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JP2015167164A - 有機薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

有機薄膜トランジスタ及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】キャリア移動度が高く、耐久性にも優れた有機薄膜トランジスタ及びこの有機薄膜トランジスタを製造する方法を提供する。
【解決手段】基板6上にゲート電極5、有機半導体層1、ゲート絶縁層2、ソース電極3及びドレイン電極4を有する有機薄膜トランジスタであって、有機半導体層が、有機半導体と、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、炭素数1以上、アルコキシカルボニル基の場合は炭素数2以上のアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリールオキシカルボニル基、少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基及び少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(C)とを含む有機薄膜トランジスタ、並びに、有機半導体と樹脂(C)を含有する塗布液を塗布して樹脂(C)を偏在させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、有機薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。
液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ及び電気泳動型ディスプレイ等の表示装置の多くは、表示スイッチングデバイスとして薄膜トランジスタ(TFTという)を備えている。TFTは、ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極及びドレイン電極を有し、ソース電極−ドレイン電極間が半導体層で連結された構造を有している。
TFTの半導体層を形成する材料として、シリコン等の無機材料が主流であった。
しかし、近年、印刷法等の塗布法により、無機材料よりも低温で、例えば常温付近で、高速・効率的に、しかも低コストで成膜できる有機材料が着目され、研究されている。
有機材料として、有機ポリマー等の有機半導体が知られている。
また、このような有機半導体と有機半導体以外のポリマーとを併用したものも報告されている(特許文献1)。
さらに、有機薄膜トランジスタ(OTFTともいう)において、特許文献2には、TIPSペンタセンとポリ(αメチルスチレン)又はポリスチレンを含有する有機材料を相分離させて3層構造の半導体層を形成する方法が記載されている。
特表2004−525501号公報 特開2009−177136号公報
しかし、有機半導体と併用する有機バインダー等は絶縁性であり、特許文献1のようにこれらを単に併用しても、また特許文献2のように有機材料を相分離させて半導体層を形成しても、有機薄膜トランジスタの特性は未だ十分ではなく、キャリア移動度、耐久性及び閾値電圧において改善の余地があった。
本発明は、キャリア移動度が高く、耐久性にも優れた有機薄膜トランジスタを提供することを課題とする。さらには低い閾値電圧をも示す有機薄膜トランジスタを提供することを課題とする。
また、本発明は、上記の優れた特性を有する有機薄膜トランジスタを製造する方法を提供することを課題とする。
本発明者らは、有機半導体層を形成する有機材料について検討したところ、有機半導体と特定の樹脂とを併用することにより、有機半導体層において電荷移動チャンネルを確保して高いキャリア移動度を維持でき、さらには閾値電圧の低下も可能になることを、見出した。
本発明は、これらの知見に基づいて完成された。
上記の課題は以下の手段により解決された。
(1)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有機薄膜トランジスタであって、
有機半導体層が、有機半導体と、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、炭素数1以上、アルコキシカルボニル基を形成する場合は炭素数2以上のアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリールオキシカルボニル基、少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び、少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(C)とを含む有機薄膜トランジスタ。
(2)樹脂(C)が、下記一般式(C−Ia)〜(C−Id)のいずれかで表される繰り返し単位を有する(1)に記載の有機薄膜トランジスタ。
Figure 2015167164
一般式中、R10及びR11は、水素原子、フッ素原子又はアルキル基を表す。
は、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、炭素数2以上のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
は、フッ素原子、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、アルキル基及びシクロアルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
及びWは、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
Ar11は、(r+1)価の芳香環基を表す。
rは、1〜10の整数を表す。
(3)樹脂(C)が、フッ素原子を有する基及びケイ素原子を有する基の少なくとも一方の基を有する(1)又は(2)に記載の有機薄膜トランジスタ。
(4)有機半導体がゲート絶縁層側に偏在し、樹脂(C)がゲート絶縁層の反対側に偏在している(1)〜(3)のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
(5)有機半導体がゲート絶縁層側に、また樹脂(C)がゲート絶縁層の反対側に、互いに相分離している(1)〜(4)のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
(6)樹脂(C)の表面エネルギーが、30mNm−1以下である(1)〜(5)いずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
(7)ボトムゲート構造である(1)〜(6)のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
(8)ボトムコンタクト構造である(7)に記載の有機薄膜トランジスタ。
(9)有機半導体が、低分子化合物である(1)〜(8)のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
(10)有機半導体が、縮合多環芳香族化合物である(1)〜(9)のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
(11)有機半導体が、下記一般式(C)〜(T)のいずれかで表される化合物である(1)〜(10)のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
Figure 2015167164
一般式(C)中、AC1、AC2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RC1〜RC6は水素原子又は置換基を表し、RC1〜RC6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(D)中、XD1及びXD2はNRD9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AD1はCRD7又は窒素原子を表し、AD2はCRD8又は窒素原子を表し、RD9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアシル基を表す。RD1〜RD8は水素原子又は置換基を表し、RD1〜RD8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(E)中、XE1及びXE2は酸素原子、硫黄原子又はNRE7を表す。AE1及びAE2はCRE8又は窒素原子を表す。RE1〜RE8は水素原子又は置換基を表し、RE1〜RE8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(F)中、XF1及びXF2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RF1〜RF10、RFa及びRFbは水素原子又は置換基を表し、RF1〜RF10、RFa及びRFbのうち少なくとも一つは一般式(W)で表される置換基である。p及びqは0〜2の整数を表す。
一般式(G)中、XG1及びXG2はNRG9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AG1はCRG7又は窒素原子を表し、AG2はCRG8又は窒素原子を表す。RG9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表し、RG1〜RG8は水素原子又は置換基を表し、RG1〜RG8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(H)中、XH1〜XH4はNRH7、酸素原子又は硫黄原子を表し、RH7は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。RH1〜RH6は水素原子又は置換基を表し、RH1〜RH6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(J)中、XJ1及びXJ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRJ9を表す。XJ3及びXJ4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RJ1〜RJ9は水素原子又は置換基を表し、RJ1〜RJ9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(K)中、XK1及びXK2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRK9を表す。XK3及びXK4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RK1〜RK9は水素原子又は置換基を表し、RK1〜RK9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(L)中、XL1及びXL2は酸素原子、硫黄原子又はNRL11を表す。RL1〜RL11は水素原子又は置換基を表し、RL1〜RL11のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(M)中、XM1及びXM2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRM9を表す。RM1〜RM9は水素原子又は置換基を表し、RM1〜RM9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(N)中、XN1及びXN2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRN13を表す。RN1〜RN13は水素原子又は置換基を表し、RN1〜RN13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(P)中、XP1及びXP2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRP13を表す。RP1〜RP13は水素原子又は置換基を表し、RP1〜RP13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(Q)中、XQ1及びXQ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRQ13を表す。RQ1〜RQ13は水素原子又は置換基を表し、RQ1〜RQ13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(R)中、XR1、XR2及びXR3は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRR9を表す。RR1〜RR9は水素原子又は置換基を表し、RR1〜RR9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(S)中、XS1、XS2、XS3及びXS4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRS7を表す。RS1〜RS7は水素原子又は置換基を表し、RS1〜RS7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(T)中、XT1、XT2、XT3及びXT4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRT7を表す。RT1〜RT7は水素原子又は置換基を表し、RT1〜RT7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(W): −L−R
一般式(W)中、Lは下記一般式(L−1)〜(L−25)のいずれかで表される2価の連結基又は2以上の下記一般式(L−1)〜(L−25)のいずれかで表される2価の連結基が結合した2価の連結基を表す。
は置換又は無置換のアルキル基、シアノ基、ビニル基、エチニル基、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数vが2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基、あるいは、置換又は無置換のトリアルキルシリル基を表す。
Figure 2015167164
一般式(L−1)〜(L−25)中、波線部分は上記一般式(C)〜(T)で表される各骨格を形成するいずれかの環との結合位置を表す。*はRwとの結合位置又は一般式(L−1)〜(L−25)の波線部分との結合位置を表す。
一般式(L−13)におけるmは4を表し、一般式(L−14)及び(L−15)におけるmは3を表し、一般式(L−16)〜(L−20)におけるmは2を表し、(L−22)におけるmは6を表す。
一般式(L−1)、(L−2)、(L−6)及び(L−13)〜(L19)及び(L−21)〜(L−24)におけるR’はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。
は水素原子又は置換基を表し、Rsiはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を表す。
(12)有機半導体が、一般式(C)、一般式(F)、一般式(J)又は一般式(L)のいずれかで表される化合物である(11)に記載の有機薄膜トランジスタ。
(13)ゲート絶縁層が、有機高分子で形成されている(1)〜(12)のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
(14)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有機薄膜トランジスタの製造方法であって、有機半導体と、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、炭素数1以上、アルコキシカルボニル基を形成する場合は炭素数2以上のアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリールオキシカルボニル基、少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び、少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(C)とを含有する塗布液を、基板又はゲート絶縁層上に塗布する有機薄膜トランジスタの製造方法。
(15)塗布液の塗布により、樹脂(C)を基板又はゲート絶縁層の反対側に偏在させる(14)に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
本明細書において、特定の符号で表示された置換基や連結基等(以下、置換基等という)が複数あるとき、又は複数の置換基等を同時もしくは択一的に規定するときには、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とを意味する。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、式中に同一の表示で表された複数の部分構造の繰り返しがある場合は、各部分構造ないし繰り返し単位は同一でも異なっていてもよい。また、特に断らない場合であっても、複数の置換基等が近接(特に隣接)するときにはそれらが互いに連結したり縮環したりして環を形成していてもよい。
本明細書において化合物(樹脂を含む)の表示については、当該化合物そのもののほか、その塩、そのイオンを含む意味に用いる。また、目的の効果を奏する範囲で、構造の一部を変化させたものを含む意味である。
本明細書において置換・無置換を明記していない置換基(連結基についても同様)については、所望の効果を奏する範囲で、その基に任意の置換基を有していてもよい意味である。これは置換・無置換を明記していない化合物についても同義である。
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」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。
本発明の有機薄膜トランジスタは、キャリア移動度が高く、耐久性にも優れる。さらには低い閾値電圧をも示す。
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法は、上記の優れた特性を有する有機薄膜トランジスタを製造できる。
本発明の有機薄膜トランジスタの構造を模式的に示す図である。
[有機薄膜トランジスタ]
本発明の有機薄膜トランジスタ(以下、単に「本発明のOTFT」という。)の構造を以下に説明する。
本発明のOTFT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。ゲート電極に電圧が印加されると、ソース電極−ドレイン電極間の有機半導体層と隣接する層との界面に電流の流路(チャンネル)が形成される。すなわち、ゲート電極に印加される入力電圧に応じてソース電極とドレイン電極との間を流れる電流が制御される。
本発明のOTFTの好ましい構造を図面に基づいて説明する。各図面に示されるOTFTは、本発明の理解を容易にするための模式図であり、各部材のサイズないし相対的な大小関係等は説明の便宜上大小を変えている場合があり、実際の関係をそのまま示すものではない。また、本発明で規定する事項以外はこれらの図面に示された外形、形状に限定されるものでもない。例えば、図1(A)及び(B)において、ゲート電極5は必ずしも基板6のすべてを覆っている必要はなく、基板6の中央部分に設けられた形態も、本発明のOTFTの形態として好ましい。
図1(A)〜(D)は、各々、OTFTの代表的な好ましい構造を模式的に表わす縦断面図である。図1(A)〜(D)において、1は有機半導体層、2はゲート絶縁層、3はソース電極、4はドレイン電極、5はゲート電極、6は基板を示す。
また、図1(A)は、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造、図1(B)は、ボトムゲート・トップコンタクト構造、図1(C)はトップゲート・ボトムコンタクト構造、図1(D)はトップゲート・トップコンタクト構造のOTFTを示している。
本発明のOTFTには上記4つの形態のすべてが包含される。図示を省略するが、各OTFTの図面最上部(基板6に対して反対側の最上部)には、オーバーコート層が形成されている場合もある。図1(A)の円内は、有機半導体及び樹脂(C)の偏在状態を模式的に示す有機半導体層1の概略拡大図である。
ボトムゲート構造は、基板6上にゲート電極5、ゲート絶縁層2及び有機半導体層1がこの順で配置されたものである。一方、トップゲート構造は、基板6上に有機半導体層1、ゲート絶縁層2及びゲート電極5がこの順で配置されたものである。
また、ボトムコンタクト構造は、有機半導体層1に対して基板6側(すなわち、図1において下方)にソース電極3及びドレイン電極4が配置されたものである。一方、トップコンタクト構造は、有機半導体層1に対して基板6の反対側にソース電極3及びドレイン電極4が配置されたものである。
本発明のOTFTにおいて、有機半導体層1は、有機半導体と樹脂(C)とを含み、有機半導体層1の厚さ方向に有機半導体と樹脂(C)とが互いに偏在していることが好ましい。この場合、有機半導体層1は、有機半導体の含有率が多い領域1Bと、樹脂(C)の含有率が多い領域1Aとを有する。これら領域1A及び1Bは、それぞれ、有機半導体層の少なくとも表面近傍に存在していればよく、有機半導体層の全体にわたって存在していなくてもよい。なお、図1(A)に破線で示したように両領域1A及び1Bの境界を明確に判別できないこともある。
