JP6100924B2 - 導電膜形成用組成物、導電膜、有機薄膜トランジスタ、電子ペーパー、ディスプレイデバイス、配線板 - Google Patents
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Description
ここで、基板や絶縁膜などに電極や配線などの導電膜を形成する方法としては、導電性粒子(例えば、銀粒子)の分散体を塗布し、焼結することによって導電膜を形成する方法が知られている。上記方法は、従来の高熱・真空プロセス(スパッタ)やめっき処理による形成方法に比べて、簡便・省エネルギー・省資源であることから次世代エレクトロニクス開発において大きな期待を集めている。
また、特許文献2においては、銅粉末と、熱硬化性樹脂と、ジメチルアルキルラウリルベタインなどの添加剤とを含む導電性ペーストが記載されている。
このようななか、本発明者らは特許文献1および2を参考にして、それらに記載の組成物を用いて電極を形成し、有機薄膜トランジスタを作製し、移動度、および、電極間の絶縁信頼性を評価した。得られた有機薄膜トランジスタは、上記特性(移動度および絶縁信頼性)を昨今求められるレベルでは満たしておらず、さらなる改良が必要であることを知見した。
後述する一般式(I)で表される化合物、後述する一般式(II)で表される化合物、および、後述する一般式(III)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1つの添加剤(B)と、を含有する、導電膜形成用組成物。
(2) 添加剤(B)が、後述する一般式(III)で表される化合物であり、Yが−SO3Hである、(1)に記載の導電膜形成用組成物。
(3) 添加剤(B)が、後述する一般式(I)で表される化合物であり、C+が後述する一般式(A)〜(B)からなる群より選択されるカチオンを表す、(1)に記載の導電膜形成用組成物。
(4) 添加剤(B)が、後述する一般式(II)で表される化合物である、(1)に記載の導電膜形成用組成物。
(5) 導電性粒子(A)が、Ag、Cu、Al、NiおよびTaからなる群より選択される金属の粒子である、(1)〜(4)のいずれかに記載の導電膜形成用組成物。
(6) 添加剤(B)の含有量が、導電膜形成用組成物全質量に対して、1.5〜7.0質量%である、(1)〜(5)のいずれかに記載の導電膜形成用組成物。
(7) (1)〜(6)のいずれかに記載の導電膜形成用組成物を用いて形成された導電膜。
(8) (1)〜(6)のいずれかに記載の導電膜形成用組成物を用いて形成された電極を備える、有機薄膜トランジスタ。
(9) (8)に記載の有機薄膜トランジスタを使用した、電子ペーパー。
(10) (8)に記載の有機薄膜トランジスタを使用した、ディスプレイデバイス。
(11) (1)〜(6)のいずれかに記載の導電膜形成用組成物を用いて形成された配線を備える、配線板。
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本発明の導電膜形成用組成物(以下、本発明の組成物とも言う)は、導電性粒子(A)と、添加剤(B)とを含有する。
本発明の組成物はこのような構成をとるため、所望の効果が得られるものと考えられる。
有機薄膜トランジスタの電極に電圧を印加すると、電界の作用により電極中の金属などの導電性物質がイオン化し、有機半導体層の中をイオンが移動(マイグレーション)することがある。このようなマイグレーションが生じると、ソース/ドレイン電極間の絶縁性が低下してしまう。すなわち、絶縁信頼性が低下する。
本発明の組成物を用いて電極(導電膜)を形成した場合、電極中には、金属などの導電性物質と、特定のカチオンおよびアニオンを含む添加剤(B)とが含有される(なお、一般式(III)で表される化合物においては、プロトン受け渡しにより、カチオンとアニオンが生じる)。そのため、上述のように電極中の金属などの導電性物質がイオン化したとしても、電極中の添加剤(B)がこれをトラップし、イオンマイグレーションが防止される。すなわち、添加剤(B)は優れたマイグレーション抑制剤(マイグレーション防止剤)として働く。結果として、本発明の組成物を用いて形成された電極を有する有機薄膜トランジスタは優れた絶縁信頼性を示すものと考えられる。なお、この作用は、特に、添加剤(B)の有する特定のアニオンおよびカチオンが金属などの導電性物質のイオンと極めて高い親和性を有することに起因することが考えられる。
また、添加剤(B)は電極中での安定性が高いため、隣接する有機半導体層などに遊離し難い。結果として、有機薄膜トランジスタの移動度への悪影響がほとんどなく、高い移動度を示すものと考えられる。なお、この作用は、特に、添加剤(B)がイオンをトラップした状態であっても、添加剤(B)の有する特定のカチオンやアニオンが遊離しにくい性質を有することに起因することが考えられる。
