共役系高分子、及びそれを有する有機半導体素子
【課題】共役系高分子は有機ＥＬや有機トランジスタなどの有機半導体素子用の有機半導体材料として用いられる。本発明は、高いキャリア移動度を有する共役系高分子を提供する。
【解決手段】共役系高分子であって、その部分構造２個のスタッキング安定構造において、式（１）で表される分子２個のスタッキング安定構造と比較して、理論化学的手法を用いて計算したHOMO間および／またはLUMO間の共鳴積分絶対値が大きいことを特徴とする共役系高分子。
（１）
【解決手段】共役系高分子であって、その部分構造２個のスタッキング安定構造において、式（１）で表される分子２個のスタッキング安定構造と比較して、理論化学的手法を用いて計算したHOMO間および／またはLUMO間の共鳴積分絶対値が大きいことを特徴とする共役系高分子。
（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共役系高分子、及びそれを有する有機半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
共役系高分子は有機ＥＬや有機トランジスタなどの有機半導体素子用の有機半導体材料として用いられる。
【０００３】
従来の共役系高分子からなる有機半導体中のキャリア移動度は十分高いとは言えず、それを用いた有機半導体素子（例えば有機トランジスタ）の性能が十分ではなく、より高い性能を示す有機半導体素子を与え得る高いキャリア移動度を有する共役系高分子が求められていた（例えば、非特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Nature Materials、２００６年、ＶＯＬ．５、３２８−３３３ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、高いキャリア移動度を有する共役系高分子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで本発明者らは、共役系高分子から成る有機半導体中のキャリア移動度について鋭意検討した結果、主鎖間スタッキング安定構造におけるHOMO間および／またはLUMO間の共鳴積分絶対値が一定の基準より大きい場合にキャリア移動度が大きくなることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、以下の＜１＞〜＜７＞を提供する。
＜１＞ 共役系高分子であって、その部分構造２個のスタッキング安定構造において、式（１）で表される分子２個のスタッキング安定構造と比較して、理論化学的手法を用いて計算したHOMO間および／またはLUMO間の共鳴積分絶対値が大きい共役系高分子。
（１）
【０００８】
＜２＞ 共鳴積分絶対値がHOMO間の共鳴積分絶対値である＜１＞記載の共役系高分子。
【０００９】
＜３＞ HOMO間の共鳴積分絶対値が式（１）で表される分子におけるHOMO間の共鳴積分絶対値の１．１倍以上である＜２＞記載の共役系高分子。
【００１０】
＜４＞ 共役系高分子において、式（２）で表される分子と比較して、部分構造における理論化学的手法を用いて計算したHOMOエネルギーが低い＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載の共役系高分子。
（２）
【００１１】
＜５＞ 式（３）で表される構造を繰り返し単位の一部とする＜１＞〜＜４＞のいずれかに記載の共役系高分子。
【００１２】
・・・（３）
（式中、Ｘ1はそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に複素環を形成するのに必要な置換基を有していてもよい原子群であり、Ｚはそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に化学結合によって環を形成するのに必要な置換基を有していてもよい原子群である。）
【００１３】
＜６＞ ＜１＞〜＜５＞のいずれかに記載の共役系高分子を有する有機半導体素子。
【００１４】
＜７＞ 共役系高分子が部分的にスタッキング構造をとる＜６＞に記載の有機半導体素子。
【００１５】
＜８＞ ＜６＞〜＜７＞のいずれかに記載の有機半導体素子を構成要素とする装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の共役系高分子はキャリア移動度が高く、それを用いてなる本発明の有機半導体素子と、それを構成要素とする装置は高い性能を示すので、本発明は工業的に極めて有用である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の共役系高分子及びそれを有する有機半導体素子について詳細に説明する。
【００１８】
本発明の共役系高分子は、その部分構造２個のスタッキング安定構造において、式（１）で表される分子２個のスタッキング安定構造と比較して、理論化学的手法を用いて計算したHOMO間および／またはLUMO間の共鳴積分絶対値が大きいことを特徴とする。
（１）
【００１９】
式（１）で表される分子を基準分子とし、基準分子と対象とする分子について、同じ手法の理論化学的手法を用いて、部分構造２個のスタッキング安定構造における共鳴積分絶対値を算出し、ここでHOMO間の共鳴積分絶対値同士および／またはLUMO間の共鳴積分絶対値同士を比較し、少なくともいずれかの共鳴積分絶対値が基準分子より大きい共役系高分子が、高いキャリア移動度を示すことを本発明者らは見出したのである。
基準分子と比較する共鳴積分絶対値としてはHOMO間の共鳴積分絶対値である場合が好ましい。
【００２０】
そして、共役系高分子において、理論化学的手法を用いて計算した部分構造２個のスタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値が、前記理論化学的手法を用いて計算した式（１）で表される分子２個のスタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値の１．１倍以上である共役系高分子は、より高いキャリア移動度を示す傾向があるのでより好ましい。
【００２１】
本発明の共役系高分子としては、共役系高分子において、理論化学的手法を用いて計算した部分構造２個のスタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値が０．２９ｅＶ以上であるものが、より高いキャリア移動度を示す傾向があるのでさらに好ましい。
【００２２】
HOMO（最高被占分子軌道）間共鳴積分絶対値が大きいほど分子間ホール移動確率が大きいため、前記共役系高分子からなる層中のホール移動度は、高性能な有機半導体素子（有機薄膜トランジスタ等）を作製するのに十分な値となる。
【００２３】
本発明において、理論化学的手法とは、MPWB1K密度汎関数と6-31G*基底関数を組み合わせたものである（以下MPWB1K/6-31G*法とする）。前記手法を用いて計算される全エネルギーが極小となるように構造パラメータを最適化することによって、２分子のスタッキング安定構造を予測することが可能である（「Chem.Phys.Lett. 2007, 439, ｐ35-39」参照）。計算はGaussian03等の量子化学計算プログラムを用いて実行可能である。
