾリル基、2−ピリジル基、3−ピリジル基、4−ピリジル基、2−ベンゾフリル基、2−ベンゾチエニル基、2−チエノチエニル基、4−(2,1,3−ベンゾチアジアゾリル)基が挙げられる。
1価の複素環基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。置換基を有している1価の複素環基としては、例えば、5−オクチル−2−チエニル基、5−フェニル−2−フリル基が挙げられる。1価の複素環基が置換基を有する場合、置換基としてはアルキル基またはシクロアルキル基が好ましい。
複素環が有していてもよい置換基であるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるシリル基は、置換基を有していてもよい。シリル基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基が挙げられる。置換基を有しているシリル基としては、例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、tert−ブチルジメチルシリル基、フェニルシリル基、トリフェニルシリル基が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアミノ基は、置換基を有していてもよい。アミノ基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基が挙げられる。置換基を有しているアミノ基としては、例えば、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ジフェニルアミノ基が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアルケニル基は、直鎖アルケニル基、分岐アルケニル基のいずれでもよい。アルケニル基が有する炭素原子数は、通常2〜30(分岐アルケニル基の場合、通常3〜30)であり、2〜20(分岐アルケニル基の場合、3〜20)であることが好ましい。複素環が有していてもよい置換基であるシクロアルケニル基が有する炭素原子数は、通常3〜30であり、3〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アルケニル基としては、例えば、ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、1−ヘキセニル基、1−ドデセニル基、1−ヘキサデセニル基、1−シクロヘキセニル基が挙げられる。
アルケニル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アリール基、ハロゲン原子、シリル基が挙げられる。シクロアルケニル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アリール基、ハロゲン原子、シリル基が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアルキニル基は、直鎖アルキニル基、分岐アルキニル基のいずれでもよい。アルキニル基が有する炭素原子数は、通常2〜30(分岐アルキニル基の場合、通常4〜30)であり、2〜20(分岐アルキニル基の場合、4〜20)であることが好ましい。複素環が有していてもよい置換基であるシクロアルキニル基が有する炭素原子数は、通常6〜30であり、6〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アルキニル基としては、例えば、エチニル基、1−プロピニル基、1−ヘキシニル基、1−ドデシニル基、1−ヘキサデシニル基が挙げられる。
アルキニル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アリール基、ハロゲン原子、シリル基が挙げられる。シクロアルキニル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、アリール基、ハロゲン原子、シリル基が挙げられる。
シリル基は、置換基を有していてもよい。シリル基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基が挙げられる。置換基を有しているシリル基としては、例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、tert−ブチルジメチルシリル基、フェニルシリル基、トリフェニルシリル基等の炭素数3〜18のシリル基が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアルキルカルボニル基としては、例えば、上記のアルキル基とカルボニル基とが結合した基が挙げられる。複素環が有していてもよい置換基であるシクロアルキルカルボニル基としては、例えば、上記のシクロアルキル基とカルボニル基とが結合した基が挙げられる。
アルキルカルボニル基としては、例えば、アセチル基、n−プロパノイル基、n−ブタイル基、n−ヘキサノイル基、n−オクタノイル基、n−ドデカノイル基、n−ヘキサデカノイル基等の直鎖アルキルカルボニル基、イソブタノイル基、sec−ブタノイル基、tert−ブタノイル基、2−エチルヘキサノイル基等の分岐アルキルカルボニル基が挙げられる。シクロアルキルカルボニル基としては、例えば、シクロペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアルコキシカルボニル基としては、例えば、上記のアルコキシ基とカルボニル基とが結合した基が挙げられる。複素環が有していてもよい置換基であるシクロアルコキシカルボニル基としては、例えば、上記のシクロアルコキシ基とカルボニル基とが結合した基が挙げられる。
アルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロピルオキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、n−ヘキシルオキシカルボニル基、n−オクチルオキシカルボニル基、n−ドデシルオキシカルボニル基、n−ヘキサデシルオキシカルボニル基等の直鎖アルコキシカルボニル基、イソプロピルオキシカルボニル基、イソブチルオキシカルボニル基、sec−ブチルオキシカルボニル基、tert−ブチルオキシカルボニル基、2−エチルヘキシルオキシカルボニル基等の分岐アルコキシカルボニル基が挙げられる。シクロアルコキシカルボニル基としては、例えば、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基が挙げられる。
本発明の組成物に含有される高分子化合物の合成が容易となるため、環Aおよび環Bは、同一の複素環であることが好ましい。
本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、環Aおよび環Bは、5員および/または6員の複素環から構成されていることが好ましく、5員の複素環のみから構成されていることがより好ましく、5員の複素環であることがさらに好ましい。
式(1)中、環Cは、芳香族炭化水素環または複素環を表し、これらの環は置換基を有していてもよい。
環Cで表される芳香族炭化水素環の炭素原子数は、好ましくは6〜30であり、より好ましくは6〜24であり、さらに好ましくは6〜18である。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピレン環、フルオレン環が挙げられる。
環Cで表される複素環の炭素原子数は、好ましくは2〜30であり、より好ましくは2〜14であり、さらに好ましくは3〜10である。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
複素環としては、例えば、フラン環、チオフェン環、セレノフェン環、ピロール環、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール環、ピリジン環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、チエノチオフェン環、2,1,3−ベンゾチアジアゾール環が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、ハロゲン原子、シリル基、アミノ基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、シクロアルキニル基、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、アルキルカルボニル基、シクロアルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、シクロアルコキシカルボニル基が挙げられる。
環Cで表される芳香族炭化水素環および複素環が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、ハロゲン原子、シリル基、アミノ基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、シクロアルキニル基、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、アルキルカルボニル基、シクロアルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基またはシクロアルコキシカルボニル基が挙げられ、これらの置換基の定義および具体例は、上記の複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、ハロゲン原子、シリル基、アミノ基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、シクロアルキニル基、アルキルカルボニル基、シクロアルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、シクロアルコキシカルボニル基の定義および具体例と同様である。
環Cは、本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、芳香族炭化水素環であることが好ましく、ベンゼン環またはナフタレン環であることがより好ましく、これらの環は置換基を有していてもよい。
環Cは、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アミノ基またはヒドロキシル基を有することが好ましく、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基またはシクロアルコキシ基を有することがより好ましく、アルコキシ基またはシクロアルコキシ基を有することがさらに好ましい。
式(1)中、Zは、式(Z−1)で表される基、式(Z−2)で表される基、式(Z−3)で表される基、式(Z−4)で表される基または式(Z−5)で表される基を表す。複数存在するZは、互いに同一でも異なっていてもよい。
Figure 0006497386
本発明の組成物に含有される高分子化合物の合成が容易となるため、複数存在するZは、同一の基であることが好ましい。
本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、Zは、式(Z−1)または式(Z−2)で表される基であることが好ましく、式(Z−1)で表される基であることがより好ましい。
式(Z−1)〜式(Z−5)中、Rは、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基または1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。Rが複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。
アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基の定義および具体例は、上記の複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基の定義および具体例と同様である。
本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるので、Rは、アルキル基、シクロアルキル基またはアリール基であることが好ましい。
本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるので、式(1)で表される構造単位は、式(1−1)で表される構造単位、式(1−2)で表される構造単位または式(1−3)で表される構造単位であることが好ましく、式(1−1)で表される構造単位であることがより好ましい。
Figure 0006497386
式(1−1)〜式(1−3)中、XおよびXは、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子またはセレン原子を表す。複数存在するXは、互いに同一でも異なっていてもよい。Xが複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。
本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、XおよびXは硫黄原子であることが好ましい。
式(1−1)〜式(1−3)中、Yは、窒素原子または−CR=で表される基を表す。Rは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基またはハロゲン原子を表す。これらの基のうちアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基および1価の複素環基はそれぞれ置換基を有していてもよい。複数存在するYは、互いに同一でも異なっていてもよい。
アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基の定義および具体例は、上記の複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基の定義および具体例と同様である。
本発明の組成物に含有される高分子化合物の合成が容易となるため、Rは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基またはハロゲン原子であることが好ましく、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基またはハロゲン原子であることがより好ましい。
本発明の組成物に含有される高分子化合物の合成が容易となるため、Yは−CR=で表される基であることが好ましく、−CH=で表される基であることがより好ましい。
式(1)で表される構造単位(式(1−1)〜式(1−3)で表される構造単位であってもよい)としては、例えば、式(1−11−1)〜式(1−11−10)、式(1−12−1)〜式(1−12−10)および式(1−13−1)〜式(1−13−10)で表される構造単位が挙げられる。
本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるので、式(1)で表される構造単位は、式(1−11−1)、式(1−11−2)、式(1−11−3)、式(1−12−1)、式(1−12−3)、式(1−12−5)、式(1−13−1)、式(1−13−3)または式(1−13−5)で表される構造単位であることが好ましく、式(1−11−1)、式(1−11−2)、式(1−11−3)、式(1−12−1)、式(1−12−3)、式(1−13−1)または式(1−13−3)で表される構造単位であることがより好ましく、式(1−11−1)、式(1−11−2)または式(1−11−3)で表される構造単位であることがさらに好ましい。
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
(第2構造単位)
本発明の組成物に含有される高分子化合物は、式(1)で表される構造単位のほかに、式(3)で表される構造単位(但し、前記式(1)で表される構造単位とは異なる。)(以下、「第2構造単位」ということがある。)をさらに含んでいることが好ましい。
Figure 0006497386
式(3)中、Arは、アリーレン基または2価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。
本発明の組成物に含有される高分子化合物が第2構造単位を含む場合、式(1)で表される構造単位(式(1−1)〜式(1−3)で表される構造単位であってもよい)と、式(3)で表される構造単位とが、共役を形成していることが好ましい。
本明細書において、共役とは、分子の構造において不飽和結合と単結合が交互に連なり、結合電子が局在化することなく存在している状態のことを指す。ここで不飽和結合とは、二重結合や三重結合を指す。

アリーレン基は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から、環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子2個を除いた残りの原子団であり、縮合環を有する基、独立したベンゼン環および縮合環からなる群から選ばれる2個以上が直接結合した基、独立したベンゼン環および縮合環からなる群から選ばれる2個以上がビニレン等を介して結合した基を含む。アリーレン基が有する炭素原子数は通常6〜60であり、6〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アリーレン基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、1価の複素環基、ハロゲン原子が挙げられる。これらの置換基の定義および具体例は、上記の複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、1価の複素環基、ハロゲン原子の定義および具体例と同様である。
アリーレン基としては、例えば、下記式1〜12で表されるアリーレン基が挙げられる。
Figure 0006497386
Figure 0006497386
式1〜12中、R''は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基またはハロゲン原子を表す。複数存在するR''は、同一でも異なっていてもよい。
アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、ハロゲン原子の定義および具体例は、上記の複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、ハロゲン原子の定義および具体例と同様である。
2価の複素環基は、置換基を有していてもよい複素環式化合物から、環を構成する炭素原子またはヘテロ原子に直接結合する水素原子2個を除いた残りの原子団であり、縮合環を有する基、独立した複素環および縮合環からなる群から選ばれる2個以上が直接結合した基を含む。2価の複素環基が有する炭素原子数は、通常2〜30であり、3〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。2価の複素環基としては、2価の芳香族複素環基であることが好ましい。
2価の複素環基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。これらの置換基の定義および具体例は、上記の複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、ハロゲン原子の定義および具体例と同様である。
2価の複素環基としては、例えば、下記式13〜64で表される2価の複素環基が挙げられる。
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
式13〜64中、R''は、前記と同じ意味を表す。aおよびbは、それぞれ独立に、繰り返しの数を表し、通常0〜5の整数であり、好ましくは0〜3の整数であり、より好ましくは0〜1の整数である。
本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるので、第2構造単位は、2価の複素環基であることが好ましく、式49〜式53、式59〜62、式64で表される2価の複素環基であることがより好ましく、式51、式64で表される2価の複素環基であることがさらに好ましい。
本発明の組成物に含有される高分子化合物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」と言う。)で測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は、通常、1×10〜1×10である。良好な薄膜を形成する観点から、数平均分子量は3×10以上が好ましい。溶媒への溶解性を高め、薄膜形成を容易にする観点から、数平均分子量は1×10以下であることが好ましい。
また、本発明の組成物に含有される高分子化合物は、溶媒(好ましくは、有機溶媒)への溶解性が高いものであるが、具体的には、本発明の組成物に含有される高分子化合物を0.1重量%(以下、「wt%」ということがある。)以上含む溶液を調製し得る溶解性を有することが好ましく、0.4wt%以上含む溶液を調製し得る溶解性を有することがより好ましい。
本発明の組成物に含有される高分子化合物において、式(1)で表される構造単位の含有量は、高分子化合物中に少なくとも1つ含まれていればよいが、高分子化合物中に3つ以上含まれていることが好ましく、高分子化合物中に5つ以上含まれていることがより好ましい。
