胍基阳离子在发光器件中的应用技术领域
本发明涉及一种胍基阳离子的应用和一种发光器件。
背景技术
已知基于有机物的发光器件,然而存在一方面关于稳定性和使用寿
命并且另一方面关于成本来优化所述发光器件的需要。
胍基阳离子除作为蛋白质的脱水物和在生物化学中的意义之外,也
存在胍基阳离子在电池和电化学池中的应用。例如,在EP1363345A2
和US20030211389A1中描述了胍盐的所述应用。在此,胍盐用于制备
用于将电荷以电化学的方式存储在蓄电池和电池中的电解质。
在所述应用的情况下,核心在于导电盐的本征电导率,所述本征电
导率应尽可能地高,以便能够有效地储存电荷。
然而,存在极大量的具有低本征电导率的胍盐,对其而言,除作为
合成组分和在蛋白质中用于脱水的应用之外,暂时没有其他的应用。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种胍基阳离子的应用,其中具有低的
本征电导率的胍盐还表现出高效率。
所述目的的解决方案和本发明的主题是胍盐在有机发光电子器件
中的应用。此外,本发明的主题是有机电化学池,所述有机电化学池在
其有源有机层中具有包含胍基阳离子的化合物。
胍基的基本结构的中心氮原子总是带正电荷,所述正电荷根据实施
形式能够通过整个化合物移位,或者定位在围绕有三个胍基氮原子的中
心碳原子处。在后一种情况下,所述电荷仅通过四个原子(一个氮原子
和三个碳原子)移位。
如下面示出,根据本发明的发射体和基体材料包含至少一个带有正
电荷的胍基单元作为中心单元。在此,该正电荷必然在胍基单元之内移
位。
这是根据本发明的基体材料和发射体材料的中心胍基单元,其中全
部残基彼此独立地为
R=彼此独立的–H,饱和的或不饱和的支化的烷基残基;未支化的
烷基残基;缩合的烷基残基;环状的烷基残基、完全或部分取代的未支
化的、支化的、缩合的和/或环状的烷基残基;烷氧基;胺;酰胺;酯;
碳酸盐/酯;芳香基;完全地或部分地被取代的芳香基;芳香杂环;缩
合的芳香基;完全地或部分地被取代的缩合的芳香基;杂环;完全地或
部分地被取代的杂环;缩合的杂环;卤素;假卤素。
所有的取代基R1、R2、R+能够彼此独立地选自上述残基,优选为
C1至C20;缩合的、例如十氢萘基的、金刚烷的、环状的、环己基的或者
完全地或部分地被取代的烷基残基,优选C1至C20。所述链或者基团能够
带有不同的端基团,例如带电荷的端基团如SOx-、NR+等等。
烷基残基还能够带有如醚、乙氧基、甲氧基等;酯、氨基、碳酸根等
或者优选为氟的卤素的基团。但是,R1、R2和R3不应该限制于烷基残基,
而是同样能够包括良好取代的或者未取代的芳香族,例如苯基、联苯、萘
基、菲基、苯甲基等。
取代基R1至R6能够彼此独立地构成为脂肪族、芳香族或络合物。
通过残基R1至R6的变体能够产生不同类型的配位体系统,所述配
位体系统适用于根据本发明的组件中的发射系统。在此,R1至R6能够
彼此独立地为H的(受限的,因为通常胍盐被完全地连续取代)、甲基
的、乙基的普遍未支化的、支化的、缩合的(十氢萘基的)、环状的(环
己基的)或完全地或部分地被取代的烷基残基(C1-C20)。所述烷基残基能
够包含乙醚基团(乙氧基、甲氧基等)、酯的、酰胺的、碳酸盐/酯的基团
等也或者是尤其为氟的卤素。从本发明的方面来说也是取代的或未取代的
脂肪族的环或环体系,例如环己基。
R1至R6不限制于饱和的体系,而是也包括取代的或未取代的芳香基,
例如为苯基、联苯、萘基、菲基等或苯甲基等。在表格1中示出适合用作
取代基的杂环的总结。为了简单性仅仅示出芳香基的基体。原则上,所述
基体能够由类似地从此处限定的残基R1至R6中衍生出的其他残基R取
代。
表格1
表格1示出取代的或者未取代的杂环的选择,所述杂环彼此独立地用
作残基R1、R2。为了简单性仅仅示出基本单元。与配位体的结合能够在基
体的任意有结合能力的部位进行。
R+将正电荷引入在氮原子处并且优选为例如甲基的、乙基的取代的或
者未取代的脂肪族的残基或者是通常直链的或者支化的、缩合的(十氢萘
基的、金刚烷的)、环状的(环己基的)烷基残基,所述烷基残基能够完
全地或者部分地被取代并且包括具有例如1至20个碳原子的烷基单元。
优选但是不限制于此的是,为了补偿正电荷所需要的阴离子选自:氟
离子、氯离子、溴离子、碘离子、硫酸根、磷酸根、碳酸根、三氟甲磺
酸根、三氟乙酸根、甲苯磺酸根、双(三氟甲砜)亚胺、四苯基硼酸根、
