JP6399241B2 - 高分子化合物、該高分子化合物を硬化した膜及び該膜を含む電子デバイス - Google Patents
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Description
[1] ブロック化イソシアナト基及びブロック化イソチオシアナト基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位と、
ヒドロキシ基及びカルボキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位と、
下記式(1)で表される繰り返し単位と
を含む高分子化合物であって、
前記高分子化合物に含まれる全ての繰り返し単位の合計含有量を100mol%として、
高分子化合物中のブロック化イソシアナト基及びブロック化イソチオシアナト基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位の含有量が1モル%以上30モル%以下である高分子化合物。
(式(1)中、R1、R2及びR3は、それぞれ独立に、水素原子、又はメチル基を表す。)
[2] 前記高分子化合物に含まれる全ての繰り返し単位の合計含有量を100モル%として、
前記式(1)で表される繰り返し単位の含有量が40モル%以上である[1]に記載の高分子化合物。
[3] 前記ヒドロキシ基及びカルボキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位が、下記式(2)で表される繰り返し単位である[1]又は[2]に記載の高分子化合物。
(式(2)中、
R4、R5及びR6は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は炭素原子数1〜20の1価の有機基を表す。
Raは、炭素原子数1〜20の2価の有機基、−O−で表される基、−CO−で表される基、−COO−で表される基、−NHCO−で表される基、又は−NHCOO−で表される基を表す。前記−O−で表される基、前記−CO−で表される基、前記−COO−で表される基、前記−NHCO−で表される基、及び前記−NHCOO−で表される基の結合手は、前記式(2)中の前記R4が結合する炭素原子側に位置していても、前記式(2)中のRc側に位置していてもよい。
Rcは、単結合又は炭素原子数1〜20の2価の有機基を表す。
前記2価の有機基中の水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよい。
mは、0〜6の整数を表す。
Xaは、ヒドロキシ基又はカルボキシ基を表す。
Raが複数個ある場合、それらはそれぞれ独立である。)
[4] 前記ブロック化イソシアナト基及びブロック化イソチオシアナト基が、下記式(3)で表される基又は下記式(4)で表される基である[1]から[3]のいずれか一項に記載の高分子化合物。
(式(3)及び(4)中、
Xbは、酸素原子又は硫黄原子を表す。
R7〜R11は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素原子数1〜20の1価の有機基を表す。)
[5] 下記式(5)で表される繰り返し単位をさらに含む[1]から[4]のいずれか一項に記載の高分子化合物。
(式(5)中、
R12、R13及びR14は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は炭素原子数1〜20の1価の有機基を表す。
R15は、塩素原子、フッ素原子、臭素原子、ヨウ素原子又は炭素原子数1〜20の1価の有機基を表す。
Rbは、炭素原子数1〜20の2価の有機基、−O−で表される基、−CO−で表される基、−COO−で表される基、−NHCO−で表される基、又はNHCOO−で表される基を表す。前記−O−で表される基、前記−CO−で表される基、前記−COO−で表される基、前記−NHCO−で表される基、及び前記−NHCOO−で表される基の結合手は、前記式(5)中の前記R12が結合する炭素原子側に位置していても、前記式(5)中のベンゼン環を構成する炭素原子側に位置していてもよい。前記2価の有機基中の水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよい。
n1は、0〜5の整数を表す。
n2は、0〜6の整数を表す。
Rbが複数個ある場合、それらはそれぞれ独立である。R15が複数個ある場合、それらはそれぞれ独立である。)
[6] [1]〜[5]のいずれか一項に記載の高分子化合物及び有機溶媒を含む組成物。
[7] [1]〜[5]のいずれか一項に記載の高分子化合物を硬化した膜。
[8] [7]に記載の膜を含む、電子デバイス。
[9] [7]に記載の膜をゲート絶縁層として含む有機薄膜トランジスタ。
[10] [7]に記載の膜をオーバーコート層としてさらに含む[9]に記載の有機薄膜トランジスタ。
本明細書で共通して用いられる用語は、特記しない限り、以下の意味である。
炭素原子数1〜20の1価の有機基としては、アルキル基が好ましい。
本発明にかかる高分子化合物は、ブロック化イソシアナト基及びブロック化イソチオシアナト基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位と、
ヒドロキシ基及びカルボキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位と、
前記式(1)で表される繰り返し単位と
を含む高分子化合物であって、
前記高分子化合物に含まれる全ての繰り返し単位の合計含有量を100モル%として、
高分子化合物中のブロック化イソシアナト基及びブロック化イソチオシアナト基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位の含有量が1モル%以上30モル%以下である高分子化合物である。
前記高分子化合物に含まれる全ての繰り返し単位の合計含有量を100モル%として、
ブロック化イソシアナト基及びブロック化イソチオシアナト基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位の含有量と、
ヒドロキシ基及びカルボキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位の含有量と、
