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TWI475075B - 有機半導體配向用組成物、有機半導體配向膜、有機半導體元件及其製造方法 - Google Patents

有機半導體配向用組成物、有機半導體配向膜、有機半導體元件及其製造方法 Download PDF

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TWI475075B
TWI475075B TW099140696A TW99140696A TWI475075B TW I475075 B TWI475075 B TW I475075B TW 099140696 A TW099140696 A TW 099140696A TW 99140696 A TW99140696 A TW 99140696A TW I475075 B TWI475075 B TW I475075B
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decane
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TW099140696A
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Masayuki Kimura
Hiroyuki Yasuda
Original Assignee
Jsr Corp
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Description

有機半導體配向用組成物、有機半導體配向膜、有機半導體元件及其製造方法
本發明涉及適合作為用於形成有機半導體的配向膜的組成物的有機半導體配向用組成物、由該組成物形成的有機半導體配向膜、具有該有機半導體配向膜的有機半導體元件及其製造方法。
近年來,液晶顯示元件由於具有耗電量小以及容易小型化和平板化等優點,所以適合在從行動電話等小型液晶顯示裝置到液晶電視等大畫面液晶顯示裝置的廣泛的用途中使用。在這種液晶顯示元件中,通過使分配到各點的液晶切換ON/OFF的狀態,可以顯示圖像,該液晶的ON/OFF切換中,使用薄膜電晶體(TFT)。
作為以場效應型TFT為代表的半導體裝置,廣泛普及的是使用矽等的無機半導體,同時還逐漸開發有機半導體。有機半導體中包括低分子類有機半導體和高分子類有機半導體,關於構成此等之材料方面,廣泛硏究的低分子類有機半導體是并五苯、高分子類有機半導體是聚噻吩衍生物。低分子類有機半導體是通過蒸鍍法形成半導體層,相對於此,高分子類有機半導體可以通過塗布法(旋轉塗布、噴墨法、印刷法等)形成半導體層,不使用真空、高溫工藝,而是可以在大氣中的室溫下塗布的製程,所以具有可以低成本製造的優點。另外,還可以期待在樹脂基板上形成,所以除了TFT以外,還期待在可撓性顯示器以及電子紙、塑膠IC卡、有機EL、太陽能電池等多種領域中應用。
為了實現有機半導體的高性能化,例如對於開關TFT來說要求高運行頻率(例如,幾百kHz左右)和高的ON電流/OFF電流的比(ON/OFF比。例如,104 ~106 左右)。為了顯現出這樣的功能,有效的是控制源極和汲極間的汲極電流。這裏,飽和區域的汲極電流(Id)滿足下述關係式(I)。
Id=(W/2L)μCi(Vg-Vt)2  ‧‧‧(I)
(式中,W表示通道寬,L表示通道長,μ表示載子移動度,Ci表示每單位面積的閘極絕緣膜的靜電容量,Vg表示閘極電壓,Vt表示閘極臨限值電壓。)
因此,為了滿足上述要求,可以增大W/2L和Ci,但是如果增大前者W/2L,則必須形成高精度的電極圖案,導致成本飛漲。另一方面,如果增大後者Ci,則閘極絕緣膜的電導率變大,必須使膜厚變薄,從防止在大面積工藝中產生氣孔等缺陷的觀點出發,有很大的限制。因此,逐漸開發出著眼於這種限制小的提高載子的移動度μ的方法。作為提高載子移動度μ的具體方法,嘗試藉由導入規定有機半導體分子的配向的配向膜,使有機半導體分子在規定方向配向,從而增加有助於電傳導的π軌道(π電子)的重疊,提高載子移動度。
有機半導體分子的配向引起的π軌道的重疊與載子移動的關係大概可以認為是以下原因。對於構成高分子類有機半導體的π電子共軛型高分子而言,有機半導體高分子鏈在和配向膜之配向方向相同的方向(電極間的方向)配向,從而可能往主鏈的配向方向進行載子移動。另外,對低分子類有機半導體而言,由於在和配向膜的配向方向形成直角的方向(電極間的方向)形成有機半導體分子的π堆積(stack),所以可以往π軌道重疊的方向進行載子移動。
有機半導體分子的配向雖然包括在載子移動方向上摩擦有機半導體層,提高各向異性的方法,但是還無法滿足π軌道平面重疊的規定,而且有產生摩擦損傷或污染之虞。為了解決這種摩擦法的問題,開發出了非接觸式光配向法。作為採用該光配向法的有機電晶體,例如在日本特開2009-289783號公報中,在實施例中,提出了依次形成基板、閘極、閘極絕緣層、配向層、源極和汲極以及含有特定材料的有機半導體層的有機場效應型電晶體。
然而,上述文獻的有機電晶體雖然可以得到某種程度的載子移動度,但是必須要相當於光配向性基團的配向的光照射量,無法認為光配向的靈敏度足夠高。另外,在試圖將有機半導體應用於各種領域時,即使在高溫等苛刻的使用條件下,也必須有可以高比例地維持原始的載子移動度的耐候性(耐熱性)。然而,上述文獻中,完全沒有考慮作為有機半導體元件中的配向層而要求的耐熱性(載子移動度穩定性)。
根據這種情況,希望開出發一種有機半導體配向膜,該配向膜的光配向靈敏度良好,具有源於高耐熱性的載子移動度穩定性,同時可以實現由有機半導體分子的高水準的各向異性的配向引起的高載子移動度;以及開發出可以形成該有機半導體配向膜的有機半導體配向用組成物。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1 日本特開2009-289783號公報
本發明是基於上述問題提出的,其目的在於提供一種有機半導體配向膜,該配向膜的光配向靈敏度良好,可以實現源於高耐熱性的載子移動度穩定性,同時可以發揮出使有機半導體分子以高水準各向異性配向而發揮出優異的載子移動度;以及提供可以形成該有機半導體配向膜的有機半導體配向用組成物、具有上述有機半導體配向膜的有機半導體元件以及該有機半導體元件的製造方法。
為了解決上述問題而提出的發明,是一種包含[A]具有光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物的有機半導體配向用組成物。
該有機半導體配向用組成物由於包含[A]具有光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物,所以在使用其形成有機半導體配向膜時,由於良好的光配向靈敏度,可以降低光配向性基團配向所必需的光照射量,藉此,可以提高有機半導體元件的生產效率。另外,在使用該有機半導體配向用組成物形成的有機半導體配向膜中,通過各向異性配向的[A]具有光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物,有機半導體分子可以高水準地在各向異性配向,藉此,可以在有機半導體元件中實現優異的載子移動度。另外,該有機半導體配向用組成物的[A]具有光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物由於採用聚有機矽氧烷作為主鏈,所以得到的配向膜的熱穩定性以及化學穩定性高,顯示出高耐熱性,藉此,即使在受熱後,也可以長時間、高比例地維持原始的載子移動度。
該有機半導體配向用組成物中,上述光配向性基團較佳為具有桂皮酸結構的基團。通過使用具有以桂皮酸或其衍生物作為基本骨架的桂皮酸結構的基團作為光配向性基團,可以對得到的有機半導體配向膜引起的有機半導體分子的配向賦予高的各向異性,進一步提高有機半導體的載子移動度。
該有機半導體配向用組成物中,上述具有桂皮酸結構的基團較佳為由來自下述式(1)所示的化合物的基團和來自(2)所示的化合物的基團構成的群組中選出的至少一種(以下,將下述式(1)所示的化合物和下述式(2)所示的化合物的一種或兩種簡稱為“特定桂皮酸衍生物”)。
式(1)中,R1 是伸苯基、伸聯苯基、伸三聯苯基或者伸環己基,該伸苯基、伸聯苯基、伸三聯苯基或者伸環己基的氫原子的一部分或者全部可以被碳原子數為1~10的烷基、可以具有氟原子作為取代基的碳原子數為1~10的烷氧基、氟原子或者氰基取代。R2 是單鍵、碳原子數為1~3的伸烷基、氧原子、硫原子、-CH=CH-、-NH-或者-COO-。a是0~3的整數,a為2以上時,R1 和R2 分別可以相同,也可以不同。R3 是氟原子或者氰基,b是0~4的整數。
式(2)中,R4 是伸苯基或者伸環己基,該伸苯基或者伸環己基的氫原子的一部分或全部可以被碳原子數為1~10的鏈狀或環狀的烷基、碳原子數為1~10的鏈狀或環狀的烷氧基、氟原子或者氰基取代。R5 是單鍵、碳原子數為1~3的伸烷基、氧原子、硫原子或者-NH-。c是1~3的整數,c為2以上時,R4 和R5 分別可以相同,也可以不同。R6 是氟原子或氰基,d是0~4的整數。R7 是氧原子、-COO-*或者-OCO-*(其中,在上文中,帶“*”的連接鍵和R8 連接)。R8 是2價芳香族基團、2價的脂環基團、2價的雜環基團或者2價的稠環基團。R9 是單鍵、-OCO-(CH2 )f- *或者-O(CH2 )g- *(其中,在上文中,帶“*”的連接鍵和羧基連接。f和g分別是1~10的整數,e是0~3的整數)。
藉由使用來自上述特定桂皮酸衍生物的基團作為上述具有桂皮酸結構的基團,可以進一步提高對有機半導體分子賦予各向異性的性能,也就是配向性能,容易固定有機半導體分子的π電子的共軛或者堆積,從而進一步提高有機半導體層的載子移動度。
在該有機半導體配向用組成物中,[A]具有光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物較佳為由具有環氧基的聚有機矽氧烷、其水解物和其水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種與由上述式(1)所示的化合物和上述式(2)所示的化合物構成的群組中選出的至少一種的反應產物。該有機半導體配向用組成物中,藉由利用具有環氧基的聚有機矽氧烷和特定桂皮酸衍生物間的反應性,可以在作為主鏈的聚有機矽氧烷中導入來自具有光配向性的特定桂皮酸衍生物的側鏈基團。
該有機半導體配向用組成物中,上述環氧基較佳為由下述式(X1 -1)或者(X1 -2)表示。
式(X1 -1)中,A是氧原子或者單鍵。h是1~3的整數,i是0~6的整數。其中,在i為0時,A是單鍵。
式(X1 -2)中,j是1~6的整數。
式(X1 -1)和(X1 -2)中,“*”分別表示連接鍵。
經由採用上述式(X1 -1)或者(X1 -2)所示的環氧基作為上述環氧基,可以在該有機半導體配向用組成物的聚有機矽氧烷中容易地導入來自上述特定桂皮酸衍生物的側鏈基團。
該有機半導體配向用組成物較佳為進一步含有[B]具有兩個以上由羧酸的縮醛酯結構、羧酸的縮酮酯結構、羧酸的1-烷基環烷基酯結構和羧酸的三級丁基酯結構構成的群組中選出的至少一種結構的化合物。該有機半導體配向用組成物通過含有這種[B]成分的化合物(以下,簡稱為“含酯結構的化合物”),在曝光後的燒結步驟(以下,稱作“後烘烤”)中,產生酸,藉由所產生的酸,可以促進具有光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物的交聯,從而提高得到的有機半導體配向膜的耐熱性。
該有機半導體配向用組成物較佳為進一步含有[C]由聚醯胺酸和聚醯亞胺構成的群組中選出的至少一種聚合物。
該有機半導體配向用組成物經由進一步含有[C]由聚醯胺酸和聚醯亞胺構成的群組中選出的至少一種聚合物,在使用其形成有機半導體配向膜時,可以發揮出高的絕緣性。另外,形成的有機半導體配向膜,由於具有有助於有機半導體分子的各向異性地配向的光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物更多地存在於該配向膜表面附近,所以通過光配向性基團,有機半導體分子可以高水準地各向異性配向,從而可以在有機半導體元件中實現優異的載子移動度。
在該有機半導體配向用組成物中,上述聚醯胺酸和聚醯亞胺較佳為由脂肪族四羧酸二酐、脂環式四羧酸二酐和芳香族四羧酸二酐構成的群組中選出的至少一種四羧酸二酐,和由脂肪族二胺、脂環式二胺和芳香族二胺構成的群組中選出的至少一種二胺的反應產物。上述聚醯胺酸和聚醯亞胺是由這種單體得到的聚合物時,可以進一步改善得到的有機半導體配向膜的以絕緣性為代表的電性質。
本發明的有機半導體配向膜由該有機半導體配向用組成物形成。結果是,該有機半導體配向膜即使受熱,也會由於高耐熱性顯示出優異的載子移動度穩定性,同時由於光配向性基團,容易地限定有機半導體分子的π電子共軛平面或者π堆積配向,可以在有機半導體層中發現優異的載子移動度。另外,該有機半導體配向用組成物在含有[C]由聚醯胺酸和聚醯亞胺構成的群組中選出的至少一種聚合物時,該有機半導體配向膜可以顯示出高的絕緣性。
本發明的有機半導體配向膜較佳為具有桂皮酸結構的基團偏在於從表面到膜厚的30%的範圍內。有助於有機半導體的配向的具有桂皮酸結構的基團通過以上述範圍偏在於配向膜的有機半導體側的表面附近,可以更有效地誘發有機半導體分子的配向。
本發明的有機半導體元件包括在基板上形成的閘極,覆蓋上述閘極形成的絕緣膜,通過該有機半導體配向用組成物在上述絕緣膜上形成的有機半導體配向膜,在上述有機半導體配向膜上形成的源極和汲極,以及至少在上述源極和汲極間形成的有機半導體層。該有機半導體元件由於採用通過該有機半導體配向用組成物形成的配向膜作為有機半導體用的配向膜,所以可以發揮出優異的光配向靈敏度,減少光照射量,同時可以提高有機半導體層中的載子移動度。從而,可以在有機半導體元件中,實現高的運行頻率和高ON/OFF比。另外,由於該有機半導體配向用組成物形成的配向膜的耐熱性高,所以即使受熱後,也可以長時間保持原始的載子移動度。
本發明的有機半導體元件的製造方法包括形成絕緣膜,以覆蓋基板上形成的閘極的絕緣膜形成步驟;在上述絕緣膜上,通過該有機半導體配向用組成物形成塗膜的塗膜形成步驟;在上述塗膜上形成源極和汲極的電極形成步驟;以及至少在上述源極和汲極之間形成有機半導體層的有機半導體層形成步驟;在上述有機半導體層形成步驟前,可以進一步具有對上述塗膜照射直線偏向光,形成有機半導體配向膜的步驟。通過採用該半導體元件的製造方法,可以有效且簡單地製造該有機半導體元件。
本發明的有機半導體元件包括在基板上形成的閘極,通過含有[C]成分的該有機半導體配向用組成物形成的用於覆蓋上述閘極的有機半導體配向膜,在上述有機半導體配向膜上形成的源極和汲極,以及至少在上述源極和汲極間形成的有機半導體層。該有機半導體元件由於採用由含有[C]成分的該有機半導體配向用組成物形成的配向膜作為所謂的閘極絕緣膜,所以可以發揮出優異的絕緣性,同時還可以提高有機半導體層中的載子移動度,從而可以在有機半導體元件中實現高的運行頻率和高ON/OFF比。
本發明的有機半導體元件的製造方法包括利用該有機半導體配向用組成物形成塗膜以覆蓋基板上形成的閘極的塗膜形成步驟;在上述塗膜上形成源極和汲極的電極形成步驟;以及至少在上述源極和汲極間形成有機半導體層的有機半導體層形成步驟;在上述有機半導體層形成步驟前,可以進一步具有對上述塗膜照射直線偏向光,形成有機半導體配向膜的步驟。通過採用該半導體元件的製造方法,可以有效且簡單地製造該有機半導體元件。
如上所述,通過本發明的有機半導體配向用組成物、有機半導體配向膜、有機半導體元件及其製造方法,光配向的靈敏度良好,通過高耐熱性實現載子移動度穩定性,同時可以使有機半導體分子高水準地各向異性地配向,發揮出優異的載子移動度。
實施發明之型態
本發明的有機半導體配向用組成物由於包含[A]具有光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物(以下,簡稱為“光配向性聚有機矽氧烷化合物”),所以可以藉由高靈敏度的光配向性,降低配向必需的光照射量。另外,由於使用該有機半導體配向用組成物,得到的有機半導體配向膜顯示出高耐熱性,藉此,可以發揮出受熱後的高載子移動度穩定性,此外該有機半導體配向膜由於具有優異的光配向性,所以在有機半導體層中,可以發揮高水準的各向異性配向。
該有機半導體配向用組成物在含有[A]光配向性聚有機矽氧烷化合物的同時,作為適合的成分還可以含有[B]含酯結構化合物、和/或者[C]由聚醯胺酸和聚醯亞胺構成的群組中選出的至少一種聚合物,此外,作為任選成分,還可以含有光配向性聚有機矽氧烷化合物以外的聚合物(以下,稱作“其他聚合物”)、固化劑、固化催化劑、固化促進劑、在分子內具有至少一個環氧基的化合物(以下,稱作“環氧化合物”)、官能性矽烷化合物、界面活性劑、光增敏性化合物等。以下,對該有機半導體配向用組成物進行說明。
<[A]成分:具有光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物>
對[A]具有光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物而言,在作為主鏈的來自由聚有機矽氧烷、其水解物及其水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種的部分上,導入光配向性基團作為側鏈。用該有機半導體配向用組成物形成有機半導體配向膜時,如果在該光配向性基團照射偏光等具有各向異性的光,則在該有機半導體配向膜內,誘發帶有分子的再次排列以及各向異性的化學反應等。通過帶有該各向異性的配向膜分子結構變化,可以對有機半導體分子賦予各向異性。另外,由於光配向性基團和聚有機矽氧烷化合物,光配向的靈敏度良好,可以實現低的光照射量。同時,由於採用聚有機矽氧烷作為主鏈,所以由該具有半導體配向用組成物形成的有機半導體配向膜具有優異的化學穩定性、熱穩定性,發揮出高的耐熱性,所以即使受熱後,也可以長時間維持載子移動度。