さらに、添加剤(B)は熱安定性に優れ、有機薄膜トランジスタの作製時の高温プロセスなどに対する耐性も有する。
以下、本発明の組成物に含有される各成分について詳述する。
本発明の組成物に含有される導電性粒子(A)は、粒子状の導電性物質であれば特に制限されないが、例えば、金属粒子であることが好ましい。
粒子状とは小さい粒状を指し、その具体例としては、球状、楕円体状などが挙げられる。完全な球や楕円体である必要は無く、一部が歪んでいてもよい。
上記導電性粒子(A)が銀ナノ粒子である場合、その調製方法は特に制限されないが、例えば、硝酸銀などの銀塩の水溶液に分散剤存在下、N,N−ジエチルヒドロキシルアミンなどの還元剤の水溶液を滴下し、銀塩を還元剤で還元することにより調製することができる。
なお、本発明における平均粒子径は、平均一次粒径のことを指す。平均粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により、少なくとも50個以上の導電性粒子の粒子径(直径)を測定し、それらを算術平均して求める。なお、観察図中、導電性粒子の形状が真円状でない場合、長径を直径として測定する。
本発明の組成物は、後述する一般式(I)で表される化合物、後述する一般式(II)で表される化合物、および、後述する一般式(III)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1つの添加剤(B)を含有する。上述したように、添加剤(B)は金属のイオンマイグレーションを抑制する。
以下、各化合物について詳述する。
一般式(I) C+−L−SO3 −
上記一般式(I)中、C+は、下記一般式(A)〜(D)からなる群より選択されるカチオンを表す。なかでも、本発明の効果がより優れる点で、一般式(A)〜(C)からなる群より選択されるカチオンであることが好ましく、得られる有機薄膜トランジスタがより優れた絶縁信頼性を示す理由から、一般式(A)または一般式(B)で表されるカチオンであることがより好ましい。
上記脂肪族炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよい。上記脂肪族炭化水素基の炭素数は1〜5であり、本発明の効果がより優れる点で、1〜3がより好ましい。上記脂肪族炭化水素基の具体例としては、アルキル基、アルケニル基およびアルキニル基などが挙げられる。脂肪族炭化水素基は、本発明の効果を損なわない範囲で、置換基を有していてもよく、上記置換基としては、例えば、後述する置換基Q(ただし、脂肪族炭化水素基は除く)が挙げられる。
上記芳香族炭化水素基の炭素数は特に制限されないが、6〜18であることが好ましい。上記芳香族炭化水素基の具体例としては、アリール基(フェニル基、トリル基、キシリル基など)、ナフチル基などが挙げられる。芳香族炭化水素基は、本発明の効果を損なわない範囲で、置換基を有していてもよく、上記置換基としては、例えば、後述する置換基Qが挙げられる。
*は、後述するLとの結合位置を示す。
上記2価の連結基は特に制限されないが、例えば、−CO−、−NH−、−NR−(R:置換基(例えば、後述する置換基Q))、−O−、−S−、またはこれらを組み合わせた基などが挙げられる。
炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基の具体例および好適な態様は、上述した上記R1〜R3で表される炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基と同じである。
上記R19〜R24およびRB1〜RB4は、それぞれ独立に、水素原子、または、炭化水素基を表す。
上記炭化水素基の種類は特に制限されないが、例えば、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、またはこれらを組み合わせた基などが挙げられる。
上記脂肪族炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよい。上記脂肪族炭化水素基の炭素数は特に制限されないが、1〜12であることが好ましい。上記脂肪族炭化水素基の具体例としては、アルキル基、アルケニル基およびアルキニル基などが挙げられる。
上記芳香族炭化水素基の炭素数は特に制限されないが、6〜18であることが好ましい。上記芳香族炭化水素基の具体例としては、アリール基(フェニル基、トリル基、キシリル基など)、ナフチル基などが挙げられる。
R19およびR20は、互いに結合して環構造を形成してもよい。
