KR102400724B1 - Stretchable organic semiconducting polymer, manufacturing method thereof, and organic electronic devices containing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신축성을 갖는 유기 반도체 고분자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 유기 전자 소자에 관한 것이다. 구체적으로, 카바졸과 DPP가 도입된 결정형 단량체와 유연 단량체를 중합하여 제조됨으로써, 전기적 특성을 유지하면서도 신축성을 구현하는 유기 반도체 고분자를 제공한다.The present invention relates to a stretchable organic semiconductor polymer, a method for manufacturing the same, and an organic electronic device comprising the same. Specifically, it is prepared by polymerizing a crystalline monomer and a flexible monomer into which carbazole and DPP are introduced, thereby providing an organic semiconductor polymer that realizes elasticity while maintaining electrical properties.
Description
본 발명은 신축성을 갖는 유기 반도체 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 유기 전자 소자에 관한 것이다.The present invention relates to an organic semiconductor compound having elasticity, a method for manufacturing the same, and an organic electronic device including the same.
최근에는 형태 변형이 자유로운 플렉시블(flexible) 및 웨어러블(wearable) 디바이스 등 새로운 기기들에 대한 요구와 관심이 급증하고 있다. 이러한 새로운 전자소자들에 대한 시장의 기대가 점차 커지는 상황에서, 플렉시블 전자 소자의 핵심 요소인, 신축성을 갖는 반도체 재료 개발을 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.Recently, demand for and interest in new devices, such as flexible and wearable devices that can be freely deformed, are rapidly increasing. In a situation in which market expectations for these new electronic devices are gradually increasing, research for the development of a semiconductor material having elasticity, which is a key element of a flexible electronic device, is being actively conducted.
유기물 반도체는 플렉시블 기판들과의 호환성이 뛰어나고, 제조공정이 간단하며 저비용으로 생산 가능한 이점이 있다. 특히, 고분자 반도체(Polymer semiconductors)는 용액공정이 가능하고, 우수한 기계적 유연성으로 박막 형성이 용이하고, 분자구조의 변경을 통해 전기적 성질을 조절할 수 있으며, 저분자 유기반도체 화합물에 비해 제조 원가가 절감 될 수 있다는 이점으로, 플렉시블 전자소자 구현을 위한 차세대 재료로 대두되고 있다.Organic semiconductors have excellent compatibility with flexible substrates, a simple manufacturing process, and low cost production. In particular, polymer semiconductors can be solution processed, thin film formation is easy due to excellent mechanical flexibility, electrical properties can be controlled by changing molecular structure, and manufacturing cost can be reduced compared to low molecular weight organic semiconductor compounds. With this advantage, it is emerging as a next-generation material for realizing flexible electronic devices.
최근에는 신축성을 갖는 유기 반도체 고분자를 개발하기 위해, 공액구조를 포함하는 결정형 단량체(Crystalline part) 및 결정성이 없는 유연 단량체(Flexible part)를 중합하는 방식으로 반도체 고분자를 제조하는 연구가 보고되고 있다. 결정형 단량체(Crystalline part)는 반도체의 전기적 특성을 제공하며, 전기적 특성이 없는 유연 단량체(Flexible part)는 반도체의 신축성을 제공한다. 그러나 우수한 신축성 및 우수한 전기적 특성을 동시에 구현하는 반도체 고분자의 개발은 매우 어려운 일이다. 현재까지 보고된 신축성을 갖는 반도체 고분자의 경우, 결정형 단량체(Crystalline part)의 결정성이 없거나 매우 약하기 때문에, 전기적 특성이 없는 유연 단량체(Flexible part)의 함량이 증가할 경우, 반도체의 전기적 특성이 크게 저하되는 문제가 발생한다. 이로 인해 유연 단량체의 함량이 줄어들게 되고, 반도체 고분자의 열가소성 탄성체 특성이 크지 않으며 결정성 특성 또한 떨어지는 한계를 가진다.Recently, in order to develop an organic semiconductor polymer having elasticity, research on preparing a semiconductor polymer by polymerizing a crystalline monomer having a conjugated structure and a flexible monomer without crystallinity has been reported. . A crystalline monomer (Crystalline part) provides electrical properties of the semiconductor, and a flexible monomer (Flexible part) without electrical properties provides elasticity of the semiconductor. However, it is very difficult to develop a semiconductor polymer that simultaneously realizes excellent elasticity and excellent electrical properties. In the case of a semiconductor polymer having stretchability reported so far, since the crystallinity of the crystalline part is not or very weak, when the content of the flexible monomer having no electrical properties is increased, the electrical properties of the semiconductor are greatly increased. There is a problem of degradation. Due to this, the content of the flexible monomer is reduced, the thermoplastic elastomer properties of the semiconductor polymer are not great, and the crystallinity properties are also reduced.
본 발명의 목적은 반도체의 전기적 특성을 유지함과 동시에 우수한 신축성을 구현하는 신규한 유기 반도체 고분자 및 이의 제조방법 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a novel organic semiconductor polymer that maintains electrical properties of a semiconductor and realizes excellent elasticity, and a method for manufacturing the same.
또한, 본 발명의 목적은 본 발명의 유기 반도체 고분자를 포함하는 유기 전자 소자를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an organic electronic device comprising the organic semiconductor polymer of the present invention.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 반도체 고분자는 하기 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 것이다.The organic semiconductor polymer according to the present invention for achieving the above object includes repeating units represented by Chemical Formulas 1 and 2 below.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 1 및 화학식 2에서, In Formula 1 and Formula 2,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C3-C30사이클로알킬, C6-C30아릴, C1-30알콕시, C2-C30헤테로사이클로알킬, C2-C30알케닐 또는 C2-C30알키닐이고;R 1 to R 4 are each independently hydrogen, C1-C30 alkyl, C3-C30 cycloalkyl, C6-C30 aryl, C1-30 alkoxy, C2-C30 heterocycloalkyl, C2-C30 alkenyl or C2-C30 alkynyl ego;
R5 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;R 5 to R 13 are each independently hydrogen or C 1 -
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 O, S, Se 또는 NRa이고, 여기서 Ra은 수소 또는 C1-C30 알킬이고;Z 1 and Z 2 are each independently O, S, Se or NR a , wherein R a is hydrogen or C1-C30 alkyl;
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C6-C30아릴렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 1 and Ar 2 are each independently C6-C30 arylene or C3-C30 heteroarylene;
Ar3 내지 Ar5는 각각 독립적으로 단일결합, C6-C30아릴렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 3 to Ar 5 are each independently a single bond, C6-C30 arylene, or C3-C30 heteroarylene;
D1 및 D2는 각각 독립적으로 단일결합, -C(O)NRb-, -NRcC(O)-, -CO-, -COO-, -SO2-또는 -SO- 이고, 여기서 Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30 알킬이고;D 1 and D 2 are each independently a single bond, -C(O)NR b -, -NR c C(O)-, -CO-, -COO-, -SO 2 -or -SO-, wherein R b and Rc are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고;a, b, c and d are each independently an integer from 1 to 3;
e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 30의 정수이다.e and f are each independently an integer from 1 to 30.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 화학식 1의 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C10알킬이고, e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 20의 정수일 수 있다.According to an aspect of the present invention, R 1 to R 4 in
본 발명의 일 양태에 따라, 유기 반도체 고분자의 우수한 결정성 측면에서, 화학식 1의 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 하기 구조식에서 선택될 수 있다.According to an aspect of the present invention, in terms of excellent crystallinity of the organic semiconductor polymer, Ar 1 and Ar 2 of
상기 구조식에서, R14 내지 R18는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C20알킬이고, Z3 내지 Z7은 각각 독립적으로 O, S, Se 또는 NRd이고, 여기서 Rd는 수소 또는C1-C20 알킬이다.In the above structural formula, R 14 to R 18 are each independently hydrogen or C1-C20 alkyl, Z 3 to Z 7 are each independently O, S, Se or NR d , where R d is hydrogen or C1-C20 alkyl am.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 화학식 2의 Ar3 및 Ar5는 각각 독립적으로 하기 구조식에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.According to an aspect of the present invention, Ar 3 and Ar 5 of Formula 2 may each independently be any one selected from the following structural formula.
상기 구조식에서, Z6 내지 Z8은 각각 독립적으로 O, S 또는 Se이고, R17 내지 R21은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C10알킬이다.In the above structural formula, Z 6 to Z 8 are each independently O, S or Se, and R 17 to R 21 are each independently hydrogen or C1-C10 alkyl.
본 발명의 일 양태에 따라, 본 발명의 유기 반도체 고분자는 하기 화학식 3으로 표시는 것이다.According to one aspect of the present invention, the organic semiconductor polymer of the present invention is represented by the following formula (3).
[화학식 3][Formula 3]
상기 화학식 3에서, In Formula 3,
R1 내지 R13는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;R 1 to R 13 are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 S 또는 Se이고;Z 1 and Z 2 are each independently S or Se;
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 1 and Ar 2 are each independently C3-C30 heteroarylene;
Ar3 및 Ar5는 각각 독립적으로 단일결합, C6-C30아렐렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 3 and Ar 5 are each independently a single bond, C6-C30 areylene or C3-C30 heteroarylene;
Ar4는 단일결합, C6-C30아릴렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 4 is a single bond, C6-C30 arylene or C3-C30 heteroarylene;
D1 및 D2는 각각 독립적으로 단일결합, -C(O)NRb- 또는 -NRcC(O)-이고, 여기서 Rb는 Rc는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30 알킬이고;D 1 and D 2 are each independently a single bond, -C(O)NR b - or -NR c C(O)-, wherein R b is R c are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고;a, b, c and d are each independently an integer from 1 to 3;
e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 20의 정수이고;e and f are each independently an integer from 1 to 20;
n 및 m은 각각 독립적으로 몰분율로서 0초과 1미만의 실수이며, n+m=1이다.n and m are each independently a real number greater than 0 and less than 1 as a mole fraction, and n+m=1.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 화학식 3의 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C5알킬이고, R5 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 또는 C5-C20알킬일 수 있다.According to an aspect of the present invention, in Formula 3, R 1 to R 4 may be each independently hydrogen or C1-C5 alkyl, and R 5 to R 13 may each independently be hydrogen or C5-C20 alkyl.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 화학식 3의 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 하기 구조식으로 표시되는 것일 수 있다.According to an aspect of the present invention, Ar 1 and Ar 2 of Formula 3 may each independently be represented by the following structural formula.
