JP2007123717A - Organic semiconductor material and organic semiconductor element using the same - Google Patents

Organic semiconductor material and organic semiconductor element using the same Download PDF

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Abstract

【課題】キャリア移動度が高く、振動等により配向が流れることがない有機半導体材料と、この有機半導体材料を用いた有機半導体素子を提供する。
【解決手段】一般式(I)で表される化合物を含有する有機半導体材料。

Figure 2007123717

{(Ar1は一般式(II)で表される2価の複素環基。Ar2及びAr3は2価の芳香環基。R1及びR2は炭素数1〜30の有機基。m,nは1〜5の整数。)
Figure 2007123717

(環ZはAr2及びAr3と結合する2価の基。環Aは環Zと縮合した環。)}
【選択図】なしAn organic semiconductor material having high carrier mobility and no orientation flow due to vibrations, and an organic semiconductor element using the organic semiconductor material are provided.
An organic semiconductor material containing a compound represented by the general formula (I).
Figure 2007123717

{(Ar 1 is a divalent heterocyclic group represented by the general formula (II). Ar 2 and Ar 3 are divalent aromatic ring groups. R 1 and R 2 are organic groups having 1 to 30 carbon atoms. M , N is an integer of 1 to 5.)
Figure 2007123717

(Ring Z is a divalent group bonded to Ar 2 and Ar 3. Ring A is a ring condensed with ring Z.)}
[Selection figure] None

Description

本発明は、有機半導体材料及びこれを用いた有機半導体素子に係り、特に、キャリア移動度が高く、振動等により配向が流れることがない、即ち、電荷移動が阻害されない有機半導体材料と、この有機半導体材料を含む有機半導体層を有する有機半導体素子に関する。   The present invention relates to an organic semiconductor material and an organic semiconductor element using the organic semiconductor material. In particular, the organic semiconductor material has high carrier mobility and does not flow in orientation due to vibration or the like. The present invention relates to an organic semiconductor element having an organic semiconductor layer containing a semiconductor material.

近年、有機半導体層を備えた新規な有機半導体素子を開発する研究が盛んに行われている。有機半導体素子は、有機半導体材料が柔軟性を有するので、シリコンなどの無機半導体層を備えた従来の無機半導体素子と比較して、低温プロセスによる製造が可能である;大面積素子の大量生産が可能である;フレキシブルな半導体素子を製造できる;などのメリットがある。   In recent years, researches for developing new organic semiconductor elements having organic semiconductor layers have been actively conducted. Organic semiconductor elements can be manufactured by a low-temperature process compared to conventional inorganic semiconductor elements having an inorganic semiconductor layer such as silicon because the organic semiconductor material has flexibility; mass production of large-area elements is possible. There are merits such as being able to manufacture flexible semiconductor elements.

しかし、有機半導体素子は、無機半導体素子と比較してキャリア移動度が低いために、半導体素子としての性能が低いという問題がある。そのため、最近ではキャリア移動度の高い有機半導体材料の研究が行われている。   However, the organic semiconductor element has a problem that the performance as a semiconductor element is low because the carrier mobility is lower than that of the inorganic semiconductor element. Therefore, research on organic semiconductor materials having high carrier mobility has been recently conducted.

有機半導体材料のうち、液晶性有機半導体材料は、自己組織化により自発的に分子性配向し易いという特徴がある。そのため、液晶性有機半導体材料から形成された有機半導体層は、液晶分子の配向により分子同士が効率よく充填され、キャリアがその分子間をスムーズにホッピング伝導しやすいので、キャリアを高速に移動させることができる。従って、液晶性有機半導体材料を用いた有機半導体層を有する有機半導体素子は、真空蒸着によって作成されるアモルファス有機半導体素子と比較して、よりキャリア移動度が高いという特徴がある。   Among organic semiconductor materials, liquid crystalline organic semiconductor materials have a feature that they are easily molecularly oriented spontaneously by self-organization. Therefore, the organic semiconductor layer formed from the liquid crystalline organic semiconductor material is efficiently filled with each other due to the orientation of the liquid crystal molecules, and the carriers are likely to smoothly hop-conduct between the molecules. Can do. Therefore, an organic semiconductor element having an organic semiconductor layer using a liquid crystalline organic semiconductor material has a feature of higher carrier mobility than an amorphous organic semiconductor element formed by vacuum deposition.

例えば、特許文献1には、4、4''−ジデカロキシ−3''−イソプロピル−p−ターフェニル等に代表される液晶性有機半導体材料を、スメクティック液晶相、又は液晶相を経て形成させた結晶相の状態で有機半導体層として用いることが報告されている。   For example, in Patent Document 1, a liquid crystalline organic semiconductor material typified by 4,4 ″ -didecaroxy-3 ″ -isopropyl-p-terphenyl or the like is formed through a smectic liquid crystal phase or a liquid crystal phase. It has been reported that it is used as an organic semiconductor layer in a crystalline phase state.

しかしながら、液晶相を用いた有機半導体層は、振動等により液晶相が流れることにより電荷の移動が阻害されるという欠点があり、また、個々の分子の自由度が高いネマティック液晶相から相転移した結晶相は、配向秩序が低いため、キャリアの移動は低速であると考えられる。
特開2005−93955号公報
However, the organic semiconductor layer using the liquid crystal phase has a drawback that the movement of the charge is inhibited by the liquid crystal phase flowing due to vibration or the like, and the phase transition from the nematic liquid crystal phase where the degree of freedom of each molecule is high. Since the crystal phase has a low orientation order, the carrier movement is considered to be slow.
JP 2005-93955 A

本発明は、上述したような有機半導体層の現状に鑑みてなされたものであって、キャリア移動度が高く、振動等により配向が流れることがない、従って、電荷移動が阻害されることがない有機半導体材料と、この有機半導体材料を用いた有機半導体素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the current state of the organic semiconductor layer as described above, has high carrier mobility, and does not flow alignment due to vibration or the like. Therefore, charge transfer is not hindered. An object of the present invention is to provide an organic semiconductor material and an organic semiconductor element using the organic semiconductor material.

本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、下記一般式(I)に示される化合物を用いることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明に至った。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the above problems can be solved by using a compound represented by the following general formula (I), and have reached the present invention.
That is, the gist of the present invention is as follows.

[1] 下記一般式(I)で表される化合物を構成成分の少なくとも一部として含有することを特徴とする有機半導体材料。

Figure 2007123717
〔(一般式(I)において、Ar1は、下記一般式(II)で表される2価の複素環基を表し、Ar2及びAr3は、各々独立に、置換基を有していてもよい2価の芳香環基を表す。R1及びR2は、各々独立に、炭素数1〜30の有機基を表し、添字m,nは、各々独立に、1〜5の整数を表す。m及び/又はnが2以上の場合、2以上の各Ar2及び/又はAr3は互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。)
Figure 2007123717
(一般式(II)において、環ZはAr2及びAr3と結合する2価の基であり、環Aは、環Zと炭素原子を2個共有して縮合した環を表す。環A及び環Zは各々置換基を有していてもよい。)〕 [1] An organic semiconductor material comprising a compound represented by the following general formula (I) as at least a part of constituent components.
Figure 2007123717
[In the general formula (I), Ar 1 represents a divalent heterocyclic group represented by the following general formula (II), and Ar 2 and Ar 3 each independently have a substituent. R 1 and R 2 each independently represents an organic group having 1 to 30 carbon atoms, and the subscripts m and n each independently represent an integer of 1 to 5. When m and / or n is 2 or more, two or more of Ar 2 and / or Ar 3 may be the same as or different from each other.
Figure 2007123717
(In the general formula (II), ring Z is a divalent group bonded to Ar 2 and Ar 3, and ring A represents a ring condensed by sharing two carbon atoms with ring Z. Ring A and Each ring Z may have a substituent.

[2] 一般式(II)において、環Zは置換基を有していてもよい6員環を表し、環Aは置換基を有していてもよい5員環を表すことを特徴とする[1]に記載の有機半導体材料。 [2] In general formula (II), ring Z represents a 6-membered ring which may have a substituent, and ring A represents a 5-membered ring which may have a substituent. The organic semiconductor material according to [1].

[3] 一般式(II)が下記一般式(IIa)及び(IIb)のいずれかで表されることを特徴とする[1]又は[2]に記載の有機半導体材料。

Figure 2007123717
〔一般式(IIa)において、環Zは一般式(II)における環Zと同義の環よりなる2価の基であり、Yは16族元素を表す。〕
Figure 2007123717
〔一般式(IIb)において、環Zは一般式(II)における環Zと同義の環よりなる2価の基であり、XはN又はSを表す。〕 [3] The organic semiconductor material according to [1] or [2], wherein the general formula (II) is represented by any one of the following general formulas (IIa) and (IIb).
Figure 2007123717
[In general formula (IIa), ring Z is a divalent group consisting of a ring having the same meaning as ring Z in general formula (II), and Y represents a group 16 element. ]
Figure 2007123717
[In general formula (IIb), ring Z is a divalent group consisting of a ring having the same meaning as ring Z in general formula (II), and X represents N or S. ]

[4] 所定の間隔をあけて対向配置された第1の基板及び第2の基板と、該第1の基板と第2の基板との間に形成された有機半導体層とを備える有機半導体素子において、該有機半導体層が[1]〜[3]に記載の有機半導体材料を含むことを特徴とする有機半導体素子。 [4] An organic semiconductor element comprising a first substrate and a second substrate arranged to face each other with a predetermined interval, and an organic semiconductor layer formed between the first substrate and the second substrate In this, the organic-semiconductor layer contains the organic-semiconductor material as described in [1]-[3], The organic-semiconductor element characterized by the above-mentioned.

前記一般式(I)で表される化合物は、キャリア移動度が高く、振動等により配向が流れることがないため、電荷移動が阻害されない。即ち、前記一般式(I)で表される化合物は、Ar1が複素環、好ましくは6員環と5員環との縮合環で形成されていることから、分子の長軸方向より短軸方向に分極構造が存在すると考えられる。この構造が分子の配向秩序を増加させ、キャリア移動度を向上させると推測される。
また、結晶状態を経由して得られた結晶であることにより、振動等により配向が流れることがないため、電荷移動が阻害されることもない。
The compound represented by the general formula (I) has high carrier mobility, and the orientation does not flow due to vibration or the like, so that charge transfer is not inhibited. That is, in the compound represented by the general formula (I), Ar 1 is formed of a heterocyclic ring, preferably a condensed ring of a 6-membered ring and a 5-membered ring. It is thought that there is a polarization structure in the direction. It is presumed that this structure increases molecular orientation order and improves carrier mobility.
In addition, since the crystal is obtained through the crystal state, the orientation does not flow due to vibration or the like, so that charge transfer is not hindered.

このため、このような化合物を含む本発明の有機半導体材料によれば、駆動電圧が低く、キャリア移動度の高い高性能の有機半導体素子が提供される。   For this reason, according to the organic semiconductor material of the present invention containing such a compound, a high-performance organic semiconductor element having a low driving voltage and high carrier mobility is provided.