(光配向性基團)
如上所述,光配向性基團經由具有各向異性的光照射,引發構成配向膜的分子的微觀結構變化。作為這種光配向性基團沒有特別的限定,可以採用來自顯示出光配向性的各種化合物的基團。作為光配向性基團顯現出各向異性的機理區分為光致反應型和光致異構化型兩種。光致反應型進一步區分為二聚型、分解型、結合型、分解交聯型。從不會污染有機半導體層的觀點出發,較佳為光照射後不會殘留雜質離子、自由基等的類型,所以較佳為光致異構化型、二聚型。
作為光配向性基團的具體例子,可以列舉出含有偶氮苯或其衍生物作為基本骨架的含偶氮苯的基團,含有桂皮酸或其衍生物作為基本骨架的具有桂皮酸結構的基團,含有苯丙烯醯苯或其衍生物作為基本骨架的含苯丙烯醯苯的基團,含有二苯甲酮或其衍生物作為基本骨架的含二苯甲酮的基團,具有香豆素或其衍生物作為基本骨架的含香豆素的基團,含有聚醯亞胺或其衍生物作為基本骨架的含聚醯亞胺的結構等。這些光配向性基團中,如果考慮呈現出二聚型的各向異性,導入高配向能的容易性,較佳為含有桂皮酸或其衍生物作為基本骨架的具有桂皮酸結構的基團。另外,桂皮酸或其衍生物只要通過光照射可以二聚,就不限於順式或反式。
具有桂皮酸結構的基團的結構只要是含有桂皮酸或其衍生物作為基本骨架,就沒有特別的限定,較佳為來自上述式(1)所示的化合物和上述式(2)所示的化合物(也就是,特定的桂皮酸衍生物)中的至少一種的基團。另外,上述式(1)中,R1 是伸苯基、伸聯苯基、伸三聯苯基或者伸環己基,該伸苯基、伸聯苯基、伸三聯苯基或者伸環己基的氫原子的一部分或全部可以被碳原子數為1~10的烷基、可以具有氟原子作為取代基的碳原子數為1~10的烷氧基、氟原子或者氰基取代。R2 是單鍵、碳原子數為1~3的伸烷基、氧原子、硫原子、-CH=CH-、-NH-或者-COO-。a是0~3的整數,a為2以上時,R1 和R2 分別可以相同,也可以不同。R3 是氟原子或者氰基,b是0~4的整數。
作為上述式(1)所示的化合物,可以列舉出例如下述物質。
此等之中,作為R1 較佳為未取代的伸苯基、或者可以被氟原子或碳原子數為1~3的烷基取代的伸苯基,R2 較佳為單鍵、氧原子或-CH2 =CH2 -。b較佳為0~1,a為1~3時,b特佳為0。
上述式(2)中,R4 是伸苯基或者伸環己基,該伸苯基或者伸環己基的氫原子的一部分或全部可以被碳原子數為1~10的鏈狀或環狀的烷基、碳原子數為1~10的鏈狀或環狀的烷氧基、氟原子或者氰基取代。R5 是單鍵、碳原子數為1~3的伸烷基、氧原子、硫原子或者-NH-。c是1~3的整數,c為2以上時,R4 和R5 分別可以相同,也可以不同。R6 是氟原子或氰基,d是0~4的整數。R7 是氧原子、-COO-*或者-OCO-*(其中,在上文中,帶“*”的連接鍵和R8 連接)。R8 是2價的芳香族基團、2價的脂環式基團、2價的雜環基團或者2價的稠環基團。R9 是單鍵、-OCO-(CH2 )f -*或者-O(CH2 )g -*(其中,在上文中,帶“*”的連接鍵和羧基連接。f和g分別是1~10的整數,e是0~3的整數。
作為上述式(2)所示的化合物,可以列舉出例如下述式(2-1)和(2-2)所示的化合物。
上述式中,Q是碳原子數為1~10的鏈狀或環狀的烷基、碳原子數為1~10的鏈狀或環狀的烷氧基、氟原子或氰基,f和式(2)中的定義相同。
(特定桂皮酸衍生物的合成)
特定桂皮酸衍生物的合成步驟沒有特別的限定,可以組合現有公知的方法進行。作為代表性的合成步驟,例如可以例示(1)在鹼性條件下,使具有被鹵原子取代的苯環骨架的化合物和丙烯酸,在過渡金屬催化劑的存在下反應,得到特定桂皮酸衍生物的方法;(2)在鹼性條件下,使苯環的氫原子被鹵原子取代的桂皮酸和具有被鹵原子取代的苯環骨架的化合物,在過渡金屬催化劑的存在下反應,形成特定桂皮酸衍生物的方法等。但是,特定桂皮酸衍生物的合成步驟並不限於這些方法。
(來自由聚有機矽氧烷、其水解物及其水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種的部分)
作為在[A]光配向性聚有機矽氧烷化合物中作為主鏈含有的來自由聚有機矽氧烷、其水解物及其水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種的部分,只要是具有來自能夠在其自身導入上述光配向性基團的結構的部分,就沒有特別的限定。[A]光配向性聚有機矽氧烷化合物包含這種來自由聚有機矽氧烷、其水解物及其水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種的部分,與來自上述顯示出光配向性的化合物的基團。
作為能導入上述光配向性基團的結構,可以列舉出例如羥基、環氧基、胺基、羧基、巰基、酯基、醯胺基等。它們之中,如果考慮到導入和製備的容易性,較佳為環氧基。
[A]具有光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物較佳為由具有環氧基的聚有機矽氧烷、其水解物及其水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種(以下,也簡稱為“具有環氧基的聚有機矽氧烷”),和上述式(1)和/或者(2)所示的化合物的反應產物。在該有機半導體配向用組成物中,通過利用具有環氧基的聚有機矽氧烷和特定桂皮酸衍生物間的反應性,可以容易地在作為主鏈的聚有機矽氧烷中導入具有光配向性的來自特定桂皮酸衍生物的基團。
(具有環氧基的聚有機矽氧烷)
該有機半導體配向用組成物中使用的具有環氧基的聚有機矽氧烷只要是在聚有機矽氧烷中導入環氧基作為側鏈的,就沒有特別的限定。作為上述具有環氧基的聚有機矽氧烷較佳為由具有下述式(3)所示的重複單元的聚有機矽氧烷、其水解物及其水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種。
式(3)中,X1 是具有環氧基的1價有機基團,Y1 是羥基、碳原子數為1~10的烷氧基、碳原子數為1~20的烷基或者碳原子數為6~20的芳基。
另外,具有上述式(3)所示的重複單元的聚有機矽氧烷的水解縮合物,不僅是該聚有機矽氧烷之間的水解縮合物,而且還是包含了通過上述式(3)所示的重複單元的水解縮合,生成聚有機矽氧烷的過程中,主鏈產生枝化以及交聯等得到的聚有機矽氧烷具有上述式(3)所示的重複單元時的水解縮合物的概念。
上述式(3)中的X1 只要是具有環氧基的1價有機基團,就沒有特別的限定,可以列舉出例如包含縮水甘油基、縮水甘油氧基、環氧環己基的基團等。該X1 相當於上述具有環氧基的聚有機矽氧烷的環氧基。作為上述環氧基(也就是,X1 ),較佳為上述式(X1 -1)或者(X1 -2)表示,此外,在上述式(X1 -1)或者(X1 -2)所示的環氧基中,較佳為下述式(X1 -1-1)或者(X1 -2-1)所示的基團。
上述式中,“*”表示連接鍵。
上述式(3)中的Y1 中,分別是,作為碳原子數為1~10的烷氧基,可以列舉出例如甲氧基、乙氧基等;作為碳原子數為1~20的烷基,可以列舉出例如甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正月桂基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基、正十九烷基、正二十烷基等;作為碳原子數為6~20的芳基,可以列舉出例如苯基等。
具有環氧基的聚有機矽氧烷較佳為通過凝膠滲透層析法(GPC)測定的聚苯乙烯換算的質量平均分子量為500~100,000,更佳為1,000~10,000,進一步更佳為1,000~5,000。
這種具有環氧基的聚有機矽氧烷,較佳為通過將具有環氧基的矽烷化合物、或具有環氧基的矽烷化合物和其他矽烷化合物的混合物,較佳為在適當的有機溶劑、水和催化劑的存在下,通過水解或者水解、縮合合成。
作為上述具有環氧基的矽烷化合物,可以列舉出例如3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基二甲基甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基二甲基乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三乙氧基矽烷等。
作為上述其他矽烷化合物,可以列舉出例如四氯矽烷、四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、四正丙氧基矽烷、四異丙氧基矽烷、四正丁氧基矽烷、四二級丁氧基矽烷、三氯矽烷、三甲氧基矽烷、三乙氧基矽烷、三正丙氧基矽烷、三異丙氧基矽烷、三正丁氧基矽烷、三-二級丁氧基矽烷、氟三氯矽烷、氟三甲氧基矽烷、氟三乙氧基矽烷、氟三正丙氧基矽烷、氟三異丙氧基矽烷、氟三正丁氧基矽烷、氟三-二級丁氧基矽烷、甲基三氯矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三正丙氧基矽烷、甲基三異丙氧基矽烷、甲基三正丁氧基矽烷、甲基三-二級丁氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三氯矽烷、2-(三氟甲基)乙基三甲氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三乙氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三正丙氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三異丙氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三正丁氧基矽烷、2-(三氟甲基)乙基三-二級丁氧基矽烷、2-(全氟正己基)乙基三氯矽烷、2-(全氟正己基)乙基三甲氧基矽烷、2-(全氟正己基)乙基三乙氧基矽烷、2-(全氟正己基)乙基三正丙氧基矽烷、2-(全氟正己基)乙基三異丙氧基矽烷、2-(全氟正己基)乙基三正丁氧基矽烷、2-(全氟正己基)乙基三-二級丁氧基矽烷、2-(全氟正辛基)乙基三氯矽烷、2-(全氟正辛基)乙基三甲氧基矽烷、2-(全氟正辛基)乙基三乙氧基矽烷、2-(全氟正辛基)乙基三正丙氧基矽烷、2-(全氟正辛基)乙基三異丙氧基矽烷、2-(全氟正辛基)乙基三正丁氧基矽烷、2-(全氟正辛基)乙基三-二級丁氧基矽烷、羥基甲基三氯矽烷、羥基甲基三甲氧基矽烷、羥基乙基三甲氧基矽烷、羥基甲基三正丙氧基矽烷、羥基甲基三異丙氧基矽烷、羥基甲基三正丁氧基矽烷、羥基甲基三-二級丁氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三氯矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三正丙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三異丙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三正丁氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三-二級丁氧基矽烷、3-巰基丙基三氯矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三乙氧基矽烷、3-巰基丙基三正丙氧基矽烷、3-巰基丙基三異丙氧基矽烷、3-巰基丙基三正丁氧基矽烷、3-巰基丙基三-二級丁氧基矽烷、巰基甲基三甲氧基矽烷、巰基甲基三乙氧基矽烷、乙烯基三氯矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三正丙氧基矽烷、乙烯基三異丙氧基矽烷、乙烯基三正丁氧基矽烷、乙烯基三-二級丁氧基矽烷、烯丙基三氯矽烷、烯丙基三甲氧基矽烷、烯丙基三乙氧基矽烷、烯丙基三正丙氧基矽烷、烯丙基三異丙氧基矽烷、烯丙基三正丁氧基矽烷、烯丙基三-二級丁氧基矽烷、苯基三氯矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、苯基三正丙氧基矽烷、苯基三異丙氧基矽烷、苯基三正丁氧基矽烷、苯基三-二級丁氧基矽烷、甲基二氯矽烷、甲基二甲氧基矽烷、甲基二乙氧基矽烷、甲基二正丙氧基矽烷、甲基二異丙氧基矽烷、甲基二正丁氧基矽烷、甲基二-二級丁氧基矽烷、二甲基二氯矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二甲基二正丙氧基矽烷、二甲基二異丙氧基矽烷、二甲基二正丁氧基矽烷、二甲基二-二級丁氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二氯矽烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二甲氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二乙氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二正丙氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二異丙氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二正丁氧基矽烷、(甲基)[2-(全氟正辛基)乙基]二-二級丁氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二氯矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二甲氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二乙氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二正丙氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二異丙氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二正丁氧基矽烷、(甲基)(3-巰基丙基)二-二級丁氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二氯矽烷、(甲基)(乙烯基)二甲氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二乙氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二正丙氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二異丙氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二正丁氧基矽烷、(甲基)(乙烯基)二-二級丁氧基矽烷、二乙烯基二氯矽烷、二乙烯基二甲氧基矽烷、二乙烯基二乙氧基矽烷、二乙烯基二正丙氧基矽烷、二乙烯基二異丙氧基矽烷、二乙烯基二正丁氧基矽烷、二乙烯基二-二級丁氧基矽烷、二苯基二氯矽烷、二苯基二甲氧基矽烷、二苯基二乙氧基矽烷、二苯基二正丙氧基矽烷、二苯基二異丙氧基矽烷、二苯基二正丁氧基矽烷、二苯基二-二級丁氧基矽烷、氯二甲基矽烷、甲氧基二甲基矽烷、乙氧基二甲基矽烷、氯三甲基矽烷、溴化三甲基矽烷、碘化三甲基矽烷、甲氧基三甲基矽烷、乙氧基三甲基矽烷、正丙氧基三甲基矽烷、異丙氧基三甲基矽烷、正丁氧基三甲基矽烷、二級丁氧基三甲基矽烷、三級丁氧基三甲基矽烷、(氯)(乙烯基)二甲基矽烷、(甲氧基)(乙烯基)二甲基矽烷、(乙氧基)(乙烯基)二甲基矽烷、(氯)(甲基)二苯基矽烷、(甲氧基)(甲基)二苯基矽烷、(乙氧基)(甲基)二苯基矽烷等具有1個矽原子的矽烷化合物,以及以商品名表示,可以列舉出例如KC-89、KC-89S、X-21-3153、X-21-5841、X-21-5842、X-21-5843、X-21-5844、X-21-5845、X-21-5846、X-21-5847、X-21-5848、X-22-160AS、X-22-170B、X-22-170BX、X-22-170D、X-22-170DX、X-22-176B、X-22-176D、X-22-176DX、X-22-176F、X-40-2308、X-40-2651、X-40-2655A、X-40-2671、X-40-2672、X-40-9220、X-40-9225、X-40-9227、X-40-9246、X-40-9247、X-40-9250、X-40-9323、X-41-1053、X-41-1056、X-41-1805、X-41-1810、KF6001、KF6002、KF6003、KR212、KR-213、KR-217、KR220L、KR242A、KR271、KR282、KR300、KR311、KR401N、KR500、KR510、KR5206、KR5230、KR5235、KR9218、KR9706(以上,信越化學工業(股)製造);Glass Resin(昭和電工(股)製造);SH804、SH805、SH806A、SH840、SR2400、SR2402、SR2405、SR2406、SR2410、SR2411、SR2416、SR2420(以上,東麗-道康寧(股)製造);FZ3711、FZ3722(以上、日本Unicar一(股)製造);DMS-S12、DMS-S15、DMS-S21、DMS-S27、DMS-S31、DMS-S32、DMS-S33、DMS-S35、DMS-S38、DMS-S42、DMS-S45、DMS-S51、DMS-227、PSD-0332、PDS-1615、PDS-9931、XMS-5025(以上,Chisso(股)製造);Methyl silicate MS51、Methyl silicate MS56(以上,三菱化學(股)製造);Ethyl silicate28、Ethyl silicate 40、Ethyl silicate 48(以上,Colcoat(股)製造);GR100、GR650、GR908、GR950(以上,昭和電工(股)製造)等部分縮合物。
