WO2014021145A1 - 高分子化合物及びそれを用いた有機トランジスタ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a polymer compound and an organic transistor using the same.
- organic transistors using organic semiconductor materials are expected to be lighter, have lower manufacturing costs and can be manufactured at lower temperatures than conventional transistors using inorganic semiconductor materials, they are actively researched and developed. Has been done.
- Non-Patent Document 1 proposes a polymer compound represented by the following formula.
- an organic transistor containing the above polymer compound in an active layer has a problem that field effect mobility is not sufficient.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a polymer compound that can exhibit excellent field effect mobility when used as a constituent material of an active layer of an organic transistor. For the purpose.
- Another object of the present invention is to provide an organic semiconductor material containing such a polymer compound, an organic semiconductor element and an organic transistor using the organic semiconductor material.
- the present invention provides the following polymer compound, organic semiconductor element, and organic transistor.
- a polymer compound containing a structural unit represented by the formula (1) [Where, The A ring and the B ring are each independently an aromatic hydrocarbon ring or a heterocyclic ring.
- R 1 has a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an alkoxy group which may have a substituent, an alkylthio group which may have a substituent, and a substituent.
- Each R 1 may be the same as or different from each other.
- n is a positive integer.
- Ar 1 and Ar 2 are each independently a group represented by the formula (11) or a group represented by the formula (12).
- E 1 is a group represented by —O—, a group represented by —S—, a group represented by —Se— or a group represented by —N (R N ) —.
- RN represents a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, a monovalent heterocyclic group or a substituent which may have a substituent. It is an acyl group that may have.
- X is a group represented by ⁇ CH— or a group represented by ⁇ N—. * Indicates a bond with an adjacent structural unit.
- R 1 represents the same meaning as described above.
- the C ring is an aromatic hydrocarbon ring or a heterocyclic ring.
- R 1 , E 1 , X and * represent the same meaning as described above.
- m is 0 or a positive integer.
- two or more R 1 is an alkyl group optionally having a substituent of R 1 contained in R 1 and Ar 1 and Ar 2 bonded to the ring A and ring B of formula (1) ,
- each R 1 may be the same or different from each other.
- the present invention is extremely useful.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a first example of an organic transistor of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the second example of the organic transistor of the present invention.
- FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the third example of the organic transistor of the present invention.
- FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the fourth example of the organic transistor of the present invention.
- FIG. 5 is a sectional view schematically showing the configuration of the fifth example of the organic transistor of the present invention.
- FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the sixth example of the organic transistor of the present invention.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a first example of an organic transistor of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the second example of the organic transistor of the present invention.
- FIG. 3 is
- FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the seventh example of the organic transistor of the present invention.
- FIG. 8 is a sectional view schematically showing the configuration of the eighth example of the organic transistor of the present invention.
- FIG. 9 is a sectional view schematically showing the configuration of the ninth example of the organic transistor of the present invention.
- the “structural unit” means a unit structure present in one or more polymer compounds.
- the “structural unit” is preferably contained in the polymer compound as a “repeating unit” (that is, a unit structure present in two or more in the polymer compound).
- substituent means that part or all of the hydrogen atoms constituting the compound or group described immediately after that may be substituted with a substituent. means. Unless otherwise specified, examples of the substituent include the following substituents. For example, alkyl group, alkoxy group, alkylthio group, aryl group, monovalent heterocyclic group, aryloxy group, arylthio group, alkenyl group, alkynyl group, amino group, silyl group, halogen atom, acyl group, acyloxy group, amide Group, carboxyl group, nitro group and cyano group.
- an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, a monovalent heterocyclic group, an aryloxy group, an arylthio group, a halogen atom or a cyano group are preferable, and an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, A monovalent heterocyclic group, aryloxy group or halogen atom is more preferred, and an alkyl group, alkoxy group or halogen atom is still more preferred.
- Each of the alkyl group, alkoxy group and alkylthio group may be linear, branched or cyclic.
- the polymer compound of the present invention includes a structural unit represented by the formula (1) (hereinafter sometimes referred to as a first structural unit).
- the first structural unit may be contained alone or in combination of two or more in the polymer compound.
- a ring and B ring are each independently an aromatic hydrocarbon ring or a heterocyclic ring.
- n is a positive integer.
- the number of carbon atoms in the aromatic hydrocarbon ring is preferably 5 to 30, more preferably 6 to 14, and further preferably 6 to 10.
- the number of carbon atoms does not include the number of carbon atoms of the substituent.
- the aromatic hydrocarbon ring include a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, a pyrene ring, and a fluorene ring.
- the number of carbon atoms in the heterocyclic ring is usually preferably 2 to 60, more preferably 2 to 22, and still more preferably 3 to 14.
- the number of carbon atoms does not include the number of carbon atoms of the substituent.
- the heterocycle is preferably an aromatic heterocycle. Examples of the aromatic heterocycle include thiazole ring, thiophene ring, pyrrole ring, furan ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, benzothiophene ring, benzopyrrole ring, benzofuran ring, quinoline ring, isoquinoline ring, and thienothiophene ring. And a benzothiadiazole ring.
- the A ring and the B ring are preferably the same aromatic hydrocarbon ring or the same heterocyclic ring from the viewpoint of ease of synthesis of the compound of the present invention, and the same 5 to 6 members. It is more preferably a cyclic aromatic hydrocarbon ring or the same 5- to 6-membered heterocyclic ring.
- each R 1 may independently have a hydrogen atom, an alkyl group that may have a substituent, an alkoxy group that may have a substituent, or a substituent. It has an alkylthio group, an aryl group which may have a substituent, a monovalent heterocyclic group which may have a substituent, an aryloxy group which may have a substituent, and a substituent.
- An arylthio group which may have a substituent an alkenyl group which may have a substituent, an alkynyl group which may have a substituent, an amino group which may have a substituent, and a substituent which may have Good silyl group, halogen atom, optionally substituted acyl group, optionally substituted acyloxy group, optionally substituted amide group, carboxyl group, nitro group or cyano It is a group.
- Each R 1 may be the same as or different from each other.
- R 1 is an alkyl group optionally having a substituent of R 1 contained in R 1 and Ar 1 and Ar 2 bonded to the ring A and ring B of formula (1) ,
- Acyloxy group, amide group, carboxyl group, nitro which may have a substituent Or a cyano group, each R 1 may be the same or different from each other.
- the alkyl group may be linear, branched or cyclic, and may have a substituent.
- the number of carbon atoms of the linear alkyl group is usually 1 to 60, preferably 1 to 20, excluding the number of carbon atoms of the substituent.
- the number of carbon atoms of the branched alkyl group and the cyclic alkyl group is usually 3 to 20, preferably 4 to 20, not including the carbon atom number of the substituent.
- a linear alkyl group and a branched alkyl group are preferable, and a linear alkyl group is more preferable.
- alkyl group examples include linear alkyl groups such as methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, n-hexyl group, n-octyl group, n-dodecyl group and n-hexadecyl group; Examples thereof include branched alkyl groups such as isopropyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, 2-ethylhexyl group and 3,7-dimethyloctyl group; and cyclic alkyl groups such as cyclopentyl group and cyclohexyl group.
- Examples of the substituent that the alkyl group may have include an alkoxy group, an aryl group, and a halogen atom.
- Examples of the alkyl group having a substituent include a methoxyethyl group, a benzyl group, a trifluoromethyl group, and a perfluorohexyl group.
- the alkoxy group may be linear, branched or cyclic, and may have a substituent.
- the number of carbon atoms of the linear alkoxy group is usually 1 to 20 without including the number of carbon atoms of the substituent.
- the number of carbon atoms of the branched alkoxy group and the cyclic alkoxy group is usually 3 to 20, excluding the number of carbon atoms of the substituent.
- a linear alkoxy group is preferable.
- alkoxy group examples include n-butyloxy group, n-hexyloxy group, 2-ethylhexyloxy group, 3,7-dimethyloctyloxy group and n-dodecyloxy group, n-butyloxy group, n-hexyl group.
- a linear alkoxy group such as oxy group, n-dodecyloxy group, n-hexadecyloxy and the like is preferable.
- Examples of the substituent that the alkoxy group may have include an aryl group and a halogen atom.
- the alkylthio group may be linear, branched or cyclic, and may have a substituent.
- the number of carbon atoms of the linear alkylthio group is usually 1 to 20, not including the number of carbon atoms of the substituent.
- the number of carbon atoms of the branched alkylthio group and the cyclic alkylthio group is usually 3 to 20, excluding the number of carbon atoms of the substituent.
- a linear alkylthio group is preferable.
- alkylthio group examples include n-butylthio group, n-hexylthio group, 2-ethylhexylthio group, 3,7-dimethyloctylthio group, n-dodecylthio group and n-hexadecylthio group.
- Linear alkylthio groups such as -hexylthio group, n-dodecylthio group and n-hexadecylthio are preferred.
- alkylthio group may have include an aryl group and a halogen atom.
- the aryl group is a remaining atomic group obtained by removing one hydrogen atom directly bonded to a carbon atom constituting a ring from an aromatic hydrocarbon which may have a substituent.
- the aryl group also includes a group having a benzene ring, a group having a condensed ring, and a group in which two or more rings selected from an independent aromatic hydrocarbon ring and a condensed ring are directly bonded.
- the number of carbon atoms of the aryl group is usually 6 to 60, preferably 6 to 20, excluding the number of carbon atoms of the substituent.
- aryl groups include phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, 1-anthryl, 2-anthryl, 9-anthryl, 1-pyrenyl, 2-pyrenyl, 4-pyrenyl, Examples include 2-fluorenyl group, 3-fluorenyl group, 4-fluorenyl group and 4-phenylphenyl group.
- Examples of the substituent that the aryl group may have include an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, a monovalent heterocyclic group, and a halogen atom. Among these, an alkyl group is preferable.
- Examples of the aryl group having a substituent include a 4-hexylphenyl group, a 3,5-dimethoxyphenyl group, and a pentafluorophenyl group.
- the monovalent heterocyclic group is a remaining atomic group obtained by removing one hydrogen atom directly bonded to a carbon atom constituting a ring from a heterocyclic compound which may have a substituent. And a group in which two or more rings selected from independent aromatic heterocycles and fused rings are directly bonded.
- the number of carbon atoms of the monovalent heterocyclic group is usually 2 to 60, preferably 3 to 20, excluding the number of carbon atoms of the substituent.
- the heterocyclic compound is an organic compound having a ring structure, and the elements constituting the ring are not only carbon atoms but also heteroatoms such as oxygen, sulfur, nitrogen, phosphorus, boron, and arsenic in the ring. This includes things.
- the heterocyclic compound is preferably an aromatic heterocyclic compound.
- monovalent heterocyclic groups examples include 2-furyl, 3-furyl, 2-thienyl, 3-thienyl, 2-pyrrolyl, 3-pyrrolyl, 2-oxazolyl, 2-thiazolyl 2-imidazolyl group, 2-pyridyl group, 3-pyridyl group, 4-pyridyl group, 2-benzofuryl group, 2-benzothienyl group and 2-thienothienyl group.
- the monovalent heterocyclic group is preferably a monovalent aromatic heterocyclic group.
- Examples of the substituent that the monovalent heterocyclic group may have include an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, and a halogen atom. Among these, an alkyl group is preferable.
- Examples of the monovalent heterocyclic group having a substituent include a 5-octyl-2-thienyl group and a 5-phenyl-2-furyl group.
- the aryloxy group may have a substituent.
- the number of carbon atoms of the aryloxy group is usually 6 to 20 without including the number of carbon atoms of the substituent.
- aryloxy group examples include a phenoxy group, a 1-naphthyloxy group, and a 2-naphthyloxy group.
- Examples of the substituent that the aryloxy group may have include an alkyl group, an alkoxy group, and a halogen atom, and among these, an alkyl group is preferable.
- the arylthio group may have a substituent.
- the number of carbon atoms of the arylthio group is usually 6 to 20, excluding the number of carbon atoms of the substituent.
- arylthio group examples include a phenylthio group, a 1-naphthylthio group, and a 2-naphthylthio group.
- Examples of the substituent that the arylthio group may have include an alkyl group, an alkoxy group, and a halogen atom, and among these, an alkyl group is preferable.
- the alkenyl group may have a substituent.
- the number of carbon atoms of the alkenyl group is usually 2 to 20, not including the number of carbon atoms of the substituent.
- alkenyl groups examples include vinyl and 1-octenyl groups.
- alkenyl group may have include an alkyl group, an alkoxy group, and a halogen atom.
- the alkynyl group may have a substituent.
- the number of carbon atoms of the alkynyl group is usually 2 to 20, not including the number of carbon atoms of the substituent.
- alkynyl groups examples include ethynyl group and 1-octynyl group.
- alkynyl group may have examples of the substituent that the alkynyl group may have include an alkyl group, an aryl group, and a silyl group.
- alkynyl group having a substituent examples include a 2-phenylethynyl group and a trimethylsilylethynyl group.
- the amino group may have a substituent.
- the number of carbon atoms of the substituent that the amino group may have is usually 0 to 40.
- Examples of the substituent that the amino group may have include an alkyl group, an aryl group, and a monovalent heterocyclic group.
- Examples of the amino group having a substituent include a methylamino group, a dimethylamino group, a diethylamino group, a diisopropylamino group, a dicyclohexylamino group, a pyrrolidyl group, a piperidyl group, a phenylamino group, a diphenylamino group, a 1-naphthylamino group, Examples include 2-naphthylamino group and pyridylamino group.
- the silyl group may have a substituent.
- the number of carbon atoms of the substituent that the silyl group may have is usually 0 to 60.
- Examples of the substituent that the silyl group may have include an alkyl group, an aryl group, and an alkoxy group.
- Examples of the silyl group having a substituent include a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group, a tripropylsilyl group, a triisopropylsilyl group, a tert-butyldimethylsilyl group, a triphenylsilyl group, a tribenzylsilyl group, a diphenylmethylsilyl group, and A dimethylphenylsilyl group is mentioned.
- halogen atom examples include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom, and a fluorine atom is preferable.
- the acyl group may have a substituent.
- the number of carbon atoms of the acyl group is usually 1 to 20, not including the number of carbon atoms of the substituent.
- Examples of the acyl group include an acetyl group, a propionyl group, and a benzoyl group.
- Examples of the substituent that the acyl group may have include an alkyl group, an aryl group, and a halogen atom.
- Examples of the acyl group having a substituent include a trifluoroacetyl group and a pentafluorobenzoyl group.
