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Die
vorliegende Erfindung betrifft Polymere enthaltend substituierte
Anthracenyleinheiten sowie Blends, welche die erfindungsgemäßen
Polymere enthalten. Die Erfindung ist auch auf die Verwendung der erfindungsgemäßen
Polymere und Blends in organischen elektronischen Vorrichtungen
sowie auf diese Vorrichtungen selbst gerichtet.
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Elektronische
Vorrichtungen, welche organische, metallorganische und/oder polymere
Halbleiter enthalten, werden immer häufiger in kommerziellen
Produkten verwendet oder stehen kurz vor der Markteinführung.
Als Beispiele seien hier Ladungstransportmaterialien auf organischer
Basis (z. B. Lochtransporter auf Triarylamin-Basis) in Kopiergeräten
und organische oder polymere Leuchtdioden (OLEDs oder PLEDs) in
Anzeige- und Displayvorrichtungen oder organische Photorezeptoren
in Kopierern genannt. Organische Solarzellen (O-SC), organische
Feldeffekt-Transistoren (O-FET), organische Dünnfilm-Transistoren
(O-TFT), organische Schaltelemente (O-IC), organische optische Verstärker
oder organische Laserdioden (O-Laser) sind in einem fortgeschrittenen
Entwicklungsstand und können in der Zukunft große
Bedeutung erlangen.
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Viele
dieser elektronischen Vorrichtungen weisen unabhängig von
dem jeweiligen Verwendungszweck folgenden allgemeinen Schichtaufbau
auf, der für die jeweilige Anwendung angepasst werden kann:
- (1) Substrat,
- (2) Elektrode, häufig metallisch oder anorganisch,
aber auch aus organischen bzw. polymeren leitfähigen Materialien,
- (3) Ladungsinjektionsschicht/en bzw. Zwischenschicht/en z. B.
zum Ausgleich von Unebenheiten der Elektrode („planarisation
layer”), häufig aus einem leitfähigen,
dotierten Polymer,
- (4) organische Halbleiter,
- (5) evtl. weitere Ladungstransport- bzw. Ladungsinjektions-
bzw. Ladungsblockierschichten,
- (6) Gegenelektrode, Materialien wie unter (2) genannt,
- (7) Verkapselung.
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Die
obige Anordnung stellt den allgemeinen Aufbau einer organischen
elektronischen Vorrichtung dar, wobei verschiedene Schichten zusammengefasst
werden können, so dass im einfachsten Fall eine Anordnung aus
zwei Elektroden, zwischen denen sich eine organische Schicht befindet,
resultiert. Die organische Schicht erfüllt in diesem Fall
alle Funktionen, einschließlich der Emission von Licht.
Ein derartiges System wird beispielsweise in der
WO 90/13148 A1 auf der
Basis von Poly-(p-phenylenen) beschrieben.
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Bei
dieser einzelnen Schicht kann es sich beispielsweise um ein Copolymer
handeln, wobei die entsprechenden funktionellen Einheiten in der
Haupt- und/oder Seitenkette des Polymers vorliegen, oder es kann sich
um Polymerblends handeln, wobei verschiedene Polymere eine oder
mehrere funktionelle Einheiten als Struktureinheiten enthalten.
Auch Mischungen beider Varianten mit funktionellen kleinen Molekülen
sind bekannt. Alle diese einfachen Einschichtdevices zeigen jedoch
Vor- und Nachteile. Ein Hauptproblem ist die weiterhin verhältnismäßig
hohe Betriebsspannung solcher Systeme, eine zu geringe Effizienz
und zu kurze Lebensdauer.
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Aus
Lösung verarbeitbare Polymere für OLEDs haben
seit kurzer Zeit viel Aufsehen erregt, insbesondere für
eine neue Generation von Flachbildschirmen oder als Beleuchtungselement.
Obwohl in den letzten Jahren stetige Verbesserungen an den Polymer-OLEDs
erreicht werden konnten, zeigen diese noch immer Defizite hinsichtlich
ihrer Effizienz und Lebensdauer gegenüber aufgedampften
OLED-Vorrichtungen, die zumeist aus einer Vielzahl spezifischer
funktioneller Schichten bestehen. Der Vorteil der Polymer-OLEDs
liegt hingegen in der einfachen Verarbeitung aus Lösung,
wobei verschiedene Schichten durch bekannte Beschichtungsverfahren
(Druck, spin-coating) einfach hergestellt werden können.
Kleine Moleküle müssen dagegen in einem aufwändigen
Verfahren in einer Vakuumkammer aufgedampft werden.
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Auch
die Farbhomogenität ist bei aufgedampften kleinen Molekülen
zum Teil sehr schwer einstellbar, da geringe Mengen eines Dotanden
genau dosiert werden müssen. Bei Copolymeren, Polymerblends
oder kleinen Molekülen in Lösung können
die notwendigen Komponenten, wie beispielsweise Emitter oder Ladungstransporteinheiten
sehr genau in der richtigen Konzentration dosiert werden.
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Viele
OLEDs gemäß Stand der Technik umfassen ein aktives
Polymer innerhalb einer Schicht, wobei das Polymer alle notwendigen
funktionellen Einheiten enthält. Diese Polymerschicht ist
häufig auf einer Zwischenschicht (Interlayer) aufgebracht,
die beispielsweise für die Lochinjektion verantwortlich
ist.
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Auch
Polymerblends können eingesetzt werden und für
unterschiedliche Zwecke dienlich sein, beispielsweise für
weiß emittierende Vorrichtungen über eine Mischung
verschiedenfarbig emittierender Polymere (Türkis und gelb,
rot, grün und blau in steigenden Konzentrationen, z. B.
GB 2340304 ), zur Verbesserung der
Lochinjektion, um eine Zwischenschicht überflüssig
zu machen (z. B.
WO 2008/011953 ),
oder um die Rheologie anzupassen, indem Polymere mit unterschiedlichen
Eigenschaften eingesetzt werden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung lag deshalb in der Bereitstellung
von Verbindungen, die bei der Verwendung in organischen elektronischen
Vorrichtungen eine geringere Betriebsspannung hervorrufen, gleichzeitig
aber eine ausreichende Stabilität und Effizienz aufweisen,
unabhängig vom Einsatz als Copolymer oder Polymerblend.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass Polymere, welche Struktureinheiten der nachstehenden Formel
(I) enthalten oder Polymerblends enthaltend Polymere, welche Struktureinheiten
der nachstehenden Formel (I) oder (II) enthalten, zu einer Verringerung
der Betriebsspannung führen. Dies konnte sowohl bei Polymeren
als auch bei Polymerblends, welche die erfindungsgemäßen
Polymere enthalten, gezeigt werden. Darüber hinaus konnten
auch die Effizienz und die Lebensdauer dieser Systeme gesteigert
werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt dazu ein Polymer bereit, enthaltend
mindestens eine Struktureinheit der allgemeinen Formel (I)
Formel
(I) wobei für die verwendeten Symbole und
Indices gilt:
Ar ist eine Aryl-, Aryloxy-, Heteroaryl- oder
Heteroaryloxygruppe oder ein aromatisches oder heteroaromatisches
Ringsystem;
R
1 und R
2 sind
jeweils unabhängig voneinander Ar
1,
H, D, F, Cl, Br, I, N(Ar
2)
2,
C(=O)Ar
2, P(=O)Ar
2 2, S(=O)Ar
2, S(=O)
2Ar
2, CR
3=CR
3Ar
2, CN, NO
2, Si(R
3)
3, B(OR
3)
2, OSO
2R
3,
eine geradkettige Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis
40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkoxy-
oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem
oder mehreren Resten R
3 substituiert sein
kann, wobei eine oder mehrere nicht benachbarte CH
2-Gruppen
durch R
3C=CR
3, C≡C,
Si(R
3)
2, Ge(R
3)
2, Sn(R
3)
2, C=O, C=S, C=Se, C=NR
3, P(=O)(R
3), SO,
SO
2, NR
3, O, S oder
CONR
3 ersetzt sein können und wobei
ein oder mehrere H-Atome durch F, Cl, Br, I, CN oder NO
2 ersetzt
sein können,
Ar
1 ist bei jedem
Auftreten jeweils unabhängig voneinander ausgewählt
aus einer Aryl- oder Heteroarylgruppe oder einem aromatischen oder
heteroaromatischen Ringsystem,
Ar
2 ist
eine Aryl-, Aryloxy-, Heteroaryl- oder Heteroaryloxygruppe,
R
3 ist jeweils unabhängig voneinander
H oder ein aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoffrest
mit 1 bis 20 C-Atomen,
wobei ferner gilt, wenn R
1 und
R
2 beide einen Rest Ar
1 bedeuten,
dann ist die Verbindung der Formel (I) ausgewählt aus den
Strukturen der Formeln (Ia), (Ib) und (Ic):
Formel
(Ia)
Formel
(Ib)
Formel
(Ic)
Formel
(Id) wobei Ar
1 bei jedem Auftreten
gleich oder verschieden ist, R
4, R
5, R
6 und R
7 jeweils unabhängig voneinander die
für R
1 angegebene Bedeutung hat,
und
wobei n ≥ 1 und r = 1 ist.
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Das
aromatische Ringsystem im Sinne der vorliegenden Erfindung enthält
vorzugsweise 5 bis 60 C-Atome im Ringsystem. Das heteroaromatische
Ringsystem im Sinne der vorliegenden Erfindung enthält
2 bis 60 C-Atome und mindestens ein Heteroatom im Ringsystem, mit
der Maßgabe, dass die Summe aus C-Atomen und Heteroatomen
mindestens 5 ergibt. Die Heteroatome sind vorzugsweise ausgewählt
aus Si, N, P, O, S und/oder Se, besonders bevorzugt ausgewählt
aus N, P, O und/oder S. Unter einem aromatischen oder heteroaromatischen
Ringsystem im Sinne der vorliegenden Erfindung soll darüber
hinaus ein System verstanden werden, das nicht notwendigerweise
nur Aryl- oder Heteroarylgruppen enthält, sondern in dem
auch mehrere Aryl- oder Heteroarylgruppen durch eine nicht-aromatische
Einheit (vorzugsweise weniger als 10% der von H verschiedenen Atome),
wie z. B. ein C-(sp3-hybridisiert), N- oder
O-Atom, unterbrochen sein können. So sollen beispielsweise
auch Systeme wie 9,9'-Spirobifluoren, 9,9-Diarylfluoren, Triarylamin,
Diarylether, Stilben, etc. als aromatische Ringsysteme im Sinne
der vorliegenden Erfindung verstanden werden, und ebenso Systeme,
in denen zwei oder mehrere Arylgruppen beispielsweise durch eine
lineare oder cyclische Alkylgruppe oder durch eine Silylgruppe unterbrochen
sind. P=O oder C=O-Gruppen sind gewöhnlich nicht konjugationsunterbrechend.
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Als
aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 60 Ringatomen,
welches noch jeweils mit beliebigen Resten R substituiert sein kann
und welches über beliebige Positionen am Aromaten bzw.
