KR20140032368A - 반도체 블렌드 - Google Patents

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KR20140032368A
KR20140032368A KR1020137018274A KR20137018274A KR20140032368A KR 20140032368 A KR20140032368 A KR 20140032368A KR 1020137018274 A KR1020137018274 A KR 1020137018274A KR 20137018274 A KR20137018274 A KR 20137018274A KR 20140032368 A KR20140032368 A KR 20140032368A
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크리스토퍼 뉴섬
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캠브리지 디스플레이 테크놀로지 리미티드
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Abstract

본 발명은 용매에 용해되거나 분산된 중합체 물질 및 소 분자 반도체 물질의 블렌드를 포함하는 잉크를 제공하고, 이때 상기 블렌드는 상기 중합체 물질 70중량% 이상을 포함하며, 잉크 농도는 적어도 0.4%w/v이다. 상기 중합체 물질은 바람직하게는 TFB[9,9'-다이옥틸플루오렌-코-N-(4-부틸페닐)-다이페닐아민]n이고, 및 상기 소 분자 반도체 물질은 바람직하게는 하기 화학식 (Ⅰ)을 갖는다:
Figure pct00038

상기 식에서, X11은 화학식 CnH2n +1의 기이고, n은 (4) 내지 (16)의 정수이다.

Description

반도체 블렌드{SEMICONDUCTOR BLEND}
본 발명은 높은 중량 비율의 중합체를 가진 반도체 블렌드 및 반도체 잉크, 및 반도체의 층이 상기 반도체 블렌드의 층을 포함하는 유기 박막 트랜지스터와 같은 반도체 소자에 관한 것이다.
트랜지스터는 바이폴라 접합 트랜지스터와 전계 효과 트랜지스터의 두 가지 주요 유형으로 나누어질 수 있다. 두 유형 모두, 채널 영역 내에 반도체성 물질이 배치된 세 개의 전극을 포함하는 공통 구조를 공유한다. 바이폴라 접합 트랜지스터의 3개의 전극은 에미터, 콜렉터 및 베이스로 공지되어 있는 반면, 전계 효과 트랜지스터의 3개의 전극은 소스, 드레인, 게이트로 공지되어 있다. 에미터와 콜렉터 사이의 전류가 베이스와 에미터 사이에서 흐르는 전류에 의해 제어되기 때문에, 바이폴라 접합 트랜지스터는 전류-구동식 소자(current-operated device)로 기술될 수 있다. 반대로, 전계 효과 트랜지스터는 소스와 드레인 사이에서 흐르는 전류가 게이트와 소스 사이의 전압에 의해 제어되기 때문에, 전압-구동식 소자(voltage-operated device)로 기술될 수 있다.
트랜지스터는 또한, 양전하 캐리어(정공)를 전도하는 반도체성 물질을 포함하는지 아니면 음전하 캐리어(전자)를 전도하는 반도체성 물질을 포함하는지에 따라서 각각 p-타입 및 n-타입으로 분류될 수 있다. 상기 반도체성 물질은 전하를 수용(accept), 전도(conduct) 및 제공(donate)하는 능력에 따라서 선택될 수 있다. 이러한 반도체성 물질을 도핑함으로써, 정공 또는 전자를 수용, 전도 및 제공하는 상기 물질의 능력이 향상될 수 있다. 소스 및 드레인 전극에 사용되는 물질 또한 정공 또는 전자를 수용하고 주입하는 능력에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, p-타입 트랜지스터 소자는, 정공을 효과적으로 수용, 전도 및 제공하는 반도체성 물질을 선택하고, 반도체성 물질로부터 정공을 효과적으로 주입 및 수용하는 소스 전극 및 드레인 전극용 물질을 선택함으로써 형성될 수 있다. 반도체성 물질의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 준위와 전극 내의 페르미(Fermi)-준위의 우수한 에너지 준위 매칭이 정공 주입 및 수용을 향상시킬 수 있다. 반대로, n-타입 트랜지스터 소자는, 전자를 효과적으로 수용, 전도 및 제공하는 반도체성 물질을 선택하고, 반도체성 물질 내로 전자를 주입하고 이로부터 전자를 수용하는데 효과적인 소스 전극 및 드레인 전극용 물질을 선택함으로써 형성될 수 있다. 반도체성 물질의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위와 전극 내의 페르미-준위의 우수한 에너지 준위 매칭이 전자 주입 및 수용을 향상시킬 수 있다.
트랜지스터는 구성요소들을 박막으로 침착함으로써 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다. 유기 물질이 이러한 소자 내의 반도체성 물질로서 사용되는 경우, 이는 유기 박막 트랜지스터로 공지되어 있다.
유기 박막 트랜지스터 용도의 다양한 배열은 공지되어있다. 하나의 이러한 소자는, 채널 영역 내에 반도체성 물질이 배치된 소스 전극과 드레인 전극, 반도체 물질 위로 배치된 게이트 전극, 및 채널 영역 내에서 게이트 전극 및 반도체 물질 사이에 배치된 절연 물질층을 포함하는 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터이다. .
이러한 유기 박막 트랜지스터의 한 예가 도 1에 도시되어 있다. 하기 예시된 구조는 기판(도시되지 않음)위에 침착될 수 있고, 이는 채널 영역(6)에 의해 서로 이격된 소스 전극 및 드레인 전극(2, 4)을 포함한다. 채널 영역(6) 내에 유기 반도체(8)가 침착되고 소스와 드레인 전극(2, 4)의 적어도 일부 위에서 연장될 수 있다. 유전체 물질의 절연 층(10)이 유기 반도체(8) 위에 침착되고 소스와 드레인 전극(2, 4)의 적어도 일부 위에서 연장될 수 있다. 마지막으로, 게이트(12)가 절연층(10) 위에 침착된다. 게이트 전극(12)은 채널 영역(6) 위에 위치하고 소스와 드레인 전극(2, 4)의 적어도 일부 위에서 연장될 수도 있다.
위에 기술된 구조는 게이트가 소자의 상부 측에 위치하기 때문에 상부-게이트 유기 박막 트랜지스터로 공지되어있다. 달리, 게이트를 소자의 하부측에 제공하여 소위 하부-게이트 유기 박막 트랜지스터를 형성하는 것도 공지되어있다.
이러한 하부-게이트 유기 박막 트랜지스터의 한 예가 도 2에 나타나있다. 도 1 및 2에 예시된 구조들 사이에 있는 관계를 좀 더 명확하게 보여주기 위해, 상응하는 부분에 대해서는 유사한 참조번호가 사용되었다. 도 2에 예시된 하부-게이트 구조는 기판(1) 상에 침착된 게이트 전극(12)과 그 위에 배치된 유전체 물질의 절연층(10)을 포함한다. 소스와 드레인 전극(2, 4)이 상기 유전체 물질의 절연층(10) 위에 침착되어있다. 소스와 드레인 전극(2, 4)은 게이트 전극 위에서 채널 영역(6)에 의해 이격되어 위치한다. 채널 영역(6) 내에 유기 반도체(8)가 침착되고 소스와 드레인 전극(2, 4)의 적어도 일부분 위에서 연장될 수도 있다.
상기 채널의 전도성은 게이트로의 전압의 인가에 의해 조절될 수 있다. 이렇게 하여 트랜지스터는 인가된 게이트 전압을 사용함으로써 스위치 온/오프 될 수 있다. 주어진 전압에 대해 달성할 수 있는 드레인 전류는 이 소자의 활성 영역(소스와 드레인 전극 사이의 채널 영역)에서의 유기 반도체 내의 전하 캐리어의 이동성에 의존된다. 그러므로, 낮은 가동 전압으로 높은 드레인 전류를 얻기 위해서, 유기 박막 트랜지스터는 채널 영역에서 고도로 이동성인 전하 캐리어를 갖는 유기 반도체를 가져야 한다.
최근에 들어 잠재적으로 유기 박막 트랜지스터에 반도체 물질로서 사용하기에 적합한 다양한 화합물 종류가 개발되었다. 특별히 중요한 하나의 종류는 소 분자 반도체이다. 이것들은 비-중합체 반도체 유기 분자들이다. 대표적인 예로는 펜타센 유도체와 티오펜 유도체가 있다.
소 분자 반도체 물질은 고도 결정성 특성 때문에 높은 이동성을 보이지만(특히 열 증발된 박막), 이것은 종종 불량한 필름 형성 특성 때문에 용액-가공된 필름으로부터 반복가능한 결과를 얻는 것이 어려울 수 있다. 기판으로부터의 물질 주름잡힘(reticulation), 기판에 대한 부착성, 필름 조도와 필름 두께 편차와 관련된 문제는 소자에서의 이러한 물질의 성능을 제한할 수 있다. 축적층이 반도체 층의 가장 윗면에 형성되기 때문에, 필름 조도는 상부-게이트형 유기 박막 트랜지스터 소자의 경우 추가의 문제가 될 수 있다.
소 분자 반도체 물질의 열악한 필름 형성 특성들의 문제를 극복하기 위해, 소 분자와 중합체로 구성된 반도체 블렌드의 사용이 개발되었다. 소 분자와 중합체 블렌드는 중합체 물질들의 우수한 필름 형성 특성들 때문에 소 분자 성분에 비해 더 우수한 필름 형성 특성들을 보여준다.
이러한 블렌드(반도체-반도체 또는 반도체-절연체)의 몇 가지 예는 문헌 [Smith et.al., Applied Physics Letters, Vol 93, 253301(2008)]; [Russell et.al., Applied Physics Letters, Vol 87, 222109(2005)]; [Ohe et.al., Applied Physics Letters, Vol 93, 053303(2008)]; [Madec et.al., Journal of Surface Science & Nanotechnlogy, Vol 7, 455-458(2009)]; 및 [Kang et.al., J. Am. Chem. Soc, Vol 130, 12273-75(2008)]에 나와 있다. 이러한 예에서, 블렌드 내에 존재하는 소 분자 반도체의 양은 50중량% 이상이다.
WO 2004/057688은 다양한 반도체 중합체와 소 분자의 블렌드를 개시하고 있다. 예시들의 대부분은 40:60 내지 60:40, 및 바람직하게는 50:50(중량기준)의 중합체:소 분자 반도체의 비율을 가진 블렌드를 보여준다. 한 예에서, 70:30의 중합체:소 분자 반도체의 비율을 가진 블렌드를 보여주지만, 이는 다른 블렌드에 비해 그다지 잘 기능하지 않는 것임을 보여준다.
소분자 반도체는 일반적으로 합성 및 처리하는 것이 더 비싸고 일반적으로 중합체보다 더 낮은 용해도를 가져 용액에서 침전을 유발할 수 있기 때문에, 더 적은 양의 소 분자 반도체를 갖고 우수한 블렌드 형성 특성을 가진 반도체 블렌드가 요구된다.
본 발명자들은 놀랍게도, 선행 기술에서 이전에 기술한 것들보다 더 높은 함량의 블렌드 내 중합체를 갖는 반도체 블렌드의 생성에 의해 이 문제를 다루는 것이 가능하다는 것을 발견했다. 이것은 반도체 블렌드의 총 고체 함량을 증가시킴으로써 달성할 수 있으며, 이는 스핀 코팅에 의한 침착시 소 분자가 풍부한 블렌드에 필적할 만한 성능으로 더 향상된 특성을 보이는 필름을 생성한다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 청구항 제 1항 내지 제 32항에서 명시된 바와 같은, 잉크젯 프린팅 또는 스핀 코팅용 잉크가 제공된다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 청구항 제 33항에서 명시된 바와 같은, 상기 잉크의 제조 방법이 제공된다.