- the acyloxy group may have a substituent.
- the number of carbon atoms of the acyloxy group is usually 2 to 20 without including the number of carbon atoms of the substituent.
- Examples of the acyloxy group include an acetoxy group, a propionyloxy group, and a benzoyloxy group.
- Examples of the acyloxy group that the acyloxy group may have include an alkyl group, an aryl group, and a halogen atom.
- Examples of the acyloxy group having a substituent include a trifluoroacetyloxy group and a pentafluorobenzoyloxy group.
- the amide group may have a substituent.
- the amide group which may have a substituent include a formamide group, an acetamide group, a propioamide group, a butyramide group, a benzamide group, a trifluoroacetamide group, a pentafluorobenzamide group, a diformamide group, a diacetamide group, and a diamide group.
- a benzamide group is mentioned.
- Ar 1 and Ar 2 are each independently a group represented by Formula (11) or a group represented by Formula (12).
- E 1 is a group represented by —O—, a group represented by —S—, a group represented by —Se—, or —N (R N ) —. It is a group represented. E 1 is preferably a group represented by —S— or a group represented by —O— from the viewpoint of ease of synthesis of the monomer used as a raw material of the polymer compound of the present invention, and represented by —S—. More preferred are the groups
- X is preferably a group represented by ⁇ CH— from the viewpoint of ease of synthesis of a monomer that is a raw material of the polymer compound of the present invention.
- RN represents a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, a monovalent heterocyclic group or a substituent which may have a substituent. It is an acyl group that may have. Alkyl group, an aryl group represented by R N, monovalent heterocyclic group, definitions and examples of the acyl group is an alkyl group represented by the aforementioned R 1, aryl group, monovalent heterocyclic group, an acyl group Definitions and examples are the same.
- C ring is an aromatic hydrocarbon ring or a heterocyclic ring.
- the definitions and examples of the aromatic hydrocarbon ring are the same as the definitions and examples of the aromatic hydrocarbon ring represented by the A ring and the B ring described above.
- the definition and examples of the heterocyclic ring are the same as the definitions and examples of the heterocyclic ring represented by the A ring and the B ring described above.
- the structural unit represented by the formula (1) is preferably a structural unit represented by the formula (2) or the formula (3) because higher electrolytic effect mobility can be obtained.
- R 1 , E 1 , n, m, X, A ring and B ring represent the same meaning as described above.
- Each E 1 may be the same as or different from each other.
- Each X may be the same as or different from each other.
- the C1 ring and the C2 ring represent the same meaning as the C ring in the formula (12). Rings C1 and C2 may be the same or different from each other. From the viewpoint of ease of synthesis of the compound of the present invention, the C1 ring and the C2 ring are preferably the same aromatic hydrocarbon ring or the same heterocycle, and more preferably the same heterocycle. Preferably, they are the same aromatic heterocycles, more preferably the structures represented by any one of the formulas (4) to (6), and the structures that are mutually the same.
- E 1 , X and R 1 represent the same meaning as described above.
- each E 1 may be the same as or different from each other.
- each R 1 may be the same as or different from each other.
- the structural unit represented by the formula (2) is preferably the structural unit represented by the formula (2 ′) because higher electrolytic effect mobility can be obtained.
- R 1 , E 1 and X represent the same meaning as described above.
- the structural unit represented by the formula (3) is preferably a structural unit represented by the formula (3 ′) because higher electrolytic effect mobility can be obtained.
- R 1 , m, E 1 , X, C1 ring and C2 ring represent the same meaning as described above.
- Examples of the first structural unit include each structural unit represented by the formula (1-1) to the formula (1-21).
- the formula (1-1) Formula (1-3), Formula (1-5), Formula (1-7), Formula (1-8), Formula (1-10), Formula (1-12), Formula (1-13),
- the formula (1-14), the formula (1-16), the formula (1-18) or the formula (1-19) is preferable, and the formula (1-1), the formula (1-5), the formula (1-13) And the formula (1-14), the formula (1-16) or the formula (1-19) is more preferable.
- the second structural unit is a structural unit represented by the formula (7). Only one type of the second structural unit may be contained in the polymer compound, or two or more types of the second structural unit may be contained.
- Y is an arylene group which may have a substituent or a divalent heterocyclic group which may have a substituent.
- An arylene group is a remaining atomic group obtained by removing two hydrogen atoms directly bonded to carbon atoms constituting a ring from an optionally substituted aromatic hydrocarbon, a group having a benzene ring, a condensed ring A group having The number of carbon atoms of the arylene group is usually 6 to 60, preferably 6 to 20, excluding the number of carbon atoms of the substituent.
- Examples of the substituent that the arylene group may have include an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, a monovalent heterocyclic group, an aryloxy group, an arylthio group, an alkenyl group, an alkynyl group, and an amino group.
- Each definition and each example includes an alkyl group, alkoxy group, alkylthio group, aryl group, monovalent heterocyclic group, aryloxy group, arylthio group, alkenyl group, alkynyl group, amino group, silyl group represented by R 1. , Halogen atoms, acyl groups, acyloxy groups and amide groups, and the same definitions and examples.
- arylene group examples include a phenylene group, a naphthalenediyl group, an anthracenediyl group, a phenanthenediyl group, a tetracenediyl group, a pyrenediyl group, a pentacenediyl group, a perylenediyl group, and a fluorenediyl group.
- the divalent heterocyclic group is a remaining atomic group obtained by removing two hydrogen atoms directly bonded to a carbon atom constituting a ring from an optionally substituted heterocyclic compound, and has a condensed ring. A group and a group in which two or more rings selected from independent aromatic heterocycles and condensed rings are directly bonded are also included.
- the number of carbon atoms possessed by the divalent heterocyclic group is usually 2 to 60, preferably 3 to 20, excluding the number of carbon atoms of the substituent.
- the divalent heterocyclic group is preferably a divalent aromatic heterocyclic group.
- Examples of the substituent that the divalent heterocyclic group may have include an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, a monovalent heterocyclic group, an aryloxy group, an arylthio group, an alkenyl group, and an alkynyl group.
- Each definition and each example includes an alkyl group, alkoxy group, alkylthio group, aryl group, monovalent heterocyclic group, aryloxy group, arylthio group, alkenyl group, alkynyl group, amino group, silyl group represented by R 1. , The same as the definitions and examples of the halogen atom, acyl group, acyloxy group and amide group.
- divalent heterocyclic groups include oxadiazole diyl group, thiadiazole diyl group, oxazole diyl group, thiazole diyl group, thiophene diyl group, pyrrole diyl group, frangyl group, selenophene diyl group, pyridine diyl group, pyrazine diyl Group, pyrimidinediyl group, triazinediyl group, benzothiophenediyl group, benzopyrrolediyl group, benzofuranyl group, quinolinediyl group, isoquinolinediyl group, thienothiophenediyl group, benzodithiophenediyl group, benzothiadiazolediyl group and quinoxalinediyl group Is mentioned.
- arylene group groups represented by formulas (9-1) to (9-6) are preferable, and formula (9-1) or (9-6) is more preferable.
- R has a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an alkoxy group which may have a substituent, or a substituent.
- An alkylthio group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, a monovalent heterocyclic group which may have a substituent, an aryloxy group which may have a substituent, and a substituent;
- An arylthio group which may have, an alkenyl group which may have a substituent, an alkynyl group which may have a substituent, an amino group which may have a substituent, and a substituent
- Each R may be the same as or different from each other.
- An alkyl group which may have a substituent in R an alkoxy group which may have a substituent, an alkylthio group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, A monovalent heterocyclic group which may have a substituent, an aryloxy group which may have a substituent, an arylthio group which may have a substituent, and a substituent which may have a substituent Alkenyl group, alkynyl group which may have a substituent, amino group which may have a substituent, silyl group which may have a substituent, halogen atom, which may have a substituent
- Each definition and example of a good acyl group, an optionally substituted acyloxy group, and an optionally substituted amide group has the substituent represented by the above R 1.
- Examples of the divalent heterocyclic group include groups represented by formulas (10-1) to (10-26). Among these, since higher field-effect mobility can be obtained, each structural unit represented by formula (10-1) to formula (10-20) is preferable, and formula (10-1), formula (10-3) ), Formula (10-6), formula (10-15), formula (10-17), and structural units represented by formula (10-20) are more preferable, and formula (10-1), The structural units represented by formula (10-15), formula (10-17), and formula (10-20) are more preferable.
- R 2 has a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an alkoxy group which may have a substituent, or a substituent.
- Each R 2 may be the same as or different from each other.
- An alkyl group which may have a substituent in R 2 an alkoxy group which may have a substituent, an alkylthio group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent
- Each definition and example of an acyl group that may have a substituent, an acyloxy group that may have a substituent, and an amide group that may have a substituent have the substituent represented by R 1 above.
- a ⁇ -conjugated system in which multiple bonds and single bonds are alternately and continuously formed by bonds between carbon atoms or bonds between carbon atoms and heteroatoms is formed.
- Y is selected so that a ⁇ -conjugated system is formed when the polymer compound is formed together with the structural unit represented by the formula (1).
- An example of such a ⁇ -conjugated system is a structure shown within a dotted line in the formula (E1).
- the polymer compound of the present invention preferably has a structural unit in which two or more second structural units are continuously bonded.
- the polymer compound including a structural unit in which two or more second structural units are continuously bonded include polymer compounds including the structural units represented by the formulas (4-1) to (4-9). Can be mentioned.
- the formula (4-1), the formula (4-5), A polymer compound containing the structural unit represented by formula (4-8) and formula (4-9) is preferred.
- R 2 represents the same meaning as described above.
- the polymer compound of the present invention may contain a structural unit other than the first structural unit and the second structural unit (hereinafter sometimes referred to as “other structural unit”). Other structural units may be contained alone or in combination of two or more in the polymer compound.
- Examples of the other structural unit include an arylene group, a divalent heterocyclic group, a group represented by —CR c ⁇ CR d —, a group represented by —C ⁇ C—, and a group represented by —CR g 2 —.
- arylene group and divalent heterocyclic ring are the same as the definitions and examples of the arylene and divalent heterocyclic group represented by Y above.
- R c , R d and R g may each independently have a hydrogen atom or a substituent.
- R c , R d, and R g may have include an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, a monovalent heterocyclic group, and a halogen atom, and among these, Alkyl groups are preferred.
- the polymer compound of the present invention is preferably a conjugated polymer compound because more excellent field effect mobility can be obtained.
- the total molar ratio of the first structural unit and the second structural unit is 50 with respect to all the structural units constituting the polymer compound. It is preferably at least mol%, more preferably at least 70 mol%.
- the field-effect mobility may be lowered when a group showing activity in the polymerization reaction remains at the molecular chain end. Therefore, the molecular chain terminal is preferably a stable group such as an aryl group or a monovalent heterocyclic group.
- the polymer compound of the present invention may be any type of copolymer, such as a block copolymer, a random copolymer, an alternating copolymer, or a graft copolymer.
- the number average molecular weight (Mn) in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography (hereinafter referred to as “GPC”) of the polymer compound of the present invention is usually 1 ⁇ 10 3 to 1 ⁇ 10 8
- the weight average molecular weight (Mw) in terms of polystyrene is usually 1 ⁇ 10 3 to 2 ⁇ 10 8 .
- the number average molecular weight is preferably 1 ⁇ 10 3 or more, and the weight average molecular weight is preferably 1 ⁇ 10 3 or more.
- the number average molecular weight is preferably 1 ⁇ 10 6 or less, and the weight average molecular weight is preferably 1 ⁇ 10 6 or less.
- the polymer compound of the present invention may be produced by any method, for example, a compound represented by the formula: X 11 -A 11 -X 12 and a compound represented by the formula: X 13 -A 12 -X 14
- the compound can be dissolved in an organic solvent as necessary, a base is added as necessary, and the compound can be synthesized by a known polymerization method such as aryl coupling using an appropriate catalyst.
- a 11 is a structural unit represented by the formula (1)
- a 12 is a structural unit represented by the formula (7).
- X 11 , X 12 , X 13 and X 14 are each independently a polymerization reactive group.
- polymerization reactive group examples include a group represented by a halogen atom, a boric acid ester residue, a boric acid residue (—B (OH) 2 ), and a trialkylstannyl group.
- halogen atom that is a polymerization reactive group
- examples of the halogen atom that is a polymerization reactive group include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
- each group represented by a following formula is mentioned, for example.
- trialkylstannyl group that is a polymerization reactive group
- examples of the trialkylstannyl group that is a polymerization reactive group include a trimethylstannyl group and a tributylstannyl group.
- Polymerization methods such as aryl coupling include, for example, a polymerization method by Suzuki coupling reaction (Chemical Review, 1995, 95, 2457-2483), and a polymerization method by Stille coupling reaction (European Polymer Journal). 2005, 41, 2923-2933).
- the polymerization reactive group is usually a halogen atom, a boric acid ester residue, a boric acid residue or the like when a nickel catalyst or palladium catalyst such as Suzuki coupling reaction is used. From the viewpoint of simplicity of the polymerization reaction, a bromine atom, an iodine atom, or a boric acid ester residue is preferable.
- the ratio of the total mole number of bromine atom and iodine atom, which is the polymerization reactive group, to the total mole number of boric acid ester residue is 0. It is preferably from 7 to 1.3, more preferably from 0.8 to 1.2.
- the polymerization reactive group is usually a halogen atom, a trialkylstannyl group or the like when a palladium catalyst such as Stille coupling reaction is used. From the viewpoint of simplicity of the polymerization reaction, a bromine atom, an iodine atom or a trialkylstannyl group is preferable.
- the ratio of the total mole number of bromine atom and iodine atom, which is a polymerization reactive group, to the total mole number of trialkylstannyl group is 0. It is preferably from 7 to 1.3, more preferably from 0.8 to 1.2.
- organic solvent used for the polymerization examples include benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, dichlorobenzene, tetrahydrofuran, and dioxane. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
- Examples of the base used for polymerization include inorganic bases such as sodium carbonate, potassium carbonate, cesium carbonate, potassium fluoride, cesium fluoride, tripotassium phosphate, tetrabutylammonium fluoride, tetrabutylammonium chloride, odor And organic bases such as tetrabutylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, and tetrabutylammonium hydroxide.
- inorganic bases such as sodium carbonate, potassium carbonate, cesium carbonate, potassium fluoride, cesium fluoride, tripotassium phosphate, tetrabutylammonium fluoride, tetrabutylammonium chloride, odor And organic bases such as tetrabutylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, and tetrabutylammonium hydroxide.
