WO2018061821A1 - 有機半導体膜形成用組成物、有機半導体膜及びその製造方法、並びに、有機半導体素子 - Google Patents

有機半導体膜形成用組成物、有機半導体膜及びその製造方法、並びに、有機半導体素子 Download PDF

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英治 福▲崎▼
崇 後藤
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    • H10K10/484Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions
    • H10K10/488Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions the channel region comprising a layer of composite material having interpenetrating or embedded materials, e.g. a mixture of donor and acceptor moieties, that form a bulk heterojunction

Definitions

  • the present invention relates to a composition for forming an organic semiconductor film, an organic semiconductor film, a method for producing the same, and an organic semiconductor element.
  • Organic semiconductor elements such as organic thin film transistors are used in displays such as liquid crystal displays or organic electroluminescence displays, devices using logic circuits such as RFID (radio frequency identifiers) or memories, or solar cells.
  • an organic semiconductor element having an organic semiconductor layer also referred to as an organic semiconductor film
  • an organic semiconductor element having an organic semiconductor layer can be reduced in weight and can be manufactured at a lower cost because a printing method can be applied to the production thereof, and further has excellent flexibility. Therefore, it has been attracting attention as a next-generation semiconductor element that can replace an inorganic semiconductor element having a silicon-based semiconductor layer, and has been developed.
  • Patent Document 1 describes an organic transistor including an organic semiconductor layer containing a compound having a thienobisbenzothiophene structure.
  • Patent Document 2 describes an organic transistor provided with an organic semiconductor containing a specific compound having a five-ring condensed ring structure.
  • Patent Document 3 describes an organic transistor including an organic semiconductor layer containing an organic binder resin having a dielectric constant ⁇ of 3.3 or less at 1,000 Hz and a polyacene represented by a specific formula A. Has been.
  • Patent Document 4 discloses an organic semiconductor in which at least one of a conjugated polymer compound and an amorphous low-molecular compound is interposed as an organic semiconductor component in a gap between crystal grains of a crystalline low-molecular organic semiconductor compound. An organic semiconductor device with a thin layer is described.
  • the organic semiconductor layer of the organic semiconductor element can usually be formed by a printing method.
  • the present inventors have examined that an organic semiconductor layer containing the above organic binder resin or conjugated polymer compound is difficult to form by a printing method, particularly an ink jet method, and even if it can be formed, it is sufficient. It was found that it does not show carrier mobility.
  • the above-mentioned organic binder resin or conjugated polymer compound easily embraces the solvent used when forming the organic semiconductor layer (is likely to remain in the organic semiconductor layer). It has also been found that the organic semiconductor element provided has a large threshold voltage hysteresis.
  • the present invention provides a composition for forming an organic semiconductor film, which can be used for forming an organic semiconductor film of an organic semiconductor element to increase the carrier mobility of the obtained organic semiconductor element and reduce hysteresis.
  • the task is to do.
  • this invention makes it a subject to provide the organic-semiconductor film using this composition for organic-semiconductor film formation, and its manufacturing method.
  • this invention makes it a subject to provide the organic-semiconductor element which shows a high carrier mobility and a small hysteresis.
  • the present inventors have found that when forming an organic semiconductor film of an organic semiconductor element by a printing method, a low molecular weight organic semiconductor compound having a molecular weight of 5000 or less and the following general formula (1) Mobility of an organic semiconductor element obtained by using a condensed heterocyclic compound that has a chemical structure different from that of the low molecular organic semiconductor compound and a molecular weight of 3000 or less. It has been found that the hysteresis can be increased and the hysteresis can be reduced. The present invention has been further studied based on these findings and has been completed.
  • a composition for forming an organic semiconductor film containing at least two organic semiconductors One of the organic semiconductors is a low molecular organic semiconductor compound having a molecular weight of 5000 or less, Another type of the organic semiconductor is a condensed heterocyclic compound represented by the following general formula (1), which has a chemical structure different from that of the low molecular organic semiconductor compound and has a molecular weight of 3000 or less.
  • a compound, Composition for forming an organic semiconductor film is a compound having a molecular weight of 5000 or less.
  • X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, a tellurium atom or NR 5 .
  • Y and Z represent CR 6 , an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, a nitrogen atom or NR 7 , and the 5-membered ring having Y and Z is an aromatic heterocycle.
  • R 1 and R 2 are bonded directly or indirectly via a divalent group A to a 5-membered ring atom containing Y and Z, and R 3 and R 4 are directly Or indirectly via a divalent group A to a ring-constituting atom of the benzene ring.
  • the divalent group A is a group selected from —O—, —S—, —NR 8 —, —CO—, —SO— and —SO 2 —, or two or more of these groups are linked. It is a group formed.
  • R 1 , R 2 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heteroaryl group.
  • R 3 and R 4 represent a halogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heteroaryl group.
  • m and n are integers of 0-2.
  • ⁇ 2> The organic semiconductor according to ⁇ 1>, wherein the 5-membered ring having Y and Z is a ring selected from a thiophene ring, a furan ring, a selenophene ring, a pyrrole ring, a thiazole ring, a selenazole ring, an imidazole ring, and an oxazole ring.
  • Film forming composition. ⁇ 3> The composition for forming an organic semiconductor film according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein each of R 1 , R 2 , R 3, and R 4 has 30 or less carbon atoms.
  • R1 and R2 are any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein R 1 and R 2 are an alkyl group having 20 or less carbon atoms, an aryl group having 20 or less carbon atoms, or a heteroaryl group having 20 or less carbon atoms.
  • ⁇ 6> The organic material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein R 1 and R 2 are the same, R 3 and R 4 are the same, and m and n are the same A composition for forming a semiconductor film.
  • composition for forming an organic semiconductor film according to ⁇ 1> wherein the compound represented by the general formula (1) is a compound represented by the following general formula (2) or (3).
  • Xa represents an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
  • Y a and Z a represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR 7a .
  • R 7a has the same meaning as R 7 in the general formula (1).
  • R 1a, R 2a, R 3a , R 4a, m a and n a have the same meanings as R 1, R 2, R 3 , R 4, m and n, respectively, in the general formula (1), R 1a, R
  • the form of bonding of 2a , R 3a and R 4a with the ring constituent atoms is also the same as the form of bonding with the ring constituent atoms of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 in formula (1), respectively.
  • the compound represented by the general formula (2) is represented by the following general formula (4), and the compound represented by the general formula (3) is represented by the following general formula (5).
  • X b , Y b and Z b represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
  • R 1b and R 2b have the same meanings as R 1a and R 2a in general formula (2), respectively, and the bonding forms with the ring constituent atoms of R 1b and R 2b are also R 1a and R in general formula (2), respectively. This is the same as the bonding form with the ring member atom of 2a .
  • R 1b and R 2b represent an aryl group having a linear aliphatic hydrocarbon group or a heteroaryl group having a linear aliphatic hydrocarbon group ⁇ 8> or ⁇ 9>
  • a composition for forming an organic semiconductor film is ⁇ 12> The composition for forming an organic semiconductor film according to ⁇ 11>, wherein the total molecular weight of the substituents of the low molecular organic semiconductor compound is smaller than the total molecular weight of the substituents of the condensed heterocyclic compound.
  • the content of the condensed heterocyclic compound is 20% by mass or less based on the total mass of the organic semiconductor in the composition for forming an organic semiconductor film, according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 12> Composition for forming an organic semiconductor film.
  • An organic semiconductor film containing at least two organic semiconductors One of the organic semiconductors is a low molecular organic semiconductor compound having a molecular weight of 5000 or less, Another type of the organic semiconductor is a condensed heterocyclic compound represented by the following general formula (1), which has a chemical structure different from that of the low molecular organic semiconductor compound and has a molecular weight of 3000 or less.
  • a compound, Organic semiconductor film A compound, Organic semiconductor film.
  • X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, a tellurium atom or NR 5 .
  • Y and Z represent CR 6 , an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, a nitrogen atom or NR 7 , and the 5-membered ring having Y and Z is an aromatic heterocycle.
  • R 1 and R 2 are bonded directly or indirectly via a divalent group A to a 5-membered ring atom containing Y and Z, and R 3 and R 4 are directly Or indirectly via a divalent group A to a ring-constituting atom of the benzene ring.
  • the divalent group A is a group selected from —O—, —S—, —NR 8 —, —CO—, —SO— and —SO 2 —, or two or more of these groups are linked. It is a group formed.
  • R 1 , R 2 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heteroaryl group.
  • R 3 and R 4 represent a halogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heteroaryl group.
  • m and n are integers of 0-2.
  • the carrier mobility of the obtained organic semiconductor element can be increased and the hysteresis can be reduced.
  • the organic semiconductor film of the present invention as an organic semiconductor film of an organic semiconductor element, the carrier mobility of the obtained organic semiconductor element can be increased and the hysteresis can be reduced.
  • the method for producing an organic semiconductor film of the present invention can produce an organic semiconductor film having the above-described excellent characteristics.
  • the organic semiconductor device of the present invention exhibits high carrier mobility and small hysteresis.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a bottom gate-bottom contact type organic thin film transistor which is an example of an organic semiconductor element of the present invention.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a bottom gate-top contact type organic thin film transistor which is an example of an organic semiconductor element of the present invention.
  • it is a schematic plan view which shows the formation pattern of the opening part of the mask used when forming a source electrode and a drain electrode by the inkjet printing method.
  • a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
  • the display of the compound includes not only the compound itself but also its salt and its ion. Moreover, what changed the structure in part within the range which does not impair the target effect is included. Moreover, about the compound which does not specify substituted or unsubstituted, the thing which has arbitrary substituents is included in the range which does not impair the target effect. The same applies to substituents and linking groups (hereinafter referred to as substituents and the like).
  • the respective substituents may be the same unless otherwise specified. May be different. The same applies to the definition of the number of substituents and the like. Further, when a plurality of substituents and the like are adjacent (particularly adjacent), they may be connected to each other to form a ring unless otherwise specified. Further, when the number of carbon atoms of the group is limited, the number of carbon atoms of this group means the total number of carbon atoms including substituents unless otherwise specified.
  • this group when a group can form a non-cyclic skeleton and a cyclic skeleton, this group includes a non-cyclic skeleton group and a cyclic skeleton group unless otherwise specified.
  • the alkyl group includes a linear alkyl group, a branched alkyl group, and a cyclic (cyclo) alkyl group.
  • the lower limit of the number of atoms of the group forming the cyclic skeleton is 3 or more, and preferably 5 or more, regardless of the lower limit of the number of atoms specifically described for the group.
  • composition for forming an organic semiconductor film of the present invention contains at least two kinds of organic semiconductors.
  • One of the at least two organic semiconductors is a low molecular organic semiconductor compound having a molecular weight of 5000 or less.
  • Another type is a condensed heterocyclic compound represented by the following general formula (1), which has a chemical structure different from that of the low molecular organic semiconductor compound and has a molecular weight of 3000 or less. is there.
  • the composition of the present invention may contain an organic semiconductor other than the low-molecular organic semiconductor compound and the condensed heterocyclic compound, a solvent or an additive in addition to the low-molecular organic semiconductor compound and the condensed heterocyclic compound. Good.
  • a low molecular organic semiconductor compound will not be specifically limited if it is an organic semiconductor compound of molecular weight 5000 or less, The organic semiconductor which can be used for an organic semiconductor element is mentioned.
  • the molecular weight of the low molecular organic semiconductor compound is 5000 or less, the solubility of the low molecular organic semiconductor compound in the solvent described later can be enhanced.
  • the molecular weight of the low molecular weight organic semiconductor compound is preferably 3000 or less, preferably 1,500 or less, more preferably 1,000 or less, and preferably 800 or less in terms of solubility. Further preferred.
  • the molecular weight of the low molecular weight organic semiconductor compound is not particularly limited, but is preferably 400 or more, more preferably 450 or more, and even more preferably 500 or more from the viewpoint of film quality stability of the organic semiconductor film. .
  • the low molecular organic semiconductor compound is not particularly limited as long as it satisfies the above molecular weight.
  • the aromatic hydrocarbon compound or heteroaromatic compound having a condensed ring structure of 3 to 9 rings fullerene compound, phthalocyanine compound, or And semiconductive polymers.
  • An aromatic hydrocarbon compound or heteroaromatic compound having a condensed ring structure of 3 to 9 rings is condensed with an aromatic ring (aromatic hydrocarbon ring and aromatic heterocycle) of 3 to 9 rings. If it is a compound which has the condensed ring structure which becomes, it will not specifically limit. Examples of such a condensed ring structure include a condensed ring structure represented by T in the formula (A-1) described later.
  • aromatic hydrocarbon compound or heteroaromatic compound examples include a compound represented by the following formula (A-1), preferably a condensed heterocyclic compound represented by the following general formula (1).
  • This aromatic hydrocarbon compound or heteroaromatic compound may or may not have a substituent.
  • the fullerene compound is not particularly limited, and examples thereof include C60, or phenyl C 61 butyric acid methyl ester (PCBM).
  • the phthalocyanine compound is not particularly limited, and examples thereof include copper phthalocyanine or fluorinated copper phthalocyanine.
  • the semiconductive polymer is not particularly limited.
  • polyquaterthiophene PQT
  • polythiophene such as poly (3-hexylthiophene) (P3HT)
  • PBTTT poly [2,5-bis (3 And polythienothiophene such as -dodecylthiophen-2-yl) thieno [3,2-b] thiophene]
  • aromatic hydrocarbon compounds or heteroaromatic compounds having a condensed ring structure of 3 to 9 rings are preferred from the viewpoint of further improving the performance of the organic semiconductor element such as carrier mobility, and the following formula (A The compound represented by -1) is more preferable.
  • T represents an aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group (aromatic heterocyclic group) having a condensed ring structure of 3 to 9 rings.
  • L a1 and L a2 each independently represent a single bond or a divalent linking group.
  • R a1 and R a2 each independently represent a hydrogen atom or a substituent.
  • T is a group obtained by removing two hydrogen atoms from a condensed ring structure obtained by condensing 3 to 9 aromatic rings (hereinafter sometimes referred to as “condensed polycyclic aromatic group”).
  • aromatic ring include an aromatic hydrocarbon ring (for example, benzene ring) or an aromatic heterocycle (for example, thiophene ring, furan ring, pyrrole ring, selenophene ring, imidazole ring, tellurophen ring, oxazole ring, thiazole). Ring, selenazole ring, pyridine ring or pyrimidine ring).
  • the condensed ring structure of T is preferably a condensed ring structure of 3 to 7 aromatic rings, more preferably a condensed ring structure of 4 to 6 aromatic rings, more preferably 5 or 6 rings. More preferably, it is a condensed ring structure of an aromatic ring.
  • T is preferably an aromatic heterocyclic group.
  • at least one of the aromatic rings of the condensed ring structure of T is preferably an aromatic heterocyclic ring, and from the viewpoint of carrier mobility, 2 to It is more preferable that seven rings are the above aromatic heterocycles, and it is more preferable that three to five rings are the above aromatic heterocycles.
  • the aromatic heterocyclic ring is preferably a ring containing at least one atom selected from the group consisting of a sulfur atom, a nitrogen atom, a selenium atom, an oxygen atom and a tellurium atom as a ring-constituting heteroatom, a sulfur atom, a nitrogen atom More preferred is a ring containing at least one atom selected from the group consisting of selenium atom and oxygen atom. Examples of such an aromatic heterocyclic ring include those described above, and a 5-membered ring having Y and Z in the general formula (1) described later is preferable. From the viewpoint of carrier mobility, the aromatic heterocycle preferably has one heteroatom in one ring as a ring-constituting heteroatom.
  • T preferably has at least one ring selected from the group consisting of a thiophene ring, a furan ring, a selenophene ring, a pyrrole ring, a thiazole ring, a selenazole ring, an imidazole ring, and an oxazole ring.
  • At least one ring selected from the group consisting of a furan ring, a thiophene ring and a selenophene ring, more preferably at least a thiophene ring and / or a selenophene ring, and even more preferably at least a thiophene ring, It is particularly preferable that all of the aromatic heterocycles possessed by T are thiophene rings.
  • the compound represented by the formula (A-1) contains a group represented by T, and this group T is preferably contained as a main skeleton.
  • the main skeleton means that the ratio of the molecular weight of the group represented by T is 30% or more with respect to the total molecular weight of the compound represented by the formula (A-1). Preferably there is.
  • the upper limit is not particularly limited, but is preferably 80% or less from the viewpoint of solubility.
  • the condensed ring structure of T is preferably a structure in which an aromatic heterocycle and / or a benzene ring are condensed in a straight line (including a straight line and a zigzag), and has a condensed structure of 3 to 7 rings.
  • An acene structure, a phenacene structure or a heteroacene structure is more preferable.
  • the acene structure is a structure in which benzene rings are linearly condensed so that the angle formed by each other is 180 °. Specifically, naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, heptacene, etc.
  • the phenacene structure is a structure in which a benzene ring is condensed in a zigzag shape, and specific examples thereof include each condensed ring structure such as phenanthrene, chrysene, or picene.
  • the heteroacene structure means a structure in which a part of a benzene ring forming an acene structure or a phen structure is substituted with an aromatic heterocycle (for example, each of the above rings).
  • the phen structure is a benzene ring condensed in a manner including a zigzag shape, and all include a zigzag phenacene structure.
  • each condensed ring structure such as phenanthrene or pentaphene.
  • the compound represented by the formula (A-1) preferably includes a heteroacene skeleton in which T is a structure in which an aromatic heterocycle and / or a benzene ring is linearly condensed, which will be described later as an aromatic heterocycle. It is more preferable to include a heteroacene skeleton having a structure in which the 5-membered ring having Y and Z and / or the benzene ring in the general formula (1) is linearly condensed, and the thiophene ring and / or the benzene ring are linearly condensed.
  • a thienocene structure which is a ring structure
  • a thienoacene structure having 3 to 7 condensed rings.
  • an organic semiconductor film having higher carrier mobility can be obtained.
  • the number of thiophene rings contained in the condensed polycyclic aromatic group is preferably 2 to 7, more preferably 3 to 7, as the condensed polycyclic aromatic group T. ⁇ 5 are more preferred.
  • condensed ring structure of T are not particularly limited, but preferred are the condensed ring structures shown below and the condensed ring structure represented by the general formula (1) described later. As described later, these condensed ring structures may have R a1 and R a2 described later on any of the ring constituent atoms, and may further have a substituent on another ring constituent atom.
  • each condensed ring structure such as dinaphthothienothiophene or benzothienobenzothiophene is preferable.
  • L a1 and L a2 each represent a single bond or a divalent linking group, and preferably a single bond. Although it does not specifically limit as a bivalent coupling group, It is synonymous with each group of the bivalent group A in Formula (1) mentioned later, and its preferable thing is also the same.
  • R a1 and R a2 represent a hydrogen atom or a substituent, and preferably a substituent.
  • the substituent which can be taken as R a1 and R a2 is not particularly limited, it is synonymous with the group which can be taken as R 1 in the general formula (1) described later, and preferred ones are also the same.
  • an alkyl group, an aryl group, or a heteroaryl group is more preferable.
  • the alkyl group which can be taken as R a1 and R a2 is synonymous with the alkyl group which can be taken as R 1 in the general formula (1), and preferred ones are also the same.
  • the carbon number of the two alkyl groups that can be taken as R a1 and R a2 are respectively It is preferably 1 to 20, more preferably 2 to 16, and still more preferably 3 to 12.
  • the two alkyl groups that can be employed as R a1 and R a2 preferably have different carbon numbers.
  • the aryl group which can be taken as R a1 and R a2 is synonymous with the aryl group which can be taken as R 1 in the general formula (1), and preferred ones are also the same.
  • the substituent that the aryl group may have is not particularly limited, but is the same as the substituent that the aryl group that can be adopted as R 1 in the general formula (1) may have, and the preferable one is also the same. Is particularly preferred.
  • Alkyl group an aryl group which may take as R a1 and R a2 may have has the same meaning as the alkyl group can take as above R a1 and R a2, and preferred ones are also the same.
  • the position at which the substituent is bonded to the aryl group that can be taken as R a1 and R a2 is not particularly limited, but when the aryl group is a phenyl group, it is preferably in the para position with respect to the carbon atom bonded to T. .
  • the heteroaryl group taken as R a1 and R a2 is synonymous with the heteroaryl group that can be taken as R 1 in the general formula (1), and preferred ones are also the same.
  • the substituent that this heteroaryl group may have is not particularly limited, but is synonymous with the substituent that the heteroaryl group that can be adopted as R 1 in the general formula (1) may have, and preferable ones are also the same.
  • Alkyl groups are particularly preferred. Alkyl group heteroaryl groups can take as R a1 and R a2 may have has the same meaning as the alkyl group can take as above R a1 and R a2, and preferred ones are also the same.
  • the position at which the substituent is bonded to the heteroaryl group that can be taken as R a1 and R a2 is not particularly limited, but when the heteroaryl group is a thienyl group, the above T and the substituent are bonded at the 2-position and 5-position. It is preferable.
  • the compound represented by the formula (A-1) may further have a substituent in addition to the above R a1 and R a2 .
  • the substituent is not particularly limited, and examples thereof include the same group as —L a1 —R a1 , or the substituent of an alkyl group that can be adopted as R 1 or R 2 described later. Further, the substituent may be further substituted with a substituent.
  • a halogen atom an alkyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an alkylthio group or an aryl group is preferable, and a fluorine atom, a substituted or unsubstituted group having 1 to 3 carbon atoms is preferable.
  • An alkyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 or 2 carbon atoms, a substituted or unsubstituted methylthio group, or a phenyl group is more preferable, a fluorine atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, A substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 or 2 carbon atoms or a substituted or unsubstituted methylthio group is particularly preferable.
  • the number of substituents that the compound represented by the formula (A-1) may have is not more than (the number of hydrogen atoms that the condensed ring structure of T can take is ⁇ 2) or less. Preferably.
  • the bonding position of -L a1 -R a1 and -L a2 -R a2 to the condensed ring structure of T is not particularly limited.
  • the bonding position is preferably a pair of ring-constituting atoms having a point-symmetrical, line-symmetrical, or rotationally-symmetrical relationship with respect to the condensed ring structure, and further forms a ring located at both ends of the condensed ring structure.
  • a pair of ring atoms is preferable.
  • a condensed heterocyclic compound represented by the following general formula (1) is preferable. Details of the condensed heterocyclic compound represented by the general formula (1) will be described later.
  • pentacene compounds such as 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS-PEN), tetramethylpentacene or perfluoropentacene, 5,11-bis (triethylsilylethynyl) anthradithiophene (TES-ADT)
  • anthradithiophene compound such as 2,8-difluoro-5,11-bis (triethylsilylethynyl) anthradithiophene (diF-TES-ADT), diphenylbenzothienobenzothiophene (DPh-BTBT) or dialkylbenzo Benzothienobenzothiophene compounds (BTBT) such as thienobenzothiophene (Cn-BTBT) and dinaphtho
  • the low molecular organic semiconductor compound contained in the composition of the present invention may be one type or two or more types.
  • the low molecular organic semiconductor compound can be synthesized by an ordinary method, and a commercially available product can also be obtained.
  • the compound represented by the above formula (A-1) can be synthesized according to a usual method.
  • Specific examples of the method for producing the compound represented by the formula (A-1) include JP2011-32268, JP2009-54810, JP2011-526588, and JP2012-209329. No., Scientific Report, 2014, 4, p. 5048, Japanese translations of PCT publication No. 2013-540697, JP 2009-218333 A, US Patent Application Publication No. 2008/0142792, International Publication No. 2014/156773, International Publication No. 2010/098372, Adv. Mater. , 2014, 26, p. 4546 or each method described in JP 2010-6794 A.