(1) 그러므로, 첫 번째 실시 양태에서 반도체 블렌드는 예를들어 소 분자 반도체 물질 및 중합체 물질을 포함하고, 이때 상기 블렌드는 상기 중합체 물질 75중량% 이상을 포함한다.
바람직한 예는 하기를 포함한다:
(2) (1)에 있어서, 상기 블렌드가 상기 중합체 물질 75중량% 내지 85중량%을 포함하는 반도체 블렌드;
(3) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 중합체 물질이 반도체 중합체 물질인, 반도체 블렌드;
(4) (3)에 있어서, 상기 반도체 중합체 물질이 하기 화학식 (Ⅰ)의 반복 단위를 포함하는 공액(conjugated) 중합체인, 반도체 블렌드:
Figure pct00001
(Ⅰ)
[상기 식에서,
R1 및 R2는 동일하거나 상이하고, 각각 수소, 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 5 내지 14개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기, 및 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자 및/또는 질소 원자를 포함하는 5 내지 7원 헤테로아릴 기로 이루어진 군 중에서 선택되며, 이때
상기 아릴 기 또는 헤테로아릴 기는 치환되지 않거나 또는 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알킬기 및 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기로부터 선택되는 하나 이상의 치환체로 치환된다];
(5) (4)에 있어서,
상기 반도체 중합체 물질이 반복 단위(Ⅰ)을 포함하는 공액 중합체이되,
화학식 (Ⅰ)에서, R1 및 R2이 동일하거나 상이하고, 각각 수소, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 및 페닐 기로 이루어진 군 중에서 선택되며, 이때 상기 페닐 기가 치환되지 않거나 또는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 및 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기로 치환되는, 반도체 블렌드;
(6) (4)에 있어서,
상기 반도체 중합체 물질이 반복 단위(Ⅰ)를 포함하는 공액 중합체이되,
화학식 (Ⅰ)에서, R1 및 R2이 동일하거나 상이하고, 각각 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 및 페닐 기로 이루어진 군 중에서 선택되며, 이때 상기 페닐 기가 치환되지 않거나 또는 4 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 및 4 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기로 치환되는, 반도체 블렌드;
(7) (4) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서,
상기 반도체 중합체 물질이 반복 단위(Ⅰ)를 포함하는 공액 중합체이고,
상기 공액 중합체는 추가로 하기 화학식 (Ⅱ)의 반복 단위를 포함하는, 반도체 블렌드:
Figure pct00002
(Ⅱ)
[상기 식에서,
Ar1 및 Ar2는 동일하거나 상이하고, 각각 5 내지 14개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기 및 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자 및/또는 질소 원자를 갖는 5 내지 7원 헤테로아릴 기로 이루어진 군 중에서 선택되고, 이때 아릴 기나 헤테로아릴 기는 치환되지 않거나, 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기 및 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기 중에서 선택되는 하나 이상의 치환체로 치환되고;
R3는 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 또는 5 내지 14개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기이고, 이때 아릴 기는 임의적으로 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기 중에서 선택되는 하나 이상의 치환체에 의해 치환되고;
n은 1 이상의 정수, 바람직하게는 1 또는 2이다];
(8) (7)에 있어서,
Ar1 및 Ar2는 페닐 기이고, R3는 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기에 의해 치환될 수 있는 페닐 기인, 반도체 블렌드;
(9) (7)에 있어서,
상기 반도체 중합체 물질이 TFB[9,9'-다이옥틸플루오렌-코-N-(4-부틸페닐)-다이페닐아민]n인, 반도체 블렌드;
(10) (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 있어서,
상기 소 분자 반도체 물질은 치환된 펜타센 및 하기 식(Ⅲ)의 유기 반도체 화합물로 이루어진 군 중에서 선택되는, 반도체 블렌드:
Figure pct00003
(Ⅲ)
[상기 식에서,
Ar3, Ar4, Ar5 및 Ar6는 독립적으로 단환형 방향족 고리를 포함하고,
Ar3, Ar4, Ar5 및 Ar6 중 하나 이상은 하나 이상의 치환체 X로 치환되고,
상기 치환체 X는 각 경우에서 동일하거나 상이할 수 있으며,
(ⅰ) 치환되지 않거나 치환된 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 직쇄, 분지쇄, 또는 환형 알킬 기, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기, 치환되지 않거나 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 하나 또는 두 개의 알킬 기(이들 각각은 동일 또는 상이할 수 있음)에 의해 치환될 수 있는 아미노 기, 아미도 기, 실릴 기 또는 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 기, 또는
(ⅱ) 할로겐, 보론산, 다이보론산, 및 보론산 및 다이보론산의 에스테르, 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기 및 스테닐(stannyl)기로 이루어진 군으로부터 선택된 중합성 또는 반응성 기
로 이루어진 군 중에서 선택되고,
또한, Ar3, Ar4, Ar5, 및 Ar6는 각각 융합되지 않거나 또는 하나 이상의 추가의 단환형 방향족 고리에 융합될 수 있고, Ar3, Ar4, Ar5 및 Ar6 중 하나 이상은, 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자, 셀레늄 원자, 및/또는 질소 원자를 포함하는 5 내지 7 원 헤테로환형 방향족 기를 포함한다];
(11) (10)에 있어서, Ar5가 추가의 아릴기 Ar7에 융합되어 하기 화학식 (Ⅳ)의 구조를 제공하는, 반도체 블렌드:
Figure pct00004
(Ⅳ)
[상기 식에서,
Ar7은 치환되지 않거나 또는 하나 이상의 치환체 X에 의해 치환된 단환형 방향족 고리를 나타내며,
상기 단환형 방향족 고리 Ar7은 바람직하게는, 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자, 셀레늄 원자, 및/또는 질소 원자를 포함하는 5 내지 7 원 헤테로아릴 기이다];
(12) (11)에 있어서,
Ar6는 추가의 아릴 기 Ar8에 융합되어 하기 화학식 (Ⅴ)의 구조를 제공하는, 반도체 블렌드:
Figure pct00005
(Ⅴ)
[상기 식에서,
Ar8은 치환되지 않거나 또는 하나 이상의 치환체 X에 의해 치환된 단환형 방향족 고리를 나타내고,
상기 단환형 방향족 고리 Ar8은 바람직하게는, 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자, 셀레늄 원자, 및/또는 질소 원자를 포함하는 5 내지 7 원 헤테로아릴 기이다];
(13) (12)에 있어서,
Ar7는 추가의 아릴 기 Ar9에 융합되어 하기 화학식 (Ⅵ)의 구조를 제공하는, 반도체 블렌드:
Figure pct00006
(Ⅵ)
[상기 식에서,
Ar9은 치환되지 않거나 또는 하나 이상의 치환체 X에 의해 치환된 단환형 방향족 고리를 나타내고,
상기 단환형 방향족 고리 Ar9은 바람직하게는, 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자, 셀레늄 원자, 및/또는 질소 원자를 포함하는 5 내지 7 원 헤테로아릴 기이다];
(14) (10) 내지 (13) 중 어느 하나에 있어서,
소 분자 반도체 물질이 하기 구조를 포함하는, 반도체 블렌드:
Figure pct00007
[상기 식에서,
X1 및 X2는 상기 (14)에서 정의된 바와 같고;
Z1 및 Z2는 독립적으로 S, O, Se 또는 NR4이며;
W1 및 W2는 독립적으로 S, O, Se, NR4 또는 -CR4=CR4-이고;
R4는 H 또는 치환되지 않거나 치환된 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 직쇄, 분지쇄, 또는 환형 알킬 기, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기, 치환되지 않거나 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 하나 또는 두 개의 알킬 기(각각 동일하거나 다를 수 있음)로 치환될 수 있는 아미노 기, 아미도 기, 실릴 기 또는 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 기로 이루어진 군 중에서 선택되는 치환체이다];
(15) (10) 내지 (13) 중 어느 하나에 있어서,
소 분자 반도체 물질이 하기 구조를 포함하는, 반도체 블렌드:
Figure pct00008
[상기 식에서,
X1 및 X2는 상기 (14)에서 정의된 바와 같고;
Z1, Z2, W1 및 W2는 상기 (14)에서 정의된 바와 같고; 및
V1 및 V2는 독립적으로 S, O, Se 또는 NR5이고;
R5는 H 또는 치환되지 않거나 치환된 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 직쇄, 분지쇄, 또는 환형 알킬 기, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기, 치환되지 않거나 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 하나 또는 두 개의 알킬 기(각각 동일하거나 다를 수 있음)로 치환될 수 있는 아미노 기, 아미도 기, 실릴 기 또는 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 기로 이루어진 군 중에서 선택되는 치환체이다];