本発明の組成物に含有される高分子化合物は、単独重合体および共重合体のいずれであってもよい。共重合体はいかなる種類の共重合体であってもよく、例えば、ブロック共重合体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体のいずれであってもよい。本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるので、本発明の組成物に含有される高分子化合物は、式(1)で表される構造単位と、式(3)で表される構造単位との共重合体であることが好ましく、式(1)で表される構造単位と、式(3)で表される構造単位との交互共重合体であることがより好ましい。
本発明の組成物に含有される高分子化合物は、分子鎖末端に重合反応に活性である基が残っていると、本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度が低下する可能性がある。そのため、該分子鎖末端は、アリール基、1価の芳香族複素環基等の安定な基であることが好ましい。
<組成物に含有される高分子化合物の製造方法>
次に、本発明の組成物に含有される高分子化合物の製造方法を説明する。
本発明の組成物に含有される高分子化合物は、いかなる方法で製造してもよいが、例えば、式:X21−A11−X22で表される化合物と、式:X23−A12−X24で表される化合物とを、必要に応じて有機溶媒に溶解し、必要に応じて塩基を加え、適切な触媒を用いた公知のアリールカップリング等の重合方法により合成することができる。
11は、式(1)で表される構造単位を表し、A12は式(3)で表される構造単位を表す。X21、X22、X23およびX24は、それぞれ独立に、重合反応性基を表す。
重合反応性基としては、例えば、ハロゲン原子、ホウ酸エステル残基、ホウ酸残基、有機スズ残基が挙げられる。ここで、ホウ酸残基とは、−B(OH)2で表される基を意味する。
有機スズ残基としては、3つのアルキル基若しくは3つのシクロアルキル基で置換された有機スズ残基(例えばトリアルキルスタンニル基またはトリシクロアルキルスタンニル基)があげられる。
重合反応性基であるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
重合反応性基であるホウ酸エステル残基としては、例えば、下記式で示される基が挙げられる。
Figure 0006497386
重合反応性基である3つのアルキル基で置換された有機スズ残基としては、例えば、3つのメチル基で置換された有機スズ残基(トリメチルスタンニル基)、3つのブチル基で置換された有機スズ残基(トリブチルスタンニル基)が挙げられる。
シクロアルキル基で置換された有機スズ残基としては、トリシクロヘキシルスタンニル基が挙げられる。
上記のアリールカップリング等の重合方法としては、例えば、Suzukiカップリング反応により重合する方法(Chemical Review、1995年、第95巻、2457−2483項)、Stilleカップリング反応により重合する方法(European Polymer Journal、2005年、第41巻、2923−2933項)が挙げられる。
重合反応性基は、Suzukiカップリング反応等のニッケル触媒またはパラジウム触媒を用いる場合には、ハロゲン原子、ホウ酸エステル残基またはホウ酸残基であることが好ましく、重合反応が簡便となるため、臭素原子、ヨウ素原子またはホウ酸エステル残基であることが好ましい。
本発明の組成物に含有される高分子化合物をSuzukiカップリング反応により重合する場合は、上記の重合反応性基である臭素原子およびヨウ素原子の合計モル数と、上記の重合反応性基であるホウ酸エステル残基の合計モル数との比率が、0.7〜1.3であることが好ましく、0.8〜1.2であることがより好ましい。
重合反応性基は、Stilleカップリング反応等のパラジウム触媒を用いる場合には、ハロゲン原子、または、3つのアルキル基若しくは3つのシクロアルキル基で置換された有機スズ残基であることが好ましく、重合反応が簡便となるため、臭素原子、ヨウ素原子、または、3つのアルキル基若しくは3つのシクロアルキル基で置換された有機スズ残基であることが好ましい。
本発明の組成物に含有される高分子化合物をStilleカップリング反応により重合する場合は、上記の重合反応性基である臭素原子およびヨウ素原子の合計モル数と、上記の重合反応性基である有機スズ残基(好ましくは3つのアルキル基若しくは3つのシクロアルキル基で置換された有機スズ残基)の合計モル数との比率が、0.7〜1.3であることが好ましく、0.8〜1.2であることがより好ましい。
重合に用いられる有機溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、テトラヒドロフラン、ジオキサンが挙げられる。これらの有機溶媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
重合に用いられる塩基としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、リン酸三カリウム等の無機塩基、フッ化テトラブチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム等の有機塩基が挙げられる。
重合に用いられる触媒としては、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム、パラジウムアセテート、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム等のパラジウム錯体等の遷移金属錯体と、必要に応じて、トリフェニルホスフィン、トリ−tert−ブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン等の配位子とからなる触媒であることが好ましい。これらの触媒は、予め合成したものを用いてもよいし、反応系中で調製したものをそのまま用いてもよい。また、これらの触媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
重合の反応温度は、好ましくは0〜200℃であり、より好ましくは0〜150℃であり、更に好ましくは0〜120℃である。
重合の反応時間は、通常1時間以上であり、好ましくは2〜500時間である。
重合の後処理は、公知の方法で行うことができ、例えば、メタノール等の低級アルコールに上記重合で得られた反応液を加えて析出させた沈殿をろ過、乾燥させる方法が挙げられる。
本発明の組成物に含有される高分子化合物の純度が低い場合には、再結晶、ソックスレー抽出器による連続抽出、カラムクロマトグラフィー等の方法にて精製することが好ましい。
式(11)で表される化合物は、本発明の組成物に含有される高分子化合物の原料として、上記の高分子化合物の製造方法において好適に使用することができる。
Figure 0006497386
式(11)中、環A、環B、環CおよびZは、前記と同じ意味を表す。
式(11)中、環Aおよび環Bは、ホウ酸エステル残基、ホウ酸残基または有機スズ残基を有していることが好ましい。
式(11)で表される化合物の合成が容易であるため、式(11)で表される化合物は、式(11−1)で表される化合物、式(11−2)で表される化合物または式(11−3)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0006497386
式(11−1)〜式(11−3)中、環C、Z、X、XおよびYは、前記と同じ意味を表す。Mは、ホウ酸エステル残基、ホウ酸残基または有機スズ残基を表す。複数存在するMは、同一でも異なっていてもよい。
ホウ酸エステル残基、ホウ酸残基または有機スズ残基の定義および具体例は、上記の重合反応基であるホウ酸エステル残基、ホウ酸残基または有機スズ残基の定義および具体例と同様である。
式(11)で表される化合物(式(11−1)〜式(11−3)で表される化合物であってもよい)としては、例えば、式(5a−11−1)〜式(5a−11−10)、式(5a−12−1)〜式(5a−12−10)および式(5a−13−1)〜式(5a−13−10)で表される化合物が挙げられ、式(11)で表される化合物の合成が容易となるため、式(5a−11−1)、式(5a−11−2)、式(5a−11−3)、式(5a−12−1)、式(5a−12−3)、式(5a−12−5)、式(5a−13−1)、式(5a−13−3)または式(5a−13−5)で表される化合物であることが好ましく、式(5a−11−1)、式(5a−11−2)、式(5a−11−3)、式(5a−12−1)、式(5a−12−3)、式(5a−13−1)または式(5a−13−3)で表される化合物であることがより好ましく、式(5a−11−1)、式(5a−11−2)または式(5a−11−3)で表される化合物であることがさらに好ましい。
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
次に、式(11)で表される化合物の製造方法を説明する。
式(11)で表される化合物は、いかなる方法で製造してもよいが、例えば、以下に説明するように、臭素化反応、Suzukiカップリング反応、Wolff−Kishner還元反応、Buchwald−Hartwigアミノ化反応、酸化的環化反応により製造することができる。
が、式(Z−5)で表される基の場合、例えば、
式(S1)で表される化合物と、式(S2)で表される化合物と、式(S3)で表される化合物とをSuzukiカップリング反応により反応させる第一工程と、
第一工程で得られた式(S4)で表される化合物を分子内環化させる第二工程と
により製造することができる。この場合に得られる化合物は、式(S5)で表される化合物である。そして、式(S5)で表される化合物を、(I)N−ブロモスクシンイミド等のハロゲン化剤とを反応させることにより、(II)パラジウム触媒等を用いたカップリング反応により、または、(III)アルキルリチウムと反応させてリチオ化し、さらに、塩化トリブチルブチルスズ等と反応させることにより、式(11)で表される化合物を製造することができる。
Figure 0006497386
式(S1)〜(S5)中、環A、環Bおよび環Cは、前記と同じ意味を表す。MおよびMは、それぞれ独立に、ホウ酸エステル残基またはホウ酸残基(−B(OH)で表される基)を表す。Halは、ヨウ素原子、臭素原子または塩素原子を表す。式(S2)のHalと式(S3)のHalは、同一でも異なっていてもよい。
が、式(Z−1)で表される基の場合、例えば、
上記の式(S5)で表される化合物をWolff−Kishner還元反応により反応させる第一工程と、
第一工程で得られた式(S6)で表される化合物と、ナトリウムアルコキシド等の塩基と、アルキルハライドとを反応させる第二工程と
により製造することができる。この場合に得られる化合物は、式(S7)で表される化合物である。そして、式(S7)で表される化合物を、(I)N−ブロモスクシンイミド等のハロゲン化剤とを反応させることにより、(II)パラジウム触媒等を用いたカップリング反応により、または、(III)アルキルリチウムと反応させてリチオ化し、さらに、塩化トリブチルブチルスズ等と反応させることにより、式(11)で表される化合物を製造することができる。
Figure 0006497386
式(S5)〜(S7)中、環A、環B、環CおよびHalは、前記と同じ意味を表す。Rは、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基または1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。複数存在するRは、互いに同一でも異なっていてもよい。
およびZが、式(Z−1)で表される基の場合、他にも、
式(S1)で表される化合物と、式(S8)で表される化合物と、式(S9)で表される化合物とをSuzukiカップリング反応により反応させる第一工程と、
第一工程で得られた式(S10)で表される化合物と、ブチルリチウムとを反応させてリチオ化し、さらに、ケトンと反応させる第二工程と、
第二工程で得られた式(S11)で表される化合物と、トリフルオロホウ酸や硫酸等の酸とを反応させて環化させる第三工程と
により製造することができる。この場合に得られる化合物は、式(S7)で表される化合物である。そして、式(S7)で表される化合物を、(I)N−ブロモスクシンイミド等のハロゲン化剤とを反応させることにより、(II)パラジウム触媒等を用いたカップリング反応により、または、(III)アルキルリチウムと反応させてリチオ化し、さらに、塩化トリブチルブチルスズ等と反応させることにより、式(11)で表される化合物を製造することができる。
Figure 0006497386
式(S1)および(S7)〜(S11)中、R、M、M、環A、環B、環CおよびHalは、前記と同じ意味を表す。式(S8)に複数存在するHalは、同一でも異なっていてもよく、式(S9)に複数存在するHalは、同一でも異なっていてもよく、式(S8)のHalと式(S9)のHalは、同一でも異なっていてもよい。
が、式(Z−2)または式(Z−3)で表される基の場合、例えば、
上記の式(S10)で表される化合物と、N−ブロモスクシンイミド等のハロゲン化剤とを反応させる第一工程と、
第一工程で得られた式(S12)で表される化合物と、ブチルリチウムとを反応させてリチオ化し、さらに、式:REClで表される化合物等と反応させる第二工程と
により製造することができる。この場合に得られる化合物は、式(S13)で表される化合物である。そして、式(S13)で表される化合物を、(I)N−ブロモスクシンイミド等のハロゲン化剤とを反応させることにより、(II)パラジウム触媒等を用いたカップリング反応により、または、(III)アルキルリチウムと反応させてリチオ化し、さらに、塩化トリブチルブチルスズ等と反応させることにより、式(11)で表される化合物を製造することができる。
Figure 0006497386
式(S10)、(S12)および(S13)中、R、環A、環B、環CおよびHalは、前記と同じ意味を表す。Eは、ケイ素原子またはゲルマニウム原子を表す。式(S10)に複数存在するHalは、同一でも異なっていてもよく、(S12)に複数存在するHalは、同一でも異なっていてもよい。
が式(Z−4)で表される基の場合、例えば、
上記の式(S12)で表される化合物と、式(S14)で表される化合物とをBuchwald−Hartwigアミノ化反応により反応させることにより製造することができる。この場合に得られる化合物は、式(S15)で表される化合物である。そして、式(S15)で表される化合物を、(I)N−ブロモスクシンイミド等のハロゲン化剤とを反応させることにより、(II)パラジウム触媒等を用いたカップリング反応により、または、(III)アルキルリチウムと反応させてリチオ化し、さらに、塩化トリブチルブチルスズ等と反応させることにより、式(11)で表される化合物を製造することができる。
Figure 0006497386
式(S12)、(S14)および(S15)中、R、環A、環B、環CおよびHalは、前記と同じ意味を表す。式(S12)に複数存在するHalは、同一でも異なっていてもよい。
が、式(Z−1)で表される基の場合、他にも、
式(S16)で表される化合物と、式(S19)で表される化合物と、式(S20)で表される化合物とをSuzukiカップリング反応により反応させる第一工程と、
第一工程で得られた式(S21)で表される化合物を分子内環化させる第二工程と
により製造することができる。この場合に得られる化合物は、式(S7)で表される化合物である。そして、式(S7)で表される化合物を、(I)N−ブロモスクシンイミド等のハロゲン化剤とを反応させることにより、(II)パラジウム触媒等を用いたカップリング反応により、または、(III)アルキルリチウムと反応させてリチオ化し、さらに、塩化トリブチルブチルスズ等と反応させることにより、式(11)で表される化合物を製造することができる。
Figure 0006497386
式(S7)、(S16)、(S19)、(S20)および(S21)中、R、環A、環BおよびHalは、前記と同じ意味を表す。MおよびMは、それぞれ独立に、ホウ酸エステル残基またはホウ酸残基(−B(OH)で表される基)を表す。Rは、アルキル基、シリル基またはアセチル基を表す。式(S24)に複数存在するHalは、同一でも異なっていてもよい。(S19)のRと式(S20)のRは、同一でも異なっていてもよい。
式(11)で表される化合物は、例えば、特開2009−155648号公報、特開2009−209134号公報、特表2012−500308号公報、特表2013−501076号公報、国際公開第2013/010614号に記載の方法に準じて合成することもできる。
<化合物>
本発明の組成物に含有される化合物は、式(2)で表される化合物である。
Figure 0006497386
式(2)中、nは、1以上の整数を表す。本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、nは2〜8の整数であることが好ましく、2〜6の整数であることがより好ましく、2〜4の整数であることがさらに好ましい。
式(2)中、環Dおよび環Fは、それぞれ独立に、ベンゼン環、5員の複素環または6員の複素環を表し、これらの環は置換基を有していてもよい。本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、環Dおよび環Fは、5員の複素環またはベンゼン環であることが好ましく、ベンゼン環であることがより好ましい。
5員の複素環および6員の複素環が有するヘテロ原子としては、例えば、酸素原子、硫黄原子、フッ素原子、窒素原子、リン原子、ケイ素原子が挙げられ、本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、酸素原子、硫黄原子、窒素原子またはケイ素原子であることが好ましく、硫黄原子であることがより好ましい。
5員の複素環および6員の複素環としては、例えば、フラン環、チオフェン環、セレノフェン環、ピロール環、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール環、ピリジン環が挙げられ、本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、フラン環、チオフェン環またはチアゾール環であることが好ましく、チオフェン環またはチアゾール環であることがより好ましく、チオフェン環であることがさらに好ましい。
環Dおよび環Fで表されるベンゼン環、5員の複素環および6員の複素環が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、ハロゲン原子、シリル基、アミノ基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、シクロアルキニル基、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、アルキルカルボニル基、シクロアルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基またはシクロアルコキシカルボニル基が挙げられ、これらの置換基の定義および具体例は、上記の環Aおよび環Bで表される複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、ハロゲン原子、シリル基、アミノ基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、シクロアルキニル基、アルキルカルボニル基、シクロアルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、シクロアルコキシカルボニル基の定義および具体例と同様である。
式(2)中、環Eは、ベンゼン環、シクロペンタジエン環、5員の複素環または6員の複素環を表し、これらの環は置換基を有していてもよい。環Eが複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、環Eは、シクロペンタジエン環、ベンゼン環またはチオフェン環であることが好ましく、ベンゼン環またはチオフェン環であることがより好ましい。
環Eで表される5員の複素環および6員の複素環の定義および具体例は、環Dおよび環Fで表される5員の複素環および6員の複素環の定義および具体例と同様である。
環Eで表されるベンゼン環、シクロペンタジエン環、5員の複素環および6員の複素環が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、ハロゲン原子、シリル基、アミノ基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、シクロアルキニル基、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、アルキルカルボニル基、シクロアルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基またはシクロアルコキシカルボニル基が挙げられ、これらの置換基の定義および具体例は、上記の環Aおよび環Bで表される複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、ハロゲン原子、シリル基、アミノ基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、シクロアルキニル基、アルキルカルボニル基、シクロアルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、シクロアルコキシカルボニル基の定義および具体例と同様である。
本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、環D、環Eおよび環Fの少なくとも1つの環は、チオフェン環であることが好ましい。
