TW201730234A - 有機半導體裝置製造用組成物 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種組成物,其係有機半導體材料的溶解性優異,且能夠在低溫環境下使用印刷法而形成具有高載子遷移率的有機半導體裝置。本發明之有機半導體裝置製造用組成物係含有下述有機半導體材料與溶劑(A):有機半導體材料:N字型縮環π共軛系分子溶劑(A):以下述式(a)表示的化合物。式中,L表示單鍵、-O-、-NH-C(=O)-NH-、-C(=O)-、或-C(=S)-,k表示0~2的整數,R1表示C1-20烷基、C2-20烯基、C3-20環烷基、-ORa基、-SRa基、-O(C=O)Ra基、-RbO(C=O)Ra基、或經取代或未經取代的胺基,t表示1以上的整數。□
Description
本發明係關於一種組成物,其係以溶解於溶劑的狀態含有作為有機半導體材料之N字型縮環π共軛系分子的組成物,該組成物係用於以印刷法製造有機半導體裝置的用途。本案主張2015年12月22日於日本申請的特願2015-250363號的優先權,並在此引用其內容。
電晶體為顯示器或電腦設備所包含之重要的半導體裝置,現在使用多晶矽或非晶矽等無機半導體材料製造。使用無機半導體材料之薄膜電晶體的製造,係使用電漿化學氣相沉積法(PECVD)或濺鍍法等來進行,有著製程溫度高、製造裝置的價格高且成本昂貴、於形成大面積的薄膜電晶體之際容易會特性不均勻等問題。又,根據製程溫度會限制能使用的基板,主要使用玻璃基板。然而,玻璃基板雖具有高耐熱性,但不耐衝擊、不易輕量化且缺乏柔軟性,因此使用玻璃基板之情形難以形成輕量且可撓的電晶體。
於是近年來,關於利用有機半導體材料的有機半導體裝置的研究開發正在積極進行中。這是由於因為若使用有機半導體材料,就能夠藉由塗布法等簡便的方法,以低製程溫度製造有機半導體裝置,因此而能夠
使用耐熱性低的塑膠基板,且能夠實現顯示器等電子裝置的輕量化、可撓化、低成本化。
專利文獻1係作為有機半導體材料而記載N字型縮環π共軛系分子,並且記載使用o-二氯苯、1,2-二甲氧基苯等來作為溶解前述有機半導體材料的溶劑。然而,前述溶劑係有機半導體材料的溶解性低,在50℃以下的製程溫度下有機半導體材料大多會不溶或是析出,因此,難以將使用前述溶劑所得到的有機半導體組成物以印刷法塗布於耐熱性低的塑膠基板上來形成膜。又,噴墨印刷在加熱條件下噴嘴會變得容易阻塞,因此難以使用不加熱就無法保持溶解狀態的溶劑。再者,前述溶劑係毒性強,對健康有害,因此亦有所謂難以使用的問題。
專利文獻1 國際公開第2014/136827號
因此,本發明之目的在於提供一種有機半導體裝置製造用組成物,其係有機半導體材料的溶解性優異,且能夠在低溫環境下使用印刷法而形成具有高載子遷移率的有機半導體裝置。
本發明人等為解決上述課題而致力進行研究的結果,發現了若使用以下述式(a)表示的化合物作為溶劑,則即使在低溫下,作為有機半導體材料的N字型縮環π共軛系分子的溶解性亦優異,即使在耐熱性比玻璃基板低的塑膠基板上,亦能夠使用印刷法形成有機半導體裝置。又,發現了若將以前述溶劑溶解前述有機半導體材料所得到的組成物塗布於基板上,則有機半導體材料會因自我組織化作用而結晶化,而能夠形成具有高載子遷移率的有機半導體裝置。本發明即是基於這些見解所完成者。
亦即,本發明提供一種有機半導體裝置製造用組成物,其係含有下述溶劑(A)與下述有機半導體材料。
溶劑(A):以下述式(a)表示的化合物
(式中,L表示單鍵、-O-、-NH-C(=O)-NH-、-C(=O)-、或-C(=S)-,k表示0~2的整數,R1表示C1-20烷基、C2-20烯基、C3-20環烷基、-ORa基、-SRa基、-O(C=O)Ra基、-RbO(C=O)Ra基(Ra表示C1-7烷基、C6-10芳基、或前述基團的2個以上透過單鍵或是鍵聯基而鍵結的1價基團,Rb表示C1-7伸烷基、C6-10伸芳基、或前述基團的2個以上透過單鍵或是鍵聯基而鍵結的2價基團)、或經取代或未經取代的胺基。t表示1以上的整數,t為2以上的整
數之情形,t個R1可為相同,亦可為相異。又,t為2以上的整數之情形,選自t個R1中之2個以上的基團可相互鍵結而與構成式中所示的環之1或2個以上的碳原子一起形成環。但是,L為單鍵之情形,t為3以上的整數,選自t個R1中之3個以上的基團相互鍵結而與構成式中所示的環之1或2個以上的碳原子一起形成2個以上的環)
