TW201535817A - 有機薄膜電晶體及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種有機薄膜電晶體及有機薄膜電晶體的製造方法。所述有機薄膜電晶體於基板上具有閘極電極、有機半導體層、閘極絕緣層、源極電極及汲極電極,並且有機半導體層含有有機半導體及樹脂(C),所述樹脂(C)具有選自由含氟原子的基團、含矽原子的基團、碳數1以上且於烷氧基羰基的情況下為碳數2以上的烷基、環烷基、芳烷基、芳氧基羰基、經至少一個烷基取代的芳香環基及經至少一個環烷基取代的芳香環基所組成的組群中的一個以上的基團。所述有機薄膜電晶體的製造方法中,塗佈含有有機半導體及樹脂(C)的塗佈液而使樹脂(C)偏向存在。

Description

有機薄膜電晶體及其製造方法
本發明是有關於一種有機薄膜電晶體及其製造方法。
於液晶顯示器、有機電致發光(Electroluminescence,EL)顯示器及電泳型顯示器等顯示裝置中,大多具備薄膜電晶體(Thin Film Transistor,稱為TFT)作為顯示開關元件。TFT具有閘極電極、閘極絕緣層、源極電極及汲極電極,且具有源極電極-汲極電極間經半導體層而連結的結構。
作為形成TFT的半導體層的材料,矽等無機材料成為主流。
然而近年來,有機材料受到關注且正在進行研究,所述有機材料可藉由印刷法等塗佈法以較無機材料更低的溫度、例如常溫附近,高速、有效率而且以低成本進行成膜。
作為有機材料,已知有機聚合物等有機半導體。
另外,亦報告將此種有機半導體與有機半導體以外的聚合物併用(專利文獻1)。
進而,關於有機薄膜電晶體(亦稱為OTFT),於專利文獻2 中記載有以下方法:使含有TIPS稠五苯與聚(α-甲基苯乙烯)或聚苯乙烯的有機材料發生相分離,形成三層結構的半導體層。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特表2004-525501號公報
[專利文獻2]日本專利特開2009-177136號公報
然而,與有機半導體併用的有機黏合劑等為絕緣性,且如專利文獻1般只是將該些物質併用,另外如專利文獻2般使有機材料發生相分離而形成半導體層,有機薄膜電晶體的特性亦尚不充分,於載子遷移率、耐久性及臨限電壓的方面有改善的餘地。
本發明的課題在於提高一種載子遷移率高、耐久性亦優異的有機薄膜電晶體。進而,本發明的課題在於提供一種亦顯示出低的臨限電壓的有機薄膜電晶體。
另外,本發明的課題在於提供一種製造所述具有優異特性的有機薄膜電晶體的方法。
本發明者等人對形成有機半導體層的有機材料進行了研究,結果發現,藉由將有機半導體與特定的樹脂併用,可於有機半導體層中確保電荷遷移通道而維持高的載子遷移率,進而亦可降低臨限電壓。
本發明是根據該些發現而完成。
所述課題是藉由以下手段而解決。
(1)一種有機薄膜電晶體,於基板上具有閘極電極、有機半導體層、設於閘極電極與有機半導體層之間的閘極絕緣層、以及與有機半導體層接觸而設置且經由有機半導體層而連結的源極電極及汲極電極,並且 有機半導體層含有有機半導體及樹脂(C),所述樹脂(C)具有選自由含氟原子的基團、含矽原子的基團、碳數1以上且於形成烷氧基羰基的情形時為碳數2以上的烷基、環烷基、芳烷基、芳氧基羰基、經至少一個烷基取代的芳香環基及經至少一個環烷基取代的芳香環基所組成的組群中的一個以上的基團。
(2)如(1)所記載的有機薄膜電晶體,其中樹脂(C)含有下述通式(C-Ia)~通式(C-Id)的任一個所表示的重複單元,
通式中,R10及R11表示氫原子、氟原子或烷基;W3表示具有選自由含氟原子的基團、含矽原子的基團、碳數 2以上的烷基、環烷基、芳基及芳烷基所組成的組群中的一個以上的有機基;W4表示具有選自由氟原子、含氟原子的基團、含矽原子的基團、烷基及環烷基所組成的組群中的一個以上的有機基;W5及W6表示具有選自由含氟原子的基團、含矽原子的基團、烷基、環烷基、芳基及芳烷基所組成的組群中的一個以上的有機基;Ar11表示(r+1)價的芳香環基;r表示1~10的整數。
(3)如(1)或(2)所記載的有機薄膜電晶體,其中樹脂(C)含有含氟原子的基團及含矽原子的基團的至少一種基團。
(4)如(1)至(3)中任一項所記載的有機薄膜電晶體,其中有機半導體偏向存在於閘極絕緣層側,樹脂(C)偏向存在於閘極絕緣層的相反側。
(5)如(1)至(4)中任一項所記載的有機薄膜電晶體,其中有機半導體於閘極絕緣層側、另外樹脂(C)於閘極絕緣層的相反側彼此發生相分離。
(6)如(1)至(5)中任一項所記載的有機薄膜電晶體,其中樹脂(C)的表面能量為30mNm-1以下。
(7)如(1)至(6)中任一項所記載的有機薄膜電晶體,其為底部閘極形態。
(8)如(7)所記載的有機薄膜電晶體,其為底部接觸形態。
(9)如(1)至(8)中任一項所記載的有機薄膜電晶體,其中有機半導體為低分子化合物。
(10)如(1)至(9)中任一項所記載的有機薄膜電晶體,其中有機半導體為縮合多環芳香族化合物。
(11)如(1)至(10)中任一項所記載的有機薄膜電晶體,其中有機半導體為下述通式(C)~通式(T)的任一個所表示的化合物,
通式(C)中,AC1、AC2表示氧原子、硫原子或硒原子;RC1~RC6表示氫原子或取代基,RC1~RC6中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(D)中,XD1及XD2表示NRD9、氧原子或硫原子;AD1表示CRD7或氮原子,AD2表示CRD8或氮原子,RD9表示氫原子、 烷基、烯基、炔基或醯基;RD1~RD8表示氫原子或取代基,RD1~RD8中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(E)中,XE1及XE2表示氧原子、硫原子或NRE7;AE1及AE2表示CRE8或氮原子;RE1~RE8表示氫原子或取代基,RE1~RE8中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(F)中,XF1及XF2表示氧原子、硫原子或硒原子;RF1~RF10、RFa及RFb表示氫原子或取代基,RF1~RF10、RFa及RFb中的至少一個為通式(W)所表示的取代基;p及q表示0~2的整數;通式(G)中,XG1及XG2表示NRG9、氧原子或硫原子;AG1表示CRG7或氮原子,AG2表示CRG8或氮原子;RG9表示氫原子、烷基、烯基、炔基、醯基、芳基或雜芳基,RG1~RG8表示氫原子或取代基,RG1~RG8中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(H)中,XH1~XH4表示NRH7、氧原子或硫原子,RH7表示氫原子、烷基、烯基、炔基、醯基、芳基或雜芳基;RH1~RH6表示氫原子或取代基,RH1~RH6中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(J)中,XJ1及XJ2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRJ9;XJ3及XJ4表示氧原子、硫原子或硒原子;RJ1~RJ9表示氫原子或取代基,RJ1~RJ9中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(K)中,XK1及XK2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRK9; XK3及XK4表示氧原子、硫原子或硒原子;RK1~RK9表示氫原子或取代基,RK1~RK9中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(L)中,XL1及XL2表示氧原子、硫原子或NRL11;RL1~RL11表示氫原子或取代基,RL1~RL11中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(M)中,XM1及XM2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRM9;RM1~RM9表示氫原子或取代基,RM1~RM9中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(N)中,XN1及XN2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRN13;RN1~RN13表示氫原子或取代基,RN1~RN13中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(P)中,XP1及XP2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRP13;RP1~RP13表示氫原子或取代基,RP1~RP13中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(Q)中,XQ1及XQ2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRQ13;RQ1~RQ13表示氫原子或取代基,RQ1~RQ13中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(R)中,XR1、XR2及XR3表示氧原子、硫原子、硒原子或NRR9;RR1~RR9表示氫原子或取代基,RR1~RR9中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(S)中,XS1、XS2、XS3及XS4表示氧原子、硫原子、硒 原子或NRS7;RS1~RS7表示氫原子或取代基,RS1~RS7中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(T)中,XT1、XT2、XT3及XT4表示氧原子、硫原子、硒原子或NRT7;RT1~RT7表示氫原子或取代基,RT1~RT7中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(W):-L-RW通式(W)中,L表示下述通式(L-1)~通式(L-25)的任一個所表示的二價連結基、或2以上的下述通式(L-1)~通式(L-25)的任一個所表示的二價連結基鍵結而成的二價連結基;RW表示經取代或未經取代的烷基、氰基、乙烯基、乙炔基、氧伸乙基、氧伸乙基單元的重複數v為2以上的寡聚氧伸乙基、矽氧烷基、矽原子數為2以上的寡聚矽氧烷基、或者經取代或未經取代的三烷基矽烷基;
通式(L-1)~通式(L-25)中,波線部分表示與所述通式(C)~通式(T)所表示的形成各骨架的任一個環的鍵結位置;*表示與Rw的鍵結位置或與通式(L-1)~通式(L-25)的波線部分的鍵結位置;通式(L-13)中的m表示4,通式(L-14)及通式(L-15)中的m表示3,通式(L-16)~通式(L-20)中的m表示2,(L-22)中的m表示6;通式(L-1)、通式(L-2)、通式(L-6)及通式(L-13)~通 式(L-24)中的RLZ分別獨立地表示氫原子或取代基;RN表示氫原子或取代基,Rsi分別獨立地表示氫原子、烷基、烯基或炔基。
(12)如(11)所記載的有機薄膜電晶體,其中有機半導體為通式(C)、通式(F)、通式(J)或通式(L)的任一個所表示的化合物。
(13)如(1)至(12)中任一項所記載的有機薄膜電晶體,其中閘極絕緣層是由有機高分子所形成。
(14)一種有機薄膜電晶體的製造方法,製造於基板上具有閘極電極、有機半導體層、設於閘極電極與有機半導體層之間的閘極絕緣層、以及與有機半導體層接觸而設置且經由有機半導體層而連結的源極電極及汲極電極的有機薄膜電晶體,並且所述有機薄膜電晶體的製造方法中,將含有有機半導體及樹脂(C)的塗佈液塗佈於基板或閘極絕緣層上,所述樹脂(C)具有選自由含氟原子的基團、含矽原子的基團、碳數1以上且於形成烷氧基羰基的情形時為碳數2以上的烷基、環烷基、芳烷基、芳氧基羰基、經至少一個烷基取代的芳香環基、及經至少一個環烷基取代的芳香環基所組成的組群中的一個以上的基團。
(15)如(14)所記載的有機薄膜電晶體的製造方法,其中藉由塗佈液的塗佈使樹脂(C)偏向存在於基板或閘極絕緣層的相反側。
本說明書中,於存在多個由特定符號表示的取代基或連 結基等(以下稱為取代基等)時,或者同時規定多個取代基等時,是指各取代基等可彼此相同亦可不同。這一情況對於取代基等的個數的規定而言亦相同。另外,於式中具有由同一表述所示的多個重複的部分結構的情形時,各部分結構或重複單元可相同亦可不同。另外,即便於未特別說明的情形時,於多個取代基等接近(特別是鄰接)時該些取代基亦可相互連結或縮環而形成環。
本說明書中關於化合物(包含樹脂)的表述,是用於除了該化合物本身以外亦包含其鹽、其離子的含意。另外,是指包含在發揮目標效果的範圍內使結構的一部分變化所得的化合物。
本說明書中,關於未明確記載經取代或未經取代的取代基(對於連結基而言亦相同),是指亦可在發揮所需效果的範圍內於該基團上具有任意的取代基。這一情況對於未明確記載經取代或未經取代的化合物而言亦為相同含意。
本說明書中使用「~」所表示的數值範圍是指包含「~」前後所記載的數值作為下限值及上限值的範圍。
本發明的有機薄膜電晶體的載子遷移率高,耐久性亦優異。進而亦顯示出低的臨限電壓。
本發明的有機薄膜電晶體的製造方法可製造所述具有優異特性的有機薄膜電晶體。
關於本發明的所述及其他特徵及優點,適當參照隨附圖式根據下述記載將更為清楚明瞭。
1‧‧‧有機半導體層
1A‧‧‧樹脂(C)的含有率多的區域(包含樹脂(C)的層)
1B‧‧‧有機半導體的含有率多的區域(包含有機半導體的層)
2‧‧‧閘極絕緣層
3‧‧‧源極電極
4‧‧‧汲極電極
5‧‧‧閘極電極
6‧‧‧基板
圖1(A)到圖1(D)為示意性地表示本發明的有機薄膜電晶體的形態的圖。
[有機薄膜電晶體]
以下對本發明的有機薄膜電晶體(Organo Thin Film Transistor,以下簡稱為「本發明的OTFT」)的形態加以說明。
本發明的OTFT於基板上具有閘極電極、有機半導體層、設於閘極電極與有機半導體層之間的閘極絕緣層、以及與有機半導體層接觸而設置且經由有機半導體層而連結的源極電極及汲極電極。若對閘極電極施加電壓,則於源極電極-汲極電極間的有機半導體層與鄰接的層的界面上形成電流的流道(通道)。即,根據對閘極電極施加的輸入電壓,而控制在源極電極與汲極電極之間流動的電流。
根據圖式對本發明的OTFT的較佳形態加以說明。各圖式所示的OTFT為用以使本發明的理解容易的示意圖,各構件的尺寸或相對的大小關係等有時為了便於說明而改變大小,並非直接表示實際的關係。另外,本發明中規定的事項以外的內容不限定於該些圖式所示的外形、形狀。例如於圖1(A)及圖1(B)中,閘極電極5未必一定要將基板6全部覆蓋,設於基板6的中央部分的形態亦作為本發明的OTFT的形態而較佳。
圖1(A)~圖1(D)分別為示意性地表示OTFT的具代表性的較佳形態的縱剖面圖。於圖1(A)~圖1(D)中,1表示有機半導體層,2表示閘極絕緣層,3表示源極電極,4表示汲極電極,5表示閘極電極,6表示基板。
另外,圖1(A)表示底部閘極-底部接觸形態(結構)的OTFT,圖1(B)表示底部閘極-頂部接觸形態的OTFT,圖1(C)表示頂部閘極-底部接觸形態的OTFT,圖1(D)表示頂部閘極-頂部接觸形態的OTFT。
本發明的OTFT中包含所述4個形態的全部。雖省略圖示,但有時亦於各OTFT的圖式最上部(相對於基板6而為相反側的最上部)形成外塗層。圖1(A)的圓內為示意性地表示有機半導體及樹脂(C)的偏向存在狀態的有機半導體層1的概略放大圖。
底部閘極形態於基板6上依序配置有閘極電極5、閘極絕緣層2及有機半導體層1。另一方面,頂部閘極形態於基板6上依序配置有有機半導體層1、閘極絕緣層2及閘極電極5。
另外,底部接觸形態相對於有機半導體層1而於基板6側(即,圖1(A)到圖1(D)中為下方)配置有源極電極3及汲極電極4。另一方面,頂部接觸形態相對於有機半導體層1而於基板6的相反側配置有源極電極3及汲極電極4。
本發明的OTFT中,較佳為有機半導體層1含有有機半導體及樹脂(C),且有機半導體與樹脂(C)於有機半導體層1的厚度方向上彼此偏向存在。於該情形時,有機半導體層1具有 有機半導體的含有率多的區域1B、及樹脂(C)的含有率多的區域1A。該些區域1A及區域1B只要分別存在於有機半導體層的至少表面附近即可,亦可不遍及有機半導體層總體而存在。再者,有時亦如圖1(A)中以虛線所示般無法明確判別兩區域1A與區域1B的邊界。