以下、本発明の実施の形態を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更して実施することができる。   Embodiments of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.

[有機半導体材料]
本発明の有機半導体材料は、下記一般式(I)で表される化合物を構成成分の少なくとも一部として含有することを特徴とする。

Figure 2007123717
〔(一般式(I)において、Ar1は、下記一般式(II)で表される2価の複素環基を表し、Ar2及びAr3は、各々独立に、置換基を有していてもよい2価の芳香環基を表す。R1及びR2は、各々独立に、炭素数1〜30の有機基を表し、添字m,nは、各々独立に、1〜5の整数を表す。m及び/又はnが2以上の場合、2以上の各Ar2及び/又はAr3は互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。)
Figure 2007123717
(一般式(II)において、環ZはAr2及びAr3と結合する2価の基であり、環Aは、環Zと炭素原子を2個共有して縮合した環を表す。環A及び環Zは各々置換基を有していてもよい。)〕 [Organic semiconductor materials]
The organic semiconductor material of the present invention is characterized by containing a compound represented by the following general formula (I) as at least a part of the constituent components.
Figure 2007123717
[In the general formula (I), Ar 1 represents a divalent heterocyclic group represented by the following general formula (II), and Ar 2 and Ar 3 each independently have a substituent. R 1 and R 2 each independently represents an organic group having 1 to 30 carbon atoms, and the subscripts m and n each independently represent an integer of 1 to 5. When m and / or n is 2 or more, two or more of Ar 2 and / or Ar 3 may be the same as or different from each other.
Figure 2007123717
(In the general formula (II), ring Z is a divalent group bonded to Ar 2 and Ar 3, and ring A represents a ring condensed by sharing two carbon atoms with ring Z. Ring A and Each ring Z may have a substituent.

以下に、上記一般式(I)で表される化合物について詳細に説明する。   Below, the compound represented by the said general formula (I) is demonstrated in detail.

{語句の説明}
本発明において「芳香環」とは、芳香族性を有する環、すなわち(4p+2)π電子系(pは自然数)を有する環を意味し、従って、「芳香族炭化水素環」と「芳香族複素環」とを含み、「炭化水素環」とは、「芳香族炭化水素環」と「非芳香族炭化水素環」の両方を意味し、「複素環」とは、「芳香族複素環」と「非芳香族複素環」の両方を意味する。
また、「(ヘテロ)アリール」とは「アリール」と「ヘテロアリール」の両方を意味する。「(ヘテロ)アラルキル」についても同様に「アラルキル」と「ヘテロアラルキル」の両方を意味する。
また、「置換基を有していてもよい」とは、置換基を1以上有していてもよいことを意味するものとする。
{Explanation of words}
In the present invention, the “aromatic ring” means a ring having aromaticity, that is, a ring having a (4p + 2) π electron system (p is a natural number), and therefore, “aromatic hydrocarbon ring” and “aromatic heterocycle”. "Hydrocarbon ring" means both "aromatic hydrocarbon ring" and "non-aromatic hydrocarbon ring", and "heterocycle" means "aromatic heterocycle" Both “non-aromatic heterocycles” are meant.
“(Hetero) aryl” means both “aryl” and “heteroaryl”. Similarly, “(hetero) aralkyl” means both “aralkyl” and “heteroaralkyl”.
Further, “may have a substituent” means that one or more substituents may be present.

{Ar1}
Ar1は、前記一般式(I)で表される化合物を短軸方向に分極させる構造、即ち、前記一般式(II)で表される2価の複素環基である。
{Ar 1 }
Ar 1 is a structure that polarizes the compound represented by the general formula (I) in the minor axis direction, that is, a divalent heterocyclic group represented by the general formula (II).

〈環Zの骨格構造〉
前記一般式(II)において、環Zとしては、置換基を有していてもよい5又は6員環の、単環又は2〜6縮合環からなる芳香族炭化水素環又は複素環が挙げられる。環Zが複素環である場合、この複素環を構成するヘテロ原子としては特に制限はないが、通常、O、S、Se、N、P、Siなどの各原子、環の安定性の面から好ましくはO、S、N、複素環が電子吸引性になり易いことから特に好ましくはNが挙げられる。これらのヘテロ原子を環Zに2個以上含む場合、そのヘテロ原子は同じ原子であっても異なる原子であってもよい。
<Skeletal structure of ring Z>
In the general formula (II), examples of the ring Z include 5- or 6-membered aromatic hydrocarbon rings or heterocyclic rings each having a single ring or 2 to 6 condensed rings, which may have a substituent. . When the ring Z is a heterocycle, the heteroatom constituting the heterocycle is not particularly limited, but usually from the viewpoint of the stability of each atom such as O, S, Se, N, P, Si, and the ring. N is particularly preferable because O, S, N, and a heterocyclic ring are easily electron withdrawing. When two or more of these heteroatoms are contained in the ring Z, the heteroatoms may be the same atom or different atoms.

環Zの具体例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、ピリジン環、チオフェン環、ピロール環、フラン環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾピロール環、イミダゾール環、キノリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、チアゾール環、ジベンゾチオフェン環等が挙げられ、液晶性を発現させやすいために単環が好ましく、合成の容易さから特に好ましくはベンゼン環等の6員環の芳香族炭化水素環、ピリジン環等のN等のヘテロ原子を有する芳香族複素環である。   Specific examples of the ring Z include benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, fluorene ring, pyridine ring, thiophene ring, pyrrole ring, furan ring, benzothiophene ring, benzofuran ring, benzopyrrole ring, imidazole ring, quinoline A ring, an isoquinoline ring, a carbazole ring, a thiazole ring, a dibenzothiophene ring, and the like. A monocyclic ring is preferable because it easily exhibits liquid crystallinity, and a 6-membered aromatic group such as a benzene ring is particularly preferable because of easy synthesis. An aromatic heterocycle having a heteroatom such as N such as a hydrocarbon ring or a pyridine ring.

〈環Aの骨格構造〉
前記一般式(II)において、環Aは、環Zと共有する2つの炭素原子とともに構成される、置換基を有してもよい複素環であることが好ましく、この複素環を構成するヘテロ原子としては特に制限はないが、通常O、S、Se、N、P、Siなどの各原子が挙げられる。これらのヘテロ原子を環Aに2個以上含む場合、そのヘテロ原子は同じ原子であっても異なる原子であってもよい。環Aはヘテロ原子の電子吸引効果をパイ共役系が分子全体に影響させる為に好ましくは芳香族複素環であり、特に好ましくは電子吸引効果の高いN,S,O等のヘテロ原子を有する5員環の芳香族複素環である。
<Ring A skeleton structure>
In the general formula (II), ring A is preferably a heterocycle optionally having a substituent, which is constituted with two carbon atoms shared with ring Z, and a heteroatom constituting this heterocycle Although there is no restriction | limiting in particular, Usually, each atom, such as O, S, Se, N, P, Si, is mentioned. When two or more of these heteroatoms are contained in ring A, the heteroatoms may be the same or different. Ring A is preferably an aromatic heterocyclic ring so that the pi-conjugated system affects the electron attracting effect of heteroatoms throughout the molecule, and particularly preferably has a heteroatom such as N, S, O or the like having a high electron attracting effect. It is a membered aromatic heterocycle.

〈環A及び環Zが有する置換基〉
前記一般式(II)において、環A及び環Zが有していてもよい置換基としては、一般式(IIa),(IIb)における置換基として後述する置換基が挙げられる。
<Substituents of Ring A and Ring Z>
In the general formula (II), examples of the substituent that the ring A and the ring Z may have include the substituents described later as the substituent in the general formulas (IIa) and (IIb).

〈Ar1の特に好ましい形態〉
特に、前記一般式(II)で表されるAr1は、下記一般式(IIa),(IIb)のいずれかで表される、互いに2つの炭素原子を共有する2つの環状構造からなる2価の複素環基であることが、合成が容易である点において好ましく、特に、電子吸引性の5員環を有し、環自体の立体障害が小さいために液晶性を発現しやすい下記一般式(IIa)で表されることが好ましい。
<Especially preferred form of Ar 1 >
In particular, Ar 1 represented by the general formula (II) is a divalent compound composed of two cyclic structures sharing two carbon atoms with each other and represented by any one of the following general formulas (IIa) and (IIb). The heterocyclic group is preferably from the viewpoint of easy synthesis, and in particular, it has an electron-withdrawing 5-membered ring, and since the steric hindrance of the ring itself is small, the following general formula ( It is preferably represented by IIa).

Figure 2007123717
〔一般式(IIa),(IIb)において、環Zは一般式(II)における環Zと同義の環よりなる2価の基であり、一般式(IIa)中、Yは16族元素を表し、一般式(IIb)中、XはN又はSを表す。〕
Figure 2007123717
[In General Formulas (IIa) and (IIb), Ring Z is a divalent group consisting of a ring having the same meaning as Ring Z in General Formula (II). In General Formula (IIa), Y represents a Group 16 element. In general formula (IIb), X represents N or S. ]

特に、上記一般式(IIa)において、Yは電子吸引効果が高い点において好ましくはO又はSである。   In particular, in the general formula (IIa), Y is preferably O or S in view of a high electron withdrawing effect.

上記一般式(IIa),(IIb)で表されるAr1が有していてもよい置換基、即ち、環Z、或いは一般式(IIa)におけるY原子を含む複素環、一般式(IIb)におけるX原子を含む複素環が有し得る置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、ニトロ基、シアノ基、エステル基、ハロゲン原子、水酸基などが挙げられる。 Ar 1 represented by the general formulas (IIa) and (IIb) may have a substituent, that is, a ring Z or a heterocyclic ring containing a Y atom in the general formula (IIa), the general formula (IIb) Examples of the substituent that the heterocyclic ring containing X atom may have include an alkyl group, an alkoxy group, a nitro group, a cyano group, an ester group, a halogen atom, and a hydroxyl group.

より具体的には、以下に具体例を挙げるような炭素数1〜9のアルキル基、炭素数1〜9のアルコキシ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜6のエステル基、ハロゲン原子、水酸基などであるが、好ましくはメチル基、シアノ基、ハロゲン原子などの分子量100以下の原子団である。   More specifically, an alkyl group having 1 to 9 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 9 carbon atoms, a nitro group, a cyano group, an ester group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, and the like as exemplified below. A hydroxyl group and the like, preferably an atomic group having a molecular weight of 100 or less, such as a methyl group, a cyano group, or a halogen atom.

炭素数1〜9のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基などが挙げられる。   Examples of the alkyl group having 1 to 9 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, iso-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, hexyl group and octyl group. .

炭素数1〜9のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、iso−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基などが挙げられる。   Examples of the alkoxy group having 1 to 9 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, butoxy group, iso-butoxy group, sec-butoxy group, tert-butoxy group, hexyloxy group, octyloxy group, etc. Is mentioned.

炭素数1〜6のエステル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基などが挙げられる。   Examples of the ester group having 1 to 6 carbon atoms include a methoxycarbonyl group, an ethoxycarbonyl group, a propoxycarbonyl group, and an isopropoxycarbonyl group.