(16) (10) 내지 (13) 중 어느 하나에 있어서,
소 분자 반도체 물질이 하기 구조를 포함하는, 반도체 블렌드:
Figure pct00009
[상기 식에서, X1 및 X2는 상기 (14)에서 정의된 바와 같고, Z1, Z2, W1 및 W2는 상기 (14)에서 정의된 바와 같다];
(17) (10) 내지 (13) 중 어느 하나에 있어서,
소 분자 반도체 물질이 하기 구조를 포함하는, 반도체 블렌드:
[상기 식에서, Z1, Z2, W1 및 W2는 상기 (14)에서 정의된 바와 같고,
X1 내지 X10은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 상기 (10)에서 정의된 바와 같은 치환체 X로부터 선택된다];
(18) (10)에 있어서,
상기 소 분자 반도체 물질은 하기 화학식 (Ⅶ)의 벤조티오펜 유도체인, 반도체 블렌드:
Figure pct00011
(Ⅶ)
[상기 식에서,
A는 페닐 기 또는 티오펜 기 이고, 이때 상기 페닐 기 또는 티오펜 기는 페닐기 또는 티오펜 기와 융합되거나 융합되지 않을 수 있으며, 이 페닐기 또는 티오펜 기는 하나 이상의 X11기에 의해 치환 또는 비치환되고/되거나 페닐 기, 티오펜 기 및 벤조티오펜 기(이때, 이들 페닐 기, 티오펜 기 및 벤조티오펜 기 중 임의의 기는 치환되지 않거나 하나 이상의 X11 기에 의해 치환될 수 있음) 중에서 선택되는 기와 융합될 수 있으며,
각 X11 기는 동일하거나 또는 상이하고, 상기 (10)에서 정의된 치환체 X로부터 선택되고, 바람직하게는 화학식 CnH2n +1의 기이고, 이때 n은 0또는 1 내지 20의 정수이다];
(19) (18)에 있어서,
상기 소 분자 반도체 물질은 화학식 (Ⅶ)의 벤조티오펜 유도체이되, 이때 A가
하나 이상의 X11 기에 의해 치환된 페닐 기와 융합된 티오펜 기; 또는
치환되지 않거나 하나 이상의 X11기로 치환된 페닐 기(이때, 상기 페닐 기는 추가로, 하나 이상의 X11 기에 의해 치환 또는 비치환되고/되거나 벤조티오펜 기(이는 하나 이상의 X11 기에 의해 치환되거나 비치환됨)와 융합될 수 있는 티오펜 기와 융합되거나 융합되지 않을 수 있으며, 이때, X11은 화학식 CnH2n +1의 기이며, n은 0 또는 16 내지의 정수이다)
중에서 선택되는, 반도체 블렌드;
(20) (18)에 있어서,
상기 소 분자 반도체 물질은 다음과 같은 군 중에서 선택되는 화학식 (Ⅶ)의 벤조티오펜 유도체인, 반도체 블렌드:
Figure pct00012
[상기 식에서,
X11은 화학식 CnH2n +1의 기이고,
n은 4 내지 16의 정수이다];
(21) (1)에 있어서,
상기 중합체 물질은 상기 (4)에서 정의된 반복 단위(Ⅰ)를 포함하는 반도체 공액 중합체이며, 이때 R1 및 R2는 동일하거나 또는 상이하고, 각각 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 및 페닐 기로 구성되는 군 중에서 선택되며, 페닐 기는 치환되지 않거나 또는 4 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 4 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기 중에서 선택되는 하나 이상의 치환체로 치환되며,
상기 반도체 공액 중합체는 추가로, 상기 (7)에서 정의된 화학식 (Ⅱ)의 반복 단위를 포함하고, 이때 Ar1 및 Ar2는 각각 페닐 기이고, R3는 1개 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이거나, 치환되지 않거나 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로 치환될 수 있는 페닐 기이고;
상기 소 분자 반도체 물질은 하기 화학식 (Ⅶ)의 벤조티오펜 유도체이고:
Figure pct00013
(Ⅶ)
[상기 식에서,
A는 페닐 기 또는 티오펜 기 이고, 이때 상기 페닐 기 또는 티오펜 기는 페닐기 또는 티오펜 기와 융합되거나 융합되지 않을 수 있으며, 이 페닐기 또는 티오펜 기는 하나 이상의 X11기에 의해 치환 또는 비치환되고/되거나 페닐 기, 티오펜 기 및 벤조티오펜 기(이때, 이들 페닐 기, 티오펜 기 및 벤조티오펜 기 중 임의의 기는 치환되지 않거나 하나 이상의 X11 기에 의해 치환될 수 있음) 중에서 선택되는 기와 융합될 수 있으며;
각 X11 기는 동일하거나 또는 상이하고, 상기 (10)에서 정의된 치환체 X로부터 선택되고, 바람직하게는 화학식 CnH2n +1의 기이고, 이때 n은 0 또는 1 내지 20의 정수이다];
상기 반도체 블렌드는 75중량% 이상의 상기 반도체 공액 중합체 물질을 포함하는, 반도체 블렌드;
(22) (21)에 있어서,
상기 반도체 공액 중합체는 TFB[9,9'-다이옥틸플루오렌-코-N-(-4-부틸페닐)-다이페닐아민]n이고;
상기 소 분자 반도체 물질은 상기 (21)에서 정의된 화학식 (Ⅶ)의 화합물이며, 이때 A는
하나 이상의 X11 기에 의해 치환된 페닐 기와 융합된 티오펜 기; 또는
치환되지 않거나 하나 이상의 X11기로 치환된 페닐 기(이때, 상기 페닐 기는 추가로, 하나 이상의 X11 기에 의해 치환 또는 비 치환되고/되거나 벤조티오펜 기(이는 치환되지 않거나 하나 이상의 X11 기에 의해 치환됨)와 융합될 수 있는 티오펜 기와 융합되거나 융합되지 않을 수 있으며, 이때, X11은 CnH2n +1의 기이며, n은 0 또는 1 내지 16의 정수이다)
중에서 선택되고;
상기 반도체 블렌드는 75중량% 이상의 반도체 공액 중합체 물질을 포함하는, 반도체 블렌드;
(23) (22)에 있어서,
상기 소 분자 반도체 물질이 하기 군 중에서 선택되고:
Figure pct00014
[상기 식에서, X11은 화학식 CnH2n +1의 기이고, n은 4 내지 16의 정수이다];
상기 반도체 블렌드는 상기 반도체 공액 중합체 물질 75 내지 85중량%를 포함하는, 반도체 블렌드;
(24) (23)에 있어서,
상기 반도체 공액 중합체 물질은 TFB[9,9'-다이옥틸플루오렌-코-N-(4-부틸페닐)-다이페닐아민]n이고,
상기 소 분자 반도체 물질은 하기 구조를 갖고:
Figure pct00015
[상기 식에서, X11은 화학식 CnH2n +1의 기이고, n은 4 내지 16의 정수이다];
상기 반도체 블렌드는 상기 반도체 공액 중합체 물질 75 내지 85중량%를 포함하는, 반도체 블렌드;
(25) (24)에 있어서,
각각의 X11 기는 헥실 기이고, 상기 반도체 블렌드는 상기 반도체 공액 중합체 물질 75중량% 이상을 포함하는, 반도체 블렌드;
(26) 추가적인 예시에서, 용매에 용해되거나 분산된 중합체 물질 및 소 분자 반도체 물질의 블렌드를 포함하되, 이때 상기 블렌드가 상기 중합체 물질 70중량% 이상을 포함하는 잉크가 제공되며, 여기서 상기 용매 중의 상기 블렌드의 농도는, (상기 용매에 중합체 물질 70중량% 이상이 용해되거나 분산된 상기 블렌드의 절반의 농도인 동일한 용매 중의 농도를 갖는 잉크로부터 침착된) 상기 블렌드 침착 층의 포화 이동성이, 동일한 중합체 물질과 동일한 소 분자 반도체 물질의 50:50 중량비 혼합물을 포함하는 블렌드를 포함하는 층에서 얻어지는 것보다 최대 10% 적도록 선택된다.
바람직한 추가적인 예시들은 하기를 포함한다:
(27) (26)에 있어서, 상기 블렌드가 70 내지 85중량%의 중합체 물질을 포함하는, 잉크;
(28) (26)에 있어서, 상기 블렌드가 75%의 중합체 물질을 포함하는, 잉크;
(29) (26) 내지 (28) 중 어느 하나에 있어서,
상기 용매 중의 상기 블렌드의 농도가, (상기 용매에 중합체 물질 70중량% 이상이 용해되거나 분산된 상기 블렌드의 절반의 농도인 동일한 용매 중의 농도를 갖는 잉크로부터 침착된)상기 블렌드의 침착 층의 포화 이동성이, 동일한 중합체 물질과 동일한 소 분자 반도체 물질의 50:50 중량비 혼합물을 포함하는 블렌드를 포함하는 층에서 얻어지는 것보다 최대 5% 적도록 선택되는, 잉크;
(30) (26) 내지 (28) 중 어느 하나에 있어서,
상기 용매 중의 상기 블렌드의 농도가, (상기 용매에 중합체 물질 70중량% 이상이 용해되거나 분산된 상기 블렌드의 절반의 농도인 동일한 용매 중의 농도를 갖는 잉크로부터 침착된)상기 블렌드의 침착 층의 포화 이동성이, 동일한 중합체 물질과 동일한 소 분자 반도체 물질의 50:50 중량비 혼합물을 포함하는 블렌드를 포함하는 층에서 얻어지는 것과 적어도 동일하게 선택되는, 잉크;
(31) (26) 내지 (30) 중 어느 하나에 있어서, 상기 용매 중의 상기 블렌드의 농도가 0.6%w/v이상인, 잉크;
(32) (26) 내지 (30) 중 어느 하나에 있어서, 상기 용매 중의 상기 블렌드의 농도가 0.8%w/v이상인, 잉크;
(33) (26) 내지 (32) 중 어느 하나에 있어서, 상기 중합체 물질이 반도체 중합체 물질인, 잉크;
(34) (33)에 있어서, 상기 중합체 물질이 상기 (4) 내지 (9) 중 어느 하나에 따른 반도체 중합체 물질인, 잉크;
(35) (26) 내지 (34) 중 어느 하나에 있어서, 상기 소 분자 반도체 물질이 상기 (10) 내지 (20) 중 어느 하나에 따른 소 분자 반도체 물질인, 잉크;
(36) (26) 내지 (35) 중 어느 하나에 있어서, 상기 용매가 메틸벤젠(예를 들어 톨루엔, 자일렌 또는 트라이메틸벤젠), C1 -4 알콕시벤젠 및 C1 -4 알킬-치환된 C1 -4 알콕시벤젠(예를 들어 애니솔, 메틸애니솔, 다이- 및 트라이-메틸애니솔, 다이- 및 트라이-메톡시벤젠 또는 에톡시벤젠), 할로겐화 벤젠(예를 들어 모노-, 다이- 및 트라이-클로로벤젠 또는 브로모벤젠, 클로로 또는 브로모 톨루엔), 비-방향족 화합물(예를 들어 데카하이드로나프탈렌, 옥탄, 노난, 데칸 또는 도데칸), 할로겐화 비-방향족 화합물(예를 들어 클로로포름 또는 다이클로로메탄) 및 융합된 벤젠(예를 들어 1-메틸나프탈렌 또는 1-메톡시나프탈렌)으로 구성되는 군 중에서 선택되는, 잉크;
(37) (36)에 있어서, 상기 용매가 톨루엔, 애니솔, 에톡시벤젠, 클로로벤젠, 데카하이드로나프탈렌, 옥탄, 클로로포름 및 1-메틸나프탈렌으로 구성되는 군 중에서 선택되는, 잉크;
(38) (26) 내지 (37) 중 어느 하나에 있어서,
상기 중합체 물질은 상기 (4)에서 정의된 반복 단위(Ⅰ)를 포함하는 반도체 공액 중합체이며, 이때 R1 및 R2는 동일하거나 또는 상이하고, 각각 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 및 페닐 기로 구성되는 군 중에서 선택되며, 상기 페닐 기는 치환되지 않거나 또는 4 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 4 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기 중에서 선택되는 하나 이상의 치환체로 치환되며,