較佳為有機半導體與樹脂(C)彼此發生相分離。於該情形時,有機半導體層1具有包含有機半導體的層1B、及包含樹脂(C)的層1A。
此處,所謂「偏向存在」,是指具有雖然有機半導體、樹脂(C)的任一種成分較其總體的質量比而更多,但亦存在另一成分的相的狀態,所謂「相分離」,是指具有有機半導體、樹脂(C)的任一種單獨存在的相的狀態。
如此,偏向存在與相分離的成分質量比的程度不同,偏向存在的程度若變高則會成為相分離。其邊界於學術上並未特別明確地規定,但於形成的是有機半導體或樹脂(C)的任一種以99%以上的質量比存在的相的情形時,於本申請案中規定為「相分離」狀態。因此,本發明中,於提及偏向存在時,只要無特別說明,則有時包括相分離。
有機半導體層中,關於樹脂(C)是否偏向存在或相分離,可併用蝕刻用離子束,藉由飛行時間型二次離子質譜分析(Time of Flight-Secondary Ion Mass Spectrometry,TOF-SIMS)對有機半導體層進行元素匹配測定而確認。
另外,測定後述表面能量,根據表面能量接近有機半導體與樹脂(C)的哪一種的值,亦可類推哪一種更多地存在於有機半導體的表面上。
可認為樹脂(C)具有疏水性高的所述基團,表面能量變小,結果與有機半導體的相容性降低,與有機半導體發生偏向存在或相分離。
此時,相對於有機半導體,表面能量小的樹脂(C)於塗佈層中於厚度方向上、通常於表面(空氣)側偏向存在或發生相分離。
再者,表面能量可利用水及有機溶劑(主要使用甘油或二碘甲烷)兩者來測定包含樹脂(C)的膜的接觸角,並代入至下述歐文斯(Owens)式中,藉此利用公知的方法而求出(下述為有機溶劑使用甘油(gly)的情形)。
此處,若於代入γH2O d=21.8、γgly d=37.0、γH2O h=51.0、γgly h=26.4、γH2O,V=72.8、γgly,V=63.4的文獻測定值後,對θH2O代入水的接觸角的測定值、對θgly代入甘油的接觸角的測定值,則分別求出表面能量的分散力成分γsd、極性成分γsh,可求出其和 γsVh=γsd+γsh作為表面能量(mNm-1)。
為了使樹脂(C)與有機半導體偏向存在或發生相分離,較佳為樹脂(C)的表面能量為30mNm-1以下,更佳為1mNm-1~30mNm-1,進而佳為5mNm-1~27mNm-1,尤佳為10mNm-1~25mNm-1。若樹脂(C)的表面能量小,則與有機半導體的偏向存在或相分離變快。另一方面,就形成有機半導體層的塗佈液的塗佈性及所成膜的有機半導體層的膜性優異的方面而言,樹脂(C)的表面能量的下限較佳為所述值。
樹脂(C)只要具有所述基團即可,就容易相對於有機半導體而偏向存在或相分離的方面而言,較佳為含有後述通式(C-Ia)~通式(C-Id)的任一個所表示的重複單元。
另外,樹脂(C)所具有的所述基團較佳為含氟原子的基團及含矽原子的基團的至少一個,更佳為含氟原子的基團。即,於樹脂(C)含有後述通式(C-Ia)~通式(C-Id)所表示的重複單元的情形時,較佳為W3~W6的至少一個為含氟原子的基團及含矽原子的基團的至少一個,更佳為含氟原子的基團。
關於有機半導體層中有機半導體與樹脂(C)偏向存在或相分離的態樣,只要於有機半導體層的厚度方向上偏向存在或相分離,則並無特別限定。亦可使有機半導體或樹脂(C)的任一種於有機半導體層的厚度方向(深度方向、基板6的方向)上偏向存在或相分離。
較佳為如圖1(A)所示般,於有機半導體層中,有機半導體 偏向存在於閘極絕緣層側,樹脂(C)偏向存在於閘極絕緣層的相反側。藉此,可於閘極絕緣層與有機半導體層的界面上確保電荷遷移通道,顯示出更高的載子遷移率。
於該情形時,更佳為有機半導體於有機半導體層的厚度方向上偏向存在或發生相分離,樹脂(C)於表面側偏向存在或發生相分離。
此時,本發明的OTFT成為於閘極絕緣膜上設有有機半導體層的底部閘極形態。
另外,本發明的OTFT較佳為與有機半導體層的下表面接觸而設有源極電極及汲極電極的底部接觸形態。藉此,容易自源極電極將載子注入至有機半導體層中,另外所注入的載子容易流至汲極電極而臨限電壓降低。
尤其若本發明的OTFT為底部閘極-底部接觸形態(圖1(A)),則於有機半導體層中確保電荷遷移通道,而且可利用樹脂(C)偏向存在的區域1A來保護有機半導體層、特別是有機半導體偏向存在的區域1B的表面,藉此可使載子遷移率、載子遷移率的維持率(耐久性)的提高效果進一步增大。進而,臨限電壓的降低效果亦優異。
[基板]
基板只要可支撐OTFT及製作於其上的顯示面板等即可。基板只要於表面具有絕緣性、為片材狀且表面平坦,則並無特別限定。
亦可使用無機材料作為基板的材料。包含無機材料的基板例如可列舉:鈉鈣玻璃(soda lime glass)、石英玻璃等各種玻璃基板,或於表面上形成有絕緣膜的各種玻璃基板,於表面上形成有絕緣膜的石英基板,於表面上形成有絕緣膜的矽基板,藍寶石基板,包含不鏽鋼、鋁、鎳等各種合金或各種金屬的金屬基板,金屬箔,紙等。
於基板是由不鏽片材、鋁箔、銅箔或矽晶圓等導電性或半導體性的材料所形成的情形時,通常於表面上塗佈或積層絕緣性的高分子材料或金屬氧化物等而使用。
另外,亦可使用有機材料作為基板的材料。例如可列舉:由聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate,PMMA)或聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)、聚乙烯基苯酚(Polyvinyl phenol,PVP)、聚醚碸(Polyether sulfone,PES)、聚醯亞胺、聚醯胺、聚縮醛、聚碳酸酯(Poly carbonate,PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)、聚萘二甲酸乙二酯(Polyethylene naphthalate,PEN)、聚乙基醚酮、聚烯烴、聚環烯烴所例示的有機聚合物所構成的具有可撓性的塑膠基板(亦稱為塑膠膜、塑膠片材)。另外,亦可列舉由雲母形成的基板。
若使用此種具有可撓性的塑膠基板等,則例如可對具有曲面形狀的顯示器裝置或電子設備組入OTFT或實現一體化。
對於形成基板的有機材料,就於其他層的積層時或加熱時不易軟化的方面而言,較佳為玻璃轉移溫度高,較佳為玻璃轉 移溫度為40℃以上。另外,就不易因製造時的熱處理而引起尺寸變化、電晶體性能的穩定性優異的方面而言,較佳為線膨脹係數小。例如,較佳為線膨脹係數為25×10-5cm/cm.℃以下的材料,更佳為10×10-5cm/cm.℃以下的材料。
另外,構成基板的有機材料較佳為對製作OTFT時所用的溶劑具有耐性的材料,另外,較佳為與閘極絕緣層及電極的密接性優異的材料。
進而,亦較佳為使用阻氣性高的包含有機聚合物的塑膠基板。
亦較佳為於基板的至少單面上設置緻密的矽氧化膜等,或者蒸鍍或積層無機材料。
基板除了所述材料以外,亦可列舉導電性基板(包含金或鋁等金屬的基板、包含高配向性石墨的基板、不鏽鋼製基板等)。
於基板上,亦可形成用以改善密接性或平坦性的緩衝層、用以提高阻氣性的障壁膜等功能性膜,另外亦可於表面上形成易接著層等表面處理層,亦可實施電暈處理、電漿處理、紫外線(Ultraviolet,UV)/臭氧處理等表面處理。
基板的厚度較佳為10mm以下,更佳為2mm以下,尤佳為1mm以下。另外,另一方面,較佳為0.01mm以上,更佳為0.05mm以上。尤其於塑膠基板的情況下,厚度較佳為0.05mm~0.1mm左右。另外,包含無機材料的基板的情況下,厚度較佳為0.1mm~10mm左右。
[閘極電極]
閘極電極可使用作為OTFT的閘極電極而使用的現有公知的電極。構成閘極電極的導電性材料(亦稱為電極材料)並無特別限定。例如可列舉:鉑、金、銀、鋁、鉻、鎳、銅、鉬、鈦、鎂、鈣、鋇、鈉、鈀、鐵、錳等金屬;InO2、SnO2、銦錫氧化物(ITO)、摻氟的氧化錫(FTO)、摻鋁的氧化鋅(AZO)、摻鎵的氧化鋅(GZO)等導電性金屬氧化物;聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚(3,4-伸乙基二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)等導電性高分子;添加有鹽酸、硫酸、磺酸等酸,PF6、AsF5、FeCl3等路易斯酸,碘等鹵素原子,鈉、鉀等金屬原子等摻雜劑的所述導電性高分子;以及分散有碳黑、石墨粉、金屬微粒子等的導電性複合材料等。該些材料可僅使用一種,亦能以任意的組合及比率併用兩種以上。
另外,閘極電極可為包含所述導電性材料的一層,亦可將兩層以上積層。
對閘極電極的形成方法並無限制。例如可列舉:將藉由真空蒸鍍法等物理蒸鍍法(物理氣相沈積(Physical Vapor Deposition,PVD))、化學蒸鍍法(化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition,CVD))、濺鍍法、印刷法(塗佈法)、轉印法、溶膠凝膠法、鍍敷法等所形成的膜視需要以所需的形狀進行圖案化的方法。
塗佈法中,製備所述材料的溶液、膏(paste)或分散液並進行塗佈,藉由乾燥、煅燒、光硬化或老化(aging)等而形成膜,或可直接形成電極。
另外,噴墨印刷、網版印刷、(反轉)套版印刷(offset printing)、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、熱轉印印刷、微接觸印刷法等可實現所需的圖案化,於步驟的簡化、成本降低、高速化的方面而言較佳。
於採用旋塗法、模塗法、微凹版塗佈法、浸塗法的情形時,亦可與下述光微影法等組合來進行圖案化。
光微影法例如可列舉:將光阻劑的圖案化、與利用蝕刻液的濕式蝕刻或利用反應性電漿的乾式蝕刻等蝕刻或舉離(lift-off)法等組合的方法等。
其他圖案化方法亦可列舉:對所述材料照射雷射或電子束等能量線,進行研磨或使材料的導電性變化的方法。
進而亦可列舉:使印刷於基板以外的支撐體上的閘極電極用組成物轉印至基板等基底層上的方法。
閘極電極的厚度為任意,較佳為1nm以上,尤佳為10nm以上。另外,較佳為500nm以下,尤佳為200nm以下。
[閘極絕緣層]
閘極絕緣層只要為具有絕緣性的層則並無特別限定,可為單層亦可為多層。
閘極絕緣層較佳為由絕緣性的材料所形成,絕緣性的材料例如可較佳地列舉有機高分子、無機氧化物等。
有機高分子及無機氧化物等只要具有絕緣性則並無特別限定,較佳為可形成薄膜、例如厚度1μm以下的薄膜的材料。
有機高分子及無機氧化物分別可使用1種,亦可併用2種以上,另外,亦可將有機高分子與無機氧化物併用。
有機高分子並無特別限定,例如可列舉:聚乙烯基苯酚、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、聚甲基丙烯酸甲酯所代表的聚(甲基)丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)、聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)、全氟環狀聚合物(CYTOP)(註冊商標)所代表的環狀氟烷基聚合物、聚環烯烴、聚酯、聚醚碸、聚醚酮、聚醯亞胺、環氧樹脂、聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)所代表的聚有機矽氧烷、聚倍半矽氧烷或丁二烯橡膠等。另外,除了所述以外,亦可列舉:酚樹脂、酚醛清漆樹脂、肉桂酸酯樹脂、丙烯酸系樹脂、聚對二甲苯樹脂等熱硬化性樹脂。
有機高分子亦可與具有烷氧基矽烷基或乙烯基、丙烯醯氧基、環氧基、羥甲基等反應性取代基的化合物併用。
於由有機高分子形成閘極絕緣層的情形時,為了增大閘極絕緣層的耐溶劑性或絕緣耐性等,亦較佳為使有機高分子交聯、硬化。交聯較佳為藉由使用光、熱或該等兩者來產生酸或自由基而進行。
於藉由自由基進行交聯的情形時,藉由光或熱而產生自由基的自由基產生劑例如可較佳地使用:日本專利特開2013-214649號公報的[0182]~[0186]中記載的熱聚合起始劑(H1) 及光聚合起始劑(H2)、日本專利特開2011-186069號公報的[0046]~[0051]中記載的光自由基產生劑、日本專利特開2010-285518號公報的[0042]~[0056]中記載的光自由基聚合起始劑等,較佳為將該些內容併入至本說明書中。
另外,亦較佳為使用日本專利特開2013-214649號公報的[0167]~[0177]中記載的「數量平均分子量(Mn)為140~5,000、具有交聯性官能基、且不具有氟原子的化合物(G)」,該些內容較佳為併入至本說明書中。
於藉由酸而交聯的情形時,藉由光而產生酸的光酸產生劑例如可較佳地使用:日本專利特開2010-285518號公報的[0033]~[0034]中記載的光陽離子聚合起始劑、日本專利特開2012-163946號公報的[0120]~[0136]中記載的酸產生劑、特別是鋶鹽、錪鹽等,較佳為將該些內容併入至本說明書中。
藉由熱而產生酸的熱酸產生劑(觸媒)例如可較佳地使用:日本專利特開2010-285518號公報的[0035]~[0038]中記載的熱陽離子聚合起始劑、特別是鎓鹽等,或日本專利特開2005-354012號公報的[0034]~[0035]中記載的觸媒、特別是磺酸類及磺酸胺鹽等,較佳為將該些內容併入至本說明書中。
另外,亦較佳為使用日本專利特開2005-354012號公報的[0032]~[0033]中記載的交聯劑、特別是二官能以上的環氧化合物、氧雜環丁烷化合物、日本專利特開2006-303465號公報的[0046]~[0062]中記載的交聯劑、特別是以具有2個以上的交聯基且交聯 基的至少一個為羥甲基或NH基作為特徵的化合物、及日本專利特開2012-163946號公報的[0137]~[0145]中記載的於分子內具有2個以上的羥基甲基或烷氧基甲基的化合物,該些內容較佳為併入至本說明書中。
由有機高分子來形成閘極絕緣層的方法例如可列舉:塗敷有機高分子並使其硬化的方法。塗敷方法並無特別限定,可列舉所述各印刷法。其中,較佳為微凹版塗佈法、浸塗法、網版塗佈印刷、模塗法或旋塗法等濕式塗佈法。
所述無機氧化物並無特別限定,例如可列舉:氧化矽、氮化矽(SiNY)、氧化鉿、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋁、氧化鈮、氧化鋯、氧化銅、氧化鎳等氧化物,另外可列舉:SrTiO3、CaTiO3、BaTiO3、MgTiO3、SrNb2O6般的鈣鈦礦(perovskite),或該些物質的複合氧化物或混合物等。此處,氧化矽除了氧化矽(SiOX)以外,包含硼磷矽玻璃(Boron Phosphorus Silicon Glass,BPSG)、磷矽玻璃(Phosphorus Silicon Glass,PSG)、硼矽玻璃(Boron Silicon Glass,BSG)、AsSG(摻As的二氧化矽玻璃)、鉛矽玻璃(Lead Silicon Glass,PbSG)、氮氧化矽(SiON)、旋塗玻璃(Spin-On-Glass,SOG)、低介電常數SiO2系材料(例如聚芳基醚、環全氟碳聚合物及苯并環丁烯、環狀氟樹脂、聚四氟乙烯、氟化芳基醚、氟化聚醯亞胺、非晶碳、有機SOG)。
由無機氧化物來形成閘極絕緣層的方法例如可使用:真空蒸鍍法、濺鍍法、離子鍍或CVD法等真空成膜法,另外,亦可 於成膜中利用使用任意氣體的電漿或離子槍、自由基槍等進行輔助(asist)。
另外,亦可藉由以下方式來形成閘極絕緣層:使與各金屬氧化物相對應的前驅物、具體而言氯化物、溴化物等金屬鹵化物或金屬烷氧化物、金屬氫氧化物等,在醇或水中與鹽酸、硫酸、硝酸等酸或氫氧化鈉、氫氧化鉀等鹼反應而進行水解。於使用此種溶液系的製程的情形時,可使用所述濕式塗佈法。
除了所述方法以外,閘極絕緣層亦可藉由將舉離法、溶膠-凝膠法、電鍍法及陰影遮罩(shadow mask)法的任一種視需要與圖案化法組合的方法而設置。
閘極絕緣層亦可實施電暈處理、電漿處理、UV/臭氧處理等表面處理,於該情形時,較佳為不會使由處理所得的表面粗糙度變粗糙。較佳為閘極絕緣層表面的算術平均粗糙度Ra或均方根粗糙度RMS為0.5nm以下。
[自組裝單分子膜層(Self-assembled monolayer membrane,SAM)]
於閘極絕緣層上,亦可形成自組裝單分子膜層。