有機半導體材料:選自以下述式(1-1)表示的化合物及、以下述式(1-2)表示的化合物中之至少1種的化合物
(式中,X1、X2係相同或相異地為氧原子、硫原子、或硒原子,m為0或是1、n1、n2係相同或相異地為0或1;R2、R3係相同或相異地為氟原子、C1-20烷基、C6-10芳基、吡啶基、呋喃基、噻吩基或噻唑基,前述烷基含有的氫原子的1或2個以上可經氟原子取代,前述芳基、吡啶基、呋喃基、噻吩基及噻唑基含有的氫原子的1或2個以上可經氟原子或碳數1~10的烷基取代)
本發明又提供如前述之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(A)為選自包含具有5~7員的環烷基
或碳數1~7的烷基作為取代基之5~7員的環狀酮;可具有碳數1~3的烷基且苯環或5~7員的脂環稠合成四氫呋喃環的稠環化合物;具有碳數1~3的烷基或碳數1~3的烷氧基作為取代基的四氫呋喃;1,3-二C1-3烷基-3,4,5,6-四氫-2(1H)-嘧啶酮;及3,4,5,11-四氫苊萘之群組中之至少1種的化合物。
本發明又提供如前述之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(A)為選自包含2-環戊基環戊酮、2-庚基環戊酮、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氫-2(1H)-嘧啶酮、2,3-二氫苯并呋喃、2,3-二氫-2-甲基苯并呋喃、2,5-二甲氧基四氫呋喃、2,5-二甲基四氫呋喃及3,4,5,11-四氫苊萘之群組中之至少1種的化合物。
本發明又提供如前述之有機半導體裝置製造用組成物,其進一步含有下述溶劑(B):溶劑(B):25℃下的SP值為6.0~8.0[(cal/cm3)0.5]之化合物
本發明又提供如前述之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(B)為選自包含碳數6~18的烷類、及碳數6~18的二烷基醚之群組中之至少1種的化合物。
本發明又提供如前述之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(A)與溶劑(B)的總含量佔有機半導體裝置製造用組成物所含的溶劑總量的80重量%以上,溶劑(A)與溶劑(B)的含量的比(前者/後者;重量比)為100/0~75/25。
本發明又提供如前述之有機半導體裝置製造用組成物,其中有機半導體材料為以下述式(2)表示的化合物。
(式中,R4、R5係相同或相異地為C1-20烷基、C6-10芳基、吡啶基、呋喃基、噻吩基、或噻唑基)
亦即,本發明與下述有關。
[1]一種有機半導體裝置製造用組成物,其含有下述溶劑(A)與下述有機半導體材料。
溶劑(A):以式(a)表示的化合物
有機半導體材料:選自以式(1-1)表示的化合物、及以式(1-2)表示的化合物中之至少1種的化合物
[2]如[1]記載之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(A)的分子量為70~350。
[3]如[1]或[2]記載之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(A)之在25℃之根據Fedors法的SP值為8.0~11.0[(cal/cm3)0.5]。
[4]如[1]~[3]中任一項之記載之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(A)為選自包含具有5~7員的環烷基或碳數1~7的烷基作為取代基之5~7員的環狀酮;可具有碳數1~3的烷基且苯環或5~7員的脂環稠合成四氫呋喃環的稠環化合物;具有碳數1~3的烷基或碳數1~3的烷氧基作為取代基的四氫呋喃;1,3-二C1-3烷基-3,4,5,6-四氫-2(1H)-嘧啶酮;及3,4,5,11-四氫苊萘之群組中之至少1種的化合物。
[5]如[1]~[3]中任一項之記載之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(A)為選自包含2-環戊基環戊酮、2-庚基環戊酮、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氫-2(1H)-嘧啶酮、2,3-二氫苯并呋喃、2,3-二氫-2-甲基苯并呋喃、2,5-二甲氧基四氫呋喃、2,5-二甲基四氫呋喃及3,4,5,11-四氫苊萘之群組中之至少1種的化合物。