【００２４】
また、共役系高分子の部分構造とは、チオフェン４量体の鎖長に近い長さの部分を共役系高分子から切り出し、末端を水素原子で封止した分子である。
【００２５】
また、HOMO間共鳴積分絶対値は、各部分構造（以下Ａ、Ｂとする）がスタッキング安定構造と同一の空間配置を独立にとっている状態におけるHOMO（以下ΨAHOMO、ΨBHOMOとする）を、スタッキング安定構造（以下ＡＢとする）における分子軌道（以下ΨiABとする。ｉは分子軌道番号）の線形一次結合（式（２１））で表現することにより計算する。
【００２６】
（２１）
【００２７】
ここで、ＣAi,HOMOとＣBj,HOMOとは展開係数である。前記表現は、Ａ、Ｂ、ＡＢの分子軌道が同じ原子軌道関数の線形一次結合で表現されているため可能である。
【００２８】
前記表現を利用し、HOMO間共鳴積分絶対値を下式（２２）で計算する。
【００２９】
（２２）
【００３０】
ここで、ＦABはスタッキング安定構造におけるFock演算子であり、εiABはスタッキング安定構造におけるｉ番目の分子軌道のエネルギーである。
【００３１】
本発明の共役系高分子としては、共役系高分子において、部分構造における理論化学的手法を用いて計算したHOMOエネルギーが、式（２）で表される分子と比較して、式（２）で表される分子において前記理論化学的手法を用いて計算したHOMOエネルギーよりも低いものが好ましい。HOMOエネルギーが低くなることによって、酸化が起こり難くなり、前記共役系高分子を有する有機半導体素子の安定性が向上する。
（２）
【００３２】
本発明の共役系高分子としては、より具体的には、式（３）で表される構造を繰り返し単位として含むものが挙げられる。前記共役系高分子においては、複素環の拡張によるファンデルワールス相互作用の増大、或いはヘテロ原子の導入による静電相互作用の増大によって、２分子間でHOMOの重なりが大きい配置を取り易くなる結果、HOMO間共鳴積分絶対値が式（１）で表される分子の場合よりも大きくなるのである。
【００３３】
・・・（３）
【００３４】
式（３）において、Ｘ1はそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に複素環を形成するのに必要な置換基を有していてもよい原子群であり、Ｚはそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に化学結合によって環を形成するのに必要な置換基を有していてもよい原子群である。前記化学結合には共有結合ばかりでなく、水素結合やイオン結合も含む。前記置換基はハロゲンまたは、１〜３０個のＣ原子を有し、非置換であるか、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩもしくはＣＮにより単置換もしくは多置換されていてもよい直鎖状、分岐状もしくは環状アルキル基であり、また、１つまたは２つ以上の隣接していないＣＨ2基が、互いに独立して、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＲ0−、−ＳｉＲ0Ｒ00−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＯ−Ｏ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＮＲ0−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＲ0−、−ＣＲ0＝ＣＲ00−、−Ｃ≡Ｃ−、アリーレンまたはヘテロアリーレンにより置換されていてもよく、Ｒ0およびＲ00は、互いに独立して、Ｈまたは１〜１２個のＣ原子を有するアルキル基である。前記アリーレンおよびヘテロアリーレンは好ましくは１，４−フェニレン、ｐ，ｐ’−ビフェニル、ナフタレン−２，６−ジイル、２，５−ピリジン、２，５−ピリミジン、チオフェン−２，５−ジイル、２，５−チアゾール、２，５−チアジアゾール、フラン−２，５−ジイル、２，５−オキサゾール、２，５−オキサジアゾールである。なおＸ2とＸ3は直接結合している。
【００３５】
式（３）で表される構造としては、式（４）で表される構造が好ましい。
・・・（４）
【００３６】
式（４）において、Ｘ1、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立に、炭素原子であるＣ1及びＣ2と共に複素環を形成するのに必要な原子であり、Ｚはそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に化学結合によって環を形成するのに必要な置換基を有していてもよい原子群である。前記化学結合には共有結合ばかりでなく、水素結合やイオン結合も含む。Ｘ１は置換基を有していてもよい。前記置換基は、式（３）における置換基と同じ意味を有する。
【００３７】
式（４）で表される構造としては、式（５）で表される構造、式（６）で表される構造、および式（７）で表される構造が好ましい。
・・・（５）
【００３８】
式（５）において、Ｘ1、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立に、炭素原子であるＣ1及びＣ2と共に複素環を形成するのに必要な原子であり、Ｚ1及びＺ2はそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に化学結合によって環を形成するのに必要な原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。Ｚ1とＺ2の間の実線と破線で表されている結合は単結合、あるいは２重結合である。Ｚ1とＸ2の間の実線と破線で表されている結合は単結合、あるいは水素結合である。Ｘ１及びＺ１は式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基を有していてもよい。
【００３９】
・・・（６）
【００４０】
式（６）において、Ｘ1、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立に、炭素原子であるＣ1及びＣ2と共に複素環を形成するのに必要な原子であり、Ｚ1、Ｚ2及びＺ3はそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に環を形成するのに必要な原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。
Ｘ１、Ｚ1、Ｚ2及びＺ3は、Ｒ１とは別に式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基を有していてもよい。
【００４１】
・・・（７）
【００４２】