ハロゲン原子の例としては、フッ素原子,塩素原子,臭素原子、沃素原子などが挙げられる。   Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.

{Ar2及びAr3}
〈Ar2及びAr3の骨格構造〉
前記一般式(I)において、Ar2、Ar3は、各々独立に、置換基を有していてもよい、2価の芳香族複素環基又は芳香族炭化水素環基であり、好ましくは5又は6員環の、単環又は2〜6縮合環からなる、芳香族炭化水素環基又は芳香族複素環基を表し、これらは置換基を有していてもよい。Ar2、Ar3は、液晶相が形成されやすいことから、単環であることが好ましい。
{Ar 2 and Ar 3 }
<Ar 2 and Ar 3 Skeletal Structure>
In the general formula (I), Ar 2 and Ar 3 are each independently a divalent aromatic heterocyclic group or aromatic hydrocarbon ring group which may have a substituent, preferably 5 Alternatively, it represents an aromatic hydrocarbon ring group or an aromatic heterocyclic group consisting of a 6-membered monocyclic ring or a 2-6 condensed ring, which may have a substituent. Ar 2 and Ar 3 are preferably monocyclic because a liquid crystal phase is easily formed.

ここで芳香族炭化水素環基として、好ましくは6員環の単環又は2〜10縮合環由来の基が挙げられる。具体的には、フェニレン基、ナフチレン基、アントラニレン基、フェナンスリレン基、ピレニレン基などが挙げられ、特にナフチレン基、フェニレン基が液晶相が形成されやすいために好ましく、特にフェニレン基が分子全体が高い直線性を持つために好ましい。   Here, the aromatic hydrocarbon ring group is preferably a 6-membered monocyclic group or a group derived from 2 to 10 condensed rings. Specific examples include a phenylene group, a naphthylene group, an anthranylene group, a phenanthrylene group, and a pyrenylene group. Particularly, a naphthylene group and a phenylene group are preferable because a liquid crystal phase is easily formed. It is preferable because of having sex.

一方、芳香族複素環基としては、好ましくは5又は6員環、特に好ましくは5員環の、単環又は2〜10縮合環由来の基が挙げられる。複素環を構成するヘテロ原子としては特に制限はないが、通常、O、S、Se、N、P、Siなどの各原子が挙げられる。これらのヘテロ原子を2個以上含む場合、そのヘテロ原子は同じ原子であっても異なる原子であってもよい。複素環の安定性の面から特に好ましいヘテロ原子はO,S,Nである。
芳香族複素環基の具体例としては、フラン、チオフェン、ピロール、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、1−ベンゾチオフェン、2−ベンゾチオフェン、インドール、イソインドール、インドリジン、カルバゾール、キサンテン、ピリジン、キノリン、イソキノリン、フェナンスリジン、アクリジン、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、イソチアゾール、フラザン、イミダゾール、ピラゾール、ベンゾイミダゾール、1,8−ナフチリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン等の環由来の2価の芳香族複素環基が挙げられ、これらのうちチオフェン、フラン、ピロール環等の5員環由来の芳香族複素環基が分子全体の直線性が高く液晶性が向上するために好ましい。
On the other hand, examples of the aromatic heterocyclic group include a group derived from a single ring or a 2-10 condensed ring, preferably a 5- or 6-membered ring, particularly preferably a 5-membered ring. Although there is no restriction | limiting in particular as a hetero atom which comprises a heterocyclic ring, Usually, each atoms, such as O, S, Se, N, P, Si, are mentioned. When two or more of these heteroatoms are contained, the heteroatoms may be the same atom or different atoms. In view of the stability of the heterocyclic ring, particularly preferred heteroatoms are O, S, and N.
Specific examples of the aromatic heterocyclic group include furan, thiophene, pyrrole, benzofuran, isobenzofuran, 1-benzothiophene, 2-benzothiophene, indole, isoindole, indolizine, carbazole, xanthene, pyridine, quinoline, isoquinoline, Divalent aromatic heterocyclic groups derived from rings such as phenanthridine, acridine, oxazole, isoxazole, thiazole, isothiazole, furazane, imidazole, pyrazole, benzimidazole, 1,8-naphthyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine Of these, aromatic heterocyclic groups derived from 5-membered rings such as thiophene, furan, and pyrrole ring are preferred because the linearity of the whole molecule is high and the liquid crystallinity is improved.

なお、m,nは、各々独立に、1〜5の整数を表すが、好ましくは1〜3、特に好ましくは1〜2である。m及び/又はnが2以上の場合、2以上の各Ar2及び/又はAr3は互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。 In addition, although m and n represent the integer of 1-5 each independently, Preferably it is 1-3, Most preferably, it is 1-2. When m and / or n is 2 or more, two or more Ar 2 and / or Ar 3 may be the same or different from each other.

〈Ar2及びAr3が有する置換基〉
前記一般式(I)において、Ar2、Ar3が有していてもよい置換基としては、アルキル基、炭化水素環基、複素環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アラルキルオキシ基、ヘテロアラルキルオキシ基、置換基を有していてもよいアミノ基、アシル基、ニトロ基、シアノ基、エステル基、ハロゲン原子、水酸基、カルボキシル基などが挙げられる。より具体的には、以下に具体例を挙げるような炭素数1〜9のアルキル基、炭素数3〜20の炭化水素環基、5又は6員環の単環又は2〜6縮合環由来の複素環基、炭素数1〜9のアルコキシ基、炭素数2〜18の(ヘテロ)アリールオキシ基、炭素数3〜18の(ヘテロ)アラルキルオキシ基,炭素数2〜20のアルキルアミノ基、炭素数2〜30の(ヘテロ)アリールアミノ基、炭素数1〜20のアシル基、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜6のエステル基、ハロゲン原子、水酸基、カルボキシル基などである。
<Substituents Ar 2 and Ar 3 have>
In the general formula (I), Ar 2 and Ar 3 may have a substituent as an alkyl group, hydrocarbon ring group, heterocyclic group, alkoxy group, aryloxy group, heteroaryloxy group, aralkyl. Examples thereof include an oxy group, a heteroaralkyloxy group, an amino group which may have a substituent, an acyl group, a nitro group, a cyano group, an ester group, a halogen atom, a hydroxyl group, and a carboxyl group. More specifically, it is derived from an alkyl group having 1 to 9 carbon atoms, a hydrocarbon ring group having 3 to 20 carbon atoms, a 5 or 6-membered monocyclic ring or a 2 to 6 condensed ring as exemplified below. Heterocyclic group, C1-C9 alkoxy group, C2-C18 (hetero) aryloxy group, C3-C18 (hetero) aralkyloxy group, C2-C20 alkylamino group, carbon Examples thereof include a (hetero) arylamino group having 2 to 30 carbon atoms, an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, a nitro group, a cyano group, an ester group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, a hydroxyl group, and a carboxyl group.

炭素数1〜9のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基などが挙げられる。   Examples of the alkyl group having 1 to 9 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, iso-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, hexyl group and octyl group. .

炭素数3〜20の炭化水素環基としては、シクロプロピル基、シクロヘキシル基、テトラデカヒドロアントラニル基、フェニル基、アントラニル基、フェナンスリル基などが挙げられる。   Examples of the hydrocarbon ring group having 3 to 20 carbon atoms include a cyclopropyl group, a cyclohexyl group, a tetradecahydroanthranyl group, a phenyl group, an anthranyl group, and a phenanthryl group.

5又は6員環の単環又は2〜6縮合環由来の複素環基としては、1−ピレニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−フェナントレニル基、1−ペリレニル基、2−ピペリジニル基、2−ピペラジニル基、デカヒドロキノリニル基、ジュロリジン−9−イル基などが挙げられる。   Examples of the heterocyclic group derived from a 5- or 6-membered monocyclic ring or a 2-6 condensed ring include 1-pyrenyl group, 1-naphthyl group, 2-naphthyl group, 1-phenanthrenyl group, 1-perylenyl group, 2-piperidinyl Group, 2-piperazinyl group, decahydroquinolinyl group, julolidin-9-yl group and the like.

炭素数1〜9のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、iso−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基などが挙げられる。   Examples of the alkoxy group having 1 to 9 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, butoxy group, iso-butoxy group, sec-butoxy group, tert-butoxy group, hexyloxy group, octyloxy group, etc. Is mentioned.

炭素数2〜18の(ヘテロ)アリールオキシ基としては、フェノキシ基、ナフチルオキシ基、2−チエニルオキシ基、2−フリルオキシ基、2−キノリルオキシ基などが挙げられる。   Examples of the (hetero) aryloxy group having 2 to 18 carbon atoms include a phenoxy group, a naphthyloxy group, a 2-thienyloxy group, a 2-furyloxy group, and a 2-quinolyloxy group.

炭素数3〜18の(ヘテロ)アラルキルオキシ基としては、ベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基、ナフチルメトキシ基、2−チエニルメトキシ基、2−フリルメトキシ基、2−キノリルメトキシ基などが挙げられる。   Examples of the (hetero) aralkyloxy group having 3 to 18 carbon atoms include benzyloxy group, phenethyloxy group, naphthylmethoxy group, 2-thienylmethoxy group, 2-furylmethoxy group, and 2-quinolylmethoxy group.

炭素数2〜20のアルキルアミノ基としては、ジメチルアミノ基、メチルエチルアミノ基、ジブチルアミノ基、ジオクチルアミノ基などが挙げられる。   Examples of the alkylamino group having 2 to 20 carbon atoms include a dimethylamino group, a methylethylamino group, a dibutylamino group, and a dioctylamino group.

炭素数2〜30の(ヘテロ)アリールアミノ基としては、ジフェニルアミノ基、ジナフチルアミノ基、ナフチルフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、ジ(2−チエニル)アミノ基、ジ(2−フリル)アミノ基、フェニル(2−チエニル)アミノ基などが挙げられる。   Examples of the (hetero) arylamino group having 2 to 30 carbon atoms include diphenylamino group, dinaphthylamino group, naphthylphenylamino group, ditolylamino group, di (2-thienyl) amino group, di (2-furyl) amino group, A phenyl (2-thienyl) amino group etc. are mentioned.

炭素数1〜20のアシル基としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、イソブチリル基、バレリル基、シクロヘキシルカルボニル基等が挙げられる。   Examples of the acyl group having 1 to 20 carbon atoms include formyl group, acetyl group, propionyl group, isobutyryl group, valeryl group, and cyclohexylcarbonyl group.

炭素数1〜6のエステル基の例としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基などが挙げられる。   Examples of the ester group having 1 to 6 carbon atoms include a methoxycarbonyl group, an ethoxycarbonyl group, a propoxycarbonyl group, and an isopropoxycarbonyl group.

ハロゲン原子の例としては、フッ素原子,塩素原子,臭素原子、沃素原子などが挙げられる。   Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.