形成自組裝單分子膜層的化合物只要為進行自組裝的化合物,則並無特別限定,例如進行自組裝的化合物可使用下述式1S所表示的一種以上的化合物。
式1S:R1S-XS
式1S中,R1S表示烷基、烯基、炔基、芳基、烷氧基、芳氧基或雜環基(噻吩基、吡咯基、吡啶基、茀基等)的任一個。
XS表示吸附性取代基或反應性取代基,具體而言表示-SiX4X5X6基(X4表示鹵化物基或烷氧基,X5、X6分別獨立地表示鹵化物基、烷氧基、烷基、芳基。X4、X5、X6較佳為分別相同,更佳為氯基、甲氧基、乙氧基)、膦酸根基(-PO3H2)、次膦酸根基(-PRO2H,R為烷基)、磷酸根基、亞磷酸根基、胺基、鹵化物基、羧基、磺酸根基、硼酸根基(-B(OH)2)、羥基、硫醇基、乙炔基、乙烯基、硝基或氰基的任一個。
R1S較佳為未分支,例如較佳為直鏈狀的正烷基(n-alkyl)、或將三個苯基串聯配置而成的聯三苯基、或於苯基的對位的兩側配置有正烷基般的結構。另外,亦可於烷基鏈中具有醚鍵,亦可具有碳-碳的雙鍵或三鍵。
自組裝單分子膜層是藉由以下方式而形成於閘極絕緣層上:吸附性取代基或反應性取代基XS與對應的閘極絕緣層表面的反應性部位(例如-OH基)相互作用、吸附或反應而形成鍵。藉由更緻密地填充分子,自組裝單分子膜層的表面形成更平滑且表面能量低的表面,故所述式1S所表示的化合物較佳為主骨架為直線狀,且分子長一致。
式1S所表示的化合物的尤佳例具體而言,例如可列舉:甲基三氯矽烷、乙基三氯矽烷、丁基三氯矽烷、辛基三氯矽烷、 癸基三氯矽烷、十八烷基三氯矽烷、苯乙基三氯矽烷等烷基三氯矽烷化合物,甲基三甲氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、丁基三甲氧基矽烷、辛基三甲氧基矽烷、癸基三甲氧基矽烷、十八烷基三甲氧基矽烷等烷基三烷氧基矽烷化合物,烷基膦酸,芳基膦酸,烷基羧酸,芳基膦酸,烷基硼酸根基,芳基硼酸根基,烷基硫醇基,芳基硫醇基等。
自組裝單分子膜層可使用以下方法來形成:將所述化合物於真空下蒸鍍於閘極絕緣層上的方法、於所述化合物的溶液中浸漬閘極絕緣層的方法、朗謬爾-布洛節塔(Langmuir-Blodgett)法等。另外,例如藉由利用將烷基氯矽烷化合物或烷基烷氧基矽烷化合物以1質量%~10質量%溶解於有機溶劑中所得的溶液對閘極絕緣層進行處理,可形成自組裝單分子膜層。本發明中,形成自組裝單分子膜層的方法不限於該些方法。
例如,獲得更緻密的自組裝單分子膜層的方法可列舉:「朗謬爾(Langmuir)」(19,1159)(2003)及「物理化學學報(J.Phys.Chem.B)」(110,21101)(2006)等中記載的方法。
具體而言,使閘極絕緣層浸漬於分散有所述化合物的揮發性高的脫水溶劑中而形成膜,取出閘極絕緣層,視需要進行退火等所述化合物與閘極絕緣層的反應步驟後,利用脫水溶劑進行沖洗,然後加以乾燥,可形成自組裝單分子膜層。
脫水溶劑並無特別限定,例如可將氯仿、三氯乙烯、苯甲醚、二乙醚、己烷、甲苯等單獨或混合使用。
進而,較佳為藉由乾燥環境中或乾燥氣體的噴附而使膜乾燥。乾燥氣體中,較佳為使用氮氣等惰性氣體。藉由使用此種自組裝單分子膜層的製造方法,而形成緻密且並無凝聚或缺損的自組裝單分子膜層,故可將自組裝單分子膜層的表面粗糙度抑制為0.3nm以下。
[有機半導體層]
有機半導體層為顯示出半導體性、可蓄積載子的層。
有機半導體層只要為含有有機半導體及樹脂(C)的層即可,較佳為如上文所述,有機半導體與樹脂(C)於有機半導體層的厚度方向上彼此偏向存在。
有機半導體並無特別限定,可列舉有機聚合物及其衍生物、低分子化合物等。
本發明中,低分子化合物是指有機聚合物及其衍生物以外的化合物。即,是指不具有重複單元的化合物。低分子化合物只要為此種化合物,則分子量並無特別限定。低分子化合物的分子量較佳為300~2000,更佳為400~1000。
低分子化合物可列舉縮合多環芳香族化合物。例如可列舉:萘、稠五苯(2,3,6,7-二苯并蒽)、稠六苯、稠七苯、二苯并稠五苯、四苯并稠五苯等并苯(acene),雙噻吩蒽(anthradithiophene)、芘、苯并芘、二苯并芘、屈(chrysene)、苝、蔻(coronene)、三苯并[de,kl,rst]戊芬(tribenzo[de,kl,rst]pentaphene)(terrylene)、卵苯(ovalene)、[四 萘嵌三苯(quaterrylene)、循環蒽(circumanthracene),及該些碳原子的一部分經N、S、O等原子取代的衍生物或鍵結於所述碳原子上的至少一個氫原子經羰基等官能基取代的衍生物(包含迫呫噸并呫噸(peri-xanthenoxanthene)及其衍生物的二氧雜蒽嵌蒽(dioxa anthanthrene)系化合物、三苯并二噁嗪(triphenodioxazine)、三苯并二噻嗪(triphenodithiazine)、稠六苯-6,15-醌等),以及所述氫原子經其他官能基取代的衍生物。
另外亦可列舉:銅酞菁所代表的金屬酞菁,四硫并環戊二烯(tetrathiapentalene)及其衍生物,萘-1,4,5,8-四羧酸二醯亞胺、N,N'-雙(4-三氟甲基苄基)萘-1,4,5,8-四羧酸二醯亞胺、N,N'-雙(1H,1H-全氟辛基)、N,N'-雙(1H,1H-全氟丁基)、N,N'-二辛基萘-1,4,5,8-四羧酸二醯亞胺衍生物、萘-2,3,6,7-四羧酸二醯亞胺等萘四羧酸二醯亞胺,蒽-2,3,6,7-四羧酸二醯亞胺等蒽四羧酸二醯亞胺等稠環四羧酸二醯亞胺,C60、C70、C76、C78、C84等富勒烯及該等的衍生物,單壁式碳奈米管(Single-walled carbon nanotube,SWNT)等碳奈米管,部花青色素、半花青色素等色素及該等的衍生物等。
進而可列舉:聚蒽(polyanthracene)、聯伸三苯(triphenylene)、喹吖啶酮。
另外,低分子化合物例如可例示:4,4'-聯苯二硫醇(BPDT)、4,4'-二異氰基聯苯、4,4'-二異氰基-對聯三苯、2,5-雙(5'-硫代乙醯基-2'-苯硫基)噻吩、2,5-雙(5'-硫代乙醯氧基-2'-苯硫基) 噻吩、4,4'-二異氰基苯基、聯苯胺(聯苯-4,4'-二胺)、四氰基醌二甲烷(Tetracyanoquinodimethane,TCNQ)、四硫富瓦烯(Tetrathiafulvalene,TTF)及其衍生物、四硫富瓦烯(TTF)-TCNQ錯合物、雙伸乙基四硫富瓦烯(Bis(ethylenedithio)tetrathiafulvalene,BEDTTTF)-過氯酸錯合物、BEDTTTF-碘錯合物、TCNQ-碘錯合物所代表的電荷遷移錯合物,聯苯-4,4'-二羧酸、1,4-二(4-苯硫基乙炔基)-2-乙基苯(1,4-di(4-thiophenylacetylinyl)-2-ethyl benzene)、1,4-二(4-異氰基苯基乙炔基)-2-乙基苯、1,4-二(4-苯硫基乙炔基)-2-乙基苯(1,4-di(4-thiophenylethynyl)-2-ethyl benzene)、2,2"-二羥基-1,1':4',1"-聯三苯、4,4'-聯苯二乙醛(4,4'-biphenyldiethanal)、4,4'-聯苯二醇、4,4'-聯苯二異氰酸酯、1,4-二乙炔基苯(1,4-diacetynyl benzene)、二乙基聯苯-4,4'-二羧酸酯、苯并[1,2-c:3,4-c':5,6-c"]三[1,2]二硫醇-1,4,7-三硫酮、α-六噻吩(α-sexithiophene)、四硫雜稠四苯(tetrathiatetracene)、四硒雜稠四苯(tetraselenotetracene)、四碲稠四苯(tetratellurtetracene)、聚(3-烷基噻吩)、聚(3-噻吩-β-乙磺酸)、聚(N-烷基吡咯)、聚(3-烷基吡咯)、聚(3,4-二烷基吡咯)、聚(2,2'-噻吩基吡咯)、聚(二苯并噻吩硫醚)。
就容易與樹脂(C)偏向存在的方面而言,有機半導體較佳為低分子化合物,其中較佳為縮合多環芳香族化合物。若將縮合多環芳香族化合物與樹脂(C)併用,則載子遷移率及耐久性的提高效果高,進而亦顯示出優異的臨限電壓的降低效果。
縮合多環芳香族化合物較佳為式(A1)~式(A4)的任一個所表示的并苯及下述通式(C)~通式(T)的任一個所表示的化合物,就容易與樹脂(C)偏向存在的方面而言,更佳為下述通式(C)~通式(T)的任一個所表示的化合物。
作為縮合多環芳香族化合物而較佳的并苯為下述式(A1)或式(A2)所表示的化合物。
式中,RA1~RA6、XA1及XA2表示氫原子或取代基。
ZA1及ZA2表示S、O、Se或Te。
nA1及nA2表示0~3的整數。其中,nA1及nA2不同時為0。
RA1~RA6、XA1及XA2各自所表示的取代基並無特別限定,可列舉:烷基(例如甲基、乙基、丙基、異丙基、第三丁基、戊基、第三戊基、己基、辛基、第三辛基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基等)、環烷基(例如環戊基、環己基等)、烯基(例如乙烯基、烯丙基、1-丙烯基、2-丁烯基、1,3-丁二烯基、2-戊烯基、異丙烯基等)、炔基(例如乙炔基、炔丙基等)、芳香 族烴基(亦稱為芳香族碳環基、芳基等,例如為苯基、對氯苯基、均三甲苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、蒽基、薁基、苊基、茀基、菲基、茚基、芘基、聯苯基等)、芳香族雜環基(亦稱為雜芳基,例如吡啶基、嘧啶基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、苯并咪唑基、吡唑基、吡嗪基、三唑基(例如1,2,4-三唑-1-基、1,2,3-三唑-1-基等)、噁唑基、苯并噁唑基、噻唑基、異噁唑基、異噻唑基、呋呫基、噻吩基、喹啉基、苯并呋喃基、二苯并呋喃基、苯并噻吩基、二苯并噻吩基、吲哚基、咔唑基、咔啉基、二氮雜咔唑基(表示構成咔啉基的咔啉環的一個碳原子經氮原子取代而成的基團)、喹噁啉基、噠嗪基、三嗪基、喹唑啉基、酞嗪基(phthalazinyl)等)、雜環基(亦稱為雜芳基環基等,例如吡咯啶基、咪唑啶基(imidazolidinyl)、嗎啉基、噁唑啉基等)、烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、戊氧基、己氧基、辛氧基、十二烷氧基等)、環烷氧基(例如環戊氧基、環己氧基等)、芳氧基(例如苯氧基、萘氧基等)、烷硫基(例如甲硫基、乙硫基、丙硫基、戊硫基、己硫基、辛硫基、十二烷硫基等)、環烷硫基(例如環戊硫基、環己硫基等)、芳硫基(例如苯硫基、萘硫基等)、烷氧基羰基(例如甲氧基羰基、乙氧基羰基、丁氧基羰基、辛氧基羰基、十二烷氧基羰基等)、芳氧基羰基(例如苯氧基羰基、萘氧基羰基等)、胺磺醯基(例如胺基磺醯基、甲基胺基磺醯基、二甲基胺基磺醯基、丁基胺基磺醯基、己基胺基磺醯基、環己基胺基磺醯基、辛基胺基磺醯基、十二烷基胺基磺醯基、苯基胺基磺醯基、萘基胺基磺 醯基、2-吡啶基胺基磺醯基等)、醯基(例如乙醯基、乙基羰基、丙基羰基、戊基羰基、環己基羰基、辛基羰基、2-乙基己基羰基、十二烷基羰基、苯基羰基、萘基羰基、吡啶基羰基等)、醯氧基(例如乙醯氧基、乙基羰氧基、丁基羰氧基、辛基羰氧基、十二烷基羰氧基、苯基羰氧基等)、醯胺基(例如甲基羰基胺基、乙基羰基胺基、二甲基羰基胺基、丙基羰基胺基、戊基羰基胺基、環己基羰基胺基、2-乙基己基羰基胺基、辛基羰基胺基、十二烷基羰基胺基、苯基羰基胺基、萘基羰基胺基等)、胺甲醯基(例如胺基羰基、甲基胺基羰基、二甲基胺基羰基、丙基胺基羰基、戊基胺基羰基、環己基胺基羰基、辛基胺基羰基、2-乙基己基胺基羰基、十二烷基胺基羰基、苯基胺基羰基、萘基胺基羰基、2-吡啶基胺基羰基等)、脲基(例如甲基脲基、乙基脲基、戊基脲基、環己基脲基、辛基脲基、十二烷基脲基、苯基脲基、萘基脲基、2-吡啶基胺基脲基等)、亞磺醯基(例如甲基亞磺醯基、乙基亞磺醯基、丁基亞磺醯基、環己基亞磺醯基、2-乙基己基亞磺醯基、十二烷基亞磺醯基、苯基亞磺醯基、萘基亞磺醯基、2-吡啶基亞磺醯基等)、烷基磺醯基(例如甲基磺醯基、乙基磺醯基、丁基磺醯基、環己基磺醯基、2-乙基己基磺醯基、十二烷基磺醯基等)、芳基磺醯基(苯基磺醯基、萘基磺醯基、2-吡啶基磺醯基等)、胺基(例如胺基、乙基胺基、二甲基胺基、丁基胺基、環戊基胺基、2-乙基己基胺基、十二烷基胺基、苯胺基、萘基胺基、2-吡啶基胺基等)、鹵素原子(例如氟原子、氯原子、溴原子等)、氟化烴基(例 如氟甲基、三氟甲基、五氟乙基、五氟苯基等)、氰基、硝基、羥基、巰基、矽烷基(例如三甲基矽烷基、三異丙基矽烷基、三苯基矽烷基、苯基二乙基矽烷基等)、下述通式(SG1)所表示的基團(其中,XA為Ge或Sn)等。
該些取代基亦可更具有多個取代基。可具有多個的取代基可列舉所述RA1~RA6所表示的取代基。
所述并苯中,更佳為下述式(A3)或式(A4)所表示的并苯。
式中,RA7、RA8、XA1及XA2表示氫原子或取代基。RA7、RA8、XA1及XA2可相同亦可不同。RA7及RA8所表示的取代基較佳為上文中作為可用作式(A1)及(A2)的RA1~RA6的取代基而列舉的基團。
ZA1及ZA2表示S、O、Se或Te。
nA1及nA2表示0~3的整數。其中,nA1與nA2不同時為0。
式(A3)或式(A4)中,RA7及RA8較佳為由下述式(SG1)所表示。
式中,RA9~RA11表示取代基。XA表示Si、Ge或Sn。RA9~RA11所表示的取代基較佳為上文中作為可用作式(A1)及(A2)的RA1~RA6的取代基而列舉的基團。
以下示出式(A1)~式(A4)所表示的并苯或并苯衍生物的具體例,但不限定於該些具體例。
縮合多環芳香族化合物進而亦較佳為下述通式(C)~通式(T)所表示的化合物。
通式(C)中,AC1、AC2表示氧原子、硫原子或硒原子。較佳為AC1、AC2均表示氧原子、硫原子,更佳為表示硫原子。RC1~RC6表示氫原子或取代基。RC1~RC6中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基。
通式(D)中,XD1及XD2表示NRD9、氧原子或硫原子。AD1 表示CRD7或氮原子,AD2表示CRD8或氮原子,RD9表示氫原子、烷基、烯基、炔基或醯基。RD1~RD8表示氫原子或取代基,RD1~RD8中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基。
通式(E)中,XE1及XE2表示氧原子、硫原子或NRE7。AE1及AE2表示CRE8或氮原子。RE1~RE8表示氫原子或取代基。RE1~RE8中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基。
通式(F)中,XF1及XF2表示氧原子、硫原子或硒原子。較佳為XF1及XF2表示氧原子、硫原子,更佳為表示硫原子。RF1~RF10、RFa及RFb表示氫原子或取代基。RF1~RF10、RFa及RFb中的至少一個為通式(W)所表示的取代基。p及q表示0~2的整數。
通式(G)中,XG1及XG2表示NRG9、氧原子或硫原子。AG1表示CRG7或氮原子。AG2表示CRG8或氮原子。RG9表示氫原子、烷基、烯基、炔基、醯基、芳基或雜芳基。RG1~RG8表示氫原子或取代基。RG1~RG8中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基。
通式(H)中,XH1~XH4表示NRH7、氧原子或硫原子。XH1~XH4較佳為表示硫原子。RH7表示氫原子、烷基、烯基、炔基、醯基、芳基或雜芳基。RH1~RH6表示氫原子或取代基。RH1~RH6中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基。
通式(J)中,XJ1及XJ2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRJ9。XJ3及XJ4表示氧原子、硫原子或硒原子。XJ1、XJ2、XJ3 及XJ4較佳為表示硫原子。RJ1~RJ9表示氫原子或取代基。RJ1~RJ9中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基。
通式(K)中,XK1及XK2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRK9。XK3及XK4表示氧原子、硫原子或硒原子。XK1、XK2、XK3及XK4較佳為表示硫原子。RK1~RK9表示氫原子或取代基。RK1~RK9中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基。