- the catalyst used for polymerization examples include transition metal complexes such as tetrakis (triphenylphosphine) palladium, tris (dibenzylideneacetone) dipalladium, palladium acetate and dichlorobistriphenylphosphine palladium.
- the fiber metal complex may have a ligand such as triphenylphosphine, tri-tert-butylphosphine, or tricyclohexylphosphine as necessary.
- these catalysts those synthesized in advance may be used, or those prepared in the reaction system may be used as they are. Moreover, these catalysts may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
- the reaction temperature of the polymerization is preferably 0 to 200 ° C, more preferably 0 to 150 ° C, and further preferably 0 to 120 ° C.
- the polymerization reaction time is usually 1 hour or longer, preferably 2 to 500 hours.
- the post-treatment of the polymerization can be carried out by a known method, for example, by a method in which the reaction solution obtained by the polymerization is added to a lower alcohol such as methanol and the resulting precipitate is filtered and dried.
- a lower alcohol such as methanol
- the purity of the polymer compound of the present invention is low, it may be purified by a method such as recrystallization, continuous extraction with a Soxhlet extractor, or column chromatography.
- the organic semiconductor material means a material for an organic semiconductor having the polymer compound of the present invention and a compound different from the polymer compound of the present invention.
- the compound different from the polymer compound of the present invention is preferably a compound having carrier transport properties, and may be a low molecular compound or a polymer compound.
- the polymer compound of the present invention contained in the organic semiconductor material may be one kind alone or two or more kinds.
- the organic semiconductor material preferably contains 30% by weight or more of the polymer compound of the present invention, and more preferably contains 50% by weight or more.
- Examples of the compound having a carrier transporting property include low molecular weight compounds such as arylamine derivatives, stilbene derivatives, oligothiophene and derivatives thereof, oxadiazole derivatives, fullerenes and derivatives thereof; polyvinylcarbazole and derivatives thereof, polyaniline and derivatives thereof. , Polythiophene and derivatives thereof, polypyrrole and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, polythienylene vinylene and derivatives thereof, and polyfluorene and derivatives thereof.
- the organic semiconductor material may contain a polymer compound different from the polymer compound of the present invention as a polymer binder in order to improve its characteristics.
- polymer binders examples include poly (N-vinylcarbazole), polyaniline and derivatives thereof, polythiophene and derivatives thereof, poly (p-phenylene vinylene) and derivatives thereof, poly (2,5-thienylene vinylene) and derivatives thereof , Polycarbonate, polyacrylate, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinyl chloride and polysiloxane.
- the polymer compound of the present invention exhibits excellent field effect mobility, it can be suitably used for an organic layer (active layer, organic semiconductor layer) of an organic semiconductor element.
- an organic semiconductor element an organic transistor, an organic solar cell, and an organic electroluminescent element are mentioned, for example.
- the polymer compound of the present invention can be suitably used for an organic layer of an organic transistor.
- Organic transistor of the present invention for example, a source electrode and a drain electrode, an active layer that is a current path between these electrodes and containing the polymer compound of the present invention, and a gate electrode that controls the amount of current passing through the current path And an organic transistor having the following.
- Examples of the organic transistor having such a configuration include a field effect organic transistor and a static induction organic transistor.
- a field effect organic transistor usually has a source electrode and a drain electrode, a current path between these electrodes, an active layer containing the polymer compound of the present invention, and a gate electrode that controls the amount of current passing through the current path.
- the organic transistor having an active layer and an insulating layer disposed between the gate electrode.
- the field effect organic transistor is a field effect organic transistor in which a source electrode and a drain electrode are provided in contact with an active layer, and a gate electrode is provided with an insulating layer in contact with the active layer interposed therebetween. Is preferred.
- the electrostatic induction organic transistor usually has a source electrode and a drain electrode, a current path between these electrodes, an active layer containing the polymer compound of the present invention, and a gate electrode that controls the amount of current passing through the current path And the gate electrode is provided in the active layer.
- the electrostatic induction organic transistor is preferably an electrostatic induction organic transistor in which a source electrode, a drain electrode, and the gate electrode are provided in contact with the active layer.
- the gate electrode may be a structure that can form a current path flowing from the source electrode to the drain electrode and that can control the amount of current flowing through the current path with a voltage applied to the gate electrode, and is, for example, a comb electrode.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a first example of an organic transistor (field-effect organic transistor) of the present invention.
- An organic transistor 100 shown in FIG. 1 straddles a substrate 1, a source electrode 5 and a drain electrode 6 provided on the main surface of the substrate 1 so as to be separated from each other at a predetermined interval, and a source electrode 5 and a drain electrode 6.
- the active layer 2 provided on the substrate 1 integrally with the source electrode 5 and the drain electrode 6, the insulating layer 3 provided on the active layer 2, and the insulation between the source electrode 5 and the drain electrode 6.
- a gate electrode 4 formed on the insulating layer 3 is provided so as to cover the source electrode 5 and the drain electrode 6 when viewed from the thickness direction of the substrate 1 so as to cover the region of the layer 3.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of another second example of the organic transistor (field-effect organic transistor) of the present invention.
- the organic transistor 110 shown in FIG. 2 includes a substrate 1, a source electrode 5 provided in a partial region of the main surface of the substrate 1, and an active layer 2 provided on the substrate 1 so as to cover the source electrode 5.
- the drain electrode 6 provided on the active layer 2 so as to be separated from the source electrode 5 at a predetermined interval, and provided so as to straddle the active layer 2 and the drain electrode 6 when viewed from the thickness direction of the substrate 1.
- the source electrode 5 and the drain electrode 6 are provided integrally with the active layer 2.
- FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a third example of the organic transistor (field-effect organic transistor) of the present invention.
- the organic transistor 120 shown in FIG. 3 includes a substrate 1, a gate electrode 4 provided on one main surface of the substrate 1, an insulating layer 3 provided on the substrate 1 so as to cover the gate electrode 4, and a substrate 1
- a source electrode 5 provided on the insulating layer 3 so as to cover a part of the insulating layer 3 and to be spaced at a predetermined interval so as to straddle the gate electrode 4 when viewed from the thickness direction of A drain electrode 6 and an active layer 2 provided on the insulating layer 3 so as to cover a part of the source electrode 5 and the drain electrode 6 are provided.
- FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a fourth example of the organic transistor (field effect organic transistor) of the present invention.
- An organic transistor 130 shown in FIG. 4 includes a substrate 1, a gate electrode 4 provided in a partial region of one main surface of the substrate 1, and an insulating layer 3 provided on the substrate 1 so as to cover the gate electrode 4.
- FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a fifth example of the organic transistor (electrostatic induction type organic transistor) of the present invention.
- An organic transistor 140 shown in FIG. 5 includes a substrate 1, a source electrode 5 provided on one main surface of the substrate 1, an active layer 2 formed on the source electrode 5, and a predetermined interval on the active layer 2. And a plurality of gate electrodes 4 provided so as to be separated from each other and a further active layer 2a provided on the active layer 2 so as to cover all the gate electrodes 4 (the material constituting the active layer 2a is the active layer 2). And a drain electrode 6 provided so as to straddle all the gate electrodes 4 when viewed in the thickness direction of the substrate 1.
- FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a sixth example of the organic transistor (field effect organic transistor) of the present invention.
- An organic transistor 150 shown in FIG. 6 is provided integrally with the substrate 1, the active layer 2 formed on the substrate 1, and the active layer 2 so as to be spaced apart from each other at a predetermined interval.
- FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a seventh example of the organic transistor (field-effect organic transistor) of the present invention.
- An organic transistor 160 shown in FIG. 7 includes a substrate 1, a gate electrode 4 provided in a partial region of one main surface of the substrate 1, and an insulating layer 3 formed on the substrate 1 so as to cover the gate electrode 4.
- the active layer 2 provided so as to cover a part of the insulating layer 3 so as to cover a part of the gate electrode 4 when viewed from the thickness direction of the substrate 1 and the thickness direction of the substrate 1.
- a drain electrode 6 formed on the active layer 2 so as to cover a part of the active layer 2 so as to be spaced apart from the source electrode 5 at a predetermined interval so as to span a part of the gate electrode 4.
- FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an eighth example of the organic transistor (field-effect organic transistor) of the present invention.
- the organic transistor 170 shown in FIG. 8 includes a gate electrode 4, an insulating layer 3 provided on one main surface of the gate electrode 4, an active layer 2 provided on the insulating layer 3, and an active layer 2 on each other.
- a source electrode 5 and a drain electrode 6 provided so as to be separated at a predetermined interval.
- the gate electrode 4 also serves as the substrate 1.
- FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a ninth example of the organic transistor (field-effect organic transistor) of the present invention.
- the organic transistor 180 shown in FIG. 9 includes a gate electrode 4, an insulating layer 3 provided on one main surface of the gate electrode 4, and a source electrode provided on the insulating layer 3 so as to be separated from each other at a predetermined interval. 5 and the drain electrode 6, and the active layer 2 provided on the insulating layer 3 so as to cover partial regions of the source electrode 5 and the drain electrode 6.
- the active layer 2 and / or the active layer 2a is composed of an organic layer containing the polymer compound of the present invention, and a current path (channel) between the source electrode 5 and the drain electrode 6 is formed. )
- the gate electrode 4 controls the amount of current passing through the current path (channel) by applying a voltage.
- Such a field effect organic transistor can be produced by a known method, for example, a method described in JP-A-5-110069.
- the electrostatic induction organic transistor can be manufactured by a known method such as the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-006476.
- the material of the substrate 1 may be any material that does not hinder the characteristics of the organic transistor.
- a glass substrate, a flexible film substrate, or a plastic substrate can be used as the substrate.
- the material of the insulating layer 3 may be any material having high electrical insulation, and for example, SiO x , SiN x , Ta 2 O 5 , polyimide, polyvinyl alcohol, polyvinyl phenol, organic glass, or a photoresist can be used. However, from the viewpoint of lowering the voltage, it is preferable to use a material having a high dielectric constant.
- the surface of the insulating layer 3 is treated with a surface treatment agent such as a silane coupling agent in order to improve the interface characteristics between the insulating layer 3 and the active layer 2. It is also possible to form the active layer 2 after the modification.
- silane coupling agents include alkylchlorosilanes (octyltrichlorosilane (OTS), octadecyltrichlorosilane (ODTS), phenylethyltrichlorosilane, etc.), alkylalkoxysilanes, fluorinated alkylchlorosilanes, and fluorinated alkylalkoxysilanes.
- silylamine compounds such as hexamethyldisilazane (HMDS).
- the surface of the insulating layer may be subjected to ozone UV treatment or O 2 plasma treatment before treatment with the surface treatment agent.
- the surface energy of the silicon oxide film used as the insulating layer can be controlled. Further, the surface treatment improves the orientation of the film constituting the active layer on the insulating layer, and high charge transportability (field effect mobility) can be obtained.
- the gate electrode 4 includes metals such as gold, platinum, silver, copper, chromium, palladium, aluminum, indium, molybdenum, low-resistance polysilicon, low-resistance amorphous silicon, tin oxide, indium oxide, indium / tin oxide.
- a material such as (ITO) can be used. These materials may be used alone or in combination of two or more.
- the source electrode 5 and the drain electrode 6 are preferably made of a low resistance material, and particularly preferably made of gold, platinum, silver, copper, chromium, palladium, aluminum, indium, molybdenum or the like. These materials may be used alone or in combination of two or more.
- a layer composed of another compound may be interposed between the source electrode 5 and the drain electrode 6 and the active layer 2.
- layers include low molecular compounds having electron transport properties, low molecular compounds having hole transport properties, alkali metals, alkaline earth metals, rare earth metals, complexes of these metals with organic compounds, iodine, bromine, Halogens such as chlorine and iodine chloride, sulfur oxide compounds such as sulfuric acid, sulfuric anhydride, sulfur dioxide and sulfate, nitric oxide compounds such as nitric acid, nitrogen dioxide and nitrate, halogenated compounds such as perchloric acid and hypochlorous acid, Examples thereof include layers made of aromatic thiol compounds such as alkyl thiol compounds, aromatic thiols, and fluorinated alkyl aromatic thiols.
- the organic transistor after manufacturing the organic transistor as described above, it is preferable to form a protective film on the organic transistor in order to protect the organic transistor.
- a protective film on the organic transistor in order to protect the organic transistor.
- an organic transistor is interrupted
- the protective film can also reduce the influence on the organic transistor in the formation process.
- Examples of the method for forming the protective film include a method of covering the organic transistor with a UV curable resin, a thermosetting resin, an inorganic SiON x film, or the like.
- a protective film after the organic transistor is manufactured without exposing the organic transistor to the atmosphere (for example, in a dry nitrogen atmosphere or in a vacuum).
- a field effect organic transistor which is a kind of organic transistor configured as described above, can be applied as a pixel drive switching element of an active matrix drive type liquid crystal display or an organic electroluminescence display.
- the field effect organic transistor according to the above-described embodiment includes the active layer containing the polymer compound of the present invention as an active layer, thereby improving the charge transport property. The degree will be high. Therefore, it is useful for manufacturing a display having a sufficient response speed.
- NMR analysis The NMR measurement was performed by dissolving the compound in deuterated chloroform and using an NMR apparatus (manufactured by Varian).
- the number average molecular weight and weight average molecular weight of the polymer compound were determined using gel permeation chromatography (GPC, manufactured by Tosoh Corporation).
- the polymer compound to be measured was dissolved in orthodichlorobenzene and injected into GPC. Orthodichlorobenzene was used for the mobile phase of GPC.
- the column used was TSKgel GMHHR-H (S) HT (two linked, manufactured by Tosoh Corporation).
- a UV detector was used as the detector.
- the deposited precipitate was collected by filtration, washed with methanol and hexane in order, and then extracted with chloroform.
- the obtained chloroform solution was concentrated, this solution was poured into methanol, and the deposited precipitate was collected by filtration to obtain polymer compound A (97.1 mg).
- the obtained polymer compound A had a polystyrene-equivalent number average molecular weight of 3.2 ⁇ 10 4 and a weight average molecular weight of 6.7 ⁇ 10 4 .
- reaction solution was poured into a mixed solution of ice and hydrochloric acid, extracted with ethyl acetate, and the solvent was distilled off under reduced pressure.
- the obtained residue was dissolved in methanol (100 mL), 2N hydrochloric acid (2.5 mL) was added, and the mixture was stirred for 3 hr while refluxing.
