KR101741535B1 - Method for orienting copolymer backbone comprising thiophene derivates - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체에 관한 것이다. 본 발명의 공중합체는 티오펜 및 티오펜 유도체를 포함하는 공중합체를 이용하여 기판 상에 결정화할 때, 기판과 수평방향으로 배향된 주사슬의 비율을 증가시키고, 공중합체의 결정의 π-π 스태킹(π-π stacking)을 향상시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 공중합체를 트랜지스터, 유연전자기기, 웨어러블 디바이스(wearable device) 등 다양한 소자에 응용하여 전하 이동도와 같은 소자특성을 향상시킬 수 있다.
[화학식 1]

Figure 112015059517816-pat00018
The present invention relates to a copolymer represented by the following general formula (1). When the copolymer of the present invention is crystallized on a substrate using a copolymer comprising a thiophene and a thiophene derivative, the ratio of the main chain oriented in the horizontal direction to the substrate is increased, and the ratio of π-π Stacking (pi-pi stacking) can be improved. In addition, such a copolymer can be applied to various devices such as transistors, flexible electronic devices, and wearable devices to improve device characteristics such as charge mobility.
[Chemical Formula 1]
Figure 112015059517816-pat00018

Figure 112015059517816-pat00019
Figure 112015059517816-pat00019

Description

티오펜 유도체를 포함하는 공중합체 주사슬의 배향 방법{METHOD FOR ORIENTING COPOLYMER BACKBONE COMPRISING THIOPHENE DERIVATES}METHOD FOR ORIENTING COPOLYMER BACKBONE COMPRISING THIOPHENE DERIVATES BACKGROUND OF THE INVENTION [0001]

본 발명은 티오펜 유도체를 포함하는 공중합체 및 공중합체 주사슬의 배향 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기판에 대한 공중합체의 주사슬의 배향을 조절할 수 있어, 높은 전하이동도를 갖는 티오펜 유도체를 포함하는 공중합체 및 공중합체 주사슬의 배향 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a copolymer containing a thiophene derivative and a method for aligning the main chain of the copolymer, and more particularly, to a method for orienting a main chain of a copolymer on a substrate, ≪ / RTI > copolymers and copolyester main chains.

1970년대 후반부터 특정한 유기물에 적절한 도핑을 통해 전기 전도도가 거의 구리에 가깝게 도달될 수 있다는 것이 알려진 후, 현재 유기물은 전도도 측면에서, 최고의 절연체(폴리스티렌 등)로부터 반도체, 전도체(도핑된 폴리아세틸렌 등)뿐만 아니라 최고의 전도체인 초전도체((TMTSF)2PF6, 퍼클로레이트, 펜타센 등)까지 모든 종류의 전자재료를 얻을 수 있게 되었다. 반도체의 예로서는 p-형의 펜타센, n-형의 C60, Alq3 등이 있고, 유전체로는 강유전체인 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)와 이를 근간으로 하는 공중합체들이 있다.Since the late 1970s it has been known that electrical conductivity can reach nearly copper through appropriate doping of certain organic materials, current organic materials are now found to be semiconductors, conductors (such as doped polyacetylene) from the best insulators (polystyrene, etc.) In addition, all kinds of electronic materials can be obtained from superconductors (TMTSF) 2PF6, perchlorate, pentacene, etc.). Examples of semiconductors include p-type pentacene, n-type C60, and Alq 3. Dielectric materials include polyvinylidene fluoride (PVDF), which is a ferroelectric material, and copolymers based thereon.

유기물질을 이용한 유기박막 트랜지스터는 유기 EL용 능동 구동 소자의 사용을 필두로 차세대 스마트 카드 등에도 연구되고 있다. 또한, 유기물 반도체를 활성층으로 하여 전기적 발진 특성에 관한 연구 결과가 발표된 후 레이저 다이오드로서의 응용성에 대해서도 많은 관심을 불러일으키고 있다. 또한, 도핑된 펜타센으로 제작된 태양전지의 효율이 2.4 %에 달하는 등 비약적인 발전을 보이고 있으며, 비유기물에 비해 소자 제작 단가가 현저히 낮다.Organic thin film transistors using organic materials have been studied in the next generation smart cards as well as in the use of active driving elements for organic EL. Also, after the results of research on the electric oscillation characteristics using an organic semiconductor as an active layer have been announced, much attention has been paid to the applicability as a laser diode. In addition, the efficiency of the solar cell made of doped pentacene reaches 2.4%, which is remarkably improved, and the production cost of the device is significantly lower than that of non-organic materials.

또한, 플랙시블한 전자 회로 기판이 미래 산업에 중요한 요소 기술이 될 것으로 예상되므로, 이러한 요구를 충족시킬 수 있는 유기박막 트랜지스터의 개발은 중요한 연구 분야로 대두되고 있다. 유기박막 트랜지스터는 유기반도체의 특성상 전하 이동도가 낮아 실리콘(Si) 또는 게르마늄(Ge) 등이 쓰이는 고속 소자에는 쓰일 수 없지만, 넓은 면적 위에 소자를 제작하거나 저온 공정이 필요하거나, 구부림이 필요한 경우 사용 가능하고, 특히 저가 공정이 가능하므로 유기박막 트랜지스터는 유용하게 쓰일 수 있다. 최근에 필립스의 연구진들은 기판과 전극, 유기유전체(절연체), 유기반도체를 모두 고분자를 이용하여 326개의 트랜지스터로 구성된 프로그래머블 코드 제너레이터(programmable code generator)를 제작 발표한 바 있다.In addition, flexible electronic circuit boards are expected to become an important element in the future industry. Therefore, development of organic thin film transistors capable of meeting these demands is becoming an important research field. Organic thin film transistors can not be used for high-speed devices such as silicon (Si) or germanium (Ge) because of their low charge mobility due to the nature of organic semiconductors. However, they are used when devices are manufactured over a large area, Organic thin film transistors can be useful, especially since low cost processes are possible. Recently, Phillips researchers have published a programmable code generator consisting of 326 transistors made of polymeric materials, including substrates, electrodes, organic dielectrics (insulators), and organic semiconductors.

플라스틱 기판 상에 구현된 유기박막 트랜지스터는 구부림이 가능한 액정 표시 소자나 최근 큰 관심을 불러일으키고 있는 전자 종이(electronic paper) 및 유기 발광 소자의 구동에도 응용이 가능하다. 특히, 최근에 개발된 전자 종이는 전압 구동으로 높은 전하 이동도와 고속 스위칭 속도가 필요치 않은 표시 소자이고, 구부림이 가능한 대면적에 적용하기 유리한 기술이므로, 유기박막 트랜지스터의 응용 가능성이 매우 높다.The organic thin film transistor implemented on a plastic substrate can be applied to driving a bendable liquid crystal display device or an electronic paper and an organic light emitting device which have recently attracted great interest. In particular, recently developed electronic paper is a display device which does not require a high charge mobility and a high speed switching speed due to voltage driving, and is an advantageous technology to be applied to a large area capable of bending, so that the application of the organic thin film transistor is very high.

유기박막 트랜지스터에 관한 연구는 1980년대 초반부터 시작하여 최근에 전 세계적으로 본격적인 연구가 진행되고 있다. 트랜지스터 소자는 기판, 게이트 전극, 절연막, 채널층, 소스/드레인 전극, 그리고 외부 습기 및 산소 투과를 막아주는 보호층으로 이루어진다. 유기박막 트랜지스터는 소자특성에 가장 크게 영향을 미치고 전하 이동이 일어나는 핵심부분인 채널층에 기존의 실리콘 계의 무기 재료를 대체하여 반도체 특성을 나타내는 유기 화합물 혹은 고분자 물질로 대체하여 제작한다. 유기반도체 재료로는 폴리페닐렌비닐렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 올리고티오펜과 함께, 안트라센, 테트라센, 펜타센 등의 폴리아센 화합물이 연구되고 있으며, 특히, 폴리아센 화합물은 분자 간 응집력이 강하기 때문에, 높은 결정성을 갖고 있어, 이에 의해 높은 캐리어 이동도를 갖는다. 유기반도체 재료들은 전자를 이동하는 n형 재료와 정공을 수송하는 p형 재료로 구분된다. 현재 p형 유기반도체 중 높은 전하 이동도를 나타내는 것은 펜타센, 폴리(3-헥실티오펜)(poly(3-hexylthiophene): P3HT)과 같은 유기반도체 재료이다.Research on organic thin film transistors has started in the early 1980s and has been under full-fledged research in recent years. The transistor element consists of a substrate, a gate electrode, an insulating film, a channel layer, a source / drain electrode, and a protective layer to prevent external moisture and oxygen permeation. The organic thin film transistor is fabricated by replacing the existing silicon based inorganic material with the organic compound or the polymer material which exhibits the semiconductor characteristic, which is the key part of the charge transfer which has the greatest influence on the device characteristics. Polyacene compounds such as anthracene, tetracene, and pentacene have been studied along with polyphenylene vinylene, polypyrrole, polythiophene, and oligothiophene as organic semiconductor materials. Particularly, It has a high crystallinity and thus has a high carrier mobility. Organic semiconductor materials are classified into n-type materials for transporting electrons and p-type materials for transporting holes. Currently, organic semiconductor materials such as pentacene and poly (3-hexylthiophene) (P3HT) exhibit high charge mobility among p-type organic semiconductors.