通式(L)中,XL1及XL2表示氧原子、硫原子或NRL11。XL1及XL2較佳為表示氧原子或硫原子。RL1~RL11表示氫原子或取代基,RL1~RL11中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基。
通式(M)中,XM1及XM2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRM9。XM1及XM2較佳為表示硫原子。RM1~RM9表示氫原子或取代基。RM1~RM9中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基。
通式(N)中,XN1及XN2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRN13。XN1及XN2較佳為表示硫原子。RN1~RN13表示氫原子或取代基。RN1~RN13中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基。
通式(P)中,XP1及XP2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRP13。XP1及XP2較佳為表示硫原子。RP1~RP13表示氫原子或取代基。RP1~RP13中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基。
通式(Q)中,XQ1及XQ2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRQ13。XQ1及XQ2較佳為表示硫原子。RQ1~RQ13表示氫原子或取代基。RQ1~RQ13中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代 基。
通式(R)中,XR1、XR2及XR3表示氧原子、硫原子、硒原子或NRR9。XR1、XR2及XR3較佳為表示硫原子。RR1~RR9表示氫原子或取代基。RR1~RR9中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基。
通式(S)中,XS1、XS2、XS3及XS4表示氧原子、硫原子、硒原子或NRS7。XS1、XS2、XS3及XS4較佳為表示硫原子。RS1~RS7表示氫原子或取代基。RS1~RS7中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基。
通式(T)中,XT1、XT2、XT3及XT4表示氧原子、硫原子、硒原子或NRT7。XT1、XT2、XT3及XT4較佳為表示硫原子。RT1~RT7表示氫原子或取代基。RT1~RT7中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基。
以下,對所述通式(C)~通式(T)中表示氫原子或取代基的RC1~RC6、RD1~RD8、RE1~RE8、RF1~RF10、RFa及RFb、RG1~RG8、RH1~RH6、RJ1~RJ9、RK1~RK9、RL1~RL11、RM1~RM9、RN1~RN13、RP1~RP13、RQ1~RQ13、RR1~RR9、RS1~RS7及RT1~RT7(以下稱為取代基RC~取代基RT)加以說明。
取代基RC~取代基RT可取的取代基可列舉:鹵素原子、烷基(甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基等碳數1~40的烷基,其中包含2,6-二甲基辛基、2-癸基十四 烷基、2-己基十二烷基、2-乙基辛基、2-癸基十四烷基、2-丁基癸基、1-辛基壬基、2-乙基辛基、2-辛基十四烷基、2-乙基己基、環烷基、雙環烷基、三環烷基等)、烯基(包含1-戊烯基、環烯基、雙環烯基等)、炔基(包含1-戊炔基、三甲基矽烷基乙炔基、三乙基矽烷基乙炔基、三異丙基矽烷基乙炔基、2-對丙基苯基乙炔基等)、芳基(包含苯基、萘基、對戊基苯基、3,4-二戊基苯基、對庚氧基苯基、3,4-二庚氧基苯基的碳數6~20的芳基等)、雜環基(亦稱為雜環基(heterocyclo group)。包含2-己基呋喃基等)、氰基、羥基、硝基、醯基(包含己醯基、苯甲醯基等)、烷氧基(包含丁氧基等)、芳氧基、矽烷氧基、雜環氧基、醯氧基、胺甲醯氧基、胺基(包含苯胺基)、醯基胺基、胺基羰基胺基(包含脲基)、烷氧基羰基胺基及芳氧基羰基胺基、烷基磺醯基胺基及芳基磺醯基胺基、巰基、烷硫基及芳硫基(包含甲硫基、辛硫基等)、雜環硫基、胺磺醯基、磺基、烷基亞磺醯基及芳基亞磺醯基、烷基磺醯基及芳基磺醯基、烷氧基羰基及芳氧基羰基、胺甲醯基、芳基偶氮基及雜環偶氮基、醯亞胺基、膦基、氧膦基、氧膦基氧基、氧膦基胺基、膦醯基、矽烷基(二-三甲基矽烷氧基甲基丁氧基等)、肼基、脲基、硼酸根基(-B(OH)2)、磷酸根基(-OPO(OH)2)、硫酸根基(-OSO3H)、其他公知的取代基。
該些取代基亦可更具有所述取代基。
該些基團中,取代基RC~取代基RT可取的取代基較佳為烷基、芳基、烯基、炔基、雜環基、烷氧基、烷硫基、後述通 式(W)所表示的基團,更佳為碳數1~12的烷基、碳數6~20的芳基、碳數2~12的烯基、碳數2~12的炔基、碳數1~11的烷氧基、碳數5~12的雜環基、碳數1~12的烷硫基、後述通式(W)所表示的基團,尤佳為後述通式(W)所表示的基團,進而尤佳為後述通式(W)所表示的基團。
所述RD9、RG9及RH7的烷基、烯基、炔基、醯基、芳基分別與取代基RC~取代基RT可取的取代基中說明的烷基、烯基、炔基、醯基、芳基為相同含意。
另外,雜芳基與RA1~RA6的取代基中說明的雜芳基為相同含意。
對通式(W):-L-RW所表示的基團加以說明。
通式(W)中,L表示下述通式(L-1)~通式(L-25)的任一個所表示的二價連結基、或2以上(較佳為2個~10個、更佳為2個~6個、進而佳為2個或3個)的下述通式(L-1)~通式(L-25)的任一個所表示的二價連結基鍵結而成的二價連結基。RW表示經取代或未經取代的烷基、氰基、乙烯基、乙炔基、氧伸乙基、氧伸乙基單元的重複數v為2以上的寡聚氧伸乙基、矽氧烷基、矽原子數為2以上的寡聚矽氧烷基、或者經取代或未經取代的三烷基矽烷基。
通式(L-1)~通式(L-25)中,波線部分表示與所述通式(C)~通式(T)所表示的形成各骨架的任一個環的鍵結位置。再者,本說明書中,於L表示2個以上的通式(L-1)~通式(L-25)的任一個所表示的二價連結基鍵結而成的二價連結基的情形時,波線部分表示與所述通式(C)~通式(T)所表示的形成各骨架的任一個環的鍵結位置、及與通式(L-1)~通式(L-25)所表示的二價連結基的任一個的鍵結位置。
*表示與Rw的鍵結位置或與通式(L-1)~通式(L-25)的波 線部分的鍵結位置。
通式(L-13)中的m表示4,通式(L-14)及通式(L-15)中的m表示3,通式(L-16)~通式(L-20)中的m表示2,(L-22)中的m表示6。
通式(L-1)、通式(L-2)、通式(L-6)及通式(L-13)~通式(L-24)中的RLZ分別獨立地表示氫原子或取代基,通式(L-1)及通式(L-2)中的RLZ亦可分別與鄰接於L的RW鍵結而形成稠環。
RN表示氫原子或取代基,Rsi分別獨立地表示氫原子、烷基、烯基或炔基。
其中,通式(L-17)~通式(L-21)、通式(L-23)及通式(L-24)所表示的二價連結基更佳為下述通式(L-17A)~通式(L-21A)、通式(L-23A)及通式(L-24A)所表示的二價連結基。
此處,於經取代或未經取代的烷基、氧伸乙基、氧伸乙基單元的重複數v為2以上的寡聚氧伸乙基、矽氧烷基、矽原子數為2以上的寡聚矽氧烷基、或者經取代或未經取代的三烷基矽烷基存在於取代基的末端的情形時,可單獨解釋為通式(W)中的-RW,亦可解釋為通式(W)中的-L-RW
本發明中,於主鏈碳數為N個的經取代或未經取代的烷基存在於取代基的末端的情形時,視為包括對於取代基的末端而言儘可能的連結基,於此基礎上解釋為通式(W)中的-L-RW,而並不單獨解釋為通式(W)中的-RW。具體而言,解釋為「相當於通式(W)中的L的1個(L-1)」與「相當於通式(W)中的RW的主鏈碳數為N-1個的經取代或未經取代的烷基」鍵結而成的取代基。例如於作為碳數8的烷基的正辛基存在於取代基的末端的情形時,解釋為2個RLZ為氫原子的1個(L-1)、與碳數7的正庚基鍵結而成的取代基。另外,於通式(W)所表示的取代基為碳數8的烷氧基的情形時,解釋為1個作為-O-的通式(L-4)所表示的連結基、2個RLZ為氫原子的1個(L-1)所表示的連結基、及碳數7的正庚基鍵結而成的取代基。
另一方面,本發明中,於氧伸乙基、氧伸乙基單元的重複數v為2以上的寡聚氧伸乙基、矽氧烷基、矽原子數為2以上的寡聚矽氧烷基、或者經取代或未經取代的三烷基矽烷基存在於取代基的末端的情形時,包括對於取代基的末端而言儘可能的連結基,於此基礎上單獨解釋為通式(W)中的RW。例如於 -(OCH2CH2)-(OCH2CH2)-(OCH2CH2)-OCH3基存在於取代基的末端的情形時,取代基單獨解釋為氧伸乙基單元的重複數v為3的寡聚氧伸乙基。
於L形成通式(L-1)~通式(L-25)的任一個所表示的二價連結基鍵結而成的連結基的情形時,較佳為通式(L-1)~通式(L-25)的任一個所表示的二價連結基的鍵結數為2~4,更佳為2或3。
通式(L-1)、通式(L-2)、通式(L-6)及通式(L-13)~通式(L-24)中的取代基RLZ可列舉:作為通式(C)~通式(T)的取代基RC~取代基RT可取的取代基而例示的基團。其中,通式(L-6)中的取代基RLZ較佳為烷基,於(L-6)中的RLZ為烷基的情形時,烷基的碳數較佳為1~9,就化學穩定性、載子傳輸性的觀點而言,更佳為4~9,進而佳為5~9。於(L-6)中的RLZ為烷基的情形時,就可提高載子遷移率的觀點而言,較佳為烷基為直鏈烷基。
RN可列舉:作為取代基RC~取代基RT可取的取代基而例示的基團。其中,RN較佳為氫原子或甲基。
Rsi較佳為烷基。Rsi可取的烷基並無特別限制,但Rsi可取的烷基的較佳範圍與RW為矽烷基的情形時矽烷基可取的烷基的較佳範圍相同。Rsi可取的烯基並無特別限制,較佳為經取代或未經取代的烯基,更佳為分枝烯基,烯基的碳數較佳為2~3。Rsi可取的炔基並無特別限制,較佳為經取代或未經取代的炔基,更佳為 分枝炔基,炔基的碳數較佳為2~3。
L較佳為通式(L-1)~通式(L-5)、通式(L-13)、通式(L-17)或通式(L-18)的任一個所表示的二價連結基,或者2以上的通式(L-1)~通式(L-5)、通式(L-13)、通式(L-17)或通式(L-18)的任一個所表示的二價連結基鍵結而成的二價連結基,更佳為通式(L-1)、通式(L-3)、通式(L-13)或通式(L-18)的任一個所表示的二價連結基,或者2以上的通式(L-1)、通式(L-3)、通式(L-13)或通式(L-18)所表示的二價連結基鍵結而成的二價連結基,尤佳為(L-1)、(L-3)、(L-13)或(L-18)所表示的二價連結基,或者通式(L-3)、通式(L-13)或通式(L-18)的任一個所表示的二價連結基與通式(L-1)所表示的二價連結基鍵結而成的二價連結基。通式(L-3)、通式(L-13)或通式(L-18)的任一個所表示的二價連結基與通式(L-1)所表示的二價連結基鍵結而成的二價連結基較佳為通式(L-1)所表示的二價連結基鍵結於RW側。
就化學穩定性、載子傳輸性的觀點而言,尤佳為含有通式(L-1)所表示的二價連結基的二價連結基,進而尤佳為通式(L-1)所表示的二價連結基,進而更尤佳為L為通式(L-18)及通式(L-1)所表示的二價連結基,且經由(L-1)而與RW鍵結,RW為經取代或未經取代的烷基,進一步更尤佳為L為通式(L-18A)及通式(L-1)所表示的二價連結基,且經由(L-1)而與RW鍵結,RW為經取代或未經取代的烷基。
通式(W)中,RW較佳為經取代或未經取代的烷基。通式(W)中,於鄰接於RW的L為通式(L-1)所表示的二價連結基的情形時,RW較佳為經取代或未經取代的烷基、氧伸乙基、氧伸乙基單元的重複數為2以上的寡聚氧伸乙基、矽氧烷基、矽原子數為2以上的寡聚矽氧烷基,更佳為經取代或未經取代的烷基。
通式(W)中,於鄰接於RW的L為通式(L-2)及通式(L-4)~通式(L-25)所表示的二價連結基的情形時,RW更佳為經取代或未經取代的烷基。
通式(W)中,於鄰接於RW的L為通式(L-3)所表示的二價連結基的情形時,RW較佳為經取代或未經取代的烷基、經取代或未經取代的矽烷基。
於RW為經取代或未經取代的烷基的情形時,碳數較佳為4~17,就化學穩定性、載子傳輸性的觀點而言,更佳為6~14,進而佳為6~12。就分子的直線性提高、可提高載子遷移率的觀點而言,較佳為RW為所述範圍的長鏈烷基,尤佳為長鏈的直鏈烷基。
於RW表示烷基的情形時,可為直鏈烷基,亦可為分枝烷基,亦可為環狀烷基,就分子的直線性提高、可提高載子遷移率的觀點而言,較佳為直鏈烷基。
該些基團中,關於通式(W)中的RW與L的組合,就提高載子遷移率的觀點而言,較佳為通式(C)~通式(T)的L為通式(L-1)所表示的二價連結基,且RW為直鏈的碳數4~17的烷基;或者L為通式(L-3)、通式(L-13)或通式(L-18)的任一個所 表示的二價連結基與通式(L-1)所表示的二價連結基鍵結而成的二價連結基,且RW為直鏈的烷基。
於L為通式(L-1)所表示的二價連結基、且RW為直鏈的碳數4~17的烷基的情形時,就提高載子遷移率的觀點而言,更佳為RW為直鏈的碳數6~14的烷基,尤佳為直鏈的碳數6~12的烷基。
於L為通式(L-3)、通式(L-13)或通式(L-18)的任一個所表示的二價連結基與通式(L-1)所表示的二價連結基鍵結而成的二價連結基,且RW為直鏈的烷基的情形時,更佳為RW為直鏈的碳數4~17的烷基,就化學穩定性、載子傳輸性的觀點而言,更佳為直鏈的碳數6~14的烷基,就提高載子遷移率的觀點而言,尤佳為直鏈的碳數6~12的烷基。
另一方面,就提高於有機溶劑中的溶解度的觀點而言,RW較佳為分枝烷基。
RW為具有取代基的烷基的情形的取代基可列舉鹵素原子等,較佳為氟原子。再者,於RW為具有氟原子的烷基的情形時,烷基的氫原子亦可全部經氟原子取代而形成全氟烷基。然而,RW較佳為未經取代的烷基。
於RW為伸乙氧基或寡聚伸乙氧基的情形時,所謂RW所表示的「寡聚氧伸乙基」,於本說明書中是指-(OCH2CH2)vOY所表示的基團(氧伸乙基單元的重複數v表示2以上的整數,末端的Y表示氫原子或取代基)。再者,寡聚氧伸乙基的末端的Y為 氫原子的情形時成為羥基。氧伸乙基單元的重複數v較佳為2~4,更佳為2~3。較佳為寡聚氧伸乙基的末端的羥基經封端,即Y表示取代基。於該情形時,較佳為羥基經碳數為1~3的烷基封端,即Y為碳數1~3的烷基,Y更佳為甲基或乙基,尤佳為甲基。
於RW為矽氧烷基或寡聚矽氧烷基的情形時,矽氧烷單元的重複數較佳為2~4,更佳為2~3。另外,較佳為於Si原子上鍵結氫原子或烷基。於烷基鍵結於Si原子上的情形時,烷基的碳數較佳為1~3,例如較佳為甲基或乙基鍵結。於Si原子上可鍵結相同的烷基,亦可鍵結不同的烷基或氫原子。另外,構成寡聚矽氧烷基的矽氧烷單元可全部相同亦可不同,較佳為全部相同。
於鄰接於RW的L為通式(L-3)所表示的二價連結基的情形時,亦較佳為RW為經取代或未經取代的矽烷基。於RW為經取代或未經取代的矽烷基的情形時,其中較佳為RW為經取代的矽烷基。矽烷基的取代基並無特別限制,較佳為經取代或未經取代的烷基,更佳為分枝烷基。於RW為三烷基矽烷基的情形時,鍵結於Si原子的烷基的碳數較佳為1~3,例如較佳為甲基或乙基或異丙基鍵結。於Si原子上可鍵結相同的烷基,亦可鍵結不同的烷基。RW為於烷基上進而具有取代基的三烷基矽烷基的情形的取代基並無特別限制。
通式(W)中,L及RW所含的碳數的合計較佳為5~18。若L及RW所含的碳數的合計為所述範圍的下限值以上,則載子遷移率提高,使驅動電壓降低。若L及RW所含的碳數的合計為所述 範圍的上限值以下,則於有機溶劑中的溶解性提高。
L及RW所含的碳數的合計較佳為5~14,更佳為6~14,尤佳為6~12,進而尤佳為8~12。
通式(C)~通式(T)所表示的各化合物中,就提高載子遷移率、提高於有機溶劑中的溶解性的觀點而言,較佳為取代基RC~取代基RT中,通式(W)所表示的基團為1個~4個,更佳為1個或2個,尤佳為2個。