- water was added and the precipitated solid was collected by filtration.
- the obtained solid was recrystallized with a mixed solvent of chloroform-methanol to obtain Compound 5.
- the yield of compound 5 was 1.20 g, and the yield was 26%.
- the deposited precipitate was collected by filtration, washed with methanol and hexane in order, and then extracted with chloroform.
- the obtained chloroform solution was concentrated, this solution was poured into methanol, and the deposited precipitate was collected by filtration to obtain polymer compound B (97.1 mg).
- the obtained polymer compound B had a polystyrene-equivalent number average molecular weight of 3.8 ⁇ 10 4 and a weight average molecular weight of 2.3 ⁇ 10 4 .
- Example 3 Production and evaluation of organic transistor 1
- An organic transistor having the structure schematically shown in FIG. 8 was prepared using the polymer compound A, and the transistor characteristics were measured. That is, first, the surface of the n-type silicon substrate 4 doped with impurities at a high concentration serving as a gate electrode was thermally oxidized to form a 200 nm silicon oxide film 3. After thoroughly washing the substrate, the substrate surface was silane treated with hexamethylene disilazane (HMDS).
- HMDS hexamethylene disilazane
- polymer compound A was dissolved in chloroform to prepare a 3 g / L solution, which was then filtered through a membrane filter.
- a thin film (organic semiconductor layer 2) containing the polymer compound A having a thickness of about 30 nm was formed on the surface-treated substrate by spin coating. This thin film was heated at 150 ° C. for 30 minutes in a nitrogen gas atmosphere. Then, on the obtained thin film, the source electrode 5 and the drain electrode 6 having a channel length of 50 ⁇ m and a channel width of 1.5 mm were produced by vacuum deposition, and the organic transistor 1 was obtained.
- the transistor characteristics were measured by changing the gate voltage Vg to 20 to ⁇ 60 V and the source-drain voltage Vsd to 0 to ⁇ 60 V. From this result, the field effect mobility was calculated to be 0.109 cm 2 / Vs.
- Example 4 Production and evaluation of organic transistor 2
- An organic transistor having the structure schematically shown in FIG. 8 was prepared using the polymer compound A, and the transistor characteristics were measured. That is, first, the surface of the n ⁇ type silicon substrate 4 doped with impurities at a high concentration to be a gate electrode was thermally oxidized to form a silicon oxide film 3 having a thickness of 200 nm. After thoroughly cleaning this substrate, the surface of the substrate was treated with silane using 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltriethoxychlorosilane (FDTS).
- FDTS 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltriethoxychlorosilane
- polymer compound A was dissolved in chloroform to prepare a 3 g / L solution, which was then filtered through a membrane filter.
- a thin film (organic semiconductor layer 2) containing about 30 nm of polymer compound A was formed on the surface-treated substrate by spin coating.
- the source electrode 5 and the drain electrode 6 having a channel length of 50 ⁇ m and a channel width of 1.5 mm were produced by vacuum deposition, and the organic transistor 2 was obtained.
- the transistor characteristics were measured by changing the gate voltage Vg to 20 to ⁇ 60 V and the source-drain voltage Vsd to 0 to ⁇ 60 V. From this result, the field effect mobility was calculated to be 0.149 cm 2 / Vs.
- Example 5 Production and evaluation of organic transistor 3
- An organic transistor having the structure schematically shown in FIG. 8 was prepared using the polymer compound B, and the transistor characteristics were measured. That is, first, the surface of the n ⁇ type silicon substrate 4 doped with impurities at a high concentration to be a gate electrode was thermally oxidized to form a silicon oxide film 3 having a thickness of 200 nm. After thoroughly cleaning this substrate, the surface of the substrate was treated with silane using 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltriethoxychlorosilane (FDTS).
- FDTS 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltriethoxychlorosilane
- the polymer compound B was dissolved in chloroform to prepare a 1 g / L solution, which was filtered through a membrane filter.
- a thin film (organic semiconductor layer 2) containing the polymer compound A was formed on the surface-treated substrate by the drop casting method.
- a source electrode 5 and a drain electrode 6 having a channel length of 50 ⁇ m and a channel width of 1.5 mm were produced by vacuum deposition, and an organic transistor 3 was obtained.
- the transistor characteristics were measured by changing the gate voltage Vg to 20 to ⁇ 60 V and the source-drain voltage Vsd to 0 to ⁇ 60 V. From this result, the field effect mobility was calculated to be 0.024 cm 2 / Vs.
- compound 8 (97.2 mg, 0.300 mmol), compound 9 (159.4 mg, 0.270 mmol), toluene (10 mL) and methyltrialkylammonium chloride (trade name Aliquat 336®) Aldrich) (60.6 mg, 0.15 mmol) was added, and argon bubbling was performed at room temperature (25 ° C.) for 30 minutes.
- methyltrialkylammonium chloride (trade name Aliquat 336®) Aldrich)
- the obtained polymer compound was filtered and dried, and then the polymer compound was redissolved in toluene (15 mL) and passed through an alumina / silica gel column. The obtained solution was poured into methanol to precipitate a polymer compound, filtered, and dried to obtain 69 mg of polymer compound C.
- An organic transistor having a structure schematically shown in FIG. 8 was prepared using the polymer compound C, and the transistor characteristics were measured. That is, first, the surface of the n-type silicon substrate 4 doped with impurities at a high concentration serving as a gate electrode was thermally oxidized to form a 200 nm silicon oxide film 3. The substrate was ultrasonically cleaned with acetone for 10 minutes and then irradiated with ozone UV for 20 minutes. Thereafter, silane treatment was performed on the substrate surface by spin coating using ⁇ -phenethyltrichlorosilane ( ⁇ -PTS).
- ⁇ -PTS ⁇ -phenethyltrichlorosilane
- the polymer compound C was dissolved in chloroform as a solvent to prepare a solution having a total concentration of 0.5% by weight, and this was filtered through a membrane filter.
- a thin film of polymer compound C organic semiconductor layer 2 having a thickness of about 60 nm was formed on the surface-treated substrate by spin coating.
- a source electrode 5 and a drain electrode 6 having a laminated structure of MoO 3 and gold in order from the thin film side
- a vacuum deposition method using a metal mask with a channel length of 20 ⁇ m and a channel width of 2 mm. Electrode) to produce an organic transistor.
- the present invention is extremely useful.
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Abstract
本発明は、有機トランジスタの活性層の構成材料として用いた場合に、優れた電界効果移動度を発揮することができる、式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物、前記高分子化合物を含む有機半導体材料、前記有機半導体材料を含む有機層を有する有機半導体素子、及び、前記有機半導体材料を含む有機トランジスタを提供する。
Description
本発明は、高分子化合物及びそれを用いた有機トランジスタに関する。
有機半導体材料を利用した有機トランジスタは、従来の無機半導体材料を利用したトランジスタと比較して、デバイスの軽量化や、製造コストの低下、低温で製造できることが期待されるため、盛んに研究開発が行われている。
様々な有機半導体材料を有機トランジスタの活性層に用いることが検討されている。
例えば、非特許文献1には、下記式で表される高分子化合物が提案されている。
有機トランジスタの性能の一つである電界効果移動度は、活性層に含まれる有機半導体材料の電界効果移動度に大きく依存することが知られている。
Appl.Phys.Lett. 2000,Vol.77,406.
しかしながら、上記高分子化合物を活性層に含む有機トランジスタは、電界効果移動度が十分ではないという課題がある。
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、有機トランジスタの活性層の構成材料として用いた場合に、優れた電界効果移動度を発揮することができる高分子化合物を提供することを目的とする。
本発明はまた、このような高分子化合物を含む有機半導体材料、この有機半導体材料を用いた有機半導体素子及び有機トランジスタを提供することを目的とする。
即ち、本発明は、以下の高分子化合物、有機半導体素子及び有機トランジスタを提供する。
〔1〕式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物。
〔式中、
A環及びB環は、それぞれ独立に、芳香族炭化水素環または複素環である。
R1は、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基、カルボキシル基、ニトロ基又はシアノ基である。各々のR1は互いに同一でも異なっていてもよい。
nは正の整数である。
Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、式(11)で表される基または式(12)で表される基である。
〔式中、
E1は、-O-で表される基、-S-で表される基、-Se-で表される基又は-N(RN)-で表される基である。RNは、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基又は置換基を有していてもよいアシル基である。
Xは、=CH-で表される基又は=N-で表される基である。
*は、隣接する構造単位との結合手であることを示す。
R1は前記と同じ意味を表す。〕
〔式中、C環は、芳香族炭化水素環又は複素環である。R1、E1、X及び*は前記と同じ意味を表す。
mは0又は正の整数である。〕
但し、式(1)のA環及びB環に結合するR1及びAr1及びAr2に含まれるR1のうちの2つ以上のR1は、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基、カルボキシル基、ニトロ基又はシアノ基であり、各々のR1は互いに同一でも異なっていてもよい。〕
〔2〕式(1)で表される構造単位が、式(2)で表される構造単位である上記〔1〕に記載の高分子化合物。
〔式中、A環、B環、R1、n、E1及びXは前記と同じ意味を表す。各々のE1は互いに同一でも異なっていてもよい。各々のXは同一でも異なっていてもよい。〕
〔3〕式(2)で表される構造単位が、式(2’)で表される構造単位である上記〔2〕に記載の高分子化合物。
〔式中、R1、E1及びXは前記と同じ意味を表す。〕
〔4〕式(1)で表される構造単位が、式(3)で表される構造単位である上記〔1〕に記載の高分子化合物。
〔式中、A環、B環、R1、E1、X、n及びmは前記と同じ意味を表す。C1環及びC2環は、C環と同じ意味を表す。C1環及びC2環は互いに同一でも異なっていてもよい。〕
〔5〕式(3)で表される構造単位が、式(3’)で表される構造単位である上記〔4〕に記載の高分子化合物。
〔式中、C1環、C2環、R1、E1、X及びmは前記と同じ意味を表す。〕