Heteroaromaten verknüpft sein kann, werden insbesondere
Gruppen verstanden, die abgeleitet sind von Benzol, Naphthalin,
Anthracen, Phenanthren, Pyren, Chrysen, Perylen, Fluoranthen, Naphthacen,
Pentacen, Benzpyren, Biphenyl, Biphenylen, Terphenyl, Terphenylen,
Fluoren, Spirobifluoren, Dihydrophenanthren, Dihydropyren, Tetrahydropyren,
cis- oder trans-Indenofluoren, Truxen, Isotruxen, Spirotruxen, Spiroisotruxen,
Furan, Benzofuran, Isobenzofuran, Dibenzofuran, Thiophen, Benzothiophen,
Isobenzothiophen, Dibenzothiophen, Pyrrol, Indol, Isoindol, Carbazol,
Pyridin, Chinolin, Isochinolin, Acridin, Phenanthridin, Benzo-5,6-chinolin,
Benzo-6,7-chinolin, Benzo-7,8-chinolin, Phenothiazin, Phenoxazin,
Pyrazol, Indazol, Imidazol, Benzimidazol, Naphthimidazol, Phenanthrimidazol,
Pyridimidazol, Pyrazinimidazol, Chinoxalinimidazol, Oxazol, Benzoxazol, Naphthoxazol,
Anthroxazol, Phenanthroxazol, Isoxazol, 1,2-Thiazol, 1,3-Thiazol,
Benzothiazol, Pyridazin, Benzopyridazin, Pyrimidin, Benzpyrimidin,
Chinoxalin, 1,5-Diazaanthracen, 2,7-Diazapyren, 2,3-Diazapyren, 1,6-Diazapyren,
1,8-Diazapyren, 4,5-Diazapyren, 4,5,9,10-Tetraazaperylen, Pyrazin,
Phenazin, Phenoxazin, Phenothiazin, Fluorubin, Naphthyridin, Azacarbazol,
Benzocarbolin, Phenanthrolin, 1,2,3-Triazol, 1,2,4-Triazol, Benzotriazol,
1,2,3-Oxadiazol, 1,2,4-Oxadiazol, 1,2,5-Oxadiazol, 1,3,4-Oxadiazol,
1,2,3-Thiadiazol, 1,2,4-Thiadiazol, 1,2,5-Thiadiazol, 1,3,4-Thiadiazol,
1,3,5-Triazin, 1,2,4-Triazin, 1,2,3-Triazin, Tetrazol, 1,2,4,5-Tetrazin,
1,2,3,4-Tetrazin, 1,2,3,5-Tetrazin, Purin, Pteridin, Indolizin,
Benzothiadiazol, Benzanthren, Benzanthracen, Rubicen und Triphenylen.
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Eine
Arylgruppe im Sinne der vorliegenden Erfindung enthält
5 bis 60 C-Atome; eine Heteroarylgruppe im Sinne der vorliegenden
Erfindung enthält 2 bis 60 C-Atome und mindestens ein Heteroatom,
mit der Maßgabe, dass die Summe aus C-Atomen und Heteroatomen
mindestens 5 ergibt. Die Heteroatome sind vorzugsweise ausgewählt
aus Si, N, P, O, S und/oder Se; besonders bevorzugt ausgewählt
aus N, P, O oder S. Dabei wird unter einer Arylgruppe bzw. Heteroarylgruppe
entweder ein einfacher aromatischer Cyclus, also Benzol, bzw. ein
einfacher heteroaromatischer Cyclus, beispielsweise Pyridin, Pyrimidin,
Thiophen, etc., oder eine kondensierte Aryl- oder Heteroarylgruppe,
beispielsweise Naphthalin, Anthracen, Phenanthren, Chinolin, Isochinolin,
Benzothiophen, Benzofuran und Indol etc., verstanden.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter einer Alkylgruppe
mit 1 bis 40 C-Atomen, in der auch einzelne H-Atome oder CH2-Gruppen durch die oben genannten Gruppen
oder Reste R1 oder R2 substituiert
sein können, bevorzugt die Reste Methyl, Ethyl, n-Propyl,
i-Propyl, Cyclopropyl, n-Butyl, i-Butyl, s-Butyl, t-Butyl, Cyclobutyl,
2-Methylbutyl, n-Pentyl, s-Pentyl, Cyclopentyl, n-Hexyl, Cyclohexyl,
n-Heptyl, Cycloheptyl, n-Octyl, Cyclooctyl, 2-Ethylhexyl, Trifluormethyl,
Pentafluorethyl, 2,2,2-Trifluorethyl, Ethenyl, Propenyl, Butenyl,
Pentenyl, Cyclopentenyl, Hexenyl, Cyclohexenyl, Heptenyl, Cycloheptenyl,
Octenyl, Cyclooctenyl, Ethinyl, Propinyl, Butinyl, Pentinyl, Hexinyl
oder Octinyl verstanden. Unter einer Alkoxygruppe mit 1 bis 40 C-Atomen werden
bevorzugt Methoxy, Trifluormethoxy, Ethoxy, n-Propoxy, i-Propoxy,
n-Butoxy, i-Butoxy, s-Butoxy, t-Butoxy oder 2-Methylbutoxy verstanden.
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In
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt,
dass in der allgemeinen Formel (I) mindestens ein Vertreter aus
R
1 und R
2 nicht
Ar
1 bedeutet und Ar ausgewählt
ist aus den folgenden Struktureinheiten:
wobei
R, R
1, R
2 und R
3 die oben für R
1 und
R
2 angegebene Bedeutung haben,
Ar
3 eine aromatische oder heteroaromatische
Gruppe ist,
m gleich 1 bis 4, vorzugsweise 1 oder 2, besonders
bevorzugt gleich 1 ist,
p unabhängig voneinander,
gleich oder verschieden 0 bis 2 ist,
X gleich NR
1,
O oder S ist, und
X
1 gleich N oder
CH ist.
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Ferner
ist bevorzugt, dass Ar1 in der Formel (I)
bei jedem Auftreten jeweils unabhängig voneinander ausgewählt
ist aus Phenyl, Naphthyl, Anthracenyl, Phenanthrenyl, Pyrenyl, Chrysenyl,
Perylenyl, Fluoranthenyl, Naphthacenyl, Pentacenyl, Benzpyrenyl,
Biphenyl, Biphenylenyl, Terphenyl, Terphenylenyl, Fluorenyl, Spirobifluorenyl,
Dihydrophenanthrenyl, Dihydropyrenyl, Tetrahydropyrenyl, cis- oder
trans-Indenofluorenyl, Truxenyl, Isotruxenyl, Spirotruxenyl, Spiroisotruxenyl,
Furanyl, Benzofuranyl, Isobenzofuranyl, Dibenzofuranyl, Thiophenyl,
Benzothiophenyl, Isobenzothiophenyl, Dibenzothiophenyl, Pyrrolyl,
Indolyl, Isoindolyl, Carbazolyl, Pyridinyl, Chinolinyl, Isochinolinyl,
Acridinyl, Phenanthridinyl, Benzo-5,6-chinolinyl, Benzo-6,7-chinolinyl,
Benzo-7,8-chinolinyl, Phenothiazinyl, Phenoxazinyl, Pyrazolyl, Indazolyl,
Imidazolyl, Benzimidazolyl, Naphthimidazolyl, Phenanthrimidazolyl,
Pyridimidazolyl, Pyrazinimidazolyl, Chinoxalinimidazolyl, Oxazolyl,
Benzoxazolyl, Naphthoxazolyl, Anthroxazolyl, Phenanthroxazolyl, Isoxazolyl,
1,2-Thiazolyl, 1,3-Thiazolyl, Benzothiazolyl, Pyridazinyl, Benzopyridazinyl,
Pyrimidinyl, Benzpyrimidinyl, Chinoxalinyl, 1,5-Diazaanthracenyl,
2,7-Diazapyrenyl, 2,3-Diazapyrenyl, 1,6-Diazapyrenyl, 1,8-Diazapyrenyl,
4,5-Diazapyrenyl, 4,5,9,10-Tetraazaperylenyl, Pyrazinyl, Phenazinyl,
Phenoxazinyl, Phenothiazinyl, Fluorubinyl, Naphthyridinyl, Azacarbazolyl,
Benzocarbolinyl, Phenanthrolinyl, 1,2,3-Triazolyl, 1,2,4-Triazolyl,
Benzotriazolyl, 1,2,3-Oxadiazolyl, 1,2,4-Oxadiazolyl, 1,2,5-Oxadiazolyl,
1,3,4-Oxadiazolyl, 1,2,3-Thiadiazolyl, 1,2,4-Thiadiazolyl, 1,2,5-Thiadiazolyl,
1,3,4-Thiadiazolyl, 1,3,5-Triazinyl, 1,2,4-Triazinyl, 1,2,3-Triazinyl,
Tetrazolyl, 1,2,4,5-Tetrazinyl, 1,2,3,4-Tetrazinyl, 1,2,3,5-Tetrazinyl,
Purinyl, Pteridinyl, Indolizinyl, Benzothiadiazolyl, Benzanthrenyl,
Benzanthracenyl, Rubicenyl und Triphenylenyl.
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Im
Sinne der vorliegenden Erfindung ist Ar1 vorzugsweise
mit einem oder mehreren linearen, verzweigten oder cyclischen Alkyl-
oder Alkoxyresten substituiert. Insbesondere bevorzugt sind lineare
C1-20-Alkyl- oder Alkoxyreste oder tert.-Butylreste.
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Beispiele
für erfindungsgemäße Polymere sind solche,
welche die im folgenden abgebildeten Struktureinheiten enthalten:
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Weiterhin
bevorzugt ist ein Polymer, wobei in dem Polymer mindestens eine
weitere, von der Struktureinheit der Formel (I) verschiedene Struktureinheit
enthalten ist. Dabei ist es bevorzugt, dass die weitere Struktureinheit
ausgewählt ist aus einer Lochinjektions-, Lochtransport-,
Lockblockier-, Elektroneninjektions-, Elektrqonentransport-, Elektronenblockier-,
Emitter-, Excitonen erzeugenden Einheit, einer Backboneeinheit oder
Kombinationen davon.
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Unter
einem Polymer im Sinne der vorliegenden Erfindung soll auch ein
Oligomer und ein Dendrimer verstanden werden.
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Als
Oligomer wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Verbindung
bezeichnet, welche drei bis neun Wiederholungseinheiten aufweist.
Als Polymer im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Verbindung
verstanden, welche zehn oder mehr Wiederholungseinheiten aufweist.
Der Verzweigungs-Faktor der Polymeren liegt dabei zwischen 0 (lineares
Polymer, ohne Verzweigungsstellen) und 1 (vollständig verzweigtes Dendrimer).