取代基RC~取代基RT中,對通式(W)所表示的基團的位置並無特別限制。
通式(C)所表示的化合物中,較佳為RC1、RC2、RC3、RC6的任一個為通式(W)所表示的基團,更佳為RC1與RC2兩者或RC3與RC6兩者為通式(W)所表示的基團。
通式(D)所表示的化合物中,較佳為RD6為通式(W)所表示的基團,更佳為RD5與RD6兩者為通式(W)所表示的基團。
通式(E)所表示的化合物中,較佳為RE6為通式(W)所表示的基團,更佳為RE5與RE6兩者為通式(W)所表示的基團。另外,於RE5及RE6為通式(W)所表示的基團以外的取代基的情形時,亦較佳為2個RE7為通式(W)所表示的基團。
通式(F)所表示的化合物中,較佳為RF2、RF3、RF8及RF9中的至少一個為通式(W)所表示的取代基。
通式(G)所表示的化合物中,就提高載子遷移率、提高於有機溶劑中的溶解性的觀點而言,較佳為RG5或RG6為通式(W)所 表示的基團。
通式(H)所表示的化合物中,較佳為RH4或RH6為通式(W)所表示的基團,更佳為RH4或RH6、及RH3或RH5為通式(W)所表示的基團。
通式(J)所表示的化合物中,較佳為RJ8為通式(W)所表示的基團,更佳為RJ8與RJ4兩者為通式(W)所表示的基團。
通式(K)所表示的化合物中,較佳為RK7為通式(W)所表示的基團,更佳為RK7與RK3兩者為通式(W)所表示的基團。
通式(L)所表示的化合物中,更佳為RL2、RL3、RL6及RL7中的至少一個為通式(W)所表示的基團。
通式(M)所表示的化合物中,較佳為RM2為通式(W)所表示的基團,更佳為RM2與RM6兩者為通式(W)所表示的基團。
通式(N)所表示的化合物中,較佳為RN3為通式(W)所表示的基團,更佳為RN3與RN9兩者為通式(W)所表示的基團。
通式(P)所表示的化合物中,較佳為RP2或RP3為通式(W)所表示的基團,更佳為RP2與RP8兩者或RP3與RP9兩者為通式(W)所表示的基團。
通式(Q)所表示的化合物中,較佳為RQ3為通式(W)所表示的基團,更佳為RQ3與RQ9兩者為通式(W)所表示的基團。
通式(R)所表示的化合物中,較佳為RR2為通式(W)所表示的基團,更佳為RR2與RR7兩者為通式(W)所表示的基團。
通式(S)所表示的化合物中,較佳為RS2為通式(W) 所表示的基團,更佳為RS2與RS5兩者為通式(W)所表示的基團。
通式(T)所表示的化合物中,較佳為RT2為通式(W)所表示的基團,更佳為RT2與RT5兩者為通式(W)所表示的基團。
取代基RC~取代基RT中,通式(W)所表示的基團以外的取代基較佳為0個~4個,更佳為0個~2個。
以下,以下示出通式(C)~式(T)所表示的各化合物的具體例,但本發明中可使用的化合物不應受到該些具體例的限定性解釋。
示出通式(C)所表示的化合物C的具體例。
通式(C)所表示的化合物較佳為分子量為3000以下,更佳為2000以下,進而佳為1000以下,尤佳為850以下。若分子量在所述範圍內,則可提高於溶劑中的溶解性。
另一方面,就薄膜的膜質穩定性的觀點而言,分子量較佳為300以上,更佳為350以上,進而佳為400以上。
示出通式(D)所表示的化合物D的具體例。
關於通式(D)所表示的化合物的分子量,上限與通式 (C)所表示的化合物相同的情況下可提高於溶劑中的溶解性,因而較佳。另一方面,就薄膜的膜質穩定性的觀點而言,分子量較佳為400以上,更佳為450以上,進而佳為500以上。
依序示出通式(E)所表示的化合物E、通式(F)所表示的化合物F、通式(G)所表示的化合物G及通式(H)所表示的化合物H各自的具體例。
關於所述化合物E、化合物F、化合物G及化合物H的分子量,各自的上限與通式(C)所表示的化合物C相同的情況下可提高於溶劑中的溶解性,因而較佳。另一方面,就薄膜的膜質穩定性的觀點而言,分子量的下限與通式(D)所表示的化合物相同。
示出通式(J)及通式(K)所表示的化合物J及化合物K的具體例。
關於所述化合物J及化合物K的分子量,各自的上限與通式(C)所表示的化合物C相同的情況下可提高於溶劑中的溶解性,因而較佳。另一方面,就薄膜的膜質穩定性的觀點而言,分子量的下限與通式(D)所表示的化合物相同。
依序示出通式(L)所表示的化合物L、通式(M)所表示的化合物M、通式(N)所表示的化合物N、通式(P)所表示的化合物P及通式(Q)所表示的化合物Q各自的具體例。
關於所述化合物L、化合物M、化合物N、化合物P及化合物Q的分子量,各自的上限與通式(C)所表示的化合物C相同的情況下可提高於溶劑中的溶解性,因而較佳。另一方面,就薄膜的膜質穩定性的觀點而言,分子量的下限與通式(D)所表示的化合物相同。
依序示出通式(R)所表示的化合物R、通式(S)所表示的化合物S及通式(T)所表示的化合物T各自的具體例。
關於所述化合物R、化合物S及化合物T的分子量,各自的上限與通式(C)所表示的化合物C相同的情況下可提高於溶劑中的溶解性,因而較佳。另一方面,就薄膜的膜質穩定性的觀點而言,分子量的下限與通式(D)所表示的化合物相同。
有機聚合物及其衍生物例如可列舉:聚吡咯及其取代 物、聚二酮基吡咯及其取代物、聚噻吩及其衍生物、聚異苯并噻吩(polyisothianaphthene)等異苯并噻吩、聚伸噻吩伸乙烯(polythienylene vinylene)等伸噻吩伸乙烯、聚(對苯伸乙烯)等聚(對苯伸乙烯)、聚苯胺及其衍生物、聚乙炔、聚二乙炔、聚薁、聚芘、聚咔唑、聚硒吩(polyselenophene)、聚呋喃、聚(對苯)、聚吲哚、聚噠嗪、聚碲吩(polytellurophene)、聚萘、聚乙烯基咔唑、聚苯硫醚、聚乙烯硫醚等聚合物及縮合多環芳香族化合物的聚合物等。
聚噻吩及其衍生物並無特別限定,例如可列舉:於聚噻吩中導入有己基的聚-3-己基噻吩(P3HT)、聚伸乙基二氧噻吩、聚(3,4-伸乙基二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)等。
另外,亦可列舉具有與該些聚合物相同的重複單元的寡聚物(例如寡聚噻吩)。
另外,有機聚合物可列舉下述通式(C)~通式(T)所表示的化合物具有重複結構的高分子化合物。
此種高分子化合物可列舉:通式(C)~通式(T)所表示的化合物介隔至少一個以上的伸芳基、伸雜芳基(噻吩、聯噻吩等)而顯示出重複結構的π共軛聚合物,或通式(C)~通式(T)所表示的化合物經由側鏈而鍵結於高分子主鏈的懸掛(pendant)型聚合物。高分子主鏈較佳為聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚矽氧烷等,側鏈較佳為伸烷基、聚環氧乙烷基等。懸掛型聚合物的情況下,高分子主鏈亦可為取代基RC~取代基RT的至少一個具有來源於 聚合性基的基團且該基團進行聚合而成者。
該些有機聚合物較佳為重量平均分子量為3萬以上,更佳為5萬以上,進而佳為10萬以上。藉由將重量平均分子量設定為所述下限值以上,可提高分子間相互作用,可獲得高的遷移率。
所述樹脂(C)較佳為於側鏈中具有以下基團的樹脂:選自由含氟原子的基團、含矽原子的基團、碳數1以上且於形成烷氧基羰基的情形時為碳數2以上的烷基、環烷基(碳數3以上)、芳烷基、芳氧基羰基、經至少一個烷基取代的芳香環基及經至少一個環烷基取代的芳香環基所組成的組群中的一個以上的基團。
如上文所述,樹脂(C)於有機半導體層中相對於所述有機半導體而偏向存在或發生相分離。
樹脂(C)只要具有一個(一種)所述基團即可。就相對於有機半導體而容易偏向存在的方面而言,較佳為具有2個以上的所述基團。再者,樹脂(C)所具有的所述基團相對於重複單元數的合計數(莫耳%)與後述重複單元(α)的含有率相同。
樹脂(C)較佳為含有具有選自所述組群中的一個以上的基團的重複單元(以下亦簡稱為重複單元(α))。
該樹脂(C)可為包含所述重複單元(α)的均聚物的樹脂,亦可為包含含有重複單元(α)的共聚物的樹脂。
樹脂(C)所具有的基團較佳為選自由含氟原子的基團、含矽原子的基團、碳數為6以上的烷基、碳數為5以上的環烷基、芳基的碳數為6以上的芳氧基羰基、碳數為7以上的芳烷基、經 至少一個碳數3以上的烷基取代的芳香環基及經至少一個碳數5以上的環烷基取代的芳香環基所組成的組群中的一個以上的基團。
經至少一個碳數3以上的烷基取代的芳香環基更佳為第三丁基苯基、二(第三丁基)苯基。
進而佳為含氟原子的基團及含矽原子的基團的至少一個基團,尤佳為含氟原子的基團。
含氟原子的基團並無特別限定,可列舉:含氟原子的烷基、含氟原子的環烷基或含氟原子的芳基等。該些基團亦可更具有氟原子以外的取代基。
含氟原子的烷基可列舉:至少一個氫原子經氟原子取代的直鏈或分支烷基,可列舉較佳為碳數1~10、更佳為碳數1~4的含氟原子的烷基。
含氟原子的環烷基可列舉:至少一個氫原子經氟原子取代的單環或多環的環烷基。
含氟原子的芳基可列舉:苯基、萘基等芳基的至少一個氫原子經氟原子取代而成的基團。
含氟原子的烷基、含氟原子的環烷基及含氟原子的芳基較佳可列舉下述通式(CF2)~通式(CF4)所表示的基團,但本發明不限定於此。
通式(CF2)~通式(CF4)中,R57~R68表示氫原子、氟原子或烷基(直鏈或分支)。其中,R57~R61的至少一個、R62~R64的至少一個及R65~R68的至少一個表示氟原子或至少一個氫原子經氟原子取代的烷基(較佳為碳數1~4)。
R57~R61及R65~R67較佳為全部為氟原子。R62、R63、R64及R68較佳為氟原子或至少一個氫原子經氟原子取代的烷基(較佳為碳數1~4),更佳為氟原子或碳數1~4的全氟烷基。R62與R63亦可相互連結而形成環。
通式(CF2)所表示的基團的具體例可列舉:對氟苯基、五氟苯基、3,5-二(三氟甲基)苯基等。
通式(CF3)所表示的基團的具體例可列舉:三氟甲基、1,1,1-三氟乙基、九氟丁基乙基、五氟丙基、五氟乙基、七氟丁基、六氟異丙基、七氟異丙基、六氟(2-甲基)異丙基、九氟丁基、八氟異丁基、九氟己基、九氟-第三丁基、全氟異戊基、全氟辛基、全氟(三甲基)己基、2,2,3,3-四氟環丁基、全氟環己基等,較佳為1,1,1-三氟乙基、九氟丁基乙基、六氟異丙基、七氟異丙基、六氟(2-甲基)異丙基、八氟異丁基、九氟-第三丁基、全氟異戊基。
通式(CF4)所表示的基團的具體例例如可列舉:-C(CF3)2OH、-C(C2F5)2OH、-C(CF3)(CH3)OH、-CH(CF3)OH等,較佳為-C(CF3)2OH。
通式(CF2)、通式(CF3)、通式(CF4)中,較佳為通式(CF2)、通式(CF3)。
含矽原子的基團可列舉:具有至少一個烷基矽烷基結構(較佳為三烷基矽烷基)、環狀矽氧烷結構的基團等。
所述具有至少一個烷基矽烷基結構或環狀矽氧烷結構的基團較佳可列舉下述通式(CS-1)~通式(CS-3)所表示的基團等。
通式(CS-1)~通式(CS-3)中,R12~R26表示直鏈或分支烷基(較佳為碳數1~20)或環烷基(較佳為碳數3~20)。
L3~L5表示單鍵或二價連結基。二價連結基可列舉:選自由伸烷基、伸苯基、醚鍵、硫醚鍵、羰基、酯鍵、醯胺鍵、胺基甲酸酯鍵及脲鍵所組成的組群中的單獨一種、或者包含2個以上的組合(較佳為總碳數12以下)的基團或鍵。
n表示1~5的整數。n較佳為2~4的整數。
就進一步提高樹脂(C)的疏水性的觀點而言,樹脂(C)所具有的烷基可列舉較佳為碳數6以上、更佳為碳數6~20、進而佳為碳數6~15的直鏈或分支烷基,亦可更具有取代基(其中,不相當於含氟原子的基團及含矽原子的基團)。
樹脂(C)所具有的環烷基可列舉較佳為碳數5以上、更佳為碳數6~20、進而佳為碳數6~15的環烷基,亦可更具有取代基(其中,不相當於含氟原子的基團及含矽原子的基團)。
就進一步提高樹脂(C)的疏水性的觀點而言,樹脂(C)所具有的芳氧基羰基的芳基較佳為碳數為6以上,更佳為9~20,進而佳為9~15。該芳基較佳為與具有氟原子的芳基中例示的基團相同。該芳氧基羰基亦可更具有取代基(其中,不相當於含氟原子的基團及含矽原子的基團)。
樹脂(C)所具有的芳烷基可列舉較佳為碳數7以上、更佳為碳數7~20、進而佳為碳數10~20的芳烷基。亦可更具有取代基(其中不相當於含氟原子的基團及含矽原子的基團)。
經至少一個烷基取代的芳香環基及經至少一個環烷基取代的芳香環基中的芳香環可列舉較佳為碳數6~20、更佳為碳數6~15的芳香環,亦可具有烷基及環烷基以外的取代基(其中,不相當於含氟原子的基團及含矽原子的基團)。
就進一步提高樹脂(C)的疏水性的觀點而言,該芳香環基所具有的烷基可列舉:較佳為碳數3以上、更佳為碳數3~15、進而 佳為碳數3~10的直鏈或分支烷基。於經至少一個烷基取代的芳香環基中,芳香環較佳為經1個~9個烷基(較佳為碳數3以上)取代,更佳為經1個~7個碳數3以上的烷基取代,進而佳為經1個~5個碳數3以上的烷基取代。
所述芳香環基所具有的環烷基可列舉:較佳為碳數5以上、更佳為碳數5~20、進而佳為碳數5~15的環烷基。於經至少一個環烷基(較佳為碳數5以上)取代的芳香環基中,芳香環較佳為經1個~5個碳數5以上的環烷基取代,更佳為經1個~4個碳數5以上的環烷基取代,進而佳為經1個~3個碳數5以上的環烷基取代。
樹脂(C)較佳為含有下述通式(C-Ia)~通式(C-Id)的任一個所表示的重複單元的至少一種作為所述重複單元(α)。
所述通式中,R10及R11表示氫原子、氟原子或烷基。
烷基較佳為碳數1~4的直鏈或分支的烷基,亦可具有取代基,具有取代基的烷基尤其可列舉氟化烷基、較佳為全氟烷基。R10及R11較佳為氫原子或甲基。
W3表示具有選自由含氟原子的基團、含矽原子的基團、碳數2以上的烷基、環烷基、芳基及芳烷基所組成的組群中的一個以上的有機基。
W4表示具有選自由氟原子、含氟原子的基團、含矽原子的基團、烷基及環烷基所組成的組群中的一個以上的有機基。
W5及W6表示具有選自由含氟原子的基團、含矽原子的基團、烷基、環烷基、芳基及芳烷基所組成的組群中的一個以上的有機基。
再者,W3~W6分別亦可具有-COO-所表示的基團,於該情形時,較佳為最多為一個。
Ar11表示(r+1)價的芳香環基。
關於(r+1)價的芳香環基Ar11,r為1的情形時的二價芳香環基亦可具有取代基,例如可列舉:伸苯基、甲伸苯基、伸萘基、伸蒽基等碳數6~18的伸芳基等。
r為2以上的整數的情形時的(r+1)價的芳香環基的具體例可較佳地列舉:自二價芳香環基的所述具體例中去掉(r-1)個任意的氫原子而成的基團。
r表示1~10的整數。
W3~W6的含氟原子的基團與所述含氟原子的基團中列舉的基團相同。
W3~W6的含氟原子的基團於通式(C-Ia)~(C-Id)所表示的重複單元上,經由-COO-、Ar11、-CH2-或-O-,與選自由伸 烷基、伸苯基、醚鍵、硫醚鍵、羰基、酯鍵、醯胺鍵、胺基甲酸酯鍵及伸脲基鍵所組成的組群中的基團或將這些基團的2個以上組合而成的基團,而鍵結於通式(C-Ia)~通式(C-Id)所表示的重複單元。
W3~W6的含矽原子的基團與所述含矽原子的基團中列舉的基團相同。
W3的碳數2以上的烷基與樹脂(C)所具有的碳數2以上的烷基相同,具體例及較佳基團亦相同。就進一步提高樹脂(C)的疏水性的觀點而言,W3、W5及W6的烷基較佳為碳數6以上。
W3、W5及W6的環烷基與上文中作為樹脂(C)所具有的環烷基所述的基團相同,具體例及較佳例亦相同。
W3、W5及W6的芳基及芳烷基分別與上文中作為樹脂(C)所具有的芳氧基羰基的芳基、芳烷基所述的基團相同,具體例及較佳例亦相同。
關於W4的烷基及環烷基分別與關於所述經至少一個烷基取代的芳香環基中的烷基、及所述經至少一個環烷基取代的芳香環基中的環烷基所說明的基團相同。
W3、W5及W6較佳為含氟原子的有機基、含矽原子的有機基、碳數6以上的烷基、碳數5以上的環烷基、碳數6以上的芳基或碳數7以上的芳烷基,更佳為含氟原子的有機基、含矽原子的有機基、碳數6以上的烷基、碳數6以上的環烷基、碳數9以上的芳基或碳數10以上的芳烷基,進而佳為含氟原子的有機基 或含矽原子的有機基。
W4較佳為氟原子、含氟原子的有機基、含矽原子的有機基、碳數3以上的烷基或碳數5以上的環烷基,更佳為氟原子、含氟原子的有機基、含矽原子的有機基、碳數3以上的烷基或碳數5以上的環烷基,進而佳為氟原子、含氟原子的有機基或含矽原子的有機基。
以下示出通式(C-Ia)~通式(C-Id)的任一個所表示的重複單元的具體例,但本發明不限定於此。
具體例中,X1表示氫原子、-CH3、-F或-CF3
相對於樹脂(C)的所有重複單元,重複單元(α)的含有率較佳為5莫耳%~100莫耳%,更佳為10莫耳%~90莫耳%,進而佳為10莫耳%~80莫耳%。