式(2)で表される化合物は、本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、式(2−1)〜式(2−14)で表される化合物であることが好ましく、式(2−1)、式(2−4)、式(2−5)、式(2−6)、式(2−9)、式(2−11)または式(2−12)で表される化合物であることがより好ましく、式(2−4)、式(2−6)、式(2−9)または式(2−11)で表される化合物であることが更に好ましく、式(2−4)または式(2−6)で表される化合物であることが特に好ましい。
Figure 0006497386
Figure 0006497386
式(2−1)〜式(2−14)中、Z11は、式(Z−1’)で表される基、式(Z−2’)で表される基、式(Z−3’)で表される基、式(Z−4’)で表される基または式(Z−5’)で表される基を表す。複数存在するZ11は、互いに同一でも異なっていてもよい。
Figure 0006497386
〔式中、R’は、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基または1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。R’が複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。〕
本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、Zは、式(Z−1’)または式(Z−2’)で表される基であることが好ましく、式(Z−1’)で表される基であることがより好ましい。
式(Z−1’)〜式(Z−5’)中、R’は、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基または1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。
アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基の定義および具体例は、上記の複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基の定義および具体例と同様である。
本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるので、R’は、アルキル基、シクロアルキル基またはアリール基であることが好ましい。
本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、Z11は、式(Z−1’)または式(Z−2’)で表される基であることが好ましく、式(Z−1’)で表される基であることがより好ましい。
式(2−1)〜式(2−14)中、X11、X12、X13およびX14は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子またはセレン原子を表す。複数存在するX11、X13およびX14は、それぞれ、互いに同一でも異なっていてもよい。X12が複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。
本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、X11、X12、X13およびX14は、硫黄原子であることが好ましい。
式(2−1)〜式(2−14)中、Y11およびY12は、それぞれ独立に、窒素原子または−CR’=で表される基を表す。R’は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基またはハロゲン原子を表す。これらの基のうちアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基および1価の複素環基はそれぞれ置換基を有していてもよい。複数存在するY11およびY12は、それぞれ、互いに同一でも異なっていてもよい。
アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基の定義および具体例は、上記の複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基の定義および具体例と同様である。
本発明の組成物に含有される式(2)で表される化合物の合成が容易となるため、R’は水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基またはハロゲン原子であることが好ましく、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基またはハロゲン原子であることがより好ましい。
本発明の組成物に含有される化合物の合成が容易となるため、Y11およびY12は−CR’=で表される基であることが好ましく、−CH=で表される基であることがより好ましい。
式(2−1)〜式(2−14)中、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23およびR24は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、アルキニル基、1価の複素環基またはハロゲン原子を表す。これらの基のうちアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、アルキニル基、および1価の複素環基はそれぞれ置換基を有していてもよい。複数存在するR11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23およびR24は、それぞれ、互いに同一でも異なっていてもよい。
アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、アルキニル基、1価の複素環基の定義および具体例は、上記の環Aおよび環Bで表される複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、アルキニル基、1価の複素環基の定義および具体例と同様である。
式(2)で表される化合物(式(2−1)〜式(2−14)で表される化合物であってもよい)としては、例えば、式(2−101)〜式(2−127)で表される化合物が挙げられ、本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、式(2−102)、式(2−107)、式(2−108)、式(2−109)、式(2−110)、式(2−111)、式(2−114)、式(2−118)、式(2−120)、式(2−121)または式(2−122)で表される化合物であることが好ましく、式(2−107)、式(2−108)、式(2−111)または式(2−118)で表される化合物であることがより好ましく、式(2−107)、式(2−108)または式(2−111)で表される化合物であることがさらに好ましい。
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
式(2)で表される化合物は、例えば、特開2009−267372号公報、特開2012−39103号公報、特開2009−209134号公報、特表2013−501076号公報に記載の方法に準じて合成することができる。
<組成比等>
本発明の組成物は、式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物と、式(2)で表される化合物とを含有する。式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物は、本発明の組成物に1種類単独で含有されていても、2種類以上含有されていてもよい。また、式(2)で表される化合物は、本発明の組成物に1種類単独で含有されていても、2種類以上含有されていてもよい。
本発明の組成物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、式(2)で表される化合物の含有量は、式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物および前記式(2)で表される化合物の合計100質量部に対して、5〜50質量部であることが好ましく、10〜40質量部であることがより好ましく、15〜30質量部であることがさらに好ましい。
本発明の組成物には、式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物および式(2)で表される化合物以外に、キャリア輸送性を有する化合物(低分子化合物であっても、高分子化合物であってもよい。)をさらに含有していてもよい。
キャリア輸送性を有する化合物としては、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、オリゴチオフェンおよびその誘導体、オキサジアゾール誘導体、フラーレン類およびその誘導体等の低分子化合物、ポリビニルカルバゾールおよびその誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリピロールおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチエニレンビニレンおよびその誘導体、ポリフルオレンおよびその誘導体等が挙げられる。
本発明の組成物は、その特性を向上させるため、式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物とは異なる高分子化合物を高分子バインダーとして含有していてもよい。高分子バインダーとしては、キャリア輸送性を過度に低下させないものが好ましい。
高分子バインダーの例としては、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)およびその誘導体、ポリ(2,5−チエニレンビニレン)およびその誘導体、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリシロキサンが挙げられる。
<インク組成物>
本発明の組成物は、塗布等の作業を容易化する観点から、インク組成物とすることができる。インク組成物は、例えば、式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物と、式(2)で表される化合物と、溶媒とを含有し、その他の添加物を更に含有していてもよい。好適な溶媒は、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン、ブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化不飽和炭化水素系溶媒のほか、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキサン、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、デカリン、ビシクロヘキシル、シクロヘキシルベンゼン、シクロヘキサンである。式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物および式(2)で表される化合物は、これらの溶媒に0.1重量%以上溶解できるものであることが好ましい。
インク組成物は、後述するような塗布方法に対して好適な粘度を有することが好ましい。好適な実施形態のインク組成物は、式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物と、式(2)で表される化合物との組成比を調整することで、インク組成物の粘度を広範に調製することが可能である。
このように、インク組成物は、溶媒の種類や量によらずに粘度を調節することが可能であるため、溶媒選択の自由度が高くなる。また、高い自由度でインク組成物の調製をすることができるため、例えば、表面自由エネルギーが大きく、通常では塗布液に対する接触角が大き過ぎて(例えば、90度以上)塗布が困難であるような基板に対しても、適切な調製を行うことによって有機薄膜を形成することが可能となる。その結果、本実施形態のインク組成物によれば、有機半導体素子の製造において、ほぼ均質であり、しかも高いキャリア輸送性を有する有機薄膜を良好に形成することが可能となる。
<有機薄膜>
次に、本発明の組成物を含有する有機薄膜について、上述したインク組成物を用いて得られる有機薄膜を例に挙げて説明する。
有機薄膜は、主として、本発明の組成物に含有される式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物と、式(2)で表される化合物によって構成される薄膜であるが、一部にインク組成物に含有される溶媒やその他の不可避成分が含まれていてもよい。有機薄膜の厚さは、好ましくは1nm〜100μmであり、より好ましくは2nm〜1000nmであり、さらに好ましくは5nm〜500nmであり、特に好ましくは20nm〜200nmである。このような厚さの有機薄膜によれば、良好なキャリア輸送性を有し、強度等も十分な有機半導体素子を形成することができる。
有機薄膜は、上述したインク組成物を所定の基板上に塗布するなどして形成することができる。インク組成物の塗布方法としては、例えば、スピンコート法、キャスティング法、プッシュコート法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、マイクロコンタクト印刷法、ノズルコート法、キャピラリーコート法の塗布法が挙げられる。これらの中でも、スピンコート法、プッシュコート法、グラビアコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、マイクロコンタクト印刷法、ノズルコート法またはキャピラリーコート法が好ましい。
なお、塗布は、加熱した状態で行ってもよい。これにより、高濃度のインク組成物を塗布することが可能となり、より均質な有機薄膜を形成できるほか、室温での塗布が困難であった材料等を選択して用いることも可能となる。加熱した状態での塗布は、例えば、予め加熱したインク組成物を用いるか、または、基板を加熱しながら塗布することによって行うことができる。
上記の塗布方法に対して好適なインク組成物の粘度は、例えば、グラビアコート法では、0.01〜1Pa・sが好ましく、0.05〜0.2Pa・sがより好ましく、スクリーン印刷法では、0.1〜100Pa・sが好ましく、0.5〜50Pa・sがより好ましく、フレキソ印刷法では、0.01〜1Pa・sが好ましく、0.05〜0.5Pa・sがより好ましく、オフセット印刷法では、1〜500Pa・sが好ましく、20〜100Pa・sがより好ましく、インクジェット印刷法では、0.1Pa・s以下が好ましく、0.02Pa・s以下がより好ましい。インク組成物の粘度は、上述したとおり、式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物と式(2)で表される化合物との組成比を適宜設定したり、溶媒の種類を選択したりすることによって調製することができる。
上述したような有機薄膜の形成工程は、有機半導体素子の製造における一工程として行うこともできる。この場合、例えば、有機薄膜を形成させる基板が、有機半導体素子の製造過程で生じた構造体となる。そして、有機半導体素子において、有機薄膜のキャリア輸送性を更に高める観点からは、このようにして形成された有機薄膜に対し、所定の配向を付与する工程を更に実施してもよい。配向された有機薄膜においては、これを構成している有機半導体組成物中の式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物および式(2)で表される化合物が一方向に並ぶため、キャリア輸送性が一層高められる傾向にある。
配向方法としては、例えば、液晶の配向手法として知られている方法を用いることができる。なかでも、ラビング法、光配向法、シェアリング法(ずり応力印加法)、引き上げ塗布法等が配向方法として簡便であるため利用し易く、特に、ラビング法またはシェアリング法が好ましい。
<本発明の高分子化合物>
(第I構造単位)
本発明の高分子化合物は、式(4)で表される構造単位(以下、「第I構造単位」ということがある。)を含み、ポリスチレン換算の重量平均分子量が3.0×10以上の高分子化合物である。第I構造単位は、高分子化合物中に一種のみ含まれていても二種以上含まれていてもよい。本発明の高分子化合物は、共役高分子化合物であることが好ましい。
Figure 0006497386
式(4)中、環A’および環B’は、それぞれ独立に、複素環を表し、この複素環は置換基を有していてもよい。複素環の炭素原子数は、好ましくは2〜30であり、より好ましくは2〜14であり、さらに好ましくは3〜10である。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
複素環としては、例えば、フラン環、チオフェン環、セレノフェン環、ピロール環、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール環、ピリジン環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、チエノチオフェン環、2,1,3−ベンゾチアジアゾール環が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、ハロゲン原子、シリル基、アミノ基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、シクロアルキニル基、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、アルキルカルボニル基、シクロアルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、シクロアルコキシカルボニル基が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基は、直鎖アルキル基、分岐アルキル基のいずれでもよい。アルキル基が有する炭素原子数は、通常1〜30(分岐アルキル基の場合、通常3〜30)であり、1〜20(分岐アルキル基の場合、3〜20)であることが好ましい。複素環が有していてもよい置換基であるシクロアルキル基が有する炭素原子数は、通常3〜30であり、3〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−ドデシル基、n−ヘキサデシル基等の直鎖アルキル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、2−エチルヘキシル基、3,7−ジメチルオクチル基等の分岐アルキル基が挙げられる。シクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が挙げられる。
アルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。シクロアルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。置換基を有しているアルキル基としては、例えば、メトキシエチル基、ベンジル基、トリフルオロメチル基、パーフルオロヘキシル基が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアルコキシ基は、直鎖アルコキシ基、分岐アルコキシ基のいずれでもよい。アルコキシ基が有する炭素原子数は、通常1〜30(分岐アルコキシ基の場合、通常3〜30)であり、1〜20(分岐アルコキシ基の場合、3〜20)であることが好ましい。複素環が有していてもよい置換基であるシクロアルコキシ基が有する炭素原子数は、通常3〜30であり、3〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、n−ブチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−オクチルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基等の直鎖アルコキシ基、イソプロピルオキシ基、イソブチルオキシ基、sec−ブチルオキシ基、tert−ブチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基等の分岐アルコキシ基が挙げられる。シクロアルコキシ基としては、例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基が挙げられる。
アルコキシ基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。シクロアルコキシ基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアルキルチオ基は、直鎖アルキルチオ基、分岐アルキルチオ基のいずれでもよい。アルキルチオ基が有する炭素原子数は、通常1〜30(分岐アルキルチオ基の場合、通常3〜30)であり、1〜20(分岐アルキルチオ基の場合、3〜20)であることが好ましい。複素環が有していてもよい置換基であるシクロアルキルチオ基が有する炭素原子数は、通常3〜30であり、3〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アルキルチオ基としては、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、n−プロピルチオ基、n−ブチルチオ基、n−ヘキシルチオ基、n−オクチルチオ基、n−ドデシルチオ基、n−ヘキサデシルチオ基等の直鎖アルキルチオ基、イソプロピルチオ基、イソブチルチオ基、sec−ブチルチオ基、tert−ブチルチオ基、2−エチルヘキシルチオ基、3,7−ジメチルオクチルチオ基等の分岐アルキルチオ基が挙げられる。シクロアルキルチオ基としては、例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基が挙げられる。