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Die
Oligomere, Polymere oder Dendrimere können konjugiert,
teilkonjugiert oder nicht-konjugiert sein, bevorzugt sind konjugierte
Oligomere, Polymere oder Dendrimere. Die Oligomere oder Polymere
können linear, verzweigt oder dendritisch sein. In den
linear verknüpften Strukturen können die Struktureinheiten
der Formel (I) sowohl direkt miteinander verknüpft sein
oder sie können über eine bivalente Gruppe, beispielsweise über
eine substituierte oder unsubstituierte Alkylengruppe, über
ein Heteroatom oder über eine bivalente aromatische oder
heteroaromatische Gruppe, miteinander verknüpft sein. In
verzweigten Strukturen können beispielsweise drei oder
mehrere Struktureinheiten der Formel (I) über eine trivalente
oder höhervalente Gruppe, beispielsweise über
eine trivalente oder höhervalente aromatische oder heteroaromatische
Gruppe, zu einem verzweigten Oligomer oder Polymer verknüpft
sein.
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Der
Anteil der Struktureinheit der Formel (I) im Polymer kann im Bereich
von 0,05 bis 100 mol%, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 80 mol%
und besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 60 mol% liegen.
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Das
Molekulargewicht Mw des erfindungsgemäßen
Polymers liegt vorzugsweise im Bereich von 10000 bis 2000000 g/mol,
besonders bevorzugt im Bereich von 100000 bis 1500000 g/mol, und
insbesondere im Bereich von 200000 bis 1000000 g/mol. Die Bestimmung
des Molekulargewichts Mw erfolgt über
GPC (= Gelpermeationschromatographie) gegen einen internen Polystyrolstandard.
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Die
erfindungsgemäßen Polymere können neben
einer oder mehrerer Struktureinheiten der Formel (I) noch weitere
Struktureinheiten enthalten, welche von den oben genannten Struktureinheiten
der Formel (I) verschieden sind. Dies sind u. a. solche, wie sie
in der
WO 02/077060
A1 und in der
WO
2005/014689 A2 offenbart und umfangreich aufgelistet sind.
Diese werden via Zitat als Bestandteil der vorliegenden Erfindung
betrachtet. Die weiteren Struktureinheiten können beispielsweise
aus den folgenden Klassen stammen:
- Gruppe 1: Einheiten,
welche die Lochinjektions- und/oder Lochtransporteigenschaften der
Polymere beeinflussen;
- Gruppe 2: Einheiten, welche die Elektroneninjektions- und/oder
Elektronentransporteigenschaften der Polymere beeinflussen;
- Gruppe 3: Einheiten, die Kombinationen von Einzeleinheiten der
Gruppe 1 und Gruppe 2 aufweisen;
- Gruppe 4: Einheiten, welche die Emissionscharakteristik insoweit
verändern, dass Elektrophosphoreszenz statt Elektrofluoreszenz
erhalten werden kann;
- Gruppe 5: Einheiten, welche den Übergang vom so genannten
Singulett- zum Triplettzustand verbessern;
- Gruppe 6: Einheiten, welche die Emissionsfarbe der resultierenden
Polymere beeinflussen;
- Gruppe 7: Einheiten, welche typischerweise als Backbone verwendet
werden;
- Gruppe 8: Einheiten, welche die filmmorphologischen und/oder
die rheologischen Eigenschaften der resultierenden Polymere beeinflussen.
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Bevorzugte
erfindungsgemäße Polymere sind solche, bei denen
mindestens eine Struktureinheit Ladungstransporteigenschaften aufweist,
d. h. die Einheiten aus der Gruppe 1 und/oder 2 enthalten.
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Struktureinheiten
aus der Gruppe 1, die Lochinjektions- und/oder Lochtransporteigenschaften
aufweisen, sind beispielsweise Triarylamin-, Benzidin-, Tetraaryl-para-phenylendiamin-,
Triarylphosphin-, Phenothiazin-, Phenoxazin-, Dihydrophenazin-,
Thianthren-, Dibenzo-para-dioxin-, Phenoxathiin-, Carbazol-, Azulen-, Thiophen-,
Pyrrol- und Furanderivate und weitere O-, S- oder N-haltige Heterocyclen
mit hoch liegendem HOMO (HOMO = höchstes besetztes Molekülorbital).
Vorzugsweise führen diese Arylamine und Heterocyclen zu
einem HOMO im Polymer von mehr als –5,8 eV (gegen Vakuumlevel),
besonders bevorzugt von mehr als –5,5 eV.
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Struktureinheiten
aus der Gruppe 2, die Elektroneninjektions- und/oder Elektronentransporteigenschaften
aufweisen, sind beispielsweise Pyridin-, Pyrimidin-, Pyridazin-,
Pyrazin-, Oxadiazol-, Chinolin-, Chinoxalin-, Anthracen-, Benzanthracen-,
Pyren-, Perylen-, Benzimidazol-, Triazin-, Keton-, Phosphinoxid-
und Phenazinderivate, aber auch Triarylborane und weitere O-, S-
oder N-haltige Heterocyclen mit niedrig liegendem LUMO (LUMO = niedrigstes
unbesetztes Molekülorbital). Vorzugsweise führen
diese Einheiten im Polymer zu einem LUMO von weniger als –1,5
eV (gegen Vakuumlevel), besonders bevorzugt von weniger als –2,0 eV.
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Es
kann bevorzugt sein, wenn in den erfindungsgemäßen
Polymeren Einheiten aus der Gruppe 3 enthalten sind, in denen Strukturen,
welche die Lochmobilität und welche die Elektronenmobilität
erhöhen (also Einheiten aus Gruppe 1 und 2), direkt aneinander
gebunden sind oder Strukturen enthalten sind, die sowohl die Lochmobilität
als auch die Elektronenmobilität erhöhen. Einige
dieser Einheiten können als Emitter dienen und verschieben
die Emissionsfarbe ins Grüne, Gelbe oder Rote. Ihre Verwendung
eignet sich also beispielsweise für die Erzeugung anderer
Emissionsfarben aus ursprünglich blau emittierenden Polymeren.
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Struktureinheiten
gemäß der Gruppe 4 sind solche, welche auch bei
Raumtemperatur mit hoher Effizienz aus dem Triplettzustand Licht
emittieren können, also Elektrophosphoreszenz statt Elektrofluoreszenz zeigen,
was häufig eine Steigerung der Energieeffizienz bewirkt.
Hierfür eignen sich zunächst Verbindungen, welche
Schweratome mit einer Ordnungszahl von mehr als 36 enthalten. Bevorzugt
sind Verbindungen, welche d- oder f-Übergangsmetalle enthalten,
die die o. g. Bedingung erfüllen. Besonders bevorzugt sind
hier entsprechende Struktureinheiten, welche Elemente der Gruppe
8 bis 10 (Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt) enthalten. Als Struktureinheiten
für die erfindungsgemäßen Polymeren kommen
hier z. B. verschiedene Komplexe in Frage, wie sie z. B. in der
WO 02/068435 A1 ,
der
WO 02/081488
A1 , der
EP
1239526 A2 und der
WO 2004/026886 A2 beschrieben werden. Entsprechende
Monomere werden in der
WO
02/068435 A1 und in der
WO 2005/042548 A1 beschrieben.
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Struktureinheiten
der Gruppe 5 sind solche, welche den Übergang vom Singulett-
zum Triplettzustand verbessern und welche, unterstützend
zu den Strukturelementen der Gruppe 4 eingesetzt, die Phosphoreszenzeigenschaften
dieser Strukturelemente verbessern. Hierfür kommen insbesondere
Carbazol- und überbrückte Carbazoldimereinheiten
in Frage, wie sie z. B. in der
WO 2004/070772 A2 und der
WO 2004/113468 A1 beschrieben
werden. Weiterhin kommen hierfür Ketone, Phosphinoxide,
Sulfoxide, Sulfone, Silan-Derivate und ähnliche Verbindungen
in Frage, wie sie z. B. in der
WO 2005/040302 A1 beschrieben werden.
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Struktureinheiten
der Gruppe 6 sind neben den oben genannten solche, die mindestens
noch eine weitere aromatische oder eine andere konjugierte Struktur
aufweisen, welche nicht unter die o. g. Gruppen fallen, d. h. die
die Ladungsträgermobilitäten nur wenig beeinflussen,
die keine metallorganischen Komplexe sind oder die keinen Einfluss
auf den Singulett-Triplett-Übergang haben. Derartige Strukturelemente
können die Emissionsfarbe der resultierenden Polymere beeinflussen.
Je nach Einheit können sie daher auch als Emitter eingesetzt
werden. Bevorzugt sind dabei aromatische Strukturen mit 6 bis 40
C-Atomen oder auch Tolan-, Stilben- oder Bisstyrylarylenderivate,
die jeweils mit einem oder mehreren Resten R substituiert sein können.
Besonders bevorzugt ist dabei der Einbau von 1,4-Phenylen-, 1,4-Naphthylen-,
1,4- oder 9,10-Anthrylen-, 1,6-, 2,7- oder 4,9-Pyrenylen-, 3,9-
oder 3,10-Perylenylen-, 4,4'-Biphenylylen-, 4,4''-Terphenylylen, 4,4'-Bi-1,1'-naphthylylen-,
4,4'-Tolanylen-, 4,4'-Stilbenylen-, 4,4''-Bisstyrylarylen-, Benzothiadiazol-
und entsprechenden Sauerstoffderivaten, Chinoxalin-, Phenothiazin-,
Phenoxazin-, Dihydrophenazin-, Bis(thiophenyl)arylen-, Oligo(thiophenylen)-,
Phenazin-, Rubren-, Pentacen- oder Perylenderivaten, die vorzugsweise substituiert
sind, oder vorzugsweise konjugierte Push-Pull-Systeme (Systeme,
die mit Donor- und Akzeptorsubstituenten substituiert sind) oder
Systeme wie Squarine oder Chinacridone, die vorzugsweise substituiert sind.
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Struktureinheiten
der Gruppe 7 sind Einheiten, die aromatische Strukturen mit 6 bis
40 C-Atomen beinhalten, welche typischerweise als Polymergrundgerüst
(Backbone) verwendet werden. Dies sind beispielsweise 4,5-Dihydropyrenderivate,
4,5,9,10-Tetrahydropyrenderivate, Fluorenderivate, 9,9'-Spirobifluorenderivate,
Phenanthrenderivate, 9,10-Dihydrophenanthrenderivate, 5,7-Dihydrodibenzooxepinderivate
und cis- und trans-Indenofluorenderivate.
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Struktureinheiten
der Gruppe 8 sind solche, die die filmmorpho-logischen und/oder
die rheologischen Eigenschaften der Polymere beeinflussen, wie z.
B. Siloxane, lange Alkylketten oder fluorierte Gruppen, aber auch
besonders steife oder flexible Einheiten, wie z. B. flüssigkristallbildende
Einheiten oder vernetzbare Gruppen.
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Bevorzugt
sind erfindungsgemäße Polymere, die gleichzeitig
neben den Struktureinheiten der Formel (I) zusätzlich noch
ein oder mehrere Einheiten ausgewählt aus den Gruppen 1
bis 8 enthalten, die von den erfindungsgemäßen
Struktureinheiten verschieden sind. Es kann ebenfalls bevorzugt
sein, wenn gleichzeitig mehr als eine Struktureinheit aus einer
Gruppe vorliegt.
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Bevorzugt
sind dabei erfindungsgemäße Polymere, die neben
mindestens einer Struktureinheit der Formel (I) noch Einheiten aus
der Gruppe 7 enthalten, besonders bevorzugt mindestens 50 mol% dieser
Einheiten, bezogen auf die Gesamtzahl der Struktureinheiten im Polymer.