  • Content of low molecular organic semiconductor compound (preferably a compound represented by the above formula (A-1)) in the composition of the present invention (when the composition of the present invention contains two or more low molecular organic semiconductor compounds) Means the total amount, and the same shall apply hereinafter)) is preferably 0.3 to 15% by mass, more preferably 0.5 to 10% by mass, based on the total mass of the composition of the present invention. preferable.
  • the content is 0.3% by mass or more, an organic semiconductor element exhibiting high carrier mobility can be obtained.
  • the composition of the present invention can be suitably applied to a printing method, particularly an inkjet printing or flexographic printing method.
  • the content of the low-molecular organic semiconductor compound (preferably the compound represented by the formula (A-1)) in the composition of the present invention is 5 to 98% by mass with respect to the total mass of the solid content. It is preferably 10 to 95% by mass, more preferably 20 to 80% by mass. Further, the content of the low-molecular organic semiconductor compound (preferably the compound represented by the above formula (A-1)) with respect to the total mass of the solid content excluding the binder polymer described later is 50 to 99% by mass. It is preferably 85 to 98% by mass.
  • the content of the low molecular weight organic semiconductor compound relative to the total mass of the organic semiconductor contained in the composition of the present invention is appropriately set within a range that satisfies the above content.
  • the content of the low molecular organic semiconductor compound is preferably 80 to 99% by mass, and more preferably 85 to 98% by mass.
  • the low-molecular organic semiconductor compound preferably a compound represented by the formula (A-1)
  • the content of is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and still more preferably 90% by mass or more with respect to the total mass of the organic semiconductor.
  • the condensed heterocyclic compound is contained in the composition of the present invention as one type of organic semiconductor.
  • This condensed heterocyclic compound is a condensed heterocyclic compound represented by the following general formula (1), and has a chemical structure different from that of the above-described low molecular organic semiconductor compound.
  • the molecular weight of the condensed heterocyclic compound is 3000 or less.
  • the composition of this invention can be apply
  • the organic-semiconductor film formed by the printing method shows high carrier mobility, and it can reduce generation
  • X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, a tellurium atom or NR 5 .
  • X is preferably an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom. Details of R 5 will be described later.
  • Y and Z represent CR 6 , an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, a nitrogen atom or NR 7 , and the 5-membered ring having Y and Z is an aromatic heterocycle. Details of R 6 and R 7 will be described later.
  • Y is preferably CR 6 , an oxygen atom or a sulfur atom, and more preferably CR 6 or a sulfur atom.
  • Z is preferably CR 6 , an oxygen atom, a sulfur atom or NR 7, more preferably CR 6 , an oxygen atom or a sulfur atom, and still more preferably CR 6 or a sulfur atom.
  • Z is preferably an oxygen atom, sulfur atom, selenium atom or NR 7a, more preferably an oxygen atom, sulfur atom or selenium atom, still more preferably an oxygen atom or sulfur atom. Particularly preferred is a sulfur atom.
  • Z is preferably CR 6 , an oxygen atom or a sulfur atom, more preferably CR 6 or a sulfur atom, and still more preferably CR 6 .
  • Z is preferably CR 6 , an oxygen atom, a sulfur atom, or a nitrogen atom, more preferably CR 6 or a nitrogen atom, and still more preferably CR 6 .
  • Z is CR 6
  • Y is preferably an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR 7, and more preferably an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
  • the 5-membered aromatic heterocycle having Y and Z is a ring selected from a thiophene ring, a furan ring, a selenophene ring, a pyrrole ring, a thiazole ring, a selenazole ring, an imidazole ring and an oxazole ring. It is preferably a thiophene ring, furan ring, selenophene ring, pyrrole ring, thiazole ring and oxazole ring, more preferably a thiophene ring, furan ring, selenophene ring or pyrrole ring. Of these, a thiophene ring or a selenophene ring is preferred.
  • R 1 and R 2 represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heteroaryl group.
  • R 1 and R 2 are preferably an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heteroaryl group, and more preferably an alkyl group, an aryl group or a heteroaryl group.
  • the alkyl group that can be used as R 1 and R 2 preferably has 30 or less carbon atoms, and more preferably 20 or less.
  • the carbon number of the alkyl group that can be taken as R 1 and R 2 is preferably 1 to 30, more preferably 1 to 20, still more preferably 1 to 15, and particularly preferably 3 to 11.
  • the alkyl group that can be taken as R 1 and R 2 may be linear or branched, and may be cyclic. From the viewpoint of carrier mobility, a linear alkyl group is preferred.
  • R 1 or R 2 is an alkyl group having a substituent
  • the substituent of the alkyl group is not particularly limited, and a halogen atom (for example, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom); a cycloalkyl group ( Preferably, it is a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, more preferably 4 to 15 carbon atoms, and this cycloalkyl group is preferably a 5-membered or 6-membered ring); an aryl group (preferably having 6 carbon atoms) Is an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, more preferably 6 to 15 carbon atoms, such as a phenyl group, a naphthyl group, a p-pentylphenyl group, a 3,4-dipentylphenyl group, a p-heptyl group.
  • a halogen atom for
  • heterocyclic group (preferably a 3- to 8-membered ring, more preferably 5- or 5-ring). 6-membered ring, preferably having an oxygen atom, a sulfur atom and / or a nitrogen atom as a ring-constituting atom (for example, 2-hexylfuranyl group)); cyano group; hydroxy group; nitro group; (Preferably an acyl group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 15 carbon atoms, more preferably 2 to 10 carbon atoms, such as a hexanoyl group and a benzoyl group); an alkoxy group (preferably a carbon atom) An alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 15 carbon atoms, still more preferably 1 to 10 carbon atoms, such as a butoxy group; an aryloxy group (preferably having 6 to 20 carbon atoms, more Preferably an aryloxy group having 6
  • an acylamino group preferably an acylamino group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 15 carbon atoms, still more preferably 2 to 10 carbon atoms
  • amino A rubonylamino group preferably an aminocarbonylamino group having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 15 carbon atoms, still more preferably 1 to 10 carbon atoms
  • an alkoxycarbonylamino group preferably having 2 to 20 carbon atoms, more Preferably an alkoxycarbonylamino group having 2 to 15 carbon atoms, more preferably 2 to 10 carbon atoms
  • an aryloxycarbonylamino group preferably having 7 to 20 carbon atoms, more preferably 7 to 18 carbon atoms, still more preferably carbon atoms).
  • an alkylsulfonylamino group preferably an alkylsulfonylamino group having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 15 carbon atoms, and still more
  • Arylthio group (preferably an arylthio group having 6 to 20 carbon atoms, more preferably 6 to 18 carbon atoms, still more preferably 6 to 15 carbon atoms); a heterocyclic thio group (preferably a 3 to 8 membered ring, more preferably Is a 5- or 6-membered heterocyclic thio group); a sulfamoyl group (preferably a sulfamoyl group having 0 to 20 carbon atoms, more preferably 0 to 15 carbon atoms, still more preferably 0 to 10 carbon atoms); a sulfo group; an alkyl group A sulfinyl group (preferably an alkylsulfinyl group having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 15 carbon atoms, still more preferably 1 to 10 carbon atoms); an arylsulfinyl group (preferably 6 to
  • a carbamoyl group having 1 to 10 carbon atoms an arylazo group (preferably having 6 to 20 carbon atoms; Preferably an arylazo group having 6 to 18 carbon atoms, more preferably 6 to 15 carbon atoms); a heterocyclic azo group (preferably a 3- to 8-membered ring, more preferably a 5- or 6-membered heterocyclic azo group); Phosphino group; phosphinyl group; phosphinyloxy group; phosphinylamino group; phosphono group; silyl group (preferably having 0 to 18 carbon atoms, more preferably 0 to 15 carbon atoms, still more preferably 0 to 12 carbon atoms) A silyl group, such as a ditrimethylsiloxymethylbutoxy group); a hydrazino group; a ureido group; a boronic acid group (—B (OH) 2 ), a phosphato group (—OPO (OH)
  • this cycloalkyl group can be an alkyl group, alkenyl group, or alkynyl group that an aryl group that can be taken as R 1 and R 2 described later can have.
  • R 1 or R 2 is preferably an unsubstituted alkyl group.
  • the alkenyl group that can be employed as R 1 and R 2 preferably has 30 or less carbon atoms, and more preferably 20 or less. More specifically, the carbon number of the alkenyl group that can be taken as R 1 and R 2 is preferably 2 to 30, more preferably 2 to 20, further preferably 2 to 15, further preferably 2 to 10, and 2 to 4 Particularly preferred.
  • the substituent that the alkenyl group may have is not particularly limited. For example, an alkenyl group which can be taken as R 1 and R 2 as a substituent group, may have a substituent group which the alkyl group which may take as R 1 and R 2 described above may have.
  • the alkynyl group that can be employed as R 1 and R 2 preferably has 30 or less carbon atoms, and more preferably 20 or less. More specifically, the carbon number of the alkenyl group that can be taken as R 1 and R 2 is preferably 2 to 30, more preferably 2 to 20, further preferably 2 to 15, further preferably 2 to 10, and 2 to 4 Particularly preferred is 2, especially preferred.
  • the substituent that the alkynyl group may have is not particularly limited. For example, an alkynyl group which can be taken as R 1 and R 2 as a substituent group, may have a substituent group which the alkyl group which may take as R 1 and R 2 described above may have.
  • the substituent that the alkynyl group may have is preferably a group selected from a silyl group and an aryl group, more preferably a group selected from a trialkylsilyl group and a phenyl group, and a trialkylsilyl group is particularly preferable.
  • the aryl group that can be used as R 1 and R 2 preferably has 30 or less carbon atoms, and more preferably 20 or less. More specifically, the aryl group that can be taken as R 1 and R 2 preferably has 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 20 carbon atoms, still more preferably 6 to 18 carbon atoms, and particularly preferably 6 to 12 carbon atoms.
  • the substituent that this aryl group may have is not particularly limited.
  • an aryl group which can be taken as R 1 and R 2 as a substituent group may have a substituent group which the alkyl group which may take as R 1 and R 2 described above may have.
  • the substituent that the aryl group that can be adopted as R 1 and R 2 may have is an alkyl group (preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 15 carbon atoms, and still more preferably 1 to 10 carbon atoms).
  • a straight-chain, branched or cyclic group, and an alkenyl group preferably having 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 15 carbon atoms).
  • this alkenyl group is an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms
  • this alkenyl group may be linear or branched, and may be an alkynyl group (preferably having 2 to 20 carbon atoms, More preferably, it is an alkenyl group having 2 to 15 carbon atoms, more preferably 2 to 10 carbon atoms, and this alkynyl group may be linear or branched.
  • the aryl group that can be taken as R 1 and R 2 is in a form having a substituent
  • the number of substituents of the aryl group is preferably 1 to 3, more preferably 1 or 2, and preferably 1. Is more preferable.
  • the heteroaryl group that can be employed as R 1 and R 2 preferably has 30 or less carbon atoms, and more preferably 20 or less. More specifically, the number of carbon atoms of the heteroaryl group that can be taken as R 1 and R 2 is preferably 3 to 30, more preferably 4 to 20, still more preferably 4 to 10, and still more preferably 4.
  • This heteroaryl group preferably contains at least one atom selected from the group consisting of a sulfur atom, a nitrogen atom, a selenium atom, an oxygen atom and a tellurium atom as a ring-constituting heteroatom.
  • the heteroaryl group is preferably a 3- to 8-membered ring, more preferably a 5- or 6-membered ring.
  • heteroaryl group that can be adopted as R 1 and R 2 include a furanyl group, a pyrrolyl group, a pyrazolyl group, an imidazolyl group, a thienyl group, a thiazolyl group, a thienothienyl group, a benzothienyl group, a thienophenyl group, a pyridyl group, Mention may be made of pyrimidinyl, pyridazinyl and pyrazinyl groups. Of these, a thienyl group or a furyl group is more preferable, and a thienyl group is particularly preferable.
  • the substituent which this heteroaryl group may have is not particularly limited.
  • the form which has the substituent which the aryl group which can be taken as said R ⁇ 1 > and R ⁇ 2 > can have can be mentioned.
  • the heteroaryl group which can be taken as R 1 and R 2 is a form having a substituent, the substituent is preferably an alkyl group.
  • R 1 and R 2 preferably have an aliphatic hydrocarbon group in the structure from the viewpoint of further increasing carrier mobility when applied to the organic semiconductor layer.
  • R 1 and R 2 are preferably an aryl group or a heteroaryl group, and the aryl group or heteroaryl group preferably has an aliphatic hydrocarbon group as a substituent.
  • the aliphatic hydrocarbon group refers to a linear, branched or cyclic non-aromatic hydrocarbon group, and examples thereof include an alkyl group, an alkenyl group and an alkynyl group, and an alkyl group is preferred.
  • R 1 and R 2 are bonded to a 5-membered ring-constituting atom including Y and Z directly or indirectly through a divalent group A. That is, in the general formula (1) defined in the present invention, R 1 and / or R 2 are bonded to a 5-membered ring-constituting atom containing Y and Z via a divalent group A. Are also included.
  • the divalent group A is a group selected from —O—, —S—, —NR 8 —, —CO—, —SO— and —SO 2 —, or —O—, — A group formed by linking two or more groups selected from S—, —NR 8 —, —CO—, —SO— and —SO 2 —.
  • the divalent group A is a group formed by linking two or more groups selected from —O—, —S—, —NR 8 —, —CO—, —SO— and —SO 2 —, two or more
  • the number of linking groups is preferably 2 to 4, more preferably 2 or 3.
  • the divalent group A is preferably a group selected from —O—, —S—, —NR 8 —, —CO—, —SO— and —SO 2 —, and includes —O—, —S -Or -CO- is more preferable, and -O- is particularly preferable.
  • R 1 and R 2 are preferably the same structure including the divalent group A.
  • R 3 and R 4 represent a halogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, or a heteroaryl group.
  • the halogen atom that can be used as R 3 and R 4 is preferably a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, and more preferably a fluorine atom or a chlorine atom.
  • Preferred forms of the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, and heteroaryl group that can be adopted as R 3 and R 4 are the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, and hetero group that can be adopted as R 1 described above. This is the same as the preferred form of the aryl group.
  • the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, and heteroaryl group that can be adopted as R 3 and R 4 are preferably in the form having a halogen atom as a substituent.
  • R 3 and R 4 are bonded to the ring-constituting atoms of the benzene ring shown in the general formula (1) directly or indirectly through the divalent group A described above. That is, the general formula (1) defined in the present invention includes a form in which R 3 and / or R 4 are bonded to the ring constituent atom of the benzene ring via the divalent group A. To do.
  • the structures of R 3 and R 4 are preferably the same structure including the divalent group A.
  • M and n indicating the numbers of R 3 and R 4 are integers of 0-2.
  • m and n are preferably 0 or 1, more preferably 0.
  • the numbers m and n are preferably the same.
  • R 5 of NR 5 which can be taken as X described above
  • R 6 of CR 6 which can be taken as Y and Z and R 7 of NR 7
  • R in NR 8 which can be taken as a divalent group
  • a 8 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heteroaryl group.
  • R 5 is preferably an alkyl group having 1 to 11 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • R 6 is preferably a hydrogen atom or an alkyl group, and more preferably a hydrogen atom.
  • R 7 is preferably an alkyl group or an aryl group, more preferably an alkyl group.
  • R 8 is preferably an alkyl group or an aryl group.
  • R 1 and R 2 are the same, R 3 and R 4 are the same, and m and n are the same. It is preferable from the viewpoint of improvement.
  • the compound represented by the general formula (1) includes all the compounds represented by the formula, but in one embodiment of the compound represented by the general formula (1), the general formula (1)
  • the general formula (1) In the compound represented by the formula, the form in which X is an oxygen atom or a sulfur atom, and the 5-membered ring having Y and Z is an imidazole ring (including a form in which the ring constituting atom of the imidazole ring has a substituent) is It shall not be included.
  • X is a sulfur atom
  • Y is CH
  • Z is a sulfur atom
  • R 1 and R 2 are both hydrogen atoms
  • m and n are both 0.
  • the compound represented by the general formula (1) is preferably a compound represented by the following general formula (2) or (3).
  • Xa shows an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom.
  • Y a and Z a represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or NR 7a .
  • R 7a has the same meaning as R 7 in the general formula (1).
  • R 1a, R 2a, R 3a , R 4a, m a and n a have the same meanings as R 1, R 2, R 3 , R 4, m and n, respectively, in the general formula (1), preferred embodiments are also the same It is.
  • R 1a , R 2a , R 3a and R 4a with the ring-constituting atoms is also the bonding form of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 with the ring-constituting atoms in the general formula (1), respectively.
  • the preferred bonding form is also the same. That is, R 1a , R 2a , R 3a, and R 4a may be directly bonded to the ring constituent atom, or may be connected via the divalent group A described above.
  • R 1a , R 2a , R 3a and / or R 4a are bonded to the ring constituent atom via a divalent group A is also the structure of the above general formulas (2) and (3).
  • X a is a sulfur atom
  • Z a is a sulfur atom
  • both R 1a and R 2a are hydrogen atoms.
  • m a and n a are both 0 is excluded from the compound represented by the general formula (2).
  • the compound represented by the general formula (2) is more preferably represented by the following general formula (4).
  • the compound represented by the general formula (3) is more preferably represented by the following general formula (5).
  • X b, Y b and Z b represents an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom.
  • R 1b and R 2b have the same meanings as R 1a and R 2a in general formula (2), respectively, and the preferred forms are also the same.
  • the bonding form of R 1b and R 2b with the ring member atom is also the same as the bonding form of R 1a and R 2a with the ring member atom in the general formula (2), and the preferred bonding form is also the same. That is, R 1b and R 2b may be directly bonded to the ring-constituting atoms, or may be connected via the divalent group A described above.
  • R 1b and / or R 2b is bonded to the ring constituent atom via the divalent group A is also included in the structures of the above general formulas (4) and (5).
  • X b is a sulfur atom
  • Z b is a sulfur atom
  • R 1b and R 2b are both hydrogen
  • the form which is an atom is excluded from the compound represented by the general formula (2).
  • R 1b and R 2b preferably have an aliphatic hydrocarbon group.
  • This aliphatic hydrocarbon group is preferably a linear aliphatic hydrocarbon group.
  • R 1b and R 2b are preferably an aryl group having a linear aliphatic hydrocarbon group, or a heteroaryl group having a linear aliphatic hydrocarbon group.
  • the condensed heterocyclic compound has a chemical structure represented by the above general formula (1), but has a chemical structure that is partly or entirely different from the chemical structure of the low-molecular organic semiconductor compound described above. ing. That is, the condensed heterocyclic compound and the low molecular organic semiconductor compound are different from each other as an organic semiconductor compound.
  • the condensed heterocyclic compound has a chemical structure different from that of the low molecular organic semiconductor compound
  • a mode in which the mother nucleus included in each of the condensed heterocyclic compound and the low molecular organic semiconductor compound is different substituted heterocyclic compound
  • the low molecular weight organic semiconductor compound each has a substituent in which the kind or number of carbon atoms, number or substitution position is different (the mother nucleus is the same), or in which both the mother nucleus and the substituent are different. It is done.
  • the mother nucleus refers to a condensed ring structure in which five rings in the general formula (1) described later are condensed and has no substituent.
  • the low molecular organic semiconductor compound it means the above-mentioned condensed ring structure or a ring structure included in the repeating unit of the low molecular organic semiconductor compound and having no substituent.
  • the substituent refers to an atom or group other than a hydrogen atom bonded to the mother nucleus.
  • a compound represented by the formula (A-1) -L a1 -R a1 or -L a2 -R a2 etc. are mentioned.
  • Examples of the compound represented by the general formula (1) include R 1 to R 8 .
  • the condensed heterocyclic compound and the low molecular organic semiconductor compound each have the same mother nucleus, and the condensed heterocyclic compound and the low molecular organic semiconductor compound each have a substituent.
  • the low-molecular organic semiconductor compound is preferably a compound having the same mother nucleus as that of the condensed heterocyclic compound and a substituent different from that of the condensed heterocyclic compound.
  • the condensed heterocyclic compound and the low molecular organic semiconductor compound are each selected from the condensed heterocyclic compounds represented by the general formula (1) described later.
  • the difference in substituent is that the number of substituents and the position of substitution are the same, the type of substituent or the number of carbons is preferably different, and the molecular weight (total) of the substituent is lower than that of the condensed heterocyclic compound. More preferably, the organic semiconductor compound is small, the type of substituent, the number of substituents, and the substitution position are all the same, and the number of carbons of the substituent is different (the total number of carbon atoms of the substituents that the low-molecular organic semiconductor compound has) It is more preferable that the molecular weight of the substituents is small.
  • R 1 represents an n-hexylcarbonyl group
  • R 2 represents a dibutylamino group
  • iPr represents isopropyl
  • Bu represents butyl
  • amyl represents an amyl group.
  • m and n 1, an embodiment in which the carbon atom to which R 3 or R 4 is bonded is a carbon atom on the X side (between X and Z) of the general formula (1); Both modes, which are Y-side carbon atoms, are shown.
  • the condensed heterocyclic compound contained in the composition of the present invention may be one type or two or more types.
  • the compound represented by the general formula (1) can be synthesized according to a usual method.
  • synthesis of this compound for example, reference can be made to Examples in JP-A-2015-195362.
  • the content of the condensed heterocyclic compound in the composition of the present invention (meaning the total amount when the composition of the present invention contains two or more condensed heterocyclic compounds; hereinafter the same) is the composition of the present invention.
  • the content is preferably 0.01 to 2% by mass, more preferably 0.02 to 1% by mass with respect to the total mass of the product.
  • this content is 0.01% by mass or more, an organic semiconductor element exhibiting high carrier mobility can be obtained.
  • the composition of the present invention can be suitably applied to a printing method, particularly an inkjet printing or flexographic printing method.
  • the content of the condensed heterocyclic compound in the composition of the present invention is preferably 0.1 to 40% by mass, more preferably 0.5 to 30% by mass, based on the total mass of the solid content. Preferably, it is 1 to 15% by mass. Further, the content of the condensed heterocyclic compound with respect to the total mass of the solid content excluding the binder polymer described later is preferably 0.1 to 50% by mass, and more preferably 0.5 to 20% by mass.
  • the content of the condensed heterocyclic compound with respect to the total mass of the organic semiconductor contained in the composition of the present invention is appropriately set within a range that satisfies the above content.
  • the content of the condensed heterocyclic compound is preferably more than 0% by mass and 20% by mass or less, and more preferably 0.5 to 15% by mass in terms of carrier mobility.
  • the content of the condensed heterocyclic compound is 0.01% by mass relative to the total mass of the organic semiconductor. Preferably, it is 0.1% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more.
  • the content ratio of the low molecular organic semiconductor compound and the condensed heterocyclic compound is such that the content of the composition of the present invention of the low molecular organic semiconductor compound and the condensed heterocyclic compound is within the above range, respectively.
  • the mass ratio of the low-molecular organic semiconductor compound: the condensed heterocyclic compound is preferably 70:30 to 99: 1, and more preferably 80:20 to 97: 3 The ratio is more preferably 85:15 to 95: 5.
  • the composition of this invention can also contain organic semiconductors other than the said low molecular organic-semiconductor compound and the said condensed heterocyclic compound.
  • organic semiconductor is not particularly limited as long as it is usually used for an organic semiconductor element.
  • the content of the organic semiconductor in the composition of the present invention is the same as that of the low molecular organic semiconductor compound and the condensation when the composition of the present invention contains an organic semiconductor other than the low molecular organic semiconductor compound and the condensed heterocyclic compound described later. As long as the content of the heterocyclic compound satisfies the above range, it is not particularly limited and is determined appropriately.