なお、R4で表される炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基、および、R19〜R24およびRB1〜RB4で表される炭化水素基は、置換基を有していてもよく、上記置換基としては、例えば、後述する置換基Qが挙げられる。
上記R25およびR26は、それぞれ独立に、水素原子、または、炭化水素基を表し、互いに結合して環構造を形成してもよい。上記炭化水素基の具体例および好適な態様は、上述したR19〜R24およびRB1〜RB4で表される炭化水素基と同じである。
なお、R5で表される炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基、並びに、R25およびR26で表される炭化水素基は、置換基を有していてもよく、上記置換基としては、例えば、後述する置換基Qなどが挙げられる。
上記R27〜R32は、それぞれ独立に、水素原子、または、炭化水素基を表す。上記炭化水素基の具体例および好適な態様は、上述したR19〜R24およびRB1〜RB4で表される炭化水素基と同じである。R27およびR28は、互いに結合して環構造を形成してもよい。
なお、R6で表される炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基、並びに、R27〜R32で表される炭化水素基は、置換基を有していてもよく、上記置換基としては、例えば、後述する置換基Qなどが挙げられる。
また、一般式(B)中のR4、R5およびR6の全てが同時に上記−NR19R20、上記−NR25R26または上記−NR27R28であることはない。すなわち、例えば、R4が上記−NR19R20であり、同時にR5が上記−NR25R26であり、同時にR6が上記−NR27R28であることはない。
*は、Lとの結合位置を示す。
R5が環構造を形成する場合、環構造中のR5に由来する2価の基は、下記一般式(a)〜(e)、(g)および(h)からなる群より選択される2価の基であることが好ましい。
R6が環構造を形成する場合、環構造中のR6に由来する2価の基は、下記一般式(a)〜(h)からなる群より選択される2価の基であることが好ましい。
一般式(a)〜(h)中、アスタリスク(星印)は結合位置を表し、2つのアスタリスクのうち一方のアスタリスクは一般式(B)における各基の結合位置を表し、他方のアスタリスクは環構造を形成するために互いに結合する際の結合位置を表す。例えば、一般式(B)中のR4とR6とが互いに結合して環構造を形成し、環構造中のR4に由来する2価の基が一般式(a)で表される基であり、環構造中のR6に由来する2価の基が一般式(b)で表される基である場合、一般式(a)中の一方のアスタリスクは一般式(B)中のN+との結合位置を表し、一般式(b)中の一方のアスタリスクは一般式(B)中の炭素原子(R5とR6とが結合する炭素原子)との結合位置を表し、一般式(a)中の他方のアスタリスクと一般式(b)中の他方のアスタリスクとが結合する。
R7〜R9は、それぞれ互いに結合して環構造を形成してもよい。すなわち、R7〜R9からなる群より選択される2以上の基は互いに結合して環構造を形成してもよい。
*は、Lとの結合位置を示す。
R10およびR11は、それぞれ互いに結合して環構造を形成してもよい。
*は、Lとの結合位置を示す。
アルキル基は、直鎖状または分岐状であってもよい。アルキル基に含まれる炭素数の数は1〜5であるが、本発明の効果がより優れる点で、1〜3が好ましい。
アルケニル基は、直鎖状または分岐状であってもよい。アルケニル基に含まれる炭素数の数は1〜5であるが、本発明の効果がより優れる点で、1〜3が好ましい。
アルキル基の炭素数は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、1〜5が好ましく、1〜3がより好ましい。
A1は、炭素数1〜3のアルキレン基またはヒドロキシアルキレン基を表す。ヒドロキシアルキレン基は、ヒドロキシ基(−OH基)を有するアルキレン基を意図する。
アルキレン基およびヒドロキシアルキレン基中に含まれる炭素数は1〜3であり、1〜2が好ましい。A1としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピレン基が挙げられる。
一般式(III) X−L−Y
一般式(III)中、Xは塩基性基を表す。塩基性基の種類は特に制限されないが、例えば、(a)アミノ基(−NH2)、(b)置換アミノ基、(c)置換基を有していてもよいアミジノ基、(d)置換基を有していてもよいグアニジノ基、(e)置換基を有していてもよいヒドラジノ基、(f)置換基を有していてもよい含窒素複素環基などが挙げられる。