アルキルチオ基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。シクロアルキルチオ基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアリール基は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から、環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子1個を除いた残りの原子団であり、縮合環を有する基、独立したベンゼン環および縮合環からなる群から選ばれる2個以上が直接結合した基を含む。アリール基が有する炭素原子数は、通常6〜30であり、6〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アリール基としては、例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アントラセニル基、2−アントラセニル基、9−アントラセニル基、1−ピレニル基、2−ピレニル基、4−ピレニル基、2−フルオレニル基、3−フルオレニル基、4−フルオレニル基、4−フェニルフェニル基が挙げられる。
アリール基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、1価の複素環基、ハロゲン原子が挙げられる。置換基を有しているアリール基としては、例えば、4−ヘキサデシルフェニル基、3,5−ジメトキシフェニル基、ペンタフルオロフェニル基が挙げられる。アリール基が置換基を有する場合、置換基としてはアルキル基またはシクロアルキル基が好ましい。
複素環が有していてもよい置換基である1価の複素環基は、置換基を有していてもよい複素環式化合物から、環を構成する炭素原子またはヘテロ原子に直接結合する水素原子1個を除いた残りの原子団であり、縮合環を有する基、独立した複素環および縮合環からなる群から選ばれる2個以上が直接結合した基を含む。1価の複素環基が有する炭素原子数は、通常2〜30であり、3〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
1価の複素環基としては、例えば、2−フリル基、3−フリル基、2−チエニル基、3−チエニル基、2−ピロリル基、3−ピロリル基、2−オキサゾリル基、2−チアゾリル基、2−イミダゾリル基、2−ピリジル基、3−ピリジル基、4−ピリジル基、2−ベンゾフリル基、2−ベンゾチエニル基、2−チエノチエニル基、4−(2,1,3−ベンゾチアジアゾリル)基が挙げられる。
1価の複素環基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。置換基を有している1価の複素環基としては、例えば、5−オクチル−2−チエニル基、5−フェニル−2−フリル基が挙げられる。1価の複素環基が置換基を有する場合、置換基としてはアルキル基またはシクロアルキル基が好ましい。
複素環が有していてもよい置換基であるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるシリル基は、置換基を有していてもよい。シリル基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基が挙げられる。置換基を有しているシリル基としては、例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、tert−ブチルジメチルシリル基、フェニルシリル基、トリフェニルシリル基が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアミノ基は、置換基を有していてもよい。アミノ基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基が挙げられる。置換基を有しているアミノ基としては、例えば、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ジフェニルアミノ基が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアルケニル基は、直鎖アルケニル基、分岐アルケニル基のいずれでもよい。アルケニル基が有する炭素原子数は、通常2〜30(分岐アルケニル基の場合、通常3〜30)であり、2〜20(分岐アルケニル基の場合、3〜20)であることが好ましい。複素環が有していてもよい置換基であるシクロアルケニル基が有する炭素原子数は、通常3〜30であり、3〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アルケニル基としては、例えば、ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、1−ヘキセニル基、1−ドデセニル基、1−ヘキサデセニル基、1−シクロヘキセニル基が挙げられる。
アルケニル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アリール基、ハロゲン原子、シリル基が挙げられる。シクロアルケニル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アリール基、ハロゲン原子、シリル基が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアルキニル基は、直鎖アルキニル基、分岐アルキニル基のいずれでもよい。アルキニル基が有する炭素原子数は、通常2〜30(分岐アルキニル基の場合、通常4〜30)であり、2〜20(分岐アルキニル基の場合、4〜20)であることが好ましい。複素環が有していてもよい置換基であるシクロアルキニル基が有する炭素原子数は、通常6〜30であり、6〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アルキニル基としては、例えば、エチニル基、1−プロピニル基、1−ヘキシニル基、1−ドデシニル基、1−ヘキサデシニル基が挙げられる。
アルキニル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アリール基、ハロゲン原子、シリル基が挙げられる。シクロアルキニル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、アリール基、ハロゲン原子、シリル基が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアルキルカルボニル基としては、例えば、上記のアルキル基とカルボニル基とが結合した基が挙げられる。複素環が有していてもよい置換基であるシクロアルキルカルボニル基としては、例えば、上記のシクロアルキル基とカルボニル基とが結合した基が挙げられる。
アルキルカルボニル基としては、例えば、アセチル基、n−プロパノイル基、n−ブタイル基、n−ヘキサノイル基、n−オクタノイル基、n−ドデカノイル基、n−ヘキサデカノイル基等の直鎖アルキルカルボニル基、イソブタノイル基、sec−ブタノイル基、tert−ブタノイル基、2−エチルヘキサノイル基等の分岐アルキルカルボニル基が挙げられる。シクロアルキルカルボニル基としては、例えば、シクロペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基が挙げられる。
複素環が有していてもよい置換基であるアルコキシカルボニル基としては、例えば、上記のアルコキシ基とカルボニル基とが結合した基が挙げられる。複素環が有していてもよい置換基であるシクロアルコキシカルボニル基としては、例えば、上記のシクロアルコキシ基とカルボニル基とが結合した基が挙げられる。
アルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロピルオキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、n−ヘキシルオキシカルボニル基、n−オクチルオキシカルボニル基、n−ドデシルオキシカルボニル基、n−ヘキサデシルオキシカルボニル基等の直鎖アルコキシカルボニル基、イソプロピルオキシカルボニル基、イソブチルオキシカルボニル基、sec−ブチルオキシカルボニル基、tert−ブチルオキシカルボニル基、2−エチルヘキシルオキシカルボニル基等の分岐アルコキシカルボニル基が挙げられる。シクロアルコキシカルボニル基としては、例えば、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基が挙げられる。
本発明の高分子化合物の合成が容易となるため、環A’および環B’は、同一の複素環であることが好ましい。
本発明の高分子化合物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、環A’および環B’は、5員および/または6員の複素環から構成されていることが好ましく、5員の複素環のみから構成されていることがより好ましく、5員の複素環であることがさらに好ましい。
式(4)中、ZおよびZは、それぞれ独立に、式(Z−1’’)で表される基、式(Z−2’’)で表される基、式(Z−3’’)で表される基、式(Z−4’’)で表される基または式(Z−5’’)で表される基を表す。
Figure 0006497386
本発明の高分子化合物の合成が容易となるため、ZおよびZは、同一の基であることが好ましい。
本発明の高分子化合物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、ZおよびZは、式(Z−1’’)または式(Z−2’’)で表される基であることが好ましく、式(Z−1’’)で表される基であることがより好ましい。
式(Z−1’’)〜式(Z−5’’)中、Rは、置換基を有していてもよいアルキル基を表す。Rが複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。
アルキル基の定義および具体例は、上記の複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基の定義および具体例と同様である。
本発明の高分子化合物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるので、Rは、直鎖アルキル基であることがより好ましい。
本発明の高分子化合物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるので、式(4)で表される構造単位は、式(5)で表される構造単位であることが好ましい。
Figure 0006497386
式(5)中、XおよびXは、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子またはセレン原子を表す。
本発明の高分子化合物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるため、XおよびXは硫黄原子であることが好ましい。
式(5)中、Yは、窒素原子または−CR=で表される基を表す。Yは、窒素原子または−CR=で表される基を表す。RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基またはハロゲン原子を表す。これらの基のうちアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基および1価の複素環基はそれぞれ置換基を有していてもよい。
アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基の定義および具体例は、上記の複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基の定義および具体例と同様である。
本発明の高分子化合物の合成が容易となるため、RおよびRは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基またはハロゲン原子であることが好ましく、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基またはハロゲン原子であることがより好ましい。
本発明の高分子化合物の合成が容易となるため、Yは−CR=で表される基であることが好ましく、−CH=で表される基であることがより好ましい。Yは−CR=で表される基であることが好ましく、−CH=で表される基であることがより好ましい。YおよびYはいずれも、−CH=で表される基であることがさらに好ましい。
式(4)で表される構造単位としては、例えば、式(4−1)〜式(4−16)で表される構造単位が挙げられる。
本発明の高分子化合物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるので、式(4)で表される構造単位は、式(4−1)〜式(4−8)で表される構造単位であることが好ましく、式(4−1)〜式(4−6)で表される構造単位であることがより好ましく、式(4−1)〜式(4−4)で表される構造単位であることがさらに好ましい。
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
(第II構造単位)
本発明の高分子化合物は、式(4)で表される構造単位のほかに、式(6)で表される構造単位(但し、前記式(4)で表される構造単位とは異なる。)(以下、「第II構造単位」ということがある。)をさらに含んでいることが好ましい。
Figure 0006497386
式(6)中、Ar'は、アリーレン基または2価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。
本発明の高分子化合物が第II構造単位を含む場合、式(4)で表される構造単位と、式(6)で表される構造単位とが、共役を形成していることが好ましい。
アリーレン基は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から、環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子2個を除いた残りの原子団であり、縮合環を有する基、独立したベンゼン環および縮合環からなる群から選ばれる2個以上が直接結合した基、独立したベンゼン環および縮合環からなる群から選ばれる2個以上がビニレン等を介して結合した基を含む。アリーレン基が有する炭素原子数は通常6〜60であり、6〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アリーレン基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、1価の複素環基、ハロゲン原子が挙げられる。これらの置換基の定義および具体例は、上記の複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、1価の複素環基、ハロゲン原子の定義および具体例と同様である。
アリーレン基としては、例えば、下記式1’〜12’で表されるアリーレン基が挙げられる。
Figure 0006497386
Figure 0006497386
式1'〜12'中、R'''は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基またはハロゲン原子を表す。複数存在するR'''は、同一でも異なっていてもよい。
アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、ハロゲン原子の定義および具体例は、上記の複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、ハロゲン原子の定義および具体例と同様である。
2価の複素環基は、置換基を有していてもよい複素環式化合物から、環を構成する炭素原子またはヘテロ原子に直接結合する水素原子2個を除いた残りの原子団であり、縮合環を有する基、独立した複素環および縮合環からなる群から選ばれる2個以上が直接結合した基を含む。2価の複素環基が有する炭素原子数は、通常2〜30であり、3〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。2価の複素環基としては、2価の芳香族複素環基であることが好ましい。
2価の複素環基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。これらの置換基の定義および具体例は、上記の複素環が有していてもよい置換基であるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、ハロゲン原子の定義および具体例と同様である。
2価の複素環基としては、例えば、下記式13'〜64'で表される2価の複素環基が挙げられる。
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
式13'〜64'中、R'''は、前記と同じ意味を表す。a'およびb'は、それぞれ独立に、繰り返しの数を表し、通常0〜5の整数であり、好ましくは0〜3の整数であり、より好ましくは0〜1の整数である。
本発明の高分子化合物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるので、第II構造単位は、2価の複素環基であることが好ましく、式49'〜式53'、式59'〜62'、式64'で表される2価の複素環基であることがより好ましく、式51'、式64'で表される2価の複素環基であることがさらに好ましい。
本発明の高分子化合物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」と言う。)で測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は、通常、1.5×10〜1×10である。本発明の高分子化合物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるので、数平均分子量は1.6×10以上が好ましい。溶媒への溶解性を高め、薄膜形成を容易にする観点から、数平均分子量は1×10以下であることが好ましい。
本発明の高分子化合物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」と言う。)で測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、3.0×10以上である。なお、本発明の高分子化合物の重量平均分子量(Mw)は、通常、1×10以下である。
本発明の高分子化合物は、重量平均分子量(Mw)が3.0×10以上であるため、重量平均分子量(Mw)が3.0×10未満である高分子化合物と比べて、有機薄膜トランジスタに用いた際の電界効果移動度が顕著に高い値を示す。本発明の高分子化合物重量平均分子量は、本発明の高分子化合物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるので、4.0×10以上であることが好ましい。溶媒への溶解性を高め、薄膜形成を容易にする観点から、重量平均分子量は2×10以下であることが好ましい。
また、本発明の高分子化合物は、溶媒(好ましくは、有機溶媒)への溶解性が高いものであるが、具体的には、本発明の高分子化合物を0.1重量%(以下、「wt%」ということがある。)以上含む溶液を調製し得る溶解性を有することが好ましく、0.4wt%以上含む溶液を調製し得る溶解性を有することがより好ましい。
本発明の高分子化合物において、式(4)で表される構造単位の含有量は、高分子化合物中に少なくとも1つ含まれていればよいが、高分子化合物中に3つ以上含まれていることが好ましく、高分子化合物中に5つ以上含まれていることがより好ましい。
本発明の高分子化合物は、いかなる種類の共重合体であってもよく、例えば、ブロック共重合体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体のいずれであってもよい。本発明の高分子化合物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度がより優れるので、本発明の高分子化合物は、式(4)で表される構造単位と、式(6)で表される構造単位との共重合体であることが好ましく、式(4)で表される構造単位と、式(6)で表される構造単位との交互共重合体であることがより好ましい。
本発明の高分子化合物は、分子鎖末端に重合反応に活性である基が残っていると、本発明の高分子化合物を用いて製造される有機薄膜トランジスタの電界効果移動度が低下する可能性がある。そのため、該分子鎖末端は、アリール基、1価の芳香族複素環基等の安定な基であることが好ましい。
<本発明の高分子化合物の製造方法>
次に、本発明の高分子化合物の製造方法を説明する。
本発明の高分子化合物は、いかなる方法で製造してもよいが、例えば、式:X21−A21−X22で表される化合物と、式:X23−A22−X24で表される化合物と、を、必要に応じて有機溶媒に溶解し、必要に応じて塩基を加え、適切な触媒を用いた公知のアリールカップリング等の重合方法により合成することができる。
前記式中、A21は式(4)で表される構造単位を表し、A22は式(6)で表される構造単位を表す。X21、X22、X23およびX24は、それぞれ独立に、重合反応性基を表す。
重合反応性基としては、例えば、ハロゲン原子、ホウ酸エステル残基、ホウ酸残基(−B(OH)2)、3つのアルキル基若しくは3つのシクロアルキル基で置換された有機スズ残基が挙げられる。
重合反応性基であるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
重合反応性基であるホウ酸エステル残基としては、例えば、下記式で示される基が挙げられる。