B9C2H112;六氟磷酸根、四氟硼酸根、六氟锑酸根、四吡唑硼酸根。
胍的衍生物能够自身地由缩合的环系统组成或包含缩合的环体系。
在图4中示出完全增环的体系。
在此示出带有胍中心单元的完全增环的体系。为了简单性省略所有
可能的取代基。原则上,每个C-H键能够由C-R键来代替。
从示出的结构中能够衍生出包含所有胍基体的系统的整个系列。以
下示例性地示出从咪唑中衍生出的增环的体系。
为了清晰而省略咪唑基团上的取代基。
以上可见带有缩合的咪唑环或部分氢化的咪唑的增环的胍基阳离
子。
以下的结构示出就本发明而言可衍生出的结构的多种选择。
至此讨论的化合物首先用作基体材料,因为所述化合物不包含发射
性的单元。
在此,就本发明而言完全能够考虑的是,芳香族的取代基(络合或
未络合到胍核)能够具有相应的大小,或者能够形成供体-受体对,所
述供体-受体对能够形成荧光单元,也能够类似于OLED来电激发所述
荧光单元。
OLEEC的有源有机层包括基体以及在其中结合的(物理的或化学
的)发射体材料。根据本发明,胍基阳离子不但能够存在于基体材料中,
而且能够存在于发射体材料中,也能够存在于两者中。
有机电化学池OLEEC的典型结构包括透明衬底、透明衬底之上是
通常用作阳极的透明电极,透明电极之上是有源有机层,所述有源有机
层具有例如100nm至1μm范围内的层厚度。在所述有源有机层之上存
在通常作为阴极接入的不必然透明的第二电极。
相反于广泛已知的并且已大量讨论的OLED,OLEEC的特征主要
在于更加简单的结构,因为在此通常仅需要一个有机有源层,其中所述
OLED除了发射层之外包括电子/空穴运输层和电子/空穴阻挡层。
在有机发光二极管(OLED)中,尤其在借助所谓的小分子构成的
OLED中实现所谓的多层结构,因为除发光层之外,也还在电极之间设
置例如为空穴和/或电子注入层或阻挡层的效率提高层以用于载流子的
更好的跃迁。在此,常常使用高反应性的材料,因为所述材料的特征在
于低的逸出功。因此,在OLED中气密的封装是必不可少的。
因为在OLEEC中能够弃用OLED的反应电极,所以整个封装问题
在OLEEC中不如在OLED中那样困难。因此,OLEEC适合作为OLED
的潜在的替代品。
在OLED中,将中性的有机的、无机的和/或金属有机的化合物用
作基体、发射体以及掺杂材料。相反的是离子性质的有机发光电化学池
的材料基础。为了构造所述器件,将离子发射系统引入到中性基体(例
如,中性塑料,如有聚甲基丙烯酸甲酯)或离子基体(例如,离子液体)
中,并且借助于两个电极接触。
非常普遍地,有机电致发光元件具有位于两个电极之间的至少一个
有机层。只要在电极上施加电压,电子就从阴极注入到有机发光层的最
低的未被占据的分子轨道中,并且迁移到阳极上。
与此相应地,空穴从阳极注入到有机层的最高的、被占据的分子轨
道中,并且相应地迁移到阴极。在有机发光层之内迁移的空穴和迁移的
电子在发光材料上相遇的情况下,形成在光发射的情况下而分解的激
子。为了使光能够从电致发光元件中出射,至少一个电极必须是透明的,
在通常情况下,其为由用作为阳极的铟锡氧化物制成的电极。ITO层通
常沉积在玻璃支承体上。
OLEEC中的劣化机理和对用于OLEEC的稳定的基体系统和发射
体系统的开发是当今众多研究的主题。带有胍基单元的发射体和基体系
统由于其稳定性而期望提高OLEEC的使用寿命。
在应用用于电化学池的由胍基阳离子形成的盐时,本征电导率应当
相对小,因为否则有过高的漏电电流流过组件。在发明申请中提出的胍
基化合物通常具有低的本征电导率,但是通过“跃迁”实现穿过器件的
电荷运输。特别地,所述胍基化合物实现经由基体到发射体的电荷运输。
根据本发明的有利的实施形式,与基体无关,发射体也包含胍基单
元。
如同已经提及,OLEEC基本上使用仅一个有源有机层是够用的,所
述有机有源层对此还能够通过适合于批量生产的方法来施加,例如为旋
涂、刮涂法、浸润法、“狭缝式涂布”的简单的覆层方法或者例如为丝网
印刷、苯胺印刷、凹版印刷、喷墨印刷的印刷方法来施加。
典型的层厚是10nm至200nm,但是也能够采用例如至1000nm的不
同的数值。因为在OLEEC中电场首先能够落在电极上并且没有落在发光
层上,所以在层厚度超过1000nm的情况下也仍然能够提供良好的器件。
优选地,对于OLEEC而言,不必须使用如钡、钙、氟化锂、氟化铯、镁