[6]如[1]~[5]中任一項之記載之有機半導體裝置製造用組成物,其進一步含有下述溶劑(B):
溶劑(B):25℃下的SP值為6.0~8.0[(cal/cm3)0.5]之化合物。
[7]如[6]記載之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(B)為選自包含碳數6~18的烷類、及碳數6~18的二烷基醚之群組中之至少1種的化合物。
[8]如[6]或[7]記載之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(A)與溶劑(B)的總含量佔有機半導體裝置製造用組成物所含的溶劑總量的80重量%以上,溶劑(A)與溶劑(B)的含量的比(前者/後者;重量比)為100/0~75/25。
[9]如[1]~[8]中任一項之記載之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(A)佔有機半導體裝置製造用組成物所含的溶劑總量的比例為70重量%以上。
[10]如[1]~[9]中任一項之記載之有機半導體裝置製造用組成物,其中有機半導體材料為選自以式(1-1)表示的化合物、及以下述式(1-2)表示的化合物中之至少1種的化合物。
[11]如[1]~[9]中任一項之記載之有機半導體裝置製造用組成物,其中有機半導體材料為以式(2)表示的化合物。
[12]如[1]~[9]中任一項之記載之有機半導體裝置製造用組成物,其中有機半導體材料為選自包含以式(2-1)~(2-6)表示的化合物之群組中之至少1種的化合物。
[13]如[1]~[12]中任一項之記載之有機半導體裝置製造用組成物,其中有機半導體裝置製造用組成物總量中之溶劑(A)的含量為70~99.97重量%。
[14]如[6]~[13]中任一項之記載之有機半導體裝置製造用組成物,其中有機半導體裝置製造用組成物總量中之溶劑(B)的含量為0~30重量%。
[15]如[1]~[14]中任一項之記載之有機半導體裝置製造用組成物,其中有機半導體材料的含量係相對於溶劑(A)(亦含有溶劑(B)之情形,為溶劑(A)與溶劑(B)的總計)100重量份而為0.02重量份以上。
本發明之有機半導體裝置製造用組成物,係即便在低溫環境下,作為有機半導體材料的N字型縮環π共軛系分子的溶解性亦優異,不會發生不溶或析出的問題。因此,即使在與玻璃基板相比耐熱性低但耐衝擊、輕量且可撓的塑膠基板上,也能夠直接形成有機半導體裝置,而能夠形成耐衝擊、輕量且可撓的顯示器或電腦設備。又,能夠使用噴墨印刷等印刷法而製造有機半導體裝置,能夠大幅降低成本。
而且,若將本發明之有機半導體裝置製造用組成物塗布於基板上,則有機半導體材料會因自我組織化作用而結晶化,因而具有高結晶性,能夠形成具有高載子遷移率的有機半導體裝置。
本發明之有機半導體裝置製造用組成物係含有下述有機半導體材料與溶劑(A)。
本發明中的溶劑(A)為以下述式(a)表示的化合物,本發明之有機半導體裝置製造用組成物係含有1種或2種以上的以下述式(a)表示的化合物。
上述式中,L表示單鍵、-O-、-NH-C(=O)-NH-、-C(=O)-、或-C(=S)-,k表示0~2的整數。R1表示鍵結於構成式(a)中的環的原子之取代基,其表示C1-20烷基、C2-20烯基、C3-20環烷基、-ORa基、-SRa基、-O(C=O)Ra基、-RbO(C=O)Ra基(Ra表示C1-7烷基、C6-10芳基、或前述基團的2個以上透過單鍵或是鍵聯基而鍵結的1價基團,Rb表示C1-7伸烷基、C6-10伸芳基、或前述基團的2
個以上透過單鍵或是鍵聯基而鍵結的2價基團)、或經取代或未經取代的胺基。t表示1以上的整數,t為2以上的整數之情形,t個R1可為相同,亦可為相異。又,t為2以上的整數之情形,選自t個R1中之2個以上的基團可相互鍵結而與構成式中所示的環之1或2個以上的碳原子一起形成環。但是,L為單鍵之情形,t為3以上的整數,選自t個R1中之3個以上的基團相互鍵結而與構成式中所示的環之1或2個以上的碳原子一起形成2個以上的環。
就R1中之C1-20(=碳數1~20)烷基而言,可列舉例如:甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、三級丁基、正戊基、正己基、正庚基、正癸基、正十一基、正十四基等直鏈或支鏈狀的烷基。