樹脂(C)較佳為具有芳香環基,更佳為含有具有芳香環基的重複單元。
於該情形時,重複單元(α)亦可具有芳香環基,或者亦可使樹脂(C)進而含有重複單元(α)以外的重複單元且重複單元具 有芳香環基。
重複單元(α)具有芳香環基的情形時的重複單元(α)較佳為下述通式(C-II)所表示的重複單元。
所述通式中,R12表示氫原子、甲基、三氟甲基或氟原子。W7表示具有選自由含氟原子的基團、含矽原子的基團、烷基、環烷基所組成的組群中的一個以上的有機基。
L1表示單鍵或-COOL2-基。L2表示單鍵或伸烷基。
r表示1~5的整數。
W7的含氟原子的基團及含矽原子的基團分別與所述含氟原子的基團及含矽原子的基團中列舉的基團相同。
W7的烷基及環烷基分別與關於所述經至少一個烷基取代的芳香環基中的烷基、及所述經至少一個環烷基取代的芳香環基中的環烷基所說明的基團相同。
W7較佳為三烷基矽烷基、三烷氧基矽烷基、具有三烷 基矽烷基的烷基、具有三烷氧基矽烷基的烷基、碳數3以上的烷基或碳數5以上的環烷基。
於作為W7的三烷基矽烷基、三烷氧基矽烷基、具有三烷基矽烷基的烷基及具有三烷氧基矽烷基的烷基中,鍵結於矽原子的烷基或烷氧基的碳數較佳為1~5,更佳為1~3。
另外,於作為W7的具有三烷基矽烷基的烷基、及具有三烷氧基矽烷基的烷基中,鍵結於三烷基矽烷基或三烷氧基矽烷基的烷基的碳數較佳為1~5,更佳為1~3。
R12較佳為氫原子或甲基。
作為L2的伸烷基較佳為碳數1~5的伸烷基,更佳為碳數1~3的伸烷基。L2較佳為單鍵。
W7較佳為含氟原子的有機基、含矽原子的有機基、碳數3以上的烷基或碳數5以上的環烷基,尤其較佳為碳數3以上的烷基,進而佳為第三丁基。
以下,除了所述以外示出通式(C-II)所表示的重複單元的具體例,但本發明不限定於該些具體例。
於樹脂(C)含有通式(C-II)所表示的重複單元的情形時,通式(C-II)所表示的重複單元相對於樹脂(C)的所有重複單元之含有率較佳為1莫耳%~100莫耳%,更佳為3莫耳%~80莫耳%,進而佳為5莫耳%~75莫耳%。
另外,除了所述以外,具有芳香環基的重複單元亦較佳為下述通式(II)所表示的重複單元。
通式中,R51、R52及R53表示氫原子、烷基、環烷基、鹵素原子、氰基或烷氧基羰基。其中,R52亦可與Ar5鍵結而形成環,該情形的R52表示單鍵或伸烷基。
X5表示單鍵、-COO-或-CONR64-,R64表示氫原子或烷基。
L5表示單鍵或伸烷基。
Ar5表示一價芳香環基,與R52鍵結而形成環的情形時表示二價芳香環基。
R51、R52、R53的烷基及烷氧基羰基所含的烷基較佳為亦可具有取代基,可列舉甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、己基、2-乙基己基、辛基、十二烷基等碳數20以下的烷基,更佳可列舉碳數8以下的烷基,尤佳可列舉碳數3以下的烷基。
R51、R52、R53的環烷基可為單環型亦可為多環型。較佳可列舉:可具有取代基的環丙基、環戊基、環己基般的碳數3個~10個且單環型的環烷基。
R51、R52、R53的鹵素原子可列舉氟原子、氯原子、溴原子及碘原子,尤佳為氟原子。
一價芳香環基Ar5亦可具有取代基,例如可列舉以下基團作為較佳例:苯基、甲苯基、萘基、蒽基等碳數6~18的伸芳基,或者含有例如噻吩、呋喃、吡咯、苯并噻吩、苯并呋喃、苯并吡咯、三嗪、咪唑、苯并咪唑、三唑、噻二唑、噻唑等雜環的芳香環基。其中,尤佳為苯基、萘基、聯苯基。二價芳香環基的具體例可較佳地列舉:自一價芳香環基的所述具體例中去掉一個任意的氫原子而成的基團。
所述烷基、環烷基、烷氧基羰基、伸烷基及一價芳香環基所具有的取代基可列舉:R51中列舉的烷基,甲氧基、乙氧基、羥基乙氧基、丙氧基、羥基丙氧基及丁氧基等烷氧基,苯基等芳基。
X5所表示的-CONR64-(R64表示氫原子、烷基)中的R64的烷基可列舉與R51~R53的烷基相同的基團。X5較佳為單鍵、-COO-、-CONH-,更佳為單鍵、-COO-。
L5的伸烷基較佳可列舉:可具有取代基的亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸己基、伸辛基等碳數1個~8個的基團。
以下示出通式(II)所表示的重複單元的具體例,但不限定於該些具體例。
樹脂(C)可含有通式(II)所表示的重複單元,亦可不含通式(II)所表示的重複單元。於含有通式(II)所表示的重複單元的情形時,通式(II)所表示的重複單元相對於樹脂(C)的所有重複單元之含有率較佳為1莫耳%~80莫耳%,更佳為1莫耳%~70莫耳%,進而佳為1莫耳%~50莫耳%。
<重複單元(β)或重複單元(γ)>
樹脂(C)亦可含有包含至少一個氟原子或含矽原子的基團與至少一個內酯環的重複成分(以下亦稱為「重複單元(β)」)、與來源於下述通式(aa1-1)所表示的單體的至少一種重複單元(以下亦稱為「重複單元(γ)」)的至少一種。
(重複單元(β))
重複單元(β)所含的內酯環結構更佳為具有下述式(LC1-1)~式(LC1-17)的任一個所表示的內酯結構的基團。另外,具有內酯結構的基團亦可直接鍵結於主鏈上。較佳的內酯結構為(LC1-1)、(LC1-4)、(LC1-5)、(LC1-6)、(LC1-13)、(LC1-14)、(LC1-17)。
內酯結構部分可具有取代基Rb2,亦可不具有取代基Rb2。較佳的取代基Rb2可列舉:碳數1~8的烷基、碳數4~7的一價環烷基、碳數1~8的烷氧基、碳數2~8的烷氧基羰基、碳數6~10的芳氧基羰基、羧基、鹵素原子、羥基、氰基。更佳為碳數1~4的烷基、氰基、碳數2~8的烷氧基羰基、碳數7~13的芳氧基羰基,進而佳為氰基、至少一個氫原子經氟原子或矽原子取代的烷基、烷氧基羰基或芳氧基羰基,尤佳為氰基、至少一個氫原子經氟原子取代的烷基、烷氧基羰基或芳氧基羰基。
n2表示0~4的整數。於n2為2以上時,存在多個的取 代基(Rb2)可相同亦可不同,另外,存在多個的取代基(Rb2)彼此亦可鍵結而形成環。
具有內酯基的重複單元通常存在光學異構物,可使用任一種光學異構物。另外,可單獨使用一種光學異構物,亦可將多種光學異構物混合使用。於主要使用一種光學異構物的情形時,其光學純度(對映體過量(enantiomeric excess,ee))較佳為90%以上,更佳為95%以上。
重複單元(β)只要為進行加成聚合、縮合聚合、加成縮合等聚合者,則並無限定,較佳為具有碳-碳雙鍵且藉此進行加成聚合者。例子可列舉:丙烯酸酯系重複單元(亦包含於α位、β位上具有取代基的系統)、苯乙烯系重複單元(亦包含於α位、β位上具有取代基的系統)、乙烯醚系重複單元、降冰片烯系重複單元、馬來酸衍生物(馬來酸酐或其衍生物馬來醯亞胺等)的重複單元等,較佳為丙烯酸酯系重複單元、苯乙烯系重複單元、乙烯醚系重複單元、降冰片烯系重複單元,較佳為丙烯酸酯系重複單元、乙烯醚系重複單元、降冰片烯系重複單元,尤佳為丙烯酸酯系重複單元。
以下示出重複單元(β)的具體例,但本發明不限定於此。Ra表示氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基。
於樹脂(C)含有重複單元(β)的情形時,相對於樹脂(C)中的所有重複單元,重複單元(β)的含有率較佳為10莫耳%~90莫耳%,更佳為20莫耳%~85莫耳%。
(重複單元(γ))
繼而,對來源於通式(aa1-1)所表示的單體的重複單元(γ)加以說明。
式中,Q1所表示的含聚合性基的有機基只要為含有聚合性基的基團,則並無特別限定。聚合性基例如可列舉:丙烯酸基、甲基丙烯酸基、苯乙烯基、降冰片烯基、馬來醯亞胺基、乙烯醚基等,尤佳為丙烯酸基、甲基丙烯酸基及苯乙烯基。
L1及L2所表示的二價連結基例如可列舉:經取代或未經取代的伸芳基、經取代或未經取代的伸烷基、經取代或未經取代的伸環烷基、醚鍵(-O-)、羰基(-CO-)或將該些基團多個組合而成的二價連結基。
伸芳基例如較佳為碳數為6~14的基團。具體例可列舉:伸苯基、伸萘基、伸蒽基、伸菲基、伸聯苯基、伸聯三苯基等。
伸烷基及伸環烷基例如較佳為碳數為1~15的基團。具體例可列舉:自以下列舉的直鏈狀、分支狀或環狀的烷基中去掉一個氫原子而成的基團。去掉一個氫原子之前的烷基例如可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基、第三戊基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基。另外,去掉一個氫原子之前的伸環烷基例如可列舉:環戊基、環己基、環戊基甲基、環戊基乙基、環戊基丁基、環己基甲 基、環己基乙基、環己基丁基、金剛烷基。
伸芳基、伸烷基及伸環烷基可具有的取代基例如可列舉:烷基、芳烷基、烷氧基、氟原子等。
於本發明的一態樣中,L1更佳為單鍵、伸苯基、醚鍵、羰基、羰氧基,L2更佳為伸烷基、醚鍵、羰基、羰氧基。
作為Rf的含氟原子的有機基中的有機基為含有至少一個碳原子的基團,較佳為含有碳-氫鍵部分的有機基。Rf例如為經氟原子取代的烷基或經氟原子取代的環烷基。該些烷基及環烷基與L1及L2中說明的去掉一個氫原子之前的烷基及環烷基相同。
重複單元(γ)於一態樣中,較佳為下述通式(aa1-2-1)或通式(aa1-3-1)所表示的重複單元。
通式(aa1-2-1)及通式(aa1-3-1)中,Ra1及Ra2表示氫原子或烷基。Ra1及Ra2較佳為氫原子或甲基。
L21及L22表示單鍵或二價連結基,與通式(aa1-1)中的L2為相同含意。
Rf1及Rf2表示含氟原子的有機基,與通式(aa1-1)中的Rf為相同含意。
另外,重複單元(γ)於一態樣中,亦較佳為下述通式(aa1-2-2)或通式(aa1-3-2)所表示的重複單元。
通式(aa1-2-2)及通式(aa1-3-2)中,Ra1及Ra2表示氫原子或烷基。
R1、R2、R3及R4表示氫原子或烷基。
m1及m2表示0~5的整數。
Rf1及Rf2表示含氟原子的有機基。
Ra1及Ra2較佳為氫原子或甲基。
R1、R2、R3及R4所表示的烷基例如較佳為碳數1~10的直鏈或分支鏈的烷基。該烷基亦可具有取代基,取代基例如可列舉烷氧基、芳基、鹵素原子等。
m1及m2較佳為0~3的整數,更佳為0或1,尤佳為1。
作為Rf1及Rf2的含氟原子的有機基與通式(aa1-1)中的Rf為相同含意。
另外,重複單元(γ)於一態樣中,亦較佳為下述通式(aa1-2-3)或通式(aa1-3-3)所表示的重複單元。
通式(aa1-2-3)及通式(aa1-3-3)中,Ra1表示氫原子或甲基。
Rf1及Rf2表示含氟原子的有機基,與通式(aa1-1)中的Rf為相同含意。
以下示出重複單元(γ)的具體例,但本發明不限定於此。
於樹脂(C)含有重複單元(γ)的情形時,相對於所有重複單元,重複單元(γ)的含樹脂(C)以莫耳%計,較佳為10莫耳%~90莫耳%,更佳為20莫耳%~85莫耳%。
樹脂(C)的標準聚苯乙烯換算的重量平均分子量(Mw)較佳為1,000~1,000,000,更佳為10,000~700,000,進而佳為20,000~500,000。重量平均分子量的測定方法將於後述。
本發明中所用的樹脂(C)的分散度(重量平均分子量/數量平均分子量)並無特別限定,較佳為1.0~3.0,更佳為1.0~2.5,進而佳為1.1~2.3,尤佳為超過1.2且為2.0以下。
於樹脂(C)含有含氟原子的基團的情形時,以樹脂(C)的所有重複單元為基準,含有含氟原子的基團的重複單元的含有率較佳為5莫耳%~100莫耳%,較佳為10莫耳%~100莫耳%。於樹脂(C)含有具有芳香環基的重複單元的情形時,以樹脂(C)的所有重複單元為基準,具有芳香環基的重複單元的含有率較佳為3莫耳%~100莫耳%,更佳為5莫耳%~100莫耳%。
於樹脂(C)為共聚物的情形時,可為無規共聚物、嵌段共聚物等的任一種,較佳為無規共聚物。另外,樹脂(C)可為直鏈狀高分子、分支狀高分子、梳型高分子及星型高分子的任一種。
樹脂(C)亦可利用各種市售品,可依據公知的方法(例如自由基聚合)來合成。
樹脂(C)例如可藉由與各結構相對應的不飽和單體的自由基聚合、陽離子聚合或陰離子聚合來合成。另外,藉由在使用相當於各結構的前驅物的不飽和單體進行聚合後,進行高分子反應,亦可獲得目標樹脂。
例如,公知的方法可列舉:使不飽和單體種及起始劑溶解於溶劑中並進行加熱,藉此進行聚合的總體聚合法;於加熱溶劑中用1小時~10小時滴加單體種與起始劑的溶液的滴加聚合法等,較佳為滴加聚合法。
反應溶劑、聚合起始劑、反應條件(溫度、溫度等)及反應後的純化方法可參考日本專利特開2012-208447號公報的段落0173~段落0183的記載,將該些內容併入至本說明書中。
樹脂(C)的合成時,較佳為反應的濃度為30質量%~50質量%。
樹脂(C)可使用一種,亦可併用多種。
以下示出樹脂(C)的具體例。另外,於下述表1中示出各樹脂的重複單元的莫耳比(自左向右依序與各重複單元相對 應)、重量平均分子量、分散度。
除了本發明中所用的樹脂(C)以外,亦較佳為進而使用除此以外的樹脂(D)。樹脂(D)可列舉:聚苯乙烯、聚α-甲基苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚酯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚胺基甲酸酯、聚矽氧烷、聚倍半矽氧烷、聚碸、聚甲基丙烯酸甲酯所代表的聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯所代表的聚丙烯酸酯、三乙醯纖維素所代表的纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯基苯酚、聚乙烯醇、聚乙烯基丁醛等絕緣性聚合物及將該些構成成分的兩種以上共聚合所得的共聚物。
於使用樹脂(D)的情形時,樹脂(C)相對於樹脂(C)與樹脂(D)的總量之質量比例較佳為10質量%以上且小於100質量%,更佳為20質量%以上且小於100質量%。
有機半導體層中,樹脂(C)及樹脂(D)的合計含有率較佳為1質量%~80質量%,更佳為5質量%~60質量%,進而佳為10質量%~50質量%。若樹脂(C)的含有率在所述範圍內,則可於有機半導體層中,使樹脂(C)於表面側偏向存在或發生相分離,使有機半導體於基板側偏向存在或發生相分離,遷移率維持率(耐久性)增加,且可確保有機半導體的導電通道,亦可提高遷移率。
有機半導體層中,所述有機半導體的含有率與後述塗佈液的總固體成分中的含有率相同。
若藉由濕式法(濕式塗佈法)於閘極絕緣層上形成有機半導體層,則容易簡便地以低成本獲得高性能的OTFT,而且亦適於大面積化。因此,有機半導體層的形成方法較佳為濕式法。
濕式法並無特別限定,例如可藉由以下方式來形成有機半導體層:藉由旋塗法、噴墨法、噴嘴印刷(nozzle print)、模壓印刷(stamp-print)、網版印刷、凹版印刷、電噴霧沈積(electrospray deposition)法等塗佈半導體材料後,使其乾燥。
於藉由濕式塗佈法於閘極絕緣層上形成有機半導體層的情形時,為了使OTFT容易成為高性能,有機半導體層較佳為實施結晶化處理,尤佳為實施利用加熱或雷射照射的結晶化處理。
結晶化處理的方法並無特別限定,可列舉利用加熱板、烘箱等的加熱或雷射照射等。關於加熱溫度,就容易進行結晶化的方面而言較佳為高溫,另外,另一方面就不易對基板等造成熱影響的方面而言較佳為低溫。具體而言,較佳為50℃以上,尤佳為100℃以上,另外,另一方面較佳為300℃以下,尤佳為250℃以下。
有機半導體層的膜厚為任意,較佳為1nm以上,更佳為10nm以上。另外,較佳為10μm以下,更佳為1μm以下,尤佳為500nm以下。
[源極電極、汲極電極]
本發明的OTFT中,源極電極為電流自外部通過配線流入的 電極。另外,汲極電極為通過配線向外部送出電流的電極,通常是與所述半導體層接觸而設置。
源極電極及汲極電極的材料可使用以前有機薄膜電晶體中所用的導電性材料,例如可列舉所述閘極電極中說明的導電性材料等。
源極電極及汲極電極分別可藉由與所述閘極電極的形成方法相同的方法來形成。
所述光微影法可採用舉離法或蝕刻法。
尤其閘極絕緣層對蝕刻液或剝離液的耐性優異,故源極電極及汲極電極亦可藉由蝕刻法而較佳地形成。蝕刻法為將導電性材料成膜後藉由蝕刻將不需要的部分去除的方法。若藉由蝕刻法進行圖案化,則可於抗蝕劑去除時防止殘留於基底的導電性材料的剝離、及抗蝕劑殘渣或經去除的導電性材料對基底的再附著,電極邊緣部的形狀優異。於該方面而言,較舉離法更佳。
舉離法為以下方法:於基底的一部分上塗佈抗蝕劑,於其上將導電性材料成膜,藉由溶劑將抗蝕劑等溶出或剝離等,藉此連同抗蝕劑上的導電性材料一起去除,僅於未塗佈抗蝕劑的部分形成導電性材料的膜。