式(1)で表される繰り返し単位の含有量の合計は、好ましくは40モル%以上100モル%以下であり、より好ましくは50モル%以上90モル%以下であり、50モル%以上80モル%以下であることがさらに好ましい。
本発明の高分子化合物は、式(1)で表される繰り返し単位を含む。
高分子化合物中の前記式(1)で表される繰り返し単位の含有量は、該高分子化合物を硬化した膜を含む有機薄膜トランジスタのキャリア移動度を高くするという観点から、好ましくは5モル%以上95モル%以下であり、より好ましくは30モル%以上90モル%以下であり、さらに好ましくは40モル%以上80モル%以下である。高分子化合物に含まれる各繰り返し単位の含有量は、高分子化合物の製造時に使用される各繰り返し単位に対応する原料モノマーの使用量から求められる。
本発明の高分子化合物は、ブロック化イソシアナト基及びブロック化イソチオシアナト基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位を含む。
換言すると、本発明の高分子化合物は、ブロック化イソシアナト基のみを有する繰り返し単位を含んでいてもよく、ブロック化イソチオシアナト基のみを有する繰り返し単位を含んでいてもよく、ブロック化イソシアナト基及びブロック化イソチオシアナト基の両方を有する繰り返し単位を含んでいてもよい。前記高分子化合物は、ブロック化イソシアナト基のみを有する繰り返し単位、ブロック化イソチオシアナト基のみを有する繰り返し単位、並びにブロック化イソシアナト基及びブロック化イソチオシアナト基の両方を有する繰り返し単位からなる群から選ばれる2種以上の繰り返し単位を含んでいてもよい。
以下、ブロック化イソシアナト基及びブロック化イソチオシアナト基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位の原料となるモノマーの例を示す。
分子内に不飽和二重結合とイソチオシアナト基とを有する化合物の例としては、2−アクリロイルオキシエチルイソチオシアネート、2−メタクリロイルオキシエチルイソチオシアネート、2−(2’−メタクリロイルオキシエチル)オキシエチルイソチオシアネート等が挙げられる。
ブロック化剤としては、例えば、アルコ−ル化合物、フェノ−ル化合物、活性メチレン化合物、メルカプタン化合物、酸アミド化合物、酸イミド化合物、イミダゾール化合物、尿素化合物、オキシム化合物、アミン化合物、イミン化合物、重亜硫酸塩、ピリジン化合物、ピラゾール化合物が挙げられる。これらのブロック化剤は、単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。好ましいブロック化剤としては、オキシム化合物、ピラゾール化合物が挙げられる。
アルコ−ル化合物の例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、2−エチルヘキサノール、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、メチルカルビトール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール等が挙げられる。
フェノール化合物の例としては、フェノール、クレゾール、エチルフェノール、ブチルフェノール、ノニルフェノール、ジノニルフェノール、スチレン化フェノール、ヒドロキシ安息香酸エステル等が挙げられる。
活性メチレン化合物の例としては、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセチルアセトン等が挙げられる。
メルカプタン化合物の例としては、ブチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン等が挙げられる。
酸アミド化合物の例としては、アセトアニリド、酢酸アミド、ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、γ−ブチロラクタム等が挙げられる。
酸イミド化合物の例としては、コハク酸イミド、マレイン酸イミド等が挙げられる。
イミダゾール化合物の例としては、イミダゾール、2−メチルイミダゾール等が挙げられる。
尿素化合物の例としては、尿素、チオ尿素、エチレン尿素等が挙げられる。
アミン化合物の例としては、ジフェニルアミン、アニリン、カルバゾール等が挙げられる。
イミン化合物の例としては、エチレンイミン、ポリエチレンイミン等が挙げられる。
重亜硫酸塩の例としては、重亜硫酸ソーダ等が挙げられる。
ピリジン化合物の例としては、2−ヒドロキシピリジン、2−ヒドロキシキノリン等が挙げられる。
オキシム化合物の例としては、ホルムアルドオキシム、アセトアルドオキシム、アセトオキシム、メチルエチルケトオキシム、シクロヘキサノンオキシム等が挙げられる。
ピラゾール化合物の例としては、3,5−ジメチルピラゾール、3,5−ジエチルピラゾール等が挙げられる。
R7〜R11は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素原子数1〜20の1価の有機基を表す。R7〜R11である炭素原子数1〜20の1価の有機基の定義、具体例等は、上記のとおりである。
高分子化合物中のブロック化イソシアナト基及びブロック化イソチオシアナト基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位の含有量は、該高分子化合物を硬化した膜を含む有機薄膜トランジスタのキャリア移動度を高くするという観点から、1モル%以上30モル%以下であり、好ましくは1モル%以上20モル%以下であり、より好ましくは1モル%以上15モル%以下である。高分子化合物に含まれる前記繰り返し単位の含有量は、高分子化合物の製造時に使用される各繰り返し単位に対応する原料モノマーの使用量から求められる。
本発明の高分子化合物は、ヒドロキシ基及びカルボキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位を含む。
R4、R5及びR6は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は炭素原子数1〜20の1価の有機基を表す。
