Beschreibung
Organische Leuchtdiode mit erhöhter Radikalanionenstabilität, sowie Verwendungen davon
Die Erfindung betrifft eine organische Leuchtdiode (OLED) mit verbesserter Lebensdauer und verbessertem Transport negativer Ladungsträger.
Eine OLED umfasst in der Regel zumindest eine untere, zumin¬ dest semitransparente Elektrode, eine Lochtransportschicht, also eine Schicht aus Ladungstransportmaterial, das zum Transport positiver Ladungen geeignet ist, eine Emitter¬ schicht, eine Schicht zum Transport negativer Ladungen und schließlich eine obere Elektrode.
Um bei einer OLED mit möglichst wenigen Schichten auszukommen wird versucht als Emitterschicht ein Elektronendefizitmateri¬ al einzusetzen, in dem ein Elektronenüberschuss stabilisiert werden kann. So kann man sich die Schicht zwischen Emitterma¬ terial und negativer Elektrode sparen.
Bekannt sind OLEDs auf Basis von halbleitendem Material mit beispielsweise einem Grundgerüst aus Polyarylenvinylen oder Poly-para-phenylen (insbesondere Polyfluoren und/oder PoIy- spiro-fluoren) , in denen zusätzlich zu diesen Bestandteilen auch Anteile an weiteren Chromophoren und/oder Molekülen mit elektronegativen Zentren einpolymerisiert oder in Form von Blends eingebracht sind. Die Moleküle mit elektronegativen Zentren haben in der Regel alle zumindest ein Stickstoff- Atom, über dessen Elektronegativität (im Vergleich zum Koh¬ lenstoff) sich ein überschüssiges Elektron in der vorhandenen π-Konjugation stabilisieren kann.
Mit den oben beschriebenen organischen halbleitenden Materia¬ lien für aktive Schichten einer OLED ist es derzeit möglich, einen großen Bereich der möglichen CIE-Farbkoordinaten abzu-
decken und relativ hohe, für kommerzielle Anwendungen rele¬ vante Leuchtdichten und Effizienzen zu erzielen. Jedoch ist bisher die Betriebslebensdauer der Polymer-OLEDs noch zu ge¬ ring um sich am Markt durchzusetzen. Dies gilt insbesondere für die kurzwelligeren, also die blau und weiß emittierenden Leuchtdioden und/oder Anzeigen wie die so genannten Passive Matrix Displays.
Nachteilig an der Stabilisierung über ein Stickstoffatom ist allerdings, dass das Elektronen-lone pair des Stickstoffs ei¬ nen n- π* Übergang hat und ein zusätzliches Elektron damit auf ein π* Energieniveau gehoben wird und in ein n-Niveau ab¬ fällt.
Dabei emittiert es Strahlung, die nicht mehr im sichtbaren Bereich liegt und der Leuchtkraft der OLED nichts hinzufügt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine OLED zur Verfügung zu stellen, wobei die im Betrieb gebildeten Ra- dikalanionen durch π-Elektronenmangel-Struktureinheiten auch innerhalb der Emitterschicht stabilisiert werden, ohne die Leuchtkraft der Schicht zu schwächen.
Gegenstand der Erfindung ist eine organische Leuchtdiode oder Leuchtanzeige, zumindest ein Substrat, eine untere, zumindest semitransparente Elektrode, eine Lochleitschicht, eine Emit¬ terschicht und eine obere Elektrode umfassend, wobei in zu¬ mindest eine der Schichten ein organischer Elektronenakzep- torkomplex eingebracht ist. Außerdem ist Gegenstand der Er¬ findung die Verwendung der organischen Leuchtdiode für Be- leuchtungszwecke und/oder für monochrome, mehrfarbige oder vollfarbige organische Leuchtanzeigen auf Basis von Farbfil¬ tern oder strukturierten, RGB-pixelierten Emitterschichten, sowie für passive Matrix Displays.
Ein organischer Elektronenakzeptorkomplex nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein elektronegati- ves Zentrum in der Verbindung wie z.B. ein Stickstoffatom mit
einem so genannten Elektronen-lone pair das einen n-π* Über¬ gang hat, vorhanden ist, wobei der n-π* Übergang des lone pairs durch Komplexierung mit einer Lewis-Säure blockiert ist und deshalb ein Elektron, das am elektronegativen Zentrum in- nerhalb der Verbindung stabilisiert wird, im π- π Energieni¬ veau gehalten wird und dadurch kürzerwellige Strahlung und/oder im sichtbaren Bereich emittiert.