상기 반도체 공액 중합체는 추가로, 상기 (7)에서 정의된 화학식 (Ⅱ)의 반복 단위를 포함하고, 이때 Ar1 및 Ar2는 각각 페닐 기이고, R3는 1개 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이거나, 치환되지 않거나 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기에 의해 치환될 수 있는 페닐 기이고;
상기 소 분자 반도체 물질은 하기 화학식 (Ⅶ)의 벤조티오펜 유도체이고:
Figure pct00016
(Ⅶ)
[상기 식에서,
A는 페닐 기 또는 티오펜 기 이고, 이때 상기 페닐 기 또는 티오펜 기는 페닐기 또는 티오펜 기와 융합되거나 융합되지 않을 수 있으며, 이 페닐기 또는 티오페닐기는 하나 이상의 X11기에 의해 치환 또는 비치환되고/되거나 페닐 기, 티오펜 기 및 벤조티오펜 기(이때, 이들 페닐 기, 티오펜 기 및 벤조티오펜 기 중 임의의 기는 치환되지 않거나 하나 이상의 X11 기에 의해 치환될 수 있음) 중에서 선택되는 기와 융합될 수 있으며;
각 X11 기는 동일하거나 또는 상이하고, 상기 (10)에서 정의된 치환체 X로부터 선택되고, 바람직하게는 화학식 CnH2n +1의 기이고, 이때 n은 0또는 1 내지 20의 정수이다];
상기 반도체 블렌드는 70중량% 이상의 상기 반도체 공액 중합체 물질을 포함하고;
상기 용매는 톨루엔, 애니솔, 에톡시벤젠, 클로로벤젠, 데카하이드로나프탈렌, 옥탄, 클로로포름 및 1-메틸나프탈렌으로 구성되는 군 중에서 선택되며;
상기 용매 중의 상기 블렌드의 농도는, (상기 용매에 중합체 물질 70중량% 이상이 용해되거나 분산된 상기 블렌드의 절반의 농도인 동일한 용매 중의 농도를 갖는 잉크로부터 침착된)상기 블렌드의 침착 층의 포화 이동성이, 동일한 중합체 물질과 동일한 소 분자 반도체 물질의 50:50 중량비 혼합물을 포함하는 블렌드를 포함하는 층에서 얻어지는 것보다 최대 10% 적도록 선택되는, 잉크;
(39) (38)에 있어서,
상기 반도체 공액 중합체는 TFB[9,9'-다이옥틸플루오렌-코-N-(-4-부틸페닐)-다이페닐아민]n이고;
상기 소 분자 반도체 물질은 상기 (38)에서 정의된 화학식 (Ⅶ)의 화합물이며, 이때 A는
하나 이상의 X11 기에 의해 치환된 페닐 기와 융합된 티오펜 기; 또는
치환되지 않거나 하나 이상의 X11기로 치환된 페닐 기(이때, 상기 페닐 기는 추가로, 하나 이상의 X11 기에 의해 치환 또는 비 치환되고/되거나 벤조티오펜 기(이는 치환되지 않거나 하나 이상의 X11 기에 의해 치환됨)와 융합될 수 있는 티오펜 기와 융합되거나 융합되지 않을 수 있으며, 이때, X11은 CnH2n +1의 기이며, n은 0 또는 1 내지 16의 정수이다)
중에서 선택되고;
상기 반도체 블렌드는 70중량% 이상의 상기 반도체 공액 중합체 물질을 포함하고;
상기 용매는 톨루엔, 애니솔, 에톡시벤젠, 클로로벤젠, 데카하이드로나프탈렌, 옥탄, 클로로포름 및 1-메틸나프탈렌으로 구성되는 군 중에서 선택되며; 및
상기 용매 중의 상기 블렌드의 농도는, (상기 용매에 중합체 물질 70중량% 이상이 용해되거나 분산된 상기 블렌드의 절반의 농도인 동일한 용매 중의 농도를 갖는 잉크로부터 침착된)상기 블렌드의 침착 층의 포화 이동성이, 동일한 중합체 물질과 동일한 소 분자 반도체 물질의 50:50 중량비 혼합물을 포함하는 블렌드를 포함하는 층에서 얻어지는 것보다 최대 5% 적도록 선택되는, 잉크;
(40) (39)에 있어서,
상기 소 분자 반도체 물질은 다음과 같은 군 중에서 선택되고:
Figure pct00017
[상기 식에서, X11은 화학식 CnH2n +1의 기이고, n은 4 내지 16의 정수이다];
상기 반도체 블렌드는 상기 반도체 공액 중합체 물질 70 내지 85중량%을 포함하고;
상기 용매는 톨루엔, 애니솔, 에톡시벤젠, 클로로벤젠, 데카하이드로나프탈렌, 옥탄, 클로로포름 및 1-메틸나프탈렌으로 구성되는 군 중에서 선택되며;
상기 용매 중의 상기 블렌드의 농도는, (상기 용매에 중합체 물질 70중량% 이상이 용해되거나 분산된 상기 블렌드의 절반의 농도인 동일한 용매 중의 농도를 갖는 잉크로부터 침착된)상기 블렌드의 침착 층의 포화 이동성이, 동일한 중합체 물질과 동일한 소 분자 반도체 물질의 50:50 중량비 혼합물을 포함하는 블렌드를 포함하는 층에서 얻어지는 것과 적어도 동일하게 선택되는, 잉크;
(41) (39) 내지 (40)에 있어서,
상기 반도체 공액 중합체 물질은 TFB[9,9'-다이옥틸플루오렌-코-N-(4-부틸페닐)-다이페닐아민]n이고,
상기 소 분자 반도체 물질은 다음 화학식의 구조를 갖고:
Figure pct00018
[상기 식에서, X11은 화학식 CnH2n +1의 기이고, n은 4 내지 16의 정수이다];
상기 반도체 블렌드는 상기 반도체 공액 중합체 물질 70중량% 이상을 포함하고;
상기 용매는 톨루엔, 애니솔, 에톡시벤젠, 클로로벤젠, 데카하이드로나프탈렌, 옥탄, 클로로포름 및 1-메틸나프탈렌으로 구성되는 군 중에서 선택되며;
상기 용매 중의 상기 반도체 블렌드의 농도는 0.6%w/v이상인, 잉크;
(42) (41)에 있어서,
각각의 X11 기는 헥실 기이고; 상기 반도체 블렌드는 중합체의 75중량%를 포함하고; 상기 용매 중의 상기 반도체 블렌드의 농도는 0.8%w/v이상인, 잉크.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 상기 (26) 내지 (42) 중 어느 하나에 따른 잉크로 침착된 반도체 블렌드가 제공된다. 바람직한 구현예에서는, 블렌드가 스핀 코팅에 의해 잉크로부터 침착된다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 반도체 소자가 제공되고, 이때 반도체 층은 반도체 블렌드의 층을 포함하며, 상기 반도체 블렌드는 상기 (1) 내지 (25) 중 어느 하나에 따른 반도체 블렌드임을 특징으로 한다. 본 발명의 제 4 양태의 바람직한 구현예에서는, 소자가 유기 박막 트랜지스터이고, 이 유기 박막 트랜지스터는 채널 길이를 가진 채널 영역, 게이트 전극, 소스와 드레인 전극 및 채널 영역 및 게이트 전극 사이의 유전층, 및 반도체 층을 포함하며, 이때 상기 반도체 층은 상기 (1) 내지 (25) 중 어느 하나에 따른 반도체 블렌드의 층을 포함한다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 반도체 소자가 제공되고, 이때 반도체 층이 반도체 블렌드의 층을 포함하며, 상기 반도체 블렌드는 상기 (26) 내지 (42) 중 어느 하나에 따른 잉크로부터 침착된 것임을 특징으로 한다. 바람직한 양태에서, 상기 소자는 유기 박막 트랜지스터이고, 이 유기 박막 트랜지스터는 채널 길이를 가진 채널 영역, 게이트 전극, 소스와 드레인 전극 및 채널 영역 및 게이트 전극 사이의 유전층, 및 반도체 층을 포함하며, 이때 상기 반도체 층은 상기 (26) 내지 (42) 중 어느 하나에 따르는 잉크로부터 침착된 반도체 블렌드의 층을 포함한다. 바람직하게는, 상기 반도체 층은 스핀 코팅에 의해 상기 잉크로부터 침착된다.
발명의 구체적인 내용
우수한 성능을 갖는 반도체 블렌드의 제조를 위해서는, 50중량% 이상의 소 분자 반도체를 갖는 것이 필요하다는 선행 기술의 개시내용과는 반대로, 우리는 75중량% 이상의 중합체를 포함하는 블렌드를 제조하는 것이 가능하다는 것을 발견했다. 이 중합체가 풍부한 반도체 블렌드의 고 성능은, 소 분자가 풍부한 블렌드에 필적할 만한 성능이 얻어지도록 블렌드의 총 고체 내용물을 증가시킴으로써 얻어질 수 있다.
중합체가 풍부한 블렌드(중합체 70질량% 이상)를 사용함으로써, 반도체 층을 포함하는 유기 박막 트랜지스터(OTFT) 및 다른 소자들의 이동성은, 더 높은 총 고체 함량의 반도체 블렌드와 배합된 잉크로부터 상기 층을 침착시킴으로써 향상될 수 있다. 잉크 내의 총 고체 함량을 조절하는 것은 소자의 포화 이동성에 핵심적인 영향을 미치게 되는데, 왜냐하면 블렌드의 낮은 총 고체 농도에서 잉크로부터 침착된 중합체 70질량% 이상을 갖는 반도체 블렌드는 낮은 포화 이동성을 갖는 반면(선행 기술에서 개시된 바와 같음), 동일한 블렌드가 고 농도의 잉크로부터 침착되면 상당히 높은 이동성(전형적으로 한 자릿수가 더 올라가는 것 까지)을 나타내는 것으로 확인되기 때문이다. 본 발명의 맥락에서, 반도체 블렌드의 총 고체 함량은 %w/v(즉, 고체의 중량/용매의 부피)로 측정되는 잉크 중의 상기 블렌드의 농도를 가리킨다.
위에서 논의한 것 처럼, WO 2004/057688는, 블렌드 시스템이 블랜드 내 소 분자 구성 성분이 30질량% 이상을 필요로 하고(이는 열악한 결과를 제공함), 최선의 결과는 중합체:소 분자 반도체가 40:60 내지 60:40의 비율을 갖는 블렌드에서 성취됨을 개시한다. 본 발명에서, 본 발명자들은, 소 분자 반도체 25중량% 이하를 포함하는 블렌드가 고 이동성 소자를 얻는데에 사용될 수 있다는 것을 보였다. 이것은 중합체의 매우 큰(예를 들어 2배 이상으로 큰) 총 고체 내용물을 갖는 잉크의 사용으로부터 성취된다.
잉크 중의 블렌드의 정확한 농도는, 블렌드 중의 중합체의 양, 중합체의 화학 구조 및 분자량, 및 소 분자 반도체의 화학 구조 및 블렌드에서 성취하고자 하는 목적하는 이동성에 따라서 변할 것이다. 예를 들어 약 300,000의 분자량의 TFB 중합체의 경우, 75:25의 소 분자 반도체 A(하기 구조):TFB의 블렌드를 포함하는 층으로 성취되는 포화 이동성과 유사한 포화 이동성을 갖도록 요구될 때, 25:75의 소 분자 반도체 A(하기 구조):TFB를 포함하는 층을 침착시켜 유사한 포화 이동성을 갖는 반도체 블렌드의 층을 얻는데 필요한 잉크 농도는 o-자일렌에서 0.8%w/v이고, 이는 75:25의 소 분자 반도체 A:TFB 블렌드를 포함하는 층을 침착시키는데 사용된 잉크 농도의 2배이다.
Figure pct00019
본 발명은, 소 분자 물질의 더 적은 양이 블렌드 시스템에 사용될 수 있기 때문에, 선행 기술의 블렌드 및 잉크에 비해 상당한 진보성을 제공한다. 이것은 소 분자가 풍부한 블렌드 접근에 비하여 다음과 같이 두 가지 주된 장점을 갖는다.
(ⅰ) 소 분자 물질이 덜 사용되고, 따라서 잠재적으로 반도체 블렌드 물질의 비용을 줄인다(중합체 합성이 더 개발된 공정이기 때문임);
(ⅱ) 용액 중에서 소 분자 물질이 더 낮은 유효 농도로 존재하고, 따라서 용액 내의 소 분자 성분의 결정화의 가능성이 줄어든다.
