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Die vorliegende Erfindung betrifft neue Platin(II)komplexe mit zweizähnigen monoanionischen Liganden als Triplett-Emitter für die Verwendung in organischen Licht emittierenden Dioden (OLEDs), ein Verfahren zur Herstellung der Platin(II)komplexe und die Verwendung der Platin(II)komplexe als Emitter in OLEDs.
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Elektrolumineszierende Verbindungen stellen als Emitter das Kernstück organischer Leuchtdioden (OLEDs) dar. Die Emitter werden im Allgemeinen eingebettet in oder chemisch gebunden an Materialien, die so beschaffen sind, dass geeignete gegensätzlich geladene Ladungsträger erzeugt und transportiert werden können, welche bei ihrem Zusammentreffen Exzitonen bilden. Die Exzitonen übertragen ihre Überschussenergie auf die jeweilige elektrolumineszierende Verbindung, die daraufhin in einen elektronisch angeregten Zustand übergehen kann, der unter Vermeidung von strahlungslosen Deaktivierungsschritten durch Lichtemission möglichst vollständig in den zugehörigen Grundzustand umgewandelt wird.
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Die elektrolumineszierenden Verbindungen können entweder einen Singulett- oder einen Triplett-Zustand als elektronisch angeregten Zustand aufweisen, der dann zur Lichtemission führt. Im Fall der Lichtemission aus einem angeregten Singulett-Zustand bezeichnet man dies als Fluoreszenz, bei der Emission aus einem Triplett-Zustand wird dies Phosphoreszenz genannt. Aufgrund der Spinstatistik werden beide Zustände jedoch in einem Verhältnis von 1:3 besetzt, so dass sich bei der Fluoreszenz eine maximale Emissionsausbeute von 25% ergibt. Bei der Triplett-Emission können im Gegensatz dazu sämtliche Exzitonen zur Umwandlung in Licht genutzt werden, so dass die innere Quantenausbeute einen Wert von bis zu 100% erreichen kann, wenn strahlungslose Prozesse keine Rolle spielen. Aus diesem Grund sind Triplett-Emitter grundsätzlich effizienter und werden als besser geeignet angesehen, in organischen Leuchtdioden verwendet zu werden.
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Bekannte Triplett-Emitter sind vornehmlich Übergangsmetall-organische Verbindungen, wobei sich solche als vielversprechend herausgestellt haben, die ein Schwermetall aus den Gruppen 6 bis 11 des Periodensystems als Zentralatom und vorwiegend π-Elektronen- reiche Liganden aufweisen. Dennoch sind bisher nur wenige Verbindungen bekannt, die eine sehr hohe Lichtausbeute von nahezu 100% aufweisen, da häufig strahlungslose Konkurrenzprozesse auftreten. Weiterhin sind Metallkomplexe, welche als Triplett-Emitter in organischen Licht-emittierenden Dioden (OLEDs) Verwendung finden, anfällig dafür, dass sie das Problem der Aggregation aufweisen können, was zu einer Abschwächung oder anderen Veränderung im photophysikalischen Verhalten in der emittierenden Schicht führen kann. Diese Tendenz muss insbesondere bei Platin(II)-Verbindungen kontrolliert werden, da diese quadratisch planar sind, mit dz2 Orbitalen senkrecht zur Koordinationsebene, was eine der Ursachen für eine Anfälligkeit zur Aggregatbildung ausmacht.
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So sind beispielsweise aus der
WO 2009/111299 A2 Platin(II)komplexe bekannt, die einen asymmetrischen dreizähnigen monoanionischen Liganden und einen anionischen einzähnigen Liganden aufweisen. Der dreizähnige Ligand umfasst drei aneinander gebundene Aromatensysteme, von denen zwei Aromaten über eine Brücke „V” miteinander verbrückt sind. Die dreizähnigen Liganden können entweder vom N^N^N-Typ oder vom N^N^C-Typ sein, so dass sie entweder über drei Stickstoffatome an das zentrale Platin(II)atom koordinieren oder über zwei Stickstoff- und ein Kohlenstoffatom. Ähnliche Platinkomplexe sind auch aus der amerikanischen Patentanmeldung
US 2007/0296329 A1 bekannt. Hier wird ein dreizähniger monoanionischer N^N^N-Ligand und ein einzähniger anionischer Ligand an das zentrale Platinatom koordiniert.
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Außerdem sind geringe Reaktionsausbeuten bei der Herstellung der Komplexe durch aufwändige Reinigungsverfahren bei geringen Löslichkeiten unerwünscht, da die zu großen Materialverlusten führen.
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Meist sind bei Pt(II)-Emittern die Gruppen zur Aggregationskontrolle direkt and den chromophorischen Liganden angebracht und eine Variation der Gruppen bewirkt gleichzeitig sowohl eine Änderung der Aggregationsneigung, eine Änderung der Löslichkeiten und auch eine Änderung der chromophorischen Eigenschaften.