式（７）において、Ｘ1、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立に、炭素原子であるＣ1及びＣ2と共に複素環を形成するのに必要な原子であり、Ｚ2及びＺ3はそれぞれ独立に炭素原子またはヘテロ原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。Ｚ2に結合したＨとＸ2は水素結合によって結合しており、Ｚ2とＺ3の間の実線と破線で表されている結合は単結合または二重結合である。Ｘ１及びＺ3は式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基を有していてもよい。
【００４３】
式（５）で表される構造としては、式（８）または式（９）で表される構造が好ましい。
・・・（８）
【００４４】
式（８）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｚ1及びＺ2はそれぞれ独立に、Ｘ2及びＸ3と共に共有結合によって環を形成するのに必要な原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。Ｚ1とＺ2の間の実線と破線で表されている結合は単結合または二重結合である。Ｚ１は式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基を有していてもよい。
【００４５】
・・・（９）
【００４６】
式（９）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立に、Ｘ1と共に複素環を形成するのに必要な原子であり、Ｚは窒素原子またはリン原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。Ｚに結合したＨとＸ2は水素結合によって結合している。
【００４７】
式（８）で表される構造としては、式（１０）または式（１１）で表される構造が好ましい。
・・・（１０）
【００４８】
式（１０）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は、互いに独立して、Ｈ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。
【００４９】
・・・（１１）
【００５０】
式（１１）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｒ1及びＲ2は、互いに独立して、Ｈ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。
【００５１】
式（９）で表される構造としては、式（１２）で表される構造が好ましい。
・・・（１２）
【００５２】
式（１２）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。窒素原子であるＮ2に結合したＨと窒素原子であるＮ1は水素結合によって結合している。
【００５３】
式（６）で表される構造としては、式（１３）で表される構造が好ましい。
・・・（１３）
【００５４】
式（１３）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｚ1、Ｚ2及びＺ3はそれぞれ独立に、Ｘ2及びＸ3と共に共有結合によって環を形成するのに必要な原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。Ｚ１及びＺ３は式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基を有していてもよい。
【００５５】
式（１３）で表される構造としては、式（１４）で表される構造が好ましい。
・・・（１４）
【００５６】
式（１４）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。
【００５７】
式（７）で表される構造としては、式（１５）で表される構造が好ましい。
・・・（１５）
【００５８】
式（１５）において、Ｘ1、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立に、炭素原子であるＣ1及びＣ2と共に複素環を形成するのに必要な原子であり、Ｚ2及びＺ3はそれぞれ独立に、炭素原子またはヘテロ原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。Ｚ2に結合したＨとＸ2は水素結合によって結合しており、Ｚ2とＺ3の間の実線と破線で表されている結合は単結合または二重結合である。Ｚ３は式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基を有していてもよい。
【００５９】
式（１５）で表される構造としては、式（１６）で表される構造が好ましい。
・・・（１６）
【００６０】
式（１６）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。窒素原子であるＮ2に結合したＨと窒素原子であるＮ1は水素結合によって結合している。
【００６１】
また、本発明の共役系高分子としては、より具体的には、式（１７）で表される構造と、式（３）〜（１６）のいずれかで表される構造を繰り返し単位として含むものが挙げられる。
・・・（１７）
【００６２】
式（１７）において、Ｘ4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｘ5はＣ−Ｒ3、窒素原子またはリン原子であり、Ｒ3はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。
【００６３】
式（１７）で表される構造と、式（３）〜（１６）のいずれかで表される構造を繰り返し単位として含む構造としては、式（１８）と（１９）で表される構造が好ましい。
・・・（１８）
【００６４】
式（１８）において、Ｘ1及びＸ4はそれぞれ独立に酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｘ2は窒素原子またはリン原子であり、Ｒ1、Ｒ3及びＲ4は、互いに独立して、Ｈ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。
【００６５】
・・・（１９）
【００６６】
式（１９）において、Ｘ1及びＸ4はそれぞれ独立に酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｒ1、Ｒ3及びＲ4は、互いに独立して、Ｈ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。
【００６７】
前記共役系高分子から成る層を有する有機半導体素子、例えば有機薄膜トランジスタは、前記層中のキャリア（ホール）移動度が大きいため、有機ＥＬを駆動するのに十分な電流量を供給可能であり、工業的に極めて有用である。
【００６８】
次に本発明の有機半導体素子の例として電界効果型有機薄膜トランジスタの構成と製造方法について説明する。電界効果型有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極、これらの間の電流経路となり本発明の共役系高分子化合物を含有する有機半導体層、電流経路を通る電流量を制御するゲート電極、並びに、有機半導体層とゲート電極との間に配置される絶縁層を備えることが好ましい。特に、ソース電極及びドレイン電極が、本発明の共役系高分子化合物を含有する有機半導体層に接して設けられており、さらに有機半導体層に接した絶縁層を挟んでゲート電極が設けられていることが好ましい。