Raは、炭素原子数1〜20の2価の有機基、−O−で表される基、−CO−で表される基、−COO−で表される基、−NHCO−で表される基、又は−NHCOO−で表される基を表す。前記−O−で表される基、前記−CO−で表される基、前記−COO−で表される基、前記−NHCO−で表される基、及び前記−NHCOO−で表される基の結合手は、前記式(2)中の前記R4が結合する炭素原子側に位置していても、前記式(2)中のRc側に位置していてもよい。
Rcは、単結合又は炭素原子数1〜20の2価の有機基を表す。
前記2価の有機基中の水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよい。
mは、0〜6の整数を表す。
Xaは、ヒドロキシ基又はカルボキシ基を表す。
Raが複数個ある場合、それらはそれぞれ独立である。
前記式(2)中、Raは、−COO−で表される基、−NHCO−で表される基、−NHCOO−で表される基、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基、n−ブチレン基又はフェニレン基であることが好ましい。
前記式(2)中、Rcは、単結合、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基、n−ブチレン基又はフェニレン基であることが好ましい。
前記式(2)として好ましい態様は、R4、R5、R6が、水素原子又はメチル基であり、mが1であり、Raが−COO−で表される基であり、Rcが炭素原子数1〜10の2価の脂肪族炭化水素基である場合、R4、R5、R6が、水素原子又はメチル基であり、mが0であり、Rcが炭素原子数6〜20の2価の芳香族炭化水素基である場合、が挙げられる。
前記式(2)で表される繰り返し単位としては、例えば、下記式(2−1)で表わされる繰り返し単位が挙げられる。
高分子化合物中の分子内に不飽和二重結合とヒドロキシ基及びカルボキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基とを有する繰り返し単位の含有量は、該高分子化合物を硬化した膜を含む有機薄膜トランジスタのキャリア移動度を高くするという観点から、好ましくは1モル%以上60モル%以下であり、より好ましくは1モル%以上30モル%以下であり、さらに好ましくは1モル%以上20モル%以下である。高分子化合物に含まれる前記繰り返し単位の含有量は、高分子化合物の製造時に使用される各繰り返し単位に対応する原料モノマーの使用量から求められる。
高分子化合物は、下記式(5)で表される繰り返し単位を含んでいてもよい。
R15は、塩素原子、フッ素原子、臭素原子、ヨウ素原子又は炭素原子数1〜20の1価の有機基を表す。
Rbは、炭素原子数1〜20の2価の有機基、−O−で表される基、−CO−で表される基、−COO−で表される基、−NHCO−で表される基、又はNHCOO−で表される基を表す。前記−O−で表される基、前記−CO−で表される基、前記−COO−で表される基、前記−NHCO−で表される基、及び前記−NHCOO−で表される基の結合手は、前記式(5)中の前記R12が結合する炭素原子側に位置していても、前記式(5)中のベンゼン環を構成する炭素原子側に位置していてもよい。前記2価の有機基中の水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよい。
n1は、0〜5の整数を表す。
n2は、0〜6の整数を表す。
Rbが複数個ある場合、それらはそれぞれ独立である。R15が複数個ある場合、それらはそれぞれ独立である。
高分子化合物中の前記式(5)で表される繰り返し単位の含有量は、該高分子化合物を硬化した膜の絶縁破壊強度を高めることができるという観点から、1モル%以上70モル%以下であることが好ましく、10モル%以上60モル%以下であることがより好ましく、30モル%以上50モル%以下であることがさらに好ましい。
本発明の高分子化合物は、ブロック化イソシアナト基及びブロック化イソチオシアナト基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位、ヒドロキシ基及びカルボキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位、上記式(1)で表される繰り返し単位及び上記式(5)で表される繰り返し単位以外の「その他の繰り返し単位」を含んでもよい。
が挙げられる。
R1、R2及びR3は、それぞれ独立に、水素原子、又はメチル基を表す。R4、R5、R6、R16、R17、R18は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は炭素原子数1〜20の1価の有機基を表す。
本発明の高分子化合物は、例えば、ブロック化イソシアナト基及びブロック化イソチオシアナト基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位の原料となる重合性モノマーと、ヒドロキシ基及びカルボキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位の原料となる重合性モノマーと、前記式(1)で表される繰り返し単位の原料となる重合性モノマーとを光重合開始剤もしくは熱重合開始剤を用いて共重合させる方法により製造することができる。
本発明の組成物は、前記高分子化合物及び有機溶媒を含む組成物である。
本発明の高分子化合物を硬化して膜とすることができる。本発明の膜は、既に説明した本発明の組成物を、例えば形成対象である基材の表面に塗布して塗布層を形成する工程と、塗布層を硬化する工程とを含む製造方法により形成することができる。
前記乾燥工程は、基材上に形成された塗布層中の溶媒を除去することを目的としている。硬化する工程は塗布層中の高分子化合物が有する反応性の官能基による架橋反応を進行させて、該高分子化合物が硬化した硬化物である膜を形成することを目的として行われる。塗布層の硬化は、塗布層への電磁波の照射または塗布層の加熱により行うことができる。
前記高分子化合物を硬化した膜を含む電子デバイスについて説明する。既に説明した本発明の膜は、有機薄膜トランジスタ、有機LED、センサーなどの種々の電子デバイスに用いることができる。
電子デバイスとしては、有機薄膜トランジスタが好適である。本発明の膜を、有機薄膜トランジスタのゲート絶縁層として含むことが好適である。
有機薄膜トランジスタは、例えば、本発明の高分子化合物を硬化した膜であるゲート絶縁層に加え、さらに本発明の高分子化合物を硬化した膜をオーバーコート層として備えていてもよい。
