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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Siliciumverbindung mit
einer Bis(phenylcarbazol)gruppe im Molekül und ein Verfahren
zur Herstellung einer organischen Dünnschicht organischer
lichtemittierender Vorrichtungen, die selbige verwenden, und genauer
gesagt auf eine Verbindung mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe im
Molekül mit hervorragenden Blaulumineszenzmerkmalen und
Elektronenlochtransmissionsmerkmalen und die gleichzeitig nicht
nur als ein Blaulumineszenzmaterial oder als ein Träger
für eine Vielzahl phosphoreszierender oder fluoreszierender
Dotierstoffe wie rot, grün, blau und weiß, sondern
durch elektrochemische Abscheidung auch für organische
lichtemittierende Vorrichtungen verwendet werden kann, und ferner
hocheffiziente Lumineszenz ermöglicht und derartige Leistungsmerkmale
wie niedrige Spannung, hohe Leuchtkraft und Langlebigkeit verleiht,
und ein Verfahren zur Herstellung einer organischen Dünnschicht
organischer lichtemittierender Vorrichtungen, die selbige verwenden.
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Hintergrundtechnik
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Seit
kurzem lenken in Displaybereichen organische lichtemittierende Vorrichtungen
(OLED) Aufmerksamkeit als Displayvorrichtungen auf sich, da sie über
einen weiten Bildwinkel als eine Eigenlicht emittierende Vorrichtung
und hervorragenden Kontrast sowie eine schnelle Reaktionszeit verfügen
und im Vergleich zu anorganischen EL-Vorrichtungen hervorragende
Leuchtkraft, Steuerspannung und Ansprechgeschwindigkeit aufweisen,
und ebenso Vielfarbigkeit verfügbar ist.
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Allgemeine
organische EL-Vorrichtungen haben die Struktur einer Anode, die
auf der Oberseite eines Substrats gebildet ist, einer lichtemittierenden
Schicht in Form einer organischen Dünnschicht, die auf
der Anode gebildet ist, und einer darauf gebildeten Kathode, in
dieser Reihenfolge. Ferner können sie über eine
Löcherinjektionsschicht oder Löchertransportschicht
zwischen der Anode und der lichtemittierenden Schicht verfügen,
oder sie können über eine Elektronentransportschicht
oder Elektroneninjektionsschicht zwischen der lichtemittierenden
Schicht und der Kathode verfügen. Die Löcherinjektionsschicht,
Löchertransportschicht, Elektronentransportschicht und
Elektroneninjektionsschicht sind organische Dünnschichten,
die aus organischen Verbindungen bestehen.
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Die
organischen lichtemittierenden Vorrichtungen mit der obigen Struktur
weisen den folgenden Antriebsmechanismus auf.
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Zunächst
wird beim Anlegen von Spannung zwischen der Anode und der Kathode
ein Elektronenloch, injiziert von der Anode, über die Löchertransportschicht
zur lichtemittierenden Schicht transportiert. In der Zwischenzeit
wird aus der Kathode über die Elektronentransportschicht
ein Elektron in die lichtemittierende Schicht injiziert, und Träger
werden in der Zone der lichtemittierenden Schicht unter Erzeugung
eines Exzitons wieder eingekoppelt. Dieses Exziton geht von seinem
Anregungszustand in den Normalzustand über, und aufgrund
dieser Veränderung emittieren fluoreszierende Moleküle
in der lichtemittierenden Schicht Licht, wodurch ein Projektionsbild
erzeugt wird. Fluoreszenz bezieht sich auf Lumineszenz, die auftritt,
wenn der Anregungszustand auf Normalzustand bis Singulett-Anregungszustand
herabgesenkt wird, und Phosphoreszenz ist Lumineszenz, die auftritt,
wenn er auf Normalzustand bis Triplett-Anregungszustand herabgesenkt
wird. Im Falle von Fluoreszenz beträgt die Wahrscheinlichkeit
für einen Singulett-Anregungszustand 25% (Triplett-Zustand 75%)
und die Wirksamkeit von Lumineszenz ist begrenzt, da jedoch die
Verwendung von Phosphoreszenz die Verwendung eines Triplett-Anregungszustandes
von 75% und eines Singulett-Anregungszustandes von 25% ermöglicht,
kann man sagen, daß theoretisch ein innerer Quantenwirkungsgrad
von 100% möglich ist.
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Hoch
effiziente organische Grün- und Rot-Elektrolumineszenzvorrichtungen
wurden durch effektive Emittierung von Licht selbst im Triplett-Zustand
(Phosphoreszenz) durch die Verwendung von It(ppy) und PtOEP als
Dotierstoffe, die phosphoreszierende Pigmente mit Schwerelementen
wie Ir und Pt mit gewaltiger Spin-Bahn-Kopplung in ihrem Zentrum
sind, entwickelt. In den Vorrichtungen wurde CBP (4,4'-N,N'-Dicarbazol-biphenyl)
als ein Träger verwendet.
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Da
jedoch die Glasübergangstemperatur von CBP gering ist,
beispielsweise nicht höher als 100°C, und es schnell
kristallisiert, haben die vorstehend genannten organischen Elektrolumineszenzvorrichtungen nur
eine kurze Lebensdauer von nicht mehr als 150 Stunden, was aus Sicht
der kommerziellen Ausnutzung nicht ausreichend ist. Demnach bedarf
es Studien über neue Verbindungen, die diese Probleme ansprechen.