  • the composition of the present invention preferably contains a solvent.
  • the solvent is not particularly limited as long as the organic semiconductor can be dissolved at an appropriate concentration. Examples of such a solvent include the following solvents.
  • Solvents may be used alone or in combination. It is preferable to select an appropriate solvent in accordance with the printing method. Among these, one or more selected from hydrocarbon compounds, halogenated hydrocarbon compounds, heterocyclic compounds, halogenated heterocyclic compounds or ether compounds are preferable, and toluene, xylene, mesitylene, amylbenzene, tetralin, acetophenone , Propiophenone, butyrophenone, chlorobenzene, dichlorobenzene, anisole, ethoxybenzene, propoxybenzene, isopropoxybenzene, butoxybenzene, 2-methylanisole, 3-methylanisole, 4-methylanisole, 1-methylnaphthalene, 1-ethyl Naphthalene, 2-ethylnaphthalene, 2-isopropylnaphthalene, 1,6-dimethylnaphthalene, 1-chloronaphthalene, 1-fluoronaphthalene, 3-chlorothi
  • the composition of the present invention preferably contains at least one solvent having a boiling point of 180 ° C. or higher among the above-mentioned solvents.
  • the boiling point means the boiling point at 1 atm.
  • the boiling point of this solvent is preferably 180 to 280 ° C., more preferably 200 to 260 ° C. in terms of carrier mobility.
  • the composition of the present invention preferably contains at least one solvent having a boiling point of 180 ° C. or higher and an SP value of 17.0 to 23.0 MPa 1/2 .
  • the SP value of the solvent is more preferably 18.0 to 22.0 MPa 1/2 and further preferably 19.0 to 21.0 MPa 1/2 in terms of carrier mobility.
  • the organic semiconductor By using a solvent having a boiling point and an SP value within the above ranges, the organic semiconductor can be dissolved with high solubility, and a composition having an appropriate concentration can be prepared. Moreover, the organic semiconductor element excellent in carrier mobility or hysteresis can be manufactured.
  • the SP value means the value of the solubility parameter.
  • the SP value in the present invention is a Hansen solubility parameter according to the formula described in Hansen solubility parameter: A User's Handbook, Second Edition, CM Hansen (2007), Taylor and Francis Group, LLC (HSPiP manual). Specifically, the SP value is calculated by the following formula using “Practical Hansen Solubility Parameter HSPiP 3rd Edition” (software version 4.0.05).
  • (SP value) 2 ( ⁇ Hd) 2 + ( ⁇ Hp) 2 + ( ⁇ Hh) 2 Hd: dispersion contribution Hp: polarity contribution Hh: hydrogen bond contribution
  • the solvent having a boiling point of 180 ° C. or higher and an SP value of 17.0 to 23.0 MPa 1/2 is not particularly limited.
  • amylbenzene (boiling point 205 ° C., SP value 17.5 MPa 1 / 2 ), tetralin (boiling point 208 ° C., SP value 19.6 MPa 1/2 ), 2-isopropylnaphthalene (boiling point 261 ° C., SP value 19.0 MPa 1/2 ), 1-methylnaphthalene (boiling point 204 ° C., SP value 20) 0.0 MPa 1/2 ), 1-ethylnaphthalene (boiling point 260 ° C., SP value 19.6 MPa 1/2 ), 2-ethylnaphthalene (boiling point 251 ° C., SP value 19.6 MPa 1/2 ), 1,6-dimethyl naphthalene (boiling point 265 ° C., SP value 19.4MPa 1/2
  • the solvent contained in the composition of the present invention more preferably has a naphthalene skeleton, and in particular, has a boiling point of 180 ° C. or higher and an SP value of 17.0 to 23.0 MPa 1/2 .
  • the solvent preferably has a naphthalene skeleton. Although it does not specifically limit as a solvent which has a naphthalene skeleton, What was mentioned above is mentioned.
  • the composition of the present invention containing at least one solvent having a naphthalene skeleton can produce an organic semiconductor element with reduced hysteresis.
  • the content of the solvent is preferably 60% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and still more preferably 90% by mass or more.
  • content of a solvent is less than 100 mass%, and part or all of the remainder except a solvent is comprised with the said organic semiconductor and the additive mentioned later.
  • the content of this solvent in the composition of the present invention is not particularly limited as long as the content of the solvent described above is satisfied, but is 50% by mass. In view of carrier mobility and hysteresis, it is more preferably 70% by mass or more, and further preferably 90% by mass or more.
  • composition of this invention can contain the various additives normally used for the organic-semiconductor film
  • additives include a binder polymer.
  • Binder polymer a binder polymer usually used for an organic semiconductor film can be used without particular limitation.
  • a binder polymer include polystyrene, poly ( ⁇ -methylstyrene), polyvinyl cinnamate, poly (4-divinylbenzene), poly (4-vinylphenol), poly (4-methylstyrene), polycarbonate, Insulating polymers such as polyarylate, polyester, polyamide, polyimide, polyurethane, polysiloxane, polysulfone, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, cellulose, polyethylene or polypropylene, and copolymers thereof, rubber, or thermoplastic elastomer Can be mentioned.
  • the weight average molecular weight of the binder polymer is not particularly limited, but is preferably 1,000 to 10 million, more preferably 3,000 to 5 million, and still more preferably 5,000 to 3 million. The measuring method will be described later.
  • the binder polymer may contain 1 type, and may contain 2 or more types.
  • the content of the binder polymer in the composition of the present invention is preferably 5% by mass or less, preferably 2% by mass or less, and more preferably 1% by mass or less. Further, the content of the binder polymer is preferably 1 to 80% by mass, more preferably 5 to 50% by mass, with respect to the total mass of the solid content in the composition of the present invention. More preferably, it is 42 mass%.
  • additives other than binder polymer those usually used in the composition of the present invention can be used without particular limitation.
  • the content of other additives in the composition of the present invention is preferably 10% by mass or less, preferably 5% by mass or less, and more preferably 1% by mass or less. Further, the content of other additives is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and more preferably 10% by mass with respect to the total mass of the solid content in the composition of the present invention. % Or less is more preferable.
  • the film forming property is excellent. For example, when an organic semiconductor film of an organic semiconductor element is formed using the composition of the present invention in which the content of other additives is within the above range, the film forming property is excellent, and carrier mobility and heat resistance of the organic semiconductor element are obtained. Will be improved.
  • the viscosity of the composition is not particularly limited, but is preferably from 1 to 50 mPa ⁇ s, more preferably from 1.5 to 20 mPa ⁇ s, and more preferably from 2 to 10 mPa ⁇ s in view of further excellent coating properties in addition to the above effects of the present invention. -S is more preferable.
  • the viscosity in the present invention is a value measured at 25 ° C. using a vibration viscometer (VM-10A, manufactured by Seconic Corporation).
  • the method for preparing the composition of the present invention is not particularly limited, and a usual preparation method can be adopted.
  • the composition of the present invention can be prepared by mixing a solvent and a predetermined amount of each component and appropriately stirring.
  • the organic semiconductor film of the present invention contains the above-described low molecular organic semiconductor compound and condensed heterocyclic compound.
  • an organic semiconductor film containing a low molecular organic semiconductor compound and a condensed heterocyclic compound is used in an organic semiconductor element, particularly an organic thin film transistor, high carrier mobility and small hysteresis are exhibited.
  • the reason is not clear, but it can be considered as follows. That is, it is considered that by using a combination of a low molecular organic semiconductor compound and a condensed heterocyclic compound, an organic semiconductor in which crystals of the condensed heterocyclic compound are arranged in the gaps between crystal grains of the low molecular organic semiconductor compound is formed.
  • the organic semiconductor film is prevented from being interrupted by a carrier path and exhibits high carrier mobility.
  • both the low-molecular organic semiconductor compound and the condensed heterocyclic compound are difficult to embrace the solvent in the process of forming the organic semiconductor film, so that a solvent-free organic semiconductor film or an organic semiconductor film with a small amount of residual solvent is formed. it is conceivable that. Thereby, this organic semiconductor film shows a small hysteresis.
  • the organic semiconductor film of the present invention may contain an organic semiconductor other than the low molecular organic semiconductor compound and the condensed heterocyclic compound, or an additive as described above, in addition to the low molecular organic semiconductor compound and the condensed heterocyclic compound.
  • Each of the low molecular organic semiconductor compound and the condensed heterocyclic compound contained in the organic semiconductor film of the present invention may be one kind or two or more kinds.
  • the content of the low-molecular organic semiconductor compound and the condensed heterocyclic compound in the organic semiconductor film is the same as the content relative to the total mass of the solid content in the composition of the present invention, respectively, and the preferred range is also the same. is there.
  • the organic semiconductor other than the low-molecular organic semiconductor compound and the condensed heterocyclic compound contained in the organic semiconductor film may be one type or two or more types. Its content is as described above.
  • Each of the additives contained in the organic semiconductor film may be one kind or two or more kinds.
  • the content of the additive in the organic semiconductor film is the same as the content relative to the total mass of the solid content described above in the composition of the present invention, and the preferred range is also the same.
  • the film thickness of the organic semiconductor film cannot be uniquely determined according to the applied organic semiconductor element.
  • the thickness of the organic semiconductor film is preferably 10 to 500 nm, and more preferably 10 to 200 nm.
  • This organic semiconductor film is preferably formed by the method described later using the above-described composition of the present invention.
  • the organic semiconductor film of the present invention is preferably applied to an organic semiconductor element, more preferably applied to an organic thin film transistor.
  • the organic semiconductor element of the present invention includes the organic semiconductor film of the present invention. Although it does not specifically limit as an organic-semiconductor element of this invention, It uses preferably as a nonluminous organic-semiconductor device.
  • the non-light-emitting organic semiconductor device may be any device that does not aim to emit light.
  • an organic thin film transistor that controls the amount of current or voltage
  • an organic photoelectric conversion element that converts light energy into electric power
  • photosensor For example, an individual imaging device for use or a solar cell for energy conversion
  • an organic thermoelectric conversion device that converts thermal energy into electric power
  • a gas sensor For example, an organic thermoelectric conversion device that converts thermal energy into electric power
  • a gas sensor For example, an organic thermoelectric conversion device that converts thermal energy into electric power
  • a gas sensor for use or a solar cell for energy conversion
  • an organic thermoelectric conversion device that converts thermal energy into electric power
  • a gas sensor for use or a solar cell for energy conversion
  • an organic thermoelectric conversion device that converts thermal energy into electric power
  • a gas sensor for use or a solar cell for energy conversion
  • an organic thermoelectric conversion device that converts thermal energy into electric power
  • a gas sensor For example, an organic thermoelectric conversion device that converts thermal energy into electric power
  • a gas sensor For example, an organic thermoelectric conversion device that converts thermal energy into electric power
  • Organic thin film transistor as a preferred embodiment of the organic semiconductor element of the present invention will be described.
  • the organic thin film transistor (organic TFT) obtained by the production method of the present invention has the above-described organic semiconductor film of the present invention, and can further include a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode.
  • the organic TFT of the present invention is provided on a substrate in contact with a gate electrode, an organic semiconductor layer, a gate insulating layer provided between the gate electrode and the organic semiconductor layer, and the organic semiconductor layer. And a source electrode and a drain electrode connected to each other.
  • an organic semiconductor layer and a gate insulating layer are provided adjacent to each other.
  • the organic TFT of this invention is provided with said each layer, it will not specifically limit about the structure.
  • it has any structure such as a bottom contact type (bottom gate-bottom contact type and top gate-bottom contact type) or a top contact type (bottom gate-top contact type and top gate-top contact type). May be.
  • the organic TFT of the present invention is more preferably a bottom gate-bottom contact type or a bottom gate-top contact type (these are collectively referred to as a bottom gate type).
  • a bottom gate-bottom contact type and top gate-bottom contact type bottom gate-top contact type and top gate-top contact type.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a bottom gate-bottom contact type organic TFT 100 which is an example of the organic semiconductor element of the present invention.
  • the organic TFT 100 includes a substrate (base material) 10, a gate electrode 20, a gate insulating layer 30, a source electrode 40 and a drain electrode 42, an organic semiconductor layer 50, and a sealing layer 60.
  • the substrate (base material), the gate electrode, the gate insulating layer (film), the source electrode, the drain electrode, the organic semiconductor layer and the sealing layer, and the respective production methods will be described in detail.
  • the substrate plays a role of supporting a gate electrode, a source electrode, a drain electrode and the like which will be described later.
  • substrate is not restrict
  • substrate is not specifically limited, For example, it is preferable that it is 10 mm or less, it is still more preferable that it is 2 mm or less, and it is especially preferable that it is 1.5 mm or less. On the other hand, it is preferably 0.01 mm or more, and more preferably 0.05 mm or more.
  • a normal electrode used as the gate electrode of the organic TFT can be applied without particular limitation.
  • the material (electrode material) for forming the gate electrode is not particularly limited. For example, gold, silver, aluminum, copper, chromium, nickel, cobalt, titanium, platinum, magnesium, calcium, barium, sodium, or other metals, InO 2 , conductive oxide such as SnO 2 or indium tin oxide (ITO), conductive polymer such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene or polydiacetylene, semiconductor such as silicon, germanium or gallium arsenide, or fullerene And carbon materials such as carbon nanotubes or graphite.
  • the said metal is preferable and silver or aluminum is more preferable.
  • the thickness of the gate electrode is not particularly limited, but is preferably 20 to 200 nm.
  • the gate electrode may function as the substrate like a silicon substrate. In this case, the substrate may not be provided.
  • the method for forming the gate electrode is not particularly limited.
  • coating or printing is mentioned.
  • examples of the patterning method include printing methods such as inkjet printing, screen printing, offset printing or relief printing (flexographic printing), photolithography methods, mask vapor deposition methods, and the like.
  • the gate insulating layer is not particularly limited as long as it is provided between the gate electrode and the organic semiconductor layer and has an insulating property, and may be a single layer or a multilayer.
  • the gate insulating layer is preferably formed of an insulating material, and preferable examples of the insulating material include organic materials such as organic polymers and inorganic materials such as inorganic oxides. From the viewpoint of handleability and the like, it is preferable to use an organic material when a plastic substrate or a glass substrate is used as the substrate.
  • the organic polymer and the inorganic oxide are not particularly limited as long as they have insulating properties, and those that can form a thin film, for example, a thin film having a thickness of 1 ⁇ m or less are preferable.
  • the organic polymer and the inorganic oxide may be used alone or in combination of two or more.
  • the gate insulating layer may be a hybrid layer in which an organic polymer and an inorganic oxide, which will be described later, are mixed.
  • polyvinyl phenol polystyrene (PS), poly (meth) acrylate represented by polymethylmethacrylate, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride (PVC), polyfluorination Vinylidene (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), cyclic fluoroalkyl polymer represented by CYTOP (registered trademark), polycycloolefin, polyester, polyethersulfone, polyetherketone, polyimide, poly (meth) acrylic acid, Examples thereof include polybenzoxazole, epoxy resin, polyorganosiloxane represented by polydimethylsiloxane (PDMS), polysilsesquioxane, and butadiene rubber.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • PDMS polysilsesquioxane
  • butadiene rubber examples thereof include polybenzoxazole, epoxy resin, polyorganosiloxane represented by polydimethylsiloxane (PDMS
  • thermosetting resins such as phenol resin, novolac resin, cinnamate resin, acrylic resin, and polyparaxylylene resin are also included.
  • the organic polymer can be used in combination with a compound having a reactive substituent such as an alkoxysilyl group, a vinyl group, an acryloyloxy group, an epoxy group, or a methylol group.
  • the organic polymer is preferably crosslinked and cured for the purpose of increasing the solvent resistance or the insulation resistance of the gate insulating layer.
  • Crosslinking is preferably performed by generating an acid or radical using light, heat or both.
  • radical generator that generates radicals by light or heat
  • thermal polymerization initiators (H1) and photopolymerization described in paragraphs [0182] to [0186] of JP2013-214649A Initiator (H2) photo radical generator described in paragraphs [0046] to [0051] of JP 2011-186069 A, light described in paragraphs [0042] to [0056] of JP 2010-285518 A
  • a radical polymerization initiator or the like can be suitably used, and the contents thereof are preferably incorporated in the present specification.
  • number average molecular weight (Mn) is 140 to 5,000, described in paragraphs [0167] to [0177] of JP2013-214649A, has a crosslinkable functional group, and has a fluorine atom. It is also preferred to use "No Compound (G)", the contents of which are preferably incorporated herein.
  • JP2010-285518A or JP2012 a photocationic polymerization initiator described in paragraphs [0033] to [0034] of JP2010-285518A or JP2012
  • the acid generators described in paragraphs [0120] to [0136] of JP-A-163946 can be preferably used, particularly sulfonium salts, iodonium salts, and the like, and the contents thereof are preferably incorporated herein.
  • thermal acid generator that generates an acid by heat
  • a thermal cationic polymerization initiator described in JP-A 2010-285518, paragraphs [0035] to [0038], in particular, an onium salt, or the like
  • the catalysts described in paragraphs [0034] to [0035] of JP-A-2005-354012, particularly sulfonic acids and sulfonic acid amine salts, can be preferably used, and the contents thereof are preferably incorporated herein.
  • crosslinking agents described in paragraphs [0032] to [0033] of JP-A-2005-354012 particularly bifunctional or higher epoxy compounds or oxetane compounds, paragraphs [0046] to [0062] of JP-A-2006-303465.
  • a compound having at least two crosslinking groups, wherein at least one of the crosslinking groups is a methylol group or an NH group or paragraphs of JP2012-163946A It is also preferable to use compounds having two or more hydroxymethyl groups or alkoxymethyl groups in the molecule described in [0137] to [0145], and the contents thereof are preferably incorporated in the present specification.
  • the method for forming the gate insulating layer with an organic polymer is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a coating solution containing an organic polymer is applied and, if necessary, cured.
  • the solvent used in the coating solution is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the organic polymer, and it is appropriately selected from among the commonly used solvents depending on the type of the organic polymer. Can do.
  • the coating method is not particularly limited, and examples thereof include the above printing methods. Among these, a wet coating method such as a micro gravure coating method, a dip coating method, a screen coating printing, a die coating method or a spin coating method is preferable.
  • the application conditions are not particularly limited, and can be set as appropriate.
  • the curing method and conditions are not particularly limited as long as they are methods and conditions capable of crosslinking the organic polymer.
  • the crosslinking method and further, the type of photoacid generator or thermal acid generator to be used, etc. It can be set appropriately according to.
  • the inorganic oxide is not particularly limited.
  • oxides such as nickel, compounds having a perovskite structure such as SrTiO 3 , CaTiO 3 , BaTiO 3 , MgTiO 3, or SrNb 2 O 6 , or complex oxides or mixtures thereof.
  • silicon oxide in addition to silicon oxide (SiO X ), BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass), PSG (Phosphorus Silicon Glass), BSG (borosilicate glass), AsSG (arsenic silicate glass), PbSG (lead silicate glass). Glass), silicon oxynitride (SiON), SOG (spin-on-glass), or low dielectric constant SiO 2 -based material (eg, polyaryl ether, cycloperfluorocarbon polymer and benzocyclobutene, cyclic fluororesin, polytetrafluoroethylene, Fluorinated aryl ether, fluorinated polyimide, amorphous carbon, organic SOG).
  • SiO 2 -based material eg, polyaryl ether, cycloperfluorocarbon polymer and benzocyclobutene, cyclic fluororesin, polytetrafluoroethylene, Fluorinated aryl ether, fluorinated polyimide,
  • a method for forming the gate insulating layer with an inorganic oxide is not particularly limited, and for example, a vacuum film forming method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, or a CVD (chemical vapor deposition) method can be used. .
  • plasma may be assisted using an arbitrary gas, an ion gun, a radical gun, or the like.
  • a precursor corresponding to each metal oxide specifically, a metal halide such as chloride or bromide, a metal alkoxide, or a metal hydroxide may be converted into an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid in alcohol or water.
  • the gate insulating layer can be formed by hydrolysis with a base such as sodium hydroxide or potassium hydroxide. When such a solution process is used, the above wet coating method can be used.
  • the gate insulating layer is formed of an inorganic oxide
  • any one of the lift-off method, the sol-gel method, the electrodeposition method and the shadow mask method is combined with the patterning method as necessary. It can also be used.
  • the gate insulating layer may be subjected to surface treatment such as corona treatment, plasma treatment, UV (ultraviolet ray) / ozone treatment.
  • the gate insulating layer is preferably not rough.
  • the arithmetic average roughness Ra or the root mean square roughness R q (both JIS B0601: 2013) of the surface of the gate insulating layer after the treatment is preferably 0.5 nm or less.
  • the thickness of the gate insulating layer is not particularly limited, but is preferably 100 to 1000 nm.
  • the source electrode is an electrode through which charges flow from the outside through the wiring.
  • the drain electrode is an electrode that sends out charges to the outside through the wiring.
  • the material for forming the source electrode and the drain electrode can be the same as the electrode material for forming the gate electrode described above. Among these, metals are preferable, and gold or silver is more preferable.
  • a charge injection layer is provided between the metal and the organic semiconductor to promote charge injection from the source electrode to the organic semiconductor and improve mobility.
  • the film thickness of the source electrode and the drain electrode is not particularly limited, but is preferably 1 nm or more and particularly preferably 10 nm or more.
  • interval (gate length) between a source electrode and a drain electrode can be determined suitably, for example, 200 micrometers or less are preferable and 100 micrometers or less are especially preferable.
  • the gate width can be determined as appropriate, but is preferably 5000 ⁇ m or less, and particularly preferably 1000 ⁇ m or less.
  • a method for forming the source electrode and the drain electrode is not particularly limited. For example, a method for vacuum-depositing or sputtering an electrode material on a substrate on which a gate electrode and a gate insulating layer are formed, or applying a composition for forming an electrode. Or the method of printing etc. are mentioned. In the case of patterning, the patterning method is the same as the gate electrode method described above.
  • the above-described organic semiconductor film of the present invention is used as the organic semiconductor layer.
  • This organic semiconductor film can be formed by applying the above-described composition of the present invention on a substrate.
  • the organic semiconductor film can be formed by applying the composition of the present invention on a substrate and drying it.
  • the application of the composition of the present invention on a substrate means not only an embodiment in which the composition of the present invention is directly applied to a substrate, but also a film above a substrate via another layer provided on the substrate. Embodiments in which the composition of the invention is applied are also included.
  • the substrate is not particularly limited as long as the composition of the present invention can be applied, and examples thereof include an organic TFT substrate or a plate-like body other than the organic TFT substrate.
  • examples of the substrate include various substrates exemplified as the substrate 10.
  • a gate insulating layer, a source electrode, or a drain electrode is mentioned, for example.
  • a plate-like body other than the organic TFT substrate is used. Examples of such a substrate include various plate-like bodies such as a peeling plate or a glass plate.
  • the method for applying the composition of the present invention is not particularly limited, and a normal method can be used. Examples thereof include various printing methods such as a bar coating method, a spin coating method, a knife coating method, a doctor blade method, an ink jet printing method, a flexographic printing method, a gravure printing method, and a screen printing method. Furthermore, as a coating method of the composition of the present invention, an organic semiconductor film forming method (so-called gap casting method) described in JP2013-207085A, an organic semiconductor thin film described in International Publication No. 2014/175351 is disclosed. A production method (so-called edge casting method or continuous edge casting method) or the like is also preferably used. Especially, the composition of this invention can be apply
  • the conditions for inkjet printing are not particularly limited as long as the composition of the present invention can be printed, but a 1 to 10 pL head, an ejection frequency of 1 to 10 Hz, and a pitch between dots of 10 to 30 ⁇ m are preferable.