펜타센과 같은 폴리아센 화합물은 이웃 분자간의 방향족 분자에서 기인하는?-? 친화력이 강하므로 높은 결정성을 가지고, 우수한 전하이동도 특성을 나타내는 것이 보고되어 있다. 최근의 발표에 따르면 루슨트테크놀로지나 3 M 등에서 펜타센 단결정을 이용하여 3.2 내지 5.0 cm2/Vs 의 높은 전하 이동도가 보고되었다(Mater. Res. Soc. Symp. Proc. vol.771, L6.5.1~L6.5.11(2003)). 프랑스의 CNRS도 올리고티오펜 유도체를 이용하여 0.01 ~ 0.1 cm2/Vs의 비교적 높은 전하 이동도와 전류 점멸비를 보고한 바 있다. 그러나 상기의 종래 기술은 소자 제작에 필요한 박막을 제조하기 위하여 진공 증착 공정을 사용하는 관계로 고가의 진공장비가 필요하고 공정이 복잡하여 공정단가가 높은 단점을 가지고 있다.A polyacene compound, such as pentacene, is a compound that is derived from an aromatic molecule between neighboring molecules. It has been reported that it has high crystallinity and excellent charge mobility characteristics because of its strong affinity. According to a recent announcement, a high charge mobility of 3.2 to 5.0 cm 2 / Vs has been reported with Lucent Technologies and 3 M using pentacene single crystals (Mater. Res. Soc. Symp. ~ L6.5.11 (2003)). CNRS in France has reported relatively high charge mobility and current flicker ratios of 0.01-0.1 cm 2 / Vs using oligothiophene derivatives. However, since the above-mentioned conventional technique uses a vacuum deposition process to manufacture a thin film necessary for manufacturing a device, expensive vacuum equipment is required, and the process is complicated and the process cost is high.

또 다른 대표적인 p형 유기반도체물질인 폴리(3-헥실티오펜)은 강한 π-π 분자간 인력을 갖고 있어 기판(substrate) 상에 형성된 박막필름은 높은 결정성 나노섬유 망상조직(network)을 형성하며, 우수한 디바이스 성능을 구현한다. 그러나, 기판 상에 형성된 폴리(3-헥실티오펜) 박막필름은 기판 상에 수직방향으로 배향된 주사슬의 비율이 높아 게이트 절연막과의 높은 접촉 저항으로 인해 트랜지스터 등의 전자소자에 적용하는 경우 소자의 특성이 저하되는 문제점이 있었다.Another representative p-type organic semiconductor material, poly (3-hexylthiophene), has a strong? -Molecular attractive force so that a thin film formed on a substrate forms a highly crystalline nanofiber network , And realize excellent device performance. However, when a poly (3-hexylthiophene) thin film formed on a substrate has a high proportion of a main chain oriented in a vertical direction on a substrate and is applied to an electronic device such as a transistor due to high contact resistance with a gate insulating film, There is a problem that the characteristics of the semiconductor device are deteriorated.

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 티오펜 및 티오펜 유도체를 포함하는 공중합체를 이용하여 기판 상에 결정화할 때, 기판과 수평방향으로 배향된 주사슬의 비율을 증가시키고, 공중합체의 결정의 π-π 스태킹(π-π stacking)을 더욱 향상시킬 수 있는 공중합체를 제공하는 데 있다.The object of the present invention is to solve the above problems and it is an object of the present invention to increase the ratio of the main chain oriented in the horizontal direction to the substrate when crystallizing on a substrate using a copolymer comprising thiophene and thiophene derivatives, Which can further improve the pi-pi stacking of the crystals of the coalescence.

또한, 이와 같은 공중합체를 적용하여 전하 이동도와 같은 소자특성이 매우 향상된 트랜지스터 등의 전자소자를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide an electronic device, such as a transistor, having improved device characteristics such as charge mobility by applying such a copolymer.

본 발명의 일 측면에 따르면, According to an aspect of the present invention,

하기 화학식 1로 표시되는 공중합체가 제공된다.There is provided a copolymer represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112015059517816-pat00001
Figure 112015059517816-pat00001

화학식 1에서,In formula (1)

R은 C3 내지 C20의 직쇄형 또는 분쇄형 알킬기이고,R is a C3 to C20 linear or branched alkyl group,

n 및 m은 반복단위의 반복수이고,n and m are the number of repeating units,

수평균분자량(Mn)은 3,000 내지 500,000이다.The number average molecular weight (M n) is 3,000 to 500,000.

상기 R이 C3 내지 C10의 직쇄형 알킬기일 수 있다. The R may be a linear alkyl group of C3 to C10.

상기 R이 헥실기일 수 있다. The R may be a hexyl group.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 중합하여 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 공중합체의 제조방법이 제공된다.There is provided a process for producing a copolymer which comprises polymerizing a compound represented by the following formula (2) and a compound represented by the following formula (3) to produce a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112015059517816-pat00002
Figure 112015059517816-pat00002

화학식 1에서,In formula (1)

R은 C3 내지 C20의 직쇄형 또는 분쇄형 알킬기이고,R is a C3 to C20 linear or branched alkyl group,

n 및 m은 반복단위의 반복수이고,n and m are the number of repeating units,

수평균분자량(Mn)은 3,000 내지 500,000이다.The number average molecular weight (M n) is 3,000 to 500,000.

[화학식 2](2)

Figure 112015059517816-pat00003
Figure 112015059517816-pat00003

화학식 2에서,In formula (2)

R은 C3 내지 C20의 직쇄형 또는 분쇄형 알킬기이고,R is a C3 to C20 linear or branched alkyl group,

X1 및 X2는 서로 같거나 다르고, X1 및 X2는 각각 독립적으로 할로겐 원자이다.X 1 and X 2 are the same as or different from each other, and X 1 and X 2 are each independently a halogen atom.

[화학식 3](3)

Figure 112015059517816-pat00004
Figure 112015059517816-pat00004

화학식 3에서,In formula (3)

X3 및 X4는 서로 같거나 다르고, X3 및 X4는 각각 독립적으로 할로겐 원자이다.X 3 and X 4 are the same as or different from each other, and each of X 3 and X 4 is independently a halogen atom.

상기 공중합체의 제조방법이,The method for producing a copolymer as described above,

(1) 상기 화학식 2로 표시되는 화합물, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물, 및 마그네슘 화합물을 포함하는 용액을 제조하는 단계; 및 (2) 상기 용액에 중합개시제를 첨가하여 공중합체를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다. (1) preparing a solution containing a compound represented by Formula 2, a compound represented by Formula 3, and a magnesium compound; And (2) adding a polymerization initiator to the solution to prepare a copolymer.

상기 R이 C3 내지 C10의 직쇄형 알킬기일 수 있다. The R may be a linear alkyl group of C3 to C10.

상기 마그네슘 화합물이 이소프로필 마그네슘 클로라이드, 이소프로필 마그네슘 브로마이드, 터셔리-부틸 마그네슘 클로라이드, 및 터셔리-부틸 마그네슘 브로마이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The magnesium compound may include at least one member selected from the group consisting of isopropyl magnesium chloride, isopropyl magnesium bromide, tert-butyl magnesium chloride, and tert-butyl magnesium bromide.

상기 중합개시제가 Ni(dppp)Cl2, Ni(dppe)Cl2, 및 Ni(dppf)Cl2 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The polymerization initiator may include at least one selected from Ni (dppp) Cl 2 , Ni (dppe) Cl 2 , and Ni (dppf) Cl 2 .

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

상기 공중합체를 포함하는 전자소자가 제공된다.An electronic device comprising the copolymer is provided.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

상기 공중합체를 포함하는 트랜지스터가 제공된다.A transistor comprising the copolymer is provided.

상기 트랜지스터가 The transistor

기판상에 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 절연시키는 게이트 절연막; 및 상기 게이트 절연막 상에 형성되는 반도체층 및 소스 전극과 드레인 전극;을 포함하고, 상기 반도체층이 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이에 위치하거나 또는 상기 소스 전극과 드레인 전극이 상기 반도체층 상에 위치하고, 상기 반도체층이 상기 공중합체를 포함할 수 있다. A gate electrode formed on the substrate; A gate insulating film for insulating the gate electrode; And a source electrode and a drain electrode formed on the gate insulating layer, wherein the semiconductor layer is located between the source electrode and the drain electrode, or the source electrode and the drain electrode are located on the semiconductor layer, The semiconductor layer may include the copolymer.

상기 공중합체가 π-π 스태킹(π-π stacking)을 형성할 수 있다. The copolymer may form? -Π stacking.

상기 공중합체는 상기 공중합체의 주사슬이 상기 게이트 절연막의 표면과 수평방향으로 배향된 공중합체를 포함할 수 있다. The copolymer may include a copolymer in which the main chain of the copolymer is oriented in the horizontal direction with the surface of the gate insulating film.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

(a) 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체를 준비하는 단계; 및 (b) 상기 공중합체를 기판 상에서 결정화시켜 상기 공중합체의 주사슬을 배향시키는 단계;를 포함하는 공중합체 주사슬의 배향 방법이 제공된다.(a) preparing a copolymer represented by the following formula (1); And (b) crystallizing the copolymer on the substrate to orient the main chain of the copolymer.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112015059517816-pat00005
Figure 112015059517816-pat00005

화학식 1에서,In formula (1)

R은 C3 내지 C20의 직쇄형 또는 분쇄형 알킬기이고,R is a C3 to C20 linear or branched alkyl group,

n 및 m은 반복단위의 반복수이고,n and m are the number of repeating units,

수평균분자량은 3,000 내지 500,000이다.The number average molecular weight is 3,000 to 500,000.

상기 화학식 1의 n:m의 비율을 조절하여 상기 기판의 면방향을 기준으로 상기 공중합체의 주사슬의 배향을 조절할 수 있다. The orientation of the main chain of the copolymer can be controlled based on the plane direction of the substrate by adjusting the ratio of n: m in the formula (1).

n:m은 1:10 내지 1:1.5일 수 있다. n: m may be from 1:10 to 1: 1.5.