這些其他矽烷化合物中,從得到的有機半導體配向膜的配向性和化學的穩定性的觀點出發,較佳為四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、烯丙基三甲氧基矽烷、烯丙基三乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三乙氧基矽烷、巰基甲基三甲氧基矽烷、巰基甲基三乙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷或者二甲基二乙氧基矽烷。
本發明中使用的具有環氧基的聚有機矽氧烷為了導入足夠量的具有光配向性的側鏈,同時抑制環氧基導入量過量所引起的不希望的副反應等,其環氧當量較佳為100~10,000g/mol,更佳為150~1,000g/mol。因此,較佳為在合成具有環氧基的聚有機矽氧烷時,設定具有環氧基的矽烷化合物和其他矽烷化合物的使用比例,以使得到的聚有機矽氧烷的環氧當量為上述範圍。
具體地,相對於具有環氧基的聚有機矽氧烷和其他矽烷化合物的總量,這種其他矽烷化合物較佳為使用0~50質量%,更佳為使用5~30質量%。
作為合成具有環氧基的聚有機矽氧烷時可以使用的有機溶劑,可以列舉出例如烴化合物、酮化合物、酯化合物、醚化合物、醇化合物等。
分別是,作為烴可以列舉出例如甲苯、二甲苯等;作為上述酮,可以列舉出例如甲基乙基酮、甲基異丁基酮、甲基正戊基酮、二乙基酮、環己酮等;作為上述酯,可以列舉出例如乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸異戊酯、丙二醇單甲基醚乙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、乳酸乙酯等;作為上述醚,可以列舉出例如乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、四氫呋喃、二烷等;作為上述醇,可以列舉出例如1-己醇、4-甲基-2-戊醇、乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單正丙基醚、乙二醇單正丁基醚、丙二醇單甲基醚、丙二醇單乙基醚、丙二醇單正丙基醚等。此等之中,較佳為非水溶性的。此等有機溶劑可以單獨或混合兩種以上使用。
相對於100質量份全部的矽烷化合物,有機溶劑的用量較佳為10~10,000質量份,更佳為50~1,000質量份。另外,製造具有環氧基的聚有機矽氧烷時,水的用量,相對於全矽烷化合物,較佳為0.5~100倍莫耳,更佳為1~30倍莫耳。
作為上述催化劑,可以使用例如酸、鹼金屬化合物、有機鹼、鈦化合物、鋯化合物等。
作為上述鹼金屬化合物,可以列舉出例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、甲氧基鈉、甲氧基鉀、乙氧基鈉、乙氧基鉀等。
作為上述有機鹼,可以分別列舉出例如像乙胺、二乙胺、哌、哌啶、吡咯啶、吡咯這樣的一級、二級有機胺;像三乙胺、三正丙基胺、三正丁基胺、吡啶、4-二甲基胺基吡啶、二氮雜二環十一烯這樣的三級有機胺;像氫氧化四甲基銨這樣的四級型有機胺等。這些有機鹼中,考慮到穩定進行反應的觀點,較佳為像三乙胺、三正丙基胺、三正丁基胺、吡啶、4-二甲基胺基吡啶等有機三級胺;氫氧化四甲基銨這樣的有機四級銨鹽。
作為製造具有環氧基的聚有機矽氧烷時的催化劑,較佳為鹼金屬化合物或有機鹼。通過使用鹼金屬化合物或有機鹼作為催化劑,可以不會產生環氧基的開環等副反應,以高的水解、縮合速度,得到目標的聚有機矽氧烷,所以生產穩定性優異,而為較佳。另外,含有具有環氧基的聚有機矽氧烷和特定桂皮酸衍生物的反應產物的本發明的有機半導體配向用組成物,其中聚有機矽氧烷使用鹼金屬化合物或有機鹼作為催化劑合成,由於保存穩定性極為優異,所以合適。
其理由如Chemical Reviews,第95卷,p1409(1995年)所指出的那樣,推測是如果在水解、縮合反應中使用鹼金屬化合物或有機鹼作為催化劑,則形成無規結構、梯型結構或籠型結構,無法得到含有矽烷醇基比例少的聚有機矽氧烷。推測是由於矽烷醇基的含有比例少,則抑制矽烷醇基之間的縮合反應,進而在本發明的有機半導體配向用組成物含有後述的其他聚合物時,抑制矽烷醇基和其他聚合物的縮合反應,從而導致保存穩定性優異。
作為催化劑,特佳為有機鹼。有機鹼的用量根據有機鹼的種類、溫度等反應條件等而異,可以適當設定。作為有機鹼的具體用量,例如相對於全部矽烷化合物,較佳為0.01~3倍莫耳,更佳為0.05~1倍莫耳。
製造具有環氧基的聚有機矽氧烷時的水解或者水解、縮合反應,較佳為通過將具有環氧基的矽烷化合物和根據需要使用的其他矽烷化合物溶解到有機溶劑中,將該溶液與有機鹼和水混合,通過例如油浴等加熱進行。
水解、縮合反應時,希望油浴的加熱溫度較佳為130℃以下,更佳為40~100℃,較佳為加熱0.5~12小時,更佳為加熱1~8小時。加熱時,可以攪拌混合液,也可以在回流下靜置。
反應結束後,較佳為用水洗滌從反應液分取的有機溶劑層。該洗滌時,在容易進行洗滌操作方面,較佳為通過含有少量鹽的水,例如0.2質量%左右的硝酸銨水溶液等洗滌。洗滌進行到洗滌後的水層為中性,之後根據需要用無水硫酸鈣、分子篩等乾燥劑乾燥有機溶劑層後,除去溶劑,可以得到作為目標的具有環氧基的聚有機矽氧烷。
在本發明中,作為具有環氧基的聚有機矽氧烷可以使用市售的那些。作為這種商品,可以列舉出例如DMS-E01、DMS-E12、DMS-E21、EMS-32(以上,Chisso(股)製造)等。
[A]光配向性聚有機矽氧烷化合物包含來自具有環氧基的聚有機矽氧烷本身水解生成的水解物的部分,以及來自具有環氧基的聚有機矽氧烷之間水解縮合形成水解縮合物的部分。作為該部分的構成材料的這些水解物或水解縮合物也和具有環氧基的聚有機矽氧烷的水解、縮合條件同樣地製備。
([A]具有光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物的合成)
本發明中使用的[A]具有光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物,例如可以通過將如上所述的具有環氧基的聚有機矽氧烷和上述式(1)和/或者(2)所示的化合物(也就是,特定桂皮酸衍生物),較佳為在催化劑的存在下反應合成。
在此,特定桂皮酸衍生物,相對於1mol聚有機矽氧烷所具有的環氧基,較佳為使用0.001~10mol,更佳為使用0.01~5mol,進一步較佳為使用0.05~2mol。
作為上述催化劑,可以使用有機鹼、或者促進環氧化合物和酸酐的反應之所謂的固化促進劑而公知的化合物。
作為上述有機鹼,可以列舉出例如像乙胺、二乙胺、哌、哌啶、吡咯啶、吡咯這樣的一級、二級有機胺;像三乙胺、三正丙基胺、三正丁基胺、吡啶、4-二甲基胺基吡啶、二氮雜二環十一烯這樣的有機三級胺;像氫氧化四甲基銨這樣的有機四級銨等。
這些有機鹼中,較佳為像三乙胺、三正丙基胺、三正丁基胺、吡啶、4-二甲基胺基吡啶這樣的有機三級胺;像氫氧化四甲基銨這樣的有機四級銨鹽。
作為上述固化促進劑,可以列舉出例如像苄基二甲基胺、2,4,6-三(二甲基胺基甲基)苯酚、環己基二甲基胺、三乙醇胺這樣的三級胺;像2-甲基咪唑、2-正庚基咪唑、2-正十一烷基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑、1,2-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-甲基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-正十一烷基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-苯基咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羥甲基咪唑、2-苯基-4,5-二(羥甲基)咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-苯基-4,5-二[(2’-氰基乙氧基)甲基]咪唑、1-(2-氰基乙基)-2-正十一烷基咪唑鎓苯偏三酸鹽、1-(2-氰基乙基)-2-苯基咪唑鎓苯偏三酸鹽、1-(2-氰基乙基)-2-乙基-4-甲基咪唑鎓苯偏三酸鹽、2,4-二胺基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]乙基-s-三、2,4-二胺基-6-(2’-正十一烷基咪唑基)乙基-s-三、2,4-二胺基-6-[2’-乙基-4’-甲基咪唑基-(1’)]乙基-s-三、2-甲基咪唑的異氰尿酸加成物、2-苯基咪唑的異氰尿酸加成物、以及2,4-二胺基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]乙基-s-三的異氰尿酸加成物這樣的咪唑化合物;像二苯基膦、三苯基膦、亞磷酸三苯基酯這樣的有機磷化合物;像氯化苄基三苯基鏻、溴化四正丁基鏻、溴化甲基三苯基鏻、溴化乙基三苯基鏻、溴化正丁基三苯基鏻、溴化四苯基鏻、碘化乙基三苯基鏻、乙基三苯基鏻乙酸鹽、四正丁基鏻O,O-二乙基偶磷二硫代硫酸鹽、四正丁基鏻苯并三唑鹽、四苯基鏻四苯基硼酸鹽、四正丁基鏻四氟硼酸鹽、四正丁基鏻四苯基硼酸鹽這樣的四級鏻鹽;像1,8-二偶氮二環[5.4.0]十一烯-7及其有機酸鹽這樣的二偶氮二環烯烴;像辛酸鋅、辛酸錫、乙醯丙酮鋁錯合物這樣的有機金屬化合物;像溴化四乙基銨、溴化四正丁基銨、氯化四乙基銨、氯化四正丁基銨這樣的四級銨鹽;像三氟化硼、硼酸三苯基酯這樣的硼化合物;像氯化鋅、氯化錫這樣的金屬鹵化物;二氰基二醯胺以及胺和環氧樹脂的加成物等胺加成型促進劑等高熔點分散型潛在性固化促進劑;上述咪唑化合物、有機磷化合物以及四級鏻鹽等固化促進劑的表面用聚合物覆蓋形成的微膠囊型潛在性固化促進劑;胺鹽型潛在性固化促進劑;路易士酸鹽、布侖斯惕酸(Bronsted acid)鹽等高溫分解型熱陽離子聚合型潛在性固化促進劑等潛在性固化促進劑等。
這些催化劑中,較佳為像溴化四乙基銨、溴化四正丁基銨、氯化四乙基銨、氯化四正丁基銨這樣的四級銨鹽。
相對於100質量份具有環氧基的聚有機矽氧烷,催化劑較佳為以100質量份以下、更佳為以0.01~100質量份,進一步較佳為以0.1~20質量份的量使用。
反應溫度較佳為0~200℃,更佳為50~150℃。反應時間較佳為0.1~50小時,更佳為0.5~20小時。
[A]光配向性聚有機矽氧烷化合物根據需要可以在有機溶劑的存在下合成。作為該有機溶劑,可以列舉出例如烴化合物、醚化合物、酯化合物、酮化合物、醯胺化合物、醇化合物等。此等之中,醚化合物、酯化合物、酮化合物,從原料和產物的溶解性以及產物精製的容易性的觀點而言,較佳為。溶劑以固體成分濃度(反應溶液中的溶劑以外的成分的質量佔溶液的全部質量的比例)較佳為以0.1質量%以上、70質量%以下,更佳為以5質量%以上、50質量%以下的量使用。
這樣所得到的[A]光配向性聚有機矽氧烷化合物藉由凝膠滲透層析法以聚苯乙烯換算的質量平均分子量沒有特別的限定,較佳為1,000~20,000,更佳為3,000~15,000。藉由在此分子量範圍內,可以確保有機半導體配向膜有良好的配向性和穩定性。
上述[A]光配向性聚有機矽氧烷化合物,經由特定桂皮酸衍生物的羧基對環氧基的開環加成,而在具有環氧基的聚有機矽氧烷中導入來自特定桂皮酸衍生物的結構。該製造方法簡單,而且特別是在提高來自特定桂皮酸衍生物的結構的導入率方面,是極為合適的方法。
在本發明中,在不損害本發明的效果的範圍內,可以用下述式(4)所示的化合物取代上述特定桂皮衍生物的一部分。在這種情況下,[A]光配向性聚有機矽氧烷化合物的合成可以通過使具有環氧基的聚有機矽氧烷與特定桂皮酸衍生物和下述式(4)所示的化合物的混合物反應進行。
R10 ─R11 ─R12  (4)
作為上述式(4)中的R10 ,較佳為碳原子數為8~20的烷基或烷氧基、或者碳原子數為4~21的氟烷基或氟烷氧基,作為R11 較佳為單鍵、1,4-伸環己基或者1,4-伸苯基,而且作為R12 較佳為羧基。
作為上述式(4)所示的化合物的較佳的例子,可以列舉出例如下述式(4-1)~(4-3)任一項所示的化合物。
上述式(4)所示的化合物有助於使[A]光配向性聚有機矽氧烷化合物的活性部位失活,提高該有機半導體配向用組成物的穩定性。在本發明中,將上述式(4)所示的化合物和特定桂皮酸衍生物一起使用時,特定桂皮酸衍生物和上述式(4)所示的化合物的總使用比例,相對於1mol聚有機矽氧烷所具有的環氧基,較佳為0.001~1.5mol,更佳為0.01~1mol,進一步更佳為0.05~0.9mol。在這種情況下,上述式(4)所示的化合物,相對於和特定桂皮酸衍生物的總量,較佳為以50mol%以下,更佳為以25mol%以下的範圍使用。上述式(4)所示的化合物的使用比例如果超過50mol%,則擔心可能產生有機半導體配向膜中的配向性降低的問題。
<[B]成分:含酯結構的化合物>
該有機半導體配向用組成物藉由包含[B]含酯結構的化合物,可以在形成耐熱性和耐光性優異之有機半導體配向膜的同時,提高該有機半導體配向用組成物的保存穩定性。
[B]含酯結構的化合物是在分子內具有兩個以上由羧酸的縮醛酯結構、羧酸的縮酮酯結構、羧酸的1-烷基環烷基酯結構和羧酸的三級丁基酯結構構成的群組中選出的至少一種結構的化合物。[B]含酯結構的化合物可以是具有兩個以上這些結構中的同種結構的化合物,也可以是具有組合這些結構中的不同種類的結構的兩個以上的化合物。作為上述羧酸的含縮醛酯結構的基團,可以列舉出下述式(B-1)和(B-2)分別表示的基團。
式(B-1)中,R13 和R14 各自獨立地是碳原子數為1~20的烷基、碳原子數為3~10的脂環式基、碳原子數為6~10的芳基或者碳原子數為7~10的芳烷基,式(B-2)中,n1是2~10的整數。
其中,對上述式(B-1)中R13 ,分別是:作為烷基,較佳為甲基;作為脂環式基,較佳為環己基;作為芳基,較佳為苯基;作為芳烷基,較佳為苄基;作為R14 的烷基,較佳為碳原子數為1~6的烷基;作為脂環式基,較佳為碳原子數為6~10的脂環式基;作為芳基,較佳為苯基;作為芳烷基,較佳為苄基或者2-苯基乙基。作為式(B-2)中的n1,較佳為3或者4。
作為上述式(B-1)所示的基團,可以列舉出例如1-甲氧基乙氧基羰基、1-乙氧基乙氧基羰基、1-正丙氧基乙氧基羰基、1-異丙氧基乙氧基羰基、1-正丁氧基乙氧基羰基、1-異丁氧基乙氧基羰基、1-二級丁氧基乙氧基羰基、1-三級丁氧基乙氧基羰基、1-環戊基氧基乙氧基羰基、1-環己基氧基乙氧基羰基、1-降基氧基乙氧基羰基、1-基氧基乙氧基羰基、1-苯氧基乙氧基羰基、1-(1-基氧基)乙氧基羰基、1-苄基氧基乙氧基羰基、1-苯乙基氧基乙氧基羰基、(環己基)(甲氧基)甲氧基羰基、(環己基)(乙氧基)甲氧基羰基、(環己基)(正丙氧基)甲氧基羰基、(環己基)(異丙氧基)甲氧基羰基、(環己基)(環己基氧基)甲氧基羰基、(環己基)(苯氧基)甲氧基羰基、(環己基)(苄基氧基)甲氧基羰基、(苯基)(甲氧基)甲氧基羰基、(苯基)(乙氧基)甲氧基羰基、(苯基)(正丙氧基)甲氧基羰基、(苯基)(異丙氧基)甲氧基羰基、(苯基)(環己基氧基)甲氧基羰基、(苯基)(苯氧基)甲氧基羰基、(苯基)(苄基氧基)甲氧基羰基、(苄基)(甲氧基)甲氧基羰基、(苄基)(乙氧基)甲氧基羰基、(苄基)(正丙氧基)甲氧基羰基、(苄基)(異丙氧基)甲氧基羰基、(苄基)(環己基氧基)甲氧基羰基、(苄基)(苯氧基)甲氧基羰基、(苄基)(苄基氧基)甲氧基羰基等;作為上述式(B-2)所示的基團,可以列舉出例如2-四氫呋喃基氧基羰基、2-四氫吡喃基氧基羰基等此等之中,較佳為1-乙氧基乙氧基羰基、1-正丙氧基乙氧基羰基、1-環己基氧基乙氧基羰基、2-四氫呋喃基氧基羰基、2-四氫吡喃基氧基羰基等。
作為上述羧酸的含縮酮酯結構的基團,可以列舉出例如下述式(B-3)~(B-5)分別表示的基團。
式(B-3)中,R15 是碳原子數為1~12的烷基,R16 和R17 各自獨立地是碳原子數為1~12的烷基、碳原子數為3~20的脂環式基、碳原子數為6~20的芳基或者碳原子數為7~20的芳烷基。
式(B-4)中,R18 是碳原子數為1~12的烷基,n2是2~8的整數。
式(B-5)中,R19 是碳原子數為1~12的烷基,n3是2~8的整數。
其中,作為上述式(B-3)中的R15 的烷基較佳為甲基,對R16 而言,分別是作為烷基較佳為甲基;作為脂環式基較佳為環己基;作為芳基較佳為苯基;作為芳烷基較佳為苄基;對R17 而言,作為烷基,較佳為碳原子數為1~6的烷基;對脂環式基而言,較佳為碳原子數為6~10的脂環式基;作為芳基,較佳為苯基;作為芳烷基,較佳為苄基或者2-苯基乙基;作為式(B-4)中的R18 的烷基較佳為甲基,作為n2較佳為3或者4;作為式(B-5)中的R19 的烷基較佳為甲基,作為n3較佳為3或者4。