なお、前記Ar1の一般式(II)で表される複素環基Zが有する置換基、上述のAr2,Ar3が有する置換基のうち、隣接する基同士が結合して環状構造を形成していてもよい。隣接する置換基同士が結合して環状構造を形成するものとしては、例えば、Ar1〜Ar3としてのベンゼン環基の該ベンゼン環が有する置換基同士が結合して、下記構造式に示すようなフェノキサチン環、フェノチアジン環、フェノキサジン環を形成したものが挙げられる。 Among the substituents of the heterocyclic group Z represented by the general formula (II) of Ar 1 and the substituents of Ar 2 and Ar 3 described above, adjacent groups are bonded to form a cyclic structure. You may do it. As for what adjoins substituents couple | bond together and forms a cyclic structure, for example, the substituents which this benzene ring of the benzene ring group as Ar < 1 > -Ar < 3 > has couple | bonded, and it shows in following structural formula And those having formed a phenoxatin ring, a phenothiazine ring, or a phenoxazine ring.

Figure 2007123717
Figure 2007123717

{R1及びR2}
〈R1及びR2の骨格構造〉
前記一般式(I)中のR1、R2は、各々独立に、炭素数1〜30の有機基、好ましくはアルキル基、アルコキシル基を表し、これらは更に置換基を有していてもよい。
{R 1 and R 2 }
<Skeleton structure of R 1 and R 2 >
R 1 and R 2 in the general formula (I) each independently represent an organic group having 1 to 30 carbon atoms, preferably an alkyl group or an alkoxyl group, and these may further have a substituent. .

R1,R2としては、より具体的には以下に具体例を挙げるような、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数1〜30のアルコキシル基等が挙げられる。準安定結晶が室温近傍において安定に存在することが必要であるので、これらの基の炭素数は、好ましくは7〜25、中でも8〜20、特に好ましくは10〜17、等方晶からの冷却過程において、冷却条件を選ばず準安定結晶が容易に得られることから、とりわけ好ましくは14〜17である。 More specifically, examples of R 1 and R 2 include an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an alkoxyl group having 1 to 30 carbon atoms, and the like, which are exemplified below. Since it is necessary for the metastable crystal to exist stably near room temperature, the carbon number of these groups is preferably 7 to 25, more preferably 8 to 20, particularly preferably 10 to 17, and cooling from isotropic crystals. In the process, a metastable crystal can be easily obtained regardless of cooling conditions.

炭素数1〜30のアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、プロパデシル基、ブタデルシ基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基等が挙げられる。スメクティック液晶相の形成されやすさから、好ましくは、デシル基、ドデシル基、プロパデシル基、ブタデルシ基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基である。   Examples of the alkyl group having 1 to 30 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, propadecyl group, butadecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group Group, heptadecyl group, octadecyl group and the like. From the viewpoint of easy formation of a smectic liquid crystal phase, a decyl group, a dodecyl group, a propadecyl group, a butadecyl group, a pentadecyl group, or a hexadecyl group is preferable.

炭素数1〜30のアルキルオキシ基の例としては、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブチルオキシ基、オクチルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、ドデシルオキシ基、プロパデシルオキシ基、ブタデルシオキシ基、ペンタデシルオキシ基、ヘキサデシルオキシ基、ヘプタデシルオキシ基、オクタデシルオキシ基等が挙げられる。スメクティック液晶相の形成されやすさから好ましくは、デシルオキシ基、ドデシルオキシ基、プロパデシルオキシ基、ブタデルシオキシ基、ペンタデシルオキシ基、ヘキサデシルオキシ基である。   Examples of the alkyloxy group having 1 to 30 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, propyloxy group, isopropyloxy group, butyloxy group, octyloxy group, nonyloxy group, decyloxy group, dodecyloxy group, propadecyloxy group, Examples include butadecyloxy group, pentadecyloxy group, hexadecyloxy group, heptadecyloxy group, octadecyloxy group and the like. Of these, a decyloxy group, a dodecyloxy group, a propadecyloxy group, a butadecyloxy group, a pentadecyloxy group, and a hexadecyloxy group are preferable because a smectic liquid crystal phase is easily formed.

〈R1及びR2が有する置換基〉
前記一般式(I)において、R1、R2は更に置換基を有していてもよく、その置換基の具体例としては、前述のR1,R2の炭素数1〜30のアルキル基、アルキルオキシ基や、ハロゲン原子が挙げられる。好ましくは、アルキル基、ハロゲン原子であり、このような置換基が導入されることにより、高い耐久性を持つと考えられる。
<Substituents R 1 and R 2 have>
In the general formula (I), R 1 and R 2 may further have a substituent, and specific examples of the substituent include the alkyl group having 1 to 30 carbon atoms of R 1 and R 2 described above. , An alkyloxy group and a halogen atom. Preferably, it is an alkyl group or a halogen atom, and it is considered to have high durability when such a substituent is introduced.

炭素数1〜30のアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、プロパデシル基、ブタデルシ基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基等が挙げられる。スメクティック液晶相の形成されやすさから好ましくは、デシル基、ドデシル基、プロパデシル基、ブタデルシ基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基である。   Examples of the alkyl group having 1 to 30 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, propadecyl group, butadecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group Group, heptadecyl group, octadecyl group and the like. A decyl group, a dodecyl group, a propadecyl group, a butadecyl group, a pentadecyl group, and a hexadecyl group are preferable because of the ease of forming a smectic liquid crystal phase.

炭素数1〜30のアルキルオキシ基の例としては、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブチルオキシ基、オクチルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、ドデシルオキシ基、プロパデシルオキシ基、ブタデルシオキシ基、ペンタデシルオキシ基、ヘキサデシルオキシ基、ヘプタデシルオキシ基、オクタデシルオキシ基等が挙げられる。スメクティック液晶相の形成されやすさから好ましくは、デシルオキシ基、ドデシルオキシ基、プロパデシルオキシ基、ブタデルシオキシ基、ペンタデシルオキシ基、ヘキサデシルオキシ基である。   Examples of the alkyloxy group having 1 to 30 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, propyloxy group, isopropyloxy group, butyloxy group, octyloxy group, nonyloxy group, decyloxy group, dodecyloxy group, propadecyloxy group, Examples include butadecyloxy group, pentadecyloxy group, hexadecyloxy group, heptadecyloxy group, octadecyloxy group and the like. Of these, a decyloxy group, a dodecyloxy group, a propadecyloxy group, a butadecyloxy group, a pentadecyloxy group, and a hexadecyloxy group are preferable because a smectic liquid crystal phase is easily formed.

ハロゲン原子の例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。   Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.

{環ZとAr2、Ar3との置換位置}
環ZとAr2、Ar3との置換位置は、6員環であればパラ位(4位)が、5員環であれば3位又は4位が、7員環であれば4位又は5位が、縮合環であればそれぞれの置換基が直線上にある位置が、化合物の直線性の増加により液晶性が向上するために好ましい。
{Substitution position of ring Z with Ar 2 and Ar 3 }
The substitution position between ring Z and Ar 2 or Ar 3 is 6-membered, para-position (4-position), 5-membered ring is 3-position or 4-position, and 7-membered ring is 4-position or If the 5-position is a condensed ring, the position where each substituent is on a straight line is preferable because liquid crystallinity is improved by increasing the linearity of the compound.

{分子量}
本発明の有機半導体材料が溶解性を維持するために、前記一般式(I)で表される化合物の分子量は、通常2000以下、特に1000以下、とりわけ750以下であることが特に好ましい。
{Molecular weight}
In order to maintain the solubility of the organic semiconductor material of the present invention, the molecular weight of the compound represented by the general formula (I) is usually 2000 or less, particularly 1000 or less, particularly 750 or less.

{一般式(I)で表される化合物の具体例}
一般式(I)で表される化合物の具体例を下記(A−1)〜(A−31)に挙げるが、本発明の有機半導体材料はこれらに限定されるものではない(以下において、Meはメチル基、Etはエチル基を示す。)。
{Specific examples of compounds represented by formula (I)}
Specific examples of the compound represented by the general formula (I) are listed in the following (A-1) to (A-31), but the organic semiconductor material of the present invention is not limited to these (hereinafter, Me). Represents a methyl group, and Et represents an ethyl group.

Figure 2007123717
Figure 2007123717

Figure 2007123717
Figure 2007123717

Figure 2007123717
Figure 2007123717

Figure 2007123717
Figure 2007123717

{合成方法}
前記一般式(I)で表される化合物は、J.Mater.Chem.,2004,1901−1904等に記載の既知の方法に基づいて、例えば次のようにして合成することができる。
{Synthesis method}
The compound represented by the general formula (I) Mater. Chem. , 2004, 1901-1904, etc., for example, can be synthesized as follows.

<一般式(I)において、Ar2=Ar3,m,n=1、R1=R2の化合物の場合>
下記一般式A1と一般式A2で示される化合物に、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒又はテトラヒロドフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル系溶媒中にて、炭酸ナトリウム、炭酸セシウム等の塩基性水溶液又はカリウムターシャリーブトキシド、ナトリウムターシャリーブトキシド等の塩基性化合物を加え、アルゴン、窒素等の不活性ガス下で攪拌し、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(0)に代表されるホスフィン配位子を持つパラジウム触媒を加え、60〜150℃で1〜72時間の範囲で原料が無くなるまで攪拌し、生成混合物を、カラムクロマトグラフィー、再結晶、再沈殿、晶析などの精製法により精製して、目的物である一般式(I)で表される化合物を得ることができる。
X−Ar1−X (A1)
R1−Ar2−B(OH)2 (A2)
(上記式中、Xはハロゲン原子、特にBr又はIである。)
<In the case of the compound of Ar 2 = Ar 3 , m, n = 1, R 1 = R 2 in the general formula (I)>
In a hydrocarbon solvent such as benzene, toluene or xylene or an ether solvent such as tetrahydrofuran, dioxane or ethylene glycol dimethyl ether, the compounds represented by the following general formulas A1 and A2 are mixed with sodium carbonate and cesium carbonate. A basic aqueous solution such as potassium tertiary butoxide or sodium tertiary butoxide is added, and the mixture is stirred under an inert gas such as argon or nitrogen, and phosphine represented by tetrakistriphenylphosphine palladium (0). A palladium catalyst having a ligand is added, and the mixture is stirred at 60 to 150 ° C. for 1 to 72 hours until the raw material disappears, and the resulting mixture is purified by a purification method such as column chromatography, recrystallization, reprecipitation, or crystallization. To obtain the target compound represented by the general formula (I) Kill.
X-Ar 1 -X (A1)
R 1 —Ar 2 —B (OH) 2 (A2)
(In the above formula, X is a halogen atom, particularly Br or I.)