置換アミノ基としては、以下一般式(X)で表される基が好ましい。
脂肪族炭化水素基中の炭素数は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、1〜5が好ましく、1〜3がより好ましい。脂肪族炭化水素中にはヘテロ原子(例えば、酸素原子、硫黄原子、窒素原子など)が含まれていてもよい。
Rx1およびRx2は互いに結合して環を形成していてもよい。例えば、Rx1とRx2とが結合して、酸素原子を有していてもよいアルケニル基が形成されてもよい。
なお、置換基としては、後述する置換基Qが挙げられる。また、これら任意の置換基は置換可能な任意の位置に、1〜3個置換していてもよい。置換基の数が2以上の場合、それぞれの置換基は同一または異なっていてもよい。
なお、置換基としては、後述する置換基Qが挙げられる。また、これら任意の置換基は置換可能な任意の位置に、1〜3個置換していてもよい。置換基の数が2以上の場合、それぞれの置換基は同一または異なっていてもよい。
上記含窒素複素環には、窒素原子以外の他のヘテロ原子(例えば、酸素原子、硫黄原子)が含まれていてもよい。
なお、置換基としては、後述する置換基Qが挙げられる。また、これら任意の置換基は置換可能な任意の位置に、1〜3個置換していてもよい。置換基の数が2以上の場合、それぞれの置換基は同一または異なっていてもよい。
また、含窒素複素環基と後述するLとの結合位置は特に制限されないが、含窒素複素環中の任意の一つの水素原子を除いた部分に結合する場合が多い。
Yは、−SO3Hまたは−P=O(OH)OR基を表し、本発明の効果がより優れる点で、−SO3Hが好ましい。Rは、水素原子または炭素数1〜5のアルキル基を表す。
本明細書における置換基Qとしては、ハロゲン原子、脂肪族炭化水素基(アルキル基(シクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基)、アリール基、複素環基、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、複素環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ、アミノ基(アニリノ基を含む)、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルおよびアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、複素環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルおよびアリールスルフィニル基、アルキルおよびアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールおよび複素環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基、またはこれらの組み合わせなどが挙げられる。
また、組成物全質量に対する添加剤(B)の含有量の割合は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、組成物全質量に対して、0.01〜15質量%であることが好ましく、0.5〜10.0質量%であることがより好ましく、1.5〜7.0質量%であることがさらに好ましい。
なお、上記添加剤(B)の含有量は、一般式(I)で表される化合物、一般式(II)で表される化合物、および、一般式(III)で表される化合物の合計量を意図する。なお、一般式(I)で表される化合物のみが使用される場合は、一般式(II)で表される化合物および一般式(III)で表される化合物の含有量は0として計算する。
(溶媒)
本発明の組成物は、粘度調節のし易さ、および、塗布性の観点から、溶媒を含有するのが好ましい。溶媒は、導電性粒子(A)の分散媒として機能する。
溶媒の種類は特に制限されないが、例えば、水や、アルコール類、エーテル類、エステル類などの有機溶媒などを使用することができる。なかでも、水が好ましい。
溶媒の含有量は特に制限されないが、粘度の上昇が抑制され、取扱い性により優れる点から、組成物全質量に対して、20〜90質量%であることが好ましい。
本発明の組成物には、上記各成分以外の成分が含有されていてもよい。例えば、本発明の組成物には、分散剤や界面活性剤などが含有されていてもよい。
なお、本発明の効果がより優れる点で、組成物には、樹脂(例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂)は実質的に含まれていないことが好ましい。実質的に含まれないとは、組成物中において、上記導電性粒子(A)100質量部に対して、樹脂の含有量が3質量部以下であることを意図し、1質量部以下であることがより好ましい。