Unter „eingebracht" ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass der organische Elektronenakzeptorkomplex, insbesondere ein so genannter Azahetarylen-Lewissäure-Komplex entweder in einem Copolymer mit anderen Einheiten wie Polyarylenvinylen oder Poly-para-phenylen (insbesondere Polyfluoren- und/oder Poly-spiro-fluoren) Einheiten kopolymerisiert ist oder dass ein Blend vorliegt, in dem der organische Elektronenaktzep- torkomplex als Polymer mit zumindest einem weiteren polymeren organischen halbleitenden Material vermischt (blended) wurde. Die beiden Alternativen können auch zusammen gleichzeitig vorliegen, so dass beispielsweise einerseits ein Blend aus mehreren Polymeren, unter anderem einem polymeren, Azahetary- len-Lewissäure-Komplex-Einheiten umfassenden Material und an¬ dererseits ein Copolymer mit einer Azahetarylen-Lewissäure- Komplex umfassenden Wiederholeinheit vorliegt.
Der organische Elektronenakzeptorkomplex verbessert den
Transport negativer Ladungsträger durch die im Betrieb der organischen Leuchtdiode gebildeten stabilisierten Radikalani- onen und erhöht dadurch die Stabilität des Polymers bezüglich elektrochemischer Reduktion, die beim Transport der negativen Ladungsträger unweigerlich auftritt.
Beispielsweise ist ein Azahetarylen-Lewissäure-Komplex ein organischer Elektronenakzeptorkomplex nach der Erfindung, wo¬ bei unter dem Begriff Azahetarylen-Lewisäure-Komplex ein durch für die Suzuki-Kupplungsreaktion geeignete bivalent an¬ geordnete Substituenten umfassender, aromatischer, π- Elektronenmangel leidender, ein- oder mehrkerniger Heterocyc-
lus, der zumindest ein Stickstoffatom als Heteroatom enthält, verstanden wird, der durch eine als Lewissäure wirkende che¬ mische Verbindung über den Stickstoff im Heterocyclus komple- xiert wird. Für die Suzuki-Kupplungsreaktion geeignete Sub- stituenten sind beispielsweise Brom oder Halogen einerseits und Boronsäure andererseits. Als bivalent wird dabei bezeich¬ net, dass, zur Ausbildung eines Polymers, ein Molekül über zwei, bivalent angeordnete und zur Kupplung geeignete Substi- tuenten verfügen muss, einen auf der Kopf- und einen auf der Schwanz-Seite.
π-Elektronenmangel-Heterocyclen sind solche, deren Gesamt-π- Elektronendichte geteilt durch die Anzahl der Ringglieder des Heterocyclus kleiner als 1 ist. Dieser Wert kann für die je- weiligen Heterocyclen aus einem quantenmechanischen Formalis¬ mus berechnet werden. Weitere Heteroatome im aromatischen He¬ terocyclus können Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel sein. Unter dem Begriff Lewissäure wird eine chemische Verbindung mit unvollständiger Elektronenkonfiguration verstanden, also beispielsweise trivalente Verbindungen des Bors oder Alumini¬ ums.
Azahetarylen-Lewissäure-Komplex-Einheiten eignen sich in be¬ sonderer Weise für den Einsatz als Elektronen transportieren- de Komponenten eines copolymeren organischen halbleitenden Materials, denn diese Komponente kann eine negative Ladung nicht nur aufnehmen mit der Folge der Bildung stabilisierter Radikalanionen, sondern stellt auch gleichzeitig ein zusätz¬ liches Emittersystem im Polymer dar.
Im Gegensatz zu den hochreaktiven Radikal-Carbanionen eines konjugierten KohlenwasserstoffSystems sind hier keine irre¬ versiblen Sekundärreaktionen zu erwarten.
Geeignete Lewissäuren sind beispielsweise solche, die auf Bor oder Aluminium basieren. Insbesondere geeignet sind Bor¬ basierte Lewissäuren.
Im Gegensatz zu den hochreaktiven Radikal-Carbanionen eines konjugierten KohlenwasserstoffSystems sind hier keine irre¬ versiblen Sekundärreaktionen zu erwarten.