단계 (b)가, (b-1) 상기 공중합체를 유기 용매에 용해시켜 공중합체 용액을 제조하는 단계; (b-2) 상기 공중합체 용액을 기판 상에 코팅하는 단계; 및 (b-3) 상기 기판상에 코팅된 공중합체 용액을 건조하며 결정화시켜 상기 공중합체의 주사슬을 배향시키는 단계;를 포함할 수 있다. Wherein step (b) comprises: (b-1) dissolving the copolymer in an organic solvent to prepare a copolymer solution; (b-2) coating the copolymer solution on a substrate; And (b-3) drying and crystallizing the copolymer solution coated on the substrate to orient the main chain of the copolymer.

상기 용매가 용매가 테트라하이드로퓨란, 클로로포름, 다이클로로메탄, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 트라이클로로벤젠, 톨루엔, 및 p-자일렌 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The solvent may include at least one solvent selected from the group consisting of tetrahydrofuran, chloroform, dichloromethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, toluene, and p-xylene.

단계 (b-2)에서 상기 공중합체 용액을 기판 상에 코팅하는 방법이 스핀 코팅(spin coating), 잉크젯 프린팅(inkjet coating), 딥 코팅(dip coating), 드롭 캐스팅(drop casting) 및 바 코팅(bar coating) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. In the step (b-2), a method of coating the copolymer solution on a substrate may be a spin coating method, an inkjet coating method, a dip coating method, a drop casting method and a bar coating method bar coating.

상기 건조 온도가 80 내지 250℃일 수 있다. The drying temperature may be 80 to 250 ° C.

본 발명의 공중합체는 종래기술과는 다르게 티오펜 및 티오펜 유도체를 포함하는 공중합체를 이용하여 기판 상에 결정화할 때, 기판과 수평방향으로 배향된 주사슬의 비율을 증가시키고, 공중합체 결정의 π-π 스태킹(π-π stacking)을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Unlike the prior art, when the copolymer of the present invention is crystallized on a substrate using a copolymer containing a thiophene and a thiophene derivative, the ratio of the main chain oriented in the horizontal direction to the substrate is increased, Pi stacking (pi-pi stacking).

또한, 이와 같은 공중합체를 적용하여 전하 이동도와 같은 소자특성이 매우 향상된 트랜지스터, 유연전자기기, 웨어러블 디바이스(wearable device) 등 다양한 소자에 응용할 수 있는 효과가 있다.In addition, such a copolymer can be applied to various devices such as transistors, flexible electronic devices, and wearable devices, which have greatly improved device characteristics such as charge mobility.

도 1은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 고분자의 NMR(nuclear magnetic resonance) 스펙트럼이다.
도 2는 실시예 4 내지 6 및 비교예 2에 따라 제조된 고분자 박막의 DSC(differential scanning calorimetry) 분석 결과이다.
도 3은 실시예 4 내지 6 및 비교예 2에 따라 제조된 고분자 박막의 어닐링 전과 후의 UV-vis 흡수 스펙트럼 분석 결과이다.
도 4는 실시예 4 내지 6 및 비교예 2에 따라 제조된 고분자 박막의 X선 회절 패턴(X-ray scattering pattern) 측정 결과이다.
도 5는 실시예 6 및 비교예 2에 따라 제조된 고분자 박막의 NEXAFS(near edge X-ray absorption fine structure) 분석 결과이다.
도 6은 소자 실시예 1 내지 3 및 소자 비교예 1에 따라 제조된 트랜지스터의 전하 캐리어 이동도를 측정한 결과이다.
FIG. 1 is a nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum of a polymer prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG.
FIG. 2 shows DSC (differential scanning calorimetry) analysis results of the polymer thin films prepared according to Examples 4 to 6 and Comparative Example 2. FIG.
Fig. 3 shows the results of UV-vis absorption spectrum analysis of the polymer thin films prepared according to Examples 4 to 6 and Comparative Example 2 before and after annealing.
FIG. 4 shows X-ray scattering pattern measurement results of the polymer thin films prepared according to Examples 4 to 6 and Comparative Example 2. FIG.
FIG. 5 shows the NEXAFS (near-edge X-ray absorption fine structure) analysis results of the polymer thin films prepared according to Example 6 and Comparative Example 2. FIG.
6 shows the results of measurement of the charge carrier mobility of the transistor manufactured according to the device embodiments 1 to 3 and the device comparative example 1. FIG.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description does not limit the present invention to specific embodiments. In the following description of the present invention, detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the present invention may be blurred .

본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises ", or" having ", and the like, specify that the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, or combinations thereof.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, when an element is referred to as being "formed" or "laminated" on another element, it may be formed or laminated directly on the front surface or one surface of the other element, It will be appreciated that other components may be present in the < / RTI >

본 명세서에서 "알킬(alkyl)기"란 별도의 정의가 없는 한, 지방족 탄화수소기를 의미한다. As used herein, unless otherwise defined, the term "alkyl group" means an aliphatic hydrocarbon group.

알킬기는 어떠한 이중결합이나 삼중결합을 포함하고 있지 않은 "포화 알킬(saturated alkyl)기" 일 수 있다. The alkyl group may be a "saturated alkyl group" which does not contain any double or triple bonds.

알킬기는 적어도 하나의 이중결합 또는 삼중결합을 포함하고 있는 "불포화 알킬(unsaturated alkyl)기"일 수도 있다. The alkyl group may be an "unsaturated alkyl group" comprising at least one double bond or triple bond.

알킬기는 C1 내지 C50 알킬기일 수 있다. 보다 구체적으로 알킬기는 C1 내지 C20 알킬기, C1 내지 C10 알킬기 또는 C1 내지 C6 알킬기일 수도 있다.The alkyl group may be a C1 to C50 alkyl group. More specifically, the alkyl group may be a C1 to C20 alkyl group, a C1 to C10 alkyl group or a C1 to C6 alkyl group.

예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 알킬쇄에 1 내지 4 개의 탄소원자, 즉, 알킬쇄는 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어진 군에서 선택됨을 나타낸다.For example, the C1 to C4 alkyl groups may have 1 to 4 carbon atoms in the alkyl chain, i.e., the alkyl chain may be optionally substituted with one or more substituents selected from the group consisting of methyl, ethyl, propyl, iso-propyl, n-butyl, Indicating that they are selected from the group.

구체적인 예를 들어 상기 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 에테닐기, 프로페닐기, 부테닐기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등을 의미한다.Specific examples of the alkyl group include a methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, t-butyl group, pentyl group, hexyl group, ethenyl group, Butyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, and the like.

이하, 본 발명의 공중합체에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, the copolymer of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

본 발명의 공중합체는 하기 화학식 1로 표시된다. The copolymer of the present invention is represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112015059517816-pat00006
Figure 112015059517816-pat00006

화학식 1에서,In formula (1)

R은 C3 내지 C20의 직쇄형 또는 분쇄형 알킬기이고,R is a C3 to C20 linear or branched alkyl group,

n 및 m은 반복단위의 반복수이고,n and m are the number of repeating units,

수평균분자량은 3,000 내지 500,000이다.The number average molecular weight is 3,000 to 500,000.

상기 R은 바람직하게는 C3 내지 C10의 직쇄형 알킬기일 수 있고, 더욱 바람직하게는 헥실기일 수 있다. The R may preferably be a straight-chain alkyl group of C3 to C10, and more preferably a hexyl group.

상기 공중합체는 블록 공중합체가 아닌 랜덤 공중합체(random copolymer)일 수 있으며, 상기 공중합체의 제조시 원료 물질 투입 비율(feed ratio)에 따라 주사슬에 포함되는 각각의 반복단위의 양이 달라질 수 있다. 반복단위의 양의 증가 및 감소에 따라 측사슬의 위치 규칙성이 변하며, 이에 따라 공중합체의 결정성 및 π-π 스태킹이 증가하거나 감소할 수 있다. The copolymer may be a random copolymer other than a block copolymer and the amount of each repeating unit included in the main chain may be varied depending on the feed ratio of the raw material during the production of the copolymer have. As the amount of repeating units increases and decreases, the positional regularity of the side chain changes, and thus the crystallinity and π-π stacking of the copolymer may increase or decrease.

이하, 본 발명의 공중합체의 제조방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, a method for producing the copolymer of the present invention will be described.

하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 중합하여 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 즉 본 발명의 공중합체를 제조한다.A compound represented by the following formula 2 and a compound represented by the following formula 3 are polymerized to prepare a compound represented by the following formula 1, that is, the copolymer of the present invention.

[화학식 2](2)

Figure 112015059517816-pat00007
Figure 112015059517816-pat00007

화학식 2에서,In formula (2)

R은 C3 내지 C20의 직쇄형 또는 분쇄형 알킬기이고,R is a C3 to C20 linear or branched alkyl group,

X1 및 X2는 서로 같거나 다르고, X1 및 X2는 각각 독립적으로 할로겐 원자이다.X 1 and X 2 are the same as or different from each other, and X 1 and X 2 are each independently a halogen atom.

[화학식 3](3)

Figure 112015059517816-pat00008
Figure 112015059517816-pat00008

화학식 3에서,In formula (3)

X3 및 X4는 서로 같거나 다르고, X3 및 X4는 각각 독립적으로 할로겐 원자이다.X 3 and X 4 are the same as or different from each other, and each of X 3 and X 4 is independently a halogen atom.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112015059517816-pat00009
Figure 112015059517816-pat00009

화학식 1에서,In formula (1)

R은 C3 내지 C20의 직쇄형 또는 분쇄형 알킬기이고,R is a C3 to C20 linear or branched alkyl group,

n 및 m은 반복단위의 반복수이고,n and m are the number of repeating units,

수평균분자량은 3,000 내지 500,000이다.The number average molecular weight is 3,000 to 500,000.