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Ebenfalls
bevorzugt ist es, wenn die erfindungsgemäßen Polymere
Einheiten enthalten, die den Ladungstransport und/oder die Ladungsinjektion
verbessern, also Einheiten aus der Gruppe 1 und/oder 2; besonders
bevorzugt ist ein Anteil von 0,5 bis 30 mol% dieser Einheiten; ganz
besonders bevorzugt ist ein Anteil von 1 bis 10 mol% dieser Einheiten.
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Besonders
bevorzugt ist es weiterhin, wenn die erfindungsgemäßen
Polymere Struktureinheiten aus der Gruppe 7 und Einheiten aus der
Gruppe 1 und/oder 2 enthalten, insbesondere mindestens 50 mol% Einheiten
aus der Gruppe 7 und 0,5 bis 30 mol% Einheiten aus der Gruppe 1
und/oder 2.
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Die
erfindungsgemäßen Polymere sind entweder Homopolymere
aus Struktureinheiten der Formel (I) oder Copolymere. Die erfindungsgemäßen
Polymere können linear, verzweigt oder vernetzt sein. Erfindungsgemäße
Copolymere können dabei neben einer oder mehreren Struktureinheiten
der Formel (I) oder deren bevorzugten Unterformeln, potentiell eine
oder mehrere weitere Strukturen aus den oben aufgeführten
Gruppen 1 bis 8 besitzen.
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Zur
Synthese der erfindungsgemäßen Polymere werden
die entsprechenden Monomere benötigt. Monomere, die in
den erfindungsgemäßen Polymeren zu Struktureinheiten
der Formel (I) führen, sind Verbindungen, die entsprechend
substituiert sind und an zwei Positionen geeignete Funktionalitäten
aufweisen, die es erlauben, diese Monomereinheit in das Polymer
einzubauen. Diese Monomere sind neu und daher ebenfalls Gegenstand
der vorliegenden Erfindung.
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Demgemäß bezieht
sich die vorliegende Erfindung auch auf Verbindungen der folgenden
Formel (III),
Formel
(III) wobei die verwendeten Symbole die folgenden Bedeutungen
haben:
Z und Z' sind unabhängig voneinander aus der
Gruppe ausgewählt, die aus Halogen, O-Tosylat, O-Triflat, O-SO
2R
8, B(OR
8)
2 und Sn(R
8)
3 besteht, wobei
R
8 bei jedem Auftreten unabhängig
voneinander aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus H, einem
aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen und einem
aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis 20 Ringatomen besteht,
und wobei zwei oder mehrere Reste R
3 auch
miteinander ein aliphatisches Ringsystem bilden können;
n
ist ≥ 1 und r ist 0 oder 1, und
wobei die übrigen
Symbole dieselbe Bedeutung haben wie in den vorstehenden Ausführungsformen.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Struktureinheit der
Formel (I) sind auch hier bevorzugte Ausführungsformen.
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Unter
Halogen versteht man in der vorliegenden Erfindung Fluor, Chlor,
Brom oder Iod, wobei Chlor, Brom und Iod bevorzugt sind, und Brom
und Iod besonders bevorzugt sind.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sind Z und Z der Verbindungen der Formel (III) unabhängig
voneinander ausgewählt aus Br, I und B(OR3)2.
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Unter
dem Begriff „aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1
bis 20 Kohlenstoffatomen” wird in der vorliegenden Erfindung
ein gesättigter oder ungesättigter, nicht aromatischer
Kohlenwasserstoffrest verstanden, der linear, verzweigt oder cyclisch
sein kann. Ein oder mehrere Kohlenstoffatome können durch
O, N oder S ersetzt sein. Zudem kann ein oder mehrere Wasserstoffatome
durch Fluor ersetzt sein. Beispiele solcher Verbindungen schließen
die Folgenden ein: Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl,
s-Butyl, t-Butyl, 2-Methylbutyl, n-Pentyl, s-Pentyl, Cyclopentyl,
n-Hexyl, Cyclohexyl, n-Heptyl, Cycloheptyl, n-Octyl, Cyclooctyl, 2-Ethylhexyl,
Trifluormethyl, Pentafluorethyl, 2,2,2-Trifluorethyl, Ethenyl, Propenyl,
Butenyl, Pentenyl, Cyclopentenyl, Hexenyl, Cyclohexenyl, Heptenyl,
Cycloheptenyl, Octenyl, Cyclooctenyl, Ethinyl, Propinyl, Butinyl, Pentinyl,
Hexinyl oder Octinyl, wobei Methyl, Ethyl, i-Propyl und i-Butyl
besonders bevorzugt sind.
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Unter
dem Begriff „aromatischer Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis
20 Ringatomen” versteht man in der vorliegenden Erfindung
ein aromatisches Ringsystem mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen oder
ein heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 20 Ringatomen, wobei
ein oder mehrere der Ringatome ein Heteroatom, ausgewählt
aus N, O oder S, sein sollen, und die anderen Kohlenstoffatome sind.
Es soll unter diesen Definitionen im Sinne der vorliegenden Erfindung
auch ein System verstanden werden, das nicht notwendigerweise nur aromatische
bzw. heteroaromatische Gruppen enthält, sondern in dem
auch mehrere aromatische bzw. heteroaromatische Gruppen durch eine
kurze nicht-aromatische Einheit (< 10%
der von H verschiedenen Atome, vorzugsweise < 5% der von H verschiedenen Atome),
wie beispielsweise C (sp3-hybridisiert),
N, O, Si, P, S, Ge (z. B.: CR2, C=O, NR,
O, SiR2, P=O, S und GeR2,
wobei R ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus H, einer C1-40-Alkylgruppe, einer C2-40-Alkenylgruppe,
einer C2-40-Alkinylgruppe, einer optional
substituierten C6-40-Arylgruppe und einer
optional substituierten 5- bis 25-gliedrigen Heteroarylgruppe besteht)
unterbrochen sein können. Zudem können sie auch
monocyclisch oder polycyclisch sein, d. h. sie können einen
Ring (z. B. Phenyl) oder zwei oder mehrere Ringe aufweisen, welche
auch kondensiert (z. B. Naphthyl) oder kovalent verknüpft sein
können (z. B. Biphenyl), oder eine Kombination von kondensierten
und verknüpften Ringen beinhalten. Bevorzugt sind vollständig
konjugierte Arylgruppen.
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Die
erfindungsgemäßen Polymere werden in der Regel
durch Polymerisation von einer oder mehreren Monomersorten hergestellt,
von denen mindestens eine Monomersorte im Polymer zu Struktureinheiten
der Formel (I) führt. Geeignete Polymerisationsreaktionen
sind dem Fachmann bekannt und in der Literatur beschrieben. Besonders
geeignete und bevorzugte Polymerisationsreaktionen, die zu C-C-
bzw. C-N-Verknüpfungen führen, sind folgende:
- (A) SUZUKI-Polymerisation;
- (B) YAMAMOTO-Polymerisation;
- (C) STILLE-Polymerisation;
- (D) HECK-Polymerisation;
- (E) NEGISHI-Polymerisation;
- (F) SONOGASHIRA-Polymerisation;
- (G) HIYAMA-Polymerisation; und
- (H) HARTWIG-BUCHWALD-Polymerisation.
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Wie
die Polymerisation nach diesen Methoden durchgeführt werden
kann und wie die Polymere dann vom Reaktionsmedium abgetrennt und
aufgereinigt werden können, ist dem Fachmann bekannt und
in der Literatur, beispielsweise in der
WO 03/048225 A2 , der
WO 2004/037887 A2 und
der
WO 2004/037887
A2 im Detail beschrieben.
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Die
Methoden für die C-C-Verknüpfungen sind vorzugsweise
ausgewählt aus der Gruppe umfassend SUZUKI-Kupplung, YAMAMOTO-Kupplung
und STILLE-Kupplung; die Methode für eine C-N-Verknüpfung
ist vorzugsweise eine Kupplung gemäß HARTWIG-BUCHWALD.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung
der erfindungsgemäßen Polymere, das dadurch gekennzeichnet
ist, dass sie durch Polymerisation gemäß SUZUKI,
Polymerisation gemäß YAMAMOTO, Polymerisation
gemäß STILLE oder Polymerisation gemäß HARTWIG-BUCHWALD
hergestellt werden.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Blends umfassend
ein Polymer enthaltend eine oder mehrere Struktureinheiten der allgemeinen
Formel (II)
Formel
(II) und mindestens ein weiteres, davon unterschiedliches
Polymer, Oligomer, Dendrimer oder eine niedermolekulare Verbindung,
wobei für die verwendeten Symbole und Indices gilt:
Ar
ist eine Aryl-, Aryloxy-, Heteroaryl- oder Heteroaryloxygruppe oder
ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem;
R
1 und R
2 sind jeweils
unabhängig voneinander Ar
1, H,
D, F, Cl, Br, I, N(Ar
2)
2,
C(=O)Ar
2, P(=O)Ar
2 2, S(=O)Ar
2, S(=O)
2Ar
2, CR
3=CR
3Ar
2, CN, NO
2, Si(R
3)
3, B(OR
3)
2, OSO
2R
3,
eine geradkettige Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkoxygruppe mit 1 bis
40 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkyl-, Alkoxy-
oder Thioalkoxygruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem
oder mehreren Resten R
3 substituiert sein
kann, wobei eine oder mehrere nicht benachbarte CH
2-Gruppen
durch R
3C=CR
3, C≡C,
Si(R
3)
2, Ge(R
3)
2, Sn(R
3)
2, C=O, C=S, C=Se, C=NR
3, P(=O)(R
3), SO,
SO
2, NR
3, O, S oder
CONR
3 ersetzt sein können und wobei
ein oder mehrere H-Atome durch F, Cl, Br, I, CN oder NO
2 ersetzt
sein können,
Ar
1 ist bei jedem
Auftreten jeweils unabhängig voneinander ausgewählt
aus einer Aryl- oder Heteroarylgruppe oder einem aromatischen oder
heteroaromatischen Ringsystem,
Ar
2 ist
eine Aryl-, Aryloxy-, Heteroaryl- oder Heteroaryloxygruppe,
R
3 ist jeweils unabhängig voneinander
H oder ein aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoffrest
mit 1 bis 20 C-Atomen,
n ist ≥ 1 und r ist 0 oder
1.
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Bevorzugt
ist ferner ein Blend, wobei in dem erfindungsgemäßen
Polymer R1 und R2 einen
Rest Ar1 bedeuten und r = 0 ist.