Figure 0006497386
重合反応性基である3つのアルキル基で置換された有機スズ残基としては、例えば、3つのメチル基で置換された有機スズ残基(トリメチルスタンニル基)、3つのブチル基で置換された有機スズ残基(トリブチルスタンニル基)が挙げられる。
上記のアリールカップリング等の重合方法としては、例えば、Suzukiカップリング反応により重合する方法(Chemical Review、1995年、第95巻、2457−2483項)、Stilleカップリング反応により重合する方法(European Polymer Journal、2005年、第41巻、2923−2933項)が挙げられる。
重合反応性基は、Suzukiカップリング反応等のニッケル触媒またはパラジウム触媒を用いる場合には、ハロゲン原子、ホウ酸エステル残基またはホウ酸残基であることが好ましい。重合反応が簡便となるため、臭素原子、ヨウ素原子またはホウ酸エステル残基であることが好ましい。
本発明の高分子化合物をSuzukiカップリング反応により重合する場合は、ポリスチレン換算の重量平均分子量3.0×10以上の高分子化合物を得る観点から、上記の重合反応性基である臭素原子およびヨウ素原子の合計モル数と、上記の重合反応性基であるホウ酸エステル残基の合計モル数との比率が、0.76〜1.24とすることが好ましく、0.8〜1.2とすることがより好ましい。
重合反応性基は、Stilleカップリング反応等のパラジウム触媒を用いる場合には、ハロゲン原子、または、3つのアルキル基で置換された有機スズ残基であることが好ましく、重合反応が簡便となるため、臭素原子、ヨウ素原子、または、3つのアルキル基で置換された有機スズ残基であることが好ましい。
本発明の高分子化合物をStilleカップリング反応により重合する場合は、ポリスチレン換算の重量平均分子量3.0×10以上の高分子化合物を得る観点から、上記の重合反応性基である臭素原子およびヨウ素原子の合計モル数と、上記の重合反応性基である3つのアルキル基で置換された有機スズ残基の合計モル数との比率が、0.76〜1.24であることが好ましく、0.8〜1.2であることがより好ましい。
重合に用いられる有機溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、テトラヒドロフラン、ジオキサンが挙げられる。これらの有機溶媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
重合に用いられる塩基としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、リン酸三カリウム等の無機塩基、フッ化テトラブチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム等の有機塩基が挙げられる。
重合に用いられる触媒としては、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム、パラジウムアセテート、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム等のパラジウム錯体等の遷移金属錯体と、必要に応じて、トリフェニルホスフィン、トリ−tert−ブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン等の配位子とからなる触媒であることが好ましい。これらの触媒は、予め合成したものを用いてもよいし、反応系中で調製したものをそのまま用いてもよい。また、これらの触媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
重合の反応温度は、好ましくは0〜200℃であり、より好ましくは0〜150℃であり、更に好ましくは0〜120℃である。
重合の反応時間は、通常1時間以上であり、好ましくは2〜500時間である。
重合の後処理は、公知の方法で行うことができ、例えば、メタノール等の低級アルコールに上記重合で得られた反応液を加えて析出させた沈殿をろ過、乾燥させる方法が挙げられる。
本発明の高分子化合物の純度が低い場合には、再結晶、ソックスレー抽出器による連続抽出、カラムクロマトグラフィー等の方法にて精製することが好ましい。
式(12)で表される化合物は、本発明の高分子化合物の原料として、上記の高分子化合物の製造方法において好適に使用することができる。
Figure 0006497386
式(12)中、環A’、環B’、ZおよびZは、前記と同じ意味を表す。
式(12)中、環A’および環B’は、ホウ酸エステル残基、ホウ酸残基または有機スズ残基を有していることが好ましい。
式(12)で表される化合物の合成が容易であるため、式(12)で表される化合物は、式(13)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0006497386
式(13)中、Z、Z、X、X、YおよびYは、前記と同じ意味を表す。Mは、ホウ酸エステル残基、ホウ酸残基または有機スズ残基を表す。複数存在するMは、同一でも異なっていてもよい。
ホウ酸エステル残基、ホウ酸残基または有機スズ残基の定義および具体例は、上記の重合反応基であるホウ酸エステル残基、ホウ酸残基または有機スズ残基の定義および具体例と同様である。
式(12)で表される化合物としては、例えば、式(12−1)〜式(12−16)で表される化合物が挙げられ、式(12−1)〜式(12−8)で表される化合物であることが好ましく、式(12−1)〜式(12−4)で表される化合物であることがより好ましい。
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
Figure 0006497386
次に、式(12)で表される化合物の製造方法を説明する。
式(12)で表される化合物は、いかなる方法で製造してもよいが、例えば、以下に説明するように、臭素化反応、Suzukiカップリング反応、Wolff−Kishner還元反応、Buchwald−Hartwigアミノ化反応、酸化的環化反応により製造することができる。
およびZが、式(Z−5’’)で表される基の場合、例えば、
式(S1’)で表される化合物と、式(S2’)で表される化合物と、式(S3’)で表される化合物とをSuzukiカップリング反応により反応させる第一工程と、
第一工程で得られた式(S4’)で表される化合物を分子内環化させる第二工程と
により製造することができる。この場合に得られる化合物は、式(S5’)で表される化合物である。そして、式(S5’)で表される化合物を、(I)N−ブロモスクシンイミド等のハロゲン化剤とを反応させることにより、(II)パラジウム触媒等を用いたカップリング反応により、または、(III)アルキルリチウムと反応させてリチオ化し、さらに、塩化トリブチルブチルスズ等と反応させることにより、式(13)で表される化合物を製造することができる。
Figure 0006497386
式(S1’)〜(S5’)中、環A’および環B’は、前記と同じ意味を表す。M’およびM’は、それぞれ独立に、ホウ酸エステル残基またはホウ酸残基(−B(OH)で表される基)を表す。Hal’は、ヨウ素原子、臭素原子または塩素原子を表す。式(S2’)のHal’と式(S3’)のHal’は、同一でも異なっていてもよい。
およびZが、式(Z−1’’)で表される基の場合、例えば、
上記の式(S5’)で表される化合物をWolff−Kishner還元反応により反応させる第一工程と、
第一工程で得られた式(S6’)で表される化合物と、ナトリウムアルコキシド等の塩基と、アルキルハライドとを反応させる第二工程と
により製造することができる。この場合に得られる化合物は、式(S7’)で表される化合物である。そして、式(S7’)で表される化合物を、(I)N−ブロモスクシンイミド等のハロゲン化剤とを反応させることにより、(II)パラジウム触媒等を用いたカップリング反応により、または、(III)アルキルリチウムと反応させてリチオ化し、さらに、塩化トリブチルブチルスズ等と反応させることにより、式(12)で表される化合物を製造することができる。
Figure 0006497386
式(S5’)〜(S7’)中、環A’、環B’およびHal’は、前記と同じ意味を表す。Rsは、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基または1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。複数存在するRsは、互いに同一でも異なっていてもよい。
およびZが、式(Z−1’’)で表される基の場合、他にも、
式(S1’)で表される化合物と、式(S8’)で表される化合物と、式(S9’)で表される化合物とをSuzukiカップリング反応により反応させる第一工程と、
第一工程で得られた式(S10’)で表される化合物と、ブチルリチウムとを反応させてリチオ化し、さらに、ケトンと反応させる第二工程と、
第二工程で得られた式(S11’)で表される化合物と、トリフルオロホウ酸や硫酸等の酸とを反応させて環化させる第三工程と
により製造することができる。この場合に得られる化合物は、式(S7’)で表される化合物である。そして、式(S7’)で表される化合物を、(I)N−ブロモスクシンイミド等のハロゲン化剤とを反応させることにより、(II)パラジウム触媒等を用いたカップリング反応により、または、(III)アルキルリチウムと反応させてリチオ化し、さらに、塩化トリブチルブチルスズ等と反応させることにより、式(12)で表される化合物を製造することができる。
Figure 0006497386
式(S1’)および(S7’)〜(S11’)中、Rs、M’、M’、環A’、環B’およびHal’は、前記と同じ意味を表す。式(S8’)に複数存在するHal’は、同一でも異なっていてもよく、式(S9’)に複数存在するHal’は、同一でも異なっていてもよく、式(S8’)のHal’と式(S9’)のHal’は、同一でも異なっていてもよい。
およびZが、式(Z−2’’)または式(Z−3’’)で表される基の場合、例えば、
上記の式(S10’)で表される化合物と、N−ブロモスクシンイミド等のハロゲン化剤とを反応させる第一工程と、
第一工程で得られた式(S12’)で表される化合物と、ブチルリチウムとを反応させてリチオ化し、さらに、式:RsEClで表される化合物等と反応させる第二工程と により製造することができる。この場合に得られる化合物は、式(S13’)で表される化合物である。そして、式(S13’)で表される化合物を、(I)N−ブロモスクシンイミド等のハロゲン化剤とを反応させることにより、(II)パラジウム触媒等を用いたカップリング反応により、または、(III)アルキルリチウムと反応させてリチオ化し、さらに、塩化トリブチルブチルスズ等と反応させることにより、式(12)で表される化合物を製造することができる。
Figure 0006497386
式(S10’)、(S12’)および(S13’)中、Rs、環A’、環B’およびHal’は、前記と同じ意味を表す。E’は、ケイ素原子またはゲルマニウム原子を表す。
式(S10’)に複数存在するHal’は、同一でも異なっていてもよく、(S12’)に複数存在するHal’は、同一でも異なっていてもよい。
およびZが式(Z−4’ ’)で表される基の場合、例えば、
上記の式(S12’)で表される化合物と、式(S14’)で表される化合物とをBuchwald−Hartwigアミノ化反応により反応させることにより製造することができる。この場合に得られる化合物は、式(S15’)で表される化合物である。そして、式(S15’)で表される化合物を、(I)N−ブロモスクシンイミド等のハロゲン化剤とを反応させることにより、(II)パラジウム触媒等を用いたカップリング反応により、または、(III)アルキルリチウムと反応させてリチオ化し、さらに、塩化トリブチルブチルスズ等と反応させることにより、式(12)で表される化合物を製造することができる。
Figure 0006497386
式(S12’)、(S14’)および(S15’)中、Rs、環A’、環B’およびHal’は、前記と同じ意味を表す。式(S12’)に複数存在するHal’は、同一でも異なっていてもよい。
およびZが、式(Z−1’’)で表される基の場合、他にも、
式(S16’)で表される化合物と、式(S19’)で表される化合物と、式(S20’)で表される化合物とをSuzukiカップリング反応により反応させる第一工程と、 第一工程で得られた式(S21’)で表される化合物を分子内環化させる第二工程と
により製造することができる。この場合に得られる化合物は、式(S7’)で表される化合物である。そして、式(S7’)で表される化合物を、(I)N−ブロモスクシンイミド等のハロゲン化剤とを反応させることにより、(II)パラジウム触媒等を用いたカップリング反応により、または、(III)アルキルリチウムと反応させてリチオ化し、さらに、塩化トリブチルブチルスズ等と反応させることにより、式(12)で表される化合物を製造することができる。
Figure 0006497386
式(S7’)、(S16’)、(S19’)、(S20’)および(S21’)中、Rs、環A’、環B’およびHal’は、前記と同じ意味を表す。M’およびM’は、それぞれ独立に、ホウ酸エステル残基またはホウ酸残基(−B(OH)で表される基)を表す。R’は、アルキル基、シリル基またはアセチル基を表す。式(S24’)に複数存在するHal’は、同一でも異なっていてもよい。(S19’)のR’と式(S20’)のR’は、同一でも異なっていてもよい。
式(13)で表される化合物は、例えば、特開2009−155648号公報、特開2009−209134号公報、特表2012−500308号公報、特表2013−501076号公報、国際公開第2013/010614号に記載の方法に準じて合成することもできる。
<本発明の高分子化合物を含むインク組成物>
本発明の高分子化合物は、塗布等の作業を容易化する観点から、インク組成物とすることができる。インク組成物は、例えば、本発明の高分子化合物と、溶媒とを含有し、その他の添加物を更に含有していてもよい。好適な溶媒は、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン、ブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化不飽和炭化水素系溶媒のほか、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキサン、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、デカリン、ビシクロヘキシル、シクロヘキシルベンゼン、シクロヘキサンである。本発明の高分子化合物は、これらの溶媒に0.1重量%以上溶解できるものであることが好ましい。
<本発明の高分子化合物を含む有機薄膜>
次に、本発明の高分子化合物を含有する有機薄膜について、上述した本発明の高分子化合物を含むインク組成物を用いて得られる有機薄膜を例に挙げて説明する。
有機薄膜は、主として、本発明の高分子化合物によって構成される薄膜であるが、一部にインク組成物に含有される溶媒やその他の不可避成分が含まれていてもよい。有機薄膜の厚さは、好ましくは1nm〜100μmであり、より好ましくは2nm〜1000nmであり、さらに好ましくは5nm〜500nmであり、特に好ましくは20nm〜200nmである。このような厚さの有機薄膜によれば、良好なキャリア輸送性を有し、強度等も十分な有機半導体素子を形成することができる。
有機薄膜は、上述した本発明の高分子化合物を含むインク組成物を所定の基板上に塗布するなどして形成することができる。該インク組成物の塗布方法としては、例えば、スピンコート法、キャスティング法、プッシュコート法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、マイクロコンタクト印刷法、ノズルコート法、キャピラリーコート法の塗布法が挙げられる。これらの中でも、スピンコート法、プッシュコート法、グラビアコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、マイクロコンタクト印刷法、ノズルコート法またはキャピラリーコート法が好ましい。
なお、塗布は、加熱した状態で行ってもよい。これにより、高濃度のインク組成物を塗布することが可能となり、より均質な有機薄膜を形成できるほか、室温での塗布が困難であった材料等を選択して用いることも可能となる。加熱した状態での塗布は、例えば、予め加熱したインク組成物を用いるか、または、基板を加熱しながら塗布することによって行うことができる。
上記の塗布方法に対して好適な本発明の高分子化合物を含むインク組成物の粘度は、例えば、グラビアコート法では、0.01〜1Pa・sが好ましく、0.05〜0.2Pa・sがより好ましく、スクリーン印刷法では、0.1〜100Pa・sが好ましく、0.5〜50Pa・sがより好ましく、フレキソ印刷法では、0.01〜1Pa・sが好ましく、0.05〜0.5Pa・sがより好ましく、オフセット印刷法では、1〜500Pa・sが好ましく、20〜100Pa・sがより好ましく、インクジェット印刷法では、0.1Pa・s以下が好ましく、0.02Pa・s以下がより好ましい。本発明の高分子化合物を含むインク組成物の粘度は、溶媒の種類を選択したりすることによって調製することができる。
上述したような有機薄膜の形成工程は、有機半導体素子の製造における一工程として行うこともできる。この場合、例えば、有機薄膜を形成させる基板が、有機半導体素子の製造過程で生じた構造体となる。そして、有機半導体素子において、有機薄膜のキャリア輸送性を更に高める観点からは、このようにして形成された有機薄膜に対し、所定の配向を付与する工程を更に実施してもよい。配向された有機薄膜においては、これを構成している有機半導体組成物中の式(4)で表される構造単位を含む高分子化合物が一方向に並ぶため、キャリア輸送性が一層高められる傾向にある。
配向方法としては、例えば、液晶の配向手法として知られている方法を用いることができる。なかでも、ラビング法、光配向法、シェアリング法(ずり応力印加法)、引き上げ塗布法等が配向方法として簡便であるため利用し易く、特に、ラビング法またはシェアリング法が好ましい。
<有機半導体素子>
本発明の有機半導体素子は、第1の電極と第2の電極とを有し、第1の電極と該第2の電極との間に活性層を有し、該活性層に本発明の組成物または高分子化合物を含有する有機半導体素子である。本発明の有機半導体素子は、第1の電極および第2の電極以外の電極をさらに含んでいてもよい。本発明の組成物または高分子化合物を含有する有機薄膜は、高いキャリア(電子またはホール)輸送性を発揮し得ることから、これらの有機薄膜に設けられた電極から注入された電子やホール、或いは、光吸収によって発生した電荷を輸送することができる。また、有機半導体素子の製造時において、インク組成物の粘度等を調製しやすく、しかも結晶化もしにくいため、大面積のものとした場合であっても均一な特性が得られる。したがって、これらの特性を活かして、有機薄膜トランジスタ、光電変換素子(有機薄膜太陽電池)、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機電界効果型トランジスタセンサ(以下、「OFETセンサ」ともいう。)、有機電導度変調型センサ等の種々の有機半導体子に適用することができる。以下、これらの有機半導体素子について個々に説明する。
(有機薄膜トランジスタ)
上述した有機薄膜を用いた有機薄膜トランジスタとしては、ソース電極およびドレイン電極と、これらの電極間の電流経路となる有機半導体層(活性層)と、この電流経路を通る電流量を制御するゲート電極とを備えた構成を有するものが挙げられ、有機半導体層が、本発明の組成物または高分子化合物を含有する有機薄膜によって構成されるものである。このような有機薄膜トランジスタとしては、例えば、電界効果型有機薄膜トランジスタ、静電誘導型有機薄膜トランジスタが挙げられる。
電界効果型有機薄膜トランジスタは、ソース電極およびドレイン電極、これらの間の電流経路となる有機半導体層(活性層)、この電流経路を通る電流量を制御するゲート電極、並びに、有機半導体層とゲート電極との間に配置される絶縁層を備えることが好ましい。特に、ソース電極およびドレイン電極が、有機半導体層(活性層)に接して設けられており、さらに有機半導体層に接した絶縁層を挟んでゲート電極が設けられていることが好ましい。電界効果型有機薄膜トランジスタにおいては、有機半導体層が、本発明の組成物または高分子化合物を含有する有機薄膜によって構成される。
静電誘導型有機薄膜トランジスタは、ソース電極およびドレイン電極、これらの間の電流経路となる有機半導体層(活性層)、並びに電流経路を通る電流量を制御するゲート電極を有し、このゲート電極が有機半導体層中に設けられていることが好ましい。特に、ソース電極、ドレイン電極および有機半導体層中に設けられたゲート電極が、有機半導体層に接して設けられていることが好ましい。ここで、ゲート電極の構造としては、ソース電極からドレイン電極へ流れる電流経路が形成され、且つゲート電極に印加した電圧で電流経路を流れる電流量が制御できる構造であればよく、例えば、くし形電極が挙げられる。
静電誘導型有機薄膜トランジスタにおいても、有機半導体層が、本発明の組成物または高分子化合物を含有する有機薄膜によって構成される。
有機半導体層は、一部に製造時に用いた溶媒やその他の不可避成分が含まれていてもよい。良好なキャリア輸送性を有する観点および十分な強度の有機薄膜を容易に形成する観点からは、好ましくは1nm〜100μmであり、より好ましくは2nm〜1000nmであり、さらに好ましくは5nm〜500nmであり、特に好ましくは20nm〜200nmである。