상기 구조식에서, R14는 수소 또는 C1-C10알킬이고, Z3은 S 또는 Se이다.In the above structural formula, R 14 is hydrogen or C 1 -
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 화학식 3의 Ar3 및 Ar5는 각각 독립적으로 하기 구조식에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.According to an aspect of the present invention, Ar 3 and Ar 5 of Formula 3 may each independently be any one selected from the following structural formula.
상기 구조식에서,In the above structural formula,
Z6 내지 Z8은 각각 독립적으로 S 또는 Se이고, R17 내지 R21은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C5알킬이다.Z 6 to Z 8 are each independently S or Se, and R 17 to R 21 are each independently hydrogen or C1-C5 alkyl.
본 발명의 일 양태에 따라, 본 발명의 유기 반도체 고분자는 하기 화학식 4로 표시는 것이다.According to one aspect of the present invention, the organic semiconductor polymer of the present invention is represented by the following formula (4).
[화학식 4][Formula 4]
상기 화학식 4에서,In Formula 4,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C20알킬이고;R 1 to R 4 are each independently hydrogen or C1-C20 alkyl;
R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C20알킬이고;R 5 to R 9 are each independently hydrogen or C 1 -
Z1, Z2, Z11, Z12 및 Z13는 각각 독립적으로 S 또는 Se이고; Z 1 , Z 2 , Z 11 , Z 12 and Z 13 are each independently S or Se;
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C3-C20헤테로아릴렌이고;Ar 1 and Ar 2 are each independently C3-C20 heteroarylene;
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고;a, b, c and d are each independently an integer from 1 to 3;
s는 1 내지 20의 정수이고;s is an integer from 1 to 20;
n 및 m은 각각 독립적으로 몰분율로서 0초과 1미만의 실수이며, n+m=1이다.n and m are each independently a real number greater than 0 and less than 1 as a mole fraction, and n+m=1.
또한, 본 발명에 따른 유기 반도체 고분자의 제조 방법은 하기 화학식 11로 표시되는 단량체, 하기 화학식 12로 표시되는 단량체 및 하기 화학식 13으로 표시되는 단량체를 중합하여 하기 화학식 3으로 표시되는 유기 반도체 고분자를 제조하는 단계를 포함한다.In addition, in the method for producing an organic semiconductor polymer according to the present invention, an organic semiconductor polymer represented by the following formula (3) is prepared by polymerizing a monomer represented by the following formula (11), a monomer represented by the following formula (12), and a monomer represented by the following formula (13) including the steps of
[화학식 3][Formula 3]
[화학식 11][Formula 11]
[화학식 12][Formula 12]
[화학식 13][Formula 13]
상기 화학식 3 및 화학식 11 내지 화학식 13에서,In Formula 3 and Formula 11 to Formula 13,
X1 내지 X4는 각각 독립적으로 할로겐이고;X 1 to X 4 are each independently halogen;
R1 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;R 1 to R 13 are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
R22 내지 R24는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;R 22 to R 24 are each independently hydrogen or C 1 -
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 S 또는 Se이고;Z 1 and Z 2 are each independently S or Se;
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 1 and Ar 2 are each independently C3-C30 heteroarylene;
Ar3 및 Ar5는 각각 독립적으로 단일결합, C6-C30아렐렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 3 and Ar 5 are each independently a single bond, C6-C30 areylene or C3-C30 heteroarylene;
Ar4는 단일결합, C6-C30아릴렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 4 is a single bond, C6-C30 arylene or C3-C30 heteroarylene;
D1 및 D2는 각각 독립적으로 단일결합, -C(O)NRb- 또는 -NRcC(O)-이고, 여기서 Rb는 Rc는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;D 1 and D 2 are each independently a single bond, —C(O)NR b — or —NR c C(O)—, wherein R b is Rc each independently hydrogen or C 1 -
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고;a, b, c and d are each independently an integer from 1 to 3;
e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 20의 정수이고;e and f are each independently an integer from 1 to 20;
n 및 m은 각각 독립적으로 몰분율로서 0초과 1미만의 실수이며, n+m=1이다.n and m are each independently a real number greater than 0 and less than 1 as a mole fraction, and n+m=1.
또한, 본 발명은 유기 전자 소자에 포함되는 상술한 바와 같은 유기 반도체 고분자를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an organic semiconductor polymer as described above included in an organic electronic device.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 유기 전자 소자는 액정 표시 장치, 유기 발광 표기 장치, 유기 트랜지스터, 유기 태양전지 또는 유기 센서일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the organic electronic device may be a liquid crystal display device, an organic light emitting display device, an organic transistor, an organic solar cell, or an organic sensor.
또한, 본 발명은 우수한 결정성을 가지는 하기 화학식 7로 표시되는 결정형 화합물을 제공한다.In addition, the present invention provides a crystalline compound represented by the following formula (7) having excellent crystallinity.
[화학식 7][Formula 7]
상기 화학식 7에서,In
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C20알킬이고;R 1 to R 4 are each independently hydrogen or C1-C20 alkyl;
R5 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 또는 C5-C20알킬이고;R 5 to R 13 are each independently hydrogen or C5-C20 alkyl;
R30 및 R31은 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고;R 30 and R 31 are each independently hydrogen or halogen;
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 S 또는 Se이고;Z 1 and Z 2 are each independently S or Se;
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C3-C20헤테로아릴렌이고;Ar 1 and Ar 2 are each independently C3-C20 heteroarylene;
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이다.a, b, c and d are each independently an integer of 1 to 3.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 결정형 화합물은 시차 주사 열량 곡선에서, 30 내지 280℃ 의 Tm 값 및 20 내지 270℃ 의 Tc 값을 가질 수 있다.According to an aspect of the present invention, the crystalline compound may have a T m value of 30 to 280° C. and a T c value of 20 to 270° C. in a differential scanning calorimetry curve.
본 발명의 반도체 고분자는 전기적 특성을 유지함과 동시에 우수한 신축성을 구현한다. 구체적으로는, 결정형 단량체(Crystalline part)로 중심골격인 카바졸 양쪽에 DPP(Diketopyrrolopyrrole)가 도입된 화합물을 사용하여, 결정형 단량체의 결정성을 매우 우수하게 할 수 있다. 이러한 결정형 단량체를 포함하는 반도체 고분자는, 전기적 특성을 갖지 않는 유연 단량체(Flexible part)가 포함되어도 반도체의 전기적 특성을 유지할 수 있다. The semiconductor polymer of the present invention realizes excellent elasticity while maintaining electrical properties. Specifically, by using a compound in which DPP (Diketopyrrolopyrrole) is introduced on both sides of carbazole, which is a central skeleton, as a crystalline part, the crystallinity of the crystalline monomer can be very excellent. The semiconductor polymer including the crystalline monomer may maintain the electrical properties of the semiconductor even when a flexible monomer having no electrical properties is included.
또한, 결정형 단량체인 카바졸과 DPP가 전기변색 특성을 가지고 있고, 유연 단량체는 전기변색 구현을 위해 반드시 필요한 전해질과의 혼합성(compatability)이 우수하여, 카바졸과 DPP로만 구성된 일반적인 전기변색 고분자보다 전해질과의 혼합성이 우수하여 전기변색 특성이 향상된다.In addition, carbazole and DPP, which are crystalline monomers, have electrochromic properties, and flexible monomers have excellent compatibility with electrolytes, which are essential for electrochromic implementation. The electrochromic properties are improved due to excellent mixing properties with the electrolyte.
또한, 본 발명의 유기 전자 소자는 본 발명의 유기 반도체 고분자를 포함함으로써 우수한 전기적 특성, 전기 변색 특성 및 신축성을 가진다. In addition, the organic electronic device of the present invention has excellent electrical properties, electrochromic properties and elasticity by including the organic semiconductor polymer of the present invention.
따라서, 본 발명의 유기 반도체 고분자는 액정 표시 장치, 유기 발광표기 장치, 유기 트랜지스터, 유기 태양전기 또는 유기 센서등의 다양한 디바이스 분야에 유용하게 응용될 수 있다.Accordingly, the organic semiconductor polymer of the present invention can be usefully applied to various device fields such as a liquid crystal display device, an organic light emitting display device, an organic transistor, an organic solar electricity or an organic sensor.
도 1은 (a) 실시예 1에서 합성된 화합물 1 , (b) 실시예 2에서 합성된 화합물 2의 시차열량분석(DSC) 곡선이다.
도 2는 (a) P7, (b) P5, (c) P3, (d) P1의 시차열량분석(DSC) 곡선이다.
도 3는 (a) P10, (b) P0의 시차열량분석(DSC) 곡선이다.
도 4은 (a) P7, (b) P5, (c) P3, (d) P1의 열중량분석(TGA) 곡선이다.
도 5은 (a) P10, (b) P0의 열중량분석(TGA) 곡선이다.
도 6는 용액상 및 필름상의 (a) P7, (b) P5, (c) P3, (d) P1의 UV-vis 흡수 스펙트럼이다.
도 7는 본 발명의 실시예 9 내지 12 및 비교예 3에 따른 유기 트랜지스터를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예 9 내지 12 및 비교예 3에 따른 유기트랜지스터의 전하이동도 측정 결과를 도시한 것이다.
도 9은 본 발명의 실시예 13 내지 15 및 비교예 4에 따른 전기변색 결과를 도시한 것이다.1 is a differential calorimetry (DSC) curve of (a)
2 is a differential calorimetry (DSC) curve of (a) P7, (b) P5, (c) P3, and (d) P1.
3 is a differential calorimetry (DSC) curve of (a) P10, (b) P0.
4 is a thermogravimetric analysis (TGA) curve of (a) P7, (b) P5, (c) P3, and (d) P1.
5 is a thermogravimetric analysis (TGA) curve of (a) P10, (b) P0.
6 is a UV-vis absorption spectrum of (a) P7, (b) P5, (c) P3, (d) P1 in solution and film phases.
7 illustrates organic transistors according to Examples 9 to 12 and Comparative Example 3 of the present invention.
8 is a view showing the measurement results of the charge mobility of the organic transistors according to Examples 9 to 12 and Comparative Example 3 of the present invention.
9 shows electrochromic results according to Examples 13 to 15 and Comparative Example 4 of the present invention.