好ましくは、有機半導体と樹脂(C)とが互いに相分離している。この場合、有機半導体層1は、有機半導体からなる層1Bと、樹脂(C)からなる層1Aとを有する。
ここで、「偏在」とは、有機半導体、樹脂(C)のどちらかの成分がその全体の質量比よりも多いものの、もう一方の成分も存在する相を有する状態を意味し、「相分離」とは、有機半導体、樹脂(C)いずれかが単独で存在する相を有する状態を意味する。
このように、偏在と相分離とは、成分の質量比の程度が異なり、偏在の程度が高くなると相分離になる。その境界は、学術的には特に明確に定められているわけではないが、有機半導体又は樹脂(C)のいずれかが99%以上の質量比で存在する相が形成される場合、本願では「相分離」状態であると定めることとする。したがって、本発明において、偏在というときは、特に断らない限り、相分離を含むことがある。
有機半導体層において、樹脂(C)が偏在又は相分離したか否かは、有機半導体層を、エッチング用イオンビームを併用して、飛行時間型二次イオン分析(TOF−SIMS)により元素マッピング測定して、確認できる。
また、後述する表面エネルギーを測定し、表面エネルギーが有機半導体と樹脂(C)のどちらの値に近いのかによっても、有機半導体の表面にどちらが多く存在するかを類推することができる。
樹脂(C)は、疎水性が高い上記基を有し、表面エネルギーが小さくなり、その結果、有機半導体との相溶性が低下して、有機半導体と偏在又は相分離すると、考えられる。
このとき、表面エネルギーが小さな樹脂(C)は、有機半導体に対して、塗布層中、厚さ方向、通常、表面(空気)側に、偏在又は相分離する。
なお、表面エネルギーは、樹脂(C)からなる膜の接触角を水及び有機溶媒(グリセリンやジヨードメタンが主に用いられる)の双方で測定し、下記Owensの式に代入することで、公知の方法により求めることができる(下記は有機溶媒にグリセリン(gly)を用いる場合)。
Owensの式
1+cosθH2O=2√[γ (√γH2O /γH2O,V)]+2√[γ (√γH2O /γH2O,V)]
1+cosθgly=2√[γ (√γgly /γgly,V)]+2√[γ (√γgly /γgly,V)]
ここで、γH2O =21.8、γgly =37.0、γH2O =51.0、γgly =26.4、γH2O=72.8、γgly,V=63.4の文献測定値を代入した上で、θH2Oに水の接触角の測定値、θglyにグリセリンの接触角の測定値を代入すると、表面エネルギーの分散力成分γ 、極性成分γ がそれぞれ求まり、その和γ Vh=γ +γ を表面エネルギー(mNm−1)として求めることができる。
樹脂(C)と有機半導体とを偏在又は相分離させるには、樹脂(C)の表面エネルギーが30mNm−1以下であることが好ましく、1〜30mNm−1であることがより好ましく、5〜27mNm−1であることがさらに好ましく、10〜25mNm−1であることが特に好ましい。樹脂(C)の表面エネルギーが小さいと、有機半導体との偏在又は相分離が速やかになる。一方、有機半導体層を形成する塗布液の塗布性及び成膜された有機半導体層の膜性が優れる点で、樹脂(C)の表面エネルギーの下限は上記の値が好ましい。
樹脂(C)は、上記基を有していればよいが、有機半導体に対する偏在又は相分離しやすい点で、後述する一般式(C−Ia)〜(C−Id)のいずれかで表される繰り返し単位を含むのが好ましい。
また、樹脂(C)が有する上記基は、フッ素原子を有する基及びケイ素原子を有する基の少なくとも一方が好ましく、フッ素原子を有する基がより好ましい。すなわち、樹脂(C)が後述する一般式(C−Ia)〜(C−Id)で表される繰り返し単位を有する場合、W〜Wの少なくとも1つがフッ素原子を有する基及びケイ素原子を有する基の少なくとも一方であるのが好ましく、フッ素原子を有する基がより好ましい。
有機半導体層において、有機半導体と樹脂(C)とが偏在又は相分離する態様は、有機半導体層の厚さ方向に偏在又は相分離するのであれば特に限定されない。有機半導体又は樹脂(C)のいずれが有機半導体層の厚さ方向(深さ方向、基板6の方向)に偏在又は相分離してもよい。
好ましくは、図1(A)に示されるように、有機半導体層において、有機半導体がゲート絶縁層側に偏在し、樹脂(C)がゲート絶縁層の反対側に偏在する。これにより、ゲート絶縁層と有機半導体層との界面に電荷移動チャンネルを確保でき、より高いキャリア移動度を示す。
この場合において、有機半導体が有機半導体層の厚さ方向に偏在又は相分離し、樹脂(C)が表面側に偏在又は相分離するのがさらに好ましい。
このとき、本発明のOTFTはゲート絶縁膜上に有機半導体層が設けられるボトムゲート構造となる。
また、本発明のOTFTは、有機半導体層の下面に接してソース電極及びドレイン電極が設けられるボトムコンタクト構造が好ましい。これにより、ソース電極から有機半導体層にキャリアが注入されやすく、また注入されたキャリアがドレイン電極に流れやすくなって閾値電圧が低下する。
特に、本発明のOTFTが、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造(図1(A))であると、有機半導体層において電荷移動チャンネルを確保したうえで、有機半導体層、特に有機半導体が偏在した領域1Bの表面を樹脂(C)が偏在した領域1Aで保護できることにより、キャリア移動度、キャリア移動度の維持率(耐久性)の向上効果をさらに増大させることができる。さらには閾値電圧の低下効果にも優れる。
[基板]
基板は、OTFT及びその上に作製される表示パネル等を支持できるものであればよい。基板は、表面に絶縁性があり、シート状で、表面が平坦であれば特に限定されない。
基板の材料として、無機材料を用いてもよい。無機材料からなる基板として、例えば、ソーダライムガラス、石英ガラス等の各種ガラス基板や、表面に絶縁膜が形成された各種ガラス基板、表面に絶縁膜が形成された石英基板、表面に絶縁膜が形成されたシリコン基板、サファイヤ基板、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル等の各種合金や各種金属からなる金属基板、金属箔、紙等を挙げることができる。
基板がステンレスシート、アルミ箔、銅箔又はシリコンウェハ等の導電性あるいは半導体性の材料で形成されている場合、通常は、表面に絶縁性の高分子材料あるいは金属酸化物等を塗布又は積層して用いられる。
また、基板の材料として、有機材料を用いてもよい。例えば、ポリメチルメタクリレート(ポリメタクリル酸メチル、PMMA)やポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリイミド、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチルエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリシクロオレフィンに例示される有機ポリマーから構成された可撓性を有するプラスチック基板(プラスチックフィルム、プラスチックシートともいう)を挙げることができる。また雲母で形成したものも挙げることができる。
このような可撓性を有するプラスチック基板等を使用すれば、例えば曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器へのOTFTの組込みあるいは一体化が可能となる。
基板を形成する有機材料は、他の層の積層時や加熱時に軟化し難いことから、ガラス転移点が高いことが好ましく、ガラス転移点が40℃以上であるのが好ましい。また、製造時の熱処理により寸法変化を起こし難く、トランジスタ性能の安定性に優れる点から、線膨張係数が小さいことが好ましい。例えば、線膨張係数が25×10−5cm/cm・℃以下である材料が好ましく、10×10−5cm/cm・℃以下である材料がさらに好ましい。
また、基板を構成する有機材料は、OTFT作製時に用いる溶媒に対する耐性を有する材料が好ましく、また、ゲート絶縁層及び電極との密着性に優れる材料が好ましい。
さらに、ガスバリア性の高い有機ポリマーからなるプラスチック基板を用いることも好ましい。
基板の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜等を設けたり、無機材料を蒸着又は積層したりすることも好ましい。
基板として、上記の他に、導電性基板(金やアルミニウム等の金属からなる基板、高配向性グラファイトからなる基板、ステンレス鋼製基板等)も挙げることができる。
基板には、密着性や平坦性を改善するためのバッファー層、ガスバリア性を向上させるためのバリア膜等の機能性膜、また表面に易接着層等の表面処理層を形成してもよいし、コロナ処理、プラズマ処理、UV/オゾン処理等の表面処理を施してもよい。
基板の厚みは、10mm以下であるのが好ましく、2mm以下であるのがさらに好ましく、1mm以下であるのが特に好ましい。また、一方で、0.01mm以上であるのが好ましく、0.05mm以上であるのがさらに好ましい。特に、プラスチック基板の場合は、厚みが0.05〜0.1mm程度であるのが好ましい。また、無機材料からなる基板の場合は、厚みが0.1〜10mm程度であるのが好ましい。
[ゲート電極]
ゲート電極は、OTFTのゲート電極として用いられている従来公知の電極を用いることができる。ゲート電極を構成する導電性材料(電極材料ともいう)としては、特に限定されない。例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、モリブデン、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム、パラジウム、鉄、マンガン等の金属;InO、SnO、インジウム・錫酸化物(ITO)、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)等の導電性金属酸化物;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、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)等の導電性高分子;塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF、AsF、FeCl等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子等のドーパントを添加した上記導電性高分子、並びに、カーボンブラック、グラファイト粉、金属微粒子等を分散した導電性の複合材料等が挙げられる。これらの材料は、1種のみを用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
また、ゲート電極は、上記導電性材料からなる1層でもよく、2層以上を積層してもよい。
ゲート電極の形成方法に制限は無い。例えば、真空蒸着法等の物理蒸着法(PVD)、化学蒸着法(CVD法)、スパッタ法、印刷法(塗布法)、転写法、ゾルゲル法、メッキ法等により形成された膜を、必要に応じて所望の形状にパターンニングする方法が挙げられる。
塗布法では、上記材料の溶液、ペースト又は分散液を調製、塗布し、乾燥、焼成、光硬化又はエージング等により、膜を形成し、又は直接電極を形成できる。
また、インクジェット印刷、スクリーン印刷、(反転)オフセット印刷、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、熱転写印刷、マイクロコンタクトプリンティング法等は、所望のパターニングが可能であり、工程の簡素化、コスト低減、高速化の点で好ましい。
スピンコート法、ダイコート法、マイクログラビアコート法、ディップコート法を採用する場合も、下記フォトリソグラフィー法等と組み合わせてパターニングすることができる。
フォトリソグラフィー法としては、例えば、フォトレジストのパターニングと、エッチング液によるウェットエッチングや反応性のプラズマによるドライエッチング等のエッチングやリフトオフ法等とを組み合わせる方法等が挙げられる。
他のパターニング方法として、上記材料に、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して、研磨し、又は材料の導電性を変化させる方法も挙げられる。
さらに、基板以外の支持体に印刷したゲート電極用組成物を基板等の下地層の上に転写させる方法も挙げられる。
ゲート電極の厚みは、任意であるが、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、200nm以下が特に好ましい。
[ゲート絶縁層]
ゲート絶縁層は、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、無機酸化物等が好ましく挙げられる。
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、例えば厚み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く、また、有機高分子と無機酸化物を併用してもよい。
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、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や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[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[0046]〜[0051]に記載の光ラジカル発生剤、特開2010−285518号公報の[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[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)」を用いることも好ましく、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[0033]〜[0034]に記載の光カチオン重合開始剤、特開2012−163946号公報の[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[0035]〜[0038]に記載の熱カチオン重合開始剤、特にオニウム塩等や、特開2005−354012号公報の[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[0032]〜[0033]に記載の架橋剤、特に二官能以上のエポキシ化合物、オキセタン化合物、特開2006−303465号公報の[0046]〜[0062]に記載の架橋剤、特に2個以上の架橋基を有し、該架橋基の少なくとも一つがメチロール基もしくはNH基であることを特徴とする化合物、及び、特開2012−163946号公報の[0137]〜[0145]に記載の、ヒドロキシメチル基又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ことも好ましく、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、例えば、有機高分子を塗工、硬化する方法が挙げられる。塗工方法は、特に限定されず、上記の各印刷法が挙げられる。なかでも、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。
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、酸化ニッケル等の酸化物、また、SrTiO、CaTiO、BaTiO、MgTiO、SrNbのようなペロブスカイト、あるいはこれらの複合酸化物又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、PSG、BSG、AsSG、PbSG、酸化窒化シリコン(SiON)、SOG(スピンオングラス)、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、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法等の真空成膜法を用いることができ、また成膜中に任意のガスを用いたプラズマやイオン銃、ラジカル銃等でアシストを行ってもよい。
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、臭化物等の金属ハロゲン化物や金属アルコキシド、金属水酸化物等を、アルコールや水中で塩酸、硫酸、硝酸等の酸や水酸化ナトリウム、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、形成してもよい。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。
ゲート絶縁層は、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合せた方法により、設けることもできる。
ゲート絶縁層は、コロナ処理、プラズマ処理、UV/オゾン処理等の表面処理を施してもよいが、この場合、処理による表面粗さが粗くしないのが好ましい。好ましくは、ゲート絶縁層表面の算術平均粗さRa又は二乗平均粗さRMSは0.5nm以下である。
[自己組織化単分子膜層(SAM)]
ゲート絶縁層上には、自己組織化単分子膜層を形成することもできる。
自己組織化単分子膜層を形成する化合物としては、自己組織化する化合物であれば特に限定されず、例えば、自己組織化する化合物として、下記式1Sで表される一種類以上の化合物を用いることができる。
式1S:R1S−X
式1S中、R1Sは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、又は、ヘテロ環基(チエニル、ピロリル、ピリジル、フルオレニル等)のいずれかを表す。
は吸着性又は反応性置換基を表し、具体的には、−SiX基(Xは、ハライド基又はアルコキシ基を表し、X、Xはそれぞれ独立にハライド基、アルコキシ基、アルキル基、アリール基を表す。X、X、Xはそれぞれ同じであることが好ましく、クロロ基、メトキシ基、エトキシ基であることがより好ましい)、ホスホン酸基(−PO)、ホスフィン酸基(−PROH、Rはアルキル基)、リン酸基、亜リン酸基、アミノ基、ハライド基、カルボキシ基、スルホン酸基、ホウ酸基(−B(OH))、ヒドロキシ基、チオール基、エチニル基、ビニル基、ニトロ基又はシアノ基のいずれかを表す。
1Sは、好ましくは分岐しておらず、例えば、直鎖状のノルマルアルキル(n−アルキル)基や、フェニル基が三個直列に配置されたter−フェニル基や、フェニル基のパラ位の両側にn−アルキル基が配置されたような構造が好ましい。また、アルキル鎖の中にエーテル結合を有していてもよく、炭素−炭素の二重結合や三重結合を有していてもよい。
自己組織化単分子膜層は、吸着性又は反応性置換基Xが、対応するゲート絶縁層表面の反応性部位(例えば−OH基)と相互作用、吸着又は反応し結合を形成することにより、ゲート絶縁層上に形成される。分子がより緻密に充填されることにより、自己組織化単分子膜層の表面は、より平滑で表面エネルギーの低い表面を与えることから、上記式1Sで表される化合物は、主骨格が直線状であり、分子長が揃っていることが好ましい。
式1Sで表される化合物の特に好ましい例として具体的には、例えば、メチルトリクロロシラン、エチルトリクロロシラン、ブチルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、デシルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、フェネチルトリクロロシラン、等のアルキルトリクロロシラン化合物、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン等のアルキルトリアルコキシシラン化合物、アルキルホスホン酸、アリールホスホン酸、アルキルカルボン酸、アリールホスホン酸、アルキルホウ酸基、アリールホウ酸基、アルキルチオール基、アリールチオール基等が挙げられる。
自己組織化単分子膜層は、上記化合物を真空下でゲート絶縁層に蒸着する方法、上記化合物の溶液中にゲート絶縁層を浸漬する方法、Langmuir−Blodgett法等を用いて、形成することができる。また、例えば、アルキルクロロシラン化合物又はアルキルアルコキシシラン化合物を有機溶媒中に1〜10質量%溶解した溶液でゲート絶縁層を処理することにより形成できる。本発明において、自己組織化単分子膜層を形成する方法はこれらに限るものではない。
例えば、より緻密な自己組織化単分子膜層を得る好ましい方法として、Langmuir 19, 1159 (2003)及びJ. Phys. Chem. B 110, 21101 (2006)等に記載の方法が挙げられる。
具体的には、上記化合物を分散させた揮発性の高い脱水溶媒中にゲート絶縁層を浸漬させて膜を形成し、ゲート絶縁層を取り出し、必要に応じてアニール等の上記化合物とゲート絶縁層の反応工程を行なった後、脱水溶媒溶媒で洗い流してから、乾燥させて自己組織化単分子膜層を形成できる。
脱水溶媒溶媒としては、特に限定されないが、例えば、クロロホルム、トリクロロエチレン、アニソール、ジエチルエーテル、ヘキサン、トルエン等を単独又は混合して用いることかできる。