본 발명에 따른 블렌드의 제조에 사용되는 중합체 물질은 절연체 또는 반도체 물질일 수 있다. 이것은 유기 반도체 소 분자들(예를 들어 문헌, [Smith et.al., Applied Physics Letters, Vol 93, 253301(2008)]; [Russell et.al., Applied Physics Letters, Vol 87, 222109(2005)]; [Ohe et.al., Applied Physics Letters, Vol 93, 053303(2008)]; [Madec et.al., Journal of Surface Science & Nanotechnlogy, Vol 7, 455-458(2009)]; 및 [Kang et.al., J. Am. Chem. Soc, Vol 130, 12273-75(2008)]와 같은 선행 기술에 기술된 바와 같이 기술자에게 공지된 것들)의 낮은 용해도 및 불량한 필름 형성 특성을 극복하는 목적에 적합한 임의의 중합체 물질일 수 있다.
만일 이것이 반도체 중합체라면, 이것은 바람직하게는 상기 (4)에서 정의된 것과 같은 화학식 (Ⅰ)의 반복 단위를 포함하는 공액 중합체이다. 바람직하게는, 화학식 (Ⅰ)의 반복 단위를 포함하는 상기 공액 중합체는 상기 (7)에서 정의된 것과 같은 화학식 (Ⅱ)의 반복단위를 추가로 포함한다. 사용하기에 바람직한 반도체 물질은 TFB[9,9'-다이옥틸플루오렌-코-N-(-4-부틸페닐)-다이페닐아민]n을 포함한다.
본 발명에 따르는 블렌드의 제조에 사용되는 소 분자 반도체 물질은 (상기 선행 기술에 기술된 바와 같이 기술자에게 공지된 것들 또는 WO2010/061176에서 기술된, 소 분자 반도체와 같이) 그 목적에 적합한 임의의 소 분자 반도체 물질일 수 있다. 본 발명에서 사용하기 위한 소 분자 반도체 물질의 바람직한 예는 상기 (10) 내지 (20)에서 정의된 바와 같은, 화학식 (Ⅲ) 내지 (Ⅶ)의 유기 반도체 화합물이다. 특히 바람직한 것은 상기 (20)에서 정의된 것들이다.
상기 (4) 내지 (9) 및 (10) 내지 (20)에서 각각 정의된 것과 같은, 본 발명에 사용하기 위한 중합체 및 소 분자 반도체에서, R1, R2, R3, Ar1 및 Ar2의 정의에서 알킬 기는 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, 이의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필 및 부틸을 포함한다.
상기 (4) 내지 (9) 및 (10) 내지 (20)에서 각각 정의된 것과 같은, 본 발명에 사용하기 위한 중합체 및 소 분자 반도체에서, Ar3, Ar4, Ar5, Ar6, Ar7, Ar8, Ar9, X, X1, X2, R4 및 R5의 정의에서 알킬 기는 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, 이의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필 및 부틸을 포함한다.
상기 (4) 내지 (9) 및 (10) 내지 (20)에서 각각 정의된 것과 같이, 본 발명에서 각각 사용하기 위한 중합체 및 소 분자 반도체에서, R1, R2, R3, Ar1 및 Ar2의 정의에서 아릴 기는 5 내지 14개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기이고, 이의 예는 페닐, 인데닐, 나프틸, 펜안트레닐 및 안트라세닐 기를 포함한다. 더 바람직한 아릴 기는 페닐 기를 포함한다.
상기 (4) 내지 (9) 및 (10) 내지 (20)에서 각각 정의된 것과 같이, 본 발명에서 각각 사용하기 위한 중합체 및 소 분자 반도체에서, R1, R2, Ar1 및 Ar2의 정의에서 헤테로아릴 기는 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자, 셀레늄 원자 및/또는 질소 원자를 포함하는 5 내지 7 원 헤테로아릴 기이고, Ar3, Ar4, Ar5, Ar6, Ar7, Ar8 및 Ar9의 정의에서는 1 내지 3 개의 황 원자, 산소원자, 셀레늄 원자 및/또는 질소 원자를 포함하는 5 내지 7 원 헤테로아릴 기이다. 이의 예는 퓨릴, 티에닐, 피롤릴, 아제피닐, 피라졸릴, 이미다졸릴, 옥사졸릴, 이소옥사졸릴, 티아졸릴, 이소티아졸릴, 1,2,3-옥사디아졸릴, 트라이아졸릴, 테트라졸릴, 티아다이아졸릴, 피라닐, 피리딜, 피리다지닐, 피리미디닐 및 피라지닐 기를 포함한다. 더 바람직한 헤테로아릴 기는 퓨릴, 티에닐, 피롤릴 및 피릴이고, 가장 바람직한 것은 티에닐이다.
상기 (4) 내지 (9) 및 (10) 내지 (20)에서 각각 정의된 것과 같이, 본 발명에서 각각 사용하기 위한 중합체와 소 분자 반도체에서, R1, R2, R3, Ar1 및 Ar2의 정의에서 알콕시 기는 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기이고, 이의 예는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시 및 부톡시를 포함한다.
상기 (4) 내지 (9) 및 (10) 내지 (20)에서 각각 정의된 것과 같이, 본 발명에서 각각 사용하기 위한 중합체와 소 분자 반도체에서, X, X1, X2, R4 및 R5의 정의에서 알콕시 기는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기이고, 이의 예는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시 및 부톡시를 포함한다.
상기 (4) 내지 (9) 및 (10) 내지 (20)에서 각각 정의된 것과 같이, 본 발명에서 각각 사용하기 위한 중합체 및 소 분자 반도체에서, X, X1, X2, R4 및 R5의 정의에서 알케닐 기는 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알케닐 기이고, 이의 예는 에테닐, 프로페닐, 및 2-메틸프로페닐을 포함한다.
상기 (4) 내지 (9) 및 (10) 내지 (20)에서 각각 정의된 것과 같이, 본 발명에서 각각 사용하기 위한 중합체와 소 분자 반도체에서, X, X1, X2, R4 및 R5의 정의에서 치환되지 않거나 또는 치환될 수 있는 아미노 기는, 치환되지 않거나 또는 각각 1 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 하나 또는 2개의 동일하거나 또는 상이한 알킬 기에 의해 치환될 수도 있는 아미노 기이다. 바람직한 이의 예는 아미노, 메틸아미노, 에틸아미노 및 메틸에틸아미노를 포함한다.
상기 (10) 내지 (17)에 따르는 화학식 (Ⅲ) 내지 (Ⅵ)의 화합물에서, 알킬 기는 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖고 치환되지 않거나 또는 치환되는 직쇄, 분지쇄 또는 환형 기이다. 예시적인 치환체는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기, 할로겐 원자, 치환되지 않거나 하나 또는 2개의 동일하거나 또는 상이한 알킬 기에 의해 치환될 수도 있는 아미노 기, 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아실아미노 기, 니트로 기, 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 카보닐기, 카복실기, 5 내지 14개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기 및 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자, 셀레늄 원자, 및/또는 질소 원자를 포함한 5 내지 7원 헤테로아릴 기를 갖는 아릴 기를 포함한다.
상기 (10) 내지 (13)에 따르는 화학식 (Ⅲ) 내지 (Ⅵ)의 화합물에서, Ar3, Ar4, Ar5, Ar6, Ar7, Ar8 및 Ar9은 단환형 방향족 고리를 포함한다. 이는 바람직하게는 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자, 셀레늄 원자 및/또는 질소 원자를 포함하는 5 내지 7원 헤테로아릴 기에서 선택되고, 단환형 고리는 더 바람직하게는 페닐, 인데닐, 나프틸, 펜안트레닐, 안트라세닐, 퓨릴, 티에닐, 피롤릴 및 피리딜이고, 가장 바람직하게는 페닐 또는 티에닐이다.
본 발명의 잉크의 제조에 사용하기 적합한 용매는 메틸벤젠(예를 들어 톨루엔, 자일렌 또는 트라이메틸벤젠), C1 -4 알콕시벤젠 및 C1 -4 알킬-치환된 C1 -4 알콕시벤젠(예를 들어 애니솔, 메틸애니솔, 다이- 및 트라이-메틸애니솔, 다이- 및 트라이-메톡시벤젠 및 에톡시벤젠), 할로겐화 벤젠(예를 들어 모노-, 다이- 및 트라이-클로로벤젠 및 브로모벤젠, 클로로 및 브로모 톨루엔), 비-방향족 화합물(예를 들어 데카하이드로나프탈린, 옥탄, 노난, 데칸 및 도데칸), 할로겐화 비-방향족 화합물(예를 들어 클로로포름 및 다이클로로메탄) 및 융합된 벤젠(예를 들어 1-메틸나프탈렌 또는 1-메톡시나프탈렌)을 포함한다.
본 발명의 잉크의 제조에 사용하기 적합한 용매는 본 발명의 중합체 및 소 분자 반도체를 용해시킬 수 있고, 통상의 방법(예를 들어 스핀 코팅)으로 블렌드를 침착시키고 이후 증발시킬 수 있는 임의의 용매이다. 특히 바람직한 용매는 C1 -4 알콕시벤젠 및 C1 -4 알킬-치환된 C1 -4 알콕시벤젠이다.
C1 -4 알콕시벤젠은, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기에 의해 치환된 벤젠 그룹이며, 이의 예는 메톡시벤젠, 에톡시벤젠, 프로폭시벤젠, 이소프로폭시벤젠 및 부톡시벤젠을 포함한다. 바람직한 예는 애니솔 및 에톡시벤젠이 있고, 애니솔이 특히 바람직한 예다.
C1 -4 알킬-치환된 C1 -4 알콕시벤젠은, 1 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 단일 알킬 기(이의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필 및 부틸 기가 포함됨)에 의해 치환된 상기 알콕시벤젠이다. 바람직한 C1 -4 알킬-치환된 C1 -4 알콕시벤젠은, 2-, 3- 또는 4- 위치에서 메틸 또는 에틸 기에 의해 치환된 애니솔 및 2-, 3-, 또는 4- 위치에서 메틸 또는 에틸 기에 의해 치환된 에톡시벤젠을 포함한다. 2-메틸애니솔 및 4-메틸애니솔이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 유기 반도체 층을 포함하는 어떠한 유기 박막 트랜지스터도 될 수 있다. 트랜지스터는 p-타입 또는 n-타입일 수 있다. 적절한 트랜지스터 구조는 상부-게이트 트랜지스터 및 하부-게이트 트랜지스터를 포함한다. 이들의 구조는 본 원 배경 기술 부분에 논의되어있다.
본 발명은 하기 도면을 참고로하여 하기 예들을 검토함으로써 추가로 이해될 수 있다.
도 1은 상부 게이트 하부 접촉 박막 트랜지스터를 도시하고;
도 2는 하부 게이트 하부 접촉 박막 트랜지스터를 도시하고;