【００６９】
電界効果型有機薄膜トランジスタは、公知の方法、例えば特開平５−１１００６９号公報記載のように、端子を備えたゲート電極にゲート絶縁膜を設け、該ゲート絶縁膜に活性化処理により半導体となる有機薄膜を設け、該ゲート電極を保護しながら上記有機薄膜を活性化処理して有機半導体薄膜とした後、該ゲート電極の端子を露出させ、並びに上記有機半導体薄膜にソース電極およびドレイン電極を形成する方法により製造することができる。
【００７０】
前記有機薄膜を作製する際、適切な溶媒を選択する、或いは溶媒が徐々に蒸発するようにする、高温でアニールする、延伸する、磁場をかける、ラビングした基板上に製膜する、光配向膜上に製膜する等の処理により、共役系高分子のスタッキング度を高めることが可能である。スタッキング度が高まったことは、ＸＲＤ等で確認できる。スタッキング部分ではスタッキングしていない部分よりもHOMO間および／またはLUMO間共鳴積分絶対値が大きいため、キャリア移動度が大きくなる。
【００７１】
また、前記有機半導体素子を構成要素とすることにより、インクジェット法等を利用して大面積の発光部分を有する装置、例えばフレキシブルディスプレイを作製することが可能となる。
【実施例】
【００７２】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００７３】
［実施例１］
式（１０）においてＲ1＝n-Ｃ4Ｈ9、Ｒ2＝Ｒ3＝Ｈ、Ｘ1＝Ｓとした構造をHead-to-Head型で連結した共役系高分子の部分構造１と部分構造２（式（３１））のスタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果を表１に示す。
【００７４】
部分構造１
部分構造２
・・・（３１）
【００７５】
［実施例２］
式（１４）においてＲ1＝n-Ｃ4Ｈ9、Ｘ1＝Ｓとした構造をHead-to-Tail型で連結した共役系高分子の部分構造（式（３２））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果を表１に示す。
【００７６】
・・・（３２）
【００７７】
［実施例３］
式（１１）においてＲ1＝n-Ｃ4Ｈ9、Ｒ2＝Ｈ、Ｘ1＝Ｓとした構造をHead-to-Tail型で連結した共役系高分子の部分構造（式（３３））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果を表１に示す。
【００７８】
・・・（３３）
【００７９】
［実施例４］
式（１６）においてＲ1＝n-Ｃ4Ｈ9、Ｘ1＝Ｓとした構造をHead-to-Tail型で連結した共役系高分子の部分構造（式（３４））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果を表１に示す。
【００８０】
・・・（３４）
【００８１】
［実施例５］
式（１８）においてＲ1＝n-Ｃ4Ｈ9、Ｒ3＝Ｒ4＝Ｈ、Ｘ1＝Ｘ4＝Ｓ、Ｘ2＝Ｎとした構造を連結した共役系高分子の部分構造（式（３５））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果を表１に示す。
【００８２】
・・・（３５）
【００８３】
［実施例６］
式（１９）においてＲ1＝n-Ｃ4Ｈ9、Ｒ3＝Ｒ4＝Ｈ、Ｘ1＝Ｘ4＝Ｓとした構造を連結した共役系高分子の部分構造（式（３６））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果を表１に示す。
【００８４】
・・・（３６）
【００８５】
［比較例１］
文献「Chem.Mater. 2004, 16, 4543-4555」に記述されている共役系高分子の部分構造（式（３７））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果、及び、前記共役系高分子の実測移動度文献値を表１に示す。
【００８６】
・・・（３７）
【００８７】
［比較例２］
P3HT（ポリ-３-ヘキシルチオフェン）の部分構造（式（３８））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果、及び、P3HTの実測移動度文献値（「Chem.Mater. 2004,16,4772-4776」参照）を表１に示す。
【００８８】
・・・（３８）
【００８９】
［比較例３］
文献「Nature Materials 2006, 5, 328-333」に記述されている共役系高分子の部分構造（式（３９））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果、及び、前記共役系高分子の実測移動度文献値を表１に示す。
【００９０】
・・・（３９）
【００９１】
【表１】
【００９２】
表１から分かるように、比較例１〜３の共役系高分子においては、HOMO間共鳴積分絶対値が大きいほど実測移動度が高い傾向がある。一方、実施例１〜６の共役系高分子においては、何れもHOMO間共鳴積分絶対値が０．２９ｅＶ以上で、共役系高分子としては高い移動度を有する比較例３の共役系高分子の場合よりも大きい。以上のことから、実施例１〜６の共役系高分子は高い移動度を有し、有機半導体材料として工業的に極めて有用である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共役系高分子、及びそれを有する有機半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
共役系高分子は有機ＥＬや有機トランジスタなどの有機半導体素子用の有機半導体材料として用いられる。
【０００３】
従来の共役系高分子からなる有機半導体中のキャリア移動度は十分高いとは言えず、それを用いた有機半導体素子（例えば有機トランジスタ）の性能が十分ではなく、より高い性能を示す有機半導体素子を与え得る高いキャリア移動度を有する共役系高分子が求められていた（例えば、非特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Nature Materials、２００６年、ＶＯＬ．５、３２８−３３３ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、高いキャリア移動度を有する共役系高分子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで本発明者らは、共役系高分子から成る有機半導体中のキャリア移動度について鋭意検討した結果、主鎖間スタッキング安定構造におけるHOMO間および／またはLUMO間の共鳴積分絶対値が一定の基準より大きい場合にキャリア移動度が大きくなることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、以下の＜１＞〜＜７＞を提供する。