상기 R은 C3 내지 C10의 직쇄형 알킬기일 수 있다.The R may be a C3 to C10 linear alkyl group.

상기 X1 내지 X4는 서로 같거나 다르고, 각각 독립적으로 브롬 원자 또는 요오드 원자일 수 있고, 바람직하게는 브롬 원자일 수 있다. X 1 to X 4 are the same or different from each other, and each independently may be a bromine atom or an iodine atom, preferably a bromine atom.

본 발명의 공중합체의 제조방법을 좀 더 상세하게 설명하면, 먼저, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물, 및 마그네슘 화합물을 포함하는 용액을 제조한다(단계 1).The method for preparing the copolymer of the present invention will be described in more detail. First, a solution containing the compound represented by Formula 2, the compound represented by Formula 3, and the magnesium compound is prepared (Step 1).

상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 2,5-디브로모-3-헥실티오펜, 2-브로모-3-헥실-5-아이오도티오펜 등이 가능하며, 바람직하게는 2,5-디브로모-3-헥실티오펜일 수 있다. The compound represented by Formula 2 may be 2,5-dibromo-3-hexylthiophene, 2-bromo-3-hexyl-5-iodothiophene, 3-hexylthiophene.

상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 2,5-디브로모-티오펜, 2-브로모-5-아이오도티오펜 등이 가능하며, 바람직하게는 2,5-디브로모-티오펜일 수 있다. The compound represented by Formula 3 may be 2,5-dibromo-thiophene, 2-bromo-5-iodothiophen, or the like, preferably 2,5-dibromo-thiophene .

상기 마그네슘 화합물은 이소프로필 마그네슘 클로라이드, 이소프로필 마그네슘 브로마이드, 터셔리-부틸 마그네슘 클로라이드, 터셔리-부틸 마그네슘 브로마이드 등이 가능하며, 바람직하게는 이소프로필 마그네슘 클로라이드일 수 있다. The magnesium compound may be isopropyl magnesium chloride, isopropyl magnesium bromide, tert-butyl magnesium chloride, tert-butyl magnesium bromide, or the like, preferably isopropyl magnesium chloride.

단계 1의 용액의 용매는 용매가 테트라하이드로퓨란, 클로로포름, 다이클로로메탄, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 트라이클로로벤젠, 톨루엔, p-자일렌 등이 가능하며, 바람직하게는 테트라하이드로퓨란일 수 있다. The solvent of the solution of step 1 may be tetrahydrofuran, chloroform, dichloromethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, toluene, p-xylene, etc., preferably tetrahydrofuran .

마지막으로, 상기 용액에 중합개시제를 첨가하여 공중합체를 제조한다(단계 2).Finally, a polymerization initiator is added to the solution to prepare a copolymer (Step 2).

상기 중합개시제는 Ni(dppp)Cl2(Dichloro(1,3-bis(diphenylphosphino)propane)nickel), Ni(dppe)Cl2(Dichloro(1,3-bis(diphenylphosphino)ethane)nickel), Ni(dppf)Cl2(Dichloro(1,3-bis(diphenylphosphino)ferrocene)nickel) 등이 가능하며, 바람직하게는 Ni(dppp)Cl2일 수 있다. The polymerization initiator may be selected from the group consisting of Ni (dppp) Cl 2 (1,3-bis (diphenylphosphino) propane) nickel, Ni (dppe) Cl 2 dppf) Cl 2 (1,3-bis (diphenylphosphino) ferrocene) nickel), and preferably Ni (dppp) Cl 2 .

이하, 본 발명의 공중합체를 포함하는 트랜지스터에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the transistor including the copolymer of the present invention will be described.

상기 트랜지스터는 기판상에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 절연시키는 게이트 절연막, 및 상기 게이트 절연막 상에 형성되는 반도체층 및 소스 전극과 드레인 전극을 포함하고, 상기 반도체층이 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이에 위치하거나 또는 상기 소스 전극과 드레인 전극이 상기 반도체층 상에 위치하고, 상기 반도체층은 상기 공중합체를 포함할 수 있다. The transistor includes a gate electrode formed on a substrate, a gate insulating film insulated from the gate electrode, a semiconductor layer formed on the gate insulating film, and a source electrode and a drain electrode, wherein the semiconductor layer is formed between the source electrode and the drain electrode Or the source electrode and the drain electrode may be located on the semiconductor layer, and the semiconductor layer may include the copolymer.

상기 트랜지스터에 포함되는 공중합체의 결정은 강한 π-π 스태킹이 형성되어 전하 이동도가 향상될 수 있다. π-π 스태킹은 공중합체 결정의 결정 영역에서만 형성되는 것은 아니며, 결정성과 관계 없이 결정성이 감소하더라도 비정질 영역에서 사슬간 π-π 스태킹이 형성될 수 있다. The crystals of the copolymer contained in the transistor may have strong π-π stacking to improve the charge mobility. The π-π stacking is not formed only in the crystal region of the copolymer crystal, and even if the crystallinity is decreased regardless of the crystallinity, inter-chain π-π stacking can be formed in the amorphous region.

상기 공중합체는 상기 공중합체의 주사슬이 상기 게이트 절연막의 표면과 수평방향으로 배향된 공중합체, 즉 페이스-온(face-on)으로 배향된 공중합체를 포함할 수 있다. 상기 페이스-온 배향은 주사슬이 기판의 면방향을 기준으로 수평방향으로 형성되는 배향이며, 기판 면방향의 수직방향으로의 전하 이동에 유리할 수 있다. 이에 반하여, 엣지-온(edge-on) 배향은 주사슬이 기판의 면방향과 수직방향으로 형성되는 배향이며, 기판의 면방향을 기준으로 수평방향으로의 전하 이동에 유리할 수 있다. The copolymer may include a copolymer in which the main chain of the copolymer is oriented in the horizontal direction with the surface of the gate insulating film, that is, a face-on oriented copolymer. The face-on orientation is an orientation in which the main chain is formed in the horizontal direction with respect to the plane direction of the substrate, and may be advantageous in charge transfer in the direction perpendicular to the substrate surface direction. On the contrary, the edge-on orientation is an orientation in which the main chain is formed in a direction perpendicular to the plane direction of the substrate, and can be advantageous in the charge transfer in the horizontal direction with respect to the plane direction of the substrate.

상기 공중합체의 결정은 페이스-온 및 엣지-온으로 배향될 수 있으며, 바람직하게는 페이스-온으로 배향될 수 있다. 그러나, 상기 공중합체의 주사슬이 반드시 어느 하나의 배향을 갖는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 공중합체의 결정 영역은 엣지-온 배향을 갖고, 비결정 영역(amorphous region)은 페이스-온 배향을 가질 수 있다.The crystals of the copolymer can be oriented face-on and edge-on, and preferably can be oriented face-on. However, the main chain of the copolymer does not necessarily have any one orientation. For example, the crystalline region of the copolymer may have an edge-on orientation, and the amorphous region may have a face-on orientation.

상기 소스/드레인 전극은 각각 독립적으로 Au, Al, Ag, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Hf, In, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, Sb, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, 및 Zn 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The source / drain electrodes may be formed of Au, Al, Ag, Be, Bi, Co, Cu, Cr, Hf, In, Mn, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pd, Pt, , Sb, Ta, Te, Ti, V, W, Zr, and Zn.

이하, 본 발명의 공중합체 주사슬의 배향 방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the orientation method of the copolymer main chain of the present invention will be described.

먼저, 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체를 준비한다(단계 a).First, a copolymer represented by the following formula (1) is prepared (step a).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112015059517816-pat00010
Figure 112015059517816-pat00010

화학식 1에서,In formula (1)

R은 C3 내지 C20의 직쇄형 또는 분쇄형 알킬기이고,R is a C3 to C20 linear or branched alkyl group,

n 및 m은 반복단위의 반복수이고,n and m are the number of repeating units,

수평균분자량은 3,000 내지 500,000이다.The number average molecular weight is 3,000 to 500,000.

이때, 상기 화학식 1의 n:m의 비율을 조절하여 상기 기판의 면방향을 기준으로 상기 공중합체의 주사슬의 배향을 조절할 수 있다. At this time, the orientation of the main chain of the copolymer can be controlled based on the plane direction of the substrate by controlling the ratio of n: m in the formula (1).

n:m은 바람직하게는 1:10 내지 1:1.5일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1:9 내지 1:1.7, 더욱 더 바람직하게는 1:8 내지 1:1.9일 수 있다. n: m may preferably be from 1:10 to 1: 1.5, more preferably from 1: 9 to 1: 1.7, even more preferably from 1: 8 to 1: 1.9.

다음으로, 상기 공중합체를 기판 상에서 결정화시켜 상기 공중합체의 주사슬을 배향시킨다(단계 b).Next, the copolymer is crystallized on the substrate to orient the main chain of the copolymer (step b).

상기 공중합체의 주사슬을 배향시킴으로써 π-π 스태킹을 형성할 수 있으며, 상기 조절된 공중합체의 반복단위의 비율에 따라 공중합체 결정의 배향이 제어될 수 있다. 바람직하게는 상기 공중합체의 결정은 기판과 수평방향으로 형성되는 주사슬의 비율이 높은, 페이스-온 배향을 가질 수 있다. Π-π stacking can be achieved by orienting the main chain of the copolymer, and the orientation of the copolymer crystals can be controlled according to the proportion of the repeating units of the regulated copolymer. Preferably, the crystal of the copolymer may have a face-on orientation with a high proportion of the main chain formed in the substrate in the horizontal direction.