도 3은 본 원의 실시예에서 제조되는 반도체 블렌드의 제조에 사용된 중합체 성분 TFB 및 소 분자 반도체 성분 A를 보여주고;
도 4는 본 발명에 따라 제조된 상부 게이트 유기 박막 트랜지스터의 도식도이고;
도 5는, 본 발명에 따른 블렌드 및 본 발명의 범주에서 벗어나는 기타 블렌드를 사용하여 얻어진 소자에 대해 측정된, 채널 길이(㎛)에 대한 포화 이동성(cm2/Vs)의 그래프(소자의 포화 방식(regime)에서 얻어짐)이고;
도 6은 본 발명에 따른 소자에 대해 측정된 반도체 블렌드 내에서 소 분자 반도체 A의 중량%에 대한 평균 포화 이동성(cm2/Vs)의 그래프이다.
실시예
다음의 실시예들은 고 이동성 유기 박막 트랜지스터(OTFT) 소자를 얻기 위한 본 발명의 특정 블렌드의 사용에 초점을 둔다. 다음의 제조 절차를 따라 제조된, 상부 게이트 하부 접촉 소자 구성으로 얻어진 소자 결과에 기반을 둔 작업 실시예로서, 두가지의 소분자-중합체 블렌드 시스템의 구체적인 예가 주어진다.
TFT 제작
OTFT 기판의 전-세정 및 자가 조립된 단일층 ( SAM ) 전-처리
소자의 제작에서 제1 단계는, 채널 영역에서 균일한 표면 에너지가 얻어지고 및 접촉 저항이 최소화되는 것을 보장하기 위하여, 소자 기판의 전-세정 및 자가 조립 단일층의 적용을 요구한다. 기재는, 유리 표면의 상부에 직접 침착된, 금으로 된 소스와 드레인 전극으로 이루어진다. 기재를 산소 플라즈마에 의해 세정하여 임의의 잔류 감광수지 물질(소스-드레인 전극 한정에 사용됨)이 제거되도록 한다.
플라즈마 처리 이후, 채널 영역 SAM(phenethyl-trichlorosilane)은 20mM 농도의 톨루엔 중의 용액 상으로부터 2 분 동안 상기 톨루엔 용액 중에 기재를 잠기게 함으로써 적용되었다. 스핀 코터 상에서 기재를 회전시킨 후 톨루엔에 이어 이소프로파놀로 세정함으로써 상기용액을 제거하였다. 동일한 과정을 반복하여, 전극 SAM 물질(pentafluorobenxenethiol)을 이소프로파놀 중의 동일한 농도로 적용하였다. 다시, 기재를 이소프로파놀로 세정하여 기재로부터 임의의 미반응 물질을 제거했다. 이러한 모든 과정은 공기중에서 실행되었다. 샘플을 그 후 건조한 질소 환경으로 옮기고, 및 60℃에서 10분간 하소하여 샘플이 탈수되도록 하였다.
반도체 블렌드 물질 용액의 제조 및 스핀코팅
본 개시에서, 본 발명자들은 적은 부피 함량의 소 분자 반도체 블렌드(하기 표 1 참조)의 형성의 중요성을 강조하기 위해 다섯 종류의 반도체 블렌드를 고려한다.
소 분자 및 중합체 물질의 블렌드는, 먼저 원하는 농도(%w/v)로 무수 o-자일렌 중의 개별적인 성분(TFB 및 소 분자 반도체 A)의 개별 용액(개별 잉크)을 제조 한 후 이어서 이러한 개별 용액을 혼합함으로써 제조되었다.
표 1
Figure pct00020
각 블렌드를 위해, 용액에서 개별적인 구성요소는 블렌드 중의 각각의 잉크 농도로 제조되었다, 예를 들어 0.4%w/v는 용매 1ml내 4mg의 고체(TFB 및 소 분자 A)에, 0.8%w/v는 용매 1m당 8mg의 고체에 해당한다. 이어서 구성요소를 체적만큼 혼합하여 목표 블렌드 비율을 얻었다.
스핀 코터를 이용하여 30 초의 시간동안 600rpm의 코팅 속도에서 각 블렌드의 침착이 수행된 후 10분의 시간 동안 80℃에서 건조되었다. 그 후 이 반도체 필름상에 유전층이 침착된다.
절연층의 침착
사용된 절연 물질은 불화된 중합체 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)였다. 사용될 수 있는 다른 적절한 불화된 중합체는 퍼플루오로 사이클로 옥시지방족 중합체(CYTOP), 퍼플루오로알콕시 폴리머 수지(PFA), 불화계 에틸렌-프로필렌(FEP), 폴리에틸렌테트라프루오로에틸렌(ETFE), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리에틸렌클로로트라이플루오로에틸렌(ECTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리클로로트라이플루오로에틸렌(PCTFE), 칼레즈(RTM) 또는 테크노플론(RTM)과 같은 퍼플루오로 탄성체(FFKM), 비트론(RTM) 같은 플루오로 탄성체, 퍼플루오로폴리에테르(PFPE), 및 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌 및 비닐리덴 플루오라이드의 중합체(THV)를 포함한다.
불화된 중합체는 유전 물질에 있어 특히, 유기 박막 트랜지스터(OTFT) 분야에서 매력적인 선택이다, 왜냐하면 이것은 하기를 비롯한 많은 유리한 특성들을 갖기 때문이다:
(ⅰ) 뛰어난 스핀 코팅 특성들, 예를들어: (a) 매우 다양한 표면에서의 젖음성; 및 (b) 다층 코팅 수행의 선택을 가진, 필름 형성.
(ⅱ) 화학적 불활성
(ⅲ) 준-총 용매 직교성(orthogonality): 따라서, 유기 반도체 층이 유전체를 스핀-코팅하는데 사용된 용매에 의해 용해될 위험이 최소화된다.
(ⅳ) 높은 소수성: 이것은 불화계 중합체 유전 물질에서 낮은 물 흡수 및 낮은 이온 오염물질 이동성을 초래하기 때문에(낮은 이력현상 야기), 유리할 수 있다.
게이트 전극의 침착
마지막으로, 게이트 전극은, 도 4에서 개요도로 도시한 바와 같이, 원하는 유기 박막 트랜지스터를 제공하기 위한, 쉐도우 마스크를 통해서 5nm 크롬에 이어 200nm 알루미늄을 열 증착시킴으로써 침착된다.
상기 도 4에서 도면부호 13 및 14는 소스와 드레인 전극이고, 15는 전극 SAM이며, 16은 채널 SAM, 17은 반도체 블렌드 층이고, 18은 절연체 층 이고, 19는 게이트 전극이다.
소자 특성 분석
상술한 바와 같이 제조된 소자는, 주변 조건에서(아무런 소자 캡슐화를 사용하지 않음)에서 휴렛 패커드 4156C 반도체 한도 검광자(parameter analyser)를 사용하여 출력을 측정하고 소자 특성치를 이송함으로써 측정되었다. 소자 이동성은 포화 방식에서 이송 정보로부터 계산되었다. 포화 이동성은 하기에서 논의되는 도 5 및 6의 제목에서 명시되어진 것처럼, 소스 전극을 기준으로 드레인 전극이 -40V 편향되어(biased)있는 포화 방식 이동성을 나타낸다. 이 방식에서, 드레인 전류는 드레인 편향과 관련하여 "포화된" 것이어서, 더 높은 드레인 편향이 더 높은 드레인 전류를 내지 못하게 한다. 게다가, 이동성은 소자를 통해 전류가 얼마나 전달되는지의 척도일 뿐 반드시 반도체 물질 자체의 내재적인 이동성을 나타내지는 않는다(많은 경우에서 이것이 사실이기는 하지만). 예를 들어, 채널 영역에서 동일한 반도체 물질을 가진 소자는 다른 소자에 비해, 더 높은 접촉 저항을 보일 수 있고, 따라서 더 낮은 "소자" 이동성을 보인다.
실시예 1
모든 다섯 가지의 반도체 블렌드에 대해 채널 길이의 함수로서의 포화 이동성을 상기에서 기술한 바와 같이 측정하였다. 결과는 도 5에서 각각의 블렌드에 대해 나타내었다. 짧은 채널 길이 소자에 있어 이동성(즉, 10㎛ 이하)은 디스플레이의 해상도를 극대화하는 관점으로부터의 적용에 있어 가장 흥미로운 것이다. 채널 길이를 줄이는 것에 의한 이동성 감소는 소자에서의 접촉 저항(이것은 반도체와 소스 또는 드레인 전극 사이의 계면에서 나타남)의 존재의 결과이다.
블렌드 샘플인 S5, S1 및 S2 소자를 사용하여 제조된 소자를 살펴보면, 블렌드 내에서 소 분자 성분의 75% 함량(S5) 또는 50% 함량(S1)이 매우 유사한 이동성 성능을 제공하는 것으로 관찰된다. 그러나, 이 25% 소 분자 블렌드(S2) 소자는 모든 채널 영역에서 2 내지 3배 만큼의 상당하게 낮은 이동성을 나타낸다. 선행 기술 문헌 WO2004/057688에서 보고된 결과(소 분자 성분이 블렌드에서 30질량% 이상이어야 한다고 보고됨)를 고려하면, 블렌드에서 소 분자 물질의 낮은 함량 때문에 이것은 예측가능한 결과처럼 보인다.
이제, S2(즉, 75:25의 TFB:소 분자 반도체 A)에서와 동일 비율의 블렌드 내 중합체 및 소 분자 성분을 갖지만 S3 및 S4에서와 같이, 블렌드 용액의 증가된 총 고체 함량을 갖는 경우, 도 5에서 도시된 데이터는 소 분자가 풍부한 블렌드(즉, 75%의 소 분자 반도체 A- S5)에서 관찰되는 것과 같이 원래의 레벨로 회복될 수 있다.
적은 소 분자 함량을 갖는 블렌드의 높은 소자 이동성은 선행기술(예를들어 WO 2004/057688)에서 보여진 것(여기서는 고 이동성 소자를 얻기 위해 30질량% 이상의 소 분자 성분이 요구되어진다)과 반대이다. 이론으로 얽매이기를 원하지는 않지만, 본 발명자들은 이것이, 고 이동성 소자를 얻기 위해 필름의 표면에서 소 분자가 우수한 피복성을 가질 필요성으로부터 발생될 수 있다고 믿는다. 적은 함량의 소 분자를 갖는 블렌드가 저 농도 잉크로부터 침착되는 경우, 우수한 소 분자 층을 구성하기에 충분한 소 분자가 생성 필름에 없다. 반도체 블렌드의 고체(TFB 및 소 분자 A)함량을 증가시키면 이 임계 층을 형성하기에 충분한 소 분자 물질이 이 존재하게 된다.
본 발명의 낮은 소 분자 함량을 사용하는 접근의 장점은 향상된 용액 안정성 및 감소된 재료비의 가능성을 포함한다. 향상된 용액 안정성은 만일 소 분자 성분의 용해도가 중합체 물질에 비하여 낮은 경우에 실현될 수 있다. 이런 경우에서, 상온에서 소 분자 반도체는, 만일 블렌드가 소 분자가 풍부하기보다 중합체가 풍부할 때, 덜 결정화되려고 하거나 용액 내에서 용액으로부터 덜 분리된다.
실시예 2
본 실시예에서는, 상기 기술된 바와 같이 제조된 소자의 평균 포화 이동성을, 다양한 양의 소 분자 반도체 A를 갖는 블렌드에 대해 측정하여, 블렌드 내의 소 분자 반도체 A 함량이 포화 이동성에 미치는 효과를 결정하였다. 얻어진 결과는 도 6에 도시되어 있다. 도 6에서 도시된 바와 같이, 소 분자 반도체 A 분량이 중합체가 풍부한 반도체 블렌드 내에서 15 내지 30%일때, 소 분자 반도체 A 및 TFB의 보다 우수한 포화 이동성이 성취될 수 있다.
실시예 3
실시예 1 및 2 에서와 동일한 절차를 수행하되, 소 분자 반도체 A 대신에 동일한 양의 다음의 하기 소 분자 반도체 B를 사용하여, 다양한 소 분자 반도체 B:TFB의 비율을 갖는 OTFT 소자를 제조하였다.
Figure pct00021
상술한 바와 같이 제조된 소자의 포화 이동성을, 블렌드 내 다양한 양의 소 분자 반도체 A를 갖는 블렌드에 대해 블렌드 내의 소 분자 반도체 A 함량이 포화 이동성에 미치는 효과를 결정하기 위해, 모든 반도체 블렌드에 대해 채널 길이의 함수로서 상기 기술된 바와 같이 측정하였다.
본 원에 기술된 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고서도 다양한 변경과 개선이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 소자 제작을 위한 스핀 코팅 대신에 잉크젯 인쇄 또는 철판 인쇄가 사용될 수 있다.