＜１＞ 共役系高分子であって、その部分構造２個のスタッキング安定構造において、式（１）で表される分子２個のスタッキング安定構造と比較して、理論化学的手法を用いて計算したHOMO間および／またはLUMO間の共鳴積分絶対値が大きい共役系高分子。
（１）
【０００８】
＜２＞ 共鳴積分絶対値がHOMO間の共鳴積分絶対値である＜１＞記載の共役系高分子。
【０００９】
＜３＞ HOMO間の共鳴積分絶対値が式（１）で表される分子におけるHOMO間の共鳴積分絶対値の１．１倍以上である＜２＞記載の共役系高分子。
【００１０】
＜４＞ 共役系高分子において、式（２）で表される分子と比較して、部分構造における理論化学的手法を用いて計算したHOMOエネルギーが低い＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載の共役系高分子。
（２）
【００１１】
＜５＞ 式（３）で表される構造を繰り返し単位の一部とする＜１＞〜＜４＞のいずれかに記載の共役系高分子。
【００１２】
・・・（３）
（式中、Ｘ1はそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に複素環を形成するのに必要な置換基を有していてもよい原子群であり、Ｚはそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に化学結合によって環を形成するのに必要な置換基を有していてもよい原子群である。）
【００１３】
＜６＞ ＜１＞〜＜５＞のいずれかに記載の共役系高分子を有する有機半導体素子。
【００１４】
＜７＞ 共役系高分子が部分的にスタッキング構造をとる＜６＞に記載の有機半導体素子。
【００１５】
＜８＞ ＜６＞〜＜７＞のいずれかに記載の有機半導体素子を構成要素とする装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の共役系高分子はキャリア移動度が高く、それを用いてなる本発明の有機半導体素子と、それを構成要素とする装置は高い性能を示すので、本発明は工業的に極めて有用である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の共役系高分子及びそれを有する有機半導体素子について詳細に説明する。
【００１８】
本発明の共役系高分子は、その部分構造２個のスタッキング安定構造において、式（１）で表される分子２個のスタッキング安定構造と比較して、理論化学的手法を用いて計算したHOMO間および／またはLUMO間の共鳴積分絶対値が大きいことを特徴とする。
（１）
【００１９】
式（１）で表される分子を基準分子とし、基準分子と対象とする分子について、同じ手法の理論化学的手法を用いて、部分構造２個のスタッキング安定構造における共鳴積分絶対値を算出し、ここでHOMO間の共鳴積分絶対値同士および／またはLUMO間の共鳴積分絶対値同士を比較し、少なくともいずれかの共鳴積分絶対値が基準分子より大きい共役系高分子が、高いキャリア移動度を示すことを本発明者らは見出したのである。
基準分子と比較する共鳴積分絶対値としてはHOMO間の共鳴積分絶対値である場合が好ましい。
【００２０】
そして、共役系高分子において、理論化学的手法を用いて計算した部分構造２個のスタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値が、前記理論化学的手法を用いて計算した式（１）で表される分子２個のスタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値の１．１倍以上である共役系高分子は、より高いキャリア移動度を示す傾向があるのでより好ましい。
【００２１】
本発明の共役系高分子としては、共役系高分子において、理論化学的手法を用いて計算した部分構造２個のスタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値が０．２９ｅＶ以上であるものが、より高いキャリア移動度を示す傾向があるのでさらに好ましい。
【００２２】
HOMO（最高被占分子軌道）間共鳴積分絶対値が大きいほど分子間ホール移動確率が大きいため、前記共役系高分子からなる層中のホール移動度は、高性能な有機半導体素子（有機薄膜トランジスタ等）を作製するのに十分な値となる。
【００２３】
本発明において、理論化学的手法とは、MPWB1K密度汎関数と6-31G*基底関数を組み合わせたものである（以下MPWB1K/6-31G*法とする）。前記手法を用いて計算される全エネルギーが極小となるように構造パラメータを最適化することによって、２分子のスタッキング安定構造を予測することが可能である（「Chem.Phys.Lett. 2007, 439, ｐ35-39」参照）。計算はGaussian03等の量子化学計算プログラムを用いて実行可能である。
【００２４】
また、共役系高分子の部分構造とは、チオフェン４量体の鎖長に近い長さの部分を共役系高分子から切り出し、末端を水素原子で封止した分子である。
【００２５】
また、HOMO間共鳴積分絶対値は、各部分構造（以下Ａ、Ｂとする）がスタッキング安定構造と同一の空間配置を独立にとっている状態におけるHOMO（以下ΨAHOMO、ΨBHOMOとする）を、スタッキング安定構造（以下ＡＢとする）における分子軌道（以下ΨiABとする。ｉは分子軌道番号）の線形一次結合（式（２１））で表現することにより計算する。
【００２６】
（２１）
【００２７】
ここで、ＣAi,HOMOとＣBj,HOMOとは展開係数である。前記表現は、Ａ、Ｂ、ＡＢの分子軌道が同じ原子軌道関数の線形一次結合で表現されているため可能である。
【００２８】
前記表現を利用し、HOMO間共鳴積分絶対値を下式（２２）で計算する。
【００２９】
（２２）
【００３０】
ここで、ＦABはスタッキング安定構造におけるFock演算子であり、εiABはスタッキング安定構造におけるｉ番目の分子軌道のエネルギーである。
【００３１】
本発明の共役系高分子としては、共役系高分子において、部分構造における理論化学的手法を用いて計算したHOMOエネルギーが、式（２）で表される分子と比較して、式（２）で表される分子において前記理論化学的手法を用いて計算したHOMOエネルギーよりも低いものが好ましい。HOMOエネルギーが低くなることによって、酸化が起こり難くなり、前記共役系高分子を有する有機半導体素子の安定性が向上する。
（２）
【００３２】
本発明の共役系高分子としては、より具体的には、式（３）で表される構造を繰り返し単位として含むものが挙げられる。前記共役系高分子においては、複素環の拡張によるファンデルワールス相互作用の増大、或いはヘテロ原子の導入による静電相互作用の増大によって、２分子間でHOMOの重なりが大きい配置を取り易くなる結果、HOMO間共鳴積分絶対値が式（１）で表される分子の場合よりも大きくなるのである。
【００３３】
・・・（３）
【００３４】