以下、本発明の高分子化合物を硬化した膜を好適に適用できる有機薄膜トランジスタについて説明する。
本発明の有機薄膜トランジスタは、既に説明した本発明の高分子化合物を硬化したゲート絶縁層を含む。
以下、図面を参照して、本発明の高分子化合物の好適な適用先である有機薄膜トランジスタの実施形態について説明する。
図1に示されるように、第1実施形態の有機薄膜トランジスタ10は、基板1と、基板1の主表面に接合するように設けられたゲート電極2と、ゲート電極2を覆うように基板1に設けられたゲート絶縁層3と、ゲート絶縁層3に接合しており、ゲート電極2の直上を覆うように設けられた有機半導体層4と、有機半導体層4に接合するように設けられ、チャネル領域を挟み、かつ基板1の厚さ方向にみたときに(平面視で)チャネル領域がゲート電極2と重なるように互いに離間させて設けられたソース電極5及びドレイン電極6と、基板1に設けられたゲート電極2、ゲート絶縁層3、有機半導体層4、ソース電極5及びドレイン電極6を覆うように設けられたオーバーコート層7とを備えている。
図2に示されるように、第2実施形態の有機薄膜トランジスタ10は、基板1と、基板1の主表面に接合するように設けられたゲート電極2と、ゲート電極2を覆うように基板1に設けられたゲート絶縁層3と、ゲート絶縁層3に接合しており、チャネル領域を挟み、かつ基板1の厚さ方向にみたときに(平面視で)チャネル領域がゲート電極2と重なるように互いに離間させて設けられたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極5及びドレイン電極6にまたがるように、かつソース電極5及びドレイン電極6の一部分及びチャネル領域を含むゲート絶縁層3の一部分を覆うように設けられた有機半導体層4と、基板1に設けられたゲート電極2、ゲート絶縁層3、有機半導体層4、ソース電極5及びドレイン電極6を覆うように設けられたオーバーコート層7とを備えている。
前記第1実施形態の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10は、例えば、基板1の主表面にゲート電極2を形成し、ゲート電極2を覆うようにゲート電極2が設けられた基板1(基材)の表面にゲート絶縁層3を形成し、ゲート絶縁層3上に有機半導体層4を形成し、有機半導体層4に接合するようにソース電極5及びドレイン電極6を形成し、さらに要すれば、基板1に設けられたゲート電極2、ゲート絶縁層3、有機半導体層4、ソース電極5及びドレイン電極6を覆うようにオーバーコート層7を形成することで製造することができる。
自己組織化単分子層を形成するためのアルキルアルコキシシラン化合物としては、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、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が挙げられる。
図示されていないアンダーコート層についてもオーバーコート層7と同様にして形成することができる。
本発明の高分子化合物を用いて製造した有機薄膜トランジスタを用いて、有機薄膜トランジスタを含むディスプレイ用部材を製造することができる。また該有機薄膜トランジスタを含むディスプレイ用部材を用いて、ディスプレイ用部材を備えるディスプレイを製造することができる。
後述する高分子化合物Cの数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフィ(GPC、Waters社製、商品名:Alliance GPC 2000)を用いて求めた。測定される高分子化合物Cは、オルトジクロロベンゼンに溶解させ、GPCに注入した。GPCの移動相にはオルトジクロロベンゼンを用いた。カラムは、「TSKgel GMHHR−H(S)HT(2本連結、東ソー社製)」を用いた。検出器にはUV検出器を用いた。
下記のスキームに沿って、高分子化合物Cを合成した。
反応容器内の気体を窒素ガスで置換した後に、下記式B−1で表される化合物B−1(286.8mg、0.200ミリモル)、下記式B−2で表される化合物B−2(77.6mg、0.200ミリモル)、テトラヒドロフランを19mL、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを7.3mg、トリ−tert−ブチルホスホニウムテトラフルオロボレートを9.3mg加えて、撹拌した。得られた反応溶液に、3モル/Lのリン酸カリウム水溶液を1.0mL滴下し、3時間還流させた。得られた反応溶液に、フェニルボロン酸を24.4mg加えて、1時間還流させた。得られた反応溶液に、N,N−ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム三水和物を0.1g加えて、3時間還流させた。得られた反応溶液を水に注ぎ、トルエンを加え、トルエン層を抽出した。得られたトルエン溶液を、酢酸水溶液及び水で洗浄した後、シリカゲルカラムを用いて精製した。得られたトルエン溶液をアセトンに滴下したところ、析出物が得られた。得られた析出物を、アセトンを溶媒として用いてソックスレー洗浄し、下記式で表される繰り返し単位を含む高分子化合物Cを得た。高分子化合物Cの得量は244mgであり、ポリスチレン換算の数平均分子量は3.1×104であり、重量平均分子量は6.5×104であった。
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)5.65g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工社製、商品名「カレンズMOI−BM」)1.74g、4−ビニル安息香酸(東京化成工業株式会社製)1.07g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.063g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(東京化成工業株式会社製)19.89gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、70℃のオイルバス中で18時間重合させて、下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(1)が溶解している粘稠なPGMEA溶液(組成物(1))を得た。得られた高分子化合物(1)のポリスチレン換算の数平均分子量は4.0×104であり、重量平均分子量は9.7×104であった。ポリマー中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート単位:4−ビニル安息香酸単位は仕込み比率で70モル%:15モル%:15モル%であった。