이하 제조예 및 실시예를 통해 본 발명에 따른 신규한 유기 반도체 고분자, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 유기 전자 소자에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만, 하기의 제조예 및 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 참조일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. 또한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는, 달리 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, a novel organic semiconductor polymer according to the present invention, a method for manufacturing the same, and an organic electronic device including the same will be described in more detail through Preparation Examples and Examples. However, the following Preparation Examples and Examples are only references for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms. In addition, all technical and scientific terms, unless otherwise defined, have the meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, and may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention in the following description. A description of possible known functions and configurations will be omitted.
본 명세서의 용어, “포함한다”는 “구비한다”, “함유한다”, “가진다” 또는 “특징으로 한다” 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.As used herein, the term “comprises” is an open-ended description having an equivalent meaning to expressions such as “comprises”, “contains”, “has” or “characterizes”, and is an element not listed in addition; Materials or processes are not excluded.
본 명세서의 용어, “알킬” 및 그 외 “알킬”부분을 포함하는 모든 치환체는 직쇄 또는 분쇄 형태의 탄화수소로부터 유도된 1개의 결합위치를 갖는 1가의 유기라디칼을 의미한다.As used herein, all substituents including “alkyl” and other “alkyl” moieties refer to monovalent organic radicals having one bonding position derived from a straight-chain or pulverized hydrocarbon.
본 명세서의 용어, “알콕시”는 *-O-알킬 라디칼을 의미하는 것으로, 여기서 ‘알킬’은 상기 정의한 바와 같다. As used herein, the term “alkoxy” refers to an *-O-alkyl radical, where “alkyl” is as defined above.
본 명세서의 용어, “알케닐”은 하나 이상의 이중결합을 포함하는 탄화수소로부터 유도된 유기라디칼을 의미한다.As used herein, the term “alkenyl” refers to an organic radical derived from a hydrocarbon containing one or more double bonds.
본 명세어의 용어, “알키닐”은 하나 이상의 삼중결합을 포함하는 탄화수소로부터 유도된 유기라디칼을 의미한다. As used herein, the term “alkynyl” refers to an organic radical derived from a hydrocarbon containing one or more triple bonds.
본 명세서의 용어, “사이클로알킬”은 3 내지 30개 탄소원자를 갖는 비방향족 일환식(monocyclic) 또는 다환식(multicyclic)고리 계를 의미한다. As used herein, the term “cycloalkyl” refers to a non-aromatic monocyclic or multicyclic ring system having 3 to 30 carbon atoms.
본 명세서의 용어, “헤테로사이클로알킬”은 탄소 원자와 질소, 인, 산소 및 황으로부터 선택된 1 내지 5개 헤테로원자로 이루어진 치환된 또는 비치환된 비방향족 3 내지 15원 고리 라디칼을 의미하며, 헤테로사이클로알킬 라디칼은 융합되거나, 브릿지화되거나 또는 스피로 고리 계를 포함할 수 있는 일환식, 이환식 또는 삼환식 고리계일 수 있고, 또 헤테로사이클로알킬 라디칼 중의 질소, 인, 탄소, 산소 또는 황 원자는 다양한 산화 상태로 경우에 따라 산화될 수 있다. 또한, 질소 원자는 경우에 따라 4급화 될 수 있다.As used herein, the term “heterocycloalkyl” refers to a substituted or unsubstituted non-aromatic 3 to 15 membered ring radical consisting of carbon atoms and 1 to 5 heteroatoms selected from nitrogen, phosphorus, oxygen and sulfur, and heterocycloalkyl Alkyl radicals may be monocyclic, bicyclic or tricyclic ring systems, which may be fused, bridged, or include spiro ring systems, and the nitrogen, phosphorus, carbon, oxygen or sulfur atoms in the heterocycloalkyl radical may be present in various oxidation states. may be oxidized in some cases. Also, the nitrogen atom may be quaternized in some cases.
본 명세서의 용어, “아릴렌”은 방향족 탄화수소로부터 유도된 방향족 고리 2가의 유기 라디칼로, 각 고리에 적절하게는 4 내지 7개, 바람직하게는 5 또는 6개의 고리원자를 포함하는 단일 또는 융합고리계를 포함하며, 다수개의 아릴이 단일결합으로 연결되어 있는 형태까지 포함한다. 상기 ‘아릴’은 하나의 수소 제거에 의한 방향족 탄화수소 고리로부터 유도된 유기 라디칼을 의미하며, 구체적인 예로는 페닐, 나프틸, 비페닐, 터페닐, 안트릴, 인데닐, 플루오레닐 등을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. As used herein, the term “arylene” is a divalent organic radical of an aromatic ring derived from an aromatic hydrocarbon, and is preferably a single or fused ring having 4 to 7, preferably 5 or 6 ring atoms in each ring. It includes a system, and includes a form in which a plurality of aryls are connected by a single bond. The 'aryl' refers to an organic radical derived from an aromatic hydrocarbon ring by removal of one hydrogen, and specific examples include phenyl, naphthyl, biphenyl, terphenyl, anthryl, indenyl, fluorenyl, etc. , but is not limited thereto.
본 명세서의 용어, "헤테로아릴렌"은 두개의 수소 제거에 의해서 방향족 탄화수소로부터 유도된 유기 라디칼로 B, N, O, S, P(=O), Si 및 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 3 내지 8개의 고리원자를 포함하는 일환상 또는 다환상 방향족 탄화수소 라디칼일 수 있고, 각 고리에 적절하게는 3 내지 7개, 바람직하게는 5또는 6개의 고리원자를 포함하는 단일 또는 융합 고리계를 포함하며, 다수개의 헤테로아릴이 단일결합으로 연결되어있는 형태까지 포함한다. As used herein, the term "heteroarylene" is an organic radical derived from an aromatic hydrocarbon by the removal of two hydrogens, and includes one or more heteroatoms selected from B, N, O, S, P(=O), Si and P may be a monocyclic or polycyclic aromatic hydrocarbon radical containing 3 to 8 ring atoms, and a single or fused ring system comprising suitably 3 to 7, preferably 5 or 6 ring atoms in each ring It includes, and includes a form in which a plurality of heteroaryls are connected by a single bond.
본 명세서의 용어, "할로겐"은 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 요오드(I) 원자를 의미한다.As used herein, the term "halogen" refers to a fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br) or iodine (I) atom.
본 명세서의 용어, “단일결합”은 해당 부위에 원자가 존재하지 않는 경우를 의미한다. 예를 들어, X-Y-Z의 구조에서 Y가 단일결합인 경우에 X 및 Z는 직접 연결되어 X-Z의 구조를 형성한다. As used herein, the term “single bond” refers to a case in which an atom does not exist in the corresponding site. For example, when Y is a single bond in the structure of X-Y-Z, X and Z are directly connected to form the structure of X-Z.
상기 배경기술에서 살핀 바와 같이, 본 발명자들은 반도체의 전기적 특성을 유지하면서, 동시에 우수한 신축성을 구현하는 신규한 유기 반도체 고분자에 대한 연구를 심화하였다. 그 결과, 카바졸 양쪽에 DPP가 도입된 화합물을 결정형 단량체(Crystalline part)로 사용할 경우, 매우 우수한 결정성을 나타냄을 확인하였다. 따라서, 이러한 결정형 단량체를 포함하는 반도체 고분자는, 전기적 특성을 갖지 않는 유연 단량체(Flexible part)가 포함되어도 반도체의 전기적 특성을 유지할 수 있어, 신축성을 갖는 반도체 고분자로 개발될 수 있음을 확인하였다. 또한, 결정형 단량체인 카바졸과 DPP가 전기변색 특성을 가지고 있고, 유연 단량체는 전기변색 구현을 위해 반드시 필요한 전해질과의 혼합성(compatability)이 우수하여, 카바졸과 DPP로만 구성된 일반적인 전기변색 고분자보다 전해질과의 혼합성이 우수하여 전기변색 특성이 향상됨을 확인하였다. 이에, 본 발명은 이와 같은 구조적 특징을 갖는 반도체 고분자, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다.As seen in the background art, the present inventors have intensified research on novel organic semiconductor polymers that realize excellent stretchability while maintaining the electrical properties of semiconductors. As a result, it was confirmed that when the compound in which DPP was introduced into both carbazoles was used as a crystalline monomer (Crystalline part), it was confirmed that very excellent crystallinity was exhibited. Accordingly, it was confirmed that the semiconductor polymer including the crystalline monomer can maintain the electrical properties of the semiconductor even when a flexible part having no electrical properties is included, and thus can be developed as a semiconductor polymer having elasticity. In addition, carbazole and DPP, which are crystalline monomers, have electrochromic properties, and flexible monomers have excellent compatibility with electrolytes, which are essential for electrochromic implementation. It was confirmed that the electrochromic properties were improved due to excellent mixing properties with the electrolyte. Accordingly, the present invention provides a semiconductor polymer having such structural characteristics, a method for manufacturing the same, and an organic electronic device including the same.
이하, 본 발명에 따른 반도체 고분자에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the semiconductor polymer according to the present invention will be described in detail.
본 발명의 반도체 고분자는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구조적 특징으로, 본 발명의 반도체 고분자는 전기적 특성을 유지하면서, 동시에 우수한 신축성을 구현할 수 있다. The semiconductor polymer of the present invention is characterized in that it includes a repeating unit represented by the following formula (1) and a repeating unit represented by the following formula (2). With such structural features, the semiconductor polymer of the present invention can realize excellent elasticity while maintaining electrical properties.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
(상기 화학식 1 및 화학식 2에서, (In
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C3-C30사이클로알킬, C6-C30아릴, C1-30알콕시, C2-C30헤테로사이클로알킬, C2-C30알케닐 또는 C2-C30알키닐이고;R 1 to R 4 are each independently hydrogen, C1-C30 alkyl, C3-C30 cycloalkyl, C6-C30 aryl, C1-30 alkoxy, C2-C30 heterocycloalkyl, C2-C30 alkenyl or C2-C30 alkynyl ego;
R5 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;R 5 to R 13 are each independently hydrogen or C 1 -
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 O, S, Se 또는 NRa이고, 여기서 Ra은 수소 또는 C1-C30 알킬이고;Z 1 and Z 2 are each independently O, S, Se or NR a , wherein R a is hydrogen or C1-C30 alkyl;
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C6-C30아릴렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 1 and Ar 2 are each independently C6-C30 arylene or C3-C30 heteroarylene;
Ar3 내지 Ar5는 각각 독립적으로 단일결합, C6-C30아릴렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 3 to Ar 5 are each independently a single bond, C6-C30 arylene, or C3-C30 heteroarylene;
D1 및 D2는 각각 독립적으로 단일결합, -C(O)NRb-, -NRcC(O)-, -CO-, -COO-, -SO2-또는 -SO- 이고, 여기서 Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30 알킬이고;D 1 and D 2 are each independently a single bond, -C(O)NR b -, -NR c C(O)-, -CO-, -COO-, -SO 2 -or -SO-, wherein R b and Rc are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고;a, b, c and d are each independently an integer from 1 to 3;
e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 30의 정수이다.)e and f are each independently an integer from 1 to 30.)