  • the drying conditions for drying the composition of the present invention can be selected appropriately depending on the type of each component contained in the composition of the present invention. Although natural drying may be used, heat treatment is preferable from the viewpoint of improving productivity. Although the heat treatment conditions cannot be uniquely determined, for example, the heating temperature is preferably 30 to 250 ° C., more preferably 40 to 200 ° C., further preferably 50 to 150 ° C., and the heating time is 10 to 300 minutes. Preferably, 20 to 180 minutes is more preferable.
  • the organic TFT of the present invention preferably includes a sealing layer as the outermost layer from the viewpoint of durability.
  • a sealing agent composition for forming a sealing layer
  • the thickness of the sealing layer is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10 ⁇ m.
  • a mask when a printing method is employed as a method for forming each layer or electrode (including the case where the composition of the present invention is applied by a printing method), a mask can be used.
  • the mask is not particularly limited as long as it has an opening that matches the shape, pattern, and dimensions of the layer or electrode to be formed, and a mask that is usually used for each printing method can be used.
  • a metal mask 151 illustrated in FIG. 3 or a mask including a plurality of opening formation patterns illustrated in FIG. 3 can be given as a mask used when the source electrode and the drain electrode are formed by a printing method.
  • the metal mask 151 is a flat mask body in which openings 153 and 154 having the dimensions shown in FIG. 3 are provided in parallel at predetermined intervals.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a bottom gate-top contact type organic TFT 200 which is an example of the organic semiconductor element of the present invention.
  • the organic TFT 200 includes a substrate 10, a gate electrode 20, a gate insulating layer 30, an organic semiconductor layer 50, a source electrode 40 and a drain electrode 42, and a sealing layer 60.
  • the organic TFT 200 is the same as the organic TFT 100 except that the layer configuration (lamination mode) is different. Accordingly, the substrate, gate electrode, gate insulating layer, source electrode, drain electrode, organic semiconductor layer, and sealing layer are the same as those in the above-described bottom gate-bottom contact type organic TFT, and thus description thereof is omitted. To do.
  • a zinc (II) chloride solution (1.0 mol / L tetrahydrofuran solution, 1.50 ml) was added to an n-decylmagnesium bromide solution (1.0 mol / L in diethylether, 1.50 ml, 1.50 mmol) used as a reactant.
  • Intermediate 5a 250 mg, 0.45 mmol
  • 1,1-bis (diphenylphosphino) ferrocenedichloropalladium (II) -dichloromethane adduct (20.2 mg, 0.025 mmol) ) was added.
  • the reaction mixture was stirred at 70 ° C.
  • C8-BTBT, TIPS-PEN, DNTT, TES-ADT, and P3HT were all commercially available from Aldrich.
  • P3HT has a number average molecular weight (Mn) of 15000-45000. About the solvent, the commercial item was obtained and used.
  • compositions T1 to T126 of the present invention are stirred and mixed for 10 minutes with a mix rotor (manufactured by ASONE) and then filtered with a 0.5 ⁇ m membrane filter to form the organic semiconductor film-forming compositions T1 to T126 of the present invention and an organic semiconductor film for comparison.
  • Compositions cT1 to cT7 were prepared respectively.
  • the contents of the low molecular weight organic semiconductor compound and the condensed heterocyclic compound are as follows.
  • composition for organic semiconductor film formation 0.63 mass% of low molecular organic semiconductor compound, 0.07 mass% of condensed heterocyclic compound Content with respect to total mass of solid content: 52.5 mass% of low molecular organic semiconductor compound, 5.8 mass% of condensed heterocyclic compound, 41.7 mass% of binder polymer Content with respect to total mass of solid content excluding binder polymer: 90% by mass of low-molecular organic semiconductor compound, 10% by mass of condensed heterocyclic compound Content with respect to the total mass of the organic semiconductor: 90% by mass of the low-molecular organic semiconductor compound, 10% by mass of the condensed heterocyclic compound.
  • the viscosities of the prepared compositions for forming an organic semiconductor film T1 to T126 by the measurement method were all in the range of 1 to 50 mPa ⁇ s.
  • the weight average molecular weight of the polymer is measured by a gel permeation chromatography (GPC) method and is determined by conversion with standard polystyrene.
  • GLC uses HLC-8121GPC (manufactured by Tosoh Corporation) and two columns of TSKgel GMH HR -H (20) HT (Tosoh Corporation, 7.8 mm ID ⁇ 30 cm) are used for elution. 1,2,4-Trichlorobenzene is used as the liquid.
  • the sample concentration is 0.02 mass%
  • the flow rate is 1.0 mL / min
  • the sample injection amount is 300 ⁇ L
  • the measurement temperature is 160 ° C.
  • an IR (infrared) detector is used.
  • the calibration curve is “Standard sample TSK standard, polystyrene” manufactured by Tosoh Corporation: “F-128”, “F-80”, “F-40”, “F-20”, “F-10”, “ It is manufactured using 12 samples of “F-4”, “F-2”, “F-1”, “A-5000”, “A-2500”, “A-1000”, and “A-500”.
  • Example 1 Production of organic thin film transistor
  • a bottom gate-bottom contact type organic thin film transistor 100 shown in FIG. 1 was manufactured.
  • an alkali-free glass substrate 5 cm ⁇ 5 cm, thickness: 0.7 mm
  • a silver nano-ink H-1, manufactured by Mitsubishi Materials Corporation
  • DMP2831 1 picoliter head. It apply
  • ⁇ Formation of gate insulating layer> By stirring and mixing 5 parts by mass of polyvinylphenol (weight average molecular weight: 25,000, manufactured by Aldrich), 5 parts by mass of melamine and 90 parts by mass of polyethylene glycol monomethyl ether acetate, and filtering through a 0.2 ⁇ m membrane filter, A solution for forming a gate insulating layer was prepared. The obtained solution for forming a gate insulating layer is dropped on the glass substrate on which the gate electrode is prepared, coated by spin coating (1,000 rpm, 120 seconds), and heated at 150 ° C. for 30 minutes to obtain a gate. An insulating layer 30 (film thickness: 1 ⁇ m) was formed.
  • a metal mask having a plurality of opening formation patterns shown in FIG. 3 is placed on the center of the substrate on which the gate insulating layer is formed, and exposed to ultraviolet (UV) ozone for 30 minutes to be exposed to the openings.
  • the surface of the gate insulating layer was subjected to hydrophilic treatment to modify the surface.
  • a source / drain electrode pattern having a gate length of 50 ⁇ m and a gate width of 320 ⁇ m was formed by inkjet printing using DMP2831 (1 picoliter head) around the surface modified portion.
  • the obtained substrate was baked on a hot plate at 200 ° C.
  • the composition for forming an organic semiconductor film prepared in [Preparation Example of Composition for Forming Organic Semiconductor Film] was coated on the substrate on which the source electrode and the drain electrode were formed by an inkjet method.
  • the ink jet device DPP2831 (manufactured by FUJIFILM Graphic Systems) and a 10 pL head were used, and a solid film was formed at an ejection frequency of 2 Hz and a pitch between dots of 20 ⁇ m. Thereafter, the applied composition for forming an organic semiconductor film was dried at 70 ° C. for 1 hour to form an organic semiconductor layer (film thickness: 10 nm). In this way, 100 specimens of the organic thin film transistors T1 to T126 of the present invention and the organic thin film transistors cT1 to cT7 for comparison were manufactured.
  • I d (w / 2L) ⁇ C i (V g ⁇ V th ) 2
  • L is the gate length
  • w is the gate width
  • is the carrier mobility
  • C i is the capacitance per unit area of the gate insulating layer
  • V g is the gate voltage
  • V th is the threshold voltage.
  • the obtained carrier mobility mu AV according to the following evaluation criteria were evaluated.
  • the carrier mobility ⁇ AV is preferably as high as possible, and is preferably “3” or more in this test.
  • Carrier mobility ⁇ AV is 5: 0.4 cm 2 / Vs or more 4: 0.2 or more, less than 0.4 cm 2 / Vs 3: 0.1 or more, less than 0.2 cm 2 / Vs 2: 0.01 or more, 0.1 cm 2 / Vs Less than 1: Less than 0.01 cm 2 / Vs
  • the obtained average hysteresis was evaluated according to the following evaluation criteria. The smaller the average hysteresis, the better. In this test, it is preferably “3” or more. Average hysteresis is 5: Less than 3V 4: 3V or more, less than 6V 3: 6V or more, less than 10V 2: 10V or more, less than 15V 1: 15V or more
  • “content ratio *” indicates a mass ratio of the low-molecular organic semiconductor compound: the condensed heterocyclic compound. Further, “content **” represents the total content (unit: mass%) of the organic semiconductor in the composition.
  • the unit of boiling point is ° C.
  • the unit of SP value is MPa 1/2 .
  • “-” is entered in the corresponding column.
  • Each of the organic thin film transistors cT1 to cT7 includes an organic semiconductor layer containing one kind of organic semiconductor of a low molecular weight organic semiconductor compound or a condensed heterocyclic compound, or two kinds of organic semiconductors other than the condensed heterocyclic compound, It was not possible to achieve both sufficient carrier mobility and small hysteresis.
  • the organic thin film transistor cT7 assumes the invention described in Patent Document 4.
  • the organic thin film transistor cT having an organic semiconductor layer containing two organic semiconductors other than the condensed heterocyclic compound is compared with the organic thin film transistors cT-1 to cT-4 having an organic semiconductor layer containing one organic semiconductor. In all of ⁇ 5 to cT-7, the carrier mobility was greatly reduced, and the increase in hysteresis was also large.
  • the organic thin film transistors T1 to T126 of the present invention are all formed by an ink jet printing method and include a low molecular organic semiconductor compound and the condensed heterocyclic compound represented by the above general formula (1).
  • An organic semiconductor layer containing two types of organic semiconductors is provided. All of these organic thin-film transistors showed sufficient carrier mobility and could effectively reduce the occurrence of hysteresis.
  • an organic thin film transistor including an organic semiconductor layer containing two kinds of organic semiconductors selected from the condensed heterocyclic compounds represented by the general formula (1) and having different substituents as an organic semiconductor is It was found that the effect of improving the carrier mobility was further increased while maintaining the reduction effect (sample numbers T112 and 120).
  • composition of the present invention containing a solvent having a naphthalene skeleton having a boiling point of 180 ° C. or higher and a solubility parameter of 17.0 to 23.0 as the solvent has high hysteresis while maintaining high carrier mobility. It has been found that the method is suitable for producing an organic thin film transistor in which the occurrence of the above is effectively reduced (sample numbers T113 to 115, 117 and 120).

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Abstract

少なくとも2種の有機半導体を含有する有機半導体膜形成用組成物であって、有機半導体の1種が分子量5000以下の低分子有機半導体化合物であり、有機半導体の別の1種が特定の一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物であって上記低分子有機半導体化合物と異なる化学構造を有し、かつ分子量が3000以下の縮合ヘテロ環化合物である、有機半導体膜形成用組成物、この有機半導体膜形成用組成物で形成された有機半導体膜及び有機半導体素子、並びに、有機半導体膜の製造方法。

Description

有機半導体膜形成用組成物、有機半導体膜及びその製造方法、並びに、有機半導体素子
 本発明は、有機半導体膜形成用組成物、有機半導体膜及びその製造方法、並びに、有機半導体素子に関する。
 液晶ディスプレイ若しくは有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ等のディスプレイ、RFID(radio frequency identifier:RFタグ)若しくはメモリ等の論理回路を用いる装置、又は、太陽電池等には、有機薄膜トランジスタ等の有機半導体素子が利用されている。中でも、有機半導体層(有機半導体膜ともいう。)を有する有機半導体素子は、軽量化が可能で、その製造に印刷法を適用できることから低コスト化も可能で、更に柔軟性にも優れる。そのため、シリコン系半導体層を有する無機半導体素子に代わる次世代半導体素子として注目され、開発が進められている。
 有機薄膜トランジスタの高性能化にはキャリア移動度の向上が重要な要素となる。そのため、キャリア移動度の向上を実現すべく、有機半導体層、又は有機半導体層に用いる有機半導体が検討されてきた。
 例えば、特許文献1には、チエノビスベンゾチオフェン構造を有する化合物を含有する有機半導体層を備えた有機トランジスタが記載されている。また、特許文献2には、5環の縮合環構造を有する特定の化合物を含有する有機半導体を備えた有機トランジスタが記載されている。更に、特許文献3には、1,000Hzで3.3以下の誘電率εを有する有機結合剤樹脂と特定の式Aで表されるポリアセンとを含有する有機半導体層を備えた有機トランジスタが記載されている。特許文献4には、結晶性低分子有機半導体化合物の結晶粒の間の隙間に、有機半導体成分として、共役系高分子化合物と非晶状態の低分子化合物との少なくとも一方を介在させた有機半導体薄層を備えた有機半導体素子が記載されている。
特開2015-195361号公報 特開2015-195362号公報 特許第5089986号公報 特許第4545373号公報
 しかし、近年、ディスプレイの高解像度化又は論理回路の高速化に伴い、キャリア移動度の更なる向上が求められている。
 上述のように、有機半導体素子の有機半導体層は、通常、印刷法により形成することができる。しかしながら、本発明者らが検討したところ、上記の有機結合剤樹脂又は共役系高分子化合物を含有する有機半導体層は、印刷法、とりわけインクジェット法では形成しにくく、たとえ形成できたとしても十分なキャリア移動度を示さないことが判明した。更に、上述の有機結合剤樹脂又は共役系高分子化合物は、有機半導体層を形成する際に用いる溶媒を抱き込みやすく(有機半導体層中に残存しやすく)、溶媒を抱き込んだ有機半導体層を備えた有機半導体素子は閾値電圧のヒステリシスが大きくなることも見出した。
 本発明は、有機半導体素子の有機半導体膜の形成に用いることにより、得られる有機半導体素子のキャリア移動度を高めることができ、しかもヒステリシスを低減することができる有機半導体膜形成用組成物を提供することを課題とする。また、本発明は、この有機半導体膜形成用組成物を用いた有機半導体膜及びその製造方法を提供することを課題とする。更に、本発明は、高いキャリア移動度と小さなヒステリシスとを示す有機半導体素子を提供することを課題とする。