Die Azahetarylen-Lewissäure-Komplex-Einheiten als stabile Elektronentransport-Einheit ist für negative Ladungen analog zu der bereits bekannten Verwendung von Triarylaminderivaten als stabile Lochtransport-Einheit für positive Ladungen ein- setzbar.
Vorteilhafterweise sind die Azahetarylen-Lewissäure-Komplex- Einheiten LA Bor- oder Aluminiumkomplexe von stickstoffhalti¬ gen aromatischen π-Mangelheterocyclen, wobei die Arylverbin- düngen mit Heteroatom, im Folgenden auch „Hetarene" genannt, vorteilhafterweise die Teilstruktur 1 beinhalten. Mit „stick¬ stoffhaltig" ist dabei gemeint, dass zumindest ein Stick¬ stoffatom im aromatischen Ringsystem gebunden ist, wobei noch beliebige andere Heteroatome im Ringsystem gebunden sein kön- nen. Als aromatischer π-Mangelheterocyclus wird ein aromati¬ sches System bezeichnet, das elektronenarm ist, weil die π- Elektronendichte sich an den negativen Zentren hält und nicht gleichmäßig über das System verteilt ist.
Die Ringglieder des Hetarens und deren Substituenten sowie die Positionen der polymeren Anbindung außerhalb der Leit- Struktur sind frei wählbar.
Bevorzugt werden die Derivate des 8-Hydroxychinolins, deren Positionen für die polymere Anbindung vorteilhafterweise mit alkyl- und/oder alkoxy-funktionalisierten Aromaten zur besse- ren Löslichkeit substituiert sind, sowie solche Derivate des
8-Hydroxychinolins, die für die Suzuki Kupplung geeignete Substituenten zur Copolymerisation tragen.
Nicht kritisch ist die Wahl der Ligenden, die nicht für die polymere Anbindung benötigt werden L1 bis Ln des Ligandenfel- des des Leitstrukturkomplexes 2. Diese können beliebige or¬ ganische Reste R oder OR, Alkoxy- oder Alkyl- etc., sowohl einzähnig als auch mehrzähnig, sein. Beispielhaft genannt ist ein vierbindiger Komplex mit zwei frei wählbaren Liganden L1 und L2.
2 Darstellung des copolymeren Materials:
x Azahetarylen- Lewissäure-Kom
A, B,... sind die Monomereinheiten die mit dem Azahetarylen- Lewissäure-Komplex copolymerisiert werden, also beliebige bi¬ valente, aromatische Monomereinheiten, die mit Substituenten zur Befähigung der Suzuki-Kupplungsreaktion ausgerüstet sind, beispielsweise 2, 7-disubstituierte 9, 9-Dialkylfluorene. a,b,c,...,x sind molare Anteile der Monomer- oder Wiederholein¬ heiten.
Nach einer Ausführungsform umfasst das organische halbleiten¬ de Material zumindest einer aktiven Schicht der OLED 50 % der Wiederholeinheiten von Arylenvinylen- und/oder para-Phenylen- Derivat-Einheiten und zwischen 1 und 50 % der Wiederholein¬ heiten, bevorzugt 1 bis 30 % und insbesondere bevorzugt 1 bis 20 % eines organischen Elektronenakzeptorkomplexes, bevorzugt Azahetarylen-Lewissäure-Komplex-Einheiten. Dabei ist es ins¬ besondere auch bevorzugt, wenn als para-Phenylen-Derivat-
Einheiten Fluoren-Derivat-Einheiten und/oder Poly-spiro- fluoren-Einheiten eingesetzt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst das organische halbleitende Material zumindest einer aktiven Schicht der
OLED außerdem noch zwischen 1 und 49 % an Wiederholeinheiten von Triarylamin-Derivat-Einheiten, insbesondere von 1 bis 30 % an Wiederholeinheiten der Triarylamin-Einheiten und ins¬ besondere bevorzugt zwischen 1 und 20 % davon.
Nach einer Ausführungsform zeigt der organische Elektronenak- zeptorkomplex im organischen halbleitenden Material eine blaue Emission oder hat keinen merklichen Einfluss auf das Emissionsspektrum (Verschiebung kleiner 30nm) .
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden Triarylamin- und Azahetarylen-Lewissäure-Komplex-Ein- heiten in einem organischen halbleitenden Material zumindest einer aktiven Schicht so kombiniert, dass Effizienz und Be- triebslebensdauer auf bestimmte Treiberbedingungen optimiert werden, wie z.B. für Passive Matrix Ansteuerungen bei gegebe¬ ner Multiplex-Rate, Pulsfrequenz und/oder Helligkeit.