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)6.73g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工社製、商品名「カレンズMOI−BM」)1.21g、4−ビニル安息香酸(東京化成工業株式会社製)6.73g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.066g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(東京化成工業株式会社製)20.40gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、70℃のオイルバス中で16時間重合させて、下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(2)が溶解している粘稠なPGMEA溶液を得た。得られた高分子化合物(2)のポリスチレン換算の数平均分子量は3.9×104であり、重量平均分子量は9.1×104であった。ポリマー中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート単位:4−ビニル安息香酸単位は仕込み比率で80モル%:10モル%:10モル%であった。
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)3.43g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工社製、商品名「カレンズMOI−BM」)1.65g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)0.89g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.045g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(東京化成工業株式会社製)14.02gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、70℃のオイルバス中で18時間重合させて、下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(3)が溶解している粘稠なPGMEA溶液を得た。得られた高分子化合物(3)のポリスチレン換算の数平均分子量は3.2×104であり、重量平均分子量は1.2×105であった。
ポリマー中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート単位:2−ヒドロキシエチルメタクリレート単位は仕込み比率で60モル%:20モル%:20モル%であった。
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)5.77g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工社製、商品名「カレンズMOI−BM」)1.78g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)0.96g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.064g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(東京化成工業株式会社製)19.99gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、70℃のオイルバス中で18時間重合させて、下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(4)が溶解している粘稠なPGMEA溶液を得た。得られた高分子化合物(4)のポリスチレン換算の数平均分子量は3.3×104であり、重量平均分子量は1.1×105であった。
ポリマー中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート単位:2−ヒドロキシエチルメタクリレート単位は仕込み比率で70モル%:15モル%:15モル%であった。
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)2.86g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工社製、商品名「カレンズMOI−BM」)2.06g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)1.11g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.045g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(東京化成工業株式会社製)14.16gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、70℃のオイルバス中で18時間重合させて、下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(5)が溶解している粘稠なPGMEA溶液を得た。得られた高分子化合物(5)のポリスチレン換算の数平均分子量は3.2×104であり、重量平均分子量は1.1×105であった。
ポリマー中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート単位:2−ヒドロキシエチルメタクリレート単位は仕込み比率で50モル%:25モル%:25モル%であった。