ゲート絶縁層には、無機絶縁体または有機絶縁体からなるゲート絶縁膜を用いることができる。無機絶縁体としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタンが挙げられる。有機絶縁体としては、ポリエチレン、ポリエステル、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、有機ガラス、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、ポリパラキシレン、ポリアクリロニトリルが挙げられる。なお、無機絶縁体および有機絶縁体は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。ゲート絶縁層の厚さは、好ましくは50〜1000nmである。
ゲート電極には、金、白金、銀、銅、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、低抵抗ポリシリコン、低抵抗アモルファスシリコン等の金属や錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物(ITO)等の材料を用いることができる。これらの材料は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。また、ゲート電極としては、高濃度にドープされたシリコン基板を用いてもよい。高濃度にドープされたシリコン基板は、ゲート電極としての性質と、基板としての性質とを併有する。従って、高濃度にドープされたシリコン基板を用いる場合には、基板とゲート電極とが接している有機薄膜トランジスタにおいて、以下の図中の基板の表記を省略してもよい。ゲート電極の厚さは、好ましくは0.02〜100μmである。
ソース電極およびドレイン電極は、低抵抗の材料から構成されることが好ましく、ソース電極およびドレイン電極の厚さは、各々、好ましくは0.02〜1000μmである。
基板としては、ガラス基板、フレキシブルなフィルム基板やプラスチック基板等が挙げられる。基板の厚さは、好ましくは10〜2000μmである。
有機薄膜トランジスタは、ソース電極およびドレイン電極と、有機半導体層との間に、有機半導体層に含まれる有機半導体材料とは異なる化合物からなる層を介在させてもよい。このような層を介在させることにより、ソース電極およびドレイン電極と有機半導体層との間の接触抵抗が低減され、有機薄膜トランジスタのキャリア移動度を更に高めることができる場合がある。
有機半導体層に含まれる本発明の組成物または高分子化合物とは異なる化合物を含有する層としては、例えば、電子またはホール輸送性を有する低分子化合物;アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、これらの金属と有機化合物との錯体;ヨウ素、臭素、塩素、塩化ヨウ素等のハロゲン;硫酸、無水硫酸、二酸化硫黄、硫酸塩等の酸化硫黄化合物;硝酸、二酸化窒素、硝酸塩等の酸化窒素化合物;過塩素酸、次亜塩素酸等のハロゲン化化合物;アルキルチオール化合物、芳香族チオール類、フッ素化アルキル芳香族チオール類等の芳香族チオール化合物を含有する層が挙げられる。
次に、電界効果型有機薄膜トランジスタの代表例について、図面を参照しつつ、説明する。
図1は第1実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の模式断面図である。図1に示す有機薄膜トランジスタ100は、基板1と、基板1上に所定の間隔をもって形成されたソース電極5およびドレイン電極6と、ソース電極5およびドレイン電極6を覆うようにして基板1上に形成された有機半導体層2と、有機半導体層2上に形成された絶縁層3と、ソース電極5とドレイン電極6との間の絶縁層3の領域を覆うように絶縁層3上に形成されたゲート電極4と、を備えるものである。
図2は第2実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の模式断面図である。図2に示す有機薄膜トランジスタ110は、基板1と、基板1上に形成されたソース電極5と、ソース電極5を覆うようにして基板1上に形成された有機半導体層2と、ソース電極5と所定の間隔を持って有機半導体層2上に形成されたドレイン電極6と、有機半導体層2およびドレイン電極6上に形成された絶縁層3と、ソース電極5とドレイン電極6との間の絶縁層3の領域を覆うように絶縁層3上に形成されたゲート電極4と、を備えるものである。
図3は第3実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の模式断面図である。図3に示す有機薄膜トランジスタ120は、基板1と、基板1上に形成されたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うようにして基板1上に形成された絶縁層3と、ゲート電極4が下部に形成されている絶縁層3の領域を一部覆うように、絶縁層3上に所定の間隔を持って形成されたソース電極5およびドレイン電極6と、ソース電極5およびドレイン電極6を一部覆うように絶縁層3上に形成された有機半導体層2と、を備えるものである。
図4は第4実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の模式断面図である。図4に示す有機薄膜トランジスタ130は、基板1と、基板1上に形成されたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うようにして基板1上に形成された絶縁層3と、ゲート電極4が下部に形成されている絶縁層3の領域を一部覆うように絶縁層3上に形成されたソース電極5と、ソース電極5を一部覆うようにして絶縁層3上に形成された有機半導体層2と、ゲート電極4が下部に形成されている有機半導体層2の領域を一部覆うように、ソース電極5と所定の間隔を持って絶縁層3上に形成されたドレイン電極6と、を備えるものである。
図5は第5実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(静電誘導型有機薄膜トランジスタ)の模式断面図である。図5に示す有機薄膜トランジスタ140は、基板1と、基板1上に形成されたソース電極5と、ソース電極5上に形成された有機半導体層2と、有機半導体層2上に所定の間隔をもって複数形成されたゲート電極4と、ゲート電極4の全てを覆うようにして有機半導体層2上に形成された有機半導体層2a(有機半導体層2aを構成する材料は、有機半導体層2と同一でも異なっていてもよい)と、有機半導体層2a上に形成されたドレイン電極6と、を備えるものである。
図6は第6実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の模式断面図である。図6に示す有機薄膜トランジスタ150は、基板1と、基板1上に形成された有機半導体層2と、有機半導体層2上に所定の間隔をもって形成されたソース電極5およびドレイン電極6と、ソース電極5およびドレイン電極6を一部覆うようにして有機半導体層2上に形成された絶縁層3と、ソース電極5が下部に形成されている絶縁層3の領域とドレイン電極6が下部に形成されている絶縁層3の領域とをそれぞれ一部覆うように、絶縁層3上に形成されたゲート電極4と、を備えるものである。
図7は第7実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の模式断面図である。図7に示す有機薄膜トランジスタ160は、基板1と、基板1上に形成されたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うようにして基板1上に形成された絶縁層3と、ゲート電極4が下部に形成されている絶縁層3の領域を覆うように形成された有機半導体層2と、ゲート電極4が下部に形成されている有機半導体層2の領域を一部覆うように有機半導体層2上に形成されたソース電極5と、ゲート電極4が下部に形成されている有機半導体層2の領域を一部覆うように、ソース電極5と所定の間隔をもって有機半導体層2上に形成されたドレイン電極6と、を備えるものである。
第1〜第7実施形態に係る有機薄膜トランジスタにおいて、有機半導体層2および/または有機半導体層2aは、上述した好適な実施形態の有機半導体組成物からなる有機薄膜によって構成され、ソース電極5とドレイン電極6の間の電流通路(チャネル)となる。
また、ゲート電極4は、電圧を印加することにより有機半導体層2および/または有機半導体層2aにおける電流通路(チャネル)を通る電流量を制御する。
<有機薄膜トランジスタの製造方法>
以下、図3に示される第1実施形態の有機薄膜トランジスタを一例として、有機薄膜トランジスタの製造方法を説明する。
基板1は、有機薄膜トランジスタとしての特性を阻害しなければ特に制限されないが、ガラス基板やフレキシブルなフィルム基板やプラスチック基板も用いることができる。
まず、基板1上にゲート電極4を、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、CVD法等により形成する。なお、ゲート電極4として、高濃度にドープされたn−型シリコン基板を用いてもよい。
次に、ゲート電極4上に絶縁層3を、CVD法、プラズマCVD法、プラズマ重合法、熱蒸着法、熱酸化法、陽極酸化法、クラスタイオンビーム蒸着法、LB法、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法等により形成する。なお、ゲート電極4として、高濃度にドープされたn−型シリコン基板を用いる場合には、その表面を熱酸化することにより酸化シリコンの膜を形成することができ、この酸化シリコンの膜を絶縁層3として用いてもよい。
次に、ソース電極5およびドレイン電極6を、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、CVD法等により、絶縁層3上に形成する。図3には図示していないが、その後、ソース電極5およびドレイン電極6と有機半導体層2との間に、電荷注入を促進する層を設けてもよい。
そして、絶縁層3上に有機半導体層2を形成する際には、上述したインク組成物を用いることが製造上好ましい。本発明の有機薄膜トランジスタは、インク組成物を用いて、スピンコート法、キャスティング法、プッシュコート法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、マイクロコンタクト印刷法、グラビア・オフセット印刷法等により製造することができる。
有機薄膜トランジスタを作製後、素子を保護するために有機薄膜トランジスタ上に保護膜を形成することが好ましい。この保護膜により、有機薄膜トランジスタが、大気から遮断され、有機薄膜トランジスタの特性の低下を抑えることができる。また、保護膜により有機薄膜トランジスタの上に駆動する表示デバイスを形成するときの影響を低減することができる。
保護膜を形成する方法としては、UV硬化樹脂、熱硬化樹脂や無機のSiONx膜等でカバーする方法等が挙げられる。大気との遮断を効果的に行うために、有機薄膜トランジスタを作製後、保護膜を形成するまでの工程を大気に曝すことなく(例えば、乾燥した窒素雰囲気中、真空中等)行うことが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタは、有機エレクトロルミネッセンス素子、電子タグ、液晶表示素子に好適に用いることができる。
本発明の組成物または高分子化合物は、OFETセンサの製造に用いることもできる。本発明のOFETセンサは、入力信号を電気信号に出力する信号変換素子として有機電界効果型トランジスタを用いたものであり、金属、絶縁膜および有機半導体層のいずれかの構造中に、感応性機能または選択性機能を付与したものである。本発明のOFETセンサとしては、例えば、バイオセンサ、ガスセンサ、イオンセンサ、湿度センサが挙げられる。
バイオセンサは、基板と基板上に設けられた有機薄膜トランジスタとを備える。有機薄膜トランジスタは、有機半導体層と、有機半導体に接触して設けられたソース領域およびドレイン領域と、ソース領域とドレイン領域との間に設けられた有機半導体層内のチャネル領域と、チャネル領域に電界を印加可能なゲート電極と、チャネル領域とゲート電極との間に設けられたゲート絶縁膜とを有する。そして、有機薄膜トランジスタは、チャネル領域および/またはゲート絶縁膜に、標的物質と特異的に相互作用するプローブ(感応性領域)を有し、標的物質が濃度変化した際に、プローブの特性変化が生じることにより、バイオセンサとして機能する。
被検試料中の標的物質を検出する手法としては、例えば、核酸、タンパク質等の生体分子、または、人工的に合成した官能基を、プローブとして固相担体表面に固定したバイオセンサが挙げられる。
この方法では、相補核酸鎖の相互作用、抗原−抗体反応の相互作用、酵素−基質反応の相互作用、受容体−リガンドの相互作用等の生体分子の特異的な親和性を利用して、標的物質を固相担体表面に捕捉する。そのため、標的物質に対して特異的な親和性を有する物質が、プローブとして選択される。
プローブは、プローブの種類や固相担体の種類に応じた方法により、固相担体表面に固定される。また、固相担体表面上でプローブを合成(例えば、核酸伸長反応によりプローブを合成する方法)することもできる。いずれの場合も、プローブが固定された固相担体表面と被検試料とを接触させ、適当な条件下で培養することにより、固相担体表面上でプローブ−標的物質複合体が形成される。有機薄膜トランジスタが有するチャネル領域および/またはゲート絶縁膜自体が、プローブとして機能してもよい。
ガスセンサは、基板と基板上に設けられた有機薄膜トランジスタとを備える。有機薄膜トランジスタは、有機半導体層と、有機半導体に接触して設けられたソース領域およびドレイン領域と、ソース領域とドレイン領域との間に設けられた半導体層内のチャネル領域と、チャネル領域に電界を印加可能なゲート電極と、チャネル領域とゲート電極との間に設けられたゲート絶縁膜とを有する。そして、有機薄膜トランジスタは、チャネル領域および/またはゲート絶縁膜が、ガス感応部として機能する。ガス感応部に検知ガスが吸着脱離した際に、ガス感応部の特性変化(導電率、誘電率等)が生じることにより、ガスセンサとして機能する。
検知するガスとしては、例えば、電子受容性ガス、電子供与性ガスが挙げられる。電子受容性ガスとしては、例えば、F、Cl等のハロゲンガス;窒素酸化物ガス;硫黄酸化物ガス;酢酸等の有機酸ガスが挙げられる。電子供与性ガスとしては、例えば、アンモニアガス;アニリン等のアミン類ガス;一酸化炭素ガス;水素ガスが挙げられる。
本発明の組成物または高分子化合物は、圧力センサの製造に用いることもできる。本発明の圧力センサは、基板と基板上に設けられた有機薄膜トランジスタとを備える。有機薄膜トランジスタは、有機半導体層と、有機半導体に接触して設けられたソース領域およびドレイン領域と、ソース領域とドレイン領域との間に設けられた有機半導体層内のチャネル領域と、チャネル領域に電界を印加可能なゲート電極と、チャネル領域とゲート電極との間に設けられたゲート絶縁膜とを有する。そして、有機薄膜トランジスタは、チャネル領域および/またはゲート絶縁膜が、感圧部として機能する。感圧部が感圧した際に、感圧部の特性変化が生じることにより、感圧センサとして機能する。
ゲート絶縁膜が感圧部として機能する場合、有機材料は無機材料に対して柔軟性、伸縮性が優れるため、ゲート絶縁膜は有機材料を含有することが好ましい。
チャネル領域が感圧部として機能する場合、チャネル領域に含有される有機半導体の結晶性をより高めるため、有機薄膜トランジスタは更に配向層を有していてもよい。配向層としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン等のシランカップリング剤を用いてゲート絶縁膜上に形成された単分子膜が挙げられる。
また、本発明の組成物または高分子化合物は、電導度変調型センサの製造に用いることもできる。本発明の電導度変調型センサは、入力信号を電気信号に出力する信号変換素子として電導度計測素子を用いたものであり、本発明の組成物もしくは高分子化合物を含有する膜、または、本発明の組成物もしくは高分子化合物を含有する膜の被覆に、センサ対象の入力に対する感応性機能または選択性機能を付与したものである。本発明の電導度変調型センサは、センサ対象の入力を、本発明の組成物または高分子化合物の電導度の変化として検出するものである。本発明の電導度変調型センサとしては、例えば、バイオセンサ、ガスセンサ、イオンセンサ、湿度センサが挙げられる。
また、本発明の組成物または高分子化合物は、別個に形成されたバイオセンサ、ガスセンサ、イオンセンサ、湿度センサ、圧力センサ等の各種センサからの出力信号を増幅するための増幅回路として、有機電界効果型トランジスタを含む、増幅回路の製造に用いることもできる。
また、本発明の組成物または高分子化合物は、バイオセンサ、ガスセンサ、イオンセンサ、湿度センサ、圧力センサ等の各種センサを複数含むセンサアレイの製造に用いることもできる。
また、本発明の組成物または高分子化合物は、別個に形成されたバイオセンサ、ガスセンサ、イオンセンサ、湿度センサ、圧力センサ等の各種センサを複数含み、各センサからの出力信号を個別に増幅するための増幅回路として、有機電界効果型トランジスタを含む、増幅回路付きセンサアレイの製造に用いることもできる。
以下、本発明をさらに詳細に説明するために実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(NMR分析)
NMR測定は、化合物を重クロロホルムに溶解させ、NMR装置(Varian社製、INOVA300)を用いて行った。
(分子量分析)
高分子化合物の数平均分子量および重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフィ(GPC、Waters社製、商品名:Alliance GPC 2000)を用いて求めた。測定する高分子化合物は、オルトジクロロベンゼンに溶解させ、GPCに注入した。
GPCの移動相にはオルトジクロロベンゼンを用いた。カラムは、TSKgel GMHHR−H(S)HT(2本連結、東ソー製)を用いた。検出器にはUV検出器を用いた。
合成例1
(化合物2の合成)
Figure 0006497386
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、化合物1(32g、0.20mol)および脱水ジエチルエーテル(470mL)を加え、均一な溶液とした。得られた溶液を−68℃に保ちながら、1.60Mのn−ブチルリチウムのヘキサン溶液(135mL、0.22mol)を30分間かけて滴下した。その後、−68℃で2時間攪拌した。その後、そこへ、18−ペントリアコンタノン(69.7g、0.14mol)を加え、−78℃で10分間攪拌し、次いで、室温(25℃)で5時間攪拌した。その後、そこへ、水(200mL)を加えて反応を停止させ、10wt%の酢酸水溶液を加え、反応溶液を酸性にした。その後、ヘキサンを用いて反応生成物を抽出した。得られた有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した。得られたろ液をエバポレーターで濃縮した後、溶媒を留去することで、化合物2を125g得た。収率は100%であった。
H−NMR(300MHz、CDCl):δ(ppm)=0.88(t、6H)、1.25(m、60H)、1.75(m、4H)、6.96(d、1H)、7.27(d、1H).
合成例2
(化合物3の合成)
Figure 0006497386
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、化合物2(232g、0.39mol)、脱水エタノール(880mL)およびヘキサン(350mL)を加え、懸濁液とした。得られた懸濁液に96wt%の濃硫酸(31mL、0.59mol)を加えた後、室温で6時間攪拌した。その後、そこへ、水(200mL)を加えて反応を停止させ、ヘキサンを用いて反応生成物を抽出した。得られた有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した。得られたろ液をエバポレーターで濃縮した後、溶媒を留去した。得られた残渣をヘキサンを移動層とするシリカゲルカラムクロマトグラフィを用いて精製することで、化合物3を104g得た。収率は43%であった。
H−NMR(300MHz、CDCl):δ(ppm)=0.88(t、6H)、1.13(t、3H)、1.24(m、60H)、1.77(m、4H)、3.15(q、2H)、7.05(m、2H)、7.24(d、1H).
合成例3
(化合物4の合成)
Figure 0006497386
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、化合物3(104g、0.17mol)および脱水ジエチルエーテル(1020mL)を加え、均一な溶液とした。得られた溶液を−68℃に保ちながら、1.60Mのn−ブチルリチウムのヘキサン溶液(136mL、0.22mol)を10分間かけて滴下した。その後、−68℃で10分間攪拌し、次いで、室温(25℃)で1.5時間攪拌した。その後、得られた溶液を−68℃に保ちながら、2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(62.5g、0.34mmol)を加えた。その後、−68℃で10分間攪拌し、次いで、室温(25℃)で2時間攪拌した。その後、そこへ、水(100mL)を加えて反応を停止させ、ジエチルエーテルを用いて反応生成物を抽出した。得られた有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した。得られたろ液をエバポレーターで濃縮した後、溶媒を留去することで、化合物4を117g得た。収率は93%であった。
H−NMR(300MHz、CDCl):δ(ppm)=0.88(t、6H)、1.24(m、75H)、、1.99(m、4H)、3.22(q、2H)、7.26(d、1H)、7.42(d、1H).