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Es besteht also weiterhin Bedarf, Triplett-Emitter zu finden, die neben einer hohen Quantenausbeute eine lange Emissionsdauer aufweisen bei geringer Aggregationsneigung und bei einer einfachen und effizienten Synthese.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, neue Platinkomplexe bereit zu stellen, die neben einer sehr guten Lumineszenzquantenausbeute bei gleichzeitig langer Emissionsdauer eine geringe Aggregationsneigung aufweisen und eine einfache und vergleichsweise kostengünstige Synthese ermöglichen. Insbesondere soll im Hinblick auf einen industriellen Einsatz eine Herstellung der Triplett-Emitter möglichst ohne die Notwendigkeit von aufwendigen Schutzgas-Bedingungen möglich sein. Zudem soll der Platin(II)komplex derart stabil sein, dass er gut in den entsprechenden Anwendungen verarbeitbar ist. Bevorzugt sollte der Platinkomplex es ermöglichen, die Aufgaben der Aggregationskontrolle und der Einstellung der Photophysik voneinander zu trennen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Platin(II)komplex umfassend einen zweizähnigen monoanionischen Phosphit-Liganden und einen monoanionischen zweizähnigen N^N-Liganden oder einen monoanionischen zweizähnigen N^O-Liganden der allgemeinen Formel (I)
wobei
Ar
1 und Ar
2 ausgewählt sind aus der Gruppe der aromatischen Substituenten und der aliphatischen, cyclischen oder nicht cyclischen, Substituenten mit 1 bis 25 Kohlenstoffatomen,
Z
1 ausgewählt ist aus der Gruppe C, N, P,
Z
2-Z
5 ausgewählt sind aus der Gruppe C, N, P, O, S, Si,
R
1-R
4 sofern vorhanden, ausgewählt sind aus der Gruppe der monoatomaren oder polyatomaren Substituenten, und
L-L ein monoanionischer zweizähniger N^N- oder N^O-Ligand ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Platin(II)komplex ist es vorteilhafterweise möglich, aufdampfbare, emissionsfähige monomere Spezies mit geringer Aggregationsneigung zu erhalten. Insbesondere können mit den erfindungsgemäßen Komplexen (I) die Aufgaben der Aggregationskontrolle und der Einstellung der Photophysik voneinander getrennt werden. Für die erstgenannte Aufgabe wird ein sterisch anspruchsvoller zweizähniger tertiärer Phosphit-Ligand benutzt, welcher über das zentrale Phosphoratom und ein cyclometallierendes Kohlenstoff koordiniert ist. Zwei weitere Gruppen des Phosphites befinden sich ober- und unterhalb der Koordinationsebene, wodurch sich eine raumfüllende Lösung zum Aggregationsproblem ergibt. Die zweite Aufgabe wird durch einen zweizähnigen, monoanionischen, chromophorischen Liganden erfüllt, welcher nicht mehr die Löslichkeit beeinflussen muss. Diese Trennung der Funktionen erlaubt den Gebrauch von ehemals als problematisch angesehenen chromophorischen Liganden, welche intermolekulare Wechselwirkungen nicht von alleine verhindern können. Mit den erfindungsgemäßen Platin(II)komplexen ergeben sich weiterhin sowohl Vorteile in Bezug auf die Herstellung, die in Gegenwart von Sauerstoff und Wasser erfolgen kann, als auch in Bezug auf die Emissionseigenschaften und auf die Verarbeitbarkeit der Emitter-Verbindungen. Weiterhin kann eine Ausgangsreinheit der Komplexe nach der üblichen Reinigung (Säulenchromatographie, Kristallisation) von ca. 99,5% erreicht werden. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund vorteilhaft, dass der finale Reinigungsschritt, generell die Sublimation, die Reinheit einer Verbindung nicht stark verbessert. Abgesehen von einer geringen intrinsischen thermischen Stabilität der Emitter, welche zu einer Zersetzung beim Aufheizen führen würde, kann eine geringe Ausgangsreinheit zu anderen Problemen bei der Sublimation führen. Zum Beispiel können Verunreinigungen mit dem Material reagieren, was zum Verlust der Reinigungsleistung führen würde, aber sie können auch mit dem Material eine Glasphase bilden, welche die Sublimation komplett verhindert. Darüber hinaus kann bei Pt(II)-Emittern das schon erwähnte Stapeln und mithin die unerwünschte Aggregation den Sublimationsvorgang erschweren oder verhindern. Lange aliphatische Ketten an den Verbindungen können auch zu Komplikationen führen. Die Komplexe der vorliegenden Erfindung können sehr gute Löslichkeiten aufweisen, was ein Schlüsselparameter für eine effiziente Reinigung ist. Darüber hinaus können die Komplexe gleichzeitig sterisch anspruchsvoll sein, was die Aggregation wirksam verhindert.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Ar1 und Ar2 gleich oder verschieden ausgewählt aus der Gruppe der Phenyle, Pyridine, Imidazole, Naphtyle, Biphenyle, Polyaryle, Triazolyle, Tolyle, Pyrrole, Fluorene, Carbazole und Arylamine.
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In den erfindungsgemäßen Verbindungen kann die Ladungsübertragung über den so genannten „Hopping-Mechanismus” passieren. Insbesondere sind hier Phenylgruppen als Ar1 und/oder Ar2 bevorzugt. Über die Phenylgruppen des Phosphit Liganden kann die Ladungsübertragung verbessert werden. Drittens können die freien unkoordinierten Phenylgruppen dazu beitragen, die Aggregation zu verhindern, was eine gute Verarbeitbarkeit des Materials erlaubt, ohne Änderungen der photophysikalischen Eigenschaften bei verschiedenen Konzentrationen hervorzurufen.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Reste R1, R2, R3 und R4 gleich oder verschieden ausgewählt sein aus der Gruppe H, F, Cl, Br, I, (C1-C20)-Alkyl, Phenyl, Pyridin, Imidazol, Naphtyl, Biphenyl, Polyaryl, Triazolyl, Tolyl, Pyrrol, Fluoren, Carbazol, Arylamin, Borate.
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Die Einführung verschiedener Substituenten Rn beeinflusst in erster Linie die Löslichkeit und die Aggregationstendenz der erfindungsgemäßen Platin(II)komplexe. In dieser Hinsicht sind sperrige Substituenten sehr nützlich bei der Verhinderung der Aggregation, was die Verarbeitbarkeit und auch die Verringerung von unerwünschten emissionslosen Konkurrenzprozessen positiv beeinflusst. Dies gilt in besonderer Weise für sperrige t-Butylgruppen, welche in vorteilhafter Weise für eine erhöhte Löslichkeit in vielen organischen Lösungsmitteln sorgen und die Aggregation erschweren können. Daneben können die tert-Butyl Gruppen sich nicht um den Komplex „wickeln” und ihn von der Matrix in elektronischen Bauteilen abschirmen. Das würde zu einer schlechten Ladungsübertragung führen. Außerdem können auch die Substituenten Rn einen gewissen Einfluss auf die Emissionsfarbe des erfindungsgemäßen Platin(II)komplexes haben.