Erfindungsgemäß kann durch den Einsatz von Azahetarylen- Lewissäure-Komplex-Elektronentransporter-Einheiten der Anteil der negativen Ladungsträger am Gesamtstrom und damit die Ef¬ fizienz der organischen Leuchtdiode sowie die Lage der Rekom¬ binationszone innerhalb der Schicht optimiert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand einer Figur näher erläutert:
Zu erkennen ist das Substrat 1, mit einer unteren Elektrode 2, einer Lochleitschicht 3 einer Emitterschicht aus organi- schem halbleitendem Material 4 und einer oberen Elektrode 5. Nach der Erfindung übernimmt die Emitterschicht 4 trotz guter Emissionseigenschaften auch die Eigenschaften der Ladungs-
transportschicht für die negativen Ladungen, weil sie über einen organischen Elektronenakzeptorkomplex, bevorzugt einen Azahetarylen-Lewissäure-Komplex, verfügt. Bei einer Ausfüh¬ rungsform umfasst die Lochleitschicht 3, die sich zwischen der unteren, zumindest semitransparenten Elektrode und der
Emitterschicht befindet, ein polymeres Triarylboran gemäß der noch unveröffentlichten Patentanmeldung 10 2004 023 221.0.
Die Erfindung stellt erstmals eine organische Leuchtdiode mit einem organischen Elektronenakzeptorkomplex, bevorzugt einer Azahetarylen-Lewissäure-Komplex-Komponente als Elektronen transportierende Einheit in einem organischen halbleitenden Material einer aktiven Schicht zur Verfügung, in der das Problem der unzureichenden Reduktionsstabilität von konju- gierten Kohlenwasserstoff-Polymeren überwunden wird. Durch die Azahetarylen-Lewissäure-Komplex-Einheiten wird eine lange Zeit reversible Reduzierbarkeit des gesamten organischen halbleitenden Materials der aktiven Schicht und damit eine verlängerte Lebensdauer der Leuchtdiode im Betrieb bewirkt. Darüber hinaus wird durch gezielte Variation des Anteils an beispielsweise Azahetarylen-Lewissäure-Komplex-Einheiten eine Verbesserung der Effizienz und/oder eine Kontrolle der Lage der Emissionszone innerhalb der aktiven Schicht aus organi¬ schem halbleitendem Material möglich.
Die Erfindung betrifft eine organische Leuchtdiode (OLED) mit verbesserter Lebensdauer und verbessertem Transport negativer Ladungsträger. Die organische Leuchtdiode auf der Basis eines organischen halbleitenden Materials, in dem der Transport ne- gativer Ladungsträger und die Stabilität bezüglich Reduktion durch Azahetarylen-Lewissäure-Komplex-Einheiten bestimmt wer¬ den. Dies führt zu einer verbesserten Lebensdauer der Emissi¬ onsschicht, was zum einen die Lebensdauer des Bauteils erhöht und ein Nachregeln der Helligkeit während des Betriebs ver- meidet. Außerdem betrifft die Erfindung solche organische
Leuchtdioden, in denen durch Azahetarylen-Lewissäure-Komplex-
Einheiten die Lage der Emissionszone in der Emitterschicht und die Farbe der Emission gezielt beeinflusst werden können.
Die Erfindung betrifft eine organische Leuchtdiode (OLED) mit verbesserter Lebensdauer und verbessertem Transport negativer Ladungsträger. Die organische Leuchtdiode auf der Basis eines organischen halbleitenden Materials, in dem der Transport ne¬ gativer Ladungsträger und die Stabilität bezüglich Reduktion durch Azahetarylen-Lewissäure-Komplex-Einheiten verbessert werden. Dies führt zu einer erhöhten Lebensdauer der Emissi¬ onsschicht, was zum einen die Lebensdauer des Bauteils erhöht und ein Nachregeln der Helligkeit während des Betriebs ver¬ meidet. Außerdem betrifft die Erfindung solche organische Leuchtdioden, in denen durch Azahetarylen-Lewissäure-Komplex- Einheiten die Lage der Emissionszone in der Emitterschicht und die Farbe der Emission gezielt beeinflusst werden können.