Claims (33)

  1. 용매에 용해되거나 분산된 중합체 물질 및 소 분자 반도체 물질의 블렌드를 포함하고, 이때
    상기 블렌드는 상기 중합체 물질 70중량% 이상을 포함하며,
    잉크 농도는 적어도 0.4%w/v인,
    잉크젯 프린팅 또는 스핀 코팅용 잉크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블렌드가 상기 중합체 물질 75중량% 이상을 포함하는, 잉크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 블렌드가 상기 중합체 물질 80중량% 이상을 포함하는, 잉크.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    잉크 농도가 0.6%w/v 이상인, 잉크.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    잉크 농도가 0.8%w/v 이상인, 잉크.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체 물질이 반도체 중합체 물질인, 잉크.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반도체 중합체 물질이 하기 화학식 (Ⅰ)의 반복 단위를 포함하는 공액(conjugated) 중합체인, 잉크:
    Figure pct00022
    (Ⅰ)
    상기 식에서,
    R1 및 R2는 동일하거나 상이하고, 각각 수소, 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 5 내지 14개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기, 및 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자 및/또는 질소 원자를 포함하는 5 내지 7원 헤테로아릴 기로 이루어진 군 중에서 선택되며, 이때
    상기 아릴 기 또는 헤테로아릴 기는 치환되지 않거나 또는 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알킬기 및 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기로부터 선택되는 하나 이상의 치환체로 치환된다.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반도체 중합체 물질이 반복 단위 (Ⅰ)를 포함하는 공액 중합체이되,
    화학식 (Ⅰ)에서, R1 및 R2이 동일하거나 상이하고, 각각 수소, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 및 페닐 기로 이루어진 군 중에서 선택되며, 이때 상기 페닐 기가 치환되지 않거나 또는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 및 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기로 치환되는, 잉크.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 반도체 중합체 물질이 반복 단위 (Ⅰ)를 포함하는 공액 중합체이되,
    화학식 (Ⅰ)에서, R1 및 R2이 동일하거나 상이하고, 각각 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 및 페닐 기로 이루어진 군 중에서 선택되며, 이때 상기 페닐 기가 치환되지 않거나 또는 4 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 및 4 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기로 치환되는, 잉크.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 중합체 물질이 반복 단위 (Ⅰ)를 포함하는 공액 중합체이고,
    상기 공액 중합체는 추가적으로 하기 화학식 (Ⅱ)의 반복 단위를 포함하는, 잉크:
    Figure pct00023
    (Ⅱ)
    [상기 식에서,
    Ar1 및 Ar2는 동일하거나 상이하고, 각각 5 내지 14개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기 및 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자 및/또는 질소 원자를 갖는 5 내지 7원 헤테로아릴 기로 이루어진 군 중에서 선택되고, 이때 아릴 기나 헤테로아릴 기는 임의적으로, 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기 및 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기 중에서 선택되는 하나 이상의 치환체로 치환되고;
    R3는 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 또는 5 내지 14개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기이고, 이때 아릴 기는 치환되지 않거나 또는 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기 중에서 선택되는 하나 이상의 치환체에 의해 치환되고;
    n은 1 이상의 정수, 바람직하게는 1 또는 2이다].
  11. 제 10 항에 있어서,
    Ar1 및 Ar2는 페닐 기이고, R3는 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기에 의해 치환될 수 있는 페닐 기인, 잉크.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 반도체 중합체 물질이 TFB[9,9'-다이옥틸플루오렌-코-N-(4-부틸페닐)-다이페닐아민]n인, 잉크.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소 분자 반도체 물질은 치환된 펜타센 및 하기 식(Ⅲ)의 유기 반도체 중합체로 이루어진 군 중에서 선택되는, 잉크:
    Figure pct00024
    (Ⅲ)
    [상기 식에서,
    Ar3, Ar4, Ar5 및 Ar6는 독립적으로 단환형 방향족 고리를 포함하고,
    Ar3, Ar4, Ar5 및 Ar6 중 하나 이상은 하나 이상의 치환체 X로 치환되고,
    상기 치환체 X는 각 경우에서 동일하거나 상이할 수 있으며,
    (ⅰ) 치환되지 않거나 치환된 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 직쇄, 분지쇄, 또는 환형 알킬 기, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기, 치환되지 않거나 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 하나 또는 두 개의 알킬 기(이들 각각은 동일 또는 상이할 수 있음)에 의해 치환될 수 있는 아미노 기, 아미도 기, 실릴 기 또는 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 기, 또는
    (ⅱ) 할로겐, 보론산, 다이보론산, 및 보론산 및 다이보론산의 에스터, 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기 및 스테닐(stannyl)기로 이루어진 군으로부터 선택된 중합성 또는 반응성 기
    로 이루어진 군 중에서 선택되고,
    또한, Ar3, Ar4, Ar5, 및 Ar6는 각각 임의적으로 하나 이상의 추가의 단환형 방향족 고리에 융합될 수 있고, Ar3, Ar4, Ar5 및 Ar6 중 하나 이상은, 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자, 셀레늄 원자, 및/또는 질소 원자를 포함하는 5 내지 7 원 헤테로환형 방향족 기를 포함한다].
  14. 제 13 항에 있어서, Ar5가 추가의 아릴기 Ar7에 융합되어 하기 화학식 (Ⅳ)의 구조를 제공하는, 잉크:
    Figure pct00025
    (Ⅳ)
    [상기 식에서,
    Ar7은 치환되지 않거나 또는 하나 이상의 치환체 X에 의해 치환된 단환형 방향족 고리를 나타내며,
    상기 단환형 방향족 고리 Ar7은 바람직하게는, 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자, 셀레늄 원자, 및/또는 질소 원자를 포함하는 5 내지 7 원 헤테로아릴 기이다].
  15. 제 14 항에 있어서,
    Ar6는 추가의 아릴 기 Ar8에 융합되어 하기 화학식 (Ⅴ)의 구조를 제공하는, 잉크:
    Figure pct00026
    (Ⅴ)
    [상기 식에서,
    Ar8은 치환되지 않거나 또는 하나 이상의 치환체 X에 의해 치환된 단환형 방향족 고리를 나타내고,
    상기 단환형 방향족 고리 Ar8은 바람직하게는, 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자, 셀레늄 원자, 및/또는 질소 원자를 포함하는 5 내지 7 원 헤테로아릴 기이다].
  16. 제 15 항에 있어서,
    Ar7는 추가의 아릴 기 Ar9에 융합되어 하기 화학식 (Ⅵ)의 구조를 제공하는, 잉크:
    Figure pct00027
    (Ⅵ)
    [상기 식에서,
    Ar9은 치환되지 않거나 또는 하나 이상의 치환체 X에 의해 치환된 단환형 방향족 고리를 나타내고,
    상기 단환형 방향족 고리 Ar9은 바람직하게는, 1 내지 3개의 황 원자, 산소 원자, 셀레늄 원자, 및/또는 질소 원자를 포함하는 5 내지 7 원 헤테로아릴 기이다].
  17. 제 13 항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    소 분자 반도체 물질이 하기 구조를 포함하는, 잉크:
    Figure pct00028