合成例4
(化合物6の合成)
Figure 0006497386
還流管を取り付けた反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、化合物5(4.80g、16.8mmol)および乾燥THF(280mL)を加え、アルゴンガスバブリングによって30分間脱気した。その後、そこへ、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(769mg、0.839mmol)、トリ−tert−ブチルホスホニウムテトラフルオロボラート(1.02g、3.36mmol)および3Mリン酸カリウム水溶液(84mL)を加え、80℃に加熱した。その後、そこへ、アルゴンガスバブリングによって30分間脱気した化合物4(44.7g、42.0mmol)の乾燥THF(170mL)溶液を80℃で5分間かけて滴下し、同温で4.5時間加熱した。その後、ヘキサン(200mL)を用いて反応生成物を抽出した。得られた有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した。得られたろ液をエバポレーターで濃縮した後、溶媒を留去した。得られた残渣をヘキサンおよびクロロホルムの混合溶媒を移動層とするシリカゲルカラムクロマトグラフィを用いて精製することで、化合物6を6.8g得た。収率は30%であった。この操作を繰り返し行うことで、化合物6の必要量を得た。
H−NMR(300MHz、CDCl):δ(ppm)=0.88(t、12H)、0.98(t、6H)、1.24(m、120H)、1.66(m、8H)、3.21(q、4H)、7.10(d、2H)、7.22(d、2H)、7.53(d、2H)、7.74(d、2H)、7.85(s、2H).
合成例5
(化合物7の合成)
Figure 0006497386
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、化合物6(7.68g、5.78mmol)および乾燥塩化メチレン(190mL)を加えた。その後、そこへ、1Mの三臭化ホウ素の塩化メチレン溶液(23.1mL、23.1mmol)を−78℃で加えた後、室温まで昇温し、室温で4時間攪拌した。その後、そこへ、水を加え、クロロホルムを用いて反応生成物を抽出した。得られた有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した。得られたろ液をエバポレーターで濃縮した後、溶媒を留去した。得られた残渣をヘキサンを移動層とするシリカゲルカラムクロマトグラフィを用いて精製することで、化合物7を4.78g得た。収率は67%であった。
H−NMR(300MHz、CDCl):δ(ppm)=0.93(t、12H)、1.24(m、120H)、2.35(m、8H)、7.13(d、2H)、7.40(d、2H)、7.74(d、2H)、8.18(d、2H).
合成例6
(化合物8の合成)
Figure 0006497386
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、化合物7(4.77g、3.78mmol)および乾燥THF(375mL)を加えた。その後、そこへ、N−ブロモこはく酸イミド(1.47g、8.26mmol)を室温で加え、3時間室温で攪拌した。その後、そこへ、飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液(10mL)および水(20mL)を加え、5分間攪拌した。その後、ヘキサンを用いて反応生成物を抽出した。得られた有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した。得られたろ液をエバポレーターで濃縮した後、溶媒を留去した。得られた残渣をヘキサンを移動層とするシリカゲルカラムクロマトグラフィを用いて精製し、ヘキサンを用いて再結晶することで、化合物8を4.06g得た。収率は76%であった。
H−NMR(300MHz、CDCl):δ(ppm)=0.88(t、12H)、1.24(m、120H)、2.22(m、8H)、7.052(s、2H)、7.57(d、2H)、7.04(d、2H).
合成例7
(高分子化合物Aの合成)
Figure 0006497386
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、化合物8(0.285g、0.200mmol)、化合物9(0.078g、0.200mmol)、テトラヒドロフラン(20mL)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(3.7mg)およびトリ−tert−ブチルホスホニウムテトラフルオロボレート(4.6mg)を加え、撹拌した。その後、そこへ、2mol/Lの炭酸カリウム水溶液(1.00mL)を加え、80℃まで昇温した後、80℃で5時間攪拌した。その後、そこへ、フェニルボロン酸(10.0mg)を加え、80℃で1時間攪拌した。その後、そこへ、N,N−ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム三水和物(0.1g)を加え、80℃で3時間攪拌した。得られた反応液を水に滴下した後、トルエンを用いて抽出した。得られた有機層を酢酸水溶液および水で洗浄した後、シリカゲルカラムを用いて精製した。得られた有機層をアセトンに滴下したところ、析出物が得られた。得られた析出物を、アセトンを溶媒として用いてソックスレー洗浄し、乾燥することで、高分子化合物Aを得た。得量は260mgであり、ポリスチレン換算の数平均分子量は5.5×10であり、重量平均分子量は1.5×10であった。
合成例8
(高分子化合物Bの合成)
Figure 0006497386
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、化合物9(0.300g、0.227mmol)、「J.Am.Chem.Soc.,2010,132,11437−11439」に記載の方法に従って合成した化合物10(0.0881g、0.227mmol)、テトラヒドロフラン(30mL)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(4.2mg)およびトリ−tert−ブチルホスホニウムテトラフルオロボレート(5.3mg)を加え、撹拌した。その後、そこへ、2mol/Lの炭酸カリウム水溶液(1.13mL)を加え、80℃まで昇温した後、80℃で5時間攪拌した。その後、そこへ、フェニルボロン酸(10.0mg)を加え、80℃で1時間攪拌した。その後、そこへ、N,N−ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム三水和物(0.1g)を加え、80℃で3時間攪拌した。得られた反応液を水に滴下した後、トルエンを用いて抽出した。得られた有機層を酢酸水溶液および水で洗浄した後、シリカゲルカラムを用いて精製した。得られた有機層をアセトンに滴下したところ、析出物が得られた。得られた析出物を、アセトンを溶媒として用いてソックスレー洗浄し、高分子化合物Bを得た。得量は272mgであり、ポリスチレン換算の数平均分子量は3.6×10であり、重量平均分子量は1.6×10であった。
合成例9
(化合物Cの合成)
Figure 0006497386
化合物Cは、国際公開第2005/087780号に記載された方法に従って合成した。
実施例1
(有機薄膜トランジスタ1の作製と評価)
高分子化合物Aと化合物Cとを含有する溶液を用いて、図1に示す構造を有する有機薄膜トランジスタを作製した。
ガラス基板(基板1)に対し、アセトンで10分間超音波洗浄した後、オゾンUVを20分間照射した。
次に、この基板1上に、シャドウマスクを用いた蒸着法によりソース電極5およびドレイン電極6となる金を形成した。このときのソース電極5およびドレイン電極6のチャネル長は20μm、チャンネル幅は2mmであった。
次に、フェニルエチルトリクロロシランのトルエン溶液に、上記の基板を2分間浸漬することにより、基板表面をシラン処理した。その後、さらに、パーフルオロベンゼンチオールのイソプロピルアルコール溶液に、上記の基板を2分間浸漬することにより、基板上に形成した金電極の表面を修飾した。
次に、高分子化合物Aと化合物Cとを含有するキシレン溶液(0.6重量%、高分子化合物A/化合物C=75質量部/25質量部)を調製し、このキシレン溶液をメンブランフィルターでろ過することで塗布液を作製した。
次に、この塗布液を用いて、上記の表面処理した基板1、ソース電極5およびドレイン電極6の上に、スピンコート法により20nmの厚さになるように成膜し、窒素ガス雰囲気下において、ホットプレード上で80℃、10分間加熱することで、有機半導体層2を形成した。
次に、この有機半導体層2上に、テフロン(登録商標)製の絶縁膜をスピンコート法により445nmの厚さになるよう成膜し、ホットプレート上で80℃、10分間加熱することで、絶縁層3を形成した。
次に、この絶縁膜3上に、シャドウマスクを用いた蒸着法によりゲート電極4となるアルミニウムを形成することで、有機薄膜トランジスタ1を作製した。
得られた有機薄膜トランジスタ1のソース・ドレイン間電圧Vsdを−40Vに設定し、ゲート電圧Vgを40〜−40Vに変化させた条件で、トランジスタ特性を測定した。
有機薄膜トランジスタ1の電界効果移動度は、1.69cm/Vsであった。
実施例2
(有機薄膜トランジスタ2の作製と評価)
高分子化合物Aと化合物Cとを含有するキシレン溶液(0.6重量%、高分子化合物A/化合物C=75質量部/25質量部)に代えて、高分子化合物Bと化合物Cとを含有するキシレン溶液(0.6重量%、高分子化合物B/化合物C=75質量部/25質量部)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、有機薄膜トランジスタ2を作製した。得られた有機薄膜トランジスタ2のソース・ドレイン間電圧Vsdを−40Vに設定し、ゲート電圧Vgを40〜−40Vに変化させた条件で、トランジスタ特性を測定した。有機薄膜トランジスタ2の電界効果移動度は、1.53cm/Vsであった。
比較例1
(有機薄膜トランジスタC1の作製と評価)
高分子化合物Aと化合物Cとを含有するキシレン溶液(0.6重量%、高分子化合物A/化合物C=75質量部/25質量部)に代えて、高分子化合物Bを含有するキシレン溶液(0.6重量%)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、有機薄膜トランジスタC1を作製した。得られた有機薄膜トランジスタC1のソース・ドレイン間電圧Vsdを−40Vに設定し、ゲート電圧Vgを40〜−40Vに変化させた条件で、トランジスタ特性を測定した。有機薄膜トランジスタC1の電界効果移動度は、0.59cm/Vsであった。
合成例10
(化合物12の合成)
Figure 0006497386
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、化合物11(16.0g、98.1mmol)および脱水ジエチルエーテル(280mL)を加え、均一な溶液とした。得られた溶液を−68℃に保ちながら、1.65Mのn−ブチルリチウムのヘキサン溶液(65.4mL、0.108mol)を10分間かけて滴下した。その後、−68℃で5時間攪拌した。その後、そこへ、16−ヘントリアコンタノン(48.7g、0.108mol)を加え、−78℃で10分間攪拌し、次いで、室温(25℃)で5時間攪拌した。その後、そこへ、水(200mL)を加えて反応を停止し、10wt%の酢酸水溶液を加え、反応溶液を酸性にした。その後、ヘキサンを用いて反応生成物を抽出した。得られた有機層を水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した。得られたろ液をエバポレーターで濃縮した後、溶媒を留去することで、化合物12を70g得た。収率は100%であった。
H−NMR(300MHz、CDCl):δ(ppm)=0.88(t、6H)、1.253(m、52H)、1.75(m、4H)、6.96(d、1H)、7.27(d、1H).
合成例11
(化合物13の合成)
Figure 0006497386
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、化合物12(53g、98mmol)および脱水エタノール(500mL)を加え、懸濁液とした。得られた懸濁液に濃硫酸(3.0mL、5.5g、56mmol)を加えた後、室温で3時間攪拌した。その後、そこへ、水(200mL)を加えて反応を停止させ、ヘキサンを用いて反応生成物を抽出した。得られた有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した。得られたろ液をエバポレーターで濃縮した後、溶媒を留去した。得られた残渣をヘキサンを移動層とするシリカゲルカラムクロマトグラフィを用いて精製することで、化合物13を無色オイルとして20.7g得た。収率は37%であった。
H−NMR(300MHz、CDCl):δ(ppm)=0.88(t、6H)、1.13(t、3H)、1.24(m、52H)、1.77(m、4H)、3.15(q、2H)、7.05(m、2H)、7.24(d、1H).
合成例12
(化合物14の合成)
Figure 0006497386
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、化合物13(2.0g、3.6mmol)および脱水ジエチルエーテル(35mL)を加え、均一な溶液とした。得られた溶液を−68℃に保ちながら、1.65Mのn−ブチルリチウムのヘキサン溶液(2.3mL、3.7mol)を10分間かけて滴下した。その後、−68℃で10分間攪拌し、次いで、室温(25℃)で1.5時間攪拌した。その後、得られた溶液を−68℃に保ちながら、2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(0.69g、3.7mmol)を加えた。その後、−68℃で10分間攪拌し、次いで、室温(25℃)で2時間攪拌した。その後、そこへ、水(100mL)を加えて反応を停止させ、ジエチルエーテルを用いて有機層を抽出した。得られた有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した。得られたろ液をエバポレーターで濃縮した後、溶媒を留去することで、化合物14を2.45g得た。収率は100%であった。
H−NMR(300MHz、CDCl):δ(ppm)=1.34(s、12H)、1.99(m、4H)、3.22(q、2H)、7.264(d、1H)、7.422(d、1H).
合成例13
(化合物16の合成)
Figure 0006497386
還流管を取り付けた反応容器を窒素ガス雰囲気とした後、化合物15(1.30g、4.50mmol)および乾燥THF(160mL)を加え、アルゴンバブリングによって30分間脱気した。その後、そこへ、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(210mg、0.23mmol)、トリ−tert−ブチルホスホニウムテトラフルオロボラート(280mg、0.90mmol)および3Mリン酸カリウム水溶液(23mL)を加え、80℃に加熱した。その後、そこへ、アルゴンバブリングによって30分間脱気した化合物14(12.53g、18.2mmol)の乾燥THF(76mL)溶液を80℃で10分間かけて滴下し、同温度で6時間加熱した。その後、ヘキサン(200mL)を用いて反応生成物を抽出した。得られた有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した。得られたろ液をエバポレーターで濃縮した後、溶媒を留去した。得られた残渣をヘキサンおよびクロロホルムの混合溶媒を移動層とするシリカゲルカラムクロマトグラフィを用いて精製することで、化合物16を2.9g得た。収率は50%であった。
H−NMR(300MHz、CDCl):δ(ppm)=0.88(t、12H)、0.98(t、6H)、1.24(m、104H)、1.66(m、8H)、3.21(q、4H)、7.10(d、2H)、7.22(d、2H)、7.53(d、2H)、7.74(d、2H)、7.85(s、2H).
合成例14
(化合物13の合成)
Figure 0006497386
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、化合物16(3.29g、2.63mmol)および乾燥塩化メチレン(260mL)を加えた。その後、そこへ、1Mの三臭化ホウ素の塩化メチレン溶液(10.5mL、20.5mmol)を−78℃で加えた後、室温まで昇温し、室温で4.5時間攪拌した。その後、そこへ、水を加え、クロロホルムを用いて反応生成物を抽出した。得られた有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した。得られたろ液をエバポレーターで濃縮した後、溶媒を留去した。得られた残渣をヘキサンを移動層とするシリカゲルカラムクロマトグラフィを用いて精製し、次いで、ヘキサンを用いて再結晶することで、化合物17を2.45g得た。収率は80%であった。
H−NMR(300MHz、CDCl):δ(ppm)=0.93(t、12H)、1.24(m、104H)、2.35(m、8H)、7.13(d、2H)、7.40(d、2H)、7.74(d、2H)、8.18(d、2H).
合成例15
(化合物18の合成)
Figure 0006497386
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、化合物13(2.46g、2.12mmol)および乾燥THF(210mL)を加えた。その後、そこへ、N−ブロモこはく酸イミド(0.830g、4.67mmol)を室温で加え、3時間室温で攪拌した。その後、そこへ、飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液(2mL)および水(100mL)を加えた。その後、ヘキサンを用いて反応生成物を抽出した。得られた有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した。得られたろ液をエバポレーターで濃縮した後、溶媒を留去した。得られた残渣をヘキサンを移動層とするシリカゲルカラムクロマトグラフィを用いて精製し、ヘキサンおよびメタノールの混合溶媒を用いて再結晶することで、化合物18を橙色固体として2.1g得た。収率は77%であった。
H−NMR(300MHz、CDCl):δ(ppm)=0.88(t、12H)、1.24(m、104H)、2.22(m、8H)、7.052(s、2H)、7.57(d、2H)、7.04(d、2H).