상기 단계 b를 좀 더 상세하게 설명하면, 먼저, 상기 공중합체를 용매에 용해시켜 공중합체 용액을 제조한다(단계 b-1).The step (b) will be described in more detail. First, the copolymer is dissolved in a solvent to prepare a copolymer solution (step b-1).

상기 용매는 용매가 테트라하이드로퓨란, 클로로포름, 다이클로로메탄, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 트라이클로로벤젠, 톨루엔, p-자일렌 등이 가능하며, 바람직하게는 테트라하이드로퓨란일 수 있다. The solvent may be tetrahydrofuran, chloroform, dichloromethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, toluene, p-xylene, or the like, preferably tetrahydrofuran.

다음으로, 상기 공중합체 용액을 기판 상에 코팅한다(단계 b-2).Next, the copolymer solution is coated on the substrate (step b-2).

상기 코팅은 스핀 코팅(spin coating), 잉크젯 프린팅(inkjet coating), 딥 코팅(dip coating), 드롭 캐스팅(drop casting), 바 코팅(bar coating) 등이 가능하며, 바람직하게는 스핀 코팅일 수 있다. The coating may be spin coating, inkjet coating, dip coating, drop casting, bar coating, or the like, preferably spin coating .

마지막으로, 상기 기판상에 코팅된 공중합체 용액을 건조하며 결정화시켜 상기 공중합체의 주사슬을 배향시킨다(단계 b-3).Finally, the copolymer solution coated on the substrate is dried and crystallized to orient the main chain of the copolymer (step b-3).

단계 b-3의 건조 온도는 80 내지 250℃일 수 있으며, 바람직하게는 90 내지 230℃일 수 있고, 더욱 바람직하게는 100 내지 210℃일 수 있다.The drying temperature in step b-3 may be 80 to 250 ° C, preferably 90 to 230 ° C, and more preferably 100 to 210 ° C.

[실시예][Example]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, this is for illustrative purposes only, and thus the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예 1: 공중합체의 제조Example 1: Preparation of Copolymer

Figure 112015059517816-pat00011
Figure 112015059517816-pat00011

질소 분위기 하의 글로브 박스(globe box)에서, 이소프로필 마그네슘 클로라이드(1.5ml, 3mmol)를 넣은 테트라하이드로퓨란(THF)을 2,5-디브로모-3-헥실티오펜(815mg, 2.5mmol)(화합물 1) 및 2,5-디브로모-티오펜(121mg, 0.5mmol)(화합물 2)을 무수 테트라하이드로퓨란 20ml에 녹인 용액에 첨가하고, 이후, 실온에서 1시간 동안 교반하였다. Ni(dppp)Cl2(12mg, 0.023mmol)이 분산된 테트라하이드로퓨란 5ml를 넣어 중합을 개시하고, 3시간 동안 교반하였다. 상기 중합은 5N HCl을 첨가하여 종료시켰다(quenched). 이후, 메탄올에 침전시킨 후, 중합체를 메탄올, 헥산 및 클로로포름에서 속슬레 추출(soxhlet extraction)로 정제시켰다. 클로로포름 분획(chloroform fraction)은 감압 하에서 농축하였다. 상기 농축물을 메탄올에 침전시키고, 여과하였다. 얻어진 중합체는 주위 온도(ambient temperature)의 진공 오븐에서 24시간 동안 건조하였고, 보라색 고체인 공중합체 341mg을 얻었다. (수율, 75%) Tetrahydrofuran (THF), in which isopropyl magnesium chloride (1.5 ml, 3 mmol) was placed in a globe box under nitrogen atmosphere, was added to 2,5-dibromo-3-hexylthiophene (815 mg, 2.5 mmol) Compound 1) and 2,5-dibromo-thiophene (121 mg, 0.5 mmol) (Compound 2) were dissolved in 20 ml of anhydrous tetrahydrofuran, and then stirred at room temperature for 1 hour. 5 ml of tetrahydrofuran in which Ni (dppp) Cl 2 (12 mg, 0.023 mmol) was dispersed was added to initiate polymerization, and the mixture was stirred for 3 hours. The polymerization was quenched by the addition of 5N HCl. After precipitation in methanol, the polymer was then purified by soxhlet extraction in methanol, hexane and chloroform. The chloroform fraction was concentrated under reduced pressure. The concentrate was precipitated in methanol and filtered. The resulting polymer was dried in a vacuum oven at ambient temperature for 24 hours to give 341 mg of a copolymer which was a purple solid. (Yield, 75%)

GPC : Mn = 10,000, PDI = 1.08 GPC: M n = 10,000, PDI = 1.08

1H-NMR (400 MHz, CDCl3, ppm) : δ 7.16-6.98 (br, 1H); 2.81 (t, J = 7.5 Hz, 1.33H); 1.71 (br, 1.33H); 1.36 (br, 4H); 0.91 (t, J = 6.6 Hz, 2H). 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm): δ 7.16-6.98 (br, 1H); 2.81 (t, J = 7.5 Hz, 1.33H); 1.71 (br, 1.33H); 1.36 (br, 4H); 0.91 (t, J = 6.6 Hz, 2H).

실시예 2: 공중합체의 제조Example 2: Preparation of Copolymer

2,5-디브로모-3-헥실티오펜(815mg, 2.5mmol) 및 2,5-디브로모-티오펜(121mg, 0.5mmol)을 녹인 용액 대신에 2,5-디브로모-3-헥실티오펜(734mg, 2.25mmol) 및 2,5-디브로모-티오펜(182mg, 0.75mmol)이 용해된 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 보라색 고체인 공중합체 313mg을 얻었다. (수율 72%)Instead of a solution of 2,5-dibromo-3-hexylthiophene (815 mg, 2.5 mmol) and 2,5-dibromo-thiophene (121 mg, 0.5 mmol) 3-yl) -hexylthiophene (734mg, 2.25mmol) and 2,5-dibromo-thiophene (182mg, 0.75mmol) in dichloromethane ≪ / RTI > (Yield: 72%)

GPC : Mn = 9,000, PDI = 1.09 GPC: M n = 9,000, PDI = 1.09

1H-NMR (400 MHz, CDCl3, ppm) : δ 7.16-6.98 (br, 1H); 2.81 (t, J = 7.5 Hz, 1.12H); 1.71 (br, 1.12H); 1.36 (br, 3.36H); 0.91 (t, J = 6.6 Hz, 1.68H). 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm): δ 7.16-6.98 (br, 1H); 2.81 (t, J = 7.5 Hz, 1. 12 H); 1.71 (br, 1. 12H); 1.36 (br, 3.36H); 0.91 (t, J = 6.6 Hz, 1.68H).

실시예 3: 공중합체의 제조Example 3: Preparation of copolymer

2,5-디브로모-3-헥실티오펜(815mg, 2.5mmol) 및 2,5-디브로모-티오펜(121mg, 0.5mmol)을 녹인 용액 대신에 2,5-디브로모-3-헥실티오펜(815mg, 2mmol) 및 2,5-디브로모-티오펜(242mg, 1mmol)이 용해된 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 보라색 고체인 공중합체 255mg을 얻었다. (수율 62%)Instead of a solution of 2,5-dibromo-3-hexylthiophene (815 mg, 2.5 mmol) and 2,5-dibromo-thiophene (121 mg, 0.5 mmol) (815 mg, 2 mmol) and 2,5-dibromo-thiophene (242 mg, 1 mmol) was used in place of the compound obtained in Example 1, 255 mg of a copolymer which was a purple solid was obtained . (Yield: 62%)

GPC : Mn = 11,000, PDI = 1.26 GPC: M n = 11,000, PDI = 1.26

1H-NMR (400 MHz, CDCl3, ppm) : δ 7.16-6.98 (br, 1H); 2.81 (t, J = 7.5 Hz, 1H); 1.71 (br, 1H); 1.36 (br, 3H); 0.91 (t, J = 6.6 Hz, 1.49H). 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm): δ 7.16-6.98 (br, 1H); 2.81 (t, J = 7.5 Hz, 1 H); 1.71 (br, 1 H); 1.36 (br, 3H); 0.91 (t, J = 6.6 Hz, 1.49H).

실시예 4: 공중합체 박막의 제조(공중합체 결정의 배향)(RP20)Example 4: Preparation of copolymer thin film (orientation of copolymer crystals) (RP20)

불투명 실리콘 웨이퍼(보론이 도핑된 실리콘, 실트론 주식회사)를 세정제(detergent), 탈이온수, 에탄올 및 아세톤으로 각각 15분간 세척하고 건조하였다. 실시예 1에 따라 제조된 공중합체 0.2mg을 클로로포름 100μl에 용해하여 1.5ⅹ1.5mm의 실리콘 웨이퍼 상에 1000rpm으로 스핀코팅하였다. 이로부터 얻어진 공중합체 박막은 100℃에서 30분 동안 어닐링(annealing)하여, 공중합체 박막을 제조하였다. The opaque silicon wafer (boron-doped silicon, Siltron, Inc.) was washed with detergent, deionized water, ethanol and acetone for 15 minutes each and dried. 0.2 mg of the copolymer prepared according to Example 1 was dissolved in 100 μl of chloroform and spin-coated on a 1.5 × 1.5 mm silicon wafer at 1000 rpm. The copolymer thin film thus obtained was annealed at 100 ° C for 30 minutes to prepare a copolymer thin film.

실시예 5: 공중합체 박막의 제조(공중합체 결정의 배향)(RP25)Example 5: Preparation of copolymer thin film (orientation of copolymer crystals) (RP25)

실시예 1에 따라 제조된 공중합체 대신에 실시예 2에 따라 제조된 공중합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 공중합체 박막을 제조하였다. A copolymer thin film was prepared in the same manner as in Example 4, except that the copolymer prepared in Example 2 was used in place of the copolymer prepared in Example 1.

