DE102004023219B4

DE102004023219B4 - Organisches elektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102004023219B4
Application number: DE102004023219A
Authority: DE
Inventors: Debora Dr. Henseler; Karsten Dr. Heuser; Arvid Hunze; Andreas Kanitz; Wolfgang Dr. Rogler; Wolfgang Roth; Jasmin WÖRLE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2024-05-12
Also published as: WO2005112143A2; DE102004023219A1; WO2005112143A3

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird erstmals ein organisches elektronisches Bauelement offenbart, das eine gegenüber bislang bekannten Bauelementen erhöhte Lebensdauer hat, wobei das Bauelement zumindest eine organische aktive Schicht umfasst, die ein nicht-konjugiertes organisches Material enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein organisches elektronisches Bauelement, insbesondere eines mit einer aktiven Schicht aus im spannungsfreien Zustand nicht konjugiertem Material.

Bekannt sind aus der US 5,247,190 A organische elektronische Bauelemente wie organische Leuchtdioden (OLED), die eine semitransparente untere Elektrode, eine organische aktive Schicht, im wesentlichen bestehend aus einem konjugierten polymeren Film und eine obere Elektrode umfassen. Ein konjugiertes Material ist definiert durch eine durchgehende Kette von durch Π-Konjugation, also im Wesentlichen auf gleicher energetischer Höhe liegender besetzter Π-Orbitale, verbundenen Molekülen und/oder Molekülteile. Als konjugierte Polymere bezeichnet man Polymere mit einem delokalisierten Π-Elektronensystem entlang der polymeren Hauptkette. Das delokalisierte Π-Elektronensystem verleiht dem Polymer halbleitende Eigenschaften, weil es ihm die Möglichkeit gibt positive und negative Ladungsträger mit hoher Beweglichkeit entlang der polymeren Hauptkette zu unterstützen. Diese Art der Polymeren wird unter anderem in der US 5,247,19 A beschrieben.

Aus der DE 10 2004 001 865 A1 sind Copolyarylborane als Material für organisch aktive Schichten für OLEDs bekannt.

Die bekannten polymeren konjugierten Verbindungen sind nicht so stabil gegen die während des Betriebs ablaufenden Oxidations- und Reduktionsprozesse, dass sehr langlebige Produkte mit ihnen herstellbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Material für eine aktive Schicht eines organischen elektronischen Bauelements zu schaffen, das sich im Ruhezustand wie ein nicht konjugiertes Material und im Betrieb wie ein konjugiertes polymeres Material verhält, aber das gegenüber Oxidations- und/oder Reduk tionsprozessen nicht so instabil ist, wie die für diese Anwendung bekannten konjugierten Verbindungen.

Gegenstand der Erfindung ist ein organisches elektronisches Bauelement wie eine OLED mit einer unteren, eventuell semitransparenten Elektrode, zumindest einer organischen aktiven Schicht und einer oberen Elektrode, wobei die zumindest eine organische aktive Schicht das im spannungslosen Zustand nicht-konjugierte organische Co-polyarylboran des Typs K, -(-Arⁿ-B[-R]-)_x+y+z wobei Folgendes gilt:
x, y und z sind molare Teile von Komponenten und ergeben in Summe gleich 1, wobei zwei der Indizes x, y und z auch den Wert 0 haben können,
an den Enden sind Wasserstoff-Atome gebunden,
Arⁿ steht für die jeweilige Arylenkomponente, -Ar¹- und/oder -Ar²- und/oder -Ar³- im Copolymer,
dabei stehen Ar¹ und Ar² für Komponenten mit einer bivalent konjugativ verbindenden ein- oder mehrkernigen, aromatischen und/oder heteroaromatischen Arylenstruktur, wobei Ar¹für eine Komponente steht, deren π-Elektronendichte gleich oder größer als die von Benzol ist und Ar² für eine Komponente, die lochtransportfähig ist,
Ar³ steht für eine Komponente mit einer beliebigen bivalent konjugativ verbindenden ein- oder mehrkernigen heteroaromatischen Arylenstruktur geringer π-Elektronendichte, die gleich oder kleiner als die des Benzols ist,
wobei die π-Elektronendichte von Ar³ in jedem Fall kleiner als die von Ar¹ ist,
und
R steht für einen Rest mit Arylstruktur, der je nach beabsichtigter Konjugation des Polyborans K einen heteroaromatischen und/oder einen (homo)-aromatischen Arylrest umfasst,
– der donorfrei ist, wobei eine Konjugation im Polyboran K durch Anlegen eines elektrischen Feldes ausgebildet werden kann, und/oder
– bei dem mindestens eine zusätzliche Donorfunktion substituiert ist (intrinsische Konjugationsausbildung) und/oder
– dessen Wasserstoffatome auch beliebig durch einen oder mehrere verzweigte oder unverzweigte Alkylreste oder Alkoxyreste
R*, substituiert sein können,
umfasst
und
wobei die Komplexzentren durch Spirofluoren-Einheiten und/oder Phenylenvinyl-Einheiten verbunden sind.