また、亜硝酸ナトリウムを触媒として、下記一般式A3で表される化合物を濃硝酸と酢酸を溶媒として、室温から60℃の範囲で攪拌し、生成混合物を、カラムクロマトグラフィー、再結晶、再沈殿、晶析などの精製法により精製して下記一般式A4で表される中間体を合成し、次いで、酢酸、無水酢酸の溶液に一般式A4で表される化合物を溶解させ、等モルの亜鉛を添加し、攪拌して、生成混合物を、カラムクロマトグラフィー、再結晶、再沈殿、晶析などの精製法により精製して下記一般式A5で表される中間体を合成する。
その後、下記一般式A5で表される中間体とヒドラジン、5硫化2燐、メチルアミン類等をベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒又はテトラヒロドフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル系溶媒又はエタノール、ブタノール、エチレングリコールモノメチルエーテル等の溶媒中、60〜150℃で1〜72時間の範囲で原料が無くなるまで攪拌し、生成混合物を、カラムクロマトグラフィー、再結晶、再沈殿、晶析などの精製法により精製して目的物である一般式(I)の化合物を得ることができる。
Further, using sodium nitrite as a catalyst, the compound represented by the following general formula A3 is stirred in the range of room temperature to 60 ° C. using concentrated nitric acid and acetic acid as solvents, and the resulting mixture is subjected to column chromatography, recrystallization, reprecipitation. The intermediate represented by the following general formula A4 is synthesized by purification using a purification method such as crystallization, and then the compound represented by the general formula A4 is dissolved in a solution of acetic acid and acetic anhydride to obtain equimolar zinc. Is added and stirred, and the resulting mixture is purified by a purification method such as column chromatography, recrystallization, reprecipitation, or crystallization to synthesize an intermediate represented by the following general formula A5.
Thereafter, an intermediate represented by the following general formula A5, hydrazine, phosphorous pentasulfide, methylamines and the like, hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene, etc. or ethers such as tetrahydrofuran, dioxane, ethylene glycol dimethyl ether, etc. In a solvent such as a system solvent or ethanol, butanol, ethylene glycol monomethyl ether, the mixture is stirred at 60 to 150 ° C. for 1 to 72 hours until the raw material disappears, and the resulting mixture is subjected to column chromatography, recrystallization, reprecipitation, crystal The target compound of the general formula (I) can be obtained by purification by a purification method such as analysis.

Figure 2007123717
Figure 2007123717

{物性}
前記一般式(I)で表される化合物を構成成分の少なくとも一部として含む本発明の有機半導体材料の好ましいものは、次のような物性を有する。
{Physical properties}
Preferred organic semiconductor materials of the present invention containing the compound represented by the general formula (I) as at least a part of the constituents have the following physical properties.

汎用の有機半導体素子に用いる場合には準安定結晶から安定結晶への転移が容易には起こらないことが安定性の面から好ましい。即ち、等方晶からの冷却過程において得られた準安定結晶が熱源器などによって特性を失うことを避けるために、冷却過程から昇温過程に切り替えた場合に観測される準安定結晶から安定結晶への転移温度の下限が通常40℃以上、好ましくは60℃以上、特に好ましくは80℃以上であることが好ましい。
但し、スイッチング素子などとして用いる場合には、準安定結晶から安定結晶への転移温度は、必ずしもこの範囲である必要は無く、該転移温度をスイッチングに利用することなどが考えられる。
When used for a general-purpose organic semiconductor element, it is preferable from the viewpoint of stability that the transition from a metastable crystal to a stable crystal does not easily occur. In other words, in order to avoid the loss of properties of the metastable crystal obtained from the isotropic crystal by the heat source, the metastable crystal to the stable crystal observed when switching from the cooling process to the heating process is observed. The lower limit of the transition temperature is usually 40 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher, particularly preferably 80 ° C. or higher.
However, when used as a switching element or the like, the transition temperature from the metastable crystal to the stable crystal is not necessarily in this range, and the transition temperature may be used for switching.

{その他の配合成分}
なお、本発明の有機半導体材料は、前記一般式(I)で表される化合物の1種を単独で含むものであってもよく、2種以上を含むものであってもよい。
そして、例えば、上記好適物性を満たし、有機半導体材料としての十分な特性を示すものであれば、本発明の有機半導体材料中の前記一般式(I)で表される化合物の含有量については特に制限はないが、通常の場合、本発明の有機半導体材料中の前記一般式(I)で表される化合物の含有量は50重量%以上、中でも75重量%以上、好ましくは90重量%以上、特に好ましくは95重量%以上、最も好ましくは99%以上であることが、液晶性の発現のしやすさから好ましい。
{Other ingredients}
In addition, the organic-semiconductor material of this invention may contain individually 1 type of the compound represented by the said general formula (I), and may contain 2 or more types.
For example, the content of the compound represented by the general formula (I) in the organic semiconductor material of the present invention is particularly suitable as long as it satisfies the above-mentioned preferred physical properties and exhibits sufficient characteristics as an organic semiconductor material. Although there is no limitation, usually, the content of the compound represented by the general formula (I) in the organic semiconductor material of the present invention is 50% by weight or more, particularly 75% by weight or more, preferably 90% by weight or more, Particularly preferred is 95% by weight or more, and most preferred is 99% or more, from the viewpoint of easy expression of liquid crystallinity.

[有機半導体素子]
本発明の有機半導体素子は、上述の本発明の有機半導体素子を含む有機半導体層を有すると共に、2個以上の電極を有し、その電極間に流れる電流や生じる電圧を、光以外の、例えば電気、磁気、又は化学物質等により制御するデバイスである。例えば、電圧や電流の印加により電流や電圧を制御するデバイス、磁場の印加による電圧や電流を制御するデバイス、化学物質を作用させて電圧や電流を制御するデバイス等が挙げられる。この制御としては、整流、スイッチング、増幅、発振等が挙げられる。また、光で制御される、或いは発光を制御するデバイスでも、本発明の有機半導体材料が直接光を吸収したり発光したりして動作する以外の用途、例えば、配線や上記の電圧、電流の制御に使われるデバイスも含まれる。
[Organic semiconductor devices]
The organic semiconductor element of the present invention has an organic semiconductor layer including the above-described organic semiconductor element of the present invention and has two or more electrodes, and a current flowing between the electrodes and a generated voltage other than light, for example, It is a device controlled by electricity, magnetism, or chemical substances. For example, there are a device that controls current and voltage by applying voltage and current, a device that controls voltage and current by applying a magnetic field, and a device that controls voltage and current by applying a chemical substance. Examples of this control include rectification, switching, amplification, and oscillation. In addition, even in a device controlled by light or controlling light emission, the organic semiconductor material of the present invention can be used for applications other than operating by directly absorbing light or emitting light, such as wiring, the above voltage, and current. Devices used for control are also included.

現在、シリコン等の無機半導体で実現されている対応するデバイスとしては、抵抗器、整流器(ダイオード)、スイッチング素子(トランジスタ、サイリスタ)、増幅素子(トランジスタ)、メモリー素子、化学センサー等、或いはこれらの素子の組み合わせや集積化したデバイスが挙げられる。これらのより具体的な例としては、S.M.Sze著、Physics of Semiconductor Devices、2nd Edition(Wiley−Interscience 1981)に記載されているものを挙げることができる。   Currently, the corresponding devices realized by inorganic semiconductors such as silicon include resistors, rectifiers (diodes), switching elements (transistors, thyristors), amplification elements (transistors), memory elements, chemical sensors, etc. Examples include combinations of elements and integrated devices. More specific examples of these include S.I. M.M. Examples include those described in Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition (Wiley-Interscience 1981).

本発明の有機半導体素子は、これらの無機半導体デバイスのいずれにも代替可能である。   The organic semiconductor element of the present invention can be substituted for any of these inorganic semiconductor devices.

本発明の有機半導体素子は、具体的には、電極と配向膜とを備えた2枚の基板が、電極等を備える面を内側にして対向するように配置され、その2枚の基板の間に有機半導体層が設けられているものである。即ち、例えば電極と配向膜を備える基板で形成されたセルの中に、有機半導体材料を、液晶相(スメクティックA相)から準安定結晶相に相転移させて形成させた有機半導体層が設けられた有機半導体素子が挙げられる。   Specifically, the organic semiconductor element of the present invention is arranged such that two substrates provided with an electrode and an alignment film are opposed to each other with the surface provided with the electrode or the like facing inside, and between the two substrates. Are provided with an organic semiconductor layer. That is, for example, an organic semiconductor layer formed by causing a phase transition from a liquid crystal phase (smectic A phase) to a metastable crystal phase is provided in a cell formed of a substrate including an electrode and an alignment film. Organic semiconductor elements.

以下に本発明の有機半導体素子及びその製造方法について、図面を参照して詳しく説明する。   Hereinafter, an organic semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の有機半導体素子の実施の形態の一例を示す断面図である。
図1の有機半導体素子1は、電極3と配向膜4とを備えた2枚の基板2,2が、電極3等を備える面を内側にして対向するように所定の間隔をあけて配置され、その2枚の基板2,2の間に有機半導体層5が設けられているものである。6は液晶分子を示す。なお、電極3には図示しない配線が接続されている。また、本発明の有機半導体材料は、外気の影響を最小限にするために、最外層に保護膜(図示せず)を有することが好ましい。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of an organic semiconductor element of the present invention.
The organic semiconductor element 1 of FIG. 1 is arranged with a predetermined interval so that two substrates 2 and 2 provided with an electrode 3 and an alignment film 4 face each other with the surface provided with the electrode 3 and the like inside. The organic semiconductor layer 5 is provided between the two substrates 2 and 2. 6 shows a liquid crystal molecule. The electrode 3 is connected to a wiring (not shown). The organic semiconductor material of the present invention preferably has a protective film (not shown) in the outermost layer in order to minimize the influence of outside air.

〈基板〉
基板としては、従来の無線半導体デバイスの基板のうち、特に電界効果トランジスタにおいて用いられていると同様の基板を用いることができ、その厚みは、0.01〜10mmの範囲であるのが好ましく、0.05〜2mmの範囲であるのが特に好ましい。また、基板は、複数の層からなる積層体であってもよい。
<substrate>
As the substrate, among the substrates of conventional wireless semiconductor devices, the same substrate as that used particularly in the field effect transistor can be used, and the thickness is preferably in the range of 0.01 to 10 mm, A range of 0.05 to 2 mm is particularly preferable. Further, the substrate may be a laminated body composed of a plurality of layers.

即ち、基板としては、ガラス、酸化珪素、及び珪素等の金属等の無機材料、並びに各種有機ポリマー等の有機材料等よりなるものが挙げられ、これらは、例えば、無機材料の基板の表面に有機ポリマー等をコーティングして表面に絶縁層を形成した基板のように無機材料と有機材料との併用の場合も含めて2種以上を組み合わせて用いることもできる。尚、有機ポリマーとしては、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルスルフォン、エポキシ樹脂、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリパラバン酸、ポリシルセスキオキサン、ポリビニルフェノール、及びポリオレフィン等が挙げら、また、これらの有機ポリマーは、必要に応じて、充填材、添加剤等を含んでいてもよい。   That is, examples of the substrate include those made of inorganic materials such as glass, silicon oxide, and metals such as silicon, and organic materials such as various organic polymers. Two or more types can be used in combination, including the case where an inorganic material and an organic material are used together, such as a substrate having an insulating layer formed on the surface by coating a polymer or the like. Examples of the organic polymer include polyester, polycarbonate, polyimide, polyamide, polyether sulfone, epoxy resin, polybenzoxazole, polybenzothiazole, polyparabanic acid, polysilsesquioxane, polyvinylphenol, and polyolefin. Moreover, these organic polymers may contain a filler, an additive, etc. as needed.