〔6〕C1環及びC2環が、式(4)~式(6)で表されるいずれかである上記〔4〕又は〔5〕に記載の高分子化合物。
〔式中、E1、X及びR1は前記と同じ意味を表す。式(5)の各々のE1は互いに同一でも異なっていてもよい。式(6)の各々のR1は互いに同一でも異なっていてもよい。〕
〔7〕E1が、-S-で表される基又は-O-で表される基である上記〔2〕~〔6〕のいずれか一項に記載の高分子化合物。
〔8〕Xが、=CH-で表される基である上記〔2〕~〔7〕のいずれか一項に記載の高分子化合物。
〔9〕式(7)で表される構造単位を更に有する、上記〔1〕~〔8〕のいずれか一項に記載の高分子化合物。
〔式中、Yは、置換基を有していてもよいアリーレン基又は置換基を有していてもよい2価の複素環基である。〕
〔10〕共役高分子化合物である上記〔1〕~〔9〕のいずれか一項に記載の高分子化合物。
〔11〕上記〔1〕~〔10〕のいずれか一項に記載の高分子化合物を含む有機半導体材料。
〔12〕上記〔11〕に記載の有機半導体材料を含む有機層を有する有機半導体素子。
〔13〕ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極及び活性層を有し、該活性層に上記〔11〕に記載の有機半導体材料を含む有機トランジスタ。
A環及びB環は、それぞれ独立に、芳香族炭化水素環または複素環である。
R1は、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基、カルボキシル基、ニトロ基又はシアノ基である。各々のR1は互いに同一でも異なっていてもよい。
nは正の整数である。
Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、式(11)で表される基または式(12)で表される基である。
E1は、-O-で表される基、-S-で表される基、-Se-で表される基又は-N(RN)-で表される基である。RNは、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基又は置換基を有していてもよいアシル基である。
Xは、=CH-で表される基又は=N-で表される基である。
*は、隣接する構造単位との結合手であることを示す。
R1は前記と同じ意味を表す。〕
mは0又は正の整数である。〕
但し、式(1)のA環及びB環に結合するR1及びAr1及びAr2に含まれるR1のうちの2つ以上のR1は、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基、カルボキシル基、ニトロ基又はシアノ基であり、各々のR1は互いに同一でも異なっていてもよい。〕
〔2〕式(1)で表される構造単位が、式(2)で表される構造単位である上記〔1〕に記載の高分子化合物。
〔3〕式(2)で表される構造単位が、式(2’)で表される構造単位である上記〔2〕に記載の高分子化合物。
〔4〕式(1)で表される構造単位が、式(3)で表される構造単位である上記〔1〕に記載の高分子化合物。
〔5〕式(3)で表される構造単位が、式(3’)で表される構造単位である上記〔4〕に記載の高分子化合物。
〔6〕C1環及びC2環が、式(4)~式(6)で表されるいずれかである上記〔4〕又は〔5〕に記載の高分子化合物。
〔7〕E1が、-S-で表される基又は-O-で表される基である上記〔2〕~〔6〕のいずれか一項に記載の高分子化合物。
〔8〕Xが、=CH-で表される基である上記〔2〕~〔7〕のいずれか一項に記載の高分子化合物。
〔9〕式(7)で表される構造単位を更に有する、上記〔1〕~〔8〕のいずれか一項に記載の高分子化合物。
〔10〕共役高分子化合物である上記〔1〕~〔9〕のいずれか一項に記載の高分子化合物。
〔11〕上記〔1〕~〔10〕のいずれか一項に記載の高分子化合物を含む有機半導体材料。
〔12〕上記〔11〕に記載の有機半導体材料を含む有機層を有する有機半導体素子。
〔13〕ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極及び活性層を有し、該活性層に上記〔11〕に記載の有機半導体材料を含む有機トランジスタ。
本発明の高分子化合物を活性層に含む有機トランジスタは、高い電界効果移動度を示すため、本発明は極めて有用である。
以下、必要に応じて図面を参照することにより、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本明細書中、「構造単位」とは、高分子化合物中に1個以上存在する単位構造を意味する。「構造単位」は、「繰返し単位」(即ち、高分子化合物中に2個以上存在する単位構造)として高分子化合物中に含まれることが好ましい。
本明細書中、「置換基を有していてもよい」とは、その直後に記載された化合物または基を構成する水素原子の一部または全部が置換基で置換されていてもよいことを意味する。別途明確な記載のない限り、前記置換基としては、例えば、下記の置換基が挙げられる。例えば、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルケニル基、アルキニル基、アミノ基、シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基、アミド基、カルボキシル基、ニトロ基及びシアノ基が挙げられる。これらの置換基の中でも、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、アリールオキシ基、アリールチオ基、ハロゲン原子又はシアノ基が好ましく、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、1価の複素環基、アリールオキシ基又はハロゲン原子がより好ましく、アルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子が更に好ましい。アルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基はそれぞれ、直鎖状、分岐鎖状又は環状のいずれであってもよい。
<高分子化合物>
(第1構造単位)
本発明の高分子化合物は、式(1)で表される構造単位(以下、第1構造単位ということがある。)を含む。第1構造単位は、高分子化合物中に一種のみ含まれていても二種以上含まれていてもよい。
(第1構造単位)
本発明の高分子化合物は、式(1)で表される構造単位(以下、第1構造単位ということがある。)を含む。第1構造単位は、高分子化合物中に一種のみ含まれていても二種以上含まれていてもよい。
式(1)中、A環及びB環は、それぞれ独立に、芳香族炭化水素環又は複素環である。
式(1)中、nは正の整数である。
式(1)中、nは正の整数である。
芳香族炭化水素環の炭素原子数は、好ましくは5~30であり、より好ましくは6~14であり、さらに好ましくは6~10である。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。芳香族炭化水素環の例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピレン環及びフルオレン環が挙げられる。
複素環の炭素原子数は、通常好ましくは2~60であり、より好ましくは2~22であり、よりさらに好ましくは3~14である。該炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。複素環は芳香族複素環であることが好ましい。芳香族複素環としては、例えば、チアゾール環、チオフェン環、ピロール環、フラン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ベンゾチオフェン環、ベンゾピロール環、ベンゾフラン環、キノリン環、イソキノリン環、チエノチオフェン環及びベンゾチアジアゾール環が挙げられる。
式(1)中、A環及びB環は、本発明の化合物の合成の容易さの観点から、同一の芳香族炭化水素環又は同一の複素環であることが好ましく、同一の5~6員環の芳香族炭化水素環又は同一の5~6員環の複素環であることがより好ましい。
式(1)中、R1は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基、カルボキシル基、ニトロ基又はシアノ基である。各々のR1は互いに同一でも異なっていてもよい。
但し、式(1)のA環及びB環に結合するR1及びAr1及びAr2に含まれるR1のうちの2つ以上のR1は、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基、カルボキシル基、ニトロ基又はシアノ基であり、各々のR1は互いに同一でも異なっていてもよい。
但し、式(1)のA環及びB環に結合するR1及びAr1及びAr2に含まれるR1のうちの2つ以上のR1は、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基、カルボキシル基、ニトロ基又はシアノ基であり、各々のR1は互いに同一でも異なっていてもよい。
アルキル基は、直鎖状、分岐状及び環状のいずれであってもよく、置換基を有していてもよい。直鎖状アルキル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1~60であり、1~20であることが好ましい。分岐状アルキル基及び環状アルキル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3~20であり、4~20であることが好ましい。これらのアルキル基の中でも、直鎖状アルキル基及び分岐状アルキル基が好ましく、直鎖状アルキル基がより好ましい。
アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ヘキシル基、n-オクチル基、n-ドデシル基、n-ヘキサデシル基等の直鎖状アルキル基;イソプロピル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、2-エチルヘキシル基、3,7-ジメチルオクチル基等の分岐状アルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の環状アルキル基が挙げられる。
上記のアルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルコキシ基、アリール基及びハロゲン原子等が挙げられる。置換基を有するアルキル基の例としては、メトキシエチル基、ベンジル基、トリフルオロメチル基及びパーフルオロヘキシル基が挙げられる。
アルコキシ基は、直鎖状、分岐状及び環状のいずれであってもよく、置換基を有していてもよい。直鎖状アルコキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1~20である。分岐状アルコキシ基及び環状アルコキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3~20である。これらのアルコキシ基の中でも、直鎖状アルコキシ基が好ましい。
アルコキシ基の例としては、n-ブチルオキシ基、n-ヘキシルオキシ基、2-エチルヘキシルオキシ基、3,7-ジメチルオクチルオキシ基及びn-ドデシルオキシ基が挙げられ、n-ブチルオキシ基、n-ヘキシルオキシ基、n-ドデシルオキシ基、n-ヘキサデシルオキシ等の直鎖状アルコキシ基が好ましい。
上記のアルコキシ基が有していてもよい置換基としては、例えば、アリール基及びハロゲン原子等が挙げられる。
アルキルチオ基は、直鎖状、分岐状及び環状のいずれであってもよく、置換基を有していてもよい。直鎖状アルキルチオ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1~20である。分岐状アルキルチオ基及び環状アルキルチオ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3~20である。これらのアルキルチオ基の中でも、直鎖状アルキルチオ基が好ましい。
アルキルチオ基の例としては、n-ブチルチオ基、n-ヘキシルチオ基、2-エチルヘキシルチオ基、3,7-ジメチルオクチルチオ基、n-ドデシルチオ基及びn-ヘキサデシルチオが挙げられ、n-ブチルチオ基、n-ヘキシルチオ基、n-ドデシルチオ基、n-ヘキサデシルチオ等の直鎖状アルキルチオ基が好ましい。
上記のアルキルチオ基が有していてもよい置換基としては、例えば、アリール基及びハロゲン原子が挙げられる。
アリール基は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子1個を除いた残りの原子団である。ベンゼン環を有する基、縮合環を有する基、並びに、独立した芳香族炭化水素環及び縮合環から選ばれる2個以上の環が直接結合した基も、アリール基に含まれる。アリール基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常6~60であり、6~20であることが好ましい。
アリール基の例としては、フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、1-アントリル基、2-アントリル基、9-アントリル基、1-ピレニル基、2-ピレニル基、4-ピレニル基、2-フルオレニル基、3-フルオレニル基、4-フルオレニル基及び4-フェニルフェニル基が挙げられる。
アリール基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、1価の複素環基及びハロゲン原子が挙げられ、これらの中でもアルキル基が好ましい。置換基を有するアリール基の例としては、4-ヘキシルフェニル基、3,5-ジメトキシフェニル基及びペンタフルオロフェニル基が挙げられる。
1価の複素環基は、置換基を有していてもよい複素環式化合物から、環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子1個を除いた残りの原子団であり、縮合環を有する基、及び、独立した芳香族複素環及び縮合環から選ばれる2個以上の環が直接結合した基を含む。1価の複素環基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2~60であり、3~20であることが好ましい。ここで、複素環式化合物とは、環構造をもつ有機化合物のうち、環を構成する元素が炭素原子だけでなく、酸素、硫黄、窒素、リン、ホウ素、ヒ素等のヘテロ原子を環内に含むものをいう。複素環式化合物は、芳香族複素環式化合物であることが好ましい。
1価の複素環基の例としては、2-フリル基、3-フリル基、2-チエニル基、3-チエニル基、2-ピロリル基、3-ピロリル基、2-オキサゾリル基、2-チアゾリル基、2-イミダゾリル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基、4-ピリジル基、2-ベンゾフリル基、2-ベンゾチエニル基及び2-チエノチエニル基が挙げられる。1価の複素環基は、1価の芳香族複素環基であることが好ましい。
1価の複素環基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基及びハロゲン原子等が挙げられ、これらの中でもアルキル基が好ましい。置換基を有する1価の複素環基の例としては、5-オクチル-2-チエニル基及び5-フェニル-2-フリル基が挙げられる。
アリールオキシ基は、置換基を有していてもよい。アリールオキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常6~20である。
アリールオキシ基の例としては、フェノキシ基、1-ナフチルオキシ基及び2-ナフチルオキシ基が挙げられる。
アリールオキシ基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基及びハロゲン原子等が挙げられ、これらの中でもアルキル基が好ましい。
アリールチオ基は、置換基を有していてもよい。アリールチオ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常6~20である。
アリールチオ基の例としては、フェニルチオ基、1-ナフチルチオ基及び2-ナフチルチオ基が挙げられる。
アリールチオ基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基及びハロゲン原子が挙げられ、これらの中でもアルキル基が好ましい。
アルケニル基は、置換基を有していてもよい。アルケニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2~20である。
アルケニル基の例としては、ビニル基及び1-オクテニル基等が挙げられる。
アルケニル基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基及びハロゲン原子が挙げられる。
アルキニル基は、置換基を有していてもよい。アルキニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2~20である。
アルキニル基の例としては、エチニル基及び1-オクチニル基等が挙げられる。
アルキニル基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アリール基及びシリル基が挙げられる。置換基を有するアルキニル基の例としては、例えば、2-フェニルエチニル基及びトリメチルシリルエチニル基が挙げられる。
アミノ基は、置換基を有していてもよい。アミノ基が有していてもよい置換基の炭素原子数は、通常0~40である。
アミノ基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アリール基及び1価の複素環基が挙げられる。置換基を有するアミノ基の例としては、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ジシクロヘキシルアミノ基、ピロリジル基、ピペリジル基、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、1-ナフチルアミノ基、2-ナフチルアミノ基及びピリジルアミノ基が挙げられる。
シリル基は、置換基を有していてもよい。シリル基が有していてもよい置換基の炭素原子数は、通常0~60である。
シリル基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アリール基及びアルコキシ基が挙げられる。置換基を有するシリル基の例としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピルシリル基、トリイソプロピルシリル基、tert-ブチルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、トリベンジルシリル基、ジフェニルメチルシリル基及びジメチルフェニルシリル基が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子であることが好ましい。
アシル基は、置換基を有していてもよい。アシル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1~20である。アシル基の例としては、アセチル基、プロピオニル基及びベンゾイル基が挙げられる。
アシル基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アリール基及びハロゲン原子が挙げられる。置換基を有するアシル基の例としては、トリフルオロアセチル基及びペンタフルオロベンゾイル基が挙げられる。
アシルオキシ基は、置換基を有していてもよい。アシルオキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2~20である。アシルオキシ基の例としては、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基及びベンゾイルオキシ基が挙げられる。
アシルオキシ基が有していてもよいアシルオキシ基としては、例えば、アルキル基、アリール基及びハロゲン原子が挙げられる。置換基を有するアシルオキシ基の例としては、トリフルオロアセチルオキシ基及びペンタフルオロベンゾイルオキシ基が挙げられる。