分別是,作為上述式(B-3)所示的基團,可以列舉出例如1-甲基-1-甲氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-乙氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-正丙氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-異丙氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-正丁氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-異丁氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-二級丁氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-三級丁氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-環戊基氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-環己基氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-降基氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-基氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-苯氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-(1-萘基氧基)乙氧基羰基、1-甲基-1-苄基氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-苯乙基氧基乙氧基羰基、1-環己基-1-甲氧基乙氧基羰基、1-環己基-1-乙氧基乙氧基羰基、1-環己基-1-正丙氧基乙氧基羰基、1-環己基-1-異丙氧基乙氧基羰基、1-環己基-1-環己基氧基乙氧基羰基、1-環己基-1-苯氧基乙氧基羰基、1-環己基-1-苄基氧基乙氧基羰基、1-苯基-1-甲氧基乙氧基羰基、1-苯基-1-乙氧基乙氧基羰基、1-苯基-1-正丙氧基乙氧基羰基、1-苯基-1-異丙氧基乙氧基羰基、1-苯基-1-環己基氧基乙氧基羰基、1-苯基-1-苯氧基乙氧基羰基、1-苯基-1-苄基氧基乙氧基羰基、1-苄基-1-甲氧基乙氧基羰基、1-苄基-1-乙氧基乙氧基羰基、1-苄基-1-正丙氧基乙氧基羰基、1-苄基-1-異丙氧基乙氧基羰基、1-苄基-1-環己基氧基乙氧基羰基、1-苄基-1-苯氧基乙氧基羰基、1-苄基-1-苄基氧基乙氧基羰基等;作為上述式(B-4)所示的基團,可以列舉出例如2-(2-甲基四氫呋喃基)氧基羰基、2-(2-甲基四氫吡喃基)氧基羰基等;作為上述式(B-5)所示的基團,可以列舉出例如1-甲氧基環戊基氧基羰基、1-甲氧基環己基氧基羰基等。
此等之中,較佳為1-甲基-1-甲氧基乙氧基羰基、1-甲基-1-環己基氧基乙氧基羰基等。
作為上述羧酸之含1-烷基環烷基酯結構的基團,可以列舉出例如下述式(B-6)所示的基團。
式(B-6)中,R20 是碳原子數為1~12的烷基,n4是1~8的整數。
作為上述式(B-6)中的R20 的烷基,較佳為碳原子數為1~10的烷基。
作為上述式(B-6)所示的基團,可以列舉出例如1-甲基環丙氧基羰基、1-甲基環丁氧基羰基、1-甲基環戊氧基羰基、1-甲基環己氧基羰基、1-甲基環庚氧基羰基、1-甲基環辛氧基羰基、1-甲基環壬氧基羰基、1-甲基環癸氧基羰基、1-乙基環丙氧基羰基、1-乙基環丁氧基羰基、1-乙基環戊氧基羰基、1-乙基環己氧基羰基、1-乙基環庚氧基羰基、1-乙基環辛氧基羰基、1-乙基環壬氧基羰基、1-乙基環癸氧基羰基、1-(異)丙基環丙氧基羰基、1-(異)丙基環丁氧基羰基、1-(異)丙基環戊氧基羰基、1-(異)丙基環己氧基羰基、1-(異)丙基環庚氧基羰基、1-(異)丙基環辛氧基羰基、1-(異)丙基環壬氧基羰基、1-(異)丙基環癸氧基羰基、1-(異)丁基環丙氧基羰基、1-(異)丁基環丁氧基羰基、1-(異)丁基環戊氧基羰基、1-(異)丁基環己氧基羰基、1-(異)丁基環庚氧基羰基、1-(異)丁基環辛氧基羰基、1-(異)丁基環壬氧基羰基、1-(異)丁基環癸氧基羰基、1-(異)戊基環丙氧基羰基、1-(異)戊基環丁氧基羰基、1-(異)戊基環戊氧基羰基、1-(異)戊基環己氧基羰基、1-(異)戊基環庚氧基羰基、1-(異)戊基環辛氧基羰基、1-(異)戊基環壬氧基羰基、1-(異)戊基環癸氧基羰基、1-(異)己基環丙氧基羰基、1-(異)己基環丁氧基羰基、1-(異)己基環戊氧基羰基、1-(異)己基環己氧基羰基、1-(異)己基環庚氧基羰基、1-(異)己基環辛氧基羰基、1-(異)己基環壬氧基羰基、1-(異)己基環癸氧基羰基、1-(異)庚基環丙氧基羰基、1-(異)庚基環丁氧基羰基、1-(異)庚基環戊氧基羰基、1-(異)庚基環己氧基羰基、1-(異)庚基環庚氧基羰基、1-(異)庚基環辛氧基羰基、1-(異)庚基環壬氧基羰基、1-(異)庚基環癸氧基羰基、1-(異)辛基環丙氧基羰基、1-(異)辛基環丁氧基羰基、1-(異)辛基環戊氧基羰基、1-(異)辛基環己氧基羰基、1-(異)辛基環庚氧基羰基、1-(異)辛基環辛氧基羰基、1-(異)辛基環壬氧基羰基、1-(異)辛基環癸氧基羰基等。
上述羧酸的含三級丁基酯結構的基團是指三級丁氧基羰基。
作為本發明中的[B]含酯結構的化合物,較佳為下述式(B)所示的化合物。
Bn R (B)
式(B)中,B是上述式(B-1)~(B-5)任一項所示的基團或者三級丁氧基羰基,n是2且R是單鍵,或者n是2~10的整數且R是從碳原子數為3~10的雜環化合物除去氫得到的n價的基團或者碳原子數為1~18的n價的烴基。
作為n,較佳為2或3。
作為上述式(B)中的R的具體例子,分別是,在n為2時,可以列舉出單鍵、亞甲基、碳原子數為2~12的伸烷基、1,2-伸苯基、1,3-伸苯基、1,4-伸苯基、2,6-亞萘基、5-鈉磺基-1,3-伸苯基、5-四丁基鏻磺化-1,3-伸苯基等;在n為3時,可以列舉出下述式表示的基團、苯-1,3,5-三基等。
作為上述伸烷基,較佳為直鏈的。
上述式(B)所示的[B]含酯結構的化合物可以通過有機化學的常規方法,或者適當組合有機化學的常規方法合成。
例如,上述式(B)中的基團B為上述式(B-1)所示的基團的化合物(其中,除去R13 為苯基的情形),較佳為在磷酸催化劑的存在下,藉由將化合物R-(COOH)n (其中,R和分別和上述式(B)中的定義相同)和化合物R14 -O-CH=R13 ’(其中,R14 和上述式(B-1)中的定義相同,R13’ 是從上述式(B-1)中的基團R13 的一位碳除去氫原子得到的基團)加成來合成。
上述式(B)中的基團B是上述式(B-2)所示的基團的化合物,較佳為在對甲苯磺酸催化劑的存在下,使化合物R-(COOH)n (其中R和n分別和上述式(B)中的定義相同)和下述式所示的化合物加成來合成。
式中,n1和上述式(B-2)中的定義相同。
作為該有機半導體配向用組成物中的[B]含酯結構的化合物的含量,考慮要求的耐熱性等決定,沒有特別的限定,但是相對100質量份[A]光配向性聚有機矽氧烷化合物,[B]含酯結構的化合物較佳為0.1~50質量份,更佳為1~20質量份,特佳為2~10質量份。
<[C]成分:由聚醯胺酸和聚醯亞胺構成的群組中選出的至少一種聚合物>
該有機半導體配向用組成物較佳為含有由聚醯胺酸和聚醯亞胺構成的群組中選出的至少一種聚合物。該組成物經由含有該聚合物,可以提高得到的有機半導體用配向膜的絕緣性。另外,在提供熱穩定性和化學的穩定性的同時,對絕緣層的密合性也良好。
以下,對由聚醯胺酸和聚醯亞胺構成的群組中選出的至少一種聚合物,以聚醯胺酸、聚醯亞胺的順序進行說明。
(聚醯胺酸)
上述聚醯胺酸,可以通過使四羧酸二酐和二胺化合物反應得到。
作為可以用於合成聚醯胺酸的四羧酸二酐,可以列舉出例如2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐、丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-環戊四羧酸二酐、3,5,6-三羧基降烷-2-乙酸二酐、2,3,4,5-四氫呋喃四羧酸二酐、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-8-甲基-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、5-(2,5-二氧代四氫呋喃基)-3-甲基-3-環己烯-1,2-二羧酸酐、二環[2.2.2]-辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、下述式(F-1)~(F-14)分別表示的四羧酸二酐等脂肪族四羧酸二酐和脂環式四羧酸二酐;
苯均四羧酸二酐、3,3’,4,4’-聯苯基碸四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、3,3’,4,4’-聯苯基醚四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二甲基二苯基矽烷四羧酸二酐、3,3’,4,4’-四苯基矽烷四羧酸二酐、1,2,3,4-呋喃四羧酸二酐、4,4’-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基硫醚二酐、4,4’-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基碸二酐、4,4’-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基丙烷二酐、3,3’,4,4’-全氟亞異丙基四羧酸二酐、3,3’,4,4’-聯苯四羧酸二酐、二(鄰苯二甲酸)苯基氧化膦二酐、對伸苯基-二(三苯基鄰苯二甲酸)二酐、間伸苯基-二(三苯基鄰苯二甲酸)二酐、二(三苯基鄰苯二甲酸)-4,4’-二苯基醚二酐、二(三苯基鄰苯二甲酸)-4,4’-二苯基甲烷二酐、下式(F-15)~(F-18)分別表示的四羧酸二酐等芳香族四羧酸二酐等。
此等之中較佳者,可以列舉出1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、1,3,3a,4,5,9b-六氫-5-(四氫-2,5-二氧代-3-呋喃基)-8-甲基-萘并[1,2-c]-呋喃-1,3-二酮、2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐、丁烷四羧酸二酐、1,3-二甲基-1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、苯均四羧酸二酐、3,3’,4,4’-聯苯碸四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、3,3’,4,4’-聯苯基醚四羧酸二酐或上述式(F-1)、(F-2)和(F-15)~(F-18)分別表示的四羧酸二酐。這些四羧酸二酐可以單獨使用或組合兩種以上使用。
作為可以用於合成聚醯胺酸的二胺化合物,可以列舉出例如對伸苯基二胺、間伸苯基二胺、4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基二苯基乙烷、4,4’-二胺基二苯基硫醚、4,4’-二胺基二苯基碸、3,3’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯、4,4’-二胺基苯醯替苯胺、4,4’-二胺基二苯基醚、4,4’-二胺基-2,2'-二甲基聯苯、1,5-二胺基萘、3,3-二甲基-4,4’-二胺基聯苯、5-胺基-1-(4’-胺基苯基)-1,3,3-三甲基茚滿、6-胺基-1-(4’-胺基苯基)-1,3,3-三甲基茚滿、3,4’-二胺基二苯基醚、2,2-二(4-胺基苯氧基)丙烷、2,2-二[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-二[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-二(4-胺基苯基)六氟丙烷、2,2-二[4-(4-胺基苯氧基)苯基]碸、1,4-二(4-胺基苯氧基)苯、1,3-二(4-胺基苯氧基)苯、1,3-二(3-胺基苯氧基)苯、9,9-二(4-胺基苯基)-10-氫蒽、2,7-二胺基茀、9,9-二(4-胺基苯基)茀、4,4’-亞甲基-二(2-氯苯胺)、2,2’,5,5’-四氯-4,4’-二胺基聯苯、2,2’-二氯-4,4’-二胺基-5,5’-二甲氧基聯苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二胺基聯苯、4,4’-(對伸苯基亞異丙基)二(苯胺)、4,4’-(間伸苯基亞異丙基)二(苯胺)、2,2-二[4-(4-胺基-2-三氟甲基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4,4’-二胺基-2,2’-二(三氟甲基)聯苯、4,4’-二[(4-胺基-2-三氟甲基)苯氧基]-八氟聯苯、6-(4-查耳酮基氧基)己氧基(2,4-二胺基苯)、6-(4’-氟-4-查耳酮基氧基)己氧基(2,4-二胺基苯)、8-(4-查耳酮基氧基)辛氧基(2,4-二胺基苯)、8-(4’-氟-4-查耳酮基氧基)辛氧基(2,4-二胺基苯)、1-十二烷基氧基-2,4-二胺基苯、1-十四烷基氧基-2,4-二胺基苯、1-十五烷基氧基-2,4-二胺基苯、1-十六烷基氧基-2,4-二胺基苯、1-十八烷基氧基-2,4-二胺基苯、1-膽固醇基氧基-2,4-二胺基苯、1-膽甾烷基氧基-2,4-二胺基苯、十二烷基氧基(3,5-二胺基苯甲醯基)、十四烷氧基(3,5-二胺基苯甲醯基)、十五烷基氧基(3,5-二胺基苯甲醯基)、十六烷基氧基(3,5-二胺基苯甲醯基)、十八烷基氧基(3,5-二胺基苯甲醯基)、膽固醇基氧基(3,5-二胺基苯甲醯基)、膽甾烷基氧基(3,5-二胺基苯甲醯基)、(2,4-二胺基苯氧基)軟脂酸酯、(2,4-二胺基苯氧基)硬脂酸酯、(2,4-二胺基苯氧基)-4-三氟甲基苯甲酸酯、下式(G-1)~(G-5)分別表示的二胺化合物等芳香族二胺;
二胺基四苯基噻吩等具有雜原子的芳香族二胺;間二甲苯二胺、1,3-丙二胺、四亞甲二胺、五亞甲二胺、六亞甲二胺、七亞甲二胺、八亞甲二胺、九亞甲二胺、4,4-二胺基七亞甲二胺、1,4-二胺基環己烷、環己烷二(甲基胺)、四氫亞二環戊二烯二胺、異佛爾酮二胺、六氫-4,7-橋亞甲基亞茚基(methano indenylidene)二亞甲基二胺、亞三環[6.2.1.02,7 ]十一烯二甲基二胺、4,4’-亞甲基二(環己基胺)等脂肪族二胺或脂環式二胺;二胺基六甲基二矽氧烷等二胺基有機矽氧烷等。
此等之中較佳者,可以列舉出對伸苯基二胺、4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4'-二胺基-2,2’-二甲基聯苯、環己烷二(甲基胺)、1,5-二胺基萘、2,7-二胺基茀、4,4’-二胺基二苯基醚、4,4’-(對伸苯基亞異丙基)聯苯胺、2,2-二[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-二(4-胺基苯基)六氟丙烷、2,2-二[4-(4-胺基-2-三氟甲基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4,4’-二胺基-2,2’-二(三氟甲基)聯苯、4,4’-二[(4-胺基-2-三氟甲基)苯氧基]-八氟聯苯、1-十六烷基氧基-2,4-二胺基苯、1-十八烷氧基-2,4-二胺基苯、1-膽固醇基氧基-2,4-二胺基苯、1-膽甾烷基氧基-2,4-二胺基苯、十六烷基氧基(3,5-二胺基苯甲醯)、十八烷氧基(3,5-二胺基苯甲醯)、膽固醇基氧基(3,5-二胺基苯甲醯)、膽甾烷基氧基(3,5-二胺基苯甲醯)或者上述式(G-1)~(G-5)表示的二胺。此等二胺可以單獨或組合兩種以上使用。
作為聚醯胺酸的合成反應中使用的四羧酸二酐和二胺化合物的使用比例,相對於1當量二胺化合物中含有的胺基,四羧酸二酐的酸酐基較佳為0.2~2當量的比例,更佳為0.3~1.2當量的比例。
聚醯胺酸的合成反應較佳為在有機溶劑中,較佳為在-20~150℃,更佳為在0~100℃的溫度條件下,較佳為進行0.5~24小時,更佳為進行2~10小時。其中,作為有機溶劑,只要可以溶解合成的聚醯胺酸的就沒有特別的限定,可以列舉出例如N-甲基-2-吡咯啶酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、二甲基亞碸、γ-丁內酯、四甲基脲、六甲基磷醯三胺等非質子性極性溶劑;間甲酚、二甲酚、苯酚、鹵化苯酚等酚性溶劑。有機溶劑的用量(a)較佳為四羧酸二酐和二胺的總量(b)相對於反應溶液的全部量(a+b)為0.1~50質量%、更佳為5~30質量%的量。
如上,可以得到溶解聚醯胺酸形成的反應溶液。該反應溶液可以直接用於製備有機半導體配向用組成物,也可以在分離反應溶液中含有的聚醯胺酸後,用於製備有機半導體配向用組成物,或者將分離的聚醯胺酸精製後,用於製備有機半導體配向用組成物。聚醯胺酸的分離可以藉由將上述反應溶液注入大量的不良溶劑中,得到析出物,將該析出物減壓乾燥的方法;或者以蒸發器減壓蒸餾反應溶液中的溶劑的方法進行。另外,也可以藉由將該聚醯胺酸再次溶解到有機溶劑中,然後在不良溶劑中析出的方法;或者經由重複進行一次或多次用蒸發器減壓餾出的步驟的方法精製聚醯胺酸。
(聚醯亞胺)
上述聚醯亞胺可以將如上得到的聚醯胺酸具有的醯胺酸結構脫水閉環來製造。此時,可以將醯胺酸結構全部脫水閉環,完全醯亞胺化;或者也可以只將醯胺酸結構中的一部分脫水閉環,形成醯胺酸結構和醯亞胺環結構並存的部分醯亞胺化物。
聚醯胺酸的脫水閉環較佳為(i)以藉由加熱聚醯胺酸的方法,或者(ii)將聚醯胺酸溶解在有機溶劑中,在該溶液中添加脫水劑和脫水閉環催化劑,根據需要加熱的方法進行。
上述(i)的加熱聚醯胺酸的方法中的反應溫度較佳為50~200℃,更佳為60~170℃。藉由使反應溫度為50℃以上,可以充分進行脫水閉環反應,藉由使反應溫度為200℃以下,可以抑制所得的醯亞胺化聚合物的分子量減低。加熱聚醯胺酸的方法中的反應時間較佳為0.5~48小時,更佳為2~20小時。
另一方面,上述(ii)的在聚醯胺酸溶液中添加脫水劑和脫水閉環催化劑的方法中,作為脫水劑,可以使用例如乙酸酐、丙酸酐、三氟乙酸酐等酸酐。作為脫水劑的用量,相對於1mol聚醯胺酸結構單元,較佳為0.01~20mol。另外,作為脫水閉環催化劑,可以列舉出例如吡啶、三甲基吡啶、二甲基吡啶、三乙胺等三級胺。但是,並不限於此。作為脫水閉環催化劑的用量,相對於1mol所使用的脫水劑,較佳為0.01~10mol。作為脫水閉環反應中使用的有機溶劑,可以列舉出作為合成聚醯胺酸使用的溶劑例示的有機溶劑。脫水閉環反應的反應溫度較佳為0~180℃,更佳為10~150℃。反應時間較佳為0.5~20小時,更佳為1~8小時。