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Vorzugsweise kann mindestens ein Atom der Gruppe Z1, Z2, Z3, Z4 und Z5 ein C-Atom sein, bevorzugt mindestens zwei Atome C-Atome und besonders bevorzugt mindestens drei Atome C-Atome sein.
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Die Variation von Zn ermöglicht auch die Anpassung der HOMO-LUMO Lagen, welche unmittelbaren Einfluss auf die die Emissionsfarbe, die Photolumineszenzquantenausbeute und die Lebensdauern der angeregten Zustände haben und daher eine Optimierung dieser Eigenschaften erlaubt.
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Als besonders vorteilhaft haben sich solche dreizähnigen Liganden herausgestellt, die anionische Triazol-Einheiten aufweisen. Die starke sigma-Donation der anionischen Triazol-Einheiten erhöht die energetische Lage der d-d Zustände, wodurch nicht-radiative Deaktivierungen reduziert werden, wodurch für die hohe Photolumineszenzquantenausbeute erreicht werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann mindestens ein Atom der Gruppe Z1, Z2, Z3 und Z4 ein C-Atom sein, bevorzugt sind mindestens zwei Atome C-Atome und besonders bevorzugt sind mindestens drei Atome C-Atome.
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Weiterhin können in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Z1-Z5 C-Atome sein und zusammen mit dem das Platinatom koordinierenden Kohlenstoffatom einen Aromaten bilden.
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Das könnte zu einem stärkeren Anteil von MLCT-Charakter an der Emission führen, was wiederum zu kürzeren Lebensdauern des angeregten Zustandes führen sollte.
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Weiterhin bevorzugt kann der durch Z1-Z5 zusammen mit dem das Platinatom koordinierenden Kohlenstoffatom gebildete Aromat gleich sein wie Ar1 und/oder Ar2. Insbesondere bevorzugt ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der der Aromat tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphit ist.
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Vorteilhafterweise weist der Aromat sechs tert-Butyl Gruppen auf, welche eine gute Löslichkeit in vielen organischen Lösungsmitteln bieten von Dichlormethan bis Hexan. Die tert-Butyl Gruppen sind vergleichsweise kurzkettig und können den erfindungsgemäßen Komplex somit nicht von der Matrix in elektronischen Bauteilen abschirmen. Das würde zu einer schlechten Ladungsübertragung führen. In den erfindungsgemäßen Komplexen kann die Ladungsübertragung also über den „Hopping-Mechanismus” passieren, beispielsweise über die Phenylgruppen des bevorzugten Phosphit-Liganden. Gleichzeitig können die freien unkoordinierten Phenylgruppen die Aggregation verhindern, was eine gute Verarbeitbarkeit des Materials erlaubt, ohne Änderungen der photophysikalischen Eigenschaften bei verschiedenen Konzentrationen hervorzurufen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der zweizähnige monoanionische Ligand L-L ausgewählt sein aus der Gruppe der Verbindungen der folgenden allgemeinen Formeln (II), (III), (IV), (V), (VI) und (VII):
wobei
A
1, A
2, A
3, A
4, ausgewählt sind aus der Gruppe C, Si, N, P, O und S,
B
1, B
2, B
3, B
4, B
5 ausgewählt sind aus der Gruppe C, Si, N, P, O und S,
D
1, D
2, D
3, D4 ausgewählt sind aus der Gruppe C, Si, N, P, O und S,
E N oder P ist,
G
1, G
2, G
3, G
4, G
5 ausgewählt sind aus der Gruppe C, Si, N, P, O und S,
H
1-H
7 ausgewählt sind aus der Gruppe C, Si, N, P, O und S,
J
1-J
3 ausgewählt sind aus der Gruppe C, Si, N, P, O und S,
L
1-L
5 ausgewählt sind aus der Gruppe C, Si, N, P, O und S, und
R
5-R
27 ausgewählt sind aus der Gruppe der monoatomaren oder polyatomaren Substituenten.
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Die Einführung verschiedener zweizähniger monoanionischer Liganden L-L beeinflusst in erster Linie die Emissionsfarbe der erfindungsgemäßen Platin(II)komplexe, da sie die chromophorischen Eigenschaften des Komplexes prägen. In dieser Hinsicht sind N^N oder N^O-Liganden sehr nützlich bei der Farbreinheit und auch die Verringerung von unerwünschten emissionslosen Konkurrenzprozessen kann positiv beeinflusst werden. Es können sowohl kommerziell erhältliche Liganden L-L als auch bereits literaturbekannte Liganden eingesetzt werden. Hierin besteht ein weiterer Vorteil der Verbindungen der vorliegenden Erfindung, da sie auf einfache Weise auch aus geläufigen und kommerziell erhältlichen Bausteinen hergestellt werden können. Aufgrund der Auswahl der Liganden L-L kann zudem die Farbreinheit und die Emissionsfarbe an sich variiert werden, ohne generell die Löslichkeit und die Verarbeitbarkeit oder die einfache Herstellung zu beeinträchtigen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Platin(II)komplexen der allgemeinen Formel (I) umfassend die Schritte:
- – Umsetzung einer monoanionischen zweizähnigen Ligandkomponente (A) mit einer zweizähnigen monoanionischen Ligandkomponente L-L und einer Pt(II)-Salzkomponente in einer zweistufigen Synthese oder in einer Eintopf-Synthese
- – zu einem Platin(II)komplex der allgemeinen Formel (I) wobei
Ar1 und Ar2 ausgewählt sind aus der Gruppe der aromatischen Substituenten und der aliphatischen, cyclischen oder nicht cyclischen, Substituenten mit 1 bis 25 Kohlenstoffatomen,
Z1 ausgewählt ist aus der Gruppe C, N, P,
Z2-Z5 ausgewählt sind aus der Gruppe C, N, P, O, S, Si,
R1-R4 sofern vorhanden, ausgewählt sind aus der Gruppe der monoatomaren oder polyatomaren Substituenten, und
L-L ein monoanionischer zweizähniger N^N- oder N^O-Ligand ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Platin(II)komplexe umfasst auch eine einfach auszuführende Eintopf-Synthese, welche im Gegensatz zu den Herstellungsverfahren vieler bisher bekannter Triplett-Emitter sogar in Gegenwart von Luftsauerstoff und Wasser durchgeführt werden kann. Die Synthese benötigt gegebenenfalls nur in einem Schritt Schutzgas, welcher in großem Maßstab durchführbar ist. Alle anderen synthetischen Schritte können auf dieses aufwändige Schutzverfahren verzichten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der neuen Platin(II)komplexe kann an folgendem Schema für einen ausgewählten Phosphitliganden P
1 als eine Komponente in einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel verdeutlicht werden:
Schema 1
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Das vorstehende Schema 1 zeigt die Reaktion des Phosphit-Liganden tris(2,4-di-tert-butylphenyl)Phosphit zum Platin(II)-Vorläufer P1.