Die organische aktive Schicht kann entweder eine organische halbleitende Schicht und/oder eine organische Licht emittierende Schicht sein. Als organisches Material wird hier jede Art von Material bezeichnet mit Ausnahme der traditionellen anorganischen Halbleitermaterialien, also Silizium, Gallium-Arsenid und/oder Mischungen davon enthaltenden Materialien. Die organische aktive Schicht kann dabei das nicht-konjugierte Polymer nur zu einem gewissen Prozentsatz enthalten und im Wesentlichen sogar aus einem konjugierten polymeren organischen Material geschaffen sein, solange das nicht-konjugierte polymere organische Material gemäß der Erfindung in der aktiven Schicht enthalten ist und während des Betriebs des Bauelements halbleitende und/oder Licht emittierende Eigenschaften zeigt.

Das nicht-konjugierte organische Material ist beispielsweise ein polymeres Material mit Wiederholeinheiten, wobei jede Wiederholeinheit eine Struktur hat, die wegen fehlender besetzter Π-Orbitale keine durch konjugierte Kette hat. Beispielsweise handelt es sich um eine Lewis-Säure mit konjugierten Ketten organischer Moleküle als Liganden. Nach Anlegen elektrischer Spannung an das Molekül oder Polymer kann sich jedoch eine Konjugation, die dem Material halbleitende Eigenschaften verleiht, ergeben. Diese Verbindungen sind sowohl Elektronenmangelverbindungen als auch nicht konjugierte Verbindungen sind und müssen mit Elektronen geladen werden, bevor sie leitend werden, d.h. sich wie konjugierte Verbindungen verhaltend werden. Derartige Materialien sind entweder zumindest Bestandteile oder bilden das organische Material, das die aktiven Schichten des erfindungsgemäßen organischen elektronischen Bauelements bildet. Die damit hergestellten organischen aktiven Schichten sind gegenüber von Oxidations- oder Reduktionsprozessen stabiler als reine konjugierte polymere Verbindungen.