在上述方法(ii)中,如上所述,可以得到含有聚醯亞胺的反應溶液。該反應溶液可以將其直接用於製備有機半導體配向用組成物,也可以從反應溶液除去脫水劑和脫水閉環催化劑後,用於製備有機半導體配向用組成物;還可以分離聚醯亞胺後,用於製備有機半導體配向用組成物;或者將分離的聚醯亞胺精製後,用於製備有機半導體配向用組成物。為了從反應溶液除去脫水劑和脫水閉環催化劑,例如適合使用溶劑置換等方法。聚醯亞胺的分離、精製可以利用作為聚醯胺酸的分離、精製方法而進行的上述同樣的操作進行。
在本發明的有機半導體配向用組成物中,除了含有光配向性聚有機矽氧烷化合物以外,還含有由聚醯胺酸和聚醯亞胺構成的群組中選出的至少一種聚合物時,相對於100質量份光配向性聚有機矽氧烷化合物,兩者適合的使用比例是聚醯胺酸和聚醯亞胺的總量為100~5,000質量份,更佳為200~2,000質量份。
(其他聚合物)
上述其他聚合物可以用於進一步改善本發明的有機半導體配向用組成物的溶液性質和所得的有機半導體配向膜的電性質。作為該其他聚合物,可以列舉出例如由具有和上述式(3)所示的重複單元不同結構的重複單元的聚有機矽氧烷、其水解物及其水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種(以下,稱作“其他聚有機矽氧烷”)、聚醯胺酸酯、聚酯、聚醯胺、纖維素衍生物、聚縮醛、聚苯乙烯衍生物、聚(苯乙烯-苯基馬來醯亞胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等。
(其他聚有機矽氧烷)
本發明的有機半導體配向用組成物如上所述除了含有光配向性聚有機矽氧烷化合物以外,還可以含有其他聚有機矽氧烷。在本發明中,在含有其他聚有機矽氧烷時,較佳為具有由下述式(5)所示的重複單元的聚有機矽氧烷、其水解物及其水解物的縮合物構成的群組中選出的至少一種。
式(5)中,X2 是羥基、鹵原子、碳原子數為1~20的烷基、碳原子數為1~6的烷氧基或者碳原子數為6~20的芳基,Y2 是羥基或碳原子數為1~10的烷氧基。
另外,該有機半導體配向用組成物在含有其他聚有機矽氧烷時,其他聚有機矽氧烷的大部分和光配向性聚有機矽氧烷化合物獨立地存在,另一部分以和光配向性聚有機矽氧烷化合物的縮合物的形式存在。
該其他聚有機矽氧烷例如可以通過將由烷氧基矽烷化合物和鹵代矽烷化合物構成的群組中選出的至少一種矽烷化合物(以下,稱作“原料矽烷化合物”。),較佳為在合適的有機溶劑中,在水和催化劑的存在下,通過水解或者水解、縮合合成。
作為可以在這裏使用的原料矽烷化合物,可以列舉出例如四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、四正丙氧基矽烷、四異丙氧基矽烷、四正丁氧基矽烷、四-二級丁氧基矽烷、四-三級丁氧基矽烷、四氯矽烷;甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三正丙氧基矽烷、甲基三異丙氧基矽烷、甲基三正丁氧基矽烷、甲基三-二級丁氧基矽烷、甲基三級丁氧基矽烷、甲基三苯氧基矽烷、甲基三氯矽烷、乙基三甲氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷、乙基三正丙氧基矽烷、乙基三異丙氧基矽烷、乙基三正丁氧基矽烷、乙基三-二級丁氧基矽烷、乙基三-三級丁氧基矽烷、乙基三氯矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、苯基三氯矽烷;二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二甲基二氯矽烷;三甲基甲氧基矽烷、三甲基乙氧基矽烷、三甲基氯矽烷等。它們之中,較佳為四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、三甲基甲氧基矽烷或者三甲基乙氧基矽烷。
在合成其他聚有機矽氧烷時,作為可以任意使用的有機溶劑,可以列舉出例如醇化合物、酮化合物、醯胺化合物或酯化合物或者其他非質子性化合物。它們可以單獨或組合兩種以上使用。
作為上述醇化合物,可以列舉出例如甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、二級丁醇、三級丁醇、正戊醇、異戊醇、2-甲基丁醇、二級戊醇、三級戊醇、3-甲氧基丁醇、正己醇、2-甲基戊醇、二級己醇、2-乙基丁醇、二級庚醇、庚-3-醇、正辛醇、2-乙基己醇、二級辛醇、正壬醇、2,6-二甲基-4-庚醇、正癸醇、二級十一烷醇、三甲基壬醇、二級十四烷醇、二級十七烷醇、苯酚、環己醇、甲基環己醇、3,3,5-三甲基環己醇、苯甲醇、二丙酮醇等一元醇化合物;乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、2,4-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2,5-己二醇、2,4-庚二醇、2-乙基-1,3-己二醇、二甘醇、二丙二醇、三甘醇、三丙二醇等多元醇化合物;乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丙基醚、乙二醇單丁基醚、乙二醇單己基醚、乙二醇單苯基醚、乙二醇單-2-乙基丁基醚、二甘醇單甲基醚、二甘醇單乙基醚、二甘醇單丙基醚、二甘醇單丁基醚、二甘醇單己基醚、丙二醇單甲基醚、丙二醇單乙基醚、丙二醇單丙基醚、丙二醇單丁基醚、二丙二醇單甲基醚、二丙二醇單乙基醚、二丙二醇單丙基醚等多元醇化合物的部分醚等。這些醇化合物可以單獨使用一種或組合使用兩種以上作為上述酮化合物,可以分別列舉出例如丙酮、甲基乙基酮、甲基正丙基酮、甲基正丁基酮、二乙基酮、甲基異丁基酮、甲基正戊基酮、乙基正丁基酮、二異丁基酮、甲基正己基酮、三甲基壬酮、環己酮、2-己酮、甲基環己酮、2,4-戊二酮、葑酮(fenchone)、苯乙酮、丙酮基丙酮等單酮化合物;乙醯基丙酮、2,4-己二酮、2,4-庚二酮、3,5-庚二酮、5-甲基-2,4-己二酮、2,4-辛二酮、3,5-辛二酮、2,4-壬二酮、3,5-壬二酮、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮、1,1,1,5,5,5-六氟-2,4-庚二酮等β-二酮化合物等。這些酮化合物可以使用一種,也可以組合兩種以上使用。
作為上述醯胺化合物,可以列舉出例如甲醯胺、N-甲基甲醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N-乙基甲醯胺、N,N-二乙基甲醯胺、乙醯胺、N-甲基乙醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-乙基乙醯胺、N,N-二乙基乙醯胺、N-甲基丙醯胺、N-甲基吡咯啶酮、N-甲醯基啉、N-甲醯基哌啶、N-甲醯基吡咯啶、N-乙醯基啉、N-乙醯基哌啶、N-乙醯基吡咯啶等。這些醯胺化合物可以使用一種,或者也可以組合兩種以上使用。
作為酯化合物,可以列舉出例如碳酸乙二酯、碳酸丙二酯、碳酸二乙酯、醋酸甲酯、醋酸乙酯、γ-丁內酯、γ-戊內酯、醋酸正丙酯、醋酸異丙酯、醋酸正丁酯、醋酸異丁酯、醋酸二級丁酯、醋酸正戊酯、醋酸二級戊酯、醋酸3-甲氧基丁基酯、醋酸甲基戊基酯、醋酸2-乙基丁基酯、醋酸2-乙基己基酯、醋酸苄基酯、醋酸環己基酯、醋酸甲基環己基酯、醋酸正壬基酯、乙醯乙酸甲酯、乙醯乙酸乙酯、乙二醇單甲基醚醋酸酯、乙二醇單乙基醚醋酸酯、二甘醇單甲基醚醋酸酯、二甘醇單乙基醚醋酸酯、二甘醇單正丁基醚醋酸酯、丙二醇單甲基醚醋酸酯、丙二醇單乙基醚醋酸酯、丙二醇單丙基醚醋酸酯、丙二醇單丁基醚醋酸酯、二丙二醇單甲基醚醋酸酯、二丙二醇單乙基醚醋酸酯、二醋酸乙二醇酯、甲氧基三甘醇醋酸酯、丙酸乙酯、丙酸正丁酯、丙酸異戊酯、丙二酸二乙基酯、草酸二乙酯、草酸二正丁基酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丁酯、乳酸正戊酯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯等。這些酯化合物可以使用一種,或者也可以組合兩種以上使用。
作為其他非質子性化合物,可以列舉出例如乙腈、二甲基亞碸、N,N,N’,N’-四乙基硫醯胺、六甲基磷酸三醯胺、N-甲基啉酮、N-甲基吡咯、N-乙基吡咯、N-甲基-Δ3-吡咯啶、N-甲基哌啶、N-乙基哌啶、N,N-二甲基哌、N-甲基咪唑、N-甲基-4-哌啶酮、N-甲基-2-哌啶酮、N-甲基-2-吡咯啶酮、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、1,3-二甲基四氫-2(1H)-嘧啶酮等。
這些溶劑中,特佳為多元醇化合物、多元醇化合物的部分醚或酯化合物。
作為合成其他聚有機矽氧烷時使用的水的量,相對於原料矽烷化合物所具有的烷氧基和鹵原子的總量1mol,較佳為0.01~100mol,更佳為0.1~30mol,進一步更佳為1~1.5mol的比例。
作為在合成其他聚有機矽氧烷時可以使用的催化劑,可以列舉出例如金屬螯合物、有機酸、無機酸、有機鹼、氨、鹼金屬化合物等。
作為上述金屬螯合物,可以列舉出例如三乙氧基‧單(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、三正丙氧基.單(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、三異丙氧基‧單(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、三正丁氧基‧單(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、三-二級丁氧基‧單(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、三-三級丁氧基.單(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、二乙氧基‧二(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、二正丙氧基‧二(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、二異丙氧基‧二(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、二正丁氧基‧二(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、二-二級丁氧基‧二(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、二-三級丁氧基‧二(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、單乙氧基‧三(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、單正丙氧基‧三(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、單-異丙氧基‧三(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、單正丁氧基‧三(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、單-二級丁氧基‧三(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、單-三級丁氧基‧三(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、四(乙醯基丙酮酸鹽)鈦、三乙氧基‧單(乙醯乙酸乙酯)鈦、三正丙氧基‧單(乙醯乙酸乙酯)鈦、三異丙氧基‧單(乙醯乙酸乙酯)鈦、三正丁氧基‧單(乙醯乙酸乙酯)鈦、三-二級丁氧基‧單(乙醯乙酸乙酯)鈦、三-三級丁氧基‧單(乙醯乙酸乙酯)鈦、二乙氧基‧二(乙醯乙酸乙酯)鈦、二正丙氧基‧二(乙醯乙酸乙酯)鈦、二異丙氧基‧二(乙醯乙酸乙酯)鈦、二正丁氧基‧二(乙醯乙酸乙酯)鈦、二-二級丁氧基.二(乙醯乙酸乙酯)鈦、二-三級丁氧基‧二(乙醯乙酸乙酯)鈦、單乙氧基‧三(乙醯乙酸乙酯)鈦、單正丙氧基‧三(乙醯乙酸乙酯)鈦、單異丙氧基‧三(乙醯乙酸乙酯)鈦、單正丁氧基‧三(乙醯乙酸乙酯)鈦、單-二級丁氧基‧三(乙醯乙酸乙酯)鈦、單-三級丁氧基‧三(乙醯乙酸乙酯)鈦、四(乙醯乙酸乙酯)鈦、單(乙醯基丙酮酸鹽)三(乙醯乙酸乙酯)鈦、二(乙醯基丙酮酸鹽)二(乙醯乙酸乙酯)鈦、三(乙醯基丙酮酸鹽)單(乙醯乙酸乙酯)鈦等鈦螯合物;三乙氧基‧單(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、三正丙氧基‧單(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、三異丙氧基‧單(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、三正丁氧基‧單(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、三-二級丁氧基‧單(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、三-三級丁氧基.單(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、二乙氧基‧二(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、二正丙氧基‧二(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、二異丙氧基‧二(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、二正丁氧基‧二(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、二-二級丁氧基‧二(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、二-三級丁氧基‧二(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、單乙氧基‧三(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、單正丙氧基‧三(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、單異丙氧基‧三(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、單正丁氧基‧三(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、單二級丁氧基‧三(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、單三級丁氧基‧三(乙醯基丙酮酸鹽)鋙、四(乙醯基丙酮酸鹽)鋯、三乙氧基‧單(乙醯乙酸乙酯)鋯、三正丙氧基‧單(乙醯乙酸乙酯)鋯、三異丙氧基‧單(乙醯乙酸乙酯)鋯、三正丁氧基‧單(乙醯乙酸乙酯)鋯、三-二級丁氧基‧單(乙醯乙酸乙酯)鋯、三-三級丁氧基‧單(乙醯乙酸乙酯)鋯、二乙氧基‧二(乙醯乙酸乙酯)鋯、二正丙氧基‧二(乙醯乙酸乙酯)鋯、二異丙氧基‧二(乙醯乙酸乙酯)鋯、二正丁氧基‧二(乙醯乙酸乙酯)鋯、二-二級丁氧基‧二(乙醯乙酸乙酯)鋯、二-三級丁氧基‧二(乙醯乙酸乙酯)鋯、單乙氧基‧三(乙醯乙酸乙酯)鋯、單正丙氧基‧三(乙醯乙酸乙酯)鋯、單異丙氧基‧三(乙醯乙酸乙酯)鋯、單正丁氧基‧三(乙醯乙酸乙酯)鋯、單二級丁氧基‧三(乙醯乙酸乙酯)鋯、單三級丁氧基‧三(乙醯乙酸乙酯)鋯、四(乙醯乙酸乙酯)鋯、單(乙醯基丙酮酸鹽)三(乙醯乙酸乙酯)鋯、二(乙醯基丙酮酸鹽)二(乙醯乙酸乙酯)鋯、三(乙醯基丙酮酸鹽)單(乙醯乙酸乙酯)鋯等鋯螯合物;三(乙醯基丙酮酸鹽)鋁、三(乙醯乙酸乙酯)鋁等鋁螯合物等。
作為上述有機酸,可以列舉出例如乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、草酸、馬來酸、己二酸、甲基丙二酸、癸二酸、沒食子酸、丁酸、苯六酸、花生油烯酸、莽草酸、2-乙基己酸、油酸、硬脂酸、亞油酸、亞麻二烯酸、水楊酸、苯甲酸、對胺基苯甲酸、對甲苯磺酸、苯磺酸、單氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、甲酸、丙二酸、磺酸、鄰苯二甲酸、富馬酸、檸檬酸、酒石酸等。
作為上述無機酸,可以列舉出例如鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸、磷酸等。
作為上述有機鹼,可以列舉出例如吡啶、吡咯、哌、吡咯啶、哌啶、甲基吡啶、三甲基胺、三乙基胺、單乙醇胺、二乙醇胺、二甲基單乙醇胺、單甲基二乙醇胺、三乙醇胺、二氮雜二環辛烷、二氮雜二環壬烷、二氮雜二環十一碳烯、氫氧化四甲基銨等。
作為上述鹼金屬化合物,可以列舉出例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、氫氧化鈣等。這些催化劑可以使用一種,或將兩種以上一起使用。
這些催化劑中,較佳為金屬螯合化合物、有機酸或無機酸。作為金屬螯合化合物,更佳為鈦螯合化合物。
催化劑的用量相對於100質量份原料矽烷化合物,較佳為0.001~10質量份,更佳為0.001~1質量份。
催化劑可以預先添加到已將原料的矽烷化合物中或矽烷化合物溶解到有機溶劑形成的溶液中,或者也可以溶解或分散到添加的水中。
合成其他聚有機矽氧烷時添加的水可以間歇性或連續地添加到在作為原料的矽烷化合物中或矽烷化合物溶解到有機溶劑形成的溶液中。