また、これら基板の表面には、例えば、親水性と疎水性のバランスを調整すること等によりその上に形成される層の特性を変化させるための表面処理が施されていてもよい。例えば、半導体層は、分子の配向の状態等によって特性が大きく変わるので、基板の表面処理によって、基板と半導体層との界面部分における分子配向が制御され、特性を改善することができる。そのような基板の表面処理手段としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、シクロヘキセン、オクタデシルトリクロロシラン等による疎水化処理、塩酸や硫酸、酢酸等による酸処理、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等によるアルカリ処理、オゾン処理、弗素化処理、酸素やアルゴン等のプラズマ処理、ラングミュア・ブロジェット膜の形成処理、その他の絶縁体や半導体等の薄膜の形成処理、コロナ放電等の電気的処理、機械的処理等が挙げられる。   Further, the surface of these substrates may be subjected to a surface treatment for changing the characteristics of the layer formed thereon, for example, by adjusting the balance between hydrophilicity and hydrophobicity. For example, the characteristics of the semiconductor layer vary greatly depending on the state of molecular orientation and the like. Therefore, the molecular orientation at the interface between the substrate and the semiconductor layer is controlled by the surface treatment of the substrate, and the characteristics can be improved. Examples of such substrate surface treatment means include hydrophobization treatment with hexamethyldisilazane, cyclohexene, octadecyltrichlorosilane, etc., acid treatment with hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, etc., sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide. , Alkaline treatment with ammonia, ozone treatment, fluorination treatment, plasma treatment with oxygen, argon, etc., formation treatment of Langmuir / Blodgett film, other thin film formation treatment such as insulators and semiconductors, corona discharge, etc. Processing, mechanical processing, and the like.

〈電極及び配線〉
電極としては、従来の無線半導体デバイスの基板のうち、特に電界効果トランジスタにおいて用いられていると同様の導電性材料を用いることができ、特に、電極の厚みは、1〜100nmであるのが好ましく、10〜50nmであるのが特に好ましい。
<Electrodes and wiring>
As an electrode, among the substrates of conventional wireless semiconductor devices, the same conductive material as that used particularly in a field effect transistor can be used. In particular, the thickness of the electrode is preferably 1 to 100 nm. 10 to 50 nm is particularly preferable.

即ち、電極や配線を構成する導電性材料としては、例えば、白金、金、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属の他、InO2、SnO2、ITO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、ポリジアセチレン等の導電性高分子、及びそれらに塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF6、AsF5、FeCl3等のルイス酸、沃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もの、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素等の半導体材料及びそれにドーパントを添加したもの、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料、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。 That is, as the conductive material constituting the electrodes and wiring, for example, metals such as platinum, gold, aluminum, chromium, nickel, copper, titanium, magnesium, calcium, barium, sodium, InO 2 , SnO 2 , ITO Conductive oxides such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polydiacetylene, etc., and acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, sulfonic acid, Lewis acids such as PF 6 , AsF 5 , FeCl 3, etc. Semiconductor materials such as silicon, germanium, gallium arsenide and the like, carbon materials such as fullerenes, carbon nanotubes and graphite , As well as carbon black, graphay Powder, composite material of the conductive dispersed metal fine particles and the like.

また、これらの電極や配線は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル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ことにより形成される。そのパターンニング法としては、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を組み合わせたフォトリソグラフィー法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法、及びこれらの手法を複数組み合わせた手法等が挙げられる。また、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して材料を除去したり、材料の導電性を変化させることにより、直接パターンを形成することも可能である。   In addition, these electrodes and wirings are formed by patterning a film formed by, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a printing method, a sol-gel method or the like into a desired shape as necessary. . As the patterning method, for example, a photolithographic method combining photoresist patterning and etching such as wet etching with an etchant or dry etching with reactive plasma, ink jet printing, screen printing, offset printing, letterpress printing, etc. Soft lithography techniques such as the printing method and micro contact printing method, and a combination of these techniques. It is also possible to directly form a pattern by irradiating an energy beam such as a laser or an electron beam to remove the material or changing the conductivity of the material.

〈配向膜〉
配向膜は、有機半導体層の片面又は両面に隣接して設けられている。本発明における配向膜は、導電性材料で形成された膜に配向処理したものであり、有機半導体層の液晶分子を秩序高く配向させる役割と有機半導体層にキャリアを容易に注入させる役割を有する。
<Alignment film>
The alignment film is provided adjacent to one side or both sides of the organic semiconductor layer. The alignment film in the present invention is obtained by aligning a film formed of a conductive material, and has a role of orderly aligning liquid crystal molecules of the organic semiconductor layer and a role of easily injecting carriers into the organic semiconductor layer.

上記導電性材料は、有機半導体層にキャリアが注入されるのを妨げない程度の導電率を有する有機又は無機の材料であって、この材料からなる膜に配向処理を施した場合に有機半導体層を構成する液晶分子を配向できるものであればよい。そのような導電性材料としては、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール又はヨウ素をドープしたポリフェニレンビニレン、ポリアセチレン、を挙げることができる。このような導電性材料から形成されている配向膜は、有機半導体層の液晶分子を配向させるだけでなく、有機半導体層にキャリアを容易に注入させることができる。   The conductive material is an organic or inorganic material having a conductivity that does not prevent carriers from being injected into the organic semiconductor layer, and the organic semiconductor layer is formed when an orientation treatment is performed on a film made of this material. Any liquid crystal molecule may be used as long as it can align the liquid crystal molecules that constitute the structure. Examples of such conductive materials include polyethylene dioxythiophene, polyaniline, polypyrrole, or polyphenylene vinylene doped with iodine, polyacetylene. The alignment film formed from such a conductive material not only aligns the liquid crystal molecules of the organic semiconductor layer but also allows carriers to be easily injected into the organic semiconductor layer.

この導電性材料には、導電性向上の目的でドーパントを含有させることが好ましく、そのようなドーパントとして、ポリスチレンスルホンネート(PSS)等の電子受与体材料を用いることができる。   This conductive material preferably contains a dopant for the purpose of improving conductivity, and an electron acceptor material such as polystyrene sulfonate (PSS) can be used as such a dopant.

配向膜は、このような導電性材料からなる膜に配向処理を施すことにより形成される。このような処理を施すことにより、隣接する有機半導体層のキャリア移動度を向上させることができるだけでなく、有機半導体層へキャリアを容易に注入させることができる。   The alignment film is formed by performing an alignment process on a film made of such a conductive material. By performing such treatment, not only the carrier mobility of the adjacent organic semiconductor layer can be improved, but also carriers can be easily injected into the organic semiconductor layer.

配向膜は、電極が形成された基板上に上記導電性材料で蒸着又は塗布で膜を形成し、その薄膜の上に配向処理を施すことにより形成される。なお、配向処理される前の簿膜を、必要に応じて焼成することもできる。   The alignment film is formed by forming a film on the substrate on which the electrode is formed by vapor deposition or coating with the conductive material, and performing an alignment process on the thin film. Note that the book film before the orientation treatment can be fired as necessary.

配向処理は、有機半導体層を構成する液晶分子が電極の面内方向に配向するように施すことが好ましく、そのような処理としてラビング処理が挙げられる。また、他の配向処理として、導電性材料で形成された膜へのエネルギー線照射を利用することができ、例えばイオン照射や紫外線照射を利用することができる。   The alignment treatment is preferably performed so that the liquid crystal molecules constituting the organic semiconductor layer are aligned in the in-plane direction of the electrode, and such treatment includes rubbing treatment. Further, as another alignment treatment, energy beam irradiation to a film formed of a conductive material can be used. For example, ion irradiation or ultraviolet irradiation can be used.

なお、配向膜を利用した配向手段以外の配向手段(例えば、スペーサーエッジ、温度勾配、メカニカルシアーや磁場等を利用した配向手段)を上記配向膜による配向手段と併用することもできる。   Note that alignment means other than the alignment means using the alignment film (for example, alignment means using spacer edges, temperature gradient, mechanical shear, magnetic field, etc.) can be used in combination with the alignment means using the alignment film.

配向膜は、有機半導体層の片面、両面に設けられていてもよいが、両面に設けられている場合にはより配向の効果が高いので好ましい。
配向膜の膜厚は、有機半導体層の液晶分子を配向できる程度であればよく、通常0.01〜2μmである。
The alignment film may be provided on one side or both sides of the organic semiconductor layer, but is preferably provided on both sides because the effect of alignment is higher.
The film thickness of the alignment film only needs to be such that the liquid crystal molecules of the organic semiconductor layer can be aligned, and is usually 0.01 to 2 μm.

〈有機半導体層〉
有機半導体層は、対向する2つの電極の間に位置し、一方の電極から供給されたキャリアを他方の電極に輸送する層である。
本発明における有機半導体層は、液晶相(スメクティックA相)から準安定結晶相に結晶化した前記一般式(I)で表される化合物を含む有機半導体材料から形成される層である。
<Organic semiconductor layer>
The organic semiconductor layer is a layer that is located between two opposing electrodes and transports carriers supplied from one electrode to the other electrode.
The organic semiconductor layer in the present invention is a layer formed from an organic semiconductor material containing a compound represented by the general formula (I) crystallized from a liquid crystal phase (smectic A phase) to a metastable crystal phase.

本発明の有機半導体素子において、有機半導体層の厚さは通常0.01〜1000μm、好ましくは0.1〜500μm、特に好ましくは1〜100μmである。有機半導体層の厚さが上記範囲より薄いと製造の面で難しく、厚いとキャリア移導度が低下する。   In the organic semiconductor element of the present invention, the thickness of the organic semiconductor layer is usually 0.01 to 1000 μm, preferably 0.1 to 500 μm, and particularly preferably 1 to 100 μm. If the thickness of the organic semiconductor layer is thinner than the above range, it is difficult in terms of production, and if it is thick, the carrier conductivity is lowered.

〈保護層〉
保護層としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール等のポリマー膜、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素等の無機酸化膜や窒化膜等が挙げられる。ポリマー膜は、溶液を塗布し乾燥する方法、モノマーを塗布或いは蒸着して重合する方法等により形成され、更に架橋処理や多層膜を形成することも可能である。無機物の膜の形成には、スパッタ法、蒸着法等の真空プロセスでの形成方法や、ゾルゲル法に代表される溶液プロセスでの形成方法も用いることができる。
<Protective layer>
Examples of the protective layer include polymer films such as epoxy resin, acrylic resin, polyurethane, polyimide, and polyvinyl alcohol, inorganic oxide films such as silicon oxide, aluminum oxide, and silicon nitride, and nitride films. The polymer film is formed by a method in which a solution is applied and dried, a method in which a monomer is applied or vapor-deposited and polymerized, and a crosslinking treatment or a multilayer film can also be formed. For the formation of the inorganic film, a formation method using a vacuum process such as a sputtering method or a vapor deposition method, or a formation method using a solution process typified by a sol-gel method can be used.