さらに、乾燥雰囲気中又は乾燥気体の噴きつけによって、膜を乾燥させることが好ましい。乾燥気体には窒素等の不活性気体を用いるのが好ましい。このような自己組織化単分子膜層の製造方法を用いることにより、緻密で凝集や欠損のない自己組織化単分子膜層が形成されることから、自己組織化単分子膜層の表面粗さを0.3nm以下に抑えることができる。
[有機半導体層]
有機半導体層は、半導体性を示し、キャリアを蓄積可能な層である。
有機半導体層は、有機半導体と樹脂(C)とを含有する層であればよく、好ましくは、上記のように、有機半導体層の厚さ方向に有機半導体と樹脂(C)とが互いに偏在している。
有機半導体としては、特に限定されず、有機ポリマー及びその誘導体、低分子化合物等が挙げられる。
本発明において、低分子化合物は、有機ポリマー及びその誘導体以外の化合物を意味する。すなわち、繰り返し単位を有さない化合物をいう。低分子化合物は、このような化合物である限り、分子量は特に限定されるものではない。低分子化合物の分子量は、好ましくは300〜2000であり、さらに好ましくは400〜1000である。
低分子化合物としては、縮合多環芳香族化合物が挙げられる。例えば、ナフタセン、ペンタセン(2,3,6,7−ジベンゾアントラセン)、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン等のアセン、アントラジチオフェン、ピレン、ベンゾピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセン、及び、これらの炭素原子の一部をN、S、O等の原子で置換した誘導体又は上記炭素原子に結合している少なくとも1つの水素原子をカルボニル基等の官能基で置換した誘導体(ペリキサンテノキサンテン及びその誘導体を含むジオキサアンタントレン系化合物、トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−6,15−キノン等)、並びに、上記水素原子を他の官能基で置換した誘導体を挙げることができる。
また、銅フタロシアニンで代表される金属フタロシアニン、テトラチアペンタレン及びその誘導体、ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N’−ビス(4−トリフルオロメチルベンジル)ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロオクチル)、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロブチル)、N,N’−ジオクチルナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン−2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミド等のナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、アントラセン−2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミド等のアントラセンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド、C60、C70、C76、C78、C84等のフラーレン及びこれらの誘導体、SWNT等のカーボンナノチューブ、メロシアニン色素、ヘミシアニン色素等の色素とこれらの誘導体等を挙げることもできる。
さらに、ポリアントラセン、トリフェニレン、キナクリドンを挙げることができる。
また、低分子化合物としては、例えば、4,4’−ビフェニルジチオール(BPDT)、4,4’−ジイソシアノビフェニル、4,4’−ジイソシアノ−p−テルフェニル、2,5−ビス(5’−チオアセチル−2’−チオフェニル)チオフェン、2,5−ビス(5’−チオアセトキシル−2’−チオフェニル)チオフェン、4,4’−ジイソシアノフェニル、ベンジジン(ビフェニル−4,4’−ジアミン)、TCNQ(テトラシアノキノジメタン)、テトラチアフルバレン(TTF)及びその誘導体、テトラチアフルバレン(TTF)−TCNQ錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、BEDTTTF−ヨウ素錯体、TCNQ−ヨウ素錯体に代表される電荷移動錯体、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、1,4−ジ(4−チオフェニルアセチリニル)−2−エチルベンゼン、1,4−ジ(4−イソシアノフェニルアセチリニル)−2−エチルベンゼン、1,4−ジ(4−チオフェニルエチニル)−2−エチルベンゼン、2,2”−ジヒドロキシ−1,1’:4’,1”−テルフェニル、4,4’−ビフェニルジエタナール、4,4’−ビフェニルジオール、4,4’−ビフェニルジイソシアネート、1,4−ジアセチニルベンゼン、ジエチルビフェニル−4,4’−ジカルボキシレート、ベンゾ[1,2−c;3,4−c’;5,6−c”]トリス[1,2]ジチオール−1,4,7−トリチオン、α−セキシチオフェン、テトラチアテトラセン、テトラセレノテトラセン、テトラテルルテトラセン、ポリ(3−アルキルチオフェン)、ポリ(3−チオフェン−β−エタンスルホン酸)、ポリ(N−アルキルピロール)ポリ(3−アルキルピロール)、ポリ(3,4−ジアルキルピロール)、ポリ(2,2’−チエニルピロール)、ポリ(ジベンゾチオフェンスルフィド)を例示することができる。
有機半導体は、樹脂(C)と偏在しやすい点で、低分子化合物が好ましく、なかでも、縮合多環芳香族化合物が好ましい。縮合多環芳香族化合物を樹脂(C)と併用すると、キャリア移動度及び耐久性の向上効果が高く、さらには優れた閾値電圧の低減効果をも示す。
縮合多環芳香族化合物は、式(A1)〜(A4)のいずれかで表されるアセン、及び、下記一般式(C)〜(T)のいずれかで表される化合物が好ましく、樹脂(C)と偏在しやすい点で、下記一般式(C)〜(T)のいずれかで表される化合物がより好ましい。
縮合多環芳香族化合物として好ましいアセンは、下記式(A1)又は(A2)で表されるものである。
Figure 2015167164
式中、RA1〜RA6、XA1及びXA2は、水素原子又は置換基を表す。
A1及びZA2は、S、O、Se又はTeを表す。
nA1及びnA2は0〜3の整数を表す。ただし、nA1及びnA2が同時に0になることはない。
A1〜RA6、XA1及びXA2で各々表される置換基としては、特に限定されないが、アルキル基(例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、tert−ブチル、ペンチル、tert−ペンチル、ヘキシル、オクチル、tert−オクチル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル等)、アルケニル基(例えば、ビニル、アリル、1−プロペニル、2−ブテニル、1,3−ブタジエニル、2−ペンテニル、イソプロペニル等)、アルキニル基(例えば、エチニル、プロパルギル等)、芳香族炭化水素基(芳香族炭素環基、アリール基等ともいい、例えば、フェニル、p−クロロフェニル、メシチル、トリル、キシリル、ナフチル、アントリル、アズレニル、アセナフテニル、フルオレニル、フェナントリル、インデニル、ピレニル、ビフェニリル等)、芳香族複素環基(ヘテロアリール基ともいい、例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピラジニル基、トリアゾリル基(例えば、1,2,4−トリアゾール−1−イル基、1,2,3−トリアゾール−1−イル基等)、オキサゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、イソチアゾリル基、フラザニル基、チエニル基、キノリル基、ベンゾフリル基、ジベンゾフリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基(カルボリニル基のカルボリン環を構成する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、キノキサリニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等)、複素環基(ヘテロアリール環基等ともいい、例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等)、アルコキシ基(例えば、メトキシ、エトキシ、プロピルオキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、オクチルオキシ、ドデシルオキシ等)、シクロアルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ、シクロヘキシルオキシ等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ、ナフチルオキシ等)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、ペンチルチオ、ヘキシルチオ、オクチルチオ、ドデシルチオ等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ、シクロヘキシルチオ等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ、ナフチルチオ等)、アルコキシカルボニル基(例えば、メチルオキシカルボニル、エチルオキシカルボニル、ブチルオキシカルボニル、オクチルオキシカルボニル、ドデシルオキシカルボニル等)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル、ナフチルオキシカルボニル等)、スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル、メチルアミノスルホニル、ジメチルアミノスルホニル、ブチルアミノスルホニル、ヘキシルアミノスルホニル、シクロヘキシルアミノスルホニル、オクチルアミノスルホニル、ドデシルアミノスルホニル、フェニルアミノスルホニル、ナフチルアミノスルホニル、2−ピリジルアミノスルホニル等)、アシル基(例えば、アセチル、エチルカルボニル、プロピルカルボニル、ペンチルカルボニル、シクロヘキシルカルボニル、オクチルカルボニル、2−エチルヘキシルカルボニル、ドデシルカルボニル、フェニルカルボニル、ナフチルカルボニル、ピリジルカルボニル等)、アシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ、エチルカルボニルオキシ、ブチルカルボニルオキシ、オクチルカルボニルオキシ、ドデシルカルボニルオキシ、フェニルカルボニルオキシ等)、アミド基(例えば、メチルカルボニルアミノ、エチルカルボニルアミノ、ジメチルカルボニルアミノ、プロピルカルボニルアミノ、ペンチルカルボニルアミノ、シクロヘキシルカルボニルアミノ、2−エチルヘキシルカルボニルアミノ、オクチルカルボニルアミノ、ドデシルカルボニルアミノ、フェニルカルボニルアミノ、ナフチルカルボニルアミノ等)、カルバモイル基(例えば、アミノカルボニル、メチルアミノカルボニル、ジメチルアミノカルボニル、プロピルアミノカルボニル、ペンチルアミノカルボニル、シクロヘキシルアミノカルボニル、オクチルアミノカルボニル、2−エチルヘキシルアミノカルボニル、ドデシルアミノカルボニル、フェニルアミノカルボニル、ナフチルアミノカルボニル、2−ピリジルアミノカルボニル等)、ウレイド基(例えば、メチルウレイド、エチルウレイド、ペンチルウレイド、シクロヘキシルウレイド、オクチルウレイド、ドデシルウレイド、フェニルウレイド、ナフチルウレイド、2−ピリジルアミノウレイド等)、スルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル、エチルスルフィニル、ブチルスルフィニル、シクロヘキシルスルフィニル、2−エチルヘキシルスルフィニル、ドデシルスルフィニル、フェニルスルフィニル、ナフチルスルフィニル、2−ピリジルスルフィニル等)、アルキルスルホニル基(例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、ブチルスルホニル、シクロヘキシルスルホニル、2−エチルヘキシルスルホニル、ドデシルスルホニル等)、アリールスルホニル基(フェニルスルホニル、ナフチルスルホニル、2−ピリジルスルホニル等)、アミノ基(例えば、アミノ、エチルアミノ、ジメチルアミノ、ブチルアミノ、シクロペンチルアミノ、2−エチルヘキシルアミノ、ドデシルアミノ、アニリノ、ナフチルアミノ、2−ピリジルアミノ等)、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、フッ化炭化水素基(例えば、フルオロメチル、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、ペンタフルオロフェニル等)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基(例えば、トリメチルシリル、トリイソプロピルシリル、トリフェニルシリル、フェニルジエチルシリル等)、下記一般式(SG1)で表される基(ただし、XはGe又はSn)等が挙げられる。
これらの置換基は、さらに置換基を複数有していてもよい。複数有していてもよい置換基としては、上記、RA1〜RA6で表される置換基が挙げられる。
上記アセンのなかでも、下記式(A3)又は(A4)で表されるものがより好ましい。
Figure 2015167164
式中、RA7、RA8、XA1及びXA2は、水素原子又は置換基を表す。RA7、RA8、XA1及びXA2は同じであっても異なっていてもよい。RA7及びRA8で表される置換基は式(A1)及び(A2)のRA1〜RA6として採用しうる置換基として上記で列挙したものが好ましい。
A1及びZA2は、S、O、Se又はTeを表す。
nA1及びnA2は0〜3の整数を表す。ただし、nA1とnA2が同時に0になることはない。
式(A3)又は(A4)において、RA7及びRA8は、下記式(SG1)で表されるものが好ましい。
Figure 2015167164
式中、RA9〜RA11は置換基を表す。XはSi、Ge又はSnを表す。RA9〜RA11で表される置換基は、式(A1)及び(A2)のRA1〜RA6として採用しうる置換基として上記で列挙したものであることが好ましい。
以下に、式(A1)〜(A4)で表されるアセン又はアセン誘導体の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
縮合多環芳香族化合物としては、さらに、下記一般式(C)〜(T)で表される化合物も好ましい。
Figure 2015167164
一般式(C)中、AC1、AC2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。好ましくはAC1、AC2共に酸素原子、硫黄原子を表し、より好ましくは硫黄原子を表す。RC1〜RC6は水素原子又は置換基を表す。RC1〜RC6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(D)中、XD1及びXD2はNRD9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AD1はCRD7又はN原子を表し、AD2はCRD8又はN原子を表し、RD9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアシル基を表す。RD1〜RD8は水素原子又は置換基を表し、RD1〜RD8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(E)中、XE1及びXE2は酸素原子、硫黄原子又はNRE7を表す。AE1及びAE2はCRE8又は窒素原子を表す。RE1〜RE8は水素原子又は置換基を表す。RE1〜RE8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(F)中、XF1及びXF2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。好ましくはXF1及びXF2は酸素原子、硫黄原子を表し、より好ましくは、硫黄原子を表す。RF1〜RF10、RFa及びRFbは水素原子又は置換基を表す。RF1〜RF10、RFa及びRFbのうち少なくとも一つは一般式(W)で表される置換基である。p及びqは0〜2の整数を表す。
一般式(G)中、XG1及びXG2はNRG9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AG1はCRG7又はN原子を表す。AG2はCRG8又はN原子を表す。RG9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。RG1〜RG8は水素原子又は置換基を表す。RG1〜RG8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(H)中、XH1〜XH4は、NRH7、酸素原子又は硫黄原子を表す。XH1〜XH4は、好ましくは硫黄原子を表す。RH7は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。RH1〜RH6は水素原子又は置換基を表す。RH1〜RH6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(J)中、XJ1及びXJ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRJ9を表す。XJ3及びXJ4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。XJ1、XJ2、XJ3及びXJ4は好ましくは硫黄原子を表す。RJ1〜RJ9は水素原子又は置換基を表す。RJ1〜RJ9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(K)中、XK1及びXK2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRK9を表す。XK3及びXK4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。XK1、XK2、XK3及びXK4は好ましくは硫黄原子を表す。RK1〜RK9は水素原子又は置換基を表す。RK1〜RK9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(L)中、XL1及びXL2は酸素原子、硫黄原子又はNRL11を表す。XL1及びXL2は好ましくは酸素原子又は硫黄原子を表す。RL1〜RL11は水素原子又は置換基を表し、RL1〜RL11のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(M)中、XM1及びXM2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRM9を表す。XM1及びXM2は好ましくは硫黄原子を表す。RM1〜RM9は水素原子又は置換基を表す。RM1〜RM9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(N)中、XN1及びXN2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRN13を表す。XN1及びXN2は好ましくは硫黄原子を表す。RN1〜RN13は水素原子又は置換基を表す。RN1〜RN13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(P)中、XP1及びXP2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRP13を表す。XP1及びXP2は好ましくは硫黄原子を表す。RP1〜RP13は水素原子又は置換基を表す。RP1〜RP13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(Q)中、XQ1及びXQ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRQ13を表す。XQ1及びXQ2は好ましくは硫黄原子を表す。RQ1〜RQ13は水素原子又は置換基を表す。RQ1〜RQ13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(R)中、XR1、XR2及びXR3は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRR9を表す。XR1、XR2及びXR3は好ましくは硫黄原子を表す。RR1〜RR9は水素原子又は置換基を表す。RR1〜RR9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(S)中、XS1、XS2、XS3及びXS4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRS7を表す。XS1、XS2、XS3及びXS4は好ましくは硫黄原子を表す。RS1〜RS7は水素原子又は置換基を表す。RS1〜RS7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
一般式(T)中、XT1、XT2、XT3、及びXT4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRT7を表す。XT1、XT2、XT3及びXT4は好ましくは硫黄原子を表す。RT1〜RT7は水素原子又は置換基を表す。RT1〜RT7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