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 고분자는 상기 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함함에 따라, 반도체의 전기적 특성을 유지하면서, 동시에 우수한 신축성을 구현할 수 있다.Since the semiconductor polymer according to an embodiment of the present invention includes the repeating units represented by
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 화학식 1의 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C10알킬이고, e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 20의 정수일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 화학식 1의 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C5알킬일 수 있다. Preferably, R 1 to R 4 in
본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 1에서 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 상기 구조식에서 R14 내지 R18는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C20알킬이고, Z3 내지 Z7은 각각 독립적으로 O, S, Se 또는 NRd이고, 여기서 Rd는 수소 또는C1-C20 알킬이다.In
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 구조식에서 R14 내지 R18는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C5알킬이고, Z3내지 Z7는 각각 독립적으로 S 또는 Se일 수 있다.Preferably, in the structural formula according to an embodiment of the present invention, R 14 to R 18 are each independently hydrogen or C 1 -
본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 2에서 Ar3 및 Ar5는 각각 독립적으로 에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 상기 구조식에서 Z6 내지 Z8은 각각 독립적으로 O, S 또는 Se이고, R17 내지 R21은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C10알킬이다. 바람직하게는, Z6 내지 Z8은 각각 독립적으로 S 또는 Se이고, R17 내지 R21은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C5알킬일 수 있다.In Formula 2 according to an embodiment of the present invention, Ar 3 and Ar 5 are each independently may be any one selected from, in the above structural formula Z 6 To Z 8 are each independently O, S or Se, R 17 to R 21 are each independently hydrogen or C1-C10 alkyl. Preferably, Z 6 to Z 8 may each independently be S or Se, and R 17 to R 21 may each independently be hydrogen or C 1 -
보다 우수한 전기특성을 가지기 위한 측면에서 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 고분자는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.Preferably, in terms of having better electrical properties, the semiconductor polymer according to an embodiment of the present invention may be represented by the following formula (3).
[화학식 3][Formula 3]
(상기 화학식 3에서, (In Formula 3,
R1 내지 R13는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;R 1 to R 13 are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 S 또는 Se이고;Z 1 and Z 2 are each independently S or Se;
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 1 and Ar 2 are each independently C3-C30 heteroarylene;
Ar3 및 Ar5는 각각 독립적으로 단일결합, C6-C30아렐렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 3 and Ar 5 are each independently a single bond, C6-C30 areylene or C3-C30 heteroarylene;
Ar4는 단일결합, C6-C30아릴렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 4 is a single bond, C6-C30 arylene or C3-C30 heteroarylene;
D1 및 D2는 각각 독립적으로 단일결합, -C(O)NRb- 또는 -NRcC(O)-이고, 여기서 Rb는 Rc는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30 알킬이고;D 1 and D 2 are each independently a single bond, -C(O)NR b - or -NR c C(O)-, wherein R b is Rc each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고;a, b, c and d are each independently an integer from 1 to 3;
e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 20의 정수이고;e and f are each independently an integer from 1 to 20;
n 및 m은 각각 독립적으로 몰분율로서 0초과 1미만의 실수이며, n+m=1이다.)n and m are each independently real numbers greater than 0 and less than 1 as a mole fraction, and n+m=1.)
본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 3의 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C5알킬이고, R5 내지 R13는 각각 독립적으로 수소 또는 C5-C20알킬일 수 있다. 바람직하게는, R5 내지 R9는 각각 독립적으로 C6-C18알킬일 수 있다.In Formula 3 according to an embodiment of the present invention, R 1 to R 4 may each independently be hydrogen or C1-C5 alkyl, and R 5 to R 13 may each independently be hydrogen or C5-C20 alkyl. Preferably, R 5 to R 9 may each independently be C6-C18 alkyl.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 3의 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로Preferably, Ar 1 and Ar 2 of Formula 3 according to an embodiment of the present invention are each independently
이며, 상기 구조식에서 R14는 수소 또는 C1-C10알킬이고, Z3는 S 또는 Se이다. 바람직하게는, R14는 수소 또는 C1-C5알킬이고, Z3는 S일 수 있다. and, in the above structural formula, R 14 is hydrogen or C1-C10 alkyl, and Z 3 is S or Se. Preferably, R 14 is hydrogen or C 1 -
본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 3의 Ar3 및 Ar5는 각각 독립적으로 에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 상기 구조식에서 Z6, Z7 및 Z8은 각각 독립적으로 S 또는 Se이고, R17 내지 R21은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C5알킬이다.Ar 3 and Ar 5 of Formula 3 according to an embodiment of the present invention are each independently may be any one selected from, in the above structural formula Z 6 , Z 7 and Z 8 are each independently S or Se, and R 17 to R 21 are each independently hydrogen or C1-C5 alkyl.
보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 반도체 고분자는 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.More preferably, the organic semiconductor polymer according to an embodiment of the present invention may be represented by the following formula (4).
[화학식 4][Formula 4]
(상기 화학식 4에서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C20알킬이고;(In Formula 4, R 1 to R 4 are each independently hydrogen or C1-C20 alkyl;
R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C20알킬이고;R 5 to R 9 are each independently hydrogen or C 1 -
Z1, Z2, Z11, Z12 및 Z13는 각각 독립적으로 S 또는 Se이고; Z 1 , Z 2 , Z 11 , Z 12 and Z 13 are each independently S or Se;
Ar1 및 Ar2은 각각 독립적으로 C3-C20헤테로아릴렌이고;Ar 1 and Ar 2 are each independently C3-C20 heteroarylene;
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고;a, b, c and d are each independently an integer from 1 to 3;
s는 1 내지 20의 정수이고;s is an integer from 1 to 20;
n 및 m은 각각 독립적으로 몰분율로서 0초과 1미만의 실수이며, n+m=1이다.) n and m are each independently real numbers greater than 0 and less than 1 as a mole fraction, and n+m=1.)
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 4에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C5알킬이고, R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 또는 C7-C20알킬이고, Z1, Z2, Z11, Z12 및 Z13는 각각 독립적으로 S 또는 Se이고, Ar1 및 Ar2은 각각 독립적으로 C3-C9헤테로아릴렌이고, a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고, s는 1 내지 10의 정수일 수 있다.Preferably, in Formula 4 according to an embodiment of the present invention, R 1 to R 4 are each independently hydrogen or C1-C5 alkyl, R 5 to R 9 are each independently hydrogen or C7-C20 alkyl, Z 1 , Z 2 , Z 11 , Z 12 and Z 13 are each independently S or Se, Ar 1 and Ar 2 are each independently C3-C9 heteroarylene, a, b, c and d are each independently 1 to It is an integer of 3, and s may be an integer of 1 to 10.
이하, 본 발명에 따른 유기 반도체 고분자의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for producing an organic semiconductor polymer according to the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 반도체의 제조방법은 하기 화학식 11로 표시되는 단량체, 하기 화학식 12로 표시되는 단량체 및 하기 화학식 13으로 표시되는 단량체를 중합하여, 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 제조단계를 포함한다.In the method for producing a polymer semiconductor according to an embodiment of the present invention, a compound represented by the following formula (3) is prepared by polymerizing a monomer represented by the following formula (11), a monomer represented by the following formula (12), and a monomer represented by the following formula (13) includes steps.
[화학식 3][Formula 3]
[화학식 11][Formula 11]
[화학식 12][Formula 12]
[화학식 13][Formula 13]
(상기 화학식 3 및 화학식 11 내지 화학식 13에서,(In Formula 3 and Formula 11 to Formula 13,
X1 내지 X4는 각각 독립적으로 할로겐이고;X 1 to X 4 are each independently halogen;
R1 내지 R13는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;R 1 to R 13 are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
R22 내지 R24는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;R 22 to R 24 are each independently hydrogen or C 1 -
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 S 또는 Se이고;Z 1 and Z 2 are each independently S or Se;
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 1 and Ar 2 are each independently C3-C30 heteroarylene;
Ar3 및 Ar5는 각각 독립적으로 단일결합, C6-C30아렐렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 3 and Ar 5 are each independently a single bond, C6-C30 areylene or C3-C30 heteroarylene;
Ar4는 단일결합, C6-C30아릴렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;Ar 4 is a single bond, C6-C30 arylene or C3-C30 heteroarylene;
D1 및 D2는 각각 독립적으로 단일결합, -C(O)NRb- 또는 -NRcC(O)-이고, 여기서 Rb는 Rc는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30 알킬이고;D 1 and D 2 are each independently a single bond, -C(O)NR b - or -NR c C(O)-, wherein R b is Rc each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고;a, b, c and d are each independently an integer from 1 to 3;
e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 20의 정수이고;e and f are each independently an integer from 1 to 20;
n 및 m은 각각 독립적으로 몰분율로서 0초과 1미만의 실수이며, n+m=1이다.)n and m are each independently real numbers greater than 0 and less than 1 as a mole fraction, and n+m=1.)