本発明の組成物の調製方法は特に制限されず、公知の方法を採用できる。例えば、上記溶媒中に上記導電性粒子(A)および上記添加剤(B)を添加した後、超音波法(例えば、超音波ホモジナイザーによる処理)、ミキサー法、3本ロール法、ボールミル法などの公知の手段により拡販するによって、組成物を得ることができる。
また、上述のとおり、本発明の組成物に含有される添加剤(B)は優れたマイグレーション抑制剤として働き、結果として、優れた絶縁信頼性をもたらすため、配線板(例えば、プリント配線板)などの配線を形成するための導電膜形成用組成物としても有用である。
本発明の有機薄膜トランジスタは、上述した本発明の組成物を用いて形成された電極(特に、ソース電極およびドレイン電極)を備える有機薄膜トランジスタである。
図1は、本発明の有機薄膜トランジスタの一態様の断面模式図である。
図1において、有機薄膜トランジスタ100は、基板10と、基板10上に配置されたゲート電極20と、ゲート電極20を覆うゲート絶縁膜30と、ゲート絶縁膜30のゲート電極20側とは反対側の表面に接するソース電極40およびドレイン電極42と、ソース電極40とドレイン電極42との間のゲート絶縁膜30の表面を覆う有機半導体層50と、各部材を覆う封止層60とを備える。有機薄膜トランジスタ100は、ボトムゲート−ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタである。
なお、図1においては、ソース電極40およびドレイン電極42が、上述した本発明の組成物を用いて形成されたものであるが、この態様には限定されず、ソース電極40、ドレイン電極42、ゲート電極20の少なくともいずれか一つが本発明の組成物を用いて形成されたものであることが好ましい。例えば、ゲート電極20、ソース電極40およびドレイン電極42の全部が本発明の組成物を用いて形成されていてもよいし、ソース電極40(または、ドレイン電極42)のみが本発明の組成物を用いて形成されていてもよい。
基板は、後述するゲート電極、ソース電極、ドレイン電極などを支持する役割を果たす。
基板の種類は特に制限されず、例えば、プラスチック基板、ガラス基板、セラミック基板などが挙げられる。なかでも、各デバイスへの適用性およびコストの観点から、ガラス基板またはプラスチック基板であることが好ましい。
プラスチック基板の材料としては、熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂(例えばPET、PEN)など)または熱可塑性樹脂(例えば、フェノキシ樹脂、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフェニレンスルフォンなど)が挙げられる。
セラミック基板の材料としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイドなどが挙げられる。
ガラス基板の材料としては、例えば、ソーダガラス、カリガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、アルミケイ酸ガラス、鉛ガラスなどが挙げられる。
ゲート電極の材料としては、例えば、金(Au)、銀、アルミニウム(Al)、銅、クロム、ニッケル、コバルト、チタン、白金、タンタル、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属;InO2、SnO2、ITO等の導電性の酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリジアセチレン等の導電性高分子;シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素等の半導体;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などが挙げられる。なかでも、金属であることが好ましく、銀、アルミニウムであることがより好ましい。
ゲート電極の厚みは特に制限されないが、20〜200nmであることが好ましい。
ゲート絶縁膜の材料としては、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリベンゾキサゾール、ポリシルセスキオキサン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー;二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン等の酸化物;窒化珪素等の窒化物などが挙げられる。これらの材料のうち、有機半導体層との相性から、ポリマーであることが好ましい。