〈有機半導体素子の製造方法〉
本発明の有機半導体素子の製造方法を一例として示す。
以下の工程により、スメクティック液晶相を経由して準安定結晶相となった有機半導体材料からなる有機半導体素子を製造できる。
<Method for manufacturing organic semiconductor element>
The manufacturing method of the organic-semiconductor element of this invention is shown as an example.
Through the following steps, an organic semiconductor element made of an organic semiconductor material that has become a metastable crystal phase via a smectic liquid crystal phase can be produced.

まず、基板に電極を形成する工程と、基板の電極が形成された面に導電性高分子材料を塗布する工程と、導電性高分子材料からなる膜をラビング処理する工程と、このようにして得られた基板を、電極と配向膜とが形成された画を対向させて注入孔を除いて貼り合わせる工程を経ることによりセルを作製する。   First, a step of forming an electrode on the substrate, a step of applying a conductive polymer material to the surface of the substrate on which the electrode is formed, a step of rubbing a film made of the conductive polymer material, and thus The obtained substrate is subjected to a process of bonding the image on which the electrode and the alignment film are formed to face each other, excluding the injection hole, thereby producing a cell.

次に、このセルの注入孔から等方相を呈する液晶性有機半導体材料を注入し、この材料を、スメクティック液晶相を経由して所望の相を呈するまで冷却することにより有機半導体層を形成して、有機半導体素子が製造される。   Next, a liquid crystalline organic semiconductor material exhibiting an isotropic phase is injected from the injection hole of this cell, and this material is cooled to exhibit a desired phase via a smectic liquid crystal phase to form an organic semiconductor layer. Thus, an organic semiconductor element is manufactured.

有機半導体層の形成は、液晶性有機半導体材料を、等方相を呈する温度まで加熱してセルに注入した後、スメクティック液晶相を経由して結晶相を呈する温度まで冷却することにより行う。   The organic semiconductor layer is formed by heating a liquid crystalline organic semiconductor material to a temperature exhibiting an isotropic phase and injecting it into the cell, and then cooling to a temperature exhibiting a crystalline phase via a smectic liquid crystal phase.

セルに注入された液晶性有機半導体材料の冷却速度は、0.1〜200℃/分であり、準安定結晶を形成しやすく、より配向秩序の高い有機半導体層を形成する観点から、50〜200℃/分であることが好ましく、より好ましくは100〜200℃/分である。   The cooling rate of the liquid crystalline organic semiconductor material injected into the cell is 0.1 to 200 ° C./min. From the viewpoint of forming a metastable crystal and forming an organic semiconductor layer with higher orientation order, It is preferable that it is 200 degreeC / min, More preferably, it is 100-200 degreeC / min.

本発明の有機半導体素子は、配向膜の作用により有機半導体層にキャリアが容易に注入されるので、有機半導体素子に電流が流れ始める電圧が低く、実用的な電流駆動特性を有し、また、有機半導体層中の液晶分子の配向秩序が高いので、高いキャリア移動度を有する。さらに、本発明の有機半導体素子は、有機半導体層にキャリアを容易に注入することができるので、キャリア移動に充分な量のキャリアを有機半導体層に容易に供給することができ、低電圧で大電流を制御できる。   In the organic semiconductor element of the present invention, carriers are easily injected into the organic semiconductor layer by the action of the alignment film, so that the voltage at which current starts to flow through the organic semiconductor element is low, and has practical current driving characteristics. Since the alignment order of liquid crystal molecules in the organic semiconductor layer is high, it has high carrier mobility. Furthermore, since the organic semiconductor element of the present invention can easily inject carriers into the organic semiconductor layer, a sufficient amount of carriers for carrier movement can be easily supplied to the organic semiconductor layer, and a large voltage can be obtained at a low voltage. The current can be controlled.

ここで有機半導体素子に電流が流れ始める電圧が低いとは、電極間に電圧を印加して行う電流−電圧特性の評価において、電流が通電を始める電圧が通常20V以下、好ましくは10V以下、特に好ましくは7V以下であることを言う。   Here, the voltage at which current starts to flow through the organic semiconductor element is low. In the evaluation of current-voltage characteristics performed by applying a voltage between the electrodes, the voltage at which the current starts to flow is usually 20 V or less, preferably 10 V or less, particularly Preferably it says that it is 7V or less.

また、キャリア移動度が高いとは、Time of Flight法によって評価したキャリア移動度(電極の面内方向)が、101〜10−2cm2/V・s、好ましくは100〜10−2cm2/V・s、中でも100〜5×10−2、特に好ましくは100〜10−1cm2/V・sであることを言う。 The carrier mobility is high when the carrier mobility (in-plane direction of the electrode) evaluated by the Time of Flight method is 10 1 to 10 −2 cm 2 / V · s, preferably 10 0 to 10 −2. cm 2 / V · s, particularly 10 0 to 5 × 10 −2 , particularly preferably 10 0 to 10 −1 cm 2 / V · s.

このような本発明の有機半導体素子は、例えば電界効果トランジスタ、静電誘導トランジスタ、ダイオードとして利用できる。   Such an organic semiconductor element of the present invention can be used as, for example, a field effect transistor, a static induction transistor, or a diode.

以下に合成例及び実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to synthesis examples and examples. However, the present invention is not limited to the following examples as long as the gist thereof is not exceeded.

[合成例]
合成例1:化合物(A−2)の合成
4,7−ジブロモ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(294mg、1.0mmol)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(0)(46mg、0.04mmol)、ベンゼン(32mL)、及び2M炭酸ナトリウム水溶液(16mL)の混合物に、4−デシルオキシフェニルボロン酸(834mg、3.0mmol)の脱気したエタノール溶液(8mL)をアルゴン気流下、室温で加え、24時間還流した。反応混合物を水に注ぎ、クロロホルムで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後溶媒を減圧下に留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、前記例示化合物(A−2)(414mg、収率69%)を得た。
黄色針状晶
EI-MS m/z 600(M+)
元素分析 計算値C:75.92, H:8.69, N:4.64
測定値C:75.95, H:8.72, N:4.66
[Synthesis example]
Synthesis Example 1: Synthesis of compound (A-2) 4,7-dibromo-2,1,3-benzothiadiazole (294 mg, 1.0 mmol), tetrakistriphenylphosphine palladium (0) (46 mg, 0.04 mmol), To a mixture of benzene (32 mL) and 2M aqueous sodium carbonate solution (16 mL) was added a degassed ethanol solution (8 mL) of 4-decyloxyphenylboronic acid (834 mg, 3.0 mmol) at room temperature under a stream of argon. Reflux for hours. The reaction mixture was poured into water and extracted with chloroform. The organic layer was washed with saturated brine, dried over magnesium sulfate, and the solvent was evaporated under reduced pressure. The residue was subjected to silica gel column chromatography to obtain the exemplified compound (A-2) (414 mg, yield 69%).
Yellow needles
EI-MS m / z 600 (M + )
Elemental analysis calculated C: 75.92, H: 8.69, N: 4.64
Measurement C: 75.95, H: 8.72, N: 4.66

合成例2:化合物(A−3)の合成
化合物(A−2)の合成法において、4−デシルオキシフェニルボロン酸を4−ドデシルオキシフェニルボロン酸に変更したこと以外は同様にして、前記例示化合物(A−3)を収率87%で得た。
黄色針状晶
IR(KBr,cm-1):2919,2851,2360,1606,1516,1473,1252,1182,1022
H-NMR(CDCL3):0.89(t,6H,J=6.3Hz),1.28-1.49(m,36H),1.78-1.88(m,4H),4.05(t,6H,J=6.6Hz),7.06(d,4H,J=8.6Hz),7.72(s,2H),7.91(d,4H,J=8.6Hz)
Synthesis Example 2: Synthesis of Compound (A-3) In the same manner as in the synthesis method of Compound (A-2), except that 4-decyloxyphenylboronic acid was changed to 4-dodecyloxyphenylboronic acid, Compound (A-3) was obtained with a yield of 87%.
Yellow needles
IR (KBr, cm -1 ): 2919,2851,2360,1606,1516,1473,1252,1182,1022
H-NMR (CDCL 3 ): 0.89 (t, 6H, J = 6.3Hz), 1.28-1.49 (m, 36H), 1.78-1.88 (m, 4H), 4.05 (t, 6H, J = 6.6Hz), 7.06 (d, 4H, J = 8.6Hz), 7.72 (s, 2H), 7.91 (d, 4H, J = 8.6Hz)

合成例3:化合物(A−4)の合成
化合物(A−2)の合成法において、4−デシルオキシフェニルボロン酸を4−テトラデシルオキシフェニルボロン酸に変更したこと以外は同様にして、前記例示化合物(A−4)を収率92%で得た。
黄色針状晶
IR(KBr,cm-1):2918,2851,1605,1515,1474,1252,1182,1012
H-NMR(CDCL3):0.88(t,6H,J=6.5Hz),1.27-1.51(m,44H),1.78-1.88(m,4H),4.05(t,6H,J=6.6Hz),7.07(d,4H,J=8.8Hz),7.72(s,2H),7.91(d,4H,J=8.6Hz)
Synthesis Example 3: Synthesis of Compound (A-4) In the synthesis method of Compound (A-2), except that 4-decyloxyphenylboronic acid was changed to 4-tetradecyloxyphenylboronic acid, The exemplary compound (A-4) was obtained with a yield of 92%.
Yellow needles
IR (KBr, cm -1 ): 2918,2851,1605,1515,1474,1252,1182,1012
H-NMR (CDCL 3 ): 0.88 (t, 6H, J = 6.5Hz), 1.27-1.51 (m, 44H), 1.78-1.88 (m, 4H), 4.05 (t, 6H, J = 6.6Hz), 7.07 (d, 4H, J = 8.8Hz), 7.72 (s, 2H), 7.91 (d, 4H, J = 8.6Hz)

合成例4:化合物(A−5)の合成
化合物(A−2)の合成法において、4−デシルオキシフェニルボロン酸を4−ペンタデシルオキシフェニルボロン酸に変更したこと以外は同様にして、前記例示化合物(A−5)を収率91%で得た。
黄色針状晶
IR(KBr,cm-1):2918,2850,1606,1474,1252
H-NMR(CDCL3):0.88(t,6H,J=6.6Hz),1.27-1.51(m,48H),1.78-1.86(m,4H),4.05(t,6H,J=6.6Hz),7.07(d,4H,J=8.8Hz),7.71(s,2H),7.91(d,4H,J=8.8Hz)
Synthesis Example 4: Synthesis of Compound (A-5) In the synthesis method of Compound (A-2), except that 4-decyloxyphenylboronic acid was changed to 4-pentadecyloxyphenylboronic acid, The exemplary compound (A-5) was obtained with a yield of 91%.
Yellow needles
IR (KBr, cm -1 ): 2918,2850,1606,1474,1252
H-NMR (CDCL 3 ): 0.88 (t, 6H, J = 6.6Hz), 1.27-1.51 (m, 48H), 1.78-1.86 (m, 4H), 4.05 (t, 6H, J = 6.6Hz), 7.07 (d, 4H, J = 8.8Hz), 7.71 (s, 2H), 7.91 (d, 4H, J = 8.8Hz)