アミド基は、置換基を有していてもよい。置換基を有していてもよいアミド基の例としては、ホルムアミド基、アセトアミド基、プロピオアミド基、ブチルアミド基、ベンズアミド基、トリフルオロアセトアミド基、ペンタフルオロベンズアミド基、ジホルムアミド基、ジアセトアミド基及びジベンズアミド基が挙げられる。
式(11)及び式(12)中、E1は、-O-で表される基、-S-で表される基、-Se-で表される基又は-N(RN)-で表される基である。E1は、本発明の高分子化合物の原料となるモノマーの合成の容易さの観点からは、-S-で表される基又は-O-で表される基が好ましく、-S-で表される基がより好ましい。
式(11)及び式(12)中、Xは、=CH-で表される基又は=N-で表される基である。Xは、本発明の高分子化合物の原料となるモノマーの合成の容易さの観点からは、=CH-で表される基が好ましい。
RNは、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基又は置換基を有していてもよいアシル基である。RNで表されるアルキル基、アリール基、1価の複素環基、アシル基の定義及び例は、前述のR1で表されるアルキル基、アリール基、1価の複素環基、アシル基の定義及び例と同じである。
C環は、芳香族炭化水素環又は複素環である。芳香族炭化水素環の定義及び例は、前述のA環及びB環で表される芳香族炭化水素環の定義及び例と同じである。複素環の定義及び例は、前述のA環及びB環で表される複素環の定義及び例と同じである。
式(11)及び式(12)中、*は、隣接する構造単位との結合手であることを示す。
式(12)中、mは0又は正の整数である。
式(12)中、mは0又は正の整数である。
式(1)で表される構造単位は、より高い電解効果移動度が得られるため、式(2)又は式(3)で表される構造単位が好ましい。
式(2)及び式(3)中、R1、E1、n、m、X、A環及びB環は前記と同じ意味を表す。各々のE1は互いに同一でも異なっていてもよい。各々のXは互いに同一でも異なっていてもよい。
式(3)中、C1環及びC2環は、式(12)のC環と同じ意味を表す。C1環及びC2環は互いに同一でも異なっていてもよい。本発明の化合物の合成の容易さの観点から、C1環及びC2環は、互いに同一の芳香族炭化水素環または互いに同一の複素環であることが好ましく、互いに同一の複素環であることがより好ましく、互いに同一の芳香族複素環であることがさらに好ましく、式(4)~式(6)のうちのいずれかで表される構造であって互いに同一の構造であることがとりわけ好ましい。
式(4)~(6)中、E1、X及びR1は前記と同じ意味を表す。式(5)中、各々のE1は互いに同一でも異なっていてもよい。式(6)中、各々のR1は互いに同一でも異なっていてもよい。
式(2)で表される構造単位は、より高い電解効果移動度が得られるため、式(2’)で表される構造単位が好ましい。
式(2’)中、R1、E1及びXは前記と同じ意味を表す。
式(3’)中、R1、m、E1、X、C1環及びC2環は前記と同じ意味を表す。
第1構造単位としては、例えば、式(1-1)~式(1-21)で表される各構造単位が挙げられる。
式(1-1)~式(1-21)で表される構造単位の中では、本発明の高分子化合物の原料となるモノマーの合成の容易さの観点からは、式(1-1)、式(1-3)、式(1-5)、式(1-7)、式(1-8)、式(1-10)、式(1-12)、式(1-13)、式(1-14)、式(1-16)、式(1-18)又は式(1-19)が好ましく、式(1-1)、式(1-5)、式(1-13)、式(1-14)、式(1-16)又は式(1-19)がより好ましい。
(第2構造単位)
第2構造単位は、式(7)で表される構造単位である。第2構造単位は、高分子化合物中に1種のみ含まれていてもよく、2種以上含まれていてもよい。
第2構造単位は、式(7)で表される構造単位である。第2構造単位は、高分子化合物中に1種のみ含まれていてもよく、2種以上含まれていてもよい。
式(7)中、Yは、置換基を有していてもよいアリーレン基又は置換基を有していてもよい2価の複素環基である。
アリーレン基は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子2個を除いた残りの原子団であり、ベンゼン環を有する基、縮合環を有する基を含む。アリーレン基が有する炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常6~60であり、6~20であることが好ましい。
アリーレン基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルケニル基、アルキニル基、アミノ基、シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基、アミド基、カルボキシル基、ニトロ基及びシアノ基が挙げられる。アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルケニル基、アルキニル基、アミノ基、シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基及びアミド基の各定義並びに各例は、R1で表されるアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルケニル基、アルキニル基、アミノ基、シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基及びアミド基の各定義並びに各例と同じである。
アリーレン基の例としては、フェニレン基、ナフタレンジイル基、アントラセンジイル基、フェナントレンジイル基、テトラセンジイル基、ピレンジイル基、ペンタセンジイル基、ペリレンジイル基及びフルオレンジイル基が挙げられる。
2価の複素環基は、置換基を有していてもよい複素環式化合物から環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子2個を除いた残りの原子団であり、縮合環を有する基、及び、独立した芳香族複素環及び縮合環から選ばれる2個以上の環が直接結合した基も含む。2価の複素環基が有する炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2~60であり、3~20であることが好ましい。2価の複素環基は、2価の芳香族複素環基であることが好ましい。
2価の複素環基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルケニル基、アルキニル基、アミノ基、シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基、アミド基、カルボキシル基、ニトロ基及びシアノ基が挙げられる。アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルケニル基、アルキニル基、アミノ基、シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基及びアミド基の各定義及び各例は、R1で表されるアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルケニル基、アルキニル基、アミノ基、シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基及びアミド基の各定義及び例と同じである。
2価の複素環基の例としては、オキサジアゾールジイル基、チアジアゾールジイル基、オキサゾールジイル基、チアゾールジイル基、チオフェンジイル基、ピロールジイル基、フランジイル基、セレノフェンジイル基、ピリジンジイル基、ピラジンジイル基、ピリミジンジイル基、トリアジンジイル基、ベンゾチオフェンジイル基、ベンゾピロールジイル基、ベンゾフランジイル基、キノリンジイル基、イソキノリンジイル基、チエノチオフェンジイル基、ベンゾジチオフェンジイル基、ベンゾチアジアゾールジイル基及びキノキサリンジイル基が挙げられる。
アリーレン基としては、式(9-1)~(9-6)で表される各基が好ましく、式(9-1)又は(9-6)がより好ましい。
式(9-1)及び(9-6)中、Rは、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基、カルボキシル基、ニトロ基又はシアノ基である。各々のRは互いに同一でも異なっていてもよい。
Rにおける置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基のそれぞれの定義及び例は、上記のR1で表される置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基の各定義及び例と同じである。
2価の複素環基としては、例えば、式(10-1)~(10-26)で表される各基が挙げられる。これらの中でも、より高い電界効果移動度が得られるため、式(10-1)~式(10-20)で表される各構造単位が好ましく、式(10-1)、式(10-3)、式(10-6)、式(10-15)、式(10-17)、式(10-20)で表される各構造単位であることがより好ましく、式(10-1)、式(10-15)、式(10-17)、式(10-20)で表される各構造単位であることがさらに好ましい。
式(10-1)~(10-26)中、R2は、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基、カルボキシル基、ニトロ基又はシアノ基である。各々のR2は互いに同一でも異なっていてもよい。
R2における置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基のそれぞれの定義及び例は、上記のR1で表される置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基のそれぞれの定義及び例と同じである。
本発明の高分子化合物の主鎖である骨格において、炭素原子同士の結合又は炭素原子とヘテロ原子との結合により、多重結合と単結合とが交互に繰り返して連なったπ共役系が形成されていることが好ましい。中でも、Yが、式(1)で表される構造単位とともに高分子化合物を形成する際にπ共役系が形成されるように選択されることがより好ましい。このようなπ共役系としては、例えば、式(E1)中の点線内で示される構造が挙げられる。
本発明の高分子化合物は、第2構造単位が2個以上連続して結合した構造単位を有することが好ましい。第2構造単位が2個以上連続して結合した構造単位を含む高分子化合物の例としては、式(4-1)~式(4-9)で表される構造単位を含む高分子化合物が挙げられる。これらの中でも、より高い電界効果移動度が得られるため、高分子化合物の中でも、高分子化合物の電界効果移動度を向上させる観点からは、式(4-1)、式(4-5)、式(4-8)及び、式(4-9)で表される構造単位を含む高分子化合物が好ましい。
式(4-1)~(4-9)中、R2は、前記と同じ意味を表す。
(他の構造単位)
本発明の高分子化合物は、第1構造単位及び第2構造単位以外の構造単位(以下、「他の構造単位」という場合がある。)を含んでいてもよい。他の構造単位は、高分子化合物中に一種のみ含まれていても二種以上含まれていてもよい。
本発明の高分子化合物は、第1構造単位及び第2構造単位以外の構造単位(以下、「他の構造単位」という場合がある。)を含んでいてもよい。他の構造単位は、高分子化合物中に一種のみ含まれていても二種以上含まれていてもよい。
他の構造単位としては、例えば、アリーレン基、2価の複素環基、-CRc=CRd-で表される基、-C≡C-で表される基、-CRg
2-で表される基、-C(=O)-で表される基及び-C(=O)O-で表される基が挙げられる。
アリーレン基及び2価の複素環の各定義及び各例は、上記のYで表されるアリーレン及び2価の複素環基の定義及び例と同じである。
-CRc=CRd-で表される基及び-CRg
2-で表される基において、Rc、Rd及びRgは、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、ハロゲン原子又はシアノ基である。
Rc、Rd及びRgが有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、1価の複素環基及びハロゲン原子が挙げられ、これらの中でもアルキル基が好ましい。
(高分子化合物)
本発明の高分子化合物は、より優れた電界効果移動度が得られるため、共役高分子化合物であることが好ましい。
本発明の高分子化合物は、より優れた電界効果移動度が得られるため、共役高分子化合物であることが好ましい。
本発明の高分子化合物は、より優れた電界効果移動度が得られるため、高分子化合物を構成する全構造単位に対して、第1構造単位及び第2構造単位の合計のモル比率が、50モル%以上であることが好ましく、70モル%以上であることがより好ましい。
本発明の高分子化合物は、分子鎖末端に重合反応に活性を示す基が残っていると、電界効果移動度が低下する可能性がある。そのため、分子鎖末端は、アリール基、1価の複素環基等の安定な基であることが好ましい。
本発明の高分子化合物は、いかなる種類の共重合体であってもよく、例えば、ブロック共重合体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体等のいずれであってもよい。
本発明の高分子化合物のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」と言う。)で測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は、通常、1×103~1×108であり、ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、通常、1×103~2×108である。薄膜作製時に良好な薄膜を形成する観点から、数平均分子量は1×103以上が好ましく、重量平均分子量は1×103以上が好ましい。溶解性及び成膜性の観点から、数平均分子量は1×106以下であることが好ましく、重量平均分子量は1×106以下であることが好ましい。
<高分子化合物の製造方法>
次に、本発明の高分子化合物の製造方法を説明する。
次に、本発明の高分子化合物の製造方法を説明する。
本発明の高分子化合物は、いかなる方法で製造してもよいが、例えば、式:X11-A11-X12で表される化合物と、式:X13-A12-X14で表される化合物とを、必要に応じて有機溶媒に溶解し、必要に応じて塩基を加え、適切な触媒を用いた公知のアリールカップリング等の重合方法により合成することができる。
上記式中、A11は、前記式(1)で表される構造単位であり、A12は、前記式(7)で表される構造単位である。なお、上記式中、X11、X12、X13およびX14は、それぞれ独立に、重合反応性基である。
重合反応性基としては、例えば、ハロゲン原子、ホウ酸エステル残基、ホウ酸残基(-B(OH)2)で表される基及びトリアルキルスタンニル基が挙げられる。
重合反応性基であるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。
重合反応性基であるトリアルキルスタンニル基としては、例えば、トリメチルスタンニル基及びトリブチルスタンニル基が挙げられる。
アリールカップリング等の重合方法としては、例えば、Suzukiカップリング反応により重合する方法(Chemical Review、1995年、第95巻、2457-2483頁)、及びStilleカップリング反応により重合する方法(European Polymer Journal、2005年、第41巻、2923-2933頁)が挙げられる。
重合反応性基は、Suzukiカップリング反応等のニッケル触媒またはパラジウム触媒を用いる場合には、通常、ハロゲン原子、ホウ酸エステル残基、ホウ酸残基等である。重合反応の簡便さの観点からは、臭素原子、ヨウ素原子又はホウ酸エステル残基が好ましい。
本発明の高分子化合物をSuzukiカップリング反応により重合する場合は、前記重合反応性基である、臭素原子及びヨウ素原子の合計モル数と、ホウ酸エステル残基の合計モル数との比率が0.7~1.3であることが好ましく、0.8~1.2であることがより好ましい。
前記重合反応性基は、Stilleカップリング反応等のパラジウム触媒を用いる場合には、通常、ハロゲン原子、トリアルキルスタンニル基等である。重合反応の簡便さの観点からは、臭素原子、ヨウ素原子又はトリアルキルスタンニル基が好ましい。
本発明の高分子化合物をStilleカップリング反応により重合する場合は、重合反応性基である、臭素原子及びヨウ素原子の合計モル数と、トリアルキルスタンニル基の合計モル数との比率が、0.7~1.3であることが好ましく、0.8~1.2であることがより好ましい。
重合に用いられる有機溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、テトラヒドロフラン及びジオキサンが挙げられる。これらの有機溶媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
重合に用いられる塩基としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、リン酸三カリウム等の無機塩基、及び、フッ化テトラブチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム等の有機塩基が挙げられる。
重合に用いられる触媒としては、例えば、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム、パラジウムアセテート、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム等のパラジウム錯体等の遷移金属錯体が挙げられる。繊維金属錯体は、必要に応じて、トリフェニルホスフィン、トリ-tert-ブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン等の配位子を有していてもよい。これらの触媒は、予め合成したものを用いてもよいし、反応系中で調製したものをそのまま用いてもよい。また、これらの触媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
重合の反応温度は、好ましくは0~200℃であり、より好ましくは0~150℃であり、更に好ましくは0~120℃である。
重合の反応時間は、通常、1時間以上であり、好ましくは2~500時間である。
重合の後処理は、公知の方法で行うことができ、例えば、メタノール等の低級アルコールに前記重合で得られた反応液を加えて析出させた沈殿を濾過、乾燥させる方法で行うことができる。
本発明の高分子化合物の純度が低い場合には、再結晶、ソックスレー抽出器による連続抽出、カラムクロマトグラフィー等の方法にて精製すればよい。
<有機半導体材料>
本明細書中、有機半導体材料とは、本発明の高分子化合物と、本発明の高分子化合物とは異なる化合物と、を有する有機半導体用の材料を意味する。本発明の高分子化合物とは異なる化合物は、キャリア輸送性を有する化合物であることが好ましく、低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。有機半導体材料に含まれる本発明の高分子化合物は、1種類単独であってもよく、2種類以上であってもよい。有機半導体材料は、本発明の高分子化合物を30重量%以上含むことが好ましく、50重量%以上含むことがより好ましい。
本明細書中、有機半導体材料とは、本発明の高分子化合物と、本発明の高分子化合物とは異なる化合物と、を有する有機半導体用の材料を意味する。本発明の高分子化合物とは異なる化合物は、キャリア輸送性を有する化合物であることが好ましく、低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。有機半導体材料に含まれる本発明の高分子化合物は、1種類単独であってもよく、2種類以上であってもよい。有機半導体材料は、本発明の高分子化合物を30重量%以上含むことが好ましく、50重量%以上含むことがより好ましい。