ゲート絶縁膜の材料としてポリマーを用いる場合、架橋剤(例えば、メラミン)を併用するのが好ましい。架橋剤を併用することで、ポリマーが架橋されて、形成されるゲート絶縁膜の耐久性が向上する。
ゲート絶縁膜の膜厚は特に制限されないが、100〜1000nmであることが好ましい。
ゲート絶縁膜形成用組成物を塗布してゲート絶縁膜を形成する場合、溶媒除去、架橋などを目的として、塗布後に加熱(ベーク)してもよい。
上述のとおり、ソース電極およびドレイン電極は、上述した本発明の組成物を用いて形成されたものである。
ソース電極およびドレイン電極のチャネル長は特に制限されないが、5〜100μmであることが好ましい。ソース電極およびドレイン電極のチャネル幅は特に制限されないが、50〜500μmであることが好ましい。
本工程は、ゲート電極とゲート絶縁膜とが形成された基板上に、上述した本発明の組成物を塗布する工程である。
本発明の組成物を基板上に塗布して、塗膜を形成する方法は特に制限されず、公知の方法を採用できる。
塗布の方法としては、例えば、ダブルロールコータ、スリットコータ、エアナイフコータ、ワイヤーバーコータ、スライドホッパー、スプレーコータ、ブレードコータ、ドクターコータ、スクイズコータ、リバースロールコータ、トランスファーロールコータ、エクストロージョンコータ、カーテンコータ、ディップコーター、ダイコータ、グラビアロールによる塗工法、スクリーン印刷法、ディップコーティング法、スプレー塗布法、スピンコーティング法、インクジェット法などが挙げられる。
なお、基板上に本発明の組成物を塗布した後、必要に応じて、溶媒を除去するために乾燥処理を施してもよい。乾燥処理の方法としては従来公知の方法を使用することができる。
本工程は、上記塗膜形成工程で形成された塗膜に対して加熱や光照射などのエネルギー付与を行い、組成物中の導電性粒子(A)を焼結し、導電膜を形成する工程である。
加熱の条件は特に制限されないが、加熱温度は100〜300℃が好ましく、加熱時間は10〜60分が好ましい。
加熱手段は特に制限されず、オーブン、ホットプレート等公知の加熱手段を用いることができる。
光照射処理で使用される光源は特に制限されないが、例えば、水銀灯、メタルハライドランプ、キセノン(Xe)ランプ、ケミカルランプ、カーボンアーク灯などが挙げられる。
有機半導体層を構成する有機半導体材料としては特に制限されず、有機半導体トランジスタの有機半導体層として利用される公知の材料が利用可能である。具体的には、6,13−ビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセン(TIPSペンタセン)、テトラメチルペンタセン、パーフルオロペンタセン等のペンタセン類、TES−ADT、diF−TES−ADT(2,8−ジフルオロ−5,11−ビス(トリエチルシリルエチニル)アントラジチオフェン)等のアントラジチオフェン類、DPh−BTBT、Cn−BTBT等のベンゾチエノベンゾチオフェン類、Cn−DNTT等のジナフトチエノチオフェン類、ペリキサンテノキサンテン等のジオキサアンタントレン類、ルブレン類、C60、PCBM等のフラーレン類、銅フタロシアニン、フッ素化銅フタロシアニン等のフタロシアニン類、P3RT、PQT、P3HT、PQT等のポリチオフェン類、ポリ[2,5−ビス(3−ドデシルチオフェン−2−イル)チエノ[3,2−b]チオフェン](PBTTT)等のポリチエノチオフェン類等が例示される。
有機半導体層の厚みは特に制限されないが、10〜200nmであることが好ましい。
本発明の有機薄膜トランジスタは、耐久性の観点から、最外層に封止層を備えるのが好ましい。封止層には公知の封止剤を用いることができる。
封止層の厚みは特に制限されないが、0.2〜10μmであることが好ましい。
図2において、有機薄膜トランジスタ200は、基板10と、基板10上に配置されたゲート電極20と、ゲート電極20を覆うゲート絶縁膜30と、ゲート絶縁膜30上に配置された有機半導体層50と、有機半導体層50上に配置されたソース電極40およびドレイン電極42と、各部材を覆う封止層60を備える。ここで、ソース電極40およびドレイン電極42は、上述した本発明の組成物を用いて形成されたものである。有機薄膜トランジスタ200は、トップコンタクト型の有機薄膜トランジスタである。
基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体層および封止層については上述のとおりである。
なお、上述した有機薄膜トランジスタは、電子ペーパー、ディスプレイデバイスなどに好適に使用できる。