就R1中之C2-20(=碳數2~20)烯基而言,可列舉例如:乙烯基、烯丙基、1-丁烯基等直鏈或支鏈狀的烯基。
就R1中之C3-20(=碳數3~20)環烷基而言,可列舉例如:環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環辛基等碳數3~20(較佳為3~15,特佳為5~8)左右的環烷基;環戊烯基、環己烯基等碳數3~20(較佳為3~15,特佳為5~8)左右的環烯基;十氫萘-1-基(perhydronaphthalen-1-yl)、降莰基、金剛烷基、三環[5.2.1.02,6]癸-8-基、四環[4.4.0.12,5.17,10]十二烷-3-基等架橋環式烴基等。
就Ra中之C1-7(=碳數1~7)烷基而言,可列舉例如:甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、三級丁基、正戊基、正己基、正庚基等直鏈或支鏈狀的烷基。
就Ra中之C6-10(=碳數6~10)芳基而言,可列舉例如:苯基、萘基、茀基、聯苯基等。
就Rb中之C1-7(=碳數1~7)伸烷基而言,可列舉例如:亞甲基、甲基亞甲基、二甲基亞甲基、伸乙基、伸丙基、三亞甲基等直鏈或支鏈狀的伸烷基等。
就Rb中之C6-10(=碳數6~10)伸芳基而言,可列舉例如:伸苯基等。
前述Ra中之「前述基團的2個以上透過單鍵或是鍵聯基而鍵結的1價基團」是指選自C1-7烷基及C6-10芳基中之2個以上的基團透過單鍵或鍵聯基而鍵結的基團。就前述鍵聯基而言,可列舉例如:羰基(-CO-)、醚鍵(-O-)、酯鍵(-COO-)、醯胺鍵(-CONH-)、碳酸酯鍵(-OCOO-)等。
前述Rb中之「前述基團的2個以上透過單鍵或是鍵聯基而鍵結的2價基團」是指選自C1-7伸烷基及C6-10伸芳基中之2個以上的基團透過單鍵或鍵聯基而鍵結的基團。就前述鍵聯基而言,可列舉與Ra中之鍵聯基相同的例子。
就R1中之經取代或未經取代的胺基而言,可列舉例如:胺基;甲基胺基、乙基胺基、異丙基胺基、二甲基胺基、二乙基胺基等單或二(C1-3)烷基胺基等。
t為2以上的整數之情形,選自t個R1中之2個以上的基團可相互鍵結而與構成式中所示的環之1或2個以上的碳原子一起形成環,就前述可形成的環而言,可列舉例如:環戊烷、環己烷、環庚烷等5~7員的脂環及苯環等。
L為單鍵之情形,t為3以上的整數,選自t個R1中之3個以上的基團相互鍵結而與構成式中所示的環之1或2個以上的碳原子一起形成2個以上的環。因此,L為單鍵之情形,以式(a)表示的化合物為3環以上的縮合環,前述縮合環可進一步具有取代基R1。
就以式(a)表示的化合物或是溶劑(A)的分子量而言,例如為350以下左右,較佳為70~250,特佳為80~200。
又,以式(a)表示的化合物或是溶劑(A)之在25℃之根據Fedors法的SP值,係例如為7.0~11.0[(cal/cm3)0.5],較佳為8.0~11.0[(cal/cm3)0.5],特佳為9.0~10.5[(cal/cm3)0.5]。
就以式(a)表示的化合物(或是溶劑(A))而言,其中又較佳為選自包含具有5~7員的環烷基或碳數1~5的烷基作為取代基之5~7員的環狀酮;可具有碳數1~3的烷基且苯環或5~7員的脂環稠合成四氫呋喃環的稠環化合物;具有碳數1~3的烷基或碳數1~3的烷氧基作為取代基的四氫呋喃;1,3-二C1-3烷基-3,4,5,6-四氫-2(1H)-嘧啶酮;及3,4,5,11-四氫苊萘之群組中之至少1種的化合物。
就以式(a)表示的化合物(或是溶劑(A))的具體例而言,可列舉C1-7(環)烷基環戊酮(例如:2-甲基環戊酮、2-乙基環戊酮、2-丙基環戊酮、2-丁基環戊酮、2-戊基環戊酮、2-環戊基環戊酮、2-己基環戊酮、2-庚基環戊酮)、C1-7(環)烷基環己酮(例如:2-甲基環己酮、2-乙基環己酮、2-丙基環己酮、2-丁基環己酮、2-戊基環己酮、4-戊基環己酮、2-己基環己酮、2-庚基環己酮)、環己基甲基醚、環己胺、2,5-二甲氧基四氫映喃、2,5-二甲基四氫呋喃、2,3-二氫苯并呋喃、2,3-二氫-2-甲基苯并呋喃、2,3-二氫-3-甲基苯并呋喃、乙酸環己酯、乙酸二氫松香酯、乙酸四氫糠酯、二丙二醇環戊基甲基醚、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氫-2(1H)-嘧啶酮、及3,4,5,11-四氫苊萘等。此等能夠單獨使用1種,或組合2種以上而使用。還有,前述「(環)烷基」係表示烷基或環烷基。