式（３）において、Ｘ1はそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に複素環を形成するのに必要な置換基を有していてもよい原子群であり、Ｚはそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に化学結合によって環を形成するのに必要な置換基を有していてもよい原子群である。前記化学結合には共有結合ばかりでなく、水素結合やイオン結合も含む。前記置換基はハロゲンまたは、１〜３０個のＣ原子を有し、非置換であるか、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩもしくはＣＮにより単置換もしくは多置換されていてもよい直鎖状、分岐状もしくは環状アルキル基であり、また、１つまたは２つ以上の隣接していないＣＨ2基が、互いに独立して、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＲ0−、−ＳｉＲ0Ｒ00−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＯ−Ｏ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＮＲ0−ＣＯ−、−ＣＯ−ＮＲ0−、−ＣＲ0＝ＣＲ00−、−Ｃ≡Ｃ−、アリーレンまたはヘテロアリーレンにより置換されていてもよく、Ｒ0およびＲ00は、互いに独立して、Ｈまたは１〜１２個のＣ原子を有するアルキル基である。前記アリーレンおよびヘテロアリーレンは好ましくは１，４−フェニレン、ｐ，ｐ’−ビフェニル、ナフタレン−２，６−ジイル、２，５−ピリジン、２，５−ピリミジン、チオフェン−２，５−ジイル、２，５−チアゾール、２，５−チアジアゾール、フラン−２，５−ジイル、２，５−オキサゾール、２，５−オキサジアゾールである。なおＸ2とＸ3は直接結合している。
【００３５】
式（３）で表される構造としては、式（４）で表される構造が好ましい。
・・・（４）
【００３６】
式（４）において、Ｘ1、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立に、炭素原子であるＣ1及びＣ2と共に複素環を形成するのに必要な原子であり、Ｚはそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に化学結合によって環を形成するのに必要な置換基を有していてもよい原子群である。前記化学結合には共有結合ばかりでなく、水素結合やイオン結合も含む。Ｘ１は置換基を有していてもよい。前記置換基は、式（３）における置換基と同じ意味を有する。
【００３７】
式（４）で表される構造としては、式（５）で表される構造、式（６）で表される構造、および式（７）で表される構造が好ましい。
・・・（５）
【００３８】
式（５）において、Ｘ1、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立に、炭素原子であるＣ1及びＣ2と共に複素環を形成するのに必要な原子であり、Ｚ1及びＺ2はそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に化学結合によって環を形成するのに必要な原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。Ｚ1とＺ2の間の実線と破線で表されている結合は単結合、あるいは２重結合である。Ｚ1とＸ2の間の実線と破線で表されている結合は単結合、あるいは水素結合である。Ｘ１及びＺ１は式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基を有していてもよい。
【００３９】
・・・（６）
【００４０】
式（６）において、Ｘ1、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立に、炭素原子であるＣ1及びＣ2と共に複素環を形成するのに必要な原子であり、Ｚ1、Ｚ2及びＺ3はそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に環を形成するのに必要な原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。
Ｘ１、Ｚ1、Ｚ2及びＺ3は、Ｒ１とは別に式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基を有していてもよい。
【００４１】
・・・（７）
【００４２】
式（７）において、Ｘ1、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立に、炭素原子であるＣ1及びＣ2と共に複素環を形成するのに必要な原子であり、Ｚ2及びＺ3はそれぞれ独立に炭素原子またはヘテロ原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。Ｚ2に結合したＨとＸ2は水素結合によって結合しており、Ｚ2とＺ3の間の実線と破線で表されている結合は単結合または二重結合である。Ｘ１及びＺ3は式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基を有していてもよい。
【００４３】
式（５）で表される構造としては、式（８）または式（９）で表される構造が好ましい。
・・・（８）
【００４４】
式（８）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｚ1及びＺ2はそれぞれ独立に、Ｘ2及びＸ3と共に共有結合によって環を形成するのに必要な原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。Ｚ1とＺ2の間の実線と破線で表されている結合は単結合または二重結合である。Ｚ１は式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基を有していてもよい。
【００４５】
・・・（９）
【００４６】
式（９）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立に、Ｘ1と共に複素環を形成するのに必要な原子であり、Ｚは窒素原子またはリン原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。Ｚに結合したＨとＸ2は水素結合によって結合している。
【００４７】
式（８）で表される構造としては、式（１０）または式（１１）で表される構造が好ましい。
・・・（１０）
【００４８】
式（１０）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は、互いに独立して、Ｈ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。
【００４９】
・・・（１１）
【００５０】
式（１１）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｒ1及びＲ2は、互いに独立して、Ｈ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。
【００５１】
式（９）で表される構造としては、式（１２）で表される構造が好ましい。
・・・（１２）
【００５２】