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Das vorstehende Schema 2 zeigt die Komplexierung der monoanionischen zweizähnigen Liganden L-L, bezeichnet als HL1 bis HL6, an P1.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als Platin(II)-Salzkomponente PtCl2(dmso)2 oder K2PtCl4 eingesetzt werden.
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Vorzugsweise kann in einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens eine nicht nukleophile Hilfsbase bei der Umsetzung zugesetzt werden.
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Beispielsweise kann als nicht nukleophile Hilfsbase Natriummethanolat, Triethylamin, Diisopropylethylamin, Lithiumdiisopropylamid, Buthyllithium, Natriumhydrid, Kaliumhydrid, Caesiumhydrid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Caesiumhydroxid, Natriumkarbonat, Natriumkarbonat, Caesiumkarbonat in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.
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Das optimale molare Verhältnis zweizähniger Phosphit-Ligand/Metall hängt vom jeweiligen System ab und kann in der Regel zwischen 0,5:1 und 10:1, bevorzugt zwischen 1:1 und 2:1, liegen.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Umsetzung in Gegenwart von Wasser erfolgen. Unter dem zusammenfassenden Ausdruck „in Gegenwart von Wasser” wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass keine Schutzgasatmosphäre für die Umsetzungen benötigt wird und auch ein Arbeiten in Gegenwart von Luftsauerstoff und Luftfeuchtigkeit möglich ist.
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Dies bietet insbesondere für eine industrielle Produktion erhebliche Vorteile. Die an der Herstellungsreaktion beteiligten Reaktanden und die erfindungsgemäßen Platin(II)komplexe sind bevorzugt gegenüber Wasser stabil, was eine aufwendige Reaktionsführung unter Schutzgasatmosphäre erübrigt.
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Weiterhin bevorzugt kann das aus den Umsetzungen erhaltene Rohprodukt durch Säulenchromatographie zum fertigen Verwendungsprodukt gereinigt werden.
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Auch in diesem Fall können die Herstellungsbedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders mild gewählt werden und die Gewinnung bzw. Aufreinigung durch Ausfällen und Umkristallisieren ist auch in einem industriellen Maßstab insbesondere aufgrund der guten Löslichkeit gut und ohne großen Aufwand durchführbar. Eine Aufreinigung durch Säulenchromatographie ist aufgrund der guten Löslichkeit ebenfalls bevorzugt möglich, so dass auf diese Weise weniger Mengenverluste bei der Aufreinigung entstehen als bei der Aufreinigung durch Umkristallisieren.
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Vorzugsweise können die Platin(II)komplexe der vorliegenden Erfindung als Triplett-Emitter in organischen Licht emittierenden Dioden (OLEDs) Verwendung finden.
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Insbesondere ihre Verwendung für die Herstellung von sehr farbenreinen OLEDs mit hoher Photolumineszenz-Quantenausbeute zeigt sehr gute Ergebnisse.
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Ausgewählte emissionsrelevante Eigenschaften der erfindungsgemäßen Platin(II)komplexe sind beispielhaft für den Komplex des Beispiels 1 in den nachfolgen wiedergegebenen Kurven dargestellt.
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In 1 werden die Elektrolumineszenzspektren (EL) von zwei verschieden aufgebauten OLEDs jeweils mit dem Komplex (1) als Emitterkomponente, aufgenommen bei 14 V Betriebsspannung, gezeigt.
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In 2 wird der Luminanz gegen Spannung Verlauf von zwei verschieden aufgebauten OLEDs jeweils mit dem Komplex (1) als Emitterkomponente gezeigt.
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In 3 werden die Stromausbeuten ηc von zwei verschieden aufgebauten OLEDs jeweils mit dem Komplex (1) als Emitterkomponente gezeigt.
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In 4 werden die Energieeffizienzen ηp von zwei verschieden aufgebauten OLEDs jeweils mit dem Komplex (1) als Emitterkomponente gezeigt.
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In 5 werden die Stromdichten in Abhängigkeit von der Spannung von zwei verschieden aufgebauten OLEDs jeweils mit dem Komplex (1) als Emitterkomponente gezeigt.
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Die Elektrolumineszenzspektren (EL) der OLEDs A und B, welche den erfindungsgemäßen Komplex (1) als Emitterkomponente umfassen, aufgenommen bei 14 V Betriebsspannung, sind in 1 zu sehen. Das Emissionsmaximum ist im Vergleich zu den Spektren in rigider Matrix, PMMA, kaum verschoben. Die Einschaltspannung beider Aufbauten A und B liegt bei 4,5 V, ähnlich zu ursprünglich veröffentlichten Pt(II)-OLEDs, wie in 2 gezeigt wird.