就以式(a)表示的化合物(或是溶劑(A))而言,以有機半導體材料的溶解性優異的點來看,特佳為選自包含2-環戊基環戊酮、2-庚基環戊酮、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氫-2(1H)-嘧啶酮、2,3-二氫苯并呋喃、2,3-二氫-2-甲基苯并呋喃、2,5-二甲氧基四氫呋喃、2,5-二甲基四氫呋喃及3,4,5,11-四氫苊萘之群組中之至少1種的化合物。
以式(a)表示的化合物(或是溶劑(A))佔有機半導體裝置製造用組成物所含的溶劑總量(100重量%)之含有比例(組合2種以上含有之情形為其總量),係例如為50重量%以上(例如:50~100重量%),較佳為70重量
%以上(例如:70~100重量%),特佳為80重量%以上(例如:80~100重量%)。若以式(a)表示的化合物(或是溶劑(A))的含量低於上述範圍,則會有有機半導體材料的溶解性降低的傾向。
本發明之有機半導體裝置製造用組成物除了上述溶劑(A)以外,還可含有1種或2種以上之通常用於電子材料用途的溶劑且與上述溶劑(A)相溶的溶劑(=溶劑(B))。
就溶劑(B)而言,較佳為在25℃之根據Fedors法的SP值為例如6.0~8.0[(cal/cm3)0.5](尤其是7.0~8.0[(cal/cm3)0.5])之化合物。
就溶劑(B)而言,可列舉例如:碳數6~18的烷類、碳數6~18的二烷基醚等。
就前述碳數6~18的烷類而言,可列舉例如:己烷、辛烷、2-甲基辛烷、壬烷、2-甲基壬烷、癸烷、十四烷、十八烷等直鏈或支鏈狀烷類(較佳為碳數8~12的直鏈或支鏈狀烷類,特佳為碳數8~12的支鏈狀烷類)。
就前述碳數6~18的二烷基醚而言,可列舉例如:甲基己基醚、己基醚(=二己基醚)、辛基醚(=二辛基醚)、雙(2-乙基己基)醚等直鏈或支鏈狀二烷基醚(較佳為碳數10~14的直鏈或支鏈狀二烷基醚,特佳為碳數10~14的直鏈狀二烷基醚)。
併用溶劑(A)與溶劑(B)之情形,其混合比(前者/後者;重量比)係例如為100/0~75/25,較佳為
100/0~80/20。若溶劑(B)的比例過大,則會有有機半導體材料的溶解性降低的傾向。還有,在組合2種以上的溶劑作為溶劑(A)來使用之情形為其總量,關於溶劑(B)亦為相同。
本發明之有機半導體裝置製造用組成物除了溶劑(A)與溶劑(B)以外,還可進一步含有其他溶劑,但有機半導體裝置製造用組成物所含的溶劑總量(100重量%)中之溶劑(A)與溶劑(B)的總含量所佔的比例(各自組合2種以上而含有之情形為其總量),係例如為50重量%以上(例如:50~100重量%),較佳為70重量%以上(例如:70~100重量%),特佳為80重量%以上(例如:80~100重量%)。因此,溶劑(A)、溶劑(B)以外之溶劑的含量,係有機半導體裝置製造用組成物所含的溶劑總量(100重量%)之例如50重量%以下,較佳為30重量%以下,更佳為20重量%以下,特佳為10重量%以下,最佳為5重量%以下。
本發明之有機半導體裝置製造用組成物由於含有溶劑(A)與視需要之溶劑(B),而即便在較低溫下亦具有高的有機半導體材料溶解性。舉例來說,在40℃之以前述式(1-1)或下述式(1-2)表示的化合物的溶解度,係相對於溶劑(A)100重量份(在併用溶劑(A)與溶劑(B)之情形為溶劑(A)與溶劑(B)的總計100重量份),而例如為0.02重量份以上,較佳為0.03重量份以上,特佳為0.04重量份以上。溶解度的上限,係例如為1重量份,較佳為0.5重量份,特佳為0.1重量份。
本發明之有機半導體裝置製造用組成物含有選自以下述式(1-1)表示的化合物、及以下述式(1-2)表示的化合物中之至少1種作為有機半導體材料。
(式中,X1、X2係相同或相異地為氧原子、硫原子、或硒原子,m為0或是1、n1、n2係相同或相異地為0或1;R2、R3係相同或相異地為氟原子、C1-20烷基、C6-10芳基、吡啶基、呋喃基、噻吩基或噻唑基,前述烷基含有的氫原子的1或2個以上可經氟原子取代,前述芳基、吡啶基、呋喃基、噻吩基及噻唑基含有的氫原子的1或2個以上可經氟原子或碳數1~10的烷基取代)