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Offenbarung der Erfindung
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Technisches Problem
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Um
die Probleme des Standes der Technik zu lösen, ist ein
Ziel der Erfindung die Bereitstellung einer Siliciumverbindung mit
einer Bis(phenylcarbazol)gruppe im Molekül mit hervorragenden
Blaulumineszenzmerkmalen und Löchertransmissionsmerkmalen,
die gleichzeitig als ein blau lumineszierendes Material oder als
ein Träger für eine Vielzahl phosphoreszierender
oder fluoreszierender Dotierstoffe wie rot, grün, blau
und weiß verwendet werden kann, und eines Verfahrens zur
Herstellung selbiger.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer organischen
Dünnschicht organischer lichtemittierender Vorrichtungen,
die eine hocheffiziente Lumineszenz ermöglicht und Leistungsmerkmale
wie niedrige Spannung, hohe Leuchtkraft und Langlebigkeit verleiht,
indem sie mit der Verbindung mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe
im Molekül verwendet wird, und einer Displayvorrichtung,
die selbige umfaßt.
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Technische Lösung
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Um
die vorstehend genannten Ziele zu erreichen, liefert die vorliegende
Erfindung eine Siliciumverbindung mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe
im Molekül, dargestellt durch die Formel 1 oder 2:
worin
R jeweils unabhängig eine substituierte oder unsubstituierte
Alkylgruppe mit 1 bis 50 Kohlenstoffatomen, eine substituierte oder
unsubstituierte Arylgruppe mit 6 bis 50 Kohlenstoffatomen, eine
substituierte oder unsubstituierte Heteroringgruppe mit 6 bis 50
Kohlenstoffatomen oder eine substituierte oder unsubstituierte heterocyclische
Ringgruppe mit 6 bis 50 Kohlenstoffatomen ist,
R
1 jeweils
unabhängig ein Wasserstoffatom oder eine substituierte
oder unsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 50 Kohlenstoffatomen
ist, und
n eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist.
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Des
weiteren liefert die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der
Siliciumverbindung mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe im Molekül,
dargestellt durch die Formel 1, wie oben definiert, umfassend das
Umsetzen von Brombenzol und Carbazol unter Herstellung einer (Bromphenyl)carbazolverbindung,
das Zugeben von n-Butyllithium zu der (Bromphenyl)carbazolverbindung
unter Herstellung einer (Lithiumphenyl)carbazolverbindung, und das
Umsetzen der (Lithiumphenyl)carbazolverbindung und Silancyclodichlorid.
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Ferner
liefert die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Siliciumverbindung
mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe im Molekül, dargestellt
durch die Formel 2, wie oben definiert, umfassend das Umsetzen von Brombenzol
und Carbazol unter Herstellung einer (Bromphenyl)carbazolverbindung
und das Umsetzen der (Bromphenyl)carbazolverbindung und Dichlortetraphenylsilan.
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Überdies
liefert die Erfindung eine organische Dünnschicht organischer
lichtemittierender Vorrichtungen, gebildet aus der Siliciumverbindung
mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe im Molekül, dargestellt
durch die Formel 1 oder 2 oben.
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Außerdem
liefert die Erfindung eine organische lichtemittierende Vorrichtung,
umfassend mindestens eine organische Dünnschicht zwischen
Anode und Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß die organische
lichtemittierende Vorrichtung mindestens eine Schicht oder mehr
von der oben genannten organischen Dünnschicht umfaßt.
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Des
weitern liefert die Erfindung eine Displayvorrichtung, umfassend
die obige organische lichtemittierende Vorrichtung.
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Vorteilhafte Wirkungen
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Die
Siliciumverbindungen mit einem Bis(phenylcarbazol) im Molekül,
dargestellt durch die Formel 1 oder 2 gemäß der
vorliegenden Erfindung, verfügen über hervorragende
Blaulumineszenzmerkmale und Löchertransmissionsmerkmale
und können gleichzeitig nicht nur als blau lumineszierende
Materialien oder als ein Träger für eine Vielzahl
phosphoreszierender oder fluoreszierender Dotierstoffe wie rot,
grün, blau und weiß verwendet werden, sondern
ermöglichen auch eine hocheffiziente Lumineszenz, wenn
sie auf organische lichtemittierende Vorrichtungen aufgebracht werden,
und können Leistungsmerkmale wie niedrige Spannung, hohe
Leuchtkraft und Langlebigkeit verleihen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein zyklisches Voltammogramm, das die elektrochemische Abscheidung
durch eine Siliciumverbindung mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe
im Molekül, dargestellt durch die Formel 1, gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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2 ist
ein zyklisches Voltammogramm, das die elektrochemische Abscheidung
durch eine Siliciumverbindung mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe
im Molekül, dargestellt durch die Formel 1, gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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3 ist
ein zyklisches Voltammogramm, das die elektrochemische Abscheidung
durch eine Siliciumverbindung mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe
im Molekül, dargestellt durch die Formel 1, gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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4 ist
ein zyklisches Voltammogramm, das die elektrochemische Abscheidung
durch eine Siliciumverbindung mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe
im Molekül, dargestellt durch die Formel 2, gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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5 ist
ein UV-Spektrum einer Verbindung der Formel 2 gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung, die in Chloroform
verdünnt wurde.
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6 ist
ein PL-Spektrum einer Verbindung der Formel 2 gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung, die in Chloroform
verdünnt wurde.
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Wirkungsweise der Erfindung
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Die
Erfindung wird ausführlicher beschrieben.
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Die
Siliciumverbindungen mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe im Molekül,
dargestellt durch die obige Formel 1 oder 2 der Erfindung, verfügen über
hervorragende Blaulumineszenzmerkmale und Löchertransmissionsmerkmale
oder Elektronentransmissionsmerkmale und können als blau
lumineszierende Materialien oder phosphoreszierende oder fluoreszierende
Trägermaterialien verwendet werden.
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In
der obigen Formel 1 kann R eine substituierte oder unsubstituierte
Alkylgruppe mit 1 bis 50 Kohlenstoffatomen, eine substituierte oder
unsubstituierte Arylgruppe mit 6 bis 50 Kohlenstoffatomen, eine
substituierte oder unsubstituierte Heteroringgruppe mit 6 bis 50
Kohlenstoffatomen oder eine substituierte oder unsubstituierte heterocyclische
Ringgruppe mit 6 bis 50 Kohlenstoffatomen sein.