作為合成其他聚有機矽氧烷時的反應溫度較佳為0~100℃,更佳為15~80℃。反應時間較佳為0.5~24小時,更佳為1~8小時。
(其他聚合物的使用比例)
本發明的有機半導體配向用組成物在含有其他聚合物和前述光配向性聚有機矽氧烷化合物時,作為其他聚合物的含量,相對於100質量份光配向性聚有機矽氧烷化合物,較佳為10,000質量份以下。其他聚合物的更佳含量係根據其他聚合物的種類而異。
另一方面,本發明的有機半導體配向用組成物在含有光配向性聚有機矽氧烷化合物和其他聚有機矽氧烷時,兩者較佳的使用比例是,相對於100質量份光配向性聚有機矽氧烷化合物,其他聚有機矽氧烷的量是100~2,000質量份。本發明的有機半導體配向用組成物在含有光配向性聚有機矽氧烷化合物和其他聚合物時,作為其他聚合物的種類較佳為其他聚有機矽氧烷。
(固化劑和固化催化劑、以及固化促進劑)
為使光配向性聚有機矽氧烷化合物的交聯反應更牢固的目的,可在本發明之有機半導體配向用組成物中含有上述固化劑和固化催化劑。為了促進固化劑的固化反應的目的,可在本發明的有機半導體配向用組成物中含有上述固化促進劑。
作為上述固化劑,可以使用具有環氧基的固化性化合物或包含具有環氧基的化合物的固化性組成物的固化時常用的固化劑。作為這種固化劑,可以例示例如多元胺、多元羧酸酐、多元羧酸。
作為上述多元羧酸酐,可以列舉出例如環己烷三酸的酸酐以及其他多元羧酸酐。
作為環己烷三酸酐的具體例子,可以列舉出例如環己烷-1,3,4-三羧酸-3,4-酐、環己烷-1,3,5-三羧酸-3,5-酐、環己烷-1,2,3-三羧酸-2,3-酐等,作為其他多元羧酸酐,可以列舉出例如4-甲基四氫鄰苯二甲酸酐、甲基納迪克酸酐、十二烯基琥珀酸酐、琥珀酸酐、馬來酸酐、鄰苯二甲酸酐、苯偏三酸酐、下述式(6)所示的化合物、
(式(6)中,p是1~20的整數。)
和聚醯胺酸的合成中常用的四羧酸二酐,以及α-萜烯、別羅勒烯等具有共軛雙鍵的脂環式化合物和馬來酸酐的Diels-Alder反應產物以及它們的氫添加物等。
作為固化催化劑,可以使用例如六氟化銻化合物、六氟化磷化合物、鋁三乙乙醯基丙酮酸鹽等。這些催化劑可以通過加熱催化環氧基的陽離子聚合。
上述固化促進劑,可以列舉出例如咪唑化合物;四級鏻化合物;四級胺化合物;像1,8-二偶氮二環[5.4.0]十一烯-7及其有機酸鹽這樣的二偶氮二環烯烴;像辛酸鋅、辛酸錫、乙醯丙酮鋁錯合物這樣的有機金屬化合物;像三氟化硼、硼酸三苯基酯這樣的硼化合物;像氯化鋅、氯化錫這樣的金屬鹵化物;像二氰基二醯胺、胺和環氧樹脂的加成物這樣的胺加成型促進劑等高熔點分散型潛在性固化促進劑;四級鏻鹽等的表面用聚合物覆蓋形成的微膠囊型潛在性固化促進劑;胺鹽型潛在性固化促進劑;像路易士酸鹽、布侖斯惕酸(Bronsted acid)鹽這樣的高溫分解型熱陽離子聚合型潛在性固化促進劑等。
(環氧化合物)
上述環氧化合物從進一步提高形成的有機半導體配向膜對絕緣膜表面的黏合性的觀點出發,可以在本發明的有機半導體配向用組成物中含有。
作為該環氧化合物,可以列舉出例如乙二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚、丙二醇二縮水甘油醚、三丙二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚、1,6-己二醇二縮水甘油醚、甘油二縮水甘油醚、2,2-二溴新戊二醇二縮水甘油醚、1,3,5,6-四縮水甘油基-2,4-己二醇、N,N,N’,N’-四縮水甘油基-間二甲苯二胺、1,3-二(N,N-二縮水甘油基胺基甲基)環己烷、N,N,N’,N’-四縮水甘油基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、N,N-二縮水甘油基-苄基胺、N,N-二縮水甘油基-胺基甲基環己烷等作為較佳的化合物。
本發明的有機半導體配向用組成物含有環氧化合物時,作為其含有比例,相對於上述光配向性聚有機矽氧烷化合物和任意使用的其他聚合物總計100質量份,較佳為0.01~40質量份以下,更佳為0.1~30質量份。
另外,本發明的有機半導體配向用組成物含有環氧化合物時,基於有效地產生該交聯反應的目的,可以和1-苄基-2-甲基咪.唑等鹼性催化劑一起使用。
(官能性矽烷化合物)
上述官能性矽烷化合物,可以基於進一步提高所得的有機半導體配向膜和基板或閘極的黏合性的目的使用。作為官能性矽烷化合物,可以列舉出例如作為官能性矽烷化合物,可以列舉出例如3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、2-胺基丙基三甲氧基矽烷、2-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-醯脲丙基三甲氧基矽烷、3-醯脲丙基三乙氧基矽烷、N-乙氧基羰基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-乙氧基羰基-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-三乙氧基甲矽烷基丙基三亞乙基三胺、N-三甲氧基甲矽烷基丙基三亞乙基三胺、10-三甲氧基甲矽烷基-1,4,7-三氮雜癸烷、10-三乙氧基甲矽烷基-1,4,7-三氮雜癸烷、9-三甲氧基甲矽烷基-3,6-二氮雜壬基乙酸酯、9-三乙氧基甲矽烷基-3,6-二氮雜壬基乙酸酯、N-苄基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-苄基-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-苯基-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-二(氧化伸乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-二(氧化伸乙基)-3-胺基丙基三乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油基丙基三甲氧基矽烷等,此外還可以列舉出日本特開昭63-291922號公報記載的四羧酸二酐和具有胺基的矽烷化合物的反應物等。
本發明的有機半導體配向用組成物在含有官能性矽烷化合物時,作為其含有比例,相對於上述光配向性聚有機矽氧烷化合物和任意使用的其他聚合物總計100質量份,較佳為50質量份以下,更佳為20質量份以下。
(界面活性劑)
作為上述界面活性劑,可以列舉出例如非離子性界面活性劑、陰離子性界面活性劑、陽離子性界面活性劑、兩性界面活性劑、有機矽界面活性劑、聚烯化氧界面活性劑、含氟界面活性劑等。
該有機半導體配向用組成物含有界面活性劑時,作為其含有比例,相對於有機半導體配向用組成物整體100質量份,較佳為10質量份以下,更佳為1質量份以下。
(光增敏性化合物)
能在該有機半導體配向用組成物中含有的光增敏性化合物是具有由羧基、羥基、-SH、-NCO、-NHR(其中,R是氫原子或者碳原子數為1~6的烷基)、-CH=CH2 和SO2 Cl構成的群組中選出的至少一種基團以及光增敏性結構的化合物。通過使上述具有環氧基的聚有機矽氧烷與特定桂皮酸衍生物和光增敏性化合物的混合物反應,本發明的有機半導體配向用組成物中含有的光配向性聚有機矽氧烷化合物兼具來自特定桂皮酸衍生物的感光性結構(桂皮酸結構)和來自光增敏性化合物的光增敏性結構。該光增敏性結構具有通過光照射激發,在聚合物內提供接近該激發能的感光性結構的功能。該激發狀態可以是單態的,也可以是三態的,但是考慮到長壽命以及能量有效地移動,較佳為三態。上述光增敏性結構吸收的光較佳為波長為150~600nm的範圍的紫外線或可視光線。波長比上述下限更短的光,由於無法在通常的光學系統中處理,所以無法適用於光配向法。另一方面,波長比上述上限更長的光,能量小,難以激發上述光增敏性結構的激發狀態。
作為該光增敏性結構可以列舉出例如苯乙酮結構、二苯甲酮結構、蒽醌結構、聯苯結構、咔唑結構、硝基芳基結構、茀結構、萘結構、蒽結構、吖啶結構、吲哚結構等,它們可以單獨或組合兩種以上使用。這些光增敏性結構是由分別從苯乙酮、二苯甲酮、蒽醌、聯苯、咔唑、硝基苯或二硝基苯、萘、茀、蒽、吖啶或者吲哚,除去1~4個氫原子得到的基團形成的結構。其中,苯乙酮結構、咔唑結構和吲哚結構分別較佳為由除去苯乙酮、咔唑或者吲哚的苯環所具有的氫原子中的1~4個而得到之基團形成的結構。這些光增敏性結構中,較佳為由苯乙酮結構、二苯甲酮結構、蒽醌結構、聯苯結構、咔唑結構、硝基芳基結構和萘結構構成的群組中選出的至少一種,特佳為由苯乙酮結構、二苯甲酮結構和硝基芳基結構構成的群組中選出的至少一種。
作為光增敏性化合物較佳為具有羧基和光增敏性結構的化合物,作為更佳的化合物可以列舉出例如下述式(H-1)~(H-10)分別表示的化合物等。
式中,q是1~6的整數。
本發明中使用的光配向性聚有機矽氧烷化合物通過組合如上所述的具有環氧基的聚有機矽氧烷和特定桂皮酸衍生物以及光增敏性化合物,較佳為在催化劑的存在下,較佳為在有機溶劑中反應合成。在這種情況下,特定桂皮酸衍生物,相對於1mol具有環氧基的聚有機矽氧烷的矽原子,較佳為以0.001~1mol,更佳為以0.1~1mol、進一步較佳為以0.2~0.9mol的範圍使用。光增敏性化合物相對於1mol具有環氧基的聚有機矽氧烷的矽原子,較佳為以0.0001~0.5mol、更佳為以0.0005~0.2mol、進一步較佳為以0.001~0.1mol的範圍使用。
(有機半導體配向用組成物的製備)
本發明的有機半導體配向用組成物如上所述,含有光配向性聚有機矽氧烷化合物為必須成分,根據需要可以含有其他任意成分,較佳為將各成分溶解到有機溶劑中,調配為溶液狀的組成物。另外,光配向性聚有機矽氧烷化合物和其他含有成分(例如,由聚醯胺酸和聚醯亞胺構成的群組中選出的至少一種聚合物以及其他聚有機矽氧烷等)係指在有機半導體配向用組成物和有機半導體配向膜的任意狀態下,一部分可以相互連接。
作為可以用於調配本發明的有機半導體配向用組成物的有機溶劑,較佳為溶解光配向性聚有機矽氧烷化合物和使用的其他成分,而不會與它們反應的溶劑。可以在本發明的有機半導體配向用組成物中較佳使用的有機溶劑,係根據任意添加的其他聚合物的種類而異。
本發明的有機半導體配向用組成物中,相對於光配向性聚有機矽氧烷化合物,作為較佳的有機溶劑,可以列舉出作為合成聚醯胺酸使用的溶劑而在上文中例示的有機溶劑。此時,還可以和作為在本發明的聚醯胺酸的合成中使用的有機溶劑而例示的不良溶劑一起使用。這些有機溶劑可以單獨使用或組合兩種以上使用。
另一方面,本發明的有機半導體配向用組成物在含有光配向性聚有機矽氧烷化合物和其他聚有機矽氧烷作為聚合物時,作為較佳的有機溶劑,可以列舉出例如1-乙氧基-2-丙醇、丙二醇單乙基醚、丙二醇單丙基醚、丙二醇單丁基醚、丙二醇單乙酸酯、二丙二醇甲基醚、二丙二醇乙基醚、二丙二醇丙基醚、二丙二醇二甲基醚、乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丙基醚、乙二醇單丁基醚(丁基溶纖劑)、乙二醇單戊基醚、乙二醇單己基醚、二甘醇、甲基溶纖劑乙酸酯、乙基溶纖劑乙酸酯、丙基溶纖劑乙酸酯、丁基溶纖劑乙酸酯、甲基卡必醇、乙基卡必醇、丙基卡必醇、丁基卡必醇、醋酸正丙酯、醋酸異丙基酯、醋酸正丁基酯、醋酸異丁基酯、醋酸二級丁基酯、醋酸正戊基酯、醋酸二級戊基酯、醋酸3-甲氧基丁基酯、醋酸甲基戊基酯、醋酸2-乙基丁基酯、醋酸2-乙基己基酯、醋酸苄基酯、醋酸正己基酯、醋酸環己基酯、醋酸辛酯、醋酸戊酯、醋酸異戊酯等。其中,較佳為醋酸正丙酯、醋酸異丙酯、醋酸正丁酯、醋酸異丁酯、醋酸二級丁酯、醋酸正戊基酯、醋酸二級戊基酯等。
本發明的有機半導體配向用組成物製備時使用的較佳的溶劑,可以根據有無使用其他聚合物及其種類,組合上述有機溶劑的一種或兩種以上得到。這種溶劑不會在下述較佳的固體成分濃度下,析出有機半導體配向用組成物中含有的各成分,而且有機半導體配向用組成物的表面張力為25~40mN/m的範圍。
本發明的有機半導體配向用組成物的固體成分濃度,也就是有機半導體配向用組成物中的溶劑以外的全部成分的質量佔有機半導體配向用組成物的全部質量的比例,考慮黏性、揮發性等而選擇,則較佳為1~10質量%的範圍。本發明的有機半導體配向用組成物塗敷到絕緣膜上,或者塗敷到基板上以覆蓋閘極,而形成有機半導體配向膜所成的塗膜,但是在固體成分濃度為1質量%以上時,該塗膜的膜厚不容易變得過小,而可以得到良好的有機半導體配向膜。另一方面,在固體成分濃度為10質量%以下時,可以抑制塗膜的膜厚過大,而可得到良好的有機半導體配向膜,而且可以防止有機半導體配向用組成物的黏性增大,塗敷性質良好。特佳之固體成分濃度的範圍根據在絕緣膜或基板上塗敷有機半導體配向用組成物時所採用的方法而異。例如,在使用旋塗法進行時,固體成分濃度特佳為1.5~4.5質量%的範圍。在使用印刷法進行時,特佳為固體成分濃度為3~9質量%的範圍,藉此,溶液黏度為12~50mPa‧s的範圍。在使用噴墨法進行時,特佳為固體成分濃度為1~5質量%的範圍,由此,溶液黏度為3~15mPa‧s的範圍。
製備本發明的有機半導體配向用組成物時的溫度較佳為0℃~200℃,更佳為0℃~40℃。
(有機半導體配向膜)
本發明的有機半導體配向用組成物適合用於通過光配向法形成對有機半導體層賦予各向異性的配向膜或閘極絕緣膜,特別是形成場效應型有機半導體元件中使用的配向膜或閘極絕緣膜。
作為形成有機半導體配向膜的方法,可以列舉出例如在形成閘極的基板上形成絕緣膜,在該絕緣膜上形成本發明的有機半導體配向用組成物的塗膜,或者在形成閘極的基板上形成本發明的有機半導體配向用組成物的塗膜,然後通過對該塗膜照射具有各向異性的偏光等的光配向法,賦予有機半導體分子配向能的方法。
首先,藉由例如輥塗法、旋塗法、印刷法、噴墨法等適當的塗布方法,塗布本發明的有機半導體配向用組成物。然後,通過將該塗布面預加熱(預烘烤),然後燒結(後烘烤)形成塗膜。預烘烤條件例如是在40~120℃下進行0.1~5分鐘,後烘烤條件較佳為在120~300℃、更佳為150~250℃下,較佳為進行5~200分鐘,更佳為進行10~100分鐘。後烘烤後的塗膜的膜厚較佳為0.001~1μm,更佳為0.005~0.5μm。
接著,通過對上述塗膜照射直線偏光或部分偏光的光或者無偏光的光,賦予有機半導體分子配向能。這裏,作為光,例如可以使用包含150nm~800nm的波長的光的紫外線和可視光線,較佳為包含300nm~400nm的波長的光的紫外線。在使用的光直線偏光或部分偏光時,照射可以從和基板面垂直的方向進行,也可以從傾斜的方向進行,或者可以組合它們進行。照射無偏光的光時,照射的方向必須是傾斜方向。
作為使用的光源,可以使用例如低壓水銀燈、高壓水銀燈、重氫燈、金屬鹵化物燈、氬共振燈、氙燈、准分子鐳射等。前述較佳為波長區域的紫外線可以通過將前述光源和例如濾光器以及衍射光柵等一起使用的機構等得到。
光的照射量沒有特別的限定,較佳為1J/m2 以上、不足10,000J/m2 ,更佳為10~3,000J/m2 。另外,通過光配向法在由目前已知有機半導體配向用組成物形成的塗膜上賦予有機半導體分子配向能時,必須要10,000J/m2 以上的光照射量。但是,如果使用本發明的有機半導體配向用組成物,光配向法時的放射線照射量即使為3,000J/m2 以下,進而為1,000J/m2 以下,也可以賦予良好的有機半導體分子配向能,有助於提高有機半導體元件的生產性和削減製造成本。
這樣形成的該有機半導體配向膜導致光配向性聚有機矽氧烷化合物的極性低,或者光配向性基團偏在於該有機半導體配向膜的表面附近。特別是在該有機半導體配向膜中,具有桂皮酸結構的基團較佳為從表面到膜厚30%的範圍偏在。有助於有機半導體配向的具有桂皮酸結構的基團通過偏在於配向膜的有機半導體側的表面附近,可以更有效地誘發有機半導體分子的配向。
塗布有機半導體配向用組成物時,為了使絕緣膜和塗膜的黏合性更好,可以在絕緣膜上預先塗敷官能性矽烷化合物、鈦酸酯等。
(有機半導體元件)
參照附圖對本發明的有機半導體元件進行說明。圖1是圖示地表示本發明的有機半導體元件的一個例子的剖視圖。有機半導體元件1包括在基板2上形成的閘極3、覆蓋閘極3形成的閘極絕緣膜(絕緣膜)4、在閘極絕緣膜4上形成的配向膜5、在該配向膜5上形成的源極6和汲極7、以及至少在上述源極6和汲極7之間形成的有機半導體層8。在本發明中,作為配向膜5使用由該有機半導體配向用組成物形成的上述有機半導體配向膜。對本發明的有機半導體配向膜已經詳細描述過了,所以在這裏省略說明。
在有機半導體元件的源極6和汲極7之間施加電壓(源汲極間電壓)的同時,如果改變施加到閘極3上的電壓(閘極電壓:Vg),則有機半導體層8和配向膜5的介面中的電荷(載子)量依賴於閘極電壓變化,可以改變流過源極6和汲極7之間的有機半導體層8的部分(通道)的電流(源-汲極間電流)。這樣,在有機半導體元件中,通過控制閘極電壓Vg,可以控制汲極電流Id。
參照附圖對本發明的有機半導體元件進行說明。圖2是圖示地表示本發明的有機半導體元件的一個例子的剖視圖。有機半導體元件9包括在基板10上形成的閘極11、為了覆蓋閘極11形成的絕緣膜12、在閘極絕緣膜12上形成的源極13和汲極14、以及至少在上述源極13和汲極14之間形成的有機半導體層15。在本發明中,作為閘極絕緣膜12使用含有[C]成分的該有機半導體配向用組成物形成的上述有機半導體配向膜。
在有機半導體元件的源極13和汲極14間施加電壓(源-汲極間電壓)時,如果改變施加到閘極11上的電壓(閘極電壓:Vg),則有機半導體層15和閘極絕緣膜12的介面中,電荷(載子)的量依賴於閘極電壓變化,流過源極13和汲極14間的有機半導體層15的部分(通道)的電流(源-汲極間電流)。這樣,在有機半導體元件中,通過控制閘極電壓Vg,可以控制汲極電流Id。
有機半導體材料的π軌道共軛平面或者π堆積與載子移動方向關係密切。為了提高載子在有機半導體層中的移動度μ,不僅使有機半導體分子的方向在一個方向上一致,而且重要的是規定π軌道共軛平面或者π堆積。對本發明的有機半導體元件而言,通過光配向法使配向膜配向,由此可以對有機半導體分子的配向賦予各向異性,所以通過有機半導體分子的微觀配列,可以規定π軌道共軛面或π堆積,還可以形成沒有配向不勻的平整性優異的有機半導體配向膜,此外,可以消除摩擦產生的摩擦損傷,消除污染黏附的問題,抑制關態電流。