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Dabei
ist Ar1 bei jedem Auftreten unabhängig
voneinander Phenyl, Naphthyl, Anthracenyl, Phenanthrenyl, Pyrenyl,
Chrysenyl, Perylenyl, Fluoranthenyl, Naphthacenyl, Pentacenyl, Benzpyrenyl,
Biphenyl, Biphenylenyl, Terphenyl, Terphenylenyl, Fluorenyl, Spirobifluorenyl, Dihydrophenanthrenyl,
Dihydropyrenyl, Tetrahydropyrenyl, cis- oder trans-Indenofluorenyl,
Truxenyl, Isotruxenyl, Spirotruxenyl, Spiroisotruxenyl, Furanyl,
Benzofuranyl, Isobenzofuranyl, Dibenzofuranyl, Thiophenyl, Benzothiophenyl,
Isobenzothiophenyl, Dibenzothiophenyl, Pyrrolyl, Indolyl, Isoindolyl,
Carbazolyl, Pyridinyl, Chinolinyl, Isochinolinyl, Acridinyl, Phenanthridinyl,
Benzo-5,6-chinolinyl, Benzo-6,7-chinolinyl, Benzo-7,8-chinolinyl,
Phenothiazinyl, Phenoxazinyl, Pyrazolyl, Indazolyl, Imidazolyl,
Benzimidazolyl, Naphthimidazolyl, Phenanthrimidazolyl, Pyridimidazolyl,
Pyrazinimidazolyl, Chinoxalinimidazolyl, Oxazolyl, Benzoxazolyl,
Naphthoxazolyl, Anthroxazolyl, Phenanthroxazolyl, Isoxazolyl, 1,2-Thiazolyl,
1,3-Thiazolyl, Benzothiazolyl, Pyridazinyl, Benzopyridazinyl, Pyrimidinyl,
Benzpyrimidinyl, Chinoxalinyl, 1,5-Diazaanthracenyl, 2,7-Diazapyrenyl,
2,3-Diazapyrenyl, 1,6-Diazapyrenyl, 1,8-Diazapyrenyl, 4,5-Diazapyrenyl,
4,5,9,10-Tetraazaperylenyl, Pyrazinyl, Phenazinyl, Phenoxazinyl,
Phenothiazinyl, Fluorubinyl, Naphthyridinyl, Azacarbazolyl, Benzocarbolinyl,
Phenanthrolinyl, 1,2,3-Triazolyl, 1,2,4-Triazolyl, Benzotriazolyl,
1,2,3-Oxadiazolyl, 1,2,4-Oxadiazolyl, 1,2,5-Oxadiazolyl, 1,3,4-Oxadiazolyl,
1,2,3-Thiadiazolyl, 1,2,4-Thiadiazolyl, 1,2,5-Thiadiazolyl, 1,3,4-Thiadiazolyl,
1,3,5-Triazinyl, 1,2,4-Triazinyl, 1,2,3-Triazinyl, Tetrazolyl, 1,2,4,5-Tetrazinyl,
1,2,3,4-Tetrazinyl, 1,2,3,5-Tetrazinyl, Purinyl, Pteridinyl, Indolizinyl,
Benzothiadiazolyl, Benzanthrenyl, Benzanthracenyl, Rubicenyl oder
Triphenylenyl.
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Besonders
bevorzugt ist beispielsweise ein Blend, wobei in dem erfindungsgemäßen
Polymer die Struktureinheit der Formel (II) folgende ist:
-
Insbesondere
bevorzugt ist auch ein Blend, wobei das Polymer ein Polymer ist,
das Struktureinheiten der Formel (I) sowie deren bevorzugte Ausführungsformen
aufweist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
umfasst der Blend ein Polymer mit Struktureinheiten der Formel (I)
und/oder (II) wie oben definiert und eine polymere Verbindung enthaltend
eine oder mehrere Emittereinheiten. In einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform enthält der Blend ein Polymer mit
Struktureinheiten der Formel (I) und/oder (II), ein Polymer mit
einer oder mehreren Emittereinheiten sowie eine dritte Komponente,
die eine zusätzliche Funktionalität einbringt.
Dies kann wiederum ein Polymer, aber auch ein kleines Molekül
sein.
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Der
Blend kann darüber hinaus auch weitere polymere Verbindungen
enthalten. Im Extremfall können die nötigen Funktionalitäten
auf ebenso viele Polymere verteilt sein. In diesem Fall kann ein
Blend erfindungsgemäß folgendermaßen
aufgebaut sein:
Polymer mit erfindungsgemäßen
Struktureinheiten und
Polymer mit Lochinjektionseinheiten und/oder
Polymer
mit Lochtransporteinheiten und/oder
Polymer mit Lochblockiereinheiten
und/oder
Polymer mit Emittereinheiten und/oder
Polymer
mit Elektroneninjektionseinheiten und/oder
Polymer mit Elektronentransporteinheiten
und/oder
Polymer mit Elektronenblockiereinheiten und/oder
Polymer
mit Excitonen erzeugenden Einheiten.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
ist somit auch ein Blend umfassend weitere Polymere, welche jeweils
unabhängig voneinander eine Lochinjektions-, Lochtransport-,
Lockblockier-, Elektroneninjektions-, Elektronentransport-, Elektronenblockier-,
Emitter- oder Excitonen erzeugende Einheit aufweisen.
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Das
erfindungsgemäße Polymer oder der erfindungsgemäße
Blend kann in einer organischen elektronischen Vorrichtung verwendet
werden. Dabei liegt das Polymer oder der Blend vorzugsweise innerhalb
einer organischen Schicht vor. Die organische Schicht kann ferner
weitere Bestandteile enthalten, beispielsweise niedermolekulare
Verbindungen oder Verbindungen, welche die Filmbildungseigenschaften
verbessern. Zur Herstellung der organischen Schicht wird gewöhnlich
eine flüssige Formulierung, enthaltend das erfindungsgemäße
Polymer oder Blend und ein oder mehrere Lösungsmittel verwendet.
Die Erzeugung der Polymerschicht kann beispielsweise durch Beschichtung
aus Lösung, beispielsweise Spin-Coating, Ink-jetting oder dergleichen
erfolgen. Die dazu notwendigen Techniken sind dem Fachmann bekannt.
Nach dem Aufbringen der Polymerschicht und Entfernen des Lösungsmittels
kann das Polymer zusätzlich vernetzt werden. Die Vernetzung
erfolgt strahlungsinduziert (z. B. mit UV-Licht, sichtbarem Licht,
Mikrowellen, Elektronenstrahlen) oder thermisch. Dabei müssen
jedoch zur Vernetzung geeignete Substituenten, beispielsweise Vinylgruppen
vorhanden sein.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist somit auch eine Formulierung umfassend
ein erfindungsgemäßes Polymer oder Blend und ein
oder mehrere Lösungsmittel. Wie solche Formulierungen hergestellt werden
können, ist dem Fachmann bekannt und z. B. in der
WO 02/072714 , der
WO 03/019694 und der darin zitierten
Literatur beschrieben.
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Geeignete
und bevorzugte Lösungsmittel sind beispielsweise Toluol,
Anisole, Xylole, Methylbenzoat, Dimethylanisole, Mesitylene, Tetralin,
Veratrole und Tetrahydrofuran oder Mischungen davon.
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Die
erfindungsgemäßen Polymere, Blends (Mischungen)
und Formulierungen können in elektronischen oder elektrooptischen
Vorrichtungen bzw. zu deren Herstellung verwendet werden.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit die Verwendung
der erfindungsgemäßen Polymeren, Blends (Mischungen)
und Formulierungen in elektronischen oder elektrooptischen Vorrichtungen,
vorzugsweise in organischen bzw. polymeren organischen Elektrolumineszenzvorrichtungen
(OLED, PLED), organischen Feld-Effekt-Transistoren (OFETs), organischen
integrierten Schaltungen (O-ICs), organischen Dünnfilmtransistoren
(TFTs), organischen Solarzellen (O-SCs), organischen Laserdioden
(O-Laser), organischen photovoltaischen (OPV) Elementen oder Vorrichtungen
oder organischen Photorezeptoren (OPCs), besonders bevorzugt in
organischen bzw. polymeren organischen Elektrolumineszenzvorrichtungen
(OLED, PLED), insbesondere in polymeren organischen Elektrolumineszenzvorrichtungen
(PLED).
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Wie
OLEDs bzw. PLEDs hergestellt werden können, ist dem Fachmann
bekannt und wird beispielsweise als allgemeines Verfahren ausführlich
in der
WO 2004/070772
A2 beschrieben, das entsprechend für den Einzelfall
anzupassen ist.
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Wie
oben beschrieben, eignen sich die erfindungsgemäßen
Polymere ganz besonders als Elektrolumineszenzmaterialien in derart
hergestellten PLEDs oder Displays.
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Als
Elektrolumineszenzmaterialien im Sinne der vorliegenden Erfindung
gelten Materialien, die als aktive Schicht Verwendung finden können.
Aktive Schicht bedeutet, dass die Schicht befähigt ist,
bei Anlegen eines elektrischen Feldes Licht abzustrahlen (lichtemittierende
Schicht) und/oder dass sie die Injektion und/oder den Transport
der positiven und/oder negativen Ladungen verbessert (Ladungsinjektions-
oder Ladungstransportschicht).
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Ein
bevorzugter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch
die Verwendung der erfindungsgemäßen Polymere
oder Blends (Mischungen) in einer PLED, insbesondere als Elektrolumineszenzmaterial.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ferner eine organische elektronische
Vorrichtung umfassend eine oder mehrere organische Schichten, wobei
mindestens eine Schicht ein erfindungsgemäßes
Polymer oder einen erfindungsgemäßen Blend enthält.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die
Vorrichtung mehrere Schichten. Dies können Schichten sein,
die das erfindungsgemäße Polymer oder den erfindungsgemäßen
Blend enthalten oder Schichten, welche davon unabhängige
Polymere, Blends oder niedermolekulare Verbindungen enthalten. Das
erfindungsgemäße Polymer oder der erfindungsgemäße
Blend kann dabei in Form einer Lochtransport-, Lochinjektions-,
Emitter-, Elektronentransport-, Elektroneninjektions-, Ladungsblockier-
und/oder Ladungserzeugungsschicht vorliegen.
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Dabei
kann die organische Elektrolumineszenzvorrichtung eine emittierende
Schicht enthalten, oder sie kann mehrere emittierende Schichten
enthalten, wobei mindestens eine emittierende Schicht mindestens ein
erfindungsgemäßes Polymer oder einen erfindungsgemäßen
Blend, wie oben definiert, enthält oder daraus besteht.
Wenn mehrere Emissionsschichten vorhanden sind, weisen diese vorzugsweise
insgesamt mehrere Emissionsmaxima zwischen 380 nm und 750 nm auf,
so dass insgesamt weiße Emission resultiert, d. h. in den emittierenden
Schichten werden verschiedene emittierende Verbindungen verwendet,
die fluoreszieren und/oder phosphoreszieren können. Insbesondere
bevorzugt sind Dreischichtsysteme, wobei die drei Schichten blaue,
grüne und orange oder rote Emission zeigen (für
den prinzipiellen Aufbau siehe z. B.
WO 05/011013 ). Weiß emittierende
Vorrichtungen eignen sich z. B. als Beleuchtung oder Hintergrundbeleuchtung von
Displays (LCD).
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Außer
diesen Schichten kann sie noch weitere Schichten enthalten, beispielsweise
jeweils eine oder mehrere Lochinjektionsschichten, Lochtransportschichten,
Lochblockierschichten, Elektronentransportschichten, Elektroneninjektionsschichten,
Excitonenblockierschichten und/oder Ladungserzeugungsschichten (Charge-Generation
Lagers, IDMC 2003, Taiwan; Session 21 OLED (5), T. Matsumoto, T.