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)2.29g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工社製、商品名「カレンズMOI−BM」)2.47g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)1.33g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.045g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(東京化成工業株式会社製)14.30gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、70℃のオイルバス中で18時間重合させて、下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(1)が溶解している粘稠なPGMEA溶液を得た。得られた高分子化合物(1)のポリスチレン換算の数平均分子量は3.2×104であり、重量平均分子量は9.8×104であった。
ポリマー中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート単位:2−ヒドロキシエチルメタクリレート単位は仕込み比率で40モル%:30モル%:30モル%であった。
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)1.66g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工社製、商品名「カレンズMOI−BM」)2.80g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)1.50g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.043g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(東京化成工業株式会社製)14.02gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、70℃のオイルバス中で18時間重合させて、下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(7)が溶解している粘稠なPGMEA溶液を得た。得られた高分子化合物(7)のポリスチレン換算の数平均分子量は2.8×104であり、重量平均分子量は6.7×104であった。
ポリマー中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート単位:2−ヒドロキシエチルメタクリレート単位は仕込み比率で30モル%:35モル%:35モル%であった。
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)3.95g、スチレン(純正化学社製)0.98g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工社製、商品名「カレンズMOI−BM」)1.71g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)0.92g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.062g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(東京化成工業株式会社製)17.77gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、70℃のオイルバス中で19時間重合させて、下下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(8)が溶解している粘稠なPGMEA溶液を得た。得られた高分子化合物(8)のポリスチレン換算の数平均分子量は3.5×104であり、重量平均分子量は8.3×104であった。
ポリマー中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:スチレン単位:2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート単位:2−ヒドロキシエチルメタクリレート単位は仕込み比率で50モル%: 20モル%:15モル%:15モル%であった。
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)3.36g、スチレン(純正化学社製)1.56g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工社製、商品名「カレンズMOI−BM」)1.82g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)0.98g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.066g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(東京化成工業株式会社製)18.16gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、70℃のオイルバス中で19時間重合させて、下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(9)が溶解している粘稠なPGMEA溶液を得た。得られた高分子化合物(9)のポリスチレン換算の数平均分子量は3.6×104であり、重量平均分子量は8.0×104であった。
ポリマー中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:スチレン単位:2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート単位:2−ヒドロキシエチルメタクリレート単位は仕込み比率で40モル%: 30モル%:15モル%:15モル%であった。