作為絕緣性基板沒有特別的限定,可以使用例如玻璃、石英等無機材料,以及丙烯酸類、乙烯類、酯類、醯亞胺類、胺基甲酸酯類、二偶氮類、桂皮醯基類等感光性高分子化合物、聚偏氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚乙烯等有機材料,有機無機雜化材料。另外,還可以層疊使用兩層以上的這些材料,在提高絕緣耐壓性的目的是有效的。
本發明的有機半導體元件形成的閘極絕緣膜可以是一層或兩層以上。作為圖1的有機半導體元件1形成的閘極絕緣膜4的材料,可以組合使用各種公知的材料。作為公知的材料,沒有特別的限定,可以使用SiO2 、SiN、Al2 O3 、Ta2 O5 等無機材料,聚醯胺酸、聚醯亞胺、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯基苯酚、聚對苯二甲酸乙二酯、聚偏氟乙烯等有機材料以及有機無機雜化材料。較佳的是從可以利用低成本的液相製程的觀點出發,較佳為有機材料。另外,作為聚醯胺酸和聚醯亞胺可以使用能夠在該有機半導體配向用組成物中含有的上述聚醯胺酸和聚醯亞胺。另外,圖2的有機半導體元件9形成的閘極絕緣膜12可以是一層或兩層以上,至少一層是通過含有[C]成分的該有機半導體配向用組成物形成的有機半導體配向膜。作為形成這以外的層的閘極絕緣膜的材料,可以使用和作為圖1的有機半導體元件1形成的閘極絕緣膜4的材料,而在上述例示的材料相同的材料。
構成本發明的有機半導體元件的有機半導體層的有機半導體分子只要是具有共軛雙鍵的共軛化合物,就沒有特別的限定。例如合適的是以下所示的化合物:聚乙炔衍生物、具有噻吩環的聚噻吩衍生物、聚(3-烷基噻吩)衍生物、聚(3,4-亞乙基二氧基噻吩)衍生物、聚噻吩乙炔衍生物、具有苯環的聚伸苯基衍生物、聚對苯乙炔衍生物、具有氮原子的聚吡啶衍生物、聚吡咯衍生物、聚苯胺衍生物、聚喹啉衍生物等共軛高分子化合物;以二甲基六噻吩、四噻吩為代表的低聚物;以苝、萘并萘、并五苯為代表的並苯類;以銅酞菁衍生物為代表的堆積有機分子;以三伸苯基衍生物為代表的盤狀液晶;以苯基萘衍生物、苯并噻唑衍生物為代表的碟形液晶;以及以聚(9,9-二烷基茀-聯噻吩)共聚合物為代表之液晶聚合物等。其中,有機半導體分子並不限於此。
這些有機半導體分子中,從可以利用液相製程等的觀點而言,合適的是具有上述共軛結構的高分子化合物。這些共軛高分子化合物的分子量沒有特別的限定,如果考慮到對溶劑的可溶性、成膜性等,質量平均分子量較佳為5,000~500,000。
該有機半導體元件中使用的有機半導體層可以含有適當的摻雜劑以調節其電傳導度。作為摻雜劑的種類,可以列舉出受電子性的I2 、Br2 、Cl2 、ICl、BF3 、PF5 、H2 SO4 、FeCl3 、TCNQ(四氰基醌二甲烷)、供電子性的Li、K、Na、Eu、作為界面活性劑的烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽等。
本發明的有機半導體元件中使用的閘極、源極和汲極只要是導電體就沒有特別的限定。作為各電極的構成材料,可以使用例如Al、Cu、Ti、Au、Pt、Ag、Cr等金屬材料,多晶矽、矽化物、ITO(Indium Tin Oxide)、SnO2 等無機材料,以重摻雜的聚吡啶、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩為代表的導電性高分子材料,以及分散碳粒子、銀粒子等的導電性油墨等。特別是在用於可撓性電子紙等時,各電極是分散了導電性高分子和碳粒子、銀粒子等的導電性油墨等的話,熱膨脹性容易和基板一致,所以為較佳。
(有機半導體元件的製造方法)
本發明的有機半導體元件的製造方法包括形成絕緣膜以覆蓋在基板上形成的閘極的絕緣膜形成步驟,通過該有機半導體配向用組成物在上述絕緣膜上形成塗膜的塗膜形成步驟,在上述塗膜上形成源極和汲極的電極形成步驟,以及至少在上述源極和汲極間形成有機半導體層的有機半導體層形成步驟,進而還包括在上述有機半導體層形成步驟前,對上述塗膜照射直線偏向光,形成有機半導體配向膜的步驟。
作為本發明的其他實施方案的有機半導體元件的製造方法,包括通過該有機半導體配向用組成物形成塗膜以覆蓋在基板上形成的閘極的塗膜形成步驟,在上述塗膜上形成源極和汲極的電極形成步驟,以及至少在上述電極和汲極間形成有機半導體層的有機半導體層形成步驟,進而包括在上述有機半導體層形成步驟前,對上述塗膜照射直線偏向光,形成有機半導體配向膜的步驟。
構成本發明的有機半導體元件的閘極絕緣膜和有機半導體層的形成方法沒有特別的限定,可以通過例如電解聚合法、澆注法、旋塗法、絲網印刷法、浸塗法、微型模具法(micro mould method)、微接觸法、噴墨法、輥塗法、LB法等形成。另外,各電極的形成方法根據使用的材料,可以採用真空蒸鍍法、CVD法、電子束蒸鍍法、電阻加熱蒸鍍法、濺鍍法等。
另外,它們可以通過照相平版和蝕刻處理形成所希望形狀的圖案。此外,軟蝕刻、噴墨法也是有效的形成圖案的方法。另外,根據需要,可以形成從各電極引出的電極和保護膜等。
實施例
以下,通過實施例對本發明進行更具體地的說明,但是本發明並不受到這些實施例的限定。
以下的實施例中得到的具有環氧基的聚有機矽氧烷和光配向性聚有機矽氧烷化合物的質量平均分子量(Mw)是通過下述方式的凝膠滲透層析法(GPC)測定的聚苯乙烯換算的值。
柱:東曹公司,TSKgelGRCXLII
溶劑:四氫呋喃
溫度:40℃
壓力:68kgf/cm2
另外,根據需要通過重複進行下述合成例所示的合成路線,合成原料化合物和聚合物,從而確保以下實施例中使用的原料化合物和聚合物的必要量。
<具有環氧基的聚有機矽氧烷的合成>
[合成例1]
在帶有攪拌器、溫度計、滴液漏斗和回流冷凝管的反應容器中,加入100.0g的2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷(ECETS)、500g甲基異丁基酮以及10.0g三乙胺,在室溫下混合。
接著,從滴液漏斗分30分鐘滴加100g去離子水後,在回流下,邊混合邊在80℃下反應6小時。反應結束後,取出有機層,通過0.2質量%硝酸銨水溶液洗滌直到洗滌後的水為中性後,減壓下餾出溶劑和水,得到具有環氧基的聚有機矽氧烷,為黏稠的透明液體。
對該具有環氧基的聚有機矽氧烷進行1 H-NMR分析,在化學位移(δ)=3.2ppm附近得到理論強度的基於環氧基的峰,確認在反應中環氧基沒有產生副反應。得到的具有環氧基的聚有機矽氧烷的黏度、Mw和環氧當量在表1中表示。
[合成例2~3]
除了加入的原料如表1所示以外,和合成例1同樣地分別得到具有環氧基的聚有機矽氧烷,為黏稠的透明液體。得到的具有環氧基的聚有機矽氧烷的Mw和環氧當量在表1中表示。
另外,在表1中,原料矽烷化合物的簡稱分別是以下含義。
ECETS:2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷
MTMS:甲基三甲氧基矽烷
PTMS:苯基三甲氧基矽烷
<特定桂皮酸衍生物的合成>
特定桂皮酸衍生物的合成反應全部在不活潑氣氛中進行。
[合成例4]
在具有冷凝管的500mL的三口燒瓶中,加入20g的4-溴二苯基醚、0.18g乙酸鈀、0.98g三(2-甲苯基)膦、32.4g三乙胺、135mL二甲基乙醯胺。接著,用注射器加入7g丙烯酸混合溶液攪拌。該混合溶液再在120℃下加熱攪拌3小時。通過TLC確認反應結束後,將反應溶液冷卻到室溫。過濾沉澱物後,將濾液注入300mL的1N鹽酸水溶液後,回收沉澱物。該沉澱物通過乙酸乙酯和己烷1:1溶液重結晶,得到8.4g下述式(K-1)所示的化合物(特定桂皮酸衍生物(K-1))。
[合成例5]
在具有冷凝管的300mL的三口燒瓶中,混合6.5g的4-氟苯基硼酸、10g的4-溴桂皮酸、2.7g四(三苯基膦)鈀、4g碳酸鈉、80mL四氫呋喃、39mL純水。接著在80℃下將反應溶液加熱攪拌8小時,用TLC確認反應結束。反應溶液冷卻到室溫後,注入200mL的1N的鹽酸水溶液,過濾析出固體。得到的固體溶解到乙酸乙酯中,依次用100mL的1N的鹽酸水溶液、100mL純水、100mL飽和食鹽水分液洗滌。接著,有機層用無水硫酸鎂乾燥,餾出溶劑。得到的固體真空乾燥,得到9g下述式(K-2)所示的化合物(特定桂皮酸衍生物(K-2))。
[合成例6]
在帶有冷凝管的200mL三口燒瓶中,混合3.6g的4-氟苯乙烯、6g的4-溴桂皮酸、0.059g乙酸鈀、0.32g三(2-甲苯基)膦、11g三乙胺、50mL二甲基乙醯胺。該溶液在120℃下加熱攪拌3小時,通過TLC確認反應結束後,反應溶液冷卻到室溫。過濾沉澱物後,將濾液注入300mL的1N鹽酸水溶液,回收沉澱物。用乙酸乙酯將該沉澱物重結晶,得到4.1g下述式(K-3)所示的化合物(特定桂皮酸衍生物(K-3))。
[合成例7]
在具有冷凝管的200mL的三口燒瓶中,加入9.5g的4-乙烯基聯苯、10g的4-溴桂皮酸、0.099g乙酸鈀、0.54g三(2-甲苯基)膦、18g三乙胺、80mL二甲基乙醯胺。將該溶液在120℃下加熱攪拌3小時,用TLC確認反應結束後,反應溶液冷卻到室溫。過濾沉澱物後,濾液注入500mL的1N鹽酸水溶液,回收沉澱物。該沉澱物用二甲基乙醯胺、乙醇1:1溶液重結晶,得到11g下述式(K-4)所示的化合物(特定桂皮酸衍生物(K-4))。
[合成例8]
在1L的茄型燒瓶中加入91.3g的4-羥基苯甲酸甲酯、182.4g碳酸鉀和320mL的N-甲基-2-吡咯啶酮,在室溫下攪拌1小時後,加入99.7g的1-溴戊烷,在100℃下攪拌5小時。反應結束後,用水再次沉澱。接著,在該沉澱中加入48g氫氧化鈉和400mL水,回流3小時,進行水解反應。反應結束後,用鹽酸中和,生成的沉澱通過乙醇重結晶,得到102g的4-戊氧基苯甲酸的白色結晶。取出得到的4-戊氧基苯甲酸中的10.41g到反應容器中,在其中加入100mL亞硫醯氯和77mL的N,N-二甲基甲醯胺,在80℃下攪拌1小時。接著,在減壓下餾出亞硫醯氯,加入二氯甲烷,用碳酸氫鈉水溶液洗滌,用硫酸鎂乾燥,濃縮後,加入四氫呋喃,形成溶液。接著,在和上述不同的500mL的三口燒瓶中,加入7.39g的4-羥基桂皮酸、13.82g碳酸鉀、0.48g四丁基銨、50mL四氫呋喃和100mL水。冰冷卻該水溶液,緩慢滴加上述四氫呋喃溶液,然後攪拌2小時進行反應。反應結束後,加入鹽酸中和,用乙酸乙酯萃取後,用硫酸鎂乾燥,濃縮後,用乙醇重結晶,從而得到9.0g下述式(K-5)所示的化合物(特定桂皮酸衍生物(K-5))的白色結晶。
[合成例9]
除了在合成例8中,使用110.9g的1-碘化-4,4,4-三氟丁烷代替1-溴戊烷以外,和合成例8同樣地進行,得到9.2g下述式(K-6)所示的化合物(特定桂皮酸衍生物(K-6))的白色結晶。
<[A]光配向性聚有機矽氧烷化合物的合成>
[合成例10]
在100mL的三口燒瓶中,加入9.3g上述合成例1得到的具有環氧基的聚有機矽氧烷、26g甲基異丁基酮、3g上述合成例4得到的特定桂皮酸衍生物(K-1)和0.10g的UCAT 18X(商品名。San-Apro(股)製造的四級銨鹽),在80℃下攪拌12小時。反應結束後,用甲醇再次沉澱,沉澱物溶劑到乙酸乙酯中,得到溶液,該溶液水洗3次後,餾出溶劑,得到6.3g光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-1),為白色粉末。光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-1)的質量平均分子量Mw是3,500。
[合成例11]
除了使用3g合成例5得到的特定桂皮酸衍生物(K-2)代替上述K-1以外,和合成例10同樣地進行,得到7.0g光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-2)的白色粉末。光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-2)的質量平均分子量Mw為4,900。
[合成例12]
除了使用4g合成例6得到的特定桂皮酸衍生物(K-3)代替上述K-1以外,和合成例10同樣地進行,得到10g光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-3)的白色粉末。光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-3)的質量平均分子量Mw為5,000。
[合成例13]
除了使用4.1g合成例7得到的特定桂皮酸衍生物(K-4)代替上述K-1以外,和合成例10同樣地進行,得到10g光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-4)的白色粉末。光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-4)的質量平均分子量Mw為4,200。
[合成例14]
除了使用3g合成例8得到的特定桂皮酸衍生物(K-5)代替上述K-1以外,和合成例10同樣地進行,得到10g光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-5)的白色粉末。光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-5)的質量平均分子量Mw為4,200。
[合成例15]
在200mL的三口燒瓶中,加入5.0g上述合成例1得到的具有環氧基的聚有機矽氧烷、46.4g甲基異丁基酮、5.3g合成例9得到的特定桂皮酸衍生物(K-6)(相對於具有環氧基的聚有機矽氧烷所具有的矽原子,相當於50mol%)、1.08g作為光增敏性化合物的下述式所示的化合物(相對於具有環氧基的聚有機矽氧烷所具有的矽原子,相當於20mol%)和0.10g溴化四丁基銨,在80℃下攪拌12小時進行反應。反應結束後,用甲醇再次沉澱,將沉澱物溶解到乙酸乙酯中,得到溶液,水洗3次該溶液後,餾出溶劑,得到2.8g光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-6),為白色粉末。光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-6)的質量平均分子量Mw為12,500。
[合成例16]
除了使用5g月桂酸以外,和合成例10同樣地進行。結果是得到11g光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-7)的白色粉末。光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-7)的質量平均分子量Mw是6,000。
<[B]含酯結構的化合物的合成>
根據下述流程路線,合成含酯結構的化合物(B-1-1)。
[合成例17]
在具有回流管、溫度計和氮氣導入管的500mL的三口燒瓶中,加入21g均苯三酸、60g正丁基乙烯基醚和0.09g磷酸,在50℃下攪拌30小時進行反應。反應結束後,在反應混合物中加入500mL己烷,對得到的有機層依次使用1M的氫氧化鈉水溶液分液洗滌兩次和用水分液洗滌三次。之後,從有機層餾出溶劑,得到50g含酯結構的化合物(B-1-1),為無色透明液體。
<聚醯胺酸的合成>
[合成例18]
將19.61g(0.1mol)環丁烷四羧酸二酐和21.23g(0.1mol)4,4’-二胺基-2,2’-二甲基聯苯溶解到367.6g的N-甲基-2-吡咯啶酮中,在室溫下反應6小時。接著,將反應混合物注入大量過剩的甲醇中,使反應產物沉澱。沉澱物用甲醇洗滌,減壓下,在40℃下乾燥15小時,得到35g聚醯胺酸(PA-1)。
[合成例19]
將22.4g(0.1mol)的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐和14.23g(0.1mol)環己烷二(甲基胺)溶解到329.3g的N-甲基-2-吡咯啶酮中,在60℃下反應6小時。接著,將反應混合物注入大量過剩的甲醇中,使反應產物沉澱。沉澱物用甲醇洗滌,減壓下,在40℃下乾燥15小時,得到32g聚醯胺酸(PA-2)。
[合成例20]
將作為四羧酸二酐109g(0.50mol)的苯均四羧酸二酐和98g(0.50mol)的1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐,以及作為二胺化合物的200g(1.0mol) 4,4’-二胺基二苯基醚溶解到2,290g的N-甲基-2-吡咯啶酮中,在40℃下反應3小時後,追加1,350g的N-甲基-2-吡咯啶酮,得到約3,590g含有10質量%聚醯胺酸(PA-3)的溶液(聚醯胺酸的量以質量換算是359g)。
[合成例21]
通過使10g(0.022mol)作為四羧酸二酐的2,3,5-三羧基環戊基乙酸二酐和5g(0.022mol)作為二胺的具有光配向性的下述式(RA-2-1-1)所示的化合物反應,得到聚醯胺酸(RPA-1)。
<聚醯亞胺的合成>
[合成例22]
取出17.5g上述合成例17得到的PA-2,在其中添加232.5g的N-甲基-2-吡咯啶酮,3.8g吡啶和4.9g乙酸酐,在120℃下反應4小時,醯亞胺化。接著,將反應混合液注入大量過量的甲醇中,使反應產物沉澱。沉澱物用甲醇洗滌,減壓下,乾燥15小時,得到15g聚醯亞胺(PI-1)。
<有機半導體配向用組成物的製備>
[實施例1]
在組成為N-甲基-2-吡咯啶酮:丁基溶纖劑=50:50(品質比)的溶劑中,溶解100質量份上述合成例10得到的光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-1),形成固體成分濃度4.0質量%的溶液。該溶液以孔徑1μm的過濾器過濾,製備有機半導體配向用組成物(A-1)。
[實施例2~5]