 本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、有機半導体素子の有機半導体膜を印刷法で形成するに際し、分子量5000以下の低分子有機半導体化合物と、下記一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物であって上記低分子有機半導体化合物と異なる化学構造を有し、かつ分子量が3000以下の縮合ヘテロ環化合物とを組み合わせて用いることにより、得られる有機半導体素子のキャリア移動度を高めることができ、ヒステリシスを低減することもできることを見出した。本発明はこれらの知見に基づき更に検討を重ね、完成されるに至ったものである。
 本発明の上記課題は下記の手段により解決された。
<1>少なくとも2種の有機半導体を含有する有機半導体膜形成用組成物であって、
 上記有機半導体の1種が、分子量5000以下の低分子有機半導体化合物であり、
 上記有機半導体の別の1種が、下記一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物であって、低分子有機半導体化合物と異なる化学構造を有し、かつ分子量が3000以下の縮合ヘテロ環化合物である、
有機半導体膜形成用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 一般式(1)中、
 Xは酸素原子、硫黄原子、セレン原子、テルル原子又はNRを示す。
 Y及びZはCR、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、窒素原子又はNRを示し、Y及びZを有する5員環は芳香族ヘテロ環である。
 一般式(1)において、R及びRは直接に又は2価の基Aを介して間接に、Y及びZを含む5員環の環構成原子に結合し、R及びRは直接に又は2価の基Aを介して間接に、ベンゼン環の環構成原子に結合している。この2価の基Aは-O-、-S-、-NR-、-CO-、-SO-及び-SO-から選ばれる基であるか、又はこれらの基の2種以上が連結してなる基である。
 R、R、R、R、R及びRは水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロアリール基を示す。
 R及びRはハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロアリール基を示す。
 m及びnは0~2の整数である。
<2>Y及びZを有する5員環が、チオフェン環、フラン環、セレノフェン環、ピロール環、チアゾール環、セレナゾール環、イミダゾール環及びオキサゾール環から選ばれる環である<1>に記載の有機半導体膜形成用組成物。
<3>R、R、R及びRそれぞれの炭素数が30以下である<1>又は<2>に記載の有機半導体膜形成用組成物。
<4>m及びnがともに0である<1>~<3>のいずれか1つに記載の有機半導体膜形成用組成物。
<5>R及びRが炭素数20以下のアルキル基、炭素数20以下のアリール基、又は炭素数20以下のヘテロアリール基である<1>~<4>のいずれか1つに記載の有機半導体膜形成用組成物。
<6>RとRとが同一であり、RとRとが同一であり、かつmとnとが同一である<1>~<5>のいずれか1つに記載の有機半導体膜形成用組成物。
<7>一般式(1)で表わされる化合物が、下記一般式(2)又は(3)で表される化合物である<1>に記載の有機半導体膜形成用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 一般式(2)及び(3)中、
 Xは酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を示す。
 Y及びZは酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNR7aを示す。R7aは一般式(1)におけるRと同義である。
 R1a、R2a、R3a、R4a、m及びnは、それぞれ一般式(1)におけるR、R、R、R、m及びnと同義であり、R1a、R2a、R3a及びR4aの環構成原子との結合形態も、それぞれ一般式(1)におけるR、R、R及びRの環構成原子との結合形態と同じである。
<8>一般式(2)で表される化合物が下記一般式(4)で表され、一般式(3)で表される化合物が下記一般式(5)で表される<7>に記載の有機半導体膜形成用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 一般式(4)及び(5)中、
 X、Y及びZは酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を示す。
 R1b及びR2bは、それぞれ一般式(2)におけるR1a及びR2aと同義であり、R1b及びR2bの環構成原子との結合形態も、それぞれ一般式(2)におけるR1a及びR2aの環構成原子との結合形態と同じである。
<9>R1b及びR2bが、脂肪族炭化水素基を有する<8>に記載の有機半導体膜形成用組成物。
<10>R1b及びR2bが、直鎖状脂肪族炭化水素基を有するアリール基を示すか、又は、直鎖状脂肪族炭化水素基を有するヘテロアリール基を示す<8>又は<9>に記載の有機半導体膜形成用組成物。
<11>低分子有機半導体化合物が、縮合ヘテロ環化合物と同じ母核を有し、かつ縮合ヘテロ環化合物と異なる置換基を有する化合物である<1>~<10>のいずれか1つに記載の有機半導体膜形成用組成物。
<12>低分子有機半導体化合物が有する置換基の分子量の合計が、縮合ヘテロ環化合物が有する置換基の分子量の合計よりも小さい<11>に記載の有機半導体膜形成用組成物。
<13>縮合ヘテロ環化合物の含有量が、有機半導体膜形成用組成物中の有機半導体の合計質量に対して、20質量%以下である<1>~<12>のいずれか1つ記載の有機半導体膜形成用組成物。
<14>沸点が180℃以上で、溶解度パラメータが17.0~23.0MPa1/2である溶媒を少なくとも1種含有する<1>~<13>のいずれか1つに記載の有機半導体膜形成用組成物。
<15>溶媒が、ナフタレン骨格を有する<14>に記載の有機半導体膜形成用組成物。
<16>ナフタレン骨格を有する溶媒を50質量%以上含有する<15>に記載の有機半導体膜形成用組成物。
<17>上記<1>~<16>のいずれか1つに記載の有機半導体膜形成用組成物を基板上に塗布する工程を含む、有機半導体膜の製造方法。
<18>少なくとも2種の有機半導体を含有する有機半導体膜であって、
 上記有機半導体の1種が、分子量5000以下の低分子有機半導体化合物であり、
 上記有機半導体の別の1種が、下記一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物であって、低分子有機半導体化合物と異なる化学構造を有し、かつ分子量が3000以下の縮合ヘテロ環化合物である、
有機半導体膜。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 一般式(1)中、
 Xは酸素原子、硫黄原子、セレン原子、テルル原子又はNRを示す。
 Y及びZはCR、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、窒素原子又はNRを示し、Y及びZを有する5員環は芳香族ヘテロ環である。
 一般式(1)において、R及びRは直接に又は2価の基Aを介して間接に、Y及びZを含む5員環の環構成原子に結合し、R及びRは直接に又は2価の基Aを介して間接に、ベンゼン環の環構成原子に結合している。この2価の基Aは-O-、-S-、-NR-、-CO-、-SO-及び-SO-から選ばれる基であるか、又はこれらの基の2種以上が連結してなる基である。
 R、R、R、R、R及びRは水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロアリール基を示す。
 R及びRはハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロアリール基を示す。
 m及びnは0~2の整数である。
<19>上記<18>に記載の有機半導体膜を有する有機半導体素子。
 本発明の有機半導体膜形成用組成物は、有機半導体素子の有機半導体膜の形成に用いることにより、得られる有機半導体素子のキャリア移動度を高め、しかもヒステリシスを低減することができる。また、本発明の有機半導体膜は、有機半導体素子の有機半導体膜として用いることにより、得られる有機半導体素子のキャリア移動度を高め、しかもヒステリシスを低減することができる。更に、本発明の有機半導体膜の製造方法は、上述の優れた特性を有する有機半導体膜を製造することができる。本発明の有機半導体素子は高いキャリア移動度と小さなヒステリシスとを示す。
 本発明の上記及び他の特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。
本発明の有機半導体素子の一例であるボトムゲート-ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタの一形態を表す断面模式図である。 本発明の有機半導体素子の一例であるボトムゲート-トップコンタクト型の有機薄膜トランジスタの一形態を表す断面模式図である。 実施例において、インクジェット印刷法によりソース電極及びドレイン電極を形成する際に用いたマスクの開口部の形成パターンを示す概略平面図である。
 本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
 本明細書において、化合物の表示については、化合物そのもののほか、その塩、そのイオンを含む。また、目的とする効果を損なわない範囲で、構造の一部を変化させたものを含む。また、置換又は無置換を明記していない化合物については、目的とする効果を損なわない範囲で、任意の置換基を有するものを含む。このことは、置換基及び連結基等(以下、置換基等という)についても同様である。
 本明細書おいて、特定の符号で表示された置換基等が複数あるとき、又は、複数の置換基等を同時に規定するときには、特段の断りがない限り、それぞれの置換基等は互いに同一でも異なっていてもよい。このことは、置換基等の数の規定についても同様である。また、複数の置換基等が近接(特に隣接)するとき、特段の断りがない限り、それらが互いに連結して環を形成してもよい。
 また、基の炭素数が限定されている場合、この基の炭素数は、特段の断りがない限り、置換基を含めた全炭素数を意味する。
 本発明において、基が非環状骨格及び環状骨格を形成しうる場合、特段の断りがない限り、この基は、非環状骨格の基と環状骨格の基を含む。例えば、アルキル基は、直鎖アルキル基、分岐アルキル基及び環状(シクロ)アルキル基を含む。基が環状骨格を形成しうる場合、環状骨格を形成する基の原子数の下限は、この基について具体的に記載した原子数の下限にかかわらず、3以上であり、5以上が好ましい。
 本発明の好ましい実施形態について以下に説明する。
[有機半導体膜形成用組成物]
 本発明の有機半導体膜形成用組成物(以下、単に「本発明の組成物」という。)は、少なくとも2種の有機半導体を含有する。
 少なくとも2種の有機半導体のうち1種は、分子量5000以下の低分子有機半導体化合物である。別の1種は、後述する一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物であって、上記低分子有機半導体化合物と異なる化学構造を有し、かつ分子量が3000以下の縮合ヘテロ環化合物である。
 本発明の組成物は、上記低分子有機半導体化合物及び上記縮合ヘテロ環化合物に加えて、上記低分子有機半導体化合物及び上記縮合ヘテロ環化合物以外の有機半導体、溶媒又は添加剤等を含有してもよい。
 上記成分について順に説明する。
<低分子有機半導体化合物>
 低分子有機半導体化合物は、分子量5000以下の有機半導体化合物であれば特に限定されず、有機半導体素子に用いることができる有機半導体が挙げられる。
 低分子有機半導体化合物の分子量が5000以下であることにより、後述する溶媒に対する、低分子有機半導体化合物の溶解性を高めることができる。低分子有機半導体化合物の分子量は、溶解性の点で、3000以下であることが好ましく、1,500以下であることが好ましく、1,000以下であることがより好ましく、800以下であることが更に好ましい。低分子有機半導体化合物の分子量は、特に限定されないが、有機半導体膜の膜質安定性の点で、400以上であることが好ましく、450以上であることがより好ましく、500以上であることが更に好ましい。
 低分子有機半導体化合物は、上記分子量を満たす限り、特に限定されず、例えば、3環以上9環以下の縮環構造を有する芳香族炭化水素化合物若しくは複素芳香族化合物、フラーレン化合物、フタロシアニン化合物、又は、半導電性重合体等が挙げられる。
 3環以上9環以下の縮環構造を有する芳香族炭化水素化合物若しくは複素芳香族化合物は、3環以上9環以下の芳香族環(芳香族炭化水素環及び芳香族複素環)が縮合してなる縮環構造を有する化合物であれば特に限定されない。このような縮環構造としては、例えば後述する式(A-1)のTで示される縮環構造が挙げられる。芳香族炭化水素化合物若しくは複素芳香族化合物としては、例えば後述する式(A-1)表される化合物、好ましくは後述する一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物が挙げられる。この芳香族炭化水素化合物若しくは複素芳香族化合物は、置換基を有していてもいなくてもよい。
 フラーレン化合物としては、特に限定されず、例えば、C60又はフェニルC61酪酸メチルエステル(PCBM)等が挙げられる。
 フタロシアニン化合物としては、特に限定されず、例えば、銅フタロシアニン、又は、フッ素化銅フタロシアニン等が挙げられる。
 半導電性重合体としては、特に限定されず、例えば、ポリクアテルチオフェン(PQT)、若しくは、ポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)等のポリチオフェン、又は、ポリ[2,5-ビス(3-ドデシルチオフェン-2-イル)チエノ[3,2-b]チオフェン](PBTTT)等のポリチエノチオフェン等が挙げられる。
 中でも、有機半導体素子のキャリア移動度等の性能がより向上する等の観点から、3環以上9環以下の縮環構造を有する芳香族炭化水素化合物若しくは複素芳香族化合物が好ましく、下記式(A-1)で表される化合物がより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 式(A-1)中、Tは3環以上9環以下の縮環構造を有する芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基(芳香族ヘテロ環基)を表す。
 La1及びLa2は、各々独立に、単結合又は2価の連結基を表す。
 Ra1及びRa2は、各々独立に、水素原子又は置換基を表す。
 Tは、3環以上9環以下の芳香族環が縮合してなる縮環構造から水素原子を2つ取り除いた基(以下、「縮合多環芳香族基」ということがある。)である。上記芳香族環としては、芳香族炭化水素環(例えば、ベンゼン環)、又は、芳香族複素環(例えば、チオフェン環、フラン環、ピロール環、セレノフェン環、イミダゾール環、テルロフェン環、オキサゾール環、チアゾール環、セレナゾール環、ピリジン環若しくはピリミジン環)が挙げられる。
 Tの縮環構造は、3~7環の芳香族環の縮環構造であることが好ましく、4~6環の芳香族環の縮環構造であることがより好ましく、5環又は6環の芳香族環の縮環構造であることが更に好ましい。
 Tは、芳香族複素環基であることが好ましく、この場合、Tの縮環構造が有する芳香族環の少なくとも1つが芳香族複素環であることが好ましく、キャリア移動度の観点から、2~7つの環が上記芳香族複素環であることがより好ましく、3~5つの環が上記芳香族複素環であることが更に好ましい。上記芳香族複素環は、環構成ヘテロ原子として、硫黄原子、窒素原子、セレン原子、酸素原子及びテルル原子よりなる群から選択された少なくとも1種の原子を含む環が好ましく、硫黄原子、窒素原子、セレン原子及び酸素原子よりなる群から選択された少なくとも1種の原子を含む環がより好ましい。このような芳香族複素環として上記のものが挙げられ、後述する一般式(1)におけるY及びZを有する5員環であることが好ましい。
 また、キャリア移動度の観点から、上記芳香族複素環は、環構成ヘテロ原子として、1つの環中に1個のヘテロ原子を有することが好ましい。
 Tは、キャリア移動度の観点から、チオフェン環、フラン環、セレノフェン環、ピロール環、チアゾール環、セレナゾール環、イミダゾール環及びオキサゾール環よりなる群から選択される環を少なくとも1つ有することが好ましく、フラン環、チオフェン環及びセレノフェン環よりなる群から選択される環を少なくとも1つ有することが好ましく、チオフェン環及び/又はセレノフェン環を少なくとも有することがより好ましく、チオフェン環を少なくとも有することが更に好ましく、Tが有する芳香族複素環が全てチオフェン環であることが特に好ましい。
 式(A-1)で表される化合物は、Tで示される基を含むが、この基Tが主骨格として含まれることが好ましい。ここで主骨格とは、Tで示される基の分子量の割合が、式(A-1)で表される化合物の全分子量に対して、30%以上であることを意味し、40%以上であることが好ましい。上限は特に制限されないが、溶解性の点から、80%以下であることが好ましい。
 Tの縮環構造は、芳香族複素環及び/又はベンゼン環が直線状(一直線状及びジグザグ状を含む。)に縮環した構造であることが好ましく、3~7環の縮環構造を有する、アセン構造、フェナセン構造又はヘテロアセン構造を含むことがより好ましい。
 ここで、アセン構造とは、ベンゼン環が互いのなす角が180°となるように直線状に縮環した構造であり、具体的には、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン又はヘプタセン等の各縮環構造が挙げられる。
 また、フェナセン構造とは、ベンゼン環がジグザグ状に縮環した構造であり、具体的には、フェナントレン、クリセン又はピセン等の各縮環構造が挙げられる。
 更に、ヘテロアセン構造とは、アセン構造又はフェン構造を形成するベンゼン環の一部が芳香族ヘテロ環(例えば、上記の各環が挙げられる。)に置換されたものを意味する。フェン構造とは、ベンゼン環がジグザグ状を含む様式で縮環したものであり、全てがジグザグ状のフェナセン構造もこの中に含まれる。フェン構造に含まれ、フェナセン構造に含まれないものとして、具体的には、ベンゾ[a]アントラセン、ベンゾ[c]フェナントレン、ジベンゾ[a、h]アントラセン、ジベンゾ[a、j]アントラセン、ジベンゾ[c、g]フェナントレン又はペンタフェン等の各縮環構造が挙げられる。
 式(A-1)で表される化合物は、Tが、芳香族複素環及び/又はベンゼン環が直線状に縮環した構造であるヘテロアセン骨格を含むことが好ましく、芳香族複素環として後述する一般式(1)におけるY及びZを有する5員環及び/又はベンゼン環が直線状に縮環した構造であるヘテロアセン骨格を含むことがより好ましく、チオフェン環及び/又はベンゼン環が直線状に縮環した構造であるチエノアセン構造を含むことが更に好ましく、縮環数3~7環のチエノアセン構造を含むことが特に好ましい。上記態様であると、より高いキャリア移動度の有機半導体膜が得られる。
 また、上記縮合多環芳香族基Tとしては、キャリア移動度の観点から、上記縮合多環芳香族基に含まれるチオフェン環の数は、2~7つが好ましく、3~7つがより好ましく、3~5つが更に好ましい。
 上記Tの縮環構造の具体例としては、特に限定されないが、下記に示す縮環構造、更には後述する一般式(1)で示される縮環構造が好ましく挙げられる。これらの縮環構造は、後述するように、いずれかの環構成原子に、後述するRa1及びRa2を有し、更に別の環構成原子に置換基を有していてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 
 上記の縮環構造の中でも、ジナフトチエノチオフェン又はベンゾチエノベンゾチオフェン等の各縮環構造が好ましい。
 式(A-1)中、La1及びLa2は、それぞれ、単結合又は2価の連結基を表し、単結合が好ましい。
 2価の連結基としては、特に限定されないが、後述する式(1)における2価の基Aの各基と同義であり、好ましいものも同じである。
 式(A-1)中、Ra1及びRa2は、水素原子又は置換基を表し、置換基が好ましい。
 Ra1及びRa2として採りうる置換基は、特に限定されないが、後述する一般式(1)におけるRとして採りうる基と同義であり、好ましいものも同じである。中でも、アルキル基、アリール基又はヘテロアリール基であることがより好ましい。
 Ra1及びRa2として採りうるアルキル基は、一般式(1)におけるRとして採りうるアルキル基と同義であり、好ましいものも同じである。ただし、式(A-1)で表される化合物においては、溶解性を向上させてキャリア移動度をより高める観点から、Ra1及びRa2として採りうる2つのアルキル基の炭素数は、それぞれ、1~20であることが好ましく、2~16であることがより好ましく、3~12であることが更に好ましい。Ra1及びRa2として採りうる2つのアルキル基は、互いに炭素数が異なることが好ましい。
 Ra1及びRa2として採りうるアリール基は、一般式(1)におけるRとして採りうるアルール基と同義であり、好ましいものも同じである。このアリール基が有しうる置換基としては、特に限定されないが、一般式(1)におけるRとして採りうるアリール基が有しうる置換基と同義であり、好ましいものも同じであり、アルキル基が特に好ましい。Ra1及びRa2として採りうるアリール基が有しうるアルキル基は、上述のRa1及びRa2として採りうるアルキル基と同義であり、好ましいものも同じである。
 Ra1及びRa2として採りうるアリール基に置換基が結合する位置は、特に限定されないが、アリール基がフェニル基である場合、上記Tに結合する炭素原子に対してパラ位であることが好ましい。
 Ra1及びRa2として採りうヘテロアリール基は、一般式(1)におけるRとして採りうるヘテロアリール基と同義であり、好ましいものも同じである。このヘテロアリール基が有しうる置換基としては、特に限定されないが、一般式(1)におけるRとして採りうるヘテロアリール基が有しうる置換基と同義であり、好ましいものも同じであり、アルキル基が特に好ましい。Ra1及びRa2として採りうるヘテロアリール基が有しうるアルキル基は、上述のRa1及びRa2として採りうるアルキル基と同義であり、好ましいものも同じである。
 Ra1及びRa2として採りうるヘテロアリール基に置換基が結合する位置は、特に限定されないが、ヘテロアリール基がチエニル基である場合、上記Tと置換基とが2位及び5位で結合していることが好ましい。
 式(A-1)で表される化合物は、上記Ra1及びRa2に加えて、更に置換基を有していてもよい。置換基としては、特に限定されず、-La1-Ra1と同じ基、又は、後述する、R又はRとして採りうるアルキル基が有する置換基が挙げられる。また、置換基は更に置換基により置換されていてもよい。
 これらの中でも、更に有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基又はアリール基が好ましく、フッ素原子、炭素数1~3の置換若しくは無置換のアルキル基、炭素数1若しくは2の置換若しくは無置換のアルコキシ基、置換若しくは無置換のメチルチオ基、又は、フェニル基がより好ましく、フッ素原子、炭素数1~3の置換又は無置換のアルキル基、炭素数1若しくは2の置換若しくは無置換のアルコキシ基、又は、置換若しくは無置換のメチルチオ基が特に好ましい。
 式(A-1)で表される化合物が有していてもよい置換基の数は、(上記Tの縮環構造が採りうる水素原子数-2)個以下であればよく、0~2個が好ましい。
 式(A-1)で表される化合物において、Tの縮環構造に対する-La1-Ra1及び-La2-Ra2の結合位置は、特に限定されない。結合位置は、好ましくは、上記縮環構造について点対称、線対称若しくは回転対称の関係にある一対の環構成原子であることが好ましく、更には、縮環構造の両端に位置する環を形成する一対の環構成原子であることが好ましい。
 式(A-1)で表される化合物の中でも、後述する一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物が好ましい。一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物の詳細については後述する。
 式(A-1)で表される化合物及びその具体例を以下に示すが、本発明はこれらの化合物に限定されない。
 例えば、6,13-ビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセン(TIPS-PEN)、テトラメチルペンタセン若しくはパーフルオロペンタセン等のペンタセン化合物、5,11-ビス(トリエチルシリルエチニル)アントラジチオフェン(TES-ADT)若しくは2,8-ジフルオロ-5,11-ビス(トリエチルシリルエチニル)アントラジチオフェン(diF-TES-ADT)等のアントラジチオフェン化合物(ADT)、ジフェニルベンゾチエノベンゾチオフェン(DPh-BTBT)若しくはジアルキルベンゾチエノベンゾチオフェン(Cn-BTBT)等のベンゾチエノベンゾチオフェン化合物(BTBT)、ジアルキルジナフトチエノチオフェン(Cn-DNTT)等のジナフトチエノチオフェン化合物(DNTT)、ペリキサンテノキサンテン等のジオキサアンタントレン化合物、又は、ルブレン化合物が挙げられる。
 下記例示化合物のうち化合物A-19~A-21は、一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物の具体例でもある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 本発明の組成物中に含有される低分子有機半導体化合物は、1種でもよく、2種以上でもよい。
 低分子有機半導体化合物は、通常の方法により、合成することができ、また市販品を入手することもできる。
 例えば、上記式(A-1)で表される化合物は、通常の方法に準拠して、合成できる。式(A-1)で表される化合物の製造方法として、具体的には、特開2011-32268号公報、特開2009-54810号公報、特表2011-526588号公報、特開2012-209329号公報、Scientific Report,2014,4,p.5048、特表2013-540697号公報、特開2009-218333号公報、米国特許出願公開第2008/0142792号明細書、国際公開第2014/156773号、国際公開第2010/098372号、Adv.Mater.,2014,26,p.4546、又は、特開2010-6794号公報に記載された各方法が挙げられる。
 本発明の組成物における低分子有機半導体化合物(好ましくは上記式(A-1)で表される化合物)の含有量(本発明の組成物が2種以上の低分子有機半導体化合物を含有する場合は合計量を意味する。以下、同じ。)は、本発明の組成物全質量に対して、0.3~15質量%であることが好ましく、0.5~10質量%であることがより好ましい。この含有量が0.3質量%以上であると、高いキャリア移動度を示す有機半導体素子が得られる。一方、上記含有量が15質量%未満であると、本発明の組成物を印刷法、とりわけインクジェット印刷又はフレキソ印刷法に、好適に適用できる。
 本発明の組成物における、低分子有機半導体化合物(好ましくは上記式(A-1)で表される化合物)の含有量は、固形分の合計質量に対して、5~98質量%であることが好ましく、10~95質量%であることがより好ましく、20~80質量%であることが更に好ましい。
 また、後述するバインダーポリマーを除く固形分の合計質量に対する、低分子有機半導体化合物(好ましくは上記式(A-1)で表される化合物)の含有量は、50~99質量%であることが好ましく、85~98質量%であることがより好ましい。
 更に、本発明の組成物に含有される有機半導体の合計質量に対する、低分子有機半導体化合物の含有量は、上記含有量を満たす範囲内で適宜に設定される。低分子有機半導体化合物の含有量は、80~99質量%であることが好ましく、85~98質量%であることがより好ましい。
 本発明の組成物が上記低分子有機半導体化合物及び後述する縮合ヘテロ環化合物以外の有機半導体を含有する場合、上記低分子有機半導体化合物(好ましくは上記式(A-1)で表される化合物)の含有量は、有機半導体の合計質量に対して、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが更に好ましい。
<縮合ヘテロ環化合物>
 縮合ヘテロ環化合物は、有機半導体の1種として、本発明の組成物に含有される。この縮合ヘテロ環化合物は、下記一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物であって、上述の低分子有機半導体化合物と異なる化学構造を有している。また縮合ヘテロ環化合物の分子量は3000以下である。
 本発明の組成物は、上記低分子有機半導体化合物に加えて縮合ヘテロ環化合物を含有していると、高分子化合物、例えば上記有機結合剤樹脂又は共役系高分子化合物を含有する組成物に比して、印刷法、とりわけインクジェット印刷法によっても、安定して印刷(吐出)される。そのため、本発明の組成物は、コスト又は生産性の点で有機半導体素子の製造方法に好適な印刷法、特にインクジェット印刷法により塗布することができる。そして、印刷方法により形成される有機半導体膜は、高いキャリア移動度を示し、ヒステリシスの発生を効果的に低減することができる。
 まず、縮合ヘテロ環化合物について説明する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 一般式(1)中、Xは酸素原子、硫黄原子、セレン原子、テルル原子又はNRを示す。有機半導体層に適用した際のキャリア移動度の観点から、Xは酸素原子、硫黄原子又はセレン原子であることが好ましい。Rの詳細は後述する。
 Y及びZはCR、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、窒素原子又はNRを示し、Y及びZを有する5員環は芳香族ヘテロ環である。R及びRの詳細は後述する。
 YはCR、酸素原子又は硫黄原子が好ましく、CR又は硫黄原子であることがより好ましい。またZは、CR、酸素原子、硫黄原子又はNRが好ましく、CR、酸素原子又は硫黄原子であることがより好ましく、CR又は硫黄原子であることが更に好ましい。