X1、X2係相同或相異地為氧原子、硫原子、或硒原子,其中就顯示高載子遷移率的點來看,又較佳為氧原子或硫原子,特佳為硫原子。
m為0或1,較佳為0。
n1、n2係相同或相異地為0或1,就溶解性優異的點來看,較佳為0。
就R2、R3中之C1-20烷基而言,可列舉與上述R1中之C1-20烷基相同的例子。在本發明中,其中較佳為C4-15烷基,特佳為C6-12烷基,最佳為C6-10烷基。
就R2、R3中之C6-10芳基而言,可列舉與上述R1中之C6-10芳基相同的例子。在本發明中,其中又較佳為苯基。
就前述吡啶基而言,可列舉例如:2-吡啶基、3-吡啶基、4-吡啶基等。
就前述呋喃基而言,可列舉例如:2-呋喃基、3-呋喃基等。
就前述噻吩基而言,可列舉例如:2-噻吩基、3-噻吩基等。
就前述噻唑基而言,可列舉例如:2-噻唑基等。
芳基、吡啶基、呋喃基、噻吩基、及噻唑基含有之氫原子的1或2個以上,亦可經碳數1~10的烷基取代,就前述碳數1~10的烷基而言,可列舉例如:甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、三級丁基、正戊基、正己基、正庚基、正癸基等直鏈或支鏈狀的烷基。其中,又較佳為碳數1~6的烷基,特佳為碳數1~3的烷基。舉例來說,就將芳基含有之氫原子的至少1個以碳數1~10的烷基取代而成的基團而言,可列舉例如:甲苯基、二甲苯基等。
又,就將芳基含有之氫原子的至少1個以氟原子取代的基而言,可列舉例如:p-氟苯基、五氟苯基等。
就R2、R3而言,其中就具有高載子遷移率的點來看,又較佳為相同或相異地為C1-20烷基、C6-10芳基、吡啶基、呋喃基、噻吩基或噻唑基。
在以上述式(1-1)表示的化合物、及以上述式(1-2)表示的化合物之中,就在超過200℃的高溫環境下也能夠保持結晶狀態並具有優異的熱穩定性之點來看,尤其又較佳為以上述式(1-2)表示的化合物。
就本發明之有機半導體材料而言,特佳為以下述式(2)表示的化合物。
上述式中,R4、R5係相同或相異地為C1-20烷基、C6-10芳基、吡啶基、呋喃基、噻吩基或噻唑基,可列舉與上述R2、R3中之C1-20烷基、C6-10芳基、吡啶基、呋喃基、噻吩基及噻唑基相同的例子。R4與R5之中,就具有高載子遷移率的點來看,又較佳為相同的基團,尤其較佳為C1-20烷基、苯基、呋喃基或噻吩基,特佳為C1-20烷基(其中又較佳為C4-15烷基,特佳為C6-12烷基,最佳為C6-10烷基)。
就本發明之有機半導體材料而言,就具有高載子遷移率的點來看,特佳為選自包含以下述式(2-1)~(2-6)表示的化合物之群組中之至少1種的化合物。
以上述式(1-1)表示的化合物、及以上述式(1-2)表示的化合物,係能夠使用國際公開第2014/136827號中記載之製造方法等來製造。又,例如亦能夠使用商品名「C10-DNBDT-NW」、「C6-DNBDT-NW」(以上為PI-CRYSTAL(股)製)等市售品。
以上述式(1-1)表示的化合物、及以上述式(1-2)表示的化合物,係將由氧族(chalcogen)原子構成的橋接部分作為彎曲點,而苯環連接到兩側,而形成N字型分子結構,並具有在兩末端的苯環導入有取代基之構成。因此,與具有相同程度之環數量的線性分子相比,其對於上述溶劑(A)、或溶劑(A)與溶劑(B)之混合物的溶解性高,即便在低溫環境下也不容易析出。
本發明之有機半導體裝置製造用組成物,亦可含有以上述式(1-1)表示的化合物、及以上述式(1-2)表
示的化合物以外的有機半導體材料,惟有機半導體裝置製造用組成物所含的有機半導體材料總量(100重量%)中之以上述式(1-1)表示的化合物、及以上述式(1-2)表示的化合物所佔的比例(含有2種以上之情形為其總量所佔的比例),係例如50重量%以上(例如50~100重量%),較佳為70重量%以上(例如70~100重量%),特佳為80重量%以上(例如80~100重量%)。
本發明之有機半導體裝置製造用組成物,係含有上述溶劑(A)(視需要而為溶劑(A)與溶劑(B))作為溶劑,以及含有選自以式(1-1)表示的化合物、及以式(1-2)表示的化合物中之至少1種的化合物作為有機半導體材料。溶劑及有機半導體材料,係任一者皆可單獨使用1種,或是組合2種以上而使用。
舉例來說,本發明之有機半導體裝置製造用組成物,係能夠藉由混合上述溶劑(A)(視需要而為溶劑(A)與溶劑(B))與有機半導體材料,並在空氣環境、氮氣環境或氬氣環境下,於70~150℃左右的溫度加熱約0.1~5小時,而進行調製。