실시예 6: 공중합체 박막의 제조(공중합체 결정의 배향)(RP33)Example 6: Preparation of copolymer thin film (orientation of copolymer crystals) (RP33)

실시예 1에 따라 제조된 공중합체 대신에 실시예 3에 따라 제조된 공중합체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 공중합체 박막을 제조하였다. A copolymer thin film was prepared in the same manner as in Example 4, except that the copolymer prepared in Example 3 was used in place of the copolymer prepared in Example 1.

비교예 1: 폴리(3-헥실티오펜)의 제조(P3HT)Comparative Example 1: Preparation of poly (3-hexylthiophene) (P3HT)

Figure 112015059517816-pat00012
Figure 112015059517816-pat00012

질소 분위기 하의 글로브 박스(globe box)에서, 테트라하이드로퓨란(THF) 속의 이소프로필 마그네슘 클로라이드(0.5ml, 1mmol)를 무수 테트라하이드로퓨란 20ml에 2,5-디브로모-3-헥실티오펜(326mg, 1mmol)이 용해된 용액에 첨가하고, 혼합물을 실온에서 1시간 동안 교반하였다. 테트라하이드로퓨란 5ml에 분산된 Ni(dppp)Cl2(4.5mg, 0.0083mmol)로 중합을 개시하고, 혼합물을 3시간 동안 교반하였다. 상기 중합은 5N HCl을 첨가하여 종료시켰다. 이후, 메탄올에 침전시킨 후, 중합체를 메탄올, 헥산 및 클로로포름에서 속슬레 추출(soxhlet extraction)로 정제시켰다. 클로로포름 분획(chloroform fraction)은 감압 하에서 농축하였다. 상기 농축물을 메탄올에 침전시키고, 여과하였다. 얻어진 중합체는 주위 온도(ambient temperature)의 진공 오븐에서 24시간 동안 건조하였고, 보라색 고체인 P3HT 120mg을 얻었다. (수율, 72%) Isopropylmagnesium chloride (0.5 ml, 1 mmol) in tetrahydrofuran (THF) was added to 20 ml anhydrous tetrahydrofuran in a globe box under a nitrogen atmosphere, to which was added 2,5-dibromo-3-hexylthiophene , 1 mmol) was added to the solution, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. The polymerization was initiated with Ni (dppp) Cl 2 (4.5 mg, 0.0083 mmol) dispersed in 5 ml of tetrahydrofuran and the mixture was stirred for 3 hours. The polymerization was terminated by the addition of 5N HCl. After precipitation in methanol, the polymer was then purified by soxhlet extraction in methanol, hexane and chloroform. The chloroform fraction was concentrated under reduced pressure. The concentrate was precipitated in methanol and filtered. The resulting polymer was dried in a vacuum oven at ambient temperature for 24 hours to give 120 mg of P3HT as a purple solid. (Yield, 72%)

GPC : Mn = 11,000, PDI = 1.06 GPC: M n = 11,000, PDI = 1.06

1H-NMR (400 MHz, CDCl3, ppm) : δ 6.98 (s, 1H); 2.81 (t, J = 7.5 Hz, 2H); 1.71 (br, 2H); 1.36 (br, 6H); 0.91 (t, J = 6.6 Hz, 3H). 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm): δ 6.98 (s, 1H); 2.81 (t, J = 7.5 Hz, 2H); 1.71 (br, 2 H); 1.36 (br, 6 H); 0.91 (t, J = 6.6 Hz, 3 H).

비교예 2: P3HT 박막의 제조(P3HT 결정의 배향)Comparative Example 2: Preparation of P3HT thin film (orientation of P3HT crystal)

불투명 실리콘 웨이퍼(보론이 도핑된 실리콘, 실트론 주식회사)를 세정제(detergent), 탈이온수, 에탄올 및 아세톤으로 각각 15분간 세척하고 건조하였다. 비교예 1에 따라 제조된 공중합체 0.2mg을 클로로포름 100μl에 용해하여 1.5ⅹ1.5mm의 실리콘 웨이퍼 상에 1000rpm으로 스핀코팅하였다. 이로부터 얻어진 공중합체 박막은 200℃에서 30분 동안 어닐링(annealing)하여, P3HT 박막을 제조하였다. The opaque silicon wafer (boron-doped silicon, Siltron, Inc.) was washed with detergent, deionized water, ethanol and acetone for 15 minutes each and dried. 0.2 mg of the copolymer prepared according to Comparative Example 1 was dissolved in 100 mu l of chloroform and spin-coated on a 1.5 x 1.5 mm silicon wafer at 1000 rpm. The resulting thin film of the copolymer was annealed at 200 ° C for 30 minutes to prepare a P3HT thin film.

소자 실시예 1: 트랜지스터의 제조Device Embodiment 1: Fabrication of transistor

실시예 4에 따라 제조된 공중합체 박막 상에 금을 채널 길이와 폭이 각각 150, 1,500μm인 섀도우 마스크를 통해 열증착(thermal evaporation)하여, 소스/드레인 전극(Au 70 nm)을 형성하여 트랜지스터를 제조하였다. (70 nm) was formed on the thin film of the copolymer prepared according to Example 4 by thermal evaporation through a shadow mask having a channel length and a width of 150 and 1,500 μm, respectively, to form a source / .

소자 실시예 2: 트랜지스터의 제조Device Embodiment 2: Fabrication of transistor

실시예 4에 따라 제조된 공중합체 대신에 실시예 5에 따라 제조된 공중합체 박막을 사용한 것을 제외하고는 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 트랜지스터를 제조하였다.A transistor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the copolymer thin film prepared in Example 5 was used instead of the copolymer prepared in Example 4.

소자 실시예 3: 트랜지스터의 제조Device Embodiment 3: Fabrication of transistor

실시예 4에 따라 제조된 공중합체 대신에 실시예 6에 따라 제조된 공중합체 박막을 사용한 것을 제외하고는 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 트랜지스터를 제조하였다.A transistor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the copolymer thin film prepared in Example 6 was used instead of the copolymer prepared in Example 4.

소자 비교예 1: 트랜지스터의 제조Device comparison example 1: Fabrication of transistor

실시예 1에 따라 제조된 공중합체 대신에 비교예 2에 따라 제조된 P3HT 박막을 사용한 것을 제외하고는 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 트랜지스터를 제조하였다.A transistor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the P3HT thin film prepared according to Comparative Example 2 was used in place of the copolymer prepared according to Example 1.

[시험예][Test Example]

시험예 1: 공중합체 합성 및 특성 확인Test Example 1: Synthesis and Characterization of Copolymer

도 1은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 고분자의 NMR(nuclear magnetic resonance) 스펙트럼이고, 하기 표 1은 GPC(gel permeation chromatography)를 통해 측정한 분자량(Mn) 및 분자량 분포(PDI) 결과를 나타낸 것이다. FIG. 1 is a nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum of a polymer prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, and Table 1 shows molecular weights (Mn) and molecular weight distributions measured by gel permeation chromatography (GPC) ).

도 1을 참조하면, 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 공중합체의 6.98-7.15 ppm 범위의 넓은 피크는 3-헥실티오펜 및 티오펜 단위(unit)의 방향족 수소(aromatic hydrogens)로 부터 발생하며, 특히 6.98 ppm 피크는 헤드-투-테일-헤드-투-테일 트리아드(head-to-tail-head-to-tail(HT-HT) triads)의 방향족 양성자(aromatic proton)로 부터 기인한다. 반면에, 7.00-7.15 ppm 범위의 넓은 피크는 헤드-투-헤드-테일-투-헤드 트리아드(head-to-head-tail-to-head(HH-TH) triads) 및 테일-투-테일-헤드-투-헤드 트리아드(tail-to-tail-head-to-head(TT-HH) triads)와 같은 이종(regioirregular) 방향족 양성자로부터 유래된다. 따라서, 방향족 수소 피크의 넓이는 반복 단위의 몰 비율에 따라 두 개의 반복 단위가 각각 공중합체의 주사슬을 따라 무작위적으로 분포하는 것을 의미하는 것으로 판단된다. 만약 블록 공중합체가 형성되었다면, NMR 스펙트럼에서 더 적고, 날카로운 피크가 나타났을 것이다. Referring to Figure 1, broad peaks in the range of 6.98-7.15 ppm of the copolymers prepared according to Examples 1 to 3 occur from aromatic hydrogens of 3-hexylthiophene and thiophene units , And in particular 6.98 ppm peak, are due to the aromatic proton of head-to-tail-head-to-tail (HT-HT) triads. On the other hand, wide peaks in the range of 7.00-7.15 ppm correspond to head-to-head-to-head (HH-TH) triads and tail- And is derived from regioirregular aromatic protons such as tail-to-tail-head-to-head (TT-HH) triads. Therefore, the width of the aromatic hydrogen peak is considered to mean that the two repeating units are randomly distributed along the main chain of the copolymer depending on the molar ratio of the repeating units. If a block copolymer was formed, there would be fewer, sharp peaks in the NMR spectrum.

표 1을 참조하면, 모든 고분자의 분자량은 비슷하였으나, 분자량 분포(PDI)는 티오펜 단위의 양에 따라 약간 증가하였다. 알킬 측사슬을 갖고 있지 않은 티오펜 단위로 인해 고분자의 용해도가 감소하기 때문이다. Referring to Table 1, the molecular weights of all polymers were similar, but the molecular weight distribution (PDI) slightly increased with the amount of thiophene unit. This is because the solubility of the polymer is reduced due to the thiophene unit having no alkyl side chain.