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Die
speziellen Beispiele für die Alkylgruppe mit 1 bis 50 Kohlenstoffatomen
umfassen Methyl, Ethyl, Propyl, Isobutyl, sec-Butyl, Pentyl, iso-Amyl,
Hexyl und so weiter, und ein oder mehrere Wasserstoffatom(e) der
Alkylgruppe kann/können substituiert sein durch ein Halogenatom,
eine Hydroxylgruppe, Nitrogruppe, Cyanogruppe, Aminogruppe, Amidinogruppe,
Hydrazin, Hydrozon, eine Carboxylgruppe oder ein Salz davon, eine
Sulfonsäuregruppe oder ein Salz davon, Phosphorsäure
oder ein Salz davon, Indol, Azindol, eine Alkylgruppe mit 1 bis
50 Kohlenstoffatomen, eine Alkenylgruppe mit 1 bis 50 Kohlenstoffatomen,
eine Alkinylgruppe mit 1 bis 50 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe
mit 6 bis 50 Kohlenstoffatomen, eine Arylalkylgruppe mit 7 bis 50
Kohlenstoffatomen, eine Heteroarylgruppe mit 2 bis 50 Kohlenstoffatomen
oder eine Heteroarylalkylgruppe mit 3 bis 50 Kohlenstoffatomen,
und von diesen können zwei oder mehr durch aneinander Binden
oder Kondensieren einen gesättigten oder ungesättigten
Ring bilden.
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Die
obige unsubstituierte Arylgruppe bezieht sich auf ein carbocyclisches
aromatisches System mit 6 bis 50 Kohlenstoffatomen, enthaltend ein
oder mehrere Ringe, allein oder in Kombination, und die Ringe können überhängend
aneinander angelagert oder kondensiert sein. Das Aryl umfaßt
aromatische Reste wie Phenyl, Naphthyl und Tetrahydronaphthyl, und
ein oder mehrere Wasserstoffatom(e) der Arylgruppe kann/können substituiert
sein durch dieselben Substituenten, wie für die Alkylgruppe
angegeben.
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Die
unsubstituierte Heteroringgruppe bezieht sich auf eine einwertige
monocyclische oder bicyclische aromatische organische Verbindung
mit 6 bis 50 Ringatomen, enthaltend 1, 2 oder 3 Heteroatome, ausgewählt aus
N, O, P oder S, und mit C als verbleibende Ringatome. Ein oder mehrere
Wasserstoffatom(e) der Heteroarylgruppe kann/können substituiert
sein durch dieselben Substituenten, wie für die Alkylgruppe
angegeben.
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Die
unsubstituierte heterocyclische Ringgruppe bezieht sich auf eine
ringähnliche Einheit, gebildet durch Kondensation von zwei
oder mehr Ringen, die die Arylgruppe oder den Heteroring, wie oben
definiert, bilden, und ein oder mehrere Wasserstoffatom(e) der heterocyclischen
Ringgruppe kann/können substituiert sein durch dieselben
Substituenten, wie für die Alkylgruppe angegeben.
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Die
speziellen Beispiele der Siliciumverbindungen mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe
im Molekül, dargestellt durch die Formel 1 oben, der Erfindung
umfassen Verbindungen der folgenden Formeln 1-1 bis 1-4, und die
durch die Formel 2 dargestellte Verbindung ist bevorzugt, wenn R
oder R1 Wasserstoff oder Methyl ist.
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In
den obigen Formeln 1-1 bis 1-4 ist R derselbe wie oben definiert
und bevorzugt ist R Wasserstoff.
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Die
Siliciumverbindungen mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe im Molekül,
dargestellt durch die Formel 1, der Erfindung können durch
Umsetzen von Brombenzol und Carbazol unter Herstellung einer (Bromphenyl)carbazolverbindung,
Zugeben von n-Butyllithium zu der (Bromphenyl)carbazolverbindung
unter Herstellung einer (Lithiumphenyl)carbazolverbindung und Umsetzen
der (Lithiumphenyl)carbazolverbindung und Silancyclodichlorid hergestellt
werden.
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Genauer
gesagt, können die Verbindungen mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe
im Molekül der Erfindung nach der folgenden Reaktionsformel
1 hergestellt werden, diese ist aber nur eine Ausführungsform
zur Herstellung der Verbindung mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe
im Molekül der Erfindung und schränkt das Verfahren
zur Herstellung der Verbindungen mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe
im Molekül, dargestellt durch die Formel 1, gemäß der
Erfindung in keiner Weise ein.
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In
der obigen Reaktionsformel 1 ist n eine ganze Zahl von 1 bis 3.
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Ferner
können die Siliciumverbindungen mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe
im Molekül, dargestellt durch die Formel 2, der Erfindung
durch Umsetzen von Brombenzol und Carbazol unter Herstellung einer (Bromphenyl)carbazolverbindung
und Umsetzen der (Bromphenyl)carbazolverbindung und Dichlortetraphenylsilan
hergestellt werden und genauer gesagt, können sie nach
der folgenden Reaktionsformel 2 hergestellt werden, diese Formel
ist jedoch nur eine Ausführungsform zur Herstellung der
Siliciumverbindung mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe im Molekül
der Erfindung und schränkt das Verfahren zur Herstellung
der Verbindungen mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe im Molekül,
dargestellt durch die Formel 2, gemäß der Erfindung in
keiner Weise ein.
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Des
weiteren liefert die Erfindung eine organische Dünnschicht
organischer lichtemittierender Vorrichtungen, gebildet aus den Siliciumverbindungen
mit Bis(phenylcarbazol) im Molekül, dargestellt durch die
obige Formel 1 oder 2, gemäß der Erfindung und
eine organische lichtemittierende Vorrichtung, umfassend mindestens
eine oder mehrere Schichten der obigen organischen Dünnschichten.
Die organischen lichtemittierenden Vorrichtungen werden nach dem
folgenden Verfahren hergestellt.