分散剤としてDisperbyk−190(ビックケミー社製)(不揮発物として7.36g)を水(100mL)に溶解させた(溶液a)。次に、硝酸銀50.00g(294.3mmol)を水(200mL)に溶解させた(溶液b)。溶液aと溶液bとを混合し、攪拌した。得られた混合物に、85質量%N,N−ジエチルヒドロキシルアミン水溶液(78.71g)(N,N−ジエチルヒドロキシルアミンとして750.5mmol)を室温でゆっくり滴下した。さらに、Disperbyk−190(7.36g)を水(1000mL)に溶解させた溶液を室温でゆっくり滴下した。得られた懸濁液を限外濾過ユニット(ザルトリウス・ステディム社製ビバフロー50、分画分子量:10万、ユニット数:4個)に通し、限外濾過ユニットから約5Lの滲出液がでるまで精製水を通過させて精製した。精製水の供給を止め、濃縮し、50gの銀ナノ粒子の分散液(銀インクA1)を得た。この銀インクA1中の固形分の含有量は32質量%であった。また、固形分中の銀の含有量をTG−DTAにて測定した所、97.0質量%であった。
溶液aと溶液bとを混合するときに、溶液aおよび溶液bに加えて、表1に示す添加剤(B)(マイグレーション抑制剤)を、第1表に示す「添加剤(B)の含有量」となるように配合した以外は、銀インクA1の調製と同様の手順に従って、銀インクA2〜A16を調製した。該銀インクは、導電膜形成用組成物に該当する。
FR4ガラエポ板にABF−GX13(味の素ファインテクノ社製)をラミネートした基板上へ銀インクA1を焼結後の膜厚が200nmになる様にSTS−200(ワイディーメカトロソリューションズ社製)を用いてスプレーコーティング法により塗布した。その後、オーブンを用いて焼結し(180℃、2時間)、基板上に銀膜を形成した。形成された銀膜をフォトリソグラフィー法によりL/S=40/40μmの櫛形にエッチングし、櫛形状の銀膜(銀配線)を形成した。この時ドライフィルムレジストにはフォテックH−7025(日立化成社製)、銀エッチング液にはアグリップ940(メルテックス社製)を用いた。さらに、銀配線上にCytop CTL107MK(AGC社製)を乾燥後の膜厚が1μmになる様にスピンコートし、その後オーブンで140℃、20分間乾燥させ、封止層を形成して、絶縁信頼性評価用の配線基板を作製した。
次に、添加剤(B)を添加した銀インクA2〜A16(実施例および比較例の導電膜形成用組成物)を用いて、銀インクA1と同様に、絶縁信頼性評価用の配線基板を作製し、寿命測定を行った。銀インクAn(n=2〜16)を用いた場合の時間TをTnとする。
銀インクA2〜A16(実施例および比較例の導電膜形成用組成物)について、Tn/T1を算出し、以下の基準にしたがって、絶縁信頼性を評価した。結果を第1表に示す。実用上、A〜Cであることが好ましく、AまたはBであることがより好ましく、Aであることがさらに好ましい。
「A」:Tn/T1≧5の場合
「B」:5>Tn/T1≧2の場合
「C」:2>Tn/T1>1の場合
「D」:1≧Tn/T1の場合
ガラス基板(イーグルXG:コーニング社製)上に、ゲート電極となるAlを蒸着した(厚み:50nm)。その上にゲート絶縁膜形成用組成物(ポリビニルフェノール/メラミン=1質量部/1質量部(w/w)のPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)溶液(固形分濃度:2質量%))をスピンコートし、その後、150℃で60分間ベークを行い、膜厚400nmのゲート絶縁膜を形成した。その上に銀インクA1をインクジェット装置DMP−2831(富士フイルムダイマティクス社製)を用いてソース電極およびドレイン電極状(チャネル長40μm、チャネル幅200μm)に描画した。その後オーブンにて180℃、30分ベークを行い、焼結して、ソース電極およびドレイン電極を形成した。その上に2,8−ジフルオロ−5,11−ビス(トリエチルシリルエチニル)アントラジチオフェン(ALDRICH社製)のトルエン溶液をスピンコートし、140℃で15分間ベークを行い、厚み100nmの有機半導体層を形成した。その上にCytop CTL−107MK(AGC社製)をスピンコートし、140℃で20分間ベークを行い、厚み2μmの封止層(最上層)を形成して、有機薄膜トランジスタ(ボトムゲート−ボトムコンタクト型)を作製した。
銀インクA2〜A16(実施例および比較例の導電膜形成用組成物)について、μn/μ1を算出し、以下の基準にしたがって、電界効果移動度を評価した。結果を第1表に示す。実用上、A〜Cであることが好ましく、AまたはBであることがより好ましく、Aであることがさらに好ましい。
「A」:μn/μ1≧0.8
「B」:0.8>μn/μ1≧0.5