 YがCRの場合、Zは、酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNR7aが好ましく、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子であることがより好ましく、酸素原子又は硫黄原子であることが更に好ましく、硫黄原子であることが特に好ましい。
 またYが酸素原子の場合、ZはCR、酸素原子又は硫黄原子が好ましく、CR又は硫黄原子がより好ましく、CRであることが更に好ましい。
 Yが硫黄原子の場合、ZはCR、酸素原子、硫黄原子、又は窒素原子であることが好ましく、CR又は窒素原子がより好ましく、CRであることが更に好ましい。
 ZがCRの場合、Yは、酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRが好ましく、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子であることがより好ましい。
 一般式(1)中、Y及びZを有する5員環の芳香族ヘテロ環は、チオフェン環、フラン環、セレノフェン環、ピロール環、チアゾール環、セレナゾール環、イミダゾール環及びオキサゾール環から選ばれる環であることが好ましく、チオフェン環、フラン環、セレノフェン環、ピロール環、チアゾール環及びオキサゾール環から選ばれる環であることがより好ましく、チオフェン環、フラン環、セレノフェン環又はピロール環であることが更に好ましく、中でもチオフェン環又はセレノフェン環が好ましい。
 一般式(1)中、R及びRは水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロアリール基を示す。R及びRはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロアリール基であることが好ましく、アルキル基、アリール基又はヘテロアリール基であることがより好ましい。
 R及びRとして採り得るアルキル基は、炭素数が30以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましい。より詳細には、R及びRとして採り得るアルキル基の炭素数は1~30が好ましく、1~20がより好ましく、1~15が更に好ましく、3~11が特に好ましい。アルキル基の炭素数を上記好ましい範囲内とすることにより、分子の直線性を高めることができ、有機半導体層に適用した際にキャリア移動度がより向上し得る。
 R及びRとして採り得るアルキル基は直鎖でも分岐を有してもよく、環状であってもよい。キャリア移動度の観点からは直鎖アルキル基が好ましい。
 R又はRが置換基を有するアルキル基である場合、このアルキル基が有する置換基に特に限定はなく、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子);シクロアルキル基(好ましくは炭素数3~20、より好ましくは炭素数4~15のシクロアルキル基であり、このシクロアルキル基は好ましくは5員環又は6員環である。);アリール基(好ましくは炭素数6~20、より好ましくは炭素数6~18、更に好ましくは炭素数6~15のアリール基であり、例えばフェニル基、ナフチル基、p-ペンチルフェニル基、3,4-ジペンチルフェニル基、p-ヘプトキシフェニル基、及び3,4-ジヘプトキシフェニル基が挙げられる。);複素環基(ヘテロ環基)(好ましくは3~8員環、より好ましくは5又は6員環である。環構成原子として酸素原子、硫黄原子及び/又は窒素原子を有することが好ましい。例えば2-ヘキシルフラニル基が挙げられる。);シアノ基;ヒドロキシ基;ニトロ基;アシル基(好ましくは炭素数2~20、より好ましくは炭素数2~15、より好ましくは炭素数2~10のアシル基であり、例えばヘキサノイル基及びベンゾイル基が挙げられる。);アルコキシ基(好ましくは炭素数1~20、より好ましくは炭素数1~15、更に好ましくは炭素数1~10のアルコキシ基であり、例えばブトキシ基が挙げられる。);アリールオキシ基(好ましくは炭素数6~20、より好ましくは炭素数6~18、更に好ましくは炭素数6~15のアリールオキシ基);シリルオキシ基(好ましくは炭素数0~18、より好ましくは炭素数0~15、更に好ましくは炭素数0~12のシリルオキシ基);ヘテロ環オキシ基(好ましくは3~8員環、より好ましくは5又は6員環のヘテロ環オキシ基);アシルオキシ基(好ましくは炭素数2~20、より好ましくは炭素数2~15、更に好ましくは炭素数2~10のアシルオキシ基);カルバモイルオキシ基(好ましくは炭素数1~20、より好ましくは炭素数1~15、更に好ましくは炭素数1~10のカルバモイルオキシ基);アミノ基(好ましくは炭素数0~20、より好ましくは炭素数0~15、更に好ましくは炭素数0~10のアミノ基であり、アニリノ基を含む);アシルアミノ基(好ましくは炭素数2~20、より好ましくは炭素数2~15、更に好ましくは炭素数2~10のアシルアミノ基);アミノカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数1~20、より好ましくは炭素数1~15、更に好ましくは炭素数1~10のアミノカルボニルアミノ基);アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2~20、より好ましくは炭素数2~15、更に好ましくは炭素数2~10のアルコキシカルボニルアミノ基);アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数7~20、より好ましくは炭素数7~18、更に好ましくは炭素数7~15のアリールオキシカルボニルアミノ基);アルキルスルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1~20、より好ましくは炭素数1~15、更に好ましくは炭素数1~10のアルキルスルホニルアミノ基);アリールスルホニルアミノ基(好ましくは炭素数6~20、より好ましくは炭素数6~18、更に好ましくは炭素数6~15のアリールスルホニルアミノ基)、メルカプト基、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1~20、より好ましくは炭素数1~15、更に好ましくは炭素数1~10のアルキルチオ基であり、例えばメチルチオ基及びオクチルチオ基が挙げられる。);アリールチオ基(好ましくは炭素数6~20、より好ましくは炭素数6~18、更に好ましくは炭素数6~15のアリールチオ基);ヘテロ環チオ基(好ましくは3~8員環、より好ましくは5又は6員環のヘテロ環チオ基);スルファモイル基(好ましくは炭素数0~20、より好ましくは炭素数0~15、更に好ましくは炭素数0~10のスルファモイル基);スルホ基;アルキルスルフィニル基(好ましくは炭素数1~20、より好ましくは炭素数1~15、更に好ましくは炭素数1~10のアルキルスルフィニル基);アリールスルフィニル基(好ましくは炭素数6~20、より好ましくは炭素数6~18、更に好ましくは炭素数6~15のアリールスルフィニル基);アルキルスルホニル基(好ましくは炭素数1~20、より好ましくは炭素数1~15、更に好ましくは炭素数1~10のアルキルスルホニル基);アリールスルホニル基(好ましくは炭素数6~20、より好ましくは炭素数6~18、更に好ましくは炭素数6~15のアリールスルホニル基);アルキルオキシカルボニル基(好ましくは炭素数2~20、より好ましくは炭素数2~15、更に好ましくは炭素数2~10のアルキルオキシカルボニル基);アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数7~20、より好ましくは炭素数7~18、更に好ましくは炭素数7~15のアリールオキシカルボニル基);カルバモイル基(好ましくは炭素数1~20、より好ましくは炭素数1~15、更に好ましくは炭素数1~10のカルバモイル基);アリールアゾ基(好ましくは炭素数6~20、より好ましくは炭素数6~18、更に好ましくは炭素数6~15のアリールアゾ基);ヘテロ環アゾ基(好ましくは3~8員環、より好ましくは5又は6員環のヘテロ環アゾ基);ホスフィノ基;ホスフィニル基;ホスフィニルオキシ基;ホスフィニルアミノ基;ホスホノ基;シリル基(好ましくは炭素数0~18、より好ましくは炭素数0~15、更に好ましくは炭素数0~12のシリル基であり、例えばジトリメチルシロキシメチルブトキシ基が挙げられる。);ヒドラジノ基;ウレイド基;ボロン酸基(-B(OH))、ホスファト基(-OPO(OH))、スルファト基(-OSOH)、その他の公知の置換基が挙げられる。また、R及びRとして採り得るアルキル基がシクロアルキル基の場合、このシクロアルキル基は、後述する、R及びRとして採り得るアリール基が有し得るアルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を、置換基として有していてもよい。
 これらの中でも、R又はRは無置換のアルキル基であることが好ましい。
 R及びRとして採り得るアルケニル基は、炭素数が30以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましい。より詳細には、R及びRとして採り得るアルケニル基の炭素数は2~30が好ましく、2~20がより好ましく、2~15が更に好ましく、2~10が更に好ましく、2~4が特に好ましい。
 このアルケニル基が有し得る置換基は特に制限されない。例えば、R及びRとして採り得るアルケニル基は置換基として、上記のR及びRとして採り得るアルキル基が有しうる置換基を有していてもよい。
 R及びRとして採り得るアルキニル基は、炭素数が30以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましい。より詳細には、R及びRとして採り得るアルケニル基の炭素数は2~30が好ましく、2~20がより好ましく、2~15が更に好ましく、2~10が更に好ましく、2~4が特に好ましく、2であることがとりわけ好ましい。
 このアルキニル基が有し得る置換基は特に制限されない。例えば、R及びRとして採り得るアルキニル基は置換基として、上記のR及びRとして採り得るアルキル基が有しうる置換基を有していてもよい。なかでもこのアルキニル基が有しうる置換基は、シリル基及びアリール基から選ばれる基が好ましく、トリアルキルシリル基及びフェニル基から選ばれる基が更に好ましく、なかでもトリアルキルシリル基が好ましい。
 R及びRとして採り得るアリール基は、炭素数が30以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましい。より詳細には、R及びRとして採り得るアリール基の炭素数は6~30が好ましく、6~20がより好ましく、6~18が更に好ましく、6~12が特に好ましい。
 このアリール基が有し得る置換基は特に制限されない。例えば、R及びRとして採り得るアリール基は置換基として、上記のR及びRとして採り得るアルキル基が有しうる置換基を有していてもよい。また、R及びRとして採り得るアリール基が有し得る置換基は、アルキル基(好ましくは炭素数1~20、より好ましくは炭素数1~15、更に好ましくは炭素数1~10のアルキル基であり、直鎖でもよく、分岐を有してもよく、環状であってもよい。)であることも好ましく、アルケニル基(好ましくは炭素数2~20、より好ましくは炭素数2~15、更に好ましくは炭素数2~10のアルケニル基であり、このアルケニル基は直鎖でもよく、分岐を有してもよい。)であってもよく、アルキニル基(好ましくは炭素数2~20、より好ましくは炭素数2~15、更に好ましくは炭素数2~10のアルケニル基であり、このアルキニル基は直鎖でもよく、分岐を有してもよい。)であってもよい。
 R及びRとして採り得るアリール基が置換基を有する形態である場合、このアリール基が有する置換基の数は1~3個が好ましく、1又は2個がより好ましく、1個であることが更に好ましい。
 R及びRとして採り得るヘテロアリール基は、炭素数が30以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましい。より詳細には、R及びRとして採り得るヘテロアリール基の炭素数は3~30が好ましく、4~20がより好ましく、4~10が更に好ましく、4であることが更に好ましい。このヘテロアリール基は、環構成ヘテロ原子として、硫黄原子、窒素原子、セレン原子、酸素原子及びテルル原子よりなる群から選択された少なくとも1種の原子を含むことが好ましい。また、このヘテロアリール基は3~8員環が好ましく、5又は6員環がより好ましい。
 R及びRとして採り得るヘテロアリール基の好ましい具体例としては、フラニル基、ピロリル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、チエニル基、チアゾリル基、チエノチエニル基、ベンゾチエニル基、チエノフェニル基、ピリジル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基及びピラジニル基を挙げることができる。中でもチエニル基又はフリル基であることがより好ましく、チエニル基であることが特に好ましい。
 このヘテロアリール基が有しうる置換基は特に制限されない。例えば、上述したR及びRとして採り得るアリール基が有しうる置換基を有する形態を挙げることができる。R及びRとして採り得るヘテロアリール基が置換基を有する形態である場合、この置換基はアルキル基であることが好ましい。
 R及びRは、有機半導体層に適用した際にキャリア移動度をより高める観点から、その構造中に脂肪族炭化水素基を有することが好ましい。中でもR及びRがアリール基又はヘテロアリール基であり、このアリール基又はヘテロアリール基が置換基として脂肪族炭化水素基を有することが好ましい。
 本発明において、脂肪族炭化水素基は、直鎖、分岐鎖若しくは環式の非芳香族性炭化水素基をいい、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基が挙げられ、アルキル基が好ましい。
 一般式(1)において、R及びRは、直接に又は2価の基Aを介して間接に、Y及びZを含む5員環の環構成原子に結合している。つまり、本発明で規定する一般式(1)には、R及び/又はRが、2価の基Aを介してY及びZを含む5員環の環構成原子に結合している形態も包含されるものとする。この2価の基Aとしては、、-O-、-S-、-NR-、-CO-、-SO-及び-SO-から選ばれる基であるか、又は、-O-、-S-、-NR-、-CO-、-SO-及び-SO-から選ばれる2以上の基が連結してなる基である。2価の基Aが-O-、-S-、-NR-、-CO-、-SO-及び-SO-から選ばれる2以上の基が連結してなる基である場合、2以上の基の連結数は2~4が好ましく、2又は3がより好ましい。
 なかでも2価の基Aは、-O-、-S-、-NR-、-CO-、-SO-及び-SO-から選ばれる基であることが好ましく、-O-、-S-又は-CO-であることがより好ましく、-O-であることが特に好ましい。
 RとRの構造は、2価の基Aを含めて同じ構造であることが好ましい。
 一般式(1)中、R及びRはハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、又はヘテロアリール基を示す。R及びRとして採り得るハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子であることが好ましく、フッ素原子又は塩素原子であることがより好ましい。
 R及びRとして採り得るアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、及びヘテロアリール基の好ましい形態は、上述したRとして採り得るアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、及びヘテロアリール基の好ましい形態と同じである。これらの形態のうち、R及びRとして採り得るアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、及びヘテロアリール基は置換基としてハロゲン原子を有する形態であることも好ましい。
 また、R及びRは直接に又は上述した2価の基Aを介して間接に、一般式(1)中に示されたベンゼン環の環構成原子に結合する。つまり、本発明で規定する一般式(1)には、R及び/又はRが、2価の基Aを介してベンゼン環の環構成原子に結合している形態も包含されるものとする。
 RとRの構造は、2価の基Aを含めて同じ構造であることが好ましい。
 R及びRの数を示すm及びnは、0~2の整数である。m及びnは0又は1が好ましく、より好ましくは0である。m及びnの数は同じであることが好ましい。
 一般式(1)において、上述したXとして採り得るNRのR、Y及びZとして採り得るCRのRとNRのR、2価の基Aとして採り得るNR中のRは、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロアリール基を示す。R、R、R及びRとして採り得るアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基及びヘテロアリール基の好ましい形態として、それぞれ上記Rとして採り得るアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基及びヘテロアリール基の好ましい形態を挙げることができる。
 なかでもRは炭素数1~11のアルキル基が好ましく、炭素数1~5のアルキル基がより好ましい。またRは水素原子又はアルキル基が好ましく、水素原子であることがより好ましい。またRはアルキル基又はアリール基が好ましく、アルキル基がより好ましい。またRはアルキル基又はアリール基が好ましい。
 一般式(1)において、RとRが同一で、かつ、RとRが同一で、かつ、mとnが同一であることが、分子対象性を高めてキャリア移動度がより向上し得る観点から好ましい。
 本発明において、一般式(1)で表される化合物は、その式で表される化合物を全て包含するが、一般式(1)で表される化合物の一態様においては、一般式(1)で表される化合物には、Xが酸素原子又は硫黄原子であり、かつY及びZを有する5員環がイミダゾール環(イミダゾール環の環構成原子が置換基を有する形態を含む)である形態は含まれないものとする。また、別の一態様においては、Xが硫黄原子であり、YがCH、Zが硫黄原子であり、かつR及びRがともに水素原子であり、かつm及びnがともに0である形態も、一般式(1)で表される化合物には含まれないものとする。これらの一態様における一般式(1)で表される化合物は、有機半導体層に適用すると、所望のキャリア移動度が得られる。
 上記一般式(1)で表される化合物は、下記一般式(2)又は(3)で表される化合物であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 一般式(2)及び(3)において、Xは酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を示す。
 Y及びZは酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNR7aを示す。R7aは上記一般式(1)におけるRと同義である。
 R1a、R2a、R3a、R4a、m及びnは、それぞれ一般式(1)におけるR、R、R、R、m及びnと同義であり、好ましい形態も同じである。
 また、R1a、R2a、R3a及びR4aの環構成原子との結合形態も、それぞれ一般式(1)におけるR、R、R及びRの、環構成原子との結合形態と同じであり、好ましい結合形態も同じである。つまり、R1a、R2a、R3a及びR4aは環構成原子に直接結合していてもよいし、上述した2価の基Aを介して連結していてもよい。本発明においては、R1a、R2a、R3a及び/又はR4aが2価の基Aを介して環構成原子に結合している形態も、上記一般式(2)及び(3)の構造に包含されるものとする。
 本発明において、一般式(2)で表される化合物の一態様においては、一般式(2)においてXが硫黄原子、Zが硫黄原子であり、かつR1a及びR2aがともに水素原子であり、かつm及びnがともに0である形態が、一般式(2)で表される化合物から除かれる。
 上記一般式(2)で表される化合物は、より好ましくは下記一般式(4)で表される。また、上記一般式(3)で表される化合物は、より好ましくは下記一般式(5)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
 一般式(4)及び(5)において、X、Y及びZは酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を示す。
 R1b及びR2bは、それぞれ一般式(2)におけるR1a及びR2aと同義であり、好ましい形態も同じである。R1b及びR2bの、環構成原子との結合形態も、それぞれ一般式(2)におけるR1a及びR2aの、環構成原子との結合形態と同じであり、好ましい結合形態も同じである。つまり、R1b及びR2bは環構成原子に直接結合していてもよいし、上述した2価の基Aを介して連結していてもよい。本発明においては、R1b及び/又はR2bが2価の基Aを介して環構成原子に結合している形態も、上記一般式(4)及び(5)の構造に包含されるものとする。
 本発明において、一般式(4)で表される化合物の一態様においては、一般式(4)において、Xが硫黄原子、Zが硫黄原子であり、かつR1b及びR2bがともに水素原子である形態が、一般式(2)で表される化合物から除かれる。
 上記一般式(4)及び(5)において、R1b及びR2bは脂肪族炭化水素基を有することが好ましい。この脂肪族炭化水素基は直鎖状脂肪族炭化水素基が好ましい。R1b及びR2bは直鎖状脂肪族炭化水素基を有するアリール基であるか、又は直鎖状脂肪族炭化水素基を有するヘテロアリール基が好ましい。
 縮合ヘテロ環化合物は、上記一般式(1)で表される化学構造を有しているが、上述の低分子有機半導体化合物の化学構造に対して、一部又は全部が異なる化学構造を有している。すなわち、縮合ヘテロ環化合物と低分子有機半導体化合物とは有機半導体化合物として互いに相違する。
 例えば、縮合ヘテロ環化合物が低分子有機半導体化合物と異なる化学構造を有する態様として、縮合ヘテロ環化合物及び低分子有機半導体化合物がそれぞれ含む母核が異なる態様(置換基は同じ)、縮合ヘテロ環化合物及び低分子有機半導体化合物がそれぞれ有する置換基がその種類ないしは炭素数、数又は置換位置のいずれかが異なる態様(母核は同じ)、又は、母核と置換基のいずれもが異なる態様が挙げられる。ここで、母核とは、縮合ヘテロ環化合物においては、後述する一般式(1)中の5つの環が縮環してなる縮環構造であって置換基を有していない構造をいう。また、低分子有機半導体化合物においては、上述の縮環構造、又は、低分子有機半導体化合物の繰り返し単位が含む環構造であって置換基を有しない構造をいう。置換基とは、上記母核に結合する、水素原子以外の原子又は基をいい、例えば、式(A-1)で表される化合物であれば-La1-Ra1若しくは-La2-Ra2等が挙げられる。また、一般式(1)で表される化合物であればR~R等が挙げられる。
 上記態様の中でも、キャリア移動度及びヒステリシスの点で、縮合ヘテロ環化合物及び低分子有機半導体化合物がそれぞれ含む母核が同じであって、縮合ヘテロ環化合物及び低分子有機半導体化合物がそれぞれ有する置換基が異なる態様が好ましい。すなわち、低分子有機半導体化合物は、縮合ヘテロ環化合物と同じ母核を有し、かつ、この縮合ヘテロ環化合物と異なる置換基を有する化合物であることが好ましい。この態様においては、縮合ヘテロ環化合物及び低分子有機半導体化合物は、それぞれ、後述する一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物から選択される。上記態様において、置換基の相違は、置換基数及び置換位置がいずれも同じで、置換基の種類又は炭素数が異なることが好ましく、置換基の分子量(合計)について縮合ヘテロ環化合物よりも低分子有機半導体化合物が小さいことがより好ましく、置換基の種類、置換基数及び置換位置がいずれも同じで、置換基の炭素数が異なる(低分子有機半導体化合物が有する置換基の(合計)炭素数が小さく、置換基の(合計)分子量が小さい)ことが更に好ましい。
 上記一般式(1)で表される化合物について、その具体例を以下及び実施例に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
 上記一般式(1)で表される化合物として、特開2015-195362号公報の段落[0053]~[0075]に示された具体例1~458、段落[0079]~[0087]に示された具体例535~686を挙げることができる。
 また、上記一般式(1)で表される化合物として下表に示すものを挙げることができる。なお、下記表において、R及びRが2価の基Aを介して環構成原子に結合している形態を示す場合、R及びRのカラムには、2価の基Aも含めた構造を示した。R~R中の(直線に接続する)波線は結合部を示す。例えば、具体例1において、R及びRはともにメチル基を示す。また、具体例8において、Rはn-ヘキシルカルボニル基を示し、Rはジブチルアミノ基を示す。下表において、iPrはイソプロピルを、Buはブチルを、amylはアミル基をそれぞれ示す。
 下記表において、m及びnの少なくとも一方が1である場合、R又はRが結合する炭素原子は一般式(1)のX側(XとZの間)の炭素原子である態様と、Y側の炭素原子である態様との両態様を示すものとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
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Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
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Figure JPOXMLDOC01-appb-C000062
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Figure JPOXMLDOC01-appb-C000064
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Figure JPOXMLDOC01-appb-C000070
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Figure JPOXMLDOC01-appb-C000072
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Figure JPOXMLDOC01-appb-C000078
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000079
 本発明の組成物中に含有される縮合ヘテロ環化合物は、1種でもよく、2種以上でもよい。
 上記一般式(1)で表される化合物は通常の方法に準じて合成することができる。この化合物の合成においては、例えば、特開2015-195362号公報の実施例を参照することができる。
 本発明の組成物における縮合ヘテロ環化合物の含有量(本発明の組成物が2種以上の縮合ヘテロ環化合物を含有する場合は合計量を意味する。以下、同じ。)は、本発明の組成物全質量に対して、0.01~2質量%であることが好ましく、0.02~1質量%であることがより好ましい。この含有量が0.01質量%以上であると、高いキャリア移動度を示す有機半導体素子が得られる。一方、上記含有量が2質量%未満であると、本発明の組成物を印刷法、とりわけインクジェット印刷又はフレキソ印刷法に、好適に適用できる。
 本発明の組成物における、縮合ヘテロ環化合物の含有量は、固形分の合計質量に対して、0.1~40質量%であることが好ましく、0.5~30質量%であることがより好ましく、1~15質量%であることが更に好ましい。
 また、後述するバインダーポリマーを除く固形分の合計質量に対する縮合ヘテロ環化合物の含有量は、0.1~50質量%であることが好ましく、0.5~20質量%であることがより好ましい。
 更に、本発明の組成物に含有される有機半導体の合計質量に対する、縮合ヘテロ環化合物の含有量は、上記含有量を満たす範囲内で適宜に設定される。縮合ヘテロ環化合物の含有量は、キャリア移動度の点で、0質量%を超え20質量%以下であることが好ましく、0.5~15質量%であることがより好ましい。
 本発明の組成物が上記低分子有機半導体化合物及び上記縮合ヘテロ環化合物以外の有機半導体を含有する場合、縮合ヘテロ環化合物の含有量は、有機半導体の合計質量に対して、0.01質量%以上であることが好ましく、0.1質量%以上であることがより好ましく、0.5質量%以上であることが更に好ましい。
 本発明の組成物において、低分子有機半導体化合物と縮合ヘテロ環化合物との含有量の比は、低分子有機半導体化合物及び縮合ヘテロ環化合物の、本発明の組成物の含有量がそれぞれ上記範囲を満たす限り、特に限定されないが、例えば、低分子有機半導体化合物:縮合ヘテロ環化合物の質量比で、70:30~99:1であることが好ましく、80:20~97:3であることがより好ましく、85:15~95:5であることが更に好ましい。
<低分子有機半導体化合物及び縮合ヘテロ環化合物以外の有機半導体>
 本発明の組成物は、上記低分子有機半導体化合物及び上記縮合ヘテロ環化合物以外の有機半導体を含有することもできる。このような有機半導体としては、有機半導体素子に通常用いられるものであれば特に限定されない。
 本発明の組成物における、この有機半導体の含有量は、本発明の組成物が上記低分子有機半導体化合物及び後述する縮合ヘテロ環化合物以外の有機半導体を含有する場合の低分子有機半導体化合物及び縮合ヘテロ環化合物の含有量が上記範囲を満たす限り、特に限定されず、適宜に決定される。
<溶媒>
 本発明の組成物は、溶媒を含有することが好ましい。
 溶媒は、有機半導体を適宜の濃度で溶解することができれば特に限定されない。このような溶媒としては下記溶媒を挙げることができる。