Nakada, J. Endo, K. Mori, N. Kawamura, A. Yokoi, J. Kido, Multiphoton
Organic EL Device Having Charge Generation Lager). Ebenso
können zwischen zwei emittierende Schichten Interlayer
eingebracht sein, welche beispielsweise eine Excitonenblockierende
Funktion aufweisen. Es sei aber darauf hingewiesen, dass nicht notwendigerweise
jede dieser Schichten vorhanden sein muss. Diese Schichten können
ebenfalls die erfindungsgemäßen Polymere oder
Blends, wie oben definiert, enthalten. Möglich ist auch,
dass mehrere OLEDs übereinander angeordnet werden, wodurch
eine weitere Effizienzsteigerung hinsichtlich der Lichtausbeute
erreicht werden kann. Zur Verbesserung der Lichtauskopplung kann
die letzte organische Schicht auf der Lichtaustrittsseite bei OLEDs auch
als Nanoschaum ausgeführt sein, wodurch der Anteil der
Totalreflexion verringert wird.
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Die
Vorrichtung kann ferner Schichten enthalten, welche aus kleinen
Molekülen aufgebaut sind (SMOLED). Diese können
durch Verdampfen von kleinen Molekülen im Hochvakuum erzeugt
werden.
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Weiterhin
bevorzugt ist somit eine organische Elektrolumineszenzvorrichtung,
wobei eine oder mehrere Schichten mit einem Sublimationsverfahren
beschichtet werden. Dabei werden die Materialien in Vakuum-Sublimationsanlagen
bei einem Druck kleiner 10–5 mbar,
vorzugsweise kleiner 10–6 mbar,
besonders bevorzugt kleiner 10–7 mbar
aufgedampft.
-
Bevorzugt
ist ebenfalls eine organische Elektrolumineszenzvorrichtung, die
dadurch gekennzeichnet ist, dass eine oder mehrere Schichten mit
dem OVPD (Organic Vapour Phase Deposition) Verfahren oder mit Hilfe
einer Trägergassublimation beschichtet werden. Dabei werden
die Materialien bei einem Druck zwischen 10–5 mbar
und 1 bar aufgebracht.
-
Weiterhin
bevorzugt ist eine organische Elektrolumineszenzvorrichtung, wobei
eine oder mehrere Schichten aus Lösung, wie z. B. durch
Spincoating, oder mit einem beliebigen Druckverfahren, wie z. B.
Siebdruck, Flexodruck oder Offsetdruck, besonders bevorzugt aber
LITI (Light Induced Thermal Imaging, Thermotransferdruck) oder Ink-Jet
Druck (Tintenstrahldruck), hergestellt werden. Hierfür
sind lösliche Verbindungen nötig, welche gegebenenfalls
durch geeignete Substitution erhalten werden.
-
Die
organische elektronische Vorrichtung ist vorzugsweise eine organische
elektrolumineszierende Vorrichtung (OLED), eine polymere elektrolumineszierende
Vorrichtung (PLED), eine organische integrierte Schaltung (O-IC),
ein organischer Feld-Effekt-Transistor (O-FET), ein organischer
Dünnfilmtransistor (O-TFT), ein organischer lichtemittierender
Transistor (O-LET), eine organische Solarzelle (O-SC), ein organischer
optischer Detektor, ein organischer Photorezeptor, ein organisches
Feld-Quench-Device (O-FQD), eine lichtemittierende elektrochemische
Zelle (LEC) oder eine organische Laserdiode (O-Laser).
-
Die
Vorrichtung enthält gewöhnlich eine Kathode und
eine Anode (Elektroden). Die Elektroden (Kathode, Anode) werden
im Sinne der vorliegenden Erfindung so gewählt, dass ihr
Potential möglichst gut mit dem Potential der angrenzenden
organischen Schicht übereinstimmt, um eine möglichst
effiziente Elektronen- bzw. Lochinjektion zu gewährleisten.
-
Als
Kathode sind Metallkomplexe, Metalle mit geringer Austrittsarbeit,
Metalllegierungen oder mehrlagige Strukturen aus verschiedenen Metallen
bevorzugt, wie beispielsweise Erdalkalimetalle, Alkalimetalle, Hauptgruppenmetalle
oder Lanthanoide (z. B. Ca, Ba, Mg, Al, In, Mg, Yb, Sm, etc.), Bei
mehrlagigen Strukturen können auch zusätzlich
zu den genannten Metallen weitere Metalle verwendet werden, die
eine relativ hohe Austrittsarbeit aufweisen, wie z. B. Ag, wobei
dann in der Regel Kombinationen der Metalle, wie beispielsweise Ca/Ag
oder Ba/Ag verwendet werden. Es kann auch bevorzugt sein, zwischen
einer metallischen Kathode und dem organischen Halbleiter eine dünne
Zwischenschicht eines Materials mit einer hohen Dielektrizitäts-konstante
einzubringen. Hierfür kommen beispielsweise Alkalimetall-
oder Erdalkalimetallfluoride, aber auch die entsprechenden Oxide
in Frage (z. B. LiF, Li2O, BaF2,
MgO, NaF, etc.). Die Schichtdicke dieser Schicht beträgt vorzugsweise
zwischen 1 und 10 nm, besonders bevorzugt zwischen 2 und 8 nm.
-
Als
Anode sind Materialien mit hoher Austrittsarbeit bevorzugt. Vorzugsweise
weist die Anode ein Potential größer 4,5 eV vs.
Vakuum auf. Hierfür sind einerseits Metalle mit hohem Redoxpotential
geeignet, wie beispielsweise Ag, Pt oder Au. Es können
andererseits auch Metall/Metalloxid-Elektroden (z. B. Al/Ni/NiOx, Al/PtOx) bevorzugt
sein. Für einige Anwendungen muss mindestens eine der Elektroden
transparent sein, um entweder die Bestrahlung des organischen Materials
(O-SC) oder die Auskopplung von Licht (OLED/PLED, O-LASER) zu ermöglichen.
Ein bevorzugter Aufbau verwendet eine transparente Anode. Bevorzugte
Anodenmaterialien sind hier leitfähige gemischte Metalloxide.
Besonders bevorzugt sind Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder Indium-Zink
Oxid (IZO). Bevorzugt sind weiterhin leitfähige, dotierte
organische Materialien, insbesondere leitfähige dotierte
Polymere (wie z. B. PEDOT oder PANI).
-
Die
Vorrichtung wird in an sich bekannter Weise je nach Anwendung entsprechend
strukturiert, kontaktiert und schließlich hermetisch versiegelt,
da sich die Lebensdauer derartiger Vorrichtungen bei Anwesenheit
von Wasser und/oder Luft drastisch verkürzt.
-
Die
Erfindung wird im folgenden anhand einiger nicht als beschränkend
auf den Umfang der Erfindung zu verstehenden Beispiele näher
erläutert.
-
Ausführungsbeispiele:
-
Beispiele 1 bis 3: Herstellung der Monomere
-
Beispiel 1
-
Herstellung von Verbindung 3 (2,6-Dibrom-9,10-di-naphthalin-1-yl-anthracen)
-
Die
Verbindung 3 wird wie folgt hergestellt:
1.1
Verbindung 2
-
151,35
g (1 molares Äquivalent, 0,616 mol) 2,6-Diaminoanthrachinon
1 werden mit 299,57 g (2,16 molare Äquivalente, 1,328 mol)
Kupfer(II)bromid und mit 2500 ml Acetonitril versetzt. Der Ansatz
wird auf 60°C erhitzt. Bei dieser Temperatur werden 164
ml (2,01 molare Äquivalente, 1,241 mol) tert.-Butylnitrit
zugetropft, anschließend wird noch 2 Stunden bei 60°C
und über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Die
Suspension wird langsam auf eine Mischung aus 2,5 l Eis, 300 ml
konzentrierte HCl und 300 ml H
2O gegossen.
Der Feststoff wird abgesaugt, mit Dimethylsulfoxid (DMSO) und anschließend
mit Ethanol heiß ausgerührt. Der resultierende
Feststoff 2 (178,48 g, 79,1%) wird ohne weitere Reinigung in die
Folgereaktion eingesetzt.
1H NMR (CDCl
2CDCl
2, δ (ppm),
J (Hz)): 7,95 (d, 2H, J = 8,25), 8,14 (d, 2H, J = 8,25), 8,40 (s,
2H). 1.2
Verbindung 3
-
50,53
ml (3 molare Äquivalente, 0,352 mol) 1-Bromnaphthalin werden
in THF vorgelegt und auf –78°C abgekühlt.
140,98 ml (3 molare Äquivalente, 0,352 mol) n-Butyllithium
(2,5 M in Hexan) werden zugetropft, anschließend wird 2
Stunden bei –78°C gerührt. Dann werden
43 g (1 molares Äquivalent, 0,117 mol) 2,6-Dibromanthrachinon
2 in kleinen Portionen zugegeben. Die Reaktionslösung wird
für eine weitere Stunde bei –70°C und über
Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend
werden 90,92 g (4 molare Äquivalente, 0,470 mol) SnCl2 in 200 ml 10%iger HCl gelöst und
langsam zugetropft. Die Reaktionsmischung wird 3 Stunden unter Rückfluss
erwärmt. Nach beendeter Reaktion wird die Reaktionsmischung
abgesaugt. Die Reinigung erfolgt durch Umkristallisation aus N-Methylpyrrolidon
(NMP) und liefert weiße Kristalle (9,1 g, 13,2%).
1H NMR (d8-THF, δ (ppm),
J (Hz)): 7,08 (d, 2H, J = 8,4), 7,17–7,35 (m, 6H), 7,52
(t, 2H, J = 7,9), 7,60 (s, 2H), 7,66 (d, 2H, J = 6,9), 7,79 (t,
2H, J = 6,9), 8,07 (d, 2H, J = 8,3), 8,17 (d, 2H, J = 8,3)
-
Beispiel 2
-
Herstellung
von Verbindung 4 (2,6-Dibrom-9,10-di-naphthalin-2-yl-anthracen)
-
Die
Verbindung 4 wird wie folgt hergestellt:
2.1
Verbindung 4
-
25
g (3 molare Äquivalente, 0,12 mol) 2-Bromnaphthalin werden
in 150 ml THF vorgelegt und auf –78°C abgekühlt.