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Aufbau B mit dem Elektronenblocker zeigt höhere Luminanz-Werte als Aufbau I, was durch die höhere Anzahl von Ladungsrekombinationen in der Emissionsschicht bedingt ist. Des Weiteren liegt die Stromausbeute ηc zwischen 1.00 und 1.50 cd A–1, bei einer Helligkeit von 100 cd m–2, wie in 3 zu sehen ist. Gleichzeitig bleibt die Energieeffizienz ηp unter 0.5 lm W–1 für Aufbau A ohne Blockerschicht, wie in 4 gezeigt.
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Die Erfindung wird mit den folgenden Beispielen weiter beschrieben, ohne darauf beschränkt zu sein.
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Beispiele:
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Allgemeines Reaktionsschema für die nachfolgend beschriebenen Beispiele:
Reaktion des Liganden tris(2,4-di-tert-butylphenyl)Phosphit zum Platin(II)-Vorläufer
Komplexierung der Liganden an P1
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Beispiel 1: Herstellung von Komplex (1)
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Der zweizähnige monoanionische Ligand HL1 der Verbindung (1) wurde nach folgender Publikation dargestellt: Chang, S.-Y.; Kavitha, J.; Li, S.-W.; Hsu, C.-S.; Chi, Y.; Yeh, Y.; Chou, P.-T.; Lee, G.-H.; Carty, A. J.; Tao, Y.-T.; Chien, C.-H. Inorg. Chem. 2006, 45, 137–146.
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Herstellung des Komplexes (1)
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Bei der Synthese des Komplexes (1) wurden ein Äquivalent des Phosphit-Dimers P1 und ein Äquivalent des zweizähnigen Liganden HL1 in einer 1:1 Mischung aus Dichlormethan und Methanol über Nacht auf 50°C erhitzt. Danach wurden die Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und die Reaktionsmischung wurde per Säulenchromatographie auf Silica, Hexan:Ethylacetat (6:4), gereinigt und anschließend aus Hexan umkristallisiert.
1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.41–9.14 (m, 1H), 8.87 (d, J = 5.5 Hz, 1H), 7.83 (td, J = 7.8, 1.4 Hz, 1H), 7.73–7.57 (m, 3H), 7.36–7.31 (m, 2H), 7.09 (t, J = 2.2 Hz, 1H), 7.02 (ddd, J = 5.6, 4.7, 1.3 Hz, 1H), 6.99–6.90 (m, 2H), 6.87 (d, J = 9.7 Hz, 1H), 1.52 (s, 18H), 1.44 (s, 9H), 1.19 (s, 18H), 1.07 (s, 9H). MS (ESI+, MeOH/CHCl3) m/z calc. for [M+H]+: 1053.46165, found: 1053.46165 ([M+H]+), m/z calc. for [M+Na]+: 1075.44306, found: 1075.44930 ([M+Na]+).
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Beispiel 2: Herstellung von Komplex (2)
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Der zweizähnige monoanionische Ligand HL2 der Verbindung (2) wurde, ausgehend von 2,6-Dicyanopyridin, entsprechend einer angepassten Synthese nach folgender Publikation dargestellt: Orselli, E.; Kottas, G.; Konradsson, A.; Coppo, P.; Fröhlich, R.; De Cola, L.; van Dijken, A.; Büchel, M.; Börner, H., Inorg. Chem. 2007, 46 (26), 11082–11093.
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Ligand HL2
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- 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 8.69 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 8.20 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 7.81 (t, J = 7.0 Hz, 1H), 7.41–7.29 (m, 1H), 2.12 (s, 9H), 1.81 (s, 6H). MS (ESI+, MeOH) m/z calc. for [M+H]+: 281.1761, found: 281.1762 ([M+H]+), m/z calc. for [M+Na]+: 303.1580, found: 303.1580 ([M+Na]+).
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Herstellung des Komplexes (2)
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Bei der Synthese des Komplexes 2 wurden ein Äquivalent des Phosphit-Dimers P1 mit einem Äquivalent des Liganden HL2 in einer 1:1 Mischung aus Dichlormethan und Methanol über Nacht auf 50°C erhitzt. Danach wurden die Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und die Reaktionsmischung wurde per Säulenchromatographie auf Silica, Dichlormethan:Methanol (97:3), gereinigt und anschließend aus Hexan umkristallisiert.
1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.42–9.16 (m, 1H), 8.86 (d, J = 5.7 Hz, 1H), 8.06 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 7.95 (td, J = 7.8, 1.5 Hz, 1H), 7.64 (dd, J = 8.6, 1.9 Hz, 2H), 7.45–7.33 (m, 2H), 7.23–7.15 (m, 1H), 7.13 (t, J = 2.2 Hz, 1H), 7.01 (dd, J = 8.6, 2.5 Hz, 2H), 2.18 (d, J = 2.8 Hz, 6H), 2.10 (s, 3H), 1.84 (s, 6H), 1.54 (s, 18H), 1.46 (s, 9H), 1.21 (s, 18H), 1.11 (s, 9H). MS (ESI+, MeOH) m/z calc. for [M+H]+: 1120.5771, found: 1120.5751 ([M+H]+).
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Beispiel 3: Herstellung von Komplex (3)
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Herstellung des Liganden HL3:
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Natriummethanolat (544 mg, 10.07 mmol) wurde in 10 mL trockenem Tetrahydrofuran (THF) suspendiert. Eine Lösung von 1-Adamantylcarbonylchlorid (1 g, 5.05 mmol) in 10 mL trockenem THF wurde hinzugefügt. Die Mischung wurde für eine Stunde refluxiert. Danach wurde eine Lösung Methylpicolinat (690 mg, 5.04 mmol) in 12 mL trockenem THF langsam zugegeben. Die resultierende farbige Lösung wurde über Nacht unter Stickstoff refluxiert. Danach wurde die Mischung auf Raumtemperatur (RT) gekühlt, und das Lösungsmittel unter verringertem Druck entfernt. Das Rohprodukt wurde zwischen Wasser und Dichlormethan bei pH 5 extrahiert. Die gesammelten organischen Phasen wurden über Magnesiumsulfat getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel entfernt, wobei HL3a als ein braunes Öl erhalten wurde (1.2 g, 4.24 mmol, 84%). Dieses wurde dann mit Hydrazin Monohydrat (2.12 g, 42.4 mmol) in 10 mL Ethanol über Nacht refluxiert. Das Lösungsmittel wurde unter reduziertem Druck entfernt und der resultierende Feststoff zwischen Wasser und Ethylacetat extrahiert. Die gesammelten organischen Phasen wurden über Magnesiumsulfat getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt. Der resultierende Feststoff wurde aus Hexan umkristallisiert.