等的反应电极,而是能够使用例如为金、钯、铂、铝、镁、银、铜、镍、
铁、ITO、AZO的在空气中稳定的金属及其它们的合金。
在OLEEC中,有源层是由用于离子和电子的导体和发射物质组成的
混合物。离子的过渡金属络合物(iTMC)符合所述要求并且因此通常使
用在OLEEC应用中。典型的代表为Q.Pei、G.Yu、C.Zhang、Y.Yang、
A.J.Heeger在Science,第269卷中,1086-1088页,1995年中所描述的三联
吡啶钌六氟磷酸盐[Ru(bpy)3]2+(PF6-)2。
如果在iTMC上施加电场,那么离子在电场中重组。结果是,在电极
上形成高的电场,使得两个接触部变为欧姆接触部,由此使得电荷跃迁到
有机层中变得容易。然后通过“跃迁”将电荷运输穿过iTMC层。如果空
穴和电子彼此相遇,那么所述空穴和电子在形成激子的情况下复合,由此
形成光发射。
至今已知的大多数iTMC材料具有钌、锇、铜或者铱的中心原子。
以下将经典的OLED络合物缩写为示出的结构式I。以配位数为6
的铱络合物来代表全部的发射系统来描述。在考虑配位数的情况下,例
如,铂为4、铕通常为8、Os通常为6,该研究也适用于其他系统。在
此,碳-σ-键以实线示出,二齿的配位体的配位键以虚线示出。结构式极
度示意地示出所述关系。用“A”来表示胜任所述结合关系的取代的或
者未取代的芳香基或芳香杂环。如现有技术所示,所有的芳香基能够彼
此独立地变化。到碳或者氮的实线的键从C-H或者N-H前体中通过氢
解离(环金属化)形成。虚线或者表示卡宾碳材料或者表示通过自由电
子对配位的氮或磷。
结构式I
根据本发明,下面示出的发射体单元例如通过胍基单元化合和/或具
有胍基残基作为残基Rx。因此还可能的是,通常中性的发射体通过氮
上的R+得到电荷。
经典的铱发射体示出至少一个苯基吡啶配位体:所述苯基吡啶配位体
在此根据环金属化而结合到中心原子上,其中构成直接的金属-碳键。以下
示出了一些典型的代表:
基于环金属化的铱的发射体的实例为:
这是基于环金属化的铱的发射体的典型实例。另一个代表是铱卡宾
络合物:
发射体系不局限于铱。例如也存在带有尤其是铕的镧系元素和带有
例如为锇的其他的重金属的中性发射体。
示出的基本结构能够通过胍基单元化合,使得出现基于铱的或不基
于铱的离子发射体。
在上面示出的结构式中,苯基吡啶配位体优选地根据环金属化而结合
到中心原子上,其中构成了直接的金属-碳键。在此,示出了一些典型的带
有环金属化的铱络合物。苯基吡啶的配位体的氟化使发射在光谱中向蓝色
的方向移动。氟化物质的已知实例是双(2,4-氟苯基-2-吡啶基)-铱(III)-吡啶
甲酸盐(FIrPic)(FIrPic:双(4,6-二氟苯基吡啶-N,C2)吡啶甲酰合铱)或双
(2,4-二氟苯基吡啶)四(1-吡唑基)硼酸铱III(FIr6)。
针对OLED应用而言,存在非常多的发射体,例如在此称作典型的环
金属化的配位体,如其例如在WO2005097942A1、WO2006013738A1、
WO2006098120A1、WO2006008976A1、WO2005097943A1(柯尼卡美能
达)或者US 6,902,830、US 7,001,536、US 6,830,828(UDC)中描述。所
述环金属化的配位体全部通过N^C单元结合到铱或者另一中心原子上。
例如:2-苯基吡啶或者2-苯基咪唑和例如为苯并咪唑或者菲啶的所应用的
结构。特别地,2-苯基咪唑衍生物对于将在蓝绿色光谱区域中的发射移动
至蓝色光谱区域而言是已知的。
已知的配位体L例如能够具有其他的卡宾功能,所述卡宾功能用作深
蓝色的发射源。所述配位体L的实例能够在参考文献WO200519373、
EP1692244B1或者WO 2008000726A1中找到。
从参考文献EP1904508A2、WO2007004113A2、WO2007004113R4A3
中已知可能的配位体L的其他实例,其中所述配位体L还示出在带电荷的
金属络合物的范围中,所述金属络合物具有带有如二甲氨基的相应供体基
团的至少一个苯基吡啶的配位体。所述化合物示出络合物的提高的LUMO
能级,其中将例如为2,4二氟的受主基团引入到苯环中,以便降低HOMO
轨道的能级。示出了,通过配位体的变体和其取代基,发射颜色能够贯穿
整个可见的光谱来变化。
从还未公开的DE 10 2009 031 683.3中已知铱卡宾络合物。此外,发射