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Im
allgemeinen können die organischen lichtemittierenden Vorrichtungen
mindestens eine oder mehrere organische Dünnschichten zwischen
Anode und Kathode umfassen wie eine Löcherinjektionsschicht (HIL),
Löchertransportschicht (HTL), emittierende Schicht (EML),
Löcherblockierschicht (HBL), Elektronentransportschicht
(ETL) und Elektroneninjektionsschicht (EIL), und die in der Erfindung
beschriebene organische Dünnschicht ist eine der organischen
Schichten, die zwischen Anode und Kathode gebildet ist, und kann eine
Löcherinjektionsschicht, Löchertransportschicht,
emittierende Schicht, Löcherblockierschicht, Elektronentransportschicht
oder Elektroneninjektionsschicht sein und ist bevorzugt eine Löcherinjektionsschicht,
Löchertransportschicht oder emittierende Schicht.
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Als
erstes wird eine Anode auf der Oberseite von Substraten gebildet,
indem Materialien für Anodenelektroden mit hoher Austrittsarbeit
abgeschieden werden. Alle Substrate, die in herkömmlichen
organischen lichtemittierenden Vorrichtungen verwendet werden, können
als die Substrate eingesetzt werden, und bevorzugt werden organische
Substrate oder klare Kunststoffsubstrate mit hervorragender mechanischer
Festigkeit, Wärmestabilität, Klarheit, Oberflächenflachheit,
leichter Handhabung und Wasserfestigkeit verwendet. Als Materialien
für Anodenelektroden können ebenso Indiumzinnoxid
(ITO), Indiumzinkoxid (IZO), Zinnoxid (SnO2), Zinkoxid
(ZnO) usw. verwendet werden. Die Materialien für Anodenelektroden
können durch herkömmliche Anodenbildungsverfahren
abgeschieden werden, und insbesondere können sie durch
ein Abscheidungsverfahren oder Sputterverfahren abgeschieden werden.
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Als
nächstes können Materialien für die Löcherinjektionsschicht
(HIL) auf der Oberseite der Anodenelektrode durch Verfahren wie
ein Vakuumaufdampf-, Schleuder-, Gieß-, LB-Verfahren (Langmuir-Blodgett-Verfahren)
und elektrochemische Abscheidung gebildet werden, und besonders
bevorzugt wird die elektrochemische Abscheidung verwendet.
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Wird
die Löcherinjektionsschicht durch elektrochemische Abscheidung
gebildet, werden die abzuscheidenden Substrate in ein Reaktionsgefäß gegeben,
wo die Siliciumverbindungen mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe
im Molekül, dargestellt durch die obige Formel 1 oder 2,
die für die Bildung der Löcherinjektionsschicht
vorgesehen sind, und Elektrolyte in Lösungsmitteln aufgelöst
werden und die Verbindungen, die abgeschieden werden sollen, dann
auf die abzuscheidenden Substrate abgeschieden werden, wenn Energie
angelegt wird, wodurch die Löcherinjektionsschicht gebildet
wird.
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In
dem obigen Reaktionsgefäß kann jedes Lösungsmittel
verwendet werden, das die Elektrolyte und die abzuscheidenden Verbindungen
auflösen kann, und spezielle Beispiele sind Dichlormethan
(CH2Cl2), Tetrahydrofuran
(THF), Acetonitril (CH3CN), Benzonitril
(C6H5CN), Propylencarbonat
und Toluol (C6H5CH3). Werden die organischen Dünnschichten
mit zwei oder mehr Schichten gebildet, wäre es jedoch ratsam,
Lösungsmittel, die die Verbindungen der zuvor gebildeten
organischen Dünnschichten auflösen können,
nicht zu verwenden. Die Menge an zu verwendenden Lösungsmitteln
beträgt bevorzugt 0,01 bis 10 mM, basierend auf der Konzentration
der Verbindungen. Ist die Konzentration zu niedrig, besteht die
Möglichkeit, daß die elektrochemische Abscheidung
nicht richtig ausgeführt wird, und ist sie zu hoch, kann
es in Verbindung mit der Kontrolle der Dicke des elektrochemisch
abgeschiedenen Films und dem Spannungsabfall zu Problemen kommen.
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Die
Elektrolyte, die in dem Reaktionsgefäß verwendet
werden können, werden in den obigen Lösungsmitteln
gelöst, und sie sind nicht auf irgendwelche speziellen
beschränkt, solange sie die zur Abscheidung vorgesehenen
Verbindungen beim Anlegen von Energie ionisieren kön nen,
und spezielle Beispiel sind Me4NBF4, Et4NBF4, Pr4NBF4, Bu4NBF4, Me4NClO4, Et4NClO4, Pr4NClO4, Bu4NClO4, Me4NPF6, Et4NPF6, Pr4NPF6, Bu4NPF6, LiClO4, LiBF4, LiPF6 und LiBOB.
Die Konzentration der Trägerelektrolyte beträgt
bevorzugt 50 bis 500 mM. Ist die Konzentration der Elektrolyte zu
niedrig, kann es zu Problemen wie Spannungsabfall kommen.
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Neben
den Siliciumverbindungen der vorliegenden Erfindung können
jegliche Materialien für Löcherinjektionsschichten
verwendet werden, und beispielsweise können Phthalocyaninverbindungen
wie Kupferphthalocyanin, offenbart in
US-Patent
Nr. 4,356,429 , Starbust-Aminderivate, TCTA, m-MTDATA, m-MTDAPB (
Advanced
Material, 6, S. 677 (1994)) usw. als Materialien für
Löcherinjektionsschichten verwendet werden.