 ヘキサン、オクタン、デカン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、アミルベンゼン、デカリン、1-メトキシトルエン、1-メチルナフタレン、1-エチルナフタレン、2-エチルナフタレン、2-イソプロピルナフタレン、1,6-ジメチルナフタレン、テトラリン等の炭化水素化合物、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、アセトフェノン、プロピオフェノン、ブチロフェノン等のケトン化合物、ジクロロメタン、クロロホルム、テトラクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、クロロベンゼン、1,2-ジクロロベンゼン、1,2,4-トリクロロベンゼン、クロロトルエン、1-クロロナフタレン、1-フルオロナフタレン等のハロゲン化炭化水素化合物、ピリジン、ピコリン、キノリン、チオフェン、3-ブチルチオフェン、チエノ[2,3-b]チオフェン等の複素環化合物、2-クロロチオフェン、3-クロロチオフェン、2,5-ジクロロチオフェン、3,4-ジクロロチオフェン、2-ブロモチオフェン、3-ブロモチオフェン、2,3-ジブロモチオフェン、2,4-ジブロモチオフェン、2,5-ジブロモチオフェン、3,4-ジブロモチオフェン、3,4-ジクロロ-1,2,5-チアジアゾール等のハロゲン化複素環化合物、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル、酢酸-2-エチルヘキシル、γ-ブチロラクトン、酢酸フェニル等のエステル化合物、メタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール等のアルコール化合物、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、アニソール、エトキシベンゼン、プロポキシベンゼン、イソプロポキシベンゼン、ブトキシベンゼン、2-メチルアニソール、3-メチルアニソール、4-メチルアニソール、4-エチルアニソール、ジメチルアニソール(2,3-、2,4-、2,5-、2,6-、3,4-、3,5-、3,6-のいずれか)、1,4-ベンゾジオキサン等のエーテル化合物、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、1-メチル-2-ピロリドン、1-メチル-2-イミダゾリジノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン等のアミド化合物又はイミド化合物、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド化合物、リン酸トリメチル等のリン酸エステル化合物、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル化合物、ニトロメタン、ニトロベンゼン等のニトロ化合物、及び/又は、水を用いることができる。
 溶媒は、単独で用いてもよく、複数組み合わせて用いてもよい。印刷法に合わせて適切な溶媒を選ぶことが好ましい。これらの中でも、炭化水素化合物、ハロゲン化炭化水素化合物、複素環化合物、ハロゲン化複素環化合物又はエーテル化合物から選ばれる1種又は2種以上が好ましく、トルエン、キシレン、メシチレン、アミルベンゼン、テトラリン、アセトフェノン、プロピオフェノン、ブチロフェノン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、アニソール、エトキシベンゼン、プロポキシベンゼン、イソプロポキシベンゼン、ブトキシベンゼン、2-メチルアニソール、3-メチルアニソール、4-メチルアニソール、1-メチルナフタレン、1-エチルナフタレン、2-エチルナフタレン、2-イソプロピルナフタレン、1,6-ジメチルナフタレン、1-クロロナフタレン、1-フルオロナフタレン、3-クロロチオフェン及び2,5-ジブロモチオフェンから選ばれる1種又は2種以上がより好ましく、アミルベンゼン、トルエン、キシレン、テトラリン、アセトフェノン、プロピオフェノン、ブチロフェノン、アニソール、エトキシベンゼン、プロポキシベンゼン、ブトキシベンゼン、2-メチルアニソール、3-メチルアニソール、4-メチルアニソール、1-メチルナフタレン、1-エチルナフタレン、2-エチルナフタレン、2-イソプロピルナフタレン、1,6-ジメチルナフタレン、1-クロロナフタレン、1-フルオロナフタレン、3-クロロチオフェン、及び2,5-ジブロモチオフェンから選ばれる1種又は2種以上が更に好ましい。
 本発明の組成物は、上述の溶媒の中でも、沸点が180℃以上の溶媒を少なくとも1種含んでいることが好ましい。本発明において、沸点は1気圧での沸点を意味する。この溶媒の沸点は、キャリア移動度の点で、180~280℃であることが好ましく、200~260℃であることがより好ましい。
 本発明の組成物は、沸点が180℃以上であり、かつ、SP値が17.0~23.0MPa1/2である溶媒を少なくとも1種含んでいることが好ましい。溶媒のSP値は、キャリア移動度の点で、18.0~22.0MPa1/2であることがより好ましく、19.0~21.0MPa1/2であることが更に好ましい。沸点及びSP値が上記範囲内にある溶媒を用いることにより、有機半導体を高い溶解度で溶解することができ、適切な濃度の組成物を調製することができる。また、キャリア移動度又はヒステリシスに優れた有機半導体素子を製造できる。
 本発明において、SP値とは、溶解度パラメータの値を意味する。本発明におけるSP値とは、ハンセン溶解度パラメータ:A User’s Handbook,Second Edition,C.M.Hansen (2007),Taylor and Francis Group,LLC (HSPiPマニュアル)で解説された式によるハンセン溶解度パラメータである。具体的には、「実践ハンセン溶解度パラメーターHSPiP第3版」(ソフトウエアーバージョン4.0.05)を用いて、下記式にてSP値を算出する。
   (SP値)=(δHd)+(δHp)+(δHh)
          Hd :分散寄与
          Hp :極性寄与
          Hh :水素結合寄与
 沸点が180℃以上であり、かつ、SP値が17.0~23.0MPa1/2である溶媒としては、特に限定されず、例えば、アミルベンゼン(沸点205℃、SP値17.5MPa1/2)、テトラリン(沸点208℃、SP値19.6MPa1/2)、2-イソプロピルナフタレン(沸点261℃、SP値19.0MPa1/2)、1-メチルナフタレン(沸点204℃、SP値20.0MPa1/2)、1-エチルナフタレン(沸点260℃、SP値19.6MPa1/2)、2-エチルナフタレン(沸点251℃、SP値19.6MPa1/2)、1,6-ジメチルナフタレン(沸点265℃、SP値19.4MPa1/2)、1-クロロナフタレン(沸点259℃、SP値20.8MPa1/2)、1-フルオロナフタレン(沸点215℃、SP値20.3MPa1/2)が挙げられる。
 本発明の組成物に含有する溶媒は、ナフタレン骨格を有していることが更に好ましく、特に、沸点が180℃以上であり、かつ、SP値が17.0~23.0MPa1/2である溶媒がナフタレン骨格を有していることが好ましい。ナフタレン骨格を有する溶媒はとしては、特に限定されないが、上記したものが挙げられる。ナフタレン骨格を有する溶媒を少なくとも1種含有する本発明の組成物は、ヒステリシスが低減された有機半導体素子を製造できる。
 本発明の組成物中、溶媒の含有量は、60質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、90質量%以上が更に好ましい。本発明の組成物中、溶媒の含有量は100質量%未満であり、溶媒を除く残部の一部又は全部が、上記有機半導体及び後述する添加剤で構成される。
 本発明の組成物がナフタレン骨格を有する溶媒を含有する場合、この溶媒の、本発明の組成物中の含有量は、上述の溶媒の含有量を満たす限り特に限定されないが、50質量%であることが好ましく、キャリア移動度及びヒステリシスの点で、70質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが更に好ましい。
<添加剤>
 本発明の組成物は、有機半導体素子の有機半導体膜に通常用いられる各種添加剤を含有することができる。このような添加剤として、例えば、バインダーポリマー等が挙げられる。
(バインダーポリマー)
 バインダーポリマーは、有機半導体膜に通常用いられるバインダーポリマーを特に制限されることなく、用いることができる。
 このようなバインダーポリマーとしては、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルシンナメート、ポリ(4-ジビニルベンゼン)、ポリ(4-ビニルフェノール)、ポリ(4-メチルスチレン)、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリシロキサン、ポリスルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、セルロース、ポリエチレン若しくはポリプロピレン等の絶縁性ポリマー及びこれらの共重合体、ゴム、又は、熱可塑性エラストマーを挙げることができる。
 バインダーポリマーの重量平均分子量は、特に限定されないが、1,000~1,000万が好ましく、3,000~500万がより好ましく、5,000~300万が更に好ましい。測定方法は後述する。
 バインダーポリマーは、1種を含有していてもよく、2種以上を含有していてもよい。
 本発明の組成物中の、バインダーポリマーの含有量は、5質量%以下であることが好ましく、2質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましい。
 また、バインダーポリマーの含有量は、本発明の組成物中の固形分の合計質量に対して、1~80質量%であることが好ましく、5~50質量%であることがより好ましく、10~42質量%であることが更に好ましい。
(バインダーポリマー以外の添加剤)
 バインダーポリマー以外の添加剤(その他の添加剤)としては、本発明の組成物に通常用いられるものを特に制限されることなく、用いることができる。
 本発明の組成物中の、その他の添加剤の含有量は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましい。
 また、その他の添加剤の含有量は、本発明の組成物中の固形分の合計質量に対して、50質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることが更に好ましい。
 上記含有量がそれぞれ上述の範囲内にあると、膜形成性に優れる。例えば、その他の添加剤の含有量が上記範囲内にある本発明の組成物を用いて有機半導体素子の有機半導体膜を形成すると、膜形成性に優れ、有機半導体素子のキャリア移動度及び耐熱性がより向上する。
<本発明の組成物の物性ないし特性>
 組成物の粘度は、特に制限されないが、本発明の上記効果に加えて塗布性においても更に優れる点で、1~50mPa・sが好ましく、1.5~20mPa・sがより好ましく、2~10mPa・sが更に好ましい。本発明における粘度は、25℃で振動式粘度計(VM-10A、(株)セコニック製)を用いて測定した値とする。
<調製方法>
 本発明の組成物の調製方法としては、特に制限されず、通常の調製方法を採用できる。例えば、溶媒と所定量の各成分とを混合して、適宜攪拌処理することにより、本発明の組成物を調製することができる。
[有機半導体膜]
 本発明の有機半導体膜について、説明する。
 本発明の有機半導体膜は、上述の、低分子有機半導体化合物及び縮合ヘテロ環化合物を含有する。低分子有機半導体化合物及び縮合ヘテロ環化合物を含有する有機半導体膜を有機半導体素子、特に有機薄膜トランジスタに用いると、高いキャリア移動度と小さなヒステリシスを示す。その理由は定かではないが、次のように考えられる。
 すなわち、低分子有機半導体化合物と縮合ヘテロ環化合物を組み合わせて用いることにより、低分子有機半導体化合物の結晶粒の隙間に縮合ヘテロ環化合物の結晶が配置された有機半導体が形成されると考えられる。これにより、この有機半導体膜は、キャリアパスの断絶が防止され、高いキャリア移動度を示す。また、低分子有機半導体化合物及び縮合ヘテロ環化合物は、いずれも、有機半導体膜の形成過程において溶媒を抱き込みにくく、溶媒無含有の有機半導体膜ないしは溶媒残留量の小さな有機半導体膜が形成されると考えられる。これにより、この有機半導体膜は、小さなヒステリシスを示す。
 本発明の有機半導体膜は、低分子有機半導体化合物及び縮合ヘテロ環化合物に加えて、低分子有機半導体化合物及び縮合ヘテロ環化合物以外の有機半導体又は上記添加剤を含有していてもよい。
 本発明の有機半導体膜に含有される低分子有機半導体化合物及び縮合ヘテロ環化合物は、それぞれ、1種でもよく、2種以上でもよい。
 有機半導体膜中の、低分子有機半導体化合物及び縮合ヘテロ環化合物の含有量は、それぞれ、本発明の組成物における、上述の固形分の合計質量に対する含有量と同じであり、好ましい範囲も同じである。
 有機半導体膜に含有される、低分子有機半導体化合物及び縮合ヘテロ環化合物以外の有機半導体は、1種でもよく、2種以上でもよい。その含有量は、上述の通りである。
 有機半導体膜に含有される添加剤は、それぞれ、1種でもよく、2種以上でもよい。
 有機半導体膜中の添加剤の含有量は、それぞれ、本発明の組成物における、上述の固形分の合計質量に対する含有量と同じであり、好ましい範囲も同じである。
 有機半導体膜の膜厚は、適用される有機半導体素子に応じて一義的に決定することができない。例えば、有機薄膜トランジスタに適用する場合、有機半導体膜の膜厚は、10~500nmが好ましく、10~200nmがより好ましい。
 この有機半導体膜は、上述の、本発明の組成物を用いて後述する方法により、形成されることが好ましい。
 本発明の有機半導体膜は、有機半導体素子に好ましく適用され、より好ましくは有機薄膜トランジスタに適用される。
[有機半導体素子]
 次に、本発明の有機半導体素子について、説明する。
 本発明の有機半導体素子は、本発明の有機半導体膜を備えている。
 本発明の有機半導体素子としては、特に限定されないが、非発光性の有機半導体デバイスとして好ましく用いられる。非発光性の有機半導体デバイスとしては、発光することを目的としないデバイスであればよく、例えば、電流量若しくは電圧量を制御する有機薄膜トランジスタ、光エネルギーを電力に変換する有機光電変換素子(光センサ用途の個体撮像素子又はエネルギー変換用途の太陽電池等)、熱エネルギーを電力に変換する有機熱電変換素子、ガスセンサ、有機整流素子、有機インバーター又は情報記録素子等が挙げられる。非発光性の有機半導体デバイスは、有機半導体膜をエレクトロニクス要素として機能させることが好ましい。
 中でも、本発明の有機半導体素子は、有機薄膜トランジスタであることが好ましい。
<有機薄膜トランジスタ>
 本発明の有機半導体素子の好ましい形態としての有機薄膜トランジスタを説明する。
 本発明の製造方法で得られる有機薄膜トランジスタ(有機TFT)は、上述した本発明の有機半導体膜を有し、更に、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、を有することができる。
 本発明の有機TFTは、基板上に、ゲート電極と、有機半導体層と、ゲート電極及び有機半導体層の間に設けられたゲート絶縁層と、有機半導体層に接して設けられ、有機半導体層を介して連結されたソース電極及びドレイン電極とを有する。この有機TFTにおいては、有機半導体層とゲート絶縁層が隣接して設けられる。
 本発明の有機TFTは、上記各層を備えていればその構造については特に限定されない。例えば、ボトムコンタクト型(ボトムゲート-ボトムコンタクト型及びトップゲート-ボトムコンタクト型)、又は、トップコンタクト型(ボトムゲート-トップコンタクト型及びトップゲート-トップコンタクト型)等のいずれの構造を有していてもよい。本発明の有機TFTは、より好ましくは、ボトムゲート-ボトムコンタクト型又はボトムゲート-トップコンタクト型(これらを総称してボトムゲート型という。)である。
 以下、本発明の有機TFTの一例について、図面を参照して説明する。
(ボトムゲート-ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタ)
 図1は、本発明の有機半導体素子の一例であるボトムゲート-ボトムコンタクト型の有機TFT100の断面模式図である。
 有機TFT100は、図1に示されるように、基板(基材)10と、ゲート電極20と、ゲート絶縁層30と、ソース電極40及びドレイン電極42と、有機半導体層50と、封止層60とを、この順で、有する。
 以下、基板(基材)、ゲート電極、ゲート絶縁層(膜)、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体層及び封止層、並びに、それぞれの作製方法について詳述する。
 - 基板 -
 基板は、後述するゲート電極、ソース電極及びドレイン電極等を支持する役割を果たす。
 基板の種類は、特に制限されず、例えば、プラスチック基板、シリコン基板、ガラス基板又はセラミック基板等が挙げられる。中でも、汎用性、各デバイスへの適用性及びコストの観点から、シリコン基板、ガラス基板又はプラスチック基板であることが好ましい。
 基板の厚みは、特に限定されないが、例えば、10mm以下であるのが好ましく、2mm以下であるのが更に好ましく、1.5mm以下であるのが特に好ましい。一方、0.01mm以上であるのが好ましく、0.05mm以上であるのが更に好ましい。
 - ゲート電極 -
 ゲート電極は、有機TFTのゲート電極として用いられている通常の電極を特に制限されることなく適用できる。
 ゲート電極を形成する材料(電極材料)としては、特に限定されず、例えば、金、銀、アルミニウム、銅、クロム、ニッケル、コバルト、チタン、白金、マグネシウム、カルシウム、バリウム若しくはナトリウム等の金属、InO、SnO若しくはインジウム錫酸化物(ITO)等の導電性の酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン若しくはポリジアセチレン等の導電性高分子、シリコン、ゲルマニウム若しくはガリウム砒素等の半導体、又は、フラーレン、カーボンナノチューブ若しくはグラファイト等の炭素材料等が挙げられる。中でも、上記金属が好ましく、銀又はアルミニウムがより好ましい。
 ゲート電極の膜厚は、特に限定されないが、20~200nmであることが好ましい。
 ゲート電極は、シリコン基板のように上記基板として機能するものでもよく、この場合、上記基板はなくてもよい。
 ゲート電極を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、基板上に、上述の電極材料を真空蒸着(以下、単に蒸着という)又はスパッタする方法、上述の電極材料を含有する電極形成用組成物を塗布又は印刷する方法等が挙げられる。また、電極をパターニングする場合、パターニング方法としては、例えば、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷若しくは凸版印刷(フレキソ印刷)等の印刷法、フォトリソグラフィー法又はマスク蒸着法等が挙げられる。
 - ゲート絶縁層 -
 ゲート絶縁層は、ゲート電極と有機半導体層との間に設けられ、絶縁性を有する層であれば特に限定されず、単層であってもよいし、多層であってもよい。
 ゲート絶縁層は、絶縁性の材料で形成されるのが好ましく、絶縁性の材料として、例えば、有機高分子等の有機材料、無機酸化物等の無機材料等が好ましく挙げられる。取り扱い性等の点から、基板にプラスチック基板やガラス基板を用いる場合には有機材料を用いることが好ましい。
 有機高分子及び無機酸化物等は、絶縁性を有するものであれば特に限定されず、薄膜、例えば膜厚1μm以下の薄膜を形成できるものが好ましい。
 有機高分子及び無機酸化物は、ぞれぞれ、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。また、ゲート絶縁層は、それぞれ後述する有機高分子と無機酸化物とを混合させたハイブリッド層としてもよい。
 有機高分子としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリビニルフェノール、ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタクリレートに代表されるポリ(メタ)アクリレート、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、CYTOP(登録商標)に代表される環状フルオロアルキルポリマー、ポリシクロオレフィン、ポリエステル、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリベンゾオキサゾール、エポキシ樹脂、ポリジメチルシロキサン(PDMS)に代表されるポリオルガノシロキサン、ポリシルセスキオキサン又はブタジエンゴム等が挙げられる。また、上記の他にも、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、シンナメート樹脂、アクリル樹脂、ポリパラキシリレン樹脂等の熱硬化性樹脂も挙げられる。
 有機高分子は、アルコキシシリル基やビニル基、アクリロイルオキシ基、エポキシ基、メチロール基等の反応性置換基を有する化合物と併用することもできる。
 有機高分子でゲート絶縁層を形成する場合、ゲート絶縁層の耐溶媒性又は絶縁耐性を増す目的等で、有機高分子を架橋し、硬化させることも好ましい。架橋は、光、熱又はこれら双方を用いて、酸又はラジカルを発生させることにより、行うのが好ましい。
 ラジカルにより架橋する場合、光又は熱によりラジカルを発生させるラジカル発生剤として、例えば、特開2013-214649号公報の段落[0182]~[0186]に記載の熱重合開始剤(H1)及び光重合開始剤(H2)、特開2011-186069号公報の段落[0046]~[0051]に記載の光ラジカル発生剤、特開2010-285518号公報の段落[0042]~[0056]に記載の光ラジカル重合開始剤等を好適に用いることができ、好ましくはこれらの内容は本願明細書に組み込まれる。
 また、特開2013-214649号公報の段落[0167]~[0177]に記載の「数平均分子量(Mn)が140~5,000であり、架橋性官能基を有し、フッ素原子を有さない化合物(G)」を用いるのも好ましく、これらの内容は好ましくは本願明細書に組み込まれる。
 酸により架橋する場合、光により酸を発生させる光酸発生剤として、例えば、特開2010-285518号公報の段落[0033]~[0034]に記載の光カチオン重合開始剤、又は、特開2012-163946号公報の段落[0120]~[0136]に記載の酸発生剤、特にスルホニウム塩、ヨードニウム塩等を好ましく使用することができ、好ましくはこれらの内容は本願明細書に組み込まれる。
 熱により酸を発生させる熱酸発生剤(触媒)として、例えば、特開2010-285518号公報の段落[0035]~[0038]に記載の熱カチオン重合開始剤、特にオニウム塩等、又は、特開2005-354012号公報の段落[0034]~[0035]に記載の触媒、特にスルホン酸類及びスルホン酸アミン塩等を好ましく使用することができ、好ましくはこれらの内容は本願明細書に組み込まれる。
 また、特開2005-354012号公報の段落[0032]~[0033]に記載の架橋剤、特に二官能以上のエポキシ化合物若しくはオキセタン化合物、特開2006-303465号公報の段落[0046]~[0062]に記載の架橋剤、特に2個以上の架橋基を有し、この架橋基の少なくとも一つがメチロール基若しくはNH基であることを特徴とする化合物、又は、特開2012-163946号公報の段落[0137]~[0145]に記載の、ヒドロキシメチル基若しくはアルコキシメチル基を分子内に2個以上有する化合物を用いるのも好ましく、これらの内容は好ましくは本願明細書に組み込まれる。
 ゲート絶縁層を有機高分子で形成する方法としては、特に限定されないが、例えば、有機高分子を含有する塗布液を塗布し、必要により硬化する方法が挙げられる。
 上記塗布液に用いられる溶媒としては、上記有機高分子を溶解ないしは分散できるものであれば特に限定されず、有機高分子の種類等に応じて通常用いる溶媒の中から適宜に選択して用いることができる。
 塗布方法は、特に限定されず、上記の各印刷法が挙げられる。中でも、マイクログラビアコート法、ディップコート法、スクリーンコート印刷、ダイコート法又はスピンコート法等のウエットコーティング法が好ましい。
 塗布条件も、特に限定されず、適宜に設定できる。
 硬化する方法及び条件は、有機高分子を架橋することができる方法及び条件であれば特に限定されず、例えば、上記架橋方法、更には、用いる光酸発生剤又は熱酸発生剤等の種類等に応じて、適宜に設定できる。
 上記無機酸化物としては、特に限定されるものではないが、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素(SiN)、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化銅若しくは酸化ニッケル等の酸化物、また、SrTiO、CaTiO、BaTiO、MgTiO若しくはSrNbのようなペロブスカイト構造を持つ化合物、又は、これらの複合酸化物若しくは混合物等が挙げられる。
 ここで、酸化ケイ素としては、酸化シリコン(SiO)の他に、BPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)、PSG(Phosphorus Silicon Glass)、BSG(borosilicate glass)、AsSG(砒素シリケートガラス)、PbSG(鉛シリケートガラス)、酸化窒化シリコン(SiON)、SOG(スピンオングラス)、又は、低誘電率SiO系材料(例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマー及びベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機SOG)を含む。
 ゲート絶縁層を無機酸化物で形成する方法としては、特に限定されないが、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング又はCVD(chemical vapor deposition)法等の真空成膜法を用いることができる。また、成膜中に、任意のガスを用いたプラズマ、イオン銃若しくはラジカル銃等でアシストしてもよい。
 また、それぞれの金属酸化物に対応する前駆体、具体的には塩化物若しくは臭化物等の金属ハロゲン化物、金属アルコキシド又は金属水酸化物等を、アルコール又は水中で、塩酸、硫酸若しくは硝酸等の酸、又は水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウム等の塩基と反応させて加水分解することにより、ゲート絶縁層を形成することもできる。このような溶液系のプロセスを用いる場合、上記ウエットコーティング法を用いることができる。
 ゲート絶縁層を無機酸化物で形成する場合、上記の方法以外にも、リフトオフ法、ゾル-ゲル法、電着法及びシャドウマスク法のいずれかと、必要に応じてパターニング法とを組み合わせた方法を用いることもできる。
 ゲート絶縁層は、コロナ処理、プラズマ処理、UV(紫外線)/オゾン処理等の表面処理を施してもよい。
 この場合、ゲート絶縁層は表面粗さが粗くないのが好ましい。例えば、処理後のゲート絶縁層表面の算術平均粗さRa又は二乗平均平方根粗さR(いずれも、JIS B0601:2013)が0.5nm以下であることが好ましい。
 ゲート絶縁層の膜厚は、特に限定されないが、100~1000nmであることが好ましい。
 - ソース電極及びドレイン電極 -
 本発明の有機TFTにおいて、ソース電極は、配線を通じて外部から電荷が流入する電極である。また、ドレイン電極は、配線を通じて外部に電荷を送り出す電極である。
 ソース電極及びドレイン電極を形成する材料は、上述したゲート電極を形成する電極材料と同じものを用いることができる。中でも、金属が好ましく、金又は銀がより好ましい。また、金属と有機半導体の間に電荷注入層を設けることにより、ソース電極から有機半導体への電荷注入を促進し、移動度を向上させることが好ましい。
 ソース電極及びドレイン電極の膜厚は、特に限定されないが、それぞれ、1nm以上が好ましく、10nm以上が特に好ましい。また、500nm以下が好ましく、300nm以下が特に好ましい。
 ソース電極とドレイン電極との間の間隔(ゲート長)は、適宜に決定できるが、例えば、200μm以下が好ましく、100μm以下が特に好ましい。また、ゲート幅は、適宜に決定できるが、例えば、5000μm以下が好ましく、1000μm以下が特に好ましい。
 ソース電極及びドレイン電極を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、ゲート電極とゲート絶縁層とが形成された基板上に、電極材料を真空蒸着又はスパッタする方法、電極形成用組成物を塗布又は印刷する方法等が挙げられる。パターニングする場合、パターニングする方法は上述したゲート電極の方法と同じである。
 - 有機半導体層 -
 有機TFTにおいて、有機半導体層として上述の本発明の有機半導体膜を用いる。
 この有機半導体膜は、上述の本発明の組成物を基板上に塗布して形成することができる。具体的には、本発明の組成物を基板上に塗布して、乾燥させることにより、有機半導体膜を形成することができる。
 本発明において、本発明の組成物を基板上に塗布するとは、本発明の組成物を基板に直接適用する態様のみならず、基板上に設けられた別の層を介して基板の上方に本発明の組成物を適用する態様も含むものとする。
 基板としては、本発明の組成物を塗布できる限り特に限定されず、有機TFTの基板、又は、有機TFTの基板以外の板状体等が挙げられる。有機TFTの基板を用いる場合、基板としては上記基板10で例示した各種の基板が挙げられる。別の層としては、有機TFTの製造においては、例えば、ゲート絶縁層、ソース電極又はドレイン電極が挙げられる。一方、有機TFTの基板上で有機半導体膜を製造する場合、有機TFTの基板以外の板状体を用いる。このような基板としては、例えば剥離板又はガラス板等の各種板状体等が挙げられる。