源極電極及汲極電極的厚度為任意,分別較佳為1nm以上,尤佳為10nm以上。另外,較佳為500nm以下,尤佳為300nm以下。
源極電極與汲極電極之間的間隔(通道長)為任意,較佳為 100μm以下,尤佳為50μm以下。另外,通道寬較佳為5000μm以下,尤佳為1000μm以下。
[外塗層]
本發明的OTFT亦可具有外塗層。外塗層通常為於OTFT的表面上作為保護層而形成的層。可為單層結構亦可為多層結構。
外塗層可為有機系的外塗層,亦可為無機系的外塗層。
形成有機系的外塗層的材料並無特別限定,例如可列舉:聚苯乙烯、丙烯酸系樹脂、聚乙烯醇、聚烯烴、聚醯亞胺、聚胺基甲酸酯、聚苊(polyacenaphthylene)、環氧樹脂等有機聚合物,及於該些有機聚合物中導入有交聯性基或撥水基等的衍生物等。該些有機聚合物或其衍生物亦可與交聯成分、氟化合物、矽化合物等併用。
形成無機系的外塗層的材料並無特別限定,可列舉:氧化矽、氧化鋁等金屬氧化物,氮化矽等金屬氮化物等。
該些材料可使用一種,亦能以任意的組合及比率併用兩種以上。
對外塗層的形成方法並無限制,可藉由公知的各種方法來形成。
例如,有機系的外塗層例如可藉由以下等方法來形成:於成為其基底的層上塗佈含有成為外塗層的材料的溶液後加以乾燥;將含有成為外塗層的材料的溶液塗佈、乾燥後進行曝光、顯影而圖案化。再者,關於外塗層的圖案化,亦可藉由印刷法或噴墨法 等來直接形成圖案。另外,亦可於外塗層的圖案化後,藉由曝光或加熱而使外塗層交聯。
另一方面,無機系的外塗層可藉由濺鍍法、蒸鍍法等乾式法或溶膠凝膠法般的濕式法來形成。
[其他層]
本發明的OTFT亦可設置所述以外的層或構件。
其他層或構件例如可列舉擋堤(bank)等。擋堤是以如下目的等而使用:於藉由噴墨法等來形成半導體層或外塗層等時,將噴出液攔截於既定的位置。因此,擋堤通常具有撥液性。擋堤的形成方法可列舉:藉由光微影法等進行圖案化後,實施氟電漿法等撥液處理的方法;使含有氟化合物等撥液成分的感光性組成物等硬化的方法等。
本發明的有機薄膜電晶體的情況下,由於閘極絕緣層為有機層,故後者的使含有撥液成分的感光性組成物硬化的方法中,閘極絕緣層不可能受到撥液處理的影響,因而較佳。再者,亦可使用以下技術:不使用擋堤而使基底具有與撥液性相對照的性質,使之具有與擋堤相同的作用。
[製造方法]
本發明的有機薄膜電晶體的製造方法(以下有時稱為本發明的方法)包括以下步驟:將含有有機半導體及樹脂(C)的塗佈液塗佈於基板6或閘極絕緣層2上並加以乾燥,使樹脂(C)偏向存在於基板6或閘極絕緣層2的相反側。
有機半導體及樹脂(C)如上文所述。
塗佈液除了有機半導體及樹脂(C)以外,亦可含有其他成分。例如可列舉:所述樹脂(C)以外的樹脂、矽烷偶合劑、進行自組裝的化合物、界面活性劑等。
塗佈液較佳為含有溶劑。該溶劑只要使有機半導體及嵌段共聚物溶解或分散,則並無特別限定。例如可列舉:有機溶劑、水及該等的混合溶劑。
有機溶劑例如可列舉:己烷、辛烷、癸烷、甲苯、二甲苯、均三甲苯、乙基苯、四氫萘、十氫萘、1-甲基萘等烴系溶劑,丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等酮系溶劑,二氯甲烷、氯仿、四氯甲烷、二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、氯苯、二氯苯、氯甲苯等鹵化烴系溶劑,乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯等酯系溶劑,甲醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、環己醇、甲基溶纖劑、乙基溶纖劑、乙二醇等醇系溶劑,二丁基醚、四氫呋喃、二噁烷、苯甲醚等醚系溶劑,N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、1-甲基-2-吡咯啶酮、1-甲基-2-咪唑啶酮等醯胺或醯亞胺系溶劑,二甲基亞碸等亞碸系溶劑,乙腈、苯甲腈等腈系溶劑等。
有機溶劑可單獨使用,亦可混合使用兩種以上。有機溶劑尤佳為甲苯、二甲苯、均三甲苯、四氫萘、甲基乙基酮、環戊酮、二氯甲烷、氯仿、氯苯、二氯苯、苯甲醚、苯甲腈等。
塗佈液中的總固體成分濃度較佳為0.01質量%~20質量%,更佳為0.1質量%~10質量%,尤佳為0.2質量%~5質量%。
於塗佈液的總固體成分中,樹脂(C)及樹脂(D)於塗佈液中的合計含有率較佳為1質量%~80質量%,更佳為5質量%~60質量%,進而佳為10質量%~50質量%。
再者,樹脂(C)相對於樹脂(C)與樹脂(D)的總量之質量比例較佳為10質量%以上且小於100質量%,更佳為20質量%以上且小於100質量%。
於塗佈液的總固體成分中,有機半導體於塗佈液中的含有率較佳為20質量%~99質量%,更佳為40質量%~95質量%,進而佳為50質量%~90質量%。
於本發明的方法中,塗佈塗佈液。塗佈液是根據要製造的OTFT的形態而塗佈於基板或閘極絕緣層上。即,於製造底部閘極形態的OTFT的情形時,於基板上設置閘極電極及閘極絕緣層,於該閘極絕緣層上塗佈塗佈液。另一方面,於製造頂部閘極形態的OTFT的情形時,於基板(底部接觸形態中為進一步設於基板上的源極電極及汲極電極)上塗佈塗佈液。
塗佈塗佈液的方法並無特別限定,可採用所述方法。其中,較佳為印刷法,更佳為旋塗法。
塗佈條件並無特別限定。可於室溫附近塗佈,為了增大有機半導體於塗佈溶劑中的溶解性,亦可於加熱狀態下塗佈。塗佈溫度較佳為15℃~150℃,更佳為15℃~100℃,進而佳為15℃~50℃,尤佳為室溫附近(20℃~30℃)。
旋塗法中,較佳為將轉速設定為100rpm~3000rpm。
本發明的方法中,較佳為將所塗佈的塗佈液乾燥。乾燥條件只要為可將溶劑揮發、去除的條件即可,例如可列舉室溫放置、加熱乾燥、送風乾燥、減壓乾燥等方法。
本發明的方法中,若如此般將塗佈液塗佈、乾燥,則如上文所述,樹脂(C)與有機半導體彼此偏向存在或發生相分離。
因此,本發明的製造方法中,無需用以使樹脂(C)與有機半導體偏向存在的特殊處理,但亦可實施。此種處理例如可列舉加熱(較佳為加熱至樹脂的Tg以上)退火或暴露於溶劑蒸氣下(溶劑退火)等。
再者,閘極電極、閘極絕緣膜、源極電極及汲極電極可藉由所述方法成膜或設置。
如此可製造本發明的OTFT。
本發明的方法中,塗佈含有樹脂(C)及有機半導體的塗佈液,較佳為進行乾燥,藉此可使樹脂(C)與有機半導體偏向存在而形成具有樹脂(C)偏向存在的區域1A及有機半導體偏向存在的區域1B的有機半導體層2。因此,可發揮使用有機半導體的溶液塗佈法的優點,並且將發揮所述優異特性的有機半導體層2成膜。
[顯示面板]
本發明的有機薄膜電晶體的用途的一例可列舉顯示面板。顯示面板例如可列舉:液晶面板、有機EL面板、電子紙面板等。
[實施例]
以下根據實施例對本發明加以更詳細說明,但本發明不 受該些實施例的限定。
[合成例]
將各例中所用的有機半導體示於以下。
所述化合物L9為通式(L)所表示的化合物,是依據應用物理學會的「有機分子.生物電子學分科會會誌」(2011,22,9-12.)、國際公開第2009/148016號手冊等中記載的方法而合成。
所述化合物C16為通式(C)所表示的化合物,是依據下述化合物C1的下述合成方法而合成。
(化合物C1a的合成)
於1,5-二胺基萘(10g)的吡啶溶液(125mL)中緩慢添加對甲苯磺醯氯(34g),於室溫下攪拌2小時。將反應液注入至冰水中,對析出物進行減壓過濾。利用甲醇對所得的粗結晶進行清洗,獲得化合物C1a(29g)。
(化合物C1b的合成)
將化合物C1a(10g)的冰醋酸溶液於95℃下加熱攪拌,於其中緩慢滴加經冰醋酸10mL稀釋的溴(2mL)。反應10分鐘,放置冷卻後進行過濾,由此以灰色固體的形式獲得粗結晶。將粗結晶於硝基苯中再結晶,由此獲得化合物C1b(6.8g)。
(化合物C1c的合成)
將化合物C1b(5g)的濃硫酸溶液於室溫下攪拌24小時。將反應液注入至冰水中,將析出的固體過濾並加以回收。將該固體 再次分散於冰水中,以氨水進行中和,獲得化合物C1c(0.5g)。
(化合物C1d的合成)
於室溫下,於化合物C1c(2g)的吡啶溶液中滴加正戊醯氯(valeryl chloride)(2.6mL)並攪拌2小時。於冰水中注入反應液,將固體減壓過濾。分散於甲醇中並攪拌1小時後,將固體過濾,由此獲得化合物C1d(1.39g)。
(化合物C1e的合成)
於四氫呋喃(Tetrahydrofuran,THF)(360mL)及甲苯(72mL)的混合溶液中添加化合物C1d(1.2g)及勞森試劑(Lawesson's reagent)(1.48g)後,一面加熱回流一面攪拌3小時。藉由蒸發僅去除THF而製成甲苯溶液後,於60℃下攪拌1小時。其後,將不溶物過濾,由此獲得化合物C1e(0.5g)。
(化合物C1的合成)
使化合物C1e(0.4g)與碳酸銫(1.33g)於二甲基乙醯胺中於120℃下反應2小時。將反應液注入至水中並將析出物過濾。使過濾的固體於THF中反覆再結晶,合成目標化合物C1(0.12g)。所得的化合物C1的鑑定是藉由1H-核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)及質譜(Mass spectrum)來進行。
再者,化合物A6(TIPS稠五苯)及化合物M3(C8-BTBT)是依據公知的方法來合成。
分別使用以下所示的樹脂作為樹脂(C)。
對各樹脂使用凝膠滲透層析儀(GPC(Gel Permeation Chromatography),東曹(Tosoh)公司製造;HLC-8120;Tskgel Multipore HXL-M),使用THF作為溶劑,測定重量平均分子量(Mw、標準聚苯乙烯換算)及分散度(Pd)。
另外,使用NMR測定裝置(布魯克-拜厄斯賓(Bruker BioSpin)公司製造;AVANCEIII400型)藉由1H-NMR或13C-NMR來算出各樹脂(C)的組成比。
繼而,如所述般測定各樹脂的表面能量。
將所得的結果示於以下。再者,表面能量的單位為mNm-1
依照下述流程來合成樹脂(HR-40)。
使1.20g(7.5mmol)的化合物(1)、16.69g(40mmol)的化合物(2)、0.46g(2.5mmol)的化合物(3)及0.69g的聚合起始劑V-601(和光純藥工業(股)製造)溶解於90g的環己酮中。於反應容器中加入23g的環己酮,於氮氣環境下用4小時滴加至85℃的體系中。用2小時將反應溶液加熱攪拌後,將其放置冷卻至室溫為止。
將所述反應溶液滴加至1350g的庚烷/乙酸乙酯=8/2(質量比)中,使聚合物沈澱,進行過濾。使用400g的庚烷/乙酸乙酯=8/2(質量比)來進行經過濾的固體的清洗。其後,對清洗後的固體進行減壓乾燥,獲得12.85g的樹脂(樹脂(HR-40))。
關於各例中所用的其他樹脂(C),亦同樣地進行合成。
準備下述樹脂作為用以進行比較的樹脂。
聚苯乙烯(PS):奧德里奇(Aldrich)公司製造,重量平均分子量為280000,表面能量為38.4mNm-1
聚(α-甲基苯乙烯)(PαPS):藉由已知方法進行合成。重量平 均分子量為407000,分散度為1.34,表面能量為33.7mNm-1
聚四氟乙烯:奧德里奇(Aldrich)公司製造
聚氯三氟乙烯:奧德里奇(Aldrich)公司製造
[實施例1]
[底部閘極型OTFT的製造]
製造圖1(A)所示的底部閘極-底部接觸形態的OTFT。
於作為基板6的厚度1mm的摻雜矽基板(兼作閘極電極5)上形成閘極絕緣層2。閘極絕緣層2是如以下般形成。
使聚(4-乙烯基苯酚)(日本曹達公司製造,商品名:VP-8000,Mn為11000,分散度為1.1)6.3g、及作為交聯劑的2,2-雙(3,5-二羥基甲基-4-羥基)丙烷2.7g於室溫下完全溶解於1-丁醇/乙醇=1/1(體積比)的混合溶劑91g中。利用Φ為0.2μm的聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)製薄膜過濾器對該溶解液進行過濾。於所得的濾液中添加作為酸觸媒的二苯基錪六氟磷酸鹽0.18g,塗佈於基板6上,加以乾燥而成膜。其後,加熱至100℃而進行交聯,形成厚度0.7μm的閘極絕緣層2。
繼而,如圖1(A)所示般形成以梳型配置的包含鉻/金的電極(閘極寬W=100mm,閘極長L=100μm)作為源極電極3及汲極電極4。
將下述表2所示的有機半導體2.5mg及下述表2所示的樹脂(C)2.5mg溶解於甲苯1mL中,製備形成有機半導體層的塗佈液。
再者,聚四氟乙烯及聚氯三氟乙烯不溶解於甲苯中,無法製備塗佈液。
於25℃下藉由旋塗法(轉速500rpm)將所製備的塗佈液分別以乾燥後的層厚成為150nm的方式塗佈於閘極絕緣層2以及源極電極3及汲極電極4上。其後,於80℃下乾燥而將有機半導體層1成膜。
如此而分別製造圖1(A)所示的OTFT(試樣No.1-1~No.1-11、No.2-1~No.2-11、No.3-1~No.3-11及No.4-1~No.4-11以及用以進行比較的No.c1-1~No.c1-3、No.c2-1~No.c2-3、No.c3-1~No.c3-3及No.c4-1~No.c4-3)。
[底部閘極型OTFT的評價]
對所製造的各OTFT的特性進行下述評價。將其結果示於表2中。
(樹脂及有機半導體的偏向存在評價:水平方向)
對於所得的各OTFT,如上所述般藉由偏光顯微鏡對有機半導體層的表面中任意的多個部位進行觀察,另外併用蝕刻用離子束藉由飛行時間型二次離子質量分析(TOF-SIMS)來進行元素匹配測定。
結果,對於所製造的所有試樣而言,有機半導體層的表面均具有大致均勻的組成。
(樹脂及有機半導體的偏向存在評價:厚度方向)
對於所得的各OTFT,對將有機半導體層於厚度方向上切斷所 得的剖面中於厚度方向上任意選擇的多個部位,與所述「樹脂(C)的偏向存在評價:水平方向」同樣地併用蝕刻用離子束藉由飛行時間型二次離子質量分析(TOF-SIMS)來進行元素匹配測定,按照下述評價基準來評價樹脂(C)的偏向存在狀態。再者,偏向存在及相分離的含意如上所述。
A:於有機半導體層1的深度方向(閘極絕緣層2側)上有機半導體發生相分離的情形
B:於有機半導體層1的深度方向上有機半導體偏向存在(不包括相分離)的情形
C:有機半導體於有機半導體層1的表面側偏向存在(不包括相分離)的情形
D:樹脂及有機半導體未偏向存在的情形
(載子遷移率μ的測定)
對各OTFT的源極電極3及汲極電極4間施加-40V的電壓,使閘極電壓Vg於40V~-40V的範圍內變化,使用表示汲極電流Id的下述式來算出載子遷移率μ(cm2/Vs)。
Id=(w/2L)μCi(Vg-Vth)2
式中,L為閘極長,w為閘極寬,Ci為閘極絕緣層2的每單位面積的容量,Vg為閘極電壓,Vth為臨限電壓
(載子遷移率維持率的評價)
於大氣下於25度下放置2週後,測定載子遷移率μ,由下述 式來算出載子遷移率維持率。
載子遷移率維持率(%)=遷移率(放置2週後)/遷移率(初始值)
(開/關(On/Off)比的測定)
將對各OTFT的源極電極3與汲極電極4間施加的電壓固定於-40V,將使閘極電壓Vg自40V變化至-40V時的(|Id|的最大值)/(|Id|的最小值)作為On/Off比。
(臨限電壓Vth的測定)
對各OTFT的源極電極3與汲極電極4間施加-40V的電壓,使閘極電壓於40V~-40V的範圍內變化,測定臨限電壓Vth。
如表2所示般得知,若將所述具有特定基團的樹脂(C)與有機半導體併用來將有機半導體層成膜,則於有機半導體層中樹脂(C)與有機半導體於其厚度方向上偏向存在,尤其樹脂(C)偏向存在於有機半導體層的表面側。
即便變更樹脂(C)及有機半導體的種類亦確認到樹脂(C)的偏向存在。
如此般樹脂(C)與有機半導體偏向存在而成的有機半導體層中,有機半導體偏向存在的區域鄰接於閘極絕緣層,適於提高底部閘極形態的OTFT、特別是底部閘極-底部接觸形態的OTFT的性能。具體而言,無論使用哪種有機半導體,具備樹脂(C)與有 機半導體偏向存在而成的有機半導體層的本發明的OTFT與具備僅使用有機半導體所形成的有機半導體層的OTFT(試樣No.c1-3、No.c2-3、No.c3-3及No.c4-3)相比,載子遷移率μ及載子遷移率μ的維持率更高(耐久性更優異)。另外,On/Off比亦高,進而臨限電壓Vth低,具有優異的特性。