54 ml (3,3 molare Äquivalente, 0,13 mol) n-Butyllithium
(2,5 M in Hexan) werden zugetropft, anschließend wird 1
Stunde bei –78°C gerührt. Dann werden
15 g (1 molares Äquivalent, 0,04 mol) 2,6-Dibromanthrachinon
2 in kleinen Portionen zugegeben. Die Reaktionslösung wird
für eine weitere Stunde bei –70°C und über
Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend
werden 31,50 g (4 molare Äquivalente, 0,163 mol) SnCl2 in 100 ml 10%iger HCl gelöst und
langsam zugetropft. Die Reaktionsmischung wird 3 Stunden unter Rückfluss
erwärmt. Nach beendeter Reaktion wird die Reaktionsmischung
abgesaugt. Die Reinigung erfolgt durch Umkristallisation aus N-Methylpyrrolidon
(NMP) und liefert einen weiß-gelben Feststoff (1,5 g, 6,25%)
1H NMR (CDCl2CDCl2, δ (ppm), J (Hz)): 7,36 (br d,
2H, J = 9,26), 7,57–7,66 (m, 8H), 7,86 (d, 2H, J = 1,69), 7,96
(d, 4H, J = 9,93), 8,05 (d, 2H, J = 6,9), 8,12 (d, 2H, J = 8,25)
-
Beispiel 3
-
Herstellung von Verbindung 5 (2,6-Dibrom-9,10-di-phenyl-anthracen)
-
Die
Verbindung 5 wird wie folgt hergestellt:
2.1
Verbindung 5
-
47,71
ml (3,3 molare Äquivalente, 0,45 mol) 2-Brombenzol werden
in 800 ml THF vorgelegt und auf –78°C abgekühlt.
164 ml (3,0 molare Äquivalente, 0,41 mol) n-Butyllithium
(2,5 M in Hexan) werden zugetropft, anschließend wird 1
Stunde bei –78°C gerührt. Dann werden
50 g (1 molares Äquivalent, 1,37 mol) 2,6-Dibromanthrachinon
2 in kleinen Portionen zugegeben. Die Reaktionslösung wird
für eine weitere Stunde bei –70°C und über
Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend
werden 105,73 g (4 molare Äquivalente, 5,46 mol) SnCl2 in 200 ml 10%iger HCl gelöst und
langsam zugetropft. Die Reaktionsmischung wird 3 Stunden unter Rückfluss
erwärmt. Nach beendeter Reaktion wird die Reaktionsmischung
abgesaugt. Die Reinigung erfolgt durch Umkristallisation aus N-Methylpyrrolidon
(NMP) und liefert einen weiß-gelben Feststoff (33,8 g,
50,6%)
1H NMR (CDCl3, δ (ppm),
J (Hz)): 7,37 (dd, 2H, J1 = 9,3; J2 = 2,0), 7,42–7,44 (m, 4H), 7,86
(d, 2H, J = 9,3), 7,58–7,63 (m, 6H), 7,81 (d, 2H, J = 2,0)
-
Beispiele 4 bis 13: Herstellung der Polymere
-
Die
erfindungsgemäßen Polymere P1 bis P6 sowie die
Vergleichspolymere V1 bis V4 werden unter Verwendung der folgenden
Monomeren (Prozentangaben = mol%) durch SUZUKI-Kupplung gemäß der
WO 03/048225 A2 synthetisiert. Beispiel
4 (Polymer P1)
Beispiel
5 (Polymer P2)
Beispiel
6 (Polymer V1)
Beispiel
7 (Polymer P3)
Beispiel
8 (Polymer V2)
Beispiel
9 (Polymer P4)
Beispiel
10 (Polymer P5)
Beispiel
11 (Polymer P6)
Beispiel
12 (Polymer V3)
Beispiel
13 (Polymer V4)
-
Beispiele 14 bis 21: Herstellung von PLEDs
-
Die
Herstellung von polymeren organischen Leuchtdioden (PLED) ist in
der Literatur bereits vielfach beschrieben (z. B. in der
WO 2004/037887 A2 ).
Um die vorliegende Erfindung beispielhaft zu erläutern,
werden PLEDs mit den Polymeren P1 bis P6 sowie mit den Vergleichspolymeren
V1 bis V4 bzw. mit Blends aus diesen Polymeren durch Spincoating
hergestellt. Eine typische Device hat den in
1 dargestellten
Aufbau.
-
Dazu
werden speziell angefertigte Substrate der Firma Technoprint in
einem eigens zu diesem Zweck designten Layout verwendet (2,
Abbildung links: Auf den Glasträger aufgebrachte ITO-Struktur,
Abbildung rechts: Vollständige elektronische Struktur mit
ITO, aufgedamper Kathode und optionaler Metallisierung der Zuleitungen).
Die ITO-Struktur (Indium-Zinn-Oxid, eine transparente, leitfähige
Anode) wird durch Sputtern in einem solchen Muster auf Sodalimeglas
aufgebracht, dass sich mit der am Ende des Herstellungsprozesses aufgedampften
Kathode 4 Pixel à 2 × 2 mm ergeben.
-
Die
Substrate werden im Reinraum mit Dl Wasser und einem Detergens (Deconex
15 PF) gereinigt und dann durch eine UV/Ozon-Plasmabehandlung aktiviert.
Danach wird ebenfalls im Reinraum eine 80 nm Schicht PEDOT (PEDOT
ist ein Polythiophen-Derivat (Baytron P VAI 4083sp.) von H. C. Starck,
Goslar, das als wässrige Dispersion geliefert wird) durch
Spin-Coating aufgebracht. Die benötigte Spinrate hängt
vom Verdünnungsgrad und der spezifischen Spincoater-Geometrie
ab (typisch für 80 nm: 4500 rpm). Um Restwasser aus der
Schicht zu entfernen, werden die Substrate für 10 Minuten
bei 180°C auf einer Heizplatte ausgeheizt. Danach werden
unter Inertgas-atmosphäre (Stickstoff bzw. Argon) zunächst
20 nm einer Interlayer (typischerweise ein lochdominiertes Polymer,
hier HIL-012 von Merck) und dann 65 nm der Polymerschichten aus
Toluollösungen (Konzentration Interlayer 5 g/l, für
die Polymere P1 bis P6 sowie V1 bis V4 zwischen 8 und 10 g/l) aufgebracht.
Beide Schichten werden bei 180°C mindestens 10 Minuten
ausgeheizt.
-
In
einer Variation dieses Prozesses werden keine einzelnen Polymere,
sondern Polymerblends in der Emissionsschicht verwendet. Hierzu
werden Blend-Lösungen gemäß folgendem
allgemeinen Verfahren hergestellt: Für jede Komponente
wird eine Lösung mit gleicher Konzentration hergestellt.
Dazu wird eine entsprechende Menge der festen Verbindung abgewogen
und in die entsprechende Menge eines geeigneten Lösungsmittels
gegeben. Danach wird für mindestens 1 Stunde gerührt,
bis eine klare Lösung entstanden ist. Zur Herstellung des
Blends werden die entsprechenden Volumina der Lösung mit
einer Pipette abgenommen und in einem neuen Gefäß vereint.
Beispielsweise wird zur Herstellung von 10 ml Blend mit 50% Komponente
A und 50% Komponente B ein Volumen von 5 ml der Komponente A (8
g/l) und 5 ml der Komponente B (8 g/l) vereint. Als Lösungsmittel
kann beispielsweise Toluol dienen, das hier in allen Beispielen
eingesetzt wird.
-
Alternativ
zum Mischen der Lösungen können bei ausreichender
Lösungsmenge (um die Einwaagegenauigkeit zu garantieren)
auch direkt eine gemeinsame Lösung der eingesetzten Polymere
hergestellt werden. So werden Blends einer Zusammensetzung von 37,5%
Komponente A und 62,5% Komponente B durch Einwiegen von 3 g/l Komponente
A und 5 g/l Komponente B hergestellt.
-
Nach
Aufbringen der Polymer- oder Polymerblend-Emissionsschicht wird
die Ba/Al-Kathode im angegebenen Muster durch eine Aufdampfmaske
aufgedampft (hochreine Metalle von Aldrich, besonders Barium 99,99%
(Best-Nr. 474711); Aufdampfanlagen von Lesker o. a., typischer Vakuumlevel
5 × 10–6 mbar). Um vor allem
die Kathode vor Luft und Luftfeuchtigkeit zu schützen,
wird die Device abschließend verkapselt und dann charakterisiert.
-
Dazu
werden die Devices in für die Substratgröße
eigens angefertigte Halter eingespannt und mittels Federkontakten
kontaktiert. Eine Photodiode mit Augenverlaufsfilter kann direkt
auf den Messhalter aufgesetzt werden, um Einflüsse von
Fremdlicht auszuschließen. Der typische Messaufbau ist
in 3 dargestellt.
-
Typischerweise
werden die Spannungen von 0 bis max. 20 V in 0,2 V-Schritten erhöht
und wieder erniedrigt. Für jeden Messpunkt wird der Strom
durch die Device sowie der erhaltene Photostrom von der Photodiode
gemessen. Auf diese Art und Weise erhält man die IVL-Daten
der Testdevices. Wichtige Kenngrößen sind die
gemessene maximale Effizienz („Max. Eff.” in cd/A)
und die für 100 cd/m2 benötigte
Spannung.
-
Um
außerdem die Farbe und das genaue Elektrolumineszenzspektrum
der Testdevices zu kennen, wird nach der ersten Messung nochmals
die für 100 mA/cm2 benötigte
Spannung angelegt und die Photodiode durch einen Spektrum-Messkopf
ersetzt. Dieser ist durch eine Lichtleitfaser mit einem Spektrometer
(Ocean Optics) verbunden. Aus dem gemessenen Spektrum können
die Farbkoordinaten (CIE: Commission International de l'éclairage,
Normalbetrachter von 1931) abgeleitet werden.
-
Für
die Einsatzfähigkeit der Materialien von besonderer Bedeutung
ist die Lebensdauer der Devices. Diese wird in einem der Erstevaluierung
sehr ähnlichen Messaufbau so gemessen, dass eine Anfangsleuchtdichte
eingestellt wird (z. B. 1000 cd/m2). Der
für diese Leuchtdichte benötigte Strom wird konstant
gehalten, während typischerweise die Spannung ansteigt
und die Leuchtdichte abnimmt. Die Lebensdauer ist erreicht, wenn
die Anfangsleuchtdichte auf 50% des Ausgangswertes abgesunken ist.
-
Die
Ergebnisse, die bei Verwendung der Polymere P1 bis P6 und V1 bis
V4 sowie deren Blends in PLEDs erhalten werden, sind in den folgenden
Beispielen beschrieben. Dabei behandeln die Beispiele 14 bis 16
PLEDs aus einzelnen emittierenden Polymeren und die Beispiele 17
bis 21 PLEDs aus Polymer-Blends.
-
Beispiel 14: Vergleich des erfindungsgemäßen
Polymers P1 mit dem Vergleichspolymer V1
-
Die
Ergebnisse, die bei der Verwendung von P1 und V1 in PLEDs erhalten
werden, sind in Tabelle 1 dargestellt. Es handelt sich in beiden
Fällen um weiß emittierende Polymere. Tabelle 1
Polymer | U
@100 cd/m2 [V] | Max.
Eff. [cd/A] | Max.
Eff. [EQE] | Max.
Eff. [Im/W] | CIE
[x/y] | Lifetime @1000 cd/m2 [h] |
V1 | 7.1 | 7.6 | 3.7% | 3.7 | 0.32/0.38 | 1900 |
P1 | 4.9 | 7.6 | 3.9% | 4.9 | 0.46/0.45 | 4000 |
-
Wie
man aus den Ergebnissen erkennen kann, stellt das erfindungsgemäße
Polymer P1 in Bezug auf Betriebsspannung, Effizienz und Lebensdauer
eine deutliche Verbesserung gegenüber dem vergleichbaren Polymer
gemäß dem Stand der Technik dar.