本發明之有機半導體裝置製造用組成物總量中之溶劑的含量(含有2種以上之情形其總量),係例如99.999重量%以下。其下限係例如90.000重量%,較佳為93.000重量%,特佳為95.000重量%,上限係較佳為99.990重量%。
本發明之有機半導體裝置製造用組成物總量中之溶劑(A)的含量(含有2種以上之情形其總量),係例如70~99.97重量%。溶劑(A)的含量的下限,係較佳為80重量%,特佳為85重量%,上限係較佳為95重量%,特佳為92重量%。
本發明之有機半導體裝置製造用組成物總量中之溶劑(B)的含量(含有2種以上之情形其總量),係例如0~30重量%。溶劑(B)的含量的下限,係較佳為5重量%,特佳為8重量%,上限係較佳為20重量%,特佳為15重量%。
本發明之有機半導體裝置製造用組成物中的有機半導體材料(尤其是以式(1-1)表示的化合物、及以式(1-2)表示的化合物)的含量(含有2種以上之情形其總量),係例如相對於溶劑100重量份而言,例如為0.02重量份以上,較佳為0.03重量份以上,特佳為0.04重量份以上。有機半導體材料的含量的上限係例如1重量份,較佳為0.5重量份,特佳為0.1重量份。
本發明之有機半導體裝置製造用組成物中,除了上述溶劑與有機半導體材料外,可視需要而適當摻合通常有機半導體裝置製造用組成物所含的成分(例如環氧樹脂、丙烯酸樹脂、纖維素樹脂、丁縮醛樹脂等)。
本發明之有機半導體裝置製造用組成物由於使用上述溶劑(A)(視需要而使用溶劑(A)與溶劑(B))作為溶劑,因此即便在較低溫亦能夠高濃度溶解作為有機半導體材料之以式(1-1)或式(1-2)表示的化合物。因此,即
便在低溫環境下(例如20~50℃,較佳為20~40℃),也能夠以使用印刷法等濕式製程的簡便方法而輕易地形成有機半導體裝置,並且能夠大幅減少成本。又,能夠在與玻璃基板相比而耐熱性雖低但耐衝擊、輕量且可撓的塑膠基板上,直接形成有機半導體裝置,而能夠形成耐衝擊、輕量且可撓的顯示器或電腦設備。而且,若將本發明之有機半導體裝置製造用組成物塗布於基板上,則組成物中所含的有機半導體材料會因自我組織化作用而結晶化,而可得到具有高載子遷移率(例如0.2cm2/Vs以上,較佳為1.0cm2/Vs以上,特佳為4.0cm2/Vs以上,進一步較佳為5.0cm2/Vs以上,最佳為7.0cm2/Vs以上)的有機半導體裝置。再者,就相較於以往使用的1,2-二甲氧基苯或o-二氯苯而安全性優異的點來看,亦較佳為溶劑(A)、溶劑(B)。
以下根據實施例更具體地說明本發明,惟本發明不受限於此等實施例。
將50重量份的2-環戊基環戊酮與50重量份的1,3-二甲基-3,4,5,6-四氫-2(1H)-嘧啶酮混合,調製溶劑(1)。
在25℃環境下,以有機半導體材料濃度成為0.03重量%的方式,於溶劑(1)中混合作為有機半導體材料的「C10-DNBDT-NW」,在氮氣環境、遮光條件下,以100℃加熱3小時,得到有機半導體裝置製造用組成物。針對
所得到的有機半導體裝置製造用組成物,以目視確認有機半導體材料的溶解。
針對已確認溶解的有機半導體裝置製造用組成物,以-10℃/小時的速度進行冷卻,以目視確認各溫度下的有機半導體材料的溶解,自有機半導體材料析出之時間點的溫度(℃),評價「C10-DNBDT-NW」對溶劑(1)的溶解性。
除了使用表1所示的溶劑外,係與實施例1同樣地進行而調製有機半導體裝置製造用組成物,並評價有機半導體材料的溶解性。
在25℃環境下,以有機半導體材料濃度成為0.03重量%的方式,於2,3-二氫苯并呋喃中混合作為有機半導體材料的「C12-DNBDT-NW」,在氮氣環境、遮光條件下,以100℃加熱3小時,得到有機半導體裝置製造用組成物。針對所得到的有機半導體裝置製造用組成物,以目視確認有機半導體材料的溶解。
針對已確認溶解的有機半導體裝置製造用組成物,以-10℃/小時的速度進行冷卻,以目視確認各溫度下的有機半導體材料的溶解,自有機半導體材料析出之時間點的溫度(℃),評價「C12-DNBDT-NW」對2,3-二氫苯并呋喃的溶解性。
除了使用表2所示的溶劑以外,係與實施例10同樣地進行而調製有機半導體裝置製造用組成物,並評價有機半導體材料的溶解性。
在25℃環境下,以有機半導體材料濃度成為0.03重量%的方式,於2,3-二氫苯并映喃中混合作為