본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 3으로 표시되는 화합물은 촉매 하에, 화학식 11로 표시되는 단량체, 화학식 12로 표시되는 단량체, 화학식 13으로 표시되는 단량체의 stille coupling반응으로 제조된다. The compound represented by Formula 3 according to an embodiment of the present invention is prepared by a stille coupling reaction of a monomer represented by Formula 11, a monomer represented by
본 발명의 일 실시예에 따른 촉매는 stille coupling에 사용되는 촉매라면 모두 가능하나, 구체적인 일례로 Pd(Palladium)일 수 있으며, 사용되는 촉매의 량은 상기 화학식 11, 1몰에 대하여 1몰% 내지 10몰% 일 수 있다. The catalyst according to an embodiment of the present invention may be any catalyst used for stille coupling, but may be Pd (Palladium) as a specific example. It may be 10 mol%.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에서 사용되는 용매는 통상의 유기용매이며 1,4-다이옥산(1,4-dioxane), 다이클로로메탄(DCM), 다이클로로에탄(DCE), 톨루엔(Toluene), 아세토나이트릴(MeCN), 나이트로메탄(nitromethan), 테트라하이드로퓨란(THF), N,N-다이메틸포름아마이드(DMF), N,N-다이메틸아세트아마이드(DMA) 및 클로로벤젠(CB)를 사용하는 것이 바람직하며, 클로로벤젠 또는 톨루엔을 용매로 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 반응시간은 반응물질, 용매의 종류 및 용매의 양에 따라 달라질 수 있다.The solvent used in the preparation method according to an embodiment of the present invention is a conventional organic solvent, and 1,4-dioxane (1,4-dioxane), dichloromethane (DCM), dichloroethane (DCE), toluene (Toluene) ), acetonitrile (MeCN), nitromethan, tetrahydrofuran (THF), N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-dimethylacetamide (DMA) and chlorobenzene ( CB) is preferably used, and chlorobenzene or toluene is more preferably used as a solvent. The reaction time may vary depending on the reactant, the type of the solvent, and the amount of the solvent.
이하, 본 발명의 유기 반도체 고분자의 우수한 결정성을 제공하는 요소인 결정형 단량체에 대하여 설명한다. Hereinafter, a crystalline monomer which is a factor providing excellent crystallinity of the organic semiconductor polymer of the present invention will be described.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 고분자의 결정형 단량체는 하기 화학식 7로 표시될 수 있다.The crystalline monomer of the semiconductor polymer according to an embodiment of the present invention may be represented by the following formula (7).
[화학식 7][Formula 7]
(상기 화학식 7에서,(In
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C20알킬이고;R 1 to R 4 are each independently hydrogen or C1-C20 alkyl;
R5 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 또는 C5-C20알킬이고;R 5 to R 13 are each independently hydrogen or C5-C20 alkyl;
R30 및 R31은 각각 독립적으로 수소 또는 할로겐이고;R 30 and R 31 are each independently hydrogen or halogen;
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 S 또는 Se이고;Z 1 and Z 2 are each independently S or Se;
Ar1 및 Ar2은 각각 독립적으로 C3-C20헤테로아릴렌이고;Ar 1 and Ar 2 are each independently C3-C20 heteroarylene;
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이다.)a, b, c and d are each independently an integer from 1 to 3.)
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 7에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C5알킬이고; R5 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 또는 C7-C20알킬이고; Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 S이고; Ar1 및 Ar2은 각각 독립적으로 C3-C9헤테로아릴이다.Preferably, in
본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 7로 표시되는 화합물은 시차 주사 열량 곡선에서, 30℃ 내지 280℃ 의 Tm 값 및 20℃ 내지 270℃ 의 Tc 값을 가질 수 있으며, 보다 바람직하게 80℃ 내지 200℃ 의 Tm 값 및 50℃ 내지 180℃ 의 Tc 값을 가질 수 있다. 이를 통해 상기 화학식 7로 표시되는 화합물을 결정형 단량체로 포함하는 본 발명의 반도체 고분자는 결정성이 우수함을 알 수 있다.The compound represented by
이하, 본 발명에 따른 반도체 고분자의 용도에 대하여 설명한다.Hereinafter, the use of the semiconductor polymer according to the present invention will be described.
본 발명의 일 양태는 상기 반도체 고분자를 포함하는 유기 전자 소자일 수 있고, 상기 유기 전자 소자는 액정 표시 장치, 유기 발광 표기 장치, 유기 트랜지스터, 유기 태양전지 또는 유기 센서일 수 있다. An aspect of the present invention may be an organic electronic device including the semiconductor polymer, and the organic electronic device may be a liquid crystal display device, an organic light emitting display device, an organic transistor, an organic solar cell, or an organic sensor.
이하, 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명의 반도체 화합물 및 이의 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐, 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니며 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, the semiconductor compound of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples. However, the following Examples and Comparative Examples are merely references for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto and may be implemented in various forms.
[물성측정방법][Method of measuring physical properties]
1. NMR 분광분석1. NMR Spectroscopy
1H NMR 분광분석은 Bruker AM-300 스펙트로미터를 이용하여 측정하였다. 1 H NMR spectroscopy was measured using a Bruker AM-300 spectrometer.
2. 중량평균분자량 측정2. Weight average molecular weight measurement
중량평균분자량은 용매로서 클로로포름을 사용한 겔투과 크로마토그래피(GPC) 측정에 의한 표준 폴리스티렌 환산의 중량평균분자량 값이다.The weight average molecular weight is a weight average molecular weight value in terms of standard polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC) using chloroform as a solvent.
GPC장비 : 영린기기사의 M930,GPC equipment: M930 of Younglin Kigi,
컬럼 : Agilent사의 PLgel 5um Mixed-DColumn: Agilent's PLgel 5um Mixed-D
칼럼 온도: 30 ℃Column temperature: 30 ℃
투입량 : 300 ㎕Input amount: 300 μl
유량: 1.0 ㎖/minFlow rate: 1.0 ml/min
3. 유리전이온도 (Tg), 결정화온도(Tc) 및 용융점(Tm)측정3. Measurement of glass transition temperature (T g ), crystallization temperature (T c ) and melting point (T m )
결정성과 연성을 평가하기 위해, 시차주사열량(DSC, Differential Scanning Calorimetry) 방법 ISO 11357-3에 의거하여 유리전이온도 (Tg), 결정화온도(Tc) 및 용융온도(Tm)를 측정하였다.In order to evaluate crystallinity and ductility, the glass transition temperature (T g ), the crystallization temperature (T c ) and the melting temperature (T m ) were measured according to the Differential Scanning Calorimetry (DSC) method ISO 11357-3. .
4. 분해온도(Td) 측정4. Decomposition temperature (T d ) measurement
열적 안정성 및 휘발성과 분해온도를 측정하기 위해, 열무게 분석(thermogravimetric analysis, TGA)법을 이용하였다. 상기 TGA법은 수득된 표제 화합물을 5℃/분의 속도로 800℃까지 가온시키면서, 1.5bar/분의 압력으로 질소 기체 주입하에 측정되었다.To measure thermal stability, volatility, and decomposition temperature, thermogravimetric analysis (TGA) was used. The TGA method was measured under nitrogen gas injection at a pressure of 1.5 bar/min while warming the obtained title compound to 800°C at a rate of 5°C/min.
5. 전하이동도 측정5. Charge mobility measurement
전하 이동도는 트랜지스터 제작을 통해 측정하였다. 이를 위해 합성된 고분자를 활성층으로 사용하고 소스, 드레인, 게이트 3개의 전극이 도입된 트랜지스터를 제작한 후, 게이트 전극 전압을 일정하게 유지시킨 상태에서, 소스-드레인 전압에 따른 소스와 드레인 사이에 흐르는 전류를 측정하였다. 이렇게 측정된 전류-전압 곡선은 낮은 전압에서의 선형 구간과 높은 전압에서의 포하 구간으로 나뉘는데, 낮은 전압인 선형 곡선에서 이동도를 측정, 계산하였다. Charge mobility was measured through transistor fabrication. To this end, the synthesized polymer is used as an active layer and a transistor with source, drain, and gate three electrodes is fabricated. Then, while the gate electrode voltage is kept constant, flowing between the source and drain according to the source-drain voltage The current was measured. The measured current-voltage curve is divided into a linear section at a low voltage and a saturation section at a high voltage. Mobility was measured and calculated from the linear curve, which is a low voltage.
6. 전기변색효율 측정6. Electrochromic Efficiency Measurement
전기변색은 합성된 고분자의 산화반응에 의해 변색이 일어나는 0.5V와 탈색이 일어나는 0.1V 조건에서 탈/변색 실험을 수행하였다. SD2400 투과율 측정기 (EDTM Inc.)를 이용하여 시간 경과에 따른 가시광선 투과도를 측정하였으며, 전하량에 대한 투과도 변화로 변색효율(변색효율=ΔT/전하량, ΔT: 착색 및 탈색시 투과율 차이)을 계산하였다.For electrochromism, decolorization/discoloration experiments were performed under the conditions of 0.5V, which discolors, and 0.1V, where discoloration occurs due to the oxidation reaction of the synthesized polymer. Visible light transmittance was measured over time using an SD2400 transmittance meter (EDTM Inc.), and the discoloration efficiency (discoloration efficiency = ΔT/charge, ΔT: difference in transmittance during coloring and decolorization) was calculated by changing the transmittance with respect to the amount of charge. .
[실시예 1] 단분자 유기반도체 화합물 1의 제조[Example 1] Preparation of unimolecular
500mL 플라스크에 화합물 A(5.92g, 9.0 mmol), 화합물 C(12.07g, 20.0 mmol), Pd(pph3)4 (0.416g, 0.36mmol)을 넣고 250ml THF에 녹여주었다. 이후 60 ml의 2M K2CO3을 넣어주고 70℃에서 48시간동안 교반한 후, 실온(room temperature)에서 냉각하였다. 생성된 혼합물은 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출하고 유기상(organic phase)을 물 및 염수(brine)로 세척 후, 무수 황산마그네슘(MgSO4)상에서 건조하여 농축시켰다. 생성물을 실리카 겔상에서 플래쉬 크로마토그래피(flash chromatography)로 정제하여, 보라색의 고체 화합물 1(12.51g, 96%)을 수득하였다. Compound A (5.92 g, 9.0 mmol), compound C (12.07 g, 20.0 mmol), and Pd (pph 3 ) 4 (0.416 g, 0.36 mmol) were placed in a 500 mL flask and dissolved in 250 ml THF. Then, 60 ml of 2M K 2 CO 3 was added and stirred at 70° C. for 48 hours, followed by cooling at room temperature. The resulting mixture was extracted with dichloromethane, the organic phase was washed with water and brine, dried over anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ) and concentrated. The product was purified by flash chromatography on silica gel to obtain a purple solid compound 1 (12.51 g, 96%).