式（１２）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。窒素原子であるＮ2に結合したＨと窒素原子であるＮ1は水素結合によって結合している。
【００５３】
式（６）で表される構造としては、式（１３）で表される構造が好ましい。
・・・（１３）
【００５４】
式（１３）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｚ1、Ｚ2及びＺ3はそれぞれ独立に、Ｘ2及びＸ3と共に共有結合によって環を形成するのに必要な原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。Ｚ１及びＺ３は式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基を有していてもよい。
【００５５】
式（１３）で表される構造としては、式（１４）で表される構造が好ましい。
・・・（１４）
【００５６】
式（１４）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。
【００５７】
式（７）で表される構造としては、式（１５）で表される構造が好ましい。
・・・（１５）
【００５８】
式（１５）において、Ｘ1、Ｘ2及びＸ3はそれぞれ独立に、炭素原子であるＣ1及びＣ2と共に複素環を形成するのに必要な原子であり、Ｚ2及びＺ3はそれぞれ独立に、炭素原子またはヘテロ原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。Ｚ2に結合したＨとＸ2は水素結合によって結合しており、Ｚ2とＺ3の間の実線と破線で表されている結合は単結合または二重結合である。Ｚ３は式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基を有していてもよい。
【００５９】
式（１５）で表される構造としては、式（１６）で表される構造が好ましい。
・・・（１６）
【００６０】
式（１６）において、Ｘ1は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｒ1はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。窒素原子であるＮ2に結合したＨと窒素原子であるＮ1は水素結合によって結合している。
【００６１】
また、本発明の共役系高分子としては、より具体的には、式（１７）で表される構造と、式（３）〜（１６）のいずれかで表される構造を繰り返し単位として含むものが挙げられる。
・・・（１７）
【００６２】
式（１７）において、Ｘ4は酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｘ5はＣ−Ｒ3、窒素原子またはリン原子であり、Ｒ3はＨ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。
【００６３】
式（１７）で表される構造と、式（３）〜（１６）のいずれかで表される構造を繰り返し単位として含む構造としては、式（１８）と（１９）で表される構造が好ましい。
・・・（１８）
【００６４】
式（１８）において、Ｘ1及びＸ4はそれぞれ独立に酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｘ2は窒素原子またはリン原子であり、Ｒ1、Ｒ3及びＲ4は、互いに独立して、Ｈ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。
【００６５】
・・・（１９）
【００６６】
式（１９）において、Ｘ1及びＸ4はそれぞれ独立に酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、Ｒ1、Ｒ3及びＲ4は、互いに独立して、Ｈ、あるいは式（３）における置換基と同じ意味を有する置換基である。
【００６７】
前記共役系高分子から成る層を有する有機半導体素子、例えば有機薄膜トランジスタは、前記層中のキャリア（ホール）移動度が大きいため、有機ＥＬを駆動するのに十分な電流量を供給可能であり、工業的に極めて有用である。
【００６８】
次に本発明の有機半導体素子の例として電界効果型有機薄膜トランジスタの構成と製造方法について説明する。電界効果型有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極、これらの間の電流経路となり本発明の共役系高分子化合物を含有する有機半導体層、電流経路を通る電流量を制御するゲート電極、並びに、有機半導体層とゲート電極との間に配置される絶縁層を備えることが好ましい。特に、ソース電極及びドレイン電極が、本発明の共役系高分子化合物を含有する有機半導体層に接して設けられており、さらに有機半導体層に接した絶縁層を挟んでゲート電極が設けられていることが好ましい。
【００６９】
電界効果型有機薄膜トランジスタは、公知の方法、例えば特開平５−１１００６９号公報記載のように、端子を備えたゲート電極にゲート絶縁膜を設け、該ゲート絶縁膜に活性化処理により半導体となる有機薄膜を設け、該ゲート電極を保護しながら上記有機薄膜を活性化処理して有機半導体薄膜とした後、該ゲート電極の端子を露出させ、並びに上記有機半導体薄膜にソース電極およびドレイン電極を形成する方法により製造することができる。
【００７０】
前記有機薄膜を作製する際、適切な溶媒を選択する、或いは溶媒が徐々に蒸発するようにする、高温でアニールする、延伸する、磁場をかける、ラビングした基板上に製膜する、光配向膜上に製膜する等の処理により、共役系高分子のスタッキング度を高めることが可能である。スタッキング度が高まったことは、ＸＲＤ等で確認できる。スタッキング部分ではスタッキングしていない部分よりもHOMO間および／またはLUMO間共鳴積分絶対値が大きいため、キャリア移動度が大きくなる。
【００７１】
また、前記有機半導体素子を構成要素とすることにより、インクジェット法等を利用して大面積の発光部分を有する装置、例えばフレキシブルディスプレイを作製することが可能となる。
【実施例】
【００７２】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００７３】
［実施例１］
式（１０）においてＲ1＝n-Ｃ4Ｈ9、Ｒ2＝Ｒ3＝Ｈ、Ｘ1＝Ｓとした構造をHead-to-Head型で連結した共役系高分子の部分構造１と部分構造２（式（３１））のスタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果を表１に示す。
【００７４】
部分構造１
部分構造２
・・・（３１）
【００７５】
［実施例２］
式（１４）においてＲ1＝n-Ｃ4Ｈ9、Ｘ1＝Ｓとした構造をHead-to-Tail型で連結した共役系高分子の部分構造（式（３２））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果を表１に示す。
【００７６】
・・・（３２）
【００７７】
［実施例３］
式（１１）においてＲ1＝n-Ｃ4Ｈ9、Ｒ2＝Ｈ、Ｘ1＝Ｓとした構造をHead-to-Tail型で連結した共役系高分子の部分構造（式（３３））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果を表１に示す。