実施例3
(高分子化合物D−1の合成)
Figure 0006497386
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、化合物18(266.2mg、0.200mmol)、化合物19(66.0mg、0.169mmol)および乾燥THF(20mL)を加え、アルゴンガスバブリングによって30分間脱気した。その後、そこへ、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(3.7mg、4.0μmol)およびトリ−tert−ブチルホスホニウムテトラフルオロボラート(4.6mg、16.0μmol)を加えた。その後、そこへ、アルゴンガスバブリングによって30分間脱気した3Mリン酸カリウム水溶液(1.0mL、3.0mmol)を加えて、80℃で3時間攪拌した。その後、そこへ、アルゴンガスバブリングによって30分間脱気したフェニルボロン酸(24.4mg、0.200mmol)のTHF溶液(1.0mL)を加え、80℃で1時間攪拌した。その後、そこへ、N,N−ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム三水和物(1.3g)および水(11.3g)を加え、80℃で3時間攪拌した。得られた反応液を分液し、得られた有機層を水および10重量%酢酸水溶液で洗浄した。得られた有機層をメタノール(63mL)に滴下したところ、析出物が得られた。得られた析出物を、トルエンを用いたシリカゲルカラムで精製した。得られたトルエン溶液をメタノールに滴下したところ、析出物が得られた。得られた析出物をろ過した後、アセトンを溶媒として用いてソックスレー洗浄することで、高分子化合物D−1を203mg得た。高分子化合物D−1のポリスチレン換算の数平均分子量は6.6×10であり、ポリスチレン換算の重量平均分子量は2.0×10であった。
実施例4
(高分子化合物D−2の合成)
化合物19の仕込み量を、66.0mg(0.169mmol)から62.1mg(0.160mmol)に代えたこと以外は、実施例3と同様に合成することで、高分子化合物D−2を190mg得た。高分子化合物D−2のポリスチレン換算の数平均分子量は4.2×10であり、ポリスチレン換算の重量平均分子量は1.2×10であった.
実施例5
(高分子化合物D−3の合成)
化合物19の仕込み量を、66.0mg(0.169mmol)から60.5mg(0.156mmol)に代えたこと以外は、実施例3と同様に合成することで、高分子化合物D−3を192mg得た。高分子化合物D−3のポリスチレン換算の数平均分子量は2.4×10であり、ポリスチレン換算の重量平均分子量は8.2×10であった.
実施例6
(高分子化合物D−4の合成)
化合物19の仕込み量を、66.0mg(0.169mmol)から59.0mg(0.152mmol)に代えたこと以外は、実施例3と同様に合成することで、高分子化合物D−4を195mg得た。高分子化合物D−4のポリスチレン換算の数平均分子量は1.6×10であり、ポリスチレン換算の重量平均分子量は4.3×10であった.
比較例2
(高分子化合物D−5の合成)
化合物19の仕込み量を、66.0mg(0.169mmol)から58.2mg(0.151mmol)に代えたこと以外は、実施例3と同様に合成することで、高分子化合物D−5を190mg得た。高分子化合物D−5のポリスチレン換算の数平均分子量は1.5×10であり、ポリスチレン換算の重量平均分子量は2.9×10であった.
比較例3
(高分子化合物D−6の合成)
化合物19の仕込み量を、66.0mg(0.169mmol)から57.4mg(0.148mmol)に代えたこと以外は、実施例3と同様に合成することで、高分子化合物D−6を180mg得た。高分子化合物D−6のポリスチレン換算の数平均分子量は1.0×10であり、ポリスチレン換算の重量平均分子量は1.6×10であった.
実施例8
(有機薄膜トランジスタ3の作製と評価)
化合物D−1を含有する溶液を用いて、図1に示す構造を有する有機薄膜トランジスタを作製した。
ガラス基板(基板1)に対し、アセトンで10分間超音波洗浄した後、オゾンUVを20分間照射した。
次に、この基板1上に、シャドウマスクを用いた蒸着法によりソース電極5およびドレイン電極6となる金を形成した。このときのソース電極5およびドレイン電極6のチャネル長は20μm、チャンネル幅は2mmであった。
次に、フェニルエチルトリクロロシランのトルエン溶液に、上記の基板を2分間浸漬することにより、基板表面をシラン処理した。その後、さらに、パーフルオロベンゼンチオールのイソプロピルアルコール溶液に、上記の基板を2分間浸漬することにより、基板上に形成した金電極の表面を修飾した。
次に、高分子化合物D−1を含有するテトラリン溶液(0.5重量%)を調製し、このテトラリン溶液をメンブランフィルターでろ過することで塗布液を作製した。
次に、この塗布液を用いて、上記の表面処理した基板1、ソース電極5およびドレイン電極6の上に、スピンコート法により約30nmの厚さになるように成膜し、窒素ガス雰囲気下において、ホットプレード上で80℃、10分間加熱することで、有機半導体層2を形成した。
次に、この有機半導体層2上に、テフロン(登録商標)製の絶縁膜をスピンコート法により約500nmの厚さになるよう成膜し、ホットプレート上で80℃、10分間加熱することで、絶縁層3を形成した。
次に、この絶縁膜3上に、シャドウマスクを用いた蒸着法によりゲート電極4となるアルミニウムを形成することで、有機薄膜トランジスタ3を作製した。
得られた有機薄膜トランジスタ3のソース・ドレイン間電圧Vsdを−40Vに設定し、ゲート電圧Vgを40〜−40Vに変化させた条件で、トランジスタ特性を測定した。
有機薄膜トランジスタ3の電界効果移動度は、1.43cm/Vsであった。結果を表1に示す。
実施例9
(有機薄膜トランジスタ4の作製および評価)
実施例8の高分子化合物D−1に代えて、高分子化合物D−2を用いたこと以外は、実施例8と同様にして、有機薄膜トランジスタ4を作製した。
得られた有機薄膜トランジスタ3のソース・ドレイン間電圧Vsdを−40Vに設定し、ゲート電圧Vgを40〜−40Vに変化させた条件で、トランジスタ特性を測定した。
有機薄膜トランジスタ4の電界効果移動度は、1.20cm/Vsであった。結果を表1に示す。
実施例10
(有機薄膜トランジスタ5の作製および評価)
実施例8の高分子化合物D−1に代えて、高分子化合物D−3を用いたこと以外は、実施例8と同様にして、有機薄膜トランジスタ5を作製した。
得られた有機薄膜トランジスタ5のソース・ドレイン間電圧Vsdを−40Vに設定し、ゲート電圧Vgを40〜−40Vに変化させた条件で、トランジスタ特性を測定した。
有機薄膜トランジスタ4の電界効果移動度は、1.12cm/Vsであった。結果を表1に示す。
実施例11
(有機薄膜トランジスタ6の作製および評価)
実施例8の高分子化合物D−1に代えて、高分子化合物D−4を用いたこと以外は、実施例8と同様にして、有機薄膜トランジスタ6を作製した。
得られた有機薄膜トランジスタ6のソース・ドレイン間電圧Vsdを−40Vに設定し、ゲート電圧Vgを40〜−40Vに変化させた条件で、トランジスタ特性を測定した。
有機薄膜トランジスタ6の電界効果移動度は、1.12cm/Vsであった。結果を表1に示す。
比較例4
(有機薄膜トランジスタ7の作製および評価)
実施例8の高分子化合物D−1に代えて、高分子化合物D−5を用いたこと以外は、実施例8と同様にして、有機薄膜トランジスタ7を作製した。
得られた有機薄膜トランジスタ7のソース・ドレイン間電圧Vsdを−40Vに設定し、ゲート電圧Vgを40〜−40Vに変化させた条件で、トランジスタ特性を測定した。
有機薄膜トランジスタ7の電界効果移動度は、0.56cm/Vsであった。結果を表1に示す。
比較例5
(有機薄膜トランジスタ8の作製および評価)
実施例8の高分子化合物D−1に代えて、高分子化合物D−6を用いたこと以外は、実施例8と同様にして、有機薄膜トランジスタ8を作製した。
得られた有機薄膜トランジスタ8のソース・ドレイン間電圧Vsdを−40Vに設定し、ゲート電圧Vgを40〜−40Vに変化させた条件で、トランジスタ特性を測定した。
有機薄膜トランジスタ8の電界効果移動度は、0.30cm/Vsであった。結果を表1に示す。
Figure 0006497386
合成例16
(化合物Eの合成)
Figure 0006497386
化合物Eは、「J.Am.Chem.Soc.,2007,129,15732−15733」に記載された方法に従って合成した。
実施例12
(高分子化合物D−7の合成)
化合物19の仕込み量を、66.0mg(0.169mmol)から64.4mg(0.166mmol)に代えたこと以外は、実施例3と同様に合成することで、高分子化合物D−7を240mg得た。高分子化合物D−7のポリスチレン換算の数平均分子量は8.4×10であり、ポリスチレン換算の重量平均分子量は1.8×10であった.
実施例13
(有機薄膜トランジスタ9の作製および評価)
高分子化合物Aと化合物Cとを含有するキシレン溶液(0.6重量%、高分子化合物A/化合物C=75質量部/25質量部)に代えて、高分子化合物D−7と化合物Eとを含有するキシレン溶液(2.0重量%、高分子化合物D−7/化合物E=75質量部/25質量部)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、有機薄膜トランジスタ9を作製した。得られた有機薄膜トランジスタ9のソース・ドレイン間電圧Vsdを−40Vに設定し、ゲート電圧Vgを40〜−40Vに変化させた条件で、トランジスタ特性を測定した。有機薄膜トランジスタ9の電界効果移動度は、3.57cm/Vsであった。
本発明によれば、電界効果移動度に優れる有機薄膜トランジスタの製造に有用な組成物および高分子化合物を提供することができる。また、本発明によれば、該組成物または該高分子化合物を含有する有機半導体素子を提供することができる。
1…基板、2…有機半導体層、3…絶縁層、4…ゲート電極、5…ソース電極、6…ドレイン電極、100…有機薄膜トランジスタ、110…有機薄膜トランジスタ、120…有機薄膜トランジスタ、130…有機薄膜トランジスタ、140…有機薄膜トランジスタ、150…有機薄膜トランジスタ、160…有機薄膜トランジスタ

Claims (19)

  1. 式(1−1)で表される構造単位をみ、ポリスチレン換算の重量平均分子量が3.0×10 以上である高分子化合物と、式(2)で表される化合物とを含有し、前記式(2)で表される化合物の含有量が、前記式(1−1)で表される構造単位を含む高分子化合物および前記式(2)で表される化合物の合計100質量部に対して、5〜50質量部である組成物。

    Figure 0006497386
    〔式中、
    環Cは、置換基を有していてもよいナフタレン環を表す。
    は、酸素原子、硫黄原子またはセレン原子を表す。複数存在するXは、互いに同一でも異なっていてもよい
    は、−CR=で表される基を表す。Rは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基またはハロゲン原子を表す。これらの基のうちアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基および1価の複素環基はそれぞれ置換基を有していてもよい。複数存在するYは、互いに同一でも異なっていてもよい。
    は、式(Z−1)で表される基、式(Z−2)で表される基、式(Z−3)で表される基、式(Z−4)で表される基または式(Z−5)で表される基を表す。複数存在するZは、互いに同一でも異なっていてもよい。〕
    Figure 0006497386
    〔式中、Rは、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基または1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。Rが複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。〕
    Figure 0006497386
    〔式中、
    nは、1以上の整数を表す。
    環Dおよび環Fは、それぞれ独立に、ベンゼン環、5員の複素環または6員の複素環を表し、これらの環は置換基を有していてもよい。
    環Eは、ベンゼン環、シクロペンタジエン環、5員の複素環または6員の複素環を表し、これらの環は置換基を有していてもよい。環Eが複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。
    但し、環Dと環Eとは互いに縮合して縮合環を形成し、環Eと環Fとは互いに縮合して縮合環を形成し、環Eが複数存在する場合、隣り合う環E同士は互いに縮合して縮合環を形成している。〕
  2. 前記X 、硫黄原子である、請求項に記載の組成物。
  3. 前記Yが、−CH=で表される基である、請求項1または2に記載の組成物。
  4. 前記Zが、前記式(Z−1)で表される基である、請求項1〜のいずれか一項に記載の組成物。
  5. 前記高分子化合物が、式(3)で表される構造単位(但し、前記式(1−1)で表される構造単位とは異なる。)をさらに含む、請求項1〜のいずれか一項に記載の組成物。
    Figure 0006497386
    〔式中、Arは、アリーレン基または2価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。〕
  6. 前記式(2)で表される化合物が、式(2−1)で表される化合物、式(2−2)で表される化合物、式(2−3)で表される化合物、式(2−4)で表される化合物、式(2−5)で表される化合物、式(2−6)で表される化合物、式(2−7)で表される化合物、式(2−8)で表される化合物、式(2−9)で表される化合物、式(2−10)で表される化合物、式(2−11)で表される化合物、式(2−12)で表される化合物、式(2−13)で表される化合物または式(2−14)で表される化合物である、請求項1〜のいずれか一項に記載の組成物。
    Figure 0006497386

    Figure 0006497386
    〔式中、
    11は、式(Z−1’)で表される基、式(Z−2’)で表される基、式(Z−3’)で表される基、式(Z−4’)で表される基または式(Z−5’)で表される基を表す。複数存在するZ11は、互いに同一でも異なっていてもよい。
    11、X12、X13およびX14は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子またはセレン原子を表す。複数存在するX11、X13およびX14は、それぞれ、互いに同一でも異なっていてもよい。X12が複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。
    11およびY12は、それぞれ独立に、窒素原子または−CR’=で表される基を表す。R’は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基またはハロゲン原子を表す。これらの基のうちアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基および1価の複素環基はそれぞれ置換基を有していてもよい。複数存在するY11およびY12は、それぞれ、互いに同一でも異なっていてもよい。
    11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23およびR24は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、アルキニル基、1価の複素環基またはハロゲン原子を表す。これらの基のうちアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、アルキニル基および1価の複素環基はそれぞれ置換基を有していてもよい。複数存在するR11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23およびR24は、それぞれ、互いに同一でも異なっていてもよい。〕
    Figure 0006497386
    〔式中、R’は、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基または1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。R’が複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。〕
  7. 前記式(2)で表される化合物が、前記式(2−4)で表される化合物、前記式(2−5)で表される化合物、前記式(2−6)で表される化合物または前記式(2−7)で表される化合物である、請求項に記載の組成物。
  8. 前記X11、X12、X13およびX14が、硫黄原子である、請求項またはに記載の組成物。
  9. 前記Y11およびY12が、−CH=で表される基である、請求項のいずれか一項に記載の組成物。
  10. 前記Z11が、前記式(Z−1’)で表される基である、請求項のいずれか一項に記載の組成物。
  11. 式(5)で表される構造単位を含み、ポリスチレン換算の重量平均分子量が3.0×10以上の高分子化合物。
    Figure 0006497386
    〔式中、
    およびXは、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子またはセレン原子を表す。
    は、−CR=で表される基を表す。Yは、−CR=で表される基を表す。RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基またはハロゲン原子を表す。これらの基のうちアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基および1価の複素環基はそれぞれ置換基を有していてもよい。
    およびZは、それぞれ独立に、式(Z−1'')で表される基、式(Z−2'')で表される基、式(Z−3'')で表される基、式(Z−4'')で表される基または式(Z−5'')で表される基を表す。
    Figure 0006497386
    〔式中、Rは、置換基を有していてもよいアルキル基を表す。Rが複数存在する場合、それらは同一でも異なっていてもよい。〕
  12. 前記XおよびXが、硫黄原子である、請求項11に記載の高分子化合物。
  13. 前記YおよびYが、−CH=で表される基である、請求項11または12に記載の高分子化合物。
  14. 前記ZおよびZが、前記式(Z−1’’)で表される基である、請求項1113のいずれか一項に記載の高分子化合物。
  15. 式(6)で表される構造単位(但し、前記式(5)で表される構造単位とは異なる。)をさらに含む、請求項1114のいずれか一項に記載の高分子化合物。
    Figure 0006497386
    〔式中、Ar’は、アリーレン基または2価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。〕
  16. 前記式(5)で表される構造単位と、前記式(6)で表される構造単位との交互共重合体である、請求項15に記載の高分子化合物。
  17. 第1の電極と第2の電極とを有し、
    該第1の電極と該第2の電極との間に活性層を有し、該活性層に請求項1〜10のいずれか一項に記載の組成物または請求項1116のいずれか一項に記載の高分子化合物を含有する、有機半導体素子。
  18. 有機薄膜トランジスタ、光電変換素子、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機電界効果型トランジスタセンサおよび有機電導度変調型センサのいずれかである、請求項17に記載の有機半導体素子。
  19. 有機薄膜トランジスタである、請求項18に記載の有機半導体素子。
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