以下に、上記一般式(C)〜(T)において、水素原子又は置換基を表す、RC1〜RC6、RD1〜RD8、RE1〜RE8、RF1〜RF10、RFa及びRFb、RG1〜RG8、RH1〜RH6、RJ1〜RJ9、RK1〜RK9、RL1〜RL11、RM1〜RM9、RN1〜RN13、RP1〜RP13、RQ1〜RQ13、RR1〜RR9、RS1〜RS7及びRT1〜RT7(以下、置換基R〜Rという)について、説明する。
置換基R〜Rが、とりうる置換基として、ハロゲン原子、アルキル基(メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル等の炭素数1〜40のアルキル基、ただし、2,6−ジメチルオクチル、2−デシルテトラデシル、2−ヘキシルドデシル、2−エチルオクチル、2−デシルテトラデシル、2−ブチルデシル、1−オクチルノニル、2−エチルオクチル、2−オクチルテトラデシル、2−エチルヘキシル、シクロアルキル、ビシクロアルキル、トリシクロアルキル等を含む)、アルケニル基(1−ペンテニル、シクロアルケニル、ビシクロアルケニル等を含む)、アルキニル基(1−ペンチニル、トリメチルシリルエチニル、トリエチルシリルエチニル、トリ−i−プロピルシリルエチニル、2−p−プロピルフェニルエチニル等を含む)、アリール基(フェニル、ナフチル、p−ペンチルフェニル、3,4−ジペンチルフェニル、p−ヘプトキシフェニル、3,4−ジヘプトキシフェニルの炭素数6〜20のアリール基等を含む)、複素環基(ヘテロ環基といってもよい。2−ヘキシルフラニル等を含む)、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、アシル基(ヘキサノイル、ベンゾイル等を含む。)、アルコキシ基(ブトキシ等を含む)、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基(ウレイド基含む)、アルコキシ及びアリールオキシカルボニルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキル及びアリールチオ基(メチルチオ、オクチルチオ等を含む)、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アルキル及びアリールオキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール及びヘテロ環アゾ基、イミド基、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(ジトリメチルシロキシメチルブトキシ基等)、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。
これら置換基は、さらに上記置換基を有していてもよい。
これらの中でも、置換基R〜Rがとりうる置換基として、アルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、複素環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、後述の一般式(W)で表される基が好ましく、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数2〜12のアルケニル基、炭素数2〜12のアルキニル基、炭素数1〜11のアルコキシ基、炭素数5〜12の複素環基、炭素数1〜12のアルキルチオ基、後述の一般式(W)で表される基がより好ましく、後述の一般式(W)で表される基が特に好ましく、後述の一般式(W)で表される基がより特に好ましい。
上記RD9、RG9及びRH7の、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基は、それぞれ、置換基R〜Rがとりうる置換基で説明した、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基と同義である。
また、ヘテロアリール基は、RA1〜RA6の置換基で説明したヘテロアリール基と同義である。
一般式(W):−L−R で表される基について説明する。
一般式(W)中、Lは下記一般式(L−1)〜(L−25)のいずれかで表される2価の連結基又は2以上の下記一般式(L−1)〜(L−25)のいずれかで表される2価の連結基が結合した2価の連結基を表す。Rは置換又は無置換のアルキル基、シアノ基、ビニル基、エチニル基、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数vが2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基、あるいは、置換又は無置換のトリアルキルシリル基を表す。
Figure 2015167164
一般式(L−1)〜(L−25)中、波線部分は上記一般式(C)〜(T)で表される各骨格を形成するいずれかの環との結合位置を表す。なお、本明細書中、Lが一般式(L−1)〜(L−25)のいずれかで表される2価の連結基が2つ以上結合した2価の連結基を表す場合、波線部分は上記一般式(C)〜(T)で表される各骨格を形成するいずれかの環との結合位置及び一般式(L−1)〜(L−25)で表される2価の連結基のいずれかとの結合位置を表してもよい。
*はRwとの結合位置又は一般式(L−1)〜(L−25)の波線部分との結合位置を表す。
一般式(L−13)におけるmは4を表し、一般式(L−14)及び(L−15)におけるmは3を表し、一般式(L−16)〜(L−20)におけるmは2を表し、(L−22)におけるmは6を表す。
一般式(L−1)、(L−2)、(L−6)及び(L−13)〜(L−19)及び(L−21)〜(L−24)におけるR’はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表し、一般式(L−1)及び(L−2)中のR’はそれぞれLに隣接するRと結合して縮合環を形成してもよい。
は水素原子又は置換基を表し、Rsiはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を表す。
この中でも、一般式(L−17)〜(L−21)、(L−23)及び(L−24)で表される2価の連結基は、下記一般式(L−17A)〜(L−21A)、(L−23A)及び(L−24A)で表される2価の連結基であることがより好ましい。
Figure 2015167164
ここで、置換又は無置換のアルキル基、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数vが2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基、あるいは、置換又は無置換のトリアルキルシリル基が置換基の末端に存在する場合は、一般式(W)における−R単独と解釈することもでき、一般式(W)における−L−Rと解釈することもできる。
本発明では、主鎖が炭素数N個の置換又は無置換のアルキル基が置換基の末端に存在する場合は、置換基の末端から可能な限りの連結基を含めた上で一般式(W)における−L−Rと解釈することとし、一般式(W)における−R単独とは解釈しない。具体的には「一般式(W)におけるLに相当する(L−1)1個」と「一般式(W)におけるRに相当する主鎖が炭素数N−1個の置換又は無置換のアルキル基」とが結合した置換基として解釈する。例えば、炭素数8のアルキル基であるn−オクチル基が置換基の末端に存在する場合、2個のR’が水素原子である(L−1)1個と、炭素数7のn−ヘプチル基とが結合した置換基として解釈する。また、一般式(W)で表される置換基が炭素数8のアルコキシ基である場合、−O−である一般式(L−4)で表される連結基1個と、2個のR’が水素原子である(L−1)で表される連結基1個と、炭素数7のn−ヘプチル基とが結合した置換基として解釈する。
一方、本発明では、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数vが2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基、あるいは、置換又は無置換のトリアルキルシリル基が置換基の末端に存在する場合は、置換基の末端から可能な限りの連結基を含めた上で、一般式(W)におけるR単独と解釈する。例えば、−(OCHCH)−(OCHCH)−(OCHCH)−OCH基が置換基の末端に存在する場合、オキシエチレン単位の繰り返し数vが3のオリゴオキシエチレン基単独の置換基として解釈する。
Lが一般式(L−1)〜(L−25)のいずれかで表される2価の連結基が結合した連結基を形成する場合、一般式(L−1)〜(L−25)のいずれかで表される2価の連結基の結合数は2〜4であることが好ましく、2又は3であることがより好ましい。
一般式(L−1)、(L−2)、(L−6)及び(L−13)〜(L−24)中の置換基R’としては、一般式(C)〜(T)の置換基R〜Rが採りうる置換基として例示したものを挙げることができる。その中でも一般式(L−6)中の置換基R’はアルキル基であることが好ましく、(L−6)中のR’がアルキル基である場合は、該アルキル基の炭素数は1〜9であることが好ましく、4〜9であることが化学的安定性、キャリア輸送性の観点からより好ましく、5〜9であることがさらに好ましい。(L−6)中のR’がアルキル基である場合は、該アルキル基は直鎖アルキル基であることが、キャリア移動度を高めることができる観点から好ましい。
としては、置換基R〜Rが採りうる置換基として例示したものを挙げることができる。その中でもRとしては水素原子又はメチル基が好ましい。
siは、アルキル基であることが好ましい。Rsiがとり得るアルキル基としては特に制限はないが、Rsiがとり得るアルキル基の好ましい範囲はRがシリル基である場合に該シリル基がとり得るアルキル基の好ましい範囲と同様である。Rsiがとり得るアルケニル基としては特に制限はないが、置換又は無置換のアルケニル基が好ましく、分枝アルケニル基であることがより好ましく、該アルケニル基の炭素数は2〜3であることが好ましい。Rsiがとり得るアルキニル基としては特に制限はないが、置換又は無置換のアルキニル基が好ましく、分枝アルキニル基であることがより好ましく、該アルキニル基の炭素数は2〜3であることが好ましい。
Lは、一般式(L−1)〜(L−5)、(L−13)、(L−17)もしくは(L−18)のいずれかで表される2価の連結基、又は一般式(L−1)〜(L−5)、(L−13)、(L−17)もしくは(L−18)のいずれかで表される2価の連結基が2以上結合した2価の連結基であることが好ましく、一般式(L−1)、(L−3)、(L−13)もしくは(L−18)のいずれかで表される2価の連結基又は一般式(L−1)、(L−3)、(L−13)もしくは(L−18)で表される2価の連結基が2以上結合した2価の連結基であることがより好ましく、(L−1)、(L−3)、(L−13)もしくは(L−18)で表される2価の連結基、あるいは一般式(L−3)、(L−13)又は(L−18)のいずれか1つで表される2価の連結基と一般式(L−1)で表される2価の連結基が結合した2価の連結基であることが特に好ましい。一般式(L−3)、(L−13)又は(L−18)のいずれか1つで表される2価の連結基と一般式(L−1)で表される2価の連結基が結合した2価の連結基は、一般式(L−1)で表される2価の連結基がR側に結合することが好ましい。
化学的安定性、キャリア輸送性の観点から一般式(L−1)で表される2価の連結基を含む2価の連結基であることが特に好ましく、一般式(L−1)で表される2価の連結基であることがより特に好ましく、Lが一般式(L−18)及び(L−1)で表される2価の連結基であり、(L−1)を介してRと結合し、Rが置換又は無置換のアルキル基であることがさらにより特に好ましく、Lが一般式(L−18A)及び(L−1)で表される2価の連結基であり、(L−1)を介してRと結合し、Rが置換又は無置換のアルキル基であることがさらにより特に好ましい。
一般式(W)において、Rは、好ましくは、置換又は無置換のアルキル基である。一般式(W)において、Rに隣接するLが一般式(L−1)で表される2価の連結基である場合は、Rは置換又は無置換のアルキル基、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数が2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基であることが好ましく、置換又は無置換のアルキル基であることがより好ましい。
一般式(W)において、Rに隣接するLが一般式(L−2)及び(L−4)〜(L−25)で表される2価の連結基である場合は、Rは置換又は無置換のアルキル基であることがより好ましい。
一般式(W)において、Rに隣接するLが一般式(L−3)で表される2価の連結基である場合は、Rは置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換のシリル基であることが好ましい。
が置換又は無置換のアルキル基の場合、炭素数は4〜17であることが好ましく、6〜14であることが化学的安定性、キャリア輸送性の観点からより好ましく、6〜12であることがさらに好ましい。Rが上記の範囲の長鎖アルキル基であること、特に長鎖の直鎖アルキル基であることが、分子の直線性が高まり、キャリア移動度を高めることができる観点から好ましい。
がアルキル基を表す場合、直鎖アルキル基でも、分枝アルキル基でも、環状アルキル基でもよいが、直鎖アルキル基であることが、分子の直線性が高まり、キャリア移動度を高めることができる観点から好ましい。
これらの中でも、一般式(W)におけるRとLの組み合わせとしては、一般式(C)〜(T)のLが一般式(L−1)で表される2価の連結基であり、かつ、Rが直鎖の炭素数4〜17のアルキル基であるか;あるいは、Lが一般式(L−3)、(L−13)又は(L−18)のいずれか1つで表される2価の連結基と一般式(L−1)で表される2価の連結基が結合した2価の連結基であり、かつ、Rが直鎖のアルキル基であることが、キャリア移動度を高める観点から好ましい。
Lが一般式(L−1)で表される2価の連結基であり、かつ、Rが直鎖の炭素数4〜17のアルキル基である場合、Rが直鎖の炭素数6〜14のアルキル基であることがキャリア移動度を高める観点からより好ましく、直鎖の炭素数6〜12のアルキル基であることが特に好ましい。
Lが一般式(L−3)、(L−13)又は(L−18)のいずれか1つで表される2価の連結基と一般式(L−1)で表される2価の連結基が結合した2価の連結基であり、かつ、Rが直鎖のアルキル基である場合、Rが直鎖の炭素数4〜17のアルキル基であることがより好ましく、直鎖の炭素数6〜14のアルキル基であることが化学的安定性、キャリア輸送性の観点からより好ましく、直鎖の炭素数6〜12のアルキル基であることがキャリア移動度を高める観点から特に好ましい。
一方、有機溶媒への溶解度を高める観点からは、Rが分枝アルキル基であることが好ましい。
が置換基を有するアルキル基である場合の該置換基としては、ハロゲン原子等を挙げることができ、フッ素原子が好ましい。なお、Rがフッ素原子を有するアルキル基である場合は該アルキル基の水素原子が全てフッ素原子で置換されてパーフルオロアルキル基を形成してもよい。ただし、Rは無置換のアルキル基であることが好ましい。
がエチレンオキシ基又はオリゴエチレンオキシ基の場合、Rが表す「オリゴオキシエチレン基」とは本明細書中、−(OCHCHOYで表される基のことを言う(オキシエチレン単位の繰り返し数vは2以上の整数を表し、末端のYは水素原子又は置換基を表す)。なお、オリゴオキシエチレン基の末端のYが水素原子である場合はヒドロキシ基となる。オキシエチレン単位の繰り返し数vは2〜4であることが好ましく、2〜3であることがさらに好ましい。オリゴオキシエチレン基の末端のヒドロキシ基は封止されていること、すなわちYが置換基を表すことが好ましい。この場合、ヒドロキシ基は、炭素数が1〜3のアルキル基で封止されること、すなわちYが炭素数1〜3のアルキル基であることが好ましく、Yがメチル基やエチル基であることがより好ましく、メチル基であることが特に好ましい。
が、シロキサン基又はオリゴシロキサン基の場合、シロキサン単位の繰り返し数は2〜4であることが好ましく、2〜3であることがさらに好ましい。また、Si原子には、水素原子やアルキル基が結合することが好ましい。Si原子にアルキル基が結合する場合、アルキル基の炭素数は1〜3であることが好ましく、例えば、メチル基やエチル基が結合することが好ましい。Si原子には、同一のアルキル基が結合してもよく、異なるアルキル基又は水素原子が結合してもよい。また、オリゴシロキサン基を構成するシロキサン単位はすべて同一であっても異なっていてもよいが、すべて同一であることが好ましい。
に隣接するLが一般式(L−3)で表される2価の連結基である場合、Rが置換又は無置換のシリル基であることも好ましい。Rが置換又は無置換のシリル基である場合はその中でも、Rが置換シリル基であることが好ましい。シリル基の置換基としては特に制限はないが、置換又は無置換のアルキル基が好ましく、分枝アルキル基であることがより好ましい。Rがトリアルキルシリル基の場合、Si原子に結合するアルキル基の炭素数は1〜3であることが好ましく、例えば、メチル基やエチル基やイソプロピル基が結合することが好ましい。Si原子には、同一のアルキル基が結合してもよく、異なるアルキル基が結合してもよい。Rがアルキル基上にさらに置換基を有するトリアルキルシリル基である場合の該置換基としては、特に制限はない。
一般式(W)において、L及びRに含まれる炭素数の合計は5〜18であることが好ましい。L及びRに含まれる炭素数の合計が上記範囲の下限値以上であると、キャリア移動度が高くなり、駆動電圧を低くなる。L及びRに含まれる炭素数の合計が上記範囲の上限値以下であると、有機溶媒に対する溶解性が高くなる。
L及びRに含まれる炭素数の合計は5〜14であることが好ましく、6〜14であることがより好ましく、6〜12であることが特に好ましく、8〜12であることがより特に好ましい。
一般式(C)〜(T)で表される各化合物において置換基R〜Rのうち、一般式(W)で表される基は1〜4個であることが、キャリア移動度を高め、有機溶媒への溶解性を高める観点から好ましく、1又は2個であることがより好ましく、2個であることが特に好ましい。
置換基R〜Rのうち、一般式(W)で表される基の位置に特に制限はない。
一般式(C)で表される化合物においては、RC1、RC2、RC3、RC6のいずれかが一般式(W)で表される基であることが好ましく、RC1とRC2との両方又はRC3とRC6の両方が一般式(W)で表される基であることがより好ましい。
一般式(D)で表される化合物においては、RD6が一般式(W)で表される基であることが好ましく、RD5とRD6との両方が一般式(W)で表される基であることがより好ましい。
一般式(E)で表される化合物においては、RE6が一般式(W)で表される基であることが好ましく、RE5とRE6との両方が一般式(W)で表される基であることがより好ましい。また、RE5及びRE6が一般式(W)で表される基以外の置換基である場合、2つのRE7が一般式(W)で表される基であるのも好ましい。
一般式(F)で表される化合物においては、RF2、RF3、RF8及びRF9のうち少なくとも一つは一般式(W)で表される置換基であるのが好ましい。
一般式(G)で表される化合物においては、RG5又はRG6が一般式(W)で表される基であることが、キャリア移動度を高め、有機溶媒への溶解性を高める観点から好ましい。
一般式(H)で表される化合物においては、RH4又はRH6が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RH4又はRH6、及び、RH3又はRH5が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(J)で表される化合物においては、RJ8が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RJ8とRJ4との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(K)で表される化合物においては、RK7が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RK7とRK3との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(L)で表される化合物においては、RL2、RL3、RL6及びRL7のうち少なくとも一つが一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(M)で表される化合物においては、RM2が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RM2とRM6との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(N)で表される化合物においては、RN3が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RN3とRN9との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(P)で表される化合物においては、RP3が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RP3とRP9との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(Q)で表される化合物においては、RQ3が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RQ3とRQ9との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(R)で表される化合物においては、RR2が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RR2とRR7との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(S)で表される化合物においては、RS2が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RS2とRS5との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