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Als
nächstes können Materialien für Löchertransportschichten
auf der Oberseite der Löcherinjektionsschicht durch Verfahren
wie Vakuumaufdampf-, Schleuder-, Gieß-, LB-Verfahren und
elektrochemische Abscheidung gebildet werden. Besonders bevorzugt
ist die Bildung durch elektrochemische Abscheidung. Wird die Löchertransportschicht
durch elektrochemische Abscheidung gebildet, können die
Bedingungen in Abhängigkeit der verwendeten Verbindungen
variiert werden, im allgemeinen werden sie bevorzugt aber aus fast denselben
Bedingungen gewählt, die zur Bildung der Löcherinjektionsschicht
verwendet wurden.
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Die
Materialien für die Löchertransportschicht sind
nicht auf spezielle beschränkt, und es können
zum Beispiel die Siliciumverbindungen mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe
im Molekül, dargestellt durch die Formel 1 oder 2, gemäß der
Erfindung verwendet werden, oder alle herkömmlichen Materialien,
die bekanntermaßen in den Löchertransportschichten
verwendet werden, können ausgewählt und verwendet
werden. Insbesondere können neben den Siliciumverbindungen
mit einer Bis(phenylcarbazol)gruppe im Molekül, dargestellt durch
die Formel 1 oder 2, gemäß der Erfindung N-Carbazolderivate
wie Phenylcarbazol und Polyvinylcarbazol und herkömmliche
Aminderivate mit einem aromatischen kondensierten Ring wie N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamin
(TPD) und N,N'-Di(naphthalin-1-yl)-N,N'-diphenylbenzidin (α-NPD)
als die Materialien für die Löchertransportschicht
verwendet werden.
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Dann
können Materialien für die emittierende Schicht
(EML) auf der Oberseite der Löchertransportschicht durch
Verfahren wie Vakuumaufdampf-, Schleuder-, Gieß-, LB-Verfahren
und elektrochemische Abscheidung gebildet werden. Besonders bevorzugt
ist die Bildung durch elektrochemische Abscheidung. Wird die emittierende
Schicht durch elektrochemische Abscheidung gebildet, können
die Bedingungen in Abhängigkeit der verwendeten Verbindungen
variiert werden, im allgemeinen werden sie bevorzugt aber aus fast
denselben Bedingungen gewählt, die zur Bildung der Löcherinjektionsschicht
verwendet wurden.
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Die
Materialien für die emittierende Schicht sind nicht auf
spezielle beschränkt, und es können beispielsweise
die Siliciumverbindungen, dargestellt durch die Formel 1 oder 2,
der Erfindung allein oder als ein Träger verwendet werden.
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Sind
die Siliciumverbindungen, dargestellt durch die Formel 1 oder 2,
Lumineszenzträger, können zur Bildung der emittierenden
Schicht phosphoreszierende oder fluoreszierende Dotierstoffe zusammen
verwendet werden. Als die fluoreszierenden Dotierstoffe können
IDE102 oder IDE105, kommerziell erhältlich von Idemitsu
Co., Ltd. verwendet werden, und als die phosphoreszierenden Dotierstoffe
können der grün phosphoreszierende Dotierstoff
Ir(ppy)3(fac-tris(2-phenylpyridin)iridium),
der blau phosphoreszierende Dotierstoff F2Irpic(iridium(III)bis[4,6-di-fluorphenyl)-pyridinato-N,C2']picolinat)
und der rot phosphoreszierende Dotierstoff RD 61 von UDC Co., Ltd.
gemeinsam vakuumaufgedampft (Dotieren) werden.
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Die
Dotierkonzentration der Dotierstoffe ist speziell beschränkt,
bevorzugt beträgt die Konzentration der Dotierstoffe jedoch
0,01 bis 15 Gew.-teile, bezogen auf 100 Gew.-teile des Trägers.
Ist der Gehalt an Dotierstoffen kleiner als 0,01 Gew.-teile, reicht
die Dotiermenge für eine Farbentwicklung nicht aus, und
wenn sie 15 Gew.-teile übersteigt, kann sich aufgrund der
Konzentrationslöschung der Wirkungsgrad schnell verringern. Wird
gleichzeitig der phosphoreszierende Dotierstoff in der emittierenden
Schicht verwendet, werden bevorzugt ferner Materialien für
eine Löcherblockierschicht (HBL) durch Vakuumaufdampf-
oder Schleuderverfahren laminiert, um so das Diffundieren des Triplett-Anregungszustandes
oder von Löchern in die Elektronentransportschicht (ETL)
zu verhindern. Die Löcherblockiermaterialien sind nicht
auf spezielle beschränkt, und es können alle bekannten
Materialien, die als Löcherblockiermaterialien verwendet
werden, verwendet werden. Es gibt beispielsweise Oxadiazolderivate
oder Triazolderivate, Phenanthrolinderivate oder Löcherblockiermaterialien,
die im offengelegten
japanischen
Patent Nr. 11-329734 (A1) beschrieben werden, und typischerweise können
Balq, Phenanthrolinverbindungen (z. B.: BCP von UDC Co., Ltd.) usw.
verwendet werden.
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Auf
der Oberseite der so gebildeten emittierenden Schicht werden Materialien
für die Elektronentransportschicht gebildet, und die Elektronentransportschicht
kann durch Verfahren wie Vakuumaufdampfen, Schleudern, Gießen
und elektrochemische Abscheidung gebildet werden und wird bevorzugt
durch elektrochemische Abscheidung gebildet.
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Die
Materialien für die Elektronentransportschicht dienen zum
stabilen Transport von Elektronen, injiziert aus einer Elektroneninjektionselektrode
(Kathode) und sind nicht auf spezielle beschränkt, und
es können beispielsweise Chinolinderivate, insbesondere
Tris(8-chinolinolat)aluminium (Alq3), eingesetzt werden. Auf die Oberseite
der Elektronentransportschicht kann auch eine Elektroneninjektionsschicht
(EIL) laminiert werden, die aus Materialien besteht, durch die die
Injektion von Elektronen aus der Kathode leichter wird, und als
die Materialien für die Elektroneninjektionsschicht können
Materialien wie LiF, NaCl, CsF, Li2O und
BaO verwendet werden.