Vorteilhafterweise kann es sich bei dem Material um ein so genanntes "Blend", also eine Mischung mehrerer Polymere, handeln, das mehrere Bestandteile umfasst.
Nach einer anderen Ausführungsform besteht das nicht-konjugierte Material im Wesentlichen aus dem Co-polyarylboran des Typs K, wie oben beschrieben.
Ja nach Ausführungsform werden die einzelnen Lewis-Säurezentren durch konjugierte Ketten und/oder Arylkomponenten verbunden, die auf dem Sektor der organischen Halbleiter bereits beispielsweise als Emittermaterial bekannt sind. Neben den schon in der Anmeldung DE 10 2004 001 865 A1 beschriebenen Fluo reneinheiten können beispielsweise Spirofluoren-Einheiten und/oder Phenylenvinyl-Einheiten die einzelnen Lewis-Säurezentren verbinden.
Nach einer Ausführungsform sind die Substituenten R am Lewis-Säurezentrum beispielsweise Diarylaminoaromaten, – heteroaromaten, Alkoxyaromaten und/oder Aryloxyaromaten.
Bislang sind nur konjugierte Polymere als halbleitende organische Polymere bekannt, wie sie zur Herstellung von organischen elektronischen Bauelementen wie organischen selbstemmittierenden Bauelementen, z.B. Leuchtdioden (OLEDs), organischen photovoltaischen Bauelementen, z.B. Solarzellen, organischen Transistoren und/oder Detektoren gebraucht werden.
Nachteilig an den konjugierten organischen Polymeren ist jedoch, dass sie nicht sehr stabil gegenüber den während des Betriebs des organischen Halbleiters ablaufenden Oxidations- und Reduktionsreaktionen sind, so dass mit den herkömmlichen konjugierten polymeren Materialien keine elektronischen Bauelemente von hoher Lebensdauer gefertigt werden konnten.
Die neue Klasse der hier vorgestellten polymeren organischen potentiellen Halbleiter sind zwar keine konjugierten Materialien, aber nach Anlegen eines elektrischen Feldes verhalten sie sich wie konjugierte Polymere. Diese Polymere haben den Vorteil, dass sie wesentlich stabiler gegenüber den Oxidations- und Reduktionsprozessen sind als die konjugierten, bekannten Materialien.
Mit der vorliegenden Erfindung wird erstmals ein organisches elektronisches Bauelement offenbart, das eine gegenüber bislang bekannten Bauelementen erhöhte Lebensdauer hat, wobei das Bauelement zumindest eine organische aktive Schicht umfasst, die ein im spannungslosen Zustand nicht-konjugiertes organisches Polymer-Material enthält.

Claims

Organisches elektronisches Bauelement wie eine OLED mit einer unteren, eventuell semitransparenten Elektrode, zumindest einer organischen aktiven Schicht und einer oberen Elektrode, wobei die zumindest eine organische aktive Schicht das im spannungslosen Zustand nicht-konjugierte organische Co-polyarylboran des Typs K, -(-Arⁿ-B[-R]-)_x+y+z wobei Folgendes gilt: x, y und z sind molare Teile von Komponenten und ergeben in Summe gleich 1, wobei zwei der Indizes x, y und z auch den Wert 0 haben können, an den Enden sind Wasserstoff-Atome gebunden, Arⁿ steht für die jeweilige Arylenkomponente, -Ar¹- und/oder -Ar²- und/oder -Ar³- im Copolymer, dabei stehen Ar¹ und Ar¹ für Komponenten mit einer bivalent konjugativ verbindenden ein- oder mehrkernigen, aromatischen und/oder heteroaromatischen Arylenstruktur, wobei Ar¹für eine Komponente steht, deren π-Elektronendichte gleich oder größer als die von Benzol ist und Ar² für eine Komponente, die lochtransportfähig ist, Ar³ steht für eine Komponente mit einer beliebigen bivalent konjugativ verbindenden ein- oder mehrkernigen heteroaromatischen Arylenstruktur geringer π-Elektronendichte, die gleich oder kleiner als die des Benzols ist, wobei die π-Elektronendichte von Ar³ in jedem Fall kleiner als die von Ar¹ ist, und R steht für einen Rest mit Arylstruktur, der je nach beabsichtigter Konjugation des Polyborans K einen heteroaromatischen und/oder einen (homo)-aromatischen Arylrest umfasst, – der donorfrei ist, wobei eine Konjugation im Polyboran K durch Anlegen eines elektrischen Feldes ausgebildet werden kann, und/oder – bei dem mindestens eine zusätzliche Donorfunktion substituiert ist (intrinsische Konjugationsausbildung) und/oder – dessen Wasserstoffatome auch beliebig durch einen oder mehrere verzweigte oder unverzweigte Alkylreste oder Alkoxyreste R*, substituiert sein können, und wobei die Komplexzentren durch Spirofluoren-Einheiten und/oder Phenylenvinyl-Einheiten verbunden sind, umfasst.
Organisches elektronisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei das im spannungslosen Zustand nicht-konjugierte organische Co-polyarylboran des Typs K als Blend vorliegt.