一般式(T)で表される化合物においては、RT2が一般式(W)で表される基であるのが好ましく、RT2とRT5との両方が一般式(W)で表される基であるのがより好ましい。
置換基R〜Rのうち、一般式(W)で表される基以外の置換基は、0〜4個であることが好ましく、0〜2個であることがより好ましい。
以下に、一般式(C)〜式(T)で表される各化合物の具体例を以下に示すが、本発明で用いることができる化合物は、これらの具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
一般式(C)で表される化合物Cの具体例を示す。
Figure 2015167164
一般式(C)で表される化合物は、分子量が3000以下であることが好ましく、2000以下であることがより好ましく、1000以下であることがさらに好ましく、850以下であることが特に好ましい。分子量が上記範囲内にあると、溶媒への溶解性を高めることができる。
一方で、薄膜の膜質安定性の観点からは、分子量は300以上であることが好ましく、350以上であることがより好ましく、400以上であることがさらに好ましい。
一般式(D)で表される化合物Dの具体例を示す。
Figure 2015167164
Figure 2015167164
一般式(D)で表される化合物の分子量は、上限が一般式(C)で表される化合物と同じであるのが、溶媒への溶解性を高めることができ、好ましい。一方で、薄膜の膜質安定性の観点からは、分子量は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以上であることがさらに好ましい。
一般式(E)で表される化合物E、一般式(F)で表される化合物F、一般式(G)で表される化合物G及び一般式(H)で表される化合物Hそれぞれの具体例を、順に示す。
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
上記化合物E、化合物F、化合物G及び化合物Hの分子量は、それぞれ、上限が一般式(C)で表される化合物Cと同じであるのが、溶媒への溶解性を高めることができ、好ましい。一方で、薄膜の膜質安定性の観点から、分子量の下限は一般式(D)で表される化合物と同じである。
一般式(J)及び一般式(K)で表される化合物J及び化合物Kの具体例を示す。
Figure 2015167164
Figure 2015167164
上記化合物J及び化合物Kの分子量は、それぞれ、上限が一般式(C)で表される化合物Cと同じであるのが、溶媒への溶解性を高めることができ、好ましい。一方で、薄膜の膜質安定性の観点から、分子量の下限は一般式(D)で表される化合物と同じである。
一般式(L)で表される化合物L、一般式(M)で表される化合物M、一般式(N)で表される化合物N、一般式(P)で表される化合物P及び一般式(Q)で表される化合物Qそれぞれの具体例を、順に示す。
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
上記化合物L、化合物M、化合物N、化合物P及び化合物Qの分子量は、それぞれ、上限が一般式(C)で表される化合物Cと同じであるのが、溶媒への溶解性を高めることができ、好ましい。一方で、薄膜の膜質安定性の観点から、分子量の下限は一般式(D)で表される化合物と同じである。
一般式(R)で表される化合物R、一般式(S)で表される化合物S及び一般式(T)で表される化合物Tそれぞれの具体例を、順に示す。
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
上記化合物R、化合物S及び化合物Tの分子量は、それぞれ、上限が一般式(C)で表される化合物Cと同じであるのが、溶媒への溶解性を高めることができ、好ましい。一方で、薄膜の膜質安定性の観点から、分子量の下限は一般式(D)で表される化合物と同じである。
有機ポリマー及びその誘導体としては、例えば、ポリピロール及びその置換体、ポリジケトピロール及びその置換体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリイソチアナフテン等のイソチアナフテン、ポリチエニレンビニレン等のチエニレンビニレン、ポリ(p−フェニレンビニレン)等のポリ(p−フェニレンビニレン)、ポリアニリン及びその誘導体、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリアズレン、ポリピレン、ポリカルバゾール、ポリセレノフェン、ポリフラン、ポリ(p−フェニレン)、ポリインドール、ポリピリダジン、ポリテルロフェン、ポリナフタレン、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィド等のポリマー及び縮合多環芳香族化合物の重合体等を挙げることができる。
ポリチオフェン及びその誘導体としては、特に限定されないが、例えば、ポリチオフェンにヘキシル基を導入したポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)等が挙げられる。
また、これらのポリマーと同じ繰返し単位を有するオリゴマー(例えば、オリゴチオフェン)を挙げることもできる。
また、有機ポリマーとして、下記一般式(C)〜(T)で表される化合物が繰り返し構造を有する高分子化合物が挙げられる。
このような高分子化合物としては、一般式(C)〜(T)で表される化合物が少なくとも1つ以上のアリーレン基、ヘテロアリーレン基(チオフェン、ビチオフェン等)を介して繰り返し構造を示すπ共役ポリマーや、一般式(C)〜(T)で表される化合物が高分子主鎖に側鎖を介して結合したペンダント型ポリマーが挙げられる。高分子主鎖としては、ポリアクリレート、ポリビニル、ポリシロキサン等が好ましく、側鎖としては、アルキレン基、ポリエチレンオキシド基等が好ましい。ペンダント型ポリマーの場合、高分子主鎖は置換基R〜Rの少なくとも1つが重合性基由来の基を有し、これが重合してなるものであってもよい。
これらの有機ポリマーは、重量平均分子量が3万以上であることが好ましく、5万以上であることがより好ましく、10万以上であることがさらに好ましい。重量平均分子量が上記下限値以上とすることにより、分子間相互作用を高めることができ、高い移動度が得られる。
上記樹脂(C)は、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、炭素数1以上、アルコキシカルボニル基を形成する場合は炭素数2以上のアルキル基、シクロアルキル基(炭素数3以上)、アラルキル基、アリールオキシカルボニル基、少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び、少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を、好ましくは側鎖中に、有する樹脂である。
樹脂(C)は、上記したように、有機半導体層中において、上記有機半導体に対して偏在又は相分離する。
樹脂(C)は、上記基を1つ(1種)有していればよい。有機半導体に対して偏在しやすくなる点で、上記基を2つ以上有するのが好ましい。なお、樹脂(C)が有する上記基の、繰り返し単位数に対する合計数(モル%)は後述する繰り返し単位(α)の含有率と同じである。
樹脂(C)は、上記群より選択される1つ以上の基を有する繰り返し単位(以下、単に繰り返し単位(α)ともいう)を有するのが好ましい。
この樹脂(C)は、上記繰り返し単位(α)の単独重合体からなる樹脂でも、繰り返し単位(α)を含む共重合体からなる樹脂でもよい。
樹脂(C)が有する基は、好ましくは、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が5以上のシクロアルキル基、アリール基の炭素数が6以上のアリールオキシカルボニル基、炭素数が7以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換された芳香環基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基である。
少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換された芳香環基とては、t−ブチルフェニル基、ジ(t-ブチル)フェニル基がより好ましい。
さらに好ましくは、フッ素原子を有する基及びケイ素原子を有する基の少なくとも一方の基であり、特に好ましくはフッ素原子を有する基である。
フッ素原子を有する基としては、特に限定されず、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、又は、フッ素原子を有するアリール基等が挙げられる。これらの基はフッ素原子以外の置換基をさらに有していてもよい。
フッ素原子を有するアルキル基としては、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖又は分岐アルキル基が挙げられ、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜4のフッ素原子を有するアルキル基が挙げられる。
フッ素原子を有するシクロアルキル基としては、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された単環又は多環のシクロアルキル基が挙げられる。
フッ素原子を有するアリール基としては、フェニル基、ナフチル基等のアリール基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたものが挙げられる。
フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基及びフッ素原子を有するアリール基として、好ましくは、下記一般式(CF2)〜(CF4)で表される基を挙げることができるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 2015167164
一般式(CF2)〜(CF4)中、R57〜R68は、水素原子、フッ素原子又はアルキル基(直鎖若しくは分岐)を表す。ただし、R57〜R61の少なくとも1つ、R62〜R64の少なくとも1つ、及びR65〜R68の少なくとも1つは、フッ素原子又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)を表す。
57〜R61及びR65〜R67は、全てがフッ素原子であることが好ましい。R62、R63、R64及びR68は、フッ素原子か、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)が好ましく、フッ素原子か、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基であることがさらに好ましい。R62とR63は、互いに連結して環を形成してもよい。
一般式(CF2)で表される基の具体例としては、p−フルオロフェニル、ペンタフルオロフェニル、3,5−ジ(トリフルオロメチル)フェニル等が挙げられる。
一般式(CF3)で表される基の具体例としては、トリフルオロメチル、1,1,1−トリフルオロエチル、ノナフルオロブチルエチル、ペンタフルオロプロピル、ペンタフルオロエチル、ヘプタフルオロブチル、ヘキサフルオロイソプロピル、ヘプタフルオロイソプロピル、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル、ノナフルオロブチル、オクタフルオロイソブチル、ノナフルオロヘキシル、ノナフルオロ−t−ブチル、パーフルオロイソペンチル、パーフルオロオクチル、パーフルオロ(トリメチル)ヘキシル、2,2,3,3−テトラフルオロシクロブチル、パーフルオロシクロヘキシル等が挙げられ、1,1,1−トリフルオロエチル、ノナフルオロブチルエチル、ヘキサフルオロイソプロピル、ヘプタフルオロイソプロピル、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル、オクタフルオロイソブチル、ノナフルオロ−t−ブチル、パーフルオロイソペンチルが好ましい。
一般式(CF4)で表される基の具体例としては、例えば、−C(CFOH、−C(COH、−C(CF)(CH)OH、−CH(CF)OH等が挙げられ、−C(CFOHが好ましい。
一般式(CF2)、(CF3)、(CF4)の中では、一般式(CF2)、(CF3)が好ましい。
ケイ素原子を有する基としては、アルキルシリル構造(好ましくはトリアルキルシリル基)、環状シロキサン構造を少なくとも1つ有する基等が挙げられる。
上記アルキルシリル構造又は環状シロキサン構造を少なくとも1つ有する基としては、好ましくは、下記一般式(CS−1)〜(CS−3)で表される基等が挙げられる。
Figure 2015167164
一般式(CS−1)〜(CS−3)において、R12〜R26は、直鎖若しくは分岐アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)又はシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)を表す。
〜Lは、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、アルキレン基、フェニレン基、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合及びウレア結合よりなる群から選択される単独又は2つ以上の組み合わせ(好ましくは総炭素数12以下)からなる基又は結合が挙げられる。
nは、1〜5の整数を表す。nは、好ましくは、2〜4の整数である。
樹脂(C)が有するアルキル基としては、樹脂(C)の疎水性をより向上させる観点から、好ましくは炭素数6以上、より好ましくは炭素数6〜20、さらに好ましくは炭素数6〜15の直鎖又は分岐アルキル基を挙げられ、さらに、置換基(ただし、フッ素原子を有する基及びケイ素原子を有する基には相当しない)を有していてもよい。
樹脂(C)が有するシクロアルキル基としては、好ましくは炭素数5以上、より好ましくは、炭素数6〜20、さらに好ましくは炭素数6〜15のシクロアルキル基が挙げられ、さらに、置換基(ただし、フッ素原子を有する基、及び、ケイ素原子を有する基には相当しない)を有していてもよい。
樹脂(C)が有するアリールオキシカルボニル基のアリール基としては、好ましくは炭素数が6以上、樹脂(C)の疎水性をより向上させる観点から、より好ましくは9〜20、さらに好ましくは9〜15である。このアリール基は、フッ素原子を有するアリール基で例示したものと同様であるのが好ましい。このアリールオキシカルボニル基は、さらに置換基(ただし、フッ素原子を有する基及びケイ素原子を有する基には相当しない)を有していてもよい。
樹脂(C)が有するアラルキル基としては、好ましくは炭素数7以上、より好ましくは、炭素数7〜20、より好ましくは炭素数10〜20のアラルキル基が挙げられる。さらに置換基(ただし、フッ素原子を有する基及びケイ素原子を有する基には相当しない)を有していてもよい。
少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び、少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基における芳香環としては、好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜15の芳香環が挙げられ、アルキル基及びシクロアルキル基以外の置換基(ただし、フッ素原子を有する基及びケイ素原子を有する基には相当しない)を有していてもよい。
この芳香環基が有するアルキル基としては、樹脂(C)の疎水性をより向上させる観点から、好ましくは炭素数3以上、より好ましくは炭素数3〜15、さらに好ましくは炭素数3〜10の直鎖又は分岐アルキル基が挙げられる。少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基において、芳香環は1〜9個のアルキル基(好ましくは炭素数3以上)により置換されることが好ましく、1〜7個の炭素数3以上のアルキル基により置換されることがより好ましく、1〜5個の炭素数3以上のアルキル基により置換されることがさらに好ましい。
上記芳香環基が有するシクロアルキル基としては、好ましくは炭素数5以上、より好ましくは炭素数5〜20、さらに好ましくは炭素数5〜15のシクロアルキル基が挙げられる。少なくとも1個のシクロアルキル基(好ましくは炭素数5以上)で置換された芳香環基において、芳香環は1〜5個の炭素数5以上のシクロアルキル基により置換されることが好ましく、1〜4個の炭素数5以上のシクロアルキル基により置換されることがより好ましく、1〜3個の炭素数5以上のシクロアルキル基により置換されることがさらに好ましい。
樹脂(C)は、上記繰り返し単位(α)として、下記一般式(C−Ia)〜(C−Id)のいずれかで表される繰り返し単位を少なくとも1種有することが好ましい。
Figure 2015167164
上記一般式中、R10及びR11は、水素原子、フッ素原子又はアルキル基を表す。
アルキル基は、好ましくは炭素数1〜4の直鎖又は分岐のアルキル基であり、置換基を有していてもよく、置換基を有するアルキル基としては特にフッ素化アルキル基、好ましくはパーフルオロアルキル基を挙げることができる。R10及びR11は、水素原子、又は、メチル基であることが好ましい。
は、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、炭素数2以上のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
は、フッ素原子、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、アルキル基、及び、シクロアルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
及びWは、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
なお、W〜Wは、それぞれ、−COO−で表される基を有していてもよいが、この場合、最大でも1つであるのが好ましい。
Ar11は、(r+1)価の芳香環基を表す。
(r+1)価の芳香環基Ar11として、rが1である場合における2価の芳香環基は、置換基を有していてもよく、例えば、フェニレン、トリレン、ナフチレン、アントラセニレン等の炭素数6〜18のアリーレン基等が挙げられる。
rが2以上の整数である場合における(r+1)価の芳香環基の具体例としては、2価の芳香環基の上記した具体例から、(r−1)個の任意の水素原子を除してなる基を好適に挙げることができる。
rは、1〜10の整数を表す。
〜Wにおけるフッ素原子を有する基としては、上記したフッ素原子を有する基で挙げたものと同様である。
〜Wにおけるフッ素原子を有する基は、一般式(C−Ia)〜(C−Id)で表される繰り返し単位に、−COO−、Ar11、−CH−又は−O−と、アルキレン基、フェニレン基、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合及びウレイレン結合よりなる群から選択される基又はこれらの2つ以上を組み合わせた基とを介して、一般式(C−Ia)〜(C−Id)で表される繰り返し単位に結合してもよい。
〜Wにおけるケイ素原子を有する基としては、上記したケイ素原子を有する基で挙げたものと同様である。
における炭素数2以上のアルキル基は、樹脂(C)が有する炭素数2以上のアルキル基と同様であり、具体例及び好ましいものも同じである。W、W及びWにおけるアルキル基は、樹脂(C)の疎水性をより向上させる観点から、好ましくは炭素数6以上である。
、W及びWにおけるシクロアルキル基は、樹脂(C)が有するシクロアルキル基として上記したものと同様であり、具体例及び好ましい例も同様である。
、W及びWにおけるアリール基及びアラルキル基は、それぞれ、樹脂(C)が有するアリールオキシカルボニル基のアリール基、アラルキル基として上記したものと同様であり、具体例及び好ましい例も同様である。
についてのアルキル基及びシクロアルキル基は、それぞれ、上記の少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基におけるアルキル基、及び、上記の少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基におけるシクロアルキル基に関して説明したものと同様である。