    [상기 식에서,
    X1 및 X2는 동일하거나 또는 상이할 수 있고, 제 13 항에 정의된 치환체 X로부터 선택되며;
    Z1 및 Z2는 독립적으로 S, O, Se 또는 NR4이며;
    W1 및 W2는 독립적으로 S, O, Se, NR4 또는 -CR4=CR4-이고;
    R4는 H 또는 치환되지 않거나 치환된 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 직쇄, 분지쇄, 또는 환형 알킬 기, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기, 치환되지 않거나 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 하나 또는 두 개의 알킬 기(각각 동일하거나 다를 수 있음)로 치환될 수 있는 아미노 기, 아미도 기, 실릴 기 또는 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 기로 이루어진 군 중에서 선택되는 치환체이다].
  18. 제 13 항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    소 분자 반도체 물질이 하기 구조를 포함하는, 잉크:
    Figure pct00029

    [상기 식에서,
    X1 및 X2는 제 17 항에서 정의된 바와 같고,
    Z1, Z2, W1 및 W2는 제 17 항에서 정의된 바와 같고,
    V1 및 V2는 독립적으로 S, O, Se 혹은 NR5이며,
    R5는 H, 또는 치환되지 않거나 치환된 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 직쇄, 분지쇄 또는 환형 알킬 기, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기, 치환되지 않거나 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 하나 혹은 두 개의 알킬 기(각각 동일하거나 다를 수도 있음)로부터 치환될 수도 있는 아미노 기, 아미도 기, 실릴 기 및 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 기로 이루어진 군 중에서 선택되는 치환기이다].
  19. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    소 분자 반도체 물질이 하기 구조를 포함하는, 잉크:
    Figure pct00030

    [상기 식에서,
    X1 및 X2는 제 17 항에서 정의된 바와 같고,
    Z1, Z2, W1 및 W2는 제 17 항에서 정의된 바와 같다].
  20. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    소 분자 반도체 물질은 하기 구조를 포함하는, 잉크:
    Figure pct00031

    [상기 식에서,
    Z1, Z2, W1 및 W2는 제 17 항에서 정의된 바와 같고,
    X1 내지 X10은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 제 13 항에 정의된 바와 같은 치환체 X로부터 선택된다].
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 소 분자 반도체 물질은 하기 화학식 (Ⅶ)의 벤조티오펜 유도체인, 잉크:
    Figure pct00032
    (Ⅶ)
    [상기 식에서,
    A는 페닐 기 또는 티오펜 기 이고, 이때 상기 페닐 기 또는 티오펜 기는 페닐기 또는 티오펜 기와 융합되거나 융합되지 않을 수 있으며, 이 페닐기 또는 티오펜 기는 하나 이상의 X11기에 의해 치환 또는 비치환되고/되거나 페닐 기, 티오펜 기 및 벤조티오펜 기(이때, 이들 페닐 기, 티오펜 기 및 벤조티오펜 기 중 임의의 기는 치환되지 않거나 하나 이상의 X11 기에 의해 치환될 수 있음) 중에서 선택되는 기와 융합될 수 있으며,
    각 X11 기는 동일하거나 또는 상이하고, 제 13 항에서 정의된 치환체 X로부터 선택되고, 바람직하게는 화학식 CnH2n +1의 기이고, 이때 n은 0또는 1 내지 20의 정수이다].
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 소 분자 반도체 물질은 화학식 (Ⅶ)의 벤조티오펜 유도체이되,
    이때 A가
    하나 이상의 X11 기에 의해 치환된 페닐 기와 융합된 티오펜 기; 또는
    치환되지 않거나 하나 이상의 X11기로 치환된 페닐 기(이때, 상기 페닐 기는 추가로, 하나 이상의 X11 기에 의해 치환 또는 비치환되고/되거나 벤조티오펜 기(이는 하나 이상의 X11 기에 의해 치환되거나 비치환됨)와 융합될 수 있는 티오펜 기와 융합되거나 융합되지 않을 수 있으며, 이때, X11은 CnH2n +1의 기이며; n은 0 또는 1 내지 16의 정수이다)
    중에서 선택되는, 잉크.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 소 분자 반도체 물질이 하기 군 중에서 선택되는 화학식 (Ⅶ)의 벤조티오펜 유도체인, 잉크:
    Figure pct00033

    [상기 식에서,
    X11은 화학식 CnH2n +1의 기이고,
    n은 4 내지 16의 정수이다].
  24. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체 물질은 제 7 항에서 정의된 반복 단위 (Ⅰ)를 포함하는 반도체 공액 중합체이며, 이때 R1 및 R2는 동일하거나 또는 상이하고, 각각 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 및 페닐 기로 구성되는 군 중에서 선택되며, 이때 페닐 기는 치환되지 않거나 또는 4 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 4 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기 중에서 선택되는 하나 이상의 치환체로 치환되며,
    상기 반도체 공액 중합체는 추가로, 제 10 항에서 정의된 화학식 (Ⅱ)의 반복 단위를 포함하고, 이때 Ar1 및 Ar2는 각각 페닐 기이고, R3는 1개 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이거나, 치환되지 않거나 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로 치환될 수 있는 페닐 기이고;
    상기 소 분자 반도체 물질은 하기 화학식 (Ⅶ)의 벤조티오펜 유도체인, 잉크:
    Figure pct00034
    (Ⅶ)
    [상기 식에서,
    A는 페닐 기 또는 티오펜 기 이고, 이때 상기 페닐 기 또는 티오펜 기는 페닐기 또는 티오펜 기와 융합되거나 융합되지 않을 수 있으며, 이 페닐 기 또는 티오펜 기는 하나 이상의 X11기에 의해 치환 또는 비치환되고/되거나 페닐 기, 티오펜 기 및 벤조티오펜 기(이때, 이들 페닐 기, 티오펜 기 및 벤조티오펜 기 중 임의의 기는 치환되지 않거나 하나 이상의 X11 기에 의해 치환될 수 있음) 중에서 선택되는 기와 융합될 수 있으며;
    각 X11 기는 동일하거나 또는 상이하고, 제 13 항에서 정의된 치환체 X로부터 선택되고, 바람직하게는 화학식 CnH2n +1의 기이고, 이때 n은 0또는 1 내지 20의 정수이다].
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 반도체 공액 중합체는 TFB[9,9'-다이디옥틸플루오렌-코-N-(-4-부틸페닐)-다이페닐아민]n이고;
    상기 소 분자 반도체 물질은 제 24 항에서 정의된 화학식 (Ⅶ)의 화합물이며, 이때 A는
    하나 이상의 X11 기에 의해 치환된 페닐 기와 융합된 티오펜 기; 또는
    치환되지 않거나 하나 이상의 X11기로 치환된 페닐 기(이때, 상기 페닐 기는 추가로 임의적으로, 치환되지 않거나 하나 이상의 X11 기에 의해 치환 될 수 있는 티오펜 기와 융합되고/되거나 벤조티오펜 기와 융합되고, 이때 상기 벤조티오펜 기는 치환되지 않거나 하나 이상의 X11 기에 의해 치환되고 이때, X11은 CnH2n +1의 기이며,n은 0 또는 1 내지 16 사이의 정수이다)
    중에서 선택되는, 잉크.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 소 분자 반도체 물질이 하기 군 중에서 선택되는, 잉크:
    Figure pct00035

    [상기 식에서,
    X11은 화학식 CnH2n +1의 기이고,
    n은 4 내지 16의 정수이다].
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 반도체 공액 중합체 물질은 TFB[9,9'-다이옥틸플루오렌-코-N-(4-부틸페닐)-다이페닐아민]n이고,
    상기 소 분자 반도체 물질이 하기 구조를 갖는, 잉크:
    Figure pct00036

    [상기 식에서,
    X11은 화학식 CnH2n +1의 기이고,
    n은 4 내지 16 사이의 정수이다].
  28. 제 27 항에 있어서,
    각각의 X11 기는 헥실 기인, 잉크.
  29. 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용매는 C1 - 4알콕시벤젠 및 C1 - 4알킬-치환된 C1 - 4알콕시벤젠으로 이루어진 군 중에서 선택되는, 잉크.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 용매는 애니솔, 2-메틸애니솔 및 4-메틸애니솔로 이루어진 군 중에서 선택되는, 잉크.
  31. 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 공액 중합체 물질은 TFB[9,9'-다이옥틸플루오렌-코-N-(4-부틸페닐)-다이페닐아민]n이고,
    상기 소 분자 반도체 물질은 하기 구조를 갖는, 잉크:
    Figure pct00037

    [상기 식에서,
    X11은 화학식 CnH2n +1의 기이고,
    n은 4 내지 16의 정수이다].
  32. 제 31 항에 있어서,
    각각의 X11 기가 헥실 기인, 잉크.
  33. 제 1 항에 따른 잉크를 제조하는 방법으로서,
    용매 중의 소 분자 반도체의 제 1 용액과 동일한 용매 중의 중합체 물질의 제 2 용액을 블렌딩하는 것을 포함하고, 이때 상기 블렌드는 70중량%이상의 중합체 물질을 포함하고, 잉크 농도는 0.4%w/v인, 방법.












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