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Ligand HL3
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- 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 8.56 (ddd, J = 4.9, 1.7, 0.9 Hz, 1H), 8.23 (s, 1H), 8.19 (dt, J = 8.0, 1.0 Hz, 1H), 7.76 (td, J = 7.8, 1.8 Hz, 1H), 7.20 (ddd, J = 7.5, 4.9, 1.2 Hz, 1H), 2.29 (s, 9H), 2.04 (d, J = 14.1 Hz, 1H), 1.88–1.71 (m, 6H). MS (ESI+, MeOH) m/z calc. for [M+H]+: 280.1808, found: 280.1814 ([M+H]+), m/z calc. for [M+Na]+: 302.1628, found: 302.1629 ([M+Na]+).
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Herstellung des Komplexes (3)
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Bei der Synthese des Komplexes 3 wurde ein Äquivalent des Phosphit-Dimers P1 (0.754 g, 0.43 mmol) mit einem Äquivalent des Liganden HL3 (0.24 g, 0.86 mmol) in einer 1:1 Mischung aus Dichlormethan und Methanol über Nacht auf 50°C erhitzt. Danach wurden die Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und die Reaktionsmischung wurde per Säulenchromatographie auf Silica, Hexan:Ethylacetat (6:4), gereinigt und anschließend aus Hexan umkristallisiert.
1H NMR (400 MHz, CD2Cl2) δ 9.56–9.32 (m, 1H), 8.83 (d, J = 5.6 Hz, 1H), 7.79 (td, J = 8.0, 1.5 Hz, 1H), 7.68 (dd, J = 8.6, 1.8 Hz, 2H), 7.61 (d, J = 7.7 Hz, 1H), 7.38 (dt, J = 17.7, 8.9 Hz, 2H), 7.11 (t, J = 2.2 Hz, 1H), 7.02 (dd, J = 8.6, 2.5 Hz, 2H), 6.96 (ddd, J = 7.3, 5.7, 1.3 Hz, 1H), 6.49 (d, J = 1.5 Hz, 1H), 2.13 (d, J = 2.5 Hz, 6H), 2.09 (s, 3H), 1.83 (t, J = 2.8 Hz, 6H), 1.55 (s, 18H), 1.48 (s, 9H), 1.21 (s, 18H), 1.10 (d, J = 7.8 Hz, 9H). Anal. calcd. for: C 64.38, H 7.38, N 3.75; found: C 64.57, H 7.55, N 3.57. MS (ESI+, MeOH) m/z calc. for [M+H]+: 1119.5819, found: 1119.5801 ([M+H]+), m/z calc. for [M+Na]+: 1141.5638, found: 1141.5602 ([M+Na]+).
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Beispiel 4: Herstellung von Komplex (4)
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Herstellung des Liganden HL4
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Der zweizähnige monanionische Ligand (HL4) der Verbindung (4) wurde, ausgehend von 2-Cyanopyridin, entsprechend der Synthese in folgender Publikation dargestellt: Orselli, E.; Kottas, G.; Konradsson, A.; Coppo, P.; Fröhlich, R.; De Cola, L.; van Dijken, A.; Büchel, M.; Börner, H., Inorg. Chem. 2007, 46 (26), 11082–11093.
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Herstellung des Komplexes (4)
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Bei der Synthese des Komplexes 4 wurde ein Äquivalent des Phosphit-Dimers P1 (0.100 g, 0.057 mmol) mit einem Äquivalent des Liganden HL4 (0.027 g, 0.114 mmol) in einer 1:1 Mischung aus Dichlormethan und Methanol über Nacht auf 50°C erhitzt. Danach wurden die Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und die Reaktionsmischung wurde per Säulenchromatographie auf Silica, Hexan:Ethylacetat (6:4), gereinigt und anschließend aus Hexan umkristallisiert.
1H NMR (300 MHz, CD2Cl2) δ 9.38 (t, J = 2.0 Hz, 1H), 8.91 (d, J = 5.6 Hz, 1H), 8.20 (t, J = 7.8 Hz, 3H), 8.01 (td, J = 7.8, 1.5 Hz, 1H), 7.68 (dd, J = 8.6, 1.9 Hz, 2H), 7.41 (dd, J = 2.4, 1.5 Hz, 2H), 7.29 (d, J = 7.9 Hz, 2H), 7.27–7.21 (m, 1H), 7.17 (t, J = 2.2 Hz, 1H), 7.02 (dd, J = 8.6, 2.5 Hz, 2H), 1.56 (s, 18H), 1.53 (s, 10H), 1.27 (s, 5H), 1.21 (s, 20H), 1.13 (s, 10H), 1.01–0.76 (m, 5H). MS (ESI+, MeOH/CHCl3) m/z calc. for [M+H]+: 1076.51412, found: 1076.51437 ([M+H]+).
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Beispiel 5: Herstellung von Komplex (5)
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Ligand HL5
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Ligand HL5 ist kommerziell erhältlich bei der Firma Sigma-Aldrich.
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Herstellung des Komplexes (5)
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Bei der Synthese des Komplexes 5 wurde ein Äquivalent des Phosphit-Dimers P1 (0.5 g, 0.29 mmol) mit einem Äquivalent des Liganden HL5 (0.12 g, 0.57 mmol) in einer 1:1 Mischung aus Dichlormethan und Methanol über Nacht auf 50°C erhitzt. Danach wurden die Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und die Reaktionsmischung wurde per Säulenchromatographie auf Silica, Hexan:Ethylacetat (6:4), gereinigt und anschließend aus Hexan umkristallisiert.