、W及びWは、フッ素原子を有する有機基、ケイ素原子を有する有機基、炭素数6以上のアルキル基、炭素数5以上のシクロアルキル基、炭素数6以上のアリール基、又は、炭素数7以上のアラルキル基であることが好ましく、フッ素原子を有する有機基、ケイ素原子を有する有機基、炭素数6以上のアルキル基、炭素数6以上のシクロアルキル基、炭素数9以上のアリール基、又は、炭素数10以上のアラルキル基であることがより好ましく、フッ素原子を有する有機基又はケイ素原子を有する有機基がさらに好ましい。
は、フッ素原子、フッ素原子を有する有機基、ケイ素原子を有する有機基、炭素数3以上のアルキル基、又は、炭素数5以上のシクロアルキル基であることが好ましく、フッ素原子、フッ素原子を有する有機基、ケイ素原子を有する有機基、炭素数3以上のアルキル基、又は、炭素数5以上のシクロアルキル基であることがより好ましく、フッ素原子、フッ素原子を有する有機基又はケイ素原子を有する有機基、がさらに好ましい。
以下に、一般式(C−Ia)〜(C−Id)のいずれかで表される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
具体例中、Xは、水素原子、−CH、−F又は−CFを表す。
Figure 2015167164
Figure 2015167164
樹脂(C)の全繰り返し単位に対する繰り返し単位(α)の含有率は、5〜100モル%であることが好ましく、10〜90モル%であることがより好ましく、10〜80モル%であることがさらに好ましい。
樹脂(C)は、芳香環基を有することが好ましく、芳香環基を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。
この場合、繰り返し単位(α)が芳香環基を有してもよく、あるいは、樹脂(C)がさらに繰り返し単位(α)以外の繰り返し単位を有するとともに、該繰り返し単位が芳香環基を有していてもよい。
繰り返し単位(α)が芳香環基を有する場合における繰り返し単位(α)は、下記一般式(C−II)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
Figure 2015167164
上記一般式中、R12は水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、又は、フッ素原子を表す。Wは、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、アルキル基、シクロアルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
は単結合又は−COOL−基を表す。Lは、単結合又はアルキレン基を表す。
nは、1〜5の整数を表す。
におけるフッ素原子を有する基、及び、ケイ素原子を有する基としては、それぞれ、上記したフッ素原子を有する基、及び、ケイ素原子を有する基で挙げたものと同様である。
におけるアルキル基、及び、シクロアルキル基は、それぞれ、上記の少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基におけるアルキル基、及び、上記の少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基におけるシクロアルキル基に関して説明したものと同様である。
はトリアルキルシリル基、トリアルコキシシリル基、トリアルキルシリル基を有するアルキル基、トリアルコキシシリル基を有するアルキル基、炭素数3以上のアルキル基、又は、炭素数5以上のシクロアルキル基であることが好ましい。
としてのトリアルキルシリル基、トリアルコキシシリル基、トリアルキルシリル基を有するアルキル基、及び、トリアルコキシシリル基を有するアルキル基において、ケイ素原子に結合するアルキル基又はアルコキシ基の炭素数は、1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。
また、Wとしてのトリアルキルシリル基を有するアルキル基、及び、トリアルコキシシリル基を有するアルキル基において、トリアルキルシリル基又はトリアルコキシシリル基に結合するアルキル基の炭素数は、1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。
12は水素原子又はメチル基であることが好ましい。
としてのアルキレン基は、炭素数1〜5のアルキレン基であることが好ましく、炭素数1〜3のアルキレン基であることがより好ましい。Lは単結合であることが好ましい。
は、フッ素原子を有する有機基、ケイ素原子を有する有機基、炭素数3以上のアルキル基、又は、炭素数5以上のシクロアルキル基であることが好ましく、特に炭素数3以上のアルキル基であることが好ましく、t-ブチル基であることがさらに好ましい。
以下に一般式(C−II)で表される繰り返し単位の具体例を、上記したもの以外に、示すが、本発明ではこれらに限定されるものではない。
Figure 2015167164
樹脂(C)が一般式(C−II)で表される繰り返し単位を有する場合、一般式(C−II)で表される繰り返し単位の樹脂(C)の全繰り返し単位に対する含有率は、1〜100モル%であることが好ましく、3〜80モル%であることがより好ましく、5〜75モル%であることがさらに好ましい。
また、芳香環基を有する繰り返し単位として、上記の他にも、下記一般式(II)で表される繰り返し単位も好ましい。
Figure 2015167164
一般式中、R51、R52及びR53は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。ただし、R52はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR52は単結合又はアルキレン基を表す。
は、単結合、−COO−又は−CONR64−を表し、R64は、水素原子又はアルキル基を表す。
は、単結合又はアルキレン基を表す。
Arは、1価の芳香環基を表し、R52と結合して環を形成する場合には2価の芳香環基を表す。
51、R52、R53のアルキル基及びアルコキシカルボニル基に含まれるアルキル基としては、好ましくは置換基を有していてもよい、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、ヘキシル、2−エチルヘキシル、オクチル、ドデシル等炭素数20以下のアルキル基が挙げられ、より好ましくは炭素数8以下のアルキル基、特に好ましくは炭素数3以下のアルキル基が挙げられる。
51、R52、R53のシクロアルキル基としては、単環型でも、多環型でもよい。好ましくは置換基を有していてもよいシクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシルのような炭素数3〜10個で単環型のシクロアルキル基が挙げられる。
51、R52、R53のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子が特に好ましい。
1価の芳香環基Arは、置換基を有していてもよく、例えば、フェニル、トリル、ナフチル、アントラセニル等の炭素数6〜18のアリーレン基、あるいは、例えば、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、チアゾール等のヘテロ環を含む芳香環基を好ましい例として挙げることができる。なかでも、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基が特に好ましい。2価の芳香環基の具体例としては、1価の芳香環基の上記した具体例から、1個の任意の水素原子を除してなる基を好適に挙げることができる。
上述したアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルキレン基及び1価の芳香環基が有する置換基としては、R51で挙げたアルキル基、メトキシ、エトキシ、ヒドロキシエトキシ、プロポキシ、ヒドロキシプロポキシ及びブトキシ等のアルコキシ基、フェニル等のアリール基が挙げられる。
により表わされる−CONR64−(R64は、水素原子、アルキル基を表す)におけるR64のアルキル基としては、R51〜R53のアルキル基と同様のものが挙げられる。Xとしては、単結合、−COO−、−CONH−が好ましく、単結合、−COO−がより好ましい。
におけるアルキレン基としては、好ましくは置換基を有していてもよいメチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ヘキシレン、オクチレン等の炭素数1〜8個のものが挙げられる。
以下に、一般式(II)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2015167164
樹脂(C)は、一般式(II)で表される繰り返し単位を含有しても有しなくてもよい。一般式(II)で表される繰り返し単位を有する場合、一般式(II)で表される繰り返し単位の樹脂(C)の全繰り返し単位に対する含有率は、1〜80モル%であることが好ましく、1〜70モル%であることがより好ましく、1〜50モル%であることがさらに好ましい。
<繰り返し単位(β)又は(γ)>
樹脂(C)は、少なくとも1つのフッ素原子又はケイ素原子を含む基と少なくとも1つのラクトン環とを含む繰り返し成分(以下、「繰り返し単位(β)」ともいう。)、及び、下記一般式(aa1−1)で表されるモノマーに由来する少なくとも1種の繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(γ)」ともいう。)の少なくとも一方を含有してもよい。
(繰り返し単位(β))
繰り返し単位(β)に含まれるラクトン環構造としては、下記式(LC1−1)〜(LC1−17)のいずれかで表されるラクトン構造を有する基がより好ましい。また、ラクトン構造を有する基が主鎖に直接結合していてもよい。好ましいラクトン構造としては、(LC1−1)、(LC1−4)、(LC1−5)、(LC1−6)、(LC1−13)、(LC1−14)、(LC1−17)である。
Figure 2015167164
ラクトン構造部分は、置換基Rbを有していても有していなくてもよい。好ましい置換基Rbとしては、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数4〜7の1価のシクロアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数2〜8のアルコキシカルボニル基、炭素数6〜10のアリールオキシカルボニル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基が挙げられる。より好ましくは、炭素数1〜4のアルキル基、シアノ基、炭素数2〜8のアルコキシカルボニル基、炭素数7〜13のアリールオキシカルボニル基であり、さらに好ましくは、シアノ基、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子もしくはケイ素原子で置換されたアルキル基、アルコキシカルボニル基又はアリールオキシカルボニル基であり、特に好ましくはシアノ基、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基、アルコキシカルボニル基又はアリールオキシカルボニル基である。
n2は、0〜4の整数を表す。n2が2以上のとき、複数存在する置換基(Rb)は、同一でも異なっていてもよく、また、複数存在する置換基(Rb)同士が結合して環を形成してもよい。
ラクトン基を有する繰り返し単位は、通常光学異性体が存在するが、いずれの光学異性体を用いてもよい。また、1種の光学異性体を単独で用いても、複数の光学異性体を混合して用いてもよい。1種の光学異性体を主に用いる場合、その光学純度(ee)が90%以上のものが好ましく、より好ましくは95%以上である。
繰り返し単位(β)は、付加重合、縮合重合、付加縮合等の重合するものであれば限定されるものではないが、炭素−炭素2重結合を有し、これにより付加重合するものであることが好ましい。例として、アクリレート系繰り返し単位(α位、β位に置換基を有する系統も含む)、スチレン系繰り返し単位(α位、β位に置換基を有する系統も含む)、ビニルエーテル系繰り返し単位、ノルボルネン系繰り返し単位、マレイン酸誘導体(マレイン酸無水物やその誘導体マレイミド等)の繰り返し単位等を挙げることができ、アクリレート系繰り返し単位、スチレン系繰り返し単位、ビニルエーテル系繰り返し単位、ノルボルネン系繰り返し単位が好ましく、アクリレート系繰り返し単位、ビニルエーテル系繰り返し単位、ノルボルネン系繰り返し単位が好ましく、アクリレート系繰り返し単位が特に好ましい。
以下、繰り返し単位(β)の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。Raは水素原子、フッ素原子、メチル又はトリフルオロメチルを表す。
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
樹脂(C)が繰り返し単位(β)を含有する場合、繰り返し単位(β)の含有率は、樹脂(C)中の全繰り返し単位に対し、10〜90モル%が好ましく、より好ましくは20〜85モル%である。
(繰り返し単位(γ))
次に、一般式(aa1−1)で表されるモノマーに由来する繰り返し単位(γ)について説明する。
Figure 2015167164
式中、Qにより表される重合性基を含む有機基は、重合性基を含む基であれば特に限定されるものではない。重合性基として、例えば、アクリル基、メタクリル基、スチリル基、ノルボルネニル基、マレイミド基、ビニルエーテル基等が挙げられ、アクリル基、メタクリル基及びスチリル基が特に好ましい。
及びLにより表される2価の連結基としては、例えば、置換又は無置換のアリーレン基、置換又は無置換のアルキレン基、置換又は無置換のシクロアルキレン基、エーテル結合(−O−)、カルボニル基(−CO−)又はこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。
アリーレン基としては、例えば、炭素数が6〜14のものが好ましい。具体例としては、フェニレン、ナフチレン、アントリレン、フェナントリレン、ビフェニレン、ターフェニレン等が挙げられる。
アルキレン基及びシクロアルキレン基としては、例えば、炭素数が1〜15のものが好ましい。具体例としては、次に挙げる直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基中の水素原子を1個引き抜いたものが挙げられる。水素原子を1個引き抜く前のアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、tert−アミル、n−ペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシルが挙げられる。また、水素原子を1個引き抜く前のシクロアルキレン基としては、例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロペンチルメチル、シクロペンチルエチル、シクロペンチルブチル、シクロヘキシルメチル、シクロヘキシルエチル、シクロヘキシルブチル、アダマンチルが挙げられる。
アリーレン基、アルキレン基及びシクロアルキレン基が有し得る置換基としては、例えば、アルキル基、アラルキル基、アルコキシ基、フッ素原子等が挙げられる。
本発明の一態様において、Lは、単結合、フェニレン基、エーテル結合、カルボニル基、カルボニルオキシ基がより好ましく、L2は、アルキレン基、エーテル結合、カルボニル基、カルボニルオキシ基がより好ましい。
Rfとしてのフッ素原子を有する有機基における有機基は、炭素原子を少なくとも1つ含む基であり、炭素−水素結合部分を含む有機基が好ましい。Rfは、例えば、フッ素原子で置換されたアルキル基又はフッ素原子で置換されたシクロアルキル基である。これらのアルキル基及びシクロアルキル基は、L及びLで説明した、水素原子を1個引き抜く前のアルキル基及びシクロアルキル基と同じである。
繰り返し単位(γ)は、一態様において、下記一般式(aa1−2−1)又は(aa1−3−1)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
Figure 2015167164
一般式(aa1−2−1)及び(aa1−3−1)中、Ra及びRaは、水素原子又はアルキル基を表す。Ra及びRaは、好ましくは、水素原子又はメチルである。
21及びL22は、単結合又は2価の連結基を表し、一般式(aa1−1)におけるLと同義である。
Rf及びRfは、フッ素原子を有する有機基を表し、一般式(aa1−1)におけるRfと同義である。
また、繰り返し単位(γ)は、一態様において、下記一般式(aa1−2−2)又は(aa1−3−2)で表される繰り返し単位であることも好ましい。
Figure 2015167164
一般式(aa1−2−2)及び(aa1−3−2)中、Ra及びRaは、水素原子又はアルキル基を表す。
、R、R及びRは、水素原子又はアルキル基を表す。
及びmは、0〜5の整数を表す。
Rf及びRfは、フッ素原子を有する有機基を表す。
Ra及びRaは、好ましくは、水素原子又はメチルである。
、R、R及びRにより表されるアルキル基としては、例えば、炭素数1〜10の直鎖又は分岐鎖のアルキル基が好ましい。このアルキル基は、置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子等が挙げられる。
及びmは、好ましくは0〜3の整数であり、より好ましくは0又は1であり、特に好ましくは1である。
Rf及びRfとしてのフッ素原子を有する有機基は、一般式(aa1−1)におけるRfと同義である。
また、繰り返し単位(γ)は、一態様において、下記一般式(aa1−2−3)又は(aa1−3−3)で表される繰り返し単位であることも好ましい。
Figure 2015167164
一般式(aa1−2−3)及び(aa1−3−3)中、Raは水素原子又はメチルを表す。
Rf及びRfは、フッ素原子を有する有機基を表し、一般式(aa1−1)におけるRfと同義である。
以下に、繰り返し単位(γ)の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
樹脂(C)が繰り返し単位(γ)を含有する場合、繰り返し単位(γ)の含樹脂(C)は、全繰り返し単位に対し、モル%で、10〜90モル%であることが好ましく、より好ましくは20〜85モル%である。
樹脂(C)の標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1,000〜1,000,000で、より好ましくは10,000〜700,000、さらにより好ましくは20,000〜500,000である。重量平均分子量の測定方法は後述する。
本発明に用いる樹脂(C)の分散度(重量平均分子量/数平均分子量)は、特に限定されないが、1.0〜3.0であることが好ましく、1.0〜2.5であることがより好ましく、1.1〜2.3であることがさらに好ましく、1.2を超え2.0以下であることが特に好ましい。
樹脂(C)がフッ素原子を有する基を含んでいる場合、フッ素原子を有する基を含む繰り返し単位の含有率は、樹脂(C)の全繰り返し単位を基準として、5〜100モル%であることが好ましく、10〜100モル%であることが好ましい。樹脂(C)が芳香環基を有する繰り返し単位を有する場合、芳香環基を有する繰り返し単位の含有率は、樹脂(C)の全繰り返し単位を基準として、3〜100モル%であることが好ましく、5〜100モル%であることがより好ましい。
樹脂(C)が共重合体である場合、ランダム共重合体、ブロック共重合体等いずれであってもよいが、ランダム共重合体であることが好ましい。また、樹脂(C)は、直鎖状高分子、分岐状高分子、櫛型高分子及び星型高分子のいずれであってもよい。
樹脂(C)は、各種市販品を利用することもできるし、公知の方法に準じて(例えばラジカル重合)合成することができる。
樹脂(C)は、例えば、各構造に対応する不飽和モノマーのラジカル、カチオン又はアニオン重合により合成することができる。また各構造の前駆体に相当する不飽和モノマーを用いて重合した後に、高分子反応を行うことにより目的とする樹脂を得ることも可能である。
例えば、公知の方法としては、不飽和モノマー種及び開始剤を溶剤に溶解させ、加熱することにより重合を行う一括重合法、加熱溶剤にモノマー種と開始剤の溶液を1〜10時間かけて滴下して加える滴下重合法等が挙げられ、滴下重合法が好ましい。
反応溶剤、重合開始剤、反応条件(温度、濃度等)、及び、反応後の精製方法は、特開2012−208447号公報段落0173〜0183の記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
樹脂(C)の合成においては、反応の濃度が30〜50質量%であることが好ましい。
樹脂(C)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
以下に樹脂(C)の具体例を示す。また、下記表1に、各樹脂における繰り返し単位のモル比(各繰り返し単位と左から順に対応)、重量平均分子量、分散度を示す。
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
Figure 2015167164