 本発明の組成物の塗布方法としては、特に限定されず、通常の方法を用いることができる。例えば、バーコート法、スピンコート法、ナイフコート法、ドクターブレード法、インクジェット印刷法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法又はスクリーン印刷法等の各種印刷法が挙げられる。更に、本発明の組成物の塗布方法としては、特開2013-207085号公報に記載の有機半導体膜の形成方法(いわゆるギャップキャスト法)、国際公開第2014/175351号に記載の有機半導体薄膜の製造方法(いわゆるエッジキャスト法又は連続エッジキャスト法)等も好適に用いられる。
 中でも、本発明の組成物は、上述のように、印刷法により塗布することができる。印刷法としては、上記の各種のものが挙げられ、インクジェット印刷法が好ましい。
 インクジェット印刷の条件としては、本発明の組成物を印刷できる限り特に限定されないが、1~10pLヘッド、吐出周波数1~10Hz、ドット間ピッチ10~30μmが好ましい。
 本発明の組成物を乾燥する場合の乾燥条件は、本発明の組成物に含まれる各成分の種類により、適宜の条件を選定できる。自然乾燥であってもよいが、生産性を向上させる観点から、加熱処理が好ましい。加熱処理条件は、一義的に決定できないが、例えば、加熱温度としては30~250℃が好ましく、40~200℃がより好ましく、50~150℃が更に好ましく、加熱時間としては10~300分が好ましく、20~180分がより好ましい。
 (封止層)
 本発明の有機TFTは、耐久性の観点から、最外層に封止層を備えるのが好ましい。封止層には、有機TFTに通常用いられる封止剤(封止層形成用組成物)を用いることができる。
 封止層の膜厚は、特に限定されないが、0.1~10μmであることが好ましい。
 本発明において、各層又は電極を形成する方法として印刷法を採用する場合(本発明の組成物を印刷法にて塗布する場合を含む。)、マスクを用いることができる。マスクは、形成しようとする層又は電極の形状、パターン及び寸法に適合する開口部を有するものであれば特に限定されず、各印刷法に通常用いられるものを用いることができる。
 例えば、ソース電極及びドレイン電極を印刷法により形成する場合に用いるマスクとして、図3に示すメタルマスク151、又は、図3に示す開口部の形成パターンを複数有するマスクが挙げられる。メタルマスク151は、平板状のマスク本体に、図3に示す寸法の開口部153及び154を所定の間隔で並列に設けたものである。
<ボトムゲート-トップコンタクト型有機薄膜トランジスタ>
 図2は、本発明の有機半導体素子の一例であるボトムゲート-トップコンタクト型の有機TFT200を表す断面模式図である。
 有機TFT200は、図2に示されるように、基板10と、ゲート電極20と、ゲート絶縁層30と、有機半導体層50と、ソース電極40及びドレイン電極42と、封止層60とを、この順で、有する。
 有機TFT200は、層構成(積層態様)が異なること以外は、有機TFT100と同じである。したがって、基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体層及び封止層については、上述の、ボトムゲート-ボトムコンタクト型有機TFTにおけるものと同じであるので、その説明を省略する。
 本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
[合成例]
 本実施例で用いた有機半導体を、以下に示す。
 下記有機半導体において、iPrはイソプロピルを、Buはブチルをそれぞれ示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000080
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000081
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000082
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000083
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000084
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000085
<合成例1:化合物1の合成>
 下記スキームに従い化合物1を合成した。
 下記反応スキーム中、Buはブチル、Etはエチル、THFはテトラヒドロフラン、DMFはN,N-ジメチルホルムアミド、TMPはテトラメチルピペリジン、dppfは1,1’-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセンを示す。
-中間体1aの合成-
 2,3-ジブロモチオフェンn-ブチルリチウム溶液(15.9g,65.8mmol)をジエチルエーテル120mlに溶解させ、-90℃で撹拌しながらこの溶液に対してnーブチルリチウム(1.6M溶液)を滴下した。30分後2,5-セレノフェンジカルボキシアルデヒド(6.00g,32.1mmol)を50mlのテトラヒドロフランに溶解させた溶液を滴下して20分間-78℃で撹拌後、室温まで昇温した。反応液を水でクエンチし、有機層をジエチルエーテルで抽出後、硫酸マグネシウムで乾燥した。エバポレーターで濃縮後、茶色の油状の目的物の中間体1a(12.9g)を得た。得られた目的物の粗体を更に精製することなく後続の反応に用いた。
H-NMR(CDCl,400MHz)δ:7.28(d,J=5.2Hz,2H),7.04(d,J=5.2Hz,2H),6.93(d,J=5.2Hz,2H),6.31(s,2H)
-中間体2aの合成-
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000087
 中間体1a(12.9g)とトリエチルシラン(15.4ml,96.2mmol)をジクロロメタン70mlに溶解させ0℃に冷却した溶液に対してボロントリフルオリド・エーテラート(11.9ml,96.2mmol)を滴下し、30分間撹拌させた。その後水でクエンチして酢酸エチルで有機層を抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥させた。濃縮後の粗体をカラムクロマトグラフィー(hexane:酢酸エチル=95:5)で精製し黄色の油状物である目的物の中間体2a(9.20g,19.1mmol,60% yield for 2 steps)を得た。
H-NMR(CDCl,400MHz)δ:7.16(d,J=5.2Hz,2H),6.92(d,J=5.2Hz,2H),6.86(s,2H),4.28(s,4H)
-中間体3aの合成-
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000088
 n-ブチルリチウム(1.6M溶液)(58.5ml,93.5mmol)を-78℃に冷却したところに中間体2a(9.00g,18.7mmol)をジエチルエーテル240mlに溶解させた溶液を滴下し、30分間撹拌した。その後、N,N-ジメチルホルムアミド(8.7ml,112mmol)を滴下した。-78℃で20分間撹拌した後室温まで昇温し、その後水でクエンチしてジエチルエーテルで抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥した。濃縮して赤色の油状物である目的物の中間体3a(6.50g)を得た。得られた目的物の粗体を更に精製することなく後続の反応に用いた。
H-NMR(CDCl,400MHz)δ:10.0(s,2H),7.40(d,J=4.8Hz,2H),7.15(d,J=4.8Hz,2H),6.88(s,2H),4.68(s,4H)
-中間体4aの合成-
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000089
 中間体3a(6.50g)をトルエン350mlに溶解させ、そこにアンバーリスト(登録商標)15 hydrogen form dry(15.0g)を加えて2時間還流した。反応液をろ別し、ろ液を濃縮した後トルエン/メタノールで再結晶して、カラムクロマトグラフィー(トルエン)で精製して白色固体である目的物の中間体4a(2.35g,6.84mmol,36% yield for 2 steps)を得た。
H-NMR(CDCl,400MHz)δ:8.63(s,2H),8.31(d,J=0.8Hz,2H),7.46(m,4H)
-中間体5aの合成-
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000090
 -90℃で中間体4a(2.00g,5.83mmol)とテトラヒドロフラン58mlの混合液を撹拌したところにリチウムテトラメチルピペリジン(12.8mmol)のテトラヒドロフラン溶液20mlを滴下し30分間撹拌した。反応溶液中に、ジブロモテトラクロロエタン(5.69g,17.5mmol)を20mlのテトラヒドロフランに溶解させた溶液を滴下して、-78℃で20分間撹拌した後、室温まで昇温した。反応液を水でクエンチしてジクロロメタンで抽出したのち硫酸マグネシウムで乾燥した。濃縮後テトラヒドロフラン/メタノールで再結晶して白色固体の目的物:中間体5a(2.21g,4.41mmol, 76% yield)を得た。
H-NMR(CDCl,400MHz)δ:8.46(s,2H),8.16(s,2H),7.45(s,2H)
-化合物1の合成-
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000091
 反応剤として用いるn-デシルマグネシウムブロミド溶液(1.0mol/L in diethylether, 1.50ml,1.50mmol)に対して塩化亜鉛(II)溶液(1.0mol/L テトラヒドロフラン溶液,1.50ml)を0℃で加えて15分撹拌した後、中間体5a(250mg,0.45mmol)と1,1-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセンジクロロパラジウム(II)・ジクロロメタン付加体(20.2mg,0.025mmol)を加えた。反応液を70℃で1時間撹拌した後に濃縮してカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/クロロホル=95/5)で精製して白色固体である目的物の化合物1(102mg,0.16mmol,33% yield)を得た。
H-NMR(CDCl,400MHz)δ:8.43(s,2H),8.17(s,2H),7.10(s,2H),2.93(t,J=7.6Hz,4H),1.78(quint,J=6.4Hz,4H),1.46-1.27(m,28H),0.88(t,J=6.8Hz,6H)
<合成例2~112:化合物2~112の合成>
 上記化合物1と同様にして、また特開2015-195362号公報の実施例に準拠して、上記に示す化合物2~112をそれぞれ合成した。
 C8-BTBT、TIPS-PEN、DNTT、TES-ADT及びP3HTは、いずれも、Aldrich社製の市販品を用いた。P3HTは数平均分子量(Mn)が15000-45000である。
 溶媒については、市販品を入手して、用いた。
[有機半導体膜形成用組成物の調製例]
 表1-1~表1-5(まとめて表1という。)に示す有機半導体を、低分子有機半導体化合物と縮合ヘテロ環化合物との含有量の比が表1に示す値となるように、秤量してバイアルに投入した。そこへ、表1に示されるように、有機半導体の合計濃度が0.7質量%となるように溶媒を投入し、更に、バインダーポリマーとしてポリスチレン(分子量3.5万)を濃度0.5質量%となるように投入した。これをミックスローター(アズワン社製)で10分間撹拌混合した後、0.5μmメンブレンフィルターでろ過することで、本発明の有機半導体膜形成用組成物T1~T126及び比較のための有機半導体膜形成用組成物cT1~cT7を、それぞれ、調製した。
 各有機半導体膜形成用組成物において、低分子有機半導体化合物及び縮合ヘテロ環化合物の含有量は、以下の通りである。
 有機半導体膜形成用組成物中の含有量:低分子有機半導体化合物0.63質量%、縮合ヘテロ環化合物0.07質量%
 固形分の合計質量に対する含有量:低分子有機半導体化合物52.5質量%、縮合ヘテロ環化合物5.8質量%、バインダーポリマー41.7質量%
 バインダーポリマーを除く固形分の合計質量に対する含有量:低分子有機半導体化合物90質量%、縮合ヘテロ環化合物10質量%
 有機半導体の合計質量に対する含有量:低分子有機半導体化合物90質量%、縮合ヘテロ環化合物10質量%
 調製した上記有機半導体膜形成用組成物T1~T126の、上記測定法による粘度は、いずれも、1~50mPa・sの範囲内であった。
<重量平均分子量の測定>
 本発明において、ポリマーの重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ法(GPC(Gel Permeation Chromatography))法にて測定され、標準ポリスチレンで換算して求められる。具体的には、例えば、GPCは、HLC-8121GPC(東ソー社製)を用い、カラムとして、TSKgel GMHHR-H(20) HT(東ソー社製、7.8mmID×30cm)を2本用い、溶離液として1,2,4-トリクロロベンゼンを用いる。また、条件としては、試料濃度を0.02質量%、流速を1.0mL/min、サンプル注入量を300μL、測定温度を160℃とし、IR(infrared)検出器を用いて行う。
 また、検量線は、東ソー社製の「標準試料TSK standard,polystyrene」:「F-128」、「F-80」、「F-40」、「F-20」、「F-10」、「F-4」、「F-2」、「F-1」、「A-5000」、「A-2500」、「A-1000」、「A-500」の12サンプルを用いて、作製する。
[実施例1:有機薄膜トランジスタの製造]
 図1に示すボトムゲート-ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタ100を製造した。
<ゲート電極の形成>
 無アルカリ硝子基板(5cm×5cm、厚み:0.7mm)10上に、銀ナノインク(H-1、三菱マテリアル社製)を、DMP2831(1ピコリットルヘッド)を用いたインクジェット印刷により、幅100μm及び膜厚100nmの配線パターンに塗布し、その後、200℃で90分間、ホットプレート上、大気下で焼成することで、ゲート電極20及び配線を形成した。
<ゲート絶縁層の形成>
 ポリビニルフェノール(重量平均分子量:25,000、アルドリッチ社製)5質量部、及び、メラミン5質量部及びポリエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート90質量部を撹拌混合し、0.2μmメンブレンフィルターでろ過することで、ゲート絶縁層形成用溶液を作製した。得られたゲート絶縁層形成用溶液を、上記ゲート電極を作製した硝子基板上に滴下し、スピンコート(1,000rpm、120秒)により、コートし、150℃で30分加熱することで、ゲート絶縁層30(膜厚:1μm)を形成した。
<ソース電極及びドレイン電極の形成>
 次いで、ゲート絶縁層を形成した基板中央上に、図3に示す開口部の形成パターンを複数個有するメタルマスクを載せ、紫外線(UV)オゾンを30分間照射することで、開口部に露出しているゲート絶縁層の表面を親水処理して、表面改質した。この表面改質部分周辺にDMP2831(1ピコリットルヘッド)を用いたインクジェット印刷により、ゲート長50μm及びゲート幅320μmのソースドレイン電極パターンを形成した。得られた基板を窒素ガス雰囲気下(グローブボックス中、酸素濃度20ppm以下の環境)にて、ホットプレート上200℃で90分焼成することで、膜厚200nmの銅電極(ソース電極41a及びドレイン電極41b)を形成した。
<有機半導体層の形成>
 上記ソース電極及びドレイン電極を形成した基板上に上記[有機半導体膜形成用組成物の調製例]で調製した有機半導体膜形成用組成物をインクジェット法によりコートした。インクジェット装置としては、DPP2831(富士フイルムグラフィックシステムズ社製)及び10pLヘッドを用い、吐出周波数2Hz、ドット間ピッチ20μmでベタ膜を形成した。その後、塗布した有機半導体膜形成用組成物を70℃で1時間乾燥して、有機半導体層(膜厚:10nm)を形成した。
 このようにして、本発明の有機薄膜トランジスタT1~T126、及び、比較のための有機薄膜トランジスタcT1~cT7を、それぞれ、100検体製造した。
 <有機薄膜トランジスタの評価>
 製造した各有機TFTについて、半導体特性評価装置:B2900A(商品名、アジレントテクノロジーズ社製)を用いて、大気下で、以下の性能評価をした。その結果を表1に示す。
[試験例1:キャリア移動度μの評価]
 各試料番号の有機TFTについて、製造した100検体のキャリア移動度をそれぞれ測定した。具体的には、各有機TFTのソース電極-ドレイン電極間に-70Vの電圧を印加し、ゲート電圧を+60V~-60Vの範囲で変化させ、ドレイン電流Idを表す下記式を用いてキャリア移動度μを算出した。各有機TFTにおいて、100検体のキャリア移動度の平均値を求め、これを、各試料番号の有機TFTのキャリア移動度μAVとした。
 I=(w/2L)μC(V-Vth
 式中、Lはゲート長、wはゲート幅、μはキャリア移動度、Cはゲート絶縁層の単位面積当たりの容量、Vはゲート電圧、Vthは閾値電圧を、それぞれ、表す。
 得られたキャリア移動度μAVを、下記評価基準により、評価した。キャリア移動度μAVは高いほど好ましく、本試験において、「3」以上であることが好ましい。
キャリア移動度μAVが、
 5:0.4cm/Vs以上
 4:0.2以上、0.4cm/Vs未満
 3:0.1以上、0.2cm/Vs未満
 2:0.01以上、0.1cm/Vs未満
 1:0.01cm/Vs未満
[試験例2:ヒステリシスの評価]
 各試料番号の有機TFTについて、製造した100検体のヒステリシスをそれぞれ測定した。具体的には、上記試験例1と同様にして性能評価を行い、ゲート電圧を、+40V~-40Vへと掃引した場合の閾値電圧(Vth)と、-40V~+40Vへと掃引した場合の閾値電圧(Vth)の差の絶対値(|Vth-Vth|)を、ヒステリシスと定義した。
 各有機TFTにおいて、100検体のヒステリシスの平均値を求め、これを、各試料番号の有機TFTの平均ヒステリシスとした。
 得られた平均ヒステリシスを、下記評価基準により、評価した。平均ヒステリシスは小さいほど好ましく、本試験において、「3」以上であることが好ましい。
平均ヒステリシスが、
 5:3V未満
 4:3V以上、6V未満
 3:6V以上、10V未満
 2:10V以上、15V未満
 1:15V以上
 表1において、「含有量の比*」は、低分子有機半導体化合物:縮合ヘテロ環化合物の質量比を示す。また、「含有量**」は、組成物中の有機半導体の合計含有量(単位は質量%)を示す。表1において、沸点の単位は℃、SP値の単位はMPa1/2である。
 表1において、縮合ヘテロ環化合物又は溶媒2を用いていない場合、該当欄に「-」を記入して示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000092
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000093
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000095
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000096
 表1の結果から、以下のことが分かる。
 有機薄膜トランジスタcT1~cT7は、低分子有機半導体化合物若しくは縮合ヘテロ環化合物の有機半導体を1種、又は、縮合ヘテロ環化合物以外の有機半導体を2種含有する有機半導体層を備えており、いずれも、十分なキャリア移動度と、小さなヒステリシスを両立できなかった。有機薄膜トランジスタcT7は特許文献4に記載の発明を想定したものである。
 特に、有機半導体を1種含有する有機半導体層を備えた有機薄膜トランジスタcT-1~cT-4に対して、縮合ヘテロ環化合物以外の有機半導体を2種含有する有機半導体層を備えた有機薄膜トランジスタcT-5~cT-7は、いずれも、キャリア移動度が大きく低下し、しかもヒステリシスの増大量も大きかった。
 これに対して、本発明の有機薄膜トランジスタT1~T126は、いずれも、インクジェット印刷法で形成され、かつ低分子有機半導体化合物と上述の一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物とを含む2種の有機半導体を含有する有機半導体層を備えている。これらの有機薄膜トランジスタは、いずれも、十分なキャリア移動度を示し、ヒステリシスの発生を効果的に低減できた。
 特に、有機半導体として、上述の一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物から選択され、互いに置換基が異なる2種の有機半導体を含有する有機半導体層を備えた有機薄膜トランジスタは、ヒステリシスの低減効果を維持しつつ、キャリア移動度の向上効果が更に高くなることが分かった(試料番号T112及び120)。
 また、溶媒として、沸点が180℃以上で、溶解度パラメータが17.0~23.0である、ナフタレン骨格を有する溶媒を含有する本発明の組成物は、高いキャリア移動度を維持しつつ、ヒステリシスの発生が効果的に低減された有機薄膜トランジスタを製造するのに好適であることが判明した(試料番号T113~115、117及び120)。
 本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。
 本願は、2016年9月29日に日本国で特許出願された特願2016-191915に基づく優先権を主張するものであり、これはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。
 10 基板
 20 ゲート電極
 30 ゲート絶縁層
 40 ソース電極
 42 ドレイン電極
 50 有機半導体層
 60 封止層
 100、200 有機薄膜トランジスタ
 151 メタルマスク
 153、154 開口部

Claims (19)

  1.  少なくとも2種の有機半導体を含有する有機半導体膜形成用組成物であって、
     前記有機半導体の1種が、分子量5000以下の低分子有機半導体化合物であり、
     前記有機半導体の別の1種が、下記一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物であって、前記低分子有機半導体化合物と異なる化学構造を有し、かつ分子量が3000以下の縮合ヘテロ環化合物である、
    有機半導体膜形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     一般式(1)中、
     Xは酸素原子、硫黄原子、セレン原子、テルル原子又はNRを示す。
     Y及びZはCR、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、窒素原子又はNRを示し、Y及びZを有する5員環は芳香族ヘテロ環である。
     一般式(1)において、R及びRは直接に又は2価の基Aを介して間接に、Y及びZを含む5員環の環構成原子に結合し、R及びRは直接に又は2価の基Aを介して間接に、ベンゼン環の環構成原子に結合している。この2価の基Aは-O-、-S-、-NR-、-CO-、-SO-及び-SO-から選ばれる基であるか、又はこれらの基の2種以上が連結してなる基である。
     R、R、R、R、R及びRは水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロアリール基を示す。
     R及びRはハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロアリール基を示す。
     m及びnは0~2の整数である。
  2.  前記Y及びZを有する5員環が、チオフェン環、フラン環、セレノフェン環、ピロール環、チアゾール環、セレナゾール環、イミダゾール環及びオキサゾール環から選ばれる環である請求項1に記載の有機半導体膜形成用組成物。
  3.  前記R、R、R及びRそれぞれの炭素数が30以下である請求項1又は2に記載の有機半導体膜形成用組成物。
  4.  前記m及びnがともに0である請求項1~3のいずれか1項に記載の有機半導体膜形成用組成物。
  5.  前記R及びRが炭素数20以下のアルキル基、炭素数20以下のアリール基、又は炭素数20以下のヘテロアリール基である請求項1~4のいずれか1項に記載の有機半導体膜形成用組成物。
  6.  前記RとRとが同一であり、前記RとRとが同一であり、かつmとnとが同一である請求項1~5のいずれか1項に記載の有機半導体膜形成用組成物。
  7.  前記一般式(1)で表わされる化合物が、下記一般式(2)又は(3)で表される化合物である請求項1に記載の有機半導体膜形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     一般式(2)及び(3)中、
     Xは酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を示す。
     Y及びZは酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNR7aを示す。R7aは前記一般式(1)におけるRと同義である。
     R1a、R2a、R3a、R4a、m及びnは、それぞれ一般式(1)におけるR、R、R、R、m及びnと同義であり、R1a、R2a、R3a及びR4aの環構成原子との結合形態も、それぞれ一般式(1)におけるR、R、R及びRの環構成原子との結合形態と同じである。
  8.  前記一般式(2)で表される化合物が下記一般式(4)で表され、前記一般式(3)で表される化合物が下記一般式(5)で表される請求項7に記載の有機半導体膜形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
     一般式(4)及び(5)中、
     X、Y及びZは酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を示す。
     R1b及びR2bは、それぞれ一般式(2)におけるR1a及びR2aと同義であり、R1b及びR2bの環構成原子との結合形態も、それぞれ一般式(2)におけるR1a及びR2aの環構成原子との結合形態と同じである。
  9.  前記R1b及びR2bが、脂肪族炭化水素基を有する請求項8に記載の有機半導体膜形成用組成物。
  10.  前記R1b及びR2bが、直鎖状脂肪族炭化水素基を有するアリール基を示すか、又は、直鎖状脂肪族炭化水素基を有するヘテロアリール基を示す請求項8又は9に記載の有機半導体膜形成用組成物。
  11.  前記低分子有機半導体化合物が、前記縮合ヘテロ環化合物と同じ母核を有し、かつ前記縮合ヘテロ環化合物と異なる置換基を有する化合物である請求項1~10のいずれか1項に記載の有機半導体膜形成用組成物。
  12.  前記低分子有機半導体化合物が有する置換基の分子量の合計が、前記縮合ヘテロ環化合物が有する置換基の分子量の合計よりも小さい請求項11に記載の有機半導体膜形成用組成物。
  13.  前記縮合ヘテロ環化合物の含有量が、前記有機半導体膜形成用組成物中の有機半導体の合計質量に対して、20質量%以下である請求項1~12のいずれか1項に記載の有機半導体膜形成用組成物。
  14.  沸点が180℃以上で、溶解度パラメータが17.0~23.0MPa1/2である溶媒を少なくとも1種含有する請求項1~13のいずれか1項に記載の有機半導体膜形成用組成物。
  15.  前記溶媒が、ナフタレン骨格を有する請求項14に記載の有機半導体膜形成用組成物。
  16.  前記ナフタレン骨格を有する溶媒を50質量%以上含有する請求項15に記載の有機半導体膜形成用組成物。
  17.  請求項1~16のいずれか1項に記載の有機半導体膜形成用組成物を基板上に塗布する工程を含む、有機半導体膜の製造方法。
  18.  少なくとも2種の有機半導体を含有する有機半導体膜であって、
     前記有機半導体の1種が、分子量5000以下の低分子有機半導体化合物であり、
     前記有機半導体の別の1種が、下記一般式(1)で表される縮合ヘテロ環化合物であって、前記低分子有機半導体化合物と異なる化学構造を有し、かつ分子量が3000以下の縮合ヘテロ環化合物である、
    有機半導体膜。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
     一般式(1)中、
     Xは酸素原子、硫黄原子、セレン原子、テルル原子又はNRを示す。
     Y及びZはCR、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、窒素原子又はNRを示し、Y及びZを有する5員環は芳香族ヘテロ環である。
     一般式(1)において、R及びRは直接に又は2価の基Aを介して間接に、Y及びZを含む5員環の環構成原子に結合し、R及びRは直接に又は2価の基Aを介して間接に、ベンゼン環の環構成原子に結合している。この2価の基Aは-O-、-S-、-NR-、-CO-、-SO-及び-SO-から選ばれる基であるか、又はこれらの基の2種以上が連結してなる基である。
     R、R、R、R、R及びRは水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロアリール基を示す。
     R及びRはハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロアリール基を示す。
     m及びnは0~2の整数である。
  19.  請求項18に記載の有機半導体膜を有する有機半導体素子。
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