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)4.71g、メタクリル酸メチル(和光純薬社製)1.17g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工社製、商品名「カレンズMOI−BM」)2.04g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)1.09g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.074g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(東京化成工業株式会社製)21.18gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、70℃のオイルバス中で19時間重合させて、下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(10)が溶解している粘稠なPGMEA溶液を得た。得られた高分子化合物(10)のポリスチレン換算の数平均分子量は3.5×104であり、重量平均分子量は1.0×105であった。
ポリマー中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:メタクリル酸メチル単位:2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート単位:2−ヒドロキシエチルメタクリレート単位は仕込み比率で50モル%: 20モル%:15モル%:15モル%であった。
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)4.04g、スチレン(純正化学社製)5.00g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工社製、商品名「カレンズMOI−BM」)0.97g、4−ヒドロキシブチルアクリレート(日本化成社製)0.58g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.053g、2−ヘプタノン(MAKN)(東京化成工業株式会社製)15.95gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、70℃のオイルバス中で18時間重合させて、下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(11)が溶解している粘稠なMAKN溶液を得た。得られた高分子化合物(11)のポリスチレン換算の数平均分子量は3.4×104であり、重量平均分子量は6.5×104であった。
ポリマー中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:スチレン単位:2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート単位:4−ヒドロキシブチルアクリレート単位は仕込み比率で30モル%: 60モル%:5モル%:5モル%であった。
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)1.56g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工社製、商品名「カレンズMOI−BM」)3.76g、ヒドロキシプロピルアクリレート(東京化成工業株式会社製)0.81g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.041g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(東京化成工業株式会社製)14.39gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、70℃のオイルバス中で19時間重合させて、下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(12)が溶解している粘稠なPGMEA溶液を得た。得られた高分子化合物(12)のポリスチレン換算の数平均分子量は3.1×104であり、重量平均分子量は8.4×104であった。ポリマー中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート単位:ヒドロキシプロピルアクリレート単位は仕込み比率で40モル%: 30モル%:30モル%であった。
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)1.56g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工社製、商品名「カレンズMOI−BM」)2.63g、ヒドロキシプロピルアクリレート(東京化成工業株式会社製)1.41g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.041g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(東京化成工業株式会社製)13.17gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、70℃のオイルバス中で17時間重合させて、下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(12)が溶解している粘稠なPGMEA溶液を得た。得られた高分子化合物(12)のポリスチレン換算の数平均分子量は2.7×104であり、重量平均分子量は6.9×104であった。ポリマー中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート単位:ヒドロキシプロピルアクリレート単位は仕込み比率で30モル%: 35モル%:35モル%であった。
2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(東京化成工業株式会社製)2.35g、スチレン(純正化学社製)1.82g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工社製、商品名「カレンズMOI−BM」)0.85g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.046g、2−ヘプタノン(MAKN)(東京化成工業株式会社製)11.83gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、60℃のオイルバス中で17時間重合させて、下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(14)が溶解している粘稠なMAKN溶液を得た。得られた高分子化合物(14)のポリスチレン換算の数平均分子量は3.9×104であり、重量平均分子量は7.2×104であった。