本発明に用いる樹脂(C)に加えて、さらにそれ以外の樹脂(D)を用いることも好ましい。樹脂(D)としては、ポリスチレン、ポリα−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、ポリシルセスキオキサン、ポリスルフォン、ポリメチルメタクリレートに代表されるポリメタクリレート、ポリメチルアクリレートに代表されるポリアクリレート、トリアセチルセルロースに代表されるセルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどの絶縁性ポリマー、及び、これらの構成成分を2種以上共重合して得られる共重合体を挙げることができる。
樹脂(D)を用いる場合、樹脂(C)と樹脂(D)の総量に対する樹脂(C)の質量割合は10質量%以上100質量%未満であることが好ましく、20質量%以上100質量%未満であることがより好ましい。
有機半導体層中、樹脂(C)及び樹脂(D)の合計含有率は、1〜80質量%が好ましく、5〜60質量%がより好ましく、10〜50質量%がさらに好ましい。樹脂(C)の含有率が上記範囲内にあると、有機半導体層において、樹脂(C)を表面側に、有機半導体を基板側に偏在又は相分離させることができ、移動度維持率(耐久性)が増し、かつ、有機半導体の導電パスを確保でき、移動度も向上させることができる。
有機半導体層中、上記有機半導体の含有率は、後述する、塗布液の全固形分中の含有率と同じであることが好ましい。
有機半導体層はゲート絶縁層上に湿式法(ウエットコーティング法)で形成されると、簡便で低コストに高性能なOTFTを得やすいうえに、大面積化にも適している。したがって、有機半導体層の形成方法は湿式法が好ましい。
湿式法としては、特に限定されないが、例えば、スピンコート法、インクジェット法、ノズルプリント、スタンプ印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、エレクトロスプレイデポジション法等により半導体材料を塗布した後、乾燥させることにより形成することができる。
ゲート絶縁層上に有機半導体層をウエットコーティング法により形成する場合、OTFTが高性能になりやすいことから、有機半導体層は結晶化処理が施されているのが好ましく、加熱やレーザー照射による結晶化処理が施されているのが特に好ましい。
結晶化処理の方法としては、特に限定されないが、ホットプレート、オーブン等による加熱又はレーザー照射等が挙げられる。加熱温度については、結晶化が進行しやすい点では高温が好ましく、また、一方で、基板等に熱の影響を与え難い点では低温が好ましい。具体的には、50℃以上が好ましく、100℃以上が特に好ましく、また、一方で、300℃以下が好ましく、250℃以下が特に好ましい。
有機半導体層の膜厚は、任意であるが、1nm以上が好ましく、10nm以上がさらに好ましい。また、10μm以下が好ましく、1μm以下がさらに好ましく、500nm以下が特に好ましい。
[ソース電極、ドレイン電極]
本発明のOTFTにおいて、ソース電極は、配線を通じて外部から電流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流を送り出す電極であり、通常、上記半導体層に接して設けられる。
ソース電極及びドレイン電極の材料としては、従来の有機薄膜トランジスタに用いられている導電性材料を用いることができ、例えば、上記ゲート電極で説明した導電性材料等が挙げられる。
ソース電極及びドレイン電極は、それぞれ、上記ゲート電極の形成方法と同様の方法により形成することができる。
上記フォトリソグラフィー法としては、リフトオフ法又はエッチング法を採用できる。
特に、ゲート絶縁層がエッチング液や剥離液に対する耐性に優れていることから、ソース電極及びドレイン電極はエッチング法でも好適に形成することができる。エッチング法は、導電性材料を成膜した後に不要部分をエッチングにより除去する方法である。エッチング法によりパターニングすると、レジスト除去時に下地に残った導電性材料の剥がれ、レジスト残渣や除去された導電性材料の下地への再付着を防止でき、電極エッジ部の形状に優れる。この点で、リフトオフ法よりも好ましい。
リフトオフ法は、下地の一部にレジストを塗布し、この上に導電性材料を成膜し、レジスト等を溶媒により溶出又は剥離等することにより、レジスト上の導電性材料ごと除去して、レジストが塗布されていなかった部分にのみ導電性材料の膜を形成する方法である。
ソース電極及びドレイン電極の厚みは、任意であるが、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(チャンネル長)は、任意であるが、100μm以下が好ましく、50μm以下が特に好ましい。また、チャンネル幅は、5000μm以下が好ましく、1000μm以下が特に好ましい。
[オーバーコート層]
本発明のOTFTは、オーバーコート層を有していてもよい。オーバーコート層は、通常、OTFTの表面に保護層として形成される層である。単層構造でも多層構造でもよい。
オーバーコート層は、有機系のオーバーコート層でも無機系のオーバーコート層でもよい。
有機系のオーバーコート層を形成する材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリウレタン、ポリアセナチレン、エポキシ樹脂等の有機ポリマー、及び、これらの有機ポリマーに架橋性基や撥水基等を導入した誘導体等が挙げられる。これらの有機ポリマーやその誘導体は、架橋成分、フッ素化合物、シリコン化合物等と併用することもできる。
無機系のオーバーコート層を形成する材料としては、特に限定されないが、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の金属酸化物、窒化ケイ素等の金属窒化物等が挙げられる。
これらの材料は、1種を用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
オーバーコート層の形成方法に制限は無く、公知の各種の方法により形成することができる。
例えば、有機系のオーバーコート層は、例えば、その下地となる層に、オーバーコート層となる材料を含む溶液を塗布後に乾燥させる、オーバーコート層となる材料を含む溶液を塗布、乾燥後に露光、現像してパターニングする等の方法により形成することができる。なお、オーバーコート層のパターニングは、印刷法やインクジェット法等により直接形成することもできる。また、オーバーコート層のパターニング後に、露光や加熱することにより、オーバーコート層を架橋させてもよい。
一方、無機系のオーバーコート層は、スパッタリング法、蒸着法等の乾式法やゾルゲル法のような湿式法により形成することができる。
[その他の層]
本発明のOTFTは、上記以外の層や部材を設けてもよい。
その他の層又は部材としては、例えば、バンク等が挙げられる。バンクは、インクジェット法等により半導体層やオーバーコート層等を形成するときに、吐出液を所定の位置に塞き止める目的等で用いられる。このため、バンクには、通常、撥液性がある。バンクの形成方法としては、フォトリソグラフィー法等によりパターニングした後にフッ素プラズマ法等の撥液処理を施す方法、フッ素化合物等の撥液成分を含む感光性組成物等を硬化させる方法等が挙げられる。
本発明の有機薄膜トランジスタの場合、ゲート絶縁層が有機層であることから、後者の撥液成分を含む感光性組成物を硬化させる方法が、ゲート絶縁層が撥液処理の影響を受ける可能性がなく、好ましい。なお、バンクを用いずに下地に撥液性のコントラストを持たせてバンクと同じ役割を持たせる技術を用いてもよい。
[製造方法]
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法(以下、本発明の方法ということがある)は、有機半導体と樹脂(C)とを含有する塗布液を、基板6又はゲート絶縁層2上に塗布、乾燥して、樹脂(C)を基板6又はゲート絶縁層2の反対側に偏在させる工程を有する。
有機半導体及び樹脂(C)は上記した通りである。
塗布液は、有機半導体及び樹脂(C)以外に、他の成分を含有してもよい。例えば、上記樹脂(C)以外の樹脂、シランカップリング剤等、自己組織化する化合物、界面活性剤等が挙げられる。
塗布液は、好ましくは溶媒を含有する。この溶媒は、有機半導体とブロック共重合体とを溶解又は分散させるものであれば得に限定されない。例えば、有機溶媒、水及びこれらの混合溶媒が挙げられる。
有機溶媒としては、例えば、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、テトラリン、デカリン、1−メチルナフタレン等の炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、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、ジクロロベンゼン、クロロトルエン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル等のエステル系溶媒、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系溶媒、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソール等のエーテル系溶媒、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−メチルー2−ピロリドン、1−メチルー2−イミダゾリジノン等のアミド・イミド系溶媒、ジメチルスルフォキサイド等のスルホキシド系溶媒、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒等が挙げられる。
有機溶媒は、単独で用いても、2種以上混合して用いてもよい。有機溶媒としては、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、ジクロロメタン、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、アニソール、ベンゾニトリル等が特に好ましい。
塗布液中の全固形分濃度は、0.01〜20質量%が好ましく、0.1〜10質量%がより好ましく、0.2〜5質量%が特に好ましい。
樹脂(C)及び樹脂(D)の合計の塗布液中の含有率は、塗布液の全固形分中、1〜80質量%が好ましく、5〜60質量%がより好ましく、10〜50質量%がさらに好ましい。
なお、樹脂(C)と樹脂(D)の総量に対する樹脂(C)の質量割合は10質量%以上100質量%未満であることが好ましく、20質量%以上100質量%未満であることがより好ましい。
有機半導体の塗布液中の含有率は、塗布液の全固形分中、20〜99質量%が好ましく、40〜95質量%がより好ましく、50〜90質量%がさらに好ましい。
本発明の方法においては、塗布液を塗布する。塗布液は、製造するOTFTの構造によって、基板又はゲート絶縁層上に、塗布する。すなわち、ボトムゲート構造のOTFTを製造する場合には、基板上にゲート電極及びゲート絶縁層を設け、このゲート絶縁層上に塗布液を塗布する。一方、トップゲート構造のOTFTを製造する場合には基板(ボトムコンタクト構造ではさらに基板上に設けたソース電極及びドレイン電極)上に塗布液を塗布する。
塗布液を塗布する方法は、特に限定されず、上記した方法を採用できる。なかでも、印刷法が好ましく、スピンコート法がより好ましい。
塗布条件は、特に限定されない。室温付近で塗布してもよいし、有機半導体の塗布溶媒への溶解性を増すために加熱状態で塗布してもよい。塗布温度は、好ましくは15〜150℃であり、より好ましくは15〜100℃であり、さらに好ましくは15〜50℃であり、特に好ましくは室温付近(20〜30℃)である。
スピンコート法では、回転数を100〜3000rpmにするのが好ましい。
本発明の方法においては、好ましくは塗布した塗布液を乾燥する。乾燥条件は、溶媒を揮発・除去できる条件であればよく、例えば、室温放置、加熱乾燥、送風乾燥、減圧乾燥等の方法が挙げられる。
本発明の方法において、このようにして塗布液を塗布・乾燥すると、上記した通り、樹脂(C)と有機半導体とが互いに偏在又は相分離する。
したがって、本発明の製造方法において、樹脂(C)と有機半導体とを偏在させるための特別な処理は不要であるが、実施することもできる。このような処理として、例えば、加熱(好ましくは樹脂のTg以上に加熱)アニールや溶媒蒸気にさらす(溶媒アニール)等が挙げられる。
なお、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極及びドレイン電極は、上記した方法により、成膜又は設けることができる。
このようにして、本発明のOTFTを製造できる。
本発明の方法は、樹脂(C)と有機半導体とを含有する塗布液を塗布し、好ましくは乾燥することにより、樹脂(C)と有機半導体とを偏在させて樹脂(C)が偏在した領域1Aと有機半導体が偏在した領域1Bとを有する有機半導体層2を形成できる。したがって、有機半導体を用いた溶液塗布法の利点を生かしつつ、上記の優れた特性を発揮する有機半導体層2を成膜することができる。
[表示パネル]
本発明の有機薄膜トランジスタの用途の一例として表示パネルが挙げられる。表示パネルとしては、例えば、液晶パネル、有機ELパネル、電子ペーパーパネル等が挙げられる。
以下に実施例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
[合成例]
各例に用いた有機半導体を以下に示す。
Figure 2015167164
上記化合物L9は、一般式(L)で表される化合物であり、応用物理学会 有機分子・バイオエレクトロニクス分科会会誌、2011、22、9−12.、国際公開第2009/148016号パンフレット等に記載の方法に準じて、合成した。
上記化合物C16は、一般式(C)で表される化合物あり、下記化合物C1の下記合成方法に準じて、合成した。
Figure 2015167164
(化合物C1aの合成)
1,5−ジアミノナフタレン(10g)のピリジン溶液(125mL)に、p−トルエンスルホニルクロリド(34g)をゆっくりと添加し、室温で2時間撹拌した。反応液を氷水に注ぎ、析出物を減圧濾過した。得られた粗結晶をメタノールで洗浄し、化合物C1a(29g)を得た。
(化合物C1bの合成)
化合物C1a(10g)の氷酢酸溶液を95℃で加熱撹拌し、そこに氷酢酸10mLで希釈した臭素(2mL)をゆっくりと滴下した。10分間反応させ、放冷後にろ過することで粗結晶を灰色固体として得た。粗結晶をニトロベンゼン中で再結晶することで化合物C1b(6.8g)を得た。
(化合物C1cの合成)
化合物C1b(5g)の濃硫酸溶液を室温で24時間撹拌した。反応液を氷水に注ぎ、析出している固体をろ過して回収した。その固体を氷水中に再度分散し、アンモニア水で中和し、化合物C1c(0.5g)を得た。
(化合物C1dの合成)
室温下、化合物C1c(2g)のピリジン溶液にペンタノイルクロリド(バレリン酸クロリド)(2.6mL)を滴下して2時間撹拌した。氷水に反応液を注ぎ、固体を減圧濾過した。メタノール中に分散し1時間撹拌した後、固体をろ過することで化合物C1d(1.39g)を得た。
(化合物C1eの合成)
THF(360mL)及びトルエン(72mL)の混合溶液中に化合物C1d(1.2g)とローソン試薬(1.48g)を添加した後、加熱還流しながら3時間撹拌した。エバポレーションでTHFのみ除去してトルエン溶液とした後、60℃で1時間撹拌した。その後、不溶物をろ過することで化合物C1e(0.5g)を得た。
(化合物C1の合成)
化合物C1e(0.4g)と炭酸セシウム(1.33g)をジメチルアセトアミド中、120℃で2時間反応させた。反応液を水に注ぎ析出物をろ過した。ろ過した固体をTHF中で再結晶を繰返し、目的化合物C1(0.12g)を合成した。得られた化合物C1の同定は、H−NMR及びMassスペクトルにより行った。
なお、化合物A6(TIPS−ペンタセン)及び化合物M3(C8−BTBT)は、公知の方法に準じて、合成した。
樹脂(C)として、以下に示す樹脂を、それぞれ、用いた。
各樹脂について、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC、東ソー社製;HLC−8120;Tskgel Multipore HXL−M)を用い、溶媒としてTHFを使用して、重量平均分子量(Mw、標準ポリスチレン換算)及び分散度(Pd)を測定した。
また、NMR測定装置(ブルカー・バイオスピン社製;AVANCEIII400型)を用い、、H−NMR又は13C−NMRにより、各樹脂(C)の組成比を算出した。
さらに、各樹脂の表面エネルギーを上記のようにして測定した。
得られた結果を以下に示す。なお、表面エネルギーの単位はmNm−1である。
Figure 2015167164
樹脂(HR−40)を、下記スキームに従って合成した。
Figure 2015167164
1.20g(7.5mmol)の化合物(1)、16.69g(40mmol)の化合物(2)、0.46g(2.5mmol)の化合物(3)と、0.69gの重合開始剤V−601(和光純薬工業(株)製)とを、90gのシクロヘキサノンに溶解させた。反応容器中に23gのシクロヘキサノンを入れ、窒素ガス雰囲気下、85℃の系中に4時間かけて滴下した。反応溶液を2時間に亘って加熱撹拌した後、これを室温まで放冷した。
上記反応溶液を、1350gのヘプタン/酢酸エチル=8/2(質量比)中に滴下し、ポリマーを沈殿させ、ろ過した。400gのヘプタン/酢酸エチル=8/2(質量比)を用いて、ろ過した固体のかけ洗いを行なった。その後、洗浄後の固体を減圧乾燥に供して、12.85gの樹脂(樹脂(HR−40))を得た。
各例に用いた他の樹脂(C)に関しても、同様にして、合成した。
比較のための樹脂として、下記樹脂を準備した。
ポリスチレン(PS):アルドリッチ社製、重量平均分子量280000、表面エネルギー38.4mNm−1
ポリ(α−メチルスチレン)(PαPS):既知の方法により合成した。重量平均分子量407000、分散度1.34、表面エネルギー33.7mNm−1
ポリテトラフルオロエチレン:アルドリッチ社製
ポリクロロトリフルオロエチレン:アルドリッチ社製
[実施例1]
[ボトムゲート型OTFTの製造]
図1(A)に示すボトムゲート・ボトムコンタクト型のOTFTを製造した。
基板6として厚さ1mmのドープシリコン基板(ゲート電極5を兼ねる)の上にゲート絶縁層2を形成した。ゲート絶縁層2は以下のように形成した。
ポリ(4−ビニルフェノール)(日本曹達社製、商品名:VP−8000、Mn11000、分散度1.1)6.3gと、架橋剤として2,2−ビス(3,5−ジヒドロキシメチル−4−ヒドロキシ)プロパン2.7gとを、1−ブタノール/エタノール=1/1(体積比)の混合溶媒91gに室温で完全に溶解させた。この溶解液をφ0.2μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製メンブランフィルタでろ過した。得られたろ液に酸触媒としてジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート塩0.18gを加え、基版6上に塗布し、乾燥して成膜した。その後、100℃に加熱して架橋させて、厚さ0.7μmのゲート絶縁層2を形成した。
次いで、図1(A)に示すようにソース電極3及びドレイン電極4として、くし型に配置されたクロム/金からなる電極(ゲート幅W=100mm、ゲート長L=100μm)を形成した。
有機半導体層を形成する塗布液を、下記表2に示す有機半導体2.5mgと、下記表2に示す樹脂(C)2.5mgとをトルエン1mLに溶解して、調製した。
なお、ポリテトラフルオロエチレン及びポリクロロトリフルオロエチレンは、トルエンに溶解せず、塗布液を調製できなかった。
調製した塗布液を、ぞれぞれ、ゲート絶縁層2並びにソース電極3及びドレイン電極4上に、乾燥後の層厚が150nmとなるように、25℃でスピンコート法(回転数500rpmにより塗布した。その後、80℃で乾燥して有機半導体層1を成膜した。
このようにして、図1(A)に示されるOTFT(試料No.1−1〜1−11、2−1〜2−11、3−1〜3−11及び4−1〜4−11、並びに、比較のための、c1−1〜c1−3、c2−1〜c2−3、c3−1〜c3−3及びc4−1〜c4−3)を、それぞれ、製造した。
[ボトムゲート型OTFTの評価]
製造した各OTFTの特性について、下記評価をした。その結果を表2に示す。
(樹脂及び有機半導体の偏在評価:水平方向)
得られた各OTFTについて、上記のようにして、有機半導体層の表面のうち任意の複数箇所を偏光顕微鏡により観察し、またエッチング用イオンビームを併用して飛行時間型二次イオン質量分析(TOF−SIMS)により元素マッピング測定をした。
その結果、製造したすべての試料において、有機半導体層の表面はほぼ均一な組成を有していた。
(樹脂及び有機半導体の偏在評価:厚さ方向)
得られた各OTFTについて、有機半導体層を厚さ方向に切断した断面のうち厚さ方向に任意に選択した複数箇所について、上記「樹脂(C)の偏在評価:水平方向」と同様にして、エッチング用イオンビームを併用して飛行時間型二次イオン質量分析(TOF−SIMS)により元素マッピング測定をし、樹脂(C)の偏在状態を下記評価基準により、評価した。なお、偏在及び相分離の意味は上記したとおりである。
A:有機半導体層1の深さ方向(ゲート絶縁層2側)に有機半導体が相分離していた場合
B:有機半導体層1の深さ方向に有機半導体が偏在(相分離を含まない)していた場合
C:有機半導体層1の表面側に有機半導体が偏在(相分離を含まない)していた場合
D:樹脂及び有機半導体が偏在していなかった場合
(キャリア移動度μの測定)
各OTFTのソース電極3及びドレイン電極4間に−40Vの電圧を印加し、ゲート電圧Vgを40V〜−40Vの範囲で変化させ、ドレイン電流Idを表わす下記式を用いてキャリア移動度μ(cm/Vs)を算出した。