【００７８】
・・・（３３）
【００７９】
［実施例４］
式（１６）においてＲ1＝n-Ｃ4Ｈ9、Ｘ1＝Ｓとした構造をHead-to-Tail型で連結した共役系高分子の部分構造（式（３４））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果を表１に示す。
【００８０】
・・・（３４）
【００８１】
［実施例５］
式（１８）においてＲ1＝n-Ｃ4Ｈ9、Ｒ3＝Ｒ4＝Ｈ、Ｘ1＝Ｘ4＝Ｓ、Ｘ2＝Ｎとした構造を連結した共役系高分子の部分構造（式（３５））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果を表１に示す。
【００８２】
・・・（３５）
【００８３】
［実施例６］
式（１９）においてＲ1＝n-Ｃ4Ｈ9、Ｒ3＝Ｒ4＝Ｈ、Ｘ1＝Ｘ4＝Ｓとした構造を連結した共役系高分子の部分構造（式（３６））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果を表１に示す。
【００８４】
・・・（３６）
【００８５】
［比較例１］
文献「Chem.Mater. 2004, 16, 4543-4555」に記述されている共役系高分子の部分構造（式（３７））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果、及び、前記共役系高分子の実測移動度文献値を表１に示す。
【００８６】
・・・（３７）
【００８７】
［比較例２］
P3HT（ポリ-３-ヘキシルチオフェン）の部分構造（式（３８））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果、及び、P3HTの実測移動度文献値（「Chem.Mater. 2004,16,4772-4776」参照）を表１に示す。
【００８８】
・・・（３８）
【００８９】
［比較例３］
文献「Nature Materials 2006, 5, 328-333」に記述されている共役系高分子の部分構造（式（３９））について、２分子スタッキング安定構造におけるHOMO間共鳴積分絶対値をMPWB1K/6-31G*法を用いて計算した結果、及び、前記共役系高分子の実測移動度文献値を表１に示す。
【００９０】
・・・（３９）
【００９１】
【表１】
【００９２】
表１から分かるように、比較例１〜３の共役系高分子においては、HOMO間共鳴積分絶対値が大きいほど実測移動度が高い傾向がある。一方、実施例１〜６の共役系高分子においては、何れもHOMO間共鳴積分絶対値が０．２９ｅＶ以上で、共役系高分子としては高い移動度を有する比較例３の共役系高分子の場合よりも大きい。以上のことから、実施例１〜６の共役系高分子は高い移動度を有し、有機半導体材料として工業的に極めて有用である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共役系高分子であって、その部分構造２個のスタッキング安定構造において、式（１）で表される分子２個のスタッキング安定構造と比較して、理論化学的手法を用いて計算したHOMO間および／またはLUMO間の共鳴積分絶対値が大きいことを特徴とする共役系高分子。
（１）
【請求項２】
共鳴積分絶対値がHOMO間の共鳴積分絶対値である請求項１記載の共役系高分子。
【請求項３】
HOMO間共鳴積分絶対値が式（１）で表される分子におけるHOMO間共鳴積分絶対値の１．１倍以上である請求項２記載の共役系高分子。
【請求項４】
共役系高分子において、式（２）で表される分子と比較して、部分構造における理論化学的手法を用いて計算したHOMOエネルギーが低い請求項１〜３のいずれかに記載の共役系高分子。
（２）
【請求項５】
下記式（３）で表される構造を繰り返し単位として含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の共役系高分子。
・・・（３）
（式中、Ｘ1はそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に複素環を形成するのに必要な置換基を有していてもよい原子群であり、Ｚはそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に化学結合によって環を形成するのに必要な置換基を有していてもよい原子群である。）
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の共役系高分子を有することを特徴とする有機半導体素子。
【請求項７】
共役系高分子が部分的にスタッキング構造をとることを特徴とする請求項６記載の有機半導体素子。
【請求項８】
請求項６〜７のいずれかに記載の有機半導体素子を構成要素とすることを特徴とする装置。
【請求項１】
共役系高分子であって、その部分構造２個のスタッキング安定構造において、式（１）で表される分子２個のスタッキング安定構造と比較して、理論化学的手法を用いて計算したHOMO間および／またはLUMO間の共鳴積分絶対値が大きいことを特徴とする共役系高分子。
（１）
【請求項２】
共鳴積分絶対値がHOMO間の共鳴積分絶対値である請求項１記載の共役系高分子。
【請求項３】
HOMO間共鳴積分絶対値が式（１）で表される分子におけるHOMO間共鳴積分絶対値の１．１倍以上である請求項２記載の共役系高分子。
【請求項４】
共役系高分子において、式（２）で表される分子と比較して、部分構造における理論化学的手法を用いて計算したHOMOエネルギーが低い請求項１〜３のいずれかに記載の共役系高分子。
（２）
【請求項５】
下記式（３）で表される構造を繰り返し単位として含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の共役系高分子。
・・・（３）
（式中、Ｘ1はそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に複素環を形成するのに必要な置換基を有していてもよい原子群であり、Ｚはそれぞれ独立にＸ2及びＸ3と共に化学結合によって環を形成するのに必要な置換基を有していてもよい原子群である。）
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の共役系高分子を有することを特徴とする有機半導体素子。
【請求項７】
共役系高分子が部分的にスタッキング構造をとることを特徴とする請求項６記載の有機半導体素子。
【請求項８】
請求項６〜７のいずれかに記載の有機半導体素子を構成要素とすることを特徴とする装置。
【公開番号】特開２００９−２０９３５９（Ｐ２００９−２０９３５９Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２３７０（Ｐ２００９−２２３７０）
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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