H-NMR (300 MHz, CDCl3, ppm): δ 9.10(d, 2H, J=22 Hz), 8.90(d, 2H, J=3 Hz), 8.14(q, 2H, J=23 Hz), 7.86(s, 1H), 7.715(m, 7H), 7.28(m, 2H), 4.63(s, 1H), 4.14(tt, 8H), 2.35(s, 2H), 2.01(s, 4H), 1.89(s, 2H), 1.45(m, 38H), 1.13 (m, 18H), 0.97(d, 6H, J=6.5 Hz), 0.91(m, 18H), 0.79(t, 6H, J=13.5 Hz).H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , ppm): δ 9.10 (d, 2H, J=22 Hz), 8.90 (d, 2H, J=3 Hz), 8.14 (q, 2H, J=23 Hz), 7.86(s, 1H), 7.715(m, 7H), 7.28(m, 2H), 4.63(s, 1H), 4.14(tt, 8H), 2.35(s, 2H), 2.01(s, 4H), 1.89 (s, 2H), 1.45 (m, 38H), 1.13 (m, 18H), 0.97 (d, 6H, J=6.5 Hz), 0.91 (m, 18H), 0.79 (t, 6H, J=13.5 Hz) .
[실시예 2] 단분자 유기반도체 화합물 2의 제조[Example 2] Preparation of unimolecular organic semiconductor compound 2
500mL 플라스크에 화합물 B(8.0g, 8.93mmol), 화합물 C(12.37g, 20.5 mmol), Pd(pph3)4 (0.405g, 0.35 mmol)을 넣고 toluene 60 mL와 DMF 10mL에 녹여주었다. 이후 110℃에서 48시간동안 교반한 후, 실온(room temperature)에서 냉각하였다. 생성된 혼합물은 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출하고 유기상(organic phase)을 물 및 염수(brine)로 세척 후, 무수 황산마그네슘(MgSO4)상에서 건조하여 농축시켰다. 생성물을 실리카 겔상에서 플래쉬 크로마토그래피(flash chromatography)로 정제하여, 보라색의 고체 화합물 2(7.32g, 51%)를 수득하였다.Compound B (8.0 g, 8.93 mmol), compound C (12.37 g, 20.5 mmol), and Pd (pph 3 ) 4 (0.405 g, 0.35 mmol) were placed in a 500 mL flask and dissolved in
H-NMR (300 MHz, CDCl3, ppm): δ 8.99(d, 2H), 8.89(d, 2H), 8.09(t, 2H), 7.79(m, 1H), 7.62(m, 3H), 7.51(br, 2H), 7.36(m, 6H), 7.29(d, 2H), 4.66(br, 1H), 4.05(br, 8H), 2.38(br, 4H), 1.94(br, 8H), 1.14(m, 52H), 0.89(m, 30H).H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , ppm): δ 8.99(d, 2H), 8.89(d, 2H), 8.09(t, 2H), 7.79(m, 1H), 7.62(m, 3H), 7.51 (br, 2H), 7.36 (m, 6H), 7.29 (d, 2H), 4.66 (br, 1H), 4.05 (br, 8H), 2.38 (br, 4H), 1.94 (br, 8H), 1.14 ( m, 52H), 0.89 (m, 30H).
[실시예 3] 단분자 유기반도체 화합물 3의 제조[Example 3] Preparation of unimolecular organic semiconductor compound 3
400ml의 클로로폼(CHCl3)에 상기 실시예 1에서 수득한 화합물 1(5.80g, 4.00 mmol)을 첨가한 용액에 0℃에서 N-브로모석시마이드(N-bromosuccimide, NBS; 1.56 g, 8.75mmol)를 3번에 나누어 천천히 첨가하였다. 반응물을 실온에서 12시간에 걸쳐 교반하였다. 생성된 혼합물은 디클로로메탄으로 추출하고 유기상을 물 및 염수로 세척 후, 무수 황산마그네슘상에서 건조하여 농축시켰다. 생성물을 실리카 겔상에서 플래쉬 크로마토그래피로 정제하여, 보라색 고체 화합물 3(5.2g, 81 %)을 수득하였다.N-bromosuccimide (N-bromosuccimide, NBS; 1.56 g, 8.75) in 400 ml of chloroform (CHCl 3 ) was added to a solution of compound 1 (5.80 g, 4.00 mmol) obtained in Example 1 at 0 ° C. mmol) was added slowly in 3 portions. The reaction was stirred at room temperature over 12 hours. The resulting mixture was extracted with dichloromethane and the organic phase was washed with water and brine, dried over anhydrous magnesium sulfate and concentrated. The product was purified by flash chromatography on silica gel to give a purple solid compound 3 (5.2 g, 81 %).
H-NMR (300 MHz, CDCl3, ppm): δ 9.11(d, 2H), 8.64(d, 2H), 8.13(m, 2H), 7.85(s, 1H), 7.66(m, 5H), 7.24(d, 2H), 4.63(s, 1H), 4.11(t, 4H), 3.99(t, 4H), 2.35(s, 2H), 2.01(s, 4H), 1.87(s, 2H), 1.44(m, 38H), 1.12(m, 18H), 0.97(d, 6H), 0.92(m, 18H), 0.79(t, 6H).H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , ppm): δ 9.11(d, 2H), 8.64(d, 2H), 8.13(m, 2H), 7.85(s, 1H), 7.66(m, 5H), 7.24 (d, 2H), 4.63(s, 1H), 4.11(t, 4H), 3.99(t, 4H), 2.35(s, 2H), 2.01(s, 4H), 1.87(s, 2H), 1.44( m, 38H), 1.12 (m, 18H), 0.97 (d, 6H), 0.92 (m, 18H), 0.79 (t, 6H).
[실시예 4] 단분자 유기반도체 화합물 4의 제조[Example 4] Preparation of unimolecular organic semiconductor compound 4
100ml의 클로로폼(CHCl3)에 상기 실시예 2에서 수득한 화합물 2(1.62 g, 1.00 mmol)를 첨가한 용액에 0℃에서 N-브로모석시마이드(N-bromosuccimide, NBS; 0.38 g, 2.15 mmol)를 3번에 나누어 천천히 첨가하였다. 반응물을 실온에서 12시간에 걸쳐 교반하였다. 생성된 혼합물은 디클로로메탄으로 추출하고 유기상을 물 및 염수로 세척 후, 무수 황산마그네슘상에서 건조하여 농축시켰다. 생성물을 실리카 겔상에서 플래쉬 크로마토그래피로 정제하여, 보라색 고체 화합물 4(1.4g, 79 %)를 수득하였다.In 100 ml of chloroform (CHCl 3 ), the compound 2 (1.62 g, 1.00 mmol) obtained in Example 2 was added to a solution of N-bromosuccimide (N-bromosuccimide, NBS; 0.38 g, 2.15) at 0° C. mmol) was added slowly in 3 portions. The reaction was stirred at room temperature over 12 hours. The resulting mixture was extracted with dichloromethane and the organic phase was washed with water and brine, dried over anhydrous magnesium sulfate and concentrated. The product was purified by flash chromatography on silica gel to give a purple solid compound 4 (1.4 g, 79 %).
H-NMR (300 MHz, CDCl3, ppm): δ 9.01(d, 2H), 8.82(d, 2H), 8.13(t, 2H), 7.75(m, 1H), 7.58(m, 3H), 7.53(br, 2H), 7.33(m, 4H), 7.31(d, 2H), 4.65(br, 1H), 4.04(br, 8H), 2.33(br, 4H), 1.96(br, 8H), 1.13(m, 52H), 0.89(m, 30H).H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , ppm): δ 9.01(d, 2H), 8.82(d, 2H), 8.13(t, 2H), 7.75(m, 1H), 7.58(m, 3H), 7.53 (br, 2H), 7.33 (m, 4H), 7.31 (d, 2H), 4.65 (br, 1H), 4.04 (br, 8H), 2.33 (br, 4H), 1.96 (br, 8H), 1.13 ( m, 52H), 0.89 (m, 30H).
[실시예 5] 유기반도체 고분자 P5의 제조 [Example 5] Preparation of organic semiconductor polymer P5
질소 분위기 하에서, 4.5 ml의 톨루엔과 1.5 ml의 DMF에 화합물 3(0.5mmol), 2,5-bis(trimethylstannyl)thiophene(1mol),2-bromo-5-(12-(5-bromothiophen-2-yl)dodecyl)thiophene(0.5mmol)을 녹이고, Pd2(dba)3(2mol%)과 P(o-tol)3(8mol%)을 넣은 후 100℃로 48시간 동안 교반하여 반응 후 실온에서 냉각하였다. 생성된 고분자는 메탄올에 침전한 후, 침전된 고분자를 Soxhlet 정제를 통해 메탄올, 아세톤, 헥산 순으로 세척하고, 클로로폼에 녹은 고분자를 메탄올에 침전하였다. 침전된 고분자는 필터한 후 진공에서 건조하여 5:5비율의 고분자 P5를 얻었다. Compound 3 (0.5 mmol), 2,5-bis (trimethylstannyl) thiophene (1 mol), 2-bromo-5- (12- (5-bromothiophen-2-) in 4.5 ml of toluene and 1.5 ml of DMF under nitrogen atmosphere yl)dodecyl)thiophene (0.5mmol) was dissolved, Pd 2 (dba) 3 (2 mol%) and P(o-tol) 3 (8 mol%) were added, stirred at 100° C. for 48 hours, and cooled at room temperature after reaction did After the produced polymer was precipitated in methanol, the precipitated polymer was washed in the order of methanol, acetone, and hexane through Soxhlet purification, and the polymer dissolved in chloroform was precipitated in methanol. The precipitated polymer was filtered and dried in vacuum to obtain polymer P5 in a 5:5 ratio.
[실시예 6 내지 8][Examples 6 to 8]
상기 실시예 5의 방법에서, 출발물질의 몰비를 달리한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 중합을 실시하여, 각 실시예 6 내지 8에 해당하는 P1, P3 및 P7을 얻었으며, 제조된 반도체 고분자의 물성을 하기 표 1에 나타내었다.In the method of Example 5, polymerization was carried out in the same manner except for changing the molar ratio of the starting material to obtain P1, P3 and P7 corresponding to Examples 6 to 8, respectively, and Physical properties are shown in Table 1 below.