-
Beispiel 15: Vergleich des erfindungsgemäßen
Polymers P2 mit dem Vergleichspolymer V1
-
Die
Ergebnisse, die bei der Verwendung von P2 und V1 in PLEDs erhalten
werden, sind in Tabelle 2 dargestellt. Es handelt sich in beiden
Fällen um weiß emittierende Polymere. Tabelle 2
Polymer | U
@100 cd/m2 [V] | Max.
Eff. [cd/A] | Max.
Eff. [EQE] | Max.
Eff. [Im/W] | CIE
[x/y] | Lifetime @1000 cd/m2 [h] |
V1 | 7.1 | 7.6 | 3.7% | 3.7 | 0.32/0.38 | 1900 |
P2 | 4.2 | 8.4 | 4.1% | 6.4 | 0.39/0.44 | 3100 |
-
Wie
man aus den Ergebnissen erkennen kann, stellt das erfindungsgemäße
Polymer P2 in Bezug auf Betriebsspannung, Effizienz und Lebensdauer
eine deutliche Verbesserung gegenüber dem vergleichbaren Polymer
gemäß dem Stand der Technik dar. Der Vergleich
der Beispiele P1 und P2 zeigt außerdem, wie durch den Einsatz
verschiedener Monomere und Konzentrationen die Farbe an die jeweiligen
Bedürfnisse angepasst werden kann.
-
Beispiel 16: Vergleich des erfindungsgemäßen
Polymers P3 mit dem Vergleichspolymer V2
-
Die
Ergebnisse, die bei der Verwendung von P3 und V2 in PLEDs erhalten
werden, sind in Tabelle 3 dargestellt. Es handelt sich in beiden
Fällen um weiß emittierende Polymere. Tabelle 3
Polymer | U
@100 cd/m2 [V] | Max.
Eff. [cd/A] | Max.
Eff. [EQE] | Max.
Eff. [Im/W] | CIE
[x/y] | Lifetime @1000 cd/m2 [h] |
V2 | 6.5 | 9.4 | 4.1% | 5.3 | 0.31/0.38 | 1900 |
P3 | 4.1 | 11.7 | 4.6% | 8.0 | 0.41/0.49 | 1400 |
-
Wie
man aus den Ergebnissen erkennen kann, stellt das erfindungsgemäße
Polymer P3 in Bezug auf Betriebsspannung und Effizienz eine deutliche
Verbesserung gegenüber dem vergleichbaren Polymer gemäß dem
Stand der Technik dar.
-
Beispiel 17: Vergleich eines erfindungsgemäßen
Blends aus dem Polymer P1 und dem Vergleichspolymer V2 mit den beiden
Einzelkomponenten
-
Die
Ergebnisse, die bei der Verwendung von P1 und V2 sowie ihres 50:50-Blends
in PLEDs erhalten werden, sind in Tabelle 4 dargestellt. Es handelt
sich in beiden Fällen um weiß emittierende Polymere. Tabelle 4
Polymer | U
@100 cd/m2 [V] | Max.
Eff. [cd/A] | Max.
Eff. [EQE] | Max.
Eff. [Im/W] | CIE
[x/y] | Lifetime @1000 cd/m2 [h] |
V2 | 6.5 | 9.4 | 4.1% | 5.3 | 0.31/0.38 | 1900 |
P1 | 4.9 | 7.6 | 3.9% | 4.9 | 0.46/0.45 | 4000 |
P1
+ V2 | 4.2 | 9.7 | 4.6% | 7.7 | 0.41/0.45 | 3800 |
-
Wie
man aus den Ergebnissen erkennen kann, können die Leistungsdaten
eines dem Stand der Technik entsprechenden Vergleichspolymers V2
nicht nur durch den Einbau von erfindungsgemäßen
Monomeren (das heißt Überführung in erfindungsgemäßes
Polymer P3, siehe Beispiel 16) gesteigert werden. Eine noch weitere
Steigerung der Leistungsdaten kann durch die Herstellung von Blends
des entsprechenden Vergleichspolymers mit einem erfindungsgemäßen
Polymer erreicht werden.
-
Beispiel 18: Vergleich eines erfindungsgemäßen
Blends aus dem Polymer P4 und dem Vergleichspolymer V2 mit den beiden
Einzelkomponenten
-
Die
Ergebnisse, die bei der Verwendung von P4 und V2 sowie ihres 38:62-Blends
in PLEDs erhalten werden, sind in Tabelle 5 dargestellt. Es handelt
sich um ein weiß emittierendes Vergleichspolymer und ein blau
emittierendes erfindungsgemäßes Polymer. Tabelle 5
Polymer | U
@100 cd/m2 [V] | Max.
Eff. [cd/A] | Max.
Eff. [EQE] | Max.
Eff. [Im/W] | CIE
[x/y] | Lifetime @1000 cd/m2 [h] |
V2 | 6.5 | 9.4 | 4.1% | 5.3 | 0.31/0.38 | 1900 |
P4 | 4.1 | 7.1 | 3.3% | 5.3 | 0.20/0.35 | 200 |
P4
+ V2 | 3.2 | 14.0 | 5.6% | 12.4 | 0.32/0.42 | 3400 |
-
Wie
man aus den Ergebnissen erkennen kann, ist ein erfindungsgemäßer
Blend aus einem Vergleichspolymer V2 und einem erfindungsgemäßen
Polymer P4 dem dem Stand der Technik entsprechenden Vergleichspolymer
um ein Vielfaches überlegen. Dies gilt insbesondere für
Leistungseffizienz und Lebensdauer. Diese Steigerung der Leistungsdaten
kann erreicht werden, obwohl aus dem erfindungsgemäßen
Polymer P4 (im Gegensatz zu den bisher betrachteten erfindungsgemäßen
Polymeren P1 bis P3) als Reinstoff keine besonders effizienten oder
langlebigen PLEDs hergestellt werden können.
-
Beispiel 19: Vergleich eines erfindungsqemäßen
Blends aus dem Polymer P5 und dem Vergleichspolymer V1 mit den beiden
Einzelkomponenten
-
Die
Ergebnisse, die bei der Verwendung von P5 und V1 sowie ihres 17:73-Blends
in PLEDs erhalten werden, sind in Tabelle 6 dargestellt. Es handelt
sich um ein weiß emittierendes Vergleichspolymer und ein blau
emittierendes erfindungsgemäßes Polymer. Tabelle 6
Polymer | U
@100 cd/m2 [V] | Max.
Eff. [cd/A] | Max.
Eff. [EQE] | Max.
Eff. [Im/W] | CIE
[x/y] | Lifetime @1000 cd/m2 [h] |
V1 | 7.1 | 7.6 | 3.7% | 3.7 | 0.32/0.38 | 1900 |
P5 | 4.5 | 1.8 | 0.9% | 1.1 | 0.15/0.32 | 20 |
P5
+ V1 | 4.2 | 10.6 | 5.0% | 8.2 | 0.34/0.41 | 3300 |
-
Wie
man aus den Ergebnissen erkennen kann, ist ein erfindungsgemäßer
Blend aus einem Vergleichspolymer V1 und einem erfindungsgemäßen
Polymer P5 dem dem Stand der Technik entsprechenden Vergleichspolymer
um ein Vielfaches überlegen. Dies gilt insbesondere für
Leistungseffizienz und Lebensdauer. Diese Steigerung der Leistungsdaten
kann erreicht werden, obwohl aus dem erfindungsgemäßen
Polymer P5 (im Gegensatz zu den zunächst betrachteten erfindungsgemäßen
Polymeren P1 bis P3) als Reinstoff keine besonders effizienten oder
langlebigen PLEDs hergestellt werden können.
-
Beispiel 20: Vergleich eines erfindungsqemäßen
Blends aus dem Polymer P6 und dem Vergleichspolymer V3 mit den beiden
Einzelkomponenten
-
Die
Ergebnisse, die bei der Verwendung von P6 und V3 sowie ihres 50:50-Blends
in PLEDs erhalten werden, sind in Tabelle 7 dargestellt. Es handelt
sich um ein blau emittierendes Vergleichspolymer und ein weiß emittierendes
erfindungsgemäßes Polymer. Tabelle 7
Polymer | U
@100 cd/m2 [V] | Max.
Eff. [cd/A] | Max.
Eff. [EQE] | Max.
Eff. [Im/W] | CIE
[x/y] | Lifetime @1000 cd/m2 [h] |
P6 | 3.7 | 12.49 | 4.8% | 8.8 | 0.41/0.48 | 2400 |
V3 | 5.6 | 6.1 | 4.1% | 4.0 | 0.15/0.19 | 600 |
P6
+ V3 | 3.3 | 13.52 | 5.3% | 11.4 | 0.37/0.46 | 5300 |
-
Wie
man aus den Ergebnissen erkennen kann, können die Leistungsdaten
eines erfindungsgemäßen Polymers P6 noch weiter
gesteigert werden, indem es nicht als Reinstoff, sondern als Komponente
eines erfindungsgemäßen Blends (mit einem Vergleichspolymer
V3) verwendet wird. Dies gilt insbesondere für die Lebensdauer
und Leistungseffizienz, aber auch für Quanteneffizienz
und Betriebsspannung.
-
Beispiel 21: Vergleich eines erfindungsgemäßen
Blends aus dem Polymer P5 und dem Vergleichspolymer V4 mit den beiden
Einzelkomponenten
-
Die
Ergebnisse, die bei der Verwendung von P5 und V4 sowie ihres 50:50-Blends
in PLEDs erhalten werden, sind in Tabelle 8 dargestellt. Es handelt
sich um ein grün emittierendes Vergleichspolymer und ein
blau emittierendes erfindungsgemäßes Polymer. Tabelle 8
Polymer | U
@100 cd/m2 [V] | Max.
Eff. [cd/A] | Max.
Eff. [EQE] | Max.
Eff. [Im/W] | CIE
[x/y] | Lifetime @1000 cd/m2 [h] |
V4 | 6.4 | 15.1 | 4.6% | 8.5 | 0.32/0.59 | 9200 |
P5 | 4.5 | 1.8 | 0.9% | 1.1 | 0.15/0.32 | 20 |
P5
+ V4 | 3.2 | 16.1 | 5.2% | 13.1 | 0.29/0.56 | 10300 |
-
Wie
man aus den Ergebnissen erkennen kann, ist ein erfindungsgemäßer
Blend aus einem Vergleichspolymer V4 und einem erfindungsgemäßen
Polymer P5 dem dem Stand der Technik entsprechenden Vergleichspolymer
deutlich überlegen. Dies gilt insbesondere für
Leistungseffizienz und Betriebsspannung. Diese Steigerung der Leistungsdaten
kann erreicht werden, obwohl aus dem erfindungsgemäßen
Polymer P5 (im Gegensatz zu den zunächst betrachteten erfindungsgemäßen
Polymeren P1 bis P3) als Reinstoff keine besonders effizienten oder
langlebigen PLEDs hergestellt werden können.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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