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Danach
können auf der Oberseite der Elektronentransportschicht
Materialien für eine Elektroneninjektionsschicht (EIL)
gebildet werden, und die Elektroneninjektionsschicht kann mit gewöhnlichen
Materialien für eine Elektroneninjektionsschicht durch
Verfahren wie Vakuumaufdampfen, Schleudern, Gießen und
elektrochemische Abscheidung gebildet werden und wird bevorzugt
durch elektrochemische Abscheidung gebildet.
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Schließlich
wird ein Metall zur Bildung der Kathode auf der Oberseite der Elektroneninjektionsschicht durch
Verfahren wie Vakuumaufdampf- oder Sputterverfahren gebildet, und
dies wird als Kathode verwendet. Als das Metall zur Bildung der
Kathode können Metalle, Legierungen, elektrisch leitfähige
Verbindungen und Gemische davon mit einer geringen Austrittsarbeit
verwendet werden. Insbesondere gibt es Lithium (Li), Magnesium (Mg),
Aluminium (Al), Aluminium-Lithium (Al-Li), Calcium (Ca), Magnesium-Indium
(Mg-In), Magnesium-Silber (Mg-Ag) und dergleichen. Ferner kann zum
Erhalt frontallichtemittierender Vorrichtungen eine durchlässige
Kathode, die ITO oder IZO nutzt, verwendet werden.
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Die
organischen lichtemittierenden Vorrichtungen der Erfindung haben
nicht nur die Struktur von Anode, Löcherinjektionsschicht
(HIL), Löchertransportschicht (HTL), emittierender Schicht
(EML), Elektronentransportschicht (ETL), Elektroneninjektionsschicht
(EIL) und Kathode, sondern können in verschiedenen Strukturen
ausgeführt werden, und nach Bedarf können andere
Zwischenschichten aus einer oder zwei Schichten gebildet werden.
Es ist ebenso anzumerken, daß, obgleich die Löcherinjektionsschicht
(HIL), Elektroneninjektionsschicht (EIL), Löcherblockierschicht
(HBL) usw. nicht zwingend notwendig sind, der Wirkungsgrad der Lichtemission
durch die Bildung diese Schichten verbessert werden kann.
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Ferner
kann in der Erfindung eine andere Zwischenschicht aus einer oder
mehreren Schichten zwischen den Schichten, ausgewählt aus
Anode, Löcherinjektionsschicht (HIL), Löchertransportschicht
(HTL), emittierender Schicht (EML), Löcherblockierschicht
(HBL), Elektronentransportschicht (ETL), Elektroneninjektionsschicht
(EIL) und Kathode, gebildet werden.
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Die
Dicke der organischen Dünnschichten, gebildet gemäß der
vorliegenden Erfindung, kann in Abhängigkeit des geforderten
Niveaus eingestellt werden und beträgt bevorzugt 10 bis
1.000 μm und stärker bevorzugt 20 bis 150 μm.
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Ferner
kann nach der Bildung der organischen Dünnschichten nach
Bedarf ein Waschschritt oder Trocknungsschritt durchgeführt
werden. Durch den Waschschritt können Fremdsubstanzen eliminiert
werden, die möglicherweise in den organischen Dünnschichten
vorhanden sind, und in Verbindung mit dem Trocknungsprozeß können
alle herkömmlichen Trocknungsverfahren, die nach der Bildung
organischer Dünnschichten für bekannte organische
lichtemittierende Vorrichtungen durchgeführt werden, angewendet
werden.
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Die
organischen Dünnschichten, gebildet durch die Abscheidung
der Siliciumverbindungen mit einem Bis(phenylcarbazol) im Molekül,
dargestellt durch die Formel 1 oder 2 oben, der Erfindung, verfügen über
eine hervorragende Haftfestigkeit an Substrate und eine gleichmäßige
Oberfläche und hervorragende morphologische Stabilität,
da die Dicke der organischen Dünnschichten auf Molekülniveau
kontrolliert werden kann.
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Für
ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung folgen
nun bevorzugte Ausführungsformen. Die folgenden Beispiele
sollen die Erfindung lediglich veranschaulichen, ohne den Umfang
der Erfindung einzuschränken.
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Beispiele
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Alle
Arbeiten in den Beispielen der Erfindung erfolgten unter Stickstoff-
oder Argonatmosphäre unter Verwendung von Standard-Schlenk-Technologie.
Tetrahydrofuran (THF) wurde unter Verwendung von Kaliumbenzophenon
unmittelbar vor der Verwendung destilliert. 1H- und 13C-NMRs wurden
unter Verwendung von Varian Mercury 300 mit 300,1 und 75,4 MHz bestimmt.
Alle chemischen Verschiebungen von Wasserstoff und Kohlenstoff wurden
unter Verwendung des restlichen Benzols von Quenchlösungsmittel
(99,5% CDCl3), basierend auf Tetramethylsilan
(Me4Si), bestimmt. Die Elementaranalyse
wurde unter Verwendung des CHNS-O EA 1108-Analysegerätes
von Carlo Erba Co., Ltd. durchgeführt. Die Fluoreszenzquantenausbeute
wurde durch Verdünnungsverfahren, basierend auf 9,10-Diphenylanthracen,
erhalten. Für das CV-Experiment wurde das elektrochemische
Analysegerät BAS 100 verwendet. Es wurde ein Dreielektrodensystem – Glaskohlenstoff
als Arbeitselektrode, Platindraht als Gegenelektrode und Silberdraht
als Referenzelektrode – verwendet. Normal-Butyllithium,
verdünnt in 1,4-Dibrombenzol 2,5 M Hexan, wurde von Aldrich
Co., Ltd. erworben und ohne weitere Reinigung verwendet.