ポリマー中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:スチレン単位:2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート単位は仕込み比率で40モル%: 50モル%:10モル%であった。
2,3、4、5、6−ペンタフルオロスチレン(アルドリッチ社製)9.51g、4−アミノスチレン(東京化成工業株式会社製)2.50g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.092g、2−ヘプタノン(MAKN)(東京化成工業株式会社製)18.16gを、50mL耐圧容器(ACE GLASS社製)に入れ、窒素ガスでバブリングした後、密栓し、60℃のオイルバス中で17時間重合させて、下記式の繰り返し単位および組成を有する高分子化合物(15)が溶解している粘稠なMAKN溶液を得た。得られた高分子化合物(15)のポリスチレン換算の数平均分子量は3.9×104であり、重量平均分子量は7.2×104であった。
ポリマー中の2,3、4、5、6−ペンタフルオロスチレン単位:4−アミノスチレン単位は仕込み比率で70モル%: 30モル%であった。
実施例1で得た高分子化合物(1)のPGMEA溶液(組成物(1))及び高分子化合物Cを含む溶液を用いて、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素子(1)を製造した(トランジスタ(1)という場合がある。以下、同様である。)。以下に具体的に説明する。
比較例3で得た高分子化合物(14)の2−ヘプタノン溶液4.00g、比較例4で得た高分子化合物(15)の2−ヘプタノン溶液1.20g、2−ヘプタノン3.20gを20mLのサンプル瓶に入れ、攪拌して溶解させることにより均一な塗布液(2)を調製した。
2 ゲート電極
3 ゲート絶縁層
4 有機半導体層
5 ソース電極
6 ドレイン電極
7 オーバーコート層
10 有機薄膜トランジスタ
Claims (7)
- 下記式(3)で表される基及び下記式(4)で表される基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位と、
下記式(2)で表される繰り返し単位を有する繰り返し単位と、
下記式(1)で表される繰り返し単位と
を含む高分子化合物であって、
前記高分子化合物に含まれる全ての繰り返し単位の合計含有量を100モル%として、前記式(1)で表される繰り返し単位の含有量が30モル%以上80モル%以下であり、
高分子化合物中の下記式(3)で表される基及び下記式(4)で表される基からなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する繰り返し単位の含有量が5モル%以上30モル%以下であり、
前記式(2)で表される繰り返し単位の含有量が5モル%以上30モル%以下である高分子化合物。
(1)
(式(1)中、R1、R2及びR3は、それぞれ独立に、水素原子、又はメチル基を表す。)
(3)
(4)
(式(3)及び(4)中、
Xbは、酸素原子又は硫黄原子を表す。
R7〜R11は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素原子数1〜20のアルキル基を表す。)
(2)
(式(2)中、
mが1であるとき、R4、R5及びR6は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基であり、R a は−COO−で表される基であり、R c は炭素原子数1〜10の2価の脂肪族炭化水素基であり、Xaは、ヒドロキシ基又はカルボキシ基を表す。
mが0であるとき、R4、R5及びR6は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基であり、R c は単結合又は炭素原子数6〜20の2価の芳香族炭化水素基であり、Xaは、ヒドロキシ基又はカルボキシ基を表す。但し、R c は単結合のとき、X a は、ヒドロキシ基を表す。) - 下記式(5)で表される繰り返し単位をさらに含む請求項1に記載の高分子化合物。
(5)
(式(5)中、
R12、R13及びR14は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は炭素原子数1〜20の1価の有機基を表す。
R15は、塩素原子、フッ素原子、臭素原子、ヨウ素原子又は炭素原子数1〜20の1価の有機基を表す。
Rbは、炭素原子数1〜20の2価の有機基、−O−で表される基、−CO−で表される基、−COO−で表される基、−NHCO−で表される基、又はNHCOO−で表される基を表す。前記−O−で表される基、前記−CO−で表される基、前記−COO−で表される基、前記−NHCO−で表される基、及び前記−NHCOO−で表される基の結合手は、前記式(5)中の前記R12が結合する炭素原子側に位置していても、前記式(5)中のベンゼン環を構成する炭素原子側に位置していてもよい。前記2価の有機基中の水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよい。
n1は、0〜5の整数を表す。
n2は、0〜6の整数を表す。
Rbが複数個ある場合、それらはそれぞれ独立である。R15が複数個ある場合、それらはそれぞれ独立である。) - 請求項1または2に記載の高分子化合物及び有機溶媒を含む組成物。
- 請求項1または2に記載の高分子化合物を硬化した膜。
- 請求項4に記載の膜を含む、電子デバイス。
- 請求項4に記載の膜をゲート絶縁層として含む有機薄膜トランジスタ。
- 請求項4に記載の膜をオーバーコート層としてさらに含む請求項6に記載の有機薄膜トランジスタ。
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