1H NMR (300 MHz, CD2Cl2) δ 8.39–8.31 (m, 1H), 8.28 (t, J = 2.5 Hz, 1H), 7.96 (dt, J = 8.1, 2.0 Hz, 3H), 7.63–7.54 (m, 1H), 7.48–7.40 (m, 1H), 7.40–7.25 (m, 4H), 7.17 (dd, J = 8.6, 0.9 Hz, 1H), 7.10 (t, J = 2.4 Hz, 1H), 6.95 (dd, J = 8.6, 2.5 Hz, 2H), 6.73 (ddd, J = 8.1, 6.9, 1.1 Hz, 1H), 1.45 (s, 9H), 1.43 (s, 18H), 1.20 (s, 18H), 1.05 (s, 9H). Anal. calcd. for: C 62.84, H 6.71, N 1.33; found: C 62.7, H 6.71, N 1.21. MS (ESI+, MeOH) m/z calc. for [M+H]+: 1051.4717, found: 1051.4664 ([M+H]+), m/z calc. for [M+Na]+: 1073.4536, found: 1073.4499 ([M+Na]+).
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Beispiel 6: Herstellung von Komplex (6)
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Ligand HL6
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Ligand HL6 ist kommerziell erhältlich bei der Firma Sigma-Aldrich.
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Herstellung des Komplexes (6)
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Bei der Synthese des Komplexes 6 wurde ein Äquivalent des Phosphit-Dimers P1 (1 g, 0.57 mmol) mit einem Äquivalent des Liganden HL6 (0.24 g, 1.04 mmol) in einer 1:1 Mischung aus Dichlormethan und Methanol über Nacht auf 50°C erhitzt. Danach wurden die Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und die Reaktionsmischung wurde per Säulenchromatographie auf Silica, Hexan:Ethylacetat (6:4), gereinigt und anschließend aus Hexan umkristallisiert.
1H NMR (400 MHz, CD2Cl2) δ 8.42 (dt, J = 7.1, 3.1 Hz, 1H), 8.15–7.95 (m, 1H), 7.83–7.77 (m, 1H), 7.48 (dd, J = 8.5, 1.9 Hz, 2H), 7.42–7.33 (m, 2H), 7.33–7.19 (m, 5H), 7.07 (t, J = 2.3 Hz, 1H), 7.04 (d, J = 8.1 Hz, 1H), 6.78 (dd, J = 8.5, 2.5 Hz, 2H), 6.62–6.55 (m, 1H), 1.44 (s, 9H), 1.23 (s, 36H), 1.01 (s, 9H). Anal. calcd. for: C 61.90, H 6.61, N 1.31; found: C 62.47, H 6.73, N 1.19. MS (ESI+, MeOH) m/z calc. for [M+H]+: 1067.4488, found: 1067.4472 ([M+H]+), m/z calc. for [M+Na]+: 1089.4308, found: 1089.4301 ([M+Na]+).
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Bestimmung der Elektrolumineszenzspektren, der Luminanz gegen Spannungskurven, der Stromausbeuten, der Energieeffizienzen und d er Stromdichten von zwei verschiedenen Aufbauten von OLEDs mit dem Komplex 1
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Absorptionsspektren wurden an einem Varian Cary 5000 double-beam UV-Vis-NIR Spektrometer mit Grundlinienkorrektur aufgenommen. Emissionsspektren im stationären Zustand wurden an eine Edinburgh FS920 Spektrometer aufgenommen, ausgerüstet mit einer 450 W xenon-arc Lampe, Anregungs- and Emissionsmonochromatoren (1.8 nm/mm Dispersion, 1800 Einschnitte/mm Blazegitter für 500 nm), und einem Hamamatsu R928 Photomultiplier. Emissions- und Anregungsspektren wurden bezüglich Lampe und Gitter mit Standardkorrekturkurven korrigiert. Zeitlich aufgelöste Messungen wurden mit der time-correlated single-photon counting (TCSPC) Option eines Edinburgh LifeSpec II Spektrometers aufgenommen. Zur Anregung der Proben wurde eine EPL Laserdiode (375 nm; FHWM < 80 ps) mit Wiederholungsraten zwischen 10 kHz und 1 MHz genutzt. Die Anregungsquellen wurden direkt an der Probenkammer befestigt, in einem Winkel von 90° zu einem Doppelgitter Emissionsmonochromator (5.4 nm/mm Dispersion; 1200 Einschnitte/mm Blazegitter für 500 nm). Die Messungen erfolgten durch einen MCP-PMT (Hamamatsu R3809U-50) single-photon-counting detector. Die am Detektor gemessenen Photonen wurden durch einen Zeit-zu-Amplituden-Konverter (TAC) mit dem Anregungspuls korreliert. Die Signale wurden mit einer TCC900 plug-in PC-Karte aufgenommen, mit START and STOP CFDs, einem variablen Zeitverzug, Zeit-zu-Amplituden-Konverter (Ganzer Bereich 2.5 ns bis 50 μs), Flash ADC und Speicher, und die Datenanalyse wurde mit der kommerziell erhältlichen F900 Software (Edinburgh Instruments) durchgeführt. Die Qualität des Fits wurde durch Minimierung der reduzierten chi Quadrat Funktion (χ2) und durch visuelle Inspektion der gewichteten Restgrößen abgeschätzt.
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Lumineszenzquantenausbeuten wurden an einem Hamamatsu Photonics absolute PL quantum yield measurement System (C9920-02) gemessen, ausgerüstet mit einer L9799-01 CW Xenon Lichtquelle (150 W), Monochromator, C7473 Photonic Mehrkanal Analysator, einer Ulbrichtkugel, unter Benutzung der U6039-05 PLQY Messsoftware (Hamamatsu Photonics, Ltd., Shizuoka, Japan).