キャリア輸送性を有する化合物としては、例えば、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、オリゴチオフェン及びその誘導体、オキサジアゾール誘導体、フラーレン類及びその誘導体等の低分子化合物;ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体が挙げられる。
有機半導体材料は、その特性を向上させるために、本発明の高分子化合物とは異なる高分子化合物を高分子バインダーとして含んでいてもよい。
高分子バインダーの例としては、ポリ(N-ビニルカルバゾール)、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリ(p-フェニレンビニレン)及びその誘導体、ポリ(2,5-チエニレンビニレン)及びその誘導体、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル及びポリシロキサンが挙げられる。
<有機半導体素子>
本発明の高分子化合物は、優れた電界効果移動度を示すことから、有機半導体素子の有機層(活性層、有機半導体層)に好適に用いることができる。有機半導体素子としては、例えば、有機トランジスタ、有機太陽電池及び有機エレクトロルミネッセンス素子が挙げられる。本発明の高分子化合物は、これらの有機半導体素子の中でも、有機トランジスタの有機層に好適に用いることができる。
本発明の高分子化合物は、優れた電界効果移動度を示すことから、有機半導体素子の有機層(活性層、有機半導体層)に好適に用いることができる。有機半導体素子としては、例えば、有機トランジスタ、有機太陽電池及び有機エレクトロルミネッセンス素子が挙げられる。本発明の高分子化合物は、これらの有機半導体素子の中でも、有機トランジスタの有機層に好適に用いることができる。
<有機トランジスタ>
本発明の有機トランジスタとしては、例えば、ソース電極及びドレイン電極と、これらの電極間の電流経路であり本発明の高分子化合物を含む活性層と、該電流経路を通る電流量を制御するゲート電極とを有する有機トランジスタが挙げられる。このような構成を有する有機トランジスタとしては、例えば、電界効果型有機トランジスタ及び静電誘導型有機トランジスタ等が挙げられる。
本発明の有機トランジスタとしては、例えば、ソース電極及びドレイン電極と、これらの電極間の電流経路であり本発明の高分子化合物を含む活性層と、該電流経路を通る電流量を制御するゲート電極とを有する有機トランジスタが挙げられる。このような構成を有する有機トランジスタとしては、例えば、電界効果型有機トランジスタ及び静電誘導型有機トランジスタ等が挙げられる。
電界効果型有機トランジスタは、通常、ソース電極及びドレイン電極と、これらの電極間の電流経路となり、本発明の高分子化合物を含む活性層と、該電流経路を通る電流量を制御するゲート電極と、活性層とゲート電極との間に配置される絶縁層とを有する有機トランジスタである。電界効果型有機トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極が、活性層に接して設けられており、さらに活性層に接した絶縁層を挟んでゲート電極が設けられている電界効果型有機トランジスタであることが好ましい。
静電誘導型有機トランジスタは、通常、ソース電極及びドレイン電極と、これらの電極間の電流経路となり、本発明の高分子化合物を含む活性層と、該電流経路を通る電流量を制御するゲート電極とを有し、該ゲート電極が活性層中に設けられている有機トランジスタである。静電誘導型有機トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極及び前記ゲート電極が、前記活性層に接して設けられている静電誘導型有機トランジスタであることが好ましい。
ゲート電極は、ソース電極からドレイン電極へ流れる電流経路が形成でき、かつ、ゲート電極に印加した電圧で該電流経路を流れる電流量が制御できる構造であればよく、例えば、くし型電極である。
図1は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の第1の例の構成を模式的に示す断面図である。図1に示す有機トランジスタ100は、基板1と、基板1の主面に所定の間隔で離間するように設けられたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極5及びドレイン電極6にまたがっており、かつソース電極5及びドレイン電極6と一体的に基板1上に設けられた活性層2と、活性層2上に設けられた絶縁層3と、ソース電極5とドレイン電極6との間の絶縁層3の領域を覆うように、基板1の厚さ方向からみたときにソース電極5及びドレイン電極6にまたがるように絶縁層3上に形成されたゲート電極4とを備える。
図2は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の他の第2の例の構成を模式的に示す断面図である。図2に示す有機トランジスタ110は、基板1と、基板1の主面の一部領域に設けられたソース電極5と、ソース電極5を覆うようにして基板1上に設けられた活性層2と、ソース電極5と所定の間隔で離間するように活性層2上に設けられたドレイン電極6と、基板1の厚さ方向からみたときに活性層2及びドレイン電極6にまたがるように設けられた絶縁層3と、ソース電極5とドレイン電極6との間の絶縁層3の領域を覆うように、基板1の厚み方向からみたときにソース電極5及びドレイン電極6にまたがるように絶縁層3上に形成されたゲート電極4とを備える。なお、ソース電極5及びドレイン電極6は、活性層2と一体的に設けられている。
図3は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の第3の例の構成を模式的に示す断面図である。図3に示す有機トランジスタ120は、基板1と、基板1の一方の主面に設けられたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うように基板1上に設けられた絶縁層3と、基板1の厚さ方向からみたときにゲート電極4にまたがるように、絶縁層3の一部領域を覆うように、かつ、所定の間隔で離間するように絶縁層3上に設けられたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極5及びドレイン電極6の一部領域を覆うように絶縁層3上に設けられた活性層2とを備える。
図4は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の第4の例の構成を模式的に示す断面図である。図4に示す有機トランジスタ130は、基板1と、基板1の一方の主面の一部領域に設けられたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うように基板1上に設けられた絶縁層3と、基板1の厚さ方向からみたときにゲート電極4にまたがるように、絶縁層3の一部領域を覆うように絶縁層3上に設けられたソース電極5と、ソース電極5の一部領域を覆うようにして絶縁層3上に設けられた活性層2と、基板1の厚さ方向からみたときにゲート電極4にまたがるように、活性層2の一部領域を覆うように、かつソース電極5と所定の間隔で離間するように絶縁層3上に形成されたドレイン電極6とを備える。
図5は、本発明の有機トランジスタ(静電誘導型有機トランジスタ)の第5の例の構成を模式的に示す断面図である。図5に示す有機トランジスタ140は、基板1と、基板1の一方の主面に設けられたソース電極5と、ソース電極5上に形成された活性層2と、活性層2上に所定の間隔で離間するように設けられた複数のゲート電極4と、全てのゲート電極4を覆うように活性層2上に設けられたさらなる活性層2a(活性層2aを構成する材料は、活性層2を構成する材料と同一でも異なっていてもよい)と、活性層2a上に、基板1の厚さ方向からみたときに全てのゲート電極4にまたがるように設けられたドレイン電極6とを備える。
図6は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の第6の例の構成を模式的に示す断面図である。図6に示す有機トランジスタ150は、基板1と、基板1上に形成された活性層2と、活性層2上に所定の間隔で離間するように、かつ活性層2と一体的に設けられたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極5及びドレイン電極6にまたがるように、ソース電極5及びドレイン電極6の一部領域を覆うように活性層2上に形成された絶縁層3と、基板1の厚み方向から見たときにソース電極5及びドレイン電極6にまたがるように絶縁層3上の一部領域に設けられたゲート電極4とを備える。
図7は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の第7の例の構成を模式的に示す断面図である。図7に示す有機トランジスタ160は、基板1と、基板1の一方の主面の一部領域に設けられたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うように基板1上に形成された絶縁層3と、基板1の厚さ方向からみたときにゲート電極4の一部にまたがるように、絶縁層3の一部領域を覆うように設けられた活性層2と、基板1の厚さ方向からみたときにゲート電極4の一部にまたがるように、活性層2上の一部領域を覆うように、活性層2上に設けられ、かつ、ソース電極5と、基板1の厚さ方向からみたときにゲート電極4の一部にまたがるように、ソース電極5と所定の間隔で離間するように、活性層2の一部領域を覆うように、かつ、活性層2上に形成されたドレイン電極6とを備える。
図8は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の第8の例を模式的に示す断面図である。図8に示す有機トランジスタ170は、ゲート電極4と、ゲート電極4の一方の主面に設けられた絶縁層3と、絶縁層3上に設けられた活性層2と、活性層2上に互いに所定の間隔で離間するように設けられたソース電極5及びドレイン電極6と、を備える。なお、ゲート電極4は基板1を兼ねている。
図9は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の第9の例を模式的に示す断面図である。図9に示す有機トランジスタ180は、ゲート電極4と、ゲート電極4の一方の主面に設けられた絶縁層3と、絶縁層3上に互いに所定の間隔で離間するように設けられたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極5及びドレイン電極6の一部領域を覆うように絶縁層3上に設けられた活性層2とを備える。
上述した本発明の有機トランジスタにおいては、活性層2及び/又は活性層2aは、本発明の高分子化合物を含む有機層によって構成され、ソース電極5とドレイン電極6との間の電流通路(チャネル)となる。また、ゲート電極4は、電圧を印加することにより電流通路(チャネル)を通る電流量を制御する。
このような電界効果型有機トランジスタは、公知の方法、例えば特開平5-110069号公報記載の方法により製造することができる。また、静電誘導型有機トランジスタは、特開2004-006476号に公報記載の方法等の公知の方法により製造することができる。
基板1の材料は、有機トランジスタの特性を阻害しない材料であればよい。基板としては、例えば、ガラス基板、フレキシブルなフィルム基板又はプラスチック基板を用いることができる。
絶縁層3の材料は、電気の絶縁性が高い材料であればよく、例えば、SiOx、SiNx、Ta2O5、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、有機ガラス又はフォトレジストを用いることができるが、低電圧化の観点からは、誘電率の高い材料を用いることが好ましい。
絶縁層3の上に活性層2を形成する場合は、絶縁層3と活性層2の界面特性を改善するため、シランカップリング剤等の表面処理剤で絶縁層3の表面を処理して表面改質した後に活性層2を形成することも可能である。
電界効果型有機トランジスタの場合、電子やホール等の電荷は、一般に絶縁層と活性層の界面付近を通過する。従って、この界面の状態がトランジスタの電界効果移動度に大きな影響を与える。そこで、界面状態を改良して特性を向上させる方法として、シランカップリング剤による界面の状態の制御が提案されている(例えば、表面化学、2007年、第28巻、第5号、p.242-248)。
シランカップリング剤の例としては、アルキルクロロシラン類(オクチルトリクロロシラン(OTS)、オクタデシルトリクロロシラン(ODTS)、フェニルエチルトリクロロシラン等)、アルキルアルコキシシラン類、フッ素化アルキルクロロシラン類、フッ素化アルキルアルコキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)等のシリルアミン化合物が挙げられる。また、表面処理剤で処理する前に、絶縁層表面をオゾンUV処理、O2プラズマ処理してもよい。
このような処理によって、絶縁層として用いられるシリコン酸化膜等の表面エネルギーを制御することができる。また、表面処理により、活性層を構成している膜の絶縁層上での配向性が向上し、高い電荷輸送性(電界効果移動度)が得られる。
ゲート電極4には、金、白金、銀、銅、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、低抵抗ポリシリコン、低抵抗アモルファスシリコン等の金属や、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物(ITO)等の材料を用いることができる。これらの材料は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。なお、ゲート電極4としては、高濃度に不純物がドープされたシリコン基板を用いることも可能である。高濃度に不純物がドープされたシリコン基板は、ゲート電極としての性能とともに、基板としての性能も併有する。このような基板としての性能も有するゲート電極4を用いる場合には、基板1とゲート電極4とが接している有機トランジスタにおいて、基板1を省略してもよい。
ソース電極5及びドレイン電極6は、低抵抗の材料から構成されることが好ましく、金、白金、銀、銅、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン等から構成されることが特に好ましい。これらの材料は1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
前記有機トランジスタにおいて、ソース電極5及びドレイン電極6と、活性層2との間には、更に他の化合物から構成された層が介在していてもよい。このような層としては、電子輸送性を有する低分子化合物、ホール輸送性を有する低分子化合物、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、これらの金属と有機化合物との錯体、ヨウ素、臭素、塩素、塩化ヨウ素等のハロゲン、硫酸、無水硫酸、二酸化硫黄、硫酸塩等の酸化硫黄化合物、硝酸、二酸化窒素、硝酸塩等の酸化窒素化合物、過塩素酸、次亜塩素酸等のハロゲン化化合物、アルキルチオール化合物、芳香族チオール類、フッ素化アルキル芳香族チオール類等の芳香族チオール化合物等からなる層が挙げられる。
また、上述したような有機トランジスタを作製した後には、有機トランジスタを保護するため、有機トランジスタ上に保護膜を形成することが好ましい。これにより、有機トランジスタが大気から遮断され、有機トランジスタの特性の低下を抑制することができる。また、有機トランジスタの上に駆動する表示デバイスを形成する場合、その形成工程における有機トランジスタへの影響も該保護膜により低減することができる。
保護膜を形成する方法としては、有機トランジスタを、UV硬化樹脂、熱硬化樹脂や無機のSiONx膜等で覆う方法等が挙げられる。大気との遮断を効果的に行うため、有機トランジスタを作製後、有機トランジスタを大気にさらすことなく(例えば、乾燥した窒素雰囲気中、真空中等で)保護膜を形成することが好ましい。
このように構成された有機トランジスタの一種である電界効果型有機トランジスタは、アクティブマトリックス駆動方式の液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの画素駆動スイッチング素子等として適用できる。そして、上述した実施形態の電界効果型有機トランジスタは、活性層として、本発明の高分子化合物を含有し、そのことにより電荷輸送性が向上した活性層とを備えているため、その電界効果移動度が高いものとなる。したがって、十分な応答速度を持つディスプレイの製造等に有用である。
以下、本発明をさらに詳細に説明するために実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(NMR分析)
NMR測定は、化合物を重クロロホルムに溶解させ、NMR装置(Varian社製)を用いて行った。
NMR測定は、化合物を重クロロホルムに溶解させ、NMR装置(Varian社製)を用いて行った。
(分子量分析)
高分子化合物の数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフィ(GPC、東ソー製)を用いて求めた。測定する高分子化合物は、オルトジクロロベンゼンに溶解させ、GPCに注入した。GPCの移動相にはオルトジクロロベンゼンを用いた。カラムは、TSKgel GMHHR-H(S)HT(2本連結、東ソー製)を用いた。検出器にはUV検出器を用いた。
高分子化合物の数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフィ(GPC、東ソー製)を用いて求めた。測定する高分子化合物は、オルトジクロロベンゼンに溶解させ、GPCに注入した。GPCの移動相にはオルトジクロロベンゼンを用いた。カラムは、TSKgel GMHHR-H(S)HT(2本連結、東ソー製)を用いた。検出器にはUV検出器を用いた。
(合成例1:化合物2の合成)
反応容器内の気体をアルゴンガスで置換した後、ジイソプロピルアミン(2.14g、21mmol)、THF(28mL)を加えた。該THF溶液を0℃に冷却した後、ブチルリチウム-ヘキサン溶液(13.1mL、21mmol)を加えて、LDA溶液を調製した。別の反応容器内の気体をアルゴンガスで置換した後、3-エイコシルチオフェン(7.28g、20mmol)、既知の方法[libig’s Ann.1888,247,153.及びTetrahedron 1973,29,1321.]によって合成した化合物1(1.17g、5mmol)、THF(9mL)を加え、調製したLDA溶液を25℃で15分以内に加え、3時間室温で攪拌した。反応終了後、氷と塩酸の混合溶液に反応溶液を注ぎ、酢酸エチルで抽出し、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をメタノール(100mL)に溶解させた後、2規定の塩酸(2.5mL)を加え、還流させながら3時間攪拌した。反応終了後、水を加え、析出した固体を濾取した。得られた固体をクロロホルム-メタノールの混合溶媒で再結晶することで化合物2を得た。化合物2の得量は1.48gで、収率は32%であった。
1H-NMR(400MHz、CDCl3):δ(ppm)=0.87(t、6H)、1.25(m、68H)、1.69(quint、4H)、2.69(t、4H)、6.92(t、2H)、6.96(t、2H)、7.09(s、2H)、7.31(d、2H)、7.34(s、2H)、7.64(d、2H).
反応容器に化合物2(1.09g、1mmol)、N-ブロモ琥珀酸イミド(0.378g、2.1mmol)、クロロホルム(100mL)を加え、3時間室温で攪拌した。反応終了後、減圧下で溶媒を留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィ(塩化メチレン-ヘキサン混合溶媒)によって精製することで化合物3を得た。化合物3の得量は0.683gで、収率は63%であった。
1H-NMR(400MHz、CDCl3):δ(ppm)=0.88(t、6H)、1.25(m、68H)、1.65(quint、4H)、2.64(t、4H)、6.94(t、2H)、6.97(t、2H)、7.19(s、2H)、7.25(d、2H)、7.58(d、2H).