Id=(w/2L)μCi(Vg−Vth)
式中、Lはゲート長、wはゲート幅、Ciはゲート絶縁層2の単位面積当たりの容量、Vgはゲート電圧、Vthは閾値電圧
(キャリア移動度維持率の評価)
大気下25度にて2週間放置した後に、キャリア移動度μを測定し、下記式よりキャリア移動度維持率を算出した。
キャリア移動度維持率(%)=移動度(2週間放置後)/移動度(初期値)
(on/off比の測定)
各OTFTのソース電極3及びドレイン電極4間にかかる電圧を−40Vに固定し、ゲート電圧Vgを40〜−40Vまで変化させた時の(|Id|の最大値)/(|Id|の最小値)をOn/Off比とした。
(閾値電圧Vthの測定)
各OTFTのソース電極3及びドレイン電極4間に−40Vの電圧を印加し、ゲート電圧を40V〜−40Vの範囲で変化させて、閾値電圧Vthを測定した。
Figure 2015167164
表2に示されるように、上記特定の基を有する樹脂(C)を有機半導体と併用して有機半導体層を成膜すると、有機半導体層中でその厚さ方向に樹脂(C)と有機半導体とが偏在すること、特に樹脂(C)が有機半導体層の表面側に偏在することが分かった。
樹脂(C)及び有機半導体の種類を変更しても樹脂(C)の偏在が確認された。
このように樹脂(C)と有機半導体とが偏在してなる有機半導体層は、有機半導体が偏在した領域がゲート絶縁層に隣接し、ボトムゲート構造のOTFT、特にボトムゲート・ボトムコンタクト構造のOTFTの性能向上に適している。具体的には、いずれの有機半導体を用いても、樹脂(C)と有機半導体とが偏在してなる有機半導体層を備えた本発明のOTFTは、有機半導体のみを用いて形成した有機半導体層を備えたOTFT(試料No.c1−3、c2−3、c3−3及びc4−3)に比べて、キャリア移動度μ及びキャリア移動度μの維持率が高かった(耐久性に優れた)。またOn/Off比も高く、さらには閾値電圧Vthが低く、優れた特性を有していた。
本発明によるOTFTの上記性能向上効果は、PS及びPαPSを有機半導体に対して相分離させた有機半導体層を形成した場合(試料No.c1−1、c1−2、c2−1、c2−2、c3−1、c3−2、c4−1及びc4−2)に比べても、優れていることが分かった。
表面エネルギーから考察すると、特に、樹脂(C)の表面エネルギーが30mNm−1以下である場合に、樹脂(C)が有機半導体層の表面側に偏在しやすく、特にボトムゲート構造のOTFTに、好ましいことが分かった。
樹脂(C)の表面エネルギーは、27mNm−1以下ではその傾向がより強まって好ましく、25mNm−1以下になると、偏在する傾向がさらに強くなって相分離まで起こし、より好ましいことが分かった。
樹脂(C)が有する特定の基に着目すると、フッ素原子を有する基>ケイ素原子を有する>フッ素原子もケイ素原子も有しない基、の順で、OTFTの特性が向上する傾向があった。
また、樹脂(C)と有機半導体との偏在状態にに着目すると、相分離(評価A)>偏在(評価B)>偏在(評価C)及び偏在しない(評価D)の順で、OTFTの特性が向上する傾向があった。
なお、ポリテトラフルオロエチレン及びポリクロロトリフルオロエチレンはトルエンに溶解せず、OTFTを製造できなかった。このように主鎖に直接フッ素を有する樹脂は、トルエン等、有機半導体を溶解する溶媒への溶解性が極めて低く、実質的に本発明の目的に使用することは困難であった。
[実施例2]
[ボトムゲート型OTFTの製造及び評価]
実施例2では、有機半導体及び樹脂(C)の含有率を変更して、ボトムゲート型OTFTの製造し、その特性等を評価した。
すなわち、実施例1の試料1−4、1−6、1−10、2−4、2−6、2−10、3−4、3−6、3−10、4−4、4−6及び4−10それぞれにおいて、有機半導体4mg及び樹脂(C)1mgをトルエン1mLに溶解して塗布したこと以外、又は、有機半導体3mg及び樹脂(C)2mgをトルエン1mLに溶解して塗布したこと以外は、実施例1と同様にして、図1(A)に示されるOTFTを、それぞれ、製造した。
製造したOTFTそれぞれについて、実施例1と同様にして、キャリア移動度μ、キャリア移動度μの維持率、On/Off比及び閾値電圧Vthを評価した。その結果、いずれも実施例1と同様の結果が得られた。
[実施例3]
[ボトムゲート型OTFTの製造及び評価]
実施例3では、有機半導体と併用する樹脂として樹脂(C)及びPαMSを用いて、ボトムゲート型OTFTの製造し、その特性等を評価した。
すなわち、実施例1の試料1−3、2−3、3−3及び4−3において、樹脂(HR−24)の半分(1.25mg)をPαMSに置き換えたこと(樹脂(HR−24)とPαMSの合計2.5mg)以外は試料1−3、2−3、3−3及び4−3と同様にして、図1(A)に示されるOTFTを、それぞれ、製造した。
また、実施例1の試料1−4、2−4、3−4及び4−4において、樹脂(HR−61)の半分(1.25mg)をPαMSに置き換えたこと(樹脂(HR−24)とPαMSの合計2.5mg)以外は試料1−4、2−4、3−4及び4−4と同様にして、図1(A)に示されるOTFTを、それぞれ、製造した。
製造したOTFTそれぞれについて、実施例1と同様にして、キャリア移動度μ、キャリア移動度μの維持率、On/Off比及び閾値電圧Vthを評価した。その結果、いずれも実施例1と同様の結果が得られた。
[実施例4]
[ボトムゲート型OTFTの製造及び評価]
実施例4では、上記有機半導体以外の有機半導体を用いて、ボトムゲート型OTFTの製造し、その特性等を評価した。
すなわち、実施例1において、有機半導体として、上記A26、A27、C1、C4、C7、D1、E2、F2、F5、F10、G12、G14、H10、H11、J2、J3、K2、K3、L2、L5、L6、L8、L15、M8、N4、P3、Q3、R1、S1又はT1を用いたこと以外は実施例1と同様にして、図1(A)に示されるOTFTを、それぞれ、製造した。
製造したOTFTそれぞれについて、実施例1と同様にして、キャリア移動度μ、キャリア移動度μの維持率、On/Off比及び閾値電圧Vthを評価した。その結果、いずれも実施例1と同様の結果が得られた。
[実施例5]
[ボトムゲート型OTFTの製造及び評価]
実施例5では、ゲート絶縁層2を形成する有機高分子を代えてボトムゲート型OTFTの製造し、その特性等を評価した。
すなわち、実施例1において、ゲート絶縁層2を形成する有機高分子をポリ(4−ビニルフェノール)に代えて、ポリビニルフェノール(日本曹達製、VP−8000、Mn11000、分散度1.1)、ポリシルセスキオキサン(東亞合成製、OX−SQ HDXOX−SQ NDX)、又は、フッ素樹脂(旭硝子製、CYTOP CTL−809M)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、図1(A)に示されるOTFTを、それぞれ、製造した。
製造したOTFTそれぞれについて、実施例1と同様にして、キャリア移動度μ、キャリア移動度μの維持率、On/Off比及び閾値電圧Vthを評価した。その結果、いずれも実施例1と同様の結果が得られた。
[実施例6]
[ボトムゲート型OTFTの製造及び評価]
実施例6では、無機酸化物で形成してゲート絶縁層2を備えたボトムゲート型OTFTの製造し、その特性等を評価した。
すなわち、実施例1において、ゲート絶縁層2を形成する有機高分子に代えて、表面0.3μmを熱酸化してSiOを形成したシリコン基板をゲート絶縁層2として用いたこと以外は実施例1と同様にして、図1(A)に示されるOTFTを、それぞれ、製造した。
製造したOTFTそれぞれについて、実施例1と同様にして、キャリア移動度μ、キャリア移動度μの維持率、On/Off比及び閾値電圧Vthを評価した。その結果、いずれも実施例1と同様の結果が得られた。
1 有機半導体層
1A 樹脂(C)の含有率が多い領域(樹脂(C)からなる層)
1B 有機半導体の含有率が多い領域(有機半導体かならる層)
2 ゲート絶縁層
3 ソース電極
4 ドレイン電極
5 ゲート電極
6 基板

Claims (15)

  1. 基板上に、ゲート電極と、有機半導体層と、前記ゲート電極及び前記有機半導体層の間に設けられたゲート絶縁層と、前記有機半導体層に接して設けられ、前記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有機薄膜トランジスタであって、
    前記有機半導体層が、有機半導体と、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、炭素数1以上、アルコキシカルボニル基を形成する場合は炭素数2以上のアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリールオキシカルボニル基、少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び、少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(C)とを含む有機薄膜トランジスタ。
  2. 前記樹脂(C)が、下記一般式(C−Ia)〜(C−Id)のいずれかで表される繰り返し単位を有する請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ。
    Figure 2015167164
    一般式中、R10及びR11は、水素原子、フッ素原子又はアルキル基を表す。
    は、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、炭素数2以上のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
    は、フッ素原子、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、アルキル基及びシクロアルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
    及びWは、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
    Ar11は、(r+1)価の芳香環基を表す。
    rは、1〜10の整数を表す。
  3. 前記樹脂(C)が、フッ素原子を有する基及びケイ素原子を有する基の少なくとも一方の基を有する請求項1又は2に記載の有機薄膜トランジスタ。
  4. 前記有機半導体が前記ゲート絶縁層側に偏在し、前記樹脂(C)が前記ゲート絶縁層の反対側に偏在している請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
  5. 前記有機半導体が前記ゲート絶縁層側に、また前記樹脂(C)が前記ゲート絶縁層の反対側に、互いに相分離している請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
  6. 前記樹脂(C)の表面エネルギーが、30mNm−1以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
  7. ボトムゲート構造である請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
  8. ボトムコンタクト構造である請求項7に記載の有機薄膜トランジスタ。
  9. 前記有機半導体が、低分子化合物である請求項1〜8のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
  10. 前記有機半導体が、縮合多環芳香族化合物である請求項1〜9のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
  11. 前記有機半導体が、下記一般式(C)〜(T)のいずれかで表される化合物である請求項1〜10のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
    Figure 2015167164
    一般式(C)中、AC1、AC2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RC1〜RC6は水素原子又は置換基を表し、RC1〜RC6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(D)中、XD1及びXD2はNRD9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AD1はCRD7又は窒素原子を表し、AD2はCRD8又は窒素原子を表し、RD9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基又はアシル基を表す。RD1〜RD8は水素原子又は置換基を表し、RD1〜RD8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(E)中、XE1及びXE2は酸素原子、硫黄原子又はNRE7を表す。AE1及びAE2はCRE8又は窒素原子を表す。RE1〜RE8は水素原子又は置換基を表し、RE1〜RE8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(F)中、XF1及びXF2は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RF1〜RF10、RFa及びRFbは水素原子又は置換基を表し、RF1〜RF10、RFa及びRFbのうち少なくとも一つは一般式(W)で表される置換基である。p及びqは0〜2の整数を表す。
    一般式(G)中、XG1及びXG2はNRG9、酸素原子又は硫黄原子を表す。AG1はCRG7又は窒素原子を表し、AG2はCRG8又は窒素原子を表す。RG9は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表し、RG1〜RG8は水素原子又は置換基を表し、RG1〜RG8のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(H)中、XH1〜XH4はNRH7、酸素原子又は硫黄原子を表し、RH7は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。RH1〜RH6は水素原子又は置換基を表し、RH1〜RH6のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(J)中、XJ1及びXJ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRJ9を表す。XJ3及びXJ4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RJ1〜RJ9は水素原子又は置換基を表し、RJ1〜RJ9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(K)中、XK1及びXK2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRK9を表す。XK3及びXK4は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。RK1〜RK9は水素原子又は置換基を表し、RK1〜RK9のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(L)中、XL1及びXL2は酸素原子、硫黄原子又はNRL11を表す。RL1〜RL11は水素原子又は置換基を表し、RL1〜RL11のうち少なくとも1つが下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(M)中、XM1及びXM2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRM9を表す。RM1〜RM9は水素原子又は置換基を表し、RM1〜RM9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(N)中、XN1及びXN2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRN13を表す。RN1〜RN13は水素原子又は置換基を表し、RN1〜RN13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(P)中、XP1及びXP2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRP13を表す。RP1〜RP13は水素原子又は置換基を表し、RP1〜RP13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(Q)中、XQ1及びXQ2は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRQ13を表す。RQ1〜RQ13は水素原子又は置換基を表し、RQ1〜RQ13のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(R)中、XR1、XR2及びXR3は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRR9を表す。RR1〜RR9は水素原子又は置換基を表し、RR1〜RR9のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(S)中、XS1、XS2、XS3及びXS4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRS7を表す。RS1〜RS7は水素原子又は置換基を表し、RS1〜RS7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(T)中、XT1、XT2、XT3及びXT4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はNRT7を表す。RT1〜RT7は水素原子又は置換基を表し、RT1〜RT7のうち少なくとも1つは下記一般式(W)で表される置換基である。
    一般式(W): −L−R
    一般式(W)中、Lは下記一般式(L−1)〜(L−25)のいずれかで表される2価の連結基又は2以上の下記一般式(L−1)〜(L−25)のいずれかで表される2価の連結基が結合した2価の連結基を表す。
    は置換又は無置換のアルキル基、シアノ基、ビニル基、エチニル基、オキシエチレン基、オキシエチレン単位の繰り返し数vが2以上のオリゴオキシエチレン基、シロキサン基、ケイ素原子数が2以上のオリゴシロキサン基、あるいは、置換又は無置換のトリアルキルシリル基を表す。
    Figure 2015167164
    一般式(L−1)〜(L−25)中、波線部分は上記一般式(C)〜(T)で表される各骨格を形成するいずれかの環との結合位置を表す。*はRwとの結合位置又は一般式(L−1)〜(L−25)の波線部分との結合位置を表す。
    一般式(L−13)におけるmは4を表し、一般式(L−14)及び(L−15)におけるmは3を表し、一般式(L−16)〜(L−20)におけるmは2を表し、(L−22)におけるmは6を表す。
    一般式(L−1)、(L−2)、(L−6)及び(L−13)〜(L19)及び(L−21)〜(L−24)におけるR’はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。
    は水素原子又は置換基を表し、Rsiはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を表す。
  12. 前記有機半導体が、前記一般式(C)、前記一般式(F)、前記一般式(J)又は前記一般式(L)のいずれかで表される化合物である請求項11に記載の有機薄膜トランジスタ。
  13. 前記ゲート絶縁層が、有機高分子で形成されている請求項1〜12のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ。
  14. 基板上に、ゲート電極と、有機半導体層と、前記ゲート電極及び前記有機半導体層の間に設けられたゲート絶縁層と、前記有機半導体層に接して設けられ、前記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有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
    有機半導体と、フッ素原子を有する基、ケイ素原子を有する基、炭素数1以上、アルコキシカルボニル基を形成する場合は炭素数2以上のアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリールオキシカルボニル基、少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び、少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(C)とを含有する塗布液を、前記基板又は前記ゲート絶縁層上に塗布する有機薄膜トランジスタの製造方法。
  15. 前記塗布により、前記樹脂(C)を前記基板又は前記ゲート絶縁層の反対側に偏在させる請求項14に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
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