따라서, 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 공중합체는 랜덤 공중합체이고, 모든 고분자의 분자량이 비슷하여, 자기 조립 구조(self-organized structure)의 형성 및 광전자(optoelectronic) 특성에 미치는 분자량의 영향을 최소화할 수 있음을 알 수 있었다.Thus, the copolymers prepared according to Examples 1 to 3 are random copolymers and all of the polymers have similar molecular weights, and the effect of molecular weight on the formation of self-assembled structures and optoelectronic properties It can be minimized.

구분division 원료 물질의 투입 몰비율
(2,5-디브로모-3-헥실티오펜: 2,5-디브로모-티오펜)
Ratio of feed molar amount of raw material
(2,5-dibromo-3-hexylthiophene: 2,5-dibromo-thiophene)
생성 물질의 반복단위 비율
(3-헥실티오펜:티오펜)
The ratio of repeating units
(3-hexylthiophene: thiophene)
Mn
(g/mol)
Mn
(g / mol)
PDIPDI
비교예 1Comparative Example 1 -- -- 11,00011,000 1.061.06 실시예 1Example 1 5:15: 1 1:0.21: 0.2 10,00010,000 1.071.07 실시예 2Example 2 3:13: 1 1:0.251: 0.25 9,0009,000 1.171.17 실시예 3Example 3 2:12: 1 1:0.331: 0.33 11,00011,000 1.261.26

시험예 2: 고분자 결정성 확인Test Example 2: Determination of polymer crystallinity

도 2는 실시예 4 내지 6 및 비교예 2에 따라 제조된 고분자 박막의 DSC(differential scanning calorimetry) 분석 결과이다. FIG. 2 shows DSC (differential scanning calorimetry) analysis results of the polymer thin films prepared according to Examples 4 to 6 and Comparative Example 2. FIG.

도 2를 참조하면, 비교예 2(P3HT)의 용해 온도(Tm)는 218℃, 재결정 온도(Tc. recrystallization temperature)는 188℃로 나타났다. 실시예 4(RP20)의 용해 온도(Tm)는 171℃, 재결정 온도(Tc)는 137℃이고, 실시예 5(RP25)의 용해 온도(Tm)는 147℃, 재결정 온도(Tc)는 103℃이고, 실시예 6(RP33)의 용해 온도(Tm)는 123℃, 재결정 온도(Tc)는 92℃로, 실시예 4 내지 6에 따라 제조된 공중합체는 티오펜 단위의 양이 증가할수록 용해 온도(Tm) 및 재결정 온도(Tc)가 점점 감소하는 것으로 나타났다. Referring to FIG. 2, the melting temperature (T m ) of the comparative example 2 (P3HT) was 218 ° C and the recrystallization temperature (T c ) was 188 ° C. Example 4. The melting temperature (T m) of (RP20) is 171 ℃, re-crystallization temperature (T c) is the melting temperature (T m) is 147 ℃, re-crystallization temperature of 137 ℃, and Example 5 (RP25) (T c (T m ) of 123 占 폚 and the recrystallization temperature (T c ) of 92 占 폚 of Example 6 (RP33), and the copolymer prepared according to Examples 4 to 6 had a thiophene unit As the amount increased, the melting temperature (T m ) and recrystallization temperature (T c ) gradually decreased.

따라서, 용해 온도(Tm) 및 재결정 온도(Tc)의 감소는 공중합체의 결정성이 감소하는 것을 나타내므로, 티오펜 단위의 양이 증가할수록 실시예 4 내지 6에 따라 제조된 공중합체 박막의 결정성은 감소하는 것을 알 수 있었다. Therefore, since the decrease of the melting temperature (T m ) and the recrystallization temperature (T c ) shows that the crystallinity of the copolymer decreases, the copolymer thin film prepared according to Examples 4 to 6 And the crystallinity of the catalyst was decreased.

시험예 3: 고분자의 π-π 스태킹(π-π stacking) 증가 및 배향 확인Test Example 3: Increase and orientation of π-π stacking of polymer

도 3은 실시예 4 내지 6 및 비교예 2에 따라 제조된 고분자 박막의 어닐링 전과 후의 UV-vis 흡수 스펙트럼 분석 결과이고, 도 4는 X선 회절 패턴(X-ray scattering pattern) 측정 결과이고 상세한 결과는 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 도 5는 실시예 6 및 비교예 2에 따라 제조된 고분자 박막의 NEXAFS(near edge X-ray absorption fine structure) 분석 결과이다. Fig. 3 shows the results of UV-vis absorption spectrum analysis of the polymer thin films prepared according to Examples 4 to 6 and Comparative Example 2 before and after annealing, Fig. 4 shows the results of X-ray scattering pattern measurement, Are shown in Table 2 below. FIG. 5 shows the NEXAFS (near-edge X-ray absorption fine structure) analysis results of the polymer thin films prepared according to Example 6 and Comparative Example 2. FIG.

도 3을 참조하면, 실시예 4 내지 6 및 비교예 2에 따라 제조된 고분자의 UV-vis 흡수 스펙트럼은 모두 거의 유사하게 나타났으나, 590 nm 부근의 숄더 피크(shoulder peak)에서 차이가 있었다. 상기 숄더 피크는 주사슬(backbone)의 3-헥실티오펜과 티오펜 단위의 몰비율에 따른 π-π 스태킹 정도의 차이에 의한 것이다. 비교예 2(P3HT)의 경우 가장 작은 π-π 숄더 피크를 나타냈고, 이에 반하여 실시예 3(RP20)에서 실시예 6(RP33)으로 티오펜 단위의 양이 많아질수록 π-π 숄더 피크가 증가하였다. Referring to FIG. 3, the UV-vis absorption spectra of the polymers prepared according to Examples 4 to 6 and Comparative Example 2 were almost similar, but they differed at a shoulder peak near 590 nm. The shoulder peak is due to the difference in the degree of pi-pi stacking depending on the molar ratio of 3-hexylthiophene to thiophene unit in the backbone. In the case of Comparative Example 2 (P3HT), the smallest π-π shoulder peak was shown, whereas in Example 3 (RP20) to Example 6 (RP33), the larger the amount of thiophene unit was, Respectively.

따라서, π-π 스태킹과 결정성은 관계가 없으며, π-π 스태킹이 고분자의 결정 도메인(crystalline domain)이 아니라 비결정 영역(amorphous region)에 유래된 것을 알 수 있었다. Therefore, it can be seen that π-π stacking is not related to crystallinity, and π-π stacking is derived from an amorphous region rather than a crystalline domain of the polymer.

도 4 및 표 2를 참조하면, 비교예 2(P3HT)에서 실시예 4(RP33)으로 알킬 측사슬의 밀도가 낮아질수록, 고분자의 (100) 면간거리(d-spacing)는 16.6Å(P3HT)에서 14.6Å(RP33)으로 감소하였고, π-π 면간거리 또한 3.76Å(P3HT)에서 3.66Å(RP33)으로 감소하여 결정성이 감소하는 것을 알 수 있었다. 그러나, 도 4의 (c)에서와 같이 페이스-온 배향을 갖는 (100) 피크의 강도가 비교예 2(P3HT)보다 낮음에도, 도 4의 (a)에서 볼 수 있듯이 실시예 6(RP33)의 페이스-온 사슬은 강한 π-π 스태킹 강도를 갖는 것을 알 수 있었다. Referring to FIG. 4 and Table 2, as the density of the alkyl side chain was decreased from Comparative Example 2 (P3HT) to Example 4 (RP33), the (100) plane d- spacing of the polymer was 16.6 Å (P3HT) (RP33), and the interplanar distance of π-π plane also decreased from 3.76 Å (P3HT) to 3.66 Å (RP33), indicating a decrease in crystallinity. However, even if the intensity of the (100) peak having the face-on orientation is lower than that of the comparative example 2 (P3HT) as shown in FIG. 4C, Lt; RTI ID = 0.0 > pi-pi < / RTI > stacking strength.

따라서, 결정성이 감소함에도 비평면 방향으로 π-π 스태킹이 증가하고, 강한 π-π 스태킹을 통해 공중합체 결정의 전하 이동 특성이 향상될 것으로 예상된다. Therefore, it is expected that the π-π stacking increases in the non-planar direction even when the crystallinity decreases, and the charge transfer characteristic of the copolymer crystal is improved through strong π-π stacking.

도 5를 참조하면, 비교예 2(P3HT)는 엣지-온(R = 0.26)에, 실시예 6(RP33)은 페이스-온(R = -0.25)에 각도 의존 특성(angular dependence)을 나타내었다. 이는 상기 XRD 분석 결과에서 실시예 6(RP33)의 결정 영역의 대부분이 엣지-온 배향을 갖는 것으로 나타난 것과 대조적이다. 이는 실시예 6(RP33)의 많은 수의 비정질 사슬이 페이스-온 배향을 갖는 것을 의미한다. 다시 말해, 사슬의 구조적 규칙성(structural regularity)이 감소하여 생긴 페이스-온 배향의 비정질 사슬이 오히려 잘 연결된 전하 캐리어 이동 경로를 제공하는 것이다. Referring to FIG. 5, Comparative Example 2 (P3HT) exhibited angular dependence at edge-on (R = 0.26) and Example 6 (RP33) had face-on (R = -0.25) angular dependence . This is in contrast to the above XRD analysis results that most of the crystal regions of Example 6 (RP33) appeared to have an edge-on orientation. This means that the large number of amorphous chains of Example 6 (RP33) has a face-on orientation. In other words, the amorphous chains of the face-on orientation resulting from the reduced structural regularity of the chains provide a rather well-connected charge carrier transport pathway.