「C」:0.5>μn/μ1≧0.1
「D」:0.1>μn/μ1
上記のようにして銀インクA1を用いて得られた有機薄膜トランジスタの耐久性試験を以下の方法に従い実施した。まず、得られた有機薄膜トランジスタを温度:50℃、湿度50%の恒温恒湿槽内に設置し、Vs=−20V、Vd=0V、Vg=−20Vの電圧をかけた。その間、10分毎にトランジスタ特性の測定を行い、閾値電圧Vthが初期値に対して10V以上のシフトが観測された時間をそのトランジスタの寿命時間(T1)として算出した。
次に、添加剤(B)を添加した銀インクA2〜A16(実施例および比較例の導電膜形成用組成物)を用いて、銀インクA1を用いた場合と同様に、有機薄膜トランジスタを作製した。そして、T1を求めた方法と同様にして、銀インクAn(n=2〜16)を用いた場合のトランジスタの寿命時間(Tn)を算出した。
算出したT1とTnからTn/T1を求め、以下の基準に従って評価した。
「A」:Tn/T1≧10
「B」:10>Tn/T1≧5
「C」:5>Tn/T1≧1.5
「D」:1.5>Tn/T1
得られた結果は、上述した<絶縁信頼性評価(その1)>と同様の傾向を示した。より具体的には、例えば、後述する表1に示す、実施例1の<絶縁信頼性評価(その1)>の評価結果である「絶縁信頼性評価」は「B」であるが、<絶縁信頼性評価(その2)>の評価結果も「B」であった。実施例2〜16および比較例1〜2においても、同様に<絶縁信頼性評価(その1)>の評価結果と<絶縁信頼性評価(その2)>の評価結果とは同じであった。
・M1:3−ピリジンスルホン酸(Wako製)
実施例3〜6の対比から、組成物全質量に対する添加剤(B)の含有量が、1.5〜7.0質量である場合、絶縁信頼性および移動度のバランスがより優れることが確認された。
また、実施例2、5、8および10の対比から、一般式(III)で表される化合物がより優れた効果を奏することが確認された。
20:ゲート電極
30:ゲート絶縁膜
40:ソース電極
42:ドレイン電極
50:有機半導体層
60:封止層
100、200:有機薄膜トランジスタ
Claims (9)
- 導電性粒子(A)と、
一般式(I)で表される化合物、一般式(II)で表される化合物、および、一般式(III)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1つの添加剤(B)と、を含有する、導電膜形成用組成物であって、
前記導電性粒子(A)が、Agの粒子であり、
前記添加剤(B)の含有量が、導電膜形成用組成物全質量に対して、1.5〜7.0質量%である、導電膜形成用組成物。
一般式(I) C+−L−SO3 −
(一般式(I)中、C+は、下記一般式(A)〜(D)からなる群より選択されるカチオンを表す。
(一般式(B))
一般式(B)は、下記式から選ばれるいずれか1種である。下記式中、RおよびRsは水素原子を表す。*は結合位置を示す。
一般式(D)中、R10およびR11は、それぞれ独立に、炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基を表す。*は結合位置を示す。
Lは、炭素数1〜6のアルキレン基を表す。)
一般式(III) X−L−Y
(一般式(III)中、Xは、6員の含窒素複素環基を表す。Lは、単結合または炭素数1〜6のアルキレン基を表す。Yは、−SO3H基を表す。) - 前記添加剤(B)が、前記一般式(III)で表される化合物であり、Yが−SO3Hである、請求項1に記載の導電膜形成用組成物。
- 前記添加剤(B)が、前記一般式(I)で表される化合物であり、C+が前記一般式(A)〜(B)からなる群より選択されるカチオンを表す、請求項1に記載の導電膜形成用組成物。
- 前記添加剤(B)が、前記一般式(II)で表される化合物である、請求項1に記載の導電膜形成用組成物。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の導電膜形成用組成物を用いて形成された導電膜。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の導電膜形成用組成物を用いて形成された電極を備える、有機薄膜トランジスタ。
- 請求項6に記載の有機薄膜トランジスタを使用した、電子ペーパー。
- 請求項6に記載の有機薄膜トランジスタを使用した、ディスプレイデバイス。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の導電膜形成用組成物を用いて形成された配線を備える、配線板。
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