マイクロ波反応機用耐圧容器内に、トルエン(5mL)、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)(2.9mg,0.025mmol)、化合物3(109mg,0.1mmol)、及び化合物4(49.1mg,0.1mmol)を加え、容器中をアルゴンガスで充填し、密閉した。該反応容器をマイクロ波で180℃40分間加熱した。反応終了後、室温まで冷却した後、該反応溶液をメタノール(100mL)と塩酸(2mL)の混合溶液に注ぎ、5時間攪拌した。析出した沈殿物を濾取し、メタノール、ヘキサンで順に加熱洗浄した後、クロロホルムで抽出した。得られたクロロホルム溶液を濃縮し、この溶液をメタノールに流し込み、析出した沈殿物を濾取して、高分子化合物A(97.1mg)を得た。得られた高分子化合物Aのポリスチレン換算の数平均分子量は3.2×104、重量平均分子量は6.7×104であった。
反応容器内の気体をアルゴンガスで置換した後、ジイソプロピルアミン(2.14g、21mmol)、THF(28mL)を加えた。該THF溶液を0℃に冷却した後、ブチルリチウム-ヘキサン溶液(13.1mL、21mmol)を加えて、LDA溶液を調整した。別の反応容器内の気体をアルゴンガスで置換した後、3-(2-オクチルドデシル)チオフェン(7.28g、20mmol)、化合物1(1.17g、5mmol)、THF(9mL)を加え、調整したLDA溶液を25℃で15分以内に加え、3時間室温で攪拌した。反応終了後、氷と塩酸の混合溶液に反応溶液を注ぎ、酢酸エチルで抽出し、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をメタノール(100mL)に溶解させた後、2規定の塩酸(2.5mL)を加え、還流させながら3時間攪拌した。反応終了後、水を加え、析出した固体を濾取した。得られた固体をクロロホルム-メタノールの混合溶媒で再結晶することで化合物5を得た。化合物5の得量は1.20gで、収率は26%であった。
1H-NMR(400MHz、CDCl3):δ(ppm)=0.87(t、12H)、1.25-1.32(m、62H)、1.72(m、2H)、2.57(d、4H)、6.94(t、2H)、6.97(t、2H)、7.19(s、2H)、7.23(d、2H)、7.57(d、2H).
反応容器に化合物5(1.09g、1mmol)、N-ブロモ琥珀酸イミド(0.378g、2.1mmol)、クロロホルム(100mL)を加え、3時間室温で攪拌した。反応終了後、減圧下で溶媒を留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィ(塩化メチレン-ヘキサン混合溶媒)によって精製することで化合物6を得た。化合物6の得量は0.704gで、収率は65%であった。
1H-NMR(400MHz、CDCl3):δ(ppm)=0.87(t、12H)、1.25-1.32(m、62H)、1.72(m、2H)、2.57(d、4H)、6.94(t、2H)、6.97(t、2H)、7.15(s、2H)、7.25(d、2H)、7.57(d、2H).
マイクロ波反応機用耐圧容器内に、トルエン(5mL)、テトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0)(2.9mg,0.025mmol)、化合物6(109mg,0.1mmol)、及び化合物4(49.1mg,0.1mmol)を加え、容器中をアルゴンガスで充填し、密閉した。該反応容器をマイクロ波で180℃40分間加熱した。反応終了後、室温まで冷却した後、該反応溶液をメタノール(100mL)と塩酸(2mL)の混合溶液に注ぎ、5時間攪拌した。析出した沈殿物を濾取し、メタノール、ヘキサンで順に加熱洗浄した後、クロロホルムで抽出した。得られたクロロホルム溶液を濃縮し、この溶液をメタノールに流し込み、析出した沈殿物を濾取して、高分子化合物B(97.1mg)を得た。得られた高分子化合物Bのポリスチレン換算の数平均分子量は3.8×104、重量平均分子量は2.3×104であった。
(実施例3:有機トランジスタ1の作製及び評価)
高分子化合物Aを用いて図8に模式的に示す構成を有する有機トランジスタを作製し、そのトランジスタ特性を測定した。すなわち、まず、ゲート電極となる高濃度に不純物がドープされたn-型シリコン基板4の表面を熱酸化し、200nmのシリコン酸化膜3を形成した。この基板を十分に洗浄した後、ヘキサメチレンジシラザン(HMDS)を用いて、基板表面をシラン処理した。
高分子化合物Aを用いて図8に模式的に示す構成を有する有機トランジスタを作製し、そのトランジスタ特性を測定した。すなわち、まず、ゲート電極となる高濃度に不純物がドープされたn-型シリコン基板4の表面を熱酸化し、200nmのシリコン酸化膜3を形成した。この基板を十分に洗浄した後、ヘキサメチレンジシラザン(HMDS)を用いて、基板表面をシラン処理した。
次に、高分子化合物Aをクロロホルムに溶解させて3g/Lの溶液を調製し、メンブランフィルターでろ過した。得られた溶液を用い、上記の表面処理した基板上に、スピンコート法により厚さ約30nmの高分子化合物Aを含む薄膜(有機半導体層2)を形成した。この薄膜を窒素ガス雰囲気下、150℃で30分加熱した。そして、得られた薄膜上に、真空蒸着によりチャネル長50μm、チャネル幅1.5mmのソース電極5及びドレイン電極6を作製して、有機トランジスタ1を得た。
この有機トランジスタに対し、ゲート電圧Vgを20~-60V、ソース・ドレイン間電圧Vsdを0~-60Vに変化させて、トランジスタ特性を測定した。この結果から電界効果移動度は0.109cm2/Vsと算出された。
(実施例4:有機トランジスタ2の作製及び評価)
高分子化合物Aを用いて図8に模式的に示す構成を有する有機トランジスタを作製し、そのトランジスタ特性を測定した。すなわち、まず、ゲート電極となる高濃度に不純物がドープされたn-型シリコン基板4の表面を熱酸化し、厚さ200nmのシリコン酸化膜3を形成した。この基板を十分に洗浄した後、1H,1H,2H,2H-パーフルオロデシルトリエトキシクロロシラン(FDTS)を用いて、基板表面をシラン処理した。
高分子化合物Aを用いて図8に模式的に示す構成を有する有機トランジスタを作製し、そのトランジスタ特性を測定した。すなわち、まず、ゲート電極となる高濃度に不純物がドープされたn-型シリコン基板4の表面を熱酸化し、厚さ200nmのシリコン酸化膜3を形成した。この基板を十分に洗浄した後、1H,1H,2H,2H-パーフルオロデシルトリエトキシクロロシラン(FDTS)を用いて、基板表面をシラン処理した。
次に、高分子化合物Aをクロロホルムに溶解させて3g/Lの溶液を調製し、メンブランフィルターでろ過した。得られた溶液を用い、上記の表面処理した基板上に、スピンコート法により約30nmの高分子化合物Aを含む薄膜(有機半導体層2)を形成した。そして、得られた薄膜上に、真空蒸着によりチャネル長50μm、チャネル幅1.5mmのソース電極5及びドレイン電極6を作製して、有機トランジスタ2を得た。
この有機トランジスタに対し、ゲート電圧Vgを20~-60V、ソース・ドレイン間電圧Vsdを0~-60Vに変化させて、トランジスタ特性を測定した。この結果から電界効果移動度は0.149cm2/Vsと算出された。
(実施例5:有機トランジスタ3の作製及び評価)
高分子化合物Bを用いて図8に模式的に示す構成を有する有機トランジスタを作製し、そのトランジスタ特性を測定した。すなわち、まず、ゲート電極となる高濃度に不純物がドープされたn-型シリコン基板4の表面を熱酸化し、厚さ200nmのシリコン酸化膜3を形成した。この基板を十分に洗浄した後、1H,1H,2H,2H-パーフルオロデシルトリエトキシクロロシラン(FDTS)を用いて、基板表面をシラン処理した。
高分子化合物Bを用いて図8に模式的に示す構成を有する有機トランジスタを作製し、そのトランジスタ特性を測定した。すなわち、まず、ゲート電極となる高濃度に不純物がドープされたn-型シリコン基板4の表面を熱酸化し、厚さ200nmのシリコン酸化膜3を形成した。この基板を十分に洗浄した後、1H,1H,2H,2H-パーフルオロデシルトリエトキシクロロシラン(FDTS)を用いて、基板表面をシラン処理した。
次に、高分子化合物Bをクロロホルムに溶解させて1g/Lの溶液を調製し、メンブランフィルターでろ過した。得られた溶液を用い、上記の表面処理した基板上に、ドロップキャスト法により高分子化合物Aを含む薄膜(有機半導体層2)を形成した。そして、得られた薄膜上に、真空蒸着によりチャネル長50μm、チャネル幅1.5mmのソース電極5及びドレイン電極6を作製して、有機トランジスタ3を得た。
この有機トランジスタに対し、ゲート電圧Vgを20~-60V、ソース・ドレイン間電圧Vsdを0~-60Vに変化させて、トランジスタ特性を測定した。この結果から電界効果移動度は0.024cm2/Vsと算出された。
四つ口フラスコを用いて、化合物8(97.2mg、0.300mmol)、化合物9(159.4mg、0.270mmol)、トルエン(10mL)及びメチルトリアルキルアンモニウムクロリド(商品名Aliquat336(登録商標)、アルドリッチ社製)(60.6mg、0.15mmol)を加え、室温(25℃)で30分間、アルゴンバブリングを行った。
この溶液を90℃に昇温した後、酢酸パラジウム(0.67mg、1mol%)及びトリス(2-メトキシフェニル)ホスフィン(3.70mg、3.5mol%)を加えた。その後、100℃で攪拌しながら、炭酸ナトリウム水溶液(16.7重量%、1.90g、3.00mmol)を30分かけて滴下した。4時間後、フェニルボロン酸(3.66mg、0.03mmol)、酢酸パラジウム(0.67mg、1mol%)及びトリス(2-メトキシフェニル)ホスフィン(3.70mg、3.5mol%)を加え、さらに1時間攪拌した後、反応を停止した。なお、反応はアルゴンガス雰囲気下で行った。
その後、反応後の溶液に、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム(1g)及び純水(10mL)を加え、1時間還流しながら攪拌を行った。得られた反応液中の水層を除去後、得られた有機層を水10mLで2回、酢酸水溶液(3重量%)10mLで2回、さらに水10mLで2回洗浄し、メタノールに注いで高分子化合物を析出させた。
得られた高分子化合物をろ過し、乾燥した後、この高分子化合物をトルエン(15mL)に再溶解させ、アルミナ/シリカゲルカラムを通した。そして、得られた溶液をメタノールに注いで高分子化合物を析出させ、ろ過した後、乾燥して、高分子化合物Cを69mg得た。
(比較例1:有機トランジスタ4の作製及び評価)
高分子化合物Cを用いて図8に模式的に示す構造を有する有機トランジスタを作製し、そのトランジスタ特性を測定した。すなわち、まず、ゲート電極となる高濃度に不純物がドープされたn-型シリコン基板4の表面を熱酸化し、200nmのシリコン酸化膜3を形成した。この基板をアセトンで10分間超音波洗浄した後、オゾンUVを20分間照射した。その後、β-フェニチルトリクロロシラン(β-PTS)を用いて、スピンコート法により基板表面をシラン処理した。
高分子化合物Cを用いて図8に模式的に示す構造を有する有機トランジスタを作製し、そのトランジスタ特性を測定した。すなわち、まず、ゲート電極となる高濃度に不純物がドープされたn-型シリコン基板4の表面を熱酸化し、200nmのシリコン酸化膜3を形成した。この基板をアセトンで10分間超音波洗浄した後、オゾンUVを20分間照射した。その後、β-フェニチルトリクロロシラン(β-PTS)を用いて、スピンコート法により基板表面をシラン処理した。
次に、高分子化合物Cを溶媒であるクロロホルムに溶解させて、合計の濃度が0.5重量%である溶液を調製し、これをメンブランフィルターでろ過した。得られた溶液を用い、上記の表面処理した基板上に、スピンコート法により塗布して厚さ約60nmの高分子化合物Cの薄膜(有機半導体層2)を形成した。そして、得られた薄膜上に、メタルマスクを用いた真空蒸着法により、チャネル長20μm、チャネル幅2mmのソース電極5及びドレイン電極6(薄膜側から、順番にMoO3、金の積層構造を有する電極)を作製して、有機トランジスタを得た。
この有機トランジスタに対し、ゲート電圧Vgを10~-50V、ソース・ドレイン間電圧Vsdを0~-50Vに変化させて、トランジスタ特性を測定した。その結果、伝達特性としてVg=-50V、Vsd=-50Vにおいてドレイン電流0.54μAが得られた。また、この結果から電界効果移動度は0.0015cm2/Vsと算出され、高分子化合物A~Bを用いて作成した有機トランジスタと比較して低いことが確認された。
本発明の高分子化合物を活性層に含む有機トランジスタは、高い電界効果移動度を示すため、本発明は極めて有用である。
1 基板
2、2a 活性層
3 絶縁層
4 ゲート電極
5 ソース電極
6 ドレイン電極
100 有機トランジスタ
110 有機トランジスタ
120 有機トランジスタ
130 有機トランジスタ
140 有機トランジスタ
150 有機トランジスタ
160 有機トランジスタ
170 有機トランジスタ
180 有機トランジスタ
2、2a 活性層
3 絶縁層
4 ゲート電極
5 ソース電極
6 ドレイン電極
100 有機トランジスタ
110 有機トランジスタ
120 有機トランジスタ
130 有機トランジスタ
140 有機トランジスタ
150 有機トランジスタ
160 有機トランジスタ
170 有機トランジスタ
180 有機トランジスタ
Claims (13)
- 式(1)で表される構造単位を含む高分子化合物。
A環及びB環は、それぞれ独立に、芳香族炭化水素環または複素環である。
R1は、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基、カルボキシル基、ニトロ基又はシアノ基である。各々のR1は互いに同一でも異なっていてもよい。
nは正の整数である。
Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、式(11)で表される基または式(12)で表される基である。
E1は、-O-で表される基、-S-で表される基、-Se-で表される基又は-N(RN)-で表される基である。RNは、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基又は置換基を有していてもよいアシル基である。
Xは、=CH-で表される基、=N-で表される基である。
*は、隣接する構造単位との結合手であることを示す。
R1は前記と同じ意味を表す。〕
mは0又は正の整数である。〕
但し、式(1)のA環及びB環に結合するR1及びAr1及びAr2に含まれるR1のうちの2つ以上のR1は、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基、カルボキシル基、ニトロ基又はシアノ基であり、各々のR1は互いに同一でも異なっていてもよい。〕 - E1が、-S-で表される基又は-O-で表される基である請求項2に記載の高分子化合物。
- Xが、=CH-で表される基である請求項2に記載の高分子化合物。
- 共役高分子化合物である請求項1に記載の高分子化合物。
- 請求項1に記載の高分子化合物を含む有機半導体材料。
- 請求項11に記載の有機半導体材料を含む有機層を有する有機半導体素子。
- ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極及び活性層を有し、該活性層に請求項11に記載の有機半導体材料を含む有機トランジスタ。
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NENP | Non-entry into the national phase |
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