따라서, 실시예 4 내지 6에 따라 제조된 공중합체 박막의 비정질 사슬 영역으로 인한 페이스-온 배향이 강한 π-π 스태킹을 형성하고, 전하 캐리어 이동 경로를 제공하는 것을 알 수 있었다. Thus, it was found that the phase-on orientation due to the amorphous chain regions of the copolymer thin films prepared according to Examples 4 to 6 formed strong? -Π stacking and provided charge carrier movement paths.

구분division 비평면 방향(Out-of-plane direction)Out-of-plane direction 평면 방향(in-plane direction)In an in-plane direction, 100 [Å]100 [Å] π-π [Å]π-π [Å] 100 [Å]100 [Å] π-π [Å]π-π [Å] 비교예 2Comparative Example 2 15.715.7 3.713.71 16.616.6 3.763.76 실시예 4Example 4 15.415.4 3.653.65 16.416.4 3.683.68 실시예 5Example 5 15.015.0 3.603.60 16.016.0 3.663.66 실시예 6Example 6 14.614.6 3.603.60 15.515.5 --

시험예 4: 트랜지스터의 전하 캐리어 이동도 측정Test Example 4: Measurement of charge carrier mobility of a transistor

도 6은 소자 실시예 1 내지 3 및 소자 비교예 1에 따라 제조된 트랜지스터의 전하 캐리어 이동도를 측정한 결과이고, 하기 표 3은 그 수치를 나타낸 것이다. 6 shows the results of measurement of the charge carrier mobility of the transistors manufactured according to the device embodiments 1 to 3 and the device comparison example 1, and Table 3 shows the values thereof.

도 6 및 표 3을 참조하면, 소자 비교예 1(P3HT)에서 소자 실시예 3(RP33)으로 트랜지스터가 포함하는 고분자의 알킬 측사슬의 밀도가 낮아질수록, 전하 캐리어 이동도는 0.27 cm2/Vs(P3HT)에서 1.34 cm2/Vs(RP33)으로 증가하는 것을 알 수 있었다. Referring to FIG. 6 and Table 3, as the density of the alkyl side chain of the polymer included in the transistor is lowered from the device comparison example 1 (P3HT) to the device example 3 (RP33), the charge carrier mobility is 0.27 cm 2 / Vs (P3HT) to 1.34 cm < 2 > / Vs (RP33).

따라서, 소자 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 트랜지스터가 포함하는 공중합체의 결정성이 감소되었음에도 불구하고, 비정질 영역에서 사슬의 페이스-온 배향에 의해 형성된 강한 π-π 스태킹이 전하 캐리어 이동 경로를 제공하는 것을 알 수 있었다.Thus, although the crystallinity of the copolymers included in the transistors fabricated according to the device embodiments 1 to 3 is reduced, the strong? -Stacking formed by the phase-on orientation of the chains in the amorphous region causes the charge carrier migration path .

구분division 이동도
[cm2/Vs]
Mobility
[cm 2 / Vs]
소자 비교예 1(P3HT)Device Comparative Example 1 (P3HT) 0.270.27 소자 실시예 1(RP20)Device Example 1 (RP20) 0.840.84 소자 실시예 2(RP25)Device Example 2 (RP25) 1.041.04 소자 실시예 3(RP33)Device Example 3 (RP33) 1.341.34

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

Claims (20)

(a) 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 중합하여 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체를 준비하는 단계; 및
(b) 상기 공중합체를 기판 상에서 결정화시켜 상기 공중합체의 주사슬을 배향시키는 단계;를 포함하는 공중합체 주사슬의 배향 방법이고,
하기 화학식 1의 n:m의 비율을 조절하여 상기 기판의 면방향을 기준으로 상기 공중합체의 주사슬의 배향을 조절하는 것인 공중합체 주사슬의 배향 방법.
[화학식 1]
Figure 112016123888663-pat00025

화학식 1에서,
R은 C3 내지 C20의 직쇄형 또는 분쇄형 알킬기이고,
n 및 m은 반복단위의 반복수이고,
수평균분자량은 3,000 내지 500,000이다.
[화학식 2]
Figure 112016123888663-pat00026

화학식 2에서,
R은 C3 내지 C20의 직쇄형 또는 분쇄형 알킬기이고,
X1 및 X2는 서로 같거나 다르고, X1 및 X2는 각각 독립적으로 할로겐 원자이다.
[화학식 3]
Figure 112016123888663-pat00027

화학식 3에서,
X3 및 X4는 서로 같거나 다르고, X3 및 X4는 각각 독립적으로 할로겐 원자이다.
(a) polymerizing a compound represented by the following formula (2) and a compound represented by the following formula (3) to prepare a copolymer represented by the following formula (1); And
(b) crystallizing the copolymer on the substrate to orient the main chain of the copolymer, and
Wherein the ratio of n: m in the formula (1) is controlled to adjust the orientation of the main chain of the copolymer based on the plane direction of the substrate.
[Chemical Formula 1]
Figure 112016123888663-pat00025

In formula (1)
R is a C3 to C20 linear or branched alkyl group,
n and m are the number of repeating units,
The number average molecular weight is 3,000 to 500,000.
(2)
Figure 112016123888663-pat00026

In formula (2)
R is a C3 to C20 linear or branched alkyl group,
X 1 and X 2 are the same as or different from each other, and X 1 and X 2 are each independently a halogen atom.
(3)
Figure 112016123888663-pat00027

In formula (3)
X 3 and X 4 are the same as or different from each other, and each of X 3 and X 4 is independently a halogen atom.
제1항에 있어서,
상기 R이 C3 내지 C10의 직쇄형 알킬기인 것을 특징으로 하는 공중합체 주사슬의 배향 방법.
The method according to claim 1,
Wherein R is a linear alkyl group having from 3 to 10 carbon atoms.
제2항에 있어서,
상기 R이 헥실기인 것을 특징으로 하는 공중합체 주사슬의 배향 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein R is a hexyl group.
삭제delete 제1항에 있어서, 단계 (a)가,
(1) 상기 화학식 2로 표시되는 화합물, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물, 및 마그네슘 화합물을 포함하는 용액을 제조하는 단계; 및
(2) 상기 용액에 중합개시제를 첨가하여 공중합체를 제조하는 단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 공중합체 주사슬의 배향 방법.
The method of claim 1, wherein step (a)
(1) preparing a solution containing a compound represented by Formula 2, a compound represented by Formula 3, and a magnesium compound; And
(2) adding a polymerization initiator to the solution to prepare a copolymer;
≪ / RTI > wherein the copolymer is present in an amount of less than 50% by weight.
제1항에 있어서,
상기 R이 C3 내지 C10의 직쇄형 알킬기인 것을 특징으로 하는 공중합체 주사슬의 배향 방법.
The method according to claim 1,
Wherein R is a linear alkyl group having from 3 to 10 carbon atoms.
제5항에 있어서,
상기 마그네슘 화합물이 이소프로필 마그네슘 클로라이드, 이소프로필 마그네슘 브로마이드, 터셔리-부틸 마그네슘 클로라이드, 및 터셔리-부틸 마그네슘 브로마이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 공중합체 주사슬의 배향 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the magnesium compound comprises at least one selected from the group consisting of isopropyl magnesium chloride, isopropyl magnesium bromide, tert-butyl magnesium chloride, and tertiary-butyl magnesium bromide.
제5항에 있어서,
상기 중합개시제가 Ni(dppp)Cl2, Ni(dppe)Cl2, 및 Ni(dppf)Cl2 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 공중합체 주사슬의 배향 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the polymerization initiator comprises at least one selected from Ni (dppp) Cl 2 , Ni (dppe) Cl 2 , and Ni (dppf) Cl 2 .
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
n:m은 1:10 내지 1:1.5인 것을 특징으로 하는 공중합체 주사슬의 배향 방법.
The method according to claim 1,
and n: m is from 1:10 to 1: 1.5.
제1항에 있어서,
단계 (b)가,
(b-1) 상기 공중합체를 유기 용매에 용해시켜 공중합체 용액을 제조하는 단계;
(b-2) 상기 공중합체 용액을 기판 상에 코팅하는 단계; 및
(b-3) 상기 기판상에 코팅된 공중합체 용액을 건조하며 결정화시켜 상기 공중합체의 주사슬을 배향시키는 단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 공중합체 주사슬의 배향 방법.
The method according to claim 1,
Step (b)
(b-1) dissolving the copolymer in an organic solvent to prepare a copolymer solution;
(b-2) coating the copolymer solution on a substrate; And
(b-3) drying and crystallizing the copolymer solution coated on the substrate to orient the main chain of the copolymer;
≪ / RTI > wherein the copolymer is present in an amount of less than 50% by weight.
제17항에 있어서,
상기 용매가 테트라하이드로퓨란, 클로로포름, 다이클로로메탄, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 트라이클로로벤젠, 톨루엔, 및 p-자일렌 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 공중합체 주사슬의 배향 방법.
18. The method of claim 17,
Characterized in that the solvent comprises at least one selected from the group consisting of tetrahydrofuran, chloroform, dichloromethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, toluene, and p-xylene. .
제17항에 있어서,
단계 (b-2)에서 상기 공중합체 용액을 기판 상에 코팅하는 방법이 스핀 코팅(spin coating), 잉크젯 프린팅(inkjet coating), 딥 코팅(dip coating), 드롭 캐스팅(drop casting) 및 바 코팅(bar coating) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 공중합체 주사슬의 배향 방법.
18. The method of claim 17,
In the step (b-2), a method of coating the copolymer solution on a substrate may be a spin coating method, an inkjet coating method, a dip coating method, a drop casting method and a bar coating method bar coating. < RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
제17항에 있어서,
상기 건조 온도가 80℃ 내지 250℃인 것을 특징으로 하는 공중합체 주사슬의 배향 방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the drying temperature is 80 ° C to 250 ° C.
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