藉由改變光配向性聚有機矽氧烷化合物,和實施例1同樣地製備各種有機半導體配向用組成物(A-2)~(A-5)。另外,在實施例4中,相對於100質量份光配向性聚有機矽氧烷化合物,再添加5質量份合成例17得到的含酯結構的化合物(B-1-1),製備有機半導體配向用組成物。它們的配比在表2中表示。
[比較例1]
將13.1g聚(甲基丙烯酸2-羥基乙基酯)在50mL的N-甲基-2-吡咯啶酮中加熱溶解,冷卻到室溫後,添加10mL吡啶。在其中加入17.0g桂皮醯氯,攪拌8小時。用N-甲基-2-吡咯啶酮稀釋反應混合物後,加入到甲醇中,充分水洗沉澱物,進行乾燥,得到25g聚合物。在其中加入N-甲基-2-吡咯啶酮和丁基溶纖劑,形成溶劑組成N-甲基-2-吡咯啶酮:丁基溶纖劑=50:50(品質比)、固體成分濃度4.0質量%的溶液。該溶以過孔徑1μm的過濾器過濾,製備組成物(CA-1)。
[比較例2]
將1.00g的4-(2-甲基丙烯醯氧基乙氧基)偶氮苯和0.01g的2,2’-偶氮二(異丁腈)和2.00g乾燥的苯加入安瓿中,排氣後,封管,將其注入到甲醇中,得到高分子化合物的沉澱物。將其過濾後,再次將沉澱物溶解到苯中,重複進行兩次用甲醇再次沉澱、過濾的操作後,使其乾燥。在其中加入N-甲基-2-吡咯啶酮和丁基溶纖劑,形成溶劑組成N-甲基-2-吡咯啶酮:丁基溶纖劑=50:50(質量比)、固體成分濃度4.0質量%的溶液。該溶液以孔徑1μm的過濾器過濾,製備組成物(CA-2)。
<有機半導體配向膜的形成和有機半導體元件的製造>
藉由使用Al作為電極材料的真空蒸鍍法,在玻璃基板上形成厚度20nm的閘極。之後,通過旋塗器塗布合成例18製備的聚醯胺酸(PA-1),在內部經以氮氣置換的烘箱中,在200℃下加熱1小時(烘烤),形成膜厚0.2μm的絕緣膜。接著,在該絕緣膜上以旋塗器塗布實施例1製備的有機半導體配向用組成物(A-1),在80℃的熱板上預烘烤1分鐘後,在內部氮氣置換的烘箱中,在200℃下加熱1小時(後烘烤),形成膜厚0.1μm的塗膜。為了使形成後的膜厚為0.1μm,使旋塗器的轉速為2000rpm,有機半導體配向用組成物(A-1)的固體成分濃度為4.0質量%。接著,在該塗膜表面,使用Hg-Xe燈和格蘭-泰勒棱鏡,從基板法線垂直地照射包含313nm的輝線的直線偏光紫外線,形成有機半導體配向膜。測定此時形成的塗膜中的光配向性基團配向所必須的光照射量,作為光配向性的靈敏度指標。另外,光配向性基團的配向使用偏光顯微鏡確認。
接著,在上述有機半導體配向膜中,藉由金蒸鍍,形成源極、汲極,使通道長為30μm,通道寬為50μm。接著,為了覆蓋上述兩個電極,通過蒸鍍法,形成改性並五苯的膜厚700的有機半導體分子膜,製造前柵(top gate)型有機半導體元件。
對實施例2~5和比較例1~2製備的組成物,也同樣地製造有機半導體元件。對這些有機半導體元件通過以下的方法評價。評價結果在表2中表示。
<有機半導體元件的評價>
(1)初期載子移動度的評價
對上述步驟製造的前柵型有機半導體元件,使用半導體參數分析儀(Semiconductor parameter analyzer HP4155a、Hewlett Packard公司製造)測定初期載子移動度。
(2)受熱後的載子移動度的評價
將該有機半導體元件置於加熱條件下,測定受熱後的載子移動度,評價對熱的穩定性。具體地,將上述步驟製造的前柵型有機半導體元件,在設定為70℃的烘箱中,加熱500小時,之後,和上述“(1)初期載子移動度的評價”同樣的步驟,測定受熱後的載子移動度。評價結果在表2中表示。受熱後的載子移動度的維持率也合倂在表2中表示。
從表2的結果可知,對實施例1~5的有機半導體配向用組成物而言,使用它們製造有機半導體配向膜時,光配向所必要的光照射量極低,光配向的靈敏度良好。另外,具有該配向膜的該有機半導體元件,可以實現高的載子移動度,此外該有機半導體元件即使受熱後,也可以高比例地維持起始的載子移動度,從而得到優異的耐熱性。另一方面,使用比較例1的組成物製造的配向膜,雖然光配向性的靈敏度和半導體元件的載子移動度良好,但是受熱後的載子移動度約為一半的值,表示耐熱性差。使用比較例2的組成物製造的配向膜的結果是也需要20000J/m2 的光配向的光照射量,而且載子移動度也低於實施例的有機半導體元件的載子移動度的一半的值。
<具有絕緣性的有機半導體配向用組成物的製備>
[實施例6]
取上述合成例17得到含有聚醯胺酸(PA-1)的溶液,換算其中含有的聚醯胺酸(PA-1)相當於1,000質量份的量,在其中加入100質量份上述合成例10得到的光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-1),然後加入N-甲基-2-吡咯啶酮和丁基溶纖劑,形成溶劑組成N-甲基-2-吡咯啶酮:丁基溶纖劑=50:50(質量比)、固體成分濃度為3.0質量%的溶液。該溶液通過孔徑1μm的過濾器過濾,製備有機半導體配向用組成物(A-6)。
[實施例7~14]
通過改變光配向性聚有機矽氧烷化合物、聚醯胺酸、聚醯亞胺的組合,製備各種有機半導體配向用組成物(A-7)~(A-14)。將此等在表2中表示。另外,實施例7中的光配向性聚有機矽氧烷化合物(S-1)和(S-7)分別加入50質量份,在實施例14中,使用上述合成例20得到的含有聚醯胺酸(PA-3)的溶液,換算為聚醯胺酸(PA-3),相當於2,000質量份的量。
[比較例3]
除了不添加光配向性聚有機矽氧烷化合物以外,和實施例6同樣地製備組成物(CA-3)。
[比較例4]
除了不添加光配向性聚有機矽氧烷化合物,使用合成例19得到的聚醯胺酸(PA-2)作為聚醯胺酸以外,和實施例6同樣地製備組成物(CA-4)。
[比較例5]
除了不添加光配向性聚有機矽氧烷化合物,使用合成例21得到的聚醯胺酸(RPA-1)作為聚醯胺酸以外,和實施例6同樣地製備組成物(CA-5)。
[比較例6]
將13.1g聚(甲基丙烯酸2-羥基乙基酯)在50mL的N-甲基-2-吡咯啶酮中加熱溶解,冷卻到室溫後,添加10mL吡啶。在其中加入17.0g桂皮醯氯,攪拌8小時。用N-甲基-2-吡咯啶酮稀釋反應混合物後,加入到甲醇中,充分水洗沉澱,乾燥,得到25g聚合物。在其中加入N-甲基-2-吡咯啶酮和丁基溶纖劑,形成溶劑組成N-甲基-2-吡咯啶酮:丁基溶纖劑=50:50(質量比)、固體成分濃度3.0質量%的溶液。該溶液以孔徑1μm的過濾器過濾,製備組成物(CA-6)。
<具有絕緣性的有機半導體性配向膜的形成和有機半導體元件的製造>
藉由使用Al的真空蒸鍍法,在玻璃基板上形成厚度20nm的閘極。然後,以旋塗器塗布實施例6製備的有機半導體配向用組成物(A-6),通過80℃的熱板預烘烤1分鐘後,在內部經以氮氣置換的烘箱中,在200℃下加熱1小時(後烘烤),形成膜厚0.2μm的塗膜。為了使形成的膜厚為0.2μm,使旋塗器的轉速為2000轉,配向膜溶劑的固體成分濃度為4%。接著,在該塗膜表面,使用Hg-Xe燈和格蘭-泰勒棱鏡,從基板法線垂直地照射包含13nm的輝線的直線偏光紫外線1,000J/m2 ,形成有機半導體配向膜。
接著,通過金蒸鍍,在上述有機半導體配向膜中形成源極、汲極,使通道長30μm,通道寬50μm。接著,為了覆蓋上述兩個電極,通過蒸鍍法,形成改性的并五苯的膜厚700的有機半導體分子膜,製造前柵型有機半導體元件。
對實施例7~14和比較例3~6製備的組成物也同樣地製造有機半導體元件。這些有機半導體元件以下述方法評價。評價結果在表3中表示。
<有機半導體元件的評價>
(1)體積固有電阻(絕緣性)的評價
使用矽晶圓作為基板,以旋塗器塗布有機半導體配向用組成物(A-6),用80℃的熱板預烘烤1分鐘後,在內部氮氣置換的烘箱中,在200℃下加熱1小時(預烘烤),形成膜厚0.2μm的塗膜。為了使形成後的膜厚為0.2μm,使旋塗器轉數為2000轉,配向膜的溶劑和固體成分濃度為4%。接著,在該塗膜表面使用Hg-Xe燈和格蘭-泰勒棱鏡,從基板法線垂直地照射包含13nm的輝線的直線偏光紫外線1,000J/m2 ,形成有機半導體配向膜。在該配向膜表面上,蒸鍍Al作為上部電極,形成膜體積固有電阻測定用基板。在相同的測定用基板中,以矽晶圓為下電極,以Al電極為上電極,施加1V電壓,通過靜電計(Advantest公司製造的R12706A)測定電流,算出電阻率。
(2)載子移動度的評價
對上述步驟製造的前柵型有機半導體元件,使用半導體參數分析儀(Semiconductor parameter analyzer HP4155a、Hewlett Packard公司製造),測定載子移動度。
如表3的結果可知,使用實施例6~14的有機半導體配向用組成物製造的有機半導體配向膜絕緣性優異,而且具有該配向膜的該有機半導體元件可以實現極高的載子移動度。另一方面,使用比較例3和4的組成物製造的絕緣膜雖然絕緣性高,但是由於在絕緣膜分子中沒有光配向性基團,半導體元件的載子移動度下降到實施例的十分之一。具有使用比較例5的組成物製造的絕緣膜的半導體元件,雖然具有來自具有光配向性的二胺結構,或者可以得到高的載子移動度,但是絕緣性低下。使用沒有聚有機矽氧烷骨架的比較例6的組成物製造的絕緣膜,電阻率低1個位數以上,絕緣性差。
<有機半導體配向膜中的特定桂皮酸衍生物的存在分佈的評價>
在帶有由ITO膜形成的透明電極的玻璃基板的透明電極面上,藉由旋塗器塗布上述實施例14製備的有機半導體配向用組成物(A-14),在80℃的熱板上預烘烤1分鐘後,在內部氮氣置換的烘箱中,在210℃下加熱20分鐘,形成膜厚80nm的塗膜。
使用ULVAC-PHI公司製造的TOF-SIMS測定裝置,使用加速電壓25kV的Bi3 ++ 簇離子作為一次離子源,以離子電流0.05pA、測定視野100μm、測定質量範圍0~1,850amu的條件下,對上述形成的塗膜面,重複進行C60 濺射和TOF-SIMS分析,進行測定直到檢測出來自ITO的銦離子,硏究檢測出銦離子的時間下,從塗膜表面到80nm的深度之塗膜膜厚方向的組成分佈。將表示此時的m/z=231的片段的分佈的圖在圖3(存在分佈)和圖4(累計值)中表示。另外,這些圖中表示的圖表是將各深度下的該片段的計算數除以噪音等級規範化的值。
可以認為上述m/z=231的片段相當於來自桂酸衍生物(K-6)的下述式所示的片段。因此,從圖3的結果,可以推測在本實施例中形成的塗膜中,來自特定桂皮酸衍生物的基團以最高的濃度存在於塗膜表面,而且偏在於從表面到厚度20%這樣範圍(最多在30%的範圍)。
產業上之可利用性
本發明的有機半導體配向用組成物由於含有光配向性聚有機矽氧烷化合物,所以如上所述,光配向性的靈敏度良好,受熱後的載子移動度的穩定性優異,具有該有機半導體配向膜的有機半導體元件通過該有機半導體配向膜表面的光配向性基團,可以高等級地誘發有機半導體分子的各向異性配向,從而可以實現優異的載子移動度。
另外,在使用含有光配向性聚有機矽氧烷化合物與聚醯胺酸和/或者聚醯亞胺的本發明的有機半導體配向用組成物時,所得的有機半導體配向膜除了上述性質以外,具有高的絕緣性,所以適合在有機半導體元件等中使用。
1...有機半導體元件
2...基板
3,11...閘極電極
4,12...閘極絕緣膜
5...有機半導體用配向膜
6,13...源極電極
7,14...汲極電極
8,15...有機半導體層
9...有機半導體元件
10...基板
圖1是圖示地表示本發明的有機半導體元件的一個例子的剖視圖。
圖2是圖示地表示本發明的有機半導體元件的一個例子的剖視圖。
圖3是表示在實施例14中,利用TOF-SIMS觀測的m/z=231的片段在膜厚方向的存在分佈圖。
圖4是表示在實施例14中,利用TOF-SIMS觀測的m/z=231的片段在膜厚方向的存在累積值的圖。

Claims (11)

  1. 一種有機半導體配向用組成物,其是用於形成用以使有機半導體分子各向異性地配向之絕緣性配向膜的有機半導體配向用組成物,其包含[A]在側鏈具有光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物、與[C]由聚醯胺酸和聚醯亞胺構成的群組中選出的至少一種聚合物,上述光配向性基團是具有桂皮酸結構的基團,且上述具有桂皮酸結構的基團是由來自下述式(1)所示的化合物的基團和來自下述式(2)所示的化合物的基團構成的群組中選出的至少一種; 式(1)中,R1 是伸苯基、伸聯苯基、伸三聯苯基或者伸環己基,該伸苯基、伸聯苯基、伸三聯苯基或者伸環己基的氫原子的一部分或者全部可以被碳原子數為1~10的烷基、可以被具有氟原子作為取代基的碳原子數為1~10的烷氧基、氟原子或者氰基取代,R2 是單鍵、碳原子數為1~3的伸烷基、氧原子、硫原子、-CH=CH-、-NH-或者-COO-,a是0~3的整數,a為2以上時,R1 和R2 分別可 以相同,也可以不同,R3 是氟原子或者氰基,b是0~4的整數,式(2)中,R4 是伸苯基或者伸環己基,該伸苯基或者伸環己基的氫原子的一部分或全部可以被碳原子數為1~10的鏈狀或環狀的烷基、碳原子數為1~10的鏈狀或環狀的烷氧基、氟原子或者氰基取代,R5 是單鍵、碳原子數為1~3的伸烷基、氧原子、硫原子或者-NH-,c是1~3的整數,c為2以上時,R4 和R5 分別可以相同,也可以不同,R6 是氟原子或氰基,d是0~4的整數,R7 是氧原子、-COO-*或者-OCO-*(其中,在上文中,帶「*」的連接鍵和R8 連接),R8 是2價的芳香族基團、2價的脂環基團、2價的雜環基團或者2價的稠環基團,R9 是單鍵、-OCO-(CH2 )f -*或者-O(CH2 )g -*(其中,在上文中,帶「*」的連接鍵和羧基連接),f和g分別是1~10的整數,e是0~3的整數。
  2. 如申請專利範圍第1項之有機半導體配向用組成物,其中[A]具有光配向性基團的聚有機矽氧烷化合物是選自具有環氧基的聚有機矽氧烷、其水解物和其水解物的縮合物構成的群組的至少一種,與由上述式(1)所示的化合物和上述式(2)所示的化合物構成的群組中選出的至少一種的反應產物。
  3. 如申請專利範圍第2項之有機半導體配向用組成物,其中上述環氧基是以下述式(X1 -1)或者(X1 -2)表示, 式(X1 -1)中,A是氧原子或者單鍵,h是1~3的整數,i是0~6的整數,其中,在i為0時,A是單鍵,式(X1 -2)中,j是1~6的整數,式(X1 -1)和(X1 -2)中,「*」分別表示連接鍵。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之有機半導體配向用組成物,其中進一步含有[B]具有兩個以上由羧酸的縮醛酯結構、羧酸的縮酮酯結構、羧酸的1-烷基環烷基酯結構和羧酸的三級丁基酯結構構成的群組中選出的至少一種結構的化合物。
  5. 如申請專利範圍第1項之有機半導體配向用組成物,其中上述聚醯胺酸和聚醯亞胺是由脂環式四羧酸二酐和芳香族四羧酸二酐構成的群組中選出的至少一種四羧酸二酐、與由脂環式二胺和芳香族二胺構成的群組中選出的至少一種二胺的反應產物。
  6. 一種有機半導體配向膜,其是藉由如申請專利範圍第1至5項中任一項之有機半導體配向用組成物形成。
  7. 一種有機半導體配向膜,其中具有桂皮酸結構的基團偏在於從表面到膜厚的30%的範圍內,且上述具有桂皮酸結構的基團是由來自下述式(1)所示的化合物的基團和來 自下述式(2)所示的化合物的基團構成的群組中選出的至少一種; 式(1)中,R1 是伸苯基、伸聯苯基、伸三聯苯基或者伸環己基,該伸苯基、伸聯苯基、伸三聯苯基或者伸環己基的氫原子的一部分或者全部可以被碳原子數為1~10的烷基、可以被具有氟原子作為取代基的碳原子數為1~10的烷氧基、氟原子或者氰基取代,R2 是單鍵、碳原子數為1~3的伸烷基、氧原子、硫原子、-CH=CH-、-NH-或者-COO-,a是0~3的整數,a為2以上時,R1 和R2 分別可以相同,也可以不同,R3 是氟原子或者氰基,b是0~4的整數,式(2)中,R4 是伸苯基或者伸環己基,該伸苯基或者伸環己基的氫原子的一部分或全部可以被碳原子數為1~10的鏈狀或環狀的烷基、碳原子數為1~10的鏈狀或環狀的烷氧基、氟原子或者氰基取代,R5 是單鍵、碳原子數為1~3的伸烷基、氧原子、硫原子或者-NH-,c是1~3的整數,c為2以上時,R4 和R5 分別可以相同,也可以不同,R6 是氟原子或氰基,d是0~4的整數,R7 是氧原子、-COO-* 或者-OCO-*(其中,在上文中,帶「*」的連接鍵和R8 連接),R8 是2價的芳香族基團、2價的脂環基團、2價的雜環基團或者2價的稠環基團,R9 是單鍵、-OCO-(CH2 )f -*或者-O(CH2 )g -*(其中,在上文中,帶「*」的連接鍵和羧基連接),f和g分別是1~10的整數,e是0~3的整數。
  8. 一種有機半導體元件,其包括:在基板上形成的閘極,覆蓋上述閘極形成的絕緣膜,在上述絕緣膜上藉由如申請專利範圍第1至5項中任一項之有機半導體配向用組成物形成的有機半導體配向膜,在上述有機半導體配向膜上形成的源極和汲極,以及至少在上述源極和汲極之間形成的有機半導體層。
  9. 一種有機半導體元件的製造方法,其包括:形成絕緣膜以覆蓋在基板上形成的閘極的絕緣膜形成步驟;在上述絕緣膜上,藉由如申請專利範圍第1至5項中任一項之有機半導體配向用組成物形成塗膜的塗膜形成步驟;在上述塗膜上形成源極和汲極的電極形成步驟;以及至少在上述源極和汲極之間形成有機半導體層 的有機半導體層形成步驟;在上述有機半導體層形成步驟前,進一步具有對上述塗膜照射直線偏向光,以形成有機半導體配向膜的步驟。
  10. 一種有機半導體元件,其包括:在基板上形成的閘極,藉由如申請專利範圍第1或5項之有機半導體配向用組成物形成的用於覆蓋上述閘極的有機半導體配向膜,在上述有機半導體配向膜上形成的源極和汲極,以及至少在上述源極和汲極間形成的有機半導體層。
  11. 一種有機半導體元件的製造方法,其包括:藉由如申請專利範圍第1或5項之有機半導體配向用組成物形成塗膜以覆蓋基板上形成的閘極的塗膜形成步驟;在上述塗膜上形成源極和汲極的電極形成步驟;以及至少在上述源極和汲極間形成有機半導體層的有機半導體層形成步驟;在上述有機半導體層形成步驟前,進一步具有對上述塗膜照射直線偏向光,以形成有機半導體配向膜的步驟。
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