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Beispiel 1. Synthese von 9,9'-Bis(phenylcarbazol)derivaten,
die einen Siliciumring enthalten
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(Verbindungen der Formeln a–d
nachstehend)
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9,9'-Bis(phenylcarbazol),
enthaltend einen Siliciumring (Verbindungen der Formeln a–d
nachstehend), wurde gemäß der Reaktionsformel
1 nachstehend synthetisiert. 1,4-Dibrombenzol und Carbazol wurden
unter Verwendung der Ullmann-Reaktion zur Herstellung von (Bromphenyl)carbazolverbindungen
umgesetzt, wozu Normal-Butyllithium und Silancyclodichlorid gegeben
wurden, was dann zur Synthese der 9,9'-Bis(phenylcarbazol)derivatverbindungen
a–d umgesetzt wurde. Im Falle der 4-CBP-Verbindung war
der Ringkopplungswinkel jedoch instabil, so daß sich der
viereckige Ring bald löste. Alle 9,9'-Bis(phenylcarbazol)derivate
mit einem Siliciumring außer dem viereckigen konnten mit
Ausbeuten von 40–50% durch Säulen getrennt werden.
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(Synthese von 9-(4-Bromphenyl)carbazol
(Verbindung a))
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Ein
magnetischer Teflon-Rührstab, 1,4-Dibrombenzol (25,184
g, 200 mmol), Carbazol (8,36 g, 50 mmol), K2CO3 (13,82 g, 100 mmol) und CuSO4 (7,98
g, 50 mmol) wurden in einen 100-ml-Einhalskolben eingebracht und
bei 210°C 16 Stunden ohne Lösungsmittel gerührt.
Nach Abschluß der Reaktion wurde das Gemisch mit Methylenchlorid
verdünnt und filtriert, und dann wurde die filtrierte Lösung
mit destilliertem Wasser und Salzlösung gewaschen. Die
so erhaltene organische Schicht wurde unter Verwendung von MgSO4 getrocknet.
1H-NMR
(CDCl3): δ 8,21 (d, 2H), 7,40 (d,
2H), 7,25 (t, 2H), 7,13 (t, 2H), 7,35 (d, 2H), 7,16 (d, 2H). 13C-NMR (CDCl3): δ 111,1,
122,5, 125,7, 128,1, 130,2, 133,3.
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(Synthese von 9,9'-Bis(phenylcarbazol),
das einen fünfeckigen Siliciumring enthält (Verbindung
b))
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Nachdem
9-(4-Bromphenyl)carbazol (1) (2,25 g, 12,5 mmol) in destilliertem
Tetrahydrofuran (THF) (10 ml) verdünnt worden war, wurde
2,5 M Normal-Butyllithium tropfenweise bei –78°C
zugegeben. Bei derselben Temperatur wurde 30 min gerührt,
und dann wurde Dichlorcyclopentylsilan (2 mmol) langsam tropfenweise
zugegeben. Nach Abschluß der tropfenweisen Zugabe wurde
die Reaktionstemperatur auf Raumtemperatur erhöht, und
das Gemisch wurde erneut 3 Stunden gerührt. Nach der Entfernung
der Lösungsmittel wurden die Rückstände
durch eine Kieselgelsäule unter Verwendung von Ethylacetat/Hexan
(Volumenverhältnis 1:10) als Entwickler getrennt, und die
Ausbeute betrug 43%.
1H NMR (CDCl3): δ 8,055, 7,753, 7,320, 7,215
(m, 16H, Cz), 7,536, 7,408 (m, 8H, Ph), 1,839 (m, 4H, CH2), 1,198 (t, 4H, CH2), 13C NMR (CDCl3):
12,741, 28,158 (CH2), 110,098, 120,265,
120,538, 123,695, 126,145, 126,555, 135,963, 136,464, 139,05, 140,811
(CH).
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Synthese von 9,9'-Bis(phenylcarbazol),
enthaltend einen fünfeckigen Siliciumring mit einer
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Doppelbindung (Verbindung c))
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Diese
Verbindung wurde nach demselben Verfahren, wie für Verbindung
b oben verwendet, unter Verwendung von Dichlorpentenylsilan anstelle
von Dichlorcyclopentylsilan bei der Synthese von Verbindung b synthetisiert
und mit einer Ausbeute von 47 % abgetrennt.
1H
NMR (CDCl3): 8,152, 7,877, 7,414, 7,297
(m, 16H, Cz), 7,654, 7,501 (m, 8H, Ph), 6,145 (m, H, CH2),
2,027 (d, 4H, CH), 13C NMR (CDCl3): 0,359, 17,361 (CH2),
110,038, 120,265, 120,516, 123,672, 126,130, 126,600, 131,229, 134,787,
136,464, 140,743 (CH).
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(Synthese von 9,9'-Bis(phenylcarbazol),
enthaltend einen Siliciumring mit einem Sechseck (Verbindung d))
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Diese
Verbindung wurde nach demselben Verfahren, wie für Verbindung
b oben verwendet, unter Verwendung von Dichlorhexylsilan anstelle
von Dichlorcyclopentylsilan bei der Synthese von Verbindung b synthetisiert
und mit einer Ausbeute von 50% abgetrennt.
1H
NMR (CDCl3): 8,125, 7,805, 7,380, 7,266
(m, 16H, Cz), 7,588, 7,474 (m, 8H, Ph), 1,890 (m, 4H, CH2), 1,614 (m, 2H, CH2),
1,334 (t, 4H, CH2), 13C
NMR (CDCl3): 12,073, 24,789, 30,305 (CH2), 110,159, 120,273, 120,561, 123,710, 126,168,
126,585, 135,902, 136,236, 138,930, 140,81 (CH).