合成例5:化合物(A−6)の合成
化合物(A−2)の合成法において、4−デシルオキシフェニルボロン酸を4−ヘキサデシルオキシフェニルボロン酸に変更したこと以外は同様にして、前記例示化合物(A−6)を収率61%で得た。
黄色針状晶
IR(KBr,cm-1):2918,2850,1606,1474,1252
H-NMR(CDCL3):0.88(t,6H,J=6.6Hz),1.26-1.52(m,52H),1.59-1.86(m,4H),4.05(t,6H,J=6.6Hz),7.07(d,4H,J=8.9Hz),7.72(s,2H),7.91(d,4H,J=8.9Hz)
Synthesis Example 5: Synthesis of Compound (A-6) In the synthesis method of Compound (A-2), except that 4-decyloxyphenylboronic acid was changed to 4-hexadecyloxyphenylboronic acid, The exemplary compound (A-6) was obtained with a yield of 61%.
Yellow needles
IR (KBr, cm -1 ): 2918,2850,1606,1474,1252
H-NMR (CDCL 3 ): 0.88 (t, 6H, J = 6.6Hz), 1.26-1.52 (m, 52H), 1.59-1.86 (m, 4H), 4.05 (t, 6H, J = 6.6Hz), 7.07 (d, 4H, J = 8.9Hz), 7.72 (s, 2H), 7.91 (d, 4H, J = 8.9Hz)

[実施例]
実施例1〜5
下記一般式において、Rが下記表1に示す基である表1に示す化合物について、下記の測定方法により、キャリア移動度を測定し、結果を表1に示した。また、相転移挙動をDSCにより測定し、結果を図2〜6に示した。
[Example]
Examples 1-5
Regarding the compounds shown in Table 1 in which R is a group shown in Table 1 below, the carrier mobility was measured by the following measuring method, and the results are shown in Table 1. Moreover, the phase transition behavior was measured by DSC, and the results are shown in FIGS.

Figure 2007123717
Figure 2007123717

[キャリア移動度測定方法]
使用機器:デジタルストレージスコープ、窒素レーザー(励起光源)
測定条件:減圧下、もしくは常圧下、温度は室温から200℃の範囲
測定用試料作成方法:ITO基板で作成したサンドイッチ型のセルに各化合物を溶融注
入することにより、測定用試料を作成した。
測定方法(Time of flight):測定用試料のITO電極に電圧を印加し、窒素レーザ
ーを照射、その際に得られる過渡光電流波形を解析す
ることによりキャリアの走行時間を求め、移動度を決
定した。
[Method for measuring carrier mobility]
Equipment used: Digital storage scope, nitrogen laser (excitation light source)
Measurement conditions: Under reduced pressure or normal pressure, temperature ranges from room temperature to 200 ° C. Sample preparation method for measurement: Each compound is melted and poured into a sandwich-type cell made of an ITO substrate.
The sample for measurement was created by putting in.
Measurement method (Time of flight): A voltage is applied to the ITO electrode of the measurement sample, and a nitrogen laser is applied.
And analyze the transient photocurrent waveform obtained at that time.
To determine the carrier travel time and determine the mobility.
Set.

[DSC測定条件]
装置機種:METTLER TOLEDO社製「DSC 822e」
試料量:1mg〜2mg
試料容器(材質):アルミニウム(Al)
ガスフロー条件:窒素(N2),40ml/min
温度プログラム
Heating speed:5℃/min. (上限温度:転移温度(SmA→Iso)+(40〜50℃))
Cooling speed:5℃/min(slow) (下限温度:25℃)
100℃/min(rapid) (下限温度:25℃(ただし、化合物(A−2)
のみ−30℃))
keep 2 min(下限温度にて等温保持)
温度校正条件:下記高純度金属の融解温度を実測し、その値を下記値に校正する直線近
似式を導いた。
Indium Pills 99.999%
Lit mp.(=融解温度)156.6℃
Temperature range 110℃-180℃,10℃/min.
Zinc Pills 99.998%
Lit mp.419.6℃
Temperature range 370℃-450℃,10℃/min.
(読み取り温度は全てピークトップ温度)
[DSC measurement conditions]
Device model: “DSC 822e” manufactured by METTLER TOLEDO
Sample amount: 1 mg to 2 mg
Sample container (material): Aluminum (Al)
Gas flow conditions: Nitrogen (N 2 ), 40 ml / min
Temperature program
Heating speed: 5 ° C / min. (Upper limit temperature: Transition temperature (SmA → Iso) + (40-50 ° C))
Cooling speed: 5 ℃ / min (slow) (minimum temperature: 25 ℃)
100 ° C / min (rapid) (minimum temperature: 25 ° C (however, compound (A-2)
Only -30 ℃))
keep 2 min (maintain isothermal at lower temperature limit)
Temperature calibration conditions: Measure the melting temperature of the following high-purity metals and calibrate the value to the following value.
A similar formula was derived.
Indium Pills 99.999%
Lit mp. (= Melting temperature) 156.6 ℃
Temperature range 110 ° C-180 ° C, 10 ° C / min.
Zinc Pills 99.998%
Lit mp.419.6 ℃
Temperature range 370 ℃ -450 ℃, 10 ℃ / min.
(All reading temperatures are peak top temperatures)

Figure 2007123717
Figure 2007123717

表1より、本発明の有機半導体材料はキャリア移動度が高いことが分かる。
また、図2〜6より、本発明の有機半導体材料は、等方晶の状態から急速冷却を行うことにより準安定結晶が安定に得られること;中でも化合物(A−4),(A−5),(A−6)においては徐冷条件においても安定に準安定結晶が得られること;また得られた準安定結晶は室温において安定に存在すること;が分かる。
Table 1 shows that the organic semiconductor material of the present invention has high carrier mobility.
2 to 6, the organic semiconductor material of the present invention can stably obtain a metastable crystal by rapid cooling from an isotropic crystal state; in particular, compounds (A-4) and (A-5) ) And (A-6), it can be seen that metastable crystals can be obtained stably even under slow cooling conditions; and that the obtained metastable crystals exist stably at room temperature.

本発明の有機半導体素子の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows embodiment of the organic-semiconductor element of this invention. 実施例1の化合物(A−2)の相転移挙動を示す模式図である。2 is a schematic diagram showing a phase transition behavior of the compound (A-2) of Example 1. FIG. 実施例2の化合物(A−3)の相転移挙動を示す模式図である。3 is a schematic diagram showing a phase transition behavior of the compound (A-3) of Example 2. FIG. 実施例3の化合物(A−4)の相転移挙動を示す模式図である。4 is a schematic diagram showing a phase transition behavior of the compound (A-4) of Example 3. FIG. 実施例4の化合物(A−5)の相転移挙動を示す模式図である。4 is a schematic diagram showing a phase transition behavior of the compound (A-5) of Example 4. FIG. 実施例5の化合物(A−6)の相転移挙動を示す模式図である。6 is a schematic diagram showing a phase transition behavior of the compound (A-6) of Example 5. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 有機半導体素子
2 基板
3 電極
4 配向膜
5 有機半導体層
1 Organic Semiconductor Element 2 Substrate 3 Electrode 4 Alignment Film 5 Organic Semiconductor Layer

Claims (4)

下記一般式(I)で表される化合物を構成成分の少なくとも一部として含有することを特徴とする有機半導体材料。
Figure 2007123717
〔(一般式(I)において、Ar1は、下記一般式(II)で表される2価の複素環基を表し、Ar2及びAr3は、各々独立に、置換基を有していてもよい2価の芳香環基を表す。R1及びR2は、各々独立に、炭素数1〜30の有機基を表し、添字m,nは、各々独立に、1〜5の整数を表す。m及び/又はnが2以上の場合、2以上の各Ar2及び/又はAr3は互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。)
Figure 2007123717
(一般式(II)において、環ZはAr2及びAr3と結合する2価の基であり、環Aは、環Zと炭素原子を2個共有して縮合した環を表す。環A及び環Zは各々置換基を有していてもよい。)〕
An organic semiconductor material comprising a compound represented by the following general formula (I) as at least a part of a constituent component.
Figure 2007123717
[In the general formula (I), Ar 1 represents a divalent heterocyclic group represented by the following general formula (II), and Ar 2 and Ar 3 each independently have a substituent. R 1 and R 2 each independently represents an organic group having 1 to 30 carbon atoms, and the subscripts m and n each independently represent an integer of 1 to 5. When m and / or n is 2 or more, two or more of Ar 2 and / or Ar 3 may be the same as or different from each other.
Figure 2007123717
(In the general formula (II), ring Z is a divalent group bonded to Ar 2 and Ar 3, and ring A represents a ring condensed by sharing two carbon atoms with ring Z. Ring A and Each ring Z may have a substituent.
一般式(II)において、環Zは置換基を有していてもよい6員環を表し、環Aは置換基を有していてもよい5員環を表すことを特徴とする請求項1に記載の有機半導体材料。   In the general formula (II), the ring Z represents a 6-membered ring which may have a substituent, and the ring A represents a 5-membered ring which may have a substituent. The organic semiconductor material described in 1. 一般式(II)が下記一般式(IIa)及び(IIb)のいずれかで表されることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機半導体材料。
Figure 2007123717
〔一般式(IIa)において、環Zは一般式(II)における環Zと同義の環よりなる2価の基であり、Yは16族元素を表す。〕
Figure 2007123717
〔一般式(IIb)において、環Zは一般式(II)における環Zと同義の環よりなる2価の基であり、XはN又はSを表す。〕
The organic semiconductor material according to claim 1 or 2, wherein the general formula (II) is represented by any one of the following general formulas (IIa) and (IIb).
Figure 2007123717
[In general formula (IIa), ring Z is a divalent group consisting of a ring having the same meaning as ring Z in general formula (II), and Y represents a group 16 element. ]
Figure 2007123717
[In general formula (IIb), ring Z is a divalent group consisting of a ring having the same meaning as ring Z in general formula (II), and X represents N or S. ]
所定の間隔をあけて対向配置された第1の基板及び第2の基板と、該第1の基板と第2の基板との間に形成された有機半導体層とを備える有機半導体素子において、該有機半導体層が請求項1ないし3のいずれか1項に記載の有機半導体材料を含むことを特徴とする有機半導体素子。   In an organic semiconductor element comprising: a first substrate and a second substrate arranged to face each other at a predetermined interval; and an organic semiconductor layer formed between the first substrate and the second substrate, An organic semiconductor element, wherein the organic semiconductor layer contains the organic semiconductor material according to claim 1.
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