系统当然不局限于铱,相反地,形成还具有尤其是铕的镧系元素和例如为
锇的其他的重金属的中性的发射体。
已知的中性发射体的实例为:
通常,全部的残基R=彼此独立地为H,支化的烷基残基;未支化
的烷基残基;缩合的烷基残基;环状的烷基残基、完全地或部分地被取
代的未支化的、支化的、缩合的和/或环状的烷基残基;烷氧基;胺;
酰胺;酯;碳酸盐/酯;芳香基;完全地或部分地被取代的芳香基;芳
香杂环;缩合的芳香基;完全地或部分地被取代的缩合的芳香基;杂环;
完全地或部分地被取代的杂环;缩合的杂环;卤素;假卤素。
所有的取代基R1、R2、R+能够彼此独立地选自上述残基,优选为
C1至C20;缩合的、例如十氢萘基的、金刚烷的、环状的、环己基的或者
完全地或部分地被取代的烷基残基,优选C1至C20。所述链或者基团能够
带有不同的端基团,例如带电荷的端基团如SOx-、NR+等等。
烷基残基还能够带有如乙醚、乙氧基、甲氧基等;酯、氨基、碳酸盐/
酯/等或者优选为氟的卤素的基团。但是,R1、R2和R3不应该限制于烷基
残基,而是同样能够包括良好取代的或者未取代的芳香族,例如苯基、联
苯、萘基、菲基、苯甲基等。
以下描述胍基阳离子,所述胍基阳离子是发磷光的发射系统的一部
分。
对此,根据上面示出的一般结构式I,芳香基A中的至少一个借助
于间隔基偶联到胍基单元上。由此,在配位体中,通过胍基单元替换经
典的取代基中的至少一个。
发射体材料的一般结构式II,其中X=1-3。
相应地,除Ir之外,能够使用但是不局限于例如为Eu、Nd、Gd、
Re、Os、Pt、Au、Hg和Ru、Rh、Pd、Ag的其他金属,但是不局限
于上述金属。
两个其他的配位体能够彼此独立地类似于已知的咪唑啉取代的配
位体而构成,或从经典的环金属化的配位体中选择,例如在
WO2005097942A1、WO2006013738A1、WO2006098120A1、
WO2006008976A1,WO2005097943A1(柯尼卡美能达)或者US 6,902,830、
US 7,001,536、US 6,830,828(UDC)中对其进行描述。所述配位体全部通过
N^C单元结合到铱上(例如:2-苯基吡啶或者2-苯基咪唑和例如为苯并咪
唑或者菲啶的所应用的结构)。
能够作为间隔基而使用的有:
a)脂肪链,如-(CH2)n-,其中n=1-20,优选n=1-5,
b)氟化的烷基链,在所述链中具有1-12个碳原子,尤其优选具有6-10
个碳原子,
c)不饱和的烷基链,具有1-20个碳原子和共轭的或者非共轭的双键,
d)不饱和的烷基链,具有1-20个碳原和共轭的或者非共轭的三键,
所述不饱和的烷基链也连接有芳香基,
e)还能够使用聚乙二醇链、聚乙二胺链、聚酯链、聚氨酯链、聚亚乙
烯基亚苯基链来代替烷基链,
f)包含芳香基的链,因此,尤其还能够与发射体相比较地调整咪唑啉
基团的几何结构,
g)由a-g构成的混合的变体,
h)其他的间隔基,所述间隔基对于本领域技术人员而言是容易想到
的,但是在此不额外地提及。
唯一附图示意地示出OLEEC的结构。
OLEEC 7原则上比OLED更加简单地构成,并且在大多数情况下,
能够通过在两个电极2和4之间简单地引入有机层3和后续的封装件5来
实现。在施加电压时,光6出射。OLEEC的优选有源发射层3由嵌入有
发射物质的基体组成。基体能够由绝缘体或者由如下材料构成,所述材料
或者是具有电解质特性的离子导体或者是惰性基体(绝缘体)。发射物质
是一种或多种离子的过渡金属络合物(ionic transistion metal complexe,
简称:iTMC),例如带有胍基阳离子的化合物,和/或嵌入到根据本发明也
能够又包含胍基阳离子的基体材料中。
在透明的衬底1上存在下部电极层2,例如阳极。在下部电极层上存
在实际的有源发射层3并且在有源发射层之上存在第二电极4。为了更好
的性能和加工,形成有源层3的发射体材料(iTMC)、即发磷光的金属络
合化合物与基体材料共同地溶解在溶剂中。优选但不局限于此的是,使用
下述溶剂:乙腈、四氢呋喃(THF)、甲苯、乙二醇二乙醚、乙二醇单丁
醚、氯苯、丙二醇甲醚醋酸酯,其他的有机的和无机的以及极性或者非极
性的溶剂和溶剂混合物也能够用于本发明。与iTMC一起使用的可溶的基
体材料例如为聚合物、低聚物和离子液体。
同样包含胍基单元的离子液体优选用作根据本发明的OLEEC结构的