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Bei einer Konzentration von 10% in Poly-methylmethacrylat (PMMA) zeigen die Verbindungen folgende Emissionsmaxima (Werte in Klammern geben relative Intensitäten bei mehreren Peaks an) und Photoplumineszenz-Quantenausbeuten (PLQY):
Verbindung 1 emittiert bei 444 nm (0.90), 472 nm (1) mit einer PLQY von 38%.
Verbindung 2 emittiert bei 479 nm (0.85), 509 nm (1) und 532 nm (0.67) mit einer PLQY von 15%.
Verbindung 3 emittiert bei 473 nm (0.71), 495 nm (1) und 520 nm (0.74) mit einer PLQY von 34%.
Verbindung 4 emittiert bei 483 (0.78) und 506 nm (1) mit einer PLQY von 22%.
Verbindung 5 emittiert bei 497 nm mit einer PLQY von 18%.
Verbindung 6 emittiert bei 529 nm mit einer PLQY von 14%. Tabelle 1: Zusammenfassung der photophysikalischen Daten der Verbindungen 1–6 eindotiert in PMMA-Filme mit einer Konzentration von 10 Gew.-%.
Komplex | λmaxem PMMA 10 Gew.-% [nm][a] | Φem [b, c] | τ Raumtemp. [μs][d] |
1 | 444 (0.90), 472 (1), 495 (0.66, sh) | 38% | 21.38 (35%), 46.48 (65%) |
2 | 479 (0.85), 509 (1), 532 (0.67) | 15% | 17.31 (40%), 50.33 (60%) |
3 | 473 (0.71), 495 (1), 520 (0.74) | 34% | 23.34 (44%), 43.48 (56%) |
4 | 483 (0.78, sh), 506 (1) | 22% | 29.31 (38%), 50.61 (62%) |
5 | 497 (1) | 18% | 3.03 (16%), 41.8 (84%) |
6 | 529 (1) | 14% | 24.17 (20%), 55.03 (80%) |
[a] 'sh' steht für eine Schulter in der Emissionsbande. [b] λ
exc: 342–379 nm. [c] PLQY wurden mit einer Ulbricht Kugel gemessen. [d] Beobachtet bei λ
em: 474 nm (1), 494 nm (2), 508 nm (3), 513 nm (4), 494 nm (5), 537 nm (6).
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Schichtaufbau der OLEDs A und B:
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Alle Schichten wurden durch thermische Verdampfung in einem Hochvakuumsystem bei einem Druck unter 10–4 Pa hergestellt, ohne das Vakuum zu unterbrechen. Als Substrate dienten ITO (Indium-Zinn-Oxid)-beschichtete Glasplatten. Die vorangehende Reinigung erfolgte durch Ultraschall, Sauerstoffplasma zur Einstellung der Austrittsarbeit und eine chemische Reinigung. Während der Bedampfung, wurden die Abscheidungsraten durch Controller beobachtet, welche mit einem Detak 6M Profiler kalibriert wurden. Die Abscheidungsrate betrug 0.1 nm/s, und die Schichtdicke wurde durch Quarzkristall-Mikrowaagen geprüft. Die I-V-L Charakteristika wurden an einem Keithley 238 und einem Keithley 2000 mit einer kalibrierten Silizium Photodiode unter Vakuum gemessen. Die Spektren wurden auf einem tec5 Spektrometer unit LOE-USB aufgenommen.
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Es wurden zwei Aufbauten getestet, wie in Tabelle 2 zu sehen ist. Beide Aufbauten beinhalten eine Anode aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), einem Loch-Transporter aus N,N'-bis(1-naphthalenyl)-N,N'-bisphenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin (NPB), gefolgt von einer Schicht CzSi (siehe unten) mit 10% Anteil von Verbindung 1. Als Elektronen-Transporter kommt Bis(2-Methyl-8-Quinolinolat)-4-(Phenylphenolato)Aluminium zum Einsatz, gefolgt von Zikoniumquinolat (Zrq4) als Pufferschicht. Als Kathode dient eine Lithiumfluorid-/Aluminiumschicht. Der OLED-Aufbau B besitzt im Gegensatz zu Aufbau I eine Elektronenblocker-Schicht aus Moldybdänoxid (MoO3) zwischen NPB und der Anode, welche die Ladungsträger in der emittierenden Schicht eingrenzt.
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Struktur von CzSi:
Tabelle 2: Aufbauten der getesteten OLEDs mit Verbindung 1.
A | B |
ITO | ITO |
NPB (15 nm) | MoO3 (5 nm) |
CzSi + 10% 1 (25 nm) | NPB (10 nm) |
BAlq (10 nm) | CzSi + 10% 1 (20 nm) |
ZrQ4 (30 nm) | BAlq (10 nm) |
LiF (0.5 nm) | ZrQ4 (15 nm) |
Al (150 nm) | LiF (0.5 nm) |
| Al (150 nm) |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009/111299 A2 [0005]
- US 2007/0296329 A1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Chang, S.-Y.; Kavitha, J.; Li, S.-W.; Hsu, C.-S.; Chi, Y.; Yeh, Y.; Chou, P.-T.; Lee, G.-H.; Carty, A. J.; Tao, Y.-T.; Chien, C.-H. Inorg. Chem. 2006, 45, 137–146 [0051]
- Orselli, E.; Kottas, G.; Konradsson, A.; Coppo, P.; Fröhlich, R.; De Cola, L.; van Dijken, A.; Büchel, M.; Börner, H., Inorg. Chem. 2007, 46 (26), 11082–11093 [0053]
- Orselli, E.; Kottas, G.; Konradsson, A.; Coppo, P.; Fröhlich, R.; De Cola, L.; van Dijken, A.; Büchel, M.; Börner, H., Inorg. Chem. 2007, 46 (26), 11082–11093 [0057]