[비교예1 내지 2][Comparative Examples 1 to 2]
상기 실시예 5의 방법에서 출발물질의 몰비를 달리한 것을 제외하고는, 동일한 방법으로 중합을 실시하여 각 비교예 1 및 2에 해당하는 화합물 P0 및 P10을 수득하였으며, 제조된 반도체 고분자의 물성을 하기 표 1에 나타내었다.Except for changing the molar ratio of the starting material in the method of Example 5, polymerization was carried out in the same manner to obtain compounds P0 and P10 corresponding to Comparative Examples 1 and 2, respectively, and the properties of the prepared semiconductor polymer were It is shown in Table 1 below.
도 1은 상기 실시예 1 및 2에서 합성된 화합물 1 및 화합물 2에 대한 DSC 측정 결과를 도시한 것이다. 반도체 고분자에서 Tm 및 Tc는 결정성의 정도를 나타내는 지표로, 두 화합물 모두 강한 Tm 및 Tc값을 보이므로 결정형이 우수하다고 할 수 있다 (화합물 1의 Tm은 166-172℃, Tc는 124℃; 화합물 2의 Tm은 93℃, Tc는 60℃).1 shows the DSC measurement results for the
도 2는 상기 실시예 5 내지 8에서 합성된 고분자 P7, P5, P3 및 P1에 대한 DSC 측정 결과를 도시한 것이다. 반도체 고분자에서 Tg값은 연성의 정도를 나타내는 중요한 지표로, 유연 단량체(Flexible part)가 30% 도입된 P7에서 100℃ 이하에서 Tg값을 갖으며, 유연 단량체의 함량이 증가할수록 고분자의 Tg값이 낮아지는 것을 확인했다.Figure 2 shows the DSC measurement results for the polymers P7, P5, P3 and P1 synthesized in Examples 5 to 8. In semiconductor polymers, the T g value is an important indicator of the degree of ductility. It has a T g value at 100 ° C or less in P7 where 30% of flexible part is introduced. As the content of flexible monomer increases, the T g value of the polymer It was confirmed that the g value was lowered.
도 3는 상기 비교예 1 및 2에서 합성된 고분자 P0 및 P10에 대한 DSC 측정 결과를 도시한 것이다. 유연 단량체가 0% 도입된 P10의 Tg값이 100 ℃이상인 것을 비교했을 때, 본 발명을 방법을 통해 합성된 고분자가 신축성을 구현할 수 있음을 확인하였다. 즉, 본 발명의 반도체 고분자는 우수한 결정성 및 신축성을 가지므로, 반도체의 전기적 특성을 유지함과 동시에 우수한 신축성을 구현할 수 있음을 확인하였다.3 shows the DSC measurement results for the polymers P0 and P10 synthesized in Comparative Examples 1 and 2. When the T g value of P10 in which 0% of the flexible monomer was introduced was 100 ° C. or higher, it was confirmed that the polymer synthesized through the method of the present invention could implement elasticity. That is, since the semiconductor polymer of the present invention has excellent crystallinity and elasticity, it was confirmed that excellent elasticity can be realized while maintaining the electrical properties of the semiconductor.
도 4는 상기 실시예 5 내지 8에서 합성된 고분자 P7, P5, P3 및 P1에 대한 분해 온도를 TGA를 이용하여 측정한 결과를 도시한 것이고, 도 5는 상기 비교예 1 내지 2에서 합성된 고분자 P0 및 P10에 대한 분해온도를 TGA를 이용하여 측정한 결과를 도시한 것이다. 화합물의 5% 무게 감소가 발행하는 온도인 Td95%값이 모두 400℃이상으로 우수한 열안정성을 갖는 것을 알 수 있다 (P10의 Td95%는 415℃; P7의 Td95%는 417℃; P5의 Td95%는 415℃; P3의 Td95%는 409℃; P1의 Td95%는 416℃; P0의 Td95%는 424℃).4 shows the results of measuring the decomposition temperatures of the polymers P7, P5, P3 and P1 synthesized in Examples 5 to 8 using TGA, and FIG. 5 is the polymer synthesized in Comparative Examples 1 and 2 Decomposition temperatures for P0 and P10 are shown using TGA. It can be seen that all of the T d95% values, which are the temperature at which a 5% weight loss of the compound occurs, are above 400°C and have excellent thermal stability (T d95% of P10 is 415°C; T d95% of P7 is 417°C; P5 T d95% of P3 is 415 °C; T d95% of P3 is 409 °C; T d95% of P1 is 416 °C; T d95% of P0 is 424 °C).
도 6은 용액상태, 필름상태 및 110℃ 어닐링 필름상태에서 측정한 P7, P5, P3 및 P1의 광 흡수영역을 도시한 것으로, 유연 단량체가 각각 30%, 50%, 70% 도입된 P7, P5 및 P3에서 780 nm 부근에서 vibronic peak이 관찰되었다. 이를 통해 P7, P5 및 P3에서 결정성 특성을 갖고 있음을 확인할 수 있었으며, 유연 단량체의 함량이 증가할수록 400nm에서의 흡수가 증가함을 확인할 수 있다.Figure 6 shows the light absorption regions of P7, P5, P3 and P1 measured in solution state, film state and 110 ℃ annealing film state, P7, P5 in which 30%, 50%, and 70% of flexible monomers are introduced, respectively. And a vibronic peak was observed in the vicinity of 780 nm in P3. Through this, it could be confirmed that P7, P5 and P3 had crystalline properties, and as the content of the flexible monomer increased, the absorption at 400 nm increased.
[실시예 9 내지 12] 유기트랜지스터 제작[Examples 9 to 12] Organic transistor fabrication
상기 실시예 5 내지 8에서 합성된 고분자 P1, P3, P5 및 P7을 이용하여 트랜지스터를 제작하였다. 각각의 고분자 5mg을 1mL 클로로벤젠에 녹인 후, 소스-드레인 전극으로 Au/Ni이 각각 15nm, 5nm 두께로 패턴된 Eagle 2000 glass 위에 스핀코팅하고 30분간 100℃로 열처리하여 활성층을 형성하였다. 활성층 위에 PMMA 용액 (80mg/mL in nBA)을 스핀코팅하고 80℃로 열처리하여 절연층을 형성한 후 게이트 전극으로 Al을 50nm 열증착하였다.Transistors were fabricated using the polymers P1, P3, P5 and P7 synthesized in Examples 5 to 8 above. 5 mg of each polymer was dissolved in 1 mL chlorobenzene, and then spin-coated on Eagle 2000 glass patterned with a thickness of 15 nm and 5 nm of Au/Ni as source-drain electrodes, respectively, and heat-treated at 100° C. for 30 minutes to form an active layer. A PMMA solution (80 mg/mL in nBA) was spin-coated on the active layer, heat-treated at 80° C. to form an insulating layer, and then 50 nm of Al was thermally deposited as a gate electrode.
[비교예 3] 유기트랜지스터 제작[Comparative Example 3] Organic transistor production
상기 비교예 2에서 합성된 고분자 P10을 이용하여 상기 실시예 9와 동일한 방법으로 트랜지스터를 제작하였다.A transistor was manufactured in the same manner as in Example 9 using the polymer P10 synthesized in Comparative Example 2.
도 8은 상시 실시예 9 내지 12 및 비교예 3에서 제작된 소자의 전하이동도 측정 결과를 도시한 것이다. 결정형 단량체로만 이루어진 고분자 P10으로 제작된 소자에서 가장 높은 전하이동도를 보였으며, 고분자의 유연 단량체 함량이 증가할수록 전하이동도가 감소하지만, P7 및 P3으로 제작된 소자에서의 전하이동도 감소폭은 매우 낮은 것을 확인할 수 있다. 즉, 유연 단량체 함량의 증가 폭이 매우 큼에도 전하이동도의 감소폭이 낮은 것을 통해, 본 발명의 반도체 고분자는 유연성 특성이 증대함과 동시에 전기적 특성을 유지할 수 있음을 확인하였다.8 is a view showing the measurement results of the charge mobility of the devices manufactured in Examples 9 to 12 and Comparative Example 3 at all times. The device made of polymer P10 made of only crystalline monomer showed the highest charge mobility, and as the flexible monomer content of the polymer increased, the charge mobility decreased. low can be seen. That is, it was confirmed that the semiconductor polymer of the present invention can maintain the electrical characteristics while increasing the flexibility characteristics through the low decrease in the charge mobility even though the increase in the flexible monomer content is very large.
[실시예 13 내지 15] 전기변색 특성 확인[Examples 13 to 15] Confirmation of electrochromic properties
상기 실시예 5, 실시예 7 내지 8에서 합성된 고분자 P3, P5 및 P7을 ITO 투명전극에 코팅한 후, propylene carbonate에 0.1 M 농도의 LiClO4를 녹인 전해질 용액에서 전기변색 평가를 진행하였다.After coating the polymers P3, P5 and P7 synthesized in Examples 5 and 7 to 8 on ITO transparent electrodes, electrochromic evaluation was performed in an electrolyte solution in which 0.1 M concentration of LiClO 4 was dissolved in propylene carbonate.
[비교예 4] 전기변색 특성 확인[Comparative Example 4] Confirmation of electrochromic properties
상기 비교예 2에서 합성된 고분자 P10을 이용하여 상기 실시예 11과 동일한 방법으로 전기변색 평가를 진행하였다. Using the polymer P10 synthesized in Comparative Example 2, electrochromic evaluation was performed in the same manner as in Example 11.
도 9는 실시예 11 내지 13 및 비교예 4의 결과를 도시한 것이다. P10, P3 및 P5에서는 각각 81 cm2/C, 71 cm2/C, 70 cm2/C의 변색효율을 보였으며, P7의 변색효율은 151 cm2/C로, 전기변색 특성을 가진 결정형 단량체만으로 이루어진 P10 보다 우수한 변색효율을 보였다. 이를 통해, 전기변색 특성을 갖는 결정형 단량체에 유연 단량체가 일부 도입된 본 발명의 반도체 고분자는 일반적인 전기변색 고분자보다 전기변색 특성이 우수한 것을 확인하였다.9 shows the results of Examples 11 to 13 and Comparative Example 4. P10, P3 and P5 showed discoloration efficiencies of 81 cm 2 /C, 71 cm 2 /C, and 70 cm 2 /C, respectively, and the discoloration efficiency of P7 was 151 cm 2 /C, a crystalline monomer with electrochromic properties. It showed superior discoloration efficiency than P10 made of only. Through this, it was confirmed that the semiconductor polymer of the present invention in which a flexible monomer is partially introduced into a crystalline monomer having electrochromic properties has superior electrochromic properties than general electrochromic polymers.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by specific matters and limited examples, but these are provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above examples, and the field to which the present invention belongs Various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims to be described later, but also all those with equivalent or equivalent modifications to the claims will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .
Claims (14)
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 및 화학식 2에서,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C3-C30사이클로알킬, C6-C30아릴, C1-30알콕시, C2-C30헤테로사이클로알킬, C2-C30알케닐 또는 C2-C30알키닐이고;
R5 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 O, S, Se 또는 NRa이고, 여기서 Ra은 수소 또는 C1-C30 알킬이고;
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C6-C30아릴렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;
Ar3 내지 Ar5는 각각 독립적으로 단일결합, C6-C30아릴렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;
D1 및 D2는 각각 독립적으로 단일결합, -C(O)NRb-, -NRcC(O)-, -CO-, -COO-, -SO2-또는 -SO- 이고, 여기서 Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30 알킬이고;
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고;
e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 30의 정수이다.An organic semiconductor polymer comprising a repeating unit represented by the following formula (1) and a repeating unit represented by the following formula (2):
[Formula 1]
[Formula 2]
In Formula 1 and Formula 2,
R 1 to R 4 are each independently hydrogen, C1-C30 alkyl, C3-C30 cycloalkyl, C6-C30 aryl, C1-30 alkoxy, C2-C30 heterocycloalkyl, C2-C30 alkenyl or C2-C30 alkynyl ego;
R 5 to R 13 are each independently hydrogen or C 1 -C 30 alkyl;
Z 1 and Z 2 are each independently O, S, Se or NR a , wherein R a is hydrogen or C1-C30 alkyl;
Ar 1 and Ar 2 are each independently C6-C30 arylene or C3-C30 heteroarylene;
Ar 3 to Ar 5 are each independently a single bond, C6-C30 arylene, or C3-C30 heteroarylene;
D 1 and D 2 are each independently a single bond, -C(O)NR b -, -NR c C(O)-, -CO-, -COO-, -SO 2 -or -SO-, wherein R b and R c are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
a, b, c and d are each independently an integer from 1 to 3;
e and f are each independently an integer from 1 to 30.
상기 화학식 1에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C10알킬이고,
e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 20의 정수인 유기 반도체 고분자.According to claim 1,
In Formula 1, R 1 to R 4 are each independently hydrogen or C1-C10 alkyl;
e and f are each independently an integer of 1 to 20 organic semiconductor polymer.
상기 화학식 1의 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 하기 구조식에서 선택되는 어느 하나인 유기 반도체 고분자:
상기 구조식에서, R14 내지 R18는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C20알킬이고, Z3 내지 Z7은 각각 독립적으로 O, S, Se 또는 NRd이고, 여기서 Rd는 수소 또는C1-C20 알킬이다.According to claim 1,
Ar 1 and Ar 2 of Formula 1 are each independently any one selected from the following structural formula:
In the above structural formula, R 14 to R 18 are each independently hydrogen or C1-C20 alkyl, Z 3 to Z 7 are each independently O, S, Se or NR d , where R d is hydrogen or C1-C20 alkyl am.
상기 화학식 2의 Ar3 및 Ar5는 각각 독립적으로 하기 구조식에서 선택되는 어느 하나인 유기 반도체 고분자.
상기 구조식에서, Z6 내지 Z8은 각각 독립적으로 O, S 또는 Se이고, R17 내지 R21은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C10알킬이다.The method of claim 1,
Ar 3 and Ar 5 of Formula 2 are each independently any one selected from the following structural formula.
In the above structural formula, Z 6 to Z 8 are each independently O, S or Se, and R 17 to R 21 are each independently hydrogen or C1-C10 alkyl.
하기 화학식 3으로 표시되는 유기 반도체 고분자:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
R1 내지 R13는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 S 또는 Se이고;
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C3-C30헤테로아릴렌이고;
Ar3 및 Ar5는 각각 독립적으로 단일결합, C6-C30아렐렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;
Ar4는 단일결합, C6-C30아릴렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;
D1 및 D2는 각각 독립적으로 단일결합, -C(O)NRb- 또는 -NRcC(O)-이고, 여기서 Rb는 Rc는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30 알킬이고;
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고;
e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 20의 정수이고;
n 및 m은 각각 독립적으로 몰분율로서 0초과 1미만의 실수이며, n+m=1이다.The method of claim 1,
An organic semiconductor polymer represented by the following formula (3):
[Formula 3]
In Formula 3,
R 1 to R 13 are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
Z 1 and Z 2 are each independently S or Se;
Ar 1 and Ar 2 are each independently C3-C30 heteroarylene;
Ar 3 and Ar 5 are each independently a single bond, C6-C30 areylene or C3-C30 heteroarylene;
Ar 4 is a single bond, C6-C30 arylene or C3-C30 heteroarylene;
D 1 and D 2 are each independently a single bond, -C(O)NR b - or -NR c C(O)-, wherein R b is R c are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
a, b, c and d are each independently an integer from 1 to 3;
e and f are each independently an integer from 1 to 20;
n and m are each independently a real number greater than 0 and less than 1 as a mole fraction, and n+m=1.
상기 화학식 3의 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C5알킬이고,
R5 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 또는 C5-C20알킬인 유기 반도체 고분자.In claim 5,
In Formula 3, R 1 to R 4 are each independently hydrogen or C1-C5 alkyl;
R 5 to R 13 are each independently hydrogen or C5-C20 alkyl.
상기 화학식 3의 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 하기 구조식으로 표시되는 것인 유기 반도체 고분자:
상기 구조식에서, R14는 수소 또는 C1-C10알킬이고, Z3은 S 또는 Se이다.In claim 5,
Ar 1 and Ar 2 of Formula 3 are each independently an organic semiconductor polymer represented by the following structural formula:
In the above structural formula, R 14 is hydrogen or C 1 -C 10 alkyl, and Z 3 is S or Se.
상기 화학식 3의 Ar3 및 Ar5는 각각 독립적으로 하기 구조식에서 선택되는 어느 하나인 유기 반도체 고분자.
상기 구조식에서,
Z6, Z7 및 Z8은 각각 독립적으로 S 또는 Se이고, R17 내지 R21은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C5알킬이다.In claim 5,
Ar 3 and Ar 5 of Formula 3 are each independently any one selected from the following structural formula.
In the above structural formula,
Z 6 , Z 7 and Z 8 are each independently S or Se, and R 17 to R 21 are each independently hydrogen or C1-C5 alkyl.
상기 화학식 3은 하기 화학식 4로 표시되는 것인 유기 반도체 고분자.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C20알킬이고;
R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C20알킬이고;
Z1, Z2, Z11, Z12 및 Z13는 각각 독립적으로 S 또는 Se이고;
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C3-C20헤테로아릴렌이고;
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고;
s는 1 내지 20의 정수이고;
n 및 m은 각각 독립적으로 몰분율로서 0초과 1미만의 실수이며, n+m=1이다.In claim 5,
Formula 3 is an organic semiconductor polymer represented by Formula 4 below.
[Formula 4]
In Formula 4,
R 1 to R 4 are each independently hydrogen or C1-C20 alkyl;
R 5 to R 9 are each independently hydrogen or C 1 -C 20 alkyl;
Z 1 , Z 2 , Z 11 , Z 12 and Z 13 are each independently S or Se;
Ar 1 and Ar 2 are each independently C3-C20 heteroarylene;
a, b, c and d are each independently an integer from 1 to 3;
s is an integer from 1 to 20;
n and m are each independently a real number greater than 0 and less than 1 as a mole fraction, and n+m=1.
[화학식 3]
[화학식 11]
[화학식 12]
[화학식 13]
상기 화학식 3 및 화학식 11 내지 화학식 13에서,
X1 내지 X4는 각각 독립적으로 할로겐이고;
R1 내지 R13은 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;
R22 내지 R24는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 S 또는 Se이고;
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 C3-C30헤테로아릴렌이고;
Ar3 및 Ar5는 각각 독립적으로 단일결합, C6-C30아렐렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;
Ar4는 단일결합, C6-C30아릴렌 또는 C3-C30헤테로아릴렌이고;
D1 및 D2는 각각 독립적으로 단일결합, -C(O)NRb- 또는 -NRcC(O)-이고, 여기서 Rb는 Rc는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C30알킬이고;
a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고;
e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 20의 정수이고;
n 및 m은 각각 독립적으로 몰분율로서 0초과 1미만의 실수이며, n+m=1이다.An organic compound represented by the following formula (3) comprising the step of preparing an organic semiconductor polymer represented by the following formula (3) by polymerizing a monomer represented by the following formula (11), a monomer represented by the following formula (12), and a monomer represented by the following formula (13) A method for producing a semiconductor polymer.
[Formula 3]
[Formula 11]
[Formula 12]
[Formula 13]
In Formula 3 and Formula 11 to Formula 13,
X 1 to X 4 are each independently halogen;
R 1 to R 13 are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
R 22 to R 24 are each independently hydrogen or C1-C30 alkyl;
Z 1 and Z 2 are each independently S or Se;
Ar 1 and Ar 2 are each independently C3-C30 heteroarylene;
Ar 3 and Ar 5 are each independently a single bond, C6-C30 areylene or C3-C30 heteroarylene;
Ar 4 is a single bond, C6-C30 arylene or C3-C30 heteroarylene;
D 1 and D 2 are each independently a single bond, -C(O)NR b - or -NR c C(O)-, wherein R b is Rc each independently hydrogen or C 1 -C 30 alkyl;
a, b, c and d are each independently an integer from 1 to 3;
e and f are each independently an integer from 1 to 20;
n and m are each independently a real number greater than 0 and less than 1 as a mole fraction, and n+m=1.
상기 유기 전자 소자는 액정 표시 장치, 유기 발광 표기 장치, 유기 트랜지스터, 유기 태양전지 또는 유기 센서인 유기 전자 소자.12. The method of claim 11,
The organic electronic device may be a liquid crystal display device, an organic light emitting display device, an organic transistor, an organic solar cell, or an organic sensor.
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---|---|---|---|
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GRNT | Written decision to grant |