得知,與形成有使PS及PαPS相對於有機半導體而發生相分離的有機半導體層的情形(試樣No.c1-1、No.c1-2、No.c2-1、No.c2-2、No.c3-1、No.c3-2、No.c4-1及No.c4-2)相比,本發明的OTFT的所述性能提高效果亦更優異。
若根據表面能量來考察,則得知,尤其於樹脂(C)的表面能量為30mNm-1以下的情形時,樹脂(C)容易偏向存在於有機半導體層的表面側,尤其對於底部閘極形態的OTFT而言較佳。
得知樹脂(C)的表面能量為27mNm-1以下的情況下所述傾向更強而較佳,若為25mNm-1以下,則偏向存在的傾向變得更強而直至發生相分離,從而更佳。
若著眼於樹脂(C)所具有的特定的基團,則有OTFT的特性以含氟原子的基團>含矽原子的基團>不含氟原子亦不含矽原子的基團的順序而提高的傾向。
另外,若著眼於樹脂(C)與有機半導體的偏向存在狀態,則有OTFT的特性以相分離(評價A)>偏向存在(評價B)>偏向存在(評價C)及不偏向存在(評價D)的順序而提高的傾向。
再者,聚四氟乙烯及聚氯三氟乙烯不溶解於甲苯中,無法製造OTFT。如此般於主鏈上直接具有氟的樹脂於甲苯等溶解有機半導體的溶劑中的溶解性極低,實質上難以用於本發明的目的。
[實施例2]
[底部閘極型OTFT的製造及評價]
於實施例2中,變更有機半導體及樹脂(C)的含有率而製造底部閘極型OTFT,並對其特性等進行評價。
即,於實施例1的試樣1-4、試樣1-6、試樣1-10、試樣2-4、試樣2-6、試樣2-10、試樣3-4、試樣3-6、試樣3-10、試樣4-4、試樣4-6及試樣4-10中,分別將有機半導體4mg及樹脂(C)1mg溶解於甲苯1mL中並進行塗佈,或將有機半導體3mg及樹脂(C)2mg溶解於甲苯1mL中並進行塗佈,除此以外,與實施例1同樣地進行操作,分別製造圖1(A)所示的OTFT。
對於所製造的各OTFT,與實施例1同樣地進行操作,評價載子遷移率μ、載子遷移率μ的維持率、On/Off比及臨限電壓Vth。結果,均可獲得與實施例1相同的結果。
[實施例3]
[底部閘極型OTFT的製造及評價]
於實施例3中,使用樹脂(C)及PαMS作為與有機半導體併用的樹脂來製造底部閘極型OTFT,並對其特性等進行評價。
即,於實施例1的試樣1-3、試樣2-3、試樣3-3及試樣4-3中,將樹脂(HR-24)的一半(1.25mg)替換為PαMS(樹脂(HR-24) 與PαMS合計為2.5mg),除此以外,與試樣1-3、試樣2-3、試樣3-3及試樣4-3同樣地進行操作,分別製造圖1(A)所示的OTFT。
另外,於實施例1的試樣1-4、試樣2-4、試樣3-4及試樣4-4中,將樹脂(HR-61)的一半(1.25mg)替換為PαMS(樹脂(HR-24)與PαMS合計為2.5mg),除此以外,與試樣1-4、試樣2-4、試樣3-4及試樣4-4同樣地進行操作,分別製造圖1(A)所示的OTFT。
對於所製造的各OTFT,與實施例1同樣地進行操作,評價載子遷移率μ、載子遷移率μ的維持率、On/Off比及臨限電壓Vth。結果,均可獲得與實施例1相同的結果。
[實施例4]
[底部閘極型OTFT的製造及評價]
於實施例4中,使用所述有機半導體以外的有機半導體來製造底部閘極型OTFT,並對其特性等進行評價。
即,於實施例1中,使用所述A26、A27、C1、C4、C7、D1、E2、F2、F5、F10、G12、G14、H10、H11、J2、J3、K2、K3、L2、L5、L6、L8、L15、M8、N4、P3、Q3、R1、S1或T1作為有機半導體,除此以外,與實施例1同樣地進行操作,分別製造圖1(A)所示的OTFT。
對於所製造的各OTFT,與實施例1同樣地進行操作,評價載子遷移率μ、載子遷移率μ的維持率、On/Off比及臨限電壓Vth。結果,均可獲得與實施例1相同的結果。
[實施例5]
[底部閘極型OTFT的製造及評價]
於實施例5中,變更形成閘極絕緣層2的有機高分子來製造底部閘極型OTFT,並對其特性等進行評價。
即,於實施例1中,將形成閘極絕緣層2的有機高分子變更為聚(4-乙烯基苯酚),使用聚乙烯基苯酚(日本曹達製造,VP-8000,Mn為11000,分散度為1.1)、聚倍半矽氧烷(東亞合成製造,OX-SQ HDXOX-SQ NDX)或氟樹脂(旭硝子製造,CYTOP(註冊商標)CTL-809M),除此以外,與實施例1同樣地進行操作,分別製造圖1(A)所示的OTFT。
對於所製造的各OTFT,與實施例1同樣地進行操作,評價載子遷移率μ、載子遷移率μ的維持率、On/Off比及臨限電壓Vth。結果,均可獲得與實施例1相同的結果。
[實施例6]
[底部閘極型OTFT的製造及評價]
於實施例6中,製造具備由無機氧化物所形成的閘極絕緣層2的底部閘極型OTFT,並對其特性等進行評價。
即,於實施例1中,代替形成閘極絕緣層2的有機高分子,而使用將表面0.3μm熱氧化而形成有SiO2的矽基板作為閘極絕緣層2,除此以外,與實施例1同樣地進行操作,分別製造圖1(A)所示的OTFT。
對於所製造的各OTFT,與實施例1同樣地進行操作,評價載子遷移率μ、載子遷移率μ的維持率、On/Off比及臨限電壓Vth。 結果,均可獲得與實施例1相同的結果。
對本發明根據其實施態樣進行了說明,但只要本發明者等人未特別指定,則不應將該發明限定於說明的任何細節部分,可認為,應於不違背隨附的申請專利範圍所示的發明的精神及範圍的情況下廣泛地解釋。
本申請案主張基於2014年3月3日於日本提出專利申請的日本專利申請案2014-40903的優先權,參照該文獻並將其內容作為本說明書的記載的一部分而併入至本說明書中。
1‧‧‧有機半導體層
1A‧‧‧樹脂(C)的含有率多的區域(包含樹脂(C)的層)
1B‧‧‧有機半導體的含有率多的區域(包含有機半導體的層)
2‧‧‧閘極絕緣層
3‧‧‧源極電極
4‧‧‧汲極電極
5‧‧‧閘極電極
6‧‧‧基板

Claims (15)

  1. 一種有機薄膜電晶體,於基板上具有閘極電極、有機半導體層、設於所述閘極電極與所述有機半導體層之間的閘極絕緣層、以及與所述有機半導體層接觸而設置且經由所述有機半導體層而連結的源極電極及汲極電極,並且所述有機半導體層含有有機半導體及樹脂(C),所述樹脂(C)具有選自由含氟原子的基團、含矽原子的基團、碳數1以上且於形成烷氧基羰基的情形時為碳數2以上的烷基、環烷基、芳烷基、芳氧基羰基、經至少一個烷基取代的芳香環基及經至少一個環烷基取代的芳香環基所組成的組群中的一個以上的基團。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的有機薄膜電晶體,其中所述樹脂(C)含有下述通式(C-Ia)~通式(C-Id)的任一個所表示的重複單元, 通式中,R10及R11表示氫原子、氟原子或烷基;W3表示具有選自由含氟原子的基團、含矽原子的基團、碳數2以上的烷基、環烷基、芳基及芳烷基所組成的組群中的一個以上 的有機基;W4表示具有選自由氟原子、含氟原子的基團、含矽原子的基團、烷基及環烷基所組成的組群中的一個以上的有機基;W5及W6表示具有選自由含氟原子的基團、含矽原子的基團、烷基、環烷基、芳基及芳烷基所組成的組群中的一個以上的有機基;Ar11表示(r+1)價的芳香環基;r表示1~10的整數。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的有機薄膜電晶體,其中所述樹脂(C)具有含氟原子的基團及含矽原子的基團的至少一種基團。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的有機薄膜電晶體,其中所述有機半導體偏向存在於所述閘極絕緣層側,所述樹脂(C)偏向存在於所述閘極絕緣層的相反側。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的有機薄膜電晶體,其中所述有機半導體於所述閘極絕緣層側、另外所述樹脂(C)於所述閘極絕緣層的相反側彼此發生相分離。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的有機薄膜電晶體,其中所述樹脂(C)的表面能量為30mNm-1以下。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的有機薄膜電晶體,其為底部閘極形態。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的有機薄膜電晶體,其為底部 接觸形態。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的有機薄膜電晶體,其中所述有機半導體為低分子化合物。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的有機薄膜電晶體,其中所述有機半導體為縮合多環芳香族化合物。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的有機薄膜電晶體,其中所述有機半導體為下述通式(C)~通式(T)的任一個所表示的化合物, 通式(C)中,AC1、AC2表示氧原子、硫原子或硒原子;RC1~RC6表示氫原子或取代基,RC1~RC6中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(D)中,XD1及XD2表示NRD9、氧原子或硫原子;AD1表示CRD7或氮原子,AD2表示CRD8或氮原子,RD9表示氫原子、 烷基、烯基、炔基或醯基;RD1~RD8表示氫原子或取代基,RD1~RD8中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(E)中,XE1及XE2表示氧原子、硫原子或NRE7;AE1及AE2表示CRE8或氮原子;RE1~RE8表示氫原子或取代基,RE1~RE8中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(F)中,XF1及XF2表示氧原子、硫原子或硒原子;RF1~RF10、RFa及RFb表示氫原子或取代基,RF1~RF10、RFa及RFb中的至少一個為通式(W)所表示的取代基;p及q表示0~2的整數;通式(G)中,XG1及XG2表示NRG9、氧原子或硫原子;AG1表示CRG7或氮原子,AG2表示CRG8或氮原子;RG9表示氫原子、烷基、烯基、炔基、醯基、芳基或雜芳基,RG1~RG8表示氫原子或取代基,RG1~RG8中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(H)中,XH1~XH4表示NRH7、氧原子或硫原子,RH7表示氫原子、烷基、烯基、炔基、醯基、芳基或雜芳基;RH1~RH6表示氫原子或取代基,RH1~RH6中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(J)中,XJ1及XJ2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRJ9;XJ3及XJ4表示氧原子、硫原子或硒原子;RJ1~RJ9表示氫原子或取代基,RJ1~RJ9中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(K)中,XK1及XK2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRK9; XK3及XK4表示氧原子、硫原子或硒原子;RK1~RK9表示氫原子或取代基,RK1~RK9中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(L)中,XL1及XL2表示氧原子、硫原子或NRL11;RL1~RL11表示氫原子或取代基,RL1~RL11中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(M)中,XM1及XM2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRM9;RM1~RM9表示氫原子或取代基,RM1~RM9中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(N)中,XN1及XN2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRN13;RN1~RN13表示氫原子或取代基,RN1~RN13中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(P)中,XP1及XP2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRP13;RP1~RP13表示氫原子或取代基,RP1~RP13中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(Q)中,XQ1及XQ2表示氧原子、硫原子、硒原子或NRQ13;RQ1~RQ13表示氫原子或取代基,RQ1~RQ13中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(R)中,XR1、XR2及XR3表示氧原子、硫原子、硒原子或NRR9;RR1~RR9表示氫原子或取代基,RR1~RR9中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(S)中,XS1、XS2、XS3及XS4表示氧原子、硫原子、硒 原子或NRS7;RS1~RS7表示氫原子或取代基,RS1~RS7中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(T)中,XT1、XT2、XT3及XT4表示氧原子、硫原子、硒原子或NRT7;RT1~RT7表示氫原子或取代基,RT1~RT7中的至少一個為下述通式(W)所表示的取代基;通式(W):-L-RW通式(W)中,L表示下述通式(L-1)~通式(L-25)的任一個所表示的二價連結基、或2以上的下述通式(L-1)~通式(L-25)的任一個所表示的二價連結基鍵結而成的二價連結基;RW表示經取代或未經取代的烷基、氰基、乙烯基、乙炔基、氧伸乙基、氧伸乙基單元的重複數v為2以上的寡聚氧伸乙基、矽氧烷基、矽原子數為2以上的寡聚矽氧烷基、或者經取代或未經取代的三烷基矽烷基; 通式(L-1)~通式(L-25)中,波線部分表示與所述通式(C)~通式(T)所表示的形成各骨架的任一個環的鍵結位置;*表示與Rw的鍵結位置或與通式(L-1)~通式(L-25)的波線部分的鍵結位置;通式(L-13)中的m表示4,通式(L-14)及通式(L-15)中的m表示3,通式(L-16)~通式(L-20)中的m表示2,(L-22)中的m表示6;通式(L-1)、通式(L-2)、通式(L-6)及通式(L-13)~通 式(L-24)中的RLZ分別獨立地表示氫原子或取代基;RN表示氫原子或取代基,Rsi分別獨立地表示氫原子、烷基、烯基或炔基。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的有機薄膜電晶體,其中所述有機半導體為所述通式(C)、所述通式(F)、所述通式(J)或所述通式(L)的任一個所表示的化合物。
  13. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的有機薄膜電晶體,其中所述閘極絕緣層是由有機高分子所形成。
  14. 一種有機薄膜電晶體的製造方法,製造於基板上具有閘極電極、有機半導體層、設於所述閘極電極與所述有機半導體層之間的閘極絕緣層、以及與所述有機半導體層接觸而設置且經由所述有機半導體層而連結的源極電極及汲極電極的有機薄膜電晶體,並且所述有機薄膜電晶體的製造方法中,將含有有機半導體及樹脂(C)的塗佈液塗佈於所述基板或所述閘極絕緣層上,所述樹脂(C)具有選自由含氟原子的基團、含矽原子的基團、碳數1以上且於形成烷氧基羰基的情形時為碳數2以上的烷基、環烷基、芳烷基、芳氧基羰基、經至少一個烷基取代的芳香環基及經至少一個環烷基取代的芳香環基所組成的組群中的一個以上的基團。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的有機薄膜電晶體的製造方法,其中藉由所述塗佈使所述樹脂(C)偏向存在於所述基板或所述閘極絕緣層的相反側。
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