有機半導體材料的「C14-DNBDT-NW」,在氮氣環境、遮光條件下,以100℃加熱3小時,得到有機半導體裝置製造用組成物。針對所得到的有機半導體裝置製造用組成物,以目視確認有機半導體材料的溶解。
針對已確認溶解的有機半導體裝置製造用組成物,以-10℃/小時的速度進行冷卻,以目視確認各溫度下的有機半導體材料的溶解,自有機半導體材料析出之時間點的溫度(℃),評價「C14-DNBDT-NW」對2,3-二氫苯并呋喃的溶解性。
除了使用表3所示的溶劑以外,係與實施例11同樣地進行而調製有機半導體裝置製造用組成物,並評價有機半導體材料的溶解性。
以下說明在實施例及比較例中使用的有機半導體材料與溶劑。
‧C10-DNBDT-NW:以下述式(2-3)表示的化合物,商品名「C10-DNBDT-NW」,PI-CRYSTAL(股)製
‧C12-DNBDT-NW:以下述式(2-4)表示的化合物,商品名「C12-DNBDT-NW」,DAICEL(股)製
‧C14-DNBDT-NW:以下述式(2-6)表示的化合物,商品名「C14-DNBDT-NW」,DAICEL(股)製
‧CPCPAN:2-環戊基環戊酮,東京化成工業(股)製
‧DMTHP:1,3-二甲基-3,4,5,6-四氫-2(1H)-嘧啶酮,東京化成工業(股)製
‧DHBF:2,3-二氫苯并呋喃,東京化成工業(股)製
‧DMTHF:2,5-二甲基四氫呋喃,東京化成工業(股)製
‧2MOC:2-甲基辛烷,東京化成工業(股)製
‧2MNO:2-甲基壬烷,東京化成工業(股)製
‧DHE:己基醚,東京化成工業(股)製
‧DMOB:1,2-二甲氧基苯,東京化成工業(股)製
‧o-DCB:o-二氯苯,東京化成工業(股)製
本發明之有機半導體裝置製造用組成物,係即便在低溫環境下,作為有機半導體材料的N字型縮環π共軛系分子的溶解性亦優異,不會發生不溶或析出的問題。因此,即使在與玻璃基板相比耐熱性低但耐衝擊、輕量且可撓的塑膠基板,亦可直接形成有機半導體裝置,而能夠形成耐衝擊、輕量且可撓的顯示器或電腦設備。又,能夠使用印刷法而製造有機半導體裝置,能夠大幅降低成本。
而且,若將本發明之有機半導體裝置製造用組成物塗布於基板上,則有機半導體材料會因自我組織化作用而結晶化,因此具有高結晶性,且能夠形成具有高載子遷移率的有機半導體裝置。
Claims (7)
- 一種有機半導體裝置製造用組成物,其係含有下述溶劑(A)與下述有機半導體材料:溶劑(A):以下述式(a)表示的化合物
- 如請求項1之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(A)為選自包含具有5~7員的環烷基或碳數1~7的烷基作為取代基之5~7員的環狀酮;可具有碳數1~3的烷基且苯環或5~7員的脂環稠合成四氫呋喃環的稠環化合物;具有碳數1~3的烷基或碳數1~3的烷氧基作為取代基的四氫呋喃;1,3-二C1-3烷基-3,4,5,6-四氫-2(1H)-嘧啶酮;及3,4,5,11-四氫苊萘之群組中之至少1種的化合物。
- 如請求項1之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(A)為選自包含2-環戊基環戊酮、2-庚基環戊酮、1,3- 二甲基-3,4,5,6-四氫-2(1H)-嘧啶酮、2,3-二氫苯并呋喃、2,3-二氫-2-甲基苯并呋喃、2,5-二甲氧基四氫呋喃、2,5-二甲基四氫呋喃及3,4,5,11-四氫苊萘之群組中之至少1種的化合物。
- 如請求項1至3中任一項之有機半導體裝置製造用組成物,其進一步含有下述溶劑(B):溶劑(B):25℃下的SP值為6.0~8.0[(cal/cm3)0.5]之化合物。
- 如請求項4之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(B)為選自包含碳數6~18的烷類、及碳數6~18的二烷基醚之群組中之至少1種的化合物。
- 如請求項4或5之有機半導體裝置製造用組成物,其中溶劑(A)與溶劑(B)的總含量佔有機半導體裝置製造用組成物所含的溶劑總量的80重量%以上,溶劑(A)與溶劑(B)的含量的比(前者/後者;重量比)為100/0~75/25。
- 如請求項1至6中任一項之有機半導體裝置製造用組成物,其中有機半導體材料為以下述式(2)表示的化合物
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