基体材料。因此,根据本发明的发射体极好地溶解在基体中。
离子液体用作OLEEC结构的基体材料,所述离子液体同样优选但
是不局限于此而含有胍基单元。替选地以及补充地,能够应用例如包含
咪唑啉阳离子的基体材料。因此,根据本发明的发射体极好地溶解在基
体中。
优选但是不局限于此的是,“简单的”阴离子能够选自:氟离子、
氯离子、溴离子、碘离子、硫酸根、磷酸根、碳酸根、三氟甲磺酸根、
三氟乙酸根、甲苯磺酸根、双(三氟甲砜)亚胺、四苯基硼酸根、B9C2H112;
六氟磷酸根、四氟硼酸根、六氟锑酸根、四吡唑硼酸根。就本发明而言,
络合的阴离子也例如是Fe(CN6)3-、Fe(CN6)4-、Cr(C2O4)3-、Cu(CN)43-、
Ni(CN)42-。
也可能的是,胍基单元与磺酸盐、吡啶、咪唑啉偶联。
Tae-Hyuk Kwon、Yong Ho Oh、Ik-Soo Shin和Jon-In Hong,Adv.
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Cola、Angew.Chemie Int.Engl.第44期,1806页,2005年
在下面的表中列举出离子液体的一些典型的代表:
1-苯甲基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐
1-丁基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐
1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐
1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐
1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐
1-丁基-1-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟辛基)咪唑六氟磷酸盐
1-甲基-3-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟辛基)咪唑六氟磷酸盐
1-甲基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐
1-丁基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐
1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐
1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐
1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐
1-甲基-3-辛基咪唑四氟硼酸盐
1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐
1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐
1,2,3-三甲基咪唑三氟甲磺酸盐
1-乙基-3-甲基-咪唑双(五氟乙磺酰基)亚胺
1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰基)亚胺
1-丁基-3-甲基咪唑甲磺酸盐
四丁铵双三氟甲烷磺酰亚胺
四丁铵甲磺酸盐
四丁铵九氟丁烷磺酸盐
四丁铵十七氟辛烷磺酸盐
四丁铵四氟硼酸盐
四丁铵三氟甲烷磺酸盐
四丁铵苯甲酸盐
四丁基氯化铵
四丁基溴化铵
1-苯甲基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐
三己基四癸基膦六氟磷酸盐
四丁基膦甲烷磺酸盐
四丁基磷四氟硼酸盐
四丁基磷溴化物
1-丁基-3-甲基吡啶双(三氟甲磺酰基)亚胺
1-丁基-4-甲基吡啶六氟磷酸盐
1-丁基-4-甲基吡啶四氟硼酸四苯基硼酸钠
四丁铵四苯基硼酸盐
四(1-咪唑基)硼酸钠
四苯基硼酸铯借助本发明,首次描述了用于应用在包含胍基阳离子
单元的有机发光电化学池中的基体材料和发射体。作为阳离子系统的胍
基基团保证了宽的电化学窗口,从而保证了稳定的器件。在参考文献中
详细描述对胍基系统的理解。