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Beispiel 2. Synthese von 1,1'-Bis(9-phenylcarbazol)-2,3,4,5-tetraphenylsilol
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(Bromphenyl)carbazol
wurde in destilliertem THF (10 ml) gelöst, wozu Normal-Butyllithium,
verdünnt in 2,5 M Hexan, dann tropfenweise bei –78°C
gegeben wurde. Das Gemisch wurde bei derselben Temperatur 30 min
gerührt und dann einer Dichlortetraphenylsilanverbindung,
verdünnt in THF (20 ml) unter Verwendung einer Kanüle
tropfenweise zugegeben. Nach der tropfenweisen Zugabe wurde die
Reaktionstemperatur auf Raumtemperatur erhöht und für
weitere 4 Stunden gerührt. Nachdem Wasser zu dem Gemisch
gegeben worden war, wurde es unter Verwendung von Ethylacetat extrahiert
und mit Wasser und Salzlösung gewaschen. Die organische
Schicht wurde unter Verwendung von MgSO4 getrocknet.
Das Lösungsmittel wurde unter vermindertem Druck entfernt,
und der Rückstand wurde durch eine Kieselgelsäule
unter Verwendung von Ethylacetat und Hexan als Entwickler (Volumenverhältnis
1:10) abgetrennt, was 1,1-Bis(9-phenylcarbazol)-2,3,4,5-tetraphenylsilol
ergab.
1H NMR (CDCl3):
8,15 (d, 4H), 7,97 (d, 4H), 7,66 (d, 4H), 7,53 (d, 4H), 7,43 (t,
8H), 7,30 (m, 8H), 7,28 (m, 8H). 13C NMR
(CDCl3): 111,1, 122,5, 125,7, 128,1, 130,2,
133,3.
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Beispiel 3. Elektrochemische Abscheidung
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Die
elektrochemischen Eigenschaften und die HOMO- und LUMO-Niveaus der
in den Beispielen 1 und 2 oben synthetisierten Verbindungen wurden
ermittelt, indem CV-Experimente unter Verwendung einer Pt-Arbeitselektrode,
einer Pt-Gegenelektrode und einer Ag/Ag+(0,1M)-Elektrode als Referenzelektrode
durchgeführt wurden. CV wurde unter Variierung mehrerer
Meßgeschwindigkeiten durch Auflösen von 0,1 M
Tetrabutylammoniumtetrafluorborat (Bu4NBF4) als Elektrolyt in Methylenchloridlösungsmittel
und Blasen von Stickstoffgas bei Raumtemperatur durchgeführt.
Die gemessenen Werte wurden, basierend auf Ferrocen, geprüft. Die
elektrochemische Abscheidung unter Verwendung von CV wurde bei einer
Rate von 100 mV/s durchgeführt. Zuerst wurden die elektrochemischen
Eigenschaften von 9,9-Bis(phenylcarbazol)derivaten, die einen Siliciumring
enthielten, untersucht. Währen der Analyse der elektrochemischen
Eigenschaften wurde herausgefunden, daß sich eine bestimmte
Menge an Filmen auf der Arbeitselektrode bildete. Die CV-Bilder
der in Beispiel 1 synthetisierten Verbindungen sind in 1 bis 3 gezeigt,
und das CV-Bild der in Beispiel 2 synthetisierten Verbindung ist
in 4 gezeigt.
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Wie
aus 1 bis 4 ersichtlich, wurden sie alle
elektrochemisch abgeschieden.
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Des
weiteren wurde die in Beispiel 2 synthetisierte Verbindung in Chloroform
verdünnt, und dann wurden das UV-Spektrum und das PL-Spektrum
bestimmt. Die Bilder sind in den 5 bis 6 gezeigt.
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Die
Emission der Silolverbindung erhöhte sich mit steigender
Viskosität der Silollösung. Solche Ergebnisse
zeigen, daß sich aus der Drehung eines aromatischen Ringes,
substituiert an seinem Ende bezogen auf die Einzelbindungsachse,
mit Silol in seinem Zentrum AIE-Wirkungen (Aggregations-induzierte
Emissions-Wirkungen) ergeben. Wenn daher die Verbindung in Acetonlösung
gelöst wurde, emittierte sie kein Licht, wohingegen bei
der Zugabe von etwas Wasser, das die Verbindung nicht auflösen
kann, zu der Acetonlösung ein starkes PL-Spektrum entstand.
Aus diesem Experiment wird erkennbar, daß die Verbindung
aus Beispiel 2 ein AIE-Phänomen verursachte.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die
Siliciumverbindungen mit Bis(phenylcarbazol) im Molekül,
dargestellt durch die Formel 1 oder 2, gemäß der
vorliegenden Erfindung verfügen über hervorragende
Blaulumineszenzmerkmale und Löchertransmissionsmerkmale
und können gleichzeitig nicht nur als blau lumineszierende
Materialien oder als ein Träger für eine Vielzahl
phosphoreszierender oder fluoreszierender Dotierstoffe wie rot,
grün, blau und weiß verwendet werden, sondern
ermöglichen auch eine hoch effiziente Lumineszenz, wenn
sie auf organische lichtemittierende Vorrichtungen aufgebracht werden,
und können Leistungsmerkmale wie niedrige Spannung, hohe Leuchtkraft
und Langlebigkeit verleihen.
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Zusammenfassung
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Die
Erfindung stellt eine Siliciumverbindung mit Bis(phenylcarbazol)
im Molekül und ein Verfahren zur Herstellung einer organischen
Dünnschicht organischer lichtemittierender Vorrichtungen,
die selbige verwenden, bereit, und insbesondere hat die Verbindung
der Erfindung hervorragende Blaulumineszenzmerkmale und Elektronenlochtransmissionsmerkmale
und kann gleichzeitig nicht nur als ein Blaulumineszenzmaterial oder
als ein Träger für eine Vielzahl phosphoreszierender
oder fluoreszierender Dotierstoffe wie rot, grün, blau und
weiß, sondern durch elektrochemische Abscheidung auch für
organische lichtemittierende Vorrichtungen verwendet werden, und
ermöglicht ferner hocheffiziente Lumineszenz und verleiht
derartige Leistungsmerkmale wie niedrige Spannung, hohe Leuchtkraft
und Langlebigkeit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4356429 [0043]
- - JP 11-329734 A1 [0049]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Advanced Material,
6, S. 677 (1994) [0043]